JP2015050184A - アノード電極を具備するｘ線チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】熱による損傷を最少化するか、或いは無くすことができるＸ線チューブを提供する。
【解決手段】Ｘ線チューブは、電子ビームとの衝突によってＸ線が発生されるアノード電極、及び前記アノード電極が配置され、前記アノード電極から発生されたＸ線が透過するウインドーを含む。前記アノード電極は前記アノード電極を貫通するチャンネルを含み、前記電子ビームは前記チャンネルの内部に提供されて前記Ｘ線を生成する。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明はＸ線チューブに関し、より具体的にはチャンネルが形成されたアノード電極を有するＸ線チューブに関する。

一般的に、図１に示したように、透過型アノード構造を有するＸ線チューブ９はウインドー１０上に配置されたアノード電極１１を含む。電子ビームがアノード電極１１に衝突されてＸ線が発生され、発生されたＸ線はウインドー１０を通過してＸ線チューブ９の外部に放出される。Ｘ線の吸収を抑制するためにアノード電極１１の厚さを最小化することが一般的である。

Ｘ線イメージの品質を高くするためにＸ線ターゲット、即ちアノード電極１１に衝突される加速電子ビームを集束させてＸ線の焦点スポット（ｆｏｃｕｓ ｓｐｏｔ）の大きさを減らすことが必要である。しかし、狭い面積（例：マイクロメーター乃至ナノメーター級）に集束された高エネルギー電子ビームがアノード電極１１に衝突する時、アノード電極１１が熱によって損傷を受ける恐れがあり得る。

このように透過型アノード構造の場合、高い管電流（ｔｕｂｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）と高い加速電圧及び長時間のＸ線放出とを満足させるのが難しいことがある。これにしたがって、熱による損傷を最小化することができるＸ線チューブの改善された構造の必要性がある。

米国特許第７４５３９８５号公報

本発明は上述した従来の技術上の必要性に相応しいために案出されたことであって、本発明の目的は熱による損傷を最少化するか、或いは無くすことができるＸ線チューブを提供することである。

前記目的を達成するための本発明によるＸ線チューブは、１つ或いはその以上の微細なチャンネルが形成されたアノード電極を含むことを特徴とする。

前記特徴を具現できる本発明の一実施形態によるＸ線チューブは、電子ビームとの衝突によってＸ線が発生される電極と、前記電極が配置され、前記発生されたＸ線が透過するウインドーと、を含み、前記電極は、前記電極を貫通するチャンネルを含み、前記電子ビームは、前記チャンネルの内部に提供されて前記Ｘ線を生成することができる。

一実施形態において、前記電極は、前記電子ビームが入射される方向の下面と前記ウインドーが配置される上面とを含み、前記チャンネルは、前記下面から前記上面まで延長されて前記電極を完全に貫通することができる。

一実施形態において、前記チャンネルは、前記下面での入口と前記上面での出口とを含み、前記入口から前記出口へ行くほど、幅が小さくなり得る。

一実施形態において、前記チャンネルは、前記入口から前記出口に向かって延長された傾いた内側壁を有する円錐台形態の下部チャンネル及び前記下部チャンネルから延長され、垂直になる内側壁を有する円柱形態の上部チャンネルを含むハイブリッド構造を有し、前記電子ビームは、前記下部チャンネルの傾いた内側壁と衝突して前記Ｘ線を生成することができる。

一実施形態において前記チャンネルは、前記下面での入口と前記上面での出口とを含み、前記入口から前記出口へ行くほど、幅の変化がないことがあり得る。

一実施形態において、前記チャンネルは、前記入口から前記出口に向かって延長された垂直側壁を有する円柱形態の単一構造を有し、前記電子ビームは、前記垂直側壁と衝突して前記Ｘ線を生成することができる。

一実施形態において、前記チャンネルは、前記垂直側壁を有する複数個のホールを含むことができる。

前記特徴を具現できる本発明の他の実施形態によるＸ線チューブは、外部に向かう上面と真空状態の内部に向かう下面とを有するＸ線ウインドーと、前記Ｘ線ウインドーの下面上に提供され、前記内部空間から進行されて来る電子ビームとの衝突によってＸ線を発生させるＸ線ターゲットと、を含み、前記Ｘ線ターゲットは、前記電子ビームの前記Ｘ線ウインドーへの進行経路を提供するチャンネルを包含することができる。

他の実施形態において、前記チャンネルは、前記Ｘ線ターゲットを貫通する少なくとも１つのホールを含み、前記少なくとも１つのホールは、前記内部空間に向かって開放された入口と前記Ｘ線ウインドーに向かって開放された出口とを有することができる。

他の実施形態において、前記少なくとも１つのホールは、前記入口に比べて前記出口の大きさが小さい貫通ホールを包含することができる。

他の実施形態において、前記貫通ホールは、前記入口から前記出口に続いた直線形態の傾いた内側壁と垂直になる内側壁とを含み、前記電子ビームは、前記傾いた内側壁と衝突して前記貫通ホールから外れて放出される局部的にフォーカッシングされたＸ線を生成することができる。

他の実施形態において、前記少なくとも１つのホールは、前記入口の大きさと前記出口の大きさとが同一である複数個の貫通ホールを包含することができる。

他の実施形態において、前記貫通ホールは、各々前記入口から前記出口に続いた直線形態の垂直になる内側壁を含み、前記電子ビームは、前記垂直になる内側壁と衝突して前記複数個の貫通ホールから外れて放出される平行なＸ線を生成することができる。

他の実施形態において、前記Ｘ線ターゲットは、多結晶或いは単結晶の金属を包含することができる。

前記特徴を具現できる本発明のその他の実施形態によるＸ線チューブは、待機状態の外部に向かう上面と真空状態の内部空間に向かう下面とを有するＸ線ウインドーと、前記Ｘ線ウインドーの下面上に提供され、前記内部空間から進行されて来る電子ビームとの衝突によって、Ｘ線を発生させる金属ターゲットと、前記金属ターゲットを貫通して前記電子ビームの前記外部への進行経路にしたがって延長された、そして前記電子ビームと衝突される内側壁を有する少なくとも１つのチャンネルと、を包含することができる。

その他の実施形態において、前記金属ターゲットは、前記Ｘ線ウインドーの下面と接する上面とその反対面である下面とを含み、前記少なくとも１つのチャンネルは、前記金属ターゲットの下面に向かって開放されて前記内部空間と続いた入口と前記金属ターゲットの上面に向かって開放されて前記Ｘ線ウインドーの上面一部を露出させる出口とを包含することができる。

その他の実施形態において、前記少なくとも１つのチャンネルは、直径が大きい直径が前記入口から前記出口へ行くほど、小さくなる円錐台或いは楔形状の下部チャンネル及び前記下部チャンネルから延長され、直径の変化がない円柱形態の上部チャンネルが組合されたハイブリッド構造のホールを包含することができる。

その他の実施形態において、前記少なくとも１つのチャンネルは、前記入口の直径と前記出口の直径が同一である円柱形状の複数個のホールを包含することができる。

その他の実施形態において、前記金属ターゲットは、タングステンＷ或いはモリブデンＭｏを包含することができる。

その他の実施形態において、前記Ｘ線ウインドーは、ベリリウムＢｅを包含することができる。

本発明によると、微細なチャンネルの内壁に電子ビームが衝突してＸ線が発生されるので、電子ビームがアノード電極のいずれか一点に集束される場合に比べてエネルギー密度が低くなり得る。これにしたがって、アノード電極の熱による損傷が最少化されるか、或いは無くなり得る。

一般的なＸ線チューブを示した断面図である。 本発明の一実施形態によるＸ線チューブを示した断面図である。 図２Ａの一部を示した断面図である。 本発明の他の実施形態によるＸ線チューブを示した断面図である。 図３Ａの一部を示した断面図である。

以下、本発明によるアノード電極を具備するＸ線チューブを添付した図面を参照して詳細に説明する。

本発明が従来技術に比べて優れる長所は添付された図面を参照した詳細な説明と特許請求の範囲とを通じて明確になり得る。特に、本発明は特許請求の範囲で明確に請求される。しかし、本発明は添付された図面と関連して次の詳細な説明を参照することによって最も良く理解されることができる。図面において、同一の参照符号は多様な図面を通じて同一の構成要素を示す。

（第１実施形態）
図２Ａは本発明の一実施形態によるＸ線チューブを示した断面図である。図２Ｂは図２Ａの一部を示した断面図である。

図２Ａを参照すれば、Ｘ線チューブ９１は電子ビームの衝突によってＸ線が発生されるＸ線ターゲットであるアノード電極１１０を含む透過型アノード構造であり得る。電子ビームが移動する経路を提供するＸ線チューブ９１の内部空間１１５は真空状態に維持され得る。Ｘ線チューブ９１は真空ポンプが装着された真空容器或いは真空密封された容器で構成されることができ、これにしたがってその内部空間１１５が真空状態に維持され得る。Ｘ線チューブ９１の外側１０５は一般的に待機状態であり得る。

アノード電極１１０はＸ線ウインドー１００の内表面１００ｓに蒸着工程（例：スパッタリング）によって形成された金属、例えばタングステンＷやモリブデンＭｏを包含することができる。アノード電極１１０は多結晶金属を包含することができる。他の例として、アノード電極１１０はＸ線発生効率に向上させるために単結晶金属を包含することができる。

ウインドー１００はＸ線チューブ９１の内部空間１１５が真空状態を維持しながら、Ｘ線が通過する時、Ｘ線の吸収が少なく起こることができる原子番号が低い物質、例えばベリリウムＢｅを包含することができる。高いエネルギー（例：数十ｋＶ乃至数百ｋＶ）に加速された電子ビームがアノード電極１１０と衝突してＸ線が発生され得る。Ｘ線はウインドー１００を通じてＸ線チューブ９１の外側１０５に放出され得る。

本実施形態によれば、アノード電極１１０は熱による損傷が最少化されるか、或いは無くすように構成され得る。例えば、アノード電極１１０はアノード電極１１０を貫通する、即ち電子ビームの進行経路にしたがって延長されたチャンネル１２０を包含することができる。チャンネル１２０は内部空間１１５に向かって開かれ、内部空間１１５と続く入口は大きい直径Ｒ１を有し、ウインドー１１０に向かって開かれ、ウインドー１１０の内表面１００ｓの一部を露出させる出口は小さい直径Ｒ２＜Ｒ１を有することができる。

例えば、チャンネル１２０は図２Ｂに図示したように円柱形態を有する上部チャンネル１２０ａと円錐台（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｃｏｎｅ）或いは楔（ｗｅｄｇｅ）形態を有する下部チャンネル１２０ｂが連結されたハイブリッド構造（ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する微細なホールであり得る。円柱形態を有する上部チャンネル１２０ａは実質的に垂直になる内側壁を有し、円錐台形態を有する下部チャンネル１２０ｂは一直線形態に延長された傾いた内側壁を有することができる。

チャンネル１２０の大きさ乃至形態はアノード電極１００の物質乃至電子ビームエネルギー等を考慮して適切に設定され得る。アノード電極１００の厚さＴはチャンネル１２０の高さＨ及び／又は直径Ｒ１、Ｒ２を考慮して適切に選択され得る。

他の例として、チャンネル１２０は入口の直径Ｒ１と出口の直径Ｒ２とが実質的に同一である円柱形態でもあり得る。その他の例として、アノード電極１１０は２つ或いはその以上のチャンネル１２０を包含することができる。

図２Ｂを参照すれば、加速された電子ビームが内部空間１１５からチャンネル１２０に入射され、入射された電子ビームがチャンネル１２０の内側壁、さらに詳細には下部チャンネル１２０ｂの傾いた内側壁と衝突することによって、Ｘ線が発生され、発生されたＸ線は上部チャンネル１２０ａを通過してウインドー１００を通じて外側１０５に放出され得る。

一実施形態によれば、マイクロメーター以下、例えばナノメーターの範囲に集束された焦点スポットを有するＸ線が放出され得る。Ｘ線の焦点スポットの大きさは図２Ａに図示されたチャンネル１２０、さらに詳細には上部チャンネル１２０ａの小さい直径Ｒ２に主に依存することができる。

本実施形態によれば、電子ビームは比較的に広い面積を有するチャンネル１２０の内側壁に衝突するので、いずれか一点に集束される場合に比べてエネルギー密度が低くなり得る。これにしたがって、アノード電極１１０は熱による損傷が最少化されるか、或いは無くなり得る。

（第２実施形態）
図３Ａは本発明の他の実施形態によるＸ線チューブを示した断面図である。図３Ｂは図３Ａの一部を示した断面図である。以下には第１実施形態と異なる点に対して詳説し、同一な点に対しては省略するか、或いは概略に説明する。

図３Ａを参照すれば、Ｘ線チューブ９２はウインドー１００の内表面１００ｓに蒸着されたＸ線ターゲットとしてのアノード電極１１０を含む透過型アノード構造であり得る。一実施形態によれば、アノード電極１１０はアノード電極１１０を貫通する複数個のチャンネル１２０を包含することができる。Ｘ線チューブ９２の内部空間１１５は真空状態に維持されることができ、Ｘ線チューブ９２の外側１０５は一般的に待機状態であり得る。

高いエネルギー（例：数十ｋＶ乃至数百ｋＶ）に加速された電子ビームがチャンネル１３０に提供されてＸ線が発生され得る。Ｘ線はウインドー１００を通じてＸ線チューブ９２の外側１０５に放出され得る。

チャンネル１２０の各々は入口の直径Ｒ１と出口の直径Ｒ２とが実質的に同一である円柱形態を有する単一構造（ｕｎｉｔａｒｙ ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有することができる。円柱形態のチャンネル１２０は各々一直線形態に垂直延長された内側壁を有することができる。

他の実施形態として、チャンネル１２０の各々は出口の直径Ｒ２が入口の直径Ｒ１より大きい楔形態を有する単一構造、或いは図２Ｂに図示されたことと同一であるか、或いは類似に円柱形態と楔形態が組合されたハイブリッド構造（ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有することができる。電子ビームのエネルギー及び／又はアノード電極１１０の物質にしたがってチャンネル１２０の直径Ｒ１、Ｒ２及びアノード電極１１０の厚さＴを適切に設定することができる。

図３Ｂを参照すれば、加速された電子ビームが内部空間１１５からチャンネル１２０に入射され、入射された電子ビームがチャンネル１２０の内壁を打撃することによって、Ｘ線が発生され、発生されたＸ線はウインドー１００を通じて外側１０５に放出され得る。一実施形態によれば、平行なＸ線が放出され得る。

本実施形態によれば、電子ビームは比較的に広い面積を有するチャンネル１２０の内壁に衝突するので、いずれか一点に集束される場合に比べてエネルギー密度が低くなり得る。これにしたがって、アノード電極１１０は熱による損傷が最少化されるか、或いは無くなり得る。

以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図がなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で多様な他の組合、変更、及び環境で使用することができる。添付された請求の範囲は他の実施状態も含むことと解析しなければならない。

９１，９２・・・Ｘ線チューブ
１００・・・ウインドー
１０５・・・外側
１１０・・・アノード電極
１１５・・・内部空間
１２０・・・チャンネル
１２０ａ・・・上部チャンネル
１２０ｂ・・・下部チャンネル

Claims (9)

1. 電子ビームとの衝突によってＸ線が発生される電極と、
   前記電極が配置され、前記発生されたＸ線が透過するウインドーと、を含み、
   前記電極は、前記電極を貫通するチャンネルを含み、
   前記電子ビームは、前記チャンネルの内部に提供されて前記Ｘ線を生成するＸ線チューブ。
2. 前記電極は、前記電子ビームが入射される方向の下面と前記ウインドーが配置される上面とを含み、
   前記チャンネルは、前記下面から前記上面まで延長されて前記電極を完全に貫通する請求項１に記載のＸ線チューブ。
3. 前記チャンネルは、前記下面での入口と前記上面での出口を含み、
   前記チャンネルは、前記入口から前記出口へ行くほど、幅が小さくになり、前記入口から前記出口に向かって延長された、傾いた内側壁を有する円錐台形態の下部チャンネル及び前記下部チャンネルから延長され、垂直となる内側壁を有する円柱形態の上部チャンネルを含むハイブリッド構造を有し、
   前記電子ビームは、前記下部チャンネルの傾いた内側壁と衝突して前記Ｘ線を生成する請求項２に記載のＸ線チューブ。
4. 前記チャンネルは、前記下面での入口と前記上面での出口とを含み、
   前記チャンネルは、前記入口から前記出口へ行くほど、幅の変化が無く、垂直側壁を有する円柱形態の単一構造を有し、
   前記電子ビームは、前記垂直側壁と衝突して前記Ｘ線を生成する請求項２に記載のＸ線チューブ。
5. 前記チャンネルは、前記垂直側壁を有する複数個のホールを含む請求項４に記載のＸ線チューブ。
6. 大気状態の外部に向かう上面と真空状態の内部空間に向かう下面とを有するＸ線ウインドーと、
   前記Ｘ線ウインドーの下面上に提供され、前記内部空間から進行されて来る電子ビームとの衝突によってＸ線を発生させる金属ターゲットと、
   前記金属ターゲットを貫通して前記電子ビームの前記外部への進行経路にしたがって延長された、そして前記電子ビームと衝突される内側壁を有する少なくとも１つのチャンネルと、を含むＸ線チューブ。
7. 前記金属ターゲットは、前記Ｘ線ウインドーの下面と接する上面とその反対面である下面とを含み、前記少なくとも１つのチャンネルは、前記金属ターゲットの下面に向かって開放されて、前記内部空間と繋がった入口と前記金属ターゲットの上面に向かって開放されて、前記Ｘ線ウインドーの上面一部を露出させる出口とを含む請求項６に記載のＸ線チューブ。
8. 前記少なくとも１つのチャンネルは、直径が前記入口から前記出口へ行くほど、大きくなる円錐台或いは楔形状の下部チャンネル及び前記下部チャンネルから延長され、直径の変化が無い円柱形態の上部チャンネルが組合されたハイブリッド構造のホールを含む請求項７に記載のＸ線チューブ。
9. 前記少なくとも１つのチャンネルは、前記入口の直径と前記出口の直径とが同一である円柱形状の複数個のホールを含む請求項７に記載のＸ線チューブ。
   
   

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