JP2015513774A - 走査ｘ線ビームを発生させるための電磁走査装置 - Google Patents

Abstract

透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置。電子ビームは、開口から出射する電磁波が、電子ビームの角度走査に応答して、走査平面内のある角度の範囲にわたって走査するように、電子ビームに応答して電磁波を放射する凹面アノード上の一連の特定の位置への入射である。Ｘ線ビームが、電子ビームが衝突するアノードの側の後方半球内の１つ以上の出射開口を介して、装置から抽出される。本発明の種々の実施形態によると、透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置が、提供される。本装置は、伝搬方向によって特徴付けられる電子ビームを生成する源と、電子ビームを受け取り、電子ビームに応答して電磁波を放出するアノードとを有する。

Description

本願は、米国仮特許出願第６１／６０７，２３２号（２０１２年３月６日出願）の優先権を主張し、その出願は、参照によって本明細書に援用される。

（技術分野）
本発明は、走査Ｘ線放射源に関し、より具体的には、凹面標的表面に対する帯電粒子のビームの電磁走査によって、走査Ｘ線ビームを発生させる装置に関する。

（背景技術）
アノード上に電子のペンシルビームを電磁的に走査することによって発生させられる走査Ｘ線ビームが、長年想定されているが、利用可能な市販のシステムは、未だ存在しない。その方法は全て、図１に例示され、米国特許第６，２８２，２６０号（Ｇｒｏｄｚｉｎｓ「Ｕｎｉｌａｔｅｒａｌ Ｈａｎｄ−Ｈｅｌｄ Ｘ−ｒａｙ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」）（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されている、いわゆる伝送配列を使用するものである。カソード１８によって放出される電子のビーム２０は、標的２２、典型的には、アノード（以下ではそのように称される）に向かって加速される。電子ビーム２０は、ビーム１４の向きが変動され得るように、アノード２２に対して走査され得る。本例では、発生させられたＸ線は、薄い、典型的には、高Ｚアノードから円錐形封入体内に出射し、円錐の頂点における開口からのみ出射する。電子ビームを走査することによって生成される走査Ｘ線ビームの他の例は、以下に列挙される。全例において、Ｘ線は、前方半球内で発散する。

前方方向における制動放射放出に基づいた幾何学形状を伴う電磁的に操向されたＸ線ビームの他の構成は、例えば、米国特許第６，４２１，４２０号（Ｇｒｏｄｚｉｎｓ「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｂｅａｍｓ ｏｆ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」）および米国特許第６，５４２，５７４号（Ｇｒｏｄｚｉｎｓ「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｓ ｏｆ ａ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ」）に説明され、両特許とも、参照することによって本明細書に組み込まれる。

米国特許第６，２８２，２６０号明細書 米国特許第６，４２１，４２０号明細書 米国特許第６，５４２，５７４号明細書

本発明の種々の実施形態によると、透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置が、提供される。本装置は、伝搬方向によって特徴付けられる電子ビームを生成する源と、電子ビームを受け取り、電子ビームに応答して電磁波を放出するアノードとを有する。本装置はまた、電子がアノード上の一連の規定された位置に衝突するように、電子ビームの伝搬方向を指向する電磁ビーム指向器と、開口から出射する電磁波のビームの方向が、電子ビームの角度走査に応答して、走査平面内の角度の範囲にわたって走査するように、アノードの一連の特定の位置から電磁波を放出する出射開口とを有し、走査平面は、少なくとも４５度、電子ビームの伝搬方向から変位される。

他の実施形態によると、電子ビームを生成する源と、源から見て凹面表面を有するアノードであって、電子ビームを受け取り、電磁波を放出するアノードとを有する、透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置が、提供される。電磁ビーム指向器は、電子ビームをアノード上の一連の規定された位置に指向し、電磁波は、電子ビームの角度走査に応答して走査される方向に出射開口を介して放出される。

前述の実施形態のいずれかでは、電磁ビーム指向器は、電子ビーム平面内の電子ビームを走査してもよい。出射開口は、特定の実施形態では、電子ビーム平面内にあるが、他の実施形態では、電子ビーム平面外にあってもよい。

本発明のさらなる実施形態では、装置は、複数の出射開口を有してもよい。電磁ビーム指向器は、電子ビーム平面を横断する側方平面に電子ビームを切り替えるように適合されてもよい。本装置は、複数のアノードを有してもよく、フィルタが、１つ以上の出射開口内に配置されてもよい。

本発明の前述の特徴は、付随の図を参照しながら、以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解される。

図１は、米国特許第６，２８２，２６０号に説明されるような先行技術の電子ビームスキャナを示す。 図２は、本発明のある実施形態による、「片側」反射幾何学形状を有する電子ビームスキャナの概念図である。 図３は、本発明のある実施形態による、反射走査Ｘ線ビームシステムの上から見た概略断面図であり、走査電子ビームの平面から約１５０^ｏの角度で発するＸ線ビームの平面を示す。 図４は、２つの同時走査Ｘ線ビームを発生させるための、本発明の実施形態による、立体的反射走査Ｘ線ビームシステムの上から見た概略断面図である。

（本発明の実施形態の詳細な説明）
ここで、図２を参照して説明される本発明の実施形態によると、反射幾何学形状が、走査Ｘ線ビーム２１７を発生させるために採用される。カソード源２０３から導出された電子２０１は、以下に説明されるように、時間とともに変動される伝搬方向によって特徴付けられる電子ビーム３０３内でアノード２０５に向かって加速される。

図２に描写される本発明の実施形態では、アノード２０５は、源２０３から見て円形弧のような凹面表面を有する。しかしながら、アノード２０５は、本発明の範囲内の任意の形状を有してもよいことを理解されたい。アノード２０５における制動放射プロセスによって発生させられるＸ線２０７は、後方半球２０９内に放出され、その半球内の開口２１１から出射する。本発明は、限定ではなく、発見的問題解決法の便宜上、Ｘ線放射の観点から本明細書に説明されるが、説明される制動放射プロセスにおいて導出されるいかなる透過性放射も、本発明の範囲内であることを理解されたい。図２、図３、および図４の図面に示される反射配列は、多目的であり、図１に表される先行技術の伝送幾何学形状に勝るいくつかの利点を有する。

示される走査磁石（本明細書では、走査磁石２１３または別様に「掃引磁石」と称され得る）等の電磁ビーム指向器２１３とアノード２０５との間の半径方向距離Ｒの球状表面を有する本発明の実施形態（図２に示される）は、平面アノードの場合に要求されるように全ての点において電子の均一な焦点スポット２１５を生じさせる際、平面アノードの場合に別様に遭遇される複雑性を排除する。しかしながら、他の用途では、平坦または他の形状のアノードが、好ましくあり得る。

電子ビーム３０３の電子がアノード２０５に衝突する焦点スポット２１５は、掃引Ｘ線ビーム２１７の原焦点であり、その焦点スポット２１５の寸法はまた、掃引角度θ_ｅｌに依存しない。掃引Ｘ線ビーム２１７は、本明細書では、「反射走査Ｘ線ビーム」と称され得る。本発明の特定の実施形態では、電磁ビーム指向器２１３は、「電子ビーム平面」と称され得る平面（図２では、ページの平面）において、電子ビーム３０３を掃引する。

アノード２０５の弧の全ての点から出射開口２１１までのほぼ一定の距離Ｄは、標的（図示せず）を横断する均一な掃引Ｘ線ビーム２１７を生成する。

走査電子ビーム２２０および走査Ｘ線ビーム２１７は、同程度の体積を占有し、それによって、従来の幾何学形状よりも、全体的システムのサイズが小さくなり得、遮蔽が軽くなり得る。

走査電子ビーム２２０の「平面」および走査Ｘ線ビーム２１７の平面は、わずか数ｍｍ厚にされてもよい。（本明細書で使用される場合、用語「平面」とは、掃引ビームの経路の時間積分を表すために使用され得る。ビームが１次元ではないが、有限断面を有する限り、用語「平面」は、有限厚を有するが、厚さは、ほとんど説明目的のために無視され得る。）Ｘ線ビーム２１７が掃引する平面は、本明細書では、「走査平面」と称される。

掃引磁石２１３は、電子源２０３およびアノード２０５を封入する、真空筐体２３５内の真空空間２３０外に配置されてもよい。出射開口２１１を位置決めするための有意な許容範囲が存在する。図３は、出射開口３０１が掃引電子ビーム３０３を含む平面からオフセットされる一例を示す。角度３００は、電子ビーム３０３とＸ線ビーム３０７が発せられる方向との間の角度を指す。本発明の範囲内では、角度３００は、４５°を上回る角度を含む。

本発明の実施形態によると、電子集束および磁気掃引は、所望の掃引パターンが、事前にプログラムされ、またはオペレータコマンド下で変更され得るように、プロセッサ３０５の制御下にある。例えば、Ｘ線ビーム３０７の角度掃引は、電子ビーム３０３の角度掃引を変更することによって、容易に変更されることができる。

標的上の全Ｘ線束が、走査角度が変更される場合に一定のままである真の集束系は、開口のサイズを適切に変更しながら、アノード２０５から出射開口３０１までの距離Ｄを変更することによって実装されることができる。

ここで、上から見た図４の断面図を参照すると、電子走査平面の両側に１つずつの２つの（または、それ以上の）類似走査Ｘ線ビーム４０１および４０３が、伝送または散乱Ｘ線の立体撮像のために同時に使用されることができる。本発明の他の実施形態によると、電子ビーム３０３は、加えて、側方平面（図２〜図４に示される断面の平面）に切り替えられてもよい。ビーム３０３を側方に切り替え、かつ、アノード２０５によって放出されるＸ線の経路内にＸ線不透過性要素４１０を配置することによって、Ｘ線放出は、ビーム４０１と４０３との間で時間的に交互されてもよい。

加えて、本発明のさらなる実施形態によると、複数のアノードが提供されてもよく、それによって、電子ビーム３０３がそれぞれのアノード上に留まる期間の間、別個のスペクトル特性を提供する。開口４２１および４２３は、それぞれのビーム４０１および４０３（または、その一部）のエネルギースペクトルが調整され得るように、フィルタを含んでもよい（または、代替として、フィルタは、それぞれのＸ線ビームの他の部分内に提供されてもよい）。

Ｘ線規定開口３０１（例えば、図３に示される）は、変更可能フィルタおよびＸ線シャッタとともに、真空２３０内にあるか、または、好ましい実施形態では、真空２３０の外に置かれてもよい。

発見的問題解決法の便宜上、本発明は、限定ではないが、平面におけるＸ線のペンシルビームの走査の観点から、本明細書に説明される。本発明はまた、例えば、ラスタ方式において、または別様に、２次元走査に適用されることもできる。好ましい２次元実施形態では、アノード２０５は、中空球体の一区画である。

図２において概して番号２００によって指定される片側走査システムは、数百ｋｅＶまで及ぶＸ線を用いてトラックを走査する大型システムから、１００ｋｅＶ未満のビームを用いて走査する手持式システムまで、広範囲の用途に適用されることができる。数百ｋｅＶを下回る電子エネルギーの場合、制動放射角度分布は、本質的に、電子範囲と比較して、標的の最も密な部分から判断して、等方性である。モデル計算では、着目エネルギー範囲内において、１８０^ｏ（後方）方向におけるＸ線強度が、実際、９０^ｏにおけるＸ線強度を上回ることが示されている。

本発明の説明される実施形態は、単に、例示であることが意図され、多数の変形例および修正が、当業者に明白となる。そのような変形例および修正は全て、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲内であると意図される。

本明細書に提示される例は、方法作用またはシステム要素の特定の組み合わせを伴うが、それらの作用およびそれらの要素は、Ｘ線検出の同一の目的を達成する他の方法で組み合わせられてもよいことを理解されたい。加えて、単一デバイス特徴は、特許請求の範囲の別個に列挙された要素の要件を充足し得る。本明細書に説明される本発明の実施形態は、単に、例示であることが意図され、変形例および修正が、当業者に明白となる。そのような変形例および修正は全て、任意の添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲内であると意図される。
（項目１）
透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置であって、前記装置は
ａ．伝搬方向によって特徴付けられる電子ビームを生成する源と、
ｂ．前記電子ビームを受け取り、前記電子ビームに応答して電磁波を放出するアノードと、
ｃ．電子が前記アノード上の一連の規定された位置に衝突するように、前記電子ビームの伝搬方向を指向する電磁ビーム指向器と、
ｄ．前記アノードの一連の特定の位置からの電磁波を放出する出射開口であって、前記開口から出射する電磁波のビームの方向は、前記電子ビームの角度走査に応答して、走査平面内の角度の範囲にわたって走査する、出射開口と
を備え、前記走査平面は、少なくとも４５度、前記電子ビームの伝搬方向から変位されている、装置。
（項目２）
透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置であって、前記装置は、
ａ．電子ビームを生成する源と、
ｂ．前記源から見て凹面表面を有するアノードであって、前記アノードは、前記電子ビームを受け取り、前記電子ビームに応答して電磁波を放出する、アノードと、
ｃ．前記電子ビームを前記アノード上の一連の規定された位置に指向する電磁ビーム指向器と、
ｄ．前記アノード上の一連の特定の位置において放出される電磁波を放出する出射開口であって、前記開口から出射する電磁波のビームは、前記電子ビームの角度走査に応答して、走査される、出射開口と
を備える、装置。
（項目３）
前記電磁ビーム指向器は、電子ビーム平面内の電子ビームを掃引するように適合されている、項目１または２に記載の装置。
（項目４）
前記出射開口は、前記電子ビーム平面内にある、項目３に記載の装置。
（項目５）
前記出射開口は、前記電子ビーム平面外にある、項目３に記載の装置。
（項目６）
複数の出射開口をさらに備える、項目３に記載の装置。
（項目７）
前記電磁ビーム指向器はさらに、前記電子ビーム平面を横断する側方平面内に前記電子ビームを切り替えるように適合されている、項目１または２に記載の装置。
（項目８）
複数のアノードをさらに備える、項目１または２に記載の装置。
（項目９）
前記出射開口内に配置されたフィルタをさらに備える、項目１または２に記載の装置。

Claims (9)

1. 透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置であって、前記装置は
   ａ．伝搬方向によって特徴付けられる電子ビームを生成する源と、
   ｂ．前記電子ビームを受け取り、前記電子ビームに応答して、前記電子ビームと実質的に反対の方向に電磁波を放出するアノードと、
   ｃ．電子が前記アノード上の一連の規定された位置に衝突するように、前記電子ビームの伝搬方向を指向する電磁ビーム指向器と、
   ｄ．前記アノードの一連の特定の位置からの電磁波を放出する出射開口であって、前記開口から出射する電磁波のビームの方向は、前記電子ビームの角度走査に応答して、走査平面内の角度の範囲にわたって走査する、出射開口と
   を備え、前記走査平面は、少なくとも４５度、前記電子ビームの伝搬方向から変位されている、装置。
2. 透過性電磁放射の走査ビームを発生させるための装置であって、前記装置は、
   ａ．電子ビームを生成する源と、
   ｂ．前記源から見て凹面表面を有するアノードであって、前記アノードは、前記電子ビームを受け取り、前記電子ビームに応答して、前記電子ビームと実質的に反対の方向に電磁波を放出する、アノードと、
   ｃ．前記電子ビームを前記アノード上の一連の規定された位置に指向する電磁ビーム指向器と、
   ｄ．前記アノード上の一連の特定の位置において放出される電磁波を放出する出射開口であって、前記開口から出射する電磁波のビームは、前記電子ビームの角度走査に応答して、角度の範囲にわたって走査される、出射開口と
   を備える、装置。
3. 前記電磁ビーム指向器は、電子ビーム平面内の電子ビームを掃引するように適合されている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記出射開口は、前記電子ビーム平面内にある、請求項３に記載の装置。
5. 前記出射開口は、前記電子ビーム平面外にある、請求項３に記載の装置。
6. 複数の出射開口をさらに備える、請求項３に記載の装置。
7. 前記電磁ビーム指向器はさらに、前記電子ビーム平面を横断する側方平面内に前記電子ビームを切り替えるように適合されている、請求項１または２に記載の装置。
8. 複数のアノードをさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
9. 前記出射開口内に配置されたフィルタをさらに備える、請求項１または２に記載の装置。
   

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