JP2016103451A - Ｘ線発生管、ｘ線発生装置およびｘ線撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】 耐電圧特性と焦点位置精度とを両立したＸ線発生管を提供する。【解決手段】 電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと、前記ターゲットに電気的に接続された陽極部材と、を有した陽極と、前記ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、前記電子放出源に電気的に接続された陰極部材と、を有した陰極と、前記ターゲットと前記電子放出源とが対向するように、前記陽極部材と前記陰極部材とに接続された絶縁管と、を備えたＸ線発生管であって、前記陽極は、前記絶縁管の内周面において前記陽極部材と電気的に接続された内周陽極層をさらに有し、前記内周陽極層は、前記絶縁管の管軸方向において対陰極陽極端を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、医療機器および産業機器分野における非破壊Ｘ線撮影等に適用できるＸ線発生装置、および該Ｘ線発生装置を備えるＸ線撮影システムに関する。

近年半導体デバイス等の微細化や多層化が進み産業分野における半導体集積回路基板に代表される電子デバイス検査においてはマイクロフォーカスＸ線管を備えたＸ線検査装置が用いられている。

マイクロフォーカスＸ線管において、低ヒール効果に由来する広い放射角、ターゲットがＸ線放出窓を兼ねる点から、短いＳＯＤ（線源検体間距離）、高い拡大率を確保できる点で反射型ターゲットに対して有利な透過型ターゲットを備えることが公知である。

特許文献１には、導電性のベローズをターゲットの後方に配置し、後方散乱電子によるベローズの帯電を抑制させ電子軌道を安定化させた透過型マイクロフォーカスＸ線発生管が開示されている。特許文献１の透過型マイクロフォーカスＸ線発生管は、さらに、帯電の抑制により焦点の位置精度と焦点ボケを低減すること開示されている。

特許文献２には、集束レンズ電極を先端に備えた電子放出源９をターゲットに近接させた透過型マイクロフォーカスＸ線発生管が開示されている。

特許文献１、２のいずれの透過型マイクロフォーカスＸ線発生管も、ターゲットに向かう様に電子放出源は突出し、管軸方向において電子放出源に重なるように陰極側に延在している管状の陽極部材が開示されている。

特開２０１２‐１０４２７２号公報 特開２００２‐２９８７７２号公報

特許文献１および２に記載の透過型マイクロフォーカスＸ線発生管では、特にＸ線発生管外部の陽極陰極管軸方向に沿面距離に対して絶縁距離が相対的に短く、小型化と必要な分解能（管電圧上限）とが両立し難く、商品性が制限されてしまうことがあった。

本発明は、耐電圧性能と小型化を両立した透過型マイクロフォーカスＸ線発生管および透過型マイクロフォーカスＸ線発生装置を提供することを目的とする。並びに、高精細な透過Ｘ線像が得られるＸ線撮影システムを提供することを目的とする。

本発明のＸ線発生装置は、電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと、前記ターゲットに電気的に接続された陽極部材と、を有した陽極と、前記ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、前記電子放出源に電気的に接続された陰極部材と、を有した陰極と、
前記陽極部材と前記陰極部材とに接続された絶縁管と、を備えたＸ線発生管であって、前記陽極は、前記絶縁管の内周面において前記陽極部材と電気的に接続され前記陰極部材と離間している内周陽極層をさらに有していることを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線発生管の外部での耐電圧性能を低下させることなく、絶縁管の帯電を防止することが可能となる。その結果、電子線軌道が安定化され、焦点ボケや焦点位置変動が抑制された高精細なＸ線発生装置を提供することが可能となる。なお、本願明細書において、これ以降、透過型マイクロフォーカスＸ線発生管および透過型マイクロフォーカスＸ線発生装置を、簡略化を意図して、それぞれ、Ｘ線発生管、Ｘ線発生装置と称する。

本発明の第１の実施形態に関わるＸ線発生管を示す概略構成図である。 第１の実施形態に関わる技術的意義を説明する模式図である。 第１の実施形態に関わる他の技術的意義を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に関わるＸ線発生装置を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態に関わるＸ線撮影システムを示す構成図である。 実施例における評価系を示す構成図である。

以下図面を参照して、本発明のＸ線発生ユニット、並びに、マイクロフォーカスＸ線発生装置についての実施形態を例示的に説明する。但し、各実施形態に記載されている構成の材質、寸法、形状、相対配置等は、特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。まず、図１〜図５を用いて本発明の第１〜第３の実施形態に関わるＸ線発生管１０２、Ｘ線発生装置１０１およびＸ線撮影システム２００について説明する。

〔第１の実施形態―Ｘ線発生管〕
まず、図１を用いて、本発明に関わるＸ線発生管の基本的な構成を説明する。図１には、電子放出源９と透過型ターゲット１とを備えた第１の実施形態に関わる透過型のＸ線発生管１０２が示されている。本願発明は、透過型ターゲットを備えた透過型Ｘ線発生管に関わる課題を解決するものである。従って、簡単のために、本願明細書においては、これ以降、透過型ターゲット、透過型Ｘ線発生管をそれぞれ、ターゲット、Ｘ線発生管と称する。

Ｘ線発生管１０２は、電子放出源９が備える電子放出部６から放出された電子線束１０をターゲット１に照射することによりＸ線を発生させる。

陰極１０４は、電子を放出する電子放出源９、Ｘ線発生管１０２の陰極側の静電場を規定する電極部材、外囲器１１１を構成する構造部材として陰極部材８とを、少なくとも備えている。

絶縁管４は、陰極１０４と後述する陽極１０３との間の絶縁を担うとともに、陽極１０３、陰極１０４とともに内部空間１３が規定された外囲器１１１を構成している。絶縁管４は、ガラス材料やセラミックス材料等の絶縁性材料で構成される。絶縁管４は、管軸方向Ｄｔｃの両端において、後述するターゲット１と電子放出源９とが対向するように、陰極１０４と後述する陽極１０３とのそれぞれに接続される。

陽極１０３は、電子の照射によりＸ線を発生するターゲット１、ターゲット１の電位とＸ線発生管１０２の陽極側の電位を規定する電極部材、外囲器１１１を構成する構造部材として、陽極部材２と、を少なくとも備えている。本実施形態に関わる陽極１０３は、さらに、後述する絶縁管４の内周面に沿って設けられ、陽極部材２から陰極部材８に向かって延在し、陰極部材８から離間している内周陽極層３を備えている。

内周陽極層３は、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、管軸方向Ｄｔｃにおいて、陽極１０３の側から陰極１０４に向かう途中までの、沿面距離Ｌａａだけ、絶縁管４の内周面を覆っている。なお、本実施例においては、内周陽極層３の陰極側の端部である対陰極陽極端１１は、電子放出源９のヘッド部２３を環状に囲んでいる。すなわち、内周陽極層３は、管周方向Ｄｔａに沿って全周に延在しヘッド部２３を囲んでいる。ヘッド部２３と対陰極陽極端１１との間の配置関係については後述する。

なお、図１（ｂ）（ｃ）は、図１（ａ）の指示線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂにより指示された断面をそれぞれ示すものである。また、本願明細書において、Ｘ線発生管１０２および絶縁管４に対して、方向を定める際に、図１（ａ）〜（ｃ）に示す様に、管軸方向Ｄｔｃ、管周方向Ｄｔａ、管径方向Ｄｔｄのいずれかを用いる。管軸方向Ｄｔｃ、管周方向Ｄｔａ、管径方向Ｄｔｄのいずれも、絶縁管４とＸ線発生管１０２において一致しているとして、一般性を失わない。

管軸方向Ｄｔｃは、図１（ａ）において、絶縁管４の開口の中心が延びる方向に相当する。本実施形態においては、管軸方向Ｄｔｃは、陰極部材８、陽極部材２それぞれの法線と平行である。管周方向Ｄｔａは、図１（ｂ）において、絶縁管４の管壁が延在する環状の方向に一致する。また、管径方向Ｄｔｄは、絶縁管４の直径を規定する方向であって、絶縁管４の中心軸ＣＡを通過しかつ管軸方向Ｄｔｃに垂直な方向に一致する。

次に、本願発明の特徴である内周陽極層の技術的意義について図１〜図３の各図を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）には、内周陽極層を備えていない点において、第１の実施形態に関わるＸ線発生管１０２と相違するＸ線発生管１１２、１１３が、参考例として示されている。

参考例の図２（ａ）に示すＸ線発生管１１２は、曝射動作の履歴により、Ｘ線の焦点ＦＳの「ずれ」が観測される場合があった。本願発明者等の鋭意なる検討の結果、焦点ＦＳから後方に散乱する後方散乱Ｘ線が絶縁管４の内周面の帯電が、かかる焦点ずれの原因であることが判った。

同定されたメカニズムは、以下の通りである。
・焦点ＦＳからの後方散乱Ｘ線が絶縁管４の陽極側の内周面に入射することにより絶縁管４の陽極側の内周面が帯電する。
・かかる帯電は、管軸方向Ｄｔｃ、管周方向Ｄｔａにおいて不均一な分布を呈する。
・電子放出源９とターゲット１との間の静電場が帯電により変形し、電子線束１０の軌道がずれる
本願発明の特徴である内周陽極層３は、絶縁管４の内周面の陽極側に位置し、陽極部材２に電気的に接続される為、前述の後方散乱電子に由来する絶縁管４の帯電を抑制する効果を発現する第１の技術的意義を有する。

一方、図２（ｂ）に示すＸ線発生管１１３は、胴部の陽極側を陽極部材２から陰極側に向けて突出する管状の陽極管部材１２を有し、陽極管部材１２と絶縁管４の陽極側端部とを接続している点において、第１の参考例に関わるＸ線発生管１１２と相違する。第２の参考例に関わるＸ線発生管１１３は、絶縁管４より陽極側に位置し陽極部材２に電気的に接続される陽極管部材１２により、前述の後方散乱電子に由来する帯電領域を導電性部材に置き換えているため、電子線束１０の軌道ずれが効果的に抑制される作用を有する。

しかしながら、第２の参考例に関わるＸ線発生管１１３は、曝射動作の履歴により、放電が発生し曝射動作が停止せざるを得ない場合があった。放電が発生したＸ線発生管１１３を分析したところ、絶縁管４４の外周面を放電経路とする沿面放電が発生していたことが判った。

本願発明者等のさらなる検討の結果、かかる絶縁管４４の外周面に発生した沿面放電の原因は、曝射動作の履歴に伴う外周面の絶縁性能の低下にあることが判った。

第２の参考例に認められた絶縁管４４の外周面の沿面放電の機序は、以下の通りである。
・第２の参考例のＸ線発生管１１３の絶縁距離Ｌｏ２は、第１の参考例のＸ線発生管の絶縁距離Ｌｏ１より短く、Ｘ線発生管１１２より微小放電が発生し易かった。
・収納容器１０７の内部であってＸ線発生管１１３の外部に存在する不可避の不純物、異物が、Ｘ線発生管１１３の動作に伴う微小放電により、絶縁管４４の外周面に付着する。
・絶縁管４４の外周面に蓄積した不純物には、絶縁管４４より導電性が高い成分がある。
・蓄積した不純物は、絶縁管４４の外周面において不均一に分布している場合があった。

以上より、本参考例の絶縁管４４は、実効的に必要な絶縁距離が低下していく変化を受ける。

一方、本願発明の特徴である内周陽極層３は、陽極部材２に電気的に接続され、絶縁管４の陽極側の内周面に位置する為、絶縁管４の外周面の耐圧を低下させることなく後方散乱電子に由来する絶縁管４の帯電を抑制する第２の技術的意義を有する。

なお、収納容器１０７の内部であってＸ線発生管１０２に存在する不可避の不純物、異物は、収納容器１０７内に製造時に持ち込まれる異物か、収納された後に熱分解、放電残さとして発生する不純物である。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、内周陽極層３の管軸方向Ｄｔｃの形成範囲について述べる。図３（ｃ）は、本願発明の第１の実施形態に関わるＸ線発生管１０２の内周陽極層３を含む要部を拡大して示す部分拡大図である。すなわち、図３（ｃ）は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の管軸方向Ｄｔｃと管径方向Ｄｔｄとにおいて一部を切り出した断面図であるとも言える。図３（ａ）〜（ｃ）には、管電圧Ｖａ、陰極電位（−Ｖａ）、陽極電位０（Ｖ）、とした場合の、−０．１×Ｖａ（Ｖ）、−０．９×Ｖａ（Ｖ）の空間電位に相当する等電位線６１，６９がそれぞれ破線で示されている。

図３（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に関わるＸ線発生管１０２の内周導電層３の形成範囲を変更した変形形態がそれぞれ示されている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示された第１の実施形態及び変形形態は、いずれも本願発明の特徴である内周陽極層３を備えている点において、後方散乱電子に由来する絶縁管４の帯電を抑制し、絶縁管４の外周面の沿面放電を抑制する効果を発現する。

図３（ａ）に示された第１の変形形態の内周陽極層３は、管軸方向Ｄｔｃにおいて、内周陽極層３が電子放出源９と重なるところまでは延在されていない。従って、焦点ＦＳから後方に散乱する後方散乱電子の一部は、電子放出源９と陽極１０３との間に形成された電場の影響を受けて、対陰極陽極端１１近傍の絶縁管４の内周面に入射され絶縁管４を僅かながら帯電させる。

一方、図３（ｂ）、（ｃ）に示された第１の実施形態及び変形形態は、内周陽極層３が管軸方向Ｄｔｃにおいて電子放出源９と重なっているため、焦点ＦＳからの後方散乱電子の絶縁管４への入射を制限し、内周陽極層３に入射させる。内周陽極層３に入射された電子は、陽極部材２を介して接地端子に流される。従って、内周陽極層３が、管軸方向Ｄｔｃにおいて、電子放出源９と重なっている本実施形態と変形形態は、焦点ＦＳからの後方散乱電子に由来するビームズレが効果的に抑制される効果を有する。

図３（ｂ）に示された第１の実施形態の変形形態の内周陽極層３は、管軸方向Ｄｔｃにおいて、内周陽極層３が電子放出源９と重なるところまでは延在し、さらに、集束レンズ電極５ｂが配置されるヘッド部２３より、小径のネック部２２にまで延在している。

なお、本願明細書において、管軸方向Ｄｔｃにおける内周陽極層３と電子放出源９との重なりは、管径方向ＤｔｄにＸ線発生管１０２の構造を投影した際に、内周陽極層３と電子放出源９の正射影像が互いに重なることを意味する。従って、管軸方向Ｄｔｃにおける内周陽極層３と電子放出源９との重なりは、図１（ｂ）に示すように、内周陽極層３と電子放出源９（２３、２２）とを通過する管軸方法Ｄｔｃに垂直な仮想平面が存在して得るとも言える。かかる仮想平面は、図１（ａ）に示す断面Ｂ−Ｂに相当する。

一方で、図３（ａ）〜（ｃ）に示された第１の実施形態及び変形形態は、焦点ＦＳの位置ズレ抑制、すなわち、電子線束１０の軌道の直進安定化の目的において、電子放出源９の陽極側の先端をターゲット１に近接化させている。また、図３（ａ）〜（ｃ）に示された第１の実施形態及び変形形態は、焦点ＦＳの微小焦点化の目的において、電子放出源９は集束レンズ電極５ｂ有している。電子放出源９は、電子放出源９と陽極１０３との間の電場の均一性の観点から、管径方向Ｄｔｄにおいてネック部２２より大きな幅Ｗｈを有する導電性のヘッド部２３に集束レンズ電極５ｂを備えている。ヘッド部２３は、電子放出源９の陽極側の終端に位置し陽極部材２に対向している。また、ヘッド部２３は、ネック部２２からの移行部に移行部エッジ２３ａを、陽極１０３の側に陽極側エッジ２３ｂを備えている。

図３（ｂ）に示され変形形態では、内周陽極層３のネック部２２までの延在に伴い、−０．１×Ｖａ（Ｖ）の等電位線６１は、ヘッド部２３を超えて陰極側にまで延びて絶縁管４の内周に終端している。この結果、電子放出源９に近接する−０．９×Ｖａ（Ｖ）の等電位線６９が移行部エッジ２３ａ部において、−０．１×Ｖａ（Ｖ）の等電位線６１から遠ざかる方向に屈曲している。すなわち、本変形形態においては、移行部エッジ２３ａ付近に僅かながら電界集中が生じている。

一方、図３（ｃ）に示された第１の実施形態は、内周陽極層３の対陰極陽極端１１は、管軸方向Ｄｔｃにおいて、ヘッド部２３と重なっている為、−０．１×Ｖａ（Ｖ）の等電位線６１は、管軸方向Ｄｔｃにおけるヘッド部２３のあたりで絶縁管４の内周に終端している。この結果、電子放出源９に近接する−０．９×Ｖａ（Ｖ）の等電位線６９は移行部エッジ２３ａにおいても屈曲することなく陰極側に向かって延在している。すなわち、本実施形態においては、移行部エッジ２３ａ付近においても何ら電界集中することがない、理想的な静電場が形成されていることが読み取れる。

以上のように、内周陽極層３の形成範囲を、管軸方向Ｄｔｃにおいて、電子放出源９、特にヘッド部２３を有する場合は、ヘッド部２３と重なるように設けることが、焦点ＦＳの位置精度、放電の抑制の観点から好ましい。放電耐圧性能において絶縁距離の確保とＸ線発生装置の小型化とは二律背反の関係にあるため、本願発明のＸ線発生管を備える後述するＸ線発生装置、ならびに、Ｘ線撮影システムは、小型化されるメリットを有する。

次に、図１を用いて、Ｘ線発生管１０２の基本的な形態について、さらに説明する。

ターゲット１は、電子放出源９に近い側から、ターゲット層１ａと、ターゲット層１ａを支持する透過基板１ｂを備えている。透過基板１ｂは、Ｘ線発生管１０２の陽極側の端窓を構成している。ターゲット１は、開口を有する陽極部材２に、Ａｇ−Ｓｎ合金等のろう材を介して、機械的、電気的、熱的、気密的に接続されている。陽極部材２は、ターゲット１とともに、少なくとも備えた陽極１０３は、不図示の管電圧回路により電位規定され、Ｘ線発生管１０２の陽極付近の静電場を規定する役割を担う。

外囲器１１１は、真空度を維持するための気密性と耐大気圧性有する堅牢性とを備える部材から構成されることが好ましい。外囲器１１１は、絶縁管４、陰極部材８、電子放出源９、ターゲット１、陽極部材２とから構成されている。

電子放出源９から放出された電子は、管電圧Ｖａが印加された陰極１０４と陽極１０３との間に形成された加速電界により、ターゲット層１ａでＸ線を発生させる為に必要な入射エネルギーまで加速され電子線束１０となる。

Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、電子放出源９から放出された電子の平均自由行程を確保することを目的として、真空となっている。Ｘ線発生管１０２の内部の真空度は、１Ｅ−８Ｐａ以上１Ｅ−４Ｐａ以下であることが好ましく、電子放出源９の寿命の観点からは、１Ｅ−８Ｐａ以上１Ｅ−６Ｐａ以下であることがより一層好ましい。従って、電子放出部６およびターゲット層１ａは、それぞれ、Ｘ線発生管１０２の内部空間１３または内面に配置されている。

Ｘ線発生管１０２の内部空間１３は、不図示の排気管および真空ポンプを用いて真空排気した後、かかる排気管を封止することにより真空とすることが可能である。また、Ｘ線発生管１０２の内部空間１３には、真空度の維持を目的として、不図示のゲッターを配置しても良い。

ターゲット層１ａは、透過基板１ｂの電子放出部６側の面に設置されている。ターゲット層１ａを構成する材料は、融点が高く、Ｘ線発生効率の高いものが好ましく、例えばタングステン、タンタル、モリブデンおよびそれらの合金等を用いることができる。

透過基板１ｂを構成する材料は、ターゲット層１ａを支持できる強度を有し、ターゲット層１ａで発生したＸ線の吸収が少なく、かつターゲット層１ａで発生した熱をすばやく放熱できるよう熱伝導率の高いものが好ましい。例えばダイアモンド、炭化シリコン、窒化アルミニウム等を用いることができる。なお、透過基板１ｂは、ターゲット層１ａで発生したＸ線をＸ線発生管１０２の外に取り出す透過窓の役割を担うとともに、外囲器１１１の部分を構成しているとも言える。

電子放出源９は、電子放出部６に、タングステンフィラメント、含浸型カソードのような熱陰極や、カーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。電子放出源９は、電子線束１０のビーム径および電子電流密度、オン・オフタイミング等の制御を目的として、グリッド電極５ａ、静電レンズ電極５ｂを備えることが可能である。本実施形態においては、静電レンズ電極５ｂは、ピアース型の集束レンズ電極を構成している。

陽極部材２及び陰極部材８は、モネル（米国登録商標シリアルＮｏ．７１１３６０３４：ＭＯＮＥＬ、Ｎｉ−Ｃｕ系合金）、インコネル（米国登録商標シリアルＮｏ．７１３３３５１７：ＩＮＣＯＮＥＬ、Ｎｉ基の超合金）、コバール（米国登録商標シリアルＮｏ．７１３６７３８１：ＫＯＶＡＲ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の合金）等の低線膨張係数合金やステンレスなどの金属が用いられる。

なお、内周陽極層３は非磁性で導電性が高い材料が好ましい。銅、タングステン、チタン等の金属や、それらを主成分とする合金、およびそれらの複合素材などから形成され、また釉薬等を用いることも出来る。内周陽極層３は、絶縁管４の管内周面を周方向に連続に形成される。内周陽極層３は１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の層厚であることが好ましく、１００ｎｍ以上５０μｍ以下の層厚とすることがより一層好ましい。内周陽極層３の層厚の下限は、後方散乱電子の内周陽極層３に対する電子進入深さにより設定される。内周陽極層３の密度、比重、管電圧Ｖａにより決定することができる。内周陽極層３の層厚の上限は、絶縁管４との線膨張率の不整合の観点から決定される。絶縁管４と内周陽極層３それぞれの材料の線膨張係数に応じて決定することができる。

〔第２の実施形態―Ｘ線発生装置〕
図４は本発明の第２の実施形態に関わるＸ線発生装置１０１を示す模式図である。Ｘ線発生装置１０１は、第１の実施形態に関わるＸ線発生管１０２を駆動するため管駆動回路１０６を備えている。管駆動回路１０６は、Ｘ線発生管１０２の陽極１０３、陰極１０４間に管電圧Ｖａを印加する管電圧回路を少なくとも備えている。管駆動回路１０６は、３極管、４極管等のグリッド電極、静電レンズ電極等を有した多極管の電子銃（電子放出源９）を制御するグリッド制御回路を備える形態とすることもできる。図１、図４に示す実施形態においては、放出電子の電流密度を可変するグリッド電極５ａ、集束レンズ電極５ｂを制御する不図示のグリッド制御回路を管駆動回路１０６は備えている。また、本実施形態の管駆動回路１０６は、導電性の収納容器１０７の内部に、かかる絶縁液体１０８とともに、Ｘ線発生管１０２、管駆動回路１０６が収納されている。

本実施形態においては、管駆動回路１０６およびＸ線発生管１０２は、収納容器１０７を介して陽極接地されている。このため、陰極１０４は、収納容器１０７に対して−Ｖａ（Ｖ）の負電位に規定されている。管駆動回路１０６は、収納容器１０７の外部に配置し、耐電圧性を有する不図示の電流導入端子を介してＸ線発生管１０２に外部から給電する変形形態も本発明に含まれる。

収納容器１０７としては、ユーザビリティ、安全の観点から電位を規定する為に導電性を有することが好ましく、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属部材で構成される。

絶縁性液体１０８は、収納容器１０７内部に存在するＸ線発生管１０２、管駆動回路１０６、その他の構成要素の相互あるいは、各構成要素自身の電位差に基づく絶縁性能を担保している。また、絶縁性液体１０８は、Ｘ線発生装置１０１内部の温度差に基づいて、管駆動回路１０６およびＸ線発生管１０２（高温部）と収納容器１０７（低温部）との間の対流熱交換を行う冷却媒体とも言える。

絶縁性液体１０８としては、鉱物油、化学合成油、ＳＦ６等が適用可能である。収納容器１０７としては、真鍮、ステンレス、アルミニウム等が適用可能である。また、管駆動回路１０６としては、コッククロフト・ウォルトン回路が適用可能である。

第１の実施形態に関わるＸ線発生管１０２を備えるため、本実施形態のＸ線発生装置１０１は、絶縁管４の外部沿面の耐圧性能を低下させることなく、ターゲット１の後方散乱電子に由来する絶縁管４の帯電を抑制し電子線軌道の直進性を担保している。従って、本実施形態のＸ線発生装置１０１は、Ｘ線管１０２ならびＸ線発生装置１０１を大型化することなく高い管電圧で駆動することが可能であり、かつ、焦点の位置精度が高く、焦点ボケが抑制されたＸ線放出特性を有するものとなっている。なお、本実施形態に関わるＸ線発生装置１０１は、内周陽極層３と電子放出源９とが管軸方向Ｄｔｃに重なった配置をとっている為、微小放電によるＸ線の出力変動が抑制される効果も発現される。

〔第３の実施形態―Ｘ線発生装置〕
図５は、本発明の第３の実施形態に関わるＸ線撮影システム２００を示す構成図である。システム制御装置２０２は、第２の実施形態に関わるＸ線発生装置１０１とＸ線検出装置２０１とを統合して制御する。

管駆動回路１０６は、システム制御装置２０２による制御の下に、Ｘ線発生管１０２に各種の制御信号を出力する。システム制御装置２０２から出力された制御信号により、Ｘ線発生装置１０１から放出されるＸ線の放出状態が制御される。Ｘ線発生装置１０１から放出されたＸ線１１は、被検体２０４を透過してＸ線検出器２０６で検出される。Ｘ線検出器２０６は、不図示の検出素子を複数備えており、透過Ｘ線像を取得する。取得した透過Ｘ線像を画像信号に変換して信号処理部２０５に出力する。信号処理部２０５は、システム制御装置２０２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置２０２に出力する。システム制御装置２０２は、処理された画像信号に基づいて、表示装置２０３に画像を表示させるために表示信号を表示装置２０３に出力する。表示装置２０３は、表示信号に基づく画像を、被検体２０４の撮影画像をスクリーンに表示する。Ｘ線発生管１と被検体４の間には、不要なＸ線の照射を抑制するために、不図示のスリット、コリメータ等を配置してもよい。

以上、本実施形態によれば、小型でかつ放電耐圧特性に優れた透過型のＸ線発生装置１０１を備えているので、安定して撮影画像を取得することが可能な、信頼性の高いＸ線撮影システム２００となっている。

本実施例は上記実施形態で例示された構成の例であり、図１および、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本実施例のＸ線発生管１０２の断面であり、図１は、Ｘ線発生管１０２の動作特性を評価する評価系７０を示す構成図である。

本実施例のＸ線発生管１０２を以下のようにして作成した。まず、住友電気工業株式会社製の化学的気相体製法（ＣＶＤ法）による多結晶ダイアモンドを透過基板１ｂして用意した。透過基板１ｂは、直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍのディスク状（円柱状）の形状である。透過基板１ｂの残留有機物を、不図示のＵＶ−オゾンアッシャ装置により除去する洗浄を行った。

透過基板１ｂの直径１ｍｍの円形をなす２面のうちの一方に、ＲＦスパッタ法によりＡｒをキャリアガスとして、タングステンからなるターゲット層１ａを７μｍの厚さに堆積した。成膜時の透過基板１ｂは２６０℃となるように加熱した。

次に、直径６０ｍｍΦで厚さ３ｍｍのディスク状のコバールからなる金属円板の中心に、直径１．１ｍｍΦの円柱状の開口を形成し陽極部材２とした。陽極部材２に対して、有機溶媒洗浄、リンス、ＵＶ−オゾンアッシャ処理によって、陽極部材２の表面にある有機物を除去した。

次に、陽極部材２の開口と、ディスク状のターゲット１の外周部との間に、銀ろうを接合材として付与し、ろう付けを行い、ターゲット１が接続された陽極部材２を得た。

次に、直径６０ｍｍΦで厚さ３ｍｍのディスク状のコバールからなる陰極部材８の中心部に、不図示の電流導入端子をスポット溶接により接続しけて陰極部材８とした。なお、陰極部材８に対しても、陽極部材２にした洗浄と同様の洗浄を行った。

次に、電流導入端子と不図示の含浸型電子銃を接続して電子放出源９を備えた陰極１０４を得た。

次に、長さ７０ｍｍ、外径６０ｍｍ、内径５０ｍｍの円管状で、アルミナからなる絶縁管４を用意した。絶縁管４に対しても、陰極部材８、陽極部材２と同様の洗浄を行い、表面に残留する有機物を除去した。次に、円錐形の側面において頂角から等距離の開口を有するメタルマスクを用い、ＲＦスパッタの斜め成膜により、絶縁管４の一端から３０ｍｍの位置までの内周面に、層厚３μｍのタングステンからなる内周陽極層３を形成した。

次に、陰極１０４と絶縁管４の一方の端部との間にＡｇ−Ｓｎ系のろう材を用いてろう付けを行った。さらに、絶縁管４の他方の開口端と陽極部材２とを、陰極１０４と絶縁管４との接合と同様にしてろう付けを行い、気密封止した。以上により、陰極１０４、陽極１０３、絶縁管４とからなる気密容器を作成した。絶縁管４の他方の開口端は、内周陽極層３が形成されている側の端部である。

次に、不図示の排気管と排気装置により、気密容器の内部を１Ｅ−６Ｐａの真空度となるように排気した後、排気管を封止することにより、Ｘ線発生管１０２を作成した。

図１に示すように、作成したＸ線発生管１０２を管駆動回路１０６、絶縁性液体１０８とともに、収納容器１０７に収納した。Ｘ線発生管１０２は、陽極接地となるように管電圧Ｖａを出力する管駆動回路１０６、真鍮製の収納容器１０７に電気的に接続した。本実施例では、陽極接地であるため、陰極１０４は、ＧＮＤ電位に規定された収納容器に対して、−Ｖａ（Ｖ）の電位に規定されている。このようにしてＸ線発生装置１０２を作成した。

次に、Ｘ線発生装置１０２のターゲット１の中心を通る法線上であって、ターゲット１からの距離が１００ｃｍの位置に、Ｘ線強度検出器２６を配置した。また、放電カウンタ７６は、陰極１０４から駆動回路１６への接続配線、収納容器１０７からＧＮＤ設置端子１６との接続配線に、放電カウンタ７６に接続された誘導プローブ７７をカップリングした。このようにしてＸ線発生装置１０１の安定性を評価する評価系７０を作成した。

Ｘ線出力の安定性評価は、管電圧Ｖａを６０ｋＶとして、電子放出源９を１秒間の照射期間と３秒間の休止期間を１００回繰り返す毎に５秒間のＸ線照射を行い、前後の１秒間を除いた３秒間のＸ線出力を観測して行った。なお、Ｘ線発生管１０２の電子放出源９は、陰極部材８と接地電極１６との径路に流れる管電流を不図示の負帰還回路により１％以内の変動値とするよう制御した。

静耐圧試験の評価は、電子放出源９の電子放出を停止した状態で、管電圧Ｖａを徐々に増大しながら、放電カウンタ７６放電耐圧特性試験を行った。

Ｘ線発生装置１０１のＸ線出力の平均変動値は１．５％であり、Ｘ線発生管１０２の放電耐圧の評価値は１１２ｋＶであり、いずれも良好な結果であることが判った。

１ ターゲット
２ 陽極部材
３ 内周陽極層
４ 絶縁管
８ 陰極部材
９ 電子放出源
１１ 対陰極陽極端
１２ 陽極管部材
２１ 対陽極陰極端
１０２ Ｘ線発生管
１０３ 陽極
１０４ 陰極

Claims (13)

1. 電子の照射によりＸ線を発生するターゲットと、前記ターゲットに電気的に接続された陽極部材と、を有した陽極と、
   前記ターゲットに電子線を照射する電子放出源と、前記電子放出源に電気的に接続された陰極部材と、を有した陰極と、
   前記陽極部材と前記陰極部材とに接続された絶縁管と、
   を備えたＸ線発生管であって、
   前記陽極は、前記絶縁管の内周面において前記陽極部材と電気的に接続され前記陰極部材と離間している内周陽極層をさらに有していることを特徴とするＸ線発生管。
2. 前記電子放出源は、前記ターゲットに向かって前記陰極部材から突出しており、管軸方向において前記内周陽極層は前記電子放出源と重なっている部分を有していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生管。
3. 前記電子放出源は、陽極部材に対向するヘッド部と、前記ヘッド部と前記陽極部材とに接続され前記ヘッド部より管径方向において小さいネック部を有し、
   前記内周陽極層の対陰極陽極端は、前記管軸方向において、前記ヘッド部と重なって位置していることを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生管。
4. 前記ヘッド部は、静電レンズ電極であることを特徴とする請求項３に記載のＸ線発生管。
5. 静電レンズ電極は、集束レンズ電極であることを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生管。
6. 前記内周陽極層は、前記絶縁管の周方向において連続であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
7. 前記対陰極陽極端は、前記ヘッド部を囲んでいることを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生管。
8. 前記内周陽極層は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の層厚であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
9. 前記内周陽極層は、１００ｎｍ以上５０μｍ以下の層厚であることを特徴とする請求項８に記載のＸ線発生管。
10. 前記絶縁管は、前記ターゲットと前記電子放出源とが対向するように、前記陽極部材と前記陰極部材とに接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
11. 前記絶縁管は、管軸方向の一方の端部において前記陽極部材に接続され、
    管軸方向の他方の端部において前記陰極部材に接続され、
    前記陽極と前記陰極と前記絶縁管とにより内部空間を規定していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＸ線発生管。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＸ線発生管と、
    前記陽極と前記陰極との間に管電圧を印加する管電圧回路と、
    を備えていることを特徴とするＸ線発生装置。
13. 請求項１２に記載のＸ線発生装置と、
    前記Ｘ線発生装置から発生し検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを統合して制御するシステム制御装置と、
    を有することを特徴とするＸ線撮影システム。

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