JP2016536771A - 電子源、ｘ線源、当該ｘ線源を使用した装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電子源および当該電子源を使用するＸ線源に関する。【解決手段】 本発明の電子源は、少なくとも２つの電子放出領域を有し、各前記電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、前記マイクロ電子放出ユニットがは、ベース電極層と、前記ベース電極層の上方に位置する絶縁層と、前記絶縁層の上方に位置するグリッド電極層と、前記グリッド電極層における開口と、及び前記ベース電極層に固定され前記開口の位置に対応する電子エミッタとを含み、同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニット同士が電気的に接続され、同時に電子を放出するかまたは同時に電子を放出しないこと、異なる前記電子放出領域同士が電気的に分離されていることである。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ビーム流を生成する電子源と当該電子源を使用してＸ線を生成するＸ線源に関し、特に、異なる位置から電子ビーム流を所定の形態で生成する電子源、異なる位置からＸ線を所定の方式で生成するＸ線源、および当該Ｘ線源を使用した装置に関する。

電子源とは、電子ビーム流を生成できる装置または部材であり、慣用呼称として電子銃、陰極、エミッタなどを含む。電子源は、表示装置、Ｘ線源、マイクロ波管などに広く応用される。Ｘ線源とは、Ｘ線を生成する装置であり、そのコアはＸ線管であり、電子源、陽極、真空エンベロープを含む。通常、電源および制御システム、冷却およびシールドなどの補助装置をさらに含む。Ｘ線源は、工業非破壊検査、安全検査、医療診断および治療などの分野に広く応用される。

従来のＸ線源は、直熱式スクリュータングステン線を陰極として使用し、稼働時に電流によって約２０００Ｋの稼働温度まで加熱され、熱放出された電子ビーム流を生成し、電子ビーム流が陽極と陰極の間の数十万ボルトの高圧電界によって加速され、陽極へ向かって飛んで行き、ターゲット面に衝突して、Ｘ線を生成する。

電界放出は、常温で、例えば金属チップ、カーボンナノチューブ等の複数の種類の材料に電子放出を発生させ、電子ビーム流を取得することができる。ナノ技術、特に、カーボンナノ材料が発展された後、ナノ材料の電界放出電子源は、迅速に進んでいる。

Ｘ線源は、それに使用される電子源が大きい放出電流を有することを必要とする。通常、放出電流が１ｍＡより大きい。例えば、現在の医療ＣＴにおける油冷式回転ターゲットＸ線源の電子源放出電流は１３００ｍＡに達する。特許文献１のように、従来のナノ材料電界放出電子源を陰極とするＸ線装置では、より大きい放出電流を実現するために、ナノ材料を使用して一定のマクロサイズを有する陰極放出面を生成し、放出面の上方に平行関係でメッシュ状のグリッド電極を配置して、電界放出を制御する。このような構造は、機械加工精度、グリッドメッシュ変形量、取付け精度の影響により、グリッドメッシュと陰極面との間に大きい距離を有するため、グリッド電極に、通常１０００Ｖ以上の高い電圧を印加して、電界放出を制御する必要がある。

従来、電界放出原理を使用した電子放出ユニットは、例えば図３の（Ａ）、図３の（Ｂ）、図３の（Ｃ）に示すような大体同じ構造を備える。図３の（Ａ）は、特許文献２に開示された技術案であり、ナノ材料３１がベース電極層１０の特定構造１３に付着されている。図３の（Ｂ）は、特許文献３に開示された技術案であり、ナノ材料２０を直接ベース電極層１２、１４の平坦面に成長させた。図３の（Ｃ）は、特許文献４に開示された技術案であり、Ｘ線源装置の電子源に用いられ、マクロサイズ（ｍｍ〜ｃｍ）を有するナノ材料面３３０は、そのグリッド電極層がマクロサイズのグリッドメッシュであり、グリッドメッシュ面がナノ材料面と平行している。

ＣＮ１０２８７０１８９Ｂ ＵＳ５７７３９２１ ＵＳ５９７３４４４ ＣＮ１００４５９０１９

本発明の一態様によれば、新規な構造を備える電界放出電子源を提供することで、構造がシンプルであり、コストが低く、制御電圧が低く、放出電流強度が大きいという目的を達成し、同時に、当該電子源を使用したＸ線源を提供することで、Ｘ線出力強度が大きく、コストが低いという目的を達成し、或いは複数の異なる位置のＸ線ターゲットポイントを備えることで、ターゲットポイント流が強く、間隔が小さいという目的を達成する。

本発明の一態様によれば、制御電圧が低く且つ放出電流が大きい電界放出電子源および当該電子源を使用したＸ線源を提供する。本発明の電子源は、複数の電子放出領域を有し、各放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、本発明におけるマイクロ電子放出ユニットの構造によれば、電界放出の制御電圧が低く、複数のマイクロ電子放出ユニットが協力して動作することで、電子放出領域が大きい放出電源を有することになる。当該電子源を使用したＸ線源は、陽極の設計によりデュアルエネルギーＸ線源となることができ、電子源の設計により、複数の異なる位置のターゲットポイントを備える分散型Ｘ線源を取得することができ、多様な動作モードにより、各ターゲットポイントのＸ線出力強度を増加させ、ターゲットポイントの間隔を減少させ、黒点を避けることができ、電界放出型の分散型Ｘ線源の機能および応用を拡張するとともに、制御電圧を低下させることにより、制御難易度と生産コストを下げ、故障を減少させ、分散型Ｘ線源の耐用年数を増加させることができる。

また、本発明の一態様によれば、透視イメージングと後方散乱イメージング方面における、上記の特徴を備える分散型Ｘ線源の応用を提供し、複数の技術案により、当該Ｘ線源による低コスト、高検査速度、高画像品質のうちの一つ以上のメリットを表現した。

また、本発明の一態様によるリアルタイムなイメージガイド放射線治療システムは、生理的に動いている部位、例えば肺、心臓などの治療に対して、「リアルタイム」なイメージガイド放射線治療は、照射線量を低下させ、正常な器官に対する照射を減らすことができるため、重要な意味を持つ。しかも、本発明の分散型Ｘ線源は、複数のターゲットポイントを有し、その取得されたガイド画像が、一般的な平面画像と異なり、奥行情報を有する「立体」な診断画像であるため、イメージガイド治療において、治療用放射線ビームに対する位置ガイドの精確さをさらに向上させることができる。

本発明の目的を達成するために、以下の技術案を採用する。

本発明の一態様による電子源は、少なくとも１つの電子放出領域を有し、前記マイクロ電子放出ユニットは、ベース電極層と、前記ベース電極層の上方に位置する絶縁層と、前記絶縁層の上方に位置するグリッド電極層と、前記グリッド電極層における開口と、及び前記ベース電極層に固定され前記開口の位置に対応する電子エミッタとを含み、同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニット同士が電気的に接続され、同時に電子を放出するかまたは同時に電子を放出しない。

また、本発明において、前記ベース電極層は、構造支持及び電気的な接続を提供することに用いられる。

また、本発明において、前記グリッド電極層は、導電材料で構成されている。

また、本発明において、前記開口は、前記グリッド電極層と前記絶縁層を貫通し且つ前記ベース電極層に到達する。

また、本発明において、前記絶縁層の厚さは、２００μｍより小さい。

また、本発明において、前記開口のサイズは、前記絶縁層の厚さより小さい。

また、本発明において、前記開口のサイズは、前記電子エミッタから前記グリッド電極層までの距離より小さい。

また、本発明において、前記電子エミッタの高さは、前記絶縁層の厚さの2分の1より小さい。

また、本発明において、前記グリッド電極層は、前記ベース電極層に平行する。

また、本発明において、アレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズは、マイクロメートルレベルであり、好ましくは、アレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズの範囲は、１μｍ〜２００μｍである。

また、本発明において、前記電子放出領域の長さと幅の比率が２より大きい。

また、本発明において、前記ベース電極層は、ベース層および前記ベース層に位置する導電層から構成され、前記電子エミッタは、前記導電層に固定されている。

また、本発明において、前記電子放出領域の放出電流は、０．８ｍＡ以上である。

また、本発明の一態様による電子源は、少なくとも２つの電子放出領域を有し、各前記電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、前記マイクロ電子放出ユニットが構造支持及び電気的な接続を提供するためのベース電極層、前記ベース電極層上に位置する絶縁層、前記絶縁層上に位置し且つ導電材料で構成されたグリッド電極層、前記グリッド電極層と前記絶縁層を貫通し且つ前記ベース電極層に到達する開口、及び前記開口に位置し且つ前記ベース電極層に固定された電子エミッタを備え、同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニット同士が電気的に接続され、同時に電子を放出するかまたは同時に電子を放出せず、異なる前記電子放出領域同士が電気的に分離されている。

また、本発明において、前記絶縁層の厚さは、２００μｍより小さい。

また、本発明において、前記グリッド電極層は、前記ベース電極層に平行する。

また、本発明において、異なる前記電子放出領域同士が電気的に分離されていることは、各前記電子放出領域における前記ベース電極層がそれぞれ分離して独立すること、または、各前記電子放出領域における前記グリッド電極層がそれぞれ分離して独立すること、または各前記電子放出領域における前記ベース電極層と前記グリッド電極層がいずれもそれぞれ分離して独立することである。

また、本発明において、異なる前記電子放出領域は、制御により所定の順番で電子放出を行うことでき、順次、間隔、交互、一部同時およびグループ組み合わせなどの形態を含む。

また、本発明において、同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニットの前記ベース電極層が同じ物理層であってもよく、各前記マイクロ電子放出ユニットの前記グリッド電極層が同じ物理層であってもよく、各前記マイクロ電子放出ユニットの前記絶縁層が同じ物理層であってもよい。

また、本発明において、前記電子放出領域のアレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットのサイズは、マイクロメートルレベルである。

また、本発明において、アレイ配列方向における前記前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズの範囲は、１μｍ〜２００μｍである。

また、本発明において、前記開口のサイズは、前記絶縁層の厚さより小さい。

また、本発明において、前記開口のサイズは、前記電子エミッタから前記グリッド電極層までの距離より小さい。

また、本発明において、前記電子エミッタの高さは、前記絶縁層の厚さの２分の１より小さい。

また、本発明において、前記電子エミッタの線形長さは、前記ベース電極層の表面に直交する。

また、本発明において、前記電子エミッタは、ナノ材料を含んで構成される。

また、本発明において、前記ナノ材料は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、またはそれらの組み合わせである。

また、本発明において、前記ベース電極層は、ベース層および前記ベース層上に位置する導電層から構成され、前記ベース層は、構造支持を提供することに用いられ、前記導電層は、同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニットのベース電極（ナノ材料の固定極）を電気的に接続するために用いられる。

また、本発明において、前記電子放出領域の長さと幅の比率が２より大きい。

また、本発明において、各前記電子放出領域は、サイズが等しく、狭い辺に沿って、平行、整列、均一に配列されている。

また、本発明において、各前記電子放出領域の放出電流が０．８ｍＡより大きい。

また、本発明において、本発明の一態様によるＸ線源は、真空ボックスと、前記真空ボックス内に配置された電子源と、前記電子源に対向して前記真空ボックス内に配置された陽極と、前記電子源の前記電子放出領域における前記ベース電極層と前記グリッド電極層の間に電圧を印加するための電子源制御装置と、前記陽極に接続され、前記陽極に高電圧を供給するための高圧電源を備えるＸ線源であって、前記電子源が少なくとも１つの電子放出領域を有し、前記電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、アレイ配列方向における各前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズがマイクロメートルレベルであり、前記マイクロ電子放出ユニットが、構造支持及び電気的な接続を提供するためのベース電極層と、前記ベース電極層上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置し且つ導電材料で構成されたグリッド電極層と、前記グリッド電極層および前記絶縁層を貫通し且つ前記ベース電極層に到達する開口と、前記開口内に位置し且つ前記ベース電極層に固定された電子エミッタを含み、前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニットが同時に電子を放出するまたは同時に電子を放出しないことを特徴とする。

また、本発明において、前記絶縁層の厚さが２００μｍより小さい。

また、本発明において、前記電子源制御装置から前記電子源に印加された電界放出制御電圧は、５００Ｖより小さい。

また、本発明の一態様による分散型Ｘ線源は、真空ボックスと、前記真空ボックス内に配置された電子源と、前記電子源に対向して前記真空ボックス内に配置された陽極と、前記電子源の前記電子放出領域における前記ベース電極層と前記グリッド電極層の間に電圧を印加するための電子源制御装置と、前記陽極に接続され、前記陽極に高電圧を供給するための高圧電源とを備えるＸ線源であって、前記電子源が少なくとも２つ（Ｎ個と呼ばれる）の電子放出領域を有し、各前記電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、前記マイクロ電子放出ユニットが、ベース電極層と、前記ベース電極層上に位置する絶縁層と、前記絶縁層上に位置するグリッド電極層、前記グリッド電極層に位置する開口と、前記ベース電極層に固定されて前記開口の位置に対応する電子エミッタとを含み、同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニット同士が電気的接続され、同時に電子を放出するまたは同時に電子を放出せず、異なる前記電子放出領域同士が電気的に分離されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記電子源の異なる前記電子放出領域同士は、前記ベース層が電気的に分離され、各前記ベース電極層が独立したリード線を介して電子源制御装置に接続される。

また、本発明において、前記電子源の異なる前記電子放出領域同士は、前記グリッド電極層が電気的に分離されており、各前記グリッド電極層が独立したリード線を介して電子源制御装置に接続される。

また、本発明において、前記陽極の表面が前記電子源の表面に対向し、類似した形状及びサイズを有し、平行または略平行の関係を維持し、少なくとも２つの異なる位置のターゲットポイントを生成する。

また、本発明において、前記陽極は、少なくとも２つの異なるターゲット材を含み、異なるターゲットポイントから総合エネルギーが異なるＸ線を生成する。

また、本発明において、Ｎ個の前記電子放出領域は、長尺形状を有し、且つ狭い辺の方向に沿って、同じ平面内に線形に配列されている。

また、本発明において、Ｎ個の前記電子放出領域は、それぞれ独立して電子放出を行い、前記陽極における前記電子放出領域に対応するＮ個の位置からそれぞれＸ線を生成し、Ｎ個のターゲットポイントを形成する。

また、本発明において、Ｎ個の前記電子放出領域は、隣接するｎ個により重ならない組み合わせを形成し、グループで電子放出を行い、前記陽極における対応するＮ／ｎ個の位置からそれぞれＸ線を生成し、Ｎ／ｎ個のターゲットポイントを形成する。

また、本発明において、Ｎ個の前記電子放出領域は、隣接するｎ個により、その中のａ個が重なる組み合わせを形成し、グループで電子放出を行い、前記陽極における対応するＮ／ｎ個の位置からそれぞれＸ線を生成し、Ｎ／ｎ個のターゲットポイントを形成する。

また、本発明において、前記電子放出領域の表面は、幅方向において円弧状であり、前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニットにより放出された電子は、それぞれ１つの点へ集束する。

また、本発明において、前記分散型Ｘ線源は、集束装置をさらに備え、前記集束装置は、前記電子放出領域に対応し、数量が同じであり、前記電子源と前記陽極の間に配置される。

また、本発明において、前記分散型Ｘ線源は、前記真空ボックスの内部または前記真空ボックスの外部に配置されたコリメーティング装置をさらに含み、前記コリメーティング装置は、Ｘ線の出力経路に配置され、錐状、平面扇形、ペン形または多点平行などの形態のＸ線を出力することに用いられる。

また、本発明において、前記分散型Ｘ線源のターゲットポイントの配列形状は、円形または円弧状である。

また、本発明において、前記分散型Ｘ線源のターゲットポイントの配列形状は、首尾隣接する四角形、折れ線または線分である。

また、本発明において、前記陽極ターゲットは、透過型ターゲットであって、出力されたＸ線は、前記電子源からの電子ビーム流と同じ方向である。

また、本発明において、前記陽極ターゲットは、反射ターゲットであって、出力されたＸ線は、前記電子源からの電子ビーム流と９０度の角度をなす。

また、本発明において、本発明の一態様による本発明のＸ線源を使用した透視イメージングシステムは、検査領域をカバーするＸ線を生成するための少なくとも１つの本発明のＸ線源と、前記検査領域の前記Ｘ線源と異なる他側に位置し、Ｘ線を受信するための少なくとも１つの検知器と、前記Ｘ線源と前記検知器の間に位置し、検査対象を搬送して前記検査領域を通過させることに用いられる搬送装置とを備える。

また、本発明の一態様による本発明の分散型Ｘ線源を使用した後方散乱イメージングシステムは、複数のペン形のX線ビームを生成して、検査領域をカバーするための少なくとも１つの本発明の分散型Ｘ線源と、前記検査領域の前記Ｘ線源と同じ側に位置し、検査対象から反射されたＸ線を受信するための少なくとも１つの検知器とを備える。

また、本発明の後方散乱イメージングシステムにおいて、少なくとも２つのグループの前記Ｘ線源と前記検知器の組み合わせを備え、前記少なくとも２つのグループの組み合わせが前記検査対象の異なる側に配置されている。

また、本発明の後方散乱イメージングシステムにおいて、前記検査対象を搬送して前記検査領域を通過させるための搬送装置をさらに備える。

また、本発明の後方散乱イメージングシステムにおいて、前記Ｘ線源と前記検知器を移動して検査対象が存在している領域を通過させることに用いられる移動装置をさらに備える。

また、本発明の一態様によるＸ線検査システムは、少なくとも２つの本発明の分散型Ｘ線源、前記Ｘ線源に対応する少なくとも２つのグループの検知器、及び画像総合処理システムを備える。その中、少なくとも１つのグループの前記分散型Ｘ線源と前記検知器は、検査対象に対して透過イメージングを行い、少なくとも１つのグループの前記分散型Ｘ線源と前記検知器は、検査対象に対して後方散乱イメージングを行い、画像総合処理システムは、透視画像と後方散乱画像に対して総合処理を行い、検査対象のより多くの特徴情報を取得する。

また、本発明の一態様によるリアルタイムなイメージガイド放射線治療装置は、患者に対して放射線治療を行う放射線ビームを生成するための放射治療用放射線源と、放射治療用放射線ビームの形状を調整して、病巣とマッチングさせるためのマルチリーフコリメータと、患者を移動させて位置決めを行い、放射治療用放射線ビームの位置を病巣の位置に合わせるための移動ベッドと、本発明の分散型Ｘ線源であって、患者に対して診断イメージングを行う放射線ビームを生成するための少なくとも１つの診断用放射線源と、診断イメージングを行うための放射線ビームを受信するためのフラットパネル検知器と、前記フラットパネル検知器により受信された放射線ビームに基づいて、診断画像を形成し、前記診断画像における病巣の位置に対して位置決めを行い、放射治療用放射線ビームの中心を病巣の中心に合わせるようにガイドし、前記マルチリーフコリメータの放射治療用放射線ビームの形状を病巣の形状とマッチングさせるようにガイドする制御システムとを備える。その中、Ｘ線源は、形状が円環状または四角枠状であり、且つ側面からＸ線を出力する分散型Ｘ線源であって、前記分散型Ｘ線源の軸線または中心線と前記放射治療用放射線源のビーム流の軸線が同じ直線にあり、即ち前記診断用放射線源と前記放射治療用放射線源の位置が患者に対して同じ方向である。

本発明によれば、制御電圧が低く且つ放出電流強度が大きい電子源及び当該電子源を使用したＸ線源、当該Ｘ線源を使用したイメージングシステム、Ｘ線検査システムおよびリアルタイムなイメージガイド放射線治療装置などを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電子源の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係るマイクロ電子放出ユニットの構成を示す模式図である。 図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の電界放出ユニットのいくつかの構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施形態に係る電子源の先端面断面図を模式的に示す図である。 図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態におけるいくつかの異なる形態で領域が隔離された電子源を示す模式図である。 図６は、本発明の実施形態に係るマイクロ電子放出ユニットの具体的な構成を示す模式図である。 図７の（Ａ）〜（Ｃ）は、ナノ材料が異なる形態で固定されたマイクロ電子放出ユニットを示す模式図である。 図８は、本発明の実施形態に係る電子源を使用したＸ線源の構成を示す模式図である。 図９は、本発明の実施形態に係る、陽極に複数の種類のターゲット材を有する分散型Ｘ線源を示す模式図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源の３つの動作モードを示す模式図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る電子源が特定の構成である分散型Ｘ線源を示す模式図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る集束装置を備える分散型Ｘ線源を示す模式図である。 図１３の（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源のいくつかのコリメーティング効果を示す模式図である。 図１４は、本発明の実施形態に係る円環型の分散型Ｘ線源を示す模式図である。 図１５は、本発明の実施形態に係る四角枠状の分散型Ｘ線源を示す模式図である。 図１６の（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源のいくつかの断面構成を示す模式図である。 図１７は、本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源を使用した透視イメージングシステムを示す模式図である。 図１８は、本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源を使用した後方散乱イメージングシステムを示す模式図である。

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は本発明の電子源の1つの構成を示す図である。図１に示すように、本発明の電子源１は、電子放出領域１１、電子放出領域１２などの複数の電子放出領域を含み、また、図示していないが、電子源１は、１つだけの電子放出領域を含むこともできる。図１に示すように、各電子放出領域は、複数のマイクロ電子放出ユニット１００を含む。また、同じ電子放出領域におけるマイクロ電子放出ユニット１００同士は、物理的に接続され（電気的に接続され）、異なる電子放出領域同士は物理的な間隔を有する（即ち、異なる電子放出領域同士は電気的に分離されている）。また、図１において、複数の電子放出領域１１、１２、．．．．．．は、電子放出領域の幅方向（図１における左右方向）に沿って１行に配列されているが、本発明はこれに限らず、電子放出領域が他の配列形態であってもよく、例えば複数の行に配列され、または複数の行に配列され且つ各行の電子放出領域が互いに千鳥状に配置されることなどであってもよい。また、電子放出流域のサイズ、形状、電子放出領域間の距離は、需要に応じて設定されることができる。

同じ電子放出領域におけるすべてのマイクロ電子放出ユニット１００は、同時に電子を放出するか或いは同時に電子を放出しない。異なる電子放出領域は、所定の順番で電子放出を行うように制御可能であり、例えば、順次放出、間隔放出、交互放出、一部同時放出、或いはグループリング組み合わせ放出などの多様な放出形態で電子放出を行うことができる。

図２は本発明の一つの実施形態に係るマイクロ電子放出ユニット１００の構成を示す模式図である。図２に示すように、マイクロ電子放出ユニット１００は、ベース電極層１０１、ベース電極層１０１の上方に位置する絶縁層１０２、絶縁層１０２の上方に位置するグリッド電極層１０３、グリッド電極層１０３と絶縁層１０２を貫通し且つベース電極層１０１に到達する開口１０５、及び開口１０５内に位置し且つベース電極層１０１に固定された電子エミッタ１０４を含む。その中、ベース電極層１０１は、マイクロ電子放出ユニット１００の構造基礎であり、構造支持を提供するとともに、電気的な連通（電気的な接続）を提供する。絶縁層１０２は、ベース電極層１０１の上方に位置し、絶縁材料から構成され、グリッド電極層１０３とベース電極層１０１を絶縁させる。同時に、絶縁層１０２の支持作用により、同じ電子放出領域において、グリッド電極層とベース電極層との間の各個所の距離が全体的に等しくなり（即ち両者が位置している面が平行する）、それによってグリッド電極層１０３とベース電極層１０１との間の電界を均一に分布させる。グリッド電極層１０３は、絶縁層１０２に位置し、金属導電材料から構成されている。開口１０５は、グリッド電極層１０３と絶縁層１０２とを貫通する。電子エミッタ１０４は、開口１０５内に位置し、ベース電極層１０１に接続されている。また、開口１０５は、円形、四角形、多角形、楕円形などのいずれかの加工可能な形状であってもよく、好ましくは、円形である。グリッド電極層１０３における開口１０５のサイズ（寸法）と絶縁層１０２における開口１０５のサイズは同じであってもよく、異なってもよい。例えば、図２に示すように、絶縁層１０２における開口がグリッド電極層１０３における開口より少々大きい。また、電子エミッタ１０４は、開口１０５内に位置し、ベース電極層１０１に接続されており、好ましくは、電子エミッタ１０４が、開口の中心に位置し、電子エミッタ１０４の線形長手方向がベース電極層１０１の表面に直交することである。グリッド電極層１０３とベース電極層１０１との間に外部電源Ｖで電圧差（電界放出電圧）を印加する場合、グリッド電極層１０３とベース電極層１０１との間に電界が生成され、電界強度が一定の程度に達した場合、例えば２Ｖ／μｍを超える場合、電子エミッタ１０４は、電界放出を発生し、放出された電子ビーム流Ｅは、絶縁層１０２とグリッド電極層１０３とを透過して、開口１０５から放出される。

また、電子エミッタ１０４は、「ナノ材料」を含む構造であり、「ナノ材料」とは、３次元空間における少なくとも１次元がナノスケール範囲（１〜１００ｎｍ）にあるか、或いはこれらを基本単位として構成された材料である。ナノ材料は、金属と非金属のナノ粉末、ナノ繊維、ナノフィルム、およびナノ体ブロックなどを含み、伝統的なのは、カーボンナノチューブ、酸化亜鉛ナノワイヤなどである。本発明において、ナノ材料は、好ましくは、単層カーボンナノチューブやダブルウオールナノチューブであり、その直径は１０ナノ未満である。

本発明の発明者は、特許文献２〜４を検討および分析して、図３の（Ａ）と（Ｂ）を代表とする電子放出ユニットは、通常、面アレイに配列され、縦と横（経と緯とも呼ばれてもよい）に配置されたベルと状のベース電極層とグリッド電極層（または複雑な多階層グリッド電極層）によって、各放出ユニットを単独で制御するため、各放出ユニットの放出電流が小さく、且つ応用中に各構成部分の構成割合を考慮しなかったため、放出電流の品質が悪いということが分かった。図３（Ｂ）に示す構造は、グリッド電極における開口のサイズが、ナノ材料からグリッド電極までの距離より遥かに大きいため、エッジ部分のナノ材料が感じた電界が大きくなり、エッジ部分のナノ材料が先に電流放出を行うことになるが、放出された電流は、エッジへ向かって大きな角度で発散され、順方向特性が悪く、且つ容易にグリッド電極に遮断されて吸収されてしまう。中間に位置するナノ材料は、順方向特性に優れた放出電流を生成できるが、感じる電界が小さいので、放出電流が小さいか或いは基本的に放出しない。図３（Ｃ）を代表とする、Ｘ線源に用いられることが明確された電子放出ユニットは、そのグリッドメッシュ面とナノ材料面との間が大スパン且つ小ピッチの平行平面構造であり、機械加工精度、取付け精度の制限により、間隔を２００μｍ以下にすることが困難である。それは、そうではない場合、２つの面が平行せず、電界が均一ではなくなり、或いはグリッドメッシュ自体の変形または電界力の影響を受けて発生された変形により電界の均一性に重大な影響を与え、さらにはグリッドメッシュとナノ材料との間に短絡が発生する可能性があるからである。このような電子放出ユニットは、グリッドメッシュ面とナノ材料面との間の距離が大きいため、電界放出制御電圧が高く、それによって制御難易度と生産コストが増加してしまう。図３の（Ａ）、図３の（Ｂ）、図３の（Ｃ）に示す従来技術による構造に対し、本発明においては、マイクロ電子放出ユニット１００の各構成部分の特定構造、割合および電子放出領域によって、より良い電子放出特性およびより大きい電放出電流Ｅを取得するとともに、電界放出のために必要な制御電圧Ｖを低下させる。

図４は本発明の実施形態に係る電子源１の先端面断面図を模式的に示す図である。図４に示すように、同じ電子放出領域における各マイクロ電子放出ユニット１００同士は、物理的に接続され（電気的に接続され）ている。例えば、具体的な形態としては、各マイクロ電子放出ユニット１００のベース電極層１０１が同じ物理層であること、各マイクロ電子放出ユニット１００のグリッド電極層１０３が同じ物理層であること、各マイクロ電子放出ユニット１００の絶縁層１０２が同じ物理層であることで表現できる。「同じ物理層」とは、空間上同じ層に位置し、電気特性から見て連通され、構造から見て接続されている一体を表す。各マイクロ電子放出ユニット１００の絶縁層１０２は、同じ空間層にある複数の絶縁柱、絶縁ブロック、絶縁バーなどで構成されてもよく、グリッド電極層１０３とベース電極層１０１との間を絶縁させ且つ各箇所の距離が等しい（即ち、グリッド電極層１０３とベース電極層１０１とが平行する）ことを実現すればよい。また、異なる電子放出領域同士は物理的に隔離された。例えば、具体的な形態として、各電子放出領域のグリッド電極層１０３がそれぞれ分離して独立すること、または各電子放出領域のベース電極層１０１がそれぞれ分離して独立すること、または電子放出領域のグリッド電極層１０３およびベース電極層１０１がそれぞれ分離して独立することで表現できる。それによって、同じ電子放出領域におけるすべてのマイクロ電子放出ユニットが同時に電子を放出するか、或いは同時に電子を放出しないことを実現し、異なる電子放出領域が所定の独立制御順番または組合せ制御順番で電子放出を行うように制御されることを実現できる。複数のマイクロ電子放出ユニット１００の同時動作により、１つの電子放出領域の放出電流が０．８ｍＡより大きくなる。

図５の（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施形態におけるいくつかの異なる形態で領域が隔離された電子源を示す模式図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、異なる電子放出領域の間の物理的な隔離は、複数の種類の具体的な実施形態を有することができる。例えば、図５の（Ａ）は、電子放出領域１１と電子放出領域１２とが共同のベース電極層および絶縁層を有するが、グリッド電極層は分離され、間隔ｄを有することを示す。図５の（Ｂ）は、電子放出領域１１と電子放出領域１２とが共同のグリッド電極層および絶縁層を有するが、ベース電極層は分離され、間隔ｄを有することを示す。図５の（Ｃ）は、放出領域１１と放出領域１２とのグリッド電極層、絶縁層、およびベース電極層がいずれも分離され、間隔ｄを有することを示す。

また、各電子放出領域の形状は、四角形、円形、長尺状、長楕円形、多角形、及びその他の組み合わせ形状などであってもよく、その中で、四角形は正方形または長方形であり、長尺状とは、長さと幅との比が１より大きい（例えば１０）の形状である。１つの電子源の各電子放出領域の形状は、同じであってもよく、異なってもよい。各電子放出領域のサイズが等しくてもよく、等しくなくてもよい。電子放出領域は、例えば０．２ｍｍ〜４０ｍｍのミリメートルレベルのマクロサイズを有する。各電子放出領域間の間隔ｄはマイクロメートルレベルであってもよく、マクロ的なミリメートル〜センチメートルレベルであってもよく、異なる電子放出領域間の間隔ｄは同じであってもよく、異なってもよい。典型的な構造は、各電子放出領域が長尺状であり、サイズが１ｍｍ×２０ｍｍであり、大きさが等しく、狭い辺（１ｍｍ）に沿って、平行、整列、均一に配列され、各隣接する電子放出領域の間隔ｄが１ｍｍである構造である。

図６は本発明の実施形態に係るマイクロ電子放出ユニットの具体的な構成を示す模式図である。図６に示すように、マイクロ電子放出ユニット１００の構成において、ベース電極層１０１は、構造支持を提供するとともに、電気的な接続を提供するものであり、１つの金属層であってもよく、ベース層１０６と導電層１０７から構成されてもよい。ベース層１０６は、構造支持を提供するのに用いられ、例えば、導電層が付着するように滑らかな表面を提供するのに用いられ、電子放出領域の構造ベースであり、即ち、導電層１０７、絶縁層１０２、グリッド電極層１０３、電子エミッタ１０４などは、いずれも、ベース層１０６をベースとして付着、粘結、成長または固定される。ベース層１０６は、例えばステンレス鋼などの金属材料であってもよく、例えばセラミックなどの非金属材料であってもよい。導電層１０７は、同じ電子放出領域における各マイクロ電子放出ユニット１００にベース電極の電気的な接続を提供するために用いられる。導電層１０７は、導電性能が良い材料で構成され、金属であってもよく、例えば金、銀、銅、モリブデン、炭素ナノ膜などの非金属であってもよい。

また、電子放出領域のアレイ配列方向におけるマイクロ電子放出ユニット１００のサイズＳはマイクロメートルレベルである。即ち、各マイクロ電子放出ユニット１００がアレイ配列方向で占めた空間サイズの範囲は１μｍ〜２００μｍであり、典型的には例えば５０μｍである。アレイ配列平面に直交する方向が奥行として定義され、厚さとも呼ばれる。ベース層１０６の厚さは、マクロ的なミリメートルレベル、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍであり、典型的には例えば４ｍｍである。図６におけるベース層１０６は、厚さ方向における一部だけを体現する。導電層１０７の厚さは、ミリメートルレベルであってもよく、マイクロメートルレベルであってもよい。使用される材料と一定の関係を有する。加工を容易にさせ、コストを低減させるために、マイクロメートル、例えば２０μｍ厚さの炭素ナノ膜が好ましい。絶縁層１０２の厚さは、マイクロメートルレベル、例えば５μｍ〜４００μｍであり、典型的には１００μｍである。グリッド電極層１０３の厚さは、マイクロメートルレベルであり、好ましくは、絶縁層１０２の厚さに近いが僅かに小さい厚さ、例えば５μｍ〜４００μｍであり、典型的には３０μｍである。開口１０５のサイズＤは、マイクロメートルレベルであり、絶縁層１０２の厚さより小さく、例えば５μｍ〜４００μｍでり、典型的には例えば３０μｍである。電子エミッタ１０４の高さｈは、マイクロメートルレベルであり、絶縁層１０２の厚さの１／２より小さく、例えば１μｍ〜１００μｍであり、典型的には２０μｍである。電子エミッタ１０４とグリッド電極層１０３との距離Ｈ、即ち電子エミッタ１０４の上部からグリッド電極層１０３の下部のエッジまでの距離は、マイクロメートルレベルであり、絶縁層１０２の厚さより小さく、さらには２００μｍより小さく、典型的には例えば８０μｍである。

マイクロ電子放出ユニット１００のサイズＳがマイクロメートルレベルであり、開口１０５のサイズＤがマイクロメートルレベルであるため、開口１０５の内部に大量の直径が１０ナノ未満の単層または二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、またはそれらの組み合わせを配置することができ、一定の電流放出能力を保つことができる。開口１０５のサイズは、絶縁層１０２の厚さより小さい。即ち、開口１０５の形状は、「深井戸」の形状である。電子エミッタ１０４のトップが感じる電界の分布は、比較的に均一であり、電子エミッタ１０４により放出された電流の順方向特性がよい。グリッド電極層１０３の厚さは、絶縁層１０２の厚さに近いが、それより小さい。これにより、電子エミッタ１０４のトップの電界が比較的に均一になる一方、電子エミッタ１０４から放出された電子ビーム流れＥに対して明らかな遮断を形成しない。前記各部分の構造サイズ関係により、マイクロ電子放出ユニット１００から放出される電子ビーム流れＥの品質を向上させ、放出電流強度を高め、順方向特性を強化させる。また、制御電圧を調整することにより、各マイクロ電子放出ユニット１００の放出能力が１００ｎＡより大きくなり、例えば１００ｎＡ〜２５ｎＡになる。

同時に、電子エミッタ１０４とグリッド電極層１０３との距離Ｈ<２００μｍであるため、グリッド電極の制御電圧が５００Ｖより小さく（これは、グリッド電極層と電子エミッタとの間の電圧/グリッド電極層と電子エミッタとの間の距離が２Ｖ／μｍを超えると、電子エミッタが電界放出を発生するからである。実は、電子エミッタのナノ材料の先端は、強い電界強度向上効果を有し、即ちナノ材料の先端が感じる電界がＶ／Ｈより遥かに大きくなることがある。Ｖはグリッド電極の制御電圧であり、Ｈはグリッド電極層と電子エミッタとの間の距離である）なり、典型的にはＨ＝８０μｍ、制御電圧Ｖ＝３００Ｖになる。これにより、本発明の電子源への制御が容易になり、制御コストが低くなる。

また、マイクロ電子放出ユニット１００のサイズＳはマイクロメートルレベルに体現され、上記の好ましいと推薦した典型的なサイズパラメータによれば、マイクロ電子放出ユニット１００のサイズＳは５０μｍであり、１つの１ｍｍ×２０ｍｍサイズの電子放出領域に８０００個のマイクロ電子放出ユニット１００があり、各マイクロ電子放出ユニット１００の放出能力は１００ｎＡ〜２５μｍＡであり、電子放出領域の電流放出能力は０．８ｍＡより大きく、例えば０．８ｍＡ〜２００ｍＡである。

また、電子エミッタ１０４は、成長、印刷、粘結、焼結などの手段により直接的に導電層に固定されるか、或いは、例えば図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように導電層に特別に設計されたいくつかの突起構造に固定されることができる。図７（Ａ）は、ナノ材料が円錐形のボスに固定された構造を示す模式図である。ボスは、四角形、柱形などの従来技術でよく使われる構造であってもよい。図７（Ｂ）は、導電層にマイクロ金属ロッド（または金属先端）が配置され、金属ロッドにナノ材料が固定され、ナノ材料ツリー状を形成する構造である。図７（Ｃ）は、導電層自体がナノ材料で製造された膜であり、その後の処理により開口位置にあるナノ膜の一部のナノ材料を直立させた構造である。

図８は本発明の実施形態に係る電子源を使用したＸ線源の構成を示す模式図である。図８に示すＸ線源は、電子源１と、電子源１に対向して配置された陽極２と、電子源１および陽極２を囲む真空ボックス３と、電子源１に接続された電子源制御装置４と、陽極２に接続された高圧電源５と、真空ボックス３の壁を貫通し且つ電子源１と電子源制御装置４を接続する第一の接続装置４１と、真空ボックス３の壁を貫通し且つ陽極２と高圧電源５を接続する第二の接続装置５１とを含む。

上述したように、電子源１は、少なくとも１つの電子放出領域を含み、電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニット１００を含み、各マイクロ電子放出ユニット１００がアレイ配列方向で占めた空間サイズの範囲はマイクロメートルレベルであり、マクロ電子放出ユニット１００は、ベース電極層１０１と、ベース電極層１０１上に位置する絶縁層１０２と、絶縁層１０３上に位置するグリッド電極層１０３と、グリッド電極層１０３および絶縁層１０２を貫通し且つベース電極層１０１に到達する開口１０５と、開口１０５内に位置し且つベース電極層１０１に固定された電子エミッタ１０４とを含み、複数のマイクロ電子放出ユニット１００は、同時に電子を放出するか或いは同時に電子を放出しない。

また、電子放出領域の動作状態は電子源１に接続された電子源制御装置４によって制御される。電子源制御装置４は、２つの異なる電圧を第一の接続装置４１によって電子源１の電子放出領域のベース電極層１０１およびグリッド電極層１０３に印加して、ベース電極層１０１とグリッド電極層１０３との間に電圧差Ｖの電界放出電界を生成し、電界強度はＶ／Ｈ（Ｈは電子エミッタ１０４とグリッド電極層１０３との間の距離である）である。グリッド電極層１０３の電圧がベース電極層１０１の電圧より高いと定義された場合、Ｖが正であり、逆の場合には、Ｖが負である。電界の電圧Ｖが正であり、電子エミッタ１０４のナノ材料がカーボンナノチューブであり、且つ強度Ｖ／Ｈが２Ｖ／μｍより大きい場合（ナノ材料先端の電界強度向上効果により、ナノ材料が感じる実際の電界がＶ／Ｈの値より遥かに大きい可能性がある）、電子放出領域で電子放出が発生する。電界の電圧がゼロまたは負である場合、電子放出領域で電子放出が発生しない。電圧Ｖが高いほど、且つ強度Ｖ／Ｈが大きいほど、電子放出による電流強度が大きいため、電子源制御装置４の出力電圧Ｖを調整することで、電子源１から放出される電流の強度を調整することができる。例えば、電子源制御装置４は、電圧幅の調整可能範囲が０Ｖ〜５００Ｖである電圧を出力することができ、出力電圧が０Ｖである場合、電子源は、電子を放出しない。出力電圧が一定の幅、例えば２００Ｖに達した場合、電子源１は、電子放出を開始し、出力電圧がさらに増加し、例えば３００Ｖに達した場合、電子源１から放出された電子の電流の強度が目標値に達する。電子源１から放出された電流の強度が目標値より低い場合或いは高い場合、電子源制御装置４の出力を高くまたは低く調整することにより、電子源１から放出された電流の強度が目標値に回帰することができる。現代の制御システムは、このような自動的フィードバック調整を容易に実現できる。通常、使用の便宜上、電子源１の電子放出領域のベース電極層１０１を接地電位に接続し、グリッド電極層１０３に正電圧を印加するか、或いは、グリッド電極層１０３を接地電位に接続し、ベース電極層１０１に負電圧を印加する。

また、陽極２は、自分と電子源１との間に高圧電界を生成するとともに、電子源１から放出され且つ高圧電界によって加速された電子ビーム流Ｅを受信し、Ｘ線を生成することに用いられる。陽極２は、通常、ターゲットとも呼ばれ、その材料は、通常、高Ｚの金属材料であり、ターゲット材とも呼ばれる。広く使われる材料は、タングステン、モリブデン、パラジウム、金、銅などであり、金属であってもよく、合金であってもよい。コストを低減させるために、通常一般的な金属をベースとし、その上に電気めっき法、スパッタリング法、高温圧着、溶接、接着等の手段により１つ或いは複数の種類の高Ｚのターゲット材を固定する。

陽極２は、第二の接続装置５１を介して陽極高圧電源５に接続される。高圧電源５は、数十ｋＶ〜数百ｋＶの高圧（例えば、４０ｋＶ〜５００ｋＶ）を生成して陽極２と電子源１との間に印加する。陽極２は、電子源１に対して正の電圧である。例えば、典型的な形態は、電子源１の本体が接地電位に接続され、陽極２が高圧電源５によって正１６０ｋＶの高圧を印加されることである。陽極２と電子源１との間に高圧電圧が形成され、電子源１から放出された電子ビーム流Ｅが高圧電界により加速され、電界方向（逆電力線）に沿って移動し、最終的には、陽極２のターゲット材に衝突してＸ線を生成する。

また、真空ボックス３は、周囲が封止された中空のケースであり、電子源１および陽極２を囲む。真空ボックス３のケースは、主に絶縁材料であり、例えばガラスまたはセラミックスなどである。真空ボックス３のケースは、金属材料、例えばステンレス鋼であってもよい。真空ボックス３のケースが金属材料である場合、真空ボックス３のケースが内部の電子源１および陽極２と十分な距離を維持することで、電子源１または陽極２と放電点火を発生しない一方、電子源１と陽極２との間の電界分布にも影響を与えない。真空ケース３の壁に第一の接続装置４１が取付けられており、第一の接続装置４１は、電気的に接続されるリード線を真空ボックス３の壁に貫通させながら真空ボックス３のシール性能を維持させる装置であり、通常、セラミックス材料で製造された高圧リード線端子である。真空ケース３の壁に第二の接続装置５１が取付けられており、当該第二の接続装置５１は、電気的に接続されるリード線を真空ボックス３の壁に貫通させながら真空ボックス３のシール性能を維持させる装置であり、通常、セラミックス材料で製造された高圧リード線端子である。真空ボックス３の内部は高真空であり、真空ボックス３内の高真空は高温排気ガス炉で排気ガスを焼成することで得られる。真空度は、通常１０^-３Ｐａ以上であり、好ましくは、１０^-５Ｐａ以上であり、真空ボックス３自体がイオンポンプなどの真空維持装置をさらに備えてもいい。

また、電子源１は、少なくとも２個、例えばＮ個の電子放出領域を含み、各電子放出領域は複数のマイクロ電子放出ユニット１００を含み、上述したように、マイクロ電子放出ユニット１００は、ベース電極層１０１、ベース電極層１０１上に位置する絶縁層１０２、絶縁層１０２上に位置するグリッド電極層１０３、グリッド電極層１０３と絶縁層１０２を貫通し且つベース電極層１０１に到達する開口１０５、および開口１０５内に位置し且つベース電極層１０１に固定された電子エミッタ１０４を含み、同じ電子放出領域のマイクロ電子放出ユニット１００同士が物理的に接続され、異なる電子放出領域同士が物理的に分離される。

上述したように、同じ電子放出領域のマイクロ電子放出ユニット１００同士が物理的に接続されるということは、ベース電極層１０１が同じ層であること、グリッド電極層１０３が同じ層であること、絶縁層１０２が同じ層であることを示す。異なる電子放出領域同士が物理的に分離されるということは、次の通りであってよい。（Ａ）異なる電子放出領域のベース電極層１０１、絶縁層１０２が同じ層であり、グリッド電極層１０３が同じ面に位置するが、分離されている。例えば、隣接する電子放出領域のグリッド電極層１０３の間に間隔ｄを有する。この場合、電子源１のベース電極層１０１は、１本の共通リード線を有し、第一の接続装置４１を介して電子源制御装置４に接続される。各電子放出領域のグリッド電極層１０３は、それぞれ１つの独立したリード線を有し、第一の接続装置４１を介して電子源制御装置４に接続される。Ｎ個の電子放出領域に対して、第一の接続装置４１は、少なくともＮ＋１本の独立したリード線を有する。さらに、電子源１のベース電極層１０１が共通リード線を介して電子源制御装置４の接地電位に接続され、電子源制御装置４の複数の出力（いずれも正電圧を出力する）が第一の接続装置４１を介してそれぞれ各電子放出領域のグリッド電極層３に接続されることによって、各電子放出領域に対する独立制御を実現する。（Ｂ）異なる電子放出領域のグリッド電極層１０３、絶縁層１０２が同じ層であり、ベース電極層１０１が同じ面に位置するが、分離されている。例えば、隣接する電子放出領域のベース電極層１０１の間に間隔ｄを有する。ベース電極層１０１が非導電のベース層１０６と導電層７から構成される場合、ベース電極層１０１の分離は、導電層１０７の分離のみであってもよい。この場合、電子源１のグリッド電極層１０３は、１本の共通リード線を有し、第一の接続装置４１を介して電子源制御装置４に接続される。各電子放出領域のベース電極層１０１は、それぞれ１つの独立したリード線を有し、第一の接続装置４１を介して電子源制御装置４に接続される。Ｎ個の電子放出領域に対して、第一の接続装置４１は、少なくともＮ＋１本の独立したリード線を有する。さらに、電子源１のグリッド電極層１０３が共通リード線を介して電子源制御装置４の接地電位に接続され、電子源制御装置４の複数の出力（いずれも負電圧を出力する）が第一の接続装置４１を介してそれぞれ各電子放出領域のベース電極層１０１に接続されることによって、各電子放出領域に対する独立制御を実現する。（Ｃ）異なる電子放出領域が同じ面に位置するが、そのグリッド電極層１０３、絶縁層１０２、ベース電極層１０１がいずれも分離されている。例えば、隣接する電子放出領域の間に間隔ｄを有する。この場合、各電子放出領域は、ベース電極層１０１とグリッド電極層１０３からそれぞれ１本のリード線を引き出し、第一の接続装置４１を介して電子源制御装置４に接続される。Ｎ個の電子放出領域に対して、第一の接続装置４１は、少なくとも２Ｎ本の独立したリード線を有する。電子源制御装置４の複数の出力（２本のリード線が１つのグループであり、両者の間に電圧差がある）が第一の接続装置４１を介してそれぞれ各電子放出領域のベース電極層１０１とグリッド電極層１０３に接続されることによって、各電子放出領域に対する独立制御を実現する。

図８に示すように、電子源１のＮ個の異なる位置の電子放出領域１１、１２、１３．．．．．．が線形に配列され、電子源１の異なる位置から電子ビーム流を放出することができる。陽極２は、電子源１に対応して配置され、即ち、図８に示すように、陽極２は、電子源１の上方に位置し、電子源１と同じまたは類似した形状およびサイズを有し、陽極２におけるターゲット材が存在する表面と電子源１のグリッド電極層１０３の表面とが対向し、平行または略平行の関係を維持する。電子放出領域１１、１２、１３．．．．．．で発生された電子ビーム流Ｅは、それぞれ陽極２上の異なる位置にＮ個のＸ線ターゲットポイント２１、２２、２３．．．．．．を生成する。本発明において、このような陽極の異なる位置に複数のＸ線ターゲットポイントを生成するＸ線源を、分散型Ｘ線源と呼ぶ。

図９は本発明の実施形態に係る、陽極に複数の種類のターゲット材を有する分散型Ｘ線源を示す模式図である。図９に示すように、分散型Ｘ線源の陽極２は、少なくとも２種類の異なるターゲット材を含み、異なるターゲットポイント位置で総合エネルギーが異なるＸ線を生成することができる。Ｘ線は、連続エネルギースペクトルであり、ここで「総合エネルギー」の概念を採用して、様々なエネルギーのＸ線割合の変化による総合効果を説明する。電子源１は、少なくとも２つの電子放出領域を含み、各電子放出領域から放出された電子ビーム流が陽極２の異なる位置にＸ線ターゲットポイントを形成し、陽極２の異なるターゲットポイント位置に異なるターゲット材を設置することにより、異なる材料が異なる識別スペクトルを有することから、総合エネルギーが異なるＸ線が得られる。例えば、陽極２は、モリブデン材料をベースとし、イオンスパッタリング方法により、陽極２の表面（電子源１に対向する表面）における、電子放出領域１１、１３、１５．．．．．．．に対向するターゲットポイント位置２１、２３、２５．．．．．．．．に２００μｍの厚さのタングステンターゲット材をスパッタリングして成膜する。Ｘ線源が同じ陽極電圧で動作する場合、各電子放出領域で生成された電子ビーム流Ｅの強度およびエネルギーは同じである。しかし、ターゲットポイント位置２１、２３、２５．．．．．．．（タングステンターゲット材）から生成されたＸ線Ｘ１の総合エネルギーが、ターゲットポイント位置２２、２４、２６．．．．．．．（銅ターゲット材）から生成されたＸ線Ｘ２の総合エネルギーより高い。

また、図１０は本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源の３つの動作モードを示す模式図である。図１０に示すように、本発明の電子源１を使用した分散型Ｘ線源は、様々な動作モードを有し、様々な有益な効果を奏する。典型的な分散型Ｘ線源の内部構造は、電子源１の複数の電子放出領域１１、１２、１３．．．．．．．がいずれも同じ長尺状の形状を有し、且つ狭い辺の方向に沿って、同じ面に整列且つ均一に線形配列される。電子放出領域の数量が大きい（例えば、数十〜千）場合、電子源１の形状も長尺状であり、且つ電子源１の長手方向が電子放出領域の長手方向に直交する。対応する陽極２も長尺状であり、電子源１と上下に位置合わせされ、平行して配置される。当該分散型Ｘ線は、複数の動作モードを有し、様々な有益な効果を奏することができる。

第一の動作モードは、モードＡである。Ｎ個の電子放出領域１１、１２、１３．．．．．．がそれぞれ独立して電子放出を行う。陽極２においては、対応するＮ個の位置からそれぞれＸ線を生成することで、Ｎ個のターゲットポイントを形成する。第一の形態：各電子放出領域が、その配列位置に従って、順次に、それぞれ一定の時間Ｔで電子ビーム流放出を行う。即ち、電子源制御装置４の制御により、（１）電子放出領域１１が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２１からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、（２）電子放出領域１２が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２２からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、（３）電子放出領域１３が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２３からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、を順次行い、このように類推して、すべての電子放出領域が１回の電子放出を完了した後、再度（１）から開始し、次のサイクルを行う。第二の形態：間隔を有している一部の電子放出領域が、順次に、一定の時間Ｔで電子ビーム流の放出を行う。即ち、電子源制御装置４の制御により、（１）電子放出領域１１が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２１からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、（２）電子放出領域１３が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２３からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、（３）電子放出領域１５が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２５からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、を順次行い、電子源の端部までこのように類推し、その後、この部分の電子放出領域が再度放出を行って、サイクルを形成してもよく、別の部分（１２、１４、１６、．．．．．．．）が放出した後に、サイクルを形成してもよい。第３の形態：一部の電子放出領域により組み合わせを形成し、各組み合わせが、順次に、一定の時間Ｔで電子ビーム流の放出を行う。即ち、電子源制御装置４の制御により、（１）電子放出領域１１,１４、１７が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２１、２４、２７からＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、（２）電子放出領域１２、１５,１８が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２２、２５、２８からそれぞれＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、（３）電子放出領域１３、１６、１９が電子ビーム流を放出し、陽極２の位置２３、２６、２９からそれぞれＸ線の放出を行い、時間Ｔが経過した後、放出を停止すること、を順次行い、すべての組み合わせが電子放出を完了し、サイクルを形成するまで、このように類推する。モードＡにおいて、各電子放出領域が独立して制御され、且つ当該電子放出領域に対応する独立したターゲットポイントを生成し、各電子放出領域が例えば２ｍｍのような大きい幅を有し、例えば１．６ｍＡのような大きい放出電流を有し、隣接している電子放出領域の間隔が例えばｄ＝２ｍｍのように大きいため、対応して形成されたターゲットポイントは、間隔が大きく（例えば、中心距離が２＋２＝４ｍｍ）、位置が鮮明であるため、容易に制御および使用される。

第二の動作モードは、モードＢである。Ｎ個の電子放出領域１１、１２、１３．．．．．．．．は、隣接しているｎ個の電子放出領域により重ならない組み合わせを形成し、グループで電子放出を行う。陽極において、対応するＮ／ｎ個の位置からそれぞれＸ線を生成することで、Ｎ／ｎ個のターゲットポイントを形成する。例えば、電子放出領域（１１、１２、１３）がグループ１を形成し、電子放出領域（１４、１５、１６）がグループ２を形成し、電子放出領域（１７、１８、１９）がグループ３を形成し、以下、同様にしてグループを形成する。新しいＮ／ｎ＝Ｎ／３個のグループ１、２、３．．．．．．．は、モードＡにおける様々な形態で動作することができる。動作モードＢのメリットは、電子放出領域の組み合わせにより、放出電流の強度を増加させ、各ターゲットポイントのＸ線強度も同期に増加させ、分散型Ｘ線源の具体的な用途に従ってｎの設定を行うことで、必要な電子ビーム流の放出強度を取得する一方、各電子放出領域の幅をさらに小さくし、さらに多い数量の電子放出領域を１つのグループに組み合わせることができ、ある電子放出領域に故障が発生した（例えばあるマイクロ電子放出ユニットが短絡した）場合、当該グループから当該電子放出領域を除去しても、当該グループは依然として正常に動作することができ、放出電流が１／ｎ低下するが、このような低下はパラメータを調整することで容易に補償できる。このように、分散型Ｘ線源全体は依然としてＮ／ｎ個のターゲットポイントを有する。即ち、ある電子放出領域に故障が発生することで、「黒点」（ディスプレーの黒い線に類似する）が生じることはない。「黒点」を避けることで、Ｘ線ターゲットポイントに盲点が生じることを確実に避け、故障を減少する一方、少数の電子放出ユニットが早期「老化」して障害が発生すると、「黒点」を避ける方法により、実際には、分散型Ｘ線源の耐用年数を延ばした。勿論、本モードにおいて、組み合わせの数量ｎは固定された値であってもよく、固定されていない値であってもよい。例えば３つが１つのグループであり、５つが１つのグループであるなど、Ｎ／ｎは、グループの数とターゲットポイントの数が電子放出領域の数量Ｎをある組み合わせ係数nで除算した値であることのみを示す。

第３の動作モードは、モードＣである。Ｎ個の電子放出領域１１、１２、１３．．．．．．．は、隣接しているｎ個の電子放出領域により、ａ個が重なっている組み合わせを形成し、グループで電子放出を行い、陽極において、対応する［（Ｎ−ａ）／（ｎ−ａ）］個の位置からそれぞれＸ線を生成することで、［（Ｎ−ａ）／（ｎ−ａ）］個のターゲットポイントを形成する。その中、［（Ｎ−ａ）／（ｎ−ａ）］は、（Ｎ−ａ）／（ｎ−ａ）の結果に対して整数を取ることを表す。例えば：ｎ＝３であり且つａ＝２である場合、電子放出領域（１１、１２、１３）がグループ１を形成し、電子放出領域（１２、１３、１４）がグループ２を形成し、電子放出領域（１３、１４、１５）がグループ３を形成し、以下同様にグループを形成する。この場合、Ｎ−２個のグループ１、２、３．．．．．．．は、モードＡにおける様々な形態で動作することができる。動作モードＣのメリットについて、モードＢに記載された放出電子ビーム流強度を増加させること、個別の電子放出領域に故障が発生したことによってターゲットポイントの「黒点」を引き起こすことがないことの２つのメリットを持つ一方、モードＣは、モードＢより多いターゲットポイントの数量およびモードＢより小さいターゲットポイントの中心の間の距離（隣接しているターゲットポイントは、電子放出領域の組み合わせに対応し、一部が重なり合う）を有する。これも、分散型Ｘ線源の応用に役立ち、ターゲットポイントの数量を増加させることで、視角の数量を増加させたため、当該分散型Ｘ線源を使用したイメージングシステムの画像品質を大幅に向上させることができる。モードＢと同じく、係数ｎとａは、固定されていない数値であってもよい。［（Ｎ−ａ）／（ｎ−ａ）］は、ある計算方法のみを示し、モードＣにおけるターゲットポイントの数量がモードＡより少なく、モードＢより多いことを示し、そのメリットは、電子放出電流がモードＡより大きく、且つ「黒点」を回避できることである。

ここで、前記Ｎは、Ｎ≧３である正整数であり、前記ｎは、Ｎ＞ｎ≧２である正整数であり、前記ａは、ｎ＞ａ≧１である正整数である。

また、本発明のＸ線源の動作モードは、上記の３つのモードに限らず、電子源１の電子放出領域が所定の順番で電子放出を行うこと、または電子源１の隣接している所定の数の電子放出領域が所定の順番で電子放出を行うことが可能であればよい。

また、上記した電子源１の電子放出領域の配列形態はただ例として挙げた特定の構造であり、その配列は、異なる形状の電子放出領域の配列であってもよく、非整列の配列であってもよく、不均一の配列であってもよく、多次元の配列（例えば、４×１００の整列）であってもよく、同じ面に位置しない配列などであってもよく、いずれも本発明の電子源１の実現可能形態である。対応する陽極２は、電子放出領域の配列形態とマッチングした構造および形状を有する。例えば、特許文献ＣＮ２０３３７７１９４Ｕ、ＣＮ２０３５６３２５４Ｕ、ＣＮ２０３５９０５８０Ｕ、ＣＮ２０３５３７６５３Ｕなどには様々な配列形態が開示されており、本発明においても上記の特許に開示された配列形態のように電子放出領域を配列することができる。

図１１は本発明の実施形態に係る電子源が特定の構造である分散型Ｘ線源を示す模式図である。図１１に示すように、電子源１の電子放出領域が大きいマクロ幅、例えば２ｍｍ〜４０ｍｍを有する場合、電子源１から陽極２までの距離と近い数量レベルを有し、例えば、電子源１から陽極２までの距離と電子放出領域の幅との比率が１０より小さい。電子放出領域の表面が幅方向（図１１における左右方向）において弧状であるため、電子放出領域における各マイクロ電子放出ユニット１００から放出された電子がより良好な集束効果を持つ。電子放出領域の表面弧度は、対応する陽極２におけるターゲットポイント位置を円心として配置することができる。例えば、電子放出領域１１から放出された電子ビーム流Ｅが陽極２においてターゲットポイント２１を形成し、電子放出領域１１の表面が幅方向（または断面）においてターゲットポイント２１を中心にする円心の円弧に位置する。

図１２は本発明の実施形態に係る集束装置を備える分散型Ｘ線源を示す図である。図１２に示すように、分散型Ｘ線源は、集束装置６をさらに含み、集束装置６は電子放出領域に対応して複数配置され、電子源１と陽極２の間に位置する。集束装置６は、例えば電極であってもよく、磁界を生成できるソレノイドなどであってもよい。集束装置６が電極である場合、集束ケーブルと接続装置（図示なし）を介して外部電源（または、制御システム、図示なし）に接続され、プレ印加電圧（電位）を得ることができる。これによって、各マイクロ放出ユニット１００により生成された電子が集束装置６を通過する時に中心へ集束する効果を得る。集束装置６が電極である場合、他の部材と絶縁された電極であってもよい。各マイクロ放出ユニット１００が電子を放出する場合、放出領域のエッジに位置しているマイクロ放出ユニット１００が生成した電子の一部が集束電極により捕獲されて、静電気蓄積を形成し、静電界が後続の集束装置６の電子に対して中心集束推力を生成する。集束装置６がソレノイドである場合、集束ケーブルと接続装置（図示せず）を介して外部電源（または制御システム、図示せず）に接続され、ソレノイド内に所定の電流が流れ且つ放出領域の上方に所定の強度の集束磁界を生成し、各マイクロ放出ユニット１００が生成した電子が集束装置６を通過する時に中心へ集束する効果を得ることができる。本発明において、集束装置は、各電子放出領域と１対１に配置され、且つ電子放出領域の上方で当該電子放出領域におけるすべてのマイクロ電子放出ユニット１００を囲むことを特徴とする。図示しなかった集束ケーブル、接続装置、および外部電源（または制御システム）は、従来の成熟技術である。

図１３の（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源のいくつかのコリメーティング効果を示す模式図である。図１３に示すように、分散型Ｘ線源は、Ｘ線の出力経路に配置され、錐状、平面扇形、ペン形または多点平行などのＸ線を出力することに用いられるコリメーティング装置７をさらに含む。コリメーティング装置７は、分散型Ｘ線源の内部に取付けられる内部コリメーティング装置であってもよく、分散型Ｘ線源の外部に取付けられる外部コリメーティング装置であってもよい。コリメーティング装置７の材料は、通常、高密度金属材料であり、例えばタングステン、モリブデン、劣化ウラン、鉛、鋼などの中の１つ或いは２つ以上である。コリメーティング装置７の形状は、通常、分散型Ｘ線源の用途に応じて設計される。説明の便宜上、座標系を定義し、分散型Ｘ線源の長手方向（ターゲットポイントの配列方向）をＸ方向とし、幅方向をＹ方向とし、Ｘ線の放出方向をＺ方向とする。図１３の（Ａ）に示すように、コリメーティング装置７は、分散型Ｘ線源の前方（Ｘ線を出力する方向）に設置され、内部に大きい幅のＸ線コリメーション用スリットを有し、コリメーション用スリットの長さは分散型Ｘ線源のターゲットポイントの分布長さに近い。当該コリメーティング装置は、Ｘ方向で大きい角度を有し、Ｙ方向で比較的大きい角度を有する錐状のＸ線ビーム（図１３の（Ａ）には、中部に位置している１つのターゲットポイントにより生成された錐状のＸ線ビームのみが示されている）を有する。図１３の（Ｂ）に示すように、コリメーティング装置７は、分散型Ｘ線源の前方に設置され、内部のＸ線コリメーション用スリットが非常に狭くて薄いスリットであり、コリメーション用スリットの長さが分散型Ｘ線源のターゲットポイントの分布長さに近い。当該コリメーティング装置は、Ｘ−Ｚ面で扇形である、即ちＹ方向の厚さが非常に小さいＸ線ビーム（図１３の（Ｂ）には中部に位置している１つのターゲットポイントにより生成された扇形のＸ線ビームのみが示されている）を出力する。図１３の（Ｃ）に示すように、コリメーティング装置７は、分散型Ｘ線源の前方に設置され、内部のＸ線コリメーション用スリットは、ターゲットポイント配列に対応して配列された一定の幅（Ｙ方向）を有する一連の薄いスリットであり、コリメーション用スリットの配列長さは、分散型Ｘ線源のターゲットポイントの分布長さに近い。当該コリメーティング装置は、Ｙ方向で一定の発散角度を有し、Ｘ方向で一定の厚さを有するＸ線ビームアレイを出力する。Ｘ−Ｚ面においては、多点平行のＸ線ビームである。図１３の（Ｄ）に示すように、コリメーティング装置７は、分散型Ｘ線源の前方に設置され、内部のＸ線コリメーション用スリットは、ターゲットポイント配列に対応して配列された一連の小型ホールであり、コリメーション用スリットの配列長さは、分散型Ｘ線源のターゲットポイントの分布長さに近い。当該コリメーティング装置は、Ｘ−Ｙ面にＸ線スポットビームアレイを出力し、各スポットビームはＺ方向と同軸であるペン形のＸ線ビームである。図１３の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、コリメーティング装置７がいずれも線源の外部に位置する様子を示し、Ｘ線の出力経路上でＸ線ビームの形状を制限する。コリメーティング装置７は、線源の内部、即ち陽極２と真空ボックス３の間に取付けられてもよく、陽極２に近くてもよく、真空ボックス３の壁の近くに取付けられて固定されてもよい。いずれもＸ線の出力経路上でＸ線ビームの形状を制限する。コリメーティング装置が線源の内部に取付けられると、サイズと重さを小さくすることができ、より良好なコリメーティング効果を得られる場合がある。

図１４は本発明の実施形態に係る円環型の分散型Ｘ線源を示す模式図である。図１４に示すように、分散型Ｘ線源は、そのターゲットポイントの配列形状が円または円弧線の一部である。図１４は分散型Ｘ線源の形状が円環である様子を示す。電子源１の複数の電子放出領域は、１つの円周に配列され、対応する陽極２も１つの円周であり、真空ボックス３は、電子源１と陽極２を囲む円環であり、円環の中心がＯであり、生成されたＸ線は、中心Ｏ、またはＯが位置している軸線を指す。分散型Ｘ線源の形状は、楕円、３／４の円、半円、１／４の円、他の角度の円弧線分等であってもよい。

図１５は本発明の実施形態に係る四角枠型の分散型Ｘ線源を示す模式図である。図１５に示すように、分散型Ｘ線源は、そのターゲットポイントの配列形状が首尾接続する四角形、折れ線または線分である。図１５は分散型Ｘ線源の形状が四角枠型である様子を示す。電子源１の複数の電子放出領域が四角形に配列され、対応する陽極２も四角形であり、真空ボックス３が電子源１と陽極２を囲う四角枠型であり、生成されたＸ線が四角枠の内部を指す。分散型Ｘ線源の形状は、Ｕ型（３／４の四角枠）、Ｌ型（１／２の四角枠）、線分（１／４の四角枠）、正多角型、他の非直角で接続された折れ線などであってもよい。

図１６の（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施形態に係る分散型Ｘ線源のいくつかの断面構造を示す模式図である。図１６に示すように、分散型Ｘ線源の陽極２におけるターゲットは、透過型ターゲットであるが、反射ターゲットであってもよい。

図１６の（Ａ）は、分散型Ｘ線源の陽極のターゲットが透過型ターゲットである、即ちＸ線を出力する方向が電子ビーム流Ｅを入射する方向と基本的に同じである様子を示す。図１４と組み合わせた場合、図１６の（Ａ）を、電子源１の複数の電子放出領域が外円に配列され、且つ電子放出領域の表面が円環の軸線に平行し、陽極２の複数のターゲットポイントが内円に配列され、２つの円が同心であり、真空ボックス３が電子源１と陽極２を囲む中空の円環であり、陽極２のターゲットポイントの位置に例えば１ｍｍより小さいような薄い厚さを有し、電子ビーム流ＥとＸ線の方向がいずれも円環の中心Ｏを指すと理解できる。図１５と組み合わせた場合、図１６の（Ａ）を、電子源１の複数の電子放出領域が外四角形に配列され、且つ電子放出領域の表面が四角枠の中心線に平行し、陽極２の複数のターゲットポイントが内四角形に配列され、２つの四角形の中心が重なり合い、真空ボックス３が電子源と負極２を囲む中空の環状の四角枠であり、陽極２のターゲットポイントの位置に例え１ｍｍより小さいような非常に薄い厚さを有し、電子ビーム流Ｅ及びＸ線の方向がいずれも四角枠の内部を指すと理解できる。

図１６の（Ｂ）は、分散型Ｘ線源の陽極のターゲットが反射ターゲットである、即ちＸ線を出力する方向が電子ビーム流Ｅを入射する方向と９０度の角度（ここでの９０度の角度は約９０度の角度を含む）を成す様子を示す。上記の角度の範囲は、７０度〜１２０度であってもよく、好ましくは８０度〜１００度の角度である。図１４と組み合わせた場合、図１６（Ｂ）を、電子源１の複数の電子放出領域が１つの円に配列され、且つ電子放出領域の表面が円環の軸線Ｏに直交し、陽極２の複数のターゲットポイントが別の円に配列され、２つの円のサイズが等しく、円心がいずれも円環の軸線に位置し、且つ２つの円が位置している面が平行すると理解できる。または、さらに、陽極２が電子源１に対して一定の角度（例えば１０度）で傾斜し、陽極２の複数のターゲットポイントが配列された面が円錐面となり、円錐面の軸線が円環の軸線であると理解できる。真空ボックス３は、電子源と陽極２を囲む中空の円環であり、電子ビーム流Ｅの四角形が軸線に平行し、Ｘ線の方向が円環の中心Ｏを指す。図１５と組み合わせた場合、図１６の（Ｂ）を、電子源２の複数の電子放出領域が１つの四角形に配列され、電子放出領域の表面が四角枠の中心線Ｏに直交し、陽極２の複数のターゲットポイントが別の四角形に配列され、２つの四角形のサイズが等しく、それらの位置している面が平行すると理解できる。または、さらに、陽極２が電子源１に対して一定の角度で傾斜することによって、陽極２の複数のターゲットポイントが配列された面が方錐面になり、方錐面の中心線が四角枠の中心線である。真空ボックス３は、電子源１と陽極３を囲む中空の環状の四角枠であり、電子ビーム流Ｅの四角形が四角枠の中心線に平行し、Ｘ線の方向が四角枠の内部を指すと理解できる。

また、図１６の（Ｃ）に示された光源も透過型ターゲットであり、図１６の（Ａ）に比べ、円環（または四角枠）内部の電子源１と陽極２の配置形態のみが異なる。内外円（または内外四角形）から前後円（または前後四角形）となり、電子ビーム流ＥとＸ線の方向が円環の軸線（または四角枠の中心線）に平行する。即ち、分散型Ｘ線は、円環の側面（または四角枠の側面）へ向かって放出される。

また、図１６の（Ｄ）に示された光源も反射ターゲットであり、図１６の（Ｂ）に比べ、円環（または四角枠）内部の電子源１と陽極２の配置形態のみが異なる。前後円（または前後四角形）から内外円（または内外四角形）となり、電子ビーム流Ｅの方向が円環の軸線（または四角枠の中心線）に直交し、Ｘ線の方向が円環の軸線（または四角枠の中心線）に平行する。即ち、分散型Ｘ線は、円環の側面（または四角枠の側面）へ向かって放出される。

厳密に言えば、図１６の（Ａ）のみが図１４および図１５に対応するものであり、図１６の（Ｂ）を図１４、図１５と組み合わせて説明したのは、ただ、図１６の（Ｂ）をより良く説明するために便利を与えるためである。

また、分散型Ｘ線源の形状は、上記した円弧線分と線分の結合、螺旋線などであってもよく、現代の加工技術から見れば、いずれも加工可能である。

図１７は本発明の分散型Ｘ線源を使用した透過イメージングシステムを示す模式図である。図１７に示す本発明の分散型Ｘ線源を使用した透過イメージングシステムは、検査領域をカバーするＸ線を生成するための少なくとも１つの本発明のＸ線源８１と、Ｘ線源８１に対して、検査領域の他側に位置し、Ｘ線を受信するための少なくとも１つの検知器８２と、Ｘ線源８１と検知器８２の間に位置し、検査対象８３を搬送して検査領域を通過させるための搬送装置８４とを含む。

具体的な技術案１：Ｘ線源が１つであり、当該Ｘ線源は、１つの電子放出領域を有し、１つのＸ線ターゲットポイントを形成する。検知器は、複数であり、線形アレイまたは平面アレイ（平面検知器であってもよい）を形成し、従来のＸ線透過イメージングシステムと類似した構成構造を備える。当該技術案は、構造がシンプルであり、体積が小さく、コストが低いが、本発明の電界放出用Ｘ線源により、制御電圧が低く、起動速度が速い利点を持つ。

具体的な技術案２：Ｘ線源が１つであり、当該Ｘ線源は、２つの電子放出領域を有し、２つのターゲットポイントのターゲット材が異なり、２つの異なるエネルギーのX線を交互に生成することができる。検知器は、複数であり、線形アレイまたは平面アレイ（平面検知器であってもよい）を形成し、或いは、さらにデュアルエネルギー検知器である。当該技術案は、構造がシンプルであり、体積が小さく、コストが低いとともに、デュアルエネルギーでイメージングすることで、検査対象の材料識別能力を増加させる。

具体的な技術案３：Ｘ線源が１つの分散型Ｘ線源であり、当該Ｘ線源は、複数のＸ線ターゲットポイントを有する。検知器は、複数であり、線形アレイまたは平面アレイ（平面検知器であってもよい）を形成する。複数のターゲットポイントは、異なる角度（位置）で検査対象に対して透過イメージングを行うことで、最終的に、奥行方向で多階層の情報を有する透過画像を取得することができる。当該技術案は、複数の一般的なＸ線源を使用した多視角システムに対して、構造がシンプルであり、体積が小さく、コストが低い。

具体的な技術案４：Ｘ線源が１つの分散型Ｘ線源であり、当該Ｘ線源は、複数のＸ線ターゲットポイントを有する。検知器は、１つまたは少数であり、「逆方向」イメージング原理で透過画像を取得する。当該技術案は、検知器の数量を減少させ、コストを低下させることを特徴とする。

具体的な技術案５：Ｘ線源が１つ又は複数の分散型Ｘ線源であり、検知器は、対応する１又は複数のアレイであり、且つ、すべてのＸ線ターゲットポイントが検査対象を囲み、サラウンド角度が１８０度を超える。当該技術案は、静態的なＸ線源の大きなサラウンド角度の配置により、検査対象の完全な３Ｄ透過画像を取得することができ、且つ検査速度が速く、効率が高い。

具体的な技術案６：Ｘ線源は、複数の分散型Ｘ線源であり、検知器は、対応する複数のアレイであり、検査対象の搬送方向に沿って複数の面に配置される。その特徴は、検査速度を倍に向上させること、または異なる面に異なるエネルギーのＸ線でマルチエネルギー３Ｄ透過画像を形成するか、または、段階的に検出画像の品質を向上させることができる。例えば、第一の面で不審領域を大略にチェックし、第二の面で異なるパラメータを利用して不審領域を精密に検査することで、解像度及び鮮明度が高い画像を取得する。

図１８は本発明の分散型Ｘ線源を使用した後方散乱イメージングシステムを示す模式図である。図１８に示す発明の分散型Ｘ線源を使用した後方散乱イメージングシステムは、複数のペン形Ｘ線ビームを生成して、検査領域をカバーするための少なくとも１つの本発明の分散型Ｘ線源８１と、Ｘ線源８１に対して、検査領域の同じ側に位置し、検査対象から反射されたＸ線を受信するための少なくとも１つの検知器８２とを含む。

具体的な技術案１：検査対象８３を搬送して、検査領域を通過させ、検査対象全体に対するイメージングを完了させるための搬送装置８４をさらに含む。

具体的な技術案２：分散型Ｘ線源８１と検知器８２を移動させ、検査領域に検査対象を走査させ、検査対象全体に対するイメージングを完了させるための移動装置をさらに含む。

具体的な技術案３：分散型Ｘ線８１と検知器８２とは、少なくとも２つのグループがあり、検査対象の異なる側面に分布され、さらに搬送装置により検査対象を移動させるか、または移動装置によりＸ線源を移動させることで、検査対象に対する「死角なし」のイメージングを実現する。

また、Ｘ線検査システムは、少なくとも２つの本発明の分散型Ｘ線源と、Ｘ線源に対応する２つのグループの検知器と、画像総合処理システムとを含む。その中、少なくとも１つのグループの分散型Ｘ線源と検知器が検査対象に対して透過イメージングを行い、少なくとも１つのグループの分散型Ｘ線源と検知器が検査対象に対して後方散乱イメージングを行い、画像総合処理システムが透過画像と後方散乱画像に対して総合処理を行うことで、検査対象のより多くの特徴情報を取得する。

また、前記透過イメージング及び後方散乱イメージングシステムは、一般的な地面に配置された形態であってもよく、移動装置に集積されたものでもよい。例えば、車に集積されて、移動可能な透過イメージングシステムおよび移動可能な後方散乱イメージングシステムになる。

また、前記透過イメージング及び後方散乱イメージングシステムの検査対象は、広い意味を有し、補助部材を増加するかまたは増加しないことにより、小型車両、貨物、荷物、梱包物、機械部品、工業製品、人員、身体部位等の検査に用いられることができる。

また、リアルタイムなイメージガイド放射線治療装置は、患者に対して放射線治療を行う放射線ビームを生成するための放射治療用放射線源と、放射治療用放射線ビームの形状を調整して、病巣とマッチングさせるためのマルチリーフコリメータと、患者を移動させて位置を決め、放射治療用放射線ビームの位置を病巣の位置に合わせるための移動ベッドと、患者に対して診断イメージングを行う放射線ビームを生成するための少なくとも１つの本発明の分散型Ｘ線と、診断イメージングの放射線ビームを受信するためのフラットパネル検知器と、前記フラットパネル検知器により受信された放射線ビームに基づいて診断画像を形成し、前記診断画像における病巣の位置を決め、放射治療用放射線ビームの中心を病巣の中心に合わせるようにガイドし、前記マルチリーフコリメータの放射治療用放射線ビームの形状を病巣の形状とマッチングさせるようにガイドする制御システムとを備える。その中、分散型Ｘ線源は、円環状または四角枠状であり、且つ側面からＸ線を出力する分散型Ｘ線源（図１６（Ｃ）、（Ｄ）に示す様子）であり、分散型Ｘ線源の軸線または中心線が放射治療用放射線源のビーム流の軸線と同じ直線にあり、即ち前記診断用放射線源と前記放射治療用放射線源の位置が患者に対して同じ方向である。フラットパネル検知器は、診断用放射線源に対して、患者の他側に位置する。診断画像を取得するとともに、放射線治療装置のアームスタンドを回転させることなく、患者に対してイメージガイド放射線治療を行うことができ、「リアルタイム」なイメージガイド放射線治療である。生理的に動いている部位、例えば肺、心臓などの治療に対して、「リアルタイム」なイメージガイド放射線治療は、照射量を低減させ、正常な器官に対する照射を減らすことができるため、重要な意味を持つ。そして、本発明の分散型Ｘ線源は、複数のターゲットポイントを有し、取得された画像が、一般的な画像とは異なり、奥行情報を有する「立体」な診断画像であるため、イメージガイド治療において、放射治療用放射線ビームに対する位置ガイドの正確さと位置決め精度をさらに向上させることができる。

上述したように、本発明を説明したが、本発明はこれに限らず、本発明の要旨の範囲での多様な組み合わせ、種々の変更、及び本発明の電子源または本発明のＸ線源を適応した装置、機器またはシステムなどが本発明の保護範囲に含まれると理解すべきである。

１ 電子源、１１、１２、１３、．．．．．．電子源の電子放出領域
１００ マイクロ電子放出ユニット、１０１ ベース電極層、１０２ 絶縁層、 １０３ グリッド電極層、１０４ 電子エミッタ、１０５ 開口、１０６ ベース層、１０７ 導電層
２ 陽極、２１、２２、２３、．．．．．．陽極のＸ線ターゲットポイント
３ 真空ボックス、４ 電子源制御装置、４１ 第一の接続装置、５ 高圧電源、５１ 第二の接続装置、６ 集束装置、７ コリメーティング装置
８１ Ｘ線源、８２ 検知器、８３ 検査対象、８４ 搬送装置
Ｓ マイクロ電子放出ユニットのサイズ、Ｄ 開口のサイズ、Ｈ 電子エミッタからグリッド電極までの距離、ｈ 電子エミッタの高さ、ｄ 電子放出領域間の間隔、Ｖ 電界放出電圧、Ｅ 電子ビーム流、Ｘ Ｘ線、Ｏ Ｘ線源中心、中心線または軸線

Claims (48)

1. 少なくとも２つの電子放出領域を有し、各前記電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、
   前記マイクロ電子放出ユニットは、ベース電極層と、前記ベース電極層の上方に位置する絶縁層と、前記絶縁層の上方に位置するグリッド電極層と、前記グリッド電極層における開口と、及び前記ベース電極層に固定され前記開口の位置に対応する電子エミッタとを含み、
   同じ前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニット同士が電気的に接続され、同時に電子を放出するかまたは同時に電子を放出しないこと、
   異なる前記電子放出領域同士が電気的に分離されていることを特徴とする電子源。
2. 異なる前記電子放出領域同士が電気的に分離されていることは、各前記電子放出領域の前記ベース電極層がそれぞれ分離して独立すること、または、各前記電子放出領域の前記グリッド電極層がそれぞれ分離して独立すること、または、各前記電子放出領域の前記ベース電極層と前記グリッド電極層がいずれもそれぞれ分離して独立することであることを特徴とする請求項１に記載の電子源。
3. 前記絶縁層の厚さが２００μｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の電子源。
4. 前記グリッド電極層が前記ベース電極層に平行することを特徴とする請求項１に記載の電子源。
5. 前記開口のサイズが前記絶縁層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
6. 前記開口のサイズが前記電子エミッタから前記グリッド電極層までの距離より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
7. 前記電子エミッタの高さが前記絶縁層の厚さの２分の１より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
8. 前記電子エミッタの材料がナノ材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
9. 前記ナノ材料は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項８に記載の電子源。
10. 前記ベース電極層は、ベース層と前記ベース層の上方に位置する導電層とを含み、
    前記電子エミッタが前記導電層に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
11. 前記導電層は、フィルムであり、
    前記フィルムの材料は、ナノ材料であり、
    前記電子エミッタにおいて、前記開口における前記フィルムの一部のナノ材料が直立して、前記導電層の表面に直交することを特徴とする請求項１０に記載の電子源。
12. アレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズは、マイクロメートルレベルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
13. アレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズの範囲は、１μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１２に記載の電子源。
14. 前記電子放出領域の長さと幅の比率が２より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
15. 各前記電子放出領域の放出電流が０．８ｍＡより大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子源。
16. 真空ボックスと、
    前記真空ボックス内に配置された請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電子源と、
    前記電子源に対向して前記真空ボックス内に配置された陽極と、
    前記電子源の前記電子放出領域の前記ベース電極層と前記グリッド電極層との間に電圧を印加するための電子源制御装置と、
    前記陽極に接続され、前記陽極に高圧を供給するための高圧電源とを備えることを特徴とするＸ線源。
17. 前記真空ボックスの壁に取付けられ、前記電子源と前記電子源制御装置を接続するための第1の接続装置と、
    前記真空ボックスの壁に取付けられ、前記陽極と前記高圧電源を接続するための第2の接続装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のＸ線源。
18. 前記陽極は、前記電子源の各前記電子放出領域に対応するターゲットポイント位置を有し、
    前記陽極のターゲットポイント位置に異なるターゲット材が設置されていることを特徴とする請求項１６に記載のＸ線源。
19. 前記電子源制御装置は、前記電子源の前記電子放出領域が所定の順番で電子放出を行うように制御することを特徴とする請求項１６に記載のＸ線源。
20. 前記電子源制御装置は、前記電子源の隣接する所定の数量の前記電子放出領域が所定の順番で電子放出を行うように制御することを特徴とする請求項１６に記載のＸ線源。
21. 前記電子放出領域の表面は、幅方向において円弧状であり、
    前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニットにより放出された電子は、幅方向において、１つの点に集束することを特徴とする請求項１６に記載のＸ線源。
22. それぞれ複数の前記電子放出領域のそれぞれに対応して、前記電子源と前記陽極の間に配置されている複数の集束装置をさらに備え、
    前記集束装置は、前記電子放出領域の上方において、当該電子放出領域におけるすべての前記マイクロ電子放出ユニットを囲むことを特徴とする請求項１６〜２１項のいずれか１項に記載のＸ線源。
23. 前記集束装置は、電極またはソレノイドであることを特徴とする請求項２２に記載のＸ線源。
24. 前記Ｘ線源の内部または外部に配置され、Ｘ線の出力経路に位置し、出力されたＸ線を所定の形状にさせるためのコリメーティング装置をさらに備えることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のＸ線源。
25. 前記陽極のターゲットポイントは、円形または円弧状に配列されていることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のＸ線源。
26. 前記陽極のターゲットポイントの配列形態は、四角形配列、折れ線配列または直線配列であることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のＸ線源。
27. 前記陽極のターゲットは、透過型ターゲットであり、出力されたＸ線は、前記電子源からの電子ビーム流と同じ方向であることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のＸ線源。
28. 前記陽極のターゲットは、反射ターゲットであり、出力されたＸ線は、前記電子源からの電子ビーム流と９０度の角度をなすことを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のＸ線源。
29. 検査領域の一側に位置し、前記検査領域をカバーするＸ線を生成するための請求項１６〜２８のいずれか１項に記載のＸ線源と、
    前記検査領域の、前記Ｘ線源に対向する側に位置し、前記Ｘ線源からのＸ線を受信するための少なくとも１つの検知器と、
    前記Ｘ線源と前記検知器の間に位置し、検査対象を搬送して前記検査領域を通過させるための搬送装置とを備える
    ことを特徴とする透過イメージングシステム。
30. 検査領域の一側に位置し、前記検査領域をカバーするＸ線を生成するための請求項１６〜２８のいずれか１項に記載のＸ線源と、
    前記検査領域の、前記Ｘ線源と同じ側に位置し、検査対象から反射されたＸ線を受信するための検知器とを備える
    ことを特徴とする後方散乱イメージングシステム。
31. 少なくとも２つのグループの前記Ｘ線源と前記検知器の組み合わせを有し、前記少なくとも２つのグループの前記Ｘ線源と前記検知器の組み合わせが前記検査対象の異なる側に配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の後方散乱イメージングシステム。
32. 前記検査対象を搬送して前記検査領域を通過させるための搬送装置をさらに備えることを特徴とする請求項３０または３１に記載の後方散乱イメージングシステム。
33. 前記Ｘ線源と前記検知器を移動させて検査対象が位置している領域を通過させるための移動装置をさらに備えることを特徴とする請求項３０または３１に記載の後方散乱イメージングシステム。
34. 少なくとも２つの請求項１６〜２８のいずれか１項に記載のＸ線源と、
    前記Ｘ線源に対応する検知器とを備え、
    少なくとも１つのグループの前記Ｘ線源と前記検知器が検査対象に対して透過イメージングを行い、
    少なくとも１つのグループの前記Ｘ線源と前記検知器が検査対象に対して後方散乱イメージングを行うことを特徴とするＸ線検査システム。
35. 患者に対して放射線治療を行う放射線ビームを生成するための放射治療用放射線源と、
    放射治療用放射線ビームの形状を調整して、病巣とマッチングさせるためのマルチリーフコリメータと、
    患者を移動させて位置決めを行い、放射治療用放射線ビームの位置を病巣の位置に合わせるための移動ベッドと、
    請求項１６〜２８のいずれか１項に記載のＸ線源であって、患者に対して診断イメージングを行う放射線ビームを生成するための少なくとも１つの診断用放射線源と、
    診断イメージングを行うための放射線ビームを受信するためのフラットパネル検知器と、
    前記フラットパネル検知器により受信された放射線ビームに基づいて、診断画像を形成し、前記診断画像における病巣の位置に対して位置決めを行い、放射治療用放射線ビームの中心を病巣の中心に合わせるようにガイドし、前記マルチリーフコリメータの放射治療用放射線ビームの形状を病巣の形状とマッチングさせるようにガイドする制御システムとを備え、
    前記Ｘ線源は、形状が円環状または四角枠状であり、且つ側面からＸ線を出力する分散型Ｘ線源であって、前記分散型Ｘ線源の軸線または中心線と前記放射治療用放射線源のビーム流の軸線が同じ直線にあり、即ち前記診断用放射線源と前記放射治療用放射線源の位置が患者に対して同じ方向であることを特徴とするリアルタイムなイメージガイド放射線治療装置。
36. 電子放出領域を有し、前記電子放出領域が複数のマイクロ電子放出ユニットを含み、
    前記マイクロ電子放出ユニットは、ベース電極層と、前記ベース電極層の上方に位置する絶縁層と、前記絶縁層の上方に位置するグリッド電極層と、前記グリッド電極層における開口と、及び前記ベース電極層に固定され前記開口の位置に対応する電子エミッタとを含み、
    前記電子放出領域における各前記マイクロ電子放出ユニット同士が電気的に接続され、同時に電子を放出するかまたは同時に電子を放出しないことを特徴とする電子源。
37. 前記絶縁層の厚さが２００μｍより小さいことを特徴とする請求項３６に記載の電子源。
38. 前記開口のサイズが前記絶縁層の厚さより小さいことを特徴とする請求項３６に記載の電子源。
39. 前記開口のサイズが前記電子エミッタから前記グリッド電極層までの距離より小さいことを特徴とする請求項３６に記載の電子源。
40. 前記電子エミッタの高さが前記絶縁層の厚さの２分の１より小さいことを特徴とする請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の電子源。
41. 前記グリッド電極層が前記ベース電極層に平行することを特徴とする請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の電子源。
42. アレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズは、マイクロメーターレベルであることを特徴とする請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の電子源。
43. アレイ配列方向における前記マイクロ電子放出ユニットの空間サイズの範囲は、１μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項４２に記載の電子源。
44. 前記電子放出領域の長さと幅の比率が２より大きいことを特徴とする請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の電子源。
45. 前記ベース電極層は、ベース層および前記ベース層の上方に位置する導電層を含み、
    前記電子エミッタが前記導電層に固定されていることを特徴とする請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の電子源。
46. 前記電子放出領域の放出電流が０．８ｍＡより大きいことを特徴とする請求項３６〜３９のいずれか１項に記載の電子源。
47. 真空ボックスと、
    前記真空ボックスに配置された請求項３６〜４６のいずれか１項に記載の電子源と、
    前記電子源に対向して前記真空ボックスに配置された陽極と、
    前記電子源の前記電子放出領域の前記ベース電極層と前記グリッド電極層の間に電圧を印加するための電子源制御装置と、
    前記陽極に接続され、前記陽極に高圧を供給するための高圧電源とを備えることを特徴とするＸ線源。
48. 請求項４７に記載のＸ線源と、
    前記Ｘ線源により生成されたＸ線を受信するための検知器と、
    制御及び画像表示システムとを備えることを特徴とするＸ線イメージングシステム。