JP3150703B2

JP3150703B2 - 微小焦点ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP3150703B2
Application number: JP52806796A
Authority: JP
Inventors: ラインホルトアルフレート
Original assignee: メディクステックゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングメディツィーニッシェゲレーテ
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1996-03-16
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: JPH10503618A; US5857008A; DE59603163D1; WO1996029723A1; ATE185021T1; EP0815582A1; EP0815582B1; DE19509516C1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は請求の範囲１の上位概念による装置に関す
る。その種装置は、米国特許第344013号明細書から公知
である。

所謂直接−及び拡大ラジオグラフィ装置の利用可能
性、殊に、材料検査及び医療の領域における当該の利用
可能性については、下記刊行物に記載されている。

寄稿“Entwicklung und Perspektiven der medizinis
chen Vergroesserungsradiographie"G.Reuther,H.−L.K
ronholz及びK.B.Huettenbrink著述；刊行物RADIOLOGE B
d.31（1991）403−406中寄稿。

その種の装置の機能は、幾何光学的ないしビームジオ
メトリ（幾何学）的法則性に立脚する。該幾何光学的法
則性によれば、次のような場合のみ、ビーム源により高
い局所分解能のコントラストの豊かな放射線画像、ラジ
オグラフないし陰影、シルエット画像が生ぜじめられ
る、即ち、結像上有効に作用する放射面が、結像さるべ
き被検ないし被照射対象物の被照射面に比して著しく小
さい場合のみ、当該のコントラストの豊かな放射線画
像、ラジオグラフないしシルエット、陰影画像が生ぜし
められる。そうしないと、被検ないし被照射対象物の各
点が種々の角度をなして、即ちビーム源の種々の個所か
ら照射されることとなるので、像平面内への投影の際各
被検ないし被照射対象物−点、個所により相互にずれた
陰影、シルエット−投射を来たし、そして、全体的に、
被検ないし被照射対象物のぼけた輪郭が結果として生
じ、該被検ないし被照射対象（被写）物は、像平面から
の距離に従って拡大表示されることとなるからである。

それにより、微小焦点Ｘ線発生装置は、達成可能な分
解能の改善にも拘わらず、実際上、例えば、医療診断技
術にて、さして普及し得なかった。このことは、就中、
次のことに基因するように思われる。即ち、単に、限ら
れたＸ線ビーム−出力パワーでしか作動し得ないという
ことに基因するように思われる。それというのは、制動
ターゲットへの電子ビームの著しく狭い密なフォーカシ
ングは、相応して、著しく高いエネルギ密度を以て著し
く小さい直径を有する焦点（フォーカス）を生じさせる
からである。上記の単位面積ないし容積当たりの大きな
（固有の）負荷によっては、迅速に次のような状況、事
態が生ぜしめられるからである。即ち、通常10゜〜45゜
の方向をなして照射されるターゲットにて、送出さるべ
きＸ線ビームエネルギへの光電子ビームエネルギの変換
にとって不都合な制動層の迅速な破壊を伴なうクレータ
縁を有するクレータの形成という状況、事態が生ぜしめ
られるのである。他方では、比較的僅かな出力パワーの
Ｘ線ビームで動作する場合、各Ｘ線撮影ごとの露光時間
を延長しなければならなくなり、そのことは、不要に高
いビーム負荷及び被検ないし被照射対象物−運動に基づ
く不鮮鋭性を回避する上での、10分の数secないし100分
の数secの領域における短い露光時間に対する要求に矛
盾することとなる。ターゲット表面がより小さくされる
場合には、ターゲットが溶融する前に当該のターゲット
により消費され得る電力は、一層より小さいものとな
る。要するに上記の特性は、Ｘ線ビームの比較的に高い
電力−出力パワーのための、ターゲットに当てられる電
子ビームの一層より高い密度に対する要求に矛盾する。

冒頭に述べた米国特許第4344013号明細書（Ledley）
から公知の微小焦点−Ｘ線発生装置は既に、溶融ターゲ
ットで動作する。上記装置では、電子ビームは、斜めに
セッティングされたターゲットに当たり、その結果上記
の生成されたＸ線ビームは、同じく角度をなして、ター
ゲットから放射される。但し、上記装置の場合以下のこ
とは考慮されていない、即ち、ターゲットの完全な溶融
状態になる前に既に、クレータ形成の迅速な進行に基づ
き、放射されたＸ線−有効ビームの光学軸がＸ線ビーム
を著しく吸収する隆起するクレータ縁辺により、陰影
化、ないし、遮蔽作用を受ける。而して、点状源から発
するとは見なされ得ない発散、拡散Ｘ線光が生じる。従
って、入射する電子ビームに対して斜めのターゲットの
位置を有するその種装置は、その有効性が実証されてい
ない。

DE−OA,A3307019（Scanray）から公知のＸ線発生装置
では、電子ビームがターゲット上に垂直方向に当てられ
る。有効ビームとしては０〜10度の角度をなして送出さ
れるＸ線ビームが使用される。但し、固定のターゲット
で動作する。溶融−透過ターゲットは、設けられておら
ず、亦言及されてもいない。

従って、本発明の基礎を成す課題とするところは、垂
直方向に入射する電子ビームがターゲットを溶融させて
おり、当該の電子ビームを他のターゲット個所へ偏向へ
せしめなければならない時点を測定技術上精確に検出す
ることにある。

上記課題は、本発明によれば、次のようにして解決さ
れる、即ち、本発明の上位概念による微小焦点Ｘ線発生
装置を請求の範囲１の特徴部分に規定したように設計構
成するのである。

サブクレームでは、本発明の発展形態及び構成が規定
される。

図中、本発明の１実施例を示す。

図１は、微小焦点、マイクロフォーカスＸ線発生装置
の縦断面略図。

図２は、ターゲットの拡大断面略図。

図３は、図２のターゲットをターゲット電流の測定の
様子と共に示す概念図。

図3Aは、照射持続時間に依存してのターゲット電流の
特性経過を示す特性図。

図４はターゲットを制動容積と共に示す概念図。

図4Aは、担体層を担体材料−ドーピング材と共に示す
概念図。

微小焦点、マイクロフォーカスＸ線発生装置１は、ガ
ラス又は、非強磁性の金属から成る排気ケーシングを有
する。このケーシングは、概して円形の任意の横断面を
管12から成る。管12の後方端面11を通って、細針状のカ
ソード14に対する電気給電ワイヤ線13が突入している。
加熱されるカソード14は、電子源として作用し、該電子
源からは、キャップ状のグリッド15を用いて、狭幅の発
散、分散する電子ビーム16が、取出される。ビーム16
は、孔付ディスクアノード17の中央開口を通過し、ここ
で、虚焦点（virtual focus）18の生じるよう集束、フ
ォーカシングせしめられる。しかる後、再び拡開するビ
ーム16は、管12内に配置された偏向コイル19の横断面ゾ
ーンを通過し、そして、後続するフォーカシングコイル
21の磁気ギャップ20内にて集束される。集束フォーカシ
ングコイル21は、電磁レンズとなって透過ターゲット23
上に、焦点22として、虚焦点（virtual focus）18の縮
小された画像を結像し、上記透過ターゲット23は、管12
の出射開口24内に位置する。集束コイル21は、典型的に
は0.5...100μｍのオーダの極めて小面積の焦点22を生
ぜしめる。ターゲット23は、元素の周期表における高い
原子番号の金属、例えばタングステン、金、銅又はモリ
ブデン及び僅かにＸ線ビームを吸収するが良好な導電性
の担体層33、有利にはアルミニウム又はベリリウムから
成る。ターゲット材料の制動作用に基づき、ビーム16の
照射電子により、Ｘ線ビーム25が励起、触発される。Ｘ
線ビーム25の一部は、ビーム方向（上記ビーム方向は、
電子ビーム16の軸10と一致する）28を有するターゲット
23を通過し、そして、発散Ｘ線ビーム25として、試料26
のほうに向かって、管12から出射する。ジオメトリ（幾
何学）的ビーム法則性に基づき、試料26の構造が、Ｘ線
ビーム25に対して多かれ少なかれ、非透過性である限
り、陰影、シルエット部の亀裂として相応に拡大され、
像平面29内のフィルム上に投影される。

管12内での真空状態維持のため及び溶融カソード14の
蒸気状材料トレーサ、軌跡の引き出しのための吸引装置
37により、同時にターゲット23中の焦点孔31からの溶融
した材料粒子が管12の内部空間から排出、清浄化される
ようになる。

透過ターゲット23における極めて小面積の励起された
制動容積40（図４）により、Ｘ線ビーム25の収率が特に
高くなり、このようなＸ線ビームの高収率（high yiel
d）は、溶融溢れによる吸収損失が生じないという理由
により生じるものである。高いエネルギ、電力密度、即
ち、マイクロフォーカシング（微小焦点−集束）された
電子ビーム16による単位面積当たりの高い物理的負荷に
より、ターゲット23内への焦点孔31の溶融形成が行わ
れ、その結果Ｘ線ビーム25の送出方向28に残留ターゲッ
ト材料、以て、それのビームを減衰させるエネルギ吸収
が連続的に減少する。制動層32は、当該電子ビーム16に
より所期のように溶融され、このことにより、それの集
合状態に関してダイナミックに変化するＸ線ビーム源が
形成される。

ベリリウムとか、又はアルミニウムのような良好な熱
伝導性の材料から成る比較的厚い担体層33が、該担体層
33に比して比較的薄厚の層32、例えばタングステンから
成る当該の比較的薄厚の層32で被覆されている場合、制
動層32にて孔31の底部にて、マイクロフォーカシングさ
れた電子ビーム16によってビーム方向28でその後方に位
置する担体層33も溶融されるという、事態が生じる。そ
の場合、勿論、当該個所でターゲット23の照射が終了さ
れねばならない、即ち、上記Ｘ線装置１の適用中、撮影
を終了させなければならない。それというのは、電子ビ
ーム16での担体層33の負荷によっては、著しく軟らかい
Ｘ線ビーム25、もって像平面29内にて、透射さるべき試
料26の殆ど利用できない拡散したシルエット、陰影画像
しか生ぜしめられないからである。

次に撮影さるべきＸ線陰影、シルエット画像に対して
マイクロフォーカシングされた電子ビーム16での透過タ
ーゲット23の著しく短時間の照射が行われる。そのた
め、カソード14は、たんに短時間のみ作動され、及び／
又は、ビーム16は図中示されていない旋回可能な絞りを
介して短時間のみ解放され、又はビーム16は、偏向コイ
ル19の相応の制御を介して短時間非機能状態の待機方向
からビーム送出方向28の機能及び作用軸16内へ旋回せし
められる。勿論、透過ターゲット23においては、そこに
て先に孔31の溶融形成された個所を照射してはいけな
い、それというのは、そうしないと、まもなく、又は直
ちに、担体層33が、制動材料から成る制動層32の代りに
溶融されることとなるからである。従って、制御部34が
設けられており、該制御部34は、機器軸10外への偏向コ
イル19を用いての前述のビーム偏向により、及び／又
は、機器軸10に対して相対的なターゲット23の移動によ
り、次のような作用が生ぜしめられる、即ち、蛇行状
に、又はスパイラル状に延びる経路に沿ってのみ順次連
続する焦点22が惹起されるような作用が生ぜしめられ
る。それにより、ターゲット23の消費、消尽されていな
い、ないし、使用されていない領域のみが順次負荷を受
け、而して、ターゲットの破壊が回避され、そこでは、
殆ど有効でない過度に小さいエネルギのＸ線ビームが励
起、触発されるに過ぎないことが保証、確保される。要
するに、ターゲット23は、透過動作モードで垂直方向で
の電子ビームの印加負荷を受け、ここで、溶融液相への
集合−変換が開始されるまで、当該の印加負荷がなされ
る。猶、前記制御部34は、請求項１からも明かなよう
に、遅くとも担体層33の溶融の際電子ビーム16を中断す
るように構成されており、制御部34は、そこにて電子ビ
ーム16により担体層33が溶融される時点taをターゲット
電流Ｉの測定により求めるように構成されているのであ
る。

管12、ないし、それの軸10に対して相対的なターゲッ
ト23の移動変位の機能部を明示するため、図中、位置定
めモータ35が管内にとり込んで示してある。そのかわり
に、ターゲット23を位置定めモータ35と共に基本的に、
管12の出射開口24の前に端面側で真空密に保持される
か、又は、位置定めモータ35の外部配置構成から、壁部
を通って、ロッドが、管12内部におけるターゲットに対
する回転−又は推動保持体36に当接、係合する。前述の
ように、次のような場合には、常に、ターゲットの移動
変位を行なわなければならない、即ち、電子ビーム16に
より微小孔31が担体層33に達する程深く制動層32内に溶
融形成される場合には、当該のターゲットの移動を行な
わなければならない。

前記時点を求めるための簡単な方法によれば、出力、
パワーに関して評定、推定可能な、又は、容易になお経
験的に求めることができる数ミリセカンド又はマイクロ
セカンドのオーダの短い照射時間後、ターゲット上での
焦点生成を終了させる。そのために、電子ビームは、前
述のように遮断されたり、遮蔽されたり、又は、ターゲ
ット領域外に旋回され得る。但し、上記方法は、微小孔
31の個別状態を考慮しない。当該の方法では、担体層33
が既に照射されるか、又は、他方では、微小孔31は制動
層32と担体層33との間の境界に達しないようにするとよ
い。

そこにて、制御層32が溶融され、電子が担体層33に当
てられる時点taを求める一層精確な方法は、図３に示す
ようなターゲット電流１の測定である。ターゲット電流
１を照射時間ｔの関数として測定する場合、上記ターゲ
ット電流Ｉは、図3Aに示す特性経過を有する。時点taで
は、ターゲット電流の跳躍的増大が行われる。時点ta
は、次のような時点である、即ち、そこで、電子ビーム
が制動層２に衝撃を加え、そして、微小孔31が担体層３
の所まで達するような時点である。要するに、ターゲッ
ト電流Ｉの測定により、著しく容易に、制御部により、
電子ビーム16の方向変換のための命令を得ることができ
る。ここで、全体的に制動層32及び担体層33の自動的な
局所的な特性が考慮される。

高電圧電界内で加速される電子が材料の表面内に進入
すると、当該電子は、材料との相互作用にて、一連の弾
性的衝撃を受け、該弾性的衝撃のもとで、その都度、そ
れの運動エネルギの一部を失い、該運動エネルギは、ビ
ームに変換される。上記ビームの一部は、Ｘ線ビームか
ら成る。一連の弾性的衝撃中、電子は、ターゲット材料
内で、制動容積40（図４）を通過し、前記制動容積の拡
がりは、第１にターゲット材料の原子番号と、電子のエ
ネルギEoと、電子ビーム直径Ａにより定まる。

Ｘ線ビームは前述の制動容積40内で生じる。従って、
ビーム源の拡がりは、制動容積40の大きさにより定ま
る。“零”に向かう電子ビーム直径ｄを想定（仮定）す
る場合でも、電子の拡がりに基づき、有限の制動容積
は、保持された侭である。従って、実質的にEo及びＺに
より定まる最小のビーム源の大きさを下回ることは基本
的にない。

ビーム源のサイズ大きさのさらなる小型化が望まれる
場合には、担体材料内に、連続する担体材料における電
子の前述の制動容積40より遥かに小さい容積を有する担
体材料−ドーピング材料41（図4A）を導入するとよい。

利用可能なＸ線ビームは、たんに高い原子番号の担体
材料中でのみ生じる。ターゲット材料−ドーピング材41
から小さな原子番号の担体材料中へ進入する電子は、次
のような電子と同様に利用可能なＸ線ビームには寄与し
ない、即ち、ドーピング材41と共に直接担体材料内へ侵
入する電子が利用可能なビームに大して寄与しないのと
同様である。

図4Aの小さなドーピング材容積において、同じ電子ビ
ーム密度のもとで、制動層32（図２）における比較的大
きな制動容積40におけるより僅かな単位時間当たりのＸ
線フォトンが生じるので、電子ビーム濃度（電流）を増
大しなければならない。このことによって、成程担体材
料−ドーピング材41及びそれの担体材料周囲の一層迅速
な溶融を生じるが、溶融過程中生じるＸ線ビームを利用
することもできる。次のＸ線撮影のため電子ビーム16
は、公知のようになお利用されていないドーピング材個
所41へ偏向される等々。ドーピング材41は、例えば所定
のパターン、コンフィギュレーション（構成配列）で配
置構成され得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 35/08 H01J 35/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微小焦点Ｘ線発生装置であって、集束化さ
れた電子ビームがＸ線ビーム生成のためターゲット（2
3）の制動材料上に垂直方向に当てられ、焦点（22）に
て制動材料は、高い熱負荷により少なくとも液状の集合
状態に移行し、ターゲット（23）上での焦点（22）の位
置が各照射と共に先行の位置に対してずらされており、
ここにおいて、制動材料が担体層（33）上の制動層（3
2）内に配置されており、前記制動層（32）は、電子ビ
ーム（16）のほうに配向された、担体層（33）の側に配
置されており、制御部（34）が設けられており、該制御
部は遅くとも担体層（33）の溶融の際電子ビーム（16）
を中断するように構成されている当該の微小焦点Ｘ線発
生装置において、制御部（34）は、そこにて電子ビーム（16）により担体
層（33）が溶融される時点（ta）をターゲット電流
（Ｉ）の測定により求めるように構成されていることを
特徴とする微小焦点Ｘ線発生装置。
【請求項２】前記制動材料は、ドーピング材（41）の形
で担体層（33）内に配置されていることを特徴とする請
求の範囲１記載の装置。