JP6121072B1 - 反射型ｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

ターゲットの品質低下を十分に抑止することのできる反射型Ｘ線発生装置を提供する。反射型Ｘ線発生装置は、少なくともｚ軸方向に延在する内部空間（ＩＳ）を構成するチャンバー（１０）と、内部空間（ＩＳ）においてチャンバー（１０）に固定され、ターゲット（１３）へ電子線を照射する電子銃（２０）と、電子銃（２０）から照射する電子線のｚ軸方向に対する傾斜角を調節する調節部（８２）とを備え、チャンバー（１０）は、ターゲット（１３）から発生したＸ線を内部空間（ＩＳ）外へ導くウインドウ（１２）を含む。

Description

本発明は、反射型Ｘ線発生装置に関し、より特定的には、ターゲットの品質低下を十分に抑止することのできる反射型Ｘ線発生装置に関する。

従来、Ｘ線撮影は、医療分野における診断や産業機器分野における非破壊検査などに用いられている。

Ｘ線を発生するＸ線発生装置は、電子（電子線）を放射する電子銃と、電子銃から放射された電子を集束するレンズ電極と、電子が衝突することでＸ線を発生するターゲットとを備えている。Ｘ線発生装置は、電子銃から放射された電子をターゲットに衝突させ、その衝突エネルギーによりターゲットからＸ線を発生させる。発生したＸ線は、ウインドウを通じて外部の対象物へ放射される。Ｘ線発生装置には、透過型と反射型という２つの方式がある。透過型は、電子銃からターゲットに向かう電子線の進行方向と同じ方面からＸ線を取り出す方式である。反射型は、電子銃からターゲットに向かう電子線の進行方向とは異なる方向からＸ線を取り出す方式である。

透過型では、ターゲットはウインドウに接触した位置に保持されるのに対し、反射型では、ターゲットはウインドウから離した位置に保持されるため、反射型は透過型に比べてターゲットを冷却しやすい。したがって、反射型では、電子線の強度を強くすることができ、より高感度なＸ線撮影を行うことができる。

近年、電子源から放射される電子線を、ターゲットにおける所望の位置に当てるための技術が提案されている。たとえば下記特許文献１には、真空容器内に、電子ビームを発生する電子銃を収容する透過型のＸ線管が開示されている。このＸ線管において、真空容器は、真空容器本体と、ターゲットと、ターゲットを支持するターゲット支持体と、真空容器本体とターゲット支持体とを連結する連結体とを備えている。連結体は、真空容器本体とターゲット支持体との各々に気密に固定されており、真空容器本体に対するターゲット支持体の変位を許容する。ターゲット支持体は、電子銃が発生する電子ビームの軸に対して傾斜可能であり、電子ビームの軸を中心とする円周方向に沿って傾斜させる方向を変更可能である。

また下記特許文献２には、カソードから電子入射方向に電子を放射する電子銃と、放射した電子をターゲット面に入射させてＸ線を放射する反射型のターゲットからなるアノードと、ターゲットに設けられ、ターゲット面で反射した電子を遮蔽する電子遮蔽手段とを備えた、反射型のＸ線管が開示されている。

特開２０１１−１１３７０５号公報 特開２００４−１１１３３６号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、透過型に関するものである。透過型のターゲットは、反射型と比べてターゲットを冷却しにくいという問題があった。そのため、電子線の収束サイズの微小化と電子線エネルギーを増加させることは、ターゲットの寿命を短くしてしまうという問題があった。また、連結体の大型化を招くため、ターゲットにおける電子線の照射位置を広い範囲で変更することができず、ターゲットの品質低下を十分に抑止することはできなかった。特許文献２のような従来の反射型Ｘ線発生装置においては、ターゲットにおける電子ビームの照射位置が常に同じであるため、ターゲットの品質低下が顕著であるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、ターゲットの品質低下を十分に抑止することのできる反射型Ｘ線発生装置を提供することである。

本発明の一の局面に従う反射型Ｘ線発生装置は、少なくとも一の方向に延在する内部空間を構成するチャンバーと、内部空間においてチャンバーに支持され、ターゲットへ電子線を照射する電子銃とを備え、チャンバーは、ターゲットから発生したＸ線を内部空間外へ導くウインドウと、一の方向に沿って、一の方向に対して垂直な方向の長さが小さくなるヘッド部とを含み、ウインドウはヘッド部に固定され、ヘッド部は、円筒の上部が少なくとも第１の面および第２の面の各々によって削られた形状を含んでおり、第１の面にはウインドウが設けられ、第１の面は平面であり、第２の面は、第１の面との間で境界線を形成し、第１の面の法線および第２の面の全ての法線の各々は、円筒の回転軸に対して傾斜している。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、第２の面の全ての法線は、第１の面の法線と円筒の回転軸とを含む平面に対して傾斜している。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ターゲットの表面は平面であり、第２の面の法線は、ターゲットの平面の法線と円筒の回転軸とを含む平面に対して傾斜する。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、第２の面は曲面である。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、第２の面は平面であり、第１の面と第２の面との境界線は、ヘッド部におけるＸ線を照射するターゲットに最も近い位置に位置する。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ヘッド部は、円筒の上部が第３の面によってさらに削られた形状を含んでおり、第２および第３の面はいずれも平面であり、第３の面は、第１の面との間で境界線を形成し、第２の面と第３の面とは、円筒の回転軸を含む平面に関して対称である。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ヘッド部は、円筒の上部が第４の面によってさらに削られた形状を含んでおり、第１の面と第２の面との境界線、第２の面と第３の面との境界線、第３の面と第４の面との境界線、および第４の面と第１の面との境界線の各々は直線状であり、かつ円筒における削られていない部分と隣接する。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、第２の面は、円筒を円錐形状に削る曲面であり、第１および第２の面の各々は、円筒の回転軸を取り囲むように配置されている。
上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、電子銃から照射する電子線の一の方向に対する傾斜角を調節する調節部をさらに備える。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、外部からの力により伸縮可能な伸縮部をさらに備え、電子銃は、伸縮部を介してチャンバーに支持され、調節部は、伸縮部を局所的に伸縮させる。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、電子銃を固定し、伸縮部と連結された固定台をさらに備え、チャンバーは、ウインドウとの間で電子銃および固定台を挟む位置に設けられた底部をさらに含み、伸縮部は底部に支持される。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、調節部は、電子銃と底部との距離を局所的に大きくする方向に固定台を押す押し部を含む。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、調節部は、電子銃と底部との距離を局所的に小さくする方向に固定台を引く引き部を含む。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、調節部は、電子銃と底部との距離を局所的に大きくする方向に固定台を押す押しネジと、電子銃と底部との距離を局所的に小さくする方向に固定台を引く引きネジとを含み、押しネジおよび引きネジによって固定台は固定される。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、外部に露出したウインドウの部分の面積は、０．５平方ミリメートル以上２０平方ミリメートル以下である。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ターゲットは、軽元素材料よりなる基板と、基板における電子線が照射される面に形成された重金属材料とを含む。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ターゲットにおける電子線が照射される面からウインドウの外面までの距離の最小値は、０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ターゲットにおける電子線が照射される面からウインドウの外面までの距離の最小値は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、ターゲットにおける電子線が照射される面からウインドウの外面までの距離の最小値は、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。

上記反射型Ｘ線発生装置において好ましくは、焦点径が０より大きく５μｍ以下である。

本発明によれば、ターゲットの品質低下を十分に抑止することができる。

本発明の一実施の形態におけるＸ線撮影装置の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の第１の構成を示す断面図である。 図２中下側から見た場合の伸縮部３０および固定台下端部５２ａの構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の第２の構成を示す断面図である。 図４中下側から見た場合の伸縮部３０および固定台下端部５２ａの構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の第３の構成を示す断面図である。 図６中下側から見た場合の伸縮部３０および固定台下端部５２ａの構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第１の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第２の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第３の構成を示す第１の方向から見た場合の斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第３の構成を示す第２の方向から見た場合の斜視図である。 ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、他の面との境界線が存在しない場合における、ヘッド部１１とワークＷＫとの位置関係を模式的に示す図である。 ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または曲面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在する場合における、ヘッド部１１とワークＷＫとの位置関係を模式的に示す図である。 （ａ）は、図９の平面ＰＬ１面を模式的に表したものであり、図１３におけるウインドウ１２を矢印ＡＲ２が貫く点と境界線ＬＮ１との最短距離Ｄ１１との位置関係を模式的に示す図である。（ｂ）は、図９の平面ＰＬ１面を模式的に表したものであり、矢印ＡＲ２の位置を平面ＰＬ１の略三角形状の先端に近づけることで、外部に露出したウインドウの面積が（ａ）の場合よりも小さくする場合の位置関係を模式的に示す図である。 ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または局面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在する場合において、外部に露出したウインドウの面積が図１３の場合よりも小さい時の、ヘッド部１１とワークＷＫとの位置関係を模式的に示す図１４（ｂ）に対応する図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［Ｘ線撮影装置の概略的な構成］

始めに、本発明の一実施の形態におけるＸ線撮影装置の概略的な構成について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるＸ線撮影装置の概略的な構成を示す断面図である。なお図１は、電子銃からターゲットへの電子線の進行方向（矢印ＡＲ１）と、ウインドウからワークＷＫへのＸ線の放射方向の中で、ウインドウの外面の法線方向と一致するＸ線の進行方向（矢印ＡＲ２）とを含む断面で見た場合の断面図である。ｚ軸方向は、電子線の進行方向（矢印ＡＲ１で示す方向）を示しており、ｚ１軸方向は、ウインドウの外面の法線方向（矢印ＡＲ２で示す方向）を示している。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の各々は互いに直交しているものとする。さらに、ｘ１軸、ｙ軸、およびｚ１軸の各々は互いに直交しているものとする。

図１を参照して、本実施の形態のＸ線撮影装置は、Ｘ線発生装置１と、Ｘ線検出装置７０と、制御部８０と、操作部９０などを備えている。検査およびＸ線照射の対象となるワークＷＫは、Ｘ線発生装置１側を向いたワークＷＫの平面の法線が、ウインドウの外面の法線に対して平行になるように配置される。なお矢印ＡＲ２は、Ｘ線の放射方向の中で、ウインドウの外面の法線方向と一致するＸ線の進行方向を示している。ワークＷＫは、Ｘ線発生装置１側を向いたワークＷＫの平面の法線がウインドウの外面の法線に対して傾斜するように配置されてもよい。ワークＷＫは平板であってもよく、ウインドウからはみ出る大きさのものであってもよい。ワークＷＫはウインドウに接触して配置されてもよい。

Ｘ線発生装置（Ｘ線源）１は、反射型のＸ線発生装置である。Ｘ線発生装置１において、チャンバー１０は、密閉型であり、減圧された内部空間ＩＳを構成している。内部空間ＩＳはｚ軸方向に延在している。電子銃２０は、内部空間ＩＳにおいてチャンバー１０に支持されている。Ｘ線発生装置１は、内部空間ＩＳにおいて、電子銃２０から矢印ＡＲ１で示すようにターゲットに対して電子線を照射することにより、ターゲットからＸ線を発生させる。ターゲットから発生したＸ線は、放射状に広がり、チャンバー１０に設けられたウインドウ１２から内部空間ＩＳの外部に導かれ、ワークＷＫに照射される。矢印ＡＲ４は、放射状に広がるＸ線の端部の進行方向を示している。Ｘ線発生装置１の下部は、ケース１００内に配置されている。ケース１００内には、電源１０１が設けられている。チャンバー１０の底部や電子銃２０は電源１０１によって高電圧に保たれ、ケース１００は接地電位に保たれる。ケース１００内には、放電を防止する目的で、絶縁ガスや樹脂などが充填されている。

Ｘ線検出装置７０は、ワークＷＫを透過したＸ線を受信し、受信したＸ線の強度を示す信号を制御部８０に送信する。

制御部８０は、Ｘ線発生装置１、Ｘ線検出装置７０、および操作部９０の各々と電気的に接続されており、Ｘ線撮影装置全体の制御を行う。制御部８０は、Ｘ線発生制御部８１と、位置角度調節部８２と、画像生成部８３とを含んでいる。

Ｘ線発生制御部８１は、Ｘ線発生装置１の電子銃２０およびレンズを構成する部分に印加する電圧、ならびにＸ線発生装置１内部の真空度などを制御することにより、Ｘ線発生装置１から発生するＸ線を制御する。

位置角度調整部８２は、ワークＷＫを移動または傾斜させることにより、ワークＷＫの見たい位置（Ｘ線の照射位置）や見たい角度（Ｘ線の照射角度）を調節する。位置角度調整部８２は、Ｘ線発生装置１およびＸ線検出装置７０を、ターゲットにおける電子線の照射位置またはワークＷＫを中心に回転させることで、ワークＷＫの見たい位置や見たい角度を調節するものであってもよい。また位置角度調整部８２は、Ｘ線検出装置７０をｘ１軸方向やｙ軸方向に沿って移動させることで、ワークＷＫの見たい位置や見たい角度を調節するものであってもよい。

画像生成部８３は、Ｘ線検出装置７０から受信した信号に基づいて、ワークＷＫのＸ線画像を生成する。

操作部９０は、Ｘ線撮影装置に関する各種操作を操作者から受け付け、受け付けた操作に基づく信号を制御部８０に送信する。

［Ｘ線発生装置の構成］

続いて、本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の第１の構成を示す断面図である。

図２を参照して、第１の構成のＸ線発生装置１は、チャンバー１０と、電子銃２０と、伸縮部３０と、調節部４０と、電極５１と、固定台５２などを含んでいる。電子銃２０、伸縮部３０、および固定台５２の各々は、チャンバー１０の内部空間ＩＳに設けられている。調節部４０および電極５１の各々は、チャンバー１０の底部１４に設けられている。

チャンバー１０は、ヘッド部（アノード）１１と、ウインドウ（Ｘ線取出窓）１２と、ターゲット１３と、底部１４と、本体１５と、金属板（接合リング）１６ａおよび１６ｂなどを含んでいる。チャンバー１０の内部空間ＩＳは、少なくとも、電子銃２０とターゲット１３との間を電子が飛翔することができる程度の真空度（たとえば１×１０^-4Ｐａ以下の真空度）を有している。内部空間ＩＳの真空度は、使用する電子銃２０の種類や、電子銃２０の動作温度などを考慮して適宜設定されることが好ましい。

ヘッド部１１は、本体１５におけるワークＷＫ側（図２中上側）に固定されている。ヘッド部１１は、金属板１６ａに対して溶接などの方法で固定されており、金属板１６ａは、本体１５に対してロウ付けなどの方法で固定されている。ヘッド部１１およびターゲット１３は、電子線照射時に接地電位（ＧＮＤ電位）に保たれる。ヘッド部１１は、たとえば、ｚ軸方向に沿って図２中上側に行くほど、ｚ軸方向に対して垂直な方向の長さ（ｘ軸方向またはｙ軸方向の長さ）が小さくなる先細りの形状を有している。ヘッド部１１は、略多角円錐形状または略円錐形状の先端部を有していることが好ましい。ヘッド部１１は、たとえば銅などの金属よりなっている。

ウインドウ１２は、ヘッド部１１における最もワークＷＫ側の位置の付近に固定されている。ウインドウ１２は、内部空間ＩＳとヘッド部１１の外部との間に設けられた孔１１ａを塞いでいる。ウインドウ１２の外面は平面であり、ｚ１軸方向の法線を有している。ウインドウ１２の外面と、ヘッド部１１の外面とは略同一平面上にある。ウインドウ１２は、ヘッド部１１よりも高いＸ線透過率を有している。ウインドウ１２は、Ｂｅ（ベリリウム）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコン）、またはダイヤモンドライクカーボンなどよりなっている。ウインドウ１２は、たとえば円板、四角板、または台形板などの形状を有している。ウインドウ１２の厚みは、たとえば０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。また外部に露出したウインドウ１２の面積は、０．５平方ミリメートル以上２０平方ミリメートル以下であることが好ましい。外部に露出したウインドウ１２の面積を０．５平方ミリメートル以上とすることで、Ｘ線の放射角を確保することができる。外部に露出したウインドウ１２の面積を２０平方ミリメートル以下とすることで、ヘッド部１１を小型化することができる。

ターゲット１３は、ヘッド部１１における内部空間ＩＳに面した部分に固定されている。ターゲット１３は、ウインドウ１２に近接している。ターゲット１３の一端は、ウインドウ１２とヘッド部１１との接合部に近接している。ターゲット１３は、電子線が照射された場合にＸ線を発生するＸ線の発生源である。ターゲット１３は、通常、原子番号２６以上の重金属よりなっている。ターゲット１３は、熱伝導率が大きく融点が高いものが好ましい。具体的には、ターゲット１３は、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、またはＣｒ（クロム）などよりなっている。ターゲット１３の厚みは、たとえば０．１μｍ以上１ｍｍ以下である。

ターゲット１３は、基板の一方の面にスパッタや蒸着などの方法で形成され、基板の他方の面がヘッド部１１の内壁面に接合されることにより、ヘッド部１１に固定されてもよい。この場合の基板は、たとえばダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、グラファイトシート、またはベリリウムなどの軽元素の材料よりなる。またターゲット１３は、圧延や研磨などにより作製された薄膜によって形成されてもよい。ターゲット１３の厚みは、たとえば０．１μｍ以上３μｍ以下である。ターゲット１３が、軽元素よりなる基板の一方の面（電子線が照射される面）に重金属が形成されたものである場合、基板の厚みは電子線の電子が基板内で停止する程度の厚みを有することが好ましい。重金属から発生するＸ線の強度は、軽元素から発生するＸ線の強度よりも大きくなる。このようにすることで、ターゲット１３におけるＸ線発生部の大きさを小さくすることができる。

底部１４は、本体１５におけるワークＷＫの反対側（図２中下側）に固定されている。底部１４は、ウインドウ１２との間で電子銃２０および固定台５２を挟む位置に設けられている。底部１４は、金属板１６ｂに対して溶接などの方法で固定されており、金属板１６ｂは、本体１５に対してロウ付けなどの方法で固定されている。底部１４はたとえばステンレスなどの金属よりなっている。底部１４の中央部には複数の孔１４ａが開口されており、複数の孔１４ａの各々には複数の電極５１が挿入されている。電極５１と底部１４との間には、たとえばガラスなどの絶縁材料が気密になるように埋められている。複数の電極５１の各々は、電子銃２０に電位または電力を供給するためのものである。

本体１５は、円筒形状を有しており、ワークＷＫ側およびワークＷＫの反対側の各々に開口を有している。ワークＷＫ側の開口は、ヘッド部１１およびウインドウ１２によって覆われている。ワークＷＫの反対側の開口は、底部１４によって覆われている。本体１５は、電子銃２０とターゲット１３（ヘッド部１１）とを絶縁している。本体１５は、たとえばセラミックなどの絶縁体よりなっている。

電子銃２０は、円筒形状の固定台５２に固定されている。電子銃２０は、伸縮部３０および固定台５２を介して底部１４に支持されている。電子銃２０は、電子線照射時に負電位に保たれる。電子銃２０は、防熱型カソード、タングステンフィラメント、もしくはＬａＢ６カソードなどの結晶電子源、またはコールドＦＥもしくはサーマルＦＥなどの電界放射型のものを使用することができる。

なお、電子銃２０は、電子銃２０から発生した電子を内部空間ＩＳに引き出して収束するためのレンズ（図示無し）を含んでいる。電子銃２０のレンズは、静電レンズ型のものであっても磁気レンズ型のものであってもよい。

図３は、図２中下側から見た場合の伸縮部３０および固定台下端部５２ａの構成を示す平面図である。なお図３、図５、および図７では、固定台下端部５２ａにおける押しネジ４１が接触する部分を三角形の記号で示しており、固定台下端部５２ａにおける引きネジ４２が接触する部分を四角形の記号で示している。

図２および図３を参照して、固定台５２は、ｚ軸方向から見た場合に円周の平面形状を有する固定台下端部５２ａを含んでいる。伸縮部３０は、固定台下端部５２ａと連結されており、底部１４に支持されている。伸縮部３０は、外部からの力により伸縮可能である。伸縮部３０は、固定台下端部５２ａから内径側（図２中電極５１側）に延在し、底部１４に達する内径側部分３０ａと、固定台下端部５２ａから外径側（図２中本体１５側）に延在し、底部１４に達する外径側部分３０ｂとを含んでいる。

調節部４０は、伸縮部３０を局所的に伸縮させることにより、電子銃２０から照射する電子線（矢印ＡＲ１で示す方向）の、内部空間ＩＳの延在方向（ｚ軸方向）に対する傾斜角を調節する。調節部４０は、押しネジ４１（押し部の一例）と、引きネジ４２（引き部の一例）とを含んでいる。押しネジ４１および引きネジ４２の各々は、たとえば３個である。押しネジ４１は、底部１４に設けられた孔１４ｂに螺合している。孔１４ｂの内壁にはねじ山が形成されている。引きネジ４２は、底部１４に設けられた孔１４ｃに挿入されている。孔１４ｃは貫通孔であり、孔１４ｃの内壁にはねじ山が形成されていない。引きネジ４２の頭の部分は底部１４の孔１４ｃの周辺面に接している。押しネジ４１および引きネジ４２の各々は、固定台下端部５２ａの縁の円周形状に沿って等間隔で交互に設けられている。

押しネジ４１は、孔１４ｂに入り込む方向に回転された場合、固定台下端部５２ａを底部１４から離れる方向に押す。これによって、押しネジ４１が固定台下端部５２ａを押す位置の付近における伸縮部３０が局所的に伸び、電子銃２０および固定台５２と、底部１４との距離は、押しネジ４１が固定台下端部５２ａを押す位置の付近において局所的に大きくなる。

引きネジ４２の先端は、固定台下端部５２ａの内部に設けられた溝５２ｂと螺合している。引きネジ４２が固定台下端部５２ａに入り込む方向に回転された場合、引きネジ４２の頭の部分は底部１４に接し押しつけられる。そのため、引きネジ４２は固定台下端部５２ａを底部１４の方向へ引っ張る。これによって、引きネジ４２が固定台下端部５２ａを引っ張る位置の付近における伸縮部３０が局所的に縮み、電子銃２０および固定台５２と、底部１４との距離は、引きネジ４２が固定台下端部５２ａを引く位置の付近において局所的に小さくなる。

たとえば、図２中右側の押しネジ４１が孔１４ｂに入り込む方向に回転され、図２中左側の引きネジ４２が溝５２ｂに入り込む方向に回転された場合には、電子銃２０は、矢印Ｍ１で示す方向に傾斜し、それによって電子線の軌跡も矢印Ｍ１１で示す方向に変化する（電子線の傾斜角が大きくなる）。その結果、ターゲット１３における電子線の照射位置が変化し、ターゲット１３における電子線の照射位置とウインドウ１２の大気側表面との距離（最小ＦＯＤ）が変化する。また、図２中右側の押しネジ４１の両隣りの引きネジ４２が溝５２ｂに入り込む方向に回転され、図２中左側の引きネジ４２の両隣りの押しネジ４１が孔１４ｂに入り込む方向に回転された場合には、電子銃２０は、矢印Ｍ２で示す方向に傾斜し、それによって電子線の軌跡も矢印Ｍ１２で示す方向に変化する（電子線の傾斜角が大きくなる）。その結果、ターゲット１３における電子線の照射位置が変化し、ターゲット１３における電子線の照射位置とウインドウ１２の大気側表面との距離（最小ＦＯＤ）が変化する。

電子銃２０を目的の角度に調整した後、角度が傾かないように押しネジ４１は押す力を固定台５２に与えるとともに、引きネジ４２は固定台５２を引き付ける。押しネジ４１および引きネジ４２の各々は、固定台５２に対して、固定台下端部５２ａの周方向に沿って互いに反対の方向に力を加える。これにより、固定台５２は安定に固定される。その結果、振動などによって電子銃２０の傾きが不要に変化するのを防止することができる。

図４は、本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の第２の構成を示す断面図である。図５は、図４中下側から見た場合の伸縮部３０および固定台下端部５２ａの構成を示す平面図である。

図４および図５を参照して、第２の構成のＸ線発生装置１では、チャンバー１０の内部空間ＩＳが、チャンバー１０、伸縮部３０、および固定台５２によって構成されている。底部１４は、環状を有している。本体１５は、たとえばガラスなどの絶縁体よりなっている。

固定台５２は、円筒状であり、ｚ軸方向から見た場合に円の平面形状を有する固定台下端部５２ａを含んでいる。固定台下端部５２ａは固定台５２の円筒形状における一方の開口を覆っている。固定台下端部５２ａには４つの孔５２ｃが開口されており、４つの孔５２ｃの各々には４つの電極５１の各々が挿入されている。電極５１の各々の孔５２ｃには、固定台下端部５２ａと電極５１との間を気密に埋めるように、たとえばガラスなどの絶縁材料が設けられている。

なお、第２の構成のＸ線発生装置１における上述以外の構成、および電子銃２０を傾斜させる方法は、第１の構成のＸ線発生装置の場合と同一であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図６は、本発明の一実施の形態におけるＸ線発生装置の第３の構成を示す断面図である。図７は、図６中下側から見た場合の伸縮部３０および固定台下端部５２ａの構成を示す平面図である。

図６および図７を参照して、第３の構成のＸ線発生装置１では、チャンバー１０の内部空間ＩＳが、チャンバー１０、伸縮部３０、および固定台５２によって構成されている。チャンバー１０の本体１５は、ヘッド部１１と一体化している。なお、本体１５とヘッド部１１とは互いに分離してもよい。本体１５は、たとえばステンレスよりなっており、ヘッド部１１は、たとえば銅などの金属よりなっていてもよい。チャンバー１０は開放型である。本体１５には、開口１５ａが設けられており、開口１５ａには真空ポンプ６０が接続されている。これにより、開口１５ａを大気に開放して電子銃２０などを交換することができる。底部１４は、本体１５に対して銅ガスケットやＯリングなどを挟み、ネジなどで気密に固定されている。底部１４は、環状を有している。ヘッド部１１および本体１５は、たとえば銅などの金属よりなっている。

固定台５２は、円錐台形状を有しており、ｚ軸方向から見た場合に円周の平面形状を有する固定台下端部５２ａを含んでいる。固定台５２は、電子銃２０とターゲット１３（本体１５）とを絶縁している。固定台５２の一部（固定台下端部５２ａ以外の部分）は、たとえばセラミックなどの絶縁体よりなっている。固定台下端部５２ａには４つの孔５２ｃが開口されており、４つの孔５２ｃの各々には４つの電極５１の各々が挿入されている。伸縮部３０は、固定台下端部５２ａと連結されており、底部１４に支持されている。伸縮部３０は、ベローズの形状を有している。伸縮部３０は、ｚ軸方向から見た場合に固定台下端部５２ａと重なる位置に配置されている。

なお、第３の構成のＸ線発生装置１における上述以外の構成、および電子銃２０を傾斜させる方法は、第１の構成のＸ線発生装置の場合と同一であるため、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

Ｘ線発生装置の構成は、上述の第１〜第３の構成のいずれであってもよく、上述の第１〜第３の構成の各々における各部材を適宜組み合わせたものであってもよい。また、Ｘ線発生装置の構成は、上述の第１〜第３の構成以外のものであってもよい。

［ヘッド部の外観形状］

続いて、本発明の一実施の形態におけるヘッド部の外観形状について説明する。

図８は、本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第１の構成を示す斜視図である。

図８を参照して、第１の構成のヘッド部１１は、円筒の上部が複数の面によって削られた形状を含んでいる。ヘッド部１１の先端は、略多角錐形状を有している。ヘッド部１１は、円筒を削る平面である平面ＰＬ１およびＰＬ２と、円筒の側面である曲面ＣＳ１とを有している。ウインドウ１２は、平面ＰＬ１におけるヘッド部１１の先端付近に設けられている。平面ＰＬ１およびＰＬ２の法線は、円筒の回転軸ＯＡに対して傾斜している。平面ＰＬ１と平面ＰＬ２とは境界線ＬＮ１で隣接している。境界線ＬＮ１は、直線状であり、ヘッド部１１における最も先端（最もワークＷＫに近い位置）に位置している。平面ＰＬ１およびＰＬ２の各々は、略半円状の平面形状を有している。

図９は、本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第２の構成を示す斜視図である。

図９を参照して、第２の構成のヘッド部１１もまた、円筒の上部が複数の面によって削られた形状を含んでいる。ヘッド部１１の先端は、略多角錐形状を有している。ヘッド部１１は、円筒を削る平面である平面ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、およびＰＬ４と、円筒の側面である曲面ＣＳ１とを有している。ウインドウ１２は、平面ＰＬ１におけるヘッド部１１の先端付近に設けられている。平面ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、およびＰＬ４の各々の法線は、円筒の回転軸ＯＡに対して傾斜しており、平面ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、およびＰＬ４の各々は、円筒の回転軸ＯＡを取り囲むように配置されている。平面ＰＬ１と平面ＰＬ２とは境界線ＬＮ１で隣接しており、平面ＰＬ１と平面ＰＬ３とは境界線ＬＮ２で隣接しており、平面ＰＬ２と平面ＰＬ４とは境界線ＬＮ３で隣接しており、平面ＰＬ３と平面ＰＬ４とは境界線ＬＮ４で隣接している。境界線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、およびＬＮ４の各々は、直線状である。平面ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、およびＰＬ４の各々は、略三角形状の平面形状を有している。平面ＰＬ１と平面ＰＬ２とは、円筒の回転軸ＯＡを含む平面ＰＬ１０に関して対称である。

図１０および図１１は、本発明の一実施の形態におけるヘッド部の第３の構成を示す斜視図である。

図１０および図１１を参照して、第３の構成のヘッド部１１もまた、円筒の上部が複数の面によって削られた形状を含んでいる。ヘッド部１１の先端は、略円錐形状を有している。ヘッド部１１は、円筒を削る平面である平面ＰＬ１と、円筒を円錐形状に削る曲面である曲面ＣＳ２と、円筒の側面である曲面ＣＳ１とを有している。ウインドウ１２は、平面ＰＬ１におけるヘッド部１１の先端付近に設けられている。平面ＰＬ１の法線は、円筒の回転軸ＯＡに対して傾斜しており、平面ＰＬ１および曲面ＣＳ２の各々は、円筒の回転軸ＯＡを取り囲むように配置されている。平面ＰＬ１と曲面ＣＳ２とは境界線ＬＮ１およびＬＮ２の各々で隣接している。境界線ＬＮ２およびＬＮ３の各々は、曲線状である。平面ＰＬ１は、略三角形状の平面形状を有している。

ヘッド部の構成は、上述の第１〜第３の構成のいずれであってもよく、またこれら以外の構成であってもよい。また、第１〜第３の構成のヘッド部の各々は、上述の第１〜第３の構成のＸ線発生装置のいずれに適用されてもよく、上述以外のＸ線発生装置に適用されてもよい。

［実施の形態の効果］

次に、本実施の形態の効果について説明する。

本実施の形態によれば、電子線の傾斜角を調節することができるので、ターゲット１３を移動する場合に比べてより簡素な方法で、ターゲット１３における電子線の照射位置を広い範囲で変更することができる。その結果、ターゲット１３の品質低下を十分に抑止することができる。

また、ウインドウ１２に不純物が混入した場合（この現象は、ウインドウ１２がＢｅよりなる場合に起こりやすい）、不純物を回避してＸ線を照射することができるので、ワークＷＫの撮影画像の品質の低下を抑止することができる。

また、ウインドウ１２に最も近い位置のターゲット１３に電子線を照射することで、ＦＯＤをある程度短くすることができる。

さらに、電子線の傾斜角を調節することができるので、ターゲットにおける電子線の照射位置を広い範囲で適切に設定することができる。これにより、ウインドウを小型化することができ、ヘッド部の先端付近のサイズを小さくすることができる。その結果、特に第２および第３のヘッド部の構成のように、ウインドウ１２が設けられている平面の付近に、他の面との境界線が存在する構成をヘッド部１１が有している構成の場合には、ワークＷＫにおけるＸ線が照射される側の平面の法線がウインドウ１２の外面の法線（ｚ１軸方向）に対して傾斜した状態でも、ＦＯＤを小さくすることができる。ＦＯＤを小さくすることができる効果について、図１２〜図１４を用いて詳細に説明する。

図１２は、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、他の面との境界線が存在しない場合における、ヘッド部１１とワークＷＫとの位置関係を模式的に示す図である。

図１２を参照して、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、他の面との境界線が存在しない構成をヘッド部１１が有している場合とは、たとえばヘッド部１１の先端が単一の平面よりなる場合（ヘッド部１１が略円筒形状を有する場合）などである。この場合、ワークＷＫにおけるヘッド部１１側の平面の法線（矢印ＡＲ３）をウインドウ１３の外面の法線（矢印ＡＲ２）に対して傾斜させると（ワークＷＫを傾けると）、丸印Ｘ１で示す位置においてワークＷＫの端部がヘッド部１１と干渉し、ワークＷＫをターゲット１３に接近させることができない。その結果、ＦＯＤは距離Ｄ１という大きな値になる。

図１３は、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または曲面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在する場合における、ヘッド部１１とワークＷＫとの位置関係を模式的に示す図である。

図１３を参照して、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または曲面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在する場合、ワークＷＫが平面ＰＬ２または曲面ＣＳ２に接近するように境界線ＬＮ１を支点としてワークＷＫを傾けることができる。これにより、図１２の場合に比べてワークＷＫをターゲット１３に接近させることができる。その結果、ＦＯＤは、距離Ｄ１よりも小さい距離Ｄ２という値になる。なお図１３の場合、外部に露出したウインドウ１２をＡＲ２が貫く点と境界線ＬＮ１との最短距離は、距離Ｄ１１となる。

図１４（ａ）は図９の平面ＰＬ１面を表したものであり、図１３におけるウインドウ１２を矢印ＡＲ２が貫く点と境界線ＬＮ１との最短距離Ｄ１１が描かれている。図１４（ｂ）は、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または局面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在する場合において、矢印ＡＲ２の位置を平面ＰＬ１の略三角形状の先端に近づけることで、外部に露出したウインドウの面積が図１３（図１４（ａ））の場合よりも小さくする時の、図である。ウインドウ１２を矢印ＡＲ２が貫く点と境界線ＬＮ１との最短距離Ｄ１２が描かれている。距離Ｄ１２は距離Ｄ１１より短くできることがわかる。

図１５は、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または局面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在する場合において、外部に露出したウインドウの面積が図１３の場合よりも小さい時の、ヘッド部１１とワークＷＫとの位置関係を模式的に示す図１４（ｂ）に対応する図である。

図１５を参照して、本実施の形態の第２および第３の構成のヘッド部１１では、ウインドウ１２が設けられている平面ＰＬ１の付近に、平面ＰＬ２または曲面ＣＳ２との境界線ＬＮ１が存在している。このような構成では、上述のようにウインドウ１２の面積を従来の面積（図１３の場合の面積）よりも小さくすることにより、外部に露出したウインドウ１２を矢印ＡＲ２が貫く点と境界線ＬＮ１との最短距離は、距離Ｄ１１より小さい距離Ｄ１２となる。その結果、ＦＯＤは、距離Ｄ２よりも小さい距離Ｄ３という値になる。

なお、本実施の形態における最小ＦＯＤ（ターゲット１３における電子線が照射される面からウインドウ１２の外面までの距離の最小値）を示す距離Ｄ４は、たとえば０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、好ましくは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。従来のＸ線発生装置では、組み立て精度の再現性が悪く、最小ＦＯＤに大きな変動が生じていたが、本実施の形態のようにＸ線発生装置に電子線の角度調節機能を付加することで、最小ＦＯＤを上述の範囲のように精度良く調整することができる。

透過型では標準的にはウインドウ１２の厚みを０．５ｍｍにして使われている。したがって、最小ＦＯＤは０．５ｍｍとなる。一方、反射型では標準的には１０ｍｍ程度で使われている。反射型で最小ＦＯＤがたとえば１ｍｍから１．５ｍｍ程度の場合を説明する。この場合、透過型と比べて大差なく使える。たとえばワークＷＫの厚みが３ｍｍの場合、透過型では厚みを含めたＦＯＤが３．５ｍｍ、本実施の形態では厚みを含めたＦＯＤが、たとえば４ｍｍから４．５ｍｍとなり、よく用いられるワークＷＫの厚みでは大差がない。また、反射型では冷却できる分、Ｘ線量を多くすることができるので、透過型と比べて、Ｘ線検出装置７０を離すことで透過型と同等の拡大率を実現することもできる。

さらに本実施の形態によれば、ＦＯＤが小さくなることにより、次のような効果を得ることができる。

Ｘ線発生装置１とＸ線検出装置７０との距離を従来の場合の距離と同じにした場合には、ＦＯＤが小さくなることで、ワークＷＫの撮影画像の幾何倍率を大きくすることができ、ワークＷＫの撮影画像を拡大して見ることができる。

幾何倍率を従来の場合と同じにした場合には、ＦＯＤが小さくなることで、Ｘ線検出装置７０におけるＸ線の受光量が増加する。これにより、Ｘ線の受光量を従来の場合と同程度に減らす場合、ターゲット１３に衝突させる電子線の量を減らすことができる。その結果、電子線の広がりを小さくすることができ、ターゲット１３におけるＸ線発生部の大きさを小さくすることができる。すなわち、分解能の向上することができる。また、電子線の量を減らすことができるので、ターゲット１３の損傷を小さくすることができる。

［その他］

Ｘ線発生装置は、密閉型および開放型の他、マイクロフォーカス型（１０μｍ以下の焦点径を有するもの）であってもよい。Ｘ線発生装置がマイクロフォーカス形である場合、焦点径は、５μｍ以下であることが好ましい。

調節部は、底面に設けられる代わりにチャンバーの側面や前面などに設けられていてもよい。

チャンバーが構成する内部空間の形状は任意であり、内部空間は複数の延在方向を有していてもよい。内部空間が複数の延在方向を有している場合、調節部は、内部空間の少なくとも一の延在方向に対する電子銃から照射する電子線の傾斜角を調節するものであればよい。

上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ Ｘ線発生装置
１０ チャンバー
１１ ヘッド部
１１ａ ヘッド部の孔
１２ ウインドウ
１３ ターゲット
１４ 底部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 底部の孔
１５ 本体
１５ａ 本体の開口
１６ａ，１６ｂ 金属板
２０ 電子銃
３０ 伸縮部
３０ａ 伸縮部の内径側部分
３０ｂ 伸縮部の外径側部分
４０ 調節部
４１ 押しネジ
４２ 引きネジ
５１ 電極
５２ 固定台
５２ａ 固定台下端部
５２ｂ 固定台の溝
５２ｃ 固定台の孔
６０ 真空ポンプ
７０ Ｘ線検出装置
８０ 制御部
８１ Ｘ線発生制御部
８２ 位置角度調節部
８３ 画像生成部
９０ 操作部
１００ ケース
１０１ 電源
ＡＲ１ 電子線の進行方向を示す矢印
ＡＲ２ ウインドウからワークへのＸ線の放射方向の中で、ウインドウの法線方向と一致するＸ線の進行方向を示す矢印
ＡＲ３ ワークにおけるヘッド部側の平面の法線の方向を示す矢印
ＡＲ４ 放射状に広がるＸ線の端部の進行方向
ＣＳ１，ＣＳ２ 曲面
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ１１，Ｄ１２ 距離
ＩＳ 内部空間
ＬＮ１，ＬＮ２，ＬＮ３，ＬＮ４ 境界線
Ｍ１，Ｍ２ 電子銃の傾斜方向を示す矢印
Ｍ１１，Ｍ１２ 電子線の軌跡の変化する方向を示す矢印
ＯＡ 円筒の回転軸
ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３，ＰＬ４，ＰＬ１０ 平面
ＷＫ ワーク
Ｘ１ ワークの端部がヘッド部と干渉する位置

Claims (20)

1. 少なくとも一の方向に延在する内部空間を構成するチャンバーと、
   前記内部空間において前記チャンバーに支持され、ターゲットへ電子線を照射する電子銃とを備え、
   前記チャンバーは、前記ターゲットから発生したＸ線を前記内部空間外へ導くウインドウと、前記一の方向に沿って、前記一の方向に対して垂直な方向の長さが小さくなるヘッド部とを含み、
   前記ウインドウは前記ヘッド部に固定され、
   前記ヘッド部は、円筒の上部が少なくとも第１の面および第２の面の各々によって削られた形状を含んでおり、前記第１の面には前記ウインドウが設けられ、前記第１の面は平面であり、前記第２の面は、前記第１の面との間で境界線を形成し、前記第１の面の法線および第２の面の全ての法線の各々は、前記円筒の回転軸に対して傾斜している、反射型Ｘ線発生装置。
2. 前記第２の面の全ての法線は、前記第１の面の法線と前記円筒の回転軸とを含む平面に対して傾斜している、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
3. 前記ターゲットの表面は平面であり、
   前記第２の面の法線は、前記ターゲットの平面の法線と前記円筒の回転軸とを含む平面に対して傾斜する、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
4. 前記第２の面は曲面である、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
5. 前記第２の面は平面であり、
   前記第１の面と前記第２の面との境界線は、前記ヘッド部における前記Ｘ線を照射するターゲットに最も近い位置に位置する、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
6. 前記ヘッド部は、円筒の上部が第３の面によってさらに削られた形状を含んでおり、前記第２および第３の面はいずれも平面であり、前記第３の面は、前記第１の面との間で境界線を形成し、前記第２の面と前記第３の面とは、前記円筒の回転軸を含む平面に関して対称である、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
7. 前記ヘッド部は、円筒の上部が第４の面によってさらに削られた形状を含んでおり、
   前記第１の面と前記第２の面との境界線、前記第２の面と前記第３の面との境界線、前記第３の面と前記第４の面との境界線、および前記第４の面と前記第１の面との境界線の各々は直線状であり、かつ前記円筒における削られていない部分と隣接する、請求項６に記載の反射型Ｘ線発生装置。
8. 前記第２の面は、前記円筒を円錐形状に削る曲面であり、
   前記第１および第２の面の各々は、前記円筒の回転軸を取り囲むように配置されている、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
9. 前記電子銃から照射する電子線の前記一の方向に対する傾斜角を調節する調節部をさらに備えた、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
10. 外部からの力により伸縮可能な伸縮部をさらに備え、
    前記電子銃は、前記伸縮部を介して前記チャンバーに支持され、
    前記調節部は、前記伸縮部を局所的に伸縮させる、請求項９に記載の反射型Ｘ線発生装置。
11. 前記電子銃を固定し、前記伸縮部と連結された固定台をさらに備え、
    前記チャンバーは、前記ウインドウとの間で前記電子銃および前記固定台を挟む位置に設けられた底部をさらに含み、
    前記伸縮部は前記底部に支持される、請求項１０に記載の反射型Ｘ線発生装置。
12. 前記調節部は、前記電子銃と前記底部との距離を局所的に大きくする方向に前記固定台を押す押し部を含む、請求項１１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
13. 前記調節部は、前記電子銃と前記底部との距離を局所的に小さくする方向に前記固定台を引く引き部を含む、請求項１１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
14. 前記調節部は、
    前記電子銃と前記底部との距離を局所的に大きくする方向に前記固定台を押す押しネジと、
    前記電子銃と前記底部との距離を局所的に小さくする方向に前記固定台を引く引きネジとを含み、
    前記押しネジおよび前記引きネジによって前記固定台は固定される、請求項１１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
15. 外部に露出した前記ウインドウの部分の面積は、０．５平方ミリメートル以上２０平方ミリメートル以下である、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
16. 前記ターゲットは、軽元素材料よりなる基板と、前記基板における電子線が照射される面に形成された重金属材料とを含む、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
17. 前記ターゲットにおける電子線が照射される面から前記ウインドウの外面までの距離の最小値は、０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下である、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
18. 前記ターゲットにおける電子線が照射される面から前記ウインドウの外面までの距離の最小値は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１７に記載の反射型Ｘ線発生装置。
19. 前記ターゲットにおける電子線が照射される面から前記ウインドウの外面までの距離の最小値は、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、請求項１８に記載の反射型Ｘ線発生装置。
20. 焦点径が０より大きく５μｍ以下である、請求項１に記載の反射型Ｘ線発生装置。
    
    

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