KR101113093B1

KR101113093B1 - 멀티 ｘ선 발생장치 및 멀티 ｘ선 촬영장치

Info

Publication number: KR101113093B1
Application number: KR1020107026906A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 오쿠누키; 오사무 츠지이; 타케오 츠카모토
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2012-03-13
Also published as: EP1995757A1; KR20080095295A; BRPI0708509B1; BRPI0708509B8; US20100329429A1; EP2573791B1; US7873146B2; US20110085641A1; BRPI0708509A2; EP2573791A2; KR20110005726A; WO2007100105A1; US8861682B2; CN101395691A; RU2388103C1; EP1995757B1; CN102129948B; CN101395691B; CN102129948A; JP4878311B2

Abstract

본발명은, X선원을 사용한 의료기기나 산업기기분야의 비파괴 X선 촬영, 진단 응용 등에 사용하는 멀티 X선 발생장치에 관한 것이다. 멀티 전자빔 발생부 (12)의 전자방출소자(15)로부터 발생한 전자빔(e)은, 렌즈 전극(19)에 의한 렌즈 작용을 받아, 애노드 전극(20)의 투과형 타겟부(13)의 부분에서 최종전위의 높이로 가속된다. 타겟부 (13)에서 발생한 멀티 X선 빔(X)은 진공실내의 X선 차폐판(23), X선 추출부(24)를 통과하고, 더욱 벽부(25)의 X선 추출창(27)으로부터 대기중에 추출된다. 제어성이 우수한 멀티 X선 빔의 형성을 소형의 장치에 의해 가능하게 한다.

Description

멀티 Ｘ선 발생장치 및 멀티 Ｘ선 촬영장치{MULTI X-RAY GENERATOR AND MULTI-RADIOGRAPHY SYSTEM}

본 발명은, X선원을 사용한 의료기기나 산업기기분야의 비파괴 X선 촬영, 진단응용 등에 사용하는 멀티 X선 발생장치에 관한 것이다.

종래부터, X선 관구는 전자원에 열전자원을 사용한 것이며, 높은 온도로 가열한 필라멘트(filament)로부터 방출되는 열전자를 Wehnelt 전극, 인출 전극, 가속 전극, 및 렌즈 전극을 통해서 가속하고, 고 에너지한 전자 빔을 얻는다. 그리고, 소망의 형상으로 전자빔을 형성한 후에, 금속으로 이루어지는 X선 타겟부에 조사해서 X선을 발생시키고 있다.

최근, 이 열전자원에 대신하는 전자원으로서 냉음극형 전자원이 개발되고, 플랫 패널 디스플레이(flat panel display:FPD)의 응용으로서 널리 연구되고 있다.냉음극의 대표적인 것으로서, 수 10nm의 침의 선단에 고전계를 인가해서 전자를 추출하는 스핀트(Spindt)형 타입의 전자원이 알려져 있다. 또한, 카본 나노튜브(carbon nanotube:CNT)을 재료로 한 전자방출 에미터(emitter)나, 유리 기판의 표면에 nm 오더(order)의 미세구조를 형성하여, 전자를 방출하는 표면 전도형 전자원이 있다.

이러한 전자원의 응용으로서, 스피트형 전자원나 카본 나노튜브형 전자원을 사용해서 단일의 전자빔을 형성해서 X선을 추출하는 것이, 특허문헌 1, 2에 제안되어 있다. 그리고, 이들의 냉음극 전자원를 복수 사용해서 멀티 전자원로부터의 전자 빔을 X선 타겟부 위에 조사해서 X선을 발생시키는 것도, 특허문헌 3, 비특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 공개특허공보 특개평9-180894호

특허문헌 2: 일본국 공개특허공보 특개2004-329784호

특허문헌 3: 일본국 공개특허공보 특개평8-264139호

비특허문헌 1: Applied Physics Letters 86, 184104(2005), J.Zhang「Stationaryscanningx-ray source based on carbon nanotube field emitters」

도 14는 종래의 멀티 전자빔을 사용한 X선 발생방식의 구성도다. 멀티 전자방출소자로 이루어지는 복수의 전자원에 의해 전자빔 e를 발생하는 진공실(1) 내에 있어서, 전자빔 e를 타겟부(2)에 조사해서 X선을 발생하고, 발생한 X선을 그대로 대기중으로 추출하고 있다. 그러나, 타겟부(2)로부터 발생하는 X선은 진공 내에서 전방향으로 발산한다. 이 때문에, 대기측에 설치된 X선 차폐판(3)의 X선 추출창(4)으로부터 방사되는 X선은, 인접한 X선원으로부터 방사한 X선이 같은 X선 추출창(4)을 투과하기 위해서, 독립한 X선 빔 x을 형성하는 것이 어렵다.

또, 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 진공실(1)의 벽부(5)의 대기측에 1개의 X선 차폐판(6)을 설치하여, X선 추출창(4)으로부터 X선을 대기측에서 추출할 때에, 발산 X선 x1 중에서 피검체 P로의 조사에 불필요한 누설 X선 x2이 많이 방사하는 문제가 있다. 또한, 종래의 단일의 X선원과 다르게, 멀티 전자방출소자로 이루어지는 복수의 전자원을 사용하고 있기 때문에, 똑같은 강도의 멀티 X선 빔을 형성하는 것이 곤란하다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 해소하고, 콤팩트해서 산란 X선이 적고, 균일성이 우수한 멀티 X선 빔을 형성할 수 있는 멀티 X선 발생장치와 상기 장치를 사용한 X선 촬영장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 X선 발생장치의 기술적 특징은, 전자방출소자와, 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자빔을 가속하는 가속수단과, 상기 전자빔으로 조사되는 타겟을 갖는 X선 발생장치에 있어서, 상기 타겟은 X선 차폐수단을 구비하고, 상기 타겟으로부터 발생하는 X선을 X선 빔으로서 대기중에 추출 가능하게 한 것을 특징으로 한다

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 X선 발생장치의 기술적 특징은, 복수의 전자방출소자와, 상기 복수의 전자방출소자로부터 방출된 전자빔을 가속하는 복수의 가속수단 및, 상기 전자빔으로 조사되는 타겟부를 갖는 X선 발생장치에 있어서, 상기 타겟부는 각각의 상기 복수의 전자 방출소자에 대응되고, X선 차폐수단을 구비하며, 상기 타겟부로부터 발생하는 X선을 X선 빔으로서 대기중에 추출 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 멀티 X선 발생장치에 의하면, 복수의 전자방출소자를 사용한 X선원에 의해, X선의 발산각이 제어된 산란과 누설 X선이 적은 멀티 X선 빔을 형성할 수 있다. 또한, 이 멀티 X선 빔을 사용하여, 빔의 균일성이 우수한 소형화한 X선 촬영장치가 실현된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 첨부의 도면을 사용해서 이루어지는 이하의 설명으로부터 분명해질 것이다.

본 명세서에 포함되고, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부의 도면은, 본 발명의 실시 형태를 도해하는 것이며, 이하의 설명과 함께 본 발명의 원리를 밝히기 위한 것이다.
도 1은 실시 예1의 멀티 X선원 본체의 구성도다.
도 2는 소자기판의 평면도다.
도 3은 스핀트형 소자의 구성도다.
도 4는 카본 나노튜브형 소자의 구성도다.
도 5는 표면 전도형 소자의 구성도다.
도 6은 멀티 전자방출소자의 전압전류특성의 그래프도다.
도 7은 X선 차폐판을 구비한 멀티형의 투과형 타겟부의 구성도다.
도 8은 투과형 타겟부의 구성도다.
도 9는 X선 차폐판을 구비한 멀티형의 투과형 타겟부의 구성도다.
도 10은 X선?반사 전자선 차폐판을 구비한 투과형 타겟부의 구성도다.
도 11은 X선 차폐판에 테이퍼(tapered)형의 X선 추출부를 설치한 구성도다.
도 12는 실시 예 2의 반사형 타겟부에 의한 멀티 X선원 본체의 사시도다.
도 13은 실시 예 3의 멀티 X선 촬영장치의 구성도다.
도 14는 종래의 멀티 X선원의 구성도다.
도 15는 종래의 멀티 X선원의 구성도다.

본 발명을 도 1～도 13에 도면에 나타내는 실시 예에 의거하여 상세히 설명한다.

[실시 예 1]

도 1은 멀티 X선원 본체(10)의 구성도이며, 진공실(11) 내에는 전자빔 발생부(12), 애노드 전극(20)이 배치되어 있다. 전자빔 발생부(12)는, 소자기판(14)과, 그 위에 복수 개의 전자방출소자(15)가 배열된 소자 어레이(16)로 구성되고, 전자방출소자(15)는 구동 신호부(17)에 의해 구동이 제어되도록 이루어져 있다. 전자방출소자(15)로부터 발생하는 전자빔 e를 제어하기 위해서 절연체(18)에 고정된 렌즈 전극(19)이 설치되고, 이들의 전극 19, 20에 고전압 도입부 21, 22를 거쳐서 고전압이 공급되고 있다.

애노드 전극(20)에는 발생한 전자빔 e가 충돌하는 투과형 타겟부(13)가, 전자빔 e에 대향해서 이산적으로 구성되어 있다. 또한, 투과형 타겟부(13)에 중금속으로 이루어지는 X선 차폐판(23)이 설치되고, 이 진공실내의 X선 차폐판(23)에 X선 추출부(24)가 설치되며, 그 전방의 진공실(11)의 벽부(25)에는 X선 투과막(26)을 구비한 X선 추출창(27)이 설치되어 있다.

전자방출소자(15)로부터 발생한 전자빔 e는, 렌즈 전극(19)에 의한 렌즈 작용을 받아, 애노드 전극(20)의 투과형 타겟부(13)의 부분으로 최종전위의 높이로 가속된다. 투과형 타겟부(13)에서 발생한 X선 빔 x는 X선 추출부(24)를 통과하고, 더욱 X선 추출창(27)으로부터 대기중으로 추출된다. 복수의 전자방출소자(15)로부터의 복수의 전자빔 e에 따라 복수의 X선 빔 x이 발생하고, X선 추출부(24)로부터 추출된 복수의 X선 빔 x에 의해 멀티 X선 빔이 형성되게 된다.

전자방출소자(15)는 도 2에 나타나 있는 바와 같이 소자 어레이(16) 위에 이차원적으로 배열되어 있다. 최근의 나노테크놀러지(nanotechnology)의 진보에 따라, 결정된 위치에 nm 사이즈의 미세한 구조체를 디바이스 프로세스에 의해 형성하는 것이 가능해서, 전자방출소자(15)는 이 나노테크놀로지 기술을 이용해서 제작되고 있다. 또한, 이들의 전자방출소자(15)의 각각은, 구동 신호부(17)를 통해서 후술하는 구동신호 S1, S2에 의해 개별적으로 전자방출량의 제어가 행해진다. 다시 말해, 구동신호 S1, S2의 매트릭스 신호에 의해 소자 어레이(16) 위의 전자방출소자(15)의 전자방출량을 개별적으로 제어함으로써 X선 빔을 개별적으로 온/오프 제어할 수 있게 된다.

도 3은 스핀트형의 전자방출소자(15)의 구성도다. Si를 재료로 한 소자기판(31) 위에 절연체(32)와 인출전극(33)이 설치되고, 그 중심의 ㎛ 사이즈의 홈에 금속이나 반도체 재료로 이루어지는 선단 지름이 수 10nm의 원추형의 에미터(34)가 디바이스 제작의 프로세스를 사용해서 형성되어 있다.

도 4는 카본 나노튜브형의 전자방출소자(15)의 구성도다. 에미터(35)의 재료로서, 수 10nm의 미세한 구조체로 이루어지는 카본 나노튜브를 사용하고, 에미터(35)가 인출전극(36)의 중심에 형성되어 있다.

이러한 스핀트형 소자와 카본 나노튜브형 소자는, 인출전극 33, 36에 수 10～수100V의 전압을 인가함으로써, 에미터 34, 35의 선단에 고전계가 인가되고, 전계방출 현상에 의해 전자빔 e가 방출된다.

또한, 도 5는 표면 전도형의 전자방출소자(15)의 구성도를 나타내고, 유리 소자기판(31) 위에 형성한 박막전극(37)의 간극에, 나노 입자로 이루어지는 미세한 구조체가 에미터(38)로서 형성되어 있다. 이 표면 전도형 소자는 전극 사이에 10수 V의 전압을 인가함으로써, 전극 사이의 미립자로 형성된 미세한 갭(gap)에 고전계가 인가되고, 그것에 의해서 전도전자가 발생한다. 동시에, 진공중에 전자빔 e가 방출되어, 비교적 저전압으로 전자방출을 제어할 수 있다.

도 6은 이들의 스핀트형 소자, 카본 나노튜브형 소자, 표면 전도형 소자의 전압전류특성을 나타내고 있다. 일정한 방사 전류를 얻기 위해서는, 평균의 구동전압 Vo에 대하여 보정전압 ΔV의 보정한 전압을, 구동전압으로서 전자방출소자(15)에 공급함으로써, 전자방출소자(15)의 에미션(emission) 전류의 편차(variation)를 보정할 수 있다.

상기의 전자방출소자 이외의 멀티 X선 빔 발생용의 전자원로서, MIM(Metal Insulator Metal)형 소자, MIS(Metal Insulator Semiconductor)형 소자를 적용할 수 있다. 또, 반도체의 PN 접합, 쇼트키(schottky) 접합형 등의 냉음극형 전자원의 적용이 가능하다.

이러한 냉음극형 전자 방출소자를 전자원으로 한 X선 발생장치는, 캐소드를 가열하지 않고 실온에서, 게다가 전자방출소자에 저전압을 공급함으로써 전자가 방출하므로, X선 발생을 위한 대기 시간은 필요 없다. 또한, 캐소드 가열을 위한 전력을 필요로 하지 않기 때문에, 멀티 X선원을 구성해도 저소비 전력형 X선원을 제조할 수 있다. 그리고, 이들 전자방출소자는 구동전압의 고속구동으로 전류의 온/오프 제어가 가능하기 때문에, 구동하는 전자방출소자를 선택하고, 또 고속 응답하는 멀티 어레이 형의 X선원을 제작할 수 있다.

도 7～도 11은 X선 빔 x의 형성방법의 설명도다. 도 7은 멀티형의 투과형 타겟부(13)의 일례를 나타내고, 진공실(11) 내에 전자방출소자(15)에 대응한 투과형 타겟부(13)가 배열되어 있다. 멀티 X선 빔 x을 형성하기 위해서는, 1개소의 전자빔 e가 투과형 타겟부(13)에 조사해서 발생하는 X선과, 인접의 전자빔 e에 의해 발생하는 X선 빔 x가 혼합하지 않고, 구별해서 진공실(11)로부터 외부로 추출하는 것이 필요하다.

그 때문에, 진공실내의 X선 차폐판(23)과 멀티형의 투과형 타겟부(13)를 일체 구조로 하고 있다. 이 X선 차폐판(23)에 설치된 X선 추출부(24)는, 필요한 발산(divergence)각의 X선 빔 x을 투과형 타겟부(13)로부터 추출할 수 있도록, 전자빔 e에 대응한 위치에 배열되어 있다.

금속 박막으로 형성된 투과형 타겟부(13)는 일반적으로 열방산이 낮기 때문에, 큰 전력투입이 어렵게 되어 있다. 그러나, 본 실시 예의 투과형 타겟부(13)는 전자빔 e를 조사해서 X선 빔 x을 추출하는 영역 이외는, 두꺼운 X선 차폐판(23)으로 덮여 있고, 투과형 타겟부(13)와 X선 차폐판(23)은 기계적 또한 열적으로 콘택하고 있다. 그 때문에, X선 차폐판(23)은, 열전도에 의해 투과형 타겟부(13)의 열을 방열하는 기능을 갖고 있다.

따라서, 종래형의 투과형 타겟부에 비해서 훨씬 더 큰 전력을 투입하고, 한편 복수로 배열한 투과형 타겟부(13)를 구성하는 것이 가능해진다. 그리고, 두꺼운 X선 차폐판(23)을 사용함으로써 면 정밀도가 향상하기 때문에, X선 방사특성이 갖추어진 멀티 X선원을 제작할 수 있다.

투과형 타겟부(13)는 도 8에 나타나 있는 바와 같이 X선 발생층(131)과 X선 발생 지지층(132)으로 이루어지고, X선의 발생 효율이 높고, 기능성이 우수하다. 그리고, X선 발생 지지층(132) 위에는 X선 차폐판(23)이 설치되어 있다.

X선 발생층(131)은 X선 빔 x이 투과형 타겟부(13)를 투과할 때에 발생하는 흡수를 경감하기 위해서, 수 10nm～수㎛ 정도의 막 두께의 중금속에 의해 형성되어 있다. 또한, X선 발생 지지층(132)은 X선 발생층(131)의 박막층을 지지함과 동시에, 전자빔 e의 조사에 의해 가열한 X선 발생층(131)의 냉각효율을 향상시키고, X 선 빔 x의 흡수에 의한 강도 쇠퇴를 경감하기 위해서, 경원소(輕元素)로 이루어지는 기판을 사용하고 있다.

종래의 X선 발생 지지층(132)은 일반적으로는, 기판재료로서 금속 베릴륨(beryllium)이 유효하다고 여겨져 왔지만, 본 실시 예에서는 0.1mm～수mm 정도의 막두께의 Al, AlN, SiC을 단독으로 또는 조합시켜서 사용하고 있다. 이 재료는 열전도성이 높고 X선 투과성이 뛰어나며, X선 빔 x 중의 저에너지 영역에서 X선 투과 상(像)의 상질(像質)에의 기여가 적은 X선 빔을 50%이하로 유효하게 흡수하고, X선 빔 x의 선질(線質)을 바꾸는 필터 기능을 갖기 때문이다.

도 7에 있어서, X선 빔 x의 발산각은 진공실(11) 내에 배치된 X선 추출부(24)의 개구 조건으로 결정할 수 있지만, 촬영 조건에 의해 X선 빔 x의 발산각을 조정하고 싶은 경우가 있다. 도 9는 이 요망에 대응해서 2개의 차폐수단을 갖고, 진공실 내의 X선 차폐판(23)에 덧붙여, 진공실(11)의 외측에 설치한 X선 차폐판(41)이 조합되어 있다. 이 대기중에 설치된 X선 차폐판(41)의 교환은 용이하기 때문에, 피검체의 조사 조건에 맞추어, X선 빔 x의 발산각을 임의로 선택할 수 있다.

진공실(11) 내에 X선 차폐판(23)을, 진공실(11) 밖에 X선 차폐판(41)을 설치하고, 인접한 X선원으로부터의 X선 빔이 외부에 누설하는 것을 방지하기 위해서는, 다음 조건이 필요하다. 다시 말해, X선 빔 x의 간격을 d, 투과형 타겟부(13)와 X선 차폐판(41)의 간격을 D, X선 차폐판(23)으로부터 방사하는 X선 빔 x의 방사각을 α로 했을 때, d>2D?tanα의 관계를 유지하여, X선 차폐판 23, 41과 X선 추출부(24)를 설정한다.

또한, 고에너지의 전자빔 e가 투과형 타겟부(13)에 닿으면, 반사하는 방향으로 X선뿐만 아니라 반사 전자가 산란된다. 이들의 X선이나 전자선은, X선원의 누설 X선이나 고전압의 미소 방전의 원인이 된다고 생각된다.

도 10은 이 문제의 대책을 실행한 것이며, 투과형 타겟부(13)의 전자 방출소자(15)측에, 전자빔 입사구멍(42)을 설치한 X선?반사 전자선 차폐판(43)이 설치되어 있다. 전자방출소자(15)로부터 방출된 전자빔 e는, 이 X선?반사 전자선 차폐판(43)의 전자빔 입사구멍(42)을 통과하여, 투과형 타겟부(13)에 조사하는 구조로 되어 있다. 이에 따라, 투과형 타겟부(13)의 표면에서 전자원측에 발생하는 X선과 반사 전자, 및 2차 전자를 X선?반사 전자선 차폐판(43)으로 차폐할 수 있다.

고에너지의 전자빔 e를 투과형 타겟부(13)에 조사해서 X선 빔 x을 형성하는 경우에, X선 빔 x의 배열 밀도의 제한은 전자방출소자(15)의 배열 밀도에 의해 제한되는 것은 아니다. 이 배열 밀도는 투과형 타겟부(13)에서 발생하는 멀티 X선원으로부터 각각 분리한 X선 빔 x로서 추출하기 위한 X선 차폐판 23, 41에 의해 결정된다.

표 1은 100KeV의 전자빔 e를 투과형 타겟부(13)에 조사하여, 발생하는 X선 빔 x의 에너지를 상정하고, 50KeV, 62KeV, 82KeV의 각 에너지의 X선 빔 x에 대한 중금속(Ta, W, Pb)의 차폐 효과를 나타내고 있다.

표 1 차폐재의 두께(단위 cm, 쇠퇴율 1/100)

차폐재 82KeV 62KeV 50KeV

Ta O.86 1.79 0.99

W O.72 1.48 0.83

Pb 1.98 1.00 0.051

투과형 타겟부(13)로부터 발생하는 X선 빔 x 끼리의 차폐 규준으로서, X선 화상에 영향을 주지 않는 양으로서 쇠퇴율 1/100이 적당하고, 이 쇠퇴율을 달성하기 위한 차폐판의 두께로서, 약 5～10mm 두께의 중금속이 필요하게 되는 것을 안다.

이것 때문에, 100KeV 정도의 전자빔 e를 사용한 멀티 X선원 본체에 본 방식을 적용했을 경우에, 도 11에 나타내는 X선?반사 전자선 차폐판(43), X선 차폐판(23)의 두께 D1, D2을, 5～10mm로 설정하는 것이 적당하다. 또한, 진공내 X선 차폐판(23)의 X선 추출부(24)를 테이퍼형의 창으로 형성함으로써 차폐 효율을 높일 수 있다.

[실시 예 2]

도 12는 실시 예 2의 구성도이며, 반사형 타겟부(13')를 구비한 멀티 X선원 본체(10')의 구조를 나타내고 있다. 진공실(11') 내에 전자빔 발생부(12')와, 반사형 타겟부(13'), 전자빔 입사구멍(42')과 X선 추출부(24')를 구비한 X선?반사 전자선 차폐판(43')으로 이루어지는 애노드 전극(20')에 의해 구성되어 있다.

전자빔 발생부(12')에서는, 전자방출소자(15)에서 발생한 전자빔 e는 렌즈 전극을 통과해서 고에너지로 가속된다. 그리고, 가속된 전자빔 e는 X선?반사 전자선 차폐판(43')의 전자빔 입사구멍(42')을 통해서 반사형 타겟부(13')에 조사된다.반사형 타겟부(13')에서 발생한 X선은, X선?반사 전자선 차폐판(43')의 X선 추출부(24')로부터 X선 빔 x로서 추출되고, 복수의 X선 빔 x에 의해 멀티 X선 빔이 형성된다. 또한, 고전압방전의 원인이 되는 반사 전자의 산란도, 이 X선?반사 전자선 차폐판(43')에 의해 대폭 억제할 수 있다.

또한, 도 9에서 진공실(11) 내의 X선 차폐판(23)과 진공실(11) 밖의 X선 차폐판(41)을 사용해서 X선 빔 x의 방사각을 조정한 것처럼, 도 12의 구성에 있어서도 X선 빔 x의 방사각을 진공실(11)의 외측의 X선 차폐판(41)을 사용해서 조정할 수 있다.

실시 예 2에서는, 평면구조의 반사형 타겟부(13')에의 적용 예에 대해서 서술했지만, 전자빔 발생부(12')와 애노드 전극(20') 및 반사형 타겟부(13')를 원호 형상으로 배치한 멀티 X선원 본체에 있어서도 적용할 수 있다. 예를 들면, 반사형 타겟부(13')가 배치되는 위치로서, 피검체를 중심으로 하는 원호 형상으로 배열하여, X선 차폐판 23, 41을 설치함으로써, 도 15의 종래 예에 나타내는 누설 X선 x2의 영역을 극단적으로 적게 할 수 있다. 또한, 이 배열은 투과형 타겟부(13)에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

이와 같이, 실시 예 2에서는 전자빔 e가 반사형 타겟부(13')에 조사하여, 발생하는 X선 중에서 산란 X선이나 누설 X선이 매우 적은 S/N가 높은 독립한 X선 빔 x을 추출할 수 있다. 따라서, 이 X선 빔 x을 사용해서 콘트라스트가 높은 고화질의 X선 촬영을 실시할 수 있다.

[실시 예 3]

도 13은 멀티 X선 촬영장치의 구성도를 나타내고 있다. 이 촬영장치는 도 1에서 나타내는 멀티 X선원 본체(10)의 전방에, 투과형 X선 검출기(51)를 구비한 멀티 X선 강도 측정부(52)가 배치되고, 더욱 도면에 나타나 있지 않은 피검체를 거쳐서 X선 검출기(53)가 배치되어 있다. 멀티 X선 강도 측정부(52), X선 검출기(53)는 각각 X선 검출신호 처리부 54, 55를 거쳐서 제어부(56)에 접속되어 있다. 또한, 제어부(56)의 출력은 전자방출소자 구동회로(57)를 거쳐서 구동신호부(17)에 접속되어 있다. 더욱 제어부(56)의 출력은, 고전압 제어부 58, 59를 거쳐서 각각 렌즈 전극(19), 애노드 전극(20)의 고전압 도입부 21, 22에 접속되어 있다.

멀티 X선원 본체(10)에서 전자빔 발생부(12)로부터 추출한 복수의 전자빔 e를, 투과형 타겟부(13)에 조사해서 복수의 X선 빔 x을 발생하는 구성인 것은, 실시 예 1에서 설명한 대로다. 발생한 복수의 X선 빔 x은 벽부(25)에 설치된 X선 추출창(27)을 통해서 멀티 X선 빔으로서, 대기중의 멀티 X선 강도 측정부(52)를 향해서 추출된다. 멀티 X선 빔(복수의 X선 빔 x)은 멀티 X선 강도 측정부(52)의 투과형 X선 검출기(51)를 투과한 후에 피검체에 조사된다. 그리고, 피검체를 투과한 멀티 X선 빔은 X선 검출기(53)로 검출되어 피검체의 X선 투과 화상을 얻을 수 있다.

소자 어레이(16) 위에 배열된 전자방출소자(15)에서는, 전자방출소자(15) 사이의 전류전압특성에 약간의 편차가 발생한다. 이 에미션 전류의 편차는, 멀티 X선 빔의 강도분포의 편차가 되고, X선 촬영시에 콘트라스트의 불균일이 되기 때문에, 전자방출소자(15)의 에미션 전류의 균일화가 필요하게 된다.

멀티 X선 강도 측정부(52)의 투과형 X선 검출기(51)는 반도체를 이용한 검출기다. 이 투과형 X선 검출기(51)는 멀티 X선 빔의 일부를 흡수해서 전기신호로 변환하고, 취득한 전기신호는 그 후에 X선 검출 신호 처리부(54)에서 디지털 데이터로 변환되고, 복수의 X선 빔 x의 각각의 강도 데이터로서 제어부(56)에 보존된다.

또한, 제어부(56)에는 도 6의 각 전자방출소자(15)의 전압전류특성에 해당하는 전자방출소자(15)의 보정 데이터가 보존되어 있고, 멀티 X선 빔의 검출 강도 데이터와 비교하여, 각 전자방출소자(15)에 대한 보정전압의 설정 값을 결정할 수 있다. 이 보정전압을 사용하여, 전자방출소자 구동회로(57)가 제어하는 방출 소자 구동신호부(17)에 의한 구동신호 S1, S2의 구동전압을 보정한다. 이에 따라, 전자방출소자(15)의 에미션 전류의 균일화가 가능한 것과 동시에, 멀티 X선 빔 내의 X선 빔 x의 강도의 균일화를 꾀할 수 있다.

이 투과형 X선 검출기(51)를 사용한 X선 강도 보정방법은, 피검체에 관계없이 X선 강도를 측량할 수 있기 때문에, X선 촬영중에 실시간으로 X선 빔 x의 강도의 보정을 행할 수 있다.

상기의 보정방법과는 별도로, 촬영용의 X선 검출기(53)를 사용해도 멀티 X선 빔의 강도보정이 가능하다. X선 검출기(53)는 CCD 고체 촬영소자나 비정질(amorphous) 실리콘을 사용한 촬상소자 등의 이차원형의 X선 검출기를 사용하고 있고, 각각의 X선 빔 x의 강도분포를 측량할 수 있다.

X선 검출기(53)를 사용해서 X선 빔 x의 강도보정을 행하기 위해서는, 1개의 전자방출소자(15)를 구동해서 전자빔 e를 추출하고, 발생한 X선 빔 x의 강도를 X선 검출기(53)로 동기 검출하면 좋다. 이 경우, 멀티 X선 빔의 각 X선 빔의 발생 신호와 촬영용의 X선 검출기(53)로부터의 검출 신호를 동기시켜서 측량하면, 멀티 X선 빔의 효율적인 강도분포 계측이 가능하다. 이 검출 신호는 X선 검출 신호 처리부(55)에서 디지털 변환 처리된 후에, 제어부(56)에 보존된다.

모든 전자방출소자(15)에 대하여 이 조작을 행하고, 전 멀티 X선 빔의 강도분포 데이터로서 제어부(56)에 보존함과 동시에, 멀티 X선 빔의 강도분포의 일부,또는 적분값을 사용해서 각 전자방출소자(15)에 대한 구동전압의 보정값이 결정된다.

그리고, 피검체의 X선 촬영시에, 멀티 전자방출소자 구동회로(57)는 구동전압의 보정값에 따라서 전자방출소자(15)를 구동한다. 이들의 일련의 조작은, 통상은 정기적인 장치 교정으로서 행함으로써, X선 빔 x의 강도의 균일화를 꾀할 수 있다.

여기에서는, 전자방출소자(15)를 개별적으로 구동해서 X선 강도 측정하는 예를 설명했지만, X선 검출기(53) 위에서 방사 X선 빔 x이 중첩하지 않는 개소의 X선 빔 x을, 복수 개소에서 동시에 방사해서 측량을 고속화할 수도 있다.

또한, 본 보정방법은 개개의 X선 빔 x의 강도분포를 데이터로서 갖고 있기 때문에, X선 빔 x 내의 불균일 보정에도 사용할 수 있다.

본 실시 예의 멀티 X선원 본체(10)를 사용한 X선 촬영장치는, 상기한 바와 같이 X선 빔 x을 열거하여 피검체 사이즈의 평면형 X선원을 실현할 수 있기 때문에, 멀티 X선원 본체(10)와 X선 검출기(53)의 사이를 접근시켜서, 장치를 소형화할 수도 있다. 또한, X선 빔 x은 상기한 바와 같이, 전자방출소자 구동회로(57)의 구동조건이나 구동하는 소자영역을 지정함으로써, X선 조사 강도와 조사 영역을 임의로 선택할 수 있다.

또한, 멀티 X선 촬영장치는 도 9에 나타내는 진공실(11)의 외측에 설치된 X선 차폐판(41)을 변경해서, X선 빔 x의 방사각을 선택할 수 있는 것 때문에, 멀티 X선원 본체(10)와 피검체의 거리나 해상도 등의 촬영 조건에 맞추어, 최적인 X선 빔 x을 취득할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 예에 제한되는 것이 아니고, 본 발명의 정신 및 범위에서 이탈하는 않고, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 공적으로 하기 위해서, 이하의 청구항을 첨부한다.

본원은, 2006년 3월 3일 제출의 일본국특허출원 특원2006-057846, 및 2007 년 3월 1일 제출의 일본국특허출원 특원2007-050942을 기초로서 우선권을 주장하는 것이며, 그들의 기재의 내용의 모두를, 여기에 원용한다.

Claims

전자방출소자와,
상기 전자방출소자로부터 방출된 전자빔을 가속하는 가속수단과,
상기 전자빔으로 조사되는 투과형 타겟을 갖는 X선 발생장치에 있어서,
상기 타겟은, 상기 전자방출소자측에 구성되는 제 1 차폐수단과 상기 전자방출소자측의 맞은편에 구성되는 제 2 차폐수단 사이에 샌드위치 구성되고,
상기 제 1 차폐수단은 상기 타겟에서 상기 전자방출소자 측에 발생하는 X선, 반사 전자 및 2차 전자 중 적어도 하나를 차폐하기 위하여 전자빔 입사구멍을 구비하며,
상기 타겟으로부터 발생하는 X선을 X선 빔으로서 대기중에 추출 가능하게 한 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
제 1 항에 있어서,
X선 빔의 조사 조건에 의거하여 냉음극형 전자원으로 구성한 전자방출소자에 대한 전압제어에 의해, 멀티 X선 빔을 구성하는 X선 빔마다의 온/오프를 가능하게 한 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
제 1 항에 있어서,
제 3 차폐수단을 더 포함하고, 상기 제 3 차폐수단은 대기중에서 교환이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 차폐수단은, 상기 타겟에 생긴 열을 방열하는 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 타겟, 상기 제 1 차폐수단 및 제 2 차폐수단은 피검체를 배치해야 할 위치를 중심으로 한 원호 형상으로 배열한 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
삭제
제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟은 중금속으로 이루어지는 X선 발생층과, 경원소로 이루어지는 X선 발생 지지층을 구비한 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
제 8 항에 있어서,
상기 X선 발생 지지층은 X선 발생층으로부터 발생하는 상기 X선의 선질을 바꾸는 필터기능을 갖고, 열전도성을 가지고 있는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
제 8 항에 있어서,
상기 X선 발생 지지층은 Al, AlN, SiC을 단독으로 또는 조합하여 기판으로 하는 것을 특징으로 하는 X선 발생장치.
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