JP2001023556A - X-ray tube - Google Patents
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- JP2001023556A JP2001023556A JP11199121A JP19912199A JP2001023556A JP 2001023556 A JP2001023556 A JP 2001023556A JP 11199121 A JP11199121 A JP 11199121A JP 19912199 A JP19912199 A JP 19912199A JP 2001023556 A JP2001023556 A JP 2001023556A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線を発生させる
Ｘ線管に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray tube for generating X-rays.
【０００２】[0002]
【従来の技術】Ｘ線管においては、高真空の管内でカソ
ードを加熱して電子を放出させる電子銃を用い、電子銃
から出射された電子を、高電圧を印加した陽極ターゲッ
トのＸ線発生面に入射することによってＸ線を発生させ
る。2. Description of the Related Art In an X-ray tube, an electron gun that emits electrons by heating a cathode in a high-vacuum tube is used, and electrons emitted from the electron gun are subjected to X-ray generation on an anode target to which a high voltage is applied. X-rays are generated by being incident on a surface.
【０００３】このようなＸ線管としては、例えば特開平
７−２９６７５１号公報に示されたものがある。このＸ
線管では、電子銃及び電子銃が収納されている第１の筒
状部材の中心軸と、ターゲット及びターゲットが収納さ
れている第２の筒状部材の中心軸とが略直交するように
各部が構成されている。これによって、電子銃からター
ゲットへの電子入射軸とターゲットから外部へのＸ線出
射軸とが略直交し、また、ターゲット及びターゲットの
先端部分に電子の加速・軌道制御のために取り付けられ
るフード電極の中心軸がＸ線出射軸と略平行とされたＸ
線管が構成されている。[0003] Such an X-ray tube is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 7-296751. This X
In the wire tube, each part is set such that the center axis of the electron gun and the first cylindrical member housing the electron gun is substantially orthogonal to the center axis of the target and the second cylindrical member housing the target. Is configured. Thus, the axis of incidence of electrons from the electron gun to the target and the axis of emission of X-rays from the target to the outside are substantially orthogonal, and a hood electrode attached to the target and the tip of the target for controlling the acceleration and trajectory of electrons. X whose central axis is substantially parallel to the X-ray emission axis.
A wire tube is configured.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】Ｘ線は、多くの物質・
物体に対して透過性の良い電磁波であり、物体の内部構
造の非破壊・非接触検査等に多く用いられる。そのよう
な検査対象の１つである半導体電子部品は近年小型化と
高密度化が進んでおり、それに伴って検査に用いるマイ
クロフォーカスＸ線管（ＭＦＸ）に対しても、Ｘ線透視
画像の高解像度化が可能なＸ線管が望まれている。SUMMARY OF THE INVENTION X-rays emit many substances and
It is an electromagnetic wave with good transparency to an object, and is often used for nondestructive and noncontact inspection of the internal structure of the object. In recent years, semiconductor electronic components, which are one of such inspection objects, have been miniaturized and densified, and accordingly, a microfocus X-ray tube (MFX) used for inspection has been used to obtain an X-ray fluoroscopic image. An X-ray tube capable of increasing the resolution is desired.
【０００５】このような用途においてＸ線透視画像を鮮
明にするには、（１）高拡大、（２）小焦点、及び
（３）高コントラストの３つの条件を満たす必要があ
る。すなわち、（１）高拡大によってより細かい構造を
観測することができ、（２）小焦点によって輪郭が明確
な画像を得ることができ、また、（３）高コントラスト
によって明暗がはっきりした画像を得ることができる。In order to sharpen an X-ray fluoroscopic image in such an application, it is necessary to satisfy three conditions of (1) high magnification, (2) small focus, and (3) high contrast. That is, (1) a finer structure can be observed by high magnification, (2) an image with a clear outline can be obtained by a small focus, and (3) an image with clear contrast can be obtained by a high contrast. be able to.
【０００６】上記したようなＸ線管においては、Ｘ線発
生面における電子の入射点がＸ線の発生点となるが、電
子銃から入射された電子のＸ線発生面上の入射点・集束
点での電子ビーム径が充分に小さくならないため、高解
像度化に必要な上記した条件のうち（２）の小焦点、及
び（３）の高コントラストが充分に得られないという問
題があった。すなわち、電子の集束点でのビーム径の大
きさに対応してＸ線の発生位置の広がりが増大してしま
うことによって、焦点が大きくされて画像の輪郭が不明
確になり、また、周辺に広がった電子の入射点からのＸ
線のノイズ成分が増大してコントラストが低下するとい
う問題を生じる。In the X-ray tube as described above, the point of incidence of electrons on the X-ray generating surface is the point of X-ray generation. The point of incidence and focusing of electrons incident from the electron gun on the X-ray generating surface. Since the electron beam diameter at the point does not become sufficiently small, there is a problem that the small focal point of (2) and the high contrast of (3) cannot be sufficiently obtained among the above-mentioned conditions required for high resolution. In other words, the spread of the X-ray generation position increases in accordance with the size of the beam diameter at the electron focusing point, so that the focal point becomes large and the outline of the image becomes unclear. X from the spread electron incidence point
There is a problem that the noise component of the line increases and the contrast decreases.
【０００７】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、Ｘ線発生面に入射される電子の集束ビーム
径が小さくされて、得られるＸ線ビームの広がりが低減
されたＸ線管を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a reduced focused beam diameter of electrons incident on the X-ray generation surface, thereby reducing the spread of the obtained X-ray beam. It is intended to provide a wire tube.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明によるＸ線管は、カソードから電子入
射軸の方向に電子を放出する電子銃と、電子をそのＸ線
発生面に入射させることによってＸ線を発生させてＸ線
出射軸の方向に出射するターゲットと、を有し、ターゲ
ットの中心軸がＸ線出射軸に対して略平行となるように
構成されたＸ線管において、電子銃のカソードと、ター
ゲットのＸ線発生面と、の間に、（１）カソードからの
電子による電流を制限する第１グリッド電極と、（２）
第１グリッド電極を通過した電子を加速する第２グリッ
ド電極と、（３）第２グリッド電極を通過した電子の軌
道の広がりを制御する補助集束電極系と、（４）電子を
Ｘ線発生面上の所定の電子入射点へと集束させるフォー
カスグリッド電極と、を順次備えるとともに、（５）カ
ソードから放出された電子がカソードの近傍において一
度集束される仮想物点からフォーカスグリッド電極まで
の距離が、フォーカスグリッド電極から電子入射点まで
の距離よりも大きいことを特徴とする。In order to achieve the above object, an X-ray tube according to the present invention comprises: an electron gun for emitting electrons from a cathode in the direction of an electron incidence axis; And a target that generates X-rays by being incident on the X-ray and emits the X-rays in the direction of the X-ray emission axis, wherein the target has a central axis substantially parallel to the X-ray emission axis. In the tube, between the cathode of the electron gun and the X-ray generating surface of the target, (1) a first grid electrode for limiting the current caused by electrons from the cathode, and (2)
A second grid electrode for accelerating the electrons passing through the first grid electrode; (3) an auxiliary focusing electrode system for controlling the spread of the trajectory of the electrons passing through the second grid electrode; and (4) an X-ray generating surface for the electrons. And (5) a distance from a virtual object point where electrons emitted from the cathode are once focused near the cathode to a focus grid electrode. The distance is greater than the distance from the focus grid electrode to the electron incident point.
【０００９】Ｘ線発生面における電子の集束ビーム径
は、カソードからターゲットへの電子レンズ系による拡
大率に大きく依存し、その拡大率はカソード近傍に形成
される仮想物点からフォーカスグリッド電極までの距離
ａと、フォーカスグリッド電極から電子入射点までの距
離ｂとの比によって決まる。従来のＸ線管においてはこ
の距離がａ＜ｂとなるように形成されており、この場
合、拡大率は大きくなる。The diameter of the focused beam of electrons on the X-ray generation surface largely depends on the magnification of the electron lens system from the cathode to the target, and the magnification is from the virtual object point formed near the cathode to the focus grid electrode. It is determined by the ratio of the distance a to the distance b from the focus grid electrode to the electron incident point. In a conventional X-ray tube, this distance is formed such that a <b, and in this case, the magnification is large.
【００１０】そして、拡大率が大きいと、仮想物点がＸ
線発生面上に再び結像される電子入射点の集束ビーム径
を充分に小さくすることができない。それによって、得
られるＸ線のビーム径（軌道ばらつき）及びノイズ成分
（すそ広がり）が増大して、Ｘ線透視画像における小焦
点及び高コントラストの条件が達成できない。When the enlargement ratio is large, the virtual object point becomes X
It is not possible to sufficiently reduce the focused beam diameter at the electron incidence point that is re-imaged on the line generating surface. As a result, the beam diameter (orbital variation) and noise component (tail spread) of the obtained X-rays increase, and the conditions of small focus and high contrast in the X-ray fluoroscopic image cannot be achieved.
【００１１】これに対して上記したＸ線管は、距離ａ及
びｂが条件ａ＞ｂを満たすように構成されている。これ
によって、電子レンズ系の拡大率を小さくしてビーム径
を小さくすることができる。On the other hand, the above X-ray tube is configured such that the distances a and b satisfy the condition a> b. This makes it possible to reduce the magnification of the electron lens system and reduce the beam diameter.
【００１２】しかしながら、このような構成としたこと
によって、カソードからフォーカスグリッド電極までの
距離が大きくなってしまうため、その間での電子軌道広
がりが大きくなる。このとき、電子軌道の広がりによっ
て主レンズであるフォーカスグリッド電極で作られる電
子レンズの収差の影響等を受けやすくなるという問題を
生じてしまう。したがって、ａ＞ｂとすることによって
ビーム径は小さくなり小焦点となるが、ノイズ成分を低
減することができず、Ｘ線画像を高コントラスト化する
ことができない。However, with such a configuration, the distance from the cathode to the focus grid electrode is increased, so that the electron orbit spread therebetween is increased. At this time, there arises a problem that the spread of the electron trajectory tends to be affected by the aberration of the electron lens formed by the focus grid electrode serving as the main lens. Therefore, by setting a> b, the beam diameter becomes small and the focus becomes small, but the noise component cannot be reduced, and the X-ray image cannot have high contrast.
【００１３】これに対して上記したＸ線管においては、
さらに、カソードからフォーカスグリッド電極までの電
子軌道の広がりを抑制するように電子軌道の制御を行う
ために、少なくとも１つの補助集束電極を有する補助集
束電極系を設置している。これによって、上記した収差
の影響によるノイズ成分の増大についても抑制すること
が可能となり、したがって、Ｘ線のビーム径を小さくす
ることによる小焦点化と、ノイズ成分を低減することに
よる高コントラスト化とをともに達成することができ
る。On the other hand, in the X-ray tube described above,
Further, in order to control the electron trajectory so as to suppress the spread of the electron trajectory from the cathode to the focus grid electrode, an auxiliary focusing electrode system having at least one auxiliary focusing electrode is provided. As a result, it is possible to suppress an increase in the noise component due to the influence of the above-described aberration, and therefore, it is possible to achieve a small focus by reducing the beam diameter of the X-ray and a high contrast by reducing the noise component. Can be achieved together.
【００１４】また、補助集束電極系は、第１補助集束電
極を少なくとも有し、カソードに設定される電位Ｖ０、
第１グリッド電極に設定される電位Ｖ１、第２グリッド
電極に設定される電位Ｖ２、第１補助集束電極に設定さ
れる電位Ｖ３が、 Ｖ１≦Ｖ０≦Ｖ３＜Ｖ２ の関係を満たすことを特徴とする。The auxiliary focusing electrode system has at least a first auxiliary focusing electrode, and has a potential V0 set at the cathode,
A potential V1 set to the first grid electrode, a potential V2 set to the second grid electrode, and a potential V3 set to the first auxiliary focusing electrode satisfy a relationship of V1 ≦ V0 ≦ V3 <V2. I do.
【００１５】このように各電位を設定することによっ
て、第１グリッド電極の電流制限機能、第２グリッド電
極の電子加速機能、及び補助集束電極系による軌道広が
り抑制の機能を効率的に実現することができる。By setting each potential in this manner, the current limiting function of the first grid electrode, the electron acceleration function of the second grid electrode, and the function of suppressing the orbital spread by the auxiliary focusing electrode system are efficiently realized. Can be.
【００１６】さらに、補助集束電極系は、第１補助集束
電極及びフォーカスグリッド電極の間に設けられた第２
補助集束電極をさらに有し、第２補助集束電極に設定さ
れる電位Ｖ４が、 Ｖ２＝Ｖ４ の関係を満たすことを特徴としても良い。Further, the auxiliary focusing electrode system includes a second auxiliary focusing electrode and a second focusing electrode provided between the first auxiliary focusing electrode and the focus grid electrode.
An auxiliary focusing electrode may be further provided, and the potential V4 set to the second auxiliary focusing electrode may satisfy a relationship of V2 = V4.
【００１７】これによって、補助集束電極系での制御用
の電子レンズを好適に形成することができる。なお、補
助集束電極系を構成する電極の設置個数や設定電圧等に
ついては、上記以外にも様々に設定することができる。Thus, it is possible to suitably form an electronic lens for control in the auxiliary focusing electrode system. The number of electrodes constituting the auxiliary focusing electrode system, the set voltage, and the like can be variously set in addition to the above.
【００１８】また、フォーカスグリッド電極は、電子銃
の外囲容器からターゲットの方向に突出して形成されて
いることを特徴としても良い。Further, the focus grid electrode may be formed so as to protrude from the envelope of the electron gun toward the target.
【００１９】これによって、フォーカスグリッド電極か
らカソード近傍の仮想物点までの距離を遠くして、容易
に距離に対する条件ａ＞ｂを実現することができる。Thus, the distance from the focus grid electrode to the virtual object point near the cathode is increased, and the condition a> b with respect to the distance can be easily realized.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるＸ
線管の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、
図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重
複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明
のものと必ずしも一致していない。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
A preferred embodiment of the wire tube will be described in detail. In addition,
In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
【００２１】図１は、本発明によるＸ線管の第１の実施
形態の構成を示す断面図であり、図１（ａ）はＸ線管１
の横断面図、図１（ｂ）は縦断面図を示す。これらは、
いずれも後述する電子入射軸・電子入射軌道ｌｅを含む
平面での断面を示している。図１（ａ）及び（ｂ）に示
すように、Ｘ線管１は、電子を発生・放出させる電子銃
部２と、電子銃部２からの電子を受けてＸ線を発生させ
るＸ線発生部３と、を備えて構成されている。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a first embodiment of the X-ray tube according to the present invention, and FIG.
1 (b) shows a longitudinal sectional view. They are,
Each of them shows a cross section on a plane including an electron incident axis and an electron incident orbit le described later. As shown in FIGS. 1A and 1B, an X-ray tube 1 includes an electron gun 2 for generating and emitting electrons, and an X-ray generator for receiving electrons from the electron gun 2 and generating X-rays. And a unit 3.
【００２２】電子銃部２は、各構成要素を収容するとと
もにその中心軸が電子入射軸と略平行に設置された外囲
容器２１を備え、容器２１内には外部からの電力供給に
より発熱するヒータ２２が設けられている。また、電子
銃部２には、ヒータ２２によって熱せられ電子を放出す
るカソード２３、カソード２３から放出された電子を所
定の条件で引き出すための第１グリッド電極２６、第２
グリッド電極２７、電子軌道を制御・設定するための第
１補助集束電極６１と第２補助集束電極６２とからなる
補助集束電極系６、及び電子を集束させるフォーカスグ
リッド電極２４が設けられている。The electron gun unit 2 has an outer container 21 which accommodates each component and has a central axis set substantially parallel to the electron incident axis, and generates heat in the container 21 by supplying electric power from the outside. A heater 22 is provided. The electron gun 2 also includes a cathode 23 that emits electrons when heated by the heater 22, a first grid electrode 26 for extracting electrons emitted from the cathode 23 under predetermined conditions, and a second grid electrode 26.
A grid electrode 27, an auxiliary focusing electrode system 6 including a first auxiliary focusing electrode 61 and a second auxiliary focusing electrode 62 for controlling and setting an electron trajectory, and a focus grid electrode 24 for focusing electrons are provided.
【００２３】さらに、容器２１には、カソード２３から
放出されフォーカスグリッド電極２４により集束された
電子を出射するための電子通過口２５が形成されてい
る。なお、本実施形態においては、電子通過口２５の縁
部分をフォーカスグリッド電極２４として機能させてい
る。この電子銃部２から、電子入射軸方向の電子入射軌
道ｌｅによって電子が放出され、Ｘ線発生部３へと入射
される。Further, the container 21 has an electron passage 25 through which electrons emitted from the cathode 23 and focused by the focus grid electrode 24 are emitted. In the present embodiment, the edge portion of the electron passage opening 25 functions as the focus grid electrode 24. Electrons are emitted from the electron gun 2 along an electron incidence trajectory le in the direction of the electron incidence axis, and enter the X-ray generator 3.
【００２４】一方、Ｘ線発生部３は、各構成要素を収容
するとともにその中心軸がＸ線出射軸と略平行に設置さ
れた外囲容器３１を備えている。容器３１は、電子銃部
２の容器２１と電子通過口２５を介して連通されてお
り、したがって、カソード２３から放出される電子を入
射できる構造になっている。これらの容器２１及び３１
は密封されており、その内部がほぼ真空状態に保たれて
いる。On the other hand, the X-ray generation unit 3 includes an envelope 31 that accommodates each component and is installed with its central axis substantially parallel to the X-ray emission axis. The container 31 communicates with the container 21 of the electron gun unit 2 via the electron passage 25, and thus has a structure in which electrons emitted from the cathode 23 can be incident. These containers 21 and 31
Is sealed, and the inside thereof is kept substantially in a vacuum state.
【００２５】容器３１の内部には、電子銃部２からの電
子を受けてＸ線を発生させるターゲット４が設置されて
いる。このターゲット４は金属製の棒状体であって、そ
の中心軸をＸ線出射軸方向とし、電子銃部２からの電子
入射軸に対して略直交する向きとして配置されている。
ターゲット４の先端部分４０に形成されている先端面は
電子銃部２からの電子を受けてＸ線を発生させるＸ線発
生面４１である。Ｘ線発生面４１は、電子が入射される
電子入射軌道ｌｅ前方の位置に、ターゲット４の中心軸
に対して、したがって電子入射軸及びＸ線出射軸に対し
てそれぞれ所定の角度で斜め（直交せず、かつ平行でな
い）となる平面状に形成されて配置されている。このＸ
線発生部３に電子銃部２からの電子が入射して、Ｘ線発
生面４１の電子入射点ＰｉからＸ線出射軸方向のＸ線出
射軌道ｌｘによってＸ線が発生・出射される。A target 4 for receiving an electron from the electron gun 2 and generating X-rays is provided inside the container 31. The target 4 is a metal rod-shaped body whose central axis is set to the direction of the X-ray emission axis, and arranged in a direction substantially perpendicular to the axis of incidence of electrons from the electron gun 2.
The tip surface formed on the tip portion 40 of the target 4 is an X-ray generation surface 41 that receives electrons from the electron gun unit 2 and generates X-rays. The X-ray generation surface 41 is inclined (orthogonal) at a predetermined angle with respect to the central axis of the target 4, that is, with respect to the electron incidence axis and the X-ray emission axis, at a position in front of the electron incidence trajectory le where electrons are incident. (Not parallel and not parallel). This X
Electrons from the electron gun unit 2 are incident on the ray generation unit 3, and X-rays are generated and emitted from the electron incidence point Pi on the X-ray generation surface 41 by the X-ray emission trajectory lx in the X-ray emission axis direction.
【００２６】ここで、本実施形態においては、後述する
仮想物点Ｐｃからフォーカスグリッド電極２４の開口部
である電子通過口２５の通過点Ｐｆまでの距離ａが、通
過点Ｐｆから電子入射点Ｐｉまでの距離ｂよりも大きく
なる（ａ＞ｂ）ように設定されている。Here, in the present embodiment, the distance a from a virtual object point Pc to be described later to a passing point Pf of the electron passage opening 25 which is an opening of the focus grid electrode 24 is defined by a distance a from the passing point Pf to the electron incident point Pi. The distance is set to be larger than the distance b (a> b).
【００２７】なお、互いに略直交する電子入射軌道ｌｅ
及びＸ線出射軌道ｌｘは、それぞれ実際には所定の広が
りを有する範囲の軌道であるが、図１においては、簡単
のためそれぞれ電子入射軸及びＸ線出射軸と一致させて
示してある。It should be noted that the electron incidence trajectories le that are substantially orthogonal to each other
The X-ray emission trajectory lx is actually a trajectory in a range having a predetermined spread, but in FIG. 1, for simplicity, the trajectory is shown as being coincident with the electron incidence axis and the X-ray emission axis, respectively.
【００２８】容器３１には、所定の位置に形成された開
口部分にＸ線出射窓３２が設けられている。Ｘ線出射窓
３２は、ターゲット４のＸ線発生面４１から発せられた
Ｘ線を容器３１の外部へと出射させるための窓であり、
例えば、Ｘ線透過材であるＢｅ材からなる板材などによ
り構成される。このＸ線照射窓３２は、ターゲット４の
先端面であるＸ線発生面４１に面するＸ線出射軌道ｌｘ
前方の位置に設けられている。また、Ｘ線出射窓３２
は、その中心がターゲット４の中心軸の延長上に略一致
するように配置され、Ｘ線出射軸がその内側を通過する
ように形成されている。The container 31 is provided with an X-ray emission window 32 at an opening formed at a predetermined position. The X-ray emission window 32 is a window for emitting X-rays emitted from the X-ray generation surface 41 of the target 4 to the outside of the container 31,
For example, it is made of a plate material made of a Be material which is an X-ray transmitting material. The X-ray irradiating trajectory lx facing the X-ray generating surface 41 which is the tip end surface of the target 4
It is provided at the front position. Also, the X-ray emission window 32
Are arranged such that the center thereof substantially coincides with the extension of the central axis of the target 4, and is formed so that the X-ray emission axis passes through the inside thereof.
【００２９】ターゲット４の先端部分４０には、フード
電極５が取り付けられている。フード電極５は、Ｘ線発
生面４１へと進入するカソード２３からの電子を加速す
るとともにその軌道を制御する機能を有し、ターゲット
４の中心軸・Ｘ線出射軸とほぼ平行な金属製の筒状体と
して形成されている。フード電極５の筒状の形状につい
ては、その内径がターゲット４の先端部分４０の外径と
ほぼ同一径とされ、また、その軸方向の長さ寸法が先端
部分４０の長さとほぼ同一寸法とされている。これらの
ターゲット４及びフード電極５には、電子銃部２の電子
通過口２５の縁部分であるフォーカスグリッド電極２４
の電位に対して、正の高電圧が印加されている。The hood electrode 5 is attached to the tip portion 40 of the target 4. The hood electrode 5 has a function of accelerating electrons from the cathode 23 entering the X-ray generation surface 41 and controlling its trajectory, and is made of a metal substantially parallel to the central axis of the target 4 and the X-ray emission axis. It is formed as a cylindrical body. As for the cylindrical shape of the hood electrode 5, the inner diameter is substantially the same as the outer diameter of the distal end portion 40 of the target 4, and the axial length dimension is substantially the same as the length of the distal end portion 40. Have been. The target 4 and the hood electrode 5 are provided with a focus grid electrode 24 which is an edge of the electron passage 25 of the electron gun 2.
Is applied with a high positive voltage.
【００３０】このフード電極５は、Ｘ線発生面４１の周
囲を覆うように設置されており、筒状の一端側のＸ線出
射窓３２と対向している開口部分が、ターゲット４のＸ
線発生面４１からのＸ線がＸ線出射軌道ｌｘに沿って通
過するＸ線出射口５１となるように配置されている。ま
た、周面の電子通過口２５と対向している所定の部位に
は、電子銃部２のカソード２３からの電子が電子入射軌
道ｌｅに沿って通過する電子入射口５２が形成されてい
る。本実施形態においては、電子入射口５２はターゲッ
ト４の軸方向について、電子入射軸に対してほぼ対称な
開口範囲となる形状に形成されている。The hood electrode 5 is installed so as to cover the periphery of the X-ray generation surface 41, and the opening facing the X-ray emission window 32 at one end of the cylindrical shape has the X-ray of the target 4.
The X-rays are arranged so that the X-rays from the ray generation surface 41 become the X-ray emission ports 51 that pass along the X-ray emission orbit lx. An electron entrance 52 through which electrons from the cathode 23 of the electron gun section 2 pass along the electron entrance orbit le is formed at a predetermined portion of the peripheral surface facing the electron passage 25. In the present embodiment, the electron entrance 52 is formed in a shape having an opening range substantially symmetric with respect to the electron incidence axis in the axial direction of the target 4.
【００３１】図２は、図１に示したＸ線管１について、
電子銃部２の容器２１内に設置されたカソード２３及び
電極２６、２７、６１、６２の構成を拡大して示す断面
図である。また図中には、これらの電極によって制御・
形成された電子軌道ｌｅについても、中心軌道及び両端
側の軌道を例として示してある。FIG. 2 shows the X-ray tube 1 shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a cathode 23 and electrodes 26, 27, 61, and 62 installed in a container 21 of the electron gun unit 2. In the figure, these electrodes control and control
Regarding the formed electron trajectory le, the center trajectory and the trajectories on both ends are shown as examples.
【００３２】図２に示した電極構成において、電位Ｖ０
に設定されたカソード２３から放出された電子は、電位
Ｖ１に設定された第１グリッド電極２６の開口部２６ａ
内、及び電位Ｖ２に設定された第２グリッド電極２７の
開口部２７ａ内を順次通過する。In the electrode configuration shown in FIG.
The electrons emitted from the cathode 23 set to the potential of the first grid electrode 26 set to the potential V1
And the inside of the opening 27a of the second grid electrode 27 set to the potential V2.
【００３３】第１グリッド電極電位Ｖ１は、好ましくは
カソード電位Ｖ０に対してＶ１≦Ｖ０を満たすように設
定されている。これによって、第１グリッド電極２６は
カソード２３からの電子に対して電流制御用電極として
機能する。この第１グリッド電極２６の開口部２６ａ近
傍、またはそこから第２グリッド電極２７の開口部２７
ａまでの領域など、カソード２３の近傍における所定の
位置に、電子が一度集束される仮想物点（クロスオーバ
ーポイント）Ｐｃが形成される。The first grid electrode potential V1 is preferably set so as to satisfy V1 ≦ V0 with respect to the cathode potential V0. As a result, the first grid electrode 26 functions as a current control electrode for electrons from the cathode 23. In the vicinity of the opening 26a of the first grid electrode 26 or from there, the opening 27 of the second grid electrode 27
A virtual object point (crossover point) Pc at which electrons are once focused is formed at a predetermined position near the cathode 23, such as the region up to a.
【００３４】また、第２グリッド電極電位Ｖ２は、好ま
しくはカソード電位Ｖ０に対してＶ０＜Ｖ２を満たすよ
うに設定されている。これによって、第２グリッド電極
２７は電子に対して電子加速用電極として機能する。第
１グリッド電極２６の開口部２６ａ内を通過した電子
は、仮想物点Ｐｃにおいて一度集束された後、この第２
グリッド電極２７によってＸ線発生部３の方向へと加速
されて引き出される。The second grid electrode potential V2 is preferably set so as to satisfy V0 <V2 with respect to the cathode potential V0. Thereby, the second grid electrode 27 functions as an electron acceleration electrode for electrons. The electrons that have passed through the opening 26a of the first grid electrode 26 are once focused at the virtual object point Pc, and then
It is accelerated by the grid electrode 27 in the direction of the X-ray generator 3 and extracted.
【００３５】加速された電子は、電位Ｖ３に設定された
第１補助集束電極６１の開口部６１ａ内、及び電位Ｖ４
に設定された第２補助集束電極６２の開口部６２ａ内を
順次通過する。これらの第１補助集束電極６１及び第２
補助集束電極６２によって、本実施形態の電子銃部２に
おいて電子の軌道広がりの制御・調整を行う補助集束電
極系６が構成されている。The accelerated electrons travel inside the opening 61a of the first auxiliary focusing electrode 61 set at the potential V3 and at the potential V4.
Sequentially passes through the inside of the opening 62a of the second auxiliary focusing electrode 62 which is set to. These first auxiliary focusing electrode 61 and second
The auxiliary focusing electrode 62 constitutes an auxiliary focusing electrode system 6 for controlling and adjusting the spread of the electron trajectory in the electron gun unit 2 of the present embodiment.
【００３６】第１補助集束電極電位Ｖ３は、好ましくは
Ｖ０≦Ｖ３＜Ｖ２を満たすように設定され、また、第２
補助集束電極電位Ｖ４は、好ましくはＶ２＝Ｖ４を満た
すように設定されている。これによって、第１補助集束
電極６１の周囲に電子レンズとなる電界を形成させて、
補助集束電極系６通過後の電子軌道の広がりが低減され
るように電子の軌道調整（プリフォーカス）が行われ
る。The first auxiliary focusing electrode potential V3 is preferably set so as to satisfy V0 ≦ V3 <V2.
The auxiliary focusing electrode potential V4 is preferably set to satisfy V2 = V4. As a result, an electric field serving as an electron lens is formed around the first auxiliary focusing electrode 61,
Electron trajectory adjustment (prefocus) is performed so that the spread of the electron trajectory after passing through the auxiliary focusing electrode system 6 is reduced.
【００３７】ここで、以上の電位設定をまとめると、 Ｖ１≦Ｖ０≦Ｖ３＜Ｖ２＝Ｖ４ となる。ただし、各電極の電位設定についてはこの条件
を満たす設定に必ずしも限られるものではなく、電子軌
道を好適に制御可能であれば、この条件を満たさない電
位に設定しても良い。Here, the above potential settings are summarized as follows: V1 ≦ V0 ≦ V3 <V2 = V4. However, the setting of the potential of each electrode is not necessarily limited to the setting that satisfies this condition, and may be set to a potential that does not satisfy this condition as long as the electron trajectory can be suitably controlled.
【００３８】以上のように形成・設定された電子銃部２
を含むＸ線管１全体の動作は以下のようになる。The electron gun 2 formed and set as described above
The operation of the entire X-ray tube 1 including the above is as follows.
【００３９】ターゲット４及びフード電極５に正の高電
圧が印加されると、ターゲット４及びフード電極５は、
電子銃部２の電子通過口２５の縁部であるフォーカスグ
リッド電極２４に対して正の高電位となるため、電子銃
部２と、ターゲット４及びフード電極５との間の空間に
所定の電界が形成される。When a positive high voltage is applied to the target 4 and the hood electrode 5, the target 4 and the hood electrode 5
Since the potential becomes high with respect to the focus grid electrode 24, which is the edge of the electron passage 25 of the electron gun 2, a predetermined electric field is applied to the space between the electron gun 2, the target 4 and the hood electrode 5. Is formed.
【００４０】これにより、電子銃部２のカソード２３か
ら放出された電子は、上記した第１、第２グリッド電極
２６、２７によって引き出され、第１、第２補助集束電
極６１、６２からなる補助集束電極系６によって軌道広
がりが小さくなるように軌道調整された後、フォーカス
グリッド電極２４によって集束されて電子通過口２５を
通過する。さらに、電子銃部２と、ターゲット４及びフ
ード電極５との間の電界によって加速されて、フード電
極５の電子入射口５２を通過してターゲット４のＸ線発
生面４１上に形成された電子の集束点である所定の電子
入射点Ｐｉへと進入・入射される。As a result, electrons emitted from the cathode 23 of the electron gun unit 2 are extracted by the first and second grid electrodes 26 and 27, and are formed by the first and second auxiliary focusing electrodes 61 and 62. The trajectory is adjusted by the focusing electrode system 6 so that the trajectory spread is reduced, and then focused by the focus grid electrode 24 to pass through the electron passage 25. Further, the electrons formed on the X-ray generation surface 41 of the target 4 are accelerated by an electric field between the electron gun unit 2, the target 4 and the hood electrode 5, and pass through the electron entrance 52 of the hood electrode 5. At a predetermined electron incident point Pi, which is the focal point of the light beam.
【００４１】そして、電子がＸ線発生面４１に入射する
ことによって、その電子入射点ＰｉにおいてＸ線が発生
する。発生したＸ線は、フード電極５のＸ線出射口５
１、及びＢｅ製のＸ線出射窓３２を通過してＸ線出射軌
道ｌｘの方向に出射される。ここで、Ｘ線発生面４１に
おける電子入射点（Ｘ線発生点）Ｐｉは、ほぼターゲッ
ト４の中心軸上となるように構成されている。したがっ
て、Ｘ線出射軸はターゲット４の中心軸と略一致してい
る。また、Ｘ線発生面４１で発生されたＸ線について
は、このＸ線出射軸を含み、Ｘ線出射窓３２等によって
制限・決定される所定の軌道範囲で放出された成分がシ
グナル成分として外部へと出射される。When the electrons enter the X-ray generation surface 41, X-rays are generated at the electron incident point Pi. The generated X-rays are transmitted through the X-ray emission port 5 of the hood electrode 5.
1, and pass through the X-ray emission window 32 made of Be and are emitted in the direction of the X-ray emission orbit lx. Here, the electron incident point (X-ray generation point) Pi on the X-ray generation surface 41 is configured to be substantially on the center axis of the target 4. Therefore, the X-ray emission axis is substantially coincident with the central axis of the target 4. As for the X-rays generated on the X-ray generation surface 41, components including the X-ray emission axis and emitted in a predetermined orbit range limited / determined by the X-ray emission window 32 or the like are externally signal components. Is emitted.
【００４２】次に、本実施形態によるＸ線管１の効果に
ついて説明する。Next, effects of the X-ray tube 1 according to the present embodiment will be described.
【００４３】Ｘ線管に適用される電子銃部においては、
カソードからの電子の軌道がカソード近傍でいったん交
差・集束されて、仮想物点（クロスオーバーポイント）
が形成される。そして、この仮想物点から再び軌道が広
がった電子ビームが、フォーカスグリッド電極の開口部
で形成される電子レンズによってターゲットのＸ線発生
面上に微小焦点で集束される。In the electron gun section applied to the X-ray tube,
The trajectory of the electron from the cathode once intersects and converges near the cathode, creating a virtual object point (crossover point).
Is formed. Then, the electron beam whose trajectory has spread again from the virtual object point is focused on the X-ray generation surface of the target with a minute focus by an electron lens formed at the opening of the focus grid electrode.
【００４４】このとき、Ｘ線発生面上の集束点・電子入
射点での電子ビーム径は、フォーカスグリッド電極等か
らなる電子銃の電子レンズ系の拡大率に大きく依存す
る。すなわち、カソード近傍の仮想物点をターゲットの
Ｘ線発生面上に結像する拡大率を小さくすることによっ
て電子ビーム径を小さくすることができ、反対に、拡大
率を大きくすることによって電子ビーム径は大きくな
る。At this time, the electron beam diameter at the focal point and the electron incident point on the X-ray generation surface largely depends on the magnification of the electron lens system of the electron gun including the focus grid electrode and the like. That is, the electron beam diameter can be reduced by reducing the magnification at which the virtual object point near the cathode is imaged on the X-ray generation surface of the target, and conversely, the electron beam diameter can be reduced by increasing the magnification. Becomes larger.
【００４５】この拡大率は、幾何学的には物点から主レ
ンズまでの距離ａと、主レンズから集束点までの距離ｂ
の比ｂ／ａで決定される。上記のＸ線管１においては、
距離ａはカソード２３近傍の仮想物点Ｐｃからフォーカ
スグリッド電極２４の開口部（本実施形態においては電
子通過口２５）の通過点Ｐｆまでの距離に、また、距離
ｂは通過点Ｐｆから電子入射点Ｐｉまでの距離にそれぞ
れ対応している（図１参照）。This magnification is geometrically the distance a from the object point to the main lens and the distance b from the main lens to the focal point b.
Is determined by the ratio b / a. In the above X-ray tube 1,
The distance a is the distance from the virtual object point Pc near the cathode 23 to the passing point Pf of the opening of the focus grid electrode 24 (the electron passage opening 25 in the present embodiment), and the distance b is the electron incidence from the passing point Pf. It corresponds to the distance to the point Pi (see FIG. 1).
【００４６】従来のＸ線管においては、例えば特開平７
−２９６７５１号に示されているＸ線管のように、仮想
物点からフォーカスグリッド電極までの距離ａは、フォ
ーカスグリッド電極から電子入射点までの距離ｂに比べ
て小さく設定されている（ａ＜ｂ）。そのため、仮想物
点をターゲットのＸ線発生面上に結像する拡大率が充分
小さくならず、電子入射点における電子ビーム径を小さ
くすることが困難である。In a conventional X-ray tube, for example,
As in the X-ray tube shown in JP-A-2296751, the distance a from the virtual object point to the focus grid electrode is set to be smaller than the distance b from the focus grid electrode to the electron incident point (a < b). Therefore, the magnification at which the virtual object point is imaged on the X-ray generation surface of the target is not sufficiently reduced, and it is difficult to reduce the electron beam diameter at the electron incident point.
【００４７】このような従来のＸ線管における電子軌
道、及び得られるＸ線出力分布を図３（ａ）及び（ｂ）
に示す。図３（ａ）は、ａ＜ｂとされている従来型のＸ
線管の構成を一部拡大して示す端面図であり、図中、矢
印付き実線はカソード（図示していない）からターゲッ
ト４のＸ線発生面４１への電子軌道ｌｅを、破線は各電
極等によって形成される電界の等電位面を示している。
また、各電極等に設定されている電位はそれぞれ、 カソード２３ ：Ｖ０＝−６００Ｖ 第１グリッド電極２６ ：Ｖ１＝−６５０Ｖ 第２グリッド電極２７ ：Ｖ２＝０Ｖ フォーカスグリッド電極２４：Ｖｆ＝０Ｖ ターゲット４ ：Ｖｔ＝６０ｋＶ である。FIGS. 3 (a) and 3 (b) show the electron orbit and the obtained X-ray output distribution in such a conventional X-ray tube.
Shown in FIG. 3A shows a conventional X where a <b.
FIG. 3 is an end view showing a part of the configuration of the wire tube in an enlarged manner. 3 shows an equipotential surface of an electric field formed by the above method.
The potentials set for the respective electrodes and the like are as follows: Cathode 23: V0 = -600V First grid electrode 26: V1 = -650V Second grid electrode 27: V2 = 0V Focus grid electrode 24: Vf = 0V Target 4 : Vt = 60 kV.
【００４８】カソードから放出された電子は、第１グリ
ッド電極（図示していない）によって仮想物点Ｐｃを形
成した後、第２グリッド電極２７を通過し、フォーカス
グリッド電極２４によって集束される。さらに、ターゲ
ット４及びフード電極５への電界によって加速されて、
Ｘ線発生面４１上の集束点である電子入射点Ｐｉに入射
される。このとき、仮想物点Ｐｃから通過点Ｐｆまでの
距離ａが通過点Ｐｆから電子入射点Ｐｉまでの距離ｂよ
りも小さいので、電子レンズ系の拡大率が大きくなり、
したがって、電子入射点Ｐｉ上に集束された電子ビーム
径が大きくなってしまう。The electrons emitted from the cathode form a virtual object point Pc by a first grid electrode (not shown), pass through a second grid electrode 27, and are focused by a focus grid electrode 24. Furthermore, it is accelerated by the electric field to the target 4 and the hood electrode 5,
The light is incident on an electron incident point Pi which is a focal point on the X-ray generation surface 41. At this time, since the distance a from the virtual object point Pc to the passing point Pf is smaller than the distance b from the passing point Pf to the electron incident point Pi, the magnification of the electron lens system increases,
Therefore, the diameter of the electron beam focused on the electron incident point Pi becomes large.
【００４９】ターゲット上の集束点における電子ビーム
径の広がりが大きくなると、Ｘ線発生点の範囲が広くな
るために、得られるＸ線の発生位置及び発生後の軌道に
ばらつきを生じる。また、ターゲット上の集束点におけ
る電子ビーム広がりのうち、すそ広がりはＸ線のノイズ
成分増大の原因ともなる。すなわち、電子入射点Ｐｉ上
での電子ビーム径が大きくなることによって、得られる
Ｘ線においても、図３（ｂ）にＸ線の２次元出力分布
（右側のグラフ）、及びこの２次元出力分布をｘ軸方向
について投影した１次元出力分布（左側のグラフ）によ
って示すように、出力分布範囲が大きくなってしまう。
ここで、２次元出力分布における実線の範囲は得られる
Ｘ線ビームのビーム径（軌道ばらつき）を、また、破線
の範囲はＸ線ビームのノイズ成分（すそ広がり）を主に
示しているが、このＸ線管においては、そのいずれも大
きくなっている。When the spread of the electron beam diameter at the focal point on the target is increased, the range of the X-ray generation point is widened, so that the obtained X-ray generation position and the orbit after the generation are varied. Further, of the spread of the electron beam at the focal point on the target, the spread of the tail causes an increase in the noise component of the X-ray. That is, as the diameter of the electron beam on the electron incident point Pi increases, the two-dimensional output distribution of the X-ray (the graph on the right) and the two-dimensional output distribution of the X-ray obtained in FIG. Is shown in the one-dimensional output distribution (graph on the left) projected in the x-axis direction, the output distribution range becomes large.
Here, the range of the solid line in the two-dimensional output distribution mainly shows the beam diameter (orbit variation) of the obtained X-ray beam, and the range of the broken line mainly shows the noise component (tail spread) of the X-ray beam. In this X-ray tube, all of them are large.
【００５０】このようなＸ線管からのＸ線を非破壊検査
によるＸ線透視画像の取得に適用した場合、マイクロフ
ォーカスが充分でないため、Ｘ線のビーム径が大きくな
ることによって画像の輪郭が不明確となるとともに、Ｘ
線のノイズ成分が多くなることによってコントラストが
低下してしまう。したがって、Ｘ線画像の高解像度化に
必要な（１）高拡大、（２）小焦点、及び（３）高コン
トラストのうち、（２）の小焦点、及び（３）の高コン
トラストが充分に得られないという問題がある。When the X-ray from such an X-ray tube is applied to the acquisition of an X-ray fluoroscopic image by nondestructive inspection, the micro-focus is not sufficient, so that the beam diameter of the X-ray becomes large and the contour of the image becomes large. It becomes unclear and X
The contrast is reduced by increasing the noise component of the line. Therefore, among (1) high magnification, (2) small focus, and (3) high contrast necessary for increasing the resolution of the X-ray image, (2) small focus and (3) high contrast are sufficiently satisfied. There is a problem that it cannot be obtained.
【００５１】これに対して、本実施形態におけるＸ線管
では、図１に示したように、上記した距離ａ及びｂが条
件ａ＞ｂを満たすように電子銃部２及びＸ線発生部３の
各部を構成している。具体的には、ａを大きくするか、
またはｂを小さくすることによって、拡大率を小さくし
てＸ線発生面４１上の電子入射点Ｐｉでの電子ビーム径
を小さくすることができるが、距離ｂを小さくしてしま
うと、フォーカスグリッド電極２４と、ターゲット４及
びフード電極５との距離が小さくなってしまうため、そ
の間の高電圧によって放電を生じてしまう。このため、
本実施形態においては、カソード２３から電子通過口２
５までの距離を大きくすることによって、仮想物点Ｐｃ
からフォーカスグリッド電極２４の通過点Ｐｆまでの距
離ａを大きくして、上記した条件ａ＞ｂを実現してい
る。On the other hand, in the X-ray tube according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the electron gun 2 and the X-ray generator 3 are set so that the distances a and b satisfy the condition a> b. Of each component. Specifically, increasing a
Alternatively, the electron beam diameter at the electron incident point Pi on the X-ray generation surface 41 can be reduced by reducing the magnification by reducing b, but if the distance b is reduced, the focus grid electrode Since the distance between the target 24 and the target 4 and the hood electrode 5 becomes small, a discharge occurs due to a high voltage therebetween. For this reason,
In the present embodiment, from the cathode 23 to the electron passage 2
By increasing the distance up to 5, the virtual object point Pc
The distance a from the focus grid electrode 24 to the passing point Pf is increased to realize the above condition a> b.
【００５２】上記のように構成されたＸ線管における電
子軌道、及び得られるＸ線出力分布を図４（ａ）及び
（ｂ）に示す。このＸ線管の構成は図３に示したものと
ほぼ同様であるが、カソード、第１グリッド電極、及び
第２グリッド電極２７がフォーカスグリッド電極２４か
ら離れた位置に設置されており、これによって上記した
条件ａ＞ｂが満たされている。また、各電極等に設定さ
れている電位はいずれも図３に示した例と同じである。FIGS. 4A and 4B show the electron orbits in the X-ray tube configured as described above and the obtained X-ray output distribution. The configuration of this X-ray tube is substantially the same as that shown in FIG. 3, except that the cathode, the first grid electrode, and the second grid electrode 27 are provided at positions away from the focus grid electrode 24, and The above condition a> b is satisfied. The potentials set for the respective electrodes and the like are the same as those in the example shown in FIG.
【００５３】このとき、仮想物点Ｐｃから通過点Ｐｆま
での距離ａが通過点Ｐｆから電子入射点Ｐｉまでの距離
ｂよりも大きいので、電子レンズ系の拡大率が小さくな
り、したがって、電子入射点Ｐｉ上での電子ビーム径は
小さくなる。しかしながら、この場合には図４（ａ）に
示されているように第２グリッド電極２７からフォーカ
スグリッド電極２４までの距離が大きいために、仮想物
点（クロスオーバーポイント）での電子ビームの発散角
によって主レンズであるフォーカスグリッド電極２４ま
での間で電子ビーム軌道が大きく広がってしまう。At this time, since the distance a from the virtual object point Pc to the passing point Pf is larger than the distance b from the passing point Pf to the electron incident point Pi, the magnification of the electron lens system is reduced, and therefore, the electron incidence is reduced. The electron beam diameter on the point Pi becomes smaller. However, in this case, as shown in FIG. 4A, since the distance from the second grid electrode 27 to the focus grid electrode 24 is large, the divergence of the electron beam at the virtual object point (crossover point) Depending on the angle, the trajectory of the electron beam greatly expands to the focus grid electrode 24 as the main lens.
【００５４】これによって、電子軌道がフォーカスグリ
ッド電極２４で作られる電子レンズの収差などの影響を
受けやすくなり、入射電子分布のすそ広がりが大きくな
ってしまう。また、得られるＸ線においても、図４
（ｂ）にＸ線の２次元・１次元出力分布を示すように、
ビーム径（実線）は小さいがノイズ成分（破線）が多い
Ｘ線ビームとなる。この場合、Ｘ線透視画像においては
Ｘ線ビーム径が小さくされたことによって画像の輪郭が
明確となる一方、Ｘ線のノイズ成分が多いためにコント
ラストが低下してしまい、Ｘ線画像の高解像度化を充分
に達成することができない。As a result, the electron trajectory is easily affected by the aberration of the electron lens formed by the focus grid electrode 24, and the spread of the incident electron distribution is increased. Also, in the obtained X-ray, FIG.
(B) shows a two-dimensional and one-dimensional output distribution of X-rays,
An X-ray beam having a small beam diameter (solid line) but many noise components (broken line) is obtained. In this case, in the X-ray fluoroscopic image, the contour of the image becomes clear by reducing the X-ray beam diameter, but the contrast is reduced due to the large number of X-ray noise components, and the X-ray image has a high resolution. Cannot be achieved sufficiently.
【００５５】これに対して、本実施形態におけるＸ線管
ではさらに、図１及び図２のＸ線管１に示したように、
カソード２３及び第１、第２グリッド電極２６、２７
と、フォーカスグリッド電極２４との間の所定の位置
に、第１、第２補助集束電極６１、６２からなる補助集
束電極系６を設置し、これによって電子軌道を制御して
上記した電子軌道の広がりを抑制している。On the other hand, in the X-ray tube of the present embodiment, as shown in the X-ray tube 1 of FIGS.
Cathode 23 and first and second grid electrodes 26 and 27
And an auxiliary focusing electrode system 6 composed of first and second auxiliary focusing electrodes 61 and 62 at a predetermined position between the electron trajectory and the focus grid electrode 24. Spread is suppressed.
【００５６】条件ａ＞ｂを満たすとともに、補助集束電
極系６が設置されたＸ線管における電子軌道、及び得ら
れるＸ線出力分布を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。この
Ｘ線管の構成は図４に示したものとほぼ同様であるが、
第２グリッド電極２７及びフォーカスグリッド電極２４
の間に第１、第２補助集束電極６１、６２からなる補助
集束電極系６が設置されている。また、各電極等に設定
されている電位はそれぞれ、 カソード２３ ：Ｖ０＝−６００Ｖ 第１グリッド電極２６ ：Ｖ１＝−６５０Ｖ 第２グリッド電極２７ ：Ｖ２＝０Ｖ 第１補助集束電極６１ ：Ｖ３＝−３００Ｖ 第２補助集束電極６２ ：Ｖ４＝０Ｖ フォーカスグリッド電極２４：Ｖｆ＝０Ｖ ターゲット４ ：Ｖｔ＝６０ｋＶ である。これらの電位は、条件Ｖ１≦Ｖ０≦Ｖ３＜Ｖ２
＝Ｖ４を満たしている。FIGS. 5A and 5B show the electron orbit and the obtained X-ray output distribution in the X-ray tube in which the condition a> b is satisfied and the auxiliary focusing electrode system 6 is installed. The configuration of this X-ray tube is almost the same as that shown in FIG.
Second grid electrode 27 and focus grid electrode 24
The auxiliary focusing electrode system 6 including the first and second auxiliary focusing electrodes 61 and 62 is provided between them. The potentials set for the respective electrodes and the like are as follows: cathode 23: V0 = -600V first grid electrode 26: V1 = -650V second grid electrode 27: V2 = 0V first auxiliary focusing electrode 61: V3 =- 300V Second auxiliary focusing electrode 62: V4 = 0V Focus grid electrode 24: Vf = 0V Target 4: Vt = 60 kV. These potentials satisfy the condition V1 ≦ V0 ≦ V3 <V2
= V4.
【００５７】Ｖ２＝Ｖ４に設定された第２グリッド電極
２７及び第２補助集束電極６２の間に位置してＶ３＜Ｖ
２＝Ｖ４に設定された第１補助集束電極６１によって、
図中に破線で第１補助集束電極６１を囲むように形成さ
れた電界を示すように電子レンズが形成されて、電子軌
道が集束する方向、すなわち第２グリッド電極２７から
フォーカスグリッド電極２４の間での電子軌道の広がり
を低減する方向に、電子軌道が調整・制御される。V3 <V is located between the second grid electrode 27 and the second auxiliary focusing electrode 62 set to V2 = V4.
With the first auxiliary focusing electrode 61 set to 2 = V4,
An electron lens is formed so as to indicate an electric field formed so as to surround the first auxiliary focusing electrode 61 by a broken line in the drawing, and the electron trajectory is focused, that is, between the second grid electrode 27 and the focus grid electrode 24. The electron trajectory is adjusted and controlled in such a direction as to reduce the spread of the electron trajectory.
【００５８】このとき、仮想物点Ｐｃから通過点Ｐｆま
での距離ａが通過点Ｐｆから電子入射点Ｐｉまでの距離
ｂよりも大きいので、電子レンズ系の拡大率が小さくな
り、したがって、電子入射点Ｐｉ上での電子ビーム径は
小さくなる。さらに、上記のように電子軌道の広がりが
低減されることによって、主レンズとして機能するフォ
ーカスグリッド電極２４で作られる電子レンズの収差の
影響を受けにくくなるので、電子分布のすそ広がりも低
減される。したがって、得られるＸ線においても、図５
（ｂ）にＸ線の２次元・１次元出力分布を示すように、
ビーム径（実線）及びノイズ成分（破線）の両者が小さ
くされたＸ線出力分布を実現することができる。この場
合、Ｘ線透視画像においてはＸ線ビーム径が小さくされ
たことによって画像の輪郭が明確となるとともに、Ｘ線
のノイズ成分が少なくされたことによってコントラスト
が向上されて、Ｘ線画像の大幅な高解像度化が達成され
る。At this time, since the distance a from the virtual object point Pc to the passing point Pf is larger than the distance b from the passing point Pf to the electron incident point Pi, the magnification of the electron lens system is reduced, and therefore, the electron incidence is reduced. The electron beam diameter on the point Pi becomes smaller. Furthermore, since the spread of the electron trajectory is reduced as described above, the influence of the aberration of the electron lens formed by the focus grid electrode 24 functioning as the main lens is reduced, so that the spread of the electron distribution is also reduced. . Therefore, even in the obtained X-ray, FIG.
(B) shows a two-dimensional and one-dimensional output distribution of X-rays,
It is possible to realize an X-ray output distribution in which both the beam diameter (solid line) and the noise component (dashed line) are reduced. In this case, in the X-ray fluoroscopic image, the contour of the image is clarified by reducing the X-ray beam diameter, and the contrast is improved by reducing the noise component of the X-ray. High resolution is achieved.
【００５９】図６は、マイクロフォーカスＸ線管を用い
たワイヤボンディングの観測・検査を例として、Ｘ線ビ
ームのビーム広がり（ビーム径及びノイズ成分）を小さ
くすることによる上記したＸ線透視画像の鮮明化の効果
を説明する模式図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、そ
れぞれ（ａ）正常なワイヤボンディングと、（ｂ）断線
したワイヤを示し、これらのワイヤボンディング部分を
図３に示したａ＜ｂのＸ線管を用いて観測したときに得
られる画像を図６（ｃ）及び（ｄ）に、図４に示したａ
＞ｂのＸ線管を用いて得られる画像を図６（ｅ）及び
（ｆ）に、また、図１、図２及び図５に示した本実施形
態によるａ＞ｂかつ補助集束電極系を有するＸ線管を用
いて得られる画像を図６（ｇ）及び（ｈ）にそれぞれ示
す。FIG. 6 shows an example of observation / inspection of wire bonding using a microfocus X-ray tube, in which the X-ray fluoroscopic image is reduced by reducing the beam spread (beam diameter and noise component) of the X-ray beam. It is a schematic diagram explaining the effect of sharpening. FIGS. 6 (a) and 6 (b) show (a) normal wire bonding and (b) broken wires, respectively. These wire bonding portions are formed by using the X-ray tube of a <b shown in FIG. 6 (c) and 6 (d) show images obtained when observation is made by using the a shown in FIG.
FIGS. 6 (e) and 6 (f) show images obtained using the X-ray tube of> b, and FIGS. 1, 2 and 5 show a> b and the auxiliary focusing electrode system according to the present embodiment. Images obtained using the X-ray tube having the above are shown in FIGS. 6 (g) and 6 (h), respectively.
【００６０】ａ＜ｂのＸ線管による図６（ｃ）及び
（ｄ）に示した画像においては、焦点・ビーム径が大き
いために輪郭が不明確であり、かつＸ線のノイズ成分が
多くＳ／Ｎ比が悪いために明暗のコントラストが充分で
なく、図６（ｄ）においてもワイヤの断線を把握するこ
とができない。In the images shown in FIGS. 6C and 6D by the X-ray tube where a <b, the outline is unclear due to the large focal point and beam diameter, and the X-ray noise component is large. Since the S / N ratio is low, the contrast between light and dark is not sufficient, and even in FIG.
【００６１】また、ａ＞ｂのＸ線管による図６（ｅ）及
び（ｆ）に示した画像においては、小焦点によって輪郭
はほぼ明確であるが、Ｘ線のノイズ成分が多いために明
暗のコントラストが充分でなく、図６（ｆ）においても
なおワイヤの断線の把握が困難である。In the images shown in FIGS. 6 (e) and 6 (f) by the X-ray tube with a> b, the outline is almost clear due to the small focus, but it is bright and dark due to the large number of X-ray noise components. 6 is not sufficient, and it is still difficult to grasp the disconnection of the wire even in FIG.
【００６２】これに対して、図６（ｇ）及び（ｈ）に示
した本実施形態のＸ線管による画像においては、輪郭が
明確であることに加え、Ｘ線のノイズ成分が少なくされ
てＳ／Ｎ比が向上されていることによって明暗のコント
ラストが高くなり、したがって、図６（ｈ）に示されて
いるように、ワイヤの断線を明確に確認することができ
る。On the other hand, in the images obtained by the X-ray tube of the present embodiment shown in FIGS. 6 (g) and 6 (h), the outline is clear and the noise component of the X-ray is reduced. By improving the S / N ratio, the contrast between light and dark is increased, and therefore, as shown in FIG. 6 (h), disconnection of the wire can be clearly confirmed.
【００６３】本発明によるＸ線管は、上記した実施形態
に限らず、各電極の構成等を様々に変更することが可能
である。The X-ray tube according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the configuration of each electrode can be variously changed.
【００６４】図７は、本発明によるＸ線管の第２の実施
形態の構成を示す断面図であり、図７（ａ）はＸ線管１
の横断面図、図７（ｂ）は縦断面図を示す。本実施形態
によるＸ線管１の構成は第１の実施形態とほぼ同様であ
るが、補助集束電極系６が第１補助集束電極６１のみに
よって構成されている。このような構成によっても、第
１補助集束電極６１の電位Ｖ３を、条件Ｖ０≦Ｖ３＜Ｖ
２を満たすように設定することによって、同様に電子軌
道の広がりを低減する軌道調整が可能である。FIG. 7 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the X-ray tube according to the present invention, and FIG.
7 (b) shows a longitudinal sectional view. The configuration of the X-ray tube 1 according to the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment, except that the auxiliary focusing electrode system 6 is constituted only by the first auxiliary focusing electrode 61. With such a configuration as well, the potential V3 of the first auxiliary focusing electrode 61 is set so that the condition V0 ≦ V3 <V
By setting so as to satisfy 2, orbit adjustment can be similarly performed to reduce the spread of the electron orbit.
【００６５】このように、補助集束電極系６を構成する
補助集束電極については、個々のＸ線管における他の電
極等の配置関係や電子軌道等に応じて、その設置個数及
び設定電圧を適宜設定することが可能である。例えば、
設置個数については、３個以上の電極からなる構成とし
ても良く、また、設定電圧についても、電極個数やそれ
らの配置間隔・開口部形状等に応じて、好適な設定を選
択することができる。As described above, the number of the auxiliary focusing electrodes constituting the auxiliary focusing electrode system 6 and the set voltage are appropriately set according to the arrangement relation of the other electrodes and the electron trajectories in the individual X-ray tubes. It is possible to set. For example,
The number of electrodes to be installed may be a configuration including three or more electrodes, and a suitable setting for the set voltage can be selected according to the number of electrodes, their arrangement interval, the shape of the opening, and the like.
【００６６】図８は、本発明によるＸ線管の第３の実施
形態の構成を示す断面図であり、図８（ａ）はＸ線管１
の横断面図、図８（ｂ）は縦断面図を示す。本実施形態
によるＸ線管１の構成は第２の実施形態とほぼ同様であ
るが、フォーカスグリッド電極２４及び電子通過口２５
が電子銃部２の外囲容器２１のターゲット４側の面から
突出するように形成されている。このような構造とする
ことによっても、距離についての条件ａ＞ｂを実現する
ことができる。FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a third embodiment of the X-ray tube according to the present invention, and FIG.
8 (b) shows a longitudinal sectional view. The configuration of the X-ray tube 1 according to the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, except that the focus grid electrode 24 and the electron passage 25.
Is formed so as to protrude from the surface of the outer container 21 of the electron gun unit 2 on the target 4 side. Even with such a structure, the condition a> b regarding the distance can be realized.
【００６７】[0067]
【発明の効果】本発明によるＸ線管は、以上詳細に説明
したように、次のような効果を得る。すなわち、（１）
カソード近傍に形成される仮想物点からフォーカスグリ
ッド電極の通過点までの距離ａを、通過点からＸ線発生
面上の電子入射点までの距離ｂよりも大きく設定する
（ａ＞ｂ）ことによって、Ｘ線発生面上に集束される電
子ビーム、及び得られるＸ線ビームにおけるビーム径
（軌道ばらつき）が低減される。さらに、（２）カソー
ド及び第１、第２グリッド電極と、フォーカスグリッド
電極との間に補助集束電極系を設けて、その間での電子
軌道の広がりが低減されるように電子軌道を制御・調整
することによって、フォーカスグリッド電極の収差の影
響等が抑制されて、電子ビーム及びＸ線ビームにおける
ノイズ成分（すそ広がり）が低減される。As described in detail, the X-ray tube according to the present invention has the following effects. That is, (1)
The distance a from the virtual object point formed near the cathode to the passing point of the focus grid electrode is set to be larger than the distance b from the passing point to the electron incident point on the X-ray generation surface (a> b). The beam diameter (orbit variation) of the electron beam focused on the X-ray generation surface and the obtained X-ray beam is reduced. Furthermore, (2) an auxiliary focusing electrode system is provided between the cathode and the first and second grid electrodes and the focus grid electrode, and the electron trajectory is controlled and adjusted so that the spread of the electron trajectory therebetween is reduced. By doing so, the influence of aberration of the focus grid electrode and the like are suppressed, and noise components (tail spread) in the electron beam and the X-ray beam are reduced.
【００６８】このような構成を有するマイクロフォーカ
スＸ線管によってＸ線透視画像を取得した場合、ビーム
径の低減によって小焦点化が、また、ノイズ成分の低減
によって高コントラスト化が達成されるので、Ｘ線画像
の高解像度化が実現される。これによって、例えばＸ線
を用いた非破壊検査による検査対象の１つである小型化
・高密度化が進んだ半導体電子部品に対しても、その構
造を効率的に観測することが可能になる。When an X-ray fluoroscopic image is acquired by the microfocus X-ray tube having such a configuration, the focus can be reduced by reducing the beam diameter, and the contrast can be increased by reducing the noise component. Higher resolution of the X-ray image is realized. This makes it possible to efficiently observe the structure of, for example, a semiconductor electronic component that has been miniaturized and densified, which is one of inspection targets by nondestructive inspection using X-rays. .
【図１】Ｘ線管の第１の実施形態の構成を示す（ａ）横
断面図、及び（ｂ）縦断面図である。FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view illustrating a configuration of a first embodiment of an X-ray tube.
【図２】図１に示したＸ線管の電子銃部を一部拡大して
示す端面図である。FIG. 2 is an end view showing an electron gun portion of the X-ray tube shown in FIG. 1 in a partially enlarged manner.
【図３】従来のａ＜ｂであるＸ線管における（ａ）電子
軌道を示す端面図、及び（ｂ）Ｘ線出力分布を示すグラ
フである。3A is an end view showing an electron trajectory in a conventional X-ray tube in which a <b, and FIG. 3B is a graph showing an X-ray output distribution.
【図４】ａ＞ｂであるＸ線管における（ａ）電子軌道を
示す端面図、及び（ｂ）Ｘ線出力分布を示すグラフであ
る。4A is an end view showing an electron trajectory in an X-ray tube in which a> b, and FIG. 4B is a graph showing an X-ray output distribution.
【図５】図１に示したＸ線管における（ａ）電子軌道を
示す端面図、及び（ｂ）Ｘ線出力分布を示すグラフであ
る。5A is an end view showing an electron trajectory in the X-ray tube shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a graph showing an X-ray output distribution.
【図６】図１に示したＸ線管を用いて得られるＸ線透視
画像を従来のＸ線管等を用いた場合と比較するための模
式図である。6 is a schematic diagram for comparing an X-ray fluoroscopic image obtained using the X-ray tube shown in FIG. 1 with a case using a conventional X-ray tube or the like.
【図７】Ｘ線管の第２の実施形態の構成を示す（ａ）横
断面図、及び（ｂ）縦断面図である。FIGS. 7A and 7B are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view illustrating a configuration of an X-ray tube according to a second embodiment.
【図８】Ｘ線管の第３の実施形態の構成を示す（ａ）横
断面図、及び（ｂ）縦断面図である。FIGS. 8A and 8B are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view illustrating a configuration of an X-ray tube according to a third embodiment.
１…Ｘ線管、２…電子銃部、２１…容器、２２…ヒー
タ、２３…カソード、２４…フォーカスグリッド電極、
２５…電子通過口、２６…第１グリッド電極、２７…第
２グリッド電極、３…Ｘ線発生部、３１…容器、３２…
Ｘ線出射窓、４…ターゲット、４０…先端部分、４１…
Ｘ線発生面、５…フード電極、５１…Ｘ線出射口、５２
…電子入射口、６…補助集束電極系、６１…第１補助集
束電極、６２…第２補助集束電極。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray tube, 2 ... Electron gun part, 21 ... Container, 22 ... Heater, 23 ... Cathode, 24 ... Focus grid electrode,
25: Electron passage, 26: First grid electrode, 27: Second grid electrode, 3: X-ray generator, 31: Container, 32 ...
X-ray emission window, 4 ... target, 40 ... tip, 41 ...
X-ray generation surface, 5: hood electrode, 51: X-ray emission port, 52
... Electron entrance, 6 ... Auxiliary focusing electrode system, 61 ... First auxiliary focusing electrode, 62 ... Second auxiliary focusing electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 益保 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 松下 正興 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 稲鶴 務 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masuhito Ito 1126-1, Nomachi, Hamamatsu-shi, Shizuoka Prefecture Inside Tonics Co., Ltd. Inside Tonics Corporation (72) Inventor Tsukasa Inazuru 1126 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture 1 Inside Hamamatsu Photonics Corporation
Claims (4)
放出する電子銃と、前記電子をそのＸ線発生面に入射さ
せることによってＸ線を発生させてＸ線出射軸の方向に
出射するターゲットと、を有し、前記ターゲットの中心
軸が前記Ｘ線出射軸に対して略平行となるように構成さ
れたＸ線管において、 前記電子銃の前記カソードと、前記ターゲットの前記Ｘ
線発生面と、の間に、 前記カソードからの前記電子による電流を制限する第１
グリッド電極と、 前記第１グリッド電極を通過した前記電子を加速する第
２グリッド電極と、 前記第２グリッド電極を通過した前記電子の軌道の広が
りを制御する補助集束電極系と、 前記電子を前記Ｘ線発生面上の所定の電子入射点へと集
束させるフォーカスグリッド電極と、を順次備えるとと
もに、 前記カソードから放出された前記電子が前記カソードの
近傍において一度集束される仮想物点から前記フォーカ
スグリッド電極までの距離が、前記フォーカスグリッド
電極から前記電子入射点までの距離よりも大きいことを
特徴とするＸ線管。1. An electron gun for emitting electrons from a cathode in a direction of an electron incidence axis, and a target for emitting X-rays by causing the electrons to enter an X-ray generation surface and emitting the X-rays in the direction of an X-ray emission axis. Wherein the center axis of the target is substantially parallel to the X-ray emission axis. The cathode of the electron gun and the X-ray of the target.
A first line for limiting a current caused by the electrons from the cathode, between the first electrode and the line generating surface;
A grid electrode; a second grid electrode that accelerates the electrons that have passed through the first grid electrode; an auxiliary focusing electrode system that controls the spread of the trajectory of the electrons that have passed through the second grid electrode; A focus grid electrode for sequentially focusing the electron beam onto a predetermined electron incident point on the X-ray generation surface; and the focus grid from a virtual object point where the electrons emitted from the cathode are once focused near the cathode. An X-ray tube, wherein a distance to an electrode is larger than a distance from the focus grid electrode to the electron incident point.
極を少なくとも有し、 前記カソードに設定される電位Ｖ０、前記第１グリッド
電極に設定される電位Ｖ１、前記第２グリッド電極に設
定される電位Ｖ２、前記第１補助集束電極に設定される
電位Ｖ３が、 Ｖ１≦Ｖ０≦Ｖ３＜Ｖ２ の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のＸ線
管。2. The auxiliary focusing electrode system has at least a first auxiliary focusing electrode, and has a potential V0 set to the cathode, a potential V1 set to the first grid electrode, and a potential set to the second grid electrode. 2. The X-ray tube according to claim 1, wherein the potential V2 to be set and the potential V3 set to the first auxiliary focusing electrode satisfy a relationship of V1 ≦ V0 ≦ V3 <V2.
束電極及び前記フォーカスグリッド電極の間に設けられ
た第２補助集束電極をさらに有し、 前記第２補助集束電極に設定される電位Ｖ４が、 Ｖ２＝Ｖ４ の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載のＸ線
管。3. The auxiliary focusing electrode system further includes a second auxiliary focusing electrode provided between the first auxiliary focusing electrode and the focus grid electrode, and a potential set to the second auxiliary focusing electrode. The X-ray tube according to claim 2, wherein V4 satisfies the following relationship: V2 = V4.
子銃の外囲容器から前記ターゲットの方向に突出して形
成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
一項記載のＸ線管。4. The X-ray tube according to claim 1, wherein the focus grid electrode is formed so as to protrude from an envelope of the electron gun toward the target. .
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