JP2001023556A - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 得られるＸ線ビームのビーム広がりが低減さ
れたＸ線管を提供する。 【解決手段】 電子銃部２のカソード２３近傍の仮想物
点Ｐｃからフォーカスグリッド電極２４の通過点Ｐｆま
での距離ａを、通過点Ｐｆからターゲット４のＸ線発生
面４１上の集束点・電子入射点Ｐｉまでの距離ｂよりも
大きく（ａ＞ｂ）することによって、集束電子ビーム及
び得られるＸ線ビームのビーム径を小さくすることがで
き、かつ、第１、第２補助集束電極６１、６２からなる
補助集束電極系６を設置することによって、フォーカス
グリッド電極２４までの電子軌道広がりを低減して電子
ビーム及びＸ線ビームのノイズ成分を少なくすることが
できる。これによって、Ｘ線透視画像の高解像度化が実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、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。
2. 【請求項２】 前記補助集束電極系は、第１補助集束電
   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。
3. 【請求項３】 前記補助集束電極系は、前記第１補助集
   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。
4. 【請求項４】 前記フォーカスグリッド電極は、前記電
   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。