JP2005332623A - X-ray source and anode of the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray source capable of finely narrowing a focal point of the X-ray smaller than the spot size of an electron beam. <P>SOLUTION: The anode 8 of the X-ray source is formed by successively laminating a first metal layer 2, an insulation layer 3, and a second metal layer 4 on a base body 1. The first metal layer 2 is composed of an element having the atomic number larger than that of the element composing the second metal layer 4, and a hole 6 for partially exposing the first metal layer 2 is formed through the insulation layer 3 and the second metal layer 4. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、工業製品や生体試料などの内部構造を非破壊的に観察するために用いられるＸ線を発生するＸ線源及びその陽極に関する。   The present invention relates to an X-ray source for generating X-rays used for nondestructively observing internal structures of industrial products and biological samples, and an anode thereof.

マイクロフォーカスＸ線管において、特に電子源となる熱フィラメントの交換直後のターゲット上の電子ビーム焦点の位置合わせを容易にするための方法が考案されている。その一つは、特許文献１に記載されているように、電子レンズとターゲットとの間のアパーチャ部に中心部に電子ビームが通過する孔が開けられその周囲に分割された電極が設けられたものである。ビーム形状に広がりや偏りがある場合に電子ビームは中心を通過せずに分割された電極に衝突する。電極に流れる電流をモニターしながら電子レンズを電流などにより制御することにより、電子ビームが中心を通過してターゲット上の中心位置にＸ線発生点をあわせることが可能となっている。しかしながら、この方式において、分割電極に衝突する電子数に依存する電流値を最小にする条件においても、ターゲット上の電子ビームのスポットサイズは電子レンズの焦点の絞りの性能を超えて小さくすることは不可能である。   In the microfocus X-ray tube, a method for facilitating the alignment of the electron beam focus on the target immediately after the exchange of the hot filament serving as the electron source has been devised. One of them is that, as described in Patent Document 1, a hole through which an electron beam passes is formed in the central portion of the aperture portion between the electron lens and the target, and a divided electrode is provided around the hole. Is. When the beam shape is spread or biased, the electron beam collides with the divided electrodes without passing through the center. By controlling the electron lens with the current while monitoring the current flowing through the electrode, the electron beam can pass through the center and the X-ray generation point can be aligned with the center position on the target. However, in this method, the spot size of the electron beam on the target cannot be reduced beyond the performance of the focus stop of the electron lens even under the condition of minimizing the current value depending on the number of electrons colliding with the divided electrodes. Impossible.

また、特許文献２に示されているように、ターゲット上で電子ビームが集束位置を適切に合わせることを容易にするために、Ｘ線像検出器の出力データをもとに電子レンズを自動的に調節する方式が考案されているが、この方式においては電子ビームのスポットサイズが最小に絞ることまでは自動的に検出することはできないでいる。マイクロフォーカスＸ線源は、ターゲット上で結像する電子ビームのスポットサイズを微小に絞ることにより高い空間分解能で対象物の像を観察しようとするものである。従来のマイクロフォーカスＸ線源においては、ターゲット上でＸ線を発生させる領域の大きさは、ターゲット上の電子ビームのスポットサイズは電子ビームを集束させる電子レンズの性能によって決定づけられている。また、従来の方法では、装置の利用者がターゲット上での電子ビームの焦点の広がりと位置のずれがどの程度であるかを直接的かつ定量的に簡便に計測することができなかった。さらに、マイクロフォーカスＸ線源においては、極めて集束度が高い電子集束機能をもつ電子レンズが必要とされるため、装置のコストが高くなってしまうことが問題であった。
特開２００１−３１９６０８号公報 特開２００３−００４６６８号公報 Further, as shown in Patent Document 2, in order to facilitate the proper alignment of the focusing position of the electron beam on the target, the electron lens is automatically set based on the output data of the X-ray image detector. However, this method cannot be automatically detected until the spot size of the electron beam is reduced to the minimum. The microfocus X-ray source is intended to observe an image of an object with high spatial resolution by finely reducing the spot size of an electron beam imaged on a target. In the conventional microfocus X-ray source, the size of the region that generates X-rays on the target is determined by the performance of the electron lens that focuses the electron beam, and the spot size of the electron beam on the target. Further, in the conventional method, it has not been possible for the user of the apparatus to directly and quantitatively easily measure the extent of the spread of the focus of the electron beam and the positional deviation on the target. Further, since the microfocus X-ray source requires an electron lens having an extremely high degree of focusing and an electron focusing function, the cost of the apparatus is increased.
JP 2001-319608 A JP 2003-004668 A

本発明の目的は、電子ビームのスポットサイズより微小にＸ線焦点を絞ることの可能なＸ線源及びその陽極を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an X-ray source capable of narrowing the X-ray focal point finer than the spot size of an electron beam and an anode thereof.

本発明の第１の局面においては、Ｘ線源の陽極は、基体上に第１の金属層と絶縁層と第２の金属層が順に形成され、第１の金属層は第２の金属層を構成する元素の原子番号より大きい原子番号の元素を有し、絶縁層及び第２の金属層には第１の金属層を部分的に露出するための孔が開けられている。
本発明の第２の局面においては、第１の金属層の単位体積当たりの電子数、つまり電子数の体積密度は、第２の金属層の単位体積当たりの電子数、つまり電子数の体積密度より大きく、絶縁層及び第２の金属層には第１の金属層を部分的に露出するための孔が開けられている。
本発明の第３の局面においては、Ｘ線源の陽極は、基体と、基体上に重ねられ電子衝突によりＸ線を発生するためのターゲット層と、ターゲット層上に重ねられる絶縁層と、絶縁層上に重ねられ、ターゲット層を部分的に露出するために絶縁層とともに開口が開けられるシールド層とを具備する。 In the first aspect of the present invention, in the anode of the X-ray source, a first metal layer, an insulating layer, and a second metal layer are sequentially formed on a base, and the first metal layer is a second metal layer. And the insulating layer and the second metal layer are provided with holes for partially exposing the first metal layer.
In the second aspect of the present invention, the number of electrons per unit volume of the first metal layer, that is, the volume density of the number of electrons is equal to the number of electrons per unit volume of the second metal layer, that is, the volume density of the number of electrons. A larger hole is formed in the insulating layer and the second metal layer to partially expose the first metal layer.
In the third aspect of the present invention, an anode of an X-ray source includes a base, a target layer that is superimposed on the base and generates X-rays by electron impact, an insulating layer that is superimposed on the target layer, and an insulating layer. And a shield layer overlying the layer and having an opening with the insulating layer to partially expose the target layer.

本発明によれば、電子ビームのスポットサイズより微小にＸ線焦点を絞ることが可能である。   According to the present invention, it is possible to narrow the X-ray focal point finer than the spot size of the electron beam.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１には、本実施形態に係るＸ線源（Ｘ線管ともいう）の断面構造を示している。真空容器１０には陰極１１と陽極８とが、グリッド電極１２、偏向コイル１３、アパーチャ１４、電子レンズ１５とともに収容される。グリッド電極１２は、陰極１１のフィラメントから放出された熱電子又はカーボンナノチューブ等の電界放出型電子源から放出された電子を電子ビーム５に整形する。典型的には４つの偏向コイル１３が、電子ビーム５の中心軸（光軸）の回りに９０°の周期で離散的に配置される。４つの偏向コイル１３は、それらに電流を供給する図示しない偏向コイル制御部とともに偏向部を構成する。４つの電子レンズ（フォーカスコイルともいう）１５は、それらに電流を供給する図示しない電子レンズ制御部とともに電子レンズ部を構成する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an X-ray source (also referred to as an X-ray tube) according to this embodiment. The vacuum vessel 10 accommodates a cathode 11 and an anode 8 together with a grid electrode 12, a deflection coil 13, an aperture 14, and an electron lens 15. The grid electrode 12 shapes the electrons emitted from the field emission type electron source such as thermionic electrons or carbon nanotubes emitted from the filament of the cathode 11 into the electron beam 5. Typically, four deflection coils 13 are discretely arranged with a period of 90 ° around the central axis (optical axis) of the electron beam 5. The four deflection coils 13 constitute a deflection unit together with a deflection coil control unit (not shown) that supplies current to them. The four electron lenses (also referred to as focus coils) 15 constitute an electronic lens unit together with an electronic lens control unit (not shown) that supplies current to them.

Ｘ線源は、医用分野では、Ｘ線診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置等に用いられる。Ｘ線診断装置であれば、Ｘ線源は、例えばＣ形のアームの一端に、他端のイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）又は固体Ｘ線検出器（フラットパネルデテクタ（ＦＰＤ）ともいう）に対向するように取り付けられる。人体用Ｘ線コンピュータ断層撮影装置であれば、Ｘ線源は、回転自在に保持される環状フレームにＸ線検出器とともに取り付けられる。比較的小さな工業部品や生体試料の場合は、Ｘ線源とＸ線検出器は固定し、対象物を回転する台に載せて断層撮影をおこなうこともできる。   In the medical field, the X-ray source is used for an X-ray diagnostic apparatus, an X-ray computed tomography apparatus, and the like. In the case of an X-ray diagnostic apparatus, the X-ray source is also called an image intensifier (II) or a solid X-ray detector (flat panel detector (FPD)) at one end of a C-shaped arm, for example. ). In the case of a human X-ray computed tomography apparatus, the X-ray source is attached together with an X-ray detector to an annular frame that is rotatably held. In the case of relatively small industrial parts and biological samples, the X-ray source and the X-ray detector can be fixed, and the tomography can be performed by placing the object on a rotating table.

図２に図１の陽極８の断面構造を示している。図３には図１の陽極８の平面構造を示している。Ｘ線源のＸ線放射窓を兼ねた基体１上に、第１の金属層２が重ねられる。第１の金属層２は、電子ビーム５の衝突によりＸ線を効果的に発生するためのターゲット層を構成する。陰極１１と陽極８の間の高電圧により高速に加速された電子ビーム５が第１の金属層２に衝突すると、微小な領域で多量の熱を発生する。したがって基体１としては、窓材として利用できるようにＸ線の透過率の高い、すなわち原子番号の比較的小さな元素によって構成された材料であることが必要であるとともに、熱伝導性に優れた材料であることが必要とされる。元素の原子番号は、その元素の原子の持つ電子数に等しいので、原子番号の比較的小さな元素によって構成された材料であるということは、単位体積当たりの電子数、すなわち電子数の体積密度が小さい材料であるとも言うことができる。このような材料として、例えばダイヤモンド、グラファイト、ベリリウム、アルミニウムのような単一の元素で構成された単体の材料や、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素のような化合物の材料があり、その中から基体１の材料として選択的に用いられる。   FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the anode 8 of FIG. FIG. 3 shows a planar structure of the anode 8 of FIG. A first metal layer 2 is overlaid on a substrate 1 that also serves as an X-ray emission window of an X-ray source. The first metal layer 2 constitutes a target layer for effectively generating X-rays by the collision of the electron beam 5. When the electron beam 5 accelerated at high speed by the high voltage between the cathode 11 and the anode 8 collides with the first metal layer 2, a large amount of heat is generated in a minute region. Therefore, the substrate 1 needs to be a material having a high X-ray transmittance, that is, a material having a relatively small atomic number so that it can be used as a window material, and has a high thermal conductivity. Is required. Since the atomic number of an element is equal to the number of electrons of the atom of the element, it is a material composed of an element with a relatively small atomic number, which means that the number of electrons per unit volume, that is, the volume density of the number of electrons is It can be said that it is a small material. Examples of such a material include a single material composed of a single element such as diamond, graphite, beryllium, and aluminum, and a compound material such as aluminum nitride, boron nitride, and silicon carbide. It is selectively used as a material for the substrate 1.

第１の金属層２は、タングステンやモリブデンなどの原子番号の比較的大きな元素の単一素材又はその元素を含む複合材料から構成される。第１の金属層２の上には、原子番号の比較的小さな元素からなる絶縁層３が重ねられる。絶縁層３としては、電気的な絶縁が可能で耐熱性があり、蒸気圧が低い物質であることが必要とされ、二酸化珪素、窒素アルミニウム、ダイヤモンドなどの材料が好ましい。   The first metal layer 2 is composed of a single material of an element having a relatively large atomic number, such as tungsten or molybdenum, or a composite material containing the element. An insulating layer 3 made of an element having a relatively small atomic number is overlaid on the first metal layer 2. The insulating layer 3 is required to be a substance that can be electrically insulated, has heat resistance, and has a low vapor pressure, and is preferably a material such as silicon dioxide, nitrogen aluminum, and diamond.

絶縁層３の上に、チタンなどの原子番号の比較的小さな元素の単一素材又はその元素を含む複合材料から構成される第２の金属層４が重ねられる。同一条件のもとで第２の金属層４で発生するＸ線の量が第１の金属層２で発生するＸ線の量よりも少なくなるように、第２の金属層４を構成する又は主に構成する元素の原子番号は、第１の金属層２を構成する又は主に構成する元素の原子番号よりも小さい。あるいは、第２の金属層４の電子数の体積密度は、第１の金属層２の電子数の体積密度よりも小さい。好ましくは、第２の金属層４ではほとんどＸ線が発生しないように、第２の金属層４を構成する又は主に構成する元素が選定される。第２の金属層４は、開口部分を除き電子ビーム５から第１の金属層２を遮蔽するためのシールド層として設けられている。   On the insulating layer 3, a second metal layer 4 made of a single material of an element having a relatively small atomic number such as titanium or a composite material containing the element is overlaid. Configuring the second metal layer 4 so that the amount of X-rays generated in the second metal layer 4 under the same conditions is smaller than the amount of X-rays generated in the first metal layer 2; or The atomic number of the element that mainly constitutes is smaller than the atomic number of the element that constitutes or mainly constitutes the first metal layer 2. Alternatively, the volume density of the number of electrons of the second metal layer 4 is smaller than the volume density of the number of electrons of the first metal layer 2. Preferably, an element constituting or mainly constituting the second metal layer 4 is selected so that almost no X-rays are generated in the second metal layer 4. The second metal layer 4 is provided as a shield layer for shielding the first metal layer 2 from the electron beam 5 except for the opening.

第２の金属層４と絶縁層３の略中央には、微小な略円形の開口部（孔ともいう）６が開けられている。開口部６はエッチング加工によって形成される。開口部６の中心が電子ビーム５の中心軸上に位置するように陽極８が電子ビーム５の中心軸に対してアライメントされている。典型的には開口部６は単一であるが、電子ビーム５の中心軸の近傍に複数個設けられていても構わない。このようにすると、開口部が電子ビームにより熱的に損傷していく場合に、複数の開口部の中から電子ビームの偏向により損傷していない開口部を選択することで、陽極の寿命を実質的に延ばすことができる。開口部６は、電子レンズ１５で小さく絞り込むことのできる電子ビーム５のスポット２６の限界径よりも短い径で形成される。第２の金属層４と絶縁層３に開口部６が開けられたことにより、開口部６に対応する第１金属層２の一部表面が陰極１１に対して露出される。   A small substantially circular opening (also referred to as a hole) 6 is formed in the approximate center between the second metal layer 4 and the insulating layer 3. The opening 6 is formed by etching. The anode 8 is aligned with the central axis of the electron beam 5 so that the center of the opening 6 is positioned on the central axis of the electron beam 5. Typically, the opening 6 is single, but a plurality of openings 6 may be provided near the central axis of the electron beam 5. In this way, when the opening is thermally damaged by the electron beam, the life of the anode is substantially reduced by selecting the opening that is not damaged by the deflection of the electron beam from the plurality of openings. Can be extended. The opening 6 is formed with a diameter shorter than the limit diameter of the spot 26 of the electron beam 5 that can be narrowed down by the electron lens 15. By opening the opening 6 in the second metal layer 4 and the insulating layer 3, a partial surface of the first metal layer 2 corresponding to the opening 6 is exposed to the cathode 11.

陽極８に到達した電子ビーム５は第２の金属層４で遮蔽され、開口部６を通過して第１の金属層２の一部表面に衝突する。電子ビーム５が衝突した第１の金属層２の一部表面においてＸ線が発生する。従って、Ｘ線が発生するＸ線焦点は、電子ビーム５のスポット径よりも小さいサイズに実現され得る。   The electron beam 5 reaching the anode 8 is shielded by the second metal layer 4, passes through the opening 6, and collides with a part of the surface of the first metal layer 2. X-rays are generated on a partial surface of the first metal layer 2 on which the electron beam 5 has collided. Accordingly, the X-ray focal point where X-rays are generated can be realized in a size smaller than the spot diameter of the electron beam 5.

つまり、電子ビーム５を陽極８に照射すると、開口部６を通過してその底部、つまり第１の金属層２の表面まで到達した電子は、原子番号の大きな第１の金属層２に衝突してＸ線を発生する。一方、電子ビーム５のスポット２６が開口部６より広がっている場合、電子ビーム５は原子番号の小さな第２の金属４にも衝突する。この場合はＸ線の発生が少ないため、Ｘ線の発生領域はほぼ開口部６の底部の面積に依存する。したがって、あらかじめフォトリソグラフィーまたは電子ビーム露光を用いて形成された開口部６の大きさを、電子ビーム５のスポット２６のサイズより、小さく加工することにより、マイクロフォーカスＸ線装置において装置のビームフォーカスの性能を超えたＸ線発生領域の微小化をおこなうことができる。   That is, when the electron beam 5 is applied to the anode 8, the electrons that have passed through the opening 6 and reached the bottom thereof, that is, the surface of the first metal layer 2, collide with the first metal layer 2 having a large atomic number. X-rays are generated. On the other hand, when the spot 26 of the electron beam 5 extends from the opening 6, the electron beam 5 also collides with the second metal 4 having a small atomic number. In this case, since the generation of X-rays is small, the X-ray generation region substantially depends on the area of the bottom of the opening 6. Therefore, by processing the size of the opening 6 formed in advance using photolithography or electron beam exposure to be smaller than the size of the spot 26 of the electron beam 5, the beam focus of the apparatus can be adjusted in the microfocus X-ray apparatus. The X-ray generation region exceeding the performance can be miniaturized.

第１の金属層２と第２の金属層４とは、絶縁層３を挟んで隔てられているため、電気的に絶縁されている。Ｘ線源の窓材を兼ねた基体１は筺体１０から電気的に絶縁され、Ｘ線ビーム５の中心軸の中心において、エッチング加工によって第２の金属層４と絶縁層３が除かれて第１の金属層２が表面に露出された開口部６に衝突する電子ビーム５の電流量が検出できるように電流計２５が接続されている。したがって、第１の金属層２と第２の金属層４に衝突する電子ビームの強度比は、それぞれの金属層２，４からグランドへ流れる電流をモニターすることにより検知することができる。例えば、Ｘ線の発生がほとんど０である場合には、第１の金属層２からグランドへ流れる電流が０であり、電子ビーム５が開口部６の位置から反れていることが電流によって検知される。電子ビーム５のスポット径が開口部６の径より広がっている場合には、第１の金属層２および第２の金属層４からそれぞれグランドへ流れる電流の比が電子ビーム５のスポット２６のサイズの大きさを反映した量としてモニターされる。電子ビーム５がこのような光軸中心に開口部６が開けられた第１の金属層２に衝突するとき、その元素の原子番号が大きいため効率良くＸ線が発生する。開口部６の周囲の第２の金属層４に衝突した電子は、第２の金属層４の原子番号が小さいため、Ｘ線の発生量は少ない。したがって、電子ビーム５が開口部６の大きさよりも広がっている場合においても、Ｘ線の発生領域（Ｘ線焦点）の大きさはあらかじめエッチング加工により作製された開口部６の径にほぼ等しいものとなる。   Since the first metal layer 2 and the second metal layer 4 are separated with the insulating layer 3 interposed therebetween, they are electrically insulated. The substrate 1 that also serves as the window material of the X-ray source is electrically insulated from the housing 10, and the second metal layer 4 and the insulating layer 3 are removed by etching at the center of the central axis of the X-ray beam 5. An ammeter 25 is connected so that the amount of current of the electron beam 5 impinging on the opening 6 where the one metal layer 2 is exposed on the surface can be detected. Therefore, the intensity ratio of the electron beam colliding with the first metal layer 2 and the second metal layer 4 can be detected by monitoring the current flowing from the metal layers 2 and 4 to the ground. For example, when the generation of X-rays is almost zero, the current flowing from the first metal layer 2 to the ground is zero, and it is detected by the current that the electron beam 5 is deflected from the position of the opening 6. The When the spot diameter of the electron beam 5 is wider than the diameter of the opening 6, the ratio of the current flowing from the first metal layer 2 and the second metal layer 4 to the ground is the size of the spot 26 of the electron beam 5. Monitored as an amount that reflects the size of. When the electron beam 5 collides with the first metal layer 2 having the opening 6 at the center of the optical axis, X-rays are generated efficiently because the atomic number of the element is large. Electrons that have collided with the second metal layer 4 around the opening 6 have a small atomic number of the second metal layer 4, so that the amount of X-rays generated is small. Therefore, even when the electron beam 5 is wider than the size of the opening 6, the size of the X-ray generation region (X-ray focal point) is approximately equal to the diameter of the opening 6 prepared by etching in advance. It becomes.

しかしながら、電子ビーム５のスポット２６の位置が開口部６の位置からどの向きにどの程度にずれているかは、この情報だけから得ることはできない。それを解決するために、図３に示したように、第２の金属層４が、開口部６で交差する複数本、ここでは２本の溝１９，２０により４つの部分４−１，４−２，４−３，４−４に分割されている。   However, how much the position of the spot 26 of the electron beam 5 deviates from the position of the opening 6 in what direction cannot be obtained from this information alone. In order to solve this problem, as shown in FIG. 3, the second metal layer 4 is divided into four portions 4-1, 4 by a plurality of, here two, grooves 19, 20 intersecting at the opening 6. It is divided into -2, 4-3 and 4-4.

溝１９，２０は絶縁層３にも到達しており、溝１９，２０では第１の金属層２の表面が露出している。溝１９，２０は、第２の金属層４およびその下の絶縁層３をエッチング加工により除去することで形成され、最表面は第１の金属層２になっている。この溝１９，２０により、第２の金属層４からなる電極部分４−１，４−２，４−３，４−４は、電気的に分離されている。これら４−１，４−２，４−３，４−４には、電子ビーム５がそれぞれの電極４−１，４−２，４−３，４−４に衝突して流れる電流量が検出できるようにそれぞれ電流計２１，２，２３，２４が接続される。電流計２１，２，２３，２４で検出される電流値を、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４と表記する。   The grooves 19 and 20 reach the insulating layer 3, and the surfaces of the first metal layer 2 are exposed in the grooves 19 and 20. The grooves 19 and 20 are formed by removing the second metal layer 4 and the insulating layer 3 therebelow by etching, and the outermost surface is the first metal layer 2. By the grooves 19 and 20, the electrode portions 4-1, 4-2, 4-3 and 4-4 made of the second metal layer 4 are electrically separated. In these 4-1, 4-2, 4-3 and 4-4, the amount of current flowing when the electron beam 5 collides with the respective electrodes 4-1, 4-2, 4-3 and 4-4 is detected. Ammeters 21, 2, 23, and 24 are connected so as to be able to do so. The current values detected by the ammeters 21, 2, 23, and 24 are denoted as I1, I2, I3, and I4.

これら電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の比較結果によって、開口部６の中心に対する電子ビーム５のスポット２６の中心のずれの向きと距離を特定することができる。図示しない偏向コイル制御部は、電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４に基づいて、ずれの向きと距離を特定するとともに、特定したずれの向きと距離に応じた電流を４つの偏向コイル１３にそれぞれ供給することにより開口部６の中心に対して電子ビーム５のスポット２６の中心を動的に合わせる。図３の中心の座標を（０，０）として、具体的に説明する。   From the comparison result of these current values I1, I2, I3, and I4, it is possible to specify the direction and distance of the deviation of the center of the spot 26 of the electron beam 5 from the center of the opening 6. The deflection coil control unit (not shown) specifies the direction and distance of the deviation based on the current values I1, I2, I3, and I4, and supplies currents corresponding to the identified deviation direction and distance to the four deflection coils 13, respectively. By supplying, the center of the spot 26 of the electron beam 5 is dynamically aligned with the center of the opening 6. A specific description will be given assuming that the coordinates of the center of FIG. 3 are (0, 0).

まず、図３のＸ方向のずれは、電流Ｉ１と電流Ｉ３の合計と、電流Ｉ２と電流Ｉ４の合計との比較によって特定することができる。まず、電流Ｉ２と電流Ｉ４の合計がほとんど０である場合には、電子ビーム５はほとんど中心（０，０）からはずれた（Ｘ＜０）の領域に当たっていることがわかる。したがって、Ｘ方向に関する対の偏向コイル１３に流す電流を電子ビーム５がＸ＞０に漸次移動していくように制御する。電子ビーム５のスポット２６の中心のＸ座標がほぼ０に近づくと、電流Ｉ２と電流Ｉ４の合計が０でなくなり、電流Ｉ１と電流Ｉ３の合計の値と同じ程度の値になる。この状態で、電流Ｉ１と電流Ｉ３の合計が電流Ｉ２と電流Ｉ４の合計より高い場合は、電子ビーム５のスポット２６の位置がＸ＞０の方向に移動するように偏向コイル１３の電流を制御し、逆に電流Ｉ１と電流Ｉ３の合計が電流Ｉ２と電流Ｉ４の合計より低い場合は、Ｘ＜０の方向に移動するように偏向コイル１３の電流を制御する。   First, the deviation in the X direction in FIG. 3 can be identified by comparing the sum of the currents I1 and I3 with the sum of the currents I2 and I4. First, when the sum of the current I2 and the current I4 is almost 0, it can be seen that the electron beam 5 is almost in the region (X <0) deviated from the center (0, 0). Therefore, the current flowing through the pair of deflection coils 13 in the X direction is controlled so that the electron beam 5 gradually moves to X> 0. When the X coordinate of the center of the spot 26 of the electron beam 5 approaches approximately 0, the sum of the current I2 and the current I4 is not 0, and becomes the same value as the sum of the current I1 and the current I3. In this state, when the sum of the currents I1 and I3 is higher than the sum of the currents I2 and I4, the current of the deflection coil 13 is controlled so that the position of the spot 26 of the electron beam 5 moves in the direction of X> 0. On the contrary, when the sum of the currents I1 and I3 is lower than the sum of the currents I2 and I4, the current of the deflection coil 13 is controlled so as to move in the direction of X <0.

Ｙ軸方向の電子ビーム５のスポット２６の位置の制御も同様に行われる。すなわち、電流Ｉ１と電流Ｉ２の合計が電流Ｉ３と電流Ｉ４の合計より高い場合は、Ｙ＜０の方向にビームスポット２６が移動するように偏向コイル１３に電流を供給する。反対に、電流Ｉ１と電流Ｉ２の合計が電流Ｉ３と電流Ｉ４の合計より低い場合は、Ｙ＞０の方向にビームスポット２６が移動するように偏向コイル１３を制御する。   The position of the spot 26 of the electron beam 5 in the Y-axis direction is similarly controlled. That is, when the sum of the currents I1 and I2 is higher than the sum of the currents I3 and I4, the current is supplied to the deflection coil 13 so that the beam spot 26 moves in the direction of Y <0. Conversely, when the sum of the currents I1 and I2 is lower than the sum of the currents I3 and I4, the deflection coil 13 is controlled so that the beam spot 26 moves in the direction of Y> 0.

図示しない電子レンズ制御部は、第１の金属層２に接続された電流計２５によって検出される電流値Ｉ０と、分割された第２の金属層４の電極部分４−１，４−２，４−３，４−４に接続されている電流計２１，２２，２３，２４によって検出される電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の合計とに基づいて、電子ビーム５のスポット２６のサイズを特定することができる。また、電子レンズ制御部は、特定した電子ビーム５のスポット２６のサイズが所定の径、典型的には電子レンズ１５の集束性能上の限界径に実質的に達していないとき、電子ビーム５のスポット２６が限界径に達するように、電子レンズ１５に流す電流を制御することができる。電子ビーム５のスポット２６が限界径に接近すると、それに伴って、電流計２１，２２，２３，２４によって検出される電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の合計が低下し、第１の金属層２に接続された電流計２５によって検出される電流値Ｉ０が高くなる。電子ビーム５のスポット２６が限界径に達したとき、電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の合計と、電流Ｉ０との差が所定値になる。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４の合計と、電流Ｉ０との差が所定値に一致する又は近似するように電子レンズ１５に流す電流を制御することにより、電子ビーム５のスポット２６のサイズを最小化することができる。   An electron lens control unit (not shown) has a current value I0 detected by an ammeter 25 connected to the first metal layer 2 and electrode portions 4-1, 4-2, and 2-4 of the divided second metal layer 4. The size of the spot 26 of the electron beam 5 is specified based on the sum of the currents I1, I2, I3, and I4 detected by the ammeters 21, 22, 23, and 24 connected to 4-3 and 4-4. can do. Further, the electron lens control unit is configured such that when the size of the spot 26 of the specified electron beam 5 does not substantially reach a predetermined diameter, typically the critical diameter on the focusing performance of the electron lens 15, The current flowing through the electron lens 15 can be controlled so that the spot 26 reaches the limit diameter. When the spot 26 of the electron beam 5 approaches the limit diameter, the total of the currents I1, I2, I3, I4 detected by the ammeters 21, 22, 23, 24 decreases accordingly, and the first metal layer 2 The current value I0 detected by the ammeter 25 connected to is increased. When the spot 26 of the electron beam 5 reaches the limit diameter, the difference between the sum of the currents I1, I2, I3, and I4 and the current I0 becomes a predetermined value. The size of the spot 26 of the electron beam 5 is minimized by controlling the current flowing through the electron lens 15 so that the difference between the sum of the currents I1, I2, I3, and I4 and the current I0 matches or approximates a predetermined value. Can be

本実施形態によれば、Ｘ線を発生するＸ線源としての焦点を、加速された電子が陽極ターゲットに衝突する領域よりも微小に絞ることができ、空間分解能の高いマイクロフォーカスＸ線源を構成することができる。そのため、電子ビームのフォーカス能力が低い電磁レンズを用いることができ、装置のコストを下げることができる。また、分割されたターゲット上のそれぞれの電極に流れる電流値をモニターすることにより、ターゲット上のＸ線源の発生点をあらかじめ定めた一定の場所に制御することができ、電子ビームの焦点の位置合わせを容易におこなうことができる。さらに、ターゲット上での電子ビームのスポットサイズをもモニターし、制御することができる。   According to the present embodiment, the focal point as an X-ray source that generates X-rays can be narrowed down more finely than the region where accelerated electrons collide with the anode target, and a microfocus X-ray source with high spatial resolution can be obtained. Can be configured. Therefore, an electromagnetic lens with a low electron beam focusing capability can be used, and the cost of the apparatus can be reduced. In addition, by monitoring the value of the current flowing through each electrode on the divided target, the generation point of the X-ray source on the target can be controlled to a predetermined fixed position, and the focus position of the electron beam Matching can be done easily. In addition, the spot size of the electron beam on the target can be monitored and controlled.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本実施形態によるＸ線源の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of the X-ray source by this embodiment. 図１の陽極の断面図。Sectional drawing of the anode of FIG. 図１の陽極の平面図。The top view of the anode of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…基体、２…第１の金属層（ターゲット層）、３…絶縁層、４…第２金属層（シールド層）、５…電子ビーム、６…Ｘ線焦点、７…Ｘ線ビーム、８…陽極、１０…Ｘ線管容器、１１…陰極、１２…グリッド電極、１３…偏向コイル、１４…アパーチャ、１５…電子レンズ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate, 2 ... 1st metal layer (target layer), 3 ... Insulating layer, 4 ... 2nd metal layer (shield layer), 5 ... Electron beam, 6 ... X-ray focus, 7 ... X-ray beam, 8 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Anode, 10 ... X-ray tube container, 11 ... Cathode, 12 ... Grid electrode, 13 ... Deflection coil, 14 ... Aperture, 15 ... Electron lens.

Claims (13)

基体上に第１の金属層と絶縁層と第２の金属層が順に形成され、前記第１の金属層は前記第２の金属層を構成する元素の原子番号より大きい原子番号の元素を有し、前記絶縁層及び前記第２の金属層には前記第１の金属層を部分的に露出するための孔が開けられていることを特徴とするＸ線源の陽極。 A first metal layer, an insulating layer, and a second metal layer are sequentially formed on the substrate, and the first metal layer has an element with an atomic number larger than the atomic number of the element constituting the second metal layer. An anode of an X-ray source, wherein the insulating layer and the second metal layer are provided with holes for partially exposing the first metal layer. 基体上に第１の金属層と絶縁層と第２の金属層が順に形成され、前記第１の金属層の単位体積当たりの電子数は、前記第２の金属層の単位体積当たりの電子数より大きく、前記絶縁層及び前記第２の金属層には前記第１の金属層を部分的に露出するための孔が開けられていることを特徴とするＸ線源の陽極。 A first metal layer, an insulating layer, and a second metal layer are sequentially formed on the substrate, and the number of electrons per unit volume of the first metal layer is the number of electrons per unit volume of the second metal layer. An anode of an X-ray source which is larger and has a hole in the insulating layer and the second metal layer for partially exposing the first metal layer. 基体と、
前記基体上に重ねられ、電子衝突によりＸ線を発生するためのターゲット層と、
前記ターゲット層上に重ねられる絶縁層と、
前記絶縁層上に重ねられ、前記ターゲット層を部分的に露出するために前記絶縁層とともに開口が開けられるシールド層とを具備することを特徴とするＸ線源の陽極。 A substrate;
A target layer superimposed on the substrate and for generating X-rays by electron impact;
An insulating layer overlaid on the target layer;
An anode of an X-ray source, comprising: a shield layer overlaid on the insulating layer and having an opening with the insulating layer to partially expose the target layer. 前記ターゲット層は、前記シールド層を構成する元素の原子番号より大きい原子番号の元素を有することを特徴とする請求項３記載のＸ線源の陽極。 4. The anode of an X-ray source according to claim 3, wherein the target layer has an element having an atomic number larger than an atomic number of an element constituting the shield layer. 前記ターゲット層の単位体積当たりの電子数は、前記シールド層の単位体積当たりの電子数より大きいことを特徴とする請求項３記載のＸ線源の陽極。 4. The anode of an X-ray source according to claim 3, wherein the number of electrons per unit volume of the target layer is larger than the number of electrons per unit volume of the shield layer. 前記シールド層は、前記開口において交差する複数本の溝により電気的に分離された複数の部分を有することを特徴とする請求項３記載のＸ線源の陽極。 4. The anode of an X-ray source according to claim 3, wherein the shield layer has a plurality of portions electrically separated by a plurality of grooves intersecting at the opening. 陰極と、
電子発生部と、
前記電子発生部で発生された電子が前記陰極との間の高電圧により加速され衝突することによりＸ線を発生する陽極とを具備し、
前記陽極は、
基体と、
前記基体上に重ねられ、電子衝突によりＸ線を発生するためのターゲット層と、
前記ターゲット層上に重ねられる絶縁層と、
前記絶縁層上に重ねられ、前記ターゲット層を部分的に露出するために前記絶縁層とともに開口が開けられるシールド層とを具備することを特徴とするＸ線源。 A cathode,
An electron generator,
An electron that generates X-rays by accelerating and colliding with electrons generated by the electron generating unit with a high voltage between the cathode and the cathode;
The anode is
A substrate;
A target layer superimposed on the substrate and for generating X-rays by electron impact;
An insulating layer overlaid on the target layer;
An X-ray source comprising: a shield layer overlaid on the insulating layer, wherein an opening is opened together with the insulating layer to partially expose the target layer. 前記ターゲット層は、前記シールド層を構成する元素の原子番号より大きい原子番号の元素を有することを特徴とする請求項７記載のＸ線源。 The X-ray source according to claim 7, wherein the target layer has an element having an atomic number larger than an atomic number of an element constituting the shield layer. 前記ターゲット層の単位体積当たりの電子数は、前記シールド層の単位体積当たりの電子数より大きいことを特徴とする請求項７記載のＸ線源。 8. The X-ray source according to claim 7, wherein the number of electrons per unit volume of the target layer is larger than the number of electrons per unit volume of the shield layer. 前記シールド層は、前記開口において交差する複数本の溝により電気的に分離された複数の部分を有することを特徴とする請求項７記載のＸ線源。 The X-ray source according to claim 7, wherein the shield layer has a plurality of portions electrically separated by a plurality of grooves intersecting at the opening. 前記電子衝突により前記複数の部分に流れる電流をそれぞれ計測する複数の電流計をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載のＸ線源。 The X-ray source according to claim 10, further comprising a plurality of ammeters that respectively measure currents flowing through the plurality of portions due to the electron collision. 前記複数の電流計で計測した電流値に基づいて前記電子を偏向する偏向部をさらに備えることを特徴とする請求項１１記載のＸ線源。 The X-ray source according to claim 11, further comprising a deflecting unit that deflects the electrons based on current values measured by the plurality of ammeters. 前記シールド層に前記ターゲット層と略等価な電圧を印加する電圧発生部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のＸ線源。 The X-ray source according to claim 7, further comprising a voltage generator that applies a voltage substantially equivalent to the target layer to the shield layer.
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