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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6266057
(24)【登録日】2018年1月5日
(45)【発行日】2018年1月24日
(54)【発明の名称】電子ビーム装置及びＸ線銃
(51)【国際特許分類】
H01J 35/00 20060101AFI20180115BHJP
H01J 35/18 20060101ALI20180115BHJP
G01N 23/046 20180101ALI20180115BHJP
H05G 1/20 20060101ALI20180115BHJP
【ＦＩ】
H01J35/00 Z
H01J35/18
G01N23/04 320
H05G1/20
【請求項の数】15
【外国語出願】
【全頁数】39
(21)【出願番号】特願2016-161100(P2016-161100)
(22)【出願日】2016年8月19日
(62)【分割の表示】特願2015-562124(P2015-562124)の分割
【原出願日】2014年3月12日
(65)【公開番号】特開2017-41446(P2017-41446A)
(43)【公開日】2017年2月23日
【審査請求日】2016年8月24日
(31)【優先権主張番号】61/787,930
(32)【優先日】2013年3月15日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】1304870.7
(32)【優先日】2013年3月15日
(33)【優先権主張国】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】511054444
【氏名又は名称】ニコン・メトロロジー・エヌヴェ
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ロジャー・ハドランド
【審査官】
右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭５７−０２５６６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１６６３７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００３／０１４７４９８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ３５／００
Ｇ０１Ｎ ２３／０４
Ｈ０１Ｊ ３５／１８
Ｈ０５Ｇ １／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空容器と、
前記真空容器に設けられた電子ビーム発生器と、を含む電子ビーム装置であって、
前記電子ビーム発生器が、高電圧電極及び電子ビームを発生させるために前記高電圧電極に取り付けられた電子発生源を含み、
前記電子ビーム発生器が、制御モジュールをさらに含み、
前記電子ビーム装置が、前記真空容器に取り付けられた遠隔モジュールをさらに含み、
前記制御モジュールが、光検出器および光放出器のうち一方を含み、
前記遠隔モジュールが、前記光検出器および前記光放出器のうちもう一方を含み、
前記光検出器が、前記光放出器によって放出された光を受け取るように配置され、
前記電子ビーム装置が、前記光検出器および前記光放出器の一方を覆うように、前記光検出器と前記光放出器との間の光学経路に配置された透過性導電シールドをさらに含む、電子ビーム装置。
前記真空容器に設けられた電子ビーム発生器と、を含む電子ビーム装置であって、
前記電子ビーム発生器が、高電圧電極及び電子ビームを発生させるために前記高電圧電極に取り付けられた電子発生源を含み、
前記電子ビーム発生器が、制御モジュールをさらに含み、
前記電子ビーム装置が、前記真空容器に取り付けられた遠隔モジュールをさらに含み、
前記制御モジュールが、光検出器および光放出器のうち一方を含み、
前記遠隔モジュールが、前記光検出器および前記光放出器のうちもう一方を含み、
前記光検出器が、前記光放出器によって放出された光を受け取るように配置され、
前記電子ビーム装置が、前記光検出器および前記光放出器の一方を覆うように、前記光検出器と前記光放出器との間の光学経路に配置された透過性導電シールドをさらに含む、電子ビーム装置。
【請求項2】
前記透過性導電シールドが、前記高電圧電極上に配置されて前記高電圧電極に電気的に接続され、前記制御モジュールが前記高電圧電極内に取り付けられた、請求項１に記載の電子ビーム装置。
【請求項3】
前記透過性導電シールドが前記真空容器の壁上に配置され、前記真空容器の壁に電気的に接続された、請求項１に記載の電子ビーム装置。
【請求項4】
ミラーが、前記透過性導電シールドと、前記光検出器および前記光放出器のうち、前記透過性導電シールドによって覆われていない前記光検出器または前記光放出器との間の光学経路に配置された、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項5】
前記ミラーが、前記高電圧電極上または前記高電圧電極内に配置され、前記高電圧電極と電気的に接続された、請求項４に記載の電子ビーム装置。
【請求項6】
前記ミラーが、前記真空容器の壁上または前記真空容器の壁の外側に配置され、前記真空容器の壁に電気的に接続された、請求項４に記載の電子ビーム装置。
【請求項7】
前記透過性導電シールドが、前記真空容器の壁または前記高電圧電極の壁のいずれか一方において、真空バリアの一部を形成する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項8】
流動経路が、前記透過性導電シールドの一方の側から前記透過性導電シールドの他方の側まで提供されて、前記一方の側と前記他方の側との間の圧力を均等化する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項9】
前記透過性導電シールドが、その上に設けられた透明導電層を有する透明基板を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項10】
前記透明導電層がパターニングされた導電層である、請求項９に記載の電子ビーム装置。
【請求項11】
前記透明導電層が導電フィルムである、請求項９に記載の電子ビーム装置。
【請求項12】
前記透明導電層がインジウムスズ酸化物からなる、請求項１０または１１に記載の電子ビーム装置。
【請求項13】
前記透明基板がガラスである、請求項９から１２のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項14】
前記遠隔モジュールが、前記真空容器の壁に取り外し可能に取り付けられた、請求項９から１３のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
【請求項15】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の電子ビーム装置と、ターゲットアセンブリーと、を含み、前記電子ビーム発生器からの電子ビームが前記ターゲットアセンブリーのＸ線放出ターゲット部を照射するように構成された、Ｘ線銃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はＸ線源に関し、より具体的には、そのための高電圧発生器、電子ビーム銃、回転ターゲットアセンブリー、回転ターゲット、及び回転真空シールに関する。
【背景技術】
【0002】
Ｘ線撮像は、研究、産業用途および医療用途に関して価値のある道具である。ターゲットとなる物体をＸ線放射で照射し、物体を透過したＸ線を検出することによって、物体の内部構造の画像を得ることができる。
【0003】
そのような画像は、Ｘ線の通過を比較的多く減衰させる物体の部分及びＸ線の通過の減衰が比較的少ない物体の部分の識別を可能にする。一般に、より密度の高い材料及び高い原子番号の原子またはイオンの比率が高い材料は、相対的に大きな割合でＸ線の通過を妨げる傾向にある。さらに、Ｘ線がターゲットの物体内を通過する経路の全長が長いほど、減衰が大きくなる。そのため、構造的な情報をもたらすことに加えて、Ｘ線撮像法は、物体の組成についての情報ももたらすことができる。
【0004】
さらに、線源−検出器系に対してターゲットの物体を回転させ、またはその逆を行い、物体について異なる角度における連続的なＸ線画像を取得し、コンピュータ再構成技術を適用することにより、物体の３Ｄ体積マップを決定することができる。そのようなマップは、Ｘ線の減衰量が大きい、または少ない物体の体積的部分を再構成することができ、そのため、物体の内部構造及び組成についての情報を、３Ｄで決定することができる。そのような３Ｄ再構成は、コンピュータ断層撮像法、またはＣＴ撮像法と呼ばれる。
【0005】
そのようなＸ線撮像技術は、産業製品及び研究の試料の非破壊検査に特に重要である。例えば、タービンブレードの画像化によって、鋳造欠陥を判断することができ、その一方、考古学的人工物の画像化によって、その物体が腐食しまたは堆積物に閉じ込められている場合であっても、人工物の構造及び組成を決定することができる。例えば、膨大な鉱物が堆積していたにもかかわらず、アンティキティラの機械として知られる古代コリントのアナログコンピュータの内部構造を決定したことについて、そのような技術は極めて重要であった。
【0006】
しかし、Ｘ線が物体の内部構造を分析する上で有利となることができる特性、すなわち密度の高い物体によるその部分的な減衰はまた、その利用可能性に関して技術的な制限を示す。より具体的には、物体が、その寸法が大きく、または、多量の放射線不透過性もしくは放射線不透明性な材料、すなわちＸ線放射の単位経路長あたりの減衰が比較的高い材料を含む場合には、物体を通過するＸ線ビームは、記録された画像のコントラストまたは信号雑音比が悪いものであり、そのため内部構造または組成が信頼性をもって決定できない程度まで減衰する可能性がある。
【0007】
減衰が穏やかであるにすぎない場合には、物体を透過する全Ｘ線の線束を増加させることで、検出器における信号雑音比及びコントラストを改善させることができる。しかし、物体がとても大きく、または入射Ｘ線のうち高い割合が物体を完全に通過することができず、むしろ物体内で吸収される程度に放射線不透過性である場合には、異なる解決手段が必要である。
【0008】
吸収までに特性的に侵入するＸ線光子の距離、「侵入深さ」はＸ線の光子エネルギーとともに増加する。そのため、Ｘ線源の、高Ｘ線光子エネルギー、特に３００ｋｅＶまたはそれより大きなＸ線光子エネルギーの発生により、より大きく密度の高い物体について、利用可能なＸ線撮像法が可能となる。しかし、商業的に実用的な、適切な高エネルギーのＸ線源は製造されていない。
【0009】
従って、最大５００ｋｅＶまたはそれを超えるエネルギーで動作することができ、コンピュータ断層撮像法（ＣＴ）などの商業用及び研究用Ｘ線用途への使用に適したＸ線源について、当該技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
第１の態様によれば、Ｘ線源のための高電圧発生器が提供され、発生器は、出力電極と、第１の電圧増倍器と、第２の電圧増倍器と、出力電極を少なくとも部分的に取り囲むように配置されたシールド電極と、を含み、第２の電圧増倍器の出力は出力電極に電気的に接続され、第１の増倍器の出力は第２の電圧増倍器の入力に電気的に接続され、シールド電極は第２の電圧増倍器の入力に電気的に接続される。
【0011】
１つの実施形態において、シールド電極は出力電極を実質的に取り囲む。
【0012】
１つの実施形態において、シールド電極は、出力電極を円周方向に取り囲む。
【0013】
１つの実施形態において、シールド電極は、出力電極に取り付けられた電子放出源から電子の放出を可能とする放出開口部を有する。
【0014】
１つの実施形態において、発生器は、第１の端部および第２の端部を有する細長い絶縁ブッシングをさらに含み、第１及び第２の電圧増倍器がブッシング内に配置され、出力電極がブッシングの第２の端部に提供され、シールド電極が、ブッシングの第１及び第２の端部の間で、ブッシングの中間領域から延設する。
【0015】
１つの実施形態において、発生器は、第３の電圧増倍器と、シールド電極を少なくとも部分的に取り囲むように配置された二次シールド電極と、をさらに含み、第３の電圧増倍器の出力が第１の電圧増倍器の入力に電気的に接続され、二次シールド電極が第１の電圧増倍器の入力に電気的に接続される。
【0016】
１つの実施形態において、発生器は、少なくとも５００ｋＶ、好適には少なくとも７５０ｋＶのＤＣ電位差を、発生器の入力と、出力電極との間に発生するように構成される。
【0017】
１つの実施形態において、第１及び第２の、さらに任意選択的に第３の電圧増倍器のそれぞれは、少なくとも１５０ｋＶ、好適には２００ｋＶ、最も好適には３００ｋＶをそれぞれの入力と出力との間に発生させるように構成される。
【0018】
１つの実施形態において、第１及び第２の、さらに任意選択的に第３の電気増倍器のそれぞれは、コッククロフト−ウォルトン型電圧増倍器である。
【0019】
１つの実施形態において、発生器は、第１の電圧増倍器の出力と第２の電圧増倍器の入力との間に提供された１つまたは複数のサージ抵抗をさらに含み、任意選択的に、１つまたは複数のさらなるサージ抵抗が、第３の電圧増倍器の出力と第１の電圧増倍器の入力との間に提供される。
【0020】
１つの実施形態において、発生器は、第２の電圧増倍器の出力と出力電極との間に提供された１つまたは複数のサージ抵抗をさらに含む。
【0021】
第２の態様において、第１の態様の実施形態である高電圧発生器と、出力電極に取り付けられた電子放出源と、を含む、電子ビーム発生器が提供される。
【0022】
１つの実施形態において、電子放出源は、加熱されたフィラメントである。
【0023】
１つの実施形態において、電子ビーム発生器は、出力電極及びシールド電極を取り囲むように配置された真空容器をさらに含む。
【0024】
第３の態様において、第２の態様の実施形態である電子ビーム発生器と、電子ビームによる照射のために配置されたＸ線放出ターゲットと、を含むＸ線銃が提供される。
【0025】
第４の態様において、真空容器と、真空容器に設けられた電子ビーム発生器と、を含む電子ビーム装置であって、電子ビーム発生器が、高電圧電極及び電子ビームを発生させるために高電圧電極に取り付けられた電子発生源を含み、電子ビーム発生器が、電子ビーム発生器内に取り付けられた制御モジュールをさらに含み、電子ビーム装置が、真空容器の壁に対して取り付けられた遠隔モジュールをさらに含み、制御モジュールが、光検出器および光放出器のうち一方を含み、遠隔モジュールが、光検出器および光放出器のうちもう一方を含み、光検出器が、光放出器によって放出された光を受け取るように配置され、電子ビーム装置が、光検出器および光放出器の一方を覆うように、光検出器と光放出器との間の光学経路に配置された透明導電性シールドをさらに含む、電子ビーム装置が提供される。
【0026】
１つの実施形態において、透明シールドは、高電圧電極上に配置されて高電圧電極に電気的に接続され、制御モジュールが高電圧電極内に取り付けられる。
【0027】
１つの実施形態において、透明シールドは真空容器の壁上に配置され、真空容器の壁に電気的に接続される。
【0028】
１つの実施形態において、導電性ミラーは、透明シールドと、透明導電性シールドによって覆われていない光検出器および光放出器のうちの他方との間の光学経路に配置される。
【0029】
１つの実施形態において、導電性ミラーは、高電圧電極上または高電圧電極内に配置され、高電圧電極と電気的に接続される。
【0030】
１つの実施形態において、導電性ミラーは、真空容器の壁上または真空容器の壁の外側に配置され、真空容器の壁に電気的に接続される。
【0031】
１つの実施形態において、透明導電性シールドは、真空容器の壁または高電圧電極の壁のいずれか一方において、真空バリアの一部を形成する。
【0032】
１つの実施形態において、流動経路は、透明導電性シールドの一方の側から透明導電性シールドの他方の側まで提供されて、一方の側と他方の側との間の圧力を均等化する。
【0033】
１つの実施形態において、透明導電性シールドは、その上に設けられた透明導電層を有する透明基板を含む。
【0034】
１つの実施形態において、透明導電層はパターニングされた導電層である。
【0035】
１つの実施形態において、透明導電層は導電フィルムである。
【0036】
１つの実施形態において、透明導電層はインジウムスズ酸化物からなる。
【0037】
１つの実施形態において、透明基板はガラスである。
【0038】
１つの実施形態において、遠隔モジュールは、真空容器の壁に取り外し可能に取り付けられる。
【0039】
第５の態様によれば、第４の態様の実施形態である電子ビーム装置と、ターゲットアセンブリーと、を含み、電子ビーム発生器からの電子ビームがターゲットアセンブリーのＸ線放出ターゲット部を照射するように構成された、Ｘ線銃が提供される。
【0040】
第６の態様において、回転するシャフトのための回転真空シールであって、シールが、シャフトを収容し、高圧端及び低圧端のそれぞれにおいてターミナル開口部を有する穴と、高圧端と低圧端との間の中間位置において、穴を取り囲み、穴に円周状に接続するチャンバーと、チャンバーから、真空ポンプに接続するのに適したポートまで延設する流動経路と、を含む、回転真空シールが提供される。
【0041】
１つの実施形態において、穴は、高圧端とチャンバーと、低圧端とチャンバーとのそれぞれの間において、実質的に円筒形である。
【0042】
１つの実施形態において、チャンバーは実質的に円筒形である。
【0043】
１つの実施形態において、チャンバーは、穴の少なくとも１２０％の、穴の長手方向軸に渡る最小内部寸法を有する。
【0044】
１つの実施形態において、シールは、穴内部でシャフトを回転可能に支持する回転ベアリングを含み、ベアリングは、任意選択的に、穴の高圧端及び低圧端のそれぞれにおいて、一対の回転ベアリング、好適にはローラーベアリングとして提供される。
【0045】
１つの実施形態において、シールは、穴内に収容されたシャフトをさらに含む。
【0046】
１つの実施形態において、シャフトは実質的に円筒形である。
【0047】
１つの実施形態において、穴及びシャフトは、高圧端で１バールに保たれた圧力及びチャンバー内で１ミリバールに保たれた圧力により、高圧端とチャンバーとの間で標準温度において窒素の質量流量率が１ミリバール・ｌ／ｓ未満となるような寸法である。
【0048】
１つの実施形態において、穴及びシャフトは、チャンバー内で１ミリバールに保たれた圧力及び低圧端で１０−５ミリバールの圧力に保たれた圧力により、チャンバーと低圧端との間で窒素の流量率が１０−３ミリバール・ｌ／ｓ未満となるような寸法である。
【0049】
第７の態様において、真空ハウジングと、Ｘ線放出ターゲットと、筐体の壁に設けられた、第６の態様の実施形態である回転真空シールと、を含み、Ｘ線放出ターゲットがシャフト上に取り付けられた、Ｘ線源のためのターゲットアセンブリーが提供される。
【0050】
第８の態様において、Ｘ線放出ターゲットと、真空ハウジングと、ターゲットを取り付け、真空ハウジングの壁を横切るシャフトと、スピンドルを回転可能に支持するベアリングと、ベアリングを支持し、真空ハウジングの壁上に取り付けられたベアリングハウジングと、を含み、ベアリングハウジングと真空ハウジングとの間のトルクが所定のトルクを超過したときに、ベアリングハウジングが真空ハウジングに対して回転するように、ベアリングハウジングがトルクリミッターによって取り付けられた、Ｘ線源のための回転ターゲットアセンブリーが提供される。
【0051】
１つの実施形態において、トルクリミッターは、真空ハウジングとベアリングハウジングとの間の回転を抑制するように構成され、所定のトルクでずれるように構成された部分を含む。
【0052】
１つの実施形態において、トルクリミッターは、真空ハウジングとベアリングハウジングとの間に摩擦力を加え、真空ハウジングとベアリングハウジングとが所定のトルクで互いに対して摺動することができるように構成された部分を含む。
【0053】
１つの実施形態において、ベアリングハウジング及び真空ハウジングのうち一方はフランジを有し、ベアリングハウジング及び真空ハウジングのうちもう一方はクランピングアセンブリーを有し、クランピングアセンブリーは、フランジに摩擦力を加えるように構成される。
【0054】
１つの実施形態において、クランピングアセンブリーは、フランジの一方の面に接触するように構成されたエネルギー吸収プレートと、エネルギー吸収プレートに対してフランジを押し付けるように構成されたクランプとを含む。
【0055】
１つの実施形態において、エネルギー吸収プレートは環状である。
【0056】
１つの実施形態において、クランプは、クランピング部分として回転または摺動するベアリングを含み、フランジがクランピング部分に対して自由に摺動することができる。
【0057】
１つの実施形態において、クランプは、クランプ手段がエネルギー吸収プレートに押し付けられるクランプ力を調整するためのバイアススプリングを有して提供される。
【0058】
１つの実施形態において、フランジ及びプレートの少なくとも一方は、フランジ及びプレートの少なくとも一方がフランジ及びプレートの他方に接触する経路に沿って、円周方向に連続的である。
【0059】
１つの実施形態において、クランプはエネルギー吸収プレートに取り付けられる。
【0060】
１つの実施形態において、フランジ及びエネルギー吸収プレートは、１００℃未満の温度で互いに摩耗しないように選択される。
【0061】
１つの実施形態において、クランピングアセンブリーは、フランジとエネルギー吸収プレートとの間に５０ｋｇより大きく、任意選択的に８０ｋｇより大きい力を加えるように構成される。
【0062】
１つの実施形態において、所定のトルクが１０Ｎｍ未満に超過した後に、クランピングアセンブリーが、ベアリングハウジングと真空ハウジングとの間で伝達されるトルクを制限するように構成される。
【0063】
１つの実施形態において、所定のトルクは１０Ｎｍ未満である。
【0064】
第９の態様によれば、電子ビーム発生器と、電子ビーム発生器からの電子ビームがＸ線放出ターゲットのターゲット部分を照射するように構成された第８の態様の実施形態である回転ターゲットアセンブリーと、を含むＸ線銃が提供される。
【0065】
第１０の態様によれば、ターゲットの回転の所定の軸を画定するサポートハブと、それぞれがハブによって支持されたターゲット材料からなる複数のターゲットプレートであって、プレートが、回転の軸に対して環状ターゲット領域を提供するように、ハブに配置された、複数のターゲットプレートと、を含む回転Ｘ線放出ターゲットが提供される。
【0066】
１つの実施形態において、ターゲット領域のターゲット材料がターゲットプレートの間で遮断されるように、ターゲットプレートが、ターゲット領域の円周方向において互いに対して離隔されて配置される。
【0067】
１つの実施形態において、ターゲット材料におけるターゲット材料の遮断は、ターゲット領域内の全円周経路の１０％以下、好適には１％以下、さらに好適には０．１％以下である。
【0068】
１つの実施形態において、ターゲットプレートは、ターゲット材料の実質的に連続なターゲット領域を提供するように、互いに当接しまたは重なる。
【0069】
１つの実施形態において、ターゲットプレートのそれぞれは、プレートの、相対的に半径方向内側位置において、ハブに固定され、ハブの、相対的に半径方向外側に突出する。
【0070】
１つの実施形態において、ターゲットプレートのそれぞれは、環状区画の形態である。
【0071】
１つの実施形態において、ターゲットは、ハブに支持され、ターゲットプレートが当接しもしくは重なる位置におけるターゲット領域の部分、またはターゲット材料が存在しない位置におけるターゲット領域の部分上を覆うように構成された、複数のシールド要素をさらに含む。
【0072】
１つの実施形態において、シールド要素は、ターゲットプレートの円周方向縁部を覆うように構成される。
【0073】
１つの実施形態において、シールド要素は、ターゲット領域内の位置において、ターゲットプレートから軸方向に離隔される。
【0074】
１つの実施形態において、シールド要素は、ターゲット材料よりも主に原子番号が小さい原子またはイオンを有する材料から形成される。
【0075】
１つの実施形態において、シールド要素は、ベリリウム合金またはアルミニウム合金から形成される。
【0076】
１つの実施形態において、ターゲット材料は、タングステンまたはタングステン合金である。
【0077】
１つの実施形態において、ターゲットプレートは、ターゲット領域において、７５０ｋｅＶにおけるターゲット材料内への電子侵入深さの２００％未満、好適には１５０％未満、より好適には１２５％未満の厚さを有する。
【0078】
１つの実施形態において、ハブは、ハブを回転の軸に対する回転のためのベアリングに取り付けるための取付け手段を有する。
【0079】
１つの実施形態において、ハブは、相対的に厚さが小さい第１の半径方向内部領域と、相対的に厚さが大きい第２の半径方向外部領域とを有する。
【0080】
１つの実施形態において、第２の領域は、冷却流体のための複数の半径方向に延設する経路を有して提供され、相対的に小さな厚さの第１の領域は、ハブの軸面において凹部を画定し、複数の経路は、凹部の円周壁部に設けられた対応するポート内で終端する。
【0081】
１つの実施形態において、複数の経路は、凹部の壁部から延設し、凹部の壁部に戻る少なくとも１つの連続的な流動経路を画定するように接続される。
【0082】
１つの実施形態において、ハブは、凹部内に位置する冷却水分配部を含み、冷却液分配部は、冷却液流入ポート及び冷却液流出ポートと、流入ポートに供給するための冷却液のための、少なくとも１つの連続な流動経路への供給経路と、少なくとも１つの連続な流動経路から戻った冷却液のための、少なくとも１つの流出ポートへの帰還経路と、を提供する。
【0083】
１つの実施形態において、冷却液分配部は、凹部内に設けられた中央突出部を含み、中央突出部は、少なくとも１つの流入ポート及び少なくとも１つの流出ポート並びに、任意選択的に、突出部から、凹部の円周壁部に設けられたポートまで延設する複数のパイプを有し、中央突出部は、冷却液を、任意選択的に複数のパイプを介して、流入ポートから、少なくとも１つの連続な流動経路へ、そして少なくとも１つの連続な流動経路から流出ポートへ分配するように構成された内部経路を有する。
【0084】
第１１の態様によれば、電子ビーム発生器と、電子ビーム発生器からの電子が、ターゲットが回転する間に環状ターゲット領域の一部を照射するように回転可能に配置された第９の態様の実施形態であるＸ線放出ターゲットと、を含む、Ｘ線銃が提供される。
【0085】
第１２の態様によれば、ターゲットに電子ビームを放出するための高電圧発生器に電気的に接続されたカソードと、カソードを取り囲むように配置され、カソードをターゲットに接続する仮想線の方向に開口部を有するシールド電極と、を含み、シールド電極が、ターゲットに対して、カソードと異なる電位差に維持される、Ｘ線源が提供される。
【0086】
１つの実施形態において、Ｘ線源はカソード及びシールド電極を収容するための容器をさらに含み、シールド電極はカソードと容器との間に配置される。
【0087】
１つの実施形態において、シールド電極は複数の電極要素を有し、電極要素は開口部を有し、カソードを取り囲むように配置される。
【0088】
１つの実施形態において、複数の電極要素のそれぞれは、電極要素のそれぞれとターゲットとの間の相対的な電位が電極要素のそれぞれが容器に近接するにつれ低くなるように異なる電圧に維持される。
【0089】
１つの実施形態において、Ｘ線源は、カソードの周囲に配置されたウェーネルト電極をさらに含み、ウェーネルト電極とターゲットとの間の電位差は、カソードとターゲットとの間の電位差よりも大きい。
【0090】
１つの実施形態において、Ｘ線源は、カソードとターゲットとの間に電位差を提供するように構成された請求項１から１４のいずれか一項に記載の高電圧発生器を含む。
【0091】
１つの実施形態において、シールド電極は、アパーチャに対して異なる位置に存在する第２のアパーチャを有する。
【0092】
本発明をより理解し、これがどのように効果を奏するように実施されるかを示すために、単に例示として、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】周知のＸ線源の例を示す。
【図2】本発明の実施形態であるＸ線源の概略的な全体図を示す。
【図7】回転透過ターゲットを使用した集束電子ビームからの高線束微細集束Ｘ線ビームの発生の原理を示す概略図である。
【図8A】回転シャフトのための従来の種類の真空シールを示す。
【図8B】回転シャフトのための別の従来の種類の真空シールを示す。
【発明を実施するための形態】
【0094】
［基本構造及び一般原理］Ｘ線は、原子番号の大きな原子またはイオンを大きな割合で含む材料からなるターゲットを、適切な高いエネルギーの電子ビームで照射することによって生成されうる。電子ビームは、大きな電位差に渡って電子を加速することによって生成され、次いでビームをターゲットに導く。電子ビームの電子は、大きな原子番号の原子核の電場と相互作用し、制動放射過程を通してＸ線光子を放出する。そのため発生したＸ線は連続スペクトルを有し、入射電子のエネルギーで決定されるエネルギーの上限を有する。
【0095】
しかし、１００ｋｅＶの例示的な電子ビームでは、典型的には入射電子ビームのエネルギーのうち１％しかＸ線放射に変換されず、残りはターゲットに熱として付与される。電子ビームエネルギーを増加させると、Ｘ線放射に変換されるビームエネルギーの比率が増加する一方で、ほとんどの商用用途及び研究用途では、ビームエネルギーの大部分はターゲットに熱として付与される。
【0096】
制動放射過程を通して生成されたＸ線は、角度分布を有して放出されるので、Ｘ線のビームは、反射モードでは、ターゲットの入射ビームと同じ側から得られ、透過モードでは入射ビームに対してターゲットの反対側から得られうる。電子ビームを小さなスポットに集束することができ、小さな寸法のＸ線源を作ることにつながるため、高分解能撮像法に関しては、透過モードが好適である。しかし、ターゲットは放出されたＸ線を吸収しない程度に薄くなければならないため、透過モードで使用されるターゲットは、電子の高い線束によって発生する熱エネルギーを容易に散逸させることができない。
【0097】
ＣＴ撮像法に適した周知のＸ線源が、図１に示されている。図１のＸ線源は、真空容器９１０内に収容され、高真空、典型的には１０−５ミリバールまたはそれより良い真空にポンプ排気されている。そのような真空は、確実に容器が適切に真空シールされることにより、次いで適切な真空ポンプ、例えばターボポンプをポンプポート９１１に適用することにより、達成される。高真空は、電子ビームを可能にするために必要である。
【0098】
真空容器は接地電位に保持され、高電圧は高電圧発生器９２０により、高電圧電極９２３において生成される。高電圧発生器９２０内では、高電圧電極９２３が、容器９１０内に設けられ、電圧増倍器９２２によって、接地された容器９１０に対して適切に高い（負の）電位差に引き上げられる。
【0099】
図１の例において、電圧増倍器９２２はコッククロフト−ウォルトン型電圧増倍器であり、入力絶縁トランス９２７を通して交流入力電圧を受容し、電極９２３に高電圧の負のＤＣ電位を出力する、適切に配置されたキャパシタ及び抵抗のネットワークからなる。そのような高電圧発生器は当技術分野で周知であり、電圧増倍因子は、増倍器の各脚部の直列キャパシタの数およびそれらのキャパシタの値によって決定される。しかし、実際には、高電圧電極において達成できる電圧は、高電圧電極９２３と接地真空容器９１０との間に存在する高電位差により真空容器９１０内の残留ガスをイオン化させる電圧によって制限される。そのようなイオン化によって、達成された高電圧は容器９１０の壁部にアーク放電を通して散逸する。そのため、実際上達成可能な電圧は複数の因子によって制限される。
【0100】
真空がより悪くなれば、すなわち真空の圧力がより高くなれば、より低い電圧で絶縁破壊を発生させることとなるため、第１の因子はチャンバー内で達成可能な真空の程度である。１０−４ミリバールまたはそれより良好な真空では、真空誘電強度は最大に近くなる。
【0101】
第２の因子は高電圧電極９２３の表面のチャンバーの壁からの距離であり、接近距離が近いほど、関連して絶縁破壊が発生する電圧はより低くなる。そのような距離は、実際上、電圧に対して線形的に大きくはならない。高電圧では、絶縁破壊前の密度で発生しうるイオンが加速され、それら自体が二次イオンを発生させることができる。加速されたイオンの経路に沿った二次イオンの密度は、長い距離に渡っても、放電事象を発生させるのに十分高くなることができる。
【0102】
第３の因子は、高電圧電極９２３の形状であり、鋭く曲げられた表面は、電位勾配を集中させ、イオン化を促進する。そのため、高電圧電極９２３の形状は通常、壁９１０に最も近い高電圧電極９２３の部分が確実に高い曲率半径を示さないように、円筒形、釣鐘型またはドーナツ形状に設けられる。
【0103】
高電圧電極９２３が放電する可能性がある別の経路は、電圧増倍器９２２内で様々な電位を蓄積する構成要素を通るものである。そのため、電圧増倍器自体が、細長い絶縁ブッシング９２４内に収容され、ブッシング９２４は容器９１０の後ろ側の壁から延設し、高電圧電極９２３を他端側で支持する。ブッシング９２４の内部は、絶縁性物質、例えば誘電体オイルで満たされ、ブッシング内の放電をさらに防いでもよい。ブッシング９２４は本明細書では円筒形である。
【0104】
最後の放電経路は、ブッシング９２４の外部表面に沿って発生しうる。ブッシング９２４は、ブッシングに沿った電位勾配を低減し、そのような放電を防ぐために十分に長く作らなければならない。前述のように、ブッシング９２４の最大安全長は、電圧とともに線形的に増大するわけではない。
【0105】
しかし、Ｘ線源及び一般的に高電圧システムの設計において、特定の条件では、良好に設計されたシステムでさえ、高電圧電極と、接地電位にある近接した表面との間に意図しないアーク放電が発生することがあることは認識されている。しかし、維持管理のために開ける必要がある真空システムにおいて、真空システムの一部の中の微小なキャビティが、真空誘電強度を低下させ放電を可能にするのに十分な気体を一時的に放出する可能性がある。そのような事象において、非常に大きな電流が、電圧増倍器からグランドまで、もし妨げられなければ電圧増倍器の構成要素に損傷を引き起こすことになるアークを通して流れることになる。そのため、サージ抵抗９２８が、電圧増倍器９２２の出力と高電圧電極９２３の間に配置されて、高電圧増倍器の中に蓄えられた全電位が、意図しない経路に沿って放電する事象において流れるであろう最大電流を制限する。
【0106】
高電圧発生器の機能は、高電圧に保たれた電子源からの電子を加速して電子ビームを形成するための適切な大きな（負の）電圧を提供することである。図１の周知例の電子源９２０は、高電圧電極９２３の部分に設けられた、加熱されたフィラメント９２１である。高電圧電極９２３は、電極の前方表面において、フィラメント９２１が貫通する小さな開口を有する。フィラメントはまた、電圧増倍器９２２に接続され、そのため高電圧電極９２３と実質的に同じ電圧に維持される。
【0107】
加熱されたフィラメントは、フィラメント内の電子が熱放出によって解放され、高電圧電極９２３と接地された真空容器９１０との間の高電位差の影響下でフィラメントから出て自由空間に進むことができる温度まで加熱される。この高温を達成するために、電圧増倍器９２２によって既に達成された高電圧の上で、絶縁トランス９２６によって振動電位がフィラメントに印加され、この絶縁トランスもまた、加熱電流供給を通して高電圧がグランドに放電するのを防いでいる。加熱電流供給のための絶縁トランスもまた、絶縁ブッシング９２４内に収容される。
【0108】
高電圧電極９２３は、グランドに対する加速電位の提供に加えて、電極９２３と真空容器９１０の壁との間の電位差から、電極内部を遮蔽するファラデーシールドとしても働く。そのため、図１の構成において、高電圧電極９２３もまた、当技術分野において「ファラデーハウジング」と呼ばれる。そのためファラデーハウジングはまた、電圧増倍器９２２の高電圧側において概念的に制御モジュール９２５として示される任意の制御電子機器も、真空容器９１０内の電位勾配から遮蔽することができる。高電圧電極９２３の内部は、ブッシング内の放電の可能性をさらに低減させるために、ブッシング９２４と共に、誘電体オイル、絶縁性気体または埋め込み樹脂などの絶縁性材料で満たされてもよい。
【0109】
そのため、図１において、高電圧電極９２３が適切な高い電位に引き上げられ、フィラメント９２１が適切な高温に引き上げられると、電子ビームが、高電圧に近い電圧、例えば高電圧から０．１％から１％の差以内の電圧に維持されたフィラメントから加速され、高電圧電極９２３から前方の容器９１０のハウジングの方へ向かう。釣鐘型またはドーナツ形状の高電圧電極９２３は、電子を、広い角度分布を有するのではなく前方に向かうビームに加速させる適切な形状の等電位面を形成する。代替的に、曲面状の縁を有する円筒電極も、高電圧と同じ電位に維持され、フィラメントを囲むように構成され、電子を前方へのビームとして導くような幾何形状を有する平面状またはわずかに凹状のフォーカスカップと共に使用することができる。そのため、図１に示される電子源と高電圧発生器との組み合わせは、電子ビーム発生器として働く。
【0110】
そのような構成において、フィラメント９２１に最も近い高電圧電極９２４の前方表面はいわゆる「ウェーネルト電極」として働き、フィラメント９２１に対して高電圧電極９２３の電圧を制御することによって、電子ビームが前方へのペンシル状ビームに徐々に絞られ、続いてウェーネルト電極の反発場によって切り離される。前述のように、フィラメント９２１と接地された容器との間の加速電圧に対する電極の負のグリッド電圧は、加速電圧の０．１％から１％に設定することができ、０．１％はビームのわずかな量が前方放出する形状となり、１％ではビームを完全に切断する。しかし、異なる幾何形状では、グリッド電圧の加速電圧に対する比は、用途の必要性に適するように選択されてもよい。ファラデーハウジングとウェーネルト電極とは一体化することもできるし、個別のものとすることもできる。いくつかの用途において、ファラデーハウジング及びウェーネルト電極は、フィラメントと同じ電位を有するように設定することもでき、またはウェーネルト電極がフィラメントに対して小さな負の電位を有する一方で、ファラデーシールドはフィラメントと同じ電位を有するように設定することもできる。
【0111】
フィラメントから発生した電子ビームは、集束コイル９３１を有し、電子ビームをターゲット９４１上のスポットに集束する働きをする磁気レンズ９３０内を通過する。ターゲット９４１は、スポットが生成される領域において、電子ビーム照射下でＸ線を発生させる材料を含む。例えば、大きな原子番号および高い熱伝導性を有するタングステンまたは類似の材料を使用してもよい。ターゲット９４１は、接地ポテンシャルなどの、容器と同じまたは類似の電位に維持される。
【0112】
ターゲットを撮像するために使用されるＸ線源の大きさを決定するのは、ビームのターゲット９４１との相互作用の体積の大きさであるので、ターゲット９４１への印加前の電子ビームの集束が有利である。直線的な光線光学系から理解されうるように、照射源の大きさが大きいと、光源と照射平面との間に配置される不透明な物体によって投影される影は、ぼやけた縁を有することとなり、そのため物体の画像の解像度が低くなる。反対に、光源が小さいと、投影される影ははっきりとし、投影される画像は相対的に高い解像度を有することとなる。これは、Ｘ線撮像法に関しても同様である。線源が小さいと、生成される画像はよりはっきりとし、倍率が高くなり、そのためより高い解像度及びより多い情報を提供することとなる。そのため、ビームを小さなスポットに集束することは、ＣＴプロセスにおける３Ｄ再構成に有利である。
【0113】
しかし、電子ビームが、いわゆるマイクロフォーカスＸ線システムにおける数ミクロン程度の寸法を有するスポットを含みうる小さなスポットサイズに集束されると、特に電子のエネルギーが高い場合には、ターゲット内のスポットの位置における単位面積あたりに付与されるエネルギーが高くなり、Ｘ線光子のエネルギーが高くなり、電子線束が高いと、Ｘ線束が高くなる。入射ビームエネルギーの大部分である、放出されるＸ線に変換されない付与エネルギーは、熱としてターゲット内に散逸される。
【0114】
そのため、強い局所加熱状態で、ターゲットが融解し始め、または変形し始め得るという問題がある。そこで、ターゲットに熱的に応力を加えることを防ぐために、ターゲットは、新しい、冷たいターゲット表面を入射ビームに連続的にさらすことができるように十分に速く集束スポットを通して連続的に動かされる、ターゲット材料の延長された部分として通常形成され、そのため瞬間的な入射エネルギー密度が大きくても、一秒あたり、ターゲット材料の単位面積あたりに付与される平均エネルギーは確実に大きくならないようにする。図１の構成において、これはターゲットをプレート９４１として形成し、プレート９４１をシャフト９４２によってある軸の周りに回転させることによって達成される。ターゲット９４１もまた真空容器９１０内にあるため、シャフトは真空容器の外側へ、真空シール９４３を通って通過する。
【0115】
フィラメント９２１からの電子ビームによるターゲットの照射の結果としてターゲットから放出されるＸ線ビームは、Ｘ線ウィンドウ９１２を通って真空容器から出る。ターゲットの物体はそのためＸ線ウィンドウ９１２とＸ線感光性フィルムのシートなどの適切な検出器との間に介在されてもよく、Ｘ線画像が取得されうる。
【0116】
図１の装置において、真空容器９１０を極端に大きくすることなく、密度の高い、または延設されたターゲット物体に関して、高電圧電極９２３において十分に高い電圧を達成することは困難である。さらに、ブッシング９２４を、そのような十分に高い電圧に十分に耐えられるように作ることも困難である。具体的には、５００ｋｅＶ、好適には７５０ｋｅＶに達し、またはそれを超える電子ビームを達成することが困難である。そのため、本発明者は、図２に示される改良された構成を考案した。
【0117】
図２のＸ線源は、多くの構造的、機能的類似点を残しつつ、当業者に明らかなように、いくつかの重要な態様において図１に示されたものと異なっている。図２において１００番台の参照符号を有する構成要素は、そうでないことが記載された場合を除いて、図１の９００番台の対応する参照符号で示された構成要素と本質的に類似の構造及び機能を有すると解釈すべきである。
【0118】
［高電圧発生器］まず、図２の実施形態の高電圧発生器１２０の構造は、図１に開示されたものとは異なる。具体的には、図２の高電圧発生器１２０は、直列に配置された３つの個別のコッククロフト−ウォルトン型電圧増倍器１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃからなる多段電圧増倍器１２２を有する。個別の電圧増倍器のそれぞれの出力は、高電圧電極に接続される出力を有する最終電圧増倍器を除いて、次の電圧増倍器の入力に接続され、高電圧電極１２３ａが全体として得られる高電圧発生器の出力電極となる。さらに、最終電圧増倍器１２２ａを除く各電圧増倍器の出力は、シールド電極１２３ｂ、１２３ｃに接続される。
【0119】
各シールド電極１２３ｂ、１２３ｃは、高電圧電極１２３ａを取り囲んで、好適には同軸的に取り囲んで配置され、動作時にはそれよりも高い電位に到達するシールド電極の全てを取り囲んで配置される。そのため、シールド電極１２３ｃは、シールド電極１２３ｂ及び高電圧電極１２３ａを取り囲む。図２に示される多段電圧増倍器には３段階が存在するが、段階の数は変更することができ、例えば、第１段１２２ｃ及び第１のシールド電極１２３ｃを省略してもよい。代替的に、４つまたはそれより多くの段階が提供されてもよく、それぞれがそれ自体のシールド電極と関連付けられる。各シールド電極もまた、前方表面に、フィラメント１２１から発生した電子ビームを自由に通過させることができる放出アパーチャを有することが有利であり、さらに、各フィールド電極１２３ｂ、１２３ｃ及び高電圧電極１２３ａが電子ビームの放出点において、ビーム軌道をかく乱することのないように、同電位線に従うことが有利である。しかし、ほとんどの場合、任意選択的に丸みをつけられた縁を有する円筒形シールド電極は、絶縁破壊を防ぐのに十分であり、その他の幾何形状が、実際的な制約を超える制限がないように採用されてもよい。シールド電極は連続であることができ、または網目状に形成することができる。編み目形状の場合、編み目の開口部によって、画定された放出アパーチャの必要性をなくすことができる。
【0120】
図２に示されたような入れ子状の電極を提供する利点は、各シールド電極と、収容された電極と容器１１０の壁との間に存在するよりも近くに収容する電極との間に存在する電位差がより小さいということである。この構成の結果、真空中でアーク放電を引き起こし、または所定の距離で隔てられた２つの電極間のブッシングに沿った放電を引き起こすこととなる電位差が、中間的な電圧で動作する電極がこれらの電極の間の中間距離に配置されると、電位差に対する絶縁破壊プロセスの非線形的な挙動のために、アーク放電も放電も引き起こさなくなる。
【0121】
有利には、中間電極またはシールド電極は、高電圧表面と低電圧表面との間でほぼ等距離に配置され、それらの表面間の中間の電位に維持される。そのため、図２に示されるような発生器において、それぞれ接地された容器１１０に対して、高電圧電極１２３ａは７５０ｋＶに維持されてもよく、第１のシールド電極１２３ｂは５００ｋＶに維持されてもよく、第２のシールド電極１２３ｃは２５０ｋＶに維持されてもよい。しかし、他の実施形態において、シールド電極間の電位は、代替的に少なくとも１５０ｋＶ、少なくとも２００ｋＶまたは少なくとも３００ｋＶであってもよい。
【0122】
例えば、２つの円筒形電極の間に５００ｋＶの電位、１×１０−４ミリバールの圧力、１５０ｍｍの２つの電極の間の間隔を有するいくつかの構成において、絶縁破壊は１時間ごとよりも多い頻度で発生し得るが、２５０ｋＶに維持された追加的な中間等距離シールド電極を有する同じ構成は、ほとんど絶縁破壊を発生させないこととなる。
【0123】
そのため、改善された（より高い）電位差を、高電圧電極１２３ａと接地真空容器１１０との間に維持することができ、その一方装置全体の大きさを比較的小さい状態に保つことができる。高電圧電極１２３ａにおけるそのような高電圧の提供によって、７５０ｋｅＶの電子エネルギーが、出力、第１及び第２のシールド電極の開口を通して脱出し、磁気レンズ１３０に入り、ターゲット５００上で集束される電子ビームにおいて達成される。そのため、非常に高いＸ線光子エネルギー、すなわち５００ｋｅＶにピークを有し、７５０ｋｅＶまで延在する電子ビームスペクトルが、ターゲット５００から発生したＸ線ビームにおいて達成される。
【0124】
図２に示される多段電圧増倍器において、増倍器の各段間の電位差よりも高い定格の絶縁トランスの必要性を避け、全ての構成要素を同様の電位においてブッシング１２４の長さ方向に沿った所定の位置に維持し、そのためブッシング１２４内にさらなる絶縁を必要とすることを防ぐために、交流加熱電流をフィラメント１２１に提供する絶縁トランスが、順に３つの絶縁トランス１２６ｃ、１２６ｂ及び１２６ａに分割されることも有利である。
【0125】
また、サージ抵抗１２８ａ、１２８ｂ及び１２８ｃが、多段電圧増倍器の各段の出力に提供されることも有利である。そのようにすることで、各サージ抵抗には全電圧の一部のみがかかるようにすることができ、より低い値の抵抗を、所定の電圧および最大許容サージ電流に対して使用することができる。例えば、明確性のためにフィラメントに関する駆動トランスを省略し、１つの電圧増倍器の出力と次段の入力との間に各抵抗に対して概念的な値ＲＳを使用する図３に示すように、、値ＲＳ／２を有する終端サージ抵抗１２８ａを提供することにより、各中間抵抗は、全電圧の３分の１だけがかかるようにすることができる。さらに、追加的に、値ＲＳ／２を有するように選択された終端抵抗１２８ａを有することで、電圧増倍器の各段に渡る電圧が、同じ割合で破壊することができるようになる（全てのキャパシタが等しい値を有すると仮定する）。そのため、望まない絶縁破壊が発生したとしても、エネルギーを安全に散逸させることができる。結果として、ブッシング１２４は２５０ｋＶを定格とするだけでよいが、これは、絶縁破壊事象の間に持ちこたえることが必要となる最大電位差であるためである。最後に、中間抵抗は、電圧増倍器を、電極の互いに対する自己静電容量に関連した高電流から保護し、可能性のあるすべての放電経路を保護する。
【0126】
実際には、サージ抵抗１２８ａ、１２８ｂ及び１２８ｃの値は、所定の位置の必要性に従って選択可能である。サージ抵抗の値を低くすると、上段への駆動電圧の伝送の効率を向上させることができ、その一方サージ抵抗の値を大きくすると、放電事象に対する増倍器の構成要素の保護を改善させることができることになる。
【0127】
図３に示された高電圧発生器の構成の更なる利点は、ブッシング１２４内の高電圧発生器の要素とブッシングの各区間を取り囲むシールド電極との間に存在する電位差が低くなることである。そのため、ブッシングの厚さを低減させることができ、高電圧電極１２３ａとアースとの間の電位差全てに対する定格を有する必要性がなくなる。むしろ、入れ子となった電極の間の最大電位差、例えば２５０ｋＶを定格とする必要があるだけで済む。
【0128】
もちろん、図２に示された構成は純粋に例示的なものであり、Ｘ線源に関する工学的必要性に応じて多くの改良をしてもよい。
【0129】
例えば、図２において、シールド電極１２３ｂ及び１２３ｃは実質的に高電圧電極１２３ａを収容するが、重要な寸法がビーム経路に対する真空容器１１０の半径であり、追加的な間隔が高電圧電極１２３ａと容器の前面壁１１０ａとの間に、ビーム放出方向に沿って提供されうる構成においては、２つのシールド電極のそれぞれは、高電圧電極の周囲を収容する必要があるだけである。しかし、そのような設計は、ブッシング１２４を、高電圧電極と接地された真空容器１１０の間の、その厚さに渡る全電位差に耐えることのできる定格とする必要がある。
【0130】
図２に示された構成を使用することで、非常に高い電子ビームエネルギーが必要でない場合であっても、装置は所定のビームエネルギーに関して寸法的により小型にすることができる。しかし、本発明の実施形態において、少なくとも１５０ｋＶ、好適には２５０ｋＶ、最も好適には３００ｋＶが電圧発生器の各段階１２８ａ、１２８ｂ及び１２８ｃによって提供されることが、ここでは好適である。そのような構成により、７５０ｋｅＶのビームエネルギーを、小さな容器から提供することができる。
【0131】
また、いくつかの実施形態において、例えばブッシングの長さ方向に沿った放電の顕著な可能性が考えられない場合には、前述の発生器の直列構成よりもむしろ、シールド電極はそれぞれ、高電圧電極１２３ａを駆動する発生器とは異なる高電圧発生器によって駆動することができる。
【0132】
［高電圧電極制御システム］図２の構成において、例えばフィラメント９２１の状態を監視し、フィラメント９２１の温度及び相対電位を制御するために、制御信号を、高電圧電極１２３ａ内に位置する制御モジュールに、また制御モジュールから提供する必要がある場合がある。しかし、単純にブッシングに沿って制御配線を引くのは、高電圧発生器の各段において絶縁し、制御線に沿った高電圧の放電を防ぐ必要があるため、好適ではない。
【0133】
この問題を解決するために、図２の構成は、真空容器１１０の壁に搭載された遠隔モジュールとして働く対応する光発生器２０２ａ及び光検出器２０２ｂと光学的に通信する、高電圧電極１２３ａに搭載され、高電圧電極１２３ａ内に配置された制御モジュールとして働く光発生器２０１ａ及び光検出器２０１ｂ（図示されない）を伴う光学結合された制御機構を採用する。光発生器及び光検出器は互いにアナログ信号及びデジタル信号を、真空を通して、真空容器１１０の壁から高電圧電極１２３ａの内部まで、またはその逆に、どのような導電経路も設けずに伝達し、有利には通信に使用される波長の光が通過することができる各電極１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃのアパーチャによって可能となる。
【0134】
図２の実施形態において、光発生器２０１ａ、２０２ａは、事前に集束された近赤外ＬＥＤであり、その一方光検出器２０１ｂ、２０２ｂは近赤外で働くフォトダイオードである。
【0135】
しかし、電子ビーム銃１２０から放出される電子ビームのために、真空容器１１０内に残る残留ガスがイオン化し、荷電イオンの電荷によって、高電位または低電位の領域に移動することとなる可能性がある。そのようなイオンは、通常絶縁プラスチックである光発生器及び光検出器の光学表面に堆積する可能性がある。
【0136】
そのため、これらの光学表面を保守または清掃することなく、長い期間に渡って動作させると、時間が経過するにつれ光学表面の汚染に起因して通信が失敗するようになりうる。
【0137】
この問題の１つの解決手段は、それぞれの光発生器及び光検出器の前面に透明シールドを提供し、それらが汚染された場合により容易に清掃でき、シールドを交換することができるようにすることである。しかし、従来の透明なプラスチックまたはガラスがそのようなシールドに使用される場合、本発明者は、依然として光学通信の効率が時間の経過に伴って悪化し、予測できない装置の不具合を引き起こしうる可能性が残ることを発見した。
【0138】
本発明者は、入射イオンから、静電荷を容易に捕捉し維持するプラスチック表面の傾向が、この現象の重要な寄与因子となりうることに気付いた。そのため、図２の構成において、それぞれ透明導電性コーティングを有する透明シールド２０３ａ、２０３ｂ（図示されない）、２０３ｃ及び２０３ｄ（図示されない）が、伝達用光発生器及び光検出器２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ及び２０２ｂのそれぞれを覆うように提供され、導電性コーティングが、シールドの配置に応じて、高電圧電極またはアースされた壁の真空容器１１０の何れかに結合される。
【0139】
図２の実施形態において、透明シールドは、高電圧電極１２３ａ及び真空容器１１０の真空シールの一部をそれぞれ構成し、光発生器または光検出器が配置された側に対向するシールドの側であって、真空にさらされた側にこの導電性コーティングを有するように構成されたウィンドウとして提供される。そのため、透明シールドはそうでなければ光発生器または光検出器の上に直接堆積されたであろうあらゆる堆積物を集めるだけでなく、導電性コーティングによって、局所的な静電荷を散逸させ、そのためそのようなコーティングを引き付け、とどまらせる可能性がより低くなる。
【0140】
導電性透明シールドは、当技術分野で従来知られている任意の手段によって提供することができる。図２の構成は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の透明導電性コーティングでコートされたホウケイ酸などの透明ガラス基板を採用するが、他の透明基板及び他の透明導電性コーティング、例えば透明プラスチック基板上に堆積された導電性金属パターンなども使用することができる。
【0141】
図２の構成はまた、真空容器１１０の壁に設けられた光検出器２０２ａとともに示されている、不要な堆積物に対する追加的な対抗手段を採用するが、真空容器の壁における光発生器または高電圧電極１２３ａ内の光検出器もしくは光発生器にも同様に適用することができる。この対抗手段の詳細は図６に最も明確に示されており、図６は、真空容器１１０の壁の一部を形成する光検出器２０２ａを含む遠隔モジュールの拡大図である。
【0142】
図６の構成において、光検出器２０２ａを覆い、真空チャンバー１１０の真空シールの一部を形成する透明導電性シールド２０３ｃは、ハウジング２０５内に提供される流路２０７の端部に提供され、ハウジング２０５は真空容器１１０の取り外し可能な部分を形成する。流路２０７は、高電圧電極１２３ａを収容する真空容器１１０の一部に開く一端及びフォトダイオード２０２ａの前に位置するシールド２０３ｃに終端する他端を有する。流路２０７は、図６の実施形態においてはほぼ直角の屈曲部である屈曲部を有し、ミラー２０４ａが流路２０７の屈曲部に配置され、高電圧電極１２３ａ内に設けられた光発生器２０１ａから光検出器２０２ａに到達する光の方向を変える。
【0143】
流路２０７及びミラー２０４ａを設けることは、電子ビームの効果によって発生するイオンが流路２０７に沿って弾道的に飛来し、シールド２０３ｃよりむしろミラー２０４ａの表面に堆積する傾向にあるという点で有利である。ミラー２０４ａは、金属などの導電性材料で容易に形成されてもよく、そのため静電荷の存在に起因するミラー２０４ａ上に堆積するイオン化した粒子の可能性も減少することになる。しかし、そのような堆積物が発生すると、ミラーは、取り外しハウジング２０５によって真空容器１１０から容易に取り外されて交換され、比較的より繊細な導電性透明シールド２０３ｃを妨げる必要性なく、ミラーを交換することができる。
【0144】
しかし、装置について通常の保守が予定されている場合は、そのような構成は必要でなくてもよく、これらの対抗手段のいくつかまたはすべてを省略してもよい。例えば、図５は、高電圧電極１２３ａによって形成された真空シールの一部として提供され、、光検出器２０１ｂを覆う透明導電性シールド２０３ｂを示しており、光検出器２０１ｂは、絶縁性オイルによって取り囲まれて示されている。
【0145】
しかし、図４に示されるように、透明シールド２０３ａは、そのように真空容器または高電圧電極によって提供される真空シールの一部として提供される必要はなく、真空容器もしくは高電圧電極の位置に、または真空容器もしくは高電圧電極の内部に配置されてもよい。真空容器の壁または高電圧電極の位置に設けられた場合、真空解放流路２０６が、透明シールド２０３ａのそれぞれの側の空間が等しい圧力となることができるように設けられてもよい（高電圧電極１２３ａの図４の実施形態に示される）。
【0146】
実際には、透明シールドは光検出器または光発生器の前からある距離に設けることができる。しかし、そのような構成は、光検出器または光発生器に到達する汚染を実際に減少させるために、相対的により大きな面積を有するシールドを必要とする。そのため、図２に示される、透明シールド２０３ａ、２０３ｃが高電圧電極及び真空容器１１０の壁に取り付けられる本構成が好適である。
【0147】
さらに、部品それぞれに対する手の触れやすさ、部品それぞれの清掃の容易さ、及び実験的に決定されたそれぞれへの堆積率に応じて、導電性シールドは、高電圧電極に設けられる光検出器および光発生器に関してのみ、真空容器１１０の壁に設けられた光検出器および光発生器に関してのみ、光検出器に関してのみ、または光発生器に関してのみ設けられてもよい。
【0148】
好適には、図６に示されたハウジング２０５は、使用者がミラー２０４ａを交換し、透明シールド２０３ｃを清掃することができるように、真空容器１１０の残りの部分の壁から取り外し可能であるように取り付けられるが、ハウジング２０５は、代替的に、必要に応じて真空容器１１０の壁と一体化して形成されることも可能である。
【0149】
［低摩擦回転真空シール］電子ビームが、高電圧電極１２３ａ内に位置するフィラメント１２１から放出されると、電子ビームは磁気レンズ１３１によって集束され、回転ターゲット５００と相互作用する。
【0150】
回転ターゲット上のマイクロフォーカス電子ビームのスポットから発生するＸ線ビームのプロセスは、図７に概略的に示されている。しかし、図２の構成で可能な高い電子ビームエネルギー及び優れた信号対雑音比を達成するために必要な高い線束のために、回転ターゲット９４１においてマイクロフォーカススポットに付与されるエネルギーは非常に高いものになる可能性がある。そのため、ターゲット９４１に提供される冷却は非常に効率的なものでなければならず、ターゲット９４１は非常に高い熱容量を有しなければならず、または熱的負荷で変形したり溶融したりしないように、ターゲット材料は電子ビームのマイクロフォーカス位置を十分に速く通過させるように動かさなければならない。
【0151】
回転ターゲットディスクを使用して、ターゲット材料を、マイクロフォーカス点を十分速く通過させることは、高い角速度で駆動される大きな直径のターゲットディスクを必要とする。図１に示されるような回転ターゲット構成において、ターゲットディスク９４１は、真空容器９１０の内部から真空容器９１０の外部へ回転真空シール９４３を介して通過するシャフト９４２によって駆動されてもよく、回転真空シール９４３は、真空容器９１０の外部から内部へ気体が流れ込むのを防ぎつつシャフトの回転を可能にする。従来の真空シール構成が図８ａに示されており、ハウジング９４３ａはシャフト９４２が通る穴９４３ｃを画定し、穴９４３ｃの一端から他端へ気体が流れるのを防ぐシール要素９４３ｂを支持する。シール要素９４３ｂは、Ｏリングシール、リップシールまたは磁性流体シールとしても提供されることができる。しかし、これらの構成の全ては、シャフト９４２とシール９４３ｂとの間の接触がシステムにおいて摩擦を発生させ、実際的な速度を１分間あたり約６０００回転（ｒｐｍ）に制限するという欠点を有する。回転磁場及びターゲット上の追従磁石を使用するターゲットの駆動のような代替的な構成は、大きなターゲットの高速でありながら制御された回転に十分なトルクを伝達することは困難である。
【0152】
そのような機械的シールの既知の代替案が、図８ｂに示されており、シール９４３ｂは存在せず、穴９４３ｃはシャフト９４２にほぼ一致するような大きさである。穴とシャフトとの間の間隔は図８ｂでは寸法Ｃとして示されており、例えば、長さ６０ｍｍ、直径２０ｍｍの穴に対して２０μｍであってもよい。シャフト９４２と穴９４３ｃとの間がそのように近接して適合していることにより、高圧側（大気）から低圧側（真空）への気体の流動を防ぐ。
【0153】
図８ｂの構成は、シール要素が回転するシャフト９４２と摺動して接触していないため、摩擦を低減させるが、動作のための非常に近接した許容範囲を必要とする。さらに、図８ｂの従来のシールの２０μｍの例示的な間隔は、気体の自由流動を防ぐが、それでも大気側と真空側との間の穴の長さに沿った気体の粘性流動をある程度許すこととなる。そのようなシールを通るコンダクタンス（体積流量率）は、０．０００５ｌ／ｓ程度であり、大気から１０−５ｍｂａｒへの圧力低下からの質量流量率は、０．５ｍｂａｒ・ｌ／ｓ（１０００ｍｂａｒ×０．０００５ｌ／ｓ）である。
【0154】
そのため、真空側を高電圧発生器及び電子ビーム装置の動作のために十分な高真空に保つために、１０−５ｍｂａｒのキャビティから０．５ｍｂａｒ・ｌ／ｓのシールを通して質量流量、すなわち５×１０４ｌ／ｓの体積流量率を除去することができる、非常に強力なポンプが必要となる。
【0155】
間隔をさらに小さくすることは技術的に困難であり、回転シャフト９４２と穴９４３ｃの壁との間の接触は大きな摩擦熱及び損傷を発生させることとなり、高い角速度で回転する大きな回転ターゲットの場合には、潜在的に、真空ハウジングに大きなトルク伝達をもたらすことになる。そのため、図２の実施形態は有利には、過剰に小さな間隔を避けることができるが、ベアリングの大気側からベアリングの真空側への気体の流動を効率的に防ぐこともできる、回転シャフトのための改良された真空シールを使用する。
【0156】
図２の実施形態で使用される非接触回転真空シールの実施形態は、図９に示されている。シールは穴３０１を画定するハウジング４０３を有し、それを通してターゲット駆動シャフト４０１が通過する。穴は真空側端部３０１ａ及び大気側端部３０１ｂに終端開口をそれぞれ有し、高圧端部と低圧端部との間に提供された中間チャンバー３０２を有する。チャンバー３０２は、流動経路３０３を介してポンプまたはポンプが接続されうるポンプポートと連通する。いくつかの実施形態において、チャンバー３０２は、穴自体の長手方向軸を横切る最小内部寸法の１２０％よりも小さな、穴の長手方向軸を横切る最小内部寸法を有する。しかし、いくつかの実施形態において、チャンバーは、穴とシャフトとの間の最小間隔の３０倍未満、さらには２０倍未満だけ穴に対して大きな最小内径を必要とするのみである。
【0157】
動作において、補助ポンプ（図示されない）が真空ポート３０３に設けられる。これは、チャンバー３０２を約３ｍｂａｒの低圧に維持することができる。シャフト４０１と穴３０１の壁との間の間隔は、図８に示されたものと同程度であるが、低圧に維持された中間チャンバー３０２の存在により、シールを通る気体の全流動を効果的に制限することができる。
【0158】
チャンバー内で維持される圧力が約３ｍｂａｒであると仮定すると、気体分子の平均自由行程がシャフトと穴の壁との間の間隔よりも小さい場合に、気体は、約１ｂａｒに維持された大気側から粘性流の状態で流れる。
【0159】
大気側終端開口３０１ｂと中間チャンバー３０２との間の穴３０１の部分３０１ｃは、例示的に図８ｂの穴の長さの約半分である３０ｍｍの長さを使用すると、粘性流動コンダクタンスは図８ｂのそれの約２倍であり、０．００１ｌ／ｓ程度である。そのため、大気から中間チャンバー３０２への質量流量は、約１ｍｂａｒ・ｌ／ｓである。中間チャンバー３０２内で３ｍｂａｒの場合、これは０．３３ｌ／ｓである。中間チャンバー３０２内を３ｍｂａｒの真空に保つ小さな補助ポンプは、一般的に、０．３３ｌ／ｓを排気することによって、中間チャンバー３０２内の圧力を３ｍｂａｒに保つことができることとなる。
【0160】
しかし、３ｍｂａｒの圧力では、例えば室温における、空気の主成分である窒素の平均自由行程はおよそ２０μｍであり、穴３０１とシャフト４０１との間の間隔と同程度である。平均自由行程が間隔と同程度またはそれより大きい場合には、中間チャンバー３０２と穴３０１の高真空終端開口３０１ａとの間の、穴３０１の区間３０１ｄに沿った気体分子の流動は、分子流の状態で動作し、中間チャンバー３０２から穴の区間３０１ｄに沿ったコンダクタンスは実質的に中間チャンバー３０２の圧力に依存しない。
【0161】
３０ｍｍの長さに渡って、かつシャフト４０１と穴３０１との間の間隔が２０μｍの場合、穴３０１の区間３０１ｄを通る分子流コンダクタンスは約１０−４ｌ／ｓであると概算され、または穴３０１の領域３０１ｃの区間を通るそれの１０倍であると概算されうる。そのため、チャンバー３０２から高真空終端開口３０１ａまでの穴３０１の区間３０１ｄを通る質量流量率は、約３×１０−４ｍｂａｒ・ｌ／ｓである。これは、チャンバー３０２から流動経路３０３を通って除去される気体の比率及び粘性流よりむしろ分子流の状態で穴３０１の区間３０１ｄの動作の両方に起因して、穴３０１の区間３０１ｃを通る質量流量よりも１０３以上小さく、図８ａのシールを通る流量よりも１０３超小さい。
【0162】
従って、図９の構成は、図８ａのシールを設けるのに伴う摩擦損失を被ることなく、図８ｂの構成に必要なものよりも工学的許容量を低下させることなく、図８ｂの構成よりも効率的な真空シールを提供することができる。
【0163】
図９に示された穴３０１は、中間チャンバー３０２と共に、実質的に円筒形であるが、これは、図９の実施形態の動作には必須ではない。特に、穴３０１は、限定なく、例えばわずかにテーパー状を有するその他の幾何形状を有してもよい。しかし、円筒形の穴は製造が容易であり、円筒形のシャフトに対して一定の間隔を輸するため、図９において円筒形の穴が使用されている。さらに、大気側開口３０１ｂを中間チャンバー３０２に接続する穴の部分３０１ｃは、中間チャンバー３０２を真空側開口に接続する穴の部分３０１ｄと同じ寸法を有する必要はない。しかし、同様に製造の単純化のために、図９の実施形態は、穴のこれらの区画を同一の寸法としている。最後に、円筒形チャンバー３０２は、加工の観点から有利であるが、これは必須ではない。
【0164】
いくつかの実施形態において、寸法は、高圧側端部で１ｂａｒに維持されチャンバー内で１ｍｂａｒに維持された圧力によって、標準温度における高真空側端部とチャンバーとの間の窒素の質量流量率が１ｍｂａｒ・ｌ／ｓよりも小さくなるように選択される。いくつかの実施形態において、寸法は、チャンバー内で１ｍｂａｒに維持され低圧側端部において１０−５ｍｂａｒに維持された圧力により、チャンバーと低圧側端部との間の窒素の質量流量が１０−３ｍｂａｒ・ｌ／ｓよりも小さくなるように選択される。
【0165】
図２の実施形態を実際に使用する場合に、ローラーベアリングが穴３０１のそれぞれの端部に設けられ、シャフト４０１を実質的にベアリング内の中心に位置合わせするように維持される。そのような構成では、この構成は、一体化した回転真空シール及び回転シャフトのためのベアリングを提供し、外部ベアリングをシールと位置合わせする困難さが排除される。
【0166】
［ベアリングトルク超過リミッター及び運動エネルギー吸収器］図９の構成において、１つの、または他のローラーベアリングの故障により、シャフト４０１が穴３０１の壁に接触する可能性が残っている。シャフト４０１は典型的にはギアボックス１４５を介して働くモーター１４４によって非常に高速で駆動され、そのような状況では、穴３０１の壁に対するシャフトの摩擦力は、真空シール及びそれに接続された装置の任意の構成要素に大きなトルクを加えることになる可能性がある。代替的に、シャフト４０１とローラーベアリングとの間の間隔内への汚染または微粒子の侵入は、同様の摩擦力を引き起こす可能性がある。図２に示されるような直径の大きな高速回転するターゲットディスクの場合、引き起こされる摩擦力はシャフト４０１を急速に加熱することとなり、シャフト４０１がローラーベアリング内で固着することになる可能性がある。フライホイールのように働く回転ターゲット内に蓄積されるエネルギーの全体は、引き起こされるトルクを介してベアリングハウジングに伝達され、全体として装置の実質的な機械的損傷の可能性及び作業者の潜在的な危険性を招くこととなる。
【0167】
そのため、図２の構成は、図１０に詳細に示される形態の、故障時に超過したトルクがベアリングハウジングから装置の他の部分へ伝達されるのを防ぐためのトルクリミッター及びベアリングハウジングに伝達された運動エネルギーを安全に散逸させる運動エネルギー吸収器を有する回転ターゲットアセンブリーを含んでいる。図２において、これらの機能的要素は図１０に示されたターゲットアセンブリー４００の共通の態様を通して提供される。
【0168】
図１０に示されたターゲットアセンブリーにおいて、回転Ｘ線ターゲット５００は駆動シャフト４０１に取り付けられ、シャフト４０１は真空容器１１０の壁を通り、ベアリングハウジング４０３に取り付けられたローラーベアリング４０２ａ及び４０２ｂによって支持される。ベアリングハウジング４０３は、真空容器１１０の壁に取り外し可能に取り付けられ、シール４０９によってシールし、そのため真空容器１１０の一部を形成する。シャフト４０１の回転は、ターゲット５００を回転駆動させる。
【0169】
図２の実施形態において、ベアリングハウジング４０３の、シャフト４０１が通る穴４０４を通る気体の流動は、図９に関連して説明された回転真空シールを採用することによって防がれる。しかし、シールの詳細は、トルク制限機能及び運動エネルギー吸収機能の動作には重要ではない。
【0170】
図１０において、ベアリングハウジング４０３は、外部形状がほぼ円筒形であり、ベアリングハウジング４０３の外形表面から半径方向に延設するフランジ４１１を有する。フランジ４１１は環状であり、真空容器１１０の対応する環状プレート４１２と摺動するように接触しており、ベアリングアセンブリー４０３は、穴４０４によって画定された軸の周りを、真空容器１１０の残りの部分に対して、フランジ４１１の表面がプレート４１２と摺動摩擦的に接触した状態で回転することができる。ベアリングハウジング４０３の外側の円周は、真空容器１１０の壁に形成された対応する円形の開口部４１０に回転可能に挿入され、一体として環状シール要素４０９によって真空シールを提供する。
【0171】
クランプ４２０は、フランジ４１１とプレート４１２とを摺動摩擦接触状態に押し付けるように提供される。クランプ４２０は、アーム４２２のシャフト４２２ａに回転可能に取り付けられたローラーベアリング４２１を含み、エンドキャップ４２２ｂによって保持される。ローラーベアリング４２１は、穴４０４の半径である軸の周りに回転するように取り付けられる。ローラーベアリング４２１は、穴４０４に対してバネ４２６によって軸方向に押し付けられ、軸方向の力を、ローラーベアリング４２１がアーム４２２を介して取り付けられる環状部４２３に加える。
【0172】
環状部４２３は、調整ねじ４２４のシャフト４２４ａ上で、軸方向に摺動するように構成され、調整ねじは、調整ねじ４２４の頭４２４ｂの回転がねじの頭４２４ｂと環状部４２３との間の距離を調整し、そのためねじの頭４２４ｂと環状部４２３との間に介在するバネ４２６の圧縮を調整し、それによってねじの頭４２４ｂと環状部４２３との間に印加される力を調整するように、それ自体がハウジング１１０のねじ穴４２７内に保持される。そのため、フランジ４１１とプレート４１２との間でローラーベアリング４２１を介して印加される力は容易に調整されうる。
【0173】
図１０において、クランプの２つの例が、ベアリングの両側に押し付ける力を提供するために、ベアリングハウジング４０３の両側において直径方向に互いに対向して設けられている。これは、もちろん例示的なものであり、より多くのまたはより少ない数のクランプ４２０が、穴４０４の軸に対して円周状に間隔をあけて設けられてもよい。好適には、３つ又はそれより多くのそのようなクランプが、等間隔で設けられる。
【0174】
動作時には、フランジ４１１と環状プレート４１２との間に提供される圧縮クランプ力は、フランジ４１１とプレート４１２との間の摩擦力が、真空容器１１０に対してベアリングハウジング４０３が回転しないようにする程度に十分大きい。しかし、シャフト４０１が、例えばローラーベアリング４０２ａまたは４０２ｂの一方の故障、真空シールの故障、もしくは穴４０４の汚染、またはシャフト４０１が穴４０４内に固着するような穴４０４に対するシャフト４０１のずれによって、ベアリングハウジング４０３に対して固着されるような場合、回転ターゲット５００からシャフト４０１を介してベアリングハウジング４０３に伝達されるトルクが、フランジ４１１とプレート４１２との間の静摩擦力に打ち勝つのに十分であり、そのためベアリングアセンブリー４０３は全体として真空容器１１０及び装置の残りの部分に対して回転する。
【0175】
ある程度のトルクはフランジ４１１とプレート４１２との間の摺動コンタクトを介して真空容器１１０に伝達されるが、この伝達されたトルクは実質的にはベアリングの故障またはシャフトの固着によるターゲット５００から真空容器１１０に印加されたであろう全トルクよりも小さい。そのため、真空容器に伝達されるトルクがより小さくなるため、装置に対する損傷の可能性が小さくなり、作業者に対する危険性も小さくなる。
【0176】
伝達されるトルクの差は、プレート４１２に対して摺動するフランジ４１１によってなされる仕事の結果としてのものである。なされる仕事は熱を発生させる。そのため、クランプ４２０、フランジ４１１及びプレート４１２が真空容器１１０に伝達される超過トルクを防ぐトルクリミッターとして働くだけでなく、回転ターゲット５００に蓄えられたフライホイールエネルギーをフランジ４１１とプレート４１２との間の摩擦接触を介して比較的ゆっくりと熱として散逸させることも可能である。対称的に、クランプ４２０はローラーベアリング４２１を介してフランジ４１１にクランプ力を印加するため、クランプ４２０にはほとんどエネルギーが散逸されない。
【0177】
図１０の実施形態において、プレート４１２は、１００℃未満の動作温度において、フランジ４１１と圧縮接触している場合には摩耗しない材料であるように選択される。そのため、フランジ４１１とプレート４１２との間の経時的な貼り付きの可能性は低減され、機構は設計条件下で動作するうえで信頼性を得ることができる。具体的には、真空容器１１０がステンレス鋼である場合、プレート４１２は真鍮からなるものであってよい。
【0178】
もちろん、図１０の構成はトルク制限及び／または運動エネルギー散逸回転ターゲットアセンブリーの１つの実施形態に過ぎない。例えば、トルク制限の特徴のみを設けることができるように、ベアリングハウジングは、ベアリングに所定のトルク伝達下でせん断するように適合されたせん断ピンによって真空容器１１０の壁に取り付けられて設けることが可能である。一度トルクしきい値を超過し、せん断ピンのせん断が発生すると、ベアリングは装置の残りの部分に対して単に自由に回転することとなる。
【0179】
しかし、そのような構成は、ターゲット５００の運動エネルギーがトルクリミッターの動作後に散逸される速度を制御しまたは制限することができず、真空容器１１０に許容できない熱的または機械的応力が発生する恐れがある。そのような懸念に対処するために、回転ターゲット５００から伝達される運動エネルギーを散逸するための追加的なまたは代替的な手段が望ましい場合がありうる。例えば、ベアリングはそれを取り囲む油のような粘性液体のタンク内に入るフィンを有して提供することができ、その粘性液体の中で、フィンを有するベアリングが回転することができる。そのため運動エネルギーはフィンの油との相互作用を介して散逸されることとなる。運動エネルギーを散逸するための他の可能性のある手法も、当業者が理解するように可能である。
【0180】
しかし、図１０の構成は、回転ターゲットアセンブリーの超過トルク伝達の問題に対する特に効果的かつ効率的な解決手段を提供する。
【0181】
図１０の構成の１つの特定の実施形態において、１２００ｒｐｍで回転し、８ｋｇの主質量を有する直径４００ｍｍのターゲットは、約１３００００Ｊの運動エネルギーを有しうる。押さえつけた状態で、ベアリングハウジングがターゲットが１０回転する間にターゲットの速度まで加速されると仮定すると、約２０００Ｎｍのトルクが発生する可能性がある。しかし、図１０の構成において、調整ねじ４２４ｂがフランジ４１１とプレート４１２との間に約８０ｋｇの力を提供するように調整され、フランジが約８０ｍｍの直径を有すると仮定し、さらにフランジ４１１とプレート４１２との間の摩擦係数が０．２５であると仮定すると、ターゲットのエネルギーは全体として２０秒から３０秒の間で散逸することとなり、１０ｋＷのピーク熱出力を発生させ、真空容器１１０にわずか約８Ｎｍのピークトルクを伝達することとなる。しかし、図１０の構成は、調整ねじ４２４ｂを適切に調整することによって、必要とされ得るその他のターゲット速度、質量及び任意の最大トルクに応用可能である。例えば、適切な力は、特定の状況において５０ｋｇであってもよい。
【0182】
いくつかの変形が図１０の構成において可能であることに注意すべきである。例えば、いくつかの場合において、調整ねじ４２４ｂが設けられておらず、トルクリミッターの不注意なまたは不正確な調整を防ぐことができるように、その代わりに所定の固定された力が印加されることが望ましい場合がありうる。いくつかの実施形態において、５０ｋｇまさはそれ未満のクランプ力は十分でありえ、伝達を許容される最大連続トルクまたは最大瞬間トルクは１０Ｎｍまたはそれ未満であってもよい。
【0183】
図１０の実施形態において、ベアリングハウジング４０３は一般に円筒形であり、真空容器１１０の壁の対応する円筒形開口部４１０に挿入される。しかし、これは本質的ではなく、非円筒形ベアリングハウジングと真空容器の壁との間の接触が、フランジをプレートに対してクランプすることのみを通じて提供されることもできる。しかし、好適には、ベアリング開口部に適合する開口部はエネルギー吸収プレート４１２に形成され、ベアリングの外側の円筒壁と開口部との間のどのような摩擦接触も、制御された状態で摩擦によって発生したエネルギーを散逸させる。
【0184】
エネルギー吸収プレート４１２はベアリングハウジングに設けられてもよく、フランジ４１１は真空容器１１０の外壁に設けられてもよい。運動エネルギー吸収プレートまたはフランジのいずれかは、フランジまたはエネルギー吸収プレートの少なくとも一部が半径方向に突出する筋状部として形成されうるように、断続的であってもよく、すなわち、半径方向にギャップを有してもよい。しかし、連続的なフランジ及び連続的なエネルギー吸収プレートは、２つの構成要素の間の摩擦接触を最大化し、発生した熱をその中へ散逸させるための、より大きな熱的質量を提供する。フランジ自体は存在する必要はなく、摺動接触は、単にベアリングハウジングの端面と真空容器の外壁の表面との間に設けることもできる。
【0185】
環状エネルギー吸収プレート及びフランジは、ベアリングハウジングまたは真空容器１１０の壁と一体化して形成されてもよく、また、図１０に示されるように、例えばベアリングハウジング及び／または真空容器の残りの部分とは異なる組成を有する個別の構成要素として提供されてもよい。そのような構成により、エネルギー吸収プレートの特性は、フランジとプレートとの間の静摩擦及び摺動摩擦を制御するように選択され、プレート内の運動エネルギー散逸を最適化することが可能となる点で有利である。
【0186】
［回転Ｘ線透過ターゲット］図２の構成は、入射電子ビームからｘ線を発生させるための回転Ｘ線透過ターゲット５００を採用する。従来、Ｘ線発生源の回転ターゲットは、タングステンなどの適切な原子番号の大きなターゲット材料の層がメッキされた円板として形成される。透過ターゲットに関しては、電子ビームが一方の側から印加され、Ｘ線放射が反対側から得られるものであるが、ターゲットを保持する基板はＸ線吸収を最小化するために薄く、原子番号がより小さいものであるべきであり、Ｘ線放射によって生じた熱を散逸させるための熱伝導性、特定の熱容量及び融点などの幾何学的寸法、機械的特性及び物理的特性を有しなければならない。しかし、そのような必要性は矛盾したものとなる可能性がある。
【0187】
約１６０ｋｅＶの電子ビームエネルギーに対して、例えば約１０μｍのタングステンの薄い層が、ベリリウム、炭素またはアルミニウムの基板上に堆積されてもよい。しかし、電子ビームエネルギーが大きくなるにつれて、電子のターゲットへの侵入が大きくなり、より厚いターゲット材料の層が必要となる。例えば、７５０ｋｅＶの電子ビームは、タングステンに２００μｍを超えて侵入することができる。しかし、界面における接合応力のために、必要な原子番号の小さい基板上にそのようなターゲット材料の薄い膜を堆積することは困難である。さらに、温度が上昇し、高速で回転している状態で連続的に動作させる間、接合応力は増大し、ターゲット材料の損傷または剥離を引き起こす可能性がある。相対的に厚いターゲットは、発生したＸ線を吸収することになるため、透過モードの選択肢ではない。
【0188】
この問題に対する１つの解決手段は、ハブに対して、環状の適切なターゲット材料を機械的に取り付けることである。この手法は、電子線束が低い場合に適しているが、ターゲットに付与される電子線束が高くなると、ターゲットはより高速に回転しなければならず、ターゲットリングの過剰な熱的応力を避けるためにより大きな直径を有しなければならない。そのような構成が高い電子ビーム線束の熱応力及び高速な回転にさらされると、求心力による円周応力、入射電子ビームによる熱応力及びターゲット円環とハブとの間の引張応力がターゲット材料を破砕させることになる可能性がある。破砕が発生すると、ギャップがターゲットリング内に形成される恐れがあり、そのため電子ビームが低密度なハブを通過してＸ線放出ウィンドウに照射し、ウィンドウの潜在的な損傷につながる可能性がある。
【0189】
これらの問題を解決するために、図２の実施形態は、複数のターゲットプレートがハブ上に固定されて、ハブの軸の周りに環状ターゲット領域を設けるターゲットを採用する。ターゲット材料の連続したリングではなく、複数の分離したターゲットプレートを設けることにより、各プレートに導入された局所的な応力がターゲット材料の他の領域に伝わらず、プレートは、１つの弱点においてリング破砕の可能性がない状態で、熱的応力下で局所的に接触し、延びることができる。さらに、ターゲットプレートが非連続であり、ターゲット材料の隣接する領域に影響を与えることなく応力に適合するように個別にひずむことができるため、ターゲット領域に導入された円周応力は、ターゲットプレートの損傷につながらない。
【0191】
図１２ａにおいて、環状区画の形態のターゲットプレート５６０は、ターゲットハブ５００の外縁部５１１に固定されて、実質的に環状のターゲット領域を形成する。図１２ａの構成において、ターゲットプレート５６０は各プレートの相対的に半径方向内側の位置においてハブ５００にクランプされ、その位置から相対的に半径方向外側に、ハブ５００に対してターゲット領域内に突出するターゲット部５６５を有する。しかし、ハブ材料は、Ｘ線を透過させるのに十分薄く設けられており、プレートは、必要に応じて、ハブの外縁部内に置かれるように構成されることもできる。
【0192】
いくつかの実施形態において、ターゲットプレートはターゲット領域において、７５０ｋｅＶでターゲット材料に電子が侵入する深さの２００％未満、好適には１５０％未満、より好適には１２５％未満の厚さのターゲットプレートを有することができる。そのような厚さを選択することで、ターゲット材料によるＸ線の減衰を低減させることができる。
【0193】
有利には、図１２ａの構成において、ターゲットプレート５６０は、ターゲット領域のターゲット材料を妨げるギャップ５６１によって離隔されている。図１２ａにおいて、ギャップ５６１はターゲットプレート５６０の間で半径方向に延設して設けられているが、それに限らず、半径方向に対して他のある程度の角度で設けることもできる。ギャップもまた、ターゲットディスクが動作回転速度で動作されるときに、ターゲットプレートが入射電子ビームに対して実質的に連続的なターゲット表面を呈するのに十分小さいこと以外、その大きさに特に限定はない。例えば、ターゲット材料への遮蔽は、ターゲット領域内の全円周経路の１０％未満、１％未満、０．１％未満、または０．０５％未満とすることができる。そのため、円周長が５０ｍｍのプレートでは、隣り合うプレート間のギャップの円周方向長さが０．１ｍｍから０．２ｍｍの間であることが好適でありうる。
【0194】
代替的に、プレートは、１つのプレートの縁が隣接するプレートの下に摺動できるように、隣接し、または部分的に重なることができる。そのような状況では、プレートが重なって隣接できるように、プレートを面取りされた円周方向の縁を有するように形成することが有利でありうる。
【0195】
そのような構造がターゲット材料に導入された全応力を効果的に低減し、そのため損傷から保護するように働く一方で、特定の高いビーム線束またはエネルギー下では、プレート５６０の縁それ自体が損傷しやすくなる可能性がある。具体的には、電子ビームがプレート５６０の縁の領域を照射すると、発生した熱は両方向ではなく１つの円周方向にしか流れることができないので、熱の散逸の可能性がプレートの中央の照射と比較して大きく低下する。そのため、特定の強い照射下では、そのような縁の領域は損傷を受ける恐れがある。
【0196】
そのような損傷を防ぐために、図１２ａ及び１２ｂに示された構成が採用され、この構成において、シールド要素５７０が、これらの領域がビーム経路を横切るときに電子ビームを遮断するように隣接するターゲットプレート５６０の縁の部分に軸方向に重なるように設けられる。シールド要素５７０のそれぞれは、電子ビームを遮断するがターゲット材料ほど効率的にＸ線を発生せず、好適には熱を発生するような材料からなる。例えば、電子ビームを完全にまたは部分的に吸収するように選択された厚さを有する、より小さな原子番号の材料がシールド材料として使用されてもよい。小さな原子番号が、シールド要素５７０内の競合する不要な二次Ｘ線源を発生させることを防ぐため、ベリリウムまたはアルミニウムは、それらの中でも適切な材料である。
【0197】
図１２ａ及び１２ｂの構成において、シールド要素５７０は、シールド要素５６０の円周方向の縁の部分の上に延設する指部５７２を含む。指部５７２のそれぞれはターゲットプレート５６０のそれぞれに対して軸方向にずらされ、その縁の上を覆っているので、指部５７２はそれぞれ、その下のターゲットプレート５６０における電子ビームの集束平面から集束を外されており、より大きな電子ビームスポットの大きさのために、指部５７２に付与される熱出力密度はより低くなり、そのためより容易に散逸することとなる。特に、図１２ｂに示されるように、スペーサー５８０はターゲットプレート５６０とシールド要素５７０との間に設けられて、必要なずれ量を提供する。
【0198】
例えば、３０ｍｍの焦点長で、直径１ｍｍのビームを直径１０μｍのスポットに集束する磁気レンズを使用すると、指部がターゲットプレートから６ｍｍ離隔している場合、指部におけるビームの直径は約２００μｍになる。そのような状況において、指部に付与される単位面積当たりの瞬間的な出力は、ターゲットに付与される出力のわずか約２０分の１となり、より容易に散逸しうる。
【0199】
図１２ａ及び１２ｂの構成において、シールド要素５７０及びプレート５６０の両方が、ハブ５００のハブ外縁部５１１に形成されたねじ穴５１２に結合されたクランプねじ５９０によってハブ５００にクランプされ、クランプねじ５９０はターゲットプレート５６０及びシールド要素５７０を通過して軸方向のクランプ力を提供するが、動作時に存在する熱的な力及び動的な力の下で、これらの要素のそれぞれにわずかな膨脹及び収縮も可能にする。クランプねじ５９０がターゲットプレート５６０を通過することができるように、穴５６３がターゲットプレートに設けられ、その一方クランプねじ５９０がシールド要素５７０を通過できるように、穴５７３がシールド要素に設けられる。
【0200】
有利には、各シールド要素５７０は、突出する指部５７２に加えて、穴５７３を有し、丈夫なアンカー点を提供する、相対的に円周方向により幅広く、軸方向により深い取付け部５７１を有し、これを通してクランプねじ５９０のシャフト５９２が通過することができ、クランプねじ５９０の頭５９１がクランプ力を印加することができ、電子ビームが通過する際にシールド要素５７０に発生する熱を吸収するための熱的質量を提供する。
【0201】
図１２ａ及び１２ｂの構成は動作時の瞬間的な熱及び機械的応力の結果としてのターゲット材料への損傷を効果的に防ぐことができるが、さらに、ターゲットの外縁部から離れたターゲット領域に発生した熱を信頼性良く散逸させるのに使用することができる。図１１ａ及び１１ｂに示されたハブの設計は、これを達成することができる。
【0202】
図１１ａに示されたハブ５００は、ターゲット材料の適合するプレート５６０のための平坦なビームに面する表面を有する外縁部５１１を有し、外縁部５１１の半径方向内側に、より大きな厚さ及び適合する冷却経路５１５を有する中間環状部５１３を有し、図１１ｂの断面図に示されている。中間環状部５１３は、外縁部５１１からの熱の吸収及び移送を可能にする。冷却経路５１５は、枝分かれした形で中間環状部５１３を通って延設し、中間環状部５１３から熱を導く冷却流体を搬送する働きをし、この熱は周縁部５１１から中間環状部５１３に導かれる。
【0203】
冷却流体が冷却経路５１５に容易に供給され、冷却経路５１５から取り除かれることができるように、突出部５２０が、中央凹部５１４内から軸方向に突出するようにハブ５００に設けられ、この凹部はハブ５００の面内に、中間環状部５１３の半径方向内側に形成される。図１１ａにおいて、ハブ５００等の突出部５２０は円板形状の幾何学的形状を有する。突出部５２０は、ハブの外側円周部表面に、凹部５１４の内側円周部表面に向かって向けられた供給開口５２１ａ及び帰還開口５２１ｂを設け、対応する開口５１５ａ、５１５ｂが形成される。供給パイプ５３０ａ及び帰還パイプ５３０ｂは、ハブ内の開口５２１ａ、５２１ｂと、凹部の壁の開口５１５ａ及び５１５ｂとの間に延設する。
【0204】
凹部の壁の開口５１５ａ及び５１５ｂは、流体経路５１５と連通し、経路５１５内を流れる流体のための供給ポート及び帰還ポートをそれぞれ提供する。ポート５２１ａ及び５２１ｂはそれぞれ、ハブ５２０から流れ、ハブ５２０に戻る流体のための供給ポート及び帰還ポートを提供する。ハブ５２０の内部には供給ポート５２１ａと連通する供給経路５２１及び帰還ポート５２１ｂと連通する帰還経路５２２が存在する。突出部５２０の内部で、同軸に配置された流体経路に終端する供給経路５２１及び帰還経路５２２は、シャフト４０１内の同軸配置された供給経路４０１ｃ及び帰還経路４０１ｄと適合するように配置される。シャフト４０１は、シャフト突出部４０１ｂを介してハブに取り付けられ、シャフト突出部４０１ｂは、突出部５２０及びハブ５００を貫通し、シャフト突出部４０１ｂ内のねじ穴内で終端するねじによって、突出部５２０とは反対のハブ５００の面にクランプされる。もちろん、スプライン及びねじ穴など、ハブ５００をシャフト４０１ｂに取り付けるその他の方法も、供給経路及び帰還経路のその他の配置とともに、可能である。
【0205】
シャフト４０１内の中央供給経路４０１ｃを通して供給された冷却液は、突出部５２０内の供給流路５２１並びに、開口５２１ａを介して、パイプ５３０ａ及び開口５１５ａ内を順に通過し、次いで冷却液流動経路５１５内を通る。流動経路５１５から戻った冷却液は、開口５１５ｂ、パイプ５３０ｂ及び開口５２１ｂを順に通過し、突出部５２０内の冷却液帰還経路５２２に入り、次いでシャフト４０１の外側同軸流動経路４０１ｄに沿って戻る。
【0206】
パイプ５３０は、本実施形態ではねじによって、凹部５１４の内部円周表面に固定されたシール要素５２１ａ及び５２１ｂによって、正しい位置に維持される。パイプは剛性があっても柔軟であってもよく、ハブ５００の半径に沿って延設しても、突出部５２０と流動経路５１５との間のその他の経路に沿って延設してもよい。
【0207】
したがって、図１１ａ及び１１ｂの構成によって、ターゲットハブの外縁部を、ハブが回転するシャフトに供給され、シャフトから回収される冷却流体によって効率的に冷却することができるようになる。
【0208】
代替的な構成において、突出部５２０は、ハブ５００の表面内に完全にまたは部分的に埋め込まれてもよい。いくつかの構成において、突出部５２０が設けられるハブ５００の表面は、突出部の埋め込みの結果として平坦である。そのような構成において、パイプ５３０は省略されてもよく、開口５２１ａ及び５１５ａ並びに開口５１５ｂ及び５２１ｂは、互いに対して、任意選択的にはそれぞれのシール部によってシールするように設けることもできる。代替的には、開口５２１ａ及び５２１ｂまたは開口５１５ａ及び５１５ｂが、ハブ５００または突出部５１０の軸方向表面に位置することができ、角度のある経路または曲線経路を有するパイプによって接続することができる。そのような構成は、完全な、部分的な、または埋め込まれていない突出部を有して提供可能であり、そのような構成では、中央凹部５１４は省略可能であり、またはその中に完全にまたは部分的に埋め込まれた突出部が合う凹部として提供することができる。そのような変更の全ては、本開示の範囲内にある。
【0209】
もちろん、図２の装置の様々な構成要素は、別個にまたはともに設けられてもよく、そのような変更は、本明細書に開示された構成要素のそれぞれによって提供される技術的効果を考慮して、当業者に理解されるであろう。利用可能な材料及び技術に従い、また任意の実現されるデバイスの工学的及びその他の必要性に従い、構成要素は本明細書で説明されたような発明の開示、思想及び範囲を逸脱することなく置き換えられ、置換され、取り除かれまたは改良されてもよい。本明細書の開示には、以下のような発明の開示も含まれる。
パラグラフ１．
Ｘ線源のための高電圧発生器であって、前記発生器が、
出力電極と、
第１の電圧増倍器と、
第２の電圧増倍器と、
前記出力電極を少なくとも部分的に取り囲むように配置されたシールド電極と、を含み、
前記第２の電圧増倍器の出力が前記出力電極に電気的に接続され、
前記第１の増倍器の出力が前記第２の電圧増倍器の入力に電気的に接続され、
前記シールド電極が前記第２の電圧増倍器の入力に電気的に接続された、高電圧発生器。
パラグラフ２．
前記シールド電極が前記出力電極を実質的に取り囲む、パラグラフ１に記載の高電圧発生器。
パラグラフ３．
前記シールド電極が前記出力電極を円周方向に取り囲む、パラグラフ１に記載の高電圧発生器。
パラグラフ４．
前記シールド電極が、前記出力電極に取り付けられた電子放出源から電子の放出を可能とする放出開口部を有する、パラグラフ１から３のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ５．
第１の端部および第２の端部を有する細長い絶縁ブッシングをさらに含み、
前記第１及び第２の電圧増倍器が前記ブッシング内に配置され、
前記出力電極が前記ブッシングの前記第２の端部に提供され、
前記シールド電極が、前記ブッシングの前記第１及び第２の端部の間で、前記ブッシングの中間領域から延設する、パラグラフ１から４のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ６．
第３の電圧増倍器と、
前記シールド電極を少なくとも部分的に取り囲むように配置された二次シールド電極と、をさらに含み、
前記第３の電圧増倍器の出力が前記第１の電圧増倍器の入力に電気的に接続され、
前記二次シールド電極が前記第１の電圧増倍器の入力に電気的に接続された、パラグラフ１から５のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ７．
前記発生器が、少なくとも５００ｋＶ、好適には少なくとも７５０ｋＶのＤＣ電位差を、前記発生器の入力と、前記出力電極との間に発生するように構成された、パラグラフ１から６のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ８．
前記第１及び第２の、さらに任意選択的に第３の電圧増倍器のそれぞれが、少なくとも１５０ｋＶ、好適には２００ｋＶ、最も好適には３００ｋＶをそれぞれの入力と出力との間に発生させるように構成された、パラグラフ１から７のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ９．
前記第１及び第２の、さらに任意選択的に第３の電気増倍器のそれぞれが、コッククロフト−ウォルトン型電圧増倍器である、パラグラフ１から８のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ１０．
前記第１の電圧増倍器の出力と前記第２の電圧増倍器の入力との間に提供された１つまたは複数のサージ抵抗をさらに含み、任意選択的に、１つまたは複数のさらなるサージ抵抗が、前記第３の電圧増倍器の出力と前記第１の電圧増倍器の入力との間に提供される、パラグラフ１から９のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ１１．
前記第２の電圧増倍器の出力と前記出力電極との間に提供された１つまたは複数のサージ抵抗をさらに含む、パラグラフ１から１０のいずれか一項に記載の高電圧発生器。
パラグラフ１２．
パラグラフ１から１１のいずれか一項に記載の高電圧発生器と、
前記出力電極に取り付けられた電子放出源と、を含む、電子ビーム発生器。
パラグラフ１３．
前記電子放出源が、加熱されたフィラメントである、パラグラフ９に記載の電子ビーム発生器。
パラグラフ１４．
前記出力電極及び前記シールド電極を取り囲むように配置された真空容器をさらに含む、パラグラフ９または１０に記載の電子ビーム発生器。
パラグラフ１５．
パラグラフ１２から１４のいずれか一項に記載の電子ビーム発生器と、
電子ビームによる照射のために配置されたＸ線放出ターゲットと、を含む、Ｘ線銃。
パラグラフ１６．
真空容器と、
前記真空容器に設けられた電子ビーム発生器と、を含む電子ビーム装置であって、
前記電子ビーム発生器が、高電圧電極及び電子ビームを発生させるために前記高電圧電極に取り付けられた電子発生源を含み、
前記電子ビーム発生器が、前記電子ビーム発生器内に取り付けられた制御モジュールをさらに含み、
前記電子ビーム装置が、前記真空容器の壁に対して取り付けられた遠隔モジュールをさらに含み、
前記制御モジュールが、光検出器および光放出器のうち一方を含み、
前記遠隔モジュールが、前記光検出器および前記光放出器のうちもう一方を含み、
前記光検出器が、前記光放出器によって放出された光を受け取るように配置され、
前記電子ビーム装置が、前記光検出器および前記光放出器の一方を覆うように、前記光検出器と前記光放出器との間の光学経路に配置された透明導電性シールドをさらに含む、電子ビーム装置。
パラグラフ１７．
前記透明シールドが、前記高電圧電極上に配置されて前記高電圧電極に電気的に接続され、前記制御モジュールが前記高電圧電極内に取り付けられた、パラグラフ１６に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ１８．
前記透明シールドが前記真空容器の壁上に配置され、前記真空容器の壁に電気的に接続された、パラグラフ１６に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ１９．
導電性ミラーが、前記透明シールドと、前記透明導電性シールドによって覆われていない前記光検出器および前記光放出器のうちの前記他方との間の光学経路に配置された、パラグラフ１６から１８のいずれか一方に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２０．
前記導電性ミラーが、前記高電圧電極上または前記高電圧電極内に配置され、前記高電圧電極と電気的に接続された、パラグラフ１９に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２１．
前記導電性ミラーが、前記真空容器の壁上または前記真空容器の壁の外側に配置され、前記真空容器の壁に電気的に接続された、パラグラフ１９に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２２．
前記透明導電性シールドが、前記真空容器の壁または前記高電圧電極の壁のいずれか一方において、真空バリアの一部を形成する、パラグラフ１６から２１のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２３．
流動経路が、前記透明導電性シールドの一方の側から前記透明導電性シールドの他方の側まで提供されて、前記一方の側と前記他方の側との間の圧力を均等化する、パラグラフ１６から２２のいずれか一方に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２４．
前記透明導電性シールドが、その上に設けられた透明導電層を有する透明基板を含む、パラグラフ１６から２３のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２５．
前記透明導電層がパターニングされた導電層である、パラグラフ２４に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２６．
前記透明導電層が導電フィルムである、パラグラフ２４に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２７．
前記透明導電層がインジウムスズ酸化物からなる、パラグラフ２５または２６に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２８．
前記透明基板がガラスである、パラグラフ２４から２７のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ２９．
前記遠隔モジュールが、前記真空容器の壁に取り外し可能に取り付けられた、パラグラフ１６から２８のいずれか一項に記載の電子ビーム装置。
パラグラフ３０．
パラグラフ１６から２９のいずれか一項に記載の電子ビーム装置と、ターゲットアセンブリーと、を含み、前記電子ビーム発生器からの電子ビームが前記ターゲットアセンブリーのＸ線放出ターゲット部を照射するように構成された、Ｘ線銃。
パラグラフ３１．
回転するシャフトのための回転真空シールであって、前記シールが、
前記シャフトを収容し、高圧端及び低圧端のそれぞれにおいてターミナル開口部を有する穴と、
前記高圧端と前記低圧端との間の中間位置において、前記穴を取り囲み、前記穴に円周状に接続するチャンバーと、
前記チャンバーから、真空ポンプに接続するのに適したポートまで延設する流動経路と、を含む、回転真空シール。
パラグラフ３２．
前記穴が、前記高圧端と前記チャンバーと、前記低圧端と前記チャンバーとのそれぞれの間において、実質的に円筒形である、パラグラフ３１に記載の回転真空シール。
パラグラフ３３．
前記チャンバーが実質的に円筒形である、パラグラフ３１または３２に記載の回転真空シール。
パラグラフ３４．
前記チャンバーが、前記穴の少なくとも１２０％の、前記穴の長手方向軸に渡る最小内部寸法を有する、パラグラフ３１から３３のいずれか一項に記載の回転真空シール。
パラグラフ３５．
前記シールが、前記穴内部で前記シャフトを回転可能に支持する回転ベアリングを含み、前記ベアリングが、任意選択的に、前記穴の高圧端及び低圧端のそれぞれにおいて、一対の回転ベアリング、好適にはローラーベアリングとして提供される、パラグラフ３１から３４のいずれか一項に記載の回転真空シール。
パラグラフ３６．
前記穴内に収容された前記シャフトをさらに含む、パラグラフ３１から３５のいずれか一項に記載の回転真空シール。
パラグラフ３７．
前記シャフトが実質的に円筒形である、パラグラフ３６に記載の回転真空シール。
パラグラフ３８．
前記穴及びシャフトが、前記高圧端で１バールに保たれた圧力及び前記チャンバー内で１ミリバールに保たれた圧力により、前記高圧端と前記チャンバーとの間で標準温度において窒素の質量流量率が１ミリバール・ｌ／ｓ未満となるような寸法である、パラグラフ３６または３７に記載の回転真空シール。
パラグラフ３９．
前記穴及びシャフトが、チャンバー内で１ミリバールに保たれた圧力及び前記低圧端で１０−５ミリバールに保たれた圧力により、前記チャンバーと前記低圧端との間で窒素の質量流量率が１０−３ミリバール・ｌ／ｓ未満となるような寸法である、パラグラフ３６から３８のいずれか一項に記載の回転真空シール。
パラグラフ４０．
真空ハウジングと、
Ｘ線放出ターゲットと、
前記筐体の壁に設けられた、パラグラフ３６から３８のいずれか一項に記載の回転真空シールと、を含み、
前記Ｘ線放出ターゲットが前記シャフト上に取り付けられた、Ｘ線源のためのターゲットアセンブリー。
パラグラフ４１．
Ｘ線放出ターゲットと、
真空ハウジングと、
前記ターゲットを取り付け、前記真空ハウジングの壁を横切るシャフトと、
スピンドルを回転可能に支持するベアリングと、
前記ベアリングを支持し、前記真空ハウジングの前記壁上に取り付けられたベアリングハウジングと、を含み、
前記ベアリングハウジングと前記真空ハウジングとの間のトルクが所定のトルクを超過したときに、前記ベアリングハウジングが前記真空ハウジングに対して回転するように、前記ベアリングハウジングがトルクリミッターによって取り付けられた、Ｘ線源のための回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４２．
前記トルクリミッターが、前記真空ハウジングと前記ベアリングハウジングとの間の回転を抑制するように構成され、前記所定のトルクでずれるように構成された部分を含む、パラグラフ４１に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４３．
前記トルクリミッターが、前記真空ハウジングと前記ベアリングハウジングとの間に摩擦力を加え、前記真空ハウジングと前記ベアリングハウジングとが所定のトルクで互いに対して摺動することができるように構成された部分を含む、パラグラフ４１に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４４．
前記ベアリングハウジング及び前記真空ハウジングのうち一方がフランジを有し、前記ベアリングハウジング及び前記真空ハウジングのうちもう一方がクランピングアセンブリーを有し、
前記クランピングアセンブリーが、前記フランジに摩擦力を加えるように構成された、パラグラフ４３に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４５．
前記クランピングアセンブリーが、前記フランジの一方の面に接触するように構成されたエネルギー吸収プレートと、前記エネルギー吸収プレートに対して前記フランジを押し付けるように構成されたクランプとを含む、パラグラフ４４に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４６．
前記エネルギー吸収プレートが環状である、パラグラフ４５に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４７．
前記クランプが、クランピング部分として回転または摺動するベアリングを含み、前記フランジが前記クランピング部分に対して自由に摺動することができる、パラグラフ４５または４６に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４８．
前記クランプが、クランプ手段が前記エネルギー吸収プレートに押し付けられるクランプ力を調整するためのバイアススプリングを有して提供される、パラグラフ４５から４７のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ４９．
前記フランジ及び前記プレートの少なくとも一方が、前記フランジ及び前記プレートの前記少なくとも一方が前記フランジ及び前記プレートの他方に接触する経路に沿って、円周方向に連続的である、パラグラフ４５から４８のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ５０．
前記クランプが前記エネルギー吸収プレートに取り付けられた、パラグラフ４５から４９のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ５１．
前記フランジ及び前記エネルギー吸収プレートが、１００℃未満の温度で互いに摩耗しないように選択される、パラグラフ４５から５０のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ５２．
前記クランピングアセンブリーが、前記フランジと前記エネルギー吸収プレートとの間に５０ｋｇより大きく、任意選択的に８０ｋｇより大きい力を加えるように構成された、パラグラフ４５から５１のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ５３．
前記所定のトルクが１０Ｎｍ未満に超過した後に、前記クランピングアセンブリーが、前記ベアリングハウジングと前記真空ハウジングとの間で伝達されるトルクを制限するように構成された、パラグラフ４５から５２のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ５４．
前記所定のトルクが１０Ｎｍ未満である、パラグラフ４１から５３のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリー。
パラグラフ５５．
電子ビーム発生器と、前記電子ビーム発生器からの電子ビームがＸ線放出ターゲットのターゲット部分を照射するように構成されたパラグラフ４１から５４のいずれか一項に記載の回転ターゲットアセンブリーと、を含むＸ線銃。
パラグラフ５６．
ターゲットの回転の所定の軸を画定するサポートハブと、
それぞれが前記ハブ上に支持されたターゲット材料からなる複数のターゲットプレートであって、前記プレートが、回転の前記軸に対して環状ターゲット領域を提供するように、前記ハブに配置された、複数のターゲットプレートと、を含む、電子ビーム照射下でＸ線放出を発生させるための回転Ｘ線放出ターゲット。
パラグラフ５７．
前記ターゲット領域の前記ターゲット材料が前記ターゲットプレートの間で遮断されるように、前記ターゲットプレートが、前記ターゲット領域の円周方向において互いに対して離隔されて配置された、パラグラフ５６に記載のターゲット。
パラグラフ５８．
前記ターゲット材料における前記ターゲット材料の遮断が、前記ターゲット領域内の全円周経路の１０％以下、好適には１％以下、さらに好適には０．１％以下である、パラグラフ５７に記載のターゲット。
パラグラフ５９．
前記ターゲットプレートが、ターゲット材料の実質的に連続なターゲット領域を提供するように、互いに当接しまたは重なる、パラグラフ５６に記載のターゲット。
パラグラフ６０．
前記ターゲットプレートのそれぞれが、前記プレートの、相対的に半径方向内側位置において、前記ハブに固定され、前記ハブの、相対的に半径方向外側に突出する、パラグラフ５６から５９のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ６１．
前記ターゲットプレートのそれぞれが、環状区画の形態である、パラグラフ５６から６０のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ６２．
前記ハブに支持され、前記ターゲットプレートが当接しもしくは重なる位置における前記ターゲット領域の部分、または前記ターゲット材料が存在しない位置における前記ターゲット領域の部分上を覆うように構成された、複数のシールド要素をさらに含む、パラグラフ５６から６１のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ６３．
前記シールド要素が、前記ターゲットプレートの円周方向縁部を覆うように構成された、パラグラフ６２に記載のターゲット。
パラグラフ６４．
前記シールド要素が、前記ターゲット領域内の位置において、前記ターゲットプレートから軸方向に離隔された、パラグラフ６３に記載のターゲット。
パラグラフ６５．
前記シールド要素が、前記ターゲット材料よりも主に原子番号が小さい原子またはイオンを有する材料から形成された、パラグラフ６２から６４のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ６６．
前記シールド要素が、ベリリウム合金またはアルミニウム合金である、パラグラフ６５に記載のターゲット。
パラグラフ６７．
前記ターゲット材料が、タングステンまたはタングステン合金から形成された、パラグラフ５６から６６のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ６８．
前記ターゲットプレートが、前記ターゲット領域において、７５０ｋｅＶにおける前記ターゲット材料内への電子侵入深さの２００％未満、好適には１５０％未満、より好適には１２５％未満の厚さを有する、パラグラフ５６から６７のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ６９．
前記ハブが、前記ハブを回転の前記軸に対する回転のためのベアリングに取り付けるための取付け手段を有する、パラグラフ５６から６８のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ７０．
前記ハブが、相対的に厚さが小さい第１の半径方向内部領域と、相対的に厚さが大きい第２の半径方向外部領域とを有する、パラグラフ５６から６９のいずれか一項に記載のターゲット。
パラグラフ７１．
前記第２の領域が、冷却流体のための複数の半径方向に延設する経路を有して提供され、
前記相対的に小さな厚さの前記第１の領域が、前記ハブの軸面において凹部を画定し、
前記複数の経路が、前記凹部の円周壁部に設けられた対応するポート内で終端する、パラグラフ７０に記載のターゲット。
パラグラフ７２．
前記複数の経路が、前記凹部の壁部から延設し、前記凹部の壁部に戻る少なくとも１つの連続的な流動経路を画定するように接続された、パラグラフ７１に記載のターゲット。
パラグラフ７３．
前記ハブが、前記凹部内に位置する冷却水分配部を含み、前記冷却液分配部が、
冷却液流入ポート及び冷却液流出ポートと、
前記流入ポートに供給するための冷却液のための、少なくとも１つの前記連続な流動経路への供給経路と、
少なくとも１つの前記連続な流動経路から戻った冷却液のための、少なくとも１つの流出ポートへの帰還経路と、を提供する、パラグラフ７２に記載のターゲット。
パラグラフ７４．
前記冷却液分配部が、前記凹部内に設けられた中央突出部を含み、前記中央突出部が、少なくとも１つの前記流入ポート及び少なくとも１つの前記流出ポート並びに、任意選択的に、前記突出部から、前記凹部の円周壁部に設けられた前記ポートまで延設する複数のパイプを有し、前記中央突出部が、冷却液を、任意選択的に前記複数のパイプを介して、前記流入ポートから、前記少なくとも１つの連続な流動経路へ、そして前記少なくとも１つの連続な流動経路から前記流出ポートへ分配するように構成された内部経路を有する、パラグラフ７３に記載のターゲット。
パラグラフ７５．
電子ビーム発生器と、前記電子ビーム発生器からの電子が、前記ターゲットが回転する間に前記環状ターゲット領域の一部を照射するように回転可能に配置されたパラグラフ５６から７４のいずれか一項に記載のＸ線放出ターゲットと、を含む、Ｘ線銃。
パラグラフ７６．
ターゲットに電子ビームを放出するための高電圧発生器に電気的に接続されたカソードと、
前記カソードを取り囲むように配置され、前記カソードを前記ターゲットに接続する仮想線の方向に開口部を有するシールド電極と、を含み、
前記シールド電極が、ターゲットに対して、前記カソードと異なる電位差に維持された、Ｘ線銃。
パラグラフ７７．
前記カソード及び前記シールド電極を収容するための容器をさらに含み、
前記シールド電極が前記カソードと前記容器との間に配置された、パラグラフ７６に記載のＸ線源。
パラグラフ７８．
前記シールド電極が複数の電極要素を有し、前記電極要素が開口部を有し、前記カソードを取り囲むように配置された、パラグラフ７７に記載のＸ線源。
パラグラフ７９．
前記複数の電極要素のそれぞれが、前記電極要素のそれぞれと前記ターゲットとの間の相対的な電位が前記電極要素のそれぞれが前記容器に近接するにつれ低くなるように異なる電圧に維持された、パラグラフ７８に記載のＸ線源。
パラグラフ８０．
前記カソードの周囲に配置されたウェーネルト電極をさらに含み、
前記ウェーネルト電極と前記ターゲットとの間の電位差が、前記カソードと前記ターゲットとの間の電位差よりも大きい、パラグラフ７６に記載のＸ線源。
パラグラフ８１．
前記カソードと前記ターゲットとの間に電位差を提供するように構成されたパラグラフ１から１４のいずれか一項に記載の高電圧発生器を含む、パラグラフ７６から８０のいずれか一項に記載のＸ線源。
パラグラフ８２．
前記シールド電極が、前記アパーチャに対して異なる位置に存在する第２のアパーチャを有する、パラグラフ７６から８１のいずれか一項に記載のＸ線源。
【符号の説明】
【0210】
１１０ 容器１２０ 高電圧発生器
１２１ フィラメント
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ 電圧増倍器
１２３ａ 高電圧電極
１２３ｂ、１２３ｃ シールド電極
１２４ ブッシング
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ 絶縁トランス
１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ サージ抵抗
１３１ 磁気レンズ
２０１ａ、２０２ａ 光発生器
２０１ｂ、２０２ｂ 光検出器
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄ 透明シールド
２０４ａ ミラー
２０５ ハウジング
２０７ 流路
３０１ 穴
３０２ 中間チャンバー
３０３ 流動経路
４０１ シャフト
４０２ａ、４０２ｂ ローラーベアリング
４０３ ベアリングハウジング
４０４ 穴
４１０ 開口部
４１１ フランジ
４１２ プレート
４２０ クランプ
４２１ 回転ベアリング
４２２ アーム
４２２ａ シャフト
４２２ｂ エンドキャップ
４２３ 環状部
４２４ 調整ねじ
４２４ａ シャフト
４２４ｂ ねじの頭
４２６ バネ
４２７ ねじ穴
５００ ターゲット
５１１ ハブ外縁部
５１２ ねじ穴
５１３ 中間環状部
５１４ 中央凹部
５１５ 冷却経路
５１５ａ、５１５ｂ 開口
５２０ 突出部
５２１ 供給経路
５２１ａ 供給開口
５２１ｂ 帰還開口
５２２ 帰還経路
５３０ａ、５３０ｂ パイプ
５６０ ターゲットプレート
５６１ ギャップ
５６５ ターゲット部
５７０ シールド要素
５７２ 指部
５７３ 穴
５９０ クランプねじ
５９１ ねじの頭
５９２ シャフト
９１０ 真空容器
９１１ ポンプポート
９１２ Ｘ線ウィンドウ
９２０ 高電圧発生器
９２１ フィラメント
９２２ 電圧増倍器
９２３ 高電圧電極
９２４ ブッシング
９２５ 制御モジュール
９２６ 絶縁トランス
９２７ 入力絶縁トランス
９２８ サージ抵抗
９３０ 磁気レンズ
９３１ 集束コイル
９４１ ターゲット
９４２ シャフト
９４３ 真空シール
９４３ａ ハウジング
９４３ｂ シール要素
９４３ｃ 穴