Ｘ線窓
自己クリーニングＸ線窓構成体は、中間の領域から周囲の圧力の領域を分離している第１のＸ線透過窓要素と、減圧の領域から中間の領域を分離している第２のＸ線透過窓要素とを有する。汚染物質は、減圧の領域に面している第２の要素の側面に沈着することが予測される。熱源は、汚染物質を蒸発するために第２の窓要素の一部分を加熱する。第２の要素は、汚染物質が存在する減圧の領域から第１の要素を防護する。圧力気密性の第１の窓要素は、周囲の圧力の領域と減圧の領域との間の大きな圧力差の大部分を支える。本発明の特徴は、汚染物質が中間の領域に侵入する比率を減少することに役立つ。減圧の領域に近い中間の領域の圧力を維持することによって、第２の窓要素の機械的応力は、有毒ガスへの照射と同様に制限され得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に電子衝撃Ｘ線源に関する。特に、本発明は、液体ジェット陽極を有するＸ線発生装置に使用するＸ線窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体金属のジェットを陽極として有しているＸ線源は、Ｘ線発生に最も関連する技術的なパラダイムの一つである。暴露期間と、空間分解能と、位相差画像法のような新しい画像検査法とに関連する利益をもたらす前記線源は、これら線源の優れた輝度によって特徴づけられる。
【０００３】
現在の技術水準において、この種のＸ線源は、真空チャンバの内に設けられた電子源及び液体のジェット（好ましくは、インジウム、スズ、ガリウム、鉛若しくはビスマス、若しくは鉛とビスマスの合金のような低融点の液体金属）を有する。より正確には、例えば、冷領域射出、熱領域射出及び熱電子の射出の原理によって、電子源が、作用する。液体ジェットを備えた手段は、ヒータ及びクーラのうち少なくとも一方、（機械的なポンプ若しくは化学不活性高圧ガスの線源のような）圧力手段、ノズル及びジェットの端部で液体を収集するための貯蔵槽（液体ダンプ）を有し得る。動作の間に、電子ビームによって衝突される液体ジェットの部分は、交差領域と称される。電子ビームと、液体ジェットとの間の交差点で生成されるＸ線放射線は、窓を通って真空チャンバから射出する。適用するＸ線源で、前記窓は、適切な材料の枠に入れられた薄い箔で構成されている。窓材料に要求されることは、高いＸ線透過度（つまり、低い原子番号）と周囲の圧力から真空を分離するための十分な機械的強度とが挙げられる。ベリリウムは、このような窓で広く使用されている。
【０００４】
Ｘ線源の通常の動作の間に、窓は、微粒子が沈着することによって徐々に覆い隠される。このような沈着された微粒子のＸ線の吸収が原因で平均フラックス（flux）が減少するだけでなく、大きな飛沫は、不均一な照明に起因する画像中にダークスポットとして飛沫自身を明示する。沈着物は、気体状で若しくは飛沫状で窓に輸送される液体ジェットの陽極からの材料により主に形成される。電子ビームが液体ジェットに衝突する領域で、微粒子は、（特にジェットノズルがオン若しくはオフの時に）ジェットノズルと、前記ジェットの終端部の貯蔵槽に収容された液体の表面と、での噴霧効果によって主に生成される。特許ＳＥ ５３０ ０９４と比較すると、複数の工程は、微粒子の生成を減少させるためにされてきたが、それでもなお出力Ｘ線パワーと、微粒子生成の比率との間の正相関を妨げるものがある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、Ｘ線陽極への接触手段を改良し、維持間隔を増加させ液体Ｘ線源を提供することである。液体ジェット線源が、出力窓に沈着する微粒子、例えば、飛沫、蒸気及びその他の生成体、を生成する。沈着の比率は、特に、適用される出力と同様に、陽極と出力窓との間の距離に依存する。さらに、当業者の多くは、寿命が距離に変換される範囲では、設計のジレンマとして陽極と窓との間の距離を認識している。陽極と窓との間の短い距離は、発生させられたＸ線放射線の汎用的で、有効的な使用をもたらす。このために、装置の出力窓に近接するように陽極を配置する先行技術での試みがあった。しかし、従来の課題解決において、真空を開放せず、且つＸ線源を分解しないで沈着物から窓をクリーニングするための有効な方法がない。従って、出力窓と液体ジェットＸ線源の陽極との間の距離を減少することによって加速された微粒子の沈着に起因する時間経過に伴う劣化を軽減することが、明細書に開示された発明の目的である。
【０００６】
本発明者達は、真空チャンバでの低圧（典型的に１０−７ｂａｒ（１０−２Ｐａ））が、加熱による蒸発が出力窓から汚染物質を除去するための好適な方法であると理解した。一方で、利用可能な窓の材料、特にベリリウムは、高温で十分な性能を発揮せず、化学的に不安定になる傾向がある。しかし、もう一方で、熱に耐え、好ましいＸ線透過性を有するこのような既知の材料は、しばしば真空破壊部の機能を担うための十分な機械的強度を有していない。幾つかの材料、特に炭素箔は、大気ガス、特に酸素の存在するところで加熱されると酸化される。
【０００７】
これらの検討は、発明者を請求項１に記載された二重の窓構造の考えに導いた。
【０００８】
従って、本発明の第１の態様に従えば、以下の自己クリーニングＸ線窓構成体が提供される。このＸ線窓構成体は、中間の領域から周囲の圧力の領域を分離している第１のＸ線透過窓要素と、減圧の領域から中間の領域を分離している第２のＸ線輸送窓要素とを有している。汚染物質は、減圧の領域に面する第２の窓要素の側面に沈着することが予測される。前記の窓構成体は、第２の窓要素の部分に沈着された汚染物質を蒸発するために、少なくとも第２の窓要素の部分を加熱する熱源を具備している。この熱源は、専用のヒータ、若しくは発生する汚染物質の蒸発に関係した十分な熱が第２の窓要素に伝達される空間の近くの熱領域であり得る。
【０００９】
前記第２の窓要素は、汚染物質が存在する減圧の領域から、加熱によってクリーニングされることに適さない第１の窓要素を遮蔽する。本発明の特徴は、汚染物質が中間の領域に侵入する比率を減少させる、理想的には、汚染物質が、この領域へ侵入することから妨げられることに役立つ。一方で、耐圧性の第１の窓要素は、周囲の圧力の領域と減圧の領域との間の大きな圧力差にさらされる。前記減圧に比較的に近いか、同じ中間の領域の圧力に維持することにより、第２の窓要素への機械的応力が制限され得る。このことは、高温で第２の窓構成要素を損傷し得る潜在的な有毒ガス、特に酸素の部分的圧力を制限するというさらなる効果をもたらす。
【００１０】
本発明に係る窓構成体は、Ｘ線源の真空の、若しくは近真空のチャンバ（減圧の領域）の壁に設置されることが可能であり、必要な（近）真空状態を維持しながら発生させられたＸ線が、チャンバから射出されることを許容する。液体金属ジェットＸ線源の場合には、汚染物質は、陽極からの金属微粒子であり得る。これら微粒子は、Ｘ線源の通常の動作の間に第２の窓要素に蓄積されるかも知れないけれど、第２の窓要素は、Ｘ線源を分解するか、真空を解除することなく本発明に従って有効にクリーニングされ得る。第２の窓要素からの微粒子の除去が、特に、Ｘ線源の通常の動作の間でさえも実行され得ることは重要である。
【００１１】
本発明の付加的な特徴として、第２の窓要素は、少なくとも減圧の領域に面する窓要素の側面は、導電性である。この付加的な特徴を有する窓構成体は、電子衝突Ｘ線源のハウジングでの使用に特に適している。この第２の窓要素は、散乱された電子によって衝突される可能性があり、この結果、電荷が集積する危険性がある。部分的若しくは全てが導電性の第２の窓を設置することによって、電荷が、窓要素から逃がされ得る。
【００１２】
中間の領域及び減圧の領域は、また、少なくとも部分的に連通状態であり得る、例えば、大幅な圧力差が、生じないように、気体分子が、これらの領域の間を巡遊することが可能である。これは、中間の領域及び減圧の領域を連通する通路、即ちスリットのような、孔
を形成することによって実現され得る。このような孔が、低い流れ抵抗（これは、例えば、孔の直径と、長さと、曲がり状態とに依存する）を有するならば、圧力差を非常に早く無くすことができる。即ち、中間の領域と減圧の領域とは、自由な連通状態にあり、同一の圧力を有すると言った方が適切である。
【００１３】
さらに、汚染物質が蒸気、浮遊した粒子、若しくは浮遊した飛沫の形態で通路に存在する場合に、減圧の領域と中間の領域とは、汚染物質の沈着を促進するように与えられた通路によって連通され得る。従って、少なくともこの通路に侵入する汚染物質の幾らかは、通路を脱しないで、通路のある部分、例えば、内壁に拘束されることによって沈着して静止する。この沈着を促進する領域が在ることの効果によって、通路は、汚染物質が中間の領域に侵入するのを妨げる、そうでなければ、汚染物質は、沈着物を除去することが面倒な第１の窓要素の表面に沈着し得る。汚染物質の沈着を促進する通路の特徴は、以下の少なくとも１つを有し得る。
通路は、狭い及び細長いうちの少なくとも一方である。
通路は、分岐される。
通路は、入り組んでいる（曲がっている）。
通路の壁は、減圧の領域よりも低い温度で維持されている。
通路の内側は、粗面である。
通路の内側は、汚染物質沈着材料で被覆されている。
多孔質フィルタが、通路中に設けられている。
【００１４】
前記中間の領域の圧力は、動作の間に減圧の領域の圧力よりも高くなり得る。これは、これら領域間に自由な連通状態がない場合である可能性がある。この場合は例えば、中間の領域が、ガス気密性に密閉されているか、狭い入口の通路を備えている場合である。中間の領域をガス気密性に密封すること及び減圧の領域と比較して中間の領域を高い圧力に維持することの少なくとも一方を有する効果は、汚染物質が減圧の領域から中間の領域へ侵入することを非常に困難にさせていることである。
【００１５】
他の方法として、中間の領域と減圧の領域との圧力が、実質的に同一であり得る。これは、２つの領域が、もう一方と部分的に連通状態で、若しくは自由な連通状態である場合であり得る。この効果は、第２の窓要素への機械的応力が、少なくとも横断線（図面の表面に対して法線）方向に非常に低くなることである。なぜならば、この窓要素は、大幅な圧力差が生じないためである。
【００１６】
本発明の付加的な特徴として、第２の窓要素は、好ましくはしっかり装着されていない（non-rigidly secured）。この効果は、前記窓要素が、温度変化によって伸縮することを許容させることである。絶対的には（in absolute terms）、方向軸線上への長さの変化は、横断方向へよりも（表面に沿った）接線方向への方が比較的に大きくなる。即ち、第２の窓要素が、完全にしっかり装着された（rigidly secured）場合には、接線方向の機械的応力は、横断方向よりも大きくなり得る。従って、第２の窓要素は、接線方向において緩く効果的に装着され得る。
【００１７】
（前述の付加的な特徴を含む若しくは含まない）本発明のいずれかの実施の形態において、第２の窓要素の少なくとも一部分は、２００マイクロメータ以下、好ましくは１００マイクロメータ以下、さらに好ましくは６０マイクロメータ以下の厚さを有するグラッシーカーボン(glassy carbon)箔により作成されている。しばしばアモルファス状若しくはガラス状の炭素（vitreous carbon）と称されるグラッシーカーボンは、第２の窓要素の要求を十分に満たす材料である。前述したように、これらの必要条件は、使用可能な厚さの値での熱耐久性及びＸ線透過性を含む。
【００１８】
前記液体ジェットが、（例えば、溶融金属及び溶融合金のような）低蒸気圧材料を含む場合には、少なくとも第２の窓要素が少なくともセ氏５００度の温度に維持されるように、熱源が、好適に動作される。好ましくは、Ｘ線放射線の大部分が通過することが予測されるＸ線源の主光線の横断点の周辺の領域が、このような温度に維持され得る。第２の窓要素（の一部分）は、５００度以上の一定の温度で維持され得るか、５００度以下にならない時間変化する温度を有し得る。しかし、連続的な窓要素の自己クリーニングは必要とされない場合には、加熱は、断続的にも与えられ得ることが理解されるべきである。少なくともセ氏５００度の温度は、微粒子の沈着を少なくするために、この金属の微粒子を十分な比率で蒸発することに適していることが実験的に判った。この微粒子が高い比率で蓄積する場合には、第２の窓要素は、蒸発の過程を加速するために高い温度に維持される必要があり得る。当業者は、種々の動作パラメータ、例えば、陽極の材料、陽極と窓の距離など、について適切な動作温度であると判るだろう。この詳細は、過去の定期的な実験によって、示され、受け入れられた。
【００１９】
オーム加熱源は、非常に好適である。この熱源は、第２の窓要素と熱的に接触する熱消散の電気的要素であり得る。しかし、好適には、第２の窓要素は、窓要素の２つの領域の間を流れる電流によって直接的に加熱される。窓要素の端部か、内部に配置され得る前記領域の各々に、導電性の部材が、設けられ得る。第２の窓要素は、全体を通して単位領域当たりで均一な抵抗を有し得る。しかし、最も好しくは、Ｘ線源の主光線の横断点の周辺部分が、単位領域当たりの比較的高い電気出力を消散するように与えられる。このことは、例えば、異なる材料を使用することと、この部分で窓要素の厚さを変えることとの少なくとも一方により成し得る。第１に、長時間の加熱は、第２の窓要素の経年劣化を加速し得る、第２に、第２の窓要素の一部分のみを加熱することは、断熱方法により窓要素を保護するための要求を緩和するので、Ｘ線ビームが通り抜ける第２の窓要素の一部分のみを加熱することは、好適である。
【００２０】
窓構成体にも有効である熱源は、赤外線源、マイクロウェーブ源、レーザ若しくは電子ビーム源を含む。この熱源は、複数の前記熱源の組み合わせでもあり得る。これらの熱源の各々の効果は、これらが、非接触の方法で第２の窓要素を加熱するためにエネルギを伝達することである。電子ビーム源は、Ｘ線生成に使用される電子源と同じ電子源である。即ち、好適には、射出された電子ビームの一部分は、第２の窓要素に直接衝突するために偏向される。特別な例として、熱源は、赤外線と散乱電子との両方を射出するような交差領域も含むことが判る。
【００２１】
付加的に、第２の窓要素は、以下の方法で保護され得る。導電性液体を収容している１若しくは複数の容器が、第２の窓要素の端部の周囲に設置されている。前記容器の壁には、１若しくは複数のスリットが、設けられ、一方で、伝導性液体の表面張力が、液体が容器から抜けることを防ぐために十分であり得る、一方で、このようなスリットに保持された第２の窓要素が、しっかりと固定されずに接線方向に伸縮し得るような寸法を有する。前述のように、他の好適な実施の形態は、各々の容器の中へスリットを通して各端部を挿入することによって第２の窓要素の端部の２つの対向している部分を装着することを含む。容器に大きな電位差を与えることにより、この結果、窓要素に直接のオーム加熱が発生され得る。
【００２２】
本発明の第２の態様に従えば、前述の自己クリーニングＸ線窓構成体を有するＸ線源が提供される。
【００２３】
特にＸ線源の実施の形態において、Ｘ線窓構成体の熱源は、電子源及び液体ジェットターゲットの動作データに基づいて制御される。例えば、（例えば、単位時間当たりの沈着される物質の質量として測定される）微粒子の蓄積の比率が陽極に衝突する電子ビームの強度に比例することが周知であるＸ線源において、このＸ線源は、電子ビームの強度に従う熱源の出力を調整するために好適であり得るので、蒸発のための好適なエネルギの量が、常に迅速に与えられる。
【００２４】
前述の及び他の本発明の態様は、以下に記述された実施の形態から明らかであり、また以下の実施の形態を参照して説明される。
【００２５】
本実施の形態で使用された全ての表現は、本実施の形態で他に明確に規定されていない限り、技術分野でこれらの通常の手段に関係すると解釈されることである。“［要素、装置、構成要素、手段、工程、など］”の説明は、他に明確に提示されない限り、要素、装置、構成要素、手段、工程、などの少なくとも一例を参照するとして明らかに解釈されるものである。
【００２６】
本発明は、以下に添付する図面を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に係るＸ線窓構成体の主要部分の断面図である。
【図２】図２は、中間の領域及び減圧の領域が自由な連通の状態であるような本発明の実施の形態に係るＸ線窓構成体の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一態様に係る第２の窓要素の装着状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係るＸ線窓を含むＸ線源の電子ビーム及び液体ジェットを平面で示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の複数の実施の形態が、図面に示され、且つ本節に記述されている。しかし、本発明は、複数の異なる形態で構成され、本実施の形態において説明された実施の形態に限定するように構成されるべきではない。これらの実施の形態は、この開示が詳細で、完璧となり、且つ十分に発明の範囲を当業者に伝わるような方法の例により提供される。さらに、明細書全体を通して同じ符号は、同様の部材に付される。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線窓構成体１００の主要部の断面図である。窓構成体１００の意図された使用は、Ｘ線源のハウジングの耐真空Ｘ線開口部の提供である。Ｘ線源の主光線方向Ｒは、図面で水平な破線によって示されている。窓構成体１００は、（Ｘ線発生のための手段を収容するハウジングの内側を）減圧の領域１１０と、周囲の圧力の領域１１４（環境）とに分離する。本実施の形態において、窓構成体１１０は、２つの実質上平行な窓の要素、第１の窓要素１２２と、第２の窓要素１２４とを有する。この第１の窓要素１２２と、第２の窓要素１２４とで、中間の領域１１２を囲む。汚染物質Ｃは、減圧の領域に面している第２の窓要素１２４の側面に沈着されることが予測される。汚染物質Ｃは、蒸気、浮遊した粒子、若しくは液滴、若しくは飛沫のような状態で第２の窓要素１２４に到達し得る。さらに、熱源１２０が、主光線方向Ｒの周囲の第２の窓要素１２４の領域に対して赤外線（ＩＲ）のビームを射出するように適用されている。図１に示されている好適な実施の形態において、熱源１２０は、ＩＲ光を射出することが可能であるような、放物面鏡の焦点の付近に配置されている電気抵抗を有している。従って、熱源１２０によって射出されたＩＲビームは、実質的にコリメートされるので、第２の窓要素１２４の加熱される領域は、単位体積当たりほぼ一定である熱力を受ける。熱源１２０は、主光線軸に配置されておらず、外側へ向かうＸ線放射線の通り道を塞がないように僅かにずらされるといことが判る。熱源の配置は、本発明の複数の実施の形態において同様の判断で選択されるべきである。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＸ線窓構成体２００の断面図である。第１の実施の形態と同様に、相対的に小さな真空気密性の第１の窓要素２２２と、相対的に大きな熱耐性の第２の窓要素２２４とは、空間の３領域、即ち減圧の領域２１０と、中間の領域２１２と、周囲の領域２１４とを分離している。前述したように、第１の窓要素２２２に最適な材料は、ベリリウムを含み、第２の窓要素２２４に最適な材料は、グラッシーカーボン箔を含む。これらの２つの材料では、使用され得る厚さでＸ線が透過する。これらの窓要素２２２、２２４は、気密性のハウジング２３２に装着される。熱膨張を許容するために、この装着状態は、第２の窓要素２２４の各端部に間隙２３４，２３６が設けられている。つまり、同様の間隙が、図面の平面の外側にある第２の窓要素２２４の各端部に供給され得る。
【００３１】
窓構成体２００は、さらに熱源を有する（図示せず）。前記間隙２３４、２３６の各々は、第２の窓要素２２４とハウジング２３２の間で断熱材としての役割もすることが判る。
【００３２】
さらに、窓構成体２００を囲うハウジング２３２部分は、低い熱伝導率の材料で構成され得る。所定の温度に前記窓要素２２４（若しくは窓要素２２４の一部分）を維持するために供給されることが必要なエネルギを少なくするために、第２の窓要素２２４から離れる熱流速が低くなることが望ましい。これは、窓構成体２００が設けられた領域でＸ線源を冷却する必要性も軽減している。
【００３３】
通路２３０が、気体分子に関して自由な連通状態である前記減圧の領域２１０と、中間の領域２１２とを連通している。所定の形状と、直径と、長さとを有する通路２３０によって、汚染物質が、第１の窓要素２２２に到達することは、困難となる。この場合、減圧の領域２１０から第1の窓要素２２２への微粒子の直接の衝突は、明らかに不可能である。蒸気及び浮遊した汚染物質について、少なくともフリーサイト（free sight）の直線に沿った沈着率は、線源から距離の逆２乗で減少することが実験的に開示されてきた。また、沈着率は、曲がり部及び他の障害物を導入することによって大幅に減少され得る。従って、減圧の領域２１０に存在している汚染物質源から第１の窓要素２２２の通り道は、真っ直ぐではなく、且つ第２の窓要素２２４への通り道よりもかなり長いために、第１の窓要素２２２での沈着率は、大きく減少させられている。この通り道の長さの効果的な相違は、さらに第２の窓要素２２４を拡大することによってさらに増加することが可能であることが判る。この拡大では、圧力差は変化しないので、第２の窓要素２２４への機械的応力を増大し得ない。
【００３４】
窓構成体２００で前記通り道の長さの相違を増大させる他の方法は、複数の細い通路に、減圧の領域２１０及び中間の領域２１２の間の通路２３０を換えることである。各通路が細くされる場合には、この結果体積対面積比が増大し、汚染物質の輸送に対するさらなる障害物が、通路の内壁で沈着が促進される限り作り出される。通路２３０の内壁で沈着を促進するための他の方法は、以下のように通路を設置することである。この通路は、通路２３０の内壁を比較的低い温度で維持するように加熱される第２の窓要素２２４から十分な距離で分離される。さらに中間の領域２１２の中へ汚染物質の輸送をより困難にする他の方法は、通路２３０の内側表面を粗面化すること、若しくは汚染物質が沈着する傾向がある物質で通路２３０を被覆することである。
【００３５】
図３は、本発明に係るＸ線窓構成体の第２の窓要素３１０の好ましい装着状態を示している斜視図である。第２の窓要素３１０の２つの端部が、容器３２０、３３０の外壁に設けられた夫々のスリット３２２、３３２に挿入されている。これらスリット３２２、３３２は、第２の窓要素３１０に大幅な摩擦力を生じさせるのではなく、温度変化に対応して、この窓要素が、形状変化を伴わないで、少なくとも接線方向に、伸縮することが可能であることが判る。溶融金属のような電気的伝導性液体が、容器３２０、３３０に収容され、表面張力の効果によってスリット３２２、３３２でさえも容器３２０、３３０内に留保される。このために、スリット３２２、３３２の幅が、制限される。図３に示されている実施の形態は、汚染物質を蒸発するための熱源として直接オーム加熱を使用するのに特に適している。適切な接触手段を介して、容器３２０、３３０の各々に収容されている液体に電源を適用することによって、第２の窓要素３１０の各々の端部は、異なる電位差に接続される。窓から離れて電荷を逃がすために、容器の一方は、アースされている（図示せず）。
【００３６】
前述のより簡素な実施の形態として、図３に示されている装着状態を第２の窓要素３１０の一端部のみについて使用することも考えられる。その他端部は、例えば、クランプ及び電気的接触手段の組み合わせによって、固定されているけれど、それでもなお第２の窓要素は、熱膨張及び収縮を可能にしている。
【００３７】
その他の実施の形態として、２つ以上の側面が、開示されている方法により装着され得る。第２の窓要素３１０の境界部全体は、特に、導電性液体を収容している容器の複数のスリットへの挿入によって装着され得る。また、第２の窓要素は、窓要素の周囲全体を受けている１のスリットに挿入されている（フレーム枠に入っている）。このスリットは、１つの容器に設けられている。かくして、第２の窓要素３１０は、ハウジングに気密性に装着され得るので、このことは、中間の領域と、減圧の領域との間の物質の輸送を制限することが重要である実施の形態にとって効果的な特徴である。さらに、直接のオーム加熱によって第２の窓要素を加熱することが、望まれるならば、相互に電気的に絶縁されている複数の容器が、使用され得る。この方法では、異なる電位差は、窓要素の異なる端部部分に適用されることが可能である。前述で指摘されているように、電子が逃がされるように、窓要素の周囲部の少なくとも一部分が、アースされるべきである。
【００３８】
図４は、本発明の実施の形態に係るＸ線窓構成体を含む液体金属ジェットＸ線源４００の部分断面図である。図面の平面は、電子ビームe-及び液体金属ジェットＭを含んでいる。真空気密（気密）性のハウジング４４４と第１の窓要素４２２とで、減圧の領域４１０を囲んでいる。このＸ線源４００の動作の間は、１０−９乃至１０−６ｂａｒ（１０−４乃至１０−１Ｐａ）のように真空若しくは近真空圧である。減圧の領域４１０から空気分子を排出するための手段が、簡単にするために図面から省略されている。Ｘ線源の陽極として機能する液体金属ジェットＭは、動作の間にノズル４３２から連続的に噴出され、貯蔵槽４３６によって収容される。付加的な加熱手段４３８が、この貯蔵槽内に設けられて、この金属の融点以上に金属を維持するのに十分な加熱を与える。過度な加熱が発生させられるような、他の実施の形態では、液体金属を冷やすことが、必要であり得る。さらに、熱発生量が時間によって変化する場合では、一般的な温度制御手段が、貯蔵槽４３６に関連して設置され得る。ポンプ４４０は、液体金属を貯蔵槽４３６からダクト４４２を経由してノズル４３２へと再循環する。電子源４５０は、液体金属ジェットＭに対して主光線方向に沿って電子ｅ−のビームを射出し、このビームは交差領域４３４で液体金属のジェットＭと交差する。この交差領域４３４は、Ｘ線放射線を射出する。この放射線の角度パターンは、電子ビーム及び液体金属ジェットの夫々の幅及び形状のような、幾つかのパラメータの関数で変化する。図４に示されている実施の形態は、主光線方向が、最も強く射出されるＸ線の強度であるという前提で考えられている。従って、Ｘ線窓構成体は、主光線方向と実質的にアライメントされている。交差領域４３４の下流へは、Ｘ線に加えて電子の輸送が起こり得る。
【００３９】
第１の窓要素４２２以外に、Ｘ線窓構成体４００は、比較的にさらに大きな第２の窓要素４２４を備えている。この第２の窓要素４２４は、浮遊した粒子、飛沫及び蒸気の形態での汚染物質の拡散が、大部分で妨げられるように第１の窓要素に非常に近接に配置されている。しかし、２件の効果を得るために、第２の窓要素４２４は、ハウジング４４４にも第１の窓要素４２２にも、しっかりとフィットされていない。第１に、均圧化が容易にされ、且つ第２に、第２の窓要素４２４から離れる熱流束が制限される、このことによって単位時間に与えられる必要がある熱量が制限される。第２の窓要素４２４は、対向した両端部に配置されている電気的な接続点４２６、４２８を有している。アース電位は、一方の接続点４２８に与えられるのに対し、電圧源４３０は、他方の接続点４２６にアース電位でない電位に与えられる。第２の窓要素４２４は、抵抗材ではなく導電体により適切に製造されるので、電流は、図面で垂直方向に流れ、この結果窓要素４２４を加熱する。その上、上流方向から第２の窓要素４２４に衝突する電子は、窓要素４２４から遠方より輸送されるので、電荷は、蓄積しない。主光線軸に沿った電子は、第２の窓要素４２４の下流と、さらに、第１の窓要素の下流とには実質的に存在していない。従って、Ｘ線源４００の出力として、Ｘ線放射線のビームが、第１の窓要素の外側の側面から射出されている。
【００４０】
前記電源４３０は、一定電圧、一定電流を供給するか、Ｘ線放射線の発生に関係した複数の量の関数として調整され得る。例えば、電圧は、沈着物生成の比率に関連づけられた電子ビームの強度の変化に従って変化し得る。電圧源４３０を抑制するための好ましい方法は、一定温度即ち温度範囲以内での誤差を許容する温度に第２の窓要素４２４の複数の点の温度を維持することである。適切な温度は、制御可能な真空若しくは近真空に関連して、液体金属ジェットで使用される金属の蒸気圧が、金属の蒸発がＸ線源の使用者によって満足な比率で起こるような非常に高い状態であり得る。例えば、第２の窓要素４２４で金属飛沫が頻繁に発生し、画質に対する要求が高いような装置では、第２の窓要素４２４の材料の経年劣化を加速させるかも知れないけれど、比較的に高温に第２の窓要素４２４を加熱し得る。理論上は、液体ジェットに使用されるいかなる材料の（温度の関数として）蒸気圧は、第２の窓要素が維持されるのに適した温度を決定する主要なパラメータである。例えば、低温度は、液化ガスを蒸発させるのに十分である。他に、油は、セ氏２００乃至３００度のような、中温度で適切に蒸発され、高融点の金属は、約セ氏５００度のような、高温度を必要とする。溶解物質を含む液体（溶媒）を使用するような特別な場合では、第２の窓要素で予測された沈着物の蒸気圧は、十分な量であるので、この場合に溶媒の性質は、あまり重要でない。熱源における最後の言及として、特に、交差領域４３４と第２の窓要素４２４の距離が適切であるならば、交差領域４３４は、第２の窓要素４２４に単位時間当たりにかなりの熱量を伝達できることが判る。従って、図４に示されている実施の形態の熱源は、オーム加熱と、交差領域４３４とを含む２つの個々の手段である。
【００４１】
本発明の実施の形態に係る自己クリーニングＸ線窓は、図４に示された線源４００と同一構造を有するＸ線源のみで使用され得るものではない。例えば、液体ジェットのターゲットに衝突する電子ビームとこの衝突により生成されたＸ線ビームとは、必ずしも平行及び同一直線上になく、任意の角度にすることが可能である。一例では、この角度は、９０度である。液体ジェットのターゲットと交差せず、このターゲットの領域を越えるような電子ビームの一部分は、Ｘ線窓構成体に向けられないので、電子線生成で０角度以外に電子ビームを電子源から射出することは、好適であり得る。（この部分は、電子ビームが液体ジェットの端部に意図的に向けられている実施の形態においてかなり重要である。）従って、実質的に電子ビームとＸ線ビームとは、空間内に決して同時に存在しない。
【００４２】
他の方法として、本発明は、２つのチャンバに分割されている真空気密性のハウジングを有する液体ジェットＸ線源として具体化され得る。電子源及び液体ターゲットが、前述の第２の窓要素と同一の性質を有する第２の窓要素の手段によって第２のチャンバ（中間の領域）に光学的に接続されている第１のチャンバ（減圧の領域）中に設置されている。第１のチャンバで生成されるＸ線放射線は、第２の窓要素を介して第２のチャンバに入射し、その後、ハウジングに配置され且つ第２の窓要素に平行に並べられている第１の窓要素を通して雰囲気に到達する。これらチャンバは、ハウジングの外側に延びている通路を通って自由な連通状態にある。この通路は、ハウジングでガス気密性の連通手段を通ってチャンバの各々に接続されている。好ましくは、この通路は、チャンバよりも低い温度であり、十分な沈着が内側で起こるような長さを有し得る。さらに好ましくは、面倒な通路を詰まらせる微粒子の除去が、回避されるように、通路が、取り換えられることが可能である。
【００４３】
本発明は、図面及び前述に詳細に図示及び記述されているが、このような図示及び記述は、説明に役立ち若しくは例となり、且つ限定的でないように考慮される。本発明は、記述されている実施の形態に限定されない。例えば、液体ジェットの材料は、広範囲の材料から選択され得る。この材料は、窓構成体に個別の調整及び適用させることが必要であり得る。記述されている実施の形態に含まれている複数の構成要素は、任意であることが判る。特に、十分な熱出力が中間の領域で消散されるならば、Ｘ線窓構成体と組み合わされた専用の熱源は、過分であることが証明され得る。実際は、熱出力が非常に高ければ、代わりに冷却手段が、Ｘ線源及び窓構成体の構成要素の少なくとも１つを維持するために必要とされ得る。
【００４４】
他に開示されている実施の形態は、図面、記載及び添付された請求項で学ぶことから、請求されている発明を実施するように当業者によって理解されて、実施され得る。実施の形態の技術が互いに異なって依存する請求項に列挙されているという事実は、これらの技術の組み合わせが好適に使用され得ないということを示していない。請求項の参照符号が、権利範囲を限定するものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に電子衝撃Ｘ線源に関する。特に、本発明は、液体ジェット陽極を有するＸ線発生装置に使用するＸ線窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体金属のジェットを陽極として有しているＸ線源は、Ｘ線発生に最も関連する技術的なパラダイムの一つである。暴露期間と、空間分解能と、位相差画像法のような新しい画像検査法とに関連する利益をもたらす前記線源は、これら線源の優れた輝度によって特徴づけられる。
【０００３】
現在の技術水準において、この種のＸ線源は、真空チャンバの内に設けられた電子源及び液体のジェット（好ましくは、インジウム、スズ、ガリウム、鉛若しくはビスマス、若しくは鉛とビスマスの合金のような低融点の液体金属）を有する。より正確には、例えば、冷領域射出、熱領域射出及び熱電子の射出の原理によって、電子源が、作用する。液体ジェットを備えた手段は、ヒータ及びクーラのうち少なくとも一方、（機械的なポンプ若しくは化学不活性高圧ガスの線源のような）圧力手段、ノズル及びジェットの端部で液体を収集するための貯蔵槽（液体ダンプ）を有し得る。動作の間に、電子ビームによって衝突される液体ジェットの部分は、交差領域と称される。電子ビームと、液体ジェットとの間の交差点で生成されるＸ線放射線は、窓を通って真空チャンバから射出する。適用するＸ線源で、前記窓は、適切な材料の枠に入れられた薄い箔で構成されている。窓材料に要求されることは、高いＸ線透過度（つまり、低い原子番号）と周囲の圧力から真空を分離するための十分な機械的強度とが挙げられる。ベリリウムは、このような窓で広く使用されている。
【０００４】
Ｘ線源の通常の動作の間に、窓は、微粒子が沈着することによって徐々に覆い隠される。このような沈着された微粒子のＸ線の吸収が原因で平均フラックス（flux）が減少するだけでなく、大きな飛沫は、不均一な照明に起因する画像中にダークスポットとして飛沫自身を明示する。沈着物は、気体状で若しくは飛沫状で窓に輸送される液体ジェットの陽極からの材料により主に形成される。電子ビームが液体ジェットに衝突する領域で、微粒子は、（特にジェットノズルがオン若しくはオフの時に）ジェットノズルと、前記ジェットの終端部の貯蔵槽に収容された液体の表面と、での噴霧効果によって主に生成される。特許ＳＥ ５３０ ０９４と比較すると、複数の工程は、微粒子の生成を減少させるためにされてきたが、それでもなお出力Ｘ線パワーと、微粒子生成の比率との間の正相関を妨げるものがある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、Ｘ線陽極への接触手段を改良し、維持間隔を増加させ液体Ｘ線源を提供することである。液体ジェット線源が、出力窓に沈着する微粒子、例えば、飛沫、蒸気及びその他の生成体、を生成する。沈着の比率は、特に、適用される出力と同様に、陽極と出力窓との間の距離に依存する。さらに、当業者の多くは、寿命が距離に変換される範囲では、設計のジレンマとして陽極と窓との間の距離を認識している。陽極と窓との間の短い距離は、発生させられたＸ線放射線の汎用的で、有効的な使用をもたらす。このために、装置の出力窓に近接するように陽極を配置する先行技術での試みがあった。しかし、従来の課題解決において、真空を開放せず、且つＸ線源を分解しないで沈着物から窓をクリーニングするための有効な方法がない。従って、出力窓と液体ジェットＸ線源の陽極との間の距離を減少することによって加速された微粒子の沈着に起因する時間経過に伴う劣化を軽減することが、明細書に開示された発明の目的である。
【０００６】
本発明者達は、真空チャンバでの低圧（典型的に１０−７ｂａｒ（１０−２Ｐａ））が、加熱による蒸発が出力窓から汚染物質を除去するための好適な方法であると理解した。一方で、利用可能な窓の材料、特にベリリウムは、高温で十分な性能を発揮せず、化学的に不安定になる傾向がある。しかし、もう一方で、熱に耐え、好ましいＸ線透過性を有するこのような既知の材料は、しばしば真空破壊部の機能を担うための十分な機械的強度を有していない。幾つかの材料、特に炭素箔は、大気ガス、特に酸素の存在するところで加熱されると酸化される。
【０００７】
これらの検討は、発明者を請求項１に記載された二重の窓構造の考えに導いた。
【０００８】
従って、本発明の第１の態様に従えば、以下の自己クリーニングＸ線窓構成体が提供される。このＸ線窓構成体は、中間の領域から周囲の圧力の領域を分離している第１のＸ線透過窓要素と、減圧の領域から中間の領域を分離している第２のＸ線輸送窓要素とを有している。汚染物質は、減圧の領域に面する第２の窓要素の側面に沈着することが予測される。前記の窓構成体は、第２の窓要素の部分に沈着された汚染物質を蒸発するために、少なくとも第２の窓要素の部分を加熱する熱源を具備している。この熱源は、専用のヒータ、若しくは発生する汚染物質の蒸発に関係した十分な熱が第２の窓要素に伝達される空間の近くの熱領域であり得る。
【０００９】
前記第２の窓要素は、汚染物質が存在する減圧の領域から、加熱によってクリーニングされることに適さない第１の窓要素を遮蔽する。本発明の特徴は、汚染物質が中間の領域に侵入する比率を減少させる、理想的には、汚染物質が、この領域へ侵入することから妨げられることに役立つ。一方で、耐圧性の第１の窓要素は、周囲の圧力の領域と減圧の領域との間の大きな圧力差にさらされる。前記減圧に比較的に近いか、同じ中間の領域の圧力に維持することにより、第２の窓要素への機械的応力が制限され得る。このことは、高温で第２の窓構成要素を損傷し得る潜在的な有毒ガス、特に酸素の部分的圧力を制限するというさらなる効果をもたらす。
【００１０】
本発明に係る窓構成体は、Ｘ線源の真空の、若しくは近真空のチャンバ（減圧の領域）の壁に設置されることが可能であり、必要な（近）真空状態を維持しながら発生させられたＸ線が、チャンバから射出されることを許容する。液体金属ジェットＸ線源の場合には、汚染物質は、陽極からの金属微粒子であり得る。これら微粒子は、Ｘ線源の通常の動作の間に第２の窓要素に蓄積されるかも知れないけれど、第２の窓要素は、Ｘ線源を分解するか、真空を解除することなく本発明に従って有効にクリーニングされ得る。第２の窓要素からの微粒子の除去が、特に、Ｘ線源の通常の動作の間でさえも実行され得ることは重要である。
【００１１】
本発明の付加的な特徴として、第２の窓要素は、少なくとも減圧の領域に面する窓要素の側面は、導電性である。この付加的な特徴を有する窓構成体は、電子衝突Ｘ線源のハウジングでの使用に特に適している。この第２の窓要素は、散乱された電子によって衝突される可能性があり、この結果、電荷が集積する危険性がある。部分的若しくは全てが導電性の第２の窓を設置することによって、電荷が、窓要素から逃がされ得る。
【００１２】
中間の領域及び減圧の領域は、また、少なくとも部分的に連通状態であり得る、例えば、大幅な圧力差が、生じないように、気体分子が、これらの領域の間を巡遊することが可能である。これは、中間の領域及び減圧の領域を連通する通路、即ちスリットのような、孔
を形成することによって実現され得る。このような孔が、低い流れ抵抗（これは、例えば、孔の直径と、長さと、曲がり状態とに依存する）を有するならば、圧力差を非常に早く無くすことができる。即ち、中間の領域と減圧の領域とは、自由な連通状態にあり、同一の圧力を有すると言った方が適切である。
【００１３】
さらに、汚染物質が蒸気、浮遊した粒子、若しくは浮遊した飛沫の形態で通路に存在する場合に、減圧の領域と中間の領域とは、汚染物質の沈着を促進するように与えられた通路によって連通され得る。従って、少なくともこの通路に侵入する汚染物質の幾らかは、通路を脱しないで、通路のある部分、例えば、内壁に拘束されることによって沈着して静止する。この沈着を促進する領域が在ることの効果によって、通路は、汚染物質が中間の領域に侵入するのを妨げる、そうでなければ、汚染物質は、沈着物を除去することが面倒な第１の窓要素の表面に沈着し得る。汚染物質の沈着を促進する通路の特徴は、以下の少なくとも１つを有し得る。
通路は、狭い及び細長いうちの少なくとも一方である。
通路は、分岐される。
通路は、入り組んでいる（曲がっている）。
通路の壁は、減圧の領域よりも低い温度で維持されている。
通路の内側は、粗面である。
通路の内側は、汚染物質沈着材料で被覆されている。
多孔質フィルタが、通路中に設けられている。
【００１４】
前記中間の領域の圧力は、動作の間に減圧の領域の圧力よりも高くなり得る。これは、これら領域間に自由な連通状態がない場合である可能性がある。この場合は例えば、中間の領域が、ガス気密性に密閉されているか、狭い入口の通路を備えている場合である。中間の領域をガス気密性に密封すること及び減圧の領域と比較して中間の領域を高い圧力に維持することの少なくとも一方を有する効果は、汚染物質が減圧の領域から中間の領域へ侵入することを非常に困難にさせていることである。
【００１５】
他の方法として、中間の領域と減圧の領域との圧力が、実質的に同一であり得る。これは、２つの領域が、もう一方と部分的に連通状態で、若しくは自由な連通状態である場合であり得る。この効果は、第２の窓要素への機械的応力が、少なくとも横断線（図面の表面に対して法線）方向に非常に低くなることである。なぜならば、この窓要素は、大幅な圧力差が生じないためである。
【００１６】
本発明の付加的な特徴として、第２の窓要素は、好ましくはしっかり装着されていない（non-rigidly secured）。この効果は、前記窓要素が、温度変化によって伸縮することを許容させることである。絶対的には（in absolute terms）、方向軸線上への長さの変化は、横断方向へよりも（表面に沿った）接線方向への方が比較的に大きくなる。即ち、第２の窓要素が、完全にしっかり装着された（rigidly secured）場合には、接線方向の機械的応力は、横断方向よりも大きくなり得る。従って、第２の窓要素は、接線方向において緩く効果的に装着され得る。
【００１７】
（前述の付加的な特徴を含む若しくは含まない）本発明のいずれかの実施の形態において、第２の窓要素の少なくとも一部分は、２００マイクロメータ以下、好ましくは１００マイクロメータ以下、さらに好ましくは６０マイクロメータ以下の厚さを有するグラッシーカーボン(glassy carbon)箔により作成されている。しばしばアモルファス状若しくはガラス状の炭素（vitreous carbon）と称されるグラッシーカーボンは、第２の窓要素の要求を十分に満たす材料である。前述したように、これらの必要条件は、使用可能な厚さの値での熱耐久性及びＸ線透過性を含む。
【００１８】
前記液体ジェットが、（例えば、溶融金属及び溶融合金のような）低蒸気圧材料を含む場合には、少なくとも第２の窓要素が少なくともセ氏５００度の温度に維持されるように、熱源が、好適に動作される。好ましくは、Ｘ線放射線の大部分が通過することが予測されるＸ線源の主光線の横断点の周辺の領域が、このような温度に維持され得る。第２の窓要素（の一部分）は、５００度以上の一定の温度で維持され得るか、５００度以下にならない時間変化する温度を有し得る。しかし、連続的な窓要素の自己クリーニングは必要とされない場合には、加熱は、断続的にも与えられ得ることが理解されるべきである。少なくともセ氏５００度の温度は、微粒子の沈着を少なくするために、この金属の微粒子を十分な比率で蒸発することに適していることが実験的に判った。この微粒子が高い比率で蓄積する場合には、第２の窓要素は、蒸発の過程を加速するために高い温度に維持される必要があり得る。当業者は、種々の動作パラメータ、例えば、陽極の材料、陽極と窓の距離など、について適切な動作温度であると判るだろう。この詳細は、過去の定期的な実験によって、示され、受け入れられた。
【００１９】
オーム加熱源は、非常に好適である。この熱源は、第２の窓要素と熱的に接触する熱消散の電気的要素であり得る。しかし、好適には、第２の窓要素は、窓要素の２つの領域の間を流れる電流によって直接的に加熱される。窓要素の端部か、内部に配置され得る前記領域の各々に、導電性の部材が、設けられ得る。第２の窓要素は、全体を通して単位領域当たりで均一な抵抗を有し得る。しかし、最も好しくは、Ｘ線源の主光線の横断点の周辺部分が、単位領域当たりの比較的高い電気出力を消散するように与えられる。このことは、例えば、異なる材料を使用することと、この部分で窓要素の厚さを変えることとの少なくとも一方により成し得る。第１に、長時間の加熱は、第２の窓要素の経年劣化を加速し得る、第２に、第２の窓要素の一部分のみを加熱することは、断熱方法により窓要素を保護するための要求を緩和するので、Ｘ線ビームが通り抜ける第２の窓要素の一部分のみを加熱することは、好適である。
【００２０】
窓構成体にも有効である熱源は、赤外線源、マイクロウェーブ源、レーザ若しくは電子ビーム源を含む。この熱源は、複数の前記熱源の組み合わせでもあり得る。これらの熱源の各々の効果は、これらが、非接触の方法で第２の窓要素を加熱するためにエネルギを伝達することである。電子ビーム源は、Ｘ線生成に使用される電子源と同じ電子源である。即ち、好適には、射出された電子ビームの一部分は、第２の窓要素に直接衝突するために偏向される。特別な例として、熱源は、赤外線と散乱電子との両方を射出するような交差領域も含むことが判る。
【００２１】
付加的に、第２の窓要素は、以下の方法で保護され得る。導電性液体を収容している１若しくは複数の容器が、第２の窓要素の端部の周囲に設置されている。前記容器の壁には、１若しくは複数のスリットが、設けられ、一方で、伝導性液体の表面張力が、液体が容器から抜けることを防ぐために十分であり得る、一方で、このようなスリットに保持された第２の窓要素が、しっかりと固定されずに接線方向に伸縮し得るような寸法を有する。前述のように、他の好適な実施の形態は、各々の容器の中へスリットを通して各端部を挿入することによって第２の窓要素の端部の２つの対向している部分を装着することを含む。容器に大きな電位差を与えることにより、この結果、窓要素に直接のオーム加熱が発生され得る。
【００２２】
本発明の第２の態様に従えば、前述の自己クリーニングＸ線窓構成体を有するＸ線源が提供される。
【００２３】
特にＸ線源の実施の形態において、Ｘ線窓構成体の熱源は、電子源及び液体ジェットターゲットの動作データに基づいて制御される。例えば、（例えば、単位時間当たりの沈着される物質の質量として測定される）微粒子の蓄積の比率が陽極に衝突する電子ビームの強度に比例することが周知であるＸ線源において、このＸ線源は、電子ビームの強度に従う熱源の出力を調整するために好適であり得るので、蒸発のための好適なエネルギの量が、常に迅速に与えられる。
【００２４】
前述の及び他の本発明の態様は、以下に記述された実施の形態から明らかであり、また以下の実施の形態を参照して説明される。
【００２５】
本実施の形態で使用された全ての表現は、本実施の形態で他に明確に規定されていない限り、技術分野でこれらの通常の手段に関係すると解釈されることである。“［要素、装置、構成要素、手段、工程、など］”の説明は、他に明確に提示されない限り、要素、装置、構成要素、手段、工程、などの少なくとも一例を参照するとして明らかに解釈されるものである。
【００２６】
本発明は、以下に添付する図面を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に係るＸ線窓構成体の主要部分の断面図である。
【図２】図２は、中間の領域及び減圧の領域が自由な連通の状態であるような本発明の実施の形態に係るＸ線窓構成体の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一態様に係る第２の窓要素の装着状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係るＸ線窓を含むＸ線源の電子ビーム及び液体ジェットを平面で示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の複数の実施の形態が、図面に示され、且つ本節に記述されている。しかし、本発明は、複数の異なる形態で構成され、本実施の形態において説明された実施の形態に限定するように構成されるべきではない。これらの実施の形態は、この開示が詳細で、完璧となり、且つ十分に発明の範囲を当業者に伝わるような方法の例により提供される。さらに、明細書全体を通して同じ符号は、同様の部材に付される。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線窓構成体１００の主要部の断面図である。窓構成体１００の意図された使用は、Ｘ線源のハウジングの耐真空Ｘ線開口部の提供である。Ｘ線源の主光線方向Ｒは、図面で水平な破線によって示されている。窓構成体１００は、（Ｘ線発生のための手段を収容するハウジングの内側を）減圧の領域１１０と、周囲の圧力の領域１１４（環境）とに分離する。本実施の形態において、窓構成体１１０は、２つの実質上平行な窓の要素、第１の窓要素１２２と、第２の窓要素１２４とを有する。この第１の窓要素１２２と、第２の窓要素１２４とで、中間の領域１１２を囲む。汚染物質Ｃは、減圧の領域に面している第２の窓要素１２４の側面に沈着されることが予測される。汚染物質Ｃは、蒸気、浮遊した粒子、若しくは液滴、若しくは飛沫のような状態で第２の窓要素１２４に到達し得る。さらに、熱源１２０が、主光線方向Ｒの周囲の第２の窓要素１２４の領域に対して赤外線（ＩＲ）のビームを射出するように適用されている。図１に示されている好適な実施の形態において、熱源１２０は、ＩＲ光を射出することが可能であるような、放物面鏡の焦点の付近に配置されている電気抵抗を有している。従って、熱源１２０によって射出されたＩＲビームは、実質的にコリメートされるので、第２の窓要素１２４の加熱される領域は、単位体積当たりほぼ一定である熱力を受ける。熱源１２０は、主光線軸に配置されておらず、外側へ向かうＸ線放射線の通り道を塞がないように僅かにずらされるといことが判る。熱源の配置は、本発明の複数の実施の形態において同様の判断で選択されるべきである。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＸ線窓構成体２００の断面図である。第１の実施の形態と同様に、相対的に小さな真空気密性の第１の窓要素２２２と、相対的に大きな熱耐性の第２の窓要素２２４とは、空間の３領域、即ち減圧の領域２１０と、中間の領域２１２と、周囲の領域２１４とを分離している。前述したように、第１の窓要素２２２に最適な材料は、ベリリウムを含み、第２の窓要素２２４に最適な材料は、グラッシーカーボン箔を含む。これらの２つの材料では、使用され得る厚さでＸ線が透過する。これらの窓要素２２２、２２４は、気密性のハウジング２３２に装着される。熱膨張を許容するために、この装着状態は、第２の窓要素２２４の各端部に間隙２３４，２３６が設けられている。つまり、同様の間隙が、図面の平面の外側にある第２の窓要素２２４の各端部に供給され得る。
【００３１】
窓構成体２００は、さらに熱源を有する（図示せず）。前記間隙２３４、２３６の各々は、第２の窓要素２２４とハウジング２３２の間で断熱材としての役割もすることが判る。
【００３２】
さらに、窓構成体２００を囲うハウジング２３２部分は、低い熱伝導率の材料で構成され得る。所定の温度に前記窓要素２２４（若しくは窓要素２２４の一部分）を維持するために供給されることが必要なエネルギを少なくするために、第２の窓要素２２４から離れる熱流速が低くなることが望ましい。これは、窓構成体２００が設けられた領域でＸ線源を冷却する必要性も軽減している。
【００３３】
通路２３０が、気体分子に関して自由な連通状態である前記減圧の領域２１０と、中間の領域２１２とを連通している。所定の形状と、直径と、長さとを有する通路２３０によって、汚染物質が、第１の窓要素２２２に到達することは、困難となる。この場合、減圧の領域２１０から第1の窓要素２２２への微粒子の直接の衝突は、明らかに不可能である。蒸気及び浮遊した汚染物質について、少なくともフリーサイト（free sight）の直線に沿った沈着率は、線源から距離の逆２乗で減少することが実験的に開示されてきた。また、沈着率は、曲がり部及び他の障害物を導入することによって大幅に減少され得る。従って、減圧の領域２１０に存在している汚染物質源から第１の窓要素２２２の通り道は、真っ直ぐではなく、且つ第２の窓要素２２４への通り道よりもかなり長いために、第１の窓要素２２２での沈着率は、大きく減少させられている。この通り道の長さの効果的な相違は、さらに第２の窓要素２２４を拡大することによってさらに増加することが可能であることが判る。この拡大では、圧力差は変化しないので、第２の窓要素２２４への機械的応力を増大し得ない。
【００３４】
窓構成体２００で前記通り道の長さの相違を増大させる他の方法は、複数の細い通路に、減圧の領域２１０及び中間の領域２１２の間の通路２３０を換えることである。各通路が細くされる場合には、この結果体積対面積比が増大し、汚染物質の輸送に対するさらなる障害物が、通路の内壁で沈着が促進される限り作り出される。通路２３０の内壁で沈着を促進するための他の方法は、以下のように通路を設置することである。この通路は、通路２３０の内壁を比較的低い温度で維持するように加熱される第２の窓要素２２４から十分な距離で分離される。さらに中間の領域２１２の中へ汚染物質の輸送をより困難にする他の方法は、通路２３０の内側表面を粗面化すること、若しくは汚染物質が沈着する傾向がある物質で通路２３０を被覆することである。
【００３５】
図３は、本発明に係るＸ線窓構成体の第２の窓要素３１０の好ましい装着状態を示している斜視図である。第２の窓要素３１０の２つの端部が、容器３２０、３３０の外壁に設けられた夫々のスリット３２２、３３２に挿入されている。これらスリット３２２、３３２は、第２の窓要素３１０に大幅な摩擦力を生じさせるのではなく、温度変化に対応して、この窓要素が、形状変化を伴わないで、少なくとも接線方向に、伸縮することが可能であることが判る。溶融金属のような電気的伝導性液体が、容器３２０、３３０に収容され、表面張力の効果によってスリット３２２、３３２でさえも容器３２０、３３０内に留保される。このために、スリット３２２、３３２の幅が、制限される。図３に示されている実施の形態は、汚染物質を蒸発するための熱源として直接オーム加熱を使用するのに特に適している。適切な接触手段を介して、容器３２０、３３０の各々に収容されている液体に電源を適用することによって、第２の窓要素３１０の各々の端部は、異なる電位差に接続される。窓から離れて電荷を逃がすために、容器の一方は、アースされている（図示せず）。
【００３６】
前述のより簡素な実施の形態として、図３に示されている装着状態を第２の窓要素３１０の一端部のみについて使用することも考えられる。その他端部は、例えば、クランプ及び電気的接触手段の組み合わせによって、固定されているけれど、それでもなお第２の窓要素は、熱膨張及び収縮を可能にしている。
【００３７】
その他の実施の形態として、２つ以上の側面が、開示されている方法により装着され得る。第２の窓要素３１０の境界部全体は、特に、導電性液体を収容している容器の複数のスリットへの挿入によって装着され得る。また、第２の窓要素は、窓要素の周囲全体を受けている１のスリットに挿入されている（フレーム枠に入っている）。このスリットは、１つの容器に設けられている。かくして、第２の窓要素３１０は、ハウジングに気密性に装着され得るので、このことは、中間の領域と、減圧の領域との間の物質の輸送を制限することが重要である実施の形態にとって効果的な特徴である。さらに、直接のオーム加熱によって第２の窓要素を加熱することが、望まれるならば、相互に電気的に絶縁されている複数の容器が、使用され得る。この方法では、異なる電位差は、窓要素の異なる端部部分に適用されることが可能である。前述で指摘されているように、電子が逃がされるように、窓要素の周囲部の少なくとも一部分が、アースされるべきである。
【００３８】
図４は、本発明の実施の形態に係るＸ線窓構成体を含む液体金属ジェットＸ線源４００の部分断面図である。図面の平面は、電子ビームe-及び液体金属ジェットＭを含んでいる。真空気密（気密）性のハウジング４４４と第１の窓要素４２２とで、減圧の領域４１０を囲んでいる。このＸ線源４００の動作の間は、１０−９乃至１０−６ｂａｒ（１０−４乃至１０−１Ｐａ）のように真空若しくは近真空圧である。減圧の領域４１０から空気分子を排出するための手段が、簡単にするために図面から省略されている。Ｘ線源の陽極として機能する液体金属ジェットＭは、動作の間にノズル４３２から連続的に噴出され、貯蔵槽４３６によって収容される。付加的な加熱手段４３８が、この貯蔵槽内に設けられて、この金属の融点以上に金属を維持するのに十分な加熱を与える。過度な加熱が発生させられるような、他の実施の形態では、液体金属を冷やすことが、必要であり得る。さらに、熱発生量が時間によって変化する場合では、一般的な温度制御手段が、貯蔵槽４３６に関連して設置され得る。ポンプ４４０は、液体金属を貯蔵槽４３６からダクト４４２を経由してノズル４３２へと再循環する。電子源４５０は、液体金属ジェットＭに対して主光線方向に沿って電子ｅ−のビームを射出し、このビームは交差領域４３４で液体金属のジェットＭと交差する。この交差領域４３４は、Ｘ線放射線を射出する。この放射線の角度パターンは、電子ビーム及び液体金属ジェットの夫々の幅及び形状のような、幾つかのパラメータの関数で変化する。図４に示されている実施の形態は、主光線方向が、最も強く射出されるＸ線の強度であるという前提で考えられている。従って、Ｘ線窓構成体は、主光線方向と実質的にアライメントされている。交差領域４３４の下流へは、Ｘ線に加えて電子の輸送が起こり得る。
【００３９】
第１の窓要素４２２以外に、Ｘ線窓構成体４００は、比較的にさらに大きな第２の窓要素４２４を備えている。この第２の窓要素４２４は、浮遊した粒子、飛沫及び蒸気の形態での汚染物質の拡散が、大部分で妨げられるように第１の窓要素に非常に近接に配置されている。しかし、２件の効果を得るために、第２の窓要素４２４は、ハウジング４４４にも第１の窓要素４２２にも、しっかりとフィットされていない。第１に、均圧化が容易にされ、且つ第２に、第２の窓要素４２４から離れる熱流束が制限される、このことによって単位時間に与えられる必要がある熱量が制限される。第２の窓要素４２４は、対向した両端部に配置されている電気的な接続点４２６、４２８を有している。アース電位は、一方の接続点４２８に与えられるのに対し、電圧源４３０は、他方の接続点４２６にアース電位でない電位に与えられる。第２の窓要素４２４は、抵抗材ではなく導電体により適切に製造されるので、電流は、図面で垂直方向に流れ、この結果窓要素４２４を加熱する。その上、上流方向から第２の窓要素４２４に衝突する電子は、窓要素４２４から遠方より輸送されるので、電荷は、蓄積しない。主光線軸に沿った電子は、第２の窓要素４２４の下流と、さらに、第１の窓要素の下流とには実質的に存在していない。従って、Ｘ線源４００の出力として、Ｘ線放射線のビームが、第１の窓要素の外側の側面から射出されている。
【００４０】
前記電源４３０は、一定電圧、一定電流を供給するか、Ｘ線放射線の発生に関係した複数の量の関数として調整され得る。例えば、電圧は、沈着物生成の比率に関連づけられた電子ビームの強度の変化に従って変化し得る。電圧源４３０を抑制するための好ましい方法は、一定温度即ち温度範囲以内での誤差を許容する温度に第２の窓要素４２４の複数の点の温度を維持することである。適切な温度は、制御可能な真空若しくは近真空に関連して、液体金属ジェットで使用される金属の蒸気圧が、金属の蒸発がＸ線源の使用者によって満足な比率で起こるような非常に高い状態であり得る。例えば、第２の窓要素４２４で金属飛沫が頻繁に発生し、画質に対する要求が高いような装置では、第２の窓要素４２４の材料の経年劣化を加速させるかも知れないけれど、比較的に高温に第２の窓要素４２４を加熱し得る。理論上は、液体ジェットに使用されるいかなる材料の（温度の関数として）蒸気圧は、第２の窓要素が維持されるのに適した温度を決定する主要なパラメータである。例えば、低温度は、液化ガスを蒸発させるのに十分である。他に、油は、セ氏２００乃至３００度のような、中温度で適切に蒸発され、高融点の金属は、約セ氏５００度のような、高温度を必要とする。溶解物質を含む液体（溶媒）を使用するような特別な場合では、第２の窓要素で予測された沈着物の蒸気圧は、十分な量であるので、この場合に溶媒の性質は、あまり重要でない。熱源における最後の言及として、特に、交差領域４３４と第２の窓要素４２４の距離が適切であるならば、交差領域４３４は、第２の窓要素４２４に単位時間当たりにかなりの熱量を伝達できることが判る。従って、図４に示されている実施の形態の熱源は、オーム加熱と、交差領域４３４とを含む２つの個々の手段である。
【００４１】
本発明の実施の形態に係る自己クリーニングＸ線窓は、図４に示された線源４００と同一構造を有するＸ線源のみで使用され得るものではない。例えば、液体ジェットのターゲットに衝突する電子ビームとこの衝突により生成されたＸ線ビームとは、必ずしも平行及び同一直線上になく、任意の角度にすることが可能である。一例では、この角度は、９０度である。液体ジェットのターゲットと交差せず、このターゲットの領域を越えるような電子ビームの一部分は、Ｘ線窓構成体に向けられないので、電子線生成で０角度以外に電子ビームを電子源から射出することは、好適であり得る。（この部分は、電子ビームが液体ジェットの端部に意図的に向けられている実施の形態においてかなり重要である。）従って、実質的に電子ビームとＸ線ビームとは、空間内に決して同時に存在しない。
【００４２】
他の方法として、本発明は、２つのチャンバに分割されている真空気密性のハウジングを有する液体ジェットＸ線源として具体化され得る。電子源及び液体ターゲットが、前述の第２の窓要素と同一の性質を有する第２の窓要素の手段によって第２のチャンバ（中間の領域）に光学的に接続されている第１のチャンバ（減圧の領域）中に設置されている。第１のチャンバで生成されるＸ線放射線は、第２の窓要素を介して第２のチャンバに入射し、その後、ハウジングに配置され且つ第２の窓要素に平行に並べられている第１の窓要素を通して雰囲気に到達する。これらチャンバは、ハウジングの外側に延びている通路を通って自由な連通状態にある。この通路は、ハウジングでガス気密性の連通手段を通ってチャンバの各々に接続されている。好ましくは、この通路は、チャンバよりも低い温度であり、十分な沈着が内側で起こるような長さを有し得る。さらに好ましくは、面倒な通路を詰まらせる微粒子の除去が、回避されるように、通路が、取り換えられることが可能である。
【００４３】
本発明は、図面及び前述に詳細に図示及び記述されているが、このような図示及び記述は、説明に役立ち若しくは例となり、且つ限定的でないように考慮される。本発明は、記述されている実施の形態に限定されない。例えば、液体ジェットの材料は、広範囲の材料から選択され得る。この材料は、窓構成体に個別の調整及び適用させることが必要であり得る。記述されている実施の形態に含まれている複数の構成要素は、任意であることが判る。特に、十分な熱出力が中間の領域で消散されるならば、Ｘ線窓構成体と組み合わされた専用の熱源は、過分であることが証明され得る。実際は、熱出力が非常に高ければ、代わりに冷却手段が、Ｘ線源及び窓構成体の構成要素の少なくとも１つを維持するために必要とされ得る。
【００４４】
他に開示されている実施の形態は、図面、記載及び添付された請求項で学ぶことから、請求されている発明を実施するように当業者によって理解されて、実施され得る。実施の形態の技術が互いに異なって依存する請求項に列挙されているという事実は、これらの技術の組み合わせが好適に使用され得ないということを示していない。請求項の参照符号が、権利範囲を限定するものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間の領域（１１２；２１２）から周囲の圧力領域（１１４；２１４）を分離している第１のＸ線透過窓要素（１２２；２２２）と、
汚染物質が、減圧の領域に面している第２のＸ線透過窓要素（１２４；２２４；３１０）の側面に沈着することが予測され、減圧の領域（１１０；２１０）から前記中間の領域を分離している前記第２のＸ線透過窓要素と、
前記第２のＸ線透過窓要素に沈着された汚染物質を結果として蒸発するために少なくとも前記第２の窓要素の一部分の加熱に適用されている熱源（１２０）とを具備する自己クリーニングＸ線窓構成体（１００；２００）。
【請求項２】
前記減圧の領域に面している前記第２の窓要素の側面は、導電性である請求項１の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項３】
前記中間の領域と前記減圧の領域とは、少なくとも部分的に連通状態である請求項１若しくは２の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項４】
前記汚染物質が、前記中間の領域へ到達することから妨げられるために、前記通路が、前記汚染物質を沈着させるように、前記中間の領域と前記減圧の領域とを連通している圧力均一の通路（２３０）をさらに具備する請求項３の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項５】
前記中間の領域における圧力が、前記減圧の領域よりも大きい請求項１若しくは２の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項６】
前記中間の領域における圧力が、前記減圧の領域と実質的に等しい請求項１乃至４のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項７】
熱膨張を許容するために、前記第２の窓要素が、余裕をもって装着されている請求項１乃至６のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項８】
前記第２の窓要素の少なくとも一部分が、２００マイクロメータ以下、好ましくは１００マイクロメータ以下、さらに好ましくは６０マイクロメータ以下の厚さを有するグラッシーカーボンで構成されている請求項１乃至７のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項９】
前記熱源（１２０）は、少なくともセ氏５００度の温度で前記第２の窓要素を維持するように動作され得る請求項１乃至８のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項１０】
前記熱源（１２０）は、前記第２の窓要素のオーム加熱を発生するために第２の窓要素の伝導性部分の複数の領域の間に電圧を印加するための手段（４２６、４２８、４３０）を有する請求項１乃至９のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項１１】
前記熱源は、赤外線源と、マイクロ波源と、レーザと、電子ビーム源と、の少なくとも１つを有する請求項１乃至１０のいずれか１の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項１２】
前記第２の窓要素の少なくとも境界部分（３１０）は、導電性液体を収容する容器（３２０、３３０）においてスリット（３２２、３３２）へ挿入されることによって装着されている請求項１０の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項１３】
第２の窓要素の境界部分の２つの対向した部分が、請求項１２で規定されているように装着されている請求項１２の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項１４】
ガス気密性のハウジング（４４４）と、
このハウジング内に設けられている電子源（４５０）と、
前記ハウジング内に設けられている液体ジェット電子ターゲット（４３４）と、
前記ハウジングの外壁に設けられている請求項１乃至１３のいずれか１の自己クリーニングＸ線窓構成体とを具備するＸ線源。
【請求項１５】
前記電子源（４５０）及び液体ジェット電子ターゲット（４３４）のための動作データに基づいて前記自己クリーニングＸ線窓構成体の熱源を制御するための制御装置をさらに具備する請求項１４のＸ線源。
【請求項１】
中間の領域（１１２；２１２）から周囲の圧力領域（１１４；２１４）を分離している第１のＸ線透過窓要素（１２２；２２２）と、
汚染物質が、減圧の領域に面している第２のＸ線透過窓要素（１２４；２２４；３１０）の側面に沈着することが予測され、減圧の領域（１１０；２１０）から前記中間の領域を分離している前記第２のＸ線透過窓要素と、
前記第２のＸ線透過窓要素に沈着された汚染物質を結果として蒸発するために少なくとも前記第２の窓要素の一部分の加熱に適用されている熱源（１２０）とを具備する自己クリーニングＸ線窓構成体（１００；２００）。
【請求項２】
前記減圧の領域に面している前記第２の窓要素の側面は、導電性である請求項１の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項３】
前記中間の領域と前記減圧の領域とは、少なくとも部分的に連通状態である請求項１若しくは２の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項４】
前記汚染物質が、前記中間の領域へ到達することから妨げられるために、前記通路が、前記汚染物質を沈着させるように、前記中間の領域と前記減圧の領域とを連通している圧力均一の通路（２３０）をさらに具備する請求項３の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項５】
前記中間の領域における圧力が、前記減圧の領域よりも大きい請求項１若しくは２の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項６】
前記中間の領域における圧力が、前記減圧の領域と実質的に等しい請求項１乃至４のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項７】
熱膨張を許容するために、前記第２の窓要素が、余裕をもって装着されている請求項１乃至６のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項８】
前記第２の窓要素の少なくとも一部分が、２００マイクロメータ以下、好ましくは１００マイクロメータ以下、さらに好ましくは６０マイクロメータ以下の厚さを有するグラッシーカーボンで構成されている請求項１乃至７のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項９】
前記熱源（１２０）は、少なくともセ氏５００度の温度で前記第２の窓要素を維持するように動作され得る請求項１乃至８のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項１０】
前記熱源（１２０）は、前記第２の窓要素のオーム加熱を発生するために第２の窓要素の伝導性部分の複数の領域の間に電圧を印加するための手段（４２６、４２８、４３０）を有する請求項１乃至９のいずれか１の自己クリーニングＸ線構成体。
【請求項１１】
前記熱源は、赤外線源と、マイクロ波源と、レーザと、電子ビーム源と、の少なくとも１つを有する請求項１乃至１０のいずれか１の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項１２】
前記第２の窓要素の少なくとも境界部分（３１０）は、導電性液体を収容する容器（３２０、３３０）においてスリット（３２２、３３２）へ挿入されることによって装着されている請求項１０の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項１３】
第２の窓要素の境界部分の２つの対向した部分が、請求項１２で規定されているように装着されている請求項１２の自己クリーニングＸ線窓構成体。
【請求項１４】
ガス気密性のハウジング（４４４）と、
このハウジング内に設けられている電子源（４５０）と、
前記ハウジング内に設けられている液体ジェット電子ターゲット（４３４）と、
前記ハウジングの外壁に設けられている請求項１乃至１３のいずれか１の自己クリーニングＸ線窓構成体とを具備するＸ線源。
【請求項１５】
前記電子源（４５０）及び液体ジェット電子ターゲット（４３４）のための動作データに基づいて前記自己クリーニングＸ線窓構成体の熱源を制御するための制御装置をさらに具備する請求項１４のＸ線源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５１６００２（Ｐ２０１２−５１６００２Ａ）
【公表日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４６５９７（Ｐ２０１１−５４６５９７）
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０００４８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８３８５４
【国際公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（５１１１８１４９６）エクシルム・エービー (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｘｃｉｌｌｕｍ ＡＢ
【住所又は居所原語表記】Ｆｉｎｌａｎｄｓｇａｔａｎ １４， Ｓ−１６４ ７４ ＫＩＳＴＡ， Ｓｗｅｄｅｎ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０００４８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８３８５４
【国際公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（５１１１８１４９６）エクシルム・エービー (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｘｃｉｌｌｕｍ ＡＢ
【住所又は居所原語表記】Ｆｉｎｌａｎｄｓｇａｔａｎ １４， Ｓ−１６４ ７４ ＫＩＳＴＡ， Ｓｗｅｄｅｎ
【Ｆターム（参考）】
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