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JPS5840819B2 - Electron gun for X-ray generation - Google Patents
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JPS5840819B2 - Electron gun for X-ray generation - Google Patents

Electron gun for X-ray generation

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Publication number
JPS5840819B2
JPS5840819B2 JP51157573A JP15757376A JPS5840819B2 JP S5840819 B2 JPS5840819 B2 JP S5840819B2 JP 51157573 A JP51157573 A JP 51157573A JP 15757376 A JP15757376 A JP 15757376A JP S5840819 B2 JPS5840819 B2 JP S5840819B2
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JP
Japan
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deflection
electron beam
electron
target
lens
Prior art date
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JP51157573A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5382283A (en
Inventor
英夫 三戸
清 杉淵
保直 斉藤
東亜 早坂
了 中山
洋一 肥留川
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NEC Corp
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子ビームを偏向させてターゲットに照射さ
せ、ターゲツト面上のビームスポット径を連続可変可能
なX線発生用電子銃に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electron gun for generating X-rays that deflects an electron beam to irradiate a target, and is capable of continuously varying the beam spot diameter on the target surface.

X線を発生させるためには、所定の物質よりなるターゲ
ットに電子線を照射すると、照射する電子線の加速電圧
と、ターゲットの材質により定まる波長と強度のX線を
得ることが出来る。
In order to generate X-rays, when a target made of a predetermined material is irradiated with an electron beam, it is possible to obtain X-rays with a wavelength and intensity determined by the accelerating voltage of the irradiated electron beam and the material of the target.

従来、X線回折法や螢光X線分析法などで物質の解析や
分析を行なう場合、或は非破壊検査や医療に透過法的に
用いられていたのは、多くは短波長の謂ゆるハードX線
であり、このために使用する電子銃も殆んどはビーム直
進形で、ビームスポット径を絞る構造のものであった。
In the past, when analyzing materials using X-ray diffraction or fluorescent X-ray analysis, or in non-destructive testing or medical treatment, transmission methods were mostly used with short wavelengths. Hard X-rays were used, and most of the electron guns used for this purpose were of the straight-beam type, with a structure that narrowed down the beam spot diameter.

最近、波長が数人から数1OAの謂ゆるソフトX線を使
用するX線露光が行なわれるようになったが、長波長の
ソフトX線は物質で吸収され易いので、X線発生効率の
向上のために、各種のX線露光用電子銃が用いられてい
る。
Recently, X-ray exposure using so-called soft X-rays with a wavelength of several 1 OA has started to be performed, but since long-wavelength soft X-rays are easily absorbed by materials, it is possible to improve X-ray generation efficiency. Various types of electron guns for X-ray exposure are used for this purpose.

ソフトX線を使用する場合、直進形の電子銃を用いると
、WやTaなとの電子銃のフィラメント物質がターゲッ
ト上に付着してソフトX線を吸収するので、電子ビーム
を偏句させてフィラメント物質がターゲットに付着しな
いような構造にした偏向形電子銃が用いられている。
When using soft X-rays, if a linear electron gun is used, the filament material of the electron gun, such as W or Ta, will adhere to the target and absorb the soft X-rays, causing the electron beam to become distorted. A deflection type electron gun is used, which has a structure that prevents filament material from adhering to the target.

第1図及び第2図は、従来用いられている偏向形電子銃
の構成図で、1はフィラメント、2は電子ビーム 3,
3a、3bは静電偏向板、4はターゲット、5はソフト
X線、6はターゲット4を冷却するための冷却水、7は
ウェネルト電極、8はアノードを示している。
Figures 1 and 2 are configuration diagrams of a conventionally used deflection type electron gun, where 1 is a filament, 2 is an electron beam,
3a and 3b are electrostatic deflection plates, 4 is a target, 5 is a soft X-ray, 6 is cooling water for cooling the target 4, 7 is a Wehnelt electrode, and 8 is an anode.

第1図に示す構成のものでは、フィラメント1より放射
された電子ビーム2は、静電偏向板3で偏向されターゲ
ット4に照射されソフトX線5が放出される。
In the configuration shown in FIG. 1, an electron beam 2 emitted from a filament 1 is deflected by an electrostatic deflection plate 3 and irradiated onto a target 4, so that soft X-rays 5 are emitted.

第2図に示す構成のものでは、フィラメント1より放射
された電子ビーム2は、ウェネルト電極7とアノード8
で断面形状整形が行なわれ、静電偏向板3a 、 3b
、で偏向されてターゲット4を照射し、そこからソフ
トX線5が放出される。
In the configuration shown in FIG. 2, the electron beam 2 emitted from the filament 1 passes through the Wehnelt electrode 7 and the anode 8
The cross-sectional shape is shaped by electrostatic deflection plates 3a and 3b.
, and irradiates the target 4, from which soft X-rays 5 are emitted.

第1図及び第2図で、静電偏向板3.3a、及び3bに
印加される電圧は、一般に電子ビーム加速に用いる電圧
をそのまま使用するか、或はそれを抵抗器などで分割し
て使用する。
In Figures 1 and 2, the voltage applied to the electrostatic deflection plates 3.3a and 3b is generally the same as the voltage used for electron beam acceleration, or it is divided by a resistor or the like. use.

第1図及び第2図に示す構成の従来用いられている偏向
形電子銃では、電子銃の電極配置が決定すると電子ビー
ム2の軌跡は一定になり、ターゲット4上でビームスポ
ット径を調整することは出来ない。
In the conventionally used deflection type electron gun having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, once the electrode arrangement of the electron gun is determined, the trajectory of the electron beam 2 becomes constant and the beam spot diameter is adjusted on the target 4. I can't do that.

しかし、X線露光に使用する電子銃には、大出力化と高
輝度化の2条件が必要とされ、露光領域の大小に応じて
ビームスポット径を変化させ、大出力と高輝度の両条件
を満足させて動作させることが必要であり、この目的に
は従来用いられている偏向形電子銃は、上述のようにビ
ームスポット径を調整出来ないという難点を有している
However, the electron gun used for X-ray exposure requires two conditions: high output and high brightness, and the beam spot diameter is changed depending on the size of the exposure area to meet both high output and high brightness conditions. It is necessary to operate the electron beam while satisfying the following conditions, and the deflection type electron gun conventionally used for this purpose has the disadvantage that the beam spot diameter cannot be adjusted as described above.

本発明に係るX線発生用電子銃は、この従来用いられて
いる偏向形電子銃での難点を解決し、フィラメント1よ
りの電子ビーム2の光路上に電子ビームの広がり角調整
コイル(第1の電子レンダラ9を配設し、その後段に立
体収束作用を有する偏向収束レンズ10を設置して、広
がり角調整コイル9で偏向収束レンズ10への電子ビー
ムの入射床がり角を変化させ、ターゲット4上でのビー
ムスポット径を調整可能にしたものである。
The X-ray generating electron gun according to the present invention solves the problems with the conventionally used deflection type electron gun, and has an electron beam spread angle adjustment coil (first An electron renderer 9 is disposed, followed by a deflection and convergence lens 10 having a three-dimensional convergence effect, and a spread angle adjustment coil 9 changes the angle of incidence of the electron beam to the deflection and convergence lens 10. The beam spot diameter on 4 can be adjusted.

以下1本発明に係るX線発生用電子銃を、その実施例に
基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An X-ray generating electron gun according to the present invention will be described in detail below based on embodiments thereof.

第3図に1本発明に係るX線発生用電子銃の実施例の構
成を示す。
FIG. 3 shows the structure of an embodiment of an X-ray generating electron gun according to the present invention.

図でフィラメント1より放射された電子ビーム2は、ウ
ェネルト電極7及びアノード8でその形状が整形され、
広がり角調整コイル9の部分を通過する。
In the figure, an electron beam 2 emitted from a filament 1 is shaped by a Wehnelt electrode 7 and an anode 8.
It passes through the spread angle adjustment coil 9.

広がり角調整コイル9の電流を変化させると。When the current of the spread angle adjustment coil 9 is changed.

広がり角調整コイル9を出た電子ビームの広がり角が変
化する。
The spread angle of the electron beam exiting the spread angle adjustment coil 9 changes.

これによって、偏向収束レンズ10への入射電子ビーム
の広がり角を調整することができる。
Thereby, the spread angle of the electron beam incident on the deflection/convergence lens 10 can be adjusted.

偏向収束レンズ10は、コイル12で発生した磁界をポ
ールピース11を介して、完全に図示はされていないが
2枚の対向平行配列された扇形電極板の間に均一平行磁
界を形成している。
The deflection/convergence lens 10 passes the magnetic field generated by the coil 12 through the pole piece 11 to form a uniform parallel magnetic field between two fan-shaped electrode plates arranged in parallel to each other, although not completely shown.

偏向収束レンズ10に入射した電子ビーム2は90°偏
向されてターゲット4上に収束される。
The electron beam 2 incident on the deflection/convergence lens 10 is deflected by 90 degrees and focused onto the target 4.

このターゲット4上に照射された電子ビーム2によって
、ターゲット4からはソフトX線5が放出される。
Soft X-rays 5 are emitted from the target 4 by the electron beam 2 irradiated onto the target 4.

この場合、広がり角調整コイル9により偏向収束レンズ
10への入射電子ビーム2の広がり角を変化させること
が出来るので、電子ビーム2の収束点をターゲラt”4
面上に合わせることも、又ターゲツト4面内部にずらす
ことも可能である。
In this case, since the divergence angle of the electron beam 2 incident on the deflection/convergence lens 10 can be changed by the divergence angle adjustment coil 9, the convergence point of the electron beam 2 can be adjusted to the target point t"4.
It is possible to align it on the plane or to shift it inside the target plane.

従って、ターゲット4面上でこれを観察すると電子ビー
ム径が変化することになる。
Therefore, when observed on the target 4 surface, the electron beam diameter changes.

第4図で1本発明に係るX線発生用電子銃の実施例の偏
向収束レンズの作用を詳細に説明する。
With reference to FIG. 4, the action of the deflection and convergence lens in an embodiment of the X-ray generating electron gun according to the present invention will be explained in detail.

図で2a、2b、2cは電子ビーム、4はターゲット、
9は広がり角調整コイル 10は偏向収束レンズ、11
はポールピース、12はコイルである。
In the figure, 2a, 2b, 2c are electron beams, 4 is a target,
9 is a spread angle adjustment coil; 10 is a deflection/convergence lens; 11
is a pole piece, and 12 is a coil.

又、第5図は1本発明に係るX線発生用電子銃の実施例
で得られたビームスポットの電子ビームの進行方向に垂
直なxy面での形状を示したものである。
Further, FIG. 5 shows the shape of a beam spot obtained in an embodiment of the X-ray generating electron gun according to the present invention in the xy plane perpendicular to the direction of travel of the electron beam.

一般に、荷電粒子を第5図のxy同面上1点で収束させ
る。
Generally, charged particles are focused at one point on the same xy plane in FIG.

謂ゆる立体収束を行なわせる電磁界レンズには各種のも
のが考えられているが、ここでは磁界レンズを例示して
説明する。
Various types of electromagnetic field lenses have been considered for performing so-called three-dimensional convergence, but here, a magnetic field lens will be explained as an example.

第4図で、A0点より電子ビームが放出されて2aのよ
うな軌跡を描いている場合を考える。
In FIG. 4, consider the case where an electron beam is emitted from point A0 and draws a trajectory as shown in 2a.

この電子ビーム2aの中心軸の法線に対して、偏向収束
レンズ10の端面が26.5°になるように偏向収束レ
ンズ10を配設する。
The deflection and convergence lens 10 is arranged so that the end face of the deflection and convergence lens 10 is at an angle of 26.5 degrees with respect to the normal to the central axis of the electron beam 2a.

コイル12を使用して、偏向収束レンズ10の磁場の強
さを変化して電子ビーム2aを90°偏向させ、偏向後
の電子ビーム2aの中心軸の法線と偏向収束レンズ10
の他の端面が26.5°になるようにすると、偏向収束
レンズ10の端面よりalの距離にあるA1点より放出
された電子ビーム2aは、偏向収束レンズ10の他の端
面より距離b1の所に立体収束する。
Using the coil 12, the strength of the magnetic field of the deflection/convergence lens 10 is changed to deflect the electron beam 2a by 90 degrees, and the normal to the central axis of the deflected electron beam 2a and the deflection/convergence lens 10 are
If the other end face of the deflection/convergence lens 10 is set at an angle of 26.5°, the electron beam 2a emitted from point A1, which is at a distance al from the end face of the deflection/convergence lens 10, will be at a distance b1 from the other end face of the deflection/convergence lens 10. Three-dimensional convergence in place.

同様にして、偏向収束レンズ10の端面よりa2の距離
にあるA2点より放出された電子ビーム2bは、偏向収
束レンズ10の他の端面より距離b2の所に立体収束す
る。
Similarly, the electron beam 2b emitted from point A2, which is a distance a2 from the end surface of the deflection/convergence lens 10, is three-dimensionally converged at a distance b2 from the other end surface of the deflection/convergence lens 10.

電子ビームの放出点A1. A2から偏向収束レンズ1
0の端面までの距離a1. a2と、偏向後偏向収束レ
ンズ10の他の端面から電子ビームが立体収束するまで
の距離す、 、 b2との関係は、磁気レンズ系の理論
より算出することが可能である。
Electron beam emission point A1. A2 to deflection converging lens 1
0 to the end face a1. The relationship between a2 and the distance from the other end face of the deflection/convergence lens 10 after deflection until the electron beam is three-dimensionally converged can be calculated from the theory of magnetic lens systems.

例えば、電子ビーム2a、2bの偏向半径をRとし、a
1=3Rとするとb1=1.4Hになる。
For example, let R be the deflection radius of the electron beams 2a and 2b, and a
If 1=3R, then b1=1.4H.

又a 2 =2 Rとするとb2−2Rとなる。Moreover, when a 2 =2R, it becomes b2-2R.

従って、例えば偏向収束レンズ10の他の端面よりbl
の点にターゲット4を配設すると、A0点から放出され
た電子ビーム2aはターゲット4面上に立体収束する。
Therefore, for example, from the other end surface of the deflection/convergence lens 10, bl
When the target 4 is placed at the point A0, the electron beam 2a emitted from the point A0 is three-dimensionally focused on the surface of the target 4.

この時、 A2点から放出された電子ビーム2bは、タ
ーゲット4の内部で立体収束することになるので、ター
ゲット4上では電子ビーム2bは広がった像を形成する
ので、ターゲット4上で点焦点とはならず、ビームスポ
ット径が大きくなる。
At this time, the electron beam 2b emitted from point A2 will be three-dimensionally converged inside the target 4, so the electron beam 2b will form a spread image on the target 4, so it will become a point focal point on the target 4. Therefore, the beam spot diameter becomes larger.

調整作用させていない広がり角調整コイル9に電子ビー
ムが入射した時の軌跡を20とすると。
Let us assume that the trajectory when the electron beam is incident on the spread angle adjustment coil 9 which is not being adjusted is 20.

広がり角調整コイル9の磁界を調整することにより、電
子ビームの軌跡を2a或は2bのように調整することは
容易に行ない得る。
By adjusting the magnetic field of the spread angle adjustment coil 9, the trajectory of the electron beam can be easily adjusted to 2a or 2b.

このようにして、広がり角調整コイル(第1の電子レン
ズ)9により偏向収束レンズ10への電子ビームの入射
角を変化させてターゲット4面上でのビームスポット径
を調整することが可能である。
In this way, it is possible to adjust the beam spot diameter on the target 4 surface by changing the angle of incidence of the electron beam on the deflection/convergence lens 10 using the spread angle adjustment coil (first electron lens) 9. .

第5図に本発明に係るX線発生用電子銃の実施例で得ら
れたビームスポット形状を示す。
FIG. 5 shows a beam spot shape obtained in an embodiment of the X-ray generating electron gun according to the present invention.

ターゲット4面上で立体収束させた場合のビームスポッ
ト形状は13aのようになり、ターゲット4面前方で立
体収束させると13bのように。
The beam spot shape when three-dimensionally converged on the four surfaces of the target is as shown in 13a, and when three-dimensionally converged in front of the four targets, it is as shown in 13b.

ターゲツト4面内部で立体収束させると13cのような
形状が得られる。
When three-dimensional convergence is performed within the four surfaces of the target, a shape like 13c is obtained.

このように、ターゲツト面外で立体収束させた場合のビ
ームスポットの形状が楕円形になるのは偏向収束レンズ
10のX方向とy方向の収束作用が完全に一致していな
いためである。
The reason why the shape of the beam spot becomes elliptical when three-dimensionally converged outside the target plane is that the converging actions of the deflection and convergence lens 10 in the X and Y directions do not completely match.

以上詳細に説明したように1本発明に係るX線発生用電
子銃では、偏向収束レンズへの入射電子ビームの広がり
角を調整して、ターゲツト面上のビームスポット径を連
続的に変化させることが出来る。
As explained in detail above, in the X-ray generating electron gun according to the present invention, the beam spot diameter on the target surface is continuously changed by adjusting the divergence angle of the incident electron beam to the deflection and convergence lens. I can do it.

従って1例えば軟X線露光装置に適用すると。Therefore, when applied to a soft X-ray exposure device, for example.

露光面積と転写精度の要求を満足した最適の強度のX線
が使用可能である。
It is possible to use X-rays with optimal intensity that satisfies the requirements for exposure area and transfer accuracy.

又、許容範囲内でビームスポット径を調整することによ
り、ターゲツト面へのX線の入射エネルギ密度を変化さ
せて、ターゲットの損害を少なくしX線源としての寿命
と安定性を向上させることも可能である。
In addition, by adjusting the beam spot diameter within the allowable range, the incident energy density of X-rays on the target surface can be changed, reducing damage to the target and improving the life and stability of the X-ray source. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図及び第2図は従来用いられている偏向形電子銃の
構成を示す図、第3図は本発明に係るX線発生用電子銃
の実施例の構成を示す図、第4図は本発明に係るX線発
生用電子銃の実施例の偏向収束レンズの作用を詳細に説
明する図、第5図は本発明に係るX線発生用電子銃の実
施例で得られたビームスポット形状を示す図である。 符号の説明、1・・・・・・フィラメント、2・・・・
・・電子ビーム、3,3a、3b・・・・・・静電偏向
板、4・・・・・・ターゲット、5・・・・・・ソフト
X線、6・・・・・・冷却水。 7・・・・・・ウェネルト電極、8・・・・・・アノー
ド、9・・・・・・広がり角調整コイル(第1の電子レ
ンズ)、10・・・・・・偏向収束レンズ、11・・・
・・・ポールピース、12・・・・・・コイル。
1 and 2 are diagrams showing the configuration of a conventionally used deflection type electron gun, FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the X-ray generation electron gun according to the present invention, and FIG. A diagram illustrating in detail the action of the deflection and convergence lens in the embodiment of the electron gun for X-ray generation according to the present invention, and FIG. 5 shows the beam spot shape obtained in the embodiment of the electron gun for X-ray generation according to the present invention. FIG. Explanation of symbols, 1... filament, 2...
... Electron beam, 3, 3a, 3b ... Electrostatic deflection plate, 4 ... Target, 5 ... Soft X-ray, 6 ... Cooling water . 7... Wehnelt electrode, 8... Anode, 9... Spread angle adjustment coil (first electron lens), 10... Deflection/convergence lens, 11 ...
...Pole piece, 12...Coil.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電子ビーム通路に配設され前記電子ビームの広がり
角を調整可能にした第1の電子レンズと、前記第1の電
子レンズ後段に配設され前記第1の電子レンズで設定さ
れた広がり角を有する入射電子ビームの収束点を調整し
その後段に配設されたターゲット上での電子ビームの実
効スポット径を調整可能にした立体収束作用をもつ偏向
収束レンズとを有することを特徴とするX線発生用電子
銃。
1. A first electron lens disposed in the electron beam path and capable of adjusting the divergence angle of the electron beam; and a first electron lens disposed after the first electron lens to adjust the divergence angle set by the first electron lens. and a deflection and convergence lens having a three-dimensional convergence effect that adjusts the convergence point of the incident electron beam and makes it possible to adjust the effective spot diameter of the electron beam on a target disposed after the X-ray. Generation electron gun.
JP51157573A 1976-12-28 1976-12-28 Electron gun for X-ray generation Expired JPS5840819B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP51157573A JPS5840819B2 (en) 1976-12-28 1976-12-28 Electron gun for X-ray generation

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Publication Number Publication Date
JPS5382283A JPS5382283A (en) 1978-07-20
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JPS5648042A (en) * 1979-09-27 1981-05-01 Oyo Kagaku Kenkyusho X-ray tube

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