JP2008140654A

JP2008140654A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2008140654A
Application number: JP2006325665A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kinoshita; 秀俊木下
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】集束手段への印加電圧を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）、電子ビーム量に関する電流（管電流）およびフォーカス電極１２による電子ビームＢの径を最適化するフォーカス電圧の相関関係を記憶した最適値テーブル２８と、最適値テーブル２８によって記憶された相関関係、管電流およびターゲット電圧に基づいてフォーカス電圧を最適値に変更するように制御するフォーカス電圧制御部２９とを備える。管電流およびターゲット電圧に基づいてフォーカス電圧をフォーカス電圧制御部２９は最適値に変更することができる。その結果、フォーカス電圧（集束手段への印加電圧）を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、工業分野、医療分野などに用いられるＸ線発生装置に関する。

Ｘ線発生装置として、カソード（電子源）をヒータなどで加熱して電子ビームを放出させる熱電子放出型を例に採って説明する。Ｘ線管発生装置は、各電極を内部に有する外囲器で構成されたＸ線管を備えている。Ｘ線管は、電子ビームを発生させるカソード（電子源）と、カソードからの電子ビームを集束させるフォーカス電極（集束手段）と、フォーカス電極を通った電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲットとを備えている。

カソードやフォーカス電極やターゲットの各電極に電圧を印加することで、電子ビーム量や電子ビームの径を制御する。マイクロフォーカスＸ線管の場合には、ターゲットへ衝突する電子ビームの径を微小に制御しなければならず、そのためにはフォーカス電極に印加する電圧（以下、「フォーカス電圧」と呼ぶ）の値を最適に設定しなければならない。実際には、フォーカス電圧を一定にした場合、電子ビームの径は主にターゲットへの印加電圧（以下、「ターゲット電圧」と呼ぶ）の影響を受けて変化する。つまり、電子ビームの径が最小になるフォーカス電圧の最適値は、ターゲット電圧によって変化する。

そこで、フォーカス電極を接地（グランド）して、ターゲット電圧の変化に連動させて、一定の比率でカソードへの印加電圧（以下、「カソード電圧」と呼ぶ）を変化させるように制御する手法がある（例えば、特許文献１参照）。そして、電子ビームの径が微小になるターゲット電圧とカソード電圧との比率を予め求め、その一定の比率でターゲット電圧に応じてカソード電圧を設定する。このように設定することで、ターゲット電圧が変化しても電子ビームの径は変わらずに微小のままに保つことができ、電子ビームの径が微小になるような（カソードから見た）フォーカス電圧を相対的に最適に制御することができる。なお、フォーカス電極を接地してカソード電圧を制御することで、カソードから見ればフォーカス電圧を相対的に制御することになる。
特許第２６３４３６９号公報（第１−５，７−９頁、図１０−１２）

しかしながら、上述した特許文献１の場合には、各々のＸ線管の特性を考慮することなく一定の比率で固定してカソード電圧を制御しているので、Ｘ線管の実際の特性、および個体差に対する電子ビームの径の最適化が行えず、ひいてはＸ線をＸ線管の性能上の最小径に集束させることができない。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、集束手段への印加電圧を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができるＸ線発生装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、電子ビームを発生させる電子源と、電子源からの電子ビームを集束させる集束手段と、集束手段を通った電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲットとを備えたＸ線発生装置であって、ターゲットへの印加電圧、および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、ターゲットへの印加電圧、および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備える。各々の装置ごとにかかる相関関係を記憶しているので、各々の装置ごとに、ターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を集束制御手段は最適値に変更することができる。その結果、集束手段への印加電圧を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができる。

また、請求項２に記載の発明は、電子ビームを発生させる電子源と、電子源からの電子ビームを集束させる集束手段と、集束手段を通った電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲットとを備えたＸ線発生装置であって、ターゲットへの印加電圧、電子ビーム量に関する電流および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、電子ビーム量に関する電流およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］また、請求項２に記載の発明によれば、ターゲットへの印加電圧、電子ビーム量に関する電流および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、電子ビーム量に関する電流およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備える。各々の装置ごとにかかる相関関係を記憶しているので、各々の装置ごとに、電子ビーム量に関する電流およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を集束制御手段は最適値に変更することができる。その結果、集束手段への印加電圧を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができる。

この発明に係るＸ線発生装置によれば、(1)ターゲットへの印加電圧、および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備える、あるいは(2)ターゲットへの印加電圧、電子ビーム量に関する電流および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、電子ビーム量に関する電流およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備える。各々の装置ごとにかかる相関関係を記憶しているので、各々の装置ごとに、(1)ターゲットへの印加電圧、あるいは(2)電子ビーム量に関する電流およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を集束制御手段は最適値に変更することができる。その結果、集束手段への印加電圧を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＸ線発生装置のブロック図であり、図２は、ターゲットへの印加電圧（ターゲット電圧）およびフォーカス電極への印加電圧（フォーカス電圧）の数値テーブルをグラフ化した模式図であり、図３は、管電流を動かしたときのターゲットへの印加電圧（ターゲット電圧）およびフォーカス電極への印加電圧（フォーカス電圧）の数値テーブルをグラフ化した模式図である。本実施例では、Ｘ線管としてマイクロフォーカスＸ線管を例に採って説明するとともに、カソードとしてヒータなどで加熱して電子ビームを放出させる熱電子放出型を例に採って説明する。

図１に示すＸ線管１を備えたＸ線発生装置１０は、Ｘ線非破壊検査機器などに代表されるＸ線撮像装置に用いられ、Ｘ線管１から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器２とを備えている。Ｘ線検出器２は、例えばイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）やフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）などがある。Ｘ線管１から照射されたＸ線をＸ線検出器２が検出することで、検出されたＸ線に基づいてＸ線画像を撮像する。Ｘ線管１と後述するフォーカス電圧制御部２９を含むフォーカス電圧制御部２９周辺の各構成とを備えたＸ線発生装置１０は、この発明におけるＸ線発生装置に相当する。

Ｘ線管１は、電子ビームＢを発生させるカソード１１と、カソード１１からの電子ビームＢを集束させるフォーカス電極１２と、フォーカス電極１２を通った電子ビームＢの衝突によりＸ線を発生させるターゲット１３とを備えている。本実施例では、カソード１１を接地して、カソード１１を基準にして、各電極への印加電圧を決定している。したがって、フォーカス電圧は、接地されたカソード１１から見たフォーカス電極１２への印加電圧であって、ターゲット電圧は、接地されたカソード１１から見たターゲット１３への印加電圧である。また、カソード１１から発生した電子ビーム量に関する電流は「カソード電流」とも呼ばれ、本実施例では、管電流をこのカソード電流としている。カソード１１は、この発明における電子源に相当し、フォーカス電極１２は、この発明における集束手段に相当し、ターゲット１３は、この発明におけるターゲットに相当する。また、管電流（カソード電流）は、この発明における電子ビーム量に関する電流に相当する。

この他に、Ｘ線管１は、カソード１１とフォーカス電極１２との間にグリッド電極１４を配設している。このグリッド電極１４は上述した管電流（カソード電流）をフィードバック制御する。

本実施例では、カソード１１として熱電子放出型を採用しているので、熱電子放出型であれば、カソード１１を形成する物質や形状については特に限定されない。図１では傍熱形（ディスペンサー形も含む）のカソードを用いて説明しているが、直熱形でも良い。直熱形の場合はカソードへの配線は、ヒータ（フィラメント）に接続され、ヒータがカソードとして作用する。カソード１１は、例えば、６ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）や６ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）などで形成された単結晶あるいは焼結体のチップであってもよいし、タングステンで形成されたフィラメントであってもよいし、含浸型陰極であってもよい。上述したチップは、タングステンで形成されたフィラメントと比較すると消耗や切断に強い。また、上述した含浸型陰極は、タングステンで形成されたフィラメントと比較すると長寿命である。

グリッド電極１４は、後述するグリッド電圧発生部２５に接続されており、フォーカス電極１２は、後述するフォーカス電圧発生部３０に接続されている。また、ターゲット１３は、後述するターゲット電圧発生部２７に接続されている。また、ターゲット１３は、タングステンなどで形成されている。ターゲット１３を形成する物質や形状についても、上述したタングステンに限定されない。

これらの電極は、外囲器１５内に収容され、外囲器１５にＸ線窓１５ａを設ける。本実施例の場合には、電子ビームＢの光軸に対して直交方向にＸ線が出射され、出射されたＸ線がＸ線窓１５ａを通って取り出される。

Ｘ線発生装置１０は、ヒータ電源２１と電流検出部２２と管電流設定部２３と電流制御部２４とグリッド電圧発生部２５とターゲット電圧設定部２６とターゲット電圧発生部２７と最適値テーブル２８とフォーカス電圧制御部２９とフォーカス電圧発生部３０とを備えている。フォーカス電圧制御部２９は、この発明における集束制御手段に相当する。

ヒータ電源２１は、カソード１１を加熱するための電源であって、加熱によってカソード１１は電子ビームＢを発生させて放出させる。電流検出部２２は、カソード１１から発生した管電流（カソード電流）を検出するように構成されている。

管電流設定部２３は、電流制御部２４およびフォーカス電圧制御部２９に接続されており、管電流設定部２３で設定された管電流の値を電流制御部２４およびフォーカス電圧制御部２９に送り込む。電流制御部２４は、上述した電流検出部２２に接続されており、電流検出部２２で検出された管電流の値を電流制御部２４に送り込む。電流制御部２４は、管電流設定部２３で設定された管電流の値と電流検出部２２で検出された管電流の値とを比較して、その比較結果に応じてグリッド電圧発生部２５を制御する。もし、電流検出部２２で検出された管電流の値が、管電流設定部２３で設定された管電流の値よりも低くなれば、グリッド電圧発生部２５からグリッド電極１４に印加する電圧（以下、「グリッド電圧」と呼ぶ）の値を小さくする。逆に、電流検出部２２で検出された管電流の値が、管電流設定部２３で設定された管電流の値よりも高くなれば、グリッド電圧発生部２５からグリッド電極１４に印加するグリッド電圧の値を大きくする。したがって、電流検出部２２、管電流設定部２３、電流制御部２４およびグリッド電圧発生部２５を用いて、グリッド電極１４は管電流をフィードバック制御する。

ターゲット電圧設定部２６は、ターゲット電圧発生部２７およびフォーカス電圧制御部２９に接続されており、ターゲット電圧設定部２６で設定されたターゲット電圧の値をターゲット電圧発生部２７およびフォーカス電圧制御部２９に送り込む。ターゲット電圧設定部２６で設定されたターゲット電圧の値にしたがってターゲット電圧発生部２７はターゲット電圧をターゲット１３に印加すべく発生させる。

最適値テーブル２８は、ターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）、電子ビーム量に関する電流（管電流）およびフォーカス電極１２による電子ビームＢの径を最適化するフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）の相関関係を記憶している。本実施例では、これらの相関関係を数値テーブルとしている。数値テーブルは離散データであるので、最小自乗法などの公知の近似式を用いて、図２または図３に示すように、連続的なデータとしてグラフ化する。このようなテーブルは、Ｘ線発生装置１０のＸ線管１の特性によって異なるので、各Ｘ線発生装置１０ごと、あるいは各Ｘ線管１ごとに、予め求めて最適値テーブル２８に記憶する。最適値テーブル２８は、この発明における記憶手段に相当する。

ここで、本明細書中において「最適化」とは、電子ビームＢの径が微小になる条件の下でのターゲット電圧、管電流およびフォーカス電圧の組み合わせである。したがって、電子ビームＢの径が微小になるように、ターゲット電圧および管電流をそれぞれ変えて、そのときのフォーカス電圧をプロットする。管電流を一定にしたときのグラフは図２に示す通りになり、管電流を動かしたときのグラフは図３に示す通りになる。図２および図３では、横軸をターゲット電圧にして、縦軸をフォーカス電圧にしている。図３のように管電流をも動かしたときには、図中の１点鎖線あるいは２点鎖線のように特性が変化する。

図１の説明に戻って、最適値テーブル２８で記憶された相関関係、管電流設定部２３で設定された管電流の値、ターゲット電圧設定部２６で設定されたターゲット電圧の値に基づいて、フォーカス電圧をフォーカス電圧制御部２９は最適値に変更するようにフォーカス電圧発生部３０を制御する。フォーカス電圧制御部２９で変更された最適値にしたがってフォーカス電圧発生部３０はフォーカス電圧をフォーカス電極１２に印加すべき発生させる。

例えば、管電流が一定の条件の下で、ターゲット電圧設定部２６で設定されたターゲット電圧の値がＴ_１のときには、図２に示すようにフォーカス電圧の最適値はＦ_１となるので、フォーカス電圧制御部２９はＦ_１に変更して、フォーカス電圧発生部３０はＦ_１をフォーカス電極１２に印加する。また、管電流を動かした場合で、管電流設定部２３で設定された管電流の値がＩ_２のときで、ターゲット電圧設定部２６で設定されたターゲット電圧の値がＴ_２のときには、図３に示すようにフォーカス電圧の最適値はＦ_２となるので、フォーカス電圧制御部２９はＦ_２に変更して、フォーカス電圧発生部３０はＦ_２をフォーカス電極１２に印加する。

以上のように構成されたＸ線管１を備えたＸ線発生装置１０によれば、ターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）、電子ビーム量に関する電流（管電流）およびフォーカス電極１２による電子ビームＢの径を最適化するフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）の相関関係を記憶した最適値テーブル２８と、最適値テーブル２８によって記憶された相関関係、電子ビーム量に関する電流（管電流）およびターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）に基づいてフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）を最適値に変更するように制御するフォーカス電圧制御部２９とを備える。各々の装置ごとにかかる相関関係を記憶しているので、各々の装置ごとに、電子ビーム量に関する電流（管電流）およびターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）に基づいてフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）をフォーカス電圧制御部２９は最適値に変更することができる。その結果、フォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）を最適化して制御し、ひいてはＸ線を最適に制御することができる。

また、Ｘ線発生装置１０を備えたＸ線撮像装置によれば、このＸ線発生装置においてＸ線を最適に制御することができる結果、所望に制御されたＸ線画像を精度よく撮像することができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、非破壊検査機器などの工業用装置を例に採ってＸ線撮像装置を説明したが、この発明は、Ｘ線診断装置などの医用装置にも適用することができる。

（２）上述した実施例では、カソードとして熱電子放出型を例に採って説明したが、電界によるトンネル効果によって電子ビームを放出させる電界放出型の電子源を備えた装置にも適用することができる。

（３）上述した実施例では、この発明における集束手段はフォーカス電極１２であったが、電子ビームを集束させる手段であれば、特に限定されない。例えば、円環状に構成された集束コイルであってもよい。集束コイルの場合には、レンズ電源（図示省略）から集束コイルに電流を流すことで磁界を発生させて、光学の集束レンズと同様に集束コイルは電子ビームを集束させる。

（４）上述した実施例では、電子ビームＢの光軸に対して直交方向にＸ線を反射させたが、図４に示すように電子ビームＢの光軸に沿って平行にＸ線を透過させた装置にも適用することができる。

（５）上述した実施例では、管電流をカソード電流としたが、ターゲット付近の電子ビーム量に関する電流（ターゲット電流）に例示されるように、電子ビーム量に関する電流であれば特に限定されない。

（６）上述した実施例では、カソード１１を基準にして、各電極への印加電圧を決定したが、基準にする電極はカソードに限定されない。例えば、フォーカス電極あるいはターゲットを基準にして、各電極への印加電圧を決定してもよい。

（７）上述した実施例では、カソード１１を接地したが、接地する電極はカソードに限定されない。例えば、フォーカス電極あるいはターゲットを接地してもよい。

（８）相関関係は、図２に示すようなターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）およびフォーカス電極１２による電子ビームＢの径を最適化するフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）の関係であってもよいし、図３に示すようなターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）、電子ビーム量に関する電流（管電流）、およびフォーカス電極１２による電子ビームＢの径を最適化するフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）の相関関係であってもよい。図２の場合には、相関関係およびターゲット１３への印加電圧（ターゲット電圧）に基づいてフォーカス電極１２への印加電圧（フォーカス電圧）を最適値に変更するように制御する。

（９）上述した実施例では、相関関係は、離散的な数値テーブルを近似式などで連続的にしたグラフであったが、図５に示すように離散的な数値テーブルであってもよい。また、ターゲット電圧のみ、あるいはターゲット電圧および管電流を変数としたフォーカス電圧に関する関数式で、グラフを表して、その関数式をプログラミングして、ターゲット電圧のみ、あるいはターゲット電圧および管電流が設定されたら、そのプログラムに基づいて制御すべきフォーカス電圧の値を計算して出力するようにしてもよい。

実施例に係るＸ線発生装置のブロック図である。ターゲットへの印加電圧（ターゲット電圧）およびフォーカス電極への印加電圧（フォーカス電圧）の数値テーブルをグラフ化した模式図である。管電流を動かしたときのターゲットへの印加電圧（ターゲット電圧）およびフォーカス電極への印加電圧（フォーカス電圧）の数値テーブルをグラフ化した模式図である。変形例に係るＸ線発生装置のブロック図である。ターゲットへの印加電圧（ターゲット電圧）およびフォーカス電極への印加電圧（フォーカス電圧）の数値テーブルの模式図である。

符号の説明

１０ … Ｘ線発生装置
１１ … カソード
１２ … フォーカス電極
１３ … ターゲット
２８ … 最適値テーブル
２９ … フォーカス電圧制御部
Ｂ … 電子ビーム

Claims

電子ビームを発生させる電子源と、電子源からの電子ビームを集束させる集束手段と、集束手段を通った電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲットとを備えたＸ線発生装置であって、ターゲットへの印加電圧、および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備えることを特徴とするＸ線発生装置。
電子ビームを発生させる電子源と、電子源からの電子ビームを集束させる集束手段と、集束手段を通った電子ビームの衝突によりＸ線を発生させるターゲットとを備えたＸ線発生装置であって、ターゲットへの印加電圧、電子ビーム量に関する電流および集束手段による電子ビームの径を最適化する集束手段への印加電圧の相関関係を記憶した記憶手段と、記憶手段によって記憶された相関関係、電子ビーム量に関する電流およびターゲットへの印加電圧に基づいて集束手段への印加電圧を最適値に変更するように制御する集束制御手段とを備えることを特徴とするＸ線発生装置。