JP2006010335A

JP2006010335A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2006010335A
Application number: JP2004183826A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Yuasa; 善仁湯浅; Makoto Fujita; 真藤田; Tomomi Tamura; 知巳田村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】陰極１１からの電子ビームＢのターゲット１２への衝突によりＸ線を発生させるＸ線管１において、ターゲット１２の陰極１１側とは反対側のＸ線発生側には、ターゲット１２に近接して遮蔽アパーチャ１９を配設しており、この遮蔽アパーチャ１９はＸ線通過孔１９ａを有している。Ｘ線検出器２の有効面積Ｓに相当したＸ線有効照射領域Ｔを少なくとも通すようにＸ線通過孔１９ａを形成している。このように形成することで、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる。
【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線発生装置に係り、特に、Ｘ線発生装置内に配置されたターゲットから発生したＸ線を制御する技術に関する。

Ｘ線発生装置では、電子銃を構成する陰極（電子源）から発生した電子ビームを加速させてターゲットに衝突することでＸ線を発生させる。Ｘ線を発生させる際には、ターゲットに電子ビームを衝突させるまでに、光学の集束レンズと同様に集束コイル（集束手段）によって電子ビームを集束させる。近年において、実用上の理由により分解能の選択を可能とするために、複数の集束コイルを備えている。なお、集束コイルには、電子ビームを絞る絞り孔を有したアパーチャを配置している（例えば、特許文献１参照）。したがって、図６に示すように、電子ビームＢの一部はアパーチャ１０１の絞り孔１０２を通ってターゲット１０３に衝突するが、残りはアパーチャ１０１に衝突してアパーチャ１０１からもＸ線が発生する。また、集束コイル１０４内にパイプ（『ライナーチューブ』とも言う）１０５が収容されており、電子ビームＢはこのパイプ１０５内をターゲット１０３に向かって進むが、電子ビームＢの一部がパイプ１０５に衝突してパイプ１０５からもＸ線が発生する。

しかしながら、アパーチャやパイプから発生したＸ線がアパーチャを透過して、Ｘ線画像にノイズとなって重畳する場合がある。このようなノイズを低減させるために、図７に示すように、アパーチャ１０１の厚みを厚くすることが考えられる。しかし、電子ビームＢが絞り孔１０２を通っている間も電子ビームＢは広がっており、絞り孔１０２の内側面がアパーチャ１０１に対して垂直になっているので、広がった電子ビームＢの一部が絞り孔１０２の内側面に衝突してＸ線が発生する場合がある。このようにアパーチャ１０１の厚みを厚くしても、絞り孔１０２の内側面に衝突して発生したＸ線が絞り孔１０２を通って、Ｘ線画像にノイズとなって重畳する。
特開２００３−３４４５９６号公報（第３−５頁、図１）

しかしながら、このようなＸ線を制限するアパーチャを別に備えると、Ｘ線検出器（Ｘ線検出手段）で検出すべき、正規のＸ線までが上述したアパーチャによって制限されて、Ｘ線検出器で正確に検出することができなくなってしまう。

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、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる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、前記電子源に対向配置され、電子源からの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、前記ターゲットの電子源側とは反対側のＸ線発生側に通過部材を配設し、この通過部材は、前記発生して照射されたＸ線を検出するＸ線検出手段の有効面積に相当したＸ線有効照射領域を少なくとも通すＸ線通過孔を有す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、電子源から発生した電子ビームはターゲットに衝突して、Ｘ線が発生する。発生したＸ線の一部は、通過部材のＸ線通過孔を通って、残りは通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られる。また、Ｘ線のノイズも通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られる。Ｘ線通過孔は、Ｘ線を検出するＸ線検出手段の有効面積に相当したＸ線有効照射領域を少なくとも通す大きさの孔であるので、Ｘ線通過孔を通ったＸ線の一部は、Ｘ線検出手段が検出すべき正規のＸ線である。したがって、正規のＸ線以外のノイズなどは通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られて、正規のＸ線はＸ線通過孔を通過する。その結果、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる。

上述した発明において、電子源とターゲットとの間に配置され、電子ビームを絞る絞り孔を有したアパーチャを備え、通過部材のＸ線通過孔の径が、そのアパーチャの絞り孔の径よりも小さくなるようにそれぞれを構成するのが好ましい（請求項２に記載の発明）。このように構成することで、従来ではアパーチャの絞り孔の径で外部に透過していたＸ線が、通過部材のＸ線通過孔の径に制限されるので、Ｘ線通過孔を通るＸ線のノイズをより低減させることができる。

また、電子源とターゲットとの間に配置され、電子ビームを集束させる集束手段が、磁界を発生させて集束させるタイプの場合には、通過部材が磁性体のときには集束手段の磁場が通過部材による悪影響を受ける。したがって、通過部材を非磁性体で構成するのが好ましい（請求項３に記載の発明）。このように構成することで、集束手段の磁場が通過部材による悪影響を受けない。

なお、本明細書は、次のようなＸ線撮像装置に係る発明も開示している。

（１）Ｘ線を発生させて照射するＸ線発生手段と、照射されたＸ線を検出するＸ線検出手段とを備え、検出されたＸ線に基づいてＸ線画像を撮像するＸ線撮像装置であって、前記Ｘ線発生手段は、電子ビームを発生させる電子源と、前記電子源に対向配置され、電子源からの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、前記ターゲットの電子源側とは反対側のＸ線発生側に通過部材を配設し、この通過部材は、前記発生して照射されたＸ線を検出するＸ線検出手段の有効面積に相当したＸ線有効照射領域を少なくとも通すＸ線通過孔を有することを特徴とするＸ線撮像装置。

前記（１）に記載の発明によれば、Ｘ線発生手段から照射されたＸ線をＸ線検出手段が検出することで、検出されたＸ線に基づいてＸ線画像を撮像する。このＸ線発生手段において、発生したＸ線の一部は、通過部材のＸ線通過孔を通って、残りは通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られるとともに、Ｘ線のノイズも通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られる。Ｘ線通過孔は、Ｘ線を検出するＸ線検出手段の有効面積に相当したＸ線有効照射領域を少なくとも通す大きさの孔であるので、Ｘ線通過孔を通ったＸ線の一部は、Ｘ線検出手段が検出すべき正規のＸ線である。その結果、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる。そして、Ｘ線のノイズの低減によってＸ線画像に重畳するＸ線のノイズをも低減させることができ、また、正規のＸ線をＸ線検出手段が検出するのでＳ／Ｎ比のよいＸ線画像を得ることができる。

この発明に係るＸ線発生装置によれば、発生したＸ線の一部は、通過部材のＸ線通過孔を通って、残りは通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られるとともに、Ｘ線のノイズも通過部材のＸ線通過孔以外の領域に遮られる。Ｘ線通過孔は、Ｘ線を検出するＸ線検出手段の有効面積に相当したＸ線有効照射領域を少なくとも通す大きさの孔であるので、Ｘ線通過孔を通ったＸ線の一部は、Ｘ線検出手段が検出すべき正規のＸ線である。その結果、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる。

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線管の構成を示す概略断面図であり、図２は、Ｘ線管内のターゲット以外のパイプから発生したＸ線のノイズの照射状況を示す概略図であり、図３は、ターゲット以外のビーム制御アパーチャから発生したＸ線のノイズの照射状況を示す概略図である。

図１に示すＸ線管１はＸ線非破壊検査機器など代表されるＸ線撮像装置に用いられ、Ｘ線撮像装置は、Ｘ線管１と、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はこの発明におけるＸ線発生装置に相当し、この発明におけるＸ線発生手段にも相当する。また、Ｘ線検出器２は、この発明におけるＸ線検出手段に相当する。

Ｘ線管１は、電子ビームＢを発生させる陰極（カソード）１１と、この陰極１１に対向配置され、陰極１１からの電子ビームＢの衝突によりＸ線を発生させるターゲット１２と、陰極１１とターゲット１２との間に配置され、電子ビームＢを集束させる２つの集束コイル１３を備えている。つまり、本実施例では、集束コイル１３を２段に設けている。本明細書中では、陰極１１側の集束コイル１３を『第１集束コイル１３₁』とし、ターゲット１２側の集束コイル１３を『第２集束コイル１３₂』とする。なお、特に断りがないときには『集束コイル１３』で統一して以下を説明する。

本実施例では、陰極１１として６ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）や６ホウ化セリウム（ＣｅＢ₆）などで形成された単結晶あるいは焼結体のチップを用いている。このチップは、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。陰極１１は、この発明における電子源に相当し、ターゲット１２は、この発明におけるターゲットに相当する。

集束コイル１３は円環状に構成されており、その中心には電子ビームＢを絞る絞り孔１４を有したビーム制御アパーチャ１５を配設している。図１〜図３の各図では、第２集束コイル１３₂のビーム制御アパーチャ１５のみを図示する。各集束コイル１３は、図示を省略する各レンズ電源から集束コイル１３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１３は電子ビームＢを集束させる。なお、集束コイル１３は、それに流す電流、すなわち励起強度を変えることで電子ビームＢの焦点距離を自在に変えることができる。絞り孔１４は、この発明における絞り孔に相当し、ビーム制御アパーチャ１５は、この発明におけるアパーチャに相当する。

陰極１１と第１集束コイル１３₁との間には、陰極１１から第１集束コイル１３₁に向かう電子ビームＢの照射方向に、ウェネルト電極１６，陽極（アノード）１７を順に配設している。なお、陽極１７は、通常では接地電位となっている。

ウェネルト電極１６は、陽極１７によって引き出される陰極１１からの電子ビームＢの電子ビーム量（『エミッション電流値』とも呼ばれる）を制御するもので、ウェネルト電極１６の電位によって電子ビーム量が変化する。陽極１７は、陰極１１から発生する電子ビームＢを引き出す。この陽極１７による引き出しで電子ビームＢはターゲット１２に向かって加速する。上述したこれらの陰極１１とウェネルト電極１６と陽極１７とで電子銃を構成している。また、集束コイル１３内にパイプ１８を収容しており、電子ビームＢはこのパイプ１８内をターゲット１２に向かって進む。

ターゲット１２の陰極１１側とは反対側のＸ線発生側には、ターゲット１２に近接して遮蔽アパーチャ１９を配設している。この遮蔽アパーチャ１９は、Ｘ線通過孔１９ａを有している。遮蔽アパーチャ１９は、この発明における通過部材に相当し、Ｘ線通過孔１９ａは、この発明におけるＸ線通過孔に相当する。

ビーム制御アパーチャ１５の絞り孔１４の径（直径）をφ₁とし、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａの径（直径）をφ₂とすると、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａの径φ₂を、ビーム制御アパーチャ１５の絞り孔１４の径φ₁よりも十分に小さく設定する。本実施例では、ビーム径を１μｍ程度、絞り孔１４の径φ₁を５００μｍ程度とすると、Ｘ線通過孔１９ａの径φ₂を例えば１００μｍ程度に設定する。

ターゲット１２は、ベリリウム（Ｂｅ）やアルミニウム（Ａｌ）などのＸ線吸収の少ない軽金属を基材とし、陰極１１側（Ｘ線発生側の反対側）にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などのＸ線発生の効率のよい重金属が薄膜化されて、接合あるいは成膜されている。一方、遮蔽アパーチャ１９は、上述したタングステンや鉛（Ｐｂ）などの重金属で形成されている。なお、タングステンや鉛は非磁性体であるので、この非磁性体で遮蔽アパーチャ１９を形成することになる。

この他に、陰極１１と第２集束コイル１３₂との間には、図示を省略する偏向コイルを備えており、電子ビームＢの照射を偏向する。そして、この偏向コイルに電流を流すことで磁界を発生させて偏向を行う。偏向コイルの配設箇所や、配設個数については特に限定されず、陰極１１と第２集束コイル１３₂との間であれば、電子ビームＢの照射状況に応じて適宜変更することができる。

次に、ターゲット１２以外の箇所から発生したＸ線のノイズの照射状況について、図２、図３を参照して説明する。第１集束コイル１３₁のビーム制御アパーチャ（図示省略）などによって散乱した電子ビームＢが、図２に示すように、パイプ１８の地点αに衝突してＸ線Ｎが発生する。一方、電子ビームＢの一部が、図３に示すように、第２集束コイル１３₂のビーム制御アパーチャ１５の地点βに衝突してＸ線Ｎが発生する。パイプ１８の地点αから発生したＸ線Ｎについては、図２に示すように、ビーム制御アパーチャ１５の絞り孔１４の径φ₁（図１を参照）で決定される立体角θ_Aの分が、ターゲット１２よりも外部に漏れ出す。一方、ビーム制御アパーチャ１５の地点βで発生したＸ線Ｎについては、図３に示すように、図２の立体角θ_Aよりもさらに広い立体角θ_Bの分が、ターゲット１２よりも外部に漏れ出す。これらの漏れ出したＸ線Ｎが、ターゲット１２から発生した正規のＸ線にノイズとなって重畳する。

なお、Ｘ線検出器２が検出すべき正規のＸ線については、図１〜図３に示すＸ線検出器２の有効面積Ｓに正規のＸ線が少なくとも照射されていればよい。したがって、Ｘ線検出器２の有効面積Ｓの各端部とターゲット１２のＸ線発生位置２０とを結んで形成される領域、すなわち有効面積Ｓに相当したＸ線有効照射領域Ｔを少なくとも通すようにＸ線通過孔１９ａの径φ₂を形成すればよい。

本実施例の場合には、ターゲット１２に近接して遮蔽アパーチャ１９を配設し、ビーム径を１μｍ程度、Ｘ線通過孔１９ａの径φ₂を１００μｍ程度に設定することで、Ｘ線通過孔１９ａは、有効面積Ｓに相当したＸ線有効照射領域Ｔを少なくとも通す。また、Ｘ線通過孔１９ａの径φ₂を、絞り孔１４の径φ₁の５００μｍ程度の大きさよりも十分に小さく設定しているので、パイプ１８の地点αから発生したＸ線Ｎにおける立体角θ_Aの分のノイズ、およびビーム制御アパーチャ１５の地点βで発生したＸ線Ｎにおける立体角θ_Bの分のノイズが、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａ以外の重金属の領域に吸収される。そして、これらのノイズの多くがＸ線通過孔１９ａ以外の領域によって遮られる。

以上のように構成されたＸ線管１によれば、陰極１１から発生した電子ビームＢはターゲット１２に衝突して、Ｘ線が発生する。発生したＸ線の一部は、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａを通って、残りは遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａ以外の領域に遮られる。また、Ｘ線のノイズも遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａ以外の領域に遮られる。Ｘ線通過孔１９ａは、Ｘ線を検出するＸ線検出器２の有効面積Ｓに相当したＸ線有効照射領域Ｔを少なくとも通す大きさの孔であるので、Ｘ線通過孔１９ａを通ったＸ線の一部は、Ｘ線検出器２が検出すべき正規のＸ線である。したがって、ビーム制御アパーチャ１５やパイプ１８などへの衝突で発生した正規のＸ線以外のノイズなどは遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａ以外の領域に遮られて、正規のＸ線はＸ線通過孔１９ａを通過する。その結果、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる。

また、Ｘ線管１を備えたＸ線撮像装置によれば、Ｘ線のノイズを低減させて、かつ正規のＸ線が制限されることなくＸ線を発生させることができる。そして、Ｘ線のノイズの低減によってＸ線画像に重畳するＸ線のノイズをも低減させることができ、また、正規のＸ線をＸ線検出器２が検出するのでＳ／Ｎ比のよいＸ線画像を得ることができる。

また、本実施例では、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａの径φ₂が、ビーム制御アパーチャ１５の絞り孔１４の径φ₁よりも小さくなるようにそれぞれを設定している。このように設定することで、従来ではビーム制御アパーチャ１５の絞り孔１４の径φ₁で外部に透過していたＸ線が、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａの径φ₂に制限されるので、Ｘ線通過孔１９ａを通るＸ線のノイズをより低減させることができる。

また、電子ビームＢを集束させる集束コイル１３が、磁界を発生させて集束させるタイプの場合には、遮蔽アパーチャ１９が磁性体のときには集束コイル１３の磁場（『ポールピース磁場』とも呼ばれている）が遮蔽アパーチャ１９による悪影響を受ける。例えば、通常、集束コイル１３は『内磁型』と呼ばれる構造を採用しており、磁場を内部に収容するポールピース（図示省略）を備えている。このとき、ポールピースの設計によって集束コイル１３の構造を決定して、さらに集束コイル１３に流す励起強度によって集束コイル１３を操作するが、遮蔽アパーチャ１９が磁性体の場合には、その遮蔽アパーチャ１９が近傍にあることで、遮蔽アパーチャ１９による磁場の影響でポールピースの設計が狂う。したがって、本実施例では上述したように遮蔽アパーチャ１９をタングステンやモリブデンなどに代表される非磁性体で形成している。このように形成することで、集束コイル１３の磁場が遮蔽アパーチャ１９による悪影響を受けない。

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、電子源として、消耗や切断に強い単結晶あるいは焼結体のチップを用いたが、タングステンで形成されたフィラメントを用いてもよい。

（３）上述した実施例では、集束コイル１３はいわゆる２段式であったが、３段以上であってもよい。また１段のみでもよい。

（４）上述した実施例では、遮蔽アパーチャ１９のＸ線通過孔１９ａの径φ₂を、ビーム制御アパーチャ１５の絞り孔１４の径φ₁よりも十分に小さく設定したが、Ｘ線検出器２の有効面積Ｓに相当したＸ線有効照射領域Ｔを少なくともＸ線通過孔１９ａが通すのであれば、Ｘ線通過孔１９ａの径φ₂の大きさについては特に限定されない。ただ、Ｘ線のノイズをより低減させるのであれば、Ｘ線のノイズは、立体角θ_A，θ_Bの分のノイズがターゲット１２の外部に漏れ出した分であって、これらのノイズの多くは絞り孔１４を通るので、Ｘ線通過孔１９ａの径φ₂を絞り孔１４の径φ₁よりも小さく設定するのがより好ましい。

（５）上述した実施例では、ターゲット１２に近接して遮蔽アパーチャ１９を配設したが、ターゲット１２を保持する保持部材として遮蔽アパーチャ１９を配設してもよい。また、ターゲット１２に直接的に接触して遮蔽アパーチャ１９を配設してもよい。ターゲット１２に直接的に接触する場合には、図４に示すようにターゲット１２と一体的に遮蔽アパーチャ１９を配設してもよいし、図５に示すようにターゲット１２とは別の部材で遮蔽アパーチャ１９を配設してもよい。

（６）上述した実施例では、遮蔽アパーチャ１９を非磁性体で形成したが、遮蔽アパーチャ１９による悪影響を集束コイル１３が受けない、あるいは悪影響が少ない場合には、遮蔽アパーチャ１９を必ずしも非磁性体で形成する必要はない。

（７）上述した実施例では、Ｘ線管１とＸ線検出器２とは別体であったが、Ｘ線管１の中にＸ線検出器２を備えてもよい。

実施例に係るＸ線管の構成を示す概略断面図である。Ｘ線管内のターゲット以外のパイプから発生したＸ線のノイズの照射状況を示す概略図である。ターゲット以外のビーム制御アパーチャから発生したＸ線のノイズの照射状況を示す概略図である。変形例に係るターゲットおよび遮蔽アパーチャの概略断面図である。さらなる変形例に係るターゲットおよび遮蔽アパーチャの概略断面図である。従来のＸ線管におけるＸ線のノイズの照射状況を示す概略図である。従来のＸ線管のアパーチャ付近でのＸ線のノイズの照射状況を示す概略図である。

符号の説明

１ … Ｘ線管
２ … Ｘ線検出器
１１ … 陰極
１２ … ターゲット
１４ … 絞り孔
１５ … ビーム制御アパーチャ
１９ … 遮蔽アパーチャ
１９ａ … Ｘ線通過孔
φ₁ … 絞り孔の径
φ₂ … Ｘ線通過孔の径
Ｂ … 電子ビーム
Ｓ … 有効面積
Ｔ … Ｘ線

Claims

電子ビームを発生させる電子源と、前記電子源に対向配置され、電子源からの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、前記ターゲットの電子源側とは反対側のＸ線発生側に通過部材を配設し、この通過部材は、前記発生して照射されたＸ線を検出するＸ線検出手段の有効面積に相当したＸ線有効照射領域を少なくとも通すＸ線通過孔を有することを特徴とするＸ線発生装置。
請求項１に記載のＸ線発生装置において、前記電子源と前記ターゲットとの間に配置され、電子ビームを絞る絞り孔を有したアパーチャを備え、前記通過部材のＸ線通過孔の径が、そのアパーチャの絞り孔の径よりも小さいことを特徴とするＸ線発生装置。
請求項１または請求項２に記載のＸ線発生装置において、前記通過部材が非磁性体であることを特徴とするＸ線発生装置。