JP2016512915A - 高体積効率ｘ線システム - Google Patents

Abstract

フィラメント変圧器に結合された畳み込み型高電圧増倍器を含んでいるハウジングを含むＸ線を生成するための装置であって、前記変圧器は、Ｘ線を生成するためのＸ線管に結合されている、装置。製造方法及びＸ線源が開示される。【選択図】図１

Description

本発明は、小型化した寸法を特徴とするＸ線システムに関し、かつ、具体的にはＸ線システムを提供する技術及び利用する技術に関する。

可搬Ｘ線分析機器を含む多様な目的のコンパクトな低電力消費Ｘ線装置に関心が寄せられている。しかし、小型Ｘ線装置の提供は、従来から難問であった。

たとえば、Ｘ線装置に給電するために必要な在来の高圧電源の寸法が設計者を制約してきた。この制約は、関連電気絶縁要求により拍車をかけられてきた。可搬機器で一般的に使用されるＸ線管は、最大で６０，０００ボルトの加速電圧及び１ｍＡ未満のビーム電流を必要とする。可搬Ｘ線機器の最も有利な構成は、マイナスの高圧をＸ線管の陰極端に加えるとともに地電位に保たれた出力陽極端をサンプルに向ける陽極接地Ｘ線電源である。この形式の可搬Ｘ線蛍光発光（ＸＲＦ）機器の作動は、加速電圧及びビーム電流の独立制御を必要とする。

陽極接地設計の小型Ｘ線管は、十分な電子を放射させるために１〜２ボルトで熱イオン・フィラメントに加える最大１ワットの電力を必要とする。問題は、非常に高い電圧がＸ線管の陰極端に加えられる状況において、この低電圧で比較的高電力の信号を地電位から絶縁しなければならないことにある。在来の絶縁変圧器は、かさばり、過度のＥＭＩを発生し、かつ、信頼性が低い。これはＸ線源の高圧領域に置かれるので、電気絶縁要求のために電源の全体寸法に大きく貢献する。通常の絶縁方法は、変圧器の使用による。在来の変圧器は、その構造中に使用される独立絶縁材料により絶縁を達成する。これらの絶縁材料は、これまで小型Ｘ線管用の小型な高電圧システムの要件に適合されてこなかった。最適化されていない変圧器は、設計における寸法の増大及びスペースの浪費をもたらしている。

これらの小型電源及びＸ線管のこれまでの実装方式は、絶縁材料を含む金属筐体を使用して、放射電気雑音を最小化するとともに絶縁材料の経時的劣化をもたらすコロナ放電の確率を低減している。電源の高圧構成部品と金属ケースが接近しているために、構成部品間の空間は、高絶縁耐力物質で充填されなければならない。在来の充填材は、変圧器油又は重合体注封材料（potting material）を含んでいる。これらの材料は、通常、４００〜８００ボルト／ミルの破壊強度を有しており、高圧（最大６０，０００ボルト）を絶縁するためには、相当な厚さを必要とする。たとえば、５００ボルト／ミルの材料は最低約０．１２０インチを必要とし、通常、１００％の安全マージンが使用されるので、０．２４０インチの電気絶縁要件をもたらす。

必要なことは、これまでに達成されているものより小さいＸ線発生器を提供する方法及び装置である。可搬Ｘ線蛍光発光機器のような計装装置において利用され得る多用途の低コストＸ線発生器が技術によりもたらされることが望ましい。

１つの実施形態では、Ｘ線を発生するための装置が提供される。この装置は、フィラメント変圧器と結合された畳み込み型高電圧増倍器を含むハウジングを含み、この変圧器は、Ｘ線を生成するためのＸ線管と結合されている。

別の実施形態では、Ｘ線源を製造する方法を提供する。この方法は、Ｘ線源のためのハウジングを選択するステップと、畳み込み型高電圧増倍器，フィラメント変圧器の一部分及びＸ線管をハウジング中に配置するステップと、フィラメント変圧器の残りの部分をハウジングの外に配置するステップとを含む。

さらに別の実施形態では、Ｘ線源を提供する。このＸ線源は、Ｘ線を発生するためのＸ線管に結合されているフィラメント変圧器に結合された畳み込み型高電圧増倍器を収容する管状ハウジングを備え、この変圧器は、ハウジングの外側表面に配置される外側コイル及びハウジングの内側表面に配置される内側コイルを含んでおり、更に高電圧増倍器及びフィラメント変圧器に電気的に結合された制御回路を備える。

本発明の特徴及び長所は、添付図面を参照する以下の説明から明らかとなる。

先行技術Ｘ線発生器の接続形態の態様を描くブロック図である。 本明細書において開示されるＸ線源の断面模型図である。 本明細書における教示による高電圧増倍器の図を示す。 本明細書における教示による高電圧増倍器の図を示す。 本明細書における教示による高電圧増倍器の図を示す。 本明細書において開示されるＸ線源を使用する機器の断面模型図である。 本明細書において開示されるＸ線源の性能を描くグラフである。 本明細書において開示されるＸ線源の性能を描くグラフである。

本明細書において開示されるのは、小型のＸ線発生器を提供するための方法及び装置である。一般的に、小型のＸ線発生器は、新しい回路及び構成要素の設計、材料、及び実装の結果である。若干の背景説明を行うために、ここで、本明細書において使用される用語の一部の説明及びＸ線発生器の基本的考察を行う。

本明細書において述べられているように、用語「Ｘ線源」は、一般的に、本明細書において開示されているようにＸ線の発生のために使用される装置を指すのであり、Ｘ線の発生のための物質を示唆することはなく、また、それは、Ｘ線発生装置の先行技術の実施形態と混同されるべきでない。「コンパクト」及び「小型」などの用語ならびにＸ線源を特徴づけるために使用される「狭小形態」及びその他の同様な用語は、関係を表すものとみなすべきであり（先行技術との比較など）、本明細書において開示されるＸ線源の性質を説明するものと解するべきである。かかる説明的又は関係的用語は、Ｘ線源の寸法基準又は実際の寸法を示唆するものではない。Ｘ線は、一般的に、約０．０１ナノメートル（ｎｍ）から約１０ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を指す。

ここで図１を参照すると、先行技術Ｘ線発生器５の電気的態様が示されている。この例では、制御回路１０は、少なくとも１つの高電圧変圧器２０を制御するために使用されている。高電圧変圧器２０は、ＡＣ電圧を高電圧増倍器３０に出力する。制御回路１０は、少なくとも１つのフィラメント変圧器４０に対する制御も行う。高電圧増倍器３０とフィラメント変圧器４０は、共同してＸ線管５０を駆動する。Ｘ線管５０は、Ｘ線を発生するために使用される。

制御回路１０は、一般的に、Ｘ線発生器５の所望出力レベルの動作を維持するために所望の動作電圧及び電流の入力を受け取る。一部の実施形態では、所望の動作電圧及び電流は、ユーザ・インターフェース（図示せず）経由のようなユーザ入力により規定される。たとえば、制御回路１０は、９Ｖの直流（ＤＣ）入力信号を受け取って、パルス幅変調（ＰＷＭ）の１８ボルト（Ｖ）ピーク・ツー・ピーク信号（交流、ＡＣ）を発生することができる。１８Ｖピーク・ツー・ピーク信号は、次に、高電圧変圧器２０に供給される。高電圧変圧器２０は、１８ＶＡＣ信号を取り入れて、それをパルス幅に基づく０〜５，０００ボルトのピーク・ツー・ピークＤＣ信号正弦波に変換する。この正弦波は、高電圧増倍器３０に供給される。高電圧増倍器３０は、次にこの高電圧をＸ線管５０の駆動に適するレベルに増倍する。たとえば、高電圧増倍器３０の出力は、所望のマイナス高電圧出力（たとえば、最大約６０，０００Ｖ）とすることができる。このＤＣ高電圧出力は、Ｘ線管５０の陰極端に加えられる。Ｘ線管５０の陰極端（マイナス高電圧である）とＸ線管５０の陽極端（地電位に保たれている）間の電位差がＸ線管５０中の電子を加速する電位として働く。この高電圧がフィードバック抵抗により感知され得るので、出力は所望動作電圧に正確に制御され得る。同様に、ビーム電流を所望レベルに制御するために、電流を検知し、それを使用してフィラメント変圧器に加えられるパルス幅を制御することができる。

ここで図２を参照すると、本明細書における教示によるＸ線源１００の実施形態の断面図が示されている。この非制限的例では、Ｘ線源１００は一般的に円筒形装置である。Ｘ線源１００のその他の形態及び形状も提供可能である。一般的に、Ｘ線源１００の外形、寸法、形態、形状及びその他の特徴は、設計者、製造者、仕様書作成者又はその他の同様な関係者により決定される。かかる特徴は、たとえば、特定のＸ線システムと効率的に相互作用するために選択することができる。しかし、本明細書における検討の目的では、Ｘ線源１００は円筒形装置とする。この実施形態では、Ｘ線源１００は、中心軸Ａ、長さＬ、及び半径Ｒを有するものとして特徴づけることができる。

この実施形態では、Ｘ線源１００は、一般的に絶縁構造１０２（この場合には、管状絶縁構造）により囲繞される。この例では、管状絶縁構造１０２は、架橋ポリエチレン（ＰＥＸ）などの電気絶縁材料から形成される。管状絶縁構造１０２内に配置されるのは、Ｘ線管１０６（これは、Ｘ線管フィラメント１０６Ａを含む）及び高電圧部１０４である。管状絶縁構造１０２の周りに配置されるのは、フィラメント変圧器１０８である。絶縁構造１０２の周りに配置されるのは、金属ハウジング１０１である。金属ハウジング１０１の外側に配置されるのは、制御回路１２６である。制御回路１２６は、高電圧部１０４及びフィラメント変圧器１０８に結合される。フィラメント変圧器１０８は、一次コイル１０８Ａとしての外側巻線を含む。一次コイル１０８Ａは、一般的に管状ハウジング１０２の周りに巻かれる。フィラメント変圧器１０８は、二次コイル１０８Ｂとしての内側巻線も含む。二次コイル１０８Ｂは、一般的にＸ線管１０６の本体の基部の周りに巻かれる。Ｘ線管１０６は、その周りに二次コイル１０８Ｂが巻かれた状態で、それが管状ハウジング１０２の内径内にぴったりはまる寸法を有している。したがって、Ｘ線管１０６の基部（及びしたがって二次コイル１０８Ｂ）は、一次コイル１０８Ａと整列されて効果的な変圧器を構成する。フィラメント変圧器１０８の絶縁材料としての一次高電圧絶縁構造１０２の使用は、フィラメント変圧器１０８のための個別の絶縁の必要性を排除し、かつ、組み立て構造全体が軸対称かつコンパクトとなることを可能にする。

磁性材料の内側通路１２４及び磁性材料の外側通路１２２がコイル１０８Ａ、１０８Ｂとともに設けられている。一部の実施形態では、磁性材料は、柔軟な磁性材料を含んでいる。例は、種々の形態の磁性フォイル、複合材料、フェライト・コア、粉末メタル・コア、及び同様な特性を示すその他の材料を含んでいる。適切な材料は、サウスカリフォルニア州コンウェーのＭＥＴＧＬＡＳから商業的に入手することができる。一部の実施形態では、フィラメント変圧器１０８に含まれる磁性材料は特注成型される。磁性材料は巻線中の磁界を集中し、それによりフィラメント変圧器１０８の効率を高め、かつ、内部及び外部の金属構成部品が短絡巻線のように働くこと及び電気効率を低減することを防止する。

制御回路１２６は、適切と思われる任意の方法により金属ハウジング１０１の内部又は外部に取り付けることができる。たとえば、制御回路１２６は、非導電ハウジングのような容器内に実装して金属ハウジング１０１に取り付けることができる。一部の実施形態では、制御回路１２６の容器は、電磁干渉（ＥＭＩ）及び／又は放射線の遮蔽のような適切なシールドを含むことができる。制御回路１２６の金属ハウジング１０１への取り付けは、適切と考えられる任意の方法により行うことができる。たとえば、制御回路１２６（及び容器等のような任意の適切な実装器具）は、粘着、クリップ取り付け、圧着、ねじ止め、接着、埋め込み又はその他の方法により金属ハウジング１０１に結合することができる。制御回路１２６は、少なくとも部分的に金属ハウジング１０１の外側に配置することができる。すなわち、制御回路１２６の少なくとも一部は、金属ハウジング１０１内部に配置することもできる。したがって、金属ハウジング１０１は、それへの少なくとも１つの貫通部を有することができ、それにより制御回路１２６の電気接続及び物理的取り付けの少なくとも一方が可能である。

制御回路１２６、高電圧部１０４、Ｘ線管１０６及びフィラメント変圧器１０８は、一般的に適切な電気接続により電気的に接続される。この電気的接続は、ワイヤ、ビア、クリップ、実装及びその他の種類の接続及び接続部品を含むことができる。Ｘ線源１００内の空所は、絶縁材料、たとえば注封材、六フッ化硫黄ガス、又は誘電性流体により置き換えなければならない。一般的に、選択された注封材は、注封が行われた場合に、軸Ａ沿いの十分な電気絶縁及びＸ線源１００内の種々の構成要素の物理的配列の構造的完全性の強化を与える。

一般的に、高電圧部は、高電圧増倍器１０４を含んでいる。この例では、高電圧増倍器１０４は、「コッククロフト・ウォルトン（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ Ｗａｌｔｏｎ）」型の高電圧増倍器である。一般的に「コッククロフト・ウォルトン」電圧増倍器は、ＡＣ又はパルス状ＤＣ電力を低電圧レベルから高ＤＣ電圧レベルに変換する。これは、高電圧を発生するコンデンサ及びダイオードのはしご型回路網を含む。変圧器と異なり、この設計の電圧増倍器は、嵩張る随伴絶縁物の必要性を排除する。コンデンサ及びダイオードのみを使用することにより、比較的低い電圧を極めて高い値に昇圧する高電圧増倍器を構成すると同時に、変圧器を使用する設計の場合よりも遙かに軽量かつ低コストとすることができる。有利には、カスケードの各段階の電圧は、半波整流器におけるピーク入力電圧のわずか２倍に等しい。さらに、これは、比較的低コストの部品の使用を可能にし、絶縁しやすいという利点を有している。

約束事として、Ｘ線源１００の基部は「こちら側（近位側）」にあるとする一方、Ｘ線源１００の開放端は「向こう側（遠位側）」と呼ばれると考えられる。

ここで図３〜図５を参照すると、高電圧増倍器１０４の態様が示されている。図３に、高電圧増倍器１０４の断面図が描かれている。この例では、高電圧増倍器１０４は、複数のコンデンサ１１４を含んでいる。図４〜図５にも示されているように、高電圧増倍器１０４は、複数のダイオード１１６を含んでいる。複数のコンデンサ１１４及び複数のダイオード１１６は、回路基板１１２の上に配置されている。集団的に複数のコンデンサ１１４が複数のダイオード１１６とともに構成されて高電圧増倍器１０４となる。すなわち、複数のコンデンサ１１４が電気的に複数のダイオード１１６と結合されて高電圧増倍器１０４となる。それは、この例の場合、コッククロフト・ウォルトン型の電圧増倍器である。

管状絶縁構造１０２内の限られた容積を効率的に利用するために、電気構成部品（すなわち、コンデンサ１１４及びダイオード１１６）は「畳み込み型（又は折り畳み型）」回路基板１１２の上に配置される。すなわち、この基板は、１枚の回路基板がともに「畳み込まれている（又は折り畳まれている）」ように見えるように相互に位置づけられている複数の回路基板（たとえば、１１２Ａ〜１１２Ｃ）を実際に含むことができる。この例では、中間回路基板１１２Ｂは、対向回路基板１１２Ａ及び１１２Ｃに対して垂直の方向に向けられている。したがって、対向回路基板１１２Ａ及び１１２Ｃは、「畳み込まれた」外観を示す。回路基板１１２のその他の形状もいくつか可能である。しかし、表現「畳み込まれる」は、一般的に高電圧増倍器１０４が複数の回路基板又はフレキシブル回路、又はそれらの組み合わせの上に配置され、かつ、このような回路基板又は回路が整列されるか、折り畳まれる、層状化されるか、積み重ねられるか、又はその他の方法により構成されて、それぞれのハウジング内の容積（この実施形態では、管状絶縁構造１０２）の効率的な利用を与える任意の形状に当てはまると考えられる。一部の実施形態では、高電圧増倍器１０４は、別の形態で実現することができる。すなわち、高電圧増倍器１０４を畳み込むことは必要ではないということである。たとえば、一部の実施形態では、高電圧増倍器１０４は、従来の印刷回路基板上に実装することができる。

一部の実施形態では、回路基板１１２は、フレキシブル回路基板として実現される。これらの実施形態では、回路基板１１２を用語「畳み込む」の在来的な意味において「畳み込む」ことが可能である。図３〜図５に示したものなどの一部の他の実施形態では、高電圧増倍器１０４は、複数の硬質印刷回路基板１１２Ａ〜１１２Ｃの上に配置された構成部品を含んでいる。

ここで図３に戻ると、高電圧部１０４（すなわち、高電圧増倍器）の断面図が示されている。この例では、高電圧増倍器１０４は、複数のステージ１１０を含んでいる。第１ステージ１１０−１は１対のコンデンサ１１４Ａ−１、１１４Ｂ−１及びそれぞれの対の高電圧ダイオード１１６Ａ−１、１１６Ｂ−１を含んでいる。コッククロフト・ウォルトン型の電圧増倍器の技術において知られているように、それぞれのステージ１１０のぞれぞれは第１ステージの構成部品及び構造を模倣し、かつ、一般的に入力電圧の昇圧を行う。

高電圧増倍器１０４内に含まれているのは、少なくとも１つのフィードバック抵抗１２０である。この例では、フィードバック抵抗１２０は、精密高電圧抵抗である。フィードバック抵抗の寸法は、高電圧増倍器１０４と抵抗１２０間の電圧傾斜を低減するために高電圧増倍器１０４の長さに合わせて選択され、それにより漏洩電流を低減し、かつ、高電圧測定の精度を高める。

一般的に、金属ハウジング１０１は、構造的強度及び電磁干渉（ＥＭＩ）からの遮蔽を与えるとともに放射線遮蔽を与えるために金属製である。適切と考えられるその他の金属及び／又は構造的材料が使用され得る。金属ハウジング１０１は、Ｘ線源１００を利用する機器などの別の構成要素内に取り付けるために、適合され得る。

ここで図６を参照すると、Ｘ線源１００を利用するための機器の例示実施形態の一部の断面模型図が示されている。この例では、この機器は、可搬蛍光Ｘ線装置２０２（本明細書では一般的に“ＸＲＦ”機器と称する）である。この実施形態では、装置２０２は、そのハウジング内に配置されたＸ線源１００を含んでいる。少なくとも１つの検出器３１４もハウジング内に配置されている。作動中、Ｘ線源１００は、Ｘ線ビーム３０４を生成する。Ｘ線ビーム３０４は、ウィンドウ３１０通過方向に向けられてサンプル（図示せず）を照射する。Ｘ線により照射されたとき、サンプルは蛍光発光する。サンプルからの蛍光は、サンプル・ビーム３１２を形成する。サンプル・ビーム３１２の一部は、検出器３１４により検出される。検出回路（図示せず）と結合されている検出器３１４は、サンプルの分析を行う。

ウィンドウ３１０経由のスナウト機器２０２へのほこり又はその他の汚染物質の侵入を防止するために、ウィンドウ３１０は、ポリイミド・フィルムなどのＸ線透過材料の薄いシートにより覆うことができる。適切なポリイミド・フィルムは、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから商標ＫＡＰＴＯＮで入手できる。

一般的に、Ｘ線源１００は、比較的低い電力のＸ線管を必要とするか又は利用する任意の装置のために使用することができる。たとえば、Ｘ線源１００は、より小型のＸ線回折システム又はＸ線撮像システムで使用することができる。

有利には、小型Ｘ線源１００を利用することにより、装置２０２も小型の装置として実現することができる。また、一部の実施形態では、小型Ｘ線源１００を使用することにより、製造者は放射線源の使用なしで済ますことができる。放射線源を含まない装置を提供することにより、製造者は、装置をより自由に、かつ、安価に提供し、また、流通させることができる。

Ｘ線源１００の一部の実施形態について以上のように記述してきたが、ここでさらなる特徴について論ずることとする。

一般的に、回路基板１１２は、多様な種々の技術を使用することができる。すなわち、すべてのフレキシブル印刷回路基板（ＰＣＢ）の少なくとも１つが使用でき、すべての硬質印刷回路基板が使用でき（在来のレイアウトを有する基板など）、区画印刷回路基板が使用でき（フレキシブル・ヒンジ、リボン・ケーブル等の取り付けられている基板など）、硬質回路基板が使用でき（フレキシブル区画を有する基板など）、ピン・コネクタ及び／又はワイヤを有する硬質区画を含む回路基板も使用できる。回路基板１１２の種々のその他の物理的又は機械的変形も組み込むことができる。たとえば、スロッティング（コンデンサ１１４の少なくとも１つの下など）も利用できる。スロッティングは、中でも、大きな屈曲及びよりよいクリーニング経路を与えることができる。

一部の実施形態では、ＫＡＰＴＯＮ ＦＬＥＸ ＰＣＢ （デラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔから入手できる）などのフレキシブル印刷回路基板を使用することができる。一般的に、このような実施形態は、優れた絶縁強度、熱的安定性、化学耐性、柔軟性、及び寸法安定性を示すポリイミド・フィルムを含む。

Ｘ線源１００内の空所の充填は、多様な種々の物質により行うことができる。一般的に、用語「注封」は、Ｘ線源１００内の空所の充填に関して使用される。一部の実施形態では、高電圧封入材料が使用される。一部の実施形態では、流体誘電体によるポリブタジエン製剤を利用する。ブタジエン・ゴム（合成ゴム）も使用できる。ブタジエン・ゴムは、一般的に、ポリブタジエン、多数のブタジエン分子を化学的に架橋して巨大分子すなわち重合体を形成することにより構築されるエラストマー（弾性重合体）から構成される。重合体は、摩耗に対する高い耐性、低い発熱性、及び耐亀裂性で有名である。その他のコンパウンドは、シリコンベースのエラストマー製剤を含み得る。若干の適切な例示製剤は、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｓｕｌｃａｓｔ及びＭａｓｔｅｒｂｏｎｄから入手できる。一部の実施形態では、ハード・エポキシが使用できる。別の実施形態では、変圧器油のような流体誘電体又はフッ素化炭化水素が使用できる。パーフルオロ化流体も使用できる。流体の使用は、Ｘ線源１００内に含まれる電子部品へのアクセスが望ましい実施形態などの一部の実施形態において有利となるであろう。したがって、流体絶縁材料が使用されるような一部の実施形態では、高電圧増倍器１０４及びフィラメント変圧器１０８などの構成部品を取り外すことが可能である。構成部品の除去は、保守及びその他の同様な目的のために有利であるか又は望ましい場合がある。六フッ化硫黄などの適切な高電圧絶縁ガスも使用でき、液体誘電体材料と同じ利点がある。遮蔽材料を注封材料に付加して迷Ｘ放射線の管貫通遮蔽に役立てることができる。たとえば、鉛、タングステン、及びビスマスの少なくとも１つの非伝導酸化物を重合体注封材料に付加してＸ線源１００から到来する迷放射線の低減に資することができる。

管状絶縁構造１０２は、種々の材料から作ることができる。管状絶縁構造１０２の適切な材料は、一般的に、強い絶縁耐力（２０００Ｖ／ミル〜７０００Ｖ／ミルの桁のような）を示す材料を含む。超高分子量又は架橋ポリエチレン（ＰＥＸ）材料（約２３００Ｖ／ミルの絶縁を示す）も使用することができる。その他の適切な材料は、ＫＡＰＴＯＮ及びＭＹＬＡＲのほか、溶融石英及び水晶を含む。

ハウジングは、一般的に円形と考えられ得る筒状絶縁構造１０２を含む金属ハウジング１０１として開示されたが、それは要求条件ではない。その他の断面形状の成形も使用できる（たとえば、六角形、矩形等）。

Ｘ線管１０６の例示実施形態は、２０１０年２月２日にＷｉｌｌｉａｍ Ａｄａｍｓに与えられた「ｘ−ｒａｙ ｔｕｂｅ ｗｉｔｈ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｓｍａｌｌ ｓｐｏｔ ｃａｔｈｏｄｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｅｒｅｏｆ」と題する米国特許第７，６５７，００３号明細書において開示されている。この特許は、望ましくないハローを伴わずに、明確に定義された電子ビームを生成するＸ線源を開示している。このＸ線源は、ハウジング、このハウジング内に配置された陰極、この陰極から離隔して配置され、陰極から放射される電子を加速する陽極及び加速された電子による衝突のためにハウジング内に陰極から離隔して配置されるＸ線放出ターゲットを含む。陰極は、陰極の領域の一部のみを覆う保護層を含んでおり、陰極の放射部分は保護されていない。保護層は、陰極の保護された部分からの放射を低減又は阻止し、それによりハローを防止している。これがない場合、陰極の放射部分を取り囲む陰極の部分からの低レベルの放射によりハローが生ずる。この特許は、参照によりその全体が本明細書に含まれている。ただし、その中のいずれかの主題事項が本開示と矛盾する場合には、本開示の主題事項が優先するものとする。

結果として、本明細書における教示は、大幅に小型化されたＸ線源を提供する。このＸ線源の体積は大幅に低減されているが、それとともに大幅なコスト低減、組立工程の改善、重量の低減及び手頃な出力（たとえば、０〜６０ｋＶ、０〜１ｍＡ、最大出力１０ワット）も実現する。図７〜図８は、表１に示した実施形態に対応するＸ線源の性能を示すグラフである。

当然のことながら、本発明のいずれの実施形態も言及された特徴とは別の特徴も有し得る。特徴への言及において強調のために表現「少なくとも」が使用される場合がある。しかし、当然のことながら、「少なくとも」が使用されないときにおいても、言及された特徴より多くの特徴又は別の種類の特徴が存在し得る。本明細書において引用されたすべての参照文献は、参照により本文書に全体として含まれる。しかし、組み込まれた参照中のいずれかの記述が本出願において言及されているいずれかの記述と矛盾する場合には、本出願が優先する。本出願に記載されている任意の方法における任意の事象の連続の順番は、記載されている順番に限られない。それよりむしろ、事象は、同時を含めて論理的に可能な任意の順番で起こり得る。

本明細書における教示の特徴を与えるために種々のその他の構成部品を含むこと及び必要とすることができる。たとえば、本明細書の教示の範囲内に含まれる追加実施形態を提供するために、材料の追加、材料の組み合わせの追加及び／又は材料の省略を行うことができる。

本発明又はその実施形態の要素を紹介する場合、冠詞“ａ”、“ａｎ”、“ｔｈｅ”は、１つ以上の要素の存在を意味することを意図している。同様に、形容詞「別の」は、要素を紹介するために使用された場合、１つ以上の要素を意味することを意図している。表現「含む」及び「有する」は、列挙された要素以外の追加要素も含まれるように包括的であることを意図している。

本発明は例示実施形態を参照して記述されたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能であり、かつ、その要素が均等物で代替可能であることは、当業者にとって当然のことである。また、本発明の本質的範囲から逸脱することなく特定の装置、状況又は材料を本発明の教示に適合させる種々の変更形態が当業者により認識されるであろう。したがって、この発明を実施するために考えられた最良の方法として開示された特定の実施形態に本発明を限定することではなく、添付の請求項の範囲内に属するすべての実施形態を本発明が包含することを意図している。

Claims (25)

1. Ｘ線を生成するための装置であって、
   フィラメント変圧器に結合されている畳み込み型高電圧増倍器を含み、前記変圧器はＸ線を生成するためのＸ線管に結合されている、装置。
2. 前記装置は、金属ハウジング内に配置されており、前記金属ハウジングは、中に配置されている管状絶縁構造を収容している、請求項１に記載の装置。
3. 前記フィラメント変圧器は、前記管状絶縁構造の外側表面の周りに配置されている外側コイル、及び、前記管状絶縁構造の内側表面の周りに配置されている内側コイルを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記フィラメント変圧器は、少なくとも１つの磁性材料層を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記磁性材料は、軟質及び硬質磁性材料の少なくとも一方を含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記高電圧増倍器、前記フィラメント変圧器、及び前記Ｘ線管に結合された制御回路をさらに含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記制御回路は容器内に含まれる、請求項６に記載の装置。
8. 前記容器は、電磁干渉（ＥＭＩ）及び放射線の少なくとも一方の遮蔽部を含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記畳み込み型高電圧増倍器は、フレキシブル印刷回路基板を含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記畳み込み型高電圧増倍器は、複数の電気接続された硬質な印刷回路基板を含む、請求項１に記載の装置。
11. 前記高電圧増倍器は、複数段で配置される複数のコンデンサ及び複数のダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
12. 前記ハウジングの空所内に配置される少なくとも１つの絶縁材料をさらに含む、請求項１に記載の装置。
13. 前記絶縁材料は、埋込用樹脂、ゴム、合成ゴム、重合体材料、エラストマー材料、油、パーフルオロ化流体、及びガス絶縁材料の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の装置。
14. Ｘ線源を製造する方法であって、
    前記源のハウジングを選択するステップと、
    畳み込み型高電圧増倍器、フィラメント変圧器の一部、及びＸ線管を前記ハウジング内に配置するステップと、
    前記フィラメント変圧器の残りの部分を前記ハウジングの外側に配置するステップと、を含む方法。
15. 前記選択するステップは、金属ハウジングを選択するステップと、前記ハウジング内に適合するように構成された絶縁構造を選択するステップと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記管状絶縁構造は、高絶縁耐力及び高電圧耐力を有する材料から選択される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記高電圧増倍器、前記フィラメント変圧器、及び制御回路を電気的に結合するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記高電圧増倍器及び前記フィラメント変圧器を前記Ｘ線管に電気的に結合するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記ハウジングの空所を絶縁材料で充填するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
20. Ｘ線源であって、
    中に配置されている管状絶縁構造を収容する金属ハウジングを備え、前記管状絶縁構造は、Ｘ線を生成するためのＸ線管に結合されているフィラメント変圧器に結合される畳み込み型高電圧増倍器を含んでおり、前記変圧器は、前記管状絶縁構造の外側表面の周りに配置される外側コイル及び前記管状絶縁構造の内側表面の周りに配置される内側コイルを含んでおり、
    前記Ｘ線管の高電圧及びビーム電流を独立に制御するために前記高電圧増倍器及び前記フィラメント変圧器に電気的に結合される制御回路を更に備えた、Ｘ線源。
21. 機器内に取り付けられるように構成された、請求項２０に記載のＸ線源。
22. ０〜６０ｋＶ及び０〜１ｍＡの出力で最大１０Ｗの出力を与えるように構成されている、請求項２０に記載のＸ線源。
23. Ｘ線生成装置であって、
    細長い絶縁構造と、
    前記絶縁構造内にその前端に向かって配置され、フィラメントを有するＸ線管と、
    ハウジング内で前記Ｘ線管の後ろに配置され、少なくとも１つの畳み込まれた区画を含んでいる高電圧電源と、
    前記絶縁構造の外側表面の周りに配置された外側コイル及び前記絶縁構造の内側表面の周りに配置された内側コイルを含む変圧器と、を含むＸ線生成装置。
24. 前記高電圧電源は、前記畳み込まれた区画の間に縦方向に配置されたフィードバック抵抗を含むコッククロフト・ウォルトン電源である、請求項２３に記載の装置。
25. 前記Ｘ線管及び前記電源の少なくとも一方は、前記絶縁構造から取り出し可能である、請求項２３に記載の装置。

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