JP4375110B2

JP4375110B2 - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP4375110B2
Application number: JP2004142415A
Authority: JP
Inventors: 秀樹佐藤; 真藤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: JP2005327497A

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電子源からの電子ビームの量を制御する技術に関する。

Ｘ線発生装置では、陰極である電子銃（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させることでＸ線を発生させる。電子銃とターゲットとの間には、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。したがって、電子ビームの一部はアパーチャの絞り孔を通ってターゲットに衝突するが、残りはアパーチャに衝突してアパーチャからもＸ線が発生する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−０１４４０２号公報（第７頁、図３）

しかしながら、アパーチャから発生した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５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１０３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１０３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。

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、アパーチャの絞り孔を通るＸ線を低減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、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とを備えたＸ線発生装置であって、前記絞り孔の内側面に属する全ての部分が、前記アパーチャの電子源側の面における前記絞り孔の周縁部と電子源とを結ぶ直線を境にして、前記絞り孔の中心と電子源とを結ぶ直線に対して反対側に位置するように前記アパーチャを構成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の一部はアパーチャの絞り孔を通ってターゲットに衝突するが、残りはアパーチャに衝突する。前者の電子ビームが絞り孔を通っている間も電子ビームは広がっている。絞り孔の内側面に属する全ての部分が、アパーチャの電子源側の面における絞り孔の周縁部と電子源とを結ぶ直線を境にして、絞り孔の中心と電子源とを結ぶ直線に対して反対側に位置するようにアパーチャを構成する。したがって、絞り孔を通って広がった電子ビームの一部が絞り孔の内側面に衝突するのを防止することができる。その結果、絞り孔の内側面への電子ビームの衝突を低減させることができるとともに、その内側面への電子ビームの衝突によるＸ線の発生を低減させることができ、アパーチャの絞り孔を通るＸ線を低減させることができる。

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、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とを備え、前記アパーチャの電子源側の面における前記絞り孔の周縁部と電子源とを結ぶ第１軸、および絞り孔の中心と電子源とを結ぶ第２軸のなす角度について、電子源側の面からターゲット側の面に向かって絞り孔の内側面が前記角度以上に広がっていくようにアパーチャを構成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。アパーチャの電子源側の面における絞り孔の周縁部と電子源とを結ぶ第１軸、および絞り孔の中心と電子源とを結ぶ第２軸のなす角度について、電子源側の面からターゲット側の面に向かって絞り孔の内側面が上述した角度以上に広がっていくようにアパーチャを構成することで、絞り孔を通って広がった電子ビームの一部が絞り孔の内側面に衝突するのを防止することができる。その結果、アパーチャの絞り孔を通るＸ線を低減させることができる。このＸ線の低減によってＸ線画像に重畳するＸ線のノイズを低減させることができる。

この発明に係るＸ線発生装置によれば、アパーチャの電子源側の面における絞り孔の周縁部と電子源とを結ぶ第１軸、および絞り孔の中心と電子源とを結ぶ第２軸のなす角度について、電子源側の面からターゲット側の面に向かって絞り孔の内側面が上述した角度以上に広がっていくようにアパーチャを構成することで、絞り孔を通って広がった電子ビームの一部が絞り孔の内側面に衝突するのを防止することができる。その結果、アパーチャの絞り孔を通るＸ線を低減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線管のアパーチャの具体的な構成を示す概略断面図である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）のアパーチャの絞り孔付近の拡大図である。

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を絞る絞り孔１３を有したアパーチャ１４とを備えている。なお、本実施例では、陰極１１として６ほう化ランタン（ＬａＢ₆）や６ほう化セリウム（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し、絞り孔１３は、この発明における絞り孔に相当し、アパーチャ１４は、この発明におけるアパーチャに相当する。

アパーチャ１４の両端には集束コイル１５を配設している。この集束コイル１５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１５は電子ビームＢを集束させる。なお、集束コイル１５は、それに流す電流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。

陰極１１と、集束コイル１５を配設したアパーチャ１４との間には、陰極１１からアパーチャ１４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，偏向コイル１８を順に配設している。

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』あるいは『管電流値』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、陰極でもある陰極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。

偏向コイル１８は、電子ビームＢの照射を偏向するもので、この偏向コイル１８に電流を流すことで磁界を発生させて偏向を行う。より具体的に説明すると、Ｘ線管１内の各部品の機械的公差により、陰極１１とターゲット１２の中心とを物理的に結んだ機械軸ＰＡに対して、電子ビームＢの光軸ＢＡ、すなわち電子が実際に出射される軸ＢＡがずれる。このズレによって、電子ビームＢがターゲット１２の中心に到達することができなくなる。そこで、電子ビームＢがターゲット１２の中心に到達するように、偏向コイル１８によって電子ビームＢの照射を偏向する。本実施例では、偏向コイル１８を、図１に示すように２段に設けたが、１段のみであってもよいし、３段以上であってもよい。

次に、アパーチャ１４と絞り孔１３との具体的な形状について、図２を参照して説明する。符号２１は、アパーチャ１４の陰極１１側の面を示し、符号２２は、その面２１における絞り孔１３の周縁部を示し、符号２３は、その周縁部２２と陰極１１とを結ぶ第１軸を示し、符号２４は、絞り孔１３の中心と陰極１１とを結ぶ第２軸を示し、符号θ₁は、第１軸２３および第２軸２４のなす角度を示し、符号θ₂は、第２軸２４に対する絞り孔１３の内側面の角度を示し、符号２５は、アパーチャ１４のターゲット１２側の面を示す。なお、第２軸２４は、陰極１１とターゲット１２の中心とを物理的に結んだ機械軸ＰＡに一致する。第１軸２３は、この発明における第１軸に相当し、第２軸２４は、この発明における第２軸に相当する。

図２（ｂ）に示すように、第２軸２４に対する絞り孔１３の内側面の角度θ₂が、第１軸２３および第２軸２４のなす角度θ₁よりも広くなるようにアパーチャ１４を構成する。つまり、陰極１１側の面２１からターゲット１２側の面２５に向かって絞り孔１３の内側面が上述した後者の角度θ₁以上に広がっていくようにアパーチャ１４を構成する。

陰極１１からアパーチャ１４までの距離を１５０ｍｍとし、絞り孔１３の直径を数１００μｍから１ｍｍまで（すなわち半径は３００μｍ程度から５００μｍ）とすると、第１軸２３および第２軸２４のなす角度θ₁は、ｔａｎ^-1（絞り孔１３の半径／陰極１１からアパーチャ１４までの距離である１５０ｍｍ）なので、０．０６５°から０．１０２°までの範囲となる。したがって、上述の条件では、第２軸２４に対する絞り孔１３の内側面の角度θ₂が０．１０２°以上になるようにする。より好適な角度の範囲としては、第２軸２４に対する絞り孔１３の内側面の角度θ₂は０．４°ないしは０．６°程度以上である。

また、角度θ₂の上限については特に限定されないが、アパーチャ１４の厚みが薄すぎると電子ビームＢのアパーチャ１４への衝突により発生したＸ線が絞り孔１３を通る可能性があるので、好ましくは４５°未満、より好ましくは１０°未満にする。以上より、陰極１１側の面２１からターゲット１２側の面２５に向かって絞り孔１３の内側面が０．４°ないしは０．６°から１０°までの範囲で広がっていくようにアパーチャ１４を構成するのがより好ましい。

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の一部はアパーチャ１４の絞り孔１３を通ってターゲット１２に衝突するが、残りはアパーチャ１４に衝突する。前者の電子ビームＢが絞り孔１３を通っている間も電子ビームＢは広がっている。アパーチャ１４の陰極１１側の面２１における絞り孔１３の周縁部２２と陰極１１とを結ぶ軸を第１軸２３とし、絞り孔１３の中心と陰極１１とを結ぶ軸を第２軸２４とする。アパーチャ１４に遮られることで、第２軸２４に対するこの電子ビームＢの広がりは、図２（ｂ）に示すように第１軸２３および第２軸２４のなす角度θ₁となる。したがって、陰極１１側の面２１からターゲット１２側の面２５に向かって絞り孔１３の内側面が上述した角度θ₁以上の角度θ₂に広がっていくようにアパーチャ１４を構成することで、絞り孔１３を通って広がった電子ビームＢの一部が絞り孔１３の内側面に衝突するのを防止することができる。その結果、絞り孔１３の内側面への電子ビームＢの衝突を低減させることができるとともに、その内側面への電子ビームＢの衝突によるＸ線の発生を低減させることができ、アパーチャ１４の絞り孔１３を通るＸ線を低減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、アパーチャ１４の絞り孔１３を通るＸ線の低減によってＸ線画像に重畳するＸ線のノイズを低減させることができる。

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、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１５はいわゆる１段式であったが、集束コイル１５を２段以上組み合わせてもよい。

（４）上述した実施例では、より好ましい絞り孔１３の内側面の範囲として０．４°ないしは０．６°から１０°までの範囲としたが、第２軸２４に対する絞り孔１３の内側面の角度θ₂の下限は、陰極１１からアパーチャ１４までの距離や、絞り孔１３の直径によって適宜変更すればよい。また、角度θ₂の上限についてもアパーチャ１４の厚みや、電子ビームＢの散乱成分や、アパーチャ１４から発生したＸ線の状況によって適宜変更すればよい。

（５）上述した実施例では、図２に示すように、陰極１１側の面２１からターゲット１２側の面２５に向かって絞り孔１３の内側面が逆テーパー状、すなわちターゲット１２側の面２５から陰極１１側の面２１に向かった場合には絞り孔１３の内側面がテーパー状になっていたが、第１軸２３および第２軸２４のなす角度θ₁以上に、陰極１１側の面２１からターゲット１２側の面２５に向かって絞り孔１３の内側面が広がるのであれば、例えば、図３に示すように、絞り孔１３の内側面を階段状に傾斜をつけてアパーチャ１４を構成してもよいし、図４に示すように、絞り孔１３の内側面を凸状（アパーチャ１４からみれば凹状）にしてアパーチャ１４を構成してもよい。

実施例に係るＸ線管の構成を示す概略断面図である。（ａ）、（ｂ）は、Ｘ線管のアパーチャの具体的な構成を示す概略断面図である。変形例に係るアパーチャの具体的な構成を示す概略断面図である。さらなる変形例に係るアパーチャの具体的な構成を示す概略断面図である。従来のアパーチャの概略断面図である。

符号の説明

１ … Ｘ線管
２ … Ｘ線検出器
１１ … 陰極
１２ … ターゲット
１３ … 絞り孔
１４ … アパーチャ
２３ … 第１軸
２４ … 第２軸
Ｂ … 電子ビーム

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、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とを備えたＸ線発生装置であって、前記絞り孔の内側面に属する全ての部分が、前記アパーチャの電子源側の面における前記絞り孔の周縁部と電子源とを結ぶ直線を境にして、前記絞り孔の中心と前記電子源とを結ぶ直線に対して反対側に位置するように前記アパーチャを構成することを特徴とするＸ線発生装置。