JP4459815B2 - 短ｘ線パルスを発生するｘ線装置およびこのｘ線装置を利用する検査装置 - Google Patents
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Description
この発明は、短Ｘ線パルスを発生するＸ線装置に関するもので、熱陰極と陽極とを備えたＸ線管と、高電圧パルスを発生する第１の回路と、この高電圧パルスを陽極に印加してＸ線パルスを発生するＸ線発生機とによって構成される。
本発明はまた、移送装置上を搬送される容器、例えば、飲料容器、スーツケースまたは旅行用カバンなどを検査する装置に関する。この検査装置は上述のＸ線装置とともに撮像装置（imaging apparatus）を備えている。
短Ｘ線パルスを発生するためのＸ線装置は、特許文献１〜３などで知られている。これらの装置は、数ナノ秒間持続する極短Ｘ線パルスを発生するように機能する。極短パルスの持続時間内に高電圧エネルギーを陽極に伝達することができるように、特別に開発されたコンデンサが高電圧パルス発生のために使用される。
特許文献４により公知の電界放射型カソードを備えたＸ線装置は、電子ビームを異なる陽極材料上に収束させることにより異なるエネルギーのＸ線パルスを発生するものである。
特許文献５により公知のＸ線パルスを発生するためのＸ線ビーム発生器では、高電圧が永続的に陽極に印加され、格子電圧をカソード電圧に応じて制御することにより、Ｘ線ビームを発生させない期間中は、電子を陽極に到達させないようにするものである。このパルス持続時間はまた、格子電圧によっても制御される。これにより、安定したＸ線パルスを発生することが可能になる。
撮像装置を介して搬送装置を移動する飲料容器および手荷物をＸ線を用いて検査することは公知である。下流側にＣＣＤカメラを備えたＸ線イメージインテンシファイヤまたはコンバータが撮像システムとして用いられ、記録された画像が評価システムに中継される。Ｘ線イメージインテンシファイヤにおいて表面センサを用いることによって、放射エネルギーおよびＸ線パルスの入力電力の双方を大幅に低減することができる。しかしながら、Ｘ線照射される物体が移動するため、画像の輪郭は鮮明さを欠く。
他のセンサ、例えばラインセンサを用いた場合、全エネルギーが継続的に、すなわち、ビーム路に被検体がないときであっても、利用可能であることが必要とされる。その結果第１に高放射線エネルギーが放出され、第２に高電気出力が必要となる。それゆえ、機器の放射線防護および高接続負荷のための、高価なスクリーニングおよび安全対策が必要となる。
独国特許第３２１６７３３号 (DE-C-32 16 733）
米国特許第４９４７４１５号 (US-A 4 97 415)
国際公開公報ＷＯ９４／２３５５２ (WO 94/23552)
国際公開公報ＷＯ０２／３１８５７ (WO 02/31857)
欧州公開特許第１１５８８４２号 (EP-A-1 158 842)
この発明の主たる目的は、ミリ秒の範囲でＸ線パルスを発生させることを可能にし、かつ比較的に低放射線エネルギーで、輪郭が鮮明な画像が得られるＸ線装置を提供することである。
本発明の前記目的は、前述のようなこの種Ｘ線発生装置に、永続的に低電圧を陽極に印加する第２の回路を備えしめることにより達成される。
ここで、「低電圧」とは、その電圧でＸ線放射が発生したとしても低エネルギーであり、Ｘ線管のガラス壁によって吸収されてしまうような高電圧を意味する。この低電圧は永続的に陽極に印加されるため、実質的にＸ線は放射されないが、Ｘ線管が常時予熱されることにより迅速にＸ線管を作動させ、短Ｘ線パルスを発生させることができる。
Ｘ線管はシマーモード（simmer mode）で作動する。第２の回路はシマー電源装置（simmer power supply unit）である。保護ダイオードは、高電圧に切り替えられたときにシマー電源装置を保護する。また、高電圧パルスを発生させるのにマルクス発生器を使用することもできる。
陰極は、加熱制御装置を介して常に一定の加熱電流で加熱される。
このようなＸ線装置は、物体、特に、不規則な間隔で検査デバイス内を運搬される容器を検査する装置に特に適しているが、これは、Ｘ線管を作動させる始動段階が非常に短く、本質的にコンデンサの放電曲線によってのみ規定されるためである。Ｘ線イメージインテンシファイヤまたはコンバータ等において表面センサを備えた撮像処理では、動きによるボケを回避できるなど特に有利である。
ラインセンサ、例えばシンチレータ結晶とともに一列に配置された複数の光電子増倍管を備えた撮像処理では、高ビーム出力を永続的に作動させる必要がないことが有利である。すなわち、検査すべき物体がビーム路にない場合に有効である。
本発明によるＸ線装置は、特に、独国実用新案出願第２０２１７５５９．６号（出願日２００２年１１月１２日、名称「満たされた容器をＸ線を用いて検査するデバイス」）に使用する場合のＸ線ビーム源として特に適している。
以下、本発明の一実施態様を図面を用いて説明する。
図１の回路図において、Ｘ線管１０の陰極１２は加熱制御部１４に接続される。これにより、陰極１２に一定の加熱電流が与えられる。陽極１６は、高圧スイッチ１８を介して、高圧電源装置２２によって充電される高圧コンデンサ２０に接続される。陽極１６はまた、保護ダイオード２４を介してシマー電源装置２６に接続される。
高圧電源装置２２は、高圧コンデンサ２０を６０ｋＶに充電させる。高圧スイッチ１８を閉じることによって、この電圧がＸ線管１０の陽極１６に印加され、それによって、Ｘ線３０が発生する。
Ｘ線管１０は、シマー電源装置２６によりシマーモードで動作し、このシマー電源装置２６は、約５ｋＶの電圧を発生し、約１ｍＡ〜１０ｍＡの直流電流をＸ線管１０に永続的に流すことが可能である。これによって、Ｘ線管１０は、直ちに作動する状態まで予熱され、高圧スイッチ１８が閉じられるとすぐにＸ線３０を発生する。シマー電源装置２６は、保護ダイオード２４によって、コンデンサ２０の高電圧から保護される。
高圧電源２２、高圧コンデンサ２０、および高圧スイッチ１８の代わりに、図２に示すようなマルクス発生器を用いることができる。このマルクス発生器は、パルス状の高電圧を生成することができる電圧増倍装置である。抵抗器３４を介して並列接続されるｎ個のコンデンサ３３が、電圧源３２を介して充電される。高電圧パルスをトリガーするために、コンデンサ３３が電子スイッチ３６を介して直列接続され、次いで、ｎ倍のコンデンサ電圧が出力３８に印加される。
例えば、５ｋＶの電圧源３２および並列接続された１２個のコンデンサ３３を使用した場合、発生する高電圧パルスは６０ｋＶである。それゆえ、この実施例においては、シマー電源装置２６を電圧源３２として用いることができる。
図３は、搬送装置４２例えばリンクチェーンコンベヤ上を搬送される飲料ボトル４０を検査するデバイスを示す。搬送装置４２の一方側にはＸ線管１０が、他方側にはＸ線イメージコンバータ４４が設けられ、このコンバータの後方にはＣＣＤカメラ４６が配置されている。検査される飲料ボトル４０がＸ線管１０とＸ線イメージコンバータ４４との間に位置する場合、光バリヤまたは容量センサ（light barrier or capacitive sensor）等の装置によってトリガ信号が生成される。このトリガ信号によって高圧スイッチ１８が閉じられ、Ｘ線管１０からパルス状のＸ線３０が発生する。ボトル４０を通過したＸ線３０はＸ線イメージコンバータ４４に照射され、これによって、飲料ボトル４０の像が生成される。この像は、ＣＣＤカメラ４６によって記録され、満たされた飲料ボトル４０内の異物、例えばガラス片を認識するために、公知の画像認識処理方法で処理される。飲料ボトル４０の底の湾曲部分に如何なるガラス片も隠れないようにするために、Ｘ線管１０は搬送装置４２の平面に対して、例えば３０°の角度方向から照射するように上方に配置される。これは独国実用新案出願第２０２１７５５９．６号（名称：満たされた容器をＸ線を用いて検査するデバイス）に詳述されている。
１０ Ｘ線管
１２ 陰極
１４ 加熱制御部
１６ 陽極
１８ 高圧スイッチ
２０ 高圧コンデンサ
２２ 高圧電源装置
２４ 保護ダイオード
２６ シマー電源装置
３０ 放射Ｘ線
４０ 飲料ボトル
３２ 電圧源
３３ コンデンサ
３４ 抵抗器
３６ 電子スイッチ
３８ 出力端子部
４２ 搬送装置
４４ Ｘ線イメージコンバータ
４６ ＣＣＤカメラ
１２ 陰極
１４ 加熱制御部
１６ 陽極
１８ 高圧スイッチ
２０ 高圧コンデンサ
２２ 高圧電源装置
２４ 保護ダイオード
２６ シマー電源装置
３０ 放射Ｘ線
４０ 飲料ボトル
３２ 電圧源
３３ コンデンサ
３４ 抵抗器
３６ 電子スイッチ
３８ 出力端子部
４２ 搬送装置
４４ Ｘ線イメージコンバータ
４６ ＣＣＤカメラ
Claims (9)
- 熱陰極と陽極とを有するＸ線管と、
前記陽極に少なくとも１つのＸ線パルスを発生させる少なくとも１つの高電圧パルスを印加するマルクス発生器と、せいぜい低エネルギーのＸ線放射を発生させる程度の、前記Ｘ線管を予熱する低電圧を前記陽極に永続的に印加するシマー電源装置と、
を備えた少なくとも１つのＸ線パルスを発生するＸ線装置において、
前記シマー電源装置は、前記マルクス発生器の電源であることを特徴とするＸ線装置。 - 物体を検査する装置であって、Ｘ線発生装置と前記Ｘ線発生装置によって生成されたＸ線によって前記物体の像を生成する撮像装置とを備え、前記Ｘ線発生装置が請求項１に記載のＸ線装置であることを特徴とする検査装置。
- Ｘ線パルスを発生する方法であって、
熱陰極と陽極とを有するＸ線管とを準備する工程と、
前記Ｘ線管に、せいぜい低エネルギーのＸ線放射を発生させる程度の低電圧を永続的に印加して、前記Ｘ線管を予熱する工程と、
少なくとも１つの高電圧パルスを発生する工程と、
少なくとも１つのＸ線パルスを発生すべく、前記少なくとも１つの高電圧パルスを前記陽極に印加する工程と、
を含み、
第１の回路が前記少なくとも１つの高電圧パルスを発生し、さらに前記Ｘ線管が、前記第１の回路の電源である第２の回路に予熱されることを特徴とする方法。 - 前記少なくとも１つの高電圧パルスは、マルクス発生器で発生されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 物体を検査する方法であって、
熱陰極と陽極とを有するＸ線管を準備する工程と、
前記Ｘ線管に、せいぜい低エネルギーのＸ線放射を発生させる程度の低電圧を永続的に印加して、前記Ｘ線管を予熱する工程と、
少なくとも１つの高電圧パルスを発生する工程と、
少なくとも１つのＸ線パルスを発生すべく、前記少なくとも１つの高電圧パルスを前記陽極に印加する工程と、
前記少なくとも１つのＸ線パルスが物体を通過する工程と、
前記物体を通過した前記少なくとも１つのＸ線パルスが像を生成する工程と、
を含み、
第１の回路が前記少なくとも１つの高電圧パルスを発生し、さらに前記Ｘ線管が、前記第１の回路の電源である第２の回路に予熱されることを特徴とする方法。 - 前記少なくとも１つの高電圧パルスは、マルクス発生器で発生されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 搬送のほぼ水平面上で前記物体を搬送する工程と、
前記物体を、前記少なくとも１つのＸ線パルスを通過して移動させる工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 前記物体は、搬送のほぼ水平面上で一列に並んで連続して個別に搬送されるコンテナの１つであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 前記物体を通過する前記少なくとも１つのＸ線パルスが、Ｘ線イメージコンバータに照射され、そこでデジタルカメラによって記録される像が生成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
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