JP4889871B2

JP4889871B2 - Ｘ線発生装置

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Publication number: JP4889871B2
Application number: JP2001096181A
Authority: JP
Inventors: 勤中村; 昌義石川
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: WO2002080631A1; US20040109537A1; CN1500368A; JP2002299098A; KR100916404B1; EP1381256A4; KR20030085073A; CN1265681C; US7133495B2; TW544708B; EP1381256A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるＸ線発生装置としては、例えば特開平７−２９５３２号公報に開示されたものがある。このＸ線発生装置は、熱電子を放出するカソード部と、カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極と、熱電子が衝突することでＸ線を発生するターゲットと、これらカソード部及びグリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置とを備えている。カソード部は、多孔質タングステンにＢａＯなどの易電子放射物質が含浸されたカソードと、このカソードを加熱して熱電子を放出させるためのヒータとを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のＸ線発生装置では、図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、Ｘ線発生装置のメイン電源（図中、駆動ＳＷと示す）をオンにすることで、電圧制御装置によってカソード部、すなわちカソードを加熱するためのヒータに所定の電圧が印加されると共に、熱電子がターゲットに到達しないようなカットオフ電圧がグリッド電極に印加される。このように予めヒータに所定の電圧を印加すること（すなわち、ヒータの予熱）は、Ｘ線出射のオン信号が入力されたと同時に所望の安定したＸ線を出射するために重要である。そして、Ｘ線出射のスイッチ（図中、Ｘ線ＳＷと示す）によりＸ線出射のオン信号が入力されると、ターゲットに衝突する熱電子の量が所定値となるような動作電圧がグリッド電極に印加され、これにより熱電子がターゲットに衝突してＸ線が発生する。
【０００４】
従来のＸ線発生装置では、Ｘ線出射のオン信号が入力されると同時に所望の安定したＸ線を出射するために、カソード部のヒータには熱電子の放出に必要な電圧が常に印加されていた。ところで、Ｘ線発生装置では、使用条件によってはメイン電源がオン状態でＸ線出射がオフの状態である待機時間、すなわちヒータの予熱状態が圧倒的に長い状態となることがあった。この待機時間中にもカソード部のヒータには熱電子の放出に必要な電圧が印加されているので、Ｘ線を出射しなくともカソードは消耗することになる。このように、使用条件によってはＸ線管の非効率な運転が行われることになり、その結果、カソードの寿命が短くなって、ひいてはＸ線管の寿命が短くなるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、使用条件によらないでＸ線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能なＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＸ線発生装置は、（１）熱電子を放出するカソード部、カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することによりＸ線を発生させるターゲットを有するＸ線管と、（２）カソード部及びグリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、（３）Ｘ線発生装置のオン・オフ及びＸ線出射のオン・オフを操作するスイッチと、を備え、カソード部は、カソードと該カソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であり、電圧制御装置は、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部のヒータに正の待機電圧Ｖ_f1を印加すると共に、カソード部から放出された熱電子がターゲットに到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1をグリッド電極に印加し、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、カソード部のヒータに待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、カソード部から放出された熱電子がターゲットに到達するようなカットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2をグリッド電極に印加する、ことを特徴とする。
【０００７】
このＸ線発生装置では、Ｘ線発生装置のスイッチがオンでＸ線出射のスイッチがオフの状態では、Ｘ線出射のスイッチがオンのときに印加されるカソード動作電圧Ｖ_f2よりも低い待機電圧Ｖ_f1がカソード部に印加される。よって、Ｘ線発生装置のスイッチがオンの状態でカソード部に常にカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される従来のＸ線発生装置と比べて、カソード部が消耗するまでの期間が長くなり、しかもＸ線出射のスイッチをオンにしたと同時に所望の安定したＸ線を出射することができる。このように、このＸ線発生装置によれば、使用条件によらないでＸ線管を効率的に運転することにより、より長期にわたって安定的にＸ線を得ることが可能となる。また、このＸ線発生装置では、カソード部が、カソードとカソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部である。このようにすれば、ヒータに印加する電圧を制御することによりカソードが消耗するまでの期間が長くなる。
【０００８】
また本発明に係るＸ線発生装置は、（１）熱電子を放出するカソード部、カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することによりＸ線を発生させるターゲットを有するＸ線管と、（２）カソード部及びグリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、（３）Ｘ線発生装置のオン・オフ、カソード部のオン・オフ、及びＸ線出射のオン・オフを操作するスイッチと、を備え、カソード部は、カソードと該カソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であり、電圧制御装置は、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とカソード部のオフ信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部のヒータに正の待機電圧Ｖ_f1を印加すると共に、カソード部から放出された熱電子がターゲットに到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1をグリッド電極に印加し、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部のヒータに待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、グリッド電極にカットオフ電圧Ｖ_c1を印加し、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、カソード部のヒータにカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、カソード部から放出された熱電子がターゲットに到達するようなカットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2をグリッド電極に印加する、ことを特徴とする。
【０００９】
このＸ線発生装置では、Ｘ線発生装置のスイッチがオンでカソード部のスイッチがオフの状態では、カソード部のスイッチがオンのときに印加されるカソード動作電圧Ｖ_f2よりも低い待機電圧Ｖ_f1がカソード部に印加される。よって、Ｘ線発生装置のスイッチがオンの状態でカソード部に常にカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される従来のＸ線発生装置と比べて、カソード部が消耗するまでの期間が長くなり、しかもＸ線出射のスイッチをオンにしたと同時に所望の安定したＸ線を出射することができる。このように、使用条件によらないでＸ線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能となる。特に、このＸ線発生装置では、カソード部のオン・オフを操作するスイッチにより、カソード部に印加する電圧を待機電圧Ｖ_f1とカソード動作電圧Ｖ_f2との間で自由に操作できるようになっている。よって、Ｘ線の出射を開始する前にカソード部のスイッチをオンにし、カソード部に印加する電圧を待機電圧Ｖ_f1からカソード動作電圧Ｖ_f2に切り替えておくことで、Ｘ線出射のスイッチのオンによりＸ線の出射に瞬時に対応して、Ｘ線出射の初期状態からより安定した特性のＸ線を出射することが可能となる。また、このＸ線発生装置では、カソード部が、カソードとカソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部である。このようにすれば、ヒータに印加する電圧を制御することによりカソードが消耗するまでの期間が長くなる。
【００１０】
また本発明に係るＸ線発生装置は、熱電子を放出するカソード部、カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することによりＸ線を発生させるターゲットを有するＸ線管と、カソード部及びグリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、当該Ｘ線発生装置のオン・オフ、カソード部のオン・オフ、及びＸ線出射のオン・オフを操作するスイッチと、を備え、カソード部は、カソードと該カソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であり、電圧制御装置は、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とカソード部のオフ信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部のヒータへ電圧を印加しないと共に、グリッド電極へ電圧を印加せず、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部のヒータへ正の待機電圧Ｖ_f1を印加すると共に、グリッド電極にカソード部から放出された熱電子がターゲットに到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1を印加し、スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号とカソード部のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、カソード部のヒータへ待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、カソード部から放出された熱電子がターゲットに到達するようなカットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2をグリッド電極に印加する、ことを特徴とする。
【００１１】
このＸ線発生装置では、Ｘ線発生装置のスイッチがオンで、カソード部のスイッチがオフのときはカソード部に電圧が印加されず、Ｘ線発生装置のスイッチがオンで、カソード部のスイッチがオンで、Ｘ線出射のスイッチがオフの状態では、Ｘ線出射のスイッチがオンのときに印加されるカソード動作電圧Ｖ_f2よりも低い待機電圧Ｖ_f1がカソード部に印加される。よって、Ｘ線発生装置のスイッチがオンの状態でカソード部に常にカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される従来のＸ線発生装置と比べて、カソード部が消耗するまでの期間が長くなり、しかもＸ線出射のスイッチをオンにしたと同時に所望の安定したＸ線を出射することができる。このように、使用条件によらないでＸ線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能となる。特に、本実施形態に係るＸ線発生装置は、カソード部のオン・オフを操作するスイッチにより、カソード部に印加する電圧を電圧印加停止と待機電圧Ｖ_f1との間で自由に操作できるようになっている。よって、Ｘ線発生装置のスイッチがオンの状態であっても、カソード部への電圧印加を停止することが可能となり、カソード部が短期間で消耗することがより一層抑制され、Ｘ線管をより効率的に運転することにより、より長期にわたって安定的にＸ線を得ることが可能となる。また、このＸ線発生装置では、カソード部が、カソードとカソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部である。このようにすれば、ヒータに印加する電圧を制御することによりカソードが消耗するまでの期間が長くなる。
【００１２】
本発明に係るＸ線発生装置では、電圧制御装置は、カソード部のヒータへの待機電圧Ｖ_f1の印加時間が連続して所定の時間以上継続したとき、カソード部のオン・オフを制御するスイッチをオフにして、カソード部のヒータへの電圧の印加を停止することを特徴としてもよい。このようにすれば、カソード部のスイッチを消し忘れたとき、カソード部への電圧の印加が自動的に停止されることにより、カソード部が短期間で消耗することが更に抑制され、Ｘ線管を更に効率的に運転することにより、更に長期にわたって安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００１３】
本発明に係るＸ線発生装置では、カソード部は、カソードとカソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であることを特徴としてもよい。このようにすれば、ヒータに印加する電圧を制御することによりカソードが消耗するまでの期間が長くなる。
【００１４】
本発明に係るＸ線発生装置では、カソード部は、フィラメントを有する直熱タイプのカソード部であることを特徴としてもよい。このようにすれば、フィラメントに印加する電圧を制御することによりフィラメントが消耗するまでの期間が長くなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係るＸ線発生装置の好適な実施形態について説明する。なお、図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
ここで、以下に説明する第１〜３の実施形態に係るＸ線発生装置は、基本構成が同一であるため、Ｘ線発生装置の基本構成について最初にまとめて説明する。
【００１７】
図１は、第１〜３の実施形態に係るＸ線発生装置の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、Ｘ線発生装置１はＸ線を発生するＸ線管ユニット１０と、このＸ線管ユニット１０を制御する制御ユニット３０とを備えている。
【００１８】
Ｘ線管ユニット１０は、Ｘ線管１１を有している。Ｘ線管１１は、エンドウィンドウタイプとサイドウィンドウタイプのいずれも用いることが可能であるが、本実施形態ではエンドウィンドウタイプのＸ線管１１について説明する。
【００１９】
図２に示すように、Ｘ線管１１はマイクロフォーカスＸ線管であり、金属製の外囲器１２とガラス製の外囲器１３とを組み合わせて構成されている。外囲器１２の一端にはセラミック製のステム１４がはめ込まれており、ステム１４には後述するグリッド電極１５やカソード部１６に電圧を供給するための複数のピン１７が挿通されている。また、この外囲器１２の側面にはベリリウム製のＸ線出射窓１８が形成されている。
【００２０】
外囲器１２，１３の内部には、外囲器１２側に電子銃２０が配置され、外囲器１３側に無酸素銅などからなるターゲット基体２１が配置されている。電子銃２０は、カソード部１６、グリッド電極１５、及びフォーカス電極１９を有している。また、ターゲット基体２１の先端には、タングステンのターゲット２２が銀でロウ付けされている。
【００２１】
ターゲット２２は、熱電子がターゲット２２に向かう軌道に垂直な面に対して２５度傾けて配置されている。このように、ターゲット２２が傾けられて配置されているため、発生したＸ線の多くがＸ線出射窓１８から外部に出射される。
【００２２】
図３は、電子銃２０の構造を示す断面図である。図３に示すように、カソード部１６、グリッド電極１５、及びフォーカス電極１９は、アルミナ又はサファイヤの支柱２３に取り付けられている。グリッド電極１５とフォーカス電極１９の材質は、耐熱性及び放熱性に優れたモリブデンを使用することができる。グリッド電極１５とフォーカス電極１９の支柱２３への接着は、非結晶性ガラスまたは銀２４によるロウ付けにより行われている。カソード部１６は、ヒータ２５とカソード２６とを含み、ヒータ２５の熱によりカソード２６を加熱する傍熱タイプである。なお、カソード部１６はフィラメントを有し、このフィラメントに電圧を印加することで熱電子が放出される直熱タイプであってもよい。本実施形態では、傍熱タイプのカソード部１６について説明する。
【００２３】
カソード２６は含浸型カソードが用いられている。含浸型カソードは多孔質タングステンにＢａＯ，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃などの易電子放射物質を含浸させたものであり、その電子放斜面がＯｓ（オスミウム），Ｉｒ（イリジウム），Ｏｓ／Ｒｕ（ルテニウム）などで被覆されている。この被覆により、動作温度が低減されカソード２６の長寿命化が図られる。
【００２４】
外囲器１２は、ニッケル・銅合金により形成されている。ニッケル・銅合金は、熱伝導性、加工性（特に溶接性）に優れ、ガス放出の少ない金属である。このように、外囲器１２は熱伝導性の高い合金により形成されるため、Ｘ線管１１の内部で発生する熱を効率よく外部に運び去ることができ、熱によるダメージを軽減してＸ線管１１の寿命を延ばすことができる。
【００２５】
また外囲器１２は導電性を有し、常にグランド電位に維持されている。フォーカス電極１９はこの外囲器１２と接続されているため、フォーカス電極１９も常にグランド電位に維持される。これにより、ターゲット２２の電位が変化しても、フォーカス電極１９の周囲に形成される電子レンズの形状は常に一定となり、安定した微小Ｘ線焦点を保つことができる。さらに、グランド電位に維持された外囲器１２によって、電子銃１０及びターゲット２２が囲まれているため、外部の影響により外囲器１２内部の電界分布の乱れが抑制されている。
【００２６】
またＸ線管ユニット１０は、グリッド電極１５、ターゲット２２、及びカソード部１６に印加する電圧を発生する電圧発生回路２７を有している。ここで本明細書において「カソード部に印加する電圧」とは、上記した傍熱タイプのカソード部１６についてはヒータ２５に印加する電圧のことを指し、直熱タイプのカソード部１６についてはフィラメントに印加する電圧のことを指す。この電圧発生回路２７は、グリッド電極１５、ターゲット２２、及びカソード部１６について共通のものとして図示するが、これらグリッド電極１５、ターゲット２２、及びカソード部１６は電圧発生回路をそれぞれ有していてもよい。
【００２７】
このＸ線管ユニット１０では、カソード部１６のヒータ２５に電圧が印加されて発熱することによりカソード２６が加熱されると、一定の温度でカソード２６の表面から熱電子が放出される。放出された熱電子は、グリッド電極１５により加速され、フォーカス電極１９により集束されて、ターゲット２２に衝突する。衝突により、熱電子はＸ線と熱に変換され、発生したＸ線はＸ線出射窓１８から外部に出射する。また発生した熱は熱伝導性の高いターゲット基体２１を通って外部に放出される。
【００２８】
制御ユニット３０は、図１に示すように、操作部３１と制御部３２とを有している。操作部３１には、Ｘ線発生装置１自体のオン・オフを操作するスイッチ３３と、Ｘ線出射のオン・オフを操作するスイッチ３４が設けられている。第２及び第３の実施形態に係るＸ線発生装置１では、操作部３１には更にカソード部１６のオン・オフを操作するスイッチ３５が設けられている。
【００２９】
制御部３２には、電圧発生回路２７を制御するためのプログラムが記憶されたメモリ３６と、Ｘ線発生装置１０全体の動作をつかさどる演算手段としてのＣＰＵ３７が設けられている。なお、この制御部３２と電圧発生回路２７とにより本実施形態に係る電圧制御装置が構成される。
【００３０】
上記のような基本構成を有するＸ線発生装置１において、第１〜３の実施形態では制御部３２の構成がそれぞれ相違する。よって、以下に説明する各実施形態においては、主に制御部３２の相違点について詳述する。
【００３１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るＸ線発生装置１では、制御ユニット３０の制御部３２のメモリ３７には、Ｘ線管ユニット１０の電圧発生回路２７を以下のように制御するためのプログラムが記憶されている。
【００３２】
すなわち、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、Ｘ線発生装置１のスイッチ（図中、駆動ＳＷと示す）３３がオフにされているとき（Ｘ線出射のスイッチ３４は必然的にオフである）、グリッド電極１５及びカソード部１６のヒータ２５のいずれにも電圧を印加しない。そして、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、Ｘ線出射のスイッチ（図中、Ｘ線ＳＷと示す）３４がオフにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号と、Ｘ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５に正の待機電圧Ｖ_f1 を印加すると共に、カソード部１６のカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1をグリッド電極１５に印加する。
【００３３】
また、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオンにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５に待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、カソード部１６のカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達するような、カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2をグリッド電極１５に印加する。
【００３４】
かかる構成を有する本実施形態に係るＸ線発生装置１を動作させるためには、図４（ａ）に示すように、まずＸ線発生装置１のスイッチ３３をオンにする。すると、図４（ｄ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に３ボルト程度の正の待機電圧Ｖ_f1 が印加される。これによりカソード２６が暖められ、Ｘ線出射にすばやく対応できるよう待機状態に入る。この待機電圧Ｖ_f1 は可能な限り小さいと好ましい。これと同時に、図４（ｃ）に示すように、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達しないような−２００ボルト程度の負のカットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加される。これにより、待機状態においてカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達することが抑制される。
【００３５】
そして、Ｘ線の出射を開始したいときは、図４（ｂ）に示すように、Ｘ線出射のスイッチ３４をオンにする。すると、図４（ｄ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に待機電圧Ｖ_f1よりも高い６．３ボルト程度のカソード動作電圧Ｖ_f2 が印加される。これによりカソード２６が高温に熱せられ、カソード２６から多くの熱電子が放出される。これと同時に、図４（ｃ）に示すように、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達するようなカットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2がグリッド電極１５に印加される。このグリッド動作電圧Ｖ_c2は、カソード２６から放出されてターゲット２２に衝突する熱電子の量が所定値となるように調整される。これにより、カソード２６から放出された熱電子がグリッド電極１５により加速され、集束電極１９により集束されてターゲット２２に衝突する。そして、生成されたＸ線は、Ｘ線出射窓１９から外部に出射される（図４（ｅ））。
【００３６】
Ｘ線の出射を停止するときは、図４（ｂ）に示すように、Ｘ線出射のスイッチ３４をオフにする。すると、図４（ｄ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に待機電圧Ｖ_f1が印加されると共にカットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加され、再び待機状態に入る。
【００３７】
Ｘ線の出射を再開するときは、再びＸ線出射のスイッチ３４をオンにすることで上記したようにしてＸ線が出射され、Ｘ線の出射を停止するときはＸ線出射のスイッチ３４をオフにすることで上記したようにしてＸ線の出射が停止される。そして、Ｘ線発生装置１の使用を終了するときは、図４（ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３をオフにする。すると、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５への電圧の印加が停止され、またグリッド電極１５への電圧の印加が停止されて、Ｘ線発生装置１の動作が完全に停止される。
【００３８】
以上、本実施形態に係るＸ線発生装置１では、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンでＸ線出射のスイッチ３４がオフの状態では、Ｘ線出射のスイッチ３４がオンのときに印加されるカソード動作電圧Ｖ_f2よりも低い待機電圧Ｖ_f1がカソード部１６のヒータ２５に印加される。よって、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンの状態でカソード部２６のヒータ２５に常にカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される従来のＸ線発生装置と比べて、カソード部１６のカソード２６が消耗するまでの期間が長くなる。このように、使用条件によらないでＸ線管１１を効率的に運転することにより、このＸ線発生装置１ではより長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
第２の実施形態に係るＸ線発生装置１では、制御ユニット３０の制御部３２のメモリ３７には、Ｘ線管ユニット１０の電圧発生回路２７を以下のように制御するためのプログラムが記憶されている。
【００４０】
すなわち、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオフにされているとき（Ｘ線出射のスイッチ３４及びカソード部１６のスイッチ３５は必然的にオフである）、グリッド電極１５及びカソード部１６のヒータ２５のいずれにも電圧を印加しない。そして、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、カソード部１６のスイッチ（図中、カソード部ＳＷと示す）３５がオフにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオフにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号とカソード部１６のオフ信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５に正の待機電圧Ｖ_f1 を印加すると共に、カソード部１６のカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1をグリッド電極１５に印加する。
【００４１】
また、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、カソード部１６のスイッチ３５がオンにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオフにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号とカソード部１６のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５に待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、グリッド電極１５に上記したカットオフ電圧Ｖ_c1を印加する。
【００４２】
また、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、カソード部１６のスイッチ３５がオンにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオンにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号とカソード部１６のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５に上記したカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、カソード部１６のカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達するような、カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2をグリッド電極１５に印加する。
【００４３】
かかる構成を有する本実施形態に係るＸ線発生装置１を動作させるためには、図５（ａ）に示すように、まずＸ線発生装置１のスイッチ３３をオンにする。すると、図５（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に３ボルト程度の正の待機電圧Ｖ_f1 が印加される。これによりカソード２６が暖められ、Ｘ線出射にすばやく対応できるよう待機状態に入る。この待機電圧Ｖ_f1 は可能な限り小さいと好ましい。これと同時に、図５（ｄ）に示すように、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達しないような−２００ボルト程度の負のカットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加される。これにより、待機状態においてカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達することが抑制される。
【００４４】
そして、Ｘ線の出射を開始したいときは、まず図５（ｂ）に示すように、カソード部１６のスイッチ３５をオンにする。すると、図５（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に６．３ボルト程度のカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される。これにより、待機状態にあったカソード２６がヒータ２５により熱せられて動作状態に入り、Ｘ線出射の信号に瞬時に対応できる状態となる。このとき、グリッド電極１５にはカットオフ電圧Ｖ_c1が印加されているため、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達することが抑制されている。次に、図５（ｃ）に示すように、Ｘ線出射のスイッチ３４をオンにする。すると、図５（ｄ）に示すように、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達するような、カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2がグリッド電極１５に印加される。このグリッド動作電圧Ｖ_c2は、カソード２６から放出されてターゲット２２に衝突する熱電子の量が所定値となるように調整される。これにより、カソード２６から放出された熱電子がグリッド電極１５により加速され、集束電極１９により集束されてターゲット２２に衝突する。そして、生成されたＸ線は、Ｘ線出射窓１９から外部に出射される（図５（ｆ））。
【００４５】
Ｘ線の出射を停止するときは、図５（ｃ）に示すように、Ｘ線出射のスイッチ３４をオフにする。すると、図５（ｄ）に示すように、上記したカットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加される。
【００４６】
Ｘ線の出射を再開するときは、再びＸ線出射のスイッチ３４をオンにすることで、上記したようにしてＸ線が出射され、またＸ線の出射を停止するときは、Ｘ線出射のスイッチ３４をオフにすることで、上記したようにしてＸ線の出射が停止される。待機状態に入るときは、図５（ｂ）に示すように、カソード部１６のスイッチ３５をオフにする。すると、図５（ｄ）、（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に上記した待機電圧Ｖ_f1が印加されると共に、上記したカットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加される。そして、Ｘ線発生装置１の使用を終了するときは、図５（ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３をオフにする。すると、図５（ｄ）、（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５への電圧の印加が停止され、またグリッド電極１５への電圧の印加が停止されて、Ｘ線発生装置１の動作が完全に停止される。
【００４７】
以上、本実施形態に係るＸ線発生装置１では、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンでカソード部１６のスイッチ３５がオフの状態では、カソード部１６のスイッチ３５がオンのときに印加されるカソード動作電圧Ｖ_f2よりも低い待機電圧Ｖ_f1がヒータ２５に印加される。よって、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンの状態でカソード部１６のヒータ２５に常にカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される従来のＸ線発生装置と比べて、カソード部１６のカソード２６が消耗するまでの期間が長くなる。このように、使用条件によらないでＸ線管１１を効率的に運転することにより、このＸ線発生装置１によればより長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００４８】
特に、本実施形態に係るＸ線発生装置１では、カソード部１６のオン・オフを操作するスイッチ３５により、カソード部１６のヒータ２５に印加する電圧を待機電圧Ｖ_f1とカソード動作電圧Ｖ_f2との間で自由に操作できるようになっている。よって、Ｘ線の出射を開始する前にカソード部１６のスイッチ３５をオンにし、カソード部１６のヒータ２５に印加する電圧を待機電圧Ｖ_f1からカソード動作電圧Ｖ_f2に切り替えておくことで、Ｘ線出射のスイッチ３４のオンによりＸ線の出射に瞬時に対応して、Ｘ線出射の初期状態からより安定した特性のＸ線を出射することが可能となる。
【００４９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係るＸ線発生装置１では、制御ユニット３０の制御部３２のメモリ３７には、Ｘ線管ユニット１０の電圧発生回路２７を以下のように制御するためのプログラムが記憶されている。
【００５０】
すなわち、図６（ａ）〜（ｆ）に示すように、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオフにされているとき（Ｘ線出射のスイッチ３４及びカソード部１６のスイッチ３５は必然的にオフである）、グリッド電極１５及びカソード部１６のヒータ２５のいずれにも電圧を印加しない。また、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、カソード部１６のスイッチ３５がオフにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオフにされているときも、Ｘ線発生装置１のオン信号とカソード部１６のオフ信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５へ電圧を印加しないと共に、グリッド電極１５へ電圧を印加しない。
【００５１】
また、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、カソード部１６のスイッチ３５がオンにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオフにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号とカソード部１６のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５に正の待機電圧Ｖ_f1 を印加すると共に、グリッド電極１５にカソード部１６のカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1を印加する。
【００５２】
また、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンにされ、カソード部１６のスイッチ３５がオンにされ、Ｘ線出射のスイッチ３４がオンにされているとき、Ｘ線発生装置１のオン信号とカソード部１６のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、カソード部１６のヒータ２５へ上記した待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、カソード部１６のカソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達するような、カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2をグリッド電極１５に印加する。
【００５３】
かかる構成を有する本実施形態に係るＸ線発生装置１を動作させるためには、図６（ａ）に示すように、まずＸ線発生装置１のスイッチ３３をオンにする。この状態では、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、グリッド電極１５、カソード部１６のヒータ２６のいずれにも電圧が印加されない。
【００５４】
そして、Ｘ線の出射を開始したいときは、まず図６（ｂ）に示すように、カソード部１６のスイッチ３５をオンにする。すると、図６（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に３ボルト程度の待機電圧Ｖ_f1が印加される。これにより、カソード２６がヒータ２５により暖められ、Ｘ線の出射にすばやく対応できる状態となる。これと同時に、図６（ｄ）に示すように、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達しないような−２００ボルト程度の負のカットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加される。これにより、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達することが抑制される。
【００５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、Ｘ線出射のスイッチ３４をオンにする。すると、図６（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に６．３ボルト程度のカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される。これによりカソード２６が高温に熱せられ、カソード２６から多くの熱電子が放出される。これと同時に、図６（ｄ）に示すように、カソード２６から放出された熱電子がターゲット２２に到達するような、カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2がグリッド電極１５に印加される。このグリッド動作電圧Ｖ_c2は、カソード２６から放出されてターゲット２２に衝突する熱電子の量が所定値となるように調整される。これにより、カソード２６から放出された熱電子がグリッド電極１５により加速され、集束電極１９により集束されてターゲット２２に衝突する。そして、生成されたＸ線は、Ｘ線出射窓１９から外部に出射される（図６（ｆ））。
【００５６】
Ｘ線の出射を停止するときは、図６（ｃ）に示すように、Ｘ線出射のスイッチ３４をオフにする。すると、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５に待機電圧Ｖ_f1が印加されると共に、カットオフ電圧Ｖ_c1がグリッド電極１５に印加される。
【００５７】
Ｘ線の出射を再開するときは、再びＸ線出射のスイッチ３４をオンにすることで、上記したようにしてＸ線が出射され、またＸ線の出射を停止するときは、Ｘ線出射のスイッチ３４をオフにすることで、上記したようにしてＸ線の出射が停止される。待機状態に入るときは、図６（ｂ）に示すように、カソード部１６のスイッチ３５をオフにする。すると、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、カソード部１６のヒータ２５への電圧の印加が停止されると共に、グリッド電極１５への電圧の印加が停止される。そして、Ｘ線発生装置１の使用を終了するときは、図６（ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３をオフにする。すると、Ｘ線発生装置１の動作が完全に停止される。
【００５８】
以上、本実施形態に係るＸ線発生装置１では、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンで、カソード部１６のスイッチ３５がオフのときはカソード部１６のヒータ２５に電圧が印加されず、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンで、カソード部１６のスイッチ３５がオンで、Ｘ線出射のスイッチ３４がオフの状態では、Ｘ線出射のスイッチ３４がオンのときに印加されるカソード動作電圧Ｖ_f2よりも低い待機電圧Ｖ_f1がカソード部１６のヒータ２５に印加される。よって、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンの状態でカソード部１６のヒータ２５に常にカソード動作電圧Ｖ_f2が印加される従来のＸ線発生装置と比べて、カソード部１６のカソード２６が消耗するまでの期間が長くなる。このように、使用条件によらないでＸ線管１１を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００５９】
特に、本実施形態に係るＸ線発生装置１では、カソード部１６のオン・オフを操作するスイッチ３５により、カソード部１６のヒータ２５に印加する電圧を電圧印加停止と待機電圧Ｖ_f1との間で自由に操作できるようになっている。よって、Ｘ線発生装置１のスイッチ３３がオンの状態であっても、カソード部１６のヒータ２５への電圧印加を停止することが可能となり、カソード２６が短期間で消耗することがより一層抑制され、Ｘ線管１１をより効率的に運転することにより、より長期にわたって安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００６０】
なお、本実施形態に係るＸ線発生装置１では、図７（ａ）〜（ｆ）に示すように、カソード部１６への待機電圧Ｖ_f1 の印加時間ｔが連続して所定の時間ｔ_m以上、例えば３０分以上継続したとき、カソード部１６のスイッチ３５を自動的にオフにして、カソード部１６への電圧の印加を停止するように電圧発生装置２７を制御するためのプログラムが、制御部３２のメモリ３７に記憶されていてもよい。このようにすれば、カソード部１６のスイッチ３５を消し忘れた場合でも、カソード部１６への電圧の印加が自動的に停止されることにより、カソード部１６のカソード２６が短期間で消耗することが更に抑制され、Ｘ線管１１を更に効率的に運転することにより、更により長期にわたって安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００６１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、カソード部１６はヒータ２５とカソード２６とを含み、ヒータ２５の熱によりカソード２６を加熱する傍熱タイプのＸ線管１１について説明したが、カソード部１６はフィラメントを有し、このフィラメントに電圧を印加することで熱電子が放出される直熱タイプのＸ線管１１であってもよい。直熱タイプのＸ線管１１では、カソード部１６のフィラメントに印加する電圧を制御することで、フィラメントが消耗するまでの期間が長くなり、使用条件によらないでＸ線管１１を効率的に運転することで、より長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、使用条件によらないでＸ線管を効率的に運転することにより、より長期にわたってしかも安定的にＸ線を得ることが可能なＸ線発生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＸ線発生装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】エンドウィンドウタイプのＸ線管の構造を示す断面図である。
【図３】電子銃の構造を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るＸ線発生装置の動作を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態に係るＸ線発生装置の動作を説明するための図である。
【図６】第３の実施形態に係るＸ線発生装置の動作を説明するための図である。
【図７】第３の実施形態に係るＸ線発生装置の変形例の動作を説明するための図である。
【図８】従来のＸ線発生装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線発生装置、１０…Ｘ線管ユニット、１１…Ｘ線管、１５…グリッド電極、１６…カソード部、２０…電子銃、２２…ターゲット、２５…ヒータ、２６…カソード、２７…電圧発生回路、３０…制御ユニット、３１…操作部、３２…制御部、３３…Ｘ線発生装置のスイッチ、３４…Ｘ線出射のスイッチ、３５…カソード部のスイッチ、３６…ＣＰＵ、３７…メモリ、Ｖ_c1…カットオフ電圧、Ｖ_c2…グリッド動作電圧、Ｖ_f1…待機電圧、Ｖ_f2…カソード動作電圧。

Claims

熱電子を放出するカソード部、前記カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することによりＸ線を発生させるターゲットを有するＸ線管と、
前記カソード部及び前記グリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、
当該Ｘ線発生装置のオン・オフ、前記カソード部のオン・オフ、及びＸ線出射のオン・オフを操作するスイッチと、を備え、
前記カソード部は、カソードと該カソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であり、
前記電圧制御装置は、
前記スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号と前記カソード部のオフ信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、前記カソード部の前記ヒータに正の待機電圧Ｖ_f1を印加すると共に、前記カソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1を前記グリッド電極に印加し、
前記スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、前記カソード部の前記ヒータに前記待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、前記グリッド電極に前記カットオフ電圧Ｖ_c1を印加し、
前記スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、前記カソード部の前記ヒータに前記カソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、前記カソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達するような前記カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2を前記グリッド電極に印加する、
ことを特徴とするＸ線発生装置。
熱電子を放出するカソード部、前記カソード部から放出された熱電子を制御するグリッド電極、及び熱電子が衝突することによりＸ線を発生させるターゲットを有するＸ線管と、
前記カソード部及び前記グリッド電極に印加する電圧を制御する電圧制御装置と、
当該Ｘ線発生装置のオン・オフ、前記カソード部のオン・オフ、及びＸ線出射のオン・オフを操作するスイッチと、を備え、
前記カソード部は、カソードと該カソードを加熱するためのヒータとを有する傍熱タイプのカソード部であり、
前記電圧制御装置は、
前記スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号と前記カソード部のオフ信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、前記カソード部の前記ヒータへ電圧を印加しないと共に、前記グリッド電極へ電圧を印加せず、
前記スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号とＸ線出射のオフ信号とに基づいて、前記カソード部の前記ヒータへ正の待機電圧Ｖ_f1を印加すると共に、前記グリッド電極に前記カソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達しないような負のカットオフ電圧Ｖ_c1を印加し、
前記スイッチを介する当該Ｘ線発生装置のオン信号と前記カソード部のオン信号とＸ線出射のオン信号とに基づいて、前記カソード部の前記ヒータへ前記待機電圧Ｖ_f1よりも高いカソード動作電圧Ｖ_f2を印加すると共に、前記カソード部から放出された熱電子が前記ターゲットに到達するような前記カットオフ電圧Ｖ_c1よりも高いグリッド動作電圧Ｖ_c2を前記グリッド電極に印加する、
ことを特徴とするＸ線発生装置。
前記電圧制御装置は、
前記カソード部の前記ヒータへの前記待機電圧Ｖ_f1の印加時間が連続して所定の時間以上継続したとき、該カソード部のオン・オフを制御する前記スイッチをオフにして、該カソード部の前記ヒータへの電圧の印加を停止することを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。