JP5193594B2

JP5193594B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP5193594B2
Application number: JP2007340922A
Authority: JP
Inventors: 智哉木村; 健治新井
Original assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Current assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: JP2009162577A

Description

本発明は、微小なＸ線焦点を持つマイクロフォーカスＸ線管を備えるＸ線検査装置に関する。

Ｘ線検査装置に用いるＸ線管の一種に１μｍ程度の小さなＸ線焦点を持つマイクロフォーカスＸ線管がある。このようなマイクロフォーカスＸ線管は、例えばＸ線透視検査装置、ＣＴ（Computer Tomography）装置、断層撮影装置等のＸ線検査装置に利用されている（例えば、特許文献１参照）。

マイクロフォーカスＸ線管は、上述したように、Ｘ線焦点が１μｍ程度と小さい。したがって、マイクロフォーカスＸ線管を搭載するＸ線検査装置では、被検体をＸ線焦点に近づけて高倍率の透過像を撮像したとしても、焦点サイズによる透過像のボケが少なく高品位な画像を得ることができるのが特徴である。
特開２００１−１３５４９７号公報

ところで、Ｘ線検査装置は、Ｘ線管の各部が発熱による温度変化で熱膨張する場合があり、熱膨張によりＸ線管に歪が生じることもある。特にマイクロフォーカスＸ線管を搭載したＸ線検査装置では、高倍率検査時において、熱膨張に伴う経時的なＸ線焦点の移動の影響を受けやすい。仮に、ＣＴ装置や断層撮影装置等のＸ線検査装置で撮影中にＸ線焦点がずれると、透過像上の回転軸の位置がずれるために再構成処理が不完全となり画像の劣化が問題になる。

上記課題に鑑み本発明は、マイクロフォーカスＸ線管のＸ線焦点の経時的なずれを低減した画像品質の高いＸ線検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、本発明の特徴に係るＸ線検査装置は、真空状態で筒型形状の容器と前記容器内に収容された電子銃と前記容器内にあって前記容器の中心軸の方向の端部に配置されたターゲットとを備え前記電子銃及び前記ターゲットに高電圧が印加されることで前記ターゲットのＸ線焦点からＸ線を発生させるＸ線管と、このＸ線管から照射され、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を有するＸ線検査装置において、前記ターゲット近傍の前記容器外周に設けられた突片と、前記容器の中心軸の方向に前記Ｘ線管を摺動可能に支持する摺動支持部と、前記摺動支持部より前記ターゲットに近い位置で前記突片を係止する係止部を備えて前記Ｘ線管を所定位置に支持する支持台とを備える。

上記構成のＸ線検査装置では、Ｘ線管をターゲットに近い位置で固定しながら摺動支持部（レール）上で摺動可能に支持しているので、Ｘ線管の熱膨張による伸縮をレールに沿ったすべりで吸収してターゲットの位置を安定させることが可能となり、Ｘ線管の各部に熱膨張により生じる歪を低減させるとともにターゲット上のＸ線焦点の移動を低減する。

また、上記Ｘ線検査装置において、前記突片及び前記係止部は、それぞれ前記摺動の方向に対して垂直な面を持ち、突片の面と係止部の面とを突き合わせて固定することにより、前記Ｘ線管の位置決めがされる。

上記構成により、Ｘ線管と固定部を摺動支持部（レール）の摺動方向と直交する面でネジ止めして固定するので、ネジ止めによって生じる力が摺動支持部（レール）に沿ったすべりで吸収されてＸ線管の固定によってＸ線管の各部に歪として残ることを防止し、ターゲットの位置及び焦点の位置を安定させることができる。

本発明によれば、マイクロフォーカスＸ線管のＸ線焦点の経時的なずれを低減してＸ線検査装置の画像品質を向上することができる。

以下で、本発明の各実施形態に係るＸ線検査装置について図面を用いて説明する。以下の実施形態においては、Ｘ線検査装置の一例としてＣＴ装置を用いて説明する。また、以下の説明において、同一部分には同一符号を用いて説明を省略し、類似部分には類似記号を用いて説明する。なお、本発明は、ＣＴ装置の他、Ｘ線透視検査装置、断層撮影装置等の各種のＸ線検査装置に適用することができる。

〈第１の実施形態〉
図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の正面図に示すように、第１の実施形態に係るＣＴ装置１ａは、Ｘ線管１１ａと、被検体２を配置して回転軸ＲＡを中心に回転することで被検体２を回転させる回転テーブル１２と、Ｘ線管１１ａから発生して被検体２を透過したＸ線３を検出するＸ線検出器１３と、Ｘ線管１１ａを支持する支持台１４とを備えている。

ＣＴ装置１ａは、Ｘ線管１１ａを制御する制御部、回転テーブル１２の回転等を制御する制御部、Ｘ線検出器１３で検出するＸ線を用いて検査画像を再構成する画像処理部、再構成した画像を表示するモニタ等と接続されているが、図１では本発明を実現するために利用される構成のみを表わしているため、制御部等の図示は省略している。

Ｘ線管１１ａは、Ｘ線焦点Ｆが１μｍ程度のマイクロフォーカスＸ線管である。Ｘ線管１１ａは、図１に示すように、高電圧を発生する高圧発生部１１１と、高圧発生部１１１に接続される第１真空容器１１２と、第１真空容器１１２に接続される第２真空容器１１３とを備えている。第１の実施形態に係るＣＴ装置１ａのＸ線管１１ａは、内部に高圧発生部１１１を備える高圧発生部一体型のＸ線管である。

第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３はそれぞれ片側のみが開放される同径の筒型形状であって、第１真空容器１１２及び第２真空容器の１１３の開放される筒口がオーリング（図示せず）を介してネジ止めで密閉接続され、電子通路（図示せず）となる１つの内部空間を形成している。第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３で形成される内部空間は、外部と遮断されているため、真空ポンプ（図示せず）で内部の空気が排気されることで真空状態にされる。

図１に示すように、第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３は軸ＴＡを中心軸としている。第１真空容器１１２の内部には軸ＴＡ上に陰極である電子銃１１４が配置されている。また、第２真空容器１１３の筒底側の先端部分は、筒底の直径が筒口の直径より短くなる円錐台形状であり、筒底には陽極であるターゲット１１５が軸ＴＡに対して垂直に配置され、軸ＴＡの周囲に収束コイル１１６が配置されている。すなわち、Ｘ線管１１ａにおいて、電子銃１１４及びターゲット１１５は第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３で形成される真空状態となる内部空間（電子通路）に配置されている。一方、収束コイル１１６は第２真空容器１１３内部の電子通路外周の大気圧状態となる位置に配置されている。

検査時（Ｘ線照射時）には、高圧発生部１１１によって電子銃１１４とターゲット１１５の間に高電圧が印加される。高電圧の印加により、電子銃１１４のフィラメント（図示せず）から発生した電子が真空中で電子線となって加速されるとともに、収束コイル１１６が作る磁場によって加速された電子線が軸ＴＡ上に収束される。また、軸ＴＡ上に収束された電子線がターゲット１１５に当たることで、Ｘ線焦点ＦからＸ線３が発生する。

図１に示すように高圧発生部１１１の支持台１４側には、軸ＴＡと平行な２本の直線（図示せず）上にそれぞれ２つのベアリングブロック１５が固定されている。ベアリングブロック１５は、図２に一例を示すように複数のボール１５ａ，１５ｂを有する一般的に汎用されているベアリングブロックである。

支持台１４の平行面１４２には２本の直線形状のレール１６が平行に設置されている。各レール１６上には、高圧発生部１１１に固定されているそれぞれ２つのベアリングブロック１５がレール１６と係合するように配置される。

ベアリングブロック１５にレール１６の長手方向の力が加えられると、ボール１５ａ，１５ｂがベアリングブロック１５の内部及びレール１６上を回転しながら移動し、ベアリングブロック１５がレール１６上を摺動する。レール１６及びベアリングブロック１５は、請求項の摺動支持部に相当する。したがって、Ｘ線管１１ａのＸ線焦点を一端とする長手方向（軸ＴＡの方向）とレール１６の長手方向が一致するようにレール１６上にＸ線管１１ａと固定されるベアリングブロック１５が配置されることで、Ｘ線管１１ａに軸ＴＡの方向の力が加えられたとき、Ｘ線管１１ａと固定されるベアリングブロック１５は軸ＴＡに沿ってレール１６上を摺動する。

ここで、レール１６の長さは、Ｘ線管１１ａを支えることが十分な長さであればよく、例えばＸ線管１１ａの長さの半分程度である。また、ＣＴ装置１ａでは、複数のベアリングブロック１５及びレール１６を有することでＸ線管１１ａを安定して支持することができるが、ベアリングブロック１５とレール１６の数は限定されない。

図１（ｂ）に示すように第２真空容器１１３は、レール１６よりターゲット１１５に近い位置の外周に軸ＴＡに垂直な面を有する突片１１７を有している。また、支持台１４は、軸ＴＡに垂直であって突片１１７と係合する面を有する係止部１４１を有している。

図３は、ＣＴ装置１ａをターゲット１１５側から見た図である。図３に示すように、係止部１４１と突片１１７とが係合した状態でネジ１７によって固定することで、支持台１４が第２真空容器１１３を固定する。

ここで、突片１１７と係止部１４１とを固定する際には、高圧発生部１１１に固定されるベアリングブロック１５をレール１６に沿って突片１１７と係止部１４１とが係合するまで移動させてネジ止めする。図３に示す例では、突片１１７と係止部１４１は、２つのネジ１７によって固定されているが、ネジ１７の数は限定されない。

なお、第１真空容器１１２と第２真空容器１１３とは、図１に示すように、ヒンジ１１８によって接続されている。電子銃１１４のフィラメント交換時等のメンテナンス時には、まず、第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３で形成される内部空間を真空状態から大気圧状態にした上で、突片１１７と係止部１４１を固定しているネジ１７を外す。その後、第１真空容器１１２と第２真空容器１１３を固定しているネジ（図示せず）を外し、図４に示すようにヒンジ１１８を軸として第２真空容器１１３のヒンジ１１８側の側面と第１真空容器１１２のヒンジ１１８側の側面とを合わせるように第２真空容器１１３を動かして第１真空容器１１２と第２真空容器１１３とで形成される内部空間を開放し、フィラメント交換等を行う。

Ｘ線管１１ａは、高電圧の発生の際に、高圧発生部１１１、第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３の各部分に熱膨張が生じる。例えば、図１に示すＣＴ装置１ａでは、Ｘ線管１１ａの高圧発生部１１１や第２真空容器１１３の収束コイル１１６に近い位置が高温となりやすく熱膨張を生じることが多い。Ｘ線管１１ａにおいて熱膨張に伴うＴＡ方向の伸縮が生じたとき、上述したＣＴ装置１ａでは、Ｘ線管１１ａの伸縮に伴ってベアリングブロック１５がレール１６上を摺動するため、Ｘ線管１１ａの歪はベアリングブロック１５の摺動で吸収される。特に、ＴＡ方向の伸縮はＸ線焦点Ｆのずれに与える影響が大きいが、Ｘ線管１１ａの伸縮に伴ってベアリングブロック１５がレール１６上をＴＡ方向に摺動することで、上述したＣＴ装置１ａにおいては、Ｘ線管１１ａのＴＡ方向の伸縮による歪は吸収されてＸ線焦点Ｆのずれを減少させることができる。

また、ターゲット１１５の付近の伸縮や振動はＸ線焦点Ｆにずれを生ずるが、ターゲット１１５の付近でＸ線管１１ａを固定しているため、上述したＣＴ装置１ａのＸ線管１１ａにおいては、Ｘ線焦点Ｆのずれを減少させることができる。

さらに、突片１１７と係止部１４１とを固定するときネジ１７の方向を軸ＴＡ方向に合わせて、ネジ止めにより生じる力をベアリングブロック１５によって吸収させているため、Ｘ線管１１ａの固定による歪が残存することがなく、Ｘ線焦点Ｆのずれを減少させることができる。

上述したように、本発明の第１の実施形態に係るＣＴ装置１ａでは、Ｘ線管１１ａの各部において熱膨張によって生じる伸縮をベアリングブロック１５が吸収して歪を防止し、Ｘ線焦点Ｆを安定させることが可能となるため、ＣＴ装置１ａの画像品質を向上させることができる。

〈変形例〉
上述したＣＴ装置１ａでは高圧発生部１１１にベアリングブロック１５が固定され、このベアリングブロック１５が支持台１４に配置されるレール１６上を摺動可能な構成である。しかしながら、Ｘ線管１１ａに固定される固定部材はベアリングブロック１５に限定されることはない。また、支持台１４に配置されてベアリングブロック１５を支える部材もレール１６に限定されない。すなわち、Ｘ線管１１ａが軸ＴＡに沿って摺動することが可能な構成であればよい。例えば、図５に示すように、固定部材として、ベアリングブロック１５に代えて車輪１８１を利用し、この車輪１８１が高圧発生部１１１に接続する軸１８２を中心にレール１６上を回転する構成にしてもよい。また、ベアリングブロック１５に代えてボールのないブロックを用いて、このブロックがレール１６上を摺動する構成としてもよい。この場合、レール１６、車輪１８１、軸１８２、ボールのないブロック等が請求項の摺動支持部に相当する。さらに、レールを高圧発生部１１１に固定し、ベアリングブロック（あるいは車輪１８１、軸１８２、ボールのないブロック等）を支持台１４に固定するようにしてもよい。

また、上述したＣＴ装置１ａでは突片１１７が係止部１４１にネジで固定されている。しかしながら、Ｘ線管１１ａを固定する構成は、ネジ１７に限定されない。すなわち、Ｘ線管１１ａのターゲット１１５に近い位置で支持台１４に固定することが可能な構成であって、フィラメントの交換時等に第１真空容器１１２と第２真空容器１１３で構成される内部空間を開放することが可能な構成であればよい。なお、突片１１７及び係止部１４１が軸ＴＡの方向に固定され、固定で発生する力がベアリングブロック１５の摺動で吸収されることが望ましい。例えば、ネジ１７の代わりにボルトとナットや固定用レバー等を利用することが考えられる。

第１実施形態で、Ｘ線管１１ａとして、ターゲット１１５を透過したＸ線を利用する透過型のＸ線管を用いて上述したが、反射型のＸ線管を用いても本発明が適用できることは当業者であれば容易に理解できることである。

〈第２の実施形態〉
図６（ａ）の平面図及び図６（ｂ）の正面図に示すように、第２の実施の形態に係るＣＴ装置１ｂは、Ｘ線管１１ｂと、回転テーブル１２と、Ｘ線検出器１３と、Ｘ線管１１ｂを支持する支持台１４とを備えている。ＣＴ装置１ｂでは、上述した第１の実施の形態に係るＣＴ装置１ａと同様に、支持台１４の係止部１４１にＸ線管１１ｂの突片１１７がネジ１７で固定されている。

この第２の実施の実施形態に係るＣＴ装置１ｂを第１の実施形態に係るＣＴ装置１ａと比較すると、ＣＴ装置１ａでは高圧発生部一体型のＸ線管１１ａを用いていた。これに対して、ＣＴ装置１ｂでは高圧発生部分離型のＸ線管１１ｂを用いている点で異なる。すなわち、図６で示すＸ線管１１ｂは、第１真空容器１１２及び第２真空容器１１３を備えているが、高圧発生部１１１を備えていない。また、ＣＴ装置１ａではベアリングブロック１５が高圧発生部１１１に接続されていた。これに対して、ＣＴ装置１ｂではベアリングブロック１５が第１真空容器１１２に接続されている点で異なる。

したがって、ＣＴ装置１ｂでは、検査時（Ｘ線照射時）には、Ｘ線管１１ｂの外部に備えられる高圧発生部（図示せず）によって高電圧を発生し、電子銃１１４とターゲット１１５間に高電圧を印加してＸ線焦点ＦからＸ線３を発生させて被検体２の検査画像を得る。

なお、ＣＴ装置１ｂのその他の構成は上述したＣＴ装置１ａと同一であり、Ｘ線管１１ｂが熱膨張によって伸縮したとき、Ｘ線管１１ｂに固定されるベアリングブロック１５がレール１６上を軸ＴＡの方向に摺動して熱膨張による歪を防止する。

本発明の第１の実施形態に係るＣＴ装置を説明する概略図である。図１のＣＴ装置で利用するベアリングブロックを説明する概略図である。図１のＣＴ装置でＸ線管を支持台に固定する構成を説明する概略図である。図１のＣＴ装置のＸ線管の真空容器の開閉について説明する概略図である。変形例に係るＣＴ装置で利用する車輪について説明する概略図である。本発明の第２の実施形態に係るＣＴ装置を説明する概略図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ…ＣＴ装置
１１ａ，１１ｂ…Ｘ線管
１１１…高圧発生部
１１２，１１３…真空容器
１１４…電子銃
１１５…ターゲット
１１６…収束コイル
１１７…突片
１１８…ヒンジ
１２…回転テーブル
１３…Ｘ線検出器
１４…支持台
１４１…係止部
１５…ベアリングブロック
１５ａ，１５ｂ…ボール
１６…レール
１７…ネジ
１８１…車輪
１８２…軸

Claims

真空状態で筒型形状の容器と前記容器内に収容された電子銃と前記容器内にあって前記容器の中心軸の方向の端部に配置されたターゲットとを備え前記電子銃及び前記ターゲットに高電圧が印加されることで前記ターゲットのＸ線焦点からＸ線を発生させるＸ線管と、
このＸ線管から照射され、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を有するＸ線検査装置において、
前記ターゲット近傍の前記容器外周に設けられた突片と、
前記容器の中心軸の方向に前記Ｘ線管を摺動可能に支持する摺動支持部と、前記摺動支持部より前記ターゲットに近い位置で前記突片を係止する係止部を備えて前記Ｘ線管を所定位置に支持する支持台と、
を備えることを特徴とするＸ線検査装置。
前記突片及び前記係止部は、それぞれ前記摺動の方向に対して垂直な面を持ち、突片の面と係止部の面とを突き合わせて固定することにより、前記Ｘ線管の位置決めがされる、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。