JP5797727B2 - 分散型ｘ線を発生するデバイス及びその方法 - Google Patents

Description

本発明はＸ線を分散的に発生することに関し、具体的に分散型Ｘ線を発生するデバイスと方法に関するものである。

Ｘ線ソースとは、Ｘ線を発生するデバイスであり、通常、Ｘ線管、電源、制御システム、冷却及び遮蔽などの補助装置からなり、核心はＸ線管である。Ｘ線管は、通常、カソード、アノード、ガラス又はセラミックケースからなる。カソードは、直熱式螺旋タングステンであり、動作する時に、電流が流れ、約２０００Ｋの動作温度まで加熱して、熱発射の電子ビームを発生する。カソードは、前端にスロットを有する、電子を集束させる金属カバーで囲まれている。アノードは、銅ブロック端面に象眼されたタングステンターゲットであり、動作する時に、数十万ボルトの高電圧がアノードとカソードとの間に印加され、電界によってカソードから発生する電子が加速移動してアノードへ飛び、ターゲットに衝撃し、Ｘ線を発生する。

Ｘ線は工業用非破壊検査、セキュリティーチェック、医学の診断と治療等の分野に幅広く適用されている。特に、Ｘ線の高い透過力によって製造したＸ線透視結像デバイスは、人々の日常生活の様々な方面で重要な作用を奏している。早期にこのようなデバイスはフィルム型の平面透視結像デバイスであるが、現在では、先進技術は、例えば、ＣＴ（Computed Tomography、コンピュータ断層撮影法）のようなデジタル化、多視点、高解像度の立体結像デバイスであり、高解像度な三次元立体図形又はスライス画像を得ることが可能であり、非常に先進なハイエンド応用である。

ＣＴデバイス（工業用探傷ＣＴ、荷物セキュリティーチェックＣＴ、医療診断ＣＴ等を含む）において、通常、Ｘ線ソースが検査対象の的一側に放置され、他の側に放射線を受ける探知機が放置されている。Ｘ線が検査品物を透過する時、その強度は品物対象の厚さ、密度などの情報に応じて変化し、探知機が受けたＸ線の強度は検査品物の１つの視点方向の構造情報を含む。若し、Ｘ線ソース及び探知機を検査品物のまわりを位置変換すれば、異なる視点方向の構造情報を得ることが可能である。コンピューターシステム及びソフトウェアアルゴリズムによってこれらの情報を再構成して、検査品物の立体画像を得ることができる。従来のＣＴデバイスは、Ｘ線ソース及び探知機を、検査対象を回る円形のスリップリングに固定させ、動作の一回りごとに検査対象の一つの厚み断面画像を取得する。これはスライスという。そして、検査品物は、さらに厚み方向に沿って移動して、一連のスライスを取得する。これらのスライスの総括は、検査品物の三次元緻密立体構造である。したがって、従来のＣＴデバイスにおいて、異なる視点の画像情報を取得するために、Ｘ線ソースの位置を変換する必要があるため、Ｘ線ソース及び探知機はスリップリング上において移動しなければならない。検査の速度を向上するために、通常、動きの速度は非常に高い。Ｘ線ソース及び探知機のスリップリングでの高速動きは、デバイス全体の信頼性及び安定性を低下させ、そして、動き速度の制限によって、ＣＴ的検査速度も制限される。近年、最新のＣＴは、円周状に配列された探知機を採用しており、探知機を動かさないが、Ｘ線ソースは依然としてスリップリングおける動きの必要がある。複数列の探知機を増加することにより、Ｘ線ソースが一回りを動かして複数のスライス画像を取得し、ＣＴ検査速度を向上できるが、スリップリングにおける動きが招く問題を根本から解決していない。したがって、ＣＴデバイスに、位置を移動しないで複数の視点を発生するＸ線ソースが必要である。

検査速度を向上するために、通常、Ｘ線ソースカソードから発生する電子ビームは、大きい電力で長い時間でアノードのタングステンターゲットを連続的に衝撃している。しかしながら、ターゲットの面積が小さいため、ターゲットの放熱も大きい問題となる。

従来のＣＴデバイスのスリップリングが招いた信頼性、安定性の課題、検査速度の課題、及びアノードターゲットの耐熱課題を解決するために、いくつかの特許及び文献はいくつかの方法を提案した。例えば、回転ターゲットＸ線ソースは、アノードターゲットの過熱課題をある程度解決することができる。しかしながら、この構造は複雑であり、且つＸ線ソース全体に対して、Ｘ線を発生するターゲットは依然として確定されたターゲット位置である。例えば、動かず固定のＸ線ソースの複数の視点を実現するために、ある技術は、Ｘ線ソースの動きの代わりに、複数の独立的な伝統のＸ線ソースを一つの円周で緊密に配列することによって、複数の視点が実現されたが、コストは高く、且つ異なる視点のターゲットの間隔が多く、結像の品質（立体解像度）は非常に劣る。例えば、特許文献１（ＵＳ４９２６４５２）は、アノードターゲットが大きい面積を有するため、ターゲットの過熱課題を緩和し、且つターゲットの位置が円周に沿って変化するため、複数の視点を発生することができる分散型Ｘ線を発生する光源方法を提案した。該特許技術は、取得した加速の高いエネルギー電子ビームを走査偏向するものであり、制御難度が大きく、ターゲットの位置が分立しなく、重複性が劣るという課題を有するが、依然として分散型光源を発生できる有効な方法である。

例えば、特許文献２（ＷＯ２０１１／１１９６２９）は、アノードターゲットが大きい面積を有するため、ターゲットの過熱課題を緩和し、且つターゲットの位置が分散固定アレイ型に配列されることによって、複数の視点を発生することができる分散型Ｘ線ソースを発生する光源方法を提案した。カーボンナノチューブを冷カソードとし、アレイ型配置を行い、カソードゲート間電圧によって電界の発射を制御して、カソード毎に電子を順に発射することを制御し、アノードターゲットにおける該当する順序位置でターゲットを衝撃し、分散型Ｘ線ソースとなる。しかしながら、生産工程が複雑であり、カーボンナノチューブの発射能力及び寿命が低いというデメリットを有する。

本発明は、従来技術の一つまたは複数の問題を鑑みてなされたものであり、分散型Ｘ線を発生するデバイス及びその方法を提供することを目的とする。

本発明の一方は分散型Ｘ線を発生するデバイスを提出する。電子ビームを発生する電子銃と、電子ビームの回りを囲んで設置され、走査磁場を発生して、前記電子ビームを偏向する走査装置と、規則的に設置される複数の開口を有し、前記電子ビームが前記走査装置の制御によって前記限流装置を走査するときに、前記限流装置の下方において、走査の順に合う、開口位置に対応するパルス電子ビームを、順にアレイ型に発生する限流装置と、前記限流装置の下流に設置され、アノードターゲットに電圧を印加することによって、均一の電界を前記限流装置と前記アノードターゲットの間に形成させ、前記アレイ型パルス電子ビームを加速するアノードターゲットと、を備え、加速された電子ビームは、前記アノードターゲットに衝撃して、Ｘ線を発生する。

本発明の他方は、分散型Ｘ線を発生する方法を提出する。電子銃を制御して、電子ビームを発生するステップと、走査装置を制御して、走査磁場を発生し、前記電子ビームを偏向するステップと、前記走査装置の制御によって、前記電子ビームで限流装置に規則的に設置された複数の開口を走査し、アレイ型に分布されたパルス電子ビームを順に出力するステップと、電界を発生して、前記アレイ型に分布されたパルス電子ビームを加速するステップと、加速された電子ビームがアノードターゲットに衝撃して、Ｘ線を発生するステップと、を含む。

本発明の実施例の上記方案によれば、電磁走査の方式によってビームおよび焦点位置を変換し、速度が速く、効率が高い。また、高いエネルギー加速の前に限流するという設計によって、アレイ型に分布されたビームを取得するとともに、電気エネルギーを節約し、限流装置の発熱を有効的に防止できる。

また、本発明のいくつかの実施例の方案によれば、熱カソード源によって、他の設計に対して発射電流が大きく、寿命が長いというメリットを有する。

また、低初期動きエネルギーの電子ビームを直接的に走査することによって、制御し易いというメリットを有するとともに、より高い走査速度を実現することができる。

また、長尺ストリップ状大きいアノードの設計によって、アノード過熱の課題を有効的に緩和し、光源の効率の向上に有利である。

また、他の分散型Ｘ線光源デバイスに対して、上記実施例の方案的方案は、電流が大きく、ターゲットが小さく、ターゲット位置の分布が均一且つ重複性がよく、出力電力が高く、工程が簡単であり、コストが低い。

また、本発明の実施例の分散型Ｘ線を発生するデバイスをＣＴデバイスに適用して、光源を移動しなく複数の視点を発生できるため、スリップリングにおける動きを省略でき、構造が簡単化され、システムの安定性、信頼性を向上し、検査効率を向上する。

以下の図面は本発明の実施形態を示す。これらの図面及び実施形態は非制限的、非網羅的な方式で本発明の実施例を提供した。

本発明の実施例に係る分散型Ｘ線を発生するデバイスの概略図である。 本発明の実施例に係るデバイスにおいて、電子ビームが磁場の作用を受けて動き方向が偏向を発生することを示す概略図である。 本発明の実施例に係るデバイスにおいて、限流装置を走査するための鋸歯状走査電流波形を示す概略図である。 本発明の実施例に係る限流装置の平面構造を示す図である。 図４に示すような本発明の実施例に係る限流装置の断面構造を示す図である。 本発明の実施例によって、電子ビームが限流装置を通過する時の空間分布及び強度変化を示す図である。 一周期内の走査電流、電子ビーム、Ｘ線焦点が限流装置とアノードに対する位置関係を示す概略図である。 本発明の他の実施例に係る分散型Ｘ光源を発生する装置の断面及び部分概略図である。

以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。なお、ここで説明した実施例は、例を説明するためのものであり、本発明は、これに限らないと理解すべきである。以下の説明において、本発明に対する透徹した理解をさせるため、大量の特定の細部を描写した。しかし、当業者にとって明らかなことは、必ずこれらの特定の細部を採用して本発明を実現することではない。その他の実例においては、本発明を混同させることを避けるために、周知の回路、材料または方法に対する具体的な説明を省略した。

本明細書の全体において、言及した「一実施例」、「実施例」、「一示例」または「示例」は、該実施例または示例に結合して描写した特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも一実施例に含まれていることを意味する。従って、明細書全体の各箇所に現れた短文「一実施例において」、「実施例において」、「一示例」または「示例」は、必ず同一の実施例または示例を指したものではない。また、何らかの適宜な組み合わせ及び/またはサブ組み合わせによって、特定の特徴、構造または特性を一つまたは複数の実施例または示例に組み合わせることができる。また、当業者は、ここの「及び／又は」という術語が一つ又は複数の関連するアイテムの任意及び全ての組合を含むことを了解すべきである。

従来技術の一つまたは複数の問題に対して、本発明の実施例は分散型Ｘ線を発生するデバイス及びその方法を提供する。例えば、真空中、電子銃の熱カソードによって一定の初期動きエネルギー、動き速度を有する電子ビームを発生する。そして、初期の低いエネルギーの電子ビームを周期的に走査して、往復偏向させる。電子ビームが前進する経路に往復偏向の方向に従って限流装置を設置し、限流装置のアレイ開口によって、特定の位置の電子ビームのみを通過させ、順にアレイ型に分布された電子ビームを形成する。次に、高圧電界により、これらの電子ビームを再度加速し、それらが高いエネルギーを取得させて、アノードターゲットに衝撃する。これによって、アノードターゲット上で該当するアレイ型に分布された焦点及びＸ線を順に発生する。本発明の実施例によれば、電磁走査でビーム及び焦点位置を変換して、速度が速く、効率が高く、且つ高いエネルギーの加速の前に限流を行うという設計を採用して、アレイ型に分布されたビームを取得するとともに、電気エネルギーを節約し、限流装置の発熱を有効的に防止する。

例えば、一実施例による分散型Ｘ線を発生するデバイスは、電子銃、走査装置、真空ボックス、限流装置、アノードターゲット、及び電源・制御システム等を含む。電子銃は、真空ボックスの上部に接続されている。電子銃は初期動きエネルギー、動き速度を有する電子ビームを発生し、当該電子ビームは、真空ボックスに入る。真空ボックスの上部の外側に実装された走査装置は、周期的な磁場を発生して、電子ビームに周期的な偏向を発生させる。電子ビームは一定の距離で前進した後、真空ボックスの中部に設置された限流装置に達する。限流装置のアレイ開口は、適切なところに位置する一部の電子ビームのみを通過させ、限流装置の下で順にアレイ型に分布された電子ビームを形成する。真空ボックスの底部に設置されたアノードターゲットは非常に高い電圧を有し、限流装置とアノードターゲットとの間で加速電界が形成されている。限流装置を通過する順にアレイ型に分布された電子ビームは、該電界の加速を受け、高いエネルギーを取得し、アノードターゲットに衝撃して、アノードターゲットにおいて、該当するアレイ型に分布されたＸ線焦点及びＸ線を順に発生する。電源・制御システムは、電子銃、走査装置、アノードターゲット等に対して、該当する動作電流及び高電圧を提供し、制御システムはデバイス全体の正常な動作に対して、ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）、論理管理、及びプロセス制御を提供する。

図１は本発明の実施例に係る分散型Ｘ線を発生するデバイスの概略図である。図１に示すように、本発明の実施例による分散型Ｘ線を発生するデバイスは、電子銃１、走査装置２、真空ボックス３、限流装置４、アノードターゲット５、及び電源・制御システム６を含む。電子銃１は、真空ボックス３の上端に接続されている。走査装置２は、真空ボックス３の上端外側に実装され、真空ボックス３内の中部に限流装置４が実装されている。例えば、限流装置は規則的な複数の開口を備える。アノードターゲット５は、例えば、長尺ストリップ状であり、真空ボックス３内の下端に実装され、限流装置４と平行し、且つほぼ同じ長さを有している。他の実施例において、条状のアノードターゲット５は、長さが板状の限流装置４と異なっても良く、例えば、限流装置より大きい／広い。形状的には、長尺ストリップ状のアノードターゲット５は、限流装置４と対向する面が長尺ストリップ状の平面であり、裏面が他の形状を設計した非平面の構造、例えば、放熱シート型の構造又はリブ型の構造であっても良い。これにより、より良い強度、より大きい熱容量、及びより良い放熱性能などを提供する。

本発明の実施例によれば、電子銃１は初期動き速度及びエネルギーを有する電子ビーム１０を発生するためものである。電子銃の構造は、例えば、電子を発射するカソードと、小さいサイズのビーム斑点及び良い前進動きの一致性を形成するように電子ビームを制限する集束極と、電子の加速及び引出のためのアノードとを含む。本発明の実施例によれば、電子銃１は、具体的に熱カソード電子銃であり、それは比較的に大きい電子ビームの発射能力を有し、且つ寿命が長い。通常、熱カソード電子銃のカソードはフィラメントで１０００〜２０００℃まで加熱され、カソードから発射する電流の密度は数Ａ／ｃｍ^２に達することができる。通常、アノードはグランドに接続され、カソードは負高電圧であり、カソードの高電圧は負数ｋＶから負十数ｋＶまでである。

本発明の実施例によれば、走査装置２は、コアなしの走査パック又はコアありの走査磁石を含め、主要な作用は、走査電流の駆動により、走査磁場を発生して、その中心を通った電子ビーム１０の前進方向が偏向を発生させるということである。図２は電子ビーム１０が磁場の作用を受けて前進方向が偏向を発生する効果概略図を示している。磁場Ｂの強度が大きほど、電子ビーム１０が前進する時に発生する偏向角θが大きく、電子ビーム１０が限流装置４まで動かす時に限流装置４の中心に対するオフセットＬも大きい。ＬとＢとの間に、Ｌ＝Ｌ（Ｂ）という対応関係を有し、すなわち、Ｂの大きさを制御することによって、限流装置４で電子ビームのオフセットＬを制御することができる。そして、磁場Ｂの大きさは走査電流Ｉｓの大きさで決定され、すなわち、Ｂ＝Ｂ（Ｉｓ）、通常は比例関係である。したがって、走査電流Ｉｓの大きさを制御することによって、限流装置４で電子ビーム１０のオフセットＬを制御することができる。

本発明の実施例によれば、通常、電子ビームの走査は鋸歯状の走査電流を採用し、好ましい走査電流は、負から正まで線形に安定的に変化し、正最大に達する時点で、すぐに負最大に変わって、周期的な変化を重複する。発生する磁場の波形は電流の波形と類似する。図３は鋸歯状走査電流の波形を示している。

本発明の実施例によれば、真空ボックス３は周りが封止されるキャビティケースである。内部は高真空であり、ケースは主に、例えば、ガラス又はセラミックスなどの絶縁材料である。真空ボックス３の上端に電子ビームが入力するためのインタフェースが開けられ、中部に限流装置４が実装され、下端にアノードターゲット５が実装されている。上端と中部の間のキャビティは、電子ビームが走査された後の偏向動きに対して十分であり、偏向で形成した三角形領域内の電子ビームの発生を妨げる可能性がない。中部と下端との間のキャビティは、電子ビームの平行動きに対して十分であり、限流装置４とアノードターゲット５との間の矩形領域内の電子ビーム１０の発生を妨げる可能性がない。真空ボックス３内の高真空は、高温排気炉内のトースト排気によって取得され、通常、真空度は１０^−５Ｐａより良い。

本発明の実施例によれば、真空ボックス３のケースは、例えば、ステンレスなどの金属材料であっても良い。真空ボックス３のケースが金属材料である場合、内部の限流装置４及びアノードターゲット５と一定の距離を保持して、真空ボックス３、限流装置４、アノードターゲット５三者の間を電気的に絶縁させるとともに、限流装置４とアノードターゲット５との間の電界分布に影響を与えない。

本発明の実施例によれば、限流装置４は中間にアレイ開口を有する長尺ストリップ状金属平板である。図４限流装置４の平面構造概略図を示している。限流装置４にアレイ型に配置された一連の開口４−ａ、４−ｂ、４−ｃ、…を有し、開口の数量は２つ以上である。開口は一部の電子ビームを通過させるためものであり、各開口の形状が長方形であり、形状の大きさが一致であり、一直線に配列させることが好ましい。各開口の幅Ｄは、通過した電子ビームが小さいビームスポットを有するとともに、一定のビーム強度を有するように、寸法範囲が０.３ｍｍ−３ｍｍであり、０.５ｍｍ−１ｍｍであることが好ましい。各開口の長さＨは、Ｘ線ターゲットに影響を与えない場合において開口を通過した電子ビームの強度を増加することができるように、寸法範囲が２ｍｍ−１０ｍｍであり、４ｍｍであることが好ましい。各開口の間の距離Ｗは２Ｒ以上であることが必要であり（Ｒは電子ビーム１０が限流装置４に投影されたビームスポットの半径である）、これにより、動作の過程において、電子ビーム１０が限流装置４に投影されたビームスポットは、磁場Ｂの大きさに応じて移動するが、電子ビームスポットはその中の一つの開口のみを覆え、ある確定の時点で、電子ビームは限流装置の一つの開口のみを通過し得る。すなわち、限流装置４の開口を通過し、限流装置４とアノードターゲット５の間の高圧電界に入って加速運動する電子ビームは、全て一つの開口位置に集中し、最終にアノードターゲット５に衝撃して一つのＸ線ターゲットを形成する。時間の変化とともに、電子ビームスポットは限流装置４上において移動し、電子ビームスポットが覆う開口の位置も次に移動する。そして、電子ビームは次の開口を通過し、アノードターゲット５において、次のＸ線ターゲットが対応的に形成される。

図５は限流装置の側断面の構造概略図を示している。限流装置４の平板は一定の厚みを有し、各開口に同じ数量の電子ビームを通過させるように、各開口の電子ビームの偏向方向における断面延長線が磁場Ｂの中心に交わる。

図６は電子ビームが限流装置４を通過するときの変化を示している。電子銃１は、丸い斑状の電子ビームを連続的に発生して、真空ボックスに入り、走査装置４の作用を受け、電子ビームの前進方向が周期的な偏向を発生する。一周期内で、限流装置４上において電子ビームはビームスポットを重ね合わせ、図６の上部分に示す電子ビーム強度が限流装置４の上方で左から右までの均等分布を形成する。限流装置４にアレイ型に分布された開口を有するため、限流装置４の下方において、図６の下部分に示す周期的な柱状分布が形成される。各電子ビームは左から右まで順に発生し、限流板開口と同じアレイ型分布を有している。各時点で一つのみを有し、一周期内で、一つを左から右まで各位置で順に発生する。

電子銃１から発生する電子ビーム１０が限流装置４へ動かすとき、走査磁場の影響を受けて偏向を発生する以外、他の原因の影響を受けて経路を変わらないように、限流装置４と電子銃１のアノードとは同じ電圧を有することが好ましい。他の実施例によれば、限流装置４と電子銃１のアノードとは異なる電圧を有しても良く、これは、異なる適用場合及び需要に応じて決定することができる。

本発明の実施例によれば、アノードターゲット５は、長尺ストリップ状金属であり、真空ボックス３の下端に実装される。長さ方向に限流装置４と平行し、幅方向に限流装置４と小さい夾角が形成されている。アノードターゲット５は長さ方向に限流装置４と完全に平行する（図１に示すように）。アノードターゲット５に正高電圧が印加され、これにより、アノードターゲット５と限流装置４との間に平行の高圧電界が形成されている。透過限流装置４の電子ビームは高圧電界の加速を受けて、電界の方向に沿って動かし、最終にアノードターゲット５に衝撃して、Ｘ線１１を発生する。

図７は一周期内で走査電流、電子ビーム、Ｘ線焦点が限流装置及びアノードに対する位置関係の概略図を説明する。図７に示すように、透過限流装置４を透過できる電子ビームがアレイ型に順に分布されているため、電子ビーム１０がアノードターゲット５に衝撃して発生するＸ線及びＸ線焦点もアノードターゲットにアレイ型に分布されている。一周期内で、走査電流Ｉｓ（Ｂ）が負最大から正最大まで線形に安定的に変化して、走査電流Ｉｓ（Ｂ）と類似する変化磁場Ｂを発生し、異なる走査電流Ｉｓ（Ｂ）は電子ビームを限流板の異なる位置に射させる。ほとんどの時、電子ビーム１０は限流装置４で阻止されるが、ある時点で電子ビームは限流装置４の開口を通過できる。例えば、ｔｎ時点で、走査電流の大きさはＩｎであり、電子ビーム１０を限流装置の４−ｎ開口位置に投射させ、通過した電子ビームはＩ’となり、透過した電子ビームは限流装置４とアノードターゲット５との間の平行高圧電界を受けて加速され、高いエネルギーを取得して、最終にアノードターゲット５の限流開口４−ｎに対応する位置５−ｎに衝撃し、Ｘ線を発生する。位置５−ｎはＸ線の焦点となる。限流装置の開口がアレイ型に分布されたものであるため、アノードターゲット５に発生されたＸ線もアレイ型に分布された焦点を有する。

図８は分散型Ｘ線光源デバイスの側断面構造を示している。本発明の他の実施例によれば、図８に示すように、アノードターゲット５と限流装置４とは狭い方向に小さい夾角となっている。アノードターゲット５の高電圧は、通常数十ｋＶ〜数百ｋＶであり、入射した電子ビームと９０度の角となる方向に、アノードターゲットから発生するＸ線は強度が最も大きいであり、当該方向は放射線が利用可能な方向である。アノードターゲット５が小さい角（通常、数度〜十数度）を傾斜すると、有用なＸ線の射し出しに有利となる一方、比較的に広い電子ビームがアノードターゲットに射されるが、Ｘ線の射し出し方向から見ると、発生する放射線の焦点が小さく、焦点のサイズを縮小したことに相当する。本発明の実施例によれば、アノードターゲット５が耐高温の金属タングステン材料を採用することが好ましい。本発明の他の実施例によれば、アノードターゲット５は他の材料、例えば、モリブデンなどを採用することもできる。

本発明の実施例によれば、電源・制御システム６は、分散型Ｘ光源デバイスの各重要部品に対して必要な電源及び動作制御を提供する。図１に示すように、電源・制御システム６は、電子銃電源６１、集束電源６２、走査電源６３、真空電源６４、およびアノード電源６５を含む。

例えば、電子銃電源６１は電子銃１にフィラメント電流と負高電圧を提供する。走査電源６３は、走査装置に走査電流を提供して、電子銃１から発生する電子ビームに図３に示すような走査波形によって限流装置４を走査させる。

集束電源６２は、集束装置７に電源を提供して、電子銃１から発生する電子ビームは、真空ボックスに入るときに、例えば、ビームスポットがより小さく、電流の密度がより大きく、前進動きの一致性がより高いなどのより良い品質特性を有させる。

真空電源６４は、真空装置８に接続され、真空装置８を制御して電力を提供する。真空装置８は、真空ボックスに実装され、真空電源の作用下で動作し、真空ボックス内の高真空を維持するためである。アノード電源６５は、アノードターゲット５に正高電圧を提供し、且つアノードの高圧動作を論理的に制御する。

本発明の実施例によれば、分散型Ｘ光源デバイスは集束装置７を含んでも良い。集束装置７はビームパイプ及びパイプ外の集束パックからなり、ビームパイプは電子銃１と真空ボックス３との間に実装される。集束装置７は、集束電源６３の作用下で動作して、電子銃１から発生する電子ビームは、真空ボックスに入るときに、例えば、ビームスポットがより小さく、電流の密度がより大きく、前進動きの一致性がより高いなどのより良い品質特性を有させる。

本発明の実施例によれば、分散型Ｘ光源デバイスは真空装置８を含んでも良い。真空装置８は、真空ボックスに実装され、真空電源６４の作用下で動作し、真空ボックス内の高真空を維持するためである。通常、分散型Ｘ光源デバイスが動作時に、電子ビームが限流装置４及びアノードターゲット５に衝撃し、限流装置４及びアノードターゲット５が発熱して少しの気体を放出し、真空装置８により、この気体を速く抽出して真空ボックス内部の高い真空度を維持することができる。真空装置８が真空イオンポンプを採用することが好ましい。

本発明の実施例によれば、分散型Ｘ光源デバイスは、挿抜可能な高圧接続装置９を含んでも良い。挿抜可能な高圧接続装置９は、真空ボックスの下端に実装され、内部がアノードターゲット５に接続され、外部が真空ボックスから延び出し、真空ボックスと一緒に密封の構造を形成する。挿抜可能な高圧接続装置９は高圧電源をアノードターゲット５に速く接続するためである。

本発明の実施例によれば、図８に示すように、分散型Ｘ光源デバイスは遮蔽・コリメータ装置１２を含んでも良い。遮蔽・コリメータ装置１２は真空ボックスの外側に実装され、必要でないＸ線を遮蔽するためである。利用可能なＸ線の出口位置にアノードに対応する細長い開口が開けられ、開口において、Ｘ線を必要な適用範囲に制限するように、Ｘ線の射し方向に沿って一定の長さ及び幅が設計されている。遮蔽・コリメータ装置１２が鉛材料を採用することが好ましい。本発明の実施例によれば、分散型Ｘ光源デバイスの電源・制御システム６は、集束装置の電源と真空装置の電源等をさらに相応的に含んでいる。

図１及び図８に示すように、分散型Ｘ線光源デバイスは、電子銃１、走査装置２、真空ボックス３、限流装置４、アノードターゲット５、集束装置７、真空装置８、挿抜可能な高圧接続装置９、遮蔽・コリメータ装置１２、及び、電源・制御システム６と含んでいる。

いくつかの実施例によれば、電子銃１は熱カソード電子銃を採用する。電子銃１の出口は、集束装置７の真空パイプの一端に接続されている。真空パイプの他端は真空ボックス３の上端に接続され、真空パイプの外側に集束パックが実装される。真空ボックス３の上端外側に走査装置２が実装され、真空ボックス３内の中部に限流装置４が実装され、真空ボックス３の中部側面に真空装置８が実装される。長尺ストリップ状のアノードターゲット５、及び、アノードターゲット５に接続された挿抜可能な高圧接続装置９は、真空ボックス３内の下端に実装される。アノードターゲット５は、限流装置４に平行し、且つほとんど同じ長さを有する。電源・制御システム６は、電子銃電源６１、集束電源６２、走査電源６３、真空電源６４、アノード電源６５などの複数のモジュールを含み、電力ケーブル、及び制御ケーブルを介して、システムの電子銃１、集束装置７、走査装置２、真空装置８、アノードターゲット５まどの部品と接続する。

動作過程において、電源・制御システム６の作用下で、電子銃電源６１、集束電源６２、走査電源６３、真空電源６４、アノード高圧電源６５等は、設定されたプログラムに応じてそれぞれが動作を始まる。電子銃電源６１は電子銃フィラメントに電力を提供し、電子銃１のフィラメントはカソードを非常に高い温度に加熱して、大量な熱発生電子を発生する。同時に、電子銃電源６１は、電子銃カソードに１０ｋＶの負高電圧を提供して、電子銃カソードと電子銃アノードの間に小さい高圧加速電界が形成される。熱発射電子は電界の作用を受け、電子銃アノードへ加速移動して、電子ビーム１０を形成する。

電子銃アノードへ動かすときに、電子ビームは、電子銃集束極の作用を受け、小さいビームスポットビームに集束して、電子銃アノードの中心の開口を透過し、初期動きエネルギー（１０ｋＶ）及び動き速度を有する電子ビームとなる。電子ビームは、前進して真空パイプに入り、集束装置７の作用を受けて、ビームスポットの直径が更に縮小し、小斑点且つ高密度の電子ビームとなる。電子ビームは、さらに前進して真空ボックス３に入り、真空ボックスの上部に走査装置２の作用を受けて、動き方向が周期的な偏向を発生する。偏向した電子ビームは前進して限流装置４に移動して、ほとんどが限流装置４の阻止を受け、限流装置４によって吸収される。偏向位置が適宜であるとき、一部の電子ビームは限流装置４の開口を通過し、限流装置４とアノードターゲット５との間の高圧電界に入り、高圧電界の作用を受けて、電界の方向に沿って移動する。すなわち、限流装置４から出てからアノードに垂直に動かし、最後に高いエネルギー、例えば、１６０ｋＶを取得し、アノードターゲット５に衝撃して、Ｘ線１１を発生する。

一走査周期中で、電子ビームがアレイ型に分布された限流装置４の開口を順に通過するため、電子ビームがアノードターゲットの対応する位置にアノードターゲットに順に衝撃し、アレイ型に分布されたＸ線及びＸ線ターゲットを順に発生して、分散型Ｘ線光源を実現する。アノードターゲットが電子ビームの衝撃を受けたとき放出する気体は、真空装置８にリアルタイムで抽出され、真空ボックス内は高真空を維持し、長時間で安定的に運行することに有利である。

遮蔽・コリメータ装置１２は、必要でない方向のＸ線を遮蔽し、利用可能な方向のＸ線を通過させ、且つＸ線を予め定めた範囲内に限定する。

電源・制御システム６は、各電源を制御して設定されたプログラムに応じて各部品の協働動作を駆動するとともに、通信インタフェースとヒューマン・マシン・インターフェースによって外部命令を受信し、システムのキーパラメータを修正と設定し、プログラムを更新して自動制御調整を行うことができる。

本発明の実施例によれば、光源デバイスである順に焦点位置を周期的に変換するＸ線を発生する。また、熱カソード源によって、他の設計に対して発射電流が大きく、寿命が長いというメリットを有する。また、低初期動きエネルギーの電子ビームを直接的に走査することによって、制御し易いというメリットを有するとともに、より高い走査速度を実現することができる。また、電磁走査の方式によってビームと焦点位置を変換することによって、速度が速く、効率が高い。また、高いエネルギー加速の前に限流するという設計を採用することによって、アレイ型に分布されたビームを取得するとともに、電気エネルギーを節約し、限流装置の発熱を有効的に防止できる。また、長尺ストリップ状大きいアノードの設計を採用することによって、アノード過熱の課題を有効的に緩和し、光源の効率の向上に有利である。また、他の分散型Ｘ線光源デバイスに対して、本発明の実施例のデバイスは、電流が大きく、ターゲットが小さく、ターゲット位置の分布が均一且つ重複性がよく、出力電力が高く、工程が簡単であり、コストが低い。本発明の実施例の分散型Ｘ線光源をＣＴデバイスに適用するには、光源を移動しなく複数の視点を発生できるため、スリップリングにおける動きを省略でき、構造が簡単化され、システムの安定性、信頼性を向上し、検査効率を向上する。

以上、詳細の記載は、ブロック図、フローチャット及び/または例を使用することによって、分散型Ｘ線を発生するデバイス及びその方法に係る数多くの実施例を説明した。このようなブロック図、フローチャット及び/または例が、機能及び/または操作が一つまたは複数含まれた場合には、当業者は、このようなブロック図、フローチャットまたは例における各機能及び/または操作が、各種のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたは実質上のこれらの任意の組み合わせることによって、個別及び/または共同で実現できると理解すべきである。一つの実施例において、本発明の実施例の前記主題のいつかの部分、例えば、制御過程は、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはその他の集積フォーマットで実現できる。しかしながら、当業者は、ここで公開した実施例の一部が、全体的または部分的に集積回路において同じく実現することができ、例えば、一台または複数台のコンピュータ上で運行する一つまたは複数のコンピュータプログラム（例えば、一台または複数台のコンピュータシステム上で運行する一つまたは複数のプログラム）によって実現させても良いし、一つまたは複数のプロセッサ上で運行する一つまたは複数のプログラム（例えば、一つまたは複数のマイクロプロセッサ上で運行する一つまたは複数のプログラム）によって実現させても良いし、ファームウェアまたは実質上に上述形態の任意組み合わせによって実現させても良いと理解すべきである。また、当業者は、本開示を元に、回路の設計及び/またはソフトウェアの書き込み及び/またはファームウェアのコーディングの能力を備える。また、当業者には理解されるように、本開示の前記主題の制御過程は、複数の形態のプログラム製品として配布出来ると共に、実際に配布の信号載置媒体の具体的な類型が何かであろうか、本開示の前記主題の例示的な実施例は何れも適用できる。信号載置媒体の例示は、例えば、ソフトディスク、ハートディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリ等の記録可能な記録型媒体、及び例えば、デジタル及び/またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバ、導波管、有線通信リング、無線通信リングなど）の搬送型媒体を含むが、それらに限らない。

以上、本発明の典型的な実施例に基づいて本発明を説明したが、当業者は、使用された用語が、説明するための例であって、本発明を限定する用語ではないと理解すべきである。また、本発明は、精神及び実質を逸脱しない限りに、種々の形態で具体的に実施できるので、上記の実施例は、前述の詳細に限らなく、請求の範囲によって限定されるものとして、広く解釈できると理解すべきである。請求の範囲または等価の範囲内での全ての変化や改良は、請求の範囲内に含まれていることを理解すべきである。

Claims (16)

1. 分散型Ｘ線を発生するデバイスであって、
   電子ビームを発生する電子銃と、
   電子ビームの回りを囲んで設置され、走査磁場を発生して、前記電子ビームを偏向する走査装置と、
   規則的に設置される複数の開口を有し、前記電子ビームが前記走査装置の制御によって前記限流装置を走査するときに、前記限流装置の下方において、走査の順に合う、開口位置に対応するパルス電子ビームを、順にアレイ型に発生する限流装置と、
   前記限流装置の下流に設置され、アノードターゲットに電圧を印加することによって、均一の電界を前記限流装置と前記アノードターゲットとの間に形成させ、前記アレイ型パルス電子ビームを加速するアノードターゲットと、を備え、
   加速された電子ビームは、前記アノードターゲットに衝撃して、Ｘ線を発生するデバイス。
2. 前記電子銃の下流に設置され、電子銃に接続され、前記限流装置と前記アノードターゲットとを囲んで、前記電子ビームの発生及び動きの環境を高真空にする真空ボックスを更に備える請求項１に記載のデバイス。
3. 前記電子銃、前記走査装置、前記アノードターゲットに電源を提供して動作制御を行う電源・制御装置を更に備える請求項２に記載のデバイス。
4. 前記限流装置は、複数の開口を有する長尺ストリップ状の金属板である請求項３に記載のデバイス。
5. 前記アノードターゲットは、前記限流装置と近い長さを有する長尺ストリップ状の金属板である請求項４に記載のデバイス。
6. 前記アノードターゲットは、タングステン材料によって製作される請求項５に記載のデバイス。
7. 前記アノードターゲットは長さ方向に前記限流装置に平行し、幅方向に前記限流装置と小さい夾角を形成する請求項５に記載のデバイス。
8. 前記電子銃から発生する電子ビームを集束し、電子ビームの光斑を縮小するように設置される集束装置を更に有する請求項３に記載のデバイス。
9. 真空ボックスに設置され、真空ボックス内部に高真空を維持させる真空装置を更に有する請求項３に記載のデバイス。
10. 前記真空装置は、イオンポンプである請求項９に記載のデバイス。
11. 前記真空ボックスの下端に設置され、内部が前記アノードターゲットに接続され、外部が前記真空ボックスから延び出し、前記電源・制御装置と前記アノードターゲットを速く接続する挿抜可能な高圧接続装置を更に有する請求項３に記載のデバイス。
12. 前記真空ボックスの外側に設置され、前記アノードターゲットに対応する細長いコリメータ開口が開けられる遮蔽・コリメータ装置を更に有する請求項３に記載のデバイス。
13. 前記遮蔽・コリメータ装置は、鉛材料によって製作される請求項１２に記載のデバイス。
14. 分散型Ｘ線を発生する方法であって、
    電子銃を制御して、電子ビームを発生するステップと、
    走査装置を制御して、走査磁場を発生し、前記電子ビームを偏向するステップと、
    前記走査装置の制御によって、前記電子ビームで限流装置に規則的に設置された複数の開口を走査し、アレイ型に分布されたパルス電子ビームを順に出力するステップと、
    電界を発生して、前記アレイ型に分布されたパルス電子ビームを加速するステップと、
    加速された電子ビームがアノードターゲットに衝撃して、Ｘ線を発生するステップと、
    を含む方法。
15. 前記限流装置は、複数の開口を有する長尺ストリップ状の金属板である請求項１４に記載の方法。
16. 前記アノードターゲットは、前記限流装置と近い長さを有する長尺ストリップ状の金属板である請求項１４に記載の方法。