JP6126239B2 - カソード制御マルチカソード分散型x線装置、及びこの装置を有するct設備 - Google Patents
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Description
図1〜図7に示すように、本発明のカソード制御マルチカソード分散型X線装置は、複数の陰極1と、複数のフォーカル電流制限器2と、陽極3と、真空ボックス4と、挿脱可能な高電圧接続装置5と、複数の挿脱可能な陰極電源接続装置6と、電源・制御システム7とを有する。また、更に、真空装置8と、シールド・コリメート装置9とを有してもよい。複数の陰極1は線形アレイに配列され真空ボックス4内の下端に取り付けられ、各陰極1が互いに独立する。複数のフォーカル電流制限器2が真空ボックス4内の中部において陰極1に近い位置に取り付けられ、フォーカル電流制限器2が陰極1にそれぞれ対応し、線形アレイにも配列され、全てのフォーカル電流制限器2が互いに接続される。長手形の陽極3が真空ボックス4内の上端に取り付けられる。陰極1のアレイ、フォーカル電流制限器2のアレイ及び陽極3の三者が互いに平行である。挿脱可能な高電圧接続装置5は真空ボックス4の上端に取り付けられ、その内部が陽極3と接続され、外部が高電圧ケーブルに接続されることができる。複数の挿脱可能な陰極電源接続装置6が真空ボックス4の下端に取り付けられ、挿脱可能な陰極電源接続装置6の内部が陰極1と接続され、外部がケーブルを介してそれぞれの陰極電源に接続されることができる。真空装置8は真空ボックス4の側壁に取り付けられる。電源・制御システム7は、複数の陰極電源PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、......と、フォーカル電流制限器電源−V.と、真空電源Vacc PSと、陽極高電圧電源+H.V.と、制御装置などの複数のモージュルを含み、電力ケーブルと制御ケーブルを介して複数の陰極1、複数のフォーカル電流制限器2、真空装置8、陽極3などの部材が接続される。
カソード制御マルチカソード分散型X線装置において、電源・制御システム7の制御によって、複数の陰極電源PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、......、フォーカル電流制限器電源−V.、真空電源Vacc PS、陽極高電圧電源+H.V.などが、設定されたプログラムに従って、それぞれ作動開始する。陰極電源は陰極フィラメント101に電気を供給し、陰極フィラメント101が陰極表面102を非常に高い温度まで加熱し、大量の熱発射電子を生じる。フォーカル電流制限器電源−V.は、互いに接続されたフォーカル電流制限器2に200Vの負電圧を印加し、それぞれの陰極1のビーム流開孔において一つの逆電界を形成し、陰極表面102の熱電子が陰極ハウジング103から飛び出すことを制限する。陽極高電圧電源+H.V.は、陽極3に160kVの正の高電圧を提供し、フォーカル電流制限器2のアレイと陽極3との間に正の高電圧電界を形成する。タイミング1では、電源・制御システム7が陰極電源PS1を制御して一つの2kVの負高電圧パルスを生じて、これを陰極11に提供して、陰極11の全体の電圧がパルス状に降下し、陰極11とフォーカル電流制限器21との間の電界が瞬間的に正の電界に変換して、陰極11の陰極ハウジング内の熱電子がビーム流開孔から発射されて、フォーカル電流制限器21の集束電極へ飛び、熱電子が運動中に集束の作用を受けて、小さなサイズの電子ビーム流になり、ほとんどが集束電極の中心孔に入り、一時的なドリフト運動をしてから限流孔に到着して、周縁にある、前向き性の悪い電子が限流孔の周囲の限流構造により妨害され、狭い範囲に集中する一致して前方に向かう電子のみが限流孔を通過して、正の高電圧電界に入り加速されて、エネルギーを得て、最終的に陽極3に衝撃して、X線を発生する。X線の焦点位置は陰極11の陰極表面102と、フォーカル電流制限器21の集束電極201と、限流孔202との三者の連結線が陽極3における投影であり、即ち焦点31である。タイミング2では、タイミング1に類似し、電源・制御システム7が陰極電源PS2を制御して一つの2kVの負高電圧パルスを生じて、これを陰極12に提供して、陰極12の全体の電圧がパルス状に降下し、陰極12とフォーカル電流制限器22との間の電界が瞬間的に正の電界に変換して、陰極12の陰極ハウジング内の熱電子がビーム流開孔から発射されて、フォーカル電流制限器22の集束電極へ飛び、熱電子が運動中に集束の作用を受けて、小さなサイズの電子ビーム流になり、ほとんどが集束電極の中心孔に入り、一時的なドリフト運動をしてから限流孔に到着して、周縁にある、前向き性の悪い電子が限流孔の周囲の限流構造により妨害され、狭い範囲に集中する一致して前方に向かう電子のみが限流孔を通過して、正の高電圧電界に入り加速されて、エネルギーを得て、最終的に陽極3に衝撃して、X線を発生する。X線の焦点位置は陰極12の陰極表面102と、フォーカル電流制限器22の集束電極201と、限流孔202との三者の連結線が陽極3における投影であり、即ち焦点32である。類似的に、タイミング3では、陰極13がパルス負高電圧を得て、電子ビームを生じて、フォーカル電流制限器23により集束・限流されて、高電圧電界エリアに入り加速されて、陽極3に衝撃して、X線を発生して、焦点位置が33であり、タイミング4では焦点位置が34であり、タイミング5では焦点位置が35であり、......最後の陰極がビーム流を発射して、最後の焦点位置を生じるまで、一つの作動サイクルが完了する。次のサイクルでは、再び焦点位置31、32、33、34、......から順次X線を発生することを繰り返す。
本発明は、光源設備において所定の順番で周期的に焦点位置を変更するX線を発生するカソード制御マルチカソード分散型X線装置を提供する。本発明は、熱陰極源を採用することにより、他の設計に対して、発射電流が大きく、寿命が長いという長所がある。複数の独立する陰極は線形アレイに配列され、陰極のそれぞれが独立し、かつ何れも独立する陰極電源により制御されるため、便利で柔軟である。陰極のそれぞれに対応するフォーカル電流制限器は直線に配列されかつ互いに接続され、安定の小負電圧の電位にあるため、制御しやすい。陰極とフォーカル電流制限器との間に一定の距離があるため、加工製造が容易である。長手状かつ大陽極の設計を採用することで、陽極が過熱する問題が効果的に緩和され、光源のパワーを向上させることに有利である。陰極は直線状に配列され、全体が直線型の分散型X線装置になっても良く、陰極も円弧型に配列され、全体が円弧型分散型X線装置になっても良いので、柔軟に応用できる。本発明は、他の分散型X線源設備に対して、電流が大きく、ターゲットスポットが小さく、ターゲットスポットの位置分布が均一でかつ重複性が良く、出力パワーが高く、構造が簡単で、制御しやすい。また、本発明の分散型X線源をCT設備に応用する場合に、光源を移動しなくても多視角を生じられるので、スリップリング運動を省略でき、構造を簡単化させ、システムの安定性、信頼性を向上させ、検査効率を向上させることに有利である。
2、21、22、23、24、25 フォーカル電流制限器
3 陽極
4 真空ボックス
5 挿脱可能な高電圧接続装置
6、61、62、63、64、65 挿脱可能な陰極電源接続装置
7 電源・制御システム
8 真空装置
9 シールド・コリメート装置
E 電子ビーム流
X X線
C 陽極とフォーカル電流制限器との夾角
Claims (15)
- 周囲が密封され且つ内部が高真空である真空ボックスと、
それぞれが互いに独立し、線形アレイに配列され、前記真空ボックスの内部の一端に取り付けられ、且つ、それぞれが陰極フィラメント、前記陰極フィラメントと接続された陰極表面及び前記陰極フィラメントの両端から引き出したフィラメントリードを有する複数の陰極と、
前記陰極にそれぞれ対応して線形アレイに配列されて、前記真空ボックス内の中部における前記陰極に近い位置に取り付けられ、且つ、それぞれが互いに接続される複数のフォーカル電流制限器と、
金属からなり、前記真空ボックス内の他端に取り付けられ、且つ、長さ方向に前記フォーカル電流制限器と平行で、幅方向が前記フォーカル電流制限器と所定角度の夾角をなす陽極と、
陰極電源と、互いに接続されるフォーカル電流制限器と接続されたフォーカル電流制限器電源と、陽極高電圧電源と、各電源に対して総合ロジック制御を行うための制御装置とを有する電源・制御システムと、
前記陽極を前記陽極高電圧電源と接続して、前記真空ボックスの前記陽極の一端に近い側面に取り付けるための挿脱可能な高電圧接続装置と、
前記陰極を前記陰極電源と接続して、前記真空ボックスの前記陰極の一端に近い側面に取り付けるための複数の挿脱可能な陰極電源接続装置と、
を備え、
前記フォーカル電流制限器は、金属製で、かつ中央に限流孔を有する電界均一面と、金属製かつ筒状であり、先端が前記陰極のビーム流開孔に真向かう集束電極とを含み、
前記限流孔のサイズが前記集束電極の中心孔以下であることを特徴とするカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記陰極は、更に、前記陰極フィラメント及び前記陰極表面を囲んで、且つ前記陰極表面の中心に対応する位置に、外縁に平面構造が設けられたビーム流開孔が設けられ、この平面構成の外縁に斜面が設けられる陰極ハウジングと、前記陰極ハウジングの外側において、前記陰極ハウジングの前記ビーム流開孔が設けられた面以外の他の面を囲む陰極シールドとを備え、
前記フィラメントリードが前記陰極ハウジング及び前記陰極シールドを貫通して、前記挿脱可能な陰極電源接続装置に引き出される
ことを特徴とする請求項1に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記陰極ハウジング及び前記陰極シールドは直方体形状であり、前記陰極表面及び前記陰極表面の中心に対応する前記ビーム流開孔が共に長方形である
ことを特徴とする請求項2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記陰極ハウジング及び前記陰極シールドは直方体形状であり、前記陰極表面及び前記陰極表面の中心に対応する前記ビーム流開孔が円形である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記陰極ハウジング及び前記陰極シールドは直方体形状であり、前記陰極表面が球面円弧形であり、前記陰極表面の中心に対応する前記ビーム流開孔が円形である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記真空ボックスはガラス製又はセラミックス製である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記真空ボックスは金属材料製である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記挿脱可能な高電圧接続装置の内部が前記陽極と接続され、外部が前記真空ボックスから伸び出して、前記真空ボックスの壁と緊密に接続され、共に真空密封構造を形成する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記挿脱可能な陰極電源接続装置のそれぞれは前記真空ボックスの内部において前記陰極の前記フィラメントリードと接続され、外部が前記真空ボックスから伸び出して、前記真空ボックスの壁と緊密に接続され、共に真空密封構造を形成する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 更に、前記電源・制御システムに含まれる真空電源と、前記真空ボックスの側壁に取り付けられ、前記真空電源を利用して作動し、前記真空ボックス内の高真空を維持する真空装置とを備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 更に、前記真空ボックスの外側に取り付けられ、利用可能なX線出口位置に前記陽極に対応する長手形開口が開かれているシールド・コリメート装置を備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記シールド・コリメート装置に鉛材が用いられる
ことを特徴とする請求項11に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記複数の陰極は直線型に配列され、かつ前記複数のフォーカル電流制限器もそれに対応して直線型に配列される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 前記複数の陰極が円弧型に配列され、かつ前記複数のフォーカル電流制限器も前記複数の陰極に対応するように円弧型に配列され、
前記陽極が円錐面円弧形であり、かつ、前記陰極、前記フォーカル電流制限器及び前記陽極はこの順で配置され、かつ、前記陽極の外縁のアークが位置する平面は、前記複数の陰極が位置する第一平面及び前記複数のフォーカル電流制限器が位置する第二平面と平行である第三平面であり、前記陽極の内縁と前記フォーカル電流制限器との距離が前記陽極の外縁と前記フォーカル電流制限器との距離よりも遠くなっている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置。 - 請求項1〜14の何れか1項に記載のカソード制御マルチカソード分散型X線装置を備える
ことを特徴とするCT設備。
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