JP7337312B1 - X線発生装置、x線撮像装置、および、x線発生装置の調整方法 - Google Patents

X線発生装置、x線撮像装置、および、x線発生装置の調整方法 Download PDF

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Abstract

X線発生装置は、X線発生装置と、前記X線発生装置から放射されたX線を検出するX線検出器と、前記X線発生装置を制御する制御装置とを備える。前記X線発生装置は、電子銃、および、前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、前記X線発生管を支持する支持構造と、前記電子線を偏向させる偏向器と、を備え、前記支持構造は、前記偏向器が固定された状態で少なくとも前記ターゲットが回動されることを許すように前記X線発生管を支持する。前記制御装置は、前記X線発生装置の使用量、および/または、前記X線発生装置が発生するX線の変化に応じて、前記ターゲットが回動される必要性があるかどうかを判定する。

Description

本発明は、X線発生装置、X線撮像装置、および、X線発生装置の調整方法に関する。
透過型マイクロフォーカスX線管では、ターゲットに電子線を照射することによってX線を発生する。しかし、このようなX線管には、ターゲットに電子線を照射することによって熱が発生するためにターゲットが劣化しやすいという課題があった。
特許文献1には、X線発生管球の周囲に磁石部を配置し、磁石部を回転させることによってターゲットに対する電子線の照射位置を変更し、これによってX線発生管球の寿命を延ばすことが記載されている。しかし、特許文献1に記載されたように磁石部を移動させることによってターゲットに対する電子ビームの照射位置を変更すると、それによってX線発生装置からのX線の放射位置、即ち焦点位置が変化する。したがって、磁石部を移動させる度に、即ち焦点位置を変更する度に、X線発生装置から放射されるX線を検出するためのX線検出器を位置合わせする必要があった。
特許第4309176号公報
本発明は、焦点位置を変化させることなくターゲットあるいはX線発生管の寿命を延ばすために有利な技術を提供する。
本発明の第1の側面は、X線撮像装置に係り、前記X線撮像装置は、X線発生装置と、前記X線発生装置から放射されたX線を検出するX線検出器と、前記X線発生装置を制御する制御装置と、を備える。前記X線発生装置は、電子銃および前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、前記X線発生管を支持する支持構造と、前記電子線を偏向させる偏向器と、を有する。前記支持構造は、前記偏向器が固定された状態で少なくとも前記ターゲットが回動されることを許すように前記X線発生管を支持する。前記制御装置は、前記X線発生装置の使用量、および/または、前記X線発生装置が発生するX線の変化に応じて、前記ターゲットが回動される必要性があるかどうかを判定する。
本発明の第2の側面は、X線発生装置の調整方法に係り、前記X線発生装置は、電子銃および前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、前記X線発生管を支持する支持構造と、前記電子線を偏向させる偏向器と、を備える。前記X線発生装置の調整方法は、前記X線発生装置の使用量、および/または、前記X線発生装置が発生するX線の変化に応じて、前記偏向器が固定された状態で少なくとも前記ターゲットを回動させる回動工程を含む。
本発明の第3の側面は、X線発生装置に係り、前記X線発生装置は、電子銃および前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、前記X線発生管を支持する支持構造と、前記電子線を偏向させる偏向器と、を備え、前記ターゲットは、円形形状を有し、かつ、単一金属又は単一合金で構成され、前記支持構造は、前記偏向器が固定された状態で、少なくとも前記ターゲットが、前記電子銃の中心軸と一致した回動軸の周りで回動されることを許すように、前記X線発生管を支持する。
第1実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 第1実施形態のX線発生装置において電子銃から放射された電子線がターゲットに衝突する様子を模式的に示す図。 比較例のX線発生装置の調整方法あるいは使用方法を模式的に示す図。 第1実施形態のX線発生装置の調整方法あるいは使用方法を模式的に示す図。 第2実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 第3実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 第4実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 第5実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 第6実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 一実施形態のX線発生装置の構成を模式的に示す図。 一実施形態のX線撮像装置の構成を模式的に示す図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図1には、第1実施形態のX線発生装置1の構成が模式的に示されている。X線発生装置1は、透過型X線発生装置として構成されうる。X線発生装置1は、X線発生管XGを備えている。X線発生管XGは、電子銃EGと、電子銃EGから放射される電子線あるいは電子を受けてX線を発生させるターゲット22とを含みうる。一例において、X線発生管XGは、2つの開口端を有する絶縁管10と、絶縁管10の2つの開口端の一方を閉塞するアノード20と、絶縁管10の2つの開口端の他方を閉塞する閉塞部材30とを備えうる。アノード20は、ターゲット22と、ターゲット22を保持するターゲット保持板21と、ターゲット保持板21を支持しつつターゲット保持板21を介してターゲット22に電位を与える電極23とを含みうる。閉塞部材30は、電子銃EGを保持するように構成されうる。絶縁管10、アノード20および閉塞部材30は、密閉空間を規定する容器を構成しうる。該密閉空間は、真空、あるいは高い真空度に維持される。
X線発生装置1は、X線発生管XGを支持する管支持構造60と、電子銃EGから放射される電子線を偏向させる偏向器50とを更に備えうる。X線発生装置1はまた、偏向器50を支持する偏向器支持構造70を備えうる。管支持構造60は、偏向器50が固定された状態で少なくともターゲット22が回動されることを許すようにX線発生管XG0を支持しうる。他の観点において、管支持構造60は、偏向器50が固定された状態でX線発生管XGが回動されることを許すようにX線発生管XGを支持しうる。更に他の観点において、管支持構造60は、偏向器50が偏向器支持構造70によって支持された状態でX線発生管XGが回動されることを許すようにX線発生管XG0を支持しうる。管支持構造60および偏向器支持構造70は、それぞれX線発生管XGおよび偏向器50を互いに独立して支持する構造である。X線発生管XGの回動は、例えば、作業者等によって手動でなされてもよいし、不図示の駆動機構によってなされてもよい。
偏向器50は、X線発生管XGの外側に配置されうる。偏向器50は、例えば、偏向器50を横切る仮想平面VP3がターゲット22の電子線入射面(電子銃EGに対面する面)を含む仮想平面VP1と電子銃EGの先端面(ターゲット22側の面)を含む仮想平面VP2との間に位置するように配置されうる。仮想平面VP1、VP2、VP3は、電子銃EGの中心軸AXに垂直に交差する平面として定義されうる。偏向器50は、電子銃EGから放射された電子線に対して磁界を作用させることによって該電子線を偏向させる。偏向器50が電子線を偏向させることによってターゲット22に対する電子線の入射位置が調整あるいはシフトされうる。
偏向器50は、永久磁石で構成されてもよいし、電磁石で構成されてもよいし、永久磁石および電磁石で構成されてもよい。一例において、偏向器50は、第1磁石および第2磁石を含みうる。第1磁石の第1磁極(例えば、S極)と第2磁石の第2磁極(例えば、N極)とは、絶縁管10あるいはX線発生管XGを介して互いに対向するように配置されうる。偏向器50は、磁極が絶縁管10あるいはX線発生管XGの径方向を向くように配置された1つの磁石で構成されてもよい。偏向器50は、偏向器支持構造70によって着脱可能に支持されてもよい。偏向器支持構造70は、偏向器50を移動および/または回転させる駆動機構、または、偏向器50の位置または姿勢を調整する調整機構を含んでもよい。このような駆動機構または調整機構を設けることによって、X線発生管XGから放射される電子線に作用させる磁界を調整することができる。
電極23は、ターゲット22に電気的に接続されていて、ターゲット22に電位を与える。ターゲット22は、電子銃EGからの電子がターゲット22に衝突することによってX線を発生する。ターゲット22が発生したX線は、ターゲット保持板21を透過してX線発生管XGの外部に放射される。アノード20は、例えば、接地電位に維持されうるが、他の電位に維持されてもよい。ターゲット22は、円形形状を有し、かつ、単一金属又は単一合金で構成されてよい。単一金属は、少量の意図しない不純物を含有していてもよい。単一合金は、純金属に1種類以上の他元素を混ぜた金属材料である。他の観点において、ターゲット22は、軸対称な構造を有し、かつ、単一金属又は単一合金で構成されてよい。ターゲット22は、融点が高い材料、例えば、タングステン、タンタルまたはモリブデン等で構成されることが望ましく、これらの材料は、X線の発生効率を向上させるために有利である。ターゲット保持板21は、例えば、X線を透過し易い材料、例えば、ベリリウム、ダイヤモンド等で構成されうる。
図2には、電子銃EGから放射された電子線EBがターゲット22に衝突する様子が模式的に示されている。図2では、電子銃EGとターゲット22とが近接して示されているが、電子銃EGとターゲット22とは、より離隔して配置されうる。電子銃EGから放出された電子線EBは、偏向器50が発生する磁界によって偏向された後にターゲット22に入射あるいは衝突する。電子線EBが偏向される量、換言すると、ターゲット22に対する電子線EBの入射位置は、偏向器50が発生する磁界、および、電子銃EGの加速電圧に依存しうる。
図3には、比較例におけるX線発生装置の2つの状態ST11、ST12が模式的に示されている。2つの状態ST11、ST12のいずれにも、ターゲット22を電子銃EGの側から見た様子が示されている。状態ST11では、偏向器50が発生する磁界によって、電子銃EGから放射された電子線が偏向され、電子線がターゲット22の位置P1に入射している。状態ST12は、状態ST11における偏向器50の配置に対して偏向器50を回動させた状態である。したがって、状態ST12においてターゲット22に電子線が入射する位置P2は、状態ST11においてターゲット22に電子線が入射する位置P1を中心軸AXの周りで回動させた位置となる。つまり、比較例では、偏向器50を回動させることによってターゲット22に対して電子線が入射する位置が位置P1から位置P2に変更されている。比較例では、これによりターゲット22あるいはX線発生装置1の寿命を延ばすことができる。しかし、ターゲット22に対して電子線が入射する位置が位置P1から位置P2に変更されることは、ターゲット22からX線が放射される位置、つまり、X線検査装置におけるX線の焦点位置が変更されることを意味する。よって、比較例では、偏向器50の回動によってターゲット22に対して電子線が入射する位置が変化することに応じてX線検出器の位置を調整する必要がある。
図4には、第1実施形態におけるX線発生装置1の2つの状態ST21、ST22が模式的に示されている。2つの状態ST21、ST22のいずれにも、ターゲット22を電子銃EGの側から見た様子が示されている。状態ST21では、偏向器50が発生する磁界によって、電子銃EGから放射された電子線が偏向され、電子線がターゲット22の位置P1に入射している。状態ST22では、状態ST21におけるX線発生管XG(ターゲット22)の方位に対してX線発生管XG(ターゲット22)が回動され、ターゲット22の位置P2に電子線が入射している。この例では、ターゲット22の回動角は90度であるが、この回動角は任意に設定されうる。例えば、電子線の偏向、電子線の入射によるターゲット22上のダメージ範囲等を考慮した場合、3度以上の回動角が望ましい。回動精度や電子線の入射位置の変化を考慮した場合、10度以上が更に望ましい。ここで、符号25は、ターゲット22に与えられた仮想的な方位マークである。第1実施形態では、偏向器50が固定された状態でX線発生管XG(ターゲット22)が回動される。したがって、状態ST21と状態ST22とでは、ターゲット22の互いに異なる位置P1、P2に電子線が入射するが、X線検出器から見た位置P1、P2、即ちX線発生装置1が配置された空間における位置P1、P2は、互いに等しい位置である。これにより、X線発生装置1が配置された空間における位置P1、P2、即ち焦点位置を変化させることなくターゲット22あるいはX線発生装置1の寿命を延ばすことができる。
上記の説明から明らかなように、一実施形態のX線発生装置1の調整方法は、偏向器50が固定された状態でX線発生管XGを回動させる回動工程を含む。回動工程は、X線発生装置1の使用量に応じて実行されうる。該使用量は、例えば、X線発生装置1の使用時間、電極23に印加した電力量、または、X線発生装置1が発生したX線の累積値の少なくとも1つでありうる。あるいは、回動工程は、X線発生装置1が発生するX線の変化に応じて実行されうる。例えば、X線発生装置1が発生するX線が最後の回動工程の実行の直後においてX線発生装置1が発生したX線の強度の所定パーセンテージを下回ったことに応じて回動工程を実行することができる。
管支持構造60は、電子銃EGの中心軸AXと一致した回動軸の周りでX線発生管XGが回動されることを許すようにX線発生管XGを支持しうる。電子銃EGの中心軸AXは、ターゲット22の中心を通るように配置されうる。偏向器50によって電子線EBが偏向されない場合に、電子線EBはターゲット22の中心に入射しうる。
図5には、第2実施形態のX線発生装置1の構成が模式的に示されている。第2実施形態のX線発生装置1として言及しない事項は、第1実施形態に従いうる。第2実施形態では、管支持構造60は、X線発生管XGを取り囲む収容部80を含む。収容部80は、偏向器50が固定された状態でX線発生管XGが回動されることを許すようにX線発生管XGを支持しうる。X線発生管XGと収容部80との間の空間には、絶縁流体(例えば、絶縁油)が充填あるいは配置されうる。X線発生装置1は、Oリング82を備えてよく、X線発生管XGおよび収容部80は、Oリング82を介して互いに対面するシール面を有しうる。
収容部80は、シール部81を含んでもよい。シール部81は、アノード20の電極23の外周部における互いに反対側の第1面231、第2面232、および、該外周部の端面233を覆う凹部を含みうる。Oリング82は、端面233と接触するように、あるいは、端面233に設けられた凹部に配置されうる。偏向器50を支持する偏向器支持構造70は、収容部80に連結されうる。
図6には、第3実施形態のX線発生装置1の構成が模式的に示されている。第3実施形態のX線発生装置1として言及しない事項は、第1又は第2実施形態に従いうる。第3実施形態では、電極23に貫通孔24が設けられうる。収容部80の上面と電極23の下面との間には、Oリング82が配置されうる。貫通孔24を貫通するネジ83によって収容部80に対して電極23(アノード20)が固定されうる。貫通孔24は、例えば、管支持構造60に対するX線発生管XGの回動を許すように、長孔として構成されうる。X線発生管XGの回動させるためにネジ83を緩めるときは、Oリング82によるシールが失われないようにトルクが管理されうる。あるいは、ネジ83の回転角は、X線発生管XGを回動させるためにネジ83を緩めるときにOリング82によるシールが失われないように、所定角度以内に制限されうる。
図7には、第4実施形態のX線発生装置1の構成が模式的に示されている。第4実施形態のX線発生装置1として言及しない事項は、第3実施形態に従いうる。第4実施形態では、電極23の位置を規制する規制部材84が設けられてもよい。規制部材84は、例えば、リング形状を有しうる。規制部材84には、貫通孔85が設けられうる。収容部80の上面と電極23の下面との間には、Oリング82が配置されうる。貫通孔85を貫通するネジ83によって、Oリング82に対して電極23を押し付けるようにして、収容部80に対して規制部材84が固定されうる。貫通孔85は、例えば、管支持構造60に対するX線発生管XGの回動を許すように、長孔として構成されうる。
図8には、第5実施形態のX線発生装置1の構成が模式的に示されている。第5実施形態のX線発生装置1として言及しない事項は、第1乃至第4実施形態に従いうる。X線発生装置1は、管支持構造60に対するX線発生管XGの回動角を示すマーク93を有しうる。X線発生装置1は、X線発生管XGを回動させるための治具(不図示)と係合する係合部91を備えてもよい。作業者は、係合部91に治具を係合させ、治具を操作することによってX線発生管XGを回動させることができる。
図9には、第6実施形態のX線発生装置1の構成が模式的に示されている。第6実施形態のX線発生装置1として言及しない事項は、第1乃至第4実施形態に従いうる。X線発生装置1は、管支持構造60に対するX線発生管XGの回動角を示すマーク93を有しうる。X線発生装置1は、X線発生管XGを回動させるための治具(不図示)と係合する係合部95を備えてもよい。作業者は、係合部95に治具を係合させ、治具を操作することによってX線発生管XGを回動させることができる。
図10には、一実施形態のX線発生装置1の構成が示されている。X線発生装置1は、上記のX線発生管XGの他、昇圧回路110および駆動回路120を備えうる。昇圧回路110は、外部から供給される電圧を昇圧した昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧を駆動回路120に供給しうる。駆動回路120は、駆動回路120は、昇圧回路110から供給される昇圧電圧に基づいてX線発生管XGを駆動しうる。X線発生管XG、昇圧回路110および駆動回路120は、収容部80によって収容され、収容部80の内側の空間には、絶縁流体が充填されうる。
図11には、一実施形態のX線撮像装置200の構成が示されている。X線撮像装置200は、X線発生装置1と、X線発生装置1から放射され物体230を透過したX線XRを検出するX線検出装置240を備えうる。X線検出装置240は、制御装置210および表示装置220を更に備えてもよい。X線検出装置240は、X線検出器242および信号処理部244を含みうる。制御装置210は、X線発生装置1およびX線検出装置240を制御しうる。X線検出器242は、X線発生装置1から放射され物体230を透過したX線XRを検出あるいは撮像しうる。信号処理部244は、X線検出器242から出力される信号を処理して、処理された信号を制御装置210に供給しうる。制御装置210は、信号処理部244から供給される信号に基づいて、表示装置220に画像を表示させる。制御装置210は、X線発生装置1の使用量および/またはX線発生装置1が発生するX線の変化に基づいて回動工程を実行する必要があるかどうかを判定し、その必要があると判定をした場合に、表示装置220を使って、回動工程の実施を作業者に促してもよい。
前述のように、X線発生装置1から放射されるX線の焦点位置(電子線の入射位置)が変更されると、それに応じてX線検出器242あるいはX線検出装置240を位置合わせする必要がある。上記の各実施形態に係るX線発生装置1によれば、焦点位置を変化させることなくターゲットあるいはX線発生管の寿命を延ばすことができるので、そのような位置合わせは不要である。
1:X線発生装置、EG:電子銃、10:電子銃、20:アノード、21:ターゲット保持板、22:ターゲット、23:電極、30:閉塞部材、50:偏向器、60:管支持構造、70:偏向器支持構造、AX:中心軸、EB:電子線、80:収容部

Claims (20)

  1. 電子銃および前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、前記X線発生管を支持する支持構造と、前記電子線を偏向させる偏向器と、を有するX線発生装置と、
    前記X線発生装置から放射されたX線を検出するX線検出器と、
    前記X線発生装置を制御する制御装置と、を備え、
    前記支持構造は、前記偏向器が固定された状態で少なくとも前記ターゲットが回動されることを許すように前記X線発生管を支持し、
    前記制御装置は、前記X線発生装置の使用量、および/または、前記X線発生装置が発生するX線の変化に応じて、前記ターゲットが回動される必要性があるかどうかを判定する、
    ことを特徴とするX線撮像装置。
  2. 前記支持構造は、前記偏向器が固定された状態で前記X線発生管が回動されることを許すように前記X線発生管を支持する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のX線撮像装置。
  3. 前記支持構造は、前記電子銃の中心軸と一致した回動軸の周りで前記X線発生管が回動されることを許すように前記X線発生管を支持する、
    ことを特徴とする請求項に記載のX線撮像装置。
  4. 前記電子銃の中心軸は、前記ターゲットの中心を通る、
    ことを特徴とする請求項3に記載のX線撮像装置。
  5. 前記偏向器によって前記電子線が偏向されない場合に、前記電子線が前記ターゲットの中心に入射する、
    ことを特徴とする請求項に記載のX線撮像装置。
  6. 前記支持構造は、前記X線発生管を取り囲む収容部を含み、
    前記収容部は、前記偏向器が固定された状態で前記X線発生管が回動されることを許すように前記X線発生管を支持する、
    ことを特徴とする請求項に記載のX線撮像装置。
  7. 前記X線発生管と前記収容部との間の空間に絶縁流体が配置されている、
    ことを特徴とする請求項6に記載のX線撮像装置。
  8. Oリングを更に備え、
    前記X線発生管および前記収容部は、前記Oリングを介して互いに対面するシール面を有する、
    ことを特徴とする請求項7に記載のX線撮像装置。
  9. 前記偏向器は、前記収容部を介して互いに対向するように配置された第1磁石および第2磁石を含む、
    ことを特徴とする請求項に記載のX線撮像装置。
  10. 前記X線発生管は、前記支持構造に対する前記X線発生管の回動角を示すマークを有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のX線撮像装置。
  11. 電子銃および前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、前記X線発生管を支持する支持構造と、前記電子線を偏向させる偏向器と、を備えるX線発生装置の調整方法であって、
    前記X線発生装置の使用量、および/または、前記X線発生装置が発生するX線の変化に応じて、前記偏向器が固定された状態で少なくとも前記ターゲットを回動させる回動工程を含む、
    ことを特徴とするX線発生装置の調整方法。
  12. 前記回動工程では、前記偏向器が固定された状態で前記X線発生管が回動される、
    ことを特徴とする請求項11に記載のX線発生装置の調整方法。
  13. 前記回動工程では、前記電子銃の中心軸と一致した回動軸の周りで前記X線発生管を回動させる、
    ことを特徴とする請求項11に記載のX線発生装置の調整方法。
  14. 前記電子銃の中心軸は、前記ターゲットの中心を通る、
    ことを特徴とする請求項13に記載のX線発生装置の調整方法。
  15. 前記偏向器によって前記電子線が偏向されない場合に、前記電子線が前記ターゲットの中心に入射する、
    ことを特徴とする請求項11に記載のX線発生装置の調整方法。
  16. 前記支持構造は、前記X線発生管を取り囲む収容部を含み、
    前記回動工程では、前記偏向器および前記収容部が固定された状態で前記X線発生管が回動される、
    ことを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載のX線発生装置の調整方法。
  17. 前記偏向器は、前記収容部を介して互いに対向するように配置された第1磁石および第2磁石を含む、
    ことを特徴とする請求項16に記載のX線発生装置の調整方法。
  18. 電子銃および前記電子銃から放射される電子線を受けてX線を発生させるターゲットを含むX線発生管と、
    前記X線発生管を支持する支持構造と、
    前記電子線を偏向させる偏向器と、を備え、
    前記ターゲットは、円形形状を有し、かつ、単一金属又は単一合金で構成され、
    前記支持構造は、前記偏向器が固定された状態で、少なくとも前記ターゲットが、前記電子銃の中心軸と一致した回動軸の周りで回動されることを許すように、前記X線発生管を支持する、
    ことを特徴とするX線発生装置。
  19. 前記電子銃の前記中心軸は、前記ターゲットの中心を通るように配置されている、
    ことを特徴とする請求項18に記載のX線発生装置。
  20. 前記偏向器によって前記電子線が偏向されない場合に、前記電子線は前記ターゲットの中心に入射する、
    ことを特徴とする請求項18に記載のX線発生装置。
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