JPS60157147A - 光制御ｘ線スキヤナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は光を１＠極に当てて、電子を発生させ、その電
子を加速して陽極に当てて高強度Ｘ線を発生させる光制
御Ｘ線スキャナに関するものである。

し発明の技術的背景コ 高強度Ｘ線の単一発生源となる在来のＸ線管または放射
性原子核を使用するＣＴスキャナが知られている。この
ｘｍ単一発生源は礪械的に目標物の回りを回転するもの
であって、その桑型的なものはスキャナ架台に取付けら
れた回転リングを使用するものである。このような従来
技術であるスキャナにおいては、Ｘ線用−発生源の機械
的な回転速度制限があるために、特殊な画像を発生する
速度にも制限がある。また他のＣＴスキャナとして目標
物を取巻く連続環状陽極Ｘ線発生源を使用するものも知
られている。この陽極ＸＩｍ発生源は電子ビームによっ
てスキャンされて選択的にＸｖＡを発生する。この電子
ビームは、目標物軸に沿って取付けられた単一固定電子
ビーム発生器から導出され偏向コイルなどによって陽極
の方向に向けられる。従って、この電子ビーム発生器と
、環状陽極と、ビーム発生器と、の間に電子ビームを通
す通路を封入するための大きな真空室が必要である。更
に、数メートルの距離で電子ビームを取扱う必要から陰
極上の合成ビームの焦点の大きさは所望の大きさより大
きくなる。このことはまたこのようなスキャナで達成で
きる空間解像力を制限する。従って、このような既知の
環状陽極のスキャナには大きな焦点という不利益な点が
あり、また焦点合わせと偏向用の能動的に電気装置を封
入する大型真空室が必要となる。

高電圧放電を用いるフラッシュＸ線発生源を使用するＣ
Ｔスキャナも計画されていることも知られている。連続
パルスの高電圧放電発生源の利用によって高速解像が可
能である。ただし、Ｘ線のエネルギー強度を独立に制御
することは実施困難である。

［発明の目的］ 本発明は上記問題点についてなされたもので所望の大き
さの焦点が客月に得られ、また容易に連続変化し得る光
制御ＸＩ！スキャナを提供すること５　が本発明の１つ
の目的である。

更に、簡単化した環状ＸＩｉ管構造を光制御Ｘ線スキャ
ナを提供することも１つの目的である。

より本質的には、既知の連続環状陽極ＣＴスキャナより
更に小形の真空室を有する連続環状陽極を使用する光制
御Ｘ＊スキャナを提供することが本発明の１つの目的で
ある。

本発明の追加すべき目的と効果は次記の説明の巾に一部
分述べられるしその説明から一部分明らかとなろう、ま
たは本発明の実施によって知ることができる。

［発明の概要］ この目的を達成するために本発明は、 （ａ　）ターゲットを少なくとも部分的に取囲む１個も
環状室と、その室の円周面に沿って夕〜ゲットに向う室
開放部に設けられた１個のＸ線透過窓と、その室の円周
面に沿って間けられた１個の光の透過窓と、その室の内
周に環状に拡がった１個の陽極と、その室の内周に沿っ
て広がった１個の陰極（陽極と離れた位置にあり、その
陰極の１面は光の通過する窓と関係する位置に置かれて
いる）とで構成されｌζ１個のＸ線発生源と、（ｂ）光
源と、 （Ｃ）電子を発生ずるために光通過窓を通過する光源か
ら光を選択的にその陰極の１而の一部分に当てると装置
と、 （ｄ　）陽極の反応する部分において少くともその一部
分はＸ線通過窓を通ってターゲットにあてられるＸ線を
発生するために陰極のその一部分に向う方向に陰極の一
面から電子を加速するように陰極、陽極間に高電圧を加
える装置とを設けたことを特徴とする光制御Ｘ線スキャ
ナを提供するものである。

好ましくは選択的に光を導く装置は回転鏡を含む。さら
に光源は可視光線あるいは紫外線を発生してもよい。そ
の場合、陰極は非金層固体を含み、電子は光電的に放射
されることが好ましい。またその光源は、赤外線を発生
してもよい。

その場合、陰極はタングステンであり、電子は、熱イオ
ン的に放射されることが好ましい。熱イオン陰極の場合
には赤外線レーザーが必要である。

光電陰極の場合でも熱イオン陰極の場合でも光源はパル
ス方式でも連続方式でもよい。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照し、本発明の一実施例を説明する。

第１図に環状真空室１０の断面図を示す。この室１０は
ターゲット１２を完全に取囲んでいる。

室１０は好ましくはステンレスチールで構成され内面に
鉛を塗布して室１０内で発生したＸ線が制御されずに室
１０外に漏れるのを防止する。

室１０の壁すなわち表面内にＸ線通過窓１６が置かれて
いる。窓１６は例えばアルミニウムあるいはベリリウム
で造られている。窓１６は室１゜の表面１４に沿って円
周状に置かれターゲット１２の方向に開口するように配
置されている。

第１図、第２図に示すように室１０は、また、室１０の
円周表面２０に沿って開口している光通過窓１８を備え
ている。光通過窓１８は適当な通過および反射特性をも
つ材料で造らなければならない。多くの例では、石英が
適当な材料である。

非反ｔＡ塗置を行ってよい。

室１０の中にはリング状の陽極２２が置かれているがこ
れは室１０の内部の周りに環状に広がっている。リング
状陰極２４も第１図および第２図に示されているように
室１０の内部の周りに陽極２２と空間的に離れて広がっ
ている。

陰極２４は表面２６をもっているがこれは光通過窓と関
係して配置されその窓を通して光を受ける１更に第２図
に示されるように光源３０が設けられている。光源３０
は可視光線源であっても、紫外線源であっても、レーザ
ーであってもよい。光源３０は連続でもパルスでもよい
。光源３０はターゲット１２の軸３２に沿って配置する
ことが好ましい。

陰極２４で電子を発生するのに利用する機構は光電式で
も熱イオン式でもよい。光源３０が可視光源の場合、陰
極２４は入射光を受けて電子を放射し得る例えば、半導
体陰極あるいはパイアルカリやトリアルカリのような非
金属固体陰極のような材料で造らなければならない。光
電３０が紫外線を放射するものである場合、光電的に鋭
敏な金属あるいは半導体の陰極表面２６が必要である。

光源３０は赤外線レーザーであってもよいがその場合、
陰極２４と表面２６とは入射赤外線レーザー光線を受け
て熱イオン的に電子を発生する。タングステンあるいは
タンタラムのような適当な金属要素を含んでよい。。

従って、光電式電子放射機構を選択するか熱イオン式電
子放ＤＡｖｊ１構を選択するかが陰極材料と光源の種類
とを決定する。この選択はまた光ビームを通す光学的構
成部品の伝達と反射特性を決定しまた陰極の構造を決定
する。陰極は使用中の温度上昇に対して安定でなければ
ならない。光放射陰極は数百度Ｃになるであろうし一方
熱イオン放射陰極は数千度Ｃになるであろう。

熱イオン陰極は銅のような高熱伝導材料でバックするこ
とができる。銅はレーザー・ビームがあたる時には急速
加熱を高めまたレーザー・ビームが切られたときには、
温度従って熱イオン放射が十分低下するように急速冷却
を加速することができる。従って銅によって熱イオン陰
極は速やかに刺激光線に応することができる。

光電陰極は十分な量子効率すなわち単位入射光緑石あた
りの発生電子量をもたなければならない。

その効率の度合は使用する入射光線の強度とバランスし
ていなければならない。

本発明に従って光源からＸ線発生室の光通過窓を通って
くる光をその室内に配置された環状陰極の表面の諸部分
に選択的に導くための光学的ｇｉ置が設けられる。

第２図に１例として（これに限るものではない）光源３
０からの光を光通過を通して陰極表面２６の選択部分に
選択的に導くための光学的システム４０が示されている
。第２図に示すように、光学的システム４０には、１つ
のレンズ系４２と１ＷＡの１回転鏡４４と最初の１個の
固定鏡４６と２番目の１個の固定鏡４８とが含まれてい
る。鏡４４は平面鏡で軸３２に沿って配置され軸３２に
沿って中心をもつ４５度のコーンに接していることが好
ましい。鏡４６と４８とは第２図に示されており、直角
コーンの断面となっている。ただし鏡と４６と４８はだ
円あるいはその他の焦点をもつ断面形をしており、光源
′３０からの光が陰極表面２６の特別の位置に集中する
のを助ける。

鏡４４．４６．４８は光源３０からの光が鏡４４によっ
て鏡４４の回転角に決められる鏡４６の特定の位置に反
射されるように向きが合わされている。光源３０からの
光は鏡４６から鏡４８の表面に対応する点に反射される
。次に鏡４８から光通過窓１８に対応する部分を通って
陰極表面２６の対応する位置に達する。鏡４４が回転す
るに連れて、光源３０からの光が当る陰極表面２６の位
置は陰極表面２６に沿って相応して回転する。

レンズ４２は第２図では模式的に示しであるが、各種レ
ンズと口径が陰極表面２６の所望の区域の光の合成点に
光を集中させるために光源３０から光の通路に沿って使
用してもよいことを示している。

第２図には更に１つの高電圧電源５０と１個のスロット
・コリメータ６ｏとデテクタ・リング７０とが示されて
いる。高電圧電源５０は適当なケーブルで陽極２２と陰
極２４とに結合される。陽極２２と陰極２４間には１０
０〜１５０Ｋｅｖ位の電圧を与えることが好ましい。光
源３０からの入射光源によって陰極表面２６の選択され
た部分から放射された電子はこの大きさの電圧で陽極の
対応する選択された部分へと加速され、その相当する陽
極部分からＸ線を生ずる。これらＸ線の１部はＸ線通過
窓１６を出てコリメータ６０の開口部を通りターゲット
１２からデテクタ・リング７０へと導びかれる。鏡４４
が回転するに連れて、光源３０からの光が陰極表面２６
にあたる点が変化し、陽極２２に沿ってＸ線を発生する
位置で相当する変化を生ずる。

第３図は光源３０と陰極２４と陰極表面２６と陽極２２
とＸ仲との間の関係を概略示している。

第３図で見られるように、陰極表面２６は直角コーンの
断面である必要はなく、むしろ陽極２２の特定の対応す
る部分に電子を導びくのを助けるために光を集束する形
である隋円体その他の形である方がよい。

第４図は第１の光源３０と第２の光源８２の両光源を使
用する光学的システム８０を概略示している。光源３０
と８２とからの光を１回転鏡４４上に選択的に集中する
ために第２の回転鏡８４が使用される。

要約すると、可視光線源か紫外線源か赤外線レーザーか
のいずれかの光源を使用し、光学的システムによってリ
ング状陰極の特定の部分に集束するべき光を発生させる
。陰極表面２６で発生された電子は追加され、それに対
応するリング状陽極２２０部分においてＸ線を発生する
。ｖ１４４が回転するに連れて、ＸＪｌ！３１源の位置
は陽極２２上の円形通路をたどって移動する。陽極２２
で発生したＸ線はＸ線通過窓１６を通過した後、ダブル
・リング・コリメータ７０によって制限される。軸３２
の周りに置かれたターゲット１２を通過した後、このＸ
線ビームはデテクタ７０のリングに入射する。陰極２４
と陽極２２とは、Ｘ線源の位置すなわち光を集束したス
ポットが光源３０と光学的システム４０によって陰極表
面２６上に作られた光学的スポットと同一の大きさと彫
工をもつために、基本的に互いに平行に置かれている。

熱密度を最小にするために通常の浅い「傾斜角」を用い
てもよい。

［発明の効果］ 従って本発明は光集中スポットの大きさが容易にかつ連
続的に変化できる装置を提供する。Ｘ線管の構造は室１
０へのフィラメント電源接続がないための簡単化される
。Ｘ線強度のフィードバック制御は光源３．Ｏの強さを
制御することによって簡単に実施できる。Ｘ線管用高電
圧電源５０は、フィラメント電源やグリッド電源がない
ので、在来のシステムにおける電源より遥かに筒中であ
る。

Ｘ線管の寿命は可動陰極の利用によって電子放射用の新
区域を提供しているのでより長くできる。

Ｘ線源すなわち光集中スポットを動かす方法はＸ線管の
外部から光学的に実行できる。Ｘ線ビームのプロフィー
ルは光源３０のプロフィールを変えることによって容易
に形づけられる。例えば光源３０がレーザーの場合、そ
の変化は平面プロフィールからダブル・ガウス・プロフ
ィールまでの間で行われ得る。

本発明は超高速ＣＴスキャナや高速スキャン投影ディジ
タルｘａｉ影システムや高速ステレオ・テレビ透視シス
テムへの゛応用が可能でありまたＸ線リソグラフィーに
使用する高強度の小形焦点発生源して用いることができ
る。従って、用語「Ｘ線スキャナ」の使用が上記の説明
にもまたクレームの前文にも適用できるように、できる
だけ広い適用の範囲を持つものである。

５０〜２００ミリ秒オーダー間隔の高速スキャンが容易
に実行できることが期待される。なお、瞬間多重Ｘ線源
を寛容に設けることができる。Ｘ線源の諸位置を容易に
正確にスキャン鏡位置に関係ず（づることができる、そ
のスキャン鏡位置は順次コンビコータで制御され特別な
位買センサが必要なくなる。高速コンピュータ多重断層
撮影によるこれらの断面は患者を動かすことなしに多重
陽極の利用によって得ることができる。電子光学的集束
の必要がないので、性能（放射電流、焦点の大きさなど
）は空間電荷によって制限を受ける電子光学的諸条件に
よって制限されることはない。

諸調整は容易に満たすことができる。つまり低強度の可
視レーザーを用いて視覚によってチェックできる。なお
、先行技術であるスキャン電子ビームシステムの［ビー
ム・パーキング］装置は本発明に関しては必要がない。

追加すべき効果と変形とは当業者により容易に成される
。従って広範囲な方面における発明は図示および説明さ
れた諸例や方法を示す特定の細い点に限るものではない
。従って新しい試みは出願人の発明概念の精神および範
囲から説明することなしにかかる詳細事項から生み出さ
れるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の正面断面図、第２図は第
１図の２−２線沿って得られた断面図、第３図は陽極及
び陰極の配置を示す略図、第４図は本発明の他の実施例
の略図である。 １０・・・環状真空室、１２・・・ターゲット１６・・
・Ｘ線通過窓、　１８・・・光通過窓２２・・・陽極、
　２・４・・・陰極 ３０・・・光源、　４４．４６．４８・・・鏡代理人弁
理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図 第２図 第３図 ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）８．少くとも部分的にターゲットを囲むための１
   個の環状室と、この環状室の円周裏面に沿って前記ター
   ゲットの方向に閉口しているのＸｌｓ通過窓と、この環
   状室の円周表面に沿って閉口している光通過窓と、この
   環状室の内部の周に沿って環状に広がる陽極と、この陽
   極と空間的に離れ、表面が光を受けるための前記光通過
   窓に関係した位置にありこの環状室の内部の周りに環状
   に広がる陰極とから成る×！！源と す、光源と、 Ｃ０この光源からの光を前記光通過窓を通して前記陰極
   の表面上の位置に選択的に導くための光学的装置と、 ｄ、少なくとも一部は前記Ｘ線通″ｌ！４窓を通って前
   記ターゲットに導かれるＸａを陽極のある部分において
   発生させるために、陽極のその部分に向って陰極からの
   電子を加速するように陰極と陽極との間に高電圧を与え
   るための装置とを備えたことを特徴とする光制御Ｘ線ス
   キャナ。 （２）前記光学的装置が１個の回転鏡を含んでいる特許
   請求の範囲第１項記載の光制御］Ｘ線スキャナ。 （３）前記光源が可視光線を発生する特許請求の範囲第
   ２項記載の光制御Ｘ線スキャナ。 （４）前記光源が１個のレーザーである特許請求の範囲
   第３項記載の光制御Ｘ線スキャナ。 〈５）前記陰極が半導体材料からなり、前記電子が光電
   的に放射される特許請求の範囲第３項記載の光制御Ｘ線
   スキャナ。 （６）前記光源が紫外線を発生し、前記電子が光電的に
   放射される特許請求の範囲第１項記載の光制御Ｘ線スキ
   ャナ。 （７）前記陰極が半導体材料からなる特許請求の範囲第
   ６項記載の先制ｅＸ線スキャナ。 （８）前記陰極が金属である特許請求の範囲第６項記載
   の光制御Ｘ線スキャナ。 （９）前記光源が１個のレーザーである特許請求の範囲
   第１項記載のＸ線スキャナ。 （１０）前記光源が１個の赤外線レーザーであり、しか
   も、前記陰極が金属からなり、電子が熱イオン的に放射
   される特許請求の範囲第９項記載の光制御Ｘ線スキャナ
   。 （１１）第２の光源をさらに含む特許請求の範囲第１項
   記載の光制御Ｘ線スキャナ。