KR20190058617A - X선 발생 장치 및 x선 촬영 시스템 - Google Patents

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Abstract

X선관과, X선을 구동하는 구동 회로와, X선관에 인가하는 전자 가속 전압을 생성하는 전압 발생 회로와, 구동 회로와 통신하는 제어부를 갖고, 적어도, X선관과, 구동 회로와, 전압 발생 회로가, 절연유(絶緣油)가 충전된 수납 용기 내에 배치된 X선 발생 장치로서, 구동 회로와 제어부를 접속하는 경로의 적어도 일부가, 수납 용기 내에 배치된 광파이버 케이블에 의해 구성되어 있고, 광파이버 케이블은, 구동 회로와 제어부 사이의 전위차에 의해 발생하는 전계(電界)가, 광파이버 케이블의 길이 방향을 따라 국소적으로 집중하는 것을 억제하기 위한 전계 완화 수단을 갖는다.

Description

X선 발생 장치 및 X선 촬영 시스템
본 발명은 X선 발생 장치 및 X선 촬영 시스템에 관한 것이다.
공업용 비파괴 검사 장치의 하나로서, X선 촬영 시스템이 알려져 있다. 예를 들면, 반도체 집적 회로 기판으로 대표되는 전자 디바이스의 검사에는, 마이크로 포커스 X선관을 구비한 X선 검사 장치가 이용되고 있다. X선관은, 양극과 음극 사이에 X선 에너지에 따른 소정의 전위차의 고전압을 인가하고, 이 고전압으로 가속한 전자를 타겟으로 조사함으로써, 타겟으로부터 X선을 방출하는 X선원이다. 마이크로 포커스 X선관은, 음극측에 복수의 그리드 전극을 구비한 X선관이며, 이들 그리드 전극에 인가하는 전압에 의해 정전 렌즈를 제어함으로써 전자선의 궤도를 수속(收束)하는 기능을 구비하고 있다.
마이크로 포커스 X선관을 이용한 X선 발생 장치에서는, 그리드 전극에 인가하는 전압을 제어할 필요성으로부터, X선관의 접지 방식이나 제어 신호의 공급 방법 등에 고안이 실시되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 X선 발생 장치에서는, 그리드 전극에 인가하는 그리드 전압의 제어 신호를, 광파이버 케이블을 통해 공급하는 구성으로 함으로써, X선관의 음극에 음의 고전압을 인가할 수 있도록 하고 있다. 그리고, X선관의 외위기(外圍器)를 그라운드 전위로 하고, 양극과 음극에 양, 음의 고전압을 인가하는 중성점 접지 방식을 채용함으로써, 외위기와 양극 사이에 걸리는 전압을 약 절반으로 저감하고 있다.
일본국 특개2003-317996호 공보
X선 발생 장치를 X선 촬영 시스템에 탑재할 때의 취급의 용이함 등의 관점에서, X선 발생 장치의 소형화가 요구되고 있다. 또한, 가일층의 고투과력화의 관점에서, X선관에의 인가 전압의 고전압화가 요구되고 있다. 그러나, X선 발생 장치의 소형화나 인가 전압의 고전압화의 진전과 함께 제어계의 오(誤)동작이 많아지는 것이, 본원 발명자들의 검토에 의해 처음으로 분명해졌다.
본 발명의 목적은, 소형화나 인가 전압의 고전압화의 진전에 수반하는 제어계의 오동작을 억제할 수 있는 X선 발생 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 이러한 X선 발생 장치를 이용함으로써, 안정적으로 촬영 화상을 취득하는 것이 가능한 신뢰성이 높은 X선 촬영 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, X선관과, 상기 X선관을 구동하는 구동 회로와, 상기 X선관에 인가하는 전자 가속 전압을 생성하는 전압 발생 회로와, 상기 구동 회로와 통신하는 제어부를 갖고, 적어도, 상기 X선관과, 상기 구동 회로와, 상기 전압 발생 회로가, 절연유(絶緣油)가 충전된 수납 용기 내에 배치된 X선 발생 장치로서, 상기 구동 회로와 상기 제어부를 접속하는 경로의 적어도 일부가, 상기 수납 용기 내에 배치된 광파이버 케이블에 의해 구성되어 있고, 상기 광파이버 케이블은, 상기 구동 회로와 상기 제어부 사이의 전위차에 의해 발생하는 전계(電界)가, 상기 광파이버 케이블의 길이 방향을 따라 국소적으로 집중하는 것을 억제하기 위한 전계 완화 수단을 갖는 X선 발생 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, X선관을 제어하기 위한 제어 신호를 전파하는 광파이버 케이블의 길이 방향을 따른 전계의 국소적인 집중을 억제하여, 제어계의 오동작을 저감할 수 있다. 이에 따라, X선 발생 장치가 가일층의 소형화 및 인가 전압의 고전압화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 X선 발생 장치를 이용함으로써, 안정적으로 촬영 화상을 취득하는 것이 가능한 신뢰성이 높은 X선 촬영 시스템을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 제어 회로와 전자총 구동 회로를 접속하는 광파이버 케이블의 접속 부분의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 광파이버 케이블 내의 잔류 기체의 영향을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블의 구조를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블의 구조를 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블의 구조를 나타내는 개략도.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 X선 촬영 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도.
[제1 실시형태]
본 발명의 제1 실시형태에 따른 X선 발생 장치에 대해서, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2는, 제어 회로와 전자총 구동 회로를 접속하는 광파이버 케이블의 접속 부분의 구조를 나타내는 도면이다. 도 3은, 광파이버 케이블 내의 잔류 기체의 영향을 설명하는 도면이다. 도 4는, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블의 구조를 나타내는 개략도이다.
먼저, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 구조에 대해서, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.
본 실시형태에 따른 X선 발생 장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, X선관(20)과, 고전압 발생 회로(30)와, 전자총 구동 회로(40)와, 제어부(50)를 갖고 있다. 이들 중, 적어도 X선관(20), 고전압 발생 회로(30) 및 전자총 구동 회로(40)는, 수납 용기(10) 내에 배치되어 있다. 수납 용기(10)에는, 그 중에 배치된 각부(各部)간의 절연 내압을 확보하기 위해, 절연유(80)가 충전되어 있다. 절연유(80)로서는, 광유(鑛油), 실리콘유, 불소계유 등의 전기 절연유가 바람직하다. 정격의 관전압이 100kV 정도인 X선관(20)을 이용한 X선 발생 장치에는, 취급이 쉬운 광유가 바람직하게 적용된다.
X선관(20)은, 전자원(22)과, 그리드 전극(26)과, 양극(28)을 포함한다. 전자원(22) 및 그리드 전극(26)은, 전자총 구동 회로(40)에 접속되고, 각각 원하는 제어 전압이 인가된다. 양극(28)은, 그라운드 전위로 유지된 수납 용기(10)에 접속되어 있다. 양극(28)에는, 전자선의 조사(照射)에 의해 X선을 발생하는 타겟(도시 생략)이 마련되어 있다. 또한, 도 1에는 그리드 전극(26)을 1개만 나타내고 있지만, 전형적으로는 복수의 그리드 전극(26)이 마련된다.
전자원(22)은, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면, 텅스텐 필라멘트나 함침형 캐소드와 같은 열음극, 카본 나노튜브 등의 냉음극을 적용할 수 있다. 타겟을 구성하는 재료는, 융점이 높고 X선 발생 효율이 높은 재료가 바람직하고, 예를 들면, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴 및 그들의 합금 등을 적용할 수 있다. 또한, 본 명세서에서는, 전자원(22)과 그리드 전극(26)을 일괄하여 「전자총」이라고 표기하는 경우가 있다.
전자원(22)으로부터 방출된 전자를 양극(28)과의 사이의 고전압으로 가속하여 양극(28)에 마련된 타겟에 충돌시킴으로써, 타겟으로부터 X선이 방사(放射)된다. 타겟으로부터 방사되는 X선량은, 타겟에 조사하는 전자선량, 즉 열음극형의 전자원(22)일 경우에 있어서는 공급하는 전류에 의해, 제어할 수 있다. 타겟에 조사하는 전자선의 궤도는, 그리드 전극(26)에 인가하는 그리드 전압에 의해 제어할 수 있다. 이 의미에서, 전자원(22) 및 그리드 전극(26)은, 전자총으로부터 방출되는 전자선을 제어하는 제어 기구이다.
고전압 발생 회로(30)는, 승압 트랜스(32)와, 승압 회로(34)를 포함한다. 승압 회로(34)는, 예를 들면, 콕크로프트 회로이다. 고전압 발생 회로(30)는, 그라운드 전위로 유지되어 있는 수납 용기(10)에 대하여 음의 고전압을 생성한다. 고전압 발생 회로(30)는, 전자총 구동 회로(40)에 접속되어 있다. 고전압 발생 회로(30)에 의해 생성된 음의 고전압은, 전자총 구동 회로(40)에 인가된다.
전자총 구동 회로(40)는, 정류 회로(42)와, 로직 회로(44)와, 전자원 구동 회로(46)와, 그리드 전압 제어 회로(48)를 포함한다. 정류 회로(42)는, 로직 회로(44), 전자원 구동 회로(46) 및 그리드 전압 제어 회로(48)에 접속되어 있다. 이에 따라, 고절연 트랜스(36)를 통해 정류 회로(42)에 공급되는 전압을 정류하고, 로직 회로(44), 전자원 구동 회로(46) 및 그리드 전압 제어 회로(48)에 공급할 수 있도록 되어 있다. 정류 회로(42)의 입력 단자의 한쪽은, 고전압 발생 회로(30)의 출력 단자에 접속되어 있다. 즉, 전자총 구동 회로(40)의 각 회로에 있어서는, 고전압 발생 회로(30)로부터 공급되는 음전위가, 전자총 구동 회로(40)의 기준 전위가 된다.
전자원 구동 회로(46)는, 제어 회로(52)로부터 로직 회로(44)를 통해 공급되는 제어 신호에 따라, 전자원(22)에 공급하는 전압 혹은 전류를 제어한다. 그리드 전압 제어 회로(48)는, 제어 회로(52)로부터 로직 회로(44)를 통해 공급되는 제어 신호에 따라, 그리드 전극(26)에 인가하는 그리드 전압을 제어한다.
제어부(50)는, 제어 회로(52)와, 인버터 회로(54)를 포함한다. 제어 회로(52)는, 전자총 구동 회로(40) 및 인버터 회로(54)에 접속되어 있다. 인버터 회로(54)는, 수납 용기(10) 내에 배치된 승압 트랜스(32)에 접속된 인버터(56)와, 수납 용기(10) 내에 배치된 고절연 트랜스(36)에 접속된 인버터(58)를 포함한다. 제어 회로(52)는, 전자총 구동 회로(40) 및 인버터 회로(54)에, 소정의 제어 신호를 공급한다. 인버터 회로(54)는, 제어 회로(52)로부터 공급되는 제어 신호에 따라 인버터(56, 58)를 제어하고, 승압 트랜스(32) 및 고절연 트랜스(36)에, 소정의 구동 전압을 공급한다. 제어 회로(52)는, 고전압 발생 회로(30)의 출력 전압을 모니터하고, 고전압 발생 회로(30)의 출력 전압이 소정의 전압이 되도록, 인버터 회로(54)에 공급하는 제어 신호에 따라 승압 트랜스(32)의 구동 전압을 조정한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제어부(50)와 고전압 발생 회로(30)는, 승압 트랜스(32)를 통해 접속, 즉 절연되어 있다. 마찬가지로, 제어부(50)와 전자총 구동 회로(40)는, 고절연 트랜스(36)를 통해 접속, 즉 절연되어 있다. 일례에서는, 제어부(50)는, 그라운드 전위에 접속되어 있다. 또한, 전자총 구동 회로(40)는, 고전압 발생 회로(30)에 접속되어 있다. 그러므로, 제어부(50)와 전자총 구동 회로(40) 사이에는, 승압 트랜스(32)를 통해 고전압 발생 회로(30)에서 생성된 음의 고전압분의 전위차가 발생한다. 즉, 제어부(50)와 전자총 구동 회로(40) 사이에는, 전계가 발생한다.
제어 회로(52)와 전자총 구동 회로(40) 사이의 상호의 통신을 담당하는 경로 중, 적어도 수납 용기(10) 내의 일부의 경로는, 전기적 절연을 유지하기 위해, 광파이버 케이블(60)에 의해 구성되어 있다. 이에 따라, 그라운드 전위를 기준 전위로서 동작하는 제어 회로(52)로부터의 제어 신호에 따라, 고전압 발생 회로(30)로부터 공급되는 음의 전위를 기준 전위로서 동작하는 전자총 구동 회로(40) 내의 전자원 구동 회로(46) 및 그리드 전압 제어 회로(48)를 제어할 수 있도록 되어 있다. 광파이버 케이블(60)은, 광전 변환 소자(74)를 통해, 제어 회로(52) 및 로직 회로(44)에 접속되어 있다. 또한, 기준 전위란, 각 회로에 있어서 기준으로서 취급되는 전위이다.
여기에서, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치(100)는, 광파이버 케이블(60)이, 그 길이 방향을 따른 전계의 국소적인 집중을 억제하기 위한 전계 완화 수단을 갖고 있다. 또한, 여기에서 말하는 전계 완화란, 전계 강도의 완화를 의미한다.
광파이버 케이블(60)은, 예를 들면 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 단부(端部)에 광커넥터(62)를 구비하고 있으며, 회로 기판(70) 상에 마련된 광커넥터(72)에 광학적으로 접속된다. 회로 기판(70) 상에 마련된 광커넥터(72)는, 광전 변환 소자(74)를 구비하고 있으며, 전기 신호를 광신호로 변환하여 광파이버 케이블(60)에 출력하거나, 혹은, 광파이버 케이블(60)로부터의 광신호를 전기 신호로 변환한다.
본 실시형태에서는, 광파이버 케이블(60)에 마련된 광커넥터(62)와 회로 기판(70) 상에 마련된 광커넥터(72)의 접속 부분을 밀폐하도록, 봉지(封止) 구조체(76)를 마련하고 있다. 봉지 구조체(76)는, 광파이버 케이블(60)과 광전 변환 소자(74) 사이의 광학적 접속 부분이나, 광파이버 케이블(60)의 피복의 내측에 절연유가 삼입(渗入)하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이와 같이 마련된 봉지 구조체(76)가, 본 실시형태의 광파이버 케이블(60)에 있어서의 전계 완화 수단에 상당한다. 봉지 구조체(76)는, 예를 들면, 광커넥터(62)와 광커넥터(72)를 접속한 후, 에폭시 수지 등의 수지 재료를 도포하여 경화시킴으로써, 형성할 수 있다.
본 실시형태의 광파이버 케이블(60)에 있어서 전계 완화 수단으로서의 봉지 구조체(76)를 마련하고 있는 이유에 대해서, 이하에 설명한다.
상술한 바와 같이, X선 발생 장치의 소형화나 인가 전압의 고전압화의 진전과 함께, 제어 회로(52)에 의해 전자원 구동 회로(46)나 그리드 전압 제어 회로(48)를 제어하는 제어계의 오동작이 현재화(顯在化)되어 왔다. 본 발명자들의 검토에 의해, 이 오동작의 원인은, 광파이버 케이블(60)의 내부에 있어서, 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따라 전계의 급격한 변화가 생기기 때문인 것이 판명되었다.
전형적인 광파이버 케이블은, 코어 및 클래드만으로 이루어지는 광파이버의 외주(外周)에 피복이 마련된 구조를 갖고 있다. 이러한 구조의 광파이버 케이블에 있어서, 광파이버와 피복 사이에 기체가 존재하고 있을 경우가 있다. 예를 들면, 유리 섬유로 이루어지는 일차 피복과 수지계 재료로 이루어지는 이차 피복(외피)의 이층 구조의 피복을 갖는 광파이버 케이블에서는, 일차 피복 중에 기체가 존재하고 있다. 이러한 구조의 광파이버 케이블(60)에서는, 광커넥터(62)와 광커넥터(72)와의 접속 부분이 밀폐되어 있지 않으면, 광파이버 케이블(60)의 피복의 내측에 절연유(80)가 삼입하여, 광파이버 케이블(60) 내에 국소적으로 기체가 잔류할 경우가 있다. 광파이버 케이블(60) 내에 이러한 잔류 기체가 존재하면, 그 부분에 전계가 집중하여 부분 방전이 발생하여, 급격한 용량 변화에 추종하는 고주파의 전류가, 접지 전위측의 회로 기판(70)을 통해서 제어 회로(52)에 흘러, 제어계의 오동작을 일으킨다.
도 3은, 광파이버 케이블(60) 내에 국소적으로 잔류 기체가 존재하고 있을 때의, 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따른 전계 분포를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)는, 광파이버 케이블(60)의 광파이버(64)와 피복(66) 사이에 절연유(80)가 삼입해 있으며, 일부에 기체(82)가 잔류해 있는 상태를 나타내고 있다. 도 3의 (b)는, 이때의 등가 회로를 나타내고 있다.
절연유(80)의 비(比)유전률(εr2＝2∼3 정도)은, 기체(82)의 비유전률(εr1＝1)의 2배∼3배 정도이다. 그 때문에, 광파이버 케이블(60)의 양단에 전위차(도면에서는 100kV를 상정)가 존재했을 때의 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따른 등전위면(도면 중, 점선으로 나타냄)의 간격은, 절연유(80)의 부분보다도 기체(82)의 부분에 있어서 좁아진다. 즉, 기체(82)의 부분에 전계가 집중한다. 그 결과, 기체(82)의 부분에 있어서 국소적으로 방전이 발생하여, 방전 전류(Ic)에 수반하는 제어계의 고주파 전류가 오동작의 원인이 된다. 기체(82)의 부분에 있어서의 방전은, 광파이버 케이블(60)이 짧아질수록, 또한, 전위차가 커질수록, 일어나기 쉬워진다. 즉, 취급의 용이함이나 고투과력을 위해 X선 발생 장치의 소형화나 고전압화를 도모함으로써 현재화된다.
이러한 관점에서, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치에서는, 광파이버 케이블(60)에 마련된 광커넥터(62)와 회로 기판(70) 상에 마련된 광커넥터(72)와의 접속 부분을 밀폐하도록, 봉지 구조체(76)를 마련하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 광파이버 케이블(60) 내에 절연유(80)가 삼입하지 않게 되어, 광파이버 케이블(60) 내에 절연유(80)를 통해 국소적으로 기체(82)가 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따른 전계의 급격한 변화를 억제하여, 제어계의 오동작을 방지할 수 있다.
또한, 광커넥터(62)와 광커넥터(72)와의 접속 부분에 봉지 구조체(76)를 마련하는 것에는, 광파이버 케이블(60) 내에의 절연유(80)의 삼입 방지에 더하여, 광파이버와 광전 변환 소자 사이의 광학적인 결합부에의 절연유(80)의 영향을 억제하는 효과도 있다.
광파이버 케이블(60)의 피복(외피) 및 봉지 구조체(76)를 구성하는 재료는, 광파이버 케이블(60) 내에의 절연유(80)의 삼입을 계속적으로 방지하는 관점에서, 절연유(80) 내에서 고전압이 가해져도 변질되지 않는 재료인 것이 바람직하다. 절연유(80) 내에서 고전압이 가해져도 변질되지 않는 재료로서는, 예를 들면, 가소제를 포함하지 않는 수지 재료, 예를 들면 에폭시 수지나 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지를 들 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 광커넥터(62)와 광커넥터(72)와의 접속 부분에 봉지 구조체(76)를 마련하므로, 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따른 전계의 국소적인 집중을 억제하여, 제어계의 오동작을 저감할 수 있다. 이에 따라, X선 발생 장치의 가일층의 소형화 및 인가 전압의 고전압화가 가능해진다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태에 따른 X선 발생 장치에 대해서, 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블의 구조를 나타내는 개략도이다.
제1 실시형태에서는 광파이버 케이블(60) 내에의 절연유(80)의 삼입을 방지하도록 광파이버 케이블(60)을 구성했지만, 광파이버 케이블(60) 내의 기체를 적극적으로 절연유(80)로 치환하도록 구성함으로써도, 국소적인 전계의 집중을 억제할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블(60)은, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 피복(66)에, 기체의 배출과 절연유(80)의 삼입의 역할을 담당하는 개구부(68)가 마련되어 있다. 이와 같이 마련된 개구부(68)가, 본 실시형태의 광파이버 케이블(60)에 있어서의 전계 완화 수단에 상당한다.
광파이버 케이블(60)의 피복(66)에 개구부(68)를 마련함으로써, 광파이버 케이블(60) 내의 기체의 배출과, 광파이버 케이블(60) 내에의 절연유(80)의 삼입을 촉진하여, 광파이버 케이블(60) 내에 기체가 잔류하는 것을 억제할 수 있다. 광파이버 케이블(60) 내에 있어서의 전계 집중은 국소적으로 기체가 잔류하는 것에 기인하기 때문에, 광파이버 케이블(60) 내의 잔류 기체를 저감함으로써, 광파이버 케이블(60) 내에 있어서의 전계 집중을 억제하고, 나아가서는 제어계의 오동작을 방지할 수 있다.
개구부(68)의 배치 장소는, 광파이버 케이블(60) 내의 기체의 배출과, 광파이버 케이블(60) 내에의 절연유(80)의 삼입이 가능한 장소이면, 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 광파이버 케이블(60)의 도중에 배치해도 되고, 광파이버 케이블(60)과 광커넥터(62)와의 접속부의 근방에 배치해도 된다. 또한, 개구부(68)의 수나 크기는, 광파이버 케이블(60)에 필요한 강도를 손상시키지 않는 범위에서, 광파이버 케이블(60) 내의 기체가 조속히 배출되고, 절연유(80)가 용이하게 삼입할 수 있도록, 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 개구부(68)는, 반드시 광파이버 케이블(60)의 일부분에 마련되어 있을 필요는 없고, 광파이버(64)의 전체를 노출하도록 마련되어 있어도 된다. 즉, 광파이버 케이블(60)의 피복(66)은, 없어도 된다.
광파이버 케이블(60) 내에의 절연유(80)의 삼입을 효과적으로 실현하기 위해, 수납 용기(10) 내에의 절연유(80)의 충전에는, 수납 용기(10) 내를 진공으로 뺀 후에 절연유(80)를 주입하는 진공 함침법을 적용하는 것이 바람직하다. 진공 함침법을 이용함으로써, 광파이버 케이블(60) 내의 기체를 용이 또한 확실하게 절연유(80)로 치환할 수 있다.
개구부(68)의 형성 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 커터에 의해 피복(66)에 노치를 넣는 등의 일반적인 방법에 의해 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 광파이버 케이블(60)의 피복(66)에 기체의 배출과 절연유(80)의 삼입과의 역할을 담당하는 개구부(68)를 마련하므로, 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따른 전계의 국소적인 집중을 억제하여, 제어계의 오동작을 저감할 수 있다. 이에 따라, X선 발생 장치가 가일층의 소형화 및 인가 전압의 고전압화가 가능해진다.
[제3 실시형태]
본 발명의 제3 실시형태에 따른 X선 발생 장치에 대해서, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은, 본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블(60)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 광파이버 케이블(60)의 피복(피복(66a))이, 고저항 재료에 의해 구성되어 있다. 광파이버 케이블(60)의 피복(66a)을 고저항 재료에 의해 형성함으로써, 그 피복을 흐르는 전류에 의해 형성되는 전계에 의해 광파이버 케이블(60)의 길이 방향의 전계의 균일화를 도모하는 것이 가능해진다. 고저항 재료로 이루어지는 피복(66a)이, 본 실시형태의 광파이버 케이블(60)에 있어서의 전계 완화 수단에 상당한다.
피복(66a)을 고저항 재료에 의해 구성함으로써, 피복(66a)에 전자선의 가속 전압을 피복(66a)의 저항값으로 나눈 값에 상당하는 전류를 흘릴 수 있고, 이에 따라 광파이버 케이블(60)의 길이 방향의 전계의 균일화를 도모하는 것이 가능해진다. 이 목적 하에, 피복(66a)을 구성하는 재료의 저항값은, 전위 규정 및 소비 전력으로부터 그 바람직한 범위로 설정된다. 피복(66a)의 시트 저항은, 전위 규정의 관점에서 말하면, 1014Ω/□ 이하가 바람직하고, 1012Ω/□ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1011Ω/□ 이하인 것이 가장 바람직하다. 피복(66a)의 시트 저항의 하한은, 가속 전압 및 광파이버 케이블(60)의 길이에 따라 좌우되지만, 소비 전력을 억제하기 위해, 105Ω/□ 이상인 것이 바람직하고, 107Ω/□ 이상인 것이 보다 바람직하다.
예를 들면, 직경 2㎜, 길이 300㎜인 광파이버 케이블(60)을 이용했을 경우에는, 피복(66a)의 시트 저항을 5×1010Ω/□ 정도로 설정할 수 있다. 이 경우, 가속 전압이 100kV일 때에 흐르는 전류가 1μA 정도가 되어, 전위 규정, 소비 전력의 점에서도 적당하다.
고저항 재료로 이루어지는 피복(66a)은, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면, 카본 블랙 등의 카본계 재료를 연입(練入)한 수지 재료를 들 수 있다. 이 예에서는, 카본계 재료의 첨가량에 따라, 저항값의 조정이 가능하다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 광파이버 케이블(60)의 피복(66a)을 고저항 재료에 의해 구성하므로, 광파이버 케이블(60)의 길이 방향을 따른 전계의 국소적인 집중을 억제하여, 제어계의 오동작을 저감할 수 있다. 이에 따라, X선 발생 장치의 가일층의 소형화 및 인가 전압의 고전압화가 가능해진다.
[제4 실시형태]
본 발명의 제4 실시형태에 따른 X선 촬영 시스템에 대해서, 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은, 본 실시형태에 따른 X선 촬영 시스템의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
본 실시형태에서는, 제1 내지 제3 실시형태에 따른 X선 발생 장치를 이용한 X선 촬영 시스템을 나타낸다.
본 실시형태에 따른 X선 촬영 시스템(200)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, X선 발생 장치(100)와, X선 검출 장치(110)와, 시스템 제어 장치(120)와, 표시 장치(130)를 포함한다.
X선 발생 장치(100)는, 제1 내지 제3 실시형태 중 어느 것의 X선 발생 장치이며, X선관(20)과, X선관 구동 회로(102)를 포함한다. X선관 구동 회로(102)는, 제1 내지 제3 실시형태의 X선 발생 장치에 있어서의 고전압 발생 회로(30), 전자총 구동 회로(40), 제어부(50) 등을 포함한다. X선 검출 장치(110)는, X선 검출기(112)와, 신호 처리부(114)를 포함한다. 시스템 제어 장치(120)는, X선 발생 장치(100) 및 X선 검출 장치(110)를 포함하는 시스템 전체의 제어를 담당한다. 표시 장치(130)는, 시스템 제어 장치(120)에서 처리된 화상 신호를 스크린에 표시한다.
X선 발생 장치(100)의 X선관 구동 회로(102)는, 시스템 제어 장치(120)에 의한 제어 하에, X선관(20)에 각종의 제어 신호를 출력한다. 시스템 제어 장치(120)로부터 출력된 제어 신호에 따라, X선 발생 장치(100)로부터 방출되는 X선의 방출 상태가 제어된다.
X선 발생 장치(100)로부터 방출된 X선(104)은, 피검체(106)를 투과하여 X선 검출기(112)에서 검출된다. X선 검출기(112)는, 도시하지 않은 검출 소자를 복수 구비하고 있으며, 투과 X선상을 취득한다. X선 검출기(112)는, 취득한 투과 X선상을 화상 신호로 변환하여 신호 처리부(114)에 출력한다. X선관(20)과 피검체(106) 사이에는, 불필요한 X선의 조사를 억제하기 위해, 도시하지 않은 슬릿, 콜리메이터 등을 배치해도 된다.
신호 처리부(114)는, 시스템 제어 장치(120)에 의한 제어 하에, 화상 신호에 소정의 신호 처리를 실시하고, 처리된 화상 신호를 시스템 제어 장치(120)에 출력한다. 시스템 제어 장치(120)는, 처리된 화상 신호에 의거하여, 표시 장치(130)에 화상을 표시시키기 위해 표시 신호를 표시 장치(130)에 출력한다. 표시 장치(130)는, 표시 신호에 의거하는 피검체(106)의 촬영 화상을 스크린에 표시한다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 소형이며 또한 방전 내압 특성이 우수한 제1 내지 제3 실시형태에 따른 X선 발생 장치(100)를 이용함으로써, 안정적으로 촬영 화상을 취득하는 것이 가능한, 신뢰성이 높은 X선 촬영 시스템(200)을 실현할 수 있다.
[변형 실시형태]
본 발명은 상기 실시형태에 한하지 않고 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, 어느 쪽의 실시형태의 일부의 구성을 다른 실시형태에 추가한 예나, 다른 실시형태의 일부의 구성과 치환한 예도, 본 발명의 실시형태이다. 예를 들면, 제1 또는 제2 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블(60)의 피복(66)을, 제3 실시형태의 피복(66a)에 의해 구성하도록 해도 된다. 또한, 제3 실시형태에 따른 X선 발생 장치의 광파이버 케이블(60)의 피복(66a)에, 제2 실시형태의 개구부(68)를 마련하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, X선관(20)의 접지 방식을 양극 접지 방식으로 했지만, X선관(20)의 접지 방식은 양극 접지 방식에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, X선관의 양극과 음극에 각각 양, 음의 고전압을 인가하는 중성점 접지 방식으로 해도 된다. 본 발명은, 제어 신호의 전파 경로의 일부에 광파이버 케이블을 포함하고, 이 광파이버 케이블의 양단부의 전위차가 큰 구성의 X선 발생 장치에 널리 적용 가능하다.
또한, 상기 실시형태는, 모두 본 발명을 실시함에 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
10: 수납 용기 20: X선관
22: 전자원 26: 그리드 전극
28: 양극 30: 고전압 발생 회로
40: 전자총 구동 회로 50: 제어부
52: 제어 회로 60: 광파이버 케이블
62, 72: 광커넥터 64: 광파이버
66, 66a: 피복 68: 개구부
74: 광전 변환 소자 76: 봉지 구조체
80: 절연유 82: 기체

Claims (8)

  1. X선관과, 상기 X선관을 구동하는 구동 회로와, 상기 X선관에 인가하는 전자 가속 전압을 생성하는 전압 발생 회로와, 상기 구동 회로와 통신하는 제어부를 갖고, 적어도, 상기 X선관과, 상기 구동 회로와, 상기 전압 발생 회로가, 절연유(絶緣油)가 충전된 수납 용기 내에 배치된 X선 발생 장치로서,
    상기 구동 회로와 상기 제어부를 접속하는 경로의 적어도 일부가, 상기 수납 용기 내에 배치된 광파이버 케이블에 의해 구성되어 있고,
    상기 광파이버 케이블은, 상기 구동 회로와 상기 제어부 사이의 전위차에 의해 발생하는 전계(電界)가, 상기 광파이버 케이블의 길이 방향을 따라 국소적으로 집중하는 것을 억제하기 위한 전계 완화 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광파이버 케이블은, 광파이버와, 상기 광파이버를 덮는 피복을 갖고,
    상기 전계 완화 수단은, 상기 피복에 마련된 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 광파이버 케이블 내의 기체의 배출과, 상기 광파이버 케이블 내에의 상기 절연유의 삼입(渗入)을 촉진하도록 구성되어 있고, 상기 광파이버 케이블 내의 기체가 상기 절연유로 치환되어 있는 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경로는, 상기 광파이버 케이블에 광학적으로 접속된 광전 변환 소자를 갖고,
    상기 전계 완화 수단은, 상기 광파이버 케이블과 상기 광전 변환 소자의 접속부를 밀폐하는 봉지(封止) 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광파이버 케이블은, 광파이버와, 상기 광파이버를 덮는 피복을 갖고,
    상기 봉지 구조체는, 상기 광파이버 케이블 내에 상기 절연유가 삼입하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광파이버 케이블은, 광파이버와, 상기 광파이버를 덮는 고저항 재료로 이루어지는 피복을 갖고,
    상기 전계 완화 수단은, 상기 피복인 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피복의 저항값은, 상기 길이 방향을 따라 상기 피복을 흐르는 전류에 의해 상기 광파이버 케이블 내의 전계의 국소적인 집중을 완화하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 X선 발생 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 X선 발생 장치와,
    상기 X선 발생 장치로부터 방출되어 피검체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출 장치와,
    상기 X선 검출 장치에 의해 검출된 상기 피검체의 투과 X선상을 화상 신호로 변환하는 신호 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는 X선 촬영 시스템.
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