(57)【要約】【課題】Ｘ線源の配列の正確さを維持する一方で、不慣れなユーザが電子源を含む放射部を迅速に取り外すこと及び交換することを可能にする。【解決手段】回転陽極型Ｘ線源のための陰極アセンブリは２つの部分、すなわち、Ｘ線源の残部と機械的に接続され、陽極に対応して固定して配置される焦点調整部と、電子源を保持し、焦点調整部に取り外し可能に接続される分離した放射部とを含む。電子源は、放射部に固定して装着され、焦点調整部に正確に整列される。焦点調整部及び放射部は、交換の時に互いに関連して機械的に整列される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源の回転する陽極へ放射される電子を発生する電子源と、前記陽極との配列を維持しながら、前記電子源の迅速な交換を可能にする陰極アセンブリにおいて、
前記電子源により生成された電子を焦点調整し、前記電子を陽極へ放射する構造を有する焦点調整部であって、Ｘ線発生器に装着され、前記陽極と共に配列される焦点調整部と、
内部に固定して装着される前記電子源を有する放射部と、
前記放射部を前記焦点調整部に取り外し可能に取り付け、前記放射部を焦点調整部に配列することによって電子源を陽極に配列する留め具と
を含むことを特徴とする陰極アセンブリ。
【請求項２】
前記焦点調整部は、前記放射部が焦点調整部に取り付けられると前記電子源の周囲に配置される焦点電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の陰極アセンブリ。
【請求項３】
前記焦点電極は、前記陽極の電子源の縮小を生じさせるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の陰極アセンブリ。
【請求項４】
前記放射部及び前記焦点調整部は、その中に前記放射部と前記焦点調整部とを機械的に整列する整列機構を有することを特徴とする請求項１に記載の陰極アセンブリ。
【請求項５】
前記整列機構は、リムと溝であることを特徴とする請求項４に記載の陰極アセンブリ。
【請求項６】
前記留め具はねじであることを特徴とする請求項１に記載の陰極アセンブリ。
【請求項７】
前記電子源は、この電子源が回転陽極へ放射される電子のために点光源として動作するような方向で放射部内に装着されることを特徴とする請求項１に記載の陰極アセンブリ。
【請求項８】
前記電子源は、この電子源が回転陽極へ放射される電子のために線光源として動作するような方向で放射部内に装着されることを特徴とする請求項１に記載の陰極アセンブリ。
【請求項９】
回転する陽極と、
陰極アセンブリであって、
前記電子源によって発生された電子を焦点調整し、前記電子を陽極へ放射する構造を有する焦点調整部であって、Ｘ線発生器に装着され、前記陽極と共に配列される焦点調整部と、
固定して装着される前記電子源を有する放射部と、
前記放射部を前記焦点調整部に取り外し可能に取り付け、前記放射部を焦点調整部に配列することによって電子源を陽極に配列する取付部と、を有する陰極アセンブリと、
前記陽極と前記陰極アセンブリとの間に電位を発生させる電圧供給部と
を含むことを特徴とするＸ線源。
【請求項１０】
前記焦点調整部は、前記放射部が焦点調整部に取り付けられると前記電子源の周囲に配置される焦点電極を含むことを特徴とする請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１１】
前記焦点電極は、前記陽極の電子源の縮小を生じさせるように形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＸ線源。
【請求項１２】
前記放射部及び前記焦点調整部は、その中に前記放射部と前記焦点調整部とを機械的に整列する整列機構を有することを特徴とする請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１３】
前記整列機構は、リムと溝であることを特徴とする請求項１２に記載のＸ線源。
【請求項１４】
前記留め具はねじであることを特徴とする請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１５】
前記電子源は、この電子源が回転陽極へ放射される電子のために点光源として動作するような方向で放射部内に装着されることを特徴とする請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１６】
前記電子源は、この電子源が回転陽極へ放射される電子のために線光源として動作するような方向で放射部内に装着されることを特徴とする請求項９に記載のＸ線源。
【請求項１７】
Ｘ線源の回転する陽極へ放射される電子を発生する電子源と、前記陽極との配列を維持しながら、前記電子源の迅速な交換を可能にする陰極アセンブリにおいて、
前記電子源により生成された電子を焦点調整する手段と、前記電子を陽極へ放射する手段とを有する焦点調整部であって、Ｘ線発生器に装着され、前記陽極と共に配列される焦点調整部と、
内部に固定して装着される電子を発生する手段を有する放射部と、
前記放射部を前記焦点調整部に取り外し可能に取り付け、前記放射部を焦点調整部に配列することによって電子源を陽極に配列する手段と
を備えたことを特徴とする陰極アセンブリ。
【請求項１８】
前記放射部及び前記焦点調整部は、その中に前記放射部と前記焦点調整部とを機械的に整列する整列機構を有することを特徴とする請求項１７に記載の陰極アセンブリ。
【請求項１９】
前記整列機構は、リムと溝であることを特徴とする請求項１８に記載の陰極アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
この発明は、Ｘ線源で使用される陰極の有効寿命を拡張することに関する。従来のＸ線源においては、電子ビームをターゲット陽極に照射してＸ線を発生させる。陽極物質の電子構造において孔を生成したり充填するための既知の方法に従って、特有の単色のＸ線がそれによって生成される。
【０００２】
通常のＸ線発生器は、陰極及び陽極を備える。陽極は、回転陽極型発生器で使用されているように回転し、又は封管で使用されているように固定することができる。陰極及び陽極は、排気チャンバー内に配置される。陰極は、電子放出のための電子源を含み、また、明確な陽極上の一点に焦点を合わすために電界線を修正するカップ又は焦点カップ（focus cup）を備える場合がある。フィラメントが、電子エミッターとして使用された場合、又は他の種類の電子エミッターの動力として使用された場合に、電源により加熱電流や電子源と陽極との間に高電圧（通常は３０−７０キロボルト）が発生する。陰極の電子源や陰極、陽極との間の高電圧により、陰極において電子が生成され、陽極に向けて加速される。回転陽極型システムでは、一般に陽極は、電子が陽極の広い表面に衝突した時に生成される熱を拡散するため、通常、毎分２、３千回のスピードで回転する。
【０００３】
Ｘ線発生器で使用される電子源は、タングステンワイア又はＬａＢ６結晶のような他のエミッターで製造されたフィラメントとすることができる。そのような電子源は、使用条件に依存する、標準的に２週間から数箇月の範囲の寿命を有する。Ｘ線の封管内で電子源が機能しなくなった場合は、全てのチューブを交換しなければならない。回転陽極型Ｘ線発生器では真空チャンバーを開放することができるので、電子源を交換することが可能である。しかし、電子源を交換しなければならない場合に、電子源の交換に要する時間を短縮することは、Ｘ線発生器の不稼動時間を短縮するために重要である。
【０００４】
電子源の交換に要する時間は、物理的に電子源を交換する時間だけでなく、Ｘ線発生器の再調整に要する時間や、おそらく発生器を利用するＸ線システムにも依存する。特に、陰極で焦点カップによって発生する焦点効果のために、陽極に対応する電子源の位置の小さい変更により、その陽極上の電子スポットが移動する。これらの移動の結果、システム全体を再調整しなければならなくなる場合がある。最新のＸ線解析システムでは、Ｘ線光学系は、Ｘ線発生器と結晶、薄い膜又は粉末の試料との間に配置される。Ｘ線光学系は、陽極で生成されたＸ線を選択し、その選択されたＸ線を試料に向けて放射する。陽極上のスポット位置が変化すると、光学系の設定も変更する必要がある場合があり、それによってフィラメントの交換に要する時間も増大する。従って、陰極は、再調整に要する時間を短縮するため、陽極に対して正確に装着されなければならない。
【０００５】
従来のＸ線源には、故障した電子源を交換するために、電子源、焦点カップおよびハウジングを含む陰極の全体のアセンブリをＸ線源の残部から機械的に取り外す必要があるものがある。一旦、陰極のアセンブリを取り外せば、電子源を交換することができる。あるいは、陰極の全体のアセンブリを交換することもできる。その後、陰極のアセンブリを再びＸ線システムの残部に装着しなければならない。
【０００６】
他の従来のＸ線源は、電子源に到達するためには陰極アセンブリを分解する必要がある。一旦、陰極アセンブリが分解されれば、電子源を取り外して交換することができる。例えば、欧州特許ＥＰ０２７３１６２  Ｂ１には、フィラメントに容易に到達するために陰極カップの焦点部分を取り外し可能にした２部品の陰極カップが記載されている。
【０００７】
しかし、これらの先行技術情報では、陰極アセンブリが機械的に再び取り付けられた場合、又は電子源が交換された場合に、Ｘ線源の残部に対する電子源の正確な配列を維持するのが困難であるという問題が生じる。その結果、Ｘ線源及びシステムの調整が必ず必要になる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の本質に従えば、陰極アセンブリは２つの部分、すなわち、Ｘ線減の残部と機械的に接続され、陽極に対応して固定して配置される焦点調整部と、電子源を保持し、焦点調整部に取り外し可能に接続される分離した放射部とを含む。電子源は、放射部に固定して装着され、専門家による製造時に焦点調整部に正確に配列される。また、焦点調整部及び放射部は、交換の時に互いに関連して機械的に整列される。この整列は、Ｘ線源の整列の正確さを維持する一方で、電子源を含む放射部を不慣れなユーザが迅速に取り外すこと及び交換することを可能にする。
【０００９】
１の実施形態では、焦点調整部及び放射部は、対応する焦点調整部の整列機構に符合させる放射部の整列機構によって整列される。関連する実施形態では、整列機構はリムと溝である。
【００１０】
他の実施形態では、焦点調整部及び放射部は、ネジで機械的に接続される。
【００１１】
さらに、他の実施形態では、放射部内の電子源は、電子のための点光源又は線光源として動作するように配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の回転陽極型Ｘ線発生装置の概念図である。
【図２】従来の焦点カップを概念的に示す一部断面図である。
【図３】従来のＸ線源におけるＸ線源装置と焦点カップとの接続例を示す斜視図である。
【図４】本発明の本質に従って構成された焦点調整部の２つの部分を概念的に示す一部断面図である。
【図５】図４に示された焦点カップの斜視図である。
【図６】本発明に係る焦点カップと従来のＸ線源装置との接続例を示す斜視図である。
【図７】焦点カップによって生成された電子ビームを縮小して示す概念図及び、本発明に係る焦点カップの焦点調整部と放射部との間の調整不良の結果を縮小して示す概念図である。
【図８Ａ】放射部内での電子源の可能な位置を示す図である。これらの位置は、側面方向、高さ及び必要とされる焦点の種類で変更可能である。
【図８Ｂ】放射部内での電子源の可能な位置を示す図である。これらの位置は、側面方向、高さ及び必要とされる焦点の種類で変更可能である。
【図８Ｃ】放射部内での電子源の可能な位置を示す図である。これらの位置は、側面方向、高さ及び必要とされる焦点の種類で変更可能である。
【図８Ｄ】放射部内での電子源の可能な位置を示す図である。これらの位置は、側面方向、高さ及び必要とされる焦点の種類で変更可能である。
【図８Ｅ】放射部内での電子源の可能な位置を示す図である。これらの位置は、側面方向、高さ及び必要とされる焦点の種類で変更可能である。
【図８Ｆ】放射部内での電子源の可能な位置を示す図である。これらの位置は、側面方向、高さ及び必要とされる焦点の種類で変更可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
典型的な回転陽極型Ｘ線発生装置を図１に示す。このような装置では、陰極１００は、焦点調整された電子ビーム１０２を、熱負荷を拡散するために矢印１０３の方向に回転している「薄いシェル」の金属製陽極１０４に噴射する。陽極１０４は液密ユニットとして配置されており、同軸の管１０６を通じて一般的に水である冷却液を金属製陽極１０４の内部に注入し、冷却液を内部から排出することで、発生した熱を除去する。冷却液は、陽極金属の内部の表面に直接接触する。高圧発生器１０８は、通常、陰極１００とアース１１０との間に接続される。高電圧回路は、１１４で接地され回転陽極１０４に耐えるカーボンブラシ１１２を使用することで完結する。
【００１４】
図２は、従来の焦点カップ１００の詳細を示す一部断面図である。焦点カップ１００は、完全な焦点調整部２０２、又は（点線２０４及び２０６によって概略的に示されるように）電子源２１０への到達を容易にするために取り外し可能な焦点調整部２０２を有することができるハウジング２００を備える。図２では、電子源はフィラメント２１０として示されているが、上記したように他の従来の電子源も使用することができる。フィラメント２１０を使用する場合は、フィラメント２１０の端部は、ハウジング２００に固定して取り付けられた絶縁ソケット２１２及び２１４に差し込むことができる。ソケット２１２及び２１４は、一方で、フィラメント２１０を駆動電源（図２には示されない）に接続するワイア２１６及び２１８に接続される。
【００１５】
従来の焦点カップでは、電子源２１０を固定して取り付けたハウジング２００は、陽極が装着された装置に取付具２０８によって機械的に接続されている。この配置を図３により詳しく示す。ここでは、焦点カップ１００は、アーム３００に連結された取付具２０８上に装着されたハウジング２００と共に示されている。アーム３００は、陰極の高圧を絶縁する一方で陽極１０４に関して強固な接続を保つために、高圧絶縁器３０２を介して真空チャンバーに接続されている。明確にする目的で、陽極１０４を回転させるモーターやこれを支持する構造は図３から省略してある。
【００１６】
本発明の本質に従えば、焦点カップの構造は、陽極に対応して固定して装着された焦点調整部と、電子源を備えた取り外し可能な放射部とを有する。焦点調整部４０２（例示のために単純化されている）及び放射部４０４で構成された焦点カップの構造４００について、図４は一部を断面して示し、図５は斜めから見た図を示す。放射部４０４は電子源４０６を含み、これは図４、５及び８ではフィラメントとして示す。しかし、上記したように他の従来の電子源も使用することができる。放射部４０４は、また、電子源を励磁電源（図４及び５には示されない）に接続する接続部４１０および４１２を含む。
【００１７】
焦点カップ構造の焦点調整部４０２は、図４に部品４０６として概略的に示すが、図６により詳細を示すＸ線源装置に固定して接続される。特に、図６に示すように、焦点調整部４０２は取付具４０６上に装着される。取付具４０６は、一方で、アーム６１０に接続される。アーム３００は、陰極の高圧を絶縁する一方で陽極１０４に関して強固な接続を保つために、高圧絶縁器６１２を介して真空チャンバーに接続されている。図３と同様に、明確にする目的で、陽極１０４を回転させるモーターやこれを支持する構造は図６から省略してある。
【００１８】
放射部４０４は、単一のネジ４２２によって又は他の簡易な固定機構によって焦点調整部４０２に装着することができる。陽極上で電子ビームのスポットを正確に位置決めすることは、Ｘ線光学系の配列を維持するために非常に重要であるが、放射部４０４の焦点調整部４０２に対する相対位置が正確か否かは重要ではない。なぜなら、一般に陽極上の電子源の像は電子ビーム上の焦点調整部４０２の作用によって縮小され（通常は２０倍）、したがって、位置決めエラーは同様の縮小要因で低減されるからである。これを、Ｘ線源の電子軌道を示す図７に示す。特に、電子源７００からの電子は、焦点カップ７０２によって陽極の表面７０６上のスポット７０４に焦点調整される。線７０８及び７１０は、電子源の端部から放射された電子の通常の電子軌道を示す。これらの電子軌道は、焦点カップ７０２の作用によって陽極のスポット７０４上に焦点調整される。陽極のスポット７０４の拡大図７１８は、電子軌道７０８及び７１０が陽極の表面７０６に衝突していることを示している。
【００１９】
電子源が、例えば位置７２０へ移動すると、電子軌道も移動する。線７２２及び７２４は、電子源７２０の端部から放射された電子によって描かれる新たな電子軌道を示す。拡大図７１８に示されるように、新たな電子軌道７２２及び７２４は、焦点調整部４０２に起因する縮小によって少しの距離を移動するだけである。したがって、部品４０４と４０２（図６）との配列は視覚の検証はほとんどの場合に十分であり、部品４０４上のリム４１４（図５）のような特別な調整機構は、不慣れなユーザが、装着をより容易にするための部品の位置決めの支援が可能となる。これらのリムは、他方の部品４０２（図５には示されない）の背面の溝に嵌め込み、矢印４２０で示される方向の放射部４０４の相対的な位置ずれを防ぐことができる。
【００２０】
図８Ａ−８Ｆは、放射部４０４において電子エミッター４０８がどのように装着される可能性があるかを示す。この装着は正確に行われなければならず、専門家が行うことができる。電子エミッターを装着するための種々の方法を示す。図８Ａでは、エミッター４０８は放射部４０４の中央に配置されている。他の位置は、放射部より深いか（図８Ｂ）、又は浅くすることができる。また、横方向位置では、エミッターを中央に配置するだけでなく（図８Ｄ）、慎重に選択されたオフセットにすることができる。この配置の全ての可能な組み合わせが選択可能である。本出願のほとんどの図面では、点焦点（ポイント焦点調整）が設定されたエミッターを示している。しかし、本発明は、図８Ｆに例示するように、線焦点（ライン焦点調整）においても同様に使用され得ることは明らかである。
【００２１】
本発明は、それについてのいくつかの実施形態を参照して示し及び記述したが、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神や範囲を逸脱することなく、形状及び細部の種々の変更が行われ得ることが当業者によって認識されるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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