(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって熱電子を放出するフィラメントと、そのフィラメントへ電流を供給する給電回路と、上記フィラメントに対向して配設されるターゲットとを有するＸ線発生装置において、
上記給電回路内における電圧変化又は電流変化に基づいて上記フィラメントの材質を判定することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線発生装置において、
上記給電回路を流れる電流を一定値に制御する定電流制御系と、
上記給電回路内の電圧を検出する電圧検出回路とを有し、
上記給電回路を流れる電流を上記定電流制御系によって一定値に制御したときに、上記電圧検出回路によって上記給電回路内の電圧を検出し、その電圧値に基づいて上記フィラメントの材質を判定することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】
請求項２記載のＸ線発生装置において、上記電圧検出回路は、給電回路内の電圧が少なくとも２つの電圧値領域のいずれに属するかを判定するウインドウ・コンパレータを含み、
そのウインドウ・コンパレータの出力信号に基づいて、上記フィラメントの材質を判定することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】
請求項２記載のＸ線発生装置において、上記電圧検出回路は、上記給電回路から取り出したアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器を含むことを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントから放出された電子をターゲットに衝突させてそのターゲットからＸ線を取り出す方式のＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記形式のＸ線発生装置においては、従来より、異なる物質で作られたフィラメントを必要に応じて使い分けて使用していた。例えば、ＬａＢ6（ランタン・ヘキサ・ボライド）で形成されたフィラメントとＷ（タングステン）で形成されたフィラメントとを必要に応じて交換して使用していた。その理由としては、例えば次のような理由が考えられる。
【０００３】
ＥＸＡＦＳ（Extended X-Ray Absorption Fine Structure）測定等の場合、Ｘ線管球で使われるフィラメント及びターゲットの各物質の組み合わせは決まっている。この組み合わせを間違えると、フィラメントから蒸発した物質によってターゲットが汚染され、その結果、意図しているものとは異なる波長の特性Ｘ線が出てしまうおそれがある。従って、このような場合には、ターゲット及び使用目的に対応した適正なフィラメントを使うことが必要となる。
【０００４】
以上のように必要に応じてフィラメントを使い分ける場合には、個々のフィラメントを適正な条件で稼働させるために個々のフィラメントに対して適正な電流を供給する必要があり、また、フィラメントとターゲットとの間に適正な電圧を印加する必要がある。従来のＸ線発生装置では、フィラメントへ電流を供給するための給電回路の設定をフィラメントの種類に応じて切り換え、さらに、フィラメントとターゲットとの間に電圧を印加するための高電圧回路の設定をフィラメントの種類に応じて切り換えていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のＸ線発生装置においては、Ｘ線発生装置にどのような種類のフィラメントが装着されているかを作業者が目視や作業管理帳等によって確認した上で、スイッチの切り換えによって電圧及び電流を選択していたので、フィラメントに対する稼働条件を間違えるおそれがあった。
【０００６】
Ｘ線発生装置の中には、ケーシングがガラスで出来ていて視覚によってその内部を確認できる構造の封入型管球を用いたものや、ステンレスその他の金属といった不透明な材料によってケーシングが形成される構造の開放型管球を用いるもの等があるが、特に、開放型管球を用いたＸ線発生装置では、その内部を確認することが難しいので、その内部にどのような種類のフィラメントが配設されているのかを知ることも非常に難しかった。よって、この種のＸ線発生装置に関しては、特に、フィラメントに対する電圧及び電流の設定に間違いが生じるおそれが強かった。
【０００７】
本発明は、従来のＸ線発生装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、Ｘ線発生装置に用いられているフィラメントがどの種類であるかを正確に識別することのできるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線発生装置は、通電によって熱電子を放出するフィラメントと、そのフィラメントへ電流を供給する給電回路と、上記フィラメントに対向して配設されるターゲットとを有するＸ線発生装置において、上記給電回路内における電圧変化又は電流変化に基づいて上記フィラメントの材質を判定することを特徴とする。
【０００９】
この発明は、フィラメントの種類が異なるとそのフィラメントの抵抗値が変化するので、そのフィラメントに一定の電流を流したときに発生する電圧を検出すれば、その電圧値に基づいてフィラメントの種類を判別できるであろうという知見に基づいて成されたものである。本発明のＸ線発生装置によれば、作業者がＸ線発生装置の内部を観察するまでもなく、給電回路内の電圧変化又は電流変化に基づいてフィラメントの種類を自動的に且つ正確に判別できる。
【００１０】
上記構成のＸ線発生装置は、例えば、（１）給電回路を流れる電流を一定値に制御する定電流制御系と、（２）給電回路内の電圧を検出する電圧検出回路とを用意し、（３）上記給電回路を流れる電流を上記定電流制御系によって一定値に制御したときに、上記電圧検出回路によって上記給電回路内の電圧を検出し、その電圧値に基づいて上記フィラメントの材質を判定するという構成によって実現できる。
【００１１】
また、この構成において、電圧検出回路は、給電回路内の電圧が少なくとも２つの電圧範囲のいずれに属するかを判定するウインドウ・コンパレータを含んで構成でき、この場合には、そのウインドウ・コンパレータの出力信号に基づいて、上記フィラメントの材質を判定することができる。
【００１２】
また、そのようなウインドウ・コンパレータを用いるのに代えて、上記給電回路から取り出したアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器を用いて電圧検出回路を構成することもできる。この場合には、Ｘ線発生装置の全般の動作を制御するためのコンピュータに上記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を送り込み、そのコンピュータ内のメモリに予め記憶されているプログラムに記載された手順に従い、そのＡ／Ｄ変換器の出力信号に基づいてフィラメントの材質をソフトウエア処理によって判別できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示している。このＸ線発生装置は、フィラメント１及びターゲット２を内蔵したＸ線管球３と、フィラメント１に所定電流を供給するフィラメント給電回路４と、そして、フィラメント１とターゲット２との間に所定電圧を印加する高電圧回路６とを含んで構成される。Ｘ線管球３には真空排気装置（図示せず）が接続され、その真空排気装置の働きによりＸ線管球３の内部は真空に排気される。また、必要に応じてターゲット２に対して冷却装置（図示せず）が付設される。
【００１４】
フィラメント給電回路４は、インバータ回路１２及び高周波トランス１３を含んだ周知の電源回路によって構成される。インバータ回路１２は、直流電源Ｖ0 に対してスイッチング動作を行うことによって希望の出力を作るものであり、インバータ素子のＯＮ時間を変えることによって電流出力を変化させる。これにより、電源電圧Ｖ0 を切り換えることなく出力電流値を変化できる。インバータ回路１２のスイッチング動作は管電流制御回路７によって制御される。そして、その管電流制御回路７の動作はコンピュータを含んで構成された制御回路８によって制御される。また、フィラメント給電回路４内のインバータ回路には電流検出器９が設けられ、この電流検出器９の出力信号は制御回路８の入力ポートへ接続される。
【００１５】
高電圧回路６は周知の電源回路によって構成され、その高電圧回路６の出力電圧は管電圧制御回路１１によって制御される。また、管電圧制御回路１１の動作は制御回路８によって制御される。図１において、符号ＲI は管電流検出用抵抗であり、ＲVa及びＲVbは管電圧検出用抵抗である。ここに、管電流というのはフィラメント１とターゲット２との間に流れる電流のことであり、管電圧というのはフィラメント１とターゲット２との間に印加される電圧のことである。
【００１６】
Ｘ線を発生する際には、フィラメント１とターゲット２との組み合わせに適応した管電流及び管電圧をフィラメント１及びターゲット２へ供給する。通電によってフィラメント１が発熱するとそのフィラメント１から熱電子が飛び出し、その熱電子が管電圧の作用の下に加速されてターゲット２に衝突し、その衝突によりターゲット２からＸ線が発生する。このＸ線の波長は、フィラメント１とターゲット２の物質の組み合わせによって特定される。
【００１７】
フィラメント給電回路４の高周波トランス１３の一次側にはフィラメント認識用電圧検出回路１４が接続される。このフィラメント認識用電圧検出回路１４は、図２に示すように、フィラメント給電回路１４の一次側回路に発生する電圧を取り出してそれを整流する電圧取出し整流部１６と、整流した電圧を増幅する差動増幅部１７と、差動増幅部１７の出力端子に接続されたウインドウ・コンパレータ１８と、そして、ウインドウ・コンパレータ１８の出力端子に接続されたフォトカプラ１９ａ及び１９ｂとを含んで構成される。
【００１８】
ウインドウ・コンパレータ１８内の各コンパレータＣ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4に関しては、それらの基準電圧がそれぞれＶ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4に設定され、そしてそれらの電圧値は、Ｖ2＜Ｖ1＜Ｖ4＜Ｖ3の大きさに設定される。本実施形態において用いるフィラメント１の材質をＬａＢ6 及びＷの２種類と考えれば、それらの電圧−電流特性は図３に示す通りである。この電圧−電流特性は、図１のフィラメント給電回路４に関して印加電圧とそのときに流れる電流との関係を表すものである。今、図３において、フィラメント給電回路４に所定値のテスト用電流ＩT を流した場合、フィラメント１がＷであるときの電圧値をＶW とし、フィラメント１がＬａＢ6 であるときの電圧値をＶL とすれば、ＶW はＶ3 とＶ4 との間に収まり、ＶL はＶ1 とＶ2 との間に収まるように、Ｖ1 〜Ｖ4 の各電圧値を決定する。
【００１９】
図１に戻って、制御回路８の入力ポートには入力装置としてのキーボード２１が接続され、さらにその出力ポートには表示装置２２が接続される。この表示装置２２は、例えばＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイによって構成され、そのＣＲＴディスプレイの表示画面内の適所領域は、使用されているフィラメント１の材質がＷ及びＬａＢ6 のうちのいずれであるかを表示するための表示領域２３として使われる。なお、ＣＲＴディスプレイの表示画面を利用するのではなくて、ランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光要素を用いてフィラメントの種別を表示することもできる。
【００２０】
以下、上記構成より成るＸ線発生装置についてその動作を説明する。
まず、図１において、Ｘ線の発生に先立って、フィラメント１に一定のテスト用電流ＩT を流す。このテスト用電流ＩT は、電流検出器９によって検出される電流値を参照しながら、制御回路８及び管電流制御回路７によって一定値に制御される。ここで、高周波トランス１３の一次側電圧を電圧取出し整流部１６（図２）によって取り出し、さらに、増幅部１７によって増幅して検出用電圧ＶD とする。
【００２１】
検出用電圧ＶD がＶ2 〜Ｖ1 の範囲に入っていれば、フォトカプラ１９ａがＯＮ状態になり、この出力信号が制御回路８へ送られる。制御回路８は、フォトカプラ１９ａに出力信号が発生することをもって、フィラメント１の材質がＬａＢ6 であるものと判別し、表示装置２２の所定表示領域２３にその旨を表示する。他方、検出用電圧ＶD がＶ4 〜Ｖ3 の範囲に入っていれば、フォトカプラ１９ｂがＯＮ状態になり、この出力信号が制御回路８へ送られる。制御回路８は、フォトカプラ１９ｂに出力信号が発生することをもって、フィラメント１の材質がＷであるものと判別し、表示装置２２の所定表示領域２３にその旨を表示する。
【００２２】
作業者は、表示領域２３の表示を確認することにより、Ｘ線管球３内に格納されているフィラメント１の材質がＬａＢ6 であるか、あるいはＷであるかを正確に知ることができる。作業者は、この知見に基づいてキーボード２１を操作して、フィラメント１の材質に適応した管電圧及び管電流を指示する。あるいは、制御回路８内のメモリに格納されたプログラムに、予め、管電圧及び管電流を設定するための手順を書き込んでおき、作業者からの指令を待つことなく、管電圧及び管電流をフィラメント認識用電圧検出回路１４の出力信号に基づいてソフトウエア処理によって自動的に設定することもできる。なお、作業者によって設定された条件と、判別されたフィラメント１の材質とが整合しないときには、制御回路８によってＸ線の発生を行わないという処理を行うこともできる。
【００２３】
図４は、フィラメント認識用電圧検出回路１４の変形例を示している。この回路が図２に示した回路と異なる点は、（１）ウインドウ・コンパレータ１８に代えてＡ／Ｄ変換器２３を用いたこと、（２）そのＡ／Ｄ変換器２３のデジタル出力信号を制御回路８へ直接に伝送すること、そして（３）制御回路８内のメモリに記憶されたプログラムの中にフィラメント１の材質を判定するための処理ルーチンを予め書き込んでおくことである。この実施形態によれば、ウインドウ・コンパレータ等といった回路を用いること無く、ソフトウエア処理によってフィラメント材質を自動的に認識できる。また、この実施形態では、判別されたフィラメント１の材質に従って、管電圧及び管電流をソフトウエア処理によって自動的に適正値に保持できる。
【００２４】
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図１に示した実施形態では、インバータ回路１２に一定の電流を流したときの電圧変化に基づいてフィラメントの材質を判別したが、これに代えて、電圧を一定値に維持したときの電流変化に基づいてフィラメント材質を判別することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載のＸ線発生装置によれば、作業者の判断を待つまでもなく、フィラメントの材質を正確に判別できる。従って、Ｘ線の発生に先立ってターゲットの汚染を未然に防ぐことができる。
【００２６】
請求項２記載のＸ線発生装置によれば、請求項１記載のＸ線発生装置を簡単に製造でき、しかも安定した判別処理を実行できる。
【００２７】
請求項３記載のＸ線発生装置によれば、簡単な回路構成によって安定した判別結果を得ることができる。
【００２８】
請求項４記載のＸ線発生装置によれば、ソフトウエア処理によって判別処理を行うことができる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線発生装置の一実施形態を示す回路図である。
【図２】図１の主要部であるフィラメント認識用電圧検出回路の一例を示す回路図である。
【図３】図２の回路構成の動作を説明するためのグラフである。
【図４】フィラメント認識用電圧検出回路の他の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１        フィラメント
２        ターゲット
３        Ｘ線管球
４        フィラメント給電回路
９        電流検出器
１２        インバータ回路
１３        高周波トランス
１６        管電流取出し整流部
１７        差動増幅部
１８        ウインドウ・コンパレータ
１９ａ，１９ｂ  フォトカプラ
２１        キーボード
２３        Ａ／Ｄ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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