(57)【要約】【課題】  Ｘ線の線量を維持しつつ、電子ビームがターゲットに衝突する焦点を容易に変更することができるＸ線発生装置を提供する。【解決手段】  陰極１とターゲット３とを結ぶ軸Ａに沿って２段に第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とが設けられている。衝突位置変更制御部２１は、これら偏向コイル１１、１３を連動操作することで、電子ビームｅの中心軌道Ｅが絞り孔８を通過しつつ、絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変える。これにより、絞り孔８を通過しターゲット３に到達する電子の量が減少することがないので、発生するＸ線の線量も低下することがない。さらに、絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変えるようにすることで、焦点Ｆの位置を容易にかつ自在に変えることができる。したがって、焦点が損傷しても、容易に焦点Ｆの位置を変更することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子源と、電子源に対向配置され、電子ビームの衝突によりＸ線を発生するターゲットと、電子源とターゲットとの間に配置され、通過する電子ビームの範囲を制限するように絞り孔が形成されている絞り手段とを備えるＸ線発生装置において、電子源と絞り手段との間に配置され、電子ビームを偏向する複数の偏向手段と、電子ビームの中心軌道が絞り孔を通過しつつ、絞り孔へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えるように複数の偏向手段を連動操作して、電子ビームがターゲットに衝突する位置を変更する衝突位置変更制御手段とを備えることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線発生装置において、前記衝突位置変更制御手段は、複数の偏向手段と絞り手段との配置情報に基づいて、各偏向手段による電子ビームの偏向角度が互いに所定の相関関係を満たすように、複数の偏向手段を操作することを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、産業分野、医療分野などに用いられるＸ線発生装置に係り、特に、電子源から発生する電子ビームを偏向させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置として、Ｘ線の発生方式によって透過型や反射型のＸ線発生装置がある。図３（ａ）は、透過型のＸ線発生装置を例示している。陰極３１から発生した電子ビームｅは、ターゲット３３に衝突しＸ線に変換される。陰極３１とターゲット３３との間には電子ビームｅを集束させるフォーカスコイル３５を備え、電子ビームｅがターゲット３３に衝突する焦点Ｆを微小化する。さらに、このフォーカスコイル３５内には不要な電子ビームｅをカットするアパーチャ３７が挿入されている。
【０００３】
透過型の場合、ターゲット３３は、例えば、アルミニウム板を基材として、その陰極３１側の表面に厚さ数ミクロンのタングステン膜が蒸着されている。このタングステン膜に電子ビームｅがあたると、電子の運動エネルギーは、その数パーセントがＸ線となるほかは大部分が熱エネルギーに変換される。よって、タングステン膜は、高温になるとともに電子の衝突による衝撃を受ける。長時間にわたりＸ線を発生していくと、焦点位置のタングステン膜は穴があく等損傷し、むき出しとなるアルミニウム板に直接電子ビームｅがあたるのでＸ線が発生しなくなる。
【０００４】
ターゲット３３が損傷すると、Ｘ線発生装置の運転を止めて、手作業でターゲット３３を動かして電子ビームｅが再びタングステン膜に衝突するようにターゲット３３上の焦点位置をずらすように調整する作業を行う。
【０００５】
なお、タングステン膜を厚くすることは、ターゲット３３の長寿命化が期待できるかもしれないが、発生したＸ線をタングステン膜自体が吸収してしまい、所望のＸ線の線量が得られないので好ましくない。
【０００６】
一方、反射型の場合では、ターゲットの熱伝導が比較的よいので、透過型に比べてターゲットが高温とならず、ターゲットの損傷も激しくない。よって、より長時間の使用に耐えることができる。しかしながら、ターゲットの表面が荒れ、最終的にＸ線が発生しなくなるのは透過型と同様である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１８８０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には次のような問題がある。
【０００８】
すなわち、従来の装置では、電子ビームｅがターゲット３３上に衝突する焦点Ｆをずらす作業に時間と労力がかかり煩わしい。
【０００９】
そこで、図３（ｂ）に示すように、陰極３１とフォーカスコイル３５との間に偏向コイル４１を設けて、電子ビームｅを偏向させる構成が考えられる。これによれば、ターゲット３３を動かすことなく焦点Ｆをずらすことができる。
【００１０】
しかし、電子ビームｅを偏向するほど電子ビームｅの中心軌道Ｅがアパーチャ３７の絞り孔３８からずれるので、フォーカスコイル３５を通過する電子ビームｅの量が減る。これにより、発生するＸ線の線量も低下し、投影像等が暗くなるという問題を招く。
【００１１】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、Ｘ線の線量を維持しつつ、電子ビームがターゲットに衝突する焦点を容易に変更することができるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明は、電子ビームを発生する電子源と、電子源に対向配置され、電子ビームの衝突によりＸ線を発生するターゲットと、電子源とターゲットとの間に配置され、通過する電子ビームの範囲を制限するように絞り孔が形成されている絞り手段とを備えるＸ線発生装置において、電子源と絞り手段との間に配置され、電子ビームを偏向する複数の偏向手段と、電子ビームの中心軌道が絞り孔を通過しつつ、絞り孔へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えるように複数の偏向手段を連動操作して、電子ビームがターゲットに衝突する位置を変更する衝突位置変更制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、偏向手段を複数備えるので電子ビームを少なくとも２回以上偏向させることができる。よって、衝突位置変更制御手段により複数の偏向手段を連動して操作することで、電子ビームの中心軌道が絞り手段の絞り孔を通過するようにすることができる。このため、絞り孔を通過しターゲットに到達する電子の量が減少することがない。よって、ターゲットで発生するＸ線の線量も低下することがない。さらに、絞り孔へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えるようにすることで、絞り孔を通過した電子ビームがターゲットに衝突する焦点の位置を容易にかつ自在に変えることができる。したがって、焦点が損傷しても、容易に焦点の位置を変更することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線発生装置において、前記衝突位置変更制御手段は、複数の偏向手段と絞り手段との配置情報に基づいて、各偏向手段による電子ビームの偏向角度が互いに所定の相関関係を満たすように、複数の偏向手段を操作することを特徴とするものである。
【００１６】
［作用・効果］電子ビームの中心軌道が絞り孔を通過するときは、各偏向手段による電子ビームの偏向角度は互いに所定の相関関係が成立し、この相関関係は複数の偏向手段と絞り手段との配置情報に基づくものである。したがって、請求項２に記載の発明によれば、衝突位置変更制御手段は、複数の偏向手段と絞り手段との配置情報に基づくことにより、電子ビームの中心軌道が絞り孔を通過しつつ、絞り孔へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えることを好適に実現できる。
【００１７】
なお、本明細書は、次のようなＸ線発生装置に係る発明も開示している。
【００１８】
（１）電子ビームを発生する電子源と、電子源に対向配置され、電子ビームの衝突によりＸ線を発生するターゲットと、電子源とターゲットとの間に配置され、電子ビームを集束させる集束手段とを備えるＸ線発生装置において、前記電子源と集束手段との間に配置され、電子ビームを偏向する複数の偏向手段と、電子ビームの中心軌道が集束手段の中央部を通過しつつ、集束手段へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えるように複数の偏向手段を連動操作して、電子ビームがターゲットに衝突する位置を変更する衝突位置変更制御手段とを備えることを特徴とするＸ線発生装置。
【００１９】
（作用・効果）絞り手段を備えていないＸ線発生装置の場合、本願の課題を有することはない。しかしながら、絞り手段を備えていない場合であっても、集束手段を備えるＸ線発生装置においては次のような課題が存在する。すなわち、電子ビームが通過する範囲が、円環状の集束手段の中央部から外れるほど、集束手段は電子ビームを適切に集束できなくなる。この結果、ターゲット上の焦点の寸法は大きくなり、このとき発生するＸ線では高拡大率の画像を得ることができないという問題がある。そこで、前記（１）に記載の発明によれば、電子ビームの中心軌道が集束手段の中央部を通過させることができるので、集束手段は好適に電子ビームを集束させることができる。なお、集束手段へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えるようにすることで、焦点の位置を容易にかつ自在に変えることができる点は、請求項１に記載の発明と同様である。したがって、焦点が損傷しても、容易に焦点の位置を変更することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係るＸ線発生装置によれば、偏向手段を複数備えるので、電子ビームを少なくとも２回以上偏向させることができる。よって、衝突位置変更制御手段によって、複数の偏向手段を連動して操作することで、電子ビームの中心軌道を絞り手段の絞り孔を通過させるようにすることができる。これにより、絞り孔を通過する電子の量が減少することがない。よって、ターゲットで発生するＸ線の線量も低下することがない。さらに、絞り孔へ入射する電子ビームの中心軌道の方向を変えるようにすることで、絞り孔を通過した電子ビームがターゲットに衝突する焦点の位置を容易にかつ自在に変えることができる。したがって、焦点が損傷しても、容易に焦点の位置を変更することができる。以上より、Ｘ線の線量を維持しつつ、電子ビームがターゲットに衝突する焦点を容易に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
【００２２】
図１は、実施例に係るＸ線管の構成を示す概略断面図である。
【００２３】
本実施例に係るＸ線管は、いわゆる透過型のマイクロフォーカスＸ線管である。Ｘ線管は、電子ビームｅを発生させる陰極１と、この陰極１に対向配置され、電子ビームｅの衝突によりＸ線を発生するターゲット３とを有している。陰極１とターゲット３との間には電子ビームｅを集束させるフォーカスコイル５が設けられている。フォーカスコイル５内には、通過する電子ビームｅの範囲を制限するアパーチャ７が挿入されている。陰極１とアパーチャ７（フォーカスコイル５）との間には、さらに、陰極１とターゲット３とを結ぶ軸Ａに沿って２段に、電子ビームｅを偏向する偏向コイル１１、１３を設けている。このうち、陰極１側を第１偏向コイル１１とし、アパーチャ７側を第２偏向コイル１３として区別して呼ぶ。Ｘ線管は、この発明におけるＸ線発生装置に相当する。
【００２４】
陰極１は、タングステンの細線で形成されるフィラメント、または６ホウ化ランタン（ＬａＢ6）や６ホウ化セリウム（ＣｅＢ6）などで形成される単結晶あるいは焼結体のチップが用いられている。陰極１は、この発明における電子源に相当する。
【００２５】
陰極１の電子ビームｅを照射する側には図示省略の加速電極等が設けられ、高温状態とした陰極１から引き出される熱電子をターゲット３に向かって加速させる。図１では、電子ビームｅが進行するとともに広がる様子を２点鎖線で模式的に表している。
【００２６】
ターゲット３は、ベリリウム（Ｂｅ）やアルミニウム（Ａｌ）などのＸ線吸収の少ない軽金属を基材とし、この基材の陰極１側の表面にタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などのＸ線発生効率のよい重金属の薄膜（例えば、厚さ３μｍ〜５μｍ）を蒸着して形成される。ターゲット３は、この発明におけるターゲットに相当する。
【００２７】
ターゲット３に電子ビームｅが衝突すると、上記した重金属の薄膜においてＸ線が発生する。発生したＸ線は、ターゲット３の陰極１と反対側から放射する。
【００２８】
フォーカスコイル５は軸Ａを中心とした円環状に構成されて、フォーカスコイル５を通過する電子ビームｅを集束させる。焦点Ｆは、電子ビームｅがターゲット３上に集束する点である。焦点Ｆの大きさは、フォーカスコイル５に流れる電流を制御することで微小化される。フォーカスコイル５は、この発明における集束手段に相当する。
【００２９】
アパーチャ７は、その中心部に、軸Ａに沿って所定の径の絞り孔８が形成されている。そして、フォーカスコイル５によって集束される電子ビームｅを、絞り孔８を通過する電子ビームｅのみに制限する。アパーチャ７は、この発明における絞り手段に相当する。
【００３０】
第１偏向コイル１１は、ＸＺ平面内に軸Ａを中心として左右（Ｘ軸方向）に対称な一対のＸ偏向コイル（１１ｘｎ、１１ｘｓ）を有している。同様に、図示を省略するが、第１偏向コイル１１は、ＹＺ平面内であってＸ偏向コイルと同一のＸＹ平面上に、軸Ａを中心としてＹ軸方向に対称な一対のＹ偏向コイル（１１ｙｎ、１１ｙｓ）を有している。したがって、第１偏向コイル１１は、４個のコイル（１１ｘｎ、１１ｘｓ、１１ｙｎ、１１ｙｓ）を備える。
【００３１】
対向する一対のＸ偏向コイル（１１ｘｎ、１１ｘｓ）は、その間を通過する電子ビームｅの進行方向をＸ軸方向に偏向させる。また、対向する一対のＹ偏向コイル（１１ｙｎ、１１ｙｓ）は、電子ビームｅの進行方向をＹ軸方向に偏向させる。さらに、Ｘ偏向コイルとＹ偏向コイルとを併せて、電子ビームｅを任意の方向に偏向させることができる。以下の説明では、とくに区別して呼ぶ必要がないときは、「第１偏向コイル１１」と総称する。
【００３２】
第２偏向コイル１３も、第１偏向コイル１１と同様に、Ｘ偏向コイル（１３ｘｎ、１３ｘｓ）と図示省略のＹ偏向コイル（１３ｙｎ、１３ｙｓ）を有している。以下では、とくに区別して呼ぶ必要が無いときは、「第２偏向コイル１３」と総称する。なお、第１偏向コイル１１、第２偏向コイル１３は、それぞれこの発明における偏向手段に相当する。
【００３３】
また、電子ビームｅの偏向角度は、それぞれ第１偏向コイル１１、第２偏向コイル１３に流れる電流の大きさに応じたものとなる。
【００３４】
第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とは、それぞれ第１電源１５と第２電源１７とに電気的に接続されて給電されている。この第１電源１５と第２電源１７とは、さらに衝突位置変更制御部（以下、適宜「変更制御部」という）２１に制御されている。すなわち、変更制御部２１は、第１電源１５と第２電源１７との給電量を制御して、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とに流れる電流を制御している。なお、変更制御部２１は、この発明における衝突位置変更制御手段に相当する。
【００３５】
ここで、変更制御部２１を詳しく説明する。
【００３６】
変更制御部２１は、電子ビームｅの中心軌道Ｅが絞り孔８を通過しつつ、絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変えるように、第１電源１５（第１偏向コイル１１）と第２電源１７（第２偏向コイル１３）とを制御する。
【００３７】
図２を参照する。図２は、電子ビームｅの中心軌道Ｅのみを模式的に表したＸ線管の断面図である。なお、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とによる偏向は、説明の便宜上、Ｘ軸方向に限定して説明する。
【００３８】
まず、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３との間の距離をＬ１とし、第２偏向コイル１３とアパーチャ７（フォーカスコイル５）との間の距離をＬ２とする。また、第１偏向コイル１１、第２偏向コイル１３による電子ビームの偏向角度をそれぞれ偏向角度θ1、偏向角度θ2とする。絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向は、入射角度θ3に相当する。以下、Ｌ１とＬ２との関係により２つの場合に分けて説明する。
【００３９】
（１）Ｌ１とＬ２が等しい場合
この場合、電子ビームｅの中心軌道がアパーチャ７の絞り孔８を通過するとき、次式（１）が成立する。
【００４０】
θ2  ＝  ２θ1  ・・・（１）
さらに、各偏向角度（θ1、θ2）について、式（１）に示す所定の相関関係を満たしつつ、それぞれ増減変更させると、入射角度θ3を変えることができる。
【００４１】
図２では、各偏向角度（θ1、θ2）をそれぞれ偏向角度（θ1´、θ2´）に変えることで、入射角度θ3は入射角度θ3´に変わり、ターゲット３上の焦点Ｆは焦点Ｆ´にずれることを模式的に表している。
【００４２】
したがって、変更制御部２１は、各偏向角度（θ1、θ2）が所定の相関関係を保ちつつ、各偏向角度（θ1、θ2）をそれぞれ変えるように、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とに流れる電流を制御すればよい。これによって、電子ビームｅの中心軌道Ｅが絞り孔８を通過しつつ、絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変えることができる。
【００４３】
図２から明らかなように、変更制御部２１が絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を連続的に変えることで、焦点Ｆを連続的にずらすことができる。ここで、電子ビームｅの偏向方向をＸ軸方向に限定している都合上、軸Ａとターゲット３との交点Ｏを通りＸ軸と平行な直線ＸＬ上を焦点Ｆが移動することになる。しかし、Ｘ軸方向に加えてＹ軸方向にも電子ビームｅを偏向させると、焦点Ｆをターゲット３上の任意の位置に自在に変更させることができる。
【００４４】
（２）Ｌ１とＬ２が等しくない場合
この場合、電子ビームｅの中心軌道がアパーチャ７の絞り孔８を通過するとき、次式（２）が成立する。
【００４５】
θ2  ＝  θ1（１＋Ｌ１／Ｌ２）  ・・・（２）
式（２）に示すように、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とアパーチャ７（フォーカスコイル５）との配置に基づいて、偏向角度θ1と偏向角度θ2との所定の相関関係が存在する。そして、この所定の相関関係を満たしつつ、各偏向角度（θ1、θ2）とを変えることで、入射角度θ3を変えることができる。よって、変更制御部２１は各偏向角度（θ1、θ2）が所定の相関関係を保ちつつ、各偏向角度（θ1、θ2）をそれぞれ変えるように、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とに流れる電流を制御すればよい。これによって、電子ビームｅの中心軌道Ｅが絞り孔８を通過しつつ、絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変えることができる。
【００４６】
なお、式（２）にＬ１＝Ｌ２を代入すると式（１）が導かれる。よって、Ｌ１とＬ２が等しい場合も、Ｌ１とＬ２が等しくない場合と同様に、各偏向角度の相関関係は、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とアパーチャ７（フォーカスコイル５）との配置情報に基づくものである。
【００４７】
以上のように、本実施例に示したＸ線管によれば、偏向コイルとして第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とを２段設けているので、電子ビームｅを２回偏向させることができる。よって、電子ビームｅの中心軌道Ｅはアパーチャ７の絞り孔８を通過することができる。したがって、ターゲット３に到達する電子の量は減少することがなく、変換されるＸ線の線量も低下することがない。
【００４８】
さらに、電子ビームｅの中心軌道Ｅが絞り孔８を通過しつつ、絞り孔８へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変えることができるので、ターゲット３上の焦点Ｆの位置を任意に変更することができる。すなわち、変更制御部２１は、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３を連動操作して、電子ビームｅのターゲット３上の焦点位置を制御することができる。したがって、ターゲット３上の焦点Ｆが損傷しても、容易に焦点Fの位置をずらすことができる。よって、ターゲット３上の焦点Ｆが損傷したからといってＸ線管を停止させる必要はなく、Ｘ線管を稼動しつづけることができる。
【００４９】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５０】
（１）上述した各実施例では、Ｘ線の発生方式が透過型のＸ線管であったが、反射型のＸ線管にも適用できる。
【００５１】
（２）上述した各実施例では、偏向コイルは第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とを軸Ａに沿って２段に設けていたが、偏向コイルを軸Ａに沿って３段以上備える構成であってもよい。
【００５２】
（３）上述した各実施例では、第１偏向コイル１１と第２偏向コイル１３とも、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対向して配置される一対のコイルを２組備える構成であった。しかし、対向配置されるコイルの組数は、１組でもよく、また３組以上でもよい。
【００５３】
（４）上述した各実施例では、アパーチャ７を備える構成であった。しかし、アパーチャ７を備えていないＸ線管においても、本実施例の変更制御部２１等を適用することができる。すなわち、電子ビームｅの中心軌道Ｅがフォーカスコイル５の中央部を通過しつつ、フォーカスコイル５へ入射する電子ビームｅの中心軌道Ｅの方向を変えるように変更制御部２１が制御してもよい。これにより、フォーカスコイル５は、電子ビームｅを微小焦点に集束させることができる。
【００５４】
（５）上述した実施例では、焦点Ｆが損傷すると、別の位置を焦点Ｆとするように運転する場合を説明したが、焦点Ｆの位置を連続的にずらしながら電子ビームｅをターゲット3に衝突させるように運転するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例に係るＸ線管の構成を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）電子ビームｅの偏向の様子を模式的に示すＸ線管の概略断面図と、（ｂ）焦点Ｆがずれる様子を模式的に示すターゲット３の平面図である。
【図３】従来のＸ線管の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  …陰極
３  …ターゲット
５  …フォーカスコイル
７  …アパーチャ
８  …絞り孔
１１  …第１偏向コイル
１３  …第２偏向コイル
２１  …衝突位置変更制御部
【図１】
2006024522.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006024522.tif 000005