(57)【要約】  カソード（１０１）を有するＸ線源機器（１００）は、１または２以上の電子ビーム偏向素子を含む電子ビーム偏向手段（１０３）と、アノード（１０２）とを有する。カソード（１０１）は、電子ビーム偏向手段に向かって電子ビーム（１０４）を放射するように適合されている。電子ビーム偏向手段は、カソード（１０１）から進行する電子ビーム（１０４）を、アノード（１０２）の選択可能部分（１１０）の方に偏向させるように適合され、アノード（１０２）の選択可能部分（１１０）は、１または２以上の電子ビーム偏向素子（１０３）のうちの単一のものを活性化することにより選択することができ、単一の活性化された電子ビーム偏向素子（１０３）は、カソード（１０１）から進行する電子ビーム（１０４）の伝播経路に沿った可変位置に配置され、電子ビーム（１０４）は、アノード（１０２）の選択可能部分（１１０）の方に偏向される。アノード（１０２）は、電子ビーム偏向手段によって偏向された電子ビーム（１０４）が照射された際に、Ｘ線ビーム（１０４）を発生するように適合されている。
2008516388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードを有し、
１または２以上の電子ビーム偏向素子を含む電子ビーム偏向手段を有し、
アノードを有する、Ｘ線源機器であって、
前記カソードは、前記電子ビーム偏向手段に向かって電子ビームを放射するように適合され、
前記電子ビーム偏向手段は、前記カソードから進行する電子ビームを、前記アノードの選択可能部分の方に偏向させるように適合され、前記アノードの前記選択可能部分は、前記１または２以上の電子ビーム偏向素子のうちの単一のものを活性化することにより選択することができ、前記単一の活性化された電子ビーム偏向素子は、前記カソードから進行する前記電子ビームの伝播経路に沿った可変位置に配置され、前記電子ビームは、前記アノードの前記選択可能部分の方に偏向され、
前記アノードは、前記電子ビーム偏向手段によって偏向された電子ビームが照射された際に、Ｘ線ビームを発生するように適合されていることを特徴とするＸ線源機器。
【請求項２】
前記１または２以上の電子ビーム偏向素子の少なくとも一つは、前記カソードから進行する前記電子ビームの前記伝播経路に沿って、移動できるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項３】
前記電子ビーム偏向手段は、前記カソードから進行する前記電子ビームの前記伝播経路に沿って、異なる位置に配置された複数の電子ビーム偏向素子を有し、
前記アノードの前記選択可能部分は、前記カソードから進行する前記電子ビームの前記伝播経路に沿った位置に配置された、前記複数の電子ビーム偏向素子の単一のものを活性化することにより選択することができ、前記電子ビームは、前記アノードの前記選択可能部分の方に偏向されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項４】
前記複数の電子ビーム偏向素子は、前記カソードから進行する前記電子ビームの前記伝播経路に沿った異なる位置に、非可動式に設置されることを特徴とする請求項３に記載のＸ線源機器。
【請求項５】
前記電子ビーム偏向手段は、実質的に９０゜の偏向角度で、前記カソードから進行する電子ビームを前記アノードの選択可能部分の方に偏向させるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項６】
前記少なくとも一つの電子ビーム偏向素子の少なくとも一つは、コイルであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項７】
前記コイルの軸は、前記カソードから進行する前記電子ビームの前記伝播経路、および前記電子ビーム偏向手段と前記アノードの間の前記電子ビームの伝播経路によって構築される平面に対して、垂直に配向されていることを特徴とする請求項６に記載のＸ線源機器。
【請求項８】
前記カソードと前記活性化された電子ビーム偏向素子の間の前記電子ビームの前記伝播経路が、実質的に直線状となるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項９】
前記カソードと前記活性化された電子ビーム偏向素子の間の前記電子ビームの前記伝播経路が、前記アノードの異なる選択可能部分が配置される整列方向に対して、実質的に平行になるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項１０】
前記カソードと前記電子ビーム偏向手段の間に、開口を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項１１】
前記カソードに第１の電位を提供し、前記アノードに第２の電位を提供するように適合された電圧源を有し、前記第１の電位は、前記第２の電位に対して負であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項１２】
前記カソードおよび前記アノードが内部に配置されたケーシングを有し、
前記電子ビーム偏向手段の少なくとも一部は、前記ケーシングの外側に設置されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項１３】
前記カソードと前記電子ビーム偏向手段の間に配置された電子ビーム操作素子を有し、該電子ビーム操作素子は、前記カソードから進行する前記電子ビームの前記伝播経路が、前記アノードの異なる選択可能部分が配置された整列方向に対して、僅かに傾斜されるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源機器。
【請求項１４】
関心対象物を検査するためのコンピュータ断層撮影用機器であって、
前記関心対象物にＸ線を放射するための請求項１に記載のＸ線源機器と、
前記関心対象物によって散乱されたＸ線を受光する散乱放射線検出器と、
を有するコンピュータ断層撮影用機器。
【請求項１５】
手荷物検査機器、医療用機器、材料評価用機器および材料科学分析機器からなる群のうちの一つとして構成されることを特徴とする請求項１４に記載のコンピュータ断層撮影用機器。
【請求項１６】
Ｘ線源機器を作動させる方法であって、
１または２以上の電子ビーム偏向素子を有する電子ビーム偏向手段に向かって、電子ビームを放射するステップと、
前記電子ビーム偏向手段によって、前記電子ビームをアノードの選択部分の方に偏向させるステップであって、前記アノードの前記選択部分は、前記１または２以上の電子ビーム偏向素子のうち単一のものを活性化することにより選択され、前記単一の活性化された電子ビーム偏向素子は、前記放射電子ビームの伝播経路に沿った可変位置に配置され、前記電子ビームは、前記アノードの前記選択可能部分の方に偏向される、ステップと、
前記電子ビーム偏向手段によって偏向された電子ビームを前記アノードに照射することにより、Ｘ線ビームを発生させるステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線源の分野に関する。特に本発明は、Ｘ線源機器、コンピュータ断層撮影用機器、およびＸ線源機器を作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数年来、Ｘ線手荷物検査は、オペレータによる相互関係に完全に依存する単純なＸ線結像システムから、物質の種類を自動的に認識することが可能で、危険な物質が存在する場合に警報が発生するような、より洗練された自動化システムへと進歩してきている。検査システムには、Ｘ線放射用のＸ線放射線源が使用され、このＸ線は、被検査荷物を透過し、あるいは被検査荷物で散乱され、検出器の方に向かう。
【０００３】
対象物のＸ線検査のためには、適当なＸ線源機器が必要となる。従来のＸ線源機器は、電子ビームを放射するためのカソードを有し、この電子ビームは、アノードに向かって加速され、このアノードで加速電子ビームによってＸ線が発生し、このＸ線が関心対象物に向かって放射される。
【０００４】
しかしながら、大きな対象物のＸ線検査において、従来のＸ線源の開口角度は、対象物全体を覆うほど広くはない。従って、対象物またはＸ線管を走査するための移動が必要となる。
【０００５】
他の用途では、例えば手荷物検査（米国特許第６，６９３，９８８Ｂ２号参照）の場合、ビームの極一部のみを平行にしなければならない（ペンシルビームまたはコーンビーム）。対象物全体を覆うためには、線源および／または検出器を移動する必要がある。
【０００６】
欧州特許第０，０２４，３２５号には、断層撮影用のＸ線源が示されており、このＸ線源は、電子ビームを偏向させる固定屈曲コイルを用いることにより、弓形のアノードリングに電子ビームを集束する。特に、偏向パラメータを選定することにより、電子ビームは、一つの特定の異なるアノードターゲットに衝突するように偏向され、特定平面にＸ線ファンビームが形成される。しかしながら、欧州特許第０，０２４，３２５号のシステムには、フレキシビリティがなく、大きなアノードを走査する際に問題が生じる。
【０００７】
米国特許第５，４９０，１９３号には、Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムが示されており、このシステムでは、円に沿って配置された複数の偏向手段を用いて、電子銃で生じた所定の電子ビームが偏向される。電子ビームは、複数の偏向器素子より生じた均一な磁場によって、円弧状の軌道に偏向され、円弧状軌道の電子ビームは、偏向器を通る電流の方向がある位置で反転された際に偏向され、アノードターゲットに照射される。しかしながら、米国特許第５，４９０，１９３号によるＸ線ＣＴシステムは、環状経路に沿った多数の連続活性化偏向素子が必要であるとともに、これらを複雑な方法で制御する必要があるため、極めて複雑である。すなわち、米国特許第５，４９０，１９３号には、電子ビームが強制的に円弧に向かうようにされ、その後アノードに向かって偏向されることにより、ＣＴへの適用が可能になることが示されている。
【特許文献１】欧州特許第０，０２４，３２５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４９０，１９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、適度の労力により、高精度で空間的に制御可能なＸ線ビームを形成することができるＸ線源機器を提供することに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様では、Ｘ線源機器は、カソードを有し、１または２以上の電子ビーム偏向素子を含む電子ビーム偏向手段を有し、アノードを有する。前記カソードは、前記電子ビーム偏向手段に向かって電子ビームを放射するように適合されている。
【００１０】
前記電子ビーム偏向手段は、前記カソードから進行する電子ビームを、前記アノードの選択可能部分の方に偏向させるように適合され、前記アノードの前記選択可能部分は、前記１または２以上の電子ビーム偏向素子のうちの単一のものを活性化することにより選択することができ、前記単一の活性化された電子ビーム偏向素子は、前記カソードから進行する前記電子ビームの伝播経路に沿った可変位置に配置され、前記電子ビームは、前記アノードの前記選択可能部分の方に偏向される。前記アノードは、前記電子ビーム偏向手段によって偏向された電子ビームが照射された際に、Ｘ線ビームを発生するように適合されている。
【００１１】
本発明の別の態様では、関心対象物の検査用のコンピュータ断層撮影用機器が提供され、当該コンピュータ断層撮影用機器は、前述の特徴を有するＸ線源機器と、前記関心対象物によって散乱されたＸ線を受光する散乱放射線検出器と、を有する。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、Ｘ線源機器を作動させる方法であって、１または２以上の電子ビーム偏向素子を有する電子ビーム偏向手段に向かって、電子ビームを放射するステップを有する方法が提供される。前記電子ビーム偏向手段によって、前記電子ビームがアノードの選択部分の方に偏向され、前記アノードの前記選択部分は、前記１または２以上の電子ビーム偏向素子のうち単一のものを活性化することにより選択され、前記単一の活性化された電子ビーム偏向素子は、前記放射電子ビームの伝播経路に沿った可変位置に配置され、前記電子ビームは、前記アノードの前記選択可能部分の方に偏向される。当該方法では、前記電子ビーム偏向手段によって偏向された電子ビームを前記アノードに照射することにより、Ｘ線ビームが形成される。
【００１３】
本発明の前述の態様による特徴的な点は、特に、（例えば、コイルに電流を提供することにより）単一の電子偏向素子のみが活性化される必要があることであり、これにより、カソードから進行する（線形）電子ビームは、（例えば、電流が流れるコイルによって生じた磁場の影響の結果、さらには同様の偏向のため、電子ビームを強制的に偏向させることにより）アノードの選択可能部分に向かって偏向されるという利点が得られる。従って、一つの偏向素子のみを活性化させることにより、電子ビームが衝突するアノードの特定の部分を選択することが可能となり、所望の位置に、放射されるＸ線を形成することができる。活性化偏向素子の位置は、カソードから放射される電子ビームの好ましい直線伝播経路に沿って、様々に制御することができる。
【００１４】
本発明のある実施例では、単一の電子ビーム偏向素子（例えば、コイル）が提供され、この素子は、カソードから進行する電子ビームの伝播経路に沿って動かされ、電子ビームが電子ビーム偏向素子によって偏向された際に、偏向された電子ビームは、（長い）アノードの所望の位置に自動的に照射されるような様々な位置にもたらされ、これにより所望の位置でＸ線ビームが発生する。単一のシフト可能な電子ビーム偏向素子の提供によって、部品数が最小限に抑制され、さらには機器の製造コストが抑制される。
【００１５】
本発明の別の実施例では、カソードで生じたＸ線ビームの伝播経路に沿って、複数の電子ビーム偏向素子が提供され、ある特定の電子ビーム偏向素子が（例えば、電子ビーム偏向素子の一例としてのコイルに電流を提供することによって）活性化され、活性化された電子ビーム偏向素子のみが電子ビームに強制的な影響を及ぼし（残りの非活性化電子ビーム偏向素子は、電子ビームに影響を及ぼさずに）、電子ビームは、伝播経路から逸れるように偏向され、アノードの特定の位置に照射される。従って、複数の電子ビーム偏向素子は、伝播経路に沿って配列され、一度に一つの電子ビーム偏向素子のみが選定されて、この電子ビーム偏向素子が活性化され、これにより被照射アノードの位置が定められる。
【００１６】
この配置では、電子ビーム偏向素子が静的な方法、すなわち固定位置に非可動的に提供され、機器の可動部品の数が最小限に抑制される。
【００１７】
別の実施例では、Ｘ線管を機械的に移動させる代わりに、大きなアノードおよび可変の電子ビームを備えるＸ線管が提供され、電子ビームは、走査用の移動を効果的に行うことができる。従って、例えばアノードの寸法、さらには走査振幅のような設計パラメータの自由度が広く、設計者には大きな自由度が提供される。焦点角度および偏向角度は、既存のＸ線管と同様の方法で定めることができる。さらに別の配置では、非加速電子ビームがアノードと平行に進行しても良く、非加速電子ビームは、１または２以上の所望の位置に向かって偏向される。アノードと平行に進行する電子ビームによって、結果的に極めて小型の寸法のＸ線管が得られる。アノードおよび絞り（カソードと電子ビーム偏向素子の間）は、電気的にアース電位にあっても良い。カソードには、大きな負の電位が印加されても良い。電子ビームが放射され、これが通常の焦点化素子によって集束されても良く、その後、通常の場合アース電位にある絞りに向かって加速される。電子ビームは、絞りの穴を通過してその後ろの空間に侵入しても良く、この場合、さらなる加速を行う必要がなくなる。従って、電子ビームとアノードの間の空間に、電場を設ける必要性が軽減されまたは排除される。
【００１８】
電子ビームをアノードに向かって偏向するためのいくつかの方法があり、電子ビーム偏向素子は、これにより具体化しても良い。
【００１９】
電子ビームの偏向を実現するためのある方法では、管のケーシングの外側に磁気コイルが提供され、コイルにより一定の磁界が発生し、このコイルがアノードと平行に動かされることにより、アノード上に焦点位置が定められる。
【００２０】
電子ビームの偏向を実現する別の方法では、いかなる機械的な動きも排除され、管の外側にいくつかのコイルが設置される。これらのコイルは、電子ビームの伝播経路に沿って配置され、コイルは、オンオフが周期的に切り替えられる。コイルのオンへの切り替えは、電子ビーム偏向素子が活性化されることを表し、一方、コイルのオフへの切り替えは、電子ビーム偏向素子が非活性化されることを意味する。この方法では、活性化されたコイルの位置のみが変化し、コイルの移動を必要としないため、各個々のコイルの電流を変化させることにより、長いアノードに沿って、焦点を連続的に移動させることが可能となる。
【００２１】
電子ビーム偏向素子の前述の実施例では、電子に影響を及ぼす磁界を生じさせるため、さらにはカソードからの電子をアノードの方に偏向させるため、磁気コイルが使用される。磁界発生手段を使用する代わりに、電界発生手段を使用して、電子ビームに電気的な力をもたらしても良い。例えば、キャパシタ用の２枚の対向板を内外に配置して、Ｘ線管のケーシングに電場を生じさせ、これにより、電子ビームをアノードに向かう伝播経路から偏向させても良い。
【００２２】
このように、電界および／または磁界を用いて、アノードターゲット上の電子ビームのスポットサイズおよび位置を定めても良い。
【００２３】
好適な線形Ｘ線源は、特に、Ｘ線源の直線移動がしばしば必要となる、産業用途に特に適している。本発明では、電子ビームは、カソードと電子ビーム偏向素子の間に位置する絞りの後ろの、フィールドのない空間に侵入した後、アノードと平行に進行するため、集束目的のものを除き、いかなる電気的または磁気的な誘導も不要であるという点に利点がある。アノード上の焦点に向かう偏向のみを定めれば良い。
【００２４】
これは、管の真空空間の外側で磁気コイルを移動させることにより実施される。この選択的特徴によって、検出器を焦点に機械的に結合することができるという利点が得られる。
【００２５】
可動部品の必要性を最小限に抑制するため、複数の電気的に切り替えられるコイルを使用しても良い。
【００２６】
電界／磁界による電子ビームの誘導は、ある特定の時点／特定の作動モードでの活性化に、単一の偏向素子のみが必要とされる単純な配列と組み合わせても良い。特に、直線構造の機器が用いられることが好ましく、この構造は、大面積に照射する必要がある、手荷物走査または産業用途に特に適した構造である。直線構造の更なる利点は、追加の誘導部品を排除することができることである。
【００２７】
電界／磁界を用いて、アノード上に電子ビームを走査させる場合、この直線配置に顕著な改善が提供される。また、本発明では、選択肢として、外部の機械的可動コイルを使用しても良い。
【００２８】
このように、本発明の態様では、長いアノードと、アノード表面全体にわたって移動して走査を実施することが可能な誘導電子ビームとを有するＸ線管が提供される。電子ビームは、アノードと平行に直線的に進行しても良く、あるいは可動式の磁界により、アノードに向かって偏向されても良い。これにより、走査式のＸ線管が得られる。
【００２９】
本発明が有意に適用される技術分野の一例には、手荷物検査、医療用途、材料評価、および材料科学の分野が含まれる。改良された画質、および軽い負担との組み合わせにより低減された計算量が実現される。また、本発明は、心臓疾患を検出する心臓走査の分野に適用することができる。
【００３０】
本発明の態様による機器の特定の利点は、電子ビームによって、長いアノードが迅速に走査されることである。すなわち、電子ビームの出力は、アノードの全長に沿って「不鮮明化」され、これにより、改良された方法で、発生した熱を逸散させることが可能になる。従って、発生するＸ線ビームの強度の増大とともに、システム内で生じる出力が増大する（オスターカンプ（Ｏｓｔｅｒｋａｍｐ）の式）。
【００３１】
従属項を参照すると、以下に示すような、本発明のさらに好ましい実施例が示されている。
【００３２】
次に、本発明によるＸ線源機器の好適実施例について説明する。これらの実施例は、本発明によるコンピュータ断層撮影用機器に適用しても良く、あるいは本発明によるＸ線源機器を作動する方法に適用しても良い。
【００３３】
１または２以上の電子ビーム偏向素子の少なくとも一つは、カソードから進行する電子ビームの伝播経路に沿って、移動できるように適用される。この実施例では、電子ビーム偏向素子は、ある程度およびある位置だけ、ビーム伝播方向に沿って、またはビーム伝播方向と平行に動かされ、これによりビームが偏向され、ビームがアノードの所定の位置に照射される。従って、電子ビーム偏向素子を移動させることにより、電子ビームのアノードに対する照射領域、さらにはＸ線の発生領域が高精度で調節できるようになる。
【００３４】
あるいは、電子ビーム偏向素子は、カソードから進行する電子ビームの伝播経路に沿って、異なる固定位置に配置された複数の電子ビーム偏向素子を有しても良く、カソードから進行する電子ビームの伝播経路に沿って、そのような位置に配置された複数の電子ビーム偏向素子のうちの単一のものを活性化させることにより、アノードの選択可能部分が選択され、これによりアノードの選択可能部分に向かって電子ビームが偏向される。
【００３５】
この実施例では、複数の電子ビーム偏向素子が提供され、適正に設置された一つの電子ビーム偏向素子のみが活性化され、電子ビームが所定の位置に偏向される。この静的な解決策では、いかなる可動式の電子ビーム偏向素子も必要ではなく、複数の電子ビーム偏向素子を伝播経路に沿って配置することにより、適切な位置に配置された一つの電子ビーム偏向素子が常に存在し、電子ビームがアノードの所望の位置に照射されるという効果を利用することができる。
【００３６】
従って、複数の電子ビーム偏向素子は、電極から進行する電子ビームの伝播経路に沿って、非可動式に、すなわち空間的に固定された状態で提供されても良い。この実施例では、可動部品は不要である。しかしながら、これに反して、アノードの空間走査を行うことは、可能である。従って、アノードの全長にわたって走査することが可能なＸ線ビームが生成される。
【００３７】
電子ビーム偏向手段は、カソードから進行する電子ビームが、実質的に９０゜の偏向角度で、アノードの選択可能部分に偏向されるように適合されても良い。その結果、一方の、カソードと電子ビーム偏向手段の間の伝播経路、および他方の、電子偏向手段とアノードの間の伝播経路が垂直に配向され、アノードの後ろに位置する対象物には、電子ビームが照射されないようにすることができる。
【００３８】
少なくとも一つの電子ビーム偏向素子の少なくとも一つは、コイルであっても良く、すなわち、磁気コイルによって磁界を生成しても良い。そのようなコイルに電流を通電することにより、電気的に帯電された電子ビームにローレンツ力が生じ、コイル軸に対して垂直に伝播する電子が、それらの伝播方向に対して垂直な方向であって、コイル軸に対して垂直な方向に偏向されるように配向が生じる。
【００３９】
しかしながら、電子ビーム偏向素子用のコイルの代わりに、例えば、いかなる他の磁界発生装置を使用しても良く、この装置は、電子ビームが所望の方法および方向に偏向されるような磁界を発生するように適合される。また、電界発生手段を用いて、電子ビームの伝播方向に対して垂直な電界成分を有する電界を発生させることも可能である。例えば、２枚のキャパシタ板を用い、この間に電場を印加して、正に帯電されたキャパシタ板の方に向かって電子ビームを強制的に偏向させても良い。また、負に帯電された板を入射電子ビームに対して傾けて使用することにより、電気的な力で電子ビームを偏向させることも可能である。
【００４０】
電子ビーム偏向素子としてのコイルの軸は、カソードから進行する電子ビームの伝播経路によって、および電子ビーム偏向手段とカソードの間の電子ビームの伝播経路によって構築される平面に対して、垂直に配向されても良い。
【００４１】
Ｘ線源機器は、カソードと活性化電子ビーム偏向素子の間の電子ビームの伝播経路が、実質的に直線となるように適合されても良い。そのような配置では、電子ビームの更なる誘導が不要となるため、いかなる他の偏光手段を提供する必要も制御する必要もなくなる。
【００４２】
また、Ｘ線源機器は、カソードと活性化電子ビーム偏向素子の間の電子ビームの伝播経路が、アノードの異なる選択可能部分が配置された配列方向と実質的に平行になるように適合されても良い。この実施例では、入射電子ビームの伝播経路に沿って、細長いアノードが提供される。
【００４３】
さらに、Ｘ線源機器は、カソードと電子ビーム偏向手段の間に絞りを有しても良い。そのような絞り素子は、カソードによって放射される電子ビームを平行化して、平行電子ビームの正確な偏向を得るための有意な方法に使用することができる。
【００４４】
また、カソードに第１の電位が提供され、アノードに第２の電位が提供されるように適合された供給電圧を提供しても良く、ここで、第１の電場は、第２の電場に対して負である。この場合、カソードからアノードに向かって、電子を強制的に移動させる電圧が生じる。
【００４５】
Ｘ線源機器は、ケーシングを有しても良く、このケーシング内には、カソードおよびアノードが設置され、電子ビーム偏向手段の少なくとも一部は、ケーシングの外側に提供される。特に、電子ビーム偏向手段は、ケーシングの外側に設置されることが好ましく、ケーシング内部の空間は、真空処理されていること、すなわち真空状態にされていることが好ましい。この方策を採用することにより、真空チャンバ内に提供する必要のある部品数を有意に削減することができる。真空ケーシング内に可動部品を配置することは、特に難しいため、ケーシングの外側にコイルが設置された配置によって、製造が単純化され、機器の動作が単純化される。
【００４６】
Ｘ線源機器は、カソードと電子ビーム偏向手段の間に配置された、電子ビーム操作素子を有しても良く、この電子ビーム操作素子は、カソードから進行する電子ビームの伝播経路が、アノードの異なる選択可能部分が配置された整列方向に対して僅かに傾斜するように配置される。換言すれば、電子ビームをアノードと平行な方向から僅かに回折させる別のコイルが提供され、操作素子（例えば、コイルとして実現化できる）が活性化電子ビーム偏向素子と協働することにより、アノード上の電子ビームの位置を正確に定めることが可能となる。
【００４７】
次に、本発明のある態様によるコンピュータ断層撮影用機器の実施例について説明する。この実施例は、本発明の態様によるＸ線源機器、および前記Ｘ線源機器を作動する方法を含む。
【００４８】
すなわち、手荷物検査機器、医療用機器、材料評価機器および材料科学分析機器からなる群の中の一つとして構成された、コンピュータ断層撮影用機器が提供される。
【００４９】
本発明の前述の態様および更なる態様は、以降に示した実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、実施例を参照して、本発明をより詳しく説明する。ただし、本発明は、これに限られるものではない。
【００５１】
図面の記載は、概略的なものである。異なる図面において、同様のまたは同一の素子には、同じ参照符号が付されている。
【００５２】
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施例によるＸ線源機器１００を詳しく説明する。
【００５３】
図１には、Ｘ線源機器１００を示すが、この機器は、カソード１０１と、図１の紙面に対して垂直なコイル軸を有する磁気コイル１０３と、タングステンアノード１０２とを有し、磁気コイル１０３は、電子ビーム偏向手段の単一の電子ビーム偏向素子を形成する。カソード１０１は、磁気コイル１０３に向かって電子ビーム１０４を放射するように適合されている。磁気コイル１０３には、調整可能な方向の調整可能な強度を有する電流が供給され、コイル１０３の内部には、コイル１０３に十分に近接して、図１の紙面に垂直な方向に磁界が生じる。そのような活性化電流を磁気コイル１０３に通電させた場合、磁気コイル１０３により生じた磁界によって、カソード１０１から進行する電子ビーム１０４は、活性化電流を提供して単一の磁気コイル１０３を活性化させることにより選択された、アノード１０２の被選択アノード位置１１０に向かって偏向される。
【００５４】
図１に示すように、単一の活性化された磁気コイル１０３は、入射電子ビーム１０４の伝播経路に沿った位置に配置されており、電子ビーム１０４は、タングステンアノード１０２の選択されたアノード位置１１０に向かって偏向される。タングステンアノード１０２は、電子ビーム偏向手段、すなわちコイル１０３、によって偏向された電子ビーム１０４で照射された際に、Ｘ線ビーム１０６を形成するように適合されている。
【００５５】
図１には、偏向領域１０５を示すが、この領域では、電子ビーム１０４は、図１では実質的に水平方向である入射方向に対して、図１では実質的に鉛直方向である偏向方向に曲げられる。電子ビーム１０４を曲げる力は、コイル１０３によって生じ、コイルに電流が流れることにより、図１の平面方向に対して垂直な磁界が生じる。
【００５６】
移動方向の矢印１１１で示すように、磁気コイル１０３は、カソード１０１から進行する電子ビーム１０４の伝播経路に沿って、移動可能に提供され、すなわち図１の水平方向に移動またはシフトすることができる。従って、Ｘ線１０６が生じる選択アノード位置１１０は、コイル１０３を移動させることにより選択することができる。ケーシング１０８（その内部は真空である）の外側に設置された磁気コイル１０３は、細長いアノード１０２と平行な方向１１１に沿って移動することができ、これによりアノード１０２上の各焦点位置が定められる。
【００５７】
図１からわかるように、可動コイル１０３は、カソード１０１から進行する電子ビーム１０４を、アノード１１０の選択部分に向かって９０゜の偏向角度で偏向するように適合されている。磁気コイル１０３の軸は、図１の紙面、すなわち、入射電子ビーム１０４の伝播経路、および偏向電子ビーム１０４の伝播方向によって構成される平面に対して垂直に配向されている。
【００５８】
カソード１０１から進行する電子ビーム１０４の伝播経路は、直線状である。従って、可動式の磁気コイル１０３を除き、偏向手段を提供する必要はない。カソード１０１と可動式磁気コイル１０３の間には、絞り１０７が配置される。電圧源（図１には示されていない）が提供され、カソード１０１には第１の電位が提供され、タングステンアノード１０２および絞り１０７には、第２の電位（例えば、アース電位）が提供され、第１の電位は、第２の電位に対して負である。カソード１０１には、大きな負の電圧が印加されても良い。電子ビーム１０４が放射され、これが通常の焦点化素子（図示されていない）によって集束され、その後、通常の場合アース電位になっている絞り１０７の方に向かって加速される。電子ビーム１０４は、絞り１０７の穴を通過して、それ以上加速が生じない後ろの空間に入射されても良い。
【００５９】
磁気コイル１０３は、ケーシング１０８（真空チャンバ）の外側に提供されるため、管の内部の真空雰囲気１０９は、可動素子によって乱されることはない。
【００６０】
図１からわかるように、電子ビーム１０４は、アノード１０２の下側表面に照射され、記載の実施例では、アノードは数ｍｍの厚さを有する。アノード１０２ではＸ線１０６が放射され、十分に多量のＸ線がアノード１０２を透過し、アノード１０２の上側の表面から放射（すなわち放出）される（図１参照）。比較的薄いアノードを用いたこの透過構造では、例えば水冷を行うことにより、アノードを冷却することができる点で有意である。あるいは、アノードの下側の表面から反射されるＸ線１０６を使用しても良い。この場合、Ｘ線は、アノード１０２の下側の表面から放射（すなわち放出）される。この反射構造では、より厚いアノードを使用しても良く、アノードは、例えば水冷を行うことにより、冷却しても良い。ほとんどの場合、アノードは、冷却される。ただし、反射側からＸ線が得られ、その後、透過側からＸ線が得られるように構成することが容易である。
【００６１】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施例によるＸ線源機器２００について説明する。
【００６２】
Ｘ線源機器２００は、可動式磁気コイル１０３が第１の固定磁気コイル２０１、第２の固定磁気コイル２０２および第３の固定磁気コイル２０３に置き換えられている点で、Ｘ線源機器１００とは異なっており、これらの固定磁気コイルは、入射電子ビーム１０４の伝播経路に沿った異なる固定位置に提供されている。各時点で、電子ビーム１０４の伝播経路に沿って非可変に提供された固定磁気コイル２０１乃至２０３のうちの一つの特定のものが、所定の強度および方向の電流の印加によって活性化される。従って、特定の作動状態では、コイル２０１乃至２０３のうちの一つが活性化され、３つのコイル２０１乃至２０３のうちの一つのみにより磁界が生じ、電子ビーム１０４がタングステンアノードの方に偏向される。使用されるコイル２０１乃至２０３の数は、アノード１０２の寸法、および必要な焦点位置に依存する。図２には３つのコイル２０１乃至２０３が示されているが、より多くのまたはより少ない数のコイル２０１乃至２０３が選定されても良い。
【００６３】
従って、第１の固定磁気コイル２０１のみが電流によって活性化された場合、タングステンアノード１０２の左側の部分が、偏向された電子ビーム１０４によって照射される。第２の固定磁気コイル２０２に電流が提供されて磁界が生じた場合、電子ビーム１０４によって、タングステンアノード１０２の中央部分が照射され、アノード１０２の中央部分でＸ線１０６が生じる。第３のケースでは、第３の固定磁気コイル２０３にのみ電流が提供され、第３の固定磁気コイル２０３によって、図２の紙面に垂直な方向に磁界が生じ、電子ビーム１０４は、アノード１０２の右側の部分にのみ照射されるように偏向され、この右側の部分においてのみＸ線１０６が生じる。コイル２０１乃至２０３の各々は、ケーシング１０８によって区画された真空領域１０９の外側に提供される。
【００６４】
換言すれば、図２の配置には、カソード１０１から進行する電子ビーム１０４の伝播経路に沿って配置された電子ビーム１０４偏向手段として、３つのコイル２０１乃至２０３が提供されたＸ線源機器２００が示されており、タングステンアノード１０２の選択可能な照射部分は、入射電子ビーム１０４の伝播方向に沿って配置された磁気コイル２０１乃至２０３のうちの単一のものを活性化することにより選択できる。固定磁気コイル２０１乃至２０３の各々は、非可動式に提供される。
【００６５】
また、カソード１０１と磁気コイル２０１乃至２０３の間には、操作コイル２０４（磁気コイル）が配置され、この操作コイル２０４は、入射電子ビーム１０４の伝播経路が、タングステンアノード１０２の異なる選択可能位置が配置された配列方向に対して、僅かに傾斜されるように配置される。図２からわかるように、操作コイル２０４には少量の電流を供給することができ、これにより小さな磁界が生じ、電子ビーム１０４が中心軸、すなわち図２の水平軸からずれるように、僅かに偏向または回折される。
【００６６】
静止操作コイル２０４は、電子ビーム１０４が偏向コイル２０１乃至２０３に到達する前に、電子ビーム１０４を、水平軸からある度合いでずれるように僅かに傾斜させる。しかしながら、操作コイル２０４によって生じたずれは、小さな「妨害」に過ぎず、すなわち磁気コイル２０１乃至２０３のいずれかによって生じる偏向に比べると、十分に小さい。換言すれば、コイル２０１乃至２０３では、ほぼ９０゜の偏向が生じるが、磁気コイル２０１乃至２０３のいずれかと組み合わされた操作コイル２０４では、電子ビーム１０４が照射されるアノード１０２の位置の副尺的な調整が行われ、これにより微小な調整が可能となり、Ｘ線ビーム１０６が生じる正確な位置を定めることが可能となる。
【００６７】
図２には、操作コイル２０４および偏向コイル２０１乃至２０３の異なる動作状態での、電子ビーム１０４の複数の偏向経路を示す。
【００６８】
次に、図３および図４を参照して、操作コイル２０４によって電子ビーム１０４が僅かに操作されたグラフ（図３）と、固定磁気コイル２０１乃至２０３の一つによって生じた偏向のグラフ（図４）とを比較して説明する。
【００６９】
図３には、単位ｍｍでプロットされた、図２の水平方向に沿った横座標３０１を有するグラフ３００が示されている。図３の縦座標３０２に沿って、操作コイル２０４への少量の電流の通電によって生じた、図２の電子ビーム１０４の方向と垂直な方向の電子ビーム１０４の操作が示されている。
【００７０】
図４のグラフ４００は、横座標４０１に沿って、図２の機器２００の水平方向をプロットしたものであり、垂直方向、すなわち縦座標４０２に沿って、図２の垂直方向が示されており、電子ビーム１０４の偏向は、活性化された偏向コイル２０１、２０２、２０３によって生じる。
【００７１】
図３および図４からわかるように、操作コイル２０４の影響は、図４に示されているコイル２０１乃至２０３の偏向の影響に比べて、十分に小さい。図４では、偏向角度は、ほぼ９０゜であり、偏向コイル２０１乃至２０３によって生じる偏向は、操作コイル２０４の小さな操作に比べて著しく大きい。
【００７２】
次に、図５を参照して、本発明の好適実施例による手荷物検査コンピュータ断層撮影用機器５００について説明する。
【００７３】
コンピュータ断層撮影用機器５００は、Ｘ線源機器１００と同様のＸ線源機器５０１を有する。図５には、可動式コイルの第１の位置５０２、および可動式コイルの第２の位置５０３を示す。可動式コイルを移動させることにより、Ｘ線１０６が照射されるアノード１０２に沿った領域を、制御することができる。可動式コイルを、第１の位置５０２から第２の位置５０３に（複数のステップで）移動させることにより、被検査関心対象物としての手荷物対象５０２が、左から右に走査される。手荷物対象５０５に照射されるＸ線１０６は、手荷物対象５０５を構成する材料およびこれに含まれる材料によって散乱され、特徴的な散乱パターンが得られ、このパターンが２次元Ｘ線検出器５０６によって検出される。Ｘ線検出器５０６は、手荷物対象５０５の散乱パターンを検出し、このデータを制御コンピュータ５０７に送信する。制御コンピュータ５０７は、測定された散乱パターンから、手荷物対象５０５の内部の材料の画像を決定する。手荷物対象５０５の内部から、疑わしい材料または疑わしい対象物が検出された場合、警報発生器５０９によって音響的なまたは光学的な警報が生じ、手荷物対象５０５が疑わしくあるいは危険であることが知らされる。従って、空港において、手荷物検査コンピュータ断層撮影用機器５００を用いて、飛行機の乗客の手荷物が受け入れ可能なものであるかどうかを判定することができる。
【００７４】
図５からわかるように、手荷物体層５０５は、ベルトコンベア５０４上に配置される。このベルトコンベア５０４は、ベルトコンベア制御ユニット５０８によって駆動され、このユニットは、制御コンピュータ５０７によって制御される。ただし、本発明では、ベルトコンベア５０４のベルトは、可動性である必要がある。手荷物対象５０５は、可動式のコイルを、第１の位置５０２から第２の位置５０３へ移動させることにより、図５の左から右の方向に走査され、これによりＸ線１０６が発生し、このＸ線が徐々に左から右に、手荷物対象５０５の部分に放射されるようにするためである。
【００７５】
「有する」という用語は、他の素子またはステップを排斥するものではなく、「一つの」という用語は、複数の存在を排斥するものではないことに留意する必要がある。また、異なる実施例間で示された素子は、組み合わせても良い。
【００７６】
また、特許請求の範囲の参照符号は、請求項の範囲を限定するものと解してはならないことに留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施例によるＸ線源機器を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例によるＸ線源機器を示す図である。
【図３】本発明のＸ線源機器の機能を示したグラフである。
【図４】本発明のＸ線源機器の機能を示したグラフである。
【図５】本発明の好適実施例による手荷物検査用のコンピュータ断層撮影用機器を示した図である。
【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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【国際調査報告】
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