(57)【要約】【課題】  Ｘ線源が正常なＸ線を放射することができるようにＸ線源に電源を与える電源ユニット及び上記電源ユニットを備えたＸ線装置を提供する。【解決手段】  電源ユニット５０は、電子源１６と、抑制電極１７と、引出電極２１と、加速電極２５と、電子光学系と、ターゲット１３と、真空容器１１と、を備えたＸ線源に電源を与える。電源ユニット５０は、電子源１６を加熱する第１電源Ｅｆ１と、第１電源Ｅｆ１とは独立して電子源１６を加熱する第２電源Ｅｆ２と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子源と、前記電子源からの電子放出量を抑制する抑制電極と、前記抑制電極により抑制された電子を電子ビームとして引出す引出電極と、前記引出電極により引出された電子ビームを加速させる加速電極と、前記加速電極により加速された電子ビームを集束する電子光学系と、前記電子光学系により集束された電子ビームが入射されることでＸ線を放射する透過型のターゲットと、前記ターゲットが設けられ、前記ターゲットから放射されるＸ線を透過させるＸ線透過窓を有し、前記電子源、抑制電極、引出電極、加速電極及び電子光学系を収容した真空容器と、を備えたＸ線源に電源を与える電源ユニットにおいて、
前記電子源を加熱する第１電源と、
前記第１電源とは独立して前記電子源を加熱する第２電源と、を備えていることを特徴とする電源ユニット。
【請求項２】
前記第１電源及び第２電源、並びに前記電子源間に接続され、前記第１電源及び第２電源、並びに前記電子源間の接続状態を切替え、前記切替えた接続状態を保持可能な切替えモジュールをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電源ユニット。
【請求項３】
前記切替えモジュールに接続され、前記電子源に流れる電流の情報を取得し、前記情報に基づいて前記切替えモジュールの切替え動作を制御する駆動部を有した制御電源をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の電源ユニット。
【請求項４】
前記駆動部は、前記第１電源及び第２電源の一方を動作させることを特徴とする請求項３に記載の電源ユニット。
【請求項５】
前記制御電源は、前記抑制電極、引出電極、加速電極及び電子光学系に接続された電極電源ユニットをさらに有し、
前記駆動部は、前記電極電源ユニットの動作を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の電源ユニット。
【請求項６】
前記第１電源及び第２電源の一方を動作させる第１制御電源と、
前記第１電源及び第２電源の他方を動作させる第２制御電源と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電源ユニット。
【請求項７】
電子を放出する電子源と、前記電子源からの電子放出量を抑制する抑制電極と、前記抑制電極により抑制された電子を電子ビームとして引出す引出電極と、前記引出電極により引出された電子ビームを加速させる加速電極と、前記加速電極により加速された電子ビームを集束する電子光学系と、前記電子光学系により集束された電子ビームが入射されることでＸ線を放射する透過型のターゲットと、前記ターゲットが設けられ、前記ターゲットから放射されるＸ線を透過させるＸ線透過窓を有し、前記電子源、抑制電極、引出電極、加速電極及び電子光学系を収容した真空容器と、を備えたＸ線源と、
前記電子源を加熱する第１電源と、前記第１電源とは独立して前記電子源を加熱する第２電源と、を備え、前記Ｘ線源に電源を与える電源ユニットと、を備えていることを特徴とするＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源ユニット及び電源ユニットを備えたＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な微小焦点を有するＸ線源は、マイクロフォーカスＸ線源として既に製品化がなされており、対象物の微小領域を高分解能で検査する非破壊検査装置などに広く利用されている。このＸ線源は、カソードから放出される電子ビームを電界または磁界レンズなどの電子光学径により集束させ、ターゲット表面のμｍオーダ、またはそれ以下の狭い領域に焦点を形成し、その焦点から放出されるＸ線をターゲットを透過させて放出させている。
【０００３】
ここで、微小な対象物を検査するためには、ターゲットに形成する電子ビームの焦点を微小にする必要があるため、Ｘ線発生源である金属製のターゲットに電子ビームを微小口径に集束する必要がある。このため、Ｘ線源は、高真空で維持された真空容器内に、電子源、電子をビーム流量にする高電圧を印加した引出電極、電子ビームにエネルギを加える高電圧を印加した加速電極及び電子ビームを微小口径に集束させる高電圧を印加したレンズ電極等が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４０６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｘ線源が所定のＸ線を発生させるためには、電子源を高温に加熱して、熱電子を生じさせ、電子ビームをターゲットに微小口径で集束させて照射させる必要がある。つまり、加熱した電子源と、熱電子を電子ビームとして引き出すための引出電極と、引き出した電子ビームを加速する加速電極と、加速した電子ビームを集束させるレンズ電極にそれぞれ所定の直流高電圧を印加する必要がある。また、熱電子の中央部のみを電子ビームとして形成させるために、電子源の近傍に抑制電極を設置し、ターゲットに不要な電子ビームが照射されるのを妨げるアパーチャ電極を配して、それらには所定の直流高電圧が印加されている。
【０００６】
このように、Ｘ線源は、直流高電圧を印加する必要がある電極を複数備え、その電圧値は複雑であり、電圧値の安定性が電子ビームに強度、集束性能に大きく影響するため、Ｘ線の発生源口径（焦点サイズ）や強度に大きな影響を与える。このため、各電極の電源を計算機やシーケンサによってフィードバック制御をさせる必要がある。
【０００７】
しかし、各電極には直流高電圧が印加されるため、真空容器内に発生したガス等で、異常な放電が発生する場合があり、この異常な放電は制御用計算機やシーケンサを動作不良にさせている。各電極への電圧の印加が遮断されるため、急激に零電圧となる。
【０００８】
この電圧の印加の停止は、電子源（熱陰極）の加熱を急激に停止することになり、微小口径の電子源の表面に設置した液体ジルコニウムが急激に冷却され、固化時に収縮してひび割れや、脱落等が発生する恐れがある。なお、液体ジルコニウムは、１０００℃以上での熱電子の発生効率を上げるために設置されている。正常な熱電子を発生させるためには、電子源の表面に均一にジルコニウムが存在する必要があり、電子源が急激に冷却されると、Ｘ線源はＸ線を正常に放射することが不可能になる。
【０００９】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、Ｘ線源が正常なＸ線を放射することができるようにＸ線源に電源を与える電源ユニット及び上記電源ユニットを備えたＸ線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態に係る電源ユニットは、
電子を放出する電子源と、前記電子源からの電子放出量を抑制する抑制電極と、前記抑制電極により抑制された電子を電子ビームとして引出す引出電極と、前記引出電極により引出された電子ビームを加速させる加速電極と、前記加速電極により加速された電子ビームを集束する電子光学系と、前記電子光学系により集束された電子ビームが入射されることでＸ線を放射する透過型のターゲットと、前記ターゲットが設けられ、前記ターゲットから放射されるＸ線を透過させるＸ線透過窓を有し、前記電子源、抑制電極、引出電極、加速電極及び電子光学系を収容した真空容器と、を備えたＸ線源に電源を与える電源ユニットにおいて、
前記電子源を加熱する第１電源と、
前記第１電源とは独立して前記電子源を加熱する第２電源と、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、一実施形態に係るＸ線装置は、
電子を放出する電子源と、前記電子源からの電子放出量を抑制する抑制電極と、前記抑制電極により抑制された電子を電子ビームとして引出す引出電極と、前記引出電極により引出された電子ビームを加速させる加速電極と、前記加速電極により加速された電子ビームを集束する電子光学系と、前記電子光学系により集束された電子ビームが入射されることでＸ線を放射する透過型のターゲットと、前記ターゲットが設けられ、前記ターゲットから放射されるＸ線を透過させるＸ線透過窓を有し、前記電子源、抑制電極、引出電極、加速電極及び電子光学系を収容した真空容器と、を備えたＸ線源と、
前記電子源を加熱する第１電源と、前記第１電源とは独立して前記電子源を加熱する第２電源と、を備え、前記Ｘ線源に電源を与える電源ユニットと、を備えていることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一実施形態に係るＸ線装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、上記Ｘ線装置における時間に対するフィラメント電流、電圧Ｅａｃｃ、Ｅｅｘｔ、Ｅｓｕｐ、Ｅｇｌの変化をグラフで示した図である。
【図３】図３は、上記Ｘ線装置の運転開始時以降の時間に対するフィラメント電流の変化をグラフで示した図である。
【図４】図４は、上記Ｘ線装置の運転停止時以降の時間に対するフィラメント電流の変化をグラフで示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら一実施形態に係るＸ線装置について詳細に説明する。  
図１に示すように、Ｘ線装置は、軟Ｘ線装置である。Ｘ線装置は、Ｘ線源１０及び電源ユニット５０を備えている。
【００１４】
Ｘ線源１０は、形状が微小でかつＸ線透過率が相対的に大きい樹脂等の低エネルギＸ線（軟Ｘ線）で測定する必要がある物質測定用、例えばＸ線断層撮影装置としてのＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置を有する立体透視画像構成装置に用いることができる。
【００１５】
Ｘ線源１０は、電子源（熱陰極）１６と、抑制電極１７と、引出電極２１と、加速電極２５と、電子光学系としてのガンレンズであるレンズ電極２９と、アパーチャ電極３０と、ターゲット１３と、真空容器１１と、を備えている。
【００１６】
電子源１６は、導電材料でコーン状に形成され、電子源１６の先端部は針状に形成されている。電子源１６の表面には、液体ジルコニウムが設置されている。電子源１６にはフィラメントが設置されている。電子源１６には、電子源１６を加熱するヒータ４４、４５が接続されている。ヒータ４４、４５には電源ユニット５０（直流安定化電源）が接続されている。電子源１６は、ヒータ４４、４５により加熱され、電源ユニット５０により電圧が与えられることにより電子（熱電子）を放出する。
【００１７】
抑制電極１７は、導電材料で桶状に形成され、電子源１６の電子放出側の先端部が挿入された又は上記先端部から放出された電子が通過する貫通孔１７ｈを有している。貫通孔１７ｈは、抑制電極１７の底壁を貫通して形成されている。貫通孔１７ｈは円形である。抑制電極１７には電子源１６に対して負の電圧が与えられる。抑制電極１７は、電子源１６の先端部以外の周辺部分から放出される電子量を抑制する。
【００１８】
引出電極２１は、抑制電極１７に所定の間隔を置いて対向配置され、導電材料で形成されている。引出電極２１は、板状、詳しくは円盤状に形成されている。引出電極２１は、貫通孔１７ｈに対向した貫通孔２１ｈを有している。貫通孔２１ｈは円形である。この実施形態において、引出電極２１は、貫通孔２１ｈの中心軸の延長線と貫通孔１７ｈの中心軸の延長線とが一致するよう位置している。引出電極２１には、正の電圧が与えられる。引出電極２１は、抑制電極１７により抑制された電子を電子ビーム１５として引出す。
【００１９】
加速電極２５は、引出電極２１に対して抑制電極１７の反対側に位置し、引出電極２１に所定の間隔を置いて配置され、導電材料で形成されている。加速電極２５は、円盤状に形成されている。加速電極２５は、貫通孔２１ｈに対向した貫通孔２５ｈを有している。貫通孔２５ｈは円形である。貫通孔２５ｈの中心軸に沿った方向において、加速電極２５は、貫通孔２５ｈが貫通孔２１ｈに重なるよう位置している。なお、加速電極２５は、貫通孔２５ｈの中心軸の延長線と貫通孔２１ｈの中心軸の延長線とが一致するよう位置していた方が好ましい。加速電極２５には、引出電極２１よりもさらに大きい正の電圧が与えられる。加速電極２５は、引出電極２１により引出された電子ビーム１５を加速させる。
【００２０】
レンズ電極２９は、加速電極２５に対して引出電極２１の反対側に位置し、加速電極２５に所定の間隔を置いて配置され、導電材料で形成されている。レンズ電極２９は、加速電極２５の貫通孔２５ｈからターゲット１３に向かう電子ビーム１５の軌道を取り囲むように設けられている。レンズ電極２９は、貫通孔２５ｈに対向した貫通孔２９ｈを有している。貫通孔２９ｈは円形である。なお、レンズ電極２９は、レンズ電極２９の中心軸の延長線が貫通孔２５ｈの中心軸の延長線と一致するよう位置している。レンズ電極２９には、正の電圧が与えられる。レンズ電極２９は、加速電極２５により加速された電子ビーム１５を集束する。
【００２１】
アパーチャ電極３０は、レンズ電極２９及びターゲット１３間に位置している。アパーチャ電極３０は、貫通孔２９ｈに対向した貫通孔３０ｈを有している。貫通孔２９ｈは円形であり、その口径は１ｍｍ以下に設定されている。アパーチャ電極３０は、レンズ電極２９により集束された電子ビーム１５の不要な成分を除去してターゲット１３に電子ビーム１５を入射させる。これにより、不要な電子ビームによるターゲット１３の過熱を防止することができる。
【００２２】
ターゲット１３は、アパーチャ電極３０に対してレンズ電極２９の反対側に位置し、レンズ電極２９に所定の間隔を置いて配置されている。ターゲット１３は、例えばタングステンで形成されている。ターゲット１３は、電子ビーム１５の入射によって発生したＸ線３７を減衰させることなく、外部に放出させるために非常に薄く形成されている。この実施形態において、ターゲット１３の形状は、円形である。ターゲット１３は、後述するＸ線透過窓１４に密着され、Ｘ線透過窓１４と一体化されている。ターゲット１３は、接地電位に設定されている。ターゲット１３は、Ｘ線透過型のターゲットであり、貫通孔３０ｈを通過した電子ビームが入射されることでＸ線透過窓１４側にＸ線を放射するものである。
【００２３】
真空容器１１は、Ｘ線透過窓１４を有し、電子源１６、抑制電極１７、引出電極２１、加速電極２５、レンズ電極２９、アパーチャ電極３０、ターゲット１３及びヒータ４４、４５を収容している。真空容器１１の内部は、真空状態に保持されている。Ｘ線透過窓１４は、導電性を有するＸ線３７の減衰の小さい金属材料として、例えばベリリウムで形成されている。上記のように、Ｘ線透過窓１４にターゲット１３が設けられ、Ｘ線透過窓１４は、ターゲット１３から放射されるＸ線を透過させるものである。  
上記のようにＸ線源１０が形成されている。
【００２４】
電源ユニット５０は、制御電源６０と、制御部としての制御計算機７０と、第１電源Ｅｆ１と、第２電源Ｅｆ２と、切替えモジュール９０とを備えている。切替えモジュール９０は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を有している。制御電源６０は、駆動部としての計算機６１と、電極電源ユニット６２とを有している。電極電源ユニット６２は、電源６３、６４、６５、６６を有している。
【００２５】
電源６３は、第１スイッチＳＷ１及び抑制電極１７間に接続されている。電源６４は、第１スイッチＳＷ１及び引出電極２１間に接続されている。電源６５は、第１スイッチＳＷ１及びレンズ電極２９間に接続されている。電源６６は、第１スイッチＳＷ１並びに加速電極２５、アパーチャ電極３０及びＸ線透過窓１４間に接続されている。加速電極２５、アパーチャ電極３０及びＸ線透過窓１４は、接地電位に設定されている。
【００２６】
電源６３は、抑制電極１７に電圧Ｅｓｕｐ及び電流Ｉｓｕｐを与える。電源６４は、引出電極２１に電圧Ｅｅｘｔ及び電流Ｉｅｘｔを与える。電源６５は、レンズ電極２９に電圧Ｅｇｌ及び電流Ｉｇｌを与える。電源６６は、加速電極２５、アパーチャ電極３０及びＸ線透過窓１４に電圧Ｅａｃｃ及び電流Ｉａｃｃを与える。計算機６１は、電極電源ユニット６２の動作を制御する。すなわち、電源６３乃至６６は、計算機６１によって制御され駆動される。
【００２７】
第１スイッチＳＷ１において、一方はヒータ４４に接続され、他方は第１電源Ｅｆ１又は第２電源Ｅｆ２に接続可能である。第２スイッチＳＷ２において、一方はヒータ４５に接続され、他方は第１電源Ｅｆ１又は第２電源Ｅｆ２に接続可能である。
【００２８】
上記のように、切替えモジュール９０は、第１電源Ｅｆ１及び第２電源Ｅｆ２、並びに電子源１６間に接続され、第１電源Ｅｆ１及び第２電源Ｅｆ２、並びに電子源１６間の接続状態を切替え、切替えた接続状態を保持可能である。
【００２９】
計算機６１は、切替えモジュール９０に接続され、電子源１６に流れる電流（フィラメント電流）の情報を取得し、上記情報に基づいて切替えモジュール９０の切替え動作を制御する。計算機６１は、第１電源Ｅｆ１及び第２電源Ｅｆ２の一方を動作させる。第１電源Ｅｆ１は、ヒータ４４、４５とともに電子源１６を加熱する。第２電源Ｅｆ２は、第１電源Ｅｆ１とは独立して電子源１６を加熱する。
【００３０】
上記のように、電子源１６、抑制電極１７、引出電極２１、加速電極２５、レンズ電極２９、アパーチャ電極３０、ターゲット１３及びＸ線透過窓１４は、それぞれ独立した直流電源に接続され、フィードバック安定制御されている。電源６３乃至６６及び第２電源Ｅｆ２は、制御計算機７０で入力された時間シーケンスパターンのデータにより、制御電源６０内の計算機６１で制御されている。第２電源Ｅｆ２は制御電源６０で制御される直流電源であるが、第１電源Ｅｆ１は、制御計算機７０で切替え可能な切替えモジュール９０で接続された制御電源６０で制御されない別の直流電源である。
【００３１】
次に、上記一実施形態に係るＸ線装置の作用を説明する。  
抑制電極１７により放出量を抑制されつつ電子源１６から発生した電子は、引出電極２１により電子ビーム１５として引出されるとともに加速電極２５により加速される。そして、この電子ビーム１５が、レンズ電極２９によって微小口径に集束されてアパーチャ電極３０の貫通孔を通過しターゲット１３に照射されると、ターゲット１３からＸ線３７が放射される。
【００３２】
Ｘ線３７による透過撮影を行うとき、Ｘ線源１０を小口径とした方が撮影分解能力が高いため、集束照射する電子ビーム１５の口径を小さくすることが望まれて、レンズ電極２９で集束している。
【００３３】
このように、複数の電極が必要なＸ線源１０の起動は、図２に示す様に時間的に最適な値で運転する必要があり、そのため、電源６３乃至６６及び第２電源Ｅｆ２は、計算機６１を内蔵した制御電源６０と操作員との情報交換を行う制御計算機７０を用いて、高精度に制御する必要がある。
【００３４】
電子源１６の制御であるが、図３に示すように、室温から、所定の温度まで、定めた電流変化でフィラメント電流Ｉｆを制御し、所定の電流値で安定制御させる必要がある。また、停止時は図４に示すように、フィラメント電流Ｉｆを運転状態の電流値から低下させ、所定の期間で電子源１６の温度を低下させる必要がある。このように、各電極の電流値、電圧値は計算機６１等で制御させる必要がある。
【００３５】
しかし、フィラメント電流Ｉｆを定格に制御した後、引出電極２１、加速電極２５及びレンズ電極２９に高電圧を印加して電子ビーム１５を発生させる操作を行うが、電子ビーム１５の発生により、電極等の構造物から水素や酸素等のガスが発生して、高圧印加した電極間で大電流の放電（過電流）が発生する場合がある。この過電流は制御電源６０内の計算機６１を停止させる。このため、抑制電極１７、引出電極２１、加速電極２５、レンズ電極２９、アパーチャ電極３０、Ｘ線透過窓１４及び第２電源Ｅｆ２への電圧及び電流の供給が停止する。この停止によって、電子源１６の温度も急激に低下する。
【００３６】
そこで、Ｘ線源１０の運転開始や運転停止以外、一定値で制御されるフィラメント電流Ｉｆは制御電源６０内の計算機６１で制御しない第１電源Ｅｆ１から与えられ、フィラメント電流Ｉｆが一定制御になった場合は、切替えモジュール９０で第１電源Ｅｆ１及び第２電源Ｅｆ２を切替える。すなわち、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、第２電源Ｅｆ２に接続された状態から第１電源Ｅｆ１に接続された状態に切替えられる。
【００３７】
このように、制御電源６０内の計算機６１で制御しない第１電源Ｅｆ１で電子源１６を動作させた後に、各電極に直流高電圧を印加するようにする。上記のことから、過電流の発生時も電子源１６の急激な温度低下を防止することができる。そして、過電流の発生によって制御電源６０内の計算機６１が停止しても、電子源１６の温度を一定に維持可能となる。
【００３８】
以上のように構成された一実施形態に係るＸ線装置によれば、Ｘ線装置は、Ｘ線源１０と、Ｘ線源１０に電源を与える電源ユニット５０とを備えている。電源ユニット５０は、電子源１６を加熱する第１電源Ｅｆ１と、第１電源Ｅｆ１とは独立して電子源１６を加熱する第２電源Ｅｆ２と、を備えている。Ｘ線源１０の運転開始期間や運転停止期間では、フィラメント電流Ｉｆを第２電源Ｅｆ２が電子源１６に与える。Ｘ線源１０の運転開始期間や運転停止期間以外では、一定値で制御されるフィラメント電流Ｉｆを第１電源Ｅｆ１が電子源１６に与える。
【００３９】
このため、Ｘ線源１０の電極間に大電流の放電（過電流）が発生し、計算機６１が停止しても、電子源１６には、第１電源Ｅｆ１からフィラメント電流Ｉｆが与えられる。これにより、電子源１６の急激な温度低下を防止することができる。  
上記のことから、Ｘ線源１０が正常なＸ線３７を放射することができるようにＸ線源１０に電源を与える電源ユニット５０及び電源ユニット５０を備えたＸ線装置を得ることができる。
【００４０】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００４１】
例えば、電源ユニット５０は、２個の制御電源を備えていてもよい。例えば、電源ユニット５０は、第１電源Ｅｆ１及び第２電源Ｅｆ２の一方を動作させる第１制御電源と、第１電源Ｅｆ１及び第２電源Ｅｆ２の他方を動作させる第２制御電源と、を備えていてもよい。
【００４２】
Ｘ線源１０や電源ユニット５０の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。  
この発明は、上記電源ユニット５０及びＸ線装置に限らず、各種電源ユニット５０及び各種Ｘ線装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…Ｘ線源、１１…真空容器、１３…ターゲット、１３…レンズ電極、１４…Ｘ線透過窓、１６…電子源、１７…抑制電極、２１…引出電極、２５…加速電極、２９…レンズ電極、３０…アパーチャ電極、４４，４５…ヒータ、５０…電源ユニット、６０…制御電源、６１…計算機、６２…電極電源ユニット、６３，６４，６５，６６…電源、７０…制御計算機、９０…切替えモジュール、Ｅｆ１…第１電源、Ｅｆ２…第２電源、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、Ｉｆ…フィラメント電流。
【図１】
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【図２】
2012109186.tif 000004
【図３】
2012109186.tif 000005
【図４】
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