(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内において対向配置されたＸ線電子変換材料及び出力蛍光面を備えたＸ線像増強管において、前記Ｘ線電子変換材料と前記出力蛍光面との間の電子像の流れを管軸に垂直な平面内において二次元状に偏向可能な偏向手段を前記真空容器の外周に設け、
前記偏向手段は二対以上のコイルであり、
前記二対以上のコイルには周期的に変動する電流が供給され、それぞれのコイル対に供給される電流の周期及び位相は同一であることを特徴とするＸ線像増強管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線像増強管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線透過像撮像システムは、特開昭４９−１００８５号公報、特公昭５３−４８０４５号公報、特開昭６３−１００３６０号公報及び特開平１０−２０６３５２号公報に記載されている。これらのシステムにおいては、時間的に移動する被測定対象の像をＸ線像増強管で増強して撮像し、その出力像が移動しないように、当該出力像をミラー等で時々刻々と移動方向とは逆方向に偏向することにより、出力像を同一位置に配置された固体撮像素子上に結像させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような偏向は物理的振動を伴うため、高精度の撮像を行うことができなかった。
【０００４】
そこで、Ｘ線電子変換材料及びＸ線電子変換材料に対向配置された出力蛍光面を備え、被測定対象の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを偏向するＸ線像増強管を開発した。電子像の流れを偏向する電磁気学的な偏向手段は、機械的偏向機構のように振動を伴わないため、高精度の撮像を行うことができる。すなわち、被測定対象の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを偏向すると、被測定対象の撮像時間を長くすることができ、したがって、解像度と感度を向上させることができるのである。
【０００５】
ところが、電磁気学的な偏向手段を有するＸ線像増強管をＸ線透過像撮像システム内に組み込んだ場合、その電磁気学的な偏向方向と測定対象の移動方向とが一致しない場合には、撮像した被測定対象像にボケや滲みが発生するので、高解像度の撮像を行うことができない。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高解像度の撮像を行うことが可能なＸ線像増強管を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係るＸ線像撮像管は、真空容器内において対向配置されたＸ線電子変換材料及び出力蛍光面を備えたＸ線像増強管において、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを管軸に垂直な平面内において二次元状に偏向可能な偏向手段を真空容器の外周に設け、偏向手段は二対以上のコイルであり、二対以上のコイルには周期的に変動する電流が供給され、それぞれのコイル対に供給される電流の周期及び位相は同一であることを特徴とする。
【０００８】
Ｘ線電子変換材料に被測定対象のＸ線像が入射すると、これは電子像に変換され、この電子像は出力蛍光面上に照射され、電子像に応じた蛍光像がＸ線像増強管から出力される。被測定対象の移動速度に同期した速度で電子像の流れを偏向すると、蛍光像の結像位置は停止させることができ、したがって、このＸ線像増強管によれば、被測定対象の撮像時間を長くすることができる。撮像には適当な固体撮像素子等を用いる。
【０００９】
このように、本Ｘ線像増強管を用いれば、解像度及び感度を向上させることができるが、管軸に垂直な平面内における特定の１軸方向のみの偏向では、移動方向と偏向方向とが微小な角度を成す場合において、像のボケや滲みを抑制することができない。もちろん、これを補正するための機械的移動機構を設ければ像の微調整はできるが、このような機構を設けた場合においてでさえ、微調整には時間を要することとなる。
【００１０】
本Ｘ線像増強管の偏向手段は、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを管軸に垂直な平面内において二次元状に偏向可能である。したがって、被測定対象の移動方向と偏向方向とが微小な角度を成す場合においても、この角度に対応する上記２方向のずれ量分だけ、上記特定の１軸方向の偏向に加えて偏向を行うことができる。ここで、偏向手段が二次元状に偏向を行うというのではなく、二次元状に偏向が可能であるとは、これらの偏向の合成によって結果的に一次元の偏向を行うことを排するものではないことを意味する。
【００１１】
被測定対象が一次元の移動をしているのであれば、偏向の合成によって電子像の流れは一次元で偏向される。被測定対象が円運動をしているのであれば、偏向の合成によって二次元の偏向、すなわち、電子像を管軸に垂直な平面内において円或いは楕円運動させることができる。
【００１２】
このように、偏向手段によって電子像の偏向方向と被測定対象の移動方向とを一致させることができる。これにより、撮像した被測定対象像のボケや滲みが減少するため、被測定対象のＸ線透過像を高解像度で撮像することができる。特に、偏向手段を電気的に制御することで上記一致調整を行うことができるので、微調整の時間が短縮されることとなる。但し、これは機械的な微調整機構の採用を排するものではない。
【００１３】
上述のように、偏向手段は二対以上のコイルであり、コイルに供給する電流によって偏向の大きさや速度を調整することができる。
【００１４】
また、上述のように、二対以上のコイルには周期的に変動する電流が供給され、それぞれのコイル対に供給される電流の周期及び位相は同一である。すなわち、１軸方向の偏向を行うための一対のコイルに供給される電流の位相と、これに直交する軸方向の偏向を行うための別の一対に供給される電流の位相が一致した場合、電子像の管軸に垂直な平面内における運動は直線往復運動となり、一次元の偏向が行われることとなる。これは被測定対象が一次元の移動を行う場合に有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るＸ線像増強管について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１はＸ線像増強管を用いたＸ線透過像撮像システムの斜視図である。このＸ線透過像撮像システムは、Ｘ線像増強装置１を備えている。このＸ線透過像撮像システムは、Ｘ線像増強装置１と共に被測定対象２の通過経路（ベルトコンベア）３を挟んだ位置に配置されるＸ線源４を更に備えている。Ｘ線源４から出射されたＸ線は、通過経路３上の被測定対象２を透過し、Ｘ線像として、この対向位置に配置されたＸ線像増強装置１、詳細にはＸ線撮像装置を構成するＸ線像増強管のＸ線電子変換材料１ｘｃに入射する。Ｘ線電子変換材料１ｘｃは、これに入射した被測定対象２の透過Ｘ線像を電子像に変換する。
【００１７】
Ｘ線像増強装置１はＸ線像増強管１ｔを備えている。Ｘ線像増強管１ｔは、Ｘ線電子変換材料１ｘｃ及びＸ線電子変換材料１ｘｃに対向配置された出力蛍光面１ｓを備えており、被測定対象２の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料１ｘｃと出力蛍光面１ｓとの間の電子像の流れを偏向する。偏向の方向は管軸Ｚに垂直な平面内において二次元状に設定可能である。被測定対象２の電子像が出力蛍光面１ｓ上に照射されると、出力蛍光面１ｓからは被測定対象２の蛍光像が出力される。
【００１８】
通過経路３上に載せられた被測定対象２が、管軸Ｚに垂直な方向Ｙに沿って移動し、通過経路３を幅方向に挟むように配置された光学式通過検出センサ５，５間を通過すると、この通過時刻ｔ０を基準時刻として、電子像の偏向開始時刻が設定される。偏向開始時刻ｔ１は、被測定対象２がＸ線像増強管１ｔの撮像視野内に入る時刻であり、通過検出センサ５，５と上記視野内の適当な位置との間の距離を被測定対象２の移動速度で割った時間Δｔだけ、上記基準時刻ｔ０から遅延させた時刻である。
【００１９】
偏向開始時刻ｔ１から電子像の偏向が開始される。偏向を行わない場合には、被測定対象２の移動に伴って出力蛍光面１ｓ上で電子像が移動してしまう。本形態では、出力蛍光面１ｓ上の電子像の移動速度が零となるように偏向の速度及び向きを設定する。したがって、出力蛍光面１ｓからは、被測定対象２の蛍光像が不動の状態で出力される。
【００２０】
この蛍光像はＸ線像増強管１ｔの後段に設けられた撮像カメラ（ＣＣＤカメラ：固体撮像素子を内蔵したカメラ）１ｐによって撮像され、撮像カメラ１ｐは被測定対象２のＸ線透過像の映像信号を出力する。
【００２１】
このように、Ｘ線電子変換材料１ｘｃに被測定対象２のＸ線像が入射すると、これは電子像に変換され、この電子像は出力蛍光面１ｓ上に照射され、電子像に応じた蛍光像がＸ線像増強管１ｔから出力され、撮像カメラ１ｐによって蛍光像の撮像が行われる。被測定対象２の移動速度に同期した速度で電子像の流れを偏向しているので、蛍光像の撮像カメラ撮像面内の結像位置は停止することとなる。したがって、このＸ線像増強管１ｔによれば、被測定対象２の撮像時間を長くすることができる。このように、本Ｘ線像増強管を用いれば、解像度及び感度を向上させることができる
【００２２】
ところで、Ｘ線像増強装置１は、Ｘ線像増強管１ｔの管軸Ｚから離隔し且つ管軸Ｚに平行な軸ＺＲを回転軸としてＸ線像増強管１ｔを支持する回転移動機構１ｒを備えている。また、Ｘ線像増強装置１は、回転軸ＺＲと管軸Ｚとの間の距離を調整する直線移動機構（調整手段：Ｘステージ）１ａを更に備えている。回転移動機構１ｒは直線移動機構１ａ上に設けられ直線移動機構１ａに対して相対的に回転する一方で、直線移動機構１ａは支持基体１ｂ上に設けられ支持基体１ｂに対して相対的に直線移動する。
【００２３】
電子像の偏向方向と被測定対象２の移動方向Ｙとを一致させるために、まず、偏向方向の粗調整を行う。粗調整においては、回転移動機構１ｒによって、Ｘ線像増強管１ｔの管軸Ｚをこれに平行な回転軸ＺＲの回りに回転させる。この場合、いずれかの回転位置で電子像の偏向方向と被測定対象２の移動方向Ｙとを略一致させることができる。これにより、被測定対象２の像が、出力蛍光面１ｓ上で更に移動しなくなるため、画像のボケや滲みが減少する。したがって、本装置によれば、被測定対象２のＸ線透過像を高解像度で撮像することができる。
【００２４】
管軸Ｚと回転軸ＺＲとは離隔しているので、管軸Ｚの回転移動によって、管軸Ｚ上の撮像位置が被測定対象２の通過経路３上からずれる場合がある。直線移動機構１ａは、回転軸ＺＲと管軸Ｚとの間の距離を調整するので、管軸Ｚ上の撮像位置を被測定対象２の通過経路３上に移動させることができ、的確に被測定対象２を撮像することができる。
【００２５】
なお、上述の調整は、撮像カメラ１ｐから出力される映像信号を観察しながら、撮像された被測定対象２の像の面積が最小となるように行う。
【００２６】
これらの機械的移動機構による調整によっても、時間をかければ偏向方向を高精度で移動方向Ｙに一致させることができるが、本実施形態においてはかかる微調整を電気的に行い、短時間の調整を達成する。このような調整を行うことが可能なＸ線像増強管１ｔについて、以下詳説する。
【００２７】
図２はＸ線像増強管１ｔの縦断面図である。図３は図２に示したＸ線像増強管１ｔのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。筒状のハウジング１ｖの一端の開口は保護板１ｐｒによって、他端の開口は撮像カメラ１ｐによって封止されている。ハウジング１ｖの内部にはＸ線像増強管本体が配置されている。
【００２８】
Ｘ線像増強管本体は、ベリリウムもしくはアルミニウム製のＸ線入射窓１ｗを有する真空容器１ｖｃと、Ｘ線入射窓１ｗの内面に設けられたＸ線電子変換材料（陰極）１ｘｃと、Ｘ線電子変換材料１ｘｃから出力された電子像を管軸Ｚに沿って加速する加速電極１ａｃと、電子像を集束する集束電極１ｆｃと、集束された電子像が入射する筒状の陽極１ａｎとを備えている。
【００２９】
陽極１ａｎの最深部には出力蛍光面１ｓが設けられており、出力蛍光面１ｓ上に電子像が入射する。なお、出力蛍光面１ｓの表面上には図示しないメタルバック電極が設けられており、メタルバック電極の電位はＸ線電子変換材料１ｘｃよりも高い電位に設定される。
【００３０】
真空容器１ｖｃの周囲には、その側面を挟むように二対の偏向コイル１ｃｉ，１ＣＩが設けられている。偏向コイル１ｃｉ，１ＣＩに、周期的に変動する電流（鋸波）を供給することによって、真空容器１ｖｃ内部に磁界を発生させ、管軸Ｚに垂直な方向に電子流を偏向する。この偏向の大きさは供給する電流量（振幅）によって、偏向の速度は電流量及びその変動周期によって調整することができる。
【００３１】
すなわち、偏向の速度は電流量が大きいほど、周期が短いほど速くなる。それぞれの偏向コイル対１ｃｉ，１ＣＩによって、管軸Ｚに垂直な直交２軸方向に磁界を発生させると、電子は管軸Ｚに沿って飛行しているので、それぞれの磁界及び電子移動方向の双方に垂直な方向に力を受けて偏向される。すなわち、管軸Ｚに垂直な２つの軸に沿った力が合成され、合成の結果として電子が偏向される。
【００３２】
また、被測定対象２が撮像視野内に入った期間のみ撮像カメラ１ｐにて撮像を行う。更に、複数の被測定対象２間の隣接するもの同士の距離を、その移動速度で割った期間は撮像を行わず、また、偏向を行わないこととすることもできる。この場合、コイル１ｃｉに供給される電流は間欠的な鋸波とすることができる。
【００３３】
なお、電流は電圧に読み替えることもできる。また、電子流の偏向に電界を用いても良い。また、偏向コイルは三対以上設けることとしてもよい。
【００３４】
さて、偏向方向と移動方向Ｙを高精度に一致させる場合について説明する。すなわち、偏向コイル１ｃｉ，１ＣＩを用いた電子像の偏向方向の微調整について説明する。
【００３５】
図４はＸ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。なお、説明の簡略化のため、図２及び図３に示したハウジング１ｖは省略してある。また、被測定対象２の形状は円形として示す。
【００３６】
粗調整によって、通過経路３上にＸ線像増強管１ｔが位置するように支持基体１ｂを配置されている。実際には、偏向方向と移動方向Ｙとは略一致しているが、説明の明確化のため、図面上では、被測定対象２の移動方向Ｙと電子像の流れの偏向方向が大きくずれているように示す。
【００３７】
図５は偏向コイル１ｃｉの一方に供給される電流のタイミングチャートである。この偏向コイル１ｃｉと対を成す偏向コイル１ｃｉには、この電流とは符号が逆の電流が供給され、管軸Ｚに垂直な１軸上に沿って電子を偏向することができる。
【００３８】
なお、本例では、正負に変動する電流を偏向コイル１ｃｉに供給しているが、電流値は１周期の間中、正の符号を取りながら鋸波的に変動するものであってもよく、一方の偏向コイル１ｃｉの電流が増加した後で零となった時点から、偏向コイル１ｃｉの他方の電流が増加した後で零となるようにしてもよい。いずれの場合においても、偏向コイル１ｃｉの一方に供給される電流が増加した場合に電子に働く力の方向と、偏向コイル１ｃｉの他方に供給される電流が増加した場合に電子に働く力の方向とが逆方向になるように、それぞれを流れる電流の向きが設定される。もちろん、上述のように、電流は間欠的な鋸波であってもよい。
【００３９】
図６は撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す。図６中には、出力蛍光面１ｓの固体撮像素子撮像面への仮想的投影像、すなわち、撮像の視野１ｓｉも示している。まず、偏向コイル（対）１ｃｉに供給される電流の周期及び大きさ（振幅）を調整することで、偏向の速度を調整し、像２ｉの面積を最小化する。この最小化には、被測定対象２の第１基準像を用い、測定した像２ｉの面積が、所定の誤差範囲内で、第１基準像の面積に一致した場合に、最小化が行われたと判断する。
【００４０】
図７はもう一対の偏向コイル１ＣＩに供給される電流のタイミングチャートである。偏向コイル対１ＣＩに関する電流の供給関係は、偏向コイル１ｃｉの場合と同一であるが、偏向コイル対１ＣＩによる磁界の方向は偏向コイル１ｃｉによる磁界と管軸Ｚに垂直な平面内において直交している。
【００４１】
図８は撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す。上記偏向コイル１ｃｉによる面積の最小化が行われた後、偏向コイル（対）１ＣＩに供給される電流の周期及び大きさ（振幅）を調整することで、偏向の速度を調整し、像２ｉの面積を最小化する。この最小化には、被測定対象２の第２基準像を用い、測定した像２ｉの面積が、所定の誤差範囲内で、第２基準像の面積に一致した場合に、最小化が行われたと判断する。なお、当然のことながら、第２基準像の面積は、第１基準像の面積よりも小さく、偏向方向と移動方向Ｙの完全一致が行われた場合の像２ｉの面積に等しい。
【００４２】
以上の微調整によって、管軸Ｚに垂直な直交２軸それぞれに沿った偏向方向と移動方向のずれの成分を短時間で最小化し、高精度のＸ線透過像の撮像を行うことが可能となる。
【００４３】
上述のように、偏向手段としては磁界を発生する二対の（偏向）コイル１ｃｉ，１ＣＩを用いたので、コイルに供給する電流によって偏向の大きさや速度を調整することができる。なお、偏向手段は電界を発生する二対の偏向電極であってもよい。
【００４４】
また、二対以上の偏向コイル対１ｃｉ，１ＣＩには周期的に変動する電流が供給され、それぞれの偏向コイル対１ｃｉ，１ＣＩに供給される電流の周期及び位相は同一であることが好ましい。すなわち、１軸方向の偏向を行うための一対の偏向コイル１ｃｉに供給される電流の位相と、これに直交する軸方向の偏向を行うための別の一対１ＣＩに供給される電流の位相が一致した場合、電子像の管軸Ｚに垂直な平面内における運動は直線往復運動となり、一次元の偏向が行われることとなる。これは被測定対象２が一次元の移動を行う場合に有効である。
【００４５】
すなわち、被測定対象２が一次元の移動をしているのであれば、偏向の合成によって電子像の流れは一次元で偏向される。一方、被測定対象２が円運動をしているのであれば、偏向の合成によって二次元の偏向、すなわち、電子像を管軸Ｚに垂直な平面内において円或いは楕円運動させることができる。この場合には、双方の偏向コイル１ｃｉ，１ＣＩに供給される電流の位相は１／４周期ずれることとなる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のＸ線像増強管によれば、高解像度の撮像を行うことできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線透過像撮像システムの斜視図である。
【図２】Ｘ線像増強管１ｔの縦断面図である。
【図３】図２に示したＸ線像増強管１ｔのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】Ｘ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。
【図５】偏向コイル１ｃｉの一方に供給される電流のタイミングチャートである。
【図６】撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す図である。
【図７】もう一対の偏向コイル１ＣＩに供給される電流のタイミングチャートである。
【図８】撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す図である。
【符号の説明】
１ｃｉ，１ＣＩ…偏向コイル、１ｖ…ハウジング、１ａｃ…加速電極、１ｒ…回転移動機構、１ｐｓ…固体撮像素子、１ｐ…撮像カメラ、１ｂ…支持基体、１ｓｉ…視野、１ｆｃ…集束電極、１ｓ…出力蛍光面、１ｖｃ…真空容器、１ｔ…Ｘ線像増強管、１…Ｘ線像増強装置、１ｘｃ…Ｘ線電子変換材料、１ｗ…Ｘ線入射窓、１ａ…直線移動機構、…偏向コイル、１ｃｉ…偏向コイル、１ＣＩ…偏向コイル、１ｐｒ…保護板、１ａｎ…陽極、２…被測定対象、３…通過経路、４…Ｘ線源、５…通過検出センサ、Ｙ…移動方向、Ｚ…管軸、ＺＲ…回転軸。
【図１】
0004084019.tif 000002
【図２】
0004084019.tif 000003
【図３】
0004084019.tif 000004
【図４】
0004084019.tif 000005
【図５】
0004084019.tif 000006
【図６】
0004084019.tif 000007
【図７】
0004084019.tif 000008
【図８】
0004084019.tif 000009