JP4579679B2

JP4579679B2 - Ｘ線源

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Publication number: JP4579679B2
Application number: JP2004381141A
Authority: JP
Inventors: 幹章田中; 卓也本目
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006185866A

Description

本発明は、Ｘ線を出射するＸ線源に関する。

従来、ベルトコンベア等により搬送される被検物を対象としたインライン方式のＸ線検査装置が知られている（例えば特許文献１）。このＸ線検査装置は、検査用のシールドボックス内に搬送された被検物にＸ線源から順次Ｘ線を照射し、被検物を透過したＸ線をＸ線検出器により順次検出することで被検物の拡大透視画像を得るように構成されている。

また、この種のＸ線検査装置に使用されるＸ線源用のＸ線管としては、Ｘ線の出射ポイントを被検物側に近づけることにより、Ｘ線出射ポイントから被検物までの距離を短縮して被検物の拡大透視画像の拡大率をより大きくできるようにした、いわゆるマイクロフォーカス機能を発揮するＸ線管が知られている（例えば特許文献２）。また、引用文献３には、電子線の偏向信号の電圧をＸ線管の管電圧に対応して調整するＸ線管が開示されている。
特許第３０１１３６０号公報特許第２７１３８６０号公報特開２０００−４８７４８号公報

しかしながら、管電圧に対応して電子線の偏向量を単純に制御した場合、偏向量に対してX線発生ターゲット体上における電子線のスポット径（焦点径）を精密に制御することができず、偏向の前後で透視画像の鮮鋭度等の画質が等しくならない場合があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電子線のスポット径（焦点径）を精密に制御可能なＸ線源を提供することを目的とする。

本発明に係るＸ線源は、カソードから収束電極を経てＸ線発生用のターゲット体に至る電子線を偏向する偏向手段を備え、前記収束電極と前記ターゲット体との間に主管電圧Ｔが印加されるＸ線源において、前記カソードと前記収束電極との間のフォーカス電圧Ｖｋ、前記偏向手段による電子線偏向量を決定する偏向パラメータＩｃ、及び、前記電子線の電流Ｉｋを制御する制御装置を備え、前記カソードから出射される電子の加速電圧は、前記カソードと前記ターゲット体との間の管電圧Ｖ _ＴＫに依存し、管電圧Ｖ _ＴＫは、主管電圧ＶＴとフォーカス電圧Ｖｋとの和で与えられ、主管電圧ＶＴの絶対値は、フォーカス電圧Ｖｋの絶対値よりも大きく、前記制御装置は、主管電圧ＶＴ、偏向パラメータＩｃ、及び、フォーカス電圧Ｖｋを制御し、Ａ及びＢを適当な係数とし、Ｖｔを電圧指示パラメータとし、主管電圧ＶＴを、ＶＴ＝Ａ×Ｖｔ（但し、Ａ＞Ｂ）で与えた場合、偏向パラメータＩｃは、δを係数とし、ΔＬを電子線照射位置の二次元変位量とした場合、Ｉｃ＝δ×（Ｖｔ） ^１／２ ×ΔＬ、で与えられ、フォーカス電圧Ｖｋは、βをΔＬに比例するパラメータ、Ｍを係数、ＩＫを電子線の電流Ｉｋの指示パラメータ、αを電子線のスポット径に対応する変数とした場合、（条件１）：Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β）、（条件２）：Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β＋Ｍ×ＩＫ）、又は、（条件３）：Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋α＋β）、で与えられることを特徴とする。

管電圧よりも微少制御が可能なフォーカス電圧と偏向パラメータ（例えば偏向電流）Ｉｃを連動させて制御することにより、電子線偏向時の電子線スポット径を精密に制御することができる。

また、制御装置は、以下の条件式のいずれかを満たすように各パラメータを設定することが好ましい。
（１）第１条件

ＶＴ＝Ａ×Ｖｔ

Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β）
但し、
Ａ＞Ｂ
Ｖｔ：電圧指示パラメータ
β：主管電圧ＶＴとは独立でＩｃに連動するパラメータ。

この場合、主管電圧ＶＴよりも小さなフォーカス電圧Ｖｋが、βを介して偏向パラメータ（例えば偏向電流）Ｉｃに連動することができるので、偏向時においてもフォーカス電圧Ｖｋに応じてスポット径を一定とすることが可能となる。
（２）第２条件

ＶＴ＝Ａ×Ｖｔ、

Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β＋Ｍ×ＩＫ）、
但し、
ＩＫ：電子線の電流Ｉｋの指示パラメータ、
Ｍ：係数。

この場合、主管電圧ＶＴよりも小さなフォーカス電圧Ｖｋが、βを介して偏向パラメータ（例えば偏向電流）Ｉｃに連動し、ＩＫを介して電流Ｉｋに連動することができるので、偏向時においても、電子線の電流変化時においても、フォーカス電圧Ｖｋに応じてスポット径を一定とすることが可能となる。
（３）第３条件

ＶＴ＝Ａ×Ｖｔ、

Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋α＋β）、
但し、
α：電子線のスポット径に対応する変数。

この場合、主管電圧ＶＴよりも小さなフォーカス電圧Ｖｋが、βを介して偏向パラメータ（例えば偏向電流）Ｉｃに連動し、電子線スポット径に対応するαに連動することができるので、偏向時においても、スポット径変更時においても、フォーカス電圧Ｖｋに応じて変更されたスポット径を所望の径とすることが可能となる。
（４）第４条件

Ｉｃ＝δ×（Ｖｔ）^１／２×ΔＬ、

β＝γ×ΔＬ、
δ：係数、
ΔＬ：電子線の焦点変位量の指示パラメータ
γ：係数。

この場合、第１〜第３条件の場合に、電圧指示パラメータＶｔと偏向量（変位量）ΔＬに連動して偏向パラメータ（例えば偏向電流）Ｉｃを決定し、また、変位量ΔＬを介してβとＩｃを連動させてフォーカス電圧Ｂ×Ｖｔ×（１＋β）またはＢ×Ｖｔ×（１＋β＋Ｍ×ＩＫ）、またはＢ×Ｖｔ×（１＋α＋β）を制御できるので、電圧指示パラメータ及び変位量の変更時においてもスポット径を一定とすることが可能となる。なお、偏向手段が電磁コイルの場合には、偏向パラメータＩｃは電磁コイルに供給される偏向電流であるが、偏向手段が偏向電極の場合には、偏向パラメータは、偏向電極に与えられる電圧となる。

本発明に係るＸ線源によれば、電子線のスポット径（焦点径）を精密に制御することができる。

以下、図面を参照して本発明に係るＸ線源の実施の形態を説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、実施の形態に係るＸ線源の模式図である。

このＸ線源は、Ｘ線管２と各種電源からなる。

Ｘ線管２を構成するガラスの真空容器２’内は真空状態に保持されており、カソードＫとアノード（ターゲット板Ｔ１）とが配置されている。カソードＫは、その近傍に配置されたヒータＨによって加熱され、この加熱によってカソードから熱電子が放出される。カソードＫとターゲット板Ｔ１との間には、筒状の収束電極ＦＧ、グリッド電極Ｇが配置されている。カソードＫとターゲット板Ｔ１の略中心同士を結ぶ線上に収束電極ＦＧの軸と、グリッド電極Ｇの開口中心が位置しており、カソードＫから出射された電子はグリッド電極Ｇ及び収束電極Ｇを介してターゲット板Ｔ１に到達する。ターゲット板Ｔ１の表面はＸ線出射面Ｔ４を構成している。Ｘ線出射面Ｔ４から出射されたＸ線は真空容器２’のＸ線透過部分を介して外部に出射する。

カソードＫから出射される電子の加速電圧は、カソードＫとターゲット板Ｔ１との間の管電圧Ｖ_ＴＫに依存する。

管電圧Ｖ_ＴＫは、収束電極ＦＧとターゲット板Ｔ１との間の主管電圧ＶＴと、カソードＫと収束電極ＦＧとの間のフォーカス電圧Ｖｋの和で与えられる。なお、主管電圧ＶＴの絶対値はフォーカス電圧Ｖｋの絶対値よりも大きく、電子の加速は、ほぼ主管電圧ＶＴの大きさに左右される。

カソードＫから出射した電子は、カソードに対して正の電位が与えられるフォーカス電圧Ｖｋ、主管電圧ＶＴによって形成された電界に引かれてターゲット板Ｔ１に到達し、かかる電子線のターゲット板Ｔ１への衝突時に、Ｘ線が発生する。カソードＫとグリッド電極Ｇとの間の電位差はＶＧに設定され、可変電源ＶＧ１を調整することで、電圧ＶＧを制御し、電子線の電流を制御することができる。ターゲット板Ｔ１はターゲット支持体Ｔ２によって支持されており、ターゲット板Ｔ１を流れる電子線の電流Ｉｋは電流計Ａによって検出される。なお、カソードＫにも電流計Ａが接続されている。

Ｘ線管２の外側には、電子線偏向用の電磁コイル３が設けられており、電磁コイル３には直流電源ＤＣからスイッチ回路４を介して偏向電流Ｉｃが供給される。なお、電子線を偏向するため、電磁コイル３に代えて、Ｘ線管２内のグリッド電極Ｇと収束電極ＦＧとの間に、偏向電極５を配置してもよい。なお、偏向手段が電磁コイル３の場合には、偏向パラメータＩｃは電磁コイルに供給される偏向電流であるが、偏向手段が偏向電極５の場合には、偏向パラメータＩｃは、偏向電極に与えられる電圧となる。

図２は、Ｘ線管の制御装置のブロック図である。

制御装置ＣＴには、電圧指示パラメータＶｔ、電子線のスポット径α、電子線の変位量ΔＬ、管電流指示パラメータＩＫ、実際の管電流Ｉｋが入力され、制御装置ＣＴからは、主管電圧ＶＴ、フォーカス電圧Ｖｋ、グリッド電圧ＶＧ、偏向電流Ｉｃが出力される。このＸ線源は、カソードＫから収束電極ＦＧを経てＸ線発生用のターゲット体Ｔに至る電子線を偏向する偏向手段３を備えており、制御装置ＣＴは、収束電極ＦＧとターゲット体Ｔとの間の主管電圧ＶＴ、カソードＫと収束電極ＦＧとの間のフォーカス電圧Ｖｋ、偏向手段３による電子線偏向量を決定する偏向パラメータＩｃ、及び、電子線の電流Ｉｋを決定するグリッド電圧ＶＧを制御するに当たり、少なくとも偏向パラメータＩｃに連動させてフォーカス電圧Ｖｋを制御している。
ビームスポットは好ましくは円形状であるが、楕円形状であってもよい。この場合、スポット径値は“楕円の長軸長さ（X）と短軸の長さ（Y）の中間値（（X＋Y）/2）”とし、偏向した場合にはその値が偏向前と同じになるように設定することができる。また、ビームスポットは略四角形状（多角形状）であってもよく、その場合も同様の制御を行うことができる。

この制御装置ＣＴは、主管電圧ＶＴの制御に加え、これよりも微少制御が可能なフォーカス電圧Ｖｋに関しては偏向パラメータ（偏向電流）Ｉｃに連動して制御することにより、電子線偏向時の電子線スポット径を精密に制御している。これらは、以下に説明する条件式のいずれかを満たすように各パラメータを設定することが好ましい。

図３は、制御装置ＣＴにおいて行われる演算を示すブロック図である。

同図に示す条件は以下の通りである。適当な係数Ａ、Ｂの関係はＡ＞Ｂとし、βは主管電圧ＶＴとは独立でＩｃに連動するパラメータとする。入力情報＝Ｖｔ、α、ΔＬ、ＩＫ、Ｉｋ、出力情報＝ＶＴ、Ｖｋ、ＶＧ、Ｉｃであるが、ここでは、αは用いないこととし、また、一例として、Ａ＝１０^５、Ｂ＝１０³、βの係数γ＝（１／１０）であるとする。また、関数ＦＢ（ＩＫ−Ｉｋ）は、実電流Ｉｋが指示値ＩＫに一致するようにフィードバックがかかる電圧のことであり、ａｂｓ（ΔＬ）は、ΔＬの絶対値を示す。ΔＬは電子線の焦点変位量の指示パラメータである。
（１）・・・ＶＴ＝Ａ×Ｖｔ
（２）・・・Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β）
（３）・・・ＶＧ＝ＦＢ（ＩＫ−Ｉｋ）
（４）・・・Ｉｃ＝δ×（Ｖｔ）^１／２×ΔＬ
（５）・・・β＝γ×ａｂｓ（ΔＬ）

この場合、主管電圧ＶＴよりも小さなフォーカス電圧Ｖｋが、βを介して偏向パラメータ（偏向電流）Ｉｃに連動することができるので、偏向時においてもフォーカス電圧Ｖｋが調整されることによってスポット径を一定とすることが可能となる。より詳細には、数式（４）、（５）が設定されているので、変位量ΔＬを介してβとＩｃを連動させてフォーカス電圧を制御できるので、スポット径を一定とすることが可能となる。グリッド電圧ＶＧは、モニタされる実電流Ｉｋが設定値ＩＫに一致するように調整される。

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図４は、制御装置ＣＴにおいて行われる演算を示すブロック図である。

図４に示した制御装置ＣＴの図３に示した制御装置ＣＴとの相違点は、数式（２）に代えて、以下の数式（２＊）を採用したものである。但し、Ｍは係数である。
（２＊）・・・Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β＋Ｍ×ＩＫ）

この場合、主管電圧ＶＴよりも小さなフォーカス電圧Ｖｋが、βを介して偏向パラメータ（偏向電流）Ｉｃに連動し、管電流指示パラメータＩＫを介して電流Ｉｋに連動することができるので、偏向時においても、電流変化時においても、フォーカス電圧Ｖｋが調整されることによってスポット径を一定とすることが可能となる。

図５は、制御装置ＣＴにおいて行われる演算を示すブロック図である。

図５に示した制御装置ＣＴの図３に示した制御装置ＣＴとの相違点は、数式（２）に代えて、以下の数式（２＊＊）を採用したものである。但し、αは電子線のターゲット体（本実施形態においてはターゲット板Ｔ１）上のスポット径に対応する変数である。
（２＊＊）・・・Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋α＋β）

この場合、主管電圧ＶＴよりも小さなフォーカス電圧Ｖｋが、βを介して偏向パラメータ（偏向電流）Ｉｃに連動し、電子線スポット径に対応するαに連動することができるので、偏向時においても、スポット径変更時においても、フォーカス電圧Ｖｋが調整されることによって変更されたスポット径を所望の径とすることが可能となる。αの値としては、例えば、０、０．１、０．１５を採用することができ、αの値が大きいほどスポット径が大きくなる。

図６は、フォーカス電圧（Ｖ）に対するスポット径（μｍ）の関係を示すグラフである。

電子線のターゲット板Ｔ１上のスポット径（μｍ）は、電子線の偏向が無い場合（実線）には、フォーカス電圧Ｖｋが−５００Ｖ近傍において極小値（〜１０μｍ）をとる。一方、スポット径（μｍ）は、電子線の偏向がある場合（点線）には、フォーカス電圧Ｖｋが−６１０Ｖ近傍において極小値（〜１０μｍ）をとる。偏向の有無によって同じスポット径となるフォーカス電圧は異なるものであり、例えば、スポット径が３０μｍとなるフォーカス電圧Ｖｋは、偏向無しの場合には−６００Ｖであり、偏向有りの場合には−７００Ｖ近傍である。

図７は、電子線の変位量（μｍ）とスポット径（μｍ）との関係を示すグラフである。

電子線の偏向がフォーカス電圧Ｖｋと連動しない場合（実線）、電子線のターゲット板Ｔ１上の照射位置を変位させると、スポット径が変位に伴って小さくなる。この場合、透過画像の画質が変化するだけでなく、照射位置のターゲット体の損傷も問題となる。一方、電子線の偏向がフォーカス電圧Ｖｋと連動する場合（点線）、スポット径を一定に保持することができる。また、スポット径の保持は、電子線の偏向に伴うスポットの移動と同期させて行ってもよいし、所望の部位に移動後にスポット径を保持するように制御しても良い。後者の場合、電子線の偏向に伴うスポットの移動中はスポット径が大きくなるようにフォーカス電圧を調整し、移動後に所望のスポット径になるようにフォーカス電圧を制御すると好ましい。この場合、移動時のスポット径が大きいために、ターゲット体の損傷も抑制することができる。

次に、偏向電流Ｉｃと電子線の実際の電流Ｉｋの連動制御を行う制御装置の一例について説明する。

図８は、この制御装置の一例を示すブロック図である。

図１に示した収束電極ＦＧの中心軸（Ｚ軸）とターゲット体Ｔ１の交点を基準位置（０，０）とし、この基準位置からターゲット体表面に沿ってｘｙ座標系を設定すると、電子線照射位置の変位量ΔＬを与える座標（ｘ，ｙ）が決定する。なお、変位量ΔＬ＝（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２である。なお、基準位置（０，０）を通るターゲット体表面の法線をｚ軸とすると、ｚ軸とＺ軸とは例示的には３０〜６０°の角度をなしており、また、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は三次元直交座標系を構成している。ｘ軸を基準軸とすれば、電子線照射位置は極座標（角度φと距離ΔＬ）によって与えることもでき、角度φが固定である場合には、距離ΔＬだけが入力情報となる。

制御装置は、パソコン５０に接続されたＸ線管コントローラ１００及びＸ線管ヘッド基板２００を備えている。パソコン５０は、ＲＳ２３２Ｃポートを介して、偏向位置である変位量ΔＬを指示するデジタル値（例えば、座標（ｘ，ｙ））を、Ｘ線管コントローラ１００へ指令する。このときの通信手段はＲＳ２３２Ｃ以外でも可能である。

次に、Ｘ線管コントローラ１００に内蔵された電圧変換器１０１は、入力されたデジタル値を、変位量ΔＬを指示するデジタル値Ｖ_ΔＬに電圧変換する。ここでは、±１２Ｖのデジタル信号を０Ｖと５Ｖのデジタル信号に変換する。この変換されたデジタル信号はデジタル入力部１０２を通して中央演算処理部（ＣＰＵ）１０３に入力される。

中央演算処理部１０３では、入力されたデジタル値Ｖ_ΔＬに演算処理を施す。まず、中央演算処理部１０３は、デジタル値Ｖ_ΔＬを不揮発性メモリ（ＲＯＭ）１０５に記録する。更に、中央演算処理部１０３は、ＲＯＭ１０５内に記憶されたプログラムを読み出し、プログラム内で規定されている数式に基づいて、デジタル値Ｖ_ΔＬから変位量ΔＬを達成するための電圧値（例えば基準管電圧時の電子線偏向電圧）Ｖ’_ΔＬを演算する。なお、中央演算処理部１０３は、規定の数式を用いる演算を行うが、これはテーブルに入力値を入力し、これに対応する出力値を出力することで、演算を行っても良い。例えば、εを係数として、Ｖ’_ΔＬ＝εＶ_ΔＬとする。

中央演算処理部１０３は、変位量ΔＬを与える電圧値Ｖ’_ΔＬをデジタル出力部１０４とＤＡ変換器１０６を通して電圧値をアナログ値に変換し、Ｘ線管ヘッド基板２００に伝送する。Ｘ線管ヘッド基板２００に内蔵された中央演算処理部（ＣＰＵ）２０４は、アナログ電圧値Ｖ’_ΔＬをＡＤ変換器２０１を通してデジタル値に変換し、これをデジタル入力部２０２を介して中央演算処理部２０４に入力する。

中央演算処理部２０４は、一例としてのアナログ値のパラメータＶｔ、実際の管電流ＩｋをＡＤ変換器２０３に入力させてデジタル値に変換し、これをデジタル入力部２０２を介して中央演算処理部２０４に入力する。なお、パソコン５０からは、管電流Ｉｋの指示パラメータＩＫが例えばアナログ値として出力され、電圧変換器１０１、デジタル入力部１０２を介して中央演算処理部１０３に入力される。この管電流の指示パラメータＩＫは、デジタル出力部１０４、ＤＡ変換器１０６、ＡＤ変換器２０１、デジタル入力部２０２を介して中央演算処理部２０４に入力される。
すなわち、中央演算処理部２０４には、実際の管電流Ｉｋ、管電流Ｉｋの指示パラメータＩＫ、フォーカス電圧Ｖｋの指示パラメータＶｔ、電子線偏向制御用の電圧値Ｖ’_ΔＬが入力される。

中央演算処理部２０４は、電子線偏向制御用の電圧値Ｖ’_ΔＬと、パラメータＶｔに基づいて、偏向コイル３（磁界発生用コイル）に供給する電流Ｉｃ、フォーカス電圧Ｖｋを演算する。Ｉｃの演算は、図３の式（４）に示したΔＬを電圧値Ｖ’_ΔＬに読み替えることで行われる。Ｖｋの演算は、図３〜図５の式（２）、又は（２＊）、又は（２＊＊）で行われる。これらの演算式は、ヘッド基板２００内に予め記憶されている。

このＩｃ、Ｖｋの演算には、入力値に対応する出力値を、テーブルに入力して求めるルックアップテーブル方式を採用することもできる。また、グリッド電圧ＶＧも、パラメータＩＫと管電流Ｉｋの差分を求め、上述の演算式によって求めることができる。

中央演算処理部２０４は、ヘッド基板２００内に予め記憶されたプログラムに従って、偏向コイル３に流す電流Ｉｃに対応する電圧を算出し、これをＤＡ変換器２０６によってアナログ値に変換し、コイル電流制御回路２０７に伝送する。コイル電流制御回路２０７は、受け取ったアナログ電圧を基に、偏向コイルに電流Ｉｃを流すことにより、Ｘ線管の電子線軌道を偏向する。
中央演算処理部２０４は、ヘッド基板２００内に予め記憶されたプログラムに従って、カソードと収束電極ＦＧの間に与えるフォーカス電圧Ｖｋ、グリッド電圧ＶＧに対応する電圧を算出し、これらをＤＡ変換器５０１によってアナログ値に変換し、電圧制御回路５０２に伝送する。電圧制御回路５０２は、受け取ったアナログ電圧を基に、各電圧Ｖｋ，ＶＧを出力する。

図９は、制御装置の一例を示すブロック図である。

制御装置は、パソコン５０に接続されたＸ線管コントローラ１００を備えている。パソコン５０は、ＲＳ２３２Ｃポートを介して、偏向位置である変位量ΔＬを指示するデジタル値（例えば、座標（ｘ、ｙ））を、Ｘ線管コントローラ１００へ指令する。このときの通信手段はＲＳ２３２Ｃ以外でも可能である。

次に、Ｘ線管コントローラ１００に内蔵された電圧変換器１０１は、入力されたデジタル値を、変位量ΔＬを指示するデジタル値Ｖ_ΔＬに電圧変換する。ここでは、±１２Ｖのデジタル信号を０Ｖと５Ｖのデジタル信号に変換する。この変換されたデジタル信号はデジタル入力部１０２を介して中央演算処理部（ＣＰＵ）１０３に入力される。

中央演算処理部１０３では、入力されたデジタル値Ｖ_ΔＬに演算処理を施す。まず、中央演算処理部１０３は、デジタル値Ｖ_ΔＬをデータ用の不揮発性メモリ（ＲＯＭ）１０５ｂに記録する。更に、中央演算処理部１０３は、プログラム用のＲＯＭ１０５ａ内に記憶されたプログラムを読み出し、プログラム内で規定されている数式に基づいて、デジタル値Ｖ_ΔＬから変位量ΔＬを達成するための電圧値（例えば基準管電圧時の電子線偏向電圧）Ｖ’_ΔＬを演算する。なお、中央演算処理部１０３は、規定の数式を用いる演算を行うが、これはテーブルに入力値を入力し、これに対応する出力値を出力することで、演算を行っても良い。

中央演算処理部１０３は、アナログ値のパラメータＶｔ、管電流ＩｋをＡＤ変換器２０３に入力させてデジタル値に変換し、これをデジタル入力部２０２を介して中央演算処理部１０３に入力する。すなわち、中央演算処理部１０３には、実際の管電流Ｉｋ、パラメータＶｔ、電子線偏向制御用の電圧値Ｖ’_ΔＬが入力される。

中央演算処理部１０３は、電子線偏向制御用の電圧値Ｖ’_ΔＬと、パラメータＶｔに基づいて、偏向コイル３（磁界発生用コイル）に供給する電流Ｉｃを演算する。この演算は、プログラム用のＲＯＭ１０５ａ内に予め記憶されたプログラムに従う。この演算には、入力値に対応する出力値を、テーブルに入力して求めるルックアップテーブル方式を採用することもできる。演算方法は、上述の通りである。また、パソコン５０から、電圧変換器１０１、デジタル入力部１０２を介して中央演算処理部１０３に入力される指示パラメータＩＫと、管電流Ｉｋの差分から、上述の演算式に従ってＶＧが求められる。

中央演算処理部１０３は、プログラム用のＲＯＭ１０５ａ内に予め記憶されたプログラムに従って、偏向コイル３に流す電流Ｉｃに対応する電圧を算出し、これをデジタル出力部１０４’を介してＤＡ変換器２０６に入力し、ＤＡ変換器２０６によってアナログ値に変換し、コイル電流制御回路２０７に伝送する。コイル電流制御回路２０７は、受け取ったアナログ電圧を基に、偏向コイル３に電流Ｉｃを流すことにより、Ｘ線管の電子線軌道偏向を行う。
中央演算処理部１０３は、プログラム用のＲＯＭ１０５ａ内に予め記憶されたプログラムに従って、フォーカス電圧Ｖｋとグリッド電圧ＶＧに対応する電圧を算出し、これらをデジタル出力部１０４’を介してＤＡ変換器５０１に入力し、ＤＡ変換器５０１によってアナログ値に変換し、電圧制御回路５０２に伝送する。電圧制御回路５０２は、受け取ったアナログ電圧を基に、各電圧Ｖｋ，ＶＧを出力する。

図１０は、制御装置の一例を示すブロック図である。

この制御装置は、上述の演算機能を全てパソコン５０内に取り込んだものであり、入力されるパラメータＶｔに基づき、上述の式に従ってＩｃを演算し、コイル電流制御回路２０７が偏向コイル３に電流Ｉｃを供給する。また、パソコン５０には、ΔＬ、ＩＫ、Ｉｋも入力されており、上述の式に従ってフォーカス電圧Ｖｋ、グリッド電圧ＶＧを演算し、電圧制御回路５０２は、これらの値を出力する。

図１１は、制御装置の一例を示すブロック図である。

電流Ｉｃの制御についてのみ示す。数値入力装置３０１から、偏向量（変位量）ΔＬに対応する数値Ｎが、不揮発性メモリ３０２に入力される。不揮発性メモリ３０２は、数値Ｎを記憶するが、これはＤＡ変換器３０３を介してアナログ信号に変換され、コイル電流制御アナログ回路３０４に入力される。コイル電流制御アナログ回路３０４は、入力された数値Ｎ×係数Ｃを変位量ΔＬとし、これにパラメータＶｔの平方根を乗じて電流Ｉｃを求める。すなわち、以下の式の通りである。

Ｉｃ＝（Ｖｔ）^１／２×ΔＬ
なお、この場合も、ＶｔとＶｋは上述の関係、Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β）、又はＶｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β＋Ｍ×ＩＫ）、又はＶｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋α＋β）を満たすこととする。ＩｃはＶｔを介してＶｋに連動することとなる。なお、数値Ｎを変位量ΔＬとして取り扱い、係数Ｃ＝δとしてＩｃを求めてもよい。

次に、Ｘ線源の機械的構造について説明する。

図１２はＸ線源の外観を示す正面図、図１３は図１２に示したＸ線管の構造を示す縦断面図、図１４は図１３のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

このＸ線源は、電源ボックス１の上部に配置されたＸ線管２を備えている。このＸ線管２は、図１３および図１４に示すように、電子線を出射する電子銃部ＥＧを容器２Ａ内に収容した電子銃収容部２Ｂと、電子線の入射を受けてＸ線を発生するターゲット体Ｔを容器２Ｃ内に収容したターゲット体収容部２Ｄとを備えている。

電子銃部ＥＧを収容した容器２Ａとターゲット体Ｔを収容した容器２Ｃとの間には、電子銃部ＥＧから出射された電子線を棒状のターゲット体Ｔの先端部に向けて通過させる電子線通過窓２Ｅが形成されている。また、容器２Ｃには、ターゲット体Ｔの先端部からその軸線方向に出射されるＸ線を取り出すためのＸ線透過窓２Ｆが設けられている。そして、この容器２Ａ，２Ｃは、内部が真空にされることで真空容器を構成している。

電子銃部ＥＧは、給電用のステムピンＰを介して供給される電力により発熱するヒータＨと、このヒータＨにより加熱されることで熱電子を放出するカソードＫと、カソードＫから放出された熱電子による電子線の電流量を制御するグリッド電極Ｇと、電子線をターゲット体Ｔの先端部（ターゲット板Ｔ１）に向け加速して集束させる収束電極ＦＧとを備えて構成されている。なお、電子銃部ＥＧは、少なくとも電子発生源（本実施形態においてはヒータＨおよびカソードＫ）を有する電子放出部であれば、冷陰極を用いる等、どのような構成によるものでもよい。

一方、ターゲット体Ｔは、電子線の衝突によってＸ線を発生するターゲット板Ｔ１と、このターゲット板Ｔ１に高電圧を供給する棒状のターゲット支持体Ｔ２と、電子線の集束のためにターゲット板Ｔ１を囲む筒状のフード電極Ｆとを備えて構成されている。なお、フード電極Ｆは省略することもできる。

ここで、ターゲット体Ｔの先端部となるターゲット支持体Ｔ２の先端部には、その軸線に斜交する斜面Ｔ３が電子線通過窓２Ｅに対面する向きで形成されている。このターゲット支持体Ｔ２の斜面Ｔ３にはターゲット板Ｔ１が埋め込まれており、その表面のＸ線出射面Ｔ４は、斜面Ｔ３と同一面をなしている。なお、ターゲット板Ｔ１は、ターゲット支持体Ｔ２の先端部の斜面Ｔ３上に載せた状態で固定されていても良い。また、ターゲット板Ｔ１とターゲット支持体Ｔ２とは、ターゲット板Ｔ１用の材質により一体に形成してターゲット体Ｔとしてもよい。

フード電極Ｆは、ターゲット支持体Ｔ２の先端部に嵌合固定される筒状に形成されており、電子線通過窓２Ｅに対面し、かつ、ターゲット板Ｔ１のＸ線出射面Ｔ４に対面する部位には電子線通過孔Ｆ１が形成されている。また、電子線通過孔Ｆ１よりＸ線出射方向に寄ったフード電極Ｆの先端部には、収束電極ＦＧとの間の等電位面を収束電極ＦＧに近づけるための突起Ｆ２が形成されている。この突起Ｆ２の存在により、電子線通過孔Ｆ１を通してターゲット板Ｔ１のＸ線出射面Ｔ４に入射される電子線の焦点位置はＸ線出射方向に変位し、Ｘ線管２はいわゆるマイクロフォーカス機能を発揮するようになる。なお、フード電極Ｆとターゲット支持体Ｔ２の先端部との間に電界的な影響の出ない範囲で隙間が設けられていると、フード電極Ｆからターゲット板Ｔ１への熱的影響が低減されるので好ましい。

ここで、図１３に示すように、Ｘ線管２の電子銃収容部２Ｂには、ターゲット体収容部２Ｄ側のターゲット板Ｔ１のＸ線出射面Ｔ４へ向けて出射された電子線の進路を変更させることができる偏向用電磁コイル３が電子線偏向手段として付設されている。この偏向用電磁コイル３は、図１５に示すように、門形（コの字形）の芯材３Ａの両極部３Ｂ，３Ｃを除く中間部分３Ｄにコイル３Ｅが巻装されたものであり、芯材３Ａは、飽和磁束密度が大きく、透磁率が高く、しかも保持力の小さい材料として、例えばＦｅＣ材で構成されている。また、コイル３Ｅはエナメル線を５００ターン巻きして構成されている。

図１５に示した偏向用電磁コイル３は、図１３に示すように、ターゲット支持体Ｔ２の軸線と平行な線上に両極部３Ｂ，３Ｃが位置する向きで電子銃収容部２Ｂの容器２Ａの外周に装着されている。そして、この偏向用電磁コイル３のコイル３Ｅは、図１に示すように、スイッチ回路４を介して直流電源ＤＣに接続されている。

本発明に係るパルスＸ線源は、前述した一実施形態に限定されるものではなく、一部の構成部分を変更しても一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

例えば、図１３に示した偏向用電磁コイル３は、真空容器２Ａの外周に沿って９０度回転させた状態、すなわち、図１６に示すような向きで真空容器２Ａの外周に装着してもよい。

さらに、図１３に示したフード電極Ｆは、ターゲット板Ｔ１が付設されたターゲット支持体Ｔ２と一体に形成してもよく、あるいは、ターゲット板Ｔ１用の材質により斜面Ｔ３がＸ線出射面として構成されたターゲット体Ｔと一体に形成してもよい。

また、電子線偏向手段としての偏向用電磁コイル３は、図１に示すようにスイッチ回路４および直流電源ＤＣに接続される偏向電極５に変更することができる。

本発明は、Ｘ線を出射するＸ線源に利用することができる。

実施の形態に係るＸ線源の模式図である。Ｘ線管の制御装置のブロック図である。制御装置ＣＴにおいて行われる演算を示すブロック図である。制御装置ＣＴにおいて行われる演算を示すブロック図である。制御装置ＣＴにおいて行われる演算を示すブロック図である。フォーカス電圧（Ｖ）に対するスポット径（μｍ）の関係を示すグラフである。電子線の変位量（μｍ）とスポット径（μｍ）との関係を示すグラフである。この制御装置の一例を示すブロック図である。制御装置の一例を示すブロック図である。制御装置の一例を示すブロック図である。制御装置の一例を示すブロック図である。Ｘ線源の外観を示す正面図である。図１２に示したＸ線管の構造を示す縦断面図である。図１３のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。偏向用電磁コイル３の斜視図である。変形したＸ線管の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１・・・電源ボックス、２Ｄ・・・ターゲット体収容部、２・・・真空容器、２Ｃ・・・真空容器、２Ｆ・・・Ｘ線透過窓、２Ｅ・・・電子線通過窓、２Ｂ・・・電子銃収容部、３・・・偏向コイル（電磁コイル）、３Ａ・・・芯材、３Ｂ，３Ｃ・・・両極部、３Ｄ・・・中間部分、３Ｅ・・・コイル、４・・・スイッチ回路、５・・・偏向電極、５０・・・パソコン、１００・・・Ｘ線管コントローラ、１０１・・・電圧変換器、１０２・・・デジタル入力部、１０３・・・中央演算処理部、１０４・・・デジタル出力部、１０６・・・ＤＡ変換器、２００・・・Ｘ線管ヘッド基板、２０１・・・ＡＤ変換器、２０２・・・デジタル入力部、２０３・・・ＡＤ変換器、２０４・・・中央演算処理部、２０６・・・ＤＡ変換器、２０７・・・コイル電流制御回路、３０１・・・数値入力装置、３０２・・・不揮発性メモリ、３０３・・・ＤＡ変換器、３０４・・・コイル電流制御アナログ回路、ＣＴ・・・制御装置、ＤＣ・・・直流電源、ＥＧ・・・電子銃部、Ａ・・・電流計、Ｆ・・・フード電極、Ｆ１・・・電子線通過孔、Ｆ２・・・突起、ＦＧ・・・収束電極、Ｇ・・・グリッド電極、Ｈ・・・ヒータ、Ｐ・・・ステムピン、Ｔ・・・ターゲット体、Ｔ１・・・ターゲット板、Ｔ２・・・ターゲット支持体、Ｔ３・・・斜面、Ｔ４・・・Ｘ線出射面、Ｉｃ・・・偏向パラメータ、Ｖ_ＴＫ・・・管電圧、Ｉｋ・・・管電流、ＩＫ・・・管電流指示パラメータ、Ｖｔ・・・電圧指示パラメータ、ＶＴ・・・主管電圧、Ｖｋ・・・フォーカス電圧。

Claims

カソードから収束電極を経てＸ線発生用のターゲット体に至る電子線を偏向する偏向手段を備え、前記収束電極と前記ターゲット体との間に主管電圧ＶＴが印加されるＸ線源において、
前記カソードと前記収束電極との間のフォーカス電圧Ｖｋ、
前記偏向手段による電子線偏向量を決定する偏向パラメータＩｃ、及び、
前記電子線の電流Ｉｋ、
を制御する制御装置を備え、
前記カソードから出射される電子の加速電圧は、前記カソードと前記ターゲット体との間の管電圧Ｖ _ＴＫに依存し、
管電圧Ｖ _ＴＫは、主管電圧ＶＴとフォーカス電圧Ｖｋとの和で与えられ、
主管電圧ＶＴの絶対値は、フォーカス電圧Ｖｋの絶対値よりも大きく、
前記制御装置は、
主管電圧ＶＴ、偏向パラメータＩｃ、及び、フォーカス電圧Ｖｋを制御し、
Ａ及びＢを適当な係数とし、
Ｖｔを電圧指示パラメータとし、
主管電圧ＶＴを、
ＶＴ＝Ａ×Ｖｔ（但し、Ａ＞Ｂ）
で与えた場合、
偏向パラメータＩｃは、
δを係数とし、
ΔＬを電子線照射位置の二次元変位量とした場合、
Ｉｃ＝δ×（Ｖｔ） ^１／２ ×ΔＬ、
で与えられ、
フォーカス電圧Ｖｋは、
βをΔＬに比例するパラメータ、
Ｍを係数、
ＩＫを電子線の電流Ｉｋの指示パラメータ、
αを電子線のスポット径に対応する変数とした場合、
（条件１）：Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β）、
（条件２）：Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋β＋Ｍ×ＩＫ）、又は、
（条件３）：Ｖｋ＝Ｂ×Ｖｔ×（１＋α＋β）、
で与えられることを特徴とするＸ線源。
前記偏向手段は、偏向コイルであり、
偏向パラメータＩｃは、前記偏向コイルに供給される偏向電流である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。