特許 6882313 Ｘ線管及びγ線源焦点スポット調整装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6882313

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】Ｘ線管及びγ線源焦点スポット調整装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/14 20060101AFI20210524BHJP

【ＦＩ】

   H01J35/14

【請求項の数】32

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2018-544875(P2018-544875)

(86)(22)【出願日】2017年2月23日

(65)【公表番号】特表2019-506721(P2019-506721A)

(43)【公表日】2019年3月7日

(86)【国際出願番号】US2017019174

(87)【国際公開番号】WO2017147320

(87)【国際公開日】20170831

【審査請求日】2019年12月12日

(31)【優先権主張番号】62/299,888

(32)【優先日】2016年2月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591203428

【氏名又は名称】イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】ブレット エー．ミュールハウザー

(72)【発明者】

【氏名】マシュー ジェイ．ジョンソン

(72)【発明者】

【氏名】タッカー ジェイ．ベハーンズ

【審査官】 関口 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１４−５２０３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００４５７６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ１／００−１／１６

１／１６７−７／１２

Ｈ０１Ｊ３５／００−３５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線源の実効焦点スポットサイズを調整する装置において、
第１の表面から第２の表面へ該装置を貫通する複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、
該チャネル間構造体は第１の物質を含み、前記チャネルは第２の物質を含み、前記第１の物質は前記第２の物質よりも放射線を減衰させ、前記チャネルを通る線が収斂するように、前記チャネル間構造体が前記チャネルを形成し、
前記複数のチャネルの少なくとも１つに関して、前記チャネル間構造体は、前記チャネルの内面の第１のセグメントが前記チャネルの前記内面の第２のセグメントより滑らかであるように、前記チャネルを形成した装置。

【請求項2】

前記第１の表面は凹形であるか、或いは、前記第２の表面は凸形であるかのうちの少なくとも一方である請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記チャネルの長さは全て等しくなっている請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記チャネル間構造体は、前記チャネルの直径が変化し、電子ビームの焦点スポットの不均一性を補償するように、前記チャネルを形成している請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記チャネル間構造体は、前記装置の第１の表面における前記チャネルの開口を、前記装置の第２の表面における前記チャネルの開口より広くなるように、形成している請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記放射線はＸ線またはγ線である請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記チャネルを通る前記線が収斂する点に面している前記装置の表面は円筒形である請求項１に記載の装置。

【請求項8】

放射線源の実効焦点スポットを調整する方法において、
第１の表面から第２の表面まで装置を貫通する複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備えた装置であって、前記複数のチャネルの少なくとも１つに関して、前記チャネル間構造体は、前記チャネルの内面の第１のセグメントが前記チャネルの前記内面の第２のセグメントより滑らかであるように、前記チャネルが形成されており、該チャネル間構造体は第１の物質を含み、前記チャネルは第２の物質を含み、前記第１の物質は前記第２の物質よりも放射線を減衰させ、前記チャネルを通る線が収斂するように、前記チャネル間構造体が前記チャネルを形成して成る装置を前記放射線源と放射線検出器との間に装置を位置決めすることと、
前記放射線検出器によって前記チャネルを通り抜けた放射線を検出することとを含む方法。

【請求項9】

間隙を越えて陰極から陽極まで進行する電子ビームをアクティベートすることを更に含み、前記チャネルを通る前記線の投影によって覆われる面積は、前記陽極上の前記電子ビームの焦点スポットより小さい請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の表面は凹形であるか、或いは、前記第２の表面は凸形であるかのうちの少なくとも一方である請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記チャネルを通る前記線が収斂する点に面している前記装置の表面は円筒形である請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記チャネルの長さは全て等しくなっている請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記チャネル間構造体は、前記チャネルの直径が変化し、前記実効焦点スポットの不均一性を補償するように、前記チャネルを形成している請求項８に記載の方法。

【請求項14】

前記複数のチャネルの少なくとも１つに関して、前記チャネル間構造体は、前記チャネルの内面の第１のセグメントが前記チャネルの前記内面の第２のセグメントより滑らかであるように、前記チャネルを形成している請求項８に記載の方法。

【請求項15】

前記チャネル間構造体は、前記装置の第１の表面における前記チャネルの開口を、前記装置の第２の表面における前記チャネルの開口より広くなるように形成している請求項８に記載の方法。

【請求項16】

前記放射線はＸ線またはγ線である請求項８に記載の方法。

【請求項17】

面積の大きさを調節するために、陽極に対して前記装置を近接または離反させることを更に含む請求項８に記載の方法。

【請求項18】

面積の大きさを調節するために前記装置を傾けるか、或いは、斜めにすることを更に含む請求項８に記載の方法。

【請求項19】

前記チャネル間構造体が放射線検出器上の場所に継続的に影を落とすことのないように、前記装置を移動することを更に含む請求項８に記載の方法。

【請求項20】

前記装置を移動することは、前記装置を回転させること、前記装置を章動させること、或いは、前記装置を振動させることのうちの少なくとも１つを含む請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

物体に向かって放射線を照射する放射線源と、
前記放射線を検出する放射線検出器と、
前記放射線源の実効焦点スポットサイズを調整する装置とを備えたシステムであって、
前記装置は、第１の表面から第２の表面まで前記装置を貫通する複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、該チャネル間構造体は第１の物質を含み、前記チャネルは第２の物質を含み、前記第１の物質は前記第２の物質よりも放射線を減衰させ、前記チャネルを通る線が収斂するように、前記チャネル間構造体が前記チャネルを形成し、
前記複数のチャネルの少なくとも１つに関して、前記チャネル間構造体は、前記チャネルの内面の第１のセグメントが前記チャネルの前記内面の第２のセグメントより滑らかであるように、前記チャネルを形成たシステム。

【請求項22】

前記第１の表面は凹形であるか、或いは、前記第２の表面は凸形であるかのうちの少なくとも一方である請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記チャネルを通る前記線が収斂する点に面している前記装置の表面は円筒形である請求項２１に記載のシステム。

【請求項24】

前記チャネルの長さは全て等しくなっている請求項２１に記載のシステム。

【請求項25】

前記チャネル間構造体は、前記チャネルの直径が変化し、実効焦点スポットの不均一性を補償するように、前記チャネルを形成している請求項２１に記載のシステム。

【請求項26】

前記チャネル間構造体は、前記装置の第１の表面における前記チャネルの開口を、前記装置の第２の表面における前記チャネルの開口より広くなるように、形成している請求項２１に記載のシステム。

【請求項27】

前記放射線はＸ線またはγ線である請求項２１に記載のシステム。

【請求項28】

前記実効焦点スポットサイズを調節するために、前記放射線源の陽極に対して前記装置を近接または離反させる運動システムを更に備える請求項２１に記載のシステム。

【請求項29】

前記実効焦点スポットサイズを調節するために、前記装置を傾けるか、或いは、斜めにする運動システムを更に備える請求項２１に記載のシステム。

【請求項30】

前記チャネル間構造体が放射線検出器上の場所に継続的に影を落とすことのないように、前記装置を移動する運動システムを更に備える請求項２１に記載のシステム。

【請求項31】

前記運動システムは、前記装置を回転させるか、前記装置を章動させるか、或いは、前記装置を振動させる請求項３０に記載のシステム。

【請求項32】

前記放射線源は陰極及び陽極を備え、前記システムの動作中に、電子ビームが、間隙を越えて前記陰極から前記陽極まで進行し、前記実効焦点スポットサイズは、前記陽極上の前記電子ビームの焦点スポットより小さい請求項２１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はＸ線及びγ線撮像において使用するための装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線管はＸ線を放射する装置である。多くの場合に、Ｘ線管は、陰極及び陽極を封入する真空管を備える。陰極は電子を放出し、陽極は、放出された電子を収集する。陰極と陽極との間の電圧が、間隙を越えて陰極から陽極まで電子を加速する。電子が陽極に突き当たるとき、Ｘ線が放出される。陰極から陽極に流れる電子流は、電子ビーム、または単にビームと呼ばれる場合がある。

【0003】

電子が陽極に突き当たるときに生成されるＸ線は、真空管を通り抜け、Ｘ線検出器によって検出することができる。Ｘ線の経路内にある物体が、Ｘ線を減衰させる場合がある。従って、Ｘ線検出器は、減衰が大きい場所において少ないＸ線を検出し、減衰が小さい場所において多くのＸ線を検出する。その減衰パターンは、Ｘ線画像を形成する。

【0004】

電子ビームは、陰極から陽極までの１次元の線ではない。むしろ、電子は陰極線上の２次元または３次元のエリアから放出され、陽極の２次元または３次元のエリアに突き当たる。電子ビームは、陽極の２次元または３次元のエリアに突き当たるので、Ｘ線は、単一の０次元の点ではなく、２次元または３次元のエリアから放出される。

【0005】

理想的には、Ｘ線は、単一の０次元の点から放出されることになる。これは、Ｘ線検出器のどの部分もペナンブラ（半影帯：penumbra）に入らないのを確実にすることになる。ペナンブラは、物体が光源の一部を覆い隠すが、光源の別の部分を覆い隠さないときに生じる。例えば、月が太陽の一部を覆い隠す日食中にペナンブラ（半影帯）が生じるのと同じように、物体が非点光源からのＸ線を減衰させるときに、ペナンブラが生じる可能性がある。ペナンブラはＸ線画像に歪みを引き起こし、多くの場合に画像品質に悪影響を及ぼし、Ｘ線が放出される面積が増加するほど、そして被写体が非点光源の近くに位置決めされるほど、画像品質が低下する。

【0006】

従って、Ｘ線が放出される面積を最小化する試みがなされてきた。一般に、そのような試みは、電子ビームを陽極の小さい面積に合焦させる。電子ビームが突き当り、そこからＸ線が放出される小さい面積は、陽極の「焦点スポット」、または放射線源の「焦点スポット」と呼ばれる場合がある。電子ビームの全てのエネルギーを非常に小さいスポットに合焦させることは、（例えば、陽極上のそのスポットを過熱することによって）陽極に損傷を与える可能性がある。従って、小さい焦点スポットを達成し、それにより、ペナンブラを低減するために、電子ビームのエネルギーが低減されなければならない。結果として、Ｘ線管のＸ線束出力が低減される。Ｘ線束のこの低減は、小さい焦点スポットを有するＸ線管の適用例を制限する場合がある。例えば、減衰が大きいいくつかの物体のラジオグラフィの場合に小さい焦点スポットを有するＸ線管を使用することは、Ｘ線束の低減が露出時間の増加を引き起こすことに起因して、実用的でない場合がある。

【0007】

上記の検討はＸ線を参照したが、同じ原理は、γ線等の他のタイプの放射にも当てはまる。

【発明の概要】

【0008】

包括的には、本開示は、Ｘ線及びγ線撮像において使用するための装置及び方法を記述する。説明を容易にするために、本開示の多くはＸ線を参照するが、γ線または電磁放射の他のスペクトル帯域内の放射線のような他のタイプの放射線にも同じく適用可能な場合がある。本明細書において説明されるように、Ｘ線管と被検査物体との間に装置が配置される。例えば、その装置は、Ｘ線管のポートに配置することができる。装置は、放射線源側表面と、物体側表面とを有する。放射側表面はＸ線管に面し、物体側表面は被検査物体に面する。さらに、装置は、放射線源側表面から物体側表面まで装置を通り抜けるチャネルを形成する一連のカラム構造体を備える。チャネルは、空気、ポリマー、炭素系材料または他の低減衰物質等の１つ以上の低減衰物質で満たすことができる。カラム構造体は、タングステン、鉛、鉛ガラスまたはタンタル等の１つ以上の高減衰物質から形成することができるか、またはそのような高減衰物質を含むことができる。従って、Ｘ線は、著しく減衰することなく、チャネルを通り抜けることができるが、著しく減衰することなく、カラム構造体を通り抜けることはできない。

【0009】

装置は、Ｘ線管自体を変更することなく、焦点スポットの実効サイズを変更または調整する効果を与えることができる。例えば、装置は、焦点スポットを実際に小さくすることなく、焦点スポットサイズを小さくする効果を与えることができる。装置は、実際の焦点スポットの中心エリアからのＸ線光子が装置を通り抜けることを可能にしながら、実際の焦点スポットの外側部分によって放出されるＸ線光子を遮断することによって、この効果を与えることができる。この効果を達成するために、チャネルがその進路の全体にわたって、実際の焦点スポットの中心エリアによって放出されるＸ線光子の経路と位置合わせされるように、装置のチャネルが形成される。従って、実際の焦点スポットの中心エリアから放出されるＸ線光子が装置を通り抜けることができ、一方、実際の焦点スポットの中心エリア以外から放出されるＸ線光子は、装置のカラム構造体の高減衰物質によって減衰する。

【0010】

一例において、本開示は、放射線源の実効焦点スポットサイズを調整する装置であって、この装置は、第１の表面から第２の表面までこの装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、このチャネル間構造体は第１の物質を含み、チャネルは第２の物質を含み、第１の物質は、第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成する、装置を記述する。

【0011】

別の例において、本開示は、放射線源の実効焦点スポットを調整する方法であって、この方法は、放射線源と放射線検出器との間に装置を位置決めすることであって、この装置は、第１の表面から第２の表面までこの装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、このチャネル間構造体は第１の物質を含み、チャネルは第２の物質を含み、第１の物質は第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成する、位置決めすることと、間隙を越えて陰極から陽極まで進行する電子ビームを作動させることとを含み、チャネルを通る線の投影によって覆われる面積は、陽極上の電子ビームの焦点スポットより小さい、方法を記述する。

【0012】

別の例において、本開示は、システムであって、物体に向かって放射線を照射する放射線源と、放射線を検出する放射線検出器と、放射線源の実効焦点スポットサイズを調整する装置とを備え、この装置は、第１の表面から第２の表面まで装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、このチャネル間構造体は第１の物質を含み、チャネルは第２の物質を含み、第１の物質は、第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成する、システムを記述する。

【0013】

１つ以上の例の詳細は、添付図面及び以下の説明に明らかにされている。他の特徴、目的、及び利点は、以下の説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の１または複数の技術を実行することができる例示的なＸ線検査装置を示すブロック図である。

【図2】本開示の１または複数の技術による焦点スポット調整装置を備える例示的なＸ線源を示す概念図である。

【図3】本開示の技術による焦点スポット調整装置の例示的な断面図を示す概念図である。

【図4】本開示の技術による焦点スポット調整装置の例示的な正面図を示す概念図である。

【図5】本開示の技術による焦点スポット調整装置の例示的な背面図を示す概念図である。

【図6】本開示の技術による焦点スポット調整装置の例示的な斜視図を示す概念図である。

【図7】本開示の技術による、放射線源の実効焦点スポットを調整する例示的な動作を示すフローチャートである。

【図8】本開示の技術による、粗いカラム表面及び滑らかなカラム表面の積み重ねによる組み合わせを有する焦点スポット調整装置の一例を示す図である。

【図9】本開示の１または複数の技術によるＸ線検査装置の例示的な断面図を示す図である。

【図10】本開示の１または複数の技術による例示的な焦点スポット調整装置調節機構を示す図である。

【図11】本開示の１または複数の技術によるＸ線源に結合される焦点スポット調整装置調節機構の例示的な図を示す図である。

【図12】本開示の１または複数の技術による焦点スポット調整装置の例示的な外形図を示す概念図である。

【図13】本開示の１または複数の技術による焦点スポット調整装置の別の例示的な外形図を示す概念図である。

【図14】本開示の１または複数の技術によるγ線源とともに使用される焦点スポット調整装置の例示的な断面図である。

【図15】本開示の１または複数の技術による別の例示的な焦点スポット調整装置を示す概念図である。

【図16】本開示の１または複数の技術による例示的な検査装置を示す組立分解図である。

【図17】本開示の技術による半球形焦点スポット調整装置６００を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、本開示の１または複数の技術を実行することができる例示的なＸ線検査装置１００を示すブロック図である。図１の例において、装置１００は、Ｘ線源１０２と、Ｘ線検出器１０４とを備える。Ｘ線源１０２はＸ線１０６を放出する。Ｘ線源１０２は、Ｘ線管の一例とすることができる。図１の例で示すように、Ｘ線１０６はＸ線源１０２から現れる場合があり、発散する経路に従う。Ｘ線検出器１０４は、Ｘ線源１０２によって放出されるＸ線等のＸ線を検出する。図１及び本開示の残りの部分は主にＸ線を論じるが、Ｘ線に関して論じることは、γ線等の他のタイプの放射にも適用可能な場合がある。それゆえ、Ｘ線源１０２は放射線源の一例とすることができ、Ｘ線検出器１０４は放射線検出器の一例とすることができる。

【0016】

さらに、図１の例において、Ｘ線源１０２とＸ線検出器１０４との間に対象物１０８が配置される。対象物１０８は、調査対象物とすることができる。例えば、対象物１０８は、欠陥があるかを検査されている１つの産業機器とすることができる。Ｘ線１０６が対象物１０８を通り抜けるとき、対象物１０８内の特定の構造体が、対象物１０８内の他の構造体より大きくＸ線１０６を減衰させる場合がある。結果として、Ｘ線検出器１０４は、対象物１０８内の減衰が大きい構造体を通るＸ線源１０２からの光線に対応するＸ線検出器１０４上の場所において、少ないＸ線放射線を検出する。従って、減衰が大きい構造体は、Ｘ線検出器１０４上にＸ線影を落とす。

【0017】

いくつかの例において、Ｘ線検出器１０４は、対象物１０８内の減衰が大きい構造体によって投じられる影のパターンを明らかにする物理的なラジオグラフを生成するために現像することができるＸ線感受性フィルムを備える。他の例において、Ｘ線検出器１０４は、影のパターンを表す、電気信号または光学信号等の信号を生成することができる。そのような例において、画像処理システム１１０が信号を処理し、影のパターンを明らかにする電子／デジタルラジオグラフを生成することができる。画像処理システム１１０は、パーソナルコンピューター、専用コンピューティングデバイス、または別のタイプのコンピューティングデバイス等のコンピューティングデバイスを備えることができる。

【0018】

種々の例において、Ｘ線検出器１０４は種々の方法において実現される。例えば、Ｘ線検出器１０４は、フラットパネルＸ線検出器（ＦＰＤ）を含むことができる。他の例では、Ｘ線検出器１０４は、レンズ結合シンチレーション検出器、線形ダイオードアレイ（ＬＤＡ）、または別のタイプのＸ線検出器を含むことができる。ＦＰＤは、ガラス検出器アレイ上のアモルファスシリコン上に製作されたヨウ化セシウム等のシンチレーション材料の層を備えることができる。このシンチレーター層は、Ｘ線を吸収して可視光光子を放出する。これらの可視光光子は、次に、ソリッドステート検出器によって検出される。検出器ピクセルサイズは、数十マイクロメートル〜数百マイクロメートルの範囲とすることができる。いくつかの例では、Ｘ線検出器１０４は、フラットパネルＸ線検出器を含む。いくつかの例では、Ｘ線検出器１０４のピクセルサイズは、２５マイクロメートル〜４００マイクロメートルの範囲内とすることができる。さらに、一般的な市販のＦＰＤの視野は、約１００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲とすることができる。市販のＦＰＤは、大きな視野を必要とする用途に用いることができる。

【0019】

高解像度の用途は、光学レンズを用いて、放出された可視光を、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器等の検出器に中継するレンズ結合検出器を使用する場合がある。いくつかの例では、このレンズは、１ｘ〜１００ｘの範囲の倍率を提供することができ、このため、有効なピクセルサイズは、０．１マイクロメートル〜２０マイクロメートルとなる。Ｘ線検出器１０４がレンズ結合検出器を含むいくつかの例では、Ｘ線検出器１０４のピクセルサイズは、０．１マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲内にある。さらに、Ｘ線検出器１０４がレンズ結合検出器を含むいくつかの例では、視野は、０．２ｍｍ〜２５ｍｍの範囲とすることができる。

【0020】

図１の例で示すように、Ｘ線源１０２と対象物１０８との間に焦点スポット調整装置１１２が配置される。いくつかの例において、焦点スポット調整装置１１２はＸ線源１０２に、或いは、Ｘ線源１０２内に取り付けられる。いくつかの例において、焦点スポット調整装置１１２は、Ｘ線源１０２の遮蔽材料等の、Ｘ線源１０２の別の構成要素の一体部分を形成する。いくつかの例において、焦点スポット調整装置１１２は、可動、取外し可能及び／または交換可能である。後に更に詳細に説明されるように、焦点スポット調整装置１１２は、Ｘ線管自体を変更することなく、Ｘ線源１０２のＸ線管の焦点スポットの実効サイズを変更または調整する効果を与えることができる。

【0021】

後に詳細に説明されるように、焦点スポット調整装置１１２は、Ｘ線管またはγ線源から放出されている散乱放射を除去しながら、Ｘ線管またはγ線源の実効焦点スポットを調整することができる。焦点スポット調整装置１１２は、減衰が実質的に大きい材料を含むチャネル間構造体に隣接する、空気または減衰が実質的に小さい材料を含む複数のチャネルを形成する格子状構造体を備えることができる。いくつかの例において、焦点スポット調整装置１１２は、固定画像格子パターンを除去するだけでなく、電子ビームの実効焦点スポットを更に調整するための運動機構を与えることができる。ビーム出力を最適化するために焦点スポット調整装置１１２を位置合わせする方法も提供される。焦点スポット調整装置１１２の使用は、所与のＸ線管またはγ線源で生成される画像の空間分解能及びコントラスト感度を改善することができる。

【0022】

焦点スポット調整装置１１２は、種々の環境で応用される場合がある。例えば、焦点スポット調整装置１１２は、定置機器及び可搬機器の両方に関して工業、医療または他の産業において使用されるＸ線システム及びγ線システムに適用される場合がある。さらに、焦点スポット調整装置１１２は、静止陽極管及び回転陽極管とともに使用することができ、密閉管及び開放型真空管（open vacuum tubes）とともに使用することができる。

【0023】

図２は、本開示の１または複数の技術による焦点スポット調整装置１１２を備えるＸ線源１０２の一例を示す概念図である。図２は、説明のためにのみ与えられ、構成要素の縮尺または実際の形状を示すことを意図していない。

【0024】

図２の例において、Ｘ線源１０２はハウジング１９８を備える。ハウジング１９８は、望ましくない場所においてＸ線がＸ線源１０２から生じるのを阻止する遮蔽材料を備えることができる。ハウジング１９８は、鋼、鉛、タングステン、タンタル、その他の金属若しくは材料等の種々の材料から構成することができる。鋼、鉛、タンタルまたはタングステンは、Ｘ線を遮蔽するためにハウジング１９８において有用な場合があるが、Ｘ線源からのＸ線の代わりに、γ線または他の帯域の電磁放射線が使用される場合には特に、ハウジング１９８のために他の材料も有効な場合がある。例えば、ハウジング１９８は、金属セラミック管を備えることができる。ハウジング１９８は、密閉された内部空間２０４を形成する。内部空間２０４は、ハウジング１９８の内部空間２０４内に真空が存在するように、実質的に真空にすることができる。ハウジング１９８の内部空間２０４は、陰極２０６及び陽極２０８を含む。陰極２０６は、本明細書においてフィラメントと呼ばれる場合もある。陰極２０６は、電子のビーム２１０（破線）を放出し、陽極２０８は、放出された電子を収集する。本開示はまた、電子のビーム２１０を電子ビーム２１０と呼ぶ。電子ビーム２１０の電子が陽極２０８に突き当たると、陽極２０８によってＸ線（小さい点の点線）が放出される。

【0025】

Ｘ線源１０２の内部からＸ線を放出できるようにするために、ハウジング１９８内に低減衰材料の窓２００（すなわち、ビームポート）が形成される。図２の例において、窓２００は焦点スポット調整装置１１２と位置合わせされる。

【0026】

図２の例で示すように、電子ビーム２１０の電子は、本開示において焦点スポット２１２と呼ばれる、陽極２０８の多次元エリアに突き当たる。従来の焦点スポット管（すなわち、４００μｍ超の焦点スポットを有するＸ線管）、ミニ焦点Ｘ線管（１００μｍ〜４００μｍ）及びγ線源の適用例では、幾何学的拡大が、焦点スポットのサイズ（光線の原点）によって実質的に制限される。本開示において焦点スポットのサイズ（例えば、４００μｍ）の測定値の指標は、焦点スポットの最も長い寸法等の、製造業者によって規定されるような焦点スポットの測定値を指している。本開示において他の場所で説明されるように、焦点スポット２１２は単一の幾何学的点ではないので、ラジオグラフにおいてペナンブラが生じる場合がある。従って、これらの一般の管設計（例えば、従来の、若しくはミニ焦点）またはγ線源のうちの１つを使用するとき、幾何学的拡大は、焦点スポットサイズに起因する幾何学的不鮮明（例えば、ペナンブラ）によって制限される場合がある。

【0027】

Ｘ線管の従来の構成は、電子放出器フィラメントサイズを制御すること、電子ビームを合焦させること、電子ビームをクロッピング（cropping）及び／またはコリメートすること、電子ビームが対象物（例えば、陽極２０８）に突き当たるこの対象物の角度を調節すること、及び上記の技術の任意の組み合わせ等の種々の技術によって、焦点スポットを制御することができる。いくつかのＸ線管は、管ワット数が増加すると、電子ビームの焦点を絶えずぼかす。さらに、「可変焦点」管は、複数の焦点スポットを生成するために、電子ビームの合焦を徐々に調節することができる。さらに、いくつかのＸ線管は、単一のＸ線管から複数の焦点スポットを生成するために、多くの場合に異なるサイズの複数のフィラメントを備えている。γ線源は、焦点スポットサイズを形成する主な要因である種々のサイズに分けられる。

【0028】

図２の例において、焦点スポット調整装置１１２は、主に、Ｘ線源１０２のハウジング１９８の外部に配置される。しかしながら、他の例では、焦点スポット調整装置１１２は主に、或いは、完全にハウジング１９８の内部にある場合がある。焦点スポット調整装置１１２は、カラム構造体２１４の組を備える。カラム構造体２１４は、焦点スポット調整装置１１２の放射線源側表面２１８から、焦点スポット調整装置１１２の物体側表面２２０まで焦点スポット調整装置１１２を通り抜けるチャネル２１６を形成する。従って、カラム構造体２１４は、チャネル間構造体と呼ばれる場合がある。簡単にするために、図２の例は４つのチャネルのみを示す。しかしながら、カラム構造体２１４は、間隔を置いて規則的またはランダムなパターンで配置される場合がある、より多くのチャネルを形成することができる。

【0029】

チャネル２１６は、Ｘ線に対する減衰が相対的に小さい物質で満たすことができる。例えば、チャネル２１６は、空気または別の物質を含むことができる。しかしながら、カラム構造体２１４は、Ｘ線に対する減衰が相対的に大きい物質から形成することができる。例えば、カラム構造体２１４は、タングステン、鉛、鉛ガラスまたはタンタル等の高密度材料から形成することができる。チャネル２１６が低減衰物質を含み、一方、カラム構造体２１４が高減衰物質を含むので、Ｘ線は、チャネル２１６を通り抜けることを可能にすることができ、かつカラム構造体２１４によって減衰することができる。

【0030】

チャネル２１６が物体側表面２２０から放射線源側表面２１８に向かって内向きに角度をなすようにカラム構造体２１４がチャネル２１６を形成し、それにより、チャネル２１６の中心線を通り抜ける概念線が焦点スポット２１２内のエリアも通り抜けるようになる。従って、概念線は、焦点スポット２１２の表面上または表面付近（例えば、表面の後方）の場所に収斂することができる。本開示は、焦点スポット２１２内のエリアを実効焦点スポット２２２と呼ぶ場合がある。従って、実効焦点スポット２２２は、焦点スポット２１２のサブ領域とすることができる。言い換えると、チャネルの投影によって覆われる面積は、陽極上の電子ビームの焦点スポットより小さい。

【0031】

チャネル２１６に角度があるので、実効焦点スポット２２２の外部にある焦点スポット２１２の部分によって放出されるＸ線は、放射線源側表面２１８から物体側表面２２０まで、カラム構造体２１４によって減衰することなくチャネル２１６を通り抜ける可能性は小さい。例えば、Ｘ線２２６は、実効焦点スポット２２２の外部にある焦点スポット２１２の部分によって放出され、一方、Ｘ線２２８は、同じ角度で実効焦点スポット２２２内から放出される。図２の例で示すように、Ｘ線２２８は、著しく減衰することなく、チャネル２１６のうちの１つを通り抜けることができ、一方、Ｘ線２２６は通り抜けることができない。従って、焦点スポット調整装置１１２の物体側表面２２０から現れるＸ線は主に実効焦点スポット２２２内から放出され、一方、実効焦点スポット２２２の外部から放出されるＸ線は実質的に遮断される。

【0032】

異なる焦点スポット調整装置を用いて、異なるサイズの実効焦点スポットを達成することができる。例えば、特定の焦点スポット調整装置によって形成されるチャネルを通り抜ける概念線が、焦点スポット２１２と交わる面積が小さいほど、その特定の焦点スポット調整装置で、小さい実効焦点スポットを達成することができる。従って、実効焦点スポットのサイズは、チャネルの角度、チャネルの長さ、及び焦点スポット２１２からの焦点スポット調整装置の距離の関数とすることができる。それゆえ、Ｘ線源１０２とともに使用される異なる焦点スポット調整装置を置き換えることによって、ユーザーが、焦点スポット２１２の実効サイズを調整できる場合がある。言い換えると、焦点スポット調整装置１１２を用いて、コリメーション開口（collimation openings）（すなわち、チャネル２１６の開口）のサイズ、コリメーション開口及びカラム構造体２１４の発散角、及び原点サイズの組み合わせによって、Ｘ線源１０２の実効焦点スポットを調整することができる。

【0033】

従って、焦点スポット調整装置１１２によって、管または光源の内部設計または動作を何も変更することなく、デバイス自体の外部にある既存のＸ線管またはγ線源の焦点スポットサイズを変更または調整できるようになる場合がある。焦点スポット調整装置１１２の種々の構成が、製造業者によって規定される焦点スポットより小さい実効焦点スポットを与えることができ、それにより、従来の焦点、及びミニ焦点のＸ線管及びγ線源の幾何学的拡大能力を拡張することができる。上記で論じられたように、焦点スポット調整装置１１２は、標準的な焦点スポット（例えば、焦点スポット２１２）の外側部分から到来する望ましくないＸ線光子のクロッピングを使用することによって、ペナンブラを低減することができる。焦点スポット調整装置１１２を用いて、ビーム円錐サイズ及び発散角を、より小さい原点に、または最大で元の製造業者による焦点スポットサイズまでのより大きい原点に変更することによって、実質的な（実効）焦点スポットサイズを調節することができる。焦点スポット調整装置１１２の格子構造は、種々の所望のビーム円錐サイズ及び角度に一致するように加工することができる。一般に、所望の焦点スポットサイズは、所望の焦点スポットの特性を表すビームを生成する格子のカラムサイズ及び深さ、ビーム発散角並びに原点サイズに適合する。カラムサイズが小さいほど、カラム深さ及び／または厚さが大きいほど、及び、コリメーション構造の中心点が小さくビームコリメーション発散角が急勾配であるほど、実質的な焦点スポット（例えば、実効焦点スポット２２２）を小さくすることができる。さらに、実質的な焦点スポットは、焦点スポット調整装置１１２を焦点スポット２１２のより近くに位置決めすることによって小さくすることができる。より大きい実効焦点スポットの場合、逆のことを実行することができる。焦点スポット２１２の近くで使用するために設計された焦点スポット調整装置は、より急勾配のチャネル角を有することができる。例えば、焦点スポット調整装置の放射線源側表面と窓２００との間に１／２インチの間隔をあけて位置決めされる焦点スポット調整装置、及び焦点スポット調整装置の放射線源側表面との間に１／８インチの間隔をあけ、より急勾配のカラム角で位置決めされる別の焦点スポット調整装置が、より小さい実質的な焦点スポットを得ることができる。また、カラム角を変更することなく、窓２００の近くに焦点スポット調整装置を動かすことにより、実質的な焦点スポットサイズを小さくすることができる。実効焦点スポットサイズを調節するために、放射線源の陽極に対して装置を近接または離反させるように、運動システム２３２を構成することができる。

【0034】

さらに、焦点スポット２１２から放出されるいくつかのＸ線が、ハウジング１９８等の、Ｘ線源１０２内の表面から散乱する。すなわち、Ｘ線管及びγ線源は、Ｘ線管及びγ線源、遮蔽体、カメラ内から、及びＸ線管のビームポート付近において、散乱放射を生成することは理解されたい。例えば、図２の例において、Ｘ線２３０はハウジング１９８から散乱する。散乱したＸ線は、ラジオグラフのコントラストを低下させる場合がある。さらに、幾何学的拡大が適用されるときに、この散乱放射によって画像鮮明度が悪影響を及ぼされる可能性がある。散乱したＸ線が焦点スポット調整装置１１２の放射線源側表面２１８にランダムな角度で到達する場合があるので、最も大きく散乱したＸ線はチャネル２１６を完全に通り抜けるのではなく、代わりに、カラム構造体２１４によって減衰することになる。それゆえ、焦点スポット調整装置１１２の設計は、Ｘ線ビームの連続したマルチポートコリメーションを与えることができ、Ｘ線源１０２の内部空間２０４（例えば、真空チャンバー）の内部から到来する散乱放射、及びビームポート、Ｘ線源１０２の外部遮蔽体及び外部ケーシングの表面から到来する、Ｘ線源１０２の内部空間２０４の外部の散乱放射の多くを減衰させることができる。従って、焦点スポット調整装置１１２は、散乱したＸ線の影響を小さくすることによって、ラジオグラフ内のコントラスト及び鮮明度を高めるという更なる利点を有することができる。

【0035】

カラム構造体２１４は、実効焦点スポット２２２内から放出される或る量のＸ線を減衰させることができる。従って、焦点スポット調整装置１１２自体が、Ｘ線検出器１０４上に影を落とす場合がある。例えば、カラム構造体２１４がチャネルの格子パターンを形成する場合には、ラジオグラフ内に格子パターンが現れる場合がある。これを阻止するために、カラム構造体２１４がＸ線検出器１０４上の同じ場所に継続的に影を落とすことのないように、焦点スポット調整装置１１２を動かすように運動システム２３２を構成することができる。例えば、運動システム２３２は、焦点スポット調整装置１１２を回転させるように構成することができる。従って、運動を用いて、更なる焦点スポット調整だけでなく、画像内の固定パターン形成の除去を助けることができる。いくつかの例において、画像内の固定パターン形成は、一般的な減算方法を通して除去することもできる。そのような減算方法では、焦点スポット調整装置１１２によって遮断される面積に対応するピクセル値が、相対的に低い輝度値を有する場合がある。従って、補償するために、そのようなピクセル値から値を減算することができるか、またはそのようなピクセル値を別の方法で調節することができる。焦点スポット調整装置１１２の運動が望まれる場合、限定はしないが、回転、章動（nutation）及び振動を含む、その運動を、機械的、電気的、音響的、磁気的、圧電的、空気圧的及び水圧的方法で与えることができる。可搬の適用例では、焦点スポット調整装置１１２の運動は、電池または他の電源、並びに、ばね張力、空気圧及び水圧運動発生システム等の機械式のみの駆動機構を利用することができる。図２の例において、運動システム２３２は、ハウジング１９８の外部に位置する。他の例において、運動システム２３２は、ハウジング１９８の内部に位置するか、または一部がハウジング１９８の内部に位置しかつ一部がハウジング１９８の外部に位置する。

【0036】

所望の焦点スポット及びコリメーション開口のサイズによって規定されるような可変のオフセット変位によりデバイスに運動を与えることによって、焦点スポット調整装置１１２を用いて実効焦点スポットを更に調節可能とすることができる。例えば、特定の開口間隔サイズについて更なる焦点スポットの縮小をもたらすために、或る機構が、スポット調整装置１１２を（操作して、または操作することなく）或る角度に傾けるか、または斜めにすることができる。言い換えると、その機構は、実効焦点スポットサイズを調節するために、焦点スポット調整装置１１２を傾けるか、または斜めにすることができる。本開示の他の箇所で示すように、実際の焦点スポットに対する焦点スポット調整装置１１２の位置を変更することによって、実効焦点スポットのサイズを変更することができる。

【0037】

チャネル２１６の開口は、種々の形状を有するように焦点スポット調整装置１１２によって形成することができる。例えば、焦点スポット調整装置１１２は、開口パターンに対する遮蔽を潜在的に最適化するために、円形、正方形、三角形、六角形若しくは他の幾何学的形状または幾何学的形状の組み合わせを有するようにチャネル２１６の開口（またはカラム構造体２１４）を形成することができる。異なる運動構成及び画像固定パターン低減のために開口とカラム構造体との最適な比を与えるために、チャネル２１６の開口のパターンまたはカラム構造体２１４のパターンの互いに対する位置合わせを変更することができる。例えば、装置の厚さを通して穴及び／または壁サイズが異なる場合がある。一例において、カラム構造体２１４は、放射線源側表面２１８におけるチャネル２１６の開口を、物体側表面２２０におけるチャネル２１６の開口より広くなるように、或いは、その逆になるように、形成することができる。より一般的には、カラム構造体２１４は、焦点スポット調整装置１１２の第１の表面におけるチャネル２１６の開口を、焦点スポット調整装置１１２の第２の表面におけるチャネル２１６の開口より広くなるように、形成することができる。焦点スポット調整装置１１２の外側の物体側表面２２０は、所与の管／光源設計による実施態様を最適化するために、及び所定の検出器サイズ及び／または形状についてビーム出力を最適化するために、円形、正方形または別の幾何学的形状とすることができる。焦点スポット調整装置１１２は、狭視野の適用例の場合に更なるビームクロッピング／遮断コリメーションとともに使用することができ、管／光源散乱及び一次ビーム光子を生成する散乱を更に除去することができる。

【0038】

いくつかの例において、焦点スポット調整装置１１２は、実効焦点スポット２２２の更なる調節を与えるために、異なるコリメーション開口構成の複数の層を用いて更に製造することができる。さらに、より高いエネルギーの適用例の場合に、望ましくない、より高いエネルギーのＸ線光子の更なる減衰を与えるために、焦点スポット調整装置１１２の厚さ／深さ及び遮蔽カラム構造体２１４の厚さを増すことができる。

【0039】

本開示において他の場所で論じられるように、電子ビーム２１０が陽極２０８のより小さいエリア上に合焦するとき、陰極２０６と陽極２０８との間の間隙にわたって印加することができる電圧が減少する。これは、電圧が一定のままであった場合、電子ビーム２１０によって陽極２０８の表面積の各単位正方形（square unit）に与えられるエネルギーが増加することになるからである。小さいエリアにおいてあまりに多くのエネルギーを受けると、陽極２０８を損傷する可能性がある。従って、焦点スポット２１２のサイズが減少するとき、電圧、それゆえ、ワット数も減少せざるを得ない場合がある。電圧が減少すると、陽極２０８のＸ線束出力が減少する。この文脈において、束は単位時間あたりに放出される放射エネルギーを指す。

【0040】

従って、マイクロ焦点管（例えば、１００μｍ未満の焦点スポットを有するＸ線管）設計は通常、ワット数に関して制限され、それゆえ、ミニ焦点管（１００μｍ〜４００μｍの焦点スポット）及び従来の焦点スポット管（４００μｍより大きい焦点スポット）のＸ線束出力を生成することができないことは理解されたい。焦点スポット調整装置１１２によって、従来のＸ線管（例えば、従来のＸ線管のワット数を有する）が、従来の焦点から、ミニ焦点及びマイクロ焦点までの範囲に及ぶ焦点スポットを生成できるようになる場合があり、それにより、高いワット数の適用例において機能する能力を保持しながら、より広い範囲の幾何学的拡大適用例を通して、Ｘ線管の実効的な使用を著しく広げることができる。さらに、いくつかのマイクロ焦点管は、製造の適用例に関して、ミニ焦点及び従来の焦点の管より著しく高額であり、多くの場合に安定性を欠いている。これは、多くの場合に、開放型真空管設計及びこの開放型真空管設計をサポートする更なる構成要素に起因する。これは特に、２２５ｋｖより高い開放型真空管設計マイクロ焦点管の場合に当てはまる場合がある。従って、焦点スポット調整装置１１２の使用は、実際のマイクロ焦点管またはミニ焦点管のコストを著しく高くすることなく、マイクロ焦点管またはミニ焦点管の効果を与えることができる。

【0041】

さらに、多くのＸ線管が、焦点スポットの異なる場所にわたって変動するＸ線光子強度を有することは理解されたい。焦点スポット調整装置１１２によって、より大きい焦点スポットの中のより小さい「ホットスポット」領域を選択して、縮小された焦点スポット面積に最も高いＸ線束出力の最適な位置を与えることができるようになる場合がある。これはまた、より一貫性がある焦点スポット形状及び出力強度を与えることができる。このデバイスとともに、単一焦点スポット管及び多焦点スポット管を使用することができる。多焦点スポット管の場合、Ｘ線管の異なる焦点スポットを利用するために、焦点スポット調整装置１１２を位置決めし直すことができるか、或いは、異なる位置において異なる焦点スポット調整装置を使用することができる。さらに、多くのミニ焦点管設計は、より小さい焦点スポットを生成するために、急勾配の対象角を使用する。急勾配の対象角の使用は、歪んだ焦点スポット形状、光子分布の変動及び広範な熱作用を引き起こす可能性があり、それにより、Ｘ線束出力の変動及び異なる方向における空間分解能の変動を引き起こす可能性がある。焦点スポット調整装置１１２によって、より均一なビーム形状及びより一様なＸ線光子分布を生成しながら、従来の焦点からマイクロ焦点までに及ぶ焦点スポットを生成するために、急勾配でない対象角を有する管設計を使用できるようになる場合がある。例えば、焦点スポット調整装置１１２は、従来のサイズの焦点スポットに典型的な対象角（例えば、３０度）を有するミニ焦点またはマイクロ焦点サイズ実効焦点スポットを可能にする場合がある。

【0042】

焦点スポット調整装置１１２は、様々な方法で製造することができる。例えば、焦点スポット調整装置１１２は、３Ｄ印刷、粉末金属、マイクロマシニング、エッチング、電鋳、レーザドリリング、粉末形成、及び他の製造方法を用いて製造することができる。種々の例において、焦点スポット調整装置１１２は、単一の構成要素として製造したり、或いは、複数の部分として製造して製造方法によって規定されるように組み立てることができる。

【0043】

上記で言及されたように、Ｘ線管のいくつかの従来の構成は、対象物（例えば、陽極２０８）の角度を調節することによって、焦点スポットを縮小する。対象物の角度を調節することは、マイナスの副作用をもたらす場合があり、それにより、対象物にわたる焦点スポットが均一にならなくなる。例えば、焦点スポットは形状に関して不均一である場合がある。例えば、焦点スポットは長円形とすることができるか、或いは、他の点では正方形である焦点スポットの角から翼状の延長部を有することができる。別の例において、焦点スポットは強度に関して不均一である場合がある。例えば、焦点スポットの他の部分より、焦点スポットのいくつかの部分によって多くの放射が出力される場合がある。不均一な焦点スポットまたは他の影響が、ラジオグラフ内に、対象物の陽極側から陰極側まで変化する不鮮明状態をもたらす場合がある。本開示の技術によれば、焦点スポット調整装置１１２内のチャネル構造サイズが、焦点スポットの変動を相殺するように比例して変化することができる。従って、チャネル２１６の直径が焦点スポット調整装置１１２の一方の側（例えば、陰極２０６に近い側）から焦点スポット調整装置１１２の反対側（例えば、陽極２０８に近い側）まで細くなるように、カラム構造体２１４（すなわち、チャネル間構造体）がチャネル２１６を形成することができる。例えば、陰極２０６に近いチャネルは、陽極２０８に近いチャネルより小さくすることができる。これは、焦点スポット調整装置１１２を通り抜ける光子の分布を均等にする役割を果たすことができる。このようにして、チャネル間構造体は、チャネルの直径が変化して、焦点スポットからの不鮮明状態の変動を引き起こすことが知られている影響（例えば、不均一性）を補償するようにチャネルを形成する。チャネル構造サイズを変更することは、焦点スポット調整装置１１２の変動する厚さを利用して、焦点スポット変動を相殺することによって成し遂げることもできる。例えば、陰極２０６に近いチャネルを陽極２０８に近いチャネルより長くすることができる。従って、光子が陰極２０６に近いチャネルを通り抜けるのに成功する可能性は小さい。これは、焦点スポット全体にわたって焦点スポットを均等にし、ラジオグラフにわたる均一な量の不鮮明度、或いは、ラジオグラフにわたる均等な空間分解能をもたらすのを助けることができる。これらの例のいずれにおいても、運動システム２３２が、焦点スポット調整装置１１２を振動させ、或る特定の角度において実効焦点スポットから現れる光子が、焦点スポット調整装置１１２によって常に遮断されるのを防ぐことができる。

【0044】

図３は、本開示の技術による焦点スポット調整装置１１２の例示的な断面図を示す概念図である。図３の例において、チャネル２１６が、焦点スポット調整装置１１２の放射線源側表面２１８から物体側表面２２０まで延在する白色のエリアとして示される。さらに、図３の例において、カラム構造体２１４は網掛けエリアとして示される。

【0045】

図４は、本開示の技術による焦点スポット調整装置１１２の例示的な正面図を示す概念図である。言い換えると、図４は、放射線源側表面２１８を示す、焦点スポット調整装置１１２の一例を示す。図４の例において、チャネル２１６の開口は小さい円として示される。

【0046】

図５は、本開示の技術による焦点スポット調整装置１１２の例示的な背面図を示す概念図である。言い換えると、図５は、物体側表面２２０を示す、焦点スポット調整装置１１２の一例を示す。図５の例において、チャネル２１６の開口は小さい円として示される。放射線源側表面２１８から物体側表面２２０までチャネル２１６の経路が広がるため、チャネル２１６の開口は図４より広範囲に広がることに留意されたい。

【0047】

図６は、本開示の技術による焦点スポット調整装置１１２の例示的な斜視図を示す概念図である。図６の例において、焦点スポット調整装置１１２の直径が、放射線源側表面２１８から物体側表面２２０まで増加する。図６の例において、チャネル２１６の開口は、放射線源側表面２１８上の小さい円として示される。焦点スポット調整装置１１２は、図６の例において、平坦な物体側表面２２０及び平坦な放射線源側表面２１８を有するものとして示されるが、物体側表面２２０及び／または放射線源側表面２１８は凸形または凹形とすることができる。従って、焦点スポット調整装置に関して以下のこと、すなわち、焦点スポット調整装置１１２の第１の表面（例えば、放射線源側表面２１８）が凹形であるか、或いは、焦点スポット調整装置１１２の第２の表面（例えば、物体側表面２２０）が凸形であるかのうちの少なくとも一方が当てはまる場合がある。焦点スポット調整装置１１２の上記の凹形表面及び凸形表面によって、焦点スポット調整装置１１２内の複数のチャネル２１６を通る進行距離を等しくできるようになる。

【0048】

図７は、本開示の技術による、放射線源の実効焦点スポットを調整する例示的な動作を示すフローチャートである。図７の例において、ユーザーまたはデバイスが、放射線源と放射線検出器との間に装置（例えば、焦点スポット調整装置１１２）を位置決めすることができる（３００）。その装置は、第１の表面から第２の表面まで装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備えることができる。チャネル間構造体は第１の物質を備える。チャネルは第２の物質を含む。この例において、第１の物質は第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成する。例えば、各チャネルを通り抜ける概念上の線が、空間内の同じ点において収斂することができる。さらに、デバイス（例えば、Ｘ線源１０２）が、陰極（例えば、陰極２０６）と陽極（例えば、陽極２０８）との間隙を越えて進行する電子ビームを作動させることができる（３０２）。例えば、そのデバイスは、電子ビームが間隙を越えて陰極から陽極まで進行するように、陰極と陽極との間の間隙にわたって電圧を印加することができる。この例において、チャネルを通る線の投影によって覆われる面積は、陽極上の電子ビームの焦点スポットより小さい。γ線源が使用されるとき等の、いくつかの例において、動作（３０２）は除外される場合がある。さらに、図７の例において、放射線検出器（例えば、Ｘ線検出器１０４（図１））が、チャネルを通り抜けた放射線を検出することができる（３０４）。放射線検出器は、本開示において他の場所の例において説明されるようにして放射線を検出することができる。

【0049】

図８は、本開示の技術による、粗いカラム表面及び滑らかなカラム表面の積み重ねによる組み合わせを有する焦点スポット調整装置１１２の一例を示す図である。図８の例において、焦点スポット調整装置１１２はカラム構造体３１４の組を備える。カラム構造体３１４は、焦点スポット調整装置１１２の放射線源側表面３１８から焦点スポット調整装置１１２の物体側表面３２０まで焦点スポット調整装置１１２を通り抜けるチャネル３１６を形成する。

【0050】

いくつかの例において、チャネル３１６の表面仕上げが、光子の散乱及び減衰に影響を及ぼす場合がある。例えば、滑らかな表面は光子屈折を可能にする場合があり、結果として、受光側において光子の総数が多くなる。粗い表面は更なる光子を減衰させる場合があり、結果として、受光側において光子の総数が少なくなる。装置内での粗いカラム表面及び滑らかなカラム表面の両方の積み重ねによる組み合わせは、向上した結果をもたらすことができる。従って、破線を用いて図８の例で示すように、放射線源側表面３１８に近いチャネル３１６の表面は相対的に滑らかである。物体側表面３２０に近いチャネル３１６の表面は、放射線源側表面３１８に近いチャネルの表面に対して粗い。従って、図８の例において、チャネル３１６のうちの少なくとも１つに関して、カラム構造体３１４（すなわち、チャネル間構造体）が、チャネルの内面の第１のセグメントがチャネルの内面の第２のセグメントより滑らかであるようにチャネルを形成する。

【0051】

図９は、本開示の１または複数の技術によるＸ線源１０２の例示的な断面図を示す図である。図９の例で示すように、Ｘ線源１０２は、ハウジング１９８と、運動システム２３２とを備える。上記で論じられたように、運動システム２３２は、カラム構造体２１４がＸ線検出器１０４上の同じ場所に継続的に影を落とすことのないように、焦点スポット調整装置１１２を動かすように構成することができる。さらに、運動システム２３２は、所望の実効焦点スポットサイズを得るために、焦点スポット調整装置１１２を正確に位置決めするように構成することができる。

【0052】

図１０は、本開示の１または複数の技術による例示的な焦点スポット調整装置調節機構３５０を示す図である。図１０の例において、機構３５０は６つのアクチュエーター３５２Ａ〜３５２Ｆ（まとめて、「アクチュエーター３５２」）を備える。アクチュエーター３５２のピストンが、機構３５０のジョイント部材３５４Ａ〜３５４Ｃ（まとめて、「ジョイント部材３５４」）に結合される。各ジョイント部材３５４は、機構３５０のカラー部材３５６に結合することができる。図９の例には示されないが、焦点スポット調整装置（例えば、焦点スポット調整装置１１２）が、カラー部材３５６の内側リング３５８に取り付けられる場合がある。

【0053】

アクチュエーター３５２のピストンは、ジョイント部材３５４、それゆえ、カラー部材３５６を動かすように伸長または収縮することができる。従って、アクチュエーター３５２のピストンが動くことによって、カラー部材３５６に取り付けられた焦点スポット調整装置を動かすことができる。例えば、アクチュエーター３５２Ａ及び３５２Ｄのピストンの伸長及び収縮が、カラー部材３５６を水平に動かすことができる。アクチュエーター３５２Ｂ、３５２Ｃ、３５２Ｅ及び３５２Ｆのピストンを同時に伸長または収縮させることによって、焦点スポットに対してカラー部材３５６を近接または離反させることができる。アクチュエーター３５２Ｂ及び３５２Ｆのピストンが伸長し、それに伴って、アクチュエーター３５２Ｃ及び３５２Ｅのピストンが収縮することによって、カラー部材３５６を垂直方向下方に動かすことができる。アクチュエーター３５２Ｃ及び３５２Ｅのピストンが伸長し、それに伴って、アクチュエーター３５２Ｂ及び３５２Ｆのピストンが収縮することによって、カラー部材３５６を垂直方向上方に動かすことができる。このようにして、アクチュエーター３５２は、焦点スポット調整装置１１２の位置を６自由度で調節することができる。

【0054】

焦点スポット調整装置の正確な位置決めを確実にするために、画像処理システム１１０（図１）等の閉ループ制御システムを用いて、焦点スポット調整装置１１２の動きを制御することができる。例えば、閉ループ制御システムは、焦点スポット調整装置１１２を陽極２０８から相対的に離れた位置に位置決めするように、機構３５０に信号を出力することができる。さらに、制御システムは、この位置において焦点スポット調整装置１１２を通り抜けるＸ線束を特定することができる。この例において、制御システムは、その後、焦点スポット調整装置１１２を陽極２０８の近くに動かすように、機構３５０に信号を出力することができる。制御システムは、その後、再びＸ線束を特定することができる。この例において、焦点スポット調整装置１１２が陽極２０８に近づきすぎるまで、焦点スポット調整装置１１２が陽極２０８に近づくにつれて、Ｘ線束は増加し続けることができる。制御システムは、その後、焦点スポット調整装置１１２を、最大の被検出Ｘ線束に関連付けられる位置まで後退させることができる。制御システムは、垂直方向及び水平方向に関してこのプロセスを繰り返すことができる。このようにして、制御システムは、焦点スポット調整装置１１２を位置決めする自動化プロセスを実行することができる。焦点スポット調整装置１１２が正確に位置決めされた後に、焦点スポット調整装置１１２は、使用位置にロックされたままにすることができる。いくつかの例において、位置合わせは、（Ｘ線の代わりに）光と、開ループまたは閉ループのいずれにしても、十分に正確な制御システムとを用いて、ベンチトップステーションにおいて行うことができる。開ループ制御システムの一例では、作業者が調節を行うことができる。

【0055】

いくつかの例において、焦点スポット調整装置１１２は、カラー部材３５６が定位値にある間に、カラー部材３５６から取り出し、カラー部材３５６に再挿入することができる。従って、カラー部材３５６が定位置にある間に、異なる焦点スポット調整装置に置き換えることができる。例えば、異なる実効焦点スポットサイズを達成するために、異なる焦点スポット調整装置に置き換えることができる。

【0056】

図１１は、本開示の１または複数の技術によるＸ線源１０２に結合される焦点スポット調整装置調節機構３５０の例示的な図を示す図である。図１０の例において、機構３５０がブラケット３７０Ａ、３７０Ｂ（まとめて、「ブラケット３７０」）に結合される。いくつかの例において、ブラケット３７０が、Ｘ線源１０２に結合される。いくつかの例において、ブラケット３７０は、Ｘ線源１０２に直接結合されるのではなく、ブラケット３７０がＸ線源１０２に対して一定の位置を保持するように、別の構造体（図示せず）に結合することができる。例えば、ブラケット３７０Ａに結合されるプレート３７２を用いて、ブラケット３７０Ａをそのような構造体に取り付けることができる。

【0057】

図１２は、本開示の１または複数の技術による焦点スポット調整装置１１２の例示的な外形図を示す概念図である。図１２の例で示すように、焦点スポット調整装置１１２は、凹形の内面４００と、凸形の外面４０２とを有する。図１３に示すように、内面４００は、内面４００がボウル形であるように、３次元において凹形である。同様に、図１２に示すように、外面４０２は、外面４０２がドーム形であるように、３次元において凸形である。

【0058】

このようにして、異なる角度において焦点スポット調整装置１１２を通り抜けるＸ線に関して、焦点スポット調整装置１１２を通るチャネルの長さを同じとすることができる。言い換えると、全てのチャネルが同じ長さを有することができる。対照的に、図３の例において、大きい角度の場合の（すなわち、中心から離れている）チャネルは、小さい角度の場合の（すなわち、中心に近い）チャネルより長いことに留意されたい。図１２及び図１３の例において、チャネル長を等しくすることは、種々の角度において焦点スポット調整装置を通り抜ける光子の数を等しくするのを助けることができ、潜在的には、その結果として、焦点スポット調整装置１１２の外面４０２から現れる光子の分布がより等しくなる。

【0059】

図１４は、本開示の１または複数の技術によるγ線源４５２とともに使用される焦点スポット調整装置４５０の例示的な断面図である。図１４の例において、γ線源４５２は、放射シールド４５４と、γ放射線源４５６とを備える。γ放射線源４５６は、イリジウム−１９２等の放射性物質を含むことができる。さらに、放射シールド４５４内に空洞４５８が形成される。図１４の例において、空洞４５８は切頭円錐の形を有する。γ放射線源４５６は空洞４５８の底部に位置決めされる。焦点スポット調整装置４５０は、空洞４５８の外縁に、或いは、空洞内のγ放射線源４５６に更に近接して位置決めされる。本開示において他の場所で説明された焦点スポット調整装置１１２の場合と同様に、焦点スポット調整装置４５０内にチャネルが形成される。焦点スポット調整装置のチャネルは、γ放射線源４５６上、或いは、γ放射線源４５６内のスポットにおいて収斂するように位置合わせされる。従って、焦点スポット調整装置１１２は、γ放射線源４５６の全表面より小さい焦点スポットを生成する役割を果たすことができる。本開示において他の場所で説明された機構の場合と同様に、焦点スポット調整装置１１２は、図１０に示されるものと類似の手段を通して取り付け、調節することができる。

【0060】

図１５は、本開示の１または複数の技術による別の例示的な焦点スポット調整装置５００を示す概念図である。本開示の他の例において、焦点スポット調整装置を通り抜ける放射は円錐形であった。しかしながら、本開示の技術はそのように限定されない。むしろ、焦点スポット調整装置５００を通り抜ける放射は、扇形、または、３６０度の角度を有する円盤形とすることができる。図１５の例において、焦点スポット調整装置５００は円筒形であり、放射は、３６０度の角度を有する円盤形パターンにおいて焦点スポット調整装置５００を通り抜けることができる。他の例において、９０度、１８０度の角度または０度より大きく、３６０度以下の任意の他の角度が使用される場合がある。円筒体の中心軸に沿った位置に放射線源５０２が配置される。放射線源５０２は、イリジウム−１９２等の、γ線源を備えることができる。

【0061】

焦点スポット調整装置５００は、カラム構造体５０４の組を備える。カラム構造体５０４は、焦点スポット調整装置５００を通るチャネル５０６を形成する。見た目を簡単にするために、図１５及び図１６において、少数のカラム構造体５０４及びチャネル５０６のみに関して参照符号が与えられる。さらに、簡単にするために、図１５の例は２４個のチャネルのみを示し、図１はチャネルの単一の列のみを示す。しかしながら、カラム構造体５０４は、より多くの数のチャネルを形成することができる。チャネル５０６は、Ｘ線に対して相対的に低い減衰を有する物質で満たすことができる。例えば、チャネル５０６は、空気または別の物質を含むことができる。カラム構造体５０４は、Ｘ線に対して相対的に高い減衰を有する物質から形成することができる。例えば、カラム構造体５０４は、タングステン、鉛、鉛ガラスまたはタンタル等の高密度材料から形成することができる。チャネル５０６が低減衰物質を含み、一方、カラム構造体５０４が高減衰物質を含むので、Ｘ線は、チャネル５０６を通り抜けることを可能とすることができ、かつカラム構造体５０４によって減衰することができる。

【0062】

チャネル５０６が物体側表面５１０から放射線源側表面５０８に向かって内向きに角度をなすようにカラム構造体５０４がチャネル５０６を形成し、それにより、チャネル５０６の中心線を通り抜ける概念線が放射線源５０２内の単一の場所に、或いは、その付近の場所において収斂するようになる。例えば、チャネル５０６の中心線は、放射線源５０２の中心において、或いは、その付近において収斂する場合がある。矢印５１２によって示すように、チャネル５０６に角度があるため、チャネル５０６の中心線と位置合わせされる点以外の放射線源５０２の部分によって放出される放射は、放射線源側表面５０８から物体側表面５１０まで、カラム構造体５０４によって減衰することなくチャネル５０６を通り抜ける可能性は小さい。結果として、実効的な放射線源は、放射線源５０２の実際のサイズより小さくすることができる。これは、空間分解能及びコントラスト感度を改善することができる。図１４に示すように、放射線源側表面５０８（すなわち、チャネル５０６を通り抜ける線が収斂する点に面している表面）は円筒形である。

【0063】

さらに、図１５の例において、放射線検出器５１４は、焦点スポット調整装置５００の外部に配置することができる。いくつかの例において、放射線検出器５１４は、放射感受性フィルムまたは電子式放射線検出器を備える。焦点スポット調整装置５００と放射線検出器５１４との間に被検査物体を位置決めすることができる。図１５の構成は、焦点スポット調整装置５００と放射線検出器５１４との間でスライドすることができる、パイプ及び管等の円筒形物体を検査するときに特に有用な場合がある。例えば、図１５の構成は、管内の溶接、特に円周溶接を検査するときに有用な場合がある。

【0064】

いくつかの例において、焦点スポット調整装置のカラム構造体５０４が放射線検出器５１４上の同じ場所に継続的に影を落とすことのないように、運動システム（図示せず）が、焦点スポット調整装置５００を回転させるか、または別の方法で動かすことができる。

【0065】

図１６は、本開示の１または複数の技術による例示的な検査装置５５０を示す組立分解図である。検査装置５５０は、図１５の焦点スポット調整装置５００を備える。放射線源５０２が焦点スポット調整装置５００内に配置される。被検査物体５５２が、焦点スポット調整装置５００の外部に同心円状に配置される場合がある。さらに、簡単にするために、放射線検出器５１４は、物体５５２の外部に同心円状に配置される単一の検出器として示される。検出器は、円筒形、平坦形、湾曲形、長方形または任意の他の様々な形状及びサイズとすることができる。図１６の例には示されないが、放射遮蔽体が、放射線検出器５１４の外部に同心円状に配置される場合がある。

【0066】

図１７は、本開示の技術による、半球形焦点スポット調整装置６００を示す概念図である。図１７の例で示すように、焦点スポット調整装置６００は半球形である。類似の例において、焦点スポット調整装置は完全に球形、或いは、他の球状の扇形、球状の楔形または球状の弓形とすることができる。焦点スポット調整装置６００は、本開示において他の場所で説明された焦点スポット調整装置と構造に関して類似とすることができる。例えば、チャネルを通り抜ける線の角度が放射線源６０２内の場所において収斂するように、焦点スポット調整装置６００内にチャネルを形成することができる。これは、より小さい実効焦点スポットを与えるという類似の効果を有することができる。

【0067】

以下の段落は、本開示の技術の種々の例を説明する。

【0068】

例１．放射線源の実効焦点スポットサイズを調整する装置であって、この装置は、第１の表面から第２の表面までこの装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、このチャネル間構造体は第１の物質を含み、チャネルは第２の物質を含み、第１の物質は、第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成する、装置。

【0069】

例２．第１の表面は凹形であるか、或いは、第２の表面は凸形であるかのうちの少なくとも一方である例１に記載の装置。

【0070】

例３．チャネルは全て等しい長さである例１または２の何れか１項に記載の装置。

【0071】

例４．チャネル間構造体は、チャネルの直径が変化し、電子ビームの焦点スポットの不均一性を補償するように、チャネルを形成する例１〜３の何れか１項に記載の装置。

【0072】

例５．チャネルのうちの少なくとも１つに関して、チャネル間構造体は、チャネルの内面の第１のセグメントがチャネルの内面の第２のセグメントより滑らかであるように、チャネルを形成する例１〜４の何れか１項に記載の装置。

【0073】

例６．チャネル間構造体は、装置の第１の表面におけるチャネルの開口を、装置の第２の表面におけるチャネルの開口より広くなるように形成する例１〜５の何れか１項に記載の装置。

【0074】

例７．放射線はＸ線またはγ線である例１〜６の何れか１項に記載の装置。

【0075】

例８．チャネルを通り抜ける線が収斂する点に面している装置の表面は円筒形である例１〜７の何れか１項に記載の装置。

【0076】

例９．放射線源の実効焦点スポットを調整する方法であって、この方法は、放射線源と放射線検出器との間に装置を位置決めすることであって、この装置は、第１の表面から第２の表面までこの装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、このチャネル間構造体は第１の物質を含み、チャネルは第２の物質を含み、第１の物質は第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成する、位置決めすることと、放射線検出器によって、チャネルを通り抜けた放射線を検出することとを含む、方法。

【0077】

例１０．間隙を越えて陰極から陽極まで進行する電子ビームを作動させることを更に含み、チャネルを通る線の投影によって覆われる面積は、陽極上の電子ビームの焦点スポットより小さい例９に記載の方法。

【0078】

例１１．第１の表面は凹形であるか、或いは、第２の表面は凸形であるかのうちの少なくとも一方である例９または１０の何れか１項に記載の方法。

【0079】

例１２．チャネルを通り抜ける線が収斂する点に面している装置の表面は円筒形である例９〜１１の何れか１項に記載の方法。

【0080】

例１３．チャネルは全て等しい長さである例９〜１１の何れか１項に記載の方法。

【0081】

例１４．チャネル間構造体は、チャネルの直径が変化し、焦点スポットの不均一性を補償するように、チャネルを形成する例９〜１３の何れか１項に記載の方法。

【0082】

例１５．チャネルのうちの少なくとも１つに関して、チャネル間構造体は、チャネルの内面の第１のセグメントがチャネルの内面の第２のセグメントより滑らかであるように、チャネルを形成する例９〜１４の何れか１項に記載の方法。

【0083】

例１６．チャネル間構造体は、装置の第１の表面におけるチャネルの開口を、装置の第２の表面におけるチャネルの開口より広くなるように形成する例９〜１５の何れか１項に記載の方法。

【0084】

例１７．放射線はＸ線であるか、または、例９及び例１１〜１６の何れかについては、γ線である例９〜１６の何れか１項に記載の方法。

【0085】

例１８．面積の大きさを調節するために、陽極に対して装置を近接または離反させることを更に含む例９〜１７の何れか１項に記載の方法。

【0086】

例１９．面積の大きさを調節するために装置を傾けるか、或いは、斜めにすることを更に含む例９〜１８の何れか１項に記載の方法。

【0087】

例２０．チャネル間構造体が放射線検出器上の場所に継続的に影を落とすことのないように、装置を動かすことを更に含む例９〜１９の何れか１項に記載の方法。

【0088】

例２１．装置を動かすことは、装置を回転させること、装置を章動させること、或いは、装置を振動させることのうちの少なくとも１つを含む例２０に記載の方法。

【0089】

例２２．システムであって、物体に向かって放射線を照射する放射線源と、この放射線を検出する放射線検出器と、放射線源の実効焦点スポットサイズを調整する装置とを備え、この装置は、第１の表面から第２の表面まで装置を通り抜ける複数のチャネルを形成する複数のチャネル間構造体を備え、このチャネル間構造体は第１の物質を含み、チャネルは第２の物質を含み、第１の物質は、第２の物質よりも放射線を減衰させ、チャネル間構造体は、チャネルを通り抜ける線が収斂するようにチャネルを形成するシステム。

【0090】

例２３．第１の表面は凹形であるか、或いは、第２の表面は凸形であるかのうちの少なくとも一方である例２２に記載のシステム。

【0091】

例２４．チャネルを通り抜ける線が収斂する点に面している装置の表面は円筒形である例２２または２３の何れか１項に記載のシステム。

【0092】

例２５．チャネルは全て等しい長さである例２２〜２４の何れか１項に記載のシステム。

【0093】

例２６．チャネル間構造体は、チャネルの直径が変化し、焦点スポットの不均一性を補償するように、チャネルを形成する例２２〜２５の何れか１項に記載のシステム。

【0094】

例２７．チャネルのうちの少なくとも１つに関して、チャネル間構造体は、チャネルの内面の第１のセグメントがチャネルの内面の第２のセグメントより滑らかであるように、チャネルを形成する例２２〜２６の何れか１項に記載のシステム。

【0095】

例２８．チャネル間構造体は、装置の第１の表面におけるチャネルの開口を、装置の第２の表面におけるチャネルの開口より広くなるように形成する例２２〜２７の何れか１項に記載のシステム。

【0096】

例２９．放射線はＸ線であるか、或いは、例２２及び例２３〜２７の何れかについては、γ線である例２２〜２７の何れか１項に記載のシステム。

【0097】

例３０．実効焦点スポットサイズを調節するために、放射線源の陽極に対して装置を近接または離反させる運動システムを更に備える例２２〜２９の何れか１項に記載のシステム。

【0098】

例３１．実効焦点スポットサイズを調節するために、装置を傾けるか、或いは、斜めにする運動システムを更に備える例２２〜３０の何れか１項に記載のシステム。

【0099】

例３２．チャネル間構造体が放射線検出器上の場所に継続的に影を落とすことのないように、装置を動かす運動システムを更に備える例２２〜３１の何れか１項に記載のシステム。

【0100】

例３３．運動システムは、装置を回転させるか、装置を章動させるか、または装置を振動させる例３２に記載のシステム。

【0101】

例３４．放射線源は陰極及び陽極を備え、システムの動作中に、電子ビームが、間隙を越えて陰極から陽極まで進行し、実効焦点スポットサイズは、陽極上の電子ビームの焦点スポットより小さい例２２〜３３の何れか１項に記載のシステム。

【0102】

様々な例が説明されてきた。これらの例及び他の例は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある。例えば、本開示の多くがＸ線を参照するが、Ｘ線に関して論じられたことは、γ線等の他のタイプの放射にも同じく当てはまる場合がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】