特開 2024-123487 Ｘ線発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024123487

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】Ｘ線発生装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 35/14 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01J35/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030941

(22)【出願日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】高橋 聡

(72)【発明者】

【氏名】大津 崚太朗

(57)【要約】

【課題】通常動作及びヒステリシス低減動作の双方を適切に実施できるＸ線発生装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線発生装置１では、電源部５１が互いに出力特性が異なる第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂを有している。第１の電流源５２Ａは、Ｘ線管２が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、通常動作用の第１の電流Ｉ１を磁気レンズ４Ｌに供給する。第２の電流源５２Ｂは、Ｘ線管２の動作条件が第１の動作条件と第２の動作条件との間で切り替わる際に、第１の電流Ｉ１より大きいヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２を磁気レンズ４Ｌに供給する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ビームを出射する電子銃と、
前記電子銃から出射された前記電子ビームが入射することでＸ線を発生させるターゲットと、
前記電子銃から前記ターゲットに向かう前記電子ビームを制御する磁気レンズと、を含むＸ線管と、
前記磁気レンズを構成する電磁コイルに電流を供給する電源部と、を備え、
前記電源部は、互いに出力特性が異なる第１の電流源及び第２の電流源を有し、
前記第１の電流源は、前記Ｘ線管が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、通常動作用の第１の電流を前記電磁コイルに供給し、
前記第２の電流源は、前記Ｘ線管の動作条件が前記第１の動作条件と前記第２の動作条件との間で切り替わる際に、前記第１の電流より大きいヒステリシス低減用の第２の電流を前記電磁コイルに供給するＸ線発生装置。

【請求項2】

前記電源部は、前記第１の電流源及び前記第２の電流源と出力特性が異なる第３の電流源を有し、
前記第３の電流源は、前記Ｘ線管が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、前記第１の電流源による前記第１の電流と共に通常動作用の第３の電流を前記電磁コイルに供給する請求項１記載のＸ線発生装置。

【請求項3】

前記磁気レンズは、前記電子ビームを集束させる集束レンズと、前記電子ビームの断面形状を調整する四重極レンズとを含み、
前記電源部は、前記集束レンズを構成する電磁コイルに電流を供給する第１の電源部と、前記四重極レンズを構成する電磁コイルに電流を供給する第２の電源部とを別々に備えている請求項１又は２記載のＸ線発生装置。

【請求項4】

前記電源部は、前記第２の電流源の動作時に比べて、前記第１の電流源の動作時に前記電源部に供給される電源電圧が小さくなるように電圧源を切り替える切替部を備える請求項１又は２記載のＸ線発生装置。

【請求項5】

前記第２の電流源による前記電磁コイルへの前記第２の電流の供給は、Ｘ線の照射開始時、前記第１の電流の設定変更時、及び管電圧の設定変更時を含むタイミングで実施される請求項１又は２記載のＸ線発生装置。

【請求項6】

前記電源部は、前記第２の電流源によって前記第２の電流を前記電磁コイルに供給する期間の前後に、前記電磁コイルへの電流供給を停止する期間を設ける請求項１又は２記載のＸ線発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、Ｘ線発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電子ビームを出射する電子銃と、電子銃から出射された電子ビームが入射するターゲットと、を含んで構成されるＸ線管を備えたＸ線発生装置が知られている。例えば特許文献１に記載のＸ線発生装置では、ターゲットに入射した電子ビームの一部が反射電子としてターゲットから放出する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－１４４６５３号公報

【特許文献2】特開平８－２９８２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようなＸ線発生装置では、電子銃から出射された電子ビームの焦点寸法や焦点形状などを制御する磁気レンズが設けられる場合がある。磁気レンズは、例えば電磁コイル及びヨークを含んで構成されている。磁気レンズは、電磁コイルに電流を供給することで生じる磁界によって電子ビームを集束させる。磁気レンズを備えるＸ線発生装置では、磁気レンズの動作条件を変更する場合に、当該磁気レンズのヒステリシスの影響を低減する必要がある。ヒステリシスの影響を低減する手法として、例えば特許文献２に記載の加速器の運転方法がある。この加速器の運転方法では、荷電粒子ビームの出射後且つ減磁前のタイミングで、電磁石の磁場強度を使用時の最大磁場強度以上に増加させ、電磁石のヒステリシスの影響を低減している。

【0005】

しかしながら、Ｘ線発生装置において、Ｘ線の発生を行う通常動作時に電磁コイルに供給される電流と、ヒステリシス低減時に電磁コイルに供給される電流とでは、要求される電流値の大きさや電流制御の精度（分解能）が互いに異なるものとなる。したがって、Ｘ線発生装置では、双方の動作時の要求を安定的に満たすことが可能な構成が求められている。

【0006】

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、通常動作及びヒステリシス低減動作の双方を適切に実施できるＸ線発生装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面に係るＸ線発生装置の要旨は、以下の［１］～［６］のとおりである。

【0008】

［１］電子ビームを出射する電子銃と、前記電子銃から出射された前記電子ビームが入射することでＸ線を発生させるターゲットと、前記電子銃から前記ターゲットに向かう前記電子ビームを制御する電磁コイルと、を含むＸ線管と、前記磁気レンズを構成する電磁コイルに電流を供給する電源部と、を備え、前記電源部は、互いに出力特性が異なる第１の電流源及び第２の電流源を有し、第１の電流源は、前記Ｘ線管が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、通常動作用の第１の電流を前記電磁コイルに供給し、前記第２の電流源は、前記Ｘ線管の動作条件が前記第１の動作条件と前記第２の動作条件との間で切り替わる際に、前記第１の電流より大きいヒステリシス低減用の第２の電流を前記電磁コイルに供給するＸ線発生装置。

【0009】

このＸ線発生装置では、通常動作用の第１の電流を電磁コイルに供給する第１の電流源と、第１の電流より大きいヒステリシス低減用の第２の電流を電磁コイルに供給する第２の電流源とが電源部に設けられている。第１の電流源と第２の電流源とは、互いに出力特性が異なっている。したがって、通常動作時及びヒステリシス低減時のそれぞれで要求される電流値の大きさや電流制御の精度に応じて、第１の電流源及び第２の電流源の出力特性をそれぞれ設定することで、通常動作及びヒステリシス低減動作の双方を適切に実施できる。

【0010】

［２］前記電源部は、前記第１の電流源及び前記第２の電流源と出力特性が異なる第３の電流源を有し、前記第３の電流源は、前記Ｘ線管が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、前記第１の電流源による前記第１の電流と共に通常動作用の第３の電流を前記電磁コイルに供給する［１］記載のＸ線発生装置。この場合、第１の電流源と第３の電流源との協働により、通常動作で用いる電流を一層精度良く制御できる。

【0011】

［３］前記磁気レンズは、前記電子ビームを集束させる集束レンズと、前記電子ビームの断面形状を調整する四重極レンズとを含み、前記電源部は、前記集束レンズを構成する電磁コイルに電流を供給する第１の電源部と、前記四重極レンズを構成する電磁コイルに電流を供給する第２の電源部とを別々に備えている［１］又は［２］記載のＸ線発生装置。この場合、要求される電流値が異なるコイルに対して別々に電源部を備えることで、通常動作で用いる電流を一層精度良く制御できる。

【0012】

［４］前記電源部は、前記第２の電流源の動作時に比べて、前記第１の電流源の動作時に前記電源部に供給される電源電圧が小さくなるように電圧源を切り替える電圧切替部を備える［１］～［３］のいずれか記載のＸ線発生装置。この場合、互いに出力特性が異なる電流源に対して回路の熱損失を最小限に抑えることができる。したがって、放熱のための構成を小型化でき、装置構成の簡単化が図られる。

【0013】

［５］前記第２の電流源による前記電磁コイルへの前記第２の電流の供給は、Ｘ線の照射開始時、前記第１の電流の設定変更時、及び管電圧の設定変更時を含むタイミングで実施される［１］～［４］のいずれか記載のＸ線発生装置。これらのタイミングで電磁コイルのヒステリシス低減を実施することで、動作条件の切り替えにあたって電磁コイルを適切に動作せることが可能となる。

【0014】

［６］前記電源部は、前記第２の電流源によって前記第２の電流を前記電磁コイルに供給する期間の前後に、前記電磁コイルへの電流供給を停止する期間を設ける［１］～［５］のいずれか記載のＸ線発生装置。これにより、第２の電流によるヒステリシスの除去効果をより確実なものとすることができる。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、通常動作及びヒステリシス低減動作の双方を適切に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の一実施形態に係るＸ線発生装置の構成を示す概略的な断面図である。

【図2】電磁コイルのヒステリシス特性を示す図である。

【図3】電源部の構成の一例を示す図である。

【図4】電源部の構成の別例を示す図である。

【図5】通常動作とヒステリシス低減動作との実施期間の関係を示す図である。

【図6】Ｘ線の照射開始時におけるヒステリシス低減動作のタイミングを示すチャート図である。

【図7】電磁コイルへの供給電流の設定変更時におけるヒステリシス低減動作のタイミングを示すチャート図である。

【図8】管電圧の設定変更におけるヒステリシス低減動作のタイミングを示すチャート図である。

【図9】図３に示した電源部における電流源の回路構成例を示す回路図である。

【図10】図４に示した電源部における電流源の回路構成例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係るＸ線発生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0018】

図１は、本開示の一実施形態に係るＸ線発生装置の構成を示す概略的な断面図である。図１に示すように、Ｘ線発生装置１は、Ｘ線管２を備えている。Ｘ線管２は、電子銃３と、回転陽極ユニットＵと、磁気レンズ４Ｌと、排気部５と、電子銃３を収容する筐体６と、回転陽極ユニットＵを収容する筐体７とを含んで構成されている。また、Ｘ線発生装置１は、磁気レンズ４Ｌに電流を供給する電源部５１（図３及び図４参照）を備えている。

【0019】

Ｘ線管２を画成する筐体６と筐体７とは、一体に構成されていてもよく、別体に構成されていてもよい。別体である場合、筐体６と筐体７とは、互いに取り外し可能であってもよく、取り外すことができない態様で一体的に結合されていてもよい。

【0020】

電子銃３は、電子ビームＥＢを放出する部分である。電子銃３は、電子ビームＥＢを放出するカソードＣを有している。カソードＣは、例えば円形平面カソードである。カソードＣの電子放出面は、カソードＣの平面視において円形状をなしている。カソードＣは、不図示の電源装置からの供給電流により、断面形状が円形状の電子ビームＥＢを放出する。

【0021】

回転陽極ユニットＵは、ターゲット１１と、回転支持体１２と、駆動部１３とを有している。ターゲット１１の構成材料としては、例えば、タングステン、銀、ロジウム、モリブデン、及びそれらの合金等の重金属が挙げられる。回転支持体１２は、回転軸Ａ回りに回転可能に構成されている。本実施形態では、回転軸Ａは、ターゲット１１への電子ビームの入射方向と一致している。回転軸Ａは、ターゲット１１への電子ビームの入射方向に対して傾斜していてもよい。

【0022】

回転支持体１２の構成材料としては、例えば銅、銅合金等の金属が挙げられる。回転支持体１２は、回転軸Ａを中心軸とする扁平な円錐台状の台座１２ａを有している。ターゲット１１は、台座１２ａの周縁部に沿って配置されている。駆動部１３は、回転支持体１２を回転軸Ａ周りに回転駆動させる部分である。駆動部１３は、例えばモータ等の駆動源を有している。

【0023】

台座１２ａに配置されたターゲット１１は、回転支持体１２の回転に伴って回転しながら電子ビームＥＢを受け、Ｘ線ＸＲを発生させる。本実施形態では、ターゲット１１は、反射型のターゲットとなっており、ターゲット１１への電子ビームの入射方向に交差（直交）する方向にＸ線ＸＲを発生させる。ターゲット１１で発生したＸ線ＸＲは、筐体６の側壁部分に形成された出射窓１４から筐体６の外部に出射される。出射窓１４は、窓部材１５によって気密に塞がれている。窓部材１５の構成材料としては、例えばベリリウム、アルミニウム、カーボンなどの軽元素が挙げられる。

【0024】

磁気レンズ４Ｌは、カソードＣからターゲット１１に向かう電子ビームＥＢを制御する部分である。磁気レンズ４Ｌには、後述する電源部５１による電流供給がなされる。本実施形態では、磁気レンズ４Ｌは、偏向レンズ２１Ｌと、集束レンズ２２Ｌと、四重極レンズ２３Ｌとによって構成されている。磁気レンズ４Ｌは、電磁コイル４を含む。電磁コイル４は、後述の電磁コイル２１，２２，２３を含む。偏向レンズ２１Ｌ、集束レンズ２２Ｌ、四重極レンズ２３Ｌは、いずれも筐体２４内に収容されている。筐体２４内には、電子ビームＥＢが通過する通過路２４ａが形成されている。偏向レンズ２１Ｌ、集束レンズ２２Ｌ、四重極レンズ２３Ｌは、筐体２４内において、通過路２４ａを囲むように、カソードＣからターゲット１１に向かってこの順に配置されている。

【0025】

偏向レンズ２１Ｌは、電磁コイル２１を含んで構成されている。偏向レンズ２１Ｌは、カソードＣにおける電子ビームＥＢの出射軸と、集束コイル及び四重極レンズ２３Ｌの中心軸との間の角度ずれを補正する。集束レンズ２２Ｌは、例えば電磁コイル２２、ポールピース、ヨーク等を含んで構成されている。集束レンズ２２Ｌは、電子ビームＥＢを軸回り回転させながら電子ビームＥＢを集束させる。集束レンズ２２Ｌの配置領域を通過する電子ビームＥＢは、例えば螺旋を描くように回転しながら集束する。四重極レンズ２３Ｌは、例えば電磁コイル２３、ヨークを含んで構成されている。四重極レンズ２３Ｌは、電子ビームＥＢの断面形状を円形状から楕円形状に変化させる。

【0026】

Ｘ線発生装置１は、チラーユニットを備えていてもよい。所定の温度に調整された冷媒をＸ線管２に向けて供給する部分である。冷媒としては、例えば水、不凍液などの液体冷媒を用いることができる。チラーユニットは、Ｘ線管２内の熱源（例えば電子銃、ターゲットなど）の近傍の周囲に形成された流路に冷媒を流通させることで、Ｘ線管２の温度を所定範囲内に維持する。チラーユニットは、Ｘ線管２内の熱源（例えば電子銃、ターゲットなど）の近傍の周囲に形成された流路に設置した温度センサを用いたフィードバック制御を行ってもよい。チラーユニットのフィードバック制御方式は、比例制御及び積分制御のいずれであってもよい。

【0027】

排気部５は、真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂを含んで構成されている。真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂは、例えば金属製のベローズホース等によって不図示のバックポンプに接続されている。真空ポンプ４１Ａは、排気流路Ｅ１を介して筐体６の内部空間Ｓ１を真空排気する。真空ポンプ４１Ｂは、排気流路Ｅ２を介して筐体７の内部空間Ｓ２を真空排気する。真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂにより、電子銃３及びターゲット１１で発生するガスが除去され、内部空間Ｓ１，Ｓ２が真空状態又は部分真空状態に維持される。

【0028】

上述した構成を有するＸ線発生装置１の動作は、不図示の制御部によって制御される。制御部は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ、ＣＰＵなどのプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスクなどの格納部、ディスプレイなどの表示部を備えて構成されたコンピュータシステムである。コンピュータシステムとしては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。制御部は、ＰＬＣ（programmable logic controller）によって構成されていてもよく、ＦＰＧＡ（Field-programmable gate array）等の集積回路によって構成されていてもよい。

【0029】

制御部は、エラー発生時のリセット機能を有していてもよい。この場合、制御部は、当該制御部の動作を常時モニタリングする動作検出部を有していてもよい。動作検出部は、例えばＰＬＣによって構成され得る。動作検出部が制御部からの応答を検出できなくなり、Ｘ線発生装置１が停止した場合、動作検出部から制御部にリセット信号が送信される。リセット信号の受信によって制御部が再起動することで、エラー発生時に速やかにＸ線発生装置１を復旧させることができる。

【0030】

上述したように、Ｘ線発生装置１は、電子銃３からターゲット１１に向かう電子ビームＥＢを制御する磁気レンズ４Ｌを備えている。磁気レンズ４Ｌを備えるＸ線発生装置１では、磁気レンズ４Ｌの動作条件を変更する場合に、当該磁気レンズ４Ｌのヒステリシス（磁気履歴）の影響を低減する、すなわち、当該磁気レンズ４Ｌの残留磁気（残留磁束密度）を略一定にする必要がある。図２は、電磁コイルのヒステリシス特性（Ｂ－Ｈ曲線）を示す図である。図２では、横軸に磁界（電流とコイル巻数との積）を示し、縦軸に磁束密度を示す。磁束密度は、電流の増減及び極性（電流の流れる向き）の変化に応じてＢ１からＢ２の範囲で変化する。図２に示すように、磁気レンズ４Ｌを構成する磁性体は、励磁に伴ってヒステリシス曲線を画成する。

【0031】

電磁コイル４に供給される電流が増加するに伴って磁界が増加すると、磁気レンズ４Ｌの磁束密度が原点０からＢ１まで増加する。しかしながら、その後、電磁コイルに供給される電流が０にされたとしても磁束密度は０にならず、磁気レンズ４Ｌの態様によって定まる残留磁気Ｂｒを有することとなる。したがって、磁気レンズ４Ｌを備えるＸ線発生装置１では、磁気レンズ４Ｌの動作条件を変更する場合に、当該磁気レンズ４Ｌのヒステリシスの影響を低減する、すなわち、磁気レンズ４Ｌの磁界が０（電磁コイル４に供給される電流が０）であるときの残留磁気が略一定値（固定値）をとるように、磁束密度をＢ１まで増加させ飽和させた後に電流を０にする必要がある。

【0032】

Ｘ線ＸＲの発生を行う通常動作時に電磁コイル４に供給される電流と、ヒステリシス低減時に電磁コイル４に供給される電流とでは、要求される電流値の大きさや電流制御の精度が互いに異なるものとなる。このため、Ｘ線発生装置１では、磁気レンズ４Ｌを構成する電磁コイル４に電流を供給する電源部５１において、通常動作及びヒステリシス低減動作の双方を適切に実施するための工夫が施されている。以下、電源部５１の構成について詳述する。

【0033】

本実施形態では、電源部５１は、図３に示すように、集束レンズ２２Ｌを構成する電磁コイル２２に電流を供給する第１の電源部５１Ａと、四重極レンズ２３Ｌを構成する電磁コイル２３に電流を供給する第２の電源部５１Ｂとを別々に備えている。第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂは、供給する電流値が異なるものの、その構成及び動作は同一であるため、図３を参照しながら合わせて説明する。

【0034】

第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂは、図３に示すように、互いに出力特性が異なる第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂを有している。第１の電流源５２Ａは、Ｘ線管２が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、通常動作用の第１の電流Ｉ１を電磁コイル２２，２３に供給する。第２の電流源５２Ｂは、Ｘ線管２の動作条件が第１の動作条件と第２の動作条件との間で切り替わる際に、第１の電流Ｉ１より大きいヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２を電磁コイル２２，２３に供給する。

【0035】

また、図４の形態では、第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂは、第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂと出力特性が異なる第３の電流源５２Ｃを更に有している。第３の電流源５２Ｃは、Ｘ線管２が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際の第１の電流Ｉ１を第１の電流源５２Ａと分担するための第３の電流Ｉ３を電磁コイル２２に供給する。

【0036】

図３及び図４の形態において、第１の電流源５２Ａは、通常動作時における電磁コイル２２，２３への供給電流を設定するための高精度且つ可変電流源である。第２の電流源５２Ｂは、電磁コイル２２，２３のヒステリシス低減に用いる低精度且つ大電流の可変電流源である。第３の電流源５２Ｃは、通常動作時における電磁コイル２２，２３への供給電流を微調整するため、若しくは通常動作時における電磁コイル２２，２３への供給電流と第１の電流源５２Ａから供給される第１の電流Ｉ１との差分が第１の電流源５２Ａの可変範囲に入るように電流値を底上げするための高精度且つ固定（一定電流）の電流源である。

【0037】

図３及び図４の形態において、第１の電流源５２Ａ、第２の電流源５２Ｂ、及び第３の電流源５２Ｃは、理想的にはインピータンスが無限大となるため、並列に接続しても電流源の各動作に影響はない。この特性により、電磁コイル２２，２３に複数の電流源を並列に接続することが可能となっている。

【0038】

第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂに供給される電圧は、図３及び図４に示すように、互いに電圧値が異なる第１の電圧源５３Ａ及び第２の電圧源５３Ｂと、第１の電圧源５３Ａ及び第２の電圧源５３Ｂの一方を選択的に電磁コイル２２，２３に接続するリレー（切替部）５４とによって供給される。

【0039】

第１の電圧源５３Ａは、第２の電圧源５３Ｂに対して電圧値の小さい電圧供給源である。第２の電圧源５３Ｂは、第１の電圧源５３Ａに対して電圧値の大きい電圧供給源である。ここでは、第１の電圧源５３Ａの電圧値及び第２の電圧源５３Ｂの電圧値は、例えば＋５Ｖ～＋６０Ｖの範囲で設定される。この範囲において、第２の電圧源５３Ｂの電圧値は、第１の電圧源５３Ａの電圧値よりも大きい値に設定されている。

【0040】

リレー５４は、第２の電流源５２Ｂの動作時に比べて、第１の電流源５２Ａの動作時に電源部５１に供給される電源電圧が小さくなるように電圧源を切り替える。ここでは、第１の電流源５２Ａの動作時には、リレー５４によって第１の電圧源５３Ａが選択され、第２の電流源５２Ｂの動作時には、リレー５４によって第２の電圧源５３Ｂが選択される。

【0041】

通常動作時の第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂでは、リレー５４によって第１の電圧源５３Ａが電気的に接続され、第１の電流源５２Ａが動作する。これにより、電磁コイル２２，２３には、供給電流を使用範囲に設定するための電流（図３の形態ではＩ１、図４の形態ではＩ１＋Ｉ３）が供給される。電磁コイル２２に対する通常動作時の電流値は、例えば１０００ｍＡ～１４００ｍＡの範囲で、０．１ｍＡ刻みで調整される。電磁コイル２３に対する通常動作時の電流値は、例えば８０ｍＡ～１２０ｍＡの範囲で、０．１ｍＡ刻みで調整される。

【0042】

ヒステリシス低減動作時の第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂでは、リレー５４によって第２の電圧源５３Ｂが電気的に接続され、第２の電流源５２Ｂが動作する。このとき、第１の電流源５２Ａの電流値は、０ｍＡに設定される。これにより、電磁コイル２２，２３には、ヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。電磁コイル２２に対するヒステリシス低減動作時の電流値は、例えば１０００ｍＡより大きく、３Ａより小さい範囲で設定される。電磁コイル２３に対するヒステリシス低減動作時の電流値は、例えば１２０ｍＡより大きく、６００ｍＡより小さい範囲で設定される。

【0043】

電源部５１において、供給電圧を切り替える理由としては、以下の事項が挙げられる。電磁コイル２２，２３は、導線を複数回巻き回すことによって構成されている。ヒステリシス低減動作時の電流値は、通常動作時の電流値に比べて大きくなるため、電磁コイル２２，２３の導線の抵抗値に基づいて、電磁コイル２２，２３の両端での電圧降下量も大きくなる。このため、ヒステリシス低減動作時には、電圧降下量を考慮して電源部５１の供給電圧を増加させる必要があるが、供給電圧を始めから増加させておくと、通常動作時の電力損失が大きくなる。したがって、通常動作時とヒステリシス低減動作時とで供給電圧を切り替えることで、熱的に有利な構成を実現できる。

【0044】

図５は、通常動作とヒステリシス低減動作との実施期間の関係を示す図である。図５に示すように、電源部５１は、第２の電流源５２Ｂによって第２の電流Ｉ２を電磁コイル４に供給する期間の前後に、電磁コイル４への電流供給を停止する期間Ｔａ，Ｔｂを設ける。すなわち、電源部５１は、Ｘ線管２が通常動作において第１の動作条件で動作する期間と、ヒステリシス低減動作を行う期間との間に、電磁コイル４への電流供給を停止する期間Ｔａを設け、ヒステリシス低減動作を行う期間と、通常動作において第２の動作条件で動作する期間との間に、電磁コイル４への電流供給を停止する期間Ｔｂを設ける。期間Ｔａと期間Ｔｂとは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。

【0045】

以下、図６～図８を参照し、ヒステリシス低減動作のタイミングの具体例を説明する。ここでは、Ｘ線ＸＲの照射開始時、第１の電流Ｉ１の設定変更時、及び管電圧の設定変更時の３つのタイミングを例示する。Ｘ線ＸＲの照射開始時では、停止状態でのＸ線管２の動作条件が第１の動作条件に相当し、Ｘ線ＸＲの発生状態でのＸ線管２の動作条件が第２の動作条件に相当する。第１の電流Ｉ１の設定変更時では、電流値の設定変更前のＸ線管２の動作条件が第１の動作条件に相当し、電流値の設定変更後のＸ線管２の動作条件が第２の動作条件に相当する。管電圧の設定変更時では、管電圧の設定変更前のＸ線管２の動作条件が第１の動作条件に相当し、管電圧の設定変更後のＸ線管２の動作条件が第２の動作条件に相当する。

【0046】

図６は、Ｘ線の照射開始時におけるヒステリシス低減動作のタイミングを示すチャート図である。図６に示すように、時刻ｔ０において、Ｘ線発生装置１に起動信号が入力されると、真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂが駆動し、Ｘ線管２の真空度が上昇する。また、チラーユニットが駆動し、Ｘ線管２の温度制御が開始される。次に、時刻ｔ１において、駆動部１３が駆動し、モータの回転数が０ｒｐｍから１００００ｒｐｍ程度（最大回転数若しくは使用回転数）まで上昇する。

【0047】

駆動部１３の駆動のタイミングで、第１の電源部５１Ａの第２の電流源５２Ｂが動作し、集束レンズ２２Ｌを構成する電磁コイル２２にヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。また、駆動部１３の駆動のタイミングで、第２の電源部５１Ｂの第２の電流源５２Ｂが動作し、四重極レンズ２３Ｌを構成する電磁コイル２３にヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻ｔ２において、第２の電流Ｉ２の供給が停止される。時刻ｔ２から所定時間経過後の時刻ｔ３までは、磁気レンズ４Ｌへの電流供給が停止される期間となる。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間は、図５における期間Ｔａに相当し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、図５における期間Ｔｂに相当する。

【0048】

次に、時刻ｔ３において、第１の電源部５１Ａの第１の電流源５２Ａ（図４の形態では更に第３の電流源５２Ｃ）が動作し、集束レンズ２２Ｌを構成する電磁コイル２２への第１の電流Ｉ１（図４の形態では更に第３の電流Ｉ３）の供給が開始される。また、時刻ｔ３において、第２の電源部５１Ｂの第１の電流源５２Ａ（図４の形態では更に第３の電流源５２Ｃ）が動作し、四重極レンズ２３Ｌを構成する電磁コイル２３への第１の電流Ｉ１（図４の形態では更に第３の電流Ｉ３）の供給が開始される。

【0049】

本実施形態では、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１ａ及び第３の電流Ｉ３の供給は、二段階で行われる。ここでは、例えば供給開始時に一段階目の電流値とし、定格管電圧及び定格管電流に達した後に二段階目の電流値とする。これにより、照射開始時の電子ビームＥＢの焦点寸法が過剰に小さくなることを抑制でき、ターゲット１１の損傷を防止できる。

【0050】

Ｘ線管２の真空度が規定値に到達した後、時刻ｔ４において、フィラメントへの電流供給が開始され、カソードＣが昇温する。本実施形態では、フィラメントへの供給電流の増加は、二段階で行われる。一段階目でカソードＣを予備加熱することで、熱膨張による電子ビームＥＢの焦点寸法及び寸法形状の変動を軽減することができる。カソードＣの予備加熱がなされることで、Ｘ線発生装置１の起動が完了する。

【0051】

Ｘ線発生装置１の起動が完了した後、時刻ｔ５において、Ｘ線発生装置１にＸ線発生開始信号が入力されると、フィラメントへの供給電流の二段階目の増加が開始され、管電圧が上昇する。管電圧が安定した後、管電流の増加が開始され、Ｘ線ＸＲの出射が開始される。管電圧の安定を待って管電流の増加を開始することで、管電流のフィードバック制御時における管電流の安定性を確保できる。一例として、管電圧は１２０ｋＶであり、管電流は５ｍＡである。

【0052】

Ｘ線ＸＲの出射後、時刻ｔ６において、電磁コイル２２，２３への供給電流が一段階増加し、電子ビームＥＢの焦点位置及び焦点形状が所望の位置及び寸法となるように調整される。この後、時刻ｔ７において、Ｘ線発生装置１にＸ線発生停止信号が入力されるまでの期間は、所望の径でＸ線ＸＲの出力が得られる期間となる。

【0053】

時刻ｔ７において、Ｘ線発生装置１にＸ線発生停止信号が入力されると、電磁コイル２２，２３への供給電流が一段階減少する。その後、管電流及び管電圧が減少し、Ｘ線ＸＲの出射が停止される。電磁コイル２２，２３への供給電流の減少は、増加の際と同様の理由で二段階で行われる。

【0054】

時刻ｔ８において、Ｘ線発生装置１に停止信号が入力されると、電磁コイル２２，２３への供給電流が停止され、駆動部１３も停止される。また、フィラメントへの供給電流が減少し、カソードＣが降温する。フィラメントへの供給電流の減少は、増加の際と同様に二段階で行われる。フィラメントへの供給電流が停止する時刻ｔ９から真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂの駆動が停止する時刻ｔ１０までの期間は、カソードＣの冷却期間となる。カソードＣの冷却期間において、チラーユニットが停止され、Ｘ線管２の温度制御が終了する。

【0055】

カソードＣが十分に冷却した後に真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂによる真空排気を停止させることで、カソードＣの酸化の抑制が図られる。ここでは、時刻ｔ９においてフィラメントへの供給電流が停止したタイミングでカウントを開始し、３時間経過後に真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂの駆動を停止させる。真空ポンプ４１Ａ，４１Ｂの駆動が停止した後、時刻ｔ１１において、Ｘ線発生装置１の停止が完了する。

【0056】

図７は、電磁コイルへの供給電流の設定変更時におけるヒステリシス低減動作のタイミングを示すチャート図である。図７に示すように、Ｘ線ＸＲの出射中の時刻ｔ２１において、Ｘ線発生装置１に供給電流の設定変更信号（例えば焦点寸法の変更信号）が入力されると、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が一段階減少する。その後、管電流及び管電圧が減少し、Ｘ線ＸＲの出射が停止される。また、フィラメントへの供給電流が一段階減少した後、時刻ｔ２２において、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が停止する。

【0057】

次に、時刻ｔ２２から所定時間経過後の時刻ｔ２３において、第１の電源部５１Ａの第２の電流源５２Ｂが動作し、電磁コイル２２にヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。また、第２の電源部５１Ｂの第２の電流源５２Ｂが動作し、電磁コイル２３にヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。時刻ｔ２３から所定時間経過後の時刻ｔ２４において、第２の電流Ｉ２の供給が停止される。時刻ｔ２４から所定時間経過後の時刻ｔ２５までは、電磁コイル４への電流供給が停止される期間となる。時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間は、図５における期間Ｔａに相当し、時刻ｔ２４から時刻ｔ２５までの期間は、図５における期間Ｔｂに相当する。

【0058】

電流停止期間経過後の時刻ｔ２５において、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が一段階増加する。このときの第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の各電流値は、ヒステリシス低減動作前における第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の一段階減少時の電流値と同じである。その後、時刻ｔ２６において、Ｘ線発生装置１にＸ線発生再開信号が入力されると、管電圧及びフィラメントへの供給電流がヒステリシス低減動作の前の値に復帰する。管電圧が安定した後、管電流がヒステリシス低減動作の前の値に復帰する。

【0059】

時刻ｔ２６に後続する時刻ｔ２７において、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が設定変更後の電流値となるように更に一段階増加する。図７の例では、設定変更後の電磁コイル４への供給電流は、ヒステリシス低減動作前の電磁コイル４への供給電流よりも大きくなっている。これにより、Ｘ線発生装置１では、ヒステリシス低減動作前の焦点寸法とは異なる焦点寸法で、Ｘ線ＸＲの出力が再開される。

【0060】

図８は、管電圧の設定変更におけるヒステリシス低減動作のタイミングを示すチャート図である。図８に示すように、Ｘ線ＸＲの出射中の時刻ｔ３１において、Ｘ線発生装置１に管電圧の設定変更信号が入力されると、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が一段階減少する。その後、管電流及び管電圧が減少し、Ｘ線ＸＲの出射が停止される。また、フィラメントへの供給電流が一段階減少した後、時刻ｔ３２において、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が停止する。

【0061】

次に、時刻ｔ３２から所定時間経過後の時刻ｔ３３において、第１の電源部５１Ａの第２の電流源５２Ｂが動作し、電磁コイル２２にヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。また、第２の電源部５１Ｂの第２の電流源５２Ｂが動作し、電磁コイル２３にヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２が供給される。時刻ｔ３３から所定時間経過後の時刻ｔ３４において、第２の電流Ｉ２の供給が停止される。時刻ｔ３４から所定時間経過後の時刻ｔ３５までは、電磁コイル４への電流供給が停止される期間となる。時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までの期間は、図５における期間Ｔａに相当し、時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの期間は、図５における期間Ｔｂに相当する。

【0062】

電流停止期間経過後の時刻ｔ３５において、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が一段階増加する。このときの第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の各電流値は、ヒステリシス低減動作前における第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の一段階減少時の電流値と同じである。

【0063】

その後、時刻ｔ３６において、Ｘ線発生装置１にＸ線発生再開信号が入力されると、フィラメントへの供給電流がヒステリシス低減動作の前の値に復帰すると共に、管電圧が設定変更後の値に向かって増加する。図８の例では、設定変更後の管電圧は、ヒステリシス低減動作前の管電圧よりも大きくなっている。管電圧が安定した後、管電流がヒステリシス低減動作の前の値に復帰する。

【0064】

時刻ｔ３６に後続する時刻ｔ３７において、電磁コイル２２，２３への第１の電流Ｉ１及び第３の電流Ｉ３の供給が更に一段階増加する。図８の例では、管電圧の変更に伴う電子ビームＥＢの速度の変化を補正するため、設定変更後の電磁コイル４への供給電流は、ヒステリシス低減動作前の電磁コイル４への供給電流よりも大きくなっている。これにより、Ｘ線発生装置１では、ヒステリシス低減動作前の管電圧とは異なる管電圧で、Ｘ線ＸＲの出力が再開される。

【0065】

以上説明したように、Ｘ線発生装置１では、通常動作用の第１の電流Ｉ１を電磁コイル４に供給する第１の電流源５２Ａと、第１の電流Ｉ１より大きいヒステリシス低減用の第２の電流Ｉ２を電磁コイル４に供給する第２の電流源５２Ｂとが電源部５１に設けられている。第１の電流源５２Ａと第２の電流源５２Ｂとは、互いに出力特性が異なっている。したがって、通常動作時及びヒステリシス低減時のそれぞれで要求される電流値の大きさや電流制御の精度に応じて、第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂの出力特性をそれぞれ設定することで、通常動作及びヒステリシス低減動作の双方を適切に実施できる。

【0066】

本実施形態では、電源部５１は、第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂと出力特性が異なる第３の電流源５２Ｃを有している。第３の電流源５２Ｃは、Ｘ線管２が第１の動作条件又は第２の動作条件で動作する際に、第１の電流源５２Ａによる第１の電流Ｉ１と共に通常動作用の第３の電流Ｉ３を電磁コイル４に供給する。このような構成によれば、第１の電流源５２Ａと第３の電流源５２Ｃとの協働により、通常動作で用いる電流を一層精度良く制御できる。

【0067】

本実施形態では、磁気レンズ４Ｌは、電子ビームＥＢを集束させる集束レンズ２２Ｌと、電子ビームＥＢの断面形状を調整する四重極レンズ２３Ｌとを含んでいる。電源部５１は、集束レンズ２２Ｌを構成する電磁コイル２２に電流を供給する第１の電源部５１Ａと、四重極レンズ２３Ｌを構成する電磁コイル２３に電流を供給する第２の電源部５１Ｂとを別々に備えている。このように、要求される電流値が異なる電磁コイル２２，２３に対して別々に第１の電源部５１Ａ及び第２の電源部５１Ｂを備えることで、通常動作で用いる電流を一層精度良く制御できる。

【0068】

本実施形態では、電源部５１は、第２の電流源５２Ｂの動作時に比べて、第１の電流源５２Ａの動作時に電源部５１に供給される電源電圧が小さくなるように電圧源を切り替えるリレー（切替部）５４を備えている。これにより、互いに出力特性が異なる電流源に対して回路の熱損失を最小限に抑えることができる。したがって、放熱のための構成を小型化でき、装置構成の簡単化が図られる。

【0069】

本実施形態では、第２の電流源５２Ｂによる電磁コイル４への第２の電流Ｉ２の供給、すなわち、ヒステリシス低減動作は、Ｘ線ＸＲの照射開始時、第１の電流Ｉ１の設定変更時、及び管電圧の設定変更時を含むタイミングで実施される。これらのタイミングで磁気レンズ４Ｌのヒステリシス低減を実施することで、動作条件の切り替えにあたって磁気レンズ４Ｌを適切に動作せることが可能となる。

【0070】

本実施形態では、電源部５１は、第２の電流源５２Ｂによって第２の電流Ｉ２を電磁コイル４に供給する期間の前後に、電磁コイル４への電流供給を停止する期間Ｔａ，Ｔｂを設けている。これにより、第２の電流Ｉ２によるヒステリシスの除去効果をより確実なものとすることができる。

【0071】

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、電源部５１は、集束レンズ２２Ｌを構成する電磁コイル２２に電流を供給する第１の電源部５１Ａと、四重極レンズ２３Ｌを構成する電磁コイル２３に電流を供給する第２の電源部５１Ｂとを別々に備えているが、電源部５１の構成はこれに限られない。例えば、単一の電源部によって電磁コイル２２への電流供給及び電磁コイル２３への電流供給を行う構成であってもよい。また、電圧供給源である第１の電圧源５３Ａ及び第２の電圧源５３Ｂが単一の電圧源によって構成されていてもよい。これらの態様によれば、電源部の構成の簡単化が図られる。

【0072】

図９は、図３に示した電源部における電流源の回路構成例を示す回路図である。図９の例では、第１の電流源５２Ａは、オペアンプＵ１と、回路素子Ｑ１と、抵抗Ｒ１とによって構成されている。また、第２の電流源５２Ｂは、オペアンプＵ２と、回路素子Ｑ２と、抵抗Ｒ２とによって構成されている。図１０は、図４に示した電源部における電流源の回路構成例を示す回路図である。図１０の例では、図９で示す第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂの回路に第３の電流源５２Ｃの回路が加えられている。第３の電流源５２Ｃは、オペアンプＵ３と、回路素子Ｑ３と、抵抗Ｒ３とによって構成されている。

【0073】

オペアンプＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、フィードバック制御用の素子である。オペアンプＵ１，Ｕ２，Ｕ３には、目標電流の電圧換算値Ｖｃｏｎｔ１，Ｖｃｏｎｔ２，Ｖｃｏｎｔ３がそれぞれ入力される。回路素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、電流制御用のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。回路素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の電流値は、オペアンプＵ１，Ｕ２，Ｕ３からの出力電圧値によって可変となっている。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、電流検出用の抵抗である。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を流れる電流値は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって電圧値に変換され、オペアンプＵ１，Ｕ２，Ｕ３にフィードバック（負帰還）される。可変電流源である第１の電流源５２Ａ及び第２の電流源５２Ｂでは、Ｖｃｏｎｔ１，Ｖｃｏｎｔ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２の電圧値とが一致するまでフィードバック制御が実施され、一定電流源である第３の電流源５２Ｃでは、Ｖｃｏｎｔ３と抵抗Ｒ３の電圧値とが一致するまでフィードバック制御が実施される。

【0074】

このような構成によれば、第１の電流源５２Ａ、第２の電流源５２Ｂ、及び第３の電流源５２Ｃにおいて、必要とする電流の大きさに応じて制御に用いる電流検出抵抗を回路上で適切に選択できる。したがって、ヒステリシス低減用の第２の電流源５２Ｂに比べて大きな電流を必要としない通常動作用の第１の電流源５２Ａ及び第３の電流源５２Ｃに対し、精密制御が可能かつ温度特性に優れた抵抗Ｒ１，Ｒ３を電流検出用の抵抗として用いることができる。また、通常動作用とヒステリシス低減用とで電流源を分けることで、第１の電流源５２Ａ及び第３の電流源５２Ｃで用いる抵抗Ｒ１，Ｒ３に流れる電流を必要最小限に抑えることができる。このことは、抵抗Ｒ１，Ｒ３の発熱による抵抗値の変動の抑制を可能とし、第１の電流源５２Ａ及び第３の電流源５２Ｃにおける電流制御の精度向上に寄与する。

【0075】

定電流電源では、一般に、回路素子（ＦＥＴ）を可変抵抗として電流制御を行っている。このため、大電流用途で使用する場合、必要とされる回路素子の抵抗値が高くなり、電圧分担の増大によって発熱量が大きくなるという問題がある。回路素子の発熱量が大きくなると、冷却に必要なヒートシンクのサイズが大型化し、結果として装置全体が大型化することが考えられる。これに対し、上述の構成のように、通常動作用とヒステリシス低減用とで電流源を分けることで、回路素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の発熱を抑制することが可能となり、装置の大型化を回避できる。

【符号の説明】

【0076】

１…Ｘ線発生装置、２…Ｘ線管、３…電子銃、４Ｌ…磁気レンズ、４…電磁コイル、１１…ターゲット、２２Ｌ…集束レンズ、２２…電磁コイル、２３Ｌ…四重極レンズ、２３…電磁コイル、５１…電源部、５１Ａ…第１の電源部、５１Ｂ…第２の電源部、５２Ａ…第１の電流源、５２Ｂ…第２の電流源、５３Ａ…第１の電圧源、５３Ｂ…第２の電圧源、５４…リレー（切替部）、Ｉ１…第１の電流、Ｉ２…第２の電流、Ｉ３…第３の電流、ＥＢ…電子ビーム、ＸＲ…Ｘ線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】