X射线产生装置和X射线拍摄系统的制作方法

文档编号:17934203
研发日期:2019/6/15

本发明涉及一种X射线产生装置和X射线拍摄系统。



背景技术:

作为工业用的非破坏检查装置之一,公知有X射线拍摄系统。例如,在半导体集成电路基板所代表的电子器件的检查中使用了具备微焦点X射线管的X射线检查装置。X射线管是如下X射线源:通过对阳极与阴极之间施加与X射线能量相应的预定的电位差的高电压,使由该高电压加速后的电子照射靶,从而从靶发出X射线。微焦点X射线管是在阴极侧设置有多个栅格电极的X射线管,具备如下功能:利用施加于这些栅格电极的电压对静电透镜进行控制,从而使电子束的轨道收束。

在使用了微焦点X射线管的X射线产生装置中,出于对施加于栅格电极的电压进行控制的必要性,对X射线管的接地方式、控制信号的供给方法等进行研究。例如,在专利文献1所记载的X射线产生装置中,通过设为借助光缆供给向栅格电极施加的栅格电压的控制信号的结构,能够对X射线管的阴极施加负的高电压。并且,通过采用将X射线管的外壳设为接地电位、对阳极和阴极施加正、负的高电压的中性点接地方式,将向外壳与阳极之间施加的电压降低成约一半。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2003-317996号公报



技术实现要素:

发明要解决的问题

出于将X射线产生装置搭载于X射线拍摄系统之际的处理的容易性等观点考虑,要求X射线产生装置的小型化。另外,出于进一步的高穿透力化的观点考虑,要求对X射线管的施加电压的高电压化。然而,根据本申请发明人等的研究,首先弄清楚了在X射线产生装置的小型化、施加电压的高电压化的进展的同时控制系统的误动作变多。

本发明的目的在于提供能够抑制随着小型化、施加电压的高电压化的进展而产生的控制系统的误动作的X射线产生装置。另外,本发明的另一目的在于提供通过使用这样的X射线产生装置而能够稳定地取得拍摄图像的可靠性较高的X射线拍摄系统。

用于解决问题的方案

根据本发明的一观点,提供一种X射线产生装置,该X射线产生装置具有:X射线管;驱动电路,其驱动所述X射线管;电压产生电路,其生成向所述X射线管施加的电子加速电压;以及控制部,其与所述驱动电路进行通信,至少所述X射线管、所述驱动电路、所述电压产生电路配置到填充有绝缘油的收纳容器内,在该X射线产生装置中,将所述驱动电路和所述控制部连接的路径的至少一部分由配置到所述收纳容器内的光缆构成,所述光缆具有电场缓和部件,该电场缓和部件用于抑制因所述驱动电路与所述控制部之间的电位差而产生的电场沿着所述光缆的长度方向局部地集中。

发明的效果

根据本发明,能够抑制沿着传播用于控制X射线管的控制信号的光缆的长度方向的电场的局部的集中,减少控制系统的误动作。由此,能够谋求X射线产生装置的进一步的小型化和施加电压的高电压化。另外,通过使用这样的X射线产生装置,能够实现能够稳定地取得拍摄图像的可靠性较高的X射线拍摄系统。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的X射线产生装置的概略构成的框图。

图2是表示将控制电路和电子枪驱动电路连接的光缆的连接部分的构造的图。

图3是说明光缆内的残留气体的影响的图。

图4是表示本发明的第1实施方式的X射线产生装置的光缆的构造的概略图。

图5是表示本发明的第2实施方式的X射线产生装置的光缆的构造的概略图。

图6是表示本发明的第3实施方式的X射线产生装置的光缆的构造的概略图。

图7是表示本发明的第4实施方式的X射线拍摄系统的概略构成的框图。

具体实施方式

[第1实施方式]

使用图1~图4而对本发明的第1实施方式的X射线产生装置进行说明。图1是表示本实施方式的X射线产生装置的概略构成的框图。图2是表示将控制电路和电子枪驱动电路连接的光缆的连接部分的构造的图。图3是说明光缆内的残留气体的影响的图。图4是表示本实施方式的X射线产生装置的光缆的构造的概略图。

首先,使用图1和图2而对本实施方式的X射线产生装置的构造进行说明。

如图1所示,本实施方式的X射线产生装置100具有X射线管20、高电压产生电路30、电子枪驱动电路40、以及控制部50。这些中的至少X射线管20、高电压产生电路30和电子枪驱动电路40配置于收纳容器10内。在收纳容器10填充有绝缘油80,以便确保被配置到该收纳容器10中的各部间的绝缘耐压。作为绝缘油80,优选矿物油、有机硅油、氟系油等电绝缘油。在使用了额定的管电压是100kV左右的X射线管20的X射线产生装置中优选适用易于处理的矿物油。

X射线管20包括电子源22、栅格电极26、以及阳极28。电子源22和栅格电极26与电子枪驱动电路40连接,并被分别施加所期望的控制电压。阳极28与被保持成接地电位的收纳容器10连接。在阳极28设置有由于电子束的照射而产生X射线的靶(未图示)。此外,在图1中仅示出有1个栅格电极26,典型而言,设置有多个栅格电极26。

电子源22并没有被特别限定,能够适用例如钨丝、浸渗型阴极那样的热阴极、碳纳米管等冷阴极。构成靶的材料优选熔点较高且X射线产生效率较高的材料,能够适用例如钨、钽、钼以及它们的合金等。此外,在本说明书中,有时将电子源22和栅格电极26一并表述为“电子枪”。

由电子源22与阳极28之间的高电压对从电子源22发出来的电子进行加速而使该电子与设置到阳极28的靶碰撞,从而从靶放射X射线。从靶放射的X射线量能够由向靶照射的电子束量控制,也就是说,在热阴极型的电子源22的情况下,从靶放射的X射线量能够由所供给的电流控制。向靶照射的电子束的轨道能够由向栅格电极26施加的栅格电压控制。在这方面意味着,电子源22和栅格电极26是对从电子枪发出的电子束进行控制的控制机构。

高电压产生电路30包括升压变压器32和升压电路34。升压电路34是例如科克洛夫特电路。高电压产生电路30针对被保持于接地电位的收纳容器10生成负的高电压。高电压产生电路30与电子枪驱动电路40连接。由高电压产生电路30生成的负的高电压被施加于电子枪驱动电路40。

电子枪驱动电路40包括整流电路42、逻辑电路44、电子源驱动电路46、以及栅格电压控制电路48。整流电路42与逻辑电路44、电子源驱动电路46以及栅格电压控制电路48连接。由此,对经由高绝缘变压器36向整流电路42供给的电压进行整流,能够向逻辑电路44、电子源驱动电路46以及栅格电压控制电路48供给。整流电路42的输入端子的一侧与高电压产生电路30的输出端子连接。即、在电子枪驱动电路40的各电路中,从高电压产生电路30供给的负电位成为电子枪驱动电路40的基准电位。

电子源驱动电路46根据从控制电路52经由逻辑电路44供给的控制信号对向电子源22供给的电压或者电流进行控制。栅格电压控制电路48根据从控制电路52经由逻辑电路44供给的控制信号对向栅格电极26施加的栅格电压进行控制。

控制部50包括控制电路52和倒相电路54。控制电路52与电子枪驱动电路40以及倒相电路54连接。倒相电路54包括:倒相器56,其与配置到收纳容器10内的升压变压器32连接起来;和倒相器58,其与配置到收纳容器10内的高绝缘变压器36连接起来。控制电路52向电子枪驱动电路40和倒相电路54供给预定的控制信号。倒相电路54根据从控制电路52供给的控制信号对倒相器56、58进行控制,向升压变压器32和高绝缘变压器36供给预定的驱动电压。控制电路52对高电压产生电路30的输出电压进行监控,利用向倒相电路54供给的控制信号对升压变压器32的驱动电压进行调整,以使高电压产生电路30的输出电压成为预定的电压。

如图1所示,控制部50和高电压产生电路30经由升压变压器32连接、即控制部50和高电压产生电路30被绝缘。同样地,控制部50和电子枪驱动电路40经由高绝缘变压器36连接、即控制部50和电子枪驱动电路40被绝缘。在一个例子中,控制部50与接地电位连接。另外,电子枪驱动电路40与高电压产生电路30连接。因而,在控制部50与电子枪驱动电路40之间,产生借助升压变压器32在高电压产生电路30生成的负的高电压量的电位差。即、在控制部50与电子枪驱动电路40之间产生电场。

负责控制电路52与电子枪驱动电路40之间的相互的通信的路径中的、至少收纳容器10内的一部分路径由光缆60构成,以便确保电绝缘。由此,能够利用来自以接地电位为基准电位而动作的控制电路52的控制信号对以从高电压产生电路30供给的负的电位为基准电位动作的电子枪驱动电路40内的电子源驱动电路46和栅格电压控制电路48进行控制。光缆60经由光电转换元件74与控制电路52和逻辑电路44连接。此外,基准电位是在各电路中视作基准的电位。

在此,本实施方式的X射线产生装置100的光缆60具有用于抑制沿着其长度方向的电场的局部的集中的电场缓和部件。此外,在此所谓的电场缓和是指电场强度的缓和。

例如,如图2的(a)所示,光缆60在端部设置有光连接器62,与设置到电路基板70上的光连接器72进行光学连接。设置到电路基板70上的光连接器72具备光电转换元件74,将电信号转换成光信号而向光缆60输出,或者将来自光缆60的光信号转换成电信号。

在本实施方式中,以使设置到光缆60的光连接器62与设置到电路基板70上的光连接器72之间的连接部分密闭的方式设置有密封构造体76。密封构造体76用于防止绝缘油向光缆60与光电转换元件74之间的光学的连接部分、光缆60的包覆层的内侧渗入。如此设置的密封构造体76相当于本实施方式的光缆60中的电场缓和部件。密封构造体76能够通过例如在将光连接器62和光连接器72连接起来之后、涂敷环氧树脂等树脂材料并使该环氧树脂等树脂材料硬化来形成。

以下说明在本实施方式的光缆60中设置有作为电场缓和部件的密封构造体76的理由。

如前述那样,随着X射线产生装置的小型化、施加电压的高电压化的进展,利用控制电路52对电子源驱动电路46、栅格电压控制电路48进行控制的控制系统的误动作越发明显化。根据本发明人等的研究,弄清楚了该误动作的原因在于,在光缆60的内部中,沿着光缆60的长度方向产生电场的急剧的变化。

典型的光缆具有在仅由芯和包层构成的光纤的外周设置有包覆层的构造。在这样的构造的光缆中,有时在光纤与包覆层之间存在有气体。例如,在具有由玻璃纤维构成的一次包覆层和由树脂系材料构成的二次包覆层(外皮)这双层构造的包覆层的光缆中,在一次包覆层中存在有气体。在这样的构造的光缆60中,若光连接器62与光连接器72之间的连接部分未被密闭,则有时绝缘油80向光缆60的包覆层的内侧渗入、气体局部地残留于光缆60内。若在光缆60内存在这样的残留气体,则电场集中于该部分而产生局部放电,追随急剧的电容变化的高频的电流经由接地电位侧的电路基板70向控制电路52流动,引起控制系统的误动作。

图3是示意性地表示在光缆60内局部地存在有残留气体时的、沿着光缆60的长度方向的电场分布的图。图3的(a)表示绝缘油80渗入光缆60的光纤64与包覆层66之间、在局部残留有气体82的状态。图3的(b)表示此时的等效电路。

绝缘油80的介电常数(εr2=2~3左右)是气体82的介电常数(εr1=1)的2倍~3倍左右。因此,电位差(在图中,设想100kV)存在于光缆60的两端时的沿着光缆60的长度方向的等电位面(在图中,以虚线表示)的间隔在气体82的部分比在绝缘油80的部分窄。即、电场集中于气体82的部分。其结果,在气体82的部分局部地产生放电,随着放电电流Ic而产生的控制系统的高频电流成为误动作的原因。光缆60越短,越易于引起气体82的部分处的放电,另外,电位差越大,越易于引起气体82的部分处的放电。也就是说,为了处理的容易性、高穿透力而谋求X射线产生装置的小型化、高电压化,从而使该气体82的部分处的放电明显化。

根据这样的观点考虑,在本实施方式的X射线产生装置中,以使设置到光缆60的光连接器62与设置到电路基板70上的光连接器72之间的连接部分密闭的方式设置有密封构造体76。通过如此构成,例如,如图4所示,绝缘油80不会渗入光缆60内,能够防止气体82借助绝缘油80局部地残留于光缆60内。由此,能够抑制沿着光缆60的长度方向的电场的急剧的变化,防止控制系统的误动作。

此外,在光连接器62与光连接器72之间的连接部分设置密封构造体76除了防止绝缘油80向光缆60内的渗入之外,还具有抑制绝缘油80对光纤与光电转换元件之间的光学的耦合部的影响的效果。

出于持续防止绝缘油80向光缆60内的渗入的观点考虑,构成光缆60的包覆层(外皮)和密封构造体76的材料期望的是即使在绝缘油80内施加高电压、也不变质的材料。作为即使在绝缘油80内施加高电压、也不变质的材料,可列举出例如不含有增塑剂的树脂材料、例如环氧树脂、聚四氟乙烯等氟树脂。

如此,根据本实施方式,在光连接器62与光连接器72之间的连接部分设置有密封构造体76,因此,能够抑制沿着光缆60的长度方向的电场的局部的集中,减少控制系统的误动作。由此,能够进行X射线产生装置的进一步的小型化和施加电压的高电压化。

[第2实施方式]

使用图5而对本发明的第2实施方式的X射线产生装置进行说明。图5是表示本实施方式的X射线产生装置的光缆的构造的概略图。

在第1实施方式中,以防止绝缘油80向光缆60内的渗入的方式构成了光缆60,但构成为将光缆60内的气体积极地置换成绝缘油80,也能够抑制局部的电场的集中。

即、例如,如图5所示,本实施方式的X射线产生装置的光缆60在包覆层66设置有担负气体的排出和绝缘油80的渗入的作用的开口部68。如此设置的开口部68相当于本实施方式的光缆60中的电场缓和部件。

通过在光缆60的包覆层66设置有开口部68,促进光缆60内的气体的排出和绝缘油80向光缆60内的渗入,能够抑制气体残留于光缆60内。光缆60内的电场集中起因于气体局部地残留,因此,通过减少光缆60内的残留气体,能够抑制光缆60内的电场集中,进而防止控制系统的误动作。

开口部68的配置场所只要是能够进行光缆60内的气体的排出、绝缘油80向光缆60内的渗入的场所,就没有特别限定。例如,既可以配置于光缆60的中途,也可以配置于光缆60与光连接器62之间的连接部的附近。另外,开口部68的数量、大小能够在不有损光缆60所需要的强度的范围内适当选择,以使得光缆60内的气体被迅速地排出,绝缘油80能够容易地渗入。另外,开口部68未必需要设置于光缆60的一部分,也可以以使光纤64的整体暴露的方式设置。即、也可以没有光缆60的包覆层66。

为了有效地实现绝缘油80向光缆60内的渗入,绝缘油80向收纳容器10内的填充优选适用在将收纳容器10内抽真空之后注入绝缘油80的真空浸渗法。通过使用真空浸渗法,能够将光缆60内的气体容易且可靠地置换成绝缘油80。

开口部68的形成方法并没有特别限定,例如,能够通过利用刀具在包覆层66形成刻痕等一般的方法实施。

如此,根据本实施方式,在光缆60的包覆层66设置有担负气体的排出和绝缘油80的渗入的作用的开口部68,因此,能够抑制沿着光缆60的长度方向的电场的局部的集中,减少控制系统的误动作。由此,能够进行X射线产生装置的进一步的小型化和施加电压的高电压化。

[第3实施方式]

使用图6而对本发明的第3实施方式的X射线产生装置进行说明。图6是表示本实施方式的X射线产生装置的光缆的构造的概略图。

对于本实施方式的X射线产生装置的光缆60,如图6所示,光缆60的包覆层(包覆层66a)由高电阻材料形成。通过光缆60的包覆层66a由高电阻材料形成,能够利用由在该包覆层流动的电流形成的电场谋求光缆60的长度方向的电场的均匀化。由高电阻材料形成的包覆层66a相当于本实施方式的光缆60中的电场缓和部件。

通过包覆层66a由高电阻材料形成,能够使相当于电子束的加速电压除以包覆层66a的电阻值而得到的值的电流向包覆层66a流动,由此,能够谋求光缆60的长度方向的电场的均匀化。基于该目的,构成包覆层66a的材料的电阻值根据电位规定和电能消耗被设定在其所期望的范围内。若根据电位规定的观点考虑,则包覆层66a的表面电阻优选是1014Ω/□以下,更优选是1012Ω/□以下,最优选是1011Ω/□以下。包覆层66a的表面电阻的下限受加速电压和光缆60的长度影响,但为了抑制电能消耗,优选是105Ω/□以上,更优选是107Ω/□以上。

例如,在使用了直径2mm、长度300mm的光缆60的情况下,能够将包覆层66a的表面电阻设定成5×1010Ω/□左右。在该情况下,加速电压是100kV时所流动的电流成为1μA左右,出于电位规定、电能消耗这点考虑,也是适当的。

由高电阻材料形成的包覆层66a并没有特别限定,可列举出例如混合有碳黑等碳系材料的树脂材料。在该例子中,能够利用碳系材料的添加量进行电阻值的调整。

如此,根据本实施方式,光缆60的包覆层66a由高电阻材料形成,因此,能够抑制沿着光缆60的长度方向的电场的局部的集中,减少控制系统的误动作。由此,能够进行X射线产生装置的进一步的小型化和施加电压的高电压化。

[第4实施方式]

使用图7而对本发明的第4实施方式的X射线拍摄系统进行说明。图7是表示本实施方式的X射线拍摄系统的概略构成的框图。

在本实施方式中,表示使用了第1实施方式~第3实施方式的X射线产生装置的X射线拍摄系统。

如图7所示,本实施方式的X射线拍摄系统200包括X射线产生装置100、X射线检测装置110、系统控制装置120、以及显示装置130。

X射线产生装置100是第1实施方式~第3实施方式中任一个X射线产生装置,包括X射线管20和X射线管驱动电路102。X射线管驱动电路102包括第1实施方式~第3实施方式的X射线产生装置中的高电压产生电路30、电子枪驱动电路40、控制部50等。X射线检测装置110包括X射线检测器112和信号处理部114。系统控制装置120负责包括X射线产生装置100和X射线检测装置110的系统整体的控制。显示装置130将由系统控制装置120处理后的图像信号显示于屏幕。

X射线产生装置100的X射线管驱动电路102在系统控制装置120的控制下向X射线管20输出各种控制信号。从X射线产生装置100发出的X射线的发出状态被从系统控制装置120输出来的控制信号控制。

从X射线产生装置100发出来的X射线104透过被检体106而被X射线检测器112检测。X射线检测器112具备多个未图示的检测元件,取得X射线透射像。X射线检测器112将所取得的X射线透射像转换成图像信号而向信号处理部114输出。在X射线管20与被检体106之间也可以配置未图示的狭缝、准直器等,以便抑制不需要的X射线的照射。

信号处理部114在系统控制装置120的控制下对图像信号实施预定的信号处理,将处理后的图像信号向系统控制装置120输出。系统控制装置120为了基于处理后的图像信号使图像显示于显示装置130而将显示信号向显示装置130输出。显示装置130使基于显示信号的被检体106的拍摄图像显示于屏幕。

如此,根据本实施方式,使用小型且放电耐压特性优异的第1实施方式~第3实施方式的X射线产生装置100,能够实现能够稳定地取得拍摄图像的、可靠性较高的X射线拍摄系统200。

[变形实施方式]

本发明并不限于上述实施方式,能够进行各种变形。

例如,将任一个实施方式的一部分构成追加于另一实施方式而成的例子、置换成另一实施方式的一部分构成的例子也是本发明的实施方式。例如,也可以由第3实施方式的包覆层66a构成第1实施方式或第2实施方式的X射线产生装置的光缆60的包覆层66。另外,也可以在第3实施方式的X射线产生装置的光缆60的包覆层66a设置第2实施方式的开口部68。

另外,在上述实施方式中,将X射线管20的接地方式设为阳极接地方式,但X射线管20的接地方式并不被限定于阳极接地方式。例如,也可以设为对X射线管的阳极和阴极分别施加正、负的高电压的中性点接地方式。本发明能够广泛地适用在控制信号的传播路径的一部分包括光缆、该光缆的两端部的电位差较大的结构的X射线产生装置。

此外,上述实施方式均只不过表示实施本发明时的具体化的例子,本发明的技术范围并不被这些限定性解释。即、本发明在不脱离其技术思想、或及其主要的特征的情况下能够以各种方式实施。

附图标记说明

10、收纳容器;20、X射线管;22、电子源;26、栅格电极;28、阳极;30、高电压产生电路;40、电子枪驱动电路;50、控制部;52、控制电路;60、光缆;62、72、光连接器;64、光纤;66、66a、包覆层;68、开口部;74、光电转换元件;76、密封构造体;80、绝缘油;82、气体。

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