JP4158419B2

JP4158419B2 - X-ray tube and optical axis alignment method

Info

Publication number: JP4158419B2
Application number: JP2002157010A
Authority: JP
Inventors: 元英安野; 真藤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003344596A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料にＸ線を照射して内部構造などを観察するのに使用するＸ線管に関し、特に微小なサイズのＸ線ビームを発生することのできるＸ線管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管では、電子顕微鏡と異なり、直接電子ビームパターンを観察する手段がなく、電子光学系の光軸合わせは主にＸ線撮像装置（Ｉ．Ｉ．）等のＸ線検出器で測定されるＸ線量をもとに実行される。この方法では、電子ビームがＸ線管の内部をどのような軌道を描いてレンズへ入射しターゲットへ最終的に到達しているかを把握することが困難である。そのために、電子光学系の光軸合わせを適切に行うことも困難であった。
【０００３】
Ｘ線管において電子光学系の光軸調整が不完全な場合、電子レンズのレンズパワーを変化させると、電子レンズで縮小結象された焦点（電子ビームスポット）位置が移動してしまい、場合によっては電子ビームが全くターゲットへ到達しなくなるという不具合が生じる。
【０００４】
特に、Ｘ線焦点サイズを小さくする目的で２段又はそれ以上の電子レンズで電子ビームを縮小結像する装置では、電子レンズの個数と同じだけの光軸が存在し、電子ビームがすべての光軸に対して一致するように調整する必要がある。複数の電子レンズを装備するＸ線管では、不完全な光軸調整による電子ビームずれの挙動は複雑となり、Ｘ線装置の性能を劣化させてしまう。したがって、複数の光軸に対して確実に光軸合わせを行うことが必要となるが、電子ビーム軌道を把握できない従来方法では、調整が非常に困難となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子光学系に対する光軸合わせは、電子顕微鏡の分野で開発されてきた。電子顕微鏡では、蛍光板や撮像管を用いて電子ビームパターンを直接観察しながら軸調整が行える。ところが、Ｘ線管では一般的に、電子ビームを直接観察する手段がないために、電子光学系の光軸合わせの感覚をつかみにくい。特に電子レンズが２つ又はそれ以上になると、調整作業は非常に困難となる。
【０００６】
本発明では、Ｘ線透視像を得るために通常、標準でＸ線管が備えているＸ線撮像装置でＸ線透視像又はＸ線強度を測定しながら、電子ビームの軌道を偏向するためのアライメントコイルを適切に制御し、２段以上の磁場型電子レンズを備えるＸ線管の光軸合わせを確実に行うことを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線管は、電子銃と電子銃からの電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットとの間に配置されて電子ビームを縮小結像させる２段以上の電子レンズと、電子銃と１段目の電子レンズの間、及び電子レンズ間にそれぞれ配置されて電子ビーム軌道を偏向できるアライメントコイルとを備えたものである。
本発明の光軸合わせ方法は、そのようなＸ線管を対象とし、ターゲットの背後にＸ線撮像装置を配置してそのＸ線撮像装置によりターゲットに到達する電子ビームを検知しながらアライメントコイルを用いて電子ビームの軌道を調整する光軸合わせ方法であって、アライメントコイルによる電子ビームの調整は、アライメントコイルに入射した電子ビームを曲げて、その射出角度を変える単純偏向機能と、光源から任意の角度で放出されている電子ビームを光軸上にもどすチルト機能と、ある固定点を中心にして電子ビームの入射角度を任意にふるピボット機能とを逐次に又は組み合わせて段階的に行うことを特徴とするものである。
【０００８】
対象とするＸ線管の好ましい一例は、アライメントコイルを電子銃と１段目の電子レンズ及び電子レンズ間にそれぞれ２段づつ備えたものであり、かつ各電子レンズのギャップ部分に絞りを備えて電子ビームの通過範囲を制限しているものである。
【０００９】
また、電子レンズは磁場型とすることができる。その場合、このＸ線管はレンズ励磁電流を変調する装置を備え、電子レンズに供給する励磁電流を変調することにより観察されるＸ線透視像の振動を観測し、光軸と電子ビームの一致度を評価しながら、アライメントコイルを調整して電子光学系の光軸合わせを行う工程をさらに備えていることが好ましい。
【００１０】
各電子レンズにおいては、アライメントコイルを用いて、電子ビームが電子レンズ中心に入射するように調整し、その後、レンズ中心をピボット点として電子ビームの角度をふり、電子ビームがその電子レンズの光軸と一致するように調整することが好ましい。
【００１１】
【作用】
２段以上の電子レンズから構成されるＸ線管では、電子銃から放出された電子ビームがどのような軌道をたどってターゲットへ到達しているかを把握することは困難であり、光軸調整が複雑となる。本発明に示す単純偏向機能、チルト機能及びピボット機能を逐次に又は組み合わせて段階的に行う手順に従って電子ビーム軌道をアライメントコイルで偏向し調整を行うことで、Ｘ線管内の電ビームの軌道を把握でき、複雑な光軸合わせ作業を確実に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１にＬａＢ６−マイクロフォーカスＸ線管の光学系概念図を示す。
ＬａＢ６を陰極とする電子銃Gunから放出された電子ビームを、アライメントコイルCoil１，Coil２とCoil３，Coil４を用いて軌道を変え、二つの電子レンズLens１，２の光軸に入射させる。以下、アライメントコイルCoil１等を単に「コイル１」等といい、電子レンズLens１等を単に「レンズ１」等という。アライメントコイルは、電子銃とレンズ１の間、及びレンズ１とレンズ２の間にそれぞれ２段づつ配置されている。レンズ１、レンズ２では、それぞれのギャップ部分に、絞り（Aperture）１、絞り２がそれぞれ配置され、電子ビームの通過範囲を制限している。
【００１３】
Ｘ−Ｚ平面には、図示のように、電子ビームをＹ方向へ偏向するアライメントコイルが４つ（コイル１〜コイル４）配置されており、図には表れていないが、Ｙ−Ｚ平面にも同様にＸ偏向用のアライメントコイルが４つ配置されている。図で破線で示されているのは光軸であり、光軸合わせのことをアライメントと呼ぶ。
【００１４】
アライメントコイルの基本機能は図２に示される３つである。
アライメントコイルを単独で使用すると、電子ビームを１方向へ偏向できる（単純偏向）。また、アライメントコイルを２段連動動作させることでチルト（Tilt）機能とピボット（Pivot）機能を実現できる。
【００１５】
（ａ）単純偏向（Deflection）機能（図２左側図）：
アライメントコイルに入射した電子ビームを曲げて、その射出角度を変える機能である。
【００１６】
（ｂ）チルト（Tilt）機能（図２中央図）：
光源から任意の角度で放出されている電子ビームを、光軸上にもどす機能である。コイル１とコイル２を連動させてチルト機能を実現するには、コイル１とコイル２に１＋Ｌ₀／Ｌ₁：Ｌ₀／Ｌ₁の比でコイル電流を流せばよい。
【００１７】
（ｃ）ピボット（Pivot）機能（図２右側図）：
ある固定点（ピボット点）を中心にして電子ビームの入射角度を任意にふる機能である。コイル１とコイル２を連動させてピボット機能を実現するには、コイル１とコイル２に１：１＋Ｌ₁／Ｌ₂の比で電流を流せばよい。
【００１８】
この実施例のＬａＢ６−マイクロフォーカスＸ線管では、次の５つのアライメントコイル機能を用いて光軸合わせを行う。
機能１：コイル１−２連動チルト機能
機能２：コイル１−２連動ピボット機能
機能３：コイル４−単純偏向機能
機能４：
(コイル１−２連動ピボット機能)＋(回転補正用コイル３−単純偏向機能)機能５：コイル３−４連動ピボット機能
【００１９】
ここで、機能４の(コイル１−２連動ピボット機能)＋(回転補正用コイル３−単純偏向機能)は回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能とも称す。この機能を図３を参照して説明する。
【００２０】
コイル１−２連動ピボット機能を用いて、ビームがレンズ１へ入射する角度を変えると、レンズ２での絞り２への入射位置も変わる。図３の左側の図に示したように、コイル１−２連動ピボット機能でｘ方向角度をδ変化させると、絞り２の面上で（Ｒcosφ，Ｒsinφ）だけビームずれが生じる。ここで、Ｒ＝（Ｌ₀＋Ｌ₁）tanδである。回転角φは、レンズ１が磁気レンズであるために物側と像側のｘ−ｙ座標系が回転することに起因する。
【００２１】
コイル１−２連動ピボット機能使用にともなうビームの位置ずれは、コイル３による単純偏向機能を用いてキャンセルできる。本装置では、図３の右側図に示すように、コイル１−２連動ピボット機能に連動させてコイル３−単純偏向機能を付加し、回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能を実現している。すなわち、コイル１−２連動ピボット機能でｘ方向にδふった場合、レンズ１での回転作用を考慮すると、コイル３面上では（ｒcosφ，ｒsinφ）の位置にビームがずれる。このビームをコイル３による単純偏向機能でレンズ２での絞り２の中心にもどす。
【００２２】
このように、回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能により任意のピボット角δに対して適切な補正が行える。
【００２３】
次に、この実施例におけるアライメントの原理を説明する。
図４はアライメントの概念を順に示したものである。ここでは、絞り中心とレンズ中心が一致しているとする。）
▲１▼初期状態では、電子ビーム（実線で示されている）はレンズ中心と異なる位置に入射している。
▲２▼まず、アライメントコイルを用いて、電子ビームがレンズ中心に入射するように調整する。
▲３▼その後、レンズ中心をピボット点としてビーム角度をふり、電子ビームが光軸と一致するように調整する。
【００２４】
図１で、電子銃から放出された電子ビームはまずレンズ１に入射する。アライメントは、初めにレンズ１の光軸に電子ビームを合わせ、その後レンズ２の光軸に電子ビームを合わせる。レンズ１に対するアライメント時は、レンズ２はオフにする。その後２つのレンズ１とレンズ２を連動動作させ、電子ビームをターゲットにフォーカスさせた状態でアライメント調整を行う。
【００２５】
以下に、手動アライメント手順を追いながらアライメントの原理について説明する。自動アライメントの場合も、同様の処理を行う。
【００２６】
（１）レンズ１の中心に電子ビームの中心を入射させる。
具体的には次のように行う。
▲１▼次のようにして、電子ビームが絞り１の中心付近を通過するように調整する。
絞り１としては、図５の左側の図に示されるように、中央に電子ビームを通す本来の開口が設けられており、その周囲のＸ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ方向に４つの開口が内側を向くように設けられたものを使用する。レンズ１、レンズ２ともにオフ状態のとき、電子ビームは、レンズ１の絞り１へ入射する。コイル１−２連動チルト機能を用いて電子ビームを絞り１上でスキャンすると、図５右側の図に示すように、絞り１の４つの開口の内壁に電子ビームがあたってＸ線が発生し、Ｘ線管正面に設置してあるＸ線撮像装置でＸ線画像を観測すると、図５中央の図のように、絞り１の中央開口の周辺にある４つの開口が輝点として確認できる。輝点Ｐ_n（ｎ＝１，２，３，４）に対するコイル１−２連動チルト機能のアライメント量を（ＴＸ_n，ＴＹ_n）とすると、アライメント量（（ＴＸ₁＋ＴＸ₂）／２，（ＴＹ₃＋ＴＹ₄）／２）の電流をコイル１−２連動チルト機能のコイル１とコイル２へ与えると、絞り１の中央開口の中心付近にビームを通すことができる。
【００２７】
▲２▼次に、電子ビームが効率よくターゲットへ到達するように調整する。
そのために、図６の左側図に示されるように調整▲１▼で定まった絞り１通過点をピボット点とし、コイル１−２連動ピボット機能を用いて、図６の右側図に示されるように電子ビームが効率よく絞り２を通過するように、すなわち、Ｘ線撮像装置で検出されるＸ線量が最大となるように、コイル１−２連動ピボット機能を調節する。
【００２８】
▲３▼次に、電子ビームが絞り１中心（レンズ１中心）を通過するように調整する。
そのために、ここでレンズ１をオンにし、電子ビームをターゲット面に結像させる。図７左側図に示されるように、この時点では電子ビームが光軸に一致していないため、レンズ１を励磁するにつれて電子ビームはずれていく。ずれ量が大きくなると電子ビームは絞り２を通過できなくなる。
【００２９】
レンズ１を徐々に励磁しながら、図７右側図に示されるように、コイル４−単純偏向機能を用いてビームが絞り２を通過できるように調整する。
レンズ１により電子ビームがターゲット上に結像できたら、コイル４−単純偏向機能で電子ビームをふり、ビーム中心が絞り２の中央を通過するように調整する。
【００３０】
この状態で、図８に示されるように、コイル１−２連動チルト機能を用い、Ｘ線撮像装置で検出されるＸ線量が最大となるように調整する。この調整により、電子ビームが絞り１の中心を通過するようになる。
【００３１】
（２）電子ビームをレンズ１の光軸に合わせる。
これまでの作業で、電子ビームが絞り１の中心を通過した状態になっている（図４▲２▼の状態）
次に、電子ビームと絞り１面の交点をピボット点として、ビーム角度をふり、中心ビームを光軸に一致させる（図４▲３▼の状態）。光軸とビームが一致したかどうかを判断するために、レンズ１の励磁電流を結像（focus）状態から±数％〜１０％変調（レンズ１ウォブリングという）しＸ線画像を観察する。光軸とビームが一致していない場合、観察されるパターンが回転移動する。光軸とビームが一致すると、パターンの回転移動はなくなりデフォーカスに起因するパター−ンの振動が観察されるようになる。上記のピボット操作のために図３で説明した回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能を用いる。
以上の（１）と（２）の操作により、レンズ１の光軸に電子ビームを合わせることができる。
【００３２】
続けてレンズ２の光軸合わせを行う。レンズ２を（必要に応じてレンズ１も）励磁し、電子ビームをターゲットに結像させる。
コイル４−単純偏向機能を用いて、電子ビームを絞り２の中心に入射させ、レンズ２ウォブリングを行い、Ｘ線画像を観察しながらコイル３−４連動ピボット機能でビームをレンズ２の光軸に合わせる。調整の仕方はレンズ１と同様である。
【００３３】
以上に述べたアライメントは適当な加速電圧（管電圧）に対して行う。アライメント後、加速電圧を変化させた場合には、それに合わせてアライメントコイル電流及びレンズ電流を調整することにより、アライメント及び結像状態を原理的には維持できる。具体的には、加速電圧がＮ倍になったとき、アライメントコイル電流、レンズ電流をそれぞれＮ^1/2倍にすることで、電子ビームの軌道を加速電圧によらず一定にすることができる。この調整を行う場合、相対論補正を考慮したファクタをアライメントコイル電流及びレンズ電流に用いることで、より精度の高い補正を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に基づいた手順にしたがって調整を行うことで、２段以上の電子レンズからなるＸ線管の光軸合わせが確実に行える。また、調整の指針が明確であることから、調整者の高度な技能を必要しないため、効率よく調整作業が行える。特に、各手順をソフトウェアにより制御することで、光軸合わせの自動化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＸ線管の一例としてのＬａＢ６−マイクロフォーカスＸ線管の光学系の概念図を示す概略断面図である。
【図２】アライメントコイルの基本機能を示す概略断面図である。
【図３】回転補正付きコイル１−２連動ピボット機能を示す概略断面図である。
【図４】本発明におけるアライメントの概念を示す図である。
【図５】絞り１の機能を説明する図であり、左側の図は斜視図と断面図、右側の図はＸ線発生状態を示す概略正面図、中央の図はＸ線撮像装置によるＸ線画像を示す図である。
【図６】電子ビームが効率よくターゲットへ到達するように調整する工程を示す概略断面図である。
【図７】電子ビームが絞り２を通過するように調整する工程を示す概略断面図である。
【図８】電子ビームが絞り１の中心を通過するように調整する工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
Gun 電子銃
Coil１〜Coil４アライメントコイル
Lens１，Lens２電子レンズ
Aperture 絞り
Target ターゲット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray tube used for irradiating a sample with X-rays to observe an internal structure and the like, and more particularly to an X-ray tube capable of generating an X-ray beam having a minute size.
[0002]
[Prior art]
Unlike an electron microscope, an X-ray tube has no means for directly observing an electron beam pattern, and the optical axis alignment of an electron optical system is mainly measured by an X-ray detector such as an X-ray imaging device (II). It is executed based on the X-ray dose. In this method, it is difficult to grasp what trajectory the electron beam draws inside the X-ray tube, enters the lens, and finally reaches the target. Therefore, it has been difficult to appropriately align the optical axis of the electron optical system.
[0003]
If the optical axis adjustment of the electron optical system in the X-ray tube is incomplete, changing the lens power of the electron lens moves the focus (electron beam spot) position reduced by the electron lens. Causes a problem that the electron beam does not reach the target at all.
[0004]
In particular, an apparatus that reduces and forms an electron beam with two or more electron lenses for the purpose of reducing the X-ray focal spot size has as many optical axes as the number of electron lenses. It needs to be adjusted to match the axis. In an X-ray tube equipped with a plurality of electron lenses, the behavior of electron beam deviation due to incomplete optical axis adjustment becomes complicated, which degrades the performance of the X-ray apparatus. Therefore, it is necessary to reliably align the optical axes with respect to a plurality of optical axes, but adjustment is very difficult with the conventional method in which the electron beam trajectory cannot be grasped.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Optical axis alignment for electron optical systems has been developed in the field of electron microscopy. In the electron microscope, the axis can be adjusted while directly observing the electron beam pattern using a fluorescent plate or an imaging tube. However, in general, there is no means for directly observing an electron beam in an X-ray tube, so it is difficult to grasp the sense of optical axis alignment of an electron optical system. Especially when there are two or more electron lenses, the adjustment work becomes very difficult.
[0006]
In the present invention, in order to obtain an X-ray fluoroscopic image, the X-ray fluoroscopic image or X-ray intensity is usually measured with an X-ray imaging apparatus provided in the X-ray tube as a standard, and the electron beam trajectory is deflected. An object of the present invention is to appropriately control the alignment coil and reliably perform optical axis alignment of an X-ray tube including two or more magnetic field type electron lenses.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The X-ray tube of the present invention includes an electron lens having two or more stages disposed between an electron gun and a target that generates an X-ray by being irradiated with an electron beam from the electron gun, An alignment coil is provided between the gun and the first-stage electron lens and between the electron lenses and can deflect the electron beam trajectory.
The optical axis alignment method of the present invention targets such an X-ray tube, arranges an X-ray imaging device behind the target, and uses the X-ray imaging device to detect the electron beam reaching the target while aligning the alignment coil. This is an optical axis alignment method that adjusts the trajectory of the electron beam by using an alignment coil that adjusts the electron beam incident on the alignment coil by bending the electron beam and changing its emission angle. The tilt function that returns the electron beam emitted at a certain angle to the optical axis and the pivot function that arbitrarily changes the incident angle of the electron beam around a fixed point are performed sequentially or in combination. It is a feature.
[0008]
A preferred example of the target X-ray tube is one in which alignment coils are provided in two stages each between the electron gun, the first stage electron lens, and the electron lens, and a diaphragm is provided in the gap portion of each electron lens. This limits the electron beam passage range.
[0009]
The electron lens can be a magnetic field type. In this case, this X-ray tube is equipped with a device that modulates the lens excitation current, observes the vibration of the X-ray fluoroscopic image observed by modulating the excitation current supplied to the electron lens, and matches the optical axis with the electron beam. It is preferable to further include a step of adjusting the optical axis of the electron optical system by adjusting the alignment coil while evaluating the degree.
[0010]
Each electron lens is adjusted using an alignment coil so that the electron beam is incident on the center of the electron lens, and then the angle of the electron beam is set with the lens center as a pivot point, and the electron beam is optical axis of the electron lens. It is preferable to adjust so as to match.
[0011]
[Action]
In an X-ray tube composed of two or more stages of electron lenses, it is difficult to grasp the trajectory of the electron beam emitted from the electron gun and reach the target. It becomes complicated. The trajectory of the electric beam in the X-ray tube can be grasped by deflecting and adjusting the electron beam trajectory with the alignment coil in accordance with the procedure of performing the stepwise combination of the simple deflection function, tilt function and pivot function shown in the present invention. This makes it possible to reliably perform complicated optical axis alignment work.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a conceptual diagram of an optical system of a LaB6-microfocus X-ray tube.
An electron beam emitted from an electron gun Gun having LaB6 as a cathode is changed in trajectory using alignment coils Coil1, Coil2 and Coil3, Coil4 and made incident on the optical axes of the two electron lenses Lens1, Lens2. Hereinafter, the alignment coil Coil 1 or the like is simply referred to as “coil 1” or the like, and the electronic lens Lens 1 or the like is simply referred to as “lens 1” or the like. The alignment coils are arranged in two stages between the electron gun and the lens 1 and between the lens 1 and the lens 2, respectively. In the lens 1 and the lens 2, an aperture 1 and an aperture 2 are respectively arranged in the gap portions to limit the passing range of the electron beam.
[0013]
As shown in the drawing, four alignment coils (coil 1 to coil 4) for deflecting the electron beam in the Y direction are arranged on the XZ plane. Similarly, four alignment coils for X deflection are arranged. The broken line in the figure indicates the optical axis, and the alignment of the optical axis is called alignment.
[0014]
The basic functions of the alignment coil are the three shown in FIG.
When the alignment coil is used alone, the electron beam can be deflected in one direction (simple deflection). Further, a tilt function and a pivot function can be realized by operating the alignment coil in two steps.
[0015]
(A) Simple deflection function (left side of FIG. 2):
This is a function of bending the electron beam incident on the alignment coil and changing its emission angle.
[0016]
(B) Tilt function (center view in FIG. 2):
This function returns the electron beam emitted from the light source at an arbitrary angle on the optical axis. In order to realize the tilt function by linking the coil 1 and the coil 2, a coil current may be supplied to the coil 1 and the coil 2 at a ratio of 1 + L ₀ / L ₁ : L ₀ / L ₁ .
[0017]
(C) Pivot function (right side of FIG. 2):
This is a function for arbitrarily changing the incident angle of the electron beam around a fixed point (pivot point). In order to realize the pivot function by linking the coil 1 and the coil 2, a current may be supplied to the coil 1 and the coil 2 at a ratio of 1: 1 + L ₁ / L ₂ .
[0018]
In the LaB6-microfocus X-ray tube of this embodiment, optical axis alignment is performed using the following five alignment coil functions.
Function 1: Coil 1-2 interlocking tilt function Function 2: Coil 1-2 interlocking pivot function Function 3: Coil 4-Simple deflection function Function 4:
(Coil 1-2 interlocking pivot function) + (Rotation correction coil 3-Simple deflection function) Function 5: Coil 3-4 interlocking pivot function
Here, function 4 (coil 1-2 interlocking pivot function) + (rotation correction coil 3 -simple deflection function) is also referred to as a coil 1-2 interlocking pivot function with rotation correction. This function will be described with reference to FIG.
[0020]
When the angle at which the beam is incident on the lens 1 is changed using the coil 1-2 interlocking pivot function, the incident position on the diaphragm 2 at the lens 2 is also changed. As shown in the diagram on the left side of FIG. 3, if the angle in the x direction is changed by δ with the coil 1-2 interlocking pivot function, a beam shift occurs on the surface of the diaphragm 2 by (Rcosφ, Rsinφ). Here, R = (L ₀ + L ₁ ) tan δ. The rotation angle φ is caused by the fact that the xy coordinate system on the object side and the image side rotates because the lens 1 is a magnetic lens.
[0021]
The beam misalignment caused by the use of the coil 1-2 interlocking pivot function can be canceled using the simple deflection function of the coil 3. In this apparatus, as shown in the right side view of FIG. 3, a coil 3-simple deflection function is added in conjunction with the coil 1-2 interlocking pivot function, thereby realizing a coil 1-2 interlocking pivot function with rotation correction. . That is, when δ is swung in the x direction by the coil 1-2 interlocking pivot function, the beam is shifted to the position of (r cos φ, r sin φ) on the surface of the coil 3 in consideration of the rotating action of the lens 1. This beam is returned to the center of the diaphragm 2 in the lens 2 by a simple deflection function by the coil 3.
[0022]
In this way, an appropriate correction can be made for an arbitrary pivot angle δ by the coil 1-2 interlocking pivot function with rotation correction.
[0023]
Next, the principle of alignment in this embodiment will be described.
FIG. 4 shows the concept of alignment in order. Here, it is assumed that the aperture center coincides with the lens center. )
{Circle around (1)} In the initial state, the electron beam (shown by a solid line) is incident at a position different from the lens center.
(2) First, using an alignment coil, adjustment is made so that the electron beam is incident on the center of the lens.
{Circle around (3)} Thereafter, the beam angle is set with the lens center as a pivot point, and the electron beam is adjusted to coincide with the optical axis.
[0024]
In FIG. 1, the electron beam emitted from the electron gun first enters the lens 1. In alignment, the electron beam is first aligned with the optical axis of the lens 1, and then the electron beam is aligned with the optical axis of the lens 2. During alignment with the lens 1, the lens 2 is turned off. Then in conjunction operate two lenses 1 and the lens 2, the alignment adjusting the electron beam in a state of being focused on the target.
[0025]
Hereinafter, the principle of alignment will be described while following the manual alignment procedure. Similar processing is performed in the case of automatic alignment.
[0026]
(1) The center of the electron beam is incident on the center of the lens 1.
Specifically, this is performed as follows.
(1) Adjustment is made so that the electron beam passes near the center of the aperture stop 1 as follows.
As shown in the drawing on the left side of FIG. 5, the diaphragm 1 is provided with an original aperture through which an electron beam passes in the center, and four apertures in the X, -X, Y, and -Y directions around the aperture. Use the one provided to face inward. When both the lens 1 and the lens 2 are in the off state, the electron beam is incident on the diaphragm 1 of the lens 1. When the electron beam is scanned on the diaphragm 1 using the coil 1-2 interlocking tilt function, as shown in the right side of FIG. 5, the electron beam hits the inner walls of the four openings of the diaphragm 1 to generate X-rays. When an X-ray image is observed with an X-ray imaging device installed in front of the X-ray tube, four apertures around the central aperture of the diaphragm 1 can be confirmed as bright spots as shown in the center of FIG. When the alignment amount of the coil 1-2 interlocking tilt function with respect to the bright spot P _n (n = 1, 2, 3, 4) is (TX _n , TY _n ), the alignment amount ((TX ₁ + TX ₂ ) / 2, ( When a current of TY ₃ + TY ₄ ) / 2) is applied to the coil 1 and the coil 2 of the coil 1-2 interlocking tilt function, the beam can be passed near the center of the central opening of the diaphragm 1.
[0027]
(2) Next, adjustment is made so that the electron beam efficiently reaches the target.
For this purpose, as shown in the left side view of FIG. 6, as shown in the right side view of FIG. 6, using the coil 1-2 interlocking pivot function with the pass point of the diaphragm 1 determined in the adjustment (1) as shown in the left side view of FIG. 6. The coil 1-2 interlocking pivot function is adjusted so that the electron beam efficiently passes through the diaphragm 2, that is, the X-ray dose detected by the X-ray imaging apparatus is maximized.
[0028]
(3) Next, adjustment is made so that the electron beam passes through the center of the stop 1 (the center of the lens 1).
For this purpose, the lens 1 is turned on and the electron beam is focused on the target surface. As shown in the left side view of FIG. 7, the electron beam does not coincide with the optical axis at this time, so that the electron beam is deviated as the lens 1 is excited. When the amount of deviation increases, the electron beam cannot pass through the diaphragm 2.
[0029]
While the lens 1 is gradually excited, adjustment is performed so that the beam can pass through the diaphragm 2 by using the coil 4-simple deflection function as shown in the right side of FIG.
When the electron beam can be imaged on the target by the lens 1, the electron beam is struck by the coil 4-simple deflection function, and the center of the beam is adjusted to pass the center of the stop 2.
[0030]
In this state, as shown in FIG. 8, the coil 1-2 interlocking tilt function is used to adjust the X-ray dose detected by the X-ray imaging apparatus to be maximum. By this adjustment, the electron beam passes through the center of the diaphragm 1.
[0031]
(2) Align the electron beam with the optical axis of the lens 1.
In the work so far, the electron beam has passed through the center of the aperture 1 (the state shown in FIG. 4 (2)).
Next, the intersection of the electron beam and the surface of the diaphragm 1 is used as a pivot point, the beam angle is changed, and the center beam is made to coincide with the optical axis (state 3 in FIG. 4). In order to determine whether or not the optical axis and the beam coincide with each other, the excitation current of the lens 1 is modulated by ± several to 10% (referred to as lens 1 wobbling) from the focused state, and an X-ray image is observed. If the optical axis and the beam do not match, the observed pattern rotates. When the optical axis and the beam coincide with each other, the rotational movement of the pattern disappears and the pattern vibration caused by defocusing is observed. For the above pivot operation, the coil 1-2 interlocking pivot function with rotation correction described in FIG. 3 is used.
Through the operations (1) and (2) above, the electron beam can be aligned with the optical axis of the lens 1.
[0032]
Subsequently, the optical axis of the lens 2 is aligned. The lens 2 (and the lens 1 if necessary) is excited to image the electron beam on the target.
Using the coil 4-simple deflection function, the electron beam is incident on the center of the aperture 2, the lens 2 is wobbled, and the X-ray image is observed while the beam is moved to the optical axis of the lens 2 by the coil 3-4 interlocking pivot function. Match. The adjustment method is the same as that of the lens 1.
[0033]
The alignment described above is performed with respect to an appropriate acceleration voltage (tube voltage). When the acceleration voltage is changed after alignment, the alignment and imaging state can be maintained in principle by adjusting the alignment coil current and lens current accordingly. Specifically, when the acceleration voltage becomes N times, the alignment coil current and the lens current are each N ^1/2 times, so that the electron beam trajectory can be made constant regardless of the acceleration voltage. When this adjustment is performed, more accurate correction can be performed by using a factor that takes relativistic correction into consideration for the alignment coil current and the lens current.
[0034]
【The invention's effect】
By adjusting according to the procedure based on this invention, the optical axis alignment of the X-ray tube which consists of an electron lens of two or more steps can be performed reliably. Further, since the adjustment guideline is clear, it does not require the advanced skills of the adjuster, so that the adjustment work can be performed efficiently. In particular, the optical axis alignment can be automated by controlling each procedure by software.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a conceptual diagram of an optical system of a LaB6-microfocus X-ray tube as an example of an X-ray tube to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic function of an alignment coil.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a coil 1-2 interlocking pivot function with rotation correction.
FIG. 4 is a diagram showing the concept of alignment in the present invention.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the function of the diaphragm 1; a left side view is a perspective view and a cross-sectional view, a right side view is a schematic front view showing an X-ray generation state, and a center view is an X-ray obtained by an X-ray imaging apparatus; It is a figure which shows an image.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process for adjusting an electron beam to efficiently reach a target.
7 is a schematic cross-sectional view showing a process for adjusting an electron beam to pass through a diaphragm 2. FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a process for adjusting an electron beam so that it passes through the center of the diaphragm 1;
[Explanation of symbols]
Gun electron gun
Coil1-Coil4 alignment coil
Lens1, Lens2 Electronic lens
Aperture aperture
Target target

Claims

電子銃と、
前記電子銃からの電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットと、
前記電子銃とターゲットとの間に配置されて電子ビームを縮小結像させる２段以上の電子レンズと、
前記電子銃と１段目の電子レンズとの間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の上流側アライメントコイル、及び１段目と２段目の電子レンズ間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の下流側アライメントコイルと、を備え、
前記上流側アライメントコイルと下流側アライメントコイルは、上流側アライメントコイルにより１段目の電子レンズへの電子ビームの入射角度を調整した際、電子ビームが２段目の電子レンズの中心からずれないように下流側アライメントコイルが連動するように構成されていることを特徴とするマイクロフォーカスＸ線管。An electron gun,
A target that emits an X-ray when irradiated with an electron beam from the electron gun;
Two or more stages of electron lenses disposed between the electron gun and the target to reduce and image an electron beam;
The electron gun and the second stage on the upstream side alignment coils can deflect the electron beam trajectory is disposed between the first-stage electron lens, and the first stage and is placed between the second-stage electron lens electron beam A two-stage downstream alignment coil capable of deflecting the orbit ,
The upstream alignment coil and the downstream alignment coil prevent the electron beam from deviating from the center of the second stage electron lens when the incident angle of the electron beam to the first stage electron lens is adjusted by the upstream alignment coil. A microfocus X-ray tube characterized in that a downstream alignment coil is interlocked with the X-ray tube.

前記各電子レンズのギャップ部分に絞りを備えて電子ビームの通過範囲を制限している請求項１に記載のマイクロフォーカスＸ線管。 2. The microfocus X-ray tube according to claim 1, wherein a diaphragm is provided in a gap portion of each electron lens to limit a passing range of the electron beam.

前記電子レンズは磁場型であり、前記Ｘ線管はレンズ励磁電流を変調する装置を備えたものである請求項１又は２に記載のマイクロフォーカスＸ線管。 3. The microfocus X-ray tube according to claim 1, wherein the electron lens is a magnetic field type, and the X-ray tube includes a device that modulates a lens excitation current.

前記各電子レンズにおいて前記アライメントコイルにより電子ビームが電子レンズの光軸と一致するように調整された電子光学系を備えている請求項１から３のいずれかに記載のマイクロフォーカスＸ線管。 4. The microfocus X-ray tube according to claim 1, further comprising an electron optical system in which the electron beam is adjusted by the alignment coil so as to coincide with an optical axis of the electron lens in each of the electron lenses.

電子銃と、電子銃からの電子ビームが照射されてＸ線を発生するターゲットと、電子銃とターゲットとの間に配置されて電子ビームを縮小結像させる２段以上の電子レンズと、電子銃と１段目の電子レンズとの間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の上流側アライメントコイル及び１段目と２段目の電子レンズ間に配置されて電子ビーム軌道を偏向できる２段の下流側アライメントコイルとを備えたＸ線管を対象とし、
ターゲットの背後にＸ線撮像装置を配置し、そのＸ線撮像装置によりターゲットに到達する電子ビームを検知しながらアライメントコイルを用いて電子ビームの軌道を調整する光軸合わせ方法であって、
前記アライメントコイルによる電子ビームの調整は、アライメントコイルに入射した電子ビームを曲げてその射出角度を変える単純偏向機能と、光源から任意の角度で放出されている電子ビームを光軸上にもどすチルト機能と、ある固定点を中心にして電子ビームの入射角度を任意にふるピボット機能とを組み合わせて、前記上流側アライメントコイルにより１段目の電子レンズへの電子ビームの入射角度を調整した際、前記上流側アライメントコイルと下流側アライメントコイルを連動させることで電子ビームが２段目の電子レンズの中心からずれないようにしたことを特徴とする光軸合わせ方法。An electron gun, a target that emits X-rays when irradiated with an electron beam from the electron gun, an electron lens having two or more stages disposed between the electron gun and the target to reduce and focus the electron beam, and an electron gun When it deflects the electron beam trajectory is placed between two stages of the upstream alignment coils and the first and second stages of the electron lens disposed between the 1-stage electron lens can deflect the electron beam orbit For X-ray tubes with two stages of downstream alignment coils,
An optical axis alignment method in which an X-ray imaging device is arranged behind a target, and an electron beam trajectory is adjusted using an alignment coil while detecting the electron beam reaching the target by the X-ray imaging device,
The adjustment of the electron beam by the alignment coil includes a simple deflection function that changes the emission angle by bending the electron beam incident on the alignment coil, and a tilt function that returns the electron beam emitted from the light source at an arbitrary angle on the optical axis. And a pivot function that arbitrarily varies the incident angle of the electron beam around a fixed point, and adjusting the incident angle of the electron beam to the first stage electron lens by the upstream alignment coil, An optical axis alignment method characterized in that the upstream alignment coil and the downstream alignment coil are interlocked so that the electron beam does not deviate from the center of the second stage electron lens .

前記Ｘ線管は、前記各電子レンズのギャップ部分に絞りを備えて電子ビームの通過範囲を制限しているものである請求項５に記載の光軸合わせ方法。The X-ray tube, the optical axis alignment method according to claim 5 prior Symbol comprises a diaphragm gap portion of each electron lens is the limitation passing range of the electron beam.

前記電子レンズは磁場型であり、前記Ｘ線管はレンズ励磁電流を変調する装置を備えたものであり、
前記電子レンズに供給する励磁電流を変調することにより観察されるＸ線透視像の振動を観測し、光軸と電子ビームの一致度を評価しながら、前記上流側と下流側のアライメントコイルを調整して電子光学系の光軸合わせを行う工程をさらに備えている請求項５又は６に記載の光軸合わせ方法。The electron lens is a magnetic field type, and the X-ray tube is provided with a device for modulating a lens excitation current,
Adjusting the upstream and downstream alignment coils while observing the vibration of the X-ray fluoroscopic image observed by modulating the excitation current supplied to the electron lens and evaluating the degree of coincidence between the optical axis and the electron beam The optical axis alignment method according to claim 5, further comprising a step of performing optical axis alignment of the electron optical system.

前記各電子レンズにおいては、それぞれの上流に配置された前記アライメントコイルを用いて、電子ビームが電子レンズ中心に入射するように調整し、その後、レンズ中心をピボット点として電子ビームの角度をふり、電子ビームがその電子レンズの光軸と一致するように調整する請求項５から７のいずれかに記載の光軸合わせ方法。In each of the electron lenses, using the alignment coils disposed upstream of each of the electron lenses, the electron beam is adjusted to be incident on the center of the electron lens, and then the angle of the electron beam is swung with the lens center as a pivot point. 8. The optical axis alignment method according to claim 5, wherein the electron beam is adjusted so as to coincide with the optical axis of the electron lens.