Ｘ線検査装置用のＸ線発生装置
【課題】Ｘ線管への印加電圧を高速で昇降でき、出力が変動するＸ線を高い周波数で連続的に発生することができるＸ線検査装置用のＸ線発生装置を提供する。
【解決手段】陰極１２から熱電子を発生し印加電圧で加速して陽極１４に衝突させＸ線を発生するＸ線管１０と、印加電圧を一定周期の正弦波状に変動させて発生する変動電圧発生装置２０とを備える。変動電圧発生装置２０は、印加電圧の直流成分を発生させる直流高電圧回路２２と、印加電圧の交流成分を発生させる交流高電圧回路２４とを有する。直流高電圧回路２２の−端子２３ａはＸ線管の陰極に接続され、直流高電圧回路の＋端子２３ｂは管電流検出抵抗２２ｅを介して接地される。また、交流高電圧回路２４は、１対の出力端子２５ａ，２５ｂを有し、その一方２５ａはＸ線管の陽極に接続され、他方２５ｂは接地されている。
【解決手段】陰極１２から熱電子を発生し印加電圧で加速して陽極１４に衝突させＸ線を発生するＸ線管１０と、印加電圧を一定周期の正弦波状に変動させて発生する変動電圧発生装置２０とを備える。変動電圧発生装置２０は、印加電圧の直流成分を発生させる直流高電圧回路２２と、印加電圧の交流成分を発生させる交流高電圧回路２４とを有する。直流高電圧回路２２の−端子２３ａはＸ線管の陰極に接続され、直流高電圧回路の＋端子２３ｂは管電流検出抵抗２２ｅを介して接地される。また、交流高電圧回路２４は、１対の出力端子２５ａ，２５ｂを有し、その一方２５ａはＸ線管の陽極に接続され、他方２５ｂは接地されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の材質識別機能を有するＸ線検査装置用のＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
税関や空港における手荷物検査等において、Ｘ線を被検査物に照射し、透過したＸ線の強度分布を画像化して内部の危険物（銃器等）を検出するＸ線検査装置が従来から用いられている。
また、近年、銃器等の金属類だけでなく、爆発物や毒物等の危険物も識別できるＸ線検査装置も知られている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１のＸ線検査装置は、例えば７５ｋＶｐと１５０ｋＶｐの２種のパルスＸ線を用い、各Ｘ線エネルギーの減弱係数の相違から、被検査物中の有機物、非有機物、及び金属類を識別するものである。
【０００４】
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（λ＝０．０１〜１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（λ＝１〜１００Å）を軟Ｘ線という。
【０００５】
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。Ｘ線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極（ターゲット）に衝突させて、Ｘ線を発生させる装置である。
【０００６】
また、関連する先行技術として、例えば特許文献１〜３が既に開示されている。
【０００７】
有機物、非有機物、及び金属類を識別する場合、従来は、非特許文献１に開示されているように、例えば２種のパルスＸ線を用いる必要がある。また、手荷物等の全面を高精度に短時間で検査するためには、２種のパルスＸ線を交互に短時間に切り替える必要がある。そのため、このようなパルスＸ線の発生装置は、大型かつ高価となる問題点があった。
【０００８】
また、この問題を解決するために、特許文献１のように、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を２組用い、一方のＸ線管で高出力のＸ線を照射し、次いで他方のＸ線管で低出力のＸ線を照射し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することができる。
しかし、この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である。また、この手段では、２組のＸ線発生装置とＸ線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
【０００９】
また、特許文献２のように、単一のＸ線発生装置で波長領域の広いＸ線を照射し、被検査物を透過したＸ線を、間にフィルタを挟持した２枚のＸ線検出器で検出し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、Ｘ線発生装置は１台ですむが、Ｘ線検出器は２台必要であり、さらに間にＸ線の特定の波長をカットするフィルタを必要とする問題点がある。
【００１０】
さらに、特許文献３では、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用い、Ｘ線画像処理装置で被検査対象物の元素分析を行うものであるが、画像処理による元素分析が複雑である問題点がある。
【００１１】
【非特許文献１】Ｌ−３ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｓｘｒａｙ．ｃｏｍ／ＰｒｏｄｕｃｔＣａｔｅｇｏｒｙＤｅｔａｉｌｓ．ａｓｐ？ＣａｔＩＤ＝７＞
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１０４１７５号公報、「材質特定Ｘ線検査装置」
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報、「Ｘ線検査装置」
【特許文献３】特開平８−２０１３１６号公報、「Ｘ線元素分析装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した問題点を解決するために、本発明の発明者等は、単一のＸ線発生装置を用いたＸ線検査装置とＸ線検査方法を創案し出願した（特願２００５−２４９１２７号、未公開）。
このＸ線発生装置は、Ｘ線管と変動電圧発生装置とを有し、変動電圧発生装置で最大出力と最小出力との間で出力が変動するＸ線を連続して発生し、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる特徴がある。
【００１４】
この出願のように２つの異なるＸ線管電圧（Ｘ線エネルギー）に対する減衰の差から、被検査物の材質を識別する装置に使用するＸ線発生装置は、Ｘ線管への印加電圧を高速で変化できる高い周波応答性が不可欠となる。
しかし、このようなＸ線発生装置に用いる変動電圧発生装置、すなわちＸ線管への印加電圧を高速で変化させる変動電圧発生装置は、従来実現が困難であった。
【００１５】
すなわち、Ｘ線発生装置に用いる従来の電圧発生装置は、一定の電圧を発生する「定電圧装置」であり、Ｘ線管に印加する高電圧の発生手段として、（１）商用電源（交流）を数１０ｋＶに昇圧して印加する全波（自己）整流方式、（２）商用電源（交流）を整流して得た直流をインバータと高圧トランスを介して昇圧したのち、さらにコッククロフト回路（高圧整流回路）に入力し最終昇圧と整流を行うインバータ直流方式、或いは（３）短パルスで駆動するパルス方式などが採用されてきた。
特にインバータ回路に高圧整流回路を組合せたインバータ直流方式は、低リップルで安定性した高電圧が容易に得られるうえに、高電圧発生回路の小型化が容易なため、電力容量数ｋＷまでのＸ線発生装置では最も一般的な高電圧発生手段であった。
【００１６】
しかし、これら従来の電圧発生装置は、一定の電圧を安定して発生するために平滑用のコンデンサーを備えているため、逆に電圧を変化させる場合には、電圧の昇降速度が遅く、高速化できない問題点があった。
また、Ｘ線管への印加電圧は、最大１００ｋＶ以上に達するため、従来の電圧発生装置では、１００ｋＶ以上の耐電圧を必要とする。そのため、各構成機器の製作が困難であり、コストが上昇するとともに、特に高い磁気結合が必要な高周波トランスでは応答性が高められない問題点があった。
【００１７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、Ｘ線管への印加電圧を高速で変化でき、出力が変動するＸ線を高い周波数で連続的に発生することができるＸ線検査装置用のＸ線発生装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、各構成機器に必要な耐電圧を低減し、製作を容易化してコストを低減し、かつ高い磁気結合が必要な高周波トランスの応答性を高めることができるＸ線検査装置用のＸ線発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、陰極から熱電子を発生し該熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させＸ線を発生するＸ線管と、
前記印加電圧を一定周期の正弦波状に変動させて発生する変動電圧発生装置とを備え、
該変動電圧発生装置は、前記印加電圧の直流成分を発生させる直流高電圧回路と、前記印加電圧の交流成分を発生させる交流高電圧回路とを有し、
前記直流高電圧回路の−端子はＸ線管の陰極に接続され、直流高電圧回路の＋端子は管電流検出抵抗を介して接地され、
前記交流高電圧回路は、１対の出力端子を有し、その一方は前記Ｘ線管の陽極に接続され、他方は接地されている、ことを特徴とするＸ線発生装置が提供される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記直流高電圧回路は、商用の交流電圧を直流電圧に整流する低電圧整流回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、前記高周波電圧を昇圧する高圧トランスと、昇圧された高周波電圧から前記印加電圧の直流成分を発生させる高電圧整流回路とを有し、該高電圧整流回路は、コッククロフト回路である。
【００２０】
前記直流高電圧回路は、Ｘ線管の陰極と接地点間の直流電圧を検出するＤＣ管電圧監視回路を有し、該直流電圧は、前記直流成分の安定化のため前記インバータ回路にフィードバックされる。
【００２１】
また、前記交流高電圧回路は、商用の交流電圧を高周波交流電圧に変換する高周波電圧発生回路と、前記高周波交流電圧を前記印加電圧の交流成分に昇圧する高周波高圧トランスとを有する。
【００２２】
前記交流高電圧回路は、Ｘ線管の陽極と接地点間の交流電圧を検出するＡＣ管電圧監視回路を有し、該交流電圧は、前記交流成分の安定化のため前記高周波電圧発生回路にフィードバックされる。
【００２３】
また、前記変動電圧発生装置は、更に、Ｘ線管の陰極に所定の交流電圧を印加して熱電子を発生させる陰極電源回路を備え、該陰極電源回路の＋端子は前記直流高電圧回路の−端子に接続されている。
【００２４】
前記陰極電源回路は、前記管電流検出抵抗を流れる電流を検出し、Ｘ線管の陰極に流れる管電流を一定に保持する管電流制御回路を有する。
【発明の効果】
【００２５】
上述した本発明の構成によれば、直流高電圧回路の＋端子が管電流検出抵抗を介して接地され、交流高電圧回路の出力端子の他方も接地されている。
その結果、接地点での電圧は０Ｖとなるので、直流高電圧回路の直流高電圧（例えば８５ｋＶ）と交流高電圧回路の交流高電圧（例えば５０ｋＶｐ−ｐ）とが接地点で加算され，Ｘ線管の陽極−陰極間に高い周波数（例えば４００Ｈｚ）で，直流高電圧と交流高電圧が加算された電圧（例えば、＋８５ｋＶ＋２５ｋＶと８５ｋＶ−２５ｋＶのピーク電圧）をもつｓｉｎ波状電圧を印加することができる。
【００２６】
また、上記接地点で２つの高電圧（直流高電圧と交流高電圧）を加算する構成としているため，各電圧を発生する高圧トランスと高電圧整流回路との絶縁耐力（耐電圧）は，接地点に対する電圧を基に考えればよく，その値は単一の高電圧回路または陽極接地回路で構成する場合に比べ大幅に低減することができる。
【００２７】
従って、上述した本発明のＸ線発生装置を用い、所定の最大出力と最小出力との間で、一定周期で出力が変動するＸ線を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２９】
はじめに本発明のＸ線発生装置を用いたＸ線検査装置の原理について説明する。
図１は、Ｘ線管の模式図である。この図に示すように、真空中でフィラメント１を加熱して得られる熱電子２を高い電圧で加速して陽極３（ｔａｒｇｅｔ）に衝突させるとＸ線４が発生する。
Ｘ線管から発生するＸ線は、電子の制動放射による連続Ｘ線と、輝線スペクトルである特性Ｘ線とからなる。特性Ｘ線は、特定の波長のＸ線を必要とする用途に用いられる。
【００３０】
図２は、陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。この図において、横軸は波長、縦軸はＸ線強度、図中の数字はＸ線管の印加電圧である。この図からわかるように、Ｘ線管の印加電圧が高いほど波長の短いＸ線が発生する。
【００３１】
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］との間には、式（１）の関係がある。
Ｅ＝１２．４／λ・・・（１）
従って、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は１対１で対応している。また、この光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は、Ｘ線管の印加電圧にほぼ比例する。
【００３２】
またＸ線がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（２）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（２）
ここで、Ｉ０は物質に入射する前のＸ線強度、μは減弱係数（又は線吸収係数）である。
減弱係数は、一般的に物質と波長により異なることが知られている。例えば、同一の物質の場合、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる。
【００３３】
密度をρとすると、式（２）は式（３）のように書き換えることができる。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μ／ρ）（ρｘ）・・・（３）
このμ／ρは、物質固有の値をもち、Ｘ線の波長が短いと小さく、Ｘ線の波長が長いと大きい値となるが、連続した変化ではなく途中で不連続な吸収端を一般に有する。
【００３４】
しかし、各吸収端の中間では近似的に式（４）が成り立つ。
μ／ρ＝ｋ×λ３×Ｚ３・・・（４）
ここでｋは定数、Ｚは実効原子番号である。この式から一定の波長に対しては吸収端を無視すれば一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、Ｘ線は通りにくくなることがわかる。
【００３５】
図３は、本発明のＸ線発生装置を用いたＸ線検査装置の原理図である。この図において、ある被写体に異なる波長λ１，λ２の２種のＸ線を透過させ、通過後の各Ｘ線強度Ｉ１，Ｉ２を計測する場合を想定する。
この場合、入射Ｘ線強度Ｉ１０，Ｉ２０が既知であれば、式（２）からμ１、μ２が決まり、上記（４）を満たす次式（４ａ）（４ｂ）が得られる。
μ１／ρ＝ｋ×λ１３×Ｚ３・・・（４ａ）
μ２／ρ＝ｋ×λ２３×Ｚ３・・・（４ｂ）
式（４ａ）（４ｂ）における未知数は物質のρとＺのみであり、この２式を解くことにより物質のρとＺを求めることができる。
【００３６】
言い換えれば、Ｘ線による透過Ｘ線の検出出力レベルは、対象物の厚みに対して、Ｘ線のエネルギー別および対象物の元素別に所定の特性を有しており、同一元素で同一厚みの対象物に対する検出出力レベルは照射したＸ線のエネルギーによって異なり、高エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｈとなり、低エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｌ（＜Ｌｈ）となる。
そして、この特性は元素毎に異なり、検出出力レベルに対応する厚みを求めると、同一の元素のときのみ、異なるエネルギーＸ線について同一の厚みが得られる。
従って、対象物を透過した検出出力レベル（Ｌｈ，Ｌｌ）に対応する厚みが等しくなる元素を求めることによって、対象物の元素を求めることができ、被測定物中に含まれる対象物の材質、すなわち実効原子番号を求めることができる。
【００３７】
図４は、本発明によるＸ線発生装置を示す全体構成図である。この図において、本発明のＸ線発生装置は、Ｘ線管１０と変動電圧発生装置２０とを備える。
【００３８】
Ｘ線管１０は、フィラメント１２ａを有する陰極１２と、ターゲット１４ａを有する陽極１４を有し、真空中でフィラメント１２ａを加熱して熱電子２を発生し、この熱電子２を陽極／陰極間の印加電圧Ｖｖａｒ（以下、極間印加電圧という）で加速してターゲット１４ａに衝突させ、ターゲット表面からＸ線４を発生させるようになっている。
【００３９】
変動電圧発生装置２０は、直流高電圧回路２２、交流高電圧回路２４、及び陰極電源回路２６を備え、Ｘ線管１０の印加電圧（極間印加電圧Ｖｖａｒ）を一定周期の正弦波状に変動させて発生する。
直流高電圧回路２２はＸ線管１０の極間印加電圧Ｖｖａｒの直流成分ＶＤＣを発生させる回路である。また、交流高電圧回路２４は極間印加電圧Ｖｖａｒの交流成分ＶＡＣを発生させる回路である。さらに陰極電源回路２６は、Ｘ線管１０の陰極の陰極端子１３ａ，１３ｂに所定の交流電圧Ｖ０を印加して熱電子を発生させる回路である。
【００４０】
図４において、直流高電圧回路２２は、低電圧整流回路２２ａ、インバータ回路２２ｂ、高圧トランス２２ｃ及び高電圧整流回路２２ｄを有する。
低電圧整流回路２２ａは、商用の交流電源１１（例えばＡＣ１００Ｖ／５０Ｈｚ）に接続され、交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ２００Ｖ）に整流する。インバータ回路２２ｂは、この直流電圧を高周波電圧に変換する。高圧トランス２２ｃは、高周波電圧を所定の電圧（例えば約５．３ｋＶ）に昇圧する。高電圧整流回路２２ｄは、昇圧された高周波電圧から印加電圧（極間印加電圧Ｖｖａｒ）の直流成分ＶＤＣを発生させる。
高電圧整流回路２２ｄは、この例では、コック段数１６段のコッククロフト回路であり、例えば約５．３ｋＶの高周波電圧から８５ｋＶの直流電圧を発生させるようになっている。
【００４１】
この例において、直流高電圧回路２２の出力端子の−側（−端子２３ａ）はＸ線管１０の陰極の一方１３ａに接続され、直流高電圧回路２２の出力端子の＋側（＋端子２３ｂ）は管電流検出抵抗２２ｅと接地点Ａを介して接地極１５（電圧０Ｖ）に接地されている。
【００４２】
さらに、直流高電圧回路２２はＤＣ管電圧監視回路２２ｆを有する。このＤＣ管電圧監視回路２２ｆは、Ｘ線管１０の陰極端子の一方１３ａと接地点Ａとの間の直流電圧を検出し、この直流電圧は、極間印加電圧Ｖｖａｒの直流成分ＶＤＣを安定化させるためインバータ回路２２ｂにフィードバックされる。
【００４３】
上述した直流高電圧回路２２により、接地点ＡとＸ線管１０の陰極端子の一方１３ａとの間に、接地点Ａを０Ｖ、陰極端子１３ａを−ＶＤＣ（例えば−８５ｋＶ）とする安定した直流電圧（直流成分ＶＤＣ）を発生させることができる。
【００４４】
図４において、交流高電圧回路２４は、高周波電圧発生回路２４ａと高周波高圧トランス２４ｂを有する。
高周波電圧発生回路２４ａは、商用の交流電源１１（例えばＡＣ１００Ｖ／５０Ｈｚ）に接続されこの交流電圧を高周波交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ／４００Ｈｚ）に変換する。高周波高圧トランス２４ｂは、この高周波交流電圧を印加電圧Ｖｖａｒの交流成分ＶＡＣ（例えばＡＣ５０ｋＶｐｐ／４００Ｈｚ）に昇圧する。
【００４５】
この例において、交流高電圧回路２４は、１対の出力端子２５ａ，２５ｂを有し、その一方の２５ａはＸ線管１０の陽極１４に接続され、他方の２５ｂは接地点Ａを介して接地極１５（電圧０Ｖ）に接地されている。
【００４６】
さらに、交流高電圧回路２４は、ＡＣ管電圧監視回路２４ｃを有する。このＡＣ管電圧監視回路２４ｃは、Ｘ線管１０の陽極１４と接地点Ａとの間の交流電圧を検出し、検出された交流電圧は、極間印加電圧Ｖｖａｒの交流成分ＶＡＣの安定化のため高周波電圧発生回路２４ａにフィードバックされる。
上述した交流高電圧回路２４により、接地点ＡとＸ線管１０の陽極１４との間に、接地点Ａを０Ｖ、陽極１４を＋ＶＡＣ（例えば５０ｋＶｐｐ）とする安定した交流電圧（交流成分ＶＡＣ）を発生させることができる。
【００４７】
図４において、陰極電源回路２６は、管電流制御回路２６ａとフィラメントトランス２６ｂを有する。
管電流制御回路２６ａは、商用の交流電源１１（例えばＡＣ１００Ｖ／５０Ｈｚ）に接続され、この交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）に整流する。フィラメントトランス２６ｂは、この直流電圧からＸ線管１０の陰極端子１３ａ，１３ｂに印加する交流電圧Ｖ０を発生させる。
管電流制御回路２６ａには、直流高電圧回路２２の出力端子の＋側（＋端子２３ｂ）と接続された電流検出ライン２７ａが接続され、管電流検出抵抗２２ｅを流れる電流を検出し、Ｘ線管１０の陰極端子１３ａ，１３ｂ間に流れる管電流Ｉを一定に保持するようになっている。
さらに、陰極電源回路２６の出力端子の片側（端子２８ａ）は陰極１２の一端１３ａと直流高電圧回路２２の−端子２３ａに接続され、陰極電源回路２６の出力端子の他側（端子２８ｂ）は陰極１２の他端１３ｂに接続され、それ以外からは絶縁されている。
【００４８】
上述した陰極電源回路２６により、Ｘ線管１０の陰極１２に流れる管電流Ｉを一定に保持しながらＸ線管１０の陰極端子１３ａ，１３ｂに所定の交流電圧Ｖ０を印加して陰極１２から熱電子を発生させることができる。
【００４９】
上述した本発明の構成によれば、直流高電圧回路２２の＋端子２３ｂが管電流検出抵抗２２ｅを介して接地極１５（電圧０Ｖ）に接地され、交流高電圧回路２４の出力端子の他方２６ｂも接地極１５（電圧０Ｖ）に接地されている。
その結果、接地点Ａでの電圧は０Ｖとなるので、直流高電圧回路２２の直流高電圧ＶＤＣ（例えば８５ｋＶ）と交流高電圧回路２４の交流高電圧ＶＡＣ（例えば５０ｋＶｐ−ｐ）とが接地点Ａで加算され、Ｘ線管１０の陽極１４−陰極１２の間に高い周波数（例えば４００Ｈｚ）で、直流高電圧ＶＤＣと交流高電圧ＶＡＣが加算された電圧（例えば、＋８５ｋＶ＋２５ｋＶと８５ｋＶ−２５ｋＶのピーク電圧）をもつ一定周期の正弦波電圧Ｖｖａｒを印加することができる。
【００５０】
図５は、本発明で使用するコッククロフト回路の説明図である。コッククロフト（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ）回路は、コッククロフト−ウォルトン回路（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）とも呼ばれ、低い電圧から高電圧の直流を得る整流回路の１つである。
高電圧を構成するときにトランスの２次巻き線を多数巻けば、それだけ高い電圧が得られる。しかし、この場合トランス内部の耐電圧を確保するための構造が複雑になり、整流ダイオードの耐電圧も高いものが必要になる。
これに対し、コッククロフト回路（ＣＷ回路）では、トランスの端子電圧Ｖをｎ倍（２ｎは使用する整流ダイオードの数）に増幅することができるので、トランスの電圧を低くでき、かつ整流ダイオードの耐電圧を原理的にトランスの端子電圧Ｖの２倍に低減できる特徴がある。
【００５１】
以下、高圧トランス２２ｃのトランス巻数比が２６．７、高電圧整流回路２２ｄのコック段数（整流ダイオードの数）が１６段（１６倍）の場合について、なぜ耐電圧を緩和できるかを説明する。
【００５２】
図６は、図４に示した本発明の直流高電圧回路２２の部分構成図であり、片側接地回路を示している。
片側接地回路の場合、高圧トランス２２ｃの出力電圧はこの例で約５．３ｋＶであり、コッククロフト回路２２ｄの出力の一端２３ｂが接地されているため、高圧トランス２２ｃの２次コイルの巻始め位置の電位は接地電位（電圧０Ｖ）に固定され、コイル巻終り位置の電位は接地電位に対して約６ｋＶとなる。従って高圧トランス２２ｃの２次コイルの耐電圧は約６ｋＶあればよいことになる。
なおＣＷ回路２２ｄの出力電圧は−８５ｋＶとなるが，ＣＷ回路２２ｄはこれを構成するダイオードとコンデンサーで分圧される（図５参照）ため、またＣＷ回路２２ｄの構成部品はその原理から２×６ｋＶ（＝１２ｋＶ）の耐電圧で足りることとなる。
【００５３】
図７は、図４に示した本発明の直流高電圧回路２２と交流高電圧回路２４の部分構成図である。
この図において、本発明と相違し高周波高圧トランス２４ｂの片側（図４のＢ点）を接地した場合（陽極接地）には、この図の（）内の数値で示すとおり高圧トランス２２ｃの２次コイルの対接地電位は、それぞれ−２５ｋＶ、−３１ｋＶとなる。従って高圧トランス２２ｃの２次コイルの耐電圧として約３１ｋＶが必要となる。
これに対して接地点をＣＷ回路２２ｄと高圧トランス２２ｃの２次コイルとの接続点Ａとした場合（加算点接地）、すなわち図４に示した本発明の回路では，各部の対接地電位は（）なしで示す数値となり、高圧トランス２２ｃの２次コイルの耐電圧は約６ｋＶで足り、高周波高圧トランス２４ｂの耐電圧も約２５ｋＶで足りる。すなわち、高圧各部の対接地耐力の低減が図られる。
【００５４】
また一般的に高周波高圧トランスには高い磁気結合が必要であり、１次コイルと２次コイルを同じボビンに巻く構造となる。このため，コイル間の絶縁を確保するのが困難になるが、加算点Ａを接地する本発明の回路では上述のとおり、陽極接地した場合の耐電圧５０ｋＶｐｐに対して２５ｋＶと低減できる。
なお一般的なトランスの耐電圧は１．５ｋＶ程度（ＪＩＳ）である。
【００５５】
図８は、図７の比較図であり、本発明と相違しＣＷ回路２２ｄの出力の１点Ｃをアース電位にする場合である。
この場合には，ＤＣ高圧トランス（高圧トランス２２ｃ）の耐電圧は６ｋＶでよいが，高周波高圧トランス２４ｂの耐電圧は−８５〜−１１０ｋＶ必要になり、４００Ｈｚ以上で約１００ｋＶの耐電圧を有する高周波高圧トランス２４ｂの製作が困難となる。
【００５６】
また本発明の構成によれば、管電圧監視回路２２ｆ，２４ｃの構成部品の耐電圧もＡＣ回路、ＤＣ回路ともに１１０ｋＶから８５ｋＶに低減できる。言い換えれば、陰極１２に接続されている部品の対アース電位（筐体、シャーシなどへの）が１１０ｋＶから８５ｋＶに低減できる。
【００５７】
上述したように、本発明の構成によれば、直流高電圧回路２２と交流高電圧回路２４を接続する接地点Ａで２つの高電圧（直流高電圧と交流高電圧）を加算する構成としているため、各電圧を発生する高圧トランスと高電圧整流回路との絶縁耐力（耐電圧）は、接地点Ａに対する電圧を基に考えればよく、その値は単一の高電圧回路または陽極接地回路で構成する場合に比べ大幅に低減することができる。
【００５８】
従って、上述した本発明のＸ線発生装置を用い、所定の最大出力と最小出力との間で、一定周期で出力が変動するＸ線を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる。
【００５９】
またＡＣ高電圧を発生する高圧トランスには，コア材としてフェライト材（または方向性珪素鋼板）を用いて高周波特性を向上した構造とするのがよい。この構成により、一定周期の正弦波状（ｓｉｎ波状）の電圧変化だけでなく、矩形波，三角波状に電圧を変化させることも可能である。
【００６０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】Ｘ線管の模式図である。
【図２】陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。
【図３】本発明のＸ線検査装置の原理図である。
【図４】本発明によるＸ線発生装置を示す全体構成図である。
【図５】本発明で使用するコッククロフト回路の説明図である。
【図６】本発明の直流高電圧回路２２の部分構成図である。
【図７】本発明の直流高電圧回路２２と交流高電圧回路２４の部分構成図である。
【図８】図７の比較図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ フィラメント、２ 熱電子、
３ 陽極（ｔａｒｇｅｔ）、４ Ｘ線、
１０ Ｘ線管、１１ 交流電源、
１２ 陰極、１２ａ フィラメント、
１３ａ，１３ｂ 陰極端子、
１４ 陽極、１４ａ ターゲット、
１５ 接地極（アース）、
２０ 変動電圧発生装置、２２ 直流高電圧回路、
２２ａ 低電圧整流回路、２２ｂ インバータ回路、
２２ｃ 高圧トランス、２２ｄ 高電圧整流回路（コッククロフト回路）、
２２ｅ 管電流検出抵抗、２２ｆ ＤＣ管電圧監視回路、
２４ 交流高電圧回路、２４ａ 高周波電圧発生回路、
２４ｂ 高周波高圧トランス、２６ 陰極電源回路、
２６ａ 管電流制御回路、２６ｂ フィラメントトランス、
２８ａ， ２８ｂ 出力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の材質識別機能を有するＸ線検査装置用のＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
税関や空港における手荷物検査等において、Ｘ線を被検査物に照射し、透過したＸ線の強度分布を画像化して内部の危険物（銃器等）を検出するＸ線検査装置が従来から用いられている。
また、近年、銃器等の金属類だけでなく、爆発物や毒物等の危険物も識別できるＸ線検査装置も知られている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１のＸ線検査装置は、例えば７５ｋＶｐと１５０ｋＶｐの２種のパルスＸ線を用い、各Ｘ線エネルギーの減弱係数の相違から、被検査物中の有機物、非有機物、及び金属類を識別するものである。
【０００４】
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（λ＝０．０１〜１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（λ＝１〜１００Å）を軟Ｘ線という。
【０００５】
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。Ｘ線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極（ターゲット）に衝突させて、Ｘ線を発生させる装置である。
【０００６】
また、関連する先行技術として、例えば特許文献１〜３が既に開示されている。
【０００７】
有機物、非有機物、及び金属類を識別する場合、従来は、非特許文献１に開示されているように、例えば２種のパルスＸ線を用いる必要がある。また、手荷物等の全面を高精度に短時間で検査するためには、２種のパルスＸ線を交互に短時間に切り替える必要がある。そのため、このようなパルスＸ線の発生装置は、大型かつ高価となる問題点があった。
【０００８】
また、この問題を解決するために、特許文献１のように、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を２組用い、一方のＸ線管で高出力のＸ線を照射し、次いで他方のＸ線管で低出力のＸ線を照射し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することができる。
しかし、この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である。また、この手段では、２組のＸ線発生装置とＸ線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
【０００９】
また、特許文献２のように、単一のＸ線発生装置で波長領域の広いＸ線を照射し、被検査物を透過したＸ線を、間にフィルタを挟持した２枚のＸ線検出器で検出し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、Ｘ線発生装置は１台ですむが、Ｘ線検出器は２台必要であり、さらに間にＸ線の特定の波長をカットするフィルタを必要とする問題点がある。
【００１０】
さらに、特許文献３では、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用い、Ｘ線画像処理装置で被検査対象物の元素分析を行うものであるが、画像処理による元素分析が複雑である問題点がある。
【００１１】
【非特許文献１】Ｌ−３ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｓｘｒａｙ．ｃｏｍ／ＰｒｏｄｕｃｔＣａｔｅｇｏｒｙＤｅｔａｉｌｓ．ａｓｐ？ＣａｔＩＤ＝７＞
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１０４１７５号公報、「材質特定Ｘ線検査装置」
【特許文献２】特開２００３−２７９５０３号公報、「Ｘ線検査装置」
【特許文献３】特開平８−２０１３１６号公報、「Ｘ線元素分析装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した問題点を解決するために、本発明の発明者等は、単一のＸ線発生装置を用いたＸ線検査装置とＸ線検査方法を創案し出願した（特願２００５−２４９１２７号、未公開）。
このＸ線発生装置は、Ｘ線管と変動電圧発生装置とを有し、変動電圧発生装置で最大出力と最小出力との間で出力が変動するＸ線を連続して発生し、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる特徴がある。
【００１４】
この出願のように２つの異なるＸ線管電圧（Ｘ線エネルギー）に対する減衰の差から、被検査物の材質を識別する装置に使用するＸ線発生装置は、Ｘ線管への印加電圧を高速で変化できる高い周波応答性が不可欠となる。
しかし、このようなＸ線発生装置に用いる変動電圧発生装置、すなわちＸ線管への印加電圧を高速で変化させる変動電圧発生装置は、従来実現が困難であった。
【００１５】
すなわち、Ｘ線発生装置に用いる従来の電圧発生装置は、一定の電圧を発生する「定電圧装置」であり、Ｘ線管に印加する高電圧の発生手段として、（１）商用電源（交流）を数１０ｋＶに昇圧して印加する全波（自己）整流方式、（２）商用電源（交流）を整流して得た直流をインバータと高圧トランスを介して昇圧したのち、さらにコッククロフト回路（高圧整流回路）に入力し最終昇圧と整流を行うインバータ直流方式、或いは（３）短パルスで駆動するパルス方式などが採用されてきた。
特にインバータ回路に高圧整流回路を組合せたインバータ直流方式は、低リップルで安定性した高電圧が容易に得られるうえに、高電圧発生回路の小型化が容易なため、電力容量数ｋＷまでのＸ線発生装置では最も一般的な高電圧発生手段であった。
【００１６】
しかし、これら従来の電圧発生装置は、一定の電圧を安定して発生するために平滑用のコンデンサーを備えているため、逆に電圧を変化させる場合には、電圧の昇降速度が遅く、高速化できない問題点があった。
また、Ｘ線管への印加電圧は、最大１００ｋＶ以上に達するため、従来の電圧発生装置では、１００ｋＶ以上の耐電圧を必要とする。そのため、各構成機器の製作が困難であり、コストが上昇するとともに、特に高い磁気結合が必要な高周波トランスでは応答性が高められない問題点があった。
【００１７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、Ｘ線管への印加電圧を高速で変化でき、出力が変動するＸ線を高い周波数で連続的に発生することができるＸ線検査装置用のＸ線発生装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、各構成機器に必要な耐電圧を低減し、製作を容易化してコストを低減し、かつ高い磁気結合が必要な高周波トランスの応答性を高めることができるＸ線検査装置用のＸ線発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、陰極から熱電子を発生し該熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させＸ線を発生するＸ線管と、
前記印加電圧を一定周期の正弦波状に変動させて発生する変動電圧発生装置とを備え、
該変動電圧発生装置は、前記印加電圧の直流成分を発生させる直流高電圧回路と、前記印加電圧の交流成分を発生させる交流高電圧回路とを有し、
前記直流高電圧回路の−端子はＸ線管の陰極に接続され、直流高電圧回路の＋端子は管電流検出抵抗を介して接地され、
前記交流高電圧回路は、１対の出力端子を有し、その一方は前記Ｘ線管の陽極に接続され、他方は接地されている、ことを特徴とするＸ線発生装置が提供される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記直流高電圧回路は、商用の交流電圧を直流電圧に整流する低電圧整流回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、前記高周波電圧を昇圧する高圧トランスと、昇圧された高周波電圧から前記印加電圧の直流成分を発生させる高電圧整流回路とを有し、該高電圧整流回路は、コッククロフト回路である。
【００２０】
前記直流高電圧回路は、Ｘ線管の陰極と接地点間の直流電圧を検出するＤＣ管電圧監視回路を有し、該直流電圧は、前記直流成分の安定化のため前記インバータ回路にフィードバックされる。
【００２１】
また、前記交流高電圧回路は、商用の交流電圧を高周波交流電圧に変換する高周波電圧発生回路と、前記高周波交流電圧を前記印加電圧の交流成分に昇圧する高周波高圧トランスとを有する。
【００２２】
前記交流高電圧回路は、Ｘ線管の陽極と接地点間の交流電圧を検出するＡＣ管電圧監視回路を有し、該交流電圧は、前記交流成分の安定化のため前記高周波電圧発生回路にフィードバックされる。
【００２３】
また、前記変動電圧発生装置は、更に、Ｘ線管の陰極に所定の交流電圧を印加して熱電子を発生させる陰極電源回路を備え、該陰極電源回路の＋端子は前記直流高電圧回路の−端子に接続されている。
【００２４】
前記陰極電源回路は、前記管電流検出抵抗を流れる電流を検出し、Ｘ線管の陰極に流れる管電流を一定に保持する管電流制御回路を有する。
【発明の効果】
【００２５】
上述した本発明の構成によれば、直流高電圧回路の＋端子が管電流検出抵抗を介して接地され、交流高電圧回路の出力端子の他方も接地されている。
その結果、接地点での電圧は０Ｖとなるので、直流高電圧回路の直流高電圧（例えば８５ｋＶ）と交流高電圧回路の交流高電圧（例えば５０ｋＶｐ−ｐ）とが接地点で加算され，Ｘ線管の陽極−陰極間に高い周波数（例えば４００Ｈｚ）で，直流高電圧と交流高電圧が加算された電圧（例えば、＋８５ｋＶ＋２５ｋＶと８５ｋＶ−２５ｋＶのピーク電圧）をもつｓｉｎ波状電圧を印加することができる。
【００２６】
また、上記接地点で２つの高電圧（直流高電圧と交流高電圧）を加算する構成としているため，各電圧を発生する高圧トランスと高電圧整流回路との絶縁耐力（耐電圧）は，接地点に対する電圧を基に考えればよく，その値は単一の高電圧回路または陽極接地回路で構成する場合に比べ大幅に低減することができる。
【００２７】
従って、上述した本発明のＸ線発生装置を用い、所定の最大出力と最小出力との間で、一定周期で出力が変動するＸ線を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２９】
はじめに本発明のＸ線発生装置を用いたＸ線検査装置の原理について説明する。
図１は、Ｘ線管の模式図である。この図に示すように、真空中でフィラメント１を加熱して得られる熱電子２を高い電圧で加速して陽極３（ｔａｒｇｅｔ）に衝突させるとＸ線４が発生する。
Ｘ線管から発生するＸ線は、電子の制動放射による連続Ｘ線と、輝線スペクトルである特性Ｘ線とからなる。特性Ｘ線は、特定の波長のＸ線を必要とする用途に用いられる。
【００３０】
図２は、陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。この図において、横軸は波長、縦軸はＸ線強度、図中の数字はＸ線管の印加電圧である。この図からわかるように、Ｘ線管の印加電圧が高いほど波長の短いＸ線が発生する。
【００３１】
Ｘ線の波長は、約０．０１〜１００Å（１０-１２〜１０-８ｍ）程度であり、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］との間には、式（１）の関係がある。
Ｅ＝１２．４／λ・・・（１）
従って、波長λ［Å］と光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は１対１で対応している。また、この光量子エネルギーＥ［ｋｅＶ］は、Ｘ線管の印加電圧にほぼ比例する。
【００３２】
またＸ線がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（２）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（２）
ここで、Ｉ０は物質に入射する前のＸ線強度、μは減弱係数（又は線吸収係数）である。
減弱係数は、一般的に物質と波長により異なることが知られている。例えば、同一の物質の場合、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる。
【００３３】
密度をρとすると、式（２）は式（３）のように書き換えることができる。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μ／ρ）（ρｘ）・・・（３）
このμ／ρは、物質固有の値をもち、Ｘ線の波長が短いと小さく、Ｘ線の波長が長いと大きい値となるが、連続した変化ではなく途中で不連続な吸収端を一般に有する。
【００３４】
しかし、各吸収端の中間では近似的に式（４）が成り立つ。
μ／ρ＝ｋ×λ３×Ｚ３・・・（４）
ここでｋは定数、Ｚは実効原子番号である。この式から一定の波長に対しては吸収端を無視すれば一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、Ｘ線は通りにくくなることがわかる。
【００３５】
図３は、本発明のＸ線発生装置を用いたＸ線検査装置の原理図である。この図において、ある被写体に異なる波長λ１，λ２の２種のＸ線を透過させ、通過後の各Ｘ線強度Ｉ１，Ｉ２を計測する場合を想定する。
この場合、入射Ｘ線強度Ｉ１０，Ｉ２０が既知であれば、式（２）からμ１、μ２が決まり、上記（４）を満たす次式（４ａ）（４ｂ）が得られる。
μ１／ρ＝ｋ×λ１３×Ｚ３・・・（４ａ）
μ２／ρ＝ｋ×λ２３×Ｚ３・・・（４ｂ）
式（４ａ）（４ｂ）における未知数は物質のρとＺのみであり、この２式を解くことにより物質のρとＺを求めることができる。
【００３６】
言い換えれば、Ｘ線による透過Ｘ線の検出出力レベルは、対象物の厚みに対して、Ｘ線のエネルギー別および対象物の元素別に所定の特性を有しており、同一元素で同一厚みの対象物に対する検出出力レベルは照射したＸ線のエネルギーによって異なり、高エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｈとなり、低エネルギーＸ線を照射した場合の検出出力レベルはＬｌ（＜Ｌｈ）となる。
そして、この特性は元素毎に異なり、検出出力レベルに対応する厚みを求めると、同一の元素のときのみ、異なるエネルギーＸ線について同一の厚みが得られる。
従って、対象物を透過した検出出力レベル（Ｌｈ，Ｌｌ）に対応する厚みが等しくなる元素を求めることによって、対象物の元素を求めることができ、被測定物中に含まれる対象物の材質、すなわち実効原子番号を求めることができる。
【００３７】
図４は、本発明によるＸ線発生装置を示す全体構成図である。この図において、本発明のＸ線発生装置は、Ｘ線管１０と変動電圧発生装置２０とを備える。
【００３８】
Ｘ線管１０は、フィラメント１２ａを有する陰極１２と、ターゲット１４ａを有する陽極１４を有し、真空中でフィラメント１２ａを加熱して熱電子２を発生し、この熱電子２を陽極／陰極間の印加電圧Ｖｖａｒ（以下、極間印加電圧という）で加速してターゲット１４ａに衝突させ、ターゲット表面からＸ線４を発生させるようになっている。
【００３９】
変動電圧発生装置２０は、直流高電圧回路２２、交流高電圧回路２４、及び陰極電源回路２６を備え、Ｘ線管１０の印加電圧（極間印加電圧Ｖｖａｒ）を一定周期の正弦波状に変動させて発生する。
直流高電圧回路２２はＸ線管１０の極間印加電圧Ｖｖａｒの直流成分ＶＤＣを発生させる回路である。また、交流高電圧回路２４は極間印加電圧Ｖｖａｒの交流成分ＶＡＣを発生させる回路である。さらに陰極電源回路２６は、Ｘ線管１０の陰極の陰極端子１３ａ，１３ｂに所定の交流電圧Ｖ０を印加して熱電子を発生させる回路である。
【００４０】
図４において、直流高電圧回路２２は、低電圧整流回路２２ａ、インバータ回路２２ｂ、高圧トランス２２ｃ及び高電圧整流回路２２ｄを有する。
低電圧整流回路２２ａは、商用の交流電源１１（例えばＡＣ１００Ｖ／５０Ｈｚ）に接続され、交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ２００Ｖ）に整流する。インバータ回路２２ｂは、この直流電圧を高周波電圧に変換する。高圧トランス２２ｃは、高周波電圧を所定の電圧（例えば約５．３ｋＶ）に昇圧する。高電圧整流回路２２ｄは、昇圧された高周波電圧から印加電圧（極間印加電圧Ｖｖａｒ）の直流成分ＶＤＣを発生させる。
高電圧整流回路２２ｄは、この例では、コック段数１６段のコッククロフト回路であり、例えば約５．３ｋＶの高周波電圧から８５ｋＶの直流電圧を発生させるようになっている。
【００４１】
この例において、直流高電圧回路２２の出力端子の−側（−端子２３ａ）はＸ線管１０の陰極の一方１３ａに接続され、直流高電圧回路２２の出力端子の＋側（＋端子２３ｂ）は管電流検出抵抗２２ｅと接地点Ａを介して接地極１５（電圧０Ｖ）に接地されている。
【００４２】
さらに、直流高電圧回路２２はＤＣ管電圧監視回路２２ｆを有する。このＤＣ管電圧監視回路２２ｆは、Ｘ線管１０の陰極端子の一方１３ａと接地点Ａとの間の直流電圧を検出し、この直流電圧は、極間印加電圧Ｖｖａｒの直流成分ＶＤＣを安定化させるためインバータ回路２２ｂにフィードバックされる。
【００４３】
上述した直流高電圧回路２２により、接地点ＡとＸ線管１０の陰極端子の一方１３ａとの間に、接地点Ａを０Ｖ、陰極端子１３ａを−ＶＤＣ（例えば−８５ｋＶ）とする安定した直流電圧（直流成分ＶＤＣ）を発生させることができる。
【００４４】
図４において、交流高電圧回路２４は、高周波電圧発生回路２４ａと高周波高圧トランス２４ｂを有する。
高周波電圧発生回路２４ａは、商用の交流電源１１（例えばＡＣ１００Ｖ／５０Ｈｚ）に接続されこの交流電圧を高周波交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ／４００Ｈｚ）に変換する。高周波高圧トランス２４ｂは、この高周波交流電圧を印加電圧Ｖｖａｒの交流成分ＶＡＣ（例えばＡＣ５０ｋＶｐｐ／４００Ｈｚ）に昇圧する。
【００４５】
この例において、交流高電圧回路２４は、１対の出力端子２５ａ，２５ｂを有し、その一方の２５ａはＸ線管１０の陽極１４に接続され、他方の２５ｂは接地点Ａを介して接地極１５（電圧０Ｖ）に接地されている。
【００４６】
さらに、交流高電圧回路２４は、ＡＣ管電圧監視回路２４ｃを有する。このＡＣ管電圧監視回路２４ｃは、Ｘ線管１０の陽極１４と接地点Ａとの間の交流電圧を検出し、検出された交流電圧は、極間印加電圧Ｖｖａｒの交流成分ＶＡＣの安定化のため高周波電圧発生回路２４ａにフィードバックされる。
上述した交流高電圧回路２４により、接地点ＡとＸ線管１０の陽極１４との間に、接地点Ａを０Ｖ、陽極１４を＋ＶＡＣ（例えば５０ｋＶｐｐ）とする安定した交流電圧（交流成分ＶＡＣ）を発生させることができる。
【００４７】
図４において、陰極電源回路２６は、管電流制御回路２６ａとフィラメントトランス２６ｂを有する。
管電流制御回路２６ａは、商用の交流電源１１（例えばＡＣ１００Ｖ／５０Ｈｚ）に接続され、この交流電圧を直流電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）に整流する。フィラメントトランス２６ｂは、この直流電圧からＸ線管１０の陰極端子１３ａ，１３ｂに印加する交流電圧Ｖ０を発生させる。
管電流制御回路２６ａには、直流高電圧回路２２の出力端子の＋側（＋端子２３ｂ）と接続された電流検出ライン２７ａが接続され、管電流検出抵抗２２ｅを流れる電流を検出し、Ｘ線管１０の陰極端子１３ａ，１３ｂ間に流れる管電流Ｉを一定に保持するようになっている。
さらに、陰極電源回路２６の出力端子の片側（端子２８ａ）は陰極１２の一端１３ａと直流高電圧回路２２の−端子２３ａに接続され、陰極電源回路２６の出力端子の他側（端子２８ｂ）は陰極１２の他端１３ｂに接続され、それ以外からは絶縁されている。
【００４８】
上述した陰極電源回路２６により、Ｘ線管１０の陰極１２に流れる管電流Ｉを一定に保持しながらＸ線管１０の陰極端子１３ａ，１３ｂに所定の交流電圧Ｖ０を印加して陰極１２から熱電子を発生させることができる。
【００４９】
上述した本発明の構成によれば、直流高電圧回路２２の＋端子２３ｂが管電流検出抵抗２２ｅを介して接地極１５（電圧０Ｖ）に接地され、交流高電圧回路２４の出力端子の他方２６ｂも接地極１５（電圧０Ｖ）に接地されている。
その結果、接地点Ａでの電圧は０Ｖとなるので、直流高電圧回路２２の直流高電圧ＶＤＣ（例えば８５ｋＶ）と交流高電圧回路２４の交流高電圧ＶＡＣ（例えば５０ｋＶｐ−ｐ）とが接地点Ａで加算され、Ｘ線管１０の陽極１４−陰極１２の間に高い周波数（例えば４００Ｈｚ）で、直流高電圧ＶＤＣと交流高電圧ＶＡＣが加算された電圧（例えば、＋８５ｋＶ＋２５ｋＶと８５ｋＶ−２５ｋＶのピーク電圧）をもつ一定周期の正弦波電圧Ｖｖａｒを印加することができる。
【００５０】
図５は、本発明で使用するコッククロフト回路の説明図である。コッククロフト（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ）回路は、コッククロフト−ウォルトン回路（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）とも呼ばれ、低い電圧から高電圧の直流を得る整流回路の１つである。
高電圧を構成するときにトランスの２次巻き線を多数巻けば、それだけ高い電圧が得られる。しかし、この場合トランス内部の耐電圧を確保するための構造が複雑になり、整流ダイオードの耐電圧も高いものが必要になる。
これに対し、コッククロフト回路（ＣＷ回路）では、トランスの端子電圧Ｖをｎ倍（２ｎは使用する整流ダイオードの数）に増幅することができるので、トランスの電圧を低くでき、かつ整流ダイオードの耐電圧を原理的にトランスの端子電圧Ｖの２倍に低減できる特徴がある。
【００５１】
以下、高圧トランス２２ｃのトランス巻数比が２６．７、高電圧整流回路２２ｄのコック段数（整流ダイオードの数）が１６段（１６倍）の場合について、なぜ耐電圧を緩和できるかを説明する。
【００５２】
図６は、図４に示した本発明の直流高電圧回路２２の部分構成図であり、片側接地回路を示している。
片側接地回路の場合、高圧トランス２２ｃの出力電圧はこの例で約５．３ｋＶであり、コッククロフト回路２２ｄの出力の一端２３ｂが接地されているため、高圧トランス２２ｃの２次コイルの巻始め位置の電位は接地電位（電圧０Ｖ）に固定され、コイル巻終り位置の電位は接地電位に対して約６ｋＶとなる。従って高圧トランス２２ｃの２次コイルの耐電圧は約６ｋＶあればよいことになる。
なおＣＷ回路２２ｄの出力電圧は−８５ｋＶとなるが，ＣＷ回路２２ｄはこれを構成するダイオードとコンデンサーで分圧される（図５参照）ため、またＣＷ回路２２ｄの構成部品はその原理から２×６ｋＶ（＝１２ｋＶ）の耐電圧で足りることとなる。
【００５３】
図７は、図４に示した本発明の直流高電圧回路２２と交流高電圧回路２４の部分構成図である。
この図において、本発明と相違し高周波高圧トランス２４ｂの片側（図４のＢ点）を接地した場合（陽極接地）には、この図の（）内の数値で示すとおり高圧トランス２２ｃの２次コイルの対接地電位は、それぞれ−２５ｋＶ、−３１ｋＶとなる。従って高圧トランス２２ｃの２次コイルの耐電圧として約３１ｋＶが必要となる。
これに対して接地点をＣＷ回路２２ｄと高圧トランス２２ｃの２次コイルとの接続点Ａとした場合（加算点接地）、すなわち図４に示した本発明の回路では，各部の対接地電位は（）なしで示す数値となり、高圧トランス２２ｃの２次コイルの耐電圧は約６ｋＶで足り、高周波高圧トランス２４ｂの耐電圧も約２５ｋＶで足りる。すなわち、高圧各部の対接地耐力の低減が図られる。
【００５４】
また一般的に高周波高圧トランスには高い磁気結合が必要であり、１次コイルと２次コイルを同じボビンに巻く構造となる。このため，コイル間の絶縁を確保するのが困難になるが、加算点Ａを接地する本発明の回路では上述のとおり、陽極接地した場合の耐電圧５０ｋＶｐｐに対して２５ｋＶと低減できる。
なお一般的なトランスの耐電圧は１．５ｋＶ程度（ＪＩＳ）である。
【００５５】
図８は、図７の比較図であり、本発明と相違しＣＷ回路２２ｄの出力の１点Ｃをアース電位にする場合である。
この場合には，ＤＣ高圧トランス（高圧トランス２２ｃ）の耐電圧は６ｋＶでよいが，高周波高圧トランス２４ｂの耐電圧は−８５〜−１１０ｋＶ必要になり、４００Ｈｚ以上で約１００ｋＶの耐電圧を有する高周波高圧トランス２４ｂの製作が困難となる。
【００５６】
また本発明の構成によれば、管電圧監視回路２２ｆ，２４ｃの構成部品の耐電圧もＡＣ回路、ＤＣ回路ともに１１０ｋＶから８５ｋＶに低減できる。言い換えれば、陰極１２に接続されている部品の対アース電位（筐体、シャーシなどへの）が１１０ｋＶから８５ｋＶに低減できる。
【００５７】
上述したように、本発明の構成によれば、直流高電圧回路２２と交流高電圧回路２４を接続する接地点Ａで２つの高電圧（直流高電圧と交流高電圧）を加算する構成としているため、各電圧を発生する高圧トランスと高電圧整流回路との絶縁耐力（耐電圧）は、接地点Ａに対する電圧を基に考えればよく、その値は単一の高電圧回路または陽極接地回路で構成する場合に比べ大幅に低減することができる。
【００５８】
従って、上述した本発明のＸ線発生装置を用い、所定の最大出力と最小出力との間で、一定周期で出力が変動するＸ線を連続して発生し、このＸ線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２を検出するので、単一のＸ線発生装置と単一のＸ線検出器を用いて、高出力時のＸ線強度Ｉ１と低出力時のＸ線強度Ｉ２から被検査物の材質を識別することができる。
【００５９】
またＡＣ高電圧を発生する高圧トランスには，コア材としてフェライト材（または方向性珪素鋼板）を用いて高周波特性を向上した構造とするのがよい。この構成により、一定周期の正弦波状（ｓｉｎ波状）の電圧変化だけでなく、矩形波，三角波状に電圧を変化させることも可能である。
【００６０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】Ｘ線管の模式図である。
【図２】陽極がタングステンである連続Ｘ線の強度分布である。
【図３】本発明のＸ線検査装置の原理図である。
【図４】本発明によるＸ線発生装置を示す全体構成図である。
【図５】本発明で使用するコッククロフト回路の説明図である。
【図６】本発明の直流高電圧回路２２の部分構成図である。
【図７】本発明の直流高電圧回路２２と交流高電圧回路２４の部分構成図である。
【図８】図７の比較図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ フィラメント、２ 熱電子、
３ 陽極（ｔａｒｇｅｔ）、４ Ｘ線、
１０ Ｘ線管、１１ 交流電源、
１２ 陰極、１２ａ フィラメント、
１３ａ，１３ｂ 陰極端子、
１４ 陽極、１４ａ ターゲット、
１５ 接地極（アース）、
２０ 変動電圧発生装置、２２ 直流高電圧回路、
２２ａ 低電圧整流回路、２２ｂ インバータ回路、
２２ｃ 高圧トランス、２２ｄ 高電圧整流回路（コッククロフト回路）、
２２ｅ 管電流検出抵抗、２２ｆ ＤＣ管電圧監視回路、
２４ 交流高電圧回路、２４ａ 高周波電圧発生回路、
２４ｂ 高周波高圧トランス、２６ 陰極電源回路、
２６ａ 管電流制御回路、２６ｂ フィラメントトランス、
２８ａ， ２８ｂ 出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極から熱電子を発生し該熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させＸ線を発生するＸ線管と、
前記印加電圧を一定周期の正弦波状に変動させて発生する変動電圧発生装置とを備え、
該変動電圧発生装置は、前記印加電圧の直流成分を発生させる直流高電圧回路と、前記印加電圧の交流成分を発生させる交流高電圧回路とを有し、
前記直流高電圧回路の−端子はＸ線管の陰極に接続され、直流高電圧回路の＋端子は管電流検出抵抗を介して接地され、
前記交流高電圧回路は、１対の出力端子を有し、その一方は前記Ｘ線管の陽極に接続され、他方は接地されている、ことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記直流高電圧回路は、商用の交流電圧を直流電圧に整流する低電圧整流回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、前記高周波電圧を昇圧する高圧トランスと、昇圧された高周波電圧から前記印加電圧の直流成分を発生させる高電圧整流回路とを有し、
該高電圧整流回路は、コッククロフト回路である、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記直流高電圧回路は、Ｘ線管の陰極と接地点間の直流電圧を検出するＤＣ管電圧監視回路を有し、該直流電圧は、前記直流成分の安定化のため前記インバータ回路にフィードバックされる、ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記交流高電圧回路は、商用の交流電圧を高周波交流電圧に変換する高周波電圧発生回路と、前記高周波交流電圧を前記印加電圧の交流成分に昇圧する高周波高圧トランスとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記交流高電圧回路は、Ｘ線管の陽極と接地点間の交流電圧を検出するＡＣ管電圧監視回路を有し、該交流電圧は、前記交流成分の安定化のため前記高周波電圧発生回路にフィードバックされる、ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生装置。
【請求項６】
前記変動電圧発生装置は、更に、Ｘ線管の陰極に所定の交流電圧を印加して熱電子を発生させる陰極電源回路を備え、該陰極電源回路の＋端子は前記直流高電圧回路の−端子に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項７】
前記陰極電源回路は、前記管電流検出抵抗を流れる電流を検出し、Ｘ線管の陰極に流れる管電流を一定に保持する管電流制御回路を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生装置。
【請求項１】
陰極から熱電子を発生し該熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させＸ線を発生するＸ線管と、
前記印加電圧を一定周期の正弦波状に変動させて発生する変動電圧発生装置とを備え、
該変動電圧発生装置は、前記印加電圧の直流成分を発生させる直流高電圧回路と、前記印加電圧の交流成分を発生させる交流高電圧回路とを有し、
前記直流高電圧回路の−端子はＸ線管の陰極に接続され、直流高電圧回路の＋端子は管電流検出抵抗を介して接地され、
前記交流高電圧回路は、１対の出力端子を有し、その一方は前記Ｘ線管の陽極に接続され、他方は接地されている、ことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】
前記直流高電圧回路は、商用の交流電圧を直流電圧に整流する低電圧整流回路と、前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、前記高周波電圧を昇圧する高圧トランスと、昇圧された高周波電圧から前記印加電圧の直流成分を発生させる高電圧整流回路とを有し、
該高電圧整流回路は、コッククロフト回路である、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】
前記直流高電圧回路は、Ｘ線管の陰極と接地点間の直流電圧を検出するＤＣ管電圧監視回路を有し、該直流電圧は、前記直流成分の安定化のため前記インバータ回路にフィードバックされる、ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
【請求項４】
前記交流高電圧回路は、商用の交流電圧を高周波交流電圧に変換する高周波電圧発生回路と、前記高周波交流電圧を前記印加電圧の交流成分に昇圧する高周波高圧トランスとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】
前記交流高電圧回路は、Ｘ線管の陽極と接地点間の交流電圧を検出するＡＣ管電圧監視回路を有し、該交流電圧は、前記交流成分の安定化のため前記高周波電圧発生回路にフィードバックされる、ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線発生装置。
【請求項６】
前記変動電圧発生装置は、更に、Ｘ線管の陰極に所定の交流電圧を印加して熱電子を発生させる陰極電源回路を備え、該陰極電源回路の＋端子は前記直流高電圧回路の−端子に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項７】
前記陰極電源回路は、前記管電流検出抵抗を流れる電流を検出し、Ｘ線管の陰極に流れる管電流を一定に保持する管電流制御回路を有する、ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２００５８６（Ｐ２００７−２００５８６Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４６１８（Ｐ２００６−１４６１８）
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【出願人】（０００１９８３１８）石川島検査計測株式会社 (132)
【出願人】（５９１０４６７００）アールテック株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【出願人】（０００１９８３１８）石川島検査計測株式会社 (132)
【出願人】（５９１０４６７００）アールテック株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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