JP2002033063A

JP2002033063A - Ｘ線管

Info

Publication number: JP2002033063A
Application number: JP2001155294A
Authority: JP
Inventors: Robert Hess; ヘスロベルト
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2002-01-31
Also published as: US20020009179A1; EP1158562A1; EP1158562B1; US6556656B2; DE10025807A1; DE50114206D1

Abstract

(57)【要約】【課題】理想的な平坦なエミッタの特性が少なくとも
近似的に得られるようなＸ線管を提供する。【解決手段】このＸ線管の陰極装置は、開口部が設け
られている平坦な電子エミッタを有している。Ｘ線管の
陽極側とは反対側の電子エミッタの側には電極が配置さ
れ、この電極は電子エミッタに対して負の電位を有し、
この負の電位が電子エミッタの前方の電子経路をまっす
ぐにする。これらの手段によって、放出電子によって陽
極上に形成されるフォーカルスポットの寸法に対する電
子エミッタの寸法の比を好ましいものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陽極と陰極装置と
を含むＸ線管であって、前記陰極装置が、電子を集束さ
せる陰極カップと、開口部が設けられている平坦な電子
エミッタと、前記陽極の側とは反対側である前記電子エ
ミッタの側に配置されている電極とを含んでいるＸ線管
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種類のＸ線管は米国特許第4,344,01
1 号明細書から既知である。この米国特許明細書に開示
されている実施例の１つでは、電子エミッタは平坦平面
で蛇行状の金属細条から成っている。従って、この金属
細条の往復するセグメント間に開口部が存在する。

【０００３】この既知のＸ線管内の陰極カップの電位は
電子エミッタに対して可変であるので、製造処理中の欠
陥がフォーカルスポットの大きさに影響を及ぼさない。
陰極カップの電位が電子エミッタの電位よりも所定の量
だけ正である場合、電子エミッタの横方向の領域から
の、又は、電子エミッタの背面からの電子が陰極カップ
に到達し、この陰極カップを加熱するおそれがある。従
って、前記米国特許明細書の一実施例では、電子エミッ
タからわずかな距離だけ離して電極を配置し、この電極
により電子エミッタの背面及び横方向の領域を遮蔽し、
この電極の電位を電子エミッタの電位に少なくともほぼ
一致するようにしている。

【０００４】螺旋状に巻装されたワイヤより成る電子エ
ミッタよりも優れたこのような平坦な電子エミッタの利
点は、電子軌道をより一層良好に集束させることがで
き、従って、より優れた電子密度分布を有するフォーカ
ルスポットが陽極上に形成されるということである。し
かし、このフォーカルスポットにおいて達成しうる電子
密度分布は、理想的な平坦なエミッタの電子密度分布に
及ばない。理想的な平坦なエミッタとは、厚さが零で開
口部がない平面エミッタを意味するものと理解する必要
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、理想
的な平坦なエミッタの特性が少なくとも近似的に得られ
るようにした前述した種類のＸ線管を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、陽極と
陰極装置とを含むＸ線管であって、前記陰極装置が、電
子を集束させる陰極カップと、開口部が設けられている
平坦な電子エミッタと、前記陽極の側とは反対側である
前記電子エミッタの側に配置されている電極とを含んで
いるＸ線管において、前記電極が、Ｘ線管の動作状態
で、前記電子エミッタに対して負の電位に接続されるよ
うに配置され、この負の電位は、前記電極と前記電子エ
ミッタとの間の空間の電界強度が、前記陽極に面してい
る前記電子エミッタの側の電界強度の少なくとも100％
とするのが好ましい少なくとも20％となる程度の高さと
なっていることを特徴とするＸ線管によって、本発明の
目的を達成する。

【０００７】本発明は、既知のＸ線管における電界は開
口部内まで延在しているので、陽極に面する電子エミッ
タの表面上の等電位線が開口部内に引かれているという
事実を基に成したものである。従って、開口部の領域に
は、理想的な平坦なエミッタの電子軌道と異なる電子軌
道が形成され、このような理想的な平坦なエミッタの特
性を達成し得なくする。陽極側とは反対側の電子エミッ
タの背面側の電極は負の電位を有するので、等電位線は
再び開口部から押し出される。この電位を適切に選択す
ることによって、陽極に面する電子エミッタの前面側の
等電位面をほぼ平坦にすることができる。従って、電子
軌道は、電子エミッタ付近全体に亙って、電子エミッタ
の表面に対して垂直に且つ直線的に延在する。

【０００８】これらの手段により、フォーカルスポット
の表面積に対する電子エミッタの表面積の比を増大させ
る。従って、より大きい電子エミッタによって所定のフ
ォーカルスポットの大きさを得ることができる。フォー
カルスポットにおける所定の電子密度を達成する場合、
電子エミッタが低い温度に維持され、その寿命を長くす
ることができる。本発明によって提供される他の利点
は、フォーカルスポットの位置及び寸法の双方又はいず
れか一方を制御するのが容易であるということである。

【０００９】請求項２に、好適例を開示する。電子エミ
ッタは、確かに、蛇行状以外（例えば、螺旋状）の形状
をも有することができるも、蛇行状のほうが、製造する
のに容易である。請求項３に開示した例では、電子エミ
ッタの後方に配置されている電極は、電子エミッタの前
面に良好なスルーグリップを有する。従って、電子エミ
ッタと電極との間の距離を同じに保った場合、これら素
子間の電圧を減少させることができる。

【００１０】請求項４に、他の好適例を開示する。原理
的には、異なる形状の、例えば、湾曲状の電子エミッタ
も可能である。この場合、この電子エミッタの曲率に電
極を適合させる必要がある。電子エミッタが請求項５に
記載されている位置を占める場合、電子エミッタと陰極
カップとは同一電位を有することができる。

【００１１】請求項６に開示した手段をとることによっ
て、フォーカルスポットの位置及び大きさの双方又はい
ずれか一方の制御を改善して良好な効果を得るようにす
ることができる。このフォーカルスポットの大きさは四
重極ユニットの電流変化によって無段階的に変えること
ができる。

【００１２】請求項７には、請求項１に記載されたＸ線
管を含んでいるＸ線装置を開示してある。請求項８に開
示した例によれば、電子エミッタ領域における電界形状
が常に最適となるように、電極のバイアス電圧をＸ線管
電圧（すなわち、陽極と陰極との間の電圧）に応じて変
化させるようにしうる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を、以下に図面を参照して
詳しく説明する。図１に示す回転陽極Ｘ線管は、動作状
態で回転する陽極ディスク１と、陰極装置２とを含んで
いる。この陰極装置２は、アイソレータ３を介してＸ線
管の金属のハウジング４に連結されている。陽極ディス
ク１も、アイソレータを介してハウジング４に連結する
ことができる、或いは、陽極ディスクが（接地された）
ハウジングの電位を有するようにすることができる。こ
の陰極装置によって放出された電子は陽極ディスク上に
フォーカルスポットとして入射し、この陽極ディスクで
これら電子がＸ線を発生させ、これらＸ線が、窓５を介
してＸ線管から放出しうる。

【００１４】図１に示すＸ線管は、医療用の診断検査に
用いられるような回転陽極Ｘ線管である。しかし、本発
明は、固定した陽極を有するＸ線管にも、あるいは、医
療分野で用いることができないＸ線管にも用いることが
できる。

【００１５】図２は陰極装置の断面図である。この図に
は、くぼみ202 を含む陰極カップ201を示しており、こ
のくぼみは、電子ビームを集束させる作用をする。この
くぼみの底の中央部にはスリット204が設けられてお
り、このスリットの長手方向は陽極ディスク１の回転軸
に対して放射方向に延在している。

【００１６】このスリットを拡大して示す図３に明瞭に
示すように、このスリット内に、平坦平面の電子エミッ
タ203 が配置され、この電子エミッタ前面側（陽極ディ
スク１に面する側）は、くぼみの底辺と一緒の平面に位
置している。この電子エミッタは蛇行形状となってお
り、この電子エミッタの個々のセグメントは図３の図面
の平面に対して垂直に、従って、スリット204 の長手方
向に延在している。隣接したセグメント間の開口部の寸
法は約0.1 mmであるが、セグメントの幅（図面の平面内
で縦方向の寸法）は約0.2 mmとなっている。しかし、こ
れらセグメントは、引用した米国特許第4,344,011 号明
細書に記載されているように、スリット204の長手方向
に対して垂直に延在することもできる。この場合、これ
らセグメントの製造が容易となる。動作状態において電
子エミッタ203は、これに流れる電流によって加熱さ
れ、電子を放出しうるようになる。

【００１７】動作状態で陽極と陰極との間に発生する電
界はくぼみ202と、セグメント間の開口部との中に延在
する。従って、等電位面は、補償されないと、電子エミ
ッタ203のセグメント間の開口部内に引かれ、これによ
り、前述した不都合な結果を生じることになる。このよ
うな結果を回避するため、電子エミッタ203に対して負
電位を有する電極205がスリット内に且つ電子エミッタ2
03の後方に配置されている。

【００１８】図４は、本発明によるＸ線管を有するＸ線
装置のかなり簡易化したブロック図である。このＸ線管
100は、40〜125kＶの範囲の直流電圧を発生する第１の
整流器91の出力端に接続されている。電子エミッタ203
は第２の整流器92の正の出力端子に接続され、電極205
は第２の整流器92の負の出力端子に接続されており、こ
の第２の整流器は、電子エミッタ203に対して数kＶだけ
負のバイアス電圧を電極205に供給する。電子エミッタ
を加熱することにより電子を放出させうるヒータ電流源
は図面の簡易化のために省略してある。

【００１９】電子エミッタ203に対して負である電極205
のバイアス電圧は、電子エミッタの前面側で、すなわ
ち、セグメント間の開口部の領域においてもほぼ平坦な
等電位面が得られるように選択される。

【００２０】Ｘ線管100に給電するＸ線発生器の構造は
図４と異ならせることもできる。この場合、Ｘ線発生器
が、電子エミッタ203と電極205との間に直流電圧を発生
させる（追加の）直流電圧源を具えることのみが重要で
あり、この直流電圧は、陽極と陰極との間の高電圧に比
例して変化させるのが好ましい。（この条件は、図４に
極めて簡易化した形態で示す回路によって満足され、こ
の回路は、１次巻線81によりインバータ７に接続されて
いる変圧器８を具えており、この変圧器の２次巻線82及
び83は整流器91及び92に接続されている。）

【００２１】電子エミッタは、これと電極との間に存在
する電界のスルーグリップを妨げるので、電子エミッタ
の後側の電界を、電子エミッタの前側の電界よりも強く
する必要がある。この強度の差はセグメントの厚さ（図
４の図面の平面内の横方向の寸法）と、セグメントの幅
と、セグメント間の間隙とに依存する。電極205によっ
て電子エミッタの前側に発生される電界のスルーグリッ
プを改善するための一方法は、電子エミッタの個々のセ
グメントに、電極205に向かうテーパーが付されるよう
に、すなわち、開口部がこの電極205の方向に幅広とな
るように、これらセグメントの側面を傾斜させる方法で
ある。

【００２２】電子エミッタの後側の電界強度が電子エミ
ッタの前側の電界強度に正確に等しい場合、電子エミッ
タの開口部によって生ぜしめられる電界の歪みを完全に
補償することは不可能であるが、この場合、依然として
この補償に対する良好な効果が生じる。電子エミッタの
後側の電界強度が電子エミッタの前側の電界強度の20％
よりも少ない値である場合、負にバイアスされた電極20
5は実質的になんの効果も生じない。

【００２３】図５Ａ〜Ｄには、本発明の電極配置の効果
を、他の電極配置例と比較して図示してある。これらの
図面は、縦寸法の尺度を横寸法の尺度よりも数倍拡大し
て描写してある。

【００２４】図５Ａには、螺旋状に巻装したワイヤ20
3’が電子エミッタを構成している場合の電子軌道を示
す（この電子エミッタの断面は、縦方向を横方向よりも
拡大しているので楕円に見える）。この電子軌道（進
路）は、電子を放出する電子エミッタ上の位置に依存す
る。そのため、集束手段（図示せず）にもかかわらず、
電子は比較的大きい断面で入射する。図５Ｂは、理想的
な平坦なエミッタの場合の状態を示す。電子軌道はすべ
てエミッタの表面に対して垂直に開始し、集束手段の電
界の影響下で最小限の大きさのフォーカルスポットで入
射する。

【００２５】図５Ｃには、実際の蛇行状電子エミッタの
場合の状態を示す。電子軌道は電子エミッタのセグメン
トのエッジ領域で湾曲し、集束手段にもかかわらず、
（理想的な平坦なエミッタに比べて）フォーカルスポッ
トを大きくする。しかし、このフォーカルスポットは、
螺旋状に巻装された電子エミッタの場合のフォーカルス
ポットよりも著しく小さい。

【００２６】図５Ｄには、負にバイアスされた電極を蛇
行状電子エミッタの後方に有する本発明による陰極装置
の場合の状態を示す。まず、電子は、電子エミッタに対
して垂直に延在している軌跡に沿って加速し、その後、
これら電子はフォーカルスポットに集束する。この状態
は図５Ｂほど完全に有利でないが、電極を用いない平坦
な蛇行状電子エミッタの場合（図５Ｃ）よりも著しく優
れている。電子エミッタの寸法よりも大きい電極の両端
を遮蔽する突出部206がスリットに設けられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実行しうるＸ線管を線図的に示す。

【図２】Ｘ線管の陰極装置を示す。

【図３】陰極装置の一部分を拡大して示す。

【図４】本発明によるＸ線管を有するＸ線装置のブロ
ック図を示す。

【図５】Ａは螺旋状電子エミッタの電子軌道を示し、
Ｂは理想的な平坦なエミッタの電子軌道を示し、Ｃは蛇
行状電子エミッタの電子軌道を示し、Ｄは本発明のＸ線
管による電子軌道を示す。

【符号の説明】

１陽極ディスク２陰極装置３アイソレータ４ハウジング５窓６四重極ユニット７インバータ８変圧器 81 １次巻線 82，83 ２次巻線 91，92 整流器 100 Ｘ線管 201 陰極カップ 202 くぼみ 203 電子エミッタ 204 スリット 205 電極 206 突出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ１, 5621 ＢＡＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極装置とを含むＸ線管であっ
て、前記陰極装置が、電子を集束させる陰極カップと、
開口部が設けられている平坦な電子エミッタと、前記陽
極の側とは反対側である前記電子エミッタの側に配置さ
れている電極とを含んでいるＸ線管において、前記電極
が、Ｘ線管の動作状態で、前記電子エミッタに対して負
の電位に接続されるように配置され、この負の電位は、
前記電極と前記電子エミッタとの間の空間の電界強度
が、前記陽極に面している前記電子エミッタの側の電界
強度の少なくとも100％とするのが好ましい少なくとも2
0％となる程度の高さとなっていることを特徴とするＸ
線管。
【請求項２】請求項１に記載のＸ線管において、前記
電子エミッタが蛇行した形状を有すること特徴とするＸ
線管。
【請求項３】請求項１に記載のＸ線管において、前記
開口部の横断面が、前記電極の方向に幅広となっている
ことを特徴とするＸ線管。
【請求項４】請求項１に記載のＸ線管において、前記
電極と前記電子エミッタとが平坦であることを特徴とす
るＸ線管。
【請求項５】請求項４に記載のＸ線管において、前記
電子エミッタが前記陰極カップに形成されたスリット内
に配置され、このスリットの上側面が、前記陽極に面す
る電子エミッタの表面と同一面になっており、前記陰極
カップと前記電子エミッタとが少なくともほぼ同じ電位
を有することを特徴とするＸ線管。
【請求項６】請求項１に記載のＸ線管において、この
Ｘ線管が、前記陽極上に形成されるフォーカルスポット
の大きさ及び位置の双方又はいずれか一方を制御する四
重極ユニットを含むことを特徴とするＸ線管。
【請求項７】請求項１に記載のＸ線管と、Ｘ線発生器
とを含むＸ線装置において、前記Ｘ線発生器が、前記電
子エミッタに対して負の電位を前記電極に発生させる電
圧源を含むことを特徴とするＸ線装置。
【請求項８】請求項７に記載のＸ線装置であって、前
記Ｘ線管の動作状態で前記陽極と前記陰極装置との間に
電圧を発生させる高電圧発生器を含むＸ線装置におい
て、前記高電圧発生器によって取出される電圧と前記電
圧源によって取出される電圧との比が、前記陽極と前記
陰極装置との間の電圧に依存せずに固定となるように、
前記電圧源が前記高電圧発生器に結合されていることを
特徴とするＸ線装置。