JP2006164819A - Microfocus x-ray tube and x-ray device using it - Google Patents

Microfocus x-ray tube and x-ray device using it Download PDF

Info

Publication number
JP2006164819A
JP2006164819A JP2004356330A JP2004356330A JP2006164819A JP 2006164819 A JP2006164819 A JP 2006164819A JP 2004356330 A JP2004356330 A JP 2004356330A JP 2004356330 A JP2004356330 A JP 2004356330A JP 2006164819 A JP2006164819 A JP 2006164819A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ray
ray tube
cathode
electron beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004356330A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Koyanagi
慶二 小柳
Daiki Sawabe
大樹 沢辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Medical Corp filed Critical Hitachi Medical Corp
Priority to JP2004356330A priority Critical patent/JP2006164819A/en
Publication of JP2006164819A publication Critical patent/JP2006164819A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microfocus X-ray tube having an effective focal spot without bias in resolution in an X-ray extraction direction and having a large allowable load. <P>SOLUTION: An electron focusing system 14 of the negative electrode of the X-ray tube is composed of a cathode electrode 12, four grid electrodes such as a G1 electrode 20, a G2 electrode 22, a G3 electrode 24 and a G4 electrode 24; and the respective grid electrodes include openings 20a, 22a, 24a and 26a for passing an electron beam emitted from an electron emission surface 12a of the cathode electrode 12 therethrough. Only the opening 26a of the G4 electrode 26 is formed into an elliptical shape. By applying a positive grid potential and a negative grid potential, with respect to the potential of the cathode electrode 12, to the G1 electrode 20 through the G3 electrode 24 and to the G4 electrode 26, respectively, the electron beam is focused into a thin beam by the G1 electrode 20 through the G3 electrode 24, and the cross-sectional shape of the electron beam is formed into an elliptical shape by the G4 electrode 26. By hitting the electron beam against an inclined surface of a target of the positive electrode, a nearly circular effective focal spot can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、工業用または医療用などに使用される微小焦点(マイクロフォーカス)を有するX線管およびそれを用いたX線装置に係り、特にX線管の焦点の解像度を向上する技術に関する。   The present invention relates to an X-ray tube having a micro focus used for industrial use or medical use, and an X-ray apparatus using the X-ray tube, and more particularly to a technique for improving the focus resolution of the X-ray tube.

被検体を透過したX線の線量を測定し、その線量に基づいて画像を作成して、被検体の検査または診断を行うX線装置は、工業用としては種々の製品の欠陥検査や異物検査などに、また医療用としてはX線透視または撮影による診断などに広く利用されている。このようなX線装置では、被検体内の対象物が微小な場合に、よい検査あるいはよい診断を行うためには、対象物のできるだけ拡大された像を得ることが望ましい。そのためには、X線発生装置またはそれに用いられるX線管において、X線の発生領域であるX線源(以下、焦点という)の大きさをできるだけ小さくする必要がある。このような要請を受けて、近年焦点の寸法が10μmというマイクロフォーカスX線管が普及し始めている。   X-ray devices that measure the dose of X-rays that have passed through a subject, create an image based on that dose, and inspect or diagnose the subject are used for industrial inspection of defects and foreign matter. For medical purposes, it is widely used for diagnosis by fluoroscopy or radiography. In such an X-ray apparatus, it is desirable to obtain an enlarged image of the object as much as possible in order to perform a good examination or a good diagnosis when the object in the subject is very small. For this purpose, in the X-ray generator or the X-ray tube used therefor, it is necessary to make the size of an X-ray source (hereinafter referred to as a focal point) that is an X-ray generation region as small as possible. In response to such a request, in recent years, a microfocus X-ray tube having a focus size of 10 μm has begun to spread.

また、高画質の透視像などを得るためには、X線量を多くすることが望ましく、このためにはX線を発生させる電子線の電流(以下、X線管電流という)の値はできるだけ大きいことが要求される。例えば、食品中の異物検査などをX線感度の低いラインセンサーを使用して検査するX線装置や、生産ライン上を流れている検査対象物(被検体)の画像をイメージインテンシファイア(I-I)カメラのシャター機能を使用して一瞬の静止画像として得るインラインの自動検査用X線装置などでは、X線管電流の大電流化による感度向上が要求される。また、医療用X線装置においても、X線フィルム撮影とX線透視を兼用する機器では、撮影時間などを短縮するためにX線管電流の大電流化による感度向上が必要となる。   In order to obtain a high-quality fluoroscopic image, it is desirable to increase the X-ray dose. For this purpose, the value of the electron beam current (hereinafter referred to as the X-ray tube current) that generates X-rays is as large as possible. Is required. For example, an X-ray device that uses a line sensor with low X-ray sensitivity to inspect foreign substances in foods, etc., or an image intensifier (II) ) In-line automatic X-ray equipment for automatic inspection that uses the camera's shutter function to obtain a still image for a moment, an improvement in sensitivity is required by increasing the X-ray tube current. Also, in medical X-ray equipment, in an apparatus that combines X-ray film imaging and X-ray fluoroscopy, it is necessary to improve sensitivity by increasing the X-ray tube current in order to shorten the imaging time.

しかし、マイクロフォーカスX線管では、X線管電流の大電流化を妨げる因子として、陽極のターゲットに衝突する電子線の電力による熱衝撃の問題がある。すなわち、マイクロフォーカスX線管の場合、電子線を極めて細く絞って陽極のターゲットに入射させているため熱入力密度が極めて大きく、単純に電子線の電流を更に大きくしようとすると、ターゲットの焦点面が熱的に溶解する恐れが生ずる。そのため、従来のマイクロフォーカスX線管では、製造者が許容している電子線電力、すなわち許容負荷は通常の医療用X線管などに比べて極めて小さい値に設定されている。   However, in the microfocus X-ray tube, there is a problem of thermal shock due to the power of the electron beam colliding with the anode target as a factor that hinders the increase of the X-ray tube current. That is, in the case of a microfocus X-ray tube, the electron beam is extremely narrowed and made incident on the anode target, so that the heat input density is extremely large, and if the current of the electron beam is simply increased further, the focal plane of the target May melt thermally. Therefore, in the conventional microfocus X-ray tube, the electron beam power allowed by the manufacturer, that is, the allowable load, is set to an extremely small value as compared with a normal medical X-ray tube.

一方、本発明の対象とするマイクロフォーカスX線管の場合のような極めて小さい焦点を得るための電子集束方法としては、複数の電極を用いて電界レンズを形成して集束する方法がある。この方式の従来技術の代表的なものに陰極線管(Cathode Ray Tube,以下CRTと略称する)用の電子銃がある。以下、CRT用電子銃の構造、動作について簡単に説明する。図11に、CRT用電子銃で最も基本的なIn-line型電子銃の概略構成を示す。図11において、このCRT用電子銃200は、カソード202と4個のグリッド電極204、206、208、210とから構成される。カソード202の電子放射面202aから放射された電子線212はカソード202と4個のグリッド電極204、206、208、210で形成される電子レンズによって集束されて細い電子線212となり、蛍光面222に衝突し、蛍光面222上の蛍光体を発光させる。   On the other hand, as an electron focusing method for obtaining an extremely small focus as in the case of the microfocus X-ray tube which is the subject of the present invention, there is a method of focusing by forming an electric field lens using a plurality of electrodes. A representative example of this type of prior art is an electron gun for a cathode ray tube (hereinafter abbreviated as CRT). The structure and operation of the CRT electron gun will be briefly described below. FIG. 11 shows a schematic configuration of the most basic in-line type electron gun for a CRT electron gun. In FIG. 11, the CRT electron gun 200 includes a cathode 202 and four grid electrodes 204, 206, 208, and 210. The electron beam 212 radiated from the electron emission surface 202a of the cathode 202 is focused by the electron lens formed by the cathode 202 and the four grid electrodes 204, 206, 208, and 210 to form a thin electron beam 212. Colliding and causing the phosphor on the phosphor screen 222 to emit light.

図11において、4個のグリッド電極204,206,208,210はカソード202から近い順に第1グリッド電極(以下、G1電極と略称する)204、第2グリッド電極(以下、G2電極と略称する)206、第3グリッド電極(以下、G3電極と略称する)208、第4グリッド電極(以下、G4電極と略称する)210と呼ばれ、それぞれ電子銃200の中心軸に沿って開口204a、206a、208a、210aを有する。電子銃200の5個の電極のうち、カソード202とG1電極204とG2電極206の3個の電極によって構成される部分は3極部と呼ばれ、この部分にカソードレンズ214が形成される。また、G2電極206とG3電極208との間にはプリフォーカスレンズ216が、G3電極208とG4電極210との間には主レンズ218がそれぞれ形成される。   In FIG. 11, four grid electrodes 204, 206, 208, and 210 are a first grid electrode (hereinafter abbreviated as G1 electrode) 204, a second grid electrode (hereinafter abbreviated as G2 electrode) 206, and a third grid electrode in order from the cathode 202. Called 208 (hereinafter abbreviated as G3 electrode) 208 and fourth grid electrode (hereinafter abbreviated as G4 electrode) 210, each has openings 204a, 206a, 208a, 210a along the central axis of electron gun 200. Of the five electrodes of the electron gun 200, a portion constituted by the three electrodes of the cathode 202, the G1 electrode 204, and the G2 electrode 206 is called a tripolar portion, and the cathode lens 214 is formed in this portion. A prefocus lens 216 is formed between the G2 electrode 206 and the G3 electrode 208, and a main lens 218 is formed between the G3 electrode 208 and the G4 electrode 210, respectively.

カソード202は酸化物カソードまたは含浸形カソードのような熱陰極であり、1000K以上の高温で、空間電荷制限領域で用いられる。カソード202からの電子線212の電流量は映像信号を増幅した信号をカソード202に印加することによって制御される。この電流量はカソード電圧が低いほど増大する。G1電極204には常にカソード202より低い電圧が与えられ、またG2電極206にはカソード202の電位に対し400〜1000V程度高い加速電圧が与えられる。カソード202からの電流は、G1電極204の開口204aを通って電子線212となってG2電極206側に引き出される。この電子線212は上記のカソードレンズ214によって一度集束され、G2電極206付近でクロスオーバー(交差点)220を形成し、その後発散しながら上記の主レンズ218に入射する。主レンズ218への入射前に上記のプリフォーカスレンズ216によって若干の集束作用を受ける。上記の3極部とプリフォーカスレンズ216を合わせて電子線形成領域と呼ぶこともある。   The cathode 202 is a hot cathode such as an oxide cathode or an impregnated cathode, and is used in a space charge limited region at a high temperature of 1000K or higher. The amount of current of the electron beam 212 from the cathode 202 is controlled by applying a signal obtained by amplifying the video signal to the cathode 202. This amount of current increases as the cathode voltage decreases. A voltage lower than that of the cathode 202 is always applied to the G1 electrode 204, and an acceleration voltage higher by about 400 to 1000V than the potential of the cathode 202 is applied to the G2 electrode 206. The current from the cathode 202 passes through the opening 204a of the G1 electrode 204, becomes an electron beam 212, and is drawn out to the G2 electrode 206 side. The electron beam 212 is once focused by the cathode lens 214, forms a crossover 220 in the vicinity of the G2 electrode 206, and then enters the main lens 218 while diverging. Before being incident on the main lens 218, the prefocus lens 216 receives a slight focusing action. The tripolar portion and the prefocus lens 216 may be collectively referred to as an electron beam forming region.

主レンズ218は物点であるクロスオーバー220を蛍光面222上に像点224として投射するレンズである。すなわち、主レンズ218はクロスオーバー220から発散しながら入射してきた電子線212を集束させて、蛍光面222上に微小スポットの像点224を形成する役割を持つ。G3電極208には5〜10KVの電圧(フォーカス電圧)が印加され、G4電極210には20〜30KVの最終加速圧が印加され、この電位差によって主レンズ218が形成される。電子線212はG4電極210を通過した後は、無電界空間中を蛍光面222まで走行し、蛍光面222上に像点224を形成する。   The main lens 218 is a lens that projects a crossover 220, which is an object point, onto the phosphor screen 222 as an image point 224. That is, the main lens 218 has a role of focusing the incident electron beam 212 while diverging from the crossover 220 to form an image point 224 of a minute spot on the phosphor screen 222. A voltage (focus voltage) of 5 to 10 KV is applied to the G3 electrode 208, and a final acceleration pressure of 20 to 30 KV is applied to the G4 electrode 210, and the main lens 218 is formed by this potential difference. After passing through the G4 electrode 210, the electron beam 212 travels through the non-electric field space to the phosphor screen 222, and forms an image point 224 on the phosphor screen 222.

一般に、電子線を微小な線束(ビーム)に集束する場合、上記の如く、グリッド電極を軸対称の配列で構成し、この構成によって電子線のその進行方向に直交する方向の断面形状はほぼ円形となる。このように電子線をあたかも光学レンズ系のように集束させる電極系の構成を電子光学系と呼んでいる。この電子光学系を用いて微小焦点を形成するマイクロフォーカスX線管の構成例としては、特許文献1や特許文献2などが開示されている。
特開2003−317996号公報 特開2003−7236号公報
In general, when an electron beam is focused on a minute beam (beam), the grid electrodes are arranged in an axially symmetric arrangement as described above, and the cross-sectional shape of the electron beam in the direction perpendicular to the traveling direction is substantially circular. It becomes. The configuration of the electrode system that focuses the electron beam like an optical lens system is called an electron optical system. As a configuration example of a microfocus X-ray tube that forms a micro focus using this electron optical system, Patent Document 1, Patent Document 2, and the like are disclosed.
JP 2003-317996 A JP 2003-7236 A

特許文献1に開示されているマイクロフォーカスX線管では、図12に示すような陰極構造を採用している。このマイクロフォーカスX線管の陰極の構成は基本的には図11に示したCRT用電子銃と同じ構成であり、その電子集束系230はカソード電極232とG1電極234とG2電極236とG3電極238と陽極のターゲットとから成る。G1電極234とG2電極236は小さい径の開口を有し、G3電極238は大きい開口を有し、それぞれの開口の中心は電子集束系の中心軸に沿って配列されている。また、G1電極234にはカソード電極232の電位(カソード電位)に対し正の電位(例えば、OVから+100V)が、G2電極236にはG1電極234の電位より高い正の電位(例えば、OVから+2000V)が、G3電極238にはG2電極236の電位より低い正または負の電位(例えば、−500Vから+500V)がそれぞれ印加されている。更に、陽極のターゲットにはカソード電位に対し+10kV〜+150kVの正の電位が印加される。その結果、カソード電極232から放射された熱電子は細いビーム状の電子線に集束され、陽極のターゲットにマイクロフォーカスを形成する。このとき電子線は外径が約10μm程度のほぼ円形のビームに絞られている。   The microfocus X-ray tube disclosed in Patent Document 1 employs a cathode structure as shown in FIG. The configuration of the cathode of this microfocus X-ray tube is basically the same as that of the electron gun for CRT shown in FIG. 11, and the electron focusing system 230 includes a cathode electrode 232, a G1 electrode 234, a G2 electrode 236, and a G3 electrode. 238 and anode target. The G1 electrode 234 and the G2 electrode 236 have small-diameter openings, the G3 electrode 238 has a large opening, and the centers of the respective openings are arranged along the central axis of the electron focusing system. The G1 electrode 234 has a positive potential (for example, OV to +100 V) with respect to the potential of the cathode electrode 232 (cathode potential), and the G2 electrode 236 has a positive potential (for example, from OV) higher than the potential of the G1 electrode 234. +2000 V), and a positive or negative potential (for example, −500 V to +500 V) lower than the potential of the G2 electrode 236 is applied to the G3 electrode 238, respectively. Further, a positive potential of +10 kV to +150 kV with respect to the cathode potential is applied to the anode target. As a result, the thermoelectrons radiated from the cathode electrode 232 are focused on a thin beam-like electron beam to form a microfocus on the anode target. At this time, the electron beam is focused to a substantially circular beam having an outer diameter of about 10 μm.

上記した特許文献1や特許文献2に開示されている従来のマイクロフォーカスX線管では、軸対称の電子光学系を採用しているため、電子線のその進行方向に直交する方向の断面形状はほぼ円形となっている。このため、反射型のX線出力方式(電子線の衝突するターゲットが厚い場合で、ターゲット面に対し電子線の入射した側の空間に反射して放射されるX線を利用する方式で、大部分のX線管はこの方式である)をもつX線管の場合、X線の取り出し方向(X線検出器側)から見た焦点(以下、実効焦点という)の形状は通常楕円形状になる。実効焦点の形状が楕円形ということは、被検体の透視、撮影を行った際に、電子線の入射方向と平行な方向(以下、縦方向と呼ぶ場合もある)とそれに直交する方向(以下、横方向と呼ぶ場合もある)とで実効焦点の寸法が異なることを意味している。以下、実効焦点の電子線の入射方向と平行な方向の寸法を実効焦点長さ寸法、それに直交する方向の寸法を実効焦点幅寸法と呼ぶことにする。この実効焦点寸法はX線検査時に得られる画像の解像度を決定するものであり、X線放射領域の縦方向と横方向とで実効焦点寸法が異なることは、縦方向と横方向とで異なる解像度の画像が得られることになり、検査精度を悪くする要因となる。   Since the conventional microfocus X-ray tube disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above employs an axially symmetric electron optical system, the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the traveling direction of the electron beam is It is almost circular. For this reason, a reflective X-ray output method (a method that uses X-rays that are reflected and radiated to the space where the electron beam is incident on the target surface when the target where the electron beam collides is thick. In the case of an X-ray tube with a partial X-ray tube), the shape of the focal point (hereinafter referred to as the effective focal point) viewed from the X-ray extraction direction (X-ray detector side) is usually an elliptical shape. . The shape of the effective focal point is an ellipse. When the subject is viewed and imaged, the direction parallel to the incident direction of the electron beam (hereinafter sometimes referred to as the longitudinal direction) and the direction orthogonal thereto (hereinafter referred to as the vertical direction) , Sometimes referred to as the lateral direction), and the effective focal spot size is different. Hereinafter, the dimension of the effective focus in the direction parallel to the incident direction of the electron beam will be referred to as the effective focus length dimension, and the dimension orthogonal to the dimension will be referred to as the effective focus width dimension. This effective focal size determines the resolution of the image obtained at the X-ray inspection. The difference in effective focal size between the vertical and horizontal directions of the X-ray emission area means that the vertical and horizontal resolutions are different. As a result, an inspection accuracy is deteriorated.

これを防ぐためには、透過型と呼ばれるX線出力方式、すなわち電子線の進行方向の、ターゲットを透過した側の空間にX線を出力する方式をとればよいが、このX線出力方式ではターゲットが固定され、かつターゲットの厚さが極めて薄くないと、X線を外部に取り出すことができないので、許容負荷が著しく小さくなり、その結果X線出力も小さくなる。一般にX線管の許容負荷を大きくするためには回転陽極方式を採用するが、この場合反射型でなければ構造上実現は困難である。従って、従来の電子光学系を用いた反射型のマイクロフォーカスX線管では実効焦点の形状が楕円形となって、解像度に偏りが生じてしまうという問題があった。   In order to prevent this, an X-ray output method called a transmission type, that is, a method of outputting X-rays to the space on the side where the target is transmitted in the traveling direction of the electron beam may be used. Since the X-rays cannot be extracted to the outside unless the thickness of the target is fixed and the target is extremely thin, the allowable load is remarkably reduced, and as a result, the X-ray output is also reduced. In general, the rotary anode method is adopted to increase the allowable load of the X-ray tube, but in this case, it is difficult to realize the structure unless it is a reflection type. Therefore, the reflection type microfocus X-ray tube using the conventional electron optical system has a problem that the effective focal point has an elliptical shape and the resolution is biased.

ただし、X線取り出し方向とターゲットの傾斜面とが作る角度(以下、ターゲット角度という)が45度であれば、実効焦点の形状は電子線の形状とほぼ同じになるので、この場合には実効焦点の形状はほぼ円形となり、実効焦点の幅寸法と長さ寸法は同一となるので解像度の偏りもなくなる。しかし、ターゲット角度はX線管のX線放射範囲を規定するものであり、45度のみということは実用上あり得ない。   However, if the angle formed by the X-ray extraction direction and the target inclined surface (hereinafter referred to as the target angle) is 45 degrees, the effective focal point shape is almost the same as the electron beam shape. The shape of the focal point is almost circular, and the width and length dimensions of the effective focal point are the same, so there is no bias in resolution. However, the target angle defines the X-ray emission range of the X-ray tube, and it cannot be practically 45 degrees.

この問題を解決するためには、ターゲット角度に対応して、実効焦点の形状がほぼ円形となるように、ターゲットに入射する電子線の断面形状を適当な楕円形に整形すればよい。すなわち、ターゲット角度が45度より大きい場合には電子線の断面形状を幅方向の寸法が長さ方向の寸法より大きい楕円形とし、ターゲット角度が45度より小さい場合には長さ方向の寸法が幅方向の寸法より大きい楕円形として、X線取り出し方向から見た実効焦点の形状をほぼ円形となるようにすればよい。   In order to solve this problem, the cross-sectional shape of the electron beam incident on the target may be shaped into an appropriate ellipse so that the shape of the effective focus is substantially circular corresponding to the target angle. That is, when the target angle is larger than 45 degrees, the cross-sectional shape of the electron beam is an ellipse whose dimension in the width direction is larger than the dimension in the length direction, and when the target angle is smaller than 45 degrees, the dimension in the length direction is The shape of the effective focus viewed from the X-ray extraction direction may be substantially circular as an ellipse that is larger than the dimension in the width direction.

更に、マイクロフォーカスX線管では、陽極のターゲットの焦点面に入力される電子線の入力密度が極めて大きいために許容負荷が著しく制限され、従来は回転陽極方式を採用するなどして工夫がなされているが、軸受けの構造などから回転速度にも限度がある。陽極の回転速度の向上以外に、許容負荷を向上させる手段として、電子線の断面形状を楕円形とすることは有効なものである。   Furthermore, in the microfocus X-ray tube, the input load of the electron beam input to the focal plane of the anode target is extremely high, so the allowable load is remarkably limited. Conventionally, the rotating anode method has been adopted. However, the rotational speed is limited due to the bearing structure. In addition to improving the rotation speed of the anode, it is effective to make the cross-sectional shape of the electron beam elliptical as a means for improving the allowable load.

上記に鑑み、本発明では、X線取り出し方向で解像度に偏りのない実効焦点を有し、かつ許容負荷の大きいマイクロフォーカスX線管及びそれを用いたX線装置を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a microfocus X-ray tube having an effective focus with no bias in resolution in the X-ray extraction direction and a large allowable load, and an X-ray apparatus using the microfocus X-ray tube. .

上記目的を達成するため、本発明のマイクロフォーカスX線管は、電子線を放出するカソード電極と、電子線を細いビームに集束するために電子線の経路に配置される複数個のグリッド電極とを有する陰極と、電子線の衝突によりX線を発生させるターゲットを有する陽極と、陰極と陽極とを真空気密に封止し、ターゲットで発生したX線を外部に放射するX線放射窓を有する外囲器とから構成され、複数個のグリッド電極はそれぞれ電子線を通過させるための開口を有し、グリッド電極のそれぞれにカソード電極を基準とするグリッド電位を印加することにより微小焦点を得るマイクロフォーカスX線管において、前記グリッド電極のうちの少なくとも1個のグリッド電極の開口の形状を楕円形または楕円形に近似される形状とし、前記電子線のビームの断面形状を大略楕円形としたものである(請求項1)。   In order to achieve the above object, a microfocus X-ray tube according to the present invention includes a cathode electrode that emits an electron beam, and a plurality of grid electrodes that are arranged in a path of the electron beam to focus the electron beam into a narrow beam. A cathode having a cathode, an anode having a target that generates X-rays by collision of an electron beam, and the cathode and the anode are sealed in a vacuum-tight manner, and has an X-ray emission window that emits X-rays generated by the target to the outside. A plurality of grid electrodes each having an opening for passing an electron beam, and applying a grid potential based on the cathode electrode to each grid electrode to obtain a micro focus In the focus X-ray tube, the shape of the opening of at least one of the grid electrodes is an ellipse or a shape that approximates an ellipse, and the electron beam It is obtained by a generally elliptical beam cross-section (claim 1).

また、本発明のX線管では、更に前記グリッド電極を少なくとも4個配置し、該グリッド電極のうちの陽極のターゲットに最も近いグリッド電極の開口の形状を楕円形または楕円形に近似される形状としたものである。   Further, in the X-ray tube of the present invention, at least four grid electrodes are further arranged, and the shape of the grid electrode opening closest to the anode target of the grid electrodes is an ellipse or an ellipse-like shape. It is what.

また、本発明のX線管では、更に前記楕円形または楕円形に近似される形状の開口を有するグリッド電極に、前記カソード電極の電位に対し負の電位を印加するものである。   In the X-ray tube of the present invention, a negative potential with respect to the potential of the cathode electrode is further applied to the grid electrode having an opening having an elliptical shape or a shape approximated to an elliptical shape.

また、本発明のX線管では、更に前記楕円形または楕円形に近似される形状の開口を有するグリッド電極の開口の口径は前記陽極の中心軸方向で長く、それに直交する方向で短くなっている。   Further, in the X-ray tube of the present invention, the aperture diameter of the grid electrode having an opening having an elliptical shape or a shape approximated to an elliptical shape is longer in the central axis direction of the anode and shorter in a direction perpendicular thereto. Yes.

また、本発明のX線管では、更に前記陽極が回転陽極形である。   In the X-ray tube of the present invention, the anode is a rotary anode type.

また、本発明のX線管では、更に前記外囲器のX線放射窓の取り付けられた部分が金属材料から成る。   In the X-ray tube of the present invention, the portion of the envelope to which the X-ray emission window is attached is made of a metal material.

また、本発明のX線発生装置は、微小焦点を有するX線管と、X線管の陰極と陽極との間に高電圧を供給する高電圧発生回路と、X線管の陰極の複数個のグリッド電極にグリッド電圧を供給するグリッド電圧発生回路と、X線管の電極を絶縁支持する電極絶縁支持部と、X線管と高電圧発生回路とグリッド電圧発生回路と電極絶縁支持部を内包し、支持する筐体と、筐体内に充填され、X線管およびその他の構成要素を浸漬し、絶縁する絶縁媒体と、絶縁媒体の膨張、収縮を緩衝するために筐体に取り付けられた緩衝機構を含むX線発生装置において、前記X線管が本発明のマイクロフォーカスX線管である(請求項2)。   The X-ray generator of the present invention includes an X-ray tube having a micro focus, a high voltage generating circuit for supplying a high voltage between the cathode and the anode of the X-ray tube, and a plurality of cathodes of the X-ray tube. Includes a grid voltage generation circuit for supplying a grid voltage to the grid electrode, an electrode insulation support for insulating and supporting the electrode of the X-ray tube, an X-ray tube, a high voltage generation circuit, a grid voltage generation circuit, and an electrode insulation support And a supporting housing, an insulating medium filled in the housing, dipping and insulating the X-ray tube and other components, and a buffer attached to the housing for buffering expansion and contraction of the insulating medium In the X-ray generator including the mechanism, the X-ray tube is the microfocus X-ray tube of the present invention (claim 2).

また、本発明のX線発生装置では、更に前記高電圧発生回路を中性点接地方式としている。   In the X-ray generator of the present invention, the high voltage generation circuit is further of a neutral point grounding system.

また、本発明のX線装置は、X線を発生するX線発生装置と、X線発生装置から発生し、被検体を透過したX線を検出するX線検出装置と、X線検出装置から出力される検出X線量に対応する信号に基づいて被検体のX線画像を作成する画像形成装置と、X線発生装置、X線検出装置および画像形成装置を制御する制御装置を有するX線装置において、前記X線発生装置が請求項2記載のX線発生装置である(請求項3)。   The X-ray apparatus of the present invention includes an X-ray generator that generates X-rays, an X-ray detector that detects X-rays generated from the X-ray generator and transmitted through the subject, and an X-ray detector. An X-ray apparatus having an image forming apparatus that creates an X-ray image of a subject based on a signal corresponding to the detected X-ray dose, and an X-ray generation apparatus, an X-ray detection apparatus, and a control device that controls the image forming apparatus The X-ray generator is the X-ray generator according to claim 2 (Claim 3).

本発明のマイクロフォーカスX線管は、陰極の電子集束系を構成するグリッド電極のうちの少なくとも1個のグリッド電極の開口の形状を楕円形または楕円形に近似される形状とし、このグリッド電極の開口を通過する電子線のビームの断面形状を大略楕円形としているので、この電子線をそのビームの断面形状に見合ったターゲット角度を有するターゲットに衝突させることによりほぼ円形の実効焦点を得ることが可能となる。その結果、X線取り出し方向で解像度に偏りのない実効焦点を有するマイクロフォーカスX線管が得られるので、被検体の拡大撮影などの際に縦方向と横方向でほぼ同じ解像度の高精細なX線画像を得ることができ、微細な対象物などの検査精度を向上させることができる。   In the microfocus X-ray tube of the present invention, the shape of the opening of at least one of the grid electrodes constituting the electron focusing system of the cathode is an ellipse or a shape approximated to an ellipse. Since the cross-sectional shape of the beam of the electron beam passing through the aperture is substantially elliptical, a substantially circular effective focal point can be obtained by colliding the electron beam with a target having a target angle corresponding to the cross-sectional shape of the beam. It becomes possible. As a result, a microfocus X-ray tube with an effective focus with no bias in resolution in the X-ray extraction direction can be obtained, so high-definition X with almost the same resolution in the vertical and horizontal directions can be used for magnified imaging of the subject. A line image can be obtained, and the inspection accuracy of a fine object can be improved.

また、本発明のX線管では、グリッド電極を少なくとも4個配置し、それらのグリッド電極のうちの陽極のターゲットに最も近いグリッド電極の開口の形状を楕円形または楕円形に近似される形状としているので、先行する他のグリッド電極にて電子線をマイクロフォーカスの得られる細いビームに集束した後に、ターゲットに最も近いグリッド電極で電子線を楕円形の断面形状のビームに絞ることができる。この結果、複雑な電子集束系を追加することなく、微小で楕円形の断面形状を有する電子線を容易に得ることができる。   Further, in the X-ray tube of the present invention, at least four grid electrodes are arranged, and the shape of the grid electrode opening closest to the anode target among the grid electrodes is an ellipse or an ellipse-like shape. Therefore, after the electron beam is focused on a thin beam capable of obtaining microfocus by another preceding grid electrode, the electron beam can be narrowed down to an elliptical cross-sectional beam by the grid electrode closest to the target. As a result, an electron beam having a minute and elliptical cross-sectional shape can be easily obtained without adding a complicated electron focusing system.

また、本発明のX線管では、楕円形または楕円形に近似される形状の開口を有するグリッド電極に、カソード電極の電位に対し負の電位を印加しているので、このグリッド電極では開口の寸法とグリッド電位の両者を調整することにより、電子線のビームの断面形状(楕円形の形状)をターゲット角度に見合わせて制御可能となる。   Further, in the X-ray tube of the present invention, a negative potential with respect to the potential of the cathode electrode is applied to the grid electrode having an elliptical shape or an opening approximate to an elliptical shape. By adjusting both the dimensions and the grid potential, the cross-sectional shape (elliptical shape) of the electron beam can be controlled according to the target angle.

また、本発明のX線管では、楕円形または楕円形に近似される形状の開口を有するグリッド電極の開口の口径は電子線ビーム長さ方向で長く、電子線ビーム幅方向で短くなっているので、この電子線でターゲットに形成される実焦点の長さ寸法は実焦点幅寸法より格段に大きなものとなる。その結果、ターゲット上の焦点面積が大きくなるので、X線管に入力できるX線管負荷を大きくすることができ、X線管から放射できるX線量を多くすることができる。   Further, in the X-ray tube of the present invention, the aperture of the grid electrode having an elliptical shape or an elliptical shaped opening is longer in the electron beam beam length direction and shorter in the electron beam beam width direction. Therefore, the length dimension of the actual focal point formed on the target by this electron beam is much larger than the actual focal width dimension. As a result, since the focal area on the target is increased, the X-ray tube load that can be input to the X-ray tube can be increased, and the X-ray dose that can be emitted from the X-ray tube can be increased.

また、本発明のX線管では、陽極を回転陽極形としているので、陽極のターゲット上の実効的な焦点面積が格段に大きくなり、X線管に入力できるX線管負荷を格段に大きくすることができ、X線管から放射できるX線量を格段に多くすることができる。   In the X-ray tube of the present invention, since the anode is a rotating anode type, the effective focal area on the anode target is greatly increased, and the X-ray tube load that can be input to the X-ray tube is greatly increased. The X-ray dose that can be emitted from the X-ray tube can be significantly increased.

また、本発明のX線管では、外囲器のX線放射窓を取り付けた部分を金属材料で構成し、アース電位としているので、X線装置などに搭載した際に、X線放射窓をX線管の収納容器の外壁面に直接または非常に近接して取り付けることができ、X線撮影時にX線管の焦点と被検体との間の距離を小さくすることができる。その結果、X線撮影時の拡大率を大きくすることができ、高精細なX線画像を得ることができる。   In the X-ray tube of the present invention, the portion of the envelope to which the X-ray emission window is attached is made of a metal material and has a ground potential. Therefore, when the X-ray emission window is mounted on an X-ray apparatus or the like, It can be attached directly or very close to the outer wall of the X-ray tube storage container, and the distance between the focal point of the X-ray tube and the subject can be reduced during X-ray imaging. As a result, the enlargement ratio at the time of X-ray imaging can be increased, and a high-definition X-ray image can be obtained.

また、本発明のX線発生装置は、微小でほぼ円形の実効焦点を有し、かつ許容負荷の大きいマイクロフォーカスX線管を内装しているので、これを組み込んだX線装置では、被検体の拡大撮影などにおいて、縦方向と横方向で偏りのない高精細なX線画像を得ることができ、微細な対象物の検査精度を向上させることができるとともに、高い拡大率の撮影も可能となる。   In addition, the X-ray generator of the present invention has a micro focus X-ray tube having a fine and substantially circular effective focal point and a large allowable load. High-definition X-ray images with no deviation in the vertical and horizontal directions can be obtained, and inspection accuracy of minute objects can be improved, and high-magnification imaging is also possible. Become.

また、本発明のX線発生装置では、高電圧発生回路を中性点接地方式としているので、X線発生装置での高電圧絶縁が容易になり、X線発生装置の筐体の大きさを小さくすることができる。更に、X線管の外囲器に取り付けられたX線放射窓を筐体に直接または非常に近接して取り付けることができるので、X線撮影時にX線管の焦点と被検体との間の距離を小さくすることができ、高拡大率の撮影が可能となる。   In the X-ray generator of the present invention, since the high voltage generating circuit is a neutral point grounding system, the high voltage insulation in the X-ray generating device is facilitated, and the size of the X-ray generator casing is reduced. Can be small. In addition, an X-ray emission window attached to the envelope of the X-ray tube can be attached directly or very close to the housing, so that the X-ray tube focus and the subject can be located during X-ray imaging. The distance can be reduced, and high-magnification shooting is possible.

また、本発明のX線装置は、微小でほぼ円形の実効焦点を有するマイクロフォーカスX線管を内装するX線発生装置を持っているので、微細な被検体の拡大撮影などにおいて、縦方向と横方向で偏りのない高精細なX線画像を得ることができ、微細な対象物の検査精度を向上させることができるとともに、高い拡大率の撮影も可能となる。   In addition, the X-ray apparatus of the present invention has an X-ray generator that incorporates a microfocus X-ray tube having a microscopic and substantially circular effective focus. A high-definition X-ray image without deviation in the horizontal direction can be obtained, the inspection accuracy of a minute object can be improved, and high-magnification imaging can be performed.

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。
先ず、図1〜図5を用いて、本発明に係るマイクロフォーカスX線管の構造及び動作について説明する。図1は本発明に係るマイクロフォーカスX線管の一実施例の全体構造図、図2は図1の要部である陰極の主要部の構造を示す図、図3は図1の陰極の動作を説明するための図、図4は電子線の断面形状と実効焦点の形状との関係を説明するための図、図5は本実施例のX線管における電子線の軌道計算例である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the structure and operation of a microfocus X-ray tube according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall structural diagram of an embodiment of a microfocus X-ray tube according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the structure of the main part of the cathode, which is the main part of FIG. 1, and FIG. 3 is an operation of the cathode of FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the cross-sectional shape of the electron beam and the shape of the effective focus, and FIG. 5 is an example of the electron beam trajectory calculation in the X-ray tube of this embodiment.

図1において、本実施例のマイクロフォーカスX線管(以下、X線管と略称する)1は、電子線を発生する陰極2と、電子線が衝突してX線を発生する陽極3と、陰極2と陽極3を対向させて、真空気密に内包して、絶縁支持する外囲器4とから構成される。本実施例のX線管1では、マイクロフォーカス(微小焦点)を形成するための陰極2の構成に特徴があるので、その構成及び動作については後で図2及び図3を用いて詳しく説明する。それに先立って、他の部分の構造について説明する。   In FIG. 1, a microfocus X-ray tube (hereinafter abbreviated as an X-ray tube) 1 of the present embodiment includes a cathode 2 that generates an electron beam, an anode 3 that generates an X-ray when the electron beam collides, The cathode 2 and the anode 3 are opposed to each other, and the envelope 4 is enclosed in a vacuum-tight manner and is insulated and supported. The X-ray tube 1 of this embodiment is characterized by the configuration of the cathode 2 for forming a micro focus (micro focus), and the configuration and operation will be described in detail later with reference to FIGS. . Prior to that, the structure of other parts will be described.

図1において、陽極3は回転陽極形の構造を採用している。この陽極(以下、回転陽極とも呼ぶ)3は、これに限定されず、固定陽極形のものであってもよい。しかし、回転陽極形では、回転することによりターゲット上の実効的な焦点面積が格段に大きくなるために、X線管負荷を大きくすることができ、発生するX線量を多くするのに有効である。回転陽極3はX線発生源となるターゲット30と、ターゲット30を支持するロータ32と、ロータ32を支持する回転軸(図示せず)と、回転軸を回転自在に支持する軸受(図示せず)と、軸受を支持する固定部34などから構成される。固定部34の端部に陽極端35が設けられ、この陽極端35にてX線管1の陽極側の支持が行われるとともに、陽極電位の給電も行われる。この回転陽極3は全体として、汎用の医療用回転陽極X線管の回転陽極とほぼ同じ構造をしている。ターゲット30は傘形で円盤状をしており、タングステンなどの高原子番号で、高融点の金属材料から成る。ターゲット30の傾斜面36には、陰極2からの電子線28が衝突し、X線の発生源となる焦点38を形成する。回転陽極3はその中心軸48の周りを回転する。   In FIG. 1, the anode 3 adopts a rotary anode type structure. This anode (hereinafter also referred to as a rotating anode) 3 is not limited to this, and may be of a fixed anode type. However, in the rotating anode type, since the effective focal area on the target is remarkably increased by rotating, the X-ray tube load can be increased and it is effective for increasing the generated X-ray dose. . The rotary anode 3 includes a target 30 serving as an X-ray generation source, a rotor 32 that supports the target 30, a rotating shaft (not shown) that supports the rotor 32, and a bearing (not shown) that rotatably supports the rotating shaft. ) And a fixing portion 34 for supporting the bearing. An anode end 35 is provided at the end of the fixed portion 34. The anode end 35 supports the anode side of the X-ray tube 1 and feeds the anode potential. The rotary anode 3 as a whole has substantially the same structure as the rotary anode of a general-purpose medical rotary anode X-ray tube. The target 30 has an umbrella shape and a disk shape, and is made of a metal material having a high atomic number such as tungsten and having a high melting point. An electron beam 28 from the cathode 2 collides with the inclined surface 36 of the target 30 to form a focal point 38 that becomes an X-ray generation source. The rotating anode 3 rotates around its central axis 48.

次に、外囲器4は、回転陽極3のターゲット30の部分と陰極2の先端部分を囲み、アース電位に保持される大径部40と、回転陽極3の固定部34と結合されて、これを絶縁支持する陽極絶縁部42と、陰極2を絶縁支持する陰極絶縁部44とから構成される。大径部40は大径の円板40aに大径肉厚の円筒40bが結合された形状をしており、円板40aと円筒40bは銅やステンレス鋼などの金属材料から成る。円板40aのターゲット30の焦点38に近接する部分に設けた円形の開口にX線放射窓46が取り付けられている。X線放射窓46はX線透過性のよいベリリウムなどから成り、窓枠などを介して、溶接またはろう付けによって円板40aの開口に結合されている。X線5はこのX線放射窓46を通して回転陽極3の中心軸48と平行な方向(図示の上方向)に取り出される。陽極絶縁部42はロータ32の外径より少し太い径の円筒部42aと、大径部40の円筒40bに結合するためにコーン状に広げられたフレア部42bと、回転陽極3の固定部34と結合するための陽極接続部42cとから構成される。陽極絶縁部42は大部分が耐熱性ガラスやセラミックなどの絶縁物から成り、両端のフレア部42bと陽極接続部42cの一部には絶縁物となじみのよい金属材料が使用されている。大径部40の円筒40bの側面には、回転陽極3の中心軸48とほぼ直交する方向に、陰極絶縁部44が結合されている。陰極絶縁部44は細い外径の円筒形状をしており、大部分が耐熱性ガラスやセラミックなどの絶縁物から成る。陰極絶縁部44の一端が大径部40の円筒40bの側面に結合され、その他端が陰極2の支持部となるステム19と結合されている。この結合によって、陰極2の電子集束系と回転陽極3のターゲット30が対向して配置されることになる。   Next, the envelope 4 surrounds the target 30 portion of the rotating anode 3 and the tip portion of the cathode 2, and is coupled to the large diameter portion 40 held at the ground potential and the fixed portion 34 of the rotating anode 3, It comprises an anode insulating part 42 that insulates and supports this, and a cathode insulating part 44 that insulates and supports the cathode 2. The large-diameter portion 40 has a shape in which a large-diameter disk 40a and a large-diameter thick cylinder 40b are joined. The circular plate 40a and the cylinder 40b are made of a metal material such as copper or stainless steel. An X-ray radiation window 46 is attached to a circular opening provided in a portion of the disc 40a close to the focal point 38 of the target 30. The X-ray radiation window 46 is made of beryllium or the like having good X-ray transparency, and is coupled to the opening of the disk 40a by welding or brazing via a window frame or the like. The X-ray 5 is extracted through the X-ray emission window 46 in a direction parallel to the central axis 48 of the rotating anode 3 (upward direction in the drawing). The anode insulating portion 42 includes a cylindrical portion 42a having a diameter slightly larger than the outer diameter of the rotor 32, a flare portion 42b widened in a cone shape so as to be coupled to the cylinder 40b of the large diameter portion 40, and a fixing portion 34 of the rotating anode 3. And an anode connection portion 42c for coupling with the. Most of the anode insulating portion 42 is made of an insulating material such as heat-resistant glass or ceramic, and a metal material that is compatible with the insulating material is used for the flare portion 42b and the anode connecting portion 42c at both ends. A cathode insulating portion 44 is coupled to the side surface of the cylinder 40b of the large diameter portion 40 in a direction substantially perpendicular to the central axis 48 of the rotating anode 3. The cathode insulating portion 44 has a cylindrical shape with a thin outer diameter, and is mostly made of an insulating material such as heat resistant glass or ceramic. One end of the cathode insulating portion 44 is coupled to the side surface of the cylinder 40b of the large diameter portion 40, and the other end is coupled to the stem 19 serving as the support portion of the cathode 2. Due to this coupling, the electron focusing system of the cathode 2 and the target 30 of the rotary anode 3 are arranged to face each other.

次に、図2、図3を用いて、本実施例のX線管1の要部である陰極2の構成と動作について説明する。図2は、陰極2の主要部の構造を示したもの、図3は陰極2の動作を説明するための図である。先ず、図2によりX線管1の陰極2の構造について説明する。図2において、図2(a)は陰極2の主要部の横断面図、図2(b)は陰極2の主要部を陽極3のターゲット30の側から見た図である。図2(a)において、陰極2は、電子線を発生するカソード電極12と、電子線を細いビームに集束する電子集束系14と、電子集束系14を絶縁支持する電子集束系絶縁体18と、陰極2全体を絶縁支持するステム19(図示せず。図1参照)などから構成される。カソード電極12はカソード支持体16に支持され、カソード支持体16は電子集束系14を介して電子集束系絶縁体18に絶縁支持される。電子集束系14は4個のグリッド電極20、22、24、26から成り、このうち3個のグリッド電極20、22、24は電子線を細いビームに集束する役割を分担し、第4番目のグリッド電極26は電子線のビームの断面形状を楕円形にする役割を分担する。本実施例では、電子集束系14を構成するグリッド電極の個数を4個の場合について説明するが、この個数はこれに限定されず、5個以上であってもよい。   Next, the configuration and operation of the cathode 2, which is the main part of the X-ray tube 1 of this embodiment, will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows the structure of the main part of the cathode 2, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the cathode 2. First, the structure of the cathode 2 of the X-ray tube 1 will be described with reference to FIG. 2, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of the main part of the cathode 2, and FIG. 2 (b) is a view of the main part of the cathode 2 as viewed from the target 30 side of the anode 3. In FIG. 2 (a), the cathode 2 includes a cathode electrode 12 that generates an electron beam, an electron focusing system 14 that focuses the electron beam into a thin beam, and an electron focusing system insulator 18 that supports and insulates the electron focusing system 14. A stem 19 (not shown, see FIG. 1) for insulatingly supporting the entire cathode 2 is formed. The cathode electrode 12 is supported by a cathode support 16, and the cathode support 16 is insulated and supported by an electron focusing system insulator 18 through an electron focusing system 14. The electron focusing system 14 is composed of four grid electrodes 20, 22, 24, 26. Of these, the three grid electrodes 20, 22, 24 share the role of focusing the electron beam into a thin beam, and the fourth The grid electrode 26 shares the role of making the cross-sectional shape of the electron beam beam elliptical. In the present embodiment, the case where the number of grid electrodes constituting the electron focusing system 14 is four will be described, but this number is not limited to this and may be five or more.

図2において、カソード電極12は、酸化物または含浸形のカソードで、加熱用のヒータを備えており、このヒータの加熱によって1000K以上の高温で熱電子を放射する。ヒータには後記のヒータ加熱電源から数Vの電圧が印加される。カソード電極12は底付きの円筒形状をしており、円筒の内側に加熱用のヒータが絶縁して配置され、底の外表面(以下、電子放射面という)12aから熱電子が放射される。カソード電極12は耐熱性金属材料または絶縁材料から成る。カソード電極12の電子放射面12から放射された熱電子はその左側に配置された電子集束系14によって形成される電子レンズによって集束されて細いビームの電子線28と成る。   In FIG. 2, a cathode electrode 12 is an oxide or impregnated cathode, and includes a heater for heating, and emits thermoelectrons at a high temperature of 1000 K or more by heating of the heater. A voltage of several volts is applied to the heater from a heater heating power source described later. The cathode electrode 12 has a cylindrical shape with a bottom, a heater for heating is disposed inside the cylinder, and thermal electrons are emitted from an outer surface (hereinafter referred to as an electron emission surface) 12a of the bottom. The cathode electrode 12 is made of a heat-resistant metal material or an insulating material. The thermoelectrons emitted from the electron emission surface 12 of the cathode electrode 12 are focused by an electron lens formed by an electron focusing system 14 disposed on the left side of the electron emission surface 12 to form a thin beam of electron beams 28.

電子集束系14は、4個のグリッド電極、すなわち第1グリッド電極(以下、G1電極と略称する)20と、第2グリッド電極(以下、G2電極と略称する)22と、第3グリッド電極(以下、G3電極と略称する)24と、第4グリッド電極(以下、G4電極と略称する)26から構成される。4個のグリッド電極20、22、24、26はそれぞれ中心部に電子線28を通す開口20a、22a、24a、26aを有し、カソード電極12と回転陽極3のターゲット30との間に、カソード電極12の側からG1電極20、G2電極22、G3電極24、G4電極26の順で、適当な間隔をとって同軸に配置される。G1電極20とG2電極22は板状体で、その中心部に小さい径の開口20a、22aが設けられており、全体としては取り付けなどを考慮してカップ状に形成されている。G3電極24はその中心部に大きい径の開口24aが設けられており、全体としては円筒形に近い形状をしている。G4電極26は図2(b)に示す如くその中心部に楕円形の開口26aが設けられており、全体としては円筒形に近い形状をしている。G1電極20、G2電極22、G3電極24、G4電極26の開口20a、22a、24a、26aの寸法やそれぞれの間の間隔は後述する如く、所望の焦点寸法やそれぞれのグリッド電極に印加する電圧と関係して決定される。グリッド電極20、22、24、26の材料としては耐熱性金属材料が使用される。   The electron focusing system 14 includes four grid electrodes, that is, a first grid electrode (hereinafter abbreviated as G1 electrode) 20, a second grid electrode (hereinafter abbreviated as G2 electrode) 22, and a third grid electrode ( Hereinafter, it is composed of a fourth grid electrode (hereinafter abbreviated as G4 electrode) 26 and a fourth grid electrode (abbreviated as G3 electrode) 24. Each of the four grid electrodes 20, 22, 24, 26 has openings 20a, 22a, 24a, 26a through which the electron beam 28 passes in the center, and between the cathode electrode 12 and the target 30 of the rotating anode 3, the cathode From the electrode 12 side, the G1 electrode 20, the G2 electrode 22, the G3 electrode 24, and the G4 electrode 26 are arranged coaxially at appropriate intervals. The G1 electrode 20 and the G2 electrode 22 are plate-like bodies, and openings 20a and 22a having a small diameter are provided at the center thereof, and the whole is formed in a cup shape in consideration of mounting and the like. The G3 electrode 24 is provided with an opening 24a having a large diameter at the center thereof, and has a shape close to a cylindrical shape as a whole. As shown in FIG. 2 (b), the G4 electrode 26 is provided with an elliptical opening 26a at the center thereof, and has a generally cylindrical shape as a whole. The dimensions of the openings 20a, 22a, 24a, 26a of the G1 electrode 20, G2 electrode 22, G3 electrode 24, and G4 electrode 26 and the distance between them are the desired focal size and the voltage applied to each grid electrode, as will be described later. Determined in relation to As the material of the grid electrodes 20, 22, 24, 26, a heat resistant metal material is used.

電子集束系14の4個のグリッド電極20、22、24、26はその外側に配置された電子集束系絶縁体18によって絶縁して支持される。電子集束系絶縁体18は円筒、または複数個(例えば3乃至6個)の棒状体を環状に配列したもの(ここでは、棒状体を4個配列したものを示している)で、主としてガラスやセラミックなどの絶縁物から成る。グリッド電極20、22、24、26の支持は、グリッド電極20、22、24、26の外周に結合された支持金具を電子集束系絶縁体18にろう付けしたり、埋め込んだり(加熱して溶着する)して結合することにより行われる。また、カソード支持体16はG1電極20に絶縁支持され、G1電極20を介して電子集束系絶縁体18に支持される。電子集束系絶縁体18のステム19側の端部には、ステム19に接続するための接続金具が結合されている。この接続金具は、円筒形状をした金具で、グリッド電極20、22、24、26と同様に支持金具を介して電子集束系絶縁体18に結合されている。   The four grid electrodes 20, 22, 24, and 26 of the electron focusing system 14 are insulated and supported by an electron focusing system insulator 18 disposed on the outside thereof. The electron focusing system insulator 18 is a cylinder or a plurality of (for example, 3 to 6) rod-like bodies arranged in a ring shape (here, four rod-like bodies are arranged), and is mainly made of glass or Made of an insulator such as ceramic. The grid electrodes 20, 22, 24, 26 are supported by brazing or embedding the support fittings bonded to the outer periphery of the grid electrodes 20, 22, 24, 26 to the electron focusing insulator 18 (heating and welding). ) And combining. The cathode support 16 is insulated and supported by the G1 electrode 20, and is supported by the electron focusing insulator 18 via the G1 electrode 20. A connection fitting for connecting to the stem 19 is coupled to the end of the electron focusing insulator 18 on the stem 19 side. This connection fitting is a cylindrical fitting and is coupled to the electron focusing insulator 18 via the support fitting in the same manner as the grid electrodes 20, 22, 24, and 26.

次に、図2と図3を用いて、本実施例の電子集束系14の構成の細部とその動作について説明する。図3は、本実施例の要部である電子集束系14の構成を模式的に示したものである。図2及び図3において、陰極2のカソード電極12の電子放射面12aと回転陽極3のターゲット30との間に電子集束系14のG1電極20とG2電極22とG3電極24とG4電極26が同軸に順次配列されている。カソード電極12から放射された電子線が通過するそれぞれのグリッド電極20、22、24、26の開口20a、22a、24a、26aの中心は、電子集束系14の中心軸に一致させている。G1電極20とG2電極22とG3電極24の開口20a、22a、24aは円形であるが、G4電極26の開口26aは楕円形にしてある。また、電子線28をカソード電極12の近傍で細いビームに絞るために、G1電極20とG2電極22の開口20a、22aについては1mm以下の小さな口径としているが、G3電極24とG4電極26の開口24a、26aについては電界的に集束することを重点にしているので数mmの大きな口径としている。   Next, details of the configuration and operation of the electron focusing system 14 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 schematically shows the configuration of the electron focusing system 14, which is the main part of the present embodiment. 2 and 3, the G1 electrode 20, the G2 electrode 22, the G3 electrode 24, and the G4 electrode 26 of the electron focusing system 14 are provided between the electron emission surface 12a of the cathode electrode 12 of the cathode 2 and the target 30 of the rotary anode 3. They are arranged sequentially on the same axis. The centers of the openings 20a, 22a, 24a, 26a of the grid electrodes 20, 22, 24, 26 through which the electron beam radiated from the cathode electrode 12 passes are made to coincide with the central axis of the electron focusing system 14. The openings 20a, 22a, 24a of the G1 electrode 20, G2 electrode 22, and G3 electrode 24 are circular, but the opening 26a of the G4 electrode 26 is elliptical. In addition, in order to narrow the electron beam 28 into a narrow beam near the cathode electrode 12, the apertures 20a and 22a of the G1 electrode 20 and the G2 electrode 22 have a small diameter of 1 mm or less, but the G3 electrode 24 and the G4 electrode 26 The apertures 24a and 26a have a large diameter of several millimeters because the emphasis is on electric field focusing.

また、電子集束系14の各グリッド電極20、22、24、26に印加する電圧としては、カソード電極12の電位(以下、カソード電位という)を基準とする電圧が印加されている。G1電極20にはカソード電位に対し数十V程度の正の電位(0Vから+100V、以下、G1電位という)が、G2電極22にはカソード電位に対し数百V程度の正の電位(0Vから+2,000V、以下、G2電位という)が、G3電極24にはカソード電位に対し数百V程度の正の電位(0Vから+500V、以下、G3電位という)が、G4電極26にはカソード電位に対し数十V程度の負の電位(−10Vから−100V、以下、G4電位という)が、それぞれ印加される。更に、ターゲット30にはX線管の動作電圧(本実施例では、カソード電位に対し、+10kVから+150kV程度、以下、X線管電圧という)が印加される。このようにグリッド電極20、22、24、26及びターゲット30にグリッド電圧とX線管電圧を印加することにより、G1電極20の近くにカソードレンズ50が、G2電極22の近傍にプリフォーカスレンズ52が、G3電極24の近くに主レンズ54がそれぞれ形成され、カソード電極12の電子放射面12aから放射された電子線28の集束を行う。更に、G4電極26の楕円形の開口26aに生じた電界によって電子線28の断面形状は楕円形に集束される。すなわち、電子線28はG4電極26の楕円形の開口26aの楕円の長軸方向では発散作用を受け、短軸方向では集束作用を受けることにより、楕円形の断面形状に集束される。上記のグリッド電極20、22、24、26に印加する電圧の値は所望の焦点寸法や電子線28の電流(以下、X線管電流ともいう)の値に応じて制御される。   Further, as a voltage applied to each grid electrode 20, 22, 24, 26 of the electron focusing system 14, a voltage based on the potential of the cathode electrode 12 (hereinafter referred to as a cathode potential) is applied. The G1 electrode 20 has a positive potential of about several tens of volts with respect to the cathode potential (from 0 V to +100 V, hereinafter referred to as G1 potential), and the G2 electrode 22 has a positive potential of about several hundred volts with respect to the cathode potential (from 0 V). + 2,000V, hereinafter referred to as G2 potential), the G3 electrode 24 has a positive potential of about several hundred volts relative to the cathode potential (0V to + 500V, hereinafter referred to as G3 potential), and the G4 electrode 26 has a cathode potential. On the other hand, a negative potential of about several tens of volts (−10 V to −100 V, hereinafter referred to as G4 potential) is applied. Furthermore, an X-ray tube operating voltage (in this embodiment, about +10 kV to +150 kV with respect to the cathode potential, hereinafter referred to as an X-ray tube voltage) is applied to the target 30. Thus, by applying the grid voltage and the X-ray tube voltage to the grid electrodes 20, 22, 24, 26 and the target 30, the cathode lens 50 is located near the G1 electrode 20, and the prefocus lens 52 is located near the G2 electrode 22. However, the main lens 54 is formed near the G3 electrode 24, and the electron beam 28 emitted from the electron emission surface 12a of the cathode electrode 12 is focused. Further, the cross-sectional shape of the electron beam 28 is focused into an elliptical shape by the electric field generated in the elliptical opening 26a of the G4 electrode 26. That is, the electron beam 28 is focused into an elliptical cross-sectional shape by receiving a diverging action in the major axis direction of the ellipse of the elliptical opening 26a of the G4 electrode 26 and a focusing action in the minor axis direction. The value of the voltage applied to the grid electrodes 20, 22, 24, and 26 is controlled according to the desired focal size and the value of the current of the electron beam 28 (hereinafter also referred to as X-ray tube current).

本発明のX線管の電子集束系では、ほぼ円形の実効焦点となるマイクロフォーカスを得るために、ビームの断面形状が楕円形となる電子線28を形成することに特徴がある。このために、本実施例では、楕円形状の開口26aを有するG4電極26をG3電極24と回転陽極3のターゲット30との間に付加し、このG4電極26にカソード電位に対して負の電位となるG4電位を印加することにより、電子線28のビームの断面形状を楕円形としている。以下、その内容と効果について説明する。   The electron focusing system of the X-ray tube according to the present invention is characterized in that an electron beam 28 having a beam cross-sectional shape of an ellipse is formed in order to obtain a microfocus having a substantially circular effective focus. Therefore, in this embodiment, a G4 electrode 26 having an elliptical opening 26a is added between the G3 electrode 24 and the target 30 of the rotating anode 3, and the G4 electrode 26 has a negative potential with respect to the cathode potential. By applying the G4 potential, the cross-sectional shape of the electron beam 28 is made elliptical. The contents and effects will be described below.

図4は、電子線28のビームの断面形状と実効焦点の形状との関係を説明するための図である。図4では、ビームの断面形状28aが楕円形である電子線28が矢印28で示す左側の方向からターゲット30の傾斜面36に衝突し、X線5が発生するが、X線5は矢印6で示す上方向に取り出される。電子線28が衝突したターゲット30の傾斜面36上には実焦点38が形成されるが、この実焦点38をX線5の取り出し方向(矢印6で示す方向、以下、X線主放射方向と呼ぶ)6から見たものが実効焦点56である。以下、電子線28のビームの断面形状については、回転陽極2の中心軸48の方向(図示の上下方向)を電子線ビーム長さ方向、これに直交する方向を電子線ビーム幅方向と呼び、実効焦点56についてはターゲット30の半径方向を実効焦点長さ方向、これに直交する方向を実効焦点幅方向と呼び、実焦点38についてはターゲット30の傾斜面36に沿った方向を実焦点長さ方向、これに直交する方向を実焦点幅方向と呼ぶことにする。また、ターゲット30の傾斜面36とX線主放射方向6となす角度58をターゲット角度と呼ぶ。   FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 and the shape of the effective focus. In FIG. 4, an electron beam 28 having an elliptical beam cross-sectional shape 28a collides with the inclined surface 36 of the target 30 from the left direction indicated by arrow 28 to generate X-ray 5, but X-ray 5 is generated by arrow 6 It is taken out in the upward direction indicated by. An actual focal point 38 is formed on the inclined surface 36 of the target 30 with which the electron beam 28 has collided.The actual focal point 38 is taken out in the direction of taking out the X-ray 5 (the direction indicated by the arrow 6, hereinafter referred to as the X-ray main radiation direction). The effective focus 56 is seen from 6). Hereinafter, for the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28, the direction (vertical direction in the drawing) of the central axis 48 of the rotating anode 2 is referred to as the electron beam beam length direction, and the direction orthogonal thereto is referred to as the electron beam beam width direction For the effective focal point 56, the radial direction of the target 30 is referred to as the effective focal length direction, and the direction orthogonal thereto is referred to as the effective focal length direction, and for the real focal point 38, the direction along the inclined surface 36 of the target 30 is the actual focal length. The direction perpendicular to this direction is called the actual focal width direction. An angle 58 formed between the inclined surface 36 of the target 30 and the X-ray main radiation direction 6 is referred to as a target angle.

電子線28のビームの断面形状と実効焦点56の形状との関係は、ターゲット角度58に依存して変化する。同様に、電子線28のビームの断面形状と実焦点38の形状との関係もターゲット角度58に依存して変化する。図示の例では、ターゲット角度58が45度以下、実効焦点56の形状がほぼ円形となる場合のものを示しているが、この場合には電子線28のビームの断面形状は電子線ビーム長さ方向の寸法(以下、電子線ビーム長さ寸法という)が電子線ビーム幅方向の寸法(以下、電子線ビーム幅寸法という)より大きい楕円形となっている。このとき、実焦点38の形状も楕円形となるが、実焦点幅方向の寸法すなわち実焦点幅寸法は電子線ビーム幅寸法とほぼ同じであるのに対し、実焦点長さ方向の寸法すなわち実焦点長さ寸法は電子線ビーム長さ寸法より大きくなっている。ターゲット角度58が45度の場合、電子線28のビームの断面形状と実効焦点56の形状はほぼ同じになるが、他のターゲット角度58の場合には異なったものとなる。電子線ビーム幅寸法と実効焦点幅寸法とはいずれのターゲット角度58でもほぼ同じであるが、電子線ビーム長さ寸法と実効焦点長さ寸法との間では、ターゲット角度58が45度未満の場合には電子線ビーム長さ寸法が実効焦点長さ寸法より大きく、ターゲット角度58が45度を越える場合には電子線ビーム長さ寸法が実効焦点長さ寸法より小さくなる。   The relationship between the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 and the shape of the effective focal point 56 changes depending on the target angle 58. Similarly, the relationship between the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 and the shape of the actual focal point 38 also changes depending on the target angle 58. In the example shown in the figure, the target angle 58 is 45 degrees or less and the shape of the effective focal point 56 is almost circular. In this case, the cross-sectional shape of the electron beam 28 is the electron beam beam length. The dimension in the direction (hereinafter referred to as the electron beam beam length dimension) is an ellipse that is larger than the dimension in the electron beam beam width direction (hereinafter referred to as the electron beam beam width dimension). At this time, the shape of the actual focal point 38 is also elliptical, but the actual focal width direction dimension, that is, the actual focal width dimension is substantially the same as the electron beam beam width dimension, whereas the actual focal length direction dimension, that is, the actual focal length dimension. The focal length dimension is larger than the electron beam beam length dimension. When the target angle 58 is 45 degrees, the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 and the shape of the effective focal point 56 are substantially the same, but are different for other target angles 58. The electron beam width dimension and the effective focal width dimension are almost the same at any target angle 58, but the target angle 58 is less than 45 degrees between the electron beam beam length dimension and the effective focal length dimension. In this case, the electron beam beam length dimension is larger than the effective focal length dimension, and when the target angle 58 exceeds 45 degrees, the electron beam beam length dimension becomes smaller than the effective focal length dimension.

マイクロフォーカスX線管の場合、焦点寸法の微小化とともにX線量の増加が要求され、そのためにはX線管負荷すなわちX線管電流の増加が必要となる。その目的を達成するため、本実施例においても、実効焦点寸法は同一でも実焦点寸法ができるだけ大きくなるように、ターゲット角度58を45度より小さくしている。ターゲット角度58としては通常10度から30度程度の角度が選択されている。X線量を増加するためにはターゲット角度58はできるだけ小さい方がよいが、ターゲット角度58が小さくなりすぎるとX線照射範囲が狭くなり、X線撮影などに支障が生ずるので、上記の範囲のターゲット角度58が好ましい。また、実効焦点56の形状としては撮影されるX線画像の解像度を考慮した場合、円形であることが望ましいので、本実施例のX線管1では実焦点38の形状および電子線28のビームの断面形状は楕円形またはそれに近似した形状のものとしている。ターゲット角度58が45度以下であることを考慮した場合、電子線28のビームの断面形状としては、電子線ビーム長さ寸法が電子線ビーム幅寸法より大きい楕円形のものが望ましい。本実施例のX線管1では、電子線28のビームの断面形状を楕円形とするために、陰極2の電子集束系14にG4電極26を付加し、G4電極26の開口26aの形状を楕円形としている。   In the case of a microfocus X-ray tube, an increase in the X-ray dose is required as the focal spot size is reduced, and this requires an increase in the X-ray tube load, that is, the X-ray tube current. In order to achieve the object, the target angle 58 is made smaller than 45 degrees so that the actual focal spot size is as large as possible even in the present embodiment even if the effective focal spot size is the same. As the target angle 58, an angle of about 10 to 30 degrees is usually selected. In order to increase the X-ray dose, the target angle 58 should be as small as possible. However, if the target angle 58 is too small, the X-ray irradiation range will be narrowed, causing problems in X-ray photography. Angle 58 is preferred. In consideration of the resolution of the X-ray image to be taken, it is desirable that the effective focal point 56 has a circular shape. Therefore, in the X-ray tube 1 of this embodiment, the shape of the actual focal point 38 and the beam of the electron beam 28 are used. The cross-sectional shape is an ellipse or a shape close thereto. Considering that the target angle 58 is 45 degrees or less, the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 is preferably an ellipse whose electron beam beam length dimension is larger than the electron beam beam width dimension. In the X-ray tube 1 of the present embodiment, in order to make the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 elliptical, a G4 electrode 26 is added to the electron focusing system 14 of the cathode 2, and the shape of the opening 26a of the G4 electrode 26 is changed. It is oval.

本実施例のX線管では、陰極2の電子集束系14のうちのG1電極20、G2電極22、G3電極24を用いて電子線28を電子集束し、そのビームの断面形状がほぼ円形の微小なものにしている。更に、G4電極26では、ターゲット角度58を考慮して、このターゲット角度58に適した楕円形の断面形状を持つ電子線28のビームを形成するため、楕円形の開口26aを配置し、G4電極26にカソード電位に対し負のG4電位を印加することにより、電子線28のビームの断面形状を楕円形としている。   In the X-ray tube of the present embodiment, the electron beam 28 is focused using the G1 electrode 20, the G2 electrode 22, and the G3 electrode 24 in the electron focusing system 14 of the cathode 2, and the cross-sectional shape of the beam is substantially circular. It is made minute. Further, in the G4 electrode 26, in consideration of the target angle 58, an elliptical aperture 26a is arranged to form an electron beam 28 having an elliptical cross-sectional shape suitable for the target angle 58, and the G4 electrode By applying a negative G4 potential with respect to the cathode potential to 26, the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 is made elliptical.

図5には、本実施例のX線管1における電子線28の軌道計算例を示した。この例では、G4電極26にカソード電位に対し−20V以下のG4電位が印加されている。図5では、電子集束系14の中心軸を含む3通りの平面における電子軌道計算例が示されている。これは、G4電極26の開口26aが楕円形であるため、電子集束系14が全体として非軸対称となり、電子線の軌道計算が著しく困難となるので、簡便のために、G4電極26の開口26aの口径寸法の異なる3通りの平面に分けて、それぞれの平面内では電子集束系14の各部の寸法がその平面内における寸法で軸対称に分布しているものとして電子線の軌道計算を行った。図5(a)は3通りの平面A、B、CとG4電極26と関係を示したもので、平面Aは楕円形開口26aの口径が長い方向(電子線ビーム長さ方向)の断面、平面Cは楕円形開口26aの口径が短い方向(電子線ビーム幅方向)の断面、平面Bは平面Aと平面Cの中間の角度(45度)の方向の断面である。図5(b)〜図5(d)は3通り平面における電子軌道計算結果例を図示したもので、図5(b)は平面Aに対応するもの、図5(c)は平面Bに対応するもの、図5(d)は平面Cに対応するものである。図5(b)〜図5(d)のそれぞれにおいて、図の左側からカソード電極12、G1電極20、G2電極22、G3電極24、G4電極26、ターゲット30の順で配列され、G4電極26以外は同一構造、寸法になっている。G4電極26のみは、図5(a)に示す如く、開口26aの口径が異なり、図5(b)では開口26aの口径が大きく、図5(c)、図5(d)の順で開口26aの口径は小さくなっている。図5(b)〜(d)において、縦方向の細線は等電位線を横方向に走行する太い線は電子線28を示している。   FIG. 5 shows an example of trajectory calculation of the electron beam 28 in the X-ray tube 1 of the present embodiment. In this example, a G4 potential of −20 V or less with respect to the cathode potential is applied to the G4 electrode 26. FIG. 5 shows an example of electron trajectory calculation in three planes including the central axis of the electron focusing system 14. This is because the aperture 26a of the G4 electrode 26 has an elliptical shape, and the electron focusing system 14 becomes non-axisymmetric as a whole, making it difficult to calculate the trajectory of the electron beam. The electron beam trajectory calculation is performed on the assumption that the dimensions of each part of the electron focusing system 14 are axisymmetrically distributed within the plane in each plane divided into three planes with different aperture sizes of 26a. It was. FIG. 5 (a) shows the relationship between the three planes A, B, C and the G4 electrode 26. The plane A is a cross section in the direction in which the diameter of the elliptical aperture 26a is long (electron beam beam length direction), The plane C is a cross section in the direction in which the diameter of the elliptical opening 26a is short (electron beam beam width direction), and the plane B is a cross section in the direction of an angle (45 degrees) between the plane A and the plane C. 5 (b) to 5 (d) illustrate examples of electron trajectory calculation results in three planes. FIG. 5 (b) corresponds to plane A, and FIG. 5 (c) corresponds to plane B. FIG. 5 (d) corresponds to the plane C. In each of FIGS. 5 (b) to 5 (d), the cathode electrode 12, the G1 electrode 20, the G2 electrode 22, the G3 electrode 24, the G4 electrode 26, and the target 30 are arranged in this order from the left side of the drawing. Other than that, it has the same structure and dimensions. As shown in FIG. 5 (a), only the G4 electrode 26 has a different diameter of the opening 26a. In FIG. 5 (b), the diameter of the opening 26a is large, and the openings are in the order of FIG. 5 (c) and FIG. 5 (d). The aperture of 26a is small. 5 (b) to 5 (d), the vertical thin line indicates the electron beam 28 and the thick line running in the horizontal direction on the equipotential line.

図5(b)〜(d)において、電子線28のターゲット30の傾斜面36上でのビーム幅は、G4電極26の開口26aの口径の大きさに対応して、開口26aの口径が大きい図5(b)の場合には電子線28のビーム幅は大きく、開口26aの口径が小さい図5(d)の場合には電子線28のビーム幅は小さくなっている。図示の例では、G4電極26の開口26aの口径を約5mmから約10mmの範囲内で変化させているが、これに対し電子線28のビーム幅は約10μmから約100μmの範囲で変化し、その変化率は非常に大きくなっている。この結果からG4電極26の開口26aをターゲット角度58に対応して、電子線ビーム幅方向の口径を小さくし、電子線ビーム長さ方向の口径が大きい楕円形とすることにより、電子線28のビームの断面形状が適当な楕円形に集束され、実効焦点56をほぼ円形にすることが可能となる。   5 (b) to (d), the beam width of the electron beam 28 on the inclined surface 36 of the target 30 corresponds to the size of the aperture 26a of the G4 electrode 26, and the aperture 26a has a large aperture. In the case of FIG. 5 (b), the beam width of the electron beam 28 is large, and in the case of FIG. 5 (d) where the aperture 26a is small, the beam width of the electron beam 28 is small. In the illustrated example, the diameter of the opening 26a of the G4 electrode 26 is changed within a range of about 5 mm to about 10 mm, whereas the beam width of the electron beam 28 is changed within a range of about 10 μm to about 100 μm, The rate of change is very large. From this result, the aperture 26a of the G4 electrode 26 corresponds to the target angle 58, the aperture in the electron beam beam width direction is made smaller, and the ellipse with the larger aperture in the electron beam beam length direction is made into an elliptical shape. The cross-sectional shape of the beam is focused into an appropriate ellipse, and the effective focal point 56 can be made substantially circular.

上記においては、電子線28のビームの断面形状を楕円形とするために、G4電極26の開口26の形状を楕円形としているが、G4電極26の開口26の形状はこれに限定されず、楕円形に近似される他の形状のものであってもよい。例えば、G4電極26の開口を図6に示す長方形の開口26bや細長い八角形の開口26cなどにすることにより、G4電極26の近傍に楕円形の開口26aの場合の電位分布に近い電位分布が形成されるので、これらの場合にも、電子線28のビームの断面形状をほぼ楕円形にすることができ、本発明の目的を達成することができる。このとき、長方形の開口26bまたは八角形の開口26cの短い口径が電子線ビーム幅方向に対応し、それぞれの長い口径が電子線ビーム長さ方向に対応する。   In the above, in order to make the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 elliptical, the shape of the opening 26 of the G4 electrode 26 is elliptical, but the shape of the opening 26 of the G4 electrode 26 is not limited to this, It may have another shape that approximates an ellipse. For example, by making the opening of the G4 electrode 26 the rectangular opening 26b shown in FIG. 6 or the elongated octagonal opening 26c, a potential distribution close to the potential distribution in the case of the elliptical opening 26a is formed in the vicinity of the G4 electrode 26. In these cases, the cross-sectional shape of the beam of the electron beam 28 can be substantially elliptical, and the object of the present invention can be achieved. At this time, the short diameter of the rectangular opening 26b or the octagonal opening 26c corresponds to the electron beam beam width direction, and each long diameter corresponds to the electron beam beam length direction.

図7に、本発明に係るX線発生装置の一実施例の概略構成を示す。この図は、本実施例のX線発生装置70の主要構成品の配置例を示したものである。図7において、X線発生装置70の収納容器72内に本発明に係るマイクロフォーカスX線管1が収納されている。収納容器72は金属の板状体から構成された直方体の筐体で、内面の必要な部分には防X線のための鉛板などが貼付されている。この筐体の形状は円筒体などの他の形状でもよい。X線管1は、収納容器72の中央部に固定されている。X線管1の外囲器4の大径部40は金属材料から成り、アース電位であるため、収納容器72の上壁面に直接固定され、回転陽極3の陽極端35は主として絶縁物から成る固定用部材74によって支持されて、収納容器72の下壁面に固定されている。このとき、X線管1のX線放射窓46は、収納容器72の上壁面に直接または近接して配置されるように寸法調整されているため、X線管1の焦点が収納容器72の外表面から近い所に位置することになり、拡大撮影などの際に拡大率を大きくすることが可能となる。また、X線管1の陰極2の給電部76は、収納容器72の左側壁面に向けて配置されている。   FIG. 7 shows a schematic configuration of an embodiment of the X-ray generator according to the present invention. This figure shows an example of the arrangement of main components of the X-ray generator 70 of the present embodiment. In FIG. 7, the microfocus X-ray tube 1 according to the present invention is stored in a storage container 72 of an X-ray generator 70. The storage container 72 is a rectangular parallelepiped casing made of a metal plate-like body, and a lead plate for X-ray prevention or the like is attached to a necessary portion of the inner surface. The shape of the housing may be another shape such as a cylindrical body. The X-ray tube 1 is fixed to the central portion of the storage container 72. Since the large-diameter portion 40 of the envelope 4 of the X-ray tube 1 is made of a metal material and has a ground potential, it is directly fixed to the upper wall surface of the storage container 72, and the anode end 35 of the rotary anode 3 is mainly made of an insulator. It is supported by a fixing member 74 and is fixed to the lower wall surface of the storage container 72. At this time, the X-ray emission window 46 of the X-ray tube 1 is sized and adjusted so as to be disposed directly or close to the upper wall surface of the storage container 72. It is located near the outer surface, and it becomes possible to increase the enlargement ratio at the time of enlargement photography. Further, the power feeding portion 76 of the cathode 2 of the X-ray tube 1 is disposed toward the left wall surface of the storage container 72.

また、収納容器72の右側壁面には高電圧発生回路78が絶縁支持され、左側壁面にはグリッド電圧発生回路80とカソード電極12を加熱するためのヒータ電源回路82が絶縁支持されている。X線管1の陽極側外周には回転陽極を回転させるステータ84が配置されている。収納容器72の内部には各構成品相互間の絶縁をするために絶縁油86が充填されている。この絶縁には、絶縁油86以外にも、他の液状絶縁物や六弗化硫黄(SF)などの気状絶縁物を用いてもよい。また、絶縁油86はX線管1などによって加熱されるので、絶縁油86の膨張、収縮を緩衝するために、収納容器72にはベローズなどの緩衝機構(図示せず)が取り付けられている。 A high voltage generating circuit 78 is insulated and supported on the right wall surface of the storage container 72, and a heater power supply circuit 82 for heating the grid voltage generating circuit 80 and the cathode electrode 12 is insulated and supported on the left wall surface. A stator 84 for rotating the rotating anode is disposed on the outer periphery of the X-ray tube 1 on the anode side. The inside of the storage container 72 is filled with insulating oil 86 to insulate each component. For this insulation, in addition to the insulating oil 86, other liquid insulators or gaseous insulators such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) may be used. Further, since the insulating oil 86 is heated by the X-ray tube 1 or the like, a buffer mechanism (not shown) such as a bellows is attached to the storage container 72 in order to buffer expansion and contraction of the insulating oil 86. .

X線管1の陰極2の給電部76および回転陽極3の陽極端35に、高電圧発生回路78から負の高電圧電位と正の高電圧電位がリード線(図示せず)にて給電されている。また、グリッド電圧発生回路80およびヒータ電源回路82からX線管1の陰極2の給電部76に、4個のグリッド電位、すなわちG1電位、G2電位、G3電位、G4電位と、ヒータ加熱電圧がリード線により給電される。これらの電圧は陰極2のステム19の導入線を通してX線管1の陰極2の電子集束系14に導かれ、図2に示したG1電極20、G2電極22、G3電極24、G4電極26およびカソード電極12に供給される。   A negative high voltage potential and a positive high voltage potential are fed from a high voltage generation circuit 78 to a power feeding portion 76 of the cathode 2 of the X-ray tube 1 and an anode end 35 of the rotary anode 3 through lead wires (not shown). ing. In addition, four grid potentials, that is, G1, G2, G3, and G4 potentials, and heater heating voltage are supplied from the grid voltage generation circuit 80 and the heater power supply circuit 82 to the power feeding unit 76 of the cathode 2 of the X-ray tube 1. Power is supplied through the lead wire. These voltages are led to the electron focusing system 14 of the cathode 2 of the X-ray tube 1 through the introduction line of the stem 19 of the cathode 2, and the G1 electrode 20, G2 electrode 22, G3 electrode 24, G4 electrode 26 and Supplied to the cathode electrode 12.

次に、図8、図9を用いて、高電圧発生回路、グリッド電圧発生回路、ヒータ電源回路について説明する。図8は、高電圧発生回路の一例を示したものである。図示の高電圧発生回路78では、高電圧制御部88と高電圧発生部90を有し、高電圧制御部88には入力電源や高電圧設定部や高電圧検知部や高電圧比較判定部などが含まれ、高電圧発生部90には変圧器92と昇圧回路94などが含まれる。   Next, a high voltage generation circuit, a grid voltage generation circuit, and a heater power supply circuit will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows an example of a high voltage generation circuit. The illustrated high voltage generation circuit 78 includes a high voltage control unit 88 and a high voltage generation unit 90. The high voltage control unit 88 includes an input power supply, a high voltage setting unit, a high voltage detection unit, a high voltage comparison determination unit, and the like. The high voltage generator 90 includes a transformer 92, a booster circuit 94, and the like.

高電圧制御部88では、X線管1に印加する高電圧(X線管電圧)の値を高電圧設定部で設定し、このX線管電圧設定値に基づいて高電圧発生回路78の変圧器92への入力電圧を制御する。図8に示す如く、変圧器92への入力電圧は、交流電源96と整流回路98とインバータ回路100とから成る入力電源部102によって生成される。この入力電源部102は制御回路104によって制御される。また、高電圧制御部88では、高電圧検知部にて高電圧発生回路78で発生する高電圧を抵抗分圧器などで分圧して測定して、実測値として出力し、高電圧比較判定部にて高電圧設定値と高電圧実測値との比較をして、差異の有無を判定し、差異のある場合には両者が一致するように、高電圧設定部を介して、変圧器92の1次側に印加する電圧(入力電源部102の出力電圧)を制御する。   In the high voltage control unit 88, the value of the high voltage (X-ray tube voltage) applied to the X-ray tube 1 is set by the high voltage setting unit, and the transformation of the high voltage generation circuit 78 is performed based on this X-ray tube voltage setting value. The input voltage to the device 92 is controlled. As shown in FIG. 8, the input voltage to the transformer 92 is generated by an input power supply unit 102 including an AC power supply 96, a rectifier circuit 98, and an inverter circuit 100. The input power supply unit 102 is controlled by the control circuit 104. The high voltage control unit 88 divides and measures the high voltage generated by the high voltage generation circuit 78 in the high voltage detection unit with a resistance voltage divider, and outputs the result as an actual measurement value to the high voltage comparison determination unit. Compare the high voltage set value with the actual high voltage value to determine the presence or absence of a difference. If there is a difference, one of the transformers 92 is connected via the high voltage setting unit so that the two match. The voltage applied to the next side (the output voltage of the input power supply unit 102) is controlled.

高電圧制御部88の入力電源部102では、変圧器92の1次側への入力電圧が生成されるが、この入力電圧は交流電源96の出力交流電圧を整流回路98で整流した後インバータ回路100にて高周波(例えば25kHz程度)のパルス電圧に変換されたものである。ここで、インバータ回路100は、制御回路104によってパルス幅変調(PWM)制御(以下、PWM制御と略称する)されている。以下、制御回路104についてはPWM回路ともいう。変圧器92の2次側電圧(E)を上昇するときには、PWM回路104によってインバータ回路100のパルス幅を大きくして、変圧器92の1次側コイルに流れる平均電流を増大させて、1次側電圧(E1)を上昇させる。反対に、2次側電圧(E)を降下させるときにはPWM回路104によってインバータ回路100のパルス幅を小さくして、変圧器92の1次側コイルに流れる平均電流を減少させて、1次側電圧(E1)を降下させる。 The input power supply unit 102 of the high voltage control unit 88 generates an input voltage to the primary side of the transformer 92. This input voltage is an inverter circuit after the output AC voltage of the AC power supply 96 is rectified by the rectifier circuit 98. 100 is converted to a pulse voltage of high frequency (for example, about 25 kHz). Here, the inverter circuit 100 is subjected to pulse width modulation (PWM) control (hereinafter abbreviated as PWM control) by the control circuit 104. Hereinafter, the control circuit 104 is also referred to as a PWM circuit. When increasing the secondary side voltage (E 2 ) of the transformer 92, the PWM circuit 104 increases the pulse width of the inverter circuit 100 to increase the average current flowing in the primary side coil of the transformer 92. Increase the secondary voltage (E 1 ). On the contrary, when the secondary side voltage (E 2 ) is lowered, the PWM circuit 104 reduces the pulse width of the inverter circuit 100 to reduce the average current flowing in the primary side coil of the transformer 92, thereby reducing the primary side voltage. Reduce the voltage (E 1 ).

高電圧発生部90の昇圧回路94としてはコンデンサとダイオードとの組合せから成るコッククロフト・ウオルトン回路方式の倍電圧回路(以下、コッククロフト回路と略称する)94が採用されている。高電圧発生回路78で発生する高電圧の値としては種々の値がとられるが、本実施例の場合、X線管1に印加されるX線管電圧の最大値を150kVとして、陽極側に+75kV、陰極側に−75kVの電圧をそれぞれ印加する中世点接地方式をとっている。   As the booster circuit 94 of the high voltage generator 90, a Cockcroft-Walton circuit type voltage doubler circuit (hereinafter abbreviated as "cockcroft circuit") 94 composed of a combination of a capacitor and a diode is employed. Various values can be taken as the value of the high voltage generated by the high voltage generating circuit 78, but in the present embodiment, the maximum value of the X-ray tube voltage applied to the X-ray tube 1 is set to 150 kV, and the value on the anode side It uses a medieval point grounding system that applies a voltage of + 75kV and -75kV to the cathode side.

図示の例では、コッククロフト回路94は陽極側コッククロフト回路94aと陰極側コッククロフト回路94bとから成り、両者とも4個のコンデンサと4個のダイオードの組合せで構成される。1組のコンデンサとダイオードで発生する電圧の最大値は約18.75kVとしている。コッククロフト回路94におけるコンデンサとダイオードの組数は上記に限定されず、増減してもよいことは言うまでもない。   In the illustrated example, the cock croft circuit 94 includes an anode side cock croft circuit 94a and a cathode side cock croft circuit 94b, both of which are configured by a combination of four capacitors and four diodes. The maximum voltage generated by a pair of capacitors and diodes is approximately 18.75 kV. It goes without saying that the number of sets of capacitors and diodes in the cockcroft circuit 94 is not limited to the above, but may be increased or decreased.

コッククロフト回路94において、変圧器92の2次側の出力電圧をVmとすると、コッククロフト回路94の陽極側コッククロフト回路94aおよび陰極側コッククロフト回路94aの各節点における電圧値は順次Vm、2Vm、3Vm、・・・と増加して行く。ただし、陰極側コッククロフト回路94bでは負の符号である。ここで、最大電圧値は陽極側では+4Vmであるのに対し、陰極側では−4Vmであるので、X線管電圧としては+8Vmとなる。   In the cockcroft circuit 94, when the output voltage on the secondary side of the transformer 92 is Vm, the voltage values at the nodes of the anode side cockcroft circuit 94a and the cathode side cockcroft circuit 94a of the cockcroft circuit 94 are Vm, 2Vm, 3Vm, ... and increase. However, the negative sign is negative in the cathode side cockcroft circuit 94b. Here, the maximum voltage value is +4 Vm on the anode side, whereas it is −4 Vm on the cathode side, so that the X-ray tube voltage is +8 Vm.

高電圧発生部90の変圧器92としては通常巻数比の大きい変圧器が用いられる。変圧器92の1次側と2次側の巻数比を例えば1:100とした場合、コッククロフト回路94から出力されるX線管電圧の最大値を150kVとしたとき、2次側の電圧(E2)の最大値は前述の如く18.75kVとなるので、1次側の電圧(E1)最大値としては187.5Vだけ発生する必要がある。 As the transformer 92 of the high voltage generator 90, a transformer having a large turn ratio is usually used. When the turns ratio of the primary side and the secondary side of the transformer 92 is set to 1: 100, for example, when the maximum value of the X-ray tube voltage output from the cockcroft circuit 94 is 150 kV, the secondary side voltage (E Since the maximum value of 2 ) is 18.75 kV as described above, it is necessary to generate only 187.5 V as the maximum value of the primary side voltage (E 1 ).

図9は、本実施例のX線発生装置70を構成するグリッド電圧発生回路80とヒータ電源回路82の一例を示したものである。図9において、グリッド電圧発生回路80では、陰極2の電子集束系14の4個のグリッド電極に供給される4個のグリッド電位が生成され、ヒータ電源回路82では陰極2のカソード電極12の昇温に用いられるヒータ110を加熱するためのヒータ加熱電圧が生成される。グリッド電圧発生回路80にはG1電極20に供給されるG1電位を生成するG1電位発生回路112、G2電極22に供給されるG2電位を生成するG2電位発生回路114、G3電極24に供給されるG3電位を生成するG3電位発生回路116、G4電極26に供給されるG4電位を生成するG4電位発生回路118が含まれる。   FIG. 9 shows an example of a grid voltage generation circuit 80 and a heater power supply circuit 82 that constitute the X-ray generation device 70 of the present embodiment. In FIG. 9, the grid voltage generation circuit 80 generates four grid potentials to be supplied to the four grid electrodes of the electron focusing system 14 of the cathode 2, and the heater power supply circuit 82 raises the cathode electrode 12 of the cathode 2. A heater heating voltage for heating the heater 110 used for temperature is generated. The grid voltage generation circuit 80 is supplied to the G1 potential generation circuit 112 that generates the G1 potential supplied to the G1 electrode 20, the G2 potential generation circuit 114 that generates the G2 potential supplied to the G2 electrode 22, and the G3 electrode 24 A G3 potential generation circuit 116 that generates the G3 potential and a G4 potential generation circuit 118 that generates the G4 potential supplied to the G4 electrode 26 are included.

図9において、ヒータ電源回路82と、G1電位発生回路112、G2電位発生回路114、G3電位発生回路116、G4電位発生回路118は、ほぼ同じ構成要素から成る。ヒータ電源回路82を取り上げてその構成について説明する。ヒータ電源回路82は交流電源120と電圧調整器122と絶縁変圧器124と整流器126とコンデンサ128などから構成される。ヒータ電源回路82では交流電源120からの交流電圧を電圧調整器122でヒータ加熱電圧として必要な入力電圧値に調整し、絶縁変圧器124にて低電位の1次側とは絶縁した高電位の2次側の電圧として出力し、整流器126およびコンデンサ128にて整流したヒータ加熱電圧とする。本実施例のヒータ加熱電圧としては通常数Vの電圧が使用される。G1電位発生回路112、G2電位発生回路114、G3電位発生回路116およびG4電位発生回路118においても、ヒータ加熱電源82の場合と同様に、G1電位、G2電位、G3電位およびG4電位が生成される。グリッド電位の場合、ヒータ加熱電圧よりも電圧値が高いこと、極性が負の電位もあることなどの点で、ヒータ加熱電圧と異なるところがある。それらの点については構成要素の仕様を変えることや配線での極性の変更などを行えばよい。   In FIG. 9, the heater power supply circuit 82, the G1 potential generation circuit 112, the G2 potential generation circuit 114, the G3 potential generation circuit 116, and the G4 potential generation circuit 118 are composed of substantially the same components. The heater power supply circuit 82 will be taken up and its configuration will be described. The heater power supply circuit 82 includes an AC power supply 120, a voltage regulator 122, an insulation transformer 124, a rectifier 126, a capacitor 128, and the like. In the heater power supply circuit 82, the AC voltage from the AC power supply 120 is adjusted to the required input voltage value as the heater heating voltage by the voltage regulator 122, and the high voltage is insulated from the low potential primary side by the isolation transformer 124. The voltage is output as a secondary voltage, and is a heater heating voltage rectified by the rectifier 126 and the capacitor 128. In general, a voltage of several volts is used as the heater heating voltage in this embodiment. In the G1 potential generation circuit 112, the G2 potential generation circuit 114, the G3 potential generation circuit 116, and the G4 potential generation circuit 118, the G1 potential, the G2, the G3 potential, and the G4 potential are generated as in the case of the heater heating power supply 82. The The grid potential differs from the heater heating voltage in that the voltage value is higher than the heater heating voltage and the polarity is also negative. For these points, it is sufficient to change the specifications of the constituent elements or change the polarity of the wiring.

図9の例では、陰極2のグリッド電極の個数が4個の場合について説明したが、陰極2のグリッド電極の個数が5個以上または3個以下になった場合には、図9のグリッド電圧発生回路において、グリッド電極の個数に対応してグリッド電位発生回路の個数を増減すればよい。   In the example of FIG. 9, the case where the number of grid electrodes of the cathode 2 is four has been described. However, when the number of grid electrodes of the cathode 2 is five or more or three or less, the grid voltage of FIG. In the generation circuit, the number of grid potential generation circuits may be increased or decreased corresponding to the number of grid electrodes.

本発明に係るX線装置は、本発明に係るマイクロフォーカスX線管1を内装するX線発生装置70と、被検体を載置する支持板と、被検体を透過したX線を検知するX線検出器と、X線発生装置70や被検体やX線検出器などを収納する筐体と、X線発生装置70や支持板の位置やX線検出器などの動作を制御する制御器などから構成される。このX線装置では、内装X線管としてマイクロフォーカスX線管1を備えているので、非破壊検査に使用される場合、拡大撮影による被検体の精密検査などに適している。図10に本実施例のX線装置による拡大撮影における配置図の一例を示す。図10において、X線発生装置70に内装されたX線管1と、被検体140と、X線検出器142がX線主放射方向(図示の上下方向)6に配置されている。被検体140はX線透過性のよい材料から成る支持板144によって支持されている。X線管1のターゲット30の上に形成される焦点38から放射されたX線5は被検体140を透過した後、X線検出器142の受光面146に受光される。この受光面146にて、X線5は画像信号に変換され、被検体140の拡大された撮影画像が得られる。   The X-ray apparatus according to the present invention includes an X-ray generator 70 that includes the microfocus X-ray tube 1 according to the present invention, a support plate on which the subject is placed, and an X-ray that detects X-rays that have passed through the subject. X-ray detector, X-ray generator 70, housing for subject, X-ray detector, etc., controller for controlling the position of X-ray generator 70, support plate and X-ray detector, etc. Consists of Since this X-ray apparatus includes the microfocus X-ray tube 1 as an internal X-ray tube, when used for nondestructive inspection, it is suitable for precise inspection of a subject by magnified imaging. FIG. 10 shows an example of a layout diagram in enlarged photographing by the X-ray apparatus of the present embodiment. In FIG. 10, the X-ray tube 1, the subject 140, and the X-ray detector 142 housed in the X-ray generator 70 are arranged in the X-ray main radiation direction (vertical direction in the drawing) 6. The subject 140 is supported by a support plate 144 made of a material having good X-ray transparency. X-rays 5 radiated from the focal point 38 formed on the target 30 of the X-ray tube 1 are transmitted through the subject 140 and then received by the light receiving surface 146 of the X-ray detector 142. On the light receiving surface 146, the X-ray 5 is converted into an image signal, and an enlarged photographed image of the subject 140 is obtained.

X線管1の焦点38から被検体140までの距離をA、被検体140からX線検出器142の受光面146までの距離をBとした場合、被検体140の撮影画像の幾何学的拡大率Mは(A+B)/Aとなる。本発明では、前述の如く、X線管1を中性点接地方式としたことにより、X線管1の焦点38と外囲器4のX線放射窓46との間の距離を大幅に短くすることができるため、焦点38と被検体140との間の距離を従来に比べて大幅に小さくすることが可能となった。その結果、撮影画像の幾何学的拡大率Mも従来に比べて大きくすることが可能となり、被検体140の微細部分の精密な検査を行うことができるようになった。   When the distance from the focal point 38 of the X-ray tube 1 to the subject 140 is A, and the distance from the subject 140 to the light receiving surface 146 of the X-ray detector 142 is B, the geometric enlargement of the captured image of the subject 140 The rate M is (A + B) / A. In the present invention, as described above, since the X-ray tube 1 is of the neutral point grounding system, the distance between the focal point 38 of the X-ray tube 1 and the X-ray radiation window 46 of the envelope 4 is significantly shortened. Therefore, the distance between the focal point 38 and the subject 140 can be significantly reduced as compared with the conventional case. As a result, the geometric magnification ratio M of the photographed image can be increased as compared with the prior art, and a fine inspection of the subject 140 can be performed accurately.

また、本発明のマイクロフォーカスX線管1では、電子線のビームの断面形状をほぼ楕円形にしたことにより、ほぼ円形の実効焦点を得ることができ、かつ、実焦点の長さ寸法を大きくすることができたので、撮影画像の全ての方向で偏りのない解像度をもつ実効焦点が得られ、かつX線量を増加することができた。その結果、上記の拡大撮影において、方向によって解像度に偏りのない撮影画像が得られるとともに、より高拡大率の拡大撮影も可能となった。   Also, in the microfocus X-ray tube 1 of the present invention, the cross-sectional shape of the electron beam beam is made almost elliptical, so that a substantially circular effective focus can be obtained and the length of the actual focus is increased. As a result, an effective focus with an unbiased resolution was obtained in all directions of the captured image, and the X-ray dose could be increased. As a result, in the above-described magnified photographing, a photographed image with no bias in resolution depending on the direction can be obtained, and magnified photographing with a higher magnification ratio can be performed.

本発明に係るマイクロフォーカスX線管の一実施例の全体構造図。1 is an overall structural diagram of an embodiment of a microfocus X-ray tube according to the present invention. 図1の陰極の主要部の構造を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the structure of the main part of the cathode in FIG. 図1の陰極の動作を説明するための図。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the cathode of FIG. 電子線の断面形状と実効焦点の形状との関係を説明するための図。The figure for demonstrating the relationship between the cross-sectional shape of an electron beam, and the shape of an effective focus. 本実施例のX線管における電子線の軌道計算例。An example of electron beam trajectory calculation in the X-ray tube of the present embodiment. G4電極の開口の他の例。Another example of G4 electrode opening. 本発明に係るX線発生装置の主要構成品の配置例。The example of arrangement | positioning of the main components of the X-ray generator which concerns on this invention. 高電圧発生回路の一例。An example of a high voltage generation circuit. グリッド電圧発生回路とヒータ電源回路の一例。An example of a grid voltage generation circuit and a heater power supply circuit. 本発明に係るX線装置による拡大撮影における配置図の一例。An example of the layout in the expansion imaging | photography with the X-ray apparatus which concerns on this invention. CRT用電子銃で最も基本的なIn-line型電子銃の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the most basic in-line type electron gun in the electron gun for CRT. 従来のマイクロフォーカスX線管の陰極構造の一例。An example of a cathode structure of a conventional microfocus X-ray tube.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・マイクロフォーカスX線管(X線管)
2・・・陰極
3・・・陽極(回転陽極)
4・・・外囲器
5・・・X線
12・・・カソード電極
12a・・・電子線放射面
14・・・電子集束系
16・・・カソード支持体
18・・・電子集束系絶縁体
19・・・ステム
20・・・第1グリッド電極(G1電極)
20a・・・G1電極の開口
22・・・第2グリッド電極(G2電極)
22a・・・G2電極の開口
24・・・第3グリッド電極(G3電極)
24a・・・G3電極の開口
26・・・第4グリッド電極(G4電極)
26a、26b、26c・・・G4電極の開口
28・・・電子線
30・・・ターゲット
36・・・傾斜面
38・・・焦点(実焦点)
40・・・大径部
42・・・陽極絶縁部
44・・・陰極絶縁部
46・・・X線放射窓
48・・・回転陽極の中心軸
50・・・カソードレンズ
52・・・プリフォーカスレンズ
54・・・主レンズ
56・・・実効焦点
58・・・ターゲット角度
70・・・X線発生装置
72・・・収納容器
78・・・高電圧発生回路
80・・・グリッド電圧発生回路
82・・・ヒータ電源回路
88・・・高電圧制御部
90・・・高電圧発生部
92・・・変圧器
94・・・昇圧回路(コッククロフト回路)
94a・・・陽極側コッククロフト回路
94b・・・陰極側コッククロフト回路
96・・・交流電源
98・・・整流回路
100・・・インバータ回路
102・・・入力電源部
104・・・制御回路(PWM回路)
1 ... Microfocus X-ray tube (X-ray tube)
2 ... Cathode
3 ... Anode (rotary anode)
4 ... Envelope
5 ... X-ray
12 ... Cathode electrode
12a ・ ・ ・ Electron beam emitting surface
14 ... Electron focusing system
16 ... Cathode support
18 ... Electronic focusing insulator
19 ... Stem
20 ... 1st grid electrode (G1 electrode)
20a ・ ・ ・ G1 electrode opening
22 ・ ・ ・ Second grid electrode (G2 electrode)
22a ・ ・ ・ G2 electrode opening
24 ・ ・ ・ 3rd grid electrode (G3 electrode)
24a ・ ・ ・ G3 electrode opening
26 ・ ・ ・ 4th grid electrode (G4 electrode)
26a, 26b, 26c ・ ・ ・ G4 electrode opening
28 ... Electron beam
30 ・ ・ ・ Target
36 ... Inclined surface
38 ・ ・ ・ Focus (actual focus)
40 ... large diameter part
42 ... Anode insulation
44 ・ ・ ・ Cathode insulation
46 ・ ・ ・ X-ray emission window
48 ・ ・ ・ Center axis of rotating anode
50 ... Cathode lens
52 ・ ・ ・ Prefocus lens
54 ... Main lens
56: Effective focus
58 ・ ・ ・ Target angle
70 ・ ・ ・ X-ray generator
72 ・ ・ ・ Storage container
78 ・ ・ ・ High voltage generator
80 ・ ・ ・ Grid voltage generator
82 ... Heater power circuit
88 ・ ・ ・ High voltage controller
90 ・ ・ ・ High voltage generator
92 ... Transformer
94 ... Booster circuit (cockcroft circuit)
94a ・ ・ ・ Anode-side cockcroft circuit
94b: Cathode side cockcroft circuit
96 ・ ・ ・ AC power supply
98 ... Rectifier circuit
100 ・ ・ ・ Inverter circuit
102 ... Input power supply
104 ... Control circuit (PWM circuit)

Claims (3)

電子線を放出するカソード電極と、電子線を細いビームに集束するために電子線の経路に配置される複数個のグリッド電極とを有する陰極と、電子線の衝突によりX線を発生させるターゲットを有する陽極と、陰極と陽極とを真空気密に封止し、ターゲットで発生したX線を外部に放射するX線放射窓を有する外囲器とから構成され、複数個のグリッド電極はそれぞれ電子線を通過させるための開口を有し、グリッド電極のそれぞれにカソード電極を基準とするグリッド電位を印加することにより微小焦点を得るマイクロフォーカスX線管において、前記グリッド電極のうちの少なくとも1個のグリッド電極の開口の形状を楕円形または楕円形に近似される形状とし、前記電子線のビームの断面形状を大略楕円形としたことを特徴とするマイクロフォーカスX線管。   A cathode having a cathode electrode that emits an electron beam, a plurality of grid electrodes arranged in the path of the electron beam to focus the electron beam into a narrow beam, and a target that generates X-rays by collision of the electron beam And an envelope having an X-ray emission window that seals the cathode and the anode in a vacuum-tight manner and radiates X-rays generated at the target to the outside. In a microfocus X-ray tube that has an aperture for passing light and obtains a micro focus by applying a grid potential based on a cathode electrode to each grid electrode, at least one grid of the grid electrodes The shape of the opening of the electrode is an ellipse or a shape that approximates an ellipse, and the cross-sectional shape of the beam of the electron beam is approximately an ellipse. Carcass X-ray tube. 微小焦点を有するマイクロフォーカスX線管(以下、X線管と略称する)と、X線管の陰極と陽極との間に高電圧を供給する高電圧発生回路と、X線管の陰極の複数個のグリッド電極にグリッド電圧を供給するグリッド電圧発生回路と、X線管の電極を絶縁支持する電極絶縁支持部と、X線管と高電圧発生回路とグリッド電圧発生回路と電極絶縁支持部を内包し、支持する筐体と、筐体内に充填され、X線管およびその他の構成要素を浸漬し、絶縁する絶縁媒体と、絶縁媒体の膨張、収縮を緩衝するために筐体に取り付けられた緩衝機構を含むX線発生装置において、前記X線管が請求項1記載のマイクロフォーカスX線管であることを特徴とするX線発生装置。   A microfocus X-ray tube having a micro focus (hereinafter abbreviated as X-ray tube), a high voltage generating circuit for supplying a high voltage between the cathode and anode of the X-ray tube, and a plurality of cathodes of the X-ray tube A grid voltage generation circuit for supplying a grid voltage to each grid electrode, an electrode insulation support for insulating and supporting the electrodes of the X-ray tube, an X-ray tube, a high voltage generation circuit, a grid voltage generation circuit, and an electrode insulation support Enclosed and supporting housing, filled in the housing, immersed in the X-ray tube and other components, insulated, and attached to the housing to buffer the expansion and contraction of the insulating medium 2. An X-ray generator including a buffer mechanism, wherein the X-ray tube is the microfocus X-ray tube according to claim 1. X線を発生するX線発生装置と、X線発生装置から発生し、被検体を透過したX線を検出するX線検出装置と、X線検出装置から出力される検出X線量に対応する信号に基づいて被検体のX線画像を作成する画像形成装置と、X線発生装置、X線検出装置および画像形成装置を制御する制御装置を有するX線装置において、前記X線発生装置が請求項2記載のX線発生装置であることを特徴とするX線装置。   An X-ray generator that generates X-rays, an X-ray detector that detects X-rays generated from the X-ray generator and transmitted through the subject, and a signal corresponding to the detected X-ray dose output from the X-ray detector An X-ray apparatus having an image forming apparatus that creates an X-ray image of a subject based on the above, and an X-ray generation apparatus, an X-ray detection apparatus, and a control device that controls the image forming apparatus. An X-ray apparatus according to 2, wherein the X-ray generator is described above.
JP2004356330A 2004-12-09 2004-12-09 Microfocus x-ray tube and x-ray device using it Pending JP2006164819A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004356330A JP2006164819A (en) 2004-12-09 2004-12-09 Microfocus x-ray tube and x-ray device using it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004356330A JP2006164819A (en) 2004-12-09 2004-12-09 Microfocus x-ray tube and x-ray device using it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006164819A true JP2006164819A (en) 2006-06-22

Family

ID=36666579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004356330A Pending JP2006164819A (en) 2004-12-09 2004-12-09 Microfocus x-ray tube and x-ray device using it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006164819A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681181A (en) * 2013-11-26 2014-03-26 无锡日联科技有限公司 Cathode electron gun used for microfocus X ray tube
JP2015073725A (en) * 2013-10-09 2015-04-20 株式会社東芝 Medical image diagnostic apparatus and focal size calibration method
CN105047509A (en) * 2015-07-24 2015-11-11 中国科学院电工研究所 Focusing device for large-beam-current electronic beam targeting X-ray source with micro beams
JP2016539483A (en) * 2013-09-18 2016-12-15 清華大学Tsinghua University X-ray apparatus and CT device having the X-ray apparatus
CN108231527A (en) * 2018-01-19 2018-06-29 上海极优威光电科技有限公司 A kind of uniform projection-type electro-optic structure
CN108447754A (en) * 2018-04-18 2018-08-24 东南大学 A kind of the cold cathode X-ray tube gate structure and production method of high electron penetration rate
US10923307B1 (en) 2020-04-13 2021-02-16 Hamamatsu Photonics K.K. Electron beam generator
US11101098B1 (en) 2020-04-13 2021-08-24 Hamamatsu Photonics K.K. X-ray generation apparatus with electron passage
US11145481B1 (en) 2020-04-13 2021-10-12 Hamamatsu Photonics K.K. X-ray generation using electron beam
JP2021532547A (en) * 2018-07-26 2021-11-25 シグレイ、インコーポレイテッド High-intensity X-ray reflector
EP4325545A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-21 incoatec GmbH X-ray tube with flexible intensity adjustment

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016539483A (en) * 2013-09-18 2016-12-15 清華大学Tsinghua University X-ray apparatus and CT device having the X-ray apparatus
JP2015073725A (en) * 2013-10-09 2015-04-20 株式会社東芝 Medical image diagnostic apparatus and focal size calibration method
CN103681181A (en) * 2013-11-26 2014-03-26 无锡日联科技有限公司 Cathode electron gun used for microfocus X ray tube
CN105047509A (en) * 2015-07-24 2015-11-11 中国科学院电工研究所 Focusing device for large-beam-current electronic beam targeting X-ray source with micro beams
CN108231527A (en) * 2018-01-19 2018-06-29 上海极优威光电科技有限公司 A kind of uniform projection-type electro-optic structure
CN108231527B (en) * 2018-01-19 2022-06-14 上海极优威光电科技有限公司 Uniform projection type electronic optical structure
CN108447754A (en) * 2018-04-18 2018-08-24 东南大学 A kind of the cold cathode X-ray tube gate structure and production method of high electron penetration rate
JP2021532547A (en) * 2018-07-26 2021-11-25 シグレイ、インコーポレイテッド High-intensity X-ray reflector
JP7117452B2 (en) 2018-07-26 2022-08-12 シグレイ、インコーポレイテッド High brightness reflection type X-ray source
US10923307B1 (en) 2020-04-13 2021-02-16 Hamamatsu Photonics K.K. Electron beam generator
WO2021210256A1 (en) 2020-04-13 2021-10-21 浜松ホトニクス株式会社 X-ray generator and x-ray generation method
US11145481B1 (en) 2020-04-13 2021-10-12 Hamamatsu Photonics K.K. X-ray generation using electron beam
US11101098B1 (en) 2020-04-13 2021-08-24 Hamamatsu Photonics K.K. X-ray generation apparatus with electron passage
KR20220166782A (en) 2020-04-13 2022-12-19 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 X-ray generator and method of generating X-rays
EP4325545A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-21 incoatec GmbH X-ray tube with flexible intensity adjustment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6480572B2 (en) Dual filament, electrostatically controlled focal spot for x-ray tubes
US8477908B2 (en) System and method for beam focusing and control in an indirectly heated cathode
US9653248B2 (en) X-ray tube
JP2007165236A (en) Microfocus x-ray tube and x-ray apparatus using the same
JP6264145B2 (en) X-ray generator
JP4619176B2 (en) Microfocus X-ray tube
US9431206B2 (en) X-ray generation tube, X-ray generation device including the X-ray generation tube, and X-ray imaging system
JP2009158138A (en) X-ray tube and x-ray ct device
JP2006164819A (en) Microfocus x-ray tube and x-ray device using it
JP2016103451A (en) X-ray generation tube, x-ray generation device, and radiography system
JP4338352B2 (en) X-ray tube and X-ray apparatus using the same
JP4526113B2 (en) Microfocus X-ray tube and X-ray apparatus using the same
WO2006009053A1 (en) Fixed anode x-ray tube, x-ray inspection device using the same, and x-ray irradiation device
JP2007149601A (en) X-ray tube and the x-ray inspection device using it
JP2015023031A (en) X-ray testing device for material testing and method for generation of high-resolution projection of test object by means of x-ray beam
JP2007141595A (en) X-ray tube and x-ray device using it
JP6821304B2 (en) Electron gun, X-ray generator, X-ray generator and radiography system
TWI732319B (en) X-ray generator, X-ray imaging system, and X-ray focus diameter adjustment method
JP2012004060A (en) X-ray source and adjusting apparatus and method for the same
JP2005038825A5 (en)
US20150036801A1 (en) Radiation generating apparatus and radiation imaging system
JP2018060621A (en) X-ray tube
JP4091217B2 (en) X-ray tube
JP5574672B2 (en) X-ray tube device and X-ray device
JP7367165B2 (en) X-ray generator tube, X-ray generator and X-ray imaging system