JP2018181416A

JP2018181416A - イメージ管装置

Info

Publication number: JP2018181416A
Application number: JP2017073653A
Authority: JP
Inventors: 豊雄山本; Toyoo Yamamoto; 紀代美能; Kiyomi No
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】イオンポンプのアノード側電極とカソード側電極との電位差をイオンポンプが動作する適正範囲内に収めるとともに、Ｇ３電極とイオンポンプのアノード電極との電位差を放電が抑制できる電位差に収めることができるイメージ管装置を提供する。
【解決手段】イメージ管装置10は、イメージ管11、イオンポンプ12およびイオンポンプ駆動部13を備える。イオンポンプ12は、真空外囲器16内の他端側に配設されるアノード側電極33およびカソード側電極34を有する。イオンポンプ駆動部13は、Ｇ３電極30およびアノード電極27に接続され、イオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に一定の電位差の電圧を印加するとともに、Ｇ３電極30に印加される電圧の変動に追従してイオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧を変動させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、イオンポンプを備えたイメージ管装置に関する。

放射線を検出して可視光像を出力するイメージ管がある。イメージ管としては、被写体を透過したＸ線像を入力して可視光像を出力するＸ線イメージ管がある。

Ｘ線イメージ管は、入力窓および出力面を有する真空外囲器内に、入力面、複数の電子レンズ電極およびアノード電極を有する電子レンズ、およびイオンポンプが組み込まれた構造をしている。

一般的なＸ線イメージ管の動作原理は、外部からＸ線を入力面に入射すると、入力面でＸ線を電子に変換して放出し、この電子を電子レンズで加速、集束させて出力面に入射させ、出力面で可視光像として結像し、外部に出力している。

電子レンズの各電極および出力面には電子の加速、集束のための電圧が印加されている。一般的にアノード電極および出力面には３０ｋＶの電圧が印加され、アノード電極に最も近い電子レンズ電極（以下、Ｇ３電極という）には３ｋＶ〜１０ｋＶ程度の電圧が印加される。そのＧ３電極に印加する電圧が大幅に変化しているのは、低電圧側では入力面の広い範囲を出力面に映し、高電圧側では入力面の中央部の狭い範囲を出力面に映すことができるように調節するためである。そして、入力面のサイズいっぱいの広範囲を出力面に映すことを標準モード、これに対して、入力面中央部の狭い範囲を出力面に拡大して写すことを拡大モードと呼んでいる。

また、イオンポンプは、アノード側電極およびカソード側電極を有し、これらアノード側電極とカソード側電極との間に所定の電位差の電圧が印加されることによって動作する。そして、イオンポンプを動作させるイオンポンプ駆動部においては、イオンポンプに電圧を印加するのに、Ｇ３電極に供給する電源を共用するようにしたものがある。

ところで、電子レンズ電極に印加する電圧をより高くすれば拡大率を大きくすることができる。Ｇ３電極の電圧をアノード電極の電圧の３０ｋＶまで近付けていくと、拡大率の上昇は徐々に緩やかになり最後には飽和する。よって、意味のあるＧ３電極の電圧の高圧化はアノード電極の電圧の３０ｋＶまでである。現在は、Ｇ３電極の電圧は約１０ｋＶであるため、３０ｋＶまで高くすることにより画像をより拡大できる余地がある。

しかし、Ｇ３電極の電圧を３０ｋＶまで高くすると、そのＧ３電極に供給される電源を共用するイオンポンプ駆動部においては、イオンポンプのアノード側電極とカソード側電極との間の電位差をイオンポンプが動作する１ｋＶ〜４ｋＶの適正範囲内に収まらなくなる。すなわち、標準モードでアノード側電極とカソード側電極との間の電位差が足りなくなるか、最大の拡大モードでアノード側電極とカソード側電極との間の電位差が過大になる。

また、イオンポンプへの過大な供給電圧を解決するために、イオンポンプのアノード側電極をＧ３電極に接続する代わりに真空外囲器のガラスバルブに設けた端子部を通じて管球外部の専用電源に接続して、常に３ｋＶ程度の電圧を印加する方法も考えられる。だが、この場合、Ｇ３電極の電圧を高くしたとき、Ｇ３電極とイオンポンプのアノード側電極が接続されているガラスバルブの端子部との電位差が大きくなるため、Ｇ３電極と端子部が設けられたガラスバルブとの間で放電が発生し、この放電が原因で出力面が異常発光してしまう。

また、イオンポンプのカソード側電極にＧ３電極の電圧に連動してマイナス３ｋＶ程度の電圧を発生する専用電源を接続することが考えられるが、このような電圧制御をする専用電源を追加するのは大幅なコストアップを伴う。

特開２０００−２５１８０９号公報

本発明が解決しようとする課題は、イオンポンプを動作させるための専用電源を用いることなく、イオンポンプのアノード側電極とカソード側電極との電位差をイオンポンプが動作する適正範囲内に収めるとともに、アノード電極に最も近い電子レンズ電極とイオンポンプのアノード電極との電位差を放電が抑制できる電位差に収めることができるイメージ管装置を提供することである。

本実施形態のイメージ管装置は、イメージ管、イオンポンプおよびイオンポンプ駆動部を備える。イメージ管は、真空外囲器、真空外囲器の一端側から入射した放射線を電子に変換する入力面、入力面から真空外囲器の他端側へ向けて電子を加速および集束する複数の電子レンズ電極およびアノード電極、真空外囲器の他端側に設けられ電子を可視光像に変換して出力する出力面を有する。イオンポンプは、真空外囲器内の他端側に配設されるアノード側電極およびカソード側電極を有する。イオンポンプ駆動部は、アノード電極に最も近い電子レンズ電極およびアノード電極に接続され、イオンポンプのアノード側電極およびカソード側電極に一定の電位差の電圧を印加するとともに、アノード電極に最も近い電子レンズ電極に印加される電圧の変動に追従してイオンポンプのアノード側電極およびカソード側電極に印加する電圧を変動させる。

一実施形態を示すイメージ管装置のイオンポンプおよびイオンポンプ駆動部の概略構成図である。同上イメージ管装置の概略断面図である。同上イオンポンプ駆動部におけるＧ３電極の電圧とイオンポンプの電極の電圧との関係を示すグラフである。比較例のイメージ管装置のイオンポンプおよびイオンポンプ駆動部の概略構成図である。比較例のイメージ管装置におけるＧ３電極の電圧とイオンポンプの電極の電圧との関係を示すグラフである。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図２にイメージ管装置を示す。イメージ管装置（Ｘ線イメージ管装置）10は、イメージ管11、このイメージ管11に設けられたイオンポンプ12、およびこのイオンポンプ12を動作させるイオンポンプ駆動部13を備えている。

イメージ管11は、被写体を透過した放射線としてのＸ線を入力して可視光像を出力するＸ線イメージ管である。イメージ管11は、真空外囲器16を備えているとともに、この真空外囲器16内に設けられた入力面17および複数の電極18を備えている。

真空外囲器16は、円筒状の金属外囲器20を有し、この金属外囲器20の一端側に入力窓21が設けられ、金属外囲器20の他端側に絶縁外囲器であるガラス外囲器（ガラスバルブ）22が設けられ、このガラス外囲器22の中央部に出力面23が設けられている。

入力面17は、入力窓21から入射するＸ線を電子に変換して放出する。すなわち、入力面17に形成されている蛍光体でＸ線を光に変換するとともに、蛍光体の表面に形成されている光電面で光を電子に変換して放出する。

電極18は、入力面17から放出される電子を出力面23へ向けて加速、集束する複数の電子レンズ電極26およびアノード電極27を有している。電子レンズ電極26は、電子の進行方向に沿って配設されるＧ１電極28、Ｇ２電極29、およびＧ３電極30を備えている。アノード電極27は、出力面23の周囲に配設されている。なお、Ｇ３電極30が、アノード電極27に最も近い電子レンズ電極26である。

各電極18には、イメージ管11の外部に配置される図示しない電源装置からそれぞれ所定の電圧が印加される。一例として、入力面17には０Ｖ、Ｇ１電極28には０．２ｋＶ、Ｇ２電極29には１ｋＶ、Ｇ３電極30には３ｋＶ〜３０ｋＶ、アノード電極27および出力面23には３０ｋＶの電圧がそれぞれ印加される。

出力面23は、電極18によって加速、集束された電子を入射し、電子を可視光像に変換して可視光像を結像し、外部に出力する。

そして、イメージ管11は、被写体を透過したＸ線を入力面17に入射すると、入力面17でＸ線を電子に変換して放出し、この電子を電子レンズ電極26で加速、集束させて出力面23に入射させ、出力面23で可視光像として結像し、外部に出力する。

Ｇ３電極30に印加する電圧を変動させることにより、出力面23に映し出される画像を広角画像としたり拡大画像とすることができる。Ｇ３電極30に印加する電圧を低電圧側に設定することにより入力面17の広い範囲が出力面23に映し出され、高電圧側に設定することにより入力面17の中央部の狭い範囲が出力面23に映し出される。そして、入力面17のサイズいっぱいの広範囲を出力面23に映すことを標準モード、入力面17の狭い範囲を出力面23に拡大して写すことを拡大モードという。

また、図１に示すように、イオンポンプ12は、真空外囲器16内であってガラス外囲器22の内側に配置されるアノード側電極33およびカソード側電極34を有しているとともに、真空外囲器16の外側であってガラス外囲器22の外側に配置されてアノード側電極33およびカソード側電極34に所定の磁場を付与する磁石35が配設されている。そして、イオンポンプ12は、イオンポンプ駆動部13によりアノード側電極33とカソード側電極34との間に所定の電位差の電圧を印加することによって動作する。そして、イオンポンプ12が動作するアノード側電極33とカソード側電極34との間の電位差は、１ｋＶ〜４ｋＶを適正範囲としている。

また、図１にイオンポンプ駆動部13を示す。図１において、38はＧ３電極30に３ｋＶ〜３０ｋＶの電圧を印加する電源部であり、39はアノード電極27および出力面23に３０ｋＶの電圧を印加する電源部である。

イオンポンプ駆動部13は、専用電源を使用せず、電源部38からＧ３電極30に供給される電源および電源部39からアノード電極27に供給する電源を使用してイオンポンプ12を動作させる。

イオンポンプ駆動部13は、直列に接続された第１のブリーダ抵抗41および第２のブリーダ抵抗42を備えている。

第１のブリーダ抵抗41は、中間端子を介して接続された２つの抵抗部R1，R2を備えている。第１のブリーダ抵抗41の一端（一方の抵抗部R1の一端）がアノード電極27に接続され、他端（他方の抵抗部R2の他端）がＧ３電極30に接続され、中間端子がイオンポンプ12のアノード側電極33に接続されている。第１のブリーダ抵抗41の中間端子とイオンポンプ12のアノード側電極33とは、ガラス外囲器22に設けられたアノード側端子43を介して接続されている。

第２のブリーダ抵抗42は、中間端子を介して接続された２つの抵抗部R3，R4を備えている。第２のブリーダ抵抗42の一端（一方の抵抗部R3の一端）がＧ３電極30に接続され、他端（他方の抵抗部R4の他端）がグランド（ＧＮＤ端子）に接続され、中間端子がイオンポンプ12のカソード側端子34に接続されている。第２のブリーダ抵抗42の中間端子とイオンポンプ12のカソード側端子34とは、ガラス外囲器22に設けられたカソード側端子44を介して接続されている。

第１のブリーダ抵抗41の中間端子および第２のブリーダ抵抗42の中間端子は、それぞれ抵抗部R1，R2の抵抗値および抵抗部R3，R4の抵抗値に応じた電圧を発生し、これら電圧をイオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34にそれぞれ印加する。

第１のブリーダ抵抗41の抵抗値と第２のブリーダ抵抗42の抵抗値との比率により、イオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧の電位差が設定される。なお、イオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧の電位差は例えば３ｋＶに設定される。

第１のブリーダ抵抗41の抵抗値と第２のブリーダ抵抗42の抵抗値とは異なっていても構わないが、第１のブリーダ抵抗41の抵抗部R1，R2の抵抗値の比率と第２のブリーダ抵抗42の抵抗部R3，R4の抵抗値の比率とは同じに設定される。例えば、第１のブリーダ抵抗41の抵抗部R1の抵抗値を１８００ＭΩ、抵抗部R2の抵抗値を２００ＭΩとし、抵抗部R2と抵抗部R1との抵抗値の比率が１：９に設定されたら、第２のブリーダ抵抗42の抵抗部R3の抵抗値を１００ＭΩ、抵抗部R4の抵抗値を９００ＭΩというように、抵抗部R3と抵抗部R4との抵抗値の比率が同じ１：９に設定される。さらに、各ブリーダ抵抗41，42の抵抗値の小さい抵抗部R2，R3がＧ３電極30に接続され、各ブリーダ抵抗41，42の抵抗値の大きい抵抗部R1，R4がアノード電極27、グラウンド（ＧＮＤ端子）に接続される。

そして、イオンポンプ駆動部13によってイオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に電圧を印加することにより、イオンポンプ12が動作し、イメージ管11の真空外囲器16内の真空度を維持する。

このとき、イオンポンプ駆動部13は、Ｇ３電極30に接続され、電源部38からＧ３電極30に供給される電源を使用しているため、イメージ管11の標準モードと拡大モードを切り換えるためにＧ３電極30の電圧を変動させると、イオンポンプ駆動部13に供給される電圧も変動する。

そのため、イオンポンプ駆動部13の第１のブリーダ抵抗41および第２のブリーダ抵抗42に供給される電圧が変化し、これら第１のブリーダ抵抗41および第２のブリーダ抵抗42からイオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧も変動する。

図３のグラフには、Ｇ３電極30の電圧を０Ｖから３０ｋＶまで変動させた場合に、イオンポンプ駆動部13からイオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧の変動を示す。図３では、第１のブリーダ抵抗41の抵抗値と第２のブリーダ抵抗42の抵抗値との比率により、イオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧の電位差を３ｋＶに設定した場合を示す。

図３のグラフに示すように、Ｇ３電極30に印加する電圧を変動させると、第１のブリーダ抵抗41からイオンポンプ12のアノード側電極33に印加する電圧と第２のブリーダ抵抗42からイオンポンプ12のカソード側電極34に印加する電圧とが均等に変動する。これは、第１のブリーダ抵抗41の抵抗部R1，R2の抵抗値の比率と第２のブリーダ抵抗42の抵抗部R3，R4の抵抗値の比率とは同じに設定されていることによる。そのため、Ｇ３電極30に印加する電圧を０Ｖ〜３０ｋＶまで変動させても、アノード側電極33とカソード側電極34との間の電位差は常に３ｋＶの一定値に保たれる。したがって、イオンポンプ12のアノード側電極33とカソード側電極34との電位差は、イオンポンプ12が動作する１ｋＶ〜４ｋＶの適正範囲内に保たれる。

ここで、図４に比較例のイオンポンプ駆動部13を示す。比較例のイオンポンプ駆動部13では、１つのブリーダ抵抗50を用い、このブリーダ抵抗50の一端がＧ３電極30に接続され、他端がグランドに接続され、中間端子がイオンポンプ12のカソード側電極34に接続されている。イオンポンプ12のアノード側電極33はＧ３電極30に接続されている。

比較例のイオンポンプ駆動部13の構成では、図５に示すように、イメージ管11の標準モードと拡大モードを切り換えるためにＧ３電極30の電圧を変動させると、イオンポンプ12のアノード側電極33およびカソード側電極34に印加する電圧も変動する。しかし、Ｇ３電極30の電圧をアノード電極27の電圧付近まで高める拡大モードに設定すると、イオンポンプ12のアノード側電極33とカソード側電極34との電位差が増大する。この電位差が１ｋＶ〜４ｋＶの適正範囲を超え、イオンポンプ12を適正に動作できなくなる。なお、図５には電位差が１ｋＶ〜４ｋＶの適正範囲と、この適正範囲に対応してイオンポンプ12を使用可能なＧ３電極30の電圧の使用範囲とを示す。

それに対して、本実施形態のイオンポンプ駆動部13では、Ｇ３電極30の電圧をアノード電極27の電圧付近まで高める拡大モードに設定しても、イオンポンプ12のアノード側電極33とカソード側電極34との電位差をイオンポンプ12が動作する１ｋＶ〜４ｋＶの適正範囲内に収まる。

また、本実施形態のイオンポンプ駆動部13は、アノード側電極33とカソード側電極34との間の電位差が３ｋＶになるように第１のブリーダ抵抗41の抵抗値と第２のブリーダ抵抗42の抵抗値との比率を設定とている場合、Ｇ３電極30に印加する電圧を０Ｖ〜３０ｋＶまで変動させても、イオンポンプ12のアノード側電極33の電圧とＧ３電極30の電圧との電位差は０Ｖ〜３ｋＶに収まる。

イオンポンプ12のアノード側電極33の電圧とＧ３電極30の電圧との電位差は１０ｋＶ以上ないと、通常、放電は観察されないため、イオンポンプ12での放電を専用電源に頼ることなく抑えることができる。

以上のように、本実施形態のイメージ管装置10によれば、イオンポンプ駆動部13がＧ３電極30に供給する電源を使用する構成でありながら、Ｇ３電極30の電圧をアノード電極27の電圧付近まで高める拡大モードに設定しても、イオンポンプ12のアノード側電極33とカソード側電極34との電位差をイオンポンプ12が動作する１ｋＶ〜４ｋＶの適正範囲内に収めることができ、さらに、イオンポンプ12のアノード側電極33の電圧とＧ３電極30の電圧との電位差も放電の発生を抑制できる電位差に収めることができる。

そのため、２つのブリーダ抵抗41，42を用いるだけで、イオンポンプ12を動作させるための専用電源を追加するような大幅な価格の上昇を招くことがなく、さらに、イオンポンプ12の付近での放電を抑制して正常な出力画像を提供できる。

なお、イメージ管装置10は、Ｘ線イメージ管11を備える場合に限らず、他の放射線を検出して画像を出力するイメージ管を備えたものでもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 イメージ管装置
11 イメージ管
12 イオンポンプ
13 イオンポンプ駆動部
16 真空外囲器
17 入力面
23 出力面
26 電子レンズ電極
27 アノード電極
33 アノード側電極
34 カソード側電極
41 第１のブリーダ抵抗
42 第２のブリーダ抵抗
R1，R2，R3，R4 抵抗部

Claims

真空外囲器、この真空外囲器の一端側から入射した放射線を電子に変換する入力面、この入力面から前記真空外囲器の他端側へ向けて前記電子を加速および集束する複数の電子レンズ電極およびアノード電極、前記真空外囲器の他端側に設けられ前記電子を可視光像に変換して出力する出力面を有するイメージ管と、
前記真空外囲器内の他端側に配設されるアノード側電極およびカソード側電極を有するイオンポンプと、
前記アノード電極に最も近い前記電子レンズ電極および前記アノード電極に接続され、前記イオンポンプの前記アノード側電極および前記カソード側電極に一定の電位差の電圧を印加するとともに、前記アノード電極に最も近い前記電子レンズ電極に印加される電圧の変動に追従して前記イオンポンプの前記アノード側電極および前記カソード側電極に印加する電圧を変動させるイオンポンプ駆動部と
を具備することを特徴とするイメージ管装置。
真空外囲器、この真空外囲器の一端側から入射した放射線を電子に変換する入力面、この入力面から前記真空外囲器の他端側へ向けて前記電子を加速および集束する複数の電子レンズ電極およびアノード電極、前記真空外囲器の他端側に設けられ前記電子を可視光像に変換して出力する出力面を有するイメージ管と、
前記真空外囲器内の他端側に配設されるアノード側電極およびカソード側電極を有するイオンポンプと、
前記イオンポンプの前記アノード側電極と前記カソード側電極との間に電圧を印加するイオンポンプ駆動部とを備え、
前記イオンポンプ駆動部は、
一端が前記アノード電極に接続され、他端が前記アノード電極に最も近い前記電子レンズ電極に接続され、中間端子が前記イオンポンプの前記アノード側端子に接続された第１のブリーダ抵抗と、
一端が前記アノード電極に最も近い前記電子レンズ電極に接続され、他端がグランドに接続され、中間端子が前記イオンポンプの前記カソード側端子に接続された第２のブリーダ抵抗と
を具備することを特徴とするイメージ管装置。
前記第１のブリーダ抵抗および前記第２のブリーダ抵抗は、それぞれ前記中間端子を介して２つの抵抗部を有し、前記第１のブリーダ抵抗の２つの前記抵抗部の抵抗値の比率と前記第１のブリーダ抵抗の２つの前記抵抗部の抵抗値の比率とは同じである
ことを特徴とする請求項２記載のイメージ管装置。