JP3222797U - Ｘ線管 - Google Patents

Abstract

【課題】 エミッタの温度分布の不均一による焦点寸法の変動の影響を低減したＸ線管を提供する。【解決手段】 電子を放出するエミッタを含む陰極２と、エミッタから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生させる陽極３と、陰極２と陽極３を内部に収容するとともに軸線１０を中心に回転する外囲器１２と、外囲器１２の外側に固定されエミッタから放出された電子を偏向させる磁場発生器８と、を備えたＸ線管において、陰極２は、エミッタを配設する溝を有しエミッタから放出された電子を集束させるフォーカス電極を備え、溝の形状が、軸線１０に対して回転対称である。【選択図】 図１

Description

この考案は、外囲器回転型のＸ線管に関する。

陰極から放出した電子ビームを陽極に衝突させることによりＸ線を発生させるＸ線管としては、陽極を回転させる回転陽極型のＸ線管（特許文献１参照）、および、真空筐体としての外囲器を陽極と一体として回転させる外囲器回転型のＸ線管（特許文献２および特許文献３参照）が知られている。これらのＸ線管の陰極には、電子の放出源であるエミッタが配設され、陽極には、タングステンなどのターゲットが配設されている。エミッタを通電加熱することで放出される電子ビームを、集束電極の溝内にエミッタを配置することで作られた静電界により陽極に集束させＸ線を発生させている。

外囲器回転型のＸ線管は、中央部分にくびれた形状を有する外囲器を備え、この外囲器内に陰極と陽極とを配置したものである。外囲器回転型のＸ線管では、陰極と陽極が外囲器とともに回転し、外囲器の外側のくびれ形状付近に、電子ビームを集束させる４極子磁石系（特許文献２参照）、および、電子ビームを偏向させてターゲットへの電子の衝突位置を調整するため偏向コイルが固定されている（特許文献３参照）。Ｘ線を発生させる際には、エミッタ及び外囲器は、特許文献２に示された４極子磁石系のような磁界を利用して電子ビームを集束させる磁気レンズに対して回転する。そして、エミッタから放出された電子は、集束電極の静電レンズ効果により集束し、磁気レンズによりさらに集束され、特許文献３に示された偏向コイルにより与えられる偏向場により偏向されて、ターゲットの定められた位置に焦点（実焦点：Ｒｅａｌ Ｆｏｃｕｓ）を結ぶ。ターゲットに電子が衝突することで発生したＸ線は、外囲器に設けられたＸ線照射窓を透過してＸ線管外に出射される。Ｘ線照射窓は磁気レンズと同様回転しない。特許文献１に記載されたように、外囲器回転型のＸ線管は、陰極、陽極、外囲器が回転することから、回転軸の軸線を鉛直方向から見た平面視において、Ｘ線管を構成する各部材は、その輪郭が同心円を描くように軸線を中心に軸対称な形状、すなわち、軸線を中心にどの角度に回転させても同じ形状となるように形成されている。

磁気レンズとしては、２段の四重極として形成される電磁石群などが採用されている（特許文献１および特許文献２参照）。また、エミッタとしては、平板状の電子放出部と、電子放出部と電極とを接続する端子部とから成るものが知られている（特許文献１および特許文献４参照）。

特許第６２８２７５４号公報 特開２０１２−２３４８１０号公報 国際公開第２０１４／１２５７０２号 特開２０１７−１１１８５４号公報

エミッタは温度によって寿命が決まるため、寿命を長くしたい場合は、電子放出面の面積を大きくしてエミッタの温度を下げることが有効である。一方、被写体にＸ線を照射して透過像を得るためのＸ線管という観点からみると、実効焦点（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｆｏｃｕｓ）が小さいほど、像の輪郭はより鮮明になる。平面状のエミッタでは、電子放出面の面積によってＸ線管の焦点サイズも決まるため、像の鮮明さを達成するために電子放出面の面積を小さくすると、エミッタの寿命が犠牲になることになる。

エミッタの通電加熱時には、電子放出面だけではなく、電極に接続する端子などの通電経路からも放熱がある。このため、電子放出面に温度勾配ができる。また、エミッタは、使用を続けるとクリープ変形などの変形が起こるため、変形対策の支持機構などが設けられている。しかしながら、このような支持機構が、電子放出部の温度分布をより不均一にすることがある。エミッタからの電子放出量は、温度関数として表されるため、電子放出面における不均一な温度分布は、場所による電子放出量の差異を生じさせる。

外囲器回転型のＸ線管では、外囲器とともにエミッタが回転するが、ある時間のエミッタにおける回転軸に直交する電子放出面における不均一な温度分布は、ターゲットに電子が衝突するときにターゲット面に照射される領域の面積、すなわち実焦点の焦点寸法にも影響を及ぼす。例えば、一対の通電脚が互いに対称な位置関係で取り付けられた円形のエミッタの場合、一対の通電脚の延設方向の温度が放熱により低くなるため、ある時間の焦点に寄与する電子放出は、エミッタの電子放出面が円形であるのに対して楕円になる。このため、ある時間の放出電子ビームの形状は円形ではない。なお、外囲器回転型のＸ線管における焦点寸法は、外囲器の回転軸でもある陽極の回転軸に平行な方向を長さ、回転軸に垂直な方向を幅と呼ぶ。

外囲器とともにエミッタが回転しているときには、エミッタの温度分布が、つまり放出電子ビームがＸ線照射窓に対して回転することから、焦点寸法が時間とともに変動する。なお、軸対称な形状である円筒形に形成された集束電極では、温度分布が軸対称でない電子放出面からの電子の放出（例えば楕円の電子放出）に対して、同じレンズ作用を及ぼすことから、焦点寸法の時間的変化を抑制することができない。加えて、回転中心から離れた位置から放出された電子ほど静電レンズの収差の影響を受けるが、電子放出量の差に加えて放出位置による収差の影響が変わり、焦点寸法の時間的変化を補正することは困難である。また、Ｘ線を発生させるために外囲器を回転させているときの焦点寸法は時間平均となるため、変動している焦点寸法の中間的な値をとることになるが、ある時間において実焦点が小さくなりすぎると、ターゲットへの熱的な負荷が増え、ターゲットが溶融するという問題が生じ、焦点径を大きくせざるを得ない。

磁気レンズにより電子ビームをさらに細くすることもできるが、集束作用の強いレンズほど、電子放出位置および僅かな収差の影響を受けやすく、焦点寸法の変動が大きくなる。また、外囲器回転型のＸ線管においては、外囲器およびエミッタが回転するのに対し磁気レンズは静止しているため、磁気レンズによってエミッタの温度分布に起因する問題を補正することが難しい。

この考案は上記課題を解決するためになされたものであり、エミッタの温度分布の不均一による焦点寸法の変動の影響を低減したＸ線管を提供することを目的とする。

請求項１に記載の考案は、電子を放出するエミッタを含む陰極と、前記エミッタから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極と前記陽極を内部に収容するとともに軸線を中心に回転する外囲器と、前記外囲器の外側に固定され前記エミッタから放出された電子を偏向場により偏向させる磁気発生器と、を備えたＸ線管において、前記陰極は、前記エミッタを配設する溝を有し前記エミッタから放出された電子を集束させる集束電極を備え、前記溝の形状が、前記軸線に対して回転対称である。

請求項２に記載の考案は、電子を放出するエミッタを含む陰極と、前記エミッタから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極と前記陽極を内部に収容するとともに軸線を中心に回転する外囲器と、前記外囲器の外側に固定され前記エミッタから放出された電子を偏向場により偏向させる磁気発生器と、を備えたＸ線管において、前記外囲器は、内部に前記陰極から放出された電子を通過させる孔部を有し前記孔部を通過する電子を加速および集束させる電子加速集束部を備え、前記孔部の形状が、前記軸線に対して回転対称である。

請求項３に記載の考案は、請求項１または請求項２に記載のＸ線管において、前記エミッタは、平板状の電子放出部と、前記電子放出部から延設されるとともに電極に接続され、前記軸線を挟んで対向配置される一対の通電脚部を含む複数の脚部とを備え、前記複数の脚部の前記電子放出部からの延設位置が、前記軸線を中心に回転対称である。

請求項４に記載の考案は、請求項３に記載のＸ線管において、前記複数の脚部は、前記軸線と直交する前記電子放出部の平面において前記軸線に直交する直線を中心に線対称である形状のものを一部に含む。

請求項５に記載の考案は、請求項３に記載のＸ線管において、前記複数の脚部は、前記軸線と直交する前記電子放出部の平面において前記軸線に直交する直線を中心に点対称である形状のものを一部に含む。

請求項６に記載の考案は、請求項１に記載のＸ線管において、前記エミッタは、平板状の電子放出部と、前記電子放出部から延設されるとともに電極に接続され、前記軸線を挟んで対向配置される一対の通電脚部を含む複数の脚部とを備え、前記複数の脚部の前記電子放出部からの延設位置が、前記軸線を中心に回転対称であり、前記集束電極における前記溝の形状は、平面視における前記エミッタの前記電子放出部の前記一対の通電脚部の延設位置と同様の対称性を持つ。

請求項７に記載の考案は、請求項２に記載のＸ線管において、前記エミッタは、平板状の電子放出部と、前記電子放出部から延設され電極に接続され、前記軸線を挟んで対向配置される一対の通電脚部を含む複数の脚部とを備え、前記複数の脚部の前記電子放出部からの延設位置が、前記軸線を中心に回転対称であり、前記電子加速集束部における前記孔部の形状は、平面視における前記エミッタの前記電子放出部の前記一対の通電脚部の延設位置と同様の対称性を持つ。

請求項８に記載の考案は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のＸ線管において、前記外囲器の外側に固定され前記エミッタから放出された電子を収束させる磁気レンズを備える。

請求項９に記載の考案は、請求項８に記載のＸ線管において、前記磁気レンズと前記磁気発生器が一体となっている。

請求項１０に記載の考案は、請求項８または請求項９に記載のＸ線管において、前記磁気レンズは、２段の四重極により構成される。

請求項１から請求項１０に記載の考案によれば、Ｘ線管においてエミッタから放出される電子を集束させる静電レンズ作用に影響を及ぼす部材において、集束電極の溝形状、および／または電子加速集束部の孔部の形状を、外囲器の回転の中心軸である軸線に対して回転対称である形状とすることにより、エミッタの温度分布の不均一による焦点寸法の変動の影響を低減したＸ線管を提供することが可能となる。

請求項６に記載の考案によれば、エミッタの形状のうち特に電子放出部の温度分布に影響を及ぼす一対の通電脚部の延設位置の対称性と集束電極の溝の形状の対称性を合わせることにより陰極の組み立てが容易になる。

請求項７に記載の考案によれば、エミッタの形状のうち特に電子放出部の温度分布に影響を及ぼす一対の通電脚部の延設位置の対称性と電子加速集束部の孔部の形状の対称性を合わせることにより、外囲器内での陰極および電子加速集束部の位置決めを容易に行うことができる。

請求項８から１０に記載の考案によれば、磁気レンズを備えることから、電子ビームをより集束させることができる。

請求項１０に記載の考案によれば、磁気レンズを２段の四重極としたことにより、より集束された電子ビームをターゲット面の所望の位置に衝突させることが可能となる。

この考案に係るＸ線管の概要図である。 陰極２の断面概要図である。 エミッタ２０の平面図である。 フォーカス電極３０の概要図である。 フォーカス電極３０の概要図である。 フォーカス電極３０の概要図である。 従来のフォーカス電極とこの考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用した場合の焦点寸法を比較したグラフである。 従来のフォーカス電極とこの考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用した場合の焦点寸法を比較したグラフである。 従来のフォーカス電極とこの考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用した場合の焦点寸法を比較したグラフである。 従来のフォーカス電極とこの考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用した場合の焦点寸法を比較したグラフである。 エミッタ２０の変形例を示す平面図である。 エミッタ２０の変形例を示す平面図である。 エミッタ２０の変形例を示す平面図である。 エミッタ２０の変形例を示す平面図である。 エミッタ２０の変形例を示す平面図である。 エミッタ２０の変形例を示す平面図である。 固定支柱２７を介してエミッタ２０を絶縁ブロック２８に固定した状態を示す概要図である。 磁気レンズ６における四重極６０の平面概要図である。 磁場発生器８の平面概要図である。 この考案の他の実施形態に係るＸ線管の概要図である。 電子加速集束部５の概要図である。

以下、この考案の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この考案に係るＸ線管の概要図である。

このＸ線管は、内部が真空排気された外囲器１２を備え、この外囲器１２の両端に設けられた一対の回転軸１１の軸心を通る軸線１０を中心として回転する、外囲器回転型のＸ線管である。外囲器１２内には、陰極２と、ターゲットを備えた陽極３が対向配置され、陰極２と陽極３には、図示を省略したスリップリング機構により、回転軸１１を介して高電圧が印加される。

外囲器１２は、中央部分にくびれた形状を有する。外囲器１２のくびれに相当する円筒（スロート部）の内部における陰極２側には、陰極２から放出された電子を加速および集束させる電子加速集束部１０５が、ボルトなどの連結部材を用いて配設される。電子加速集束部１０５は、外囲器１２および陽極３と同電位になっていることから、アノードとも呼称される。外囲器１２のくびれの外側には、電子を集束させる磁気レンズ６および電子を偏向させる磁場発生器８が配設される。なお、外囲器１２が陰極２、陽極３とともに軸線１０を中心軸として回転するのに対し、磁気レンズ６、及び磁場発生器８は固定されている。

陰極２から発生した電子ビーム７は、外囲器１２のくびれに相当する円筒と同心円となる電子加速集束部１０５の孔部を通過することで加速および集束され、外囲器１２のくびれに相当する円筒内を通過するときに、磁気レンズ６の作用によりさらに集束される。そして、磁場発生器８で偏向された電子ビーム７は、陽極３のターゲット面４に衝突する。電子のターゲット面４への衝突により発生したＸ線は、外囲器１２の陽極３側の壁面に形成されたＸ線を透過可能な窓１３から外部に放射される。

図２は、陰極２の断面概要図である。図３は、エミッタ２０の平面図である。便宜上、平板状の電子放出部２２の電子放出面（上面）と直交する方向であって、回転時の軸線１０と平行な方向をＺ方向とし、電子放出部２２の電子放出面に平行な平面において直交する２方向をそれぞれＸ方向とＹ方向とする。

陰極２は、エミッタ２０と、フォーカス電極３０とを備えている。エミッタ２０は、通電加熱により電子を放出する電子放出面が形成された電子放出部２２と、電子放出部２２と一体的に形成された脚部２３とから成る。電子放出部２２は、曲がりくねった形状（ミアンダ形状）の通電経路によって平板状に形成されており、輪郭が円形状に形成されている。電子放出部２２の中心は、外囲器１２の軸線１０に一致している。

脚部２３は、電子放出部２２を通電加熱するための電極との接続端子として機能する一対の通電脚部２５と、電子放出部２２の沈み込み（サグ現象）を防止するための支持脚部２６とから成る。一対の通電脚部２５は、電子放出部２２と同一の部材により形成され、互いに対称性を持った形状を有する。通電脚部２５は、Ｚ方向に曲げられることにより形成されている。通電脚部２５の端部は、固定支柱２７に内設された電極（図示せず）に直接接続される。支持脚部２６は、通電脚部２５とは個別に設けられ、平面視において軸線１０を挟んで対向配置されている。２本の支持脚部２６は、電子放出部２２の所定の位置に延設されるとともに、通電脚部２５と同じＺ方向に曲げられることにより形成されている。支持脚部２６の端部は固定支柱２７に固定されている。この支持脚部２６の端部を固定する固定支柱２７には、電極は内設されない。

エミッタ２０は、脚部２３に接続された固定支柱２７を介して、セラミックからなる絶縁ブロック２８に固定される。エミッタ２０はフォーカス電極３０の孔部３８に収容され、電子放出部２２が通電脚部２５を介して所定電流で所定温度に通電加熱されることにより、電子放出部２２の電子放出面から、電子が放出される。

図４から図６は、フォーカス電極３０の概要図である。図４から図６においては、フォーカス電極３０の平面図と断面図とを示している。

フォーカス電極３０は、回転対称な静電界を用いてエミッタ２０の電子放出部２２から放出される電子の広がりを集束させる静電レンズとして機能するものである。従来のフォーカス電極は、溝の形状が軸に対してどの回転角度でも同じ形状になる軸対称な形状であったのに対し、図４から図６に示すフォーカス電極３０では、溝３１、３２、３３の形状を１８０度回転対称（２回対称）となる形状としている。言い換えると、孔部３８の中心である軸線１０を含む平面に対して対称（面対称）な形状である。

フォーカス電極３０の先端は、図４のように半球様の傾斜を持つ形状であってもよく、図５および図６のように、アール加工を施したものであってもよい。また溝の形状は、図４および図５の溝３１、３２のように、楕円形であってもよく、図６の溝３３のように、角丸の矩形（長丸形）であってもよい。

図７および図８は、従来のフォーカス電極とこの考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用した場合の焦点寸法を比較したグラフである。グラフにおいては、従来の軸対称な形状の溝を持つフォーカス電極を使用した結果を黒丸で示し、図４〜図６に示すような１８０度回転対称な形状の溝を持つフォーカス電極３０を使用した結果を白丸で示している。このグラフは、エミッタ２０の軸線１０に対する向きが違う、ある時間での焦点寸法を観察したものである。焦点寸法は、外囲器１２の回転軸１１の回転中心である軸線１０に平行な方向を長さ、軸線１０に垂直な方向を幅とする。焦点寸法は、ピンホールカメラ法、スリットカメラ法などのＸ線測定方法により測定できる。図７のグラフの縦軸は幅（ｍｍ）を示し、図８のグラフの縦軸は長さ（ｍｍ）を示している。また、グラフの横軸は、フォーカス電極３０の孔部３８におけるエミッタ２０の電子放出部２２の深さ（μｍ）を示している。なお、この深さは、エミッタ２０の電子放出部２２の電子を放出する面とフォーカス電極３０の溝の底３９とが一致する位置をゼロとして、電子放出部２２が底３９より深くなる距離をプラス、電子放出部２２が底３９より突出する距離をマイナスで示している。また、図７Ａおよび図８Ａは、外囲器１２およびエミッタ２０の回転軸に対して電子放出部２２の向きが図３に示すように、互いに対向する脚部２３の位置がＸ方向に並ぶ位置関係になるとき、図７Ｂおよび図８Ｂは、外囲器１２およびエミッタ２０の回転中心である軸線１０に対して電子放出部２２の向きを図３に示す向きから９０度回転させて互いに対向する脚部２３の位置がＹ方向に並ぶ位置関係になるとき、をそれぞれ示している。

エミッタ２０の電子放出部２２の温度分布は、脚部２３からの放熱が大きいため、平面視における電子放出部２２の外形（輪郭）および脚部２３の位置の対称性とおおよそ一致する。磁極（磁気レンズ６）に対して回転するエミッタ２０の脚部２３が、回転軸に対してどの方向にあるかにより、焦点寸法の大小に影響があるかを検証するため、電子放出部２２が図３に示す向きの場合（図７Ａおよび図８Ａ参照）と、軸線１０を軸に９０度回転した向きの場合（図７Ｂおよび図８Ｂ参照）とで比較している。図３に示すエミッタ２０のように、脚部２３が１８０度回転対称な位置に配置されている場合、脚部２３からの放熱の影響により、電子放出部２２における電子の放出は、主に、脚部２３のあるＸ方向が短軸、Ｙ方向が長軸となる略楕円形もしくは略長丸形の領域からと想定できる。

また、エミッタ２０の深さによりフォーカス電極３０による静電レンズ効果が変わるため、電子放出部２２の電子を放出する面とフォーカス電極３０の溝の底３９との距離を異ならせて（図７および図８のグラフの横軸）、焦点寸法に対する影響を検証した。

図７に示すように、従来のフォーカス電極では、エミッタ２０の向きが９０度異なると、幅が最小となるエミッタ深さが−２００〜０μｍ（図７Ａ参照）から、２００〜５００μｍ（図７Ｂ参照）のあたりに変化する。一方、この考案の実施形態に係る１８０度回転対称な溝形状を持つフォーカス電極３０では、幅は、エミッタ２０の向きに関係なくエミッタ深さが２００μｍのときに最小またはそれに近い値をとっている。また、図８に示すように、従来のフォーカス電極では、エミッタ２０の向きが９０度異なると、長さが最小となるエミッタ深さが２００〜３００μｍ（図８Ａ参照）から、−１００〜２００μｍ（図８Ｂ参照）のあたりに変化する。一方、この考案の実施形態に係る１８０度回転対称な溝形状を持つフォーカス電極３０では、長さは、エミッタ２０の向きの影響が低くエミッタ深さが２００μｍのときに最小またはそれに近い２〜２．５ｍｍ程度の値となっている。

従来のように、エミッタ２０の向き、すなわち、脚部２３が軸線１０に対してどの位置にあるか（例えば、図３のＸ方向に並ぶか、Ｙ方向に並ぶか）により、最小となる焦点寸法がエミッタ深さにより大きく変動すると、エミッタ２０が回転することを前提としている外囲器回転型Ｘ線管では、フォーカス電極に対するエミッタ２０の固定位置を、最小の焦点寸法となる深さに決めるのは難しい。従来の陰極の組み立てで、例えば、エミッタ深さを０μｍとした場合、図３のエミッタ２０の向きのときの焦点寸法の幅が１．５ｍｍ（図７Ａ黒丸）、長さが３．０ｍｍ（図８Ａ黒丸）となるのに対し、エミッタ２０の向きを９０度回転させたときでは、幅が２．８ｍｍ（図７Ｂ黒丸）、長さが２．２ｍｍ（図８Ｂ黒丸：図８Ｂにおいては、０μｍのときの黒丸は白丸と重なっている）となる。このように、エミッタ深さを決めても、エミッタ２０の向きによる焦点寸法の変動が大きい。Ｘ線を発生させるときには、エミッタ２０は外囲器１２とともに回転することから、回転時の焦点寸法は各時刻の長さ、各時刻の幅を時間平均した値となる。

一方で、この考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用すると、エミッタ２０の向きと焦点寸法の変動との関係から、従来よりも焦点を小さくすることができるエミッタ深さを決めることが容易となる。すなわち、この図７および図８のエミッタ深さと焦点寸法の変動から、これらの図に矢印で示すように、最適な焦点寸法を得られるエミッタ深さは２００μｍと決めることができる。陰極２の組み立てにおいては、エミッタ２０の電子放出部２２の上面が、フォーカス電極３０の溝の底３９よりも２００μｍ深い位置となるように、固定支柱２７の絶縁ブロック２８への固定位置を調整すればよい。陰極２の組み立てで、エミッタ深さを２００μｍとした場合、図３のエミッタ２０の向きで焦点寸法の幅が１．５ｍｍ（図７Ａ白丸）、長さが２．５ｍｍ（図８Ａ白丸）となり、エミッタ２０の向きを９０度回転させると、幅が１．５ｍｍ（図７Ｂ白丸）、長さが２．０ｍｍ（図８Ｂ白丸）となる。

このように従来のフォーカス電極と比較して、この考案の実施形態に係るフォーカス電極３０の使用により、焦点寸法の変動が抑制される。外囲器１２とともに陰極２が回転しているときの焦点寸法は、各時刻における焦点寸法の時間平均であるから、焦点寸法の変動幅が小さくなるほど安定する。回転時の焦点寸法の変動幅が大きいと、焦点寸法が最小になる瞬間にターゲット金属に溶融を生じる可能性がある。瞬間的なターゲット金属の溶融は陽極３およびターゲット面４を厚くしても回避できないため、最小の焦点寸法がターゲット金属を溶融させない寸法にする必要がある。従って、焦点径が大きくなるエミッタ深さ、つまり弱い静電レンズを採用せざるを得ず、実質的に時間平均した焦点寸法も大きくせざるを得ない。然しながら、この考案の実施形態に係るフォーカス電極３０を使用し、適切なエミッタ深さで陰極２の組み立てを行えば、このフォーカス電極３０の使用により、電子ビーム７の集束が良好となり、外囲器１２が回転しているときの焦点寸法を安定的に小さくすることも可能となる。その結果、ターゲット面４に溶融が生じることがなく、時間平均した焦点寸法が増加することもない。

図９および図１０は、エミッタ２０の変形例を示す平面図である。なお、これらの図においては、便宜上、電子放出部２２の平面視における輪郭を図示し、ミアンダ形状などの微細な形状の図示を省略している。

脚部２３は、Ｚ方向に曲げられることにより形成されるが、その曲げ方は、電子放出部２２の外縁から直角に折り曲げてもよく、角に任意のＲを形成するように折り曲げてもよい。図９では、脚部２３を任意のＲ（アール曲線）を形成するようにＺ方向に曲げたことにより、平面視において、脚部２３が部分的に見えるエミッタ２０の例を示しており、図１０では、電子放出部２２の外縁よりも内側から脚部２３を直角にＺ方向に曲げたエミッタ２０の例を示している。

図９Ａおよび図１０Ａに示すように、一対の脚部２３が１８０度回転対称（２回対称）の位置関係で電子放出部２２から延設される場合は、この脚部２３は通電脚部２５として機能する。なお、支持脚部２６は、電子放出部２２を支持できればよいので、必ずしも電子放出部２２と共通の材質により一体的に形成される必要はない。脚部２３にスリットなどを入れて分割し、通電脚部２５と支持脚部２６としても良い。支持脚部２６は通電脚部２５と同じ側から電子放出部２２に接触して支持するだけでも良い。

図９Ｂ、Ｃ、Ｄおよび図１０Ｂの脚部２３は、対向する位置の一対が通電脚部２５として機能し、他の脚部２３は、支持脚部２６として機能する例を示している。図９Ｂおよび図１０Ｂは、脚部２３を９０度回転対称（４回対称）に配置した例である。図９Ｃは、脚部２３を６０度回転対称（６回対称）に配置した例である。図９Ｄは、脚部２３を４５度回転対称（８回対称）に配置した例である。本例でも、脚部２３を分割し通電脚部２５と支持脚部２６としても良い。エミッタ２０の形状の対称性の観点から、支持脚部２６の数は、軸線１０を挟んで対向するように配置できる２、４、６などの偶数本が好ましい。すなわち、通電脚部２５は電子放出部２２の通電加熱のために電流が流れるのに対し、支持脚部２６は電極と絶縁されているので、支持脚部２６に逃げる熱に起因した電子放出部２２の温度分布のバランスが求められるためである。

図１１は、固定支柱２７を介してエミッタ２０を絶縁ブロック２８に固定した状態を示す概要図である。この図においては、紙面上側に平面図を示し、下側に側面概要図を示している。また、便宜上、平板状の電子放出部２２の電子放出面（上面）と直交する方向であって、回転時の軸線１０と平行な方向をＺ方向とし、電子放出部２２の電子出射面に平行な平面内で直交する２方向をそれぞれＸ方向とＹ方向とする。

この図においては、脚部２３が一対の通電脚部２５と６本の支持脚部２６から構成されるエミッタ２０の例を示している。Ｚ方向に折り曲げられた各脚部２３の先端は、絶縁ブロック２８に固定された固定支柱２７に接合されている。図１１の上側に示す平面図において、脚部２３の電子放出部２２からの延設位置は、４５度回転対称（８回対称）の対称性を持っている。そして、脚部２３の形状を、軸線１０に直交する平面であって電子放出面と同一平面（Ｘ−Ｙ平面）における２次元図形と捉えた場合、脚部２３の形状には、脚部２３ａのように、軸線１０に直交する直線１１０を中心に線対称となる形状のもの、脚部２３ｂのように、軸線１０を中心に点対称となる形状のもの、脚部２３ｃのように、平面視において、軸線１０を中心に４回対称となる形状のものが含まれる。このような形状の脚部２３のうち、一対の通電脚部２５として機能するものは、軸線１０を挟んで対向する位置関係にあるものであれば、脚部２３ａ、脚部２３ｂ、脚部２３ｃのいずれであってもよい。本例でも、脚部２３を分割し通電脚部２５と支持脚部２６としても良い。また、Ｚ方向に延びる脚部２３の形状は、図１１に示すように直線状の板形状であってもよく、屈曲した板形状、棒形状であってもよい。

エミッタ２０の平面視における外形の対称性（エミッタ２０の脚部２３の延設位置との対称性）と、フォーカス電極３０の溝３１、３２、３３の形状の対称性とを揃えることで、陰極２の組み立てが容易となる効果も生まれる。例えば、図９Ａに示すエミッタ２０の電子放出部２２における脚部２３の延設位置をフォーカス電極３０の溝３１の楕円の長軸に合わせる、あるいは、図１０Ａに示すエミッタ２０の電子放出部２２における脚部２３の延設位置をフォーカス電極３０の溝３１の楕円の短軸に合わせる、などの組み立て方が考えられる。

また、フォーカス電極３０における溝の形状は、エミッタ２０の電子放出部２２の熱の逃げ道となる脚部２３の位置との関係で、長方形や、脚部２３の延設位置と同じ対称性を持つ向かい合う角の角度が等しい多角形に変形することもできる。

図１２は、磁気レンズ６における四重極６０の平面概要図である。

磁気レンズ６は、四重極６０を２段に配置した構成を有する。四重極６０は、円形のヨーク６３に対して等間隔で形成された４個の突起部６１と、この突起部６１に巻回されたコイル６２とから構成される。この四重極６０においては、４個の突起部６１およびコイル６２により、Ｎ極とＳ極が構成される。この実施形態では、このような四重極６０を一定の距離だけ離隔させ、同軸上に互いに９０度ねじれた位置関係で２段に配置することで、電子ビーム７の集束を行う磁気レンズ６を構成している。磁気レンズ６を通過する電子ビーム７の径の制御は、コイル６２に供給する電流を制御することにより行われる。なお、この図１２に示すコイル６２の極性は、一例であってこれに限定されない。また、この実施形態では、四重極６０を外囲器１２のくびれ形状の外側に２段に配置することで磁気レンズ６を実現しているが、これに限定されない。複数の多極子の組み合わせを配置することで磁気レンズを実現してもよい。

図１３は、磁場発生器８の平面概要図である。

磁場発生器８は、磁気レンズ６と陽極３との間に配置される。磁場発生器８は、円形のヨーク８３に対して等間隔で形成された４個の突起部８１と、この突起部８１に巻回されたコイル８２とから構成される。２段の四重極６０による磁気レンズ作用で集束された電子ビーム７は、磁場発生器８により発生させた磁場、すなわち偏向場により偏向される。

このように、電子ビーム７を、２段の四重極６０が一体となった磁気レンズ作用により集束させ、かつ、磁場発生器８により偏向させることで、集束スポットを陽極３におけるターゲット面４に位置決めすることが可能となる。また、この実施形態の磁場発生器８は、電子ビーム７を偏向させる磁場発生機能を有する四重極を配置することで実現しているが、これに限定されない。例えば、２段に配置した四重極６０のうち、陽極３側に配置する四重極６０の突起部６１に四重極を構成するためのコイル６２と、偏向場を構成するためのコイル８２とを巻回して、電子ビーム７の集束と偏向の両方を実現するようにしてもよい。

図４〜図６に示すような溝形状を持つフォーカス電極３０により、焦点寸法の変動を改善したＸ線管では、磁気レンズ６を四重極６０を２段とすることで電子ビーム７の焦点をさらに細く絞ることができる。焦点寸法が小さくなれば、収差や焦点変動などの影響が相対的に大きくなるため、この考案の実施形態に係るフォーカス電極３０の採用はさらに有効である。また、小さい焦点を得たい場合には、電子ビーム７の径を一度広げる必要があり、電子ビーム７の径を広げると、電子ビーム７が電子加速集束部１０５に当たるという問題が生じる。しかしながら、図４〜図６に示すような溝形状を持つフォーカス電極３０により、焦点寸法の変動を抑制することで、電子ビーム７が電子加速集束部１０５に当たる問題も抑制できる。

図１４は、この考案の他の実施形態に係るＸ線管の概要図である。図１５は、電子加速集束部５の概要図である。この図においては、平面図と２方向からの断面図を示している。上述した実施形態と同一の部材には、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

この実施形態のＸ線管では、溝の形状が非軸対称な形状であるフォーカス電極３０を持つ陰極２に換えて、溝の形状が軸対称な形状であるフォーカス電極（図示せず）を持つ陰極１０２を備え、孔部の形状が軸対称な形状の電子加速集束部１０５にかえて、孔部５１の形状が非軸対称な形状である電子加速集束部５を備える。

この電子加速集束部５は、陰極１０２におけるエミッタ２０から放出された電子を通過させる孔部５１を有する。この孔部５１の形状は、平面視において楕円形を有する。この孔部５１の形状は、軸線１０に対して１８０度回転対称（２回対称）である。孔部５１の楕円形の軸が、エミッタ２０の脚部２３の延設位置（図３参照）に合うように、電子加速集束部５は、外囲器１２内において陰極１０２に近い位置に配置される。電子加速集束部５は、フォーカス電極、外囲器１２とともに静電レンズ作用を電子ビーム７に及ぼす静電界分布を決めるものである。したがって、電子ビーム７が通過する孔部５１を楕円形もしくは長丸形などの、軸対称ではない形状（非軸対称）とし、電子加速集束部５の配置においては、エミッタ２０の平面視における外形の対称性（エミッタ２０の脚部２３の延設位置との対称性）と、孔部５１の対称性とを揃えることで、焦点寸法の変動を抑えることができる。

上述した２つの実施形態では、フォーカス電極３０、または、電子加速集束部５などに、２回対称性を持つ形状など非軸対称の形状のものを採用していることから、焦点寸法の変動を抑制しつつ、小焦点化を実現することができる。

上述した２つ実施形態では、フォーカス電極３０の溝３１、３２、３３と電子加速集束部５の孔部５１のどちらかを軸線１０に対して１８０度回転対称となる形状としているが、両方を軸対称な形状としてもよい。また、変形例として、軸線１０に対して１８０度回転対称となる形状の溝を持つフォーカス電極３０を持つ陰極２を採用し、電子加速集束部５、１０５を配設しないＸ線管とすることもできる。このような変形例でも、従来のＸ線管よりも焦点寸法の変動を抑えることは可能である。さらに、外囲器１２内に電子加速集束部５、１０５を配置しない場合には、外囲器１２のくびれに相当する円筒部分（フロート部）の肉厚を変えて孔形状を楕円形もしくは長丸形とする変形も可能である。このような変形例でも、従来のＸ線管よりも焦点寸法の変動を抑えることは可能である。

２ 陰極
３ 陽極
４ ターゲット面
５ 電子加速集束部
６ 磁気レンズ
７ 電子ビーム
８ 磁場発生器
１０ 軸線
１１ 回転軸
１２ 外囲器
１３ 窓
２０ エミッタ
２２ 電子放出部
２３ 脚部
２５ 通電脚部
２６ 支持脚部
２７ 固定支柱
２８ 絶縁ブロック
３０ フォーカス電極
３１ 溝
３２ 溝
３３ 溝
３８ 孔部
３９ 底
５１ 孔部
６０ 四重極
６１ 突起部
６２ コイル
６３ ヨーク
１０２ 陰極
１０５ 電子加速集束部
１１０ 直線

請求項４に記載の考案は、請求項３に記載のＸ線管において、前記複数の脚部のうちの一部には、前記電子放出部と同一平面における脚部の形状が、前記軸線と直交する前記電子放出部の平面において前記軸線に直交する直線を中心に線対称となる形状の対をなす脚部が含まれる。

請求項５に記載の考案は、請求項３に記載のＸ線管において、前記複数の脚部のうちの一部には、前記電子放出部と同一平面における脚部の形状が、前記軸線と直交する前記電子放出部の平面において前記軸線を中心に点対称となる形状の対をなす脚部が含まれる。

Claims (10)

1. 電子を放出するエミッタを含む陰極と、前記エミッタから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極と前記陽極を内部に収容するとともに軸線を中心に回転する外囲器と、前記外囲器の外側に固定され前記エミッタから放出された電子を偏向場により偏向させる磁気発生器と、を備えたＸ線管において、
   前記陰極は、前記エミッタを配設する溝を有し前記エミッタから放出された電子を集束させる集束電極を備え、前記溝の形状が、前記軸線に対して回転対称であるＸ線管。
2. 電子を放出するエミッタを含む陰極と、前記エミッタから放出された電子が衝突することによりＸ線を発生させる陽極と、前記陰極と前記陽極を内部に収容するとともに軸線を中心に回転する外囲器と、前記外囲器の外側に固定され前記エミッタから放出された電子を偏向場により偏向させる磁気発生器と、を備えたＸ線管において、
   前記外囲器は、内部に前記陰極から放出された電子を通過させる孔部を有し前記孔部を通過する電子を加速および集束させる電子加速集束部を備え、前記孔部の形状が、前記軸線に対して回転対称であるＸ線管。
3. 請求項１または請求項２に記載のＸ線管において、
   前記エミッタは、平板状の電子放出部と、前記電子放出部から延設されるとともに電極に接続され、前記軸線を挟んで対向配置される一対の通電脚部を含む複数の脚部とを備え、前記複数の脚部の前記電子放出部からの延設位置が、前記軸線を中心に回転対称であるＸ線管。
4. 請求項３に記載のＸ線管において、
   前記複数の脚部は、前記軸線と直交する前記電子放出部の平面において前記軸線に直交する直線を中心に線対称である形状のものを一部に含むＸ線管。
5. 請求項３に記載のＸ線管において、
   前記複数の脚部は、前記軸線と直交する前記電子放出部の平面において前記軸線に直交する直線を中心に点対称である形状のものを一部に含むＸ線管。
6. 請求項１に記載のＸ線管において、
   前記エミッタは、平板状の電子放出部と、前記電子放出部から延設されるとともに電極に接続され、前記軸線を挟んで対向配置される一対の通電脚部を含む複数の脚部とを備え、前記複数の脚部の前記電子放出部からの延設位置が、前記軸線を中心に回転対称であり、
   前記集束電極における前記溝の形状は、平面視における前記エミッタの前記電子放出部の前記一対の通電脚部の延設位置と同様の対称性を持つＸ線管。
7. 請求項２に記載のＸ線管において、
   前記エミッタは、平板状の電子放出部と、前記電子放出部から延設され電極に接続され、前記軸線を挟んで対向配置される一対の通電脚部を含む複数の脚部とを備え、前記複数の脚部の前記電子放出部からの延設位置が、前記軸線を中心に回転対称であり、
   前記電子加速集束部における前記孔部の形状は、平面視における前記エミッタの前記電子放出部の前記一対の通電脚部の延設位置と同様の対称性を持つＸ線管。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のＸ線管において、前記外囲器の外側に固定され前記エミッタから放出された電子を収束させる磁気レンズを備えたＸ線管。
9. 請求項８に記載のＸ線管において、前記磁気レンズと前記磁気発生器が一体となったＸ線管。
10. 請求項８または請求項９に記載のＸ線管において、
    前記磁気レンズは、２段の四重極により構成されるＸ線管。

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