JP3987194B2

JP3987194B2 - Ｘ線管

Info

Publication number: JP3987194B2
Application number: JP07727398A
Authority: JP
Inventors: 政次鯨井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: JPH11273598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線焦点形状の歪みを少なくし、焦点画質を向上させたＸ線管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管は、陰極のフィラメントが発生する熱電子を陽極のターゲット面に照射し、ターゲット面からＸ線を発生させる電子管で、被写体のＸ線撮影などに利用されている。
【０００３】
Ｘ線を利用して被写体を撮影する場合、Ｘ線を照射しながら被写体像を観察する透視撮影、あるいは、被写体像をフィルムなどに印画する通常撮影がある。透視撮影は少ないＸ線量で行われ、通常撮影は多いＸ線量で行われる。
【０００４】
このように被写体の撮影にあたって、Ｘ線量の切り替えが必要な場合、通常、複数の焦点をもつＸ線管が使用される。例えば、大焦点と小焦点などのように大きさの異なる複数種類の焦点を形成できるようにし、透視撮影には小焦点を利用し、通常撮影には大焦点を利用する方法である。
【０００５】
ここで、従来のＸ線管について、大小の２つのＸ線焦点をもつ場合を例にとり図７を参照して説明する。符号７０は熱電子を放出する陰極構体で、この陰極構体７０に対向して円盤状の回転陽極７２が配置されている。回転陽極７２は図の上面および下面が平坦で、ターゲット側面が傾斜している。
【０００６】
陰極構体７０を構成する収束電極７１部分に矩形状収束溝７４ａ、７４ｂが設けられ、その収束溝７４ａ、７４ｂの内側に熱電子を放出する２つのカソード、例えばコイル状直熱型フィラメント７３ａ、７３ｂが設けられている。一方のフィラメント７３ａは例えば大焦点用で、他方のフィラメント７３ｂは小焦点用である。収束溝７４ａ、７４ｂは、フィラメント７３ａ、７３ｂから放出された電子を陽極ターゲット面上に収束し、規定された大きさの焦点に絞り込むための静電界を形成する。
【０００７】
２つの焦点をもつＸ線管は、大焦点を使用する場合と、小焦点を使用する場合とで、被写体の撮影位置がずれがないようにする必要がある。このため、２つのフィラメント７３ａ、７３ｂから放出された電子の焦点が陽極７２のターゲット面上で重なるようにしている。
【０００８】
そのため、収束電極７１の中央部分を凹ませて谷底部分Ｍを形成している。そして、谷底部分Ｍを挟んでその両側に位置するＶ字状の傾斜面７１ａ、７１ｂにそれぞれ収束溝７４ａ、７４ｂを形成し、収束溝７４ａ、７４ｂの開口端部がそれぞれ内側を向くようにしている。このとき、収束溝７４ａの開口端部は、谷底部分Ｍと焦点位置を結ぶ線、すなわち中心線Ｃに対する垂直面Ｈに対しαの角度で傾き、また同様に、収束溝７４ｂの開口端部はβの角度で傾いている。なお、収束溝７４ａの傾斜面に沿った開口端部の幅をＬw 、収束溝７４ｂの傾斜面に沿った開口端部の幅をＳw で示している。
【０００９】
次に、フィラメント７３ａ、７３ｂや収束溝７４ａ、７４ｂを陽極７２側から見た構造について図７の（ｃ）で説明する。なお、この図は、図（ａ）の傾斜面をそれに垂直な方向７ｃ−７ｃから見た展開図である。収束電極７１全体の外形はほぼ円柱状をしている。２つのフィラメント７３ａ、７３ｂは互いに平行で、１つの方向に長く配置されている。このため、収束溝７４ａ、７４ｂはフィラメント７３ａ、７３ｂの配置に合わせて、１つの方向に長くほぼ矩形状になっている。
【００１０】
上記した構成において、フィラメント７３ａ、７３ｂから熱電子が放出されると、熱電子は収束され、図７（ａ）に示すように軌道７６ａ、７６ｂを描いて陽極７２のターゲット面に焦点７７ａ、７７ｂを形成する。この場合、熱電子の焦点は図７（ｂ）のような形状になる。符号７７ａが大焦点、符号７７ｂが小焦点で、フィラメント７３ａ、７３ｂが配置された長手方向に弓なりの歪みが発生している。このように焦点が歪むと、その実効寸法はＡ１、Ａ２で示すように大きくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＸ線管は、陽極のターゲット面に形成される焦点の形状が歪み、これによって焦点寸法が大きくなり撮影画質を低下させる。焦点形状の歪みは、円盤状陽極と対向する収束電極の面がＶ字状の傾斜面になっていること、そして、収束電極の外形が円状であるのに対し、収束溝が矩形状でかつ収束溝の位置にずれがあることなどの理由で、電子ビームに対する収束電界が歪み、熱電子の走行軌跡の均一性が失われることなどが原因と考えられる。
【００１２】
例えば、焦点寸法の大きさの違いから、それぞれの収束溝の長手方向の長さが相違することが影響していると考えられる。
【００１３】
この発明は、上記した欠点を解決するもので、歪みの少ないＸ線焦点をもつＸ線管を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電子ビームを放出する陰極構体と、前記電子ビームの衝突によってＸ線を発生するターゲット面を有する陽極とを具備し、前記陰極構体は、前記陽極と対向する面に形成され所定方向に延びる最も凹んだ谷底部分およびこの谷底部分から横方向に広がる少なくとも１つの傾斜面部分を有する収束電極、前記少なくとも１つの傾斜面部分および前記谷底部分のうちの少なくとも２つの部分に、前記谷底部分の延在方向に長く形成され、かつそれぞれの長い壁どうしが平行に隣り合うように形成され、長く形成された前記谷底部分の延在方向における長さが異なる複数の収束溝、および、この複数の収束溝内に互いに平行に配置された電子放出用フィラメントを有するＸ線管において、前記谷底部分の延在方向における長さが他よりも短い少なくとも１つの収束溝の前記他と端部がずれている側の外側に、前記谷底部分の延在方向に補助溝を隣接して設けたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１の概略の構造図を参照して説明する。符号１１はＸ線管装置を構成する筐体で、筐体１１内にＸ線管１２が配置されている。Ｘ線管１２は、真空外囲器１３およびこの真空外囲器１３内に設けられた陰極構体１４、回転陽極１５などから構成されている。真空外囲器１３の外側には、回転陽極１５を回転させるためのステータ１６が設けられている。また、筐体１１の内部には絶縁油１７が満たされている。なお、線分ｍ−ｍはＸ線管１２の管軸を示している。
【００１６】
ここで、Ｘ線管１２を構成する陰極構体１４や回転陽極１５の各部分の構造について、大小の２つの焦点ともつ場合を例にとり図２を参照して説明する。
【００１７】
陰極構体１４と回転陽極１５が対向して配置されている。回転陽極１５のターゲット面１５ａは傾斜している。
【００１８】
陰極構体１４の主要部である収束電極１８はほぼ円柱状の金属で、回転陽極１５に対向する面がＶ字状に削られ２つの傾斜面１８ａ、１８ｂが形成されている。その両側にわずかな平坦面１８ｃが形成されている。そして、各傾斜面１８ａ、１８ｂには、大小２つの矩形状の収束溝２２ａ、２２ｂが形成され、これら収束溝２２ａ、２２ｂ内に大小２つのコイル状直熱型フィラメント２１ａ、２１ｂが配置されている。一方のフィラメント２１ａは例えば大焦点用、他方のフィラメント２１ｂは小焦点用となっている。なお、収束溝２２ａ、２２ｂは、フィラメント２１ａ、２１ｂから放出された電子を規定寸法の焦点に絞り込むための静電界を形成する。
【００１９】
２つの焦点をもつＸ線管は、大焦点を使用する場合と、小焦点を使用する場合とで、被写体の撮影位置がずれないようにする必要がある。このため、フィラメント２１ａ、２１ｂから放出された電子の焦点が、回転陽極１５のターゲット面１５ａの中心線Ｃ上で重なるようにしている。
【００２０】
収束電極１８の最も凹んだ部分を谷底部分Ｍとする。この谷底部分Ｍの両側が傾斜面１８ａ、１８ｂになっている。そして、それぞれの収束溝２２ａ、２２ｂの開口端部が互いに内側を向くようにしている。収束電極１８の一方の傾斜面１８ａは、平坦な面１８ｃすなわち中心線Ｃに垂直な面に対し角度αで傾斜している。他方の傾斜面１８ｂは角度βで傾斜している。また、大焦点用の収束溝２２ａの開口部の傾斜面に沿った溝幅をＬw 、また、小焦点用の収束溝２２ｂの幅をＳw で示す。
【００２１】
次に、フィラメント２１ａ、２１ｂや収束溝２２ａ、２２ｂなどの部分を、各傾斜面に垂直な方向から見た構造について図３で説明する。図３は、図２における収束溝２２ａ、２２ｂやフィラメント２１ａ、２１ｂの各部分を傾斜面に対し垂直方向３−３から見た状態を示しており、収束溝２２ｂの外側に矩形状の補助溝３１が設けられている。また、回転陽極１５のターゲット面１５ａとの相対的な位置関係を示すために、回転陽極１５の対応位置を一点鎖線で示し、その回転中心軸、すなわちＸ線管１２の管軸を符号ｍで示している。
【００２２】
陰極構体１４は全体の外形がほぼ円柱状をしている。収束溝２２ａ、２２ｂ、およびフィラメント２１ａ、２１ｂは互いに平行で、一方向、すなわち谷底部分Ｍの延在方向に沿って長く形成され、配置されている。収束溝２２ａ、２２ｂはそれぞれの長い壁どうしが平行に、また、隣り合うように配置されている。
【００２３】
ここで、図３の陰極構体１４部分を拡大して示した図４を参照して、フィラメント２１ａ、２１ｂ、収束溝２２ａ、２２ｂ、補助溝３１の構造について説明する。この場合、谷底部分Ｍの延在方向における長さは、大焦点用のフィラメント２１ａを配置した収束溝２２ａの方が、小焦点用のフィラメント２１ｂを配置した収束溝２２ｂよりも長くなっている。そして、収束溝２２ａと収束溝２２ｂの端部が大きくずれている側で、長さが短い小焦点用の収束溝２２ｂの外側、すなわち、谷底部分Ｍの延長方向に補助溝３１が隣接して設けられている。
【００２４】
補助溝３１は矩形状で、その幅Ｗは小焦点用収束溝２２ｂの幅Ｓｗとほぼ同じになっている。また、補助溝３１の長さＳ１、すなわち、谷底部分Ｍの延在方向における長さは、小焦点用収束溝２２ｂの長さＳとの和が、大焦点用収束溝２２ａの長さＬとほぼ等しくなっている。
【００２５】
なお、収束溝２２ｂと補助溝３１との間の隔壁３１ａの厚さｔは、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下に、変形しない機械的強度を保ち得る範囲でできるだけ薄くする。したがって、長さの和（Ｓ＋Ｓ１）に対して、この厚さｔは実質的に無視できる程度である。
【００２６】
上記した構成において、フィラメント２１ａ、２１ｂから熱電子が放出されると、図２（ａ）で示すように熱電子は収束され、軌道２３ａ、２３ｂを描き陽極１５のターゲット面１５ａ上に焦点２４ａ、２４ｂを形成する。このとき、ターゲット面１５ａ上に形成される焦点は、図２（ｂ）に示すような形状となり、大焦点２４ａや、小焦点２４ｂにほとんど歪みが発生しない。したがって、焦点の実効寸法はａ１、ａ２となり、歪みがある場合に比べ小さくなる。
【００２７】
これは、長さが短い小焦点用の収束溝２２ｂの外側に補助溝３１を設けたことにより、各収束溝２２ａ、２２ｂの近傍部分におけるその長手方向における電界が均一化したことによるものと考えられる。
【００２８】
上記した実施形態では、補助溝３１の幅Ｗを小焦点用収束溝２２ｂの幅Ｓｗとほぼ同じにしている。しかし、収束電極１８の構造や収束溝２２ａ、２２ｂの配置などの条件によって、小焦点用収束溝２２ｂの幅Ｓｗよりも狭くすることもできる。しかし、収束溝２２ｂの幅Ｓｗの２分の１以上は必要とされる。
【００２９】
また、小焦点用収束溝２２ｂの長さＳと補助溝３１の長さＳ１との和を大焦点用収束溝２２ａの長さＬとほぼ等しくしている。しかし、この場合も、収束電極の構造や収束溝の配置などの条件によって、小焦点用収束溝２２ｂの長さＳと補助溝３１の長さＳ１との和を大焦点用収束溝２２ａの長さＬよりも長くし、あるいは短くしてもよい。
【００３０】
次に、この発明の他の実施形態について図５を参照して説明する。図５は、図３および図４に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明は一部省略する。
【００３１】
この実施形態の場合、長さが長い大焦点用収束溝２２ａおよび長さが短い小焦点用収束溝２２ｂそれぞれの両方の外側に矩形状の補助溝５１〜５４を設けている。大焦点用収束溝２２ａの外側に設けた補助溝５１、５２の幅は大焦点用収束溝２２ａの幅Ｌｗと等しくし、小焦点用収束溝２２ｂの外側に設けた補助溝５３、５４の幅は小焦点用収束溝２２ｂの幅Ｓｗと等しくしている。また、長さが短い小焦点用収束溝２２ｂの外側で、収束溝２２ａと収束溝２２ｂの端部が大きくずれている側に位置する補助溝５３の長さを一番長くし、その他の補助溝５１、５２、５４はほぼ同じ長さにしている。そして、一方の傾斜面１８ａに設けられた収束溝２２ａと補助溝５１、５２との長さの和を、他方の傾斜面１８ｂに設けられた収束溝２２ｂと補助溝５３、５４との長さの和とほぼ同じにしている。
【００３２】
この場合も、収束電極１８や収束溝２２ａ、２２ｂの構造などの条件によって、補助溝の長さや幅、配置などを適宜調整できる。
【００３３】
次に、この発明のもう１つの他の実施形態について図６を参照して説明する。図６では、図３ないし図５に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明は一部省略する。
【００３４】
この実施形態は、３個の電子銃を設け、３個のＸ線焦点を形成する場合である。収束電極１８中央の谷底部分Ｍを所定幅の平坦面１８ｄに形成し、その両側に傾斜面１８ａ、１８ｂが形成されている。そして、谷底部分Ｍの平坦面１８ｄに最微小焦点用の収束溝２２ｄおよびフィラメント２１ｄが設けられ、２つの傾斜面１８ａ、１８ｂにそれぞれ、収束溝２２ａ、２２ｂおよびフィラメント２１ａ、２１ｂが設けられている。
【００３５】
このとき、谷底部分Ｍの平坦面１８ｄに設けられた最微小焦点用収束溝２２ｄが一番短くなっており、その一番短い収束溝２２ｄの外側に補助溝６１が設けられている。補助溝６１を設けることによって、傾斜面１８ａ、１８ｂや平坦面１８ｄの各部分に設けられた溝部分の長さなどが近似する。この結果、収束溝２２ａ、２２ｂ、２２ｄの近傍部分におけるその長手方向の電界が均一化し焦点の歪みが小さくなる。この場合も、収束電極や収束溝の構造などの条件によって、補助溝６１の長さや配置などを適宜調整できる。
【００３６】
上記した構成によれば、陰極のフィラメントが配置された長手方向の全域にわたり、収束溝近傍の電界分布が均一になり、歪みの少ないＸ線焦点をもつＸ線管を実現できる。
【００３７】
なお、上記した実施形態では回転陽極形Ｘ線管の例で説明している。しかし、この発明は固定陽極形のＸ線管にも適用できる。また、電子放出用カソードとしては、コイル状の直熱型フィラメントが陽極電流制御の迅速性などから好適であるが、傍熱型カソードを用いることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、Ｘ線焦点形状の歪みが少ないＸ線管を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を説明するための概略の構造図である。
【図２】この発明の実施形態を説明するための概略の構造図で、陰極部分と陽極部分の構造および機能を説明するための図である。
【図３】この発明の他の実施形態を説明するための概略の構造図で、陰極部分の構造を説明するための図である。
【図４】この発明の他の実施形態を説明するための概略の構造図で、陰極部分を拡大して示した図である。
【図５】この発明の他の実施形態を説明するための概略の構造図で、陰極部分の構造を説明するための図である。
【図６】この発明の他の実施形態を説明するための概略の構造図で、陰極部分の構造を説明するための図である。
【図７】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
１１…Ｘ線管装置を構成する筐体
１２…Ｘ線管
１３…真空外囲器
１４…陰極構体
１５…回転陽極
１６…ステータ
１７…絶縁油
１８…収束電極
２１ａ、２１ｂ…フィラメント
２２ａ、２２ｂ…収束溝
２３ａ、２３ｂ…電子の軌道
２４ａ、２４ｂ…Ｘ線焦点
３１、６１…補助溝
Ｍ…谷底部分
ｍ…Ｘ線管の管軸
Ｌ、Ｓ…収束溝の長さ
Ｓ１…補助溝の長さ

Claims

電子ビームを放出する陰極構体と、前記電子ビームの衝突によってＸ線を発生するターゲット面を有する陽極とを具備し、前記陰極構体は、前記陽極と対向する面に形成され所定方向に延びる最も凹んだ谷底部分およびこの谷底部分から横方向に広がる少なくとも１つの傾斜面部分を有する収束電極、前記少なくとも１つの傾斜面部分および前記谷底部分のうちの少なくとも２つの部分に、前記谷底部分の延在方向に長く形成され、かつそれぞれの長い壁どうしが平行に隣り合うように形成され、長く形成された前記谷底部分の延在方向における長さが異なる複数の収束溝、および、この複数の収束溝内に互いに平行に配置された電子放出用フィラメントを有するＸ線管において、前記谷底部分の延在方向における長さが他よりも短い少なくとも１つの収束溝の前記他と端部がずれている側の外側に、前記谷底部分の延在方向に補助溝を隣接して設けたことを特徴とするＸ線管。
上記補助溝の谷底部分の延在方向における長さは、前記補助溝が隣接して設けられた収束溝の谷底部分の延在方向における長さとの和が、前記補助溝が隣接して設けられた前記収束溝よりも谷底部分の延在方向における長さが長い他の収束溝の延在方向における長さよりも長い請求項１記載のＸ線管。
少なくとも１つの傾斜面部分および谷底部分のうちの少なくとも２つの部分に形成された全ての収束溝に、それぞれ補助溝を設けた請求項１記載のＸ線管。
谷底部分が、延在方向における長さと延在方向に対し垂直方向における幅とをもつ平坦面である請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のＸ線管。