JP4716508B2 - Ｘ線管 - Google Patents

Description

本発明は、対陰極上の複数の領域に対してそれぞれ専用の陰極から電子ビームを照射するようにしたＸ線管に関するものである。

対陰極上の複数の領域に対してそれぞれ専用の陰極から電子ビームを照射するようにしたＸ線管が知られている（特許文献１及び特許文献２）。
特開平１−１６１６４５号公報 特開平６−２１５７１０号公報

特許文献１に開示されたＸ線管は，回転対陰極上にモリブデン製のターゲットとロジウム製のターゲットを備えている。モリブデン製のターゲットには第１のフィラメントから放出された電子ビームが照射され，ロジウム製のターゲットには第２のフィラメントから放出された電子ビームが照射される。第１のフィラメントと第２のフィラメントはカソードに取り付けられていて，Ｘ線管内に固定されている。そして，第１のフィラメントと第２のフィラメントのいずれかにフィラメント加熱電圧を印加することで，どちらか一方のターゲットからＸ線を発生させることができる。これにより，波長の異なる２種類の特性Ｘ線のうちの任意の一方を発生させることができる。特許文献２も，同様に，回転対陰極上の銅とクロムの２種類のターゲットに対して，それぞれ専用のフィラメントから電子ビームを照射している。

また，複数の陰極を備えるＸ線管であって，これらの陰極をＸ線管内で移動させることで陰極を切り換えるようにしたＸ線管も知られている（特許文献３）。
特開平４−１８８５５２号公報

この特許文献３に開示されたＸ線管は，異なる焦点寸法を形成するための複数の陰極を備えていて，これらの陰極を円形のベース板の上に配置して，ベース板を回転させることで，電子ビームを放出する陰極を切り換えることができる。どの陰極を選択した場合でも，陰極から放出された電子ビームは，対陰極上のほぼ同一領域に照射される。したがって，複数の陰極は開示しているが，対陰極上の複数の領域は開示していない。

特許文献１または特許文献２に開示された技術を用いると，材質の異なる複数のターゲットに，それぞれ別個の陰極から電子ビームを照射することができて，Ｘ線波長を切り換えることができる。ところで，現実の電子銃を考えると，陰極はウェーネルト電極の開口の内部に配置されている。陰極毎にウェーネルト電極を設けると仮定すると，複数の陰極を並べて配置するには，陰極の中心間距離を，少なくともウェーネルト電極の寸法分だけ広くする必要がある（例えば，数十ｍｍが必要である）。一方で，例えば，回転対陰極上に複数のターゲット材質を並べて配置することを考えると，複数のターゲット材質の中心間距離を大きくすることは好ましくない。複数のターゲット材質の中心間距離を大きくすると，ターゲット材質を切り換えることによって（すなわち，取り出す特性Ｘ線の波長を切り換えることによって），Ｘ線焦点の位置が大きく変化することになる。また，複数のターゲット材質の中心間距離を大きくすると，回転対陰極の寸法が大きくなり，結果として，Ｘ線管の寸法も大きくなる。したがって，現実の回転対陰極Ｘ線管を考えると，特許文献１または特許文献２に開示されたように，複数の陰極を固定的に配置して，所望の陰極だけに陰極加熱電圧を印加する，という技術的手段を採用することは，上述のような不都合がある。

一方，特許文献３に開示された技術によれば，複数の陰極を移動させることで，使用する陰極だけを対陰極の電子ビーム照射領域に対向させることができる。ただし，特許文献３では，使用する陰極を変更しても，対陰極上の電子ビーム照射領域の位置はほぼ同じである。したがって，この技術を採用しても，複数のターゲット材質を備える対陰極に対して，それぞれ，別個の陰極から電子ビームを照射することはできない。

本発明の目的は，対陰極上の複数の領域に対してそれぞれ別個の陰極から電子ビームを照射するようにしたＸ線管において，Ｘ線の波長や焦点寸法を容易に切り換えることができて，かつ，上述の複数の領域の中心間距離を小さくできるとともに，Ｘ線管の寸法もあまり大きくならないＸ線管を提供することにある。

本発明は、対陰極上の複数の領域に対してそれぞれ別個の陰極から電子ビームを照射するようにしたＸ線管に関するものであって，次のような特徴を備えている。まず，Ｘ線管は対陰極と電子銃組立体を備えていて，対陰極は，第１領域および第２領域を備えている。また，電子銃組立体は，前記第１領域に衝突する第１電子ビームを放出する第１陰極を備える第１電子銃と，前記第２領域に衝突する第２電子ビームを放出する第２陰極を備える第２電子銃とを備えている。そして，次の（ア）乃至（ウ）の特徴を備えている。（ア）前記第１電子ビームと前記第２電子ビームは実質的にひとつの平面内にある。（イ）前記電子銃組立体は前記平面に垂直な回転中心線の周りに回転可能である。（ウ）前記電子銃組立体は，前記回転中心線の周りに回転することで，前記第１陰極が前記第１領域に対向する第１姿勢と，前記第２陰極が前記第２領域に対向する第２姿勢との間で，その姿勢が切り換え可能である。

本発明において，「実質的にひとつの平面内」は次のような意味をもっている。第１電子ビームの断面と第２電子ビームの断面は，電子銃組立体の回転中心線の方向に所定の厚さをもっているが，その場合，電子銃組立体の回転中心線の方向における第１電子ビームの厚さの中心位置と第２電子ビームの厚さの中心位置とが，ひとつの平面内（共通の平面内）にある。当然ながら，第１電子ビームの断面のすべてと第２電子ビームの断面のすべてが，ひとつの平面内に存在する必要はない。

第１電子銃と第２電子銃は，それぞれの陰極に加熱電圧を供給するための端子を備えている。すなわち，第１電子銃は第１陰極に接続された一対の第１端子を備えており，第２電子銃は第２陰極に接続された一対の第２端子を備えている。一方，Ｘ線管は一対の陰極電源端子を備えていて，電子銃組立体が第１姿勢にあるときは第１端子が陰極電源端子に接続し，電子銃組立体が第２姿勢にあるときは第２端子が陰極電源端子に接続する。

電子ビームを放出する陰極を切り換えるためには，次のような構成とすることができる。電子銃組立体を，その回転中心線の周りに１８０度回転することで，第１姿勢から第２姿勢に切り換えることができ，または，第２姿勢から第１姿勢に切り換えることができる。その場合，第１陰極の中心と第２陰極の中心とを通る陰極中心線が電子銃組立体の回転中心線から所定距離だけ離れているような偏心構造にすることができる。これにより，電子銃組立体を１８０度回転させるだけで，第１電子ビームの位置と，第２電子ビームの位置を，互いに異ならせることができる。

第１領域の材質と第２領域の材質は互いに異ならせることができる。これにより，２種類の波長のＸ線を切り換えて取り出すことができる。また，これとは別個に，第１領域上の第１電子ビームの焦点寸法と第２領域上の第２電子ビームの焦点寸法とを互いに異ならせることができる。さらに，異なる材質と異なる焦点寸法とを組み合わせることもできる。さらには，対陰極上に３個以上の領域を設けて，それに対応させて３個以上の電子銃を備えるようにしてもよい。

対陰極は固定の対陰極（静止する対陰極）であってもよいし，回転対陰極であってもよい。回転対陰極の場合は，回転対陰極の回転中心線に平行な方向に第１領域と第２領域を互いに隣り合って並べることができる。

本発明によれば，対陰極上の複数の領域に対してそれぞれ別個の陰極から電子ビームを照射するようにしたＸ線管において，二つの電子銃の配置構造を工夫したことにより，Ｘ線の波長や焦点寸法を容易に切り換えることができ，かつ，対陰極上の複数の領域の中心間距離を小さくできるとともに，Ｘ線管の寸法もあまり大きくしなくて済む。

以下，図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。図１は本発明に係るＸ線管の一実施例の要部の斜視図である。このＸ線管は，回転対陰極１０と電子銃組立体１２を備えている。回転対陰極１０は円筒形状であり，回転中心線１４の周りを回転する。回転中心線１４は水平方向に延びている。回転対陰極１０の外周面には，第１領域１６と第２領域１８が形成されている。第１領域１６と第２領域１８は周方向に延びた帯状の領域であって，それらは回転中心線１４に平行な方向に隣り合っている。第１領域１６の材質はＣｒ（クロム）であり，第２領域１８の材質はＣｕ（銅）である。第１領域１６と第２領域１８の幅はそれぞれ約４ｍｍである。回転対陰極１０の直径は２８０ｍｍである。

電子銃組立体１２は，回転台２０と第１電子銃２２と第２電子銃２４を備えている。回転台２０は回転中心線２５の周りを回転できる。回転中心線２５は上下方向に延びている。第１電子銃２２と第２電子銃２４は回転台２０に固定されている。第１電子銃２２は第１ウェーネルト電極２６と第１陰極２８を備えている。第１ウェーネルト電極２６の開口３０の内部に第１陰極２８が配置されている。第１陰極２８はコイル状のフィラメントである。第１陰極２８は一対の第１端子２９に接続されている。第１端子２９は第１電子銃２２の上部に露出している。

第２電子銃２４も第１電子銃２２と同様の構造であり，第２ウェーネルト電極３２と第２陰極３４を備えている。第２ウェーネルト電極３２の開口３６の内部に第２陰極３４が配置されている。第２電極３４もコイル状のフィラメントである。第２陰極３４は一対の第２端子３５に接続されている。第２端子３５は第２電子銃２４の上部に露出している。

図１では，電子銃組立体１２は中立姿勢にあり，いずれの陰極も回転対陰極１０には対向していない。この中立姿勢では，いずれの陰極にも加熱電圧が印加されない。

図２は，電子銃組立体１２が第１姿勢にあるときのＸ線管の要部の斜視図である。図１の中立姿勢の電子銃組立体１２を，上から見て反時計方向に９０度回転させると，図２の第１姿勢になる。このとき，第１電子銃２２が回転対陰極１０に対向し，第１陰極２８は回転対陰極１０の第１領域１６に対向する。第１端子２９は，後述するように，陰極電源端子に接続する。第１陰極２８から放出された第１電子ビーム３８は第１領域１６に衝突し，その電子ビーム照射領域（Ｘ線焦点）から，Ｃｒの特性Ｘ線が発生する。

図３は，電子銃組立体１２が第２姿勢にあるときのＸ線管の要部の斜視図である。図１の中立姿勢の電子銃組立体１２を，上から見て時計方向に９０度回転させると，図３の第２姿勢になる。あるいは，図２に示す第１姿勢から，上から見て反時計方向に１８０度（または時計方向に１８０度）回転させると，図３に示す第２姿勢になる。このとき，第２電子銃２４が回転対陰極１０に対向し，第２陰極３４は回転対陰極１０の第２領域１８に対向する。第２端子３５は，後述するように，陰極電源端子に接続する。第２陰極３４から放出された第２電子ビーム４０は第２領域１８に衝突し，その電子ビーム照射領域（Ｘ線焦点）から，Ｃｕの特性Ｘ線が発生する。

図２の第１姿勢から図３の第２姿勢に切り換えるには，Ｘ線管の真空を破ることなく，電子銃組立体を回転させるだけで済む。したがって，Ｘ線管から取り出すＸ線の波長を切り換える作業が，きわめて容易に，かつ，短時間で済む。

図４は，電子銃組立体１２が中立姿勢にあるときのＸ線管の要部の平面断面図である。Ｘ線管の真空容器４２（チューブシールド）には回転対陰極１０が回転可能に取り付けられている。回転対陰極１０は回転中心線１４の周りを回転する。真空容器４２には，ベリリウム製の二つの窓４４，４６が設けられている。電子銃組立体１２は回転中心線２５の周りを回転できる。第１電子銃２２と第２電子銃２４は回転中心線２５を挟んで背中合わせに配置されている。そして，第１陰極２８の長手方向の中心（図４における左右方向の中心）と，第２陰極３４の長手方向の中心とを通る直線４８（以下，陰極中心線という）は，回転中心線２５から所定距離Ｄだけ離れている。この実施例では，Ｄは１．７ｍｍである。このように，二つの電子銃２２，２４は，電子銃組立体１２の回転中心線２５に対して偏心して配置されている。一方，回転対陰極１０の第１領域１６の幅方向の中心と第２領域１８の幅方向の中心との距離Ｌは３．４ｍｍであり，ＤはＬの半分になるように設定している。こうすることで，電子銃組立体を１８０度回転させるだけで，第１電子ビームの位置と第２電子ビームの位置を所定距離だけ（すなわち，３．４ｍｍだけ）シフトすることができる。なお，この実施例では，電子ビームの照射領域の寸法（すなわち，焦点寸法）を０．０７ｍｍ×０．７ｍｍとすることを想定している。ところで，第１領域１６の幅方向の中心及び第２領域１８の幅方向の中心にそれぞれ電子ビームの中心をもってくる必要は必ずしもなく，第１領域１６の幅の範囲内，及び，第２領域１８の幅の範囲内に，電子ビームが収まっていればよい。

第１電子銃２２の上部に露出している一対の第１端子２９と，第２電子銃２４の上部に露出している一対の第２端子３５は，回転中心線２５を中心として点対称になるように配置されている。したがって，第１電子銃２２から見ると，一対の第１端子２９は偏った位置に配置されており，第２電子銃２４から見ると，一対の第２端子３５は偏った位置に配置されている。

図５は，電子銃組立体１２が第１姿勢にあるときの図４と同様の断面図である。電子銃組立体１２を，図４に示す中立姿勢から，上から見て回転中心線２５の周りに反時計方向に９０度回転させると，図５に示す第１姿勢になる。一対の第１端子２９は陰極電源端子に接続され，第１陰極２８の両端には所定のフィラメント加熱電圧が印加される。また，第１電極２８には回転対陰極１０に対して所定の負の高電圧が印加される。これにより，第１陰極２８から回転対陰極１０の第１領域１６に向かって第１電子ビーム３８が放出される。さらに，第１陰極２８と第１ウェーネルト電極２６との間に所定の電圧が印加され，第１電子ビーム３８は回転対陰極１０の第１領域１６上で所望の焦点寸法になるように絞られる。第１領域１６上の電子ビーム照射領域（Ｘ線焦点）からは，Ｃｒの特性Ｘ線５０が発生する。第１窓４４の近傍の第１回転通路４５を開放状態にすると，Ｃｒの特性Ｘ線５０が第１窓４４から出て行く。

図６は，電子銃組立体１２が第２姿勢にあるときの図４と同様の断面図である。電子銃組立体１２を，図４に示す中立姿勢から，上から見て回転中心線２５の周りに時計方向に９０度回転させると，図６に示す第２姿勢になる。あるいは，電子銃組立体１２を，図５に示す第１姿勢から，上から見て回転中心線２５の周りに反時計方向に１８０度または時計方向に１８０度回転させると，図６に示す第２姿勢になる。一対の第２端子３５は陰極電源端子に接続され，第２陰極３４の両端には所定のフィラメント加熱電圧が印加される。また，第２電極３４には回転対陰極１０に対して所定の負の高電圧が印加される。これにより，第２陰極３４から回転対陰極１０の第２領域１８に向かって第２電子ビーム４０が放出される。さらに，第２陰極３４と第２ウェーネルト電極３２との間に所定の電圧が印加され，第２電子ビーム４０は回転対陰極１０の第２領域１８上で所望の焦点寸法になるように絞られる。第２領域１８上の電子ビーム照射領域（Ｘ線焦点）からは，Ｃｕの特性Ｘ線５２が発生する。第２窓４６の近傍の第２回転通路４７を開放状態にすると。Ｃｕの特性Ｘ線５２が第２窓４６から出て行く。

図５における第１電子ビーム３８は，回転対陰極１０の回転中心線１４を含む水平面内にある。この平面を電子ビーム平面と呼ぶことにする。この電子ビーム平面は，電子銃組立体１２の回転中心線２５に垂直である。ところで，第１電子ビーム３８は，電子銃組立体１２の回転中心線２５の方向に（すなわち，上下方向に）所定の厚さをもっている。したがって，厳密に言うと，第１電子ビーム３８の断面の上下方向の厚さの中心位置が，上述の電子ビーム平面内にある。同様に，図６における第２電子ビーム４０も，その上下方向の厚さの中心位置が，電子ビーム平面内にある。したがって，第１電子ビーム３８と第２電子ビーム４０は実質的にひとつの平面内（共通の平面内）にある，と言うことができる。

図５において，回転対陰極１０の第１領域１６上の第１電子ビーム３８の寸法（焦点寸法）と，図６において，回転対陰極１０の第２領域１８上の第２電子ビーム４０の寸法（焦点寸法）は，同じであってもよいし，互いに異なっていてもよい。焦点寸法を互いに異ならせるためには，陰極２８，３４の形状及び寸法を互いに異ならせるとともに，ウェーネルト電極２６，３２の開口３０，３６の形状及び寸法も陰極２８，３４に適したものにする。

図７は電子銃組立体１２の平面図であり，陰極電源端子５４の位置を重ね合わせて示してある。第１電子銃２２の上面には一対の第１端子２９が露出している。第２電子銃２４の上面には一対の第２端子３５が露出している。第１端子２９と第２端子３５は回転台２０の回転中心線２５を中心として点対称に配置されている。また，一対の第１端子２９と一対の第２端子３４と一対の陰極電源端子５４は，上方から見て，回転台２０の回転中心線を中心とした円５６の上に載っている。図７では電子銃組立体１２が中立姿勢にあり，第１端子２９と第２端子３５は，どちらも，陰極電源端子５４には接続していない。

図８は，電子銃組立体１２が第１姿勢にあるときの，図７と同様の平面図である。第１電子銃２２の一対の第１端子２９は一対の陰極電源端子５４にそれぞれ接続している。陰極電源端子５４はＸ線管内で静止している。

図９は，電子銃組立体１２が第２姿勢にあるときの，図７と同様の平面図である。第２電子銃２４の一対の第２端子３５は一対の陰極電源端子５４にそれぞれ接続している。

図１０は，図１に示すＸ線管の要部の側面図である。電子銃組立体１２の上方には陰極電源供給機構５８が配置されている。陰極電源供給機構５８は，その下端に，一対の陰極電源端子５４を備えている。電子銃組立体１２を回転中心線２５の周りに回転させることで，陰極電源端子５４は，既に説明してきたように，第１端子２９と第２端子３５に選択的に接続する。図１０では，電子銃組立体１２は第１姿勢にあり，第１陰極２８には陰極電源端子５４と第１端子２９を介してフィラメント加熱電圧が印加される。第１陰極２８から放出された第１電子ビーム３８は回転対陰極１０上の第１領域に照射される。第１陰極２８は第１ウェーネルト電極２６に形成された開口３０の内部に配置されている。第２陰極３４も，同様に，第２ウェーネルト電極３２に形成された開口３６の内部に配置されている。

上述の実施例では，回転対陰極１０の第１領域１６と第２領域１８の材質の組み合わせとして，Ｃｕ（銅）とＣｒ（クロム）の組み合わせを例示しているが，これに限定するものではなく，そのほかに，例えば，Ｃｕ（銅）とＣｏ（コバルト）の組み合わせ，Ｃｕ（銅）とＭｏ（モリブデン）の組み合わせとしてもよい。

上述の実施例では，回転対陰極１０の第１領域１６と第２領域１８を異なる材質で形成しているが，同じ材質とすることもできる。その場合，第１電子銃２２と第２電子銃２４を使って，第１領域１６上の焦点寸法と第２領域１８上の焦点寸法を互いに異ならせて，異なる焦点寸法の２種類のＸ線を切り換えて取り出すようにすることができる。

異なる焦点寸法の組み合わせの例としては，焦点高さ×焦点幅で示すと，（１）第１焦点を０．０７×０．７ｍｍとし，第２焦点を０．１５×１．５ｍｍとする組み合わせ，（２）第１焦点を０．１０×１．０ｍｍとし，第２焦点を０．１５×１．５ｍｍとする組み合わせ，（３）第１焦点を０．１０×１．０ｍｍとし，第２焦点を０．３０×３．０ｍｍとする組み合わせ，（４）第１焦点を０．１５×１．５ｍｍとし，第２焦点を１０．０×０．５ｍｍとする組み合わせ，（５）第１焦点を０．１０×１．０ｍｍとし，第２焦点を０．５０×１０．０ｍｍとする組み合わせ，（６）第１焦点を０．５０×１０．０ｍｍとし，第２焦点を１０．０×０．５ｍｍとする組み合わせ，が考えられる。このうち，（１）〜（４）の組み合わせは，直径が２８０ｍｍの回転対陰極を想定しており，（５）と（６）の組み合わせは，直径が１００ｍｍの回転対陰極を想定している。

本発明に係るＸ線管の一実施例の要部の斜視図である。 電子銃組立体が第１姿勢にあるときのＸ線管の要部の斜視図である。 電子銃組立体が第２姿勢にあるときのＸ線管の要部の斜視図である。 電子銃組立体が中立姿勢にあるときのＸ線管の要部の平面断面図である。 電子銃組立体が第１姿勢にあるときの図４と同様の断面図である。 電子銃組立体が第２姿勢にあるときの図４と同様の断面図である。 電子銃組立体の平面図であり，陰極電源端子の位置を重ね合わせて示している。 電子銃組立体が第１姿勢にあるときの，図７と同様の平面図である。 電子銃組立体が第２姿勢にあるときの，図７と同様の平面図である。 図１に示すＸ線管の要部の側面図である。

符号の説明

１０ 回転対陰極
１２ 電子銃組立体
１４ 回転対陰極の回転中心線
１６ 第１領域
１８ 第２領域
２０ 回転台
２２ 第１電子銃
２４ 第２電子銃
２５ 回転台の回転中心線
２６ 第１ウェーネルト電極
２８ 第１陰極
２９ 第１端子
３０ 第１ウェーネルト電極の開口
３２ 第２ウェーネルト電極
３４ 第２陰極
３５ 第２端子
３６ 第２ウェーネルト電極の開口
３８ 第１電子ビーム
４０ 第２電子ビーム
４２ 真空容器
４４ 第１窓
４５ 回転通路
４６ 第２窓
４７ 第２回転通路
４８ 陰極中心線
５０ Ｃｒの特性Ｘ線
５２ Ｃｕの特性Ｘ線
５４ 陰極電源端子
５６ 円
５８ 陰極電源供給機構

Claims (6)

1. 第１領域および第２領域を備える対陰極と，前記第１領域に衝突する第１電子ビームを放出する第１陰極を備える第１電子銃および前記第２領域に衝突する第２電子ビームを放出する第２陰極を備える第２電子銃を有する電子銃組立体とを有するＸ線管において，
   （ア）前記第１電子ビームと前記第２電子ビームは実質的にひとつの平面内にあり，
   （イ）前記電子銃組立体は前記平面に垂直な回転中心線の周りに回転可能であり，
   （ウ）前記電子銃組立体は，前記回転中心線の周りに回転することで，前記第１陰極が前記第１領域に対向する第１姿勢と，前記第２陰極が前記第２領域に対向する第２姿勢との間で，その姿勢が切り換え可能である，
   ことを特徴とするＸ線管。
2. 請求項１に記載のＸ線管において，前記第１電子銃は前記第１陰極に接続された一対の第１端子を備えており，前記第２電子銃は前記第２陰極に接続された一対の第２端子を備えており，前記Ｘ線管は一対の陰極電源端子を備えていて，前記電子銃組立体が前記第１姿勢にあるときは前記第１端子が前記陰極電源端子に接続し，前記電子銃組立体が前記第２姿勢にあるときは前記第２端子が前記陰極電源端子に接続することを特徴とするＸ線管。
3. 請求項１または２に記載のＸ線管において，前記電子銃組立体は，前記回転中心線の周りに１８０度回転することで，前記第１姿勢から前記第２姿勢に，または，前記第２姿勢から前記第１姿勢に切り換わり，かつ，前記第１陰極の中心と前記第２陰極の中心とを通る陰極中心線が前記電子銃組立体の回転中心線から所定距離だけ離れていることを特徴とするＸ線管。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のＸ線管において，前記第１領域の材質と前記第２領域の材質が互いに異なることを特徴とするＸ線管。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のＸ線管において，前記対陰極が回転対陰極であり，前記回転対陰極の回転中心線に平行な方向に前記第１領域と前記第２領域が互いに隣り合って並んでいることを特徴とするＸ線管。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のＸ線管において，前記第１領域上の前記第１電子ビームの焦点寸法と前記第２領域上の前記第２電子ビームの焦点寸法とが互いに異なることを特徴とするＸ線管。

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