JP6638966B2 - Ｘ線管 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線管に関する。

一般に、Ｘ線管は、画像診断などの用途で使われている。このようなＸ線管の陰極は、２個の電子銃を備えている。各電子銃は、電子を放出するフィラメントコイルと、放出された電子を集束する集束溝と、を有している。２個の電子銃は１個の集束電極を共用している。各電子銃から放出され集束された電子が陽極ターゲットのターゲット面に衝突することにより、ターゲット面上に焦点が形成される。２個の電子銃は、ターゲット面上の同じ位置に焦点を形成できるように、焦点を挟んで位置し、それぞれ傾けて配置されている。

ターゲット面は、主放射方向にターゲット角度と呼ぶ角度傾いている。主放射方向及びＸ線管軸の両方に直交する方向からみた場合、ターゲット面と、電子銃のターゲット面と対向する側の面とは、概略ターゲット角度分傾いている。フィラメントコイルの長さ方向の両端のうち、一端から放出される電子の飛行距離と、他端から放出される電子の飛行距離とが異なるため、焦点は歪んだ形状になる。そこで、このような焦点形状の歪を補正するため、電子銃全体を主放射方向に対して適当な角度に傾ける技術が知られている。

特開平５−１２１０２０号公報

ところで、Ｘ線管のうち、固定陽極型Ｘ線管のようなＸ線管など、大型化が望ましくないＸ線管がある。しかしながら、上述したように、電子銃全体を傾ける技術を採用すると、陰極の小型化を阻害すると言う問題が生じる。例えば、陰極の集束電極の外径を大きくする必要が生じるためである。このため、小型で焦点形状の歪を極力低減できるＸ線管が望まれている。
本実施形態は、小型であり焦点形状の歪を低減できるＸ線管を提供する。

一実施形態に係るＸ線管は、
電子ビームの衝突によって形成される第１焦点から主放射方向にＸ線を放射するターゲット面を有する陽極と、
この陽極の前記ターゲット面に対向して配置され、前記電子ビームを放出する第１フィラメントと、この第１フィラメントから放出された電子ビームを集束させる集束電極と、を有する陰極であって、前記集束電極は、前記第１焦点から最も遠い（最短距離が最も長い）谷底部分と、この谷底部分から前記陽極の方向に斜めにせり上がる第１傾斜平面と、この第１傾斜平面に開口した第１集束溝と、この第１集束溝の底面に開口し、前記第１フィラメントを収納する第１収納溝とを含む、前記陰極と、を備え、
前記第１焦点の中心を通りＸ線管軸に平行な軸を基準軸、
前記基準軸と前記主放射方向とを含む平面を第１基準面、
前記基準軸に対して前記Ｘ線を放射する側の反対側において交わる第１延長線と第２延長線とが内側になす第１角度であって、前記第１延長線は前記第１基準面に沿って前記谷底部分と前記第１傾斜平面との境界直線から延びる仮想上の直線であり、前記第２延長線は前記第１基準面及び前記ターゲット面に沿って前記ターゲット面から延びる仮想上の直線である、前記第１角度をθ１、とすると、
θ１＞０°であり、
前記第１収納溝は、長軸を有し、
前記第１収納溝の前記第１延長線側の一端部より前記第１収納溝の他端部の方が、前記第１基準面に近接している。

図１は、一実施形態に係るＸ線管を示す概略構成図である。 図２は、図１に示した陰極及び陽極を拡大して示す図である。 図３は、図２に示した陰極を示す平面図である。 図４は、上記陰極及び上記陽極を示す図であり、第１角度を説明するための図である。 図５は、上記陰極及び上記陽極を示す正面図であり、第２角度を説明するための図である。 図６は、上記陰極及び上記陽極を示す図であり、第１直線距離と第２直線距離との関係を説明するための図である。 図７は、上記陰極及び上記陽極を示す図であり、第３直線距離と第４直線距離との関係を説明するための図である。 図８は、上記実施形態の第１面に平行な仮想平面に垂直投影されたフィラメントコイル、第１集束溝及び第１収納溝を示す図である。 図９は、上記実施形態の第２面に平行な仮想平面に垂直投影されたフィラメントコイル、第２集束溝及び第２収納溝を示す図である。 図１０は、シミュレーションにより、上記実施形態のフィラメントコイルの一端部からターゲット面に向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。 図１１は、上記シミュレーションにより、上記実施形態のフィラメントコイルの他端部からターゲット面に向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。 図１２は、上記シミュレーションにより、上記実施形態のターゲット面に形成される第１焦点の像を示す図である。 図１３は、陰極及び陽極を拡大して示す図であり、第１集束溝より第２集束溝が大きく形成されている状態を示す図である。 図１４は、上記実施形態の変形例に係るＸ線管において、第１面に平行な仮想平面に垂直投影されたフィラメントコイル、第１集束溝及び第１収納溝を示す図である。 図１５は、比較例に係るＸ線管の陰極を示す平面図である。 図１６は、シミュレーションにより、上記比較例のフィラメントコイルの一端部からターゲット面に向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。 図１７は、上記シミュレーションにより、上記比較例のフィラメントコイルの他端部からターゲット面に向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。 図１８は、上記シミュレーションにより、上記比較例のターゲット面に形成される第１焦点の像を示す図である。

以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、一実施形態に係るＸ線管１を示す概略構成図である。
図１に示すように、Ｘ線管１は、陰極２と、陽極３と、真空外囲器４と、複数のピンアセンブリ１５と、を備えている。陰極２は、電子を放出するフィラメント（電子放出源）と、集束電極と、を有している。本実施形態において、陰極２は、第１フィラメント及び第２フィラメントを有している。複数のピンアセンブリ１５は、第１フィラメントに負の高電圧及びフィラメント電流を与えるための２個のピンアセンブリ１５と、第２フィラメントに負の高電圧及びフィラメント電流を与えるための２個のピンアセンブリ１５と、集束電極に負の高電圧を与えるための１個のピンアセンブリ１５と、を少なくとも有している。なお、集束電極用のピンアセンブリ１５は、集束電極を支持し、集束電極を固定する機能も有している。

陽極３は、ターゲット本体３ａ及びターゲット本体３ａに接続された陽極延出部３ｄを有している。ターゲット本体３ａは、電子が衝突するターゲット層３ｂを有している。ターゲット層３ｂのうち電子が衝突する側の面は、ターゲット面３ｃである。ターゲット本体３ａは、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）それらの合金等の高熱伝導性金属で形成されている。ターゲット層３ｂは、ターゲット本体３ａに利用する材料より融点の高い金属で形成されている。例えば、ターゲット本体３ａは銅や銅合金で形成され、ターゲット層３ｂはタングステン合金で形成されている。陽極延出部３ｄは円柱状に形成され、銅や銅合金を利用している。陽極延出部３ｄは、ターゲット本体３ａを固定している。陽極３は、上記フィラメントから放出され上記集束電極によって集束された電子がターゲット面３ｃに衝撃することによりＸ線を放出する。

真空外囲器４は、ガラス容器４ａ及び金属容器４ｂを有している。金属容器４ｂは、一方でガラス容器４ａに気密に接続され、他方で陽極３に気密に接続されている。ガラス容器４ａは、例えば硼珪素ガラスを利用して形成されている。ガラス容器４ａは、例えば複数のガラス部材を溶融により気密に接合し形成することができる。ガラス容器４ａはＸ線透過性を有しているため、陽極３から放出されたＸ線はガラス容器４ａを透過して真空外囲器４の外側に放出される。金属容器４ｂは、ターゲット本体３ａ及び陽極延出部３ｄの少なくとも一方に気密に固定されている。ここでは、金属容器４ｂは、ターゲット本体３ａにろう付けにより気密に接続されている。また、金属容器４ｂとガラス容器４ａは封着により気密に接続されている。本実施形態において、金属容器４ｂは環状に形成されている。また、金属容器４ｂは、コバールを利用して形成されている。

真空外囲器４は、陰極２及びターゲット本体３ａを収納し、陽極延出部３ｄが露出するように形成されている。真空外囲器４には、複数のピンアセンブリ１５が気密に取り付けられている。各ピンアセンブリ１５は、カソードピンなどを有し、真空外囲器４の内部及び外部に位置している。
なお、Ｚ軸はＸ線管軸Ａに平行な軸であり、Ｘ軸はＺ軸に直交する軸であり、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸の両方に直交する軸である。後述するＸ線の主放射方向ｄはＸ軸と平行であり、向きは逆である。

Ｘ線管１の外側の電源ユニットから出力される電圧及び電流は、フィラメント用のピンアセンブリ１５に与えられ、ひいてはフィラメントに与えられる。これにより、フィラメントは電子（熱電子）を放出する。上記電源ユニットは陰極２及び陽極３にも所定の電圧を与える。本実施形態において、陰極には負の高電圧が印加され、陽極３には正の高電圧が印加される。陽極３及び陰極２間にＸ線管電圧（管電圧）が加えられるため、フィラメントから放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面３ｃに入射される。すなわち、陰極２からターゲット面３ｃ上の焦点にＸ線管電流（管電流）が流れる。
陰極電位となる集束電極は、フィラメントから陽極３に向かう電子ビーム（電子）を集束させることができる。
ターゲット面３ｃは電子ビームが入射されることによりＸ線を放出し、焦点から放出されたＸ線は真空外囲器４を透過しＸ線管１の外側に放出される。

図２は、図１に示した陰極２及び陽極３を拡大して示す図である。図中、陰極２は後述する基準軸ＲＡを通るＹ−Ｚ平面に沿った断面形状を示し、陽極３は正面から見た状態を示している。
図２に示すように、陰極２は、電子を放出する第１フィラメントとしてのフィラメントコイル５と、電子を放出する第２フィラメントとしてのフィラメントコイル６と、フィラメントコイル５及びフィラメントコイル６から放出された電子を集束させる集束電極１０と、を有している。集束電極１０は、平坦な前面１０Ａと、第１傾斜平面１１と、第１集束溝２１と、第１収納溝３１と、第２傾斜平面１２と、第２集束溝２２と、第２収納溝３２と、を含んでいる。第１傾斜平面１１と第２傾斜平面１２との境界を谷底部分と呼ぶことにすれば、第１傾斜平面１１及び第２傾斜平面１２はそれぞれ、谷底部分Ｍから陽極３の方向に斜めにせり上がっている。谷底部分Ｍは、後述する第１基準面Ｓ１に平行な線分である。

前面１０Ａは、陰極２（集束電極１０）のうち、陽極３に最も近接している。この実施形態において、前面１０Ａは、Ｘ−Ｙ平面に平行である。但し、前面１０Ａ及び谷底部分Ｍは、Ｘ−Ｙ平面に平行でなくともよい。２個の電子銃が同じ位置に焦点Ｆを形成できるよう、第１傾斜平面１１及び第２傾斜平面１２は、Ｘ−Ｙ平面から傾いている。谷底部分Ｍは、基準軸ＲＡを通るＸ−Ｚ平面上に位置している。

焦点Ｆから第１傾斜平面１１または第２傾斜平面１２までの距離のうち、谷底部分Ｍまでの距離が最も長い。

第１集束溝２１は、第１傾斜平面１１に開口している。第１収納溝３１は、第１集束溝２１の底面２１ｂに開口しフィラメントコイル５を収納している。第２集束溝２２は、第２傾斜平面１２に開口している。第２収納溝３２は、第２集束溝２２の底面２２ｂに開口しフィラメントコイル６を収納している。

第１傾斜平面１１は底面２１ｂと平行であり、第２傾斜平面１２は底面２２ｂと平行である。このため、第１収納溝３１の開口３１ｏは、第１集束溝２１の開口２１ｏと平行であり、第２収納溝３２の開口３２ｏは、第２集束溝２２の開口２２ｏと平行である。フィラメントコイル５は、開口３１ｏと平行な仮想平面に沿って延在している。フィラメントコイル６は、開口３２ｏと平行な仮想平面に沿って延在している。

ターゲット面３ｃに形成される焦点Ｆのうち、フィラメントコイル５から放出された電子がターゲット面３ｃに入射されることにより主放射方向にＸ線を放射する焦点を第１焦点Ｆ１とする。一方、フィラメントコイル６から放出された電子がターゲット面３ｃに入射されることにより主放射方向にＸ線を放射する焦点を第２焦点Ｆ２とする。本実施形態において、第１焦点Ｆ１の中心位置と、第２焦点Ｆ２の中心位置とは、同じである。但し、第１焦点Ｆ１の寸法と、第２焦点Ｆ２の寸法とは、異なっている。本実施形態において、２個の電子銃の構造が異なっているためである。後述するが、例えば、フィラメントコイル５の寸法と、フィラメントコイル６の寸法とは、異なっている。

ここで、上記基準軸ＲＡは、第１焦点Ｆ１の中心を通りＸ線管軸Ａに平行な軸である。本実施形態において、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２の中心位置とが同一のため、基準軸ＲＡは、第２焦点Ｆ２の中心を通りＸ線管軸Ａに平行な軸でもある。また、基準軸ＲＡと主放射方向とを含む平面を第１基準面Ｓ１とする。前面１０Ａと同一平面上に位置する仮想上の平面を第２基準面Ｓ２とする。

図３は、図２に示した陰極２を示す平面図であり、陰極２を陽極３側からみた状態を示すＸ−Ｙ平面図である。
図３に示すように、第１集束溝２１は、基準軸ＲＡに直交し第１基準面Ｓ１に平行な長軸を有している。同様に、第２集束溝２２は、基準軸ＲＡに直交し第１基準面Ｓ１に平行な長軸を有している。また、第１収納溝３１及び第２収納溝３２は、それぞれ長軸を有している。フィラメントコイル５及びフィラメントコイル６は、それぞれ、直線状に延出して形成され、長軸を有している。

本実施形態において、第１収納溝３１及びフィラメントコイル５のそれぞれの長軸は、第１基準面Ｓ１に平行ではない。第２収納溝３２及びフィラメントコイル６のそれぞれの長軸は、第１基準面Ｓ１に平行ではない。

ここで、第１集束溝２１は、一端部２１ｅ１及び他端部２１ｅ２を有している。第１収納溝３１は、一端部３１ｅ１及び他端部３１ｅ２を有している。フィラメントコイル５は、一端部５ｅ１及び他端部５ｅ２を有している。
また、第２集束溝２２は、一端部２２ｅ１及び他端部２２ｅ２を有している。第２収納溝３２は、一端部３２ｅ１及び他端部３２ｅ２を有している。フィラメントコイル６は、一端部６ｅ１及び他端部６ｅ２を有している。

図４は、陰極２及び陽極３を示す図であり、第１角度θ１を説明するための図である。図中、陰極２は正面から見た状態を示し、陽極３は基準軸ＲＡを通るＸ−Ｚ平面に沿った断面形状を示している。また、図には、Ｘ線の主放射方向ｄなどを示している。
主放射方向は、基準軸ＲＡを通るＸ−Ｚ平面上の方向であり、利用Ｘ線束の中心軸に沿った方向である。本実施例では、主放射方向は、基準軸ＲＡに垂直である。一般に、ターゲット面３ｃ上に形成される焦点を、焦点の中心を通り、かつ基準軸ＲＡと垂直に交差する主放射方向ｄに沿ってＸ線管１の外側から見た形状は実効焦点と呼ばれている。

図４に示すように、基準軸ＲＡに対してＸ線を放射する側の反対側において交わる第１延長線Ｅ１と第２延長線Ｅ２とが内側になす角度を第１角度θ１とする。第１延長線Ｅ１は、第１基準面Ｓ１に沿って谷底部分Ｍ（または一般的には谷底部分Ｍと第１傾斜平面１１との境界線）から延びる仮想上の直線である。第２延長線Ｅ２は、第１基準面Ｓ１及びターゲット面３ｃに沿ってターゲット面３ｃから延びる仮想上の直線である。
θ１＞０°である。本実施形態において、第１角度θ１は鋭角である（０°＜θ１＜９０°）。すなわち、前面１０Ａ及び谷底部分Ｍはターゲット面３ｃと平行ではない。
ここで、基準軸ＲＡを含み第１基準面Ｓ１に直交する平面を第３基準面Ｓ３とする。

図３及び図４に示すように、上記のことから、第１収納溝３１の第１延長線Ｅ１側の一端部３１ｅ１より第１収納溝３１の他端部３１ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。また、フィラメントコイル５の第１延長線Ｅ１側の一端部５ｅ１よりフィラメントコイル５の他端部５ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。
同様に、第２収納溝３２の第１延長線Ｅ１側の一端部３２ｅ１より第２収納溝３２の他端部３２ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。また、フィラメントコイル６の第１延長線Ｅ１側の一端部６ｅ１よりフィラメントコイル６の他端部６ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。

図５は、陰極２及び陽極３を示す正面図であり、第２角度θ２及び第３角度θ３を説明するための図である。
図５に示すように、基準軸ＲＡから向かって陰極２及び陽極３を越えた側において交わる第３延長線Ｅ３と第４延長線Ｅ４とが内側になす角度を第２角度θ２とする。第３延長線Ｅ３は、第３基準面Ｓ３及び第１傾斜平面１１に沿って第１傾斜平面１１から延びる仮想上の直線である。第４延長線Ｅ４は、第３基準面Ｓ３及びターゲット面３ｃに沿ってターゲット面３ｃから延びる仮想上の直線である。
θ２＞０°である。本実施形態において、第２角度θ２は鋭角である（０°＜θ２＜９０°）。

同様に、基準軸ＲＡから向かって陰極２及び陽極３を越えた側において交わる第５延長線Ｅ５と第６延長線Ｅ６とが内側になす角度を第３角度θ３とする。第５延長線Ｅ５は、第３基準面Ｓ３及び第２傾斜平面１２に沿って第２傾斜平面１２から延びる仮想上の直線である。第６延長線Ｅ６は、第３基準面Ｓ３及びターゲット面３ｃに沿ってターゲット面３ｃから延びる仮想上の直線である。
θ３＞０°である。本実施形態において、第３角度θ３は鋭角である（０°＜θ３＜９０°）。

図２、図３及び図５に示すように、上記のことから、フィラメントコイル５、第１収納溝３１及び第１集束溝２１は、第１基準面Ｓ１より第３延長線Ｅ３側に位置している。一方、フィラメントコイル６、第２収納溝３２及び第２集束溝２２は、第１基準面Ｓ１より第５延長線Ｅ３側に位置している。

図６は、陰極２及び陽極３を示す図であり、第１直線距離Ｄ１と第２直線距離Ｄ２との関係を説明するための図である。
図６に示すように、フィラメントコイル５の一端部５ｅ１から第１焦点Ｆ１の第２延長線Ｅ２側の一端部Ｆ１ｅ１までの直線距離を第１直線距離Ｄ１とする。フィラメントコイル５の他端部５ｅ２から第１焦点Ｆ１の他端部Ｆ１ｅ２までの直線距離を第２直線距離Ｄ２とする。すると、Ｄ１＜Ｄ２である。

図７は、上記陰極及び上記陽極を示す図であり、第３直線距離と第４直線距離との関係を説明するための図である。
図７に示すように、フィラメントコイル６の一端部６ｅ１から第２焦点Ｆ２の第２延長線Ｅ２側の一端部Ｆ２ｅ１までの直線距離を第３直線距離Ｄ３とする。フィラメントコイル６の他端部６ｅ２から第２焦点Ｆ２の他端部Ｆ２ｅ２までの直線距離を第４直線距離Ｄ４とする。すると、Ｄ３＜Ｄ４である。

図８は、第１傾斜平面１１に平行な仮想平面に垂直投影されたフィラメントコイル５、第１集束溝２１及び第１収納溝３１を示す図である。
図８に示すように、第１収納溝３１の長軸は第１集束溝２１の長軸から傾斜している。フィラメントコイル５の長軸と第１収納溝３１の長軸とは平行である。また、上述したように、第１収納溝３１の一端部３１ｅ１より第１収納溝３１の他端部３１ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。
ここで、図８の垂直投影図において、第１集束溝２１の長軸と、第１収納溝３１（フィラメントコイル５）の長軸とが交差する角度を第４角度θ４とする。本実施形態において、第４角度θ４は鋭角である（０°＜θ４＜９０°）。

図９は、第２傾斜平面１２に平行な仮想平面に垂直投影されたフィラメントコイル６、第２集束溝２２及び第２収納溝３２を示す図である。
図９に示すように、第２収納溝３２の長軸は第２集束溝２２の長軸から傾斜している。フィラメントコイル６の長軸と第２収納溝３２の長軸とは平行である。また、上述したように、第２収納溝３２の一端部３２ｅ１より第２収納溝３２の他端部３２ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。
ここで、図９の垂直投影図において、第２集束溝２２の長軸と、第２収納溝３２（フィラメントコイル６）の長軸とが交差する角度を第５角度θ５とする。本実施形態において、第５角度θ５は鋭角である（０°＜θ５＜９０°）。

次に、本願発明者らが、本実施形態に係るＸ線管１を用いた場合を想定してＸ線を放出するシミュレーションを行った結果について説明する。この際、複数のフィラメントコイルの中、フィラメントコイル５のみを駆動して行った。このため、ターゲット面３ｃ上に形成される焦点は、第１焦点Ｆ１であり、単焦点である。また、シミュレーションは、同一条件の下で行った。

詳しくは、フィラメントコイル５のみを駆動した。フィラメントコイル５から放出された電子は、電子ビームとしてターゲット面３ｃに入射される。電子ビームは、集束電極１０の第１集束溝２１によって形成される電界の作用により集束される。フィラメントコイル５の上面（ターゲット面３ｃ側の面）から放出された電子が形成する正焦点と、フィラメントコイル５の側面から放出された電子が形成する副焦点との位置及び寸法をほぼ重ねた。
そして、各種の角度及び距離は、次に示す通りである。
θ１＝１６°
θ２＝２５°
θ４＝ ２°
Ｄ１＝１３．３ｍｍ
Ｄ２＝１６．７ｍｍ
図１０は、シミュレーションにより、フィラメントコイル５の一端部５ｅ１からターゲット面３ｃに向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。図１１は、シミュレーションにより、フィラメントコイル５の他端部５ｅ２からターゲット面３ｃに向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。
図１０及び図１１から分かるように、一端部５ｅ１から放出された電子が形成する焦点と、他端部５ｅ２から放出された電子が形成する焦点とが、第１基準面Ｓ１上に位置している。

図１２は、シミュレーションにより、ターゲット面３ｃに形成される第１焦点Ｆ１の像を示す図である。ここで、第１焦点Ｆ１の像は、主放射方向ｄに沿って、Ｘ線管１の外側から見た形状、すなわち実効焦点である。

図１２に示すように、第１基準面Ｓ１に直交する方向において、第１焦点Ｆ１の幅の増大が抑制されていることが分かる。

上記のように構成された一実施形態に係るＸ線管１によれば、Ｘ線管１は、陰極２と、陽極３と、を備えている。陰極２は、フィラメントコイル５と、前面１０Ａ、第１傾斜平面１１、第１集束溝２１及び第１収納溝３１を含む集束電極１０と、を有している。陽極３は、ターゲット面３ｃを有している。
θ１＞０°及びθ２＞０°である。フィラメントコイル５、第１収納溝３１及び第１集束溝２１は、第１基準面Ｓ１より第３延長線Ｅ３側に位置している。第１収納溝３１の第１延長線Ｅ１側の一端部３１ｅ１より第１収納溝３１の他端部３１ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。

これにより第１焦点Ｆ１の形状の歪を補正することができる。すなわち、θ４＝０°である場合と比較して、第１焦点Ｆ１の形状の歪を抑制することができる。この際、集束電極１０の外径を大きくすること無しに、上記効果を得ることができる。また、第１集束溝２１の長軸を傾けること無しに、上記効果を得ることができる。上記のことから、小型であり焦点形状の歪を低減できるＸ線管１を得ることができる。

次に、本願発明者らが、第４角度θ４及び第５角度θ５について調査した結果について説明する。図１３は、陰極２及び陽極３を拡大して示す図であり、第１集束溝２１より第２集束溝２２が大きく形成されている状態を示す図である。
図１３に示すように、第２集束溝２２は、第１集束溝２１より大きい。ここで、第１角度θ１、第２角度θ２及び第４角度θ４に注目する。
θ２＝２５°及びθ１＝２０°である場合、θ４＝４．４°が望ましい。
θ２＝２５°及びθ１＝５°である場合、θ４＝１．０°が望ましい。
θ２＝２５°及びθ１＝２．５°である場合、θ４＝０．５°が望ましい。

次に、第１角度θ１、第３角度θ３及び第５角度θ５に注目する。
θ３＝２５°及びθ１＝２０°である場合、θ５＝５．２°が望ましい。
θ３＝２５°及びθ１＝５°である場合、θ５＝１．３°が望ましい。
θ３＝２５°及びθ１＝２°である場合、θ５＝０．５°が望ましい。

第２角度θ２は、第１直線距離Ｄ１の長さ、第２直線距離Ｄ２の長さ、及び第１集束溝２１のサイズに依存するものである。及び第３角度θ３に関しても第２角度θ２と同様である。なお、第２角度θ２及び第３角度θ３がそれぞれ２５°の場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、第２角度θ２及び第３角度θ３が２０°程度であってもよい。
上記のことから、第２角度θ２が小さい程、第４角度θ４は小さくなる。第３角度θ３が小さい程、第５角度θ５は小さくなる。また、第１集束溝２１が大きくなる程、第４角度θ４は大きくなる。第２集束溝２２が大きくなる程、第５角度θ５は大きくなる。

第４角度θ４には、第１角度θ１の大きさ、第２角度θ２の大きさ、第１直線距離Ｄ１の長さ、第２直線距離Ｄ２の長さ、第１集束溝２１の大きさにより、最適な値が存在する。同様に、第５角度θ５には、第１角度θ１の大きさ、第３角度θ３の大きさ、第３直線距離Ｄ３の長さ、第４直線距離Ｄ４の長さ、第２集束溝２２の大きさにより、最適な値が存在する。例えば、第４角度θ４及び第５角度θ５のそれぞれは、０．５°乃至５°の範囲から選択することが望ましい。

第４角度θ４の上限値は、第１収納溝３１が第１集束溝２１と干渉するような値となる。例えば図８において、第１集束溝２１の幅（第１集束溝２１の長軸に直交する方向の長さ）が６ｍｍ、第１収納溝３１の幅（第１収納溝３１の長軸に直交する方向の長さ）が１．５ｍｍ、第１収納溝３１の長さ（第１収納溝３１の長軸の長さ）が１２ｍｍの場合、θ４＝２０°であると、第１収納溝３１が第１集束溝２１と干渉する。

次に、上記実施形態に係るＸ線管１と比較するため、比較例のＸ線管について説明する。図１５は、比較例に係るＸ線管の陰極２を示す平面図である。
図１５に示すように、フィラメントコイル５の長軸、第１集束溝２１の長軸、及び第１収納溝３１の長軸は、それぞれ、基準軸ＲＡに直交し第１基準面Ｓ１に平行である。同様に、フィラメントコイル６の長軸、第２集束溝２２の長軸、及び第２収納溝３２の長軸は、それぞれ、基準軸ＲＡに直交し第１基準面Ｓ１に平行である。θ４＝０°及びθ５＝０°である。上記の点で、比較例に係るＸ線管は、上記実施形態に係るＸ線管１と相違している。

図１６は、シミュレーションにより、本比較例のフィラメントコイル５の一端部５ｅ１からターゲット面３ｃに向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。図１７は、シミュレーションにより、本比較例のフィラメントコイル５の他端部５ｅ２からターゲット面３ｃに向かって電子ビームが照射される状態を示す図である。
図１６及び図１７から分かるように、一端部５ｅ１から放出された電子が形成する焦点は第１基準面Ｓ１上に位置しているが、他端部５ｅ２から放出された電子が形成する焦点は第１基準面Ｓ１上に位置していない。

図１８は、シミュレーションにより、上記比較例のターゲット面３ｃに形成される第１焦点Ｆ１の像を示す図である。ここで、第１焦点Ｆ１の像は、主放射方向ｄに沿って、Ｘ線管１の外側から見た形状、すなわち実効焦点である。
図１８に示すように、第１基準面Ｓ１に直交する方向において、第１焦点Ｆ１の幅の増大を抑制することが困難であることが分かる。

本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、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。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。上記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。

例えば、上記実施形態の図８では第１集束溝２１を傾けない場合を例示し、図９では第２集束溝２２を傾けない場合を例示したが、これらに限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、フィラメントコイル５及び第１収納溝３１だけではなく、第１集束溝２１が傾いていてもよい。この場合、第１集束溝２１の第１延長線Ｅ１側の一端部２１ｅ１より第１集束溝２１の他端部２１ｅ２の方が、第１基準面Ｓ１に近接している。第１収納溝３１の長軸は第１集束溝２１の長軸から傾斜している（０°＜θ４＜９０°）。

Ｘ線管１が複数の電子銃を備える場合、Ｘ線管１の少なくとも１つの電子銃の収納溝（フィラメントコイル）が図８、図９、及び図１４に示したように傾斜していればよい。

このため、Ｘ線管１は、図１５に示したように傾斜していない収納溝（フィラメントコイル）を備えていてもよい。
また、上記実施形態では谷底部分Ｍが線状である場合を例示したが、谷底部分Ｍは第１基準面Ｓ１に垂直な平坦面であってもよい。この場合、平坦な谷底部分Ｍは図１５に示したように傾斜していない集束溝および傾斜していない収納溝（フィラメントコイル）を備えていてもよい。

さらにまた、上記実施形態では集束電極１０は平坦な前面１０Ａを有する場合を例示したが、平坦な前面１０Ａは存在しなくてもよい。
本発明の実施形態は、上述した固定陽極型のＸ線管１に限定されるものではなく、各種の固定陽極型のＸ線管や回転陽極型のＸ線管およびその他のＸ線管に適用可能である。

１…Ｘ線管、２…陰極、３…陽極、３ａ…ターゲット本体、３ｃ…ターゲット面、
４…真空外囲器、５，６…フィラメントコイル、
１０…集束電極、１０Ａ…前面、１１…第１傾斜平面、１２…第２傾斜平面、
２１…第１集束溝、２２…第２集束溝、２１ｂ，２２ｂ…底面、
３１…第１収納溝、３２…第２収納溝、
５ｅ１，６ｅ１，２１ｅ１，２２ｅ１，３１ｅ１，３２ｅ１…一端部、
５ｅ２，６ｅ２，２１ｅ２，２２ｅ２，３１ｅ２，３２ｅ２…他端部、
２１ｏ，２２ｏ，３１ｏ，３２ｏ…開口、
Ａ…Ｘ線管軸、ＲＡ…基準軸、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…焦点、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…基準面、
θ１，θ２，θ３，θ４，θ５…角度、ｄ…主放射方向、
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４…延長線、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…直線距離。

Claims (9)

1. 電子ビームの衝突によって形成される第１焦点から主放射方向にＸ線を放射するターゲット面を有する陽極と、
   この陽極の前記ターゲット面に対向して配置され、前記電子ビームを放出する第１フィラメントと、この第１フィラメントから放出された電子ビームを集束させる集束電極と、を有する陰極であって、前記集束電極は、前記第１焦点から最も遠い谷底部分と、この谷底部分から前記陽極の方向に斜めにせり上がる第１傾斜平面と、この第１傾斜平面に開口した第１集束溝と、この第１集束溝の底面に開口し、前記第１フィラメントを収納する第１収納溝とを含む、前記陰極と、を備え、
   前記第１焦点の中心を通りＸ線管軸に平行な軸を基準軸、
   前記基準軸と前記主放射方向とを含む平面を第１基準面、
   前記基準軸に対して前記Ｘ線を放射する側の反対側において交わる第１延長線と第２延長線とが内側になす第１角度であって、前記第１延長線は前記第１基準面に沿って前記谷底部分と前記第１傾斜平面との境界直線から延びる仮想上の直線であり、前記第２延長線は前記第１基準面及び前記ターゲット面に沿って前記ターゲット面から延びる仮想上の直線である、前記第１角度をθ１、とすると、
   θ１＞０°であり、
   前記第１収納溝は、長軸を有し、
   前記第１収納溝の前記第１延長線側の一端部より前記第１収納溝の他端部の方が、前記第１基準面に近接している、Ｘ線管。
2. 前記谷底部分は前記第１基準面に平行な線分である、請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記谷底部分は前記第１基準面に垂直な平坦面である、請求項１に記載のＸ線管。
4. 前記第１収納溝の開口は、前記第１集束溝の開口と平行であり、
   前記第１フィラメントは、前記第１収納溝の開口と平行な仮想平面に沿って延在している、請求項１に記載のＸ線管。
5. 前記第１フィラメントは、長軸を有し、
   前記第１フィラメントの前記第１延長線側の一端部から前記第１焦点の前記第２延長線側の一端部までの第１直線距離をＤ１、
   前記第１フィラメントの他端部から前記第１焦点の他端部までの第２直線距離をＤ２、とすると、
   Ｄ１＜Ｄ２である、請求項１に記載のＸ線管。
6. 前記第１集束溝は、前記基準軸に直交し前記第１基準面に平行な長軸を有する、請求項１に記載のＸ線管。
7. 前記第１集束溝は、長軸を有し、
   前記第１収納溝の長軸は前記第１集束溝の長軸から傾斜している、請求項１に記載のＸ線管。
8. 前記第１フィラメントは、長軸を有し、
   前記第１フィラメントの長軸と前記第１収納溝の長軸とは平行である、請求項１に記載のＸ線管。
9. 前記第１集束溝は、長軸を有し、
   前記第１集束溝の前記第１延長線側の一端部より前記第１集束溝の他端部の方が、前記第１基準面に近接し、
   前記第１収納溝の長軸は前記第１集束溝の長軸から傾斜している、請求項１に記載のＸ線管。

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