JPH01159941A - Ｘ線管装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はＸ線管装置に係り、特にその陰極構体の改良
に関する。

（従来の技術） 一般にＸ線管装置は、例えばＸ線診断装置に取付けて医
療用に利用されているが、胃の検診なとの場合には、従
来、第４図に示すようなＸ線管装置が用いられている。

このＸ線管装置はいわゆる回転陽極形で、真空外囲器１
内に陰極構体２と傘形陽極ターゲット３が管軸から偏心
して相対向配設されている。そして陽極ターゲット３は
、ステータ４により電磁誘導で回転駆動されるロータ５
により回転するようになっている。

さて、従来から使用されているＸ線管装置の陰極構体は
、第５図に示すように構成され、集束電極］０２の集束
溝］０６内に陰極フィラメント１０１が配設されている
。この陰極フィラメント１０１は、熱電子を放出するた
めタングステンコイルからなり、熱電子を集束電極１０
２により集束させる。このため、陰極フィラメント１０
１と集束電極１０２は略同電位に設定されている。尚、
図中、破線１０３は集束電極１０２の近傍の等電位曲線
を表わし、符号１０４は陰極フィラメント１０１のほぼ
中央部から放出された電子の軌跡を表わし、符号１０５
は陰極フィラメント１０１の側面に近い所から放出され
た電子の軌跡を表わしている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の陰極構体においては、陰極フィラメント１０
１をほぼ温度制限領域で使用するため、陰極フィラメン
ト１０１の近傍の電界を強くする目的で、この陰極フィ
ラメント１０１の一部を集束電極１０２の中に突出させ
ている。このため陰極フィラメント１０１の近傍の等電
位曲線は、破線１０３で示すように陰極フィラメント１
０１の中央で脹らんだ形となり、陰極フィラメント１０
１の略側壁から放出された電子１．０５は側方に向うこ
とになる。この電子１０５と、陰極フィラメント１０１
の略中央部から放出されて前方に向う電子１０４とを、
同一方向に集束させることが出来ず、図示したようにこ
れらの軌跡は軸上で交差する。従って、およそ全ての電
子をある稈度集束させた位置では、図示したように双峰
性の電子強度分布１０７を示す。

ところが上記のように、陰極フィラメント１０１から放
出された電子を集束電極１０２によって充分小さく集束
出来ないので、陽極ターゲット３の位置で小さな焦点を
得るために、小さな陰極を用いる必要がある。従って、
陰極温度を高めないと十分な高密度の電子を得ることが
出来ず、陰極フィラメント１０１の信頼性に問題があっ
た。

又、陽極ターゲット３の位置での電子の進行方向が揃わ
ないため、微小焦点が得られず、更に、電子分布にシャ
ープさがなく、所望した電子分布を得ることが出来ない
。このために十分な高解像度を得ることと、陽極ターゲ
ット３上での電子入射による温度上昇の最高値を低下さ
せて、入射電子量を増大させることとを両立させること
が出来ない。これらは、陽極ターゲット３から発生する
Ｘ線によって投影画像を作る場合に、解像度の増大とフ
ォトンノイズの減少の妨害となり、十分に鮮明な画像を
得ることが出来ない。

この欠点を除去する方法としては、平板状の陰極フィラ
メントを使用することが考えられ、この例として特開昭
５５−６８０５６号公報に開示されている提案かある。

この平板状陰極フィラメントを有する従来例は、第６図
に示すように構成され、図中の符号２０１は帯状平板か
らなり口状に形成された陰極フィラメントで、その両端
が一対のフィラメント支持柱（図示せず）に固定され、
通電により直熱され熱電子を放出する。符号２０２は集
束溝２０６の深さ（Ｈ）が浅い集束電極であり、陰極フ
ィラメント２０１から出てきた電子を集束する。符号２
０３は集束電極２０２の近傍の等電位曲線である。符号
２０８で示す陽極ターゲットは、陰極フィラメント２０
１及び集束電極２０２に対して正の高電位に保たれ、そ
の位置は集束電極２０２の電子レンズの焦点距離ｆと等
しくしである。

ところが、この従来例では、以下に述べる欠点を有して
いる。

即ち、陰極フィラメント２０１の側面に近い所から放出
された電子２０５が中央から放出された電子２０４とそ
の軌道が大きく異なり、陽極ターゲット２０８上の電子
分布２０７は、図示したように副焦点を持つことになる
。この原因は、第６図と同一箇所に同一符号を付した第
７図に示すように、帯状平板からなる陰極フィラメント
２０１の端部より出た電子の軌跡は符号２０９のように
なる。

尚、点線２１０はこの陰極フィラメント２０１の表面に
ごく近い位置での等電位曲線を表わす。

この点線２１０は、図示したように陰極フィラメント２
０１の端部と集束電極２０２との間隙２１１で凹形分布
となり、局部的な凹レンズを形成する。このために、陰
極フィラメント２０１の端部近傍から発した電子の軌跡
２０９は、等電位曲線２１０か−様な場合よりも集束電
極２０２の壁に近づく。一方、集束電極２０２内の等電
位曲線２０３は集束電極２０２の壁に近い部分において
、集束電極２０２の中央部におけるよりも曲率が大きく
なり、軌跡２０９は２０４よりも焦点距離か短くなり収
差を生じる。このようにして、十分な集束度を得ること
が出来ない。電流値が大きい場合には、空間電荷の影響
で上記の値よりも大きな幅を有している。

又、集束電極２０２を陰極フィラメント２０１と同電位
とした上で、より一層集束効果を持たせるために、集束
電極２０２の深さ（Ｈ）を大きくして焦点距離ｆを小さ
くする場合には、陰極フィラメント２０１の近傍の電界
が弱くなり、空間電荷制限状態となって陽極電位によっ
て電流値か変化する。又、陽極電位Ｖａか３０ＫＶ程度
では、電流値か１０ｍＡ以上取れない場合がある。

尚、集束電極２０２又は少し前方に浅い集束溝を持つ電
極を置き、これに陰極フィラメント２０１に対して正の
バイアス電圧を印加する例もあるが、この場合には、陰
極フィラメント２０１の長手方向（第６図と直角方向）
における電子ビームの集束性が悪くなることが考えられ
る。

この発明は、Ｘ線の照射方向から見たＸ線焦点の形状か
実質的に円形又は正方形又は長手方向の長さが短手方向
の長さの１，４倍以下の形状を保ちながら、焦点内のＸ
線強度分布が均一であり、十分大きな管電流が得られる
Ｘ線管装置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、真空外囲器内に陽極ターゲットと陰極構体
か対向して配設され、この陰極構体は、細長い形状の電
子放出面を有する陰極フィラメントと、この陰極フィラ
メントに対向して設けられ電子ビーム通過孔及び集束溝
を有する電子ビーム整形電極とを備えてなるＸ線管装置
において、上記電子ビーム整形電極の電子ビーム通過孔
の幅をａ、長手方向の長さをｂ、集束溝の長手方向の長
さをＣとしたとき、これらの間に ６ａ≧ｂ≧３ａ ５ｂ≧ｃ≧１．５ｂ なる関係が成立することを特徴とするＸ線管装置である
。

（作用） この発明によれば、平板状の陰極フィラメントが使用出
来、焦点内のＸ線強度が均一で、Ｘ線画像の解像度か向
上する。更に、Ｘ線焦点の形状が正方形に近くなり、大
出力が可能となる。そして、バイアス電圧の可変により
焦点サイズを変えても、焦点の形状が大きく変化しない
。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に説
明する。尚、同一部分は同一符号で表す。

この発明を、陽極電圧３０ＫＶ、陽極電流１００ｍＡ、
Ｘ線焦点のサイズか０．３ｍｍＸ０．３ｍｍ、陽極ター
ゲット角度が１０．５°のＸ線管装置に適用した場合を
例に示す。

即ち、この発明によるＸ線管装置の要部は第１図（ａ）
、（ｂ）に示すように構成され、図示しない真空外囲器
内に陽極ターゲラ！・３及びこれに対向して陰極構体３
００が設けられている。この陰極構体３００は、直熱型
陰極フィラメント３０１が一対のフィラメント支持柱３
０２．３０２に取付けられている。。この場合、陰極フ
ィラメント３０１は帯状平板、例えば幅Ｃｘが約２ｍｍ
であり、厚さが０．０３ｍｍ程度のタングステン等の重
金属の薄板からなっている。そして、中央部が電子放射
面３０１ａとなるように平坦に形成され、その両側は直
角に折り曲げられて脚部となり、更にＵ字状に曲げられ
て折返し部３０１ｂ、３０１ｂが形成され、各端部３０
１ｃ。

３０１ｃは外方直角に延長され、電子放射面３０１ａに
近い高さのところでフィラメント支柱３０２．３０２に
電子ビーム溶接等によって取付けられ電気的に接続され
ている。

このような陰極フィラメント３０１を取囲むように、カ
ップ状の電子ビーム整形電極３０３が配設され、この電
子ビーム整形電極３０３に上記フィラメント支持柱３０
２．３０２が絶縁性支持体（図示せず）を介して固定さ
れている。更に、電子ビーム整形電極３０３には、上記
陰極フィラメント３０１の電子放射面３０１ａに対向し
て、電子ビーム通過孔３０４及びこれに沿う集束溝３０
５が形成されている。

そして、電子ビーム通過孔３０４の幅をａ１長手方向の
長さをｂ１集束溝３０５の長手方向の長さをＣとしたと
き、これらの間に ６ａ≧ｂ≧３ａ　　　　・・・・・・・・・・（１）５
ｂ≧ｃ≧１．５ｂ　　　　・・・・・・・（２）なる関
係か成立する。

又、ａとｂの間には次式の関係かある。これは、ターゲ
ット長での電子ビームをＸ線放射方向から見たときに、
略正方形とするためである。

＝　　　１１　　− の分野では通常１００くθく１６°である。この関係を
式（３）に代入すると、 ８　・ａ　＞　ｂ　＞　３　・６　ａ　　　　−−−（
４）となり、細長い長方形である。

このような電子ビーム通過孔３０４は、電子放射面３０
］ａの約０．７ｍｍ（寸法ｄ＋）前方に位置しており、
電子放射面３０１ａ側の開口面は電子放射面３０１ａと
実質的に平行となっている。

このような電子ビーム通過孔３０４の前方に、更に集束
溝３０５が電子ビーム整形電極３０３内に連設されてい
る。この集束溝３０５は、電子ビーム通過孔３０４より
大きな長方形の開口を有し、電子ビーム制限孔３０４、
電子放射面３０］ａと共に同軸的に形成され、深さ（ｄ
２）が十分深い寸法に形成されている。そして、集束溝
３０５の底面は、電子ビーム通過孔３０４にかけてテー
パ状に形成されている。このテーパ面の中心軸（Ｃ）方
向に沿う寸法は深さ（ｄ２）に対して数分の１以下の僅
かな寸法となるように形成されている。

上記陰極フィラメント３０１のうち、電子放射面３０１
ａは、幅Ｃｘ、長さＣｙ（図示せず）の長方形になって
おり、その表面は平坦に形成されている。このような電
子放射面３０１ａの周囲には、陰極フィラメント３０１
と実質的に同電位に保たれ、且つ電子放射面３０１ａと
略同−平面の表面を持つ電位分布平坦化電極３１６が設
けられている。電子放射面３０１ａと電位分布平坦化電
極３１６とで構成される等電位平面は、電子ビーム通過
孔３０４に加えられた正のバイアス電圧によって電子凹
レンズを形成する。

陽極ターゲット３がターゲツト面とＸ線を取出す方向の
Ｘ線放射軸とめ交わる角度をθ（以後、ターゲット角と
言う）とするとき、電子ビーム通過孔３０４は（４）式
が成立する細長い構造となっている。この実施例では、
ａ　＝　２　ｍ　ｍ　％　ｂ　＝　８ｍｍである。

尚、上記以外は従来のＸ線管装置（第４図）と同様構成
ゆえ、詳細な説明を省略する。

さて、この発明に係るＸ線管装置の動作について、第２
図（’ａ）、（ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する。

第２図（ａ）はこの発明のＸ線管装置の動作を説明する
ものであり、同図（ｂ）、（Ｃ）はこの発明を採用しな
かった場合のＸ線管装置の動作を説明するための図であ
る。第１図と同一箇所には同一符号を付しである。又、
第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は第１図（ａ）に対応し
ている。

第２図（ａ）の寸法ａＳｂＳｃは前述した値であり、式
（４）を満たしている。式（４）を満たさない場合、例
えばａ＝ｂの場合には、十分な管電流を得るために面積
５＝ａＸｂ＝ａ２を増さなければならず、従って陰極フ
ィラメント３０１の幅Ｃｘも増す必要かあり、フィラメ
ント加熱電源の電流が増え、導線内での電圧降下も問題
となる。

第２図（ｂ）、（ｃ）は集束溝３０５の長手方向の長さ
Ｃが電子ビーム通過孔３０４の長手方向の長さｂとの間
に次の関係か成立しない場合の動作を表わしている。

Ｃ≧１，５ｂ　　　　・・・・・・・・（５）第２図（
ｂ）、（Ｃ）に示した陽極ターゲット３上での電子ビー
ム形状及びそれをＸ線放射方向から見たいわゆるＸ線焦
点の形状は、実験結果に基づいたものであり、中央部か
窪んた形状となっている。これは、Ｘ線管装置の解像度
が悪くなるという点からも、Ｘ線管装置の最大許容入力
値が減少するという点からも、好ましくない。

これに対して、第２図（ａ）に示すこの発明のＸ線管装
置では、式（５）が成立する構造であり、陽極ターゲッ
ト３上での電子ビーム形状か長方形となり、Ｘ線放射方
向から見たいわゆるＸ線焦点は正方形となる。従って、
これを使って得られるＸ線画像はの解像度は、縦横両方
向とも良好となるたけてなく、回転している陽極ターゲ
ット３表面のビーム面内での温度上昇か均一となり、結
果として管電流を増すことが出来る。

次に、その動作原理に付いて、第３図（ａ）、（ｂ）を
用いて説明する。尚、第３図（ａ）は第１図（ａ）に、
第３図（ｂ）は第１図（ｂ）にそれぞれ対応している。

　即ち、図中の３０５−１は集束溝の長手方向の壁を表
わし、その長さＣが式（５）を満たさない程、狭くなっ
たときの壁を３０５−１’で表わす。これらに対応した
集束溝３０５内の等電位曲線の１つをそれぞれ４０］、
４０１′で表わしている。電子ビーム通過孔３０４と陰
極フィラメント３０１との間には、図示したように正の
バイアス電圧が印加されており、これらの間に出来る等
電位曲線の一例を４０２．４０２′で表わしている。４
０２はＣが式（５）を満たした場合であり、４０２′は
そうでない場合の例ある。

これらの関係を第３図（ｂ）の方向から見ると、等電位
曲線４０２′は４０２よりも電子ビーム通過孔３０４の
端部位置において中央部が凸状てあり、より大きな発散
効果を有する電子凹レンズを形成する。これは第３図（
ａ）で示すように、電子ビーム通過孔３０４の長手方向
端部に出現する。

この強い電子凹レンズは集束溝３０５内の集束効果にか
かわらず、電子ビームの集束を悪化し、この部分を通る
電子ビーム５０１は中央部を通る電子ビーム５０２より
拡がることとなる。

このことは、第２図（ｂ）、（Ｃ）に示したように陽極
ターゲット３上での電子ビーム形状及びＸ線焦点形状か
両端で拡がった形となることを意味する。

しかるに、第３図（ａ）の実線で示したように、Ｃか充
分大きい場合は、このような電子レンズの不規則性か表
われず、均一な電子ビームの集束度を表わす。

一方、長さＣが余り長過ぎると、長手方向の集束が行な
われなくなり、長手方向の解像度か悪くなる。これら両
方の関係を満たすのは、結局、式（２）を満たす場合で
あることが実験で確かめられた。

（変形例） 集束溝が楕円の場合でも、その長径をＣと考えれば、上
記実施例と同様の関係が成立する。又、電子ビーム通過
孔も細長い楕円であっても良い。

［発明の効果］ この発明によれば、次のような優れた効果が得られる。

■細長い平板状の陰極フィラメントか使用出来、陰極フ
ィラメントのインピーダンスも高く出来るため、導線内
の発熱・電圧効果が防止出来る。そして、従来のＸ線管
用電源が使用出来る。

■焦点内のＸ線強度が均一で、エツジがシャープなＸ線
焦点を得ることが出来、Ｘ線画像の解像度が向上する。

■Ｘ線焦点の形状か正方形に近くなり、同一解像度下で
大出力が可能となる（陽極ターゲット上での温度上昇の
最大値の減少による）。

■バイアス電圧の可変により、焦点サイズを変えても焦
点の形状が大きく変化しない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の一実施例に
係るＸ線管装置の要部を２方向から切断した場合を示す
断面図、第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はこの発明を採
用した場合及びこの発明を採用しなかった場合における
Ｘ線焦点形、陽極ターゲット上での電子ビーム形状、陰
極フィラメント付近、集束溝及び電子ビーム通過孔を示
す断面図と平面図、第３図（ａ）、（ｂ）はこの発明の
陰極フィラメント付近を拡大して示す断面図、第４図は
従来のＸ線管装置の全体を示す概略構成図、第５図は従
来のＸ線管装置の陰極構体を示す断面図、第６図は他の
従来のＸ線管装置の陰極構体を示す断面図、第７図は第
６図の陰極フィラメント付近を拡大して示す断面図であ
る。 １・・・真空外囲器、３・・・陽極ターゲット、其０・
・・陰極構体、３０１・・・陰極フィラメント、３０３
・・・電子ビーム整形電極、３０４・・・電子ビーム通
過孔、３０５・・・集束溝。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 手続補正書Ｃ″ｊ５却 １．事件の表示 特願昭６２−３１７０２８号 ２、発明の名称 Ｘ線管装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （３０７）　　株式会社　東芝 ４、代理人 東京都千代田区霞か関３丁目７番２号　ＵＢＥビル昭和
６３年３月２９日 ７、補正の内容 （１）願書添付明細書中、第１８頁第１７行目に１（Ｃ
）は」とあるのを１（Ｃ）、（ｄ）は」と訂正する。 （２）同じく第１８頁第２０行目に「電子ビーム通過孔
を示す」とあるのを「電子ビーム通過孔、陽極ターゲッ
トと陰極フィラメント付近を示す」と訂正する。 ＝　２−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空外囲器内に陽極ターゲットと陰極構体が対向
   して配設され、この陰極構体は、細長い形状の電子放出
   面を有する陰極フィラメントと、この陰極フィラメント
   に対向して設けられ電子ビーム通過孔及び集束溝を有す
   る電子ビーム整形電極とを備えてなるＸ線管装置におい
   て、 上記電子ビーム整形電極の電子ビーム通過孔の幅をａ、
   長手方向の長さをｂ、集束溝の長手方向の長さをｃとし
   たとき、これらの間に ６ａ≧ｂ≧３ａ ５ｂ≧ｃ≧１．５ｂ なる関係が成立することを特徴とするＸ線管装置。
2. （２）上記電子ビーム整形電極は、その電子ビーム通過
   孔と集束溝とが、それぞれ長方形である特許請求の範囲
   第１項記載のＸ線管装置。
3. （３）上記電子ビーム整形電極は、その電子ビーム通過
   孔と集束溝のうち少なくとも一方が、楕円形又はそれに
   近い形状である特許請求の範囲第１項記載のＸ線管装置
   。