JPH0373099B2

JPH0373099B2 -

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Publication number: JPH0373099B2
Application number: JP60057707A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; Tatsuya Sakuma; Hiroshi Takahashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1991-11-20
Also published as: JPS61218100A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、被検体の種類、大きさに応じて必
要な任意の大きさの焦点を得ることができ、焦点
の大きさに応じた必要な任意の大きさの管電流を
得ることができるＸ線管装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にＸ線管装置は例えばＸ線診断として医療
用に利用されているが、胃の検診などの場合には
従来第８図に示すようなＸ線管が用いられてい
る。このＸ線管はいわゆる回転陽極型といわれる
もので、真空外囲器１内に陰極構体２と傘形陽極
ターゲツト３が管軸から偏心して対向配設されて
いる。そして陽極ターゲツト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
転するようになつている。

従来一般のＸ線管の陰極構体２は第９図に示す
ように構成され、集束電極１０２の集束溝１０６
内に陰極フイラメント１０１が配設されている。
この陰極フイラメント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、熱電子を上記
集束電極１０２により集束させる。このためフイ
ラメント１０１と集束電極１０２は同電位とされ
る。尚、図中、点線１０３は集束電極１０２の近
傍の等電位曲線を表わし、１０４は陰極フイラメ
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、１０５は陰極フイラメント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。

ところで上記従来の陰極構体２においては、陰
極フイラメント１０１をほぼ温度制限領域で使用
するため、陰極フイラメント１０１の近傍の電界
を強くする目的で陰極の一部を集束電極１０２の
中に突出させている。このため陰極フイラメント
１０１の近傍の等電位面は、点線１０３で示すよ
うに陰極フイラメント１０１の中央でふくらんだ
形となり、陰極フイラメント１０１の略側壁から
放出された電子１０５は側方に向うこととなる。
この電子１０５と、陰極フイラメント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できなく、図示した
ようにこれらの軌跡は軸上で交差する。従つて、
およそ全ての電子をある程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、陰極フイラメント１０
１から放出された電子を集束電極１０２によつて
十分小さく集束できないので、陽極ターゲツト３
の位置で小さな焦点を得るためには、小さな陰極
を用いる必要がある。従つて、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できず、陰
極フイラメント１０１の信頼性に問題があつた。

又、陽極ターゲツト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、また電
子分布にシヤープさがなく、所望した電子分布を
得ることができない。このために十分な高解像度
を得ることと、陽極ターゲツト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できな
い。これらは、陽極ターゲツト３から発生するＸ
線によつて投影画像を作る場合に、解像度の増大
とフオトンノイズの減少の防害となり、十分に鮮
明な画像を得ることができない。

この欠点を除去する方法としては、平板状の陰
極フイラメントを使用することが考えられる。

この例として特開昭55−68056号公報に開示さ
れる提案がある。

このような帯状平板からなる陰極フイラメント
を有する第１０図の従来例について述べる。同図
中の符号２０１は帯状平板からなり状に形成さ
れた陰極フイラメントで、フイラメント支柱（図
示せず）に取付けられており、通電により直熱さ
れ熱電子を放出する。２０２は集束溝の深さＨが
浅い集束電極であり、上記陰極フイラメント２０
１から出てきた電子を集束する。２０３は集束電
極２０２の近傍の等電位曲線である。２０８で示
す陽極ターゲツトは陰極フイラメント２０１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と等しくしてある。

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、陰極フイラメント２０１の側面から出た
電子２０５が中央から出た電子２０４とその軌道
が大きく異なり、陽極ターゲツト２０８上の電子
分布２０７は、図示したごとく副焦点を持つこと
になる。この原因は、第１０図と同一箇所に同一
部号を付した第１２図に示す如く、帯状平板から
なる陽極フイラメント２０１の端部より出た電子
の軌跡は線２０９の如くになる。なお点線２１０
はこの陽極フイラメント２０１の表面にごく近い
位置での等電位曲線を表わす。２１０は図示した
ように陰極フイラメント２０１の端部と集束電極
２０２との間〓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、陰極フイラ
メント２０１の端部近傍から発した電子の軌跡２
０９は、等電位曲線２１０が一様な場合よりも集
束電極２０２の壁に近づく。一方、集束電極２０
２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２０
４よりも焦点距離が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できない。

又、集束電極をフイラメントと同電位とした上
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ｆを小さくする場合
には、陰極フイラメント２０１の近傍の電界が弱
くなり、空間電荷制限状態となつて陽極電位によ
つて電流値が変化する。又、陽極電圧Vaが30kV
程度では、電流値が10ｍＡ以上とれない場合があ
る。

なお、集束電極２０２又は少し前方に浅い集束
溝をもつ電極を置きこれに陰極フイラメント２０
１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、陰極フイラメントの長手方向
（第１０図と直角の方向）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。もつとも、
前記公開公報に示される技術は焦点形状の相似的
変化を得る目的での実現方策は何ら示されていな
い。

この例では、陰極フイラメントは特開昭55−
68056号公報の第９図乃至第１１図に示されたよ
うに、実質的に細長い熱電子を放出面を有してお
り、この例では特開昭59−94348号公報に示され
るように、陰極フイラメントの長手方向と短手方
向に独立した別々のバイアス電圧を印加しない
と、Ｘ線焦点の大きさを変えた場合に、その形状
を相似的に保つことができないと考えられる。

焦点形状を一定に保つて異なる大きさの焦点を
得るための従来例として、特開昭59−94348号公
報に記載された例がある。これは焦点の長さ方
向、幅方向に対応する直交した２方向に独立して
電圧を与えるもので、第１１図ａ，ｂに示すよう
な構造となつている。この例では、希望する焦点
サイズを得るためには、長手方向と短手方向に
別々の電圧を印加する必要があり、Ｘ線管の構造
が複雑になるだけでなく、高電圧ケーブルの芯線
数を増す必要もあり、又、使用時に対応する電圧
を決めるのが困難である。而も、この例では既述
のように、陰極の側面からの電子によりシヤープ
なエツジを有する焦点が得られない。更に、電極
のコーナー部の電界により、焦点のコーナー部の
形状が、バイアス電圧と共に変化する。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、Ｘ線の照射方向から見たＸ
線焦点の形状が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倍以下の長
方形又は楕円形又はこれらに近い形を保ち乍ら、
１つのバイアス電位を予め設定された焦点サイズ
に対応する値に可変、設定することにより、大き
な範囲例えば0.1mm以下から1.5mm以上で、Ｘ線焦
点のサイズを曝射条件に合う任意の大きさに変え
られ、而もその焦点サイズに対応して管電流を０
〜1000ｍＡ程度の大きな範囲に可変、設定できる
万能焦点を有するＸ線管装置を提供することであ
る。

〔発明の概要〕この発明は、真空外囲器内に陽極及び陰極構体
が相対向して設けられ、上記陰極構体は熱電子放
出用の平板状フイラメントからなる陰極及びその
前方に設けられた電子ビーム制限孔及びその前方
に設けられた集束溝を有する集束電極を有し、上
記電子ビーム制限孔は実質的に正方形又は円形で
あり、上記集束溝は長方形又は楕円形であり、そ
の長軸又は長径が陽極ターゲツトから照射される
Ｘ線錐の略中心線と上記陰極の中心を含む平面内
に実質的に含まれるように組込まれ、且つ上記陰
極に対して正のバイアス電圧を上記集束電極に印
加するバイアス電源及び上記陰極を加熱する陰極
加熱用電源が接続され、該バイアス電圧及び陰極
加熱電圧を運動して上昇又は下降させるように構
成されてなるＸ線管装置である。

〔発明の実施例〕

この発明を例えば陽極電圧120kV、陽極電流が
10ｍＡから1000ｍＡまで変えられ、Ｘ線焦点が
50μｍ乃至１mmの範囲を変えられるＸ線管に適用
した場合を例に示す。これは第１図ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅに示すように構成され、Ｘ線管の図示しな
い真空外囲器内に陽極ターゲツト３及びこれに対
向して陰極構体３００が設けられている。この陰
極構体は、直熱型陰極フイラメント３０１がフイ
ラメント支柱３０２，３０２に取付けられてい
る。この場合、陰極フイラメント３０１は第２図
ａに示すように切欠きを有する帯状平板、例えば
幅Deが約10mmで、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り、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
両側は略直角に折曲げられて脚部となり、さらに
Ｕ字状に曲げられて折返し部３０１ｂ，３０１ｂ
が形成され、各端部３０１ｃ，３０１ｃは外方へ
略直角に折曲げられ上記電子放射面３０１ａに近
い高さのところでフイラメント支柱３０２，３０
２に電子ビーム溶接等によつて取付けられ電気的
に接続されている。

上記フイラメント支柱３０２，３０２には、絶
縁物３０２ａ，３０２ａを介してフイラメント固
定用ブロツク３０２ｂ，３０２ｂが機械的に強固
に取付けられてあり、上記陰極フイラメントの端
部３０１ｃが図示のように電子ビーム溶接等によ
つて取付けてある。従つて、陰極フイラメント加
熱時には、フイラメント支柱３０２，３０２と上
記したように切欠かれた各部は電気的に直列に接
続され、陰極フイラメントのインピーダンスは高
くなり、従来管と同程度のフイラメント電流及び
フイラメント電圧で動作させることができる。更
に、熱膨張等による変形も少なくできる。

このような陰極フイラメント３０１を取囲むよ
うに、円形カツ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
記フイラメント支柱３０２，３０２が絶縁性支持
体（図示せず）を介して固定されている。電子ビ
ーム整形電極３０３には、上記陰極フイラメント
３０１の電子放射面３０１ａに対向して、電子ビ
ーム制限孔３０４が形成されている。この電子ビ
ーム制限孔３０４は、上記電子放射面３０１ａの
面積より小さい面積の例えば正方形又はこれに近
い形にして、電子放射面３０１ａの約0.7mm（寸
法d₁）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
となつている。このような電子ビーム制限孔３０
４に沿つて、更に集束溝３０５が電子ビーム整形
電極３０３に連設されている。この集束溝３０５
は上記電子ビーム制限孔３０４より径大な例えば
長方形にして、電子ビーム制限孔３０４、電子放
射面３０１ａと共に同軸的に形成され深さd₂が十
分深い寸法に形成されている。そして集束溝３０
５の底面は制限孔３０４にかけてテーパ状に形成
されている。このテーパ面の軸ｃ方向に沿う寸法
は深さd₂に対して数分の１以下のわずかな寸法と
なるように形成されている。

又、上記陰極フイラメント３０１のうち、電子
放出面３０１ａ以外の部分から出て来る熱電子に
よる電子ビーム整形電極３０３の過熱を防止する
ために、陰極フイラメント３０１の周囲にシール
ド構体３１６，３１７，３１８が取付けられてい
る。尚、これらのうち、一部分は省略してもよ
い。これらのシールド構体３１６，３１７，３１
８は、フイラメント支柱３０２の一方と同電位又
は近い電位に保たれており、他方のフイラメント
支柱３０２とから絶縁されている。尚、シールド
構体３１６，３１７，３１８は、フイラメント支
柱３０２の片方に機械的に固定すると都合がよ
い。

又、第１図ｅに示すように、上記陰極フイラメ
ント３０１はフイラメント支柱３０２と他の例え
ばMoからなる金属片３１９とで挾み、この金属
片３１９の上方から電子ビーム溶接又はレーザビ
ーム溶接を行なつて製作すると、陰極フイラメン
ト３０１とフイラメント支柱３０２とが広い面積
で接合され、電気抵抗及び熱抵抗が小さくなり、
局部的な加熱が防止される。

さて、陽極ターゲツト３が、ターゲツト面とＸ
線を取り出す方向のＸ線放射軸Ｘとの交わる角度
をθとする（一般的にθは7゜〜20゜である）。又、
ターゲツト面上の電子ビーム断面形状e₀の短辺を
l_x、長辺をl_yとする。そしてＸ線放射軸方向から
みた焦点形状X₀が、当該分野で広く認められて
いるように長辺と短辺との比が1.4以上に保たれ
るようにする場合を考える。この比が1.0となれ
ば焦点形状が正方形であり、空間解像度を良くす
ると云う点では最も好ましい状態である。そのよ
うになるために、ターゲツト面上の電子ビーム射
突面形状が次の条件を満足するように設定され
る。

l_y／l_x＝１／sinθ ……(1) なお、上記のようにＸ線放射軸方向からみた焦
点形状は、短、長辺比が約1.4まで許容されるの
で、ビーム焦点e₀の長、短辺比は次の範囲にあれ
ば十分である。

１／√２・１／sinθ≦l_y／l_x≦√２・１／sinθ
……(2) そして所定ビーム電流において最小の焦点（例
えば一辺が50μｍ）を得るとき、短辺又は短径方
向の電子ビームのビームウエストすなわち電子ビ
ームｅの断面寸法が最小となる位置が丁度ターゲ
ツト面に一致するように形成されている。なお、
電子ビームｅはビームウエストの下流では電子の
相互反発で次第に広がり、断面寸法が増大してゆ
く。なおビーム焦点形状の長手方向がＸ線方向が
Ｘと一致する方向にする。

又、陰極フイラメント３０１に対して正のバイ
アス電圧を上記電子ビーム制限孔３０４に印加し
て、より大きな焦点を得る場合には、ビームウエ
ストの位置は上記ターゲツト３の後方に位置する
ようになる。そして、より大きなバイアス、電圧
に対して、より後方にビームウエストが移動し、
l_x、l_yが式(2)を保ち乍ら大きくなる。

今、l_y／l_xが式(2)内のある値ｋが保たれて、そ
れぞれの大きさが変化する場合を考える。このと
き、ｋを定数として l_y＝ｋ・l_x ……(3) となる。

回転陽極型Ｘ線管の入力限界について考える。
よく知られたように、回転周波数ｆ（１／Ｓ）で
回転しているターゲツトに入力可能なパワーＰ
（Ｗ）は次式で表わされる。

Ｐ＝π／√２√・・・・×ΔT×l_y×l_x ^1/2 ……(4) ここで、ターゲツト上でのビームの形状は長さ
がl_yで、ターゲツトの回転方向の幅がl_xの長方形
であると考えた。又、ΔTは焦点近傍でのターゲ
ツト表面の温度上昇（deg）、ρ，Ｃ，λはター
ゲツト材の密度、比熱、熱電導率であり、Ｒは電
子ビームがターゲツトに入射する位置と回転中心
との距離である。式(3)を式(4)に代入することによ
りＰ＝Kl_x ^3/2 ……(5) を得る。但し、Ｋは式(4)に含まれる定数。

従つて、上記のようにバイアス電圧V_Bを高く
して、式(3)を保ち乍ら焦点サイズ（〜l_x）を増し
た場合に、式(5)で示されるように入力パワーが増
大する。管電圧が一定の場合には、管電流が増せ
ることを意味する。このために、例えば陰極加熱
用電源の電圧を高めることにより、陰極温度を高
め、熱電子放出量を増大させることが必要であ
る。このとき、もしV_Bが低くなることにより、
焦点サイズ（−l_x）が大きくなるように設計され
ておれば、電流が増大すること及びV_Bが低下す
ることにより、上記陰極３０１と上記電子ビーム
制限孔３０４とが空間電荷制限２極管となり、陰
極温度を上昇させても管電流が増大できない。

しかるに、この発明を採用すれば、焦点サイズ
（−l_x）が大きい場合にはV_Bが高いので、陰極温
度を上昇することにより容易に管電流を増すこと
ができ、いつも式(5)の入力限度一杯の状態で使用
することができ、極めて有効である。

この発明を採用するれば、第３図に示すＸ撮影
装置のように、被写体４０１の大きさ、材質に応
じたＸ線検出器４０２の出力を比較器４０３に入
力し、必要なＸ線出力が得られるようにバイアス
電源４０４の電圧V_B及び陰極加熱用電源３０６
の電圧を予め設定された関係で自動的に決めるこ
とにより、どんな被写体であつても常に最適の条
件に自動的に設定することができる。

次に、どのような構造にすれば、式(3)を保ち乍
らその大きさが変えられるかについて述べる。

今、第４図に示すように陰極フイラメント３０
１と電子ビーム制限孔３０４とで乍られる凹レン
ズの長手方向及び短手方向の焦点距離をそれぞれ
f_y1，f_x1とし、集束溝３０６の長手方向及び短手
方向の焦点距離をそれぞれf_y2，f_x2とする。D_y，
D_xは電子ビーム制限孔３０４の長手方向及び短
手方向の長さであり、d_fはレンズ間の距離であ
る。

第４図からl_y／l_xを求め、これが、陰極フイラ
メント３０１と電子ビーム制限孔３０４との間に
印加されるバイアス電圧V_Bに関係せず、一定で
あることが好ましい。l_y／l_xをV_Bで徴分し、その
値がV_B，f_y1，f_x1に関係せずに常に近似的に０に
なるためには、f_y1，f_x1≪f_x2，f_y2，f_x2d₃である
ことを考慮すると、であればよい。

これが成立する場合は、電圧V_Bによる電界強
度分布が、電子ビーム制限孔３０４と陰極フイラ
メント３０１の間で、長手方向ｙと短手方向ｘと
で等しくなる場合である。換言すれば、上記した
構造でD_x＝D_yの場合となる。

この場合、集束溝３０５の長手方向及び幅方向
の長さをそれぞれS_y，S_xとすると、式(2)の関係を
満すS_y，S_xの範囲を計算機により実験的に求める
と、１＜S_y／S_x≦２／sinθ ……(7) であることが判つた。

第１図の実施例では集束溝３０５の深さ寸法d₂
は、製作が容易となるようにｘ方向にもｙ方向に
も等しい寸法にしてあり、この電極３０３からタ
ーゲツト焦点位置までの距離d₃に対して１／3.5
乃至１／0.5の範囲となるように構成する。すな
わち 0.5≦d₃／d₂≦3.5 を満足するようにしている。しかしながら、式(7)
が成立する範囲でd₃をもつと大きくすることは、
差支えない。

そしてフエラメント３０１にフイラメント電源
３０６から加熱電力を与え直熱する。またフイラ
メントに対してビーム整形電極３０３に正の50〜
1000Vの範囲を可変できるバイアス電源３０７か
らバイアス電位を与え、さらに陽極ターゲツト３
に正の120kV程度の陽極電圧を電源３０８から与
えて動作させる。これによつてバイアス電位が約
200V付近で電子ビームｅの短手方向のビームウ
エストがターゲツト面に合致する。

そしてターゲツト面上の電子ビーム焦点e₀の最
小の大きさは、短辺l_xが約50μｍ、長辺l_yが約
180μｍとなり、ターゲツト角度が16゜の場合にＸ
線放射線Ｘの方向からみた実効焦点X₀は一辺が
約50μｍのほぼ正方形となり、均等な電子密度分
布が得られた。

また、バイアス電位を50Vから1000Vの範囲で
変化することにより焦点形状をほぼ相似的にして
大きさを一辺が約50μｍから約１mmの寸法まで変
化させることができた。

しかも陽極電圧を最大150kV、陽極電流を焦点
の大きさに応じてフイラメント電圧306を変える
ことにより最大1000ｍＡまでの範囲で使用するＸ
線管に適用して、実効焦点を長、短辺比が約1.4
以下にとどめることができた。バイアス電位と電
子ビーム焦点の短辺l_x、長辺l_yの関係は第５図に
示すようになり、Ｘ線実効焦点X₀の辺の比はお
よそ1.4以下にとどめることができる。

上記実施例の電子ビーム集束状態を電子計算機
によるシミユレーシヨンの結果を第６図に示して
説明する。即ち、第６図は最小焦点時の第１図ｂ
に相当する断面図である。そして、既述のように
陰極フイラメント３０１は幅が略10mm程度で、厚
さが0.03mm程度のタングステン薄板からできてお
り、フイラメント支柱３０２を通して通電され加
熱される。陰極フイラメント３０１の表面から放
出された熱電子は、電子ビーム制限孔３０４と陰
極フイラメント３０１の間に印加されたバイアス
電圧によつてできる電界によつて加速され、電子
ビーム制限孔３０４に到達する。

この際、陰極フイラメント３０１の表面と電子
ビーム制限孔３０４の表面が略平行となつている
ため、その間の等電位曲線３１０は略平行とな
り、電子ビーム制限孔３０４の端部を通る電子軌
道をあまり乱さない。又、陰極フイラメント３０
１の端部及び側面より出た電子３１２は電子ビー
ム制限孔３０４の壁に吸収され、集束溝３０５に
入らない。

従つて、陰極フイラメント３０１の中央部より
出たフリンジング効果を含まない電子ビームのみ
陽極ターゲツト３に達することになる。電子ビー
ム制限孔３０４と陰極フイラメント３０１の距離
d₁は、陰極フイラメント３０１の表面から出た電
子がバイアス電圧によつて温度制限領域で動作す
るように決められている。従つて、電子ビーム制
限孔３０４を通過する電子の量は、陰極フイラメ
ント３０１の温度のみによつて決まり、陽極ター
ゲツト３上での電子密度分布の大きさは、バイア
ス電圧によつて電流値と独立に可変できるように
なつている。電子ビーム制限孔３０４によつて制
限された電子３１２は内壁３１３を加熱するが、
内壁３１３は電子ビーム整形電極３０３の放射方
向にテーパ状に厚くなつており、十分熱伝導を良
くして局部過熱とならない。電子ビーム制限孔３
０４を通過した電子は、距離d₁を通過する間に、
その間の凹レンズ作用によつて拡散させられる
が、その電子ビーム密度は極めて均一となつてい
る。この電子ビームは、十分深くて強い凸レンズ
作用を有する集束溝３０５によつて強く集束さ
れ、短径、長径の両方の寸法が式(2)を満たすよう
になつている。

又、集束溝３０５はその内部の等電位曲線３１
４が中央部の電子軌跡３１５と端部の電子軌跡３
１１で収差をほとんど生じない。

以上、第１図ｂに示す短手方向について述べた
が、第１図ａに示す長手方向でも同様の動作が得
られる。

〔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。

焦点サイズが被写体の大きさや材質に応じて
任意の大きさに可変でき、大きな焦点に対して
は十分大きな管電流を得ることができる。

Ｘ線焦点の形状を常にほぼ一定に保ちなが
ら、その大きさをただ１つのバイアス電圧の制
御によつて制御できる。そして陽極電流を増大
しても焦点形状が悪化しない。

陰極フイラメント３０１の中央部からの電子
のみを加速するため、収差の少ないエツジがシ
ヤープな任意の大きさの焦点を得ることができ
る。又、陰極フイラメント３０１の側面から出
た電子ビームが、電子ビーム制限孔３０４にて
カツトされるため、副焦点を生じない。

ところで上記実施例によれば、陰極フイラメン
ト３０１の熱変形が少なく、熱電子放出面３０１
ａの温度が均一であるため、安定した動作を行な
う。即ち、第１２図は従来の常状平板からなる陰
極フイラメント２０１であり、フイラメント支柱
２０６に取付けられているが、通電により陰極フ
イラメント２０１の温度が高くなると、その熱膨
張により破線２０１′で示すように、中央部（熱
電子放出面）が弯曲すると共に上方に大きくずれ
るため、上記特性の安定性が得られない。しか
し、この発明では第２図ｃに示すように、陰極フ
イラメント３０１の脚部の熱膨張は折返し部３０
１ｂ，３０１ｂによつて殆ど打ち消され、破線で
示すように熱電子放出面３０１ａの移動が少な
い。又、熱電子放出面３０１ａの膨張は脚部の折
返し部３０１ｂ，３０１ｂで吸収されるため、弯
曲することはない。更に、脚部の強度が十分あ
り、自身の重量が少ないため、共振周波数が高く
なり外部振動によるゆれも少ない。このようにし
て、電子集束特性を常に良好に保つことができ
る。

〔発明の変形例〕

上記実施例では、電子ビーム制限孔３０４及び
集束溝３０５はいずれも正方形に形成されていた
が、第７図に示すように、電子ビーム制限孔３０
４を円形に集束溝３０５を楕円形に形成してもよ
い。そして集束溝３０５の短径S_x、長径S_yを前述
の関係式の範囲を満足するように構成する。これ
により上記実施例と同様の効果が得られる。この
場合、陽極ターゲツト上での電子ビーム焦点は長
軸が短軸の１／sinθになる楕円形となる。従つ
て、Ｘ線管のＸ線放射口から見たＸ線焦点X₀は
ほぼ真円形となる。又、バイアス電圧を変えた場
合は、Ｘ線焦点は常に略円形を保ちながらその大
きさを変えることになる。上記した関係はバイア
ス電圧等の設定条件を変えた場合にもほぼ円形に
保たれる。

尚、上記実施例及び変形例において、陰極フイ
ラメント３０１の脚部の幅は、電子放出面３０１
ａよりも広くてもよい。

又、電子ビーム制限孔３０４，３０７と集束溝
３０５，３０８とは必ずしも一体構造である必要
はない。

又、陰極フイラメント３０１の電子放出面３０
１ａの幅は、電子ビーム制限孔３０４，３０７の
幅よりも狭くても、上記と同様の効果を持たせる
ことができる。

又、管電流が変化した場合に、それに対応して
バイアス電圧を変えることによつて、管電流の変
化にも拘らず、所望の焦点の大きさを得ることが
できる。

又、この実施例では、電子ビーム制限孔３０４
と集束溝３０５を一体構造の電子ビーム整形電極
３０３内に設けているが、これらを機械的に分離
しても良いことは勿論であるし、これらの間に他
のバイアス電圧を印加しても良いことは勿論であ
る。

又、陰極として、バリウム含浸カソード等の傍
熱形のものを使用しても良いことは勿論である。

又、陰極フイラメント３０１の表面を曲面にし
ても、同様の効果を持たせることはできる。

又、熱電子放出面３０１ａを正方形あるいは円
形にしても良いことは勿論である。

又、陰極フイラメントは分割のない平板ででき
ていても良いことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅはこの発明の一実施例に係るＸ線
管装置の要部（陰極構体）を示す断面図、平面
図、斜視図、断面図、第２図ａ，ｂ，ｃはこの発
明で用いる陰極フイラメントを示す組立平面図、
斜視図、断面図、第３図はこの発明を利用したＸ
線撮影装置を示すブロツク線図、第４図ａ，ｂは
この発明のＸ線管装置における短手方向及び長手
方向の集束状態を示す説明図、第５図はこの発明
のＸ線管装置におけるバイアス電圧と陽極ターゲ
ツト上での電子ビーム焦点の辺と長さとの関係を
示す特性曲線図、第６図はこの発明のＸ線管装置
における動作モードを説明するために用いる断面
図、第７図はこの発明の変形例を示す平面図、第
８図は従来のＸ線管装置を示す概略構成図、第９
図乃至第１１図は従来のＸ線管装置における陰極
構体の３例を示す断面図、第１２図は第１１図の
陰極構体における欠点を説明するために用いる断
面図、第１３図は従来のＸ線管装置の陰極フイラ
メントを示す断面図である。１……真空外囲器、２……陰極構体、３……陽
極ターゲツト、３００……陰極構体、３０１……
陰極フイラメント、３０１ａ……電子放射面、３
０１ｂ……折返し部、３０２……フイラメント支
柱、３０３……電子ビーム整形電極、３０４……
電子ビーム制限孔、３０５……集束溝、３０６…
…陰極加熱用電源、３０７……バイアス制御電
源、４０１……被写体、４０２……Ｘ線検出器、
４０３……比較器、４０４……バイアス電源。

Claims

【特許請求の範囲】１真空外囲器内に陽極及び陰極構体が相対向し
て設けられ、上記陰極構体は熱電子放出用の平板
状フイラメントからなる陰極及びその前方に設け
られた電子ビーム制限孔及びその前方に設けられ
た集束溝を有する集束電極を有し、上記電子ビーム制限孔は実質的に正方形又は円
形であり、上記集束溝は長方形又は楕円形であ
り、その長軸又は長径が陽極ターゲツトから照射
されるＸ線錐の略中心線と上記陰極の中心を含む
平面内に実質的に含まれるように組込まれ、且つ上記陰極に対して正のバイアス電圧を上記
集束電極に印加するバイアス電源及び上記陰極を
加熱する陰極加熱用電源が接続され、該バイアス
電圧及び陰極加熱電圧を連動して上昇又は下降さ
せるように構成されてなることを特徴とするＸ線
管装置。