JPS61218100A

JPS61218100A - Ｘ線管装置

Info

Publication number: JPS61218100A
Application number: JP5770785A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ono; 勝弘小野; Tatsuya Sakuma; 佐久間　立也; Hiroshi Takahashi; 宏高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1986-09-27
Also published as: JPH0373099B2

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】〔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Ｘｇ
管装置及びそれを利用したＸ線撮影装置に関する。

〔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と傘形陽極ターゲット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によシ回
転するようになっている。

従来一般のＸ＃管の陰極構体互は第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、熱電子を上記集束電極１０２にょシ集束させる。

このためフィラメント１０１と集束電極１０２は同電位
とされる。尚、図中、点ｆｆ１ＡＩσ３は集束電極１０
２の近傍の等電位臼ａｔ−表わし、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、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。

ところで上記従来の陰極構体ｌにおいては、陰極フィラ
メント１０１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
め陰極フィラメン）Ｊ　０１の近傍の等電位面は、点線
１０３で示すように陰極フィラメント１０１の中央でふ
くらんだ形となり、陰極フィラメント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、陰極フィラメント１０ノの略中央部から
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。従って、およそ全ての電子をある程度集
束させ九位置では、図示したように双峰性の電子強度分
布１０７を示す。

とζろが上記のように、陰極フィラメント１０ノから放
出された電子を集束電極１０２によりてす分小さく集束
できないので、陽極ターゲット３の位置で小さな焦点を
得るためには、小さな陰極を用いる必要がある。従って
、陰極温度金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、また電子分布にシャー
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
できない。これらは、陽極ターゲット３から発生するＸ
＠によって投影画像を作る場合に、解像度の増大と７オ
トンノイズの減少の防害となシ、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、平板状の陰極フィラ
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
る提案がおる。

このような帯状平板からなる陰極フィラメントを有する
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９口状に形成され
次陰極フィラメントで、フィラメント支柱（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シ、
上記陰極フィラメント２０１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。２
０Ｂで示す陽極ターゲットは陰極フィラメント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の側面から出た電子２０
５が中央から出た電子２０４とその軌道が大きく異なり
、陽極ターゲット２０Ｂ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符号を付した第１２図に示す如く、
帯状平板からなる陰極フィラメント２０１の端部よシ出
た電子の軌跡は線２０９の如くになる。

なお点線２１０１ｒｉ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。

２１０は図示したように陰極フィラメント２０１の端部
と集束電極２０２との間隙２１ノで凹形分布となシ、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１
等電位、自蔵２１０が一様な場合よシも集束電極２０２
の壁に近づく。−万、集束電極２０２内の等電位曲線２
０３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シも曲率が大きくなシ、軌
跡２０９は２０４よフも焦点距離が短かくなり収差を生
じる。このようにし【十分な集束度を得ることができな
い。

又、集束電極をフィ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が変化する。又、陽極電
圧Ｖａが３０　ｋＶ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【いない
。

この例では、陰極フィラメントは特開昭５５−６８０５
６号公報の第９図乃至第１１図に示されたように、実質
的に細長い熱電子放出面を有しておシ、この例では特開
昭５９−９４３４８号公報に示されるよ５に、陰極フィ
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って異なる大きさの焦点を得る九め
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っている
。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、
ＸｉＩ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ニジシャープなエツジを
有する焦点が得られない。更に、電極のコーナ一部の電
界によシ、焦点のコーナ一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１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つのバイアス電圧を予
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０．１−以下から１．５
−以上で、Ｘｌｓ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Ｏ〜１０１００Ｏ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線管装置及びそれを用いたＸ線
撮影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ターグツト及び陰極構
体が相対向して設けられ、上記陰極構体が熱電子放出用
の陰極及びその前方に電子ビーム制限孔を有する電子ビ
ーム制限手段及びその前方に設けられた集束溝１有する
電子ビーム集束手段を有し、上記陰極に対して正のバイ
アス電圧を電子ビーム制限孔との間に印加してなる電子
凹レンズと上記集束溝が構成する電子凸レンズとの合成
された電子レンズの焦点の位置を、上記バイアス電圧を
高くすることによって上記陽極ターグツトの後方に移動
させて焦点サイズが大きくでき、且つ陰極加熱用電源の
電圧を高くすることに↓りて管電流が増大できることを
特徴とするＸ線管装置であシ、更に上記の正のバイアス
電圧と、上記の陰極加熱用電源の電圧を予め設定された
関係を保ち乍ら連動させ、少なくともそのどちらか一方
を希望する焦点サイズに対応する値に設定することによ
り、焦点サイズとそれに対応して許容される管電流の最
大値とを自動的に設定し得るようにしたことを特徴とす
るＸ線管装置である。

又、この発明は上記のＸ線管装置と、このＸ線管装置か
ら放射されたＸ線を検出するためのＸ線検出器と、この
Ｘ線検出器の出力に応じて上記Ｘ線管装置のバイアス電
圧と陰極加熱用電源の電圧を制御する制御回路とを具備
し、常に最適の焦点サイズ及び管電流で撮影できるよう
にしたＸ１ｍ撮影装置である。

〔発明の実施例〕

この発明を例えば陽極電圧１２０　ｋＶ　、陽極電流が
１０　ｍＡから１０００　ｍＡまで変えられ、Ｘ線焦点
が５０μｍ乃至１ｍ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）。

Φ）　ｌ　（ｅ）　ｌ　（ｄ）　、　（＠）に示すより
に構成され、Ｘ線管の図示しない真空外囲器内に陽極タ
ーグツト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がフィラメント支柱３０２．３０２に取付けられ
ている。この場合、陰極フィラメント３０１は第２図（
＆）に示すように切欠きを有する帯状平板、例えば幅Ｄ
ｅが約１０ｍｍで、厚さが０．０３−程度のタングステ
ン等の重金属の薄板からなシ、中央部が電子放射面３０
１ｍ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シ、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３０１
ｃ、３０１ａ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ィラメント支柱３０
２．３０２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。

上記フィラメント支柱３０２．３０２には、絶縁物３０
２ｈ、３０２ｍを介してフイラメント固定用ブロック３
０２ｂ　、３０２ｂが機械的に強固に取付けてあシ、上
記陰極フィラメントの端部３０１ｃが図示のように電子
ビーム溶接等によって取付けである。従って、陰極フィ
ラメント加熱時には、フィラメント支柱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、陰極フィラメントのインピーダンスは高くな多、
従来管と同程度のフィラメント電流及びフィラメント電
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。

このような陰極フィラメント３０１を取囲むように、円
形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柱３
０２．３０２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
フィラメント３０ノの電子放射面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
シ小さい面積の例えば正方形又は円形又はこれに近い形
にして、電子放射面３０１ｇの約０．７　ｍ　（寸法ｄ
、）前方に位置しておシ、電子放射面３０１＊ｆｌｌＩ
の開口面は電子放射面３０１ｈと実質的に平行となって
いる。このような電子ビーム制限孔３０４に活って、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３０
４よシ径大な例えば長方形にして、電子ビーム制限孔３
０４、電子放射面３０１ｍと共に同軸的に形成され深さ
ｄ、が十分深い寸法に形成されている。そして集束溝３
０５の底面は制限孔３０４にかけてテーノ臂状に形成さ
れている。このテーパ面の軸（、）方向に清う寸法は深
さｄ、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、上記陰極フィラメント３０１のうち、電子放出面３
０１　ｍ以外の部分から出【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、陰極フィラ
メント３０１の周囲にシールド構体３１６，３１７，３
１８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
．３１８は、フィラメント支柱３０２の一方と同電位又
は近い電位に保たれ【おシ、他方のフィラメント支柱３
０２とから絶縁されている。尚、シールド構体３　Ｊ　
６　、３１７　、３１８は、フィラメント支柱３０２０
片方に機械的に固定すると都合がよい。

又、第１図（６ンに示すように、上記陰極フィラメント
３０１はフィラメント支柱３０２と他の例えばＭｏから
なる金属片３１９とで挟み、この金属片３１９の上方か
ら電子ビーム溶接又はレーデビーム溶接を行なって製作
すると、陰極フィラメント３０１とフィラメント支柱３
０２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、陽極ターゲット３が、ターグツト面とＸ線を取り
出す方向のＸ線放射勢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工、長辺をノア
とする。そしてＸ線放射軸方向からみた焦点形状Ｘｌｌ
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以下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シ、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
。そのようになる丸めに、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りに設定される。

１１　１１ｋｌＪ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ｅ６の長、短辺比は次の範囲にあれば十分である。

そし【所定ビーム電流において最小の焦点（例えば−辺
が５０μｎ１）ｔ−得るとき、短辺又は短径方向の電子
ビームのビームウェ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はビームウェス
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
放射軸Ｘと一致する方向にする。

又−陰極フィラメント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【、より大きな
焦点を得る場合には、ビームウェストの位置は上記ター
ゲット３の後方に位置するようになる。そして、よフ大
きなバイアス電圧に対して、よシ後方にビームウェスト
が移動し、ｌ工＋　ｌｙが式（２）を保ち乍ら大きくな
る。

今、ｆｙｌｌ工が式（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
を定数としてノア＝に一１エ　　　　　　　　　　　・・・（３）と
なる。

回転陽極ＷｉＸ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７（１／Ｓ）で回転し
ているターゲットに入力可能なパワーｐ（Ｈは次式で表
わされる。

ここで、ターゲット上でのビームの形状は長さがｌｙで
、ターゲットの回転方向の幅が！工の長方形であると考
えた。又、ΔＴは焦点近傍でのターゲット表面の温度上
昇（”ｇ）　ａρ、Ｃ１λはターゲツト材の密度、比熱
、熱伝導率であシ、Ｒは電子ビームがターゲットに入射
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　＝　ＫＪ！”　　　　　　　　　　　　　・−（５
）を得る。但し、Ｋは式（４）に含まれる定数。

従りて、上記のようにバイアス電圧Ｖ、を高くして、式
（３）を保ち乍ら焦点サイズ（〜ｌ工）ｔ−増した場合
に、式（５）で示されるように入カッ９ワ−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
ることによシ、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ＶＢが低くなる
ことにより、焦点サイズ（〜！工）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、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極管となシ、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（〜ｌｘ
　）が大きい場合にはＶ、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。

この発明を採用すれば、第３図に示すＸ線撮影装置のよ
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↓りにバイアス電源４０４の電圧Ｖ、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シ、どんな被写体であっても常に最
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）ｔ−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ィラメント３０１と電子
ビーム制限孔３０４とで作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ｆｙｌ　＊ｆｚｌとし
、集束溝３０６の長手方向及び短手方向の焦点距離をそ
れぞれノア、。

ｆ□とする。Ｄｙ、Ｄｘ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シ、ｄｆはレンズ間の距
離である。

第４図からム々工を求め、これが、陰極フィラメント３
０１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、に関係せず、一定であることが好ましい・
ｆｙｌｌ工をＶ、で微分し、その値がｖＢ　ａ　Ｚｚｌ
　＃　ｆｙ□に関係せず常に近似的に０になる次めには
、ｆｙｘ　Ｊｚｘ　＜ｆｚｍ　ｒ　ｆｙｘ　＊ｆＸ、り
ｄ、であることを考慮すると、これが成立する場合は、
電圧ＶＢによる電界強度分布が、電子ビーム制限孔３０
４と陰極フィラメント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工＝　Ｄ、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、　、　Ｓ工とすると、式（２）の関係を満
すＳア、Ｓ工の範囲を計算機によ）実験的に求めると、であることが判った。

第１図の実施例では集束溝３０５の深さ寸法ｄ、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
にしてあ夛、この電極３０３からターゲット焦点位置ま
での距離ｄ、に対して’／３．５乃至”１０．５の範囲
となるように構成する。

すなわちｓ０．５≦□≦３．５ｄ雪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ｄａ’ｔ”もっと大きくすることは、差
支えない。

そしてフィラメント３０１にフィラメント電源３０６か
ら加熱電力を与え直熱する。またフィラメントに対して
ビーム整形電極３０３に正の５０〜１００ＯＶ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
、さらに陽極ターゲット３に正の１２０　ｋＶ程度の陽
極電圧を電源３０８から与え【動作させる。これによっ
てバイアス電位が約２ｏｏｖ付近で電子ビームｅの短手
方向のビームウェ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ｅ。

の最小の大きさは、短辺ｌｘが約５０μｍ、長辺！アが
約１８０μｍとなシ、ターゲット角度が１６″の場合に
Ｘ＠放射軸Ｘの方向からみた実効焦点Ｘ０は一辺が約５
０μｍ　ｆ）　ｌ’ｔ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ｔ−５０Ｖから１００ＯＶの範囲で
変化することによシ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１ｍ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
きさに応じてフィラメント電圧３０６を変えることによ
り最大１０００　ｍＡまでの範囲で使用するｘＭＡ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！工、長辺ｌｙの
関係は第５図に示すようになシ、Ｘ１ｍ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７に電子計算機による
シミュレーションの結果を第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、既述のよりに陰極フィラメント３０
１は幅が略１０■程度で、厚さが０．０３−程度のタン
グステン薄板からできており、フィラメント支柱３０２
を通して通電され加熱される。陰極フィラメント３０１
の表面から放出された熱電子は、電子ビーム制限孔３０
４と陰極フィラメント３０１の間に印加されたバイアス
電圧によってできる電界によって加速され、電子ビーム
制限孔３０４に到達する＠この際、陰極フィラメント３０１の表面と電子ビーム制
限孔３０４の表面が略平行となっているため、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３
０４の端部を通る電子軌道をあｔｐ乱さない。又、陰極
フィラメント３０１の端部及び側面より８３次電子３１
２は電子ビーム制限孔３０４の壁に吸収され、集束溝３
０５に入らない。

従って、陰極フィラメント３０１の中央部よシ出たフリ
ンジング効果を含まない電子ビームのみ陽極ターゲット
３に達することになる。電子ビーム制限孔３０４と陰極
フィラメント３０１の距離ｄ８は、陰極フィラメント３
０ノの表面から出た電子がバイアス電圧によって温度制
限領域で動作するように決められている。従って、電子
ビーム制限孔３０４ｔ−通過する電子の量は、陰極フィ
ラメント３０１の温度のみによって決ま９、陽極ターゲ
ット３上での電子密度分布の大きさは、バイアス電圧に
よって電流値と独立に可変できるようになっている。電
子ビーム制限孔３０４によって制限された電子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っており、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３０４ｔ−通過した電子は、距離ｄｌｔ−通過する
間に、その間の凹レンズ作用により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っている。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によって強く集束され、短径、長径の両方の
寸法が式（２）を満たすエリになっている。

又、集束溝３０５はその内部の等電位曲線３１４が中央
部の電子軌跡３１５と端部の電子軌跡３１ノで収差をほ
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（＆）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、次のより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＠無焦点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って制御で
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。

■　陰極フィラメント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ャープな任意の
大きさの焦点を得ることができる。又、陰極フィラメン
ト３０１の側面から出た電子ビームが、電子ビーム制限
孔３０４にてカットされるため、副焦点を生じない。

ところで上記実施例によれば、陰極フィラメント３０１
の熱変形が少なく、熱電子放出面３０１＊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
従来の帯状平板からなる陰極フィラメント２０１でオシ
、フィラメント支柱２０６に取付けられているが、通電
により陰極フィラメント２０１の温度が高くなると、そ
の熱膨張によシ破線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太きくずれるため
、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、陰極フィラメント３０１
の脚部の熱膨張は折返し部３０１ｂ、３０１ｂによって
殆ど打ち消され、破線で示すように熱電子放出面３０１
ａ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３
０５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３０４ｔ−円形に集束溝３
０５を楕円形に形成してもよい。そして集束溝３０５の
短径ｓｘ、４径Ｓｙ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、陽極ターグツト上での電子ビーム焦
点は長軸が短軸の１／＊θになる楕円形となる。従って
、Ｘｌｆ！Ａ管のＸ線放射口から見ｆＣＸ線焦点Ｘ０は
はぼ真円形となる。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、陰極フィラメント
３０１の脚部の幅は、電子放出面３０１＊よシも広くて
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、陰極フィラメント３０１の電子放出面３０１１の幅
は、電子ビーム制限孔３０４＃３０７０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、管電流が変化し次場合に、それに対応してバイアス
電圧７＆：変えることによって、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内に設げ
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、陰極フィラメント３０１の表面を曲面にしても、同
様の効果を持九せることはできる。

又、熱電子放出面３０１＆ｔ−正方形あるいは円形にし
ても良いことは勿論でおる。

又、陰極フィラメントは分割のない平板ででき【いても
良いことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図（＆）〜（・）はこの発明の一実施例に係るＸ線
管装置の要部（＃＃極構体）を示す断面図、平面図、斜
視図、断面図、第２図（ａン、　（ｂ）、　＃　（ｃ）
はこの発明で用いる陰極フィラメント１示す組立平面図
、斜視図、断面図、第３図はこの発明の一実施例に係る
ｘＩ！撮影装置を示すブロック線図、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ット上で
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Ｘｇ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Ｘ１ｗ管装置の陰極フィラメントを示
す断面図である。１・・・真空外囲器、互・・・陰極構体、３・・・陽極
ターゲット、３００・・・陰極構体、３０１・・・陰極
フィラメント、３０１１・・・電子放射面、３０１ｂ・
・・折返し部、３０２・・・フィラメント支柱、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、４
０４・・・バイアス電源。出願人代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第１　図（ａ）第１図（ｃ）第２図（ｂ）（ｃ）第３図第４図（ａ）（ｂ）第５図／くイＹズ１り二　−一第７図第８図第９図第１０図第１１図（ａ）（ｂ）

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陰極及びその前
方に設けられた電子ビーム制限孔を有する電子ビーム制
限手段及びその前方に設けられた集束溝を有する電子ビ
ーム集束手段を有し、上記陰極に対して正のバイアス電
圧を電子ビーム制限孔との間に印加してなる電子凹レン
ズと上記集束溝が構成する電子凸レンズとの合成された
電子レンズの焦点の位置を、上記バイアス電圧を高くす
ることによって上記陽極の表面より後方に移動させて焦
点サイズが大きくできることを特徴とするＸ線管装置。
（２）上記バイアス電圧を高くすると共に陰極温度を高
くすることによって、焦点サイズが大きくできると共に
管電流が増大できることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のＸ線管装置。
（３）上記正のバイアス電圧と陰極加熱用電源の電圧を
予め設定された関係を保ちながら連動させ、少なくとも
そのどちらか一方を希望する焦点サイズに対応する値に
設定することにより、焦点サイズとそれに対応して許容
される管電流とを自動的に設定し得るようにした特許請
求の範囲第１項及び第２項記載のＸ線管装置。
（４）上記陰極が平板状フィラメントからなる特許請求
の範囲第１項乃至第３項記載のＸ線管装置。
（５）上記電子ビーム制限手段は実質的に正方形又は円
形又はこれらに近い形状の電子ビーム制限孔を有し、上
記集束溝は長方形又は楕円形又は実質的にこれに近い形
状であり、その長軸又は長径が陽極ターゲットから照射
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た特許請求の範囲第
１項乃至４項記載のＸ線管装置。
（６）上記正のバイアス電圧を高くして焦点サイズを大
きくした場合に、陰極温度を高くし、管電流を増大する
ようにした特許請求の範囲第１項乃至５項記載のＸ線管
装置。
（７）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陰極及びその前
方に設けられた電子ビーム制限孔を有する電子ビーム制
限手段及びその前方に設けられた集束溝を有する電子ビ
ーム集束手段を有し、上記陰極に対して正のバイアス電
圧を電子ビーム制限孔との間に印加してなる電子凹レン
ズと上記集束溝が構成する電子凸レンズとの合成された
電子レンズの焦点の位置を、上記バイアス電圧を高くす
ることによって上記陽極の後方に移動させることによっ
て焦点サイズが大きくでき、かつ陰極加熱用電源の電圧
を高くすることによって管電流が増大できるＸ線管装置
と、当該Ｘ線管装置から放射されたＸ線を検出するため
のＸ線検出器と、当該Ｘ線検出器の出力に応じて上記Ｘ
線管装置のバイアス電圧と陰極加熱用電源の電圧を制御
する制御回路とを具備し、常に最適の焦点サイズ及び管
電流で撮影できるようにしたことを特徴とするＸ線撮影
装置。