JPS622438A - 冷陰極ガス放電管を備えた平行ｘ線ビ−ム発生装置 - 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】 技術分野 本発明は、Ｘ線発生装置に関し、特に、新規な構造の広
領域Ｘ線発生装置に関する。

従来技術 Ｘ線発生装置としてのＸ線管は非常によく知られており
、通常、フィラメントにより加熱される陰極を有する管
を採用している。そして、上記陰極は電子ビームを発生
するようになっており、この電子ビームは陽極上の小さ
なターゲット領域に焦点が合わされる。そして、Ｘ線が
上記小ターゲット領域で発生し、Ｘ線ビームが適用部位
に向けて放出される。陽極のところで焦点の絞られた電
子ビームは非常な高温加熱を引き起こすため、陽極は、
通常、回転せしめられて、陽極のＸ線放射領域が常時移
動するようになっており、これにより陽極の面の過度の
局部加熱の発生が防止されてい上記したこの種のＸ線管
は多くの問題を有している。すなわち、電子発生源とし
てのフィラメントが燃焼し尽くしたり、高度に集中化さ
れたＸ線ビームによって陽極すなわちターゲットが過度
に加熱されたりあるいは亀裂を生じたりすると共に、陽
極構成材料が管の内壁面に融着したり、また高速度回転
体におけるベアリングの問題等が存在する。さらに、Ｘ
線を放射する陽極の上記加熱ターゲット領域は１１ｍ２
より小さいことは殆どないため、Ｘ線発生装置は本質的
にＸ線発生装置として不十分である。上記従来例におい
ては、上記問題　。

は焦点スポットの寸法や空間的工夫や大きい熱容量によ
り解決される。

フィラメント加熱方式の陰極に変えて冷陰極を用いれば
、上記Ｘ線管に付随する問題は解消する。

従って、冷陰極を使用すれば、フィラメントを加熱する
必要がなく、かつ、この冷陰極は強力な電子を発生させ
るための比較的広い領域面を有する発生源を構成するこ
とができる。従って、陽極上の高密度スポットを回避す
ることもできる。

Ｘ線発生装置として使用される冷陰極ダイオードは、広
領域平行Ｘ線がレーザ管のガスを予備的に励起するとこ
ろの放電・励起レーザのための予備的イオン化エネルギ
ー発生装置として使用されることがよく知られている。

この種の装置は、へりオネティックスインコーポレイテ
ッド（Ｈｅｌｉ。

ｎｅｔｉｃｓ、　Ｉ　ｎｃ、）により商品名ｒＨＸＰシ
リーズＸ線予備的イオン化装置（ＨＸ　Ｐ　−Ｓ　ｅｒ
ｉｅｓ　Ｘ　−Ｒａｙ　Ｐｒｅｉｏｎｉｚｅｒ）Ｊとし
て販売されている。冷陰極ダイオード管であるＸ線発生
装置は、また、ヨーロッパ特許出願公開Ｎｏ、０Ｉ０１
０４３にも示されている。このヨーロッパ特許は、１９
８３年８月８日付でカリフォルニア州、アーパインに住
所を有するへりオネティックスインコーポレイテッド（
Ｈｅｌｉｏｎｅｔｉｃｓ、　Ｉ　ｎｃ、）により出願さ
れたち−のである。

上記ヨーロッパ特許出願に開示され、一方間品名ｒＨＸ
ＰシリーズＸ線予備的イオン化装置」で用いられたとこ
ろのダイオードを利用した冷陰極管としてのＸ線発生装
置においては、発生するＸ線は管の運転中に生ずるエネ
ルギー・スペクトルが変化する。従って、所定の管の制
動輻射はピーク電圧（Ｋ　Ｖ　ｐｅａｋ）に関係してい
る。冷陰極管においては、よく知られているように、管
は比較的高いピーク電圧で衝突するが、管が導電した後
においては、ピーク電圧はかなり低い値に下降すると共
に、管電流の点で変化する。その結果、放出されるＸ線
の制動輻射すなわちスペクトルは管の運転中に変化する
ことになる。しかしながら、一定した制動輻射量は、管
が例えば医学的診断目的に用いられるような場合には適
切なグレースケールレンディション（ｇｒａｙ　５ｃａ
ｌｅ　ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ）を得ることが必要である。

ここで注意されねばならないことは、出力されるＸ線ビ
ームがレーザガスの予備的イオン化のために使用される
場合にはこれがあまり重要でないことである。しかしな
がら、上記ヨーロッパ特許出願における冷陰極ダイオー
ドのＸ線出力は、治療的目的や、出力されるＸ線ビーム
に一定したスペクトルが要求されるような目的に使用す
ることは不可能である。

従来例としての加熱フィラメント方式のＸ線管において
は次のことが注目されねばならない。すなわち、冷陰極
管の場合とは異なり、管の運転の際に適用されるピーク
電圧は唯１つであって、そのため、該管内で発生せしめ
られたＸ線は管の運転中に必要な一定したスペクトルを
有する。さらに、ピーク電圧を確実に一定ならしめるた
めには、この種の管の制御システムに関して非常に困難
な面がある。しかしながら、冷陰極管に関して言えば、
管が１５０ＫＶで加熱されるならば、この管は運転中に
１００ＫＶまであるいはそれ以下に下降するのである。

この管は最大ｌμＳｅＣの間しか導通しない。しかしな
がら、１５０ＫＶのレベルの制動輻射量が完全なパルス
時間間隔のかなりの部分の間存在することになり、従っ
て運転中にＸ線ビームのスペクトルを劇的に発生せしめ
る。このチューブがアーク電導となった後に、この管の
電圧はアークの流れと共に変化し、このため制動輻射ス
ペクトルにさらなる変化が生ずることになる。上記理由
により、冷陰極ダイオード形式の管は、診断目的や、あ
るいは一定した制動輻射スペクトルを要求される用途の
ためのＸ線製品には適用できないことになる。

本発明の開示 本発明においては、一定した制動輻射スペクトルが得ら
れるような新規な構造の冷陰極管が採用される。従って
、制御グリッドが陰極と陽極との間に介在せしめられる
。この制御グリッドにより、管の加熱並びに運転が実質
的に一定した電圧で行なわれることが保証され、これに
より、制動輻射量における変化や管のピーク電圧の変化
が回避される。

本発明にかかるガス入り冷陰極管は、冷陰極管のための
公知のマルチグリッド構造や水素サイラトロン（商標）
に従って所望の個数のグリッドを採用することができる
。さらに、管は所望の幾何学形状とすることができる。

例えば、この管を平面的なものに構成することができる
。また、この管は、コンピュータ・アキシャル断層Ｘ線
写真装置（ＣＡＴと略称する）のスキャンシステムに使
用するためのＸ線発生源を構成するものであって、患者
の回りを包囲するような円弧状セクションとして構成す
ることもできる。Ｘ線管のこれらの円弧状セグメントに
対面して各検知器が配置され、これらの検知器よりデー
タが検出される。上記ＣＡＴスキャンシステムによれば
、ＣＡＴスキャン装置のための公知のアルゴリズム、主
としてラドン変換（ＲＡ　Ｄ　ＯＮ　ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍ）、を用いることにより上記データをコンピュータ処
理するようになっている。

本発明によれば、陽極が、管全体を置換することなく、
交換できるような態様で管を構成することか可能である
。従って、Ｘ線発生装置の陽極として使用される材料の
原子番号（Ｚ）は出力されるＸ線の基本的なスペクトル
を決定する。Ｘ線管を種々の診断に応用する場合、異な
るスペクトルが必要とされる。本発明によれば、管内に
新しい陽極を迅速に挿入することが可能となる。従って
、回動自在に設けられるプレート上の各部分陽極は固定
された陰極並びにグリッド上の位置に回転移動させるこ
とができる。この場合、所望のＸ線放射パターンを得る
ために、機構全体は密封された容器本体内に収納されて
いる。

管は所望の材料により構成することができるが、好まし
い陰極は公知の構造をもつ黒鉛フェルトである。この黒
鉛フェルトは適当な黒鉛用接着剤によりその基板に対し
て接着される。陰極のフェルト面は、実際、陰極面上の
無数の鋭い不連続黒鉛繊維より構成され、十分高い電圧
下におかれたときには、小さなプラズマを発生する。ま
た、薄くてきっちりと詰められた金属ブレードも陰極面
として利用することができる。

陰極と同一の広がりを有する、例えばタングステンなど
の、適当な陽極が陰極に対して一定の寸法間隔で配置さ
れる。好ましくは、陽極はタングステンなどの高い原子
番号を有する均一薄膜状の　　、材料で構成する。この
陽極は光学的に平坦でかつ円滑な基板の上に配置される
。純度の高いニッケルで構成されるスクリーンよりなる
グリッドが陽極と陰極との間に介在せしめられると共に
該陽極並びに陰極の広がりと同一の広がりを有する。

上記各陰極は適当な容器内に支持される。この容器は比
較的圧力の低い（例えば１０−’ｔｏｒｒ）水素やアル
ゴン等のガスで満たされている。他の圧力媒体を使用す
ることもできる。上記容器の内面は常時バキューム・ポ
ンプと接続されて、水素や他のガスが、消費されるとこ
ろのガスを常時補充するために管内に供給される。

マイナス電圧が陰極に印加され、制御電圧がグリッドに
印加される。陰極とグリッドと陽極とに印加される電圧
は次のように設定される。すなわち、グリッドが陰極を
陽極から静電シールドすることにより、陽極と陰極間の
電位が降伏電圧を越えるとき陽極と陰極間の降伏を回避
するようにしている。従って、降伏は次の場合にのみ生
ずる。

すなわち、グリッドと陰極間の電位が十分に高くて、ガ
スイオンが陰極から２次的に電子を放出させ得るように
なったとき、すなわち、グリッドと陰極間の降伏電位に
達したときのみである。陰極とグリッド間で電子の放出
が開始されると、陽極がグリッドに対して十分高い電位
を有しておれば電子の流れの主たる部分はグリッドから
陽極に直ちに移動する。それらの電極に対する電流の流
れを制限するために、適当な抵抗がグリッドやカソード
のリード線に設けられている。陽極は接地されている。

電子の放出が起こると、グリッドはもはやシステムを制
御しない。従って、この間においてはただ１つのピーク
電圧しかなく、そのため、制動輻射スペクトルは持続す
るところの電流パルスの時間幅、例えば１μｓｅｃ、以
上に一定する。

これにより、Ｘ線が陽極の全面から放出され、このＸ線
は上記パルス時間幅の間適当な窓から容器の外に放出さ
れる。このＸ線の流れは、胸部Ｘ線撮影のため、あるい
は診断用もしくは他の用途のために必要な分野のために
、例えば１６Ｘ１６インチの領域にわたって比較的高度
に平行化される。

上記Ｘ線の平行化をなすために、ピンホールにより案内
する形式のコリメータが使用できる。しかしながら、こ
のピンホール形式のコリメータは幾分分散する傾向があ
る。従って、好ましい実施例においては、電子ビームは
偏波され、電子が一定した公知の角度でターゲットに強
制的に衝突させることによりコリメータと同様の役割を
果たしめでいる。従って、これにより平行化されたＸ線
の流れを得ることができる。すなわち、もし電子の流れ
が偏波されかつ全ての電子が同一角度でターゲットに到
達するならば、Ｘ線は平行化されることになる。この上
うな偏波は、適当な磁場あるいは静電場を電子ビームに
与えることにより得られる。

本発明にかかるＸ線管の重要な応用分野は医学的診断で
ある。しかしながら、このＸ線管は、一定した制動輻射
スペクトルが要求される他の分野にも好適に適用するこ
とができる。

本発明の他の特徴によれば、平行化されたＸ線の流れつ
まり出力を有する広領域Ｘ線管がＸ線によるマイクロ印
刷の分野で用いられるところのシステムを提供する。従
って、現在は、半導体ウェハーや半導体チップの表面の
線の間隔を縮少するために、半導体産業においては、紫
外線による印刷法に変えてＸ線によるマイクロ印刷が使
用されるようになってきている。このような写真平版法
に用いるＸ線発生装置はターゲットとしての陽極上に高
度に焦点を合わされた電子スポットを作るようにしてい
る。このスポットは円錐形状のＸ線の流れを作り出す。

このようなＸ線管は、従来の加熱型陰極を有するＸ線管
に関してすでに述べたところの欠点を有していると共に
、ポイント・ソースの効果を得るために必要な鋭い焦点
は単にこのような問題をさらに悪化させるだけである。

グリッドを有するにしろ有しないにしろ、広領域陰極管
はＸ線によるマイクロ印刷作業に大きな利点をもたらす
。なぜならば、管は寿命が長くかつ、複雑な平行化工程
を要することなく極細線のパターンを作ることのできる
平行化Ｘ線を作り出せるからである。Ｘ線によるマイク
ロ印刷にはサイクロトロンからＸ線を出力する方法も知
られてはいるが、このサイクロトロンは費用の観点から
制限があると共に、寸法が大きくて能率でないという問
題がある。

寒廠桝 以下に、図示の実施例について詳細に説明する。

第１．２図に、ガス入りダイオード管において異なるピ
ーク電圧を有する制動輻射と、管の電流・電圧特性とを
示している。冷陰極ダイオードに発生するＸ線のエネル
ギー・スペクトルは、第１図に示すように、陽極と陰極
との間に印加されるピーク電圧（Ｋ　Ｖ　ｐｅａｋ）に
強く左右される。３つの制動輻射曲線ＫＶｐｅａｋ（１
）、ＫＶｐｅａｋ（２）およびＫ　Ｖ　ｐｅａｋ（３）
は夫々実線、破線および一点鎖線で示されている。前に
も述べたように、制動輻射のピーク電圧Ｋ　Ｖ　ｐｅａ
ｋは図示の如く変化し、パルス時間に発生せしめられる
Ｘ線の放出は冷陰極管内で変化する。これは、冷陰極管
におけるピーク電圧がその運転中に変化するからである
。

冷陰極ガスダイオードの従来の電流・電圧特性は第２図
に示されている。従来の冷陰極ガスダイオードにおいて
は、０．００１〜０．０１ｘｘＨｇのガス圧が陽極およ
び陰極を含む管内で使用される。

陽極の電位ＶＡは陰極に対して徐々に上昇せしめられる
ので、第２図における管内電流ＩＡは約ｌμＡの初期値
から徐々に増大して第２図に示したポイントａまで増大
する。この初期電流は暗電流として知られている。すな
わち、この条件下においては、ガス中に白熱は見られな
い。ポイントａに対応する始動電位または降伏電位に達
したときに、管内のイオン化ガスは導電状態となり、陽
極と陰極管の電位は急激に所定の電位まで降下する。

この所定電位は管内のガスの種類や陰極材料により決定
される。ポイントｂからポイントＣに至るまでにおいて
、管内電圧ＶＡが増大するので、管内電流■４は略定常
値を維持する。これはグロー放電領域と呼ばれている。

なぜならば、管の一部が発光して電圧レギュレータとし
て用いられる従来の冷陰櫂ガス・ダイオードの正規作動
電圧を示すからである。この領域における最大管内電流
は陰極面積により決定される。

ポイントＣにおいて、管内電流は印加電圧ＶＡの上昇と
共にポイントｄまで増大する。これは、異常グロー放電
領域として知られている。例えばポイントｄの如き一定
の電流値において、陰極面がイオンの衝突により十分加
熱されて電子を発生すると共に異常グロー放電がアーク
放電に変わる。

このアーク放電は逓減電圧であって、大電流放出とポイ
ントｅまでの急激な電圧降下をもたらす。

このポイントｅを越えると、管内電流は大きくなり、一
方、管内電圧はしだいに低くなる。この領域ｅにおいて
は、高速電子が陽極に向けて加速され、陽極に適切なタ
ーゲットを用いると、Ｘ線が発生する。

Ｘ線発生源としての冷陰極ダイオードを操作する中で、
ピーク電圧がポイントｂからポイントｅに変化する。そ
して、これは管内電流に対応して変化する。管内ピーク
電圧は実質的に変化するので、パルス幅が１μｓｅｃに
至るまでは、制動輻射スペクトルもまた変化する。前記
したように、制動輻射量の変化は出力としてのＸ線ビー
ムにより適当なグレースケール・レンディション（ｇｒ
ａｙ　５ｃａｌｅｒｅｎｄｉｔ　１ｏｎ）を防止する。

本発明によれば、新規な冷陰極管は、少なくとも１つの
グリッドを備えている。尤も、必要ならば他のグリッド
を備えることもできる。１つの主制御グリッドを使用す
ることにより、一定の電位における管の加熱並びにそれ
と同電位における操作が確実となる。従って、この管に
おける出力としての制動輻射量はパルス全体に渡りすな
わち連続操作位置に渡って比較的定常状態となる。

第３図に本発明の一実施例に係る新規な管の断面を示し
ている。この管は紙面に対して直交する方向に所望の長
さだけ又は所望の幾何学形状に長く伸ばすことができる
。従って、この管は長方形状、または円形形状または四
角形状とすることができる。また、後述するが、第８．
７図に示すような円弧状とすることもできる。

第３図に示すように、本発明に係る新規な管は陰極２０
を備えている。この陰極２０は、その全面から電子の放
出を促すような構造を有している。

また、この管が胸部撮影用Ｘ線を得るために用いられる
場合には、１４Ｘ１８インチの寸法構成とすることがで
きる。陰極２０は、第３図の円２３の部分を拡大して示
す第４図から明らかなように、黒鉛フェルト部２１と黒
鉛基板２２とで構成することができる。純粋黒鉛基板２
２は１７４〜１７２インチの厚みとすることができる。

尤も、この厚み寸法は臨界寸法ではない。この厚み寸法
は機械的に十分健固である十分な厚さであればよい。

黒鉛フェルト部２１または黒鉛フェルト層もまた、例え
ば１／４〜ｌ／２インチの厚み寸法（臨界寸法ではない
）を有している。また、この黒鉛フェルト部２Ｉは、そ
の表面が比較的高い電場に置かれたときにイオン化並び
に電子放出を促進するようなフェルト状面に構成してい
る。黒鉛フェルト部２１は一定した可撓性ポリウレタン
・ンートを有すると共に若干の機械的強度を有し、さら
に基板２２に支持されている。このような黒鉛並びに黒
鉛フェルトの材料は商業市場で入手可能である。

例えば、上記黒鉛フェルトはユニオン・カーバイド・カ
ンパニー（Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｃｏｍｐａｎ
ｙ）より入手できる。その製品の名称はｒＷ、Ｄ、ＦＪ
でありそのカタログナンバーはＸ−３１００である。黒
鉛プレートら多くの所で人手可能である。黒鉛陽極は電
子管に用いられることはよく知られていると共に、その
管技術は本発明に係る管の陰極を製作する場合に利用で
きることは注目されねばならない。陰極２０の全外縁は
、好ましくは、丸められて、局部的アークを発生させる
尖った面ができるのを回避している。また、陰極２０の
外縁を丸めることにより、黒鉛フェルト部２１を黒鉛基
板の外縁の回りに包み込むことが可能となる。

黒鉛フェルト部２１および黒鉛基板２２の各層は、所望
の方法により、例えば約１１の厚みを有するような黒鉛
用接着剤を使用することにより一体的に固着される。こ
の黒鉛用接着剤は、コロイド状のものであって、よく知
られていると共に商業市場で入手可能である。例えば、
この接着剤として、オハイオ州、ベリャに住所を有する
ダイロン・インダストリーズ（Ｄｙｌｏｎ　Ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉｅｓ）が提供しているところのＧＣ・グレードの
接着剤である。第４図に示されたような、接着剤２４を
介して配置された各層２１．２２は公知の方法で加熱す
ることにより互いに固着することができる。すなわち、
窒素雰囲気の下で約２，０００　　まで昇温された炉内
で温度を制御することによりできる。

この加熱のプロセスにより不純物が基板並びにフェルト
部より取り除かれて接着剤２４が固化する。

陰極２０は低圧のガス入り容器２５内に適宜支持されて
いる。例えば、容器２５はステンレス鋼の容器とするこ
とができる。このステンレス調容器は、後述するところ
の薄いアルミニウム２７で構成できるところの適当なＸ
線窓を備える。容器２５はステンレス鋼＃３１６で製作
することができろと共にＸ疎意２７を除く全ての管を構
成する。

ガラスすなわち石英を容器２５のために使用できる。そ
して、このガラスは固有のＸ線窓を形成する。しかしな
がら、鋼を使用すればより簡単に修理できる。

アルミニウムのＸ疎意２７を採用する場合には、この窓
２７は、第５図に示すように薄いインジウム層２８によ
りステンレス鋼容器２５自体に固着できる。第５図は第
３図における円２９の部分を詳細に示している。アルミ
ニウムの窓は約２■の厚みを有することができ、またス
テンレス鋼容器２５自体は３／１６インチの厚みを持つ
ことができる。

陰極２０は容器２５に対して長い０ＦＨＣ・銅製ロッド
４０を介して支持されている。この銅製ロッド４０は、
図に概略的に示すように、陰極基板２２にボルト止めさ
れたフランジ面４１を葺している。上記鋼製ロッド４０
はセラミック部材２６を貫通すると共にこの部材の一部
をなしている。

セラミック部材２６は容器２５内に適宜固定されていて
、陰極２０に対して陰極接続するためのターミナル４２
を構成している。もし、膨張係数の一致が必要ならば、
不変鋼やあるいは他の合金を用いることができる。陰極
２０の位置や後述される他の部材の位置を容器２５内で
安定させるために、必要ならば、他の支持部材を用いて
もよい。

また、容器２５内には陽極５０が固定されている。この
陽極５０はターゲットと称せられる。この陽極５０は、
陰極２０の広がりと同一の広がりをもつと共に、陰極２
０の対向面に対して、通常、平行になっている。陽極５
０は箔状すなわち薄いフィルム状の高い原子番号の材料
で構成される。

代表例とてはタングステン、モリブデン、イリジウムあ
るいはこれらに類するものである。陽極５０はｆｉｘよ
りも薄い寸法であり、また好ましくはタングステンで作
られる。陽極５０は陰極２０に対し通常約３インチだけ
離して設けられる。

陽極５０は平面的でかつ均一な厚みのフィルム状にする
ことが好ましい。この陽極は、光学的に円滑なアルミニ
ウム窓内面に、タングステン・フィルムをｒ（Ｆ−スパ
ッタリング法により、得ることができる。従って、アル
ミニウム窓は鋳造工具や治具プレートの等級で製作でき
る。上記材料は、例えば、アルコア・コーポレーション
（Ａ　１ｃｏａＣｏｒｐｏｒａｔ　１ｏｎ）から入手す
ることができる。また、反対側の面は平面状にかつ平行
に研摩され、その後応力が解除される。このプレートは
２１１１よりも小さな厚み寸法を有する。その内面は、
機械加工される。例えば、従来のシングル・ポイント式
のダイアモンド加工により、製作コストを考慮して可能
な限り平坦に面仕上げされる。上記面は従来の光学的洗
浄技術を用いて油除去されると共に必要に応じて洗浄さ
れる。そして、窓が従来のＲＦ−スパッタリング装置内
に設置される。次いで、薄いフィルム状のタングステン
あるいは他の高い原子番号を有する他の材料が上記プレ
ート上にスパッタリング法により約１μ以下の厚さにな
るまで蒸着される。上記窓は、被覆厚みが均一となるよ
うにするために、スパッタリング中は回転させねばなら
ない。このようにしてできたフィルムは光学的に平坦で
かつ均一なものとなる。

平行案内ピンホールを備えた平行化リング５１が管の容
器２５の外側に装着されており、これにより、出力され
るＸ線ビームが平行化される。第３図においては、陽極
５０で発生したＸ線光子が矢印付き波線により窓２７か
ら外に向かって描かれている。これらのＸ線は、管の運
転中、陰極２０から陽極５０に向かう略均−な電子の流
れにより発生せしめられることに注意しなければならな
い。上記ピンホール型式のコリメータすなわち平行化リ
ング５１は次の欠点がある。すなわち、平行化リング５
１の原子はさらなる分散センターとして作用し、従って
、Ｘ線流の効率並びにＸ線像の鮮明度は低減する。

好ましいビーム規制コリメータは２対の刺しゅう枠（ｔ
ａｍｂｏｕｒ）タイプの枠体よりなる閉鎖部材で構成で
きる。すなわち、各対の閉鎖部材は、平行でかつ連結さ
れた重ね合わせ型案内スレートであって、管の回りを包
囲する。各対の閉鎖部材は他の対の閉鎖部材に対して直
角に閉塞しており、これにより、いかなる形状の長方形
領域も、部分的に開かれた各対の枠体を通して露出され
る。各対の閉塞部材は一定距離離れた平行面に配置され
る。

そして、各対の閉塞部材は管のＸ線窓に対して平行であ
ると共に独立して作動するようになっている。上記枠体
の案内エツジの形状を適宜形成することにより、長方形
状開口以外の形状を作ることもできる。この形式の特別
の構成は第１２〜１５図に基づいて後述する。

上記枠体の案内エツジは、また、患者の体の上で相関的
位置の輪郭をつくるために光源手段を有さねばならず、
これによりＸ線ビーム領域が術者にとって非常によく画
定される。

本発明によれば、制御グリッド６０が陽極５０と陰極２
０との間に介在せしめられている。このグリッド６０は
陽極５０から一定の距離離されていて、陽極と陰極との
間の高い電圧に対して抵抗するに十分な距離だけ離され
ている。グリッド６０は、所望の網形状を有する高純度
のニッケルよりなるスクリーンで構成するのが好ましい
。ここに言う高純度は９９．９９９％の純粋ニッケルを
意味している。第６図に示すように、スクリーン部６１
は、自己保持が不可能であって、四角形状あるいは他の
形状のフレーム部６２．６３間に支持することができる
。これらのフレーム部６２゜６３は、堅固な部位にスク
リーン部６Ｉを支持すべく、一体的にスポット溶接され
るかあるいは、固定することができる。このようなスク
リーンは公知であると共に、従来技術としての水素サイ
ラトロン（ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｔｈｙｒａｔｒｏｎｓ−
商標）で用いられている。このグリッド６０は管の容器
２５内に適宜支持されると共に、出力リード線７０がグ
リッド６０より絶縁体７１を通して接続されていて、こ
のグリッド６０従ってスクリーン部を外部的に電気接続
できるようにしている。

容器２５の内部は約１０−’ｔｏｒｒの水素ガスまたは
アルゴンで満たされる。尤も、正圧の他の圧力媒体を使
用することもできる。従って、管は、ドツト７５によっ
て第３図中概略的に示されるように、ガス管である。バ
キュームポンプの接続部７６を備えており、この接続部
７６はバキュームポンプ７７およびレギュレータ７８に
接続されて定常ガス圧を維持するようになっている。適
当な水素発生源あるいは他のガスの発生源を従来の態様
で管内に備えることもできる。従って、水素発生源７７
ａはバルブ７８ａを介して入りロアロａに接続すること
ができる。

第３図における管を運転する場合、１ｎｓｅｃ〜１μｓ
ｅｃの時間幅のパルスをターミナル４２に印加すること
ができる。そして、その電圧は−２５〜−３０ｋＶのピ
ーク電圧である。また、ライン７０に印加された電圧は
適宜セットされる。勿論、この電圧が必要な光子を発生
せしめるに十分高い電圧（略２０ｋＶのピーク電圧より
も大きい）である限りは、この電圧は任意に設定できる
。

運転中、グリッドに電圧が印加されると、管は直ちに白
熱される。従って、電子の流れが生じ、この電子の流れ
は陽極すなわちターゲット５０に衝突して、Ｘ線が発生
することになる。このＸ線の流れは、管により決定され
るところの予め定められた時間間隔の間、例えば約ｌμ
Ｓｅｃより短い時間間隔の間、一定の制動輻射量を有す
る。

第３図に示した管の運転では、単一の加熱スポットが陽
極５０に形成されることはない。従って、陽極５０は長
寿命の信頼できる構造となる。また、この陽極５０は比
較的低電流密度で均一に照射されることになる。従って
、陽極５０にピッチングが発生することは殆どなく、ま
た管の内側における陽極材料の溶融も殆どない。勿論、
陰極／フィラメントの問題ももはや存在しない。管は公
知の水素サイラトロンの態様でグリッド６０により制御
されて、管のピーク電圧が運転領域において一定となり
、従って、陽極５０で発生した光子の一定した制動輻射
量となる。

さらに本発明によれば、第３図に示されたピンホール型
コリメータ５１を使用せずに、出力されるＸ線の流れを
平行化するための平行化手段（コリメータ）が備えられ
ている。第３図に示されたコリメータ５１はＸ線像の鮮
明度を低下させるという問題がある。以下に述べる平行
化技術は、グリッド６０が存在しない場合であっても実
用上非常に重要であることに注目されねばならない。す
なわち、本発明によれば、陽極５ｏに供給される電子ビ
ームを偏波（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）するための手
段を備えている。そして、この手段により、全ての電子
が同位相で陽極５０の面に到達すると共に同方向に移動
することが確実となる。多くの磁石式並びに静電式の制
御システムが電子ビームを偏波させるために用いること
ができる。これにはアキシャルマグネットや４極マグネ
ツトが含まれる。

第３ａ図は、第３図と同様の図であるが、ピンホール型
コリメータ５Ｉは備えていない。第３ａ図は導電リング
１０１に接続された高周波数の静電場発生器１００を示
している。導電リングｌＯ１は管内に適宜支持されて、
グリッド６０を通過する電子が陽極５０に衝突する前に
該電子に高周波数の横振動を与えるようになっている。

リング型のセグメントあるいは他の形状のものを使用す
ることもできる。上記静電場発生器１００は、所望の最
終パルスに応じて、１ｋＶ以上のピーク電圧で周波数１
０ＭＨｚ＝１００ＧＨｚまでの周波数を発生する。

第３ｂ図は第３，３８図と同様の図である。但し、平行
化（コリメーション）はコイル１２０により行なわれる
。このコイル１２０は、１０ＭＨｚ〜１００ＧＩ（ｚの
範囲内で運転される高周波数発生源１２１に接続されて
いる。従って、コイル１２０は、陰極から陽極に向けて
移動する電子の通路に対して直交する方向の磁場を発生
せしめる。上記高周波発生源１２＋の周波数は電子の走
行時間に対して十分に高いものでなければならない。す
なわち、電子は高偏波サイクルに従って電子のコヒレン
ト、すなわち陰極２２から陽極５０へ伝搬する電子を偏
波するための偏波、を増加させて、全ての電子が角コヒ
レント（ａｎｇｕｌａｒ　ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）あるい
は直コヒレント（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｈｅｒｅｎ
ｃｅ）で陽極５０に衝突するようにしなければならない
。これにより、出力されるＸ線の流れは平行化される。

出力される電子のパルスは非常に短く、そのため、現象
は粒子現象あるいはビーム現象と考えられると同時に波
動現象と考えることができる。

第３ｂ図に示された偏波電磁場は、また、管の軸心に対
して平行でかつ電子路に対して平行である直流電場とす
ることもできる。

第３．３ａ、３ｂに示された管の基本的形状は任意の形
状すなわち引き伸ばし形状とすることもできる。例えば
、陰極２０、陽極５０およびグリッド６０を、１６Ｘ１
６インチの寸法構成を有するプレートを露光するための
胸部撮影用Ｘ線発生源として使用する場合には、上記陰
極２０．陽極５０およびグリッド６０は同一の広がりを
有する長方形状とすることができる。また、変形例とし
て、陽極５０並びに陰極２０は所望の用途に応じた形状
とすることができる。例えば、もし、本発明に係るＸ線
管がＣＡＴスキャンの用途における発生装置として用い
られる場合にはこの発生装置は薄くて細長い管にするこ
とが好ましい。そして、この管は、体の周囲に合致させ
るために円弧状に曲げられた薄くて長い管とすることが
好ましい。また、この発生装置は患者の平坦なセグメン
トとすることもできる。これらのセグメントは、また、
直線状とすることもできる。従って、管の容器２５は第
７図に示した如き側面形状を有することもできる。第７
図において、管の長さは６〜１０インチとすることがで
き、また、第８図に示すように、その幅寸法は約１０１
１とすることができる。

第７．８図に示された円弧状部分は他の同一部分と共に
第９図に示すように、すなわちリング内に配置された患
者８０の回りを完全に囲むように、連続的に組み立てる
ことができる。従って第９図においては、上記リングは
３つの発生源管８１゜８２．８３を備えている。これら
の管８１，８２゜８３は各検知器８４．８５．８６に対
して直径方向反対側に配置されている。管の個数は任意
に選択することができる。

第９図において、管８１，８２．８３より放出されるＸ
線はＸ線ビームが患者を垂直方向に輪切りするように、
互いに平行に放射されると共に、公知のＣＡＴスキャン
技術並びにアルゴリズムに基づいて処理される。適当な
電気的制御を利用することが可能で、例えば、所望の像
を再生するために必要な情報を作り出すために、管８１
，８２．８３を円周方向に順に作動させることである。

別の幾何学的配置も可能である。例えば、円弧状または
偏平状のセグメント８５，８１．８６を第７．８図に示
した如き形式の発生源管とする一方、セグメント８２，
８４．８３をそれらに対応する検知器とすることもでき
る。

第１０．２図に本発明の他の実施例を示している。この
実施例においては、陽極材料を制御しながら移動させる
ことが可能である。これにより、異なる予め選択された
幾つかの異なるＸ線スペクトルを発生させるように制御
されたＸ線出力を得ることのできるＸ線管が得られる。

まず第１に、第１Ｏ図に示された新規な構成のＸ線管は
第３゜３　ａ、　３　ｂに示された管が有するところの
多くの部材を備えている。これらの共通する部材は第１
０図においても同一の符号を使用している。しかし、第
１θ図においては、容器２５は横方向に長く構成されて
いて、部分９０を備えていると共に、第３図における陽
極５０はヒレ型状形状体９１（第１１図）に変更されて
いる。このヒレ型状形状体９１は容器２５．９０内にか
つ中心軸９２上に設置されている。図に示すように、ス
テッピングモータ９３が備えられており、該モータ９３
よりターミナル９４．９５が容器２５．９０の外側に延
在している。このモータ９３は４つの位置の間で上記ヒ
レ型状形状体９１を回転せしめて部分陽極Ｚ、、Ｚ２．
Ｚ３．Ｚ、を四角状陰極２０に対面する位置にもってい
くようになっている。上記ステッピングモータ９３は、
また、真空にされた容器２５に対してその外側に適当な
回転継ぎ手を介して設けることもできる（図示せず）。

上記各陽極部分は夫々異なる原子番号を有しており、そ
のため、陰極２０よりの原子が衝突する際、各部分陽極
は、種々の診断目的あるいは他の目的のためのスペクト
ルを含んだＸ線を出力することができる。従って、患者
は、患者自体が移動することなくあるいは使用される装
置を移動させることなく、異なるスペクトルのＸ線を受
けることができる。変形例として、上記の基本的な装置
は、異なる陽極材料を必要とする別の処方を実施するた
めに用いることができる。同様にして、第１０．２図に
示した新規な構造によれば、異なるスペクトルを出力す
るところの多くの形式のＸ線管を準備することが不要に
なると共に、Ｘ線設備に必要な在庫品並びにそのスペー
スを低減することができる。

従来のフィルターを使用したホイール型回転フィルター
をヒレ型状形状体９１の上に配置することもでき、この
ようにすることにより、適当な特性を有するフィルター
をヒレ型状形状体９１の陽極とＸ疎意２７との間に位置
せしめることができる。

このフィルターはヒレ型状形状体９１と同軸で回転させ
ることができると共に／あるいは容器２５内のステッピ
ングモータ９３と共に同軸に装着された別個のモータに
より回転せしめることもできる。

第１２〜１５図には、第３．３ａ、３ｂ図に示されたＸ
線管の一定の広がりをもつＸ疎意２７の回りに所望の四
角状開口を形成するための新規な枠体を示している。Ｘ
線管は符号３００で示している。

互いに直交するように配置された２対の鋼製案内プレー
ト３０１，３０２，３０３，３０４が管３００に対して
適宜支持されている。各プレート３０１〜３０４は長い
スロットを有している。第１２図に示すように、プレー
ト３０１のスロットは符号３０５で示され、また、各プ
レート３０２，３０３．３０４の同様の形状のスロット
は符号３０６゜３０７．３０８で示されている。第１５
図に示した如き案内スレート３１Ｏ〜３１４の如き互い
に平行な多くの案内スレートはそれらの両端に鋼製ピン
を備えている。スレート３１１のピンは符号３２０．３
２１で示され、スレート３１２のピンは符号３２２，３
２３で示され、また、スレート３１３のピンは符号３２
４，３２５で示されている。これらのピンは、各スロッ
ト３０５，３０６゜３０７．３０８により摺動自在に受
けられるように構成されている。上記ピンは、摩耗を低
減するために、図示しない小さなベアリングを有するこ
とが好ましい。第１３図に示すように、スレート３１０
と３３０を含みかつスレート３１０と同じであるところ
の２つのチェーン状スレートはスロット３０５と３０６
との間に摺動自在に保持されている。同様に、スレート
３４０，３４１（第１２図）を含む２つのチェーン状ス
レートはスロット３０７と３０８との間に保持されてい
る。後者のチェーン状スレートは、スレート３１０，３
３０を含む２つのチェーン状スレートの外側にかつ直角
に配置されている。

チェーン状スレートは任意の方法で構成できる。

第１５図においては、各スレートの端部に拡大ノブ３１
１ａ〜３１４ａを形成している。各スレートは、また、
スレート３１１〜３１４に対応してフック部３１１ｂ〜
３１４ｂを備えている。これらのフック部３１１ｂ〜３
１４ｂは隣接するスレートの上記ノブを受は入れるよう
になっている。このようにして、伸び縮み自在のチェー
ン状スレートが構成される。

各チェーン状スレートは、Ｘ疎意２７を全部覆う一方、
該窓の領域を全面的に開口し得るに十分な長さと如何な
る四角形状の開口部を形成できる構造となっている。

上に幾つかの実施例について詳述したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなくその他種々の態様で実
施できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は異なる値のピーク電圧における冷陰極管の制動
輻射量を示すグラフ、第２図は管の運転中にピーク電圧
が変化するところの冷陰極ダイオードの電流・電圧特性
を示すグラフ、第３図は冷陰極で三極管のタイプの管で
あるところの本発明にかかる新規なＸ線管の横断面図、
第３ａ図は異なるコリメータを有しかつ第３図に類似の
図、第３ｂ図はさらに異なるコリメータを有しかつ第３
゜３ａ図と同様の図、第４図は第１図における陰極の構
造を拡大して示す図、第５図は第１図に示した管のＸ線
窓と容器の本体部との間の接続を示す拡大図、第６図は
第１図に示した管のグリッドの構造を詳細に示す拡大図
、第７図は長手方向に湾曲した管の側面図、第８図は第
７図の平面図、第９図は第７，８図に示したセグメント
をＣＡＴスキャンに適用した場合を示す図、第１０図は
複数の異なる部分陽極を管の陽極として置き換えること
ができるようにした本発明にかかる管の第２実施例を示
す横断面図、第１１図は第９図に示した実施例に採用可
能な陽極の平面図、第１２図は制御されたビームを制限
する窓の領域を形成するための案内スレートで形成され
る小さな枠体を示す図、第１３図は第１２図の平面図、
第１４図は第１３図１４−１４線断面図、第１５図は第
１３図１５−１５線断面図であってチェーン状案内スレ
ートを示す図である。 ２０・・・陰極、２１・・・黒鉛フェルト部、２２・・
・黒鉛基板、２３・・・円、２４・・・接着剤、２５・
・容器、２６・・・セラミック部材、２７・・・Ｘ線窓
、２８・・・インジウム層、２９・・・円、４０・・・
銅製ロッド、４１・・・フランジ面、４２・・・ターミ
ナル、５０・・・陽極、５１・・・コリメータ、６０・
・・制御グリッド、６１・・・スクリーン部、６２・・
・フレーム部、７０・・・ライン、７１・・・絶縁体、
７５・・・ドツト、７６・・・接続具、７６ａ・・・入
り口、７７・・・バキュームポンプ、７７ａ・・・水素
供給源、７８・・・レギュレータ、７８ａ・・・バルブ
、８１，８２．８３・・・管、８４，８５．８６・・・
検知器、９０・・・部分、９１・・・ヒレ型状形状体、
９２・・・中心軸、９３・・・ステッピングモーフ、９
４．９５・・・ターミナル、ｔｏｏ・・・静電場発生器
、１０１・・・導電リング、１２０・・・コイル、１２
１・・・高周波数発生源、Ｚ＋、Ｚｚ、Ｚ３．Ｚ４・・
・部分陽極、３００・・・管、３０１，３０２，３０３
，３０４・・・案内プレート、３０５，３０６，３０７
，３０８・・・スロット、３１０〜３１４−・・スレー
ト、３１１ａ　〜３１４ａ−拡大ノブ、３１１ｂ〜３１
４ｂ・・・フック部、３２２゜３２３．３２４，３２５
・・・ピン、３４０，３４０・・・スレート。 特許出願人　クワンタム・ダイアグノスティックス・リ
ミテッド 代理人弁理士　青　山　　葆　ほか　２　名−二：ｘｃ
；−１− 鴨□ −７−「三に、３− ロ］＝＝二■ニニ［］ｉ二］ニニニｌ」−：テアフジ’
＝３ａ− 手続補正書 昭和６１年７月２４日 特許庁　長　官　殿　　　　　　　廖ノ１、事件の表示 昭和６１年特許願第　　　１．１７１１４　　　号２、
発明の名称 冷陰極がス放電管を備えた平行Ｘ線ビーム発生装置３、
補正をする者 事件との関係　特許出願人 ｉｔ所　アメリカ合衆国　ニューヨーク、ニューヨーク
。 レキシントン・アベニエー　３６０番 名称　クワンタム・ダイアグノスティックス・リミテッ
ド国籍　アメリカ合衆国 ４代理人 ５、補正命令の日付：（自　発） 中 万感θへ ｍ：７ｊｆｆ灸１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、十分に高い電場の下で全面より電子を放出するよう
   に構成された大面積面を備えた陰極と、上記陰極の大面
   積面から離されておりかつ同一の広がりを有するところ
   の大面積面を備えた陽極と、 上記陽極および陰極の各大面積面の間に配置されるとと
   もにこれらと略同一の広がりを有する制御グリッドと、 上記陽極、陰極およびグリッドを収納するとともにガス
   が封入され、かつ陽極の近傍にあってＸ線が透過する窓
   を有する容器と、 上記陽極、陰極およびグリッドに対して電気接続すると
   ころの電気接続手段とを備え、 十分高い電圧をグリッドと陰極との間に印加することが
   できて、それにより陰極の大面積面から陽極に向かって
   十分大きいエネルギーを有する電子を放出せしめて、陽
   極からＸ線を発生せしめ、該Ｘ線が上記容器の窓を通過
   して出力されることを特徴とする大面積Ｘ線発生装置。 ２、上記陰極は、その大面積面を形成する黒鉛フェルト
   面を有することを特徴とする第１項に記載のＸ線発生装
   置。 ３、上記陰極は、黒鉛基板と、該黒鉛基板に接着されて
   陰極の大面積面を形成する黒鉛フェルト層とを備えたこ
   とを特徴とする第１項に記載のＸ線発生装置。 ４、さらに、上記容器内に配置された同一平面の複数の
   陰極を有し、これらの陽極は該陽極の面に対して直交し
   て配置された軸を中心として回転可能であり、各陽極は
   陰極と略同一の広がりを有するような位置に向けて回転
   可能であることを特徴とする第１項に記載のＸ線発生装
   置。 ５、上記同一平面の各陽極は互いに異なる原子番号を有
   することを特徴とする第４項に記載のＸ線発生装置。 ６、上記容器内に低圧ガスを封入していることを特徴と
   する第１項に記載のＸ線発生装置。 ７、上記陰極は略四角状でかつ偏平であって夫々約１６
   インチの長さと幅寸法を有することを特徴とする第１項
   に記載のＸ線発生装置。 ８、上記陽極、グリッドおよび容器は共に円弧状に延在
   せしめられてシリンダの部分を形成することを特徴とす
   る第１項に記載のＸ線発生装置。 ９、上記複数のＸ線発生装置が円に沿って配置されＣＡ
   Ｔスキャン型システムの要素を構成することを特徴とす
   る第８項に記載のＸ線発生装置。 １０、管内で電子を陽極に衝突せしめることによりＸ線
   が出力せしめられ、かつこのＸ線出力は一定したスペク
   トルを有することを特徴とする冷陰極三極管ガス入り管
   。 １１、平行化されたＸ線の太い流れを作る方法であって
   、 ガス入り容器内で陰極から均一なアークの流れを作り出
   す過程と、該アークの流れを、陰極とターゲットとして
   の陽極との間に介在せしめられたアーク発動用グリッド
   を通過させる過程と、該アークの流れを約１μｓｅｃま
   で維持する過程とを含み、陽極と陰極との間におけるピ
   ーク電圧が一定となり、かつ、陽極から放射されたＸ線
   の制動輻射スペクトルが一定になることを特徴とする方
   法。 １２、さらに、前記容器内に配置された同一平面上の複
   数個のフィルターを備え、該フィルターは、陽極と容器
   との間に配置されかつ各フィルターが陰極の大面積面の
   上に配置されるような位置まで回転移動可能であること
   を特徴とする第５項に記載のＸ線発生装置。 １３、さらに、平行化手段を備え、該平行化手段は、上
   記Ｘ線発生装置の外側に配置されるとともに、直交して
   配置された第１および第２の平行化カーテンよりなり、
   該平行化カーテンは、適度の相互距離にある異なる平面
   内に配置されて、容器から放出されるＸ線を捕らえるた
   めの所定の開口形状を構成することを特徴とする第１項
   に記載のＸ線発生装置。 １４、上記各カーテンは平行でかつ薄い案内スレートよ
   り構成され、該スレートは枠体を形成するように互いに
   回動自在に連結されたことを特徴とする第１３項に記載
   のＸ線発生装置。 １５、上記各カーテンは管の４つの側面の周囲を包囲す
   ることを特徴とする第１４項に記載のＸ線発生装置。 １６、大面積面を有する陽極から平行化されたＸ線の太
   い流れを作る方法であって、 低圧ガス入り容器内で陰極から均一なアーク流れを発生
   させる過程と、該アーク流れを偏波する過程とを含み、
   上記アーク流れの殆ど全ての電子が略同一角度で陽極に
   衝突するようにしたことを特徴とする方法。 １７、十分に高い電場の下で略全面より電子を放出する
   ように構成された大面積面を備えた陰極と、上記陰極の
   大面積面から離されておりかつ同一の広がりを有すると
   ころの大面積面を備えた陽極と、 上記陽極および陰極を収納するとともに低圧ガスが封入
   され、かつ陽極の近傍にあってかつＸ線が透過する窓を
   有する容器と、 上記陽極および陰極に対して電気接続するところの電気
   接続手段とを備え、 十分高い電圧が陰極と陽極の間に印加することができて
   、それにより陰極の大面積面から陽極に向かって十分大
   きいエネルギーを有する電子を放出せしめて、陽極から
   Ｘ線を発生せしめ、該Ｘ線が上記容器の窓を通過して出
   力されることを特徴とする大面積Ｘ線発生装置。 １８、上記平行化手段は、上記Ｘ線窓を横断するように
   配置されたピンホール型コリメータであることを特徴と
   する第１７項に記載のＸ線発生装置。 １９、上記平行化手段は、陰極から陽極に達する直コヒ
   レント電子を発生するための手段を備え、これにより、
   上記電子が陽極に対して同一角度で衝突するとともに、
   該電子により発生せしめられたＸ線の流れが平行化され
   ることを特徴とする第１７項に記載のＸ線発生装置。 ２０、上記陽極と陰極との各大面積面の間に配置される
   とともにこれらと略同一の広がりを有する制御グリッド
   を備えるとともに、該グリッドに接続される電気的接続
   手段とをさらに有することを特徴とする第１７項に記載
   のＸ線発生装置。