KR20190019964A

KR20190019964A - Ｘ선관

Info

Publication number: KR20190019964A
Application number: KR1020187037646A
Authority: KR
Inventors: 타카시 시모노; 나오키 타카하시
Original assignee: 캐논 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2019-02-27
Also published as: JP2017228355A; US10872741B2; WO2017221743A1; JP6638966B2; EP3474306A1; KR102151422B1; CN109478486B; CN109478486A; EP3474306B1; US20190180970A1; EP3474306A4

Abstract

본 발명의 X선관은 음극(2) 및 양극을 구비한다. 음극은 필라멘트 코일(5)과, 곡저 부분(M), 곡저 부분(M)으로부터 양극의 방향으로 경사지도록 올라가는 제1 경사 평면(11), 제1 집속홈(21) 및 제1 수납홈(31)을 포함하는 집속 전극(10)을 구비하고 있다. 양극은 타겟면을 갖고 있다. θ1＞0°이다. 필라멘트 코일(5), 제1 수납홈(31) 및 제1 집속홈(21)은 제1 기준면(S1)보다 제3 연장선측에 위치하고 있다. 제1 수납홈(31)의 일단부(31e1)보다 타단부(31e2)쪽이, 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다.

Description

Ｘ선관

본 발명의 실시 형태는 X선관에 관한 것이다.

일반적으로 X선관은 화상 진단 등의 용도로 사용되고 있다. 이와 같은 X선관의 음극은, 2 개의 전자총을 구비하고 있다. 각 전자총은 전자를 방출하는 필라멘트 코일과, 방출된 전자를 집속하는 집속홈을 갖고 있다. 2 개의 전자총은 1 개의 집속 전극을 공유하고 있다. 각 전자총으로부터 방출되어 집속된 전자가 양극 타겟의 타겟면에 충돌함으로써, 타겟면상에 초점이 형성된다. 2 개의 전자총은 타겟면상의 동일한 위치에 초점을 형성할 수 있도록, 초점을 끼고 위치하고, 각각 기울어져 배치되어 있다.

타겟면은 주방사 방향으로 타겟 각도라고 부르는 각도만큼 기울어져 있다. 주방사 방향 및 X선관축 양쪽에 직교하는 방향에서 본 경우, 타겟면과, 전자총의 타겟면과 대향하는 측의 면은 대략 타겟 각도만큼 기울어져 있다. 필라멘트 코일의 길이 방향의 양단 중, 일단으로부터 방출되는 전자의 비행 거리와, 타단으로부터 방출되는 전자의 비행 거리가 다르므로, 초점은 왜곡된 형상이 된다. 그래서, 이와 같은 초점 형상의 왜곡을 보정하기 위해, 전자총 전체를 주방사 방향에 대하여 적당한 각도로 기울이는 기술이 알려져 있다.

일본 공개특허 평5-121020호 공보

본 실시 형태는 소형이고 초점 형상의 왜곡을 감소시킬 수 있는 X선관을 제공한다.

일 실시 형태에 관한 X선관은

전자빔의 충돌에 의해 형성되는 제1 초점으로부터 주방사 방향으로 X선을 방사하는 타겟면을 갖는 양극, 및

상기 양극의 상기 타겟면에 대향하여 배치되고, 상기 전자빔을 방출하는 제1 필라멘트와, 상기 제1 필라멘트로부터 방출된 전자빔을 집속시키는 집속 전극을 갖는 음극으로, 상기 집속 전극은 상기 제1 초점에서 가장 먼(최단 거리가 가장 긴) 곡저 부분과, 상기 곡저 부분에서 상기 양극의 방향으로 비스듬하게 올라가는 제1 경사 평면과, 상기 제1 경사 평면에 개구된 제1 집속홈과, 상기 제1 집속홈의 저면에 개구하고, 상기 제1 필라멘트를 수납하는 제1 수납홈을 포함하는, 상기 음극을 구비하고,

상기 제1 초점의 중심을 지나 X선관 축에 평행한 축을 기준축,

상기 기준축과 상기 주방사 방향을 포함하는 평면을 제1 기준면,

상기 기준축에 대하여 상기 X선을 방사하는 측의 반대측에 있어서 교차되는 제1 연장선과 제2 연장선이 내측에 이루는 제1 각도로, 상기 제1 연장선은 상기 제1 기준면을 따라 상기 곡저 부분과 상기 제1 경사 평면의 경계 직선으로부터 연장되는 가상상의 직선이고, 상기 제2 연장선은 상기 제1 기준면 및 상기 타겟면을 따라 상기 타겟면으로부터 연장되는 가상상의 직선인, 상기 제1 각도를 θ1로 하면,

θ1＞ 0°이며,

상기 제1 수납홈은 장축을 갖고,

상기 제1 수납홈의 상기 제1 연장선측의 일단부보다 상기 제1 수납홈의 타단부쪽이, 상기 제1 기준면에 근접하고 있다.

도 1은 일 실시형태에 관한 X선관을 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 음극 및 양극을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 음극을 도시한 평면도이다.
도 4는 상기 음극 및 상기 양극을 도시한 도면으로, 제1 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기 음극 및 상기 양극을 도시한 정면도로, 제2 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상기 음극 및 상기 양극을 도시한 도면으로, 제1 직선 거리와 제2 직선 거리의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상기 음극 및 상기 양극을 도시한 도면으로, 제3 직선 거리와 제4 직선 거리의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 상기 실시 형태의 제1 면에 평행한 가상 평면에 수직 투영된 필라멘트 코일, 제1 집속홈 및 제1 수납홈을 도시한 도면이다.
도 9는 상기 실시 형태의 제2 면에 평행한 가상 평면에 수직 투영된 필라멘트 코일, 제2 집속홈 및 제2 수납홈을 도시한 도면이다.
도 10은 시뮬레이션에 의해, 상기 실시 형태의 필라멘트 코일의 일단부로부터 타겟면을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 상기 시뮬레이션에 의해, 상기 실시 형태의 필라멘트 코일의 타단부로부터 타겟면을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 12는 상기 시뮬레이션에 의해, 상기 실시 형태의 타겟면에 형성되는 제1 초점의 상을 도시한 도면이다.
도 13은 음극 및 양극을 확대하여 도시한 도면으로, 제1 집속홈보다 제2 집속홈이 크게 형성되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 14는 상기 실시 형태의 변형예에 관한 X선관에서, 제1 면에 평행한 가상 평면에 수직 투영된 필라멘트 코일, 제1 집속홈 및 제1 수납홈을 도시한 도면이다.
도 15는 비교예에 관한 X선관의 음극을 도시한 평면도이다.
도 16은 시뮬레이션에 의해, 상기 비교예의 필라멘트 코일의 일단부로부터 타겟면을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 17은 상기 시뮬레이션에 의해, 상기 비교예의 필라멘트 코일의 타단부로부터 타겟면을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 18은 상기 시뮬레이션에 의해, 상기 비교예의 타겟면에 형성되는 제1 초점의 상을 도시한 도면이다.

이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 공개는 어디까지나 일례에 지나지 않고, 당업자에게 있어서, 발명의 주지를 유지한 적절한 변경에 대해 용이하게 생각해 낼 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명의 범위에 함유되는 것이다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실시 형태에 비하여, 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 표시되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례로서, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에서, 기출의 도면에 관하여 상술한 것과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 적절히 생략할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 관한 X선관(1)을 도시한 개략 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, X선관(1)은 음극(2), 양극(3), 진공외관용기(4), 및 복수의 핀 어셈블리(15)를 구비하고 있다. 음극(2)은 전자를 방출하는 필라멘트(전자 방출원)과, 집속 전극을 갖고 있다. 본 실시 형태에서, 음극(2)은 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트를 갖고 있다. 복수의 핀 어셈블리(15)는 제1 필라멘트에 부(負)의 고전압 및 필라멘트 전류를 부여하기 위한 2 개의 핀 어셈블리(15)와, 제2 필라멘트에 부의 고전압 및 필라멘트 전류를 부여하기 위한 2 개의 핀 어셈블리(15)와, 집속 전극에 부의 고전압을 부여하기 위한 1 개의 핀 어셈블리(15)를 적어도 갖고 있다. 또한, 집속 전극용 핀 어셈블리(15)는 집속 전극을 지지하고, 집속 전극을 고정하는 기능도 갖고 있다.

양극(3)은 타겟 본체(3a) 및 타겟 본체(3a)에 접속된 양극 연장부(3d)를 갖고 있다. 타겟 본체(3a)는 전자가 충돌하는 타겟층(3b)을 갖고 있다. 타겟층(3b) 중 전자가 충돌하는 측의 면은 타겟면(3c)이다. 타겟 본체(3a)는 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 이들의 합금 등의 고열 전도성 금속으로 형성되어 있다. 타겟층(3b)은 타겟 본체(3a)에 이용하는 재료보다 융점이 높은 금속으로 형성되어 있다. 예를 들어, 타겟 본체(3a)는 구리나 구리 합금으로 형성되고, 타겟층(3b)은 텅스텐 합금으로 형성되어 있다. 양극 연장부(3d)는 원기둥 형상으로 형성되며, 구리나 구리 합금을 이용하고 있다. 양극 연장부(3d)는 타겟 본체(3a)를 고정하고 있다. 양극(3)은 상기 필라멘트로부터 방출되고 상기 집속 전극에 의해 집속된 전자가 타겟면(3c)에 충격을 줌으로써 X선을 방출한다.

진공외관용기(4)는 유리 용기(4a) 및 금속 용기(4b)를 갖고 있다. 금속 용기(4b)는 한편에서 유리 용기(4a)에 기밀하게 접속되고, 다른 편에서 양극(3)에 기밀하게 접속되어 있다. 유리 용기(4a)는, 예를 들면 붕규소 유리를 이용하여 형성되어 있다. 유리 용기(4a)는 예를 들어 복수의 유리 부재를 용융에 의해 기밀하게 접합하여 형성할 수 있다. 유리 용기(4a)는 X선 투과성을 갖고 있으므로, 양극(3)으로부터 방출된 X선은 유리 용기(4a)를 투과하여 진공외관용기(4)의 외측으로 방출된다. 금속 용기(4b)는 타겟 본체(3a) 및 양극 연장부(3d) 중 적어도 한쪽에 기밀하게 고정되어 있다. 여기에서는 금속 용기(4b)는 타겟 본체(3a)에 경납땜(brazing)에 의해 기밀하게 접속되어 있다. 또한, 금속 용기(4b)와 유리 용기(4a)는 봉착(封着)에 의해 기밀하게 접속되어 있다. 본 실시 형태에서, 금속 용기(4b)는 환형상으로 형성되어 있다. 또한, 금속 용기(4b)는 코발트를 이용하여 형성되어 있다.

진공외관용기(4)는 음극(2) 및 타겟 본체(3a)를 수납하고, 양극 연장부(3d)가 노출되도록 형성되어 있다. 진공외관용기(4)에는 복수의 핀 어셈블리(15)가 기밀하게 형성되어 있다. 각 핀 어셈블리(15)는 캐소드 핀 등을 갖고, 진공외관용기(4)의 내부 및 외부에 위치하고 있다.

또한, Z축은 X선관축 A에 평행한 축이고, X축은 Z축에 직교하는 축이며, Y축은 X축 및 Z축의 양쪽에 직교하는 축이다. 후술하는 X선의 주방사 방향(d)은 X축과 평행이고, 방향은 반대이다.

X선관(1)의 외측의 전원 유닛으로부터 출력되는 전압 및 전류는 필라멘트용의 핀 어셈블리(15)에 주어지고, 나아가서는 필라멘트에 주어진다. 이에 의해, 필라멘트는 전자(열전자)를 방출한다. 상기 전원 유닛은 음극(2) 및 양극(3)에도 소정의 전압을 부여한다. 본 실시 형태에서, 음극에는 부(負)의 고전압이 인가되고, 양극(3)에는 정(正)의 고전압이 인가된다. 양극(3) 및 음극(2) 사이에 X선관 전압 (관 전압)이 가해지므로, 필라멘트로부터 방출된 전자는 가속되고, 전자빔으로서 타겟면(3c)에 입사된다. 즉, 음극(2)으로부터 타겟면(3c)상의 초점에 X선관 전류 (관 전류)가 흐른다.

음극 전위가 되는 집속 전극은 필라멘트로부터 양극(3)을 향하는 전자빔 (전자)을 집속시킬 수 있다.

타겟면(3c)은 전자빔이 입사됨으로써 X선을 방출하고, 초점으로부터 방출된 X선은 진공외관용기(4)를 투과하고 X선관(1)의 외측에 방출된다.

도 2는 도 1에 도시한 음극(2) 및 양극(3)을 확대하여 도시한 도면이다. 도면 중, 음극(2)은 후술하는 기준축(RA)을 지나는 Y-Z 평면을 따른 단면 형상을 나타내고, 양극(3)은 정면에서 본 상태를 나타내고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 음극(2)은 전자를 방출하는 제1 필라멘트로서의 필라멘트 코일(5)과, 전자를 방출하는 제2 필라멘트로서의 필라멘트 코일(6)과, 필라멘트 코일(5) 및 필라멘트 코일(6)로부터 방출된 전자를 집속시키는 집속 전극 (10)을 갖고 있다. 집속 전극(10)은 평탄한 전면(10A), 제1 경사 평면(11), 제1 집속홈(21), 제1 수납홈(31), 제2 경사 평면(12), 제2 집속홈(22), 및 제2 수납홈(32)를 포함하고 있다. 제1 경사 평면(11)과 제2 경사 평면(12)의 경계를 곡저 부분이라고 부르는 것으로 하면, 제1 경사 평면(11) 및 제2 경사 평면(12)은 각각, 곡저 부분(M)으로부터 양극(3)의 방향으로 비스듬히 올라가 있다. 곡저 부분(M)은 후술하는 제1 기준면(S1)에 평행한 선분이다.

전면(10A)은 음극(2)(집속 전극(10)) 중, 양극(3)에 가장 근접하고 있다. 이 실시 형태에서, 전면(10A)은 X-Y 평면에 평행이다. 단, 전면(10A) 및 곡저 부분(M)은 X-Y 평면에 평행하지 않아도 좋다. 2 개의 전자총이 동일한 위치에 초점(F)을 형성할 수 있도록, 제1 경사 평면(11) 및 제2 경사 평면(12)은 X-Y 평면으로부터 기울어져 있다. 곡저 부분(M)은 기준축(RA)을 지나는 X-Z 평면상에 위치하고 있다.

초점(F)으로부터 제1 경사 평면(11) 또는 제2 경사 평면(12)까지의 거리 중 곡저 부분(M)까지의 거리가 가장 길다.

제1 집속홈(21)은 제1 경사 평면(11)에 개구하고 있다. 제1 수납홈(31)은 제1 집속홈(21)의 저면(21b)에 개구하여 필라멘트 코일(5)을 수납하고 있다. 제2 집속홈(22)은 제2 경사 평면(12)에 개구하고 있다. 제2 수납홈(32)은 제2 집속홈(22)의 저면(22b)에 개구하여 필라멘트 코일(6)을 수납하고 있다.

제1 경사 평면(11)은 저면(21b)과 평행이고, 제2 경사 평면(12)은 저면(22b)과 평행이다. 이 때문에, 제1 수납홈(31)의 개구(31o)는 제1 집속홈(21)의 개구(21o)와 평행이고, 제2 수납홈(32)의 개구(32o)는 제2 집속홈(22)의 개구(22o)와 평행이다. 필라멘트 코일(5)은 개구(31o)와 평행한 가상 평면을 따라 연장되어 있다. 필라멘트 코일(6)은 개구(32o)와 평행한 가상 평면을 따라 연장되어 있다.

타겟면(3c)에 형성되는 초점(F) 중, 필라멘트 코일(5)로부터 방출된 전자가 타겟면(3c)에 입사됨으로써 주방사 방향으로 X선을 방사하는 초점을 제1 초점(F1)으로 한다. 한편, 필라멘트 코일(6)로부터 방출된 전자가 타겟면(3c)에 입사됨으로써 주방사 방향으로 X선을 방사하는 초점을 제2 초점(F2)으로 한다. 본 실시 형태에서, 제1 초점(F1)의 중심 위치와, 제2 초점(F2)의 중심 위치는 동일하다. 단, 제1 초점(F1)의 치수와, 제2 초점(F2)의 치수는 다르다. 본 실시 형태에서, 2개의 전자총의 구조가 다르기 때문이다. 후술하지만, 예를 들어, 필라멘트 코일(5)의 치수와, 필라멘트 코일(6)의 치수는 다르다.

여기에서, 상기 기준축(RA)은 제1 초점(F1)의 중심을 지나 X선관축 A에 평행 한 축이다. 본 실시형태에서, 제1 초점(F1)과 제2 초점(F2)의 중심 위치가 동일하므로, 기준축(RA)은 제2 초점(F2)의 중심을 지나 X선관축(A)에 평행한 축이기도 하다. 또한, 기준축(RA)과 주방사 방향을 포함하는 평면을 제1 기준면(S1)으로 한다. 전면(10A)과 동일한 평면상에 위치하는 가상상의 평면을 제2 기준면(S2)으로 한다.

도 3은 도 2에 도시한 음극(2)를 도시한 평면도이고, 음극(2)을 양극(3)측에서 본 상태를 도시한 X-Y 평면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 집속홈(21)은 기준축(RA)에 직교하고 제1 기준면(S1)에 평행한 장축을 갖고 있다. 동일하게, 제2 집속홈(22)은 기준축(RA)에 직교하고 제1 기준면(S1)에 평행한 장축을 갖고 있다. 또한, 제1 수납홈(31) 및 제2 수납홈(32)은 각각 장축을 갖고 있다. 필라멘트 코일(5) 및 필라멘트 코일(6)은 각각 직선 형상으로 연장되어 형성되고, 장축을 갖고 있다.

본 실시 형태에서, 제1 수납홈(31) 및 필라멘트 코일(5)의 각각의 장축은 제1 기준면(S1)에 평행하지는 않다. 제2 수납홈(32) 및 필라멘트 코일(6)의 각각의 장축은 제1 기준면(S1)에 평행하지는 않다.

여기에서, 제1 집속홈(21)은 일단부(21e1) 및 타단부(21e2)를 갖고 있다. 제1 수납홈(31)은 일단부(31e1) 및 타단부(31e2)를 갖고 있다. 필라멘트 코일(5)은 일단부(5e1) 및 타단부(5e2)를 갖고 있다.

또한, 제2 집속홈(22)은 일단부(22e1) 및 타단부(22e2)를 갖고 있다. 제2 수납홈(32)은 일단부(32e1) 및 타단부(32e2)를 갖고 있다. 필라멘트 코일(6)은 일단부(6e1) 및 타단부(6e2)을 갖고 있다.

도 4는 음극(2) 및 양극(3)을 도시한 도면으로, 제1 각도(θ1)를 설명하기 위한 도면이다. 도면 중 음극(2)은 정면에서 본 상태를 나타내고, 양극(3)은 기준축(RA)을 지나는 X-Z 평면에 따른 단면 형상을 나타내고 있다. 또한, 도면에는 X선의 주방사 방향(d) 등을 나타내고 있다.

주방사 방향은 기준축(RA)을 지나는 X-Z 평면상의 방향이고, 이용X선다발의 중심축을 따른 방향이다. 본 실시 형태에서는 주방사 방향은 기준축(RA)에 수직이다. 일반적으로 타겟면(3c)상에 형성되는 초점을, 초점의 중심을 통과하고, 또한 기준축(RA)과 수직으로 교차하는 주방사 방향(d)을 따라 X선관(1)의 외측에서 본 형상은 실효 초점이라고 불리고 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 기준축(RA)에 대하여 X선을 방사하는 측의 반대측에서 교차되는 제1 연장선(E1)과 제2 연장선(E2)이 내측에 이루는 각도를 제1 각도(θ1)로 한다. 제1 연장선(E1)은 제1 기준면(S1)을 따라 곡저 부분(M)(또는 일반적으로는 곡저 부분(M)과 제1 경사 평면(11)의 경계선)으로부터 연장되는 가상상의 직선이다. 제2 연장선(E2)은 제1 기준면(S1) 및 타겟면(3c)을 따라 타겟면(3c)으로부터 연장되는 가상상의 직선이다.

θ1＞0°이다. 본 실시 형태에서, 제1 각도(θ1)는 예각이다(0°＜θ1＜90 °). 즉, 전면(10A) 및 곡저 부분(M)은 타겟면(3c)과 평행하지는 않다.

여기에서, 기준축(RA)을 포함하고 제1 기준면(S1)에 직교하는 평면을 제3 기준면(S3)으로 한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기의 것으로부터 제1 수납홈(31)의 제1 연장선(E1)측의 일단부(31e1)보다 제1 수납홈(31)의 타단부(31e2) 쪽이, 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다. 또한, 필라멘트 코일(5)의 제1 연장선(E1)측의 일단부(5e1)보다 필라멘트 코일(5)의 타단부(5e2)쪽이, 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다.

동일하게, 제2 수납홈(32)의 제1 연장선(E1)측의 일단부(32e1)보다 제2 수납홈(32)의 타단부(32e2) 쪽이, 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다. 또한, 필라멘트 코일(6)의 제1 연장선(E1)측의 일단부(6e1)보다 필라멘트 코일(6)의 타단부(6e2)쪽이, 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다.

도 5는 음극(2) 및 양극(3)을 도시한 정면도이고, 제2 각도(θ2) 및 제3 각도(θ3)를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 기준축(RA)에서 보아 음극(2) 및 양극(3)을 넘은 측에서 교차되는 제3 연장선(E3)과 제4 연장선(E4)이 내측에 이루는 각도를 제2 각도(θ2)로 한다. 제3 연장선(E3)은 제3 기준면(S3) 및 제1 경사 평면(11)을 따라서 제1 경사 평면(11)으로부터 연장되는 가상상의 직선이다. 제4 연장선(E4)은 제3 기준면(S3) 및 타겟면(3c)을 따라서 타겟면(3c)으로부터 연장되는 가상상의 직선이다.

θ2＞ 0°이다. 본 실시 형태에서, 제2 각도(θ2)는 예각이다(0°＜θ2＜90°).

동일하게, 기준축(RA)에서 보아 음극(2) 및 양극(3)을 넘은 측에서 교차되는 제5 연장선(E5)과 제6 연장선(E6)이 내측에 이루는 각도를 제3 각도(θ3)로 한다. 제5 연장선(E5)은 제3 기준면(S3) 및 제2 경사 평면(12)을 따라 제2 경사 평면(12)로부터 연장되는 가상상의 직선이다. 제6 연장선(E6)은 제3 기준면(S3) 및 타겟면(3c)을 따라 타겟면(3c)으로부터 연장되는 가상상의 직선이다.

θ3＞0°이다. 본 실시 형태에서, 제3 각도(θ3)는 예각이다(0°＜θ3＜90°).

도 2, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기에서 필라멘트 코일(5), 제1 수납홈(31) 및 제1 집속홈(21)은 제1 기준면(S1)보다 제3 연장선(E3) 측에 위치하고 있다. 한편, 필라멘트 코일(6), 제2 수납홈(32) 및 제2 집속홈(22)은 제1 기준면(S1)보다 제5 연장선(E3)측에 위치하고 있다.

도 6은 음극(2) 및 양극(3)을 도시한 도면으로, 제1 직선 거리(D1)와 제2 직선 거리(D2)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 필라멘트 코일(5)의 일단부(5e1)에서 제1 초점(F1)의 제2 연장선(E2)측의 일단부(F1e1)까지의 직선 거리를 제1 직선 거리(D1)로 한다. 필라멘트 코일(5)의 타단부(5e2)에서 제1 초점(F1)의 타단부(F1e2)까지의 직선 거리를 제2 직선 거리(D2)로 한다. 그러면, D1＜D2이다.

도 7은 상기 음극 및 상기 양극을 도시한 도면이고, 제3 직선 거리와 제4 직선 거리의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 필라멘트 코일(6)의 일단부(6e1)로부터 제2 초점(F2)의 제2 연장선(E2)측의 일단부(F2e1)까지의 직선 거리를 제3 직선 거리(D3)로 한다. 필라멘트 코일(6)의 타단부(6e2)에서 제2 초점(F2)의 타단부(F2e2)까지의 직선 거리를 제4 직선 거리(D4)로 한다. 그러면, D3＜D4이다.

도 8은 제1 경사 평면(11)에 평행한 가상 평면에 수직 투영된 필라멘트 코일(5), 제1 집속홈(21) 및 제1 수납홈(31)을 도시한 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 제1 수납홈(31)의 장축은 제1 집속홈(21)의 장축으로부터 경사져 있다. 필라멘트 코일(5)의 장축과 제1 수납홈(31)의 장축은 평행이다. 또한, 상술한 바와 같이, 제1 수납홈(31)의 일단부(31e1)보다 제1 수납홈 (31)의 타단부(31e2)쪽이 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다.

여기에서, 도 8의 수직 투영도에서 제1 집속홈(21)의 장축과, 제1 수납홈(31)(필라멘트 코일(5))의 장축이 교차하는 각도를 제4 각도(θ4)로 한다. 본 실시 형태에서, 제4 각도(θ4)는 예각이다(0°＜θ4＜90°).

도 9는 제2 경사 평면(12)에 평행한 가상 평면에 수직 투영된 필라멘트 코일(6), 제2 집속홈(22) 및 제2 수납홈(32)을 도시한 도면이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 제2 수납홈(32)의 장축은 제2 집속홈(22)의 장축으로부터 경사져 있다. 필라멘트 코일(6)의 장축과 제2 수납홈(32)의 장축은 평행이다. 또한, 상술한 바와 같이, 제2 수납홈(32)의 일단부(32e1)보다 제2 수납홈(32)의 타단부(32e2) 쪽이 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다.

여기에서, 도 9의 수직 투영도에서 제2 집속홈(22)의 장축과, 제2 수납홈(32)(필라멘트 코일(6))의 장축이 교차하는 각도를 제5 각도(θ5)로 한다. 본 실시 형태에서, 제5 각도(θ5)는 예각이다(0°＜θ5＜90°).

다음에, 본원 발명자들이 본 실시 형태에 관한 X선관(1)을 이용한 경우를 상정하고 X선을 방출하는 시뮬레이션을 실시한 결과에 대해 설명한다. 이때, 복수의 필라멘트 코일 중, 필라멘트 코일(5)만을 구동하여 실시했다. 이 때문에, 타겟면(3c)상에 형성되는 초점은 제1 초점(F1)이며, 단초점이다. 또한, 시뮬레이션은 동일한 조건하에서 실시했다.

상세하게는 필라멘트 코일(5)만을 구동했다. 필라멘트 코일(5)로부터 방출된 전자는 전자빔으로서 타겟면(3c)에 입사된다. 전자빔은 집속 전극(10)의 제1 집속홈(21)에 의해 형성되는 전계의 작용에 의해 집속된다. 필라멘트 코일(5)의 상면(타겟면(3c)측의 면)에서 방출된 전자가 형성하는 정(正)초점과, 필라멘트 코일(5)의 측면으로부터 방출된 전자가 형성하는 부(副)초점의 위치 및 치수를 거의 겹쳤다.

그리고, 각종의 각도 및 거리는 다음에 나타낸 바와 같다.

θ1 = 16 °

θ2 = 25 °

θ4 = 2 °

D1 = 13.3 ㎜

D2 = 16.7 ㎜

도 10은 시뮬레이션에 의해 필라멘트 코일(5)의 일단부(5e1)로부터 타겟면(3c)을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다. 도 11은 시뮬레이션에 의해 필라멘트 코일(5)의 타단부(5e2)로부터 타겟면(3c)을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다.

도 10 및 도 11 로부터 알 수 있는 바와 같이, 일단부(5e1)로부터 방출된 전자가 형성하는 초점과, 타단부(5e2)로부터 방출된 전자가 형성하는 초점이, 제1 기준면(S1) 상에 위치하고 있다.

도 12는 시뮬레이션에 의해 타겟면(3c)에 형성되는 제1 초점(F1)의 상을 도시한 도면이다. 여기에서, 제1 초점(F1)의 상은, 주방사 방향(d)을 따라 X선관(1)의 외측에서 본 형상, 즉 실효 초점이다.

도 12에 도시한 바와 같이, 제1 기준면(S1)에 직교하는 방향에서 제1 초점(F1)의 폭의 증대가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 일 실시 형태에 관한 X선관(1)에 따르면, X선관(1)은 음극(2) 및 양극(3)을 구비하고 있다. 음극(2)은 필라멘트 코일(5)과; 전면(10A), 제1 경사 평면(11), 제1 집속홈(21) 및 제1 수납홈(31)을 포함하는 집속 전극(10);을 갖고 있다. 양극(3)은 타겟면(3c)을 갖고 있다.

θ1＞0° 및 θ2＞0°이다. 필라멘트 코일(5), 제1 수납홈(31) 및 제1 집속홈(21)은 제1 기준면(S1)보다 제3 연장선(E3)측에 위치하고 있다. 제1 수납홈(31)의 제1 연장선(E1)측의 일단부(31e1)보다 제1 수납홈(31)의 타단부(31e2) 쪽이 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다.

이에 의해 제1 초점(F1)의 형상의 왜곡을 보정할 수 있다. 즉, θ4 = 0 ° 인 경우와 비교하여, 제1 초점(F1)의 형상의 왜곡을 억제할 수 있다. 이 때, 집속 전극(10)의 외경을 크게 하는 일 없이, 상기 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제1 집속홈(21)의 장축을 기울이는 일 없이, 상기 효과를 얻을 수 있다. 상기로부터 소형이고 초점 형상의 왜곡을 감소시킬 수 있는 X선관(1)을 얻을 수 있다.

다음에, 본원 발명자들이 제4 각도(θ4) 및 제5 각도(θ5)에 대해서 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 13은 음극(2) 및 양극(3)을 확대하여 도시한 도면이고, 제1 집속홈(21)보다 제2 집속홈(22)이 크게 형성되어 있는 상태를 도시한 도면이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 제2 집속홈(22)은 제1 집속홈(21)보다 크다. 여기에서, 제1 각도(θ1), 제2 각도(θ2) 및 제4 각도(θ4)에 주목한다.

θ2 = 25 ° 및 θ1 = 20 °인 경우, θ4 = 4.4 °가 바람직하다.

θ2 = 25 ° 및 θ1 = 5 °인 경우, θ4 = 1.0 °가 바람직하다.

θ2 = 25 ° 및 θ1 = 2.5 °인 경우, θ4 = 0.5 °가 바람직하다.

다음에, 제1 각도(θ1), 제3 각도(θ3) 및 제5 각도(θ5)에 주목한다.

θ3 = 25 ° 및 θ1 = 20 °인 경우, θ5 = 5.2 °가 바람직하다.

θ3 = 25 ° 및 θ1 = 5 °인 경우, θ5 = 1.3 °가 바람직하다.

θ3 = 25 ° 및 θ1 = 2 °인 경우, θ5 = 0.5 °가 바람직하다.

제2 각도(θ2)는 제1 직선 거리(D1)의 길이, 제2 직선 거리(D2)의 길이, 및 제1 집속홈(21)의 사이즈에 의존하는 것이다. 제3 각도(θ3)에 관해서도 제2 각도(θ2)와 동일하다. 또한, 제2 각도(θ2) 및 제3 각도(θ3)가 각각 25 °인 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변형 가능하다. 예를 들어, 제2 각도(θ2) 및 제3 각도(θ3)가 20 ° 정도이어도 좋다.

상기에서 제2 각도(θ2)가 작을수록 제4 각도(θ4)는 작아진다. 제3 각도(θ3)가 작을수록 제5 각도(θ5)는 작아진다. 또한, 제1 집속홈(21)이 커질수록 제4 각도(θ4)는 커진다. 제2 집속홈(22)이 커질수록 제5 각도(θ5)는 커진다.

제4 각도(θ4)에는 제1 각도(θ1)의 크기, 제2 각도(θ2)의 크기, 제1 직선 거리(D1)의 길이, 제2 직선 거리(D2)의 길이, 제1 집속홈(21)의 크기에 따라, 최적의 값이 존재한다. 동일하게, 제5 각도(θ5)에는 제1 각도(θ1)의 크기, 제3 각도(θ3)의 크기, 제3 직선 거리(D3)의 길이, 제4 직선 거리(D4)의 길이, 제2 집속홈(22)의 크기에 따라, 최적인 값이 존재한다. 예를 들어, 제4 각도(θ4) 및 제5 각도(θ5)의 각각은 0.5 ° 내지 5 °의 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.

제4 각도(θ4)의 상한값은 제1 수납홈(31)이 제1 집속홈(21)과 간섭하는 값이 된다. 예를 들어, 도 8에서 제1 집속홈(21)의 폭(제1 집속홈(21)의 장축에 직교하는 방향의 길이)가 6 ㎜, 제1 수납홈(31)의 폭(제1 수납홈(31)의 장축에 직교하는 방향의 길이)가 1.5 ㎜, 제1 수납홈(31)의 길이(제1 수납홈(31)의 장축의 길이)가 12 ㎜인 경우, θ4 = 20 °이면, 제1 수납홈(31)이 제1 집속홈(21)과 간섭한다.

다음에, 상기 실시 형태에 관한 X선관(1)과 비교하기 위해, 비교예의 X선관에 대해 설명한다. 도 15는 비교예에 관한 X선관의 음극(2)을 도시한 평면도이다.

도 15에 도시한 바와 같이, 필라멘트 코일(5)의 장축, 제1 집속홈(21)의 장축, 및 제1 수납홈(31)의 장축은 각각 기준축(RA)에 직교하고 제1 기준면(S1)에 평행이다. 동일하게, 필라멘트 코일(6)의 장축, 제2 집속홈(22)의 장축, 및 제2 수납홈(32)의 장축은 각각 기준축(RA)에 직교하고 제1 기준면(S1)에 평행이다. θ4 = 0 ° 및 θ5 = 0 °이다. 상기의 점에서 비교예에 관한 X선관은 상기 실시 형태에 관한 X선관(1)과 상위하다.

도 16은 시뮬레이션에 의해, 본 비교예의 필라멘트 코일(5)의 일단부(5e1)로부터 타겟면(3c)을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다. 도 17은 시뮬레이션에 의해, 본 비교예의 필라멘트 코일(5)의 타단부(5e2)로부터 타겟면(3c)을 향하여 전자빔이 조사되는 상태를 도시한 도면이다.

도 16 및 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 일단부(5e1)로부터 방출된 전자가 형성하는 초점은 제1 기준면(S1) 상에 위치하고 있지만, 타단부(5e2)로부터 방출된 전자가 형성하는 초점은 제1 기준면(S1) 상에 위치하고 있지 않다.

도 18은 시뮬레이션에 의해 상기 비교예의 타겟면(3c)에 형성되는 제1 초점(F1)의 상을 도시한 도면이다. 여기에서, 제1 초점(F1)의 상은 주방사 방향(d)을 따라서, X선관(1)의 외측에서 본 형상, 즉 실효 초점이다.

도 18에 도시한 바와 같이, 제1 기준면(S1)에 직교하는 방향에서 제1 초점(F1)의 폭의 증대를 억제하는 것이 곤란하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 상기의 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 신규의 실시 형태는, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 상기 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고, 또한 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

예를 들어, 상기 실시 형태의 도 8에서는 제1 집속홈(21)을 기울이지 않는 경우를 예시하고, 도 9에서는 제2 집속홈(22)을 기울이지 않는 경우를 예시했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 14에 도시한 바와 같이, 필라멘트 코일(5) 및 제1 수납홈(31)뿐만 아니라 제1 집속홈(21)이 기울어져 있어도 좋다. 이 경우, 제1 집속홈(21)의 제1 연장선(E1)측의 일단부(21e1)보다 제1 집속홈(21)의 타단부(21e2) 쪽이 제1 기준면(S1)에 근접하고 있다. 제1 수납홈(31)의 장축은 제1 집속홈(21)의 장축으로부터 경사져 있다(0 °＜θ4 ＜90 °).

X선관(1)이 복수의 전자총을 구비하는 경우, X선관(1) 중 적어도 하나의 전자총의 수납홈(필라멘트 코일)이 도 8, 도 9 및 도 14에 도시한 바와 같이 경사져 있으면 좋다.

이 때문에, X선관(1)은 도 15에 도시한 바와 같이 경사져 있지 않은 수납홈(필라멘트 코일)을 구비하고 있어도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는 곡저 부분(M)이 선 형상인 경우를 예시했지만, 곡저 부분(M)은 제1 기준면(S1)에 수직인 평탄면이어도 좋다. 이 경우, 평탄한 곡저 부분(M)은 도 15에 나타낸 바와 같이 경사져 있지 않은 집속홈 및 경사져 있지 않은 수납홈(필라멘트 코일)을 구비하고 있어도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는 집속 전극(10)은 평탄한 전면(10A)을 갖는 경우를 예시했지만, 평탄한 전면(10A)은 존재하지 않아도 좋다.

본 발명의 실시 형태는 상술한 고정 양극형의 X선관(1)에 한정되는 것이 아니고, 각종 고정 양극형의 X선관이나 회전 양극형의 X선관 및 그 밖의 X선관에 적용 가능하다.

Claims

전자빔의 충돌에 의해 형성되는 제1 초점으로부터 주방사 방향으로 X선을 방사하는 타겟면을 갖는 양극, 및
이 양극의 상기 타겟면에 대향하여 배치되고 상기 전자빔을 방출하는 제1 필라멘트와, 이 제1 필라멘트로부터 방출된 전자빔을 집속시키는 집속 전극을 갖는 음극으로, 상기 집속 전극은 상기 제1 초점에서 가장 먼 곡저 부분과, 이 곡저 부분에서 상기 양극의 방향으로 비스듬하게 올라가는 제1 경사 평면과, 이 제1 경사 평면에 개구된 제1 집속홈과, 이 제1 집속홈의 저면에 개구되고, 상기 제1 필라멘트를 수납하는 제1 수납홈을 포함하는, 상기 음극을 구비하고,
상기 제1 초점의 중심을 지나 X선관축에 평행한 축을 기준축이라 하고,
상기 기준축과 상기 주방사 방향을 포함하는 평면을 제1 기준면이라 하고,
상기 기준축에 대하여 상기 X선을 방사하는 측의 반대측에서 교차되는 제1 연장선과 제2 연장선이 내측에 이루는 제1 각도로서, 상기 제1 연장선은 상기 제1 기준면을 따라서 상기 곡저 부분과 상기 제1 경사 평면의 경계 직선으로부터 연장되는 가상상의 직선이고, 상기 제2 연장선은 상기 제1 기준면 및 상기 타겟면을 따라서 상기 타겟면으로부터 연장되는 가상상의 직선인 상기 제1 각도를 θ1로 하면,
θ1＞ 0 °이며,
상기 제1 수납홈은 장축을 갖고,
상기 제1 수납홈의 상기 제1 연장선측의 일단부보다 상기 제1 수납홈의 타단부의 쪽이, 상기 제1 기준면에 근접하고 있는, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 곡저 부분은 상기 제1 기준면에 평행한 선분인, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 곡저 부분은 상기 제1 기준면에 수직인 평탄면인, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 수납홈의 개구는 상기 제1 집속홈의 개구와 평행이고,
상기 제1 필라멘트는 상기 제1 수납홈의 개구와 평행한 가상 평면을 따라 연장되어 있는, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 필라멘트는 장축을 갖고,
상기 제1 필라멘트의 상기 제1 연장선측의 일단부에서 상기 제1 초점의 상기 제2 연장선측의 일단부까지의 제1 직선 거리를 D1,
상기 제1 필라멘트의 타단부에서 상기 제1 초점의 타단부까지의 제2 직선 거리를 D2로 하면
D1＜D2 인, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 집속홈은 상기 기준축에 직교하고 상기 제1 기준면에 평행한 장축을 갖는, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 집속홈은 장축을 갖고,
상기 제1 수납홈의 장축은 상기 제1 집속홈의 장축로부터 경사져 있는, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 필라멘트는 장축을 갖고,
상기 제1 필라멘트의 장축과 상기 제1 수납홈의 장축은 평행한, X선관.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 집속홈은 장축을 갖고,
상기 제1 집속홈의 상기 제1 연장선측의 일단부보다 상기 제1 집속홈의 타단부의 쪽이, 상기 제1 기준면에 근접하고,
상기 제1 수납홈의 장축은 상기 제1 집속홈의 장축으로부터 경사져 있는, X선관.