JP2022148217A - 電子放出体及び電界放射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線の実効焦点の縮小化させてＸ線による撮影画像の画質の改善を図る。【解決手段】Ｘ線管において電子線を受けるターゲットと対向するエミッタ３１は、当該電子線を放出する円形の端面６０を有する。この端面６０は、凹曲面を成す電子放出面６１を有する。さらに、この端面６０には、エミッタ３１がガード電極３３と共に真空容器１１に組み込まれた際にガード電極３３と面接触可能な平坦部６２が電子放出面６１を隔てて一対に確保される。【選択図】図２

Description

本発明は、電子管、照明装置、Ｘ線管等の機器に適用される電子放出体とこれを備えた電界放射装置に関する。

Ｘ線管としては熱陰極型または冷陰極型のものが挙げられる。例えば図５に示された熱陰極型のＸ線管１は電子源としてフィラメント６が適用される。これに対して、図６に例示の冷陰極型のＸ線管１は、フィラメント６の代わりにエミッタ３１が電子源として適用される。この冷陰極型のＸ線管１は、熱陰極型のものよりも、消費電力が少ないことに加えて小型化が可能であり、また、応答速度が速く、電子が高密度であるので、優位性がある（非特許文献１）。

Ｘ線管の焦点サイズの大きさは撮影画像の画質に影響する。例えば、焦点サイズが大きいと撮影画像はぼやけたものとなる一方で焦点サイズが小さいと詳細な画像となる。このことから、Ｘ線管においては焦点サイズを小さくする目的で電子源の小型化、収束筒の設置、ターゲットに角度をつける等の手段が採られる（例えば、特許文献１，２）。

高橋大造、深井利眞、錦織祐市、高橋怜那、「冷陰極可動式Ｘ線管の開発」、明電時報 通巻３６０号 ２０１８ Ｎｏ．３

特許４３９０８４７号公報 特許５４２４０９８号公報

Ｘ線管の焦点には２種類ある。電子源から出た電子ビームが細い線束としてターゲットに衝突した場合、ターゲット表面に衝突した領域であって正面から観たものが実焦点と称される。一方、Ｘ線射出方向から観たターゲットの衝突領域は実効焦点と称される。一般的に焦点といえば実効焦点を意味する。

図５に示された熱陰極型のＸ線管１のフィラメント６から放出する電子ビームの実効焦点の領域は、長方形を成す。ターゲットへの電子ビームの衝突により生じるＸ線の実効焦点は、ターゲットの配置角度により一面が小さく現れる。前記実効焦点はターゲットの配置角度が小さくなるにつれて小さくなる。このことを利用すれば、フィラメントから発生する電子ビームは長方形でも最終的に正方形に近づき、撮影画像のぼやけが抑制され、焦点の縮小化が図られる。

一方、図６に示された冷陰極型のＸ線管１は、エミッタ３１の電子放出面６１が円形を成すことが多い。これは、部品の加工の観点から、エミッタ３１を保護するガード電極３３が円筒体に形成されるからである。このガード電極３３の開口部３３０から露出したエミッタ３１の電子放出面６１からの電子線Ｌ１がターゲット４１に衝突して発生したＸ線の実効焦点は、同図（ａ）に示したように、楕円を成し、正円に近づけることが困難であるので、鮮明な画像を得ることができない。

エミッタやカバーによる電子ビームの収束さらには実効焦点の縮小化を図るものとして、特許文献１，２に開示の電子放出体があるが、これらも実効焦点の楕円や矩形となることへの対処がなされていない。

本発明は、以上の事情を鑑み、冷陰極型の電子放出体からの電子ビームの実効焦点を長短軸または長短辺を有することなく収束して当該電子ビームによる撮影画像の画質の改善を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、電子ビームを放出する端面を有し、前記端面は、凹曲面を成す電子放出面と、この電子放出面を隔てて配置される一対の平坦部と、を有する電子放出体である。

本発明の一態様は、前記電子放出体において、前記一対の平坦部は、ガード電極と面接触可能である。

本発明の一態様は、上記の電子放出体を有する電界放射装置である。

以上の本発明によれば、Ｘ線の実効焦点の縮小化が可能となり、Ｘ線による撮影画像の画質の改善が図られる。

本発明の電子放出体の一態様が適用される電界放射装置の概略構成図。 前記電界放射装置のエミッタの斜視図。 前記エミッタの平面図。 （ａ）は前記電界放射装置における実効焦点の制御説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図。 熱陰極型の電界放射装置における実効焦点の制御説明図。 （ａ）は従来のエミッタを備えた冷陰極型の電界放射装置における実効焦点の制御説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示されたＸ線管１は、本発明の電子放出体の一態様が適用された電界放射装置の一例である。Ｘ線管１は、筒状の絶縁体２の一端部及び他端部がエミッタユニット３及びターゲットユニット４により各々封止されることで、絶縁体２内に真空室１０が確保された真空容器１１が構成される。エミッタユニット３とターゲットユニット４との間には、真空室１０の横断方向に延在するグリッド電極５が設けられる。

絶縁体２は、セラミック等を素材とする円筒状の同径の絶縁部材２１，２２から成る。絶縁部材２１，２２は、エミッタユニット３とターゲットユニット４との間でグリッド電極５を介して直列に配されて蝋付けされることで、真空室１０を形成する。

エミッタユニット３は、エミッタ３１、エミッタ支持部３２及びガード電極３３を備える。

エミッタ３１は、本発明の電子放出体の一態様であって、カーボンナノチューブ等の炭素素材から成り、円柱状に形成され、真空室１０内でターゲットユニット４と対向し、ターゲット４１またはグリッド電極５との間での電圧印加により電子ビームとして電子線Ｌ１を放出する。

また、電子線Ｌ１を放出するエミッタ３１の円形の端面６０は、一定の曲率半径Ｒの縦断面円弧状に形成された凹曲面を成す電子放出面６１を有する。端面６０には、エミッタ３１がガード電極３３と共に真空容器１１に組み込まれた際にガード電極３３と面接触可能な平坦部６２が電子放出面６１を隔てて一対に確保される。この一対の平坦部６２は、例えば図３に示したように、端面６０において、Ａ－Ａ’断面が略円弧状である一方でＢ－Ｂ’断面が直線状である電子放出面６１を介して配置される。尚、同図の一点鎖線ｂは、電子放出面６１と平坦部６２との境界を示す。

エミッタ支持部３２は、ガード電極３３内でエミッタ３１を支持する。エミッタ支持部３２の端部には、このエミッタ支持部３２を操作する操作部３４が接続される。操作部３４は、例えば図１に示したガード電極３３内に挿入可能な円盤状を成すが、エミッタ支持部３２を操作できるものでればよいので、エミッタ支持部３２の端部に同軸接続される棒状を成すものであってもよい。

ガード電極３３は、ステンレス等の材料から成り、エミッタ３１及びエミッタ支持部３２を収容して真空室１０を密閉する。ガード電極３３としては、エミッタ３１の電子放出面６１の外周側に配され、操作部３４の可動によりガード電極３３にエミッタ３１が当接した際にエミッタ３１からの電子線Ｌ１の分散を抑制できるものであれば、種々の形態を適用できる。

ガード電極３３の具体的な態様例としては、エミッタ３１を支持したエミッタ支持部３２が挿入される異径の円筒体３５を成す。ターゲットユニット４と対向する円筒体３５の一端部には、エミッタ３１の電子放出面６１を露出する開口部３０が形成されている。また、円筒体３５の他端部には、絶縁部材２２の端部から真空室１０を密閉するフランジ部３７が具備されている。さらに、円筒体３５内の段差部３６にはベローズ３８の一端が配置される。ベローズ３８は、円筒体３５内の段差部３６と操作部３４との間に気密に介在して操作部３４の操作により伸縮する。以上の態様により、ベローズ３８の取付作業が容易となると共にその取付構造も安定化する。また、円筒体３５が前記他端部から前記一端部に近づくに連れて縮径することで、エミッタ３１の電子放出面６１は開口部３０に向かって案内されながらガード電極３３内を移動できる。尚、操作部３４が上述の図示省略の棒状に形成された場合、ベローズ３８は、エミッタ支持部３２の端部とフランジ部３７との間に気密に介在して操作部３４の操作により伸縮できるように、円筒体３５内に配置される。

ターゲットユニット４は、エミッタ３１の電子放出面６１と対向する円柱状のターゲット４１と、絶縁部材２１の端部から真空室１０を密閉するフランジ部４２と、を備える。ターゲット４１は、エミッタ３１の電子放出面６１から放出された電子線Ｌ１が衝突して例えばＸ線Ｌ２を放出する。エミッタ３１と対向するターゲット４１の部位には、電子線Ｌ１に対して所定角度で傾斜する傾斜面４０が確保される。そして、この傾斜面４０に電子線Ｌ１が衝突することで、Ｘ線Ｌ２は、ターゲット４１（傾斜面４０）に照射された電子線Ｌ１の実焦点ｆ１が実効焦点ｆ２に縮小するように収束されて、電子線Ｌ１の照射方向から折曲した方向に照射される。尚、ターゲット４１は絶縁部材２１の全長方向に移動自在に備えてもよい。

グリッド電極５は、エミッタユニット３とターゲットユニット４との間に介在し、エミッタユニット３の電子放出面６１から放出された電子線Ｌ１を適宜制御する。グリッド電極５は、真空室１０の横断方向に延在して配置され、電子線Ｌ１が通過する通過孔５０が形成された電極部５１と、この電極部５１に接続されて絶縁部材２１，２２の間から引き出される引出端子５２と、を備える。

以下、本態様のＸ線管１の作用効果について説明する。

図６（ａ）に示された従来の冷陰極型のＸ線管１は、エミッタ３１の端面６０の縁部が均等であること以外は、図１のＸ線管１の態様と同様である。このエミッタ３１からターゲット４１に至る電子線Ｌ１の実効焦点ｆ２の幅は、ターゲット４１における傾斜面４０の配置角度の恩恵を受けないため、図６（ｂ）に示されたエミッタ３１のみにより収束された電子線Ｌ１の実焦点ｆ１の幅と略同等となる。そして、ターゲット４１に衝突した電子線Ｌ１はＸ線Ｌ２を発生させる。このとき、Ｘ線Ｌ２の実効焦点ｆ２は、同図（ａ）に示したように、ターゲット４１の配置角度の効果により実焦点ｆ１よりも縮小するため、楕円形となる。

これに対して、図１に示された本実施形態のＸ線管１は、図２に示されたエミッタ３１の電子放出面６１及び平坦部６２の配置とターゲット４１の傾斜面４０とにより、図４に示された電子線Ｌ１はターゲット４１における傾斜面４０の配置角度の恩恵を受けない長辺となる実焦点ｆ１よりも縮小化された実効焦点ｆ２の円形に近づく。これにより、Ｘ線Ｌ２の実効焦点ｆ２が、楕円（または長方形）でなく真円（または正方形）に縮小するように収束する。

したがって、以上のＸ線管１によれば、エミッタ３１から放出された電子線Ｌ１の実焦点ｆ１から長短軸（または長短辺）を有さないＸ線Ｌ２の実効焦点ｆ２が得られるので、冷陰極型の電子放出体からの電子ビームを利用した撮影画像の画質の改善が図られる。

特に、真空容器１１内にエミッタ３１とガード電極３３が組み込まれた際にガード電極３３に対してエミッタ３１が接触することでエミッタ３１の電子放出面６１の傾きが抑制されるので、所望のＸ線の実効焦点が安定的に得られる。尚、本発明の平坦部は、エミッタ３１が真空容器１１に組み込まれた際に図示省略のガード電極と面接触すればよいので、図示の平坦部６２の態様や配置に限定されない。

本発明の電子放出体が適用されたＸ線発生機構は、さらに、従来の電子ビームを収束させる技術（カバー形状、グリッド電極形状、エミッタ・グリッド電極、ターゲット配置等）と組み合わせたＸ線放出装置の態様とするよい。本態様によれば、Ｘ線の実効焦点のさらなる縮小化が可能となり、撮影画像の画質の改善をさらに図ることができる。

１…Ｘ線管
３…エミッタユニット、３１…エミッタ、３２…エミッタ支持部、３３…ガード電極、６０…端面、６１…電子放出面、６２…平坦部
４…ターゲットユニット、４０…傾斜面、４１…ターゲット

Claims (3)

1. 電子ビームを放出する端面を有し、
   前記端面は、
   凹曲面を成す電子放出面と、
   この電子放出面を隔てて配置される一対の平坦部と、
   を有することを特徴とする電子放出体。
2. 前記一対の平坦部は、ガード電極と面接触可能であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出体。
3. 請求項１または２に記載の電子放出体を有する電界放射装置。

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