JP2022148218A - 電子ビーム収束機構及び電界放射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】Ｘ線管１のエミッタカバー３３は、エミッタ３１を収容可能な円筒体３５を有する。ターゲットユニット４と対向する円筒体３５の端部には、エミッタ３１の電子放出面３０を露出する開口部３３０が形成されている。開口部３３０の周縁部３３１は、凸曲面を成す。また、この周縁部３３１は、対向する一対の縁部３３２と、この一対の縁部３３２と高さが異なって対向する他の一対の縁部３３３を有する。周縁部３３１の高さは、縁部３３２から縁部３３３に至るに連れて次第に異なる。
【選択図】図１

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４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５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、「冷陰極可動式エックス線管の開発」、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４に示された熱陰極型のＸ線管１のフィラメント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５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３０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を保護するエミッタカバー３３が円筒体に形成されるからである。このエミッタカバー３３の開口部３３０から露出したエミッタ３１の電子放出面３０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電子放出体を収容可能な筒体を有し、前記筒体には、前記電子放出体の電子放出面を露出する開口部が形成され、前記開口部の周縁部は、凸曲面を成し、前記周縁部は、対向する一対の縁部と、この一対の縁部と高さが異なって対向する他の一対の縁部と、を有し、前記周縁部の高さは、前記一対の縁部から前記他の一対の縁部に至るに連れて次第に異なる電子ビーム収束機構である。

本発明の一態様は、電子ビームを放出する電子放出体を収容する筒体を有し、前記筒体には、前記電子放出体の電子放出面を露出する開口部が形成され、前記開口部の周縁部は、凸曲面を成し、前記開口部は、対向する一対の辺の曲率半径がこの一対の辺に隣接して対向する他の一対の辺の曲率半径と異なる電子ビーム収束機構である。

本発明の一態様は、前記電子ビーム収束機構において、前記筒体は、円筒体である。

本発明の一態様は、上記の電子ビーム収束機構を有する電界放射装置である。

以上の本発明によれば、冷陰極型の電子放出体からの電子ビームの実効焦点が長短軸または長短辺を有することなく収束するので、当該電子ビームによる撮影画像の画質の改善が図られる。

本発明の電子ビーム収束機構の一態様が適用される電界放射装置の概略構成図。 （ａ）前記電界放射装置のエミッタカバーの斜視図、（ｂ）当該エミッタカバーのＸ断面図及びＹ断面図。 （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）従来のエミッタカバー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。 本発明の電子ビーム収束機構の一態様であるエミッタカバーの平面図。

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、本発明の電子ビーム収束機構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及びエミッタカバー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。

エミッタ支持部３２は、エミッタカバー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に示したエミッタカバー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。

エミッタカバー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。エミッタカバー３３としては、エミッタ３１の電子放出面３０の外周側に配され、操作部３４の可動によりエミッタカバー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。

エミッタカバー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３０を露出する開口部３３０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３０は開口部３３０に向かって案内されながらエミッタカバー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。

図２に示されたエミッタカバー３３の開口部３３０の周縁部３３１は、図３のターゲット４１の傾斜面４０の短軸ａと同一平面のＸ断面（以下、同様）を介して対向する一対の縁部３３２と、この縁部３３２の高さと異なってＸ断面に垂直なＹ断面（以下、同様）を介して対向する他の一対の縁部３３３を有する。また、周縁部３３１は凸曲面を成し、その高さは縁部３３２から縁部３３３に至るに連れて次第に異なる。例えば、縁部３３２の高さＡは縁部３３３に至るに連れて高くなり縁部３３３の高さＢに近づくように設定される（高さＢ＞高さＡ）。

ターゲットユニット４は、エミッタ３１の電子放出面３０と対向する円柱状のターゲット４１と、絶縁部材２１の端部に固定されて真空室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３０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３０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５（ａ）に示された従来の冷陰極型のＸ線管１は、エミッタカバー３３の周縁部３３１の高さ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。これにより、断面円形Ｓ１のエミッタ３１からターゲット４１に達する電子線Ｌ１の実焦点ｆ１は断面円形Ｓ１よりも縮小した楕円形に収束する。ここで、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５（ｂ）に示されたエミッタカバー３３の周縁部３３１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において、図２に示したようにエミッタカバー３３の周縁部３３１は、縁部３３２よりも高位の縁部３３３のＸ断面がターゲット４１の傾斜面４０の短軸ａと同一平面に配されている。このとき、図３（ａ）に示されたように、対向する一対の縁部３３２の作用により、ターゲット４１に達する電子線Ｌ１の実焦点ｆ１はエミッタ３１の断面円形Ｓ１よりも縮小した円形に収束される。そして、同図（ｂ）に示されたように、対向する一対の縁部３３３の作用により、縁部３３２による収束と比べて、電子線Ｌ１の実焦点ｆ１がさらに縮小した円形に収束する。以上のように、本態様のエミッタカバー３３の周縁部３３１の高さを均等としないことで、ターゲット４１から発する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。

以上の電子ビーム収束機構は、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線放射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。

尚、本発明の電子ビーム収束機構の他の態様としては、例えば図６に示したエミッタカバー３３が挙げられる。このエミッタカバー３３は、周縁部３３１が均等な高さの凸曲面を成すが、その開口部３３０は、Ｘ断面を介して対向する一対の辺３３４の曲率半径Ｒ１がこの一対の辺３３４に隣接してＹ断面を介して対向する他の一対の辺３３５の曲率半径Ｒ２と異なる（Ｒ１＞Ｒ２）。本態様によっても図２のエミッタカバー３３と同様の効果が得られる。さらに、図６の周縁部３３１は縁部３３３の高さを縁部３３２よりも高く設定すれば、前記効果がさらに高まる。

１…Ｘ線管、１０…真空室、１１…真空容器
３…エミッタユニット、３０…電子放出面、３１…エミッタ、３３…エミッタカバー、３５…円筒体、３３０…開口部、３３１…周縁部、３３２，３３３…縁部、Ａ，Ｂ…高さ、３３４，３３５…辺、Ｒ１，Ｒ２…曲率半径
４…ターゲットユニット、４０…傾斜面、ａ…傾斜面４０の短軸、４１…ターゲット
５…グリッド電極

Claims (4)

1. 電子ビームを放出する電子放出体を収容可能な筒体を有し、
   前記筒体には、前記電子放出体の電子放出面を露出する開口部が形成され、
   前記開口部の周縁部は、凸曲面を成し、
   前記周縁部は、対向する一対の縁部と、この一対の縁部と高さが異なって対向する他の一対の縁部と、を有し、
   前記周縁部の高さは、前記一対の縁部から前記他の一対の縁部に至るに連れて次第に異なることを特徴とする電子ビーム収束機構。
2. 電子ビームを放出する電子放出体を収容する筒体を有し、
   前記筒体には、前記電子放出体の電子放出面を露出する開口部が形成され、
   前記開口部の周縁部は、凸曲面を成し、
   前記開口部は、対向する一対の辺の曲率半径がこの一対の辺に隣接して対向する他の一対の辺の曲率半径と異なることを特徴とする電子ビーム収束機構。
3. 前記筒体は、円筒体であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム収束機構。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電子ビーム収束機構を有する電界放射装置。

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