WO2014007167A1 - Ｘ線管 - Google Patents

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WO2014007167A1
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filament
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groove
ray tube
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智成 石原
直紀 赤堀
阿武　秀郎
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株式会社 東芝
東芝電子管デバイス株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an X-ray tube.
  • X-ray tubes are used for X-ray diagnostic imaging and nondestructive inspection.
  • As the X-ray tube there are a fixed anode type X-ray tube and a rotary anode type X-ray tube, and the one corresponding to the application is used.
  • the X-ray tube includes an anode target, a cathode, and a vacuum envelope.
  • the anode target has a focal point for emitting X-rays when an electron beam is incident thereon.
  • the cathode has a filament coil and an electron focusing cup.
  • the filament coil can emit electrons.
  • a tube voltage as high as several tens to one hundred and several tens of kV is applied between the anode target and the cathode.
  • the electron converging cup can serve as an electron lens, that is, the electron beam directed toward the anode target can be converged.
  • Rotating anode type X-ray tubes are generally used for medical diagnosis.
  • an X-ray tube has two focal points: a large focal point that has a large size and can receive a large current, and a small focal point that has a small size and a small amount of input but has a high resolution.
  • Some X-ray tubes have three focal points. The size of each focal point depends on the shape and positional relationship between the filament coil and the electron converging cup, and is usually fixed. When using a large focus or a small focus, the imaging conditions are determined by determining the spatial resolution and input current (influence on contrast and noise) according to the diagnostic application, and the large focus and the small focus are used separately.
  • the imaging conditions are discontinuous, and there are cases where images necessary for X-ray image diagnosis cannot be obtained.
  • the imaging conditions are discontinuous, and there are cases where images necessary for X-ray image diagnosis cannot be obtained.
  • the focal dimension by changing the voltages of the plurality of electrodes in accordance with the electric signal.
  • the control and structure become complicated, and complicated control is required to adjust the ratio between the tube current and the focal dimension.
  • the tube current that can be input is limited by the focal size, but if the current and the focal size control are separate systems, there may be an overcurrent when the current control and the size control are inconsistent, It leads to breakage of the X-ray tube.
  • the focal point when the focal point is controlled to a desired size using the above technique, the voltage of two or three or more electrodes is controlled in a negative high voltage.
  • a device such as a load on the power source, a withstand voltage to the X-ray tube, and a withstand voltage of the electrode structure in the X-ray tube is required.
  • the structure and control of the X-ray tube are complicated.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an X-ray tube that can easily and stably perform focal dimension variable control and tube current control.
  • An X-ray tube is: An anode target that emits X-rays upon incidence of an electron beam; A cathode having a filament and a converging electrode that converges an electron beam from the filament through the opening of the groove to the anode target, the groove including the groove.
  • the groove is A pair of first bottom surfaces in which the filaments are located on the same plane and sandwich the filaments in the width direction; The filament and the pair of first bottom surfaces are sandwiched in the length direction, and the pair of second bottom surfaces located on the opening side from the pair of first bottom surfaces.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an X-ray tube apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a cathode according to an example of the above embodiment, and is a view shown by (a) a plan view, (b) a sectional view, and (c) another sectional view.
  • FIG. 3 is a schematic view of the cathode and anode target according to the above embodiment as viewed from two directions perpendicular to the tube axis of the X-ray tube, and the bias voltage applied to the electron focusing cup is 0 V, which is the same as the filament voltage. It is a figure which shows the state in which the electron beam is irradiated toward the anode target from a filament coil.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an X-ray tube apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a cathode according to an example of the above embodiment, and is a view shown by (a) a
  • FIG. 4 is a schematic view of the cathode and anode target according to the above embodiment as viewed from two directions perpendicular to the tube axis of the X-ray tube, and a negative bias voltage is applied to the electron focusing cup with respect to the filament voltage. It is a figure which shows the state in which the electron beam is irradiated toward the anode target from a filament coil.
  • FIG. 5 is a graph showing the change of the focal dimension with respect to the bias voltage according to the above embodiment. The filament voltage is 0V.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing a modification of the cathode according to the embodiment, wherein (a) a plan view, (b) a sectional view, (c) another sectional view, and (d) another It is a figure shown with sectional drawing.
  • FIG. 7 is an enlarged view showing another modified example of the cathode according to the embodiment, and is a view shown by (a) a plan view, (b) a sectional view, and (c) another sectional view. is there.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing a cathode and an electrode of a modified example of the X-ray tube according to the above embodiment, (a) a plan view, (b) a sectional view, and (c) another sectional view.
  • FIG. 9 is a perspective view showing another modified example of the cathode according to the embodiment, is a perspective view showing a part of the cathode, and is a view showing a flat filament and a support portion.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the cathode according to the comparative example, and is a view shown in (a) a plan view, (b) a sectional view, and (c) another sectional view.
  • FIG. 11 is a schematic view of the cathode and anode target according to the comparative example seen from two directions perpendicular to the tube axis of the X-ray tube, and the bias voltage applied to the electron focusing cup is 0 V, which is the same as the filament voltage.
  • FIG. 12 is a schematic view of the cathode and anode target according to the comparative example seen from two directions perpendicular to the tube axis of the X-ray tube, and a negative bias voltage is applied to the electron focusing cup with respect to the filament voltage. It is a figure which shows the state in which the electron beam is irradiated toward the anode target from a filament coil.
  • FIG. 13 is a graph showing the change of the focal dimension with respect to the bias voltage according to the comparative example. The filament voltage is 0V.
  • the X-ray tube apparatus is a rotary anode type X-ray tube apparatus.
  • the X-ray tube apparatus includes a rotary anode type X-ray tube 1, a stator coil 2 as a coil for generating a magnetic field, a housing 3 that accommodates the X-ray tube and the stator coil, and a housing.
  • An insulating oil 4 as a cooling liquid filled in the body and a control unit 5 are provided.
  • the X-ray tube 1 includes a cathode (cathode electron gun) 10, a sliding bearing unit 20, an anode target 60, and a vacuum envelope 70.
  • the slide bearing unit 20 includes a rotating body 30, a fixed shaft 40 as a fixed body, and a metal lubricant (not shown) as a lubricant, and uses a slide bearing.
  • the rotating body 30 is formed in a cylindrical shape, and one end is closed.
  • the rotating body 30 extends along a rotation axis that is a central axis of the rotating operation of the rotating body.
  • the rotation axis is the same as the tube axis a1 of the X-ray tube 1, and will be described as a tube axis a1 below.
  • the rotating body 30 is rotatable around the tube axis a1.
  • the rotating body 30 has a connecting portion 31 located at one end thereof.
  • the rotating body 30 is made of a material such as Fe (iron) or Mo (molybdenum).
  • the fixed shaft 40 is formed in a columnar shape having a smaller size than the rotating body 30.
  • the fixed shaft 40 is provided coaxially with the rotating body 30 and extends along the tube axis a1.
  • the fixed shaft 40 is fitted inside the rotating body 30.
  • the fixed shaft 40 is made of a material such as Fe or Mo.
  • One end of the fixed shaft 40 is exposed to the outside of the rotating body 30.
  • the fixed shaft 40 supports the rotating body 30 in a rotatable manner.
  • the metal lubricant is filled in the gap between the rotating body 30 and the fixed shaft 40.
  • the anode target 60 is disposed opposite to the other end of the fixed shaft 40 in the direction along the tube axis a1.
  • the anode target 60 includes an anode body 61 and a target layer 62 provided on a part of the outer surface of the anode body.
  • the anode body 61 is fixed to the rotating body 30 via the connection portion 31.
  • the anode body 61 has a disk shape and is made of a material such as Mo.
  • the anode body 61 is rotatable about the tube axis a1.
  • the target layer 62 is formed in an annular shape.
  • the target layer 62 has a target surface 62S disposed to face the cathode 10 with a space in the direction along the tube axis a1.
  • the anode target 60 is focused on the target surface 62S when the electron beam is incident on the target surface 62S, and emits X-rays from the focus.
  • the anode target 60 is electrically connected to the terminal 91 via the fixed shaft 40 and the rotating body 30.
  • the cathode 10 has one or a plurality of filament coils and an electron focusing cup 15 as a focusing electrode.
  • the cathode 10 has a filament coil 11.
  • the filament coil 11 is formed of a material whose main component is tungsten.
  • the filament coil 11 is formed to extend linearly.
  • the filament coil 11 and the electron converging cup 15 are electrically connected to terminals 81, 82, 83.
  • the electron converging cup 15 includes one or a plurality of grooves in which a filament coil (electron emission source) is accommodated.
  • the electron converging cup 15 includes a groove 16 in which the filament coil 11 is accommodated.
  • the filament coil 11 is positioned with a gap on the inner surface (bottom surface) of the groove 16.
  • a current (filament current) is applied to the filament coil 11.
  • the filament coil 11 emits electrons (thermoelectrons).
  • a relatively positive voltage is applied to the anode target 60 from the terminal 91 through the fixed shaft 40 and the rotating body 30.
  • a relatively negative voltage is applied to the filament coil 11 and the electron converging cup 15 from the terminals 81 to 83.
  • an X-ray tube voltage (hereinafter referred to as tube voltage) is applied between the anode target 60 and the cathode 10, the electrons emitted from the filament coil 11 are accelerated and incident on the target surface 62S as an electron beam.
  • the electron converging cup 15 converges the electron beam from the filament coil 11 through the opening 16 a of the groove 16 toward the anode target 60.
  • the vacuum envelope 70 is formed in a cylindrical shape.
  • the vacuum envelope 70 is formed of a combination of an insulating material such as glass and ceramic, or a metal.
  • the vacuum envelope 70 has an opening 71.
  • the opening 71 is in close contact with one end of the fixed shaft 40 so as to maintain the sealed state of the vacuum envelope 70.
  • the vacuum envelope 70 fixes the fixed shaft 40.
  • the vacuum envelope 70 has the cathode 10 attached to the inner wall.
  • the vacuum envelope 70 is hermetically sealed and contains the cathode 10, the sliding bearing unit 20, the anode target 60, and the like. The inside of the vacuum envelope 70 is maintained in a vacuum state.
  • the stator coil 2 is provided so as to face the side surface of the rotating body 30 and surround the outside of the vacuum envelope 70.
  • the shape of the stator coil 2 is annular.
  • the stator coil 2 is electrically connected to a current supply terminal (not shown) and is driven through the current supply terminal.
  • the housing 3 has an X-ray transmission window 3 a that transmits X-rays in the vicinity of the target layer 62 facing the cathode 10.
  • the housing 3 contains an X-ray tube 1 and a stator coil 2 and is filled with insulating oil 4.
  • the control unit 5 is electrically connected to the cathode 10 via terminals 81, 82 and 83.
  • the control unit 5 can drive or control the filament coil 11.
  • the stator coil 2 is driven via the terminals 92 and 93 to generate a magnetic field. That is, the stator coil 2 generates rotational torque applied to the rotating body 30. For this reason, the rotating body rotates and the anode target 60 also rotates.
  • the control unit 5 gives a current for driving the filament coil 11 through the terminals 81 to 83.
  • a relatively negative high voltage (common voltage) is applied to the filament coil 11 and the electron converging cup 15.
  • the negative high voltage is, for example, about several tens of kV to -150 kV.
  • a current is further applied to the filament coil 11.
  • a bias voltage (superimposed voltage with reference to the filament voltage) of ⁇ 5 kV to 0 V is applied to the electron converging cup 15.
  • a relatively positive voltage is applied to the anode target 60 via the terminal 91.
  • tube current an X-ray tube current (hereinafter referred to as tube current) flows from the cathode 10 to the focal point on the target surface 62S.
  • the target layer 62 emits X-rays when an electron beam is incident, and the X-rays emitted from the focal point are emitted to the outside of the housing 3 through the X-ray transmission window 3a.
  • the focal point has a length corresponding to the major axis of the filament coil 11 and a width corresponding to the minor axis of the filament coil 11 when the electron beam is incident thereon.
  • the configuration and operation of the X-ray tube apparatus of the example according to the present embodiment and the configuration and operation of the X-ray tube apparatus of the comparative example will be described.
  • the portions other than the groove portion of the electron focusing cup 15 are formed in the same manner.
  • the opening 16 a of the groove portion 16 has a rectangular shape having a side along the first direction da and a side along the second direction db.
  • the first direction da is the length direction of the groove 16 and is the direction along the long axis of the filament coil 11.
  • the second direction db is the width direction of the groove part 16 and is a direction perpendicular to the depth direction and the length direction of the groove part.
  • the depth direction of the groove 16 is the third direction dc.
  • the groove portion 16 has a pair of first bottom surfaces S1, a pair of second bottom surfaces S2, and a third bottom surface S3.
  • the opening 16a, the pair of first bottom surfaces S1, the pair of second bottom surfaces S2, and the third bottom surface S3 are parallel to each other.
  • the third bottom surface S3 faces the filament coil 11 in the third direction dc.
  • the third bottom surface S3 has a rectangular shape having a long side along the first direction da and a short side along the second direction db. In the first direction da and the second direction db, the third bottom surface S3 is formed to have a size larger than that of the filament coil 11.
  • the filament coil 11 is located on the same plane of the pair of first bottom surfaces S1.
  • the pair of first bottom surfaces S1 sandwich the third bottom surface S3 in the second direction db.
  • the pair of first bottom surfaces S1 are located closer to the opening 16a than the third bottom surface S3.
  • the pair of second bottom surfaces S2 sandwich the third bottom surface S3 and the pair of first bottom surfaces S1 in the first direction da.
  • the pair of second bottom surfaces S2 are located closer to the opening 16a than the pair of first bottom surfaces S1.
  • the pair of second bottom surfaces S2 face the end portions of the filament coil 11 in the second direction db.
  • the opening 16 a of the groove 16 has a rectangular shape having a side along the first direction da and a side along the second direction db.
  • the groove portion 16 has a third bottom surface S3 and a first bottom surface S1.
  • the third bottom surface S3 faces the filament coil 11 in the third direction dc.
  • the third bottom surface S3 has a rectangular shape having a long side along the first direction da and a short side along the second direction db. In the first direction da and the second direction db, the third bottom surface S3 is formed to have a size larger than that of the filament coil 11.
  • the filament coil 11 is located on the same plane of the first bottom surface S1.
  • the first bottom surface S1 is formed in a frame shape and surrounds the third bottom surface S3.
  • the first bottom surface S1 is located closer to the opening 16a than the third bottom surface S3.
  • the inventors of the present application perform a simulation of emitting X-rays using the X-ray tube apparatus according to the above embodiment and a simulation of emitting X-rays using the X-ray tube apparatus according to the comparative example. It was. At this time, the bias voltage applied to the electron convergence cup 15 was adjusted. The focal point formed on the target surface 62S is a single focal point. The simulation was performed under the same conditions.
  • a simulation method and results of emitting X-rays using the X-ray tube apparatus according to the embodiment will be described.
  • a common negative high voltage is applied to the filament coil 11 and the electron focusing cup 15, and the electron focusing cup 15.
  • the bias voltage to be applied to was set to 0 V, and the large focal point F1 was formed on the target surface 62S. Electrons were emitted from the entire area of the filament coil 11 toward the target surface 62S.
  • the electron beam is focused by the action of the electric field formed by the groove 16 of the electron focusing cup 15.
  • the length of the formed large focal point (effective focal point) F1 is L, and the width is W.
  • a common negative high voltage is applied to the filament coil 11 and the electron focusing cup 15 to 15 was further applied with a negative bias voltage with respect to the filament voltage to form a small focal point F2 on the target surface 62S.
  • the electrons were emitted from the central portion of the filament coil 11 toward the target surface 62S.
  • the end portion of the filament coil 11 has a larger electric field effect than the center portion of the filament coil 11, and the amount of electrons emitted from the end portion of the filament coil 11 is reduced.
  • the electron beam is focused by the action of the electric field formed by the groove 16 of the electron focusing cup 15.
  • the width of the formed small focal point (effective focal point) F2 was 0.5 W.
  • the length of the small focal point (effective focal point) F2 was 0.5L. Note that the amount of change in the length of the small focal point F2 can be dealt with by changing the step shape of the groove 16. For this reason, the step shape of the groove portion 16 may be appropriately designed according to the intended use of the X-ray tube 1.
  • the bias voltage applied to the electron converging cup 15 was continuously changed, and the focal dimension was measured.
  • the focal length changes to the same extent as the focal width. It can be seen that by changing the bias voltage applied to the electron converging cup 15, the length and width of the focal point are simultaneously changed to the same extent. The above can be said when at least the length of the small focal point F2 is in the range of 0.5L to 0.8L and the width of the small focal point F2 is in the range of 0.5W to 0.8W.
  • a simulation method and results of emitting X-rays using the X-ray tube apparatus according to the comparative example will be described.
  • a common negative high voltage is applied to the filament coil 11 and the electron focusing cup 15 using the X-ray tube device according to the comparative example, and the electron focusing cup 15 is applied.
  • the bias voltage to be applied to was set to 0 V, and the large focal point F1 was formed on the target surface 62S.
  • the large focal point (effective focal point) F1 of the comparative example is formed in the same manner as in the example, and has a length L and a width W.
  • a common negative high voltage is applied to the filament coil 11 and the electron focusing cup 15 to 15 was further applied with a negative bias voltage to form a small focal point F2 on the target surface 62S. Electrons were emitted from the entire area of the filament coil 11 toward the target surface 62S. The amount of electrons emitted from the end of the filament coil 11 did not decrease.
  • the width of the formed small focal point (effective focal point) F2 was 0.5 W. Moreover, since the amount of electrons emitted from the end of the filament coil 11 did not decrease as described above, the length of the small focal point (effective focal point) F2 was 0.85L.
  • the bias voltage applied to the electron focusing cup 15 was continuously changed, and the focal dimension was measured.
  • the focus width changes with the change of the bias voltage, but the focus length hardly changes.
  • the X-ray tube 1 includes an anode target 60 that emits X-rays when an electron beam is incident thereon, and an electron focusing cup. And a vacuum envelope 70 containing the anode target 60 and the cathode 10.
  • the electron converging cup 15 includes a groove 16 in which the filament coil 11 is accommodated.
  • the groove portion 16 has a pair of first bottom surfaces S1, a pair of second bottom surfaces S2, and a third bottom surface S3.
  • the third bottom surface S3 is the deepest and the second bottom surface S2 is the shallowest.
  • the amount of electrons emitted from the end of the filament coil 11 can be reduced and the small focal point F2 can be formed.
  • the focal length and the focal width can be changed to the same extent. Shooting with high resolution can be performed. At this time, only by adjusting the bias voltage, the focal spot size and the tube current can be adjusted at the same time, so that optimum photographing can be performed.
  • the groove part 16 has the 3rd bottom face S3.
  • a hole through which the foot of the end of the filament coil 11 passes is formed in the third bottom surface S3 so as to penetrate the electron converging cup 15. For this reason, the effect that it is easy to process (cut) for forming the groove part 16 in the electron converging cup 15 can be obtained. Further, since the heat radiated from the filament coil 11 can be reflected to the filament coil 11 side by the third bottom surface S3, the temperature of the filament coil 11 is likely to rise. Thereby, the amount of electrons emitted from the filament coil 11 can be increased efficiently.
  • the cathode 10 may have a plurality of filament coils.
  • the electron converging cup 15 may have a plurality of grooves corresponding to the number of filament coils.
  • the cathode 10 includes a filament coil 11 as a first filament coil that emits electrons and a filament coil 12 as a second filament coil that emits electrons.
  • the electron converging cup 15 includes a groove portion 16 as a first groove portion in which the filament coil 11 is accommodated, and a groove portion 17 as a second groove portion in which the filament coil 12 is accommodated.
  • the electron converging cup 15 converges the electron beam from the filament coil 11 through the opening 16a of the groove 16 toward the anode target 60, and converges the electron beam from the filament coil 12 through the opening 17a of the groove 17 toward the anode target 60.
  • the groove portion 16 has a pair of first bottom surfaces S1, a pair of second bottom surfaces S2, and a third bottom surface S3.
  • the groove portion 17 has a pair of first bottom surfaces S4, a pair of second bottom surfaces S5, and a third bottom surface S6.
  • the third bottom surface S6 faces the filament coil 12 in the depth direction of the groove portion 17.
  • the filament coil 12 is located on the same plane of the pair of first bottom surfaces S4.
  • the pair of first bottom surfaces S4 sandwich the third bottom surface S6 in the width direction of the groove portion 17 and are located closer to the opening 17a of the groove portion 17 than the third bottom surface S6.
  • the pair of second bottom surfaces S5 sandwich the third bottom surface S6 and the pair of first bottom surfaces S4 in the length direction of the groove portion 17, and are located closer to the opening 17a of the groove portion 17 than the pair of first bottom surfaces S4.
  • the plurality of filament coils may be of the same type or different types. Different types of focal points can be selected with different dimensions. In the case of the same type, it can be used alternately to extend the life of the filament.
  • the electron converging cup 15 has a plurality of groove portions, it is sufficient that at least one groove portion is formed in the same manner as the groove portion in the above-described embodiment, and the other groove portions are formed in the same manner as in the above-described comparative example. May be.
  • the groove portions 16 and 17 may be formed without the third bottom surfaces S3 and S6.
  • the groove 16 is formed without the third bottom surface S3.
  • the third bottom surface S3 of the bottom surface of the groove portion 16 does not substantially act, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained except for the effect of heat reflection by the third bottom surface S3.
  • the filament assembly can be attached to the electron focusing cup 15.
  • the filament coil 11 is inserted into the electron converging cup 15 from the back surface side (opposite side of the opening 16a) of the electron converging cup 15, and the insulating member is fixed to the back surface side of the electron converging cup 15. Can be done. For this reason, when forming the groove parts 16 and 17 without 3rd bottom face S3 and S6, the effect that it is easier to assemble the cathode 10 than the embodiment mentioned above can be acquired.
  • the X-ray tube 1 may further include a pair of electrodes 50 to which a negative voltage is applied to a voltage applied to the filament coil 11.
  • the pair of electrodes 50 is provided between the anode target 60 and the cathode 10.
  • the pair of electrodes 50 face each other in the length direction of the groove 16 (the first direction da, the direction along the long axis of the filament coil 11) so as to surround the trajectory of the electron beam.
  • the pair of electrodes 50 are fixed to the electron converging cup 15 via the insulating member 51.
  • the same voltage as that applied to the electron focusing cup 15 can be applied to the pair of electrodes 50.
  • a voltage that is more negative than the voltage applied to the electron focusing cup 15 can be applied to the pair of electrodes 50.
  • a voltage applied to the filament coil 11 is applied to the pair of electrodes 50, and a negative bias voltage (superimposed voltage) is further applied to the filament voltage.
  • the electron beam is converged by the action of the electric field formed by the groove 16 of the electron converging cup 15 and the action of the electric field formed by the pair of electrodes 50.
  • the length of the focal point can be shortened while maintaining the uniform electron density distribution in the focal point.
  • the filament as the electron emission source is not limited to the filament coil, and various filaments can be used.
  • the cathode 10 may have a flat filament 13 instead of the filament coil 11.
  • the flat filament 13 is a flat filament having a flat top surface (electron emission surface) 13a and a back surface as a flat surface.
  • the filament upper surface 13a is exposed to the opening 16a side.
  • the filament upper surface 13a is a plane along the first direction da and the second direction db.
  • the filament upper surface 13a is parallel to the pair of first bottom surfaces S1 and the pair of second bottom surfaces S2.
  • the flat filament 13 is located in the space between the third bottom surface S3 and the pair of second bottom surfaces S2 in the third direction dc.
  • the flat filament 13 has a long axis in the first direction da and is formed to extend in the first direction da.
  • a slit SL is formed in the flat filament 13 so that the flat filament 13 is not divided. Thereby, the temperature distribution of the flat filament 13 can be made uniform.
  • a flat support member 13s is connected to both ends of the flat filament 13 in the first direction da. For this reason, the support member 13 s supports the flat filament 13 and fixes the position of the flat filament 13. Further, the support member 13s is formed of a conductive material, and also functions as a conductive member that applies voltage and current to the flat filament 13. For example, the support member 13 s can be formed integrally with the flat filament 13.
  • the X-ray tube apparatus of the present invention is not limited to the above-described X-ray tube apparatus, can be variously modified, and can be applied to various X-ray tube apparatuses.
  • the X-ray tube apparatus of the present invention can be applied to a fixed anode type X-ray tube apparatus.

Landscapes

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  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

　焦点寸法可変制御と管電流制御を簡便かつ安定して行うことができるＸ線管を提供する。フィラメント（１１）と、該フィラメント（１１）が収められる溝部（１６）とを有する陰極（１０）を備えたＸ線管において、前記溝部（１６）を、同一平面上に前記フィラメント（１１）が位置し、前記溝部（１６）の幅方向（ｄｂ）に前記フィラメント（１１）を挟む一対の第１底面（Ｓ１）と、前記溝部（１６）の長さ方向（ｄａ）に前記フィラメント（１１）及び前記一対の第１底面（Ｓ１）を挟み、前記一対の第１底面（Ｓ１）より前記溝部（１６）の開口（１６ａ）側に位置している第２底面（Ｓ２）とを有するものとした。

Description

Ｘ線管
　本発明の実施形態は、Ｘ線管に関する。
　Ｘ線管は、Ｘ線画像診断用途や、非破壊検査用途などに利用されている。Ｘ線管としては、固定陽極型のＸ線管や、回転陽極型のＸ線管があり、用途に対応した方が用いられている。Ｘ線管は、陽極ターゲットと、陰極と、真空外囲器とを備えている。陽極ターゲットは、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する焦点が形成される。
　陰極は、フィラメントコイルと、電子収束カップとを備えている。フィラメントコイルは、電子を放出することができる。陽極ターゲット及び陰極間には、数十乃至百数十ｋＶと高い管電圧が印加される。このため、電子収束カップは、電子レンズの役割を果たすことができ、すなわち陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させることができる。
　回転陽極型のＸ線管は医療診断用途に用いられることが一般的である。通常、Ｘ線管は、寸法が大きく大電流を入力できる大焦点と、寸法が小さく入力は少なくなるが解像度の高い小焦点との２焦点を持っている。中には３焦点を持つＸ線管もある。この各焦点の寸法はフィラメントコイルと電子収束カップとのそれぞれの形状と位置関係に依存し、通常は固定されている。大焦点又は小焦点を使用する場合は、診断の用途に応じて空間分解能と入力電流（コントラスト、ノイズに影響）とを判断して撮影条件を決定し、大焦点と小焦点を使い分けている。
　しかし、２焦点のみでは撮影条件が不連続でＸ線画像診断において必要な画像を得ることができない場合がある。特にＸ線ＣＴ装置におけるヘリカルスキャンなどの被写体の軸方向に連続して撮影を行う際に、不連続な２焦点による入力の可変では画質における連続性が保たれず正確な画像診断ができない場合がある。そこで、複数の電極の電圧を電気信号に応じて可変することで、焦点寸法を可変させる方法などがある。
　しかし、これらの焦点寸法可変方法では、制御・構造が複雑になったり、管電流と焦点寸法の比を調整することに複雑な制御が必要になったりする。また、焦点寸法により入力できる管電流は制限されるが、電流と焦点寸法制御が別々のシステムであると、電流制御と寸法制御が不一致を起こした場合に、過電流となる可能性があり、Ｘ線管の破損につながる。
　また、焦点寸法を可変する場合、焦点を所望の寸法に制御することは難しい。例えば、電子収束カップに印加するバイアス電圧の変化に対し、焦点の長さと幅の変化量が大きく異なる。このため、焦点寸法の比と電流量を適切な量に同時に調整することは難しい。そこで、焦点の長さを制御する電極と、焦点の幅を制御する電極とをそれぞれ用意し、焦点を所望の寸法に制御する技術が提案されている。
特開平４－８７２９９号公報 特開２００５－５６８４３号公報 特開２００９－１５８１３８号公報
　ところで、上記技術を利用して焦点を所望の寸法に制御する場合、負の高電圧の中で、２つ又は３つ以上の電極の電圧を制御することになる。電源の負荷、Ｘ線管までの配線耐圧、並びにＸ線管内の電極構造の耐電圧等の工夫が必要となる。また、Ｘ線管の構造や制御が煩雑となる。　
　この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができるＸ線管を提供することにある。
　一実施形態に係るＸ線管は、
　電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
　フィラメントと、前記フィラメントが収められる溝部を含み、前記フィラメントから前記溝部の開口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
　前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
　前記溝部の長さ方向を前記フィラメントの長軸に沿った方向とし、前記溝部の幅方向を前記溝部の深さ方向及び長さ方向に垂直な方向とすると、
　前記溝部は、
　同一平面上に前記フィラメントが位置し、前記幅方向に前記フィラメントを挟んだ一対の第１底面と、
　前記長さ方向に前記フィラメント及び一対の第１底面を挟み、前記一対の第１底面より前記開口側に位置した一対の第２底面と、を有している。
図１は、一実施形態に係るＸ線管装置を示す断面図である。 図２は、上記実施形態の実施例に係る陰極を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図とで示す図である。 図３は、上記実施例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップに印加するバイアス電圧をフィラメント電圧と同じ０Ｖとした場合にフィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図４は、上記実施例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップにフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧を印加した場合にフィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図５は、上記実施例に係るバイアス電圧に対する焦点寸法の変化をグラフで示した図である。フィラメント電圧を０Ｖとしている。 図６は、上記実施形態に係る陰極の変形例を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図と、（ｄ）他の断面図とで示す図である。 図７は、上記実施形態に係る陰極の他の変形例を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図とで示す図である。 図８は、上記実施形態に係るＸ線管の変形例の陰極及び電極を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図とで示す図である。 図９は、上記実施形態に係る陰極の他の変形例を示す斜視図であり、陰極の一部を示す斜視図であり、平板フィラメント及び支持部を示す図である。 図１０は、上記比較例に係る陰極を拡大して示す図であり、（ａ）平面図と、（ｂ）断面図と、（ｃ）他の断面図とで示す図である。 図１１は、上記比較例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップに印加するバイアス電圧をフィラメント電圧と同じ０Ｖとした場合にフィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図１２は、上記比較例に係る陰極及び陽極ターゲットをＸ線管の管軸に垂直な２方向から見た概略図であり、電子収束カップにフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧を印加した場合にフィラメントコイルから陽極ターゲットに向かって電子ビームが照射されている状態を示す図である。 図１３は、上記比較例に係るバイアス電圧に対する焦点寸法の変化をグラフで示した図である。フィラメント電圧を０Ｖとしている。
　以下、図面を参照しながら一実施形態に係るＸ線管装置について詳細に説明する。この実施形態において、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管装置である。　
　図１に示すように、Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管１と、磁界を発生させるコイルとしてのステータコイル２と、Ｘ線管及びステータコイルを収容した筐体３と、筐体内に充填された冷却液としての絶縁油４と、制御部５と、を備えている。
　Ｘ線管１は、陰極（陰極電子銃）１０と、すべり軸受ユニット２０と、陽極ターゲット６０と、真空外囲器７０と、を備えている。　
　すべり軸受ユニット２０は、回転体３０と、固定体としての固定シャフト４０と、潤滑材としての図示しない金属潤滑材と、を備え、すべり軸受を使っている。
　回転体３０は、円筒状に形成され、一端部が閉塞されている。回転体３０は、この回転体の回転動作の中心軸となる回転軸に沿って延出している。この実施の形態において、上記回転軸は、Ｘ線管１の管軸ａ１と同一であり、以下管軸ａ１として説明する。回転体３０は、管軸ａ１を中心に回転可能である。回転体３０は、この一端部に位置した接続部３１を有している。回転体３０は、Ｆｅ（鉄）やＭｏ（モリブデン）等の材料で形成されている。
　固定シャフト４０は、回転体３０より寸法の小さい円柱状に形成されている。固定シャフト４０は、回転体３０と同軸的に設けられ、管軸ａ１に沿って延出している。固定シャフト４０は、回転体３０の内部に嵌合されている。固定シャフト４０は、ＦｅやＭｏ等の材料で形成されている。固定シャフト４０の一端部は、回転体３０の外部に露出されている。固定シャフト４０は、回転体３０を回転可能に支持している。　
　金属潤滑材は、回転体３０及び固定シャフト４０間の間隙に充填されている。
　陽極ターゲット６０は、管軸ａ１に沿った方向に、固定シャフト４０の他端部に対向配置されている。陽極ターゲット６０は、陽極本体６１と、この陽極本体の外面の一部に設けられたターゲット層６２と、を有している。
　陽極本体６１は、接続部３１を介して回転体３０に固定されている。陽極本体６１は、形状が円盤状であり、Ｍｏ等の材料で形成されている。陽極本体６１は、管軸ａ１を中心に回転可能である。ターゲット層６２は、環状に形成されている。ターゲット層６２は、管軸ａ１に沿った方向に陰極１０に間隔を置いて対向配置されたターゲット面６２Ｓを有している。陽極ターゲット６０は、ターゲット面６２Ｓに電子ビームが入射されることにより、ターゲット面６２Ｓに焦点が形成され、焦点からＸ線を放出する。　
　陽極ターゲット６０は、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１と電気的に接続されている。
　図１及び図２に示すように、陰極１０は、１つ又は複数のフィラメントコイルと、収束電極としての電子収束カップ１５とを有している。この実施形態において、陰極１０は、フィラメントコイル１１を有している。ここでは、フィラメントコイル１１は、タングステンを主成分とする材料で形成されている。フィラメントコイル１１は、直線状に延出して形成されている。フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５は、端子８１、８２、８３に電気的に接続されている。
　電子収束カップ１５は、フィラメントコイル（電子放出源）が収められる１つ又は複数の溝部を含んでいる。この実施形態において、電子収束カップ１５は、フィラメントコイル１１が収められる溝部１６を含んでいる。フィラメントコイル１１は、溝部１６の内面（底面）に隙間を置いて位置している。フィラメントコイル１１には、電流（フィラメント電流）が与えられる。これにより、フィラメントコイル１１は、電子（熱電子）を放出する。
　陽極ターゲット６０には、固定シャフト４０及び回転体３０などを介し、端子９１より相対的に正の電圧が与えられる。フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５には、端子８１乃至８３より相対的に負の電圧が与えられる。
　陽極ターゲット６０及び陰極１０間にＸ線管電圧（以下、管電圧と称する）が加えられるため、フィラメントコイル１１から放出された電子は、加速され、電子ビームとしてターゲット面６２Ｓに入射される。電子収束カップ１５は、フィラメントコイル１１から溝部１６の開口１６ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。
　図１に示すように、真空外囲器７０は、円筒状に形成されている。真空外囲器７０は、ガラス及びセラミックなどの絶縁材や金属などの組合せで形成されている。真空外囲器７０において、陽極ターゲット６０と対向した個所の径は、回転体３０と対向した個所の径より大きい。真空外囲器７０は、開口部７１を有している。真空外囲器７０の密閉状態を維持するよう、開口部７１は、固定シャフト４０の一端部に密着している。真空外囲器７０は、固定シャフト４０を固定している。真空外囲器７０は、この内壁に陰極１０を取付けている。真空外囲器７０は、密閉され、陰極１０、すべり軸受ユニット２０及び陽極ターゲット６０などを収容している。真空外囲器７０の内部は真空状態に維持されている。
　ステータコイル２は、回転体３０の側面に対向して真空外囲器７０の外側を囲むように設けられている。ステータコイル２の形状は環状である。ステータコイル２は、電流供給端子（図示せず）と電気的に接続され、電流供給端子を介して駆動される。
　筐体３は、陰極１０と対向したターゲット層６２付近にＸ線を透過させるＸ線透過窓３ａを有している。筐体３の内部には、Ｘ線管１及びステータコイル２が収容されている他、絶縁油４が充填されている。　
　制御部５は、端子８１、８２、８３を介し、陰極１０に電気的に接続されている。制御部５は、フィラメントコイル１１を駆動したり、制御したりすることができる。
　次に、Ｘ線を放出するための上記Ｘ線管装置の動作について説明する。　
　図１に示すように、Ｘ線管装置の動作時、まず、ステータコイル２は、端子９２、９３を介して駆動され、磁界を発生する。すなわち、ステータコイル２は回転体３０に与える回転トルクを発生させる。このため、回転体は回転し、陽極ターゲット６０も回転することになる。
　次いで、制御部５は、端子８１乃至８３を介してフィラメントコイル１１を駆動させる電流を与える。すると、フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５には相対的に負の高電圧（共通の電圧）が与えられる。上記負の高電圧としては、例えば－数十ｋＶ乃至－１５０ｋＶ程度である。フィラメントコイル１１にはさらに電流が与えられる。電子収束カップ１５には、－５ｋＶ乃至０Ｖのバイアス電圧（フィラメント電圧を基準とした重畳電圧）が印加される。陽極ターゲット６０には端子９１を介して相対的に正の電圧が与えられる。
　フィラメントコイル１１（陰極１０）及び陽極ターゲット６０間に管電圧が加えられるため、フィラメントコイルから放出された電子は、収束及び加速され、ターゲット層６２に衝突される。すなわち、陰極１０からターゲット面６２Ｓ上の焦点にＸ線管電流（以下、管電流と称する）が流れる。
　ターゲット層６２は電子ビームが入射されることによりＸ線を放出し、焦点から放出されたＸ線は、Ｘ線透過窓３ａを介して筐体３の外部に放出される。ここで、焦点は、電子ビームが入射されることにより、フィラメントコイル１１の長軸に対応した長さと、フィラメントコイル１１の短軸に対応した幅とを有している。これにより、Ｘ線撮影を実施することができる。
　次に、本実施形態に係る実施例のＸ線管装置の構成及び動作と、比較例のＸ線管装置の構成及び動作について説明する。実施例及び比較例のＸ線管装置において、電子収束カップ１５の溝部以外は同様に形成されている。
　（実施例）
　図１及び図２に示すように、溝部１６の開口１６ａは、第１方向ｄａに沿った辺及び第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状である。第１方向ｄａは、溝部１６の長さ方向であり、フィラメントコイル１１の長軸に沿った方向である。第２方向ｄｂは、溝部１６の幅方向であり、溝部の深さ方向及び長さ方向に垂直な方向である。溝部１６の深さ方向は、第３方向ｄｃである。溝部１６は、一対の第１底面Ｓ１、一対の第２底面Ｓ２及び第３底面Ｓ３を有している。開口１６ａ、一対の第１底面Ｓ１、一対の第２底面Ｓ２及び第３底面Ｓ３は、平行である。
　第３底面Ｓ３は、第３方向ｄｃにフィラメントコイル１１に対向している。第３底面Ｓ３は、第１方向ｄａに沿った長辺と、第２方向ｄｂに沿った短辺とを持つ矩形状である。第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂにおいて、第３底面Ｓ３はフィラメントコイル１１より大きな寸法に形成されている。
　一対の第１底面Ｓ１の同一平面上にフィラメントコイル１１が位置している。一対の第１底面Ｓ１は、第２方向ｄｂに第３底面Ｓ３を挟んでいる。一対の第１底面Ｓ１は、第３底面Ｓ３より開口１６ａ側に位置している。
　一対の第２底面Ｓ２は、第１方向ｄａに第３底面Ｓ３及び一対の第１底面Ｓ１を挟んでいる。一対の第２底面Ｓ２は、一対の第１底面Ｓ１より開口１６ａ側に位置している。
　一対の第２底面Ｓ２は、第２方向ｄｂに、それぞれフィラメントコイル１１の端部と対向している。
　（比較例）
図１及び図１０に示すように、溝部１６の開口１６ａは、第１方向ｄａに沿った辺及び第２方向ｄｂに沿った辺を持つ矩形状である。溝部１６は、第３底面Ｓ３及び第１底面Ｓ１を有している。
　第３底面Ｓ３は、第３方向ｄｃにフィラメントコイル１１に対向している。第３底面Ｓ３は、第１方向ｄａに沿った長辺と、第２方向ｄｂに沿った短辺とを持つ矩形状である。第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂにおいて、第３底面Ｓ３はフィラメントコイル１１より大きな寸法に形成されている。
　第１底面Ｓ１の同一平面上にフィラメントコイル１１が位置している。第１底面Ｓ１は、枠状に形成され、第３底面Ｓ３を囲んでいる。第１底面Ｓ１は、第３底面Ｓ３より開口１６ａ側に位置している。
　ここで、本願発明者らは、上記実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションと、上記比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションとを行った。この際、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を調整して行った。ターゲット面６２Ｓ上に形成される焦点は、単焦点である。また、シミュレーションは、同一条件の下で行った。
　始めに、実施例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。　
　図１、図２及び図３に示すように、まず、上記実施例に係るＸ線管装置を用い、フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を０Ｖとし、ターゲット面６２Ｓに大焦点Ｆ１を形成した。電子は、フィラメントコイル１１全域からターゲット面６２Ｓに向かって出射された。電子ビームは、電子収束カップ１５の溝部１６によって形成される電界の作用により収束される。形成された大焦点（実効焦点）Ｆ１の長さをＬ、幅をＷとする。
　図１、図２及び図４に示すように、次に、上記実施例に係るＸ線管装置を用い、フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５にフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧をさらに印加し、ターゲット面６２Ｓに小焦点Ｆ２を形成した。電子は、フィラメントコイル１１の中央部からターゲット面６２Ｓに向かって出射された。フィラメントコイル１１の端部は、フィラメントコイル１１の中央部より電界の作用が大きく、フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量は減少した。電子ビームは、電子収束カップ１５の溝部１６によって形成される電界の作用により収束される。
　形成された小焦点（実効焦点）Ｆ２の幅は０．５Ｗであった。また、上記のようにフィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量が減少したため、小焦点（実効焦点）Ｆ２の長さは０．５Ｌであった。なお、小焦点Ｆ２の長さの変化量は、溝部１６の段差形状を変えることにより対応することができる。このため、溝部１６の段差形状は、Ｘ線管１の使用用途に応じて適宜設計すればよい。
　また、図５に示すように、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を連続的に変化させ、焦点寸法を測定した。本実施例では、焦点の長さが、焦点の幅と同程度変化している。電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を変化させることにより、焦点の長さと幅を同時に同程度変化することがわかる。上記のことは、少なくとも小焦点Ｆ２の長さが０．５Ｌ乃至０．８Ｌの範囲内、小焦点Ｆ２の幅が０．５Ｗ乃至０．８Ｗの範囲内の場合において言うことができる。
　次に、比較例に係るＸ線管装置を用いてＸ線を放出するシミュレーションの手法及び結果について説明する。　
　図１、図１０及び図１１に示すように、まず、上記比較例に係るＸ線管装置を用い、フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を０Ｖとし、ターゲット面６２Ｓに大焦点Ｆ１を形成した。比較例の大焦点（実効焦点）Ｆ１は、実施例と同様に形成され、長さがＬ、幅がＷである。
　図１、図１０及び図１２に示すように、次に、上記比較例に係るＸ線管装置を用い、フィラメントコイル１１及び電子収束カップ１５に共通の負の高電圧を印加し、電子収束カップ１５に負のバイアス電圧をさらに印加し、ターゲット面６２Ｓに小焦点Ｆ２を形成した。電子は、フィラメントコイル１１全域からターゲット面６２Ｓに向かって出射された。フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量は減少しなかった。
　形成された小焦点（実効焦点）Ｆ２の幅は０．５Ｗであった。また、上記のようにフィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量が減少しなかったため、小焦点（実効焦点）Ｆ２の長さは０．８５Ｌであった。
　また、図１３に示すように、電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を連続的に変化させ、焦点寸法を測定した。比較例では、バイアス電圧を変化とともに焦点の幅は変化するが、焦点の長さは殆ど変化しない結果となった。
　以上のように構成された一実施形態に係る実施例のＸ線管装置によれば、Ｘ線管１は、電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲット６０と、電子収束カップ１５を有した陰極１０と、陽極ターゲット６０及び陰極１０を収容した真空外囲器７０と、を備えている。電子収束カップ１５は、フィラメントコイル１１が収められる溝部１６を含んでいる。
　溝部１６は、一対の第１底面Ｓ１と、一対の第２底面Ｓ２と、第３底面Ｓ３と、を有している。第３底面Ｓ３が最も深く、第２底面Ｓ２が最も浅い。このため、実施例のＸ線管装置は、以下に挙げるような効果を得ることができる。　
　・電子収束カップ１５にバイアス電圧を印加させないときは、大焦点Ｆ１を形成することができる。管電流を大きくすることができるため、より強いＸ線強度での撮影を行うことができる。
　・電子収束カップ１５に印加するバイアス電圧を調整することで、フィラメントコイル１１の端部からの電子の出射量を減少させて小焦点Ｆ２を形成することができる。焦点の長さと、焦点の幅とを同程度変化させることができる。解像度の高い撮影を行うことができる。このとき、バイアス電圧を調整することのみで、焦点寸法と管電流を同時に調整し、最適な撮影ができる。
　さらに、本実施形態において、溝部１６は第３底面Ｓ３を有している。第３底面Ｓ３にはフィラメントコイル１１の端部の足を通す穴が、電子収束カップ１５を貫通するように開けられている。このため、電子収束カップ１５に溝部１６を形成するための加工（切削加工）をし易いと言う効果を得ることができる。また、フィラメントコイル１１から放射される熱を第３底面Ｓ３にてフィラメントコイル１１側に反射することができるため、フィラメントコイル１１の温度が上がり易い。これにより、フィラメントコイル１１からの電子の出射量を効率よく増大させることができる。
　上記のことから、焦点寸法可変制御と管電流制御とを簡便かつ安定して行うことができるＸ線管１及びＸ線管１を備えるＸ線管装置を得ることができる。
　本発明の一つの実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　例えば、陰極１０は、複数のフィラメントコイルを有していてもよい。電子収束カップ１５は、フィラメントコイルの個数に対応した複数の溝部を有していてもよい。　
　図６に示すように、例えば陰極１０は、電子を放出する第１フィラメントコイルとしてのフィラメントコイル１１と、電子を放出する第２フィラメントコイルとしてのフィラメントコイル１２とを有している。電子収束カップ１５は、フィラメントコイル１１が収められる第１溝部としての溝部１６と、フィラメントコイル１２が収められる第２溝部としての溝部１７とを含んでいる。
　電子収束カップ１５は、フィラメントコイル１１から溝部１６の開口１６ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させ、フィラメントコイル１２から溝部１７の開口１７ａを通って陽極ターゲット６０に向かう電子ビームを収束させる。　
　溝部１６は、一対の第１底面Ｓ１と、一対の第２底面Ｓ２と、第３底面Ｓ３と、を有している。
　溝部１７は、一対の第１底面Ｓ４と、一対の第２底面Ｓ５と、第３底面Ｓ６と、を有している。第３底面Ｓ６は、溝部１７の深さ方向にフィラメントコイル１２に対向している。一対の第１底面Ｓ４の同一平面上にフィラメントコイル１２が位置している。一対の第１底面Ｓ４は、溝部１７の幅方向に第３底面Ｓ６を挟み、第３底面Ｓ６より溝部１７の開口１７ａ側に位置している。一対の第２底面Ｓ５は、溝部１７の長さ方向に第３底面Ｓ６及び一対の第１底面Ｓ４を挟み、一対の第１底面Ｓ４より溝部１７の開口１７ａ側に位置している。
　陰極１０が複数のフィラメントコイルを有している場合、複数のフィラメントコイルは、同一の種類であってもよく、互いに異なる種類であってもよい。種類を異ならせることにより、複数の異なる寸法の焦点を選択することが出来る。同一の種類の場合には、交互に使用してフィラメントの寿命を延ばすことができる。
　電子収束カップ１５が複数の溝部を有している場合、少なくとも１つの溝部が上述した実施例の溝部と同様に形成されていればよく、他の溝部は上述した比較例の溝部と同様に形成されていてもよい。
　溝部１６、１７は、第３底面Ｓ３、Ｓ６無しに形成されていてもよい。　
　例えば、図７に示すように、溝部１６は、第３底面Ｓ３無しに形成されている。溝部１６の底面のうち第３底面Ｓ３が実質的に作用しない場合に、第３底面Ｓ３による熱反射の効果を除き、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、フィラメントコイル１１と、フィラメントコイル１１を保持する図示しない絶縁部材とを用いてフィラメントアセンブリに組み立てた後、電子収束カップ１５にフィラメントアセンブリを取り付けることができる。なお、フィラメントアセンブリを取り付ける際、電子収束カップ１５の裏面側（開口１６ａの反対側）から電子収束カップ１５の内部にフィラメントコイル１１を挿入し、絶縁部材を電子収束カップ１５の裏面側に固定することにより行うことができる。このため、第３底面Ｓ３、Ｓ６無しに溝部１６、１７を形成する場合、上述した実施形態より陰極１０を組み立て易いと言う効果を得ることができる。
　図８に示すように、Ｘ線管１は、フィラメントコイル１１に印加される電圧より負の電圧が印加される一対の電極５０をさらに備えていてもよい。一対の電極５０は、陽極ターゲット６０と陰極１０との間に設けられている。一対の電極５０は、電子ビームの軌道を取囲むように溝部１６の長さ方向（第１方向ｄａ、フィラメントコイル１１の長軸に沿った方向）に対向している。ここでは、一対の電極５０は、絶縁部材５１を介して電子収束カップ１５に固定されている。
　例えば、一対の電極５０には、電子収束カップ１５に印加される電圧と同一の電圧を印加することができる。または、一対の電極５０には、電子収束カップ１５に印加される電圧より負の電圧を印加することができる。この場合、一対の電極５０には、フィラメントコイル１１に印加される電圧が印加され、さらにフィラメント電圧に対して負のバイアス電圧（重畳電圧）が印加される。
　電子ビームは、電子収束カップ１５の溝部１６によって形成される電界の作用と、一対の電極５０によって形成される電界の作用とにより収束される。一対の電極５０電界の作用が加重されることにより、焦点内の電子密度分布の均一化を維持しつつ焦点の長さをより短くすることができる。
　電子放出源としてのフィラメントは、フィラメントコイルに限定されるものではなく、各種のフィラメントを利用することが可能である。　
　例えば、図９に示すように、陰極１０は、フィラメントコイル１１の替わりに平板フィラメント１３を有していてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。平板フィラメント１３は、平面として平坦なフィラメント上面（電子放出面）１３ａ及び裏面を有する平板状のフィラメントである。フィラメント上面１３ａは、開口１６ａ側に露出している。
　フィラメント上面１３ａは、第１方向ｄａ及び第２方向ｄｂに沿った平面である。フィラメント上面１３ａは、一対の第１底面Ｓ１及び一対の第２底面Ｓ２と平行である。平板フィラメント１３は、第３方向ｄｃにおいて、第３底面Ｓ３と、一対の第２底面Ｓ２と、の間の空間に位置している。平板フィラメント１３は、第１方向ｄａに長軸を有し、第１方向ｄａに延出して形成されている。
　平板フィラメント１３が分断されることの無いように、平板フィラメント１３にはスリットＳＬが形成されている。これにより、平板フィラメント１３の温度分布を均一化することができる。
　第１方向ｄａにおける平板フィラメント１３の両端部には、平板状の支持部材１３ｓが接続されている。このため、支持部材１３ｓは平板フィラメント１３を支持し、平板フィラメント１３の位置を固定している。また、支持部材１３ｓは、導電材料で形成され、平板フィラメント１３に電圧や電流を与える導電部材としても機能している。例えば、支持部材１３ｓを平板フィラメント１３と一体で形成することが可能である。
　この発明のＸ線管装置は、上述したＸ線管装置に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種のＸ線管装置に適用可能である。例えば、この発明のＸ線管装置は、固定陽極型のＸ線管装置にも適用可能である。

Claims (11)

  1. 　電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
    　フィラメントと、前記フィラメントが収められる溝部を含み、前記フィラメントから前記溝部の開口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
    　前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
    　前記溝部の長さ方向を前記フィラメントの長軸に沿った方向とし、前記溝部の幅方向を前記溝部の深さ方向及び長さ方向に垂直な方向とすると、
    　前記溝部は、
    　同一平面上に前記フィラメントが位置し、前記幅方向に前記フィラメントを挟んだ一対の第１底面と、
    　前記長さ方向に前記フィラメント及び一対の第１底面を挟み、前記一対の第１底面より前記開口側に位置した一対の第２底面と、を有しているＸ線管。
  2. 　前記一対の第２底面は、前記幅方向に、それぞれ前記フィラメントの端部を挟んでいる請求項１に記載のＸ線管。
  3. 　前記溝部は、
    　前記深さ方向に前記フィラメントに対向し、前記一対の第１底面に対して前記一対の第２底面の反対側に位置し、前記幅方向に前記一対の第１底面で挟まれ、前記長さ方向に前記一対の第２底面で挟まれた第３底面をさらに有している請求項１に記載のＸ線管。
  4. 　前記フィラメントは、前記溝部の深さ方向において、前記第３底面と、前記一対の第２底面と、の間の空間に位置している請求項３に記載のＸ線管。
  5. 　前記電子ビームが入射されることにより、前記フィラメントの長軸に対応した長さと、前記フィラメントの短軸に対応した幅とを有した焦点が前記陽極ターゲットに形成され、
    　前記フィラメント及び収束電極に共通の負の高電圧が印加され、前記収束電極に印加される重畳電圧が０Ｖである場合、前記焦点は、前記長さがＬ、前記幅がＷとなり、
    　前記フィラメント及び収束電極に共通の負の高電圧が印加され、前記収束電極に負の重畳電圧がさらに印加された場合、前記焦点は、前記長さが０．５Ｌ乃至０．８Ｌの範囲内、前記幅が０．５Ｗ乃至０．８Ｗの範囲内となる請求項１に記載のＸ線管。
  6. 　前記重畳電圧は、－５ｋＶ乃至０Ｖの範囲内で調整される請求項５に記載のＸ線管。
  7. 　前記フィラメントは、フィラメントコイルである請求項１に記載のＸ線管。
  8. 　前記フィラメントは、平板フィラメントである請求項１に記載のＸ線管。
  9. 　前記平板フィラメントは、前記開口側に露出した平坦なフィラメント上面を有し、
    　前記フィラメント上面は、前記一対の第１底面及び一対の第２底面と平行である請求項８に記載のＸ線管。
  10. 　前記陽極ターゲットと前記陰極との間に設けられ、前記電子ビームの軌道を取囲むように前記長さ方向に対向し、前記フィラメントに印加される電圧より負の電圧が印加される一対の電極をさらに備えている請求項１に記載のＸ線管。
  11. 　電子ビームが入射されることによりＸ線を放出する陽極ターゲットと、
    　第１フィラメントと、第２フィラメントと、前記第１フィラメントが収められる第１溝部及び前記第２フィラメントが収められる第２溝部を含み、前記第１フィラメントから前記第１溝部の開口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させ、前記第２フィラメントから前記第２溝部の開口を通って前記陽極ターゲットに向かう電子ビームを収束させる収束電極と、を有した陰極と、
    　前記陽極ターゲット及び陰極を収容した真空外囲器と、を備え、
    　前記第１溝部の長さ方向を前記第１フィラメントの長軸に沿った方向とし、前記第１溝部の幅方向を前記第１溝部の深さ方向及び長さ方向に垂直な方向とし、前記第２溝部の長さ方向を前記第２フィラメントの長軸に沿った方向とし、前記第２溝部の幅方向を前記第２溝部の深さ方向及び長さ方向に垂直な方向とすると、
    　前記第１溝部は、
    　同一平面上に前記第１フィラメントが位置し、前記第１溝部の幅方向に前記第１フィラメントを挟んだ一対の第１底面と、
    　前記第１溝部の長さ方向に前記第１フィラメント及び一対の第１底面を挟み、前記一対の第１底面より前記第１溝部の開口側に位置した一対の第２底面と、を有し、
    　前記第２溝部は、
    　同一平面上に前記第２フィラメントが位置し、前記第２溝部の幅方向に前記第２フィラメントを挟んだ一対の第１底面と、
    　前記第２溝部の長さ方向に前記第２フィラメント及び一対の第１底面を挟み、前記一対の第１底面より前記第２溝部の開口側に位置した一対の第２底面と、を有しているＸ線管。
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