JP2011233363A - X-ray tube device and x-ray device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、X線管装置及びX線管装置を備えたX線装置に関する。 The present invention relates to an X-ray tube device and an X-ray device including the X-ray tube device.
X線管装置は、X線管を備えている。X線管は、陽極ターゲットに電子ビームを衝突させてX線を発生する構成になっている。このようなX線管装置は、医療用の診断装置あるいは工業用の非破壊検査装置や材料分析装置など、多くの用途に利用されている。 The X-ray tube apparatus includes an X-ray tube. The X-ray tube is configured to generate an X-ray by colliding an electron beam with an anode target. Such an X-ray tube apparatus is used in many applications such as a medical diagnostic apparatus, an industrial nondestructive inspection apparatus, and a material analysis apparatus.
X線撮影中、X線管は、X線検出器に対して互いに異なった複数の位置にX線焦点を配置することにより、X線撮影画像の解像度特性を向上させる技術が知られている。X線焦点を複数の位置に配置するため、X線焦点を瞬時に移動させることが必要とされ、そのための多くの技術が知られている(例えば、特許文献1乃至4参照)。
During X-ray imaging, a technique is known in which the X-ray tube improves the resolution characteristics of an X-ray image by arranging X-ray focal points at a plurality of different positions with respect to the X-ray detector. In order to arrange the X-ray focal point at a plurality of positions, it is necessary to move the X-ray focal point instantaneously, and many techniques are known for that purpose (see, for example,
上記のX線管装置は、電子ビームを焦点の移動方向に対してほぼ垂直となる方向から陽極ターゲットに入射させている。しかし、この場合、焦点移動に必要な偏向部への供給電圧が一般に大きくなるため、電子ビームをエネルギ効率よく、すなわち低エネルギで偏向する必要がある。そこで、外部磁場により電子ビームをエネルギ効率よく偏向させる方法として、電子ビームを取り囲む真空外囲器の一部にくびれ部を形成し、くびれ部に磁気偏向ヨークを配置する方法が知られている(例えば、特許文献5乃至8参照)。
In the above X-ray tube apparatus, the electron beam is incident on the anode target from a direction substantially perpendicular to the moving direction of the focal point. However, in this case, since the supply voltage to the deflecting unit necessary for moving the focal point is generally large, it is necessary to deflect the electron beam with high energy efficiency, that is, with low energy. Therefore, as a method for efficiently deflecting an electron beam by an external magnetic field, a method is known in which a constriction is formed in a part of a vacuum envelope surrounding the electron beam and a magnetic deflection yoke is disposed in the constriction ( For example, see
真空外囲器においてくびれ部の外径は小さいため、磁極間の距離を短くすることができる。そして、電子ビームの軌道上に作用する磁束密度を高めることができるため、電子ビームの偏向に必要なエネルギを低減できたり、電子ビームの速度が速くても電子ビームを偏向できたりする。 In the vacuum envelope, since the outer diameter of the constricted portion is small, the distance between the magnetic poles can be shortened. Since the magnetic flux density acting on the orbit of the electron beam can be increased, the energy required for deflecting the electron beam can be reduced, or the electron beam can be deflected even when the electron beam speed is high.
ところで、X線放射窓の電位は、陽極ターゲットと同電位か、又は陰極電位及び陽極電位のほぼ中間の電位である。X線放射窓方向に飛び出した反跳電子はX線放射窓を直撃するため、X線放射窓の加熱を低減させることは困難である。上記したことが原因となって、X線出力を増大させることに限界が生じてしまうという問題がある。 By the way, the potential of the X-ray emission window is the same as that of the anode target, or is substantially intermediate between the cathode potential and the anode potential. The recoil electrons that jump out in the direction of the X-ray emission window directly hit the X-ray emission window, so it is difficult to reduce the heating of the X-ray emission window. Due to the above, there is a problem that there is a limit in increasing the X-ray output.
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、エネルギ効率よく電子ビームを偏向でき、ターゲット面上に形成する焦点を移動可能であり、X線出力を増大でき、X線放射窓への反跳電子の直撃を抑制できるX線管装置及びX線管装置を備えたX線装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to be able to deflect an electron beam in an energy efficient manner, move a focal point formed on a target surface, increase an X-ray output, and increase an X-ray emission window. An object of the present invention is to provide an X-ray tube apparatus and an X-ray apparatus including the X-ray tube apparatus that can suppress direct hit of recoil electrons.
上記課題を解決するため、本発明の態様に係るX線管装置は、
電子ビームが入射されることによりX線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、前記ターゲット面の上方で前記ターゲット面に垂直な第1平面に沿った第1方向から前記ターゲット面に電子ビームを入射させ、前記ターゲット面に焦点を形成する陰極と、前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から前記ターゲット面及び第1平面にそれぞれ垂直な第2平面に沿った第2方向に位置したX線放射窓を有した真空外囲器と、を具備したX線管と、
前記陰極から放出される電子ビームを前記第1平面に沿った方向に偏向させ、前記焦点の位置を前記第1平面に沿った前記ターゲット面上で移動させる偏向部と、を備え、
前記第1方向が前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面からなす角度は、8°乃至40°の範囲内の何れかであることを特徴としている。
In order to solve the above problems, an X-ray tube apparatus according to an aspect of the present invention provides:
An anode target having a target surface that emits X-rays upon incidence of an electron beam, and an electron beam from the first direction above the target surface along a first plane perpendicular to the target surface to the target surface. And a cathode forming a focal point on the target surface, the anode target and the cathode are accommodated, the inside is in a vacuum state, and along the second plane perpendicular to the target plane and the first plane from the focal point, respectively. A vacuum envelope having an X-ray radiation window located in the second direction, and an X-ray tube comprising:
A deflecting unit that deflects an electron beam emitted from the cathode in a direction along the first plane, and moves the position of the focal point on the target surface along the first plane;
An angle formed by the first direction from the target surface at a position where the focal point is formed is any one of a range of 8 ° to 40 °.
また、本発明の他の態様に係るX線装置は、
電子ビームが入射されることによりX線を放出するターゲット面を有した陽極ターゲットと、前記ターゲット面の上方で前記ターゲット面に垂直な第1平面に沿った第1方向から前記ターゲット面に電子ビームを入射させ、前記ターゲット面に焦点を形成する陰極と、前記陽極ターゲット及び陰極を収容し、内部が真空状態であり、前記焦点から前記ターゲット面及び第1平面にそれぞれ垂直な第2平面に沿った第2方向に位置したX線放射窓を有した真空外囲器と、を具備したX線管と、前記陰極から放出される電子ビームを前記第1平面に沿った方向に偏向させ、前記焦点の位置を前記第1平面に沿った前記ターゲット面上で移動させる偏向部と、を備えたX線管装置と、
前記偏向部に電圧を供給する偏向電源と、
前記焦点が前記第1平面に沿った前記ターゲット面上を連続的又は間欠的に移動するよう前記偏向電源が前記偏向部に供給する電圧を制御する偏向電源制御部と、を備え、
前記第1方向が前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面からなす角度は、8°乃至40°の範囲内の何れかであることを特徴としている。
An X-ray apparatus according to another aspect of the present invention is
An anode target having a target surface that emits X-rays upon incidence of an electron beam, and an electron beam from the first direction above the target surface along a first plane perpendicular to the target surface to the target surface. And a cathode forming a focal point on the target surface, the anode target and the cathode are accommodated, the inside is in a vacuum state, and along the second plane perpendicular to the target plane and the first plane from the focal point, respectively. A vacuum envelope having an X-ray emission window positioned in the second direction, and deflecting an electron beam emitted from the cathode in a direction along the first plane, An X-ray tube apparatus comprising: a deflecting unit that moves a focal point on the target surface along the first plane;
A deflection power source for supplying a voltage to the deflection unit;
A deflection power source control unit that controls a voltage that the deflection power source supplies to the deflection unit so that the focal point moves continuously or intermittently on the target surface along the first plane;
An angle formed by the first direction from the target surface at a position where the focal point is formed is any one of a range of 8 ° to 40 °.
この発明によれば、エネルギ効率よく電子ビームを偏向でき、ターゲット面上に形成する焦点を移動可能であり、X線出力を増大でき、X線放射窓への反跳電子の直撃を抑制できるX線管装置及びX線管装置を備えたX線装置を提供することができる。 According to the present invention, the electron beam can be deflected with high energy efficiency, the focal point formed on the target surface can be moved, the X-ray output can be increased, and the recoil electron direct hit to the X-ray radiation window can be suppressed. An X-ray apparatus including the X-ray tube apparatus and the X-ray tube apparatus can be provided.
以下、図面を参照しながらこの発明の第1の実施の形態に係るX線装置について詳細に説明する。第1の実施の形態では、X線装置の基本的な概念を説明する。
図1、図2及び図3に示すように、X線装置は、X線管装置10と、偏向電源81と、偏向電源制御部82と、集束電源83と、集束電源制御部84と、を備えている。X線管装置10は、X線管30と、焦点位置検出器60と、偏向部70と、を備えている。
X線管30は、陽極ターゲット35と、陰極36と、集束電極9と、真空外囲器31とを備えている。
Hereinafter, an X-ray apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, a basic concept of an X-ray apparatus will be described.
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the X-ray apparatus includes an
The
陽極ターゲット35は、この陽極ターゲットの外面の一部に設けられたターゲット面35bを有している。ターゲット面35bは、陰極36から放射される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35は、タングステン合金等の金属で形成されている。陽極ターゲット35には、陰極36に対して相対的に正の電圧が印加される。
The
陰極36は、ターゲット面35bの上方でターゲット面35bに垂直な第1平面S1に沿った第1方向d1からターゲット面35bに電子ビームを入射させ、ターゲット面35bに焦点Fを形成する。陰極36には、陽極ターゲット35に対して相対的に負の電圧が印加される。陰極36の電子放出源36aには陰極36に印加される電圧及び電流が供給される。電子放出源36aは、電極や、コイル状のフィラメント等で形成されている。ここでは、電子放出源36aは、コイル状のフィラメントで形成されている。
The
集束電極9は、ターゲット面35b及び陰極36間に位置している。集束電極9は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道を取り囲むように設けられている。集束電極9は、電子ビームを集束するものである。
The focusing
真空外囲器31は、陽極ターゲット35、陰極36及び集束電極9を収容している。真空外囲器31は、真空容器32、X線放射窓33、焦点位置検出用のX線透過窓31a及び金属表面部34を有している。真空外囲器31の内部は真空状態である。真空容器32は、銅、ステンレス、アルミニウム等の金属で形成されている。
The
X線放射窓33は、焦点Fからターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直な第2平面S2に沿った第2方向d2に位置している。X線透過窓31aは、焦点Fから第2方向d2とは異なる第3方向d3に位置している。X線放射窓33及びX線透過窓31aは、それぞれ真空容器32に気密に設けられている。ここでは、X線放射窓33及びX線透過窓31aは、ベリリウムで形成されている。金属表面部34は、真空側のX線放射窓33の表面及びX線透過窓31aの表面を含む真空外囲器31の内側に設けられ、接地電位(0V)に設定される。この実施の形態において、真空容器32、X線放射窓33及びX線透過窓31aは金属で形成されているため、真空外囲器31は、全体が金属で形成されている。
The
ここで、第1方向d1が焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度をαとする。第2方向d2が焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度をβとする。
Here, an angle formed by the first direction d1 from the
角度αは、8°乃至40°の範囲内の何れかである。この実施の形態において、角度αは12°である。角度βの範囲は、特に限定されるものではないが、角度βとしては、5°乃至25°の範囲内の何れかであると好ましい。 The angle α is in the range of 8 ° to 40 °. In this embodiment, the angle α is 12 °. The range of the angle β is not particularly limited, but the angle β is preferably in the range of 5 ° to 25 °.
X線管30には、高電圧電源15が接続されている。高電圧電源15は、陰極36及び陽極ターゲット35間に高電圧を供給するためのものである。この実施の形態において、高電圧電源15は、陰極36にのみ高電圧を供給する。
A high
X線管30の陰極36及び陽極ターゲット35間に、管電圧Vが印加されている。陽極ターゲット35の電位をVA、陰極36の電位をVCとすると、管電圧Vは、VA−VCである。管電圧Vは、20kV乃至100kVである。
A tube voltage V is applied between the
この実施の形態において、高電圧電源15は、陰極36に−Vの電圧を供給している。陽極ターゲット35及び真空外囲器31は接地されている(0V)。
In this embodiment, the high
陰極36の電位は、−Vに限定されるものではなく、−V乃至0Vの範囲内の何れかに設定されていればよい(−V≦VC≦0)。陽極ターゲット35の電位は、接地電位に限定されるものではなく、接地電位以上、+V以下の範囲内の何れかに設定されていればよい(0≦VA≦+V)。
The potential of the
特に、陰極36の電位が−V乃至−V/2の範囲内の何れかに設定され(−V≦VC≦−V/2)、陽極ターゲット35の電位が接地電位以上、+V/2以下の範囲内の何れかに設定されていれている(0≦VA≦+V/2)場合、X線放射窓33及びX線透過窓31aへの反跳電子の直撃を抑制することができる。
In particular, the potential of the
このように構成されたX線管30では、例えば、陰極36に−100kV以上の負の高電圧を印加する。陽極ターゲット35及び真空外囲器31は接地されている。陰極36の電子放出源36aには、±100V以下の低電圧及び電流がさらに与えられる。
In the
これにより、陰極36から陽極ターゲット35のターゲット面35bに電子ビームが放射され、ターゲット面35bに形成される焦点FからX線が放射され、X線は、X線放射窓33を透過して外部へ放射される。
As a result, an electron beam is emitted from the
焦点位置検出器60は、真空外囲器31の外側で、焦点Fから第3方向d3に位置している。焦点位置検出器60は、ターゲット面35bからX線が入射されることにより、ターゲット面35bに形成された焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。
The
焦点位置検出器60は、X線選択透過部61及びX線検出器62を有している。X線選択透過部61は、スリットが形成されたX線遮蔽部材や、複数のX線遮蔽板を間隔を置いて並べ複数のスリットを形成したスリットコリメータで形成されている。なお、X線遮蔽部材としてのスリットが形成されたX線遮蔽板は、例えば米国特許第6252935号明細書に開示されている。スリットコリメータは、例えば特開2009−240577号公報に開示されている。X線検出器62は、X線選択透過部61のスリットを透過したX線が入射される位置を検出することにより焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。
The
偏向部70は、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させるものである。この実施の形態において、偏向部70は、磁気偏向部であり、真空容器32の外側で、電子ビームの軌道を取り囲む位置に設けられている。
The deflecting
偏向電源81は偏向部70に電圧を供給するものである。偏向電源制御部82は、焦点Fが第1平面S1に沿ったターゲット面35b上を連続的又は間欠的に移動するよう偏向電源81が偏向部70に供給する電圧を制御するものである。
The
集束電源83は集束電極9に電圧を供給するものである。集束電源制御部84には、焦点位置検出器60から焦点Fの位置情報が入力される。集束電源制御部84は、焦点Fの位置情報に基づいて集束電源83が集束電極9に供給する電圧を制御するものである。これにより、焦点Fの位置によって焦点Fの寸法が変わったり、焦点にぼけや歪みが生じたりしないため、強度の均一なX線を放出することができ、より良いX線撮影画像の取得に寄与することができる。
The focusing
図4は、上記実施の形態において、陽極ターゲット35に電子ビームが入射され、陽極ターゲット35からX線が放出される様子を示す図であり、第1平面S1及び第2平面S2を一平面に展開して示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which an electron beam is incident on the
図5は、この実施の形態の比較例のX線装置の陽極ターゲットを示す断面図であり、図4の比較例を示す図である。図5は、ターゲット面35bに垂直に電子ビームが入射され、陽極ターゲット35からX線が放出される様子を示す図であり、第2平面S2を示す図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an anode target of an X-ray apparatus of a comparative example of this embodiment, and is a view showing a comparative example of FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which an electron beam is incident perpendicularly to the
図4に示すように、角度αは、8°乃至40°の範囲内の何れかである。陽極ターゲット35への電子ビームの浸入深さをdとする。なお、深さdは、特定の長さである。すると、陽極ターゲット35内をX線が透過する最大距離は、d×sin α/sin βとなる。d×sin α/sin βの値が小さいほど、すなわち、角度αが0°に近いほど、陽極ターゲット35による陽極ターゲット35内部で発生したX線の吸収を抑制することができる。このことが陽極ターゲット35から放出されるX線量が増大する理由の一つである。また、陽極ターゲット35内部で発生する反跳電子は従来よりも陽極ターゲット35の表面側を通過する成分が増える。陽極ターゲット35内部でのX線の発生は、最初の電子ビームが陽極ターゲット35でエネルギを失う過程で生じるだけでなく、電子ビームの一部がエネルギをほとんど失わずに弾性散乱してできる反跳電子がエネルギを失う過程でも発生する。この反跳電子に起因して陽極ターゲット35内部で発生するX線は、従来よりも陽極ターゲット35の表面側で発生するため、陽極ターゲット35から放出され易くなる。このことはX線量が従来よりも増大するもう一つの要因となっていると考えられる。
As shown in FIG. 4, the angle α is in the range of 8 ° to 40 °. Let the penetration depth of the electron beam into the
図4の例のように、角度αが8°乃至40°の範囲内の何れかの場合、d×sin α/sin βの値を小さくできるため、陽極ターゲット35から放出されるX線量を増大させることができる。
As in the example of FIG. 4, when the angle α is in the range of 8 ° to 40 °, the value of d × sin α / sin β can be reduced, so that the X-ray dose emitted from the
一方、d×sin α/sin βの値が大きいほど、すなわち、角度αが90°に近いほど、陽極ターゲット35によるX線の吸収量が大きくなり、陽極ターゲット35から放出されるX線量が減少することになる。また、陽極ターゲット35内部で発生する反跳電子は図4の場合よりも陽極ターゲット35の深い部分を通過する成分が増えるため、反跳電子に起因して陽極ターゲット35内部で発生するX線は図4の場合よりも陽極ターゲット35に吸収されて、外部に放出され難くなる。このことはX線量が減少するもう一つの要因となっていると考えられる。
On the other hand, the larger the value of d × sin α / sin β, that is, the closer the angle α is to 90 °, the greater the amount of X-ray absorption by the
図5に示すように、このため、ターゲット面35bに垂直な方向から電子ビームが入射される場合、陽極ターゲット35内をX線が透過する距離は、d×sin 90°/sin β=d/sin βとなる。この場合、d×sin α/sin βの値を小さくできないため、陽極ターゲット35から放出されるX線量が減少する。
As shown in FIG. 5, for this reason, when an electron beam is incident from a direction perpendicular to the
次に、電子ビームをエネルギ効率よく偏向できるX線装置の例として実施例1乃至6のX線装置について説明する。上記実施例1乃至6のX線装置のエネルギ効率を評価するため、上記比較例のX線装置と併せて説明する。 Next, the X-ray apparatus according to the first to sixth embodiments will be described as an example of an X-ray apparatus capable of deflecting an electron beam with high energy efficiency. In order to evaluate the energy efficiency of the X-ray apparatuses of Examples 1 to 6, the X-ray apparatus of the comparative example will be described.
まず、比較例のX線装置について説明する。
図3及び図6乃至図11に示すように、角度αが90°の場合(α=90°)、焦点Fの位置を移動させるため、電子ビームの偏向角θを比較的大きくする必要がある。このため、偏向電源81は偏向部70に比較的高い電圧を供給する必要がある。上記のことから、電子ビームをエネルギ効率よく偏向できるX線装置を実現することができなかった。
First, an X-ray apparatus of a comparative example will be described.
As shown in FIGS. 3 and 6 to 11, when the angle α is 90 ° (α = 90 °), the deflection angle θ of the electron beam needs to be relatively large in order to move the position of the focal point F. . For this reason, the
次に、実施例1乃至6のX線装置について説明する。
図3及び図6乃至図11に示すように、角度αが40°、35°、30°、25°、20°及び15°の場合、角度αが90°の場合(比較例)に比べ、焦点Fを同じ距離だけ移動させるための電子ビームの偏向角θを小さくできることが分かる。
Next, the X-ray apparatus of Examples 1 to 6 will be described.
As shown in FIGS. 3 and 6 to 11, when the angle α is 40 °, 35 °, 30 °, 25 °, 20 °, and 15 °, compared to the case where the angle α is 90 ° (comparative example), It can be seen that the deflection angle θ of the electron beam for moving the focal point F by the same distance can be reduced.
このため、実施例1乃至6の場合、比較例に比べ、偏向電源81が偏向部70に供給する電圧を低くできることが分かる。上記のことから、実施例1乃至6のX線装置は、電子ビームをエネルギ効率よく偏向することができる。なお、X線装置の角度αが8°乃至40°の範囲内の何れかであれば、上記の効果を得ることができる。
For this reason, in Examples 1 to 6, it can be seen that the voltage supplied to the deflecting
次に、この実施の形態のX線装置に焦点位置検出器60及び集束電源制御部84を設けた効果について説明する。
図2、図3及び図12に示すように、上記比較例(α=90°)のX線装置は、焦点Fの位置を移動させても、電子放出源36a及び焦点F間の距離に比較的変化が無いことが分かる。これに対し、この実施の形態のX線装置として、例えば実施例5(α=20°)のX線装置では、焦点Fの位置を移動させると、電子放出源36a及び焦点F間の距離の変化が比較例より大きくなることが分かる。
Next, the effect of providing the
As shown in FIGS. 2, 3 and 12, the X-ray apparatus of the comparative example (α = 90 °) is compared with the distance between the
このため、実施例5のX線装置等、この実施の形態(8°≦α≦40°)のX線装置では、焦点Fの位置を移動させると、焦点Fの寸法が変わったり、焦点Fにぼけや歪みが生じたりする傾向にあることが分かる。 For this reason, in the X-ray apparatus of this embodiment (8 ° ≦ α ≦ 40 °) such as the X-ray device of Example 5, when the position of the focal point F is moved, the size of the focal point F changes or the focal point F changes. It can be seen that blurring and distortion tend to occur.
そこで、この実施の形態において、X線装置に焦点位置検出器60及び集束電源制御部84を設けている。焦点位置検出器60は焦点Fの位置情報を出力することができ、集束電源制御部84は焦点位置検出器60から入力される焦点Fの位置情報に基づいて集束電源83が集束電極9に供給する電圧を制御することができるため、焦点Fの位置の変化に基づく、焦点Fの寸法の変化、並びに焦点Fに生じるぼけ及び歪みの発生を低減することができる。
Therefore, in this embodiment, the X-ray apparatus is provided with the
上記のように構成された第1の実施の形態に係るX線装置によれば、X線管30は、陽極ターゲット35と、陰極36と、真空外囲器31とを備えている。陰極36は負の高電位に設定され、陽極ターゲット35は、X線放射窓33を含む真空外囲器31とともに接地されている。
According to the X-ray apparatus according to the first embodiment configured as described above, the
第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。X線放射窓33は、第1平面S1上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Fから第1平面S1に沿って入射電子があたかも陽極ターゲット35bで鏡面反射する方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、X線放射窓33は第1平面S1上に位置していないため、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33の加熱を抑制することができる。そして、X線放射窓33の破損を防止することができる。なお、焦点Fから飛び出す反跳電子の殆どは、X線放射窓33から外れた真空容器32の内面に衝撃を与えることとなる。
The second plane S2 is perpendicular to the
角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである。ターゲット面35bに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Fを形成させているため、X線放射窓33から放出されるX線出力を増大させることができる。
The angle α is in the range of 8 ° to 40 °. Since the focal point F is formed by making the electron beam incident on the
また、ターゲット面35bの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、X線透過窓31aへの反跳電子の衝突や、焦点F近傍を含むターゲット面35bへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、X線透過窓31aの加熱や、ターゲット面35b(焦点F)の温度上昇や、ターゲット面35bに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やX線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点F以外からのX線の放射を抑制できるため、X線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。
Further, since scattering of recoil electrons above the
上記したことから、X線放射窓33及びX線透過窓31aへの反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33及びX線透過窓31aの過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大させることができるX線装置を得ることができる。
From the above, it is possible to suppress recoil electrons from directly hitting the
偏向電源制御部82は、焦点Fが連続的又は間欠的に移動するよう偏向電源81が偏向部70に供給する電圧を制御することができる。偏向部70は、制御された電圧が供給されることにより、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させることができる。言い換えると、偏向部70は、電子ビームをターゲット面35b上を連続的又は間欠的に走査させることができる。
The deflection power
また、この実施の形態のX線装置をCT装置に搭載した場合、焦点位置を切り替えながらスキャンを行うことができるため、フライングフォーカス(焦点位置シフト)方式のCT装置に応用することができる。 In addition, when the X-ray apparatus of this embodiment is mounted on a CT apparatus, scanning can be performed while switching the focal position, so that it can be applied to a flying focus (focal position shift) type CT apparatus.
さらに、この実施の形態のX線装置が固定陽極型のX線装置の場合、回転陽極型のX線装置に比べて重量やサイズを軽減することができる。固定陽極型のX線装置をCT装置に搭載した場合、CTの架台をより高速に回転させることが可能となり、より撮影時間を短縮することが可能となる。また、1つの断層像の撮影に必要な時間を短縮できるため、被写体が非静止物状態にあっても、運動ぼけすなわちモーションアーチファクトの少ないX線撮影画像を得ることができる。 Furthermore, when the X-ray apparatus of this embodiment is a fixed anode type X-ray apparatus, the weight and size can be reduced as compared with the rotary anode type X-ray apparatus. When a fixed anode type X-ray apparatus is mounted on a CT apparatus, the CT gantry can be rotated at a higher speed, and the imaging time can be further shortened. In addition, since the time required for capturing one tomographic image can be shortened, an X-ray image having less motion blur, that is, motion artifact can be obtained even when the subject is in a non-stationary object state.
さらにまた、電子ビームは、偏向部70によってターゲット面35bを十分速い速度で走査されるため、焦点F温度の上昇を軽減することができる。そのため、電子ビームを走査しない場合にはターゲット溶けてしまい実用できない固定陽極型のX線装置の場合でも、使用を可能とすることができる。
Furthermore, since the electron beam is scanned on the
また、上記実施の形態のように角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方が、角度αが90°である場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方に比べ、偏向角θを小さくすることができ、電子ビームを偏向するためのエネルギを低減することができる。 Further, when the angle α is in the range of 8 ° to 40 ° as in the above embodiment, the position of the focus F is moved Δx when the angle α is 90 °. Compared with the method of moving the position by Δx, the deflection angle θ can be reduced, and the energy for deflecting the electron beam can be reduced.
電子ビームの軌道及び偏向部70間に位置した真空外囲器31は、電子ビームの軌道を確保することのできるサイズの筒状に形成され、くびれ部を有していない。
The
真空外囲器31はくびれ部を有していないため、陰極36を陽極ターゲット35からより離して配置したり、電位分布が変化し電子ビームが集束しにくくなってしまったりすることはない。焦点Fの寸法の変化、並びに焦点Fに生じるぼけ及び歪みの発生を低減することができるため、より良いX線撮影画像の取得に寄与することができる。
Since the
上記したことから、エネルギ効率よく電子ビームを偏向でき、ターゲット面35b上に形成する焦点Fを移動可能であり、X線出力を増大でき、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制できるX線管装置10及びX線管装置10を備えたX線装置を得ることができる。
As described above, the electron beam can be deflected in an energy efficient manner, the focal point F formed on the
次に、電子放出源36aが、長軸を有した矩形状の平板カソード、又はコイル状のフィラメントで形成されている場合について説明する。ここでは、電子放出源36aがコイル状のフィラメントで形成されている場合を例に説明する。
Next, the case where the
図1及び図13に示すように、陰極36は、陰極36(電子放出源36a)から焦点Fに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。この断面は、長軸を有している。焦点Fは、矩形状、詳しくは長方形に形成されている。焦点Fは、第2平面S2に沿った長軸及び第1平面S1に沿った短軸を有している。このため、
第2平面S2に沿った第2方向d2から見たときの焦点Fの形状はより小さく、より正方形に近い形状となる。すなわち、見かけ上の焦点形状(実効焦点)が小さいまま、より高いX線強度を得ることができる。
As shown in FIGS. 1 and 13, the
The shape of the focal point F when viewed from the second direction d2 along the second plane S2 is smaller and becomes a shape closer to a square. That is, a higher X-ray intensity can be obtained while the apparent focal shape (effective focal point) is small.
次に、この発明の第2の実施の形態に係るX線装置について説明する。この実施の形態において、X線管は回転陽極型のX線管であり、以下、回転陽極型のX線管を備えた回転陽極型のX線装置について説明する。この実施の形態において、上記第1の実施の形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Next explained is an X-ray apparatus according to the second embodiment of the invention. In this embodiment, the X-ray tube is a rotary anode type X-ray tube. Hereinafter, a rotary anode type X-ray apparatus including a rotary anode type X-ray tube will be described. In this embodiment, the same reference numerals are given to the same functional portions as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図14乃至図16に示すように、X線装置は、X線管装置10を備えている。図示しないが、X線装置は、上述した偏向電源81、偏向電源制御部82、集束電源83及び集束電源制御部84も備えている。X線管装置10は、矩形箱状のハウジング20と、ハウジング20内に収納されたX線管30と、ハウジング20の内部に充填され、X線管30及びハウジング20間を満たす冷却液7と、回転駆動装置としてのステータコイル910と、焦点位置検出器60と、偏向部70と、を備えている。
As shown in FIGS. 14 to 16, the X-ray apparatus includes an
ハウジング20は、分断された2つの分割部20a、20cを有している。分割部20aは、開口端の外縁側に枠部20bを有している。分割部20cは、開口端の外縁側に枠部20dを有している。枠部20dは、枠部20bに対向した側に形成された枠状の溝部が形成されている。
The
分割部20a、20cは、枠部20b、20dが対向するよう接触され、図示しない締め具により締め付けられている。枠部20b及び枠部20d間の隙間は、上記溝部に設けられた枠状のOリングにより液密にシールされている。上記Oリングは、ハウジング20外部への冷却液7の漏れを防止する機能を有している。
ハウジング20には、ゴムベローズ21が設けられ、冷却液7の圧力調整が行われている。ハウジング20は、X線をハウジング20外部に放射する放射窓24を有している。
The
The
X線管30は、真空外囲器31を備えている。真空外囲器31は、金属で形成された真空容器32と、絶縁部材40と、絶縁部材50とを備えている。この実施の形態において、絶縁部材50は、高電圧絶縁部材で形成されている。絶縁部材40には陽極ターゲット35が間接的に取り付けられ、絶縁部材50には陰極36が間接的に取り付けられている。陰極36は、陽極ターゲット35に電子ビームを放射するものである。陽極ターゲット35及び陰極36は、真空外囲器31に収納されている。
The
真空外囲器31の内部は真空状態である。X線放射窓33は、真空容器32に気密に設けられている。ここでは、X線放射窓33は、ベリリウムで形成されている。金属表面部34は、真空側のX線放射窓33の表面側を含む真空容器32の内側に設けられ、接地電位に設定される。陰極36、集束電極9及び加速電極8と対向した個所の真空容器32は筒状に形成されている。
The inside of the
陽極ターゲット35は、円盤状に形成されている。陽極ターゲット35は、この陽極ターゲットの外面の一部に設けられたターゲット層35aを有している。ターゲット層35aは、陰極36から放射される電子ビームが衝突されることによりX線を放出する。ターゲット層35aは、モリブデン、モリブデン合金、タングステン合金等の金属で形成されている。陽極ターゲット35は、回転軸A(管軸)を中心に回転可能である。この実施の形態において、陽極ターゲット35は接地電位に設定される。
The
陰極36には陰極支持部材37が接続されている。電圧供給端子54は、陰極支持部材37の内部を通って陰極36に接続されている。電圧供給端子54は、陰極36に負の高電圧を印加するともに陰極36の電子放出源36aに電圧及び電流を供給するものである。
A
真空容器32の内側で、焦点F及び陰極36間には、集束電極9が位置している。集束電極9は、電子ビームを集束するものである。集束電極9は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道を取り囲むように設けられている。集束電極9は、例えば、陰極支持部材37に取り付けられている。集束電極9には、調整された負の高電圧が供給される。
The focusing
真空容器32の内側で、焦点F及び集束電極9間には、加速電極8が位置している。加速電極8は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道を取り囲み、電子ビームを加速させてターゲット面35bに入射させるものである。加速電極8は真空容器32に取り付けられ、加速電極8の電位は真空容器32及び陽極ターゲット35と同電位(接地電位)に固定されている。
The
X線管30は、ロータ920、軸受け930、固定体1及び回転体2を備えている。固定体1は円柱状に形成され、絶縁部材40に固定されている。固定体1は回転体2を回転可能に支持する。回転体2は筒状に形成され、固定体1と同軸的に設けられている。回転体2の外面にロータ920が取り付けられている。回転体2及び陽極ターゲット35は、継手部35cを介して接合されている。回転体2は、陽極ターゲット35とともに回転可能に設けられている。
The
絶縁部材40は、真空外囲器31の一部を形成している。絶縁部材40は、筒部46と、筒部46の一端側を閉塞した底部47とで形成されている。筒部46の他端は、真空容器32に気密に接合されている。
The insulating
支持部材26は、円環状に形成され、真空容器32に気密に接続されている。支持部材26は絶縁部材50に接着されている。支持部材26は、分割部20a(ハウジング20)に対向している。支持部材26は、分割部20aと対向した側に形成された円環状の溝部を有している。支持部材26及び分割部20a間の隙間は、上記溝部に設けられた円環状のOリングによりシールされている。上記Oリングは、支持部材26及び分割部20a間の隙間から外部への冷却液7の漏れを防止する機能を有している。
The
絶縁部材50は、支持部材26に気密に取り付けられ、真空外囲器31の一部を形成している。絶縁部材50は、ハウジング20の外部に露出した外部端面50Sを有している。この実施の形態において、外部端面50Sは平面である。
The insulating
絶縁部材50の内部には、陰極36に接続され、外部端面50S側へ導出する電圧供給端子54が設けられている。この実施の形態において、電圧供給端子54は高電圧供給端子である。電圧供給端子54は、外部端面50Sを貫通して設けられ、陰極36に高電圧を供給するものである。
Inside the insulating
ケーブル102は、ハウジング20の開口部に設けられた絶縁部材20eにより固定されている。ケーブル102は、固定体1に電気的に接続されている。ケーブル102は、固定体1等を介して陽極ターゲット35を接地電位に設定する他、真空容器32(真空外囲器31)等を接地電位に設定するものである。
The
高電圧コネクタ200は、有底筒状のハウジング201と、ハウジング201内にその先端が挿入されたケーブル202と、ハウジング201内に充填され、ケーブル202の端子をハウジング201の開口部側に向けて固定するエポキシ樹脂材製の固定部203と、この固定部203と絶縁部材50の外部端面50Sとの間に挿入されたシリコーン樹脂材製のシリコーンプレート204とを備えている。この実施の形態において、ケーブル202は高電圧ケーブルである。固定部203は、電気絶縁材である。
The high-
この実施の形態において、高電圧コネクタ200の電気絶縁材としての固定部203は、絶縁部材50の外部端面50Sに間接的に密着されている。なお、固定部203は、外部端面50Sに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ200は、電圧供給端子54に高電圧を与えるものである。
In this embodiment, the fixing
このように構成されたX線管装置10では、次のように用いられる。高電圧コネクタ200をハウジング20に取り付ける際に、シリコーンプレート204が、それぞれ固定部203と、絶縁部材50の外部端面50Sとに密着するように押圧する。
The
X線遮蔽部としてのX線遮蔽キャップ400は、高電圧コネクタ200を覆うようにハウジング20に着脱可能に取り付けられている。X線遮蔽キャップ400は、X線不透過材を含む材料で形成されている。
An
冷却液7は、ハウジング20内に充填され、X線管30及びハウジング20間を満たしている。冷却液7としては、絶縁油又は水系冷却液を用いることができる。この実施の形態において、冷却液7として水系冷却液を用いている。
The
焦点位置検出器60は、ハウジング20の外側で、焦点Fから第3方向d3に位置している。ここでは、焦点位置検出器60は、ハウジング20の外面に取り付けられている。焦点位置検出器60は、ターゲット面35bからX線が入射されることにより、ターゲット面35bに形成された焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。
The
焦点位置検出器60は、X線選択透過部61及びX線検出器62を有している。X線選択透過部61は、スリットが形成されたX線遮蔽部材で形成されている。X線検出器62は、X線選択透過部61のスリットを透過したX線が入射される位置を検出することにより焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。
The
偏向部70はハウジング20内に収容されている。偏向部70は、磁気偏向部であり、真空容器32の外側で、電子ビームの軌道を取り囲む位置に設けられている。ここでは、偏向部70は集束電極9に対向配置されている。なお、偏向部70に対向した個所の真空容器32(真空外囲器31)にくびれ部が形成されていないことは言うまでも無い。
The
偏向部70は、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させるものである。
The deflecting
ハウジング20の外部には、図示しない冷却機構が設けられている。冷却機構は、ハウジング20の導入口20i及び排出口20oに連結されている。冷却機構は、冷却液7の流れをハウジング20内に作り出す冷却液循環ポンプと、冷却液7の熱を外部に放出する熱交換器と、を有している。このため、冷却液7は、導入口20iからハウジング20内に導入され、排出口20oからハウジング20外に排出される。
A cooling mechanism (not shown) is provided outside the
このように構成されたX線管装置10では、ステータコイル910に所定の電流を印加することでロータ920が回転し、陽極ターゲット35が回転する。次に、高電圧コネクタ200に所定の高電圧を印加する。
In the
ケーブル102を介し、固定体1、軸受け930、回転体2、継手部35c、及び陽極ターゲット35は接地電位に設定される。高電圧コネクタ200に印加された高電圧は、電圧供給端子54を介して陰極36に与えられる。X線放射窓33を含む真空外囲器31は、接地されている。陰極36の電位は、−Vに設定される。陽極ターゲット35の電位は、接地電位に設定される。
The fixed
これにより、陰極36から陽極ターゲット35のターゲット面35bに電子ビームが放射され、ターゲット面35bに形成された焦点FからX線が放射され、X線は、X線放射窓33及び放射窓24を透過して外部へ放射される。X線管装置10は偏向部70を有しているため、ターゲット面35b上を移動した焦点FからX線を放射することができる。
As a result, an electron beam is emitted from the
次に、図3を参照しながら図14乃至図16に示すX線管装置10について説明する。
陰極36は、ターゲット面35bに第1方向d1から電子ビームを入射させ、ターゲット面35bに焦点Fを形成する。陰極36は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。焦点Fは、第2平面S2に沿った方向に平行な長軸を有し、矩形状に形成されている。
Next, the
The
陽極ターゲット35及び回転体2の回転軸Aは、焦点Fに対してX線放射窓33の反対側に位置している。焦点Fの長軸は、第2平面S2に平行である。言い方を換えると、焦点Fの長軸は、回転軸Aを中心とする陽極ターゲット35の回転方向に対して概ね直交している。
The
X線放射窓33は、焦点Fから第2方向d2に沿って位置している。第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。第1方向d1が、焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度αは、8°乃至40°の範囲内の何れかである。第2方向d2が、焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度βは、5°乃至25°の範囲内の何れかである。
The
上記のように構成された第2の実施の形態に係るX線装置によれば、X線管30は、陽極ターゲット35と、陰極36と、真空外囲器31とを備えている。陰極36は負の高電位に設定され、陽極ターゲット35及びX線放射窓33を含む真空外囲器31は接地されている。
According to the X-ray apparatus according to the second embodiment configured as described above, the
第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。X線放射窓33は、第1平面S1上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Fから第1平面S1に沿って入射電子があたかも陽極ターゲット35bで鏡面反射する方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、X線放射窓33は第1平面S1上に位置していないため、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33の加熱を抑制することができる。そして、X線放射窓33の破損を防止することができる。なお、焦点Fから飛び出す反跳電子の殆どは、X線放射窓33から外れた真空容器32の内面に衝撃を与えることとなる。
The second plane S2 is perpendicular to the
角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである。ターゲット面35bに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Fを形成させているため、X線放射窓33から放出されるX線出力を増大させることができる。
The angle α is in the range of 8 ° to 40 °. Since the focal point F is formed by making the electron beam incident on the
また、ターゲット面35bの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、X線透過窓31aへの反跳電子の衝突や、焦点F近傍を含むターゲット面35bへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、X線透過窓31aの加熱や、ターゲット面35b(焦点F)の温度上昇や、ターゲット面35bに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やX線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点F以外からのX線の放射を抑制できるため、X線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。
Further, since scattering of recoil electrons above the
上記したことから、X線放射窓33及びX線透過窓31aへの反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33及びX線透過窓31aの過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大させることができるX線装置を得ることができる。
From the above, it is possible to suppress recoil electrons from directly hitting the
偏向電源制御部82は、焦点Fが連続的又は間欠的に移動するよう偏向電源81が偏向部70に供給する電圧を制御することができる。偏向部70は、制御された電圧が供給されることにより、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させることができる。言い換えると、偏向部70は、電子ビームをターゲット面35b上を連続的又は間欠的に走査させることができる。
The deflection power
また、上記実施の形態のように角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方が、角度αが90°である場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方に比べ、偏向角θを小さくすることができ、電子ビームを偏向するためのエネルギを低減することができる。 Further, when the angle α is in the range of 8 ° to 40 ° as in the above embodiment, the position of the focus F is moved Δx when the angle α is 90 °. Compared with the method of moving the position by Δx, the deflection angle θ can be reduced, and the energy for deflecting the electron beam can be reduced.
電子ビームの軌道及び偏向部70間に位置した真空外囲器31は、電子ビームの軌道を確保することのできるサイズの筒状に形成され、くびれ部を有していない。
The
真空外囲器31はくびれ部を有していないため、陰極36を陽極ターゲット35からより離して配置したり、電位分布が変化し電子ビームが集束しにくくなってしまったりすることはない。焦点Fの寸法の変化、並びに焦点Fに生じるぼけ及び歪みの発生を低減することができるため、より良いX線撮影画像の取得に寄与することができる。
Since the
冷却液7として、熱伝達率が最も高い、水を主成分とする水系冷却液を用いることができる。このため、冷却液7は、真空容器32や 絶縁部材40、絶縁部材50、支持部材26に伝わる熱を最も有効に奪うことができる。また、水系冷却液は、絶縁油に比べて、比熱が大きい(絶縁油の約2倍)ため、X線管30の放熱による冷却液の温度上昇が低く抑えられる。
As the
絶縁部材40は冷却液7に接するため、陽極ターゲット35からの熱を効果的に冷却液7に放散することができる。支持部材26は冷却液7に接するため、陰極36から絶縁部材50に伝わった熱を効果的に冷却液7に放散でき、絶縁部材50に接続された高電圧コネクタ200の温度を低くでき、長期にわたって高電圧コネクタ200の絶縁性を確保することができる。真空容器32はその内面が焦点Fから飛び出す反跳電子の殆どが衝撃したり、高温となった陽極ターゲット35からの熱輻射を受けて加熱されたりするが、真空容器32の外面は冷却液7に接するため、これらの熱を効果的に冷却液7に放散することができる。
Since the insulating
上記したことから、エネルギ効率よく電子ビームを偏向でき、ターゲット面35b上に形成する焦点Fを移動可能であり、X線放射窓33の過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大でき、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制できるX線管装置10及びX線管装置10を備えたX線装置を得ることができる。また、熱の放出特性を向上させることができ、しかも、長期にわたって信頼性の高いX線管装置10及びX線管装置10を備えたX線装置を得ることができる。
As described above, the electron beam can be deflected in an energy efficient manner, the focal point F formed on the
次に、この発明の第3の実施の形態に係るX線装置について説明する。この実施の形態において、X線管は回転陽極型のX線管であり、以下、回転陽極型のX線管を備えた回転陽極型のX線装置について説明する。この実施の形態において、上記第1及び第2の実施の形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Next explained is an X-ray apparatus according to the third embodiment of the invention. In this embodiment, the X-ray tube is a rotary anode type X-ray tube. Hereinafter, a rotary anode type X-ray apparatus including a rotary anode type X-ray tube will be described. In this embodiment, the same reference numerals are given to the same functional parts as those in the first and second embodiments, and the detailed description thereof is omitted.
図17乃至図19に示すように、X線装置は、X線管装置10を備えている。図示しないが、X線装置は、上述した偏向電源81、偏向電源制御部82、集束電源83及び集束電源制御部84も備えている。X線管装置10は、ハウジング20と、ハウジング20内に収納されたX線管30と、ハウジング20の内部に充填されX線管30及びハウジング20間を満たす冷却液7と、回転駆動装置としてのステータコイル910と、焦点位置検出器60と、偏向部70と、を備えている。
As shown in FIGS. 17 to 19, the X-ray apparatus includes an
ハウジング20は、ハウジング本体20fと、円環部20gと、を有している。ハウジング本体20fは、筒部及び上記筒部の一端に設けられた円環部が一体となって形成されている。ハウジング本体20fの筒部の一部には、X線を外部に放射するための放射窓24が形成されている。円環部20gは、筒部(ハウジング本体20f)の他端に取付けられている。ここでは、円環部20gは、締め具として例えばネジを用い、筒部(ハウジング本体20f)に取り外し可能にネジ留め(図示せず)されている。円環部20gの一部には、焦点位置検出用のX線透過窓20hが形成されている。ハウジング20には、ゴムベローズ21が設けられ、冷却液7の圧力調整が行われている。
The
X線管30は、真空外囲器31を備えている。真空外囲器31は、真空容器32と、絶縁部材40、50とを備えている。この実施の形態において、絶縁部材40、50は、高電圧絶縁部材で形成されている。絶縁部材40には陽極ターゲット35が間接的に取り付けられ、絶縁部材50には陰極36が間接的に取り付けられている。陰極36は、陽極ターゲット35に電子ビームを放射するものである。陽極ターゲット35及び陰極36は、真空外囲器31に収納されている。
The
真空外囲器31の内部は真空状態である。X線放射窓33は、真空容器32に気密に設けられている。金属表面部34は、真空側のX線放射窓33の表面側を含む真空容器32の内側に設けられ、接地電位に設定される。陰極36、集束電極9及び加速電極8と対向した個所の真空容器32は概ね筒状に形成されている。
The inside of the
陽極ターゲット35は、円環状に形成されている。陽極ターゲット35は、ターゲット層35aを有している。陽極ターゲット35は、回転軸A(管軸)を中心に回転可能である。この実施の形態において、陽極ターゲット35には正の高電圧が印加される。
The
陰極36には陰極支持部材37が接続されている。電圧供給端子54は、陰極支持部材37の内部を通って陰極36に接続されている。電圧供給端子54は、陰極36に負の高電圧を印加するともに陰極36の電子放出源36aに電圧及び電流を供給するものである。
A
真空容器32の内側で、焦点F及び陰極36間には、集束電極9が位置している。集束電極9は、電子ビームを集束するものである。集束電極9は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道を取り囲むように設けられている。集束電極9は、例えば、陰極支持部材37に取り付けられている。集束電極9には、調整された負の高電圧が供給される。
The focusing
真空容器32の内側で、焦点F及び集束電極9間には、加速電極8が位置している。加速電極8は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道を取り囲み、電子ビームを加速させてターゲット面35bに入射させるものである。加速電極8は固定体1に取り付けられ、加速電極8の電位は陽極ターゲット35と同電位に固定されている。
The
X線管30は、ロータ920、軸受け930、固定体1及び回転体2を備えている。固定体1は、円柱状に形成され、絶縁部材40に固定されている。固定体1は回転体2を回転可能に支持する。固定体1は、陽極ターゲット35を貫通して形成されている。回転体2は筒状に形成され、固定体1と同軸的に設けられている。回転体2の外面にロータ920が取り付けられている。回転体2及び陽極ターゲット35は、継手部35cを介して接合されている。回転体2は、陽極ターゲット35とともに回転可能に設けられている。
The
絶縁部材40は、真空外囲器31の一部を形成している。絶縁部材40は、筒部46と、筒部46の一端側を閉塞した底部47とで形成されている。筒部46の他端は、真空容器32に気密に接合されている。
The insulating
この実施の形態において、絶縁部材40は高電圧絶縁部材である。絶縁部材40は、ハウジング20の外部に露出した外部端面40Sを有している。この実施の形態において、外部端面40Sは平面である。
In this embodiment, the insulating
外部端面40S上には、電圧供給端子44が設けられている。電圧供給端子44は固定体1に接続されている。この実施の形態において、電圧供給端子44は高電圧供給端子である。電圧供給端子44は、固定体1等を介して陽極ターゲット35に正の高電圧を供給するものである。
A
支持部材25は、円環状に形成され、絶縁部材40に接着されている。支持部材25はハウジング本体20fの円環部に対向している。支持部材25は、ハウジング本体20fの円環部と対向した側に形成された円環状の溝部を有している。支持部材25及びハウジング本体20fの円環部間の隙間は、上記溝部に設けられた円環状のOリングによりシールされている。上記Oリングは、支持部材25及びハウジング本体20fの円環部間の隙間から外部への冷却液7の漏れを防止する機能を有している。
The
支持部材26は、円環状に形成され、真空容器32に気密に接続されている。支持部材26は絶縁部材50に接着されている。支持部材26は、円環部20gに対向している。円環部20gは、支持部材26と対向した側に形成された円環状の溝部を有している。円環部20g及び支持部材26間の隙間は、上記溝部に設けられた円環状のOリングによりシールされている。上記Oリングは、円環部20g及び支持部材26間の隙間から外部への冷却液7の漏れを防止する機能を有している。
The
絶縁部材50は、支持部材26に気密に取り付けられ、真空外囲器31の一部を形成している。絶縁部材50は、ハウジング20の外部に露出した外部端面50Sを有している。この実施の形態において、絶縁部材50は高電圧絶縁部材であり、外部端面50Sは平面である。
The insulating
絶縁部材50の内部には、陰極36に接続され、外部端面50S側へ導出する電圧供給端子54が設けられている。この実施の形態において、電圧供給端子54は高電圧供給端子である。電圧供給端子54は、外部端面50Sを貫通して設けられ、陰極36に高電圧を供給するものである。
Inside the insulating
高電圧コネクタ100は、有底筒状のハウジング101と、ハウジング101内にその先端が挿入されたケーブル102と、ハウジング101内に充填され、ケーブル102の端子102aをハウジング101の開口部側に向けて固定するエポキシ樹脂材製の固定部103と、この固定部103と底部47の外部端面40Sとの間に挿入されたシリコーン樹脂材製のシリコーンプレート104とを備えている。この実施の形態において、ケーブル102は、高電圧ケーブルである。固定部103は、電気絶縁材である。
The high-
この実施の形態において、高電圧コネクタ100の電気絶縁材としての固定部103は、底部47の外部端面40Sに間接的に密着されている。なお、固定部103は、外部端面40Sに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ100は、電圧供給端子44に正の高電圧を与えるものである。
In this embodiment, the fixing
このように構成されたX線管装置10では、次のように用いられる。高電圧コネクタ100をハウジング20に取り付ける際に、シリコーンプレート104が、それぞれ固定部103と、絶縁部材40の外部端面40Sとに密着するように押圧する。
The
高電圧コネクタ200は、ハウジング201と、ケーブル202と、固定部203と、シリコーンプレート204とを備えている。この実施の形態において、ケーブル202は高電圧ケーブルである。固定部203は、電気絶縁材である。
The
この実施の形態において、高電圧コネクタ200の電気絶縁材としての固定部203は、絶縁部材50の外部端面50Sに間接的に密着されている。なお、固定部203は、外部端面50Sに直接密着されていても良い。高電圧コネクタ200は、電圧供給端子54に高電圧を与えるものである。
In this embodiment, the fixing
このように構成されたX線管装置10では、次のように用いられる。高電圧コネクタ200をハウジング20に取り付ける際に、シリコーンプレート204が、それぞれ固定部203と、絶縁部材50の外部端面50Sとに密着するように押圧する。
The
X線遮蔽部としてのX線遮蔽キャップ300は、高電圧コネクタ100を覆うようにハウジング20に着脱可能に取り付けられている。X線遮蔽部としてのX線遮蔽キャップ400は、高電圧コネクタ200を覆うようにハウジング20に着脱可能に取り付けられている。X線遮蔽キャップ300及びX線遮蔽キャップ400は、X線不透過材を含む材料で形成されている。
An
なお、陽極ターゲット35をモリブデンやモリブデン合金で形成した場合、陽極ターゲット35はX線を遮蔽することができる。この場合、X線管装置10にX線遮蔽キャップ300は設けなくとも良い。
When the
冷却液7は、ハウジング20内に充填され、X線管30及びハウジング20間を満たしている。冷却液7としては、絶縁油又は水系冷却液を用いることができる。この実施の形態において、冷却液7として水系冷却液を用いている。
The
焦点位置検出器60は、ハウジング20の外側で、焦点Fから第3方向d3に位置している。ここでは、焦点位置検出器60は、ハウジング20の外面に取り付けられている。焦点位置検出器60は、ターゲット面35bからX線が入射されることにより、ターゲット面35bに形成された焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。
The
焦点位置検出器60は、X線選択透過部61及びX線検出器62を有している。X線選択透過部61は、スリットコリメータで形成されている。X線検出器62は、X線選択透過部61のスリットを透過したX線が入射される位置を検出することにより焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。
The
偏向部70はハウジング20内に収容されている。偏向部70は、磁気偏向部であり、真空容器32の外側で、電子ビームの軌道を取り囲む位置に設けられている。ここでは、偏向部70は集束電極9に対向配置されている。なお、偏向部70に対向した個所の真空容器32(真空外囲器31)にくびれ部が形成されていないことは言うまでも無い。
The
偏向部70は、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させるものである。
The deflecting
ハウジング20の外部には、図示しない冷却機構が設けられている。冷却機構は、ハウジング20の導入口20i及び排出口20oに連結されている。冷却機構は、冷却液循環ポンプ及び熱交換器を有している。
A cooling mechanism (not shown) is provided outside the
このように構成されたX線管装置10では、ステータコイル910に所定の電流を印加することでロータ920が回転し、陽極ターゲット35が回転する。次に、高電圧コネクタ100、200にそれぞれ所定の高電圧を印加する。
In the
高電圧コネクタ100に印加された高電圧は、電圧供給端子44、固定体1、軸受け930、回転体2及び継手部35cを介して陽極ターゲット35及び加速電極8に与えられる。高電圧コネクタ200に印加された高電圧は、電圧供給端子54を介して陰極36に与えられる。X線放射窓33及びX線透過窓31aを含む真空外囲器31は、接地されている。陰極36の電位は、−V/2に設定される。陽極ターゲット35の電位は、+V/2に設定される。
The high voltage applied to the
これにより、陰極36から陽極ターゲット35のターゲット面35bに電子ビームが放射され、ターゲット面35bに形成された焦点FからX線が放射され、X線は、X線放射窓33及び放射窓24を透過して外部へ放射される。X線管装置10は偏向部70を有しているため、ターゲット面35b上を移動した焦点FからX線を放射することができる。
As a result, an electron beam is emitted from the
次に、図3を参照しながら図17乃至図19に示すX線管装置10について説明する。
陰極36は、ターゲット面35bに第1方向d1から電子ビームを入射させ、ターゲット面35bに焦点Fを形成する。陰極36は、陰極36から焦点Fに向かう電子ビームの軌道に垂直な断面が矩形状である電子ビームを放射する。焦点Fは、第2平面S2に沿った方向に平行な長軸を有し、矩形状に形成されている。
Next, the
The
陽極ターゲット35及び回転体2の回転軸Aは、第1平面S1上に位置している。焦点Fの長軸は、第2平面S2に平行である。言い方を換えると、焦点Fの長軸は、回転軸Aを中心とする陽極ターゲット35の回転方向に対して概ね平行である。
The
X線放射窓33は、焦点Fから第2方向d2に沿って位置している。第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。第1方向d1が、焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度αは、8°乃至40°の範囲内の何れかである。第2方向d2が、焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度βは、5°乃至25°の範囲内の何れかである。
The
上記のように構成された第3の実施の形態に係るX線装置によれば、X線管30は、陽極ターゲット35と、陰極36と、真空外囲器31とを備えている。陰極36は負の高電位に設定され、陽極ターゲット35は正の高電位に設定され、X線放射窓33を含む真空外囲器31は接地されている。
According to the X-ray apparatus according to the third embodiment configured as described above, the
第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。X線放射窓33は、第1平面S1上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Fから第1平面S1に沿って入射電子があたかも陽極ターゲット35bで鏡面反射する方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、X線放射窓33は第1平面S1上に位置していないため、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33の加熱を抑制することができる。そして、X線放射窓33の破損を防止することができる。なお、焦点Fから飛び出す反跳電子の殆どは、X線放射窓33から外れた真空容器32の内面に衝撃を与えることとなる。
The second plane S2 is perpendicular to the
角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである。ターゲット面35bに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Fを形成させているため、X線放射窓33から放出されるX線出力を増大させることができる。
The angle α is in the range of 8 ° to 40 °. Since the focal point F is formed by making the electron beam incident on the
また、ターゲット面35bの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、X線透過窓31aへの反跳電子の衝突や、焦点F近傍を含むターゲット面35bへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、X線透過窓31aの加熱や、ターゲット面35b(焦点F)の温度上昇や、ターゲット面35bに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やX線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点F以外からのX線の放射を抑制できるため、X線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。
Further, since scattering of recoil electrons above the
上記したことから、X線放射窓33及びX線透過窓31aへの反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33及びX線透過窓31aの過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大させることができるX線装置を得ることができる。
From the above, it is possible to suppress recoil electrons from directly hitting the
偏向電源制御部82は、焦点Fが連続的又は間欠的に移動するよう偏向電源81が偏向部70に供給する電圧を制御することができる。偏向部70は、制御された電圧が供給されることにより、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させることができる。言い換えると、偏向部70は、電子ビームをターゲット面35b上を連続的又は間欠的に走査させることができる。
The deflection power
また、上記実施の形態のように角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方が、角度αが90°である場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方に比べ、偏向角θを小さくすることができ、電子ビームを偏向するためのエネルギを低減することができる。 Further, when the angle α is in the range of 8 ° to 40 ° as in the above embodiment, the position of the focus F is moved Δx when the angle α is 90 °. Compared with the method of moving the position by Δx, the deflection angle θ can be reduced, and the energy for deflecting the electron beam can be reduced.
電子ビームの軌道及び偏向部70間に位置した真空外囲器31は、電子ビームの軌道を確保することのできるサイズの筒状に形成され、くびれ部を有していない。
The
真空外囲器31はくびれ部を有していないため、陰極36を陽極ターゲット35からより離して配置したり、電位分布が変化し電子ビームが集束しにくくなってしまったりすることはない。焦点Fの寸法の変化、並びに焦点Fに生じるぼけ及び歪みの発生を低減することができるため、より良いX線撮影画像の取得に寄与することができる。
Since the
冷却液7として、熱伝達率が最も高い、水を主成分とする水系冷却液を用いることができる。このため、冷却液7は、真空容器32や絶縁部材40、絶縁部材50、支持部材26に伝わる熱を最も有効に奪うことができる。また、水系冷却液は、絶縁油に比べて、比熱が大きい(絶縁油の約2倍)ため、X線管30の放熱による冷却液の温度上昇が低く抑えられる。
As the
絶縁部材40は冷却液7に接するため、陽極ターゲット35からの熱を効果的に冷却液7に放散することができる。絶縁部材40は、高電圧コネクタ100の温度を低くでき、長期にわたって高電圧コネクタ100の絶縁性を確保することができる。支持部材26は冷却液7に接するため、陰極36から絶縁部材50に伝わった熱を効果的に冷却液7に放散でき、絶縁部材50に接続された高電圧コネクタ200の温度を低くでき、長期にわたって高電圧コネクタ200の絶縁性を確保することができる。真空容器32はその内面が焦点Fから飛び出す反跳電子の殆どが衝撃したり、高温となった陽極ターゲット35からの熱輻射を受けて加熱されたりするが、真空容器32の外面は冷却液7に接するため、これらの熱を効果的に冷却液7に放散することができる。
Since the insulating
上記したことから、エネルギ効率よく電子ビームを偏向でき、ターゲット面35b上に形成する焦点Fを移動可能であり、X線放射窓33の過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大でき、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制できるX線管装置10及びX線管装置10を備えたX線装置を得ることができる。また、熱の放出特性を向上させることができ、しかも、長期にわたって信頼性の高いX線管装置10及びX線管装置10を備えたX線装置を得ることができる。
As described above, the electron beam can be deflected in an energy efficient manner, the focal point F formed on the
次に、この発明の第4の実施の形態に係るX線装置について説明する。この実施の形態において、X線管は固定陽極型のX線管であり、以下、固定陽極型のX線管を備えた固定陽極型のX線装置について説明する。この実施の形態において、上記第1乃至第3の実施の形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Next explained is an X-ray apparatus according to the fourth embodiment of the invention. In this embodiment, the X-ray tube is a fixed anode type X-ray tube. Hereinafter, a fixed anode type X-ray apparatus including a fixed anode type X-ray tube will be described. In this embodiment, the same reference numerals are given to the same functional parts as those in the first to third embodiments, and the detailed description thereof is omitted.
図20乃至図22に示すように、X線装置は、X線管装置10を備えている。図示しないが、X線装置は、上述した偏向電源81、偏向電源制御部82、集束電源83及び集束電源制御部84も備えている。X線管装置10は、X線管30と、焦点位置検出器60と、偏向部70と、冷却液クーラーユニット90と、を備えている。
As shown in FIGS. 20 to 22, the X-ray apparatus includes an
X線管30は、真空外囲器31を備えている。真空外囲器31は、真空容器32と、絶縁部材40と、絶縁部材50と、絶縁部材80とを備えている。この実施の形態において、絶縁部材40、50、80は、高電圧絶縁部材として機能している。絶縁部材40には陽極ターゲット35が取り付けられ、絶縁部材40は真空外囲器31の一部を形成している。絶縁部材40は筒状に形成されている。絶縁部材50には陰極36が取り付けられ、絶縁部材50は、真空外囲器31の一部を形成している。なお、絶縁部材80も真空外囲器31の一部を形成している。
The
陽極ターゲット35は、絶縁部材40に接合されている。陽極ターゲット35は、収容部35dを有している。収容部35dは、絶縁部材40近傍で口が狭く、ターゲット面35b近傍で膨らんだ壺形に形成されている。陽極ターゲット35、陰極36、集束電極9及び加速電極8は、真空外囲器31に収納されている。陽極ターゲット35には、絶縁部材80の内部を通った電圧供給配線が接続されている。陽極ターゲット35及び加速電極8には正の高電圧が印加される。陰極36及び集束電極9と対向した個所の真空容器32は筒状に形成されている。陰極36には、負の高電圧が印加される。集束電極9には、調整された負の高電圧が供給される。
The
真空外囲器31の内部は真空状態である。焦点位置検出用のX線透過窓31aは、真空容器32に気密に設けられている。金属表面部34は、真空側のX線放射窓33の表面及びX線透過窓31aの表面を含む真空容器32の内側に設けられ、接地電位に設定されている。
The inside of the
また、X線管30は、管部41と、環部42と、冷却液43とを備えている。この実施の形態において、冷却液43は絶縁油である。管部41は、高電圧絶縁材で形成されている。管部41は、絶縁部材40及び陽極ターゲット35の内部に設けられている。管部41の一端部は、真空外囲器31の外部に延出している。管部41は、この内部に冷却液43を導入される導入路C1を形成している。絶縁部材40及び陽極ターゲット35、並びに管部41は、これらの間に冷却液43を排出するための排出路C2を形成している。
The
環部42は、収容部35d内に設けられている。環部42は、管部41の端部の側面を囲むように管部41と一体に形成されている。環部42は収容部35dに隙間を置いて設けられている。
The
陽極ターゲット35は、内部に設けられた通路C3を有している。通路C3は、導入路C1及び排出路C2に繋げられている。冷却液クーラーユニット90は、導入路C1に冷却液43を送出し、排出路C2から冷却液43を取込み、冷却液43を循環させる。このため、導入路C1から導入された冷却液43は、通路C3を循環して、排出路C2から排出される。
The
焦点位置検出器60は、真空外囲器31の外側で、焦点Fから第3方向d3に位置している。焦点位置検出器60は、ターゲット面35bからX線が入射されることにより、ターゲット面35bに形成された焦点Fの位置を検出し、焦点Fの位置情報を出力するものである。焦点位置検出器60は、X線選択透過部61及びX線検出器62を有している。X線選択透過部61は、スリットが形成されたX線遮蔽部材で形成されている
偏向部70は、磁気偏向部であり、真空容器32の外側で、電子ビームの軌道を取り囲む位置に設けられている。ここでは、偏向部70は集束電極9に対向配置されている。なお、偏向部70に対向した個所の真空容器32(真空外囲器31)にくびれ部が形成されていないことは言うまでも無い。
The
偏向部70は、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させるものである。
The deflecting
次に、図3を参照しながら図20乃至図22に示すX線管装置10について説明する。
陰極36は、ターゲット面35bに第1方向d1から電子ビームを入射させ、ターゲット面35bに焦点Fを形成する。X線放射窓33は、焦点Fから第2方向d2に沿って位置している。第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。第1方向d1が、焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度αは、8°乃至40°の範囲内の何れかである。第2方向d2が、焦点Fが形成される位置のターゲット面35bからなす角度βは、5°乃至25°の範囲内の何れかである。
Next, the
The
上記のように構成された第4の実施の形態に係るX線装置によれば、X線管30は、陽極ターゲット35と、陰極36と、真空外囲器31とを備えている。陰極36は負の高電位に設定され、陽極ターゲット35は正の高電位に設定され、X線放射窓33を含む真空外囲器31は接地されている。
According to the X-ray apparatus according to the fourth embodiment configured as described above, the
第2平面S2は、ターゲット面35b及び第1平面S1にそれぞれ垂直である。X線放射窓33は、第1平面S1上から大きく外れて位置している。反跳電子は、焦点Fから第1平面S1に沿って入射電子があたかも陽極ターゲット35bで鏡面反射する方向に多くなるような角度分布をもって飛び出すものである。しかしながら、X線放射窓33は第1平面S1上に位置していないため、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33の加熱を抑制することができる。そして、X線放射窓33の破損を防止することができる。なお、焦点Fから飛び出す反跳電子の殆どは、X線放射窓33から外れた真空容器32の内面に衝撃を与えることとなる。
The second plane S2 is perpendicular to the
角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである。ターゲット面35bに対して比較的浅い角度で電子ビームを入射させて焦点Fを形成させているため、X線放射窓33から放出されるX線出力を増大させることができる。
The angle α is in the range of 8 ° to 40 °. Since the focal point F is formed by making the electron beam incident on the
また、ターゲット面35bの上方への反跳電子の散乱を低減できるため、X線透過窓31aへの反跳電子の衝突や、焦点F近傍を含むターゲット面35bへの反跳電子の再衝突を抑制することができる。これにより、X線透過窓31aの加熱や、ターゲット面35b(焦点F)の温度上昇や、ターゲット面35bに引き起こされる荒れを抑制でき、放電の発生やX線の出力低下を抑制することができる。さらに、焦点F以外からのX線の放射を抑制できるため、X線画像の明瞭度の低下を抑制することができる。
Further, since scattering of recoil electrons above the
上記したことから、X線放射窓33及びX線透過窓31aへの反跳電子の直撃を抑制することができ、X線放射窓33及びX線透過窓31aの過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大させることができるX線装置を得ることができる。
From the above, it is possible to suppress recoil electrons from directly hitting the
偏向電源制御部82は、焦点Fが連続的又は間欠的に移動するよう偏向電源81が偏向部70に供給する電圧を制御することができる。偏向部70は、制御された電圧が供給されることにより、陰極36から放出される電子ビームを第1平面S1に沿った方向に偏向させ、焦点Fの位置を第1平面S1に沿ったターゲット面35b上で移動させることができる。言い換えると、偏向部70は、電子ビームをターゲット面35b上を連続的又は間欠的に走査させることができる。
The deflection power
また、上記実施の形態のように角度αは8°乃至40°の範囲内の何れかである場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方が、角度αが90°である場合に焦点Fの位置をΔx移動させる方に比べ、偏向角θを小さくすることができ、電子ビームを偏向するためのエネルギを低減することができる。 Further, when the angle α is in the range of 8 ° to 40 ° as in the above embodiment, the position of the focus F is moved Δx when the angle α is 90 °. Compared with the method of moving the position by Δx, the deflection angle θ can be reduced, and the energy for deflecting the electron beam can be reduced.
電子ビームの軌道及び偏向部70間に位置した真空外囲器31は、電子ビームの軌道を確保することのできるサイズの筒状に形成され、くびれ部を有していない。真空外囲器31はくびれ部を有していないため、陰極36を陽極ターゲット35からより離して配置したり、電位分布が変化し電子ビームが集束しにくくなってしまったりすることはない。焦点Fの寸法の変化、並びに焦点Fに生じるぼけ及び歪みの発生を低減することができるため、より良いX線撮影画像の取得に寄与することができる。
The
さらに、陰極を真空外囲器31と同じ接地電位とした場合には、X線放射窓33の加熱は抑制されるため、X線放射窓33を冷却液によって冷却する必要はない。また、この場合、反跳電子は真空外囲器31を衝撃せず、ほとんどが陽極ターゲット35の側面や裏面に衝撃を与えて陽極ターゲット35を加熱するが、陽極ターゲット35の発生する熱は陽極ターゲット35内部に設けられた通路C3を流れる冷却液43により冷却される。X線管30をハウジング内に冷却液とともに設置しなくても良いため、ハウジング及びハウジング内に充填する冷却液を不要とすることが可能である。またその場合にはX線管装置10をよりコンパクトでかつより軽量とすることができる。
Furthermore, when the cathode has the same ground potential as that of the
一般的に固定陽極型のX線管装置10は、回転陽極型のX線管装置に比べて重量やサイズを軽減することができる。この実施の形態のX線管装置10をCT装置に搭載した場合、回転陽極型のX線管装置を搭載した場合(従来)に比べCTの架台をより高速に回転させることが可能となり、より撮影時間を短縮することが可能となる。また、この実施の形態のX線管装置10を複数台CT架台に搭載することもできる。この場合、架台の回転速度を高速化しなくとも従来より撮影時間の短縮を図ることができる。
In general, the fixed anode type
さらにまた、電子ビームは、偏向部70によってターゲット面35bを十分速い速度で走査されるため、焦点F温度の上昇を軽減することができる。
入射電子および反跳電子の衝撃により陽極ターゲット35は加熱するが、この熱は陽極ターゲット35内部に設けられた通路C3を流れる冷却液43に伝達されるため、良好に放熱される。
Furthermore, since the electron beam is scanned on the
The
上記したことから、エネルギ効率よく電子ビームを偏向でき、ターゲット面35b上に形成する焦点Fを移動可能であり、X線放射窓33への反跳電子の直撃を抑制でき、X線放射窓33の過度の温度上昇を伴わずにX線出力を増大できるX線管装置10及びX線管装置10を備えたX線装置を得ることができる。
As described above, the electron beam can be deflected with high energy efficiency, the focal point F formed on the
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
例えば、偏向部70は、磁気偏向部に限らず、静電偏向部であってもよい。偏向部70が静電偏向部の場合、偏向部70は、電子ビームの軌道を取り囲むように真空容器32の内側に設けられ、焦点Fがターゲット面35b上を連続的又は間欠的に移動するように陰極36から放射される電子ビームを偏向させることができる。
また、上記実施例では陽極ターゲット35はX線放射窓33を含む真空外囲器31とともに接地されている場合について述べたが、陽極ターゲット35の電位は接地電位に限定されるものではなく、接地電位乃至正の高電位の範囲内に設定されていれば良い。
For example, the
In the above embodiment, the
さらにまた、上記実施例では陰極36は負の高電位に設定されている場合について述べたが、陰極36の電位は負の高電位に限定されるものではなく、接地電位乃至負の高電位の範囲内に設定されていれば良い。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the
この発明は、上記X線管装置及びX線装置に限らず、各種X線管装置及びX線装置に適用することができる。 The present invention is not limited to the above X-ray tube device and X-ray device, but can be applied to various X-ray tube devices and X-ray devices.
1…固定体、2…回転体、7…冷却液、8…加速電極、9…集束電極、10…X線管装置、20…ハウジング、20h…X線透過窓、24…放射窓、30…X線管、31…真空外囲器、31a…X線透過窓、32…真空容器、33…X線放射窓、34…金属表面部、35…陽極ターゲット、35b…ターゲット面、36…陰極、36a…電子放出源、40,50…絶縁部材、40S,50S…外部端面、60…焦点位置検出器、61…X線選択透過部、62…X線検出器、70…偏向部、81…偏向電源、82…偏向電源制御部、83…集束電源、84…集束電源制御部、100,200…高電圧コネクタ、300,400…X線遮蔽キャップ、F…焦点、d1…第1方向、d2…第2方向、d3…第3方向、S1…第1平面、S2…第2平面、α,β…角度、θ…偏向角、A…回転軸。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記陰極から放出される電子ビームを前記第1平面に沿った方向に偏向させ、前記焦点の位置を前記第1平面に沿った前記ターゲット面上で移動させる偏向部と、を備え、
前記第1方向が前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面からなす角度は、8°乃至40°の範囲内の何れかであることを特徴とするX線管装置。 An anode target having a target surface that emits X-rays upon incidence of an electron beam, and an electron beam from the first direction above the target surface along a first plane perpendicular to the target surface to the target surface. And a cathode forming a focal point on the target surface, the anode target and the cathode are accommodated, the inside is in a vacuum state, and along the second plane perpendicular to the target plane and the first plane from the focal point, respectively. A vacuum envelope having an X-ray radiation window located in the second direction, and an X-ray tube comprising:
A deflecting unit that deflects an electron beam emitted from the cathode in a direction along the first plane, and moves the position of the focal point on the target surface along the first plane;
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein an angle formed by the first direction with respect to the target surface at a position where the focal point is formed is in a range of 8 ° to 40 °.
前記焦点は、前記第2平面に沿った長軸を有し、矩形状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のX線管装置。 The cathode emits an electron beam having a rectangular cross section perpendicular to the trajectory of the electron beam from the cathode toward the focal point,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein the focal point has a long axis along the second plane and is formed in a rectangular shape.
前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部に設けられ、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、
前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、をさらに備え、
前記回転軸は、前記焦点に対して前記X線放射窓の反対側に位置し、
前記焦点の長軸は、前記第2平面に平行であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のX線管装置。 The anode target is fixed, is formed in a cylindrical shape extending along a rotation axis, and is rotatable around the rotation axis;
A fixed body that extends along the rotation axis and is provided inside the rotating body, and rotatably supports the rotating body;
A bearing provided between the fixed body and the rotating body,
The rotation axis is located on the opposite side of the X-ray emission window with respect to the focal point;
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein a long axis of the focal point is parallel to the second plane.
前記回転軸に沿って延出して前記回転体の内部に設けられ、前記回転体を回転可能に支持する固定体と、
前記固定体及び回転体間に設けられた軸受けと、をさらに備え、
前記回転軸は、前記第1平面上に位置し、
前記焦点の長軸は、前記第2平面に平行であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のX線管装置。 The anode target is fixed, is formed in a cylindrical shape extending along a rotation axis, and is rotatable around the rotation axis;
A fixed body that extends along the rotation axis and is provided inside the rotating body, and rotatably supports the rotating body;
A bearing provided between the fixed body and the rotating body,
The rotation axis is located on the first plane;
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein a long axis of the focal point is parallel to the second plane.
前記偏向部に電圧を供給する偏向電源と、
前記焦点が前記第1平面に沿った前記ターゲット面上を連続的又は間欠的に移動するよう前記偏向電源が前記偏向部に供給する電圧を制御する偏向電源制御部と、を備え、
前記第1方向が前記焦点が形成される位置の前記ターゲット面からなす角度は、8°乃至40°の範囲内の何れかであることを特徴とするX線装置。 An anode target having a target surface that emits X-rays upon incidence of an electron beam, and an electron beam from the first direction above the target surface along a first plane perpendicular to the target surface to the target surface. And a cathode forming a focal point on the target surface, the anode target and the cathode are accommodated, the inside is in a vacuum state, and along the second plane perpendicular to the target plane and the first plane from the focal point, respectively. A vacuum envelope having an X-ray emission window positioned in the second direction, and deflecting an electron beam emitted from the cathode in a direction along the first plane, An X-ray tube apparatus comprising: a deflecting unit that moves a focal point on the target surface along the first plane;
A deflection power source for supplying a voltage to the deflection unit;
A deflection power source control unit that controls a voltage that the deflection power source supplies to the deflection unit so that the focal point moves continuously or intermittently on the target surface along the first plane;
The X-ray apparatus according to claim 1, wherein an angle formed by the first direction from the target surface at a position where the focal point is formed is in a range of 8 ° to 40 °.
集束電源制御部と、をさらに備え、
前記X線管装置は、前記焦点及び陰極間に位置し、前記陰極から前記焦点に向かう電子ビームの軌道を取り囲み、電子ビームを集束する集束電極と、前記真空外囲器の外側で、前記焦点から前記第2方向とは異なる第3方向に位置し、前記ターゲット面からX線が入射され、前記ターゲット面に形成された前記焦点の位置を検出し、前記焦点の位置情報を出力する焦点位置検出器と、をさらに備え、
前記集束電源は、前記集束電極に電圧を供給し、
前記集束電源制御部は、前記焦点位置検出器から入力される前記焦点の位置情報に基づいて前記集束電源が前記集束電極に供給する電圧を制御することを特徴とする請求項11に記載のX線装置。 A focusing power supply;
A focusing power supply control unit,
The X-ray tube device is located between the focal point and the cathode, surrounds the trajectory of the electron beam from the cathode toward the focal point, and focuses the electron beam, and outside the vacuum envelope, the focal point Is located in a third direction different from the second direction from which the X-ray is incident from the target surface, detects the position of the focal point formed on the target surface, and outputs the focal position information A detector, and
The focusing power supply supplies a voltage to the focusing electrode;
12. The X according to claim 11, wherein the focusing power supply controller controls a voltage supplied from the focusing power supply to the focusing electrode based on position information of the focus input from the focus position detector. Wire device.
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-
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