Ｘ線管装置及びＸ線装置
【課題】 微小焦点を有しながら一般撮影が可能となるよう大電流を供給しても焦点ズレを生じるおそれが少ないＸ線管装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線管装置１は、Ｘ線管４を包含するＸ線管容器２を備えている。Ｘ線管４は、電子を放出する３つの電子発生源４４６〜４４８及び電子発生源から放出された電子を細いビーム状の電子線に集束させる集束体４４２及び集束電極４４９を含む陰極４４と、陰極と対向して配置され、その対向面上に電子線が衝突してＸ線を放射するＸ線源を形成するターゲット４６２を有する陽極４６と、陰極及び陽極を真空気密に封入する外囲器４２とを有する。２つの電子発生源４４６，４４８によりターゲット４６２上に大焦点用のＸ線源を形成するとともに、１つの電子発生源４４５によりターゲット上に微小焦点用のＸ線源を形成するように構成されている。
【解決手段】 Ｘ線管装置１は、Ｘ線管４を包含するＸ線管容器２を備えている。Ｘ線管４は、電子を放出する３つの電子発生源４４６〜４４８及び電子発生源から放出された電子を細いビーム状の電子線に集束させる集束体４４２及び集束電極４４９を含む陰極４４と、陰極と対向して配置され、その対向面上に電子線が衝突してＸ線を放射するＸ線源を形成するターゲット４６２を有する陽極４６と、陰極及び陽極を真空気密に封入する外囲器４２とを有する。２つの電子発生源４４６，４４８によりターゲット４６２上に大焦点用のＸ線源を形成するとともに、１つの電子発生源４４５によりターゲット上に微小焦点用のＸ線源を形成するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線管装置及びＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管装置は、被検体の検査または診断を行うＸ線装置に搭載され用いられている。Ｘ線装置による検査または診断は、まずＸ線管装置でＸ線を発生させ、その発生したＸ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線の線量を測定し、その測定線量に基づいてＸ線画像を作成することにより行われる。
【０００３】
Ｘ線管装置を搭載したＸ線装置は、医療の分野ではＸ線透視装置やＸ線撮影装置などに、また工業用の分野では種々の製品の欠陥検査や異物検査などに広く利用されている。
【０００４】
このようなＸ線管装置では、被検体内の検査対象物が微小な場合に、良い検査または診断を行う為には検査対象物の出来るだけ拡大された像を得ることが望ましい。そのためには、Ｘ線管装置またはそれを内挿するＸ線発生装置において、Ｘ線の発生領域であるＸ線源（焦点ともいう。）の大きさを出来るだけ小さくする必要があり、これに伴い微小焦点を有するＸ線管装置の需要が高まっている。
【０００５】
従来のＸ線管装置は、大きさが異なる焦点を陽極上に形成する構造をとっている。Ｘ線量の少ない透視撮影の場合には小焦点を利用し、Ｘ線量の多い一般撮影では大焦点が利用される。一般撮影では透視撮影と比べ大電流が必要となる。
【０００６】
微小焦点を有するＸ線管装置の場合、極めて小さい焦点を得る為の電子集束方法としては、複数の電極を用いて電子レンズ（以下「集束電極」という。）を形成し、電子ビームを集束させる方法が知られている。この構造をとることにより小焦点は更に小さい微小焦点を形成することが可能となる。
【０００７】
しかし、複数の焦点をもつＸ線管装置は、Ｘ線量が相違する透視撮影から一般撮影に切り替わる場合、またその逆の場合など焦点が切り替わる。その際に被検体の撮影位置のズレを小さくする必要があり、そのため集束溝の形状を変えることで焦点のずれを小さくする方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来手法では、集束電極による一般撮影における大焦点の焦点ズレを防ぐことは難しい。
【００１０】
微小焦点を有するＸ線管装置において透視撮影のみでは汎用性に欠けてしまうため、一般撮影も可能なＸ線管装置が望ましい。透視撮影と一般撮影では線量が異なる為に透視撮影の数倍の電流が一般撮影では必要となる。透視用のフィラメントは通常、大電流に耐えうるほどの線径や巻き数を有していないため一般撮影に使用することは出来ない。このため、透視用のフィラメントの他に、一般撮影のフィラメントが必要になる。しかしながら、透視用フィラメントと一般撮影用フィラメントをそれぞれ単一で配置した場合、透視撮影を行う際の微小焦点を形成するための集束電極が、一般撮影を行う際に大焦点の焦点ズレを引き起こしてしまい、微小焦点と大焦点の位置が変わり、撮影に支障を帰す。
【００１１】
発明が解決しようとする課題は、微小焦点を有しながら一般撮影が可能となるよう大電流を供給しても焦点ズレを生じるおそれが少ないＸ線管装置と、この装置を含むＸ線装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、下記解決手段では、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【００１３】
発明に係るＸ線管装置（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）は、Ｘ線管（４）を含むＸ線管容器（２）を備えたＸ線管装置において、
Ｘ線管（４）は、電子を放出する３つ以上の電子発生源（４４６〜４４８）及び電子発生源から放出された電子を細いビーム状の電子線に集束させる集束系（４４２，４４２ａ，４４２ｂ，４４９，４４９ａ）を含む陰極（４４，４４ａ）と、
陰極と対向して配置され、その対向面上に電子線が衝突してＸ線を放射するＸ線源を形成するターゲット（４６２）を有する陽極（４６）と、
陰極及び陽極を真空気密に封入する外囲器（４２）とを有し、
２つ以上の電子発生源（４４６，４４８）によりターゲット上に大焦点用のＸ線源を形成するとともに、１つ以上の電子発生源（４４７）によりターゲット上に微小焦点用のＸ線源を形成するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
第１の観点では、陰極（４４）の集束系は、
陽極（４６）に対して後方に凹む集束溝（４４３〜４４５）が電子発生源の数と同一数だけ形成された集束体（４４２）と、
この集束体の陽極側端に接続された集束電極（４４９）を有し、
複数の集束溝のうち中央側の溝（４４４）には、微小焦点を形成するための第１のカソード（４４７）が配置してあり、中央側の溝を挟んで対称となる位置の溝（４４３，４４５）には、大焦点を形成するための第２のカソード（４４６，４４８）がそれぞれ配置してあることを特徴とする。
【００１５】
第２の観点では、陰極（４４ａ）の集束系は、
陽極（４６）に対して後方に凹む単一の集束溝が形成された第１の集束体（４４２ａ）と、
第１の集束体の陽極側端に接続された集束電極（４４９ａ）と、
陽極（４６）に対して後方に凹む複数の集束溝が形成された第２の集束体（４４２ｂ）とを有し、
第１の集束体に形成された単一の溝には、微小焦点を形成するための第１のカソード（４４７）が配置してあり、第２の集束体に形成された複数の溝には、それぞれ大焦点を形成するための第２のカソード（４４６，４４８）が配置してあることを特徴とする。
【００１６】
発明に係るＸ線装置は、何れかのＸ線管装置（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）を搭載してなる。
【発明の効果】
【００１７】
上記発明によれば、複数の電子発生源によりＸ線源を形成するように構成されているので、一般撮影に必要な大電流を可能にすべくこの複数の電子発生源で形成されるＸ線源を大焦点用に利用し、残りの電子発生源で形成されるＸ線源を微小焦点用に利用することにより、両焦点における焦点ズレの発生を防止することができる。
【００１８】
大焦点用の電子発生源を複数備えることで、陽極上の大焦点用と微小焦点用の両Ｘ線源の焦点ズレを防止できるのは、陽極に向けて陰極の複数方向から電子ビームが衝突してくることにより、陽極における大焦点用の焦点軌道の偏りが防止され、微小焦点用の焦点軌道の中心付近に大焦点用の焦点軌道がオーバーラップする領域Ａを作ることができることによるものと思われる（図６参照）。図６に示すように、領域Ａの中心点が大焦点の焦点面の中心Ｃｂ１となり、これは微小焦点の焦点面の中心Ｃｓ１と一致することとなり、焦点ズレが防止される。
【００１９】
上記発明によれば、微小焦点を有するＸ線管において一般撮影を行う為の大電流を流すことが可能となり、焦点ズレも小さいので、汎用性の高いＸ線管を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の一例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図２】図２は図１のＸ線管装置に使用されるＸ線管を構成する陰極付近を示す要部拡大図である。
【図３】図３は図２の要部断面図である。
【図４】図４は図３をＩＶ方向から見た場合の陰極付近を示す図である。
【図５】図５は図２〜図４の陰極を用いた場合の電子軌道図である。
【図６】図６は図３をＶＩ方向から見た場合のターゲット傾斜面（焦点面）の各焦点の焦点軌道を説明する図である。
【図７】図７は従来構成の陰極を用いた場合の図６に相当する説明図である。
【図８】図８は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図９】図９は図８をＩＸ方向から見た場合の陰極付近を示す図である。
【図１０】図１０は図８をＸ方向から見た場合の平面図である。
【図１１】図１１は図８をＸＩ方向から見た場合の左側面図である。
【図１２】図１２は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図１３】図１３は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図１４】図１４は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態に係るＸ線管装置を図面に基づいて説明する。
【００２２】
《第１実施形態》
図１に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１は、略円筒状の中空体である筐体２を有する。筐体２（Ｘ線管容器）は、直方体状または円筒形状をしており、鋼板やアルミニウム合金鋳物などで構成される。本実施形態では、筐体２には、所定強度のＸ線を所定方向に向けて放射可能なＸ線管４と、このＸ線管４の陽極４６と陰極４４との間に高電圧のＸ線管電圧を供給する高電圧電源（図示省略）と、Ｘ線管４の陰極４４にカソードヒータの加熱電圧、その他各種電圧を供給する陰極電源（図示省略）と、Ｘ線管４の陽極を回転させるためのステータ６と、ステータ６を駆動するためのステータ電源（図示省略）と、Ｘ線管４をその内壁などに支持するためのＸ線管支持体（図示省略）と、Ｘ線管４や高電圧電源などを絶縁し冷却するために充填される絶縁油（図示省略）と、この絶縁油の膨張や収縮を緩衝するために取り付けられるベローズ（図示省略）などが収容されている。筐体２の円筒側面には、これに直接または近接してＸ線管４の放射窓４３が配置されるように寸法調整されている。なお、筐体２の内壁面の少なくともＸ線管４に近接する部分には、防Ｘ線処置が施されている。
【００２３】
ステータ６は、Ｘ線管４の一構成部材である陽極４６のロータ４６４の外周付近に配置され、Ｘ線管支持体に支持されている。
【００２４】
高電圧電源は、変圧器と整流回路などで構成され、Ｘ線管４の陽極４６に供給する正電位の高電圧と陰極４４に供給する負電位の高電圧を生成する。
【００２５】
陰極電源は、陰極４４のカソード（後述）のヒータを加熱するためのカソードヒータ電源（図示省略）や電圧電源などを含む。カソードヒータ電源は変圧器などで構成され、電圧電源は変圧器と整流回路、あるいは変圧器と整流回路と電圧調整回路などで構成される。陰極電源からの出力電圧は負の高電位に保持されるので、ここで使用される変圧器としては、通常、絶縁変圧器が用いられる。
【００２６】
高電圧電源で生成した高電圧（Ｘ線管電圧）は高圧リード線（図示省略）によりＸ線管４の陽極４６と陰極４４に供給され、陰極電源で生成した各種電圧は高電圧電源からの負電位の高電圧と共に高圧リード線によりＸ線管４の陰極４４に供給される。
【００２７】
ステータ電源は、ステータ６の種別（単相か３相かなど）によりその構成は異なるが、例えば単相の場合には進相用コンデンサなどで構成される。ステータ電源からの出力電圧は低電圧であるので、低圧リード線（図示省略）を介してステータ６に供給される。
【００２８】
ベローズは、例えば椀形の形状を持ち、ゴムなどで構成され、筐体２の内壁面に油密に取り付けられて絶縁油の膨張、収縮を緩衝する。
【００２９】
なお、上記説明では、高電圧電源、陰極電源及びステータ電源を筐体２内に含める構成としたが、これらの電源の一部または全部は筐体２の外部に配置してもよい。その場合、高電圧を筐体２内に導入するための高電圧ケーブルやケーブルレセプタクルなどが必要となる。
【００３０】
本実施形態に係るＸ線管４は、陰極４４と、回転陽極（以下、陽極と略称する）４６と、陰極４４と陽極４６を真空気密に内包し、絶縁支持する外囲器４２とを含む。
【００３１】
本実施形態の陰極４４は、焦点寸法が例えば０．１ｍｍ未満の微小焦点（マイクロフォーカス）と、焦点寸法が例えば０．３ｍｍ超の大焦点との、各焦点を形成するためにビーム状の電子線（以下「電子ビーム」ともいう。）を生成し、この電子線を陽極４６の円盤状のターゲット４６２の傾斜面４６２ａに衝突させて所定波長のＸ線を発生させる。Ｘ線は外囲器４２に設けられた開口（図示省略）から外囲器４２の外部へ放射される。陰極４４の詳細構造は後述する。
【００３２】
陽極４６は、本実施形態では回転陽極で構成されており、円盤状のターゲット４６２と、このターゲット４６２を支持するロータ４６４と、ロータ４６４を支持する回転軸（図示省略。ロータ４６４の内側に含まれている）と、回転軸を回転自在に支持する軸受（図示省略。ロータ４６４の内側に含まれている）と、軸受の外輪を固定する固定部（図示省略。ロータ４６４のターゲット４６２とは反対側の端部に接続されている）などで構成されている。軸受けとしては、玉軸受、すべり軸受、流体軸受などが使用可能である。
【００３３】
ロータ４６４は、ステータ６からの回転磁界を受けて回転駆動力を発生する。
【００３４】
ターゲット４６２は、傘型の円盤状をしており、通常、タングステンやタングステン合金などの高原子番号で高融点の金属材料で構成される。ターゲット４６２の熱容量が大きい場合には、ターゲット４６２の軽量化のために、Ｘ線の発生源となる傾斜面４６２ａの表面層以外の部分は、比熱の大きい高融点の、金属材料（モリブデンなど）や非金属材料（グラファイトなど）に置換される場合もある。ターゲット４６２は、陽極４６の中心軸ｍを回転中心軸として回転する。ターゲット４６２の傾斜面（焦点面とも言う。）４６２ａに陰極４４からの電子線が衝突すると、その衝突部分がＸ線源（焦点）となり、その焦点からＸ線が放射される。この焦点は、ターゲット４６２が回転しているため、逐次回転移動し、全体とし円軌道を形成する。この円軌道は焦点軌道１０（図６，７参照）と呼ばれる。
【００３５】
外囲器４２は、陽極４６のターゲット４６２及び陰極４４を囲む大径部４２２と、陽極４６の陽極端４２４を絶縁支持する陽極絶縁部４２６などで構成されている。大径部４２２の陰極４４を囲む部分は、陰極４４を絶縁支持する陰極絶縁部を含む。大径部４２２は、円筒部４２２ａを有し、例えばステンレス鋼や銅などの耐熱性が比較的高い金属材料などで構成される。円筒部４２２ａ側面におけるターゲット４６２上の焦点に近接する部分には、円形の開口（図示省略）が設けられ、この開口には放射窓４３が取り付けられている。放射窓４３はX線透過性のよいベリリウムなどで構成され、窓枠（図示省略）などを介して溶接またはろう付けによって前記開口に結合されている。この放射窓４３は、上述したように、筐体２の円筒側面に直接または近接して配置されるように寸法調整されているため、発生したＸ線は、この放射窓４３を通じて筐体２の外部へと放射される。
【００３６】
陽極絶縁部４２６は、一端がコーン状に広がった円筒形状をしており、そのコーン状に広がった部分に円筒部４２２ａの開口端部が接続されている。陽極絶縁部４２６は耐熱性ガラスやセラミックなどの絶縁材料で構成される。
【００３７】
図１〜図４に示すように、陰極４４は、その背面が支持部材４８により支持されている。支持部材４８は、円筒状で電気絶縁性の陰極保持体４８ａを有しており、この陰極保持体４８ａを介して外囲器４２の内側の所定位置に陰極４４が固定されている。
【００３８】
本実施形態の陰極４４は、熱電子を発生するカソード（電子発生源）と、発生した熱電子を集束させ、焦点を形成するための電子ビームとする集束系と、カソード及び集束系を絶縁支持し、両者に給電するための高圧リード線（前出。図示省略）を備えた支持部材４８などで構成されている。
【００３９】
支持部材４８は、例えばガラスやセラミックなどの絶縁物で構成され、この絶縁物に給電用の高圧リード線が埋め込まれている。この支持部材４８は、集束系としての集束体４４２を支持する部分と外囲器４２と接続する部分とを有する。高圧リード線には外部電源（高電圧電源、陰極電源など）から陰極側の高電圧と、カソードヒータ（図示省略）を加熱するための電圧などが供給される。
【００４０】
集束系の一つとしての集束体４４２は、カソード及び該カソードを加熱するヒータなどが封入されている。集束体４４２は、陽極４６に対して後方（図２の上方）に凹む断面略矩形状の集束溝４４３〜４４５を複数（本実施形態では３つ）備えている。各集束溝４４３〜４４５には、それぞれ、高温に加熱された熱電子を発生、放出するカソードが配置してある。カソードとしては、例えばコイル状フィラメント、酸化物カソード、含浸型カソードなどが挙げられるが、本実施形態では、直熱型のコイル状フィラメントを用いる場合を例示する。各フィラメント４４６〜４４８を各集束溝４４３〜４４５の中に配置することで、高電圧電源（図示省略）から高電圧が印加され、加熱されたフィラメント４４６〜４４８で発生し陽極４６へ向かう電子ビームの放射領域が制御される。
【００４１】
集束体４４２の陽極４６側には、もう一つの集束体としての集束電極４４９が接続されている。集束電極４４９は、図５に示すように、陽極４６上の所定位置に各焦点（大焦点、微小焦点）を形成するための電界を作り出すことが可能な形状としてある。特に集束電極４４９は、透視撮影に用いられる微小焦点を形成するために有効なものとして使用される。
【００４２】
図１〜図４に戻る。集束体４４２は例えば純鉄などで構成され、集束電極４４９は例えばステンレス鋼などの耐熱性金属で構成される。
【００４３】
本実施形態では、各フィラメント４４６〜４４８が、一般撮影用の大焦点用フィラメントと、透視撮影用の微小焦点用フィラメントに振り分けられ、別々に配置されている。特に、大焦点用フィラメントとしてフィラメント４４６，４４８を、微小焦点用フィラメントとしてフィラメント４４７を用いる場合、すなわち微小焦点用のフィラメント４４７を中央に配置し、その両側に大焦点用のフィラメント４４６，４４８を配置している。
【００４４】
本実施形態では、大焦点用のフィラメント４４６，４４８は、微小焦点用のフィラメント４４７と比較して、コイルの巻き数を多くし、及び／又は、コイル線径を太くして構成することが望ましい。
【００４５】
また、大焦点用のフィラメント４４６，４４８が配置される集束溝４４３，４４５は、集束体４４２の中心付近に向けて溝切りされている（図３参照）。
【００４６】
次に、動作を説明する。
図１〜図５に示すＸ線管装置１においては、ステータ電源を通じてステータ６が駆動されると、当該ステータ６からの回転磁界を受けてロータ４６４が所定速度で回転し、これに伴ってターゲット４６２も回転する。この状態で陰極４４から放射された電子ビームがターゲット４６２の傾斜面（焦点面）４６２ａに衝突すると、その衝突部分（焦点）から所定波長のＸ線が出力される。出力されたＸ線は、外囲器４２の円筒部４２２ａの所定位置に設けられた放射窓４３を通じて筐体２の外部へ放射される。
【００４７】
本実施形態では、微小焦点用のフィラメント４４７を中心とし、これと対称となるように、大焦点用のフィラメント４４６，４４８を配置することにより、ターゲット４６２の、微小焦点における焦点面の中心と大焦点における焦点面の中心とのズレを生じないようにすることができる。大焦点用のフィラメントを複数備えることで、ターゲット４６２における微小焦点と大焦点の焦点面中心のズレを生じなくできるのは、ターゲット４６２に向けて陰極４４の複数方向から電子ビームが衝突してくることにより、ターゲット４６２における大焦点用の焦点軌道１０の偏りが防止され、オーバーラップする領域Ａを作ることができることによる（図６参照）。図６に示すように、領域Ａの中心点が大焦点の焦点面の中心Ｃｂ１となり、これは微小焦点の焦点面の中心Ｃｓ１と一致する。
【００４８】
また、図３に示すように、集束体４４２の中心付近に向けて溝切りされるように集束溝４４３，４４５を形成することで、より一層、ターゲット４６２の、大焦点における焦点面の中心と、微小焦点における焦点面の中心との間でズレが生じないようにすることができる。
【００４９】
なお、従来構成では、Ｘ線管装置の陰極内に大焦点用のフィラメントと微小焦点用のフィラメントを有する場合であっても、大焦点用のフィラメントは単一で設けられていた。こうした構成では、ターゲットに向けて陰極の一方向からしか電子ビームが放射されず、大焦点用の焦点軌道に偏りを生じる。その結果、ターゲットの、微小焦点における焦点面の中心Ｃｓ２と大焦点における焦点面の中心Ｃｂ２との間にズレを生じていた（図７参照）。
【００５０】
《第２実施形態》
図１〜図４に示すように、大焦点用のフィラメント４４６，４４８と微小焦点用のフィラメント４４７とを単一の集束体４４２の中に設ける場合を例示した第１実施形態とは異なり、本実施形態では支持部材４８上に複数の集束体を設け、その一方を大焦点用に、他方を微小焦点用に用いる場合を例示する。なお、以降のすべての実施形態において、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
図８及び図９に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１ａは、第１実施形態とは異なる構造の陰極４４ａを有する。具体的に陰極４４ａは、支持部材４８の所定位置に配置された第１の集束体４４２ａ及び第２の集束体４４２ｂを有する。第２の集束体４４２ｂは、陽極４６の中心軸ｍを中心に、第１の集束体４４２ａから約９０°離間して配置されている。なお、両集束体４４２ａ，４４２ｂの配置はこの９０°に限定されず、例えば３０°〜１５０°の範囲で適宜決定することもできる。
【００５２】
各集束体４４２ａ，４４２ｂには、それぞれ、カソードと、このカソードを加熱するヒータなどが封入されている。
【００５３】
第２の集束体４４２ｂは、陽極４６に対して後方（図８の右方、図９の奥方）に凹む断面略矩形状の集束溝４４３ａ，４４５ａを複数（本実施形態では２つ）備えている。各集束溝４４３ａ，４４５ａには、それぞれ、第１実施形態と同様の、カソードとしての大焦点用に用いるコイル状フィラメント４４６，４４８が配置してある。
【００５４】
第１の集束体４４２ａは、陽極４６に対して後方に凹む断面略矩形状の集束溝４４４ａを備えている。集束溝４４４ａには、第１実施形態と同様の、カソードとしての微小焦点用に用いるコイル状フィラメント４４５が配置してある。
【００５５】
第１の集束体４４２ａの陽極４６側には、透視撮影に用いられる微小焦点を形成するために有効な集束電極４４９ａが接続されている。集束電極４４９ａは、陽極４６上の所定位置に微小焦点を形成するための電界を作り出すことが可能な形状としてある。
【００５６】
本実施形態の陰極４４ａは、第１実施形態の陰極４４（図１〜図５参照）とは異なり、大焦点用の電子ビームを発生するフィラメント４４６，４４８と、微小焦点用の電子ビームを発生するフィラメント４４７とが、上述したように離間して配置されているので、フィラメント４４６，４４８による大焦点用の電子ビームと、フィラメント４４７による微小焦点用の電子ビームとは、ターゲット４６２上に、別々の焦点を形成する。
【００５７】
そこで本実施形態では、図１０に示すように、外囲器４２の円筒部４２２ａの所定位置には、第１の開口（図示省略）が設けられ、この開口には、フィラメント４４６，４４８からの電子ビームに基づいて生成される一般撮影用（大焦点用）のＸ線を出力させるための放射窓４３ａを形成することとしている。また、同じく外囲器４２の円筒部４２２ａの所定位置には、第１の開口とは別の、第２の開口（図示省略）が設けられ、この開口には、フィラメント４４７からの電子ビームに基づいて生成される透視撮影用（微小焦点用）のＸ線を出力させるための放射窓４３ｂを形成することとしている。放射窓４３ｂは、概ね、陽極４６の中心軸ｍを中心に、放射窓４３ａから約９０°離間した円筒部４２２ａ側面の所定位置に形成される。
【００５８】
これに伴ってＸ線管装置１ａは、筐体２の外部へと放射されるＸ線の種類を切り替える撮影切替手段を備える。この切替手段によって、撮影用途に応じた適切なＸ線を筐体２の外部へ放射することが可能となる。
【００５９】
本実施形態の撮影切替手段は、図８、図１０及び図１１に示すように、筐体２の外部に設置された筐体回転装置１００で構成してあり、陽極４６の中心軸ｍを中心に筐体２を回転させることができるように構成される。具体的には筐体回転装置１００は、例えば、歯車などのギヤ１０２やベルト１０３などを備え、これらを駆動手段としてのモータ１０４を用いロッド１０６を通じて駆動力を伝達し、筐体２を中心軸ｍを中心に回転可能となるように構成されている。なお、筐体回転装置１００は、上記位置合わせを可能とするための、筐体２の回転角度認識センサー１０７も備えている。
【００６０】
センサー１０７で検知された情報は、モータ１０４の駆動を制御する制御装置（図示省略）へと送出され、ここでモータ１０４の作動開始、停止が制御される。具体的には制御装置による制御は、筐体２が所定の角度だけ回転すると自動的にモータ１０４の駆動を停止するようになっている。筐体２には、センサー１０７が筐体２の回転を検知するためのマーカー（図示省略）が取り付けられている。このマーカーは凹凸や反射板などで構成され、筐体２の回転角度を正確に検知するためのものである。
【００６１】
こうした構成のＸ線管装置１ａでは、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、陰極４４ａにおいて、一般撮影に必要な大電流を可能にすべくこの複数の電子発生源（フィラメント４４６，４４８）で形成されるＸ線源を大焦点用に利用し、残りの電子発生源（フィラメント４４７）で形成されるＸ線源を微小焦点用に利用するので、微小焦点における透視撮影とその他の一般撮影とで切り替えることにより、大電流化を可能とすることができる。
【００６２】
なお、筐体回転装置１００は、本実施形態のように筐体２の近傍に取り付ける場合の他、Ｘ線管装置１ａのシステム内に組み込むこともできる。また、筐体回転装置１００に代えて、コイル（ステータ）による磁界で筐体２を回転させる筐体回転装置（図示省略）を用いることもできる。
【００６３】
《第３実施形態》
図８、図１０及び図１１に示すように、撮影切替手段として、筐体２の外部に設置され、陽極４６の中心軸ｍを中心に筐体２を回転させる筐体回転装置１００を用いる場合を例示した第２実施形態とは異なり、本実施形態では、撮影切替手段として、筐体２内のＸ線管４を回転させるＸ線管回転装置１００ａを用いる場合を例示する。
【００６４】
図１２に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１ｂは、筐体２の外部へと放射されるＸ線の種類を切り替える撮影切替手段を備える。本実施形態の撮影切替手段は、筐体２の内部に設置されたＸ線管回転装置１００ａで構成してあり、陽極４６の中心軸ｍを中心にＸ線管４を回転させることができるように構成される。具体的にはＸ線管回転装置１００ａは、例えば、歯車などのギヤ１０２ａやベルトなどを備え、これらを駆動手段としてのモータ１０４ａを用いロッド１０６ａを通じて駆動力を伝達し、Ｘ線管４を中心軸ｍを中心に回転可能となるように構成されている。なお、Ｘ線管回転装置１００ａは、上記位置合わせを可能とするための、Ｘ線管４の回転角度認識センサー１０７ａも備えている。
【００６５】
センサー１０７ａで検知された情報は、モータ１０４ａの駆動を制御する制御装置（図示省略）へと送出され、ここでモータ１０４ａの作動開始、停止が制御される。具体的には制御装置による制御は、Ｘ線管４が所定の角度だけ回転すると自動的にモータ１０４ａの駆動を停止するようになっている。Ｘ線管４には、センサー１０７ａがＸ線管４の回転を検知するためのマーカー（図示省略）が取り付けられている。このマーカーは、Ｘ線管４の回転角度を正確に検知するためのものである。なお、Ｘ線管回転装置１００ａに代えて、図１３に示すように、ステータ６ａによる磁界でＸ線管４を回転させるＸ線管回転装置１００ｂを用いることもできる。
【００６６】
なお、図１２に戻り、Ｘ線管４の外囲器４２の陽極端４２４には、Ｘ線管４が筐体２内で回転可能となるように、Ｘ線管４の回転軸を回転自在に支持する軸受の外輪を固定する固定部５が設けられている。軸受けとしては、玉軸受、すべり軸受、流体軸受などが使用可能である。
【００６７】
このような構成のＸ線管装置１ｂによっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６８】
《第４実施形態》
図１２及び図１３に示すように、撮影切替手段として、筐体２の内部に設置され、陽極４６の中心軸ｍを中心にＸ線管４を回転させるＸ線管回転装置１００ａ，１００ｂを用いる場合を例示した第３実施形態とは異なり、本実施形態では、撮影切替手段として、Ｘ線管４内の陰極４４ａを回転させる陰極回転装置１００ｃを用いる場合を例示する。
【００６９】
図１４に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１ｃは、筐体２の外部へと放射されるＸ線の種類を切り替える撮影切替手段を備える。本実施形態の撮影切替手段は、ステータ６ｂによる磁界でＸ線管４内の陰極４４ａを回転させる陰極回転装置１００ｃで構成されている。陰極回転装置１００ｃは、上記位置合わせを可能とするための、Ｘ線管４の回転角度認識センサー１０７ｂも備えている。
【００７０】
なお、陰極回転装置１００ｃに代えて、例えば、歯車などのギヤやベルトなどを備え、これらを駆動手段としてのモータを用いロッド１０６ｂを通じて駆動力を伝達し、陰極４４ａを中心軸ｍを中心に回転可能となるように構成された陰極回転装置（図示省略）を用いることもできる。この場合、センサー１０７ｂで検知された情報は、モータの駆動を制御する制御装置（図示省略）へと送出され、ここでモータの作動開始、停止が制御される。具体的には制御装置による制御は、陰極４４ａが所定の角度だけ回転すると自動的にモータの駆動を停止するように構成する。
【００７１】
このような構成のＸ線管装置１ｃによっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７２】
上述した各実施形態のＸ線管装置１，１ａ，１ｂ，１ｃは、いずれも、被検体の検査または診断を行うＸ線装置に搭載されて用いられる。Ｘ線管装置を搭載したＸ線装置は、医療の分野ではＸ線透視装置やＸ線撮影装置などに利用することが可能である。また工業用の分野では、種々の製品の欠陥検査や異物検査などに利用することが可能である。
【００７３】
以上説明した実施形態は、上記発明の理解を容易にするために記載されたものであって、上記発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、上記発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…Ｘ線管装置
２…筐体（Ｘ線管容器）
２２…放射窓
４…Ｘ線管
４２…外囲器
４２２…大径部
４２２ａ…円筒部
４２４…陽極端
４２６…陽極絶縁部
４３…放射窓
４４，４４ａ…陰極
４４２…集束体（集束系）
４４２ａ…第１の集束体（集束系）
４４２ｂ…第２の集束体（集束系）
４４３〜４４５，４４３ａ〜４４５ａ…集束溝
４４６〜４４８…カソード、フィラメント（電子発生源）
４４９，４４９ａ…集束電極（集束系）
４６…陽極
４６２…ターゲット
４６４…ロータ
４８…支持部材
５…固定部
６，６ａ，６ｂ…ステータ
１０…焦点軌道
１００…筐体回転装置（撮影切替手段）
１００ａ，１００ｂ…Ｘ線管回転装置（撮影切替手段）
１００ｃ…陰極回転装置（撮影切替手段）
１０２，１０２ａ…ギア
１０３…ベルト
１０４，１０４ａ…モータ
１０６，１０６ａ，１０６ｂ…ロッド
１０７，１０７ａ，１０７ｂ…回転角度認識センサー
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線管装置及びＸ線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管装置は、被検体の検査または診断を行うＸ線装置に搭載され用いられている。Ｘ線装置による検査または診断は、まずＸ線管装置でＸ線を発生させ、その発生したＸ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線の線量を測定し、その測定線量に基づいてＸ線画像を作成することにより行われる。
【０００３】
Ｘ線管装置を搭載したＸ線装置は、医療の分野ではＸ線透視装置やＸ線撮影装置などに、また工業用の分野では種々の製品の欠陥検査や異物検査などに広く利用されている。
【０００４】
このようなＸ線管装置では、被検体内の検査対象物が微小な場合に、良い検査または診断を行う為には検査対象物の出来るだけ拡大された像を得ることが望ましい。そのためには、Ｘ線管装置またはそれを内挿するＸ線発生装置において、Ｘ線の発生領域であるＸ線源（焦点ともいう。）の大きさを出来るだけ小さくする必要があり、これに伴い微小焦点を有するＸ線管装置の需要が高まっている。
【０００５】
従来のＸ線管装置は、大きさが異なる焦点を陽極上に形成する構造をとっている。Ｘ線量の少ない透視撮影の場合には小焦点を利用し、Ｘ線量の多い一般撮影では大焦点が利用される。一般撮影では透視撮影と比べ大電流が必要となる。
【０００６】
微小焦点を有するＸ線管装置の場合、極めて小さい焦点を得る為の電子集束方法としては、複数の電極を用いて電子レンズ（以下「集束電極」という。）を形成し、電子ビームを集束させる方法が知られている。この構造をとることにより小焦点は更に小さい微小焦点を形成することが可能となる。
【０００７】
しかし、複数の焦点をもつＸ線管装置は、Ｘ線量が相違する透視撮影から一般撮影に切り替わる場合、またその逆の場合など焦点が切り替わる。その際に被検体の撮影位置のズレを小さくする必要があり、そのため集束溝の形状を変えることで焦点のずれを小さくする方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来手法では、集束電極による一般撮影における大焦点の焦点ズレを防ぐことは難しい。
【００１０】
微小焦点を有するＸ線管装置において透視撮影のみでは汎用性に欠けてしまうため、一般撮影も可能なＸ線管装置が望ましい。透視撮影と一般撮影では線量が異なる為に透視撮影の数倍の電流が一般撮影では必要となる。透視用のフィラメントは通常、大電流に耐えうるほどの線径や巻き数を有していないため一般撮影に使用することは出来ない。このため、透視用のフィラメントの他に、一般撮影のフィラメントが必要になる。しかしながら、透視用フィラメントと一般撮影用フィラメントをそれぞれ単一で配置した場合、透視撮影を行う際の微小焦点を形成するための集束電極が、一般撮影を行う際に大焦点の焦点ズレを引き起こしてしまい、微小焦点と大焦点の位置が変わり、撮影に支障を帰す。
【００１１】
発明が解決しようとする課題は、微小焦点を有しながら一般撮影が可能となるよう大電流を供給しても焦点ズレを生じるおそれが少ないＸ線管装置と、この装置を含むＸ線装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、下記解決手段では、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【００１３】
発明に係るＸ線管装置（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）は、Ｘ線管（４）を含むＸ線管容器（２）を備えたＸ線管装置において、
Ｘ線管（４）は、電子を放出する３つ以上の電子発生源（４４６〜４４８）及び電子発生源から放出された電子を細いビーム状の電子線に集束させる集束系（４４２，４４２ａ，４４２ｂ，４４９，４４９ａ）を含む陰極（４４，４４ａ）と、
陰極と対向して配置され、その対向面上に電子線が衝突してＸ線を放射するＸ線源を形成するターゲット（４６２）を有する陽極（４６）と、
陰極及び陽極を真空気密に封入する外囲器（４２）とを有し、
２つ以上の電子発生源（４４６，４４８）によりターゲット上に大焦点用のＸ線源を形成するとともに、１つ以上の電子発生源（４４７）によりターゲット上に微小焦点用のＸ線源を形成するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
第１の観点では、陰極（４４）の集束系は、
陽極（４６）に対して後方に凹む集束溝（４４３〜４４５）が電子発生源の数と同一数だけ形成された集束体（４４２）と、
この集束体の陽極側端に接続された集束電極（４４９）を有し、
複数の集束溝のうち中央側の溝（４４４）には、微小焦点を形成するための第１のカソード（４４７）が配置してあり、中央側の溝を挟んで対称となる位置の溝（４４３，４４５）には、大焦点を形成するための第２のカソード（４４６，４４８）がそれぞれ配置してあることを特徴とする。
【００１５】
第２の観点では、陰極（４４ａ）の集束系は、
陽極（４６）に対して後方に凹む単一の集束溝が形成された第１の集束体（４４２ａ）と、
第１の集束体の陽極側端に接続された集束電極（４４９ａ）と、
陽極（４６）に対して後方に凹む複数の集束溝が形成された第２の集束体（４４２ｂ）とを有し、
第１の集束体に形成された単一の溝には、微小焦点を形成するための第１のカソード（４４７）が配置してあり、第２の集束体に形成された複数の溝には、それぞれ大焦点を形成するための第２のカソード（４４６，４４８）が配置してあることを特徴とする。
【００１６】
発明に係るＸ線装置は、何れかのＸ線管装置（１，１ａ，１ｂ，１ｃ）を搭載してなる。
【発明の効果】
【００１７】
上記発明によれば、複数の電子発生源によりＸ線源を形成するように構成されているので、一般撮影に必要な大電流を可能にすべくこの複数の電子発生源で形成されるＸ線源を大焦点用に利用し、残りの電子発生源で形成されるＸ線源を微小焦点用に利用することにより、両焦点における焦点ズレの発生を防止することができる。
【００１８】
大焦点用の電子発生源を複数備えることで、陽極上の大焦点用と微小焦点用の両Ｘ線源の焦点ズレを防止できるのは、陽極に向けて陰極の複数方向から電子ビームが衝突してくることにより、陽極における大焦点用の焦点軌道の偏りが防止され、微小焦点用の焦点軌道の中心付近に大焦点用の焦点軌道がオーバーラップする領域Ａを作ることができることによるものと思われる（図６参照）。図６に示すように、領域Ａの中心点が大焦点の焦点面の中心Ｃｂ１となり、これは微小焦点の焦点面の中心Ｃｓ１と一致することとなり、焦点ズレが防止される。
【００１９】
上記発明によれば、微小焦点を有するＸ線管において一般撮影を行う為の大電流を流すことが可能となり、焦点ズレも小さいので、汎用性の高いＸ線管を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の一例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図２】図２は図１のＸ線管装置に使用されるＸ線管を構成する陰極付近を示す要部拡大図である。
【図３】図３は図２の要部断面図である。
【図４】図４は図３をＩＶ方向から見た場合の陰極付近を示す図である。
【図５】図５は図２〜図４の陰極を用いた場合の電子軌道図である。
【図６】図６は図３をＶＩ方向から見た場合のターゲット傾斜面（焦点面）の各焦点の焦点軌道を説明する図である。
【図７】図７は従来構成の陰極を用いた場合の図６に相当する説明図である。
【図８】図８は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図９】図９は図８をＩＸ方向から見た場合の陰極付近を示す図である。
【図１０】図１０は図８をＸ方向から見た場合の平面図である。
【図１１】図１１は図８をＸＩ方向から見た場合の左側面図である。
【図１２】図１２は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図１３】図１３は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【図１４】図１４は本発明の他の例に係るＸ線管装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態に係るＸ線管装置を図面に基づいて説明する。
【００２２】
《第１実施形態》
図１に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１は、略円筒状の中空体である筐体２を有する。筐体２（Ｘ線管容器）は、直方体状または円筒形状をしており、鋼板やアルミニウム合金鋳物などで構成される。本実施形態では、筐体２には、所定強度のＸ線を所定方向に向けて放射可能なＸ線管４と、このＸ線管４の陽極４６と陰極４４との間に高電圧のＸ線管電圧を供給する高電圧電源（図示省略）と、Ｘ線管４の陰極４４にカソードヒータの加熱電圧、その他各種電圧を供給する陰極電源（図示省略）と、Ｘ線管４の陽極を回転させるためのステータ６と、ステータ６を駆動するためのステータ電源（図示省略）と、Ｘ線管４をその内壁などに支持するためのＸ線管支持体（図示省略）と、Ｘ線管４や高電圧電源などを絶縁し冷却するために充填される絶縁油（図示省略）と、この絶縁油の膨張や収縮を緩衝するために取り付けられるベローズ（図示省略）などが収容されている。筐体２の円筒側面には、これに直接または近接してＸ線管４の放射窓４３が配置されるように寸法調整されている。なお、筐体２の内壁面の少なくともＸ線管４に近接する部分には、防Ｘ線処置が施されている。
【００２３】
ステータ６は、Ｘ線管４の一構成部材である陽極４６のロータ４６４の外周付近に配置され、Ｘ線管支持体に支持されている。
【００２４】
高電圧電源は、変圧器と整流回路などで構成され、Ｘ線管４の陽極４６に供給する正電位の高電圧と陰極４４に供給する負電位の高電圧を生成する。
【００２５】
陰極電源は、陰極４４のカソード（後述）のヒータを加熱するためのカソードヒータ電源（図示省略）や電圧電源などを含む。カソードヒータ電源は変圧器などで構成され、電圧電源は変圧器と整流回路、あるいは変圧器と整流回路と電圧調整回路などで構成される。陰極電源からの出力電圧は負の高電位に保持されるので、ここで使用される変圧器としては、通常、絶縁変圧器が用いられる。
【００２６】
高電圧電源で生成した高電圧（Ｘ線管電圧）は高圧リード線（図示省略）によりＸ線管４の陽極４６と陰極４４に供給され、陰極電源で生成した各種電圧は高電圧電源からの負電位の高電圧と共に高圧リード線によりＸ線管４の陰極４４に供給される。
【００２７】
ステータ電源は、ステータ６の種別（単相か３相かなど）によりその構成は異なるが、例えば単相の場合には進相用コンデンサなどで構成される。ステータ電源からの出力電圧は低電圧であるので、低圧リード線（図示省略）を介してステータ６に供給される。
【００２８】
ベローズは、例えば椀形の形状を持ち、ゴムなどで構成され、筐体２の内壁面に油密に取り付けられて絶縁油の膨張、収縮を緩衝する。
【００２９】
なお、上記説明では、高電圧電源、陰極電源及びステータ電源を筐体２内に含める構成としたが、これらの電源の一部または全部は筐体２の外部に配置してもよい。その場合、高電圧を筐体２内に導入するための高電圧ケーブルやケーブルレセプタクルなどが必要となる。
【００３０】
本実施形態に係るＸ線管４は、陰極４４と、回転陽極（以下、陽極と略称する）４６と、陰極４４と陽極４６を真空気密に内包し、絶縁支持する外囲器４２とを含む。
【００３１】
本実施形態の陰極４４は、焦点寸法が例えば０．１ｍｍ未満の微小焦点（マイクロフォーカス）と、焦点寸法が例えば０．３ｍｍ超の大焦点との、各焦点を形成するためにビーム状の電子線（以下「電子ビーム」ともいう。）を生成し、この電子線を陽極４６の円盤状のターゲット４６２の傾斜面４６２ａに衝突させて所定波長のＸ線を発生させる。Ｘ線は外囲器４２に設けられた開口（図示省略）から外囲器４２の外部へ放射される。陰極４４の詳細構造は後述する。
【００３２】
陽極４６は、本実施形態では回転陽極で構成されており、円盤状のターゲット４６２と、このターゲット４６２を支持するロータ４６４と、ロータ４６４を支持する回転軸（図示省略。ロータ４６４の内側に含まれている）と、回転軸を回転自在に支持する軸受（図示省略。ロータ４６４の内側に含まれている）と、軸受の外輪を固定する固定部（図示省略。ロータ４６４のターゲット４６２とは反対側の端部に接続されている）などで構成されている。軸受けとしては、玉軸受、すべり軸受、流体軸受などが使用可能である。
【００３３】
ロータ４６４は、ステータ６からの回転磁界を受けて回転駆動力を発生する。
【００３４】
ターゲット４６２は、傘型の円盤状をしており、通常、タングステンやタングステン合金などの高原子番号で高融点の金属材料で構成される。ターゲット４６２の熱容量が大きい場合には、ターゲット４６２の軽量化のために、Ｘ線の発生源となる傾斜面４６２ａの表面層以外の部分は、比熱の大きい高融点の、金属材料（モリブデンなど）や非金属材料（グラファイトなど）に置換される場合もある。ターゲット４６２は、陽極４６の中心軸ｍを回転中心軸として回転する。ターゲット４６２の傾斜面（焦点面とも言う。）４６２ａに陰極４４からの電子線が衝突すると、その衝突部分がＸ線源（焦点）となり、その焦点からＸ線が放射される。この焦点は、ターゲット４６２が回転しているため、逐次回転移動し、全体とし円軌道を形成する。この円軌道は焦点軌道１０（図６，７参照）と呼ばれる。
【００３５】
外囲器４２は、陽極４６のターゲット４６２及び陰極４４を囲む大径部４２２と、陽極４６の陽極端４２４を絶縁支持する陽極絶縁部４２６などで構成されている。大径部４２２の陰極４４を囲む部分は、陰極４４を絶縁支持する陰極絶縁部を含む。大径部４２２は、円筒部４２２ａを有し、例えばステンレス鋼や銅などの耐熱性が比較的高い金属材料などで構成される。円筒部４２２ａ側面におけるターゲット４６２上の焦点に近接する部分には、円形の開口（図示省略）が設けられ、この開口には放射窓４３が取り付けられている。放射窓４３はX線透過性のよいベリリウムなどで構成され、窓枠（図示省略）などを介して溶接またはろう付けによって前記開口に結合されている。この放射窓４３は、上述したように、筐体２の円筒側面に直接または近接して配置されるように寸法調整されているため、発生したＸ線は、この放射窓４３を通じて筐体２の外部へと放射される。
【００３６】
陽極絶縁部４２６は、一端がコーン状に広がった円筒形状をしており、そのコーン状に広がった部分に円筒部４２２ａの開口端部が接続されている。陽極絶縁部４２６は耐熱性ガラスやセラミックなどの絶縁材料で構成される。
【００３７】
図１〜図４に示すように、陰極４４は、その背面が支持部材４８により支持されている。支持部材４８は、円筒状で電気絶縁性の陰極保持体４８ａを有しており、この陰極保持体４８ａを介して外囲器４２の内側の所定位置に陰極４４が固定されている。
【００３８】
本実施形態の陰極４４は、熱電子を発生するカソード（電子発生源）と、発生した熱電子を集束させ、焦点を形成するための電子ビームとする集束系と、カソード及び集束系を絶縁支持し、両者に給電するための高圧リード線（前出。図示省略）を備えた支持部材４８などで構成されている。
【００３９】
支持部材４８は、例えばガラスやセラミックなどの絶縁物で構成され、この絶縁物に給電用の高圧リード線が埋め込まれている。この支持部材４８は、集束系としての集束体４４２を支持する部分と外囲器４２と接続する部分とを有する。高圧リード線には外部電源（高電圧電源、陰極電源など）から陰極側の高電圧と、カソードヒータ（図示省略）を加熱するための電圧などが供給される。
【００４０】
集束系の一つとしての集束体４４２は、カソード及び該カソードを加熱するヒータなどが封入されている。集束体４４２は、陽極４６に対して後方（図２の上方）に凹む断面略矩形状の集束溝４４３〜４４５を複数（本実施形態では３つ）備えている。各集束溝４４３〜４４５には、それぞれ、高温に加熱された熱電子を発生、放出するカソードが配置してある。カソードとしては、例えばコイル状フィラメント、酸化物カソード、含浸型カソードなどが挙げられるが、本実施形態では、直熱型のコイル状フィラメントを用いる場合を例示する。各フィラメント４４６〜４４８を各集束溝４４３〜４４５の中に配置することで、高電圧電源（図示省略）から高電圧が印加され、加熱されたフィラメント４４６〜４４８で発生し陽極４６へ向かう電子ビームの放射領域が制御される。
【００４１】
集束体４４２の陽極４６側には、もう一つの集束体としての集束電極４４９が接続されている。集束電極４４９は、図５に示すように、陽極４６上の所定位置に各焦点（大焦点、微小焦点）を形成するための電界を作り出すことが可能な形状としてある。特に集束電極４４９は、透視撮影に用いられる微小焦点を形成するために有効なものとして使用される。
【００４２】
図１〜図４に戻る。集束体４４２は例えば純鉄などで構成され、集束電極４４９は例えばステンレス鋼などの耐熱性金属で構成される。
【００４３】
本実施形態では、各フィラメント４４６〜４４８が、一般撮影用の大焦点用フィラメントと、透視撮影用の微小焦点用フィラメントに振り分けられ、別々に配置されている。特に、大焦点用フィラメントとしてフィラメント４４６，４４８を、微小焦点用フィラメントとしてフィラメント４４７を用いる場合、すなわち微小焦点用のフィラメント４４７を中央に配置し、その両側に大焦点用のフィラメント４４６，４４８を配置している。
【００４４】
本実施形態では、大焦点用のフィラメント４４６，４４８は、微小焦点用のフィラメント４４７と比較して、コイルの巻き数を多くし、及び／又は、コイル線径を太くして構成することが望ましい。
【００４５】
また、大焦点用のフィラメント４４６，４４８が配置される集束溝４４３，４４５は、集束体４４２の中心付近に向けて溝切りされている（図３参照）。
【００４６】
次に、動作を説明する。
図１〜図５に示すＸ線管装置１においては、ステータ電源を通じてステータ６が駆動されると、当該ステータ６からの回転磁界を受けてロータ４６４が所定速度で回転し、これに伴ってターゲット４６２も回転する。この状態で陰極４４から放射された電子ビームがターゲット４６２の傾斜面（焦点面）４６２ａに衝突すると、その衝突部分（焦点）から所定波長のＸ線が出力される。出力されたＸ線は、外囲器４２の円筒部４２２ａの所定位置に設けられた放射窓４３を通じて筐体２の外部へ放射される。
【００４７】
本実施形態では、微小焦点用のフィラメント４４７を中心とし、これと対称となるように、大焦点用のフィラメント４４６，４４８を配置することにより、ターゲット４６２の、微小焦点における焦点面の中心と大焦点における焦点面の中心とのズレを生じないようにすることができる。大焦点用のフィラメントを複数備えることで、ターゲット４６２における微小焦点と大焦点の焦点面中心のズレを生じなくできるのは、ターゲット４６２に向けて陰極４４の複数方向から電子ビームが衝突してくることにより、ターゲット４６２における大焦点用の焦点軌道１０の偏りが防止され、オーバーラップする領域Ａを作ることができることによる（図６参照）。図６に示すように、領域Ａの中心点が大焦点の焦点面の中心Ｃｂ１となり、これは微小焦点の焦点面の中心Ｃｓ１と一致する。
【００４８】
また、図３に示すように、集束体４４２の中心付近に向けて溝切りされるように集束溝４４３，４４５を形成することで、より一層、ターゲット４６２の、大焦点における焦点面の中心と、微小焦点における焦点面の中心との間でズレが生じないようにすることができる。
【００４９】
なお、従来構成では、Ｘ線管装置の陰極内に大焦点用のフィラメントと微小焦点用のフィラメントを有する場合であっても、大焦点用のフィラメントは単一で設けられていた。こうした構成では、ターゲットに向けて陰極の一方向からしか電子ビームが放射されず、大焦点用の焦点軌道に偏りを生じる。その結果、ターゲットの、微小焦点における焦点面の中心Ｃｓ２と大焦点における焦点面の中心Ｃｂ２との間にズレを生じていた（図７参照）。
【００５０】
《第２実施形態》
図１〜図４に示すように、大焦点用のフィラメント４４６，４４８と微小焦点用のフィラメント４４７とを単一の集束体４４２の中に設ける場合を例示した第１実施形態とは異なり、本実施形態では支持部材４８上に複数の集束体を設け、その一方を大焦点用に、他方を微小焦点用に用いる場合を例示する。なお、以降のすべての実施形態において、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
図８及び図９に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１ａは、第１実施形態とは異なる構造の陰極４４ａを有する。具体的に陰極４４ａは、支持部材４８の所定位置に配置された第１の集束体４４２ａ及び第２の集束体４４２ｂを有する。第２の集束体４４２ｂは、陽極４６の中心軸ｍを中心に、第１の集束体４４２ａから約９０°離間して配置されている。なお、両集束体４４２ａ，４４２ｂの配置はこの９０°に限定されず、例えば３０°〜１５０°の範囲で適宜決定することもできる。
【００５２】
各集束体４４２ａ，４４２ｂには、それぞれ、カソードと、このカソードを加熱するヒータなどが封入されている。
【００５３】
第２の集束体４４２ｂは、陽極４６に対して後方（図８の右方、図９の奥方）に凹む断面略矩形状の集束溝４４３ａ，４４５ａを複数（本実施形態では２つ）備えている。各集束溝４４３ａ，４４５ａには、それぞれ、第１実施形態と同様の、カソードとしての大焦点用に用いるコイル状フィラメント４４６，４４８が配置してある。
【００５４】
第１の集束体４４２ａは、陽極４６に対して後方に凹む断面略矩形状の集束溝４４４ａを備えている。集束溝４４４ａには、第１実施形態と同様の、カソードとしての微小焦点用に用いるコイル状フィラメント４４５が配置してある。
【００５５】
第１の集束体４４２ａの陽極４６側には、透視撮影に用いられる微小焦点を形成するために有効な集束電極４４９ａが接続されている。集束電極４４９ａは、陽極４６上の所定位置に微小焦点を形成するための電界を作り出すことが可能な形状としてある。
【００５６】
本実施形態の陰極４４ａは、第１実施形態の陰極４４（図１〜図５参照）とは異なり、大焦点用の電子ビームを発生するフィラメント４４６，４４８と、微小焦点用の電子ビームを発生するフィラメント４４７とが、上述したように離間して配置されているので、フィラメント４４６，４４８による大焦点用の電子ビームと、フィラメント４４７による微小焦点用の電子ビームとは、ターゲット４６２上に、別々の焦点を形成する。
【００５７】
そこで本実施形態では、図１０に示すように、外囲器４２の円筒部４２２ａの所定位置には、第１の開口（図示省略）が設けられ、この開口には、フィラメント４４６，４４８からの電子ビームに基づいて生成される一般撮影用（大焦点用）のＸ線を出力させるための放射窓４３ａを形成することとしている。また、同じく外囲器４２の円筒部４２２ａの所定位置には、第１の開口とは別の、第２の開口（図示省略）が設けられ、この開口には、フィラメント４４７からの電子ビームに基づいて生成される透視撮影用（微小焦点用）のＸ線を出力させるための放射窓４３ｂを形成することとしている。放射窓４３ｂは、概ね、陽極４６の中心軸ｍを中心に、放射窓４３ａから約９０°離間した円筒部４２２ａ側面の所定位置に形成される。
【００５８】
これに伴ってＸ線管装置１ａは、筐体２の外部へと放射されるＸ線の種類を切り替える撮影切替手段を備える。この切替手段によって、撮影用途に応じた適切なＸ線を筐体２の外部へ放射することが可能となる。
【００５９】
本実施形態の撮影切替手段は、図８、図１０及び図１１に示すように、筐体２の外部に設置された筐体回転装置１００で構成してあり、陽極４６の中心軸ｍを中心に筐体２を回転させることができるように構成される。具体的には筐体回転装置１００は、例えば、歯車などのギヤ１０２やベルト１０３などを備え、これらを駆動手段としてのモータ１０４を用いロッド１０６を通じて駆動力を伝達し、筐体２を中心軸ｍを中心に回転可能となるように構成されている。なお、筐体回転装置１００は、上記位置合わせを可能とするための、筐体２の回転角度認識センサー１０７も備えている。
【００６０】
センサー１０７で検知された情報は、モータ１０４の駆動を制御する制御装置（図示省略）へと送出され、ここでモータ１０４の作動開始、停止が制御される。具体的には制御装置による制御は、筐体２が所定の角度だけ回転すると自動的にモータ１０４の駆動を停止するようになっている。筐体２には、センサー１０７が筐体２の回転を検知するためのマーカー（図示省略）が取り付けられている。このマーカーは凹凸や反射板などで構成され、筐体２の回転角度を正確に検知するためのものである。
【００６１】
こうした構成のＸ線管装置１ａでは、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、陰極４４ａにおいて、一般撮影に必要な大電流を可能にすべくこの複数の電子発生源（フィラメント４４６，４４８）で形成されるＸ線源を大焦点用に利用し、残りの電子発生源（フィラメント４４７）で形成されるＸ線源を微小焦点用に利用するので、微小焦点における透視撮影とその他の一般撮影とで切り替えることにより、大電流化を可能とすることができる。
【００６２】
なお、筐体回転装置１００は、本実施形態のように筐体２の近傍に取り付ける場合の他、Ｘ線管装置１ａのシステム内に組み込むこともできる。また、筐体回転装置１００に代えて、コイル（ステータ）による磁界で筐体２を回転させる筐体回転装置（図示省略）を用いることもできる。
【００６３】
《第３実施形態》
図８、図１０及び図１１に示すように、撮影切替手段として、筐体２の外部に設置され、陽極４６の中心軸ｍを中心に筐体２を回転させる筐体回転装置１００を用いる場合を例示した第２実施形態とは異なり、本実施形態では、撮影切替手段として、筐体２内のＸ線管４を回転させるＸ線管回転装置１００ａを用いる場合を例示する。
【００６４】
図１２に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１ｂは、筐体２の外部へと放射されるＸ線の種類を切り替える撮影切替手段を備える。本実施形態の撮影切替手段は、筐体２の内部に設置されたＸ線管回転装置１００ａで構成してあり、陽極４６の中心軸ｍを中心にＸ線管４を回転させることができるように構成される。具体的にはＸ線管回転装置１００ａは、例えば、歯車などのギヤ１０２ａやベルトなどを備え、これらを駆動手段としてのモータ１０４ａを用いロッド１０６ａを通じて駆動力を伝達し、Ｘ線管４を中心軸ｍを中心に回転可能となるように構成されている。なお、Ｘ線管回転装置１００ａは、上記位置合わせを可能とするための、Ｘ線管４の回転角度認識センサー１０７ａも備えている。
【００６５】
センサー１０７ａで検知された情報は、モータ１０４ａの駆動を制御する制御装置（図示省略）へと送出され、ここでモータ１０４ａの作動開始、停止が制御される。具体的には制御装置による制御は、Ｘ線管４が所定の角度だけ回転すると自動的にモータ１０４ａの駆動を停止するようになっている。Ｘ線管４には、センサー１０７ａがＸ線管４の回転を検知するためのマーカー（図示省略）が取り付けられている。このマーカーは、Ｘ線管４の回転角度を正確に検知するためのものである。なお、Ｘ線管回転装置１００ａに代えて、図１３に示すように、ステータ６ａによる磁界でＸ線管４を回転させるＸ線管回転装置１００ｂを用いることもできる。
【００６６】
なお、図１２に戻り、Ｘ線管４の外囲器４２の陽極端４２４には、Ｘ線管４が筐体２内で回転可能となるように、Ｘ線管４の回転軸を回転自在に支持する軸受の外輪を固定する固定部５が設けられている。軸受けとしては、玉軸受、すべり軸受、流体軸受などが使用可能である。
【００６７】
このような構成のＸ線管装置１ｂによっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６８】
《第４実施形態》
図１２及び図１３に示すように、撮影切替手段として、筐体２の内部に設置され、陽極４６の中心軸ｍを中心にＸ線管４を回転させるＸ線管回転装置１００ａ，１００ｂを用いる場合を例示した第３実施形態とは異なり、本実施形態では、撮影切替手段として、Ｘ線管４内の陰極４４ａを回転させる陰極回転装置１００ｃを用いる場合を例示する。
【００６９】
図１４に示すように、本実施形態に係るＸ線管装置１ｃは、筐体２の外部へと放射されるＸ線の種類を切り替える撮影切替手段を備える。本実施形態の撮影切替手段は、ステータ６ｂによる磁界でＸ線管４内の陰極４４ａを回転させる陰極回転装置１００ｃで構成されている。陰極回転装置１００ｃは、上記位置合わせを可能とするための、Ｘ線管４の回転角度認識センサー１０７ｂも備えている。
【００７０】
なお、陰極回転装置１００ｃに代えて、例えば、歯車などのギヤやベルトなどを備え、これらを駆動手段としてのモータを用いロッド１０６ｂを通じて駆動力を伝達し、陰極４４ａを中心軸ｍを中心に回転可能となるように構成された陰極回転装置（図示省略）を用いることもできる。この場合、センサー１０７ｂで検知された情報は、モータの駆動を制御する制御装置（図示省略）へと送出され、ここでモータの作動開始、停止が制御される。具体的には制御装置による制御は、陰極４４ａが所定の角度だけ回転すると自動的にモータの駆動を停止するように構成する。
【００７１】
このような構成のＸ線管装置１ｃによっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７２】
上述した各実施形態のＸ線管装置１，１ａ，１ｂ，１ｃは、いずれも、被検体の検査または診断を行うＸ線装置に搭載されて用いられる。Ｘ線管装置を搭載したＸ線装置は、医療の分野ではＸ線透視装置やＸ線撮影装置などに利用することが可能である。また工業用の分野では、種々の製品の欠陥検査や異物検査などに利用することが可能である。
【００７３】
以上説明した実施形態は、上記発明の理解を容易にするために記載されたものであって、上記発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、上記発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…Ｘ線管装置
２…筐体（Ｘ線管容器）
２２…放射窓
４…Ｘ線管
４２…外囲器
４２２…大径部
４２２ａ…円筒部
４２４…陽極端
４２６…陽極絶縁部
４３…放射窓
４４，４４ａ…陰極
４４２…集束体（集束系）
４４２ａ…第１の集束体（集束系）
４４２ｂ…第２の集束体（集束系）
４４３〜４４５，４４３ａ〜４４５ａ…集束溝
４４６〜４４８…カソード、フィラメント（電子発生源）
４４９，４４９ａ…集束電極（集束系）
４６…陽極
４６２…ターゲット
４６４…ロータ
４８…支持部材
５…固定部
６，６ａ，６ｂ…ステータ
１０…焦点軌道
１００…筐体回転装置（撮影切替手段）
１００ａ，１００ｂ…Ｘ線管回転装置（撮影切替手段）
１００ｃ…陰極回転装置（撮影切替手段）
１０２，１０２ａ…ギア
１０３…ベルト
１０４，１０４ａ…モータ
１０６，１０６ａ，１０６ｂ…ロッド
１０７，１０７ａ，１０７ｂ…回転角度認識センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管を含むＸ線管容器を備えたＸ線管装置において、
前記Ｘ線管は、電子を放出する３つ以上の電子発生源及び前記電子発生源から放出された電子を細いビーム状の電子線に集束させる集束系を含む陰極と、
前記陰極と対向して配置され、その対向面上に前記電子線が衝突してＸ線を放射するＸ線源を形成するターゲットを有する陽極と、
前記陰極及び前記陽極を真空気密に封入する外囲器とを有し、
２つ以上の前記電子発生源により前記ターゲット上に大焦点用のＸ線源を形成するとともに、１つ以上の前記電子発生源により前記ターゲット上に微小焦点用のＸ線源を形成するように構成したことを特徴とするＸ線管装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線管装置において、
前記陰極の前記集束系は、前記陽極に対して後方に凹む集束溝が前記電子発生源の数と同一数だけ形成された集束体と、
前記集束体の前記陽極側端に接続された集束電極を有し、
複数の前記集束溝のうち中央側の溝には、微小焦点を形成するための第１のカソードが配置してあり、前記中央側の溝を挟んで対称となる位置の溝には、大焦点を形成するための第２のカソードがそれぞれ配置してあることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線管装置において、
前記陰極の前記集束系は、前記陽極に対して後方に凹む単一の集束溝が形成された第１の集束体と、前記第１の集束体の前記陽極側端に接続された集束電極と、前記陽極に対して後方に凹む複数の集束溝が形成された第２の集束体とを有し、
前記第１の集束体に形成された単一の溝には、微小焦点を形成するための第１のカソードが配置してあり、前記第２の集束体に形成された複数の溝には、それぞれ大焦点を形成するための第２のカソードが配置してあることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項４】
請求項３記載のＸ線管装置において、
前記第２の集束体は、前記陽極の中心軸を中心に、前記第１の集束体から約９０°離間した位置に配置されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載のＸ線管装置において、
前記各集束体と対向する前記Ｘ線管容器のそれぞれの位置には、前記ターゲットの前記Ｘ線源から放射されるＸ線を外部に照射可能な放射窓が設けてあり、
前記放射窓から前記Ｘ線管容器の外部へと照射されるＸ線の種類を切替可能な撮影切替手段を有することを特徴とするＸ線管装置。
【請求項６】
請求項５記載のＸ線管装置において、
前記撮影切替手段は、前記Ｘ線管容器を、前記陽極の中心軸を中心に回転可能なＸ線管容器回転装置で構成されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項７】
請求項５記載のＸ線管装置において、
前記撮影切替手段は、前記Ｘ線管を、前記陽極の中心軸を中心に回転可能なＸ線管回転装置で構成されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項８】
請求項５記載のＸ線管装置において、
前記撮影切替手段は、前記Ｘ線管内の陰極を、前記陽極の中心軸を中心に回転可能な陰極回転装置で構成されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項記載のＸ線管装置を搭載したＸ線装置。
【請求項１】
Ｘ線管を含むＸ線管容器を備えたＸ線管装置において、
前記Ｘ線管は、電子を放出する３つ以上の電子発生源及び前記電子発生源から放出された電子を細いビーム状の電子線に集束させる集束系を含む陰極と、
前記陰極と対向して配置され、その対向面上に前記電子線が衝突してＸ線を放射するＸ線源を形成するターゲットを有する陽極と、
前記陰極及び前記陽極を真空気密に封入する外囲器とを有し、
２つ以上の前記電子発生源により前記ターゲット上に大焦点用のＸ線源を形成するとともに、１つ以上の前記電子発生源により前記ターゲット上に微小焦点用のＸ線源を形成するように構成したことを特徴とするＸ線管装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線管装置において、
前記陰極の前記集束系は、前記陽極に対して後方に凹む集束溝が前記電子発生源の数と同一数だけ形成された集束体と、
前記集束体の前記陽極側端に接続された集束電極を有し、
複数の前記集束溝のうち中央側の溝には、微小焦点を形成するための第１のカソードが配置してあり、前記中央側の溝を挟んで対称となる位置の溝には、大焦点を形成するための第２のカソードがそれぞれ配置してあることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線管装置において、
前記陰極の前記集束系は、前記陽極に対して後方に凹む単一の集束溝が形成された第１の集束体と、前記第１の集束体の前記陽極側端に接続された集束電極と、前記陽極に対して後方に凹む複数の集束溝が形成された第２の集束体とを有し、
前記第１の集束体に形成された単一の溝には、微小焦点を形成するための第１のカソードが配置してあり、前記第２の集束体に形成された複数の溝には、それぞれ大焦点を形成するための第２のカソードが配置してあることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項４】
請求項３記載のＸ線管装置において、
前記第２の集束体は、前記陽極の中心軸を中心に、前記第１の集束体から約９０°離間した位置に配置されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載のＸ線管装置において、
前記各集束体と対向する前記Ｘ線管容器のそれぞれの位置には、前記ターゲットの前記Ｘ線源から放射されるＸ線を外部に照射可能な放射窓が設けてあり、
前記放射窓から前記Ｘ線管容器の外部へと照射されるＸ線の種類を切替可能な撮影切替手段を有することを特徴とするＸ線管装置。
【請求項６】
請求項５記載のＸ線管装置において、
前記撮影切替手段は、前記Ｘ線管容器を、前記陽極の中心軸を中心に回転可能なＸ線管容器回転装置で構成されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項７】
請求項５記載のＸ線管装置において、
前記撮影切替手段は、前記Ｘ線管を、前記陽極の中心軸を中心に回転可能なＸ線管回転装置で構成されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項８】
請求項５記載のＸ線管装置において、
前記撮影切替手段は、前記Ｘ線管内の陰極を、前記陽極の中心軸を中心に回転可能な陰極回転装置で構成されていることを特徴とするＸ線管装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項記載のＸ線管装置を搭載したＸ線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１００６３７（Ｐ２０１１−１００６３７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４８３８（Ｐ２００９−２５４８３８）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]