(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子源領域を画定する電子放出手段と、
それぞれが該電子源領域の少なくとも１つに関連付けられる複数のグリッド領域を画定する抽出グリッドと、
各グリッド領域と対応する該電子源領域との間の相対的な電位を制御し、電子が該放出手段から抽出される位置を該電子源領域間で移動させることができるように構成される制御手段と、
該電子放出手段が配置されるブロックを有し、各々が該電子源領域の１つと位置合わせされている複数の開口を画定する抑制器とを備え、
該抑制器は、該電子放出手段を取り囲むと共に定電圧に維持され、該電子放出手段と該抑制器との間の電位差により、電子が該電子源領域から抽出されることを特徴とするＸ線スキャナ用電子源。
【請求項２】
該抽出グリッドは該抑制器の上側に位置し、該抽出グリッドは該放出手段に沿って離間して配置される複数のグリッド素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項３】
それぞれの該グリッド素子は開口部を有し、該開口部はそれぞれの抑制器の開口部に位置合わせされていることを特徴とする請求項２に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項４】
該制御手段は、各グリッド素子を、該放出手段に対して正の電位を有する抽出電位あるいは該放出手段に対して負の電位を有する阻止電位のいずれかに接続するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項５】
該グリッド素子は該抽出電位に接続されると、電子を該グリッド素子に向けて加速するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項６】
該グリッド素子は該阻止電位に接続されると、該電子を放出点の近傍に留めるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項７】
該電子放出手段は、複数の放出器素子を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項８】
該電子放出手段は、一本のフィラメントを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項９】
該制御手段は該各電子源領域を次々に起動するように構成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項１０】
該制御手段は、該電子源領域又は該グリッド領域の電位を制御して、該電子源領域の複数の連続したグループから電子を抽出するように構成され、該グループはそれぞれ異なる波長の方形波パターンを有する照明を生成することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一記載のＸ線スキャナ用電子源。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一記載の電子源と、少なくとも１つの陽極とを備えるＸ線管。
【請求項１２】
該少なくとも１つの陽極は、異なるグリッド素子によって生成される電子ビームが該陽極の異なる部分に衝突することになるように構成される長尺状の陽極を含むことを特徴とする請求項１１記載のＸ線管。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載のＸ線管と、Ｘ線検出手段とを備えるＸ線スキャナであって、該制御手段は、個々のＸ線源点から該少なくとも１つの陽極上にＸ線を生成し、且つ該検出手段から個々のデータセットを収集するように構成されることを特徴とするＸ線スキャナ。
【請求項１４】
該検出手段は複数の検出器を備えることを特徴とする請求項１３記載のＸ線スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線管、Ｘ線管のための電子源およびＸ線イメージングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は、熱電子放出器または冷陰極源を用いることができる電子源と、抽出電位と阻止電位とを切り替えて放出器からの電子の抽出を制御することができる、グリッドのような或る形態の抽出デバイスと、電子によって衝撃を与えられるときにＸ線を生成する陽極とを備える。そのようなシステムの例が特許文献１および特許文献２に開示されている。
【特許文献１】米国特許第４，２７４，００５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２５９，０１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
たとえば、医療用およびセキュリティ用として、Ｘ線スキャナを利用する機会が増えると、比較的安価で、かつ寿命が長いＸ線管を製造することが益々望まれるようになる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、本発明は、複数の電子源領域を画定する電子放出手段と、それぞれが電子源領域の少なくとも１つに関連付けられる複数のグリッド領域を画定する抽出グリッドと、各グリッド領域と個々の電子源領域との間の相対的な電位を制御し、電子が放出手段から抽出される位置を上記電子源領域間で動かすことができるように構成される制御手段と、を備えるＸ線スキャナ用電子源を提供する。
【０００５】
抽出グリッドは、放出手段に沿って間隔を置いて配置される複数のグリッド素子を含むことができる。この場合、各グリッド領域が、それらのグリッド素子のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【０００６】
放出手段は細長い放出器部材を含み、グリッド素子は、電子源領域がそれぞれ放出器部材に沿った個々の位置に存在するように、放出器部材に沿って離隔して配置される。
【０００７】
制御手段は、各グリッド素子を、放出手段に対して正の電位を有する抽出電位か、放出手段に対して負の電位を有する阻止電位かのいずれかに接続するように構成されることが好ましい。制御手段は、グリッド素子を、隣接する対毎に次々に抽出電位に接続して、グリッド素子の各対間に電子ビームを誘導するように構成されることがさらに好ましい。各グリッド素子は、隣接するいずれかのグリッド素子と同じ電位に接続することができ、２つの異なるグリッド対の一部を構成できるようにすることがさらに好ましい。
【０００８】
制御手段は、隣接するグリッド対がそれぞれ抽出電位に接続されている間に、そのグリッド対のいずれかの側にあるグリッド素子、さらにはその対にはない全てのグリッド素子を阻止電位に接続するように構成することができる。
【０００９】
グリッド素子は平行で細長い部材を備えることが好ましく、同じく細長い部材である放出部材は、グリッド素子に対して概ね垂直に延在することが好ましい。
【００１０】
グリッド素子はワイヤを含むことができ、より好ましくは平面的であり、放出器部材に対して概ね垂直な平面内に延在して、放出器部材を陽極からの逆方向のイオン衝撃から保護する。グリッド素子は、隣接するグリッド素子間の距離に概ね等しい距離だけ、放出手段から離隔して配置されることが好ましい。
【００１１】
電子源はさらに複数の集束素子を含むことが好ましく、それらの集束素子も細長く、グリッド素子に対して平行であり、電子ビームがグリッド素子を通過した後に、そのビームを集束するように構成されることが好ましい。集束素子は、任意のグリッド素子対の間を通り抜けた電子が、対応する一対の集束素子の間を通り抜けるように、グリッド素子と位置合わせることがさらに好ましい。
【００１２】
集束素子は、放出器に対して負の電位を有する電位に接続されるように構成されることが好ましい。集束素子は、グリッド素子に対して正の電位を有する電位に接続されるように構成されることが好ましい。
【００１３】
制御手段は集束素子にかけられる電位を制御し、それにより電子ビームの集束を制御するように構成されることが好ましい。
【００１４】
集束素子はワイヤを含み、平面的であり、放出器部材に対して概ね垂直な平面内に延在して、放出器部材を陽極からの逆方向のイオン衝撃から保護することができる。
【００１５】
１つまたは複数の隣接するグリッド素子のグループが抽出電位に切り替えられる場合には、電子がそのグリッド素子の上記グループの幅よりも長い放出器部材の長さから抽出されることになるように、グリッド素子は放出器から離隔して配置されることが好ましい。たとえば、グリッド素子は、隣接するグリッド素子間の距離に少なくとも概ね等しい距離だけ放出器部材から離隔して配置することができ、その距離は約５ｍｍにすることができる。
【００１６】
グリッド素子は抽出された電子を少なくとも部分的に集束してビームにするように構成されることが好ましい。
【００１７】
本発明は、本発明による電子源および少なくとも１つの陽極を含むＸ線管システムをさらに提供する。少なくとも１つの陽極は、異なるグリッド素子によって生成される電子ビームが陽極の異なる部分に衝突することになるように構成される細長い陽極を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明は、本発明によるＸ線管と、Ｘ線検出手段とを備えるＸ線スキャナをさらに提供し、制御手段は、個々のＸ線源点から上記少なくとも１つの陽極上にＸ線を生成し、且つ検出手段から個々のデータセットを収集するように構成される。検出手段は複数の検出器を備えることが好ましい。制御手段は、電子源領域又はグリッド領域の電位を制御するように構成されて、電子源領域から成り、それぞれが異なる波長の方形波パターンを有する照明を生成する複数の連続したグループから電子を抽出し、且つ照明毎に検出手段の読み値を記録することがさらに好ましい。制御手段は、記録された読み値に数学的な変換を適用して、Ｘ線管と検出器との間に置かれる物体の特徴を再構成するようにさらに構成されることがさらに好ましい。
【００１９】
本発明は、複数のＸ線源点を有するＸ線源と、Ｘ線検出手段と、Ｘ線源を制御するように構成されて、Ｘ線源点から成り、それぞれが異なる波長の方形波パターンを有する照明を生成する複数の連続したグループからＸ線を生成し、且つ照明毎に検出手段の読み値を記録する制御手段とを備えるＸ線スキャナをさらに提供する。Ｘ線源点は直線状のアレイに配列されることが好ましい。検出手段はＸ線源点の直線状のアレイに対して概ね垂直な方向に延在する検出器の直線状のアレイを含むことが好ましい。制御手段は照明毎に各検出器からの読み値を記録するように構成されることがさらに好ましい。これによって、制御手段は各検出器からの読み値を用いて、物体の個々の層の特徴を再構成することができる。制御手段は、読み値を用いて、物体の３次元再構成物を形成するように構成されることが好ましい。
【００２０】
本発明は、Ｘ線源点の直線状のアレイを備えるＸ線源と、検出器の直線状のアレイを備えるＸ線検出手段と、制御手段とを備えるＸ線スキャナをさらに備え、直線状のアレイは互いに対して概ね垂直に配列され、制御手段はＸ線源点又は検出器のいずれかを制御して、それぞれが異なる数のＸ線源点又は検出器から成るグループを含む複数の連続したグループにおいて動作させるように、且つ数学的な変換を用いて検出器からの読み値を解析して物体の３次元画像を生成するように構成される。制御手段は、上記複数のグループにおいてＸ線源点を動作させるように構成され、上記グループ毎に各検出器から同時に読み値が得られることが好ましい。別法では、制御手段は、上記複数のグループにおいて検出器を動作させて、グループ毎に、各Ｘ線源点を次々に起動して、個々の読み値を生成するように構成されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
例示にすぎないが、ここで、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１を参照すると、電子源が、２つの側板１４、１６を有する導電性金属抑制器１２と、抑制器側板１４と１６との間に抑制器に沿って延在する放出器素子１８とを備える。グリッドワイヤ２０の形をとる複数のグリッド素子が抑制器１２の上方において支持され、その２つの側板１４と１６との間の隙間を越えて、放出器素子１８に対して垂直な平面内に延在する。この例では、グリッドワイヤは０．５ｍｍの直径を有し、５ｍｍの距離だけ離隔して配置される。またグリッドワイヤは放出器素子１８からも約５ｍｍ離隔して配置される。集束ワイヤ２２の形をとる複数の集束素子が、放出器素子に対してグリッドワイヤの反対側にある別の平面内に支持される。集束ワイヤ２２はグリッドワイヤ２０に対して平行であり、グリッドワイヤと同じ間隔、すなわち５ｍｍだけ互いから離隔して配置され、各集束ワイヤ２２はそれぞれ１つのグリッドワイヤ２０と位置合わせされる。集束ワイヤ２２はグリッドワイヤ２０から約８ｍｍ離隔して配置される。
【００２３】
図２で示すように、電子源１０が放出器ユニット２５のハウジング２４に収容され、抑制器１２はハウジング２４の底面２４ａ上に支持される。集束ワイヤ２２は、放出器素子１８に対して平行に延在する２本の支持レール２６ａ、２６ｂ上に支持され、抑制器１２から離隔して配置され、支持レールはハウジング２４の底面２４ａ上に取り付けられる。支持レール２６ａ、２６ｂは導電性であり、集束ワイヤ２２は全て互いに電気的に接続されるようになる。支持レールのうちの一方２６ａは、ハウジング２４の底面２４ａを貫通して突出するコネクタ２８に接続され、集束ワイヤ２２のための電気的な接続を与える。グリッドワイヤ２０はそれぞれ抑制器１２の一方の側板１６に沿って延在し、グリッドワイヤ２０毎に個別の電気的な接続を与える個々の電気コネクタ３０に接続される。
【００２４】
陽極３２はハウジング２４の側壁２４ｂと２４ｃとの間に支持される。陽極３２は通常タングステンまたは銀めっきされた銅の柱状体として形成され、放出器素子１８に対して平行に延在する。それゆえ、グリッドワイヤ２０および集束ワイヤ２２は、放出器素子１８と陽極３２との間に延在する。陽極３２への電気コネクタ３４が、ハウジング２４の側壁２４ｂを貫通して延在する。
【００２５】
放出器素子１８は抑制器１２の端部１２ａ、１２ｂにおいて支持されるが、抑制器１２から電気的には分離され、ハウジング２４内のさらに別のコネクタ３６、３８を介して供給される電流によって加熱される。この実施の形態では、放出器１８は、ヒータとしての役割を果たすタングステンワイヤコア、コアを覆うニッケルコーティング、およびニッケルを覆う、低仕事関数を有する希土類酸化物の層から形成される。しかしながら、簡単なタングステンワイヤのような、他のタイプの放出器を用いることもできる。
【００２６】
図３を参照すると、電子ビーム４０を生成するために、放出器素子１８は電気的に接地され、加熱され、電子を放出するようになる。抑制器は、通常３〜５Ｖの一定の電圧に保持されて、外部からの電界が電子を望ましくない方向に加速するのを防ぐ。一対の隣接するグリッドワイヤ２０ａ、２０ｂが、放出器よりも高い１〜４ｋＶの電位に接続される。他のグリッドワイヤは−１００Ｖの電位に接続される。全ての集束ワイヤ２２がグリッドワイヤよりも高い１〜４ｋＶの正の電位に保持される。
【００２７】
抽出するグリッドワイヤ対内のグリッドワイヤ２０ａ、２０ｂから離隔した全てのグリッドワイヤ２０は、放出器素子１８の長さの大部分にわたって、陽極に向かって電子が放出されるのを抑制し、さらに概ね防ぐ。これは、それらのグリッドワイヤが放出器１８に対して負の電位を有するためであり、それゆえ、結果としてグリッドワイヤ２０と放出器１８との間の電界の方向によって、放出された電子が放出器１８に向かって強制的に戻される傾向がある。しかしながら、抽出するグリッドワイヤ対２０ａ、２０ｂは、放出器１８に対して正の電位にあり、放出器１８から放出された電子を引き寄せて、それにより抽出するワイヤ２０ａ、２０ｂの間を通過し、かつ陽極３２に向かって進む電子ビーム４０が生成される。放出器素子１８からグリッドワイヤ２０が離隔して配置されることに起因して、２つのグリッドワイヤ２０ａと２０ｂとの間の間隔よりもかなり長い、放出器素子１８の長さｘから放出される電子が一緒に引き寄せられて、一対のワイヤ２０ａと２０ｂとの間を通過するビームになる。それゆえ、グリッドワイヤ２０は、電子を抽出するための役割を果たすだけでなく、それらの電子をまとめて集束してビーム４０にするための役割も果たす。電子が抽出されることになる放出器１８の長さは、グリッドワイヤ２０の間隔、および抽出するグリッドワイヤ対２０ａ、２０ｂと残りのグリッドワイヤ２０との間の電位差による。
【００２８】
２つの抽出するグリッドワイヤ２０ａ、２０ｂ間を通過した後に、ビーム４０は、対応する一対の集束ワイヤ２２ａ、２２ｂに向かって引き寄せられて、その間を通過する。ビームは、集束ワイヤ２２と陽極３２との間にある焦線ｆ１に向かって収束し、その後、陽極３２に向かって再び発散する。集束ワイヤ２２の正の電位を変更して、焦線ｆ１の位置を変更し、それによりビームが陽極３２に衝突するときのビーム幅を変更することができる。
【００２９】
放出器１８および陽極３２が縦方向において示される図４を参照すると、電子ビーム４０は再び集束ワイヤ２２と陽極３２との間にある焦線ｆ２に向かって収束し、その焦線ｆ２の位置は主に放出器１８と陽極３２との間に生成される電界強度による。
【００３０】
図２に戻ると、移動する電子ビームを生成するために、一連の隣接するグリッドワイヤ２０の対が迅速に次々と抽出電位に接続され、それによりＸ線が生成されることになる陽極３２の位置を変更することができる。
【００３１】
電子が抽出される放出器１８の長さｘがグリッドワイヤ２０間の間隔よりも著しく長いという事実はいくつかの利点を有する。所与の最小ビーム間隔、すなわち電子ビームの２つの隣接する位置の間の最小距離の場合に、ビーム毎に電子を抽出することができる放出器１８の長さは、その最小ビーム間隔よりもはるかに長い。これは、放出器１８の各部分から放出される電子を、複数の異なる位置に引き寄せてビームを形成することができるためである。これにより、放出器１８を、従来の電子源に比べて相対的に低い温度で作動させて、同等のビーム流を与えることができる。別法では、従来の電子源と同じ温度を用いる場合には、はるかに大きく、たとえば７倍までのビーム流を生成することができる。また放出器１８の長さにわたる電子源の輝度の偏差も平滑化され、結果として、放出器１８の種々の部分から抽出されるビーム強度の偏差が大幅に低減される。
【００３２】
図５を参照すると、Ｘ線スキャナ５０が従来の配列で構成されており、中央のスキャナＺ軸の周囲に円弧状に配列され、かつスキャナＺ軸に向かってＸ線を放射するように向けられる放射器ユニット２５のアレイを備える。センサ５２のリングが、放射器の内側に配置され、スキャナＺ軸に向かって内側に向けられる。放射器ユニットから放射されるＸ線が、放射器ユニットの最も近くにあるセンサの傍を通り過ぎて、さらにＺ軸を通って、放射器ユニットから最も遠くにあるセンサによって検出されるように、センサ５２および放射器ユニット２５はＺ軸に沿って互いからオフセットされる。スキャナは、図５の機能ブロックによって表される複数の機能を操作する制御システムによって制御される。システム制御ブロック５４が、画像表示ユニット５６、Ｘ線管制御ブロック５８および画像再構成ブロック６０を制御し、それらのユニットおよびブロックからデータを受信する。Ｘ線管制御ブロック５８は、各放射器ユニット２５内の集束ワイヤ２２の電位を制御する集束制御ブロック６２と、各放射器ユニット２５内の個々のグリッドワイヤ２０の電位を制御するグリッド制御ブロック６４と、各放射器ブロックの陽極３２に電源を供給し、かつ放出器素子１８に電源を供給する高電圧源６８とを制御する。画像再構成ブロック６０は、センサ制御ブロック７０を制御し、センサ制御ブロック７０からデータを受信し、センサ制御ブロック７０はさらに、センサ５２を制御し、かつセンサ５２からデータを受信する。
【００３３】
動作時に、走査されることになる物体がＺ軸に沿って動かされ、さらに物体の周囲を回転するようにＸ線ビームが各放射器ユニットに沿って掃引されて、各ユニット内の各Ｘ線源位置から物体の中を通過するＸ線がセンサ５２によって検出される。走査時のＸ線源位置毎のセンサ５２からのデータが個々のデータセットとして記録される。Ｘ線源位置が回転する度に得られるデータセットを解析して、物体を貫通する平面の画像を生成することができる。物体がＺ軸に沿って動くのに応じて、ビームは繰返し回転して、物体全体の３次元の断層Ｘ線撮影画像を構成する。
【００３４】
図６を参照すると、本発明の第２の実施の形態では、グリッド素子１２０および集束素子１２２が平坦な帯状片として形成される。素子１２０、１２２は第１の実施の形態と同様に配置されるが、帯状片の平面は放出器素子１１８および陽極１３２に対して垂直に、かつ放出器素子１１８が電子を放出するように構成される方向に対して平行に存在する。この構成の１つの利点は、陽極１３２に衝突し、放出器に向かって戻される電子ビーム１４０によって生成されるイオン１７０が、放出器に達する前に、素子１２０、１２２によって概ね阻止されることである。電子ビーム１４０の経路に沿って真直ぐに戻される少数のイオン１７２は放出器に達することになるが、逆方向のイオン衝撃に起因する放出器への全損傷は大幅に低減される。場合によっては、グリッド素子１２０だけ、または集束素子１２２だけを平坦にすれば十分であるかもしれない。
【００３５】
図６の実施の形態では、帯状片１２０、１２２の幅は、それらが離隔する距離、すなわち約５ｍｍに概ね等しい。しかしながら、それらの幅をかなり広くできることは理解されよう。
【００３６】
図７を参照すると、本発明の第３の実施の形態では、グリッド素子２２０および集束素子２２２が第１の実施の形態の場合よりも近接して配置される。これにより、グリッド素子のうちの３つ以上、図示される例では２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの３つのグループが抽出電位に切り替えられて、抽出グリッド内に抽出窓を形成することができる。この場合、抽出窓の幅は３つの素子２２０のグループの幅に概ね等しい。放出器２１８からのグリッド素子２２０の間隔は抽出窓の幅に概ね等しい。集束素子も、各集束素子を正の電位または負の電位のいずれかに接続することができるような個々のスイッチによって正の電位に接続される。電子ビームを集束するのに最も適している２つの集束素子２２２ａ、２２２ｂが正の集束電位に接続される。残りの集束素子２２２は負の電位に接続される。この場合、集束するために必要とされる２つの集束素子の間に１つの集束素子２２２ｃが存在するので、その集束素子も正の集束電位に接続される。
【００３７】
図８および図９を参照すると、本発明の第４の実施の形態による電子源が、図には１つしか示されないが、複数の放出器素子３１８を備え、それぞれその中に電流を流すことによって加熱されるタングステン金属帯状片から形成される。帯状片の中央にある領域３１８ａは、その表面から電子を熱放射するための仕事関数を低減するためにトリウムを含有する。抑制器３１２が、その下側３１４に沿って延在する溝３１３を有する金属ブロックを含み、その溝の中に放出器素子３１８が配置される。開口部３１５の列が抑制器３１２に沿って設けられ、それぞれ個々の放出器素子３１８のトリウム含有領域３１８ａと位置合わせされる。１つしか示されないが、一連のグリッド素子３２０が抑制器３１２内の開口部３１５上に、すなわち放出器素子３１８に対して開口部３１５の反対側に延在する。各グリッド素子３２０も、その中を貫通する開口部３２１を有し、その開口部は個々の抑制器開口部３１５と位置合わせされ、放出器素子３１８を離れる電子が開口部３１５、３２０を通ってビームとして進行することができるようにする。放出器素子３１８は電気コネクタ３１９に接続され、グリッド素子３２０は電気コネクタ３３０に接続され、コネクタ３２０、３３０は、図８には示されないが、底面部材３２４から突出し、放出器素子３１８の中に電流を流し、かつグリッド素子２０の電位を制御できるようにする。
【００３８】
動作時に、通常１０Ｖ未満である、放出器素子３１８とその周囲を取り巻く抑制器電極３１２との間の電位差に起因して、放出器素子３１８のトリウム含有領域３１８ａから電子が抽出される。抑制器３１２上に配置され、個別に制御することができる個々のグリッド素子３２０の電位に応じて、これらの電子はグリッド素子３２０に向かって抽出されることになるか、または放出点に隣接する場所に留まるであろう。
【００３９】
グリッド素子３２０が放出器素子３１８に対して正の電位（たとえば＋３００Ｖ）に保持される場合には、抽出された電子はグリッド素子３１８に向かって加速することになり、その大部分が、抑制器３１２内の開口部３１５の上方にある、グリッド素子３２０内に配置される開口部３２１を通過するであろう。これは電子ビームを形成し、その電子ビームはグリッド３２０上の外部電界の中を通り抜ける。
【００４０】
グリッド素子３２０が放出器３１８に対して負の電位（たとえば−３００Ｖ）に保持されるとき、抽出された電子はグリッドから押し戻されることになり、放出点に隣接する場所に留まるであろう。これは、電子源からの外部への電子放出をゼロまで減らす。
【００４１】
この電子源は、図５に示すのに類似のスキャナシステムの一部を形成するように構成することができ、各グリッド素子３３０の電位は個別に制御される。これは、グリッド制御式電子源を含むスキャナを提供し、電子源の実効的な放出源位置は、図５を参照して先に説明されたのと同じようにして、電子制御によって空間内で変更することができる。
【００４２】
図１０を参照すると、本発明の第５の実施の形態では、電子源が図８および図９の電子源に類似であり、対応する部品は同じ参照番号に１００を加えた数によって示される。この実施の形態では、放出器素子３１８は、抑制器ボックス４１２内に配置される一本の加熱されるワイヤフィラメント４１８によって置き換えられる。一連のグリッド素子４２０を用いて、外部の電子ビーム４４０を得るための実効的な放出源の位置が決定される。ワイヤ３１８の中に電流が流れることによってワイヤ３１８の長さに沿って受ける電位差に起因して、電子抽出の効率は場所とともに変化するであろう。
【００４３】
これらの変化を小さくするために、図１１に示すような補助的な酸化物放出器５００を用いることができる。この放出器５００は、導電性チューブ、好ましくはニッケルをストロンチウム−バリウム酸化物でコーティングした材料のような低仕事関数の放出器材料５０２を含む。タングステンワイヤ５０６がガラスまたはセラミック粒子５０８でコーティングされ、その後、チューブ５０４の中に通される。図１０の放出源において用いられるとき、ニッケルチューブ５０４は抑制器４１２に対して適当な電位に保持され、タングステンワイヤ５０６の中に電流が流される。ワイヤ５０６が加熱されるとき、放射される熱エネルギーがニッケルチューブ５０４を加熱する。これによりさらに、放出器材料５０２が加熱され、電子を放出し始める。この場合、放出器電位は抑制器電極４１２に対して固定されるので、放出器５００の長さに沿って一様な抽出効率が確保される。さらに、ニッケルの良好な熱伝導率に起因して、たとえば、製造中の厚み変動によって、または経年変化によって引き起こされる、タングステンワイヤ５０６の温度の変動が平均化されて、結果として放出器５００の全ての領域において電子抽出がより均一になる。
【００４４】
図１２を参照すると、本発明の第６の実施の形態では、グリッド制御式電子放出器が、一方の側６０１（たとえば１０×３ｍｍ）においてストロンチウムバリウム酸化物のような低仕事関数の酸化物材料６０２によってコーティングされた、小さな、通常１０×３×３ｍｍのニッケルブロック６００を含む。ニッケルブロック６００は、電気的なフィードスルー６０６上に取り付けることにより、周囲を取り巻く抑制器電極６０４に対して、たとえば＋６０Ｖ〜＋３００Ｖの電位に保持される。１つまたは複数のタングステンワイヤ６０８が、ニッケルブロック６００内の絶縁された穴６１０の中に通される。通常、これは、ニッケルブロック６００内の穴６１０の中にタングステンワイヤを通す前に、タングステンワイヤをガラスまたはセラミック粒子６１２でコーティングすることにより達成される。ワイヤメッシュ６１４が抑制器６０４に電気的に接続され、ニッケルブロック６００のコーティングされた表面６０１の上方に延在し、表面６０１の上方で抑制器６０４と同じ電位が確立されるようにする。
【００４５】
タングステンワイヤ６０８の中に電流が流されるとき、そのワイヤは加熱され、周囲を取り巻くニッケルブロック６００に熱エネルギーを放射する。ニッケルブロック６００が加熱されるので、酸化物コーティング６０２が暖められる。約９００℃において、酸化物コーティング６０２は実効的な電子放出器になる。
【００４６】
絶縁されたフィードスルー６０６を用いて、ニッケルブロック６００が抑制器電極６０４に対して負（たとえば−６０Ｖ）の電位に保持される場合には、酸化物６０２からの電子が、抑制器６０４と一体に構成されるワイヤメッシュ６１４を通って、外部の真空に抽出されるであろう。ニッケルブロック６００が抑制器電極６０４に対して正（たとえば＋６０Ｖ）の電位に保持される場合には、メッシュ６１４による電子放出は遮断されるであろう。ニッケルブロック６００およびタングステンワイヤ６０８の電位が絶縁性粒子６１２によって互いから絶縁される場合には、タングステンワイヤ６０８は、通常抑制器電極６０４の電位に近い電位に固定することができる。
【００４７】
１つまたは複数のタングステンワイヤ６０８を備えて、放出器ブロック６００を加熱する、酸化物コーティングされた複数の放出器ブロック６００を用いて、複数の放出器電子源を作り出すことができ、各放出器を個別にオンおよびオフすることができる。これにより、その電子源は、たとえば図５のシステムに類似のスキャナシステムにおいて用いることができるようになる。
【００４８】
図１２ａ、図１２ｂおよび図１２ｃを参照すると、本発明の第７の実施の形態では、複数の放出器電子源が、それぞれ酸化物６０２ａをコーティングされた複数のニッケル放出器パッド６０３ａを支持する絶縁性アルミナブロック６００ａ、６００ｂ、６００ｃのアセンブリを含む。そのブロックは、長い長方形の上側ブロック６００ａと、対応する形状の下側ブロック６００ｃと、上側ブロックと下側ブロックとの間に狭持され、その間に、そのアセンブリに沿って延在する溝６０５ａを形成する隙間を有する２つの中間ブロック６００ｂとを含む。タングステンヒータコイル６０８ａが、ブロック６００ａ、６００ｂ、６００ｃの全長にわたって溝６０５ａに沿って延在する。ニッケルパッド６０３ａは長方形であり、上側ブロック６００ａの長さに沿って、間隔を置いて上側ブロック６００ａの上側表面６０１ａにわたって延在する。ニッケルパッド６０３ａは、互いから絶縁されるように離隔して配置される。
【００４９】
抑制器６０４ａが、ブロック６００ａ、６００ｂ、６００ｃの両側に沿って延在し、ニッケル放出器パッド６０３ａの上方でワイヤメッシュ６１４ａを支持する。抑制器は、メッシュ６１４ａの直ぐ上に配置され、かつ放出源にわたって、ニッケルパッド６０３ａに対して平行に延在する複数の集束ワイヤ６１６ａも支持し、各ワイヤは２つの隣接するニッケルパッド６０３ａ間に配置される。集束ワイヤ６１６ａおよびメッシュ６１４ａは抑制器６０４ａに電気的に接続され、それゆえ同じ電位にある。
【００５０】
図１２の実施の形態と同様に、ヒータコイル６０８ａは放出器パッド６０３ａを加熱し、酸化物層が電子を放出できるようにする。パッド６０３ａは、抑制器６０４ａに対して、たとえば＋６０Ｖの正の電位に保持されるが、パッドが放出するように、抑制器６０４ａに対して、たとえば−６０Ｖの負の電位に個別に接続される。図１２ａに最も分かりやすく示すように、パッド６０３ａのうちの任意のパッドが電子を放出しているとき、これらの電子は、パッド６０３ａのそれぞれの側にある２つの集束ワイヤ６１６ａによって集束されてビーム６０７ａになる。これは、放出器パッド６０３ａと陽極との間にある電界線が、集束ワイヤ６１６ａ間を通過する場所においてわずかに内側に押し込まれるためである。
【００５１】
図１３を参照すると、本発明の第８の実施の形態では、Ｘ線源７００が、一連のＸ線源点７０２からそれぞれＸ線を生成するように構成される。これらは、１つまたは複数の陽極、および上記の実施の形態のうちの任意の実施の形態による複数の電子源から構成することができる。Ｘ線源点７０２は個別にオンおよびオフすることができる。単一のＸ線検出器７０４が配設され、結像されることになる物体７０６がＸ線源と検出器との間に置かれる。その後、物体７０６の画像が、以下に説明されるようなアダマール変換を用いて作成される。
【００５２】
図１４ａ〜図１４ｃを参照すると、Ｘ線源点７０２が等しい数の隣接する点７０２に分割される。たとえば、図１４ａに示すグループ分けでは、各グループが１つのＸ線源点７０２から成る。その際、交互に配置されるグループ内のＸ線源点７０２が同時に起動されるので、図１４ａのグループ分けでは、交互に配置されるＸ線源点７０２ａは起動される一方、起動されたＸ線源点７０２ａの間にある各Ｘ線源点７０２ｂは起動されない。これは、２つのＸ線源点７０２ａ、７０２ｂの幅に等しい波長を有する方形波照明パターンを生成する。この照明パターンの場合に、検出器７０４によって測定されるＸ線照明の量が記録される。その後、図１４ｂに示すような別の照明パターンが用いられ、Ｘ線源点７０２の各グループが２つの隣接するＸ線源点を含み、交互に配置されるグループ７０２ｃが再び起動され、間にあるグループ７０２ｄは起動されない。これは、図１４ｂに示すような方形波照明パターンを生成し、その波長はＸ線源点７０２の４つの幅に等しい。再び、検出器７０４におけるＸ線照明の量が記録される。その後、この過程が、図１４ｃに示すように、４つのＸ線源点７０２のグループで繰り返され、さらに大きな数の他のグループサイズで繰り返される。全てのグループサイズが用いられ、種々の方形波照明波長に関連付けられる個々の測定が行われたとき、その結果を用いて、Ｘ線源点７０２の線と検出器７０４との間に存在する物体７０６の２Ｄ層の完全な画像プロファイルを、アダマール変換を用いて再構成することができる。この構成の利点は、Ｘ線源点を個別に起動する代わりに、いつでもＸ線源点７０２の半分が起動され、残りの半分が起動されないことである。それゆえ、この方法の信号対雑音比は、Ｘ線源点アレイに沿って走査するためにＸ線源点７０２が個別に起動される方法よりも著しく高くなる。
【００５３】
物体の一方の側にある単一のＸ線源と、物体の他方の側にある検出器の直線状のアレイとを用いて、アダマール変換解析を実行することもできる。この場合、異なるサイズのグループ内にあるＸ線源を起動する代わりに、単一のＸ線源が連続して起動され、上記のＸ線源点７０２のグループに対応する、異なるサイズのグループにおいて検出器からの読み値が得られる。物体の解析およびその画像の再構成は、図１３の構成の場合に用いられたものに類似である。
【００５４】
図１５を参照すると、この構成に対する変更形態では、図１３の単一の検出器が、Ｘ線源点８０２の直線状のアレイに対して垂直な方向に延在する検出器の直線状のアレイ８０４によって置き換えられる。Ｘ線源点８０２および検出器８０４のアレイは、Ｘ線源点アレイの両端にあるＸ線源点８０２ａ、８０２ｂと検出器アレイの両端にある検出器８０４ａ、８０４ｂとを結ぶ線８０７によって画定される３次元体積８０５を画定する。このシステムは図１３に示すシステムと全く同じように操作されるが、照明されたＸ線源点の方形波グループ毎に、各検出器８０４におけるＸ線照明が記録されることが異なる。検出器毎に、体積８０５内の物体８０６の１つの層の２次元画像を再構成することができ、その後、合成して、物体８０６の完全な３次元画像を形成することができる。
【００５５】
図１６ａおよび図１６ｂ、図１７および図１８を参照すると、さらに別の実施の形態では、放出器素子９１６が、その上に低仕事関数の放出器９１８を形成されたＡｌＮ放出器層９１７と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板９２０および白金（Ｐｔ）ヒータ素子９２２から構成されるヒータ層９１９とを備え、それらの層は相互接続パッド９２４を介して接続される。その後、導電性ばね９２６がＡｌＮ基板９２０を回路基板９２８に接続する。窒化アルミニウムは熱伝導率が高く、丈夫なセラミック材料であり、ＡｌＮの熱膨張率は白金（Ｐｔ）の熱膨張率に厳密に一致する。これらの特性によって、Ｘ線管の応用形態において用いるための、図１６ａおよび図１６ｂに示すような一体型ヒータ−電子放出器９１６を設計できるようになる。
【００５６】
通常、Ｐｔ金属は、１〜３ｍｍの幅のトラック内に１０〜１００ミクロンの厚みで形成され、室温において５〜５０オームの範囲のトラック抵抗を与える。トラック内に電流を流すことにより、そのトラックは加熱され始めて、この熱エネルギーがＡｌＮ基板内に直に放散される。ＡｌＮの優れた熱伝導率に起因して、ＡｌＮの加熱は基板にわたって概ね一様であり、通常１０〜２０°の範囲内にある。電流の流れおよび周囲環境によっては、１１００℃を超える安定した基板温度を達成することができる。ＡｌＮおよびＰｔはいずれも酸素による侵蝕に耐性があるので、空気中でも、その基板でそのような温度を達成することができる。しかしながら、Ｘ線管への応用形態の場合、基板は通常、真空中で加熱される。
【００５７】
図１７を参照すると、熱反射板９３０がＡｌＮ基板９２０の加熱される側の近くに配置され、ヒータ効率を改善し、放射による熱伝達を通して熱が失われるのを少なくする。この実施の形態では、熱遮蔽板９３０は、薄い金層をコーティングされたマイカシートから形成される。金の下にチタン層を加えると、マイカへの接着性が改善される。
【００５８】
電子を生成するために、一連のＰｔ帯状片９３２が、ＡｌＮ基板のヒータ９２２とは反対側においてＡｌＮ基板９２０上に堆積され、その両端は基板の側面を取り巻いて延在して、基板の下側において終端し、そこでパッド９２４を形成する。通常、これらの帯状片９３２は、Ｐｔインクおよび後続の加熱乾燥を用いて堆積されるであろう。その後、Ｐｔ帯状片９３２は、その中央領域において、Ｓｒ；Ｂａ；Ｃａ炭酸塩混合物９１８をコーティングされる。炭酸塩材料が通常７００℃を超える温度まで加熱されるとき、それはＳｒ：Ｂａ：Ｃａ酸化物に分解するであろう。その酸化物は、低仕事関数の材料であり、それは通常７００〜９００℃の温度において非常に効率的な電子源である。
【００５９】
電子ビームを生成するために、Ｐｔ帯状片９３２は、Ｓｒ；Ｂａ；Ｃａ酸化物から真空中に抽出されるビーム流の生成源を得るために電源に接続される。この実施の形態では、これは、図１７に示すようなアセンブリを用いることにより達成される。ここでは、１組のばね９２６が、パッド９２４への電気的な接続と、ＡｌＮ基板への機械的な接続とを与える。これらのばねは、タングステンから形成されることが好ましいが、モリブデンまたは他の材料を用いることもできる。これらのばね９２６は、電子放出器アセンブリ９１６の熱膨張に応じて収縮し、信頼性のある相互接続方法を提供する。
【００６０】
ばねの底部は、熱伝導率は低いが、導電率は良好であり、下にあるセラミック回路基板９２８への電気的な接続を与える薄肉のチューブ９３４の中に配置されることが好ましい。通常、この下にある回路基板９２８は、放出器毎に個別に制御される制御／電源信号のための真空フィードトラス（feedthrus）を与えるであろう。その回路基板は、アルミナセラミックのような低いガス放出特性を有する材料から形成されることが最も好ましい。
【００６１】
別の構成は、図１８に示すように、薄肉のチューブ９３４とばねアセンブリ９２６とを入れ替えて、チューブ９３４が高温で使用され、ばね９２６が低温で使用されるようにする。これにより、低温においてばねに生じるクリープが小さくなるので、より多くのばね材料を選択できる余地がある。
【００６２】
この設計では、図１６ａおよび図１６ｂに示すような、上側放出表面と下側相互接続点９２４との間に、ＡｌＮ基板９２０上にあるラップアラウンドまたはスルーホールＰｔ相互接続９２４を用いることが好都合である。別法では、クリップ配列を用いて、電源をＡｌＮ基板の上側表面に接続することができる。
【００６３】
溶接アセンブリ、高温半田付けアセンブリ、ならびにスナップおよびループばねのような他の機械的な接続を含む、別のアセンブリ方法を用いることができることは明らかである。
【００６４】
ＡｌＮはバンドギャップが広い半導体材料であり、ＰｔとＡｌＮとの間に、半導体注入コンタクトが形成される。高い動作温度で生じる可能性がある注入電流を小さくするために、注入コンタクトをブロッキングコンタクトに変換することが好都合である。これは、たとえば、Ｐｔメタライゼーションを形成する前に、ＡｌＮ基板９２０の表面上に酸化アルミニウム層を成長させることにより達成することができる。
【００６５】
別法では、Ｐｔの代わりに、タングステンまたはニッケルのような複数の他の材料を用いることができる。通常、そのような金属は、その焼成過程においてセラミック内に焼結され、強度のあるハイブリッドデバイスをもたらすことができる。
【００６６】
場合によっては、ＡｌＮ基板上の金属をＮｉのような第２の金属でコーティングすることが好都合である。これにより、たとえば、酸化物放出器の寿命を延ばすのを、またはヒータの抵抗を制御するのを助けることができる。
【００６７】
さらに別の実施の形態では、ヒータ素子９２２は、放出器ブロック９１７の背面に形成され、図１６ａの放出器ブロック９１７の下側が図１６ｂに示すようにする。その際、図１６ａおよび図１６ｂに示す導電性パッド９２４は同じ部品であり、コネクタ素子９２６への電気的な接触を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による電子源を示す図である。
【図２】図１の電子源を含むＸ線放出器ユニットを示す図である。
【図３】ユニット内の電子の経路を示す、図２のユニットの横断面図である。
【図４】ユニット内の電子の経路を示す、図２のユニットの縦断面図である。
【図５】本発明による複数の放出器ユニットを含むＸ線イメージングシステムの図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるＸ線管の図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるＸ線管の図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態によるＸ線管の斜視図である。
【図９】図８のＸ線管の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態によるＸ線管の断面図である。
【図１１】図１０のＸ線管の一部を形成する放出器素子を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態によるＸ線管の断面図である。
【図１２ａ】本発明の第７の実施の形態によるＸ線管の縦断面図である。
【図１２ｂ】図１２ａのＸ線管の横断面図である。
【図１２ｃ】図１２ａのＸ線管の一部の斜視図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態によるＸ線走査システムの概略図である。
【図１４ａ】図１３のシステムの動作を示す図である。
【図１４ｂ】図１３のシステムの動作を示す図である。
【図１４ｃ】図１３のシステムの動作を示す図である。
【図１５】本発明の第９の実施の形態によるＸ線走査システムの概略図である。
【図１６ａ】本発明の第１０の実施の形態による放出器の放出器層を示す図である。
【図１６ｂ】本発明の第１０の実施の形態による放出器のヒータ層を示す図である。
【図１７】図１６ａおよび図１６ｂの放出器層およびヒータ層を含む放出器素子を示す図である。
【図１８】図１７に示す放出器素子の別の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０・・・電子源、    １２・・・導電性金属抑制器、    １４・・・抑制器側板、    １６・・・側板、    １８・・・放出器素子、    ２０・・・グリッドワイヤ、    ２２・・・集束ワイヤ、    ２４・・・ハウジング、    ２５・・・放射器ユニット、    ２６ａ・・・支持レール、    ２８・・・コネクタ、    ３０・・・電気コネクタ、    ３２・・・陽極、    ３４・・・電気コネクタ、    ３６・・・コネクタ、    ４０・・・電子ビーム、    ５０・・・線スキャナ、    ５２・・・センサ、    ５４・・・システム制御ブロック、    ５６・・・画像表示ユニット、    ５８・・・線管制御ブロック、    ６０・・・画像再構成ブロック、    ６２・・・集束制御ブロック、    ６４・・・グリッド制御ブロック、    ６８・・・高電圧源、    ７０・・・センサ制御ブロック、    １１８・・・放出器素子、    １２０・・・グリッド素子、    １２２・・・集束素子、    １３２・・・陽極、    １４０・・・電子ビーム、    １７０，１７２・・・イオン、    ２１８・・・放出器、    ２２０・・・グリッド素子、    ２２２・・・集束素子、    ３１２・・・抑制器電極、    ３１３・・・溝、    ３１４・・・下側、    ３１５・・・抑制器開口部、    ３１８・・・放出器素子、    ３１９・・・電気コネクタ、    ３２０・・・グリッド素子、    ３２１・・・開口部、    ３２４・・・底面部材、    ３３０・・・グリッド素子、    ４１２・・・抑制器、    ４１８・・・ワイヤフィラメント、    ４２０・・・グリッド素子、    ４４０・・・電子ビーム、    ５００・・・酸化物放出器、    ５０２・・・放出器材料、    ５０４・・・ニッケルチューブ、    ５０６・・・タングステンワイヤ、    ５０８・・・セラミック粒子、    ６００・・・放出器ブロック、    ６０１・・・表面、    ６０２・・・酸化物、    ６０３ａ・・・ニッケル放出器パッド、    ６０４・・・抑制器電極、    ６０５ａ・・・溝、    ６０６・・・フィードスルー、    ６０７ａ・・・ビーム、    ６０８・・・タングステンワイヤ、    ６１０・・・穴、    ６１２・・・セラミック粒子、    ６１４・・・ワイヤメッシュ、    ６１６ａ・・・集束ワイヤ、    ７００・・・線源、    ７０２・・・線源点、    ７０４・・・検出器、    ７０６・・・物体、    ８０２・・・線源点、    ８０４・・・検出器、    ８０５・・・体積、    ８０６・・・物体、    ８０７・・・線、    ９１６・・・電子放出器、    ９１７・・・放出器ブロック、    ９１８・・・放出器、    ９１９・・・ヒータ層、    ９２０・・・基板、    ９２２・・・ヒータ素子、    ９２４・・・導電性パッド、    ９２６・・・コネクタ素子、    ９２８・・・セラミック回路基板、    ９３０・・・熱遮蔽板、    ９３２・・・帯状片、    ９３４・・・チューブ。
【図１】
0005611140.tif 000002
【図２】
0005611140.tif 000003
【図３】
0005611140.tif 000004
【図４】
0005611140.tif 000005
【図５】
0005611140.tif 000006
【図６】
0005611140.tif 000007
【図７】
0005611140.tif 000008
【図８】
0005611140.tif 000009
【図９】
0005611140.tif 000010
【図１０】
0005611140.tif 000011
【図１１】
0005611140.tif 000012
【図１２】
0005611140.tif 000013
【図１２ａ】
0005611140.tif 000014
【図１２ｂ】
0005611140.tif 000015
【図１２ｃ】
0005611140.tif 000016
【図１３】
0005611140.tif 000017
【図１４ａ】
0005611140.tif 000018
【図１４ｂ】
0005611140.tif 000019
【図１４ｃ】
0005611140.tif 000020
【図１５】
0005611140.tif 000021
【図１６ａ】
0005611140.tif 000022
【図１６ｂ】
0005611140.tif 000023
【図１７】
0005611140.tif 000024
【図１８】
0005611140.tif 000025