(57)【要約】      （修正有）【課題】熱的に安定な陰極を持つＸ線管を提供する。【解決手段】陰極６０は、分割陰極カップ２００及び平坦なエミッタ５５より構成される。分割陰極カップ２００は、第１の部分２０２及び第１の部分２０２より離間した第２の部分２０４を有し、それぞれ第１のエミッタ取付け面２０８および第２のエミッタ取付け面２１０を有する。電流が第１の部分２０２から平坦なエミッタ５５を通過して第２の部分２０４を通って流れることにより、平坦なエミッタ５５より電子が焦点スポット面へ向けて放出される。【選択図】図３
2014013757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線（１４、６９）を受けるように配置された検出器（１８）と、
焦点スポット面（８６）から前記検出器（１８）へ向けてＸ線（１４、６９）を発生するように構成されたＸ線管（１２）と、を有するＸ線イメージング・システム（１０）であって、
前記Ｘ線管（１２）は、前記焦点スポット面（８６）を持つターゲット（５７）、陰極支持アーム（８１）、及び該陰極支持アーム（８１）に取り付けられた陰極（６０）を含んでおり、
前記陰極（６０）は、
（イ）第１の部分（２０２）及び該第１の部分（２０２）から離間した第２の部分（２０４）を持つ分割陰極カップ（２００）であって、前記第１の部分（２０２）が第１のエミッタ取付け面（２０８）を持ち且つ前記第２の部分（２０４）が第２のエミッタ取付け面（２１０）を持っている、分割陰極カップ（２００）と、
（ロ）平坦なエミッタ（５５）であって、電流が前記陰極カップ（２００）の前記第１の部分（２０２）に供給されたとき、電子（６７）が当該平坦なエミッタ（５５）から前記焦点スポット面（８６）へ向けて放出されるように該電流が当該平坦なエミッタ（５５）を通過して前記陰極カップ（２００）の前記第２の部分（２０４）を通って戻るように、前記第１のエミッタ取付け面（２０８）及び前記第２のエミッタ取付け面（２１０）に取り付けられている平坦なエミッタ（５５）と、を含んでいること、
を特徴とするＸ線イメージング・システム（１０）。
【請求項２】
前記平坦なエミッタ（５５）は、交互に逆向きの電流路（２３８）が前記平坦なエミッタ（５５）に形成されるようにした切り取りパターン（２３０）を有している、請求項１記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項３】
前記平坦なエミッタ（５５）は、前記平坦なエミッタ（５５）の第１の幅（２３２）位置で長さ（２２６）に沿って延在する前記第１のエミッタ取付け面（２０８）に取り付けられており、また
前記平坦なエミッタ（５５）は、前記平坦なエミッタ（５５）の第２の幅（２３４）位置で長さ（２２６）に沿って延在する前記第２のエミッタ取付け面（２１０）に取り付けられており、
電流が供給されて前記平坦なエミッタ（５５）を通るとき、該電流が前記平坦なエミッタ（５５）の前記交互に逆向きの電流路（２３８）に沿って流れること、
を特徴とする請求項２記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項４】
前記Ｘ線管（１２）は更に複数の電極（８５）を有しており、この複数の電極（８５）は、当該複数の電極（８５）にバイアス電圧が印加されたときに前記平坦なエミッタ（５５）から放出される電子（６７）の方向及び強度の少なくとも一方を制御するように、前記陰極（６０）に近接して配置されている、請求項１記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項５】
Ｘ線管（１２）用の陰極組立体（６０）を製造する方法であって、
電流が通ったときに電子（６７）を放出する平面状の面を持つと共に、第１の取付け面（２０８）及び第２の取付け面（２１０）を持つエミッタ（５５）を設ける工程と、
陰極カップ（２００）の第１の部分（２０２）、及び前記陰極カップ（２００）の前記第１の部分（２０２）から離間した前記陰極カップ（２００）の第２の部分（２０４）を設ける工程と、
前記陰極カップ（２００）の前記第１及び第２の部分（２０２，２０４）が前記Ｘ線管（１２）の陰極支持構造（８１）から電気絶縁（２０６）されるように、前記陰極カップ（２００）の前記第１及び第２の部分（２０２，２０４）を前記陰極支持構造（８１）に取り付ける工程と、
前記陰極カップ（２００）の前記第１の部分（２０２）に電流供給装置（２２０）を結合する工程と、
前記陰極カップ（２００）の前記第２の部分（２０４）に電流戻り装置（２２２）を結合する工程と、
前記平坦なエミッタ（５５）の前記第１の取付け面（２０８）を前記陰極カップ（２００）の前記第１の部分（２０２）に取り付ける工程と、
電流が前記電流供給装置によって供給されたとき、電子（６７）が前記平坦なエミッタ（５５）から前記Ｘ線管（１２）のターゲット（５７）へ向けて放出されるように、前記平坦なエミッタ（５５）の前記第２の取付け面（２１０）を前記陰極カップ（２００）の前記第２の部分（２０４）に取り付ける工程と、
を有する方法。
【請求項６】
レーザ蝋付け又はレーザ溶接の一方により、前記平坦なエミッタ（５５）の前記第１の取付け面（２０８）を前記陰極カップ（２００）の前記第１の部分（２０２）に取り付け、また
レーザ蝋付け又はレーザ溶接の一方により、前記平坦なエミッタ（５５）の前記第２の取付け面（２１０）を前記陰極カップ（２００）の前記第２の部分（２０４）に取り付ける、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記エミッタ（５５）は、前記エミッタ（５５）の前記幅（１９８）に沿って交互に逆向きに延在する脚部（２３８）を持つリボン形の切り取りパターン（２３０）を有している、請求項５記載の方法。
【請求項８】
Ｘ線管（１２）用の陰極組立体（６０）であって、
支持構造（８１）と、
前記支持構造（８１）に取り付けられた第１の陰極カップ部品（２０２）と、
前記第１の陰極カップ部品（２０２）から離隔していて、前記支持構造（８１）に取り付けられた第２の陰極カップ部品（２０４）と、
前記第１の陰極カップ部品（２０２）に電気結合された電流供給装置（２２０）と、
前記第２の陰極カップ部品（２０４）に電気結合された電流戻り装置（２２２）と、
平坦なエミッタ（５５）であって、電流（２２０）が前記第１の陰極カップ部品（２０２）に供給されたとき、電子（６７）が当該平坦なエミッタ（５５）から前記Ｘ線管（１２）の前記焦点スポット面（８６）へ向けて放出されるように該電流が当該平坦なエミッタ（５５）を通過して前記第２の陰極カップ部品（２０４）を通って戻る（２２２）ように、前記第１の陰極カップ部品（２０２）及び前記第２の陰極カップ部品（２０４）の両方に取り付けられている平坦なエミッタ（５５）と、
を有する陰極組立体（６０）。
【請求項９】
前記平坦なエミッタ（５５）は、交互に逆向きの電流路（２３８）が前記平坦なエミッタ（５５）に形成されるようにした切り取りパターン（２３０）を有している、請求項８記載の陰極組立体（６０）。
【請求項１０】
前記陰極組立体（６０）は更に複数の偏向電極（２４４）を有しており、該複数の偏向電極（２４４）は、バイアス電圧が前記偏向電極に印加されたときに前記平坦なエミッタ（５５）から放出される電子（６７）が前記平坦なエミッタ（５５）の長さ（２２６）及び幅（２４２）の一方に沿って偏向されるように、前記第１及び第２の陰極カップ（２０２，２０４）に近接して配置されている、請求項８記載の陰極組立体（６０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に云えば、Ｘ線イメージング装置に関し、より詳しく云えば、陰極構造を改善したＸ線管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線システムは、典型的には、Ｘ線管と、検出器と、これらのＸ線管及び検出器のための支持構造とを含む。動作の際、その上に対象物が配置される撮像用テーブルを、Ｘ線管と検出器との間に配置する。Ｘ線管は、典型的には、Ｘ線のような放射線を対象物へ向けて放出する。放射線は、典型的には、撮像用テーブル上の対象物を通過して、検出器に衝突する。放射線が対象物を通過するとき、対象物の内部構造が、検出器で受け取る放射線に空間的変化を引き起こす。次いで、データ取得システムが、検出器で受け取った信号を読み取り、次いで該システムは放射線の変化を画像に変換する。該画像は、対象物の内部構造を評価するために使用することができる。当業者に理解されるように、対象物には、限定するものではないが、医学的イメージング処置における患者、及び無生物（例えば、Ｘ線スキャナ又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）荷物スキャナにおける荷物）が含まれる。
【０００３】
Ｘ線管は、典型的には、焦点で発生された熱を分散させるための陽極構造を含む。Ｘ線管の陰極はエミッタから電子ビームを供給し、電子ビームは、陰極と陽極との間の真空ギャップにわたって印加される高電圧を使用して加速されて、陽極に衝突したときにＸ線を発生させる。電子ビームが陽極に衝突する領域は、しばしば焦点スポットと呼ばれる。典型的には、陰極は、例えば、高出力の大きな焦点スポット又は高分解能の小さな焦点スポットを生成するようにビームとして電子を放出するためにカップ内に配置された１つ以上の円筒状に巻かれたフィラメントを含む。イメージング用途では、その用途に応じて特定の形状を持つ小さな又は大きな焦点スポットのいずれかを選択することができるように設計することができる。
【０００４】
しかしながら、従来の円筒状に巻かれたフィラメントは、複雑なパターンで電子を放出し、そのパターンは、陽極へ向けて電子を放出する円周上の位置に非常に左右される。円筒状フィラメントからの複雑な電子放出パターンに起因して、その結果として生じる焦点スポットは、カップ内のフィラメントの配置に非常に敏感に左右される非一様なプロフィールを持つことがある。このような場合、円筒状に巻回されたフィラメントを利用した陰極は、Ｘ線管における厳格な焦点スポット要件を満たすためにそれらのフィラメントを非常に厳密な公差で位置決めするように製造される。
【０００５】
陽極へ向かう電子のプロフィールをより一様に生成して焦点スポットをより一様にするために、平坦なエミッタ面を持つ陰極が近年開発された。典型的には、平坦なエミッタは、Ｄ形フィラメントの形態を取ることができ、このＤ形フィラメントは、「Ｄ」の平坦部が陽極に面している巻回されたフィラメントである。このような設計では、より一様なパターンの電子を放出し、且つ陽極から遠い方の（すなわち、カップに面している）フィラメントの丸い面から遙かに少ない電子を放出する。しかしながら、Ｄ形フィラメントは、作るのに高価であり（典型的には、Ｄ形マンドレルの周りに形成される）、また典型的には、焦点スポット要件を満たすために、非常に厳密な製造公差と、別々にバイアスされる集束電極とを必要とする。
【０００６】
そこで、フィラメントを形成するための平坦な面の別の例では、平坦面エミッタ（又は「平坦なエミッタ」）は、平坦な面を陽極に対して直角に位置決めして、陰極カップ内に配置することができる。平坦なエミッタは、典型的には、非常に薄い材料に電極を貼り付けて形成することができ、これは、従来の巻回された（円筒状又はＤ形）フィラメントに比べて製造コストを大幅に下げることが可能であり、また従来の巻回されたフィラメントに比べて配置許容誤差を緩和することができる。
【０００７】
しかしながら、極めて薄い（恐らく、数百ミクロンの厚さ）にも拘わらず、電子は平坦なエミッタの縁部から放出する傾向があり、これは非一様な放出プロフィールを生じさせ、その結果、非一様な焦点スポットが生じる恐れがある。このような場合もまた、平坦なエミッタは、典型的には、焦点スポット要件を満たすために別々にバイアスされた集束電極を含んでいる。
【０００８】
平坦なエミッタは、典型的には、平坦なエミッタに対して構造的支持を提供すると共に、エミッタに電流を供給するための通路を提供する支持脚部を含む。従って、エミッタは、周囲の集束構造（すなわち、陰極カップ）と比べて温度が有意に上昇することがあり、これは、支持脚部を熱膨張させ且つ周囲のカップに対する平坦なエミッタの相対的な位置を変化させることがある。このような動きは、Ｘ線管の動作中に焦点スポットの位置及び形状を変化させて、これにより変調伝達関数（ＭＴＦ）の変動を引き起こすことがあり、この結果、画像アーティファクトを生じさせることがある。
【０００９】
例えば、ＷＯ／２００９／０１３６７７には、図６に示されているような電子エミッタの設計が提供されており、該設計では、エミッタ支持脚部の熱膨張の悪影響を低減することができる。このエミッタは、放出面を構成する内側部分に機械的に接続されている外側部分を持つ。熱膨張の際、外側及び内側部分は一緒に動き、従って、焦点スポットについての悪影響を低減する。
【００１０】
しかしながら、２００９／０１３６７７に記載されている電子エミッタの設計では、エミッタ脚部の熱膨張の際に陰極カップに対してエミッタの相対的な変位が生じることがあり、その結果、Ｘ線管の動作中に焦点スポットの位置及び形状に悪影響を及ぼす。
【００１１】
従って、Ｘ線イメージング装置内の平坦なエミッタの脚部についての熱膨張の影響を低減し又は無くすことのできる装置及び方法があれば望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６１１５４５３号
【発明の概要】
【００１３】
本発明の様々な実施形態は、陰極組立体内に熱的に安定な平坦なエミッタを設けることによって上記の欠点を克服する装置及び方法を提供する。
【００１４】
本発明の一態様によれば、Ｘ線イメージング・システムが提供され、該Ｘ線イメージング・システムは、Ｘ線を受けるように配置された検出器と、焦点スポット面から検出器へ向けてＸ線を発生するように構成されたＸ線管とを含み、前記Ｘ線管は、焦点スポット面を持つターゲット、陰極支持アーム、及び該陰極支持アームに取り付けられた陰極を含む。陰極は、（イ）第１の部分及び該第１の部分から離間した第２の部分を持つ分割陰極カップであって、前記第１の部分が第１のエミッタ取付け面を持ち且つ前記第２の部分が第２のエミッタ取付け面を持っている、分割陰極カップと、（ロ）平坦なエミッタであって、電流が前記陰極カップの前記第１の部分に供給されたとき、電子が当該平坦なエミッタから前記焦点スポット面へ向けて放出されるように該電流が当該平坦なエミッタを通過して前記陰極カップの前記第２の部分を通って戻るように、前記第１のエミッタ取付け面及び前記第２のエミッタ取付け面に取り付けられている平坦なエミッタとを含む。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、Ｘ線管用の陰極組立体を製造する方法が提供され、該方法は、電流が通ったときに電子を放出する平面状の面を持つと共に、第１の取付け面及び第２の取付け面を持つエミッタを設ける工程と、陰極カップの第１の部分、及び前記陰極カップの前記第１の部分から離間した前記陰極カップの第２の部分を設ける工程と、前記陰極カップの前記第１及び第２の部分が前記Ｘ線管の陰極支持構造から電気絶縁されるように、前記陰極カップの前記第１及び第２の部分を前記Ｘ線管の前記陰極支持構造に取り付ける工程と、前記陰極カップの前記第１の部分に電流供給装置を結合する工程と、前記陰極カップの前記第２の部分に電流戻り装置を結合する工程と、前記平坦なエミッタの前記第１の取付け面を前記陰極カップの前記第１の部分に取り付ける工程と、電流が前記電流供給装置によって供給されたとき、電子が前記平坦なエミッタから前記Ｘ線管のターゲットへ向けて放出されるように、前記平坦なエミッタの前記第２の取付け面を前記陰極カップの前記第２の部分に取り付ける工程と、を含む。
【００１６】
本発明の更に別の態様によれば、Ｘ線管用の陰極組立体が提供され、該陰極組立体は、支持構造と、前記支持構造に取り付けられた第１の陰極カップ部品と、前記第１の陰極カップ部品から離隔していて、前記支持構造に取り付けられた第２の陰極カップ部品と、前記第１の陰極カップ部品に電気結合された電流供給装置と、前記第２の陰極カップ部品に電気結合された電流戻り装置と、平坦なエミッタとを含み、該平坦なエミッタは、電流が前記第１の陰極カップ部品に供給されたとき、電子が当該平坦なエミッタから前記Ｘ線管の前記焦点スポット面へ向けて放出されるように該電流が当該平坦なエミッタを通過して前記第２の陰極カップ部品を通って戻るように、前記第１の陰極カップ部品及び前記第２の陰極カップ部品の両方に取り付けられている。
【００１７】
様々な他の特徴及び利点は、以下の詳しい説明及び図面から明白になろう。
【００１８】
図面は、本発明の様々な実施形態を実施するために現在考えられる１つ以上の実施形態を例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を取り入れることにより利益を得ることのできるイメージング・システムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の様々な実施形態を取り入れたＸ線管の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による陰極の端面図である。
【図４】図４は、本発明の様々な実施形態に従って陰極組立体の中に位置決めできる平坦なエミッタの斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従ったＸ揺動電極を例示する陰極組立体の概略図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態を取り入れることにより利益を得ることのできる非侵襲性荷物検査システムの絵画的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の様々な実施形態に従って最初の画像データを取得し且つ表示及び／又は分析のために画像データを処理するように設計されたイメージング・システム１０の一実施形態のブロック図である。当業者には、本発明の様々な実施形態が、Ｘ線又はマンモグラフィ・システムのような、Ｘ線管を使用する様々な医用イメージング・システムに適用可能であることが理解されよう。体積（ボリューム）についての三次元データを取得するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム及びディジタルＸ線撮影（ＲＡＤ）システムのような他のイメージング・システムもまた、本発明の様々な実施形態からの利益を得ることができる。Ｘ線システム１０についての以下の記述は、１つのこのような具現化の例に過ぎず、またモダリティに関して制限することを意図していない。
【００２１】
図１に示されているように、Ｘ線システム１０は、Ｘ線ビーム１４を対象物１６に投射するように構成されているＸ線源１２を含む。対象物１６には、人体、荷物、又は走査したい他の対象物を含むことができる。Ｘ線源１２は、 典型的には、３０ｋｅＶ 〜２００ｋｅＶのエネルギ・スペクトルを持つＸ線を発生する通常のＸ線管であってよい。Ｘ線１４は対象物１６を通過して、対象物によって減弱した後、検出器１８に衝突する。検出器１８内の各検出素子は、入射するＸ線ビームの強度、従って対象物１６を通過するにつれて減弱したビームの強度を表すアナログ電気信号を発生する。一実施形態では、検出器１８は、シンチレーションに基づく検出器であるが、また直接変換型検出器（例えば、ＣＺＴ検出器など）も使用できると考えられる。
【００２２】
プロセッサ２０が検出器１８から信号を受け取って、走査している対象物１６に対応する画像を生成する。コンピュータ２２はプロセッサ２０と通信して、オペレータがオペレータ・コンソール２４を使用することにより走査パラメータを制御し且つ生成された画像を観察することができるようにする。すなわち、オペレータ・コンソール２４は、キーボード、マウス、音声作動制御器又は任意の適当な入力装置のような、オペレータがＸ線システム１０を制御し且つコンピュータ２２からの再構成画像及び他のデータを表示装置２６で観察するのを可能にする或る種のオペレータ・インターフェースを含む。更に、コンソール２４は、オペレータが、ハードディスク・ドライブ、フラッシュ・メモリ、コンパクト・ディスクなどのような記憶装置２８に、生成された画像を記憶させることを可能にする。オペレータはまた、コンソール２４を使用して、Ｘ線源１２に電力及びタイミング信号を供給する線源制御装置３０を制御するための指令及び命令をコンピュータ２２へ供給することができる。
【００２３】
図２は、本発明の様々な実施形態を取り入れたＸ線管１２の断面図である。Ｘ線管１２は、真空領域５４を密閉するフレーム５０を含み、その中に陽極５６及び陰極組立体６０が配置される。陽極５６は、ターゲット・トラック８６を持つターゲット５７と、それに取り付けられたターゲット・ハブ５９とを含む。用語「陽極」及び「ターゲット」は互いから区別すべきであり、ここで、ターゲットは、典型的には、電子が高いエネルギで耐火金属に衝突してＸ線を発生させる焦点スポットような場所を含む。また用語「陽極」は、典型的には、それに向かって電子を加速させることのできる電気回路の一態様を表す。ターゲット５６は、前側軸受６３及び後側軸受６５によって支持されたシャフト６１に取り付けられる。シャフト６１は回転子６２に取り付けられる。陰極組立体６０は、陰極カップ７３と平坦なエミッタ又はフィラメント５５とを含み、この平坦なエミッタ又はフィラメント５５は、各々が中央部分５１を通過する電流供給装置リード７１及び電流戻り装置リード７５に結合される。
【００２４】
フィードスルー端子７７が絶縁体７９を貫通して、電気リード７１及び７５に電気接続される。Ｘ線管１２は窓５８を含み、窓５８は、典型的には、最小の減弱量でＸ線を通過させることのできる低原子番号の金属で作られる。陰極組立体６０は、陰極カップ７３、平坦なエミッタ５５などの構成部品を支持する支持アーム８１を含む。支持アーム８１はまた、リード７１及び７５のための通路を提供する。陰極組立体６０は複数の偏向Ｚ電極８５を含み、これらの偏向Ｚ電極８５は陰極カップ７３から電気絶縁されると共に、フィードスルー端子７７について示されたものと同様な態様で絶縁体７９を通り且つ支持アーム８１を通るリード（図示せず）により電気接続される。
【００２５】
動作時に、ターゲット５６は回転子６２の外部の固定子（図示せず）を介して回転させられる。電流がフィードスルー端子７７を介して平坦なエミッタ５５に供給されて、エミッタ５５を加熱して、そこから電子６７を放出させる。高電圧の電位が陽極５６と陰極６０との間に印加され、その電位差により、放出された電子６７を陰極６０から陽極５６へ加速する。電子６７はターゲット・トラック８６でターゲット５７に衝突して、Ｘ線６９が焦点スポット８９で放出されて窓５８を通過する。
【００２６】
一実施形態によれば、高速で交番する（数ｋＨｚ以上の）バイアス電圧がＺ電極８５に印加されて電子を偏向させ、これに対応して焦点スポット８９の位置をシフトさせる（これは、「揺動」又は「フライング」焦点スポットと呼ばれている）。この焦点スポット８９の高速でシフトする位置は、当該技術分野で知られているように、分解能及び画像品質を改善するために利用することができる。更に、Ｚ電極８５の位置は、当該技術分野で知られているように、それらに交番するバイアス電圧が印加されたとき、焦点スポットのシフトがターゲット５７の半径方向に沿っていて、これによりターゲット・トラック８６上の焦点スポット８９の位置を高速で交番（行ったり来たり）させて、スライス又はＺ方向６６に沿った交番（交互）位置から放出させるように示されている。代替の実施形態では、Ｚ電極８５の代わりに又はそれらに加えて、図２において平坦なエミッタ５５の前後に配置される幅電極（図示せず）を設けることができる。これらの前後の電極は同様に高速でバイアスして、焦点スポット８９の幅方向（紙面に出入りする方向）に沿って焦点スポット８９を高速で揺動させることができ、これは、また当該技術分野で知られているように、分解能及び画像品質を改善するために利用することができる。
【００２７】
次に図３を参照すると、陰極組立体６０の一部分が例示されている。図３は、図２とは異なる理解し易い地点から見た図である。すなわち、図３の幅方向１９８は図２の焦点スポット８９の幅に対応し、前に述べたように図２の紙面に出入りする方向である。陰極組立体６０は陰極支持アーム８１及び分割陰極カップ２００を含み、分割陰極カップ２００は、陰極支持アーム８１に接続されている第１の部分２０２及び第２の部分２０４を含み、これらのカップ部分２０２，２０４を陰極支持アーム８１から絶縁するために絶縁材料２０６が配置されている。平坦なエミッタ５５は陰極組立体内に配置されて、カップ部分２０２，２０４のそれぞれの第１及び第２の取付け面２０８，２１０に電気結合される。本発明の様々な実施形態によれば、平坦なエミッタ５５は、例えば、レーザ蝋付け又はレーザ溶接によって、第１及び第２の取付け面に取り付けられる。一実施形態によれば、分割陰極カップの第１及び第２の部分２０２，２０４はそれぞれ、平坦なエミッタ５５の厚さ２１６に匹敵する深さ２１４を持つ段差又は切り取り部分２１２を含む。このような態様では、この実施形態に従って、図２に示されている電子６７のような電子を平坦なエミッタ５５の平面状の面から放出させるとき、電子６７が縁部２１８から放出するのが防止される。
【００２８】
電流は電流供給線路２２０を介して平坦なエミッタ５５へ流れ、次いで平坦なエミッタ５５から電流戻り線路２２２を介して流れる。これらの線路は図１に示したシステム１０内の線源制御装置３０に電気接続され且つコンピュータ２２によって制御される。ところで、供給及び戻り線路２２０及び２２２は、図２に示した電流供給装置リード７１及び電流戻り装置リード７５に対応する。また、供給及び戻り線路２２０及び２２２は陰極支持アーム８１の外部にあるものとして例示されているが、他の実施形態によれば、供給及び戻り線路２２０及び２２２は、陰極支持アーム８１及び絶縁材料２０６を貫通することができる。
【００２９】
平坦なエミッタ５５は、図３には、その中に切れ目２２４を持つものとして例示されている。しかしながら、図４に示されているように、平坦なエミッタ５５は、電流が一つの縁部からその長さに沿って別の縁部まで流れるように製造された単体品である。すなわち、図３は、図４中の例えば「Ａ」の場所における陰極組立体６０の断面を示している。図から分かるように、切れ目２２４は平坦なエミッタ５５の長さ２２６に沿って延在するが、平坦なエミッタ５５が単体品のままであるように延在する。平坦なエミッタ５５は長さ２２６及び幅２２８を含む。長さ２２６は、図２に示されているように平坦なエミッタ５５を横から見た輪郭に対応し、幅２２８は幅方向１９８に沿って延在し、長さ２２６は幅２２８よりも大きい。
【００３０】
平坦なエミッタ５５は、電流が供給されたときに電流が通るリボン形の又は「交互に逆向き(back-and-forth)」のパターンの脚部を持つ切り取り(cutout)パターン２３０を含む。平坦なエミッタ５５は、境界線２３６によって区切られ且つ幅２２８に沿った第１及び第２の位置にある第１及び第２の接触領域２３２，２３４を含む。第１の接触領域２３２及び第２の接触領域２３４は、分割陰極２００の第１の取付け面２０８及び第２の取付け面２１０に対応し、またスポット溶接、線溶接、蝋付けなどの既知の方法を用いてそれぞれの取付け面に取り付けることができる。前に述べたように、図３及び図４を参照して説明すると、電流が第１の部分２０２に印加されると、電流は面２０８及び第１の接触領域２３２を通って平坦なエミッタ５５へ流れ、次いで切り取りパターン２３０の交互に逆向きのパターンに沿ってながれ、次いで第２の接触領域２３４及び取付け面２１０を通って第２の部分２０４へ流れ、そして電流戻り線路２２２へ流れる。
【００３１】
パターン２３０は交互に逆向きに進む多数の横行路又は脚部２３８を含み、それらに沿って電流が流れる。平坦なエミッタ５５は、典型的には、厚さが２００〜５００ミクロンであるが、それに制限されない。好ましい実施形態では、厚さは３００ミクロン以下であるが、当業者には、好ましい厚さが脚部２３８の幅によって左右されることが認識されよう。すなわち、当該技術分野で知られているように、脚部２３８内の電気抵抗は、各脚部２３８の幅及び平坦なエミッタ５５の厚さの関数（すなわち、その断面積の関数）として変化する。本発明によれば、各脚部２３８の幅は、放出特性及び性能要件に依存して、全ての脚部について同じにすることができ、或いは脚部毎に変えることができる。
【００３２】
平坦なエミッタ５５は、図３に示されているように陰極組立体６０内に配置され且つ図２に示されているようにＸ線管１０の中に配置される。従って、電流が平坦なエミッタ５５に供給されたとき、電流は脚部２３８に沿って交互に逆向きに流れ、また高ｋＶ電圧が陰極組立体６０と陽極５６との間に印加されることにより、電子６７が脚部２３８から焦点スポット８９へ向かって放出される。当該技術分野において通常知られているように、電子６７の放出パターンは多数の因子に左右され、その例として、限定するものではないが、脚部２３８の幅、エミッタ５５の厚さ、供給される電流量、及び陰極組立体６０と陽極５６との間に印加されるｋＶ電圧の大きさが挙げられる。すなわち、当該技術分野において知られているように、電子放出は、平坦なフィラメント５５のようなフィラメントの到達温度に依存する。従って、電流がフィラメント５５に入力されたとき、脚部２３８を含む通路において相対的に高い温度に達するが、平坦なフィラメントの他の部分も、実施形態によっては、そこから同様に電子を放出することのできる高い温度に達することが理解されよう。例えば、電子が第１及び第２の接触領域２３２及び２３４から、又は平坦なエミッタ５５の縁部２１８から放出されることがある。
【００３３】
縁部２４０（図３の縁部２１８にも対応する）からの電子の放出を軽減又は低減するために、縁部２４０は電子放出を最小にするように意図的に不鮮明にすることができる。そこで、図３に示されているように、平坦なエミッタ５５が、平坦なフィラメント５５の厚さ２１６に等しいか又はそれより大きい深さ２１４を持つ段差又は切り取り部分２１２内に配置される。このような場合、開示された発明の電子光学技術は、限定するものではないが、陰極カップが使用中に熱膨張及び収縮（加熱及び冷却）するにつれて、平坦なエミッタ５５がそれと共に動いて、周囲の陰極カップに対するその相対的な位置を変化させないようにするために、平坦なエミッタを分割陰極カップに強固に接続することを含む様々な理由で、平坦なエミッタを陰極組立体内に配置する改良方法を提供する。当該技術分野で知られているように、集束は、部分的には、フィラメント自体と、周囲のバイアスされた構成部品に対するフィラメントの位置との結果であり、従って、平坦なフィラメントが陰極カップと共に動くと、相対的な磁界の変化が最小にされて、電子の放出が最小にされる。
【００３４】
更に、当該技術分野で知られているように、画像分解能を改善するために焦点スポットを高い速度で揺動させるために、偏向電極を用いて平坦なフィラメント５５から放出される電子を偏向することができる。そこで、Ｚ方向、Ｘ方向、又は両方向に電子６７に対する偏向能力を与える電極を、平坦なフィラメント５５に近接して設けることができる。図２に示し且つ前に述べたように、電極８５が陰極組立体６０の両端部にその長さに沿って配置され、それらの電極は焦点スポットの揺動がＺ方向６６に沿って生じるように焦点スポット８９を偏向させるために交番バイアスすることができる。しかしながら、偏向電極は、また、Ｘ方向に揺動能力を与えるために、図２の紙面に出入りする方向の他の平面内に設けることができる。
【００３５】
次に図５について説明すると、この図には図３の陰極組立体が示されている。前に述べたように、陰極組立体６０は、平坦なエミッタ５５に電流を供給するために電流供給及び戻り線路（図５に示していない）を含む。しかしながら、前にも述べたように、本発明によれば、支持アーム８１内を通過するように平坦なエミッタ５５に電流を供給するための他の方法が利用できる。また、陰極組立体６０は、Ｘ線管１２内でＸ方向２４２に焦点スポットを揺動させる能力を含むことができる。そこで、陰極組立体６０はまた、陰極支持アーム８１から絶縁することができ（絶縁体は図示していない）且つ電子６７を高速で揺動させるために交番バイアスすることのできる（バイアス・リードは図示していない）複数のＸ電極２４４を含むことができる。
【００３６】
従って、エミッタ５５は大きなヒートシンク材料（すなわち、分割陰極カップ２００の第１の部分２０２及び第２の部分２０４）に取り付けられ、これは、陰極フィラメントを取り付けるために用いられていた従来の脚部に比べて、部分２０２，２０４の熱質量に起因して、影響を受けにくい。更に、平坦なエミッタ５５は集束構造に固定され、これにより、陰極カップが動作中に加熱され冷却されるにつれて平坦なエミッタ５５が陰極カップと共に動いて、周囲の集束構造に対する平坦なエミッタ５５の相対的な動きが低減され又は無くなる。
【００３７】
図６は、非侵襲性荷物検査システムに用いたＸ線システム５００の絵画的な概略図である。Ｘ線システム５００は、小荷物や手荷物を通すことのできる開口部５０４を持つガントリ５０２を含む。ガントリ５０２は、Ｘ線管５０６のような高周波電磁エネルギ源、及び検出器アセンブリ５０８を収容する。またコンベア・システム５１０が設けられ、これは、走査すべき小荷物や手荷物５１６を開口部５０４に自動的に且つ連続的に通すために構体５１４によって支持されたコンベア・ベルト５１２を含む。制御され且つ連続的な態様で、対象物５１６がコンベア・ベルト５１２によって開口部５０４に通されて、画像データが取得され、次いでコンベア・ベルト５１２が荷物５１６を開口部５０４から送り出す。その結果、郵便物検査員、荷物取扱者、及び他の保安職員が、爆発物、刃物、銃、密輸品などについて荷物５１６の中味を非侵襲性で検査することができる。当業者には、ガントリ５０２は固定式又は回転式であってよいことが認められよう。回転式ガントリ５０２の場合、システム５００は、荷物走査用途又は他の工業又は医療用途のＣＴシステムとして動作するように構成することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、Ｘ線イメージング・システムが、Ｘ線を受けるように配置された検出器と、焦点スポット面から検出器へ向けてＸ線を発生するように構成されたＸ線管とを含み、前記Ｘ線管は、焦点スポット面を持つターゲット、陰極支持アーム、及び該陰極支持アームに取り付けられた陰極を含む。陰極は、（イ）第１の部分及び該第１の部分から離間した第２の部分を持つ分割陰極カップであって、前記第１の部分が第１のエミッタ取付け面を持ち且つ前記第２の部分が第２のエミッタ取付け面を持っている、分割陰極カップと、（ロ）平坦なエミッタであって、電流が前記陰極カップの前記第１の部分に供給されたとき、電子が当該平坦なエミッタから前記焦点スポット面へ向けて放出されるように該電流が当該平坦なエミッタを通過して前記陰極カップの前記第２の部分を通って戻るように、前記第１のエミッタ取付け面及び前記第２のエミッタ取付け面に取り付けられている平坦なエミッタとを含む。
【００３９】
本発明の別の実施形態によれば、Ｘ線管用の陰極組立体を製造する方法は、電流が通ったときに電子を放出する平面状の面を持つと共に、第１の取付け面及び第２の取付け面を持つエミッタを設ける工程と、陰極カップの第１の部分、及び前記陰極カップの前記第１の部分から離間した前記陰極カップの第２の部分を設ける工程と、前記陰極カップの前記第１及び第２の部分が前記Ｘ線管の陰極支持構造から電気絶縁されるように、前記陰極カップの前記第１及び第２の部分を前記Ｘ線管の前記陰極支持構造に取り付ける工程と、前記陰極カップの前記第１の部分に電流供給装置を結合する工程と、前記陰極カップの前記第２の部分に電流戻り装置を結合する工程と、前記平坦なエミッタの前記第１の取付け面を前記陰極カップの前記第１の部分に取り付ける工程と、電流が前記電流供給装置によって供給されたとき、電子が前記平坦なエミッタから前記Ｘ線管のターゲットへ向けて放出されるように、前記平坦なエミッタの前記第２の取付け面を前記陰極カップの前記第２の部分に取り付ける工程と、を含む。
【００４０】
本発明の更に別の実施形態によれば、Ｘ線管用の陰極組立体が、支持構造と、前記支持構造に取り付けられた第１の陰極カップ部品と、前記第１の陰極カップ部品から離隔していて、前記支持構造に取り付けられた第２の陰極カップ部品と、前記第１の陰極カップ部品に電気結合された電流供給装置と、前記第２の陰極カップ部品に電気結合された電流戻り装置と、平坦なエミッタとを含み、該平坦なエミッタは、電流が前記第１の陰極カップ部品に供給されたとき、電子が当該平坦なエミッタから前記Ｘ線管の前記焦点スポット面へ向けて放出されるように該電流が当該平坦なエミッタを通過して前記第２の陰極カップ部品を通って戻るように、前記第１の陰極カップ部品及び前記第２の陰極カップ部品の両方に取り付けられている。
【００４１】
本発明を好ましい実施形態について説明したが、明記したものの他に、様々な等価物、代替物及び修正が「特許請求の範囲」に記載の範囲内で可能であることが認められよう。
【符号の説明】
【００４２】
１０  イメージング・システム
１４  Ｘ線ビーム
５０  フレーム
５１  中央部分
５４  真空領域
５５  平坦なエミッタ（又はフィラメント）
５６  陽極
５７  ターゲット
５８  窓
５９  ターゲット・ハブ
６０  陰極組立体
６１  シャフト
６２  回転子
６３  前側軸受
６５  後側軸受
６７  電子
６９  Ｘ線
７１  電流供給装置リード
７３  陰極カップ
７５  電流戻り装置リード
７７  フィードスルー端子
７９  絶縁体
８１  支持アーム
８５  偏向Ｚ電極
８６  ターゲット・トラック
８９  焦点スポット
１９８  幅方向
２００  分割陰極カップ
２０２  第１の部分
２０４  第２の部分
２０６  絶縁材料
２０８  第１の取付け面
２１０  第２の取付け面
２１２  段差又は切り取り部分
２１４  深さ
２１６  エミッタの厚さ
２１８  縁部
２２０  電流供給線路
２２２  電流戻り線路
２２４  切れ目
２２６  長さ
２２８  幅
２３０  切り取りパターン
２３２  第１の接触領域
２３４  第２の接触領域
２３６  境界線
２３８  横行路又は脚部
２４０  縁部
２４２  Ｘ方向
２４４  Ｘ電極
５００  Ｘ線システム
５０２  ガントリ
５０４  開口部
５０６  Ｘ線管
５０８  検出器アセンブリ
５１０  コンベア・システム
５１２  コンベア・ベルト
５１４  構体
５１６  対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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