CN104584179B - 图像捕捉装置 - Google Patents

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Abstract

介绍了一种图像捕捉装置和x射线发射装置，包括由间隔件分隔开的电子接收构件和电子发射构件。电子接收构件包括面板、阳极和朝向内的光电导体。电子发射构件包括背板；基板；阴极；以阵列排布的多个场发射型电子源；场发射型电子源与阴极之间的分层电阻层；栅极；会聚结构和栅极支撑结构，该栅极支撑结构被构造成以与阴极隔开的所需的阴极‑栅极间隔来支撑栅极。

Description

图像捕捉装置
技术领域
本文公开的实施方式涉及场发射型电子源和包括该场发射型电子源的装置，具体涉及图像捕捉装置和x射线发射装置，以及具有所述图像捕捉装置和所述x射线发射装置的成像系统。
背景技术
越来越热衷于基于用场发射型电子源替换视频管和x射线成像装置中所使用的热阴极射线管电子源的较小且较薄的(平板)成像装置。使用场发射型电子源的图像捕捉装置的示例是如例如日本特开第2000-48743号公报(第‘743号公报)中所示的可见光图像捕捉装置和例如日本特开第2009-272289号公报(第‘289号公报)中所示的X射线图像捕捉装置。
使用热阴极电子源的视频管，诸如例如在日本特开第2007-029507号公报(第‘507号公报)中所示的那些，以及包括场发射型电子源的上面提到的现有技术成像装置通常利用位于阳极与阴极之间的网格电极制成，例如具有小开口的阵列的薄材料并具有网格状、网状或筛状结构。该网格电极也可以称为控制网格或修整电极。网格电极一般用于加速来自热阴极或场发射型电子源的电子并且投射电子束。网格电极还可以通过仅允许从电子源正交行进的电子束通过并阻挡具有角度分量的电子束，来改进电子束的对准性。
现在参照图1，图1示出了如第‘743号公报所示的具有场发射型电子源15和网格电极20’的常规现有技术的图像捕捉装置。网格电极20’位于电子发射构件(包括场发射型电子源15)和电子接收构件(包含面板3)之间，加速电子束并使电子束从场发射型电子源15指向电子接收构件上的预定目标区域。
包括网格电极的成像装置具有从电子源发射的电子束的利用效率降低的缺点。例如，当使用例如第‘507号公报所例示的网格电极时，无法穿过开口区域的电子被吸收到网格中并且在不提供信号电流的情况下损失。另一方面，如果加宽网格电极开口的尺寸(以提高电子束的利用效率)，则出现其它问题，其中具有角度(即，非垂直)分量的电子将穿过，并击中预定目标位置外侧的光电导体。由此可见，电子束可能击中相邻像素，导致在不同于目标像素的像素中的读出，由此降低了图像质量(例如，分辨率)。另外，随着网格开口的孔径变宽，网格电极的物理强度变弱。因此，难以组装并维持具有大孔径的网格。出于至少这些原因，通过修改网格电极来减轻由网格电极造成的电子束利用效率降低的能力是有限的。
此外，在照射期间必须使系统移动的应用(诸如视频成像、CT扫描或荧光透视等)中，网格电极可以变为颤噪声来源。电子束与网格之间的相互作用可以在电子束中引起能量扩展，由此改变系统特性。
最后，网格电极的存在呈现了与网格开口孔径无关的组装问题。该组装问题在诸如必须以精确方式在狭窄间隙内组装网格电极的平板型图像捕捉装置等的大而薄的成像装置中加重，这导致缺陷产品的增加和生产成本的增加。
以下公开解决了与使用场发射型电子源的常规成像装置关联的上述问题。
发明内容
在本公开的第一方面中，本文所述的实施方式提供了一种图像捕捉装置，该图像捕捉装置包括由至少一个间隔件分隔开的电子接收构件和电子发射构件，该至少一个间隔件被定位成使得在所述电子接收构件与所述电子发射构件之间存在内部间隙。该电子接收构件可以包括面板、阳极和朝向内的光电导体。该电子发射构件可以包括：(a)背板；(b)基板；(c)阴极；(d)以阵列排布的多个场发射型电子源，其中，所述场发射型电子源被构造成朝向所述光电导体发射电子束；以及(e)栅极。内部间隙可以在电子发射构件与电子接收构件之间提供无阻碍空间。在本公开的特定实施方式中，图像捕捉装置不包括网格电极。
在本公开的特定实施方式中，电子发射构件还包括以阵列排布的多个第一会聚结构，各个所述第一会聚结构包括第一会聚电极。
在本公开的特定实施方式中，第一会聚结构围绕包括所述场发射型电子源的子集在内的单位单元(unit cell)，所述单位单元限定了像素。
在本公开的特定实施方式中，电子发射构件包括第二会聚结构的阵列，该第二会聚结构包括第二会聚电极。
在本公开的特定实施方式中，光电导体包括非晶硒。
在本公开的特定实施方式中，场发射型电子源是斯宾特(Spindt)型电子源。
在本公开的特定实施方式中，图像捕捉装置还包括电阻层，该电阻层位于场发射型电子源与阴极之间。
在本公开的特定实施方式中，场发射型电子源经由信号线电连接至驱动电路，并且其中，第一会聚电极围绕所述信号线。
在本公开的特定实施方式中，基板是硅基的。
在本公开的特定实施方式中，从由阴极、电阻层、信号线、场发射型电子源、第一会聚结构、第一会聚电极、第二会聚结构、第二会聚电极及其任意组合组成的组选择的至少一个元件与基板是一体的。
在本公开的第二方面中，本文所述的实施方式提供了一种x射线发射装置，该x射线发射装置包括由至少一个间隔件分隔开的电子接收构件和电子发射构件，该至少一个间隔件被定位成使得所述电子接收构件与所述电子发射构件之间存在内部间隙；所述电子接收构件包括阳极，该阳极为x射线靶；并且所述电子发射构件包括：背板；基板；阴极；以阵列排布的多个场发射型电子源，其中，所述场发射型电子源被构造成朝向所述阳极发射电子束；和栅极；其中，所述内部间隙在所述电子发射构件与所述电子接收构件之间提供无阻碍空间。
在本公开的特定实施方式中，阳极包括由钼、铑和钨组成的组中的一种或更多种。
在本公开的特定实施方式中，x射线发射装置不包括网格电极。
在本公开的特定实施方式中，图像捕捉装置或x射线发射装置的电子发射构件还包括以阵列排布的多个第一会聚结构，各个所述第一会聚结构包括第一会聚电极。
在本公开的特定实施方式中，第一会聚结构围绕单位单元，该单位单元包括所述场发射型电子源的子集，所述单位单元限定发射器区域。
在本公开的特定实施方式中，电子发射构件包括第二会聚结构的阵列，该第二会聚结构包括第二会聚电极。
在本公开的特定实施方式中，场发射型电子源是斯宾特型电子源。
在本公开的特定实施方式中，基板是基于硅的。
在本公开的特定实施方式中，从由阴极、信号线、场发射型电子源、第一会聚结构、第一会聚电极、第二会聚结构、第二会聚电极及其任意组合组成的组选择的至少一个元件与基板是一体的。
在本公开的特定实施方式中，电子接收构件还包括准直器。
在本公开的第二方面中，本文所述的实施方式提供了一种x射线成像系统，该x射线成像系统包括诸如本文所述等的图像捕捉装置和诸如本文所述等的x射线发射装置，图像捕捉装置和x射线发射装置彼此面对，x射线发射装置被构造成朝向图像捕捉装置的光电导体发射x射线。
在本公开的特定实施方式中，x射线是平行射线。
在本公开的特定实施方式中，x射线的发射受限于限定了x射线发射装置的子集的投射模块。
在本公开的特定实施方式中，图像捕捉装置的由捕捉模块限定的一部分被激活以启用x射线检测，捕捉模块特征在于被预期接收从x射线发射装置发射的非散射x射线的图像捕捉装置的区域。
在本公开的特定实施方式中，图像捕捉装置的不被预期接收从x射线发射装置发射的非散射x射线的一部分不被激活。
在本公开的特定实施方式中，多个投射模块被顺序地激活，以在比一个投射模块的区域大的区域上发射x射线。
在本公开的特定实施方式中，系统是断层摄影成像系统，其中，多个投射模块被顺序地激活，以以多个角度朝向关注区域发射x射线。
根据本公开的另一个方面，引入了一种图像捕捉装置和x射线发射装置，包括由至少一个间隔件分隔开的电子接收构件和电子发射构件，该至少一个间隔件被定位成使得在电子接收构件与电子发射构件之间存在内部间隙，该内部间隙在电子发射构件与电子接收构件之间提供无阻碍空间，其中：电子接收构件包括面板、阳极和朝向内的光电导体；并且电子发射构件包括背板；基板；阴极；多个场发射型电子源，该多个场发射型电子源被构造成朝向光电导体发射电子束，场发射型电子源被以具有规则的电子源间隔的阵列排布；分层电阻层，该分层电阻层位于场发射型电子源与阴极之间；栅极；以及至少一个栅极支撑结构，该至少一个栅极支撑结构被构造成以与阴极隔开所需的阴极-栅极间隔来支撑栅极。
在一些实施方式中，图像捕捉装置或x射线发射装置的分层电阻层可以至少包括最靠近场发射型电子源的近端电阻器层、和较远离场发射型电子源的远端电阻器层，该近端电阻器层包括具有第一特征电阻率的第一电阻材料并且远端电阻器层包括具有第二特征电阻率的第二电阻材料，其中，第一特征电阻率大于第二特征电阻率。可选地，分层电阻层可以还包括位于近端电阻器层与远端电阻器层之间的至少一个中间电阻器层，该至少一个中间电阻器层至少包括第三电阻材料，该第三电阻材料具有在第一特征电阻率与第二特征电阻率之间的特征电阻率。例如，近端电阻器层可以包括硅氧碳氮化物(SiOCN)等，远端电阻器层可以不同地包括硅、碳化硅晶片等，以及中间电阻器层包括非晶硅碳氮化物膜等。另选地或附加地，可以选择具有等同的相对电阻的其它电阻材料。
此外，分层电阻层可以包括至少一个电阻层，该至少一个电阻层包括电阻材料、和插入在电阻材料与阴极之间的第一屏障层。附加地或另选地，分层电阻层可以包括至少一个电阻层，该至少一个电阻层包括电阻材料、和插入在电阻材料与场发射型电子源之间的第二屏障层。可选地，第一屏障层可以包括选自非反应性材料的材料，该非反应性材料选自由富碳碳化硅、富氮硅碳氮化物、无定形碳等及其组合组成的组。例如，可以选择富碳碳化硅(SixCy)，其中，y大于x。附加地或另选地，可以选择富碳硅氮化物(SixCyNz)，其中，z大于y。可选地，此外，第二屏障层可以包括选自非反应性材料的材料，该非反应性材料选自富碳碳化硅、富氮硅碳氮化物、无定形碳等及其组合组成的组。
在电子发射构件的特定实施方式中，图像捕捉装置或x射线发射装置的栅极支撑结构可以被构造成使得阴极和栅极之间的表面路径大于阴极-栅极间隔。因此，栅极支撑结构可以包括分层中间层。可选地，分层中间层可以包括至少一层第一材料和至少一层第二材料，其中，第一材料比第二材料更容易被蚀刻。在适当的情况下，分层中间层可以包括至少一层低密度材料和至少一层高密度材料。例如，分层中间层可以包括至少一层二氧化硅。
在合适的情况下，分层中间层可以包括至少一层高密度二氧化硅和至少一层低密度二氧化硅。因此，分层中间层可以包括至少一层二氧化硅和至少一层氧氮化硅。
附加地或另选地，栅极支撑结构可以包括多个支撑柱。可选地，支撑柱可以排布成具有规则的柱间隔的阵列。因此，柱间隔可以大于电子源间隔。因此，支撑柱之间的柱间隔可以大于电子源之间的源间隔。在适当的情况下，栅极支撑柱可以被构造成使得至少一个支撑柱与至少一个相邻的电子源之间的柱-源间隔大于电子源之间的源间隔。
附图说明
为了更好地理解实施方式并示出其如何可以被实施，现在，仅以示例的方式参照附图。
现在具体详细地参照附图，应强调的是，所显示的细节是以示例的方式，并且仅为了所选实施方式的例示性讨论的目的，并且为了提供被相信是最有用的、且容易理解的原理和构思方面的描述而被提出。在这点上，未尝试比基本理解所需的更详细地示出结构细节；结合附图的描述使本领域的技术人员清楚如何可以将若干个所选实施方式付诸实践。在附图中：
图1是表示包括栅极的现有技术的图像捕捉装置的示意图。
图2是表示根据本公开的图像捕捉装置的示意图。
图3是表示图像捕捉装置的示意图，其中进一步指示了装置厚度a、像素节距b和像素尺寸c。
图4是表示包括第二会聚结构的阵列的图像捕捉装置的示意图。
图5是表示电子发射构件的俯视图的示意图。
图6A至图6B是表示具有多个层的面板的详细视图的示意图。
图7A至图7B是表示高电压引脚关于光纤板和闪烁体的可能排布的示意图。
图8A至图8B是(分别)示出图像捕捉装置的实施方式的侧视图和俯视图的示意图。
图9是表示根据本公开的x射线发射装置的示意图。
图10是表示包括第二会聚结构的阵列的x射线发射装置的电子发射构件的示意图。
图11是表示还包括准直器的x射线发射装置的示意图。
图12是表示多个发射器区域的顺序激活的示意图。
图13是示出投射模块的示意图。
图14是示出多个投射模块的顺序激活的示意图。
图15是示出投射模块的x射线发射的强度调节的示意图。
图16是表示根据本公开的x射线成像系统的示意图。
图17是示出限于限定捕捉模块的预定区域的对图像捕捉装置的扫描的限制的示意图。
图18是示出x射线发射装置的投射模块及其相应的图像捕捉装置的捕捉模块的同步顺序激活的示意图。
图19是示出在断层摄影系统中x射线发射装置的投射模块及其相应的图像捕捉装置的捕捉模块的同步顺序激活的示意图。
图20A至图20C是具有平坦或弯曲的x射线发射装置和/或图像捕捉装置的组合的x射线成像系统的示意图。
图21示出模拟结果，该模拟结果示出电子发射构件与电子接收构件之间的距离的宽度(间隙)对来自发射器区域的电子源的电子束所击中的光电导体上的区域的宽度(束着靶宽度)的影响。
图22示出模拟结果，该模拟结果示出单个会聚结构对电子束轨迹的影响。
图23A和图23B是示出单个会聚结构对电子束轨迹的影响的模拟的图形表示。
图24示出模拟结果，该模拟结果示出双会聚结构对电子束轨迹的影响。
图25A至图25C是包括本公开的图像捕捉装置或x射线发射装置的各种实施方式中所使用的栅极支撑结构的电子发射构件的示意性表示。
图26A是电子发射构件的实施方式的截面的示意性顶视图，该图例示本公开的图像捕捉装置或x射线发射装置的各种实施方式中所使用的场发射型电子源和栅极支撑结构的阵列构造。
图26B示意性地表示穿过图26A的实施方式的电子发射构件的两个截面。
图27A示出了借助具有恒定电阻率的电阻层的电位分布的图形例示。
图27B示意性地表示通过根据在本公开的图像捕捉装置或x射线发射装置的各种实施方式中所使用的电子发射构件的实施方式的分层电阻层的截面。
具体实施方式
现在参照图2至图5，图2至图5示出了本公开的图像捕捉装置1000。图像捕捉装置1000包括由间隔件4分隔开的电子发射构件110和电子接收构件120。间隔件4可以被定位成使得在电子接收构件120与电子发射构件110之间存在内部间隙30。内部间隙30可以被密封并维持在真空下，并且可以在电子发射构件110与电子接收构件120之间提供无障碍空间。
电子发射构件110可以包括背板5、基板6、阴极7、场发射型电子源的阵列9和栅极10。电子接收构件120可以包括面板1、阳极2和朝向内的光电导体3。电子发射构件110可以还包括以阵列排布的多个第一会聚结构11，各个所述第一会聚结构11包括第一会聚电极12。在特定实施方式中，电子发射构件110可以还包括多个第二会聚结构13，该多个第二会聚结构13包括第二会聚电极14(参见图4)。
图像捕捉装置可以还包括电阻层8，该电阻层位于阴极7与场发射型电子源9之间，以调整到场发射型电子源9中的电流。
场发射型电子源9可以被激活，以发射指向光电导体3的电子束20。场发射型电子源9位于在阳极2与阴极7之间，使得使由场发射型电子源9发射的电子束朝向阳极加速。光电导体3可以位于发射型电子源9与阳极2之间，使得所发射的电子击中光电导体3。
具体要注意的是，现有技术的图像捕捉装置中通常位于电子发射构件110与电子接收构件120之间的网格电极一般不存在于本公开的图像捕捉装置中。网格电极可以是位于阳极与阴极之间的、具有小开口的阵列的具有栅格状、网状或筛状结构的薄材料。网格电极可以称为网状电极、控制网格或修整电极。在图1所示的现有技术系统中，网格电极20’位于电子发射构件(包括场发射型电子源15)与电子接收构件(包括面板3)之间。与此相比，参照图2，本公开的图像捕捉装置的内部间隙30在电子发射构件120与电子接收构件110之间提供无阻碍空间，使得从场发射型电子源9发射的电子束直接行进到光电导体3，而不横穿位于电子发射构件110与电子接收构件120之间的任何中间构造。
电子发射构件的基板
参照图2至图5，基板6可以是半导体材料，例如结晶硅。此外，阴极7、电阻层8、场发射型电子源9、栅极10、第一会聚结构11、第一会聚电极12、第二会聚结构13、第二会聚电极14以及信号线(未示出)或其任意组合中的任一项可以在基板6上进行处理并且集成到基板6。在特定实施方式中，电阻层8可以进一步在基板6上进行处理并且集成到基板6。
场发射型电子源
参照图2至图5，场发射型电子源9可以经由信号线(未示出)电连接至驱动电路，并且还电连接至栅极10。连接至场发射型电子源9的驱动电路和栅极10的协同电激活导致其激活，即，电子发射。场发射型电子源9由形成在场发射型电子源9与栅极10之间的电场执行电子发射。
电子源9作为共激活单元组可以位于发射器区域25内。各个发射器区域25可连接至行驱动器和列驱动器(未示出)，这控制电子源59的驱动电路和栅极60的激活的协同。
场发射型电子源9可以是例如斯宾特型电子源、碳纳米管(CNT)型电子源、金属-绝缘体-金属(MIM)型电子源或金属-绝缘体-半导体(MIS)型电子源。在优选实施方式中，电子源9可以是斯宾特型电子源。
阳极和阴极
参照图2至图5，阳极2和阴极7被构造成在它们之间产生电场。该电场加速从场发射型电子源发射的电子并且将它们指向光电导体3。阳极2可以连接至前置放大器，该前置放大器可以进一步连接至前置前置放大器。阳极2与阴极7之间的电场强度可以是0.1至2伏每微米、0.1至1.8伏每微米、0.1至1.5伏每微米、0.1至1伏每微米、0.1至0.5伏每微米、约0.1伏每微米、约0.2伏每微米、约0.3伏每微米、约0.4伏每微米、约0.5伏每微米、约0.6伏每微米、约0.7伏每微米、约0.8伏每微米、约0.9伏每微米、约1伏每微米、约1.2伏每微米或约1.5伏每微米。
会聚结构
参照图2至图5，场发射型电子源9一般发射具有轨迹范围(称为发散角)的电子，并且不是所有的电子均正交于电子发射构件110来发射。由此可见，期望一种在使以不期望的轨迹发射的电子的损失最小化的同时校正电子轨迹的机构。本公开的会聚结构(例如包括第一会聚电极12的第一会聚结构11和包括第二会聚电极14的第二会聚结构13)实现了该功能。
参照图2至图5，第一会聚结构11可以被构造成围绕发射器区域25，即，包括多个场发射型电子源9的子集的单位单元。发射器区域25还限定了像素尺寸。第一会聚电极12可以被构造成借助第一会聚电压的施加来抑制从相应的发射器区域25发射的电子束的散射，由此会聚所发射的电子束。
在特定实施方式中，本公开的图像捕捉装置还可以在电子发射构件110中，包括第二会聚结构13的阵列，该第二会聚结构13包括第二会聚电极14。各个第二会聚结构13可以邻近各个第一会聚结构11(具有第一会聚电极12)并且关于各个第一会聚结构11(具有第一会聚电极12)朝向内的，使得电子发射构件110总体来说包括面向电子接收构件120的双会聚结构。第二会聚电极14可以被构造成进一步借助施加第二会聚电压加速从相应的发射器区域25发射的电子，由此进一步会聚所发射的电子束。将理解的是，电子发射构件110可以包括附加会聚结构，这导致三倍、四倍等的集合会聚结构。
具有会聚电极的会聚结构(例如，具有第一会聚电极12的第一会聚结构11和/或具有第二会聚电极14的第二会聚结构13)可以进一步用作用于错指向电子的漏极。在特定实施方式中，第一会聚电极12可以位于覆盖用于场发射型电子源9的驱动电路的信号线，由此通过保护信号线不受错指向电子的照射，减少了信号线中的辐射噪声。
具体要注意的是，诸如本文所述的会聚结构如适合要求可以用在图像捕捉装置或x射线发射装置的电子发射构件中。
像素节距和装置厚度
如上所述，并参照图2至图5，第一会聚结构11可以围绕发射器区域25，即，包括场发射型电子源9的子集在内的单位单元。发射器区域25内的场发射型电子源9子集可以限定用于图像捕捉装置的像素。
像素节距是本领域中已知的基于像素的图像捕捉装置的规格。像素节距可以表示为例如相邻像素之间的距离。参见例如图3中的距离b。像素尺寸可以表示为例如发射器区域25的面积、宽度和长度(如果是矩形)、或直径(如果是圆形)。参见例如图3中的距离c。较小的像素尺寸和像素节距有助于本公开的装置所捕捉的图像的较高分辨率。
平板图像捕捉装置中所使用的另一个规格是装置厚度。图像捕捉装置的厚度可以表示为例如场发射型电子源9与阳极2上的正交位置之间的距离(示为图3中的距离a)。装置厚度可以另选地表示为阳极2与阴极7之间的正交距离、或电子接收构件120的任一个组件(例如，面板1、阳极2、或光电导体3)与电子发射构件110的任一个组件(例如，场发射型电子源9、阴极7、基板6和背板5)之间的正交距离。
如上所讨论的，本公开的图像捕捉装置被设计为提高电子图像捕捉装置的利用效率，即，增加击中光电导体3上的预定位置的、从场发射型电子源9发射的该部分电子。由此可见，在本公开中，当与现有技术的图像捕捉装置相比时，为了获得击中光电导体3的相同密度的电子，图像捕捉装置的各个发射器区域25(即，包括由第一会聚结构11围绕的多个场发射型电子源9的单元)可以需要从电子源发射较低密度的电子。此外，各个发射器区域25由此可以需要较少的场发射型电子源，由此可以使本公开的图像捕捉装置的像素尺寸、以及像素节距小。本公开的图像捕捉装置的像素可以是方形像素，该方形像素具有的像素节距例如在10微米至1000微米之间、50微米至200微米之间、约50微米、约75微米、约100微米、约125微米、约150微米或约200微米。优选的是，本公开的图像捕捉装置的像素可以是方形像素，该方形像素具有的像素节距是约微米100微米。
典型地，可能期望较薄的图像捕捉装置。然而，较薄的装置更难组装，并且网格电极的存在加剧了组装的难度。本公开的独有优点是，因为可以不使用网格电极，所以与包括网格电极的现有技术的图像捕捉装置相比时，可以使图像捕捉装置薄，或可以以较少的成本生产相同薄度。
平板图像捕捉装置的另一个规格是像素节距与装置厚度之间的比。在本公开的图像捕捉装置中，装置厚度(例如阴极7与阳极2之间的距离)是像素节距的0.5至4.0倍。以另选方式表示，装置厚度与像素节距(即，以微米为单位的装置厚度/以微米为单位的像素节距)之间的比是在0.5至4.0之间。给定上述比例，如果像素节距是100微米，则阴极7与阳极2之间的间隙会在50微米至400微米之间。在特定实施方式中，装置厚度(例如，阴极7与阳极2之间的距离)是像素节距的0.5至2.0倍、像素节距的0.5至1.5倍、像素节距的1至3倍、像素节距的1至4倍、像素节距的约0.5倍、像素节距的约0.75倍、像素节距的约1倍、像素节距的约1.5倍、像素节距的约1.75倍、像素节距的约2倍、像素节距的约2.25倍、像素节距的约2.5倍、像素节距的约2.75倍、像素节距的约3倍、像素节距的约3.25倍、像素节距的约3.5倍、像素节距的约3.75倍或像素节距的约4倍。场发射型电子源9的参数、会聚结构11(和13)的尺寸、加载到会聚电极12(和14)的电压、间隔件4的高度、以及装置的其它参数可根据需要调整。
电子接收构件
参照图2至图5，电子接收构件120可以包括面板1、阳极2、以及光电导体3。
面板1可以由以透射从面板1的正面照射的入射电磁辐射的材料和/或构造而构造。面板1可以能够透射诸如x射线或γ射线等的高能量电磁波和可见光。另选地，面板1可以允许传透射诸如x射线或γ射线等的高能量电磁波，但防止可见光透射。
作为另一种另选方案，面板1可以包括闪烁体。该闪烁体可以能够将诸如x射线或γ射线等的高能量电磁波转换成可见光谱中的光。该闪烁体还可以具有高x射线(或γ射线)阻止作用，这防止或减少x射线(或γ射线)从其中透射。在本领域中已知多种闪烁体材料。该闪烁体可以包括例如结晶碘化铯(CsI)。CsI可以掺杂有例如钠或铊。基于CsI的闪烁体可以是高分辨率型或高光输出型。
参照图6A至图6B，面板可以包括多个层。参照图6A，面板1’可以包括面向外的闪烁体210和朝向内的光纤板(FOP)220。闪烁体210的厚度可以是例如约50微米、约75微米、约100微米、约125微米、约150微米、约175微米、约200微米、约225微米、约250微米、约275微米、约300微米、约350微米、约400微米、约450微米、约500微米、约525微米、约550微米、约575微米、约600微米、约625微米、约650微米、约675微米、约700微米、约800微米、约1毫米、约1.2毫米、约1.4毫米、约1.5毫米、约1.6毫米、约1.8毫米、约2毫米、约2.2毫米、约2.4毫米、约2.5毫米、约2.6毫米、约2.8毫米、约3毫米或约3.2毫米。FOP 220的厚度可以是例如约0.5毫米、约1毫米、约1.5毫米、约2毫米、约2.5毫米、约3毫米、约3.5毫米、约4毫米、约4.5毫米或约5毫米。
参照图6B，面板1”可以还包括面向外的保护层230。保护层230可以提供物理保护而免受例如击中或刮擦。保护层可以在防止可见光谱中的光的透射的同时，透射诸如x射线或γ射线等的高能量电磁波。保护层230可以包括例如由例如泡沫或碳组成的一个或更多个层。
FOP是一批捆扎在一起的大量光纤的光学仪器。光纤的直径一般是几微米。FOP能够以高效率和低失真传递光和图像。在本领域中已知各种FOP。
面板的多个层可以例如用胶水或结合元件永久地彼此附接。另选地，它们可以用临时装置(例如，夹钳、夹子等)附接，以帮助更换另选类型的一个或多个层。
阳极2可以由透射从面板1正面照射的入射电磁辐射或从闪烁体210发射的电磁辐射的材料和/或构造来构造，使得入射电磁辐射到达光电导体3。
用于光电导体3的材料(例如非晶硒(a-Se)、HgI2、PHI2、CdZnTe或PbO)是本领域中已知的。在优选实施方式中，光电导体3包括非晶硒。光电导体3的厚度可以是例如约5微米、约10微米、约12.5微米、约15微米、约17.5微米、约20微米、约25微米、约30微米、约50微米、约0.1毫米、约0.25毫米、约0.5毫米、约1毫米、约1.5毫米、约2毫米、约2.5毫米、约3毫米、约3.5毫米、约4毫米、约4.5毫米或约5毫米。
参照图7A至图7B，阳极2可以连接至高电压(HV)引脚50，该高电压(HV)引脚50穿过FOP 220并且离开包括FOP 220和闪烁体210在内的面板，以连接至较远的电路。如图7A所示，与FOP 220相比，闪烁体210的尺寸可以较小，或偏离FOP220，以能够使HV引脚50露出在面板外部，用于进一步的连接。另选地，如图7B所示，HV引脚50可以穿过FOP，然后位于FOP220与闪烁体210之间并且露出，用于面板1侧外部的进一步连接。
电磁辐射可以具有任意频率。在特定实施方式中，电磁辐射可以在x射线频率范围内。x射线的特征在于能量为例如约60keV、约65keV、约70keV、约75keV、约80keV、约85keV、约95keV、约100keV或在70keV至80keV之间。另选地，电磁辐射可以在HEX射线频率范围内。HEX射线的特征可以在于能量为例如100keV以上、200keV以上或300keV以上。另选地，电磁辐射可以在γ射线频率范围内。另选地，电磁辐射可以在可见光频率范围内。
图像捕捉装置的实施方式
图8A示出了图像捕捉装置1000的具体实施方式的侧视图。图像捕捉装置可以包括框架1700，该框架1700支撑电子发射构件1110和电子接收构件，该电子接收构件可以包括光电导体1003、阳极(未示出)、FOP 1220和闪烁体1210。高电压(HV)引脚1050可以连接至该阳极。框架还可以支撑前置前置放大器1520，该前置前置放大器1520装入在屏蔽壳1530中。HV引脚1050和前置前置放大器可以经由HV接触件1510来连接。该框架可以进一步支撑行驱动器1610，该行驱动器1610经由柔性印制电路1615连接至电子发射构件1110。该框架可以进一步支撑列驱动器1620，该列驱动器1620经由柔性印制电路1625连接至电子发射构件1110。图像捕捉装置可以还包括完全覆盖外部的壳体单元1750。壳体单元可以在具有电子发射构件1110和光电导体1003的框架1700侧上具有开口。
图8B示出图像捕捉装置1000的具体实施方式的示意性顶视图。为了清楚，如图8A所示，面板(包括FOP 1220、闪烁体1220)和壳体单元1750在顶视图中未示出，以简化。示出了图8A中未示出的阳极1002。
功能参数
图像捕捉装置可以具有的信噪比(S/N或SNR)为例如在60至80分贝(dB)之间、70至90dB之间、90至130dB之间、80至100dB之间、100至130dB之间、50至70dB之间、30至40dB之间、35至45dB之间、40至50dB之间、55至65dB之间、60至70dB之间、65至75dB之间、70至80dB之间、约30dB、约35dB、约40dB、约45dB、约50dB、约55dB、约60dB、约65dB、约70dB、约75dB、约80dB、约85dB、约90dB、约100dB、约110dB、约120dB或约130dB。信噪比一般被定义为信号(有意义信息)与背景噪声(不希望的信号)之间的功率比，并且被表示为例如S/N＝PS/PN，其中，PS是信号功率，PN是噪声功率。如果测量相同阻抗两端的信号和噪声，则可以通过计算幅度比的平方获得S/N，即S/N＝PS/P,＝(AS/AN)2，其中，AS是信号幅度并且AN是噪声功率。由此可见，信噪比可以被表示为S/N(以dB为单位)＝10log10(PS/PN)或S/N(以dB为单位)＝20log10(AS/AN)。在信号被测量为电压的情况下，可以基于例如S/N(以dB为单位)＝20log10(VS/VN)的公式计算S/N，其中，VS可以是信号电压并且VN可以是噪声电压。可以从图像计算S/N，该图像在例如1至15个帧、2个帧、3个帧、4个帧、5个帧、6个帧、7个帧、8个帧、9个帧、10个帧、11个帧、12个帧、13个帧、14个帧、15个帧、16个帧、17个帧、18个帧、19个帧、20个帧或超过20个帧上累积和/或平均化。
图像捕捉装置可以具有例如在1线对/毫米(lp/mm)为约30％、在1lp/mm为约35％、在1lp/mm为约40％、在1lp/mm为约45％、在1lp/mm为约50％、在1lp/mm为约55％、在1lp/mm为约60％、在1lp/mm为约65％、在1lp/mm为约70％、在1lp/mm为约75％、在1lp/mm为约80％、或在1lp/mm为超过50％的空间分辨率。
图像捕捉装置可以被构造成捕捉帧速率为例如约15fps、约30fps、约45fps、约50fps、约60fps、约75fps、约80fps、约90fps、高至50fps、高至60fps、高至90fps、50fps至60fps之间、或60fps至90fps的图像。
图像捕捉装置可以具有滞后时间例如在15帧每秒(fps)小于1帧、在30fps小于1帧、在45fps小于1帧、在50fps小于1帧、在60fps小于1帧、在75fps小于1帧或在90fps小于1帧的时间性能。
x射线发射装置
现在参照图9，图9示出了本公开的x射线发射装置2000。x射线发射装置2000包括电子发射构件220和x射线发射器210，它们由至少一个间隔件54分隔开。间隔件54可以被定位成使得在x射线发射器220与电子发射构件210之间存在内部间隙80。内部间隙80可以被密封并且维持在真空下，并且可以在电子发射构件210与x射线发射器220之间提供无阻碍空间。
电子发射构件
为如参照图2至图5描述的电子发射构件110及其组件所描述的各种选项也是用于电子发射构件210的选项。
电子发射构件210可以包括背板55、基板56、阴极57、电阻层58、场发射型电子源59阵列和栅极60。电子发射构件210可以还包括以阵列排布的多个第一会聚结构61，各个所述第一会聚结构61包括第一会聚电极62。在特定实施方式中，电子发射构件210可以还包括多个第二会聚结构63，该多个第二会聚结构63包括第二会聚电极64(参见图10)。
场发射型电子源59可以被激活，以发射指向x射线发射器220的电子束70。场发射型电子源59位于阳极52与阴极57之间，使得由场发射型电子源59发射的电子束70朝向阳极52加速。
电子源59可以作为可共激活单元组位于发射器区域75内。
具体要注意的是，在现有技术的图像捕捉装置中，网格电极通常位于电子发射构件210与x射线发射结构220之间。该网格电极可以是位于阳极与阴极之间的、具有小开口的阵列的具有栅格状、网状或筛状结构的薄材料。网格电极可以称为网状电极、控制网格或修整电极。
与现有技术相比，网格电极一般不存在于本公开的图像捕捉装置中。参照图10，本公开的图像捕捉装置的内部间隙80在电子发射构件220与电子接收构件210之间提供无阻碍空间，使得从场发射型电子源59发射的电子束直接行进到x射线发射构件220，而不横穿位于电子发射构件210与x射线发射器220之间的任何中间结构。
电子发射构件的基板
参照图9，基板56可以为半导体材料，例如结晶硅。此外，阴极57、电阻层(未示出)、场发射型电子源59、栅极60、第一会聚结构61、第一会聚电极62、第二会聚结构63、第二会聚电极(未示出)和信号线(未示出)及其任意组合中的任何一项可以在基板56上进行处理，并且与基板56集成。在特定实施方式中，电阻层可以进一步在基板56上处理，并且与基板56集成。
具体要注意的是，另选地或附加地，在需要的情况下，x射线发射装置的会聚结构可以独立于阴极板或与阴极板断开。
场发射型电子源
参照图9，场发射型电子源59可以经由信号线(未示出)电连接至驱动电路并且进一步电连接至栅极60。连接至场发射型电子源59的驱动电路和栅极60的协同电激活导致其激活，即，电子发射。场发射型电子源59由形成在场发射型电子源59与栅极60之间的电场执行电子发射。
电子源59可以作为共激活单元组位于发射器区域75内。各个发射器区域75可连接至行驱动器和列驱动器(未示出)，这控制驱动电路和电子源59的栅极60的激活的协同。
场发射型电子源59可以是例如斯宾特型电子源、碳纳米管(CNT)型电子源、金属-绝缘体-金属(MIM)型电子源或金属-绝缘体-半导体(MIS)型电子源。在优选实施方式中，电子源59可以是斯宾特型电子源。
阳极和阴极
参照图9，阳极52和阴极57被构造成在它们之间产生电场。该电场加速从场发射型电子源发射的电子并且使它们指向阳极52。阳极52可以连接至前置放大器，该前置放大器可以进一步连接至前置前置放大器。阳极52与阴极57之间的电场的强度可以为0.1至2伏每微米、0.1至1.8伏每微米、0.1至1.5伏每微米、0.1至1伏每微米、0.1至0.5伏每微米、约0.1伏每微米、约0.2伏每微米、约0.3伏每微米、约0.4伏每微米、约0.5伏每微米、约0.6伏每微米、约0.7伏每微米、约0.8伏每微米、约0.9伏每微米、约1伏每微米、约1.2伏每微米或约1.5伏每微米。
会聚结构
参照图9，场发射型电子源59通常发射具有轨迹范围(称为发散角)的电子，并且不是所有的电子均正交于电子发射构件210来发射。由此可见，期望一种在使以不期望的轨迹发射的电子的损失最小化的同时校正电子轨迹的机构。本公开的会聚结构(例如包括第一会聚电极62的第一会聚结构61)实现了该功能。
参照图9，第一会聚结构61可以被构造成围绕着发射器区域75，即，包括多个场发射型电子源59的子集的单位单元。第一会聚电极62可以被构造成借助第一会聚电压的施加来抑制从相应的发射器区域75发射的电子束的散射，由此会聚所发射的电子束。
现在参照图10，在特定实施方式中，电子发射器构造210可以包括第二会聚结构63的阵列，该第二会聚结构63包括第二会聚电极64。各个第二会聚结构63可以邻近各个第一会聚结构61(具有第一会聚电极62)并且相对于各个第一会聚结构61(具有第一会聚电极62)朝向内的，使得电子发射构件210总体来说包括面向x射线发射器220的双会聚结构。第二会聚电极64可以被构造成借助第二会聚电压的施加进一步加速从相应的发射器区域75发射的电子，由此进一步会聚所发射的电子束。将理解的是，电子发射构件210可以包括附加会聚结构，这导致三倍、四倍等的集合会聚结构。
具有会聚电极的会聚结构(例如，具有第一会聚电极62的第一会聚结构61和/或具有第二会聚电极64的第二会聚结构63)可以进一步用作用于错指向电子的漏极。在特定实施方式中，第一会聚电极12可以位于覆盖用于场发射型电子源9的驱动电路的信号线，由此通过保护信号线不受错指向电子的照射，减少了信号线中的辐射噪声。
X射线发射器
再次参照图9，x射线发射器220位于面向电子发射构件210，并且包括阳极52，该阳极52能够在用电子束击中时发射x射线。这种阳极52在本领域中是已知的并且可以被称为“靶”或“x射线靶”。阳极52可以由钼、铑、钨或其组合构成。
现在参照图11，X射线发射器220可以还包括准直器51。通常地，在方向范围内发射x射线70，使得它们以圆锥方式从x射线发射器220照射。准直器是过滤射线流、使得仅允许平行于指定方向行进的那些射线通过的装置。由此可见，可以最小化或消除所发射的x射线的扩展。
电子发射器区域的协同激活
如上所述，参照图2至图5，在图像捕捉装置1000中，电子源9可以作为共激活单元组位于发射器区域25内。各个发射器区域25可连接至行驱动器和列驱动器(未示出)，这控制驱动电路和电子源9的栅极10的激活的协同。由此可见，各个发射器区域25能够单独地打开和关闭。由此，借助图像捕捉装置1000，可以以各种空间和时间模式激活电子源9。
例如，图像捕捉装置1000可以扫描光电导体3，以检测其中的电子空穴的位置，然后处理信息以形成图像。另外，图像捕捉装置1000可以将扫描限制到电子发射构件内的发射器区域25的预定子集。这种限制可以有效地限制扫描时间或限制检测区域，以通过避免检测散射的电磁波来减少噪声。
x射线发射的协同激活
如上面参照图9所讨论的，在x射线发射装置2000中，电子源59可以作为共激活单元组位于发射器区域75内。各个发射器区域75可连接至行驱动器和列驱动器(未示出)，这控制驱动电路和电子源59的栅极60的激活协同。由此可见，各个发射器区域75能够单独地打开和关闭。由此，使用x射线发射装置2000，可以以各种空间和时间模式发射x射线。
例如，可以顺序激活一系列发射器区域75A至75F，这产生虚拟扫描，该虚拟扫描等同于机械地移动x射线源(图12)。
现在参照图13，多个相邻发射器区域75可以被分组为投射模块76。尽管图14示出具有9(即，3×3)个发射器区域75的投射模块76，但将理解的是，投射模块76可以包括任意数量的发射器区域75，例如，10×10个发射器区域75、100×100个发射器区域75、1000×1000个发射器区域75等。将进一步理解的是，投射模块76不限于方形区域。投射模块76可以包括限定了矩形区域、圆形区域、椭圆形区域等的发射器区域75的组。
正如对于单独的发射器区域75，来自投射模块76的x射线可以以各种空间和时间模式发射。
例如：
参照图14，可以顺序激活一系列投射模块76A至76F，这产生虚拟扫描，该虚拟扫描等同于机械地移动x射线源。
参照图15，投射模块76内的发射器区域75的数量可调，由此允许调谐从投射模块76发射的x射线的强度。例如，9个发射器区域75的投射模块76允许从关闭的每个发射器区域到激活的所有9个发射器区域的10个强度级别。将理解的是，具有更多个发射器区域75的投射模块76提供了甚至更大范围的x射线发射强度。
X射线摄影系统
图16示出x射线摄影系统3000，该x射线摄影系统3000中，图像捕捉装置1000和x射线发射装置2000位于彼此面对，使得对象可以放置在它们之间以被成像。在x射线的至少一部分横穿对象3500之后，从x射线发射装置2000由投射模块76限定的一部分发射的x射线40击中图像捕捉装置1000的光电导体。如图16所示，x射线40可以为平行的。另选地，x射线40可以具有轨迹范围，其得到锥形或扇形。如上所述，可以通过例如将准直器并入x射线发射装置2000中来控制所发射的x射线的形状。
参照图17，图像捕捉装置1000可以将扫描限制到限定了捕捉模块26的预定区域的发射器区域。这种限制可以用于限制扫描时间和/或限制检测区域，以通过避免检测散射的电磁波来减少噪声。这具体可能是这样的情况：限制了由投射模块76在x射线发射装置2000中所限定的区域，使x射线40高度准直，这产生平行射线。因此，捕捉模块26可以限于预期被从x射线发射装置2000发射的非散射的x射线40击中的、图像捕捉1000的部分。即，图像捕捉装置的不被预期接收从x射线发射装置发射的非散射的x射线的部分不被激活。
参照图18，如果对象3500内的关注区域无法在从投射模块76发射的x射线内完全成像，则可以扫描投射模块76。即，多个投射模块(例如，76A至76C)可以顺序激活，以随时间覆盖较大的区域。此外，捕捉模块(26A至26C)可以与投射模块76A至76C同步，使得图像捕捉装置1000的仅预期被来自相应的投射模块76的非散射的x射线击中的部分能够检测x射线。将理解的是，多个投射模块的激活不需要任何机械运动，由此允许以高速率产生图像。这反过来允许动态x射线成像。
参照图19，与相应的捕捉模块26A至26C同步的多个投射模块76A至76C的使用可以应用于断层摄影系统，其中，对象3500内的关注区域3550从以各种角度击中关注区域的x射线成像。将理解的是，多个投射模块的激活不需要任何机械运动，由此允许以高速率产生断层摄影图像。这反过来允许动态断层摄影x射线成像。由此可见，系统3000可以被并入到改进的计算机断层摄影系统中，该计算机断层摄影系统例如但不限于：电子束计算机断层摄影(电子束CT，EBCT)系统或锥形束计算机断层摄影(CBCT)系统。
参照图20A至图20B，虽然图16至图19将图像捕捉装置1000和x射线发射装置2000作为平坦的条带或表面示出，但是将理解的是，图像捕捉装置1000和/或x射线发射装置2000可以具有弯曲形状，例如，该弯曲形状具有弧形或半圆形截面。图20A示出具有平坦的图像捕捉装置1000和弯曲的x射线发射装置2000的系统3000。图20B示出具有弯曲的图像捕捉装置1000和平坦的x射线发射装置2000的系统3000。图20C示出具有弯曲的图像捕捉装置1000和弯曲的x射线发射装置2000的系统3000。
用于以不同能量发射x射线的x射线发射装置
在本公开的x射线发射装置中，单独的发射器区域可以被构造成以所定义的能量(keV)发射x射线。所有的发射器区域可以被构造成发射相同能量的x射线。另选地，发射器区域可以被构造成发射有不同的能量的x射线。例如，x射线发射装置可以具有发射器区域的规则排布，该发射器区域的规则排布被构造成以低keV、中keV和高keV发射x射线，各个发射器区域组被构造成以作为能量通道的特定能量发射x射线。各个能量通道可以顺序地在不同时间被激活，使得低keV源在时间＝0时发出其x射线。在此之后，发出中KeV的x射线(例如，时间＝16毫秒)，然后在16毫秒(时间＝32毫秒)之后，发出高KeV的x射线。由此在50毫秒内，生成三种不同的KeV图像，并且这些可以在算法上组合，以区分不同类型的组织。
示例
会聚结构的效果的模拟
图21示出模拟结果，该模拟结果描绘在击中面向电子束的光电导体的点处电子束的宽度(即，束着靶宽度)如何随着电子发射构件与电子接收构件之间的间隙增加而增加。参照图21(以及图22和图24)，束着靶宽度指的是电子束在击中面向它的光电导体的点处的宽度，并且间隙指的是(电子接收构件上的)阳极与(电子发射构件上的)阴极之间的距离。
期望的是束着靶宽度不大于像素节距，使得从一个发射器区域发射的电子束不与从相邻的发射器区域发射的电子束交叠。在给出了随着间隙距离加宽束着靶宽度的情况下，可以在特定间隙距离内实现的像素节距是有限的。会聚结构/电极用来限制随着间隙距离加宽束着靶宽度，由此使得在较大间隙(例如阳极与阴极之间)的情况下较小的像素节距。
参照图22，第一会聚结构的存在和在第一会聚电极两端施加第一会聚电压可以限制束着靶宽度。例如，在包括具有100微米的间隙(阳极到阴极)的单个会聚结构的模拟图像捕捉装置中，通过向第一会聚电极(阴极为基准)施加约30伏，将束着靶宽度限制到约100微米，以匹配100微米的目标像素节距。以150微米的间隙，通过向第一会聚电极施加约22.5伏(在20至25伏之间)，束着靶宽度被限制于约100微米。如图22所示，最佳第一会聚电压依赖于间隙(例如，阳极到阴极的距离)的尺寸，以及可以根据需要调整的包括场发射型电子源的规格、会聚结构的尺寸的其它参数和装置的其它参数。单个会聚模拟的结果如下面表1所示。
表1：具有单个会聚的束着靶宽度(以微米为单位)
进一步的模拟实验示出第一会聚结构影响电子束着靶宽度的作用。表2示出在阴极和阳极间隙为3毫米(mm)、4mm或5mm；会聚电压为0伏(V)、100V或200V；并且阳极电压为10000V、20000V、30000V、40000V或50000V的情况下的5％束宽度。
表2：具有单个电极的5％束着靶宽度(以微米为单位)
图23A示出在5mm的阴极-阳极间隙、无会聚电压以及10000V的阳极电压的情况下的电子发射构件的模拟束着靶宽度。图23B示出在3mm的阴极-阳极间隙、100V的会聚电压以及40000V的阳极电压的情况下的电子发射构件的模拟束着靶宽度。
参照图24，第二会聚结构结合第一会聚结构(即，双会聚)的进一步存在可以进一步限制束着靶宽度。例如，在包括具有300微米的间隙(阳极到阴极)的双会聚结构的模拟图像捕捉装置中，通过向第二会聚电极(以阴极为基准)施加约600伏并且向第一会聚电极(以阴极为基准)施加30伏，将束着靶宽度限制到约100微米，以匹配100微米的目标像素节距。在400微米的间隙的情况下，通过向第二会聚电极施加约1000伏并且向第一会聚电极施加30伏，将束着靶宽度限制到约100微米。如图24所示，最佳第二会聚电压依赖于间隙(例如，阳极到阴极的距离)的尺寸，以及可以根据需要调整的包括场发射型电子源的规格、会聚结构的尺寸的其它参数和装置的其它参数。双会聚模拟的结果如下面表3所示。
表3：具有双会聚的束着靶宽度(以微米为单位)
(第一会聚电压＝30伏)
现在参照图25A，图25A示出本公开的图像捕捉装置、或x射线发射装置中使用的电子发射构件的截面的示意性表示图。电子发射构件包括阴极70、多个场发射型电子源9(为了清楚仅例示了一个)、电阻层80、栅极10和栅极支撑结构85A。注意的是，电子发射构件可以还包括诸如上文描述等的背板和基板。
注意的是，栅极支撑结构85设置成以所需的阴极-栅极间隔CG来支撑栅极10。可以选择阴极-栅极间隔CG，使得阴极与栅极之间的电场适合以所需的加速度从场发射型电子源9发射电子。例如，阴极-栅极间隔可以大约为200纳米。另选地，根据需要，阴极-栅极间隔可以在200纳米至500纳米之间或更大、或在100纳米至200纳米之间或更小。
注意的是，栅极支撑可以进一步防止栅极10与阴极70之间的泄漏电流或放电。可以借助引入被构造成在电子源9处具有规则间隙或孔的电阻中间层85A来防止或者至少限制阴极70与栅极电极10之间的直接放电。
然而，电流泄漏或沿面爬行仍可能出现，具体是沿着邻近电子源孔的表面路径86A。因此，中间层的各种实施方式可以被构造成增大沿面距离，以增加沿着该表面的电阻路径。
现在参照图25B，示意性地表示本公开的图像捕捉装置、或x射线发射装置中使用的栅极支撑结构85B的第二实施方式。注意的是，第二实施方式85B的栅极的表面路径86B具有波浪形轮廓，该波浪形轮廓包括交替的凸截面和凹截面。因此，所述阴极80与所述栅极10之间的沿面距离CD大于所述阴极-栅极间隔CG。
现在参照图25C，呈现了本公开的图像捕捉装置、或x射线发射装置中使用的电子发射构件的另一实施方式，该电子发射构件包括分层中间层850。该分层中间层850可以被构造成产生诸如上文所述等的波浪形表面路径860。
分层中间层850包括至少一个容易蚀刻的材料层852A、852B(统称为852)和至少一个第二不太容易蚀刻的材料层854A、854B(统称为854)。因此，当在分层中间层850蚀刻出电子源孔时，容易蚀刻的材料852的蚀刻面形成表面路径860的凹截面862，而不太容易蚀刻的材料854的蚀刻表面形成表面路径860的凸截面864，从而根据需要形成波浪形表面路径860。
可以针对各种材料的腐蚀或刻蚀能力特征特性来选择各种材料。例如，容易蚀刻层852可以由诸如低密度二氧化硅等的低密度材料构成，而不太容易蚀刻层854可以由高密度材料构成，该高密度材料诸如高密度二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。对于本领域的技术人员来说，将出现容易蚀刻材料和不太容易蚀刻材料的其它组合。该选择可以根据蚀刻剂的腐蚀性而变化。
现在参照图26A，呈现了示意性顶视图，该图例示包括场发射型电子源190阵列、本公开的图像捕捉装置、或x射线发射装置中使用的电子发射构件1100的实施方式的截面。发射型电子源190以阵列排布，该阵列具有规则的电子源间隔ESS。具体注意的是，本实施方式的栅极支撑结构包括栅极支撑柱185的阵列，而不是其中蚀刻有电子源孔的在整个电子发射构件1100上延伸的中间层。
栅极支撑柱185还可以以阵列排布，该阵列具有规则的列间间隔ICS。列间间隔ICS可以大于规则的电子源间隔ESS，从而减少可用于沿面电流的泄漏路径的数量。在需要的情况下，可以设置支撑柱185，代替以规则间隔漏掉的电子源。
现在参照图26B，图26B示意性地表示图26A的实施方式的电子发射构件的两个截面。表示包括15个电子源190A至190O(仅标记了190C和190N)和占据漏掉的第十六个电子源的位置的一个支撑柱185的4×4正方形。
沿着电阻层180和阴极170上的四个电子源190的行示出第一截面A-A’。该第一截面A-A’例示在栅极110与电阻层180之间毫无中间层的情况下，栅极110如何可凭借其自身的结构强度来支撑。第二截面B至B’例示栅极110如何由支撑柱185周期性地支撑。因此，栅极110可以由针对材料所需的机械性能(诸如拉伸强度和密度等)而选择的材料(例如铬等)构成。
进一步注意的是，列轮廓可以包括凹侧186。该轮廓可以允许各个所述支撑柱185与最邻近的电子源之间的距离X大于所述电子源间隔ESS，从而进一步减少放电和电流泄漏。
现在参照图27A，图27A示出通过具有恒定电阻率的电阻层，在诸如例如斯宾特型电子源90等的电子源下方的电势分布的图形例示。注意的是，尖端正下方的电势梯度特别陡。因此，在尖端下的区域并且具体在尖端边缘92处具有关联的高的电流密度。本公开的另一个特征指向降低电子源90下方的电场强度。
现在参照图27B，示出了包括本公开的图像捕捉装置、或x射线发射装置中使用的分层电阻层2800的电子发射构件的实施方式的示意性截面。除了其它元件之外，电子发射构件包括电子源9、阴极层2700、电阻层2800、第一屏障层2810和第二屏障层2830。
分层电阻层2800包括最靠近电子源9的近端电阻器层2820、较远离电子源的远端电阻器层2860、以及插在所述近端电阻器层2820与所述远端电阻器层2860之间的中间电阻器层2840。可以选择各个层的材料，以利用深度控制电阻层的电阻率。因此，近端电阻器层2820可以由针对其高的特征电阻率而选择的高电阻材料形成，远端电阻器层2860可以由针对其低的特征电阻率而选择的较低电阻材料形成，并且中间电阻器层可以由具有在高电阻材料与低电阻材料的特征电阻率之间的特征电阻率的另一种电阻材料形成。
各种材料可以用于电阻层，诸如硅氧碳氮化物(SiOCN)等，其可以用于近端电阻器层，深度可达约十纳米。在需要的情况下，非晶硅碳氮化物(a-SiCN)膜可以用于中间电阻器层，比如对于进一步的200纳米，并且碳化硅(SiC)或硅(Si)层可以用于远端电阻器层。具体注意的是，远端电阻器层可以由厚度可能为大约100微米的单晶碳化硅晶片构成。
注意的是，虽然上面描述了三层电阻结构，但是可以如适应要求地另选地使用其它分层电阻层(诸如仅具有近端电阻器层和远端电阻器层但无中间电阻器层的双层)。其它实施方式包括具有连续电阻梯度的材料，其电阻率随深度而增大。
屏障层2810、2830可以包括非反应性或惰性材料层，设置该非反应性或惰性材料层，以防止电阻层2800的材料，诸如硅、碳化硅、硅碳氮化物等，在阴极中的加热处理期间或在组装期间与阴极的金属或电子源的金属反应。
因此，第一屏障层2810可以由非反应性材料的层组成，该非反应性材料的层插入在远端电阻器层2860的电阻材料与阴极2870之间，并且第二屏障层2830可以由非反应性材料层组成，该非反应性材料层插入在近端电阻器层2820的电阻材料与电子源9之间。可以根据需要从诸如富碳碳化硅、富氮硅碳氮化物、无定形碳等以及它们的组合不同地选择非反应性材料。
在各种实施方式中，非反应性材料可以选自富碳碳化硅合成物，该富碳碳化硅合成物具有硅和碳的多种比例，诸如超过50％的碳、50％至60％之间的碳、60％至70％之间的碳、70％至80％之间的碳、30％至40％之间的碳、40％至50％之间的碳、45％至75％之间的碳等。具体注意的是，可以选择富碳碳化硅(SixCy)，其中y大于x。
另选地或附加地，非反应性材料可以选自富氮硅碳氮化物合成物，该富氮硅碳氮化物合成物具有硅、碳和氮的各种比例，例如包括超过25％、25％至35％之间的氮，35％至45％之间的氮、45％至55％之间的氮，50％以上的氮等。具体注意的是，可以选择富氮硅碳氮化物合成物(SixCyNz)，其中z大于y。
所公开的实施方式的范围可以由所附权利要求限定，并且包括上述各种特征的组合和子组合这两者以及本领域的技术人员在阅读以上描述后会想到的其变化和修改。
本文使用的技术和科学术语应具有与本公开所属领域的普通技术人员所一般理解的相同含义。然而，预期的是，从本申请成熟的专利有效期期间，将开发许多有关系统和方法。
本文所用的术语“约”是指至少±10％。
术语“包括”、“包含”、“具有”及其同源词意味着“包含但不限于”并且指示包括所列出的组件，但是一般不排除其它组件。这些术语涵盖术语“由......组成”和“基本由......组成”。
短语“基本上由......组成”意味着合成物或方法可以包括附加成分和/或步骤，但是附加成分和/或步骤不会实质上改变所要求保护的合成物或方法的基本和新颖特征。
如本文所使用的，单数形式“一个”和“所述”可以包括复数含义，除非上下文明确规定。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括它们的混合物。
单词“示例性”在本文中用来指“充当示例、实例或例示”。描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优选的或优于其它实施方式或排除来自其它实施方式的特征的结合。
词语“可选地”在本文中用来指“在一些实施方式中提供而不在其它实施方式中提供”。本公开的任意特定实施方式可以包括多个“可选”特征，除非这些特征冲突。
每当本文指示数值范围时，意味着包括所指示范围内的任意引述的数值(分数或整数的)。第一个指示数值与第二指示数值之间的术语“两者之间的范围”和“从”第一指示数值“到”第二指示数值的“范围”在本文中可以互换使用并且指的是包括第一和第二指示数值以及它们之间所有分数和整数数值。因此，应当理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，并且不应被解释为对本公开范围的范围的硬性限制。因此，范围的描述应被视为具体地公开了该范围内的所有可能的子范围以及单个数值。例如，诸如从1至6等的范围的描述应被理解为具体公开的子范围(该子范围诸如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等)以及在该范围内的单个数值，例如1、2、3、4、5、和6以及非整数中间值。无论范围的宽度为多少，此均适用。
理解的是，为了清楚在单独实施方式的上下文中描述的、本公开的特定特征在单个实施方式中也可组合提供。反之，为简洁在单个实施方式的上下文中描述的、本公开的各种特征也可以单独提供、或者可以以任意适当子组合形式提供或者适合于本公开的任意其它所描述的实施方式提供。各种实施方式的上下文中描述的特定特征不应被视为那些实施方式的基本特征，除非该实施方式在使用那些元件的情况下工作。
虽然本公开连同其具体实施方式进行描述。但是显然，许多另选、修改和变型对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这种另选、修改和变型。
在本说明书中提到的所有公报、专利和专利申请此处以引用的方式全部并入本说明书，达到了好像各个公报、专利或专利申请被具体并个别指示为以引用的方式并入本文的程度。另外，本申请中任意参照文献的引用或识别不应被解释为承认该参照文献可作为现有技术用于本公开。使用了段落标题，段落标题不应被解释为有必要限制。

Claims (31)

1.一种x射线发射装置，该x射线发射装置包括由至少一个间隔件分隔开的电子接收构件和电子发射构件，该至少一个间隔件被定位成使得所述电子接收构件与所述电子发射构件之间存在内部间隙；
所述电子接收构件包括阳极，所述阳极为x射线靶；并且
所述电子发射构件包括：
(a)背板；
(b)基板；
(c)阴极；
(d)以阵列排布的多个场发射型电子源，其中，所述场发射型电子源被构造成朝向所述阳极发射电子束；
(e)栅极；以及
(f)至少一个栅极支撑结构，该至少一个栅极支撑结构被构造成以与所述阴极隔开所需的阴极-栅极间隔来支撑所述栅极，
其中，所述内部间隙在所述电子发射构件与所述电子接收构件之间提供无障碍空间，
其中，所述多个场发射型电子源以具有规则电子源间距的阵列排列，其中以规则间隔漏掉电子源，
其中，所述栅极支撑结构包括多个支撑柱，
其中，所述支撑柱设置在所述阵列中漏掉了所述场发射型电子源的位置。
2.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述阳极包括由钼、铑和钨组成的组中的一种或更多种。
3.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述电子发射构件不包括网格电极。
4.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述电子发射构件还包括以阵列排布的多个第一会聚结构，各个所述第一会聚结构包括第一会聚电极。
5.根据权利要求4所述的x射线发射装置，其中，所述第一会聚结构围绕包括所述场发射型电子源的子集在内的单位单元，所述单位单元限定了发射器区域。
6.根据权利要求5所述的x射线发射装置，其中，所述电子发射构件包括第二会聚结构的阵列，该第二会聚结构包括第二会聚电极。
7.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述场发射型电子源为斯宾特型电子源。
8.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述基板是硅基的。
9.根据权利要求6所述的x射线发射装置，其中，选自由所述阴极、信号线、所述场发射型电子源、所述第一会聚结构、所述第一会聚电极、所述第二会聚结构、所述第二会聚电极及其任意组合组成的组的至少一个元件与所述基板集成为一体。
10.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述电子接收构件还包括准直器。
11.根据权利要求1所述的x射线发射装置，该x射线发射装置还包括位于所述场发射型电子源的阵列与所述阴极之间的分层电阻层。
12.根据权利要求11所述的x射线发射装置，所述分层电阻层至少包括最靠近所述场发射型电子源的近端电阻器层、和较远离所述场发射型电子源的远端电阻器层，所述近端电阻器层包括具有第一特征电阻率的第一电阻材料并且所述远端电阻器层包括具有第二特征电阻率的第二电阻材料，其中，所述第一特征电阻率大于所述第二特征电阻率。
13.根据权利要求12所述的x射线发射装置，所述分层电阻层包括近端电阻器层与远端电阻器层之间的至少一个中间电阻器层，所述至少一个中间电阻器层至少包括第三电阻材料，该第三电阻材料具有在所述第一特征电阻率与所述第二特征电阻率之间的特征电阻率。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的x射线发射装置，其中，所述近端电阻器层包括SiOCN。
15.根据权利要求12或权利要求13所述的x射线发射装置，其中，所述远端电阻器层包括Si。
16.根据权利要求12或权利要求13所述的x射线发射装置，其中，所述远端电阻器层包括碳化硅晶片。
17.根据权利要求13所述的x射线发射装置，其中，所述中间电阻器层包括非晶硅碳氮化物膜。
18.根据权利要求11所述的x射线发射装置，所述分层电阻层包括包含电阻材料的至少一个电阻层、和第一屏障层，该第一屏障层插入在所述电阻材料与所述阴极之间。
19.根据权利要求11或权利要求18所述的x射线发射装置，所述分层电阻层包括包含电阻材料的至少一个电阻层、和第二屏障层，该第二屏障层插入在所述电阻材料与所述场发射型电子源之间。
20.根据权利要求18所述的x射线发射装置，其中，所述第一屏障层包括选自非反应性材料的材料，该非反应性材料选自由富碳碳化硅、富氮硅碳氮化物、无定形碳及其组合组成的组。
21.根据权利要求19所述的x射线发射装置，其中，所述第二屏障层包括选自非反应性材料的材料，该非反应性材料选自由富碳碳化硅、富氮硅碳氮化物、无定形碳及其组合组成的组。
22.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述栅极支撑结构被构造成使得所述阴极与所述栅极之间的表面路径大于所述阴极-栅极间隔。
23.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述栅极支撑结构包括分层中间层。
24.根据权利要求23所述的x射线发射装置，所述分层中间层包括至少一层第一材料和至少一层第二材料，其中，所述第一材料比所述第二材料更容易被蚀刻。
25.根据权利要求23所述的x射线发射装置，所述分层中间层包括至少一层低密度材料和至少一层高密度材料。
26.根据权利要求23所述的x射线发射装置，所述分层中间层包括至少一层二氧化硅。
27.根据权利要求23所述的x射线发射装置，所述分层中间层包括至少一层高密度二氧化硅和至少一层低密度二氧化硅。
28.根据权利要求23所述的x射线发射装置，所述分层中间层包括至少一层二氧化硅和至少一层硅氮氧化物。
29.根据权利要求1所述的x射线发射装置，所述支撑柱以具有规则的柱间隔的阵列排布。
30.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述支撑柱之间的柱间隔大于所述电子源之间的源间隔。
31.根据权利要求1所述的x射线发射装置，其中，所述支撑柱被构造成使得至少一个所述支撑柱与至少一个邻近电子源之间的柱-源间隔大于所述电子源之间的源间隔。
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