CN113316833B - 电子枪、x射线产生装置以及x射线成像装置 - Google Patents

电子枪、x射线产生装置以及x射线成像装置 Download PDF

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Abstract

电子枪可以设置有具有电子发射部的阴极、引出从所述电子发射部发射的电子的引出电极以及使由所述引出电极引出的电子聚焦的聚焦电极。所述聚焦电极包括具有管形状的外侧电极以及被配置在所述外侧电极的内侧的内侧电极，所述内侧电极定义柱状的第1空间，并且具有在所述阴极侧的第1表面以及与所述第1表面相对的第2表面，所述外侧电极的内侧表面和所述内侧电极的所述第2表面定义第2空间。所述内侧电极具有使电子通过的电子通过孔以及使所述第1空间与所述第2空间连通的连通部。

Description

电子枪、X射线产生装置以及X射线成像装置
技术领域
本发明涉及电子枪、X射线产生装置以及X射线成像装置。
背景技术
电子枪例如被用于产生X射线的X射线产生装置。电子枪例如可以包括引出电子的引出电极以及使由引出电极引出的电子聚焦的聚焦电极。专利文献1记载了合并有电子枪的X射线管。专利文献1中记载的X射线管包括阴极、靶、配置于阴极与靶之间的第1控制栅以及配置于第1控制栅与靶之间的第2控制栅。阴极、第1控制栅以及第2控制栅被理解为电子枪的构成元素。第2控制栅包括开口限制元件。当设置有开口限制元件时，能够获得小的波束尺寸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-265917号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，当设置有开口限制元件时，在开口限制元件与阴极之间形成了气体的移动被限制的空间。当电子与开口限制元件碰撞时，可能从开口限制元件发射气体。气体可能长时间滞留在开口限制元件与阴极之间的空间中。如果来自阴极的电子与气体碰撞，则气体被电离。如此产生的离子朝向阴极加速并且可能与阴极碰撞。这可能引起阴极的劣化。
本发明的目的在于提供一种有利于抑制阴极的劣化的技术。
解决问题的手段
根据本发明的第1方面，提供了一种电子枪，所述电子枪具备：阴极，包括电子发射部；引出电极，被配置为引出从所述电子发射部发射的电子；以及聚焦电极，被配置为使由所述引出电极引出的电子聚焦。所述聚焦电极包括具有管形状的外侧电极以及被配置在所述外侧电极的内侧的内侧电极，所述内侧电极定义具有柱形状的第1空间，并且包括在所述阴极侧的第1表面以及在所述第1表面的相对侧的第2表面，所述外侧电极的内侧表面和所述内侧电极的所述第2表面定义第2空间。所述内侧电极包括使电子通过的电子通过孔以及被配置为使所述第1空间与所述第2空间彼此连通的连通部。
根据本发明的第2方面，提供了一种X射线产生装置，所述X射线产生装置具备：根据本发明的第1方面的电子枪；以及阳极，包括被配置为当与来自所述电子枪的电子碰撞时产生X射线的靶。
根据本发明的第3方面，提供了一种X射线成像装置，所述X射线成像装置具备：根据本发明的第2方面的X射线产生装置；以及检测装置，对从所述X射线产生装置放射并透过物体的X射线进行检测。
发明的效果
根据本发明，提供了一种有利于抑制阴极的劣化的技术。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明的第1实施方式的电子枪的配置的剖面图；
图2是示出沿图1中的线B-B’截取的剖面的第1示例的图；
图3是示出沿图1中的线A-A’截取的剖面的第1示例的图；
图4是示出沿图1中的线A-A’截取的剖面的第2示例的图；
图5是示出沿图1中的线A-A’截取的剖面的第3示例的图；
图6是示意性地示出根据本发明的第2实施方式的电子枪的配置的剖面图；
图7是示意性地示出根据本发明的第3实施方式的电子枪的配置的剖面图；
图8是示意性地示出根据本发明的第4实施方式的电子枪的配置的剖面图；
图9是示意性地示出根据本发明的第5实施方式的电子枪的配置的剖面图；
图10是示意性地示出根据本发明的第1实施方式的电子枪的变形例的配置的剖面图；
图11是示意性地示出根据本发明的实施方式的X射线产生装置的配置的图；
图12是示出根据本发明的实施方式的X射线产生装置的配置的图；并且
图13是示出根据本发明的实施方式的X射线成像装置的配置的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明实施方式。注意，以下的实施方式并非意图限制权利要求书的范围。在实施方式中记载了多个特征。然而，多个特征的所有组合并非都是本发明所必须的，并且多个特征可以任意组合。此外，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部分，省略重复的说明。
图1示意性地示出根据本发明的第1实施方式的电子枪EG的配置。图2示出沿图1中的线B-B’截取的剖面。图3示出沿图1中的线A-A’截取的剖面的第1示例。图4示出沿图1中的线A-A’截取的剖面的第2示例。图5示出沿图1中的线A-A’截取的剖面的第3示例。电子枪EG可以被配置在真空容器(未图示)中而使用。电子枪EG不限于特定的用途，并且可以用作后述的X射线产生装置的一部分，或者可以用于诸如电子显微镜、电子束描绘装置的其他电子束应用装置。
电子枪EG可以包括具有发射电子的电子发射部的阴极10、引出从电子发射部发射的电子的引出电极30以及使由引出电极30引出的电子聚焦的聚焦电极40。阴极10例如可以包括丝极(filament)作为电子发射部。当丝极被加热时，可以发射电子。引出电极30包括使电子通过的通过孔32。电子枪EG可以在阴极10与引出电极30之间包括闸(gate)电极20。闸电极20包括使电子通过的通过孔22。
聚焦电极40可以包括具有管形状的外侧电极41以及被配置在外侧电极41的内侧的内侧电极42。内侧电极42可以包括位于阴极10侧的内侧表面以及在该内侧表面的相对侧的外侧表面。内侧电极42的内侧表面可以包括第1内侧表面LW1(第1表面)以及与第1内侧表面LW1形成角度的第2内侧表面LW2。内侧电极42的外侧表面可以包括在第1内侧表面LW1(第1表面)的相对侧的第1外侧表面UP1(第2表面)以及位于第2内侧表面LW2的相对侧且与第1外侧表面UP1形成角度的第2外侧表面UP2。
可以由内侧电极42的内侧表面LW1和LW2定义第1空间SP1。从其他观点来看，可以由内侧电极42的第1内侧表面LW1或第2内侧表面LW2定义第1空间SP1的一部分。从其他观点来看，内侧电极42(的内侧表面LW1和LW2)可以在内侧电极42的内侧定义柱状(例如，圆筒状)的第1空间SP1。
此外，可以由内侧电极42的第1外侧表面UP1与外侧电极41的内侧表面IS1定义第2空间SP2。此外，可以由内侧电极42的第2外侧表面UP2与外侧电极41的内侧表面IS1定义第3空间SP3。内侧电极42可以包括使电子通过的电子通过孔422以及使第1空间SP1与第3空间SP3连通的连通部431。从其他观点来看，连通部431使内侧电极42的内侧空间(第1空间SP1)与由内侧电极42的外侧表面UP1和UP2与外侧电极41的内侧表面IS1形成的外侧空间(第2空间SP2及第3空间SP3)连通。
内侧电极42可以包括具有电子通过孔422的板部421以及具有管形状的管状部43。从其他观点来看，管状部43的一端可以连接到板部421。聚焦电极40可以还包括将管状部43的另一端与外侧电极41连接的连接部44。连接部44可以由导电构件形成，或者可以由绝缘体形成。内侧电极42的连通部431可以经由第3空间SP3使第1空间SP1与第2空间SP2连通。连通部431可以设置在管状部43中。
外侧电极41及内侧电极42可以被配置为相对于轴AX具有同轴结构。外侧电极41可以包括以轴AX为中心轴的圆筒部。内侧电极42可以包括以轴AX为中心轴的圆筒部。外侧电极41可以被配置为遍及全周地包围内侧电极42的侧面。可替代地，外侧电极41可以被配置为在与轴AX正交并且切断内侧电极42的任何剖面中遍及全周地包围内侧电极42。从其他观点来看，外侧电极41可以被配置为包围内侧电极42的连通部431。可替代地，外侧电极41可以被配置为在与轴AX正交并且切断内侧电极42的连通部431的任何剖面中包围内侧电极42的连通部431。如上所述的配置对于抑制聚焦电极40的内侧电极42与可以被配置在聚焦电极40的外侧的构件(未图示)之间的放电是有效的。这在内侧电极42包括可以诱发放电的曲率半径小的部分(曲率大的部分)的情况下特别有利地起到作用。
在示例中，第1空间SP1除了由内侧电极42定义以外还可以由引出电极30定义。第1空间SP1是非密闭空间，并且经由电子通过孔422及连通部431与第2空间SP2连通。此外，第1空间SP1经由通过孔32与阴极10侧的空间连通。
外侧电极41及内侧电极42彼此电连接，并且可以被施加相同电位。可替代地，外侧电极41、内侧电极42以及连接部44彼此电连接，并且可以被施加相同电位。引出电极30可以电连接到内侧电极42，或者可以与内侧电极42电绝缘并且被施加与施加到内侧电极42的电位不同的电位。在示例中，引出电极30固定到聚焦电极40。图10示出第1实施方式的变形例。在图10示出的示例中，引出电极30经由绝缘体39被聚焦电极40(外侧电极41)支撑。
设置在聚焦电极40的内侧电极42中的板部421限制到达第2空间SP2的电子束的直径。只有通过了设置在板部421中的电子通过孔422的电子才形成到达第2空间SP2的电子束。其他电子与板部421碰撞并且被板部421吸收。当将包括电子通过孔422的板部421设置在内侧电极42中时，可以使从电子枪EG发射的电子束聚焦到较小的区域。
当来自阴极10的电子与板部421碰撞时，从板部421发射气体。如果气体在第1空间SP1中长时间滞留，则来自阴极10的电子与气体碰撞的概率上升。电子与气体之间的碰撞可能使气体被电离。如此产生的离子朝向阴极10加速并且与阴极10碰撞。这可能引起阴极10的劣化。为了防止这样，在根据第1实施方式的电子枪EG中，使第1空间SP1与第2空间SP2连通的连通部431被设置在内侧电极42中。连通部431可以被配置在电子不会入射在其上的位置或者电子的入射的可能性低的位置。从其他观点来看，连通部431可以被配置在电子不通过的位置。连通部431使得可能在第1空间SP1中产生的气体能够从第1空间SP1迅速排出至第2空间SP2。这用作抑制阴极10的劣化。
聚焦电极40可以被形成为使得在板部421中的电子可能碰撞的区域与外侧电极41的内侧表面IS1之间存在经由连通部431的直线路径。可替代地，聚焦电极40可以被形成为使得在设置于板部421的电子通过孔422与外侧电极41的内侧表面IS1之间存在经由连通部431的直线路径。这样的配置使得由于电子与板部421的碰撞而可能产生的气体能够迅速排出至第2空间SP2(或第3空间SP3)。
如图3、图4和图5所述，可以将多个连通部431设置在内侧电极42中。然而，也可以仅将单个连通部431设置在内侧电极42中。在与轴AX正交并且切断连通部431的剖面(沿A-A’线截取的剖面)中，连通部431的面积与内侧电极42(除连通部431以外的部分)的面积的比率可以任意确定。然而，在外侧电极41与内侧电极42被设为相同电位的结构中，连通部431的存在对使来自阴极10的电子聚焦的功能造成的影响小。因此，在这样的结构中，在与轴AX正交并且切断连通部431的剖面(沿A-A’线截取的剖面)中，连通部431的面积可以设为比内侧电极42(除连通部431以外的部分)的面积大。这有利于将气体从第1空间SP1迅速排出至第2空间SP2。
外侧电极41包括在阴极10的电子发射部侧的第1端部E1以及在第1端部E1的相对侧的第2端部E2。第2端部E2可以被构成为不具有任何角部。这样的配置对于抑制外侧电极41与可以被配置在其外侧的构件之间的放电是有效的。
图6示意性地示出根据本发明的第2实施方式的电子枪EG的配置。第2实施方式中未提及的事项可以遵照第1实施方式。在第2实施方式中，第1空间SP1与第2空间SP2由连通部431直接连通。此外，在第2实施方式中，在与轴AX平行的剖面中，连通部431形成曲线状的排气路径。从其他观点来看，在第2实施方式中，在与轴AX平行的剖面中，连通部431形成与轴AX既不平行也不垂直的排气路径。
图7示意性地示出根据本发明的第3实施方式的电子枪EG的配置。第3实施方式中未提及的事项可以遵照第1或第2实施方式。在第3实施方式中，引出电极30定义第1空间SP1的一部分。引出电极30将第1空间SP1与阴极10侧的第4空间SP4分离。引出电极30不仅包括使电子通过的通过孔32，也包括与通过孔32分开配置的贯通孔33。贯通孔33使得由于电子与板部421的碰撞而可能产生的气体能够排出至第4空间SP4。
从降低贯通孔33对于来自阴极10的电子的轨道造成的影响的观点来看，以及从将经由贯通孔33从第1空间SP1排出的气体的路径配置得远离阴极10而防止由气体的电离引起的阴极10的劣化的观点来看，通过孔32与贯通孔33之间的最短距离优选为贯通孔33的半径的5倍以上。此外，从减小电子枪EG的尺寸的观点来看，通过孔32与贯通孔33之间的最短距离优选为贯通孔33的半径的50倍以下。因此，通过孔32与贯通孔33之间的最短距离优选为贯通孔33的半径的5倍以上且50倍以下。引出电极30可以包括多个贯通孔33。该多个贯通孔33可以相对于轴AX旋转对称地配置。
图8示意性地示出根据本发明的第4实施方式的电子枪EG的配置。第4实施方式中未提及的事项可以遵照第1至第3实施方式中的每一个或者它们中的两个的组合。在第4实施方式中，第1空间SP1包括第1部分SP11以及在第1部分SP11与引出电极30之间的第2部分SP12。第1部分SP11与第2部分SP12可以按照在与聚焦电极40的轴AX正交的方向上的尺寸而彼此区别开。第2部分SP12在与聚焦电极40的轴AX正交的方向上的尺寸大于第1部分SP11在与轴AX正交的方向上的尺寸。注意，在图8中定义第2部分SP12的内侧电极42的部分与外侧电极41相间隔，但也可以与外侧电极41接触。这种配置有利于增加贯通孔33与通过孔32之间的距离。
图9示意性地示出根据本发明的第5实施方式的电子枪EG的配置。第5实施方式中未提及的事项可以遵照第1至第4实施方式中的每一个或者它们中的两个以上的组合。在第5实施方式中，第1空间SP1包括第1部分SP11以及在第1部分SP11与引出电极30之间的第2部分SP12。第1部分SP11与第2部分SP12可以按照在与聚焦电极40的轴AX正交的方向上的尺寸而彼此区别开。第2部分SP12在与聚焦电极40的轴AX正交的方向上的尺寸大于第1部分SP11在与轴AX正交的方向上的尺寸。在第5实施方式中，第2部分SP12在与聚焦电极40的轴AX正交的方向上的尺寸朝向阴极10侧变大。这种配置有利于增加贯通孔33与通过孔32之间的距离。
图11示意性地示出根据本发明的实施方式的X射线产生管1的配置。X射线产生管1可以包括根据第1至第5实施方式中的任何一个的电子枪EG、以及包括当与来自电子枪EG的电子碰撞时产生X射线的靶933的阳极93。X射线产生管1包括阴极91，阴极91可以与电子枪EG的阴极10电连接。X射线产生管1包括绝缘管92。阳极93可以被配置为关闭绝缘管92的两个开口端中的一个，并且阴极91可以被配置为关闭绝缘管92的两个开口端中的另一个。
阳极93可以包括靶933、对靶933进行保持的靶保持板932以及对靶保持板932进行保持的电极931。电极931与靶933电连接并且对靶933施加电位。当来自电子枪EG的电子与靶933碰撞时，靶933产生X射线。产生的X射线透过靶保持板932并朝向X射线产生管1的外部放射。阳极93例如可以维持在接地电位，但是也维持在其他电位。靶933可以由熔点高且X射线产生效率高的材料构成，例如钨、钽或钼。靶保持板932例如可以由透过X射线的导电材料构成，例如铍、钻石等。
图12示出根据本发明的实施方式的X射线产生装置100的配置。X射线产生装置100可以包括上述X射线产生管1以及驱动X射线产生管1的驱动电路3。X射线产生装置100可以还包括对驱动电路3施加升压后的电压的升压电路2。X射线产生装置100可以还包括收纳X射线产生管1、驱动电路3以及升压电路2的收纳容器4。收纳容器4可以填充有绝缘油。
图13示出根据本发明的实施方式的X射线成像装置200的配置。X射线成像装置200可以包括X射线产生装置100以及对从X射线产生装置100放射并透过物体106的X射线104进行检测的X射线检测装置110。X射线成像装置200可以还包括控制装置120和显示装置130。X射线检测装置110可以包括X射线检测器112和信号处理部114。控制装置120可以控制X射线产生装置100及X射线检测装置110。X射线检测器112对从X射线产生装置100放射并透过物体106的X射线104进行检测或捕获。信号处理部114可以对从X射线检测器112输出的信号进行处理，并将处理后的信号供应给控制装置120。控制装置120根据从信号处理部114供应的信号，使显示装置130显示图像。
本发明不受上述实施方式限制，在本发明的要旨和范围内可以进行各种变形和变更。因此，为了将本发明的范围公之于众，做出了以下权利要求书。

Claims (13)

1.一种电子枪，具备：阴极，包括电子发射部；引出电极，被配置为引出从所述电子发射部发射的电子；以及聚焦电极，被配置为使由所述引出电极引出的电子聚焦，其中，
所述聚焦电极包括具有管形状的外侧电极以及被配置在所述外侧电极的内侧使得被所述外侧电极包围的内侧电极，所述内侧电极定义具有柱形状的第1空间，并且所述内侧电极包括在所述阴极侧的第1表面以及在所述第1表面的相对侧的第2表面，所述外侧电极的内侧表面和所述内侧电极的所述第2表面定义第2空间，并且
所述内侧电极包括使电子通过的电子通过孔以及与所述电子通过孔分开配置并被配置为使所述第1空间与所述第2空间彼此连通的连通部。
2.根据权利要求1所述的电子枪，其中，
所述外侧电极包围所述连通部。
3.根据权利要求1所述的电子枪，其中，
所述内侧电极包括具有所述电子通过孔的板部以及具有管形状的管状部，所述管状部的一端连接到所述板部，并且
所述连通部设置在所述管状部中。
4.根据权利要求1所述的电子枪，其中，
所述引出电极包括使电子通过的通过孔以及与所述引出电极的所述通过孔分开配置的贯通孔。
5.根据权利要求1所述的电子枪，其中，
所述引出电极被固定到所述聚焦电极。
6.根据权利要求1所述的电子枪，其中，
所述引出电极电连接到所述聚焦电极。
7.根据权利要求1所述的电子枪，其中，
所述内侧电极被配置在所述外侧电极的内侧，使得在与所述聚焦电极的轴正交的横截面中被所述外侧电极包围。
8.根据权利要求3所述的电子枪，其中，
在所述管状部的外侧表面与所述外侧电极的所述内侧表面之间定义有第3空间，所述第3空间是所述第2空间的一部分，并且所述内侧电极的所述连通部经由所述第3空间使所述第1空间与所述第2空间彼此连通。
9.根据权利要求4所述的电子枪，其中，
所述第1空间包括第1部分和在所述第1部分与所述引出电极之间的第2部分，并且所述第2部分在与所述聚焦电极的轴正交的方向上的尺寸大于所述第1部分在与所述聚焦电极的轴正交的方向上的尺寸。
10.根据权利要求4所述的电子枪，其中，
所述引出电极的所述通过孔与所述贯通孔之间的最短距离为所述贯通孔的半径的5倍以上且50倍以下。
11.根据权利要求9所述的电子枪，其中，
所述第2部分的所述尺寸朝向所述阴极侧变大。
12.一种X射线产生装置，具备：
根据权利要求1所述的电子枪；以及
阳极，包括被配置为当与来自所述电子枪的电子碰撞时产生X射线的靶。
13.一种X射线成像装置，具备：
根据权利要求12所述的X射线产生装置；以及
X射线检测装置，被配置为对从所述X射线产生装置放射并透过物体的X射线进行检测。
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