DE102011051956B4

DE102011051956B4 - Einrichtung und Verfahren zur magnetischen Steuerung eines Elektronenstrahls

Info

Publication number: DE102011051956B4
Application number: DE102011051956.4A
Authority: DE
Inventors: Antonio Caiafa; Maja Harfman Todorovic; Joseph Reynolds
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: US8295442B2; CN105140089B; CN105140089A; CN102347188B; DE102011051956A1; CN102347188A; US20120027164A1

Abstract

Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) für eine Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) für ein Röntgenstrahlerzeugungssystem, aufweisend:
eine erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140);
eine zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142);
eine erste Schalteinrichtung (90, 134, 152), die mit der ersten Niederspannungsquelle (74, 122, 140) in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung mit der ersten Niederspannungsquelle (74, 122, 140) einen ersten Strompfad (92) zu erzeugen;
eine zweite Schalteinrichtung (94), die mit der zweiten Niederspannungsquelle (76, 124, 142) in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung mit der zweiten Niederspannungsquelle (76, 124, 142) einen zweiten Strompfad (96) zu erzeugen; und
einen Kondensator (86, 126, 144), der mit einer Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads (92, 96) angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich allgemein auf diagnostische Bildgebung und speziell auf Vorrichtungen und Verfahren zur magnetischen Steuerung eines Elektronenstrahls.
Röntgensysteme enthalten gewöhnlich eine Röntgenröhre, einen Detektor und eine Halterungskonstruktion für die Röntgenröhre und den Detektor. Im Betrieb ist zwischen der Röntgenröhre und dem Detektor ein Bildgebungstisch angeordnet, auf dem ein Objekt positioniert ist. Die Röntgenröhre emittiert gewöhnlich eine Strahlung, z.B. Röntgenstrahlen, in Richtung des Objekts. Die Strahlung durchstrahlt gewöhnlich das Objekt auf dem Bildgebungstisch und fällt auf den Detektor ein. Während die Strahlung das Objekt durchquert, rufen innere Strukturen des Objekts räumliche Änderungen der an dem Detektor empfangenen Strahlung hervor. Der Detektor gibt anschließend empfangene Daten aus, und das System übersetzt die Strahlungsvarianzen in ein Bild, das verwendet werden kann, um die innere Struktur des Objekts auszuwerten. Der Fachmann wird erkennen, dass das Objekt, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Patient in einem medizinischen Bildgebungsverfahren oder ein Gegenstand, z.B. ein Paket in einem Röntgenscanner oder in einem Computertomographie-(CT)-Paketscanner, beinhalten kann.
Röntgenröhren enthalten eine rotierende Anodenkonstruktion, die dazu dient, die an einem Brennfleck erzeugte Wärme zu verteilen. Die Anode wird gewöhnlich mittels eines Induktionsmotors gedreht, der einen zylindrischen Rotor aufweist, der in eine freitragende Welle eingebaut ist, die ein scheibenförmiges Anodentarget und eine Eisenstatorkonstruktion mit Kupferwicklungen trägt, die einen längliche Hals der Röntgenröhre umgibt. Der Rotor der rotierenden Anodenanordnung wird durch den Stator angetrieben.
Eine Röntgenkathode erzeugt einen Elektronenstrahl, der mittels einer Hochspannung beschleunigt wird, die über einen Vakuumspalt zwischen Kathode und Anode angelegt ist, um bei dem Aufprall auf die Anode Röntgenstrahlen zu erzeugen. Der Bereich, in dem der Elektronenstrahl auf die Anode auftrifft, wird häufig als der Brennfleck bezeichnet. Typischerweise weist die Kathode eine oder mehrere zylindrische oder ebene Glühwendeln auf, die in einem Becher angeordnet sind, um zu ermöglichen, dass Elektronenstrahlen, beispielsweise einen großen Brennfleck mit hoher Leistung oder einen kleinen Brennfleck mit hoher Auflösung hervorbringen. Es können Bildgebungsanwendungen entworfen sein, die in Abhängigkeit von der Anwendung ein Auswählen entweder eines kleinen oder eines großen Brennflecks beinhalten, der eine spezielle Gestalt aufweist. Typischerweise ist ein Emitter bzw. eine Glühwendel, die einen ohmschen Widerstand aufweist, in einem Kathodenbecher angeordnet, und ein elektrischer Strom wird hindurch geleitet, so dass die Temperatur des Emitters ansteigt, und dieser, falls er sich in einem Vakuum befindet, Elektronen emittiert.
Die Gestalt des Emitters oder der Glühwendel beeinflusst den Brennfleck. Um eine gewünschte Brennfleckgestalt zu erreichen, kann bei dem Entwurf der Kathode die Gestalt der Glühwendel berücksichtigt werden. Allerdings ist die Gestalt der Glühwendel mit Blick auf die Bildqualität oder auf die Brennfleckbelastung gewöhnlich nicht optimiert. Mit Rücksicht auf die Herstellung und Zuverlässigkeit sind herkömmliche Glühwendeln in erster Linie als spulenförmige oder spiralförmige Wolframdrähte gestaltet. Abgewandelte Konstruktionsoptionen können abgewandelte Konstruktionsprofile, beispielsweise eine aufgewickelte D-förmige Glühwendel, beinhalten. Folglich kann der Bereich von Konstruktionsoptionen zum Ausbilden des von dem Emitter ausgehenden Elektronenstrahls durch die Glühwendelgestalt eingeschränkt sein, wenn als Emitterquelle Materialien mit ohmschen Widerstand in Erwägung gezogen werden.
Häufig wird in „Wobbeln“ des Elektronenstrahl eingesetzt, um die Bildqualität zu verbessern. Typischerweise wird das Wobbeln mittels elektrostatischer Elektronenstrahlablenkung erzielt. Allerdings lässt sich durch den Einsatz einer magnetischen Ablenkung eine höhere Bildqualität erreichen. Wobbeln mittels magnetischer Ablenkung kann eine hohe Bildqualität erzielen, indem sichergestellt ist, dass sich der Elektronenstrahl von der einen Position zu der nächsten gewöhnlich so rasch wie möglich bewegt, während er in der gewünschten Position ohne Streuung verbleibt. Allerdings setzen bekannte Systeme, die magnetisches Wobbeln durchführen, komplexe Topologien ein, die häufig voluminöse und kostspielige Hochspannungskomponenten verwenden und das für eine verbesserte Bildqualität gewünschte rasche und stabile magnetische Wobbeln nicht erreichen.
DE 103 01 068 A1 beschreibt eine Stromquelle zum Betrieb einer Ablenkspule für den Elektronenstrahl einer Röntgenröhre. Die Stromquelle weist eine Spannungsquelle und eine Brückenschaltung auf, die mit jedem Ende der Ablenkspule über jeweils einen Leistungsschalter in Serienschaltung zu jeweils entgegengesetzten Polen der Spannungsquelle verbunden ist. Ein Strom-Abgriff ist zum Abgriff eines dem Strom durch die Ablenkspule proportionalen Spulenstrom-Signals vorgesehen. Mit dem Strom-Abgriff sind ein Einschalt- und ein Ausschalt-Komparator verbunden, über die das Schließen und Öffnen der Leistungsschalter gesteuert wird.
US 7 439 682 B2 beschreibt einen Schaltkreis zur Steuerung des Stroms für induktive Lasten, wie beispielsweise eine Elektronenstrahlablenkspule für ein Röntgengeneratorsystem. Der Schaltkreis enthält zwei wählbare Spannungspegel, die von einer Hochspannungsquelle und einer Niederspannungsquelle oder alternativ von einer Niederspannungsquelle und einem Aufwärtswandler bereitgestellt werden. Es sind mehrere Schalter zum Auswählen der Spannungsquelle vorgesehen, um es zu ermöglichen, zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine Spannungsquelle an die Last anzuschließen und um die Polarität des Stroms durch die Spule auszuwählen. Die Hochspannungsquelle wird ausgewählt, wenn die Last geladen oder entladen wird. Die Niederspannungsquelle wird ausgewählt, wenn die Last in einem Konstantstrommodus arbeitet, in dem eine Hochfrequenzschaltvorrichtung die Niederspannungsquelle verwendet, um ein pulsweitenmoduliertes Signal gemäß einem Referenzstrom-Tastverhältnis zu erzeugen, um die Spannung über der Last zu steuern. Eine Rückkopplungsschleife überwacht den Strom durch die Last, so dass das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals angepasst werden kann, um den Strom durch die Last genauer zu steuern.
Es ist erwünscht, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur magnetischen Ablenkung zu entwickeln, das die oben erwähnten Nachteile beseitigt und ein rasches und stabiles magnetisches Wobbeln des Elektronenstrahls erzielt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur magnetischen Steuerung eines Elektronenstrahls.
Daher ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Steuerschaltkreis für eine Elektronenstrahlmanipulationsspule für ein Röntgenstrahlerzeugungssystem unterbreitet. Der Steuerschaltkreis enthält eine erste Niederspannungsquelle, eine zweite Niederspannungsquelle und eine erste Schalteinrichtung, die mit der ersten Niederspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung einen ersten Strompfad mit der ersten Niederspannungsquelle zu erzeugen. Der Steuerschaltkreis enthält ferner eine zweite Schalteinrichtung, die mit der zweiten Niederspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung einen zweiten Strompfad mit der zweiten Niederspannungsquelle zu erzeugen, und einen Kondensator, der mit einer Elektronenstrahlmanipulationsspule parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gehört zu einem Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlmanipulationsspule der Schritt: (A) Schließen einer ersten Schalteinrichtung, um zu veranlassen, dass ein erster Strom mit einer ersten Polarität längs eines ersten Strompfads durch einen Resonanzkreis und durch eine erste Energiespeichereinrichtung fließt, wobei der Resonanzkreis eine Elektronenstrahlmanipulationsspule und einen Resonanzkondensator aufweist. Zu dem Verfahren gehören ferner die Schritte: (B) Öffnen der ersten Schalteinrichtung nach dem Schließen der ersten Schalteinrichtung, um einen ersten Resonanzzyklus in dem Resonanzkreis anzuregen; und (C) Schließen einer zweiten Schalteinrichtung, nach dem Anregen des ersten Resonanzzyklus, um zu veranlassen, dass ein zweiter Strom mit einer zweiten Polarität längs eines zweiten Strompfads durch den Resonanzkreis und durch eine zweite Energiespeichereinrichtung fließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computertomographie-(CT)-System eine Gantry, die darin eine Öffnung aufweist, um ein zu scannendes Objekt aufzunehmen, und einen Tisch, der in der Öffnung der drehbaren Gantry positioniert wird und sich durch die Öffnung bewegen lässt. Das CT-System enthält ferner eine Röntgenröhre, die mit der drehbaren Gantry verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl in Richtung eines Targets abzustrahlen, wobei das Target positioniert ist, um ein Röntgenstrahlenbündel in Richtung eines Detektors zu lenken, und wobei eine Ablenkspule an der Röntgenröhre befestigt ist und positioniert ist, um den Elektronenstrahl in einer ersten Richtung abzulenken. Weiter ist ein Steuerschaltkreis in dem CT-System vorhanden, der mit der Ablenkspule elektrisch verbunden ist. Der Steuerschaltkreis enthält eine erste Niederspannungsquelle, eine zweite Niederspannungsquelle und einen ersten Schalter, der mit der ersten Niederspannungsquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strompfad mit der ersten Niederspannungsquelle zu erzeugen, wenn der erste Schalter geschlossen ist. Der Steuerschaltkreis enthält ferner einen zweiten Schalter, der mit der zweiten Niederspannungsquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strompfad mit der zweiten Niederspannungsquelle zu erzeugen, wenn der zweite Schalter geschlossen ist; und einen Resonanzkondensator, der mit der Ablenkspule parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads angeordnet ist. Eine Steuereinrichtung ist mit dem Steuerschaltkreis elektrisch verbunden und dafür programmiert, das Schalten des ersten und zweiten Schalters zu steuern.
Vielfältige weitere Merkmale und Vorteile werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
Figurenliste
Die Zeichnungen veranschaulichen bevorzugte Ausführungsbeispiele, die gegenwärtig für eine Verwirklichung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen zeigt:

1 eine anschauliche Ansicht eines Bildgebungssystems;
2 ein Blockschaltbild des in 1 veranschaulichten Systems;
3 eine Querschnittsansicht einer Röntgenröhrenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in Verbindung mit dem in 1 veranschaulichten Bildgebungssystem genutzt werden kann;
4 ein elektrisches Schaltschema eines Resonanzkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 ein Paar exemplarische Graphen, die die Spannung bzw. den Strom veranschaulichen, wie sie mittels des elektrischen Schaltkreises von 4 hervorgebracht sind;
6 ein elektrisches Schaltschema eines Resonanzkreises gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ein elektrisches Schaltschema eines Resonanzkreises gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 in einer Seitenansicht eine Mehrfachsteuerschaltungsanordnung für eine Röntgenröhrenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in Verbindung mit dem in 1 veranschaulichten Bildgebungssystem verwendet werden kann;
9 ein Ausführungsbeispiel einer Teilspulenanordnung, die in Zusammenhang mit der in 8 veranschaulichten Mehrfachsteuerschaltungsanordnung verwendet werden kann;
10A-D ein exemplarisches Steuerungsschema für die Mehrfachsteuerschaltungsanordnung von 8;
11 eine anschauliche Ansicht eines Röntgensystems für den Einsatz in einem nicht invasiven Paket-/Gepäck-Inspizierungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Betriebsumgebung von Ausführungsbeispielen der Erfindung ist anhand eines Vierundsechzig-Schicht-Computertomographie-(CT)-Systems beschrieben. Allerdings wird dem Fachmann einleuchten, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung gleichermaßen für den Einsatz in sonstigen Multischichtkonfigurationen anwendbar sind. Darüber hinaus werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Detektion und Umwandlung von Röntgenstrahlen beschrieben. Weiter ist einem Fachmann jedoch klar, dass sich Ausführungsbeispiele der Erfindung auch auf die Detektion und Umwandlung anderer elektromagnetischer HF-Energie anwenden lassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand eines CT-Scanners der „dritten Generation“ beschrieben, sie sind jedoch gleichermaßen in Verbindung mit anderen CT-Systemen, chirurgischen C-Arm-Systemen und sonstigen Röntgentomographiesystemen sowie zahlreichen anderen medizinischen Bildgebungssystemen anwendbar, die eine Röntgenröhre verwenden, z.B. in Röntgen- oder Mammographiesystemen.
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines Bildgebungssystems 10, das dazu entworfen ist, sowohl ursprüngliche Bilddaten zu erfassen als auch die Bilddaten für eine Wiedergabe und/oder Analyse zu verarbeiten, gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung. Dem Fachmann wird einleuchten, dass die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele auf zahlreiche medizinische Bildgebungssysteme anwendbar sind, die eine Röntgenröhre verwenden, z.B. Röntgenstrahl- oder Mammographiesysteme. Andere Bildgebungssysteme, beispielsweise Computertomographiesysteme und digitale Radiographiesysteme, die dreidimensionale Bilddaten für ein Volumen akquirieren, ziehen ebenfalls Vorteile aus den Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die folgende Erörterung des Röntgensystems 10 ist lediglich ein Beispiel einer solchen Verwirklichung; sie ist mit Blick auf die Ausführungsart nicht beschränkend.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystem 10 als einen Gantryrahmen 12 enthaltend gezeigt, der einen CT-Scanner der „dritten Generation“ repräsentiert. Die Gantry 12 weist eine Röntgenröhrenvorrichtung oder Röntgenquellenvorrichtung 14 auf, die ein konusförmiges Röntgenstrahlenbündel in Richtung einer Detektoranordnung oder eines Kollimators 16 an der gegenüberliegenden Flanke der Gantry 12 projiziert. Mit Bezugnahme auf 2 wird die Detektoranordnung 16 durch mehrere Detektoren 18 und Datenakquisitionssysteme (DAS) 20 gebildet. Die mehreren Detektoren 18 erfassen die projizierten Röntgenstrahlen 22, die einen Patienten 24 durchqueren, und das DAS 20 wandelt die Daten in digitale Signale um, um diese anschließend zu verarbeiten. Jeder Detektor 18 erzeugt ein analoges elektrisches Signal, das die Stärke eines auftreffenden Röntgenstrahls, und folglich den auf dem Weg durch den Patienten geschwächten Strahl 24 kennzeichnet. Während eines Scanvorgangs zum Akquirieren von Röntgenprojektionsdaten drehen sich der Gantryrahmen 12 und die daran angebrachten Komponenten um eine Rotationsachse 26.
Die Rotation der Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlenquellenanordnung 14 werden durch eine Steuervorrichtung 28 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuervorrichtung 28 enthält einen Röntgenstrahlcontroller 30, der an eine Röntgenquellenvorrichtung 14 Leistungs- und Zeittaktsignale ausgibt, und einen Gantryantriebscontroller 32, der die Drehgeschwindigkeit und Position der Gantry 12 steuert. Ein Bildrekonstruktor 34 nimmt abgetastete und digitalisierte Röntgenstrahldaten von dem DAS 20 auf und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird einem Computer 36 als Eingabe zugeführt, der das Bild in einem Massenspeichergerät 38 speichert. Auf dem Computer 36 ist außerdem Software gespeichert, die der Positionierung des Elektronenstrahls und der Steuerung des Magnetfelds, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben, entspricht.
Der Computer 36 nimmt ferner Steuerbefehle und Scanparameter von einem Anwender über die Konsole 40 entgegen, die eine beliebige Bedienerschnittstelle aufweist, beispielsweise eine Tastatur, Maus, sprachgesteuerte Steuereinrichtung, oder eine beliebige sonstige Eingabevorrichtung. Ein zugeordnetes Display 42 ermöglicht es der Bedienperson, das rekonstruierte Bild und andere von dem Computer 36 ausgegebene Daten zu beobachten. Die von der Bedienperson eingegebenen Steuerbefehle und Parameter werden von dem Computer 36 verwendet, um Steuersignale und Daten an das DAS 20, an den Röntgenstrahlcontroller 30 und an den Gantryantriebscontroller 32 auszugeben. Darüber hinaus steuert der Computer 36 einen Tischantriebscontroller 44, der eine motorisch angetriebene Liege 46 steuert, um den Patienten 24 und die Gantry 12 zu positionieren. Insbesondere bewegt der Tisch 46 den Patienten 24 ganz oder teilweise durch einen in 1 dargestellten Gantrytunnel 48.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Röntgenröhrenvorrichtung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Röntgenröhrenvorrichtung 14 enthält eine Röntgenröhre 50, die eine Vakuumkammer bzw. ein Vakuumgehäuse 52, in dem eine Kathodenanordnung 54 und ein Target bzw. eine rotierenden Anode 56 positioniert sind. Die Kathodenanordnung 54 enthält mehrere voneinander unabhängige Elemente, zu denen ein (nicht gezeigter) Kathodenbecher gehört, der die (nicht gezeigte) Glühwendel trägt und als eine elektrostatische Linse dient, die einen Elektronenstrahl 58 fokussiert, der von der erwärmten Glühwendel in Richtung einer Fläche 60 des Targets 56 abgestrahlt wird.
In der Röntgenröhrenvorrichtung 14 ist an einer Stelle in der Nähe des Pfades des Elektronenstrahls 58 eine Spule 62 eingebaut. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Spule 62 als eine Magnetspule gewickelt, die über der Vakuumkammer 52 und um diese herum geeignet angeordnet ist, so dass das erzeugte Magnetfeld auf den Elektronenstrahl 58 wirkt, mit der Folge, dass der Elektronenstrahl 58 zwischen einem Paar Brennflecken oder Positionen 64, 66 abgelenkt und bewegt wird. Die Richtung der Bewegung des Elektronenstrahls 58 wird durch die Richtung des Stromflusses durch die Ablenkspule 62 hindurch bestimmt, die mittels eines Steuerschaltkreises 68 gesteuert wird, der mit der Spule 62 verbunden ist, wie mit Bezug auf 4-7 näher erläutert.
4 veranschaulicht einen Steuerschaltkreis 70 für eine Röntgenröhrenvorrichtung, z.B. den in der Röntgenröhrenvorrichtung 14 von 3 vorgesehenen Steuerschaltkreis 68. Der Steuerschaltkreis 70 enthält eine Spannungsquelle 72, die eine Versorgungsspannung für einen ersten Kondensator bzw. Niederspannungversorgung 74 und einen zweiten Kondensator oder Niederspannungversorgung 76 bereitstellt. Zwischen der Spannungsquelle 72 und der ersten Niederspannungsquelle 74 ist eine Sperrdiode 78 angeordnet, um das Zurückfließen des Stroms in die Spannungsquelle 72 zu verhindern. Der Steuerschaltkreis 70 enthält ferner erste und zweite Dioden 80, 82 und einen Resonanzkreis 84, der einen Resonanzkondensator 86 aufweist, der parallel zu einer Last 88, beispielsweise der Ablenkspule 62 von 3, angeordnet ist. Weiter sind in dem Steuerschaltkreis 70 ein erster Schalter 90, der sich schließen lässt, um einen ersten Strompfad 92 zu bilden, und ein zweiter Schalter 94 vorgesehen, der sich schließen lässt, um einen zweiten Strompfad 96 zu bilden. Im Betrieb werden die Schalter 90, 94 selektiv geöffnet und geschlossen, um in der Spule 88 ein Magnetfeld hervorzurufen, um die Ablenkung eines Elektronenstrahls zu steuern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schaltzeit mit etwa 10 Mikrosekunden festgelegt.
Mit gemeinsamer Bezugnahme auf 4 und 5 veranschaulichen die Strom- und Spannungskurvenverläufe 98, 100 von 5 die entsprechende Spannung bzw. den Strom, der durch die Last 88 fließt, während die Schalter 90, 94 von 4 selektiv geöffnet und geschlossen werden. Exemplarische numerische Spannungs- und Stromstärkenwerte sind in 5 lediglich für Zwecke der Erläuterung enthalten. Dem Fachmann wird einleuchten, dass die Spannungsquelle 72 basierend auf einem für den Steuerschaltkreis 70 gewünschten Strom ausgewählt werden kann. Zum Zeitpunkt t(0) 102 ist der erste Schalter 90 geschlossen, während der zweite Schalter 94 offen gehalten wird, mit dem Ergebnis, dass ein Strom von 5 A durch die Last 88 fließt. Bei t(1) 104 wird der erste Schalter 90 geöffnet, und in dem Resonanzkondensator 86 gespeicherte Energie beginnt sich zu entladen. Während der Resonanzkondensator 86 sich entlädt, nimmt die Spannung und der Strom ab, und es entsteht Resonanz zwischen dem Resonanzkondensator 86 und der Last 88. Während des Resonanzzyklus empfängt der Resonanzkondensator 86 wieder eine gewisse Aufladung. Unter Bezugnahme auf den Spannungskurvenverlauf 100 wird der zweite Schalter 94 geschlossen, bevor die Spannung auf der Grundlage einer gewünschten Spannungsbedingung t(3) 106 erreicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Schalter 94 geschlossen, nachdem die Spannung bei t(2) 108 negativ wird. Der Resonanzzyklus endet bei t(3) 106, wenn der die Last 88 durchfließende Strom -5 A erreicht. Bei t(4) 110 wird der zweite Schalter 94 geöffnet, und in dem Resonanzkondensator 86 gespeicherte Energie beginnt sich zu entladen, wobei ein zweiter Resonanzzyklus ausgelöst wird. Bei t(5) 112 wird, nachdem die Spannung positiv wird, der erste Schalter 90 geschlossen, und der Schaltzyklus wird wiederholt. Die Zeitspanne zwischen t(1) 104 und t(3) 106 definiert die Hälfte einer Resonanzperiode 114. Die Strom- und Spannungskurvenverläufe 98, 100 weisen eine Periode und einen Betriebszyklus auf. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Periode einen beliebigen Wert aufweisen, der größer ist als die Hälfte der Resonanzperiode, die durch die Last 88 und den Resonanzkondensator 86 festgelegt ist. Desgleichen kann der Betriebszyklus ein beliebiger Wert im Bereich von etwa 1-2 % bis 100 % sein, solange jeder Abschnitt des Kurvenverlaufs größer ist, als die Hälfte der Resonanzperiode. Die Resonanzperiode ist durch den Wert der Induktivität der Spule 88 und der Kapazität 86 definiert.
Dementsprechend erreicht der Steuerschaltkreis 70 mittels einer Niederspannungsquelle eine rasche Strominversion, indem der Resonanzzyklus vorteilhaft genutzt wird, der ausgelöst wird, wenn ein Kondensator in Parallelschaltung mit einer Ablenkspule verbunden ist, und wenn ein Paar Schalter gesteuert wird, um an spezifizierten Punkten in dem Spannungs- und Stromdiagrammen zu öffnen und zu schließen. Darüber hinaus ist der Steuerschaltkreis 70 in der Lage, die rasche Strominversion bei begrenzten oder auf ein Minimum reduzierten ohmschen Verlusten zu erreichen. Aufgrund der Resonanzkopplung sind Schaltverluste während der Strominversion beschränkt, und die Gesamtleitungsverluste sind begrenzt, da lediglich zwei Schalter in dem Steuerschaltkreis verwendet werden. Darüber hinaus ist die in der Last 88 hervorgerufene Spannung, wie in 5 gezeigt, weitgehend sinusförmig, was eine geringe elektromagnetische Interferenz (EMI) ergibt. Weiter weist der Spulenstrom eine sehr geringe Varianz (von beispielsweise weniger als ein Prozent) auf, was ein sehr stabiles Wobbeln und eine konstante Elektronenstrahlposition während des Sammelns von Daten ergibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Betrieb des Steuerschaltkreises 70 in Abhängigkeit eines Eingangsstroms zu einer Bedienungskonsole, z.B. der Bedienungskonsole 40 von 2, bestimmt. Basierend auf der Art der durchgeführten Untersuchung bestimmt eine Software, die auf einen Computer, z.B. auf dem Computer 36 von 2, geladen ist, gewünschte Brennfleckpositionen für den Elektronenstrahl und berechnet das Magnetfeld, das anzuwenden ist, um den Elektronenstrahl zu den gewünschten Brennfleckpositionen zu lenken. Eine Steuereinrichtung, z.B. die Steuereinrichtung 32 von 2, ist dafür programmiert, Schaltsteuerbefehle an den Steuerschaltkreis 70 auszugeben, um das gewünschte Magnetfeld zu erzeugen.
Mit Bezugnahme auf 6 ist ein Steuerschaltkreis 116 gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Der Steuerschaltkreis 116 enthält eine erste Spannungsversorgung 118, eine Sperrdiode 120, eine zweite Spannungsversorgung 122, einen Kondensator 124, einen Resonanzkondensator 126, der parallel mit einer Spule 128 geschaltet ist, ein Paar Dioden 130, 132 und ein Paar Schalter 134, 136. Somit unterscheidet sich der Steuerschaltkreis 116 von dem Steuerschaltkreis 70 in 4 insofern, als eine der beiden in Serie geschalteten Kondensatoren 74, 76 von 4 durch die Niederspannungsversorgung 122 ersetzt ist.
7 veranschaulicht einen Steuerschaltkreis 138 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Steuerschaltkreis 138 enthält eine erste Niederspannungsversorgung 140, eine zweite Niederspannungsversorgung 142, einen mit einer Last 146 parallel geschalteten Resonanzkondensator 144, ein Paar Dioden 148, 150 und ein Paar Schalter 152, 154. Gemäß einem Ausführungsbeispiel liefern die erste und zweite Niederspannungsversorgung 140, 142 jeweils eine Spannung von etwa 2 V. Die Spannungsversorgungen 140, 142 können jedoch mit Blick auf eine gewünschte Stromstärke ausgewählt werden.
Ausführungsbeispiele der oben beschriebenen Erfindung benutzen eine einzelne Spule und einen entsprechenden Steuerschaltkreis, um einen Elektronenstrahl zwischen zwei Brennflecken abzulenken. Wie für den Fachmann offenkundig, kann eine derartige Konfiguration genutzt werden, einen Elektronenstrahl zwischen zwei Brennflecken abzulenken, die in Bezug auf die Anode in einer gewünschten Richtung um eine gewünschte Strecke beabstandet sind. Beispielsweise kann ein mit der Ablenkspule verbundener Steuerschaltkreis dazu eingerichtet sein, einen Elektronenstrahl zwischen zwei Punkten längs einer x-Achse (d.h. in einer x-Richtung) abzulenken.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Röntgenröhrenvorrichtung mehrere Ablenkspulen enthalten, wobei jede ihren eigenen Steuerschaltkreis aufweist. In einem solchem Ausführungsbeispiel einer Mehrfachablenkspule, können zwei oder mehr Ablenkspulen und deren entsprechende Steuerschaltkreise dazu eingerichtet sein, den Elektronenstrahl in mehrere Richtungen abzulenken. Beispielsweise kann eine erste Ablenkspulen/Steuerschaltungsanordnung eine Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen zwei Punkten in einer ersten Richtung (z.B. längs einer x-Achse) bewirken, und eine zweite Ablenkspulen/Steuerschaltungsanordnung kann eine Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen zwei Punkten in einer zweiten Richtung (z.B. längs einer z-Achse) bewirken.
Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Erfindung können ferner auch in einem Steuerschaltkreis verwendet werden, um einen Elektronenstrahl mittels einer Fokussierspule dynamisch magnetisch zu fokussieren. Dynamisches magnetisches Fokussieren wird genutzt, wenn die Beschleunigungsspannung, wie z.B. bei einem Dualenergie-Bildgebungsverfahren, zwischen der Kathode und dem Target rasch zwischen zwei Werten gewechselt wird. Wenn die Beschleunigungsspannung rasch gewechselt wird, behält der Elektronenstrahl im Idealfall den Fokus auf dem Target ohne eine Veränderung der geometrischen Merkmale des Brennflecks bei. Um die Geometrie des Brennflecks aufrechtzuerhalten, werden das fokussierende Magnetfeld und wiederum der die Fokussierspule durchfließende Strom zwischen zwei Werten angepasst: den Wert für Niederspannung und den Wert für Hochspannung.
8 veranschaulicht eine Seitenansicht einer mehrfunktionalen Steuerschaltungsanordnung 156 für eine Röntgenröhre 158, die den im Vorausgehenden detailliert erläuterten Steuerschaltkreis verwendet, um eine dynamische magnetische Ablenkung und Fokussierung eines Elektronenstrahls bereitzustellen, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Steuerschaltungsanordnung 156 enthält ein Paar Teilspulenanordnungen 160, 162, die um eine Vakuumkammer bzw. ein Gehäuse 164 angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Teilspulenanordnungen 160, 162 ähnlich konstruiert, wie die in 9 veranschaulichte exemplarische Spulenkonstruktion 166. Wie gezeigt, enthält die exemplarische Spulenkonstruktion 166 mehrere Teilspulen 168,170, 172, 174, 176, 178, 180, 182, die an einem Joch 184 befestigt sind. Die Teilspulen 168-182 sind elektrisch in Gruppen verbunden, um Gesamtspulen zu bilden, die mittels mehrerer Steuerschaltkreise 186, 188, 190 über die entsprechenden Steuereinrichtungen 192, 194, 196 gesteuert werden, um Dipol- und Quadrupolmagnetfelder zu erzeugen. Die Steuereinrichtung 192-196 sind programmiert, um das Schalten entsprechender Steuerschaltkreise 186-190 zu steuern. In einer Abwandlung kann eine universelle Steuereinrichtung vorgesehen sein, um das Schalten der Steuereinrichtungen 192-196 zu steuern. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die universelle Steuereinrichtung beispielsweise mit einer Master/Slave-Logik programmiert sein, und es kann für jeden Steuerschaltkreis eine Logiksteuerung vorgesehen sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Teilspulen 170, 174 verbunden sein, um eine Gesamtspule zu bilden, die mit dem Steuerschaltkreis 186 elektrisch verschaltet ist, um ein Dipolfeld zu erzeugen, um die Ablenkung in einer ersten Richtung zu steuern. In ähnlicher Weise können Teilspulen 168, 172 verbunden sein, um eine zweite Gesamtspule zu bilden, die mit dem Steuerschaltkreis 188 elektrisch verschaltet ist, um ein zweites Dipolfeld zu erzeugen, um die Ablenkung in einer zweiten Richtung zu steuern. In einer Abwandlung können sämtliche Teilspulen 168-172 miteinander verbunden sein, um eine einzelne Gesamtspule zu bilden, die durch beide Steuerschaltkreise 186, 190 gesteuert wird, um eine Quadrupolfeld zu erzeugen. Die Teilspulen 176-182 können auch miteinander verbunden sein, um eine Gesamtspule zu bilden, die durch den Steuerschaltkreis 188 gesteuert wird. Dem Fachmann wird einleuchten, dass durch ein Verbinden der Teilspulen 176-182 untereinander in unterschiedlicher Weise, wie detaillierter mit Bezug auf 10A-D erläutert, verschiedene Dipol- und Quadrupolmagnetfelder erzeugt werden können. Während in 9 drei Steuerschaltkreise vorgesehen sind, wird ein Fachmann außerdem erkennen, dass eine vorgegebene Teilspulenanordnung 160, 162 basierend auf ihrer Funktionalität weniger als drei Steuerschaltkreise enthalten kann.
10A-D veranschaulichen exemplarische Steuerungsschemata für eine Teilspulenanordnung, z.B. für die Teilspulenanordnungen 160, 162 von 8, die eine Anzahl von Teilspulen 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210, 212 aufweisen. Wie in 10A gezeigt, kann die Teilspulenanordnung 162 einen Steuerschaltkreis 214 verwenden, der mit den Teilspulen 198, 200 verbunden ist, um ein Diopolmagnetfeld in einer ersten Richtung 216 zu erzeugen. In einer Abwandlung kann ein ähnliches Dipolfeld erzeugt werden, indem die Teilspulen 206-212 verbunden werden, um eine Ablenkung in der ersten Richtung 216 hervorzurufen.
Mit Bezugnahme auf 10B kann ein Teilsatz der Teilspulen 198-212 verbunden sein und über einen Steuerschaltkreis 218 gesteuert sein, um eine Ablenkung in einer zweiten Richtung 220 hervorzurufen. Beispielsweise können die Teilspulen 202, 204 miteinander verbunden sein, um ein Dipolmagnetfeld der gezeigten Art zu erzeugen. In einer Abwandlung kann ein ähnliches Dipolfeld erzeugt werden, indem die Teilspulen 206-212 in einer anderen Weise verbunden werden, als für die Erzeugung des in 10A gezeigten Dipolfeldes der Fall.
Die magnetische Steuerung des Fokus eines Elektronenstrahls wird, wie in 10C und 10D gezeigt, durch Erzeugen von Quadrupolmagnetfeldern erzielt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können eine Untergruppe der Teilspulen 198-212 der Teilspulenanordnung 160, 162 oder sämtliche Teilspulen 198-212 der Teilspulenanordnung 160 miteinander verbunden und unter Verwendung einer Steuereinrichtung 222 gesteuert werden, um das in 10C veranschaulichte Quadrupolfeld zu erzeugen, das den Fokus in einer ersten Richtung (z.B. in der x-Richtung) steuert. Beispielsweise können die Teilspulen 206-212 oder die Teilspulen 198-204 in einer solchen Weise miteinander verbunden werden, um das gewünschte Feld zu erzeugen. In einer Abwandlung können sämtliche Teilspulen 198-212 miteinander verbunden sein und durch einen gemeinsamen Steuerschaltkreis 222 gesteuert werden, um das gewünschte Feld zu erzielen.
10D veranschaulicht ein abgewandeltes Quadrupolmagnetfeld, das genutzt wird, um den Fokus des Elektronenstrahls in einer zweiten Richtung (z.B. in z-Richtung) zu steuern. Eine solche Steuerung wird erzielt, indem ein Steuerschaltkreis 224 genutzt wird, um ein Quadrupolmagnetfeld unter Verwendung derjenigen Teilspulenanordnung zu erzeugen, die nicht für die Steuerung des Fokus in der ersten Richtung verwendet wurde. Falls beispielsweise die Teilspulenanordnung 160 verwendet wurde, um den Fokus in einer x-Richtung zu steuern, wird in der Regel die Teilspulenanordnung 162 verwendet, um den Fokus in z-Richtung zu steuern. Um das Quadrupolmagnetfeld zu erzeugen, können die Teilspulen 198-204 oder die Teilspulen 206-210 in einer Weise miteinander verbunden werden, die sich von derjenigen unterscheidet, die zur Erzeugung des Quadrupolfeldes von 10C verwendet wurde.
Dem Fachmann wird einleuchten, dass die anhand von 10A-D beschriebenen Steuerungsschemata kombiniert und in vielfältiger Weise auf Teilspulenanordnungen 106, 162 angewendet werden können, um eine gewünschte Elektronenstrahlsteuerungsstrategie zu erreichen. Während hierin Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, die acht Teilspulen verwenden, wird ein Fachmann darüber hinaus erkennen, dass den Teilspulenanordnungen zusätzliche Teilspulen hinzugefügt werden können, um die Flexibilität bei der Auswahl der Teilspulen zu erhöhen, und um die Steuerung und die Größe des erzeugten Magnetfelds zu steigern.
Mit Bezugnahme auf 11 enthält ein Paket/Gepäck-Inspizierungssystem 226 eine drehbare Gantry 228, die darin eine Öffnung 230 aufweist, durch die Pakete oder Gepäckstücke geleitet werden können. Die drehbare Gantry 228 enthält eine elektromagnetische Energiequelle hoher Frequenz 232 sowie eine Detektoranordnung 234, die Detektoren aufweist, die den in 2 gezeigten ähneln. Weiter ist ein Förderbandsystem 236 vorgesehen, das ein Förderband 238 umfasst, das durch eine Konstruktion 240 getragen ist, um zu scannende Pakete oder Gepäckstücke 242 automatisch und fortlaufend durch die Öffnung 230 hindurch zu transportieren. Die Objekte 242 werden mittels des Förderbands 238 durch die Öffnung 230 eingespeist, sodann werden Bildgebungsdaten gewonnen, und das Förderband 238 entfernt die Pakete 242 aus der Öffnung 230 in einer gesteuerten und kontinuierlichen Weise. Auf diese Weise sind Logistikkontrolleure, Gepäckabfertigungspersonal und sonstiges Sicherheitspersonal in der Lage, den Inhalt der Pakete 242 zerstörungsfrei mit Blick auf Explosivstoffe, Messer, Waffen, Schmuggelware, und dergleichen zu inspizieren.
Ein technischer Beitrag für das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung basiert darauf, computergestützte Vorrichtungen und Verfahren zur magnetischen Steuerung eines Elektronenstrahls bereitzustellen.
Folglich ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Steuerschaltkreis für eine Elektronenstrahlmanipulationsspule für ein Röntgenstrahlerzeugungssystem dargelegt. Der Steuerschaltkreis enthält eine erste Niederspannungsquelle, eine zweite Niederspannungsquelle und eine erste Schalteinrichtung, die mit der ersten Niederspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung einen ersten Strompfad mit der ersten Niederspannungsquelle zu erzeugen. Der Steuerschaltkreis enthält ferner eine zweite Schalteinrichtung, die mit der zweiten Niederspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung einen zweiten Strompfad mit der zweiten Niederspannungsquelle zu erzeugen, und einen Kondensator, der mit einer Elektronenstrahlmanipulationsspule parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gehört zu einem Verfahren zum Betreiben einer Elektronenstrahlmanipulationsspule der Schritt: (A) Schließen einer ersten Schalteinrichtung, um zu bewirken, dass ein erster Strom mit einer ersten Polarität längs eines ersten Strompfads durch einen Resonanzkreis und durch eine erste Energiespeichereinrichtung fließt, wobei der Resonanzkreis eine Elektronenstrahlmanipulationsspule und einen Resonanzkondensator aufweist. Zu dem Verfahren gehören ferner die Schritte: (B) Öffnen der ersten Schalteinrichtung nach dem Schließen der ersten Schalteinrichtung, um einen ersten Resonanzzyklus in dem Resonanzkreis anzuregen; und (C) Schließen einer zweiten Schalteinrichtung, nach dem Anregen des ersten Resonanzzyklus, um zu bewirken, dass ein zweiter Strom mit einer zweiten Polarität längs eines zweiten Strompfads durch den Resonanzkreis und durch eine zweite Energiespeichereinrichtung fließt.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält ein Computertomographie-(CT)-System eine Gantry, die darin eine Öffnung aufweist, um ein zu scannendes Objekt aufzunehmen, und einen Tisch, der in der Öffnung der drehbaren Gantry positioniert wird und sich durch die Öffnung bewegen lässt. Das CT-System enthält ferner eine Röntgenröhre, die mit der drehbaren Gantry verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, einen Elektronenstrahl in Richtung eines Targets abzustrahlen, wobei das Target positioniert ist, um ein Röntgenstrahlenbündel in Richtung eines Detektors und einer Ablenkspule zu lenken, die an der Röntgenröhre befestigt ist, und die positioniert ist, um den Elektronenstrahl in einer ersten Richtung abzulenken. Außerdem ist ein Steuerschaltkreis in dem CT-System vorhanden, der mit der Ablenkspule elektrisch verbunden ist. Der Steuerschaltkreis enthält eine erste Niederspannungsquelle, eine zweite Niederspannungsquelle und einen ersten Schalter, der mit der ersten Niederspannungsquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strompfad mit der ersten Niederspannungsquelle zu erzeugen, wenn der erste Schalter geschlossen wird. Der Steuerschaltkreis enthält ferner einen zweiten Schalter, der mit der zweiten Niederspannungsquelle verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strompfad mit der zweiten Niederspannungsquelle zu erzeugen, wenn der zweite Schalter geschlossen wird, und einen Resonanzkondensator, der mit der Ablenkspule parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads angeordnet ist. Eine Steuereinrichtung ist mit dem Steuerschaltkreis elektrisch verbunden und programmiert, um das Schalten des ersten und zweiten Schalters zu steuern.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Elektronenstrahlmanipulationsspule für ein Röntgenstrahlerzeugungssystem beinhalten die Verwendung eines Steuerschaltkreises 68 ein. Der Steuerschaltkreis 68 enthält eine erste Niederspannungsquelle 74, eine zweite Niederspannungsquelle 76 und eine erste Schalteinrichtung 90, die mit der ersten Niederspannungsquelle 74 in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung mit der ersten Niederspannungsquelle 74 einen ersten Strompfad 92 zu erzeugen. Der Steuerschaltkreis enthält ferner eine zweite Schalteinrichtung 94, die mit der zweiten Niederspannungsquelle 76 in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung einen zweiten Strompfad 96 mit der zweiten Niederspannungsquelle 76 zu erzeugen, und einen Kondensator 86, der mit einer Elektronenstrahlmanipulationsspule 62 parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads 92, 96 angeordnet ist.

Claims

Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) für eine Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) für ein Röntgenstrahlerzeugungssystem, aufweisend: eine erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140); eine zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142); eine erste Schalteinrichtung (90, 134, 152), die mit der ersten Niederspannungsquelle (74, 122, 140) in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung mit der ersten Niederspannungsquelle (74, 122, 140) einen ersten Strompfad (92) zu erzeugen; eine zweite Schalteinrichtung (94), die mit der zweiten Niederspannungsquelle (76, 124, 142) in Reihe geschaltet ist, und die dazu eingerichtet ist, in Schließstellung mit der zweiten Niederspannungsquelle (76, 124, 142) einen zweiten Strompfad (96) zu erzeugen; und einen Kondensator (86, 126, 144), der mit einer Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) parallel geschaltet ist, und der entlang des ersten und zweiten Strompfads (92, 96) angeordnet ist.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 1, zu dem ferner eine Spannungsversorgung (72) gehört, die mit der ersten und zweiten Niederspannungsquelle (74, 122, 140; 76, 124, 142) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, an die erste und zweite Niederspannungsquelle (74, 122, 140; 76, 124, 142) eine Spannung anzulegen; und wobei die erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140) einen ersten Kondensator (74) aufweist, und die zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142) einen zweiten Kondensator (76) aufweist.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 2, zu dem ferner eine Sperrdiode (78) gehört, die mit der Spannungsversorgung (72) in Reihe geschaltet ist.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 1, zu dem ferner eine erste Spannungsversorgung (118) gehört, die mit der zweiten Niederspannungsquelle (76, 124, 142) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, an die zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142) eine Spannung anzulegen; wobei die zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142) einen Kondensator (124) aufweist; und wobei die erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140) eine zweite Spannungsversorgung (122) aufweist.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Niederspannungsquelle (74, 122, 140; 76, 124, 142) konstruiert sind, um eine Spannung von angenähert R*I Volt zu liefern, wobei R einen parasitären Gesamtwiderstand des Steuerschaltkreises (68, 70, 116, 138) repräsentiert, und I einen gewünschten eingeschwungenen Strom repräsentiert, der der Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) zugeführt wird.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 1, der ferner aufweist: eine erste Diode (80, 130, 148), die mit der ersten Schalteinrichtung (90, 134, 152) in Serie liegt; und eine zweite Diode (82, 132, 150), die mit der zweiten Schalteinrichtung (94) in Serie liegt.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 1, wobei die erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140), der Kondensator (86, 126, 144) und die erste Schalteinrichtung (90, 134, 152) dazu eingerichtet sind, über die Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) einen Stromfluss mit einer ersten Polarität zu erzeugen; und wobei die zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142), der Kondensator (86, 126, 144) und die zweite Schalteinrichtung (94) dazu eingerichtet sind, über die Elektronenstrahlmanipulationsspule (62, 88, 128, 146) einen Stromfluss mit einer zweiten Polarität zu erzeugen, die gegenüber der ersten Polarität entgegengesetzt ist.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 7, wobei die erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140), der Kondensator (86, 126, 144) und die erste Schalteinrichtung (90, 134, 152) in der Lage sind, einen Elektronenstrahl längs einer Achse in einer ersten Richtung abzulenken; und wobei die zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142), der Kondensator (86, 126, 144) und die zweite Schalteinrichtung (94) in der Lage sind, den Elektronenstrahl entlang der Achse in einer zweiten Richtung abzulenken.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 7, wobei die erste Niederspannungsquelle (74, 122, 140), der Kondensator (86, 126, 144) und die erste Schalteinrichtung (90, 134, 152) in der Lage sind, eine erste Brennfleckgeometrie zu erzeugen; und wobei die zweite Niederspannungsquelle (76, 124, 142), der Kondensator (86, 126, 144) und die zweite Schalteinrichtung (94) in der Lage sind, eine zweite Brennfleckgeometrie zu erzeugen.
Steuerschaltkreis (68, 70, 116, 138) nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Niederspannungsquelle (74, 122, 140; 76, 124, 142) jeweils eine Spannung von etwa 2 V liefern.