DE2364142B2

DE2364142B2 - Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mit einer Ablenkeinrichtung zur Erzeugung einer Abtastbewegung eines die Röntgenstrahlen erzeugenden Elektronenstrahls

Info

Publication number: DE2364142B2
Application number: DE2364142A
Authority: DE
Inventors: Takashi Ito; Eizo Kato; Takayuki Shimomura; Eiji Watanabe
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1972-12-27
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2364142A1; JPS4990086A; FR2212739B1; FR2212739A1; JPS5318318B2; GB1444109A; US3852605A; DE2364142C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mit einer Röntgenstrahlenquelle, die eine Elektronenquelle und eine Fokussierungseinrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahles, eine Antikathode, auf die der Elektronenstrahl in einem Brennfleck auftrifft und an der er Röntgenstrahlen auslöst, eine Intensitäts-Steuervorrichtung für den Elektronenstrahl sowie eine Ablenkeinrichtung zur Erzeugung einer in ihrer Geschwindigkeit variablen Abtastbewegung des Elektronenstrahls über die Antikathode aufweist, mit einer mit der Ablenkeinrichtung verbundenen Ablenksignal-Erzeugerschaltung sowie mit einer mit der Intensitäts-Steuervorrichtung verbundenen Steuerschaltung, die über die Intensitäts-Steuervorrichtung den Elektronenstrahl im Sinne der Änderung seiner über den Ablenkbereich gemittelten Intensität steuert.

Bei einer derartigen Einrichtung besteht die Gefahr der Überlastung der Antikathode durch den Elektronenstrahl, insbesondere dann, wenn bei hoher Elektronenstrahlintensität sich die Geschwindigkeit der Abtastbewegung des Elektronenstrahls über die Antikathode verringert oder die Abtastbewegung zum Stillstand kommt. Dadurch besteht die Gefahr der Überhitzung, was zum Verdampfen der Antikathode führen kann.

Aus der schweizerischen Patentschrift 3 51 036 ist ein Röntgenstrahlapparat bekannt, welcher eine Strahlsteuerung aufweist, die in Abhängigkeit von einem Schattenbild eines zu untersuchenden Gegenstandes, das auf einer für Röntgenstrahlen empfindlichen Schicht erzeugt wird, erfolgt Von dieser Schicht ausgehende elektromagnetische Strahlen werden der Steuervorrichtung zur Strahlsteuerung zugeleitet Diese bekannte Strahlsteuerung vermag zwar überbelichtete und unterbelichtete Bildstellen, welche aus Dichte- und Dickeunterschieden des zu untersuchenden Gegenstandes resultieren, zu vermeiden, jedoch besteht nach wie vor die Gefahr der Überlastung der Antikathode.

Aus der US-PS 31 76 137 ist eine Einrichtung der

eingangs genannten Art zur Erzeugung von Röntgenstrahlen bekannt, bei der ebenfalls keinerlei Vorsorge gegen Überlastung der Antikathode getroffen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur Erzeugung von Röntgenstrahlen derart auszubilden, daß die Intensität des Elektronenstrahls so an die Abtastgeschwindigkeit angepaßt ist, daß keine Überlastung der Antikathode erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, ι ο daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die aus dem Ablenksignal der Ablenksignal-Erzeugerschaltung ein der Änderungsgeschwindigkeit des Ablenksignales und damit der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls entsprechendes Steuersignal erzeugt, und daß is dieses Steuersignal die die Intensitäts-Steuervorrichtung steuernde Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit in der Weise steuert, daß die Intensität des Elektronenstrahls pro Flächeneinheit auf einem nicht zur Zerstörung der Antikathode führenden Wert gehalten wird.

Hierdurch wird eine Röntgenstrahlerzeugungseinrichtung erzielt, welche Röntgenstrahlen mit hoher Intensität und Energie erzeugt, so daß man beispielsweise Röntgenstrahlbilder mit scharfem Kontrast und hoher Auflösung herstellen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und die

F i g. 2 bis 7 Blockschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Nach der F i g. 1 weist eine Röntgenstrahlquelle 1 eine Elektronenstrahlquelle auf. Diese Elektronen-Strahlquelle enthält einen Glühdraht 2 und eine Wehneltelektrode 3. Der erzeugte Elektronenstrahl wird mittels einer Anode 4 beschleunigt und von ersten und zweiten Kondensorlinsen 5 und 6 auf eine Antikathode 7 fokussiert, die den Röntgenstrahl erzeugt Die Kondensorlinsen werden von einer Erregerspannungsquelle 9 erregt, die von einer Steuereinheit 8 ein Steuersignal empfängt. Ablenkspulen 10 und 11 zur Ablenkung des Elektronenstrahles sind zwischen den Kondensorlinsen S und 6 vorgesehen. Diese Ablenkspulen werden über einen Verstärker 12 von der Steuereinheit 8 mit Ablenksignalen beaufschlagt Durch Bestrahlung der Antikathode mittels des Elektronenstrahles wird ein Röntgenstrahl von der Antikathode ausgesendet, der durch eine Lochblende 14 und ein Austrittsfenster 13 austritt. Er dient zur Bestrahlung eines außerhalb angeordneten Objektes 15. Die Röntgenstrahlung, die durch das Objekt 15 hindurchgetreten ist, erreicht einen für Röntgenstrahlung empfindlichen Detektor 16, beispielsweise einen Szintillationsdetektor. Dieser erfaßt die hindurchgegangene Röntgenstrahlung. In Abhängigkeit von dieser Strahlung wird vom Detektor 16 ein Signal erzeugt, das <>o nach Verstärkung durch einen Verstärker 17 an eine Kathodenstrahlröhre 18 geliefert wird. An diese werden von der Steuereinheit 8 Ablenksignale gelegt.

Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ist der Elektronenstrahl, der von der Elektronenstrahlquelle <v'> der Röntgenstrahlquelle 1 erzeugt ist, scharf auf die Antikathode 7 fokussiert Diese Fokussierung erfolgt mittels der Kondensorlinsen 5 und 6 und die Ablenkung erfolgt mittels der Ablenkspulen 10 und 11. Demgemäß wird der Elektronenstrahl abgelenkt und er tastet kontinuierlich die Antikathode ab. Die Abtastung erfolgt in Abhängigkeit vom Ablenksignal, das an die Ablenkspulen gelegt wird. Demgemäß ändert sich in der Zeit die röntgenstrahlerzeugende Lage der Antikathode bzw. die röntgenstrahlerzeugende Position auf der Antikathode. Auch die Richtung der durch die Lochblende 14 projizierten Röntgenstrahlen ändert sich in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstelle bzw. Bestrahlungsposition des Elektronenstrahles auf der Antikathode. Demgemäß wird das Objekt 15 abgetastet. Die Abtastung erfolgt durch die erzeugten Röntgenstrahlen. Auf der Kathodenstrahlröhre 18 wird ein Röntgenstrahldurchlässigkeitsbild gezeigt

Das Ablenksignal, das an die Ablenkspulen über den Verstärker 12 gelegt wird, wird auch an einen Amplitudendetektor 19 und einen Frequenzdetektor 20 gelegt Die Ausgangssignale dieser Detektoren werden einem Multiplizierer 21 zugeführt, der das Produkt dieser beiden Signale erzeugt Der Amplitudendetektor 19 erfaßt die Amplituden des Ablenksignals und der Frequenzdetektor 20 erfaßt die Schrittzahl bzw. Zeilenzahl des Abtastsignales.

Die Amplitude des Ablenksignales entspricht der Strecke, welche der Elektronenstrahl auf der Antikathode zurücklegt und die Schrittzahl entspricht der Wanderungszeit des Elektronenstrahles über die Antikathode hin. Demgemäß entspricht das Produkt dieser beiden verschiedenen Signale der Durchschnittsgeschwindigkeit des Elektronenstrahles auf der Antikathode. Das dieser Geschwindigkeit entsprechende Signal wird vom Multiplizierer 21 an eine Vorspannungsquelle 22 für die Elektronenkanone gelegt Die Vorspannung wird von der Vorspannungsquelle 22 zwischen den Glühdraht 2 und die Wehneltelektrode 3 gelegt Diese Vorspannung ändert sich in Abhängigkeit von dem Signal, das vom Multiplizierer 21 geliefert wird. Hieraus ergibt sich, daß bei einer hohen Wanderungsgeschwindigkeit des Elektronensti ahles über die Antikathode 7 hin der Elektronenstrahlstrom anwächst und die Dichte des Elektronenstrahles ebenfalls sich erhöht. Hierdurch erhöht sich die Intensität des Röntgenstrahles, der von der Antikathode erzeugt wird. Wenn andererseits die Wanderungsgeschwindigkeit des Elektronenstrahles über die Antikathode hin sich verringert aufgrund des Ablenksignals, das von der Steuereinheit 8 an die Ablenkspulen 10 und 11 gelegt wird, wird die Vorspannung für die Elektronenquelle durch das vom Multiplizierer 21 an die Vorspannungsquelle 22 gelegte Signal vergrößert. Hierdurch nimmt die Dichte des Elektronenstrahles ab.

Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Brennweite der Kondensorlinsen zu verändern, so daß der Brennfleckdurchmesser des Elektronenstrahles auf der Antikathode 7 gesteuert werden kann. Dies erfolgt entweder zur gleichen Zeit mit der Vorspannungssteuerung oder getrennt hiervon, indem das Ausgangssignal des Multiplizierers 21 direkt an die Erregerspannungsquelle 9 für die Kondensorlinsen geliefert wird, wie das durch die gestrichelte Linie in der F i g. 1 angedeutet ist.

Außerdem ist es möglich, das Ausgangssignal des Multiplizierers 21 zur Steuerung der Heiztemperatur des Glühdrahtes der Elektronenquelle zu verwenden.

Die F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Elektronenstrahlemission gesperrt ist, wenn die Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles auf der Antikathode unter einen vorbe-

stimmten Wert sinkt. Dies erzielt man durch einen Vergleichcrschaltkreis 23, einen Standardsignalgenerator 24 und einen Steuersignalgenerator, beispielsweise einen Impulsgenerator 25. Das Ausgangssignal vom Multiplizierer 21 wird in den Vergleicherschaltkreis 23 zusammen mit dem Standardsignal vom Standardsignalgenerator 24 eingespeist und die beiden Signale werden miteinander verglichen. Falls die Intensität des vom Multiplizierer kommenden Signales unter die Intensität des Standardsignales sinkt, wird vom Impulsgenerator 25 ein Impuls erzeugt Dieser Impuls wird an die Vorspannungsquelle 22 für die Elektronenstrahlquelle gelegt, wodurch ein Anwachsen der Vorspannung zwischen dem Glühdraht 2 und der Wehneltelektrode 3 erzielt wird. Hierdurch wird das Austreten von Elektronen aus der Elektronenstrahlquelle begrenzt bzw. abgeschaltet Hieraus ergibt sich, daß selbst wenn ein Absinken der Abtastgeschwindigkeit, des Elektronenstrahles auf der Antikathode an Erscheinung tritt, eine Zerstörung der Antikathode verhindert wird.

In den F i g. 3,4 und 5 sind Abänderungen gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 vorgenommen.

Nach der F i g. 3 wird ein Signal vom Impulsgenerator 25 an eine Spannungsquelle 27 einer rasch ansprechenden, einen Luftkern aufweisenden magnetischen, bzw. einer elektrostatischen, Hilfslinse 26 gelegt. Hierbei wird die Spannungsquelle 27 eingeschaltet und ein Strom bzw. eine Spannung wird an die Hilfslinse 26 gelegt. Hieraus ergibt sich, daß der Brennfleckdurchmesser des Elektronenstrahles, der die Antikathode bestrahlt, plötzlich vergrößert wird und die Elektronenstrahldichte demgemäß verringert wird.

Nach der Fig.4 sind elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkmittel 28 zwischen der Kondensorlinse 6 und der Antikathode 7 angeordnet. Diese Ablenkmittel 28 sind mit der rasch ansprechenden Spannungsquelle 29 verbunden. Wenn ein Impuls vom Impulsgenerator 25 an die Spannungsquelle 29 gelegt wird, wird diese Spannungsquelle getriggert, wodurch ein rasch abtastendes Signal an die Ablenkmittel 28 gelegt wird. Wenn demgemäß aus irgendeinem Grund die Abtastgeschwindigkeit des die Antikathode abtastenden Elektronenstrahles bei der Abtastung verringert wird oder wenn der Elektronenstrahl zum Stillstand kommt und lediglich einen Fleck auf der Oberfläche der Antikathode bestrahlt, werden die Ablenkmittel so betrieben, daß sie den Elektronenstrahl über die Oberfläche der Antikathode mit hoher Geschwindigkeit auslenken. In vorteilhafter Weise wird hierbei der Elektronenstrahl so ausgelenkt, daß er einen Teil der Antikathodenoberfläche bestrahlt, die Röntgenstrahlen aussendet, welche das zu untersuchende Objekt nicht erreichen können.

Nach der F i g. 5 wirken die Ablenkmittel 28 so, daß sie den Elektronenstrahl bis zu einem solchen Grad ablenken, daß die Antikathode 7 nicht mehr bestrahlt wird. In diesem Fall legt eine Spannungsquelle 30 eine konstante Gleichspannung an die Ablenkmittel, wobei die Spannungsquelle 30 durch einen Impuls vom Impulsgenerator 25 eingeschaltet wird. Des weiteren ist eine zweite oder Hilfsantikathode 31 vorgesehen, welche verhindert, daß die Innenwand der Röntgenstrahlröhre 1 durch das wiederholte Bombardement des Elektronenstrahles durchlöchert wird.

Die F i g. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Ausführungsbeispieles in der Fig. 1. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich bevorzugt bei der

ts kontinuierlichen Abtastung durch den Elektronenstrahl. In dieser Figur ist eine Differenzierschaltung 32 mit dem Ausgang des Verstärkers 12 für das Ablenksignal verbunden. Er dient zur Erfassung der Änderungsgeschwindigkeit des Ablenksignales. Das von dieser Differenzierschaltung gelieferte Signal wird an eine Steuereinheit 33 gelegt so daß die Vorspannungsquelle 22, die Erregerspannungsquelle 9 und/oder die Glühdrahterhitzungsspannungsquelle gesteuert werden. Hierbei kann ein Differenzierverstärker einfacher Ausgestaltung in geeigneter Weise als Steuereinheit dienen.

Bei der Ausführungsform nach der F i g. 7 ist lediglich ein Amplitudendetektor mit dem Ausgang des Verstärkers 12 verbunden. Darüber hinaus ist anstelle des Frequenzdetektors ein Signalgenerator 34 vorgesehen, der ein konstantes Signal liefert Wenn im Betrieb ein kontinuierliches Abtastsignal oder ein Brennfleckabtastsignal auf der Grundlage eines genauen Taktgeberimpulses erzeugt wird, ist es nicht notwendig, die Anzahl der fortlaufend abgetasteten Zeilen oder die Anzahl der Brennfleckabtastungsschritte festzustellen. Insbesondere hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß die Schaltung sehr einfach aufgebaut ist Wenn die Amplitude des Ablenksignales genau ist ist es möglich, einen Signalgenerator, der ein konstantes Signal liefert anstelle des Amplitudendetektors vorzusehen und den Frequenzdetektor mit dem Verstärker 12 zu verbinden.

Der Schaltungsaufwand kann weiterhin vereinfacht

werden, indem man den Signalgenerator 34 und den Multiplizierer 21 fortläßt und die Ausgangssignale des Amplitudendetektors 19 (oder des Frequenzdetektors 20) regelt bzw. stabilisiert. Dies ist möglich, da die Intensität der Signale, welche vom Signalgenerator 34 geliefert werden, konstant ist.

Die Bauteile, welche im Zusammenhang mit den Ausführungsformen in den Fig.6 und 7 beschrieben worden sind, können ebenfalls bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 2 bis 5 zur Anwendung kommen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mit einer Röntgenstrahlenquelle, die eine Elektronenquelle und eine Fokussierungseinrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahles, eine Antikathode, auf die der Elektronenstrahl in einem Brennfleck auftrifft und an der er Röntgenstrahlen auslöst, eine Intensitäts-Steuervorrichtung für den Elektronenstrahl sowie eine Ablenkeinrichtung zur Erzeugung einer in ihrer Geschwindigkeit variablen Abtastbewegung des Elektronenstrahls über die Antikathode aufweist, mit einer mit der Ablenkeinrichtung verbundenen Ablenksignal-Erzeugerschaltung sowie mit einer mit der Intensitäts-Steuervorrichtung verbundenen Steuerschaltung, die über die Intensitäts-Steuervorrichtung den Elektronenstrahl im Sinne der Änderung seiner über den Ablenkbereich gemittelten Intensität steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung (19, 20, 21; 32 in Fig.6; 19, 21, 34 in Fig. 7) vorgesehen ist, die aus dem Ablenksignal der Ablenksignal-Erzeugerschaltung (8, 12) ein der Änderungsgeschwindigkeit des Ablenksignals und damit der Abtastgeschwindigkeit des Elektronen-Strahls entsprechendes Steuersignal erzeugt, und daß dieses Steuersignal die die Intensitäts-Steuervorrichtung (2,3 in F i g. 1, 2, 6 und 7; 5,6 in F i g. 6 und 7; 26 in Fig.3; 28 in Fig.4 und 5) steuernde Steuerschaltung (22 in F i g. 1; 22 bis 25 in F i g. 2; 23 bis 25 in Fig.3 bis 5; 9, 22 in Fig.6 und 7) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit in der Weise steuert, daß die Intensität des Elektronenstrahls pro Flächeneinheit auf einem nicht zur Zerstörung der Antikathode führenden Wert gehalten wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Vorspannungsquelle (22) zur Ansteuerung der Intensitäts-Steuervorrichtung (2,3) aufweist (F i g. 1,2,6 und 7).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verringern der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles unter einem vorgegebenen Wert die Vorspannungsquelle (22) die Intensitäts-Steuervorrichtung (2,3) so ansteuert, daß der Elektronenstrom auf Null sinkt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäts-Steuervorrichtung eine zusätzliche Ablenkeinrichtung (28) aufweist, welche in der Weise angesteuert wird, daß beim Verringern so der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles unter einen vorgegebenen Wert die Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles erhöht wird (F ig. 4).

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäts-Steuervorrichtung eine zusätzliche Ablenkeinrichtung (28) aufweist, welche in der Weise angesteuert wird, daß beim Verringern der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles unter einen vorgegebenen Wert der Elektronenstrahl aus dem Bereich der Antikathode (7) gelenkt wird (F i g. 5).

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäts-Steuervorrichtung eine Hilfslinse (26) aufweist, welche den Brennfleck- μ durchmesser des Elektronenstrahles verändert (F ig. 3).

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines frequenzproportionalen Steuersignals aus den Ablenksignalen eine Frequenzmeßsehaltung (20) sowie eine Amplitudenmeßschaltung (19) aufweist, deren Ausgänge an eine Multiplikationsschaltung (21) angeschlossen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen des Steuersignals einen ein der Abtastfrequenz entsprechendes konstantes Signal liefernden Signalgenerator (34), sowie eine Amplitudenmeßschaltung (19) aufweist, deren Ausgänge an eine Multiplikationsschaltung (21) angeschlossen sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum erzeugen des Steuersignals einen ein der Amplitude des Abtastsignales entsprechendes konstantes Signal liefernden Signalgsnerator, sowie eine Frequenzmelischaltung aufweist, deren Ausgänge an eine Multiplikationsschaltung angeschlossen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines der momentanen Abtastgeschwindigkeit entsprechenden Steuersignals als Differenzierschaltung (32) ausgebildet ist