DE3136881A1

DE3136881A1 - "anordnung zum erzeugen einer veraenderbaren vorspannung fuer eine roentgenroehre"

Info

Publication number: DE3136881A1
Application number: DE19813136881
Authority: DE
Inventors: Herbert Edward Brown Deer Wis. Daniels; Harold Edmund Hales Corners Wis. Stehman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-17
Publication date: 1982-05-19
Also published as: JPS6351360B2; CH660658A5; FR2491282B1; US4334153A; FR2491282A1; JPS5788699A

Description

Beschre ibung

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhrengittervorspannungsquelle bzw. eine Vorspannungsquelle zum Steuern einer Röntgenröhre mit einstellbarem Fokus. Die neue Vorspannungsquelle ist besonders für die Steuerung von Röntgenröhren verwendbar, in denen der Brennfleck unter die Abmessung, die normalerweise in konventionellen Röntgenröhren erzielbar ist, vermindert ist, so daß diagnostische Verfahren bzw. Vorgänge ermöglicht werden, die eine Röntgenaufnahme hoher Auflösung erfordern.

Konventionelle Röntgenröhren, die für medizinische Diagnosezwecke verwendet werden, sind üblicherweise mit einer Einrichtung zum Wählen der Betriebscharakteristika, wie es beispielsweise die Spannung zwischen Anode und Kathode, der Strom des Elektronenbündels, die Br'ennfleckabmessung und das Leitungs- oder Belichtungszeitintervall sind, versehen. Die Röntgenröhre hat üblicherweise eine Elektrode, die als ein Gitter oder eine Bedlerolektrode bezeichnet ist und dazu dient, das elektrische Feld um

* ·* β α & _β

den Elektronen emittierenden Glühfaden herum zu formen, so daß dadurch der Bündel- bzw.Strahlquerschnitt derart gesteuert wird, daß ein geeigneter Brennfleck auf dem Änodentarget gebildet'wird. Die Steuerelektrode wird, wenn der volle Elektronenstrahlstrom erzielt werden soll, mit Kathodenpotential betrieben, und sie wird negativ vorgespannt, wenn es gewünscht ist, den Elektronenstrahl zu sperren. Die Betriebsparameter der Röhre, d. h. die maximal mögliche Kombination von Anodenspannung, Strahlstrom und Belichtungszeitintervall·, werden normalerweise in einer Weise koordiniert, durch die eine Belastung des Targets bis zu einem Ausmaß, bei dem ein Schmelzen im Brennfleckbereich des Targets auftritt, verhindert wird. Typischerweise ist die minimale Brennfleckabmessung für eine konventionelle Röntgenaufnahme auf etwa 1,2 mm beschränkt. ■ '

Für einigt» diagnostische Verfahren, wie beispielsweise Gehirnuntersuchungen oder neurologische Untersuchungen, muß die die Röntgenuntersuchung ausführende Person in der Lage sein, sehr feine Einzelheiten im Röntgenbild zu unterscheiden, so daß ein Röntgenaufnahmeverfahren hoher Auflösung angewandt werden muß, was bedeutet, daß ein feinerer Brennfleck, als er in einer konventionellen, zu allgemeinen Zwecken dienenden Röntgenröhre erzielbar ist, angewandt werden muß. Zu diesem Zweck sind Hochauflösungoder Mikrofokusröntgenröhren entwickelt worden. Diese Röhren haben eine zweite Elektrode, die zur Verbesserung der Fokussierung zwischen der ersten Elektrode und dem

■So Anodentarget liegt. In einigen Anordnungen nach dem Stande der Technik ist die zweite Steuerelektrode mit einer veränderbaren Vorspannungsquelle verbunden, die es zur erhöhten Fokussierung ermöglicht, die zweite Steuerelektrode weniger negativ, jedoch nicht positiv, bezüglich der Kathode zu machen. Nachteiligerweise ändert sich, wenn

_ 7 —

der Fokus in solchen Röhren eingestellt worden ist, auch der ElektronenStrahlstrom in unerwünschter und unvorhersehbarer Weise. Ein anderer Nachteil der Anordnungen nach dem Stande der Technik ergibt sich daraus, daß die Vorspannung der fokussierenden Elektrode von einer Quelle abgeleitet ist, die von der Kathodenspannung der Röhre unabhängig ist, so daß sich die Vorspannung und infolgedessen der Betrag an Fokussierung unabhängig von Schwankungen der Stromversorgungsleitung und von anderen flüchtigen Vorgängen während Rontgenstrahlenbelichtungen än- ***■- dern kann, die ihrerseits beispielsweise von 1 ms bis 6 s dauern können.

In der US-Patentschrift Nr. 3 916 2o2 der Anmelderin ist eine variable Mikrofokusröntgenröhre beschrieben, in der die zweite Steuerelektrode oder die Fokussierungselektrode zum Erzielen einer maximalen Fokussierung positiv bezüglich der Kathode vorgespannt werden kann, ohne daß ein Stromfluß zur Steuerelektrode stattfindet, wie er an sich zu erwarten wäre, wenn eine positive Vorspannung angewandt wird. Diese Patentschrift beschreibt die Verwendung von zwei unabhängigen Vorspannungsquellen, die durch einen Zweipolschalter mit der zweiten bzw. ersten Steuerelektro-

de derart verbunden sind, daß dann, wenn die Röhre zum Ausführen einer Röntgenstrahlenbelichtung benutzt wird, eine positive Vorspannung an die zweite Fokussierungselektrode angelegt und die Fokussi'erungsbecherelektrode mit dem Glühfaden verbunden und auf dem gleichen Potential ist. 2ur Beendigung einer Belichtung wird die posltive Quelle mittels des Schalters abgeschaltet, und die negative Vorspannungsquelle wird sowohl mit dem ersten als auch dem zweiten Steuergitter verbunden, so daß die Röhre nichtleitend gemacht wird. Jedoch ist die Röhre während eines Belichtungsintervalls, da die Vorspannungen von einer Quelle abgeleitet werden, die unabhängig von der an

der Röntgenröhre anliegenden Spannung ist, noch gegen Änderungen der Brennfleckabmessung anfällig, weil die Spannung des zweiten Steuergitters nicht den Änderungen der zwischen der Anode und der Kathode der Röhre anlie-■3 genden Spannung folgt, die sich aus SpannungsSchwankungen der Stromversorgungsleitungen, flüchtigen Vorgängen, wie Einschaltstößen, Impedanzänderungen mit der Belastung und Wellenformänderungen ergeben können.

Kurz zusammengefaßt werden gemäß der Erfindung die Schwierigkeiten, die sich dadurch ergeben, daß die Vorspannung an der zweiton Pokussierungs- oder Steuerelektrode aufgrund von Änderungen in der Wellenform oder im Niveau der zwischen der Anode und Kathode der Röhre anliegenden Spannung schwanken, dadurch überwunden, daß eine Vorspannung für die zweite Steuerelektrode derart von der Kathodenspannung abgeleitet wird, daß die Vorspannung stets der Kathodenspannung proportional ist. Mit anderen Worten bedeutet das, daß die Vorspannung der Fokussierungs— elektrode der Kathodenspannung in Echtzeit folgt, so daß der Grad der Elektronenbündel bzw. -strahlfokussierung konstant bleibt, während eine Rontgenstrahlenbelichtung fortschreitet.

Kurz gesagt, wird die Spannung, die zwischen die Kathode und die Anode der Röntgenröhre angelegt wird, in der dargestellten Ausführungsform von einem Gleichrichter erhalten, der von der Sterndreiecksschaltung-Sekundärwicklung eines Dreiphasentransformators gespeist wird. Es kann natürlich auch eine Einphasenstromquelle verwendet werden. Es sind zwei Gleichrichterbrücken vorgesehen, deren Ausgangsanschlüsse zwischen die Kathode und Anode der Röntgenröhre geschaltet sind. Die Verbindung zwischen den Brücken ist an Masse gelegt, und befindet sich auf Katho-M) clen-zu-Anoden-Mittolpunktpotential. Die positive Hoch-

* - · O ο Γ

Spannungsausgangsleitung ist mit der Anode der Röntgenröhre verbunden. Auf diese Weise ist der Absolutwert der positiven Anodenspannung oberhalb von Massepotential gleich der Spannung, auf der sich die Kathode unterhalb von Massepotential befindet. Die Vorspannung für die Fokussierungselektrode wird von einer Schaltung abgeleitet, die eine Verbindung zwischen der negativen Leitung oder der Kathodenspannungsleitung und Massejbildet, so daß sich die Vorspannung dann, wenn irgendwelche Änderungen in der Kathodenspannung auftreten, im gleichen Verhältnis ändert ^ und keine Änderung der Nettovorspannungswirkung stattfindet.

Ein weiteres Merkmal der neuen Vorspannungsschaltung besteht darin, daß damit Hochspannungsteiler zur Verfugung gestellt werden, die es ermöglichen, die Kathoden-zu-Masse-Spannung und die Fokussierungselektroden-zu-Masse-Spannung mit einem Oszilloskop oder einem Spitzenkilovoltspannungsmesser zu überwachen, so daß der Unterschied zwisehen diesen Spannungen ein Maß der Vorspannung ist, die tatsächlich an der zweiten Fokussierungselektrode bezüglich der Kathode anliegt. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird dieser Spannungsunterschied kontinuierlich ermittelt und mit einer Bezugaspannung ver~ glichen, so daß dadurch ein Signal zum Betreiben eines Servomotors erzeugt wird, der die Brennfleckabmessung während einer Belichtung festhält.

Aus der nachfolgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung von erläuternden Ausfuhrungsformen der Erfindung, die anhand der Figuren der Zeichnung gegeben wird, wird besonders gut ersichtlich, wie die vorstehenden sowie andere spezifische Vorteile der Erfindung erzielt werden; es zeigen:

- ίο -

Ι·¹ ig. 1 ein teilweise schematisches und teilweise in Blockform ausgeführtes Schaltbild einer Röntgenröhrenstromversorgungseinrichtung, in .der die neue Fokussierungsvorspannungssteuerung vorgesehen ist;

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der Vorspannungssteuerschaltung, wobei einige Teile, die in Fig. 1 dargestellt sind, aus Vereinfachungsgründen weggelassen worden sind; und

Fig. 3 CiJ non tei!weisen Schnitt durch eine Kathode, welche Glühfaden und eine Fokussierungsbecher- oder erste Vorspannungselektrode in Verbindung mit einer zweiten Fokussierungselektrode und

einer Anode aufweist, wie sie eine typische Röntgenröhre besitzt, bei der die neue Fokussierungsvorspannungssteuerung angewandt werden kann.
20

Eine geeignete Mikrofokus-Röntgenstrahlenröhre, bei der die vorliegende Vorspannungsanordnung beispielsweise angewandt werden kann, ist in der US-Patentschrift Nr. } 916 202, die durch diese Bezugnahme mit zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden ^Anmeldung gemacht wird,, beschrieben und dargestellt.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen", in der die Röntgenstrählenröhre allgemein mit 10 bezeichnet ist. Sie umfaßt einen evakuierten Röhrenkolben 11, eine Anode oder ein Target 12, ein erstes Steuergitter oder eine erste Steuerelektrode 13, eine zweite Feinfokussierungselektrode 14 und ein Paar Glühfaden hoher und niedriger Emissionsfähigkeit bzw. einen Glühfader hoher und einen Glühfaden niedriger Emissionsfähigkeit, die Teil der Kathode und mit 15 bzw. 15' bezeichnet sind.

ti ^ rt 4 1 _m „» ^

- Ii - ■

Die im Kilovoltbereich liegende Hochspannung, die zwischen die Kathodenglühfäden 15, 15' und das Anodentarget 12 angelegt wird, wird von einer Stromversorgung abgeleitet bzw. entnommen, die allgemein mit 16 bezeichnet ist. Im vorliegenden Beispiel wird eine Dreiphasen-Stromversorgung verwendet. Sie umfaßt einen variablen Autotransformator, der durch den Block dargestellt ist, •welcher mit dieser Aufschrift versehen ist. Der Autotransformator ist mit Abgriff- bzw. Stufenschaltern zum Wählen von dessen Ausgangsspannung versehen, und diese F*. Schalter sind symbolisch durch den Block. 19 dargestellt.

Die Ausgangsleitungen 18 von dem Autotransformator führen zu Anschlüssen einer in Sternschaltung geschalteten Primärwicklung eines Dreiphasentranslormators, der symbolisch durch den Block 20 dargestellt ist. Der Transformator 2o hat im vorliegenden Beispiel Dreiecks- und Sternschaltungssekundärwicklungen, deren Ausgangsleitungen mit 21 und 22 bezeichnet sind» Typischer- bzw. vorzugsweise werden Wechselspannungen von bis zu 150" Kilovolt zwischen den Ausgangsleitungen 21 und. 22 erhalten, wenn man die erforderlichen Abgriffe am Autotransformator wählt.

Ein Paar Doppelweggleichrichterbrücken 2 3 und 24 wird von der Sekundärwicklung des Transformators 20 gespeist. Die Leitung zwischen diesen Brücken umfaßt ein Milliamperemeter (mA-Meter) 25, das auf Massepotential liegt, weil die Verbindungsleitung 26 bei 27 mit Masse verbunden ist. Infolgedessen liegt eine der Gleichstrom-Hochspannungszuführungsleitungen, die mit der Anode 12 der Röhre 10 verbunden und mit +HV (positive Hochspannung) sowie mit 28 bezeichnet ist, auf dem halben Wert der Gesamtausgangsspannung der Gleichrichterbrücken über Massepotential, während die andere Gleichstrom-Ausgangsleitung, die mit -HV (negative Hochspannung) sowie mit

29 bezeichnet ist, auf dem halben Wert der Gesamtspannung unter dem Massepotential liegt. Beispielsweise kann die maximale Spannung auf der Leitung 28 in einer typischen diagnostischen Röntgenstrahlenanlage 75 kV über Massepotential betragen, während die Spannung auf der Leitung 29 den Wert von 75 kV unter Massepotential haben kann, so daß die Gesamtspannung zwischen der Anode und den Kathodenglühfäden 15, 15', womit die positive Leitung 28 bzw. die negative Leitung 29 verbunden sind, 1.50 kV beträgt, wenn der Autotransformator so eingestellt ist, daß er die maximale Spannung an den Transformator liefert. Die Umschaltschaltung zum Auswählen, welcher der Glühfäden 15 oder 15' angeschaltet bzw. mit Strom beaufschlagt wird, um einen hohen oder niedrigen Elektronenstrahlstrom zu erzielen, ist aus Gründen der Kürze und Einfachheit .weggelassen worden. Die insoweit kurz angegebene Stromversorgung ist auf dem Gebiet der Röntgenstrahlenanlagen bekannt und braucht daher nicht in allen näheren Einzelheiten beschrieben zu werden. Der Hauptpunkt, der von Interesse ist, besteht darin, daß während einer Röntgens tr ah.1 enbel ichtung die Anode 12 der Röntgenstrahlenröhre um den gleichen Betrag oberhalb von Massepotential liegt, um den die Kathodenglühfäden 15, 15' unterhalb von Massepotential liegen.

In Fig.. 1 repräsentiert der mit 30 bezeichnete Block eine Umschaltschaltung zum Anschalten der Primärwicklung des Transformators 2o unmittelbar bevor eine Röntgenstrahlenbelichtung ausgeführt wird, und zum Abschalten.des Transformators, wenn die Belichtung beendet ist. Es kann jede geeignete Umschaltschaltung verwendet werden, wie beispielsweise eine solche, in der Thyristoren - ____.

—, verwendet werden. Geeignete Umschaltschaltungen

sind an sich auf dem Gebiet der Röntgenstrahlenanlagen bekannt und brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben 5 zu werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß, ausgenommen während einer Belichtung, an den Hochspannungslei-

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tungen 28 und 29 keine Spannung anliegt.

Die neue Vorspannungsschaltung, die bewirkt, daß die Fokussteuerelektrode 14 der Röntgenstrahlenröhre der Spannung der Kathode 15, 15' folgt oder proportional bleibt, umfaßt nach der Darstellung einen veränderbaren Widerstand 35, der einen bewegbaren Kontakt 36 hat, sowie einen festen Widerstand 37 und einen einstellbaren Widerstand oder Feinabgleichwiderstand 38. In einer tatsächlichen Ausführung wird ein nicht dargestellter Wählschalter verwendet, und anstelle des einstellbaren Widerstands 35 werden mehrere Widerstände verwendet, so daß Änderungen des Widerstandswerts in etwa 17 diskreten Schritten erzielt werden können, anstatt daß der Widerstand kontinuierlich veränderbar ist. Das Potential an der Stelle 39 der Teilerschaltung wird.über eine Leitung 40 und einen Kontakt 41 eines Umschalters an die Fokussierungselektrode 14 angelegt. Der Schalterkontakt 41 ist in der Position dargestelIt, die er hat, wenn eine Belichtung ausgeführt wird, d. h., wenn dieim Kilovoltbereich liegende Hochspannung zwischen die Anode und Kathode der Röntgenstrahlenröhre 10 angelegt ist. Das untere Ende des einstellbaren Feinabstimmwiderstands 38 ist mit Masse verbunden, so daß das an der Teilerschaltung unter Einschluß des Fokusvorspannungseinstellwiderstands 35 und der Widerstände 37 und 38 anliegende Potential die negative Hochspannung oder die zwischen der Leitung 29 und Masse vorhandene Spannung ist. Die Leitung 29·befindet sich natürlich auf Kathodenpotential, da sie über eine gemeinsame Leitung 4l/ mit dem Mittelpunkt der beiden Kathodenglühfäden 15/ 15' verbunden ist.

Spannungsänderungen der Wechselstromquelle, Wellenformänderungen und unterschiedliche Belastungen der Schaltungen in der Röntgenstrahlenanlage können natürlich dazu führen,

Γ:⁵!!:·:-: 1 31 3688 Τ

daß sich das negative Hochspannungspotential auf der Leitung 29 während einer Röntgenstrahlenbelichtung ändert. Darüber hinaus kann sich der Betrag der Welligkeit" in der gleichgerichteten Spannung, die zwischen den Leitungen

S und 29 anliegt, von Zeit zu Zeit ändern- Die. Vorsparinungsschaltung hebt die Wirkung dieser Änderungen auf. Jede Änderung des Spannungsniveaus auf der negativen Hochspannungsleitung 29 erzeugt eine entsprechende proportionale Änderung in der Vorspannung für die Fokussierungssteuerelektrode 14 an der Stelle 39 des Teilers. Das Verhältnis der Vorspannung zur Kathodenspannung bleibt konstant, so daß der Fokussierungsgrad konstant bleibt. Mit anderen Worten bedeutet das, daß die Vorspannung an der Fokussierungssteuerelektrode oder der zweiten Steuerelektrode 14 gezwungen wird, der Käthodenspannung während einer Belichtung unter allen Umständen zu folgen. Der gewünschte Betrag an Fokussierung wird dadurch erzielt, daß der Gleitkontakt 3.6 des veränderbaren Widerstands 35 eingestellt wird, wodurch natürlich eine Vorspannungsänderung an der Stelle 39 und an der Fokussteuerelektrode 14 bezüglich der Käthodenspannung verursacht wird. Die Widerstände 37 ■ und 38 in dem Fokussteuerteiler haben Glättungskondensatoren. 42 bzw. 43, die parallel zu denselben geschaltet sind.

Das erste Steuergitter 13 in der Röntgenstrahlenröhre arbeitet in einer mehr oder weniger konventionellen Weise. ■ Während einer Belichtung ist der Schalterkontakt 44 des Umschalters, der den Kontakt 41 besitzt, in der Position, in der er in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn er in dieser Position ist, ist das erste Gitter 13, das tatsächlich die Fokus-* sierungsbecherelektrode ist, direkt mit dem Mittelpunkt der Glühfaden 15, 15' verbunden. Dadurch wird die erste Steuerelektrode 13 während einer Belichtung auf Glühfaden- oder Kathodenspannung gelegt. Wenn eine Belichtung been-

det worden ist, wird der Schalter 44 umgeschaltet, so daß eine Verbindung mit dem Kontakt 45 hergestellt wird, an dem eine negative Spannung anliegt, und zwar, von einer Sperrbzw. AbschaltvorspannungsquelIe, die durch den Block 46 angedeutet ist. Die Sperr- bzw. Abschaltvorspannung für das Steuergitter 13 ist allgemein in der Größenordnung von einigen 1000 Volt relativ zu den Glühfäden 15, 15'.

Wenn eine Belichtung beendet worden ist, öffnet der Schalterkontakt 41 des Umschalters, so daß das Vorspannungspo- ^ tential von der zweitenSteuer- oder Fokussierungselektrode 14 weggenommen wird. Das Vorspannungspotential an der Elektrode 14 ist während einer Belichtung positiv bezüglich der Kathodenspannung. Diese Elektrode kann ins Positive relativ zur Kathode gehen gelassen werden, wenn die Röntgenröhre leitend ist, vorausgesetzt, daß die Röhre die Eigenschaften der in der US-Patentschrift 3 916 202-beschriebenen Röhre hat. Die Eigenschaften dieser Röhre sind weiter unten kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 3 erörtert.

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Die Position des Schiebekontakts 36 auf dem Fokussteuerwiderstand 35 kann manuell und direkt gewählt werden, wenn eine in geeigneter Weise geeichte Skala vorgesehen ist, welche den Prozentsatz an Vorspannung angibt, der aus jeder Position der Einstellung resultiert. Ein einfaches Servosystem, das allgemein mit 50 bezeichnet ist, ist vorgesehen, um die Fernsteuerung der Position des Schiebekontakts 36 zu veranschaulichen. Das Servosystem weist einen Motor 51 auf, der von Stromversorgungsleitungen 52 und 53 gespeist wird, wenn ein Doppelpolschalter 54.geschlossen wird. Der Motor 51 ist mittels eines Getriebes, das durch die gestrichelte Linie 55 symbolisch dargestellt ist, .mit dem Schiebekontakt 36 zu dessen Antrieb verbunden. Außerdem ist ein weiterer Schiebekontakt 56 vorgesehen, der sich über eine Reihe von Kontakten 57 bewegt. Die Kontakte '37

sind mittels eines Vielleiterkabels 58 mit einem entsprechenden Satz von Kontakten 59 verbunden, die mit einem . manuell bewegbaren Schiebekontakt-60 zusammenwirken. Der Schiebekontakt 60 Wird manuell positioniert, so daß dadurch der gewünschte Prozentsatz der Kathodenspannung gewählt wird, der als eine Vorspannung an die Fokussierungselektrode 14 angelegt wird. In einer tatsächlichen Ausführungsfornr wurden, was hier als Beispiel und nicht im beschränkenden Sinne angegeben sei, 18 Paare von- Kontakten 57, 59 und-eine entsprechende Anzahl von Leitern 58 verwendet. Dadurch wurden 17 Vorspannungsniveaus erzielt, die den Bereich von Null bis 8 % der Gesamtröntgenröhrenspannung in. 1,5 % Schritten überdeckten. Jedoch kann gewünschtenfalls eine unbegrenzt bzw. stufenlos variable Steuerung.

verwendet werden. ' ·

In dem Servosystem 50 wählt die Bedienungsperson eine Vorspannung dadurch, daß sie den Schiebekontakt 60 nach einer der beiden .Seiten vom Mittelpunkt des Widerstands 35 aus . verschiebt, was davon abhängt, ob eine höhere oder niedrigere Fokussierungswirkung gewünscht ist. Sieht man die • Schaltung genauer an, so erkennt man, daß dann, wenn der Schiebekontakt' 60 in der beispielsweise dargestellten Position ist, ein Kreis von der Stromversorgungsleitung 52 über den Motor 51, die Leitung 61, den normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 62 und dann zurück zur Stromversorgungsleitung 53 geschlossen ist. Bei.dieser Bedingung läuft der Motor und verschiebt den Schiebekontakt 36 entsprechend. Hierbei wird der vom Motor angetriebene Schiebekontakt 56 in Übereinstimmung mit dem manuell positionierten Schiebekontakt 60 bewegt, in welchem Falle eine Relaisspu.le 63 erregt wird, so daß sie einen Kontakt 62 öffnet und den Motor anhält. Eine Anzeigelampe 64 wird dann aufgrund der an die Relaisspule 63 angelegten Span-· nung eingeschaltet und zeigt an, daß der Einstellvorgang

f « β. β
«· β

■3 β *

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beendet ist und eine Rontgenstrahlenbelichtung durchgeführt werden kann.

- Die Schaltung der Fig. 1 ist mit einem weiteren Spannüngsteiler versehen, der dazu benutzt wird, verschiedene Spannungen zu messen und aus einem festen Widerstand 70 so-

: wie einem einstellbaren Widerstand 71 besteht. Diese Wi-■■ derstände haben Siebkondensatoren 72 und; 73, die parallel zu ihnen geschaltet: sind. Der Spannungsabfall an den zwisehen der Leitung 29 und Masse in Reihe geschalteten Teilerwiderständen 70 und 71 ist die Röntgenröhrenkathodenspannung, und sie ist. die Bezugsspannung._: Infolgedessen kann eine der Kathodenspannung proportionale. Spannung zwischen einer Prüfstelle 74 und Masse gemessen werden. In

.15 ensprechender Weise kann eine der Vorspannung an der Fokussierungselektrode 14 proportionale. Spannung zwischen einer .Prüfstelle 75, die sich am anderen Teiler befindet, und Masse gemessen werden. Diese Spannungen können mit _.einem_ Spitzenspannungsmesser oder einem Oszilloskop gemes-

20; sen und derart voneinander subtrahie-rt weirdcm, daß die Differenz die aktuelle Vorspannung an dpr. zweiten Rteuci-. und Fokussierungselektrode 14 ist. Auf- diese.Weise kann die Fokussierungsvorspannung kontinuierlich überwacht

In Fig..1 ist die Glühfadenstromsteuerung;durch den Block

.- ;.-: 76 dargestellt und kann dahingehend-.als .konventionell angesehen werden, als jeder Fachmann für den Schaltungsauf-. bau von Röntgenanlagen in der.Lage ist, eine; geeignete Steuerung anzugeben. Es möge hier genügen, .darauf hinzuweisen, daß unterschiedliche Spannungen an die einzelnen

,.., .Glühfäden 15 bzw, 15 · angelegt werden können, um ihre ■.:?*/ ;Epaissionsf äjiig_;keit..:;und. infolgedessen den E3 ektronenstrah 1 strom, der während einer Belichtung durch die Rön.tgenröhre fließt, zu erhöhen oder zu vermindern. Wie bereits wei-

t er oben dargelegt wurde, wird der Röhrenstrom mittels eines Milliampere-Meters 25 gemessen, das sich vorliegend in einer Reihenschaltung zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre befindet.

.5 .

Bevor eine Weiterbildung nach der Erfindung beschrieben wird, die, in Fig. 2 veranschaulicht ist, sei eine geeignete, mit einer dualen Steuerelektrode versehene, in ihrem Fokus einstellbare Röntgenröhre für die Verwendung der neuen selbstkompensierenden Vorspannungsquelle unter Bezugnahme, auf die Fig. 3 beschrieben. Die in dieser Figur gezeigten Röhrenelemente sind in näheren Einzelheiten in der weiter oben zitierten US-Patentschrift 3 916 202 boschrieben.

^r) " .

In Fiq. ί haben Toi la, die bereits vorstehend in Verbin-. .dung mit Fig. 1 angegeben worden sind, die gleichen Bezugszeichen erhalten. Infolgedessen sind die beiden Spulen aus Glühfadendraht 15 und 15' entsprechend bezeichnet.

Jeder Glühfaden befindet sich in einer Ausnehmung der fokussierenden Becherelektrode 13, die der Elektrode 13, an welche die Fokussierungs- und Sperrvorspannung angelegt wird, in Fig. 1 entspricht. Wie oben erläutert, ist die Steuerelektrode 13, wenn die Röntgenröhre leitend ist, direkt mit .den Glühfaden 15 und 15' verbunden, so daß ein pi (iktr isi-hos Feld erzeugt wird, das zur Fokussierung des Kl ekttronenbündols beiträgt. Andererseits wird, um eine Belichtung zu beenden oder abzuschalten, die Elektrode 13 von den.Glühfaden getrennt und mit der negativen Abschaltvorspannungsquelle 46 verbunden, so daß verhindert wird, daß die Röntgenröhre leitet. Die Fokussierungselektrode 14, die in· der genannten Patentschrift als Linsengitter bezeichnet wird, ist in Fig. 3 teilweise dargestellt. Wie in der zitierten Patentschrift in näheren Einzelheiten erläutert ist, sind die Gestalt und der

Ort der Fokussierungssteuerelektrode ]4 derart, daß durch diese Elektrode selbst dann kein Vorspannungsstrom fließt, wenn sie positiv wird, was relativ zu der Kathode, die von den Glühfaden 15 und 15' gebildet wird, und der Kathodenbecherelektrode oder dem Kathodengitter 13 geschieht. Eine geeignete Röhre, die in Vorbindung mit der hi or beschriebenen Fokus« i (uunqsvur s-p.mniinqs.sclwVl t im-«} verwendet werden kann, int ο im* üolchc, die i\s ennöcj 1 i chi., daß die Fokussierungselektrode relativ, zu der Kathode oder den Glühfaden positiv wird, ohne daß ein Vorspannungsstrom durch dieselbe fließt.

Immer dann, wenn eine hohe Gleichspannung zwischen den Glühfaden der Röntgenröhre und dem Änodentarget 12 anliegt, sind diskrete Äquipotentialfeldlinien vorhanden. Drei dieser Linien, die einer 5,0 %, 7,5 % und 10 % Kathode-zu-Anode-Spannung entsprechen, sind in Fig. 3 dargestellt, und sie lassen sich, abgesehen von ihrer Markierung mit einem definitiven Prozentsatz weiterhin durch die Bezugszeichen 76, 77 und 78 identifizieren. Es ist ein die Fokussierungsausnehmung teilender Stab 79 vorgesehen, der die Ausnehmung der fokussierenden Becherelektrode überspannt, so daß dadurch die durch das Potential an den einzelnen Glühfaden erzeugten elektrischen Felder getrennt werden. In Fig. 3 sind die typischen'ausgezogenen Äquipotentiallinien 76 bis 78 solche, die vorhanden sind, wenn das Linsengitter oder die Fokussteuerelektrode 14 auf ein Potential vorgespannt ist", das gleich dem Aquipotentialwert der Linie ist, die mit der Kontur der ■ Elektrodenoberfläche 80 übereinstimmt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird das entweder von dem Kathodenglühfaden 15 oder 15" emittierte Elektronenbündel auf der Oberfläche des Anodentargets 12 mit einer vorbestimmten Brennfleckabmessung fokussiert, und die Flugbahnen der

5Ί Elektronen werden durch da;> <jow/ih 1 Lo Λιμί i pm ent ι d 1 η ι chi

beeinflußt. In Fig. 3 repräsentiert die spezielle Äquipotential linie an der Oberfläche 80 der Fokussierungselektrode 14 gerade den Fall, in dem etwa 5 % der Kathodenzu-Anoden-Spannung zwischen der Linsengitterelektrode 14 und den Glühfaden 15 und 15' anliegen. Die 5 % Äquipotentiallinie -liegt etwa in der Mitte von Null bis 8 % der Gesamtröhrenspannung, die in einer aktuellen Ausführungsform angewandt wurden, wie weiter oben erwähnt. Idealerweise, sollte die Fokussierungselektrode entsprechend der gewählten Vorspannung bewegt bzw. verschoben werden, damit ihre Kontur der oberen Oberfläche 80 an der Prozentsatz. -Äquipotential 1inie zu liegen kommt, die mit der gewählten Vorspannung übereinstimmt. Es ist natürlich nicht praktisch, das zu tun, jedoch fließt, solange die Oberfläche 80 der Elektrode 14 etwa an der Mittelstelle im Bereich der Vorspannungspotentiale liegt, die gewählt werden, kein wesentlicher Gitterstrom durch diese Elektrode noch wird irgendein Strom von dem Elektronenbündel abgezogen. Infolgedessen ist.der Elektronenstromfluß von der Kathode zur"Anode in der Röntgenröhre unabhängig von der durch das Niveau der Fokussierungselektrode 14 unbeeinflußten Vorspannung.

Es sei nun eine Weiterbildung gemäß der Erfindung unter 2^r> Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, worin Teile, die den in Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Fig. sind die Wechselspannungstransformator-Stromversorgungs- und . Gleichrichterkomponenten weggelassen, aber die Hochspannungs-Gleichstromleitungen 28 und 29 sowie die Masseverbindung 27 sind dargestellt. Die Vorspannung für die Fokussierungselektrode 14 wird von dem Teiler an der gleichen Stelle 39 wie in Fig. 1 abgenommen. Der Teiler, der -aus den Widerständen 70 und 71 zum Bestimmen des Röntgenröhrenkathodenpotentials relativ zu Masse besteht,

313 6 88 η -

ist der gleiche.

In der Ausführungsform der Fig. 2 wird.jedoch die Potentialdifferenz, die zwischen den Prüfstellen 74 und 75 vorhanden ist und die die tatsächliche Spannung zwischen der Fokussierungselektrode 14 und der Röntgenröhrenkathode ist, als Rückkopplungssignal verwendet, um die Brerinfleckgröße während einer Belichtung zu "verriegeln" bzw. unveränderlich zu halten. Wie weiter oben angedeutet, liegen die Belichtungsintervalle typischerweise im Bereich von 1 ms bis 6 s. ·■ · - .

Nach Fig. 2 wird ein Signal, das gleich der Fokussteuerelektrodenvorspannung zwischen den Stellen 74 und 75 ist, über Leitungen 90 und 91 auf die Eingänge, eines Operationsverstärkers 92 gegeben. Das resultierende verstärkte Signal am Ausgang des Verstärkers 92 wird über eine Leitung 93 als Eingangssignal auf einen Vergleichsverstärker bzw. einen Komparator-Verstärker 94 gegeben. Auf den anderen Eingang 95 des Komparator?; 94 wird eine Bezugsspannung gegeben, die von einem Potentiometer 96 abgenommen wird, das zur Einstellung der gewünschten Vorspannung an der Fokussierungselektrode 14 eingestellt wird. Der Ausgang des Komparators 94 wird einem Servoverstärker 97 zu-.

geführt, der die Stromversorgung eines Motors 98 bewirkt, welcher mechanisch an den Schiebekontakt 36 des Widerstands 35 in dem Fokussierungselektroden-Vorspannungsteiler angekoppelt ist. Auf diese Weise wird im vor 1 ie- .. genden Falle die Fokus- oder Vorspannung durch Einstellen des Potentiometers 96 gewählt, welches bewirkt, daß.der Motor 98 so lange läuft, bis der Schiebekontakt 36 eine Position erreicht hat, aufgrund deren die gewünschte Vorspannung an den Anschlüssen 74 und 75 erzeugt wird, in welchem Falle das Gleichgewicht erreicht ist und der Motor 98 anhält. Wenn nun JLe Röntgenröhre eingeschaltet

iijt, koiiiiiiL es, wenn irgendeine Schwankung in den angelegten Spannungen auftritt, die die Tendenz hat, eine Schwankung in der Vorspannung an der Fokussierungselektrode 14 zu bewirken, dazu, daß der Motor 98 läuft und eine Wider-Standskorrektur ausführt, so daß das Gleichgewicht wieder hergestellt, wird, das durch Einstellen des Potentiometers 96 eingestellt worden ist. Mit anderen Worten bedeutet das, . daß eine Spannungsschwankung bewirkt, daß der Komparator ein' Ausgangssignal erzeugt, welches zur Folge hat, daß der Motor 98 so lange angeschaltet wird, bis der Komparator 9 5 erneut abgeglichen worden, ist.

Obwohl Ausführungsformen des Konzepts, zu bewirken, daß eine Vorspannung der Röntgenröhrenkathodenspannung folgt oder siclv im Verhältnis zur Röntgenröhrenkathodenspannung ändert,' in näheren Einzelheiten beschrieben worden sind, ist.diese Beschreibung als Erläuterung der Erfindung und nicht als Beschränkung anzusehen, denn die Erfindung kann im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich aus den gesamten Unterlagen ergibt, in verschiedenster Weise aus-"geführt werden. .

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1o

Π/ Anordnung zum Erzeugen einer veränderbaren Vorspannung für eine Röntgenröhre, deren Brennfleckgröße veränderbar ist und die eine Targetanode, eine im Abstand von der Anorde angeordnete und einen Glühfaden sowie eine erste, in der Nähe des Glühfadens befindliche Steuerelektrode aufweisende Kathodeneinrichtung und eine zweite, zwisehen der Kathodeneinrichtung und der Anode angeordnete Elektrode zum Steuern der Fokussierung, umfaßt, wobei ferner eine Einrichtung zum Verbinden der Anode mit dem positiven Anschluß einer eine Spannung im Kilovoltbereich besitzenden Gleichstromquelle, die um einen vorbestimmten Betrag über Masse liegt, und -eine Einrichtung zum Verbinden des Glühfadens der Kathodeneinrichtung mit dem negativen Anschluß dieser Gleichstromquelle, der um einen vor-

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bestimmten Betrag unter Masse liegt, vorgesehen ist, d a durch gekennzeichnet, daß an die zweite' Elektrode (14) eine Pokussteuervorspannung anlegbar ist, die sich proportional zu allen Änderungen der im Kilovoltbereich liegenden, zwischen der Kathodeneinrichtung (15, 15') und Masse anliegenden Spannung, wenn die Röntgenröhre (10) leitend ist, derart ändert, daß die Vorspannung folgt, eine erste Spannungsteilereinrichtung (35, 37, 38) wenigstens zwei Widerstände (35, 37, 38) umfaßt, die in zwischen die Kathodeneinrichtung (15, 15') und Masse geschaltet sind, wobei wenigstens einer dieser Widerstände (35, 37, 38) eine Einrichtung (36) zur Einstellung seines Werts zum Auswählen des Vorspannungsniveaus hat, und eine Stelle (39) zwischen den Widerständen (35, 37, 38) mit der zweiten Elektrode" (14) zum Zuführen der Vorspannung für die Fokussierung verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

die Spannungsteilerreihenschaltung (35, 37, 38) einen einstellbaren Widerstand (38) aufweist, der zwischen einen anderen Widerstand (37) in der Schaltung (35, 37, 38) und Masse geschaltet ist, so daß eine Stelle (75) zwischen den Widerständen (37, 38) gebildet wird, an der die Spannung bezüglich Masse proportional der Vorspannung an der zweiten Elektrode (14) bezüglich Masse ist; und eine weitere Spannungsteilereinrichtung (7o, 71), die wenigstens zwei Widerstände (7o, 71) umfaßt, in einer Reihenschaltung zwischen die Kathodeneinrichtung (15, 15') und Masse geschaltet ist, wobei einer (71) der Widerstände

(7o, 71) zwischen den anderen Widerstand (7o) und Masse geschaltet ist, so daß eine Stelle (74) zwischen den Widerständen (7o, 71) gebildet wird, an der die Spannung bezüglich Masse proportional der Spannung der Kathode (15, 15') bezüglich Masse ist, derart, daß der Unterschied zwischen den Spannungen an diesen Stellen (74, 75) an den jeweiligen Teilern (35, 37, 38; 7o, 71) die Vorspannung zwischen der zum Fokussieren dienenden zweiten Elektrode (14) und der Kathodeneinrichturig (15, 15') darstellt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß eine Vorspannungsquelle (46) für die erste Elektrode (13) einen negativen und positiven Ausgängsanschluß aufweist und eine Schaltung, eine Schaltereinrichtung (41, 44, 45) aufweist, welche in einem ersten Zustand ist den negativen Anschluß der Vorspannungsquelle (46) mit der ersten Elektrode (13) verbindet, so daß eine Elektronenemission von den Glühfäden (15, 15') gesperrt und'die fokussierende zweite Elektrode (14) von der zwischenliegenden Stelle (39) in der ersten Spannungsteilereinrichtung (35, 37 38) getrennt ist, und in einem zweiten Zustand die fokussierende Elektrode (14) mit der erwähnten Stelle (39) verbindet, die erste Elektrode (13) von dem negativen Anschluß trennt und die erste Elektrode (13) mit dem Glühfaden (15, 15') verbindet. ■ " '
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert in der ersten Teilereinrichtung (35, 37, 38) derart wählbar ist, daß eine Vorspannung an der zweiten-Elektrode (14) zum Fokussieren erhältlich ist, die im Bereich von Null

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lii:! clwii H v. ü(!r .".pannuriq llcyt, welche zwischen die Kathode (I'j, 1V) und Anode (12) der Röntgenröhre (1o) anlegbar ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine die Brennfleckgröße der Röntgenröhre (1o) während einer Belichtung festhaltende Einrichtung (9o bis 98) vorgesehen ist, die folgendes umfaßt:

eine Einrichtung (92) zum Abfühlen des Spannüngsunterschiedes zwischen den Stellen (74, 75) an jedem Teiler (35, 37,. 38; 70, 71), die zwischen die Fokussierungselektrode (14) und die Kathode (15, 15') angelegte Spannung darstellt,

eine Einrichtung (94) die die abgefühlte Vorspannung mit einer wählbaren Bezugsspannung, die der Vorspannung für den gewünschten Fokussierungsbetrag "entspricht, vergleicht und ein Signal erzeugt, das den Unterschied zwischen der aJagefühlten und gewählten Spannung darstellt und oin auf das Signal ansprechender Motor (98) den Widerstand (35) in dem ersten Spannungsteiler (35, 37, 38) verstellt, bis die Differenz zu Null gemacht ist.