JP2003100242A - Ｘ線発生装置内で電子ビームを発生する方法及びシステム - Google Patents
Ｘ線発生装置内で電子ビームを発生する方法及びシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大電流を必要とすることなく室温で動作する
フィラメントを持つ頑丈で低コストで、寿命の長いＸ線
発生装置を提供する。 【解決手段】 本発明のＸ線発生装置は、電子ビームを
発生するために電界放出アレイ（１２）を有する。電界
放出アレイ（１２）は通常室温で動作し、先行技術の熱
イオン放出器を超える電流密度を生じさせることができ
る。本発明によれば、電子ビームは、例えば５０〜１０
０Ｖ程度のバイアス電圧を用いて発生される。このバイ
アス電圧は、必要な場合に調節することができる。電界
放出アレイ（１２）は１２０００時間を超える推定寿命
を持ち、またＸ線発生装置（１０）において電子ビーム
を発生する頑丈で効率の良い放出装置を構成する。
フィラメントを持つ頑丈で低コストで、寿命の長いＸ線
発生装置を提供する。 【解決手段】 本発明のＸ線発生装置は、電子ビームを
発生するために電界放出アレイ（１２）を有する。電界
放出アレイ（１２）は通常室温で動作し、先行技術の熱
イオン放出器を超える電流密度を生じさせることができ
る。本発明によれば、電子ビームは、例えば５０〜１０
０Ｖ程度のバイアス電圧を用いて発生される。このバイ
アス電圧は、必要な場合に調節することができる。電界
放出アレイ（１２）は１２０００時間を超える推定寿命
を持ち、またＸ線発生装置（１０）において電子ビーム
を発生する頑丈で効率の良い放出装置を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的にはＸ線発生
装置に関し、より具体的には、Ｘ線発生装置において電
子ビームを発生するために電界放出アレイを持つ改良Ｘ
線発生装置に関する。
装置に関し、より具体的には、Ｘ線発生装置において電
子ビームを発生するために電界放出アレイを持つ改良Ｘ
線発生装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】現在のＸ線発生装置技術では、典型的に
はタングステンより成る熱イオン型フィラメントを利用
している。１つのＸ線発生装置は、異なる用途のために
幾つかのＸ線スポット寸法が得られるように通常２つ以
上のタングステン・フィラメントを有している。タング
ステン・フィラメントは高い温度で動作し、典型的には
数百乃至一千時間程度の短い推定寿命を持つ。フィラメ
ントの推定寿命は、タングステン・フィラメントを侵食
及び変形させる高い動作温度により制限されている。そ
の上、熱イオン型フィラメントはこのような高い温度で
動作するために大電流電源装置を必要とする。
はタングステンより成る熱イオン型フィラメントを利用
している。１つのＸ線発生装置は、異なる用途のために
幾つかのＸ線スポット寸法が得られるように通常２つ以
上のタングステン・フィラメントを有している。タング
ステン・フィラメントは高い温度で動作し、典型的には
数百乃至一千時間程度の短い推定寿命を持つ。フィラメ
ントの推定寿命は、タングステン・フィラメントを侵食
及び変形させる高い動作温度により制限されている。そ
の上、熱イオン型フィラメントはこのような高い温度で
動作するために大電流電源装置を必要とする。
【０００３】幾種かの熱イオン型フィラメントは、放出
表面上の温度分布を調整するようにモデル化した複雑な
フィラメント設計、すなわち、コイル又螺旋にしてあ
る。電子放出電流密度は温度の関数である。温度を精密
に制御することは、焦点スポットの電流密度を精密に制
御すること、従ってＸ線放出パターンを精密に制御する
ことを意味する。
表面上の温度分布を調整するようにモデル化した複雑な
フィラメント設計、すなわち、コイル又螺旋にしてあ
る。電子放出電流密度は温度の関数である。温度を精密
に制御することは、焦点スポットの電流密度を精密に制
御すること、従ってＸ線放出パターンを精密に制御する
ことを意味する。
【０００４】フィラメントによっては、タングステン・
コイルではなく、平坦なタングステン・シートから作ら
れている。先行技術の平坦なフィラメントは、螺旋フィ
ラメントよりも良好な焦点スポットを形成する。また、
電子は高温のエッジ（縁）からも放出される。これらの
電子は集束するのが困難であり、システム効率及び焦点
スポットの品質を低下させる。電子ビームを集束させよ
うとして、Ｘ線発生装置のカソード・カップにバイアス
電圧を加えることが可能である。バイアス電圧はエッジ
の電子を抑制して、付加的なビーム集束を行う。
コイルではなく、平坦なタングステン・シートから作ら
れている。先行技術の平坦なフィラメントは、螺旋フィ
ラメントよりも良好な焦点スポットを形成する。また、
電子は高温のエッジ（縁）からも放出される。これらの
電子は集束するのが困難であり、システム効率及び焦点
スポットの品質を低下させる。電子ビームを集束させよ
うとして、Ｘ線発生装置のカソード・カップにバイアス
電圧を加えることが可能である。バイアス電圧はエッジ
の電子を抑制して、付加的なビーム集束を行う。
【０００５】一般的に、Ｘ線発生装置の効率及び性能を
改善し、該装置の推定寿命を延ばすことが望ましい。そ
の上、Ｘ線発生装置及びこれらの装置を使用するシステ
ムの複雑さ及びコストを低減することも望ましい。
改善し、該装置の推定寿命を延ばすことが望ましい。そ
の上、Ｘ線発生装置及びこれらの装置を使用するシステ
ムの複雑さ及びコストを低減することも望ましい。
【０００６】
【発明の概要】従って、本発明の目的は、大電流を必要
とすることなく室温で動作するフィラメントを持つＸ線
発生装置を提供することである。本発明の別の目的は頑
丈で低コストのＸ線発生装置を提供することである。本
発明の更に別の目的は、１０００時間を超える推定寿命
を持つ効率の良いＸ線発生装置を提供することである。
とすることなく室温で動作するフィラメントを持つＸ線
発生装置を提供することである。本発明の別の目的は頑
丈で低コストのＸ線発生装置を提供することである。本
発明の更に別の目的は、１０００時間を超える推定寿命
を持つ効率の良いＸ線発生装置を提供することである。
【０００７】本発明の一面では、Ｘ線発生装置において
電子ビームを発生するための方法及びシステムを提供す
る。本発明によれば、Ｘ線発生装置は、電子ビームを発
生するために電界放出アレイ（ＦＥＡ）を有する。ＦＥ
Ａは通常室温で動作し、先行技術の熱イオン放出器を超
える電流密度を生じさせることができる。本発明によれ
ば、電子ビームは、例えば５０〜１００Ｖ程度のバイア
ス電圧を用いて発生される。このバイアス電圧は、必要
な場合に調節することができる。
電子ビームを発生するための方法及びシステムを提供す
る。本発明によれば、Ｘ線発生装置は、電子ビームを発
生するために電界放出アレイ（ＦＥＡ）を有する。ＦＥ
Ａは通常室温で動作し、先行技術の熱イオン放出器を超
える電流密度を生じさせることができる。本発明によれ
ば、電子ビームは、例えば５０〜１００Ｖ程度のバイア
ス電圧を用いて発生される。このバイアス電圧は、必要
な場合に調節することができる。
【０００８】本発明の他の目的および利点は、添付の図
面を参照した以下の説明及び特許請求の範囲から明らか
になろう。
面を参照した以下の説明及び特許請求の範囲から明らか
になろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】図面において、様々な図で同じ構
成部品には同じ参照番号を使用する。ここで図面につい
て説明すると、図１は本発明による電界放出アレイを有
するＸ線発生装置のカソード部分１０の斜視図である。
図２は、図１の線２−２に沿って取ったＸ線発生装置の
カソード１０の断面図であり、電子源１２を示す。図３
は、図２の線３−３に沿って取ったＸ線発生装置のカソ
ード１０及び電子源１２の断面図である。図１〜３を全
体的に参照して説明すると、電子源１２は電界放出アレ
イ型電子放出器で構成され、以下に詳しく説明する。Ｘ
線発生装置のカソード１０は低ゲート電圧電界放出を使
用して室温で動作され、従って、典型的には余分なコス
トがかかり且つ発生装置１０の動作を複雑にするような
付加的な大電流熱イオン型フィラメント電源装置を必要
としない。
成部品には同じ参照番号を使用する。ここで図面につい
て説明すると、図１は本発明による電界放出アレイを有
するＸ線発生装置のカソード部分１０の斜視図である。
図２は、図１の線２−２に沿って取ったＸ線発生装置の
カソード１０の断面図であり、電子源１２を示す。図３
は、図２の線３−３に沿って取ったＸ線発生装置のカソ
ード１０及び電子源１２の断面図である。図１〜３を全
体的に参照して説明すると、電子源１２は電界放出アレ
イ型電子放出器で構成され、以下に詳しく説明する。Ｘ
線発生装置のカソード１０は低ゲート電圧電界放出を使
用して室温で動作され、従って、典型的には余分なコス
トがかかり且つ発生装置１０の動作を複雑にするような
付加的な大電流熱イオン型フィラメント電源装置を必要
としない。
【００１０】ＦＥＡ電子源１２は、図１の参照番号１６
によって示される方向に進む電子ビームを放出する。電
子ビームはＸ線発生装置のカソード１０の大体凹形のに
よって集束することができる。この凹形部分１４は、電
子源１２によって放出される電子ビーム中のビームの進
行方向を向いているカソード１０の部分上に配置されて
いる。
によって示される方向に進む電子ビームを放出する。電
子ビームはＸ線発生装置のカソード１０の大体凹形のに
よって集束することができる。この凹形部分１４は、電
子源１２によって放出される電子ビーム中のビームの進
行方向を向いているカソード１０の部分上に配置されて
いる。
【００１１】本発明によれば、電子源１２は電界放出ア
レイである。電界放出アレイ（ＦＥＡ）技術の背景を知
ることは、本発明を理解し、Ｘ線発生装置技術に対する
その利点を理解するのに有益である。ＦＥＡは、最初
は、コンピュータ画面やテレビジョン画面などのフラッ
トパネル表示装置用に開発された。ＦＥＡは、半導体／
絶縁体／導体のサンドイッチ構造を作ることによって製
作される。図４は放出器のアレイの斜視図であり、放出
器は図４では円錐体として示されている。図５は、図４
の線５−５に沿って取った断面図である。図４について
説明すると、頂部導体１００、すなわちゲートが、エッ
チングにより形成された開口１０２を持っている。開口
１０２の直径は、典型的には１〜３ミクロン程度であ
る。開口１０２の内部には空洞１０４と放出器１０６が
あり、放出器は尖った円錐体の形を持つ。円錐体は、典
型的には、モリブデンのような適当な金属で作られる。
レイである。電界放出アレイ（ＦＥＡ）技術の背景を知
ることは、本発明を理解し、Ｘ線発生装置技術に対する
その利点を理解するのに有益である。ＦＥＡは、最初
は、コンピュータ画面やテレビジョン画面などのフラッ
トパネル表示装置用に開発された。ＦＥＡは、半導体／
絶縁体／導体のサンドイッチ構造を作ることによって製
作される。図４は放出器のアレイの斜視図であり、放出
器は図４では円錐体として示されている。図５は、図４
の線５−５に沿って取った断面図である。図４について
説明すると、頂部導体１００、すなわちゲートが、エッ
チングにより形成された開口１０２を持っている。開口
１０２の直径は、典型的には１〜３ミクロン程度であ
る。開口１０２の内部には空洞１０４と放出器１０６が
あり、放出器は尖った円錐体の形を持つ。円錐体は、典
型的には、モリブデンのような適当な金属で作られる。
【００１２】複数の放出器が図４に示されるように配列
されてアレイ（配列体）を形成し、これは本発明のフィ
ラメントを構成する。各々の放出器は、典型的には１．
２×１０-15 ｃｍ2 程度の実効放出面積を持つ。放出器
の先端１０８（図５参照）における電界が充分高いとき
５０〜１５０マイクロアンペアの電流を生じさせること
ができる。現在のＦＥＡ製作技術によれば、円錐体実装
密度を６．４×１０5円錐体数／ｃｍ2 にすることがで
き、従って全電流密度を１０Ａ／ｃｍ2 にすることがで
きる。これらの密度は現在の熱イオン型カソードよりも
遙かに大きい。この差は、電子ビームを形成するように
集束される電子を放出する単一の電子銃の代わりに、電
子を放出する円錐体１０６がアレイ内に５億個も存在す
ることによる。
されてアレイ（配列体）を形成し、これは本発明のフィ
ラメントを構成する。各々の放出器は、典型的には１．
２×１０-15 ｃｍ2 程度の実効放出面積を持つ。放出器
の先端１０８（図５参照）における電界が充分高いとき
５０〜１５０マイクロアンペアの電流を生じさせること
ができる。現在のＦＥＡ製作技術によれば、円錐体実装
密度を６．４×１０5円錐体数／ｃｍ2 にすることがで
き、従って全電流密度を１０Ａ／ｃｍ2 にすることがで
きる。これらの密度は現在の熱イオン型カソードよりも
遙かに大きい。この差は、電子ビームを形成するように
集束される電子を放出する単一の電子銃の代わりに、電
子を放出する円錐体１０６がアレイ内に５億個も存在す
ることによる。
【００１３】電界放出器アレイは、「スピント(Spind
t)」技術を使用して形成されており、この技術では、モ
リブデンのような金属を誘電体中のマスクした孔の中へ
蒸発させる。蒸発した金属は先ずフィルタ処理すること
により、非常に指向性のある材料ビームを形成する。円
錐体の先端は、この方法又は当業者に既知の他の任意の
方法を使用して製作される。
t)」技術を使用して形成されており、この技術では、モ
リブデンのような金属を誘電体中のマスクした孔の中へ
蒸発させる。蒸発した金属は先ずフィルタ処理すること
により、非常に指向性のある材料ビームを形成する。円
錐体の先端は、この方法又は当業者に既知の他の任意の
方法を使用して製作される。
【００１４】「スピント」型放出器、すなわち、別の層
の中の孔によって形成された凹部の中心に配置された尖
った円錐体が唯一の電界放出アレイ型放出器ではないこ
とに留意されたい。ここで説明する「スピント」型放出
器の代わりに用いられる、同様な結果を生じる他の幾つ
かの代替物がある。例えば、電子放出のためにゲート構
造に電位が印加される、図６に示す中空円筒構造体１１
２や、図７に示す炭素微小管型放出器１１４のような他
の異なる型式の放出器も、本発明の範囲内で使用し得
る。
の中の孔によって形成された凹部の中心に配置された尖
った円錐体が唯一の電界放出アレイ型放出器ではないこ
とに留意されたい。ここで説明する「スピント」型放出
器の代わりに用いられる、同様な結果を生じる他の幾つ
かの代替物がある。例えば、電子放出のためにゲート構
造に電位が印加される、図６に示す中空円筒構造体１１
２や、図７に示す炭素微小管型放出器１１４のような他
の異なる型式の放出器も、本発明の範囲内で使用し得
る。
【００１５】本発明に従ってＸ線発生装置における電子
ビームを発生するためにＦＥＡ型フィラメントを利用す
ることにより、多くの利点が得られる。ＦＥＡ型フィラ
メントは室温で動作し、熱源ではない。従って、このフ
ィラメントは変形せず且つ蒸発による侵食もない。ＦＥ
Ａ型フィラメントは、Ｘ線発生装置に典型的に使用され
ていたタングステン・フィラメントよりも遥かに頑丈で
ある。その上、試験により、ＦＥＡは１２０００時間を
超える推定寿命を有する。
ビームを発生するためにＦＥＡ型フィラメントを利用す
ることにより、多くの利点が得られる。ＦＥＡ型フィラ
メントは室温で動作し、熱源ではない。従って、このフ
ィラメントは変形せず且つ蒸発による侵食もない。ＦＥ
Ａ型フィラメントは、Ｘ線発生装置に典型的に使用され
ていたタングステン・フィラメントよりも遥かに頑丈で
ある。その上、試験により、ＦＥＡは１２０００時間を
超える推定寿命を有する。
【００１６】電子放出はＦＥＡの上側表面でのみ発生さ
れる。従って、本発明のＸ線発生装置には何らエッジ効
果がない。先行技術のカソード設計では、集束し難いこ
と及び不所望なエッジ効果を有することが知られている
ので一般的に効率が悪い。先行技術のＸ線発生装置にお
ける電子ビームの集束は、典型的には、Ｘ線発生装置の
カソードにバイアスを加えることによって電子を抑圧す
ることにより達成される。本発明では、エッジ効果がな
いので、先行技術における電子ビームの集束に伴う問題
が生じない。
れる。従って、本発明のＸ線発生装置には何らエッジ効
果がない。先行技術のカソード設計では、集束し難いこ
と及び不所望なエッジ効果を有することが知られている
ので一般的に効率が悪い。先行技術のＸ線発生装置にお
ける電子ビームの集束は、典型的には、Ｘ線発生装置の
カソードにバイアスを加えることによって電子を抑圧す
ることにより達成される。本発明では、エッジ効果がな
いので、先行技術における電子ビームの集束に伴う問題
が生じない。
【００１７】図１及び図３はフィラメント１２を囲む領
域内にＸ線発生装置１０の大体凹形の部分１４を示して
おり、これは大体電子ビームを集束する。各放出器の先
端１０８では、先端１０８から放出される電子の量が、
図４及び５に示されるように先端１０８と開口１０２と
の間にバイアス電圧１１０を印加することによって制御
される。典型的なバイアス電圧は０〜１００Ｖ程度であ
る。バイアス電圧によって生じる電界ははまた、円錐体
先端１０８からの個々の電子ビーム（これは、「ビーム
レット」とも呼ばれる）を成形する。図６に示されるカ
ソード・カップは、個別のビームレットの全てより成る
ビームを集束させる。円筒体はカソードとアノード又は
ゲートとの間の電界を成形して、所望のビーム寸法を得
る。
域内にＸ線発生装置１０の大体凹形の部分１４を示して
おり、これは大体電子ビームを集束する。各放出器の先
端１０８では、先端１０８から放出される電子の量が、
図４及び５に示されるように先端１０８と開口１０２と
の間にバイアス電圧１１０を印加することによって制御
される。典型的なバイアス電圧は０〜１００Ｖ程度であ
る。バイアス電圧によって生じる電界ははまた、円錐体
先端１０８からの個々の電子ビーム（これは、「ビーム
レット」とも呼ばれる）を成形する。図６に示されるカ
ソード・カップは、個別のビームレットの全てより成る
ビームを集束させる。円筒体はカソードとアノード又は
ゲートとの間の電界を成形して、所望のビーム寸法を得
る。
【００１８】ＦＥＡは完全等温表面と同様に振る舞う。
従って、各円錐体に同じバイアス電圧が印加されると、
同じ量の電子流が放出される。先行技術のフィラメント
は、典型的には、電子放出表面について温度分布を調整
するための複雑なフィラメント設計モデルを必要とす
る。これは本発明のフィラメントでは必要ではない。と
云うのは、本発明のフィラメントが、複雑なフィラメン
ト設計を必要とすることなく、一様な温度を持つタング
ステン・フィラメントと同様に振る舞うからである。
従って、各円錐体に同じバイアス電圧が印加されると、
同じ量の電子流が放出される。先行技術のフィラメント
は、典型的には、電子放出表面について温度分布を調整
するための複雑なフィラメント設計モデルを必要とす
る。これは本発明のフィラメントでは必要ではない。と
云うのは、本発明のフィラメントが、複雑なフィラメン
ト設計を必要とすることなく、一様な温度を持つタング
ステン・フィラメントと同様に振る舞うからである。
【００１９】本発明で使用されるＦＥＡ型フィラメント
は、室温で動作するので非常に長い寿命を有する。従っ
て、これは、高い温度に曝されることによって変形する
従来のタングステン・フィラメントよりも一層頑丈であ
る。さらに、発生装置に唯一つのフィラメントしか必要
とされない。先行技術の発生装置は、典型的には２つ以
上のタングステン・フィラメントを有しており、これに
より発生装置のコストを増大させるばかりでなく、コイ
ンシデンス(coincidence) 問題も引き起こす。本発明の
単一のＦＥＡ型フィラメントでは、何らコインシデンス
問題はない。
は、室温で動作するので非常に長い寿命を有する。従っ
て、これは、高い温度に曝されることによって変形する
従来のタングステン・フィラメントよりも一層頑丈であ
る。さらに、発生装置に唯一つのフィラメントしか必要
とされない。先行技術の発生装置は、典型的には２つ以
上のタングステン・フィラメントを有しており、これに
より発生装置のコストを増大させるばかりでなく、コイ
ンシデンス(coincidence) 問題も引き起こす。本発明の
単一のＦＥＡ型フィラメントでは、何らコインシデンス
問題はない。
【００２０】先行技術の発生装置の実際の用途では、大
きいＸ線スポット寸法及び小さいＸ線スポット寸法を必
要とする手順のために２つ以上のタングステン・フィラ
メントが使用されている。しかしながら、先行技術にお
けるようにカソード・カップにおいて２つのタングステ
ン・フィラメントが並んで配置されている場合、その結
果生じる電子ビームは相互に僅かに異なる位置でターゲ
ットに衝突する。ターゲット上のこのスポット間の距離
は「コインシデンス距離」と呼ばれている。コインシデ
ンス距離は可能な限りゼロに近づけることが望ましい。
きいＸ線スポット寸法及び小さいＸ線スポット寸法を必
要とする手順のために２つ以上のタングステン・フィラ
メントが使用されている。しかしながら、先行技術にお
けるようにカソード・カップにおいて２つのタングステ
ン・フィラメントが並んで配置されている場合、その結
果生じる電子ビームは相互に僅かに異なる位置でターゲ
ットに衝突する。ターゲット上のこのスポット間の距離
は「コインシデンス距離」と呼ばれている。コインシデ
ンス距離は可能な限りゼロに近づけることが望ましい。
【００２１】現在のＦＥＡ技術では、各々の電子放出す
る放出器を電子的にアドレス指定することが可能であ
る。従って、共にカソード・カップ内の同じ点を中心と
する大きいスポット寸法及び小さいスポット寸法を生じ
させることによって、電子放出表面の寸法を制御するこ
とが可能である。本発明によれば、全放出器アレイ表面
より小さい放出器アレイの一部分を励起するか又は全放
出器アレイ表面を励起することにより、スポット寸法の
制御が可能にする。図８は、全放出器表面を励起するこ
とによって生成される大きいスポット２０の一例であ
る。図９は、ＦＥＡ型電子源の中間部分のみを励起する
ことによって生成される小さいスポット３０の一例であ
る。大きいスポット及び小さいスポットがスポット放出
器上の同じ位置から由来し、且つ同じ電界を受けるの
で、コインシデンス距離はゼロである。異なる寸法のＸ
線スポットのために複数のフィラメントを用いないの
で、本発明では実質的に一層小さいカソード・カップの
製作を可能にする。
る放出器を電子的にアドレス指定することが可能であ
る。従って、共にカソード・カップ内の同じ点を中心と
する大きいスポット寸法及び小さいスポット寸法を生じ
させることによって、電子放出表面の寸法を制御するこ
とが可能である。本発明によれば、全放出器アレイ表面
より小さい放出器アレイの一部分を励起するか又は全放
出器アレイ表面を励起することにより、スポット寸法の
制御が可能にする。図８は、全放出器表面を励起するこ
とによって生成される大きいスポット２０の一例であ
る。図９は、ＦＥＡ型電子源の中間部分のみを励起する
ことによって生成される小さいスポット３０の一例であ
る。大きいスポット及び小さいスポットがスポット放出
器上の同じ位置から由来し、且つ同じ電界を受けるの
で、コインシデンス距離はゼロである。異なる寸法のＸ
線スポットのために複数のフィラメントを用いないの
で、本発明では実質的に一層小さいカソード・カップの
製作を可能にする。
【００２２】さらに、本発明では、ＦＥＡ電子源の異な
る部分に異なるバイアス電圧を印加することによってビ
ーム形状を動的に変更することが出来る。例えば、ＦＥ
Ａの特定の領域に印加されるバイアス電圧を変えること
によって、指定位置におけるＸ線ビームのパワーを増減
させることができる。電子ビームを成形することは、Ｘ
線発生装置が耐えることのできる全パワーを最大化する
ことが可能になるので、重要な特徴である。
る部分に異なるバイアス電圧を印加することによってビ
ーム形状を動的に変更することが出来る。例えば、ＦＥ
Ａの特定の領域に印加されるバイアス電圧を変えること
によって、指定位置におけるＸ線ビームのパワーを増減
させることができる。電子ビームを成形することは、Ｘ
線発生装置が耐えることのできる全パワーを最大化する
ことが可能になるので、重要な特徴である。
【００２３】本発明の更に別の実施形態では、ビームを
高い周波数で「揺動（wobble）」させることができる。
焦点スポットの揺動は、ＣＴスキャナの性能を最適化す
ることを含めて様々な用途にとって非常に望ましい特徴
である。本発明によれば、放出器の異なる領域を個々に
アドレス指定することにより、ビームを効果的に揺動さ
せる。図１０及び図１１は、放出器の右側にバイアス電
圧を印加し（図１０参照）、次いで放出器の左側にバイ
アス電圧を印加する（図１１参照）ことによって、ビー
ムを揺動させる例を示している。バイアス電圧は、ビー
ムが左右に揺動するように所定の周波数で交互に印加さ
れる。図１０及び図１１は、当業者が決定することがで
きる特定の用途に従って構成されるような様々な起こり
得る構成のほんの一例である。
高い周波数で「揺動（wobble）」させることができる。
焦点スポットの揺動は、ＣＴスキャナの性能を最適化す
ることを含めて様々な用途にとって非常に望ましい特徴
である。本発明によれば、放出器の異なる領域を個々に
アドレス指定することにより、ビームを効果的に揺動さ
せる。図１０及び図１１は、放出器の右側にバイアス電
圧を印加し（図１０参照）、次いで放出器の左側にバイ
アス電圧を印加する（図１１参照）ことによって、ビー
ムを揺動させる例を示している。バイアス電圧は、ビー
ムが左右に揺動するように所定の周波数で交互に印加さ
れる。図１０及び図１１は、当業者が決定することがで
きる特定の用途に従って構成されるような様々な起こり
得る構成のほんの一例である。
【００２４】本発明によるＦＥＡ型電子源は、簡単な安
価な電子装置部品を使用して、電子ビームを発生し、こ
れにより発生装置のコストをかなり低減する。同様に、
ＦＥＡ型電子源は大きいバッチで製作することができ、
その結果、発生装置のコストをさらに低減する。例え
ば、ＦＥＡは、家庭用電子装置の市場で販売されている
フラットパネル表示装置用の１４平方インチのスクリー
ンとして製作される。この技術は競争の激しい家庭用電
子装置の市場で使用するので、製作コストは低くする必
要があり、従って、Ｘ線発生装置用のＦＥＡ型フィラメ
ントの製作コストも低くなると予想される。ＦＥＡ製作
技術の新しい進歩により、Ｘ線発生装置に関連する真空
レベル及びイオン打ち込み率に対する典型的なＦＥＡの
適用性が改善されて、Ｘ線発生装置の動作寿命が更に増
大する。
価な電子装置部品を使用して、電子ビームを発生し、こ
れにより発生装置のコストをかなり低減する。同様に、
ＦＥＡ型電子源は大きいバッチで製作することができ、
その結果、発生装置のコストをさらに低減する。例え
ば、ＦＥＡは、家庭用電子装置の市場で販売されている
フラットパネル表示装置用の１４平方インチのスクリー
ンとして製作される。この技術は競争の激しい家庭用電
子装置の市場で使用するので、製作コストは低くする必
要があり、従って、Ｘ線発生装置用のＦＥＡ型フィラメ
ントの製作コストも低くなると予想される。ＦＥＡ製作
技術の新しい進歩により、Ｘ線発生装置に関連する真空
レベル及びイオン打ち込み率に対する典型的なＦＥＡの
適用性が改善されて、Ｘ線発生装置の動作寿命が更に増
大する。
【００２５】本発明を１つ以上の実施形態について詳述
したが、本発明がこれらの実施形態に制限されないこと
を留意されたい。対照的に、本発明は、特許請求の範囲
の真の精神および趣旨の範囲内にある全ての代替、変更
および等価置換を包含するものである。
したが、本発明がこれらの実施形態に制限されないこと
を留意されたい。対照的に、本発明は、特許請求の範囲
の真の精神および趣旨の範囲内にある全ての代替、変更
および等価置換を包含するものである。
【図１】本発明によるＦＥＡ型フィラメントを持つＸ線
発生装置の斜視図である。
発生装置の斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取ったＸ線発生装置の
一部の断面図である。
一部の断面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って取ったＸ線発生装置の
一部の断面図である。
一部の断面図である。
【図４】円錐体形電界放出器のアレイの斜視図である。
【図５】図４の線５−５に沿って取った１つの円錐体の
断面図である。
断面図である。
【図６】中空円筒体形放出器のアレイの斜視図である。
【図７】微小管体形放出器のアレイの斜視図である。
【図８】大きいスポットを示す本発明の放出器の上面図
である。
である。
【図９】小さいスポットを示す本発明の放出器の上面図
である。
である。
【図１０】放出器の右側部分にバイアス電圧が印加され
た場合を示す本発明の放出器の上面図である。
た場合を示す本発明の放出器の上面図である。
【図１１】放出器の左側部分にバイアス電圧が印加され
た場合を示す本発明の放出器の上面図である。
た場合を示す本発明の放出器の上面図である。
１０ Ｘ線発生装置のカソード部分
１２ 電子源
１４ 凹形部分
２０ 大きいスポット
３０ 小さいスポット
１００ 頂部導体
１０２ 開口
１０４ 空洞
１０６ 放出器
１０８ 放出器先端
１１０ バイアス電圧
１１２ 中空円筒体構造
１１４ 炭素微小管体放出器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 コリン・アール・ウィルソン
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ
ユナ、ウォーナー・ロード、882番
(72)発明者 ブルース・エム・ダンハム
アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、メク
ォン、ノース・メルローズ・コート、9815
番
(72)発明者 ジョン・スコット・プライス
アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ウォ
ーワトサ、ノース・69ティーエイチ・スト
リート、2618番
Ｆターム(参考） 4C092 AA01 AB19 AB27 BD04 CE06
Claims (19)
- 【請求項１】 集束用カップと、 前記集束用カップ内に収容された電子源であって、電界
放出アレイ（ＦＥＡ）型放出装置を有している、電子ビ
ームを発生する電子源と、 電子ビームを集束するように配置されたビーム集束構造
と、を有するＸ線発生装置。 - 【請求項２】 前記ビーム集束構造は、前記電子ビーム
を集束し且つ前記電子ビームについての焦点スポットを
決定するために所定のパターンで配列された複数の電界
放出器を持つ前記電界放出アレイ型放出装置を含んでい
る、請求項１記載のＸ線発生装置。 - 【請求項３】 前記複数の電界放出器は複数の円錐体形
の放出器で構成されている、請求項２記載のＸ線発生装
置。 - 【請求項４】 前記複数の電界放出器は複数の中空円筒
体形の放出器で構成されている、請求項２記載のＸ線発
生装置。 - 【請求項５】 前記複数の電界放出器は複数のワイヤ形
の放出器で構成されている、請求項２記載のＸ線発生装
置。 - 【請求項６】 Ｘ線発生装置において電子ビームを発生
する方法であって、 Ｘ線発生装置内の電界放出アレイ型放出装置である電子
源から電子を放出するステップと、 ビーム集束構造内で前記電子を集束して、電子ビームを
形成するステップと、前記電子ビームについて焦点を決
定するステップと、を含む前記方法。 - 【請求項７】 前記電子ビームを集束する前記ステップ
は、凹形フィラメントを有するビーム集束構造内で前記
電子ビームを集束するステップを有している、請求項６
記載の方法。 - 【請求項８】 電子源から電子を放出する前記ステップ
は、 前記電界放出アレイ型電子源の第１の所定の部分に第１
のバイアス電圧を印加するステップと、 前記電界放出アレイ型電子源の第２の所定の部分に第２
のバイアス電圧を印加するステップと、を含んでいる、
請求項６記載の方法。 - 【請求項９】 第２の所定の部分に第２のバイアス電圧
を印加する前記ステップにおいて、前記第１の所定の部
分が前記第２の所定の部分よりも大きく、前記第１の所
定の部分が中心を持つ大きいスポットを定め、前記第２
の所定の部分が前記大きいスポットの中心と一致する中
心を持つ小さいスポットを定める、請求項８記載の方
法。 - 【請求項１０】 更に、前記電界放出アレイ型電子源の
複数の所定の部分に複数のバイアス電圧を印加して、電
子ビームのパワー及び形状を動的に変更するステップを
含んでいる、請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 前記電界放出アレイ型電子源の複数の
所定の部分に複数のバイアス電圧を印加する前記ステッ
プは、前記電界放出アレイの個々の放出器を構成する複
数の所定の部分に複数のバイアス電圧を印加するステッ
プを含んでいる、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 更に、前記電界放出アレイ型電子源の
複数の異なる所定の部分に複数の異なるバイアス電圧を
印加することによって、電子ビームを成形するステップ
を含んでいる、請求項８記載の方法。 - 【請求項１３】 更に、ビーム集束構造内で電子を集束
するステップを有している、請求項８記載の方法。 - 【請求項１４】 更に、電子ビームを所定のパターンで
揺動させるように前記第１及び第２のバイアス電圧の印
加を所定の周波数で変更するステップを含んでいる、請
求項８記載の方法。 - 【請求項１５】 更に、ビーム集束構造内で電子を集束
するステップを有している、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 集束用カップと、 前記集束用カップ内に収容された電子源であって、電界
放出アレイ型放出装置を有している、電子ビームを発生
する電子源と、前記電子ビームを集束し且つ前記電子ビ
ームについての焦点スポットを決定するために所定のパ
ターンで配列された複数の電界放出器を持つ電界放出ア
レイ型放出装置を有するビーム集束構造と、 前記電界放出アレイ型放出装置の所定の部分に所定のバ
イアス電圧を印加して、所定の放出パターンを持つ電子
ビームを発生させるために、前記電子源に印加される電
圧源と、を有するＸ線発生装置。 - 【請求項１７】 前記所定のパターンは凹形パターンを
有している、請求項１６記載のＸ線発生装置。 - 【請求項１８】 前記所定のパターンは更に、前記電界
放出アレイ型放出装置の第１の部分と前記電界放出アレ
イ型放出装置の第２の部分との間で可変であるビームを
含んでいる、請求項１７記載のＸ線発生装置。 - 【請求項１９】 前記所定のパターンは更に、小さいス
ポット・パターンを持つビームを有しており、該小さい
スポット・パターンでは、電圧が印加される前記電界放
出アレイ型放出装置の部分が前記電界放出アレイ型放出
装置の全領域より小さい、請求項１７記載のＸ線発生装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/681,931 US20030002628A1 (en) | 2001-06-27 | 2001-06-27 | Method and system for generating an electron beam in x-ray generating devices |
| US09/681931 | 2001-06-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003100242A true JP2003100242A (ja) | 2003-04-04 |
Family
ID=24737449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002187004A Withdrawn JP2003100242A (ja) | 2001-06-27 | 2002-06-27 | Ｘ線発生装置内で電子ビームを発生する方法及びシステム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030002628A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003100242A (ja) |
| DE (1) | DE10228545A1 (ja) |
| NL (1) | NL1020927C2 (ja) |
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| JP2007014761A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | General Electric Co <Ge> | 分散型ｘ線源を用いた撮像のシステム及び方法 |
| JP2007504636A (ja) * | 2003-05-30 | 2007-03-01 | シンテック，インコーポレイテッド | 複数位置から複数のｘ線ビームを生成するための装置及び方法 |
| JP2007095689A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Siemens Ag | 冷電子源によるｘ線発生装置 |
| WO2009101882A1 (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Ｘ線発生装置、ｘ線撮影装置及びそれらの制御方法 |
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| US8600003B2 (en) | 2009-01-16 | 2013-12-03 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Compact microbeam radiation therapy systems and methods for cancer treatment and research |
| US10835199B2 (en) | 2016-02-01 | 2020-11-17 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Optical geometry calibration devices, systems, and related methods for three dimensional x-ray imaging |
| US10980494B2 (en) | 2014-10-20 | 2021-04-20 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Systems and related methods for stationary digital chest tomosynthesis (s-DCT) imaging |
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| US7558374B2 (en) * | 2004-10-29 | 2009-07-07 | General Electric Co. | System and method for generating X-rays |
| US7187755B2 (en) * | 2004-11-02 | 2007-03-06 | General Electric Company | Electron emitter assembly and method for generating electron beams |
| US8155262B2 (en) * | 2005-04-25 | 2012-04-10 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Methods, systems, and computer program products for multiplexing computed tomography |
| US10670740B2 (en) | 2012-02-14 | 2020-06-02 | American Science And Engineering, Inc. | Spectral discrimination using wavelength-shifting fiber-coupled scintillation detectors |
| WO2016154044A1 (en) | 2015-03-20 | 2016-09-29 | Rapiscan Systems, Inc. | Hand-held portable backscatter inspection system |
| EP3811117A4 (en) | 2018-06-20 | 2022-03-16 | American Science & Engineering, Inc. | SCINTILLATION DETECTORS COUPLED TO WAVELENGTH OFFSET SHEET |
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| US11340361B1 (en) | 2020-11-23 | 2022-05-24 | American Science And Engineering, Inc. | Wireless transmission detector panel for an X-ray scanner |
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| GB1166051A (en) * | 1966-06-22 | 1969-10-01 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to Flash X-Ray Generation Methods and Apparatus |
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-
2001
- 2001-06-27 US US09/681,931 patent/US20030002628A1/en not_active Abandoned
-
2002
- 2002-06-24 NL NL1020927A patent/NL1020927C2/nl not_active IP Right Cessation
- 2002-06-26 DE DE10228545A patent/DE10228545A1/de not_active Withdrawn
- 2002-06-27 JP JP2002187004A patent/JP2003100242A/ja not_active Withdrawn
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| US8488742B2 (en) | 2008-02-13 | 2013-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | X-ray generator, X-ray imaging apparatus, and control methods therefor |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL1020927A1 (nl) | 2003-01-07 |
| NL1020927C2 (nl) | 2004-06-08 |
| DE10228545A1 (de) | 2003-01-16 |
| US20030002628A1 (en) | 2003-01-02 |
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