JP2009238750A

JP2009238750A - ビーム・エミッタンス増大を最小限にした電界エミッタ利用電子源

Info

Publication number: JP2009238750A
Application number: JP2009069555A
Authority: JP
Inventors: Yun Zou; ユン・ゾウ; Yang Cao; ヤン・カオ; Louis Paul Inzinna; ルイ・ポール・インジナ; Vasile Bogdan Neculaes; バシル・ボグダン・ネクラス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: JP4590479B2; DE102009003673B4; US7801277B2; DE102009003673A1; US20090245468A1

Abstract

【課題】電子ビームにおけるエミッタンス増大を制限するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】本システム（１０）は、電子ビーム（２８）を発生するように構成されているエミッタ素子（２６）と、エミッタ素子（２６）に隣接して配置されて、そこから電子ビーム（２８）を引き出す引出し電極（２０）とを含み、引出し電極（２０）はそれを貫通する開口（２４）を含んでいる。本システム（１０）はまた、引出し電極（２０）の開口（２４）の中に配置されて、エミッタ素子（２６）の表面の電界の強度及び一様性を増強する網状格子（３２）と、網状格子（３２）のエミッタ素子（２６）側とは反対の側で網状格子（３２）に隣接して配置されて、電子ビーム（２８）のエミッタンス増大を制御するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）（３４）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に云えば、電界型電子エミッタに関し、より具体的には、電子ビームにおけるエミッタンス増大を制限するためのシステムに関するものである。電界エミッタ装置に、電子ビームの劣化を最小限にすると共に、電子ビームを所望のスポット寸法に集束できるように機能するエミッタンス補償電極が設けられる。

電界型電子エミッタ配列体における電子放出は、金属表面の電界放出電流密度を該表面における電界に関係付けるファウラー−ノルドハイム(Fowler-Nordheim) 理論に従って生成される。殆どの電界型電子エミッタ配列体は一般に、多数の電界エミッタ・デバイスより成る配列体を含む。エミッタ配列体は、単一のチップ上に数万のエミッタ・デバイスを含むようにマイクロ加工又はナノ加工することができる。各々のエミッタ・デバイスは、適正に駆動されたとき、エミッタ・デバイスの先端部分から電子ビーム又は電子流を放出することができる。電界エミッタ配列体には多数の用途があり、その１つは、マイクロ波管、Ｘ線管及び他のマイクロ電子デバイスにおける電子源としての用途である。

電子放出用の電界エミッタ・デバイス自体は、スピント(Spindt)型エミッタのような多数の形態を取ることができる。動作においては、制御電圧をゲート／引出し電極と基板の間に印加することにより、強い電界を生じさせて、基板上に配置されたエミッタ素子から電子を引き出す。典型的には、ゲート層がエミッタ配列体の全てのエミッタ・デバイスに共通であり、配列体全体に同じ制御又は放出電圧を供給する。或るスピント型エミッタでは、制御電圧は約１００Ｖとすることができる。他の種類のエミッタとしては、耐火金属、炭化物、ダイアモンド又はシリコンのチップ又は錐体、シリコン／炭素ナノチューブ、金属ナノワイヤ、炭素繊維、或いは炭素ナノチューブを挙げることができる。

Ｘ線管用途で電子源として使用されるとき、ゲート層に過電圧が印加されたことに伴う動作上の障害及び構造的疲労によって惹起される故障の確率を低下させるように、電界エミッタ素子が電子ビームを発生するために必要な電圧を下げることが望ましい。従って、陰極から電子ビームを引き出すために必要とされる電圧を下げるために特定の機構が用いられ、そのような機構の１つは格子構造である。格子構造は、エミッタ素子の表面における電界強度を増強するように作用し、これにより必要な引出し電圧を低下させる。しかしながら、格子の網目は引出し効率を有意に改善するが、電子ビームと格子との相互作用に起因して電子ビームの品質に負の影響を与える。すなわち、電子ビームと格子との相互作用は、ビーム・エミッタンスを増大させて電子ビームの品質の劣化を増大させることがあり、このビーム・エミッタンス増大は、電子ビームが陽極上の小さな有用な焦点スポットに収束するのを妨げる。

従って、引出し格子に起因する電子ビームのエミッタンス増大を最小限にし、また連続的に制御されたビーム収束を達成することのできるシステムが必要である。また、電子ビームのエミッタンス増大を制御しながら、電子ビーム電流の変調を可能にするシステムを提供することも望ましいと考えられる。

米国特許第４５２１９０１号米国特許第６５５３０９６号米国特許第６８７６７２４号米国特許出願公開第２００５０１７５１５１号米国特許出願公開第２００８００４３９２０号

上述の欠点を克服するために、本発明の様々な実施形態では、電子ビームの低電圧引出し及び最小エミッタンス増大を生じさせる電界エミッタ装置を提供する。電界エミッタ装置は、電子ビームの劣化を最小限にすると共に、電子ビームを所望のスポット寸法に集束できるように機能するエミッタンス補償電極を含む。

本発明の一面によれば、電子銃を提供する。この電子銃は、電子ビームを発生するように構成されているエミッタ素子と、前記エミッタ素子に隣接して配置されて、そこから電子ビームを引き出す引出し電極とを含み、該引出し電極はそれを貫通する開口を含む。電子銃はまた、前記引出し電極の前記開口の中に配置されて、前記エミッタ素子の表面の電界の強度及び一様性を増強する網状格子と、前記網状格子の前記エミッタ素子側とは反対の側で前記網状格子に隣接して配置されて、電子ビームのエミッタンス増大を制御するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）とを含む。

本発明の別の面によれば、Ｘ線源用の陰極組立体を提供する。この陰極組立体は、基板と、該基板に隣接して配置されていて、中に網状格子を配置した開口を持つ引出し素子と、前記基板と前記引出し素子との間の絶縁層とを含み、前記絶縁層は前記引出し素子内の前記開口と概ね整列した空洞を持つ。陰極組立体はまた、前記絶縁層の空洞内に配置された電界エミッタ素子であって、放出電圧が前記引出し素子との間に印加されているときに電子流を放出するように構成されている電界エミッタ素子と、前記引出し素子の下流に配置されていて、空間及びモーメント位相空間内で電子ビームを圧縮するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）とを含む。

本発明の更に別の面によれば、多重スポットＸ線源を提供する。この多重スポットＸ線源は、少なくとも１つの電子ビームを発生するように構成されている複数の電界エミッタ装置と、少なくとも１つの電子ビームの通路内に配置されていて、電子ビームが衝突したときにＣＴイメージング処理に使用するための高周波電磁エネルギのビームを放出するように構成されているターゲット陽極とを含む。複数の電界エミッタ装置の各々は、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）エミッタ素子と、ＣＮＴエミッタ素子から電子ビームを引き出すためのゲート電極とを含み、該ゲート電極は電子ビーム通路内に配置された網状格子を含む。複数の電界エミッタ装置の各々は、更に、前記エミッタ素子から電子ビームを受け取って、該電子ビームを集束してターゲット陽極上に焦点スポットを形成するように配置された集束素子と、前記網状格子と前記集束素子との間に配置されていて、電子ビーム・エミッタンス増大を制御するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）とを含む。

これらの及び他の利点及び特徴は、添付の図面と共に提供する本発明の好ましい実施形態につての以下の詳しい説明から一層容易に理解されよう。

図面は、本発明を実施するために現在考えられる様々な実施形態を例示する。

図１は、本発明の一実施形態に従った電界エミッタ装置及びターゲット陽極の断面図である。図２は、本発明の一実施形態に従ったエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）の上面図である。図３は、本発明の別の実施形態に従ったエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）の上面図である。図４は、本発明の別の実施形態に従ったエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）の上面図である。図５は、本発明の別の実施形態に従ったエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）の斜視図である。図６は、本発明の一実施形態に従った電界エミッタ装置の部分断面図である。図７は、ＥＣＥを持っていない電界エミッタ装置におけるビーム軌跡及び圧縮を表すグラフである。図８は、ＥＣＥを持っている電界エミッタ装置におけるビーム軌跡及び圧縮を表すグラフである。図９は、本発明の一実施形態に従ったＸ線源の概略図である。図１０は、本発明の一実施形態を取り入れたＣＴイメージング・システムの斜視図である。図１１は、図１０に示したシステムの概略ブロック図である。

本発明の実施形態の動作環境を、電界エミッタ利用陰極を含む電子銃及びＸ線源に関して記述する。すなわち、本発明の電子ビーム放出及び電子ビーム圧縮方式は、電子銃及び電界エミッタ利用Ｘ線源について提供されるものとして説明する。しかしながら、このような電子ビーム放出及び電子ビーム圧縮方式についての本発明の実施形態は、ディスペンサ陰極及び他の熱電子陰極のような他の陰極技術と共に使用するために等しく適用可能であることが当業者には理解されよう。本発明は電界エミッタ装置に関して記述されるが、他の冷陰極及び／又は熱電子陰極構造に等しく適用可能である。

図１について説明すると、本発明の一実施形態に従った単一の電子発生装置１０（すなわち、電子銃）の断面図を示している。以下により詳しく説明するように、一実施形態では、電子発生装置１０は冷陰極型炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）電界エミッタである。しかしながら、本書で説明する特徴及び改変はまた、スピント型エミッタのような他の型式の電界エミッタ、或いは他の熱電子陰極又はディスペンサ陰極型電子発生装置にも適用可能であることが理解される。図１に示されているように、電子発生装置１０は、好ましくは、不純物添加シリコンをベースとした基板、或いは銅又はステンレス鋼のような、導電性材料又は半導体材料で形成されるベース又は基板層１２を持つ電界エミッタ装置１１を有する。従って、基板層１２は好ましくは剛性である。誘電体フィルム１４が基板１２の上に形成又は堆積されて、絶縁層１６（すなわち、セラミック・スペーサ）を基板から分離する。誘電体フィルム１４は、好ましくは、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）又は窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、或いは同様な誘電体特性を持つ他の材料のような、非導電性物質又は電気抵抗の非常に高い基板で形成される。誘電体フィルム１４内にはチャンネル又は開口１８が、幾つかの既知の化学的又はエッチング加工処理によって形成される。

基板層１２は絶縁層１６に整合させる。絶縁層１６は、一実施形態では、（例えば、電界エミッタ装置がＣＴガントリの周りを回転するＸ線源の一部を形成しているとき）電界エミッタ装置の平行移動によって惹起される荷重を吸収するために圧縮特性と共に所望の絶縁特性を持つセラミック・スペーサ素子である。絶縁層１６は基板層１２を引出し電極２０（すなわち、ゲート電極、ゲート層）から分離するために使用され、その結果、制御装置２１によって供給される電圧によって引出し電極２０と基板１２との間に電位を印加することができる。チャンネル又は空洞２２が絶縁層１６内に形成され、また対応する開口２４が引出し電極２０内に形成される。図示のように、開口２４は実質的に空洞２２とオーバーラップする。他の実施形態では、空洞２２と開口２４とはほぼ同じ直径とすることができ、或いは空洞２２はゲート層の引出し電極２０の開口２４よりも狭くすることができる。

電子エミッタ素子２６が空洞２２内に配置されて、基板層１２上に固定される。（引出し電極２０に生成された）開口２２内の電界とエミッタ素子２６との相互作用により、基板１２を介してエミッタ素子２６に制御電圧を印加したときに様々な機能のために使用することのできる電子ビーム２８が発生される。一実施形態では、エミッタ素子２６は炭素ナノチューブ利用のエミッタである。しかしながら、本書で述べるシステム及び方法はまた、電界型エミッタに使用される幾つかの他の材料及び形状で形成されたエミッタにも適用可能である。

更に図１について説明すると、網状格子３２が絶縁層１６の空洞２２と引出し電極２０の開口２４との間に配置される。これにより網状格子３２がエミッタ素子２６に接近して配置されて、エミッタ素子２６から電子ビーム２８を引き出すのに必要な電圧が低減される。すなわち、引出しを効率よくするため、網状格子３２とエミッタ素子２６との間の間隙３３は、エミッタ素子２６の周りの電界を増強し、且つ電子ビーム２８を引き出すのに必要な制御装置２１による全引出し電圧供給量を最小限にするように、所望の距離（例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ）内に保持される。空洞２２を覆うように網状格子３２を配置することにより、引出し電極２０に印加される引出し電圧を、網状格子３２とエミッタ素子２６との間の距離に依存してほぼ１〜３ｋＶにすることができる。全引出し電圧をこのような範囲に低減することによって、電界エミッタ装置１０の高電圧安定性が改善され、また電子ビーム２８の放出流をより高くすることができる。エミッタ素子２６と引出し電極２０との間の電位差は、エミッタ装置１０における高電圧不安定性を低減し且つその中の複雑な駆動／制御設計の必要性を簡単化するために最小限にされる。

また電界エミッタ装置１０には、エミッタンス補償電極（ＥＣＥ）３４も含まれており、このエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）３４は、引出し電極２０を出た電子ビーム２８を受け取るように、エミッタ素子２６側とは反対の側で網状格子３２に隣接して配置される。ＥＣＥ３４は網状格子３２に隣接して配置されて、ビームが網状格子３２を通過することによって引き起こされる電子ビーム２８におけるビーム・エミッタンス増大を最小限にするように機能する。すなわち、電子ビーム２８の電子によって占められる空間及びモーメント位相空間の範囲（すなわち、エミッタンス）がＥＣＥ３４によって制御され且つ最小限にされる。

ＥＣＥ３４内には、電子ビーム２８を通過させる開口３６が形成されている。図２〜４に示されているように、開口３６は、電子ビーム２８を圧縮し成形するために、様々な形状の内の任意のものにすることができる。例えば、開口３６は円形（図２）、長方形（図３）又は楕円形（図４）の形態にすることができる。開口３６の形状は一般に電子ビーム２８の断面の輪郭に対応すると考えられる。更に、図５に示されているように、ＥＣＥ３４は、角度の付いた表面３８を持つように形成して、開口３６が角度の付いた開口を構成するようにすることができる。開口３６の周りに形成された角度の付いた表面３８は、電子ビーム２８の圧縮を更に改善し且つビーム・エミッタンスを更に最小限にするように作用する。

別の実施形態では、図６に示されているように、二次格子４０がＥＣＥ３４の開口３６内に配置される。二次格子４０は開口３６にわたって増強した静電界を発生して、電子ビーム２８の圧縮における融通性をより大きくする。二次格子４０が電子ビームの品質に悪影響を与えないようにするために、二次格子４０内の複数の開口４２は電子ビーム２８の通路に沿って引出し電極２０の網状格子３２内の開口４４と正確に整列させる。このような整列は、電子ビーム２８と二次格子４０との相互作用を最小限にする。

図６に示されているように、エミッタ素子２６は複数の炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）５０で構成される。網状格子３２及び二次格子４０に対して電子が衝突することによって生じる電子ビーム２８の減衰を少なくするために、複数のＣＮＴ５０は、両方の格子内の開口４２，４４と整列した複数のＣＮＴグループ５２にパターン形成される。ＣＮＴグループ５２を網状格子３２及び二次格子４０内の開口４２，４４と整列させることは、電子ビーム２８内のビーム流の遮断を、格子構造に依存してほぼゼロまで減じることができる。また、ＣＮＴグループ５２を開口４２，４４と整列させることは、格子３２，４０を通過する電子の分量を実質的に高くし、従って、全ビーム放出電流を増大させ、且つ所望の焦点スポットを形成するための電子ビーム２８の最適な集束を可能にする。

再び図１について説明すると、（制御装置２１とは別個の装置である）制御装置５４によってＥＣＥ３４に電圧（すなわち、圧縮電圧）を印加することによって、開口３６にわたって静電界が発生される。この静電界は電子ビーム２８と相互作用して、電子ビーム２８内の電子が横断方向において小さい距離に局限され且つほぼ同じモーメントを持つようにする（すなわち、電子ビーム２８を「圧縮」する）。電子のこのような空間的局限及びモーメントの一様性は、電子ビーム２８におけるエミッタンス増大を低減する。制御装置２１によってＥＣＥ３４に印加される電圧は、典型的には４ｋＶ〜２０ｋＶであるが、それより低い又は高い電圧も適用することができると想定される。また更に、ＥＣＥ３４に印加される電圧は、以下により詳しく説明するように、一定の電圧にすることができ、或いは変化させることができる。すなわち、一実施形態では、ＥＣＥ３４に印加される電圧は、エミッタ素子２６から電子ビーム２８を引き出すために引出し電極２０及び網状格子３２に（並びに基板１２に）印加される引出し電圧に対応する。従って、一実施形態では、ＥＣＥ３４に印加される電圧は、網状格子３２の両側に存在する電界が互いに等しくなるような大きさにすることができ、これにより電子ビーム２８におけるエミッタンス増大の制御を最適化することができる。

ＥＣＥ３４はまた、電界エミッタ装置１０において電子ビーム２８のビーム電流変調を増大できるように機能する。すなわち、ＥＣＥ３４は、電子ビーム２８における電流密度を、ビーム品質の劣化を伴うことなく、より一層高いレベルまで増大させることができる。制御装置２１によって網状格子３２に印加される引出し電圧が電子ビーム電流を変調するために変更されたとき、ＥＣＥ３４に印加される圧縮電圧もまた、電子ビーム２８におけるエミッタンス増大を最小限にするように変更することができる。すなわち、電子ビーム２８における電流密度が、制御装置２１によって引出し電極２０及び網状格子３２に増大した引出し電圧を印加することにより増大したとき、ＥＣＥ３４に印加される圧縮電圧もまた、電子ビーム２８の圧縮をより一層大きくし且つ電子ビーム２８におけるエミッタンス増大を最小限にすることができるように増大させる。引出し電極２０及び網状格子３２に供給される電圧を、ＥＣＥ３４に供給される電圧と関連付けることによって、異なるビーム電流密度でビーム品質を常に保持することができる。しかしながら、また、ＥＣＥ３４に印加される電圧を変化させることよりもむしろ、ＥＣＥ３４に印加される電圧を、引出し電極２０及び網状格子３２に印加される可変の電圧に対して固定にすることも可能であると考えられる。このような固定の電圧をＥＣＥ３４に印加することは、電子ビーム・エミッタンスの僅かな変更を可能にし、その大きさはオペレータによって所望の値に制御することができる。

また図１に示されているように、集束電極５６が電界エミッタ装置１０に含まれていて、該集束電極５６は電子ビームの断面積を更に圧縮するためにＥＣＥ３４の下流に配置されている。集束電極５６は、ＥＣＥ引出し電極を作動する制御装置（すなわち、制御装置２１，５４）とは別個の制御装置（図示せず）によって作動される。集束電極５６は、その中に形成された開口５８を電子ビーム２８が通過するときに、電子ビーム２８を集束するように機能する。開口５８の寸法及び集束電極５６の厚さは、最大の電子ビーム集束を達成することができるように設計される。その上、開口５８の形状は、ターゲット陽極６２上の所望の焦点スポット６０の形状を制御するように、円形、長方形、或いは他の形状にすることができる。電子ビーム２８が集束されてターゲット陽極６２上に所望の焦点スポット６０を形成するように、集束電極５６に電圧が印加されて静電力によって電子ビーム２８を集束する。図１に示されているように、集束電極５６は、電子ビーム２８を有用な焦点スポット６０に最適に集束することのできる距離（例えば、５〜１５ｃｍ）だけ、ＥＣＥ３４から離隔されている。集束電極５６とＥＣＥ３４との間を離隔させるために、両者の間に所望の厚さのスペーサ素子６４を設置することができる。

ターゲット陽極６２は静止ターゲット又は高出力用の回転ターゲットとすることができる。ターゲット陽極６２は単一のプレートで構成することができ、或いはその代わりに、ターゲット遮蔽体６６によって囲まれたフード付きターゲットで構成することができる。ターゲット遮蔽体６６は、一次電子ビームがターゲット陽極６２に衝突したときにターゲット陽極６２から発生される二次電子ビーム及びイオンを良好に捕捉すると共に、高電圧安定性を改善すると考えられる。

次に図７及び８について説明すると、上記のＥＣＥによって与えられビーム集束の改善を表すグラフを示している。図７は、ＥＣＥを含まない場合の電界エミッタ装置における電子ビーム軌跡の例を表示する。図示の例では、ビーム面積圧縮は約１倍（１ｘ）であって、エミッタ寸法＝０．５ｍｍ（直径）で、スポット寸法＝０．４６ｍｍ（直径）である。ビーム・エミッタンスはターゲット陽極で６．２５ｍｍ−ｍｒａｄに増大する。図８は、上述したＥＣＥのようなＥＣＥを含んでいる電界エミッタ装置における電子ビーム軌跡の例を表示する。図示の例では、電子ビームは、約７０倍（７０ｘ）のビーム面積圧縮によって小さいスポット寸法に集束され、エミッタ寸法＝１ｍｍ（直径）で、スポット寸法＝０．１２ｍｍ（直径）である。ターゲット陽極におけるビーム・エミッタンス増大は、ＥＣＥにより１．２ｍｍ−ｍｒａｄに過ぎない。図７及び８に示された電子ビームの圧縮比及びエミッタンス増大の表示は単なる例に過ぎず、それらはＥＣＥ３４（図１に示す）によって可能となるビーム品質の改善を示すために提供されている。電子ビームについて最大圧縮比をより大きくし且つエミッタンス増大をより小さくすることがＥＣＥによって可能であると考えられる。

次に図９について説明すると、ＣＴシステム用のようなＸ線管１４０を示している。原理では、Ｘ線管１４０は、ハウジング１４６内に収容された陰極組立体１４２及び陽極組立体１４４を含む。陽極組立体１４４は、公知のように、回転陽極円板１５４とこの陽極円板を取り囲む陽極遮蔽体１５６とを回転させるように構成されている回転子１５８を含む。陰極組立体１４２からの電子流１６２が衝突したとき、陽極１５４はそこからＸ線ビーム１６０を放出する。陰極組立体１４２は、支持構造１５０によって所定位置に配置された電子源１４８を含んでいる。電子源１４８は、上述の電界エミッタ装置のような、一次電子流１６２を発生するための電界エミッタ装置１５２の配列体を含む。更に、多数の電子源がある場合、ターゲットは回転ターゲットである必要はない。むしろ、電子ビームが多数の陰極から逐次的にターンオンされる場合、静止ターゲットを使用することが可能である。静止ターゲットは、オイル、水又は他の液体により直接に冷却することができる。

図１０について説明すると、「第３世代」のＣＴスキャナを表すガントリ２１２を含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム２１０を示している。ガントリ２１２は、その周りを回転し且つガントリ２１２の反対側にある検出器組立体又はコリメータ２１８へ向かってＸ線ビーム２１６を投射するＸ線源２１４を持つ。Ｘ線源２１４は、前に述べた実施形態のいずれかにおけるように構成された電界エミッタ利用の陰極を持つＸ線管を含む。ここで図１１を参照して説明すると、検出器組立体２１８は複数の検出器２２０とデータ取得システム（ＤＡＳ）２３２によって形成される。複数の検出器２２０は患者２２２を通過した投射Ｘ線を検知し、ＤＡＳ２３２はそのデータを後続の処理のためにディジタル信号へ変換する。各々の検出器２２０は、入射するＸ線ビームの強度、従って患者２２２を通過した減弱ビームを表すアナログ電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための走査中、ガントリ２１２とその上に取り付けられた構成部品とは回転中心２２４の周りを回転する。

ガントリ２１２の回転及びＸ線源２１４の動作はＣＴシステム２１０の制御機構２２６によって管理される。制御機構２２６は、Ｘ線源２１４へ電力、制御及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置２３０とを含む。Ｘ線制御装置２２８は、好ましくは、所望のＸ線ビーム強度及びタイミングを生成するために電界エミッタ利用のＸ線源２１４に印加する電圧を決定するときに、本発明のＸ線管の電子ビーム増幅特性を考慮するようにプログラムされる。画像再構成装置２３４がＤＡＳ２３２からサンプリングされディジタル化されたＸ線データを受け取って、高速再構成を遂行する。再構成された画像はコンピュータ２３６に対する入力として印加され、該コンピュータは画像を大容量記憶装置２３８に記憶させる。

コンピュータ２３６はまた、コンソール２４０を介してオペレータから指令及び走査パラメータを受け取る。コンソール２４０は、キーボード、マウス、音声作動制御装置、又は任意の他の適当な入力装置のような、或る形態のオペレータ・インターフェースを持つ。関連した表示装置２４２により、オペレータはコンピュータ２３６からの再構成画像及び他のデータを観察することができる。オペレータにより供給された指令及びパラメータは、ＤＡＳ２３２、Ｘ線制御装置２２８及びガントリ・モータ制御装置２３０へ制御信号及び情報を供給するようにコンピュータ２３６によって使用される。更に、コンピュータ２３６は、モータ駆動テーブル２４６を制御して患者２２２及びガントリ２１２を位置決めするテーブル・モータ制御装置２４４を動作させる。具体的に述べると、テーブル２４６は患者２２２を図９のガントリ開口２４８の中へ全体的に又は部分的に移動させる。

６４スライスの「第３世代」のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムについて述べたが、当業者には、本発明の実施形態が電子銃利用のシステム、Ｘ線投影イメージング、荷物検査システム、並びに他のマルチスライスＣＴ構成又はシステム又は逆ジオメトリＣＴ（ＩＧＣＴ）システムのような、他のイメージング・モダリティに使用するために等しく適用可能であることが理解されよう。また更に、本発明をＸ線の発生、検出及び／又は変換に関連して説明した。しかしながら、当業者には、本発明がまた他の高周波電磁エネルギの発生、検出及び／又は変換のために適用可能であることが理解されよう。

従って、本発明の一実施形態によれば、電子銃が、電子ビームを発生するように構成されているエミッタ素子と、前記エミッタ素子に隣接して配置されて、そこから電子ビームを引き出す引出し電極とを含み、該引出し電極はそれを貫通する開口を含む。電子銃はまた、前記引出し電極の前記開口の中に配置されて、前記エミッタ素子の表面の電界の強度及び一様性を増強する網状格子と、前記網状格子の前記エミッタ素子側とは反対の側で前記網状格子に隣接して配置されて、電子ビームのエミッタンス増大を制御するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）とを含む。

本発明の別の実施形態によれば、陰極組立体が、基板と、該基板に隣接して配置されていて、中に網状格子を配置した開口を持つ引出し素子と、前記基板と前記引出し素子との間の絶縁層とを含み、前記絶縁層は前記引出し素子内の前記開口と概ね整列した空洞を持つ。陰極組立体はまた、前記絶縁層の空洞内に配置された電界エミッタ素子であって、放出電圧が前記引出し素子との間に印加されているときに電子流を放出するように構成されている電界エミッタ素子と、前記引出し素子の下流に配置されていて、空間及びモーメント位相空間内で電子ビームを圧縮するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）とを含む。

本発明の更に別の実施形態によれば、多重スポットＸ線源が、少なくとも１つの電子ビームを発生するように構成されている複数の電界エミッタ装置と、少なくとも１つの電子ビームの通路内に配置されていて、電子ビームが衝突したときにＣＴイメージング処理に使用するための高周波電磁エネルギのビームを放出するように構成されているターゲット陽極とを含む。複数の電界エミッタ装置の各々は、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）エミッタ素子と、ＣＮＴエミッタ素子から電子ビームを引き出すためのゲート電極とを含み、該ゲート電極は電子ビーム通路内に配置された網状格子を含む。複数の電界エミッタ装置の各々は、更に、前記エミッタ素子から電子ビームを受け取って、該電子ビームを集束してターゲット陽極上に焦点スポットを形成するように配置された集束素子と、前記網状格子と前記集束素子との間に配置されていて、電子ビーム・エミッタンス増大を制御するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）とを含む。

以上、本発明を限られた数の実施形態に関してのみ詳しく説明したが、本発明はこのような開示した実施形態に制限されないことが直ぐに理解されよう。むしろ、本発明は、これまで説明していないが、本発明の精神及び範囲に相応する任意の多数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れるように修正することができる。また、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の様々な面によっては、説明した実施形態の幾分かのみを含むことができることに理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって制限されると見なすべきではなく、特許請求の範囲によって制限されるものである。

１０電子発生装置
１１電界エミッタ装置
１２基板層
１４誘電体フィルム
１６絶縁層
１８開口
２０引出し電極
２１制御装置
２２空洞
２４開口
２６電子エミッタ素子
２８電子ビーム
３２網状格子
３３間隙
３４エミッタンス補償電極（ＥＣＥ）
３６開口
３８角度の付いた表面
４０二次格子
４２開口
４４開口
５０炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）
５２ＣＮＴグループ
５４制御装置
５６集束電極
５８開口
６０焦点スポット
６２ターゲット陽極
６４スペーサ素子
１４０Ｘ線管
１４４陽極組立体
１４８電子源
１５０支持構造
１５２電界エミッタ装置
１５４回転陽極円板
１５６陽極遮蔽体
１５８回転子
１６０Ｘ線ビーム
１６２一次電子流
２１０コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム
２１２ガントリ
２１４Ｘ線源
２１６Ｘ線ビーム
２１８コリメータ
２２０検出器
２２２患者
２２４回転中心
２２６制御機構
２３２データ取得システム（ＤＡＳ）
２４２表示装置
２４８ガントリ開口

Claims

電子ビーム（２８）を発生するように構成されているエミッタ素子（２６）と、
前記エミッタ素子（２６）に隣接して配置されて、そこから電子ビーム（２８）を引き出す引出し電極（２０）であって、それを貫通する開口（２４）を含んでいる引出し電極（２０）と、
前記引出し電極（２０）の前記開口（２４）の中に配置されて、前記エミッタ素子（２６）の表面の電界の強度及び一様性を増強する網状格子（３２）と、
前記網状格子（３２）の前記エミッタ素子（２６）側とは反対の側で前記網状格子（３２）に隣接して配置されて、電子ビーム（２８）のエミッタンス増大を制御するように構成されているエミッタンス補償電極（ＥＣＥ）（３４）と、
を有している電子銃（１０）。
前記ＥＣＥ（３４）は、電子ビーム（２８）が該ＥＣＥ（３４）を通過できるようにする開口（３６）を含んでいる、請求項１記載の電子銃（１０）。
前記開口（３６）は角度の付いた開口（３８）を有している、請求項２記載の電子銃（１０）。
前記ＥＣＥ（３４）は更に、前記開口（３６）内に配置された二次格子（４０）を有しており、前記二次格子（４０）はその中に、電子ビーム（２８）の通路に沿って前記網状格子（３２）内の開口（４４）と整列する複数の開口（４２）を含んでいる、請求項２記載の電子銃（１０）。
更に、前記引出し電極（２０）及び前記ＥＣＥ（３４）の内の少なくとも一方に電圧を印加するように構成されている制御装置（２１，５４）を有している請求項１記載の電子銃（１０）。
前記制御装置（２１）は、電子ビームにおける電流密度を変調するために前記引出し電極に印加される電圧を変化させるように構成されている、請求項５記載の電子銃（１０）。
前記制御装置（５４）は、電子ビーム（２８）におけるエミッタンス増大を制御するために前記ＥＣＥ（３４）に印加される電圧を変化させるように構成されている、請求項５記載の電子銃（１０）。
前記制御装置（５４）は、前記引出し電極（２０）に可変の電圧が印加されたとき電子ビーム（２８）のエミッタンス増大が変化するように、前記ＥＣＥ（３４）に一定の電圧を印加するように構成されている、請求項５記載の電子銃（１０）。
更に、前記ＥＣＥ（３４）を通過した後の電子ビーム（２８）を受け取るように配置されていて、電子ビーム（２８）を集束してターゲット陽極（６２）上に焦点スポット（６０）を形成するように構成されている集束電極（５６）を含んでいる請求項１記載の電子銃（１０）。
前記集束電極（５６）は、電子ビーム（２８）の断面積を圧縮するように構成されている、請求項９記載の電子銃（１０）。