JP2017500721A - 放出特性を調整できる平板エミッタを有し、かつ磁気走査及び磁気収束を行うx線管 - Google Patents
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Abstract
Description
本技術の種々実施形態は、真空筐体を有する種類のx線管に関するものであり、この真空筐体内に、陰極及び陽極が配置される。陰極は電子エミッタを含み、電子エミッタは、電子を電子ビームの形態で放出し、電子ビームは、エミッタの放出面に略垂直に放出され、そして電子は、陰極と陽極との間の電圧差により加速されて、収束スポットと表記される電子領域の陽極のターゲット面に衝突する。種々実施形態は更に、電子ビーム収束部及び/または電子ビーム走査部を含み、電子ビーム収束部及び/または電子ビーム走査部は:(1)電子ビームを偏向させて、または走査させて、陽極ターゲット上の収束スポットの位置を変更することにより;かつ/または(2)電子ビームを収束させて収束スポットの寸法を変更することにより電子ビームを操作するように構成される。異なる実施形態は、磁気システムのような収束部及び/または走査部の異なる構造を利用し、磁気システムとして、コイル部品により四極子及び/または二極子として形成される電磁石群からなる複合磁性体を挙げることができ、コイル部品には、電流が流れ、かつコイル部品は、適切な材料により構成されるキャリア/ヨークに配置される。
図2Bは、陰極機構10の一部分を示しており、この部分は、電子エミッタ22が陰極ヘッド15の端部に位置する構成の陰極ヘッド15を有することにより、電子エミッタの向きが陽極14を向くように、または陽極を指すように設定されている(向きに関しては、図1C及び図2Aを参照)。陰極ヘッド15は、エミッタ領域23を有するヘッド面19を含むことができ、エミッタ領域23は、ヘッド面19の凹部として形成され、この凹部は、電子エミッタ22を収容するように構成され、電子エミッタ22は更に、電子エミッタ22の第1リード27aを収容するように構成される第1リード収容部25aと、電子エミッタ22の第2リード27bを収容するように構成される第2リード収容部25bと、を含む(第1リード27a及び第2リード27bについては図2Cを参照)。エミッタ領域23は、平坦面のような種々の形状を有するか、または電子エミッタ22を収容する形状に形成される図示の凹部を有することができ、第1リード収容部25a及び第2リード収容部25bは、陰極ヘッド15の本体の内部に延在する導管とすることができる。ヘッド面19は更に、電子エミッタ22の両側に位置する電子ビーム収束装置11を含む。
表1
表2
上に説明したように、特定の実施形態は電子ビーム操作用偏向器を含み、この電子ビーム操作用偏向器により、電子ビームを走査させる、かつ/または収束させることにより、陽極ターゲット上の収束スポットの位置及び/またはサイズ、及び形状を制御することができる。1つの実施形態では、この操作は、電子ビーム経路に配置される2段の磁場四極子として実現される磁気システムにより行われる。例えば、1つの実施形態では、2段の四極子を使用して、電子ビームの走査及び収束を同時に行う。この手法では、磁場の収束は、両方の段の四極子(陽極側の四極子、及び陰極側の四極子)で行われ、電子ビーム走査用磁場は、これらの四極子のうちの一方の段の四極子(例えば、陽極側の四極子)から発生する。別の構成として、磁場の走査は、一方の方向に一方の段の四極子で行うことができ、他方の方向に他方の段の四極子で行うことができる。このようにして、ビーム収束及び走査は、四極子のみを使用して同時に行うことができる。この特定の手法では、コイル−各運動方向に対応する2つのコイル−をコア/ヨークに追加することにより、例えば磁場二極子を形成してビームを走査させる必要を無くすことができる。
更に別の例示的な実施形態では、x線管の電子ビーム経路に配置される2段の磁場四極子、及び2つの二極子として実現される磁気システムが提供される。上に説明した実施形態と同様に、2段の磁場四極子は、電子ビーム経路を、ビーム経路に垂直な両方向に収束させるように構成される。しかしながら、二極子を、上に説明したように、四極子コイルを利用して作用させるのではなく、2つの二極子を共配置して(これらの四極子コアの一方の四極子コアに配置して)、ビームを、ビーム経路に垂直な両方向(『x』方向及び『y』方向)に走査させる。この場合も同じように、2段の四極子が四極子磁気レンズ(「doublet(ダブレット)」と表記される場合がある)を形成し、収束は、ビームが四極子レンズを通過すると行われる。走査が、コアのこれらの磁極突起のうちの1つの磁極突起に巻回されるコイルによって構成される2つの二極子で行われるのに対し、四極子コイル(同じ突起/磁極に巻回される)は、収束コイル電流を維持する。電子ビームの走査(及び、結果的に生じる収束スポットのシフト)は、適切なコイル対を励磁することにより行われ、かつ1軸方向に、または合成軸方向に行うことができる。1つの実施形態では、第1段の四極子を使用して第1方向の収束を行い、2つの二極子を有する第2段の四極子を使用して第2方向の収束を行うだけでなく、両方向の走査を行う。
Claims (22)
- 平面内で第1エミッタ端部から第2エミッタ端部まで両端間に一体的に接続されて平板パターンを形成する複数の長尺横木部材と、
複数のコーナー部であって、各長尺横木部材が、別の長尺横木部材に前記複数のコーナー部のうちの1つのコーナー部を介して接続され、各コーナー部が、コーナー頂点部及び反対側のコーナー奥底部を、前記複数の長尺横木部材のうちの接続横木部材と接続横木部材との間に有する、前記複数のコーナー部と、
前記複数の長尺横木部材のうちの隣接する非接続横木部材と非接続横木部材との間の第1ギャップであって、該第1ギャップが、前記第1エミッタ端部から中間横木部材まで延在する、前記第1ギャップと、
前記複数の長尺横木部材のうちの隣接する非接続横木部材と非接続横木部材との間の第2ギャップであって、該第2ギャップが、前記第2エミッタ端部から前記中間横木部材まで延在し、前記第1ギャップが前記第2ギャップと交差しない、前記第2ギャップと、
前記コーナー頂点部と前記コーナー奥底部との間にあって、前記複数のコーナー部のうちの1つ以上のコーナー部に位置する、または前記コーナー奥底部に位置する1つ以上の切欠き部と、を備える、電子エミッタ。 - 前記コーナー頂点部と前記コーナー奥底部との間の各コーナー部の1つ以上の本体部分であって、前記1つ以上の切欠き部を除く前記1つ以上の本体部分は、一体となってウェブ寸法を画定し、各長尺横木部材は横木部材幅寸法を有し、前記ウェブ寸法は、前記コーナー部に位置する前記接続長尺横木部材の前記横木部材幅寸法の10%以内の差に収まる、請求項1に記載のエミッタ。
- 前記第1端部から前記中間横木部材に至るまで、前記第1ギャップは、複数の第1ギャップ部を有し、各第1ギャップ部はギャップ部幅を有し、各ギャップ部幅は、前記エミッタが非放出温度になっているとき、及び電子放出温度になっているときに前記第1ギャップを維持する寸法を有し、前記第2端部から前記中間横木部材に至るまで、前記第2ギャップは、複数の第2ギャップ部を有し、各第2ギャップ部はギャップ部幅を有し、各ギャップ部幅は、前記エミッタが前記非放出温度になっているとき、及び前記電子放出温度になっているときに前記第2ギャップを維持する寸法を有する、請求項1に記載のエミッタ。
- 前記第1ギャップは、前記第1端部から前記中間横木部材まで、時計回り方向または反時計回り方向に延在し、前記第2ギャップは、前記中間横木部材から前記第2端部まで、時計回り方向または反時計回り方向の他方の方向に延在して、前記第1ギャップと反対向きに延在する、請求項1に記載のエミッタ。
- 前記複数の長尺横木部材の第1部分は第1横木部材幅寸法を有し、前記複数の長尺横木部材の第2部分は、異なる第2横木部材幅寸法を有する、請求項1に記載のエミッタ。
- 前記第1ギャップ部群のうちの2つ以上の第1ギャップ部は、異なるギャップ部幅寸法を有し、前記第2ギャップ部群のうちの2つ以上の第2ギャップ部は、異なるギャップ部幅寸法を有する、請求項3に記載のエミッタ。
- 前記第1エミッタ端部から数えて第1及び第2の横木部材は、第1横木部材幅寸法を有し、前記第2横木部材から先の前記中間横木部材までの他の横木部材は、前記第1横木部材幅寸法とは異なる1種類以上の横木部材幅寸法を有し、前記第2エミッタ端部から数えて最後の横木部材、及び最後から2番目の横木部材は、前記第1横木部材幅寸法を有し、最後から2番目の前記横木部材から先の前記中間横木部材までの間の他の横木部材は、前記第1横木部材幅寸法とは異なる1種類以上の横木部材幅寸法を有する、請求項1に記載のエミッタ。
- 前記複数の長尺横木部材の各長尺横木部材は平坦面を有し、該平坦面は、複数の平坦面と一体となって、平板パターンの形状の平板放出面を形成する、請求項1に記載のエミッタ。
- 第1長尺横木部材に前記第1端部で接続される第1長尺脚部と、最後の長尺横木部材に前記第2端部で接続される第2長尺脚部と、を備え、前記第1長尺脚部及び前記第2長尺脚部は、前記平板放出面と所定の角度をなす、請求項8に記載のエミッタ。
- 電子エミッタを設計する方法であって、該方法は
電子エミッタからの電子放出の所望の断面プロファイルを導出して、前記電子エミッタのパラメータをコンピュータに入力するステップであって、前記電子エミッタが
両端間に、かつコーナー部で一体的に接続される複数の長尺横木部材であって、各コーナー部が、コーナー頂点部及び反対側のコーナー奥底部を有し、各長尺横木部材が横木部材幅寸法を有する、前記複数の長尺横木部材と、
前記第1エミッタ端部から中間横木部材までの隣接する非接続長尺横木部材と非接続長尺横木部材との間の第1ギャップであって、該第1ギャップが複数の第1ギャップ部を含み、各第1ギャップ部が第1ギャップ部幅を有する、前記第1ギャップと、
前記第2エミッタ端部から前記中間横木部材までの隣接する非接続長尺横木部材と非接続長尺横木部材との間の第2ギャップであって、該第2ギャップが複数の第2ギャップ部を含み、各第2ギャップ部が第2ギャップ部幅を有する、前記第2ギャップと、
前記コーナー頂点部と前記コーナー奥底部との間の各コーナー部の1つ以上の本体部分であって、該1つ以上の本体部分が一体となって、各コーナー部のウェブ寸法を画定する、前記1つ以上の本体部分と、を備える、前記入力するステップと、
放出を前記所望の断面プロファイルで行う前記電子エミッタの所望の温度プロファイルを導出するステップと、
所定の電流を前記電子エミッタに流した状態で前記所望の温度プロファイルを実現する所望のエミッタ寸法を前記コンピュータで、前記電子エミッタの前記入力パラメータに基づいて決定するステップと、を含み、前記エミッタ寸法は
各横木部材幅寸法、
各第1ギャップ部寸法、
各第2ギャップ部寸法、及び
各ウェブ寸法、
を含む、方法。 - 前記電子エミッタのエミッタパターンを前記コンピュータに入力するステップであって、前記エミッタパターンが前記エミッタ寸法を含む、前記入力するステップと、
前記所定の電流を流した状態の前記エミッタパターンの前記温度プロファイルを前記コンピュータでシミュレーションするステップと、
前記エミッタパターンが、前記所定の電流を流した状態で前記所望の温度プロファイルを有するかどうかを判断するステップと、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - (a)前記エミッタ寸法のうちの1種類以上のエミッタ寸法を、前記コンピュータで変更して、繰り返しエミッタ寸法を有する繰り返しエミッタパターンを取得するステップと、
(b)前記所定の電流を流した状態の前記繰り返しエミッタパターンの前記温度プロファイルを前記コンピュータでシミュレーションするステップと、
(c)前記繰り返しエミッタパターンが、前記所定の電流を流した状態で前記所望の温度プロファイルを有するかどうかを判断するステップと、前記繰り返しエミッタパターンが前記所望の温度プロファイルを有していない場合に、ステップ(a)〜(c)を繰り返すステップと、
を更に含む、請求項11に記載の方法。 - 前記ウェブ横木部材寸法をエミッタパターンに一致するように設定するステップと、
前記ウェブ寸法を変化させて前記所望の温度プロファイルを取得するステップと、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 前記ウェブ横木部材寸法をエミッタパターンに一致するように設定するステップと、
前記ウェブ寸法を変化させて、前記所望の温度プロファイルとは異なる第1温度プロファイルを取得するステップと、
前記ウェブ寸法を変化させて前記所望の温度プロファイルを取得した後に、前記横木部材幅寸法を変化させるステップと、を更に含む、請求項10に記載の方法。 - エミッタ寸法を各横木部材幅寸法、各第1ギャップ部寸法、及び各第2ギャップ部寸法に対応して設定するステップと、
各ウェブ寸法を変化させて前記所望の温度プロファイルを取得するステップと、を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 前記所望の温度プロファイルに対応するシミュレーションによる温度プロファイルを前記コンピュータで実現するステップと、
前記シミュレーションによる温度プロファイルを実現した前記エミッタパターンを有する物理的なエミッタパターンを製造するステップと、
前記物理的なエミッタパターンを、所定の電流を流した状態で調査するステップと、
前記物理的なエミッタパターンの前記温度プロファイルを測定するステップと、を更に含む、請求項11に記載の方法。 - 前記物理的な電子エミッタの前記温度プロファイルが前記所望の温度プロファイルに一致する場合に、前記物理的な電子エミッタをx線管に取り付けるステップを更に含む、または
前記物理的な電子エミッタの前記温度プロファイルが前記所望の温度プロファイルに一致しない場合、前記方法は
(a)前記エミッタ寸法のうちの1種類以上のエミッタ寸法を変更して、繰り返しエミッタ寸法を有する繰り返しエミッタパターンを取得するステップと、
(b)前記所定の電流を流した状態の前記繰り返しエミッタパターンの前記温度プロファイルを前記コンピュータでシミュレーションするステップと、
(c)前記繰り返しエミッタパターンが、前記所定の電流を流した状態で前記所望の温度プロファイルを有するかどうかを判断し、前記繰り返しエミッタパターンが前記所望の温度プロファイルを有していない場合に、ステップ(a)〜(c)を繰り返すステップと、
を更に含む、請求項16に記載の方法。 - 前記所望の温度プロファイルの複数の温度ポイントを取得するステップと、
前記所定の電流を流した状態の前記エミッタパターンの前記温度プロファイルを前記コンピュータでシミュレーションして、シミュレーションによる前記温度プロファイルのシミュレーションによる複数の温度ポイントを取得するステップと、
前記複数の温度ポイントを、シミュレーションによる前記複数の温度ポイントと比較するステップと、
前記複数の温度ポイントが、シミュレーションによる前記複数の温度ポイントに略一致する場合に、前記エミッタパターンを選択するステップと、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 電子エミッタを製造する方法であって、該方法は
板状の電子エミッタ材料を取得するステップと、
電子エミッタパターンを取得するステップと、
前記電子エミッタパターンをレーザ加工により前記電子エミッタ材料に転写することにより形成するステップと、を含み、前記電子エミッタパターンは
平面内で第1エミッタ端部から第2エミッタ端部まで両端間に一体的に接続されて平板パターンを形成する複数の長尺横木部材と、
複数のコーナー部であって、各長尺横木部材が、別の長尺横木部材に前記複数のコーナー部のうちの1つのコーナー部を介して接続され、各コーナー部が、コーナー頂点部及び反対側のコーナー奥底部を、前記複数の長尺横木部材のうちの接続横木部材と接続横木部材との間に有する、前記複数のコーナー部と、
前記複数の長尺横木部材のうちの隣接する非接続長尺横木部材と非接続長尺横木部材との間の第1ギャップであって、該第1ギャップが、前記第1エミッタ端部から中間横木部材まで延在する、前記第1ギャップと、
前記複数の長尺横木部材のうちの隣接する非接続長尺横木部材と非接続長尺横木部材との間の第2ギャップであって、該第2ギャップが、前記第2エミッタ端部から前記中間横木部材まで延在し、前記第1ギャップが前記第2ギャップと交差しない、前記第2ギャップと、
前記コーナー頂点部と前記コーナー奥底部との間の前記複数のコーナー部のうちの1つ以上のコーナー部に位置する、または前記コーナー奥底部に位置する1つ以上の切欠き部と、を含む、方法。 - 前記エミッタパターンが、所定の電流を流した状態で所望の温度プロファイルを実現することを確認するステップを更に含む、請求項19に記載の方法。
- 電子を電子エミッタから不均一に放出させる方法であって、該方法は
前記複数の長尺横木部材で形成される平板エミッタ表面を有する請求項1に記載の前記電子エミッタを設けるステップと、
不均一な電子ビームを前記平板エミッタ表面から垂直な方向に放出させるステップと、を含む、方法。 - エミッタを含む陰極であって、前記エミッタが、電子ビームの電子を不均一に放出するように構成される略平板面を有する、前記陰極と、
放出した前記電子が入射するように構成される陽極と、
第1ヨークに形成される第1段の磁場四極子であって、該第1段の磁場四極子が、四極子磁場勾配を有することにより、前記電子ビームを第1方向に収束させて、前記電子ビームを前記第1方向に垂直な第2方向にデフォーカスさせる、前記第1段の磁場四極子と、
第2ヨークに形成される第2段の磁場四極子であって、該第2段の磁場四極子が、四極子磁場勾配を有することにより、前記電子ビームを前記第2方向に収束させて、前記電子ビームを前記第1方向にデフォーカスさせ、前記第1段の磁場四極子及び前記第2段の磁場四極子を組み合わせた複合四極子が、正味の収束効果を、前記電子ビームの収束スポットの第1方向及び第2方向の両方向に発現させる、前記第2段の磁場四極子と、
前記電子ビームを偏向させて、前記電子ビームの前記収束スポットをターゲット上でシフトさせるように構成される磁場二極子であって、該磁場二極子が、前記第1ヨークに形成される、前記第2ヨークに形成される、または前記第1ヨーク及び前記第2ヨークの両方のヨークに形成される、前記磁場二極子と、を備える、x線管。
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