KR20160084835A

KR20160084835A - X선장치 및 이를 구비한 ct장비

Info

Publication number: KR20160084835A
Application number: KR1020167008289A
Authority: KR
Inventors: 후아핑 탕; 추안시앙 탕; 화이비 첸; 웬휘 후앙; 후아위 쟝; 슈신 젱; 진셍 리우
Original assignee: 눅테크 컴퍼니 리미티드; 칭화대학교
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-07-14
Also published as: RU2016112575A; JP2016533020A; US9653247B2; US20150078509A1; PL2860751T3; HK1204198A1; JP6259524B2; EP2860751A1; KR101897113B1; RU2690024C2; ES2759205T3; WO2015039594A1; CN104470177A; EP2860751B1; CN104470177B

Abstract

본 발명은 2차원 분산형 X선장치에 관한 것으로, 4면이 밀봉되고 내부가 고진공인 진공박스(3); 진공박스(3)의 박스벽의 1개 평면에 2차원 배열의 방식으로 배치된 복수의 전자방출유닛(1); 복수의 전자방출유닛(1)과 대응되는 타겟(202)을 구비하여, 진공박스(3) 내에서 복수의 전자방출유닛이 위치되는 평면과 평행한 방식으로 배치된 양극(2); 양극(2)과 연결되는 고압전원(702), 복수의 전자방출유닛(1) 각각과 연결되는 필라멘트 전원(704), 복수의 전자방출유닛(1) 각각과 연결되는 그리드 제어장치(703) 및 각 전원을 제어하는 제어시스템(701)을 구비하는 전원 및 제어시스템을 구비하고, 양극은, 금속으로 제조되고 전자방출유닛(1)의 상면에 평형되는 양극판(201); 양극판(201)에 장착되고, 각각 전자방출유닛(1)의 위치와 대응되는 방식으로 배치된 복수의 타겟(202)을 포함하고, 타겟(202)의 저면은 양극판(201)과 연결되고, 윗면은 양극판(201)과 소정의 각도를 형성한다.

Description

X선장치 및 이를 구비한 CT장비{X-RAY DEVICE AND CT DEVICE HAVING SAID X-RAY DEVICE}

본 발명은 분산형 X선을 생성하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, X선 광원장비에 있어서, 2차원으로 복수의 독립적인 전자방출유닛(electron transmitting unit)을 배치하고 양극에 복수의 대응하는 타겟을 장착하며, 또한 음극제어 또는 그리드제어를 통하여 예정된 순서로 초점위치를 변환시키는 X선의 2차원 어레이 분산형 X선장치(two dimensional array distributed x-ray apparatus) 및 이를 구비한 CT장비에 관한것이다.

일반적으로, X선 광원은 X선을 생성시키는 설비를 의미하고, 통상적으로 X선관, 전원과 제어시스템, 냉각 및 차폐 등의 보조장치로 구성되고, 핵심은 X선관이다. X선관은 통상적으로 음극, 양극, 유리 또는 세라믹 하우징으로 구성된다. 음극은 직열식 나선 텅스텐 필라멘트로, 작동시 전류로 고온상태까지 가열되어 열방출 전자빔을 생성시키고, 음극은 선단이 슬릿(slit)된 금속커버에 의하여 둘러싸이고 금속커버는 전자를 집속focusing）시킨다. 양극은 구리의 단면에 인서트된 텡스텐 타겟으로, 작동시 양극과 음극 사이에 고압을 인가하여 음극에서 생성한 전자가 전기장의 작용하에서 가속 운동하여 양극으로 날아가 타겟면을 충격하여 X선을 생성시킨다

X선은 공업상에서 비파괴검사, 안전점검, 의학진단과 의료 등의 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 특히, X선의 고투과성능을 이용하여 제조된 X선투시영상장비는 사람들의 일상생활의 여러 방면에서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 장비로 초기에는 필름형 평면투시 영상장비이고, 현재는 디지털화, 다 시각이면서 고해상도의 입체 영상장비이며, 예를들면 고화질의 3차원 입체도형(praphs) 또는 절편이미지(slice image)를 획득할수 있는 CT(computed tomography)이고, 이는 진보적이고 고급적인 응용이다.

현재의 CT장비에서 X선 소스(X-ray source)과 디텍터(detector)는 슬립링(slip ring)에서 움직여야 하고, 검사속도를 향상시키기 위하여 통상적으로 X선 소스와 탐지기의 움직임 속도가 매우 빠르기 때문에 장비 전체의 신뢰성과 안정성이 저하된다. 또한 움직임 속도의 제한으로 인해, CT의 검사속도도 제한된다. 따라서 CT장비에서 위치의 이동이 없이 다 시각(multiple viewing)의 X선을 생성할 수 있는 X선 소스가 필요하다.

종래의 CT장비에서의 슬립링에 따른 신뢰성, 안정성 문제와 검사속도 문제 및 양극 타겟(anode target) 내열 문제를 해결하기 위하여, 선행 특허문서에서 다양한 방법을 제공하였다. 예를들면, 회전타겟(rotating target) X선 소스는 양극타겟의 과열 문제를 일정 정도 해결할 수 있으나, 그 구조가 복잡하고, 또한 X선을 생성하는 타겟점(target spot)이 X선 소스 전체에 비하여 여전히 1개의 특정된 타겟점 위치이다. 예를 들면, 어떠한 기술은 고정불변한 X선 소스의 다 시각을 구현하기 위하여, 하나의 원주에 긴밀히 배열된 복수의 독립적인 종래의 X선 소스로 X선 소스의 움직임을 대체하는 것으로서, 이는 다 시각을 구현할 수 있지만, 원가가 높고, 여러 시각의 타겟 간격이 크기에 화질(입체 해상도)이 매우 낮다. 또한 특허문서 1(US4926452)에서 분산형 X선을 생성하는 광원 및 방법을 제시하였으며, 양극 타겟이 매우 넓은 면적을 구비하여 타겟의 과열문제가 완화되고, 또한 타겟점 위치가 원주에 따라 변화되어 다 시각을 형성할 수 있다. 또한, 특허문서 1은 가속화된 고에너지 전자빔을 스캔하여 편향시키는 것으로, 비록 이는 제어하기 힘들고 타겟점 위치가 분리되지 않고 또한 반복성(repeatability)이 약한 문제가 존재하지만, 여전히 분산형 광원을 생성할 수 있는 유효적인 방법이다. 또한 특허문서 2(US20110075802)와 특허문서 3(WO2011/119629)에서는 분산형 X선을 생성하는 광원 및 방법을 제시하였으며, 양극 타겟이 매우 큰 면적을 구비하여 타겟 과열문제를 완화시키고, 또한 타겟점 위치는 분산되어 고정되고 어레이식으로 배열되어 다 시각을 형성할 수 있다. 또한, 냉음극(cold cathode)으로 탄소 나노튜브를 사용하고, 냉음극을 어레이식으로 배열하여 음극-그리드 사이의 전압으로 전계 방출을 제어함으로써 각 음극이 순서에 따라 전자를 방출하도록 제어하고, 양극에서 상응한 순서위치에 따라 타겟점을 충격함으로써 분산형 X선 소스로 된다. 하지만, 생산공정이 복잡하고 탄소 나노튜브의 방출성능과 수명이 낮은 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광원을 이동하지 않고도 다 시각(multiple viewing angles)의 X선을 생성할 수 있어, 구조의 단순화, 시스템 안정성, 신뢰성의 향상, 검사효율의 향상에 유리한 2차원 어레이 분산형 X선장치 및 이를 구비한 CT장비를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 4면이 밀봉되고 내부가 고 진공인 진공박스(vacuum box); 상기 진공박스의 박스벽의 한 평면에 2차원 배열의 방식으로 배치된 복수의 전자방출유닛; 상기 진공박스 내에 상기 복수의 전자방출유닛이 위치된 평면과 평행한 방식으로 배치된 양극; 상기 양극과 연결되는 고압전원, 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 필라멘트(filament) 전원, 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 그리드 제어장치 및 각 전원을 제어하는 제어시스템을 구비하는 전원 및 제어시스템을 구비하고, 상기 양극은, 금속재료로 제조되고 상기 전자방출유닛의 상면에 평행한 양극판(anode plate); 상기 양극판에 장착되고 각각 상기 전자방출유닛의 위치와 대응되는 방식으로 배치된 복수의 타겟을 포함하고, 상기 타겟의 저면은 상기 양극판과 연결되고 윗면은 상기 양극판과 소정의 각도를 형성하는 2차원 어레이 분산형 X선장치를 제공한다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 타겟은 원형원추대(circular truncated cone) 구조, 사각대(quadrate platform) 구조，다각뿔대(multi-edge platform) 구조 또는 기타 다각형 돌기(polygon protrusions) 또는 기타 불규칙적인 돌기(irregular protrusion)이다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 타겟은 원주대(platform of circular column) 구조, 각형기둥 플랫폼(platform of square column) 구조, 또는 기타 다각형 기둥 플랫폼(platform of polygon column) 구조이다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 타겟은 구면 구조이다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 타겟의 윗면은 평면, 경사면, 구면 또는 기타 불규칙적인 표면이다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전자방출유닛은 필라멘트; 상기 필라멘트와 연결되는 음극; 개구를 구비하고 상기 필라멘트와 상기 음극을 둘러싸는 절연 지지대; 상기 필라멘트의 양단으로부터 인출되는 필라멘트 리드(filament lead); 상기 음극과 대향하는 방식으로 상기 음극의 상방에 배치되는 그리드; 상기 절연 지지대와 연결되며 상기 전자방출유닛을 상기 진공박스의 벽에 장착하여 진공의 밀봉 연결을 형성하는 연결 고정부재를 구비하고, 상기 그리드는 금속으로 제조되고 중간에 홀이 형성된 그리드 프레임과; 금속으로 제조되고 상기 그리드 프레임의 상기 홀의 위치에 고정된 그리드 메쉬; 및 상기 그리드 프레임으로부터 인출되는 그리드 리드를 구비하고, 상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드가 상기 절연 지지대를 관통하여 전자방출유닛 외부로 인출되고, 상기 필라멘트 리드는 상기 필라멘트 전원과 연결되고, 상기 그리드 리드(grid lead)는 상기 그리드 제어장치와 연결된다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 하단 가장자리에 연결되고, 상기 전자방출유닛의 음극단은 상기 진공박스 내에 위치하고, 상기 전자방출유닛의 리드 단은 상기 진공박스 외부에 위치한다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 상단에 연결되고, 상기 전자방출유닛 전체는 상기 진공박스 외부에 위치한다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전자방출유닛은 절연 골격판(insulated frame plate), 그리드판, 그리드 메쉬, 및 그리드 리드로 구성된 평판 그리드(flat grid); 복수의 음극구조로 긴밀하게 배열되어 구성되고 각 음극구조는 필라멘트, 상기 필라멘트와 연결된 음극, 상기 필라멘트의 양단으로부터 인출된 필라멘트 리드, 상기 필라멘트 및 상기 음극을 둘러싸는 절연 지지대로 구성된 음극 어레이를 포함하며, 상기 그리드판은 상기 절연 골격판에 설치되고 상기 그리드 메쉬는 상기 그리드판에 형성된 홀의 위치에 설치되고, 상기 그리드 리드는 상기 그리드판으로부터 인출되고, 상기 평판 그리드는 상기 음극 어레이의 상방에 위치하고 수직방향에서 상기 각 그리드 메쉬의 중심은 상기 음극의 중심과 쌍을 이루어 중첩되고, 상기 평판 그리드와 상기 음극 어레이는 상기 진공박스 내에 위치하고, 상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드는 각각 상기 진공박스의 박스벽에 설치된 필라멘트 리드 전이 단자(transition terminal)와 그리드 리드 전이 단자를 통하여 상기 진공박스 외부에 인출된다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서. 상기 진공박스는 유리 또는 세라믹으로 제조된다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 진공박스는 금속재료로 제조된다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 양극과 상기 고압전원의 케이블을 연결시키고 상기 진공박스의 상기 양극에 근접한 일단의 측벽에 장착된 고압전원 연결장치; 상기 필라멘트와 상기 필라멘트 전원을 연결하기 위한 필라멘트전원 연결장치; 상기 전자방출유닛의 상기 그리드와 상기 그리드 제어 장치를 연결하기 위한 그리드 제어장치 연결장치; 상기 전원 및 제어시스템 내에 포함되는 진공전원; 상기 진공박스의 측벽에 장착되고 상기 진공전원을 사용하여 작동하며 상기 진공박스 내의 고진공을 유지하는 진공장치를 더 구비한다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛의 2차원 어레이 배열은 두 방향에서 모두 직선에 따라 연장된다.

본 발명에 따른 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛의 2차원 어레이 배열은 한 방향에서는 직선으로 연장되고 다른 한 방향에서는 원호로 연장된다.

본 발명의 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 그리드 제어장치는 컨트롤러, 부 고압모듈(negative high voltage module), 정 고압모듈(positive high voltage module) 및 복수의 고압 스위치소자를 포함하고, 상기 복수의 고압 스위치소자마다 적어도 1개의 제어단, 2개의 입력단 및 1개의 출력단를 포함하며, 각 단자 사이의 내압(withstand voltage)은 적어도 상기 부 고압모듈과 상기 정 고압모듈 사이의 최대전압보다 커야 하며, 상기 부 고압모듈은 상기 복수의 고압 스위치소자 각각의 1개 입력단에 안정적인 부 고압을 제공하고, 상기 정 고압모듈은 상기 복수의 고압 스위치소자 각각의 다른 1개의 입력단에 안정적인 정 고압을 제공하며, 상기 컨트롤러는 상기 복수의 고압 스위치소자 각각을 독립적으로 제어하고, 상기 그리드 제어장치는 복수의 제어신호 출력채널을 더 구비하며, 1개의 상기 고압 스위치소자의 출력단은 상기 제어신호 출력채널 중의 1개와 연결된다.

본 발명에서는 상술한 2차원 분산형 X선장치를 X선 소스로 사용하는 것을 특징으로 하는 CT장비를 제공한다.

본 발명은 2차원 어레이 분산형 X선장치를 제공하는 바, 하나의 광원장비에서 특정한 순서에 따라 주기적으로 초점위치를 변환시키는 X선을 생성한다. 본 발명의 전자방출유닛은 열음극(thermionic cathode)을 사용하여 방출전류가 크고 수명이 긴 장점을 구비하며, 그리드 제어나 음극 제어를 통하여 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어하여 간편하고 원활하며, 큰 양극판 및 타겟 설계로 양극의 과열문제를 해결하며, 타겟점의 집속효과를 형성하고 원가를 낮추며, 전자방출유닛과 대응되는 타겟은 2차원 어레이 배열방식을 적용하여, X선은 어레이 평면에 평행하게 인출되고, X선 방출방향에 있어서 타겟 분포간격을 감소시키고 타겟의 밀도를 향상시키며, 전자방출유닛은 평면 2차원 배열이거나 원호면 2차원 배열일 수 있어서 전체적으로 직선형 분산형 X선장치 또는 고리모양의 분산형 X선장치로 구현되어 응용이 원활하다.

본 발명의 분산형 X선광원을 CT장비에 적용할 경우, 광원을 이동할 필요 없이 다 시각의 X선을 생성하여 슬립링 움직임을 생략할 수 있으며, 구조의 간편화, 시스템의 안정성, 신뢰성의 향상 및 검사효율의 향상에 유리하다.

도 1은 본 발명에 따른 2차원 분산형 X선장치 내부의 주요구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2차원 분산형 X선장치의 양극구조를 나타낸 저면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자방출유닛 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자방출유닛 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2차원 분산형 X선장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 그리드 제어장치 구조를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 그리드와 음극이 분리된 전자방출유닛 어레이를 나타낸 예시도로서, (a)는 측면도이고, (b)는 각 그리드가 독립적으로 제어하는 모드의 평면도이고, (c)는 각 그리드가 서로 연결되고 음극이 제어하는 모드의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 필라멘트가 직렬 연결된 분산형 X선장치이다.
도 9는 본 발명의 원호형 2차원 분산형 X선장치의 내부 전자방출유닛과 양극의 배치 예시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 2차원 어레이 분산형 X선장치는 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103) 등으로 구성된 복수의 전자방출유닛(1)(적어도 4개, 이하에서 구체적으로 전자방출유닛(11a, 12a, 13a, 14a.......), 전자방출유닛(11b, 12b, 13b, 14b,.......)이라 함), 양극판(201)과 양극판(201)에 장착되고 전자방출유닛(1)과 대응되게 배열된 복수의 타겟(202)으로 구성된 양극(2), 진공박스(3), 고압전원 연결장치(4), 필라멘트전원 연결장치(5), 그리드 제어장치 연결장치(6), 진공장치(8) 및 전원 및 제어시스템(7)으로 구성된다. 그 중, 복수의 전자방출유닛(1)은 2차원 배열의 방식으로 한 개의 평면에 배치되고 양극판(201)이 있는 평면과 서로 평행하다. 전자방출유닛(1), 고압전원 연결장치(4), 진공장치(8)는 진공박스(3)의 박스벽에 장착되고 진공박스(3)와 함께 전체적으로 밀봉된 구조를 구성하며 양극(2)은 진공박스 내에 장착된다.

도 1은 2차원 어레이 분산형 X선장치 내부의 전자방출유닛(1)과 양극(2)의 공간배치 구조를 나타낸 예시도이다. 전자방출유닛(1)은 한 개의 평면에 2열로 나뉘어 배치되고 앞뒤열의 전자방출유닛(1)은 엇갈리게 배열되나(도 1 참조) 이에 한정되지 않으며, 앞뒤열의 전자방출유닛이 서로 엇갈리게 배열되지 않아도 된다. 양극(2)은 전자방출유닛(1)의 상방에 배치되고 양극(2) 상의 타겟(202)은 전자방출유닛(1)과 서로 대응되고 타겟(202)의 윗면(upper surface)은 전자방출유닛(1)을 향하고 전자방출유닛(1)의 중심과 타겟(202)의 중심의 연결선은 양극판(201)의 평면과 수직되고 상기 연결선은 전자방출유닛(1)이 방출한 전자빔(E)의 이동경로이다. 전자가 타겟을 충격하여 X선을 생성시키고 유용한 X선의 방출방향은 양극판(201)의 평면에 평행하고 각 유용한 X선은 서로 평행하다.

도 2는 양극(2)의 구조를 나타낸다. 양극(2)은 양극판(201)과 2차원 어레이로 분산된 복수의 타겟(202)을 포함하고, 상기 양극판(201)은 평판이고 금속재료로 제조되며, 바람직하게는 내고온 금속재료로 제조되고 전자방출유닛(1)의 상표면 즉, 그리드(103)의 표면이 구성한 평면과 완전히 평행하며, 양극(2)에 정의 고압(positive high voltage)을 부가할 경우 통상적으로 수십kV 내지 수백 kV의 고압을 부가하며, 전형적인 예로 180kV의 고압을 부가할 경우, 양극판(201)과 전자방출유닛(1) 사이에 평행한 고압 전기장을 형성한다. 상기 타겟(202)은 양극판(201) 상에 장착되고 그 위치는 각각 전자방출유닛(1)의 위치와 대응되는 방식으로 배치되고, 타겟(202)의 표면은 통상적으로 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 같은 내고온 중금속재료를 사용한다. 타겟(202)은 원형 원추대 구조를 구비하고, 높이는 통상적으로 수mm이고, 예를들면 3mm이고 직경이 비교적 큰 저면이 양극판(201)과 연결되고 윗면의 직경이 비교적 작아 통상적으로 수mm, 예를들면 2mm이고 윗면은 양극판(201)과 평행하지 않고, 전자가 타겟을 충격하여 생성시킨 유용한 X선이 방출되도록 통상적으로 몇도 내지 십몇도의 작은 각도의 협각(a small included angle)을 갖는다. 모든 타겟(202)은 윗면 경사방향이 일치하는 방식으로 배치되고, 즉 모든 유용한 X선의 방출방향이 일치한다. 타겟의 이러한 구조설계는 양극판(201) 상에 작은 돌기가 형성된 것에 해당되고 양극(201)의 표면의 국부적 전기장 분포를 개변시켜 전자빔이 타겟을 충격하기 전에 자동적으로 집속하는 효과를 구비하고 타겟점이 작아져 영상의 품질을 제고시킨다. 양극의 설계에 있어서, 양극판(201)은 일반적인 금속을 사용하고 타겟(202)의 표면만 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 사용함으로써 원가가 절감된다.

도 3은 전자방출유닛의 구체적인 구조를 나타낸다. 전자방출유닛(1)은 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103), 절연 지지대(104), 필라멘트 리드(105), 연결 고정부재(109)를 포함하고, 그리드(103)는 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107) 및 그리드 리드(108)로 구성된다. 도 3에서 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103) 등의 위치는 전자방출유닛(1)의 음극단(cathode end)으로 정의되고 연결 고정부재(109)의 위치는 전자방출유닛(1)의 리드단(lead end)으로 정의된다. 음극(102)은 필라멘트(101)와 연결되고 필라멘트(101)는 일반적으로 텅스텐 필라멘트를 사용하고 음극(102)은 일반적으로 열방출 전자성능이 강한 재료를 사용하고, 예를 들면 산화바륨(BaO), 스캔데이트(Scandate), 란타늄 헥사보라이드(lanthanum hexaboride) 등을 사용한다. 절연 지지대(104)는 필라멘트(101)와 음극(102)을 둘러싸고 전자방출유닛(1)의 하우징에 해당되는 바, 절연재료를 사용하고 일반적으로 세라믹을 사용한다. 필라멘트 리드(105)와 그리드 리드(108)는 절연 지지대(104)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 리드단에서 인출되며, 필라멘트 리드(105), 그리드 리드(108)와 절연 지지대(104) 사이는 진공 밀봉된 구조이다. 그리드(103)는 절연 지지대(104)의 상단(즉, 절연 지지대(104)의 개구에 배치됨)에 장착되어 음극(102)에 대향하고, 그리드(103)와 음극(102)의 중심은 상하로 정렬된다. 그리드(103)는 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107), 그리드 리드(108)를 포함하며, 또한 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107), 그리드 리드(108)는 모두 금속으로 제조되며, 일반적으로 그리드 프레임(106)은 스테인리스 스틸 재료이고 그리드 메쉬(107)는 몰리브덴 재료이며, 그리드 리드(108)는 스테인리스 스틸 재료 또는 코발(kovar) 재료이다.

또한, 구체적으로 그리드(103)의 구조에 있어서, 그 몸체는 하나의 금속판(예를 들면, 스테인리스 스틸 재료), 즉 그리드 프레임(106)이고, 그리드 프레임(106)의 중간에 홀이 형성되고, 상기 홀의 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 상기 홀의 위치에 메탈 메쉬(예를들면, 몰리브덴 재료), 즉 그리드 메쉬(107)가 고정되고 금속판의 어느 위치에서 한가닥의 리드(예를 들면, 스테인리스 스틸 재료), 즉 그리드 리드(108)를 인출하여 그리드(103)를 하나의 전위(potential)에 연결시킬 수 있다. 또한, 그리드(103)는 음극(102)의 직 상방에 위치하고 그리드의 상기 홀은 음극(102)의 중심에 맞추어지며(즉, 상하가 일직선에 위치함), 홀의 형상은 음극(102)의 형상에 대응되며, 홀의 크기는 음극(102)의 면적보다 작다. 그러나, 전자빔이 그리드(103)를 통과할 수만 있다면, 그리드(103)의 구조는 상술한 구조에 한정되지 않는다. 또한, 그리드(103)와 음극(102)은 절연 지지대(104)에 의하여 상대적 위치가 고정된다

또한, 구체적으로, 연결 고정부재(109)의 구조는, 바람직하게는 그 몸체가 원형 나이프 엣지 플랜지(circular knife edge flange)이고, 중간에는 홀이 형성되며, 상기 홀의 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있고 홀의 위치는 절연 지지대(104)의 하단 가장자리와 밀봉되도록 연결되는데 예를 들면, 용접 연결될 수 있다. 나이프 엣지 플랜지의 가장자리에는 나사홀이 형성되어 볼트 연결에 의하여 전자방출유닛(1)을 진공박스(3)의 박스벽에 고정시킬 수 있으며, 나이프 엣지와 진공박스(3)의 박스벽 사이에 진공 밀봉되도록 연결한다. 이는 탈부착이 용이한 구조로서, 복수의 전자방출유닛(1) 중의 어느 하나가 고장이 발생할 경우, 용이하게 교체할 수 있다. 연결 고정부재(109)의 기능은 절연 지지대(104)와 진공박스(3) 사이의 밀봉 연결을 구현하는 것이고, 금속 플랜지로 연결되는 용접, 또는 유리 고온용융에 의한 밀봉 연결, 또는 세라믹의 금속화후에 금속과의 용접 등의 방식과 같은 여러가지 구현 방식이 있다.

도 4는 다른 전자방출유닛(1)의 구체적 구조를 나타낸다. 전자방출유닛(1)은 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103), 절연 지지대(104), 필라멘트 리드(105), 그리드 리드(108)와 연결 고정부재(109)를 포함한다. 음극(102)은 필라멘트(101)와 연결되며 그리드(103)는 음극(102)의 직 상방에 위치하고, 외형은 음극(102)과 동일하며, 음극(102)의 상면에 접근한다. 절연 지지대(104)는 필라멘트(101)와 음극(102)을 둘러싸고, 필라멘트(101)의 양단으로부터 인출된 필라멘트 리드(105)와 그리드(103)로부터 인출된 그리드 리드(108)는 절연 지지대(104)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 외부로 인출되며, 필라멘트 리드(105), 그리드 리드(108) 및 절연 지지대(104) 사이는 진공 밀봉된 구조를 가진다.

도 5는 2차원 어레이 분산형 X선장치의 전체 구조를 나타낸다. 진공박스(3)는 4면이 밀봉된 캐비티(cavity)를 가지는 하우징이며, 그 내부는 고진공이고, 전자방출유닛(1)은 수요에 따라 전자빔을 생성하고, 진공박스(3)의 박스벽에 장착되며; 양극(2)은 고압 가속 전기장을 형성하고 X선을 생성하며, 진공박스(3)의 내부에 장착되고; 고압전원 연결장치(4)는 양극(2)과 고압전원(702)을 연결시키기 위한 케이블이며, 진공박스(3)의 양극(2)에 근접한 일단의 측벽에 장착되며; 필라멘트전원 연결장치(5)는 필라멘트 리드(105)와 필라멘트 전원(704)을 연결하는데 사용되며, 필라멘트전원 연결장치(5)는 일반적으로 복수 갈래의 양단에 커넥터(connector)를 구비하는 다심 케이블(multi-core cable)이다. 그리드 제어장치 연결장치(6)는 전자방출유닛(1)의 그리드 리드(108)와 그리드 제어장치(703)를 연결하는데 사용되며, 그리드 제어장치 연결장치(6)는 일반적으로 복수 갈래의 양단에 커넥터를 가지는 동축 케이블이다. 또한, 본 발명의 2차원 어레이 분산형 X선장치는 진공전원(705)의 작용하에서 작동하고 진공박스(3) 내의 고진공을 유지시키고 진공박스(3)의 측벽에 장착된 진공장치(8)를 더 포함한다.

또한, 전원 및 제어시스템(7)은 제어시스템(701), 고압전원(702), 그리드 제어장치(703), 필라멘트 전원(704), 진공전원(705) 등을 포함한다. 고압전원(702)은 진공박스(3)의 박스벽 상의 고압전원 연결장치(4)를 통해 양극(2)과 서로 연결된다. 그리드 제어장치(703)는 그리드 제어장치 연결장치(6)를 통하여 각 그리드 리드(108)와 각각 연결되고, 일반적으로 전자방출유닛(1)의 개수와 동일한 개수의 독립적인 그리드 리드(108)를 구비하고，그리드 제어장치(703)의 출력라인 개수는 그리드 리드(108)의 개수와 동일하다. 필라멘트 전원(704)은 필라멘트전원 연결장치(5)를 통하여 각 필라멘트 리드(105)와 각각 연결되고，일반적으로 전자방출유닛(1)의 개수와 같은 세트의 독립적인 필라멘트 리드(105)（즉, 상술한 바와 같이, 각 전자방출유닛은 각각 필라멘트의 양단에 연결된 두 필라멘트 리드의 세트를 구비함）를 구비하고，필라멘트 전원(704)은 필라멘트 리드(105)와 같은 개수의 출력회로를 구비한다. 진공전원(705)은 진공장치(8)와 연결된다. 제어시스템(701)은 고압전원(702), 그리드 제어장치(703), 필라멘트 전원(704), 진공전원(705) 등의 작동상태를 제어하고 종합적으로 관리한다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 그리드 제어장치(703)는 컨트롤러(70301), 부 고압모듈(70302), 정 고압모듈(70303), 복수의 고압 스위치소자(switch 1, switch 2, switch 3, switch 4, …)를 포함한다. 복수의 고압 스위치소자마다 적어도 1개의 제어단(C), 2개의 입력단(In 1과 In 2) 및 1개의 출력단(Out)을 포함하며, 각 단자 사이의 내압은 적어도 부 고압모듈(70302)과 정 고압모듈(70303) 사이의 최대전압보다 커야 한다(즉, 부 고압측에서 －500V 출력하고 정 고압측에서 +2000V 출력할 경우, 각 단자 사이의 내압은 적어도 2500V보다 커야 한다). 컨트롤러(70301)는 멀티패스(multipath)의 독립적인 출력이 있고, 각 라인은 1개의 고압스위치소자의 제어단에 연결된다. 부 고압모듈(70302)은 안정적인 부 고압출력을 제공하는 바, 일반적으로 부의 수백볼트를 제공하며, 그 범위는 0V에서 -10kV일 수 있으며, －500V가 바람직하다. 또한, 상기 부 고압모듈은 각 고압 스위치소자의 1개의 입력단에 연결된다. 또한, 정 고압모듈(70303)은 안정적인 정 고압출력을 제공하는 바, 일반적으로 정의 수천볼트를 제공하며, 그 범위는 0V에서 +10kV일 수 있으며, +2000V가 바람직하다. 또한, 상기 정 고압모듈은 각 고압 스위치소자의 다른 1개의 입력단에 연결된다. 각 고압 스위치소자의 출력단은 각각 제어신호 출력채널(channel 1a, channel 1b, channel 2a, channel 2b, channel 3a, channel 3b, …)에 연결되고, 멀티패스 제어신호로 합류하여 출력한다. 컨트롤러(70301)는 각 고압 스위치소자의 작동상태를 제어하여 각 출력채널의 제어신호가 부 고압이거나 정 고압이 되도록한다.

또한, 전원 및 제어시스템(7)은 사용조건에 따라 필라멘트 전원(704)의 각 출력회로의 전류크기를 조절하여, 각 필라멘트(101)가 음극(102)에 대한 가열온도를 조절할 수 있고, 각 전자방출유닛(1)의 방출전류 크기를 변화시킬 수 있으며, 최종적으로 매회의 X선 방출의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 그리드 제어장치(703)의 각 출력채널의 정 고압 제어신호의 강도를 조절하여 각 전자방출유닛(1)의 방출전류 크기를 변화시킬 수 있으며, 최종적으로 매회의 X선방출의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 각 전자방출유닛(1)의 작동타임 시퀀스와 조합 작동모드를 프로그래밍하여 원활하게 제어할 수 있다.

특히 유의할 것은 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 전자방출유닛은 그리드와 음극이 분리된 구조일 수 있다. 도 7은 그리드와 음극이 분리된 전자방출유닛을 나타낸다. 도 7에서 평판 그리드(9)는 절연 골격판(901), 그리드판(902), 그리드 메쉬(903), 그리드 리드(904)로 구성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 그리드판(902)은 절연 골격판(901)에 설치되고 그리드 메쉬(903)는 그리드판(902) 상에 형성된 홀의 위치에 설치되고, 그리드 리드(904)는 그리드판(902)으로부터 인출된다. 음극 어레이(10)는 복수의 음극구조가 긴밀하게 배열되어 구성되는 바, 각 음극구조는 필라멘트(1001), 음극(1002), 절연 지지대(1004)로 구성된다. 평판 그리드(9)는 음극 어레이(10)의 상방에 위치하고 양자 사이의 거리는 매우 작고 일반적으로 수mm이고, 예를 들면 3mm이다. 그리드판(902), 그리드 메쉬(903) 및 그리드 리드(904)로 구성된 그리드 구조는 음극구조와 서로 각각 대응되고, 수직방향에서 관찰하면, 각 그리드 메쉬(903)의 원심(circle center)은 각 음극(1002)의 원심과 쌍을 이루어 중첩된다. 평판 그리드(9)와 음극 어레이(10)는 진공박스(3) 내에 위치하고, 필라멘트 리드(1005)와 그리드 리드(904)는 진공박스(3)의 박스벽 상에 설치된 필라멘트 리드 전이단자(1006)와 그리드 리드 전이단자(1007)를 통하여 진공박스 외부로 인출된다.

또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 있어서, 그리드 구조는 각 그리드 리드가 독립적으로 인출되고, 그리드 제어장치가 독립적으로 상태 제어하는 구조일 수 있다. 음극 어레이(10)의 각 음극(1002)은 같은 전위에 있고, 예를 들면 접지일 수 있고, 각 그리드는 부의 수백 볼트와 정의 수천 볼트의 두 상태에서 변환되고, 예를 들면 -500V와 +2000V사이에서 변환되어 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어하며, 예를 들면 어느 한 그리드가 어느 시각에 -500V일 경우, 이 그리드와 대응되는 음극 사이의 전기장은 부의 전기장이고, 음극에서 방출하는 전자는 음극 표면에 제한되어 다음 시각에 그리드 전압이 +2000V일 경우, 이 그리드와 대응되는 음극 사이의 전기장은 정의 전기장으로 변하고 음극에서 방출한 전자는 그리드로 이동하여 그리드 메쉬를 관통하여 그리드와 양극 사이의 가속 전기장에 방출되어 가속화되어 최종적으로 양극을 충격하여 대응하는 타겟위치에서 X선을 생성한다.

또한, 도 7c와 같이, 그리드는 각 그리드 리드가 병렬 연결되고 같은 전위에 있고, 필라멘트 전원으로 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어하는 것일 수도 있다. 예를 들면, 모든 그리드가 -500V이며 각 음극 필라멘트는 독립적으로 인출되고, 각 음극 필라멘트의 양 단자 사이의 전압차는 일정(constant)하고 각 음극의 전체 전압은 0V와 -2500V의 두 상태 사이에서 변환된다. 어느 시각에 음극이 0V일 경우, 그리드와 음극 사이는 부의 전기장이고, 음극에서 방출된 전자가 음극의 표면에 제한되고, 다음 시각에 음극의 전압이 -2500V로 변할 경우, 그리드와 대응되는 음극 사이의 전기장은 정의 전기장으로 변하고, 음극에서 방출된 전자는 그리드로 이동하여 그리드 메쉬를 관통하여 그리드와 양극 사이의 가속 전기장으로 방출되어 가속화되어 최종적으로 양극을 충격하여 대응하는 타겟위치에서 X선을 생성한다.

특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 각 전자방출유닛의 필라멘트 리드는 각각 독립적으로 필라멘트 전원의 각 출력단에 연결될 수 있거나, 또는 직렬연결 후 전체적으로 필라멘트 전원의 1개의 출력단에 연결될 수 있다. 도 8은 전자방출유닛의 필라멘트 리드를 필라멘트 전원에 직렬 연결한 예시도이다. 전자방출유닛의 필라멘트 리드가 직렬 연결된 시스템에서 일반적으로 음극은 모두 같은 전위에 있고 각 그리드 리드는 독립적으로 인출되어 그리드 제어장치로 전자방출유닛의 작동상태를 제어한다.

특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치는 다양한 응용 수요를 만족시키기 위하여, 전자방출유닛은 직선형으로 배열될 수도 있고, 또는 원호형으로 배열될 수도 있다. 도 9는 원호형 2차원 분산형 X선장치의 전자방출유닛과 양극의 배치 효과도이다. 복수의 전자방출유닛(1)은 하나의 평면에서 원주 내외면(inner track and outer track)에 따라 배치되고, 배치된 라디안 크기는 전체 원주(circumference) 또는 한 부분(section)의 원호 길이일 수 있고, 수요에 따라 원활하게 배치할 수 있다. 양극(2)은 전자방출유닛(1)의 상방에 배치되고, 양극(2)이 위치되는 평면은 전자방출유닛(1)의 배치 평면과 서로 평행하고, 양극(2) 상의 타겟(202)은 전자방출유닛(1)의 위치와 각각 대응되고, 타겟(202)의 윗면 경사각은 모두 원형 어레이의 원심(circle center)을 향한다. 전자빔은 전자방출유닛(1)의 상면에서 방출되어 양극(2)과 전자방출유닛(1) 사이의 고압 전기장에 의해 가속되어 양극(2)상의 타겟(202)을 충격하여 양극(2) 상에 원호형으로 배열된 어레이 X선 타겟점을 형성하며, 유용한 X선의 방출방향은 모두 원호의 원심을 향한다. 원호형 2차원 분산형 X선장치의 진공박스는, 그 내부의 전자방출유닛(1)의 배치와 양극(2)의 형상과 대응되는 고리 모양의 구조이고, 길이는 한바퀴 또는 한 단락일 수 있다. 원호형 분산형 X선장치의 방출X선은 모두 원호의 원심을 향하고, 방사선 소스(ray sources)가 원형으로 배열되는 것을 필요로 하는 경우에 응용될 수 있다.

특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 전자방출유닛의 어레이는 2열 또는 복수의 열일 수 있다.

또한, 특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 양극의 타겟은 원형 원추대 구조, 원기둥 구조, 사각대 구조, 다각뿔대 구조이거나 기타 다각형 돌기 또는 기타 불규칙적 돌기 구조 등 일 수 있다.

또한, 특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 양극의 타겟의 윗면은 평면, 경사면, 구면 또는 기타 불규칙적 표면일 수 있다.

또한, 특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 전자방출유닛의 2차원 어레이 배열은 두 방향이 모두 직선으로 연장되거나, 한 방향은 직선으로 연장되고 다른 한 방향은 원호로 연장되거나, 또는 한 방향은 직선으로 연장되고 다른 한 방향은 분단 직선형으로 연장되거나, 또는 한 방향은 직선으로 연장되고 다른 한 방향은 분단 원호형으로 연장될 수 있거나, 또는 여러가지 조합형식으로 연장된다.

또한, 특히, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 전자방출유닛의 2차원 어레이 배열은 두 방향의 간격이 균일하게 마련되거나, 또는 각 방향의 간격은 균일하나 두 방향의 간격은 불일치하게 마련되거나, 또는 한 방향의 간격은 균일하나 다른 한 방향의 간격은 불균일하게 마련되거나, 또는 두 방향의 간격이 모두 불균일하게 마련될 수 있다.

실시예

(시스템 구성)

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 2차원 분산형 X선장치는 복수의 전자방출유닛(1), 양극(2), 진공박스(3), 고압전원 연결장치(4), 필라멘트전원 연결장치(5), 그리드 제어장치 연결장치(6), 진공장치(8) 및 전원 및 제어시스템(7)으로 구성된다. 복수의 전자방출유닛(1)은 2차원 배열의 방식으로 하나의 평면에 배치되고, 진공박스(3)의 박스벽에 장착되고, 각 전자방출유닛(1)은 서로 독립되고, 스트립(strip) 형태의 양극(2)은 전자방출유닛(1)의 상방에 위치하고, 진공박스(3) 내의 상단에 장착되며, 전자방출유닛(1)이 위치되는 평면과 평행하다. 각 전자방출유닛(1)은 가열 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103), 절연 지지대(104), 필라멘트 리드105 및 연결 고정부재(109)를 포함하고，그리드(103)는 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107) 및 그리드 리드(108)로 구성된다. 또한, 양극(2)은 양극판(201)과 타겟(202)으로 구성된다. 타겟(202)은 양극판(201) 상에 장착되고 그 위치는 각각 전자방출유닛(1)의 위치와 대응되는 방식으로 배치되고, 모든 타겟(202)의 윗면의 경사방향은 일치하며 유용한 X선의 방출방향이다. 고압전원 연결장치(4)는 진공박스(3)의 양극(2)에 근접한 일단에 장착되고, 내부는 양극(2)과 서로 연결되고 외부는 고압전원(702)과 연결되며, 필라멘트전원 연결장치(5)는 각 전자방출유닛(1)의 필라멘트 리드(105)를 필라멘트 전원(704)에 연결시킨다. 필라멘트전원 연결장치(5)는 복수 갈래의 양단에 커넥터를 가지는 2심 케이블이다. 그리드 제어장치 연결장치(6)는 전자방출유닛(1)의 그리드 리드(108)와 그리드 제어장치(703)를 연결시킨다. 그리드 제어장치 연결장치(6)는 복수 갈래의 양단에 커넥터를 가지는 고전압 동축 케이블이다. 진공장치(8)는 진공박스(3)의 측벽에 장착된다. 전원 및 제어시스템(7)은 제어시스템(701), 고압전원(702), 그리드 제어장치(703), 필라멘트 전원(704), 진공전원(705) 등의 복수의 모듈을 포함하고, 전력 케이블 및 제어 케이블을 통하여 복수의 전자방출유닛(1)의 필라멘트(101), 그리드(103), 양극(2) 및 진공장치(8) 등의 부재와 서로 연결된다.

(작동원리)

본 발명의 2차원 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 전원 및 제어시스템(7)은 필라멘트 전원(704), 그리드 제어장치(703) 및 고압전원(702) 등을 제어한다. 필라멘트 전원(704)의 작용 하에서, 필라멘트(101)는 음극(102)을 1000~2000℃까지 가열시켜 음극(102)의 표면에 대량의 전자가 생성한다. 그리드 제어장치(703)는 각 그리드(103)가 부 전압으로 되게 하고, 예를 들면 -500V로 되게 하여 각 전자방출유닛(1)의 그리드(103)와 음극(102) 사이에 부의 전기장을 형성하고, 전자는 음극(102)의 표면에 구속된다. 고압전원(702)은 양극(2)을 매우 높은 정 고압으로 되게 하고, 예를 들면 +180kV로 되게 하여 전자방출유닛(1)과 양극(2) 사이에 정의 가속 전기장을 형성한다. X선을 생성할 필요가 있을 경우, 전원 및 제어시스템(7)은 명령에 따라 또는 프로그램을 설정하여 그리드 제어장치(703)의 어느 하나의 출력을 부 전압으로부터 정 전압으로 전환시키며, 또한 타임 시퀀스에 따라 각 출력신호를 변환시킨다. 예를 들면, 시점 1에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channel 1a)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(11a) 내부에서 그리드(103)와 음극(102) 사이의 전기장은 정의 전기장으로 되어 전자는 음극(102)의 표면에서 그리드(103)로 움직이면서 그리드 메쉬(107)를 관통하여, 전자방출유닛(11a)과 양극(2) 사이의 정의 전기장에 진입하여 가속화되어 고 에너지로 변하며, 최종적으로 타겟(21a)을 충격하여 타겟(21a)의 위치에서 X선을 생성하여 방출시킨다. 시점 2에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channel 1b)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(11b)은 전자를 방출하여 타겟(21b)을 충격하며, 타겟(21b)의 위치에서 X선을 생성하여 방출시킨다. 시점 3에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channe1 2a)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(12a)은 전자를 방출하여 타겟(22a)을 충격하며, 타겟 (22a)의 위치에서 X선을 생성하여 방출시킨다. 시점 4에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channel 2b)는 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(12b)은 전자를 방출하여 타겟(22b)을 충격하며, 타겟(22b)의 위치에서 X선을 형성하여 방출시킨다. 이러한 방식으로 유추하여, 다음에 타겟(23a)에서 X선이 생성하고, 다음에 타겟(23b)에서 X선이 생성하고, 이와 같이 순환적으로 반복한다. 따라서 전원 및 제어시스템(7)은 그리드 제어장치(703)를 이용하여 각 전자방출유닛(1)이 특정한 타임 시퀀스에 따라 순차적으로 작동하여 전자빔을 방출하고, 여러 타겟위치에서 X선을 순차적으로 생성하여 분산형 X선 소스가 된다.

타겟(202)이 전자빔의 충격을 받아 방출한 기체는 진공장치(8)에 의하여 리얼타임으로 펌핑(drawn out)되어 진공박스(3) 내부는 고진공을 유지하며, 장기간의 안정적인 가동에 유리하다. 전원 및 제어시스템(7)은 각 전원이 설정된 프로그램에 따라 각 부재를 조화롭게 작동 및 구동하도록 제어하는 외에 통신 인터페이스와 맨-머신 인터페이스(Man Machine Interface)를 통하여 외부의 명령을 수신할 수 있고, 시스템의 핵심 파라미터를 수정 및 설정하여 프로그램을 업데이트하고 자동적으로 조절을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 2차원 어레이 분산형 X선장치를 CT장비에 적용하여 시스템 안정성 및 신뢰성이 우수하고 검사효율이 높은 CT장비를 얻을 수 있다.

(효과)

본 발명은 주요하게 하나의 광원장비에서 특정된 순서에 따라 주기적으로 초점위치를 변환시키는 X선을 생성하는 2차원 어레이 분산형 X선장치를 제공한다. 본 발명의 전자방출유닛은 열음극을 사용하여 방출전류가 크고 수명이 긴 장점을 구비하며, 그리드 제어 또는 음극 제어를 통하여 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어하여 간편하고 원활하며, 큰 양극판 및 타겟의 설계로 양극의 과열문제를 해결하며, 타겟점의 집속효과를 형성하고 원가를 낮추고, 전자방출유닛과 대응되는 타겟은 2차원 어레이 배열방식을 적용하여 X선은 어레이 평면에 평행하게 인출되고, X선 방출방향에 있어서 타겟 분포 간격을 감소시키고 타겟의 밀도를 향상시키며, 전자방출유닛은 평면 2차원 배열이거나 원호면 2차원 배열일 수 있어서 전체적으로 직선형 분산형 X선장치 또는 고리 모양의 분산형 X선장치로 구현되어 응용이 원활하다.

또한, 본 발명의 2차원 어레이 분산형 X선광원을 CT장비에 적용할 경우, 광원을 이동할 필요 없이 다 시각의 X선을 생성하여 슬립링 울직임을 생략할 수 있으며, 구조를 간소화 하고, 시스템의 안정성, 신뢰성의 향상 및 검사효율의 향상에 유리하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

E: 전자빔 X: X선
1: 전자방출유닛 2: 양극
3: 진공박스 4: 고압전원 연결장치
5: 필라멘트전원 연결장치 6: 그리드 제어장치 연결장치
7: 전원 및 제어시스템 8: 진공장치
9: 평판 그리드 10: 음극 어레이
101: 필라멘트 102: 음극
103: 그리드 104: 절연 지지대
105: 필라멘트 리드 106: 그리드 프레임
107: 그리드 메쉬 108: 그리드 리드
109: 연결 고정부재 201: 양극판
202: 타겟 901: 절연 골격판
902: 그리드판 903: 그리드 메쉬
904: 그리드 리드 1001: 필라멘트
1002: 음극 1004: 절연 지지대
1005: 필라멘트 리드 1006: 필라멘트 리드 전이단자
1007: 그리드 리드 전이단자.

Claims

4면이 밀봉되고 내부가 고진공인 진공박스;
상기 진공박스의 박스벽의 한 평면에 2차원 배열의 방식으로 배치되는 복수의 전자방출유닛; 및
상기 진공박스 내에서 상기 복수의 전자방출유닛이 위치되는 평면과 평행한 방식으로 배치된 양극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 X선장치는,
상기 양극과 연결되는 고압전원, 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 필라멘트 전원, 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 그리드 제어장치 및 각 전원을 제어하는 제어시스템을 구비하는 전원 및 제어시스템을 더 구비하고,
상기 양극은,
금속으로 제조되고 상기 전자방출유닛의 상면과 평행한 양극판; 상기 양극판에 장착되고, 각각 상기 전자방출유닛의 위치와 대응되는 방식으로 배치된 복수의 타겟을 포함하고,
상기 타겟의 저면은 상기 양극판과 연결되고, 윗면은 상기 양극판과 소정의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항에 있어서,
상기 타겟은 원형원추대(circular truncated cone) 구조, 사각대(square pedestal) 구조, 다각뿔대(multi-edge pedestal) 구조 또는 기타 다각형 돌기(polygonal projections) 또는 기타 불규칙적인 돌기(irregular projections)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항에 있어서,
상기 타겟은 원주대(cylindrical pedestal) 구조, 각형기둥 플랫폼(square pedestal) 구조, 또는 기타 다각형 기둥 플랫폼(polygonal pedestal) 구조인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항에 있어서,
상기 타겟은 구면 구조인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항에 있어서,
상기 타겟의 윗면은 평면, 경사면, 구면 또는 기타 불규칙적인 표면인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항에 있어서,
상기 전자방출유닛은, 필라멘트; 상기 필라멘트와 연결되는 음극; 개구를 구비하고 상기 필라멘트와 상기 음극을 둘러싸는 절연 지지대; 상기 필라멘트의 양단으로부터 인출되는 필라멘트 리드; 상기 음극과 대향하는 방식으로 상기 음극의 상방에 배치되는 그리드; 상기 절연 지지대와 연결되며, 상기 전자방출유닛을 상기 진공박스의 벽에 장착하여 진공의 밀봉 연결을 형성하는 연결 고정부재를 구비하고,
상기 그리드는 금속으로 제조되고, 중간에 홀이 형성된 그리드 프레임; 금속으로 제조되고 상기 그리드 프레임의 상기 홀의 위치에 고정된 그리드 메쉬; 및 상기 그리드 프레임으로부터 인출되는 그리드 리드;를 구비하고,
상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드가 상기 절연 지지대를 관통하여 전자방출유닛 외부로 인출되고, 상기 필라멘트 리드는 상기 필라멘트 전원과 연결되고, 상기 그리드 리드는 상기 그리드 제어장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제7항에 있어서,
상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 하단 가장자리에 연결되고,
상기 전자방출유닛의 음극단은 상기 진공박스 내에 위치하고,
상기 전자방출유닛의 리드단은 상기 진공박스 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제7항에 있어서,
상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 상단에 연결되고,
상기 전자방출유닛 전체는 상기 진공박스 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 전자방출유닛은 절연 골격판(insulating framework plate), 그리드판, 그리드 메쉬 및 그리드 리드로 구성된 평판 그리드(flat plate grid); 복수의 음극구조로 긴밀하게 배열되어 구성되고 각 음극구조는 필라멘트, 상기 필라멘트와 연결된 음극, 상기 필라멘트의 양단으로부터 인출된 필라멘트 리드, 상기 필라멘트 및 상기 음극을 둘러싸는 절연 지지대로 구성된 음극 어레이(cathode array);를 포함하고,
상기 그리드판은 상기 절연 골격판에 설치되고, 상기 그리드 메쉬는 상기 그리드판에 형성된 홀의 위치에 설치되고, 상기 그리드 리드는 상기 그리드판으로부터 인출되며,
상기 평판 그리드는 상기 음극 어레이의 상방에 위치하고, 수직방향에서 상기 그리드 메쉬의 중심은 상기 음극의 중심과 쌍을 이루어 중첩되고,
상기 평판 그리드와 상기 음극 어레이는 상기 진공박스 내에 위치하고, 상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드는 각각 상기 진공박스의 박스벽에 설치된 필라멘트 리드 전이 단자(filament lead transition terminal)와 그리드 리드 전이 단자(grid lead transition terminal)를 통하여 상기 진공박스 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 양극과 상기 고압전원의 케이블을 연결시키고 상기 진공박스의 상기 양극에 근접한 일단의 측벽에 장착된 고압전원 연결장치;
상기 필라멘트와 상기 필라멘트 전원을 연결하기 위한 필라멘트전원 연결장치;
상기 전자방출유닛의 상기 그리드와 상기 그리드 제어장치를 연결하기 위한 그리드 제어장치 연결장치;
상기 전원 및 제어시스템 내에 포함되는 진공전원;
상기 진공박스의 측벽에 장착되고 상기 진공전원을 사용하여 작동하며, 상기 진공박스 내의 고진공을 유지하는 진공장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛의 배열에 의해 형성된 어레이(array)는 두 방향에서 모두 직선이거나, 또는 한 방향에서는 직선이고 다른 방향에서는 분단 직선(segmentally linear)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛의 배열에 의해 형성된 어레이(array)는 한 방향에서는 직선이고 다른 한 방향에서는 원호 또는 분단 원호(segmentally arc)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 그리드 제어장치는 컨트롤러, 부 고압모듈(negative high-voltage module), 정 고압모듈(positive high-voltage module) 및 복수의 고압 스위치소자(high-voltage switching elements)를 포함하고,
상기 복수의 고압 스위치소자마다 적어도 1개의 제어단, 2개의 입력단 및 1개의 출력단을 포함하며, 각 단자 사이의 내압(withstand voltage)은 적어도 상기 부 고압모듈과 상기 정 고압모듈 사이의 최대 전압보다 크며,
상기 부 고압모듈은 상기 복수의 고압 스위치소자 각각의 1개 입력단에 안정적인 부 고압(negative high voltage)을 제공하고,
상기 정 고압모듈은 상기 복수의 고압 스위치소자 각각의 다른 1개의 입력단에 안정적인 정 고압(positive high voltage)을 제공하며,
상기 컨트롤러는 상기 복수의 고압 스위치소자 각각을 독립적으로 제어하고,
상기 그리드 제어장치는 복수의 제어신호 출력채널을 더 구비하며,
상기 고압 스위치소자들 중의 1개의 출력단은 상기 제어신호 출력채널 중의 1개와 연결되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 기재된 X선장치를 X선 소스(X-ray source)로 사용하는 것을 특징으로 하는 CT장비.