TWI650788B - Ｘ射線產生管、ｘ射線產生設備、和輻射成像系統 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容提供可靠之X射線產生管，其形成一具有穩定尺寸及形狀的焦點。該X射線產生管包括電子槍，其包括電子放射部分、複數個柵極、及支撐該複數個柵極之絕緣支撐構件。該電子槍包括隱藏該絕緣支撐構件的導電區段，以防止該絕緣支撐構件被由電子的電子穿過路徑直接地觀看，該等電子由該電子放射部分所放射及通過該等柵極。

Description

X射線產生管、X射線產生設備、和輻射成像系統
本揭示內容有關X射線產生設備可於該醫療設備及工業設備的領域中被使用在非破壞性輻射成像等中，並有關配備有該X射線產生設備之輻射成像系統。
當半導體裝置已在層中被日益小型化及增加時，以工業領域中的半導體積體電路基板為典型之電子裝置的近來檢查使用配備有X射線產生管之X射線檢查設備。
將電子束放射至標靶的電子來源之習知範例係配備有沿著管道軸線突出朝該標靶的電子槍之X射線產生管。
PTL 1揭示用於使用包括靠近該標靶的複數個柵極之電子槍達成在標靶上所形成的焦點之高定位準確性及微聚焦的技術。
該電子槍之複數個柵極被建構來藉由絕緣構件所個別地支撐，以致該等電極間之距離被決定及將遭受預定的電壓。
PTL 2揭示包括電子槍之X射線產生管，其中複數個柵極係在某些間隔藉由沿著管道軸線延伸的絕緣支撐件所支撐，而用於微聚焦。
[引用清單] [專利文獻] [PTL 1]
日本專利特許公開申請案第2002-298772號
[PTL 2]
日本專利特許公開申請案第2007-66694號
使用配備有包括複數個藉由絕緣構件所支撐之柵極的電子槍之X射線產生管的輻射成像系統可形成低品質影像。
由於該X射線產生管之操作歷史，藉由本發明家的焦點位置或焦點形狀中之波動所顯露的研究係可負責用於影像品質中之減少。
本揭示內容提供可靠的X射線產生管及配備有包括藉由絕緣構件所支撐之柵極的電子槍之可靠X射線產生設備，焦點位置或形狀中的波動在其中被減少。本揭示內容亦提供包括根據本揭示內容之實施例的X射線產生設備之 輻射成像系統，以致高影像品質的輻射成像被允許。
根據本揭示內容的第一態樣之X射線產生管包括標靶及電子槍。該標靶被建構來在電子輻照之下產生X射線。該電子槍包括放射電子的電子放射部分、形成待放射朝該標靶之電子束的複數個柵極、及電絕緣並支撐該複數個柵極之至少二個的絕緣支撐構件。該電子槍包含隱藏該絕緣支撐構件之導電區段，以防止該絕緣支撐構件被由該等電子的電子穿過路徑直接地觀看，該等電子由該電子放射部分所放射及通過該等柵極。
根據本揭示內容之第二態樣的X射線產生管包括標靶及電子槍。該標靶被建構來在電子輻照之下產生X射線。該電子槍包括放射電子的電子放射部分、形成待放射朝該標靶之電子束的複數個柵極、及電絕緣及支撐該複數個柵極之至少二個的絕緣支撐構件。該複數個柵極界定一電子穿過路徑，由該電子放射部分所放射的電子係通過該電子穿過路徑。該電子槍包括隱藏該絕緣支撐構件之導電區段，以防止該絕緣支撐構件被由該等電子的電子穿過路徑直接地觀看，而該等電子通過該等柵極。
根據本揭示內容的一實施例，既然X射線產生管之電子槍包括隱藏絕緣支撐構件的導電區段，以致該絕緣支撐 構件未由電子穿過路徑被直接地觀看，具有高可靠性能之X射線產生管及X射線產生設備可被提供，其中該焦點的位置或形狀中之波動被減少。
本揭示內容的進一步特色將參考該等附圖由示範實施例之以下敘述變得明顯。
1‧‧‧X射線產生管
2‧‧‧絕緣管
3‧‧‧氧化鋁
4‧‧‧陰極
4a‧‧‧陰極構件
4b‧‧‧電子槍
5‧‧‧陽極
5a‧‧‧陽極構件
5b‧‧‧標靶
5c‧‧‧標靶層
5d‧‧‧支撐基板
6‧‧‧導電區段
7‧‧‧電子穿過路徑
8‧‧‧焦點
8c‧‧‧中心
16‧‧‧接地電位
40‧‧‧電子放射部分
41‧‧‧絕緣支撐構件
41a‧‧‧絕緣支撐構件
41b‧‧‧絕緣支撐構件
41c‧‧‧絕緣支撐構件
41d‧‧‧絕緣支撐構件
42‧‧‧柵極
43‧‧‧引出柵極
43a‧‧‧圓形部分
43b‧‧‧管狀部分
43c‧‧‧管狀部分
43d‧‧‧電力饋送單元
43f‧‧‧電子穿透孔
44‧‧‧聚焦柵極
44a‧‧‧圓形部分
44b‧‧‧管狀部分
44c‧‧‧管狀部分
44d‧‧‧電力饋送單元
44e‧‧‧管狀部分
44f‧‧‧電子穿透孔
45‧‧‧陰極支撐單元
101‧‧‧X射線產生設備
106‧‧‧驅動電路
106a‧‧‧管道電壓電路
106b‧‧‧電子數量控制電路
107‧‧‧殼體
108‧‧‧絕緣流體
200‧‧‧輻射成像系統
201‧‧‧X射線偵測設備
202‧‧‧系統控制單元
203‧‧‧顯示單元
204‧‧‧物體
205‧‧‧信號處理單元
206‧‧‧X射線偵測器
301‧‧‧X射線產生管
304‧‧‧陰極
304a‧‧‧陰極構件
304b‧‧‧電子槍
305c‧‧‧標靶層
308‧‧‧焦點
340‧‧‧電子放射部分
341‧‧‧絕緣支撐構件
342‧‧‧柵極
343‧‧‧柵極
344‧‧‧柵極
圖1(a)至1(h)係圖解，說明根據本揭示內容的第一實施例之X射線產生管的組構。
圖2(a)至2(i)係圖解，說明根據一參考實施例之X射線產生管的組構。
圖3(a)至3(f)係根據本揭示內容之實施例的絕緣支撐構件上之經散射金屬微粒的假定沈積製程之概念上圖解。
圖4(a)至4(j)係圖解，說明根據本揭示內容的第二實施例之X射線產生管的組構。
圖5(a)至5(h)係圖解，說明根據本揭示內容之第三實施例的X射線產生管之組構。
圖6係圖解，說明根據本揭示內容的第四實施例之X射線產生設備的組構。
圖7係圖解，說明根據本揭示內容的第四實施例之輻射成像系統的組構。
本揭示內容之實施例將在下文參考該等圖面被敘述。其被了解該等實施例中所敘述的零組件之尺寸、材料、形狀、與相對配置係不意欲限制本揭示內容的範圍。此技術領域之習知技術被應用至在此說明書中未特別說明或敘述的零組件或零件。
[X射線產生管]
圖1(a)至1(h)說明根據本揭示內容之第一實施例的X射線產生管1。該X射線產生管1係包括導電區段之透過型X射線產生管，其係本揭示內容的一本質特色。
圖1(a)及1(b)係二視圖，說明該X射線產生管1之基本組構。圖1(b)係由陽極5所觀看的圖1(a)中之X射線產生管1的正面圖。圖1(c)係圖1(b)之局部放大視圖，說明當根據此實施例的X射線產生管1被驅動時形成在標靶上之焦點。圖1(d)係圖1(a)中所說明的X射線產生管1之電子槍4b的放大截面視圖。圖1(e)至1(h)係該電子槍4b分別取自沿著圖1(d)中之虛擬平面A-A、B-B、C-C及D-D的截面視圖。
於此實施例中，由電子放射部分40所放射之電子束被施加至標靶層5c，以造成標靶5b產生X射線。用於該目的，該標靶層5c被設置在面向該電子槍4b之支撐基板5d的表面上。換句話說，該電子放射部分40被設置在陰極4上，以便與該標靶5b相向。藉由該陰極4及該陽極5之間所形成的加速電場，由於被施加至該X射線產生管 1之管道電壓，由該電子放射部分40所放射之電子被加速至用於在該標靶層5c中產生X射線所需要的入射能量。
該陽極5包括該標靶5b及被連接至該標靶5b之陽極構件5a，並用作決定該X射線產生管1的陽極電位之電極。
該陽極構件5a係由導電材料所製成，且被電連接至該標靶層5c。該陽極構件5a被連接至該支撐基板5d的周邊，以固持該標靶5b，如在圖1(a)中所說明。
該標靶層5c含有諸如鉭、鉬、或鎢之標靶金屬，當作具有高原子序、高熔點、及高比重的金屬元件。該支撐基板5d可為由具有高X射線透射率及高導熱率之材料所製成，譬如鑽石、氮化矽、碳化矽、氮化鋁、石墨、及鈹。尤其是，鑽石可被用作透射型標靶用的支撐基板材料，因為其由於sp3鍵而具有高導熱率及高輻射透射率。
該X射線產生管1的內部係在真空之下，以確保電子束的平均自由路徑。由該電子放射部分40之電子放射特徵的穩定性之觀點，該X射線產生管1的真空程度較佳地係1x10-4巴或更少，且更佳地係1x10-6巴或更少。於此實施例中，該電子放射部分40及該標靶層5c被設置在該內部空間中或在該X射線產生管1之內表面上。
該X射線產生管1中的真空係藉由使用排出管道及真空幫浦(未示出)排空空氣、且接著密封該排出管道所形成。用於維持該真空程度之目的，該X射線產生管1之內 部有時候係設有吸氣劑(未示出)。
為著被設定在陰極電位之電子放射部分40及被設定在陽極電位的標靶層5c間之電絕緣之目的，該X射線產生管1包括在該陽極構件5a及該陰極構件4a間之絕緣管2。換句話說，於該管軸線方向中，該絕緣管2在一端部及該另一端部被連接至該陽極構件5a及該陰極構件4a。
該絕緣管2係以諸如玻璃材料或陶瓷材料的絕緣材料所形成。由陶瓷所製成之絕緣管2的外部圓周係藉由具有0.1微米至100微米之厚度的玻璃層所保護，以提供充分之強度。
於此實施例中，該絕緣管2、包括該電子放射部分40的陰極4、及包括該標靶5b之陽極5構成具有氣密性的包封件，用於頂抗大氣壓力維持該真空及堅固性。如此，該陰極4及該陽極5在該管軸線方向中被連接至該絕緣管2之相反端部，以構成該包封件的一部分。同樣地，該支撐基板5d用作透射窗口，在該標靶層5c所產生之X射線係於該X射線產生管1外側經過該透射窗口被擷取，且構成該包封件的一部分。
[電子槍]
其次，電子槍將參考圖1(a)、1(d)、及1(e)至1(h)被敘述，其係根據本揭示內容之實施例的X射線產生管之特色。
該陰極4包括陰極構件4a及包括該電子放射部分40 的電子槍4b、柵極42、及支撐該柵極42之絕緣支撐構件41。該標靶5b及該電子放射部分40係彼此相向的。
該電子放射部分40之範例包括諸如鎢燈絲的熱陰極電子來源、浸漬式陰極、及氧化物陰極；及冷陰極電子來源、諸如由鉬所製成之Spindt陰極。
此實施例的電子槍4b由該陰極構件4a突出朝該陽極5，如於圖1(a)中所顯示。該電子槍4b突出朝該陽極5之配置係意欲確保焦點位置的充分準確性，而不會減少介電電壓。換句話說，將連接該陰極4及該陽極5之絕緣管2的蠕變距離設定至預定距離或較長、及將該電子槍4b與該標靶5b間之距離設定至一預定距離或更少，在該管道半徑方向中減少由該電子放射部分40所放射的電子束上之電場的影響。
該電子放射部分40及該柵極42被設置在突出朝該陽極5之電子槍4b的一部分。此部分被稱為頭部。相對於該陰極構件4a支撐該頭部之一部分被稱為頸部。如於圖1(d)至1(h)中所顯示，此實施例的頸部包括支撐該電子放射部分40之陰極支撐單元45、將引出電位饋送至引出柵極43的電力饋送單元43d、及將聚焦電位饋送至聚焦柵極44之電力饋送單元44d。
如在圖1(d)至1(h)中所說明，該電子槍4b包括具有電子穿透孔43f的引出柵極43及具有電子穿透孔44f之聚焦柵極44、及支撐該引出柵極43及該聚焦柵極44的絕緣支撐構件41。該引出柵極43及該聚焦柵極44之 電子穿透孔43f及44f界定由該電子放射部分40朝該標靶5b的電子穿過路徑7。
於控制通過該電子穿過路徑7之電子的動作及界定該電子束之直徑中，該引出柵極43及該聚焦柵極44兩者係類似的，且因此在本揭示內容中被共同地稱為柵極42。該引出柵極43被提供來按時間的前後順序地控制由該電子放射部分40通過該電子穿透孔43f所放射之電子的數量，複數個電位由電壓源(未示出)被選擇性地施加至該電子放射部分。該聚焦柵極44被提供來形成用於電子之聚焦電場，以界定該標靶5b上所形成的焦點8之尺寸，與該電子放射部分40具有預定電位差的聚焦柵極電位係由電壓源(未示出)所施加。
於此說明書中，該電子穿過路徑7對應於一路徑，由該電子放射部分40所放射之電子經過該路徑通過該聚焦柵極44。該電子穿過路徑7包括通過該柵極42(43與44)的電子之路徑。
該引出柵極43具有圓形部分43a，其具有電子穿透孔43f及在該徑向方向及該圓周方向中延伸。該引出柵極43藉由環繞該電子穿過路徑7設置在90°的間隔之四個絕緣支撐構件41a至41d被支撐在該圓形部分43a的外緣。
該絕緣支撐構件41a至41d及該柵極42之線性膨脹係數係彼此匹配，以在至該柵極42的連接處減少熱應力。如果該柵極42係由鉬(在300K，α=4.8x10-6K-1)所製成，該絕緣支撐構件41a至41d係由氧化鋁(在 300K，α=7.0x10-6K-1)3所製成。該柵極42及該絕緣支撐構件41a至41d係隨同硬焊填料(未示出)接合。
於一些實施例中，複數個引出柵極43及複數個聚焦柵極44被設置(未示出)。如此，於一些實施例中，三或更多個柵極42被設置(未示出)。於一些組構中，該絕緣支撐構件41電絕緣及支撐該複數個柵極42之至少二者。
如在圖1(d)及1(h)中所說明，該聚焦柵極44具有圓形部分44a，其具有該電子穿透孔44f，已通過該引出柵極43的電子穿透孔43f之電子能通過該電子穿透孔44f，並在該徑向方向及該圓周方向中延伸。
該等圓形部分43a及44a不需要為平行於該徑向方向(y-z方向)。該等圓形部分43a及44a具有此一形狀、譬如圓錐體形，以便形成界定該電子穿過路徑7之電場係只需要的。該等圓形部分43a及44a可具有不連續之形狀、諸如網目、螺旋形狀、或多圓形狀。
[第一實施例]
其次，根據包括導電區段的第一實施例之X射線產生管1將參考至圖1(a)至1(h)被更詳細地敘述，該導電區段係本揭示內容的特色。
此實施例之柵極42包括靠近該電子放射部分40的引出柵極43，且包括遠離該電子放射部分40之聚焦柵極44。該引出柵極43包括沿著該管軸線延伸的管狀部分 43b及43c。換句話說，該等管狀部分43b及43c在相交該管道半徑方向之方向中延伸。該等管狀部分43b及43c係分別由該圓形部分43a突出朝該電子放射部分40及該聚焦柵極44的管狀突出部分。該等管狀部分43b及43c係該引出柵極43之一部分，且隨同該圓形部分43a被電連接至電壓源(未示出)及於電位中被調節。
藉由環繞該電子穿過路徑7設置在90°的間隔之四個絕緣支撐構件41a至41d，該聚焦柵極44被支撐在該圓形部分44a的外緣。該圓形部分44a係與該標靶5b相向。
此實施例之聚焦柵極44包括沿著該管軸線延伸的管狀部分44b及44c。換句話說，該管狀部分44b及44c在相交該徑向方向之方向中延伸。該管狀部分44b及44c係分別突出朝該電子放射部分40及該陽極5的管狀突出部分。該等管狀部分44b及44c係該聚焦柵極44之一部分，且隨同該圓形部分44a被電連接至電壓源(未示出)及於電位中被調節。
如在圖1(d)及1(e)中所說明，該管狀部分43b突出朝該陰極構件4a，以致該絕緣支撐構件41係未由該電子穿過路徑7直接地觀看。該管狀部分43b係於該徑向方向中與該電子放射部分40隔開，以防止該引出柵極43及該電子放射部分40短路。
在該管軸線方向中，以此一便於在該管軸線方向中重疊的方式，該管狀部分43c及該管狀部分44b於相反方向 中突出，以致該絕緣支撐構件41係未由該電子穿過路徑7直接地觀看，如於圖1(d)及1(g)中所顯示。換句話說，該圓形部分44a及該圓形部分43a、且該管狀部分43c及該管狀部分44b被隔開，以防止該柵極42(43與44)短路。“在該管軸線方向中之重疊”意指該管狀部分43c及該管狀部分44b重疊，以致當由該徑向方向觀看時，一管狀部分的至少一部分隱藏該另一管狀部分之一部分。該管狀部分43c及該管狀部分44b延伸於該管軸線方向(該x方向)中。
該引出柵極43及該聚焦柵極44係一對柵極42，其圓形部分43a及44a面向於該管軸線方向中，且其管狀部分43c及44b面向於該管道半徑方向，如在圖1(d)及1(g)中所說明。該等圓形部分43a及44a(導電區段6)的存在減少或消除於該管道半徑方向中運動之經散射金屬微粒的沈積至此實施例之電子槍4b的絕緣支撐構件41a至41d上。
該管狀部分43c係於該管道半徑方向中位在該管狀部分44b內側。換句話說，該引出柵極43之管狀部分43c係在該管道半徑方向中位於比該聚焦柵極44的管狀部分44b更內側，該圓形部分43a係位於靠近該電子放射部分40，該聚焦柵極44之圓形部分44a係位於遠離該電子放射部分40。
該導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)扮演在防止經過該電子穿過路徑7散射的金屬微粒沈積在該 絕緣支撐構件41上之角色，以維持該絕緣支撐構件41的絕緣之性能。這允許該電子放射部分40及該柵極42(43與44)在其個別的預定電位穩定地被調節。由於該操作歷史，這允許此實施例之X射線產生管1減少該焦點8的尺寸、位置、及形狀中之波動，如此提供高可靠性。
此實施例的導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)係該柵極42(43與44)之一部分，且具有導電率。用於該理由，於該鄰接電子放射部分40及該柵極42(43與44)不被短路的範圍中，金屬微粒之沈積在該導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)上將不造成該柵極42的電場調節操作中之波動。
以此實施例的X射線產生管1，該電子槍4b具有隱藏該絕緣支撐構件41之導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)，以致其未由該電子穿過路徑7所直接地觀看。這確保該絕緣支撐構件41的絕緣性能。包括該導電區段6(該等管狀部分43b及43c、44b)之電子槍4b的存在允許提供該可靠之X射線產生管1，其中該焦點8的尺寸、位置、及形狀中之波動被減少或消除。
於此實施例中，該導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)係該柵極42(43與44)的一部分。於一些實施例中，該柵極42(43與44)具有電分開金屬材料被設置之組構。在該柵極42(43與44)被設置的空間中，為防止該導電區段6及該柵極42間之短路或該導電區段6及該電子放射部分40間之短路，該導電區段6可為該 柵極42的一部分，如於此實施例中。
於此實施例中，該導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)之形狀為管狀，以便隱藏該等絕緣支撐構件41a至41d，以致它們未由該電子穿過路徑7所直接地觀看，如於圖1(e)及1(g)中所顯示。然而，該導電區段6的形狀可不必定為管狀。於一些實施例中，與被分開地設置於該圓周方向中之絕緣支撐構件41a至41d對應，導電區段被分開地設置在該圓周方向(未示出)中。
一機件將稍後被敘述，其中金屬微粒被由該電子穿過路徑7散射至該等絕緣支撐構件41a至41d。
[參考實施例]
本發明家已用包括具有藉由絕緣支撐構件所支撐的柵極之電子槍的X射線產生管之操作歷史觀察焦點直徑中的波動。
圖2(a)至2(e)根據與該第一實施例不同之參考實施例說明X射線產生管301，其中該等柵極42及43不具有管狀部分(導電區段)。
圖2(a)至2(h)係與根據該第一實施例的圖1(a)至1(h)對應地說明。圖2(i)概要地說明該X射線產生管301中在放射104次之後所觀察的焦點308，其中於焦點直徑中之增加被觀察到不像該第一實施例。
由勤勉的研究之結果，用包括具有藉由絕緣支撐構件所支撐的柵極之電子槍的X射線產生管之操作歷史，本發 明家觀察到以下關於焦點直徑中的波動之五個事實。
- 焦點直徑中的波動未在停機期之後被校正且係不可逆的。
- 焦點直徑中之波動的相關係數之平方R2被表達如下：管電壓<放射強度(大約等於所放射的電子束之數量)<來自電子放射來源的燈絲電流。
- X射線產生管之電子槍的分析顯示柵極之間及柵極與該電子槍之間的節間阻抗中之減少，顯著的波動係在該分析中被觀察。
- X射線產生管之電子槍的分析顯示絕緣支撐構件之表面成份中的特定金屬之增加，顯著的波動係在該分析中被觀察。
- 在數量中增加之金屬的主要成份係藉由電子放射部分所造成之鋇(Ba)。
由該等上面的觀察，本發明家假定焦點直徑中之波動的成因係經散射之金屬微粒的沈積至與該X射線產生管之操作有關聯的絕緣支撐構件341上。
[經散射之金屬微粒的產生之基本過程]
其次參考圖3(a)至3(f)，根據藉由本發明家所假定的本揭示內容之實施例，經散射的金屬微粒之產生及其在絕緣支撐構件上的沈積之基本過程將被敘述。
該X射線產生管301含有不可避免地剩餘氣體及浮動的金屬微粒。此等金屬微粒被當作電子放射部分340及標 靶層305c之零組件的一部分而釋放進入該真空空間。由基於來自該X射線產生管之曝光及該電子槍的電子放射操作之觀察的結果，用於釋放該金屬微粒之製程可包括來自該電子放射部分340的蒸發及至該標靶層305c及柵極342之濺潑，如在圖3(a)中所說明。
既然該等浮動的金屬微粒具有數個電子伏特或更少之動能，幾乎所有該等金屬微粒在其原點、或於其附近中被捕捉，而該剩餘者在電子的放射及以X射線輻照之下變成陽離子，如在圖3(b)及3(c)中所顯示。
使用以氧化鋇浸漬的浸漬型電子放射部分340當作範例，由該電子放射部分340所放射之鋇微粒的離子化之過程將在(化學式1)及(化學式2)中被敘述。
Ba(X射線的入射) → Ba++e- (化學式1)
Ba(+e-之入射) → Ba++2e- (化學式2)
所產生的金屬離子藉由自該電子槍304b或該X射線產生管301中之電場所接收的靜電力被移向該陰極304，如於圖3(d)中所顯示，且該等金屬離子之較大部分被該陰極304所捕捉。所捕捉的金屬離子似乎在該陰極304上接收電子，且被沈積當作金屬層，如被表達為(化學式3)。
Ba++e- → Ba (化學式3)
被沈積在該陰極304上之金屬可被容忍，因為其在該陰極構件304a及構成該陰極304的電子放射部分340之電場調節性能上沒有影響。
在藉由該陰極304捕捉之前，如於圖3(e)中所顯示，該等金屬離子的剩餘部分與經散射之電子及該電子束再結合，並接收該等經散射的電子及該電子束之動能的一部分進入中性經散射之金屬微粒。
此等經散射的金屬微粒不被該電場所影響，並可在該管道半徑方向(y-z平面)中運動，且因此被固定在該絕緣支撐構件341之表面上，以沈積一金屬層，如於圖3(f)中所說明。其結果是，以該操作歷史，包括沒有該導電區段6(管狀部分)的電子槍304b之X射線產生管301係於該等柵極343及344的電場調節性能中被減少。以該X射線產生管301之操作歷史，這可導致由圖2(c)中所顯示的最初焦點8至圖2(i)中所顯示之散焦焦點308的焦點尺寸中之波動。換句話說，該等經散射的金屬微粒係來自該標靶5b或該電子放射部分340中所含有之金屬的中性經散射之微粒。
[第二實施例]
圖4(a)至4(j)說明根據第二實施例的X射線產生管1。圖4(a)至4(h)分別對應於圖1(a)至1(h)。如在圖4(d)及圖4(e)至4(h)中所說明，此實施例與該第一實施例不同，其中具有隱藏由該絕緣支撐構件41外側觀看之絕緣支撐構件41a至41d的圓周管狀部分44e。
於此實施例中，該圓周管狀部分44e亦用作該聚焦柵 極44、亦即該聚焦柵極44之一部分(該柵極42)的電力饋送單元44d。
位在該電子槍4b內側之導電區段6(該等管狀部分43b、43c、及44b)隱藏該等絕緣支撐構件41a至41d，如由該電子穿過路徑7所觀看。對比之下，位在該電子槍4b外側的導電區段6(該管狀部分44e)隱藏該等絕緣支撐構件41a至41d，如由該電子槍4b及該絕緣管2間之區域所觀看。
參考圖4(a)至4(j)，該圓周管狀部分44e提供當作導電區段的技術重要性將被敘述。
[來自背向散射電子之經散射的金屬微粒]
由該電子放射部分40所釋放之電子大體上在0的初速通過該電子穿過路徑7，且接著於Va(eV)之動能在管電壓Va的靜電電位之下被加速至該標靶5b上。
在該標靶5b，該等電子被轉換成熱能，第二電子、及該標靶層5c中的歐傑電子、及該剩餘部分被轉換成X射線。既然與該標靶層5c中之標靶金屬互相作用慢下來的第二電子及歐傑電子係只以0至500(eV)之動能放射朝該標靶層5c的背面，幾乎所有該等電子再次進入該陽極5及被捕捉在其中。
該等入射電子之約20%至40%係由該標靶層5c的表面彈性地散射。由該標靶層5c之表面彈性地散射的背向散射電子具有Va(eV)之動能，且因此能抵達該電子放 射部分40的等位電子表面上之區域。
在包括由該陰極構件4a突出朝該陽極5的電子槍4b之X射線產生管1中，該陰極4及該陽極5間之電場係靠近該陰極4藉由該電子槍4b而變形，如在圖4(i)中所顯示。
由該標靶層5c彈性地散射的背向散射電子具有一散射角分佈，其中不只散射朝該電子槍4b之分量、同時抵達該電子槍4b及該絕緣管2間之空間的分量係存在。
圖4(i)說明管軸線方向X0(y=-Ψ/2)、X1(y=0)、及X2(y=-Ψ/4)，其於該管道半徑方向中具有不同之Y坐標。圖4(j)以虛線說明沿著管軸線方向X0(y=-Ψ/2)、X1(y=0)、及X2(y=-Ψ/4)的電位分佈，在此Ψ(m)係該陽極構件5a之直徑。
既然該電子放射部分40的靜電電位被表達為：陰極電位-Va(eV)、沿著X2(y=-Ψ/4)運動之背向散射電子由該電子放射部分40抵達該陰極構件4a。
因此，抵達該電子槍4b及該絕緣管2間之空間的背向散射電子與該X射線產生管1之內部空間中所含有的金屬(正)離子之痕量再結合，以改變至中性經散射的金屬微粒。換句話說，已抵達該電子槍4b及該絕緣管2間之空間的背向散射電子似乎造成經散射的金屬微粒將在該電子槍4b及該絕緣管2間之空間中產生，以沈積在該絕緣支撐構件41上。
此實施例的圓周管狀部分44e(該導電區段)防止該 電子槍4b及該絕緣管2間之空間中所產生的經散射金屬微粒沈積在該等絕緣支撐構件41a至41d上，以減少該絕緣支撐構件41之阻抗。如此，該電子放射部分40及該柵極42(43與44)係在其個別的預定電位穩定地被調節。以該操作歷史，這允許根據此實施例之X射線產生管1進一步減少該焦點8的尺寸、位置、及形狀中之波動，如在圖4(c)中所顯示，藉此具有高可靠性。
換句話說，該圓周管狀部分44e用作設在該等絕緣支撐構件41a至41d外側的導電區段，以防止經散射之金屬微粒由該管道半徑方向外側沈積在該等絕緣支撐構件41a至41d上。
根據該第一及第二實施例的X射線產生管1係包括透射型標靶之透射型X射線產生管。於一些實施例中，包括反射型標靶的反射型X射線產生管被使用於包括電子槍之X射線產生管中，其中柵極係藉由絕緣支撐構件所支撐。
[第三實施例]
圖5(a)至5(h)說明根據第三實施例的X射線產生管1。圖5(a)至5(h)對應於圖1(a)至1(h)。如在圖5(d)及5(g)中所說明，於該管道半徑方向中，在構成該導電區段6的管狀部分43c及44b間之位置關係中，此實施例與該第一及第二實施例不同。換句話說，對於在該管道半徑方向中相反的管狀部分43c及44b，位於靠近該陰極4之引出柵極43的管狀部分43c係 位在外側，於該管道半徑方向中，該聚焦柵極44之管狀部分43b位於靠近該陽極5。換句話說，位於靠近該陰極4的引出柵極43之管狀部分43c未由該電子穿過路徑7所直接地觀看，因為該聚焦柵極44的管狀部分44b之存在位於靠近該陽極5。
此配置防止一現象，其中由該聚焦柵極44的圓形部分44a向後散射之反射電子(未示出)進入該引出柵極43的管狀部分43c，減少或消除該引出柵極43之電位中的波動。
此實施例之X射線產生管1不只以該放射操作歷史防止該等絕緣支撐構件41a至41d的絕緣性能中之減少，同時防止入射在該柵極42上的反射電子之影響。這提供另一可靠的X射線產生管，其中該焦點8之中心8c進一步被穩定，如在圖5(b)及5(c)中所說明。
[X射線產生設備]
其次參考圖6，包括根據本揭示內容的實施例之X射線產生管的X射線產生設備之範例組構將被敘述。
圖6說明根據第四實施例的X射線產生設備101。該X射線產生設備101包括根據該第一或第二實施例之X射線產生管1、用於驅動該X射線產生管1的驅動電路106、及圍起該X射線產生設備101與該驅動電路106之殼體107。
該驅動電路106包括在該陰極及該陽極之間施加管道 電壓的管道電壓電路106a、及控制由該電子槍4b所放射之電子的數量之電子數量控制電路106b。該管道電壓電路106a形成該標靶層5c及該電子放射部分40間之加速電場。根據該標靶層5c的厚度與金屬種類，適當設定該管道電壓Va允許用於輻射成像所需要之輻射的種類之選擇。
該X射線產生管1及該驅動電路106的殼體107可具有用於該殼體之充分強度及高散熱性能。該構成材料的範例包括金屬材料、諸如黃銅、鐵、及不銹鋼。
此實施例之殼體107係電連接至該X射線產生管1的陽極5，且被設定在接地電位16。
排除該X射線產生管1及該驅動電路106之殼體107的空間係以絕緣流體108充填，以確保該殼體107及該殼體107中的零組件間之電絕緣。該殼體107中的零組件包括該X射線產生管1、該驅動電路106、及線路(未示出)。
該絕緣流體108係具有電絕緣性質之液體及具有於該殼體107中維持電絕緣的功能與當作用於該X射線產生管1之冷卻媒介的功能。該絕緣流體108之範例包括電絕緣油、諸如礦物油、矽油、及全氟代基油、及絕緣氣體、諸如六氟化硫(SF6)。
既然此實施例的X射線產生設備101至少包括根據第一至第三實施例之其中一者的X射線產生管1，且因此包括電子槍，其中電子束聚焦功能之穩定性被確定，其因為 該焦點8中的波動被減少而具有高可靠性。
[輻射成像系統]
其次參考圖7，包括根據本揭示內容之實施例的X射線產生設備之輻射成像系統的範例組構將被敘述。
圖7說明根據第五實施例之輻射成像系統200。該輻射成像系統200包括X射線偵測設備201，其偵測由該X射線產生設備101所產生及通過物體204的X射線；及系統控制單元202，其會同彼此控制該X射線產生設備101及該X射線偵測設備201。
該驅動電路106在該系統控制單元202的控制之下輸出各種控制信號至該X射線產生管1。回應於由該驅動電路106所輸出的控制信號，由該X射線產生設備101所放射之X射線光束的放射狀態被控制。
由該X射線產生設備101所放射之X射線光束通過該物體204，且係藉由X射線偵測器206所偵測。該X射線偵測器206將所偵測的X射線轉換成影像信號，並將該影像信號輸出至信號處理單元205。
該信號處理單元205在該系統控制單元202的控制之下於該影像信號上施行預定的信號處理，並將該經處理之影像信號輸出至該系統控制單元202。
該系統控制單元202基於該經處理的影像信號把用以將影像顯示在顯示單元203上的顯示信號輸出至該顯示單元203。該顯示單元203基於該顯示信號將影像顯示在螢 幕上當作該物體204之被捕捉影像。
因為根據該第四實施例的X射線產生設備101之存在，此實施例的輻射成像系統200能取得具有高再現性之高品質影像，其中該焦點8中的波動被減少。該輻射成像系統200被使用於工業產品之非破壞性檢查及人體與動物的病理診斷。
雖然本發明已參考示範實施例被敘述，其將被了解本發明不被限制於所揭示之示範實施例。以下申請專利的範圍將為與該最寬廣之解釋一致，以便涵括所有此等修改及同等結構及功能。

Claims (33)

  1. 一種X射線產生管，包含：標靶，被建構來在電子照射之下產生X射線；及電子槍，包含放射電子的電子放射部分、形成待放射朝該標靶之電子束的複數個柵極、及電絕緣並支撐該複數個柵極之至少二個的絕緣支撐構件；其中該電子槍包含隱藏該絕緣支撐構件之導電區段，以防止該絕緣支撐構件被由該等電子的電子穿過路徑直接地看到，該等電子由該電子放射部分所放射及通過該等柵極。
  2. 如申請專利範圍第1項之X射線產生管，其中該導電區段的電位係藉由電壓源所調節。
  3. 如申請專利範圍第2項之X射線產生管，其中該等柵極被電連接至該電壓源，及其中該導電區段係該等柵極的一部分。
  4. 如申請專利範圍第1項之X射線產生管，其中該等柵極的每一者包含在管道半徑方向中延伸之圓形部分及管狀部分，該管狀部分被連接至該圓形部分及在管道軸線方向中延伸，及其中該導電區段係該管狀部分的至少一部分。
  5. 如申請專利範圍第4項之X射線產生管，其中該等柵極包含引出柵極，其中該圓形部分與該電子放射部分相向，且該管狀部分被設置，以便在該管道軸線方向中與該電子放射部分重疊。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之X射線產生管，其中該複數個柵極包含至少一對柵極，其中該等圓形部分在該管道軸線方向中面朝彼此，且該等管狀部分在該管道半徑方向中面朝彼此。
  7. 如申請專利範圍第6項之X射線產生管，其中在該對柵極中，該圓形部分位於靠近該電子放射部分之該柵極的管狀部分係位於該圓形部分在該管道半徑方向中位於遠離該電子放射部分之該柵極的管狀部分外側。
  8. 如申請專利範圍第1至5項的任一項之X射線產生管，其中該複數個柵極包含聚焦柵極，該聚焦柵極包含面朝該標靶的圓形部分及調節該標靶上所形成之焦點的尺寸。
  9. 如申請專利範圍第1至5項的任一項之X射線產生管，其中該電子槍包含於該管道半徑方向中在該絕緣支撐構件外側的圓周管狀部分，以防止該絕緣支撐構件於該管道半徑方向中由外側直接地觀看，且其中該導電區段係該圓周管狀部分之一部分。
  10. 如申請專利範圍第9項之X射線產生管，其中該圓周管狀部分係該等柵極的一部分。
  11. 如申請專利範圍第1至5項的任一項之X射線產生管，另包含：陽極構件，被連接至該標靶且隨同該標靶被包括於陽極中； 陰極構件，被連接至該電子槍且隨同該電子放射部分被包括於陰極中；及絕緣管，其中在該管道軸線方向中的第一端部及第二端部被分別連接至該陽極構件及該陰極構件。
  12. 如申請專利範圍第9項之X射線產生管，另包含：陽極構件，被連接至該標靶且隨同該標靶被包括於陽極中；陰極構件，被連接至該電子槍且隨同該電子放射部分被包括於陰極中；及絕緣管，其中在該管道軸線方向中的第一端部及第二端部被分別連接至該陽極構件及該陰極構件；其中該圓周管狀部分被固定至該陰極構件。
  13. 如申請專利範圍第1至5項的任一項之X射線產生管，其中該導電區段係位在用於通過該等柵極之電子的電子穿過路徑與該絕緣支撐構件之間，以防止經散射的金屬微粒沈積在該絕緣支撐構件上。
  14. 如申請專利範圍第13項之X射線產生管，其中該經散射的金屬微粒來自該標靶或該電子放射部分中所含有之金屬。
  15. 如申請專利範圍第1至5項的任一項之X射線產生管，其中該標靶包含傳輸型標靶，包含在電子輻照之下產生X射線的標靶層及支撐該標靶層之支撐基板，並傳輸該等X射線。
  16. 一種X射線產生設備，包含：如申請專利範圍第1至15項的任一項之X射線產生管；及驅動電路，被電連接至該標靶及該電子放射部分，並輸出待施加於該標靶與該電子放射部分間之管道電壓。
  17. 一種輻射成像系統，包含：如申請專利範圍第16項之X射線產生設備；X射線偵測設備，被建構來偵測由該X射線產生設備所放射及通過物體的X射線；及系統控制單元，被建構來會同彼此控制該X射線產生設備與該X射線偵測設備。
  18. 一種X射線產生管，包含：標靶，被建構來在電子輻照之下產生X射線；及電子槍，包含放射電子的電子放射部分、形成待放射朝該標靶之電子束的複數個柵極、及電絕緣及支撐該複數個柵極之至少二個的絕緣支撐構件；其中該複數個柵極界定一電子穿過路徑，由該電子放射部分所放射的電子係通過該電子穿過路徑；及其中該電子槍包含隱藏該絕緣支撐構件之導電區段，以防止該絕緣支撐構件被由該等電子的電子穿過路徑直接地看到，而該等電子通過該等柵極。
  19. 如申請專利範圍第18項之X射線產生管，其中該等柵極被電連接至該電壓源；且其中該導電區段係該等柵極的一部分。
  20. 如申請專利範圍第18或19項之X射線產生管，其中該等柵極的每一者包含在管道半徑方向中延伸之圓形部分、及連接至該圓形部分且在管道軸線方向中延伸的管狀部分；且其中該導電區段係該管狀部分之至少一部分。
  21. 如申請專利範圍第20項之X射線產生管，其中該等柵極包含引出柵極，其中該圓形部分與該電子放射部分相向，且該管狀部分被設置，以便在該管道軸線方向中與該電子放射部分重疊。
  22. 如申請專利範圍第20項之X射線產生管，其中該複數個柵極包含至少一對柵極，其中該等圓形部分在該管道軸線方向中面朝彼此，且該等管狀部分在該管道半徑方向中面朝彼此。
  23. 如申請專利範圍第22項之X射線產生管，其中在該對柵極中，該圓形部分位於靠近該電子放射部分之該柵極的管狀部分係位於該圓形部分在該管道半徑方向中位於遠離該電子放射部分之該柵極的管狀部分外側。
  24. 如申請專利範圍第18或19項之X射線產生管，其中該複數個柵極包含聚焦柵極，該聚焦柵極包含面朝該標靶的圓形部分及調節該標靶上所形成之焦點的尺寸。
  25. 如申請專利範圍第18或19項之X射線產生管，其中該電子槍包含於該管道半徑方向中在該絕緣支撐構件外側的圓周管狀部分，以防止該絕緣支撐構件於該管道半徑方向中由外側直接地觀看，且其中該導電區段係該 圓周管狀部分之一部分。
  26. 如申請專利範圍第25項之X射線產生管，其中該圓周管狀部分係該等柵極的一部分。
  27. 如申請專利範圍第18或19項之X射線產生管，另包含：陽極構件，被連接至該標靶且隨同該標靶被包括於陽極中；陰極構件，被連接至該電子槍且隨同該電子放射部分被包括於陰極中；及絕緣管，其中在該管道軸線方向中的第一端部及第二端部被分別連接至該陽極構件及該陰極構件。
  28. 如申請專利範圍第25項之X射線產生管，另包含：陽極構件，被連接至該標靶且隨同該標靶被包括於陽極中；陰極構件，被連接至該電子槍且隨同該電子放射部分被包括於陰極中；及絕緣管，其中在該管道軸線方向中的第一端部及第二端部被分別連接至該陽極構件及該陰極構件；其中該圓周管狀部分被固定至該陰極構件。
  29. 如申請專利範圍第18或19項之X射線產生管，其中該導電區段係位在用於通過該等柵極之電子的電子穿過路徑與該絕緣支撐構件之間，以防止經散射的金屬微粒沈積在該絕緣支撐構件上。
  30. 如申請專利範圍第29項之X射線產生管，其中該經散射的金屬微粒來自該標靶或該電子放射部分中所含有之金屬。
  31. 如申請專利範圍第18或19項之X射線產生管，其中該標靶包含傳輸型標靶，包含在電子輻照之下產生X射線的標靶層及支撐該標靶層之支撐基板，並傳輸該等X射線。
  32. 一種X射線產生設備，包含：如申請專利範圍第18至31項的任一項之X射線產生管；及驅動電路，被電連接至該標靶及該電子放射部分，並輸出待施加於該標靶與該電子放射部分間之管道電壓。
  33. 一種輻射成像系統，包含：如申請專利範圍第32項之X射線產生設備；X射線偵測設備，被建構來偵測由該X射線產生設備所放射及通過物體的X射線；及系統控制單元，被建構來會同彼此控制該X射線產生設備與該X射線偵測設備。
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