WO2008017376A1 - Focusing apparatus for electron beam with coil winding, ferromagnetic core and permanent magnet - Google Patents

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WO2008017376A1
WO2008017376A1 PCT/EP2007/006510 EP2007006510W WO2008017376A1 WO 2008017376 A1 WO2008017376 A1 WO 2008017376A1 EP 2007006510 W EP2007006510 W EP 2007006510W WO 2008017376 A1 WO2008017376 A1 WO 2008017376A1
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permanent magnet
core
magnetic field
electron beam
focusing device
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PCT/EP2007/006510
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Marco Erler
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/14Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • H01J35/147Spot size control
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04Means for controlling the discharge
    • H01J2237/049Focusing means
    • H01J2237/0492Lens systems
    • H01J2237/04922Lens systems electromagnetic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10Lenses
    • H01J2237/14Lenses magnetic

Definitions

  • the invention relates to a focusing device and an X-ray tube with a 5 such focusing and a computed tomography with such an X-ray tube. Furthermore, the invention relates to a method for bundling electron beams with such a focusing device.
  • X-rays can be used to illuminate objects and examine the resulting image more closely.
  • a particularly efficient fluoroscopy and examination can be achieved with a computer tomograph.
  • the result of these images compared to conventional X-ray images has the advantage that no overlapping of image features occurs and the object can be viewed and evaluated in individual cross-sectional layers.
  • An evaluation option 15 is the measurement of irradiated objects.
  • the measurement uncertainty is the smaller, the sharper an X-ray emitting site can be formed as a point source ("focal spot")
  • focal spot This can be achieved, inter alia, by focusing electron beams on a target Such focusing is usually done by means of at least one copper coil Depending on the geometry of pole pieces of the pure iron core and a current through the coil windings, the focal length of the electron beam can be determined.
  • the position of the focal spot changes relative to the alignment between object and detector of a computer tomograph, which on the one hand by a "wandering" of the focal spot on
  • the measurement uncertainty in the evaluation of the computed tomography images significantly increases.
  • the magnetic field must be changed by adjusting the current flowing through the coil of the focusing device. Due to the ohmic resistance of the coil, this leads to a changing power loss in the focusing unit, which leads to heating, which is likewise accompanied by a change in geometry of the X-ray tube.
  • a reliable and long-term stable measurement of a transilluminated object from the totality of all projection images is only possible again when a new temperature equilibrium has been established, which remains constant even in the required measuring time.
  • the focusing device comprises an electrical conductor which is formed into at least one coil turn, and a ferromagnetic core. is formed so that it extends in and around the at least one coil turn, wherein the core has two ends, which are oriented to each other, that can be bundled with a magnetic field emerging from the ends of a coaxial with the coil winding axis electron beam, wherein in the core at least one
  • Permanent magnet is provided.
  • a permanent magnet in the core it is possible to generate such a magnetic field strength that coaxially with the coil axis extending electron beams are already bundled, while through the coil no Electricity or only a very small stream is sent. This results in no or a significantly smaller power loss in the coil, so that no or only a small heat generation is generated in the X-ray tube.
  • a permanent magnet is also an inexpensive component, so that an X-ray tube with the focusing device according to the invention can be manufactured inexpensively.
  • the at least one permanent magnet is arranged at a radial distance from the at least one coil turn. Due to the radial distance of the generally two-piece core can be easily mounted. In this case, it is possible to place a permanent magnet on a base part of the core and then to put on this formed parting plane an upper end part of the core. Particularly preferably, the permanent magnet is provided in a part of the core, which is arranged outside around the coil turn around. Due to the distance to the axially extending electron beam, the influence of the residual magnetic field not guided in the iron core on the electron beam can be significantly minimized. The bundling of the electron beam is therefore effected only by the magnetic field emerging at the open ends of the core or the pole piece. Preferably, the permanent magnet is annular. In such a construction, a high symmetry of the magnetic field is achieved, so that the electron beam can be bundled in high quality.
  • the magnetic field of the permanent magnet can be at least partially short-circuited by an additional part. This allows variable adjustment of the magnetic field present at the ends of the core to focus the electron beam. Regardless of the current supplied to the coil, the magnetic field at the open ends of the core can be set directly by a corresponding position of the additional part. In the case of a current-carrying coil, the proportion of the permanent magnet in the entire magnetic field can be variably set by the additional part. This means that a basic magnetic field can be generated by the permanent magnet, which supports the magnetic field of the coil, so that an optimal focusing of the electron beam is achieved.
  • a simple way of variably changing the magnetic field contributed by the permanent magnet is that the additional part is arranged displaceably on the core. Preferably, this is infinitely possible, so that a fine focusing of the electron beam is achieved only by appropriate positioning of the additional part.
  • the fine focusing can be additionally supported by a suitable energizing the coil.
  • Another possibility for changing the magnetic field introduced by the permanent magnet is that the additional part is movable toward or away from the core. For a digital connection or short-circuiting of the magnetic field generated by the permanent magnet is possible.
  • bundling of electron beams is possible solely by the magnetic field of the at least one permanent magnet arranged in the core.
  • bundling of the electron beams may also be effected by a magnetic field generated by energizing a coil. In the latter case, the coil can be used to achieve a fine focusing of the electron beam.
  • the object is further achieved by an X-ray tube with a focusing device described above and by a computed tomography with such an X-ray tube.
  • FIG. 1 shows a schematic, greatly simplified representation of a computer tomograph with an x-ray tube
  • Fig. 2 is a schematic representation of an X-ray tube for a
  • Computed tomography 3 is a partial perspective sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to a first embodiment of the invention
  • 4 is a cross-sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to the first embodiment of the invention
  • Fig. 5 is a cross-sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 6 is a cross-sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to a third embodiment of the invention
  • Fig. 7 is a cross-sectional view of a focusing device for bundling a
  • FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views of an upper half of a core for a core
  • Focusing device with different positions of an additional part for shorting a magnetic field.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a computer tomograph.
  • the computer tomograph 100 has an X-ray source 101, from which X-rays 102 are emitted in the form of a cone in the direction of an object 103 to be examined.
  • the cone-shaped beams 102 strike the object 103, which is movably mounted on a manipulator 104 relative to the x-ray source 101, see reference numeral 105, and are partially absorbed, scattered, or transmitted.
  • a behind the object 103 arranged detector 106 detects the through the Object 103 passed X-rays 102.
  • a plurality of images are recorded by the detector 106 as a function of an angular position of the object 103 to the X-ray source 101.
  • these images can be processed in such a way that a three-dimensional structure and cross sections of the object 103 can be created ("reconstruction").
  • the X-ray tube 1 has a cathode with a hairpin filament 2 and a Wehnelt cylinder 3 in the form of a Ablegitterblende.
  • the electrons emitted by the filament 2 are repelled by the negatively poled Wehnelt cylinder 3.
  • the electron beam 4 emerging from the Wehnelt cylinder is deflected in a direction such that it experiences an attractive force due to a hole anode 6 lying at positive potential and concentrates at a crossing point 5 lying in the plane of the hole anode 6.
  • the anode 6 is followed by a plurality of deflection coils 7, 8, which align the electron beam 4.
  • a focusing device 9 with a coil 10 and a core 1 1 with a pole piece 12, wherein the core 1 1 encloses the coil 10 on all sides or encapsulates.
  • the magnetic field generated by this focusing device 9 allows a strong focusing of the electron beam 4 by means of a short focal length of the focusing device 9, so that the electron beam 4 is directed to a target 13 and focused.
  • the electron beam 4 bounces on the target 13 in such a way that a focal spot 14 is formed, from which X-rays 15 are emitted into a full space. They arrive as a useful beam cone via an exit region 16 of the X-ray tube 1 addition.
  • the X-ray tube is oriented in the room so that the X-rays are directed to an object to be examined.
  • the focusing device 9 is shown in a perspective partial sectional view in FIG. 3 and in a cross-sectional view in FIG. 4.
  • a core 1 1 associated, which extends with an inner ring 21 in the coil and with an outer ring 22 around the coil.
  • the rings 21 and 22 are coupled together by a connecting part 23 on one side of the core 1 1, wherein the two rings 21, 22 and the connecting part 23 may be integrally formed.
  • the core 11 On the opposite side of the connecting part 23, the core 11 has a core end portion 24 oriented to the coil axis 40, which continues the inner ring 21.
  • the Kernendabites 24 is conical in the first embodiment of the focusing device 9 and has an open end 25, see Fig.
  • the core 1 1 further includes a core end portion 26 which continues the outer ring 22, wherein the core end portion 26 at the first
  • Embodiment of the focusing device is conical and has an open end 27, see Fig. 4. so that the electron beam 4 can pass through the core coaxially to the coil axis 40.
  • the ends 25 and 27 of the two core end portions 24 and 26 form a pole piece 12 on which a core magnetic field 60 can emerge, see FIGS. 8A to 8C, to focus the electron beam 4 coaxial with the coil axis 40.
  • the outer ring 22 is designed in two parts in the embodiment shown in Fig. 3 and 4, to allow mounting of the focusing device 9.
  • the outer ring 22 has a base part 28 and a head part 29, which can be placed on the base part 28. Thus, there is a parting plane 30 between the two parts 28 and 29.
  • the outer ring 22 of the core 1 1 is provided according to the first embodiment of the invention with a permanent magnet 31 which is annular.
  • the permanent magnet 31 can be inserted into the outer ring 22 or the base part 28 or the head part 29 or placed on this.
  • the annular geometry is advantageous.
  • the poles of the permanent magnet 31 are oriented such that the magnetic field lines emanating from the permanent magnet from the ferromagnetic core 1 1 on the one hand by the base part 28 of the outer ring 22, the connecting part 23 and from there to the inner ring 21 to the Kernendabcha 24 and on the other hand from the head portion 29 of the outer ring 22nd be passed over the Kernendabrough 26.
  • the ends 25 and 27 exit the field lines and widen in the air gap of the pole piece 12, see Fig. 8 A to 8C.
  • the magnetic field can be increased in the core 1 1 by not just one
  • Permanent magnet 31 but an additional permanent magnet 32 is provided. It is arranged, for example, in the inner ring 21 of the core 1 1 along the parting plane 30.
  • the inner ring 21 has a base part 33 and a head part 34, so that the additional permanent magnet 32 can be inserted therebetween.
  • care must be taken to ensure that an edge magnetic field of the additional permanent magnet 32 does not impair the electron beam 4 in its shape or only insignificantly, in order then to achieve a precise adjustment in the region of the pole piece.
  • the inner walls of the inner ring 21 at the same time represent the walls of a guided in vacuum electron beam tube (not shown) and are therefore made vacuum-tight and vacuum-clean.
  • the magnetic field emanating from the permanent magnet 32 can be magnetically shielded by suitable materials so that the electron beam 4 is hardly affected by the edge magnetic field.
  • a third embodiment of the invention is shown, wherein the magnetic field of a permanent magnet 31 is partially short-circuited by an additional part in the form of a displaceable ring 50.
  • the ring 50 is displaceable by means of a mechanism in the axial direction of the focusing device 9 such that it is not, partially or completely flooded by the magnetic field of the permanent magnet 31, see FIGS. 8A to 8C.
  • Total magnetic field which includes the magnetic field by an energized coil 10, are set variably, so that can be fine-tuned at the pole piece 12 of the passing electron beam 4.
  • FIGS. 8A to 8C only the upper half of the core 1 1 is simplified in each case without the
  • the drawn magnetic field lines represent the magnetic field that is generated in the core by the permanent magnet 31 as a function of the position of the ring 50.
  • a magnetic field B 1 is present in the position of the ring 50 shown in FIG. 8A.
  • the amount of the magnetic field Bl is higher than that of the magnetic field B2 at the position of the ring 50 shown in FIG. 8B, at which a part of the magnetic field emitted from the permanent magnet 31 is short-circuited.
  • the fine adjustment of the total magnetic field can alternatively or in addition to the position of the ring 50 by changing the current flowing in the coil 10 current.
  • the achieved resolution of a recorded image using a calibration object can be used.
  • FIG. 1 A fourth embodiment of the focusing device 9 according to the invention is shown in FIG.
  • the focusing device 9 has a permanent magnet 35 within the connecting part 23, wherein a perforated disc 51 is arranged on an end face of the focusing device 9 parallel to the connecting part 23.
  • the disk 51 can be used as an armature which, for example, bears completely against the permanent magnet 35, thereby short-circuiting the magnetic field emanating from it. With appropriate dimensioning of the disk 51, the outgoing from the permanent magnet 35 magnetic field can be only partially shorted.
  • the disk 51 can also be placed at a distance from the permanent magnet 35 so that it does not influence the course of the magnetic field of the permanent magnet 35. By an axial movement of the disk 51, a connection or disconnection of a short-circuit effect for the magnetic field of the permanent magnet 35 can be achieved. In this embodiment, it is possible to perform a sudden increase or decrease in the magnetic field at the pole piece 12.

Abstract

The invention relates to a focusing apparatus (9) for an X-ray tube (1), wherein the focusing apparatus (9) has an electrical conductor, which is shaped to form at least one coil winding (10), and a ferromagnetic core (11), which is designed such that it runs in and around the at least one coil winding (10), wherein the core (11) has two ends (25, 27), which are oriented with respect to one another in such a way that an electron beam (4) running coaxially with respect to the coil winding axis (40) can be focused with magnetic lines of force (60) emerging from the ends, wherein at least one permanent magnet (31; 32; 35) is provided in the core (11).

Description

FOKUSSIERVORRICHTUNG FÜR ELEKTRONENSTRAHL MIT SPULENWINDUNG, FERROMAGNETISCHEM KERN UND PERMANENTMAGNETFOCUSING SYSTEM FOR ELECTRON BEAM WITH ROLLING, FERROMAGNETIC CORE AND PERMANENT MAGNET
Die Erfindung betrifft eine Fokussiervorrichtung sowie eine Röntgenröhre mit einer 5 solchen Fokussiervorrichtung und einen Computertomographen mit einer solchen Röntgenröhre. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bündeln von Elektronenstrahlen mit einer solchen Fokussiervorrichtung.The invention relates to a focusing device and an X-ray tube with a 5 such focusing and a computed tomography with such an X-ray tube. Furthermore, the invention relates to a method for bundling electron beams with such a focusing device.
Röntgenstrahlen können dazu verwendet werden, Objekte zu durchleuchten und das 10 entstehende Abbild genauer zu untersuchen. Eine besonders effiziente Durchleuchtung und Untersuchung lässt sich mit einem Computertomographen erreichen. Damit erstellte Aufnahmen bieten im Vergleich zu konventionellen Röntgenaufnahmen den Vorteil, dass kein Überlappen von Bildmerkmalen auftritt und das Objekt in einzelnen Querschnittsschichten betrachtet und ausgewertet werden kann. Eine Auswertemöglichkeit 15 ist das Vermessen von durchstrahlten Objekten. Die Messunsicherheit ist umso kleiner, je schärfer sich ein Röntgenstrahlen emittierender Ort als Punktquelle („Brennfleck") ausbilden lässt. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, indem Elektronenstrahlen auf ein Target fokussiert werden. Eine solche Fokussierung geschieht üblicherweise mittels mindestens einer Kupferspule, welche einen Reineisenkern mit 20 Luftspalt aufweist. In Abhängigkeit von der Geometrie von Polschuhen des Reineisenkerns und einer Stromstärke durch die Spulenwicklungen kann die Brennweite des Elektronenstrahls bestimmt werden.X-rays can be used to illuminate objects and examine the resulting image more closely. A particularly efficient fluoroscopy and examination can be achieved with a computer tomograph. The result of these images compared to conventional X-ray images has the advantage that no overlapping of image features occurs and the object can be viewed and evaluated in individual cross-sectional layers. An evaluation option 15 is the measurement of irradiated objects. The measurement uncertainty is the smaller, the sharper an X-ray emitting site can be formed as a point source ("focal spot") This can be achieved, inter alia, by focusing electron beams on a target Such focusing is usually done by means of at least one copper coil Depending on the geometry of pole pieces of the pure iron core and a current through the coil windings, the focal length of the electron beam can be determined.
Während der Fokussierung eines Elektronenstrahls in einer Röntgenröhre ist es jedoch 25 unvermeidbar, dass sich aufgrund des in den Spulenwicklungen fließenden elektrischen Stromes und der damit erzeugten Verlustleistung eine derartige Spule sowie das umgebende Gehäuse erwärmen. Dies führt dazu, dass sich die Geometrie der Röntgenröhre ändert. Da für das Erstellen von Bildaufnahmen eines Objektes mittels Computertomographie mehrere Minuten bis eine halbe Stunde erforderlich sein können, 30 werden im Hinblick auf ein Temperaturgleichgewicht und eine unveränderte Geometrie der Röntgenröhre hohe Anforderungen gestellt. Ändert sich in dieser Zeit die Position des Brennfleckes relativ zur Ausrichtung zwischen Objekt und Detektor eines Computertomographen, welches zum einen durch ein „Wandern" des Brennfleckes auf dem Target, zum anderen durch die Verformung der gesamten Röhrenaufspannung erfolgt, nimmt die Messunsicherheit bei der Auswertung der Computertomographie-Aufnahmen signifikant zu.However, during the focusing of an electron beam in an X-ray tube, it is inevitable that such a coil and the surrounding housing will heat up due to the electrical current flowing in the coil windings and the power dissipated therewith. This causes the geometry of the x-ray tube to change. Since it may take several minutes to half an hour to compose images of an object by means of computed tomography, 30 high demands are placed on temperature equilibrium and unchanged geometry of the x-ray tube. During this time, the position of the focal spot changes relative to the alignment between object and detector of a computer tomograph, which on the one hand by a "wandering" of the focal spot on On the other hand, as a result of the deformation of the entire tube mounting, the measurement uncertainty in the evaluation of the computed tomography images significantly increases.
Wird die Beschleunigungsspannung der Elektronenquelle geändert, muss das Magnetfeld über die Anpassung des die Spule der Fokussiervorrichtung durchfließenden Stromes geändert werden. Dies führt aufgrund des ohmschen Widerstandes der Spule zu einer sich ändernden Verlustleistung in der Fokussiereinheit, die zu einer Erwärmung führt, welches ebenfalls mit einer Geometrieänderung der Röntgenröhre einhergeht. Ein zuverlässiges und langzeitstabiles Vermessen eines durchleuchteten Objektes aus der Gesamtheit aller Projektionsaufnahmen ist erst dann wieder möglich, wenn sich ein neues Temperaturgleichgewicht eingestellt hat, welches auch in der geforderten Messzeit konstant bleibt.If the acceleration voltage of the electron source is changed, the magnetic field must be changed by adjusting the current flowing through the coil of the focusing device. Due to the ohmic resistance of the coil, this leads to a changing power loss in the focusing unit, which leads to heating, which is likewise accompanied by a change in geometry of the X-ray tube. A reliable and long-term stable measurement of a transilluminated object from the totality of all projection images is only possible again when a new temperature equilibrium has been established, which remains constant even in the required measuring time.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Fokussiervorrichtung und ein Verfahren zum Fokussieren zu schaffen, so dass ein Brennfleck für einen Elektronenstrahl in einer Röntgenröhre in seiner Position und in seinem Durchmesser über lange Zeit konstant gehalten werden kann, wobei sich die Röntgenröhre einfach, kompakt und leicht bauen lässt.It is therefore an object of the invention to provide a focusing device and a method for focusing, so that a focal point for an electron beam in an X-ray tube can be kept constant in position and in diameter over a long time, whereby the X-ray tube is simple, compact and easy to build.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 7. Advantageous embodiments emerge from the features of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Fokussiervorrichtung weist einen elektrischen Leiter, der zu mindestens einer Spulenwindung geformt ist, und einen ferromagnetischen Kern auf. der so ausgebildet ist, dass er in und um die mindestens eine Spulenwindung verläuft, wobei der Kern zwei Enden aufweist, welche so zueinander orientiert sind, dass sich mit einem aus den Enden austretenden Magnetfeld ein koaxial zur Spulenwindungsachse verlaufender Elektronenstrahl bündeln lässt, wobei im Kern mindestens einThe focusing device according to the invention comprises an electrical conductor which is formed into at least one coil turn, and a ferromagnetic core. is formed so that it extends in and around the at least one coil turn, wherein the core has two ends, which are oriented to each other, that can be bundled with a magnetic field emerging from the ends of a coaxial with the coil winding axis electron beam, wherein in the core at least one
Permanentmagnet vorgesehen ist. Durch Einsatz eines Permanentmagneten im Kern ist es möglich, eine solche Magnetfeldstärke zu erzeugen, dass koaxial zur Spulenachse verlaufende Elektronenstrahlen bereits gebündelt werden, während durch die Spule kein Strom oder nur ein sehr geringer Strom geschickt wird. Damit entsteht keine oder eine erheblich kleinere Verlustleistung in der Spule, so dass auch keine oder nur eine geringe Wärmeentwicklung in der Röntgenröhre erzeugt wird. Dadurch kommt es zu keinen mechanischen Verformungen der Röntgenröhre durch Temperaturschwankungen und zu keiner Verlagerung eines Brennfleckes auf einem Target. Dies bewirkt, dass auch während einer langen Messzeit zueinander konsistente Röntgenaufnahmen mit einem Computertomographen aufgenommen werden können.Permanent magnet is provided. By using a permanent magnet in the core, it is possible to generate such a magnetic field strength that coaxially with the coil axis extending electron beams are already bundled, while through the coil no Electricity or only a very small stream is sent. This results in no or a significantly smaller power loss in the coil, so that no or only a small heat generation is generated in the X-ray tube. As a result, there are no mechanical deformations of the X-ray tube due to temperature fluctuations and no displacement of a focal spot on a target. This has the effect that consistent X-ray images can be recorded with a computer tomograph even during a long measuring time.
Wird das Magnetfeld des Permanentmagneten noch durch ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld verstärkt, kann im Vergleich zu Lösungen nach dem Stand der Technik eine Spule mit einer geringeren Windungszahl beziehungsweise aufgrund verringertem Stromfluss einem geringeren Leitungsquerschnitt und einem leichteren, weil kompakteren Kern verwendet werden. Während eine maximale geforderte magnetische Flussdichte einen bestimmten Querschnitt des Kerns bedingt, kann jedoch die Länge des magnetischen Kreises durch eine kleinere Spule reduziert werden. Damit ist es möglich, bei gleicher Beschleunigungsspannung und gleicher Brennweite eines Elektronenstrahls eine Mikrofokusröntgenröhre zu bauen, die leichter und kompakter ausgeführt ist als im Stand der Technik. Ein Permanentmagnet ist zudem ein preiswertes Bauelement, so dass eine Röntgenröhre mit der erfindungsgemäßen Fokussiervorrichtung kostengünstig gefertigt werden kann.If the magnetic field of the permanent magnet is still amplified by a magnetic field generated by the coil, a coil with a smaller number of turns or due to reduced current flow, a smaller cross-section and a lighter, because more compact core can be used compared to prior art solutions. While a maximum required magnetic flux density causes a certain cross section of the core, however, the length of the magnetic circuit can be reduced by a smaller coil. This makes it possible, with the same acceleration voltage and the same focal length of an electron beam to build a microfocus X-ray tube, which is made lighter and more compact than in the prior art. A permanent magnet is also an inexpensive component, so that an X-ray tube with the focusing device according to the invention can be manufactured inexpensively.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Permanentmagnet in radialem Abstand zur mindestens einen Spulenwindung angeordnet. Durch den radialen Abstand kann der in der Regel zweiteilige Kern einfach montiert werden. In diesem Fall ist es möglich, auf einen Basisteil des Kerns einen Permanentmagneten zu platzieren und anschließend auf diese gebildete Trennebene einen oberen Abschlussteil des Kerns aufzusetzen. Besonders bevorzugt ist der Permanentmagnet in einem Teil des Kerns vorgesehen, der außen um die Spulenwindung herum angeordnet ist. Durch den Abstand zum axial verlaufenden Elektronenstrahl kann der Einfluss des nicht im Eisenkern geführten Restmagnetfeldes auf den Elektronenstrahl deutlich minimiert werden. Die Bündelung des Elektronenstrahls erfolgt daher nur durch das an den offenen Enden des Kerns beziehungsweise dem Polschuh austretende Magnetfeld. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet ringförmig ausgebildet. Bei einer solchen Konstruktion wird eine hohe Symmetrie des Magnetfeldes erreicht, so dass sich der Elektronenstrahl in hoher Güte bündeln lässt.In a preferred embodiment, the at least one permanent magnet is arranged at a radial distance from the at least one coil turn. Due to the radial distance of the generally two-piece core can be easily mounted. In this case, it is possible to place a permanent magnet on a base part of the core and then to put on this formed parting plane an upper end part of the core. Particularly preferably, the permanent magnet is provided in a part of the core, which is arranged outside around the coil turn around. Due to the distance to the axially extending electron beam, the influence of the residual magnetic field not guided in the iron core on the electron beam can be significantly minimized. The bundling of the electron beam is therefore effected only by the magnetic field emerging at the open ends of the core or the pole piece. Preferably, the permanent magnet is annular. In such a construction, a high symmetry of the magnetic field is achieved, so that the electron beam can be bundled in high quality.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform lässt sich das Magnetfeld des Permanentmagneten durch ein Zusatzteil mindestens teilweise kurzschließen. Dies ermöglicht eine variable Einstellung des Magnetfeldes, welches an den Enden des Kerns vorliegt, um den Elektronenstrahl zu bündeln. Unabhängig von der Bestromung der Spule lässt sich durch eine entsprechende Position des Zusatzteils das Magnetfeld an den offenen Enden des Kerns direkt einstellen. Bei einer stromdurchflossenen Spule kann durch das Zusatzteil der Anteil des Permanentmagneten am gesamten Magnetfeld variabel eingerichtet werden. Dies bedeutet, dass sich durch den Permanentmagneten ein Grundmagnetfeld erzeugen lässt, welches das Magnetfeld der Spule unterstützt, so dass eine optimale Fokussierung des Elektronenstrahls erreicht wird.According to a further embodiment, the magnetic field of the permanent magnet can be at least partially short-circuited by an additional part. This allows variable adjustment of the magnetic field present at the ends of the core to focus the electron beam. Regardless of the current supplied to the coil, the magnetic field at the open ends of the core can be set directly by a corresponding position of the additional part. In the case of a current-carrying coil, the proportion of the permanent magnet in the entire magnetic field can be variably set by the additional part. This means that a basic magnetic field can be generated by the permanent magnet, which supports the magnetic field of the coil, so that an optimal focusing of the electron beam is achieved.
Eine einfache Möglichkeit zur variablen Veränderung des vom Permanentmagneten beigesteuerten Magnetfeldes besteht darin, dass das Zusatzteil am Kern verschiebbar angeordnet ist. Vorzugsweise ist dies stufenlos möglich, so dass eine Feinfokussierung des Elektronenstrahls nur durch entsprechendes Positionieren des Zusatzteiles erreicht wird. Selbstverständlich kann die Feinfokussierung zusätzlich durch ein entsprechendes Bestromen der Spule unterstützt werden.A simple way of variably changing the magnetic field contributed by the permanent magnet is that the additional part is arranged displaceably on the core. Preferably, this is infinitely possible, so that a fine focusing of the electron beam is achieved only by appropriate positioning of the additional part. Of course, the fine focusing can be additionally supported by a suitable energizing the coil.
Eine andere Möglichkeit zur Veränderung des vom Permanentmagneten eingebrachten Magnetfeldes besteht darin, dass das Zusatzteil zum Kern hin oder vom Kern fort bewegbar ist. Damit ist ein digitales Zuschalten oder Kurzschließen des vom Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes möglich.Another possibility for changing the magnetic field introduced by the permanent magnet is that the additional part is movable toward or away from the core. For a digital connection or short-circuiting of the magnetic field generated by the permanent magnet is possible.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Bündeln von Elektronenstrahlen allein durch das Magnetfeld des mindestens einen im Kern angeordneten Permanentmagneten möglich ist. Zusätzlich kann ein Bündeln der Elektronenstrahlen auch durch ein Magnetfeld erfolgen, das durch das Bestromen einer Spule erzeugt wird. Im letzteren Fall lässt sich die Spule dazu nutzen, eine Feinfokussierung des Elektronenstrahls zu erreichen. Die Aufgabe wird ferner durch eine Röntgenröhre mit einer oben beschriebenen Fokussiervorrichtung und durch einen Computertomographen mit einer derartigen Röntgenröhre gelöst.It should be noted that bundling of electron beams is possible solely by the magnetic field of the at least one permanent magnet arranged in the core. In addition, bundling of the electron beams may also be effected by a magnetic field generated by energizing a coil. In the latter case, the coil can be used to achieve a fine focusing of the electron beam. The object is further achieved by an X-ray tube with a focusing device described above and by a computed tomography with such an X-ray tube.
Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden Figuren erläutert, in denen zeigen:Advantages and developments of the invention will be explained with reference to the following figures, in which:
Fig. 1 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines Computertomographen mit einer Röntgenröhre; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Röntgenröhre für einen1 shows a schematic, greatly simplified representation of a computer tomograph with an x-ray tube; Fig. 2 is a schematic representation of an X-ray tube for a
Computertomographen; Fig. 3 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Fokussiervorrichtung zum Bündeln eines Elektronenstrahls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Fokussiervorrichtung zum Bündeln eines Elektronenstrahls gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;Computed tomography; 3 is a partial perspective sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to a first embodiment of the invention; 4 is a cross-sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to the first embodiment of the invention;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Fokussiervorrichtung zum Bündeln eines Elektronenstrahls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer Fokussiervorrichtung zum Bündeln eines Elektronenstrahls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer Fokussiervorrichtung zum Bündeln einesFig. 5 is a cross-sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to a second embodiment of the invention; Fig. 6 is a cross-sectional view of a focusing apparatus for condensing an electron beam according to a third embodiment of the invention; Fig. 7 is a cross-sectional view of a focusing device for bundling a
Elektronenstrahls gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 8A bis 8C Querschnittsansichten einer oberen Hälfte eines Kerns für eineElectron beam according to a fourth embodiment of the invention; and FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views of an upper half of a core for a core
Fokussiervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung mit verschiedenen Positionen eines Zusatzteils zum Kurzschließen eines Magnetfeldes.Focusing device according to the third embodiment of the invention with different positions of an additional part for shorting a magnetic field.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Computertomographen gezeigt. Der Computertomograph 100 weist eine Röntgenstrahlquelle 101 auf, von der Röntgenstrahlen 102 kegelstrahlförmig in Richtung zu einem zu untersuchenden Objekt 103 ausgesendet werden. Die in Form eines Kegels ausgebildeten Strahlen 102 treffen auf das Objekt 103, welches auf einem Manipulator 104 relativ zur Röntgenstrahlquelle 101 bewegbar gelagert ist, siehe Bezugszeichen 105, und werden teilweise absorbiert, gestreut oder hindurch gelassen. Ein hinter dem Objekt 103 angeordneter Detektor 106 erfasst die durch das Objekt 103 passierten Röntgenstrahlen 102. Dabei werden vom Detektor 106 eine Vielzahl von Aufnahmen in Abhängigkeit von einer Winkelposition des Objektes 103 zur Röntgenstrahlquelle 101 aufgenommen. Mit einer Datenverarbeitung 107 lassen sich diese Aufnahmen so aufbereiten, dass eine dreidimensionale Struktur und Querschnitte des Objektes 103 erstellt werden können („Rekonstruktion").FIG. 1 shows a schematic representation of a computer tomograph. The computer tomograph 100 has an X-ray source 101, from which X-rays 102 are emitted in the form of a cone in the direction of an object 103 to be examined. The cone-shaped beams 102 strike the object 103, which is movably mounted on a manipulator 104 relative to the x-ray source 101, see reference numeral 105, and are partially absorbed, scattered, or transmitted. A behind the object 103 arranged detector 106 detects the through the Object 103 passed X-rays 102. In this case, a plurality of images are recorded by the detector 106 as a function of an angular position of the object 103 to the X-ray source 101. With a data processing 107, these images can be processed in such a way that a three-dimensional structure and cross sections of the object 103 can be created ("reconstruction").
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Röntgenröhre 1 einer Röntgenstrahlquelle 101. Die Röntgenröhre 1 weist eine Kathode mit einem Haarnadel-Heizfaden 2 und einem Wehnelt-Zylinder 3 in Form einer Abschirmgitterblende auf. Die von dem Heizfaden 2 emittierten Elektronen werden durch den negativ gepolten Wehnelt-Zylinder 3 abgestoßen. Der aus dem Wehnelt-Zylinder austretende Elektronenstrahl 4 wird in eine Richtung derart abgelenkt, dass er aufgrund einer auf positivem Potential liegenden Lochanode 6 eine Anziehungskraft erfährt und sich in einem Kreuzungspunkt 5 konzentriert, der in der Ebene der Lochanode 6 liegt. Der Anode 6 nachgeschaltet sind mehrere Ablenkspulen 7, 8, die den Elektronenstrahl 4 ausrichten. Anschließend folgt eine Fokussiervorrichtung 9 mit einer Spule 10 und einem Kern 1 1 mit einem Polschuh 12, wobei der Kern 1 1 die Spule 10 allseitig umschließt beziehungsweise kapselt. Das von dieser Fokussiervorrichtung 9 erzeugte Magnetfeld erlaubt eine starke Fokussierung des Elektronenstrahls 4 mittels einer kurzen Brennweite der Fokussiervorrichtung 9, so dass der Elektronenstrahl 4 auf ein Target 13 gerichtet und gebündelt wird. Der Elektronenstrahl 4 prallt auf dem Target 13 so gebündelt auf, dass ein Brennfleck 14 gebildet wird, von dem aus Röntgenstrahlen 15 in einen Vollraum ausgesendet werden. Sie gelangen als Nutzstrahlkegel über einen Austrittsbereich 16 aus der Röntgenröhre 1 hinaus. Die Röntgenröhre ist im Raum so orientiert, dass die Röntgenstrahlen auf ein zu untersuchendes Objekt gerichtet sind.2 shows a schematic view of an X-ray tube 1 of an X-ray source 101. The X-ray tube 1 has a cathode with a hairpin filament 2 and a Wehnelt cylinder 3 in the form of a Abschirmgitterblende. The electrons emitted by the filament 2 are repelled by the negatively poled Wehnelt cylinder 3. The electron beam 4 emerging from the Wehnelt cylinder is deflected in a direction such that it experiences an attractive force due to a hole anode 6 lying at positive potential and concentrates at a crossing point 5 lying in the plane of the hole anode 6. The anode 6 is followed by a plurality of deflection coils 7, 8, which align the electron beam 4. This is followed by a focusing device 9 with a coil 10 and a core 1 1 with a pole piece 12, wherein the core 1 1 encloses the coil 10 on all sides or encapsulates. The magnetic field generated by this focusing device 9 allows a strong focusing of the electron beam 4 by means of a short focal length of the focusing device 9, so that the electron beam 4 is directed to a target 13 and focused. The electron beam 4 bounces on the target 13 in such a way that a focal spot 14 is formed, from which X-rays 15 are emitted into a full space. They arrive as a useful beam cone via an exit region 16 of the X-ray tube 1 addition. The X-ray tube is oriented in the room so that the X-rays are directed to an object to be examined.
Die erfindungsgemäße Fokussiervorrichtung 9 ist in einer perspektivischen Teilschnittansicht in Fig. 3 und in einer Querschnittsansicht in Fig. 4 gezeigt. Zu der Spule 10 ist ein Kern 1 1 zugehörig, der mit einem Innenring 21 in der Spule und mit einem Außenring 22 um die Spule herum verläuft. Die Ringe 21 und 22 sind durch ein Verbindungsteil 23 an einer Seite des Kerns 1 1 miteinander gekoppelt, wobei die beiden Ringe 21 , 22 und das Verbindungsteil 23 einstückig ausgebildet sein können. An der gegenüberliegenden Seite des Verbindungsteiles 23 weist der Kern 11 einen zur Spulenachse 40 orientierten Kernendabschnitt 24 auf, der den Innenring 21 fortsetzt. Der Kernendabschnitt 24 ist bei der ersten Ausführungsform der Fokussiervorrichtung 9 kegelförmig ausgebildet und besitzt ein offenes Ende 25, siehe Fig. 4, durch welches koaxial zur Spulenachse 40 der Elektronenstrahl 4 (in Fig. 3 und 4 symbolisch durch einen Pfeil dargestellt) passieren kann. Der Kern 1 1 weist ferner einen Kernendabschnitt 26 auf, der den Außenring 22 fortsetzt, wobei der Kernendabschnitt 26 bei der erstenThe focusing device 9 according to the invention is shown in a perspective partial sectional view in FIG. 3 and in a cross-sectional view in FIG. 4. To the coil 10 is a core 1 1 associated, which extends with an inner ring 21 in the coil and with an outer ring 22 around the coil. The rings 21 and 22 are coupled together by a connecting part 23 on one side of the core 1 1, wherein the two rings 21, 22 and the connecting part 23 may be integrally formed. On the opposite side of the connecting part 23, the core 11 has a core end portion 24 oriented to the coil axis 40, which continues the inner ring 21. Of the Kernendabschnitt 24 is conical in the first embodiment of the focusing device 9 and has an open end 25, see Fig. 4, through which coaxially to the coil axis 40 of the electron beam 4 (in Fig. 3 and 4 symbolically represented by an arrow) can happen. The core 1 1 further includes a core end portion 26 which continues the outer ring 22, wherein the core end portion 26 at the first
Ausführungsform der Fokussiervorrichtung kegelförmig ausgebildet ist und ein offenes Ende 27 besitzt, siehe Fig. 4. so dass der Elektronenstrahl 4 den Kern koaxial zur Spulenachse 40 durchqueren kann. Die Enden 25 und 27 der beiden Kernendabschnitte 24 und 26 bilden einen Polschuh 12, an dem ein im Kern verlaufendes Magnetfeld 60 austreten kann, siehe Fig. 8A bis 8C, um den koaxial zu der Spulenachse 40 verlaufenden Elektronenstrahl 4 zu bündeln.Embodiment of the focusing device is conical and has an open end 27, see Fig. 4. so that the electron beam 4 can pass through the core coaxially to the coil axis 40. The ends 25 and 27 of the two core end portions 24 and 26 form a pole piece 12 on which a core magnetic field 60 can emerge, see FIGS. 8A to 8C, to focus the electron beam 4 coaxial with the coil axis 40.
Der Außenring 22 ist bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform zweiteilig ausgeführt, um eine Montage der Fokussiervorrichtung 9 zu ermöglichen. Der Außenring 22 besitzt ein Basisteil 28 und ein Kopfteil 29, welches auf das Basisteil 28 gesetzt werden kann. Somit liegt eine Trennebene 30 zwischen beiden Teilen 28 und 29 vor. Der Außenring 22 des Kerns 1 1 ist gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Permanentmagneten 31 versehen, der ringförmig ausgebildet ist. Der Permanentmagnet 31 kann in den Außenring 22 bzw. das Basisteil 28 oder das Kopfteil 29 eingesetzt oder auf diesen aufgesetzt werden. Für einen symmetrischen Verlauf des Magnetfeldes im Kern 1 1 ist die ringförmige Geometrie vorteilhaft.The outer ring 22 is designed in two parts in the embodiment shown in Fig. 3 and 4, to allow mounting of the focusing device 9. The outer ring 22 has a base part 28 and a head part 29, which can be placed on the base part 28. Thus, there is a parting plane 30 between the two parts 28 and 29. The outer ring 22 of the core 1 1 is provided according to the first embodiment of the invention with a permanent magnet 31 which is annular. The permanent magnet 31 can be inserted into the outer ring 22 or the base part 28 or the head part 29 or placed on this. For a symmetrical course of the magnetic field in the core 1 1, the annular geometry is advantageous.
Die Pole des Permanentmagneten 31 sind so orientiert, dass die vom Permanentmagneten ausgehenden Magnetfeldlinien vom ferromagnetischen Kern 1 1 einerseits durch das Basisteil 28 des Außenrings 22, das Verbindungsteil 23 und von dort zum Innenring 21 bis zum Kernendabschnitt 24 sowie andererseits vom Kopfteil 29 des Außenrings 22 über den Kernendabschnitt 26 geleitet werden. An den Enden 25 und 27 treten die Feldlinien aus und weiten sich im Luftspalt des Polschuhs 12 auf, siehe Fig. 8 A bis 8C.The poles of the permanent magnet 31 are oriented such that the magnetic field lines emanating from the permanent magnet from the ferromagnetic core 1 1 on the one hand by the base part 28 of the outer ring 22, the connecting part 23 and from there to the inner ring 21 to the Kernendabschnitt 24 and on the other hand from the head portion 29 of the outer ring 22nd be passed over the Kernendabschnitt 26. At the ends 25 and 27 exit the field lines and widen in the air gap of the pole piece 12, see Fig. 8 A to 8C.
Das Magnetfeld kann im Kern 1 1 dadurch erhöht werden, dass nicht nur einThe magnetic field can be increased in the core 1 1 by not just one
Permanentmagnet 31, sondern ein zusätzlicher Permanentmagnet 32 vorgesehen ist. Er ist zum Beispiel im Innenring 21 des Kerns 1 1 entlang der Trennebene 30 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Innenring 21 ein Basisteil 33 und ein Kopfteil 34, so dass der zusätzliche Permanentmagnet 32 dazwischen eingesetzt werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch darauf zu achten, dass ein Randmagnetfeld des zusätzlichen Permanentmagneten 32 den Elektronenstrahl 4 in seiner Form nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt, um anschließend ein präzises Justieren im Bereich des Polschuhs zu erreichen. Für einen einfachen und kompakten Aufbau stellen die Innenwandungen des Innenrings 21 gleichzeitig die Wandungen eines im Vakuum geführten Elektronenstrahlrohres (nicht eingezeichnet) dar und sind daher vakuumdicht und vakuumrein ausgeführt. Dies kann zum Beispiel durch einen vakuumreinen Permanentmagneten 32 mit vakuumdichten Fugekanten erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Permanentmagneten 32 vom Vakuum fernzuhalten und entsprechende Abdichtungen vorzusehen. Das vom Permanentmagneten 32 ausgehende Magnetfeld kann durch geeignete Materialien magnetisch so abgeschirmt werden, dass der Elektronenstrahl 4 durch das Randmagnetfeld kaum beeinträchtigt wird.Permanent magnet 31, but an additional permanent magnet 32 is provided. It is arranged, for example, in the inner ring 21 of the core 1 1 along the parting plane 30. In this embodiment, the inner ring 21 has a base part 33 and a head part 34, so that the additional permanent magnet 32 can be inserted therebetween. In this embodiment, however, care must be taken to ensure that an edge magnetic field of the additional permanent magnet 32 does not impair the electron beam 4 in its shape or only insignificantly, in order then to achieve a precise adjustment in the region of the pole piece. For a simple and compact construction, the inner walls of the inner ring 21 at the same time represent the walls of a guided in vacuum electron beam tube (not shown) and are therefore made vacuum-tight and vacuum-clean. This can be achieved, for example, by a vacuum-clean permanent magnet 32 with vacuum-tight joint edges. Another possibility is to keep the permanent magnet 32 away from the vacuum and to provide appropriate seals. The magnetic field emanating from the permanent magnet 32 can be magnetically shielded by suitable materials so that the electron beam 4 is hardly affected by the edge magnetic field.
In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei das Magnetfeld des einen Permanentmagneten 31 durch ein Zusatzteil in Gestalt eines verschiebbaren Ringes 50 teilweise kurzgeschlossen ist. Der Ring 50 ist mittels einer Mechanik in axialer Richtung der Fokussiervorrichtung 9 derart verschiebbar, dass er vom Magnetfeld des Permanentmagneten 31 nicht, teilweise oder vollständig durchflutet wird, siehe Fig. 8A bis 8C. Damit kann der Anteil des Magnetfeldes des Permanentmagneten 31 zumIn Fig. 6, a third embodiment of the invention is shown, wherein the magnetic field of a permanent magnet 31 is partially short-circuited by an additional part in the form of a displaceable ring 50. The ring 50 is displaceable by means of a mechanism in the axial direction of the focusing device 9 such that it is not, partially or completely flooded by the magnetic field of the permanent magnet 31, see FIGS. 8A to 8C. Thus, the proportion of the magnetic field of the permanent magnet 31 for
Gesamtmagnetfeld, welches das Magnetfeld durch eine bestromte Spule 10 mit umfasst, variabel eingestellt werden, so dass sich am Polschuh 12 der hindurchtretende Elektronenstrahl 4 fein abgestimmt bündeln lässt.Total magnetic field, which includes the magnetic field by an energized coil 10, are set variably, so that can be fine-tuned at the pole piece 12 of the passing electron beam 4.
In den Fig. 8A bis 8C ist vereinfacht jeweils nur die obere Hälfte des Kerns 1 1 ohne dieIn FIGS. 8A to 8C, only the upper half of the core 1 1 is simplified in each case without the
Spule 10 dargestellt. Die eingezeichneten Magnetfeldlinien repräsentieren das Magnetfeld, welches im Kern durch den Permanentmagneten 31 in Abhängigkeit von der Position des Ringes 50 erzeugt wird. Bei der in Fig. 8A dargestellten Position des Rings 50 liegt ein Magnetfeld B l vor. Der Betrag des Magnetfeldes Bl ist höher als derjenige des Magnetfeldes B2 bei der in Fig. 8B dargestellten Position des Ringes 50, bei der ein Teil des vom Permanentmagneten 31 ausgehenden Magnetfeldes kurzgeschlossen ist. Einen noch geringeren Betrag als das Magnetfeld B2 weist das Magnetfeld B3 auf, siehe Fig. 8C. Bei dieser Position des Ringes 50 wird nahezu das gesamte Magnetfeld des Permanentmagneten 31 kurzgeschlossen.Spool 10 is shown. The drawn magnetic field lines represent the magnetic field that is generated in the core by the permanent magnet 31 as a function of the position of the ring 50. In the position of the ring 50 shown in FIG. 8A, a magnetic field B 1 is present. The amount of the magnetic field Bl is higher than that of the magnetic field B2 at the position of the ring 50 shown in FIG. 8B, at which a part of the magnetic field emitted from the permanent magnet 31 is short-circuited. An even smaller amount than the magnetic field B2, the magnetic field B3, see Fig. 8C. In this position of the ring 50, almost the entire magnetic field of the permanent magnet 31 is short-circuited.
Die Feineinstellung des Gesamtmagnetfeldes kann alternativ oder zusätzlich zur Position des Ringes 50 durch eine Änderung des in der Spule 10 fließenden Stromes erfolgen. Als Maß für die Feineinstellung des Magnetfeldes und damit die Bündelung des Elektronenstrahls 4 sowie der Größe des Brennfleckes 14 kann unter anderem die erzielte Auflösung eines aufgenommenen Bildes unter Verwendung eines Kalibrierobjektes herangezogen werden.The fine adjustment of the total magnetic field can alternatively or in addition to the position of the ring 50 by changing the current flowing in the coil 10 current. As a measure of the fine adjustment of the magnetic field and thus the concentration of the electron beam 4 and the size of the focal spot 14, among other things, the achieved resolution of a recorded image using a calibration object can be used.
Eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fokussiervorrichtung 9 ist in Fig. 7 dargestellt. Die Fokussiervorrichtung 9 weist einen Permanentmagneten 35 innerhalb des Verbindungsteiles 23 auf, wobei eine Lochscheibe 51 an einer Stirnseite der Fokussiervorrichtung 9 parallel zum Verbindungsteil 23 angeordnet ist. Die Scheibe 51 kann als Anker verwendet werden, der zum Beispiel vollständig am Permanentmagneten 35 anliegt und dabei das von ihm ausgehende Magnetfeld kurzschließt. Bei entsprechender Dimensionierung der Scheibe 51 kann das vom Permanentmagneten 35 ausgehende Magnetfeld auch nur teilweise kurzgeschlossen werden. Die Scheibe 51 lässt sich auch in einem Abstand zum Permanentmagneten 35 so platzieren, dass sie den Verlauf des Magnetfeldes des Permanentmagneten 35 nicht beeinflusst. Durch eine axiale Bewegung der Scheibe 51 kann ein Zuschalten oder Abschalten einer Kurzschlusswirkung für das Magnetfeld des Permanentmagneten 35 erzielt werden. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, eine sprungartige Erhöhung oder Absenkung des Magnetfeldes am Polschuh 12 durchzuführen. A fourth embodiment of the focusing device 9 according to the invention is shown in FIG. The focusing device 9 has a permanent magnet 35 within the connecting part 23, wherein a perforated disc 51 is arranged on an end face of the focusing device 9 parallel to the connecting part 23. The disk 51 can be used as an armature which, for example, bears completely against the permanent magnet 35, thereby short-circuiting the magnetic field emanating from it. With appropriate dimensioning of the disk 51, the outgoing from the permanent magnet 35 magnetic field can be only partially shorted. The disk 51 can also be placed at a distance from the permanent magnet 35 so that it does not influence the course of the magnetic field of the permanent magnet 35. By an axial movement of the disk 51, a connection or disconnection of a short-circuit effect for the magnetic field of the permanent magnet 35 can be achieved. In this embodiment, it is possible to perform a sudden increase or decrease in the magnetic field at the pole piece 12.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fokussiervorrichtung (9) für eine Röntgenröhre (1 ), aufweisend:A focusing device (9) for an X-ray tube (1), comprising:
- einen elektrischen Leiter, der zu mindestens einer Spulenwindung (10) geformt ist, - einen ferromagnetischen Kern (1 1), der so ausgebildet ist, dass er in und um die mindestens eine Spulenwindung (10) verläuft, wobei der Kern (1 1) zwei Enden (25, 27) aufweist, welche so zueinander orientiert sind, dass sich mit einem aus den Enden austretenden Magnetfeld (60) ein koaxial zur Spulenwindungsachse (40) verlaufender Elektronenstrahl (4) bündeln lässt, wobei im Kern (1 1) mindestens ein Permanentmagnet (31 ; 32; 35) vorgesehen ist.an electrical conductor formed into at least one coil turn (10), a ferromagnetic core (11) designed to pass in and around the at least one coil turn (10), the core (11 ) has two ends (25, 27) which are oriented towards one another in such a way that an electron beam (4) extending coaxially with the coil winding axis (40) can be bundled with a magnetic field (60) emerging from the ends, wherein in the core (11) at least one permanent magnet (31; 32; 35) is provided.
2. Fokussiervorrichtung (9) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Permanentmagnet (31 ; 32) in radialem Abstand zur mindestens einen Spulen windung2. Focusing device (9) according to claim 1, wherein the at least one permanent magnet (31; 32) in a radial distance to the at least one coil winding
(10) angeordnet ist.(10) is arranged.
3. Fokussiervorrichtung (9) nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Permanentmagnet (31 ; 32) in einem Teil des Kerns vorgesehen ist, der außen um die Spulenwindung herum angeordnet ist.The focusing device (9) according to claim 2, wherein said at least one permanent magnet (31; 32) is provided in a part of said core disposed outside around said coil turn.
4. Fokussiervorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Permanentmagnet (31 ; 32) ringförmig ausgebildet ist.4. focussing device (9) according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one permanent magnet (31; 32) is annular.
5. Fokussiervorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich das Magnetfeld (60) des Permanentmagneten (31 ; 32; 35) durch ein Zusatzteil (50; 51) mindestens teilweise kurzschließen lässt.5. focusing device (9) according to one of claims 1 to 4, wherein the magnetic field (60) of the permanent magnet (31; 32; 35) can be at least partially shorted by an additional part (50; 51).
6. Fokussiervorrichtung (9) nach Anspruch 5, wobei das Zusatzteil (50; 51 ) am Kern6. focusing device (9) according to claim 5, wherein the additional part (50; 51) on the core
(1 1 ) verschiebbar angeordnet ist.(1 1) is arranged displaceably.
7. Fokussiervorrichtung (9) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Zusatzteil (51) zum Kern (1 1) hin oder vom Kern (1 1) fort bewegbar ist. 7. focusing device (9) according to claim 5 or 6, wherein the additional part (51) to the core (1 1) towards or away from the core (1 1) is movable away.
8. Verfahren zum Bündeln eines Elektronenstrahls (4) mit einer Fokussiervorrichtung (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bündelung des Elektronenstrahls (4) mittels eines Magnetfeldes (60) durchgeführt wird, welches von dem mindestens einen Permanentmagneten (31 ; 32; 35) erzeugt wird.8. A method for bundling an electron beam (4) with a focusing device (9) according to one of claims 1 to 7, wherein the bundling of the electron beam (4) by means of a magnetic field (60) is performed, which of the at least one permanent magnet (31; 32, 35) is generated.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bündelung des Elektronenstrahls (4) mittels eines Magnetfeldes (60) durchgeführt wird, welches zusätzlich durch mindestens eine stromdurchflossene Spulenwindung (10) erzeugt wird.9. The method of claim 8, wherein the bundling of the electron beam (4) by means of a magnetic field (60) is performed, which is additionally generated by at least one current-carrying coil winding (10).
10. Röntgenröhre (1 ) mit einer Fokussiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.10. X-ray tube (1) with a focusing device according to one of claims 1 to 7.
1 1. Computertomograph mit einer Röntgenröhre (1) gemäß Anspruch 10. 1 1. Computed tomography with an X-ray tube (1) according to claim 10.
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