[go: up one dir, main page]

EP3531437A1 - Elektronen-emissionsvorrichtung - Google Patents

Elektronen-emissionsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
EP3531437A1
EP3531437A1 EP18158898.9A EP18158898A EP3531437A1 EP 3531437 A1 EP3531437 A1 EP 3531437A1 EP 18158898 A EP18158898 A EP 18158898A EP 3531437 A1 EP3531437 A1 EP 3531437A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electron
grid
emission device
emitter
electron emission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18158898.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Deuringer
Jörg FREUDENBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
Priority to EP18158898.9A priority Critical patent/EP3531437A1/de
Priority to PCT/EP2019/051860 priority patent/WO2019166161A1/de
Priority to DE202019006062.6U priority patent/DE202019006062U1/de
Priority to EP19704225.2A priority patent/EP3732702A1/de
Priority to US16/971,018 priority patent/US11373835B2/en
Publication of EP3531437A1 publication Critical patent/EP3531437A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/46—Control electrodes, e.g. grid; Auxiliary electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/045—Electrodes for controlling the current of the cathode ray, e.g. control grids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/06—Cathode assembly
    • H01J2235/062—Cold cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H01J35/064—Details of the emitter, e.g. material or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray

Definitions

  • the invention relates to an electron emission device.
  • an electron emission device which is designed as a thermionic emission device is, for example in the US 8,374,315 B2 described.
  • the electron emission device comprises at least one flat emitter with at least one emission surface which emits electrons thermally when a heating voltage is applied.
  • the known electron emission device comprises at least one barrier grid, which is spaced from the emission surface of the flat emitter.
  • the barrier grid acts as a control electrode, since the emission of electrons from the material of the emission surface can be varied by applying a grid voltage. As a result, defined partial beams of the electron emission can be generated.
  • Field effect emission cathodes are eg in US 7,751,528 B2 (in particular FIG. 11b and FIG. 8) and in the publication " Multisource inverse-geometry CT. Part II. X-ray source design and prototype "(authors: V. Bogdan Neculaes et al.) In Medical Physics 43 (8), August 2016, pages 4617-4627 , in particular FIG. 7).
  • a metal grid Over a large area emitting surface of an emitter material (carbon nanotube or dispenser cathode material, such as barium oxide) is a metal grid. By applying a voltage across the complete grid, the emission current intensity of the complete area is controlled. The current flowing on the barrier grid heats the barrier grid and limits the current intensity and pulse time of the electron emission, thereby preventing damage to the barrier grid.
  • the object of the present invention is to provide an electron emission device for an X-ray tube, which allows a simple adjustment of the image quality with the lowest possible anode load.
  • the electron emission device comprising at least one electron emitter with at least one emission surface and at least one barrier grid, which is spaced from the emission surface of the electron emitter and has a predeterminable number of individually controllable grid segments.
  • the barrier grid thus forms a reliable control electrode in the electron emission device according to claim 1.
  • the segmented barrier grid is spaced from the emission surface of the electron emitter. Due to the individually controllable Grid segments can be generated different voltage patterns, by which a plurality of different electron beams can be generated. Within the scope of the invention, it is possible, for example, to alternately allow electron emission by a single grid segment. However, it is also possible that multiple grating segments, which need not necessarily be located adjacent, simultaneously allow emission of electrons from the emission surface of the electron emitter. Thus, by selectively blocking individual grid segments, the electron emission and thus the local distribution of the emitted electrons, which determines the focal spot shape, can be selectively varied. Thus, an optimal adaptation to the particular application is reliably possible.
  • the barrier grid or the grid segments always have a positive potential with respect to the emission surface of the electron emitter.
  • the grid segments in the non-emitting regions are either at the potential of the emission surface of the electron emitter or at a potential that is more negative than the potential of the electron emitter. If one chooses the potentials accordingly, then the electron beam can be deflected or focused in the emission area. The distribution of the emitted electrons is thus almost arbitrary.
  • the electron emitter is designed as a dispenser cathode (also referred to as “spindt cathode”) which emits electrons when an electric field strength is applied (claim 2).
  • dispenser cathode is understood to mean a cathode in which the carrier material is coated with a dispenser cathode material which emits electrons when an electric field strength is applied.
  • Suitable dispenser cathode materials include, for example, barium oxide (BaO) and lanthanum hexaboride (LaB 6 ).
  • the electron emitter is designed as a field effect emitter, which also emits electrons when an electric field strength is applied (claim 3).
  • the field effect emitters can be designed, for example, as CNT-based field emitters (CNT, carbon nanotubes, carbon nanotubes) or as Si-based field emitters (Si, silicon).
  • nanocrystalline diamond is according to the DE 197 27 606 A1 suitable for the production of cold cathodes.
  • the electron emitter is designed as a thermal emitter (incandescent emission) which emits electrons when a heating voltage is applied (claim 4).
  • the emission surface of the electron emitter is structured. In the case of a flat emitter having a rectangular surface, this structuring can be realized, for example, by slits on the emission surface
  • the electron emission device according to the invention or its advantageous embodiments are suitable for installation in a focus head (claim 6).
  • the electron emission device shown in the principle illustration comprises an electron emitter 2 with an emission surface 3 and with a blocking grid 5, which is spaced apart from the emission surface 3 of the electron emitter 2.
  • the invention is not limited to a single electron emitter 2 and not to a single emission surface 3.
  • the barrier grille 5 Again, a plurality of barrier grille 5 may be provided. Only for reasons of clarity, this restriction was chosen in the principle representation.
  • a freely selectable grid voltage U G1 to U GN can be applied (see FIG. 6 ).
  • To each of the grid segments G 1 to G N can therefore be applied to a different grid voltage U GN .
  • different electric fields are present in each case in the regions between the respective grid segments G 1 to G N and the emission surface 3, which leads to different emissions of electrons from the emission surface 3 of the electron emitter 1.
  • FIG. 2 to FIG. 4 shown emission distributions for the emerging from the emission surface 3 electrons achievable.
  • the grid segments G 1 to G N on the abscissa and the electron emission E is plotted on the ordinate.
  • the emission voltages shown are the grid voltages U G1 to U GN at the grid segments G 1 to G N selected such that the grid segments G 1 and G N two equally strong grid voltages U G1 and U GN applied, whereby the electron emissions E are the same.
  • the grid segments G 2 to G N-1 are blocked by the application of higher grid voltages U G2 to U GN-1 , so that no electrons emerge at the grid segments G 2 to G N-1 .
  • the grid voltages U G1 to U GN at the grid segments G 1 to G N at the in FIG. 3 different emission distribution.
  • the electron emissions E are freely selectable by applying a desired grid voltage U GN , whereby the MTF (modulation transfer function) can be influenced accordingly.
  • the MTF of the distribution of the X-ray emission resulting on an anode thus contains high-frequency components, whereby the limiting resolution of the overall system can be positively influenced (coded spot).
  • the grid segments G 2 and G 4 are completely blocked, whereas an at least partial electron emission E is possible through the grid segments G 1 , G 3 and G 5 to G N.
  • the grid segments G 1 to G 5 are differently permeable to the emitted electrons by the respectively applied grid voltages U G1 to U GN .
  • the grid segment G 1 has the lowest grid voltage U G1 and thus the highest electron emission E.
  • the highest grid voltage U G5 resulting in a correspondingly low electron emission E results.
  • the electrons emitted by the electron emitter 2 generate when hitting an in FIG. 4 not shown rotary anode an asymmetrical focal spot, which allows a higher electron beam power.
  • FIG. 5 An embodiment of an electron emission device 1 is shown in FIG FIG. 5 in longitudinal section and in FIG. 6 shown in plan view.
  • an emitter material 6 is applied, which emits 3 electrons in an emission surface (electron emission E).
  • the substrate 4 is, for example, a base body made of a technical ceramic.
  • the emitter material 6 is, for example, carbon nanotubes (CNT) or a dispenser cathode material, such as, for example, barium oxide (BaO) or lanthanum hexaboride (LaB 6 ).
  • the grid segments G 1 to G N are each driven individually with the corresponding grid voltages U G1 to U GN .
  • the grid segments G 3 to G N-1 are not shown.
  • the blocking grid 5 can be made, for example, from a tungsten sheet, from which the grid segments G 1 to G N , which form the grid structure, have been cut out by laser cutting.
  • the emission distribution E of the electrons can be arbitrarily controlled in two spatial directions.
  • the segmented barrier grid 5 from the embodiment according to FIGS. 5 and 6 is also for an optimization of the US 8,374,315 B2 known electron emission device suitable.
  • Illustrated embodiments can be achieved by the solution according to the invention in a simple way an improvement in image quality with reduced anode load by adjusting the focal spot geometry (shape and size) to the specific application.

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronen-Emissionsvorrichtung, umfassend wenigstens einen Elektronen-Emitter (2) mit wenigstens einer Emissionsfläche (3) und wenigstens ein Sperrgitter (5), das zur Emissionsfläche (3) des Elektronen-Emitters (2) beabstandet ist und eine vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten (G- G, G) aufweist. Eine derartige Elektronen-Emissionsvorrichtung erlaubt auf einfache Weise eine Anpassung der Bildqualität bei geringstmöglicher Anodenbelastung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektronen-Emissionsvorrichtung.
  • Eine Elektronen-Emissionsvorrichtung, die als thermionische Emissionsvorrichtung ausgebildet ist, ist beispielsweise in der US 8,374,315 B2 beschrieben. Im bekannten Fall umfasst die Elektronen-Emissionsvorrichtung wenigstens einen Flachemitter mit wenigstens einer Emissionsfläche, die beim Anlegen einer Heizspannung Elektronen thermisch emittiert. Weiterhin umfasst die bekannte Elektronen-Emissionsvorrichtung wenigstens ein Sperrgitter, das zur Emissionsfläche des Flachemitters beabstandet ist. Im bekannten Fall wirkt das Sperrgitter als Steuerelektrode, da durch Anlegen einer Gitterspannung die Emission von Elektronen aus dem Material der Emissionsfläche variiert werden können. Dadurch können definierte Teilstrahlen der Elektronenemission erzeugt werden.
  • In der US 7,835,501 B2 und der DE 10 2012 209 089 A1 ist die Möglichkeit einer Leistungserhöhung durch den Einsatz von asymmetrischen Brennfleckformen beschrieben.
  • Weiterhin ist aus der US 8,054,944 B2 bekannt, mehrere Elektronenstrahlen, die durch Ablenkeinrichtungen ablenkbar sind auf eine Anode zu lenken.
  • Außerdem sind in der US 7,817,777 B2 und der IN 201400992 I2 sogenannte "Coded Spot"-Verfahren offenbart.
  • Feldeffekt-Emissionskathoden sind z.B. in US 7,751,528 B2 (insbesondere FIG 11b und FIG 8) und in der Veröffentlichung "Multisource inverse-geometry CT. Part II. X-ray source design and prototype" (Autoren: V. Bogdan Neculaes et al.) in Medical Physics 43 (8), August 2016, Seiten 4617-4627, insbesondere FIG 7) beschrieben. Über einer großflächigen Emissionsfläche eines Emittermaterials (Carbon-Nano-Tubes oder Dispenser-Kathodenmaterial, wie z.B. Bariumoxid) liegt ein Metallgitter. Durch Anlegen einer Spannung am kompletten Gitter wird die Emissionsstromstärke der kompletten Fläche gesteuert. Der auf das Sperrgitter fließende Strom heizt das Sperrgitter auf und begrenzt die Stromstärke und Pulszeit der Elektronenemission, wodurch eine Beschädigung des Sperrgitters verhindert wird.
  • Aus der US 7,751,528 B2 ist weiterhin bekannt, mehrere Kathoden einzeln zu schalten, um Elektronenstrahlen in einigem Abstand voneinander an- und auszuschalten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektronen-Emissionsvorrichtung für eine Röntgenröhre zu schaffen, die auf einfache Weise eine Anpassung der Bildqualität bei geringstmöglicher Anodenbelastung erlaubt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
  • Die Elektronen-Emissionsvorrichtung, nach Anspruch 1 umfasst wenigstens einen Elektronen-Emitter mit wenigstens einer Emissionsfläche und wenigstens ein Sperrgitter, das zur Emissionsfläche des Elektronenemitters beabstandet ist und eine vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten aufweist.
  • Durch die vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten können bei der erfindungsgemäßen Lösung gezielt definierte Teilstrahlen des Elektronenstrahls (Elektronen-Teilstrahlen) erzeugt werden. Das Sperrgitter bildet damit bei der Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 eine zuverlässige Steuerelektrode.
  • Das segmentierte Sperrgitter ist zur Emissionsfläche des Elektronen-Emitters beabstandet. Aufgrund der einzeln ansteuerbaren Gittersegmente können verschiedene Spannungsmuster erzeugt werden, durch die eine Vielzahl von unterschiedlichen Elektronenstrahlen generierbar sind. Im Rahmen der Erfindung ist es z.B. möglich abwechselnd jeweils durch ein einzelnes Gittersegment eine Elektronenemission zu ermöglichen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass mehrere Gittersegmente, die nicht notwendigerweise benachbart angeordnet sein müssen, gleichzeitig eine Emission von Elektronen aus der Emissionsfläche des Elektronen-Emitters ermöglichen. Somit kann durch das gezielte Sperren einzelner Gittersegmente die Elektronenemission und damit die Ortsverteilung der emittierten Elektronen, die die die Brennfleckform bestimmt, gezielt variiert werden. Damit ist eine optimale Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall zuverlässig möglich.
  • Das Sperrgitter bzw. die Gittersegmente besitzen immer ein positives Potential gegenüber der Emissionsfläche des Elektronen-Emitters. Die Gittersegmente in den nicht-emittierenden Bereichen liegen entweder auf dem Potential der Emissionsfläche des Elektronen-Emitters oder auf einem Potential, das negativer ist als das Potential des Elektronen-Emitters. Wählt man die Potentiale entsprechend, dann kann der Elektronenstrahl im Emissionsbereich abgelenkt oder fokussiert werden. Die Verteilung der emittierten Elektronen ist damit nahezu frei wählbar.
  • Bei Röntgenröhren für diagnostische Bildgebung werden Eigenschaften benötigt, durch welche der Brennfleck auf der Anode, der die Röntgenquellfläche ("Point-Spread-Function", PSF, Punktspreizfunktion, bzw. die Emissionsverteilung) bildet, dynamisch verändert werden kann. Mit einer solchen Funktion können eine Reihe von Verbesserungen erreicht werden:
    • Erhöhung der elektrischen Leistungsdichte im Brennfleck (durch asymmetrische Emissionsverteilung)
    • Erhöhung der Dauerleistung bei geschalteten Carbon-Nano-Tube-Emittern (durch Nutzung mehrerer Elektronenstrahlen)
    • Verbesserung des Auflösungsvermögens (durch Coded-Spot-Algorithmen).
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Elektronen-Emissionsvorrichtung ist der Elektronen-Emitter als Dispenser-Kathode (auch als "Spindtkathode" bezeichnet) ausgebildet, die beim Anlegen einer elektrischen Feldstärke Elektronen emittiert (Anspruch 2). Unter dem Begriff "Dispenser-Kathode" ist eine Kathode zu verstehen, bei dem das Trägermaterial mit einem Dispenser-Kathodenmaterial beschichtet ist, das beim Anlegen einer elektrischen Feldstärke Elektronen emittiert. Geeignete Dispenser-Kathodenmaterialien sind z.B. Bariumoxid (BaO) und Lanthanhexaborid (LaB6).
  • Bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Elektronen-Emissionsvorrichtung ist der Elektronen-Emitter als Feldeffekt-Emitter ausgebildet, der ebenfalls beim Anlegen einer elektrischen Feldstärke Elektronen emittiert (Anspruch 3). Im Rahmen der Erfindung können die Feldeffekt-Emitter beispielsweise als CNT-basierte Feldemitter (CNT, Carbon Nano Tubes, Kohlenstoff-Nanoröhren) oder als Si-basierte Feldemitter (Si, Silizium) ausgeführt sein. Auch nanokristalliner Diamant ist gemäß der DE 197 27 606 A1 für die Herstellung von Kaltkathoden geeignet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Alternative der Elektronen-Emissionsvorrichtung ist der Elektronen-Emitter als thermischer Emitter (Glühemission) ausgebildet, der beim Anlegen einer Heizspannung Elektronen emittiert (Anspruch 4). Vorzugsweise ist die Emissionsfläche des Elektronen-Emitters strukturiert. Diese Strukturierung ist bei einem Flachemitter mit rechteckiger Oberfläche beispielsweise durch Schlitze auf der Emissionsfläche realisierbar
  • Für spezielle Anforderungen kann es vorteilhaft sein, beabstandet zu dem Sperrgitter ein zweites Sperrgitter parallel und orthogonal anzuordnen, wobei das zweite Sperrgitter ebenfalls eine vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten aufweist (Anspruch 5). Damit kann die Emissionsverteilung der Elektronen in zwei Raumrichtungen beliebig gesteuert werden.
  • Die Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß der Erfindung bzw. deren vorteilhafte Ausgestaltungen (Ansprüche 2 bis 5) sind für den Einbau in einen Fokuskopf geeignet (Anspruch 6).
  • Mit der Elektronen-Emissionsvorrichtung (Ansprüche 1 bis 5) bzw. mit einem damit ausgestatteten Fokuskopf (Anspruch 6) ist es möglich, auf einfache Weise eine Röntgenröhre (Ansprüche 7 und 8) herstellbar, die eine Anpassung der Bildqualität bei geringer Anodenbelastung ermöglicht.
  • Die vorstehend beschriebenen Röntgenröhren (Ansprüche 7 und 8) können ohne Modifikationen in das Strahlergehäuse eines Röntgenstrahlers eingebaut werden (Anspruch 9).
  • Nachfolgend werden schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
    • FIG 1
    eine Prinzip-Darstellung der erfindungsgemäßen Elektronen-Emissionsvorrichtung,
    FIG 2
    ein erstes Beispiel für eine Emissionsverteilung der aus der Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß FIG 1 austretenden Elektronen,
    FIG 3
    ein zweites Beispiel für eine Emissionsverteilung der aus der Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß FIG 1 austretenden Elektronen,
    FIG 4
    ein drittes Beispiel für eine Emissionsverteilung der aus der Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß FIG 1 austretenden Elektronen,
    FIG 5
    einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Elektronen-Emissionsvorrichtung,
    FIG 6
    eine Draufsicht auf die Elektronen-Emissionsvorrichtung gemäß FIG 5.
  • Die in FIG 1 in Prinzip-Darstellung gezeigte Elektronen-Emissionsvorrichtung umfasst einen Elektronen-Emitter 2 mit einer Emissionsfläche 3 und mit einem Sperrgitter 5, das zur Emissionsfläche 3 des Elektronen-Emitters 2 beabstandet ist. Das Sperrgitter 5 weist einzeln ansteuerbaren Gittersegmente G1 bis GN auf. Für die Darstellung wurden lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit nur sieben Gittersegmente dargestellt, also für die Anzahl N der Gittersegmente N = 7 gewählt. Die Erfindung ist weiterhin nicht auf einen einzigen Elektronen-Emitter 2 und nicht auf eine einzige Emissionsfläche 3 beschränkt. Abhängig vom Anwendungsfall können sowohl mehrere Elektronen-Emitter 2 als auch mehrere Emissionsflächen 3 pro Elektronen-Emitter 2 vorgesehen sein. Gleiches gilt für das Sperrgitter 5. Auch hier können mehrere Sperrgitter 5 vorgesehen sein. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde diese Beschränkung in der Prinzip-Darstellung gewählt.
  • An jedes der Gittersegmente G1 bis GN kann eine frei wählbare Gitterspannung UG1 bis UGN angelegt werden (siehe FIG 6). An jedes der Gittersegmente G1 bis GN kann also auch eine unterschiedliche Gitterspannung UGN angelegt sein. Damit liegen dann in den Bereichen zwischen den jeweiligen Gittersegmenten G1 bis GN und der Emissionsfläche 3 jeweils unterschiedliche elektrische Felder an, was zu unterschiedlichen Emissionen von Elektronen aus der Emissionsfläche 3 des Elektronen-Emitters 1 führt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind beispielsweise die in den FIG 2 bis FIG 4 dargestellten Emissionsverteilungen für die aus der Emissionsfläche 3 austretenden Elektronen erzielbar. Für die Darstellungen wurden jeweils in einem kartesischen Koordinatensystem die Gittersegmente G1 bis GN auf der Abszisse und die Elektronenemission E ist auf der Ordinate aufgetragen.
  • Bei der in FIG 2 gezeigten Emissionsverteilung sind die Gitterspannungen UG1 bis UGN an den Gittersegmenten G1 bis GN derart gewählt, dass an den Gittersegmenten G1 und GN zwei gleich starke Gitterspannungen UG1 und UGN anliegen, wodurch die Elektronenemissionen E jeweils gleich stark sind. Die Gittersegmente G2 bis GN-1 sind durch Anlegen von höheren Gitterspannungen UG2 bis UGN-1 jedoch gesperrt, so dass an den Gittersegmenten G2 bis GN-1 keine Elektronen austreten.
  • Im Gegensatz dazu sind die Gitterspannungen UG1 bis UGN an den Gittersegmenten G1 bis GN bei der in FIG 3 dargestellten Emissionsverteilung unterschiedlich. Die Elektronenemissionen E sind durch Anlegen einer gewünschten Gitterspannung UGN frei wählbar, wodurch die MTF (Modulations-Transfer-Funktion) entsprechend beeinflussbar ist. Die MTF der sich auf einer Anode ergebenden Verteilung der Röntgenemission enthält somit hochfrequente Anteile, wodurch die Grenzauflösung des Gesamtsystems positiv beeinfluss werden kann (Coded Spot). Im dargestellten Fall sind die Gittersegmente G2 und G4 vollständig gesperrt, wohingegen durch die Gittersegmente G1, G3 und G5 bis GN eine zumindest teilweise Elektronenemission E möglich ist.
  • Bei der Emissionsverteilung gemäß FIG 4 handelt es sich um eine asymmetrische Emissionsverteilung der durch das Sperrgitter 5 hindurchtretenden Elektronen. Die Gittersegmente G1 bis G5 sind durch die jeweils angelegten Gitterspannungen UG1 bis UGN für die emittierten Elektronen unterschiedlich durchlässig. Das Gittersegment G1 weist die geringste Gitterspannung UG1 und damit die höchste Elektronenemission E auf. Demgegenüber liegt am Gittersegment G5 die höchste Gitterspannung UG5 an, wodurch sich eine entsprechend geringe Elektronenemission E ergibt. Die von dem Elektronen-Emitter 2 emittierten Elektronen erzeugen beim Auftreffen auf eine in FIG 4 nicht dargestellte Drehanode einen asymmetrischen Brennfleck, der eine höhere Elektronenstrahlleistung ermöglicht.
  • Eine Ausführungsform für eine Elektronen-Emissionsvorrichtung 1 ist in FIG 5 im Längsschnitt und in FIG 6 in Draufsicht dargestellt.
  • Auf einem Substrat 4 ist ein Emittermaterial 6 aufgebracht, das in einer Emissionsfläche 3 Elektronen emittiert (Elektronenemission E).
  • Das Substrat 4 ist beispielsweise ein Grundkörper aus einer technischen Keramik. Bei dem Emittermaterial 6 handelt es sich z.B. um Carbon-Nano-Tubes (CNT) oder um ein Dispenser-Kathodenmaterial, wie z.B. Bariumoxid (BaO) oder Lanthanhexaborid (LaB6).
  • Das Sperrgitter 5, das die Gittersegmente G1 bis GN umfasst, ist auf einem Keramikträger 7 beabstandet zum Substrat 4 (Grundkörper) angeordnet.
  • Wie aus FIG 6 ersichtlich, werden die Gittersegmente G1 bis GN jeweils einzeln mit den entsprechenden Gitterspannungen UG1 bis UGN angesteuert. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Gittersegmente G3 bis GN-1 nicht dargestellt. Das Sperrgitter 5 kann z.B. aus einem Wolframblech gefertigt sein, aus dem die Gittersegmente G1 bis GN, die die Gitterstruktur bilden, durch Laserschneiden herausgeschnitten wurden.
  • Für spezielle Anforderungen kann es vorteilhaft sein, ein zweites Sperrgitter (nicht dargestellt) parallel und orthogonal sowie beabstandet zu dem Sperrgitter 5 anzuordnen. Das zweite Sperrgitter weist ebenfalls eine vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten auf. Damit kann die Emissionsverteilung E der Elektronen in zwei Raumrichtungen beliebig gesteuert werden.
  • Das segmentierte Sperrgitter 5 aus dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 5 und 6 ist auch für eine Optimierung der aus der US 8,374,315 B2 bekannten Elektronen-Emissionsvorrichtung geeignet.
  • Wie aus der Beschreibung der in FIG 1 bis FIG 6 dargestellten Ausführungsbeispiele ersichtlich, ist durch die erfindungsgemäße Lösung auf einfache Weise eine Verbesserung der Bildqualität bei gleichzeitig verringerter Anodenbelastung durch eine Anpassung der Brennfleckgeometrie (Form und Größe) an die spezielle Anwendung realisierbar.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt und andere Ausgestaltungen können vom Fachmann hieraus problemlos abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

  1. Elektronen-Emissionsvorrichtung, umfassend
    - wenigstens einen Elektronen-Emitter (2) mit wenigstens einer Emissionsfläche (3) und
    - wenigstens ein Sperrgitter (5), das zur Emissionsfläche (3) des Elektronen-Emitters (2) beabstandet ist und eine vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten (G1 - G7, GN) aufweist.
  2. Elektronen-Emissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektronen-Emitter (2) als Dispenser-Kathode ausgebildet ist, die beim Anlegen einer elektrischen Feldstärke Elektronen emittiert.
  3. Elektronen-Emissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektronen-Emitter (2) als Feldeffekt-Emitter ausgebildet ist, der beim Anlegen einer elektrischen Feldstärke Elektronen emittiert.
  4. Elektronen-Emissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektronen-Emitter (2) als thermionischer Emitter ausgebildet ist, der beim Anlegen einer Heizspannung Elektronen emittiert.
  5. Elektronen-Emissionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei beabstandet zu dem Sperrgitter (5) ein zweites Sperrgitter parallel und orthogonal angeordnet ist, wobei das zweite Sperrgitter ebenfalls eine vorgebbare Anzahl von einzeln ansteuerbaren Gittersegmenten aufweist.
  6. Fokuskopf mit einer Elektronen-Emissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Röntgenröhre, die eine Anode und eine Elektronen-Emissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
  8. Röntgenröhre, die eine Anode und einen Fokuskopf nach Anspruch 6 umfasst.
  9. Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse, in dem eine Röntgenröhre nach Anspruch 7 oder 8 angeordnet ist.
EP18158898.9A 2018-02-27 2018-02-27 Elektronen-emissionsvorrichtung Withdrawn EP3531437A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18158898.9A EP3531437A1 (de) 2018-02-27 2018-02-27 Elektronen-emissionsvorrichtung
PCT/EP2019/051860 WO2019166161A1 (de) 2018-02-27 2019-01-25 Elektronen-emissionsvorrichtung
DE202019006062.6U DE202019006062U1 (de) 2018-02-27 2019-01-25 Elektronen-Emissionsvorrichtung
EP19704225.2A EP3732702A1 (de) 2018-02-27 2019-01-25 Elektronen-emissionsvorrichtung
US16/971,018 US11373835B2 (en) 2018-02-27 2019-01-25 Electron-emission device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18158898.9A EP3531437A1 (de) 2018-02-27 2018-02-27 Elektronen-emissionsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3531437A1 true EP3531437A1 (de) 2019-08-28

Family

ID=61521344

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18158898.9A Withdrawn EP3531437A1 (de) 2018-02-27 2018-02-27 Elektronen-emissionsvorrichtung
EP19704225.2A Pending EP3732702A1 (de) 2018-02-27 2019-01-25 Elektronen-emissionsvorrichtung

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19704225.2A Pending EP3732702A1 (de) 2018-02-27 2019-01-25 Elektronen-emissionsvorrichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11373835B2 (de)
EP (2) EP3531437A1 (de)
DE (1) DE202019006062U1 (de)
WO (1) WO2019166161A1 (de)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4100297A1 (de) * 1991-01-08 1992-07-09 Philips Patentverwaltung Roentgenroehre
DE19727606A1 (de) 1997-06-28 1999-01-07 Philips Patentverwaltung Elektronenemitter mit nanokristallinem Diamant
US5857883A (en) * 1997-05-09 1999-01-12 International Business Machines Corporation Method of forming perforated metal/ferrite laminated magnet
US7751528B2 (en) 2007-07-19 2010-07-06 The University Of North Carolina Stationary x-ray digital breast tomosynthesis systems and related methods
US7817777B2 (en) 2005-12-27 2010-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Focus detector arrangement and method for generating contrast x-ray images
US7835501B2 (en) 2006-10-13 2010-11-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray tube, x-ray system, and method for generating x-rays
US8054944B2 (en) 2008-09-08 2011-11-08 Siemens Aktiengesellschaft Electron beam controller of an x-ray radiator with two or more electron beams
DE102010043540A1 (de) * 2010-11-08 2012-03-15 Siemens Aktiengesellschaft Röntgenröhre
US8374315B2 (en) 2009-02-03 2013-02-12 Siemens Aktiengesellschaft X-ray tube
DE102012209089A1 (de) 2012-05-30 2013-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Röntgenröhre mit einer Drehanode

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6249569B1 (en) * 1998-12-22 2001-06-19 General Electric Company X-ray tube having increased cooling capabilities
US20040240616A1 (en) * 2003-05-30 2004-12-02 Applied Nanotechnologies, Inc. Devices and methods for producing multiple X-ray beams from multiple locations
US8189893B2 (en) * 2006-05-19 2012-05-29 The University Of North Carolina At Chapel Hill Methods, systems, and computer program products for binary multiplexing x-ray radiography
EP2443643B1 (de) * 2009-06-17 2016-12-14 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Röntgenröhre zum erzeugen von zwei brennpunkten und medizinische einrichtung damit
DE102017105546B4 (de) * 2017-03-15 2018-10-18 Yxlon International Gmbh Steckdose zur Aufnahme eines Steckers eines Hochspannungskabels für eine Mikrofokus-Röntgenröhre, Steckverbindung für ein Hochspannungskabel

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4100297A1 (de) * 1991-01-08 1992-07-09 Philips Patentverwaltung Roentgenroehre
US5857883A (en) * 1997-05-09 1999-01-12 International Business Machines Corporation Method of forming perforated metal/ferrite laminated magnet
DE19727606A1 (de) 1997-06-28 1999-01-07 Philips Patentverwaltung Elektronenemitter mit nanokristallinem Diamant
US7817777B2 (en) 2005-12-27 2010-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Focus detector arrangement and method for generating contrast x-ray images
US7835501B2 (en) 2006-10-13 2010-11-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray tube, x-ray system, and method for generating x-rays
US7751528B2 (en) 2007-07-19 2010-07-06 The University Of North Carolina Stationary x-ray digital breast tomosynthesis systems and related methods
US8054944B2 (en) 2008-09-08 2011-11-08 Siemens Aktiengesellschaft Electron beam controller of an x-ray radiator with two or more electron beams
US8374315B2 (en) 2009-02-03 2013-02-12 Siemens Aktiengesellschaft X-ray tube
DE102010043540A1 (de) * 2010-11-08 2012-03-15 Siemens Aktiengesellschaft Röntgenröhre
DE102012209089A1 (de) 2012-05-30 2013-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Röntgenröhre mit einer Drehanode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V. BOGDAN NECULAES ET AL.: "Multisource inverse-geometry CT. Part II. X-ray source design and prototype", MEDICAL PHYSICS, vol. 43, no. 8, August 2016 (2016-08-01), pages 4617 - 4627, XP012209408, DOI: doi:10.1118/1.4954847

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019166161A1 (de) 2019-09-06
US20210082653A1 (en) 2021-03-18
US11373835B2 (en) 2022-06-28
DE202019006062U1 (de) 2024-06-10
EP3732702A1 (de) 2020-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0801805B1 (de) Feldemissionskathodeneinrichtung und verfahren zur herstellung
DE10334606A1 (de) Kathode für Hochemissions-Röntgenröhre
DE102008046721B4 (de) Kathode mit einem Parallel-Flachemitter
EP3685420B1 (de) Mbfex-röhre
DE102010061229A1 (de) Vorrichtung zum Modifizieren des Elektronenstrahl-Aspektverhältnisses zur Röntgenstrahlungserzeugung
DE102011076912A1 (de) Röntgengerät umfassend eine Multi-Fokus-Röntgenröhre
DE19820243A1 (de) Drehkolbenstrahler mit Fokusumschaltung
DE112007000045T5 (de) Elektronenkanone, Elektronenstrahl-Bestrahlungsgerät und Bestrahlungsverfahren
DE10228545A1 (de) Verfahren und System zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in Röntgenstrahl-Erzeugungsvorrichtungen
DE102008011841B4 (de) Kathode
DE4103585A1 (de) Gekapselte feldemissionsvorrichtung
DE1764860B1 (de) Elektronenstrahlerzeuger und verfahren zu seiner herstellung
WO2008058527A2 (de) Feldemissionsvorrichtung
DE2516464C3 (de) Kathodenstrahlröhre
EP3531437A1 (de) Elektronen-emissionsvorrichtung
DE2337142A1 (de) Elektronenquelle
DE102015215690B4 (de) Emitteranordnung
WO2019149482A1 (de) Emissionsvorrichtung
DE102016215375B4 (de) Thermionische Emissionsvorrichtung
CN111788652B (zh) 电子发射装置
DE102007034222A1 (de) Röntgenröhre mit einer Feldemissionskathode
DE102023205644B3 (de) Elektronenemitter für mehrere Brennfleckgrößen
DE102016200698B4 (de) Kathode
DE202024102372U1 (de) Drehkolben-Röntgenstrahler mit einem Glaskolben
DE102024204325A1 (de) Drehkolben-Röntgenstrahler mit einem inhomogenen Feld

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200229