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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6131293
(24)【登録日】2017年4月21日
(45)【発行日】2017年5月17日
(54)【発明の名称】Ｘ線管用電子源
(51)【国際特許分類】
H05G 1/70 20060101AFI20170508BHJP
H05G 1/32 20060101ALI20170508BHJP
A61B 6/03 20060101ALI20170508BHJP
【ＦＩ】
H05G1/70 B
H05G1/32 U
A61B6/03 320B
【請求項の数】13
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-113738(P2015-113738)
(22)【出願日】2015年6月4日
(62)【分割の表示】特願2011-546969(P2011-546969)の分割
【原出願日】2010年1月27日
(65)【公開番号】特開2015-173128(P2015-173128A)
(43)【公開日】2015年10月1日
【審査請求日】2015年6月4日
(31)【優先権主張番号】0901338.4
(32)【優先日】2009年1月28日
(33)【優先権主張国】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】505396110
【氏名又は名称】シーエックスアール リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094983
【弁理士】
【氏名又は名称】北澤 一浩
(74)【代理人】
【識別番号】100095946
【弁理士】
【氏名又は名称】小泉 伸
(74)【代理人】
【識別番号】100099829
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 朗子
(74)【代理人】
【識別番号】100158023
【弁理士】
【氏名又は名称】牛田 竜太
(72)【発明者】
【氏名】モートン、エドワード、ジェイムス
(72)【発明者】
【氏名】ラガー、ラッセル、デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】デ アントニス、ポール
(72)【発明者】
【氏名】カニングハム、マイケル
【審査官】
伊藤 昭治
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００４−３５７７２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００８／００６９４２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
英国特許出願公開第０２３６０４０５（ＧＢ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／０１２４５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開昭６４−０８６９３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０５Ｇ １／００ − １／７０
Ａ６１Ｂ ６／０３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電子エミッタのうちのいずれをアクティブにすべきかを示している入力信号を受信して複数の出力を生成する入力部を備え、該複数の出力のそれぞれはそれぞれのエミッタの動作を制御し、またそれぞれの出力は、それぞれのエミッタに高電圧を供給することによりそれぞれのエミッタを駆動する第1状態か、それぞれのエミッタに互いに異なる電圧を供給することにより該エミッタの動作を停止させる第2状態か、該エミッタをそれぞれのエミッタに対する電圧の供給をとりやめることにより該出力が自由に変動し該エミッタを電気的に絶縁する浮遊状態とする第3状態にできることを特徴とするX線スキャナ用の制御システム。
【請求項2】
何れの出力が第1状態なのかそして何れの出力が第2状態なのかを示すデータを保有する第1のレジスタと、何れの出力が第3状態なのかを示すデータを保有する第2のレジスタを備え、該第2のレジスタからのデータは該第1のレジスタからのデータよりも優先されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
それぞれの該出力をモニタすると共に、いずれかの出力が所定の閾値を越えたことを示すフィードバック信号を生成する出力モニタ手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御システム。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御システム。
【請求項4】
該フィードバック信号は何れの出力が該閾値を越えたかをしめすことを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
【請求項5】
該出力モニタ手段は、それぞれの出力と基準信号とを比較し、出力が該基準信号よりも大きいことを示す比較信号を生成することを特徴とする請求項３又は４に記載の制御システム。
【請求項6】
該出力モニタ手段は、該比較信号をシリアル出力に重ね合わせることを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
【請求項7】
該比較信号を受信して該シリアル出力を生成するフィードバックレジスタを備えていることを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
【請求項8】
該入力信号が示している複数の該出力の名目的な状態に係わらず、全ての該出力を第2の状態に固定するブランキング手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の制御システム。
【請求項9】
それぞれの該出力が所定の順番で第1の状態にある間該ブランキング手段がオフ状態となるような逐次アクセスモードで該システムが動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の制御システム。
【請求項10】
該出力がそれぞれの駆動期間の間第1の状態にあり該ブランキング手段が該駆動期間相互の間にあるときオン状態となって全ての出力を第2の状態にするような非逐次アクセスモードで該システムが動作可能であることを特徴とする請求項９に記載の制御システム。
【請求項11】
請求項１乃至１０のいずれか一に記載された制御システムを有する複数の制御サブシステムを有し、それぞれの該制御サブシステムは該複数のエミッタのそれぞれのグループを制御することを特徴とするX線スキャナ用の制御システム。
【請求項12】
それぞれの該制御サブシステムの該ブランキング手段は、当該サブシステムからの複数の出力のうちのひとつが第1状態にあるときにオフ状態となり、他のサブシステムからの複数の出力が第1状態にあるときはオン状態となることを特徴とする請求項１０に従属する請求項１１に記載の制御システム。
【請求項13】
複数のエミッタと、請求項１乃至１２のいずれか一に記載の制御システムとを備えたX線スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ｘ線管及びＸ線管用の電子源及びＸ線画像システムに関する。
【背景技術】
【0002】
Ｘ線管は、熱電子エミッタか又は冷陰極源である電子源と、エミッタからの電子の抽出を制御するように構成されたグリッドのような抽出装置と、電子が衝突したときにＸ線を発生する陽極とを有する。このようなシステムを示す例が米国特許第４２７４００５号や同第５２５９０１４号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第４２７４００５号公報
【特許文献2】米国特許第５２５９０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば医療や警備のようにＸ線スキャナの使用が多くなるにつれて、比較的安価で寿命の長いＸ線管の製造が特に望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
係る目的を達成するため、本発明はＸ線スキャナ用の電子源を提供し、エミッタ支持ブロックを有する。支持ブロック上には電子を放出する電子放出領域が設けられる。電子放出領域と電流源とを電気的に接続するように構成された電気コネクタが設けられる。また支持ブロックを加熱するように構成された加熱手段が設けられる。
【0006】
本発明は更に、X線スキャナ用の制御システムを提供する。このシステムは、複数の電子エミッタのうちのいずれをアクティブにすべきかを示している入力信号を受信して複数の出力を生成し、複数の出力のそれぞれはそれぞれのエミッタの動作を制御する入力部を備える。このシステムは更に出力モニタ手段を備える。出力モニタ手段はそれぞれの出力をモニタすると共に、いずれかの出力が所定の閾値を越えたことを示すフィードバック信号を生成する。
【0007】
本発明は更にX線スキャナ用の制御システムを提供し、入力部を備える。入力部は、複数の電子エミッタのうちのいずれをアクティブにすべきかを示している入力信号を受信して複数の出力を生成し、複数の出力のそれぞれはそれぞれのエミッタの動作を制御し、またそれぞれの出力はそれぞれのエミッタを駆動する第1状態か、該エミッタの動作を停止させる第2状態とすることができる。システムは更にブランキング手段を備え、このブランキング手段は、入力信号が示している複数の出力の名目的な状態に係わらず、全ての出力を第２の状態に固定する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施の形態によるＸ線スキャナを示す概略図。
【図10】本発明の他の実施の形態における出力ステージ形成部を示す図。
【図11a】本発明の他の実施の形態におけるエミッタ素子を上面から視た斜視図。
【図11b】本発明の他の実施の形態におけるエミッタ素子を底面から視た斜視図。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明の好ましい実施の形態について添付の図面とともに説明する。
【0010】
図１において、X線スキャナ５０は、中央のスキャナ軸Zを中心とする円弧上に配列置されてスキャナ軸Zに向けてX線を発射するように指向している複数のX線エミッタユニット３５の列を有する。複数のセンサ５２の環状体がエミッタの内側に位置しており、スキャナ軸Zに向けて内向きとなっている。センサ５２とエミッタユニット２５はZ軸に沿って互いにずれて配置されており、それぞれのエミッタユニットから発せられたX線は、該エミッタに最も近い位置にあるセンサを通過してZ軸を通過し、最も遠い位置にあるセンサによって検出される。
【0011】
図２ａ、図２ｂにおいて、それぞれのエミッタユニット２５は電子エミッタ素子１１６を有し、該素子１１６は窒化アルミニウム（AIN）製のエミッタ支持ブロック１１７と、該ブロック１１７の上面１２０に設けられた仕事関数が低い複数のエミッタ１１８と、該ブロック１１７の下面１２１に設けられた白金（Pt）製のヒータ素子１２２を有する。複数のエミッタ１１８は白金を主成分とするインクで形成され高放射塗布剤で塗布される。又、ヒータ素子も白金を主成分とするインクにより形成される。エミッタはブロック１１７の上面１２０で互いに分離離散した領域を覆っており、ブロック１１７の長手方向で離間している。導電性材料よりなる接続ストリップ１２３がそれぞれのエミッタ１１８から延びており、ブロック１１７の側面の周りを囲むようにして下面１２１側にまで延び、下面上にコネクタパッド１２４を形成する。接続ストリップは互いに離間しており、それぞれのエミッタ１１８は他のエミッタ１１８からは電気的に絶縁されている。窒化アルミニウム（AlN)は熱伝導性が高い強靱なセラミック材であり、その熱膨張係数は白金（Pt)ときわめて合致している。アルミナ(Al2O3)は特性が窒化アルミニウムに類似するために、支持ブロック１１７の材料となり得る。これらの特性はX線管に適用するのに適した統合されたヒータ・電子エミッタ素子の設計につながるものである。
【0012】
AlNは広バンドギャップ半導体の材料であり、半導体注入コンタクトはPtとAlNとの間で形成される。高動作温度で生じる注入電流を減らすために、注入コンタクトに代えてブロッキングコンタクトとするのが有益である。これは例えば、Ptの金属化製造の前に、AlN基材１２０上で酸化アルミニウム層を成長させることによって達成できる。AlN基材とPtエミッタとの間に酸化層を設けることにより、好ましいブロッキングコンタクトが形成できる。別の方法として、Ptに代えてタングステンやニッケルのような他の材料を用いることができる。特に、これらの金属は焼成プロセスにおいて、セラミック中に焼結して強固なハイブリッド素子となる。
【0013】
場合に応じてAlN基板上に第2の金属、例えばニッケル、を塗布するのが有効である。そのことにより酸化物であるエミッタの寿命が延びるかヒータの抵抗を制御できる。
【0014】
本実施の形態によるヒータ素子１２２を形成するために、プラチナ金属を幅１〜3ミリ厚さ１０〜200ミクロンのトラックに形成し、室温において５〜２００オームの耐トラッキング性を具備するようにする。ヒータの電圧を１００ボルト未満に制限して基板である支持ブロックの上面１２０におけるエミッタパッド１１８に対する電気的なクロストークを回避するのが有益である。トラックに電流を流すことにより、トラックは加熱を開始し、この熱的エネルギが直接AlN基板内に分散される。AlNの熱伝導性が良好なために、基板全体にわたってAlNの熱は均一であり、１０度〜２０度以内である。電流や周囲環境に応じて、１１００Cを超える安定した基板温度を達成できる。AlNもプラチナも共に酸素に対して耐性があるので、このような温度が空気中でも達成できる。しかし、X線管への適用に際しては、基板は真空中で加熱される。
【0015】
エミッタパッド１１８とヒータ素子１２２と接続ストリップ１２３は、要求されたパターンのもと印刷によって支持ブロック１１７の表面に設けられる。接続パッド１２４は多重印刷により複数のインク層を設けることで形成され、接続ストリップ１２３よりも厚く形成される。ヒータ素子１２２の両端部にあるコネクタは同様に形成される。支持ブロック１１７は１１００Ｃ程度に加熱され、支持ブロック１１７の表面内にインクが焼結していく。次にエミッタパッド１１８は、有機バインダ入りの乳剤の形態をなすバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）の炭酸塩材料で塗布される。この塗布は、電気泳動析出またはシルクスクリーン印刷を用いて行うことができる。使用する前にエミッタ素子１１６を搭載したとき、ヒータ素子１２２はブロック１１７を７００Ｃを超えて加熱する。そのことにより炭酸塩材料がまず有機バインダを押しだし、次に炭酸塩が酸化物に変化する。このプロセスは活性化として公知である。エミッタパッド塗布剤の中に残る最も活性な物質は酸化バリウムであり、８５０〜９５０Ｃの動作温度において、電子放出密度は１ｍＡ／ｍｍ２を超えている。
【0016】
図３において、それぞれのエミッタユニット２５は、エミッタ素子１１６と、エミッタ素子１１６を電気的に制御する回路基板３１０と、それぞれのエミッタパッド１１８からの電子の抽出を制御するように構成されたグリッド３１２と、抽出された電子のビームを集束して陽極３１１上の標的領域に向けさせる集束素子３１４とを有する。下部にある回路基板３１０は、エミッタ相互で個別に制御される制御信号・電力信号のための真空のフィードスラスを備える。回路基板はガス放出性の少ない材料、例えばアルミナセラミック、にて形成されるのが最良である。
【0017】
エミッタ素子１１６はバネ付きの接続素子３１６によって回路基板３１０に接続されている。かかる構成により、回路基板３１０上においてエミッタ素子の物理的な支持ができ、また、それぞれの接続素子１３６は、それぞれのエミッタ素子１１６の接続パッド１２４と回路基板３１０上のそれぞれのコネクタとの間の電気的な接続をなす。それぞれの接続素子３１６は、上側チューブ３１８と下側チューブ３２０を有する。上側チューブ３１８の上端はエミッタ素子に接続されてそれぞれのコネクタパッド１２４と電気的に接続される。下側チューブ３２０は小径であり回路基板３１０上に載置され、該チューブの下端は回路基板３１０の関連する接点と電気的に接続されている。下側チューブ３２０の上端は上側チューブの下端内に摺動可能に受け入れられており、コイルバネ３２２がチューブ３１８，３２０間に介在して互いに弾発的に位置させ、それ故エミッタ素子１１６は回路基板３１０に対して弾性的に移動可能に位置される。
【0018】
コネクタ素子３１６は複数のコネクタパッド１２４に電気的に接続しており、よって複数のエミッタパッド１１８に接続している。またコネクタ素子３１６はAlN基板１１７と機械的に接続しており基板（支持ブロック）１１７を支持している。バネ３２２はタングステン製が好ましいが、モリブデンその他の材料でもよい。電子放出エミッタ素子１１６の熱膨張によってバネ３２２が撓み、信頼性のある相互接続方法が提供できる。グリッド３１２と集束素子３２４は熱膨張の影響は少ないので、位置は固定されている。エミッタ素子１１６の上面は複数のサファイヤ球３１７よりなるスペーサによって、グリッド３１２との距離が一定に保たれている。即ち、エミッタ素子１１６の熱膨張や熱収縮している間でも、エミッタパッド１１８はサファイヤ球３１７を介してグリッド３１２に対しては移動不能に保持される。それぞれのエミッタパッド１１８の電位は放出電位とブロッキング電位（非放出電位）との間で切り替え可能である。放出電位はグリッド３１２の電位より低く、電子がエミッタ１１８からグリッド３１２方向に抽出される。ブロッキング電位はグリッド電位よりも高く、エミッタ１１８の表面上から電子は放れようとせず、仮に表面から放れてもエミッタ側に引き戻される。
【0019】
図４を併せて参照すると、グリッド３１２は薄いタングステンフォイルにより形成される。グリッド３１２はエミッタ素子１１６の上面１２０上を延び、更にエミッタ素子１１６の側面を通過し、エミッタの支持ブロックの下面１２１を含む平面を通過する。グリッド３１２は更に回路基板３２０のところまで下降して延び、回路基板の上面を含む面を通過し、回路基板の後面を含む面を通過する。グリッド３１２は多数の抽出領域３１３を有し、それぞれの領域はそれぞれのエミッタパッド１１８上に延びて、一連の狭い開口３１５が形成されている。複数の開口３１５は抽出領域の少なくとも５０％を占める。それぞれの抽出領域３１３はエミッタパッド１１８とほぼ同等な領域を覆い、またエミッタパッド１１８の直上にある。抽出領域間のグリッド３１２の領域は隙間のないソリッドなものである。よって、グリッド３１２は個々のエミッタパッド１１８から放出された電子ビームを集束するのを助長する。開口３１５はタングステンフォイルを化学的にエッチングすることで形成される。よって、グリッド３１２は、開口３１５は別として、エミッタ素子１１６上でほとんど連続した層をなす。エミッタ素子の正面１２０とグリッド３１２の上部との間は、サファイヤ球３１７によって一定の隙間が保たれている。またグリッド３１２の側部はエミッタ素子１１６や回路基板３１０と離間している。そのためグリッド３１２はエミッタ素子１１６の両側面や上面全体を取り囲んで有効な熱遮蔽体を形成している。このように部分的に取り囲むことによってエミッタ素子からの放熱を減らすことができる。グリッド３１２のためにモリブデンのような他の材料を用いることができる。グリッド３１２は回路基板３１０上において電気的コネクタと接続されるので、その電位が制御可能である。グリッド３１２はエミッタパッド１１８に近い位置で支持されており、グリッドとエミッタパッドとの間の隙間は１ミリ程度である。かかる構成により、１ｍＡ／ｍｍ２を越えるビーム電流を達成しつつも抽出電圧（即ちアクティブなエミッタパッド１１８とグリッドとの間の電圧の相違）を例えば２００ボルト未満に低く維持することができる。
【0020】
集束素子３１４はそれぞれがそれぞれのエミッタ素子１１６の側部に沿って延びている。それぞれの集束素子３１４は絶縁性の取付部３２３上に取付けられ、グリッド３１２やエミッタ素子１１６とは電気的に絶縁されている。集束素子３１４は平坦な下部３２４と曲面部３２４を有する。平坦な下部３２４はグリッド３１２の側部と平行に且つ側部と離間して延びている。曲面部３２６は下部３２５からグリッドの上部を越えて上方に延び曲面形状をなしてグリッド方向に向かう。曲面部３２６の内方縁部３２８はエミッタの長さに沿って延びており、グリッド３１２と離間しており、横方向においてエミッタパッド１１８の縁部とほぼ同じ位置にある。かかる構成により、２個の集束素子３１４間の隙間が、幅に関してエミッタパッド１１８やグリッド３１２の開口領域とほぼ等しくなる。集束素子３１４は両者ともにグリッド３１２に対して負の電位に保持され、エミッタからの抽出された電子を幅方向において集束する電界をもたらす。集束素子はグリッド３１２から離間している外側の熱遮蔽体を構成し、そのことによりエミッタ素子１１６から離間した放熱を減らしている。
【0021】
図３において、熱遮蔽体又は反射体３３０がエミッタ素子１１６と回路基板３１０との間に位置している。本実施の形態においては、熱遮蔽体３３０は雲母のシートに薄い金の層を塗布したものである。チタン層を金と雲母との間に介在させることで金の接着性が向上する。熱遮蔽体３３０はバネ付き接続素子３１６に支持される。接続素子３１６は遮蔽体３３０の穴を貫通している。遮蔽体の塗布された上面はAlN基板の下側の加熱された側に近い位置で離間して面している。遮蔽体３３０はエミッタ素子からの熱を反射してエミッタ素子側に戻すことにより、ヒータの効率が改善され放射熱伝達を通じて熱損失を低減している。グリッド３１２がエミッタ素子の上面と側部を取り囲み、遮蔽体３３０がエミッタ素子の下側を取り囲むことにより、エミッタ素子はその４面全てを遮蔽物で取り囲まれることとなる。熱の遮蔽はエミッタ素子１１６の複数の端部でも可能であるが、複数のエミッタ素子が互いに端部間で近接して配置されるので、かかる遮蔽はさほど重要ではない。遮蔽体３３０の基材としては雲母が用いられるが、チタンやその他多層赤外線ミラーなどの反射性の材料でもよい。エミッタ素子１１６とグリッド３１２との間に更なる類似した反射体を設けてもよい。
【0022】
図１に戻ると、スキャナは制御システムによって制御され、制御システムは図１に示される機能ブロックでなされる様々な機能を実行する。システム制御ブロック５４は画像表示ユニット５６やＸ線管制御ブロック５８や画像再構成ブロック６０からのデータを受けて制御を行う。Ｘ線管制御ブロック５８は集束制御ブロック６２やエミッタ制御ブロック６４や高電圧供給部６８を制御する。集束制御ブロック６２はそれぞれのエミッタユニット２５における集束素子３１４の電位を制御する。エミッタ制御ブロック６４はそれぞれのエミッタユニット２５における個々のエミッタパッド１１８の電位を制御する。高電圧供給部６８はそれぞれのエミッタブロックの陽極３１１に電圧を供給し、エミッタ素子１１８に電圧を供給する。像再構成ブロック６０は、センサ制御ブロック７０からのデータを受けて制御を行い、センサ制御ブロック７０は、センサ５２からのデータを受けて制御を行う。
【0023】
図５において、回路基板３１０はそれぞれのエミッタパッド１１８に対する高電圧プッシュプル出力段５００を備え、それはエミッタパッド１１８に高電圧を供給してエミッタパッド１１８からの電子の放出を制御している。それぞれの出力段５００は一対のトランジスタ、具体的には供給側５０６と接地側５０８との間で互いに直列に接続されているＦＥＴ５０２、５０４を有する。高電圧出力５１０が２個のＦＥＴの間に接続されている。駆動入力５１２が第２のＦＥＴ５０４に直接接続されており、またＸＯＲゲート５１４とインバータを介して第１のＦＥＴ５０２に接続されている。ＸＯＲゲート５１４は第２の入力ｅｎを備える。駆動入力が第1の入力である。入力ｅｎは通常はローレベルであり、ＸＯＲゲート５１４の出力はこの入力と同じくなるが、図６で以下に説明するように入力ｅｎは更なる制御のために用いられる。入力信号がローレベルのときはＦＥＴ５０２はオンになり、出力５１０を供給電圧に接続し、第２のＦＥＴ５０４はオフとなり出力５１０を接地から遮断する。それ故、出力電圧は瞬時に供給電圧にまで上昇する。入力信号がハイレベルのときは,第１のＦＥＴ５０２はオフとなり、出力５１０は供給電圧から遮断され、第２のＦＥＴ５０４はオンとなって接地され、そのため出力電圧は即座にゼロに低下する。よって、公知の制御方法のように、この出力段５００によりエミッタは瞬時にオン、オフに切り替えられ、Ｘ線ビームのソースの位置は正確に制御される。入力値が中間レベルのとき、即ち、第２のＦＥＴ５０４をオンに切り替えるほど高くなく又は第１のＦＥＴ５０２をオンに切り替えるほどに低くないときは、両方のＦＥＴはオフとなり、出力は浮いた第３の状態となる。その状態では、出力は高出力供給の一定電位や接地からは接続されておらず、自由に変動する。このことはエミッタパッド１１８が電気的に絶縁された状態となり、エミッタパッド１１８からの電子の抽出が抑止される。
【0024】
図６において、制御システムのエミッタ制御ブロック６４は、多数のエミッタ制御装置６００に入力されるべきデジタルのエミッタ制御信号を生成する。それぞれのエミッタ制御装置はそれぞれのX線エミッタユニット２５における３２個の電子エミッタパッドの動作を制御する。それぞれのエミッタ制御装置６００は入力信号としてシリアル形式のデジタル信号Ｄｉｎを受ける。このデジタル信号は、オンされるべきいずれかのエミッタや、オフされるべきいずれかのエミッタや、浮いた状態にすべきいずれかのエミッタを示すデータを含んでいる。この入力信号はプロセッサ６０１や多数のシフトレジスタ６０２、６０４、６０８、６１４に送られる。シフトレジスタは、３２個のエミッタのそれぞれを制御するための出力段５００の出力を制御し監視する。出力段５００のうちの一つが３２個の制御されたエミッタのそれぞれに対応する。
【0025】
プロセッサ６００は制御信号ＣＴＲＬやデータ信号ＤｉＮ、クロック信号ＳＣＬＫを受信し、シフトレジスタの動作やエミッタ制御装置６００のその他の機能を制御するための多数の信号を出力するように構成されている。複数のレジスタのうちの一つはデータレジスタ６０２であり、３２ビットの直列入力並列出力シフトレジスタである。このレジスタは、特定の周期のそれぞれのエミッタ１１８の要求された状態を示すデータを含むシリアルな入力信号Ｄｉｎを受信し、プロセッサ６０１からの信号ld_datやクロック信号ＳＣＬＫの制御に基づいてそのデータを読み込む。
【0026】
それは３２個の要求された状態を並列入力並列出力データレジスタ６０４の複数の入力に出力するように構成されており、データレジスタ６０４はクロック信号ＸＣＬＫの制御に基づいてそれらを読み込む。データレジスタ６０４はその並列出力において読み込まれたデータをそれぞれのＮＡＮＤゲート６０６の３個の入力のうちの一つに伝える。ＮＡＮＤゲート６０６のその他の入力は全てハイであると仮定すると、それぞれのＮＡＮＤゲート６０６の出力はそれぞれのエミッタ１１８がアクティブであればローとなり、アクティブでなければハイとなる。それぞれのＮＡＮＤゲート６０６からの出力は排他的論理和ゲート（ＥＯＲ）６０９の一つの入力に送られ、他の入力は極性信号ＰＯＬを受信する。それぞれのＥＯＲゲート６０９からの出力は、それぞれの出力段５００に入力され、それぞれの出力段は図５に示されるように制御された高電圧出力ＨＶｏｕｔをエミッタに供給する。極性信号ＰＯＬはシステムの極性を反転する。例えば、グリッドが高電圧電位又は接地されているときは、ビームをオフするためにエミッタへの正の電圧が必要となり、エミッタが高電位であるか接地されているときは、ビームをオフするために負の電位が必要となる。ＸＯＲゲートやＰＯＬ入力により回路が何れの形態にもなる。
【0027】
３値状態レジスタ６０８は第２の３２ビットＳＩＰＯレジスタであり、シリアルな入力信号Ｄｉｎを受信する。この信号はtri-stateか浮いた状態とすべき出力を示すデータを含んでいる。このデータは、入力信号から取り込まれ、信号ld_enとクロック信号ＳＣＬＫの制御に基づいて３値状態レジスタ６０８に取り込まれる。このデータはそれぞれの出力段５００に並列に出力され、出力ｅｎは出力段５００が３値状態に切り替えるべきであればハイであり、それぞれのＮＡＮＤゲート６０６からの出力によって決定されたように出力段がハイ又はローレベルにセットされるべきであればローとなる。図３に戻ると、エネイブル信号ｅｎがハイのときは、出力段への入力信号がローであればエミッタは浮いた状態となる。シリアル入力信号Ｄｉｎからのデータを使用して、いずれか一つまたはそれ以上のエミッタ１１８を３値状態に設定する。例えば、エミッタ１１８の所期稼働状態において全てのエミッタが３値状態となっているとき、又は短絡が生じて１個またはそれ以上のエミッタに影響がでたとき、例えばそれがグリッドに接続されたような場合に、影響を受けたエミッタを浮いた状態にすることによって短絡が緩和される。
【0028】
それぞれのＮＡＮＤゲート６０６は、ブランキング信号ＢＬＡに接続される一つの入力を有する。そのためブランキング信号ＢＬＡがハイのときは、データレジスタ６０２からの出力にかかわらずＮＡＮＤゲート６０６の出力はローとなる。ブランキング信号はいずれのＮＡＮＤゲートの出力をブランクな状態に又はアクティブな状態に設定するのに用いられる。ブランクな状態では出力は一定であるか少なくとも入力データとは無関係である。アクティブな状態では出力は入力データによって制御される。更に別のチップ選択入力ＣＳが全てのＮＡＮＤゲートに設けられ、全体の制御チップ６００をアクティブにするか非アクティブにするために用いられる。
【0029】
それぞれの高出力ＨＶｏｕｔはそれぞれの比較器６１２に入力され、出力値と閾値信号ＶＲＥＦとが比較され、出力駆動信号が閾値よりも高いか低いかを示すフィードバック出力を生成する。プロセッサ６０１からの信号 rd_fbの制御に基づき、すべての３２個の出力信号についてのフィードバックデータは並列入力直列出力フィードバックレジスタ６１４に入力される。そしてフィードバックレジスタ６１４はフィードバックデータを直列フィードバック出力６１６に変換する。この出力６１６はいずれかの出力が過度の電流を供給していることを示し、それは例えば短絡の問題を示すことに用いられる。参照信号ＶＲＥＦの値はプロセッサ６０１によって設定される。
【0030】
シリアルな出力６１８はデータレジスタ６０２からも供給され、それぞれの出力信号が名目的にハイレベルかローレベルかを示す。プロセッサ６０１からの多重送信制御信号ｍｕｘの制御に基づき、２個のシリアル出力はマルチプレクサー６２０によって多重送信され、単一のシリアルデジタル出力信号Ｄｏｕｔが生成される。そのことによって、例えば装置のプログラミングをチェックするために予想された出力値が出力６１８からチェックでき、また正確な出力が実際に生じているかをチェックするために出力６１６からの実際の値がチェックできる。
【0031】
制御装置６００はシーケンシャルアクセスモード、ランダムアクセスモード、ノンスキャニング又はレセットモードの３つの異なるモードで動作するように構成されている。シーケンシャルアクセスモードでは、Ｘ線ビームは複数のＸ線ソースの周りを順次スキャンされる。それゆえ全てのエミッタのそれぞれの全スキャンにおいて、それぞれの制御装置はスキャン中単一期間でアクティブとなり、その期間中それぞれのエミッタを駆動し、それぞれの駆動期間を順次制御する。ランダムアクセスモードでは、Ｘ線源がＸ線源アレイの周りを疑似ランダムの態様で移動する。それゆえ全てのエミッタのそれぞれのスキャンにおいて、それぞれの制御装置は一つの駆動期間において一つのエミッタを駆動し、次に他の装置６００によって制御された複数のエミッタが起動している間多数の起動期間において停止し、次に別の複数のエミッタが起動しているときは更なる起動期間において再度起動する。シーケンシャルアクセスモードとランダムアクセスモードのいくつかの制御入力が図７と図８にそれぞれ示されている。信号ＬＯＡＤは、特別な信号ではなく、装置６００が複数のエミッタのうちの一つにパワーを供給しているときの時間を示す。シーケンシャルアクセスモードでは、エミッタが順番に稼働している間、ブランキング信号ＢＬＡは、順次稼働する期間中ハイレベルに保持される。そのため出力は、データレジスタ６０４に取り込まれたデータを追跡している。ランダムアクセスモードにおいては、ブランキング信号は稼働期間のみハイとなる。稼働期間では装置６００によって制御されているエミッタの内の一つは稼働している。そのため稼働期間中は、出力はデータレジスタ６０４にあるデータを追跡している。稼働期間の間の介在期間は、ブランキング信号はローであり、出力は全てオフされる。そのことによってこれら介在期間中に装置６００によっていかなる処理が実行されようとも、装置の出力は影響されず、エミッタに対する制御に悪影響を及ぼさない。このモードは、上述したランダムアクセス方法のようなスキャニング本法にとって適切である。ランダムアクセス法では、スキャン中の多数の稼働期間の間電子が放出してＸ線が発生しているようなエミッタユニットが稼働しているが、他のエミッタユニットが稼働中の多数の介在期間中ではエミッタユニットは非稼働である。
【0032】
図９において、デフォルトモードである非スキャンモードでは、ブランキング信号はローに維持され、出力はすべてオフに維持され、全てのエミッタは非稼働となる。このモードは、例えばデータ収集システムの較正（キャリブレーション）を可能にするのに用いられる。
【0033】
データ入力信号ＤｉＮの形式は、５バイトのプログラミングパターンであって以下のような形式を持つ。 MSB Control word
Status/data word 0 (MSB)
Status/data word 1
Status/data word 2
LSB Status/data word 3 (LSB)
制御ワードは次のようなビット構成を有する。
MSB 7 1 = load data register 0 = no action
6 1 = read status register 0 = read data register
5 1 = set tri-state register 0 = no action
4 1 = set BLA hi (Mode 1) 0 = normal action (Mode 2)
3 1 = set BLA Io (Mode 3) 0 = normal action (Mode 2)
2 Don't care
1 Don't care
LSB 0 Don't care
【0034】
従って、それぞれのエミッタの稼働期間中は一つの5バイトの入力信号が必要であり、信号は、4つのデータ・状態バイトによっていずれのエミッタを稼働すべきであるか、また制御バイトによってシステムが何れのモードになっているかを示す。スキャナのエミッタユニット２５のそれぞれについて、エミッタ制御ブロック６４は、制御装置６００にデータ入力信号を送り、スキャナの全てのエミッタの動作を連係させる。
【0035】
図６に示されるように本実施の形態においては、下位の3ビットの制御ワードを用いてプログラムされたオンチップＤＡＣによって、閾値電圧が生成される。全ての３２個の出力チャンネルに同様な閾値プログラム電圧が適用される。その場合制御ワードは以下のビットパターンに割り当てられる。MSB 7 1 = load data register 0 = no action
6 1 = read status register 0 = read data register
5 1 = set tri-state register 0 = no action
4 1 = set BLA hi (Mode 1) 0 = normal action (Mode 2)
3 1 = set BLA Io (Mode 3) 0 = normal action (Mode 2)
2 1 = set threshold voltage 0 = no action
1 Threshold voltage DAC bit 1 (MSB)
LSB 0 Threshold voltage DAC bit 0 (LSB)
【0036】
次に動作について説明する。スキャンされる対象はＺ軸に沿って通過し、エミッタパッドの電位を制御することによってＸ線ビームが発生し、それそれのエミッタパッド１１８からの電子が陽極３１１のそれぞれの標的位置に順次向けられ、対象を通過したＸ線源からのＸ線は、センサ５２によって検出されたそれぞれのユニットに到達する。上述したように、いくつかの応用として、ビームがエミッタに沿って別々の工程でスキャンし、又別の応用としては、疑似ランダムの形態でエミッタパッド１１８間を切り替わり、エミッタの熱的負荷を分散させる。スキャンにおけるそれぞれのX線源点についてのセンサ５２からのデータは、それぞれのデータセットとして記録される。X線源位置のそれぞれのスキャンによって得られるデータセットは解析がなされ、対象を通過する面についての画像が生成される。対象がZ軸に沿って通過するときにビームが繰り返しスキャンして、全体の対象について3次元の断層画像が得られる。
【0037】
別の実施の形態においては、 図３の接続素子３１６が逆になっている。しかし上側チューブ３１８を高温としバネ３２２を低温にするためには、バネ３２２を回路基板に近い位置としエミッタ素子１１８からは遠ざけるのが有利である。バネのクリープ現象は低温であるほど起こりにくいので、かかる構成によってバネの材料の選択の余地を広めることができる。
【0038】
図２ａや図２ｂの実施の形態に示される巻き付ける形態のコネクタ１２４の別の例として、エミッタパッド１１８とエミッタ素子１１６の裏側のコネクタとを接続するために、ＡｌＮ基板１２０に複数の穴を形成して、穴に延びるプラチナ製の貫通孔コネクタとしてもよい。さらなる変更例としては、電源をＡｌＮ基板の上面と接続するためのクリップを用いてもよい。また、溶接されたアセンブリや、高温のはんだ付けアセンブリ、ホックスナップなどのプレススタッドやループ状のバネなどその他の機械的接続によってもコネクタの変更例となりうる。
【0039】
図１０は別の実施の形態を示しており、図５の出力段のそれぞれが別の出力段７００に置換されている。出力７１０は、抵抗７０２を介して供給側７０６と接続されまたＦＥＴ７０４を介して接地される。ＦＥＴは入力７１２からの入力信号によってオン、オフが切り替わる。（便宜上ＸＯＲゲートは図面で省略されている。）入力信号がハイであれば、ＦＥＴ７０４はオンとなり、出力７１０は接地される。入力信号がローとなると、ＦＥＴ７０４はオフとなり、出力は抵抗７０２を介して供給側と接続され、電子源をゆっくりとオンに切り替える。入力信号が再度ハイとなると、ＦＥＴ７０４は出力７１０を接地させ、電子源を急激にオフにする。
【0040】
図１１ａ、図１１ｂに示される更なる実施の形態においては、それそれのエミッタ素子８１０はセラミック基板８１２により形成され、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）も用いることができるがアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が用いられる。基板８１２の表面８１６には金属製のエミッタパッド８１４が互いに独立して離間してスパッタコーティングによって設けられている。エミッタパッドはニッケル、プラチナ、タングステンなどの金属で形成することができ、活性の酸化層で覆われて図２ａや図２ｂの実施の形態と同様に電子放出を向上させている。スパッタコーティングに際して、シャドウマスクを用いることで個々のエミッタパッド８１４のパターニングができる。
【0041】
基板についてエミッタパッドの反対側には、連続した導電性フィルム８２０の態様の加熱素子が設けられる。このフィルムはエミッタ素子８１０の裏側８１８全体を覆っている。加熱素子はスパッタコーティングによっても形成でき、エミッタ素子の両端部では更なるスパッタコーティングによって導電性フィルムがより厚くなっていて接点領域８２２、８２４を形成している。基板は非導電性であるため、加熱素子８２０はエミッタパッドとは電気的に絶縁されており、エミッタパッド相互も互いに絶縁されている。
【0042】
図１２において、それぞれのエミッタ素子８１０は熱遮蔽構造体８３０によって支持される。熱遮蔽構造体８３０は、２個の縦材８３２、８３４と両側部間に延びて側部を互いに平行にかつ離間して保持する２個の横材８３６、８３８を有する。エミッタ素子８１０は、縦材８３２、８３４の上縁部間に横材８３６、８３８と平行に支持され（図９参照）、エミッタパッド８１４は外側（即ち、図示されるように上方）に向いている。そして、回路カード８４０が縦材８３２、８３４の下縁部間に支持されている。
【0043】
縦材８３２、８３４と横材８３６、８３８はシリカ板材であり、レーザ切断によって連結した形状に形成されている。これらの板材は連結連動して安定した機械構造となる。エミッタ素子８１０に面しているシリカ材の一面側には高反射率で低放射率の材料である例えば金やチタンが塗布されている。または、シリカ材は多層の赤外線ミラーが塗布される。
【0044】
一連の複数の連結ワイヤ８４２はそれぞれの一端がそれぞれのエミッタパッド８１４に接続されており、熱遮蔽構造体８３０の外側を取り巻くように延びている。それぞれの連結ワイヤ８４２の他端は、回路カード８４０のそれぞれのコネクタに接続されている。相互接続の回路カード８４０は、スキャナの真空エンベロープの外側からの信号を伝送するのに用いられ、気密シールを通じて直接伝送するか、気密の電気的伝送部と係合する金属接点を通じて間接的に伝送する。図３と同様なグリッド８４４がエミッタ素子８１０の上面を覆うように延び、また熱遮断構造体８３０の側部に沿って下降し、また縦材８３２、８３４から距離を隔てて延び、中に接続ワイヤが延びている絶縁ギャップから離れている。グリッド８４４の上部はエミッタ素子の上面８１６と約１ミリ程度のわずかの距離を隔てて平行である。集束素子８４６は熱遮断構造体８３０やエミッタ８１０の両側に配置されている。それぞれの集束素子は縦材８３２、８３４に沿って平行に延び、グリッド８４４の外側に絶縁ギャップを保つようにグリッドから離間して位置し、エミッタ素子８１０の側部を越えて上方に延びる。それぞれの集束素子の上縁部は、エミッタ素子８１０の上側に延び、集束ギャップが集束素子８４６間に提供され、集束ギャップは複数のエミッタパッド８１４の上を通るようにエミッタに沿って延びている。
【0045】
図３に示される実施の形態と同様に、グリッド８４４と集束素子８４６は適切な電位に接続され、それぞれの主要な機能を果たす他に付加的な熱遮蔽物として機能し、エミッタ素子８１０からの熱の放射を減らしている。
【符号の説明】
【0046】
２５ エミッタユニット５０ 線スキャナ
５２ センサ
５４ システム制御ブロック
５６ 画像表示ユニット
５８ 線管制御ブロック
６０ 画像再構成ブロック
６２ 集束制御ブロック
６４ エミッタ制御ブロック
６８ 高電圧供給部
７０ センサ制御ブロック
１１６ 電子エミッタ素子
１１７ エミッタ支持ブロック
１１８ エミッタ
１２０ 上面
１２１ 下面
１２２ ヒータ素子
１２３ 接続ストリップ
１２４ コネクタパッド
１３６ 接続素子
３１０ 回路基板
３１１ 陽極
３１２ グリッド
３１３ 抽出領域
３１４ 集束素子
３１５ 開口
３１６ 接続素子
３１７ サファイヤ球
３１８ 上側チューブ
３２０ 下側チューブ
３２２ コイルバネ
３２３ 取付部
３２４ 集束素子
３２６ 曲面部
３２８ 内方縁部
３３０ 反射体
５００ 高電圧プッシュプル出力段
５０６ 供給側
５０８ 接地側
５１０ 高電圧出力
５１２ 駆動入力
５１４ ゲート
６００ エミッタ制御装置
６０１ プロセッサ
６０２ シフトレジスタ
６０４ 並列入力並列出力データレジスタ
６０４ データレジスタ
６０６ ゲート
６０８ 値状態レジスタ
６０９ ゲート
６１２ 比較器
６１４ フィードバックレジスタ
６１６ 直列フィードバック出力
６１８ 出力
６２０ マルチプレクサー
７００ 出力段
７０２ 抵抗
７０６ 供給側
７１０ 出力
７１２ 入力
８１０ エミッタ
８１２ セラミック基板
８１４ エミッタパッド
８１６ 表面
８１８ 裏側
８２０ 導電性フィルム
８２２ 接点領域
８３０ 熱遮蔽構造体
８３２ 縦材
８３６ 横材
８４０ 回路カード
８４２ 連結ワイヤ
８４４ グリッド
８４６ 集束素子