JP6527239B2 - 焦点調節のための磁気四重極及び操向のための磁気双極子を有するｘ線管 - Google Patents

Description

背景
Ｘ線管は、様々な産業的用途及び医学的用途に用いられる。例えば、Ｘ線管は、医療診断検査、放射線治療、半導体製造、及び物質解析に採用される。用途にかかわらず、ほとんどのＸ線管は同様の方法で動作する。高周波電磁放射線であるＸ線は、陰極に電流を印加ことによりＸ線管内で生成され、熱電子放射により陰極から電子を放射させる。電子は陽極に向かって加速し、その後陽極にぶつかる。陰極と陽極間の距離は、Ａ−Ｃ空間または投射距離として一般的に知られている。電子が陽極にぶつかる時、Ｘ線を生成するよう電子は陽極と衝突し得る。電子衝突が起こる領域は、焦点として一般的に知られている。

Ｘ線は、少なくとも２つの機構を通じて生成され得、これらは電子が陽極と衝突する間に起こり得る。第１Ｘ線発生機構は、蛍光Ｘ線または特性Ｘ線生成と呼ばれる。蛍光Ｘ線は、内側電子殻の外に軌道電子をたたき出すのに十分なエネルギーを持つ電子が陽極の素材と衝突する時に発生する。外側電子殻における陽極の他の電子は、内側電子殻内に残る空孔を埋める。外側電子殻から内側電子殻へと陽極の電子が移動すると、特定の周波数のＸ線が生成される。第２Ｘ線発生機構は、制動放射と呼ばれる。制動放射では、陽極の原子核によって偏向される時、陰極から放射された電子は減速する。減速した電子は運動エネルギーを失い、それによりＸ線を生成する。制動放射で生成されたＸ線は、周波数のスペクトルを持つ。制動放射または蛍光Ｘ線のいずれかで発生したＸ線はその後、前述の１つ以上の用途に用いられるＸ線管を出てもよい。

ある特定の用途では、Ｘ線管の投射長を長くすることが有効であり得る。投射長は、陰極電子エミッタから陽極表面への距離である。例えば、長い投射長は、バックイオン衝撃の低下及び蒸発した陽極素材の陰極上への戻りをもたらす。長い投射長を持つＸ線管がある特定の用途において有用であり得るが、長い投射長にはさらに問題点もある。例えば、投射長が長くなるにつれて、投射長を通じて陽極に向かって加速する電子は、層流が減少し、陽極の焦点が許容できないものとなる。陽極ターゲットに向けて電子ビームを適切に焦点調節及び／または位置合わせする能力への影響もあり、ここでもまた、サイズ、形状、及び／または位置のいずれかの面であまり望ましくない焦点をもたらす。焦点が許容できないものである場合、有用なＸ線画像を得るのは難しくなり得る。

本明細書に記述の主題は、あらゆる欠点を解決するか、または前述のような環境でのみ動作する実施形態に限定されない。むしろ、この背景は、本明細書に記述されるいくつかの実施形態が実行され得る例示的技術領域の１つを説明するためにのみ提供される。

概要
向上した電子放射特性を介してＸ線画像の質を向上させることで、及び／または陽極ターゲット上の焦点サイズ及び位置の向上した制御を提供することで、開示の実施形態はこれら及び他の問題に対処する。これは、空間分解能を増加させるかまたは得られる画像のアーチファクトを減少させることを手助けする。

ある特定の実施形態は、Ｘ線管の電子ビーム経路に置かれる２つの磁気四重極コア及び１つの磁気双極子コアとして実装される磁気システムを含む。四重極のコアは、ビーム経路に垂直な両方向で焦点調節するよう構成される。２つの四重極コアは、磁気レンズ（時に「ダブレット」と呼ばれる）を形成し、焦点調節はビームが四重極のレンズを通り抜けることで達成される。主な操向機能は、双極子の対応する磁気ペア（例えば、２つの直交双極子のペア）のコイル電流をオフセットすることで達成され、電子をある特定の方向に動かすための磁場における全体的な変化となる。ビームの操向は、両方の双極子コイルのペアへの適切なコイルペアの通電を通じて起こり、１つの軸または軸の組み合わせで行われ得る。

１つの実施例では、１つの四重極が第１方向に焦点調節するために用いられ、第２四重極が第２方向に焦点調節するために、かつ双極子は両方向に操向するために用いられる。さらに、双極子コアは２つの軸のビーム操向のために構成され得る。１つの態様では、双極子コアは、高ダイナミックレスポンスのために構成され得る。これは、１つは幅（例えば、第１四重極コア）で焦点調節するため、１つは長さ（例えば、第２四重極コア）で焦点調節するため、及び１つはビーム操向（例えば、双極子コア）のための、３つの個別のコアを提供する。

ある特定の実施形態は、Ｘ線管の電子ビーム経路に置かれた２つの磁気四重極及び２つの磁気双極子として実装される磁気システムを含む。２つの磁気四重極は、ビーム経路に垂直な両方向で電子ビーム経路を焦点調節するよう構成される。２つの磁気双極子は、一般的な双極子コア上に配列され、かつビーム経路に垂直な両方向でビームを操向するよう構成され、４つの四重極操向を備え得る。２つの四重極は、磁気レンズ（時に「ダブレット」と呼ばれる）を形成し、焦点調節はビームが四重極のレンズを通り抜けることで達成される。操向は、コイルが双極子コアの磁極突起に巻装されることで作り出される２つの双極子によって達成される。焦点調節は、四重極コイルが２つの四重極コアの四重極磁気突起に巻装されることで達成され、それにより焦点調節コイル電流を維持する。ビーム操向は、双極子コイルのペアの適切な通電を通じて起こり、１つの軸または電子ビーム経路に垂直な軸の組み合わせで行われ得る。１つの実施形態では、１つの四重極が第１方向に焦点を調節するために用いられ、第２四重極が第２方向に焦点を調節するために、かつ双極子は電子ビームを両方向に操向するために用いられる。

さらに別の実施形態では、電子を発生させるために、電子源は平面型エミッタといった電子エミッタの形態で提供される。エミッタは、主に層流のビームを形成するための望ましい電子分布を生み出すよう調節され得る設計特徴のある、比較的大型の放射領域を持つ。エミッタ表面での放射は均一または均質ではなく、与えられた用途の必要性に見合うよう、四重極及び双極子コアで焦点調節され、かつ操向される。ビームが陰極から陽極へと流れるにつれて、ビームの電子密度は移動中にビームを著しく分散させる。より高い電力要件で生み出された上昇したビーム電流レベルは、移動中のビーム分散を悪化させる。開示された実施形態では、必要な焦点サイズを得るために、ビームは２つの四重極によって焦点調節され、かつその後、陰極から陽極へと移動するにつれて２つの双極子によって操向される。これはさらに、単一のエミッタから多様なサイズを生み出すことができ、サイズは検査中でも変更できる可能性があると考えられる。これは、焦点を臨機応変に変更させることができる。エミッタの平面または平坦形状における拡大した放射領域は、電力要件に見合う層流電子を十分に生成させ得る。望ましい撮像の向上を提供するよう、２方向へのビーム操向の必要性に対処するために、磁気双極子のペアが所望の時間、所望の位置にビームを偏向させるのに用いられる。１つの双極子のペアセットが、各方向に提供される。

つまり、提案された実施形態は、電子源としての調節可能な放射機能を持つ平面型エミッタを提供する。実施形態はさらに、２方向でのビームを多様なサイズに焦点調節するために２つの四重極を用いる。さらに、２つの双極子のペアは、ビームを撮像性能を向上させる位置に操向するのに用いられ得る。

先行の要約は、説明のためのものだけであり、決して制限することを意図するものではない。前述の説明のための態様、実施形態、及び特徴に加え、さらなる態様、実施形態、及び機能が図面及び以下の詳細な記述を参照することで明らかとなるであろう。

先行の、及び以下の情報並びに本開示の他の機能は、添付の図面と共に用いられる以下の記述及び付随の特許請求範囲からより完全に明らかとなるであろう。これらの図面が本開示に関連するいくつかの実施形態のみを描写するため、本開示の範囲を制限するものではないとみなされることが理解され、本開示は添付の図面の使用を通じてさらなる特定性及び詳細を伴い記述するものである。

本明細書に記述される１つ以上の実施形態が実行され得る例示的Ｘ線管の斜視図である。 図１ＡのＸ線管の側面図である。 図１ＡのＸ線管の断面図である。 陽極四重極コアの実施形態の上面図である。 陰極四重極コアの実施形態の上面図である。 双極子コアの実施形態の上面図である。 双極子コアの別の実施形態の上面図である。 例示的Ｘ線管の実施形態における内部構成要素の斜視図である。 陰極四重極磁気システムの１つの実施形態の上面図である。 陽極四重極磁気システムの１つの実施形態の上面図である。 双極子磁気システムの１つの実施形態の上面図である。 双極子磁気システムの別の実施形態の上面図である。 磁気制御の１つの実施形態をそれぞれ示す機能的ブロック図である。 磁気制御の１つの実施形態をそれぞれ示す機能的ブロック図である。 磁気制御のための制御手順の１つの実施形態を示すフロー図である。

詳細な説明
以下の詳細な記述では、本明細書の一部である添付の図面を用いて参照される。図面では、文脈に特に指示されない限り、類似の記号は一般的に類似の構成要素を指す。詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲に記述される説明のための実施形態は、制限的である意図はない。本明細書に表される主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の実施形態が用いられてもよく、かつ他の変更が行われてもよい。本明細書に概して記述され、かつ図面内に説明されるような本開示の態様は、幅広い様々な異なる構成で配置され、置き換えられ、組み合わされ、分離され、かつ設計され得、その全てが本明細書において明確に企図される。

本技術の実施形態は、陰極と陽極が配置された真空筐体を持つタイプのＸ線管に関する。陰極は、エミッタの表面に実質的に垂直である電子ビームの形で電子を放射する電子エミッタを含み、焦点と呼ばれる電子領域における陽極のターゲット面にぶつかるよう、電子は陰極と陽極の電位差によって加速する。実施形態は、電子ビーム焦点調節構成要素及び電子ビームを操作するよう構成された操向構成要素を含み得、（１）電子ビームを偏向、または操向し、それにより陽極ターゲット上の焦点の位置を変更すること、及び（２）焦点の長さ及び幅寸法を変更するよう電子ビームの焦点調節をすること、によって電子ビームを操作する。異なる実施形態は、磁気システムといったような、そういった焦点調節構成要素及び操向構成要素の異なる構成を利用し、コイルエレメントであって、そこに流れる電流を持ち、かつ適切な素材から構成されるキャリア／ヨーク上に配置されるコイルエレメントを介して、四重極または双極子として形成される電磁石の組み合わせを含む。Ｘ線管は、焦点調節構成要素及び操向構成要素を含み得、かつ異なるＸ線技法で焦点調節構成要素及び／または操向構成要素を選択的に用いることができる。

実施形態は、２つの磁気四重極コアを含む電子ビーム焦点調節構成要素を含み得る。各磁気四重極コアは、周囲に均一に分配された４つの磁気突起があるヨークを持つことができ、かつ各突起は、４つ全ての電磁石が四重極コアを提供できるよう、電磁エレメントを含み得る。１つの四重極コアは、長さ方向で電子ビームの幅を狭めることができ、他の四重極コアは、幅方向で電子ビームの幅を狭めることができる。それにより、２つの四重極コアの組み合わせは、電子ビームの焦点調節をするために協働でき、陽極の焦点の長さ及び幅寸法の正確な制御を可能とする。しかしながら、いずれか、または両方の四重極コアでも、長さ及び幅方向での焦点調節ができる。

実施形態は、２つの異なる双極子ペアを持つ１つの磁気双極子コアを含む電子ビーム操向構成要素を含み得る。双極子コアは、直交する２つの双極子のペアを形成するよう周囲に均一に分配された４つの電磁石があるヨークを有し得る。電磁石はヨークの周囲に巻装され得、あるいは電磁石はヨーク上の磁気突起の周囲に巻装され得る。双極子コアは、あらゆる方向に、またはあらゆる象限に向けて電子ビームを操向し得る。双極子コアは、電子ビームを動かし、かつ偏向させる磁場を与えることができ、かつその後電子ビームはターゲット陽極に惰行する。これは、焦点への正確な位置制御を提供する。Ｘ線管の１つの実施例は、以下にさらに記述されるある特定のこういった機能を有し、図１Ａ〜１Ｃに示される。

１つの実施形態では、Ｘ線管は、ＣＴシステムといったＸ線システムに含まれ得、かつ電子ビーム制御を含み得る。Ｘ線管は、陰極と陽極間での短い、または長い投射における焦点調節及び２次元ビーム移動制御性で高出力を有し得る。Ｘ線管は、決められた焦点エリアまたは形状または位置へとビームを制御し得る。Ｘ線管は、あらゆる単独の、またはあらゆる組み合わせでの２つの双極子を持つ双極子コアによる活性ビーム操作において２方向に電子ビームを操向し得る。そういったビーム操向は、より質の高いＣＴデータセットを提供するための撮像方法で実行され、より質の高いＣＴデータセットは、ＣＴからの画像解像度を向上させるよう用いられ得る。向上した解像度は、例えば、検知機によって受信される（例えば、見られる）通りにというようにＣＴのスライス及び列方向での解像度を向上し得る。

１つの態様では、陰極は、陰極から陽極に向かって流れる電子ビームを放射し、それによりビームは移動中に電子を分散させ、かつ１つ以上の四重極コアは決められた焦点へと電子ビームを焦点調節する。１つの態様では、両方の四重極コアは、電子ビームへの焦点調節効果を提供する。これは、ビーム幅（例えば、Ｘ軸）とビーム長（例えば、Ｙ軸）の両方の焦点調節を可能にし、１つの四重極コアは長さで焦点調節し、他の四重極コアは幅で焦点調節する。これはさらに、Ｘ線管が単一の平面型エミッタから複数の異なるタイプの焦点サイズ及び形状を作り出すことを可能にし、そういった焦点調節の変更及びビーム長及び／または幅の変更は、ＣＴ検査中といった撮像の間に実行され得る。しかしながら、Ｚ軸でのＸ線の動きは望ましいものであり得、陽極ターゲット表面の角度によってＸ軸及び／またはＹ軸における電子ビームの操向は、Ｘ線をＺ軸で移動させる。

１つの実施形態では、Ｘ線管は小さな投射容量または空間において高磁束でビーム焦点調節を実行し得る。高磁束に適した磁気素材は飽和が生じない素材であり得、２つの隣接する四重極コアのためのヨークといったような、ヨークの四重極コアに用いられ得る。さらに、四重極の磁気突起は、ヨークと同じ素材であり得る。そういった素材は、鉄であり得る。

１つの態様では、双極子コアは、高ダイナミックレスポンスを持つ磁気素材を含み得、素材はヨークに用いられ得る。素材は、四重極コアの素材よりも低磁束であり得る。双極子コアの素材は、低レベルで飽和状態にならないように、かつ四重極コアに用いられる鉄素材よりも桁違いに速く反応するように構成され得る。双極子コア素材は、高い束容量を持つ鉄ベースのフェライトであり得、これは、より小さいサイズのコアを可能にする。素材は、最大７ｋＨｚのスイッチング及び低くて約２０マイクロ秒での移動を可能にする。１つの態様では、双極子コアは、フェライト素材であり得る。フェライトは、酸化鉄といった、四重極コア素材とは異なる磁気特性を持ち得る鉄セラミックであり得る。四重極コアの素材は、鉄であり得る。しかしながら、１つの四重極コアは、フェライト素材を含み得る。

１つの態様では、２つの四重極コア及び１つの双極子コアを持つＸ線管は、２つの四重極コアにおいて高磁束の、かつ１つの双極子コアにおいて高速レスポンスのために構成され得る。よって、双極子コア素材は、四重極コアの素材とは異なり得る。同じ素材が、ヨーク及び突起に用いられ得る。

双極子コアは、電磁石のために周囲に巻装されたコイルを持つ突起を含み得る。一方、双極子コアは、異なる位置及び反対位置でコアの環状体の周囲に巻装されたコイルを含み得、突起が含まれる場合、コイルが環状体の周囲に巻装されるのは突起間であり得る。１つの態様では、双極子コアは突起上にコイルを持たず、磁気コイルはヨーク周囲の４つの位置で巻装され得る。双極子コアは、そこから４５度といったように四重極コアの電磁石からずらして配置された磁気部材を有し得る。

１つの実施形態では、焦点調節四重極コアが操向双極子コアから分離するよう、２つの四重極コア及び１つの双極子コアを持つＸ線管は互いに分離し得る。ビーム操向は、ｋＨｚ帯域といったような高いレートで動作できる。Ｘ線は、被曝量を抑えながらＣＴデータセットの質をよりよくするために向上した撮像及びよりよい性能をユーザーに提供できる。これは、Ｘ線管を高度撮像方法に用いることを可能にする。これはさらに、コア素材に飽和を起こさず小さい焦点を作り出すために、焦点調節コアで高束焦点調節を実行するためのＸ線管を含む。

１つの実施形態では、Ｘ線は、整列した突起と電磁石を持つ２つの四重極を含み得、０、９０、１８０、及び２７０度を基準とし得る。双極子コアは、四重極コアの電磁石からずらして調節された電磁石を有し得、ずらすことで電磁石を約４５、１３５、２２５、及び３１５度にし得る。

１つの実施形態では、Ｘ線は、軸上で０度、及び整列した突起と電磁石を持つ２つの四重極を含み得、４５、１３５、２２５、及び３１５度を基準とし得る。双極子コアは、四重極コアの電磁石からずらして調節された電磁石を有し得、ずらすことで電磁石を約０、９０、１８０、及び２７度にし得る。これは、図２Ｃ及び５Ａに見られ得る。

１つの実施形態では、双極子コアのコイルは、図５Ｂに示される方法で個別に制御され、それにより双極子突起は、４５、１３５、２２５、及び３１５度で四重極突起と並ぶ。

１つの実施形態では、直径が１／４から３／８インチといったように、極表面は形状が小さい。これは、四重極または双極子コアのためといったあらゆる極突起の極表面を含み得る。

１つの実施形態では、双極子コアは、それぞれが個別に制御可能な独自の電源及び操作供給線を持つ突起上の電磁石を有し得る。４５度のオフセットは、２つの分離した供給システムを可能にし、１つは２つの四重極コアのためであり、かつ１つは双極子コアのためである。これは、双極子コアのための電子機器のより容易な実装を可能にする。

１つの実施形態では、Ｘ線は、ｘ及びｚ平面で双極子ペアと、かつｘ及びｙ平面で双極子ペアと共に構成され得、ページを出入りする基準軸を提供し得る。双極子のペアは、ｘ方向にビームを動かすよう構成され、制御は第１双極子のペアに通電し得る。ビームをｚ方向へ動かすことが望まれる場合、制御は第２双極子のペアに通電し得る。

１つの実施形態では、Ｘ線管の動作は、約６または７ｋＨｚでの操向を可能にし、Ｘ線機器のガントリーは、約４Ｈｚで回転し、選択された位置のために６点でデータを収集すること可能にする。これは、以前には１つの焦点位置が利用可能であった時に６つの焦点位置が記録されることを可能にする。

１つの実施形態では、コアはそれぞれ冷媒システムと流体連通した流体経路を含み得、ヨークを通じて、かつ任意的に極突起を通じて冷媒を流すことが可能である。このように、各極突起は、ヨーク内の流体経路と連結した流体注入経路及び流体排出経路を含み得る。

図１Ａ〜１Ｃは、本明細書に記述される１つ以上の実施形態が実行され得るＸ線管１００の１例の図である。特に、図１Ａは、Ｘ線管１００の斜視図を描写し、かつ図１ＢはＸ線管１００の側面図を描写し、一方図１ＣはＸ線管１００の断面図を描写する。図１Ａ〜１Ｃに説明されるＸ線管１００は、例示的動作環境を表すものであり、本明細書に記述の実施形態を制限する意図はない。

通常、Ｘ線は、Ｘ線管１００内で生成され、そのうちの一部は１つ以上の用途に利用されるためにその後Ｘ線管１００を出る。Ｘ線管１００は、Ｘ線管１００の外部構造として機能し得る、真空筐体構造１０２を含んでもよい。真空筐体構造１０２は、陰極筐体１０４及び陽極筐体１０６を含んでもよい。内部陰極容量１０３が陰極筐体１０４によって画定され、かつ内部陽極容量１０５が陽極筐体１０６によって画定されるよう、陰極筐体１０４は陽極筐体１０６に固定されてもよく、それぞれは真空筐体１０２を画定するよう接続される。

いくつかの実施形態では、真空筐体１０２は、外側筐体（図示せず）内に配置され、その中では液体または空気といった冷媒が、真空筐体１０２の外面から熱を消散させるよう循環する。外部熱交換器（図示せず）は、冷媒から熱を取り除き、かつ外側筐体内を再循環するよう、動作可能に連結される。

図１Ａ〜１Ｃに描写されるＸ線管１００は、真空筐体１０２をさらに画定するよう、陽極筐体１０６と陰極筐体１０４の間に配置されるシールド構成要素（時に電子シールド、開口部、または電子コレクターと呼ばれる）１０７を含む。陰極筐体１０４及び陽極筐体１０６は、それぞれがシールド１０７に溶接されるか、ろう付けされるか、またはそれ以外の方法で機械的に連結されてもよい。他の構成が用いられ得る一方で、適切なシールド実装の実施例は、さらに、２０１１年１２月１６日に出願された米国特許出願第１３／３２８，８６１号、「伸縮ジョイントを持つＸ線管開口部（Ｘ−ｒａｙ Ｔｕｂｅ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｊｏｉｎｔｓ）」及び米国特許番号７，２８９，６０３、「Ｘ線装置のためのシールド構造及び焦点制御アセンブリ（Ｓｈｉｅｌｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ａｎｄ Ｆｏｃａｌ Ｓｐｏｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｆｏｒ Ｘ−ｒａｙ Ｄｅｖｉｃｅ）」に記述され、参照により各内容は本明細書にすべての目的のために包含される。

Ｘ線管１００は、Ｘ線透過窓１０８をさらに含んでもよい。Ｘ線管１００内で生成される一部のＸ線は、窓１０８を通じて出てもよい。窓１０８は、ベリリウムまたは別の適切なＸ線透過素材で構成されてもよい。

図１Ｃに特に関連して、陰極筐体１０４は、陰極アセンブリ１１０と呼ばれるＸ線管の一部を形成する。陰極アセンブリ１１０は、電子ビームを共に形成する電子の生成に関する構成要素を概して含み、１１２で示される。陰極アセンブリ１１０はさらに、陰極筐体１０４の端部１１６と陽極１１４の間にＸ線管の構成要素を含んでもよい。例えば、陰極アセンブリ１１０は、概して１２２に示され、陰極ヘッド１１５の端部に配置される電子エミッタを持つ陰極ヘッド１１５を含んでもよい。さらに記述されるように、開示の実施形態では、電子エミッタ１２２は、平面型電子エミッタとして構成される。電流が電子エミッタ１２２に印加された時、電子エミッタ１２２は熱電子放射を介して電子を放射するよう構成され、陽極ターゲット１２８に向かって加速する層流電子ビーム１１２を共に形成する。

陰極アセンブリ１１０は、陰極筐体１０４によってさらに画定され、かつ電子エミッタ１２２に隣接する加速領域１２６をさらに含んでもよい。電子エミッタ１２２により放射された電子は、電子ビーム１１２を形成し、加速領域１２６に入って通り抜け、適切な電圧差により陽極１１４に向けて加速する。より詳細には、図１Ａ〜１Ｃに含まれる任意に定義された座標系に従って、電子ビーム１１２は、加速領域１２６を通る方向で電子エミッタ１２２から離れる方向であるｚ方向に加速してもよい。

陰極アセンブリ１１０は、陰極筐体１０４の頸部１２４ａによって画定されるドリフト領域１２４の少なくとも一部をさらに含んでもよい。この実施形態及び他の実施形態では、ドリフト領域１２４は、シールド１０７により提供された開口部１５０とさらに連通してもよく、それにより、陽極ターゲット表面１２８にぶつかるまで、加速領域１２６、ドリフト領域１２４及び開口部１５０を通じて伝わるよう、電子ビーム１１２の電子エミッタ１２２からの放射を可能にする。ドリフト領域１２４では、電子ビーム１１２の加速率は、加速領域１２６での加速率から減少してもよい。本明細書に用いられるように、「ドリフト」という用語は、ドリフト領域１２４を通じる電子ビーム１１２の形での電子の伝わりを記述する。

陽極筐体１０６によって画定される陽極内部容量１０５内に配置されるのは、陽極１１４である。陽極１１４は、陰極アセンブリ１１０から間隔が空いており、かつドリフト領域１２４の終端部で対向する。一般に、陽極１１４は、熱伝導素材または基板から少なくとも部分的に構成されてもよく、１６０に示される。例えば、伝導素材は、タングステンまたはモリブデン合金を含んでもよい。陽極基板１６０の背面は、グラファイト裏打ちといった追加的熱伝導素材を含んでもよく、ここでは例として１６２に示される。

陽極１１４は、回転可能に取り付けられたシャフトを介して回転するよう構成されてもよく、ここでは１６４に示され、ボールベアリング、液体金属ベアリングまたは他の適切な構造を介してローターアセンブリに誘導的に加えられた回転力を介して回転する。電子ビーム１１２が電子エミッタ１２２から放射されると、電子は陽極１１４のターゲット表面１２８に衝突する。ターゲット表面１２８は回転する陽極１１４の周囲でリングのような形状をしている。電子ビーム１１２がターゲット表面１２８に衝突する位置は、焦点（図示せず）として知られる。焦点のいくつかの追加的詳細は以下に記述される。ターゲット表面１２８、タングステンまたは高原子（「高Ｚ」）番号を持つ類似の素材から構成されてもよい。素材が、既知の方法でＸ線を生成するよう衝突する電子と作用し得る「高」電子殻に電子を相応に含むよう、高原子番号を持つ素材がターゲット表面１２８に用いられてもよい。

Ｘ線管１００の稼働中、陽極１１４及び電子エミッタ１２２は、電子回路に接続される。電子回路は、陽極１１４と電子エミッタ１２２の間に高電圧電位の印加を可能にする。さらに、電子の生成が熱電子放射によって引き起こされるために、電流が電子エミッタ１２２を通り抜けるよう、電子エミッタ１２２は電源に接続される。陽極１１４と電子エミッタ１２２の間における高電圧差の適用は、放射された電子が、加速領域１２６及びドリフト領域１２４を通じてターゲット表面１２８に向けて加速する電子ビーム１１２を形成することを引き起こす。特に、高電圧差は、電子ビーム１１２が加速領域１２６を通じて加速し、その後ドリフト領域１２４を通じてドリフトすることを引き起こす。電子ビーム１１２内の電子が加速すると、電子ビーム１１２は運動エネルギーを得る。ターゲット表面１２８にぶつかることで、この運動エネルギーの一部は、高周波の電磁放射線、すなわちＸ線へと変換される。Ｘ線が窓１０８に向かうように、ターゲット表面１２８は窓１０８に対して配向される。Ｘ線の少なくとも一部は、その後窓１０８を介してＸ線管１００を出る。

図１Ｃは、本明細書に記述の平面型電子エミッタ１２２及び磁気システム２００と共にＸ線管１００に用いられ得る陰極アセンブリ１１０の実施形態における断面図を示す。説明されるように、電子エミッタ１２２と陽極１１４のターゲット表面１２８間の投射経路は、加速領域１２６、ドリフト領域１２４、及びシールド１０７に形成された開口部１５０を含み得る。説明された実施形態では、開口部１５０は、開口頸部１５４及び陽極１１４に向かって配向された拡大した電子収集面１５６を介して形成される。任意的に、１つ以上の電子ビーム操作構成要素が提供され得る。

そういった装置は、電子ビーム１１２を領域１２４を移動する際に「焦点調節」、「操向」及び／または「偏向」するよう実行され得、それによってターゲット表面１２８上の焦点の位置及び／または寸法を操作するかまたは「切り替え」する。さらに、または代替的に、操作構成要素は、電子ビームの断面形状（例えば、長さ及び幅）を変更するかまたは「焦点調節」するのに用いられ得、それによりターゲット表面１２８上の焦点の形状及び寸法を変化させる。説明された実施形態では、焦点調節し、かつ操向する電子ビームは、概して２００に示される磁気システムを用いて提供される。

磁気システム２００は、ビームを操向及び／または焦点調節するために電子ビームに磁力を与えるよう配置された、四重極及び双極子実装の様々な組み合わせを含み得る。磁気システム２００及びその構成要素の１つの実施例は、図１Ａ〜１Ｃ、及び２Ａ〜２Ｄに示される。この実施形態では、磁気システム２００は、Ｘ線管１００の電子ビーム経路１１２に置かれる２つの磁気四重極コア２０２、２０４及び１つの磁気双極子コア２５０として実装される。２つの四重極コア２０２、２０４は、（ａ）ビーム経路に垂直な両方向で焦点調節し、かつ任意的に（ｂ）ビーム経路に垂直な両方向でビームを操向するよう構成される。この方法では、２つの四重極コア２０２、２０４は、磁気レンズ（時に「ダブレット」と呼ばれる）を共に形成するよう機能し、焦点調節及び操向は電子ビームが四重極の「レンズ」を通り抜けることで達成される。「焦点調節」は、望ましい焦点形状及びサイズを提供し、「操向」は、陽極ターゲット表面１２８上の焦点の位置決めを達成する。各四重極コア２０２、２０４は、コア部分、またはヨークと共に実装され、陰極四重極ヨークとして２０４ａに示され、かつ陽極四重極ヨーク２０２ａとして示される。図２Ａは、陽極四重極ヨーク２０２ａを持つ陽極四重極コア２０２の実施形態を示し、図２Ｂは、陰極四重極ヨーク２０４ａを持つ陰極四重極コア２０４の実施形態を示す。各四重極ヨーク２０２ａ、２０４ａは、反対関係に配置された４つの突起、陰極ヨーク２０４ａ上の陰極突起２１４ａ、ｂ（例えば、第１陰極突起）及び２１６ａ、ｂ（例えば、第２陰極突起）、及び陽極ヨーク２０２ａ上の陽極突起２２２ａ、ｂ（例えば、第１陽極突起）及び２２４ａ、ｂ（例えば、第２陽極突起）を含む。各四重極突起は、陰極ヨーク２０４ａ上の陰極コイル２０６ａ、ｂ（第１陰極コイル）及び２０８ａ、ｂ（例えば、第２陰極コイル）、及び陽極ヨーク２０２ａ上の陽極コイル２１０ａ、ｂ（第１陽極コイル）及び２１２ａ、ｂ（例えば、第２陽極コイル）で示される、対応するコイルを含む。以下により詳細に記述されるように、望ましい焦点調節及び／または操向効果を提供するため、電流がコイルに供給される。

図２Ｃに示されるように双極子コア２５０は、コア部分または双極子ヨーク２５０ａに示されるヨークと共に実装される。双極子ヨーク２５０ａは、反対関係に配置された４つの突起、双極子突起２５４ａ、ｂ（例えば、第１双極子突起）及び２５６ａ、ｂ（例えば、第２双極子突起）を含む。各双極子突起は、双極子コイル２５８ａ、ｂ（例えば、第１双極子コイル）及び２６０ａ、ｂ（例えば、第２双極子コイル）で示される、対応するコイルを含む。望ましい操向効果を提供するため、以下により詳細に記述されるように電流がコイルに提供される。

図２Ｄに示されるように双極子コア２５０は、コア部分または双極子ヨーク２５０ａに示されるヨークと共に実装される。双極子ヨーク２５０ａは、反対関係に配置された４つの突起、双極子突起２５４ａ、ｂ（例えば、第１双極子突起）及び２５６ａ、ｂ（例えば、第２双極子突起）を含む。双極子突起の間は、双極子コイル２５８ａ、ｂ（例えば、第１双極子コイル）及び２６０ａ、ｂ（例えば、第２双極子コイル）で示される、対応するコイルである。以下により詳細に記述されるように、望ましい操向効果を提供するため、電流がコイルに供給される。ここでは、コイルは突起上にはないが、突起間にはある。

図３は、電子放射、電子ビーム操向または焦点調節、及びＸ線放射のために配置されたＸ線装置の構成要素を示す。陰極ヘッド１１５は、ビーム１１２の電子を陽極１１４に向かって放射するように配向された平面型電子エミッタ１２２と共に示される。図３では、ビーム経路内に配置されたのは、上記のような、電子ビームが陽極１１４に達する前に焦点調節し、かつ操向するよう構成された磁気システム２００である。陰極アセンブリ１１０の一部は、陽極１１４に向かって配向されるかまたは向けられるよう（配向に関しては図１Ｃ及び３を参照）、陰極ヘッド１１５の端部における電子エミッタ１２２と共に陰極ヘッド１１５を有する。陰極ヘッド１１５は、電子エミッタ１２２を受けるよう構成された窪みとして形成されたエミッタ領域を持つヘッド表面３１９を含み得る。ヘッド表面はさらに、電子エミッタ１２２の反対側に位置する電子ビーム焦点調節エレメント３１１を含む。

１つの実施形態では、電子エミッタ１２２は、タングステンフォイルから構成され得るが、他の素材も用いられ得る。タングステンの合金及び他のタングステン変異型が用いられ得る。さらに、放射表面は、放射温度を低下させる組成物でコーティングされ得る。例えば、コーティングは、タングステン、タングステン合金、トリウムタングステン、ドープタングステン（例えば、カリウムドープ）、炭化ジルコニウム混合物、バリウム混合物であり得、またはエミッタ温度を低下させるために他のコーティングが用いられ得る。放射温度を低下させるようなあらゆる既知のエミッタ素材またはエミッタコーティングがエミッタ素材またはコーティングに用いられ得る。適切な素材の実施例は、米国特許第７，７９５，７９２号、「Ｘ線管のための陰極構造（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｘ−ｒａｙ Ｔｕｂｅｓ）」に記述され、特定の参照によりその全体が本明細書に包含される。

前述のように、ある特定の実施形態は、陽極ターゲット上の焦点の位置及び／またはサイズ及び形状を制御するために、電子ビームの操向及び／焦点調節を可能にする電子ビーム操作システムを含む。１つの実施形態では、この操作は、電子ビーム経路に配置される２つの磁気四重極コア及び１つの磁気双極子コアとして実装される磁気システムを用いて提供される。例えば、１つの実施形態では、２つの四重極コアは電子ビームの焦点調節を提供するのに用いられ、かつ双極子コアは操向のために同様に用いられ得る。この手法では、磁場の焦点調節は、両方の四重極コア（陽極側四重極コア及び陰極側四重極コア）によって提供され、かつ電子ビーム操向磁場は、四重極コアのうちの１つ（例えば、陽極側四重極コア）によって、または双極子コアのみによって提供される。あるいは、操向のための磁場は１つの四重極で１方向のために、及び他の四重極で他の方向のために行われ、または、操向を補助するために、またはすべての操向を実行するために双極子を用いて行われることが可能であろう。この方法では、組み合わされたビーム焦点調節は、四重極のみを用いて提供され得る。別の代替手段では、双極子は操向のためだけに用いられ得る。

この文脈では、図１Ａ〜１Ｃ及び２Ａ〜２Ｄ（特に磁気システム２００に関して）に示される実施形態と併せて、図４Ａ及び４Ｂにさらに参照が行われる。図４Ａは、四重極（例えば、陰極側磁気四重極２０４）として構成される陰極ヨーク２０４ａを持つ陰極コア２０４の実施形態を示し、図４Ｂは、四重極（例えば、陽極側磁気四重極２０２）として同様に構成される陽極ヨーク２０２ａを持つ陽極コア２０２の実施形態を説明する。前述のように、この実施例では、各コア部分は、反対関係に配置された４つの極突起、陰極ヨーク２０４ａ上の２１４ａ、ｂ及び２１６ａ、ｂ、及び陽極ヨーク２０２ａ上の２２２ａ、ｂ及び２２４ａ、ｂを持つヨークを含む。各極突起は、陰極コア２０４上の２０６ａ、ｂ及び２０８ａ、ｂ、及び陽極コア２０２上の２１２ａ、ｂ及び２１０ａ、ｂで示される、対応するコイルを含む。実質的に円形であるように説明される一方で、各コア（またはヨーク）部分２０２ａ、２０４ａのそれぞれは、四角形の配向、半円、楕円、またはその他といった異なる形状で同様に構成され得ることが理解されよう。

２つの磁気四重極コア２０２、２０４はレンズとして機能し、かつその対応する電磁石が互いに対して平行に、かつ電子ビーム１１２によって画定される光学軸に垂直になるよう、配置されてもよい。電子ビーム１１２が望ましい形状及びサイズの焦点を提供する方法で焦点調節されるように、四重極コアは共に加速した電子を偏向する。各四重極レンズは、磁場内での磁場強度が異なる勾配の付いた磁場を作り出す。勾配は、磁気四重極場が電子ビームを第１方向に垂直で焦点調節し、第１方向に垂直な第２方向で焦点をずらす。２つの四重極は、それらの個別の磁場勾配が互いに対して約９０度で回転するように配置され得る。電子ビームが四重極を横切る際、望ましい割合の幅に対する長さの比率を持つ縦長の点に焦点調節する。このように、２つの四重極レンズの磁場は、光学軸に対して、または光学軸を通る平面に対して対称である。

図をさらに参照して、２重磁気四重極は、概して２０２で指定された陽極側磁気四重極コア及び概して２０４で指定された第２陰極側磁気四重極コアを含み、それらは陰極とターゲット陽極のおおよその間に一緒に位置し、前述のように頸部１２４ａの周囲に配置される。１つの選択肢において、陽極側四重極コア２０２は、Ｘ線装置の電子ビーム１１２に対応する光学軸に垂直な面における焦点の移動を可能にする双極子電界効果を提供するようさらに構成され得る。例示的実施形態では、陰極側磁気四重極コア２０４は、焦点の長さ方向に焦点調節をし、幅方向に焦点をずらす。その後電子ビームは、次の陽極側磁気四重極コア２０２により幅方向に焦点調節をし、長さ方向に焦点をずらす。２つの連続して配置された磁気四重極の組み合わせは、焦点の両方向に最終的な焦点調節効果を保証する。

図４Ａを続けて参照して、陰極側磁気四重極コア２０４の上面図が示される。２０４ａで示され、円形ヨーク２０４ａの中心に向かっている４つの極突起２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂを含む円形のコアまたはヨーク部が提供される。各極突起上には、２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ及び２０８ｂに示されるように、コイルが提供される。例示的実装では、ヨーク２０４ａ及び極突起２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂは、コア鉄で構築される。さらに、各コイルは、２２ゲージの磁気ワイヤ６０巻きで構成され、当然他の構成が特定の用途の必要性に応じて適切な場合もある。

図４Ａにさらに示されるように、説明された実施例は、概略的に４５０、４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、及び４５０ｄに示されるように、電気的に直列に接続された４つのコイルに既定の電流を提供するためのフォーカス電源２７５を含む。この実施形態では、供給された電流は実質的に一定であり、文字「Ｉ」及び対応する矢で示されるような各コイル内の電流をもたらし、概して４６０に示されるような磁場を次にもたらす。電流の大きさは、望ましい焦点調節効果が得られる望ましい磁場を提供するよう、選択される。

次に図４Ｂを参照して、陽極側磁気四重極コア２０２の上面図における実施例を説明する。四重極コア２０４と同様に、円形のヨーク２０２ａの中心に同様に向かっている４つの極突起２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂを含み、２０２ａで示される円形のコアまたはヨーク部が提供される。各極突起上には、２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ及び２１２ｂに示されるように、コイルが提供される。四重極コア２０４と併せて、ヨーク２０２ａ及び四重極コア２０２上の突起は、コア鉄であり得る陰極四重極コア２０４と同じ素材で構成される。しかしながら、陽極四重極コア２０２は、操向頻度（以下に記述される）により良く応じるよう、低損失フェライト素材で作成され得る。コイルは、類似のゲージ磁気ワイヤ及び類似の巻き線比を利用可能であり、所与の用途の必要性に応じて変化する。

図４Ｂにさらに示されるように、説明された実施例は、概略的に４５１、４５１ａ、４５１ｂ、４５１ｃ、及び４５１ｄに示されるように、電気的に直列に接続された４つのコイルに既定の電流を提供するためのフォーカス電源２７６を含む。この実施形態では、供給された電流は実質的に一定であり、文字「Ｉ」及び対応する矢で示されるような各コイル内の電流をもたらし、概して４６１に示されるような磁場を次にもたらす。電流の大きさは、望ましい焦点調節効果が得られる望ましい磁場を提供するよう、選択される。

図５Ａは、双極子ヨーク２５０ａを持つ双極子コア２５０の実施形態を示す。双極子コイル２５８ａ、ｂ（例えば、第１双極子コイル）及び２６０ａ、ｂ（例えば、第２双極子コイル）は、極突起２５４ａ、ｂ（例えば、第１突起）及び２５６ａ、ｂ（例えば、第２突起）のそれぞれに位置する。第１双極子コイル２５８ａ、ｂは、５７５で示される第１双極子電源（操向電源「Ａ」）により通電し、第２双極子コイル２６０ａ、ｂは、５８５で示される第２双極子電源（操向電源「Ｂ」）によって通電するよう示される。第１双極子コイル２５８ａ、ｂは、協働して第１双極子磁場５６０を形成し、第２双極子コイル２６０ａ、ｂは、協働して第２双極子磁場５６１を形成する。

双極子コア２５０の別の実施例は図５Ｂに示され、各双極子コイル２５８ａ、２５８ｂ、２６０ａ及び２６０ｂは、それぞれのコイルに磁場を誘起させるよう電流を供給するために別個の独立した電源に接続される。電源は５８０（操向電源Ａ）、５８２（操向電源Ｂ）、５８４（操向電源Ｃ）及び５８６（操向電源Ｄ）で示され、各電源（例えば、５８１、５８３、５８５、５８７）に関連した概略電気回路によって示されるように電気的に接続される。双極子コアのコイルは、図５Ｂに示される方法で個別に制御され得、それにより双極子突起は、４５、１３５、２２５、及び３１５度で四重極突起と並ぶ。

図５Ａ及び５Ｂの構成は、双極子操向を提供する。双極子のペア（例えば、２５８ａ、ｂは第１双極子のペアであり、２６０ａ、ｂは第２双極子のペアである）は、双極子磁気効果を提供するよう構成され、各双極子コイルがＸオフセット電流及びＹオフセット電流を供給されることで必要な双極子効果が提供される。オフセット電流の持続時間は既定の頻度であり、かつ個別のオフセット電流量は、望ましい双極子磁場を得られるよう設計され、次に電子ビーム（及び焦点）における移動をもたらす。よって、対応する双極子のペアに望ましいＸオフセット及びＹオフセット電流の印加によって望ましい焦点操向頻度で適切な電流を用いて各コイルは個別に駆動され（図５Ｂ）、または各双極子コイルのペアは個別に駆動される（図５Ａ）。これは、「ｘ」または「ｙ」方向に磁場の中心を効果的に移動させる。双極子は、極表面間の領域を通り抜ける際、電子に横力を与える。この力はビームを摂動し、ドリフトタイム中に摂動された経路を電子は移動し、望ましい焦点にたどりつく。電子の微小質量によって、電子はこの磁場における変化にほとんど瞬間的に従う。故に、Ｘ線管の動作は、磁場が流れにおける連続的な電子に作用する際に高速切り替えを達成できる。

次に図６Ａ〜６Ｂを参照し、図４Ａ〜４Ｂの四重極システム及び図５Ａ〜５Ｂの双極子の動作を制御するための磁気制御システムの実施形態を説明する機能図を説明する。高レベルで、図６Ａ〜６Ｂの磁気制御システムは、四重極のペア２０２及び２０４及び／または双極子２５０に供給されたコイル電流の必要な制御を提供し、それにより（１）焦点の望ましい焦点調節を達成するよう必要な四重極場を提供し、かつ（２）焦点の望ましい配置を達成するよう必要な双極子場を提供する。述べられたように、双極子コイル電流の制御は、望ましい操向頻度を達成するような方法で得られる。

図６Ａの実施形態は、コマンド処理装置６７６を含み、マイクロプロセッサーまたはマイクロコントローラー、または同等の電子機器といった、あらゆる適切なプログラム可能な装置に実装されてもよい。コマンド処理装置６７６は、例えば、コマンド入力６９０で示されるように不揮発性メモリに格納されるパラメーターに好ましくは従って、図４Ａ〜４Ｂ及び５Ａの独立した電源におけるそれぞれの動作（すなわち、動作する対応コイルに、磁場を作り出すために電流を提供する）を制御する。例えば、例示的稼働計画では、コマンド入力６９０に格納される／定義されるパラメーターは、焦点調節及び／または焦点の操向に関する１つ以上の以下のパラメーターを含み得る。管電流（ミリアンペアで管電流量の稼働量を示す数値）、焦点Ｌ／Ｓ（「大」または「小」といった焦点サイズ）、スタート／ストップ同期（焦点調節の電源をオンにする及びオフにする時を示す）、管電圧（キロボルトで管の稼働電圧を特定する）、焦点操向パターン（例えば、焦点のための既定の操向パターンを示す数値）、及びデータシステム同期（Ｘ線ビームパターンを対応する撮像システムと同期する）。

図４Ａ及び４Ｂの四重極及び図５Ａの双極子のための例示的実装では、図６Ａに示され、コマンド入力６９０は、コマンド処理６７６に提供され得、その後四重極のためのフォーカス電源１（２７５）及びフォーカス電源２（２７６）、及び双極子のための操向電源Ａ５７５及び操向電源Ｂ５８５と連通し、その後陰極コアフォーカスコイル及び陽極コアフォーカスコイル並びに双極子操向コイルのための駆動出力を提供する。

よって、１つの実施例として、前述のように、「小」と指定された焦点サイズは、陰極側磁気四重極２０４の各コイル（２０６ｂ、２０８ａ、２０６ａ、２０８ｂ）に既定の量（「小」焦点に対応する）の一定フォーカス電流を提供するよう、コマンド処理ユニット６７６にフォーカス電源２７５を制御させる。同様に、電源２７６は、陽極側磁気四重極２０２の各コイルに、２７５が供給するものと同じ量の一定フォーカス（ＤＣ）電流を供給するよう制御される。ここでも、これは、四重極磁場が電子ビームに焦点調節力を加えることにつながり、それにより陽極ターゲットに「小」焦点をもたらす。

さらに、ＦＳ操向パターンは、特定の焦点操向頻度、及び「ｘ」または「ｙ」方向に必要な移動を規定してもよい。これは、双極子２５０の対応するコイルに必要なＸオフセット及びＹオフセットＡＣ電流量を供給するためにコマンド処理ユニット６７６が操向電源Ａ５７５及び操向電源Ｂ５８５のそれぞれを制御することにつながり、それにより前述のようにビーム（焦点）焦点調節に加えて望ましい双極子操向効果を生み出す。

例示的実施形態では、各電源２７５、２７６、５７５、及び５８５は、高速切り替え電源であり、かつ６９２で示される主電源から電力を受ける。磁気制御状態６９４は、電源及びコイルの動作についての状態情報を受信し、コマンド処理ユニット６７６及び／または外部モニター制御装置（図示せず）によって監視されてもよい。

よって、図４Ａ〜４Ｂ、５Ａ及び６Ａまたは６Ｂの実施形態では、２つの四重極と双極子を介した電子ビーム焦点調節及び２軸ビーム操向を提供する磁気システムが提供される。例示的実施形態が示される一方、代替的手法が企図されることが理解されよう。例えば、電子ビームの操向は、双極子２５０の双極子効果によって提供されるが、操向は陽極側磁気四重極２０２のコイルによって提供されるかまたは追加され得る。陽極コア２０２と陰極コア２０４の両方が焦点調節を実装することが理解されよう。さらに、図５Ａ〜５Ｂの双極子は、共通のコントローラーまたは別々のコントローラーで同じように制御され得る。

さらに別の例示的実施形態では、Ｘ線管の電子ビーム経路に置かれる２つの磁気四重極及び双極子として実装される磁気システムが提供される。前述の実施形態と同様に、２つの磁気四重極は、ビーム経路に垂直な両方向で電子ビーム経路を焦点調節するよう構成される。しかしながら、前述のような四重極及び双極子を介した双極子機能を実装する代わりに、２つの双極子が、ビーム経路に垂直な両方向（「ｘ」及び「ｙ」）でビームを操向するよう双極子コア上に配置される。ここでも、２つの四重極は、四重極磁気レンズ（時に「ダブレット」と呼ばれる）を形成し、焦点調節はビームが四重極のレンズを通り抜けることで達成される。操向は、双極子コア２５０極突起２５４ａ、ｂ及び２５６ａ、ｂのうち１つに巻装するコイルによって作り出される双極子コア２５０の２つの双極子によって達成され、一方で四重極コイルは焦点調節コイル電流を維持する。電子ビームの操向（及びその結果生じる焦点の移動）は、適切な双極子コイルのペアに通電することで起こり、かつ、１つの軸または軸の組み合わせで行われ得る。１つの実施形態では、１つの四重極が第１方向に焦点調節するために用いられ、第２四重極が第２方向に焦点調節するために、かつ２つの個別の双極子を持つ双極子コアは両方向に操向するために用いられる。

次に図４Ａ〜４Ｂ及び５Ｂを参照して、１つの実施例を共に説明する。ここで、双極子のペアは、双極子磁気効果を提供するよう構成され、必要な双極子効果は、各双極子コイルにＸオフセット電流及びＹオフセット電流が供給されることで提供される。オフセットＡＣ電流の持続時間は既定の頻度であり、かつ個別のオフセット電流量は、望ましい双極子磁場を得られるよう設計され、次に電子ビーム（及び焦点）における移動をもたらす。よって、四重極コイルは一定のフォーカス電流で、双極子コイルは対応する双極子のペアに望ましいＸオフセット及びＹオフセット電流の印加によって望ましい焦点操向頻度で適切な電流で、各コイルは個別に駆動される。これは磁場の中心を「ｘ」または「ｙ」方向に効果的に移動し、次に電子ビームの既定の「ｘ」または「ｙ」方向における移動（及び陽極ターゲット上の焦点の最終配置）を引き起こす。

次に図６Ｂを参照し、図４Ａ〜４Ｂ及び５Ｂの四重極及び双極子システムの動作を制御するための磁気制御システムの実施形態を説明する機能図を説明する。高レベルで、図６Ｂの磁気制御システムは、四重極コイル及び双極子コイルに供給されたコイル電流の必要な制御を提供し、それにより（１）焦点の望ましい焦点調節を達成するよう必要な四重極場を提供し、かつ（２）焦点の望ましい配置を達成するよう必要な双極子場を提供する。述べられたように、コイル電流の制御は、望ましい操向頻度を達成するような方法で得られる。

図６Ｂの磁気制御システムに関する機能的処理は、各フォーカス電源１（２７５）及び２（２７６）が四重極コイルに必要なフォーカスＤＣ電流を供給するという点を除いて大部分の点で図６Ａの機能的処理に類似しており、操向電源Ａ（５８０）、Ｂ（５８２）、Ｃ（５８４）及びＤ（５８６）が必要な操向ＡＣ電流及び振幅を双極子コイルに供給して望ましい双極子磁気効果を提供し、それにより必要な電子ビームの移動（焦点移動）を達成する。

よって、図４Ａ〜４Ｂ、５Ｂ、及び６Ｂの実施形態では、２つの四重極と２つの双極子（両方とも同じ双極子コア）を介した電子ビーム焦点調節及び２軸ビーム操向を提供する磁気システムが提供される。例示的実施形態が示される一方、代替的手法が企図されることが理解されよう。例えば、電子ビームの操向が２つの双極子によって完全に提供される双極子効果によって提供される一方、陽極コア２０２と陰極コア２０４の両方が焦点調節を補助し得ることが理解されよう。他の変化形も同様に企図されるであろう。

１つの態様では、磁気コントローラーは、コマンド入力によって動作し得る。例えば、以下の入力（例えば、ユーザーによるコントローラーへの入力）が、磁気制御システムを稼働させるために用いられ得る。焦点調節のための実装では、管電流（ｍＡ）は数値入力：ｅｘ ４５０、焦点（Ｌ／Ｓ）は大または小焦点、フォーカスを電源オン及びオフする時を判断するためのスタートストップ同期、焦点調節及び操向のための実装では、管電圧（ｋＶ）は数値入力：ｅｘ １２０であり、操向のための実装では、ＦＳ操向パターンはパターン１、２、または３など、及びデータ収集のための実装では、ビームパターンを撮像システムと同期するためのデータシステム同期。

１つの態様では、磁気コントローラーは、焦点制御のためのコマンド入力によって動作し得る。例えば、以下の入力（例えば、ユーザーによるコントローラーへの入力）が、焦点を制御するのに用いられ得る。ユーザーはコマンド処理を実行し得る。これは、コマンド入力の使用及び以下の判断のためのルックアップ／キャリブレーションテーブルを含み得る。陰極コアフォーカスコイルのためであり得るフォーカス電源１電流、陽極コアフォーカスコイルのためであり得るフォーカス電源２電流、Ｙ方向ビーム移動のためであり得る操向電源Ａ電流及び波形、Ｘ方向ビーム移動のためであり得る操向電源Ｂ電流及び波形、及び磁気制御ステータス。電源に通電されない場合は、フィードバックによりシステムは動作停止し得る。

次に図７を参照して、図６Ａ〜６Ｂに示される磁気制御機能性を動作するための手段７００の１つの実施例を説明する。ステップ７０２で始まり、ユーザーは、メモリ６９０にコマンド入力として格納される適切な動作パラメーターを選択するかまたは指定してもよい。ステップ７０４では、動作パラメーターは、コマンド処理ユニット６７６を含む管制御ユニットに送られる。各動作パラメーターについて、ステップ７０６では、コマンド処理ユニット６７６は、例えば、陰極四重極電流、陽極四重極電流及び双極子場バイアス電流といった対応値についてルックアップ／キャリブレーションテーブルを照会する。ステップ７０８では、コイルはそれぞれの電流値で通電され、かつ承認がユーザーに提供される。ステップ７１０では、ユーザーは照射を開始し、Ｘ線撮像が始まる。最後にステップ７１２では、コイルへの通電を停止させるコマンドが送られる。

本明細書に記述されるように、電子ビーム焦点調節及び操向の様々な実装は、調節可能なエミッタと連携して有利に用いられ得、それぞれの機能が互いに相補的であることが理解されよう。しかしながら、電子ビーム焦点調節または平面型エミッタのいずれかの様々な機能は、共に用いられる必要はなく、個別の実装においても適用性及び機能性を有することも理解されよう。

１つの実施形態では、Ｘ線管は、電子ビームを放射する電子エミッタを含む陰極と、電子ビームの放射された電子を受けるよう構成された陽極と、陰極と陽極の間にあり、第１四重極ヨークから延びて第１四重極ヨークの中心軸に向かい、それぞれが第１四重極電磁コイルを持つ４つの第１四重極突起のある第１四重極ヨークを持つ第１磁気四重極と、第１磁気四重極と陽極の間にあり、第２四重極ヨークから延びて第２四重極ヨークの中心軸に向かい、それぞれが第２四重極電磁コイルを持つ４つの第２四重極突起のある第２四重極ヨークを持つ第２磁気四重極と、及び陰極と陽極の間にあり、４つの双極子電磁コイルのある双極子ヨークを持つ磁気双極子と、を含み得る。

１つの態様では、Ｘ線管は、電子ビームを第１方向に焦点調節し、かつ電子ビームを第１方向と直交する第２方向に焦点をずらすための第１磁気四重極勾配を提供するよう構成された第１磁気四重極と、電子ビームを第２方向に焦点調節し、かつ電子ビームを第１方向に焦点をずらすための第２磁気四重極勾配を提供するよう構成された第２磁気四重極と、を含み得、かつ第１及び第２磁気四重極の組み合わせが電子ビームの焦点の第１及び第２方向の両方に最終的な焦点調節効果を提供する。１つの態様では、磁気双極子は、ターゲット上の電子ビームの焦点を移動するために電子ビームを偏向させるよう構成され得る。１つの態様では、磁気双極子は、双極子ヨークから延び、双極子ヨークの中心軸に向かって配向された４つの双極子突起のある双極子ヨークを持ち、４つの双極子突起はそれぞれが双極子電磁コイルの１つを持つ。１つの態様では、４つの双極子磁気コイルは、均等な分布で双極子ヨーク周囲に巻装される。１つの態様では、磁気双極子は、双極子ヨークから延び、双極子ヨークの中心軸に向かって配向された４つの双極子突起のある双極子ヨークを持ち得、双極子磁気コイルは双極子突起間にある。

１つの実施形態では、第１四重極電磁コイルを持つ４つの第１四重極突起は、４５、１３５、２２５、及び３１５度であり、第２四重極電磁コイルを持つ４つの第２四重極突起は、４５、１３５、２２５、及び３１５度であり、かつ４つの双極子電磁コイルは、０、９０、１８０、及び２７０度である。

１つの実施形態では、第１四重極電磁コイルを持つ４つの第１四重極突起は、４５、１３５、２２５、及び３１５度であり、第２四重極電磁コイルを持つ４つの第２四重極突起は、４５、１３５、２２５、及び３１５度であり、かつ４つの双極子電磁コイルは、４５、１３５、２２５、及び３１５度である。

１つの実施形態では、Ｘ線管は、放射された電子に沿って、陰極、第１磁気四重極（陰極四重極）、第２磁気四重極（陽極四重極）、磁気双極子、及び陽極の順に有する。

１つの実施形態では、電子エミッタは、不均等な状態で電子ビームの電子を放射するよう構成された実質的に平坦な面を持つ。

１つの実施形態では、第１磁気四重極は、第１フォーカス電源と動作可能に連結され得、第２磁気四重極は、第２フォーカス電源と動作可能に連結され得、磁気双極子の第１双極子ペアは、第１操向電源と動作可能に連結され得、かつ磁気双極子の第２双極子ペアは、第２操向電源と動作可能に連結され得る。

１つの実施形態では、第１磁気四重極は、第１フォーカス電源と動作可能に連結され得、第２磁気四重極は、第２フォーカス電源と動作可能に連結され得、かつ磁気双極子の各電磁石は、異なる操向電源と動作可能に連結され得る。

１つの実施形態では、Ｘ線管は、不均等な状態で電子ビームの電子を放射するよう構成された実質的に平坦な面を持つエミッタを含む陰極と、放射された電子を受けるよう構成された陽極と、第１ヨーク上に形成され、かつ第１方向で電子ビームを焦点調節し、第１方向と垂直な第２方向で電子ビームの焦点をずらすための磁気四重極勾配を持つ第１磁気四重極と、第２ヨーク上に形成され、かつ第２方向で電子ビームを焦点調節し、第１方向で電子ビームの焦点をずらすための磁気四重極勾配を持つ第２磁気四重極とを含み得、第１及び第２磁気四重極の組み合わせは電子ビームの焦点の第１及び第２方向の両方に最終的な焦点調節効果を提供し、及びターゲット上の電子ビームの焦点を移動するために電子ビームを偏向させるよう構成され、第２ヨーク及び／または第１及び第２ヨークから分離し、異なっている双極子ヨーク上に構成された磁気双極子と、を含み得る。

１つの実施形態では、Ｘ線管における電子ビームを焦点調節及び操向の方法は、１つの実施形態においてＸ線管を提供することと、電子ビーム軸に沿って陰極から陽極へと電子ビームを放射するよう電子エミッタを動作させることと、第１方向で電子ビームを焦点調節するよう第１磁気四重極を動作させることと、第１方向と直交する第２方向で電子ビームを焦点調節するよう第２磁気四重極を動作させることと、及び電子ビーム軸から離れて電子ビームを操向するよう磁気双極子を動作させることと、と含み得る。

１つの実施形態では、Ｘ線管における電子ビームを焦点調節及び操向の方法は、実施形態のうちの１つのＸ線管を提供することと、電子ビーム軸に沿って陰極から陽極へと電子ビームを放射するよう電子エミッタを動作させることと、を含み得、第１方向で電子ビームを焦点調節するよう第１磁気四重極を動作させること、第１方向と直交する第２方向で電子ビームを焦点調節するよう第２磁気四重極を動作させること、または電子ビーム軸から離れて電子ビームを操向するよう磁気双極子を動作させること、のうち１つ以上を実装することと、を含み得る。

先行の事項から、本開示の様々な実施形態は、説明の目的で本明細書に記述され、本開示の目的及び趣旨から逸脱しないよう様々な修正が行われてもよいことが理解されよう。従って、本明細書に開示の様々な実施形態は、制限的であることを意図してはおらず、真の範囲及び趣旨は以下の特許請求によって示される。本明細書に示される全ての参照は、その全体が特定の参照によって本明細書に包含される。

Claims (15)

1. 電子ビームを放射する電子エミッタを含む陰極と、
   前記電子ビームの前記放射された電子を受けるよう構成された陽極と、
   前記陰極と前記陽極の間にあり、かつ第１四重極ヨークを持つ第１磁気四重極であって、前記第１四重極ヨークは前記第１四重極ヨークから延び、かつ前記第1四重極ヨークの中心軸に向かって配向された４つの四重極突起を持ち、かつ前記４つの四重極突起はそれぞれが第１四重極電磁コイルを持つ、前記第１磁気四重極と、
   前記第１磁気四重極と前記陽極の間にあり、かつ第２四重極ヨークを持つ第２磁気四重極であって、前記第２四重極ヨークは前記第２四重極ヨークから延び、かつ前記第２四重極ヨークの中心軸に向かって配向された４つの第２四重極突起を持ち、かつ前記４つの第２四重極突起はそれぞれが第２四重極電磁コイルを持つ、前記第２磁気四重極と、
   及び前記陰極と陽極の間にあって、４つの双極子突起のある双極子ヨーク及び４つの双極子電磁コイルを持つ磁気双極子と、を備え、
   各双極子突起は前記双極子電磁コイルを持ち、前記第１四重極ヨーク、前記第２四重極ヨーク及び前記双極子ヨークは別々のヨークであるＸ線管。
2. 前記磁気双極子が、前記双極子ヨークから延び、前記双極子ヨークの中心軸に向かって配向された４つの双極子突起のある前記双極子ヨークを持つ、請求項１に記載のＸ線管。
3. 前記４つの双極子電磁コイルが、均等な分布で前記双極子ヨーク周囲に巻装される、請求項１に記載のＸ線管。
4. 前記磁気双極子が、前記双極子ヨークから延び、前記双極子ヨークの中心軸に向かって配向された４つの双極子突起のある前記双極子ヨークを持ち、前記４つの双極子電磁コイルが前記双極子突起間にある、請求項３に記載のＸ線管。
5. ４５、１３５、２２５、及び３１５度である前記第１四重極電磁コイルを持つ前記４つの第１四重極突起と、
   ４５、１３５、２２５、及び３１５度である前記第２四重極電磁コイルを持つ前記４つの第２四重極突起と、
   ０、９０、１８０、及び２７０度である前記４つの双極子突起及び／又はその上にある前記４つの双極子電磁コイルと、を備える、請求項１に記載のＸ線管。
6. ４５、１３５、２２５、及び３１５度である前記第１四重極電磁コイルを持つ前記４つの第１四重極突起と、
   ４５、１３５、２２５、及び３１５度である前記第２四重極電磁コイルを持つ前記４つの第２四重極突起と、
   ４５、１３５、２２５、及び３１５度である前記４つの双極子突起及び／または前記４つの双極子電磁コイルと、を備える、請求項１に記載のＸ線管。
7. 前記Ｘ線管が、前記放射された電子に沿って、陰極、第１磁気四重極、第２磁気四重極、磁気双極子、及び陽極の順に有する、請求項１に記載のＸ線管。
8. 前記電子エミッタが、電子を放射するよう構成された実質的に平坦な面を持つ、請求項１に記載のＸ線管。
9. 前記陰極が、前記電子エミッタに隣接して配置された１つ以上の焦点調節エレメントを有する陰極ヘッド面を持つ、請求項１に記載のＸ線管。
10. 第１フォーカス電源と動作可能に連結された前記第１磁気四重極と、
    第２フォーカス電源と動作可能に連結された前記第２磁気四重極と、
    第１操向電源と動作可能に連結された前記磁気双極子の第１双極子ペアと、
    第２操向電源と動作可能に連結された前記磁気双極子の第２双極子ペアと、を備える、請求項１に記載のＸ線管。
11. 第１フォーカス電源と動作可能に連結された前記第１磁気四重極と、
    第２フォーカス電源と動作可能に連結された前記第２磁気四重極と、
    異なる操向電源と動作可能に連結された前記磁気双極子の各電磁石と、を備える、請求項１に記載のＸ線管。
12. 互いに対して直交する２つの磁気双極子を備え、各磁気双極子がターゲット上の前記電子ビームの焦点を移動するために前記電子ビームを偏向するよう構成され、前記２つの磁気双極子が双極子ヨーク上に構成される、請求項１に記載のＸ線管。
13. 電子ビームを放射するエミッタを含む陰極と、
    前記放射された電子を受けるよう構成された陽極と、
    第１ヨーク上に形成され、かつ前記電子ビーム軸に垂直である第１方向で前記電子ビームを焦点調節し、かつ前記第１方向に直交する第２方向で前記電子ビームの焦点をずらすための磁気四重極勾配を持つ第１磁気四重極と、
    第２ヨーク上に形成され、かつ前記第２方向で前記電子ビームを焦点調節し、かつ前記第１方向で前記電子ビームの焦点をずらすための磁気四重極勾配を持つ第２磁気四重極と、を備え、
    前記第１及び第２磁気四重極の組み合わせは、前記電子ビームの焦点における第１及び第２方向の両方に最終的な焦点調節効果を提供し、及び
    ターゲット上の前記電子ビームの前記焦点を移動するために前記電子ビームを偏向するよう形成され、双極子ヨーク上に構成される磁気双極子ペアと、を備え、
    前記第１ヨーク、前記第２ヨーク及び前記双極子ヨークは別々のヨークであるＸ線管。
14. Ｘ線管で電子ビームを焦点調節し、かつ操向する方法であって、
    請求項１に記載のＸ線管を提供することと、
    電子ビーム軸に沿って前記陰極から前記陽極へと前記電子ビームを放射するよう前記電子エミッタを動作させることと、
    前記電子ビームを、前記電子ビーム軸に垂直である第１方向に焦点調節するよう前記第１磁気四重極を動作させることと、
    前記電子ビームを前記第１方向に直交する第２方向に焦点調節するよう前記第２磁気四重極を動作させることと、
    前記電子ビーム軸から離れて前記電子ビームを操向するよう前記磁気双極子を動作させることと、を含む前記方法。
15. Ｘ線管で電子ビームを焦点調節し、かつ操向する方法であって、
    請求項１３に記載のＸ線管を提供することと、
    電子ビーム軸に沿って前記陰極から前記陽極へと前記電子ビームを放射するよう前記電子エミッタを動作させることと、
    前記電子ビームを、前記電子ビーム軸に垂直である第１方向に焦点調節するよう前記第１磁気四重極を動作させることと、
    前記電子ビームを前記第１方向に直交する第２方向に焦点調節するよう前記第２磁気四重極を動作させることと、
    前記電子ビーム軸から離れて前記電子ビームを操向するよう前記磁気双極子ペアを動作させることと、を含む前記方法。