电子发射器装置的制作方法

1.本发明涉及一种电子发射器装置、一种用于产生电子流的方法、一种x射线源以及一种计算机程序产品。


背景技术：

2.传统的电子发射器装置能够包含不同的电子发射器类型，例如热离子发射器或具有场效应发射器针的场效应发射器。一些电子发射器装置能够直接地或间接地加热。热离子发射器的示例是灯丝发射器或扁平发射器。在de 10 2006 018 633 b4中公开了一种扁平发射器，所述扁平发射器在运行时在发射器板的中央区域中与在邻接于中央区域的区域中相比具有更小的电子密度。
3.在具有电子发射器装置的传统的x射线源运行时会发生：来自传统的x射线源的阳极的离子朝向电子发射器装置的方向被抛回。离子在由电子发射器装置生成的电子与阳极交互作用时有规律地产生。
4.尤其，由于相对宏观的结构，传统的热离子发射器与具有场效应发射器针的传统的场效应发射器相比更具耐抗。而场效应发射器针会被撞击的离子损坏，最终损毁。


技术实现要素：

5.本发明所基于的目的是，提出一种电子发射器装置、一种用于生成电子流的方法、一种x射线源和一种具有提高的鲁棒性和使用寿命的计算机程序产品。
6.所述目的通过本发明的特征来实现。在下面的说明书中描述有利的设计方案。
7.根据本发明的电子发射器装置具有：
[0008]-第一环的场效应发射器针，所述第一环的场效应发射器针在第一环的内侧上形成第一发射器面，和
[0009]-第二环的场效应发射器针，所述第二环的场效应发射器针在第二环的内侧上形成第二发射器面，
[0010]
其中第一环和第二环设置为，使得第一发射器面和第二发射器面形成基本上连续的三维的总发射器面，所述总发射器面沿着纵轴线是中空的。
[0011]
三维的总发射器面是环形的并且沿着纵轴线是中空的优选引起：三维的总发射器面具有中央开口。因此，减少了从阳极到达三维总发射器面上的带电粒子的数量，尤其是离子和/或由多个原子构成的带电簇的数量。因为带电粒子至少部分地居中地穿过中空的三维的总发射器面。意即，总发射器面的三维的、尤其空间的设计方案能够使带电粒子的至少一部分居中地经过中央开口。
[0012]
第一环和第二环还提供以下优点：能够提高场效应发射器针的数量，尤其是相应的发射器面，因为沿着电子发射器装置的纵轴线的结构空间被有利地更好地利用。电子发射器装置尤其具有多排发射器面，所述发射器面以结构空间优化的方式设置。垂直于纵轴线的替选于此的传统的放大是不利的，因为通过扩宽发射器面也会使焦斑变宽，这又会增
加x射线辐射的不清晰度。因此，相反地，补偿将需要耗费的附加聚焦，而本发明不需要所述附加聚焦。因此，三维的总发射器面能够实现有利地提升电子流。
[0013]
三维的总发射器面的另一优点是，能够增加电子流，因为通过更大的发射器面会减少在发射时出现的效应的影响，所述效应由于空间电荷密度会引起电子流的绽开和/或散焦，进而同样能够引起焦斑的扩宽。
[0014]
有利地，在第一环或第二环的内侧上设置场效应发射器针对电子流具有基本的聚焦作用，而例如传统的灯丝发射器由于其外部形状本身起到散焦的作用。
[0015]
场效应发射器针能够以不同的类型构造，例如构造为碳-场效应发射器针、金属-场效应发射器针或硅-场效应发射器针。典型地，电子发射器装置具有仅一种类型的场效应发射器针。金属-场效应发射器针此外作为spindt场效应发射器已知。由其它材料、例如钼制成的场效应发射器针同样是可行的。硅-场效应发射器针例如设置在硅衬底上，所述硅衬底能够有利地面状地关于在半导体行业中已知的生产技术，例如参见用于计算机芯片生产的硅晶片，以大于数厘米的直径来制造。尤其，发射的电子形成电子流。场效应发射器针的电子流密度例如在大于0.1a/cm^2和/或小于200a/cm^2的范围内，优选在1a/cm^2和50a/cm^2之间，特别有利地在5a/cm^2和15a/cm^2之间。
[0016]
在第一环的场效应发射器针和第二环的场效应发射器针之间的区别能够基于：一排场效应发射器针距阳极上的点具有与另一排场效应发射器针不同的间距。第一环尤其包括在距阳极上的点的第一间距处的第一组场效应发射器针，而第二环尤其包括在距阳极上的点的第二间距处的第二组场效应发射器针，其中所述第二间距与第一间距不同。原则上可设想的是，第一环或第二环的场效应发射器针的间距发生变化，尤其是当第一环或第二环相对于阳极倾斜地设置时如此。第一环尤其能够包括远离阳极的场效应发射器针，而第二环尤其能够包括靠近阳极的场效应发射器针。
[0017]
在实践中，经常三维地观察第一发射器面和/或第二发射器面。第一发射器面和第二发射器面尤其能够被像素化。第一发射器面和第二发射器面能够是同一衬底和/或同一印刷电路板的一部分。
[0018]
第一发射器面和/或第二发射器面能够被分段和/或逐像素地分离。可设想的是，第一环或第二环由一件构成，并且第一发射器面和/或第二发射器面被分段和/或逐像素地分离。替选地，第一环和/或第二环能够由多个子环和/或子块构成。如果第一发射器面和/或第二发射器面被分段和/或逐像素地分离，则三维的总发射器面通常被分段和/或逐像素地分离。
[0019]
三维的总发射器面基本上能够被称为环形的发射器面-级联。除了第一发射器面和第二发射器面之外，三维的总发射器面能够包括其它发射器面，尤其是在第三环上的发射器面。原则上也能够设想多于三个环。
[0020]
第一发射器面和第二发射器面尤其沿着纵轴线观察依次地设置。基本上连续尤其表示：第一发射器面和第二发射器面优选地相对于彼此设置为，使得在两个发射器面之间的间距最小化。原则上能够设想的是，在这两个发射器面之间的间距能够大于零，其中然而仍然形成基本上连续的三维的总发射器面。因此，基本上连续地表示：第一发射器面和第二发射器面不沿着阳极的焦点路径分布或并排设置。基本上连续尤其表示：由第一发射器面生成的电子流和由第二发射器面生成的电子流通常至少部分地重叠和/或平行地定向。基
本上连续还能够表示：由第一发射器面生成的电子流在电子发射器装置运行时能够穿过第二环。
[0021]
电子发射器装置尤其具有第一环，所述第一环包括第一发射器面的场效应发射器针。电子发射器装置尤其具有第二环，所述第二环包括第二发射器面的场效应发射器针。
[0022]
原则上能够设想的是，场效应发射器针的至少一部分设置在第一环的外侧和/或第二环的外侧上。大多数场效应发射器针典型地设置在内侧上。电子流的主要部分能够优选地由位于第一环和/或第二环的内侧上的发射器面产生。取决于第一环和/或第二环的横截面，内侧尤其还包括第一环和/或第二环的例如朝向阳极一侧的面。内侧尤其是朝向三维的总发射器面的纵轴线的侧。内侧至少部分地位于包括三维的总发射器面的体积内。第一发射器面具有至少一个第一发射器面法线，所述第一发射器面法线垂直于第一发射器面。第二发射器面具有至少一个第二发射器面法线，所述第二发射器面法线垂直于第一发射器面。由于第一环和/或第二环的几何设计方案，发射器面能够具有近似无穷多的发射器面法线。
[0023]
至少一个第一发射器面法线和/或第二发射器面法线不平行于纵轴线和/或在数学上观察能够与纵轴线在有限的点处相交。
[0024]
在该上下文中，术语“环”尤其代表与常规的环类似的几何图形，例如具有n》2个角的多边形，其具有中央开口。换言之，第一环和/或第二环不强制性是圆形的或卵形的，而是两个环中的至少一个环例如能够是三角形，而另一环是圆形的或方形的。原则上能够设想的是，环大概近似为具有多个角的多边形。此外可行的是，第一环和/或第二环相对于彼此或关于其自身是对称的或不对称的。
[0025]
一个实施方式提出，三维的总发射器面是管状的。管状尤其表示：三维的总发射器面的内直径基本上是恒定的。所述实施方式是尤其有利的，因为来自阳极的尽可能多的带电粒子能够通过。
[0026]
对前述实施方式的替选的实施方式提出，三维的总发射器面沿着纵轴线变尖。三维的总发射器面变尖尤其表示：三维的总发射器面的内直径至少部段地比在另一部段中更窄。通常，内直径的变化是平滑的。优选地，内直径越窄，所述部段距阳极就越远。该实施方式是尤其有利的，因为朝向阳极的发射器面变大。
[0027]
一个实施方式提出，第一环的最小内半径与第二环的最小内半径不同。该实施方式能够实现灵活地设置第一环和第二环。
[0028]
一个实施方式提出，第一发射器面形成截锥形侧表面和/或第二发射器面形成截锥形侧表面。该实施方式的优点是，由于作为截锥形侧表面的设计方案，能够提高直接朝向阳极的场效应发射器针的份额。
[0029]
一个实施方式提出，第一截锥形发射器面和第二截锥形发射器面沿着纵轴线沿相同的方向定向。如果发射器面构成为截锥形，由此，发射器面进而电子流沿相同的方向定向，这种设计方案是尤其有利的。
[0030]
一个实施方式提出，第一截锥形发射器面的锥角与第二截锥形发射器面的锥角不同。锥角尤其包括在纵轴线与发射器面法线的垂直线之间的角度。该实施方式因此尤其能够是有利的，因为根据第一环或第二环的内半径，例如中央开口的直径能够优化。锥角典型地在0
°
和90
°
之间，与纵轴线的方向无关。原则上能够设想的是，两个锥角都是0
°
。此外能够
设想的是，两个锥角之一为直至90
°
，其中包括90
°
。
[0031]
一个实施方式提出，第一发射器面形成柱形侧表面和/或第二发射器面形成柱形侧表面。优选的是，在确保足够的电子流的同时，该实施方式关于背离阳极从而相对于带电粒子受保护的场效应发射器针的份额优化。
[0032]
一个实施方式提出，借助于第一发射器面能够产生用于第一焦斑的第一电子流，其中借助于第二发射器面能够产生用于第二焦斑的第二电子流，并且其中第一焦斑和第二焦斑在位置和/或大小方面不同。该实施方式的特征尤其能够在于改变环的设计方案，例如作为柱形或截锥形侧表面，和/或，尤其能够在于设定相应的锥角和/或在于相应地调整最小内半径。原则上，该实施方式能够实现：第一环和第二环能够交替地，但是也能够同时运行，例如其中两个发射器面的电子流补充或叠加。由此，例如更高的电子流是可行的，因为发射器面在脉冲运行时在关断状态下能够冷却，以便降低热负荷。第一发射器面和第二发射器面尤其能够被操控用于这样产生电子流，使得在阳极上实现跳跃的焦斑或所谓的跳跃焦点。
[0033]
一个实施方式提出，电子发射器装置还具有发射器针验证单元和控制单元，所述发射器针验证单元构成为用于，确定在第一环和/或第二环上的至少一个场效应发射器针的功能性程度，所述控制单元构成为用于，根据至少一个场效应发射器针的功能性程度接通或关断第一发射器面或第二发射器面。该实施方式是特别有利的，因为电子发射器装置冗余地构造，使得在第一环或第二环内的缺陷不一定引起整个电子发射器装置的失效。因为由于三维的位于内部的总发射器面，第一环或第二环的功能能够由另一环的功能代替，而不必更换电子发射器装置。
[0034]
根据本发明的x射线源具有：
[0035]-抽真空的x射线管壳体，
[0036]-设置在抽真空的x射线管壳体中的电子发射器装置，和
[0037]-设置在抽真空的x射线管壳体中的阳极，用于根据从电子发射器装置射入的电子生成x射线。
[0038]
典型地，电子发射器装置与阳极的焦点路径相对地设置。根据x射线源的设计方案能够设有聚焦头(fokuskopf)，所述聚焦头将电子流从电子发射器装置朝向阳极的方向转向。替选地或附加地，在电子发射器装置和作为x射线源的一部分的阳极之间的静电的或电磁的偏转系统能够将电子流转向到阳极上。转向原则上能够包括电子流的聚焦和/或成形和/或定位。
[0039]
阳极通常具有导电材料，例如钼、石墨和/或钨。因此，阳极典型地具有均匀地分布到阳极上的唯一电势。原则上能够设想的是，阳极由导电材料构成。
[0040]
根据本发明的用于产生电子流的方法具有以下步骤：
[0041]-提供电子发射器装置，
[0042]-借助于发射器针验证单元来确定在第一环和/或第二环上的至少一个场效应发射器针的功能性程度，和
[0043]-借助于控制单元根据至少一个场效应发射器针的功能性程度来接通第一发射器面或第二发射器面，其中产生电子流。
[0044]
一个实施方式提出，交替地运行第一发射器面或第二发射器面。
[0045]
根据本发明的能够直接加载到计算单元的存储器中的计算机程序产品具有程序代码机构，以便当在计算单元中运行计算机程序产品时，执行用于产生电子流的方法。尤其，计算单元能够构成为控制单元的一部分。
[0046]
计算机程序产品能够是计算机程序或能够包括计算机程序。计算机程序产品尤其具有程序代码机构，所述程序代码机构描绘根据本发明的方法步骤。由此能够以限定的且可重复的方式执行根据本发明的方法，以及能够实施关于根据本发明的方法的传播的控制。计算机程序产品优选配置为，使得计算单元能够借助于计算机程序产品执行根据本发明的方法步骤。程序代码机构尤其能够加载到计算单元的存储器中并且典型地借助于计算单元的处理器借助访问存储器来运行。如果在计算单元中运行计算机程序产品，尤其是程序代码机构，则典型地能够执行所描述的方法的所有根据本发明的实施方式。计算机程序产品例如保存在物理的、计算机可读的介质上和/或作为数据包以数字的方式保存在计算机网络中。计算机程序产品能够为物理的、计算机可读的介质和/或在计算机网络中的数据包。因此，本发明也能够基于物理的、计算机可读的介质和/或在计算机网络中的数据包。物理的、计算机可读的介质通常能够直接与计算单元连接，其方式例如为：将物理的、计算机可读的介质置于dvd磁盘驱动器中或者插入usb端口中，由此计算单元尤其能够以读取的方式访问物理的、计算机可读的介质。数据包能够优选从计算机网络中调用。计算机网络能够具有计算单元或借助于广域网(wan)或(无线)局域网连接(wlan或lan)与计算单元间接地连接。例如，计算机程序产品能够以数字的方式在云服务器上保存在计算机网络的存储位置处，借助于wan经由互联网和/或借助于wlan或lan传输到计算单元上，尤其通过调用指向计算机程序产品的存储位置的下载链接。
[0047]
在描述装置时提到的特征、优点或替选的实施方式同样能够转用于方法，并且反之亦然。换言之，针对方法的实施例能够借助装置的特征改进，并且反之亦然。尤其，根据本发明的装置能够在所述方法中使用。
附图说明
[0048]
下面根据在附图中示出的实施例详细描述和阐述本发明。原则上，在以下附图描述中，基本上保持相同的结构和单元用与在相应的结构或单元首次出现时相同的附图标记命名。
[0049]
附图示出：
[0050]
图1至图6示出根据本发明的电子发射器装置的不同的设计方案，
[0051]
图7示出另一电子发射器装置，
[0052]
图8示出x射线源，和
[0053]
图9示出用于产生电子流的方法。
具体实施方式
[0054]
图1至图6示出电子发射器装置10的不同的横截面。电子发射器装置10具有第一环11的场效应发射器针，所述第一环的场效应发射器针在第一环11的内侧11.i上形成第一发射器面11.f。电子发射器装置10具有第二环12的场效应发射器针，所述第二环的场效应发射器针在第二环12的内侧12.i上形成第二发射器面12.f。第一环11和第二环12设置为，使
得第一发射器面11.f和第二发射器面12.f形成基本上连续的三维的总发射器面13，所述总发射器面沿着纵轴线l是中空的。
[0055]
来自阳极的带电粒子能够优选沿着纵轴线l经过电子发射器装置10，而不与发射器面11.f、12.f之一交互作用。
[0056]
借助于第一发射器面11.f能够产生第一电子流，典型地用于第一焦斑。借助于第二发射器面12.f能够产生第二电子流，例如用于第一焦斑或第二焦斑。图1至图6的电子发射器装置10能够改进为，使得第一焦斑和第二焦斑在位置和/或大小方面不同。
[0057]
图1示出电子发射器装置10的第一实施方式。三维的总发射器面13是管状的。第一发射器面11.f形成柱形侧表面。第二发射器面12.f形成柱形侧表面。
[0058]
图2示出电子发射器装置10的第二实施方式。三维的总发射器面13是管状的。第一发射器面11.f形成截锥形侧表面，并且第二发射器面12.f形成截锥形侧表面。截锥形的第一发射器面11.f和截锥形的第二发射器面12.f沿着纵轴线l沿相同的方向定向。
[0059]
与图1和图2相反，在图3至图6的实施例中，三维的总发射器面13变尖。此外，第一环11的最小内半径与第二环12的最小内半径不同。在该实施例中，与第二环12相比，未示出的阳极典型地更靠近第一环11设置。
[0060]
图3示出电子发射器装置10的第三实施方式。第一发射器面11.f形成柱形侧表面。第二发射器面12.f形成柱形侧表面。
[0061]
图4示出电子发射器装置10的第四实施方式。第一发射器面11.f形成截锥形侧表面，并且第二发射器面12.f形成截锥形侧表面。截锥形的第一发射器面11.f和截锥形的第二发射器面12.f沿着纵轴线l沿相同的方向定向。
[0062]
在该实施例中，截锥形的第一发射器面11.f的锥角和截锥形的第二发射器面12.f的锥角相等。
[0063]
图5示出电子发射器装置10的第五实施方式。第一发射器面11.f形成截锥形侧表面，并且第二发射器面12.f形成截锥形侧表面。截锥形的第一发射器面11.f和截锥形的第二发射器面12.f沿着纵轴线l沿相同的方向定向。
[0064]
截锥形的第一发射器面11.f的锥角与截锥形的第二发射器面12.f的锥角不同。
[0065]
图6示出电子发射器装置10的对在图5中示出的实施方式替选的第六实施方式，其中主要是锥角变化。
[0066]
第六实施方式原则上能够转换为具有矩形的总发射器面13的未示出的实施例，其中锥角为90
°
，并且锥角为0
°
。
[0067]
图7示出电子发射器装置10的另一设计方案。出于概览性原因，主要示出电子发射器装置10的两个环11、12，而没有之前示出的实施细节。
[0068]
电子发射器装置10还具有发射器针验证单元14，所述发射器针验证单元构成为用于，确定在第一环11和/或第二环12上的至少一个场效应发射器针的功能性程度。功能性程度例如可以是以二进制方式的“能够运转”和“有缺陷”。此外，还可以设想根据剩余的性能和/或剩余-电子流容量的中间阶段。发射器针验证单元14能够具有光学传感器或红外传感
器，以便例如以图像的方式检测第一发射器面11.f和/或第二发射器面12.f。借助于图像算法程序代码机构，计算单元优选地能够在所检测到的图像中确定场效应发射器针的功能性程度。替选地或附加地，发射器针验证单元14能够具有电流计和/或电压计，所述电流计和/或电压计借助于向场效应发射器针输送电流和/或经由在场效应发射器针上的电压降来提供功能性程度。发射器针验证单元14能够包括接口，所述接口能够根据功能性程度输出信号。能够设想的是，发射器针验证单元14在运行中连续地监控并且相应地验证场效应发射器针。
[0069]
电子发射器装置10附加地具有控制单元15，所述控制单元构成用于，根据至少一个场效应发射器针的功能性程度来接通或关断第一发射器面11.f或第二发射器面12.f。控制单元15例如能够具有用于接收发射器针验证单元14的信号的接口。控制单元尤其是基于与阈值的比较识别出，例如什么时候至少一个场效应发射器针的功能性程度已经不足或者马上就会不足。在这种情况下，控制单元尤其关断具有这个场效应发射器针的发射器面11.f、12.f，并且接通各另一发射器面12.f、11.f。能够设想的是，控制单元15附加地操控转向系统，以便例如能够根据接通的场效应发射器面11.f、12.f调整焦斑参数。
[0070]
图8示出x射线源20。x射线源20具有抽真空的x射线管壳体21。x射线管壳体21典型地包括以真空密封的方式封闭的金属和/或玻璃壳体。在抽真空的x射线管壳体21中设置有电子发射器装置10和阳极22。阳极22构成为用于根据从电子发射器装置10射入的电子生成x射线。电子典型地借助于加速电压单元从电子发射器装置10朝向阳极22加速。加速电压尤其位于10kv和150kv之间。所述阳极可以是可转动支承的阳极或固定阳极，射入的电子与阳极交互作用，其中的大部分生成热量，而小部分生成x射线。x射线源20能够具有冷却单元用于散热。x射线辐射尤其适用于计算机断层扫描术、血管造影术、放射线照相术和/或乳房x线照相术。
[0071]
图9以流程图示出用于产生电子流的方法，所述方法具有以下步骤：
[0072]
s100表示提供电子发射器装置10。
[0073]
s101表示借助于发射器针验证单元14确定在第一环11和/或第二环12上的至少一个场效应发射器针的功能性程度。
[0074]
s102表示借助于控制单元15根据至少一个场效应发射器针的功能性程度接通第一发射器面11.f或第二发射器面12.f，其中产生电子流。
[0075]
原则上能够设想的是，第一发射器面11.f或第二发射器面12.f交替地运行。
[0076]
尽管已经通过优选的实施例详细说明和描述了本发明的细节，本发明仍不受所公开的示例限制，并且能够由本领域技术人员从中推导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。