电子发射装置的制作方法

本发明涉及一种电子发射装置。

背景技术：

从de4100297a1中已知一种电子发射装置，所述电子发射装置包括具有发射面的电子发射器和障栅。障栅与电子发射器的发射面间隔开并且具有可预设数量的可单个操控的栅区段。与所有栅区段为此分别关联有开关以及串联电阻。通过开关可将栅区段分别接通或关断。

此外，us5,857,883公开一种电子发射装置，所述电子发射装置具有电子发射器和朝向障栅的发射面。障栅与电子发射器的发射面间隔开并且具有多个可单个接通的栅区段。

构成为热发射设备的电子发射装置例如在us8,374,315b2中描述。在已知的情况下，电子发射装置包括至少一个平面发射器，所述平面发射器具有至少一个发射面，所述发射面在施加加热电压时热发射电子。此外，已知的电子发射装置包括至少一个障栅，所述障栅与平面发射器的发射面间隔开。在已知的情况下，障栅用作为控制电极，因为通过施加栅电压可以改变电子从发射面的材料中的发射。由此可以产生电子发射的限定的子射束。

在us7,835,501b2和de102012209089a1中描述通过使用不对称的焦点形状来提高功率的可能性。

此外，从us8,054,944b2中已知，将多个通过偏转装置可偏转的电子射束转向到阳极上。

此外，在us7,817,777b2和in201400992i2中公开一种所谓的“codedspot(编码点)”法。

场效应发射阴极例如在us7,751,528b2中(尤其图11b和图8)和在出版物“multisourceinverse-geometryct.partii.x-raysourcedesignandprototype”(作者:v.bogdanneculaes等),medicalphysics43(8)，2016年八月，第4617-4627页，尤其图7中描述。在发射材料(碳纳米管或分配器阴极材料，例如氧化钡)的大面积的发射面的上方存在金属栅。分配器阴极也称作为后续交付阴极或称作为备用阴极。通过将电压施加在整个栅上，控制整个面的发射电流强度。流到障栅上的电流将障栅加热并且限制电子发射的脉冲时间和电流强度，由此防止障栅损坏。

从us7,751,528b2中还已知，将多个阴极单个切换，以便将电子射束彼此间以少量间距接通和关断。

技术实现要素：

本发明的目的是，实现一种用于x射线管的电子发射装置，所述电子发射装置以简单的方式允许在阳极负荷尽可能小的情况下调整图像质量。

所述目的根据本发明通过根据权利要求1所述的电子发射装置来实现。本发明的有利的设计方案分别是其他权利要求的主题。

根据权利要求1的电子发射装置包括：至少一个电子发射器，所述电子发射器具有至少一个发射面；和至少一个障栅，所述障栅与电子发射器的发射面间隔开并且具有可预设的数量的可单个操控的栅区段。根据本发明，在每个栅区段上能够分别施加有至少一个可单独地预设的栅电压。可预设的栅电压在此可以位于不一定必须为零的下极限值和也可以低于允许的最大值的上极限值之间。

由于在根据本发明的解决方案中在每个栅区段上能够分别施加有至少一个可单独地预设的栅电压，可以产生电子射束的对于可预设的数量的可单个操控的栅区段有针对性地限定的子射束(电子子射束)。障栅由此在根据权利要求1的电子发射装置中形成可靠的控制电极。

分区段的障栅与电子发射器的发射面间隔开。由于可单个操控的栅区段可以产生不同的电压模式，通过所述不同的电压模式可生成大量不同的电子射束。在本发明的范围内，例如可以交替地分别通过单个栅区段实现电子发射。然而同样可能的是，不一定必须相邻设置的多个栅区段同时能够实现电子从电子发射器的发射面的发射。由此，通过有针对性地阻挡单个栅区段可以有针对性地改变电子发射从而改变所发射的电子的确定焦点形状的位置分布。由此可靠地实现对相应的应用情况的最优匹配。

单个栅区段通过分别施加的栅电压对于所发射的电子的可穿透性不同。在施加有较小的栅电压的栅区段中出现相应较高的电子发射。与之相对，在相应较高的栅电压下得到相应低的电子发射。

障栅或栅区段总是具有相对于电子发射器的发射面的正电位。在非发射区域中的栅区段要么位于电子发射器的发射面的电位上，要么位于与电子发射器的电位相比为负的电位上。如果相应地选择电位，那么电子射束可以在发射区域中偏转或聚焦。所发射的电子的分布由此几乎可自由选择。

在用于诊断成像的x射线管中需要如下特性，通过所述特性，焦点可以在形成x射线源面(“point-spread-function”，psf，点扩散函数，或发射分布)的阳极上动态地改变。借助这种函数能够实现一系列改进：

-提高在焦点中的电功率密度(通过不对称的发射分布)，

-提高在接通的碳纳米管发射器中的持续功率(通过利用多个电子射束)，

-改善分辨能力(通过编码点算法)。

根据电子发射装置的一个优选的实施例，电子发射器构成为分配器阴极(也称作为“spindt阴极”)，所述分配器阴极在施加电场强度时发射电子(权利要求2)。将术语“分配器阴极”理解为如下阴极，其中载体材料用分配器阴极材料覆层，所述分配器阴极材料在施加电场强度时发射电子。适合的分配器阴极材料例如是氧化钡(bao)和六硼化镧(lab6)。

在电子发射装置的同样有利的设计方案中，电子发射器构成为场效应发射器，所述场效应发射器同样在施加电场强度时发射电子(权利要求3)。在本发明的范围内，场效应发射器例如可以构成为基于cnt的场发射器(cnt，carbonnanotubes，碳纳米管)或构成为基于si的场发射器(si，硅)。纳米晶体金刚石也根据de19727606a1适合于制造冷阴极。

根据电子发射装置的另一有利的替选方案，电子发射器构成为热发射器(热电子发射)，所述热发射器在施加加热电压时发射电子(权利要求4)。优选地，将电子发射器的发射面结构化。所述结构化在具有矩形表面的平面发射器中例如可通过在发射面上的狭缝实现。

对于特定的要求有利的可以是，与障栅间隔开地设置有第二障栅，其中这两个障栅的平面彼此平行地伸展，并且其中第二障栅同样具有可预设的数量的可单个操控的栅区段并且障栅的栅区段垂直于第二障栅的栅区段伸展(权利要求5)。由此，电子的发射分布可以沿两个空间方向任意地控制。

根据本发明或其有利的设计方案(权利要求2至5)的电子发射装置适合于装入聚焦头中(权利要求6)。

借助电子发射装置(权利要求1至5)或借助配设有电子发射装置的聚焦头(权利要求6)可能的是，能够以简单的方式制造x射线管(权利要求7和8)，所述x射线管能够实现在小的阳极负荷下调整图像质量。

前述x射线管(权利要求7和8)无需改型就可以装入到x射线辐射器的辐射器壳体中(权利要求9)。

附图说明

下面，根据附图详细阐述本发明的示意地示出的实施例，然而不局限于此。附图示出：

图1示出根据本发明的电子发射装置的原理图；

图2示出从根据图1的电子发射装置中射出的电子的发射分布的第一实例；

图3示出从根据图1的电子发射装置中射出的电子的发射分布的第二实例；

图4示出从根据图1的电子发射装置中射出的电子的发射分布的第三实例；

图5示出贯穿电子发射装置的一个实施方式的纵剖面；

图6示出根据图5的电子发射装置的俯视图。

具体实施方式

在图1中以原理图示出的电子发射装置包括电子发射器2，所述电子发射器具有发射面3并且具有障栅5，所述障栅与电子发射器2的发射面3间隔开。障栅5具有可单个操控的栅区段g1至gn。为了视图，仅出于概览性的原因仅示出七个栅区段，即对于栅区段的数量n选择n＝7。本发明此外不局限于唯一的电子发射器2并且不局限于唯一的发射面3。与应用情况相关地，可以设有多个电子发射器2以及为每个电子发射器2设有多个发射面3。同样内容适用于障栅5。在此也可以设有多个障栅5。仅出于概览性的原因，在原理图中已选择这种限制。

在每个栅区段g1至gn上能够施加可自由选择的栅电压ug1至ugn(参见图6)。因此，在每个栅区段g1至gn上也可以施加有不同的栅电压ugn。由此，随后在相应的栅区段g1至gn和发射面3之间的区域中分别施加不同的电场，这造成电子从电子发射器1的发射面3的不同的发射。

借助根据本发明的解决方案例如可实现对于从发射面3中射出的电子的在图2至图4中示出的发射分布。为了视图分别已在笛卡尔坐标系中在横坐标上绘制栅区段g1至gn而在纵坐标上绘制电子发射e。

在图2中示出的发射分布中，在栅区段g1至gn上的栅电压ug1至ugn选择成，使得在栅区段g1和gn上施加两个同样强的栅电压ug1和ugn，由此电子发射e分别是同样强的。然而栅区段g2至gn-1通过施加更高的栅电压ug2至ugn-1阻挡，使得在栅区段g2至gn-1上没有电子射出。

与之相对，在图3中示出的发射分布中在栅区段g1至gn上的栅电极ug1至ugn是不同的。电子发射e通过施加期望的栅电压ugn可自由选择，由此可相应地影响mtf(modulations-transfer-funktion，调制传递函数)。由此，在x射线发射的在阳极上得到的分布的mtf包含高频分量，由此可以有利地影响整个系统的边界分辨率(codedspot)。在示出的情况下，栅区段g2和g4完全被阻挡，而通过栅区段g1、g3和g5至gn至少部分的电子发射e是可能的。

根据图4的发射分布是穿过障栅5的电子的不对称的发射分布。栅区段g1至g5通过分别施加的栅电压ug1至ugn对于所发射的电子的可穿透性不同。栅区段g1具有最低的栅电压ug1从而具有最高的电子发射e。与之相对，在栅区段g5上施加最高的栅电压ug5，由此得到相应小的电子发射e。由电子发射器2发射的电子在射到在图4中没有示出的转动阳极上时产生不对称的焦点，所述焦点能够实现更高的电子射束功率。

电子发射装置1的一个实施方式在图5中以纵剖面示出并且在图6中以俯视图示出。

在衬底4上施加有发射器材料6，所述发射器材料在发射面3中发射电子(电子发射e)。

衬底4例如是由工程陶瓷构成的基本体。发射器材料6例如是碳纳米管(cnt)或是分配器阴极材料，例如氧化钡(bao)或六硼化镧(lab6)。

包括栅区段g1至gn的障栅5在陶瓷载体7上与衬底4(基本体)间隔开地设置。

如从图6中可见，栅区段g1至gn分别单个地借助对应的栅电压ug1至ugn操控。出于概览性原因没有示出栅区段g3至gn-1。障栅5例如可以由钨板制成，由所述钨板通过激光切割切出形成栅结构的栅区段g1至gn。

对于特定的要求有利的可以是，将第二障栅(未示出)相对于障栅5平行地和垂直地以及间隔开地设置。第二障栅同样具有可预设的数量的可单个操控的栅元件。由此可以将电子的发射分布e沿两个空间方向任意地控制。

根据图5和6的实施例中的分区段的障栅5也适合于优化从us8,374,315b2中已知的电子发射装置。

如从图1至图6中示出的实施例的说明中可见的，通过根据本发明的解决方案以简单的方式通过将焦点几何形状(形状和大小)匹配于特定的应用可以实现在阳极负荷小的同时改善图像质量。

尽管本发明的细节通过优选的实施例详细说明和描述，但是本发明不受所描述的实施例限制并且本领域技术人员可以从中无问题地推导出其他设计方案，而不脱离本发明的保护范围。