<Desc/Clms Page number 1>
Beeldversterkerbuis.
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een beeldversterkerbuis omvattende een ingangssectie voorzien van een conversiescherm met een scintillatielaag voor het omzetten van invallende straling met een eerste golflengte in straling met een tweede golflengte, welke ingangssectie verder is voorzien van een fotokathode voor het afleiden van een elektronenbeeld uit de straling met de tweede golflengte, de beeldversterkerbuis verder omvattende een elektronen-optisch systeem om het elektronenbeeld op een fosforlaag af te beelden, welk conversiescherm achtereenvolgens in de richting naar de fotokathode is voorzien van een substraat, een entlaag, een tussenlaag en de scintillatelaag.
Een dergelijke beeldversterkerbuis is bekend uit de Japanse octrooiaanvrage JP 62-245471 (publicatienummer 64-89131).
De bekende beeldversterkerbuis is voorzien van een ingangssectie met een conversiescherm dat een substraat van bijvoorbeeld een aluminium folie omvat. Op het substraat is een entlaag aangebracht, die bestaat uit kristallijne korrels met een dikte van 15Am of minder van een alkalihalide materiaal, bijvoorbeeld caesiumjodide (CsI). Over de entlaag is een dunne tussenlaag van een metaal of metaaloxide, bij voorkeur aluminium met een dikte tussen lOnm en 300nm en bij voorkeur van ongeveer 100nm aangebracht die de vorm van de kristallijne korrels van de entlaag volgt. Op de tussenlaag is een scintillatielaag opgedampt met een dikte van ongeveer 250-450m van kolomvormige kristallen van een fluorescerende alkalihalide zoals caesiumjodide dat met natrium (CsI is gedoteerd.
De met het aluminium van de tussenlaag bedekte kristallijne van de entlaag werken als groeikernen voor de vorming van kolomvormige kristallen van de scintillatielaag. De kolomvormige kristallen van de scintillatielaag verzorgen een lichtgeleidingseffekt voor het licht van de tweede golflengte dat door absorptie van invallende straling van de eerste golflengte wordt voortge-
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
bracht.
De tussenlaag van de bekende beeldversterkerbuis is gevormd door opdampen van een metaal of een metaaloxide in een atmosfeer van een edelgas, bijvoorbeeld xenon. Met een dergelijke wijze van opdampen wordt een tussenlaag gevormd van poedervormig materiaal. In de bekende beeldversterkerbuis is de tussenlaag uitgevoerd als een laag die bestaat uit één of meerdere metalen of metaaloxide in zo'n vorm dat de tussenlaag straling met de tweede golflengte, met name licht, dat in het conversiescherm wordt voortgebracht absorbeert. Daardoor gaat een deel van het in conversiescherm voortgebrachte licht verloren voor de vorming van het elektronenbeeld door de fotokathode. Het gevolg van dit verloren gaan van een deel van het in het conversiescherm voortgebrachte licht is dat de gevoeligheid voor het omzetten van straling met de bekende beeldversterkerbuis nadelig wordt bemvloed.
Het is, onder meer, een doel van de uitvinding te voorzien in een beeldversterkerbuis met een verhoogde gevoeligheid voor het omzetten van invallende straling.
Om dat doel te bereiken heeft een beeldversterkerbuis als kenmerk dat de tussenlaag weerkaatsend is voor ten minste een deel van naar de tussenlaag uitgezonden straling met de tweede golflengte.
Door de beeldversterkerbuis wordt een op de ingangssectie een stralingbeeld gevormd en omgezet in een lichtbeeld met verhoogde helderheid aan de uitgangssectie waarin de fosforlaag is aangebracht. Het conversiescherm omvat een scintillatelaag die een alkalihalide bevat dat gevoelig is voor invallende röntgenstmüng, bijvoorbeeld caesiumjodide dat met natrium (CsI is gedoteerd. Op de ingangssectie van de beeldversterkerbuis invallende beelddragende straling met de eerste golflengte, bijvoorbeeld röntgenstraling, wordt in de scintillatielaag omgezet in straling met de tweede golflengte, bijvoorbeeld blauw licht of ultraviolette straling, waarvoor de fotokathode gevoelig is. Uit het fotokathode-materiaal worden door de absorptie van de straling met de tweede golflengte elektronen vrijgemaakt die een elektronenbeeld vormen.
Dat elektronenbeeld wordt door het elektronen-optische systeem afgebeeld op de fosforlaag van de uitgangssectie. De fosforlaag zet het elektronenbeeld om in een lichtbeeld dat
<Desc/Clms Page number 3>
aan de uitgangssectie met een beelddetektor kan worden opgenomen en waarvan de helderheid vergroot is ten opzichte van de helderheid van het stralingsbeeld aan de ingangssectie.
Doordat de tussenlaag van het conversiescherm straling met de tweede golflengte terugkaatst wordt bereikt dat straling met de tweede golflengte die wordt uitgezonden in de richting van de fotokathode af, dus in de richting van de tussenlaag, niet verloren gaat om in de fotokathode elektronen vrij te maken om het elektronenbeeld te vormen. Door de tussenlaag wordt straling met de tweede golflengte teruggekaatst om alsnog de fotokathode te bereiken en uit het fotokathode-materiaal elektronen vrij te maken. Dus wordt straling met de tweede golflengte, bijvoorbeeld blauw licht of ultraviolette straling, die in de scintillatielaag uit straling met de eerste golflengte, bijvoorbeeld röntgenstraling, wordt gevormd efficienter benut om het elektronenbeeld te vormen.
Uitgaande van een hoeveelheid invallende straling met de eerste golflengte is de hoeveelheid elektronen die door een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding uit die hoeveelheid straling gevormd worden groter dan dat dat in een conventionele beeldversterkerbuis het geval is. Vergeleken met een conventionele beeldversterkerbuis heeft de beeldversterkerbuis volgens de uitvinding om dezelfde lichtintensiteit aan de uitgangssectie te leveren een geringere hoeveelheid straling met de eerste golflengte nodig. Bij toepassing van de beeldversterkerbuis als röntgen-beeldversterkerbuis in een röntgenonderzoekapparaat heeft een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding als voordeel dat de röntgenstralingsdosis waaraan een te onderzoeken patient behoeft te worden blootgesteld verlaagd wordt.
Een voorkeursuitvoering van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de tussenlaag metallisch is en de diktevariatie van de entlaag ten gevolge van de korrelstructuur van de entlaag volgt. De entlaag omvat kristallijne korrels van een alkalihalide, bijvoorbeeld caesiumjodide. Die korrels kristallijn materiaal vormen een korrelstructuur die als geschikte groeikernen kunnen fungeren voor de vorming van kolomvormige caesiumjodide kristallen van de scintillatielaag.
Doordat volgens de uitvinding de tussenlaag een metallische laag is met een elektrisch oppervlaktegeleidingsvermogen, is deze spiegelend voor de straling van de tweede golflengte. De tussenlaag is verder zo uitgevoerd dat deze de korrelstructuur van de
<Desc/Clms Page number 4>
entlaag volgt. De naar de scintillatielaag toegewende zijde van de tussenlaag vertoont daardoor in aanzienlijke mate de ruimtelijke structuur van de entlaag. Op zo'n structuur groeit een alkalihalide, zoals met natrium gedoteerd caesiumjodide, bij voorkeur aan in de vorm van kolomvormige kristallen. Zulke kolomvormige kristallen geleiden door totale reflectie aan de grenzen tussen de kolomvormige kristallen licht van de tweede golflengte dat door absorptie van licht met de eerste golflengte, bijvoorbeeld röntgenstraling, in de scintillatielaag wordt voortgebracht.
Door deze lichtgeleiding wordt verstrooiing van licht van de tweede golflengte in richtingen dwars op de richting de longitudinale as van de kolomvormige kristallen tegengegaan en wordt het ruimtelijk scheidend vermogen van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding verbeterd.
Een verdere voorkeursuitvoering van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de lokale dikte van de tussenlaag ten hoogste een fractie bedraagt van het lokale dikteverschil van de entlaag ten gevolge van de korrelstructuur van de entlaag.
De ruimtelijke structuur van de van het substraat afgewende zijde van de entlaag wordt door de tussenlaag in aanzienlijke mate gevolgd wanneer de tussenlaag voldoende dun is uitgevoerd. De tussenlaag is bij voorkeur zo dun dat de dikte van de tussenlaag aanzienlijk geringer is dan de het verschil in de dikte van de entlaag bij een top van een korrel van kristallijn alkalihalide materiaal van de entlaag en bij een dal dat zich vertoont tussen twee belendende korrels van kristallijn materiaal van de entlaag.
Een verdere voorkeursuitvoering van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de dikte van de tussenlaag ten hoogste l00nm bedraagt.
Een entlaag die korrels van kristallijn bevat vertoont een dikteverschil tussen de top van zo'n korrel en een dal tussen twee belendende korrels dat typisch een waarde heeft tussen ca. l#Lm en ca. 5 ssm. Omdat de dikte van de tussenlaag bij voorkeur slechts een fractie bedraagt van dat dikteverschil, is bij voorkeur de tussenlaag ten hoogste l00nm dik.
Een verdere voorkeursuitvoering van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de tussenlaag samengesteld is met ten minste één van de metalen uit de groep aluminium, chroom, nikkel en ijzer.
Voor toepassing als röntgenbeeldversterkerbuis omvat de beeldversterkerbuis volgens de uitvinding bij voorkeur een scintillatielaag die caesiumjodide (CsI) bevat
<Desc/Clms Page number 5>
dat is gedoteerd met natrium (Cs : Na) of met thallium (Cs : T1). Geschikte materialen om een spiegelende metallische tussenlaag samen te stellen op een entlaag van voornamelijk caesiumjodide voor toepassing in een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding zijn metalen of uit de groep van aluminium, chroom, nikkel en ijzer. Ook samenstellingen van verschillende metalen uit die groep zijn geschikt om toegepast te worden in een metallische spiegelende tussenlaag van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding.
De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de bijgevoegde tekeningen waarvan
Figuur 1 een doorsnede van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding toont, en
Figuur 2 een doorsnede van een deel van de ingangssectie van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding toont.
Figuur 1 toont een doorsnede van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding. De beeldversterkerbuis omvat een ingangssectie 1 voorzien van een metaalfolie 2 als substraat van een conversiescherm 3 waarop een fotokathode 4 is aangebracht. Om te voorzien in een beeldversterkerbuis die dienst doet als röntgenbeeldversterker, bevat het conversiescherm bij voorkeur caesiumjodide CsI dat met Na is gedoteerd, is de metaalfolie een aluminiumfolie en is de fotokathode gevormd uit antimoon dat met een alkalimetaal is verzadigd. De beeldversterkerbuis omvat voorts een uitgangssectie 5 met een uitgangsvenster 6 waarop aan de naar het inwendige van de beeldversterkerbuis toegekeerde zijde een fosforlaag 7 is aangebracht. De uitgangssectie is verder voorzien van een eindanode 8.
Een elektronen-optisch systeem wordt gevormd door de fotokathode 4, een cilinder-symmetrische anode 9, een ringvormige elektrode 10 en eindanode 8 die deel uitmaakt van de uitgangssectie 5. Al deze onderdelen zijn opgenomen in een vacuümomhulling die gevormd wordt uit een cilindrisch omhulsel 11, een ingangsvenster 12 en het uitgangsvenster 6. Beelddragende straling, bijvoorbeeld röntgenstraling die invalt op het ingangssectie l vormt een stralingsbeeld op de conversiescherm 3. Door het CsI : Na wordt röntgenstraling omgezet in voornamelijk
<Desc/Clms Page number 6>
blauw licht en/of ultraviolet licht met een golflengte waarvoor het fotokathode-materiaal gevoelig is. Het door de conversiescherm 3 naar de fotokathode 4 gezonden licht wordt door de fotokathode omgezet in elektronen. Aan de fotokathode wordt een negatieve spanning aangelegd.
Aan de cilinder-symmetrische anode 9 wordt een positieve hoogspanning aangelegd zodat door het elektronen-optische systeem een beelddragende elektronenbundel 13 van de fotokathode op de fosforlaag 7 van de uitgangssectie wordt afgebeeld. Elektronen van de beelddragende elektronenbundel treffen de fosforlaag 7 die het door de elektronenbundel gedragen beeld omzet in een lichtoptisch beeld op het uitgangsvenster.
Figuur 2 toont een doorsnede van een deel van de ingangssectie van een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding. Met name toont Figuur 2 de metaalfolie 2, waarop aan de naar de uitgangssectie 5 van de beeldversterkerbuis toegekeerde zijde een entlaag 20 is aangebracht die een korrelige structuur van caesiumjodide omvat met een dikte tussen 5m en 50m. Op de entlaag is een tussenlaag 21, die uit een metaal bijvoorbeeld aluminium is gevormd, opgedampt. Op de van de metaalfolie afgewende zijde van de tussenlaag 21 is een scintillatielaag 22 met een dikte van enkele honderden , am aangebracht die kolomvormige CsI : Na kristallen omvat die met natrium zijn gedoteerd en waarvan de lengteas van de kolommen dwars op de scintillatielaag staat.
De entlaag 20, tussenlaag 21 en de scintillatielaag 22 vormen tezamen het conversiescherm 3. Door de combinatie van de entlaag 20 en de tussenlaag 21 worden omstandigheden tot stand gebracht waarin CsI : Na op de metaalzaag zieh gemakkelijk in de gewenste kolomvormige structuur laat aanbrengen. De entlaag wordt gevormd door een korrelstructuur van korrels van caesiumjodide dat al dan niet met natrium is gedoteerd.
De tussenlaag is zo dun dat deze de structuur van het oppervlak van de entlaag dat van het substraat is afgewend volgt. De structuur van dat oppervlak van de entlaag wordt gevormd doordat entlaag een korrelstructuur heeft die tussen belendende korrels aan het oppervlak van de entlaag lokaal een iets geringere dikte heeft dan de dikte van de entlaag ter plaatse van het midden van een korrel aan het oppervlak van de entlaag.
Doordat de tussenlaag een dikte heeft die geringer is dan de lokale dikte verschillen van de entlaag neemt de tussenlaag de ruimtelijke structuur van de entlaag over. Daardoor is de naar de scintillatielaag toegewende zijde van de tussenlaag zo gestructureerd dat de caesiumjodide kristallen van de scintillatielaag op die tussenlaag bij voorkeur in de vorm
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
van kolomvormige kristallen aangroeien wanneer het caesiumjodide op de tussenlaag wordt opgedampt.
De invallende beelddragende straling, bijvoorbeeld röntgenstraling wordt in de scintillatielaag 22 omgezet in elektromagnetische straling met een golflengte in het gebied van blauw licht en/of ultraviolette straling waarvoor de fotokathode 4 gevoelig is. In een beeldversterkerbuis volgens de uitvinding is de tussenlaag 21 uitgevoerd als metallische spiegelende tussenlaag d. dat die metaallaag de straling die in de scintillatielaag wordt voorgebracht en in de richting van de metallische spiegelende tussenlaag 21 wordt gezonden in aanzienlijke mate terugkaatst in de richting van de fotokathode. Daardoor wordt bereikt dat de fractie van het in de scintillatielaag voortgebrachte licht waarvoor de fotokathode gevoelig is die de fotokathode ook daadwerkelijk bereikt hoger is dan dat dat in een conventionele beeldversterkerbuis het geval is.
De scintillatielaag is bij voorkeur gevormd met kolomvormige kristallen om te bereiken dat het door omzetting gevormde licht met de tweede golflengte en het door de tussenlaag teruggekaatste licht een lichtgeleidingseffect ondergaan zodat dat licht in de richting van de fotokathode en min of meer loodrecht uit het conversiescherm uittreedt waardoor beeldversluiering in aanzienlijke mate wordt tegengegaan.
De spiegelende werking van de metallische spiegelende tussenlaag 21 wordt bij voorkeur verkregen door die metaallaag op de entlaag op te dampen in vacuüm-omstandigheden. De metaallaag vormt zieh dan op de entlaag met een licht weerkaatsend naar de scintillatielaag toegewend oppervlak.