DE1130087B - Piston for an image converter working with free electrons - Google Patents
Piston for an image converter working with free electronsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
R27339Vfflc/21gR27339Vfflc / 21g
ANMELDETAG: 15. F E B RU AR 1960REGISTRATION DATE: 15. F E B RU AR 1960
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 24. MAI 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EDITORIAL: MAY 24, 1962
Die Erfindung betrifft Kolben für einen mit freien Elektronen arbeitenden Bildwandler, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Kolbenteil, der die Laufwege der freien Elektronen begrenzt, ferner aus einem das eine Abschlußstück des Kolbens bildenden Teil, der Vorrichtungen zum Betrachten eines Bildes trägt, schließlich aus einem das andere Abschlußstück des Kolbens bildenden, im wesentlichen als Fenster für unsichtbare das zu wandelnde Bild führende Strahlungen, wie Röntgenstrahlen, dienenden Teil.The invention relates to pistons for an image converter working with free electrons, consisting of a substantially cylindrical piston part which delimits the travel paths of the free electrons, furthermore from a part which forms one end piece of the piston, the devices for viewing a Image carries, finally from a forming the other end piece of the piston, essentially as a window for invisible radiation, such as X-rays, guiding the image to be transformed Part.
Es sind Bildaufnahmeröhren bekannt, bei denen die Lichteinfallswand des Röhrenkolbens ungleichmäßige Dicke hat. Dabei handelt es sich um eine optische Linse großer Dicke zur Korrektur der sphärischen Aberration.Image recording tubes are known in which the light incidence wall of the tube bulb is uneven Thickness has. It is an optical lens of great thickness for correcting the spherical Aberration.
Übliche Bildwandler sind in einem evakuierten Kolben enthalten, dessen Hauptteil im wesentlichen zylindrische Form hat. Ein Endabschnitt des Zylinders ist geschlossen und enthält Vorrichtungen zur Betrachtung eines Bildes mittels des Auges. Das entgegengesetzte Ende des zylindrischen Kolbens ist geschlossen und enthält gewöhnlich einen kugelförmigen Objekt- oder Aufnahmefensterbereich aus einem Material, das für eine spezielle auftreffende Strahlung, wie Röntgenstrahlen, durchlässig ist.Conventional image converters are contained in an evacuated flask, the main part of which is essentially has a cylindrical shape. One end portion of the cylinder is closed and contains devices for Viewing an image with the eye. The opposite end of the cylindrical piston is closed and usually contains a spherical object or recording window area made of a material that is transparent to a specific incident radiation, such as X-rays.
Innerhalb des strahlungsdurchlässigen Fensterbereiches, und mit diesem nahe benachbart oder in manchen Fällen direkt an der Innenfläche des Fensterbereiches anliegend, befindet sich ein Mehrschichtenaufnahmeschirm, der eine Photokathode enthält. Das entgegengesetzte Ende der evakuierten Umhüllung enthält im allgemeinen einen Leuchtschirm, und zwischen der Photokathode und dem Leuchtschirm befindet sich ein elektronenoptisches System zum Fokussieren und Beschleunigen eines elektronischen Bildes, das von der Photokathode, ansprechend auf die Anregung der auftreffenden Strahlung von einer Strahlungsquelle oder Objektbild, projiziert wird. Es ist festgestellt worden, daß das Aufnahmefenster für die auftreffende Strahlung durchlässig sein muß, und bei Röntgenstrahlenbildwandlern besteht das Fenster im allgemeinen aus Glas. Materialien wie Aluminium oder Beryllium können auch verwendet werden. Jedoch begrenzen Schwierigkeiten in der Beschaffung und in der Anwendung gewöhnlich ihre Gebrauchsfähigkeit. Within the radiation-permeable window area, and closely adjacent to it or in In some cases directly on the inner surface of the window area, there is a multi-layer recording screen, which contains a photocathode. The opposite end of the evacuated enclosure generally contains a fluorescent screen, and is located between the photocathode and the fluorescent screen an electron optical system for focusing and accelerating an electronic image, that from the photocathode, in response to the excitation of the incident radiation from a radiation source or object image, is projected. It has been found that the recording window for the impinging radiation must be transparent, and with X-ray imagers the window is in general made of glass. Materials like aluminum or beryllium can also be used. However Difficulties in procurement and use usually limit their usability.
•Für die einwandfreie Arbeitsweise eines Bildwandlers
ist es wesentlich, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung so hoch wie möglich ist und daß die
Helligkeitsverteilung in dem Bild eine so zutreffende Wiedergabe der Röntgenstrahlungsdämpfung in dem
Kolben für einen mit freien Elektronen
arbeitenden BildwandlerFor the correct operation of an image converter it is essential that the sensitivity of the device is as high as possible and that the brightness distribution in the image is as accurate a representation of the X-ray attenuation in the bulb for one with free electrons
working imager
Anmelder:Applicant:
The Rauland Corporation,
Chicago, IU. (V. St. A.)The Rauland Corporation,
Chicago, IU. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke,Representative: Dr.-Ing. H. Ruschke,
Berlin-Friedenau, Lauterste. 37,Berlin-Friedenau, Lauterste. 37,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,and Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, PatentanwälteMunich 27, patent attorneys
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Februar 1959 (Nr. 793 431)Claimed priority:
V. St. v. America of February 16, 1959 (No. 793 431)
Wilfrid F. Niklas, Park Ridge, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenWilfrid F. Niklas, Park Ridge, 111. (V. St. Α.),
has been named as the inventor
betrachteten Objekt ist, wie dies überhaupt erzielbar ist. Bekannte Bildwandlervorrichtungen, bei denen ein durchlässiges Röntgenstrahlenaufnahmefenster gleichmäßiger Gesamtdicke verwendet wird, besitzen hauptsächlich infolge der Durchlässigkeitsänderung des gleichmäßig dicken strahlungsdurchlässigen Fensters beide obenerwähnten Eigenschaften nicht. Es ist ersichtlich, daß infolge der Divergenz der Röntgenstrahlen die Bahnlänge der ein gleichmäßig dickes Aufnahmefenster durchlaufenden Röntgenstrahlen, an der Achse gemessen, kleiner ist als an irgendeinem Punkt außerhalb der Achse, und daß der Unterschied in der Bahnlänge mit dem Abstand von der Achse zunimmt. Diese Bahnlängenänderung tritt in verstärktem Maße hervor, wenn das Aufnahmefenster kugelförmig ist, wie dies bei Bildwandlern des Röntgenstrahlentyps üblich ist.considered object is how this can be achieved at all is. Known image converting devices in which a transmissive x-ray receiving window uniform overall thickness is used, mainly due to the change in permeability of the uniformly thick radiation-permeable window does not have both of the above-mentioned properties. It is it can be seen that due to the divergence of the X-rays the path length of a uniformly thick X-rays passing through the acquisition window, measured on the axis, is smaller than on any one Point off axis, and that the difference in path length with the distance from the axis increases. This change in track length occurs to a greater extent when the recording window is spherical, as is common in x-ray type imagers.
Das durchlässige Fenster bedingt einen Verlust oder eine Schwächung für die auftreffende Strahlung; die Schwächung kann als ein konstanter Wert pro Längeneinheit bei einem bestimmten Material angenommen werden, daher ist erfahrungsgemäß der ermittelte Verlust bei einem divergenten Strahl am größten am Umfang des Fensters. Dieser VerlustThe transparent window causes a loss or a weakening for the incident radiation; the weakening can be assumed to be a constant value per unit length for a given material therefore experience has shown that the loss determined for a divergent beam is am largest on the perimeter of the window. This loss
209 601/362209 601/362
wirkt sich in einer nach den Unifangsbereichen des wiedergegebenen Bildes steigenden Helligkeitsverminderung unerwünscht aus.has an effect in a decrease in brightness that increases towards the uni-catching areas of the reproduced image undesirable.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Bildwandlerkolbens der obigen Art, bei dem die erwähnten Nachteile weitgehend beseitigt sind und der die Betrachtung großer Bildflächenbereiche ermöglicht, ohne daß sich eine Verschlechterung der Empfindlichkeit oder unerwünschte Kontrastunterschiede zeigen.The object of the invention is to provide an improved image converter piston of the above type in which the disadvantages mentioned are largely eliminated and the viewing of large image surface areas without any deterioration in sensitivity or undesired contrast differences demonstrate.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Dicke des erwähnten Fensters mit wachsendem Abstand von der Kolbenachse abnehmend ausgebildet ist. Dabei besteht das Fenster vorzugsweise aus einemThis is achieved according to the invention in that the thickness of the window mentioned increases with increasing The distance from the piston axis is designed to be decreasing. The window preferably consists of one
17, die eine axiale, kreisrunde Öffnung 18 hat. Diese ermöglicht den Eintritt der Photoelektronen und läßt ihr Auftreffen auf dem Betrachtungsschirm 15 zu. Wie der Schirm 15, so hat auch die Anode kleine Querabmessungen, verglichen mit den Querabmessungen der Kathode.17, which has an axial, circular opening 18. This allows the entry of photoelectrons and leaves their impact on the viewing screen 15 to. Like the screen 15, the anode also has small transverse dimensions, compared to the transverse dimensions of the cathode.
Um eine ausgeprägte Intensivierung des sichtbaren Bildes zu erhalten, wird ein kreisrunder Betrachtungsschirm verwendet, der einen beträchtlich kleio neren Durchmesser als den der Photokathode aufweist. In order to obtain a pronounced intensification of the visible image, a circular viewing screen is used used, which has a considerably smaller diameter than that of the photocathode.
Wie in Fig. 2 gezeigt worden ist, sind die auf das durchlässige Aufnahmefenster 12 auftreffenden Röntgenstrahlen divergente Strahlen von einer Punkt-Material, welches für sichtbare Strahlung undurch- 15 quelle X, die außerhalb des Bildwandlers und im alllässig ist, z. B. aus für sichtbare Strahlung undurch- gemeinen längs der Achse a-a des Röhrenkolbens sichtig gemachtem Glas. liegt. Zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem fürAs has been shown in FIG. 2, the X-rays impinging on the transmissive receiving window 12 are divergent rays from a point material which is opaque to visible radiation X which is outside of the image converter and is omnipresent, e.g. B. made of glass which is opaque to visible radiation and made visible along the axis aa of the tubular bulb. lies. Between the X-ray source and the for
Die Erfindung ist als Beispiel in der Zeichnung Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster 12 befindet veranschaulicht. Es zeigt sich das Objekt 30, durch welches die divergierendenThe invention is located as an example in the drawing X-ray permeable window 12 illustrated. It shows the object 30 through which the diverging
Fig. 1 einen Querschnitt eines Röntgenröhrenbild- 20 Röntgenstrahlen hindurchgehen, wodurch bewirkt wandlers mit einem Kolben nach der Erfindung und wird, daß ein Röntgenstrahlenbild das durchlässigeFig. 1 is a cross-section of an x-ray tube image- 20 x-rays pass through, causing transducer with a piston according to the invention and that an X-ray image the transparent
Fenster 12 durchtritt und auf den Aufnahmeschirm 14 trifft.Passes through window 12 and hits the receiving screen 14.
Bei den bisher bekannten Bildwandlerkolben dieser Art hat das Fenster 12 überall gleichmäßige Dicke, und die effektive Weglänge der Röntgenstrahlenbahn innerhalb des Fensters nimmt mit sich vergrößerndem radialen Abstand der Strahlen von der Achse a-a zu, wodurch eine unerwünschte Verminderung derIn the previously known image converter pistons of this type, the window 12 has a uniform thickness everywhere, and the effective path length of the X-ray path within the window increases as the radial distance between the rays and the axis aa increases, whereby an undesirable reduction in the
innen gegen dessen Achse erstreckt, Vorrichtungen 3° Röntgenstrahlendurchlässigkeit entsteht, die an dem zum Betrachten eines Bildes und einem Abschlußteil Außenbereich des Fensters am ausgeprägtesten ist. an dem entgegengesetzten Ende des zylindrischen Die Verminderung der Röntgenstrahlendurchlässig-Abschnittes, der einen für Röntgenstrahlen durch- keit mit der Entfernung von der Achse des Bildlässigen Fensterteil enthält. Im einzelnen ist ein Um- wandlers ergibt eine entsprechende Verminderung hüllungs- oder Kolbenabschnitt 10 vorhanden, der 35 der Röntgenstrahlenintensität auf der Phosphoresüber den größten Teil seiner Länge im wesentlichen zenzschicht des Aufnahmeschirmes 14 und erzeugt ein Zylinder ist und an einem Ende mit einem rück- eine Helligkeitsänderungsabnahme in dem auf dem laufenden Preß- oder Quetschfuß 11 geschlossen ist. Leuchtschirm 15 a wiedergegebenen Bild, die nicht Der zuvor erwähnte Schulterteil des Kolbens verbin- der Intensitätsverteilung im Röntgenbild entspricht, det den zylindrischen Abschnitt mit dem Quetschfuß. 40 Im besonderen nimmt die Helligkeit dieses Bildes in Der übrige Teil des Glaskolbens besteht aus einem einer Weise ab, die im wesentlichen gleichartig ist mitextends inside against its axis, devices 3 ° X-ray permeability arises, which at the for viewing an image and a terminating part outside of the window is most pronounced. at the opposite end of the cylindrical reducing the X-ray permeable section, which contains one for X-ray transparency with the distance from the axis of the image-transparent window part. In detail, a converter gives a corresponding reduction Envelope or bulb portion 10 is present, the 35 of the X-ray intensity on the phosphor most of its length essentially zenzschicht the recording screen 14 and generated is a cylinder and at one end with a back- a brightness change decrease in the one on the one running press or pinch foot 11 is closed. Fluorescent screen 15 a reproduced image that is not The aforementioned shoulder part of the piston that connects to the intensity distribution in the X-ray image corresponds to det the cylindrical section with the pinch foot. 40 In particular, the brightness of this picture takes in The remainder of the glass bulb consists of a manner that is essentially similar to
der Änderung in der effektiven Röntgenstrahlendurchlässigkeit des durchlässigen Fensters, die durch die effektive Vergrößerung der Röntgenstrahlenbahnlänge mit radialem Abstand von der Röhrenachse bedingt ist. Bei einem halbkugelförmigen Aufnahmefenster mit einem Radius von 203 mm und einer tatsächlichen gleichmäßigen Fensterdicke von 2,03 mm und mit einer Röntgenstrahlenpunktquelle in einemthe change in the effective x-ray transmission of the transmissive window caused by the effective increase in the X-ray path length with a radial distance from the tube axis is. For a hemispherical recording window with a radius of 203 mm and an actual uniform window thickness of 2.03 mm and with an X-ray point source in one
konkave Oberfläche dem rücklaufenden Ende des 5° axialen Abstand von 609 mm vom Fenster nimmt die
Kolbenabschnittes 10 zugewandt ist. Der Aufnahme- effektive Fensterdicke derart zu, daß innerhalb eines
schirm ist für das Auftreffen von Röntgenstrahlen
empfindlich und besteht aus einer Photokathode undThe piston section 10 faces the concave surface of the returning end of the 5 ° axial distance of 609 mm from the window. The recording effective window thickness is such that within a screen is for the impingement of X-rays
sensitive and consists of a photocathode and
Fig. 2 eine schematische Ansicht der teilweise weggebrochen gezeichneten Vorrichtung der Fig. 1 zusammen mit einem äußeren Gegenstand und einer Röntgenstrahlquelle.Fig. 2 is a schematic view of the partially broken away Drawn device of Fig. 1 together with an external object and a X-ray source.
Der dargestellte Bildwandler besteht aus einem evakuierten Kolben mit einem zylindrisch ausgebildeten Mittelabschnitt, einem Schulterteil an einem Ende des zylindrischen Teiles, der sich radial nachThe image converter shown consists of an evacuated piston with a cylindrical one Middle section, a shoulder part at one end of the cylindrical part, which extends radially towards
im wesentlichen kugelförmigen Glasabschnitt 12, dessen Durchmesser angenähert gleich dem Durchmesser des zylindrischen Teiles des Kolbenabschnittes 10 ist.substantially spherical glass section 12, the diameter of which is approximately equal to the diameter of the cylindrical part of the piston section 10 is.
In dem Kolbenabschnitt 12 ist als Elektronenquelle ein Mehrschichtaufnahmeschirm 14 von großem Durchmesser angeordnet, der sich einem Kugelsegment annähert, das so orientiert ist, daß seineIn the bulb portion 12, a multi-layer receiving screen 14 is large as an electron source Arranged diameter that approximates a spherical segment that is oriented so that its
einer eingangsseitig angeordneten röntgenstrahlen-an x-ray beam arranged at the entrance
radialen Abstandes von 127 mm von der Achse des Systems ein 20%iger Verlust der Röntgenstrahlenintensität eintritt. Entsprechende Übertragungsverlusteradial distance of 127 mm from the axis of the system there is a 20% loss in X-ray intensity entry. Corresponding transmission losses
empfindlichen Phosphorschicht. Die Photokathode 55 treten bei einem ebenen Fenster auf.
14 d kann eine übliche Antimon-Zäsium-Zusammen- Die erfindungsgemäß erzielten Verbesserungensensitive phosphor layer. The photocathode 55 appear on a flat window.
14 d can a conventional antimony-cesium combination. The improvements achieved according to the invention
setzung sein. In dem von dem Schulterteil umschlos- konzentrieren sich im besonderen auf eine bevorzugte senen Bereich des Kolbens befindet sich der Leucht- Form des Fensters 12, die viele Nachteile der beschirm mit kleinem Durchmesser. kannten Konstruktionen beseitigt und der betrach-Ein Fokussier- und Beschleunigungselektroden- 60 teten Vorrichtung sehr erwünschte Eigenschaften versystem ist zwischen der Photokathode und dem Be- leiht. Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfintrachtungsschirm angeordnet. Die Anode 16 ist eine dung soll, wenn eine konstante Übertragungsbahnmetallische Elektrodenkonstruktion, die teilweise zy- länge für alle auftreffenden Strahlen erreicht werden lindrisch und teilweise konisch ausgebildet ist und soll, sich die Dicke des Fensters 12 umgekehrt mit über dem rücklaufenden Teil des Quetschfußes 11 65 dem radial von der Achse a-a des zylindrischen Teiles angeordnet wird. 10 gemessenen Abstand ändern. Die Dicke des Fen-Das der Photokathode zugewandte Ende der Anode sters wird dann so gewählt, daß die von der Quelle X endigt in einer im wesentlichen kugelförmigen Kappe herrührenden divergenten Röntgenstrahlen beimbe settled. The luminous shape of the window 12, which has many disadvantages of the umbrella with a small diameter, is located in the area of the bulb that is enclosed by the shoulder part. Known constructions are eliminated and the device under consideration, very desirable properties, is between the photocathode and the loan. Arranged according to a special design of the invention screen. The anode 16 is intended if a constant transmission path metallic electrode construction, which is partially cylindrical and partially conical for all impinging rays, is designed and should, the thickness of the window 12 is reversed with over the returning part of the pinch foot 11 65 which is arranged radially from the axis aa of the cylindrical part. 10 change the measured distance. The thickness of the Fen-The end of the anode star facing the photocathode is then chosen so that the divergent X-rays originating from the source X ends in a substantially spherical cap
Durchtritt durch alle Punkte des Fensters die gleiche effektive Weglänge auf gleiche Glasdicke durchlaufen. Somit vermindert sich die Dicke des Fensters mit zunehmender Entfernung von der Achse des Fensters. Den gestellten Forderungen an den Verlauf der DickePassing through all points of the window, pass through the same effective path length to the same glass thickness. Thus, the thickness of the window decreases with increasing distance from the axis of the window. The demands made on the course of the thickness
dr = da cos d r = da cos
arc tgarc tg
R\lR \ l
1 — des Fensters wird man am vollkommensten gerecht, wenn die Abhängigkeit der Dicke dr des Fensters von dem radialen Abstand r des Auftreffpunktes der unsichtbaren Strahlen von der Kolbenachse durch die folgende Formel gegeben ist:1 - the window is most perfectly suited if the dependence of the thickness d r of the window on the radial distance r of the point of incidence of the invisible rays from the piston axis is given by the following formula:
+ arc cos /1 —+ arc cos / 1 -
1 —1 -
.R = Krümmungsradius der Außenfläche des Fensters,.R = radius of curvature of the outer surface of the Window,
L — Abstand von der Röntgenstrahlenquelle zu der äußeren Fensteroberfläche längs der Achse, L - distance from the X-ray source to the outer window surface along the axis,
da = Fensterdicke an der Röhrenachse bedeutet. d a = window thickness on the tube axis means.
Ein erfindungsgemäß konstruiertes Aufnahmefenster genügt der vorstehenden Gleichung und liefert einen angenähert konstanten Übertragungswert für alle auftreffenden Röntgenstrahlen. Auf diese Weise wird die Helligkeitsverzerrung, die bei bekannten Konstruktionen mit einem Fenster gleichmäßiger Dicke auftritt, auf ein Minimum verringert.A receiving window constructed according to the invention satisfies the above equation and provides an approximately constant transmission value for all incident X-rays. In this way the brightness distortion, which is more uniform in known constructions with a window Thickness occurs reduced to a minimum.
Obgleich eine spezielle Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, können verschiedenartige Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden, und es ist daher in den folgenden Ansprüchen beabsichtigt, alle solche Änderungen und Modifikationen zu erfassen, die in den Rahmen der Erfindung fallen.While a particular embodiment of the invention has been shown and described, various changes and modifications can be made and it is therefore in the following claims are intended to cover all such changes and modifications included in fall within the scope of the invention.
Claims (4)
R = Krümmungsradius der Außenfläche des Fensters,an expression in which
R = radius of curvature of the outer surface of the window,
bedeuten sollen. d a = window thickness on the tube axis aa
should mean.
USA.-Patentschriften Nr. 2425 956, 2433 700,
736.Considered publications:
U.S. Patents Nos. 2425 956, 2433 700,
736
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