DE1280435B

DE1280435B - Electron-optical image intensifiers, in particular X-ray image amplifiers

Info

Publication number: DE1280435B
Application number: DEF39861A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Heimann
Original assignee: FORSCHUNGSLABORATORIUM HEIMANN W PROF DR ING; FORSCHUNGSLABORATORIUM PROF
Current assignee: FORSCHUNGSLABORATORIUM HEIMANN W PROF DR ING; FORSCHUNGSLABORATORIUM PROF
Priority date: 1963-05-28
Filing date: 1963-05-28
Publication date: 1968-10-17
Also published as: GB1040257A; NL6404411A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIjHOIj

Deutsche Kl.: 21g-29/40 German classes : 21g -29/40

Nummer: 1280 435Number: 1280 435

Aktenzeichen: P 12 80 435.2-33 (F 39861)File number: P 12 80 435.2-33 (F 39861)

Anmeldetag: 28. Mai 1963 Filing date: May 28, 1963

Auslegetag: 17. Oktober 1968Opening day: October 17, 1968

Die Erfindung betrifft einen elektronenoptischen Bildverstärker, insbesondere Röntgenbildverstärker, bei dem eine elektronenoptische Abbildung auf eine wesentlich kleinere Fläche vorgenommen wird.The invention relates to an electron-optical image intensifier, in particular an X-ray image intensifier, in which an electron-optical imaging is carried out on a much smaller area.

Ein elektronenoptischer Bildverstärker besteht grundsätzlich aus einer Photoemissionskathode, einer oder mehreren Beschleunigungselektroden und einem Fluoreszenzschirm, die alle in einem evakuierten Glasgefäß angeordnet sind. Diesen grundsätzlichen Aufbau zeigt schematisch die Abb. la der Zeichnung. An electron optical image intensifier basically consists of a photoemission cathode, a or multiple acceleration electrodes and a fluorescent screen, all in one evacuated one Glass vessel are arranged. This basic structure is shown schematically in Fig. La of the drawing.

In dem Glaskolben G ist die Photoemissionskathode K angeordnet, auf der ein zu verstärkendes Lichtbild abgebildet wird. Im Falle eines Röntgenbildverstärkers ist gemäß Abb. Ib vor der Kathode K und in optischem Kontakt mit dieser ein Fluoreszenzschirm L₁ angeordnet. Zwischen den beiden Schichten L₁ und K ist lediglich eine optisch durchlässige Trennschicht vorhanden, z. B. eine dünne Glashaut. Falls die Kombination aus Fluoreszenzschirm und Kathode nicht unmittelbar auf der Abschlußwand des Glaskolbens aufgebracht ist, kann die genannte Glashaut auch als Träger für diese Kombinationdienen. A₁ ist eine Beschleunigungselektrode für die in der Kathode .K ausgelösten Elektronen, A₂ eine weitere Beschleunigungselektrode und A₂ eine Elektrode für die Endbeschleunigung der Elektronen. Bei unterschiedlichem Potential dieser Beschleunigungselektroden bilden sich elektronenoptische Linsen aus, die in bekannter Weise eine Fokussierung der von K ausgehenden Elektronen auf dem Leuchtschirm L₂ bewirken. The photoemission cathode K , on which a light image to be amplified is imaged, is arranged in the glass bulb G. In the case of an X-ray image intensifier, _{a fluorescent screen L 1 is} arranged in front of the cathode K and in optical contact with it, as shown in FIG. 1b. Only an optically transparent separating layer is present between the two layers L ₁ and K, e.g. B. a thin glass skin. If the combination of fluorescent screen and cathode is not applied directly to the end wall of the glass bulb, said glass skin can also serve as a carrier for this combination. A ₁ is an acceleration electrode for the electrons released in the cathode .K, A _{2 is} another acceleration electrode and A _{2 is} an electrode for the final acceleration of the electrons. If these acceleration electrodes differ in potential, electron-optical lenses are formed which, in a known manner, bring about a focusing of the electrons emanating from K on the luminescent screen L _2.

Bei bekannten Bildverstärkern nimmt man, um eine hohe Leuchtdichte auf dem Fluoreszenzschirm L₂ für die Betrachtung mit dem Auge zu erhalten, eine möglichst starke elektronenoptische Verkleinerung vor. Dadurch wird bei gleicher Zahl der Elektronen, die von der Kathode ausgehen, die Leuchtdichte erhöht. Eine Lumenverstärkung von einem auf K entworfenen Lichtbild findet durch die elektronenoptische Verkleinerung jedoch nicht statt. Diese ergibt sich nur durch die Energiezufuhr der beschleunigten Elektronen.In known image intensifiers, in order to obtain a high luminance on the fluorescent screen L ₂ for viewing with the eye, an electron-optical reduction is as strong as possible. This increases the luminance with the same number of electrons emanating from the cathode. A lumen amplification of a light image designed on K does not take place due to the electron-optical reduction. This only results from the energy supplied by the accelerated electrons.

Will man einen zweiten Bildverstärker oder eine Fernsehkameraröhre mit dem Leuchtschirm L₂ optisch oder auch durch unmittelbaren Kontakt koppeln, so ist die starke elektronenoptische Verkleinerung im Bildwandler gemäß Abb. la nur dann notwendig und sinnvoll, wenn ein unmittelbarer optischer Kontakt mit der Kameraröhre bzw. mit dem nachfolgenden Bildwandler vorhanden ist. Sofern es nur auf eine Verstärkung des Lichtstromes ohne RücksichtIf a second image intensifier or a television camera _{tube is to be coupled optically or through direct contact with the fluorescent screen L 2} , the strong electron-optical reduction in the image converter according to Fig the following image converter is available. As long as there is only an amplification of the luminous flux without consideration

Elektronenoptischer Bildverstärker, insbesondere RöntgenbildverstärkerElectron-optical image intensifiers, in particular X-ray image intensifiers

Anmelder:Applicant:

ForschungslaboratoriumResearch laboratory

Prof. Dr.-Ing. Walter Heimann,Prof. Dr.-Ing. Walter Heimann,

6200 Wiesbaden-Dotzheim, Am Kohlheck6200 Wiesbaden-Dotzheim, Am Kohlheck

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Walter Heimann,
6200 Wiesbaden-DotzheimNamed as inventor:
Dr.-Ing. Walter Heimann,
6200 Wiesbaden-Dotzheim

auf die Leuchtdichte des Fluoreszenzschirmes L₂ ankommt, wäre eine elektronenoptische Verkleinerung wegen der sehr viel stärkeren Bildfehler, z.B. Bildfeldwölbung und Verzeichnung, sehr nachteilig.If the luminance of the fluorescent screen L ₂ is important, an electron-optical reduction would be very disadvantageous because of the much stronger image errors, for example image field curvature and distortion.

Deshalb wird in einer alleren bekannten Anordnung im wesentlichen ein Abbildungsmaßstab 1:1 gewählt. Dies ist auch in Übereinstimmung mit den allgemein bekannten Vorstellungen in der Technik, wonach bei Mehrfachbildwandlern nach Möglichkeit keine Verkleinerung des Elektronenbildes vorgenommen werden soll.Therefore, in all known arrangements, an image scale becomes essentially 1: 1 chosen. This is also in accordance with the well-known ideas in the art, according to which in the case of multiple image converters, if possible, no reduction in the size of the electron image should be made.

Die Erfindung löst die Aufgabe, in elektronenoptischen Bildverstärkern gleichzeitig eine Lichtstromerhöhung und eine Leuchtdichteerhöhung vorzunehmen, ohne daß ein starkes Anwachsen der Bildfehler auftritt, dadurch, daß die Abbildung in einer Mehrzahl von Stufen bei entsprechend geringer Verkleinerung pro Stufe erfolgt.The invention solves the problem of simultaneously increasing the luminous flux in electron-optical image intensifiers and to make a luminance increase without a large increase in the image errors occurring, by the fact that the image in a plurality of stages takes place with a correspondingly small reduction per stage.

Das Verkleinerungsverhältnis pro Stufe beträgt dabei vorteilhaft etwa 2 :1 bis höchstens 4:1.The reduction ratio per stage is advantageously about 2: 1 to a maximum of 4: 1.

Wichtig ist dabei, daß die Fläche der Kathode K₂ der zweiten Stufe, auf der das verstärkte Bild der ersten Stufe entsteht, nur zu einem relativ kleinen Teil ausgenutzt wird, damit die Linsenfehler auf ein Minimum reduziert werden. A b b. 2 a zeigt, daß die für die Bilderzeugung ausgenutzte Fläche nur einen Bruchteil der im Teil II zur Abbildung gelangenden Kathodenfläche ausmacht. Im Teil II erfolgt dann die zweite Abbildung auch wieder etwa im Verhältnis 2:1, so daß der Bildwandler gemäß Abb. 2a insgesamt ein Verkleinerungsverhältnis von 4:1 aufweist. Der Teil I entspricht etwa der Anordnung nach der Abb. la. Die Kathode K₂ hat nach Abb.2b einen besonderen Aufbau, derart, daß der Träger aus einer transparenten Al₂O₃-FoHe besteht,It is important that the area of the cathode K _{2 of} the second stage, on which the intensified image of the first stage arises, is only used to a relatively small extent, so that the lens errors are reduced to a minimum. A b b. 2 a shows that the area used for image generation is only a fraction of the cathode area used for imaging in Part II. In part II, the second image then takes place again approximately in a ratio of 2: 1, so that the image converter according to Fig. 2a has an overall reduction ratio of 4: 1. Part I corresponds approximately to the arrangement according to Fig. La. The cathode K ₂ has a special structure according to Fig.2b, such that the carrier consists of a transparent Al ₂ O ₃ -FoHe,

809 627/1157809 627/1157

auf die eine dünne Aluminiumschicht von einigen 100 A aufgedampft ist, und die außerdem eine an sich bekannte Schicht vorzugsweise aus einem Alkalihalogenid, z. B. KCl₅ trägt. Die Verhältnisse gehen aus Abb. 2b deutlich hervor. Diese Schicht hat den großen Vorteil, daß sie eine Sekundärelektronenvervielfachung erlaubt, so daß durch die nach A b b. 2 a vorgesehenen zwei Stufen gegenüber der Ausführung nach A b b. 1 a eine zusätzliche Lumenverstärkung von 10 bis 150 ermöglicht wird. Ebenso wie die Koppelung zwischen Teil I und II nach Abb. 2a mittels der Sekundäremissionsfolie durchgeführt wird, kann über eine entsprechende Folie an der Stelle L₂ eine Koppelung zwischen dem Bildverstärker nach Abb. la oder 2a und einer Fernsehkameraröhre vorgenommen werden. Hierbei wird nach Erzeugung der Sekundärelektronen und Aufladung der Sekundäremissionsoberfläche der Folie diese mittels langsamer Elektronen in bekannter Weise abgetastet. Der Teil, der mit der Fernsehkameraröhre gekoppelt ist, ist gesondert in Abb. 3 dargestellt, wobei E die vom Bildwandler herkommenden Elektronen sind, die die Folie F von der einen Seite bestrahlen und eine Aufladung e auf der anderen Folienseite bewirken. Das Ladungsbild e wird dann von dem Strahl S langsamer Elektronen abgetastet und in bekannter Weise ausgewertet. Auch hier erfolgt wieder eine Vervielfachung der einfallenden Elektronen, so daß der Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anordnung entsprechend hoch ist. Wie bereits erwähnt, können statt zwei Stufen gemäß Abb. 2a noch weitere Stufen hintereinandergeschaltet werden.on which a thin aluminum layer of a few 100 Å is vapor-deposited, and which also has a layer known per se, preferably made of an alkali halide, e.g. B. KCl ₅ carries. The relationships are clearly shown in Fig. 2b. This layer has the great advantage that it allows a multiplication of secondary electrons, so that by the according to A b b. 2 a provided two stages compared to the execution according to A b b. 1 a an additional lumen gain of 10 to 150 is made possible. Just as the coupling between parts I and II according to Fig. 2a is carried out by means of the secondary emission film, a coupling between the image intensifier according to Fig. La or 2a and a television camera tube _{can be made via a corresponding film at point L 2.} In this case, after the secondary electrons have been generated and the secondary emission surface of the film has been charged, it is scanned in a known manner by means of slow electrons. The part that is coupled to the television camera tube is shown separately in Fig. 3, where E are the electrons coming from the image converter, which irradiate the film F from one side and cause a charge e on the other side of the film. The charge image e is then scanned by the beam S of slow electrons and evaluated in a known manner. Here, too, the incident electrons are multiplied, so that the overall efficiency of such an arrangement is correspondingly high. As already mentioned, instead of two stages as shown in Fig. 2a, further stages can be connected in series.

Um die elektronenoptische Abbildung bei festen geometrischen Bedingungen variabel zu gestalten, ist es zweckmäßig, in den einzelnen Abbildungsstufen in bekannter Weise mindestens vier Elektroden einschließlich der Kathode* mit veränderbaren Potentialen anzuordnen, die eine willkürliche Änderung des Vergrößerungsverhältnisses ermöglichen.In order to make the electron-optical image variable under fixed geometric conditions, is it is expedient to include at least four electrodes in the individual imaging stages in a known manner of the cathode * with variable potentials to be arranged, which is an arbitrary change of the enlargement ratio.

Claims

Patent claims:

1. Electron-optical image intensifier, in particular X-ray image intensifier, in which one electron-optical imaging is made on a much smaller area, thereby characterized in that the mapping in a plurality of stages at correspondingly lower Reduction per level takes place.

2. Electron-optical image intensifier according to claim 1, characterized in that between the individual stages a coupling by means of secondary emitting foils for a through emission with a secondary emission factor of 10 to 150.

3. Electron-optical image intensifier according to claim 1 and 2, characterized in that the coupling between the individual stages of the image intensifier is carried out by means of foils, which on carry a fluorescent screen on one side and a photocathode on the other side.

4. Electron-optical image intensifier according to claim 1 to 3, characterized in that for the purpose of reducing the image errors, the usable area of the areas to be mapped in the subsequent stages Cathode only a fraction, e.g. B. half of the cathode surface to be shown amounts to.

5. Electron-optical image intensifier according to claim 1 to 4, characterized in that the electron-optical image intensifier directly via the film with a television camera tube is coupled.

6. Electron-optical image intensifier according to claim 1 to 5, characterized in that at least four electrodes including the cathode in the individual imaging stages changeable potentials are arranged, which an arbitrary change of the enlargement ratio enable.

Considered publications:

"Advances in Electronics and Electron Physics," Vol. XII;

"Photo-Electronic Image Devices", New York and London, 1960, p. 184;

Zworykin and Norton, "Television", 2nd edition, London 1954, p. 151;

"Elektrotechnische Zeitschrift", Issue B, Vol. 11 (1959), Issue 7, pp. 286 to 290;

"Journal for Applied Physics", Volume VI (1954), Issue 2, pp. 88 to 95.

1 sheet of drawings