DE2000116C2 - Bildwandler oder Bildverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler oder Bildverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Bildwandler in Form einer Röntgen-Bildwandlsjrröhre ist bekannt (»The American Journal of Roentgenology, Radium Therapy and Nuclear Medicine«, Band 85, 1961, S. 323—341). Bei dieser bekannten Röntgen-Bildwandlerröhre war der Eingangsschirm kugelförmig nach außen gewölbt und die darauf angebrachte Leuchtstoffschicht sollte in der Mitte etwas stärker sein als am Umfang, um die Bildqualität am Umfangsbereich zu verbessern. Dieser Vorschlag beruhte auf der Überlegung, daß bei divergierenden Röntgenstrahlen die effektive Dicke einer Leuchtstoffschicht gleichförmiger Stärke im Umfangsbereich größer ist als im Mittelbereich, und der daran anschließenden Überlegung, daß dieser Effekt zu einer leichten Helligkeitserhöhung führt, weil der Umwandlungswirkungsgrad eines Röntgenleuchtsehirms mit wachsender Stärke steigt, bis Sättigung erreicht wird. Diese Überlegung läßt jedoch außer acht, daß die Vignettierung durch die Röntgenstrahldivergenz allein bereits stärker ist als dieser Helligkeitserhöhungseffekt, und daß auch noch weitere Vignettierungsursachen, wie stärkere Dämpfung im äußeren Teil des Eingangsschirms als im inneren Teil, und längerer Luftweg der ίο Strahlen im Umfangsbereich, zu einer weiteren Abdunkelung am Bildrand führen.

Es ist ferner eine Röntgenbildwandlerröhre bekannt geworden, bei der die Dicke des Röhrenfenslers sich umgekehrt mit dem Abstand von der Fenstermitte äridert, um zu erreichen, daß divergierende Röntgenstrahlen gleiche Fensterdicken durchlaufen (US-PS 29 55 219). Damit wird zwar in gewissem Umfang ein Helligkeitsabfall zum Rande hin verringern der Gesamteffekt ist jedoch ungünstig, weil das Fenster in gewissem Grade als Filter wirkt, insbesondere wenn die einfallende Strahlung eine relativ lange Wellenlänge aufweist. Es hat sich insbesondere herausgestellt, daß eine Verschlechterung der Bildqualität erreicht wird, vor allem hat sich ein Anstieg der Röntgenstrahlenstreuung innerhalb des Röhrenkolbens, begleitet von einem Verlust an Bildschärfe, gezeigt, so daß die durch das Bild erhältliche Information verringert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Eingangsschirm eines Bildwandlers oder Bildverstärkers so auszugestalten, daß eine Vignettierung vermieden wird, die durch ein vorgeschaltetes Linsensystem, durch die Divergenz eines Strahlenbündels ebenso wie durch eine konvexe Krümmung des Eingangsschirms hervorgerufen sein kann, aber auch durch ein dem Röhrenausgang nachgeschaltetes Linsensystem.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

F i g. I ist eine schematische Darstellung einer Röntgen-Durchleuchtungsanordnung mit einer Röntgen-Bildwandlerröhre.

Fig.2 ist eine schematische Darstellung eines Abbildungssystems für sichtbares Licht mit einer Bildverstärkerröhre.

F i g. 3A ist eine schematische Darstellung des Abfalles der Strahlungsintensität von der Mitte zum so Umfang eines konischen Strahlungsbündels, das auf die konvexe Fläche eines Kugelschirmes geworfen wird.

Fig.3B ist eine Profilansicht eines ebenen Gegenstandes, der in dem Röntgenstrahlbündel der F i g. 3A angeordnet ist.

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung der Vignettierung.

Fig.5 ist ein stark vergrößerter Querschnitt eines kleinen Abschnittes des Eingangsschirms der Röntgen-Bildwandlerröhre, gesehen längs der Linie 5-5 in Fig. I.

Fig.6 ist ein in gleicher Weise stark vergrößerter Querschnitt eines kleinen Abschnittes des Eingangsschirmes der Bildverstärkerröhre längs der Linie 6-6 in Fig. 2.

Fig. 7 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Eingangsschirmes für eine Röntgen-Bildwandlerröhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 8 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Eingangsschirmes für eine Röntgen-Bildwandlerröhre nach

einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In Fig.l ist eine Röntgen-Durchleuchtungsanordnung mit einem Röntgenstrahlengenerator gezeigt, der ein divergierendes Bündel von Röntgenstrahlen auf einen Gegenstand wirft. Eine Rönlgen-Büdwandlerröhre ist hinter dem Gegenstand angeordnet, um dessen Röntgenstrahlenbild zu empfangen. Eine solche Anordnung ist im einzelnen in dem Artikel »X-Ray Image Intensification With A Large Diameter Image Intensifier Tube« in American Journal of Roentgenology Radium Therapy and Nuclear Medicine, Vol. 85, Seiten 323 bis 341, Februar 1961, beschrieben.

Die Röntgen-Bildwandlerröhre enthält einen dielektrischen evakuierten Kolben 1, der etwa 43 cm lang ist und einen Durchmesser von 25,4 cm aufweist. Der vordere Abschnitt der Röhre enthält einen Eingangsschirm 2, der im einzelnen in Fig.5 gezeigt ist. Die Röhre enthält des weiteren eine Elektronenfokussierelektrodc 3, eine Anode 4 und einen Betrachtungs-Leuchtschirm 5.

Der in Fig.5 gezeigte Eingangsschirm enthält einen Röhrenkolbenteil, der eine Eingangsschirm Trägerschicht 6 bildet, die aus Aluminium besteht, das für einfallende Röntgenstrahlen durchlässig ist. Eine Leuchtstoffschicht 7 aus Cäsiumjodid ist auf der Fläche der Trägerschicht 6 niedergeschlagen. Eine Glasschicht 8 ist als nächstes auf der Leuchtstoffschicht 7 niedergeschlagen und bildet eine halbdurchlässige Filterschicht Zuletzt ist eine Fotokathode mit einer Schicht 9 aus Cäsiumantimonid auf der Glasschicht niedergeschlagen.

Im Betrieb durchdringen die durch den Röntgenstrahlengenerator erzeugten Röntgenstrahlen den zu durchleuchtenden Gegenstand. Die lokale Röntgenstrahlenabsorption hängt von der Dicke und der Ordnungszahl der Elemente ab, die den zu durchleuchtenden Gegenstand bilden. Somit enthält das Intensitätsmuster des Röntgenstrahlbündels nach dem Durchdringen des Gegenstandes eine Information, die den Aufbau des Gegenstände" betrifft Das Röntgenstrahlenbündel geht dann durch die Trägerschicht 6 des Röhreneingangsschirms und trifft auf die Leuchtstoffschicht 7, wie dies symbolisch durch den Teil 10 in F i g. 5 gezeigt ist. In der Leuchtstoffschicht 7 werden die Röntgenstrahlenphotonen absorbiert und als optische Photonen wieder ausgesandt. Die optischen Photonen laufen durch die Filterschicht 8 und treffen auf die Fotokathode 9 auf, in der sie Elektronen erzeugen. Die Elektronen werden von der Fotokathode in einem Muster ausgesandt, das der Intensitätsverteilung ir. dem ursprünglich auf treffenden Röntgenstrahlenbündel entspricht. Die Elektronen werden danr innerhalb der Röntgen-Bildwandlerröhre auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und durch die Anode 4 auf dem Betrachtungs-Leuchtschirm 3 zum Betrachten mittels des Auges oder einer anderen optischen Aufnahmevorrichtung fokussiert.

Fig.2 zeigt ein Abbildungssystem, bei dem Lichtstrahlen von einem zu beobachtenden Gegenstand durch eine Linse auf einem Eingangsschirm 11 einer evakuierten Bildverstärkerröhre fokussiert werden. Der Eingangsschirm gemäß Fi g. 6 enthält einen Fföntleil 6 eines lichtdurchlässigen Glaskolbens, auf dessen Innenfläche direkt eine Fotokathode 9 niedergeschlagen ist. Im Betrieb laufen optische Photonen durch den transparenten Kolbenteil 6, um auf die Fotokathode 9 6; aufzutreffen, wo sie Elektronen erzeugen. Die Elektronen werden beschleunigt end durch die Anode 12 auf dem Beobachtung;-Leuchtschirm 13 fokussiert. Die Bildverstärkerröhre arbeitet somit in gleicher Weise wie die beschriebene Röntgen-Bildwandlerröhre, wobei der wesentliche Unterschied in dem Erfordernis eines Leuchtstoffes in dem Eingangsschirm der Röntgen-Bjldwandlerröhre besteht, um auftreffende Röntgenstrahlen aufzufinden und in sichtbares Licht umzuwandeln. Bildverstärker verstärken somit Licht, das durch schlecht beleuchtete oder schlecht ausgeleuchtete Gegenstände reflektiert wird, während Bildwandler, wie Röntgen-Bildwandlerröhren, ein Ultraviolett-, Infrarotoder Röntgenstrahlbild auffangen und solche unsichtbaren Bilder in sichtbare Bilder umwandeln.

Der in der Beschreibungseinleitung erörterte Abfall der Strahlungsintensität von der Mitte zum Umfang in einem divergierenden Strahlenbündel wird unter Bezugnahme auf F i g. 3A erläutert Hier liegen alle Punkte längs eines Bogens 14, der tangential zu der konvexen Räche eines Eingangsschirms gezogen ist, ersichtlich in gleichem Abstand von einer Strahlungsquelle. Der Strahl 15 in der Mitte des Bündels hat somit den Schirm erreicht, während die Strahlen 16 λλ der Kante des Bündels ihn noch nicht erreicht haben, nachdem jeder denselben Abstand von ihrer gemeinsamen Quelle durchlaufen hat

Der zusätzliche Abstand 16', den die Strahlen 16 überwinden müssen, bevor sie auf den Schirm auf treffen, führt zu Strahlen 16 die einer größeren Filtrierung als der Strahl 15 ausgesetzt sind, wenn das Medium, durch das die Strahlen zwischen ihrer Quelle und dem Schirm laufen, als ein Filter für eine solche Strahlung wirkt. Zusätzlich bilden die Strahlen nahe dein Strahl 15 einen dichteren Abschnitt des Bündels als die Strahlen nahe den Strahlen 16 aufgrund der vergrößerten Divergenz mit dem durchlaufenden Abstand. Dasselbe würde in einem geringeren Grad vorhanden sein, wenn der Schirm eben ist Da Röntgenstrahlen nicht senkrecht zum Umfangsbereich des Schirmes auftreffen, ist die Helligkeit hier um den Kosinus des Winkels zwischen der Strahlachse und der Normalen zur SchirmKäche verringert, obwohl dies in gewissem Grad durch den vergrößerten Weg, den die Röntgenstrahlen durch den Schirm laufen, ausgeglichen ist, wie einleitend erwähnt. Es ist auch in Fig.3B zu sehen, daß der Strahl 15 beim Durchlaufen durch einen Gegenstand mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke, der in dem Hivergierenden Bündel normal zur Bündelachse angeordnet ist, einen kürzeren Weg durch diesen zurücklegt als die Strahlen 16 aufgrund des anderen Auftreffwinkels. Dies ergibt eine größere Absorption der Strahlen 16 als des Strahls 15 für eine gleiche Zusammensetzung des durchlaufenen Materials des Gegenstands, was zu einem zusätzlichen Abfall der Strahlungsintensität von der Mitte zum Umfang führt

Die /o; stehend erläuterte Erscheinung der Vignettierung kann auch unter Bezugnahme auf F i g. 4 dargestellt werden. Hier ist ersichtlich, daß das Licht von einem Punkt in der Mitte eines Gegenstandes, das durch eine Linse läuft und auf einem benachbarten Schirm fokussiert wird, einen Winkel a einschließt, während Licht von einem Punkt am Boden des Gegenstandes, das auch durch die Linse lauf!, einen Winkel b einschließt. Da der Winkel a größer als der Winkel b ist, wird weniger Licht vom Boden des Gegenstandes auf den Schirm als von der Mitte des Gegenstandes fokussrrt. Dies führt zu einem graduellen Abfall der Helligkeit von der Schirmmitte zum Umfang.
Gemäß der Erfindung hat der Umfangsbereich der

Eingangsschirme des Bildwandlers oder -Verstärkers einen größeren Umwandlungswirkungsgrad als der Mittelbereich solcher Schirme, so daß der Umfangsbereich bei einer vorgegebenen Intensität der Strahlung eine größere Elektronendichte aussendet als der Mittelbereich. Eine Ausführungsform davon ist in F i g. 7 gezeigt, bei welcher die l.euchtstoffschicht 7 die Form eines negativen Meniskus hat. dessen Dicke allmählich von der Mitte zum Umfang zunimmt. Aufgrund dieser Änderung der Dicke der Leuchtstoffschicht erzeugt die auf deren Umfangsbereich auftreffende Strahlung mehr optische Photonen als auftreten wurden, wenn die Strahlung der entsprechenden Intensität auf den Mitielbereich der Leuchtstoffschicht auftreffen würde.

Der Grad der Dickeänderung hängt von der Änderung der Filterung ab. die durch verschiedene Strahlen innerhalb des auf den F.ingangsschirm gerichteten StrahlungsbüPdels auftritt.

gleicher Intensität, das von der Mitte des S/intillators ausgestrahlt wird. Dies dient dazu, die Änderung der störenden Strahlfiltrierung zu kompensieren.

Weitere Ausfuhrungsformen der Erfindung weisen eine von der Mitte zum Umfang hin sich ändernde Zusammensetzung der Fotokathode auf. Diese F'otokathoden können sowohl bei Eingangsschirmen mit einem Leuchtstoff als auch bei Schirmen ohne Leuchtstoff oder Filterschicht verwendet werden. Wie in Fig.8 dargestellt ist, sind in dem Mittelbereich der Fotokathode 9 nahe der Schirmachse <r kleine Körnchen angeordnet, deren Dichte allmählich zum Umfang der Fotokathode hin abnimmt. Diese Körnchen bilden ein fotokathodisches Gift. d. h. ein Mittel, das den Wirkungsgrad der Fotokathode beim Umwandeln von Strahlungsbildern in Klektronenbilder verringert. |c mehr Fremdstoff in dem Mittelbereich im Vergleich zum Umfangsbereich vorhanden ist, desto mehr wird die fotokaihodischc

r.me atmete /uiMUiit uitgMui lit uct i.i liituüi'ig iSt ii'i F i g. 8 gezeigt, in der die Filterschicht 8. die zwischen der l.euchtstoffschicht 7 und der Fotokathode 9 angeordnet ist. die Form eines konvergierenden Meniskus hai. Da die Filterschicht durchscheinend ist. wird weniger Licht vom Umfang der Leuchtsioffschicht 7 durch die Filterschicht 8 absorbiert als Licht von n

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wirksamer.

Der verbesserte Eingangsschirm kann sowohl bei Feststoff-Bildwandlern oder -Bildverstärkern als auch bei evakuierten Bildwandler- oder Bildverstärkerröhren verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunpen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Bildwandler oder Bildverstärker mit einem Eingangssohirm zur Umsetzung einer einfallenden Strahlung in Elektronen, insbesondere evakuierte Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungswirkungsgrad des Eingangsschirms für die Umsetzung der einfallenden Strahlung in Elektronen von der Mitte zum Umfang in der Weise steigt, daß eine durch ein Linsensystem, die Divergenz des Strahlenbündels und/oder die Krümmung des Eingangsschirms verursachte Vignettierung kompensiert wird.

2. Bildwandler oder -verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschirm eine Leuchtstoffschicht (7), eine Fotokathode (9) und eine halbdurchlässige Filterschicht (8) aufweist, die zwischen die Leuchtstoffschicht und die Fotokathode eingesetzt Lit (Fig. 8).

3. Bildwandrer oder -verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht (7) die Form eines divergierenden Meniskus aufweist (F ig. 7).

4. Bildwandler oder -verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbdurchlässige Filterschicht (8) die Form eines konvergierenden Meniskus hat (F i g. 8).

5. Bildwandler oder -Verstärker nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschirm eine Fotokathode (9) aufweist, die in ihrem Umfangsbereich einen größeren Wirkungsgrad beim Umwandeln von Phoionen in Elektronen als in ihrem Mittelbereich hat (Fig. 8).

6. Bildwandler oder -verstärket nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelbereich der Fotokathode (9) ein für die fotokathodische Aktivität schädliches chemisches Mittel enthält (F ig. 8).

7. Bildwandler oder -verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Umfangsbereichs der Fotokathode (9) einen größeren Wirkungsgrad beim Umwandeln von Photonen in Elektronen als die Zusammensetzung des Mittelbereichs der Fotokathode ergibt (Fig.8).

8. Bildwandler oder -verstärker nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokathode (9) die Form eines Meniskus hat.