DE2410471A1

DE2410471A1 - Bildverstaerkungssystem fuer radiographische bilderzeugung

Info

Publication number: DE2410471A1
Application number: DE2410471A
Authority: DE
Inventors: H Sherwood Cooke; Andrew Lees Cunninghame; Stanley Solomon Grossel
Original assignee: Machlett Laboratories Inc
Current assignee: Machlett Laboratories Inc
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1974-09-19
Also published as: JPS53119857U; JPS5550938Y2; US3835314A; JPS49121470A; GB1449930A; CA1011469A

Description

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München, den 28. Februar 19/4 Anwaltsaktenz.: 2? - Pat. 75

The Machlett Laboratories Inc., Stamford, Fairfield, Connecticut, Vereinigte Staaten von Amerika

Bildverstjirkungssystem für radiographische Bilderzeugung

Die Erfindung bezieht sich auf Bildverstärkungssysteme und insbesondere auf eine Bildverstärkungseiiiriehtung mit einer Bildvers fcärkerröhre in Zusamiuenwirkung mit Aufzeichnungsvorrichtungen.

Bekanntermaßen wird eine Röntgenstrahlung, welche einen Teil des Körpers eines Patienten durchdringt, entsprechend der Dichteverteilung aufgrund der inneren Organe, des Skeletts und des Gewebes modifiziert. Das aus dem durchleuchteten Körper hervortretende Strahlenbündel liefert daher ein iiöntgenstrahlenbild , das sichtbar gemacht werden kann, indem der modulierte Röntgenstrahl auf ein geeignetes Aufzeichnungsmittel geworfen wird, beispielsweise einen Röntgenfilm oder dergleichen. Das resultierende, sichtbare Bild ist von großem Wert bei der Feststellung von Abnormali täten und bei der Erstellung einer genauen Diagnose. Aus diesem Grunde werden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um die verfügbare Information in dem Bild dadurch zu vergrößern, daß Helligkeit, Kontrast und Auflösung vergrößert wer-

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den, ohne daß die Intensität des durchleuchtenden ftöntgenstrahlenbündels stark vergrößert werden muß.

Eine bekannte Itöntgenappara tür enthält eine Bildverstärkerröhre mit einer Eingangsschirmanordnung, auf welche die Röntgenstrah-1 ungsvert-ei lung entsprechend dem Bild eines bestrahlten Objektes auftrifft. Die Eingangssehirnianordnung enthält im allgemeinen eine Photukathode, welche Elektronen in einer räumlichen Verteilung emittiert, die dem aufgestrahlten Röntgenstrahlungsbild entspricht. Man erhält daher ein äquivalentes Elektronenverteilungsbild, welches beschleunigt und auf einen Bildschirm fokussiert wird, der bedeutend kleiner ist als die Photokathode. Der Bildschirm enthalt im allgemeinen eine Schicht aus phosphoreszierendem Werkstoff oder Phosphormaterial, welches örtlich direkt proportional entsprechend der Intensität der auftreffenden Elektronen fluoresziert, wodurch ein helles, sichtbares Bild erzeugt wird. Die Helligkeit des verkleinerten Bildes beruht teilweise auf der Verkleinerung des Elektronenverteilungsbildes und teilweise auf die kinetischen Energie, welche den Elektronen des Elektronenverteilungsbildes mitgeteilt wird, wenn sie auf dem Weg von der Photokathode zu dem Bildschirm beschleunigt werden. Die beschriebene Bildverstärkerröhre liefert also ein sichtbares Bild, welches kleiner aber vielfach heller als das sichtbare Bild ist, das sich mit gebräuchlichen Pluoreszenzschirmen erreichen läßt.

Das auf diese Weise erzeugte, verkleinerte, helle Bild läßt sich im allgemeinen unmittelbar durch eine Ausgangs-Planscheibe der Bildverstärkerröhre mit Hilfe einer geeigneten Vergrößerungsoptik betrachten oder aber beispielsweise mittels einer Fernseh-Aufnahmekameraröhre. Auch kann das ausgangssei tig erhaltene Bild mit einer gebräuchlichen Kamera photographiert werden, die mit einem entsprechenden Vergrößerungs-Linsensystem ausgerüstet ist. In vielen Fällen ist es wünschenswert, Einrichtungen zur unmittelbaren Betrachtung des am Ausgang zur Verfugung stehenden Bildes und Einrichtungen zur Aufzeichnung des Bildes am Ausgang

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gleichzeitig vorzusehen. Bekannte radiographische ßilderzeugungseinrichtungen der hier interessierenden Art weisen daher im allgemeinen StrahlteiLungsvorrichtungen, etwa in Form eines halbdurchlässigen Spiegels aui, der einen Teil des Lichtes des am Ausgang erhaltenen Bildes zu einer Einrichtung zur unmittelbaren Betrachtung, etwa zu einer Fernsehaufnähmekamera lenken, während der übrige Teil des Lichtes zu einer photographischen Kamera geführt wird. Die erforderlichen optischen Einrichtungen zur Strahlteilung und zur Vergrößerung des Ausgangsbildes auf Filmgröße verschlechtern im allgemeinen die Bildauflösung und bedingen einen beträchtlichen Verlust der Bildinteiisität.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bi ldverstarkungssystem für radiographische Bilderzeugung so auszugestalten, daß sowohl eine unmittelbare Betrachtung des ausgangsseitigen Bildes als auch eine Aufzeichnung des Bildes auf einem Film ohne Zwischenschaltung optischer Einrichtungen unter Beibehaltung einer hervorragenden Bildqualität möglich ist.

Ausgehend von einem Bild Verstärkungssystem für radiographische Bilderzeugung mit einer Bildverstärkerröhre, welche einen eine Bildstrahlung von einem äußeren Objekt her aufnehmenden und ein entsprechendes Bild in Form einer Elektronenverteilung emittierenden Eingangsschirm, einen dieses Elektronenverteilungsbild aufnehmenden und ein Bild in Form einer Verteilung sichtbaren Lichtes erzeugenden Ausgangsschirm sowie eine für das sichtbare Licht durchlässige, nahe dem Ausgangsschirm angeordnete Ausgangs-Planscheibe enthält, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nahe der Ausgangs-Planscheibe außerhalb der Bildverstärkerröhre Bildaufzeichnungsmittel angeordnet sind und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, mittels weLcher wahlweise das gesamte Elektronenverteilungsbild nur auf einen bestimmten Teil des Ausgangsschirmes fokussierbar ist, derart, daß ein sichtbares Bild zur unmittelbaren Betrachtung durch die Ausgangs-Planscheibe hindurch erzeugt wird oder die Auflösung im sichtbaren Bild elektronisch zum Zwecke der Büdaufzeichnung vergrößert wird .

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In dem hier vorgesehlagenen BildVerstärkungssystem ist also eine Bildverstärkerröhre vorgesehen, die wahlweise ein helles, verkleinertes Bild zur unmittelbaren Betrachtung oder ein in der FilmgröiJe vorliegendes Bild zur Aufzeichnung auf dem Film liefert.

Es sei darauf hingewiesen, daß zweckmäßige Ausgestaltungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche bilden, auf welche zur Verkürzung und Vereinfachung der Beschreibung hiermit ausdrücklich hingewiesen wird.

Die Bildverstärkerröhre der hier vorgesehlagenen Einrichtung weist einen langgestreckten Kolben auf, der an seinem einen Ende ein strahlendurchlässiges Eingangsfenster und am anderen En(Ie eine Ausgangsplanscheibe aufweist, die für sichtbares Eicht durchlassig ist. In dem Kolben und nahe dem Eingangsfenster befindet sich ein Eingangs—Fluoreszenzschirm und eine darauf axial ausgerichtete Photokathode. Der Eingangs-Fluoreszenzschirm formt die eintreffende Bildstrahlung in entsprechendes sichtbares Eicht um, das auf die Photokathode fällt. Die Photokathode emittiert Elektronen von ihren einzelnen Flächenbereichen in unmittelbarer Abhängigkeit von der Intensität des einfallenden Lichtes, so daß ein äquivalentes ELektronenbild erzeugt wird.

In dem Kolben und nahe der Ausgangsplanscheiue befindet sich ein Ausgangs-Fluoreszonzschirm und, axial darauf ausgerichtet, die Anodenelektrode. Die Anode wird auf hohem positivem Potential gegenüber der Photokathode gehalten, um ein starkes elektrostatisches Feld zu erzeugen, welches die emittierten Elektronen in Richtung auf den Ausgangs-Fluoreszenzschirm beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen des Elektronenbildes treten daher durch die Anode hindurch und treffen auf den Ausgangs-Fluoreszenzschirm mit ausreichender Energie auf, um eine örtliche Fluoreszenz entsprechend der Intensität der einfallenden Elektronen hervorzubringen. Man erhält daher am Ausgangs-Fluoreszenzschirm ein helles, sichtbares Bild, das unmittelbar durch die Ausgangsplanecheibe der Bildverstärkerröhre betrachtet werden kann.

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Zwischen der Pho tokatliode und der Anode befindet sich innerhalb der Röhre koaxial ausgerichtet eine Anzahl im Abstand voneinander gelegener Steuerelektroden, welche so geformt sind, daß sie eine gewünschte Fokussierung der Elektronen hervorbringen. An die S teuerelektroden oder Gitterelektroden können solche Fo tentinie angelegt werden, daß das IJiId der emittierten Elektroden auf eine verkleinerte Fläche fokussiert werden kann, beispielsweise auf eine Fläche von 25 «im Durchmesser, gemessen an dem uisgan»s-Fluoreszenzsehirni, so daß für die Zwecke unmittelbarer Betrachtung ein entsprechend großes sichtbares Bild zur Verfügung steht. V.erden andere Potentiale an die Steuere lektroden oder Gi ttereiektroden angelegt, so wird das Elektronenbild auf eine größere Fläche fokussiert, beispielsweise auf eine Fläche von JOO mm Durchmesser, gemessen an dem Ausgangs-Fluoreszenzschirm, wodurch eine höhere Bildauflösung bei niedriger Bildintensität erzielt wird.

Nahe der Ausgangs-Planscheibe befinden sich außerhalb der Rohre äußere Vorrichtungen zur Ausrichtung eines photographischen Filmes geeigneter Größe, etwa von quadratischem Format bei K)O mm .Seitenlänge, gegenüber der Ausgangs-Planscheibe, wenn diese Verwendungsart der Einrichtung gewünscht wird, und zum Andrücken des Films gegen die Außenfläche des Aussange-Planscheihe, wahrend der Film mit dem erzeugten Bild belichtet werden soll. Wenn also das Ausgangshild auf einem photographischen Film aufgezeichnet werden soll, so kann das verkleinerte Ausgangsbild auf eine Größe entsprechend der empfindlichen Fläche des verwendeten Filmes vergrößert werden. Der Film wird dann gegenüber der Ausgangs-Planscheibe ausgerichtet und flach gegen die Scheibe gepreßt, während die photographische Belichtung des Films mit dem Ausgangsbild vorgenommen wird. Die maximale Lichtintensität des Ausgangsbildes erreicht daher den photographisehen Film und führt zu einem klaren, hellen Bild. Auf diese Iveise wird eine hervorragende Auflösung und Abbildung feiner Einzelheiten auf dem Film entsprechender Größe erreicht, ohne daß zwischengeschaltete optische VergröOerungseinrichtungen notwendig sind, welche die Bildauflösung, den Bildkontrast und die Intensität verschlechtern.

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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung naher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1

Figur 2

Figur 3

Figur h

Figur 3

Figur 6

Figur 7

eine teilweise im Axialschnitt gezeichnete Ansicht einer Bildverstärkungseinrichtung,

eine scheinatische Darstellung der Bildverstärkerröhre nach Figur 1 in der Schaltung zur Erzeugung des verkleinerten, sichtbaren Bildes,

eine scheinatische Darstellung der Bildverstärkerröhre nach Figur 1 in der Schaltung zur Erzeugung des vergrößerten, sichtbaren Bildes entsprechend der Filmgröße,

eine Stirnansicht der Abbildungseinrichtung nach Figur 1 in der Betriebsweise zur unmittelbaren Betrachtung des Bildes,

eine Stirnansicht der Abbildungseinrichtung nach Figur 1 in der Betriebsweise, in welcher ein Bild auf einem Film aufgezeichnet wird,

eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab entsprechend der in Figur k angedeuteten Schnittlinie 6-6 in Pfeilrichtung gesehen und

eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend dei' in Figur 5 angedeuteten Schnittlinie 7-7, ebenfalls in Pfeilrichtung gesehen.

in den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Die Bildverstärkereinrichtung nach Figur enthält einen Strahlungsgenerator 10, beispielsweise eine übliche Röntgenröhre, die so angeordnet ist, daß sie einen bestimmten Teil eines abzubildenden Objektes 12 durchstrahlt. Der auf der gegenüberliegenden Seite des Objektes 12 austretende Strahl enthält eine Bildstrahlung entsprechend dem ausgewählten, durchstrahlten Teil des Objektes und trifft auf die Eingangsseite der Bildverstärkerröhre 14.

ORIGINAL INSPECTED

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Die Bildverstärkerröhre lh weist einen langgestreckten Kolben 16 auf, der an seinem einen Ende eine Kathodenliülse Ib tragt, welche aus leitfähigem Material, beispielsweise aus dem unter dem Namen Kovar erhältlichen Material hergestellt ist, Die Kathodenhülse 18 endet an ihrer einen Seite in einem nach außen gerichteten Ringflansch 19, welcher den Kathodenanschluß der Röhre lh "bildet. Das gegenüber liegende Ende der Hülse 18 ist rundum gegenüber einen Ende eines Zylinders 2(J abgedichtet, der aus dielektrischem Werkstoff, beispielsweise aus Glas besteht und einen wieder nach einwärts verlaufenden, rohrartigen Ansatz 21 aufweist. Der Ansatz 21 enthält ein Auslaßrohr, über welches die Röhre Ik während der Herstellung evakuiert wird und welches dann nach Fertigstellung der Röhre in üblicher Weise abgeschlossen wird. Das andere Ende des aus dielektrischem Werkstoff bestehenden Zylinders 20 ist rundum gegenüber einer Anodenhülse 22 abgedichtet, die wieder aus leitfähigem Werkstoff, beispielsweise aus "Kovar" besteht. Die Anodenhülse 22 endet an ihrer anderen Seite in einem nach außen gerichteten Flansch 23, welcher den Anodenanschluß der Röhre I^ bildet.

Der Flansch 19 der Kathodenhülse ist, beispielsweise durch Schweißung, dicht mit einem nach außen gerichteten Flansch einer Metallhülse 2h verbunden, die koaxial in der Kathodenhülse 18 sitzt. Die Hülse 2h ist dicht mit dem Rand eines Eingangsfensters 26 verbunden, welches die Eingangsseite des Kolbens 16 abschließt und eine dünne Membran eines strahlungsdurchlässigen Materials, beispielsweise Glas, enthalten kann. Das Eingangsferister 26 kann im wesentlichen kugelschalenförmige Gestalt haben und einen Durchmesser von beispielsweise etwa 15 cm bis 36 cm besitzen.

Nahe der Innenfläche des Eingangsfensters 26 befindet sich ein Eingangs-Fluoreszenzschirm 28, der eine strahlungsempfindliche Schicht aus fluoreszierendem Material enthält, beispielsweise aus silberaktiviertem Zink-Cadmiumsulfid. Das fluoreszierende Material des Mngangsschirmes 28 kann unmittelbar auf die Innenfläche des Eingangsfensters 26 aufgebracht sein, so daß sich ein

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Eingangs-Fluoreszenzschirm mit entsprechender Gestalt ergibt. Die eintreffende Strahlung tritt also durch das Eingangsfenster 26 hindurch und trifft auf den Eingangs-Fluoreszenzschirm 28 auf, so daß. an diesem eine örtliche Fluoreszenz entsprechend der Intensität der eintreffenden Strahlung angeregt wird. Der Eingangs-Fluoreszenzschirm 28 erzeugt also ein entsprechendes Bild sichtbaren Lichtes, welches auf die axial ausgerichtete Photokathode 30 auftrifft.

Die Photokathode 30 enthält eine Schicht aus unter Lichteinfall Elektronen emittierendem Material, beispielsweise aus Cäsiumantimonid, das auf die Innenfläche des Eingangs-Fluoreszenzschirmes 28 aufgebracht sein kann, so daß auch die Photokathode 30 entsprechende Gestalt erhält. In solchen Fällen, in denen das Fluoreszenzmaterial des Eingangs-Fluoreszenzschirmes 28 mit dem Photoemittermaterial der Photokathode 30 nicht verträglich ist, wird eine mit beiden Werkstoffen verträgliche Zwischenschicht, beispielsweise aus Aluminiumoxid, vorgesehen. Die von dem Eingangs-Fluoreszenzschirm 28 ausgehenden Lichtphotonen treten also durch die dünne, transparente Trennschicht 32 hindurch und treffen auf entsprechende Flächenbereiche der Photokathode 30 auf. Die Photokathode 30 emittiert demzufolge von den einzelnen Flächenbereichen ihrer Innenfläche Elektronen entsprechend der Intensität der einfallenden Lichtphotonen, so daß sich ein entsprechendes Elektronenverteilungsbild ergibt.

Es ist also festzuhalten, daß der Eingangs-Fluoreszenzschirm 28 und die Photokathode 30 eine Eingangsschirmanordnung 34 bilden, welche ein auftreffendes Strahlungsbild in ein entsprechendes Elektronenverteilungsbild umformt. Die Eingangsschirmanordnung 34 erstreckt sich radial über die Innenfläche des Eingangsfensters 26 und hat mit einem nach einwärts gerichteten Flansch der Metallhülse 24 elektrischen Kontakt. Von der gegenüberliegenden Oberfläche des genannten Flansches der Metallhülse 24 ragt ein metallischer Ring 36 weg, der zur Formung des elektrostatischen Feldes nahe der Photokathode dient und auch die Abdichtstelle

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zwischen der Kathodenhülse 18 und dem aus dielektrischem Werkstoff bestehenden Zylinder 20 abdeckt. Der metallische Ring 36
erstreckt sich in Längsrichtung in der Röhre und endet unmittelbar vor einem Rand einer Steuerelektrode 40, welche einen konischen, metallisierten inneren Flächenbelag des Kolbens 16 enthält. Die Steuerelektrode 40 ist elektrisch mit einem ersten
Steuerelektrodenanschluß 42 verbunden, der über eine dichte
Durchführung der Wand des dielektrischen Zylinders 20 geführt
ist. Die erste Steuerelektrode 40 hat also die Gestalt eines
Hohlzylinders aus leitfähigem Werkstoff, welcher sich in Längsrichtung der Röhre erstreckt und in einem Zwischeiiabschnitt sich konisch zu einem Teil kleineren Durchmessers verjüngt.

Koaxial innerhalb des geringeren Durchmesser aufweisenden Teiles der Steuerelektrode 40 befindet sich eine weitere, ringförmige
Steuerelektrode 44, die elektrischen Kontakt mit einem zweiten
Steuerelektrodenanschluß 46 der Bildverstärkerröhre hat. Die
Steuerelektrode 44 weist einen sich in Längsrichtung erstreckenden Hohlzylinderabschnitt 48 auf, der an seinem der Photokathode 30 zugekehrten Ende einen nach außen gerichteten Ringflansch 47 und an seinem gegenüberliegenden Ende einen nach innen gerichteten Ringflansch 49 trägt. Der Außenrand des Ringflansches 47 befindet sich nahe der umgebenden Wand der ersten Steuerelektrode 40, ist jedoch von dieser elektrisch isoliert. Der Innenrand des Flansches 49 ist in bekannter Weise eingebördelt, um eine glatte Begrenzung einer zentralen Öffnung 50 zu schaffen, welche bestimmten Durehmesser besitzt und zur Photokathode 30 koaxial ist,

Der Flansch 49 ist an ein Ende eines dielektrischen Ilalteringes ' 52 angeschlossen, der mit seinem anderen Ende an einem Ringflansch 57 einer dritten, ringförmigen Steuerelektrode 54 befestigt ist. Der Flansch 57 erstreckt sich von einem Ende einer
im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Hülse 58 nach einwärts und endet in einer glatten Bördelung, welche eine zentrale Öffnung 60 begrenzt, die axial auf die Öffnung 50 ausgerichtet
ist und etwa gleichen Durchmesser wie diese Öffnung aufweist.

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Das andere Ende der Hülse 5& ist mit einem nach einwärts gerichteten Ringflansch 59 versehen, der an seinem Innenrand eingebör— delt ist, so daß eine zentrale Öffnung 62 entsteht. Die Öffnung 62 fluchtet axial mit der Öffnung 60, besitzt aber verhältniemäßig kleineren Durchmesser. Die Steuerelektrode 54t ist elektrisch mit einem dritten Steuerelektrodenanschluß 56 der Röhre verbunden, so daß die Flanschen 57 und 59 auf gleichem elektrischem Potenital liegen. Die Steuerelektrode 5^ kann durch eine kegelstumpfmantelförmige Elektrode ersetzt werden, welche an dem Ende mit dem größeren Durchmesser die Öffnung 60 und an dem Ende mit dem kleineren Durchmesser die Öffnung 62 begrenzt.

Ein innerer, in Längsrichtung verlaufender Teil des aus dielektrischem Werkstoff bestehenden Zylinders 20 ist in geeigneter Weise mit dem Flansch 59 verbunden, so daß die dritte Steuerelektrode 5^> der dielektrische Ring 52 und die zweite Steuerelektrode kO abgestützt sind. Der Flansch 59 trägt seinerseits einen dielektrischen Ring 6k, der zur Halterung einer ersten Verzögerungselektrode 66 dient. Die Verzögerungselektrode 66 ist mit einem ersten Verzögerungselektrodenanschluß 68 der Röhre verbunden und besteht in einem Ring aus leitfähigem Material, welcher eine zentrische Öffnung 70 begrenzt, die axial auf die Öffnung 62 ausgerichtet ist und verhältnismäßig größeren Durchmesser als diese aufweist. Die Verzögerungselektrode 66 hat in Längsrichtung bestimmten Abstand von einem Ende eines koaxial angeordneten Hohlzylinders 72, der eine zweite Verzögerungselektrode bildet. Diese zweite Verzögerungselektrode 72 ist elektrisch mit einem zweiten Verzögerungselektrodenanschluß lh der Röhre verbunden und begrenzt eine Öffnung 76, welche axial mit der Öffnung 70 der Verzögerungselektrode 66 fluchtet, jedoch bedeutend größeren Durchmesser als die Öffnung 70 aufweist.

Das gegenüberliegende Ende der zweiten Verzögerungselektrode 72 befindet sich nahe der Ausgangsseite des Röhrenkolbens 16, welcher durch eine Ausgangs-Planscheibe 80 abgeschlossen ist. Die Planscheibe 80 ist für sichtbares Licht durchlässig und besitzt

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vorzugsweise im wesentlichen ebene Innen- und Außenflächen. Die Ausgangs-Planscheibe 80 kann von einem zylindrischen Bündel von Lichtleiterfasern gebildet sein, die Seite an Seite zusammengepackt sind, derart, daß beispielsweise im Unterschied zu Planscheiben aus Glas, ein seitliches Ausbreiten des Lichtes beim Durchtritt durch die Planscheibe verhindert wird. Gebräuchliche Röntgen-Bildverstärkerröhren besitzen Eingangsfenster mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 15 cm bis 36 cm und eine Ausgangs-Planscheibe mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 12 mm bis 25 mm, so daß sich Verhältnisse der Eingangs-Bildgröße zur Ausgangsbildgröße von etwa neun bis vierzehn ergeben. Bei Bildverstärkerröhren der hier vorgeschlagenen Art erhält man demgegenüber Verhältnisse der Eingangsbildgröße zur Ausgangsbildgröße in der Größenordnung von 1,33 bis k, wenn die Röhre in einer bestimmten Betriebsweise arbeitet, so daß man Ausgangsbilder geeigneter Größe und Intensität zur photographischen Aufzeichnung erhält. Das Eingangsfenster 26 kann daher einen Durchmesser- in der Größenordnung von 23 cm bis 36 cm haben und die Ausgangs-Planscheibe 80 kann einen Durchmesser im Bereich von beispielsweise 10 cm bis 15 cm aufweisen.

Auf oder nahe der Innenfläche der Ausgangs-Planscheibe 80 ist ein Bildschirm 82 angeordnet, der eine Schicht aus fluoreszierendem Material , beispielsweise aus silberaktiviertem Zink-Cadmiumsulfid, enthält, das örtlich durch auftreffende Elektronen angeregt werden kann. Der fluoreszierende Werkstoff des Bildschirmes 82 ist vorzugsweise unmittelbar auf die Innenoberfläche der Ausgangs-Planscheibe 80 aufgebracht, um die Verluste hinsichtlich Intensität, Auflösung und Kontrastreichtum des Bildes so klein wie möglich zu halten. Die Innenfläche des Bildschirmes 82 ist mit einem dünnen, leitfähigen Film 84 aus lichtreflektierendem Werkstoff, beispielsweise mit Aluminium, beschichtet, welches gegenüber Elektronen hoher Energie durchlässig ist. Der Bildschirm 82 und der dünne, leitfähige Film 84 bilden also eine Bildschirmanordnung 86, in welcher die Bildelektronen in ein entsprechendes Bild sichtbaren Lichtes umge-

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wandelt werden, welches unmittelbar durch die Ausgangs-Planscheibe 80 betrachtet werden kann, beispielsweise mittels einer Fernsehaufnahmeröhre 90. Die Bildschirmanordnung 86 reicht in radialer Richtung bis zu einem nach einwärts ragenden Flansch eines leitfähigen Anodenringes 88, mit welchem die Schirmanordnung elektrischen Kontakt hat. Der Anodenring 88 ist rundum am Außenrand der Ausgangs-Planscheibe 80 abgedichtet und weist einen radial nach außen gerichteten Flansch auf, der beispielsweise durch Schweißung dicht mit dem Anodenanschluß 23 der Röhre verbunden ist.

In Figur 2 sind Beispiele für Steuerelektrodenpotentiale angegeben, welche angelegt werden, wenn die Bildverstärkerröhre Ik in einem Betriebszustand arbeitet, bei welchem eine unmittelbare Betrachtung des Bildes gewünscht wird. Die Ausgangs-Bildschirmanordnung 86 wird vorzugsweise auf Erdpotential gehalten, während die Photokathode JO demgegenüber auf einer negativen Spannung von beispielsweise etwa 25000 Volt gehalten wird. Die Steuerelektroden 40, kk und 5^ liegen gegenüber der Photokathode 30 auf fortschreitend geringer werdenden negativen Potentialen, um zwischen den Elektroden ein elektrostatisches Beschleunigungsfeld aufzutauen. Die Beschleunigungsfelder bewirken eine Fokussierung des Elektronenbildes bis zu einem Bündelungs- oder Überkreuzung spunkt, der etwa zwischen der ersten Verzögerungselektrode 66 und der zweiten Verzögerungselektrode 72 gelegen ist. Die erste Verzögerungselektrode 66 wird gegenüber der dritten Steuerelektrode 72 auf einem stärker negativen Potential gehalten, um zwischen den genannten Elektroden ein elektrostatisches Verzögerungsfeld zu erzeugen. Dieses Verzögerungsfeld hat die Wirkung, daß die äußeren Randbereiche des Elektronenbildes in derselben Ebene fokussiert werden wie die mittleren Teile des Bildes, Nach Durchtritt durch den Überkreuzungsbereich fliegen die Elektronen durch die zweite Verzögerungselektrode 72, die auf demselben Potential gehalten werden kann wie die Bildschirmanordnung 86.

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Aufgrund des Durchlaufes durch das elektrostatische Beschleunigungsfeld erhalten die Abbildungselektronen ausreichende kinetische Energie, um durch den leitfähigen Film 8k hindurchzudringen und auf den Ausgangs-Bildschirm 82 aufzutreffen. Bei der Betriebsweise zur unmittelbaren Betrachtung des Bildes treffen die Elektronen auf einen verkleinerten Mittelbereich von beispielsweise 25 mm Durchmesser auf den Ausgangs-Bildschirm b2 auf. Der Ausgangs-Bildschirm 82 fluoresziert daher örtlich in unmittelbarer Abhängigkeit von der Intensität der auftreffenden Elektronen, so daß ein verkleinertes, sichtbares Bild 92 erhalten wird, welches in Figur k schematisch angedeutet ist. Das verkleinerte Ausgangs— bild 92 ist sehr viel heller als das zugehörige Bild sichtbaren Lichtes, welches von dem Eingangs-Fluoreszenzschirm 28 erzeugt wird, und zwar nicht nur wegen der zusätzlichen kinetischen Energie, die durch die Beschleunigung der Elektronen des Bildes eingespeist wird, sondern auch wegen der Bildverkleinerung. Da die Lichtenergie des von dem Eingangs-Fluoreszenzschirm 28 erzeugten, sichtbaren Bildes schließlich auf eine bedeutend kleinere Fläche des Ausgangs-Fluoreszenzschirmes 82 konzentriert wird, erhält man eine stark verbesserte Bildintensität.

Bei radiographischen AbbiIdungssystemen bisher verwendeter Art ist die Vergrößerung der Bildhelligkeit durch Verkleinern des Bildes vorteilhaft, um Intensitätsverluste zu kompensieren, welche auftreten, wenn das Ausgangsbild beispielsweise auf das Format eines photographischen Filmes wieder vergrößert werden muß. Wegen der Begrenzung aufgrund der Korngröße des fluoreszierenden Materials im Ausgangs-Fluoreszenzschirm gehen bei extremer Verkleinerung des Bildes feine Bildeinzelheiten verloren oder verschwimmen, wodurch die Auflösung verschlechtert wird. Nachdem ein vergrößerndes optisches System die verschwommenen Bildeinzelheiten nicht mehr trennen kann, werden wichtige Informationen, die in der einfallenden Strahlung des Bildes vorhanden sind, im letztlich erhaltenen photographischen Bild nicht mehr gezeigt. Damit solche Informationen erhalten bleiben, ist bei der Abbildungseinrichtung der hier vorgeschlagenen Art dafür Sorge getra-

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gen, daß das Ausgangsbild sichtbaren Lichtes photographiert werden kann, ohne daß eine extreme Bildverkleinerung oder ein äußeres optisches Vergrößerungssystem erforderlich sind.

In Figur 3 sind Beispiele für die Elektrodenpotentiale bei einer Betriebsweise der Bildverstärkerröhre 14 angegeben, bei welcher eine Filmaufzeichnung durchgeführt werden soll. Die Ausgangs-Schi rmanordnung 86 wird vorzugsweise auf Erdpotential gehalten und an die Photokathode 30 kann beispielsweise eine negative Spannung von 10000 Volt gegenüber Erde gelegt werden. Die erste Steuerelektrode 40 und die zweite Steuerelektrode 44 erhalten jeweils fortschreitend niedrigere negative Potentiale gegenüber der Photokathode JO und die dritte Steuerelektrode 54 wird etwa auf Erdpotential gehalten, so daß zwischen den genannten Elektroden ein elektrostatisches Beschleunigungsfeld entsteht. Die elektrostatischen Felder fokussieren die von der Photokathode 30 emittierten Bildelektronen zu einem Überkreuzungsbereich, der in oder nahe der dritten Steuerelektrode 54 gelegen ist. Nach Durchlaufen des Überkreuzungsbereiches tritt das sich vergrößernde Elektronenbild in ein elektrostatisches Verzögerungsfeld ein, das dadurch geschaffen wird, daß die erste Verzögerungselektrode 66 etwa auf Erdpotential und die zweite Verzögerungselektrode 72 auf einem im Verhältnis dazu negativen Potential von beispielsweise 6000 Volt gehalten wird. Nach Durchlaufen des Verzögerungsfeldes gelangt das sich weiter vergrößernde Elektronenbild durch ein Beschleunigungsfeld, das zwischen der negativ vorgespannten zweiten Verzögerungselektrode 72 und dem auf Erdpotential gehaltenen Ausgangsschirm 86 herrscht.

Die beschleunigten Bildelektronen treten dann durch den leitfähigen Film 54 der Ausgangs-Schirmanordnung 86 hindurch und treffen auf eine größere Fläche von beispielsweise 10 cm Durchmesser auf den Ausgangs-Fluoreszenzschirm 82, während bei der Betriebsweise mit unmittelbarer Bildbetraehtung die von den Elektronen getroffene Fläche des Ausgangsschirmes bedeutend kleiner ist. Bei der Filmaufzeichnung liefert daher der Ausgangs-Fluoreszenz-

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schirm 82 ein sichtbares Bild 94, welches schematise!! in Figur angegeben ist und in seiner Größe etwa der empfindlichen Fläche eines normalen photographischen Filmes entspricht. Da aber das verkleinerte Ausgangsbild 92 auf dem Ausgangs-Fluoreszenzschirm 82 auf eine größere Fläche auseinandergezogen ist, wird die Auflösung erhöht. Ferner ist bei einer Einrichtung der hier vorgeschlagenen Art eine Vorrichtung zum Anpressen eines ausgerichteten Teiles eines photographischen Filmes gegen die Außenfläche der Ausgangs-Planscheibe 60 während der Belichtung des Films mit dem Ausgangsbild 9^ vorgesehen.

Wie aus den Figuren 1 und 4 bis 7 ersichtlich, ist ein rechteckiger Rahmen aus starrem Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, mittels Schrauben 102 an dem Anodenring 88 befestigt, so daß die Ausgangs-Planscheibe 80 auf einer Seite durch die Rahmenöffnung hindurch sichtbar ist. Der Rahmen 100 besitzt eine in Querrichtung verlaufende Abschlußwand 104, welche nahe der Ausgangs-Planscheibe 80 gelegen ist und an welche sich die Enden in Längsrichtung verlaufender Seitenwände 106 und 10b anschließen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der Ausgangs-Planscheibe gelegen sind. Die in Längsrichtung verlaufenden Wände und 108 verlaufen von der Bildverstärkerröhre 14 aus nach außen und schließen sich mit ihren Enden an eine weitere, in Querrichtung verlaufende Abschlußwand 110 an, die mit einem Schlitz 112 versehen ist. An den in Längsrichtung verlaufenden Seitenwänden 106 und 108 sind Führungsleisten 114 und 116 befestigt, welche zur Führung einer Filmhaltekassette 118 dienen, die durch den Schlitz 112 eingeschoben werden kann. Die Kassette 118 enthält einen lichtdichten Behälter für einen photographischen Film 120 und weist einen abschiebbaren Deckel 122 auf.

Für die unmittelbare Bildbetrachtung wird die Kassette 118, wie in Figur 4 und Figur 6 gezeigt, auf eine Seite der Ausgangs-Planscheibe 80 geschoben, so daß das verkleinerte Ausgangsbild 92, beispielsweise mittels einer Fernsehaufnahmekamera 90, betrachtet werden kann. Soll das Ausgangsbild auf einem Film aufgezeich-

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net werden, so wird die Kassette ILS längs der Führungsleisten 114 und 116 durch einen geeigneten Mechanismus, beispielsweise durch einen elektrischen Antrieb, verschoben. Ist die Kassette Ub auf die Ausgangs-Planscheibe 80 ausgerichtet, so wird die Bildverstärkerröhre 14 von der Betriebsweise der unmittelbaren Bildbetrachtung auf die Filmaufzeichnungs-Betriebsweise in der angegebenen Art umgeschaltet. Der Deckel 122 wird durch eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise durch einen elektronisch gesteuerten oder elektrisch betätigten Arm 124 an den Führungsleisten 114 und 116 zurückgeschoben, so daß der Film 120 mit dem vergrößerten Ausgangsbild 94 belichtet werden kann, wie in Figur 5 gezeigt ist. Der Film wird flach gegen die Ausgangs-Planscheibe 80 angedrückt, wie in Figur 7 gezeigt ist, was durch geeignete Mittel geschehen kann, beispielsweise durch an geeigneter Stelle angeordnete Solenoide 126, welche mit einem Ende eines Kerns gegen die Kassette 118 drücken, die in diesem Falle als Andruckplatte wirksam ist. Die Solenoide 126 sind so ausgelegt, daß sie die Federkraft von Iüickhol-Sehraubenfedern 128 überwinden, welche sich von der anderen Seite her gegen die Kassette 118 abstützen. Wenn daher die Belichtung beendet ist und die Erregung der Solenoide 126 ausgeschaltet ist, so heben die Federn 128 die Kassette 118 und den Film 120 von der Ausgangs-Planscheibe 80 ab, so daß der Deckel 122 wieder über den Film 120 geschoben werden kann. Dann wird die Kassettenanordnung wieder längs der Führungsleisten 114 und Ho zur Seite geschoben und über den Schlitz 112 entnommen.

Durch Andrücken des Films 120 gegen die Außenfläche der Ausgangs-Planscheibe 80 während der photographischen Belichtung wird erreicht, daß die maximale Lichtmenge des am Ausgang zur Verfügung stehenden Bildes 94 auf den Film 120 übertragen wird, so daß man ein helles und klares Bild erhält. Im Gegensatz zu bisher bekannten Bildverstärkersystemen wird bei der Einrichtung der hier vorgeschlagenen Art kein optisches Vergrößerungssystem verwendet, welches zu unerwünschten Reflexionen und zu einer Absorption eines Teiles der Ausgangs-Lichtintensität führt. Auch

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ist bei dem hier vorgeschlagenen System vorgesehen, daß die Ausgangs-Planscheibe zeitlich aufgeteilt einmal für die unmittelbare Bildbetrachtung und einmal für die Filmaufzeichnung verwendet wird, wodurch Strahlteilungsmittel vermieden werden, welche die Lichtintensität, welche den photographischen Film erreichen kann, begrenzen würde. Auch ist die Auflösung, die bei der hier angegebenen Einrichtung auf dem fertigen photographischen Bild erzielt wird, besser als bei bekannten Systemen, da der Abstand zwischen feinen Bildeinzelheiten bei dem vergrößerten Bild 9h größer als bei dem verkleinerten Bild 92 ist, so daß ein Verlust von Einzelheiten aufgrund der endlichen Korngröße des Fluoreszenzmaterials des Ausgangs—Fluoreszenzschirmes vermieden wird. Mit der hier angegebenen Einrichtung erzielt man also Photographien mit mehr Informationsgehalt aus einem Strahlungsverteilungsbild ohne daß die Intensität der auf das Objekt 12 gerichteten Strahlung erhöht werden muß.

Die Bildverstärkerröhre der hier vorgeschlagenen Einrichtung besitzt also ein Eingangsfenster und eine Ausgangs—Planscheibe. Eine Eingangs-Schirmanordnung wandelt die einfallende Bildstrahlung in ein Elektronenverteilungsbild um und eine Ausgangs-Sehirmanordnung wandelt dieses Elektronenverteilungsbild in ein Bild sichtbaren Lichtes um. Zwischen den Schirmanordnungen befindet sieh eine Reihe von Elektroden zur Fokussierung des Elektronenbildes entweder auf einen verkleinerten Flächenbereich der Ausgangssehirmanordnung oder auf einen größeren Flächenbereich der Ausgangsschirmanordnung, welcher in der Größe der empfindlichen Fläche eines photographischen Filmes entspricht, um eine optimale Auflösung zu erzielen. Die Andruckmittel bewirken ein Anpressen des photographischen Filmes gegen die Ausgangs-Planscheibe, wobei der Film eine Größe haben kann, die eine Untersuchung des Bildes ohne optische Vergrößerungseinrichtungen zuläßt, so daß eine maximale Lichtintensität von dem Ausgangs-Fluoreszenzschirm auf den photographischen Film übertragen wird.

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Claims

Patentansprüche

ML.J Bildverstärkungssystem für radiographische Bilderzeugung mit einer Bildverstärkerröhre, welche einen eine Bildstrahlung von einem äußeren Objekt her aufnehmenden und ein entsprechendes Bild in Form einer Elektronenverteilung emittierenden Eingangsschirm, einen dieses Elektronenverteilungsbild aufnehmenden und in ein Bild in Form einer Verteilung sichtbaren Lichtes erzeugenden Äusgangsschirm sowie eine für das sichtbare Licht durchlässige, nahe dem Ausgangsschirm angeordnete Ausgangs- Planscheibe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Ausgangs— Planscheibe außerhalb der Bildverstärkerröhre Bildaufzeichnungsmittel angeordnet sind und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher wahlweise das gesamte Elektronenverteilungsbild nur auf einen bestimmten Teil des Ausgangsschirmes fokussierbar ist, derart, daß ein sichtbares Bild zur unmittelbaren Betrachtung durch die Ausgangs-Planscheibe hindurch erzeugt wird oder die Auflösung im sichtbaren Bild elektronisch zum Zwecke der BiIdaufzeichnung vergrößert wird.
2. Bildverstärkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur elektronischen Vergrößerung der Auflösung Fokussierungsmittel aufweist, durch die das gesamte Elektronenverteilungsbild auf einen verhältnismäßig großen Teil des Ausgangsschirmes fokussierbar ist.
3. Bildverstärkungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufzeichnungsmittel einen photographisehen Film mit einer bestimmte Größe aufweisenden, lichtempfindlichen Fläche enthalten.

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4. Bildverstärkungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil des Ausgangsschirms, auf welchen zu Aufzeichnungszwecken das Elektronenverteilungsbild fokussiert wird, in seinen Abmessungen der lichtempfindlichen Fläche des photographischen Films entspricht.
5. Bildverstärkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die BildaufZeichnungsmittel durch eine Betätigungseinrichtung während bestimmter Zeitintervalle in eine Lage gegenüber der Ausgangs-Planscheibe bewegbar sind und daß die genannte Vorrichtung wahlweise einmal die Fokussierung des Elektronenverteilungsbildes auf den genannten, kleineren Teil des Ausgangsschirmes vornimmt oder, während der genannten, bestimmten Zeitintervalle, das Elektronenverteilungsbild auf einen größeren Teil des Ausgangsschirmes fokussiert.
6. Bildverstärkungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung Mittel zur Ausrichtung des Films gegenüber der Ausgangs-Planscheibe enthält und daß Einrichtungen zur Verstärkung der den Film während der genannten bestimmten Zeitintervalle erreichenden Lichtintensität vorgesehen sind.
7. Bildverstärkungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verstärkung der Lichtintensität von einer Andruckeinrichtung gebildet sind, welche die lichtempfindliche Fläche des Films gegen die Außenfläche der Ausgangs-Planscheibe drückt.
8. Bildverstärkungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Fläche des Films im wesentlichen gleich dem genannten größeren Teil des Ausgangsschirmes ist.

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9. Bildverstärkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung zur Fokussierung des Elektronenverteilungsbildes auf einen kleineren oder wahlweise auf einen größeren Teil des Ausgang^schirras eine Reihe zueinander koaxial angeordneter Elektroden enthält, die in axialem Abstand zwischen dem Eingangsschirm und dem Ausgangsschirm angeordnet sind.
10. Bildverstarkungssystem nach einem der Ansprüche i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsschirm an der Innenfläche der Ausgangs-Planseheibe gehaltert bzw. angeordnet ist.
11. Bildverstarkungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsschirm zur Umformung des Elektronenverteilungsbildes in ein Bild in Form einer Verteilung sichtbaren Lichtes eine Schicht aus fluoreszierendem Material enthält, das auf der Innenfläche der Ausgangs-Planseheibe angeordnet ist.
12. Bildverstärkungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs-Planseheibe von einem faseroptischen Körper gebildet ist.

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