DE4410269A1 - Röntgenbildaufnahmeröhre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenbildaufnah­ meröhre zur Umwandlung von Röntgenbildern in elektrische Signale in einem Röntgenfernsehsystem zur Verwendung bei der medizinischen Diagnose oder der nichtzerstörenden Ma­ terialprüfung.

Bei einem konventionellen Röntgenfernsehsystem sind ein Röntgenbildverstärker und eine Fernsehbildaufnahmeröhre kombiniert, um Röntgenbilder in elektrische Signale umzu­ wandeln. Dabei treten Röntgenstrahlen in den Bildverstär­ ker ein, wo die Röntgenstrahlen mittels einer Umwandlungs­ schicht, etwa aus CsI, in sichtbare Strahlen umgewandelt werden. Danach werden Elektronen von einer photoleitfähi­ gen Schicht freigesetzt und unter Vervielfachung an eine Ausgabefluoreszenzschicht zur Umwandlung in sichtbares Licht weitergegeben. Dann wird ein Bild aus sichtbarem Licht von der Ausgabefluoreszenzschicht ausgegeben. Die Aufnahmeröhre ist optisch an die Ausgabeebene des Bildver­ stärkers gekoppelt. Das Bild aus sichtbarem Licht wird durch eine optische Linse o. ä. auf eine Bildaufnahmeebene der Bildaufnahmeröhre projiziert. Folglich sammeln sich entsprechend dem auftreffenden Licht elektrische Ladungen auf der Aufnahmeebene an, die mittels eines Elektronen­ strahls abgetastet und ausgelesen werden zur Ausgabe elektrischer Signale.

Bekannt ist auch ein Röntgenfernsehsystem, welches eine Röntgenbildaufnahmeröhre wie etwa eine X-ray HARP (High­ gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) tube ein­ setzt, um Röntgenstrahlen direkt in Elektronen umzuwandeln. Diese Röntgenbildaufnahmeröhre hat eine Röntgenstrahlen- in-Elektrizität-Umwandlungsschicht aus einem Material wie etwa amorphem Selen, das im Röntgenbereich empfindlich ist und das die photoleitfähige Umwandlungsschicht in gewöhn­ lichen Bildaufnahmeröhren für sichtbares Licht bildet. Das heißt, diese Röntgenbildaufnahmeröhre benutzt nicht die Röntgen-in-sichtbares-Licht-Umwandlungsschicht etwa aus CsI, die in dem Bildverstärker benutzt wird, sondern ver­ wendet statt dessen eine Schicht aus amorphem Selen zur Umwandlung von Röntgenstrahlen direkt in elektrische La­ dungen, wobei durch einen Lawineneffekt verstärkte elek­ trische Signale erhalten werden.

Bei konventionellen Röntgenfernsehsystemen, die Röntgen­ bildverstärker und Fernsehbildaufnahmeröhre kombinieren, wird ein Röntgenbild jedoch wie oben beschrieben über zahlreiche Umwandlungsschritte in die endgültigen elek­ trischen Bildsignale umgewandelt; Röntgenstrahlen werden in sichtbare Strahlen, dann in Elektronen, wieder in sicht­ bare Strahlen, die durch Optiken hindurchtreten, nochmals in sichtbare Strahlen und in elektrische Signale umgewan­ delt. Ein derartiger Prozeß neigt zu einer schlechten Um­ wandlungseffizienz und bewirkt unvermeidbar ein schlechtes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/N) des letzten Bildes. Wei­ terhin hat die Kombination von Bildverstärker und Bildauf­ nahmeröhre den Nachteil einer verkomplizierten und ver­ größerten Vorrichtung. Bei der Röntgenbildaufnahmeröhre wie der X-ray HARP tube mit einer amorphen Selenschicht zur Umwandlung von Röntgenstrahlen direkt in elektrische Ladungen muß die amorphe Selenschicht, die eine hohe Rönt­ gendurchlässigkeit hat, etwa 500 µm dick gebildet werden, um die Umwandlungseffizienz zu erhöhen. Dies ist schwer ausführbar, da eine besonders hohe Spannung zum Erreichen des Lawineneffekts erforderlich ist. Weiterhin ist es aus der Sicht der Fertigung schwierig, eine Schicht aus amor­ phem Selen dick und gleichförmig über einen großen Bereich auszubilden. Daher ist es schwierig, eine Röntgenbildauf­ nahmeröhre dieses Typs mit einer großen Apertur zu schaf­ fen.

Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung des oben genannten Standes der Technik gemacht worden und ihre primäre Aufgabe ist die Schaffung einer Röntgenbildauf­ nahmeröhre, die eine effiziente Umwandlung von Röntgen­ strahlen in elektrische Signale erlaubt, die auch aus Röntgenstrahlen niedriger Dosis Bildsignale von hoher Leuchtstärke und Kontrast erhält, und die einfach mit ei­ ner großen Apertur gebildet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Rönt­ genbildaufnahmeröhre zur Umwandlung eines übertragenen Röntgenbildes in elektrische Signale mit:
einem Fluoreszenzelement zum Empfangen von übertragenen Röntgenstrahlen mit einer zweidimensionalen Verteilung und Umwandeln der übertragenen Röntgenstrahlen in sicht­ bare Strahlen mit einer zweidimensionalen Verteilung;
einer lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht, die mit einer Fläche des Fluoreszenzelements entgegengesetzt zu dessen Röntgenstrahlenauftrefffläche optisch gekoppelt ist, wobei die lichtdurchlässige leitfähige Schicht eine Hochspannung empfängt;
einer photoleitfähigen Schicht, die auf die lichtdurchläs­ sige leitfähige Schicht laminiert ist und eine amorphe Halbleiterschicht aufweist, welche Funktionen zur Konver­ sion der durch die lichtdurchlässige leitfähige Schicht übertragenen sichtbaren Strahlen mit einer zweidimensio­ nalen Verteilung in elektrische Ladungen mit einer zwei­ dimensionalen Verteilung und zur Vervielfachung der elek­ trischen Ladungen mit einer zweidimensionalen Verteilung mittels elektrischer Felder, die durch die an die licht­ durchlässige leitfähige Schicht angelegte Hochspannung gebildet sind, hat; und
einer Signalausleseeinheit zum Abtasten einer Fläche der photoleitfähigen Schicht entgegengesetzt zu deren Auftreff­ fläche sichtbarer Strahlen, um eine auf der fotoleitfähi­ gen Schicht auftretende zweidimensionale elektrische Potentialverteilung als elektrische Signale auszulesen.

Diese Erfindung hat die folgenden Funktionen.

Das Fluoreszenzelement konvertiert übertragene Röntgen­ strahlen mit einer zweidimensionalen Verteilung in sicht­ bare Strahlen mit einer zweidimensionalen Verteilung. Die sichtbaren Strahlen laufen zu der photoleitfähigen Schicht durch die lichtdurchlässige leitfähige Schicht, die mit dem Fluoreszenzelement optisch gekoppelt ist. Die foto­ leitfähige Schicht konvertiert die auftreffenden sicht­ baren Strahlen mit der zweidimensionalen Verteilung in elektrische Ladungen mit einer zweidimensionalen Vertei­ lung. Gleichzeitig werden die elektrischen Ladungen mit der zweidimensionalen Verteilung vervielfacht durch die ladungsvervielfachende Funktion der amorphen Halbleiter­ schicht mittels elektrischer Felder, die durch die an die lichtdurchlässige leitfähige Schicht angelegte Hochspan­ nung gebildet werden. Als Ergebnis erscheint eine zweidi­ mensionale Verteilung elektrischer Potentiale entsprechend einer Intensitätsverteilung der einfallenden Röntgenstrah­ len auf der photoleitfähigen Schicht. Die Signalauslese­ einheit tastet die photoleitfähige Schicht ab, um die zwei­ dimensionale Verteilung elektrischer Potentiale als elektrische Signale auszulesen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung vervielfacht die foto­ leitfähige Schicht mit der amorphen Halbleiterschicht die elektrischen Ladungen mit einer zweidimensionalen Ver­ teilung. Folglich werden Röntgenbildsignale von hoher Leuchtstärke und Kontrast auch von einfallenden Röntgen­ strahlen niedriger Dosis erhalten. Verglichen mit einer Kombination eines Bildverstärkers und einer Bildaufnahme­ röhre erhält die Bildaufnahmeröhre gemäß der vorliegenden Erfindung Röntgenbildsignale durch weniger Umwandlungs­ stufen, wodurch Rauschen reduziert wird um hochwertige Bilder zu realisieren. Die Erfindung schafft eine ein­ fachere und kleinere Konstruktion als die Kombination eines Bildverstärkers und einer Bildaufnahmeröhre. Da wei­ terhin die in die photoleitfähige Schicht einbezogene amorphe Halbleiterschicht sichtbare Strahlen anstelle von Röntgenstrahlen empfängt, kann die amorphe Halbleiter­ schicht dünner ausgeführt werden als in einer konventio­ nellen X-ray HARP tube. Daher kann die amorphe Halbleiter­ schicht einfach über einen großen Bereich gleichförmig gebildet werden, um zu ermöglichen, daß dieser Typ Rönt­ genbildaufnahmeröhre eine vergrößerte Apertur aufweist.

Die in die photoleitfähige Schicht einbezogene amorphe Halbleiterschicht ist nicht auf irgendeinen speziellen Typ begrenzt, solange die Halbleiterschicht die elektrische Ladungsvervielfachungsfunktion erfüllt. Jedoch weist eine in der vorliegenden Erfindung benutzte bevorzugte Halb­ leiterschicht Selen (Se) als eine Hauptkomponente auf. Wenn starke elektrische Felder auf die amorphe Halbleiter­ schicht mit Selen als einer Hauptkomponente angewendet werden, tritt eine elektrische Ladungsvervielfachungsfunk­ tion innerhalb der amorphen Halbleiterschicht auf. Dies wird einem Lawineneffekt im Inneren der amorphen Halblei­ terschicht mit Selen als einer Hauptkomponente zugeschrie­ ben.

Vorzugsweise weist die amorphe Halbleiterschicht jeweils auf ihren entgegengesetzten Oberflächen gebildete Sperr­ schichten auf zum Verhindern des Eindringens elektrischer Ladungen in die amorphe Halbleiterschicht, um Dunkelstrom zu reduzieren.

Das Fluoreszenzelement ist nicht auf irgendeinen bestimm­ ten Typ beschränkt, solange dieses Element Röntgenstrahlen in sichtbare Strahlen umwandelt. Ein gemäß der vorliegen­ den Erfindung bevorzugtes Fluoreszenzelement hat jedoch eine Nadelkristallstruktur aus Cäsiumiodid (CsI:Na), do­ tiert mit Natrium (Na), welches eine hohe Röntgenumwand­ lungseffizienz aufweist.

Wo die lichtdurchlässige leitfähige Schicht direkt auf der Nadelkristallstruktur des CsI:Na mit der darauflaminier­ ten fotoleitfähigen Schicht gebildet ist, hat die amorphe Halbleiterschicht der photoleitfähigen Schicht aufgrund der geriffelten Oberfläche der Nadelkristallstruktur des CsI:Na eine ungleichmäßige Dicke. Als eine Folge neigen starke elektrische Felder zur lokalen Konzentration inner­ halb der amorphen Halbleiterschicht und zur Verursachung von Funken o. ä., was derartige Abschnitte der Schicht zerstören kann. Daher ist eine Glättung der Oberfläche des Fluoreszenzelements (der Nadelkristallstruktur des CsI:Na), mit der die lichtdurchlässige leitfähige Schicht in engem Kontakt gebildet ist, erstrebenswert.

Eine solche Glättungsbehandlung stellt jedoch keine Be­ schränkung dar als Mittel zur Vermeidung der Zerstörung der amorphen Halbleiterschicht wegen der geriffelten Ober­ fläche der Nadelkristallstruktur des CsI:Na. Eine Zwi­ schenschicht kann zwischen dem Fluoreszenzelement und der lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht angeordnet sein, wobei die Zwischenschicht mindestens eine glatte ober­ fläche gegenüber der lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht aufweist.

Eine derartige Zwischenschicht ist beispielsweise eine dünne Glasplatte, eine Zwischenschicht mit einer Vielzahl von zusammengebündelten optischen Fasern oder eine auf das Fluoreszenzelement aufgebrachte Harzschicht. Eine Faser­ platte ist bevorzugt, da das Licht nicht wie bei einer Glasplatte gestreut wird. Die Faserplatte kann relativ dünn geformt werden, um als Unterstützungsbasis für die Targetstruktur (d. h. das Laminat aus Fluoreszenzelement, leitfähiger Schicht und photoleitfähiger Schicht) zu wirken.

Die Harzbeschichtung kann als Zwischenschicht mit dem Vor­ teil benutzt werden, daß eine Zwischenschicht mit glatter Oberfläche einfach und mit geringem Aufwand gebildet ist.

Die Signalausleseeinheit kann eine einzelne Elektronen­ kanone zum zweidimensionalen Abtasten der photoleitfähigen Schicht mit einem Elektronenstrahl sein. Wo eine Elektro­ nenkanone benutzt wird, neigt die Röntgenbildaufnahmeröhre zu großer Länge. Um eine Röntgenbildaufnahmeröhre mit reduzierter Länge zu konstruieren, kann die Signalauslese­ einheit eine Gruppe von Schaltelementen in zweidimensio­ naler Anordnung auf der photoleitfähigen Schicht aufweisen. Ebenfalls möglich ist eine Elektronenstrahlerzeugungsan­ ordnung mit einer Vielzahl von linearen Kathoden oder konischen Kathoden, die als Elektronenstrahlquellen wirken.

Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Zeichnungen mehrere zur Zeit bevorzugte Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die genauen Anordnungen der gezeigten Instrumente beschränkt ist.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Kontur einer Röntgenbildaufnahmeröhre und benachbarter Vorrich­ tungen in einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Targetstruktur, die in der Röntgenbildaufnahmeröhre der ersten Aus­ führungsform eingesetzt ist.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer Verbindung zwi­ schen einer Fluoreszenzelementoberfläche und einer photoleitfähigen Schicht.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer Targetstruktur in einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Kontur einer Röntgenbildaufnahmeröhre in einer dritten Ausführungsform zeigt.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer Targetstruktur, die in der Röntgenbildaufnahmeröhre der dritten Ausführungsform eingesetzt ist.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer modifizierten Targetstruktur in der dritten Ausführungsform.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer Targetstruktur in einer vierten Ausführungsform.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die eine Kontur einer Röntgenbildaufnahmeröhre und benachbarter Vorrichtungen in einer fünften Ausführungsform zeigt.

Fig. 10 zeigt einen Ersatzschaltbild eines Targetabschnitts der fünften Ausführungsform.

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer modifizierten Targetstruktur in der fünften Ausführungsform.

Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer weiteren modi­ fizierten Targetstruktur in der fünften Ausfüh­ rungsform.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht einer weiteren modi­ fizierten Targetstruktur in der fünften Ausfüh­ rungsform.

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht, die eine Kontur einer Röntgenbildaufnahmeröhre in einer sechsten Ausführungsform zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.

Erste Ausführungsform

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat eine Röntgenbildaufnahmeröhre 1 ein Target 12 und eine in einem Vakuumkolben 10 angeord­ nete Elektronenkanone 13. Röntgenstrahlen durchdringen ein Objekt 4 und laufen in einer zweidimensionalen Verteilung durch ein röntgendurchlässiges Fenster 11 zu dem Target 12.

Wie schematisch in Fig. 2 gezeigt, hat das Target 12 ein Substrat 21, ein auf einer von der Auftrefffläche ver­ schiedenen Fläche des Substrats 21 gebildetes Fluoreszenz­ element 22, eine auf dem Fluoreszenzelement 22 gebildete leitfähige Schicht 24 und eine in engem Kontakt mit der leitfähigen Schicht 24 gebildete photoleitfähige Schicht 25.

Das Substrat 21 gewährleistet eine mechanische Festigkeit des Targets 12 und ist aus einem röntgendurchlässigen Ma­ terial wie etwa Aluminium, metallischem Beryllium. Glas oder Keramik geformt und hat eine Dicke von 1 bis 2 mm.

Das Fluoreszenzelement 22 ist aus einem röntgenempfindli­ chen Material zur Erzeugung sichtbarer Strahlen gebildet, etwa aus CSI:Na, ZnS oder CaWO₄. Insbesondere ist eine Nadelkristallstruktur des CsI:Na unter dem Gesichtspunkt der Röntgenkonversionseffizienz bevorzugt. Die Schicht­ dicke von CsI:Na ist normalerweise in der Größenordnung von 200 bis 400 µm.

Die leitfähige Schicht 24 hat eine lichtdurchlässige leit­ fähige Schicht etwa aus ITO oder SnO₂, einer Legierung aus Indium, Zinn und Sauerstoff. Die leitfähige Schicht 24 sollte so dünn wie möglich (etwa 300 Å) gebildet werden, um Sichtstreuung zu vermeiden.

Die fotoleitfähige Schicht 25 weist eine amorphe Halblei­ terschicht 25a mit Selen (Se) als Hauptkomponente und zwei Sperrschichten 25b und 25c, die auf entgegengesetzten Sei­ ten der amorphen Halbleiterschicht 25a angeordnet sind, auf. Die amorphe Halbleiterschicht 25a wirkt als im we­ sentlichen photoleitfähige Umwandlungsschicht zur Umwand­ lung von sichtbarem Licht in elektrische Signale. Da Röntgenstrahlen nicht direkt in die amorphe Halbleiter­ schicht 25a eintreten, wie in der bekannten X-ray HARP tube, kann die amorphe Halbleiterschicht 25a relativ dünn sein. d. h. normalerweise in der Größenordnung von 4 bis 20 m. Die Sperrschichten 25b und 25c verhindern, daß elek­ trische Ladungen zu der amorphen Halbleiterschicht 25a gelangen. Die der leitfähigen Schicht 24 gegenüberliegende Sperrschicht 25b ist aus CeO₂, GeO₂ o. ä. gebildet. Die Sperrschicht 25c auf der den Elektronenstrahl empfangen­ den Seite ist aus Sb₂S₃ o.a. gebildet. Es ist nicht abso­ lut notwendig, die amorphe Halbleiterschicht 25a nur aus Selen zu bilden, sondern Verunreinigungen etwa aus As, Ge, Te o. ä. können hinzugefügt werden, um die thermische Sta­ bilität oder Sensitivität zu verbessern.

Das obige Target 12 wird beispielsweise durch den folgen­ den Prozeß hergestellt.

Zunächst wird das Fluoreszenzelement 22 auf einer Ober­ fläche des Substrats 21 gebildet durch Aufbringen von CsI: Na darauf mittels Vakuumverdampfung. Zu dieser Zeit wird die Nadelkristallstruktur des CsI:Na erhalten, indem das Substrat 21 bei 200 bis 400°C gehalten wird. Auf der Ober­ fläche des Fluoreszenzelements 22 wird die leitfähige Schicht 24 gebildet durch Aufbringen von ITO darauf mit­ tels Vakuumverdampfung oder Zerstäubung. Dann werden die Sperrschicht 25c, die amorphe Halbleiterschicht 25a und die Sperrschicht 25b auf der leitfähigen Schicht 24 in der genannten Reihenfolge mittels Vakuumverdampfung gebildet. Zu dieser Zeit wird das Substrat 21 bei einer Temperatur gehalten, die 60°C nicht überschreitet, um Kristallisation der amorphen Halbleiterschicht 25a zu vermeiden.

Die Wirkungsweise der Röntgenbildaufnahmeröhre mit der oben genannten Konstruktion wird als nächstes beschrieben.

Wenn durch das Objekt 4 hindurchgetretene Röntgenstrahlen das röntgenstrahlendurchlässige Fenster 11 passieren und auf das Target 12 treffen, emittieren die Röntgenstrahlen­ auftreffabschnitte des Fluoreszenzelements 22 sichtbares Licht, welches in zweidimensionaler Verteilung durch die lichtdurchlässige leitfähige Schicht 24 hindurchtritt hin zur photoleitfähigen Schicht 25. Wenn das Licht die amorphe Halbleiterschicht 25a erreicht, werden darin elektrische Ladungen (Elektron-Loch-Paare) erzeugt, was in hohen elek­ trischen Potentialen in den Abschnitten, die das Licht empfangen haben, resultiert. Daher wird eine dem auftref­ fenden Röntgenbild entsprechende zweidimensionale Vertei­ lung von elektrischen Potentialen auf der photoleitfähigen Schicht 25 erhalten.

Eine Hochspannung wird zwischen der leitfähigen Schicht (ITO-Schicht) 24 des Targets 12 und der Elektronenkanone 13 angelegt. Dadurch entstehen starke elektrische Felder in der amorphen Halbleiterschicht 25a, um einen Lawinen­ effekt in der amorphen Halbleiterschicht 25a zu erzeugen. Dies vermehrt die elektrischen Ladungen exponentiell zur Erhöhung der elektrischen Potentiale. Um diesen Lawinen­ effekt zu erzeugen, sind starke elektrische Felder in der Größenordnung von 10⁸V/m erforderlich. Dies wird relativ einfach dadurch erreicht, daß die amorphe Halbleiterschicht 25a so dünn wie oben beschrieben ausgebildet ist. Die Ver­ mehrung der elektrischen Ladungen erhöht die elektrischen Potentiale der photoleitfähigen Schicht 25 sehr stark. Die Abschnitte der fotoleitfähigen Schicht 25, die nicht der Röntgenstrahlung ausgesetzt sind, verbleiben jedoch auf niedrigem Potential.

Die zweidimensionale Verteilung von elektrischen Poten­ tialen auf der photoleitfähigen Schicht 25 wird mittels eines Elektronenstrahls ausgelesen. Dabei emittiert die Elektronenkanone 13 einen Elektronenstrahl "e" zum Target 12 hin. In einem von dem Elektronenstrahl "e" beaufschlag­ ten Abschnitt fließt ein dem Potential proportionaler Strom zwischen dem Target 12 und der Elektronenkanone 13. Folglich werden an entgegengesetzten Enden eines Wider­ stands R Spannungssignale erhalten. Der Elektronenstrahl "e" wird durch eine nicht gezeigte Ablenkspule abgelenkt, um das Target 12 zweidimensional abzutasten. Als Resultat wird die Verteilung der elektrischen Potentiale auf der photoleitfähigen Schicht als elektrische Bildsignale aus­ gelesen. Diese elektrischen Signale werden durch eine Kamerasteuereinheit (CCU = Camera Control Unit) 2 in Vi­ deosignale umgewandelt, welche einem Fernsehmonitor 3 übermittelt werden. Als Ergebnis wird ein Röntgendurch­ leuchtungsbild des Objekts 4 auf dem Schirm des Fernseh­ monitors 3 angezeigt. Mit dieser Röntgenbildaufnahmeröhre 1 werden Röntgenstrahlen in sichtbare Strahlen umgewandelt und elektrische Ladungen entsprechend der Intensität der sichtbaren Strahlen erzeugt. Diese elektrischen Ladungen werden durch den Lawineneffekt verstärkt, um starke elek­ trische Signale auch bei auftreffenden Röntgenstrahlen niedriger Dosis zu erhalten. Die Röntgenbildaufnahmeröhre 1 erfordert wenige Schritte für die Umwandlung von Rönt­ genstrahlen in elektrische Signale, um geringes Rauschen zu erzeugen. Folglich haben die auf dem Schirm des Fern­ sehmonitors 3 erscheinenden Röntgendurchleuchtungsbilder hohe Werte für Helligkeit und Kontrast mit einem großen S/N-Verhältnis. Da die amorphe Halbleiterschicht 25a dünn ausgebildet werden kann, ist es einfach, die photoleit­ fähige Schicht 25 mit einer großen Fläche und einer ein­ heitlichen Materialstärke herzustellen. Als Ergebnis kann die Röntgenbildaufnahmeröhre 1 eine große Apertur mit einem weiten Sehfeld entsprechend der Größe eines zu unter­ suchenden Bereiches aufweisen. Mit der großen Apertur der Röntgenbildaufnahmeröhre 1 kann die Elektronenkanone 13 ebenfalls vergrößert werden, um einen erhöhten Strom für Auslesezwecke zu schaffen, wodurch die dynamischen Be­ reiche der Signale vergrößert werden.

Das auf dem Substrat 21 gebildete Fluoreszenzelement 22 mit einer Nadelkristallstruktur aus CsI:Na definiert eine geriffelte Fläche mit einer Rippenhöhe "h" in der Größen­ ordnung von 2 µm, wie in Fig. 3 gezeigt. Wegen dieser Rif­ felung kann die darauf über die sehr dünne leitfähige Schicht 24 auf getragene photoleitfähige Schicht 25 keine einheitliche Dicke aufweisen. Wenn eine Hochspannung zwi­ schen der leitfähigen Schicht 24 und der Elektronenkanone 13 angelegt ist, neigen starke elektrische Felder zur lokalen Konzentration in der amorphen Halbleiterschicht 25a der photoleitfähigen Schicht 25. Daher können derartige Orte Funken o.a. ausgesetzt sein, wodurch Pixel zerstört werden.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wird angestrebt, die Ober­ fläche des Fluoreszenzelements 22 zu glätten. Vorzugsweise sollte die Rippenhöhe "h" auf der Oberfläche des Fluores­ zenzelements 22 0,1 µm oder kleiner sein. Es ist jedoch zu bemerken, daß große wellenförmige Schwankungen keine lo­ kale Konzentration von elektrischen Feldern in der amor­ phen Halbleiterschicht 25a erzeugen. Daher sind solche Niveaudifferenzen, auch wenn sie 0,1 um überschreiten, akzeptabel.

Zweite Ausführungsform

Diese Ausführungsform weist eine als glatte Zwischenschicht eingefügte dünne Glasplatte zwischen einem Fluoreszenzele­ ment 22 und einer leitfähigen Schicht 24 auf.

Es wird auf Fig. 4, die eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform zeigt, Bezug genommen.

Das Target 12 in dieser Ausführungsform hat ein Substrat 21, ein auf einer von der Auftrefffläche verschiedenen Fläche des Substrats 21 gebildetes Fluoreszenzelement 22, eine als glatte Zwischenschicht auf dem Fluoreszenzelement 22 gebildete dünne Glasplatte 23, eine auf der Glasplatte 23 gebildete lichtdurchlässige leitfähige Schicht 24 und eine auf der leitfähigen Schicht 24 gebildete photoleit­ fähige Schicht 25.

Das Substrat 1, das Fluoreszenzelement 22, die leitfähige Schicht 24 und die photoleitfähige Schicht 25 haben die gleichen Strukturen wie in der ersten Ausführungsform und werden nicht nochmals beschrieben.

Je dünner die Glasplatte 23 ist, desto besser wird die Streuung von Licht, das aus dem Fluoreszenzelement 22 aus­ tritt, in Richtungen parallel zu dessen Ebenen unterdrückt. Die Glasplatte 23 hat eine Dicke von beispielsweise etwa 50 µm. Zumindest die der leitfähigen Schicht 24 gegenüber­ liegende Fläche der Glasplatte 23 ist geglättet, um eine einheitliche Dicke der photoleitfähigen Schicht 25 zu er­ lauben. Niveaudifferenzen auf dieser Fläche der Glasplatte 23 sind auf 0,1 m begrenzt.

Das Target 12 mit der obigen Struktur wird beispielsweise durch den folgenden Prozeß hergestellt.

Zunächst wird das Fluoreszenzelement 22 auf einer Ober­ fläche der Glasplatte 23 durch Aufbringen von CsI:Na darauf mittels Vakuumverdampfung gebildet. Die leitfähige Schicht 24 ist auf der anderen Oberfläche der Glasplatte 3 durch Aufbringen von ITO mittels Vakuumverdampfung oder Zerstäubung gebildet. Die Sperrschicht 25b, die amorphe Halbleiterschicht 25a und die Sperrschicht 25c werden auf der leitfähigen Schicht 24 in der genannten Reihenfolge mittels Vakuumverdampfung gebildet. Nachdem diese Schich­ ten auf der Glasplatte 24 gebildet sind, wird die dem Fluoreszenzelement 22 gegenüberliegende Fläche der Glas­ platte 23 mit dem Substrat 21 verbunden mittels eines epoxidartigen Klebemittels o. ä. Das Klebemittel sollte von einem Typ sein, der eine minimale Gasmenge in einer ent­ spannten Atmosphäre freisetzt.

In einer wie oben beschrieben konstruierten Röntgenbild­ aufnahmeröhre bewirken einfallende Röntgenstrahlen im Fluoreszenzelement 22 die Emission von Licht, welches durch die dünne Glasplatte 23 und die lichtdurchlässige leitfähige Schicht 24 hindurchtritt hin zur photoleitfähi­ gen Schicht 25. Die Funktion der Vervielfachung elektri­ scher Ladungen der photoleitfähigen Schicht 25 ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform und wird hier nicht beschrieben.

Da gemäß dieser Ausführungsform die leitfähige Schicht 24 und die photoleitfähige Schicht 25 auf einer glatten Fläche der Glasplatte 23 gebildet sind, kann die amorphe Halblei­ terschicht 25a eine gleichförmige Dicke aufweisen, wodurch die lokale Konzentration von elektrischen Feldern in der amorphen Halbleiterschicht 25a vermieden wird.

Dritte Ausführungsform

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Kontur der dritten Aus­ führungsform. Das Target 12 in dieser Ausführungsform hat eine Faserplatte 26 mit geglätteten Flächen, ein Fluores­ zenzelement 22, das mittels Vakuumverdampfung auf einer Fläche (der Röntgenauftreffseite) der Faserplatte 26 ge­ bildet ist, und eine leitfähige Schicht 24 sowie eine photoleitfähige Schicht 25, die auf der anderen Fläche der Faserplatte 26 gebildet sind. Die Faserplatte 26 wirkt als lichtdurchlässige Schicht und ebenfalls als Unterstützungs­ basis für das Fluoreszenzelement 22, die leitfähige Schicht 24 und die photoleitfähige Schicht 25.

Die Faserplatte 26 hat eine Vielzahl von optischen Fasern von sehr kleinem Durchmesser in der Größenordnung von 6 bis 25 µm, gebündelt und gemeinsam verbunden zwischen peripheralen Flächen, die zu 1 bis 3 mm geschnitten sind, um eine dünne Platte zu bilden. Licht wird in einer Rich­ tung der Dicke der Faserplatten 26 transmittiert, jedoch nicht in Richtungen parallel zu ihren Oberflächen. Die Faserplatte 26 ist frei von einem Nachteil der Glasplatte 23, die in der zweiten Ausführungsform eingesetzt wurde. Dies ist, daß im Fall der Glasplatte 23 das Licht von dem Fluoreszenzelement 22 in Richtung der Dicke ebenso wie in Richtungen parallel zu den Oberflächen der Glasplatte 23 transmittiert wird, wodurch die Auflösung reduziert wird. Dies kann vermieden werden durch minimieren der Dicke der Glasplatte 23. Die Glasplatte 23 ist jedoch zerbrechlich und schwer zu handhaben. Bei der Faserplatte 26 wird Licht nicht in Richtungen parallel zu ihrer Oberfläche gestreut. Folglich entsteht auch kein Problem durch dicke Ausbildung der Faserplatte 26 für verbesserte Festigkeit.

Mit dieser Festigkeit ist die Faserplatte 26 als Unter­ stützungsbasis geeignet. Folglich ist das in Fig. 4 ge­ zeigte Substrat 21 entbehrlich mit dem weiteren Vorteil der Vermeidung einer Abschwächung von Röntgenstrahlen. Natürlich ist es möglich, sowohl das Substrat 21 als auch die Faserplatte 26 zu benutzen.

In der ersten und zweiten Ausführungsform ist das Substrat 21 aus Aluminium o.a. gebildet und von der Gestalt einer sphärischen Kurve, wobei das Target 12, wie in Fig. 1 ge­ zeigt, den Elektronenstrahl empfängt, der mit der photoleitfähigen Schicht in Richtungen im wesentlichen senk­ recht dazu kollidiert. Die Faserplatte 26 in der dritten Ausführungsform ist jedoch aufgrund ihrer Struktur schwie­ rig in eine gekrümmte Konfiguration zu formen. Fig. 7 zeigt eine modifizierte Faserplatte 26a, deren Gestalt eine konkave Fläche gegenüber der leitfähigen Schicht 24 aufweist. Der Elektronenstrahl kann dann ausgerichtet sein zur Kollision mit einer photoleitfähigen Schicht 25, die auf der konkaven Fläche in Richtungen im wesentlichen senkrecht dazu gebildet ist.

Vierte Ausführungsform

Fig. 8 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Target­ struktur einer Röntgenbildaufnahmeröhre in einer vierten Ausführungsform.

In dieser Ausführungsform ist ein Fluoreszenzelement 22 auf einer Fläche eines Glassubstrats 21 gebildet. Eine geglättete Harzschicht 27 etwa aus Polyimidharz, Epoxid­ harz o. ä. ist zwischen dem Fluoreszenzelement 22 und einer leitfähigen Schicht 24 eingefügt. Eine photoleitfähige Schicht 25 ist auf der leitfähigen Schicht 24 gebildet. Die Harzschicht 27 ist mittels einem Schleuderbeschich­ tungsverfahren gebildet, bei dem flüssiges Polyimidharz o.a. auf das mit hoher Geschwindigkeit drehende Substrat 21 tropft, wobei die Fläche, auf der das Fluoreszenzele­ ment 22 gebildet wird, nach oben weist. Die resultierende Harzschicht wird gehärtet mittels einer anschließenden Wärmebehandlung. Gemäß diesem Verfahren ist es einfach, die Fläche der Harzschicht 27 zu glätten und die Harz­ schicht 27 dünn auszubilden. Die leitfähige Schicht 24 ist an ihrem einen Ende durch ein leitfähiges Epoxidharz 29 mit einem metallischen Anschluß 28 einer im Substrat 21 eingebetteten elektrischen Verdrahtung elektrisch verbun­ den.

Die oben genannte Harzschicht 27 kann durch eine SiO- oder SiO₂-Schicht, die mittels Plasma-CVD (Chemical Vapor De­ position) oder Zerstäubung auf das Fluoreszenzelement 22 auf gebracht ist, ersetzt werden.

Fünfte Ausführungsform

In jeder der vorhergehenden Ausführungsformen wird eine elektrische Potentialverteilung auf der photoleitfähigen Schicht 25 ausgelesen durch Abscannen des von der einzel­ nen Elektronenkanone 13 emittierten Elektronenstrahls. Dies erfordert unvermeidlich die Verlängerung der Röntgen­ bildaufnahmeröhre in Richtung des Elektronenstrahlwegs. In dieser Ausführungsform werden, um eine Röntgenbildauf­ nahmeröhre von reduzierter Länge zu ermöglichen, Schalt­ elemente anstelle der Elektronenkanone benutzt, um die elektrische Potentialverteilung auf der photoleitfähigen Schicht 25 auszulesen. Die Targetstruktur einer beliebigen der ersten vier Ausführungsformen kann benutzt werden.

Fig. 9 zeigt eine Kontur dieser Ausführungsform.

Die Targetstruktur ist ähnlich zu der in Fig. 2 gezeigten der ersten Ausführungsform. Daher sind ein Fluoreszenz­ element 22, eine leitfähige Schicht 24 und eine photoleit­ fähige Schicht 25 in der genannten Reihenfolge laminiert. Schaltelemente 30 sind zweidimensional gegenüber der Sperrschicht 25b der photoleitfähigen Schicht 25 angeordnet. Die Anzahl der Schaltelemente 30 liegt grob zwischen einigen Hundert mal einigen Hundert und einigen Tausend mal einigen Tausend, wobei dies vom erforderlichen Auf­ lösungsvermögen der Röntgenbildaufnahmeröhre bestimmt wird. Die Schaltelemente 30 sind auf einem isolierenden Substrat 31 gebildet. Dieses isolierende Substrat wirkt als Target­ unterstützungsbasis und folglich wird das in Fig. 2 ge­ zeigte Substrat 21 in dieser Ausführungsform nicht benutzt. Jedoch kann das Substrat 21 ebenfalls hierin verwendet werben.

Die Schaltelemente 30 sind gebildet aus Dünnfilmtransi­ storen (TFT = Thin Film Transistors) oder Dünnfilmdioden (TFD). Die erstgenannten sind Transistoren, die jeweils eine Siliziumhalbleiterschicht, eine Isolierschicht und Elektroden aufweisen. Die letztgenannten weisen im allge­ meinen amorphe Siliciumdioden und MIM-Dioden mit jeweils einer Tantalelektrode, einer Tantaloxid- und einer Chrom­ elektrode, in Serie geschaltet, auf.

Die Schaltelemente 30 sind in Matrixform angeordnet und werden von einem Treiberkreis 32 sukzessiv getrieben. Ströme zum Rücksetzen von auf der photoleitfähigen Schicht 25 auftretenden Potentialen auf ein Ursprungspotential werden auf einer Pixelbasis ausgelesen durch einen Signal­ auslesestromkreis 33. Eine Spannungsquelle 34 ist mit der leitfähigen Schicht 24 verbunden zum Anlegen einer Hoch­ spannung an die photoleitfähige Schicht 25.

Ein Beispiel, in dem Siliciumhalbleiter TFTs als Schalt­ elemente 30 benutzt werden, wird im folgenden unter Bezug­ nahme auf Fig. 9 beschrieben.

Zuerst werden Halbleiterelemente in einem Matrixmuster auf einer hinreichend glatten Fläche des isolierenden Sub­ strats 31 gebildet durch ein Dampfphasenwachstumsverfahren wie etwa Plasma CVD, durch Zerstäubung, oder durch Anwen­ dung einer photolithografischen Technik, und Elektroden werden für die besonderen Elemente gebildet. Das isolie­ rende Substrat 31 hat vorzugsweise ein Glassubstrat. Um eine Verschlechterung der Eigenschaften der TFTs zu ver­ meiden, ist ein als alkalifrei bekanntes Glas mit sehr wenig Natrium höchst geeignet. Weiterhin ist der bevor­ zugte Grad der Glattheit derart, daß die Krümmung im Be­ reich einiger Zentimeter nicht 200 µm überschreitet und die Schwankung im Bereich von ungefähr 1 mm einige Nanometer nicht überschreitet. Die Halbleiterelemente können amor­ phes Silicium oder polykristallines Silicium aufweisen.

Bei der Verwendung amorphen Siliciums können die Elemente bei niedriger Temperatur gebildet werden, was einen ökono­ mischen Vorteil darstellt, da kostengünstiges Glas benutzt werden kann. Polykristallines Silicium erlaubt eine größere Trägermobilität innerhalb der TFT-Elemente als amorphes Silicium. Daher ist polykristallines Silicium vom Ge­ sichtspunkt der Gerätecharakteristiken bevorzugt.

Die photoleitfähige Schicht 25 und die leitfähige Schicht 24 werden auf den Halbleiterelementen durch Bedampfen oder Zerstäuben gebildet. Weiterhin wird das Fluoreszenzelement 22 auf der leitfähigen Schicht 24 mittels Bedampfung ge­ bildet.

Da diese Ausführungsform nicht von einem Elektronenstrahl zum Auslesen einer elektrischen Potentialverteilung auf der photoleitfähigen Schicht 25 abhängt, muß das Target nicht in einem Vakuumkolben eingeschlossen sein wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. Wo jedoch das Fluores­ zenzelement 22 CsI:Na aufweist, sollte die gesamte Target­ struktur einschließlich der Schaltelemente 30 bevorzugt abgedichtet sein oder in einem Vakuumbehälter plaziert sein, um eine Verschlechterung der lichtemittierenden Eigenschaften aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption zu ver­ meiden.

Das Auslesen der auf der photoleitfähigen Schicht 25 auf­ tretenden Potentiale wird im folgenden unter Bezugnahme auf den in Fig. 10 gezeigten äquivalenten Stromkreis be­ schrieben.

Die photoleitfähige Schicht 25 schafft strukturell einen Detektorabschnitt, der als Ganzes eine integrale Schicht ist, jedoch elektrisch gesehen Pixel aufweist, die in pa­ rallelen Stromkreisen mit jeweils einem Kondensator und einem Widerstand dargestellt sind. Die integrierte photo­ leitfähige Schicht 25 wird durch die Spannungsquelle 34 auf demselben Potential gehalten.

Das Fluoreszenzelement 22 emittiert beim Eintritt von Röntgenstrahlen Licht, welches der photoleitfähigen Schicht 25 durch die lichtdurchlässige leitfähige Schicht 24 zuge­ führt wird. Wenn das Licht in jeden Pixel der photoleit­ fähigen Schicht 25 eintritt, verändert sich das in dem Kondensator gespeicherte Potential gemäß der Menge des auftreffenden Lichts.

Unter der Annahme, daß der Treiberstromkreis 32 die Zeile [i] auswählt, werden die TFT-Elemente der Zeile [i] einge­ schaltet, um Ströme fließen zu lassen zum Wiederaufladen der jeweiligen Pixel, wodurch die Pixel auf das ursprüng­ liche Potential zurückgesetzt werden. Die Größe dieser Ströme wird als Signale ausgelesen durch den Signalaus­ lesestromkreis 33 jeweils für Spalten [j-1, j, j+1 . . . ].

Die vom Signalauslesestromkreis 33 ausgegebenen Signale können übertragen werden an einen (nicht gezeigten) Tast­ speicherstromkreis, einen (nicht gezeigten- Multiplexer und einen (nicht gezeigten) Analog-Digitalwandler, um als digitale Bildsignale aufgezeichnet zu werden. Eine geeig­ nete (nicht gezeigte) Zeitgeberschaltung kann in das System einbezogen werden, um derartige Signale als analoge Bildsignale wie etwa Fernsehsignale zu benutzen.

Ein Beispiel, wo amorphe Siliciumhalbleiterelemente als Schaltelemente 30 benutzt werden, wird als nächstes be­ schrieben. Die Targetstruktur ist dieselbe wie in Fig. 9.

Zuerst wird amorphes Silicium auf eine hinreichend glatte Oberfläche eines Glassubstrats mittels eines Dampfphasen­ wachstumsverfahrens aufgetragen. Dann werden Diodenele­ mente mittels einer photolithografischen Technik gebildet. Jedes Diodenelement weist eine Treiberelektrode und eine Signalausleseelektrode auf, wobei die Elektroden in dem Matrixmuster angeordnet sind. Dann werden die photoleit­ fähige Schicht 25, die leitfähige Schicht 24 und das Fluoreszenzelement 22 in der genannten Reihenfolge auf den Diodenelementen gebildet.

Die Diodenelemente auf einer durch den Treiberstromkreis ausgewählten Zeile werden eingeschaltet. Dann werden Sig­ nale entsprechend den auf der photoleitfähigen Schicht 25 auftretenden Potentialen aus den jeweiligen Pixeln durch den Signalauslesestromkreis ausgelesen.

Ein weiteres Beispiel, wo MIM-Elemente als Schaltelemente 30 eingesetzt sind, wird als nächstes beschrieben.

Tantalhaltiges Metall wird auf eine hinreichend geglättete Fläche des Glassubstrats mittels Zerstäubung aufgebracht. Danach werden ungewünschte Abschnitte mittels einer photo­ lithografischen Technik entfernt.

Als nächstes wird die Oberfläche des tantalhaltigen Me­ talls durch anodische Oxidation oxidiert, um Tantaloxid zu bilden. Weiterhin wird Chrom durch Zerstäubung aufgetragen und ungewünschte Abschnitte wie im Fall des Tantal ent­ fernt.

Nach der Bildung von MIM-Dioden durch den obigen Prozeß werden die photoleitfähige Schicht 25 und die lichtdurch­ lässige Schicht 24 auf diesen Elementen gebildet, gefolgt von der Bildung des Fluoreszenzelements 22.

Die MIM-Elemente auf einer von dem Treiberstromkreis aus­ gewählten Zeile werden eingeschaltet. Dann werden Signale entsprechend den auf der photoleitfähigen Schicht 25 auf­ tretenden Potentialen von den jeweiligen Pixeln ausgelesen durch den Signalauslesestromkreis.

Dieses Beispiel ist ökonomisch, da die Elemente durch eine geringe Anzahl von Schritten gebildet sind. Ein Beispiel, worin eine dünne Glasplatte zwischen ein Fluoreszenzele­ ment und eine leitfähige Schicht eingefügt ist, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben.

Ein Fluoreszenzelement 22 ist auf einer dünnen, glatten Glasplatte 23 gebildet. Abgesehen davon sind Schaltele­ mente 30, eine photoleitfähige Schicht 25 und eine leit­ fähige Schicht 24 auf einem Glassubstrat 31 gebildet. Die beiden Teile sind durch ein optisches Klebemittel 35 ver­ bunden. Obwohl nicht gezeigt, kann vorteilhaft eine Polyimidschicht auf der leitfähigen Schicht 24 gebildet sein, um die verbundenen Flächen zu glätten und die Elemente zu schützen.

Wo beispielsweise das Fluoreszenzelement 22 gebildet ist aus CsI:Na, welches bekanntermaßen eine mit den Tempera­ turen der zu beschichtenden Fläche (d. h. der Substrattem­ peratur) stark variable kristalline Struktur hat, ist ein geeigneter Substrattemperaturbereich zwischen 200 und 400°C.

Gemäß diesem Verfahren der Benutzung einer dünnen Glas­ platte 23 können die Schritte zur Bildung der photoleit­ fähigen Schicht 25, der Schaltelemente 30 u.ä. separat vom Schritt der Bildung des Fluoreszenzelements 22 ausgeführt werden. Folglich kann das Fluoreszenzelement 22 gebildet werden, ohne eine Verschlechterung der Eigenschaften der photoleitfähigen Schicht 25 und der Schaltelemente 30 auf­ grund von Wärme in Kauf zu nehmen. Dies macht eine Tem­ peratursteuerung am besten geeignet für Dampfbeschichtung von CsI:Na.

Weiterhin ist es unnötig, eine Temperaturerhöhung auf der zu beschichtenden Fläche, wo die Dampfbeschichtung mit einer hohen Rate fortschreitet, zu berücksichtigen. Daher kann CsI:Na in kurzer Zeit aufgebracht werden und das Fluoreszenzelement 22 unter optimalen Bedingungen gebildet werden, ohne eine Verschlechterung der photoleitfähigen Schicht u.ä. zur Folge zu haben.

In dem in Fig. 11 gezeigten Beispiel kann die Glasplatte 23 durch eine Faserplatte, die in der dritten Ausführungs­ form beschrieben, ersetzt werden.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel der Benutzung einer Faserplatte.

Eine leitfähige Schicht 24 und eine photoleitfähige Schicht 25 sind jeweils durch Zerstäubung und Dampfbe­ schichtung auf eine Oberfläche einer optisch polierten Faserplatte 26 aufgebracht. Ein Fluoreszenzelement 22 ist auf der anderen Fläche der Faserplatte 26 gebildet. Jede dieser Komponenten ist eine einzelne Schicht, die nicht in jeweilige Pixel aufgeteilt ist. Die Schichten können re­ lativ einfach gebildet werden, ohne eine hochpräzise Po­ sitioniertechnik wie etwa Photolithografie zu erfordern.

Andererseits sind Schaltelemente 30 in einer Matrixanord­ nung auf einem Glassubstrat 31 gebildet. Ein leitfähiges Klebemittel 36 wird benutzt zur Verbindung der Schaltele­ mente 30 mit der photoleitfähigen Schicht 25 auf der Faserplatte 26.

Das leitfähige Klebmittel kann kommerziell erhältliches Silber als eine Hauptkomponente davon aufweisen. Es ist weiterhin möglich, die Schaltelemente 30 und die photo­ leitfähige Schicht 25 bei niedriger Temperatur zu verbin­ den mittels halbkugelartigen Lötaugen für die jeweiligen Pixel, oder diese Komponenten mittels einer quecksilber­ haltigen Masse zu verbinden.

In diesem Beispiel sind das Fluoreszenzelement 22 und die photoleitfähige Schicht 25 auf derselben Faserplatte 26 gebildet. Zuerst kann das Fluoreszenzelement 22 auf einer Oberfläche der Faserplatte 26 gebildet werden, während die letztere erwärmt ist. Danach kann die photoleitfähige Schicht 25 auf der anderen Fläche der Faserplatte 26 ge­ bildet werden. Dies ist effektiv in der Vermeidung von Störungen aufgrund von Wärme in den Eigenschaften der photoleitfähigen Schicht 25 während der Bildung des Fluo­ reszenzelements 22.

Fig. 13 zeigt eine weitere Modifikation der fünften Aus­ führungsform.

In diesem Beispiel sind ein Fluoreszenzelement 22, eine Harzschicht (oder SiO- oder SiO₂-Schicht) 27, eine leit­ fähige Schicht 24 und eine photoleitfähige Schicht 25 in der genannten Reihenfolge auf einem Aluminium- oder Glas­ substrat 21 gebildet. Wie andererseits beispielsweise in Fig. 12 gezeigt, sind Schaltelemente 30 in einem Matrix­ muster auf einem unterschiedlichen Glassubstrat 31 gebil­ det. Die Schaltelemente 30 sind mittels einem leitfähigen Klebmittel 36 mit der photoleitfähigen Schicht 25 auf dem Substrat 21 verbunden.

Sechste Ausführungsform

In dieser Ausführungsform werden Elektronenstrahlen von einer Vielzahl linearer Kathoden abgelenkt und durch eine Elektronenstrahlsteuereinheit gesteuert, um ein Target abzutasten und eine elektrische Potentialverteilung auf einer photoleitfähigen Schicht auszulesen. Diese Konstruk­ tion erreicht eine dünne Röntgenbildaufnahmeröhre.

Eine Röntgenbildaufnahmeröhre nach dieser Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben.

Diese Ausführungsform benutzt das in der ersten Ausfüh­ rungsform beschriebene Target 12. Daher sind das Substrat 21, das Fluoreszenzelement 22, die leitfähige Schicht 24 und die photoleitfähige Schicht 25 in der genannten Reihen­ folge von der Röntgenstrahlauftreffseite her angeordnet. Alternativ kann die Targetstruktur eine der in der zweiten Ausführungsform (Fig. 4), der dritten Ausführungsform (Fig. 6) und der vierten Ausführungsform (Fig. 8) be­ schriebenen aufweisen.

Ein Elektronenstrahlerzeugungsmechanismus ist gegenüber der photoleitfähigen Schicht 25 des Targets 12 zum Aus­ lesen einer elektrischen Potentialverteilung auf der photoleitfähigen Schicht 25 angeordnet. Dieser Mechanismus hat, sukzessiv von links nach rechts in Fig. 14 angeordnet, Gegenelektroden 41, lineare Kathoden 42, die als Elektro­ nenstrahlquellen arbeiten, vertikal konvergierende Elek­ troden 43a und 43b, vertikal ablenkende Elektroden 44, Elektronenstrahlsteuerelektroden 45, eine horizontal kon­ vergierende Elektrode 46, horizontal ablenkende Elektroden 47, elektronenstrahlbeschleunigende Elektroden 48 und eine verzögernde Elektrode 49. Das Target 12 und der Elek­ tronenstrahlerzeugungsmechanismus sind in einem flachen Vakuumglaskolben eingeschlossen.

Jede der als Elektronenstrahlquelle arbeitende lineare Kathode 42 ist sich horizontal erstreckend unterstützt, um einen Elektronenstrahl mit einer linearen horizontalen Ausdehnung zu erzeugen. Eine Vielzahl solcher linearer Kathoden 42 ist in geeigneten Abständen vertikal angeord­ net. Diese Ausführungsform umfaßt 63 lineare Kathoden 42 (von denen zweckmäßigerweise nur vier in Fig. 14 gezeigt sind). Diese linearen Kathoden 42 sind beispielsweise durch Beschichten der Oberfläche von Wolframdrähten von 10 bis 29,4 µm Durchmesser mit einem oxidhaltigen Kathodemate­ rial gebildet. Wie später beschrieben, werden die linearen Kathoden 42 sukzessiv von oben nach unten angesteuert, um Elektronenstrahlen jeweils für eine bestimmte Zeit aus zu­ senden. Die linearen Kathoden 42 können durch eine Viel­ zahl von konischen Elektroden in einer zweidimensionalen Anordnung ersetzt sein.

Die Gegenelektroden 41 haben Funktionen zur Erzeugung von Potentialgradienten mit den später beschriebenen verikal konvergierenden Elektroden 43a, um die Erzeugung von Elek­ tronenstrahlen von anderen linearen Kathoden 42 als der zur Aussendung eines Elektronenstrahls für eine feste Zeit angesteuerte lineare Elektrode zu verhindern und die Aus­ breitung der Elektronenstrahlen nur in Vorwärtsrichtung zu erlauben. Die Gegenelektrode 41 kann aus einem leitfähigen Material auf einer inneren Rückwand des oben genannten Glaskolbens gebildet sein.

Die vertikal konvergierende Elektrode 43a ist von der Form einer leitfähigen Platte 51, die eine Vielzahl von horizon­ tal länglichen Schlitzen 50 jeweils gegenüber den linearen Kathoden 42 definiert. Jeder der von den linearen Kathoden 42 emittierten Elektronenstrahlen läuft durch einen der Schlitze 50, um vertikal zu konvergieren. Jeder Schlitz 50 kann in Längsrichtung in geeigneten Abständen angeordnete Stäbe aufweisen. Alternativ kann jeder Schlitz 50 in der Form einer Reihe von horizontal in winzigen Abständen an­ geordneten Durchgangslöchern (so daß die Löcher nahezu kontinuierlich ineinander übergehen) sein, um im wesent­ lichen als Schlitz zu wirken. Die vertikal konvergierende Elektrode 43b ist ähnlich zu dieser Elektrode 43a.

Jede der vertikal ablenkenden Elektroden 44 erstreckt sich horizontal über einen Bereich entsprechend einem Zwischen­ abschnitt eines Schlitzes 50. Jede der vertikal ablenken­ den Elektroden 44 hat Leiter 53a und 53b jeweils angewen­ det auf obere und untere Flächen eines isolierenden Substrats 52. Eine vertikal ablenkende Spannung ist zwischen gegenüberliegenden Leitern 53a und 53b zur vertikalen Ab­ lenkung eines Elektronenstrahls angelegt.

In dieser Ausführungsform lenkt ein Paar von Leitern 53a und 53b einen Elektronenstrahl von einer linearen Kathode 42 vertikal zu Positionen entsprechend 16 Zeilen ab. Diese Ausführungsform hat 64 vertikal ablenkende Elektroden 44, um 63 Paare von Leitern entsprechend den 63 linearen Ka­ thoden 42 zu bilden. Folglich werden die Elektronenstrah­ len vertikal abgelenkt, um 1008 horizontale Zeilen auf der photoleitfähigen Schicht 25 des Targets 12 zu beschreiben.

Als nächstes weist jede der Elektronenstrahlsteuerelek­ troden 45 eine leitfähige Platte 55 mit einem vertikal länglichen Schlitz 54 auf. Die Steuerelektroden 45 sind in geeigneten Abständen horizontal angeordnet. Diese Ausfüh­ rungsform hat 100 steuernde leitfähige Platten 55 (obwohl zweckmäßigerweise nur 10 in Fig. 14 gezeigt sind). Die Elektronenstrahlsteuerelektroden 45 empfangen ein Strahl­ auswahlsignal sukzessiv von einer Anfangsseite des hori­ zontalen Abtastens. Jede Strahlsteuerelektrode 45 erlaubt Elektronenstrahlen das Hindurchtreten nur während Perioden eines Strahlauswahlsignalempfangs, wobei die anderen Strahlsteuerelektroden 45 das Hindurchtreten von Elek­ tronenstrahlen stoppen. Jeder der Elektronenstrahlen, die sukzessiv durch die Strahlsteuerelektroden 45 hindurch­ getreten sind, wird zum Auslesen von Signalen von zehn horizontal angeordneten Pixeln (d. h. eine elektrische Po­ tentialverteilung auf der photoleitfähigen Schicht 25) benutzt. In dieser Ausführungsform wird daher die Poten­ tialverteilung auf der photoleitfähigen Schicht horizontal als Signale von 1000 (100×10) Pixeln ausgelesen.

Die horizontal konvergierende Elektrode 46 hat die Form einer leitfähigen Platte 57 mit einer Vielzahl (e.a. 100) von vertikal länglichen Schlitzen 56 jeweils gegenüber den Schlitzen 54 in den Elektronenstrahlsteuerelektroden 45. Jeder der Elektronenstrahlen wird horizontal zu einem dünnen Strahl zusammengezogen entsprechend der Größe eines Pixels.

Jede der horizontal ablenkenden Elektroden 47 hat die Form einer leitfähigen Platte 58, die sich vertikal über einen Bereich entsprechend einem zwischenabschnitt von einem Schlitz 56 erstreckt. Eine horizontal ablenkende Spannung ist zwischen benachbarten ablenkenden Elektroden 47 ange­ legt. Als Ergebnis wird ein zwischen benachbarten ablen­ kenden Elektroden 47 hindurchtretender Elektronenstrahl horizontal abgelenkt, um einen Bereich der photoleitfähi­ gen Schicht 25 entsprechend 10 Pixeln horizontal abzu­ tasten.

Die beschleunigenden Elektroden 48 haben die Form von leitfähigen Platten 59, die sich horizontal in Positionen ähnlich denen der vertikal ablenkenden Elektroden 44 er­ strecken. Die beschleunigenden Elektroden 48 wirken, um die Elektronenstrahlen anzuziehen.

Die verzögernde Elektrode 49 hat die Form eines Maschen­ leiters 60 mit zahlreichen Poren. Die verzögernde Elek­ trode 49 hat eine Funktion zur Verzögerung des Elektronen­ strahls unmittelbar vor der photoleitfähigen Schicht 25 des Targets 12 und zum Führen des Elektronenstrahls zum Eintreten in die photoleitfähige Schicht 25 unter dem richtigen Winkel dazu.

In einer Röntgenbildaufnahmeröhre mit der obigen Konstruk­ tion tritt jeder Elektronenstrahl in die photoleitfähige Schicht des Targets 12 ein und tastet unter dem Einfluß der horizontal ablenkenden Elektroden 47 einen Bereich der photoleitfähigen Schicht 25 entsprechend zehn Pixeln hori­ zontal ab, in eine elektrische Potentialverteilung in diesem Bereich auszulesen. Wenn der Bereich von zehn Pixeln ausgelesen worden ist, werden die Elektronenstrahl­ steuerelektroden 45 geschaltet, um einen Strahlweg hori­ zontal um einen Grad entsprechend zehn Pixeln zu verschie­ ben. Als Resultat tastet der Elektronenstrahl einen nächsten Bereich von zehn Pixeln ab, um die elektrische Potentialverteilung in diesem Bereich auszulesen. Folglich werden die Elektronenstrahlsteuerelektroden 45 sukzessiv geschaltet, um die gesamte elektrische Potentialverteilung über eine horizontale Zeile auf der photoleitfähigen Schicht 25 auszulesen. Nachdem die elektrische Potential­ verteilung über einer Zeile ausgelesen ist, werden die Gegenelektroden 41 und die vertikal konvergierenden Elek­ troden 43a und 43b geschaltet, wodurch ein Elektronen­ strahl der nächst niedrigen linearen Kathode 42 emittiert wird, um eine elektrische Potentialverteilung über einer weiteren horizontalen Zeile auf der photoleitfähigen Schicht 25 in der oben beschriebenen Weise auszulesen. Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne den Geist oder die essentiellen Merkmale davon zu verlassen und entsprechend sollte zur Indikation des Bereichs der Erfindung auf die folgenden Ansprüche Bezug genommen werden anstelle der vorhergehen­ den Beschreibung.

Claims (16)

1. Röntgenbildaufnahmeröhre zur Umwandlung eines übertra­ genen Röntgenbildes in elektrische Signale mit:
einem Fluoreszenzelement zum Empfangen von übertragenen Röntgenstrahlen mit einer zweidimensionalen Verteilung und Umwandeln der übertragenen Röntgenstrahlen in sichtbare Strahlen mit einer zweidimensionalen Vertei­ lung;
einer lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht, die mit einer Fläche des Fluoreszenzelements entgegengesetzt zu dessen Röntgenstrahlauftrefffläche optisch gekoppelt ist, wobei die lichtdurchlässige leitfähige Schicht eine Hochspannung empfängt;
einer photoleitfähigen Schicht, die auf die lichtdurch­ lässige leitfähige Schicht laminiert ist und eine amorphe Halbleiterschicht aufweist, welche Funktionen zur Konversion der durch die lichtdurchlässige leit­ fähige Schicht übertragenen sichtbaren Strahlen mit einer zweidimensionalen Verteilung in elektrische La­ dungen mit einer zweidimensionalen Verteilung und zur Vervielfachung der elektrischen Ladungen mit einer zweidimensionalen Verteilung mittels elektrischer Fel­ der, die durch die an die lichtdurchlässige leitfähige Schicht angelegte Hochspannung gebildet sind, hat; und
einer Signalausleseeinheit zum Abtasten einer Fläche der photoleitfähigen Schicht entgegengesetzt zu deren Auftrefffläche sichtbarer Strahlen, um eine auf der photoleitfähigen Schicht auftretende zweidimensionale elektrische Potentialverteilung als elektrische Signale auszulesen.

2. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die amorphe Halbleiterschicht Selen als eine ihrer Hauptkomponenten aufweist.

3. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die amorphe Halbleiterschicht auf entgegengesetzten Oberflächen jeweils Sperrschichten aufweist zum Verhindern des Eintritts von elektrischen Ladungen in die amorphe Halbleiterschicht.

4. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fluoreszenzelement eine Nadel­ kristallstruktur von Cäsiumjodid (CsI:Na), dotiert mit Natrium (Na), aufweist.

5. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die lichtdurchlässige leitfähige Schicht in engem Kontakt mit dem Fluoreszenzelement gebildet ist, wobei das Fluoreszenzelement eine ge­ glättete Fläche zur Kontaktierung der lichtdurchlässi­ gen leitfähigen Schicht aufweist.

6. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 4, gekennzeich­ net durch eine Zwischenschicht zwischen dem Fluores­ zenzelement und der lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht, wobei die Zwischenschicht mindestens eine glatte Oberfläche gegenüber der lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht aufweist.

7. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine dünne Glas­ platte ist.

8. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Faserplatte mit einer Vielzahl von gebündelten und zwischen Rand­ flächen verbundenen optischen Fasern ist.

9. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faserplatte als Unterstützungs­ basis für eine Targetstruktur mit dem Fluoreszenzele­ ment, der lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht und der photoleitfähigen Schicht wirkt.

10. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faserplatte eine sphärisch aus­ genommene Fläche gegenüber der lichtdurchlässigen leitfähigen Schicht aufweist.

11. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine auf dem Fluoreszenzelement gebildete Harzschicht ist.

12. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine auf dem Fluoreszenzelement gebildete SiO-Schicht ist.

13. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine auf dem Fluoreszenzelement gebildete SiO₂-Schicht ist.

14. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalausleseeinheit eine Sig­ nalelektronenkanone zum zweidimensionalen Abtasten der photoleitfähigen Schicht mit einem Elektronenstrahl aufweist.

15. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalausleseeinheit eine Gruppe von Schaltelementen in zweidimensionaler Anordnung auf der photoleitfähigen Schicht aufweist.

16. Röntgenbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalausleseeinheit einen elek­ tronenstrahlerzeugenden Mechanismus aufweist mit:
einer Vielzahl linearer Kathoden als Elektronenstrahl­ quellen, die nebeneinanderliegen entgegengesetzt zu einer Fläche des Fluoreszenzelements in einer Target­ struktur mit dem Fluoreszenzelement, der lichtdurch­ lässigen leitfähigen Schicht und der photoleitfähigen Schicht;
einer Vielzahl von Gegenelektroden hinter den linearen Kathoden (d. h. auf einer von der Targetstruktur abge­ wandten Seite) und in jeweils korrespondierender Be­ ziehung zu den linearen Kathoden;
einer Vielzahl vertikal konvergierender Elektroden in Vorwärtsrichtung zu den linearen Kathoden und in kor­ respondierenden Beziehungen damit (d. h. auf einer der Targetstruktur gegenüberliegenden Seite) zur Erzeugung eines Potentialgradienten mit den Gegenelektroden, um nur einer ausgewählten der linearen Kathoden das Er­ zeugen eines Elektronenstrahls zu erlauben und den Elektronenstrahl vertikal zu konvergieren und in Vor­ ratsrichtung auszustoßen;
einer Vielzahl vertikal ablenkender Elektroden, die in korrespondierenden Beziehungen zu den linearen Katho­ den angeordnet sind zum vertikalen Ablenken der Elek­ tronenstrahlen, die durch die vertikal konvergierenden Elektroden hindurchgetreten sind;
einer Vielzahl von Elektronenstrahlsteuerelektroden zur Beeinflussung der Elektronenstrahlen, die durch die vertikal ablenkenden Elektroden hindurchgetreten sind, um die Wege dieser Elektronenstrahlen sukzessiv entlang einer horizontalen Zeile zu schalten;
einer Vielzahl horizontal ablenkender Elektroden, die den Elektronenstrahlsteuerelektroden zugeordnet sind zur horizontalen Ablenkung der Elektronenstrahlen, die durch die Elektronenstrahlsteuerelektroden hindurch­ getreten sind;
einer Vielzahl beschleunigender Elektroden, um die Elektronenstrahlen, die durch die horizontal ablenken­ den Elektroden hindurchgetreten sind, zur Targetstruk­ tur hinzuziehen; und
einer verzögernden Elektrode zum Verzögern des Elek­ tronenstrahls, der durch die beschleunigenden Elektro­ den hindurchgetreten ist, vor der Targetstruktur.