DE69008673T2 - Eingangsschirm für eine röntgenbildverstärkerröhre. - Google Patents
Eingangsschirm für eine röntgenbildverstärkerröhre.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Eingangsschirm für eine Röntgenbildverstärkerröhre.
- Röntgenbildverstärkerröhren ermöglichen die Umformung eines Röntgenbildes in ein sichtbares Bild, im allgemeinen für eine medizinische Untersuchung.
- Diese Röhren weisen einen Eingangsschirm, ein elektronisches Optiksystem sowie einen Bildschirm zur Beobachtung des sichtbaren Bildes auf.
- Der Eingangsschirm weist einen Szintillator auf, der die einfallenden Röntgenphotonen in sichtbare Photonen umwandelt, die dann eine Photokathode anregen, die allgemein aus einem alkalischen Antimonid gebildet ist, z.B. aus mit Cäsium dotierten Kaliumantimonid. Die so angeregte Photokathode erzeugt einen Elektronenfluß.
- Der aus der Photokathode austretende Elektronenfluß wird dann durch das elektronische Optiksystem übertragen, das die Elektronen fokussiert und auf einen Beobachtungsschirm lenkt, der aus einem Leuchtstoff besteht, der dann ein sichtbares Licht emittiert. Dieses Licht kann dann beispielsweise durch ein Fernseh- Kino- oder Photosystem verarbeitet werden.
- Bei den aktuellsten Ausführungen weist der Eingangsschirm ein von dem Szintillator überdecktes Aluminiumsubstrat auf, der seinerseits von einer elektrisch leitenden und transparenten Schicht z.B. aus Indiumoxid überdeckt ist. Die Photokathode ist auf dieser transparenten Schicht aufgebracht.
- Die Röntgenstrahlen treffen den Eingangsschirm auf der Seite des Aluminiumsubstrats und durchqueren dieses Substrat, um dann das den Szintillator bildende Material zu erreichen.
- Die von dem Szintillator erzeugten Leuchtphotonen werden in etwa in alle Richtungen emittiert. Allerdings wählt man zur Erhöhung der Auflösung der Röhre als Szintillatormaterial im allgemeinen eine Substanz wie Cäsiumiodid, das die Eigenschaft hat, in Form von zu der Fläche senkrechten Kristallen zu wachsen, an der sie aufgebracht sind. Die so aufgebrachten Nadelkristalle neigen dazu, das Licht senkrecht zur Oberfläche zu führen, wodurch eine gute Bildauflösung gefördert wird.
- Allerdings werden diese Leuchtphotonen auch nach hinten emittiert, d.h. sie gehen wieder zur Ankunftsseite der Röntgenstrahlen ab. Diese Photonen treffen auf das Aluminiumsubstrat mit einem zufälligen Einfallswinkel auf. Sie werden durch das Alumuniumsubstrat nach vorne, also zur Photokathode reflektiert, aber die Bahn dieser Photonen ist so, daß man zu einem Auflösungsverlust kommt: bei einem gleichen Einfallswinkel der Röntgenphotonen kann es zur Erzeugung von Elektronen an verschiedenen Punkten in der Photokathode kommen.
- Fig. 1 veranschaulicht diesen Auflösungsverlust, indem sie nebeneinander die verschiedenen Bahnen zeigt, denen zwei Leuchtphotonen folgen, die aus dem Aufprall eines Röntgenphotons auf dem Szintillator stammen, wodurch es zur Bildung von Elektronen an verschiedenen Punkten der Photokathode kommt. In Fig. 1 sind das allgemein gewölbte Aluminiumsubstrat 10, das die Eingangsseite bildet, durch die die Röntgenstrahlen ankommen, der Szintillator 12 aus Cäsiumiodid, dessen zur Oberfläche senkrechten Kristalle zur Kanalisierung der Leuchtphotonen neigen, die transparente, leitende Unterschicht 14 und die Photokathode 16 zu erkennen.
- Man könnte ins Auge fassen, zwischen dem Aluminiumsubstrat 10 und der Szintillatorschicht 12 eine Licht absorbierende schwarze Schicht anzuordnen, damit keine Reflexionen an der Aluminiumoberfläche auftreten und damit nicht aus aus einer solchen Reflexion stammenden Leuchtphotonen Elektronen in der Photokathode erzeugt werden.
- Allerdings ist dies schwierig, da das Aufbringen von solchen Schichten nicht sehr gut bekannt ist: ist diese absorbierende Schicht eine Metallschicht, dann ist ihre Absorption schwer einzustellen; je nach den Aufbringbedingungen ist die Metallschicht entweder absorbierend oder reflektierend. Falls die absorbierende Schicht ein schwarzes Glas ist (ein mit Metallteilchen durchsetztes Glas), dann ist sie schwer aufzubringen; die Dinge werden nicht dadurch erleichtert, daß der Schirm gewölbt ist. Falls dann die absorbierende Schicht eine aus organischen Stoffen hergestellte Schicht ist, dann ist sie mit den im Inneren der Röhre herrschenden Vakuumbedingungen schwer zu vereinbaren.
- Das Dokument FR-A-2 623 659 beschreibt eine absorbierende Schicht, die aus Titannitrid, aus Cadmiumsulfid oder (Cu, PbI&sub2;) besteht.
- Erfindungsgemäß ist vorgeschlagen, daß ein Eingangsschirm hergestellt ist, bei dem zwischen dem Substrat und den Szintillator eine dünne Antireflexschicht liegt, die (gegenüber den von dem Szintillator emittierten Wellenlängen) transparent oder schwach absorbierend ist.
- Man hat nämlich festgestellt, daß bei Bildverstärkerröhren eine transparente oder schwach absorbierende Antireflexschicht viel einfacher aufzubringen und zu verwenden ist als eine undurchlässige Schicht.
- Diese transparente Antireflexschicht ist dann eine Schicht aus einem Material mit einer Brechungszahl, die über derjenigen der Szintillatorschicht liegt. Ihre Dicke ist experimentell so gewählt, daß der Reflexionskoeffizient minimiert ist. Diese Dicke liegt in der Größenordnung eines Zehntels der von dem Szintillator emittierten Längenwelle, um eine Antireflexwirkung zu erhalten: die Dicke kann in der Größenordnung von 400 bis 6000 Å liegen, wenn der Szintillator sichtbares Licht emittiert (allgemeiner Fall).
- Als schwach absorbierende Antireflexschicht wird man bevorzugt Indiumoxid oder auch ein Oxid von Antimon, Zinn oder Wismut oder aber eine Kombination aus diesen Oxiden wie Indiumzinnoxid wählen, das gewöhnlich mit der Benennung ITO bezeichnet ist. Diese Oxide befinden sich bevorzugt im Zustand maximaler Oxidation (In&sub2;O&sub3; für Indium, SnO&sub2; für Zinn, Sb&sub2;O&sub3; für Antimon, Bi&sub2;O&sub3; für Wismut). Diese Materialien haben unter anderem den Vorteil, daß sie eine hohe Brechungszahl aufweisen.
- Man kann auch ins Auge fassen, daß die Schicht in Wirklichkeit eine Übereinanderlagerung von mehreren Schichten ist, insbesondere eine Übereinanderlagerung mit fortschreitender Abnahme der Brechungszahl (vom Substrat zum Szintillator).
- Alle oben angegebenen Materialien weisen nicht nur den Vorteil auf, daß sie sehr leicht anzuwenden sind, sondern auch eine gute Kompatibilität mit Cäsiumiodid, und sie verbessern die Haftung der Szintillatorschicht auf dem Substrat.
- Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen
- - Fig. 1, die bereits beschrieben wurde, den Stand der Technik mit einer Erklärung des Auflösungsverlusts aufgrund der nach hinten emittierten und an dem Aluminiumsubstrat reflektierten Photonen; und
- - Fig. 2 ein Schema zum Aufbau des Eingangsschirms einer Bildverstärkerröhre nach der Erfindung.
- In Fig. 2 ist der Aufbau des Bildschirms nach der Erfindung dargestellt.
- Man geht von einem Substrat 10 aus, das bevorzugt eine Aluminiumfolie mit der Form eines Rotationsparaboloiden ist. Das Substrat kann auch eine Legierung auf der Basis von Aluminium sein. Seine Dicke liegt in der Größenordnung eines halben Millimeters. Für diese Dicke besitzt es eine gute Transparenz gegenüber Röntgenstrahlen (mit einer Energie in der Größenordnung von 60 keV in der herkömmlichen medizinischen Radiologie). Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Innenfläche des Substrats durch Eintauchen in Soda satiniert ist.
- Erfindungsgemäß wird auf diesem Substrat eine dünne, transparente Antireflexschicht 20 aufgebracht. Sie besteht bevorzugt aus Indiumoxid In&sub2;O&sub3; und kann eine Vorzugsdicke zwischen 400 und 2000 Å aufweisen.
- Sie wird durch Verdampfung von Oxid im Vakuum oder auch durch reaktives Kathodensputtern ausgehend von einem Oxid aufgebracht. Es kann aber auch eine Verdampfung oder ein Sputtern von Metall mit nachfolgender thermischer Oxidation durchgeführt werden (bei Temperaturen von einigen hundert Grad: schon bei 350ºC erhält man eine Oxidation des Indiums). Diese Techniken sind herkömmlich und im übrigen für die Schicht 14 von Fig. 1 verwendet.
- Die so aufgebrachte Antireflexschicht haftet gut an dem Aluminiumsubstrat.
- Dann wird auf der Antireflexschicht eine Szintillatorschicht 12 mit einer Dicke von einigen hundert Mikron, z.B. 400 Mikron aufgebracht. Diese Schicht wird aus einem alkalischen Halogenid hergestellt, wobei (mit Natrium oder Thallium dotiertes) Cäsiumiodid bei diesem Anwendungstyp zur Zeit am häufigsten verwendet wird.
- Cäsiumiodid emittiert beispielsweise eine Wellenlänge von etwa 4300 Å (blaues Licht), wobei diese Wellenlänge mit der Dotierung des Iodids schwanken kann. Seine Brechungszahl liegt bei etwa 1,7.
- Es ist zu bemerken, daß die transparente oder schwach absorbierende Schicht 20 eine Brechungszahl aufweisen muß, die über derjenigen der Szintillatorschicht liegt, um die Rolle einer Antireflexschicht zu spielen. Dies ist dann der Fall, wenn die transparente Schicht aus Indiumoxid besteht (Brechungszahl höher als 2) und der Szintillator aus Cäsiumiodid besteht.
- Was die der Antireflexschicht zu gebende Dicke angeht, so läßt sich sagen, daß sie theoretisch in Abhängigkeit von den Brechungszahlverhältnissen (zwischen ihrer Brechungszahl und der des Szintillators), den emittierten Lichtwellenlängen, den Reflexionswinkeln, die man speziell ausschalten will, zu berechnen ist. Allerdings ist diese Berechung in der Praxis sehr schwierig, da die Oberfläche des Aluminiums nicht glatt ist, sondern ein satiniertes Gefüge aufweist, und da das Cäsiumiodid unregelmäßig aufgebracht wird. Folglich wird die der Schicht 20 zu verleihende, optimale Dicke durch Experimente festgelegt, damit sie die gewünschte Rolle einer Antireflexschicht spielen kann. Diese Dicke liegt dann in der Größenordnung der von dem Szintillator emittierten Wellenlänge, z.B. zwischen 400 und 2000 Å für einen herkömmlichen Cäsiumiodid-Szintillator, der ein blaues Licht emittiert.
- Das Cäsiumiodid oder die anderen alkalischen Halogenide haften hervorragend auf der Antireflexschicht. Die Differenzausdehnungsbelastungen zwischen Aluminium, Indiumoxid und Cäsiumiodid sind völlig akzeptabel, und die chemische Kompatibilität zwischen dem Cäsiumiodid und der Antireflexschicht ist ebenfalls sehr gut. Dies ist wichtig, da Cäsiumiodid ein sehr reaktiver Stoff ist.
- Nach der Bildung der Szintillatorschicht 12 wird eine leitende, transparente Schicht 14 aufgebracht, deren Rolle insbesondere darin besteht zu gewährleisten, daß die Photokathode gleichmäßig auf Masse gelegt wird. Diese Schicht ist außen mit einer Masse verbunden. Sie ist transparent, um nicht die Übertragung der Leuchtphotonen von dem Szintillator 12 zu der Photokathode zu stören. Sie besteht bevorzugt aus Indiumoxid. Sie könnte auch ein anderes Halbleiteroxid wie Zinnoxid oder Antimonoxid oder eine Kombination wie ITO sein. Sie weist eine Dicke von einigen hundert Ångström auf.
- Dann wird auf dieser transparenten Schicht eine Photokathodenschicht 16 aufgebracht, die im allgemeinen durch ein alkalisches Antimonid wie SbKCs gebildet ist. Die Schicht ist sehr dünn (etwa 150 bis 200 Å).
Claims (9)
1. Eingangsschirm für eine Röntgenbildverstärkerröhre mit
einem Träger (10), der eine Szintillatorschicht (12) trägt,
dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Antireflexschicht
(20), die gegenüber der von der Szintillatorschicht
emittierten Wellenlänge transparent oder schwach absorbierend ist,
zwischen dem Träger und der Szintillatorschicht liegt.
2. Eingangsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die transparente Antireflexschicht (20) aus einem
Material mit einer Brechungszahl besteht, die über derjenigen
der Szintillatorschicht liegt.
3. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antireflexschicht (20) aus Indiumoxid
besteht.
4. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antireflexschicht aus Antimon-,
Zinn- oder Wismutoxid besteht.
5. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antireflexschicht aus einer
Kombination von Oxiden aus der Gruppe der Oxide von Indium, Antimon,
Zinn und Wismut, insbesondere aus Indiumzinnoxid besteht.
6. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexschicht eine
Übereinanderlagerung von verschiedenen Schichten ist.
7. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Szintillatorschicht auf der Basis
von Cäsiumiodid gebildet ist.
8. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger aus Aluminium oder einer
Legierung auf der Basis von Aluminium besteht.
9. Eingangsschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß eine leitende, transparente Schicht (14)
auf der Szintillatorschicht und eine Photokathodenschicht
(16) auf dieser leitenden, transparenten Schicht aufgebracht
ist.
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