DE69026901T2

DE69026901T2 - Bildröhre

Info

Publication number: DE69026901T2
Application number: DE69026901T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Kinoshita; Tatsuya Matsumura
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-10-19
Also published as: EP0424148A3; US5095243A; EP0424148B1; DE69026901D1; JPH03134943A; EP0424148A2; JP2857181B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildröhreneinrichtung und insbesondere betrifft sie eine Bildröhreneinrichtung, die auftreffende elektromagnetische Wellen in Elektronen umwandelt und ein Bild auf der Grundlage der derart erzeugten Elektronen ausgibt.
Es sind verschiedene Einrichtungen zum Umwandeln elektromagnetischer Wellen, wie Röntgenstrahlen, die von einem Gegenstand übertragen werden, in Elektronen und zum Ausgeben eines beobachtbaren Bildes des Gegenstands auf der Grundlage der derart erzeugten Elektronen entwickelt worden.
Eine herkömmliche Bildbeobachtungseinrichtung umfaßt eine fotoelektrische Umwandlungseinrichtung, um einfallende elektromagnetische Wellen in Elektronen umzuwandeln;
eine Beschleunigungseinrichtung, um die von der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung emittierten Elektronen entlang einer Richtung zu beschleunigen, die im allgemeinen identisch mit der Einfallsrichtung einer elektromagnetischen Welle ist; und
eine Bildausgabeeinrichtung, um die durch die Ablenkeinrichtung eingeführten Elektronen in ein Ausgangsbild umzuwandeln.
In solchen herkömmlichen Bildbeobachtungseinrichtungen ist der Leuchtstoffschirm zu der Richtung ausgerichtet, entlang der Fotoelektronen beschleunigt werden, die durch eine Fotokathode erzeugt worden sind. Da es schwierig ist, alle einfallenden Röntgenstrahlen in Elektronen umzuwandeln, ist es manchmal der Fall, daß ein Teil der einfallenden Röntgenstrahlen gerade durch die Fotokathode hindurchgeht, ohne in Elektronen umgewandelt zu werden, und dann auch auf den Leuchtstoffschirm auftrifft. Dies trifft besonders zu, wenn die Fotokathode auf dem dünnen Substrat gebildet ist, da eine größere Anzahl von Röntgenstrahlen übertragen werden. Da die übertragenen Röntgenstrahlen nicht durch die elektromagnetische Fokussierungsspule beeinflußt werden, laufen sie geradeaus und treffen auf die Mikrokanalplatte und den Leuchtstoffschirm auf. Als ein Ergebnis tragen die hindurchgelassenen Röntgenstrahlen zu dem Ausgang des Leuchtstoffschirms als Hintergrundrauschen bei.
Man kann denken, daß ein Abschirmungsglied in dem Laufweg der Röntgenstrahlen vorgesehen werden könnte. Jedoch kann, da die Ausbreitung eines Fotoelektronenbündels, das von einem Punkt der Fotokathode emittiert wird, in der Ebene senkrecht zu seiner Laufrichtung klein ist, das Fotoelektronenbündel selbst das Abschirmglied treffen, und daher wird die auftreffende Röntgenstrahlung, die diesem bestimmten Fotoelektronenbündel entspricht, nicht zu einem sichtbaren Ausgangsbild beitragen. Somit löst das Bereitstellen eines solchen Abschirmglieds das obige Problem nicht.
US-A-3 463 960 offenbart einen Sichtwinkelbetrachtungseinrichtung, in der von einer Fotokathode emittierte Elektronen um einen 90º Bogen innerhalb einer Bildröhre auf einen Sichtschirm abgelenkt werden, um eine indirekte Betrachtung eines Bildes zu ermöglichen, während die Augen geschützt werden.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Bildröhreneinrichtung geschaffen, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Bildröhreneinrichtung geschaffen, wie sie in Anspruch 2 beansprucht ist.
In solchen Einrichtungen werden die einfallenden, elektromagnetischen Wellen durch die fotoelektrische Umwandlungseinrichtung in Fotoelektronen umgewandelt, die dann entlang einer Richtung, im allgemeinen identisch zu der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle, beschleunigt werden. Jedoch werden die beschleunigten Fotoelektronen durch die Ablenkeinrichtung so abgelenkt, daß sie eine Laufrichtung annehmen, die von der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle verschieden ist, bevor sie die Bildausgangseinrichtung erreichen. Da elektromagnetische Wellen, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung übertragen werden, geradeaus laufen, fallen nur die Fotoelektronen auf die Bildausgangseinrichtung auf. Deshalb beeinflussen die elektromagnetischen Wellen, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung übertragen werden, den Ausgang der Bildausgangseinrichtung nicht, und das Hintergrundrauschen, das von den übertragenen, elektromagnetischen Wellen herstammt, kann verringert werden.
Besondere Ausführungsformen der Einrichtungen gemäß dieser Erfindung werden nun beschrieben und dem Stand der Technik unter Bezugnahme auf die beigefügten zeichnungen gegenübergestellt, in denen:
Fig. 1 die allgemeine Konstruktion einer Bildröhreneinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 die allgemeine Konstruktion einer Bildröhreneinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 3 die allgemeine Konstruktion einer Röntgenstrahlbildvergrößerungs-Betrachtungseinrichtung zeigt.
Eine herkömmliche Röntgenstrahlbild-Vergrößerungssichteinrichtung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Sichteinrichtung 10 bestrahlt einen Gegenstand 12 mit Röntgenstrahlen, die von einer Röntgenstrahlquelle 11 emittiert werden. Die von dem Gegenstand 12 hindurchgelassenen Röntgenstrahlen treffen auf ein Fenster 13 auf und werden dann durch eine Röntgenstrahl- Vergrößerungsbilderzeugungseinrichtung 14 als Bild erzeugt. Eine Fotokathode 15 ist an der Bilderzeugungsstelle der Bilderzeugungseinrichtung 14 vorgesehen und wandelt die Röntgenstrahlen in Elektronen um. Die Fotokathode 15 ist auf einem Haltesubstrat 15a gebildet, das ausreichend dünn ist, um Röntgenstrahlen hindurchzulassen. Die derart erzeugten Fotoelektronen werden mittels einer Beschleunigungselektrode 16 entlang einer allgemein zu der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen identischen Richtung beschleunigt, mittels einer elektromagnetischen Fokussierungsspule 17 fokussiert, und treffen schließlich auf eine Mikrokanalplatte (nachfolgend als MCP abgekürzt) 18 auf, die in der Elektronenlaufrichtung vorgesehen ist. Die Elektronen werden durch die Mikrokanlaplatte MCP 18 vervielfacht und treffen auf einen Leuchtstoffschirm 19 auf, wo sie in ein sichtbares Lichtbild umgewandelt werden. Indem das sichtbare Lichtbild durch beispielsweise eine Fernsehkamera 20 aufgenommen wird, wird ein vergrößertes Röntgenstrahlbild des Gegenstands 12 beobachtbar.
Fig. 1 zeigt die allgemeine Konstruktion einer Bildröhreneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Bildröhreneinrichtung ist vom Typ der sogenannten "Zoom- Röhre", die ihre Empfindlichkeit in dem Röntgenstrahlenbereich hat und ihren Vergrößerungsfaktor verändern kann.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Bildröhreneinrichtung mit einer Vakuumröhre 1 ausgerüstet, die an ihrem mittleren Abschnitt gekrümmt ist. An ihrem einen Ende ist ein Fenster 2a vorgesehen, das aus Beryllium (Be) hergestellt ist. Eine Fotokathode 2 ist auf der inneren Oberfläche des Fensters 2a gebildet. Das heißt, das Fenster 2a wirkt auch als ein Haltesubstrat der Fotokathode 2. Das Berylhumfenster 2a wird wegen seines großen Durchlaßgrads für Röntgenstrahlen verwendet.
Innerhalb der Röhre 1 ist eine Beschleunigungselektrode 5 angeordnet, die von der Fotokathode 2 emittierte Fotoelektronen entlang der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen beschleunigt. In der Nähe des anderen Endes der Röhre 1 ist eine Mikrokanalplatte MCP 4 zum Vervielfachen der auf sie auftreffenden Fotoelektronen angeordnet. Ferner ist ein Leuchtstoffschirm 3 zum Umwandeln der Elektronen, die von der Mikrokanalplatte MCP 4 ausgegeben werden, in sichtbares Licht auf der inneren Oberfläche der Röhre 1 gebildet. Es wird verlangt, daß die Mikrokanalplatte MCP 4 und der Leuchtstoffschirm 3 außerhalb des Weges der von der Fotokathode 2 übertragenen Röntgenstrahlen angeordnet sind. Ein begrenzender Blendenring 8, um zu verhindern, daß die von der Innenwandung der Röhre 1 reflektierten Röntgenstrahlen in die Mikrokanalplatte MCP 4 eindringen, ist innerhalb der Röhre 1 in der Nähe ihres gekrümmten Abschnittes angeordnet.
Anderereeits ist außerhalb der Röhre 1 eine elektromagnetische Fokussierungsspule 6 vorgesehen, um die beschleunigten Fotoelektronen zu fokussieren und ein vergrößertes Elektronenbild auf der Mikrokanalplatte 4 abzubilden. Außerhalb der Röhre 1 ist an ihrem gekrümmten Abschnitt auch eine elektromagnetische Ablenkspule 7 angeordnet, um die Fotoelektronen entlang der Kurve der Röhre 1 abzulenken.
Im folgenden wird die das Hintergrundrauschen verringernde Arbeitsweise der obigen Bilderzeugungsröhre unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
In der Zeichnung laufen Röntgenstrahlen, die von der linken Seite einfallen, durch das Berylhumfenster 2a hindurch und werden auf der Fotokathode 2 abgebildet. Diese Abbildung der einfallenden Röntgenstrahlen wird in der gleichen Weise wie bei der Einrichtung nach dem Stand der Technik der Fig. 3 durchgeführt, und wird deshalb im einzelnen hier nicht beschrieben. Die auf die Fotokathode 2 auftreffenden Röntgenstrahlen werden in Elektronen umgewandelt. Das heißt, die Fotoelektronen, die der Intensität der einfallenden Röntgenstrahlen entsprechen, werden zu der zu der Einfallsseite der Röntgenstrahlen entgegengesetzten Seite emittiert. Die emittierten Fotoelektronen werden in einer allgemein zu der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen identischen Richtung mittels der Beschleunigungselektrode 5 beschleunigt und auf der Eingangsoberfläche der Mikrokanalplatte MCP 4 abgebildet, um ein vergrößertes Bild mittels der elektromagnetischen Fokussierungsspule 6 zu bilden, die eine Elektronen- Linsenfunktion hat. Während die Fotoelektronen auf der Eingangsoberfläche der Mikrokanalplatte MCP 4 abgebildet werden, werden sie mittels der elektromagnetischen Ablenkspule 7 entlang der Krümmung der Röhre 1 abgelenkt, wie es in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien A angegeben ist. Die Elektronen werden dann durch die Mikrokanalplatte MCP 4 vervielfacht und treffen auf den Leuchtstoffschirm 3 auf, wo sie in sichtbares Licht umgewandelt werden.
Andererseits laufen, da nicht umgewandelte und von der Fotokathode 2 hindurchgelassene Röntgenstrahlen nicht durch die Beschleunigungselektrode 5, die elektromagnetische Fokussierungsspule 6 und die elektromagnetische Ablenkspule 7 beeinflußt werden, diese geradeaus, wie es durch die ausgezogenen Linien B in Fig. 1 angegeben ist, um auf die Innenwand des gekrümmten Abschnitts der Röhre 1 aufzutreffen. Das heißt, die hindurchgelassenen Röntgenstrahlen erreichen nicht unmittelbar die Mikrokanalplatte 4 und beeinflussen deshalb kaum den Ausgang des Leuchtstoffschirms 3, wodurch die von den durchgelassenen Röntgenstrahlen ausgehende Hintergrundrauschkomponente unterdrückt wird. Mit anderen Worten kann, da nahezu nur die Fotoelektronen auf die Eingangsoberfläche der Mikrokanalplatte MCP 4 auftreffen, ein klares, vergrößertes Bild von dem Leuchtschoffschirm 3 erhalten werden.
Selbst wenn die von der Fotokathode 2 übertragenen Röntgenstrahlen auf die Innenwand des gekrümmten Abschnittes der Röhre 1 auftreffen und in Richtung zu der Eingangsoberfläche der Mikrokanalplatte MCP 4 reflektiert werden, werden sie durch den begrenzenden Blendenring 8 abgeschirmt und erreichen die Eingangsoberfläche der, Mikrokanalplatte MCP 4 nicht. Deshalb kann man sagen, daß das Vorhandensein des begrenzenden Blendenrings 8 das Hintergrundrauschen weiter verringert.
Um zu verhindern, daß von der Innenwand reflektierte Röntgenstrahlen die Mikrokanalplatte MCP 4 erreichen, gibt es verschiedene andere Verfahren als die Verwendung des begrenzenden Blendenringes 8. Ein Beispiel solcher Verfahren ist in Fig. 2 gezeigt, in der die durchgelassenen Röntgenstrahlen in eine gerade Röhre 9 eingeführt werden, die mit dem gekrümmten Abschnitt der Röhre 1 verbunden ist. Der Weg der übertragenen Röntgenstrahlen ist durch die ausgezogenen Linien C angegeben.
Es soll hier hervorgehoben werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern, wie es unten beschrieben ist, weitere Abänderungen in Betracht gezogen werden können.
Obgleich sich die obigen Ausführungsformen mit der Bildröhreneinrichtung für die Röntgenstrahlenbilderzeugung befassen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann bei Budröhreneinrichtungen anderer Arten anwendbar sein, beispielsweise einer Schlitzröhreneinrichtung. Ferner sind die Bilder, die durch eine Bildröhre betrachtet werden sollen, nicht auf ein Röntgenstrahlenbild beschränkt, sondern können andere elektromagnetische Wellenbilder sein, wie ein sichtbares Lichtbild, ein ultraviolettes Bild und ein Bild weicher Röntgenstrahlen. Um Bilder in dem ultravioletten Bereich zu beobachten, sollte das Fenster 2a eine Quarzvorderplatte statt der Verwendung eines Berylliumfensters sein. Zur Beobachtung von Bildern weicher Röntgenstrahlen sollte der optische Einfalisweg im Vakuum sein, und das Fenster 2a sollte aus beispielsweise Siliziumnitrid oder einem organischen Dünnfilm hergestellt sein.
Obgleich die obigen Ausführungsformen die Mikrokanalplatte MCP vor dem Leuchtstoffschirm verwenden, um die Fotoelektronen zu vervielfachen, kann die Mikrokanalplatte MCP in dem Fall fortgelassen werden, wenn intensive Röntgenstrahlen empfangen werden.
Obgleich die obigen Ausführungsformen den Leuchtstoffschirm verwenden, um ein Elektronenbild in ein sichtbares Ausgangslichtbild umzuwandeln, kann der Leuchtstoffschirm durch eine gekoppelte Ladungseinrichtung CCD vom Elektronenbombardierungstyp ausgetauscht werden, um Bilddaten zu erzeugen.
Obgleich die obigen Ausführungsformen die elektromagnetische Spule verwenden, um Fotoelektronen abzulenken, können die Fotoelektronen durch elektrostatische Ablenkplatten abgelenkt werden.
Obgleich die obigen Ausführungsformen die elektromagnetische Spule verwenden, um Fotoelektronen zu fokussieren, die von der Fotokathode emittiert worden sind, kann stattdessen eine elektrostatische Elektronenlinse verwendet werden.
Wie es oben beschrieben worden ist, kann gemäß der Bildröhreneinrichtung der Erfindung das Hintergrundrauschen, das von den von der Fotokathode durchgelassenen Röntgenstrahlen herstammt, unterdrückt werden, so daß nur das erwünschte Bild erhalten werden kann, das von den Fotoelektronen getragen wird.

Claims

1. Eine Bildröhreneinrichtung umfassend:

eine Umhüllungsröhre (1), die eine Innenwand hat;

eine fotoelektrische Umwandlungseinrichtung (2) zum Umwandeln einfallender elektromagnetischer Wellen in Elektronen;

eine Beschleunigungseinrichtung (5) zum Beschleunigen der von der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2) emittierten Elektronen in einer im wesentlichen zu der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2) normalen Richtung;

eine Ablenkeinrichtung (7) zum Ablenken der durch die Beschleunigungseinrichtung (5) beschleunigten Elektronen, so daß sie eine Laufrichtung annehmen, die von der Richtung unterschiedlich ist, die im wesentlichen zu der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2) normal ist; und

eine Bildausgabeeinrichtung (3) zum Empfangen der abgelenkten Elektronen und zu ihrem Umwandeln in ein Ausgangsbild,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bildröhreneinrichtung umfaßt

eine Verhinderungseinrichtung (8) um zu verhindern, daß elektromagnetische Wellen, die durch die fotoelektrische Umwandlungseinrichtung (2) hindurchgelassen worden sind, auf die Bildausgangseinrichtung (3) auftreffen, wobei die Verhinderungseinrichtung (8) einen begrenzenden Blendenring (8) zum Abschirmen elektromagnetischer Wellen umfaßt, die durch die fotoelektrische Umwandlungseinrichtung (2) durchgelassen worden sind und die durch die Innenwand der Einhüllungsröhre (1) reflektiert worden sind.

2. Eine Bildröhreneinrichtung umfassend:

eine Umhüllungsröhre (1), die eine Innenwand hat;

dadurch gekennzeichnet, daß die Bildröhreneinrichtung umfaßt

eine Verhinderungseinrichtung (9) um zu verhindern, daß elektromagnetische Wellen, die durch die fotoelektrische Umwandlungseinrichtung (2) hindurchgelassen worden sind, auf die Bildausgangseinrichtung (3) auftreffen, wobei die Verhinderungseinrichtung (9) eine gerade Röhre umfaßt, die sich in einer im wesentlichen zu der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2) normalen Richtung erstreckt, um elektromagnetische Wellen zu empfangen, die durch die fotoelektrische Umwandlungseinrichtung (2) durchgelassen worden sind.

3. Eine Bildröhreneinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, in der die Röhre (1) über ihre Länge so gekrümmt ist, daß sie dem Laufweg der abgelenkten Elektronen angepaßt ist.

4. Eine Bildröhreneinrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, und ferner eine Fokussierungseinrichtung (6) zum Fokussieren von Elektronen, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2) emittiert worden sind, auf die Bildausgangseinrichtung (3) umfassend.