DE69107771T2 - Röntgenbildröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung. - Google Patents
Röntgenbildröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenbildröhre und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere eine Röntgenbildröhre mit einem verbesserten Eingangsschirm.
- Eine Röntgenbildröhre (vgl. Z.B. US-A-4 011 454) ist eine Vorrichtung, umfassend einen Vakuumkolben mit einem Eingangs- und einem Ausgangsende, ein das Eingangsende des Kolbens verschließendes Eingangsfenster, einen im Kolben dem Eingangsfenster gegenüberliegend angeordneten Eingangsschirm, eine im Ausgangsende des Kolbens vorgesehene Anode, einen im Ausgangsende des Kolbens angeordneten Ausgangsschirm und im Kolben koaxial zueinander angeordnete und in der Axialrichtung des Kolbens 1 voneinander beabstandete Strahlkonvergenzelektroden. Der Eingangsschirm umfaßt ein(en) Substrat oder Schichtträger, eine aufletzterem geformte Leuchtstoffschicht und eine aufletzterer ausgebildete photoelektrische Schicht.
- Im Betrieb fallen auf ein Untersuchungsobjekt geworfene und durch dieses hindurchgehende Röntgenstrahlen über das Eingangsfenster auf den Eingangsschirm. Sie passieren sodann den Schichtträger und erreichen die Leuchtstoffschicht, welche die Röntgenstrahlen in Licht umwandelt. Die photoelektrische Schicht wandelt das Licht in Elektronenstrahlen um. Die Strahlkonvergenzelektroden konvergieren die Elektronenstrahlen, und die Anode beschleunigt diese Elektronenstrahlen. Die Elektronenstrahlen werden auf die Leuchtstoffschicht des Ausgangsschirms geworfen, der seinerseits Strahlen entsprechend den Röntgenstrahlen emittiert und damit ein Röntgenbild des Untersuchungsobjekts liefert. Die Röntgenstrahlen werden somit in ein sichtbares Bild umgewandelt, das mittels einer Fernsehkamera, einer Punktkamera (spot camera) oder dgl. aufgenommen wird. Das so aufgenommene Röntgenbild wird für Diagnosezwecke benutzt.
- Eine der wesentlichen Charakteristika oder Eigenschaften einer Röntgenbildröhre dieser Art ist deren Auflösungsleistung, d.h. die Fähigkeit, kleinstmögliche trennbare Abbildungen verschiedener Punkte auf einem Objekt zu erzeugen (wiederzugeben). Einer der die Auflösung bestimmenden Faktoren ist die Güte des Eingangsschirms der Röntgenbildröhre.
- Fig. 1 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung des Eingangsschirms einer herkömmlichen Röntgenbildröhre. Gemäß Fig. 1 umfaßt der Eingangsschirm ein(en) Substrat oder Schichtträger 1, eine aufletzterem geformte Eingangsleuchtstoffschicht 2 und eine auf dieser ausgebildete photoelektrische Schicht 3. Der Schichtträger 1 besteht aus einem Werkstoff hoher Röntgentransparenz, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung. Die Eingangsleuchtstoffschicht 2 besteht aus einem Material eines hohen Röntgenstrahlen-Umwandlungswirkungsgrads, wie mit Natrium aktiviertes Cäsiumjodid (CsI:Na). Die photoelektrische Schicht 3 ist ein mehrlagiges Element aus photoelektrischen Materialien, wie Antimon und Alkalimetall. Gemäß Fig. 1 besteht die Eingangsleuchtstoffschicht 2 aus einer Vielzahl von Leuchtstoff-Stengelkristallen 2a.
- In den Leuchtstoff-Stengelkristallen 2a werden durch den Schichtträger hindurch einfallende Röntgenstrahlen 4 in Lichtstrahlen 5 umgewandelt, die sich in allen Richtungen ausbreiten. Diejenigen Strahlen, die sich auf der Umfangsfläche eines jeden Stengelkristalls 2a unter einem Einfallswinkel ≥ 33º, d.h. dem kritischen Winkel D von CsI:Na, ausbreiten, werden total reflektiert und verschlechtern daher die Auflösung der Röntgenbildröhre nicht. Diejenigen Lichtstrahlen, die sich auf der Umfangsf läche eines jeden Kristalls 2a unter einem Einfallswinkel, der kleiner ist als der kritische Winkel D von CsI:Na, ausbreiten, breiten sich jedoch in benachbarte Stengelkristalle 2a aus und wirken darin als Streulicht, wodurch die Auflösung der Röntgenbildröhre unweigerlich verschlechtert wird.
- Zur Verhinderung einer solchen seitlichen Ausbreitung des Lichts ist gemäß der US-A-4 011 454 der Zwischenraum zwischen jedem der einzelnen Stengel (kristalle) mit einem stark lichtabsorbierenden oder lichtreflektierenden Material ausgefüllt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer alternativen Röntgenbildröhre, bei welcher die sich im Eingangsschirm seitwärts ausbreitenden Lichtstrahlen absorbiert oder reflektiert werden, bevor sie die photoelektrische Schicht des Eingangsschirms erreichen, so daß diese Röntgenbildröhre demzufolge eine hohe Auflösung besitzt, und auch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung dieser Röntgenbildröhre.
- Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist deren Gegenstand eine Röntgenbildröhre, umfassend: einen Vakuumkolben mit einem Eingangs- und einem Ausgangsende, einen Eingangsschirm mit einem im Eingangsende des Kolbens angeordneten Schichtträger, einer auf dem Schichtträger ausgebildeten und eine Vielzahl von Leuchtstoff-Stengelkristallen aufweisenden Eingangsleuchtstoffschicht und einer unmittelbar oder mittelbar auf der Eingangsleuchtstoffschicht ausgebildeten photoelektrischen Schicht, einen im Ausgangsende des Kolbens angeordneten Ausgangsschirm, eine im Ausgangsende des Kolbens angeordnete Anode und eine im Kolben angeordnete und längs der Innenfläche des Kolbens verlaufende Strahlkonvergenzelektrode, die gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von optisch opaken bzw. undurchsichtigen Schichten, die in jedem Stengelkristall geformt sind und sich von der Umfangsfläche des Kristalls in Richtung auf seine Achse erstrecken.
- Gemäß einem zweiten Merkmal dieser Erfindung ist deren Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung einer Röntgenbildröhre, umfassend folgende Schritte: Aufdampfen eines vorbestimmten Leuchtstoffs auf einen Schichtträger, um damit auf dem Schichtträger eine aus einer Vielzahl von Stengelkristallen bestehende Eingangsleuchtstoffschicht zu formen, Aufdampfen eines vorbestimmten Materials, um damit auf der Spitze eines jeden Stengelkristalls eine optisch undurchsichtige Schicht auszubilden, Zerstäuben der Oberfläche der optisch undurchsichtigen Schicht, um damit einen Teil der auf der Spitze des Stengelkristalls ausgebildeten optisch undurchsichtigen Schicht zu entfernen, Aufdampfen des vorbestimmten Leuchtstoffs und erforderlichenfalls Wiederholen dieser Schritte, um damit in jedem Stengelkristall eine Anzahl optisch undurchsichtiger Schichten, die von der Umfangsfläche des Stengelkristalls ausgehen, zu erzeugen.
- Da sich die optisch undurchsichtigen Schichten von der Umfangsfläche jedes Stengelkristalls in Richtung auf sein Inneres erstrecken, absorbieren oder reflektieren sie einen etwaigen, sich seitwärts ausbreitenden Lichtstrahl, bevor dieser die photoelektrische Schicht erreicht. Der die optisch undurchsichtigen Schichten aufweisende Eingangsschirm kann eine Verschlechterung oder Beeinträchtigung der Auflösung der Röntgenbildröhre verhindern. Mit anderen Worten: er begünstigt es, der Röntgenbildröhre eine hohe Auflösung zu verleihen.
- Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
- Fig. 1 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Eingangsschirms einer herkömmlichen Röntgenbildröhre,
- Fig. 2 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung einer Röntgenbildröhre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Eingangsschirms der Röntgenbildröhre nach Fig. 2,
- Fig. 4 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung eines der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der Röntgenbildröhre nach Fig. 2,
- Fig. 5 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung anderer Schritte des Verfahrens,
- Fig. 6 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung eines noch anderen Schritts des Verfahrens,
- Fig. 7 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung eines weiteren Schritts des Verfahrens,
- Fig. 8 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung noch eines weiteren Schritts des Verfahrens und
- Fig. 9 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung noch eines weiteren Schritts des Verfahrens.
- Eine erfindungsgemäße Röntgenbildröhre weist die in Fig. 2 dargestellte Ausgestaltung auf. Gemäß Fig. 2 umfaßt die Röntgenbildröhre einen Vakuumkolben 11, ein das Eingangsende des Kolbens 11 verschließendes Eingangsfenster 11a, einen im Eingangsende des Kolbens 11 dem Eingangsfenster 11a gegenüberliegend angeordneten Eingangsschirm 12, eine im Ausgangsende des Kolbens 11 angeordnete Anode 13 und eine im Kolben 11 vorgesehene und sich längs dessen Innenfläche erstreckende Strahlkonvergenzelektrode 15. Das Eingangsfenster 11a besteht aus einem Werkstoff hoher Röntgen(strahlen)transparenz, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung. Der Eingangsschirm 12 umfaßt einen Schichtträger 16 aus einem Werkstoff hoher Röntgen(strahlen)transparenz, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung, eine auf dem Schichtträger 16 geformte Eingangsleuchtstoffschicht 17 aus einem Material eines hohen Röntgenstrahlen-Umwandlungswirkungsgrads, wie mit Natrium aktiviertes Cäsiumjodid (CsI:Na), und eine auf der Schicht 17 ausgebildete photoelektrische Schicht 18. Die Schicht 18 ist ein mehrlagiges Element aus photoelektrischen Materialien, wie Antimon und Alkalimetall. (In Fig. 2 sind auch eine Röntgenröhre 19 und ein Untersuchungsobjekt 20 dargestellt.)
- Fig. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Eingangsschirms 12. Wie aus dieser Figur deutlich hervorgeht, sind die Eingangsleuchtstoffschicht 17 auf dem Schichtträger 16 und die photoelektrische Schicht 18 auf der Eingangsleuchtstoffschicht 17 geformt. Die Eingangsleuchtstoffschicht 17 besteht aus einer Vielzahl von Leuchtstoff-Stengelkristallen 17a, die senkrecht zum Schichtträger 16 verlaufen und mit einem dazwischen gebildeten Spalt oder Zwischenraum voneinander beabstandet sind. Jeder Stengelkristall 17a besitzt einen quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von etwa 10 um.
- Wenn die Stengelkristalle 17a einen Brechungsindex von 1,84 aufweisen, wird jeder Lichtstrahl, der auf die Umfangsfläche eines jeden Kristalls 17a unter einem Einfallswinkel ≥ 33º einfällt, total reflektiert, so daß er nicht mehr aus dem Stengelkristall 17a austritt. Dieser Lichtstrahl kann mithin in keinem Fall die Auflösung der Röntgenbildröhre beeinträchtigen. Jeglicher Lichtstrahl, der auf die Umfangsfläche des Stengelkristalls 17a unter einem Einfallswinkel von weniger als 33º einfällt, wird dagegen total reflektiert und tritt aus dem Stengelkristall 17a aus, wodurch unweigerlich die Auflösung der Röntgenbildröhre herabgesetzt wird.
- Zur Verhinderung einer solchen Beeinträchtigung der Auflösung sind oder werden erfindungsgemäß zahlreiche optische opake bzw. undurchsichtige Schichten 21 aus z.B. Aluminium in jedem Stengelkristall 17a von seiner Umfangsfläche in Richtung auf seine Achse verlaufend erzeugt. Genauer gesagt: diese Schichten 21 werden in dem Abschnitt bzw. Bereich 22 des Kristalls 17a erzeugt, der länger ist als B x tan 33º. Jede optisch undurchsichtige Schicht 21 ist so geneigt, daß sich ihr Innenende 23 näher an der photoelektrischen Schicht 18 befindet als ihr Außenende 24. Aufgrund dieser Neigung (Schrägstellung) absorbiert oder rekflektiert die Schicht 21 jeden Lichtstrahl, der sich zu ihrer Umfangsfläche unter einem Einfallswinkel von weniger als 33º ausbreitet. Infolgedessen erreicht ein solcher Lichtstrahl in keinem Fall die photoelektrische Schicht 18.
- Zweckmäßig sind die optisch undurchsichtigen Schichten 21 möglichst nahe an der photoelektrischen Schicht 18 angeordnet. Dies ist deshalb der Fall, weil (dann) die aus Röntgenstrahlen in dem Bereich eines jeden Stengelkristalls 17a, der sich dicht an der photoelektrischen Schicht 18 befindet, umgewandelten Lichtstrahlen die photoelektrische Schicht 18 erreichen, ohne sich zu den in den Stengelkristallen 17a erzeugten optisch undurchsichtigen Schichten 21 auszubreiten.
- Im folgenden ist die Art und Weise der Erzeugung der optisch undurchsichtigen Schichten 21 in jedem der die Eingangsleuchtstoffschicht 17 bildenden Stengelkristalle 17a erläutert.
- Zunächst wird gemäß Fig. 4 CsI:Na in einer Dampfquelle 26 verdampft und von der Quelle 26 auf den Schichtträger 16 gerichtet. Durch diese CsI: Na-Aufdampfung werden auf dem Schichtträger 16 Stengelkristalle 17a geformt. Die Spitze 17a&sub1; eines jeden Stengelkristalls 17a ist kegelförmig ausgebildet. (In der Schnittansicht von Fig. 4 liegt die Spitze 17a&sub1; in Form eines gleichschenkeligen Dreiecks vor.) Anschließend werden gemäß Fig. 5 das Aufdampfen von CsI:Na gestoppt und Aluminium auf die Spitzen 17a&sub1; der Stengelkristalle 17a aufgedampft, um auf der Spitze 17a&sub1; eines jeden Stengelkristalls 17a eine optisch undurchsichtige Schicht 27 zu erzeugen. Weiterhin werden gemäß Fig. 6 Ionenteilchen 28, wie Ar&spplus; oder F&spplus;, unter einem Winkel von z.B. 30º auf den ausgewählten Bereich der undurchsichtigen Schicht 27 zum Auftreffen gebracht. Als Ergebnis wird dieser Bereich der Schicht 27 entfernt oder abgetragen, so daß nur der restliche Bereich 27 auf der Spitze eines jeden Stengelkristalls 17a zurückbleibt. Hierauf wird gemäß Fig. 8 die Spitze 17a&sub1; jedes Stengelkristalls 17a mit CsI:Na bedampft, um auf der Spitze 17a&sub1; einen Stengelkristall 17a' zu formen. Als Folge dieser Vorgänge wird im Stengelkristall 17a eine etwa 100 Å dicke optisch undurchsichtige Schicht 21 erzeugt. Hierauf werden die anhand der Fig. 5, 6, 7 und 8 erläuterten Schritte wiederholt, bis auf die Fig. 9 gezeigte Weise zahlreiche optisch undurchsichtige Schichten 21 in der Umfangsfläche eines jeden Stengelkristalls 17a erzeugt sind.
- Erfindungsgemäß können die optisch undurchsichtigen Schichten 21 nicht nur aus Aluminium, sondern auch aus Chrom (Cr), Nickel (Ni) oder Nickel-Chrom-Legierung erzeugt werden.
- Die Werkstoffe der den Eingangsschirm 12 bildenden Komponenten bzw. Bauteile sind nicht auf die oben angegebenen beschränkt, vielmehr können auch andere Werkstoffe verwendet werden, sofern sie der Lösung der Aufgabe dieser Erfindung dienlich sind.
- Wie oben beschrieben, werden zahlreiche optisch undurchsichtige Schichten 21 in der Umfangsfläche eines jeden Stengelkristalls 17 erzeugt. Diese Schichten 21 absorbieren oder reflektieren jeglichen sich seitwärts ausbreitenden Lichtstrahl, bevor dieser die photoelektrische Schicht 18 erreicht. Mit dem die optisch undurchsichtigen Schichten 21 aufweisenden Eingangsschirm 12 kann eine Beeinträchtigung der Auflösung der Röntgenbildröhre vermieden werden. Mit anderen Worten: er begünstigt es, der Röntgenbildröhre hohe Auflösung zu verleihen.
- Bei Anwendung dieser Erfindung auf eine Röntgenbildröhre mit einem Eingangsschirm eines effektiven Durchmessers von 23 cm (9 Zoll) zeigte die Röhre eine Auflösung von 60 lp/cm, während die herkömmliche Röntgenbildröhre mit einem 23 cm-(9 Zoll-)Eingangsschirm eine solche von nur 50 lp/cm aufwies.
Claims (5)
1. Röntgenbildröhre, umfassend:
einen Vakuumkolben (11) mit einem Eingangs- und einem
Ausgangsende,
einen Eingangsschirm (12) mit einem im Eingangsende des
Kolbens (11) angeordneten Schichtträger (16), einer auf
dem Schichtträger (16) ausgebildeten und eine Vielzahl
von Leuchtstoff-Stengelkristallen (17a) aufweisenden
Eingangsleuchtstoffschicht (17) und einer unmittelbar
oder mittelbar auf der Eingangsleuchtstoffschicht (17)
ausgebildeten photoelektrischen Schicht (18),
einen im Ausgangsende des Kolbens (11) angeordneten
Ausgangsschirm (14),
eine im Ausgangsende des Kolbens (11) angeordnete Anode
(13) und
eine im Kolben (11) angeordnete und längs der
Innenfläche des Kolbens (11) verlaufende
Strahlkonvergenzelektrode (15),
gekennzeichnet durch
eine Wieizahl von optisch opaken bzw. undurchsichtigen
Schichten (21), die in jedem Stengelkristall geformt
sind und sich von der Umfangsfläche des Kristalls in
PIchtung auf seine Achse erstrecken.
2. Röntgenblldröhre nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die optisch undurchsichtigen Schichten (21)
aus einem Metall aus der Gruppe aus Aluminium, Chrom
und Nickel geformt sind.
3. Verfahren zur Herstellung einer Röntgenbildröhre,
umfassend die folgenden Schritte:
Aufdampfen eines vorbestimmten Leuchtstoffs auf einen
Schichtträger (16), um damit auf dem Schichtträger (16)
eine aus einer Vielzahl von Stengelkristallen (17a)
bestehende Eingangsleuchtstoffschicht (17) zu formen,
Aufdampfen eines vorbestimmten Materials, um damit auf
der Spitze eines jeden Stengelkristalls (17a) eine
optisch undurchsichtige Schicht (21) auszubilden,
Zerstäuben der Oberfläche der optisch undurchsichtigen
Schicht (21), um damit einen Teil der auf der Spitze
des Stengelkristalls (17a) ausgebildeten optisch
undurchsichtigen Schicht (21) zu entfernen,
Aufdampfen des vorbestimmten Leuchtstoffs und
erforderlichenfalls Wiederholen dieser Schritte, um
damit in jedem Stengelkristall (17a) eine Anzahl optisch
undurchsichtiger Schichten (21), die von der
Umfangsfläche des Stengelkristalls (17a) ausgehen, zu
erzeugen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
beim Zerstäuben der Oberfläche der optisch
undurchsichtigen Schicht benutzte Ionengas ein solches aus der
Gruppe Ar&spplus; und F&spplus; ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
beim Zerstäuben der Oberfläche der optisch
undurchsichtigen Schicht benutzte Ionengas ein solches aus der
Gruppe Ar&spplus;, F&spplus; und Xe&spplus; ist.
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