DE69108322T2 - Röntgenbildverstärker und dessen Herstellungsverfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Röntgenbildverstärker und ein Verfahren zu dessen Herstellung; insbesondere betrifft sie solche mit verbesserter Zusammenbau- oder Montagegenauigkeit.
• Ein Röntgenbildverstärker nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der EP-A-0 258 940 bekannt.
• Herkömmlicherweise umfaßt ein Röntgenbildverstärker einen aus Metall oder Glas hergestellten hohlen Vakuumkolben, ein an der Röntgenstrahlen-Einfallsseite geformtes Eingangsfenster, einen dicht am Eingangsfenster vorgesehenen Eingangsschirm, eine Anode zum Beschleunigen des durch den Eingangsschirm aus einer Röntgenstrahlung umgewandelten Elektronenstrahls, mehrere, z.B. drei hohlzylindrische, zwischen dem Eingangsschirm und der Anode angeordnete Fokussierelektroden zum Fokussieren von Elektronen und einen aus optischem Glaswerkstoff hergestellten Ausgangsschirm zum Umwandeln des Elektronenstrahls in ein sichtbares Lichtbild (Bild sichtbaren Lichts) und zum Ausgeben dieses Bilds zur Außenseite.
• Ein solcher Röntgenbildverstärker arbeitet wie folgt
• Zunächst wird ein von einem externen Röntgenstrahler gelieferter und durch ein (Untersuchungs-)Objekt o.dgl. übertragener Röntgenstrahl durch das Eingangsfenster auf den Eingangsschirm geworfen, wobei das so gewonnene Röntgenbild durch den am Eingangsschirm vorgesehenen Fluoreszenz-(Leuchtstoff-)Schirm in ein sichtbares Bild umgewandelt wird. Das sichtbare Bild wird dann auf die ebenfalls am Eingangsschirm vorgesehene photoelektrische Fläche geworfen und in ein Elektronenbild umgewandelt. Die dieses Elektronenbild formenden Elektronen werden mittels einer aus einer Anzahl von Fokussierelektroden bestehenden Elektronenlinse konzentriert (gesammelt). Weiterhin werden die Elektronen durch die Anode beschleunigt und zum Auftreffen auf dem Ausgangsschirm gebracht, der aus einem Leuchtstoff auf optischem Glas besteht und auf dem aus dem vom Lumineszenzmaterial bzw. Leuchtstoff emittierten Licht ein sichtbares Bild erzeugt wird, wenn die einfallenden Elektronen darauf auftreffen.
• Bei einem großen Röntgenbildverstärker dieser Art ist bzw. wird der aus Metall oder Glas bestehende Vakuumkolben aus einer Anzahl von miteinander verschweißten oder verklebten Kolbenelementen geformt. Nach dem Evakuieren dieses Kolbens wird dieser im Vakuumzustand gehalten, wobei der Kolben von der Außenseite her mit einer Kraft mit Druck beaufschlagt wird, die den Kolben selbst deformieren kann. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Verbindungsstellen (oder -fugen), insbesondere Schweiß oder Klebestellen, an denen die Kolbenelemente miteinander verbunden sind, strukturell schwach sind. Zudem müssen diese Kolbenelemente (-bauteile) genau koaxial um die Röhrenachse herum angeordnet sein. Die erwähnten, aus einem Metall bestehenden Fokussierelektroden sind hohlzylindrisch geformt und müssen ebenfalls mit hoher Genauigkeit um die Röhrenachse herum plaziert werden. Da weiterhin an diese Fokussierelektroden unterschiedliche Spannungen angelegt werden, müssen die Elektroden elektrisch voneinander getrennt sein. Fokussierelektroden werden daher herkömmlicherweise mit Hilfe von an der Innenwand eines Vakuumkolbens angeschweißten Elektrodenhaltern fixiert.
• Aus diesem Grund müssen die Elektrodenhalter mit hoher Genauigkeit an der Innenwand des Vakuumkolbens angeschweißt sein bzw. werden; mit dem herkömmlichen Verfahren ist es jedoch nicht möglich, die Elektrodenhalter mit ausreichender Genauigkeit anzuordnen, und wenn doch, so sind dafür sehr aufwendige (Halte-)Vorrichtungen (jigs) erforderlich. Darüber hinaus erfordert ein solcher genauer Schweißvorgang sehr hochentwickelte Technik; er kann daher nur durch hochqualifizierte Techniker ausgeführt werden.
• Außerdem hat in neuerer Zeit der Einsatz von Röntgenbildverstärkern stark zugenommen; dementsprechend besteht ein Bedarf nach großformatigen Röntgenbildverstärkern. Mit zunehmender Größe des Röntgenbildverstärkers wird ein Vakuumkolben nicht mehr aus einem einzigen Element (Bauteil) gefertigt, vielmehr müssen einige Elemente miteinander verbunden werden. Die Verbindungsstellen des Vakuumkolbens sind gegenüber anderen Bereichen vergleichsweise schwach, so daß ihr Montageleistungsgrad sehr schwierig aufrechtzuerhalten ist. Außerdem hängen die Charakteristika der elektrostatischen Elektronenlinse in großem Maße von diesem Montageleistungsgrad ab; wenn die Montagegenauigkeit gering ist, kann die Elektronenlinse ihr Leistungsvermögen nicht in vollem Maß entfalten.
• Die vorliegende Erfindung ist nun mit dem Ziel der Lösung der geschilderten Probleme entwickelt worden; ihre Aufgabe ist die Schaffung eines Röntgenbilds bzw. Röntgenbildverstärkers mit hoher Zusammenbau- oder Montagegenauigkeit.
• Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Röntgenbildverstärkers verbesserter Güte, die durch den hohen Montageleistungsgrad (assembling efficiency) erzielbar ist.
• Ein Röntgenbildverstärker gemäß dieser Erfindung umfaßt: ein Röntgenstrahlen-Eingangsfenster, eine Eingangseinrichtung mit einem Fluoreszenz- oder Leuchtschirm zum Umwandeln eines Röntgenbilds, welches das Eingangsfenster passiert hat, in ein sichtbares Bild und mit einem photoelektrischen Schirm, einen Vakuumkolben aus einer Anzahl von Kolbenelementen, die an Verbindungsstellen derselben miteinander verschweißt sind, eine Ausgangseinrichtung mit einem Fluoreszenz- oder Leuchtschirm zum Übertragen eines vom (aus dem) Röntgenbild umgewandelten Signals und eine Anzahl von Fokussierelektroden, und dieser Röntgenbildverstärker ist dadurch gekennzeichnet, daß er ferner umfaßt: zwischen benachbarte Verbindungsstellen (oder Fugenabschnitte) der den Vakuumkolben bildenden Kolbenelemente eingefügte Haltermittel, wobei die mehreren Fokussierelektroden durch die Haltermittel gehaltert sind, um die Elektronen vom Röntgenstrahlen-Eingangsfenster zu konzentrieren.
• Gegenstand dieser Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgenbildverstärkers, umfassend) einen Vakuumkolben aus einer Anzahl von Kolbenelementen, deren Verbindungsstellen zusammengeschweißt sind, jeweils (schichtartig) zwischen die Verbindungsstellen von Kolbenelementen der Kolbenelemente eingefügten Haltermittel und eine Anzahl von jeweils durch eines der Haltermittel gehalterten oder getragenen Fokussierelektroden, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt Anordnen der Fokussierelektroden an den Haltermitteln, Bilden des Vakuumkolbens durch (schichtartiges) Einfügen der Haltermittel zwischen Verbindungsstellen der Kolbenelemente und anschließendes Verschweißen der Verbindungsstellen der Kolbenelemente miteinander.
• Ein solcher Röntenbildverstärker weist aufgrund der Haltermittel einen hohen Montageleistungsgrad und einen verbesserten Positionierleistungsgrad der Fokussierelektroden auf.
• Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 einen Schnitt durch einen Röntgenbildverstärker gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung,
• Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Querschnitt durch eine Verbindungsstelle des Röntgenbildverstärkers gemäß der ersten Ausführungsform und
• Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Querschnitt durch eine Verbindungsstelle des Röntgenbildverstärkers gemäß der zweiten Ausführungsform.
• Im folgenden sind Ausführungsformen dieser Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
• Ein Röntgenbildverstärker gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt einen Vakuumkolben 10, der aus einer Anzahl von aus Stahl bestehenden, miteinander verschweißten Kolbenelementen 12, 14 und 16 geformt ist, ein Eingangsfenster 18, das an der einen großen Durchmesser aufweisenden Eingangsseite des Vakuumkolbens 10 vorgesehen ist, einen dicht neben dem Eingangsfenster 18 angeordneten Eingangsschirm 20, eine an der einen kleinen Durchmesser besitzenden Ausgangsseite des Vakuumkolbens 10 vorgesehene Anode 22, einen Ausgangsschirm 24 zum Abgreifen (detecting) eines aus einem Röntgenbild umgewandelten optischen Bilds und eine Anzahl von z.B. drei Fokussierelektroden 26, 28 und 30, die zwischen dem Eingangsschirm 20 und der Anode 22 angeordnet sind.
• Im Vakuumkolben 10 sind flache kreisringförmige (donut- shaped) Halter 40 und 42 zwischen den jeweiligen Verbindungs(fugen)flächen der aus Metall bestehenden Kolbenelemente 12, 14 und 16 angeschweißt. Diese Halter 40 und 42 sind für Versteifungszwecke vorgesehen; durch diese Halter werden die strukturell schwachen Verbindungsstellen versteift oder verstärkt, so daß der Vakuumkolben 10 den von außen einwirkenden Druck auszuhalten vermag.
• Für den Einbau der Fokussierelektroden 26 und 28 sind Anbauringe 32 und 36 vorgesehen, die auf einem an den Haltern 40 und 42 fixierten Keramikring 34 plaziert sind. Mittels dieser Anbauringe 32 und 36 sind die Fokussierelektroden 26 und 28 auf die in Fig. 1 gezeigte Weise im Vakuumkolben 10 gehaltert.
• Das Eingangsfenster 18 besteht aus Aluminium (Al) oder einer Aluminiumlegierung, die für Versteifungs- oder Verstärkungszwecke mindestens ein Element wie Si, Cu, Mn und Mg in einer Menge von etwa 5 % oder mehr enthält. Die Dicke des Eingangsfensters beträgt 0,5 bis 2,0 mm. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Eingangsfenster 18 bei dieser Ausführungsform mit einer konvexen Form ausgeführt ist, doch ist die Form des Fensters nicht hierauf beschränkt, vielmehr kann das aus Ti oder einer Ti-Legierung geformte Fenster (auch) mit beispielsweise einer flachen oder einer konkaven Gestalt ausgebildet sein. Dieses Eingangsfenster 18 ist am ersten Kolbenelement 12 angeschweißt, dessen Oberfläche vernickelt ist. Die Dicke der Vernickelungsschicht beträgt 100 µm oder weniger und sollte vorzugsweise 5 - 20 µm betragen. Das aus Stahllegierung hergestellte erste Kolbenelement 12 und das aus Aluminium bestehende Eingangsfenster 18 werden warmgepreßt und dann luftdicht miteinander verbunden.
• Auf den aus Aluminium (Al) hergestellten Eingangsschirm 20 ist eine Fluoreszenz-(Leuchtstoff-)Schicht 20a aus CsI/NaI aufgedampft. Weiterhin ist auf dieser Fluoreszenz-(Leuchtstoff-) Schicht 20a unmittelbar oder über eine leitfähige Schicht ein photoelektrischer Schirm 20b ausgebildet.
• Der aus einem Keramikmaterial geformte Ausgangsschirm 24 ist mit einem Ausgangs-Fluoreszenz-(Leuchtstoff-)Schirm 24a beschichtet. Auf dem Ausgangs-Fluoreszenzschirm ist eine Aluminium-Rückschicht ausgebildet.
• Um dabei gemäß Fig. 2 die zweiten und dritten Kolbenelemente 14 und 16, die ein Teil des Vakuumkolbens 10 bilden, miteinander zu verbinden, sind oder werden ein Flansch 46 des zweiten Kolbenelements 14, ein Flansch 48 des dritten Vakuumkolbens (bzw. Kolbenelements) 16 und der Halter 42 sämtlich über ihre gesamten Oberflächen miteinander verschweißt. Genauer gesagt: der Halter 42 ist oder wird zwischen die Flansche 46 und 48 so eingefügt, daß die Enden aller dieser Teile bündig miteinander abschließen; diese Teile werden mittels einer Schweißstelle oder -naht 50 an ihrem Ende miteinander verschweißt, wodurch der Halter 42 zwischen den Flanschen 46 und 48 festgelegt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß für das Verbinden oder auch Vereinigen eine regional erwärmende Schweißtechnik, beispielsweise die Einsatz- bzw. Schutzgas-Lichtbogenschweißung, angewandt wird.
• Das gleiche Verfahren wird beim Vereinigen der ersten und zweiten Kolbenelemente 12 und 14 angewandt; der Halter 40 wird dazwischen so eingefügt, daß die Enden bündig miteinander abschließen, worauf das Schweißen erfolgt.
• Auch wenn bei der beschriebenen Konstruktion aufgrund einer Druckminderung im Inneren des Kolbens 10 ein externer bzw. von außen einwirkender Druck auf den Kolben 10 wirkt, vermag der Kolben 10 einen solchen externen Druck aufgrund des für die Verbindungsstelle 50 vorgesehenen Halters aus zuhalten, so daß der Kolben keine starke Deformierung erfährt.
• Weiterhin müssen die hohlzylindrischen Fokussierelektroden 26 und 28 koaxial zur Mittelachse der Bildverstärkerröhre angeordnet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Halter 40 und 42, an denen die Fokussierelektroden befestigt sind oder werden, so ausgelegt, daß sie nicht nur eine Verformung bzw. Deformation des Vakuumkolbens 10 verhindern, sondern auch die Lagen der anzuschweißenden Teile für erfolgreiches Positionieren sicherstellen. Wenn diese Ausführungsform bei einem 30,48 cm- (12 Zoll-)Röntgenbildverstärker angewandt wird, kann die Verschiebung der Mittelactisen der Fokussierelektroden 26 und 28 gegenüber der Röhrenachse des Vakuumkolbens 10 auf ein kleines Maß von 0,5 mm oder auch noch weniger unterdrückt werden.
• Im Herstellungsvorgang für diesen Röntgenbildverstärker werden die in einem Vakuumkolben angeordneten Fokussierelektroden zunächst an Haltern fixiert und dann zusammen mit den Kolbenelementen mit dem Kolben verschweißt. Auf diese Weise kann das Anordnen der Fokussierelektroden im Gegensatz zu dem Fall, in welchem sie unmittelbar an der Innenwand eines Vakuumkolbens angeschweißt werden oder sind, sehr einfach durchgeführt werden. Da das Positionieren der Fokussierelektroden abgeschlossen ist, wenn der Halter zwischen den Kolbenelementen angeordnet ist, können die Fokussierelektroden mit sehr hohem Genauigkeitsgrad am Vakuumkolben angeschweißt werden.
• Die zweite Ausführungsform dieser Erfindung ist im folgenden anhand von Fig. 3 beschrieben.
• Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß den Teilen der ersten Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern (wie vorher) und unterschiedliche Teile mit anderen Bezugsziffern bezeichnet sind.
• Abgesehen von der Form der Verbindungsstellen besitzt die zweite Ausführungsform im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste Ausführungsform. Bei der ersten Ausführungsform ist der Halter 42 zwischen die Flansche 46 und 48 eingefügt, um die zweiten und dritten Kolbenelemente 14 und 16 durch Schweißen miteinander zu verbinden. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist dagegen in einem Flansch 146 des zweiten Kolbenelements 114 eine Ausnehmung 160 ausgebildet, in welche ein Halter 142 eingesetzt ist. Wenn der Halter 142 an bzw. in der Ausnehmung 160 plaziert ist, ist der Halter 142 zwischen dem Flansch 146 des zweiten Kolbenelements 114 und dem Flansch 148 des dritten Kolbenelements 116 (schichtartig) eingefügt, worauf alle diese Teile mittels eines Verbindungsabschnitts (an einer Schweiß naht) 150 miteinander verschweißt werden. Da der Haiter 142 vor dem Schweißen bereits in die Ausnehmung 160 eingesetzt ist, schlägt seine Positionierung selten fehl. Dabei sind oder werden die Flansche 146 und 148 an der Verbindungsstelle 150 miteinander verschweißt, während der Halter 142 nicht zusammen mit diesen anderen Teilen angeschweißt wird, während dabei jedoch der Endabschnitt des Halters 142 in die Ausnehmung 160 eingelegt ist.
• Wie beschrieben, dient jeder der an jeder Verbindungsstelle vorgesehenen Halter zum Versteifen oder Verstärken der strukturell schwachen Bereiche, so daß der Vakuumkolben keiner sehr starken Deformation unterworfen ist. Demzufolge kann die Mittelachse der Fokussierelektroden genau koaxial zur Achse der Röhre eingestellt werden. Dies führt zu einem weiteren Vorteil, daß infolge einer gleichmäßigen Einwirkung des externen Drucks auf den Kolben eine Positianierdrift oder -verschiebung auf ein Mindestmaß unterdrückt sein kann.
• Bei der zweiten Ausführungsform werden die Halter in die Ausnehmungen eingesetzt, worauf die Flansche verschweißt werden. Mit anderen Worten: wenn die Halter in die Ausnehmungen eingesetzt sind, ist die Positionierung der Fokussierelektroden abgeschlossen. Es ist daher nur erforderlich, daß die Fokussierelektroden genau an den Haltern angeordnet werden; infolgedessen ist es sehr einfach, die Fokussierelektroden mit hoher Genauigkeit im Vakuumkolben anzuordnen. Darüber hinaus können die Röhrencharakteristika gut sein.
• Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden aus Metall bestehende Halter verwendet, doch können selbstverständlich auch andere Arten von Haltern, z.B. solche aus Keramik, wärmebeständigem Harz und dgl. verwendet werden.
• Weiterhin sind oder werden die Fokussierelektröden mit Hilfe verschiedener Arten von Anbauringen an den Haltern befestigt, doch können sie auch unmittelbar an z.B. aus Keramik bestehenden Haltern befestigt werden.
• Zusammenfassend besitzt somit der Röntgenbildverstärker gemäß dieser Erfindung einen Aufbau, bei dem jedes der Haltermittel für jede der Verbindungsstellen vorgesehen ist, mit oder an denen Kolbenelektroden bzw. -elemente zur Bildung eines Vakuumkolbens miteinander verschweißt sind. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann der durch die Halter verstärkte oder versteifte Vakuumkolben einem externen Druck widerstehen. Der Deformationsgrad des Kolbens kann infolgedessen auf ein Mindestmaß unterdrückt sein, so daß der Positionierleistungsgrad bezüglich der auf die Halter aufgesetzten Fokussierelektroden bedeutend verbessert ist.
• Bei der vorliegenden Erfindung sind kostenaufwendige Halte-Vorrichtungen sowie eine hochentwickelte Technik, wie sie herkömmlicherweise für das Schweißen nötig sind, nicht mehr erforderlich, so daß die Güte der Erzeugnisse und auch die Produktionsleistung beträchtlich verbessert sind.

Claims (9)

1. Röntgenbildverstärker, umfassend:

ein Röntgenstrahlen-Eingangsfenster (19),

eine Eingangseinrichtung (20) mit einem Fluoreszenz- oder Leuchtschirm zum Umwandeln eines über das Röntgenstrahlen- Eingangsfenster übertragenen Röntgenbilds in ein sichtbares Bild und mit einem photoelektrischen Schirm,

einen durch Schweißen von Verbindungsstellen oder durch Schweißverbindungsstellen mehrerer Kolbenelemente (12, 14, 16) geformten Vakuumkolben (10),

eine Ausgangseinrichtung (24) mit einem Fluoreszenz- oder Leuchtschirm zum Leiten eines aus einem Röntgenbild umgewandelten Signals zur Außenseite und

eine Anzahl von Fokussierelektroden (26, 28),

gekennzeichnet durch

zwischen die benachbarten Verbindungsstellen der den Vakuumkolben bildenden Kolbenelemente (schichtartig) eingefügte Haltermittel (40, 42),

wobei die mehreren Fokussierelektroden (26, 28) zum Konzentrieren der Elektronen vom Röntgenstrahlen-Eingangsfenster durch die Haltermittel gehaltert sind.

2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Haltermittel aus Metall hergestellt ist.

3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Haltermittel scheibenförmig mit einer zentralen Öffnung ausgebildet ist.

4. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der Verbindungsstellen der Kolbenelemente eine Ausnehmung geformt ist und jedes der Haltermittel an (in) jeder der Ausnehmungen vorgesehen (angeordnet) ist.

5. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Haltermittel ein Ringmittel aufweist, mit welchem jedes der Haltermittel eine Anzahl von Fokussierelektroden tragen oder haltern kann.

6. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Fokussierelektroden (jeweils) eine hohlzylindrische Form aufweisen.

7. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Fokussierelektroden vorgesehen sind.

8. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei den Vakuumkolben bildende Kolbenelemente vorgesehen sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Röntgenbildverstärkers, umfassend:

einen Vakuumkolben (10) aus einer Anzahl von Kolbenelementen (12, 14, 16), deren Verbindungsstellen zusammengeschweißt sind,

jeweils (schichtartig) zwischen die Verbindungsstellen von Kolbenelementen der Kolbenelemente eingefügte Haltermittel (40, 42) und

eine Anzahl von jeweils durch eines der Haltermittel gehalterten oder getragenen Fokussierelektroden (26, 28),

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnen der Fokussierelektroden an den Haltermitteln,

Bilden des Vakuumkolbens durch (schichtartiges) Einfügen der Haltermittel zwischen Verbindungsstellen der Kolbenelemente und

anschließendes Verschweißen der Verbindungsstellen der Kolbenelemente miteinander.