DE69200238T2

DE69200238T2 - Bildverstärkerröhre mit Helligkeitskorrektur.

Info

Publication number: DE69200238T2
Application number: DE69200238T
Authority: DE
Inventors: Yvan Raverdy
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2012-09-12
Also published as: FR2681727B1; EP0533538B1; JPH05205693A; DE69200238D1; EP0533538A1; US5248874A; FR2681727A1

Description

Die Erfindung betrifft Bildverstärkerröhren, insbesondere Röntgen-Bildverstärkerröhren. Sie betrifft insbesondere optische Mittel, die ein Korrigieren der Lichtintensitätsverteilung am Ausgang der Bildverstärkerröhre ermöglichen.
Bildverstärkerröhren sind Vakuumröhren, die einen Eingangsschirm enthalten, der vorne in der Röhre angeordnet ist, sowie ein opto-elektronisches System und einen Beobachtungsschirm für das sichtbare Bild, der hinten in der Röhre auf der Seite eines Ausgangsfensters der Röhre angeordnet ist.
Bei Röntgen-Bildverstärkerröhren enthält der Eingangsschirm außerdem einen Scintillator-Schirm, der die einfallenden Röntgenphotonen in sichtbare Photonen umwandelt.
Die sichtbaren Photonen regen eine Photokathode an, die in Reaktion darauf einen Elektronenfluß erzeugt. Dieser Elektronenfluß wird dann vom opto-elektronischen System übertragen, das die Elektronen fokussiert und auf den Beobachtungsschirm lenkt, genauer gesagt auf einen Kathodolumlneszenzschirm, der allgemein ausgedrückt durch eine oder mehrere Schichten von Leuchtstoffkörnchen gebildet ist; der Kathodolumineszenzschirm emittiert dann ein sichtbares Licht.
Fig. 1 zeigt schematisch eine solche Röntgen-Bildverstärkerröhre.
Die Verstärkerröhre 1 enthält eine Umhüllung 2 aus Glas, deren bezüglich der Röhre vorne gelegenes Ende von einem Eingangsfenster 3 verschlossen ist, das einer Röntgenphotonenstrahlung ausgesetzt ist.
Das den hinteren Abschnitt der Röhre bildende zweite Ende der Umhüllung ist von einem Ausgangsfenster 4 verschlossen, das lichtdurchlässig ist.
Die Röntgenstrahlen werden von einem Scintillatorschirm 5 in Lichtstrahlen umgesetzt. Die Lichtstrahlen regen eine Photokathode 6 an, die in Reaktion darauf Elektronen erzeugt. Diese Elektronen werden der Photokathode 5 entzogen und zum Ausgangsfenster 4 mit Hilfe von verschiedenen Elektroden 7 und einer Anode 8 beschleunigt, die entlang einer Längsachse 9 der Röhre angeordnet sind und das opto-elektronische System bilden.
Im dargestellten Beispiel ist das Ausgangsfenster 4 aus einem transparenten Glasstück gebildet, das in dichter Weise an die Umhüllung 2 angesetzt ist. Dieses Glasstück bildet im dargestellten Beispiel außerdem einen Träger, der einen Kathodolumineszenzschirm 10 trägt, der z. B. aus einem Leuchtstoff gebildet ist.
Das Auftreffen der Elektronen auf den Kathodolumineszenzschirm 10 erlaubt, ein (in der Leuchtkraft verstärktes) Bild zu rekonstruieren, das vorher auf der Oberfläche der Photokathode 6 gebildet wurde. Das Ausgangsfenster 4 aus Glas bildet einen Teil der Umhüllung 2, so daß eine Außenfläche 13 dieses Fensters, die zur Leuchtstoffschicht 10 entgegengesetzt ist, einen Außenabschnitt der Röhre 1 bildet.
Das von der Leuchtstoffschicht 10 angezeigte Bild ist durch ein Glasstück sichtbar, das das Ausgangsfenster 4 bildet. Im allgemeinen sind im Inneren der Röhre in der Nähe des Ausgangsfensters 4 (nicht dargestellte) optische Aufnahmevorrichtungen angeordnet, um dieses Bild durch das Ausgangsfenster hindurch aufzunehmen und seine Beobachtung zu ermöglichen.
Die Verstärkerröhre 1 kann außerdem, wie im dargestellten Beispiel, ein transparentes Plättchen 14 enthalten, das mittels einer Klebstoffschicht 15 auf der Außenfläche 13 des Ausgangsfensters 4 befestigt ist. Das transparente Plättchen 14 bewirkt eine Verbesserung des Kontrasts; zu diesem Zweck besitzt es eine nicht vernachlässigbare Dicke E von z. B. 10 mm. Dies bewirkt, daß die von der Leuchtstoffschicht 10 bezüglich einem zur Ebene des transparenten Plättchens 14 senkrechten Strahl in einem großen Winkel abgegebenen Licht strahlen 16 dazu neigen, aus diesem Plättchen zuin Rand des Plättchens hin auszutreten und daher dazu neigen, das Feld der (nicht dargestellten) oben genannten, optischen Aufnahmevorrichtung zu verlassen.
Aus insbesondere opto-elektronischen Gründen ist die Oberfläche des Eingangsschirms, also die Oberfläche des Eingangsfensters 3 sowie die des Scintillators und die der Photokathoden 5, 6, nicht eben, sondern gewölbt. Daraus folgt bei einer Beleuchtung des Eingangsfensters 3 mit einem gleichmäßigen Röntgenstrahlenbündel, daß die vom Eingangsschirm erzeugte Elektronendichte nicht gleichmäßig ist, was sich am Ausgang der Röhre auf die Helligkeitskurve entlang eines Durchmessers D des Ausgangsfensters auswirkt: Die Helligkeitskurve stellt die Lichtintensität in jedem Punkt des Durchmessers D des Ausgangstensters 4 dar.
Man erkennt, daß diese Kurve allgemein die Gestalt eines Kreisbogens besitzt: Die Helligkeit ist in der Mitte maximal und nimmt deutlich ab, wenn man sich den Rändern nähert. Die Abnahme der Helligkeit an den Rändern im Vergleich zu der der Mitte beträgt gewöhnlich zwischen 25 % und 30 % und kann bei Verstärkerröhren mit einem Ausgangsfenster mit großen Abmessungen 35 % erreichen.
Bei Röntgen-Bildverstärkerröhren wurde im Stand der Technik (europäische Patentschrift EP 0 239 991) bereits vorgeschlagen, die Homogenität der Helligkeit dadurch zu verbessern, daß man der Dicke der den Scintillator 5 bildenden Schicht eine inhomogene Verteilung gibt. Dieses Verfahren führt zu recht guten Ergebnissen, jedoch ist seine industrielle Anwendung schwierig und aufwendig, da insbesondere die Leistungsfähigkeit eines Scintillators sich mit seiner Dicke verändert.
In der Patentschrift US 3 443 104 ist vorgeschlagen, die Inhomogenitäten der Leuchtkraft durch opto-elektronische Mittel zu kompensieren. In der Zusammenfassung der japanischen Patentschrift 61-185852 ist vorgeschlagen, Leuchtkraftfehler aufgrund von Veränderungen der Schirmdicke einer Kathodenstrahlröhre mit einer stirnseitigen Glasplatte zu kompensieren, die sich in entgegengesetzter Richtung verändernde Dicken besitzt.
Eines der Ziele der Erfindung ist es, die Helligkeitskurve einer Bildverstärkerröhre zu verbessern, indem der Unterschied zwischen der Mitte und den Rändern in einer Weise vermindert wird, die einfacher und besser mit den industriellen Anforderungen verträglich ist, ohne daß die weiteren Merkmale beeinträchtigt werden.
Gemäß der Erfindung wird die Korrektur der Helligkeitskurve auf Höhe des Ausgangsfensters mit Hilfe einer Lichtdämpfungsvorrichtung erzielt, die in die Bahn der von dem Kathodolumineszenzschirm abgegebenen Lichtstrahlen in Richtung des Außenraums der Verstärkerröhre eingesetzt ist, und indem dieser Dämpfungsvorrichtung eine Opazität gegeben ist, die nicht gleichförmig ist und die die gewünschte Kompensation ausbildet.
Auf diese Weise wird die Korrektur der Helligkeitskurve bewirkt, ohne auf den Scintillator des Primärschirms einzuwirken, so daß die Erfindung in einer gleichen Weise auf alle Bildverstärkerröhren angewendet werden kann, ob sie nun Röntgenröhren sind oder nicht.
Gemäß der Erfindung ist eine Bildverstärkerröhre mit einem Ausgangsfenster und einem Kathodolumineszenzschirm, der durch das Ausgangsfenster hindurch ein außerhalb der Verstärkerröhre sichtbares Bild liefert, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Vorrichtung zum Dämpfen der Lichtintensität aufweist, die gegenüber dem Ausgangsfenster angeordnet ist und im Bereich einer Mittelzone eine größere Opazität für das Licht als zu den Rändern des Ausgangsfensters hin aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Darin zeigen:
- Fig. 1 den Aufbau einer Röntgen-Bildverstärkerröhre des Standes der Technik, wie bereits beschrieben;
- Fig. 2 schematisch ein Ausgangsfenster, das mit einer Lichtdämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist; und
- Fig. 3 eine gemäß der Erfindung kompensierte Helligkeitskurve.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Rahmens 19 in Fig 1, die insbesondere das Ausgangsfenster 4 einer Bildverstärkerröhre darstellt.
Die außerhalb des Rahmens liegenden, weiteren Teile dieser Röhre sind nicht durch die Erfindung verändert, und es ist zur Vereinfachung der Beschreibung nicht notwendig, diese darzustellen; es kann angenommen werden, daß in diesem Beispiel die Erfindung sich auf eine Verstärkerröhre 1 bezieht, die der in Fig. 1 dargestellten entspricht.
Die Röhre 1 enthält ein Ausgangsfenster 4, das im Inneren der Röhre die Kathodolumineszenzschicht 10 in einer zuin Beispiel von Fig. 1 gleichen Weise enthält.
Gemäß der Erfindung trägt das Ausgangsfenster 4 auf seiner dem Kathodolumineszenzschirm 10 entgegengesetzten Fläche 13 eine Lichtdämpfungsvorrichtung 20, deren Opazität für das Licht sich zwischen ihren Rändern 21 und ihrer Mitte O verändert; die Mitte O liegt auf der Längsachse 9 der Röhre und entspricht auch der Mitte des Ausgangsfensters 4.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Dämpfungsvorrichtung ein Dämpfungselement 25, das aus einem halbdurchlässigen Material gebildet ist. Die Dicke des Dämpfungselements 25 verändert sich von einer großen Dicke EF im Bereich der Mitte O zu einer verminderten Dicke ER an den Rändern 21 des Dämpfungselements. Das Dämpfungselement 25 kann z. B. aus einem im Material getönten Glas (z. B. neutrale Tönung) hergestellt sein, das man gewöhnlich im Handel mit unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeitswerten findet, die z. B. zwischen 50 % und 80 % betragen können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Dämpfungselement 25 die allgemeine Form einer plan-konvexen Linse.
Die an der Helligkeitskurve durch das Dämpfungselement 25 ausgeführte Kompensation ist um so größer, je größer die Dicke in der Mitte O und je geringer sie an den Rändern 21 ist. Insbesondere aus Gründen der Robustheit und der leichten industriellen Herstellbarkeit müssen jedoch die Ränder 21 eine bezüglich der großen Dicke EF der Mitte O nicht vernachlässigbare Dicke ER besitzen, wie im Beispiel von Fig. 2 dargestellt.
Unter den nachfolgend dargestellten, beispielhaft und nicht einschränkend angeführten Bedingungen wurden sehr interessante Ergebnisse unter Verwendung eines Dämpfungselements 25 erhalten, das die allgemeine Form einer plan-konvexen Kreislinse und ein Profil besitzt, das in Fig. 2 dargestellt ist:
- Durchmesser D1 des Dämpfungselements 25 = 30 mm;
- Krümmungsradius P1 des konvexen Abschnittes = 320 mm;
- Wert der größten Dicke EF (in der Mitte O) = 0,7 mm;
- Wert der geringsten Dicke ER (in den Rändern 21) = 0,4 mm;
und Verwendung eines im Material getönten Glases, das eine Übertragung von 70 % des Lichts bei einer Dicke von 0,7 mm gewährleistet.
Fig. 3 zeigt mit durchgezogenen Linien eine Helligkeitskurve 40 am Ausgang einer Bildverstärkerröhre entlang dem Durchmesser des Ausgangsfensters 4, genauer gesagt entlang dem Durchmesser D1 des Dämpfungselements 25 unter den oben genannten Bedingungen.
Entlang der Abszisse ist der Durchmesser D1 und entlang der Ordinate die mit der eingesetzten Dämpfungsvorrichtung 25 gemessene Helligkeit aufgetragen.
Die Kurve 40 zeigt zum Mittelpunkt O ein Helligkeitsmaximum und eine ziemlich deutliche Verminderung zu den Rändern 21 hin, wobei vor den Rändern 21 ein Wert Null erreicht wird, was darstellt, daß der Durchmesser D1 des Dämpfungselements 25 ein wenig größer als der Durchmesser des nutzbaren Feldes am Ausgang der Röhre 1 ist. Die Kurve besitzt die Form eines zur Mitte O abgeflachten Kreisbogens.
Wenn man mit dem Wert 100 % das Helligkeitsmaximum im Bereich der Mitte O bezeichnet, erkennt man, daß der Unterschied kurz vor den Rändern 21 zum Maximum in der Größenordnung von 10 % liegt, was bezüglich des Standes der Technik einer Verbesserung von 10 % bis 20 % entspricht. Dies muß nämlich verglichen werden mit der Differenz von beinah 30 % zwischen den Rändern und der Mitte bei einer Kurve 50 (dargestellt in einer gestrichelten Linie), die die Helligkeit am Ausgang des Ausgangsfensters beim Fehlen der gemäß der Erfindung ausgeführten Korrektur darstellt.
Es ist selbstverständlich einfach, dem Dämpfungselement den Dämpfungskoeffizienten und das Profil zu geben, die das Erhalten einer im wesentlichen geraden und horizontalen Kurve erlaubt, oder auch eine Überkompensation auszubilden, um in einigen Fällen die Anforderungen der zum Aufnehmen des Bildes vorgesehenen optischen Meßvorrichtungen zu berücksichtigen.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß in der Praxis eine gewisse Helligkeitsdifferenz zwischen der Mitte O und den Rändern 21 wünschenswert sein kann, wie in der Kurve 40 dargestellt.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 erkennt man, daß die beispielhaft und nicht einschränkend dargestellte Dämpfungsvorrichtung eine Doppeloptik mit zwei parallelen Flächen 28, 29 bildet: Sie ist gebildet durch zwei komplementäre Teile 25, 27, von denen das erste Teil das Dämpfungselement 25 in Form einer plan-konvexen Linse ist und das zweite Teil zum ersten Teil komplementär ist, also mit plan-konkaver Form, und ein zum konvexen Abschnitt 30 des Dämpfungselements 25 gewölbtes Element 27 bildet; selbstverständlich ist das gewölbte Element 27 lichtdurchlässig. Die beiden Flächen 28, 29 sind zueinander und zur Ebene des Ausgangsfensters 4 und zum Kathodolumineszenzschirm 10 parallel.
Der Vorteil einer solchen Doppeloptik besteht darin, daß sie industriell unabhängig von der Röhre 1 hergestellt und dann an letztere angebracht werden kann, indem sie am Ausgangsfenster 4 einfach z. B. mittels einer Klebstoffschicht 31 befestigt wird.
Das Dämpfungselement 25 kann auch direkt am Ausgangsfenster 4 befestigt sein, z. B. durch Kleben.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die einfachste und natürlichste Befestigungsart für das Dämpfungselement 25 am Ausgangsfenster nicht die geeignetste ist. Die einfachste Befestigungsart für das Dämpfungselement 25 am Fenster 4 besteht nämlich darin, das Dämpfungselement mit der ebenen Fläche 28 des Dämpfungselements 25 in Anlage am Ausgangsfenster anzuordnen, also zum Kathodolumineszenzschirm 10 gerichtet.
Im Gegensatz dazu ist es jedoch aus den nachfolgend gegebenen Gründen einpfehlenswert, das Dämpfungselement 4 entgegengesetzt auszurichten, also mit seinem konvexen Abschnitt 30 zum Ausgangsfenster 4 und damit zum Kathodolumineszenzschirm 10 gerichtet; dies gilt sowohl für den Fall, daß das Dämpfungselement 25 in einer Doppeloptik angebracht ist, als auch für den Fall, daß es direkt auf dem Ausgangsfenster 4 angebracht ist. Im letzten Fall ist der vom in Fig. 2 dargestellten, gewölbten Element 27 eingenommene Raum vom Klebstoff ausgefüllt; man findet im Handel gewöhnlich lichtdurchlässige Klebstoffe, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen, die dann so gewählt sein können, daß sie in der Nähe der Indizes der verwendeten transparenten Materialien liegen.
Das Dämpfungselement 25 korrigiert die Helligkeitskurve am Ausgang der Röhre in gleicher Weise für die eine oder für die andere der beiden oben angegebenen, möglichen Ausrichtungen. Jedoch erzeugt das Vorhandensein des Dämpfungselements 25 einen zusätzlichen vorteilhaften Effekt, der sich in einer starken Verbesserung des Kontrasts bemerkbar macht. Diese Verbesserung des Kontrasts resultiert daraus, daß am Ausgangsfenster 4 ein Element angebracht ist, das die Lichtdurchlässigkeit vermindert; es werden die zur Senkrechten der Ebene des Ausgangsfensters parallelen Strahlen weniger gedämpft, also die zur Längsachse 9 parallelen Strahlen, und es werden die geneigten Strahlen stärker gedämpft, da sie einen längeren absorbierenden Weg zurücklegen; die geneigten Strahlen sind die den Kontrast verschlechternden Strahlen.
Wenn das Dämpfungselement mit seinem konvexen Abschnitt 30 zum Ausgangsfenster 4 gerichtet angebracht ist, wie in Fig. 2 dargestellt und wie es empfohlen ist, ist die Dämpfung aufgrund des durchquerten absorbierenden Weges La (im Dämpfungselement) für die Strahlen r1, r2, die um einen gleichen Winkelbetrag a1 geneigt sind und in das Dämpfungselement 25 an der gleichen Stelle B, jedoch mit unterschiedlichen Richtungen eintreten, die gleiche.
Wenn dagegen das Dämpfungselement 25 in der entgegengesetzten (nicht dargestellten) Ausrichtung angebracht ist, also mit seiner ebenen Fläche 26 in Anlage am Ausgangsfenster 4, sind für geneigte Strahlen, z.B. r1, r2, die in das Dämpfungselement 25 an der gleichen Stelle seiner ebenen Fläche 26 eintreten, die absorbierenden Wege unterschiedlich; dies führt zum Ausbilden einer veränderlichen Dämpfung der geneigten Strahlen in Abhängigkeit von ihrer Richtung.
Die Korrektur der Helligkeitskurve gemäß der Erfindung kann in einer im wesentlichen gleichen Weise bei allen Arten von Bildverstärkerröhren angewendet werden, die einen Scintillatorschirm besitzen oder nicht, da das die Korrektur ausbildende Dämpfungselement 25 außerhalb der Verstärkerröhre angebracht sein kann. Deshalb besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil darin, daß die Verstärkerröhre und das Dämpfungselement 25 unabhängig voneinander hergestellt werden können. Ein bereits angebrachtes Dämpfungselement 25 kann ohne Schaden für die Verstärkerröhre eventuell durch ein anderes ausgetauscht werden, das eine unterschiedliche Korrektur ausbildet.

Claims

1. Bildverstärkerröhre mit einem Ausgangsfenster (4), einem Kathodolumineszenzschirm (10), der durch das Ausgangsfenster hindurch außerhalb der Bildverstärkerröhre (1) ein sichtbares Bild liefert, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Vorrichtung (20) zum Dämpfen der Lichtintensität aufweist, die in Ausrichtung auf das Ausgangsfenster (4) angeordnet ist und im Bereich einer Mittelzone (O) eine größere Opazität für das Licht als zu den Rändern (21) des Ausgangsfensters (4) hin aufweist.

2. Verstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (20) ein Dämpfungselement (25) enthält, dessen Opazität für das Licht mit seiner Dicke (EF, ER) zunimmt.

3. Verstärkerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (25) bei seiner Mitte (O) eine größere Dicke (EF) als zu seinen Rändern (21) hin aufweist.

4. Verstärkerröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (25) die allgemeine Form einer plan-konvexen Linse hat.

5. Verstärkerröhre nach einem der Ansprüche 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (25) eine ebene Fläche (28) aufweist und daß seine Dicke (EF, ER) sich in bezug auf diese ebene Fläche ändert.

6. Verstärkerröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche (28) des Dämpfungseleinents (25) entgegengesetzt zum Kathodolumineszenzschirm (10) gerichtet ist.

7. Verstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (20) am Ausgangsfenster (4) außerhalb der Verstärkerröhre befestigt ist.

8. Verstärkerröhre nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (25) durch Kleben am Ausgangsfenster (4) befestigt ist.

9. Verstärkerröhre nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (20) ferner ein für Licht durchlässiges Teil (27) enthält, dessen Form komplementär zu der des Dämpfungselements (25) ist, damit sie mit letzterem eine Doppeloptik mit parallelen Flächen (28, 29) bildet.

10. Bildverstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Röhre vom Röntgentyp ist.