EP0033894B1

EP0033894B1 - Mehrstufiger Vakuum-Röntgenbildverstärker

Info

Publication number: EP0033894B1
Application number: EP81100574A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Kröner; Walter Dipl.-Phys. Greschat; Peter Römer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE3004351A1; EP0033894A1; JPS5843859B2; DE3163788D1; JPS56123655A; US4362933A

Description

Die Erfindung betrifft mehrstufige Röntgenbildverstärker (RBV) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Bildverstärker sind etwa bekannt aus der US-A-2 555 423.
Bei mehrstufigen Bildverstärkern, bei denen das Röntgenbild zuerst in ein Elektronen-Bild umgewandelt wird, sind die einzelnen, das Elektronen-Bild jeweils durch Beschleunigung im elektrischen Feld verstärkenden Stufen über Schirme miteinander gekoppelt, die als wesentliche Elemente eine Leuchtschicht und eine optisch mit dieser in Kontakt stehende Fotokathodenschicht aufweisen. Diese beiden reaktiven Schichten haben aberfür sich gewöhnlich nur wenig Festigkeit. Sie werden deshalb zu beiden Seiten einer ausreichend stabilen Trägerplatte angebracht, welche das in der Leuchtschicht ausgelöste Licht zu der auf der anderen Seite angebrachten Fotokathodenschicht hindurchlässt.
Der Träger muss so gestaltet sein, dass eine gute «Kontaktkopie» des Leuchtschirmbildes auf der Fotokathode entsteht, d.h., dass der Träger keine Verringerung der Abbildungsschärfe bewirkt. Dies ist z.B. durch die Verwendung von Faseroptikplatten als Träger für die Schichten erreichbar. Sie haben aber den wesentlichen Nachteil, dass sie sehr teuer sind.
Eine Verringerung der Kosten wäre durch die Verwendung durchsichtiger Platten oder Folien, etwas aus Glas, Glimmer bzw. einem vakuumfesten organischen Material (z.B. Polyimid) oder ähnlichem, erreichbar. Dabei darf aber die Dicke der Trägerschicht keine wesentliche Streuung des durchgehenden Lichtes bewirken. Für die in RBV in der Regel brauchbaren Abbildungsschärfen wïen z.B. bis zu 50 um noch zulässig. Auf den Träger wird bei bekannten Verfahren zuerst die Leuchtstoffschicht aufgetragen. Hierauf erfolgt der Einbau in die Bildverstärkeranordnung und schliesslich das Aufbringen der Fotokathodenschicht auf die der Leuchtschicht gegenüberliegende noch freie Fläche des Trägers.
Die meisten in bekannter Weise hergestellten Zwischenschirme weisen ungleichmässige Helligkeits- übertragung über die Fläche auf. Dies ist etwa dadurch erklärbar, dass selbst eine ursprünglich genügend saubere Fläche bei der Sedimentation des Leuchtstoffs auf die eine Seite des Trägers die gegenüberliegende, später mit der Fotokathode zu belegende Seite durch die bei der Herstellung des Leuchtschirms verwendeten Mittel «verschmutzt» wird, weil wegen der Empfindlichkeit der dünnen Folie kein ausreichender Schutz möglich ist. Auf der geringen Stabilität der Folie beruht es auch, dass die «verschmutzte» Fläche nicht nachträglich ausreichend gereinigt werden kann. So werden die lokalen Störungen der Fotokathode und damit ein fleckiges Bild erhalten.
Aus der GB-A-2 016 206 (insbesondere Seite 4, Zeilen 7 bis 27) ist eine Gammakamera bekannt, die einen Bildverstärkerteil aufweist, dessen Eingangsschirm auf einem 1 bis 2 mm dicken Einkristall-Leuchtschirm aufgebaut ist. Dabei ist zwischen dem Schirm und der Fotokathodenschicht eine Sperrschicht etwa aus Cäsiumjodid, Cäsiumjodid-Natrium, Wismutgermanat oder Aluminiumoxid aufgedampft, um die Wirkung von Unreinheiten am Kristall zu verhindern. Falls noch eine zweite Stufe vorgesehen wird, ist diese auf einer Fiberoptikplatte aufgebaut, die als Träger für eine Leuchtschicht und eine weitere Fotokathodenschicht dient. Um sowohl an der Sperrschicht als auch an der Fiberoptikplatte Fotokathoden gleichartigen Aufbaus zu erzielen, muss das zu ihrer Formierung angewandte Verfahren jeweils vorliegendem Substrat angepasst werden. Etwa bei der Herstellung einer Antimon-Cäsium-Fotokathode ist für jedes Substrat eine spezielle Antimonquelle nötig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Bildverstärkern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 den Auswirkugen einer unvermeidbaren Verschmutzung des Trägers der Fotokathode eines Kopplungsschirmes wirksame Mittel entgegenzusetzen, so dass lokale Störungen der Fotokathode vermieden werden, alle Fotokathoden des Bildverstärkers in einem einheitlichen Herstellungsprozess mittels einer einzigen Quelle herstellbar sind und trotzdem eine einheitliche Formierung der Fotokathoden der Bildverstärkerstufen erhalten wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. die Gegenstände der Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung geht davon aus, dass eine saubere Basis für die Fotokathoden dadurch erhalten werden kann, dass vor der Auftragung der Fotokathoden eine saubere Belegung angebracht wird. Ausserdem hat es sich als zweckmässig erwiesen, sowohl am Eingangsschirm als auch am Zwischenschirm Flächen vorzusehen, die gleichartig sind und gleichzeitig eine Sperre gegenüber Einwirkungen aus der Unterlage bilden. Dabei ist allerdings darauf zu achten, dass die Auftragung auf dem Kopplungsschirm dünn sein soll, um den Verlust an Licht und Schärfe gering zu halten, d.h., damit das vom Leuchtschirm in die Fotokathode übertretende Licht nicht ungebührlich absorbiert und gestreut wird.
Durch die zusätzliche Schicht ergeben sich folgende Vorteile:

a) Kathodenverträgliche Diffusionssperre gegen Verunreinigungen der Trägeroberfläche, die sonst zur partiellen «Vergiftung» der Fotokathode führen können.
b) Sowohl auf dem Eingangsschirm als auch auf dem Träger des bzw. der Zwischenschirme wird gleiches Substrat für die Fotokathode erhalten, so dass gleichmässigere Kathoden erzielt werden können.
c) Bei fehlerhafter Herstellung der Fotokathode und Verwendung einer zusätzlichen Schicht aus einem Mittel, das in einer Flüssigkeit löslich ist, die den Träger nicht angreift, kann die Fotokathodenschicht zusammen mit der zusätzlichen Schicht abgewaschen und der Schirm erneut verwendet werden.

Bei z.Z. üblichen Röntgenbildverstärkern, bei denen Cäsiumjodid mit Natrium dotiert (CsJ:Na) als Leuchtstoff des Eingangsschirms verwendet wird, hat sich eine Bedampfung des Kopplungsschirmes mit CsJ:Na als günstig erwiesen. Die Dicke der Bedampfung der später mit der Fotokathodenschicht zu belegenden Flächen sollte wenigstens so stark sein, dass eine dichte Abdeckung der Unterlage erhalten wird. Wenn diese erreicht ist, kann die Aufdampfung mit Cäsiumjodid abgebrochen werden. Eine Obergrenze ist durch die noch akzeptierbare Bildunschärfe gegeben.
Ein Verfahren, das sich als günstig erwiesen hat, besteht darin, dass die «verschmutzte» Oberfläche vor der Belegung mit der Fotokathode mit einer Schicht aus CsJ:Na belegt wird, die 5 bis 10 t-tm dick ist. So wird eine sehr saubere Unterlage für die Fotokathode erhalten. Ausserdem bekommen sowohl der Eingangsschirm als auch der bzw. die Zwischenschirm(e) Flächen gleichen Materials, d.h. es entsteht gleiches Substrat. Das bewirkt die Möglichkeit, die Fotokathoden in gleichem bzw. ähnlichem Ablauf herzustellen. So können Kathoden gleicher Cäsiumsättigung erhalten werden. Bei früheren Methoden konnte eine Übersättigung einer Kathode wegen an unterschiedlichen Unterlagen auftretenden unterschiedlichen Formierungsgeschwindigkeiten vorkommen. Bei der Erfindung kann man mit einer Antimon-(Sb1-Quelle auskommen, während man bei der bekannten Herstellung für jede Fotokathode wegen der notwendigen Anpassung an das Substrat eine spezielle Sb-Quelle benötigte. Bei Verwendung von wasserlöslichem Cäsiumjodid als Material der zusätzlichen Schicht kann das Kathodenmaterial zusammen mit der Untergrundbedampfung einfach mit Wasser abgespült werden.
Die erfindungsgemässe Technik ist auch dort mit Vorteil einzusetzen, wo eine nachträgliche Reinigung der Fotokathodengrundfläche an sich möglich wäre. Durch die Zwischenschicht kann in der Regel neben den oben angegebenen Vorteilen eine wesentliche Vereinfachung erreicht werden, weil sich der Reinigungsschritt erübrigen kann (reinigen, polieren usw.).
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Figur im Querschnitt dargestellten Ausführungsform als Flach-RBV weiter erläutert.
In der Figur ist mit 1 ein vakuumdichter Kolben bezeichnet, der an seiner einen Endwand 2 im Inneren des Kolbens eine für Röntgenlicht empfindliche Leuchtschicht 3 trägt, die beispielsweise aus mit Natrium dotiertem Cäsiumjodid (CsJ:Na) bestehen kann und auf welche eine Fotokathodenschicht 4 folgt. In einem Abstand von ca. 12 mm folgt ein elektronenempfindlicher Leuchtschirm, der aus einer elektronendurchlässigen, lichtreflektierenden Abdeckung 5 aus Aluminium besteht und einer Leuchtschicht 6. Diese ruht auf einem Träger 7, der aus Glimmer besteht und 50 /km dick ist. An seiner freien Fläche ist der Träger 7 mit einer Belegung 8 aus Cäsiumjodid versehen, die 8 µm stark ist. Schliesslich ist auf die Schicht 8 eine mit der Schicht 4 übereinstimmende Fotokathodenschicht 9 aufgetragen. Die an der der Eingangsseite 2 gegenüberliegenden Ausgangsseite 10 liegende Leuchtschirmkombination besteht, wie diejenige im Zwischenschirm mit 5 und 6 bezeichnete, aus einer Abdeckung 11 aus Aluminium und einer Leuchtschicht 12.
Zum Betrieb des Bildverstärkers wird zur Nahfokussierung und Beschleunigung aus einer Gleichstromquelle 13 zwischen der Fotokathode 4 und der Aluminiumschicht 5 eine Spannung von 15 kV angelegt. Zum gleichen Zweck wird zwischen der Fotokathodenschicht 9 und der Aluminiumabdeckung 11 eine Spannung von 20 kV aus einer Quelle 14 angelegt.
Zur Erzeugung eines Röntgenbildes wird aus einer Einrichtung 15 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen ein von einer Röntgenröhre 16 kommendes Strahlenbündel 17 auf einen Körper 18 gerichtet. Nach dem Durchdringen des Körpers 18 kommen die Strahlen aus dem Bündel 17 durch das Eingangsfenster 2 auf den Leuchtschirm 3, erzeugen dort Licht, welches auf die Fotokathode 4 einwirkt und dort Elektronen auslöst. Diese werden dann entsprechend der Andeutung durch punktierte Linien 19 auf den aus 5 und 6 bestehenden Leuchtschirm zu beschleunigt. Dort lösen die Elektronen im Sinne der erwünschten Abbildung und Verstärkung 19 erneut Licht aus, weiches durch den Träger 7 und die Belegung 8 hindurch auf die Fotokathode 9 einwirkt und dort erneut einen Elektronenstrahl 20 auslöst, der dann in dem aus 11 und 12 bestehenden Leuchtschirm Licht auslöst, das, wie durch Pfeile 21 angedeutet, von aussen beobachtet werden kann.

Claims

1. Mehrstufiger Röntgenbildverstärker, bei dem das Röntgenbild in einem Eingangsschirm (2, 3, 4) in ein Elektronenbild umgewandelt wird, das in einem elektrischen Beschleunigungsfeld verstärkt und dann auf einem Ausgangsschirm (10, 11, 12) sichtbar gemacht wird, wobei zwischen dem Ende des Beschleunigungsfeldes und dem Ausgangsschirm (10, 11, 12) wenigstens ein weiteres, mit einem Zwischenschirm (5 bis 9) beginnendes elektrisches Beschleunigungsfeld liegt und der Zwischenschirm (5 bis 9) an einem lichtdurchlässigen Träger (7) an der dem Eingangsschirm (2, 3, 4) zugewandten Seite eine elektronenempfindliche Leuchtschicht (6) trägt und gegenüber eine Fotokathodenschicht (9), wobei sowohl der Eingangsschirm (2, 3, 4) als auch der Zwischenschirm (5 bis 9) Flächen gleichen Materials als Unterlage der Fotokathodenschichten (4, 9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zwischenschirm (5 bis 9) das gegenüber den Fotokathoden resistente Material als Belegung (8) auf dem Träger (7) auf der der Fotokathode (9) zugewandten Seite angebracht ist und dass die mit der Fotokathodenschicht (4) belegte Oberfläche der mit ihrer gegenüberliegenden Seite auf einem Träger (2) angebrachten, für Röntgenlicht empfindlichen Leuchtschicht (3) des Eingangsschirmes (2, 3, 4) auch aus diesem Material besteht.

2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegung (3, 8) eine Aufdampfschicht ist, welche die Unterlage [Eingangsfenster (2) und Träger (7)] dicht abdeckt.

3. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegung (3, 8) aus Cäsium- Jodid (CsJ) besteht.

4. Bildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegung (3, 8) aus mit Natrium aktiviertem Cäsium-Jodid-Leuchtstoff (CsJ: Na) besteht.

5. Bildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die resistente Belegung (8) des Trägers (7) des Zwischenschirms 5 bis 10 jim dick ist.