NL8502570A

NL8502570A - Roentgenbeeldversterkerbuis met geoeptimaliseerde microstructuur.

Info

Publication number: NL8502570A
Application number: NL8502570A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1987-04-16
Also published as: BR8604460A; EP0219153B1; ES2000982A6; AU6292186A; JPH0773031B2; US4842894A; KR870003534A; DE3674133D1; CN1009037B; JP3182414B2; JPS62176024A; CN86106387A; JP2000243272A; EP0219153A1

Description

' PHN 11.494 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Röntgenbeeldversterkerbuis met geöptimaliseerde microstructuur.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een röntgenbeeldversterkerbuis met een ingangsscherm dat een laag luminescentie materiaal en een fotocathode bevat die gezamenlijk op een drager zijn aangebracht en op een 5 röntgenbeeldversterkerbuis vervaardigd volgens die werkwijze.

Een dergeljke werkwijze is bekend uit ÜS 3821763.

Aldaar wordt een röntgenbeeldversterkerbuis beschreven met een bij voorkeur uit Csl bestaande luminescentielaag waarin een structuur is aangebracht. Enerzijds ontstaat in de daar beschreven laag Csl een 10 structuur door daartoe aangepaste opdampparameters zoals de temperatuur van het substraat de opdampsnelheid en dergelijke. Anderzijds kan, zoals in het genoemde octrooi beschreven, een extra'structuur worden aangebracht door een warmtebehandeling van de laag. Een laag met een dergelijke structuur staat bekend als een laag met een craquelé 15 structuur. Röntgenbeeldversterkerbuizen uitgerust met een aldus gestructureerde laag luminescentie materiaal voldoen goed maar door de steeds hogere eisen, in het bijzonder ten aanzien van het oplossend vermogen van de buis, bestaat de behoefte de genoemde structuur daartoe te optimaliseren. In de praktijk betekent dat het 20 realiseren van een hogere barstenfrequentie in de laag.

De uitvinding beoogt aan deze eisen te voldoen en daartoe heeft de in de aanhef genoemde werkwijze tot kenmerk, dat de laag luminescentie materiaal op de drager wordt neergeslagen onder een substantieel van 0° afwijkende hoek met een loodlijn op de drager.

25 Doordat het luminescentie materiaal onder een hoek met de loodlijn op de drager wordt neergeslagen ontstaat een structuur van zeer fijne, dwars door de laag verlopende zuilen Csl met een dwarsdoorsnede van bijvoorbeeld enkele ^um tot enkele tientallen ^um of met een barstenfrequentie tussen bijvoorbeeld 10.000 lijnen/cm voor 1 ^urn en 30 bijvoorbeeld 200 lijnen/cm voor 50 ^um.

In een voorkeursuitvoering ligt de invalshoek, waarmede de hoek tussen de richting van het te deponeren materiaal en de

‘5 'v Λ Λ A

^^3? ΰ A* PHN 11.494 2 middelloodlijn op het scherm wordt bedoeld boven ongeveer 30°. Bij voorkeur wordt de luminescentie laag verkregen door opdampen, bijvoorbeeld vanuit een te verhitten kroes gevuld met het luminescentie materiaal. De homogeniteit van de opgedampte laag wordt bevorderd door 5 de opdampkroes en de drager ten opzichte van elkaar te roteren waarbij bij voorkeur de opdampkroes een cirkel over een kegelmantel ten opzichte van het midden van de drager uitvoert. Het is daarbij gunstig tijdens de duur van het opdampen van de luminescentie laag meerdere rotaties door te voeren.

10 Een röntgenbeeldversterkerbuis vervaardigd volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat de laag luminescentie materiaal een zuilenstructuur toont waarvan de zuilen een gemiddelde dwarsafmeting van ten hoogste ongeveer 25 ^um hebben en onderling gescheiden zijn door spleten met een gemiddelde breedte tussen ongeveer 0,5 ^um en enkele 15 yUm, waarbij ten hoogste een gering aantal zuilen met een dwarsafmeting van meer dan ongeveer 50 ^urn optreedt en slechts een gering aantal spleten met een breedte beduidend groter dan enkele yum optreedt. Ten aanzien van de ruimten tussen de zuilen, hier en in het navolgende duidelijkheidshalve spleten genoemd, moet worden opgemerkt, 20 dat hier niet eenduidig aan het type spleten, als de in de genoemde stand van de techniek genoemde barsten gedacht moeten worden. Vaak worden de spleten veel meer gevormd door bellenreeksen in de vorm van veelal langwerpige bellen met gelukkigerwijs de lengterichting in de richting van de reeks. Tussen de bellen kunnen de zuilen met elkaar 25 contacteren maar dat levert slechts een relatief gering optisch contact op. In de lengterichting gemeten beslaan de bellen veelal beduidend meer dan 90¾ van de reeksenlengte terwijl ook knopen tussen de bellen niet zonder meer een goed optisch contact vormen, het tegendeel is veel meer het geval. Het volgens de uitvinding onder een hoek opdampen lijkt 30 juist op de bellenvorming een gunstige invloed te hebben. Aldus gevormde spleten vormen min of meer een midden tussen de barsten en de scheidingen tussen bijvoorbeeld opdamppilaren wat in principe afzonderlijke kristallen zijn.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende 35 enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont :

Figuur 1 een röntgenbeeldversterkerbuis volgens de ~ Λ ^ % 1 0

w *—a W * XJ

PHN 11.494 3 uitvinding,

Figuur 2 een schematische opstellen voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, en

Figuur 3 ter onderling vergelijk in bovenaanzicht foto's 5 van luminescentielagen volgens de stand van de techniek en volgens de uitvinding.

In figuur 1 zijn van een röntgenbeeldversterkerbuis volgens de uitvinding, opgenomen in een omhulling met een ingangsvenster 2, een uitgangsvenster 4 en een mantel 6, een ingangsscherm 8, een 10 uitgangsscherm 10, een electronen optisch stelsel 12 met een eerste electrode 14, een tweede electrode 16 en een eindelectrode 18 weergegeven. Het ingangsscherm 8, dat hier als afzonderlijk scherm in de buis is gemonteerd maar dat ook rechtstreeks op het ingangsvenster aangebracht kan zijn, bevat een drager of substraat 20, bijvoorbeeld 15 bestaande uit een aluminiumfolie met een dikte van bijvoorbeeld 0,5 ^um waarop een luminescentielaag 22 bij voorkeur bestaande uit Csl (Na) of Csl (TI) waarop, eventueel via een niet aangegeven scheidingslaag, een fotocathode 24 is aangebracht. Een op het ingangsvenster ingestraald röntgenbeeld 25 wordt in de 20 luminescentielaag omgezet in een licht optisch beeld waardoor in de fotocathode een foto-electronenbeeld 26 wordt gevormd, dat door het electronenoptisch systeem onder een sterke versnelling van de foto-electronen op het uitgangsscherm wordt afgebeeld en wordt omgevormd in een lichtoptisch beeld 28 dat van buiten de buis uit kan worden 25 waargenomen.

Voor een goede werking en voor het reduceren van de patientendosis is het gewenst, dat de luminescentielaag een relatief grote röntgenabsorptie toont. Niet door het luminescentiescherm ingevangen röntgenstralen dragen niet tot het beeldvorming bij maar 30 vormen wel stralingsbelasting voor de patient. Het scherm zal derhalve relatief dik moeten zijn, bijvoorbeeld 200 a 400 ^um waarbij om de gedachten te bepalen een dikte van 300 ^um zeker 75% van de röntgenstraling invangt. In een "normaal" opgedampte laag Csl, die in vrij hoge mate transparant is, zal een sterke spreiding van het 35 luminescentielicht optreden, vooral vanuit luminescentie centra in de invalszijde van de laag. Verbetering wordt hierin verkregen door de opdampcondities zodanig te kiezen, dat een gestructureerde laag ontstaat § £ fs 9 % 7 β Ö & V & j v PHN 11.494 4 waartoe vooral de substraattemperatuur in het bijzonder bij de aanvang van het opdampen van belang is. Foto's gemaakt (bij voorkeur met een aftastelectronenmicroscoop) van dwarsdoorsneden van de laag tonen aan dat deze structuur wordt gevormd door pilaarvormige kristallen waarvan 5 een lengterichting substantieel samenvalt met de dikterichting van de laag. Door deze structuur wordt de spreiding van het luminescentielicht gereduceerd maar onvoldoende omdat de overgangen tussen de onderscheiden pilaren onvoldoende optische scheiding tonen. Dit is namelijk het gevolg van het feit dat de breedte van de onderbrekingen onvoldoende is, 10 dus gemiddeld beduidend kleiner dan de golflengte van het luminescentielicht, grofweg 0,5 ^um. Een sterke verbetering wordt verkregen indien de laag wordt voorzien van een craquelé structuur zoals beschreven in US 3825763. Bijvoorbeeld met een aangepast thermisch procédé worden daarbij telkens een aantal pilaren 15 samengevoegd tot een zuil zonder intern duidelijk optische scheidingswanden maar met wel evident werkende optische scheidingswanden tussen de zuilen. De fijnheid van 'de craquelé structuur kan sterk worden beïnvloed door de aard van de warmtebehandeling en eventueel door het aanbrengen van een structuur in het oppervlak van het substraat 20 waartoe verschillende methoden bekend zijn.

Bij het vervaardigen van een ingangsscherm voor een röntgenbeeldversterkerbuis volgens de uitvinding kan worden uitgegaan van een niet bewust gestructureerde drager. In figuur 2 is, zeer schematisch, een inrichting voor een opdampmethode volgens de uitvinding 25 weergegeven. In een te evacueren ruimte 30 zijn, hier roteerbaar om een as 32, een drager of substraat 34 en een luminescentie materiaal bevattende opdampkroes 36 met een verhittingselement 38 opgesteld. Via een doorvoer 40 kan de drager 34 om de as 32 worden geroteerd. Eveneens of alternatief kan via een beugel 44 en een doorvoer 46 de opdampkroes 30 36 om de as 32 worden geroteerd. De as 32 valt bij voorkeur samen met de middelloodlijn op het substraat, dat hier een bolsegment met een middelpunt 50 is. Voor loodrecht opdampen voor althans een centraal punt 0 van een dergelijke drager zal de opdampkroes op de lijn 32 geplaatst worden terwijl voor een loodrechte opdamping over het gehele 35 scherm de opdampkroes in het punt 50 geplaatst zou moeten worden.

Bij opdampen volgens de uitvinding wordt de opdampkroes naast de as 32 geplaatst. Een positie van de opdampkroes 36 zoals 35 3 t 5 7 0 PHN 11.494 5 geschetst levert een opdamphoek Θ0 op waarbij de index 0Q wordt gebruikt om aan te geven dat deze hoek geldt voor het centrale punt 0 van het scherm. Het is reeds uit de figuur duidelijk dat de invalshoek varieert met de positie op de drager. Bij rotatie wordt over de gehele 5 drager onder variënde hoek opgedampt. Hierbij moet wel bedacht worden dat eigenlijk met uitzondering van het centrale punt 0 over twee opdamphoeken gesproken moet worden, namelijk de inclinatie te weten de hoek met een locale hoofdlijn die bij rotatie voor het centrale punt 0 constant is en een azimuth hoek die bij rotatie ook voor het centrale 10 punt 0 per omwenteling over 360° varieert.

Tijdens het opdampen van een complete luminescentielaag voert de drager bij voorkeur een aantal, bijvoorbeeld enkele tientallen tot enkele duizenden rotaties uit.

De opdampkroes kan hierbij een vaste positie blijven 15 innemen maar de onderlinge beweging kan ook worden gerealiseerd door de opdampkroes bijvoorbeeld via de beugel 44 een cirkelrotatie te laten uitvoeren. Een verbindingslijn 52 tussen de opdampkroes en het punt 0 • sluit met de middelloodlijn 32 de opdamphoek Θ0 in. Zolang de kroes op de lijn 48 blijft gepositioneerd spreken we van een opdamphoek Θ0 20 ook al veranderen de opdamphoeken voor alle andere punten van de drager. Een gunstige opdamphoek Θ0 is bijvoorbeeld ongeveer 45° maar dat hangt mede af van andere opdampparameters zoals de temperatuur van de drager, de rotatie snelheid en de snelheid van opdampen. De hoogte van de opdampkroes, bijvoorbeeld gemeten vanaf een vlak 54 25 loodrecht op de as 32 door het dragermiddelpunt 50 is mede bepalend voor de opdamphoeken buiten het centrum van de drager en bovendien voor de locale afstand tussen drager en opdampkroes. Hiermede kan dus ook bij constante opdamphoek het dikteverloop van de luminescentielaag over het scherm worden beïnvloed. Vanuit verschillende gezichtspunten kan aldus 30 een optimale positie van de opdampkroes ten opzichte van het scherm worden vastgesteld, waarbij bij conflicterende optimale posities, de drager tijdens het opdampen ook nog ten opzichte van de opdampkroes kan worden gekanteld. Hierdoor kan bijvoorbeeld worden bereikt, dat de afstand tussen de kroes en randpunten A en B van het scherm steeds 35 onderling gelijk zijn. De opdamphoek Θ0 varieert dan, maar de nominale waarde voor de optimale invalshoek blijkt mits voldoende groot niet erg exact te zijn zodat enige variatie daarin zeker toelaatbaar en 5*02 5 70 PHN 11.494 6 mogelijk zelfs gunstig is. Het is namelijk niet uitgesloten dat ook de verandering van de opdamphoek tijdens het opdampen althans mede verantwoordelijk is voor de optimalisering van de structuur in de luminescentielaag. Deze veronderstelling wordt gesteund door het feit 5 dat ondanks het relatief grote verschil in opdamphoeken gemeten over het gehele scherm toch een luminescentie laag wordt verkregen met een, althans voor zover hier van belang, goed uniforme structuur.

Het zal aan de hand van het bovenstaande duidelijk zijn, dat onderscheiden parameters de structuren van de laag beïnvloeden, 10 dat ook technologische randvoorwaarden bij het opdampen een rol spelen is duidelijk. Omdat de grootte van de opdamphoek mits voldoende groot niet erg exact is kan voor verschillende geometriën van de drager en verschillende verlangens ten aanzien van de laagdikte en het verloop daarvan over het scherm toch steeds een goed compromis gevonden worden. 15 Een bijkomend voordeel van de aanbrengtechniek volgens de uitvinding is dat de laag in zijn geheel in een enkele bewerking kan worden aangebracht, waardoor, ook geringe, onderbrekingen in de dikterichting zijn voorkomen. Wordt de opdamphoek relatief klein, dan benadert de structuur te veel de structuur van bekende schermen, wordt de hoek 20 daarentegen relatief groot dan komen de zuilen Csl ver uit elkaar en wordt bijvoorbeeld de vulfaktor van het scherm en daarmede de röntgenabsorptie geringer. Ook kunnen bij het opdampen onder grotere hoeken bezwaren van meer praktische aard zoals een inefficient gebruik van het Csl ontstaan.

25 Voor speciale gevallen, bijvoorbeeld daar waar in het bijzonder een uiterst hoog oplossend vermogen is vereist kan een structuur met substantieel separate zuilen worden gewerkt. Alle optische overspraak is dan vermeden. De tussenruimten kunnen in principe gevuld worden met niet luminescerend, röntgenstraling 30 absorberend materiaal.

Daar waar de geometrie het bereiken van een acceptabel compromis voor de onderlinge positionering etc. niet toelaat kan bijvoorbeeld vlamspuiten of plasmaspuiten van het luminescerende materiaal een oplossing bieden. Met een relatief kleine spuitmond 35 kan daarbij de drager als het ware worden afgetast (relatieve beweging ten opzichte van elkaar), kan de afstand tot de drager binnen wijde grenzen vrij worden gekozen en kan bijvoorbeeld door kantelen van de . 55 92 57 ö PHN 11.494 7 spuitmond locaal elke gewenste hoek worden ingesteld. Ook kan darbij zodanig worden gewerkt, dat een groot deel van het luminescentie materiaal effectief wordt gebruikt. Bedacht moet wel worden, dat bij het vlam- of plasmaspuiten de overige condities zoals de temperatuur van 5 de drager, de neerslagsnelheid, de aard van het materiaal bij het neerslaan etc. niet te zeer van de bij opdampen geldende waarden mogen afwijken, daar anders mogeljk niet een laag met de gewenste pilarenstructuur zal ontstaan.

In figuur 3 zijn ter vergelijk foto's gemaakt met een 10 aftast electronen microscoop van een bekende gestructureerde laag en van een proeflaag volgens de uitvinding beiden in bovenaanzicht, dat wil zeggen vanaf een van de drager afgekeerde richting gezien weergegeven.

De bekende laag zoals weergegeven in figuur 3a toont, zie vooral foto 1 duidelijk relatief brede barsten 60 en daardoor zoals uit figuur 3a3 15 blijkt ook relatief grote holten 62. De laag geproduceerd volgens de uitvinding weergegeven in figuur 3b toont zoals uit figuur 3b1 blijkt slechts barsten 64 van geringe breedte en daardoor zoals uit figuur 3b3 blijkt relatief kleine holten 66. Optimaliseren van de gehele aanbrengtechniek lijkt het geheel vermijden van barsten breder dan 20 bijvoorbeeld ongeveer 0,5 a 1 ^um te kunnen vermijden. Figuur 3b1 en 3b2 tonen duidelijk de uiterst regelmatige structuur en de relatief grote vulfaktor door het ontbreken van brede spleten of holten zoals optreden in de bekende lagen. Door de betere structuur kan de laag indien gewenst zonder verlies aan oplossend vermogen, beduidend dikker 25 worden gemaakt, bijvoorbeeld 400 a 500 ^um. De regelmatige structuren maakt het mogelijk een betere aaneengesloten fotocathode op de laag aan te brengen al dan niet onder toevoeging van een tussenlaag. Hierdoor kan ook dit gedeelte van de laag worden geöptimaliseerd zonder dat de grove structuur met brede spleten of holten daarvoor 30 streng dwingende beperkingen oproept.

§502 57 0

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een röntgenbeeldversterkerbuis met een ingangsscherm dat een laag luminescentie materiaal en een fotocathode bevat die gezamenlijk op een drager zijn aangebracht met het kenmerk, dat de laag luminescentie 5 materiaal onder een substantieel van 0° afwijkende hoek met een locale loodlijn op de drager wordt neergeslagen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de luminescentielaag wordt aangebracht door opdampen onder een hoek van ongeveer 40 - 50° met de middelloodlijn op het scherm.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de drager tijdens het aanbrengen van de luminescentielaag ten opzichte van een bron voor het luminescentie materiaal om een middelloodlijn op de drager roteert.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de 15 drager gedurende het aanbrengen van de luminescentielaag ten minste enkele tientallen omwentelingen uitvoert.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een bron luminescentie material een cirkelbeweging om een middelloodlijn van de drager maakt.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de drager ten opzichte van een bron luminescentie materiaal tijdens het aanbrengen van het luminescentie materiaal op de drager, een kantelende beweging uitvoert.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het 25 kenmerk, dat het luminescentie materiaal wordt aangebracht vanuit een, de relevante zijde van de drager aftastende bron luminescentie materiaal.

8. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de voorraadbron wordt gevormd door een spuitinrichting voor vlam- of 30 plasmaspuiten van luminescentie materiaal.

9. Röntgenbeeldversterkerbuis met een, in een omhulling opgenomen, ingangsscherm dat een laag luminescentie materiaal en een fotocathode bevat met het kenmerk, dat de laag luminescentie materiaal een zuilenstructuur toont waarvan de zuilen een gemiddelde dwarsafmeting 35 van ten hoogste ongeveer 25 ^um hebben welke zijn gescheiden door spaties met een breedte substantieel tussen ongeveer 0,5 ^um en 3 yum en waarbij ten hoogste een gering aantal zuilen met een 8502 5 7 Ö PHN 11.494 9 beduidend grotere dwarsafmeting optreedt.

10. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat althans nagenoeg alle zuilen een dwarsafmeting kleiner dan ongeveer 10 ^um hebben. 5

11. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de zuilen optisch zijn gescheiden door spaties met een gemiddelde breedte van ongeveer 0,5 ^um.

12. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens een der conclusies 9, 10 of 11, met het kenmerk, dat de spaties althans mede worden gevormd 10 door dwars op de drager gerichte bellenreeksen.

13. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens een der conclusies 9-12, met het kenmerk, dat de luminescentie laag althans over een substantieel gedeelte van de dikte afmeting daarvan een opgedampte pilaren structuur toont waarbij substantieel alle pilaren onderling 15 optisch zijn gescheiden.

14. 'Röntgenbeeldversterkerbuis volgens een der conclusies 9-12, met het kenmerk, dat de drager een in de omhulling te monteren röntgenstraling doorlatende metaalfolie is.

15. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens een der conclusies· 20 10-14, met het kenmerk, dat de drager voor de luminescentie laag wordt gevormd door een stralingsingangsvenster van de buis.

16. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het als drager voor de luminescentie laag fungerende ingangsvenster uit een metaalfolie bestaat. ί! - Λ ·> ς 7 Γ) ':J -r - *