DE1130087B

DE1130087B - Kolben fuer einen mit freien Elektronen arbeitenden Bildwandler

Info

Publication number: DE1130087B
Application number: DER27339A
Authority: DE
Inventors: Wilfrid F Niklas
Original assignee: Rauland Borg Corp
Current assignee: Rauland Borg Corp
Priority date: 1959-02-16
Filing date: 1960-02-15
Publication date: 1962-05-24
Also published as: GB866347A; US2955219A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

R27339Vfflc/21g

ANMELDETAG: 15. F E B RU AR 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 24. MAI 1962

Die Erfindung betrifft Kolben für einen mit freien Elektronen arbeitenden Bildwandler, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Kolbenteil, der die Laufwege der freien Elektronen begrenzt, ferner aus einem das eine Abschlußstück des Kolbens bildenden Teil, der Vorrichtungen zum Betrachten eines Bildes trägt, schließlich aus einem das andere Abschlußstück des Kolbens bildenden, im wesentlichen als Fenster für unsichtbare das zu wandelnde Bild führende Strahlungen, wie Röntgenstrahlen, dienenden Teil.

Es sind Bildaufnahmeröhren bekannt, bei denen die Lichteinfallswand des Röhrenkolbens ungleichmäßige Dicke hat. Dabei handelt es sich um eine optische Linse großer Dicke zur Korrektur der sphärischen Aberration.

Übliche Bildwandler sind in einem evakuierten Kolben enthalten, dessen Hauptteil im wesentlichen zylindrische Form hat. Ein Endabschnitt des Zylinders ist geschlossen und enthält Vorrichtungen zur Betrachtung eines Bildes mittels des Auges. Das entgegengesetzte Ende des zylindrischen Kolbens ist geschlossen und enthält gewöhnlich einen kugelförmigen Objekt- oder Aufnahmefensterbereich aus einem Material, das für eine spezielle auftreffende Strahlung, wie Röntgenstrahlen, durchlässig ist.

Innerhalb des strahlungsdurchlässigen Fensterbereiches, und mit diesem nahe benachbart oder in manchen Fällen direkt an der Innenfläche des Fensterbereiches anliegend, befindet sich ein Mehrschichtenaufnahmeschirm, der eine Photokathode enthält. Das entgegengesetzte Ende der evakuierten Umhüllung enthält im allgemeinen einen Leuchtschirm, und zwischen der Photokathode und dem Leuchtschirm befindet sich ein elektronenoptisches System zum Fokussieren und Beschleunigen eines elektronischen Bildes, das von der Photokathode, ansprechend auf die Anregung der auftreffenden Strahlung von einer Strahlungsquelle oder Objektbild, projiziert wird. Es ist festgestellt worden, daß das Aufnahmefenster für die auftreffende Strahlung durchlässig sein muß, und bei Röntgenstrahlenbildwandlern besteht das Fenster im allgemeinen aus Glas. Materialien wie Aluminium oder Beryllium können auch verwendet werden. Jedoch begrenzen Schwierigkeiten in der Beschaffung und in der Anwendung gewöhnlich ihre Gebrauchsfähigkeit.

•Für die einwandfreie Arbeitsweise eines Bildwandlers ist es wesentlich, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung so hoch wie möglich ist und daß die Helligkeitsverteilung in dem Bild eine so zutreffende Wiedergabe der Röntgenstrahlungsdämpfung in dem Kolben für einen mit freien Elektronen
arbeitenden Bildwandler

Anmelder:

The Rauland Corporation,
Chicago, IU. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke,

Berlin-Friedenau, Lauterste. 37,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,

München 27, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Februar 1959 (Nr. 793 431)

Wilfrid F. Niklas, Park Ridge, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

betrachteten Objekt ist, wie dies überhaupt erzielbar ist. Bekannte Bildwandlervorrichtungen, bei denen ein durchlässiges Röntgenstrahlenaufnahmefenster gleichmäßiger Gesamtdicke verwendet wird, besitzen hauptsächlich infolge der Durchlässigkeitsänderung des gleichmäßig dicken strahlungsdurchlässigen Fensters beide obenerwähnten Eigenschaften nicht. Es ist ersichtlich, daß infolge der Divergenz der Röntgenstrahlen die Bahnlänge der ein gleichmäßig dickes Aufnahmefenster durchlaufenden Röntgenstrahlen, an der Achse gemessen, kleiner ist als an irgendeinem Punkt außerhalb der Achse, und daß der Unterschied in der Bahnlänge mit dem Abstand von der Achse zunimmt. Diese Bahnlängenänderung tritt in verstärktem Maße hervor, wenn das Aufnahmefenster kugelförmig ist, wie dies bei Bildwandlern des Röntgenstrahlentyps üblich ist.

Das durchlässige Fenster bedingt einen Verlust oder eine Schwächung für die auftreffende Strahlung; die Schwächung kann als ein konstanter Wert pro Längeneinheit bei einem bestimmten Material angenommen werden, daher ist erfahrungsgemäß der ermittelte Verlust bei einem divergenten Strahl am größten am Umfang des Fensters. Dieser Verlust

209 601/362

wirkt sich in einer nach den Unifangsbereichen des wiedergegebenen Bildes steigenden Helligkeitsverminderung unerwünscht aus.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Bildwandlerkolbens der obigen Art, bei dem die erwähnten Nachteile weitgehend beseitigt sind und der die Betrachtung großer Bildflächenbereiche ermöglicht, ohne daß sich eine Verschlechterung der Empfindlichkeit oder unerwünschte Kontrastunterschiede zeigen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Dicke des erwähnten Fensters mit wachsendem Abstand von der Kolbenachse abnehmend ausgebildet ist. Dabei besteht das Fenster vorzugsweise aus einem

17, die eine axiale, kreisrunde Öffnung 18 hat. Diese ermöglicht den Eintritt der Photoelektronen und läßt ihr Auftreffen auf dem Betrachtungsschirm 15 zu. Wie der Schirm 15, so hat auch die Anode kleine Querabmessungen, verglichen mit den Querabmessungen der Kathode.

Um eine ausgeprägte Intensivierung des sichtbaren Bildes zu erhalten, wird ein kreisrunder Betrachtungsschirm verwendet, der einen beträchtlich kleio neren Durchmesser als den der Photokathode aufweist.

Wie in Fig. 2 gezeigt worden ist, sind die auf das durchlässige Aufnahmefenster 12 auftreffenden Röntgenstrahlen divergente Strahlen von einer Punkt-Material, welches für sichtbare Strahlung undurch- 15 quelle X, die außerhalb des Bildwandlers und im alllässig ist, z. B. aus für sichtbare Strahlung undurch- gemeinen längs der Achse a-a des Röhrenkolbens sichtig gemachtem Glas. liegt. Zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem für

Die Erfindung ist als Beispiel in der Zeichnung Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster 12 befindet veranschaulicht. Es zeigt sich das Objekt 30, durch welches die divergierenden

Fig. 1 einen Querschnitt eines Röntgenröhrenbild- 20 Röntgenstrahlen hindurchgehen, wodurch bewirkt wandlers mit einem Kolben nach der Erfindung und wird, daß ein Röntgenstrahlenbild das durchlässige

Fenster 12 durchtritt und auf den Aufnahmeschirm 14 trifft.

Bei den bisher bekannten Bildwandlerkolben dieser Art hat das Fenster 12 überall gleichmäßige Dicke, und die effektive Weglänge der Röntgenstrahlenbahn innerhalb des Fensters nimmt mit sich vergrößerndem radialen Abstand der Strahlen von der Achse a-a zu, wodurch eine unerwünschte Verminderung der

innen gegen dessen Achse erstreckt, Vorrichtungen 3° Röntgenstrahlendurchlässigkeit entsteht, die an dem zum Betrachten eines Bildes und einem Abschlußteil Außenbereich des Fensters am ausgeprägtesten ist. an dem entgegengesetzten Ende des zylindrischen Die Verminderung der Röntgenstrahlendurchlässig-Abschnittes, der einen für Röntgenstrahlen durch- keit mit der Entfernung von der Achse des Bildlässigen Fensterteil enthält. Im einzelnen ist ein Um- wandlers ergibt eine entsprechende Verminderung hüllungs- oder Kolbenabschnitt 10 vorhanden, der 35 der Röntgenstrahlenintensität auf der Phosphoresüber den größten Teil seiner Länge im wesentlichen zenzschicht des Aufnahmeschirmes 14 und erzeugt ein Zylinder ist und an einem Ende mit einem rück- eine Helligkeitsänderungsabnahme in dem auf dem laufenden Preß- oder Quetschfuß 11 geschlossen ist. Leuchtschirm 15 a wiedergegebenen Bild, die nicht Der zuvor erwähnte Schulterteil des Kolbens verbin- der Intensitätsverteilung im Röntgenbild entspricht, det den zylindrischen Abschnitt mit dem Quetschfuß. 40 Im besonderen nimmt die Helligkeit dieses Bildes in Der übrige Teil des Glaskolbens besteht aus einem einer Weise ab, die im wesentlichen gleichartig ist mit

der Änderung in der effektiven Röntgenstrahlendurchlässigkeit des durchlässigen Fensters, die durch die effektive Vergrößerung der Röntgenstrahlenbahnlänge mit radialem Abstand von der Röhrenachse bedingt ist. Bei einem halbkugelförmigen Aufnahmefenster mit einem Radius von 203 mm und einer tatsächlichen gleichmäßigen Fensterdicke von 2,03 mm und mit einer Röntgenstrahlenpunktquelle in einem

konkave Oberfläche dem rücklaufenden Ende des 5° axialen Abstand von 609 mm vom Fenster nimmt die Kolbenabschnittes 10 zugewandt ist. Der Aufnahme- effektive Fensterdicke derart zu, daß innerhalb eines schirm ist für das Auftreffen von Röntgenstrahlen
empfindlich und besteht aus einer Photokathode und

Fig. 2 eine schematische Ansicht der teilweise weggebrochen gezeichneten Vorrichtung der Fig. 1 zusammen mit einem äußeren Gegenstand und einer Röntgenstrahlquelle.

Der dargestellte Bildwandler besteht aus einem evakuierten Kolben mit einem zylindrisch ausgebildeten Mittelabschnitt, einem Schulterteil an einem Ende des zylindrischen Teiles, der sich radial nach

im wesentlichen kugelförmigen Glasabschnitt 12, dessen Durchmesser angenähert gleich dem Durchmesser des zylindrischen Teiles des Kolbenabschnittes 10 ist.

In dem Kolbenabschnitt 12 ist als Elektronenquelle ein Mehrschichtaufnahmeschirm 14 von großem Durchmesser angeordnet, der sich einem Kugelsegment annähert, das so orientiert ist, daß seine

einer eingangsseitig angeordneten röntgenstrahlen-

radialen Abstandes von 127 mm von der Achse des Systems ein 20%iger Verlust der Röntgenstrahlenintensität eintritt. Entsprechende Übertragungsverluste

empfindlichen Phosphorschicht. Die Photokathode 55 treten bei einem ebenen Fenster auf.
14 d kann eine übliche Antimon-Zäsium-Zusammen- Die erfindungsgemäß erzielten Verbesserungen

setzung sein. In dem von dem Schulterteil umschlos- konzentrieren sich im besonderen auf eine bevorzugte senen Bereich des Kolbens befindet sich der Leucht- Form des Fensters 12, die viele Nachteile der beschirm mit kleinem Durchmesser. kannten Konstruktionen beseitigt und der betrach-Ein Fokussier- und Beschleunigungselektroden- 60 teten Vorrichtung sehr erwünschte Eigenschaften versystem ist zwischen der Photokathode und dem Be- leiht. Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfintrachtungsschirm angeordnet. Die Anode 16 ist eine dung soll, wenn eine konstante Übertragungsbahnmetallische Elektrodenkonstruktion, die teilweise zy- länge für alle auftreffenden Strahlen erreicht werden lindrisch und teilweise konisch ausgebildet ist und soll, sich die Dicke des Fensters 12 umgekehrt mit über dem rücklaufenden Teil des Quetschfußes 11 65 dem radial von der Achse a-a des zylindrischen Teiles angeordnet wird. 10 gemessenen Abstand ändern. Die Dicke des Fen-Das der Photokathode zugewandte Ende der Anode sters wird dann so gewählt, daß die von der Quelle X endigt in einer im wesentlichen kugelförmigen Kappe herrührenden divergenten Röntgenstrahlen beim

Durchtritt durch alle Punkte des Fensters die gleiche effektive Weglänge auf gleiche Glasdicke durchlaufen. Somit vermindert sich die Dicke des Fensters mit zunehmender Entfernung von der Achse des Fensters. Den gestellten Forderungen an den Verlauf der Dicke

d_r = da cos

arc tg

R\l

1 — des Fensters wird man am vollkommensten gerecht, wenn die Abhängigkeit der Dicke d_r des Fensters von dem radialen Abstand r des Auftreffpunktes der unsichtbaren Strahlen von der Kolbenachse durch die folgende Formel gegeben ist:

+ arc cos /1 —

1 —

.R = Krümmungsradius der Außenfläche des Fensters,

L — Abstand von der Röntgenstrahlenquelle zu der äußeren Fensteroberfläche längs der Achse,

d_a = Fensterdicke an der Röhrenachse bedeutet.

Ein erfindungsgemäß konstruiertes Aufnahmefenster genügt der vorstehenden Gleichung und liefert einen angenähert konstanten Übertragungswert für alle auftreffenden Röntgenstrahlen. Auf diese Weise wird die Helligkeitsverzerrung, die bei bekannten Konstruktionen mit einem Fenster gleichmäßiger Dicke auftritt, auf ein Minimum verringert.

Obgleich eine spezielle Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, können verschiedenartige Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden, und es ist daher in den folgenden Ansprüchen beabsichtigt, alle solche Änderungen und Modifikationen zu erfassen, die in den Rahmen der Erfindung fallen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kolben für einen mit freien Elektronen arbeitenden Bildwandler, bestehend aus einem im

35 wesentlichen zylindrischen Kolbenteil, der die Laufwege der freien Elektronen begrenzt, ferner aus einem das eine Abschlußstück des Kolbens bildenden Teil, welcher Vorrichtungen zum Betrachten eines Bildes trägt, schließlich aus einem das andere Abschlußstück des Kolbens bildenden, im wesentlichen als Fenster für unsichtbare das zu wandelnde Bild führende Strahlungen, wie Röntgenstrahlen, dienenden Teil, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dicke des Fensters mit wachsendem Abstand von der Kolbenachse abnehmend ausgebildet ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (12) aus einem Material besteht, welches für sichtbare Strahlung undurchlässig ist.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (12) aus für sichtbare Strahlen undurchsichtig gemachtem Glas besteht.

4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Dicke d_r des Fensters von dem radialen Abstand r des Auftreffpunktes der unsichtbaren Strahlen von der Kolbenachse durch folgende Funktion gegeben ist:

d_r = d_a cos

arc tg

1-/1-

ein Ausdruck, in dem
R = Krümmungsradius der Außenfläche des Fensters,

L = Abstand von der Quelle unsichtbarer Strahlen zu der äußeren Fensteroberfläche längs der Achse,

+ arc cos / 1 — —

d_a = Fensterdicke an der Röhrenachse a-a
bedeuten sollen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2425 956, 2433 700,
736.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen