DE2214374C3

DE2214374C3 - Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre

Info

Publication number: DE2214374C3
Application number: DE2214374A
Authority: DE
Inventors: Martinus Adrianus Cornelis Eidhoven Ligtenberg
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-03-24
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS5525492Y2; DE2214374A1; FR2133694A1; GB1392356A; FR2133694B1; DE2214374B2; US3774038A; JPS53166376U; CA959907A; IT954673B; BE782165A; NL7105196A; NL168991C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildwandler- oder

to Bildverstärkerröhre mit Merkmalen wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher beschrieben.

Bei einer derartigen Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre macht man von der Einstellbarkeit der an der Röhre anzulegenden Spannung zum Einstellen der Intensität des durch den Leuchtschirm erzeugten Bilds Gebrauch. Man macht insbesonders davon Gebrauch, wenn es sich um die Wiedergabe von Röntgenbildern handelt und wenn die Bildverstärkerröhre zur Verstärkung von Röntgenbildern dient und dazu mit einem Eingangsleuchtschirm versehen ist, der die Röntgenstrahlen in Licht umwandelt und der mit der Photokathode optisch gekoppelt ist Die !ntcnsitätsregelung des durch die elektronenauffangende Leuchtschicht erzeugten Bilds ist von Bedeutung, wenn es sich um die Anpassung an das Auge oder an eine mit der Bildverstärkerröhre gekoppelte Fernsehaufnahmeröhre handelt und wenn die Regelung der durch den Bildverstärker abfgefangenen Bildsirahlen unerwünscht oder nicht möglich ist, was gerade bei der Arbeit mit Röntgenstrahlen häufig vorkommt.

Bei der Intensitätsregelung durch Einstellung der Betriebsspannung kann man diese Betriebsspannung praktisch nicht weiter herabsetzen als bis etwa zur Hälfte der nominalen Betriebsspannung der Röhre, weil

}i das elektronenoptische System dann keine hinreichend scharfe Abbildung mehr ergibt. Un«er der nominalen Betriebsspannung der Röhre wird die Beschleunigungsspannung zwischen der Photokathode und der Deckschicht verstanden, die die richtige Bilderzeugung gewährleistet und auf weich.: der Röhrenaufbau (Anordnung der Elektroden, einschließlich der Photokathode und der die Elektronen auffangenden Leuchtschicht mit Deckschicht) abgestimmt ist.
Bei den bekannten Bildwandler- oder Bildverstärker-

•»5 röhren der eingangs genannten Art ist durch Regelung der Spannung von der nominalen Betriebsspannung bis auf ungefähr die Hälfte derselben ein Intensitätsverhältnis des durch die Elektronen erzeugten Leuchtbildes von etwa 1 zu 1/3 verwirklichbar, was erwiesenermaßen häufig zu wenig ist.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Maßnahme anzugeben, mit der der Regelbereich der erwähnten Intensität beträchtlich vergrößert wird. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß das obenerwähnte Ziel durch eine derartige Ausführung der Deckschicht erreicht werden kann, bei der bei stets weiter herabgesetzter Betriebsspannung der Röhre ein stets größerer Teil der bei der Deckschicht ankommenden Elektronen seine Energ'e in dieser Deckschicht verliert.

Zur Lösung der genannten Aufgabe werden daher bei einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre der eingangs genannten Art Maßnahmen ergriffen, wie im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 näher beschrieben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Maßnahmen ergriffen werden, wie in den Kennzeichen der Unteransprüche näher beschrieben.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung

dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Röntgenbildverstärker und einer einstellbaren Betriebsspannung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung, die bei einem üblichen Röntgenbildverstärker und bei verschiedenen Röntgenbildverstärkern entsprechend der Erfindung zwischen der Betriebsspannung an der Röhre und der Lumineszenz der Leuchtschicht besteht.

Bei der in F i g. 1 auf schematische Weise dargestellten Anordnung werden von einer Röntgenröhre 1 ausgesandte Röntgenstrahlen vom Eingangsschirm 4 einer Röntgenbildverstärkerröhre 3 aufgefangen, nachdem sie ein zu untersuchendes Objekt 2 passiert haben. Diese Röhre 3 mit dem Glaskolben 5 hat eine gekrümmte Vorderfläche 6, an deren Innenseite der Eingangsschirm 4 anliegt Dieser Eingangsschirm 4 besteht aus einer unmittelbar auf dem Glas der Vorderfläche 6 vorgesehenen Leuchtschicht 7, einer dünnen, transparenten Trennschicht 8 und einer für das Lumineszcnziichtder Schicht 7 empfindlichen Photokathodenschicht 9. Am anderen Ende des Kolb-ns 5 ist die Röhre mit einem Ausgangsfenster 10 versehen, auf dem ein Ausgangsschirm 11 mit einer Leuchtschicht 12 vorgesehen ist. weiche Schicht an der dem Eingangs-Schirm zugewandten Seite von einer elektrisch leitenden und lichtundurchlässigen Deckschicht 13 abgedeckt ist. Der Ausgangsschirm ist von einer trichterförmigen Anode 14 umgeben und elektrisch damit verbunden. An der Innenwand des Kolbens 5 befindet sich ferner noch eine kreisförmige Zwischenelektrode 15.

Zur elektrischen Speisung der Röntgenbildverstärkerröhre 3 ist eine Spannungsquelle 20 vorhanden, die von einem als Potentiometer ausgeführten Widerstand 21 überbrückt wird. Die Photokathode 9, die Zwischenelektrode 15 und die Anode 14 mit dem Ausgangsschirm 11 sind alle an dieses Potentiometer angeschlossen, wobei die Photokathode mit einem einstellbaren Kontakt 22 und die Anode 14 zusammen mit dem Adsgangsschirm 11 mit einem einstellbaren Kontakt 23 verbunden ist. Die Zwischenelektrode 15 ist mit einem festen Punkt des Potentiometers 21 verbunden, wodurch di'.⁰ Zwischenelektrode 15 in bezug auf die Photokathode 9 ein positives Potential von 200 bis 250 Volt führt. Die positive Spannung (Röhrenspannung) V. welche die Anode 14 zusammen mit dem Ausgangsschirm 11 in bezug auf die Photokathode 9 führt, ist von der Spannung der Spannungsquelle Vo an — die gleich der nominalen Betriebsspannung V_n tier Bildverstärkerröhre 3 oder etwas höher ist — bis zu etwa einem Viertel derselben einstellbar. Unter nominaler Betriebsspannung V_n einer Bildverstärkerröhre wird die zwischen der Photokathode und der die Photoelektronen auffangenden Leuchtschicht anzulegende Spannung verstanden, die bei der gegebenen Röhrenanordnung die beste elektronenoptische Abbildung der Photokathode auf der Leuchtschicht ergibt.

Durch Einstellung der Röhrenspannung Vmittels der Einstellung der Kontakte 22 und 23 — ersteres zur Anpassung des Spannungsunterschieds zwischen der Photokathode 9 und der Zwischenelektrode 15 an die sich ändernde Röhrenspannung — läßt sich die Intensität des durch die Leuchtschicht 12 erzeugten Bildes ändern.

Insoweit unterscheidet sich die Anordnung nach Fie. 1 nicht von bckar uen Anordnungen.

Bei diesen bekannten Anordnungen wird die Deckschicht 13 auf der Leuchtschicht 12 durch eine dünne Schicht aufgedampften Aluminiums mit einer Dicke von 100 bis höchstens 300 nm gebildet, wobei etwa 125 nm üblich ist.

In erster Hinsicht bezweckt eine derartige Schicht, die auch im allgemeinen in Fernsehwiedergabe- und anderen Kathodenstrahlröhren mit einer Kathodolumineszenzschicht üblich ist, das durch die Leuchtschicht

ίο zur Deckschicht ausgesandte Licht zu reflektieren. In zweiter Hinsicht bezweckt sie die Ableitung der auf den Ausgangsschirm auftreffenden Elektronen, während eine derartige Schicht femer zur Verhinderung der Wechselwirkung zwischen dem Photokathodenmaterial, beispielsweise Caesium, und dem Leuchtschichtmaterial dienen kann. Eine Aiuminiumschicht mit der obenerwähnten Dicke von 300 nm ist für Elektronen mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 4 kV durchdringbar. Allgemein gilt, daß die Eindringungstiefe 5 von Elektronen in ein Material der folgenden Formel genügt:

S =

worin C eine Konstante, P das spezifische Gewicht des Schichtmaterials und V die Spannung ist, mit der die Elektionen beim Erreichen der Schicht beschleunigt sind.

Bei einer entsprechend F i g. 1 ausgeführten Bildverstärkerröhre ist die Deckschicht 13 beträchtlich dicker als üblich, und sie kann auch aus verschiedenen Materialien bestehen. Maßgebend ist, daß diese Deckschicht für Elektronen weniger durchdringbar als die übliche Deckschicht ist. so daß erst bei einer Röhrenspannung, die höher als die obenerwähnte Beschleunigungsspannung von 3 bis 4 kV ist, von der Photokathode 9 herrührende Elektronen die Deckschicht durchdringen und ein Aufleuchten der Leuchtschicht 12 bewirken können. Entsprechend der Erfindung muß die Deckschicht 13 so ausgebildet sein, daß erst bei einer Röhrenspannung V. die ein Viertel der nominalen Betriebsspannung V_n beträgt. Photoelektronen eine Lumineszenz bewirken: vorzugsweise sollte dies erst bei einer Röhrenspannung auftreten, die zwischen 50 bis 80% der nominalen Betriebsspannung V_n der Bildverstärkerröhre 3 liegt.

Die Auswirkung der Maßnahme entsprechend der Erfindung ist in F i g. 2 veranschaulicht, in der für Deckschichten mit unterschiedlicher Eindringung der

Photoelektronen die Änderung in der Lumineszenz / des Ausgangsschirms als Funktion der Röhrenspannung V aufgetragen in, wobei die Lumineszenz bei der nominalen Betriebsspannung V_n jeweils gleich 1 gesetzt ist. Üblich ist für Bilaverstärkerröhren eine nominale 3eti icbsspannung von 22 bis 25 kV; F i g. 2 betrifft einen Röntgenbildverstärker mit V_n = 25 kV.

In F i g. 2 gilt die Kurve a für einen RöiHgenbildverstärker mit der üblichen Aluminiumdeckschicht mit einer Dicke von 100 bis 200 nm, die Kurven b. c und d gelten für Röntgenbildverstärker in der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Kurve b gilt für einen RöntgenbildvefstäFker mit einer aus einer etwa 1000 nm dicken Aiuminiumschicht bestehenden Deckschicht, die erst dann für Elektronen permeabel wird, wenn diese auf mehr als etwa 8 kV beschleunigt sind. Die Kurven c und d gelten für B-Idverstärker, deren Deckschicht erst dann für Elektronen durchdringbar ist, wenn diese auf mehr als etwa 12,5 kV, d.h. die Hälfte der nominalen

Betriebsspannung V_n bzw. mehr als 16 kV beschleunigt sind.

Beim Betreiben einer anhand von Fig. 1 beschriebenen Anordnung ist es praktisch nicht möglich, die Röhrenspannung V niedriger zu machen als die Hälfte der nominalen Betriebsspannung V_n, wenn man noch über eine annehmbare Bildqualität verfügen will. Dies ist mit den elektronenoptischen Eigenschaften des Bildverstärkers verbunden. In bezug auf F i g. 2 bedeutet dies, daß man in der Praxis die Lumineszenz der Leuchtschicht 12 des Bildverstärkers durch Änderung der Einstellung der Röhrenspannung nur entsprechend demjenigen Teil der Kurven a, b. c und d regeln kann,

der rechts der gestrichelten Linie V = j V_n liegt.

Versteht man unter Regelbereich der Lumineszenz das Verhältnis der Lumineszenz bei nominaler Betriebsspannung V_n zur minimal zu erhaltenden Lumineszenz, ohne dabei die Röhrensnanniing die Hälfte der nominalen Bestriebsspannung unterschreiten zu lassen, so zeigt Fig.2 deutlich, daß ein solcher Regelbereich beim bekannten Bildverstärker (Kurve a) etwa 3 beträgt. Bei dem Bildverstärker, der mit einer 1000 nm dicken Aluminiumdeckschicht versehen ist, beträgt dieser Regelbereich etwa 10, während er für solche Bildverstärker, für die die Kurven cund d gelten, noch beträchtlich größer ist und in der Praxis sogar 100 betragen kann. Die Maßnahme entsprechend der Erfindung schafft deshalb eine beträchtlich größere Regelmöglichkeit der Anpassung der Lumineszenz des Ausgangsschirms an beispielsweise das Auge oder eine Fernsehaufnahmeröhre, als mit den bekannten Anordnungen möglich ist.

Weil das Anbringen bzw. Aufdampfen einer Aluminiumdeckschicht mit einer Dicke, die größer als etwa 1000 nm ist, Schwierigkeiten ergibt, ist es erwünscht, solche Deckschichten, die erst von auf mehr als 8 kV beschleunigten Elektronen durchdrungen werden, auf andere Art und Weise zu bilden. So können andere Metalle, wie beispielsweise Titan, Silber, Blei und vor allem Gold angewendet werden, während es zur Verhinderung einer Verunreinigung oft günstig ist, an der Seite der Photokathode und manchmal an der Seite der Leuchtschicht eine dünne Aluminiumschicht anzuwenden. In einem solchen Fall besteht die Deckschicht aus verschiedenen Teilschichten. Ein Beispiel hiervon ist eine aus drei Teilschichten bestehende Deckschicht, nämlich eine erste, etwa 100 nm dicke Aluminiumschicht direkt auf der Leuchtschicht, auf dieser Aluminiumschicht eine Gold- oder Bleischicht mit einer Dicke von 300 bis 600 nm und darauf eine zweite Aluminiumschicht

ίο mit einer Dicke von beispielsweise etwa 60 nm. Ein anderes Beispiel ist eine etwa 120 nm dicke Titanschicht unmittelbar auf der Leuchtschicht und darauf an der der Phoiokathode 9 zugewandten Seite eine Aluminiumschicht von etwa 100 nm. Als Leitfaden bei der Bestimmung der erforderlichen Dicke einer Schicht oder Teilschicht gilt, daß sich für Elektronenabsorption äquivalente Dicken von verschiedenen Materialien umgekehrt verhalten wie das spezifische Gewicht jener Materialien. Fine andere Möglichkeit 7iir Verwirkli chung einer Deckschicht entsprechend der erfindungs gemäßen Maßnahme besteht in der Anwendung von Metalloxyden, wie Titanmonoxid (TiO), spezifisches Gewicht 4,93 (mithin beinahe zweimal so hoch wie von Aluminium) und Titandioxid, spezifisches Gewicht 4.17 oder 3,84 je nach der Modifikation. Eine andere Möglichkeit besteht in der Anwendung einer Teilschicht aus Leuchtmaterial, beispielsweise dem gleichen, wie in der leuchtschicht 12 angewendet wurde, jedoch ohne Aktivator, wodurch dieses Material Elektronen ohne Lichtausstrahlung absorbiert. Als dazu geeignetes Material kann Zinkcadmiumsulfid (ZnCdS) ohne Aktivator genannt werden, dessen spezifisches Gewicht ( = etwa 4,5) etwas mehr als anderthalbmal desjenigen von Aluminium beträgt. Als Beispiel sei eine aus zwei Teilschichten bestehende Deckschicht 13 genannt, nämlich aus einer ersten, sich unmittelbar an die Leuchtschicht 12 anschließenden, und aus einer beispielsweise durch Ablagerung erhaltenen Teüschicht aus Zinkcadmiumsuind bestehenden Schicht mit einer Dicke von etwa 1500 nm und einer darüber aufgedampften Aluminiumschicht mit einer Dicke von 50 bis 100 nm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit einem Eingangsschirm, der eine Photokathode aufweist, und mit einem Ausgangsschirm, der eine Leuchtschicht und auf der der Photokathode zugewandten Seite eine Deckschicht aus einem elektrisch leitenden, lichtundurchlässigen Material aufweist und zum Auffangen der von der Photokathode ausgehenden, mittels einer Betriebsspannung beschleunigten Elektronen dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Material und die Dicke der Deckschicht derart gewählt sind, daß die Deckschicht bei einer Betriebsspannung, die geringer als ein Viertel der nominalen Betriebsspannung der Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre ist, praktisch keine Elektronen mehr durchläßt, welche die Leuchtschicht zum Aufleuchten bringen.

2. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach AnsprecA 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material und die Dicke det Deckschicht derart gewählt sind, daß die Leuchtschicht erst bei einer zwischen 50 und 80% der nominalen Betriebsspannung der Bildverstärkerröhre liegenden Betriebsspannung aufleuchtet.

3. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 1000 nm besteht.

4. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus mehreren «ich aneinander anschließenden Teilschichten gebildet wird, von denen wenigstens eine aus Me-all be^cleht.

5. Bildwandler- oder Biltiverstärkerröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus zwei Aluminiumschichten mit einer dazwischen vorgesehenen Goldschicht besteht.

6. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer sich an die Leuchtschicht anschließenden Aluminiumschicht mit einer D^:cke von etwa 100 nm mit einer darüber vorgesehenen Goldschicht mit einer Dicke von 300 bis 600 nm und schließlich an der der Photokathode zugewandten Seite aus einer zweiten Aluminiumschicht mit einer Dicke von 50 bis 100 nm besteht.

7. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich an die Leuchtschicht anschließende Teilschicht der Deckschicht aus nicht aktiviertem Leuchtmaterial, beispielsweise ZnCdS besteht, das keine Lichtemission beim Eindringen der von der Photokathode herrührenden Elektronen aufweist.

8. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht eine aus einem Metalloxyd bestehende Teilschkht enthält.

9. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metalloxyd bestehende Teilschicht aus Titanoxyd besteht.

10. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus wenigstens einer Aluminiumschicht und einer Teilschicht aus einem anderen Material besteht.

11. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschicht aus einem anderen Metall aus einem Metall der Gruppe Titan, Silber und Blei besteht