DE2049127A1

DE2049127A1 - Bildverstärker

Info

Publication number: DE2049127A1
Application number: DE19702049127
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Math. 8520 Erlangen; Wulff Peter Dipl.-Phys. 8521 Frauenaurach Schwierz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-10-07
Filing date: 1970-10-07
Publication date: 1972-04-13
Also published as: DE2049127C3; US3784830A; DE2049127B2; FR2111030A5

Description

Bildverstärker

Die Erfindung betrifft einen Bildverstärker mit einem Vakuumkolben, an dessen einem Ende eine Fotokathode liegt, an deren Fläche das abbildende Strahlenbündel, in Abhängigkeit von der Intensitätsverteilung in seinem Querschnitt, Elektronen auslöst, die elektronenoptisch bei hoher Beschleunigungsspannung auf einen Leuchtschirm abgebildet werden, der am anderen Ende des Kolbens liegt, wobei die Fotokathode eine Kalotte darstellt, mit einer von der Mitte zum Rand hin unterschiedlichen Krümmung, die mit ihrer Öffnung dem Leuchtschirm zugewandt ist. Derartige Bildverstärker werden zur verstärkten Sichtbarmachung von Strahlenbildern verwendet, insbesondere in der medizinischen Röntgendiagnostik, um helle Röntgenbilder zu erhalten.

Bei bekannten Bildverstärkern mit elektronenoptischer Abbildung werden kugelkalottenförmige Kathoden verwendet. Diese ergeben Abbildungsflächen, die ebenfalls gekrümmt sind (Bildfeldwölbung),

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Die Bildfeldwölbung macht aber die oft gute Auflösung der Elemente des bilderzeugenden Systems eines Bildverstärkers (z.B. des bzw. der Leuchtschirme etc.) bei der Abbildung auf den üblichen ebenen Ausgangsschirm weitgehend unwirksam. Die Ausgangsschirme sollen andererseits eben sein, um das Ausgangsbild, das bekanntlich zur Verbesserung der Verstärkung etc. elektronenoptisch verkleinert ist, ungehindert mit einer Lupe optisch wieder vergrößert beobachten zu können bzw. um für Abbildungsketten (Fernsehen usw.) ein ebenes Eingangsbild zu haben. Die optimale Auflösung kann dabei aber wegen der Bildwölbung nur auf einer sehr schmalen, zur Bildverstärkerachse konzentrischen Zone erreicht werden. Auch eine Kathode mit von der Mitte zum Rand hin unterschiedlichen, d.h. abnehmendem Krümmungsradius konnte nicht befriedigen, weil sie keine ebene Abbildung ergibt.

Gemäß der Erfindung wird die Auflösung des Ausgangsbildes eines Bildverstärkers mit einem ebenen Ausgangsschirm durch Einebnung der Bildfläche dadurch verbessert, daß der Querschnitt der Kathodenkalotte einen meridionalen Radius aufweist, der vom Zentrum zum Rand hin stärker als linear zunimmt. Die Zunahme des Radius braucht dabei nicht vollständig stetig zu sein. Es kommt nur darauf an, daß auf den ganzen meridionalen Querschnitt bezogen, die erfindungsgemäße Regel eingehalten 1st. Die Wirkung der Erfindung ist so erklärbar, daß bei der neuen Form der Kathode Elektronenbündel, die von zentralen Zonen der Kathode ausgehen stärker fokussiert werden als diejenigen, die von Zonen am Rand kommen, d.h. die Länge der abbildenden Elektronenbündel bezüglich ebener Abbildung einander angepaßt ist. Auch die im herkömmlichen Konstruktionsprinzip, d.h. bei der Verwendung einer Kugelkalotte, auftretenden kissenförmigen Verzeichnungen werden durch die Erfindung wesentlich vermindert, weil der Winkel zwischen der Kathodenflächennormalen in Punkten der Randzone

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und der Bildverstärkerachse kleiner wird als er bei kugelförmigen Kalotten ist. Dies wirkt sich verzeichnungsmindernd aus, durch günstigere Projektion der Strahlung auf den Eingang des Bildverstärkers, also auf die Fotokathode und durch, verglichen mit der kugelförmigen Kathode, geringere Neigung der nahe des Randes der Kathode austretenden ElektronenbUndel.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann man davon ausgehen, daß wenigstens in der medizinischen Diagnostik hauptsächlich nur Bildverstärker sinnvoll sind, wenn sie folgende Ungleichung erfüllen

1/6 < R/L < 1/2

Dabei 1st L für die Länge des Bildverstärkersystems gesetzt, d.h. den Abstand der Fotokathode vom Ausgangsschirm des Systems. R bezeichnet den Radius, der auf die Kathode in Richtung Anode folgenden Elektrode. Bildverstärker mit einem größeren Wert des R/L dürften wegen den sehr starken Verzeichnungen kaum noch brauchbare Abbildungen liefern. Ein kleinerer Wert des R/L widerspricht der bekannten Forderung nach möglichst kurzen Bildverstärkern. Außerdem braucht nur ein Teil des R für die Abbildung herangezogen zu werden, well die insbesondere für die medizinische Diagnostik wichtigen Details in der Regel in ein Bildfeld gebracht werden können, das in der mittleren Zone des Bildverstärkereingangs unterbringbar ist. Für einen brauchbaren Kompromiß, der außerdem noch das Auftreten von Randstörungen berücksichtigt, genügt es, das Bild auf einer Breite eben zu halten, die der Gleichung entspricht

h « (3Λ) R,

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wobei h der Radius des Bereichs der Fotokathode ist, für den durch die angegebene Methode am Ausgangsschirm eine praktisch ebene Bildfläche mit Sicherheit herzustellen ist. Dann ergibt sich für die Krümmung der Kalotte, welche die Fotokathode trägt, folgendes Ungleichungspaar

0,7 < ^<0'95 und

^Jh/2

h _/p -Jo 0,2 < <0,4.

Dabei bedeutet Jo den meridionalen Radius im Zentrum der Kathode und Jh denjenigen im Abstand h, entsprechend ist dann * h/2 der Radius im Abstand h/2 vom Zentrum.

Die Form der Fotokathode kann z.B. durch einen Träger vorgegeben sein, auf den die bekannten Schichten aufgebracht sind. Eine selbsttragende Schichtung kann etwa durch Pressung in die erfindungsgemäße Form gebracht werden. Bei Verwendung zur Ver- W Stärkung von sichtbarem Licht sollte ein Träger durchsichtig sein und etwa aus Glas bestehen. Für die Anwendung in Rö'ntgenbiIdVerstärkern kann als Träger auch undurchsichtiges röntgendurchlässiges Material verwendet werden, wie z.B. die Metalle Aluminium und Beryllium oder Keramikmaterial.

Nachfolgend sind weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

BAD ORIGINAL

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In der Flg. 1 ist das Sohnittbild eines erfindungsgemäß ausgestatteten elektronischen Röntgenbildverstärkers schematisch dargestellt und

in der Pig. 2 die Anordnung und Ausbildung seiner Elektroden und Leuchtschirme.

Mit 1 ist in der Pig. 1 der vakuumdichte gläserne Kolben des Bildverstärkers bezeichnet. In diesem sind vom Eingangsfenster aus die Kathode 4, die Abbildungs-Elektroden 5 und 6, sowie die Anode 7 angeordnet. Am Ausgangsfenster 8 liegt im hinteren Teil 3 des Kolbens 1 noch der Ausgangsschirm 9. Die Kathode 4 umfaßt in bekannter Weise den Träger 10 aus 0,5 nun dickem Blech aus Aluminium, die darauf aufgetragene Leuchtschicht 11, die neben Bindemittel mit Silber aktiviertes Zinksulfid enthält und die unter Zwischenlage einer Trennschicht darauf aufgedampft die Fotokathodenschicht 12 trägt, die Antimon und Cäsium enthält. Der Ausgangsleuchtschirm 9 ist eben und besteht in bekannter Weise aus der Aluminiumschicht IJ, die aufgedampft ist auf die Leuchtschicht 14, die Zinksulfid enthält, und auf. dem 0,3 mmm dicken Träger 15 aus Glas liegt. In bekannter und daher nicht dargestellter Weise ist an die Kathode 4 die Anode 7 sowie die Elektroden 4 bis 6 ein elektrisches Potential angelegt, welches zwischen der Kathode 4 und der Anode 7 eine Spannungsdifferenz von 25 kV hervorruft. Dabei liegt zwischen der Kathode 4 und der ersten Elektrode 5 ein Spannungsunterschied von 200 V, zur dritten Elektrode 6 ein solcher von 1200 V und der Rest zur Anode 7 hin.

In der Pig. 2 sind gegenüber Fig. 1 in vergrößertem Maßstab die Elektroden 4 bis 7 herausgezeiohnet. Dabei sind die Abstände h, h/2 und R vom Zentrum der Kathode 4, d.h. der Längsachse 16 des

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Bildverstärkers aus abgetragen. Außerdem ist noch der Abstand der Kathode 4 und des Schirms 9, die Länge L des Systems markiert, aowie der Durohmesser S des eingeebneten Auegangsbildes. Gestrichelt ist eine in bekannter Weise geformte Potokathode eingezeichnet« deren Kathodenfläohe auf einer Kugelkalotte liegt. Dem Punkt im Abstand h vom Zentrum kommt bei der Kugelkalotte eine Senkrechte 18 auf der Kalotte zu, die steiler nach innen weist als diejenige 19 im adequaten Punkt der erfindungsgemäß ^ geformten Kathode 4. Dementsprechend ist auch die Abweichung ■ des gestrichelt eingezeichneten Elektronenstrahls 20 von demjenigen, der mit 21 bezeichnet ist, erheblich. Dies zeigt sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung in einer Verringerung der Verzeichnung und der Vignettierung, d.h. des Intensitätsabfalls zum Rand hin. Dieser ist,wie Vergleichsmessungen ergaben, gegenüber den Ausgangsschirmen von Bildverstärkern mit bekannten kugelkalottenförmigen Potokathoden im PeId S um wenigstens 50 % vermindert.

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Claims

Patentansprüche

ί 1.^Bildverstärker mit einem Vakuumkolben, an dessen einem Ende eine Fotokathode liegt, an deren Fläche das abbildende Strahlenbündel, in Abhängigkeit von der Intensitätsverteilung in seinem Querschnitt, Elektronen auslöst, die elektronenoptisch bei hoher Beschleunigungsspannung auf einen Leuchtschirm abgebildet werden, der am anderen Ende des Kolbens liegt, wobei die Fotokathode «ine Kalotte darstellt mit einer von der Mitte zum Rand hin unterschiedlichen Krümmung, die mit ihrer öffnung dem Leuchtschirm zugewandt 1st, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kathodt (4) einen meridionalen Krümmungsradius aufweist, der vom Zentrum zum Rand hin stärker als linear zunimmt.
2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Abmessungen folgenden Ungleichungen bzw. Gleichungen entsprechen

1/6 < R/L < 1/2 und h « (V*) R sowie

0,7 < <O,95 und 0,2 <

Jh_/2 Jh J iy₂

wobei L die Länge des Bildverstärkersystems ist, d.h. der Abstand zwischen der Kathode (4) und dem Ausgangsschirm (9)» R ^a der Radius, der in Richtung Anode (7) auf die Kathode folgenden Elektrode (5)» h * der Radius des Bereichs der Kathode, der eben abgebildet werden soll (Fig. 2), So = der merldionale Krümmungsradius der Kathode in der Längsachse (16) des Bildverstärkers, Jh * der merldionale Krümmungsradius der Kathode im Abstand h von der Längsachse und Jh /p ^E im halben Abstand h.

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