DE2245696A1 - IMAGE AMPLIFIER TUBE - Google Patents
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Description
BildverstärkerröhreImage intensifier tube
Die Erfindung betrifft Bildverstärkerröhren mit einer Hülle, die einen Eingangsschirm und einen in einem Abstand von diesem angeordneten Ausgangsschinri enthält? zwischen denen ein elektronenoptisches System angeordnet ist, mittels dessen der Ausgangsschirm in bildmäßiger Verteilung mit Elektronen bestrahlbar ist/ die von dem Eingangsschirm in Abhängigkeit von einer bildmäßigen Bestrahlung desselben mit elektromagnetischer -Strahlung ausgesandt werden. : The invention relates to image intensifier tubes having a shell containing an input screen and an output screen spaced therefrom. between which an electron-optical system is arranged, by means of which the output screen can be irradiated in an imagewise distribution with electrons / which are emitted from the input screen as a function of an imagewise irradiation of the same with electromagnetic radiation. :
Es ist bekannt, ein auf treffendes Strahlenmuster/aus Röntgenstrahlen in ein entsprechendes Strahlungsmusters einer Elektronenstrahl/ überzuführen, indem man die Röntgenstrahlen auf einen Eingangsschirm mit einer fluoreszierenden Leuchtstoffschicht-fallen läßt, deren Photonen eine be-' nachbarte photoemissive, d.h.Elektronen aussendende, Schicht anregen. Die von der photoemissiven Schicht ausgesandten Elektronen werden dann durch ein elektronenoptisches System beschleunigt und auf eine an einem Ausgangsschirm befindliche fluoreszierende Leuchtstoffschicht geworfen, die in der Brennebene des elektronenoptischen Systems angeordnet ist. Ein verkleinertes Lichtbild,·das dem einfallenden Röntgenstrahlungsmuster entspricht, wird auf der Leuchtstoffschicht des Ausgangsschirms erzeugt. Die Helligkeit des Lichtbildes an dem Ausgangsschirm übersteigt die an der Leuchtstoffschicht des Eingangsschirms erzeugte Helligkeit. Diese Verstärkung rührt von der Elektronenbeschleunigung und der Verkleinerung her» Eine-solche Bildverkleinerung wird, obwohl dies an/ich nicht erforderlich ist, üblicherweise angewendet, um in den Filmkameras oder Fernsehkameras, mit denen normalerweise das -optische Ausgangssignal der Bildverstärkerröhre aufgezeichnet wird, optische Elemente geeigneter körperlicher AusdehnungenIt is known to convert an incident radiation pattern / from X-rays into a corresponding radiation pattern Electron beam / transfer by taking the x-rays on an input screen with a fluorescent phosphor layer, the photons of which have a Adjacent photoemissive, i.e. layer that emits electrons stimulate. The electrons emitted by the photoemissive layer are then transmitted through an electron-optical System accelerates and on one at an exit screen located fluorescent phosphor layer thrown, which is arranged in the focal plane of the electron optical system. A reduced photograph, · that of the incident X-ray pattern is generated on the phosphor layer of the output screen. the Exceeds the brightness of the light image on the output screen the brightness produced on the phosphor layer of the input screen. This gain is due to the acceleration of the electrons and the reduction in size »One-such Image reduction, although not required to / I, is commonly applied to in the film cameras or television cameras, which normally record the optical output signal of the image intensifier tube, optical elements of suitable physical dimensions
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(kleiner Ausdehnungen) anwenden zu können.(small expansions) to be able to use.
Die Betriebseigenschaften und Nachteile, die bei dieser Art von Verstärkerröhren gegeben sind, sind bekannt. Besonders ins Gewicht fallende Nachteile sind das geringe Auflösungsvermögen, der geringe Kontrast und das schlechte Signal-Geräusch-Verhältnis SNR. üblicherweise haben solche Röntgenstrahlen-Bildverstärkerröhren ein Auflösungsvermögen von ungefähr 1 bis 2 Linienpaaren pro Millimeter im Vergleich zu 6 bis 16 Linienpaaren pro Millimeter, wie es bei üblichen Film-Bildschirm-Systemen der Fall ist. Wegen des geringen Auflösungsvermögens und des geringen Kontrasts sind diese Verstärkerröhren nicht geeignet, um Röntgenbilder der Güte zu erzeugen, wie sie für den Großteil der üblichen medizinischen Röntgentechnik erforderlich ist. Die Anwendung solcher Röhren -ist daher in der Hauptsache auf folgende Anwendungsgebiete beschränkt:The operational characteristics and disadvantages associated with this type of amplifier tube are known. Particularly Significant disadvantages are the low resolution, the low contrast and the poor Signal-to-Noise Ratio SNR. Usually, such X-ray image intensifier tubes have resolving power from approximately 1 to 2 line pairs per millimeter compared to 6 to 16 line pairs per millimeter, as is the case with conventional film-screen systems. Because of the low resolution and the low contrast, these intensifier tubes are not suitable for Generate X-ray images of the quality required for most of the usual medical X-ray technology is. The use of such tubes is therefore mainly limited to the following areas of application:
1. Untersuchungen im Fluoreszenzverfahren, weil bei solchen fluoroskopischen Untersuchungen die Nachteile des geringen Auflösungsvermögens durch die Vorteile der geringeren Strahlungsbelastung des Patienten aufgehoben werden und '1. Investigations in the fluorescence method, because with such fluoroscopic examinations the disadvantages of the low Resolving power can be canceled out by the advantages of the lower radiation exposure of the patient and '
2. Die dynamische Röntgentechnik (z.B. fluoroskopisehe Kinematographie), wo das schlechte SNR zum Teil durch die Integrationszeit des nieschlichen Auges beim Betrachten des fertigen Films oder des Fernsehbildes kompensiert wird. '2. Dynamic X-ray technology (e.g. fluoroscopic Cinematography), where the poor SNR is partly due to the integration time of the sneaking eye when viewing of the finished film or the television picture is compensated. '
Die bilderzeugenden Eigenschaften von Bildverstärkerröhren werden üblicherweise durch die M.odulationsüber-The image-generating properties of image intensifier tubes are usually determined by the modulation transfer
. - tes. - tes
tragungsfunktion MTF beschrieben. Schlechte MTF und schlech/ SNR bekannter Röntgenstrahlen- Bildverstärkerröhren läßt sich in hohem Maße auf die in Partikelform vorliegenden Leuchtstoffe zurückfuhren, wie sie beira Eingangssehirr.bearing function MTF described. Bad MTF and bad / SNR of known X-ray image intensifier tubes can to a large extent be traced back to the phosphors , which are present in particle form, as are used in input dishes.
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und beim Ausgangsschirm der bekannten Verstärkerröhren verwendet werden. Wenn angenommen das Geräusch in der Verstärkerröhre in erster Linie durch die statistischen Änderungen des einfallenden Röntgenstrahls hervorgerufen wird, dann kann das SNR bei den bekannten^am Eingangsschirm verwendeten Leuchtstoffen nur dadurch vergrößertand at the output screen of the known amplifier tubes be used. If assumed the noise in the amplifier tube is primarily due to the statistical changes caused by the incident X-ray beam, then the SNR can be used with the known ^ on the input screen Phosphors only enlarged by this
!werden, daß man den Anteil, der von dem auffallenden Röntgenstrahl absorbiert wird, vergrößert. Normalervreise absorbieren die Leuchtstoffe in den im Handel erhältlichen Verstärkerröhren ungefähr 15 % der auffallenden Röntgenstrahlung. Die Absorption der Röntgenstrahlung kann erhöht werden, indem man die Dicke der Leuchtstoffschicht vergrößert. Ein hierdurch erreichter Zuwachs an SNR würde jedoch durch eine Abnahme in Befcug auf die MTF begleitet. Dieser Umstand ist eine Folge- der inneren Lichtzerstreuungseigenschaft einer aus Partikeln bestehenden Leuchtstoffschicht. Die MTF üblicher, aus Partikeln bestehender Leuchtstoffschichten für den Eingangsschirm, wie sie für bekannte Röntgenbildverstärkerröhren verwendet werden, beträgt ungefähr 4 Linienpaare pro Millimeter bei einem Modulationspegel von 4 %. Daher stellen, wie bereits erwähnt, die in Partikelform vorliegenden Leuchtstoffe am Eingangsschirm und am Ausgangsschirm bei bekannten Bildverstärkerröhren die herausragenden Faktoren dar,- durch die die Gesamt-MTF und das SNR bei den derzeit bekannten. Bildverstärkerröhren in ungünstiger Weise beschränkt v/erden.! are achieved by increasing the proportion that is absorbed by the incident X-ray beam. Normal travel the phosphors in the commercially available intensifier tubes absorb about 15% of the incident ones X-rays. The absorption of X-rays can be increased by increasing the thickness of the phosphor layer enlarged. An increase in SNR achieved in this way would, however, be reduced by a decrease in the MTF accompanied. This fact is a consequence of the internal light-scattering property a phosphor layer consisting of particles. The MTF more common, made up of particles Phosphor layers for the input screen, as used for known X-ray image intensifier tubes, is approximately 4 line pairs per millimeter at a modulation level of 4%. Therefore ask, as already mentions the phosphors present in particle form on the input screen and on the output screen in known image intensifier tubes the outstanding factors - by which the total MTF and the SNR in the currently known. Image intensifier tubes grounded in an unfavorable way.
Bekannte Leuchtstoff-Eingangsschirme-für Röntgenstrahlen we.isen bei den bekannten Bildverstärkerröhren ein Trägermaterial auf, auf dem -sich -feine Beschichtung aus einer Leuchtstoffverbindung, beispielsweise aus Kalziumwolframat, Zinksulfid oder Zink-Cadmium-Sulfiil , das in einem geeigneten Träger oder Binder dispergiert ist, befindet und sindKnown fluorescent entrance screens for X-rays we.isen in the known image intensifier tubes on a carrier material on which -fine coating of a Fluorescent compound, for example from calcium tungstate, Zinc Sulphide or Zinc Cadmium Sulphiil in a suitable Carrier or binder is dispersed, is and are
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der Fachwelt als "Pulverschirme" oder "Salzschirme11 bekannt. Schirme dieser Art haben zwar in der Röntgentechnik weite Anwendung und Verbreitung gefunden, haben sich aber nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen, wenn feine Details aufgezeichnet werden sollen. Dies rührt in erster Linie von der granulären Struktur der Leuchtstoffschichten her, weil durch diese granuläre oder körnige Struktur eine nicht unerhebliche LichtZerstreuung verursacht wird und dadurch eine Kontrastminderung bei kleinen Bildeinzelheiten gegeben ist. Außerdem müssen die Schichten dünn sein, wenn eine Bildschärfe erhalten werden soll, wie sie beispielsweise für diagnostische Zwecke gefordert werden muß. Dies bedeutet, daß insbesondere bei Anwendung von "harten" oder stärker durchdringenden Röntgenstrahlen die Bildinformation, mit der der Aufnahmegegenstand die Röntgenstrahlung moduliert hat, nur zum Teil genutzt wird und der überwiegende Großteil der Röntgenstrahlen den Schirm unausgewertet durchdringt.known in the art as "powder screens" or "salt screens 11. Screens of this type have found widespread use in X-ray technology, but have not proven to be entirely satisfactory when fine details are to be recorded. This is primarily due to the granular type Structure of the phosphor layers, because this granular or grainy structure causes a not inconsiderable light scattering and thus a reduction in contrast in small image details This means that, especially when using "hard" or more penetrating X-rays, the image information with which the subject has modulated the X-rays is only partially used and the majority of the X-rays penetrate the screen without being evaluated.
Zur Überwindung der oben erwähnten und noch weiterer Probleme, die bei Pulverschirmen auftreten, wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht. So ist beispielsweise in der USA-Patentschrift '2 292 914 vorgeschlagen, die Leuchtstoffmaterialien zu glasartigen Platten oder Blättern zu schmelzen. Solche gegossenen Platten weisen jedoch eine zu geringe Eigenfestigkeit auf, insbesondere wenn es" sich um größere Platten handelt.'Viele geeignete Röntgenstrahlen-Leuchtstoffe, beispielsweise Gd3O3, Calzium-Wolframat und Barium-Blei-Sulfat, lassen sich nicht schmelzen, ohne daß Zerfallsprozesse eintreten. Außerdem ist ein peinlich genaues Polieren hierbei erforderlich, an das sich eine chemische und physikalische Behandlung anschließt, um die enthaltenen Leuchtstoffe zu aktivieren.Numerous proposals have been made to overcome the above-mentioned and other problems associated with powder umbrellas. For example, US Pat. No. '2 292 914 proposes melting the phosphor materials into glass-like plates or sheets. Such cast plates, however, have too little intrinsic strength, especially if they are "larger plates." Many suitable X-ray phosphors, for example Gd 3 O 3 , calcium tungstate and barium lead sulfate, cannot be melted without In addition, meticulous polishing is required, followed by chemical and physical treatment in order to activate the phosphors contained.
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Die gegossenen Blätter oder Platten weisen üblicherweise eine unerwünscht geringe Dicke auf, und es hat sich gezeigt, daß der Prozentsatz der umgewandelten Hochenergiestrahlung geringer ist, als dies für die meisten Röntgenstrahlenanwendungen erwünscht ist. C. Albrecht und andereThe cast sheets or plates usually have has an undesirably thin thickness and the percentage of high energy radiation converted has been found to be less than that for most x-ray applications is desirable. C. Albrecht and others
schlagen in der Veröffentlichung "Medica Mundi", Bd. 5f suggest in the publication "Medica Mundi", Vol. 5 f
Nr. 2/3, Seiten 80 bis 84,(1959), Röntgenschirme aus K;alium-Jodid und Zäsium-Jodid in Form von Einkristallen der Größe 6· cm χ 6 cm vor, deren-Dicke· 3 mm beträgt und die Thallium als Aktivierungs- und Dopingmittel für die Leuchtstoffe enthalten. Ein größerer Schirm dieser Art, der eine Reihe von mitTnällium gedopten Kalium-Jodid-Kristallen (ΚΙ:ΤΪ) enthält, wird in der Weise hergestellt, daß 16 der vorerwähnten monokristallinen Stücke in SiIikonöl eingebettet und auf einem Alumininiumblatt ange- ' bracht werden, um höhere Festigkeit zu -erzielen. Vergleichsversuche mit einem handelsüblichen Pulverschirm mit ZnCdS zeigen, daß die monokristallinen Muster eine höhere Absorption und eine bessere Bildschärfe ergeben. Hierbei zeigt sich jedoch weiterhin, daß die Qrenzflachen zwischen den kristallinen Stücken bei dem zusammengesetzten großen Schirm Quellen starker Lichtstreuung darstellen und daß die Inhomogenität des Einbettungsstoffs Anlaß zu starken Kontrastverlusten gibt. Außerdem ist die Herstellung von Einkristallen und das Zerteilen derselben in geeignete Stücke für den Aufbau eines Schirms äußerst aufwendig, zeitraubend und sehr teuer. Auch ist die 'erzielbar Größe der Einkristalle durch technische Probleme äußerst stark.beschränkt, die mit dem Wachstum der Einkristalle zusammenhängen.No. 2/3, pages 80 to 84, (1959), X-ray screens made of K; aluminum iodide and cesium iodide in the form of single crystals the size 6 cm 6 cm, the thickness of which is 3 mm and the thallium as an activating and doping agent for the Contain phosphors. A larger screen of this type, made up of a series of potassium iodide crystals doped with Tnellium (ΚΙ: ΤΪ) is produced in such a way that that 16 of the aforementioned monocrystalline pieces in silicone oil embedded and attached to an aluminum sheet to achieve greater strength. Comparison tests with a commercially available powder screen with ZnCdS show that the monocrystalline patterns give higher absorption and better image sharpness. Here it still shows, however, that the border areas between the crystalline pieces in the assembled large screen represent sources of strong light scattering, and that the inhomogeneity of the embedding material gives rise to severe loss of contrast. In addition, the production of Monocrystals and the division of the same into suitable pieces for the construction of a screen are extremely complex and time-consuming and very expensive. The size of the single crystals that can be achieved is also extremely limited due to technical problems related to the growth of the single crystals.
Es ist daher ersichtlich, daß in der Technik ein Bedarf für eine Bildverstärkerröhre mit einem verbesserten Leuchtstoffschirm besteht.It can therefore be seen that there is a need in the art for an image intensifier tube with an improved phosphor screen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildverstärkerröhre der in Rede stehenden Art zu schaffen, deren Leuchtstoffschirm einen großen Teil der einfallendenThe invention is therefore based on the object of creating an image intensifier tube of the type in question, whose fluorescent screen accounts for a large part of the incident
bisher nur Strahlungsenergie ausnutzt, wie dies/bei einem dicken Schirm der Fall ist, jedoch gleichzeitig eine hohe Bildschärfe aufweist, wie dies/bei einem dünnen Schirm der Fall ist, wobei weiterhin eine hohe Eigenfestigkeit gegeben sein soll, insbesondere bei großflächigen Schirmen, ohne daß solche Zerstreuungseffekte auftreten, wie d-ies der Fall ist, wenn Einkristalle zusammengefügt werden, um einen großflächigen, zusammengesetzten Schirm zu erzeugen.so far only uses radiation energy, like this / with a thick screen is the case, but at the same time has a high image sharpness, as is the case with a thin screen, wherein Furthermore, a high inherent strength should be given, especially in the case of large-area screens, without such scattering effects occur, as is the case when single crystals are joined together to form a large-area, composite screen.
Bei einer Bildverstärkerröhre der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest einer der beiden Schirme einen heißgepreßten ". Leuchtstoff enthält". .·· ' ,In an image intensifier tube of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that at least one of the two screens contains a hot-pressed "phosphor." . ·· ',
Der hier verwendete Ausdruck "heißgepreßt" bezieht sich auf die Erzeugung polykristalliner Leuchtstoffelemente. Beim Heißpressen wird ein Mikrokristallines.Pulver in eine Preßform eingegeben, die Form wird auf eine Temperatur erhitzt, die unterhalb des Schmelzpunkts des kristallinen Materials liegt, und es wird eine. Preßkraft während einer Zeitdauer aufgebracht, die ausreicht, ein optisches Element zu bilden, dessen Dichte zumindest 99 % der theoretischen Einkristalldichte dieses Materials beträgt. Die Druckkraft wird sodann wieder entfernt urid das Erhitzen eingestellt. Die Preßform und das in dieser geformte neue Element läßt man dann abkühlen und nimmt das Element anschließend aus der Preßform heraus. So gewonnene heißgepreßte Elemente unterscheiden sich eindeutig von glasartigen Werkstoffen, wie sie bei den bekannten Schmelz verfahren gewonnen v/erden. Solche glasartigen Materialien sind von sehr geringer Eigenfestigkeit, haben eine geringere Temperaturn tabl Ii tiltAs used herein, "hot-pressed" refers to the production of polycrystalline phosphor elements. At the A microcrystalline powder is hot pressed into a press mold entered, the mold is heated to a temperature below the melting point of the crystalline material lies, and it becomes a. Pressing force applied for a period of time sufficient to an optical element to form whose density is at least 99% of the theoretical single crystal density of this material. The pressure force is then removed again and heating is stopped. The mold and the new element formed in it are then allowed to cool and the element is then removed the mold out. Hot-pressed elements obtained in this way clearly differ from glass-like materials, as they are obtained in the known melting process. Such vitreous materials are of very low inherent strength, have a lower temperature
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und erfordern ein sorgfältiges Polieren vor der Anwendung. Im Gegensatz hierzu sind die heißgepreßten Elemente von hoher Eigenfestigkeit und können in jeder gewünschten Abmessung, Dicke und Formgebung hergestellt werden, beispielsweise für die handelsüblichen Größen von Bildverstärkerröhren, deren Durchmesser üblicherweise 12,7 cm (5"), 15,2 cm (6") und 22,8 cm (9") betragen. Ebenso können die heißgepreßten Elemente auch in anderen Größen oder Formaten hergestellt.werden. Diese Elemente sind-weiterhin Im wesentlichen frei von optischen Fehlern und können, wenn dies gewünscht wird, unmittelbar nach dem Heißpressen in Benutzung genommen werden, ohne eine weitere Behandlung durchzuführen. Eine eingehendere Beschreibung der Technik des "Heißpressens" kann der britischen Patentschrift 1 077 725 entnommen werden.and require careful polishing before use. In contrast, the hot-pressed elements are from high intrinsic strength and can be produced in any desired dimension, thickness and shape, for example for the commercial sizes of image intensifier tubes, the diameter of which is usually 12.7 cm (5 "), 15.2 6 "and 9" respectively. The hot-pressed elements can also be made in other sizes or formats getting produced. These elements are still essential free from optical defects and can, if so desired, be used immediately after hot pressing taken without further treatment. A more detailed description of the "hot pressing" technique can be found in British Patent 1,077,725.
Soweit die Ausdrücke "Leuchtstoff" oder '"Leuchtstoffverbindung" Verwendung finden, beziehen diese sich auf Verbindungen, die eine solche Kristallstruktur aufweisen, daß sie sich zu polykristallinen Werkstoffen heißpressen lassen, die bei Bestrahlung mit einer Hochenergiestrahlung ihrerseits eine Strahlung aussenden, die in dem elektromagnetischen Spektrum in dem Bereich zwischen dem dem ultravioletten Licht benachbarten Spektralbereich und" dem Infrarotbereich liegt. Der Ausdruck, "Ilochenergiestrahlung" schließt hier Röntgenstrahlung (10 bis 1,0 nm), Gammastrahlen (10 bis 10 nm) und ultraviolette Strahlung (1 bis 400 nm) ein. . - . . 'As far as the terms "fluorescent material" or "fluorescent material compound" Find use, these relate to compounds that have such a crystal structure that they can be hot-pressed to polycrystalline materials, which in turn when exposed to high-energy radiation emit radiation that is in the electromagnetic spectrum in the range between that of the ultraviolet Light neighboring spectral range and "the infrared range lies. The term "ilochen energy radiation" here includes X-rays (10 to 1.0 nm), gamma rays (10 to 10 nm) and ultraviolet radiation (1 to 400 nm). . -. . '
Die Absorption von Energie von dem auffallenden bildmäßigen Strahlungsmuster erzeugt angeregte Elektronen in dem heißgepreßten Werkstoff. Diese Elektronen können durch übergänge, die von der Aussendung einer bestimmten Energiemenge begleitet sein können, auf ein niedrigeres Energieniveau zurückkehren. Der Ausdruck "Lumineszenz", der die Erscheinung der Phosphoreszenz einschließt, beschreibt dieThe absorption of energy from the incident imagewise radiation pattern creates excited electrons in the hot-pressed material. These electrons can go through transitions that result from emitting a certain amount of energy can be accompanied to return to a lower energy level. The term "luminescence" which means the The appearance of phosphorescence includes describes the
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Erscheinung der Energieabsorption durch den Leuchtstoff und die Wiederaussendung eines Teils dieser Energie in Form sichtbaren Lichts. Wenn die auffallende Strahlung im Bereich des Röntgenspektrums liegt, d.h. Wellenlängen von 10 bis 1,0 nm aufweist, dann wird rial als Röntgenleuchtstoff bezeichnet.Appearance of energy absorption by the phosphor and the re-emission of part of this energy in Form of visible light. When the incident radiation is in the range of the X-ray spectrum, i.e. has wavelengths of 10 to 1.0 nm, then rial called X-ray phosphor.
von 10 bis 1,0 nm aufweist, dann wird ein solches Mate-of 10 to 1.0 nm, then such a material is
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine evakuierte Röhre mit einem Eingangselement oder Eingangsschirm und einem Ausgangselement oder Ausgangsschirm angewendet, von denen zumindest einer fluoreszierend, heißgepreßt, optisch homogen und lichtdurchlässig ist sowie Photonen abgibt, wenn er durch Röntgenstrahlen angeregt wird. Ein bildmäßiges Strahlenmuster von auf den Eingangsschirm auffallender Röntgenstrahlung bewirkt, daß die fluoreszierende Leuchtstoff schicht des Eingangsschirms, vorzugsweise eine fluoreszierende, heißgepreßte, optisch homogene Leuchtstoff-Eingangsschicht, Photonen aussendet, die eine benachbarte, Elektronen aussendende Schicht in dem Eingangsschirm anregen. Die von der Elektronen abgebenden Schicht ausgesandten Elektronen werden durch das elektronenoptische System beschleunigt und auf den Ausgangsschirm fokussiert, der eine fluoreszierende, heißgepreßte optisch homogene Leuchtstoffschicht enthalten kann, die in der Brennebene des Elektronenoptischen Systems angeordnet ist. Bei der Leuchtstoffschicht des Ausgangsschirms kann es sich auch um eine übliche Pulver- Binder- oder eine aufgedampfte Leuchtstoffschicht handeln. Außer anderen bekannten Einrichtungen können in Verbindung mit dem Ausgangsschirm beispielsweise auch optisch homogene Leuchtstoffe, elektronenempfindliche photographische Emulsionen, 'Stehbildkameras, Hinrichtungen zur kinematographischen Fluoroskopie, Fernsehkameras usw. Anwendung finden.In the present invention, an evacuated tube having an input member or screen and a Output element or output screen applied, at least one of which is fluorescent, hot-pressed, optically homogeneous and is translucent and emits photons when excited by X-rays. A pictorial Radiation patterns from X-rays incident on the input screen cause the fluorescent phosphor layer of the input screen, preferably a fluorescent, hot-pressed, optically homogeneous phosphor input layer, Emits photons that excite an adjacent electron-emitting layer in the input screen. The electrons emitted by the electron-donating layer are accelerated by the electron-optical system and focused on the output screen, which is a fluorescent, hot-pressed, optically homogeneous phosphor layer may contain, which is arranged in the focal plane of the electron optical system. In the case of the phosphor layer the output screen can also be a conventional powder Act binder or a vapor-deposited phosphor layer. In addition to other known facilities, in Connection with the output screen, for example, also optically homogeneous phosphors, electron-sensitive photographic ones Emulsions, still cameras, executions for cinematographic fluoroscopy, television cameras, etc. application Find.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawing in FIG individually explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematisiert und teils aufgebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung einer Bildverstärkerröhre;·1 shows a schematic and partially broken away perspective illustration an image intensifier tube;
Fig. 2 und 3 schematisiert gezeichnete Längsschnitte des Eingangsschirms'bzw. des Ausgangsschirms bekannter Bildverstärkerröhren; Fig. 2 and 3 schematically drawn longitudinal sections of the input screen or the output screen of known image intensifier tubes;
Fig. 4 einen Längsschnitt einer Bildverstärkerröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;4 shows a longitudinal section of an image intensifier tube according to an embodiment the invention;
Fig. 5 und 6 Längsschnitte durch Eingangsschirm · bzw. Ausgangsschirm von Bildverstärker- , röhren gemäß weiterer Ausführungsbei-^· spiele der Erfindung;5 and 6 are longitudinal sections through the input screen and output screen of the image intensifier, tubes according to further execution examples games of the invention;
Fig. 7 und 8 schematisiert gezeichnete Seitenansichten von Bildverstarkerröhren gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung und7 and 8 schematically drawn side views of image intensifier tubes according to further embodiments of the invention and
Fig. 9 und IO Diagramme, in denen Eigenschaften von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Bildverstarkerröhren mit den entsprechenden Eigenschaften bekannter 'BiZdverstärkerröhren verglichen sind.Fig. 9 and IO diagrams in which properties of embodiments of image intensifier tubes according to the invention with the corresponding Properties of well-known BiZd amplifier tubes are compared.
In Fig. 1 ist eine Bildverstärkerröhre 10 dargestellt mit einer evakuierten Hülle 11 aus Glas, an deren einem Ende ein Eingangsschirm 12 und an deren anderem Ende ein Ausgangsschirm 13 vorgesehen sind und die ein fokussierendes elektronenoptisches System 14 enthält. Das elektronenoptische System 14 ist vorzugsweise von der Art, wie es auf Seite 7 der Veröffentlichung "Dual Field X-Ray Image Intensifier Image Quality and Dose Characteristics for Television and Cineflubrography"* von L.F. Guyot., herausgegeben durch Thomson-Houston, 8. November 1963, 6 Rue Mario Nikis, Paris 15°, beschrieben ist. Das elektronenoptische System kann jedoch auch von anderer üblicher Art sein, wie es in den Patentschriften 2 523 132, 2 698. 912, 2 700 116 oder 3 235 737 beschrieben ist. Das elektronenoptische System 14 ist zwischen den Schirmen 12 und 13 angeordnet. Der Eingangsschirm 12 weist eine fluoreszierende Leuchtstoff-Eingangsschicht und eine Elektronen aussendende Schicht auf. Der Ausgangsschirm 13 weist eine fluoreszierende Leuchtstoff-Ausgangsschicht auf. Die' Röhre lO.ist so angeordnet, daß der Eingangsschirm 12 so ausgerichtet ist, daß er ein bildmäßiges Röntgenstrahlungsmuster 15 empfängt, und eine Fernseh- oder Filmkamera 16 kann so auf den Ausgangsschirm 13 ausgerichtet sein, daß sie die sichtbaren Ausgangsbilder, die dem empfangenen Röntgenstrahlungsmuster entsprechen und auf dem Ausgangsschirm 13 erscheinen, aufnimmt und aufzeichnet. ■ ' ■ > 1 shows an image intensifier tube 10 with an evacuated envelope 11 made of glass, at one end of which an input screen 12 and at the other end an output screen 13 are provided and which contains a focusing electron-optical system 14. The electron optical system 14 is preferably of the type described on page 7 of the publication "Dual Field X-Ray Image Intensifier Image Quality and Dose Characteristics for Television and Cineflubrography" * by LF Guyot., Edited by Thomson-Houston, Nov. 8th 1963, 6 Rue Mario Nikis, Paris 15 °. However, the electron-optical system can also be of another conventional type, as described in patents 2,523,132, 2,698,912, 2,700,116 or 3,235,737. The electron optical system 14 is arranged between the screens 12 and 13. The input screen 12 has a fluorescent phosphor input layer and an electron emitting layer. The output screen 13 has a fluorescent phosphor output layer. The tube 10 is arranged so that the input screen 12 is oriented to receive an image-wise x-ray pattern 15, and a television or movie camera 16 can be oriented to the output screen 13 to display the output visual images that are received X-ray patterns correspond and appear on the output screen 13, picks up and records. ■ '■>
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Eingangsschirm 12 e^ner bekannten Bildverstärkerröhre. Dieser Eingangsschirm 12 weist eine Vielzahl von Schichten auf, nämlich eine für Röntenstrahlen durchlässige Röhrenstlmwand 17f einen Zwischenraum 19, eine Trägerschicht 21, eine Eingangs-Leuchtstoff schicht 23, eine Trennschicht 25 trnct ein© Elektronen aussendende oder photoemisslve Schicht.27. Die Stirn-FIG. 2 shows a longitudinal section through the input screen 12 of a known image intensifier tube. This input screen 12 has a plurality of layers, namely a permeable Röntenstrahlen Röhrenstlmwand 17 f an intermediate space 19, a carrier layer 21, a input phosphor layer 23, a release layer 25 trnct a © electron emitting or photoemisslve Schicht.27. Forehead-
wand 17 der Röhre ist aus Glas und hat üblicherweise eine Dicke in der Größenordnung von etwa 2,5 mm. Die Trägerschicht 21, die eine lichtreflektierende, für Röntgenstrahlen durchlässige Schicht ist, ist beispielsweise aus Aluminium und ungefähr 0,1 ram dick. Die Trägerschicht 21 dient als Spiegel für von der Leuchtstoffschicht 23 ausgesandtes Licht und stellt sicher, daß das gesamte, von der Schicht 23 ausgesandte Licht gegen die photoemissive Schicht 27 geworfen wird. Die Größe des Zwischenraums 19 variiert je nach Hersteller und Aufbau der betreffenden Bildverstärkerröhre und ist natürlich umso kleiner, je kleiner die betreffende Röhre ist. Wie nachfolgend aufgezeigt wird, kann der Zwischenraum 19, der meist etwa 6,3 mm groß ist, bei der hier beschriebenen Erfindung weiter , verkleinert werden oder ganz in Wegfall kommen.wall 17 of the tube is made of glass and usually has a Thickness on the order of about 2.5 mm. The carrier layer 21, which is a light reflective, for X-rays permeable layer is, for example, made of aluminum and about 0.1 ram thick. The carrier layer 21 serves as a mirror for what is emitted by the phosphor layer 23 Light and ensures that all of the light emitted by the layer 23 against the photoemissive Layer 27 is thrown. The size of the space 19 varies depending on the manufacturer and structure of the relevant Image intensifier tube and, of course, the smaller the tube in question, the smaller it is. As shown below is, the gap 19, which is usually about 6.3 mm, in the invention described here, further, can be reduced in size or completely eliminated.
Die Eingangs-Leuchtstoffschicht 23 ist üblicherweise zumindest 200 nm dick und besteht normalerweise aus einem anorganischen Stoff in einem organischen Binder, z.B. aus silber— gedoptem Zink-Kadmium-Sulfid, SnCdSsAg/eingebettet in einer Binderschicht aus Kunststoff. Geeignete szintillierende Stoffe sind u.a. polyzyklische Verbindungen, wie. Stilben , Anthrazen , Naphthalen - und Phenanthren in Verbindung mit Kalzium-Titan-Silikaten, KalzJLum-Titan-Stannaten, Cokristallisationsprodukte auf Lanthan-Silikatbasis, Zeriumoxyd, Kalzium-Orthophosphat/Stannat und Kalzium-Orthophosphat/The input phosphor layer 23 is usually at least 200 nm thick and usually consists of an inorganic substance in an organic binder, e.g. silver- doped zinc cadmium sulfide, SnCdSsAg / embedded in a Plastic binder layer. Suitable scintillating substances include polycyclic compounds such as. Stilbene, Anthracene, naphthalene and phenanthrene in connection with Calcium-titanium-silicates, calcium-titanium-stannates, cocrystallization products based on lanthanum silicate, cerium oxide, calcium orthophosphate / stannate and calcium orthophosphate /
Zeriumoxyd. Manchmal findet Calziumvolframat . vermischt mit Bleiwolframat und einem Halogen Verwendung. Weitere bekannte Verbindungen sind Zinksilikat, Zinkselenid, Zinksulfid, Barium-Bleisulfat, Zink-Cadmium-Sulfid, Magnesiumwolf ramat und Zink-Berylliumsilicat kombiniert mit einem Halogen und/oder einem anderen Äktivierungsmittel. Die Zusammensetzung der Eingangsleuchtstoffschicht 23 istnormaler-Cerium oxide. Sometimes found calcium volframate. mixed with lead tungstate and a halogen use. Further known compounds are zinc silicate, zinc selenide, zinc sulfide, barium lead sulfate, zinc cadmium sulfide, magnesium wolf Ramate and zinc beryllium silicate combined with one Halogen and / or another activating agent. The composition the input phosphor layer 23 is normal
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weise so gewählt, daß die Strahlung, die von der Leuchtstoff schicht 23 abgegeben wird, in wesentlichen dem Bandbereich oder Spektralbereich der größten Empfindlichkeit der photoemissiven Schicht 27 entspricht.wisely chosen so that the radiation that is emitted from the phosphor layer 23, in substantially the band or spectral range of greatest sensitivity the photoemissive layer 27 corresponds.
Die photoemissive Schicht 27 erzeugt ein ausgesandtes Elektronenstrahlenrauster entsprechend der von der Eingangs-Leuchtstoff schicht 23 ausgesandten Lichtstrahlung. Die photoemissive Schicht 20 besteht üblicherweise aus Stoffen, die ebenfalls für die auffallende Röntgenstrahlung empfindlich sind, z.B. aus Wismuth, wie dies in der USA-Patentschrift 2 897 388 beschrieben wird. Hierdurch wird die Stärke der Elektronenemission zusätzlich erhöht.The photoemissive layer 27 generates an emitted electron beam raster corresponding to the light radiation emitted by the input phosphor layer 23. the Photoemissive layer 20 usually consists of substances which are also sensitive to the incident X-rays, for example bismuth, as described in US Pat. No. 2,897,388. This creates the strength the electron emission is additionally increased.
Die Trennschicht 25, die normalerweise aus Glas oder einem anderen chemisch inerten durchsichtigen Werkstoff gebildet ist, ist üblicherweise ungefähr 100 nm dick und trennt die Eingangs-Leuchtstoffschicht 23 und die photoemissive Schicht 27, um jede chemische Reaktion zwischen diesen Schichten zu unterbinden. ' ν The separating layer 25, which is normally formed from glass or another chemically inert transparent material , is usually about 100 nm thick and separates the input phosphor layer 23 and the photoemissive layer 27 in order to prevent any chemical reaction between these layers. 'ν
Fig. 3 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung den Längsschnitt durch den Ausgangsschirm 13 einer üblichen Bildverstärkerröhre. Der Äusgangsschirm 13 weist eine Mehrzahl von Schichten auf, nämlich eine optische Abhalteschicht 29, eine Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 und ein einen Träger bildendes Fenster 33 aus Glas". Die Abhalteschicht ,29 ist normalerweise aus einem Werkstoff, beispielsweise aus Alurain iüm, mit einer Stärke von uncjcfähr 0,1 mm, der als Reflektor wirkt, um die Lichtabgabe der Röhre zu verstärken, und der außerdem daJ-J dient, eine Rückwirkung des Lichts der Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 auf die photoemissive Schicht 27 zu verhindern.Fig. 3 shows a simplified schematic representation of the longitudinal section through the output screen 13 of a conventional image intensifier tube. The output screen 13 has a plurality of layers, namely an optical barrier layer 29, an output phosphor layer 31 and a support-forming window 33 made of glass ". The barrier layer 29 is normally made of a material, for example aluminum alum, with a Thickness of about 0.1 mm, which acts as a reflector in order to intensify the light output of the tube and which also serves to prevent the light from the output phosphor layer 31 from affecting the photoemissive layer 27.
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Die Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 ist aus denselben Werkstoffen wie die Eingangs-Leuchtstoffschicht 23 und ist normalerweise einige Mikron stark.The starting phosphor layer 31 is made of the same materials like the input phosphor layer 23 and is usually a few microns thick.
Fällt ein Röntgenstrahlenmuster 15 auf die Eingangs-Leuchtstoff schicht 23, dann sendet diese Schicht Photonen aus, die durch die Trennschicht 25 hindurch zu der photoemissiven Schicht 27 gelangen. Die photoemissive Schicht 27 gibt in .Abhängigkeit hiervon Elektronen frei*,, die durch das elektronenoptische System 14 beschleuniget und auf den Ausgangsschirm 13 fokussiert werden, dessen Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 in der Brennebene des elektronenoptischen Systems angeordnet ist.If an X-ray pattern 15 falls on the input phosphor layer 23, then this layer emits photons which pass through the separating layer 25 to the photoemissive layer 27. The photoemissive layer 27 releases electrons as a function of this, which are accelerated by the electron optical system 14 and focused on the output screen 13, the output phosphor layer 31 of which is arranged in the focal plane of the electron optical system.
Die auf die Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 auftreffenden Elektronen bewirken", daß diese Leuchtstoffschicht 31 Photonen erzeugt, die ein Lichtbild in der Leuchtstoffschicht 31 hervorrufen, das dem einfallenden Röntgenstrahlenmuster 15 entspricht. Eine Fernseh-oder Filmkamera 16 (siehe Fig. 1) wird manchmal dazu verwendet, um dieses Lichtbildvaufzuzeichnen. Alternativ kann dieses Lichtbild auch direkt ?~" über ein Linsensystem betrachtet werden, das nicht dargestellt ist und durch das das Bild in gewünschtem Maße vergrößert wird. Bei einer Eingangs-Leuchtstoffschicht 23 und einer Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 liegen deren Bestandteile, wenn diese Leuchtstoffschichten in üblicher Art ausgebildet sind, in Partikelform'vor, wodurch sich, wie bereits oben erwähnt, schlechte Werte in Bezug auf die MTF und das SNR ergeben. "The electrons striking the output phosphor layer 31 "cause this phosphor layer 31 to generate photons which produce a light image in the phosphor layer 31 which corresponds to the incident X-ray pattern 15. A television or film camera 16 (see FIG. 1) is sometimes used for this used this photograph to record v. Alternatively, this photo can also be directly ~ "be viewed through a lens system? which is not shown and through which the image is enlarged to the desired extent. In the case of an input phosphor layer 23 and an output phosphor layer 31, if these phosphor layers are designed in the usual way, their components are in particle form, which, as already mentioned above, results in poor values with regard to the MTF and the SNR. "
Fig. 4' zeigt eine Bildverstärkerröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der ein verbesserter Eingängsschirm 12' und verbesserter Ausgangsschirm 13' Verwendung finden. Der Eingangsschirm 12' weist mehrere Schichten auf,4 'shows an image intensifier tube according to an embodiment of the invention utilizing an improved input screen 12 'and an improved output screen 13' Find. The input screen 12 'has several layers,
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nämlich eine Stirnwand 17* der HUlIe der Röhre, die aus Glas gefertigt ist und für Röntgenstrahlendurchlässig ist, einen Zwischenraum 19', eine heißgepreßte Eingangs-Leuchtstoffschicht 23', eine Trennschicht 25' und eine photoemissive Schicht 27'. Die heißgepreßte Eingangs-Leuchtstoffschicht besitzt eine äußerste optische Homogenität und Durchlässigkeit hinsichtlich ihrer eigenen Lumineszenzstrahlung und ist ein wirksamer Absorber für Strahlung in dem üblichen medizinischen Röntgenspektrum. Daher tritt keine Lichtstreuung oder,wenn man di.es wünscht, was bei manchen Systemen der Fall ist, keine Absorption des von dem Leuchtstoff ausgesandten Lichts auf. Eingahgs-Leuchtstoffschichten aus heißgepreßtem Gadoliniumoxyd, Thoriumoxyd und Zinksulfid haben, wie gefunden wurde, die Eigenschaft einer ausgezeichneten optischen Homogenität und Durchlässigkeit. Einer oder mehrere Stoffe können als Dopingmittel zu dem Leuchtstoff hinzugeführt werden, bevor das Heißpressen vorgenommen wird, um den Wirkungsgrad der Fluoreszenz zu erhöhen und/oder die spektralen Abstrahlungseigenschaften der Eingangs-Leuchtstoffschicht zu verändern. Europium ist, wie gefunden wurde, als Dopingmittel für einige dieser Leuchtstoffe besonders gut geeignet. Gd3O3 und ThO2 sind wirksame Röntgenleuchtstoffe" und absorbieren mindestens 80% eines üblichen medizinischen Röntgenspektrums innerhalb einer Leuchtstoffschicht der Dicke von 0,5 mm ,Heißgepreßte Schichten von Gd3O3 und ThO2, deren Stärke 0,5 mm beträgt, ergeben-, wenn sie als Werkstoff für eine heißgepreßte Eingangs-Leuchtstoffschicht 23*Verwendung finden, eine Auflösung des Bildverstärkers zwischen 15 und 20 Linien pro Millimeter, Dies ist sowohl bei gedopten 'als auch bei ungedopten Schichten der Fall, da das Dopen nur einen geringen Einfluß auf die Energieabsorption hat. Daher ergeben heißgepreßte homogene Leuchtstoffe, wie Gd3O3 ThO2 und in geringerem Maße auch ZnS, einen Bildverstärker,namely an end wall 17 * of the envelope of the tube, which is made of glass and is permeable to X-rays, an intermediate space 19 ', a hot-pressed input phosphor layer 23', a separating layer 25 'and a photoemissive layer 27'. The hot-pressed input phosphor layer has an extremely high optical homogeneity and transparency with regard to its own luminescent radiation and is an effective absorber for radiation in the usual medical X-ray spectrum. Therefore, there is no light scattering or, if one so wishes, which is the case with some systems, no absorption of the light emitted by the phosphor. Inlet phosphor layers made from hot-pressed gadolinium oxide, thorium oxide and zinc sulfide have been found to have excellent optical homogeneity and transparency. One or more substances can be added as doping agents to the phosphor before the hot pressing is carried out in order to increase the efficiency of the fluorescence and / or to change the spectral emission properties of the input phosphor layer. As has been found, europium is particularly suitable as a doping agent for some of these phosphors. Gd 3 O 3 and ThO 2 are effective X-ray phosphors "and absorb at least 80% of a common medical X-ray spectrum within a phosphor layer 0.5 mm thick, hot-pressed layers of Gd 3 O 3 and ThO 2 , whose thickness is 0.5 mm, If they are used as a material for a hot-pressed input phosphor layer 23 *, the image intensifier has a resolution of between 15 and 20 lines per millimeter. This is the case with both doped and undoped layers, since doping is only low This is why hot-pressed homogeneous phosphors, such as Gd 3 O 3 ThO 2 and, to a lesser extent, ZnS, result in an image intensifier,
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dessen SNR um zumindest den Faktor 2 besser ist im Vergleich zu üblichen, in Partikelform vorliegenden Leuchtstoffen, wie beispielsweise ZnCdS. Gleichzeitig ist die MTF von 1 bis 4 Linien pro Millimeter auf zumindest 6 Linien pro Millimeter angestiegen, wenn ein Ausgangsschirm üblicher Bauart Anwendung findet. Andere Vorteile sind zusätzlich gegeben, wenn ein heißgepreßter optisch homogener und optisch durchlässiger Eingangsschirm Verwendung findetο Da die heißgepreßte Eingangs-Leuchtstoff schicht 23*' selbsttragend ist, ist die Trägerschicht 21 der üblichen Bildverstärkerröhre (siehe Fig. 2) nicht erforderlich. Obgleich es gewöhnlichwhose SNR is better by at least a factor of 2 compared to conventional phosphors in particle form, such as ZnCdS. At the same time, the MTF is from 1 to 4 lines per millimeter to at least 6 lines increased per millimeter if an output screen of conventional design is used. Other benefits are additional given if a hot-pressed, optically homogeneous and optically transparent entrance screen is used ο Since the hot-pressed entrance phosphor layer 23 * 'is self-supporting, the carrier layer 21 of the usual image intensifier tube (see FIG. 2) is not required. Although it is common
SiQ' oder unnötig ist, eine Trennschicht 25', die aus/SiO2 besteht,SiQ 'or is unnecessary, a separating layer 25', which consists of / SiO 2 ,
zwischen der heißgepreßten Leuchtstoffschicht 23s und der photoemissiven Schicht 27" vorzusehen, um gegenseitige chemische Reaktion zu verhindern, ermöglicht es die optische Güte der bei heißgepreßten homogenen" Werkstoffen er- . · zielbaren Oberfläche, daß eine geringere Dicke einer Trennschicht 25' verwirklicht werden kann, falls eine solche Anwendung findet, wobei diese Stärke oder Dicke der Trennschicht 25' vielleicht in der Größenordnung von 0,Nl nm oder · ähnlichen Werten bei dem Eingangeschirm 129 liegen kann, wohingegen bei der in Fig. 2 gezeigten Bildverstärkerröhre eine sehr viel stärkere Trennschicht 25 erforderlich ist» Je dünner die Trennschicht jedoch ist, desto schärfer ist das Bild, da eine geringere Lichtzerstreuung zwischen dem Leuchtstoff und der photoemissiven Schicht erfolgt«Providing between the hot-pressed phosphor layer 23 s and the photoemissive layer 27 ″ in order to prevent mutual chemical reaction enables the optical quality of the hot-pressed homogeneous “materials. · Targetable surface that is smaller in thickness of a separating layer 'can be realized if such an application is, this gauge or thickness of the separation layer 25' 25 maybe in the order of 0, N l nm or · similar values at the Eingangeschirm 12 9 whereas the image intensifier tube shown in FIG. 2 requires a much thicker separating layer 25 "The thinner the separating layer, however, the sharper the image, since there is less light scattering between the phosphor and the photoemissive layer."
Bei ihrer Herstellung kann die heißgepreßte-Le'üchtstof fschicht 23" so geformt werden, daß sie"eine Stärke hat, bei der eine besonders wirksame"Abbildung der auffallenden divergierenden Röntgenstrahlen erfolgt, oder so geformt werden, daß in der Nähe der photoemissiven Schicht 23', gekrümmte Äquipotentialflächen gebildet werden, was erforderlich sein kann, wenn hochauflösende elektronenoptische During their production, the hot-pressed Le'üchtstof fschicht 23 "be formed so that it" has a strength in the case of a particularly effective "illustration of the striking diverging X-rays takes place, or are shaped so that in the vicinity of the photoemissive layer 23 ', curved equipotential surfaces are formed, which may be required when high-resolution electron-optical
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Systeme Anwendung finden.Systems find application.
Der verbesserte Ausgangsschirm 13· weist bei der erfindungsgemäßen Bildverstärkerröhre eine Merhzahl von Schichten auf, nämlich eine Abhalteschicht 29*, eine heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31' und ein Fenster 33* aus Glas. Die Schicht 29' ist in Stärke und Zusammensetzung der Abhalteschicht 29 der Röhre gemäß Fig. 3 ähnlich und braucht nicht als Träger für die Ausgängs-Leuch'tstoff schicht 31' zu dienen, sondern ist aus arideren Gründen, die nachfolgend noch erläutert werden, vorzugsweise als Teil des Ausgangsschirms 13' vorgesehen. Die heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoff schicht 31', die vorzugsweise zur Anpassung an die beschleunigte und fokussierte Photoelektronenstrahlung ausreichend dick ausgebildet ist, wird in der gleichen ■ WEise hergestellt wie die Eingangs-Leuch€stoffschicht 23' und hat ähnliche Eigenschaften. Heißgepreßtes Gd3O3, ThO~ ZnS, Kaliumjodid (KI) und Zäsiumjodid (CsI) sind Beispiele heißgepreßter Leuchtstoffe für die Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31'. Wie oben erwähnt, ist die Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31' in der Brennebene des elektronenoptischen Systems 14 angeordnet.In the image intensifier tube according to the invention, the improved output screen 13 has a plurality of layers, namely a barrier layer 29 *, a hot-pressed output phosphor layer 31 'and a window 33 * made of glass. The thickness and composition of the layer 29 'is similar to the barrier layer 29 of the tube according to FIG. 3 and does not need to serve as a support for the output phosphor layer 31', but is preferred for other reasons, which will be explained below provided as part of the exit screen 13 '. The hot-pressed output phosphor layer 31 ', which is preferably made sufficiently thick to adapt to the accelerated and focused photoelectron radiation, is produced in the same manner as the input phosphor layer 23' and has similar properties. Hot-pressed Gd 3 O 3 , ThO-ZnS, potassium iodide (KI) and cesium iodide (CsI) are examples of hot-pressed phosphors for the starting phosphor layer 31 '. As mentioned above, the output phosphor layer 31 ′ is arranged in the focal plane of the electron optical system 14.
Ein reflektierendes Element kann an der vorderen Oberfläche des Eingangsschirms hinzugefügt sein, um Licht zurückzuwerfen, das von der Rückseite der Photonen aussendenden Schicht ausgesandt wird, um auf diese Weise den Wirkungsgrad der nutzbaren Photonenaussendung zu erhöhen. Alternativ könnte auch.ein absorbierendes Element vorgesehen sein, um innere, auf Grund von, Reflektionen erfolgende Lichtleitung zu unterbinden, da solches reflektiertes Licht eine Kontrastverringerung hervorrufen könnte. Die Anwendung der reflektierenden Oberfläche ergibt eine erhöhte Ausgangsleistung des Leuchtstofflichts bei geringfügiger Verringerung des Kontrastes und der MTF. Die Anwendung derA reflective element can be attached to the front surface of the input screen to reflect light emitted from the back of the photons Layer is emitted in order to increase the efficiency of the usable photon emission. Alternatively could also.ein absorbent element be provided in order to internal, due to, reflections To prevent light conduction, as such reflected light could cause a reduction in contrast. The application the reflective surface results in increased fluorescent light output with a slight decrease the contrast and the MTF. The application of the
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absorbierenden Oberfläche ergibt eine geringere·Lichtausgangsleistung bei gleichzeitig verbesserter MTF und besserem Kontrast.absorbing surface results in a lower light output power with improved MTF and better contrast at the same time.
Beim Eingangsschirm können zwei Arten von Überzügen vorgesehen sein, die die gesamte Oberfläche der Eingangs-Leuchtstoff schicht bedecken, mit Ausnahme des der photoemissiven Schicht zugeordneten Bereichs. Die erste Art solcher Überzüge, die hier. Typ I genannt wird, ist reflektierend und ist die Art von Überzügen, wie sie derzeit bei Ausgangsschirmeri Verwendung findet, die Leuchtstoff schichten in Partikeiförm aufweisen. Ein Überzug vom Typ I bringt zu der photoemissiven Schicht Lumineszenzlicht zurück, das bei Fehlen des Reflektors dem System · verloren ginge. Der.Vorteil hierbei ist,..daß ein Empfindlichkeitszuwachs eintritt, da ein größerer Teil der durch die Röntgenstrahlung erzeugten Lumineszenz in der photoemissiven Schicht absorbiert wird. Einiger Verlust tritt hierbei im Hinblick auf den Kontrast und die .MTF ein.Two types of coatings can be provided for the entrance screen be that cover the entire surface of the input phosphor layer, with the exception of the photoemissive Area assigned to layer. The first type of such cover, the one here. Type I is called is reflective and is the type of coating currently used in home screens, the phosphor have layers in particulate form. A coating of type I brings back luminescent light to the photoemissive layer, which in the absence of the reflector the system would get lost. The advantage here is ... that an increase in sensitivity occurs because a larger part of the luminescence generated by the X-ray radiation in the photoemissive Layer is absorbed. There is some loss in terms of contrast and .MTF.
» ν»Ν
Typ II ist absorbierend (in Bezug auf,die Wellenlängen der Abstrahlung der Eingangs-Leuchtstoffschlcht) und ist der bevorzugte Typ.Type II is absorbent (in terms of, the wavelengths the emission of the input fluorescent tube) and is the preferred type.
Der Typ II verhindert innere Lichtfortpflanzungen aufgrund innerer Reflektionen an der Oberfläche der Leuchtstoffschicht, die an das Vakuum angrenzt, wobei solche*Reflektionen an diesem Medienübergang aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes dieser beiden Medien entstehen. Die Verwendung eines Absorbers -ergibt hierbei Vorteile in Bezug auf erhöhten Kontrast· und verbesserte MTF, wobei etwas Empfindlichkeit verloren geht. ·Type II prevents internal light propagation due to internal reflections on the surface of the phosphor layer, which is adjacent to the vacuum, with such * reflections arise at this media transition due to the different refractive indices of these two media. The use of an absorber gives advantages in terms of increased contrast and improved MTF, whereby some sensitivity is lost. ·
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Fig. 5 zeigt einen anderen Aufbau eines Eingangsschirms für eine erfindungsgemäße Bildverstärkerröhre. Wie dargestellt, weist der Eingangsschirm 12" ^ine Mehrzahl von für Röntgenstrahlung durchlässigen Schichten auf, nämlich eine Stirnwand 17" der Hülle der Röhre aus Glas, eine heißgepreßte Leuchtstoffschicht 23", "eine Trennschicht 25" und eine photoemissive Schicht 27". Die heißgepreßte Leuchtstoffschicht 23" ist, vorzugsweise durch Verkitten, an der Stirnwand 17" befestigt. Aufgrund der Eigenfestigkeit der heißgepreßten Leuchtstoffschicht 23" kann .die Stirnwand 17" im Vergleich zu der Stirnwand 17,bei bekannten Bildverstärkerröhren um die Stärke der Leuchtstoff schicht, die vorzugsweise ungefähr 0,5 mm beträgt, verringert werden. Die Stärke der Röhrenstirnwand beträgt normalerweise ungefähr 2,5 mm, wobei sich dieser Wert jedoch mit den jeweiligen Röhrendurchmessern ändert. Die Stirnwand der Röhrenhülle kann ganz weggelassen werden, wenn die selbsttragende, heißgepreßte Leuchtstoffschicht eine ausreichende Dicke aufweist. Wie dies in Verbindung mit Fig. 4 bereits erwähnt worden ist, kann die Trennschicht erforderlich oder auch überflüssig sein, je nachdem ob eine chemische Verträglichkeit zwischen' der heißgepreßten Leuchtstoffschicht und der photoemissiven Schicht gegeben ist oder nicht. In jedem Falle kann jedoch die Trennschicht 25" ungefähr 1000 mal dünner, also In einer Stärke von etwa 0,1 nm ausgeführt werden, als dies bei der Trennschicht 25 der Fall ist,- wie sie bei bekannten Bildverstärkerröhren mit üblichen Eingangsschirmen erforderlich ist und wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wo die Stärke der ,Trennschicht ungefähr 1000 nm beträgt. Aufgrund der dünneren Trennschicht, wie sie bei der Erfindung angewendet werden kann, ergibt sich der Vorteil einer geringeren Lichtabsorption und Lichtstreuung in der Trennschicht.Fig. 5 shows another structure of an input screen for an image intensifier tube according to the invention. As shown, the input screen 12 has a plurality of for X-ray transparent layers, namely an end wall 17 "of the shell of the tube made of glass, a hot-pressed phosphor layer 23 "," a release layer 25 "and a photoemissive layer 27". The hot-pressed phosphor layer 23 "is, preferably by cementing, attached to the end wall 17 ". Due to the inherent strength of the hot-pressed phosphor layer 23" .die End wall 17 ″ in comparison to the end wall 17, in known image intensifier tubes by the strength of the phosphor Layer, which is preferably about 0.5 mm, can be reduced. The strength of the tube end wall is normally about 2.5 mm, but this value changes with the respective tube diameters. the The end wall of the tube envelope can be omitted entirely if the self-supporting, hot-pressed phosphor layer has a sufficient thickness. As has already been mentioned in connection with FIG. 4, the separating layer be necessary or superfluous, depending on whether there is chemical compatibility between the hot-pressed phosphor layer and the photoemissive layer is given or not. In any case, however, the separating layer 25 ″ can be approximately 1000 times thinner, that is to say in one Thickness of about 0.1 nm can be carried out than is the case with the separating layer 25 - as is the case with known image intensifier tubes with usual entry screens is required and as shown in Fig. 2 where the strength the separation layer is approximately 1000 nm. Due to the thinner separating layer, as can be used in the invention, there is the advantage of a smaller one Light absorption and light scattering in the separating layer.
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Die Intensität der zu verwendenden Röntgenstrahlung kann daher geringer sein und es ergibt sich ein schärferes Bild.The intensity of the X-ray radiation to be used can therefore be lower and the result is a sharper picture.
Fig. 6 zeigt einen Ausgangsschirm 13" eines weiteren Ausführungsbeispiels, der eine Abhalteschicht 29" und eine heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31" aufweist. Die Abhalteschicht 29" ist in ihrer Stärke und Zusammensetzung der Abhalteschicht 29 (siehe Fig. 3) ähnlich und braucht nicht als Träger für die Leuchtstoffschicht 31" zu dienen, sondern ist bei dem Ausgangsschirm 13" aus anderen Gründen vorgesehen, auf die nachfolgend noch eingegangen wird. Ein Fenster aus Glas, wie' dies in Fig. 4 in Form eines Fensters 33' gezeigt ist, ist hierbei aufgrund der selbsttragenden Eigenschaften der heißgepreßten Leuchtstoffschicht 31" nicht vorgesehen.6 shows an output screen 13 ″ of a further exemplary embodiment, which has a holdout layer 29 "and a hot-pressed starting phosphor layer 31". the The barrier layer 29 ″ is similar in its thickness and composition to the barrier layer 29 (see FIG. 3) and needs it not to serve as a carrier for the phosphor layer 31 ", but is provided in the exit screen 13 ″ for other reasons, which will be discussed below. A window made of glass, as 'shown in Fig. 4 in the form of a window 33', is here due to the self-supporting Properties of the hot-pressed phosphor layer 31 "are not provided.
Wie oben erwähnt, weist die Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 (siehe Fig. 3) bei üblichen Bildverstärkerröhren Partikelform auf und hat eine MTF von ungefähr 6 bis 8 Linien pro · Millimeter. Dies dürfte die oberste Grenze der mit üblichen Leuchtstoffschichten erreichbaren Auflösung-sein. Eine Verbesserung in der Gesamt-MTF der Bildverstärkerröhre ergibt sich, wenn eine Leuchtstoffschicht 31 von Partikelform durch eine hier beschriebene optisch homogene Leuchtstoff schicht ersetzt wird, beispielsweise durch eine heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31 Oder 31". Wird ein solcher Austausch durchge'führt,dann wird von der Bildverstärkerröhre 10 zv/ar eine geringere Lichtmenge abgegeben, die für die Fernseh- oder Filmkamera 16 (siehe Fig. 1) zur Verfügung steht, als dies der Fall wäre, wenn eine Leucht-Stoffschicht 31 (siehe Fig. 3) Anwendung fände. Diese Abnahme der abgegebenen Lichtmenge ist eine Folge des Medienübergangs an der Trennfläche Leuchtstoffschicht-Luft, v/oAs mentioned above, the starting phosphor layer 31 has (see Fig. 3) in conventional image intensifier tubes has a particle shape and has an MTF of approximately 6 to 8 lines per · Millimeter. This is likely to be the uppermost limit of the resolution that can be achieved with conventional phosphor layers. An improvement in the total MTF of the image intensifier tube results when a phosphor layer 31 of particle shape is replaced by an optically homogeneous phosphor layer described here, for example by a hot-pressed Output fluorescent layer 31 or 31 ". Will Such an exchange is then carried out by the image intensifier tube 10 zv / ar emitted a smaller amount of light, which for the television or film camera 16 (see Fig. 1) to Is available than would be the case if a luminous material layer 31 (see FIG. 3) were to be used. This decrease the amount of light emitted is a consequence of the media transfer at the interface between the phosphor layer and air, v / o
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aufgrund der sprunghaften Brechzahländerung optische Erscheinungen auftreten (Reflexionserscheinungen, "light piping"). Die Abnahme der abgegebenen Lichtraenge, die sich bei der Verwendung heißgepreßter homogener Ausgangs-Leuchtstoffschichten 31' oder 31" ergibt, wird jedoch mehr als ausgeglichen durch die Zunahme der Röntgenstrahlenabsorption, wie sie erreicht wird, wenn homogene heißgepreßte Eingangs-Leuchtstoffschichten 23' oder 23" verwendet werden. · , · -·--optical phenomena due to the sudden change in the refractive index occur (reflection phenomena, "light piping "). The decrease in the amount of light emitted, the results when using hot-pressed homogeneous starting phosphor layers 31 'or 31 ", but becomes more as offset by the increase in X-ray absorption such as is achieved when homogeneous hot-pressed Input phosphor layers 23 'or 23 "can be used. ·, · - · -
Wenn die Leuchtstoffschicht 23" oder 23" in Verbindung mit einem üblichen Ausgangsschirm 13 angewendet v/ird, ergibt sich eine Erhöhung der Lichtabgabe in der Größenordnung des Faktors 4. Eine Verbesserung des SNR um den Faktor 2 und des Auflösungsvermögens zumindest um den Faktor 2 ergibt sich ebenfalls. Daher ergibt sich bei einer Bildverstärkerröhre gemäß der Erfindung, die eine homogene Eingangs-Leuchtstoff schicht 23' und eine homogene heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoff schicht 31' auf v/ei st,, wie in Fig. 4 gezeigt ist, eine Ausgangs-Lichtintensität, die der einer üblichen Bildverstärkerröhre vergleichbar ist, wobei jedoch das SNR um einen Faktor zwischen ungefähr 2 und 4 verbessert ist und wobei das Auflösungsvermögen zumindest um den Fak-When the phosphor layer 23 "or 23" in connection If a conventional exit screen 13 is used, the result is an increase in the light output of the order of magnitude the factor 4. An improvement in the SNR by a factor of 2 and the resolution by at least a factor 2 also results. Therefore, it results in an image intensifier tube according to the invention having a homogeneous input phosphor layer 23 'and a homogeneous hot-pressed starting phosphor layer 31' on v / ei st ,, as in Fig. 4 shows an output light intensity which is comparable to that of a conventional image intensifier tube, however the SNR is improved by a factor between approximately 2 and 4 and the resolving power is improved by at least the factor
tor 4 angestiegen ist. Es ist klar ersichtlich, daß eine Bildverstärkerröhre, wie sie hier beschrieben ist, die entweder einen der neuartigen Eingangsschirmet?1 oder 12" und/ oder einen der neuartigen Ausgangsschirme 13' oder 13" auf-r v/eist, eine bemerkenswerte technische yerbesserung darstellt.gate 4 has risen. It can be clearly seen that an image intensifier tube as described here either shields one of the novel input screens? 1 or 12 "and / or one of the new output screens 13 'or 13" is a remarkable technical improvement.
Ob eine leitende Lichtabhalteschicht 29' oder 29" Anwendung findet, wie es in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist, wenn eine heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31' bzw. 31" Anwendung findet, hängt von mehreren Überlegungen ab. Das elek- Whether a conductive light blocking layer 29 'or 29 "application 4 and 6, when a hot-pressed starting phosphor layer 31 'or 31 "is used, depends on several considerations.
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tronenoptische System 14, wie es bei einer Bildverstärkerröhre Anwendung findet, erfordert, daß das Elektronenpotential an der homogenen heißgepreßten Ausgangs-Leuchtstoffschicht konstant bleibt, oder daß die Ladung, die durch die auffallenden Photoelektronen auf der heißgepreßten Ausgangs-Leuchtstoffschicht hervorgerufen wird", dadurch neutralisiert wird, daß sie von einer Stelle mit festgelegtem Potential abgeleitet wird. Wenn die homogene heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoffschicht 31.' oder" 31" entsprechende elektrische Widerstandseigenschaften aufweist, beispielsweiseelectron optical system 14, as in an image intensifier tube Application requires that the electron potential be applied to the starting homogeneous hot-pressed phosphor layer remains constant, or that the charge created by the incident photoelectrons on the hot-pressed starting phosphor layer is caused ", is neutralized by the fact that it is brought about by a place with a fixed potential is derived. When the homogeneous hot-pressed starting phosphor layer 31. ' or "31" corresponding electrical Has resistance properties, for example
in der Größenordnung von 10 Ohm-cm, dann ist eine Abhalteschicht 29' oder 29", die-einen elektrischen Leiter darstellt, für die Ladungsableitung nicht erforderlich. Außerdem ist, wenn die ausgesandten Wellenlängen der homogeneri heißgepreßten Ausgangs-Leuchtstoffschicht nicht mit dem " Absorptions-Wellenlängenbereich der photoemisslven Schicht zusammenfällt oder diesen in einem Bereich überlappt, keine Abhalteschicht 29' oder 29" zur optischen Entkoppelung erforderlich. Die Reflex ionsfähigkeit der Abhalteschicht 29' · oder 29" verringert, obwohl sie die von' der homogenen heißgepreßten Ausgangs-Leuchtstoffschicht ausgesandte Lichtmenge erhöht, die wirksame MTF. Daher hängt die Entscheidung, ob eine Abhalteschicht 29' oder 29" als Teil des Ausgangsschirms 13' oder 13" vorgesehen werden'soll oder nicht,von den Einbußen ab, die man bezüglich der MTF und der abgegebenen Lichtmenge bei der beabsichtigten Verwendung einer betiref-on the order of 10 ohm-cm, then there is a barrier layer 29 'or 29 ", which-represents an electrical conductor, not required for charge dissipation. In addition, if the emitted wavelengths of the homogeneri hot-pressed starting phosphor layer does not match the "absorption wavelength range of the photoemisslven layer coincides or overlaps them in one area, none Retention layer 29 'or 29 "required for optical decoupling. The reflective ability of the barrier layer 29 ' or 29 ", although it reduces the amount of light emitted by the homogeneous hot-pressed starting phosphor layer increases the effective MTF. Therefore, the decision whether or not depends a barrier layer 29 'or 29 "may or may not be provided as part of the output screen 13' or 13" from the loss from the MTF and the amount of light emitted for the intended use of a specific
fenden Bildverstärkerröhre hinzunehmen bereit ist. .fenden image intensifier tube is ready. .
In Fig. 7 ist eine für direkte elektronische Filmaufzeichnung ,vorgesehene Bildverstärkerröhre mit einem Ausgangs-Leuchtstoff gezeigt. Ein'Mechanismus 41 dient dem Transport eines elektronenempfindlichen Films 43 längs der Brennebene eines elektronenoptischen Systems 45, das schematisiertIn Fig. 7 is one for direct electronic movie recording , provided image intensifier tube with an output phosphor is shown. A mechanism 41 is used for transport an electron sensitive film 43 along the focal plane of an electron optical system 45 which schematizes
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angedeutet ist. Vakuumschleusen 47 und 49 bilden Durchgänge/ die ein Einsetzen und Herausnehmen des Films 43 gestatten. Solche Mechanismen und mit diesen zusammenwirkende Schleusen sind bekannt und leicht erhältlich. Eine homogene heißgepreßte Leuchtstoffschicht 55 empfängt ein auffallendes Röntgenstrahlungsmusters 57 und sendet Photonen durch eine angrenzende Trennschicht 59. Eine photoemissive Schicht 61, die an der anderen Seite der Trennschicht 59 anliegt, sendet ein entsprechendes Muster von Elektronen aus, die durch das elektronenoptische System 45 üblicher Bauart auf den Film 43 fokussiert werden. Eine solche Anordnung ermöglicht eine direkte elektronische Filmaufzeichnung, wobei aufgrund der Verwendung des verbesserten heißgepreßten Eingangs- Leuchtstoffs sowohl eine Verbesserung der MTF des aufgezeichneten Bildes eintritt als auch eine Verringerung der Röntgenstrahlenbelichtung ermöglicht wird. Geeignete Filmmaterialien für solche direkte Aufzeichnung werden im Handel durch die Firma Eastman Kodak Company unter den Bezeichnungen "Kodak Electron Image Film" und "Kodak Hig Resolution Film" vertrieben. ' .*is indicated. Vacuum locks 47 and 49 form passageways / which allow the film 43 to be inserted and removed. Such mechanisms and locks interacting with them are known and readily available. A homogeneous hot-pressed phosphor layer 55 receives an incident x-ray pattern 57 and transmits photons through an adjacent one Separation layer 59. A photoemissive layer 61, which lies on the other side of the separation layer 59, transmits a corresponding pattern of electrons generated by the electron optical system 45 of conventional design onto the film 43 be focused. Such an arrangement enables direct electronic film recording, due to the Use of the improved hot-pressed input phosphor provides both an improvement in the MTF of the recorded Image occurs as well as reducing the X-ray exposure. Suitable footage for such direct recording are commercially available through the Eastman Kodak Company sold under the names "Kodak Electron Image Film" and "Kodak Hig Resolution Film". '. *
Bei dieser Technik können verkleinerte radiogräphische Aufzeichnungen direkt angefertigt werden, deren Qualität nach der Vergrößerung der Qualität libllcher großformatiger radiographischer Aufzeichnungen gleich ist, die nach dem BiIdschirm-Film-System hergestellt sind. Weiterhin weisen die durch die oben beschriebene Technik direkt hergestellten radiographischen Aufzeichnungen ein so kleines Format auf, daß sie unmittelbar in kleinformatigen automatisierten Datenspeicher- und -ausgabesystemen gespeichert werden können. Weiterhin erfordern diese radiographischen Aufzeichnungen nur eine Röntgenbelichtung, die um einen Faktor 4 geringer ist, als es bei der medizinischen Praxis derzeitWith this technique, reduced radiographic recordings can be made can be made directly, the quality of which after the enlargement of the quality libllcher large-format radiographic Recordings is the same as those according to the screen-film system are made. Furthermore, those produced directly by the technique described above have radiographic recordings in such a small format that they were immediately automated into small-format ones Data storage and output systems can be stored. Furthermore, these require radiographic records only an X-ray exposure that is a factor of 4 lower than what is currently used in medical practice
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üblich ist. Dazu ist die MTF, die hierbei sowohl erreicht wird, wenn eine statische .Wiedergabe als auch, wenn eine dynamische Wiedergabe vorgenommen wird, gleich der MTF, die bei üblichen Schirm-Film-Systemen erreicht wird. Das SNR ist vier mal besser als bei den bekannten Systemen. Faßt man diese Faktoren zusammen, so. zeigt sich, daß bei Anwendung der Erfindung ein Diagnosemittel in Form einer dynamischen kinematographischen Fluorographie erhalten wird, das in· seiner Güte der.Güte., annähernd gleichwertig ist, die derzeit bei statischer Radiographie im besten Falle erreichbar ist.is common. In addition, the MTF is achieved here both will if a static .playing as well as if a dynamic playback is performed, equal to the MTF achieved in conventional screen-film systems. The SNR is four times better than the known systems. If you summarize these factors, so. shows that with Applying the invention to obtain a diagnostic agent in the form of a dynamic cinematographic fluorography that is approximately equivalent in its quality to the quality which is currently achievable at best with static radiography.
In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel für einen direkten Video-Ausgang gezeigt. Ein Vidicon oder ein Bildorthocön 60 mit einer üblichen Elektronenoptik 63 ist in einer evakuierten Hülle 62 einer Bildverstärkerröhre untergebracht. Eine Vidiconflache 65 ist einer homogenen heißgepreßten Leuchtstoffschicht 67 benachbart angeordnet. Wie aus der Zeichung ersichtlich,"liegen die Leuchtstoffschicht 67 und die Vidiconflache 65 aneinander. Eine Elektronenoptik · 69 üblicher Art fokussiert das Elektronenmuster^ das bildweise einem auffallenden Röntgenstrahlenmus-ter entspricht und das in einer photoemissiven Schicht 71 in Abhängigkeit von Photonen erzeugt wird, die von einer homogenen heißgepreßten Leuchtstoffschicht 73 erzeugt werden» Die auf die photoemissive Schicht 71 fallenden Photonen werden dieser Schicht 71 über eine Trennschicht 75 in Abhängigkeit vom Einfallen von Röntgenstrahlen 77 entsprechenden Musters zugeführt. · __In Fig. 8 is an embodiment for a direct Video output shown. A vidicon or an image orthocön 60 with conventional electron optics 63 is in an evacuated one Sheath 62 housed an image intensifier tube. A vidicon surface 65 is a homogeneous hot-pressed one Phosphor layer 67 arranged adjacent. As from the Drawing can be seen, "are the phosphor layer 67 and the vidicon surface 65 to one another. Electron optics of the usual type focus the electron pattern image-wise corresponds to an incident X-ray pattern and that in a photoemissive layer 71 as a function is generated by photons generated by a homogeneous hot-pressed phosphor layer 73 »Die auf Photons falling on the photoemissive layer 71 are dependent on this layer 71 via a separating layer 75 supplied by the incidence of X-rays 77 corresponding pattern. · __
Das durch die Elektronenoptik 69 auf der Leuchtstoffschicht 67 fokussierte Bildmuster gibt die Bildinformation wieder. Wird die Leuchtstoffschicht 67 so gewählt, daß der Spektralbereich der 'abgestrahlten Strahlung den Spek-That through the electron optics 69 on the phosphor layer 67 focused image patterns reproduce the image information. If the phosphor layer 67 is chosen so that the spectral range the 'radiated radiation the spec-
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Strahlbereich der Photoempfindlichkeit der photoemissiven Schicht 79 nicht überlappt, dann keine optische Rückkopplung zwischen Leuchtstoffschicht 67 und photoemissiver Schicht 71 erfolgen. Ein Vorteil ist hierbei, daß ein hohes Auflösungsvermögen und eine hohe ausgesandte Lichtmenge erreicht werden, wenn die optische Rückkopplung verhindert ist. Wesentlich ist, daß die Elektronenoptik 69 der Bildverstärkerröhre nicht die Elektronenoptik 63 der Fernsehaufnahmeeinrichtung' stört oder durch diese gestört wird. Bei diesem System ergibt sich eine direkte optische Kopplung an Ausgang der Bildverstärkerröhre, wodurch brechende Lufträume ausgeschaltet sind, durch die sich eine Verringerung der Lichtabgabe ergeben würde. Eine weitere Verbesserung dieses Systems ist möglich, wenn das Elektronenbildmuster direkt, ohne Verwendung des Ausgangs-Leuchtstoffschirms, in Verbindung mit einem System Verwendung fände, das, ähnlich wie bei einem strahlumgekehrten Vidicon eine Ausgangswiedergabe erzeugt.The beam area of the photosensitivity of the photoemissive layer 79 does not overlap, then no optical feedback takes place between the phosphor layer 67 and the photoemissive layer 71 . An advantage here is that a high resolution and a high amount of light emitted are achieved if the optical feedback is prevented . It is essential that the electron optics 69 of the image intensifier tube do not interfere with the electron optics 63 of the television recording device or are interfered with by them. With this system there is a direct optical coupling at the output of the image intensifier tube, whereby refractive air spaces are eliminated, which would result in a reduction in the light output. A further improvement to this system is possible if the electron image pattern were used directly, without the use of the output phosphor screen, in conjunction with a system which produces an output display similar to a beam-inverted vidicon.
τ ■ ■ ■τ ■ ■ ■
■ , — V■, - V
Fig. 9 zeigt die mit einem heißgepreßten ZnS-Leuchtstoffschirm (0,5 mm, Kurve Λ; 2 mm Kurve B) erreichte MTF, wenn mit einem gefilterten medizinischen 70 kV-Röntgenspektrum belichtet wird. Es ist ersichtlich, daß der heißgepreßte Leuchtstoff von 0,5 mm Dicke hinsichtlich der MTF eine bemerkenswerte Verbesserung im Vergleich zu üblichen Schirmen ergibt, wie den DuPont-High-Speed-Schirm aus mit Blei'gedop tem Bariumsulfat (BaSO." : -Pb, Kurve C) und dem DuPont-Par-Speed-Schirm aus Kalziumwolframat (Cal.O., Kurve D). Die Kurve E zeigt die MTF eines typischen Pulver-Eingangsschirms aus ZnCcIS.Figure 9 shows those with a hot-pressed ZnS phosphor screen (0.5 mm, curve Λ; 2 mm curve B) achieved MTF when using a filtered medical 70 kV X-ray spectrum is exposed. It can be seen that the hot-pressed phosphor of 0.5 mm thick is a remarkable one in terms of MTF There is an improvement compared to conventional umbrellas, such as the DuPont high-speed umbrella made with lead doped tem barium sulfate (BaSO. ": -Pb, curve C) and the DuPont-Par-Speed-umbrella from calcium tungstate (Cal.O., curve D). The curve E shows the MTF of a typical ZnCcIS powder input screen.
Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen. Da heißgepreßte Leuchtstoffschichten auf der Basis von Cd„O~ (Kurve F) um ThO„ (Kurve G) eine höhere Röntgenstrahlenabsorption auf-Reference is now made to FIG. Since hot-pressed phosphor layers on the basis of Cd "O ~ (curve F) around ThO "(curve G) a higher X-ray absorption
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weisen als ZnS (Kurve H) oder Kalziumfluorid (CaF2, Kurve I), ist ersichtlich, daß eine MTF in der Größenordnung von zwanzig Linienpaaren pro Millimeter unter Verwendung dieser Leuchtstoffschichten erhalten wird, die zumindest 80 % der auffallenden Röntgenstrahlung absorbieren. Die Partikelform aufweisenden Leuchtstoffschichten, wie sie in üblichen Bildverstärkerröhren Anwendung finden, absorbieren ungefähr 15 % der auffallenden Strahlung und weisen eine MTF in der Größenordnung von vier Linienpaaren pro Millimeter auf. Die Anwendung heißgepreßter optisch homogener Leuchtstoffschichten aus Stoffen wie Gd3O3, ThO3, ZnS, CsI und KI ergibt Eingarigsschirme mit viel besserer Auflösung und erhöhter Lichtabgabe, die zumindest /um den Faktor 4 ^erhöht ist, sowie mit einem SNR, das zumindest um den Faktor zwei besser ist.exhibit as ZnS (curve H) or calcium fluoride (CaF 2 , curve I), it can be seen that an MTF on the order of twenty line pairs per millimeter is obtained using these phosphor layers which absorb at least 80% of the incident X-rays. The phosphor layers in the form of particles, as used in conventional image intensifier tubes, absorb approximately 15% of the incident radiation and have an MTF of the order of magnitude of four line pairs per millimeter. The use of hot-pressed, optically homogeneous phosphor layers made of materials such as Gd 3 O 3 , ThO 3 , ZnS, CsI and KI results in single-screen screens with much better resolution and increased light output, which is at least / increased by a factor of 4, as well as with an SNR that is at least is better by a factor of two.
Aufgrund der verbesserten Auflösung, die sich bei der beschriebenen Bildverstärkerröhre ergibt, kann man wählen, ob man besonders an verbesserter Empfindlichkeit oder verbessertem SNR interessiert ist, weil beide'der letztgenannten Verbesserungen aufgrund der erhöhten Absorption erreichbar sind. Die Röntgenbestrahlung eines betreffenden Aufnahmeobjekts kann verringert werden, wobei sich eine geringere Strahlenbelastung für lebende joder andere strahlungsempfindliehe Aufnahmeobjekte ergibt, wobei gleichzeitig ein SNR erhalten bleibt, wie dies bei üblichen Leuchtstoffschirmen in Partikelform erreicht wird ^ohne daß jedoch bei diesem eine entsprechende geringere Strahlenbelastung"möglich wäre). Alternativ könnte die Röntgenbestrahlung des Aufnahmeobjekts auf dem üblichen Pegel belassen'werden, wie er in Verbindung mit Bildverstärkerröhren mit -üblichen Leuchtstoffschichten in Partikelform angewendet wird, wobei 'sich jedoch %n diesem Falle ein besseres SNR einstellen würde. Daher eröff-Due to the improved resolution that results from the image intensifier tube described, one can choose whether one is particularly interested in improved sensitivity or improved SNR, because both of the last-mentioned improvements can be achieved due to the increased absorption. The X-ray exposure of a relevant subject can be reduced, resulting in a lower exposure to radiation for living or other radiation-sensitive subjects, while at the same time maintaining an SNR, as is achieved with conventional fluorescent screens in particle form, without, however, a correspondingly lower exposure to radiation being possible would). Alternatively, the x-ray exposure of the subject to the usual level belassen'werden, as applied in conjunction with image intensifier tubes having -üblichen phosphor layers in particle form, where 'However% n this case would set a better SNR. Therefore eröff-
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net die Verwendung optisch homogener heißgepreßter Leuchtstoffschichten bei dem Eingangsschirm von Röntgenwandlerröhren im Vergleich zu der Anwendung üblicher Leuchtstoffschichten in Partikelform die vorteilhafte Möglichkeit, bessere radiographische Aufzeichnungen aufgrund des besseren Auflösungsvermögens bei weniger intensiver Bestrahlung zu erzielen.net the use of optically homogeneous hot-pressed Phosphor layers on the input screen of X-ray converter tubes the advantageous compared to the use of conventional phosphor layers in particle form Possibility of better radiographic recordings due to the better resolving power at less intense To achieve irradiation.
Die verbesserte Bildverstärkerröhre, die hier beschrieben ist, ist auch mit Hochenergiestrahlungen anderer Arten als bildmäßiger Röntgenstrahlung anwendbar. Beispielsweise können mittels einer heißgepreßten Eingangs-Leuchtstoffschlcht auffallende Gammastrahlen, Neutronen, Elektronen, Ultraviolettstrahlung oder andere hochenergetische Strahlungen umgewandelt werden,wobei das Bild dann in ähnlicher WEise verstärkt wird, wie dies vorstehend in Bezug auf Röntgenstrahlen erläutert wurde. -The improved image intensifier tube described here is also capable of high energy radiations of other types applicable as image-wise X-ray radiation. For example, using a hot-pressed input phosphor tube Incident gamma rays, neutrons, electrons, ultraviolet rays or other high-energy radiation and the image is then enhanced in a manner similar to that described above with respect to FIG X-rays was explained. -
Die heißgepreßte Ausgangs-Leuchtstoffschicht kann auch mit-tels der Anwendung von gebündelten Faseroptiken mit BiIdauswertevorrichtungen gekuppelt werden. Beispielsweise könnte eine gebündelte Faseroptik Anwendung finden, um die Ausgangs-Leuchtstoffschicht mit einer Fernsehkamera zu kuppeln. Vorteile solcher Systeme* liegen darin, daß lichtreflektierende Flächen durch die optische Kupplung zwischen der Bildverstärkerröhre und der Fernseh-Aufnahmeröhre ausgeschaltet werden. Zwei Vorteile ergeben sich in Form erhöhter Lichtabgabe von der Ausgangs-Leuchtstoffschicht sowie in Form eines verbesserten Kontraste.The hot-pressed starting phosphor layer can also be made by means of the use of bundled fiber optics with image evaluation devices be coupled. For example, bundled fiber optics could be used to achieve the Coupling output phosphor layer with a television camera. The advantages of such systems * are that they are light-reflective Surfaces switched off by the optical coupling between the image intensifier tube and the television pickup tube will. Two advantages result in the form of increased light output from the starting phosphor layer as well as in the form of improved contrasts.
Da Leuchtstoffe mit kubischer kristalliner Symmetrie ein Mindestmaß an innerer Lichtzerstreung ergeben, sind Leuchtstoffe mit dieser Eigenschaft bevorzugt geeignet. AußerSince phosphors with cubic crystalline symmetry give a minimum of internal light scattering, phosphors are with this property preferred. Except
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den vorstehend erwähnten bevorzugten Leuchtstoffen, nämlich. Gadoliniumoxyd, Thoriumoxyd und Zinksulfid, bilden die im folgenden angeführten Leuchtstoffe weitere Beispiele von mit Vorteil zur Herstellung heißgepreßter Leuchtstoffschichten anwendbarer Materialien? Natriumjodid, Kaliumiodid, KaI-ziumfluorid, Zäsiumjodid, Bariumfluorid, Zinksulfid, Zink-Cadmiumsulfid, Yttriumoxyd und andere Oxyde oder Oxysulfide seltener Erden. Außerdem kann eine Vielfalt -von Doping-, mitteln zu diesen Leuchtstoffen hinzugefügt werden, um die Fluoreszenz zu verstärken und/öder die spektralen Eigenschaften der Emission zu verändern..Beispiele von anwendbaren Dopingmitteln sind Europium, Thallium, Silber, Kupfer und dergleichen.the preferred phosphors mentioned above, viz. Gadolinium oxide, thorium oxide and zinc sulfide, form the im The following phosphors are further examples of advantage for the production of hot-pressed phosphor layers applicable materials? Sodium iodide, potassium iodide, calcium fluoride, Cesium iodide, barium fluoride, zinc sulfide, zinc cadmium sulfide, Yttrium oxide and other rare earth oxides or oxysulphides. In addition, a variety of doping, agents to be added to these phosphors to increase the fluorescence and / or the spectral properties to change the emission. Examples of applicable doping agents are europium, thallium, silver, copper and the same.
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