DE3002344A1

DE3002344A1 - Bildverstaerker

Info

Publication number: DE3002344A1
Application number: DE19803002344
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Aramaki; Hisao Ishiwata; Tetsu Sano; Tatuo Shimizu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-01-24
Filing date: 1980-01-23
Publication date: 1980-07-31
Also published as: JPS55100637A; US4331898A; GB2046986B; JPS5815902B2; DE3002344C2; FR2449967B1; GB2046986A; FR2449967A1

Description

European Patent Office

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Möhistraße37

D-8000 München 80

Kawasaki-shi, Japan

Te!.: 0 89/98 20 85-87

' Telex: 05 29 802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

23. Januar 1980 MA-54P-1O23-3

Bildverstärker

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Bildverstärker, insbesondere einen Röntgenbildverstärker mit verbessertem Eingangsfensterteil (input window portion).

Ein Röntgenbildverstärker ist bekanntlich eine Art Bildröhre, die ein beim Durchgang durch ein Untersuchungsobjekt moduliertes Röntgen(strahlungs)bild in ein Bild sichtbaren Lichts umwandelt. Üblicherweise bestehen dabei ein Eingangsfensterteil, auf den das Röntgenbild auftrifft, und ein Ausgangs-Vakuumbehälterteil aus Glas. Da es schwierig ist, das durch das Objekt hindurchgetretene Röntgenbild zu verkleinern oder zu vergrößern, ist der Durchmesser des Eingangsfensterteils eines Röntgenbildve'rstärkers im allgemeinen auf 150 - 400 mm begrenzt. Weiterhin wird dabei das Innere dieses Bildverstärkers unter einem hohen Vakuum gehalten. Im Hinblick auf diese Bedingungen muß die

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Dicke der Glasscheibe des Eingangsfensterteils 3 - 4 mm betragen=

Wenn nun Röntgenstrahlung auf diesen Glasfensterteil auftrifft , tritt eine Streuung der Röntgenstrahlung auf, welche die Kontrasteigenschaften des auf einem Leuchtstoff-Ausgangsbildschirm wiedergegebenen sichtbaren Bilds herabsetzt.

Zur Vermeidung dieses mit der Verwendung einer Glasscheibe als Eingangsfensterteil zusammenhängenden Nachteils wurde bereits anstelle des Glases ein Leichtmetall, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung, eingesetzt. In diesem Fall braucht die Dicke des Eingangsfensterteils im Fall eines Bildverstärkers von z.B. 229 mm Durchmesser nur ungefähr 1 mm zu betragen, um eine durch den Ätmosphärendruck bedingte Verformung zu vermeiden. Bei derartigen Materialdicken ergibt sich eine geringere Röntgenstrahlenstreuung, so daß der Kontrast des sichtbaren Wiedergabebilds verbessert werden kann.

Andererseits ist es jedoch sehr schwierig, Aluminium mit Glas oder einem anderen Metall zu verbinden, so daß es sich auch als schwierig erweist, eine luftdichte Abdichtung zwischen dem aus Aluminium bestehenden Eingangsfensterteil und einem den Hauptkörper des evakuierten Kolbens bildenden zylindrischen Behälter aus Glas oder einem anderen Metall als Aluminium herzustellen. Die Verwendung eines Äluminium-Eingangsfensterteils macht daher die Maßnahmen z.B. nach der DE-PE 2 331 erforderlich. Dieses bisherige Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil aus Aluminium und dem zylindrischen Behälter (aus unterschiedlichem Werkstoff) ist aber unwirtschaftlich, und es erfordert eine Vorrichtung großer Abmessungen.

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Weiterhin kann der Eingangsfensterteil z.B. aus rostfreiem Stahl bestehen, der sich leicht mit verschiedenen Metallen verschweißen läßt. Obgleich in diesem Fall eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil und dem zylindrischen Behälter zweifellos einfach hergestellt werden kann, absorbiert rostfreier Stahl einen großen Anteil der Röntgenstrahlung, so daß diese den Leuchtstoff-Bildschirm im Fensterteil unter Herabsetzung des Verstärkungsgrads des Bildverstärkers nur mit verringerter Intensität erreicht. Insbesondere dann, wenn der Eingangsfensterteil dünn ausgelegt wird, um die Menge der absorbierten Röntgenstrahlung zu verringern, wird er beim Evakuieren des Bildverstärkers unvermeidlich konkav. Wenn in diesem Fall versucht wird, eine Bildverstärkerröhre mit einer Elektronenlinse zu erhalten, welche dieselben Eigenschaften besitzt wie die Elektronenlinse einer Bildverstärkerröhre mit konvexem Eingangsfenster, wird in nachteiliger Weise die Gesamtlänge des Röhrenkolbens zu groß.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Bildverstärkers, bei dem die Abdichtung zwischen dem Fensterteil und dem Behälter bzw. Kolben in einfacher Weise möglich ist und der gute Kontrasteigenschaften der wiedergegebenen Bilder gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Bildverstärker, bestehend aus einem evakuierten Röhrenkolben mit einem zylindrischen Behälter bzw. Zylinder, einem luftdicht mit dem einen Ende des Zylinders verbundenen Eingangsfensterteil und einem am anderen Ende des Zylinders angeformten Ausgangsbehälter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest der eine Endabschnitt des Zylinders aus einem Metall geformt ist, daß der Eingangsfensterteil einen Mehrschichtaufbau aus einer dünnen Außenplatte aus

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einem Metall, das mit dem den genannten Endabschnitt des Zylinders bildenden Metall verschweißbar ist, und aus einer dünnen, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Innenplatte mit größerer Dicke als derjenigen der Äußenplatte aufweist, daß der Umfangsrand der Innenplatte an einem Innenbereich eines Flansches am genannten Endabschnitt des Zylinders gehaltert ist und daß der Umfangsrand der Außenplatte über den Umfangsrand der Innenplatte hinausragt und mit einem Außenbereich des Flansches verschweißt bzw. verschmolzen ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Röntgen-Bildverstärkers mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittansicht des Abdichtbereichs zwischen einem Röntgen-Eingangsfensterteil und einem zylindrischen Behälter bzw. Zylinder beim Bildverstärker nach Fig. 1 oder 2 und

Fig. 4 und 5 der Fig. 3 ähnelnde Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen des Abdichtbereichs.

Beim erfindungsgemäßen Bildverstärker besitzt ein Eingangsfensterteil einen mehrschichtigen Aufbau mit einer dünnen äußeren Platte aus einem Metall, das mit einem Endabschnitt

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eines Zylinders als Hauptteil eines evakuierten Kolbens verschweißbar ist, und einer dünnen inneren Platte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die luftdichte Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil und dem Zylinder erfolgt mittels der dünnen äußeren Blechplatte aus einem Werkstoff oder Metall, der bzw. das sich mit verschiedenen anderen Metallen verschweißen läßt. Die Festigkeit gegen die Einwirkung des Atmosphärendrucks auf den Eingangsfensterteil wird andererseits durch die dünne innere Platte gewährleistet; dies bedeutet, daß der Eingangsfensterteil durch die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende dünne innere Platte, die für Röntgenstrahlung voll durchlässig ist, vor Verformung geschützt wird. Die Außenplatte kann daher so dünn sein, daß eine Minderung des Verstärkungsgrads infolge von Röntgenstrahlungsabsorption verhindert wird, während die Innenplatte so dick sein muß, daß sie eine Verformung des Eingangsfensterteils sicher verhindert. Die Außenplatte besitzt zu diesem Zwecke bei einem Bildverstärker mit einem Durchmesser von z.B. etwa 150 - 229 mm (6 bis 9 Zoll) eine Dicke von 20 - 200 ^um, vorzugsweise von 30 - 100 yam, während die Innenplatte eine Dicke von 0,5-1,2 mm besitzt.

Erfindungsgemäß besteht die Äußenplatte aus einem beliebigen Metall, das sich mit einem Endabschnitt des Zylinders verschweißen läßt. Beispiele für solche Metalle sind Titan, rostfreier Stahl, Nickel, Wickellegierung, Kovar (eingetr. Warenzeichen) , MU-Metall usw. MU-Metall und andere Legierungen mit hoher Permeabilität werden bevorzugt, weil damit die ungünstigen Einflüsse des Erdmagnetismus und äußerer magnetischer Felder anderer Vorrichtungen, etwa in Form einer Verzerrung des Wiedergabebilds, unterbunden werden können.

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Der Zylinder bzitf» Kolben kann aus Metall oder aus Glas bestehen» Wenn der Zylinder aus einem Metall besteht, sollte dieses mit einem Metallelement aus z.B. Kovar verschweißbar sein, das sich mit Glas verschmelzen bzw. verschweißen läßt, weil der Zylinder mittels eines solchen Metallelements luftdicht mit einem Ausgangsbehälter aus Glas verbunden wird. Derartige Werkstoffe werden für das Metall der dünnen Außenplatte verwendet. Wenn der Zylinder andererseits aus Glas hergestellt wird, xfird er einstückig mit dem Ausgangsbehälter geformt, und sein einer Endabschnitt wird aus Kovar oder einem anderen Metall hergestellt, das mit Glas und mit der Außenplatte verschweißbar ist. Die dünne Äußenplatte wird somit mit Hilfe des Metallelements luftdicht mit dem Glas-Zylinder verbunden bzw. verschweißt.

Im folgenden sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Der Röntgen-Bildverstärker gemäß Fig. 1 umfaßt einen evakuierten Kolben 6 aus einem Zylinder 2 aus Metall, einen leicht konvex gekrümmten Röntgen-Eingangsfensterteil 3, der luftdicht am einen Ende des Zylinders 2 angebracht ist, und einen aus Glas bestehenden Äusgangsbehälter 5, der am anderen Ende des Zylinders 2 luftdicht mittels eines Metallelements 4 angeschweißt (sealed) ist, welches aus einem mit Glas verschweißbaren Metall, z.B. aus Kovar, besteht und einen ü-förmigen Querschnitt besitzt. Im Inneren des Kolbens 6 befindet sich in der Nähe des Eingangsfensterteils ein Eingangs-Schirm (screen) aus einem Eingangs-Leuchtstoff(bild)schirm und einem photoelektrischen Bildschirm. Im Äusgangsbehälter 5 sind ein dem Eingangsschirm 7 gegenüberliegender Ausgangs-Leuchtstoff(bild)-schirm 8 und eine diesen umschließende Anode 9 angeordnet,

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während dicht an der Innenwand des Zylinders 2 eine Fokussierelektrode 10 angeordnet ist.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgen-Bildverstärkers dargestellt, bei dem ein Zylinder 12 und ein Ausgangsbehälter 14 einstückig aus Glas geformt sind und ein Röntgen-Eingangsfensterteil 3 unter Herstellung einer luftdichten Abdichtung am Zylinder 12 mittels eines Metallelements 16 angeschweißt ist, das einen Endabschnitt des Zylinders bildet und aus einem mit Glas verschweiß- oder verschmelzbaren Metall, wie Kovar, besteht. Der Bildverstärker mit dieser Konstruktion bietet die Vorteile, daß die Zahl seiner Bauteile kleiner und sein Zusammenbau einfacher ist.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab den Schweiß- bzw. Abdichtbereich zwischen dem Zylinder und dem Eingangsfensterteil des Bildverstärkers nach Fig. 1 oder 2. Gemäß Fig. 3 besitzt der Eingangsfensterteil 3 einen zweischichtigen Aufbau mit einer dünnen Außenplatte 21 einer Dicke von 50 -.100 pm und aus einer Legierung, die z.B. 78 Gew.-% Ni, 5 Gew.-% Mo, Rest Eisen, enthält, und einer dünnen Innenplatte 22 aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,5 - 1 mm. Der Umfangsrand 25 der Innenplatte 22 ist am Innenbereich bzw. achsnahen Bereich eines Flansches 24 montiert, der am einen Endabschnitt eines Röhren-Zylinders aus demselben oder einem anderen Werkstoff als dem der Außenplatte 21 angeformt ist. Die Außenplatte 21 besitzt einen größeren Durchmesser als die Innenplatte 22, so daß sie mit ihrem ümfangsrand 26 über den Umfangsrand 25 der Innenplatte 22 hinausragt und mit diesem Umfangsrand am Außenbereich des Flansches 24 befestigt ist. Der zwischen dem Flansch 24 und einem Metallring 27 festgelegte ümfangsrand 26 der Außenplatte 21 ist beispielsweise durch Schutzgas-Licht-

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bogenschweißung am Flansch 24 befestigt. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann die Außenplatte dünn sein, und der Eingangsfensterteil läßt sich leicht luftdicht am Zylinder anschweißen, Die Innenplatte 22 wird bei evakuiertem Röhrenkolben 6 durch den Atmosphärendruck in Andruckberührung mit dem Flansch 24 gehalten.

Fig. 4 veranschaulicht ein anderes Beispiel für den Abdichtbereich zwischen dem Eingangsfensterteil und dem Röhren-Zylinder. Dabei ist im Innenbereich eines Flansches 31 eine umlaufende Stufe 32 ausgebildet, an welcher der Umfangsrand 25 der Innenplatte 22 montiert ist.

Bei den Bildverstärkern gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Eingangs-Leuchtstoff schirm getrennt vom Eingangsfensterteil angeordnet. Bei der weiteren Abwandlung nach Fig. 5 ist dagegen ein Eingangs-Leuchtstoffschirm 41 an der Innenfläche der dünnen Innenplatte 22 angebracht. In diesem Fall würde die Wärme auf die Innenplatte 22 übertragen werden und den Eingangs-Leuchtstoff schirm 41 ungünstig beeinflussen, wenn der Umfangsrand 26 der Außenplatte 21 mit dem Flansch 31 verschweißt wird. Um dies zu vermeiden„ ist ein wärmeisolierendes Material 4 3, z.B. ein Keramikmaterial, in den Zwischenraum 42 zwischen Außenplatte 21, Innenplatte 22 und Flansch 31 eingesetzt.

Beim vorstehend beschriebenen Röntgen-Bildverstärker gemäß der Erfindung mit einem Röntgen-Eingangsfensterteil in Form einer zweischichtigen Konstruktion wird eine absolut luftdichte Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil und dem Zylinder 12 durch die dünne Außen(blech)platte 21 gewährleistet, während die Innenplatte 22 ausreichende Festigkeit zur

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Aufnahme des Atmosphärendrucks bietet. Hierdurch wird ein Bildverstärker erhalten, bei dem eine vollkommene Abdichtung zwischen Eingangsfensterteil und Zylinder vorhanden ist und die Ausgangs- bzw. Wiedergabebilder gute Kontrasteigenschaften besitzen, ohne daß eine Verformung des Eingangsfensterteils auftritt. Insbesondere dann, wenn die Außenplatte 21 allein oder diese und der Zylinder 12 aus Mü-Metall oder einer anderen Legierung mit hoher Permeabilität geformt werden, werden äußere Magnetfelder sicher abgeschirmt, so daß eine Verzerrung der Wiedergabebilder durch äußere Magnetfelder unbedingt verhindert wird.

Um die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Bildverstärkers gegenüber bisherigen Vorrichtungen dieser Art aufzuzeigen, wurden erfindungsgemäß die folgenden Versuche durchgeführt:

Zunächst wurde ein Röntgen-Eingangsfensterteil aus 0,2 mm dickem Blech aus rostfreiem Stahl für einen Röntgen-Bildverstärker mit einem Röhren-Eingangsfenster von 150 mm Durchmesser angefertigt. Dabei wurde Röntgenstrahlung mit einer Energie von 60 keV beim Durchgang durch den Eingangsfensterteil auf etwa 74 % gedämpft. Zur Gewährleistung von Festigkeit gegen den Atmosphärendruck mußte die Dicke des rostfreien Stahlblechs 0,2 mm oder mehr betragen.

Andererseits zeigte ein Röntgen-Eingangsfensterteil gemäß der Erfindung mit Zweischichtaufbau aus rostfreiem Stahlblech von 50 pm Dicke und einem Aluminiumblech von 0,5 mm Dicke einen Röntgenstrahlung-Durchlässigkeitsgrad von 89 %. Dieser, im Vergleich zu dem mit dem 0,2 mm dicken rostfreien Stahlblech beträchtlich verbesserte Wert ist kaum niedriger als

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der Wert von 91 % für eine 0,5 mm dicke Einzelplatte aus Aluminium. Dieser Eingangsfensterteil zeigte eine zufriedenstellende Festigkeit oder Beständigkeit unter dem einwirkenden Atmosphärendruck und nur eine minimale Streuung der Röntgenstrahlung» Obgleich ein aus Glas bestehender, 3 mm dicker Eingangsfensterteil einen Röntgenstrahlung-Durchlässigkeitsbzw. -Übertragungsgrad von 88 % ergab, konnte mit ihm eine Verschlechterung des Kontrasts der Wiedergabebilder aufgrund von Röntgenstrahlungsstreuung nicht vermieden werden.

Die dünne Außenplatte kann durch Pressen oder Tiefziehen einer flachen Metall(blech)platte hergestellt werden. Wenn die Außenplatte aus MU-Metall hergestellt wird, wird sie bei einer Temperatur von z.B. 1000 C oder mehr geglüht bzw. angelassen, wodurch ihre durch die Spannungen beim Formvorgang herabgesetzte Permeabilität auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt werden kann. Das Material der Innenplatte ist nicht auf Aluminium beschränkt, vielmehr kann die mechanische Festigkeit dieser Innenplatte durch Verwendung z.B. einer Legierung verbessert werden, die 0,5 Gew.-% Mg, 1,0 Gew.-% Si, 0,3 Gew.-% Fe und im Rest Al enthält. Diese Verbesserung läßt sich ohne größeren Verlust des Ubertragungs- oder Durchlässigkeitsgrads für Röntgenstrahlung erzielen.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit RÖntgen-Bildverstärkern beschrieben ist, ist sie auch auf einen Bildverstärker zur Messung von Hochenergiestrahlung, etwa auf einen "^-Strahlungsbildverstärker, anwendbar.

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Claims

Registered Representatives

before the

European Patent Office

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D-8C00 München Kawasaki-shi, Japan

Tel.: 0 89/98 20 85-87

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Bildverstärker

Patentansprüche

Bildverstärker, bestehend aus einem evakuierten Röhrenkolben mit einem zylindrischen Behälter bzw. Zylinder, einem luftdicht mit dem einen Ende des Zylinders verbundenen Eingangsfensterteil und einem am anderen Ende des Zylinders angeformten Ausgangsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der eine Endabschnitt des Zylinders (2; 12 usw.) aus einem Metall geformt ist, daß der Eingangsfensterteil (3) einen Mehrschichtaufbau aus einer dünnen Außenplatte (21) aus einem Metall, das mit dem den genannten Endabschnitt des Zylinders (2; 12 usw.) bildenden Metall verschweißbar ist, und aus einer dünnen, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Innenplatte (22) mit größerer Dicke als derjenigen der Außenplatte aufweist, daß der Umfangsrand (25) der Innenplatte (22) an einem Innenbereich eines Flansches (24 usw.) am genannten

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Endabschnitt des Zylinders gehaltert ist und daß der Umfangsrand (26) der Außenplatte (21) über den Umfangsrand (25) der Innenplatte hinausragt und mit einem Außenbereich des Flansches (24 usw.) verschweißt bzw. verschmolzen ist.
2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Behälter bzw. Zylinder aus einem Metall hergestellt ist und daß der aus Glas bestehende Ausgangsbehälter (5) luftdicht mit dem anderen Ende des Zylinders mittels eines Metallelements (4) verschweißt ist, das mit Glas-Werkstoff verschweißbar ist.
3. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus einem Glas-Werkstoff einstückig mit dem Ausgangsbehälter geformt ist und daß ein Metallelement mit dem einem Ende des Zylinders aus Glas-Werkstoff verschweißt ist.
4. Bildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Außenplatte aus einem Metall, z.B. aus Titan, rostfreiem Stahl, Nickel, Nickellegierung, einem mit Glas-Werkstoff verschweißbaren Metall und/oder einem Metall mit hoher Permeabilität, hergestellt ist.
5. Bildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus einem Metall, z.B. aus rostfreiem Stahl, Nickel, Nickellegierung, mit Glas verschweißbaren Metallen und Metallen mit hoher Permeabilität, hergestellt ist.
6. Bildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Außenplatte aus einem Metall hoher Permeabilität hergestellt ist.

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7« Bildverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus einer Legierung hoher Permeabilität hergestellt ist.
8. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenbereich des Umfangrands der dünnen Außenplatte ein Metallring aufgesetzt ist.
9. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Umfangsrands der dünnen Innenplatte ein ringförmiges wärmeisolierendes Material angeordnet ist.

10- Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Röntgen-Bildverstärker ist.

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