DE69007627T2 - Röntgenbildverstärkerröhre mit Selektivfilter. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Röntgenbildverstärkerröhre mit einem Eintrittsschirm, einem Austrittsschirm und einem elektronenoptischen Mittel zum Projizieren von Photoelektronen vom Eintrittsschirm auf den Austrittsschirm, wobei der Eintrittsschirm aufeinanderfolgend eine Leuchtstoffschicht, eine Zwischenschicht und eine Photokathode enthält.
• Eine Röntgenbildverstärkerröhre dieser Art ist aus der Patentschrift US-A- 3 838 273 bekannt. Aus vielen Gründen kann eine Barriereschicht zwischen der Leuchtstoffschicht und der Photokathode in Röntgenbildverstärkerröhren angebracht werden. Ein Beispiel in dieser Hinsicht ist eine Schicht zum chemischen Trennen zum Unterbinden nachteiliger Wechselwirkungen zwischen den Schichten. Insbesondere muß Verschmutzung der Photokathode durch aus dem Leuchtstoff freiwerdende Substanzen, insbesondere bei der Bildung der Photokathode, vermieden werden. Eine Zwischenschicht dieser Art ist in der Patentschrift US-A-3 706 885 beschrieben.
• Auch kann eine Zwischenschicht vorgesehen werden, die insbesondere zum Verbessern der elektrischen Leitfähigkeit über die Schicht zum Verhindern des Auftretens von Ladungserscheinungen dient, die Störungen im Bild verursachen. Eine derartige Schicht ist ebenfalls in der Patentschrift US-A-3 706 885 beschrieben. Eine Schicht zum optischen Anpassen beim Übertragen von lumineszierendem Licht aus der Leuchtstoffschicht in die Photokathode ist in der Patentschrift EP-A-199 426 beschrieben. Eine Absorptionsschicht zum örtlichen Beeinflussen der Übertragung von lumineszierendem Licht auf die Photokathode auf eine andere Weise, beispielsweise eine Antivignettierungsschicht, ist in DE 21 34 110 beschrieben.
• Einige dieser Aufgaben sind durch die Verwendung einer Mehrfachschicht oder durch die Wahl eines Werkstoffs derart kombinierbar, daß die Schicht die Aufgabe beispielsweise einer chemischen Barriereschicht mit einer verbesserten elektrischen Leitfähigkeit und/oder einer optischen Anpassung kombiniert. Ein Beispiel in dieser Hinsicht ist in EP-A-265 997 beschrieben.
• Das elektronenoptische System in Röntgenbildverstärkerröhren bezweckt die Verwirklichung einer homogenen Feldstärke auf der Photokathodenoberfläche zur Bildung eines gut definierten Bildes der aus der Photokathode austretenden Photoelektronen am Austrittsschirm.
• Ungeachtet jedoch der möglichen Abwesenheit einer Zwischenschicht tritt eine Störung, die die Auflösung der Röhre reduziert, immer in bekannten Röhren auf, sogar wenn der Betrieb des elektronenoptischen Systems optimal ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Störung zu beseitigen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Störung durch eine verhältnismäßig hohe Austrittsgeschwindigkeit der Photoelektronen aus der Photokathode in Verknüpfung mit der verhältnismäßig großen Streuung in der Austrittsrichtung der Photoelektronen und einer Steuung im lumineszierenden Licht durch Reflexion aus der Photokathode oder aus einer Zwischenschicht zwischen der Leuchtstoffschicht und der Photokathode verursacht werden könnte. Die Austrittsgeschwindigkeit der Photoelektronen wird durch die Photonenenergie aus der Leuchtstoffschicht in der Photokathode stark beeinflußt. Wenn die Photonenenergie höher ist als die erforderliche Energie zum Freigeben eines Photoelektrons, kann die zusätzliche Energie auf die austretenden Photoelektronen als kinetische Energie übertragen werden. Unter Berücksichtigung der willkürlichen Austrittsrichtung der Photoelektronen könnte dies die Ursache der Störung in der Abbildung sein. Zum Beseitigen dieser Störung ist eine Röntgenbildverstärkerröhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine selektive Absorption für Photonenenergie aufweist, so daß verhältnismäßig hochenergetische Photonen mehr absorbiert werden als verhältnismäßig niederenergetische Photonen.
• Da selektive Absorption in einer erfindungsgemäßen Röhre auftritt, wird die Photonenenergie der in die Photokathode eintretenden Photonen reduziert, so daß im Mittel die Photoelektronen eine geringere Energie und also eine gleichmäßigere Austrittsgeschwindigkeit haben, wobei der Absorptionseffekt einer derartigen Zwischenschicht die Beteiligung der Photonen reduziert, die einmal reflektiert wurden, und insbesondere solche die mehrmals reflektiert wurden. Beide Faktoren ergeben eine bessere Auflösung. Die Störung in der Abbildung durch die hochenergetischen Photoelektronen wird also stark reduziert.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Leuchtstoff durch natriumaktiviertes CsI gebildet, und die Zwischen schicht besteht aus einem durchscheinenden Halbleitermaterial mit einem Energieabstand beispielsweise von wenigstens 2,8 eV oder vorzugsweise von wenigstens etwa 2,4 eV, der ein geeigneter Wert für die gewünschte selektive Absorption ist. Für thalliumaktiviertes CsI liegen die Energieabstandbegrenzungen zwischen etwa 3,0 und 2,0 eV durch seine Emissionskurve. Durch ihre Halbleiterart weist eine derartige Zwischenschicht angemessene elektrische Leitfähigkeit zum Verhindern des Auftretens störender Ladungserscheinungen auf, so daß eine zusätzliche Leitschicht überflüssig wird und eine wesenflich höhere Auflösung ohne bedeutende Empfindlichkeitsverluste erhalten werden kann. Das Absorptionsmaterial kann aus ausreichend durchscheinenden und vorzugsweise ausreichend elektrisch leitenden Werkstoffen mit einer Absorptionsbegrenzung gewählt werden, so daß insbesondere die hochenergetische Lichtkomponente des lumineszierenden Lichts abgefangen wird. Für die Zwischenschicht können Werkstoffe verwendet werden, die eine wesentliche Absorption für das lumineszierende Licht aufweisen, wobei eine größere Absorption für verhältnismäßig kurzwellige Photonen wünschenswert ist, insbesondere in bezug auf die Photonenenergiehomogenisierung. Geeignete Werkstoffe sind beispielsweise vergelbende Halogenide, wie z.B. TiI, InI, BiI usw. Eine derartige Schicht hat eine Dicke beispielsweise von 1 um.
• In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht eine von der Mitte nach dem Umkreis des Schirms abnehmende Absorption auf, so daß die Schicht ebenfalls als Antivignettierungsfilter dient. Die Absorptionsänderung kann durch die Änderung der Schichtdicke verwirklicht werden, jedoch wird durch die in diesem Fall auftretende Empfindlichkeitsverringerung die Absorption vorzugsweise zum Ansteigen nach der Mitte hin durch Änderung der Absorptionsgrenze gebildet, d.h. durch Einführung eines ansteigenden mittleren Energieabstands der Schicht, beispielsweise durch örtliches Anbringen einer zusätzlichen Schicht oder durch weiteres Dotierungsmittel in dem Werkstoff oder durch Verwirklichung einer Änderung im Werkstoff, so daß von einem integralen Blickpunkt aus gesehen, der Energieabstand in der Mitte kleiner ist als am Umkreis des Schirms. Dies ist ebenfalls verwirklichbar, beispielsweise durch Änderung des Mischverhältnisses einer Anzahl selektiv absorbierender Werkstoffe mit einer abweichenden Absorptionsbegrenzung. Insbesondere kann also die Auflösung am Umkreis des Schirms durch Auslassen der üblichen ansteigenden Dicke der Leuchtstoffschicht von der Mitte nach dem Umkreis hin erhöht werden oder sogar durch einen derartigen Aufbau der Schicht, daß sie unter Berücksichtigung des schrägen Einfallswinkels des Röntgenbündels in diesem Bereich mit zusätzlicher selektiver Absorption im mittleren Anteil am Umkreis dünner ist.
• Vorzugsweise wird ein Werkstoff, der sich für Aufdampfabscheidung eignet, für die Zwischenschicht verwendet, aber die Schicht kann auf andere Weise mittels Plasmaabscheidung, Spritzabscheidung, Zerstäubungsabscheidung u.dgl. angebracht werden.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 eine Röntgenbildverstärkerröhre nach der Erfindung,
• Fig. 2 eine graphische Darstellung mit Emissionskurven, eine Absorptionskurve und eine Kurve für durchgelassenes lumineszierendes Licht für einen Austrittsschirm, und
• Fig. 3 ein Beispiel eines geeigneten Eintrittsschirms.
• Eine Röntgenbildverstärkerröhre nach Fig. 1 enthält ein Eintrittsfenster 2, ein Austrittsfenster 4 und einen zylindrischen Kolben 6, die zusammen einen evakuierten Raum 8 einschließen. Im Raum 8 sind ein Eintrittsschirm 10, ein Austrittsschirm 12 und ein elektronenoptisches Abbildungssystem 14 angeordnet. In diesem Fall wird der Eintrittsschirm der Röhre durch einen Film beispielsweise aus Titan gebildet. Ein Titan- Eintrittsfenster braucht nicht dicker als beispielsweise etwa 0,2 mm zu sein, selbst nicht für Röhren mit einem großen Eintrittsfenster, so daß darin die Dispersion eines zu detektierenden Röntgenbündels nur gering ist. Der Eintrittsschirm enthält einen Konkavträger 16, der vorzugsweise aus Aluminium hergestellt ist und ebenfalls dünn sein kann, da er nicht als Vakuumwand dient. Auf dem Träger ist eine Leuchtstoffschicht 18 angebracht, auf der eine Photokathode 22 mit einer Zwischenbarriereschicht 20 angeordnet ist. Der Eintrittsschirm bildet beispielsweise in Zusammenarbeit mit einem Abschirmring 24 eine erste Elektrode des elektronenoptischen Abbildungssystems 14, das weiter eine Fokussierelektrode 26, eine erste Anode 28 und eine Ausgangsanode 30 enthält, die vorzugsweise im vorliegenden Ausführungsbeispiel in elektrischem Kontakt steht mit dem Austrittsschild. Der Austrittsschirm 12 ist direkt auf dem Austrittsfenster 4, möglicherweise über eine faseroptische Zwischenplatte angeordnet. Der Kolben 6 des Gehäuses hat einen kreisförmigen Querschnitt im vorliegenden Beispiel, kann aber ebensogut rechteckig hergestellt werden, zusammen mit dem Austrittsfenster, dem Eintrittsschirm und möglicherweise dem Austrittsschirm und dem Austrittsfenster.
• Erfindungsgemäß besteht die Zwischenschicht 20 aus einem durchscheinenden Halbleitermaterial mit einem Energieabstand größer als beispielsweise 2,0 eV, so daß verhältnismäßig hochenergetische (d.h. verhältnismäßig kurzwellige) Photonen aus dem lumineszierenden Licht zu einem verhältnismäßig hohem Ausmaß abgefangen werden. Für ein derartiges Abfangen ist keine dicke Zwischenschicht erforderlich, so daß keine wesenfliche Dispersion des lumineszierenden Lichts auftritt. In der graphischen Darstellung der Fig. 2 wird die Anzahl der Photonen horizontal und die Photonenwellenlänge vertikal aufgetragen. Eine Kurve A stellt die Emissionsverteilung einer CsI-(Na)-lumineszierenden Schicht (Kurve A' bezieht sich auf CsI(Tl)) dar. Eine Kurve B stellt die Absorption einer CdO-Zwischenschicht und eine Kurve C die Photonenenergieverteilung des lumineszierenden Lichts dar, das nach dem Durchgang durch die CdO-Schicht in die Photokathode eintritt. Daher wurde das abgefangene Licht nach einem längeren Wellenlängenbereich und damit nach einer niedrigeren Photonenenergie verschoben. Für ein photoelektronisches Austrittspotential entsprechend einer Photonenwellenlänge beispielsweise von 0,4 um wird die mittlere Photoelektronenenergie von etwa 0,7 eV nach etwa 0,4 eV durch die Einführung der CdO- Zwischenschicht gesenkt.
• Wie die lumineszierende Schicht ist die Barriereschicht 20 mit einer gleichmäßigen Dicke in Fig. 1 schematisch dargestellt. In praktischen Röhren vergrößert sich oft die Dicke der Leuchtstoffschicht nach dem Umkreis des Schirms hin, um Vignettierung im Bild zu verringern. Jedoch wird damit die Auflösung nach dem Umkreis des Bildes hin kleiner. Dies ist auch der Fall, sei es im geringeren Maße, wenn die Leuchtstoffschicht eine Säulenstruktur nach der Beschreibung in US-A-3 825 763 aufweist. Wenn die Leuchtstoffschicht dicker gemacht wird, als mit der Säulenstruktur möglich ist, stellt eine radiale Dickenänderung über den Schirm nicht länger einen wesentlichen Beitrag zum Antivignettieren dar.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform nach der Erfindung wird durch Einführen einer radialen Absorptionsänderung beispielsweise durch Dickenänderung in einer selektiv absorbierenden Schicht erhalten, so daß die Schicht ebenfalls als Antivignettierungsschicht arbeitet, insbesondere auch durch stärker reflektierte Photonen. Wie bereits erwähnt, kann ein radial sich ändernder integraler Energieabstand in die Schicht angebracht werden, beispielsweise durch Änderung des Dotierungsmittels oder durch Änderung des Schichtmaterials. Beide Verfahren für Absorptionsänderung sind auch kombinierbar, so daß ein vorteilhafter Kompromiß erreicht werden kann. Beispielsweise kann bei Verwendung von CsI als Leuchtstoffmaterial zusätzlich zu den Halogeniden auch CdO, CdS, InO, ZnO, SnO (möglicherweise dotiert) oder möglicherweise andere Kompositwerkstoffe verwendet werden, deren integraler Energieabstand von dem Umkreis nach der Mitte hin beispielsweise von etwa 2,0 nach 2,5 eV bis von 2,5 nach 3,0 eV ansteigt. Da die Zwischenschicht die Aufgabe der Antivignettierungsschicht löst, braucht die Dickenänderung der Leuchtstoffschicht nicht länger berücksichtigt zu werden, so daß wiederum eine Leuchtstoffschicht gleichmäßiger Dicke verwendbar ist. Hierdurch kann neben einer höheren peripheren Auflösung verbesserte Heiligkeitshomogenität erhalten werden. Durch den dünneren Aufbau der Leuchtstoffschicht nach dem Umkreis hin kann der negative Effekt auf die Auflösung in diesem Bereich durch den schrägen Einfallswinkel der Röntgenstrahlen im konischen Röntgenbündel und durch die übliche Krümmung des Eintrittsschirms berücksichtigt werden. Die Schicht kann beispielsweise eine derartige Änderung aufweisen, daß die Weglänge der Röntgenquanten durch die Schicht im wesentlichen über den ganzen Eintrittsschirm gleich ist. Ein Beispiel eines derartigen Schirms ist in Fig. 3 dargestellt, in der eine Röntgenquelle 34 mit einem Träger 16 aus einem Aluminiumfilm mit einer gleichmäßigen Dicke von beispielsweise 200 um, mit einer Leuchtstoffschicht 18 mit einer Dickenänderung von 200 um am Umkreis nach etwa 350 um in der Mitte dargestellt ist, so daß die Weglängen 36 und 38 für die Röntgenquanten gleich sind, wobei eine Zwischenschicht 20 mit einer Dicke, die von der Mitte nach dem Umkreis beispielsweise von 20 um nach 10 um ansteigt, so daß Vignettierung ausgeglichen wird, und mit einer Photokathode 22 mit einer gleichmäßigen Dicke beispielsweise von 10 nach 100 nm besteht.
• In einer Zwischenschicht dieser Art erreichen in der Mitte weniger Photonen die Photokathode durch die Zwischenschicht, d.h. nach der Reflexion von der Photokathodenseite der Schicht 20 oder nach anschließender Reflexion an der Seite der Leuchtstoffschicht, so daß die Lichtstreuung reduziert wird. Eine Zwischenschicht 20 wirkt dabei als Substrat für die Photokathode. Durch die höhere Dichte der mit höheren Temperaturen aufgedampften CsI-Schichten, beispielsweise nach der Beschreibung in US-A-4820926, kann die Zwischenschicht 20 ebenfalls durch eine CsI-Außenschicht gebildet werden, und dazu wird eine gewünschte Absorption durch geeignete Dotierung eingeführt, beispielsweise durch die Verwendung eines oder mehrerer der Halogenide. Da die Schicht 20 eine Dicke von höchstens etwa 25 um hat, wird die Abwesenheit einer lichtkollimierenden Struktur darin keinen störenden Effekt haben.

Claims (11)

1. Röntgenbildverstärkerröhre mit einem Eintrittsschirm, einem Austrittsschirm und einem elektronenoptischen Mittel zum Projizieren van Photonenelektronen vom Eintrittsschirm auf den Austrittsschirm, wobei der Eintrittsschirm aufeinanderfolgend eine Leuchtstoffschicht, eine Zwischenschicht und eine Photokathode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine selektive Absorption für Photonenenergie aufweist, so daß verhältnismäßig hochenergetische Photonen des lumineszierenden Lichts mehr absorbiert werden als verhältnismäßig niederenergetische Photonen des lumineszierenden Lichts.

2. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht thalliumaktiviertes CsI (Tl) enthält, wobei die Zwischenschicht ein Halbleitermaterial mit einem Bandabstand von etwa 2,0 bis 3,0 eV enthält.

3. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht natriumaktiviertes CsI (Na) enthält, wobei die Zwischenschicht ein Halbleitermaterial mit einem Bandabstand von wenigstens etwa 2,4 eV enthält.

4. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht hauptsächlich aus CdO oder CdS besteht.

5. Röntgenbildverstärkerröhre nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Änderung in der Radialdicke aufweist.

6. Röntgenbildverstärkerröhre nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine radiale Änderung im integralen Bandabstand aufweist.

7. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht eine einheitliche Dicke hat.

8. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht eine in der Richtung des Umkreises abnehmende Dicke hat, wobei diese Abnahme einer zu benutzenden Röntgenstrahlgeometrie angepaßt ist.

9. Röntgenbildverstärkerröhre nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine verhältnismäßig hohe Absorption für das lumineszierende Licht zum Reduzieren darin reflektierender Photonen aufweist.

10. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein vergelbendes Halogenid enthält.

11. Röntgenbildverstärkerröhre nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht durch eine Außenschicht aus dotiertem CsI für erhöhte Absorption des lumineszierenden Lichts gebildet wird.