DE69118300T2 - Röntgenbildröhre - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenbildröhre und insbesondere auf die Elektroden, die in dem Kolben der Röntgenbildröhre enthalten sind.
• Eine Röntgenbildröhre ist eine Vorrichtung, die einen Eingangsschirm, ein elektrostatisches Elektronenlinsensystem und einen Ausgangsschirm umfaßt. Der Eingangsschirm hat eine Leuchtstoffschicht und eine photoelektrische Schicht. Der Ausgangsschirm hat eine Leuchtstoffschicht. Im Betrieb wirken Röntgenstrahlen auf den Eingangsschirm ein. Die Leuchtstoffschicht des Eingangsschirmes wandelt Röntgenstrahlen in sichtbares Licht um. Die photoelektrische Schicht, die aus Alkali- Antimon besteht, setzt das sichtbare Licht in Elektronen um. Das Elektronenlinsensystem beschleunigt Elektronen und konvergiert Elektronenstrahlen. Die so konvergierten Elektronenstrahlen wirken auf die Leuchtstoffschicht des Ausgangsschirmes ein, der Strahlen entsprechend den Röntgenstrahlen emittiert. Damit werden die auf den Eingangsschirm einwirkenden Röntgenstrahlen in Echtzeit beobachtet.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine leistungsfähige Röntgenbildröhre, bei der die Größe oder Abmessung des Gesichtsfeldes verändert werden kann. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, umfaßt diese Röntgenbildröhre einen Vakuumkolben 1. Der Vakuumkolben 1 umfaßt einen Metallzylinder 1a, einen Glaszylinder 1b und ein Eingangsfenster 2, das aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Titan, einer Titanlegierung oder dergleichen besteht. Die Röntgenbildröhre umfaßt weiterhin einen Eingangsschirm 3, Strahlkonvergierelektroden 4a, 4b und 4c, eine Anode 5 und einen Ausgangsschirm 6, die alle innerhalb des Vakuumkolbens 1 gelegen sind. Der Eingangsschirm 3 liegt dem Eingangsfenster 2 gegenüber und ist längs des Eingangsfensters 2 gekrümmt. Die Anode 5 und der Ausgangsschirm 6 sind in dem Ausgangsende des Kolbens 1 gelegen.
• In der US-A-3 683 174 ist das Eingangs/Ausgangsschirm- Nenndurchmesserverhältnis (MAG) als das Verhältnis des Nenndurchmessers des Ausgangsschirmes 6 zu dem Nenndurchmesser des Eingangsschirmes 3 definiert. Dieses Verhältnis wird gewöhnlich auf etwa 1/10 oder einen ähnlichen Wert eingestellt.
• Die Elektroden 4a, 4b und 4c sind Hohlzylinder, die eine elektrostatische Elektronenlinse bilden. Sie sind koaxial mit dem Vakuumkolben 1, beabstandet voneinander in der Axialrichtung des Kolbens 1 und ausgelegt, ein Röntgenbild zu erzeugen, das eine gleichmäßige Auflösung unabhängig von der Größe des Eingangs-Gesichts- oder Blickfeldes hat. Im Betrieb liegt eine Spannung, die zwischen 25 kV und 30 kV beträgt, zwischen der Anode 5 und der photoelektrischen Schicht des Eingangsschirmes 3 und der Anode. Unter dieser Bedingung sind Spannungen an die Elektroden 4a, 4b und 4c gelegt, wobei diese Elektroden eine Elektronenlinse bilden. Die an den Elektroden 4a, 4b und 4c liegenden Spannungen werden verändert, um so die Größe des Blickfeldes der Röntgenbildröhre von beispielsweise 9 Zoll auf 4,5 Zoll, von 30,5 cm (12 Zoll) auf 15,25 cm (6 Zoll) oder von 35,5 cm (14 Zoll) auf 17,75 cm (7 Zoll) zu reduzieren. Mit anderen Worten, die in Fig. 1 gezeigte Röntgenbildröhre hat eine Bildvergrößerung von etwa 2.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Strahlkonvergierelektrode 4c auf ein Potential von etwa 2 kV gesetzt, wenn die Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße 1 beträgt. Dieses Potential steigt exponentiell mit der Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße an. Wie aus der in Fig. 2 gezeigten Kurve verstanden werden kann, ist es zur Steigerung der Vergrößerung auf 2,3 oder mehr erforderlich, die Elektrode 4c auf ein Potential von 20 kV oder mehr zu legen. Wenn jedoch die Elektrode 4c auf 20 kV gelegt ist, nimmt die Aushalte- oder Stehspannung zwischen den Strahlkonvergierelektroden 4b und 4c stark ab, da die Elektrode 4b auf ein Potential von lediglich hunderten von Volt bis 1,5 kV gesetzt ist. Aufgrund der unzureichenden Stehspannung kann eine unerwünschte Erscheinung, wie beispielsweise eine elektrische Entladung oder ein elektrisches Lekken, das stark die Fähigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Röntgenbildröhre beeinträchtigt, auftreten.
• Für das elektrostatische Elektronenlinsensystem der herkömmlichen Röntgenbildröhre ist es praktisch unmöglich, eine Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße von 2,3 oder mehr vorzusehen. Um eine Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße von wenigstens 2,3 ohne Einschränkung der Fähigkeit oder Zuverlässigkeit zu erzielen, sollte die Röntgenbildröhre drastisch umgebaut werden.
• Beispielsweise kann die Elektrode 4c durch zwei oder mehr Elektroden 4c&sub1;, 4c&sub2;, ... 4cN (N ≥ 2) ersetzt werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall können diese Elektroden 4c&sub1;, 4c&sub2;, ... 4cN auf das niedrigste Potential, das zweitniedrigste Potential, ... und das höchste Potential jeweils gesetzt werden, so daß die Potentialdifferenz zwischen der Strahlkonvergierelektrode 4b und der Elektrode 4c&sub1;, die näher zu der Elektrode 4b als die Elektroden 4c&sub2;, 4c&sub3;, ... 4cN gelegen ist, gegeben ist.
• Die Verwendung von mehr Strahlkonvergierelektroden macht es jedoch schwieriger, die Röntgenbildröhre zusammenzubauen. Darüber hinaus muß die Röntgenbildröhre eine komplexere Strom- bzw. Spannungversorgungsvorrichtung haben, um verschiedene Spannungen an die Strahlkonvergierelektroden zu legen. Damit kann die Röntgenbildröhre nicht mit ausreichend hoher Produktivität und ausreichend niedrigen Kosten hergestellt werden.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenbildröhre vorzusehen, die bei niedrigen Kosten mit hoher Produktivität hergestellt werden kann und die eine gute Stehspannungskennlinie hat, selbst wenn ihre Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße auf 2,3 oder mehr eingestellt ist. Gemäß der Erfindung ist eine Röntgenbildröhre vorgesehen, die einen Vakuumkolben, einen im Eingangsende des Kolbens gelegenen Eingangsschirm, einen im Ausgangsende des Kolbens gelegenen Ausgangsschirm, eine im Ausgangsende des Kolbens gelegene Anode und mehrere Strahlkonvergierelektroden, die in dem Kolben gelegen und längs der Innenfläche des Kolbens angeordnet sind, aufweist. Diese Röntgenbildröhre ist dadurch gekennzeichnet, daß diese Komponenten eine spezifische Lagebeziehung und besondere Größen aufweisen, um so die folgenden Beziehungen zu erfüllen:
• 3,5 ≤ G3D/AD ≤ 5,0 und
• -3,65 x MAG + 1,00 ≤ G3L/L ≤ -3,65 x MAG + 1,05
• wobei L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm und dem Ausgangsschirm ist, AD der Innendurchmesser der Anode ist, G3D der Innendurchmesser von derjenigen einen der Strahlkonvergierelektroden ist, der näher zu dem Ausgangsschirm als jede andere der Strahlkonvergierelektroden gelegen ist, G3L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm und der Strahlkonvergierelektrode ist, die auf das Potential nicht niedriger als 2 kV gesetzt ist und die näher zu dem Ausgangsschirm als irgendeine andere Strahlkonvergierelektrode gelegen ist, und MAG das Bildverkleinerungsverhältnis ist.
• Dank der Größen der Komponenten und deren Lagebeziehung, die die obigen Beziehungen erfüllen, kann die Röntgenbildröhre gemäß der Erfindung eine Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße von 2,3 oder mehr haben. Da weiterhin die Röntgenbildröhre jedoch eine Mindestanzahl von Strahlkonvergierelektroden hat, ist sie einfach im Aufbau und erfordert keine komplexe Spannungsversorgungsvorrichtungen. Sie kann daher mit ausreichend hoher Produktivität zusammengebaut werden, und sie kann mit ausreichend niedrigen Kosten hergestellt werden.
• Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch eine herkömmliche Röntgenbildröhre zeigt,
• Fig. 2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße der in Fig. 1 gezeigten Röhre und dem Potential der letztstufigen Strahlkonvergierelektrode hiervon darstellt,
• Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch eine andere herkömmliche Röntgenbildröhre zeigt,
• Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch eine Röntgenbildröhre gemäß der Erfindung zeigt,
• Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Kennlinie der in Fig. 1 gezeigten Röntgenbildröhre veranschaulicht, d.h. die Beziehung zwischen dem Bildverkleinerungsverhältnis und dem Verhältnis des Innendurchmessers der letztstufigen Strahlkonvergierelektrode zu dem Innendurchmesser der Anode, und
• Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Bildverkleinerungsverhältnis der in Fig. 4 dargestellten Röntgenbildröhre und dem Verhältnis des Abstandes zwischen dem Eingangsschirm und der letztstufigen Elektrode hiervon zu dem Abstand zwischen den Eingangs- und Ausgangsschirmen hiervon zeigt.
• Fig. 4 zeigt eine Röntgenbildröhre gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Röntgenbildröhre hat einen Vakuumkolben 11. Der Kolben 11 umfaßt einen zylindrischen Metallabschnitt 11a, einen trichterförmigen Glasabschnitt 11b, der an einem Ende mit dem Metallabschnitt 11a verbunden und an dem anderen Ende geschlossen ist, und ein Eingangsfenster 12, das aus Aluminium hergestellt ist und das Eingangsende des Metallabschnittes 11a abschließt.
• Die Röntgenbildröhre hat weiterhin einen Eingangsschirm 13, eine Anode 15 und einen Ausgangsschirm 16, die alle innerhalb des Vakuumkolbens 11 gelegen sind. Der Eingangsschirm 13 ist beabstandet von dem Eingangsfenster 12 angeordnet und längs des Fensters 12 gekrümmt. Die Anode 15 und der Ausgangsschirm 16 sind beide in dem Ausgangsende des Kolbens 11 gelegen. Der Eingangsschirm 13 ist aus wenigstens einer Leuchtstoffschicht und einer photoelektrischen Schicht gebildet. Der Ausgangsschirm 16 ist wenigstens aus einer Leuchtstoffschicht gebildet.
• Drei Strahlkonvergierelektroden 14a, 14b und 14c sind in dem Vakuumkolben 11 vorgesehen. Sie sind Hohlzylinder, die koaxial mit dem Kolben 11, beabstandet voneinander in der Axialrichtung des Kolbens 11, angeordnet sind. Diese Elektroden 14a, 14b und 14c bilden ein elektrostatisches Elektronenlinsensystem. Im Betrieb sind der Eingangsschirm 13, die Anode 15, die Elektrode 14a, die Elektrode 14b und die Elektrode 14c auf ein Potential von 0 V bzw. 25 kV bzw. 100 bis 200 V bzw. 500 bis 1,5 kV und bzw. 2 kV bis 17 kV gesetzt.
• Die innerhalb des Vakuumkolbens 11 vorgesehenen Komponenten haben eine derart spezifische Lagebeziehung und derart besondere Größen, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:
• 3,5 ≤ G3D/AD ≤ 5,0
• -3,65 x MAG + 1,00 ≤ G3L/L ≤ -3,65 x MAG + 1,05
• wobei L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm 13 und dem Ausgangsschirm 16 ist, AD der Innendurchmesser der Anode 15 ist, G3D der Innendurchmesser der Strahlkonvergierelektrode 14c ist, die ein Potential von wenigstens 2 kV hat, G3L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm und der Strahlkonvergierelektrode 14c ist und MAG das Bildverkleinerungsverhältnis ist.
• Es wird nun erläutert, warum die Komponenten an derartigen Stellen gelegen und solche Größen haben sollten, damit die Beziehung von 3,5 ≤ G3D/AD ≤ 5,0 erfüllt ist, wobei auf die Fig. 5 verwiesen ist. Fig. 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Bildverkleinerungsverhältnis MAG und dem Verhältnis des Innendurchmessers G3D der Elektrode 14c zu dem Innendurchmesser AD der Anode 15, d.h. G3D/AD, angibt. Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, kann, solange das Verhältnis G3D/AD in dem schraffierten Bereich in Fig. 5 verbleibt, der Eingangseffektivdurchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) auf 11,5 cm (4,5 Zoll) oder von 40,5 cm (16 Zoll) auf 15,25 cm (6 Zoll) verringert werden, und das sich ergebende Röntgenbild kann eine gleichmäßige Auflösung unabhängig von der Größe des Eingangsblickfeldes haben, wenn die Anode 15 und die Elektrode 14c jeweils auf 30 kV und 17 kV oder weniger eingestellt sind.
• In Fig. 5 bedeuten Markierungen 0, Δ und x die Proben, die untersucht wurden, um das Diagramm von Fig. 5 zu gewinnen. Die o-markierten Proben und die Δ-markierten Proben erzeugen Röntgenbilder mit einer gleichmäßigen Auflösung. Mit den x-markierten Proben können Röntgenbilder einer gleichmäßigen Auflösung nicht erzeugt werden. Dies beruht darauf, daß die Elektrode 14c auf 20 kV oder mehr eingestellt werden muß, die Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße nicht auf 2,3 oder mehr gesteigert werden kann oder die Bildauflösung an dem Randteil des Blickfeldes stärker verschlechtert ist. Die Δ-markierten Proben, bei denen das Verhältnis G3D/AD von 4,1 bis 4,7 reicht, sind vorteilhafter als die o-markierten Proben. Damit sollten bei der vorliegenden Erfindung die Komponenten in dem Kolben 11 an solchen Stellen angeordnet sein und eine derartige Größe haben, daß die Beziehung 3,5 ≤ G3D/AD ≤ 5,0 erfüllt ist.
• Es wird nunmehr anhand der Fig. 6 erläutert, warum die Komponenten an derartigen Positionen gelegen sein und solche Größen haben sollten, daß die Beziehung -3,65 x MAG + 1,00 G3L/L ≤ -3,65 x MAG + 1,05 erfüllt ist.
• Fig. 6 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Verhältnis MAG und dem Verhältnis AD des Abstandes G3D zwischen dem Eingangsschirm 13 und der Elektrode 14c zu dem Abstand AD zwischen dem Eingangsschirm 13 und dem Ausgangsschirm 16.
• Wie aus Fig. 6 hervorgeht, hat die Neigung, auf der die besten Proben, d.h. die Δ-markierten Proben, aufgetragen sind, eine angenähert lineare Funktion von -3,65. Aus dieser linearen Funktion kann das Verhältnis G3L/L von -3,65 x MAG + 1,05 von einer Röntgenbildröhre erhalten werden, deren Eingangsblickfeld einen Durchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) hat, und das Verhältnis G3L/L von -3,65 x MAG + 1,00 kann für eine Röntgenbildröhre erhalten werden, deren Eingangsblickfeld einen Durchmesser von 16 Zoll hat. Aus diesem Grund sollten die Komponenten an derartigen Stellen gelegen sein und derartige Größen haben, daß die Beziehung -3,65 x MAG + 1,00 ≤ G3L/L ≤ -3,65 x MAG + 1,05 erfüllt ist.
• Wie aus der Fig. 6 ersehen werden kann, kann, solange das Verhältnis G3L/L in dem schraffierten Bereich in Fig. 6 verbleibt, der Eingangseffektivdurchmesser von 30,5 cm (12 Zoll) auf 11,5 cm (4,5 Zoll) oder von 40,5 cm (16 Zoll) auf 15,25 cm (6 Zoll) verringert werden, und das sich ergebende Röntgenbild kann eine gleichmäßige Auflösung unabhängig von der Größe des Eingangsblickfeldes haben, wenn die Anode 15 und die Elektrode 14c jeweils auf 30 kV und 17 kV oder weniger eingestellt sind.
• In beiden Fig. 5 und 6 sind die Parameter der herkömmlichen Röntgenbildröhren, bei denen die Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße etwa 2 beträgt, durch x-Markierungen angezeigt. Offenbar liegen diese herkömmlichen Röntgenbildröhren außerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung.
• Das in Fig. 4 gezeigte und oben beschriebene Ausführungsbeispiel hat lediglich drei Strahlkonvergierelektroden 14a, 14b und 14c. Dennoch können vier oder mehr Strahlkonvergierelektroden in dem Vakuumkolben 11 enthalten sein. Auch in diesem Fall haben diese Elektroden, der Eingangsschirm 13, die Anode 15 und der Ausgangsschirm 16, die alle innerhalb des Kolbens 11 gelegen sind, eine spezifische Lagebeziehung und besondere Größen, wobei sie aber die folgenden Beziehungen erfüllen:
• 3,5 ≤ G3D/AD ≤ 5,0
• -3,65 x MAG + 1,00 ≤ G3L/L ≤ - 3,65 x MAG + 1,05
• wobei L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm 13 und dem Ausgangsschirm 16 ist, AD der Innendurchmesser der Anode 15 ist, G3D der Innendurchmesser von derjenigen einen der Strahlkonvergierelektroden ist, die auf ein Potential von nicht niedriger als 2 kV gesetzt ist und die näher zu dem Ausgangsschirm 16 als jede andere der Strahlkonvergierelektroden gelegen ist, G3L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm 13 und der Strahlkonvergierelektrode ist, die auf das Potential nicht niedriger als 2 kV gesetzt ist und die näher zu dem Ausgangsschirm 16 als jede andere der Strahlkonvergierelektroden gelegen ist, und MAG das Bildverkleinerungsverhältnis ist.
• Wie oben beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung eine Röntgenbildröhre liefern, deren Bildvergrößerung 2,3 oder mehr beträgt. Da jegliche verwendete Strahlkonvergierelektrode nicht in zwei wie bei der in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Röntgenbildröhre geteilt zu werden braucht, ist die erfindungsgemäße Röntgenbildröhre durch weniger Komponenten gebildet und erfordert keine derart komplexe Spannungsversorgungsvorrichtung, wie diese verwendet wird, um die herkömmliche Röntgenbildröhre anzusteuern. Daher kann die Röntgenbildröhre gemäß der vorliegenden Erfindung mit höherer Produktivität und bei geringeren Kosten hergestellt werden.
• Wenn irgendein elektrostatisches Elektronenlinsensystem, das außerhalb der vorliegenden Erfindung fällt, eine Vergrößerung der verwendeten Eingangsfeldgröße von 2,3 oder mehr aufweisen sollte, so muß dessen Strahlkonvergierelektrode entsprechend der Elektrode 14c auf ein hohes Potential wie 20 kV oder mehr gesetzt werden, und dessen Strahlkonvergierelektrode entsprechend der Elektrode 14b muß auf hunderte von Volt bis 1,5 kV eingestellt werden. Offenbar würde die Stehspannung zwischen diesen Strahlkonvergierelektroden so stark abnehmen, daß dieses Elektronenlinsensystem nicht in einen praktischen Gebrauch umgesetzt werden kann.

Claims (3)

1. Röntgenbildröhre mit:

- einem Vakuumkolben (11),

- einem Eingangsschirm (13), der in dem Eingangsende des Vakuumkolbens (11) gelegen ist,

- einem Ausgangsschirm (16), der in dem Ausgangsende des Vakuumkolbens (11) gelegen ist,

- einer Anode (15), die neben dem Ausgangsende des Vakuumkolbens (11) gelegen ist, und

- mehreren Strahlkonvergierelektroden (14a, 14b, 14c), die in dem Vakuumkolben (11) gelegen und längs der Innenfläche des Vakuumkolbens (11) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Komponenten eine spezifische Lagebeziehung und besondere Größen haben, um so die folgenden Beziehungen zu erfüllen

3,5 ≤ G3D/AD ≤ 5,0

und

-3,65 x MAG + 1,00 ≤ G3L/L ≤ -3,65 x MAG + 1,05

wobei L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm (13) und dem Ausgangsschirm (16) ist,

AD der Innendurchmesser der Anode (15) ist,

G3D der Innendurchmesser der einen (14c) der Strahlkonvergierelektroden ist, die näher zu dem Ausgangsschirm (16) als jede andere (14a, 14b) der Strahlkonvergierelektroden gelegen ist,

G3L der Abstand zwischen dem Eingangsschirm (13) und der Strahlkonvergierelektrode (14c) ist, die auf das Potential nicht niedriger als 2 kV gesetzt ist und die näher zu dem Ausgangsschirm (16) als jede andere Strahlkonvergierelektrode gelegen ist, und

MAG das Bildverkleinerungsverhältnis ist.

2. Röntgenbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumkolben (11) einen Hohlzylinder-Metallabschnitt (11a) mit einem Eingangsende und einem Ausgangsende, einen trichterförmigen Glasabschnitt (11b), der an einem Ende mit dem Ausgangsende des Metallabschnittes verbunden und an dem anderen Ende abgeschlossen ist, und ein Eingangsfenster (12), das mit dem Eingangsende des Metallabschnittes verbunden ist, aufweist.

3. Röntgenbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschirm eine Leuchtstoffschicht und eine photoelektrische Schicht aufweist, und daß der Ausgangsschirm (16) eine Leuchtstoffschicht umfaßt.