DE3751762T2

DE3751762T2 - Röntgenbildverstärker

Info

Publication number: DE3751762T2
Application number: DE3751762T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro C O Patent Divis Ono
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2007-12-16
Also published as: EP0272581A3; EP0272581B1; JPS63155534A; DE3751762D1; EP0272581A2; US4893020A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenbildverstärker und insbesondere auf Verbesserungen in einem Eingangsabschnitt eines derartigen Verstärkers.
Ein gewöhnliches Objekt-Beobachtungssystem, das einen Röntgenbildverstärker verwendet, ist in Figur 1 gezeigt. Wie dargestellt ist, ist vor einer Röntgenröhre 1 ein Röntgenbildverstärker 2 angeordnet. Röntgenstrahlen, die ein Objekt 3 durchsetzt haben und durch dieses moduliert sind, fallen auf den Röntgenbildverstärker 2 ein. Ein Ausgangsbild des Röntgenbildverstärkers 2 wird durch eine (nicht gezeigte) Fernsehkamera herausgegriffen, um auf einem (nicht gezeigten) Überwachungsfernseher wiedergegeben zu werden.
Der Röntgenbildverstärker 2 hat einen Eingangsschirm 4, der an dem vorderen Ende vorgesehen ist, und einen Ausgangsschirm 5, der an dem hinteren Ende vorgesehen ist und dem Eingangsabschnitt 4 gegenüberliegt. Im Betrieb des Röntgenbildverstärkers 2 wird das auf dem Eingangsschirm 4 modulierte Röntgenbild in ein optisches Bild und dann in ein Photoelektronenbild umgesetzt. Das photoelektronenbild wird fokussiert und beschleunigt, um den Ausgangsschirm 5 zu erreichen, an welchem ein optisches Ausgangsbild mit einer verstärkten Helligkeit erhalten werden kann. Dieses optische Ausgangsbild wird durch beispielsweise eine Fernsehkamera herausgegriffen.
Der Eingangsschirm eines derartigen Röntgenbildverstärkers 2 hat eine Struktur, wie diese in Figur 2 gezeigt ist. Wie dargestellt ist, ist auf der konkaven Oberfläche eines Aluminiumsubstrates 6 mit einer sphärischen Oberfläche eine Leuchtstoffschicht 8 gebildet, die aus säulenförmigen Kristallen 7 aus mit Natriumiodid aktiviertem Cäsiumiodid-Leuchtstoff besteht. Eine Zwischenschicht 9 aus einer Aluminiumoxydschicht und einer Indiumoxydschicht ist auf der Leuchtstoffschicht 8 gebildet, und eine Photokathode 10 ist auf der Zwischenschicht 9 vorgesehen.
In einem Objekt-Beobachtungssystem, das den obigen Röntgenbildverstärker verwendet, wird angestrebt, die Menge der das Objekt 3 bestrahlenden Röntgenstrahlen zu vermindern. Um eine ausreichende Helligkeit und Auflösung mit einer derart kleinen Menge an Röntgenstrahlen zu erhalten, ist es erforderlich, die Röntgenstrahlen das Objekt 3 durchsetzen zu lassen, um auf die Leuchtstoffschicht ohne Verlust einzufallen, damit die absorbierten Röntgenstrahlen zunehmen. Zu diesem Zweck ist die Menge der im Aluminiumsubstrat 6 absorbierten Röntgenstrahlen so klein als möglich, und es ist am wünschenswertesten, das Aluminiumsubstrat 6 wegzulassen. Bei einer derartigen herkömmlichen Schirmstruktur ist es jedoch unmöglich, das Aluminiumsubstrat 6 wegzulassen.
Um die Menge der in der Leuchtstoffschicht absorbierten Röntgenstrahlen zu steigern, haben säulenartige Kristalle 7 in wünschenswerter Weise eine so große Länge als möglich. Wenn jedoch die Länge der säulenartigen Kristalle 7 anwächst, nimmt die Anzahl der Brechungen des Lichtes in der Leuchtstoffschicht 8 zu, um die Menge des Lichtes zu steigern, das sich von der Seitenfläche des säulen- oder stengelartigen Kristalles zu einer benachbarten Seitenfläche fortgepflanzt hat. Dies vermindert die Auflösung. Aus diesem Grund kann die Länge der säulenartigen Kristalle 7 nicht zu stark erhöht werden, und deren Obergrenze beträgt ungefähr 400 µm.
Weiterhin ist bei der zum Stand der Technik zählenden Leuchtstoffschicht 8 der Leuchtstoff durch Verdampfung auf der konkaven Oberfläche des Aluminiumsubstrates 6 abgeschieden, so daß die gewachsenen säulenartigen Kristalle 7 in Richtungen ausgerichtet sind, die die Mittenachse des Aluminiumsubstrates 6 kreuzen. Da diese Richtung die Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen kreuzt, wird mit zunehmender Länge der säulenartigen Kristalle 7 in Randteilen des Eingangsschirmes eine Vielzahl von säulenartigen Kristallen 7 nebeneinander veranlaßt, gleichzeitig mit einfallenden Röntgenstrahlen auf der gleichen Strecke zu fluoreszieren. Somit wird die Auflösung vermindert. Da weiterhin die Zwischenschicht 9 eine aufgedampfte Schicht ist, die aus Aluminiumoxyd und Indiumoxyd besteht, hat sie eine große Anzahl von Lichtreflexionspunkten, um die Auflösung zu vermindern.
Weiterhin hat eine Leuchtstoffschicht 8 aus säulenartigen Kristallen 7 eine unterlegene Lichtdurchlässigkeit im Vergleich zu einer durch das Schmelzen gebildeten Leuchtstoffschicht, so daß die Empfindlichkeit geringer ist. Außerdem hat die aus säulenartigen Kristallen 7 bestehende Leuchtstoffschicht 8 eine große Anzahl von feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten, so daß Elektronen von einer auf der Leuchtstoffschicht 8 gebildeten Photokathode 10 in verschiedene Richtungen emittiert sind. Daher werden die Elektronen nicht befriedigend fokussiert, und die Auflösung ist vermindert.
Weiterhin werden gestreute Röntgenstrahlen, die von dem Objekt 3 und evakuierten Kolben in der Nähe des Eingangsschirmes 4 abgestrahlt sind, in den säulenartigen Kristallen 7 der Leuchtstoff schicht 8 absorbiert, um den Kontrast zu vermindern.
Zur Lösung der obigen Probleme wird ein Röntgenbildverstärker vorgeschlagen, der einen Eingangsleuchtstoffschirm hat, welcher aus einer bienenwabenähnlichen Trägerplatte eines Schwermetalles besteht, die eine Vielzahl von durch Teilungswände definierten Öffnungen und die Öffnungen füllendem Leuchtstoffmaterial besteht (vergleiche die japanische Patentoffenbarung JP-A-55-21805). Gemäß dieser Veröffentlichung wird die bienenwabenartige Trägerplatte mit Löchern gebildet, indem ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl verwendet wird. Bei dieser Methode ist jedoch eine Verarbeitungszeit von 2600 Stunden oder mehr zum Herstellen einer bienenwabenähnlichen Trägerplatte mit einem Durchmesser von beispielsweise 30,48 cm (12 Zoll) erforderlich. Dies ist unpraktisch.
Das zum Stand der Technik zählende Dokument US-A-3 783 299 offenbart einen Röntgenbildverstärker mit einem Eingangsschirm zum Umsetzen eines einfallenden Röntgenbildes in Photoelektronen, einer Einrichtung zum Beschleunigen und Fokussieren der Photoelektronen und einem Ausgangsschirm zum Umsetzen der beschleunigten und fokussierten Photoelektronen in ein optisches Bild. Der Eingangsschirm umfaßt ein Eingangssubstrat, das auf einem Trägersubstrat gebildet ist und durch eine Schichtung einer Vielzahl von Gitterplatten mit einer Vielzahl von Öffnungen hergestellt ist, und das eine Vielzahl von Durchgangslöchern hat, die durch Zwischenverbindung der Öffnungen gebildet sind, wobei Leuchtstoff in den Durchgangslöchern vergraben und eine Photokathode auf dem Eingangssubstrat gebildet ist. Die Teilung der Öffnungen in genauer Lochausrichtung beträgt ungefähr 152,4 µm, und die Dicke der geschichteten Gitterplatten aus rostfreiem Stahl beträgt etwa 254 µm.
Das zum Stand der Technik zählende Dokument US-A-4 415 810 lehrt eine Vorrichtung zum Abbilden durchdringender Strahlung, wobei die Teilung von Lichtöffnungen graduell zu einer Photokathode zunimmt, so daß Lichtöffnungen zu einer Röntgenquelle gerichtet sind.
Weiterhin beschreibt das zum Stand der Technik zählende Dokument AU-A-257 610 einen Röntgenbildverstärker mit gestapelten Metallplatten, in die Löcher gemäß verschiedenen Mustern geätzt sind.
Es ist aus dem Dokument US-A-4 011 454 bekannt, daß Säulen von Leuchtstoffmaterial wie Lichtrohre wirken, und das Dokument US-A-3 573 459 offenbart, daß die Positionen der Lichtrohre neben Platten beliebig angeordnet werden können, da die Ausrichtung extrem schwierig und unpraktisch ist.
Schließlich beschreibt das zum Stand der Technik zählende Dokument EP-A-0 242 024 eine Strahlungsbildverstärkerröhre, bei der ein Szintillatormaterial durch kegelförmige Wände eingeschlossen ist. Diese kegelartige Struktur wird verwendet, um die wirksame offene Fläche zu vergrößern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Röntgenbildverstärker zu schaffen, der die Vermeidung der Verringerung der Auflösung und eine Verbesserung der Empfindlichkeit erlaubt und der einfach und wenig aufwendig hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung einen Röntgenbildverstärker vor, wie dieser im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Die Teilung a (Mitte-zu-Mitte-Abstand) der in der Gitterplatte gebildeten Öffnungen beträgt vorzugsweise 10 µm bis 200 µm, noch bevorzugter 50 µm bis 150 µm. Weiterhin beträgt die Dicke W der einzelne Öffnungen definierenden Wände in geeigneter Weise 2 µm bis 10 µm.
Die Teilung der Öffnungen kann graduell zu dem photoelektrischen Schirm gesteigert werden, so daß die Durchgangslöcher zu der Röntgenquelle gerichtet sind. Indem derart vorgegangen wird, können direkte Röntgenstrahlen perfekt isoliert und durch den Leuchtstoff absorbiert werden.
Die Teilung der Öffnungen kann gleich für alle Gitterplatten gemacht sein. In diesem Fall ist die Herstellung vereinfacht, um Kosten zu reduzieren. Weiterhin ist es möglich, die Teilung der in der einzigen Gitterplatte gebildeten Öffnungen zu verändern.
Weiterhin können ähnliche Öffnungen in benachbarten Gitterplatten nicht ausgerichtet sein; sie können vielmehr beliebig angeordnet werden. In diesem Fall ist es möglich, obwohl Röntgenstrahlung nicht perfekt isoliert werden kann, die Kosten zu reduzieren, da kein Bedarf für eine Ausrichtung besteht.
Die Gitterplatte kann durch Photoätzen der Metallplatte auf den beiden Seiten erhalten sein. Die auf diese Weise gebildeten Öffnungen sind in dem mittleren Teil schmal, so daß diese Öffnungen füllender Leuchtstoff nicht abgelöst wird. Weiterhin kann eine Gitterplatte durch Photoätzen der Metallplatte auf einer Seite erhalten werden. In einem derartigen Fall ist es möglich, Leuchtstoff durch Bilden einer Verstärkungsplatte auf der Einfallseite der Röntgenstrahlen zu sichern.
Das Eingangssubstrat wird durch Stapeln einer Vielzahl von Gitterplatten und Schweißen vorbestimmter Teile von diesen Gitterplatten gebildet. Das Verfahren des Schweißens ist in geeigneter Weise ein Festkörper- Schweißen, und das Festkörper-Schweißen ist in geeigneter Weise ein Diffusionsschweißen. Das Diffusionsschweißen ist eine Methode des Druckkontaktierens von zwei verschiedenen Arten von Metallen mit einem eingefügten Metall, das zwischen diese geschichtet ist, bei einer Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt.
Ein Röntgenbildverstärker gemäß Anspruch 1 kann einen Eingangsabschnitt zum Umsetzen eines einfallenden Röntgenbildes in Photoelektronen, eine Einrichtung zum Beschleunigen und Fokussieren der Photoelektronen und einen Ausgangsschirm zum Umsetzen der beschleunigten und fokussierten Photoelektronen in ein optisches Bild aufweisen, wobei der Eingangsschirm ein Eingangssubstrat mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern hat und aus einer Gitterplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen besteht und eine Gittermetallschicht auf der Gitterplatte abgelagert ist, und wobei der Eingangsschirm weiterhin in den Durchgangslöchern vergrabenen Leuchtstoff und eine auf dem Eingangssubstrat vorgesehene Photokathode hat, wobei Leuchtstoff in den Durchgangslöchern vergraben ist.
Die Ablagerung der Gittermetallschicht auf der Gitterplatte kann durch Vakuumverdampfen oder Plattieren erfolgen.
Weiterhin ist es möglich, ein Mehrschichtstruktur-Eingangssubstrat durch Schichten einer Vielzahl von Eingangssubstraten mit der obigen Struktur zu verwenden.
Wenn die Erfindung auf ein Objekt-Beobachtungssystem angewandt ist, werden von einer Röntgenröhre emittierte Röntgenstrahlen durch das Objekt übertragen, um zusammen mit gestreuten Röntgenstrahlen, die in dem Objekt erzeugt sind, auf ein Eingangsfenster des Röntgenbildverstärkers einzufallen. Diese Röntgenstrahlen erreichen eine Eingangsfläche zusammen mit in dem Eingangsfenster erzeugten gestreuten Röntgenstrahlen. Auf der Eingangsfläche werde die gestreuten Röntgenstrahlen durch Wände absorbiert, die zu dem Brennpunkt der Röntgenröhre gerichtet sind. Somit verursachen die Röntgenstrahlen mit einem erhöhten Hauptröntgenstrahlverhältnis eine Fluoreszenz des Leuchtstoffes, der die Durchgangslöcher füllt, die durch die Wände festgelegt sind. Da der Leuchtstoff eine ausreichende Dicke hat, können einfallende Röntgenstrahlen zu 100 % absorbiert werden. Da dieser Leuchtstoff geschmolzen wird, kann eine sehr hohe Lichtdurchlässigkeit und eine große Empfindlichkeit erhalten werden. Weiterhin wird der Leuchtstoff in einem Durchgangsloch optisch durch im wesentlichen kontinuierliche Wände isoliert, so daß das Licht nicht andere Durchgangslöcher erreicht und ein Übersprechen niemals auftritt. Da der Leuchtstoff durch Wände mit sich in der Dickenrichtung verändernden Abmessungen umgeben ist, treten derartige Mängel wie eine Ablösung niemals auf.
Wie oben gezeigt ist, wird bei dem Röntgenbildverstärker der MTF bei Zwischenraumfrequenzen verbessert, um den Wert beim Stand der Technik zu verdoppeln, so daß es möglich ist, ein Röntgenbild mit einem sehr hohen Kontrast zu erhalten.
Die Erfindung kann vollständiger aus der anschließenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Figur 1 eine schematische Darstellung ist, die ein Objekt-Beobachtungssystem zeigt, das einen herkömmlichen Röntgenbildverstärker verwendet,
Figur 2 eine Teilschnittdarstellung ist, die einen Eingangsabschnitt eines herkömmlichen Röntgenbildverstärker zeigt,
Figur 3 eine Schnittdarstellung ist, welche einen Röntgenbildverstärker gemäß der Erfindung zeigt,
Figur 4 eine Teilschnittdarstellung ist, die einen Eingangsschirm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkers zeigt,
Figur 5 eine Teilschnittdarstellung ist, die eine Gitterplatte zeigt, welche den in Figur 4 dargestellten Eingangsschirm bildet,
Figur 6A eine Teilperspektivdarstellung in vergrößertem Maßstab ist, welche den in Figur 4 dargestellten Eingangsschirm zeigt,
Figur 6B eine Teilschnittdarstellung längs einer Linie A-A' in Figur 6A ist,
Figur 7 ein Graph ist, der die Kennlinien eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkers zeigt,
Figur 8 eine Teilschnittdarstellung ist, die ein verschiedenes Beispiel des Eingangsschirmes des Röntgenbildverstärkers zeigt, der kein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
Figuren 9A und 9B Teilschnittdarstellungen sind, die ein weiteres Beispiel eines Ausführungsbeispiels des Röntgenbildverstärkers gemäß der Erfindung zeigen,
Figuren 10A und 10B Teilschnittdarstellungen sind, die ein weiteres Beispiel eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkers zeigen,
Figur 11 eine Teilschnittdarstellung ist, die einen Eingangsschirm eines verschiedenen Beispiels des Röntgenbildverstärkers zeigt, der kein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, und
Figur 12 eine Schnittdarstellung ist, die ein weiteres verschiedenes Beispiel des Eingangsschirmes eines verschiedenen Beispieles des Röntgenbildverstärkers zeigt, der kein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 3 ist eine Darstellung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel des Röntgenbildverstärkers gemäß der Erfindung zeigt. In Figur 3 besteht ein evakuierter Kolben 10 aus einem Eingangsfenster 20 aus einem für Röntgenstrahlen permeablen oder durchlässigen Metall, einer Tonne 30 aus einem zylindrischen Metallglied, das hermetisch mit dem Eingangsfenster 20 abgeschlossen ist, und einem Ausgangsendglied 50 aus Glas, das hermetisch mit der Tonne 30 über ein zylindrisches Dichtungsglied 40 aus Kovar abgeschlossen ist.
Der Eingangsschirm 60 ist auf der Innenseite des Eingangsfensters 20 des evakuierten Kolbens 10 vorgesehen. Innerhalb des Ausgangsendgliedes 50 sind ein Ausgangsfluoreszenzschirm 70 und eine Anode 90 gegenüber zu dem Eingangsschirm 60 vorgesehen. Eine Fokussierelektrode 80 liegt koaxial innerhalb der Tonne 30 des evakuierten Kolbens 10.
Im Betrieb wird ein auf das Eingangsfenster 20 einfallendes Röntgenbild durch den Eingangsschirm 60 in ein Elektronenbild umgewandelt. Das umgewandelte Photoelektronenbild wird beschleunigt und fokussiert durch eine Anodenelektrode 90 und eine Fokussierelektrode 80, um einen Ausgangsfluoreszenzschirm 70 zu erreichen, damit darauf ein Lichtbild hoher Helligkeit erzeugt wird.
Nunmehr werden verschiedene Beispiele des Eingangsschirmes 60, der ein wesentliches Element der Erfindung bildet, in Einzelheiten anhand der Figuren 4 bis 7, 9A, 9B, 10A und 10B beschrieben.
Der Eingangsschirm 60 besteht, wie in Figur 4 gezeigt ist, aus einer Fluoreszenzschicht 600, einer Schutzschicht 620, die auf der konkaven Oberfläche der Fluoreszenzschicht 600 gebildet ist und im wesentlichen aus Indiumoxyd besteht, und einer photoelektrischen Schicht 620 sowie einer auf einer Schutzschicht gebildeten Photokathode 630.
Bei der Herstellung der Fluoreszenzschicht 600 wird eine (nicht gezeigte) dünne Schicht aus rostfreiem Stahl mittels Ätzens in eine bienenwabenähnliche Gitterplatte 601 verarbeitet, wie dies in der perspektivischen Darstellung von Figur 5 gezeigt ist. Die Teilung (Mitte-zu-Mitte-Abstand) von Öffnungen 603 beträgt 50 µm bis 150 µm, während die Dicke b der Gitterplatte zwischen 30 µm und 100 µm liegt. Die Wanddicke W kann auf 2 µm bis 10 µm eingestellt sein.
Im folgenden wird ein Fall betrachtet, bei welchem a = 100 µm, b = 50 µm und W = 10 µm vorliegen. Die Gitterplatte 601 wird, wie oben bemerkt, derart verarbeitet, daß sie eine im wesentlichen sphärische Oberfläche hat. Zehn derartige Gitterplatten werden geschichtet, wie dies in Figur 6A gezeigt ist, um ein Eingangssubstrat zu erhalten. Wände 602 der Gitterplatten 601 bilden, wie in Figur 6A gezeigt ist, eine Anzahl von Röhren, die kontinuierlich von einer ersten bis zehnten Gitterplatte 601 sind. Öffnungen 603 der Gitterplatten 601 sind kontinuierlich von der ersten bis zehnten Gitterplatte 601, um eine Anzahl von Röntgenstrahldurchgängen zu bilden. In diesem Fall sind die Öffnungen 603 der Gitterplatten 601 durch Photoätzen von rostfreien Stahlplatten gebildet. Zu dieser Zeit wird die gleiche Photomaske verwendet, um die einzelnen rostfreien Stahlplatten durch Verändern des Vergrößerungsfaktors freizulegen, damit progressiv die Teilung der Öffnungen 603 der Gitterplatten 601 von der ersten bis zur zehnten Platte gesteigert wird. Als Ergebnis sind Öffnungen 603, die in der Schichtung der Gitterplatten der Fluoreszenzschicht 600 gebildet sind, insgesamt zu dem Brennpunkt der Röntgenröhre 1 gerichtet.
Nachdem weiterhin einzelne Gitterplatten 601 geschichtet wurden, werden sie zusammen mit kleinen Punkten mittels eines Laserstrahles punktgeschweißt.
Ein Leuchtstoff, beispielsweise mit Na aktiviertes CsI wird als Teilchen in Öffnungen 603 geladen und durch Erwärmen auf eine Temperatur von 630ºC geschmolzen. Der geschmolzene Leuchtstoff wird gekühlt, wodurch eine Anzahl von dünnen Leuchtstoffsäulen gebildet wird. Wenn der Leuchtstoff abgekühlt wird, wird ein kleiner Spalt zwischen jeder Leuchtstoffsäule 604 und der Wand 602 aus rostfreiem Stahl aufgrund einer Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet. Da eine Vielzahl von dünnen Gitterplatten 601 geschichtet sind, um Gruppen von Öffnungen 603 zu bilden, und da einzelne Gitterwände 602 an dem mittleren Teil dick sind, werden die umgebenen Leuchtstoffsäulen 604 niemals abgelöst.
Ein transparenter Schutzfilm 602, der In&sub2;O&sub3; als eine Hauptkomponente enthält, wird mittels Zerstäuben oder Sputtern auf der Innenfläche der Fluoreszenzschicht 600 mit der obigen Struktur gebildet, und eine photoelektrische Schicht 630, die aus dem wohlbekannten Cs-Sb gemacht ist, wird auf dem Schutzfilm 620 gebildet.
Der Betrieb des obigen Röntgenbildverstärkers gemäß der Erfindung wird im folgenden beschrieben.
Wie dargestellt ist, besteht der Eingangsschirm 60 aus zehn geschichteten Platten aus rostfreiem Stahl, die 50 µm dick sind und eine Anzahl von Öffnungen mit einer Porösität von 90 % haben und die bei einer Teilung (Mitte-zu-Mitte-Abstand) von 100 µm angeordnet sind. CsI wird geschmolzen und gekühlt, um diese Öffnungen zu füllen. Daher betragen die einzelnen CsI-Säulen im wesentlichen 90 µm im Durchmesser und 500 µm in der Länge, und sie sind alle zu dem Brennpunkt der Röntgenröhre gerichtet. Aus diesem Grund werden gemeinsam genannte direkte Röntgenstrahlen 605, die von dem Brennpunkt der Röntgenröhre einfallen und durch das Objekt übertragen sind, im wesentlichen vollständig durch die CsI-Säulen absorbiert. Weiterhin werden gestreute Röntgenstrahlen, die in dem Objekt und / oder dem Eingangsfenster 20 erzeugt sind, durch die Wände 602 absorbiert, so daß sie schwierig die Tiefe eines tiefen Teiles der CsI-Säulen erreichen können. Da weiterhin die Porösität einen hohen Wert von 90 % hat, kann der wirksame Nutzgrad der direkten Röntgenstrahlen 605 bei ungefähr 90 % gehalten werden. Jedoch gibt dies keine Veranlassung für irgendein Problem, da das Stoppen von Leistung der Röntgenröhre (Röntgenstrahlabsorptionskoeffizient, multipliziert mit Abstand) infolge der großen Länge der CsI-Säulen hoch ist. Wenn nebenbei zwei Gitterplatten geschichtet sind, beträgt die Dicke d einer Leuchtstoffschicht 100 µm, was der Mindestdicke der Leuchtstoff schicht in der vorliegenden Erfindung entspricht.
Fluoreszenzlicht 606, das erzeugt ist, wenn direkte Röntgenstrahlen 605 auf die einzelnen Leuchtstoffsäulen 604 einfallen, wird nahezu vollständig durch die Wände 602 reflektiert, und es erreicht gegebenenfalls die Innenfläche der Leuchtstoffschicht 600, da es wiederholt reflektiert ist. Dann wird es durch den Schutzfilm 620 übertragen, um die Photokathode 630 zu erreichen, damit eine Emission von Photoelektronen verursacht wird.
Wie gezeigt ist, kann mit dem obigen Eingangsschirm 60 die Dicke d der Leuchtstoffschicht 600 auf mehr als 500 µm, beispielsweise 1000 µm, gesteigert werden, so daß es möglich ist, direkte Röntgenstrahlen im wesentlichen um 100 % zu verstärken. Da weiterhin die Breite W der Wände 602 der Gitterplatte 601 einem direkten Röntgenstrahlabsorptionsvermögen von 10 % oder darunter entspricht, kann ein Effekt einer Verbesserung von ungefähr 20 % erhalten werden, wenn berücksichtigt wird, daß das Röntgenstrahlabsorptionsvermögen des bekannten Röntgenbildverstärkers 70 % oder darunter beträgt. Somit kann eine Photonenrauschverminderung von ungefähr 10 % bezüglich der gleichen Größe der einfallenden Röntgenstrahlen erzielt werden.
Weiterhin wird ein in jeder Leuchtstoffsäule 604 erzeugtes Fluoreszenzlicht im wesentlichen vollständig durch die Wände 602 reflektiert und erreicht nicht andere Leuchtstoffsäulen 604, so daß ein Übersprechen ausgeschlossen werden kann. Es ist somit möglich, ein Ausgangsbild mit einem sehr hohen Kontrast zu erhalten. Diese Tatsache wird in Einzelheiten anhand der Figur 7 beschrieben. Figur 7 zeigt den MTF des Bildes, das durch den Röntgenbildverstärker erhalten ist, abhängig von der Eingangsoberfläche. Eine Kurve A in der Figur gibt den MTF des herkömmlichen Röntgenbildverstärkers an, und eine Kurve B zeigt den MTF des erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkers. Ein Übersprechen ist aus den oben genannten Gründen sehr klein, so daß der MTF verbessert, das heißt wenigstens verdoppelt, ist bei einer Raumfrequenz von 20 bis 30 lp/cm. Diese Tatsache bedeutet eine Verbesserung des Kontrastes, wie dies oben erläutert ist.
Da weiterhin die Teilung der Öffnungen 100 µm ist, beträgt die Abschaltfrequenz 50 lp/cm. Es ist möglich, weiter die Teilung zu vermindern, beispielsweise auf 50 µm. In diesem Fall kann die Abschaltfrequenz bis zu 100 lp/cm erhöht werden.
Da weiterhin Leuchtstoffsäulen 604 geschmolzen sind, um homogen zu sein, haben sie eine hohe Lichtdurchlässigkeit bzw. -permeabilität und können wirksam das Fluoreszenzlicht, das in ihrem Inneren erzeugt ist, ausbreiten. Es ist somit möglich, eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten.
Da weiterhin das Eingangssubstrat durch Schichten von Gitterplatten 601 erhalten ist, die durch Ätzen von dünnen Metallplatten gewonnen sind, ist es möglich, ein wenig aufwendiges Produkt zu realisieren.
Die Figuren 9A, 9B, 10A und 10B zeigen verschiedene Abwandlungen des Eingangsschirmes. Mit diesen Eingangsschirmen können die gleichen Effekte wie mit dem in den Figuren 6A und 6B gezeigten Eingangsschirm erzielt werden.
Das Bezugsbeispiel des Eingangsschirmes, der in Figur 8 gezeigt ist, wird erhalten durch Schichten von zehn Gitterplatten 601, die auf einer Seite geätzt wurden. Für eine Verstärkung wird eine Verstärkungsplatte 640 verwendet, die aus einem Material mit einer hohen Röntgenstrahldurchlässigkeit hergestellt ist. Diese Struktur erlaubt es, daß Leuchtstoffsäulen 604 noch einfacher festgelegt werden. Aluminium, Titan oder der gleichen kann als das Material der Verstärkungsplatte 604 verwendet werden.
Figur 9A ist ein Teilschnitt, der einen Eingangsschirm mit einer Leuchtstoffschicht 600 zeigt, die durch Schichten von zehn Gitterplatten 601 mit der gleichen Teilung von Öffnungen 603 und durch Füllen der Öffnungen 603 mit CsI erhalten ist, und Figur 9B ist ein Schnitt längs einer Linie A-A' in Figur 9A. Dieser Eingangsschirm kann sofort hergestellt werden, so daß es möglich ist, mit niedrigen Kosten einen Röntgenbildverstärker von hohem Kontrast zu realisieren.
In dem in den Figuren 10A und 10B gezeigten Eingangsschirm sind einzelne Gitterplatten 601 im wesentlichen die gleichen wie in dem in den Figuren 9A und 9B dargestellten Eingangsschirm. Jedoch sind zehn Gitterplatten beliebig geschichtet, ohne die Öffnungen von benachbarten Gitterplatten 601 auszurichten. Für den Rest ist dieses Beispiel des Eingangsschirmes das gleiche wie der in den Figuren 9A und 9B gezeigte Eingangsschirm.
Nunmehr wird der Betrieb des in den Figuren 10A und 10B gezeigten Eingangsschirmes für einen Fall beschrieben, bei dem der Eingangsschirm mit Röntgenstrahlen beleuchtet wird. Wenn direkte Röntgenstrahlen 605 auf die Leuchtstoffschicht 600 einfallen, wird Licht 606 in dem Leuchtstoff erzeugt und im wesentlichen vollständig und wiederholt durch die Wände 602 reflektiert. Auf diese Weise verläuft es durch den Schutzfilm 620, um die Photokathode 630 zu erreichen. Licht, das in andere Richtungen geleitet ist, verhält sich in der gleichen Weise, um die photoelektrische Schicht 630 zu erreichen. Da das hier verwendete CsI geschmolzen ist, kann eine sehr hohe Lichtdurchlässigkeit erzielt werden. Da weiterhin die Wände 602 der Gitterplatten 601 aus rostfreiem Stahl hergestellt und derart poliert sind, daß die Oberfläche Glanz aufweist, ist das Reflexionsvermögen sehr hoch, und die Dämpfung des Lichtes 606 ist unabhängig von einer großen Anzahl von Reflexionen sehr niedrig gehalten. Weiterhin schließt ein Kollimationseffekt an den Wänden 602 ein Streuen von Licht aus, das heißt ein Verstreuen des Lichtes in einem weiten Bereich. Es ist somit möglich, im Vergleich mit dem bekannten Röntgenbildverstärker einen sehr hohen Kontrast zu realisieren.
Weiterhin kann in dem in den Figuren 10A und 10B gezeigten Eingangsschirm die Auflösung und Nützlichkeit der Röntgenstrahlen weiter verbessert werden, indem die Teilung a der Öffnungen 603 und die Dicke W der Wände 602 im Vergleich mit den Fällen der anderen Schirme vermindert werden.
Weiterhin können mit dem in den Figuren 10A und 10B gezeigten Eingangsschirm die Gitterplatten sofort ausgerichtet werden, so daß es möglich ist, die Kosten zu vermindern.
Wenn weiterhin die Gitterplatten 601 in den obigen Ausführungsbeispielen und Abwandlungen aus einem Schwermetall hergestellt sind, beispielsweise aus Wolfram, so ist es möglich, den Röntgenkollimationseffekt weiter zu verbessern, so daß ein klareres Bild erzielt werden kann.
In den obigen Beispielen ist das Eingangssubstrat durch Schichten einer Vielzahl von Gitterplatten gebildet. Jedoch sind diese Beispiele keineswegs begrenzend, und es ist möglich, ein Eingangssubstrat zu bilden, in dem eine Gitterschicht durch Ablagern eines Metalles auf der Gitterplatte gebildet wird.
Nunmehr wird ein Bezugsbeispiel beschrieben, das in einem solchen Fall nützlich ist.
Figur 11 zeigt einen Eingangsschirm, der erhalten ist, indem eine Gitterschicht 601b auf der konkaven Oberfläche der Gitterplatte 601a, die ähnlich zu der in den obigen Beispielen verwendeten Gitterplatte ist, durch Ablagern eines Metalles, beispielsweise Aluminium, mittels Verdampfung gebildet ist. Die Gitterplatte 601a und die Gitterschicht 601b bilden ein Eingangssubstrat mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern. In diesem Fall hat die Gitterschicht 601b eine Wirkung von Teilungswänden.
Figur 12 zeigt einen Eingangsschirm, der eine Leuchtstoffschicht 600 hat, welche eine Zweischichtstruktur aufweist, indem Leuchtstoff schichten 600a und 600b mit der in Figur 11 dargestellten Struktur geschichtet werden. Die Schutzschicht 620 und der photoelektrische Schirm 630 sind auf der Oberfläche der Leuchtstoffschicht 600 gebildet.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die folgenden hervorragenden Effekte zu erzielen.
Insbesondere ist es möglich, gestreute Röntgenstrahlen zu entfernen, die in dem Objekt 3 und dem Eingangsfenster 20 des Röntgenbildverstärkers erzeugt sind. Als ein Ergebnis kann der Kontrast des Bildes gesteigert werden, und es kann ein klares Bild gewonnen werden.
Weiterhin erreicht in der Leuchtstoffschicht 600 erzeugtes Licht die Photokathode 630 sehr wirksam und ohne Streuung zu anderen Stellen durch den Lichtleiteffekt aufgrund der Wände 602, so daß der MTF bei Zwischenraumfrequenzen von beispielsweise 501 lp/cm auf mehr als das Doppelte des Wertes beim Stand der Technik verbessert werden kann, um klare Bilder von hohem Kontrast zu gewinnen. Da weiterhin die Leuchtstoffschicht 600 durch Schmelzen gebildet ist, hat sie eine hohe Transparenz, und es ist somit möglich, einen Röntgenbildverstärker zu erhalten, der eine höhere Empfindlichkeit aufweist.
Da weiterhin die Leuchtstoffschicht 600 durch Schichten von Gitterplatte 601 oder Ablagern von Metall gebildet ist, kann sie bei Bedarf dick gestaltet werden, und das Röntgenstrahlabsorptionsvermögen in der Leuchtstoffschicht 600 kann bis zu ungefähr 100 % gesteigert werden. Es ist somit möglich, ein Photonenrauschen bezüglich der gleichen Eingangsröntgenstrahlendosis zu vermindern.
Da weiterhin die Leuchtstoffschicht 600 aus geschmolzenem CsI besteht, hat sie eine glatte Oberfläche, so daß der auf der Leuchtstoffschicht 600 gebildete Schutzfilm 620 und die auf dem Schutzfilm 620 gebildete Photokathode eine glatte Oberfläche aufweisen. Somit kann eine befriedigende Kathodenelektrodenfunktion erhalten werden, und Photoelektronen von der Oberfläche der Photokathode 30 emittieren anfänglich in der gleichen Richtung und werden in befriedigender Weise durch Elektronenlinsen fokussiert, um ein klares Bild zu erzeugen.
Zusätzlich zu den obigen Effekten wird das Eingangssubstrat durch Schichten einer Vielzahl von Gitterplatten 601, die aus geätzten dünnen Platten bestehen, oder durch Ablagern von Metall auf Gitterplatten gebildet, so daß es industriell mit geringen Kosten realisiert werden kann.

Claims

1. Röntgenbildverstärker mit:

- einem Eingangsschirm (60) zum Emittieren von Photoelektronen abhängig von einem einfallenden Röntgenbild,

- einer Einrichtung (80, 90) zum Beschleunigen und Fokussieren der Photoelektronen, und

- einem Ausgangsschirm (70), um abhängig von den beschleunigten und fokussierten Photoelektronen ein optisches Bild anzuzeigen,

- wobei der Eingangsschirm (60) ein Eingangssubstrat (600) aufweist, das gebildet ist durch eine Schichtung einer Vielzahl von Gitterplatten (601), die eine Vielzahl von Öffnungen (603) haben, und das eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, die durch Zwischenverbindung der Öffnungen (603) gebildet sind, wobei Leuchtstoff (604) in den Durchgangslöchern vergraben ist und eine Photokathode (630) auf dem Eingangssubstrat (600) gebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Öffnungen (603) Wände (602) haben, die in den mittleren Teilen der Wände dicker sind als in den Randteilen der Wände.

2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der in der Gitterplatte gebildeten Öffnungen von 10 µm bis 200 µm reicht.

3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der in den Gitterplatten gebildeten Öffnungen von 50 µm bis 150 µm reicht.

4. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der die Öffnungen bildenden Wände von 2 µm bis 10 µm reicht.

5. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der geschichteten Gitterplatten (601) von 100 µm bis 1000 µm reicht.

6. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Öffnungen entsprechend der Vielzahl von Gitterplatten (601) graduell zu der Photokathode (630) derart zunimmt, daß die Durchgangslöcher zu einer das einfallende Röntgenbild liefernden Röntgenquelle gerichtet sind.

7. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Öffnungen (603) graduell zu den Rändern der Gitterplatten zunimmt.

8. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Öffnungen (603) die gleiche ist für alle Gitterplatten (601).

9. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der entsprechenden Öffnungen (603) der benachbarten Gitterplatten (601) ausgerichtet sind.

10. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der entsprechenden Öffnungen (603) der benachbarten Gitterplatten (601) willkürlich sind.

11. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsplatte auf dem tragenden Eingangssubstrat (600) gebildet ist.