NL8900040A - Roentgenbeeldversterkerbuis met selectief filter. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. Röntgenbeeldversterkerbuis met selectief filter.

De uitvinding heeft betrekking op een röntgenbeeldversterkerbuis met een ingangsscherm, een uitgangsscherm en een elektronen optisch systeem voor afbeelding van foto-elektronen uit het ingangsscherm op het uitgangsscherm, waarbij het ingangsscherm opvolgend een luminescentielaag, een tussenlaag en een fotocathode bevat.

Een dergelijke röntgenbeeldversterkerbuis is bekend uit US 3,838,273. In röntgenbeelversterkerbuizen kan om velerlei redenen een sche.idingslaag tussen de luminescentielaag en de fotocathode zijn aangebracht. Voorbeelden hiervan zijn: een laag voor chemische scheiding teneinde onderlinge nadelige beïnvloeding van de lagen te vermijden, hierbij kan in het bijzonder gedacht worden aan vergiftiging van de fotocathode door uit het luminescentiemateriaal vrijkomende stoffen; inzonderheid tijdens het formeren van de fotocathode. Een dergelijke tussenlaag is beschreven in US 3,706,885.

Een laag, specifiek met het doel de elektrische geleiding over de laag te verbeteren ten einde het optreden van opladingsverschijnselen met als gevolg verstoringen in het beeld te voorkomen. Een dergelijke laag is eveneens beschreven in het Amerikaanse octrooi US 3,706,885. Een laag voor optische aanpassing bij overgang van luminescentielicht vanuit de luminescentielaag naar de fotocathode zoals beschreven in EP 199 426. Een absorberende laag om overdracht van luminescentielicht naar de fotocathode lokaal verschillend te beïnvloeden, bijvoorbeeld als antivignetteringslaag zoals beschreven in DE 21.34.110.

Het is mogelijk verschillende van deze functies te combineren, of wel door toepassing van een multilaag of door een materiaal te kiezen waardoor de laag de functie van bijvoorbeeld chemische scheidingslaag combineert met een verbeterde elektrische geleiding en/of optische aanpassing. Een voorbeeld hiervan is beschreven in EP 265 997.

Met het. elektronen optisch systeem in röntgenheeldversterkerbuizen wordt beoogd een uniforme veldsterkte aan het fotocathode oppervlak te realiseren, ten einde een scherpe afbeelding van de uit de fotocathode tredende foto-elektronen op het uitgangsscherm te vormen.

In bekende buizen treedt, onafhankelijk van het al dan niet aanwezig zijn van een tussenlaag, ook met een optimaal werkend elektronen optisch systeem een, het oplossend vermogen van de buis verminderende storing op.

De uitvinding beoogt deze storing op te heffen en berust op het inzicht dat genoemde storing zou kunnen worden veroorzaakt door een relatief hoge uittreesnelheid van foto-elektronen uit de fotocathode gecombineerd met de relatief grote spreiding in uittreerichting van de foto-elektronen. De hoogte van de uittreesnelheid van de foto-elektronen wordt sterk beïnvloed door de energie van uit de luminescent!elaag in de fotocathode tredende fotonen. Als de foton-energie groter is dan de energie, nodig voor het vrijmaken van een fot.o-elektron, kan de extra energie als kinetische energie aan het uittredende foto-elektron worden meegegeven. Dit kan, indachtig de willekeurige uittreerichting voor de foto-elektronen, de genoemde verstoring in de beeldvorming veroorzaken. Voor het opheffen van deze storing heeft een rdntgenheeldversterkerbuis van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat de tussenlaag een foton-energie, selectieve absorptie toont, zodanig dat relatief hoog energenische fotonen sterker worden geabsorbeerd dan relatief laag energetische fotonen.

Doordat in een buis volgens de uitvinding selectieve absorptie optreedt, is de foton-energie van de, de fotocathode binnenvallende fotonen, gereduceerd waardoor de foto-elektronen gemiddeld een geringere energie en derhalve ook een meer uniforme uittreesnelheid hebben. De door de hoogenergetische foto-elektronen veroorzaakte storing op de beeldvorming is daarmede sterk gereduceerd.

In een voorkeursuitvoering bestaat met natrium geactiveerd Csl als luminescentie materiaal de tussenlaag uit een translucent halfgeleidend materiaal met een voor de gewenste selectieve absorptie geschikte bandafstand van bijvoorbeeld ten minste 2,8 eV of bij voorkeur ten minste ongeveer 2,4 eV. Bij thallium geactiveerd CsX liggen de grenzen voor de bandafstand gezien de emissiecurve daarvan tussen ongeveer 3,0 en 2,0 eV. Een dergelijke tussenlaag vertoont dank zij het halfgeleiderkarakter een voldoende elektrische geleiding om het optreden van storende opladingsverschijnselen te voorkomen waardoor een extra geleidende laag overbodig is en een beduidend hoger oplossend vermogen kan worden gerealiseerd zonder een beduidend verlies aan gevoeligheid. Het absorptie materiaal kan gekozen worden uit voldoende translucent en bij voorkeur voldoende elektrisch geleidend materiaal met een absorptiegrens waardoor het hoog energetische licht uit het luminescentielicht wordt ingevangen. Een dergelijke laag is bij voorbeeld ongeveer 1 pm dik.

In een verdere voorkeursuitvoering toont de tussenlaag, van het centrum naar de periferie van het scherm gaande, een afnemende absorptie waardoor de laag tevens als antivignetteringsfilter werkt. Het absorptie verloop kan worden gerealiseerd door variatie in laagdikte maar met het oog op de dan verminderde gevoeligheid beter door de absorptie naar het centrum toe te doen toenemen door verloop in de absorptiegrens, dat wil zeggen een toenemende gemiddelde bandafstand van de laag, bijvoorbeeld door locaal een extra laag of meer doping in het materiaal aan te brengen, of een verloop in het materiaal te bewerkstelligen waardoor de bandafstand integraal gezien in het centrum lager ligt dan aan de schermrand. Dit kan bijvoorbeeld ook worden gerealiseerd door variatie in de mengverhoud.ing van meerdere selectief absorberende materialen met verschillende absorptiegrens. In het bijzonder kan aldus het oplossend vermogen aan de periferie van het scherm worden verhoogd door af te zién van de gebruikelijke diktetoename van de luminescentielaag van het centrum naar de rand of de laag aan de rand met het oog op de scheve röntgenbundelinval ter plaatse zelfs dunner uit te voeren met extra selectieve absorptie in het centrale gedeelte.

Bij voorkeur wordt voor de tussenlaag opdampbaar materiaal gebruikt, maar de laag kan ook worden aangebracht met plasma-spray-sputter technieken en dergelijke.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont

Figuur 1 een röntgenbeeldversterkerbuis volgens de uitvinding,

Figuur 2 een grafiek met zeer schematisch emissiekrommen, een absorptiekromme en een kromme voor doorgelaten luminescentielicht voor een ingangsschexm, en

Figuur 3 een voorbeeld van ingangsscherm daarvoor.

Een röntgenbeeldversterkerbuis zoals weergegeven in figuur 1 toont een ingangsvenster 2, een uitgangsvenster 4, een cylindervormige mantel 6 die samen een geëvacueerde ruimte 8 omsluiten. In de ruimte 8 zijn een ingangsscherm 10, een uitgangsscherm 12 en een elektronen optisch afbeeldingssysteem 14 opgenomen. Het ingangsscherm van de buis vormt hier een folie en bestaat bij voorbeeld uit titaan. Een ingangsvenster uit titaan behoeft ook voor buizen met een groot ingangsvenster niet dikker te zijn dan bijvoorbeeld ongeveer 0,2 mm waardoor daarin slechts een geringe verstrooiing van een te detecteren röntgenbundel optreedt. Het ingangsscherm omvat hier een concave drager 16, bij voorkeur uit aluminium, die omdat die niet als vacuümwand dient ook dun kan zijn. Op de drager is een laag luminescentie materiaal 18 aangebracht en daarop, onder tussenvoeging van een scheidingslaag 20, een fotocathode 22. Het ingangsscherm vormt, bijvoorbeeld samen met een afschermring 24 een eerste elektrode van het elektronen optisch afbeeldingssysteem 14 waarvan hier verder een focusseerelektrode 26, een eerste anode 28 en een bij voorkeur in elektrisch contact met het uitgangsscherm staande eindanode 30 deel uitmaken. Het uitgangsscherm 12 is, eventueel onder tussenvoeging van op een vezeloptische plaat direct op het uitgangsvenster 4 aangebracht. De mantel 6 van het huis heeft hier een cirkelvormige doorsnede, maar kan ook met het uitgangsvenster, het ingangsscherm en eventueel het uitgangsscherm en het uitgangsvenster, rechthoekig zijn uitgevoerd.

De tussenlaag 20 bestaat nu volgens de uitvinding uit een translucent halfgeleider materiaal met een bandafstand groter dan bijvoorbeeld 2,0 eV waardoor hoog energetische dat wil zeggen relatief kortgolvige fotonen relatief sterk worden ingevangen. Voor een dergelijke invangst behoeft de tussenlaag niet dik te zijn waardoor geen beduidende verstrooing in het luminescentielicht optreedt. Figuur 2 geeft in een grafiek met verticaal het aantal fotonen N en horizontaal de fotonen golflengte, een curve A de emissieverdeling van een Csl (Na) luminescent!elaag (curve A' geldt voor Csl (T1)j, een curve £ de absorptie van een CdO tussenlaag en een curve C de fotonen-energie verdeling van het luminescentielicht dat na passeren van de CdO laag de fotocathode binnen treedt. Het ingevangen licht is derhalve naar een langer golflengtegebied dus lagere foton-energie verschoven. Met een foto-elektronen uittree potentiaal overeenkomstig een fotonen golflengte van bijvoorbeeld 0,4 μιη is door het aanbrengen van de CdO tussenlaag de gemiddelde foto-electronenergie gedaald van ongeveer 0,7 eV tot ongeveer 0,4 eV.

De scheidingslaag 20 is evenals de luminescentielaag in figuur 1 zeer schematisch en met een uniforme dikte aangegeven. In praktische buizen wordt, de dikte van de luminescentielaag naar de schermrand toe vaak dikker gemaakt ten einde vignettering in de beeldvorming te reduceren. Hierdoor neemt het oplossend vermogen naar de rand van het beeld evenwel af. Dit ook zij het minder steker als de luminescentielaag zoals beschreven in US 3,825,763 een pilarenstructuur toont. Indien, mogelijk gemaakt door pilarenstructuur, de luminescentielaag dikker gemaakt wordt levert een radiaal dikteverloop over het scherm geen beduidende bijdrage tot antivignettering meer op.

Een gunstige uitvoering volgens de uitvinding wordt verkregen door een selectief absorberende laag een radiaal absorptievérloop, bijvoorbeeld door dikteverloop te geven, waardoor de laag tevens als antivignetteringslaag fungeert. Zoals reeds is opgemerkt kan aan de laag een radiaal verlopende integrale bandafstand worden gegeven bijvoorbeeld door variatie in doping of door variatie in laagmateriaal. Ook kunnen beide methoden voor absorptieverloop worden gecombineerd en aldus een gunstig compromis worden ingesteld. Voor Csl als luminescent!emateriaal kan bijvoorbeeld gewerkt worden met een CdO, CdS, InO, ZnÖ, SnO (al dan niet gedoopt) of andere eventueel samengestelde materialen, waarvan de integrale bandafstand van de rand naar het centrum toeneemt van ongeveerd bijvoorbeeld 2,0 a 2,5 eV tot 2,5 a 3,0 eV. Doordat de tussenlaag de functie van antivignetteringslaag draagt behoeft daarvoor nu geen rekening meer te worden gehouden met het dikteverloop van de luminescentielaag waardoor weer een lumiscentielaag met een uniforme dikte kan worden toegepast. Hierdoor kan naast een beter perifeer oplossend vermogen ook een betere uniformiteit in helderheid worden gerealiseerd. Door de luminescentielaag naar de rand toe dunner uit te voeren kan rekening worden gehouden met de negatieve invloed op het oplossend vermogen aldaar door de scheve inval van de röntgenstraling in de conusvormige röntgenbundel en de gebruikelijke kromming van het ingangsscherm. De laag kan bijvoorbeeld een zodanig verloop tonen dat de weglengte van röntgenquanta door de laag over het gehele ingangsscherm substantieel gelijk is. Een voorbeeld van een dergelijk scherm is geschetst in figuur 3 met een röntgenbron 34 met een drager 16 bestaande uit een aluminiumfolie met een uniforme dikte van bijvoorbeeld 200 pm een luminescentielaag 18 met een dikteverloop van 200 pm aan de rand tot ongeveer 350 pm in het centrum, zodanig dat de weglengten 36 en 38 voor de röntgenquanta onderling gelijk zijn een tussenlaag 20 met een van het centrum naar de rand afnemende dikte van bijvoorbeeld 20 pm naar 10 pm waardoor voor vignettering is gecompenseerd en een fotocathode 22 met een uniforme dikte van bijvoorbeeld 10 tot 100 mn.

Claims (8)

1. Röntgenbeeldversterkerbuis met een ingangsscherm, een uitgangsscherm en een elektronen optisch systeem voor afbeelding van foto-elektronen uit het ingangsscherm op het uitgangsscherm, waarbij het ingangsscherm opvolgend een luminescentielaag, een tussenlaag en een fotocathode bevat, met het kenmerk, dat de tussenlaag uit een fotonenergie selectieve absorptie, toont, zodanig dat relatief hoog energetische fotonen sterker worden geabsorbeerd dan relatief laag energetische fotonen.

2. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de luminescentielaag Csl bevat en de tussenlaag een halfgeleider materiaal met een bandafstand van ten minste ongeveer 2,0 a 3,0 eV bevat.

3. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de luminescentielaag Csl (Na) en de tussenlaag een halfgeleider materiaal met een bandafstand van ongeveer 2,6 eV bevat.

4. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de tussenlaag hoofdzakelijk uit CdO of CdS bestaat.

5. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de tussenlaag een radiaal dikte verloop toont.

6. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de tussenlaag een radiaal verloop in integrale bandafstand.

7. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de luminescentielaag een uniforme dikte heeft.

8. Röntgenbeeldversterkerbuis volgens conclusie 5, 6 of 7, met het kenmerk, dat de luminescentielaag naar de rand toe, een aan een toe te passen röntgenstralingsgeometrie, aangepaste geringere dikte heeft.