專利名稱：射線象增強(qiáng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種關(guān)于X射線或伽馬射線圖象變換、增強(qiáng)的器件。
已有技術(shù)中，有一種直徑在150mm至350mm左右的大口徑輸入窗的X射線圖象增強(qiáng)器，如中國專利CN86102865A、CN87106155A和美國專利3795531所描述的那種X射線圖象增強(qiáng)管。其結(jié)構(gòu)一般由將X射線轉(zhuǎn)換成光電子的球面狀陰極層(包括射線光電陰極，和射線轉(zhuǎn)換屏與可見光光陰極的復(fù)合結(jié)構(gòu)兩種形式)，聚焦并加速電子的陽極，及小直徑的輸出屏幕所組成。其優(yōu)點(diǎn)是具有大有效面積的輸入窗。適合運(yùn)用于醫(yī)院等部門的大型診斷裝置上。
隨著技術(shù)與射線象增強(qiáng)器應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，上述形式的射線象增強(qiáng)器顯示出以下的缺點(diǎn)和不足1、要求供電電壓高，如35KV電壓差。厚絕緣層、大玻璃或金屬殼體，整管體積大，重量大。不能滿足攜帶使用的要求。
2、這種增強(qiáng)器件的結(jié)構(gòu)存在相對(duì)于大輸入窗來說口徑要小得多的輸出窗，如18mm～25mm左右大小的直徑。圖象幾何縮小倍率很大，輸出圖象分辨率較低，如2～4lp/mm左右。
3、球面拱狀陰極層，透視應(yīng)用時(shí)邊緣比中心離被透照物距離遠(yuǎn)，邊緣象質(zhì)不好。
4、大大縮小的圖象不易放大到被透物原來的大小;輸出圖象是倒置象，不適合人眼直視觀察習(xí)慣。
在已有技術(shù)中，美國專利4142101描述了另外一種X射線或伽馬射線象增強(qiáng)裝置，其特征是外加射線轉(zhuǎn)換屏與可見光象增強(qiáng)器由光纖面板或光學(xué)纖維錐耦合。它克服了上述大輸入窗X射線象增強(qiáng)管的某些不足。但是由于外加轉(zhuǎn)換屏與可見光象增強(qiáng)器光陰極之間傳遞可見光的光纖面板(或光纖維)，其制作工藝和成本的限制，這種形式的射線圖象增強(qiáng)裝置的有效輸入窗較小。直徑最大～80mm左右，一般只50mm或以下。在應(yīng)用中，則顯出透視視場較小的不足。
英國專利1393299所描述的一種用于X射線圖象增強(qiáng)的象增強(qiáng)器，也存在與上述美國專利4142101類似的不足。即其核心部件一微通道板的制作工藝和成本限制了整管的有效輸入窗，視場小。
此外，上述美國專利4142101和英國專利1393299所描述的射線象增強(qiáng)器，因?yàn)橹饕膱D象增強(qiáng)功能部件都是微通道板，使其在具有整管體積小的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還存在如下不足為使射線象增強(qiáng)器具有一定的增益或轉(zhuǎn)換因子，這種象增強(qiáng)器只能采取的技術(shù)手段是增加微通道板的數(shù)量，或者增大微通道板電壓，如加大到900～1100V左右，提高熒光屏電壓，并相應(yīng)增大微通道板-熒光屏間距以承受高的電壓差。而微通道板又具有許多噪聲因素，包括空間固定圖案噪聲、暗噪聲、閃爍噪聲和離子反饋等，在微通道板上所加電壓高或多塊微通道板時(shí)，尤其顯著。因此，造成整管噪聲大、信噪比低。而且，加大微通道板與熒光屏的間距，也使得整管分辨率降低。又因?yàn)橥ǖ谰哂酗柡托?yīng)，限制了整管輸出屏的輸出圖象亮度。在多電子轟擊時(shí)，還會(huì)降低圖象對(duì)比、降低整管傳遞函數(shù)。
本發(fā)明的目的是為了克服上述射線象增強(qiáng)器件的缺點(diǎn)，改進(jìn)其不足，提供一種既可用于攜帶、又可用于固定使用式裝置、具有高增益、低噪聲、低畸變和高清晰度的X射線或伽馬射線象增強(qiáng)器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的是如下所述的措施。
本發(fā)明的射線象增強(qiáng)器的整管采用前、后兩個(gè)真空室組成。前級(jí)真空室中有一組成縮小倍率(倒)象的電子光學(xué)系統(tǒng)。包括輸入射線陰極層，聚焦電極組，微通道板和過渡熒光屏。能將入射的X射線或伽馬射線轉(zhuǎn)變成電子的輸入射線陰極層可以是單一材料的射線陰極，如Au或C3l之類的，也可以是由射線一可見光轉(zhuǎn)換屏與可見光陰極等的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如C3l與Sb-C3或La2OS與Sb-C3等之類的。聚焦電極組可以是一般加速電子并聚焦的陽極或聚焦極，也可以有調(diào)焦極、校正極，及中國專利CN1003102B所描述的可使成象幾何倍率變化的變倍電極。微通道板采用一般直通道的就可以，也可以采用彎曲通道等其它形式的。過渡熒光屏所用的熒光材料，選用那些所發(fā)射光譜已有高靈敏度響應(yīng)陰極的熒光粉。
后級(jí)真空室中也有一組電子光學(xué)系統(tǒng)。它包括光陰極、聚焦電極(組)和輸出熒光屏。光陰極可以是各種材料的，所用材料最好采用其響應(yīng)靈敏光譜能與前級(jí)真空室中的過渡熒光屏上熒光粉發(fā)射光譜很好匹配的。后級(jí)聚焦電極(組)可以只有一個(gè)獨(dú)立的或與輸出熒光屏電極連在一起的陽極，也可以有其它功能的電極，如可以使成象幾何倍率連續(xù)或間斷變化的變倍電極。輸出熒光屏所用材料可以是任何具有各種發(fā)射光譜、余輝等性質(zhì)的。如發(fā)黃綠光、中短余輝的P20(∠nCdSAg材料)熒光粉。
整管前、后兩級(jí)真空室由有相對(duì)較大面積的輸入窗、過渡光學(xué)纖維器件、相對(duì)輸入窗最大有效直徑要小的輸出窗及殼體密封組成。在其上可以在適當(dāng)位置開有可密封的排氣支管。殼體可以是陶瓷、玻璃或其它絕緣真空材料。輸入窗可以是高強(qiáng)度的薄玻璃、或是鈦片，可與殼體封接，又盡量少地散射入射的X射線或伽馬射線。輸出窗可以是玻璃的，也可以是光學(xué)纖維器件，如光纖面板的。過渡用的光學(xué)纖維器件的端面直徑比輸入窗的要小，甚至比輸出窗直徑也小，以降低其及上述微通道板的制作工藝難度。但過渡光學(xué)纖維器件與過渡熒光屏相連的端面有效直徑在選取時(shí)，采用一個(gè)不太懸殊的比例，如80mm直徑的輸入窗，該過渡器件端面直徑選25mm左右;對(duì)100mm的輸入窗，則選30mm左右的端面直徑，以避免圖象分辨率降低。過渡光學(xué)纖維器件可以是光纖面板，也可以是光學(xué)纖維錐或有硬的和平整光滑端面的光纖束等形式，及上述幾種光纖器件的耦合組合。前、后兩級(jí)真空室中的各電極，由外加高壓電源供電。電源形式可以是瓦片狀小型電源或其它形式。
這種射線象增強(qiáng)器的前級(jí)作用主要是將入射的X射線或伽馬射線圖象準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變成電子圖象，并增強(qiáng)。故采用平面的輸入窗和陰極層;微通道板上加較低的電壓，如600V左右。使透視應(yīng)用時(shí)輸入、輸出圖象邊緣與中心象質(zhì)一致，輸出噪聲低，有一個(gè)最佳的信噪比。后級(jí)作用主要是補(bǔ)償因微通道板上所加電壓低損失的增益、平滑噪聲，并將前級(jí)電子光學(xué)系統(tǒng)所成倒象再倒成正象輸出。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的采用的有效輸入窗直徑在200mm以下，各電極的配置，使其整管長度盡量地短。光陰極材料可以是Sb-C3(S-11)、Sb-K-Na-Cs(S-20、S-20R或S-25)及其他可見光陰極。過渡熒光屏與輸出熒光屏可以用ZnSAg(P11)或ZnCdSAg(P20或P39)及其它發(fā)射光譜的材料。
本發(fā)明提供的射線象增強(qiáng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于含有兩組電子光學(xué)系統(tǒng)，電子多次增強(qiáng)，整管前級(jí)部分相當(dāng)于一個(gè)加了電子倍增增益為千倍左右的微通道板的、中國專利CN86102865A等所述的管子;后級(jí)部分最高可具有一百倍以上的增益;前級(jí)部分比美國專利4142101等所述的裝置還多一個(gè)縮小倍率帶來的增益因素，故本發(fā)明的射線象增強(qiáng)器具有高增益(或轉(zhuǎn)換因子)。
2、由于后級(jí)真空室中的電子光學(xué)系統(tǒng)的增益補(bǔ)償，整管各電極及微通道板只需加較低的電壓，供電與絕緣要求較低;整管噪聲小，輸出圖象對(duì)比較好、傳函函數(shù)較高。
3、有效輸入窗直徑在200mm以下，可作到50mm以上有適中的探測視場和整管體積、重量。既可適用于一定視場要求的固定式裝置，又很適用攜帶式裝置。
4、平面的輸入窗與射線陰極層，在用于透視成象時(shí)邊緣象質(zhì)好。
5、不用大面積的光纖面板或光纖錐，不用大面積的微通道板，具有較好的工藝性與經(jīng)濟(jì)成本。
6、前級(jí)電子光學(xué)系統(tǒng)采用變倍電極時(shí)，可具有探測視場可調(diào)的特點(diǎn)，使用中具有搜索和細(xì)察的雙重功能特點(diǎn)，適合變視場的應(yīng)用要求。
7、后級(jí)電子光學(xué)系統(tǒng)采用放大、縮小或變倍電極等時(shí)，也具有前級(jí)加變倍極時(shí)的一些優(yōu)點(diǎn)。另一種只變輸出屏上圖象大小，而不變視場的變倍電極的采用，還具有可兼用于人眼直視觀察和儀器攝象接收的某些應(yīng)用場合。
8、由于本發(fā)明的射線象增強(qiáng)器，輸入、輸出有效直徑不很懸殊，故其成象分辨率可制作到10Lp/mm以上，在采用放大成象形式時(shí)，可更高。
下文將參照附圖
描述本發(fā)明的實(shí)施例，來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
本文唯一的附圖是表示本發(fā)明的一種射線象增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記所指如下1-輸入窗，2-射線陰極層，3-調(diào)焦極，4-陽極，5-校正極，6-微通道板，7-過渡屏光屏，8-過渡光纖面板，9-光陰極，10-后級(jí)陽極;11-輸出熒光屏;12-輸出窗;13-殼體;14-高壓電源，15-前級(jí)真空室，16-后級(jí)真空室。
由高強(qiáng)度玻璃制成的輸入窗1、光纖面板材料的輸出窗12、陶瓷殼體13和過渡光纖面板8密封成兩個(gè)真空室-前級(jí)真空室15和后級(jí)真空室16。輸入窗1的有效直徑是80mm，過渡光纖面板8和輸出窗12的有效直徑為25mm。當(dāng)有X射線或伽馬射線透射成象進(jìn)入輸入窗1后，由高壓電源14供電驅(qū)動(dòng)的射線象增強(qiáng)器，其Csl與Sb-Cs等組成的射線陰極層2將射線圖象轉(zhuǎn)換成可見光、而后是光電子圖象。由陽極4所加電場的吸引及包括調(diào)焦極3、校正極5等電極的聚焦，使其高速而準(zhǔn)確地分布打在有效直徑為25mm的微通道板6上。斜切角約12°、通道間距不大于12μm的微通道板6倍增電子后，在～4至5KV左右的電壓差作用下，轟擊由P11材料制成的過渡熒光屏7，產(chǎn)生增強(qiáng)過的可見光圖象，由絲徑在5μm左右的過渡光纖面板8傳到后級(jí)真空室中的光陰極9上。光陰極9是由S-11陰極材料蒸鍍而成，與過渡熒光屏7的發(fā)射光譜有很好的響應(yīng)匹配。光陰極9的有效直徑也是25mm。它以高靈敏度和量子效率將過渡熒光屏7上輸出的可見光圖象再次變成光電子，由與輸出熒光屏11連在一起供電的后級(jí)陽極10加速和聚焦，轟擊由P20熒光粉制成的輸出熒光屏11，產(chǎn)生適于人眼觀察或儀器記錄的明亮的黃綠色的可見光圖象，由輸出窗12輸出。
在上述實(shí)施例中，射線陰極層2上所加電壓為-2.4～-3.0KV，調(diào)焦極3電壓為-2.2～-2.6KV，陽極4電壓為11.0～16.0KV，校正極5電壓為-2.7～-3.2KV，微通道板6輸入面電壓為-400～-800V，其輸出面接地，過渡熒光屏7電壓為3.6～4.8KV，光陰極9電壓與過渡熒光屏7一致，后級(jí)陽極10與輸出熒光屏11電壓為15.0～20.0KV。整管總長～180mm，總外徑～96至100mm，總重～820g左右。
上述實(shí)施例中的前級(jí)電子光學(xué)系統(tǒng)成一個(gè)幾何放大率為0.31的倒象，后級(jí)電子光學(xué)系統(tǒng)成幾何放大率為1的倒象，整管輸出放大率為0.31的正象。該實(shí)施例可用于攜帶式射線透視裝置中。
參照上述實(shí)施例，將過渡光纖面板8分成兩塊，一塊相當(dāng)于前級(jí)真空室系統(tǒng)的輸出窗，一塊相當(dāng)于后級(jí)系統(tǒng)的輸入窗。反之，由分別相當(dāng)于上述前級(jí)真空系統(tǒng)和后級(jí)系統(tǒng)功能的兩個(gè)象增強(qiáng)器，經(jīng)光纖面板等器件耦合形式組合，也是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是類似上述結(jié)構(gòu)的射線象增強(qiáng)器，其變化在于整管長度略增加，輸出窗最大有效直徑為50mm;前級(jí)真空室內(nèi)有一變倍電極組，可使其視場在40～80mm直徑之間變化;后級(jí)真空室中也有變倍電極組，以使其輸出屏上圖象直徑可在18～50mm之間變化。整管幾何放大率在0.23～1.25之間可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種X射線或伽馬射線圖象增強(qiáng)器，它包括一個(gè)輸入窗、一個(gè)輸出窗、由它們與殼體所密封成的真空系統(tǒng)，以及電源，真空系統(tǒng)中有射線轉(zhuǎn)換陰極部件、電子倍增部件和輸出熒光屏，本發(fā)明的特征是由前、后兩級(jí)真空室組成其真空系統(tǒng)；前級(jí)真空室中有一組成縮小幾何倍率倒象的電子光學(xué)系統(tǒng)，包括輸入射線陰極層、聚焦電極組、微通道板和過渡熒光屏；后級(jí)真空室中有一組成倒象的電子光學(xué)系統(tǒng)，包括光陰極、聚焦電極(組)和輸出熒光屏；輸入射線陰極層是平面的；前、后級(jí)真空室是通過過渡熒光屏與光陰極之間的光學(xué)纖維器件連接的。
2.一種如權(quán)利要求1所述的射線象增強(qiáng)器，其特征是前、后兩級(jí)真空室部分是分離的、由光學(xué)纖維器件耦合的。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的射線象增強(qiáng)器，其特征是前級(jí)真空室中的電子光學(xué)系統(tǒng)有使其成象幾何倍率可變的變倍電極。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的射線象增強(qiáng)器，其特征是后級(jí)真空室中的電子光學(xué)系統(tǒng)有使其成象幾何倍率可變的變倍電極。
全文摘要
本發(fā)明是一種關(guān)于X射線或伽馬射線圖象變換增強(qiáng)的射線象增強(qiáng)器。含有兩級(jí)真空室及電子光學(xué)系統(tǒng)，和平面的輸入窗與射線陰極層。多級(jí)增強(qiáng)，輸出正象。具有高的增益(或轉(zhuǎn)換因子)和清晰度，低的噪聲和畸變。運(yùn)用變倍電極后，更便于其在各類整機(jī)中的應(yīng)用。是一種特別適用于攜帶式射線透視裝置的器件。
文檔編號(hào)H01J31/50GK1055624SQ9010192
公開日1991年10月23日 申請日期1990年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月9日
發(fā)明者劉宇, 艾克聰 申請人:機(jī)械電子工業(yè)部第二○五研究所