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Röntgenröhre mit stetig veränderbarem Brennfleckdurchmesser In der
Röntgentechnik besteht oft das Bedürfnis, in ein und derselben Röhre wahlweise Brennflecke
mit großem und kleinem Durchmesser zu erzeugen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck
Röntgenröhren mit zwei verschieden großen Kathoden auszurüsten, die wahlweise als
Elektronenquelle benutzt werden. Es ist ferner bekannt, eine stetige Regelung der
Brennfleckgröße durch Veränderung der Anordnung oder der Feldstärke der magnetischen
oder elektrischen Linsen zu bewirken, die zur Bündelung des Elektronenstrahles benutzt
werden. Die erste Anordnung hat den Nachteil, daß sie eine stetige Regelung der
Brennfleckgröße nicht gestattet. Bei den bekannten Anordnungen des zweiten Verfahrens
zur Regelung der Brennfleckgröße wird nur bei einer einzigen Brennfleckgröße eine
scharfe Abbildung der Kathode auf die Antikathode bewirkt. Besonders wenn es@ sich
darum handelt, die Brennfleckgröße in einem großen Bereich., beispielsweise von
o, r auf 3 mm, zu verändern, wirkt sich diese Unschärfe des Brennflecks bei großen
Brennfleckdurchmessern besonders ungünstig aus. Es ist nämlich die Brennfleckbelastung
bei den bekannten Anordnungen über die Fläche
des Brennflecks sehr
ungleichmäßig. Infolge der bei den bekannten. Anordnungen mit der Brennfleckgröße
sich ändernden. Verteilung der Brennfleckbelastung ist es nicht möglich, bei diesen
Anordnungen bei, jeder Brenufleckgröße die hohe Belastung zu erreichen, die bei
der gewünschten günstigsten Belastungsverteilung möglich wäre. Diese günstigste
Belastungsverteilung wird bei den bekannten Anordnungen nur bei einer einzigen Brennfleckgröße
erreicht.
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Auch bei der bekannten Verwendung von mehreren hintereinandergeschalteten
Linsen, die wahlweise abschaltbar oder umschaltbar sind, kann. nur bei einer einzigen
Einstellung der Brennfleck scharf auf der Anode abgebildet werden, während er beim
Abschalten: oder Umschalten stets unscharf ist.
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Bei einigen: bekannten Anordnungen wird die Änderung der Brennfleckgröße
nicht durch Regelung der Spannung der elektrischen Linsen oder durch Regelung des
Stromes der magnetischen Linsen, sondern durch Verschieben der Linsen in Richtung
der Achse des Elektronenstrahles erreicht. Diese Verfahren sind umständlich, da
die elektrischen Linsen, im Innern der Röhre angeordnet werden müssen und die magnetischen
Linsen in der Regel ein sehr großes Gewicht haben. Es kommt hinzu, daß sie einen
verhältnismäßig großen Raumbedarf aufweisen, so. däß der Teil der Röhre, auf dem
die magnetische Linse verschoben. werden muß, ungünstig große Abmessungen erhält.
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Diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden erfindungsgemäß vermieden
bei einer Röntgenröhre mit stetig veränderbarem Brennfleckdurchmesser durch ein.
System von zwei od-eir mehr elektrischen und/oder magnetischen Linsen:, deren Brennweiten
zum Zwecke der Änderung der Brennfleckgröße so verändert werden können, daß bei
jeder Brennfleckgröße eine scharfe elektronenoptische Abbildung der Kathode entsteht.
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Die Zeichnungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele
der Erfindung bei einer Röntgenröhre. Es besteht bei der Anordnung nach Fig. i die
Aufgabe, die elektronenemittierende Kathode i auf die Antikathode 2 abzubilden.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein System von zwei elektrischen Linsen 3 und
4 im Innern des Anodenrohres 5 vorgesehen. Die Änderung der Brennweiten der beiden
Linsen. wird durch. Änderung der Potentiale der Teile 6 bzw. 7 .gegenüber den mit
dem. Anodenrohr 5 verbundenen Teilen 8 bewirkt. Wenn beispielsweise ein sehr kleiner
Brennfleck erzeugt werden soll, wird die Brennweite der Linse 4 verkleinert, die
Brennweite der Linse 3 vergrößert. Die Regelung wirrt dabei so vorgenommen, daß
in jedem Fall die Abbildung der Kathode i auf die Antikathode 2 scharf bleibt. Wenn
umgekehrt ein sehr großer Brennfleck erzeugt werden soll, wird die Brennweite der
Linse 4 vergrößert und die der Linse 3 verkleinert. Die Regulierung der Brennweiten
der Linsen wird vorteilhaft zwangläufig so vorgenommen, daß diese Forderung stets
erfüllt ist. Es können beispielsweise die beiden Linsen über einen Transformator
9 gespeist werden, deren Primärspannung durch zwei Spannungsteiler io und i i verändert
wird. Es kann zu diesem Zweck ein einziger Spannungsteiler mit zwei Abgriffen verwendet
werden. Die Spannungsteiler sind nun so gewickelt bzw. die Abgreifer so miteinander
gekuppelt, daß eine Verkleinerung der Spannung der Linse 3 mit einer Vergrößerung
der.Spannung der Linse ¢ zwangläufig verknüpft ist. Es ist dabei im allgemeinen
zweckmäßig, wie dargestellt, die Anordnung so zu treffen, daß die Regulierung auf
der Niederspannungsseite erfolgt. Es ist jedoch insbesondere bei mit Gleichspannung
gespeisten Röntgenröhren auch möglich, die Regulierung der Linsenspannung auf hohem
Potential vorzunehmen.
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Fig.2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Röntgenröhre gemäß
der Erfindung, die mit zwei auf dem Anodenrohr 5 angebrachten magnetischen Linsen
r2 und 13 versehen ist. Die Spalte 14 und 15 im Eisenweg werden zweckmäßig, wie
dargestellt, unsymmetrisch, und zwar so angebracht, daß das Anodenrohr 5 möglichst
kurz ausgeführt werden kann. Die Regulierung der Brennfleckgröße wird dadurch vorgenommen,
daß durch die Änderung des Linsenstromes der einen Linse deren Brennweite vergrößert
bzw. verkleinert wird, während gleichzeitig durch Änderung des Linsenstromes der
anderen Linse deren Brennweite im umgekehrten Sinne verändert, d. h. verkleinert
bzw. vergrößert wird. Die Regelung erfolgt auch hierbei so, daß stets ein scharfes
Bild der elektronenemittierenden Kathode auf der Antikathode 2 erzeugt wird. Die
zwangläufige Veränderung der Brennweiten der beiden Linsen wird bei diesem Ausführungsbeispiel
durch Verschieben des Stromabgriffes am Widerstand 16 vorgenommen. Wird der Stromabnehmer
in die Nähe des rechten Endes des Widerstandes geschoben, so. ist die Brennweite
der Spule 12, die dann einen sehr großen Strom führt, klein, die Brennweite der
Spule 13, die einen. kleinen Strom führt, sehr groß. Es wird also ein großer Brennfleck
erzeugt. Wird umgekehrt der Stromabnehmer in die Nähe der linken Seite des Widerstandes
16 geschoben, so wird, wie die entsprechenden Überlegungen zeigen, ein scharfer
kleiner Brennfleck erzeugt. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, noch einen Vorwiderstand
17 vorzusehen, der entsprechend der jeweils benutzten Anodenspannung die Größe der
Spulenströme gemeinsam zu regeln gestattet.
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Eine noch feinere Anpassung der durch die Spulenströme bedingten Brennweiten
läßt sich erzielen durch. Verwendung gesonderter Widerstände für jeden Spulenstromkreis,
deren Stromabnehmer miteinander gekuppelt sind, und wenn die Spannung der Stromquelle
der Spulenkreise der Röhrenspannung angepaßt wird, wie dies in Fig. 3 schematisch
angedeutet ist.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine einzige
Magnetspule 18 für die beiden magnetischen Linsen verwendet wird, deren Brennweite
durch die Größe der Spalte i9 und 2o im
Eisenweg verändert wird.
Diese Veränderung kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß der Mantel
22 gegenüber dem Eisenkern 21 in Richtung der Achse des Elektronenstrahles verschoben
wird. Dabei kommt es auf die Lage der Wicklung der Spule 18 gegenüber dem Kern 21
und dem Mantel 22 nicht an. Es wird sich im allgemeinen empfehlen, die Wicklung
an dem nicht bewegten Teil zu befestigen.. Die Änderung der Spaltweiten i9 und 20
kann, auch auf andere Weise, wie beispielsweise in den Fig.5 bis 7 dargestellt ist,
durch Verschieben zweier Eisenteile 23, 23', 24 vorgenommen werden. Bei dem in den
Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen, geschieht die Bewegung der beiden
Eisenteile 23, 24 durch Drehen des die Spule 18 enthaltenden Eisenmantels 22 um
die Achse des Anodenrohres 5. Der Spurenkörper ist mit einem Stift 25, der
in einem schmalen Schlitz des Eisenteiles 23 läuft, versehen. Ein Drehen des Spurenkörpers
bewirkt daher eine Drehung dies Teiles 23. Am Anodenrohr bzw. einem mit ihm fest
verbundenen nichtmagnetischen weiteren Rohr ist ein Stift 26 vorgesehen, der in
einer vorzugsweise gekrümmten Rille 27 des Teiles 23 läuft. Bei einer Drehung des
Teiles 23 findet daher eine Verschiebung dieses Teiles in Richtung der Achse des
Anodenrohres statt. Die Abhängigkeit der Verschiebung von der Drehung ist durch
die Form der Rille 27 gegeben. Es ist beispielsweise möglich, die Anordnung so zu
treffen, daß bei großem Spalt eine Drehung des Teiles 22 um einen bestimmten Winkel
eine stärkere Verschiebung des Teiles 23 bewirkt als bei kleinem Spalt :2o. Der
zweite Eisenteil 24 kann mit einer ebenso ausgebildeten Einrichtung versehen werden.
Er kann jedoch auch, wie in Fig. 5 dargestellt ist, durch einen in einem Schlitz
des Teiles 23 laufenden Stift 28 von diesem mitgenommen werden. Seine Vorwärtsbewegung,
die die Veränderung des zweiten Spaltes i9 bewirkt, wird bestimmt durch die Formgebung
einer der Rille 27 entsprechenden Rille im Eisenteil 24. Falls die Bewegung der
Teile 23 und 24 verschieden sein soll, müssen die beiden Rillten entsprechendverschieden
ausgebildetwerden. Zur Führung des Eisenmantels 212 dienen je ein links und rechts
vorgesehener Eisenring 29. Die Ablesung der Stellung des Eisemnantels 22 und damit
der Größe der Spalte i9 und 20 wird durch einen am Anodenrohr angebrachten Zeiger
30, erleichtert.
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Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Spule
18 einschließlich dies Eisenmantels 22 fest. Die Bewegung der Eisenteile 23' und
24 wird mittels des Ringes 31 bewirkt, der mittels des Hebels 32 betätigt werden
kann. Gegen axile Verschiebung ist dieser Ring durch den Gewindering 34 gesichert.
Als Mitnehmer für den Eisenteil 23' dienen ein oder mehrere Stifte 35 aus nichtmagnetischem
Material, die in entsprechende kleine Bohrungen des Teiles 23' eingreifen. Die axiale
Verschiebung des Teiles 23' wird wieder durch den in reiner Rille 27 laufenden Stift
26 bewirkt. Der Teil 24 ist .mit dem Teil 23 beispielsweise in der gleichen Weise,
wie in Fig. 5 dargestellt, gekuppelt. Es kann jedoch auch für die Betätigung dieses
Teiles die für den Teil 23' dargestellte Einrichtung auf der linken Seite der Spulte
i8 noch einmal vorgesehen werden. In diesem Fall ist eine getrennte Betätigung der
beiden die Größe der Spalte i9 und 2o bestimmenden Verschiebungen der Teile 23 und
24 möglich. Die jeweilige Stellung kann, mittels des Zeigers 33 an dem Einstellhebel
32 abgelesen. werden.
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Um bei Bewegung nur eines einzigen Teiles, beispielsweise des Mantels,
gegenüber dem Kern der Magnetspule eine möglichst genaue, Scharfeinstellung zu erhalten,
kann man, wie in den Fig. 8 und, 9 zum Teil schematisch dargestellt ist, den Eisenkern
36, 39 und den Mantel 37 unsymmetrisch ausbilden, so daß eine Verschiebung des Mantels
gegenüber dem Kern einen verschieden starken Einfluß auf die Änderung der Brennweite
der beiden Linsen ausübt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 werden durch Drehung des Teiles
37 auf den aus nichtmagnetischem Material bestehenden Teil die Spaltweiten der beiden
Linsen entgegengesetzt geändert. Es empfiehlt sich, ein Gewinde mit großer Steighöhe
zu verwendien; um mit einer verhältnismäßig kleinen Drehung eine große Verschiebung
zu erreichen, oder die Teile 37 und 38 so auszubilden, daß eine Verschiebung in
Richtung des Elektronenstrahles möglich ist.
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Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Anodenrohr
5 besonders kurz ausgebildet werden, da der Mantel 37 mit der Spule 18 fest auf
ihm angeordnet ist und lediglich der Eisenkern 39 im Innern der Spule verschoben
wird. Zur Betätigung dient das Rohr 40, das mit einem in einer Längsrille laufenden
Stift 41 versehen ist und um die Achse dies Anodenrohres 5 gedreht werden kann.
Durch die Übertragung dieser Drehung auf den Eisenteil 39 wird eine Verschiebung
dieses Teiles in Richtung des Elektronenstrahles in der gleichen Weise bewirkt,
wie dies in den Fig. 5 und 6 für den Teil 23 dargestellt ist. Es ist nämlich an
dem festen Teil ein Stift 42 vorgesehen, der in einer entsprechend gekrümmten Rille
des Teiles 39 läuft. Der den Hohlraum am erweiterten Ende des Eisenteiles 39 ausfüllende
Werkstoff 43 ist ebenso wie der Werkstoff des Ringes 44, der mit dem Rohr 40 verbunden
ist, aus nichtmagnetischem Werkstoff hergestellt. Zur Betätigung dient der mit einem
Zeiger versehene Hebel 45.
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Die Belastung des Brennflecks nimmt mit abnehmendem Brennfleckdurchmess-er
ab. Wenn man also die Röhre stets mit der höchsten zulässigen Belastung betreiben
will, ist es notwendig, bei gegebener Röhrenspannung mit abnehmendem Brennfleckdurchmesser
den Röhrenstrom zu verringern. Man kann zu diesem Zweck die in den. Fig. i bis 9
dargestellten Einrichtungen zur Veränderung der Brennweiten der Linsen mit einer
Einrichtung zur Regelung des Röhrenstromes mechanisch oder elektrisch derart verbinden,
daß selbsttätig mit einer Verkleinerung des Brennfleckdurchmessers eine Herabsetzung
des
Röhrenstromes erfolgt. Die Herabsetzung des Röhrenstromes kann beispielsweise durch
Änderung des Heizstromes der Kathode oder durch Änderung der Potentiale zwischengeschalteter
Elektroden oder Gitter erfolgen. In Fig. ro ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen
Anordnung schematisch dargestellt. Die zur Veränderung dies Heizstromes, des Potentials
des Kathodenzylinders, des Gitters und der Ströme der Spulen 1q. und 15 dienenden
Widerstände 46 bis 50 werden durch eine gemeinsame Reguliereinrichtung 51 betätigt.
Durch entsprechende Ausbildung der Wicklung dieser Widerstände kann ohne weiteres
erreicht werden, daß bei jeder Brennfleckgröße der höchstzulässige Röhrenstrom eingestellt
wird. Unter Umständen genügt es, nur eine der Regeleinrichtungen q.6 bis 48 vorzusehen.
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Der erforderliche Spulenstrom bzw. die Linsenspannungen sind von der
Röhrenspannung abhängig. Bei großer Röhrenspannung ist ein stärkeres elektrisches
oder magnetisches Feld zur Ablenkung der Elektronen in der gewünschten Weise notwendig.
Mit weitgehender Annäherung erhält man mit den bisher dargestellten Einrichtungen
stets eine scharfe Abbildung, wenn man die zur Speisung des Spulenstromes bzw. der
Linsenspannungen dienenden Spannungsquellen beim Übergang von einer Röhrenspannung
auf die andere entsprechend verändert. Für besonders hohe Anforderungen an die Scharfeinstellung
bei jeder Röhrenspannung und jeder Brennfleckgröße ist es jedoch zweckmäßig, die
die Brennwelte der Linsen bestimmenden Betriebsgrößen, beispielsweise die Linsenspannungen,
Linsenströme oder Spaltweiten, sowohl in Abhängigkeit von der gewünschten Brennfleckgröße
als auch in Abhängigkeit von der Röhrenspannung zu ändern. Die Fig. rr und 12 zeigen
in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine solche höchsten
Anforderungen entsprechende Einrichtung. Die Welle 52 kann zur Einstellung der gewünschten
Brennfleckgröße um ihre Achse gedreht werden und ferner zur Einstellung der gewünschten
oder jeweils vorhandenen Röhrenspannung in Achsenrichtung verschoben werden. An
der Welle 52 sind Arme 53 angebracht, die zur Übertragung der Drehbewegung der Welle
52 auf beispielsweise drei Wellen 54 dienen. Die Wellen 54 sind mit einem mindestens
teilweisse gekrümmten, etwa schaufelartigen Teil 56 starr verbunden. Die Spitzen
57 der Arme 53 gleiten auf den Flächen 56 dieser schaufelartigen Teile 55. Eine
Drehung der Welle 52 bewirkt als eine Drehung der Welle 5.a.. Die Abhängigkeit der
beiden Drehungen voneinander ist bestimmt durch die Kurvenform der Fläche 56, in
der auf der Achse von 52 senkrecht stehenden, durch den Berührungspunkt zwischen
den Teilen 56 und 57 hindurchgehenden Ebene. Durch die verschiedene Ausbildung der
Kurvenform der Fläche 56 in der gleichen Ebene ist es möglich, die Abhängigkeit
der Drehungen der drei Wellen 5.4 von der Drehung der Welle 52 verschieden. voneinander
zu machen. -Verschiebt man nun die Welle 52 in Richtung ihrer Achse, so ändert s'ic'h
die Abhängigkeit der Drehung der Wellen 54 von der Drehung der Welle 52, sofern
in dieser neuen Stellung der Welle 52 die Kurvenform der Fläche 56 in der durch
den Berührungspunkt gehenden, auf der Achse der Welle 52 senkrecht stehenden Ebene
anders ist als in der vorhergehenden Stellung. Die dargestellte Einrichtung gestattet
es also, die Drehung jeder der Wellen 54 von, der Drehung der Welle 52 in einer
von der Höhenlage der Berührungspunkte 57 abhängigen Weise völlig verschieden abhängig
zu machen. Die Fläche 56 kann stellenweise auch eben sein. Es ist jedoch notwendig,
daß sie nicht über ihre ganze Ausdehnung zylindrisch ist mit einer zu der Achse
der Welle 52 parallelen Erzeugenden. In diesem Fall wäre nämlich eine Änderung der
Ab-
hängigkeit der Drehbewegungen der Wellen 54 von der Drehung der Welle
52 durch Verschieben der Welle 52 in Richtung ihrer Achse nicht möglich.
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Bei dem dargestellten Beispiel bewegt die eine Welle 54 die Bürste
57 eines Widerstandes über die Kontaktflächen 58 hinweg. Durch entsprechende Wahl
der Anzapfungen an dem Regulierwiderstand kann. man die Abhängigkeit des Stromes
von der Drehung der Welle 54 beeinflussen. Die Wellen 54. können jedoch auch zur
mechanischen Verstellung der Luftspalte, beispielsweise r9, 20, oder des Eisenmantels
(Fig. q. und 8) benutzt werden. Durch die Längsverschiebung der Welle 52 kann die
Röhrenspannung geändert werden, oder es kann diese Verschiebung direkt oder indirekt
mit den Betätigungseinrichtungen für die Änderung der Röhrenspannung gekuppelt werden.
Die Wellen 54 können auch zur Änderung des Röhrenstromes beispielsweise durch Änderung
des Heizstromes oder der Potentiale von Elektroden oder Gittern herangezogen werden.
Erforderlichenfalls wird die Welle 52 mit mehr als drei Armen 53 versehen, die auch
in verschiedener Höhenlage angebracht werden können, falls nur Sorge dafür getragen
wird, daß sie bei jeder Höhenlage der Welle 52 nur auf die für sie bestimmte Fläche
56 einwirken.. Damit die Berührung stets unter Druck erfolgt, empfiehlt es sich,
beispielsweise durch Federkraft zu bewirken, daß die Wellen 54 sIch stets bis zur
Berührung mit den Spitzen 57 drehen.
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Die beschriebenen Anordnungen können jedoch nicht nur bei Röntgenröhren
mit stetig veränderbarem Brennfleck, sondern auch bei anderen Entladungsapparaten
mit elektronenoptischer Abbildung mit Vorteil verwendet werden. So besteht beispielsweise
bei Elektronenmikroskopen das Bedürfnis, einen Gegenstand mit stetig veränderbarer
Vergrößerung scharf abzubilden ohne Änderung der relativen Lage zwischen Gegenstand
und Bild. Auch bei einem solchen Elektronenmikroskop kann von der Einrichtung nach
der Erfindung Gebrauch gemacht werden. Falls Vorrichtungen zur Veränderung des Abstandes
von Gegenstand und Bild vorgesehen sind, gestattet die Einrichtung nach der Erfindung
die gleichen Änderungen des Vergrößerungsverhältnisses bei kleineren Änderungen
des
Bild-Gegenstand-Abstandes durchzuführen.
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Die Einrichtung nach der Erfindung bietet auch große Vorteile bei
Fernseh- und anderen Braunschen Röhren, falls es darauf ankommt, die Größe des Bildpunktes
dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend einstellen zu können.