CN1093830A

CN1093830A - X射线摄像管

Info

Publication number: CN1093830A
Application number: CN94103207A
Authority: CN
Inventors: 户波宽道; 四川隆久; 竹本隆之; 木材雄太郎; 藤原菊男
Original assignee: Shimadzu Corp; Nippon Hoso Kyokai NHK
Current assignee: Shimadzu Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1994-10-19
Also published as: US5515411A; DE4410269A1

Abstract

一种将透射X射线转换成电信号的X射线摄像管，其靶结构包括：接收二维分布的透射X射线并将其转换成二维分布的可见射线的荧光元件；光耦合至荧光元件表面，并承受高电压的半透明导电膜；和层叠在半透明导电膜上、含有非晶半导体层的光敏膜；非晶半导体层能将透射的可见射线转换成二维分布的电荷，并在由所述高电压形成的电场下倍增电荷。该摄像管还包括能读出作为电信号的光敏膜上二维电势分布的信号读出装置。

Description

本发明涉及一种X射线摄像管，它在医学诊断或材料无损探伤所用的X射线电视系统中，用以将X射线图像转换为电信号。

在传统的X射线电视系统中，X射线图像增强器与电视摄像管结合用以将X射线图像转换为电信号。即X射线进入图像增强器时，其中入射的X射线通过诸如CsI（碘化铯）一类的转换膜转换为可见射线。此后，电子从光敏膜释放并倍增，再传至输出荧光膜，被转换为可见光。于是，可见光图像即从该输出荧光膜输出。摄像管光耦合到图像增强器的输出平面。可见光图像通过光学透镜或类似的部件投影到摄像管的摄像平面上。因而，相应于入射光的电荷堆积在摄像平面上，它们由电子束进行扫描和读出，输出电信号。

众所周知，X射线电视系统采用的X射线摄像管还有诸如X射线HARP（高增益雪崩骤增非晶光电导体）管，它将X射线直接转换为电子。该X射线摄像管包括由诸如对X射线敏感的非晶硒材料形成的X射线一电转换膜，它是一般可见光摄像管中所用的光敏转换膜。即该X射线摄像管不采用诸如图像增强器中所用CSI的X射线一可见光转换膜，而代之以采用将X射线直接转换为电荷的一种非晶硒薄膜，从而获得通过雪崩效应放大的电信号。

然而，就传统的X射线电视系统而言，将X射线图像增强器和电视摄像管结合时，X射线图像转换为最终的电信号图像需通过如上所述的多个转换步骤，将X射线转换为可见射线，然后转换为电子，再转换为可通过光学元件的可见射线，仍再次转换为可见射线，最后转换为电信号。这一过程将造成较差的转换效率，不可避免地使最终图像具有较低的信噪比（S/N）。此外，图像增强器与摄像管的结合使用还存在着使装置复杂化和增大其体积等缺点。对于诸如X射线HARP管的X射线摄像管而言，它利用非晶硒膜将X射线直接转换为电荷，该非晶硒膜具有较高的X射线透射率。但为了提高转换效率必须做得像500μm左右那样厚。由于要求特别高的电压才能产生上述雪崩效应，故它几乎是不能实现的。况且，从制造角度来看，要形成上述厚度和大范围均匀的非晶硒膜也是很难的。这样就难以提供这类口径较大的X射线摄像管。

本发明已考虑到上述技术现状，其基本目的在于提供一种X射线摄像管。它能有效地将X射线转换为电信号，即使X射线的强度较低，也能获得具有较高亮度和对比度的图像信号，并可很方便地做到大口径。

为了实现上述目的，根据本发明，通过一种X射线摄像管，将透射X射线图像转换为电信号，它包括：

荧光元件，用以接收呈二维分布的透射X射线，并将该透射X射线转换为呈二维分布的可见射线;

半透明导电膜，它光耦合到荧光元件上与X射线入射面相反的一面，该半透明导电膜承受一个高电压;

光敏膜，它层叠在半透明导电膜上，并包括一非晶半导体层，用以通过半透明导电膜将以二维分布透射的可见射线转换为按二维分布的电荷，并在加到半透明导电膜上的高电压所形成的电场下，倍增按二维分布的电荷;以及

信号读出装置，它用以扫描光敏膜上与可见射线入射面相反的一面，读出光敏膜上形成的二维电位分布作为电信号。

本发明具有以下功能。

荧光元件将二维分布的透射X射线转换成二维分布的可见射线。可见射线通过光耦合到荧光元件的半透明导电膜传送到光敏膜。光敏膜将二维分布的入射可见射线转换成二维分布的电荷。同时，二维分布的电荷在加到半透明导电膜上的高电压所形成的电场下，通过非晶半导体层的电荷倍增功能进行倍增。结果，电位的二维分布正好对应于光敏膜上形成的入射X射线的强度分布。信号读出装置扫描光敏膜，以读出二维分布的电位作为电信号。

根据本发明，光敏膜包括倍增二维分布电荷的非晶半导体层。因此，即使入射X射线的强度较低，仍能获得具有较高亮度和对比度的X射线图像信号。与采用图像增强器和摄像管相结合的方法比较，根据本发明的摄像管只需经过极少的步骤即可获得X射线图像信号，由此可减小噪声混合，以实现优质图像。比之图像增强器与摄像管相结合的方法，本发明具有更简单、更小的结构。此外，由于光敏膜内含的非晶半导体层接收可见射线而不是X射线，故该非晶半导体层可以做得比传统X射线HARP管中的更薄。这样，可很容易地在一个较宽的范围内获得均匀的非晶半导体层，从而使此类X射线摄像管具有较大的口径。

用于光敏膜中的非晶半导体层不限于任一特殊类型，只要该半导体层能完成电荷倍增功能即可。然而，用于本发明的一种较佳的非晶半导体层用硒（Se）作为其主要成分。当强电场加到以硒作为主要成分的非晶半导体层时，电荷倍增功能将在其中产生。一般认为这是由于在以硒作为其主要成分的非晶半导体层的内部产生了雪崩效应。

最好在非晶半导体层的反面形成阻挡层。阻挡电荷进入非晶半导体，以减小暗电流。

荧光元件不限于任一特定类型，只要该元件能将X射线转换为可见射线即可。然而，本发明所用的较佳荧光元件具有针状晶体结构的搀钠（Na）碘化铯（CsI：Na），它具有较高的X射线转换效率。

其中，半透明导电膜直接形成在针状晶体结构的CsI：Na上，光敏膜层叠在其上，由于针状晶体结构的CsI：Na为波纹面，故光敏膜的非晶半导体层厚度不均匀。结果，局部集中于非晶半导体层的强电场将引起电火花或类似的问题，它将破坏这一部分的非晶半导体层。这样，就希望平滑荧光元件（针状晶体结构的CsI：Na）的表面，半透明导电膜与其形成紧接触。

然而，这种平滑处理并非是避免由针状晶体结构CsI：Na的波纹面引起的对非晶半导体层的破坏的唯一手段。可在荧光元件与半透明导电膜之间设置一中间层，该中间层至少与半透明导电膜有一个相对的平滑表面。

这种中间层例如可以是薄玻璃板，用许多光纤集束而成的纤维板，或涂覆在荧光元件上的树脂层。由于用玻璃板时光不能散射，故最好用纤维板。纤维板可以做得相当薄，用作靶结构（即荧光元件、导电膜和光敏膜的叠层）的支承底板。

也可用树脂层涂覆作为中间层，其优点是容易形成一个平滑表面的中间层，且成本较低。

信号读出装置可以采用单电子枪，用电子束二维扫描光敏膜。用电子枪时，X射线摄像管将会相当长，为了构造长度较短的X射线摄像管，信号读出装置可由一组在光敏膜上呈二维排列的开关元件组成。也可提供一种包括多个线状阳极或锥形阳极的电子束发生机构，用作电子束源。

为了进一步说明本发明，以下结合附图表示几个较佳的方案，然而，不用说，本发明并不局限于所示的规范设置和手段。

图1是表示本发明第一个实施例中使用的X射线摄像管以及相联装置的轮廓示意图。

图2是第一个实施例中用于X射线摄像管的靶结构的示意图。

图3是荧光元件表面与光敏膜之间一种接合的放大图。

图4是第二个实施例中一种靶结构的示意图。

图5是表示第三个实施例中一种X射线摄像管轮廓的示意图。

图6是第三个实施例中用于X射线摄像管的一种靶结构的示意图。

图7是第三个实施例中一种改进的靶结构的示意图。

图8是第四个实施例中一种靶结构的示意图。

图9是表示第五个实施例中一种X射线摄像管以及相联装置轮廓的示意图。

图10是表示第五个实施例的靶部分等效电路的示意图。

图11是第五个实施例中一种改进的靶结构的示意图。

图12是第五个实施例中另一种改进的靶结构的示意图。

图13是第五个实施例中进一步改进的靶结构的示意图。

图14是表示第六个实施例中一种X射线摄像管轮廓的示意图。

以下将参照附图详细描述本发明的较佳实施例。

第一个实施例

如图1所示，X射线摄像管1包括安装在真空玻壳10内的靶12和电子枪13。穿透对象4的X射线以二维分布，通过X射线可穿透的窗11送到靶12。

如图2所示意的那样，靶12包括衬底21，在衬底21的非入射表面上形成的荧光元件22，在荧光元件22上形成的导电膜24，以及与导电膜24形成紧接触的光敏膜25。

衬底21用以保证靶12的机械强度，它由X射线可穿透的材料制成，诸如铝、金属铍、玻璃或陶瓷，厚度为1至2mm。

荧光元件22由对X射线敏感且能产生可见射线的材料形成，诸如CsI：Na，ZnS或CaWO₄。从X射线转换效率的角度来看，针状晶体结构的CsI：Na为最佳。CsI：Na的层厚一般为200至400μm数量级。

导电膜24包括诸如ITO或SnO₂一类的半透明导电膜，它是一种铟、锡和氧的合金。导电膜24应尽可能做得薄（约300

），以防止光的散射。

光敏膜25包括用硒（Se）作为其主要成分的非晶半导体层25a，以及分别设置在该非晶半导体层25a两面的两个阻挡层25b和25c。非晶半导体层25a作为一个基本的光敏转换膜，用以将可见光转换为电信号。如同在已知的X射线HARP管那样，由于X射线不直接进入非晶半导体层25a，故非晶半导体层25a可以相对做得薄一些，即一般为4至20μm的数量级。阻挡层25b和25c用以防止电荷加到非晶半导体层25a上。阻挡层25b相对于导电膜24而设置，它由CeO₂、GeO₂或类似的材料制成。阻挡层25c设置在电子束接收面，它由Sb₂S₃或类似的材料制成。并非唯一能由硒形成非晶半导体层25a，为了改善热稳定性或灵敏度，也可将诸如As、Ge、Te或类似的杂质加入其中。

例如，上述靶12可以通过以下步骤制造。

首先，通过真空蒸发淀积CsI：Na，在衬底21的一面形成荧光元件22。同时，通过使衬底21维持在200至400℃，而获得针状晶体结构的CsI：Na。导电膜24通过真空蒸发或溅射淀积ITO，在荧光元件22的表面上形成。然后，按所述的顺序，通过真空蒸发在导电层24上形成阻挡层25b、非晶半导体层25a和阻挡层25c。同时，衬底21维持在60℃以下的温度，以避免非晶半导体层25a的晶化。

以下将描述具有上述结构的X射线摄像管的工作。

当穿透对象4的X射线以二维分布通过X射线可穿透的窗11与靶12相撞时，荧光元件22的X射线入射部分发射可见光，后者以二维分布通过半透明导电膜24到达光敏膜25。当光到达非晶半导体层25a时，电荷（电子和空穴对）即从中产生，已接收到光的部分将产生高电位。由此将在光敏膜25上获得对应于入射X射线图像的二维分布的电位。

在靶12的导电膜（ITO膜）24与电子枪13之间加上高压，于是，强电场被加到非晶半导体层25a上，在非晶半导体层25a上产生雪崩效应。这样就按指数规律倍增了电荷，提高了电位。为了产生雪崩效应，需要10⁸V/m数量级的强电场、这只要将非晶半导体层25a做得如上所述那样薄就可较为容易地实现。电荷的倍增使光敏膜25的电位有一个较大程度的提高。然而，部分光敏膜25不受X射线辐射仍维持在低电位。

光敏膜25的二维分布电位通过电子束读出。即电子枪13向靶12发射电子束“e”。在靶12与电子枪13之间流过一个与电子束“e”轰击部分中的电位成正比的电流。因此，在电阻R的两端获得电压信号。电子束“e”由偏转线圈（未图示）偏转，按二维分布扫描钯12。结果，将光敏膜25上的电位分布读出作为图像电信号。

这些电信号通过摄像控制单元（CCU）2转换为视频信号，传送到电视监视器3。于是，在电视监视器3的屏幕上显示出对象4的X射线透视图像。

采用这种X射线摄像管1，X射线被转换为可见射线，电荷根据可见射线的强度而产生。这些电荷通过雪崩效应而倍增，即使入射X射线的强度较低，也能由此获得较强的电信号。X射线摄像管1仅需经过极少的步骤，即可将X射线转换为电信号，由此可产生较低的噪声。因此，显示在电视监视器3的屏幕上的X射线透视图像具有较高的亮度和对比度，并有较高的信噪比。此外，由于非晶半导体层25a可以做得较薄，因而便于制造具有大面积和材料厚度均匀的光敏膜25。于是，X射线摄像管1可以有较大的口径，其视野宽度可相应于被检区域的尺寸。

采用大口径X射线摄像管1，电子枪13也可以做得较大，以提供更大的电流用于读出，由此可增加信号的动态范围。

在衬底21上形成并包括针状晶体结构的CsI：Na的荧光元件22，限定其波纹面有图3所示2μm数量级的峰高“h”。由于这种波纹的存在，通过极薄的导电膜24涂覆其上的光敏膜25不可能有均匀的厚度。当高压加在导电膜24与电子枪13之间时，强电场将集中位于光敏膜25的非晶半导体层25a内。于是，该部分可能会出现电火花或类似现象，从而破坏像素。

为避免出现这种麻烦，希望能够平滑荧光元件22的表面。最好，荧光元件22表面上的峰高“h”为0.1μm或更小。然而，可以注意到，较大的波纹不可能在非晶半导体层25a中产生局部集中的电场。因而，即使当峰高超过0.1μm时，这一程度还是可接受的。

第二个实施例

该实施例包括作为平滑的中间层，插入荧光元件22与导电膜24之间的一薄玻璃板。

参见图4，图4表示第二个实施例的示意图。

该实施例中的靶12包括衬底21，在衬底21的非入射面上形成的荧光元件22，作为平滑的中间层在荧光元件22上形成的薄玻璃板，在玻璃板23上形成的半透明导电膜24，以及在导电膜24上形成的光敏膜25。

衬底1、荧光元件22、导电膜24和光敏膜25具有与第一个实施例中所述相同的结构，这里将不再重复描述。

玻璃板23越薄，在平行于其平面方向上减少来自荧光元件22的光散射的性能就越好。玻璃板23的厚度例如约为50μm。至少相对于导电膜24的玻璃板23的一面是平滑的，以允许光敏膜25具有均匀的厚度。玻璃板23的这一表面上的水平差应限于0.1μm。

具有上述结构的靶12是通过例如以下方法制造的。

首先，通过真空蒸发淀积CsI：Na在玻璃板23的一面上形成荧光元件22。接着通过真空蒸发或溅射淀积ITO，在玻璃板23的另一面上形成导电膜24。然后通过真空蒸发，以所述的顺序在导电层24上形成阻挡层25b、非晶半导体层25a和阻挡层25c。当在玻璃板23上形成这些层之后，相对于荧光元件22的玻璃板23的表面，通过采用环氧树脂型或类似的粘合剂粘结到衬底21。所用的粘合剂应是在减压空气中只放出极少量气体的那种类型。

上述构成的X射线摄像管，入射X射线使荧光元件22发光，光通过薄玻璃板23和半透明导电膜24到达光敏膜25。光敏膜25的电荷倍增功能与第一个实施例中相同，这里不再加以描述。

根据本实施例，由于导电膜24和光敏膜25是在玻璃板23的平滑面上形成的，非晶半导体层25a可以具有均匀的厚度，由此可避免电场局部集中于非晶半导体层25a中。

第三个实施例

图5和图6表示第三个实施例的轮廓。可见，该实施例中的靶12包括具有平滑表面的纤维板26，通过蒸发淀积在纤维板26的一个面（X射线入射面）形成的荧光元件22，以及在纤维板26的另一面上形成的导电膜24和光敏膜25。纤维板26起半透明膜的作用，并作为荧光元件22、导电膜24和光敏膜25的支承基板。

纤维板26包括微细直径为6至25μm数量级的大量光纤，它们的外表面相互之间粘接和结合在一起，然后切成1至3mm形成一块薄板。光从纤维板26的厚度方向，而不是平行于其表面的方向传送的。纤维板26没有第二个实施例中所用玻璃板23才有的缺点。即用薄玻璃板23时，来自荧光元件22的光从厚度方向以及平行于玻璃板23表面的方向传送，由此造成分辨率较低。这一点可以通过使玻璃板23的厚度减至最小而加以避免。然而，这样将使玻璃板23易碎并难以处理。采用纤维板26后，光将不沿平行于其表面的方向散射。因此，为增加强度而加厚纤维板26应不成问题。

具有一定的强度，纤维板26可用作支承基板。因此，如图4所示的衬底21可省去，同时还有能防止X射线衰减的优点。当然，也可同时采用衬底21和纤维板26。

在第一和第二个实施例中，由铝或类似材料形成的衬底21可以成型为球面曲线，靶12，如图1所示，接收以大体上垂直于它的方向与光敏膜25相撞的电子束。然而，第三个实施例中的纤维板26因其结构限制，难以成型为弯曲的造型。图7表示一种经变换的纤维板26a，其相对导电膜24的一面形成一个凹面。这样，电子束就可以以大体上垂直于它的方向，与凹面上形成的光敏膜25笔直地相撞。

第四个实施例

图8是表示第四个实施例中，X射线摄像管的靶结构的示意图。

在该实施例中，荧光元件22在一种玻璃衬底21的一个面上形成。诸如聚酰亚胺树脂、环氧树脂或类似材料形成的平滑树脂层27，插入荧光元件22与导电膜24之间。光敏膜25在导电膜24上形成。树脂层27通过称为离心涂覆的方法形成，其中，将液态聚酰亚胺树脂或类似的材料滴到高速旋转的衬底21上，荧光元件22面朝上形成于衬底21的表面上。由此形成的树脂膜通过接下来的热处理而变硬。按照该方法，容易平滑树脂层27的表面，并可使树脂层27做得更薄。导电膜24的一端通过导电环氧树脂29电连接到嵌入衬底21的电线的一金属端28。

上述树脂层27也可用通过等离子CVD（化学蒸发淀积）或溅射涂覆在荧光元件22上的SiO或SiO₂薄膜替换。

第五个实施例

在上述每个实施例中，光敏膜25上的电位分布是通过单电子枪13发射的电子束的扫描作用而读得的。这就不可避免地要求X射线摄像管在沿电子束路径的方向上拉长。在本实施例中，为了允许X射线摄像管有较短的长度，用开关元件取代电子枪来读出导电膜25上的电位分布。其中，第一至第四个实施例中的任一种靶结构均可使用。

图9表示该实施例的轮廓。

该靶结构与图2所示第一个实施例的靶结构相类似。这样，荧光元件22、导电膜24以及光敏膜25都按上述的顺序层叠。开关元件30面向光敏膜25的阻挡层25b呈二维排列。开关元件30的数量约从几百乘几百至几千乘几千，根据X射线摄像管所要求的分辨率决定。开关元件30形成于绝缘衬底31上。该绝缘衬底31可起靶支承基底作用，由此在该实施例中可省去图2所示的衬底21。当然，也可以将衬底21用于其中。

开关元件30可用通称为薄膜晶体管（TFT）或薄膜二极管（TFD）的元件组成。前者每个晶体管包括硅半导体层、绝缘层和电极。后者一般包括非晶硅二极管和MIM（金属一绝缘体一金属）二极管，其中每个MIM二极管都有串联连接的钽电极、五氧化二钽和铬电极。

可以成功地用驱动电路32来驱动按矩阵形式排列的开关元件30。电流流过时将光敏膜25上形成的电位复原到初始电位，可以按像素为基础用信号检出电路33读出该电流。电源34连接到导电膜24上，用以将一个高压加到光敏膜25上。

以下将参照图9描述用作开关元件30的一个硅半导体TFT的例子。

首先，通过诸如等离子CVD的汽相生长方法，或通过溅射，或利用光刻工艺在绝缘衬底31足够平滑的表面上按矩阵图形制成半导体元件，并制成相应的元件电极。绝缘衬底31最好由玻璃衬底组成。为了防止TFT性能的劣化，一般含有极少钠的无碱玻璃为最合适。

此外，较佳的平滑程度应使几厘米范围内的弯曲不超过200μm，约1mm范围内的波纹不超过几个毫微米。该半导体元件可由非晶硅或多晶硅组成。

尽管采用非晶硅，该元件也可在低温下制成，此时可采用廉价的玻璃，故具有经济的优点。多晶硅比之非晶硅允许在TFT元件内有更高的载流子迁移率。这样，从器件性能的角度考虑，最好用多晶硅。

光敏膜25和导电膜24通过蒸发淀积或溅射在半导体元件上制成。此外，荧光元件22用蒸发淀积在导电膜24上形成。

由于该实施例不依靠电子束读出光敏膜25上的电位分布，故靶无需像前述实施例那样包含在真空玻壳内。然而，由于由CsI：Na组成的荧光元件22包含开关元件30的整个靶结构最好密封或设置在真空容器中，以防止因吸潮而降低光发射性能。

以下将参照图10所示的等效电路，描述对光敏膜25上所形成的电位的读出。

光敏膜25在结构上提供了一个检测部分。从整体上看，它是一张完整的膜，但从电学上看，它包括分别由平行电路所表示的各个像素，每个平行电路都有电容器和电阻器。通过电源34将集成的光敏膜25维持在相同的电位。

荧光元件22当X射线入射其中时即发射光，然后光通过半透明导电膜24进入光敏膜25。当光进入光敏膜25的每个像素时，储存在电容器中的电位根据入射光量改变。

假定驱动电路32选择线路（i），线路（i）上的TFT元件导通，允许电流流过重新对相应的像素充电，由此可使像素复原到初始电位、电流量作为信号可由各列[j-1，j，j+1，……]上的信号检出电路33读出。

由信号检出电路33输出的信号，可以通过采样保持电路（未图示）、多路调制器（未图示）和模一数转换器（未图示）传送，作为数字图像信号被记录。也可以将一个合适的定时电路（未图示）结合进系统中，将该信号用作模拟图像信号，例如电视信号。

接下来描述将非晶硅半导体元件用作开关元件30的例子。其靶结构与图9中所示的相同。

首先，通过汽相生长法在充分平滑的玻璃衬底表面上淀积非晶硅。接着，利用光刻工艺按矩阵图形制成二极管元件。每个二极管元件都包括一驱动电极以及一信号读出电极，这些电极均按矩阵图形排列。然后，按所述顺序在二极管元件上制成光敏膜25，导电膜24和荧光元件22。

由驱动电路选中的线上的二极管元件被开通。然后通过信号检出电路从各像素读出对应于光敏膜25上所形成的电位信号。

接下来将描述MIM元件用作开关元件30的例子。

首先通过溅射在充分平滑的玻璃衬底表面上淀积钽金属。然后通过光刻工艺将不想要的部分除去。

接着，通过阳极氧化对钽金属的表面进行氧化以形成五氧化二钽，再进一步通过溅射淀积铬金属，并像处理钽金属那样除去不想要的部分。

在通过上述工艺制成MIM二极管之后，再在这些元件上形成光敏膜25和导电膜24，随后形成荧光元件22。

由驱动电路选中的线上的MIM元件被开通。然后通过信号检出电路从各个像素读出对应于光敏膜25上所形成的电位信号。

由于上述元件仅通过少量的工艺步骤即可形成，故上述一例是比较经济的。

接下来将参照图11描述将薄玻璃板插入荧光元件与导电膜之间的例子。

荧光元件22在薄的平滑玻璃板23上形成。此外，开关元件30、光敏膜25和导电膜24则在玻璃衬底31上形成。这两部分通过光学粘合剂35接合。尽管未作图示，最好将一聚酰亚胺层形成于导电膜24上，以平滑地接合两个平面，并保护好元件。

例如，荧光元件22由CsI：Na制成，通常认为其晶状结构随淀积表面的温度（即衬底温度）有较大的变化，适当的衬底温度范围为200至400℃。

根据该方法，利用薄玻璃板23时，用以形成光敏膜25，开关元件30以及类似部分的步骤，可以与形成荧光元件22的步骤分头进行。因此，在制作荧光元件22时，可以无需考虑因加热而使光敏膜25和开关元件30的性能降低的因素。这样就使温度控制最适合于CsI：Na的蒸发淀积。

当蒸发淀积以高速率进行时，也无需考虑淀积表面上的温度增高。因而，CsI：Na可以在较短的时间内淀积，荧光元件22在最佳条件下形成，不会因光敏膜25和类似部分的加热而使性能劣化。

在图11所示的例子中，玻璃板23可用第三个实施例中所述的纤维板替换。

图12表示用纤维板的一例。

导电膜24和光敏膜25分别通过溅射和蒸发淀积，在光学抛光的纤维板26的一面上形成。荧光元件22则在纤维板26的另一面上形成。每个组成部分都是单一的薄膜。。不再划分为各个像素。这样，所有薄膜均可相当方便地形成，无需像光刻那样高精度的定位技术。

另一方面，开关元件30按矩阵图形在玻璃衬底31上形成，导电粘合剂36用以接合开关元件30与纤维板26上所形成的光敏膜25。

导电粘合剂可以包括市售的银作为其主要成分。也可以利用半球形碰焊，以低温接合开关元件30与光敏膜25，提供各个像素。或采用汞型化合物接合这些部分。

在该例中，荧光元件22和光敏膜25在同一纤维板26上形成。首先，荧光元件22可以在纤维板26的一面上形成，后者同时进行加热。之后，光敏膜25可以在纤维板26的另一面上形成。这样，当形成荧光元件22时，就可以有效地防止因加热而降低光敏膜25的性能。

图13表示对第五个实施例所作的另一种变换。

在该例子中，按所述的顺序在铝或玻璃衬底21上形成荧光元件22、树脂层（或SiO或SiO₂层）27、导电膜24以及光敏膜25。另一方面，如同图12中所示的例子那样，按矩阵图形在不同的玻璃衬底31上形成开关元件30。通过导电粘合剂36将开关元件30与衬底21上形成的光敏膜25接合。

第6个实施例

在该实施例中，电子束由多个线状阴极发出，并由电子束控制装置控制，以扫描一个靶，并读出光敏膜上的电位分布。这一结构可实现一种薄的X射线摄像管。

以下将参照图14描述该实施例中的X射线摄像管。

该实施例采用第一个实施例中所述的靶。于是，衬底21、荧光元件22、导电膜24以及光敏膜25均按所述的顺序从X射线入射面起排列。另一方面，靶结构也可以采用第二个实施例（图4）、第三个实施例（图6）和第四个实施例（图8）中所述的任一种形式。

电子束发生装置设置在靶12的光敏膜25的对面，用以读出光敏膜25上的电位分布。按图14中从左至右的顺序，该装置包括背衬电极41、线状阴极42（相当于电子束源）、垂直会聚电极43a和43b、垂直偏转电极44、电子束流控制电极45、水平会聚电极46、水平偏转电极47、电子束加速电极48以及减速电极49。靶12和电子束发生装置封装在扁平真空玻壳中。

相当于电子束源的每个线状阴极42经支承沿水平方向沿伸，以产生可水平线性展开的电子束。将多个线状阴极42按适当间距垂直排列。该实施例包括63个线状阴极42（为简便起见，图14中仅示出4个）。这些线状阴极42例如通过用氧化阴极材料涂覆线径为10至29μm的钨丝表面而形成。如以下将要描述的那样，线状阴极42经控制可由顶部至底部依次发射电子束，每个阴极都有一个固定时间。该线状阴极42可以由多个按二维排列的锥形电极所替换。

背衬电极41的作用是对后面将描述的垂直会聚电极43a产生电位梯度，抑制其它线状阴极42产生电子束，而受控线状阴极42可以在一个固定时间内发射电子束，并允许所产生的电子束只能向前传送。背衬电极41可以由加到上述玻壳内后壁的导电材料形成。

垂直会聚电极43a采用导电板51的形式，在相对于线状阴极42的位置上，分别开有多条沿水平方向的细长缝隙50。由线状阴极42发出的每一电子束，通过其中的一条缝隙50而得到垂直会聚。

每条缝隙50可以采用以适当的间距设置的一长条。另一方面，每条缝隙也可以采用以极小的间距水平设置的一行通孔（这样，通孔几乎是一个接一个连续排列的），实际上也起到缝隙的作用。垂直会聚电极43b与电极43a相似。

每个垂直偏转电极44在相当于一条缝隙50的中间部分的范围内作水平延伸。每个垂直偏转电极44都包括分别加到绝缘衬底52的上、下面的导体53a和53b。垂直偏转电压加在相对的导体53a与53b之间，以垂直偏转电子束。

在该实施例中，一对导体53a和53b垂直偏转来自线状阴极42的电子束，确定相应的16条线。该实施例包括64个垂直偏转电极44，可提供相应于63个线状阴极42的63对导体。因此，电子束垂直偏转时，可在靶12的光敏膜25上显示1，008条水平线。

每个电子束流控制电极45由一条导电板55和设置在其中的一条垂直细长缝隙54组成。控制电极45按适当的间距水平排列。该实施例包括了100条控制导电板55（为了简化，图14中仅示出10条）。该电子束流控制电极45从水平扫描的起始端依次接收一个电子束选择信号。每个电子束流控制电极45仅在电子束选择信号收到期间才允许电子束通过，而其它电子束流控制电极45则不让电子束通过。依次通过电子束流控制电极45的每一电子束，用来读出来自水平排列的10个像素的信号（即光敏膜25上的电位分布）。因此，在该实施例中，光敏膜25上的电位分布水平读出时，可有来自1，000（100×10）个像素的信号。

水平会聚电极46用导电板57的形式，上面设有分别与电子束流控制电极45中的缝隙54相对的多条（例如100条）垂直的细长缝隙54。每束电子束都水平会聚成一束薄的电子束，相当于一个像素的尺寸。

每个水平偏转电极47都采用导电板58的形式，后者在对应于一条缝隙56的中间部分垂直延伸一段范围。水平偏转电压加在相邻的偏转电极47之间。结果，在相邻偏转电极47之间通过的电子束被水平偏转，以水平扫描光敏膜25上对应于10个像素的区域。

加速电极48采用导电板59的形式，后者在类似于垂直偏转电极44的位置上水平延伸。这些加速电极48用来拉或吸引电子束。

减速电极49采用带大量微孔的筛网导体60的形式。减速电极49具有在靶12的光敏膜25前迅速使电子束减速，并引导电子束垂直进入光敏膜25的作用。

在具有上述结构的X射线摄像管中，每一电子束都在水平偏转电极47的作用下进入靶12的光敏膜25，水平扫描光敏膜25上对应于10个像素的区域，以读出该区域内的电位分布。当具有10个像素的区域被读出后，电子束流控制电极45换向使电子束路径水平移动相应于10个像素的程度。于是，电子束扫描下一个区域的10个像素，以读出该区域的电位分布。接着，电子束流控制电极45依次换向，以读出光敏膜25上一条水平线上的全部电位分布。当一条线上的电位分布读出后，背衬电极41和垂直会聚电极43a、43b换向，电子束由此从下一个低位的线状阴极42发出，以上述的方式读出光敏膜25上另一条水平线上的电位分布。如此，有选择地驱动线状阴极42，以便在光敏膜25的整个区域上读得电位分布。

在不脱离其精神或基本属性的情况下，本发明还可以以其它特定的方式实施，因此，本发明的范围应当依据所附的权利要求书，而不是前述的说明书。

Claims

1、一种用以将透射的X射线图像转换为电信号的X射线摄像管，包括：

荧光元件，用以接收呈二维分布的透射X射线，并将该透射X射线转换为呈二维分布的可见射线；

半透明导电膜，它光耦合到荧光元件上与其X射线入射面相反的一面，该半透明导电膜承受一个高电压；

光敏膜，它层叠在半透明导电膜上，并包括一非晶半导体层，用以通过半透明导电膜将以二维分布透射的可见射线转换为按二维分布的电荷，并在加到半透明导电膜上的高压所形成的电场下，倍增按二维分布的电荷；以及

2、如权利要求1所述的X射线摄像管，其特征在于，所述非晶半导体层用硒作为其主要成分。

3、如权利要求1所述的X射线摄像管，其特征在于，所述非晶半导体层在其相反的两面分别形成阻挡层，以阻挡电荷进入所述的非晶半导体层。

4、如权利要求1所述的X射线摄像管，其特征在于，所述荧光元件具有针状晶体结构的搀钠（Na）碘化铯（GI：Na）结构。

5、如权利要求4所述的X射线摄像管，其特征在于，所述半透明导电膜紧贴所述荧光元件形成，所述荧光元件具有接触所述半透明导电膜的平滑面。

6、如权利要求4所述的X射线摄像管，其特征在于进一步包括设置在所述荧光元件与所述半透明导电膜之间的中间层，所述中间层具有至少一个相对所述半透明导电膜的平滑面。

7、如权利要求6所述的X射线摄像管，其特征在于，所述中间层为薄玻璃板。

8、如权利要求6所述的X射线摄像管，其特征在于，所述中间层是由其外表面之间相互联接的大量光纤集束而成的纤维板。

9、如权利要求8所述的X射线摄像管，其特征在于，所述纤维板也可以用作包括所述荧光元件，半透明导电膜和光敏膜在内的靶结构的支承基板。

10、如权利要求8所述的X射线摄像管，其特征在于，所述纤维板具有与所述半透明导电膜相对的球状凹形面。

11、如权利要求6所述的X射线摄像管，其特征在于，所述中间层是在所述荧光元件上形成的树脂层。

12、如权利要求6所述的X射线摄像管，其特征在于，所述中间层是在所述荧光元件上形成的氧化硅薄膜。

13、如权利要求6所述的X射线摄像管，其特征在于，所述中间层是在所述荧光元件上形成的二氧化硅薄膜。

14、如权利要求1所述的X射线摄像管，其特征在于，所述信号读出装置包括用电子束二维扫描所述光敏膜的单电子枪。

15、如权利要求1所述的X射线摄像管，其特征在于，所述信号读出装置包括二维设置在所述光敏膜上的一组开关元件。

16、如权利要求1所述的X射线摄像管，其特征在于，所述信号读出装置包括电子束发生装置，它包括：

用作电子束源的多个线状阴极，它们相对靶结构中荧光元件的一面并列设置，该靶结构包括所述荧光元件，所述半透明导电膜和所述光敏膜;

设置在所述线状阴极后面的多个背衬电极，它们分别与所述线状阴极成对应的关系;

设置在所述线状阴极前面并与之成对应关系的垂直会聚电极，用以产生相对所述背衬电极的电位梯度，由此仅允许所选的一个线状阴极产生电子束，并垂直会聚和推动所述电子束向前;

与所述线状阴极成对应关系设置的多个垂直偏转电极，用以垂直偏转已通过所述垂直会聚电极的电子束;

多个电子束流控制电极，作用于已通过所述垂直偏转电极的电子束，沿一条水平线依次转换所述电子束的路径;

与所述电子束流控制电极相关的多个水平偏转电极，用以水平偏转已通过所述电子束流控制电极的电子束;

多个加速电极，用以将已通过所述水平偏转电极的电子束拉向所述的靶结构;以及

用以在所述靶结构前对已通过所述加速电极的电子束进行减速的减速电极。