CN1550023A - X射线图像检测器的制造方法和制造装置及x射线图像检测器 - Google Patents

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Abstract

一种X射线图像检测器的制造方法，在构成X射线图像检测输入部的输入基板(21)上，形成将X射线变换成光的CsI膜等X射线发光荧光膜(22)。对X射线发光荧光膜(22)的表面部分照射具有波长500nm以下的高能光。利用照射高能光，使X射线发光荧光膜(22)的表面部分局部升华及/或熔融而平整。通过利用激光那样的高能光，从而能有效并均匀地使X射线发光荧光膜的表面部分变得平坦。

Description

X射线图像检测器的制造方法和 制造装置及X射线图像检测器
技术领域
本发明有关用于医疗诊断装置或无损检查装置等的X射线图像检测器的制造方法和制造装置、及X射线图像检测器。
背景技术
X射线图像检测器是一种将透过被摄体的X射线变换成可见光的装置，作为X射线图像增强管等用于医疗诊断装置或无损检查装置等。
这种X射线图像检测器具有这样的结构，例如在金属或玻璃的真空管壳的两端，设置将X射线变换成光电子的输入部及将光电子变换成可见光的输出部。在输入部和输出部之间，配置将从输入部射向输出部的光电子加速并聚焦的聚焦电极及阳极。射入X射线图像检测器的X射线图像，经输入部和输出部，作为可见光图像输出。而且，通过用CCD摄像机等拍摄X射线图像检测器输出的可见光图像，能在电视监视器等装置上显示被摄体图像。
X射线图像检测器的输入部例如由以下几部分构成，包括例如具有拱形凹面的输入基板、用蒸镀法在该输入基板的凹面上形成的CsI(碘化铯)膜等X射线发光荧光膜、形成于该X射线发光荧光膜上的透明导电膜、及形成于该透明导电膜上的光电面。构成X射线发光荧光膜的CsI膜采用相对于输入基板近似垂直生长的CsI的柱状晶体体的聚集体。CsI的柱状晶体互相以微细的间隙分离，由于沟道间的分离精度提高，所以能获得相当高的析象特性。
上述以柱状晶体为主体的CsI膜，在柱状晶体之间互相以微细的间隙分离，另外还具有由柱状晶体的端部形成的凹凸。当在这样的CsI膜上形成透明导电膜、或光电面之时，由于在上述表面方向的电气导通性能降低，或者变得不能导通，所以必须使以柱状晶体为主体的CsI膜表面连续并平坦。关于CsI膜的连续化，所知的方法例如如特开平2-170331号公报所述，在高真空下，在以柱状晶体为主体的CsI膜上形成CsI的连续膜。
用上述形成CsI连续膜的方法招致成膜时间延长等，同时对于CsI膜的表面平整不能获得满意的效果。另外，采用让大量的金属球在以柱状晶体为主体的CsI膜上滚动的方法，使CsI膜的表面连续而平整(参照特开平3-22325号公报、或特开平3-280325号公报)。该方法是一种通过利用金属球的重量使柱状晶体的顶部塑性变形、使CsI膜的表面部分连续并平整的方法。
但是，用上述利用球的平整方法，由于必须要将球的重量均匀地加在整个CsI膜上，所以CsI膜的平整所需加工时间延长。又因球的运动是不规则的，因此难以控制CsI膜的平坦性。而为了控制平坦性要使球的运动具有规律性时，又会由于其有规律的运动而产生不利于平坦性的问题。
另外，特开2001-93415号公报中还记述了一种方法，它是通过沿输入基板的凹面(例如球形面)移动的辊子，在对以柱状晶体为主体的CsI膜加热的状态下加压，使CsI膜的表面连续并平整。按照这一方法，能提高CsI膜平整的可控性，但另一方面，平整使用的辊子的移动路径受到限制，所以输入基板的形状限于凹面。
本发明之目的在于提供一种能有效并均匀地使X射线发光荧光膜平整的X射线图像检测器制造方法及制造装置。另一目的为利用这种平整方法，提供使X射线图像的清晰度、或显示精度等更进一步提高的X射线图像检测器。
发明内容
本发明的X射线图像检测器的制造方法的特征为，包括在构成X射线图像检测器的输入部的输入基板上形成将X射线变换成光的X射线发光荧光膜的工序；及向所述X射线发光荧光膜照射具有500nm以下波长的高能光、并使所述X射线发光荧光膜表面部分升华及/或熔融而平整的工序。
另外，本发明的X射线图像检测器的制造装置的特征为，具有向在构成X射线图像检测器输入部的输入基板上形成的X射线发光荧光膜、照射具有波长500nm以下的高能光的高能光发光源；及使形成所述X射线发光荧光膜的所述输入基板、沿所述高能光的照射方向及与所述照射方向垂直的方向移动的移动机构。
本发明中，最好照射X射线发光荧光膜的高能光其总能量控制在1×10-2～5×10-2J/mm2的范围。另外，最好使高能光照射X射线发光荧光膜的时间在10～20nsec的范围。
本发明的X射线图像检测器的制造方法及制造装置中，例如通过对CsI膜构成的X射线发光荧光膜照射高能光，使X射线发光荧光膜表面部分局部升华及/或熔融从而平整。因此，能使X射线发光荧光膜表面部分有效且均匀地平整并连成一片。还有，因高能光照射范围能根据输入基板的凹面形状等进行控制，所以可适用于各种X射线图像检测器。
本发明的X射线图像检测器是一种包括真空管壳、输入部及输出部的X射线图像检测器，所述输入部设于所述真空管壳之一端部，并具有依次在输入基板上形成的X射线发光荧光膜、透明导电膜和光电面，它将射入的X射线图像变换成光电子图像，所述输出部设于所述真空管壳之另一端部，它将所述光电子图像变换成可见光图像输出，所述X射线图像检测器其特征在于，所述X射线发光荧光膜的表面利用高能光的照射而平整，并在设所述高能光的照射轨迹间距为X[μm]、所述输出部输出的所述可见光图像的摄像部或显示部的像素数量为Y时，所述高能光的照射轨迹间距X[μm]满足X≤1.48×108/Y的条件。
附图说明
图1为表示应用本发明制造方法的X射线图像检测器一构成例的概要结构图。
图2为放大表示图1所示的X射线图像检测器的输出部的剖视图。
图3为表示本发明一实施形态的X射线图像检测器的制造装置的概要结构图。
图4为表示采用5nm厚的碘化铯(CsI)作X射线发光荧光膜时光的波长与透射率之间的特性图。
图5A及图5B为表示根据本发明的CsI膜的平整工序剖面示意图。
图6为表示按照本发明的实施形态对每件试样的CsI膜照射高能光的总能量的示意图。
图7为表示按照本发明一实施形态在平整后的CsI膜的表面状态。
具体实施方式
以下，说明实施本发明的形态。
先参照图1说明应用本发明制造方法的X射线图像检测器的构成。图1为表示应用本发明制造的X射线图像检测器一构成例的概要构造图。图1表示作为X射线图像检测器的一例的X射线摄像管。还有，图1所示的X射线摄像管亦是表示本发明的X射线图像检测器的一实施形态。
上图所示X射线摄像管10具有金属或玻璃组成的真空管壳。真空管壳11构成X射线摄像管10的外壳，其内部例如维持1×10-5Pa以下的真空。真空管壳11具有设于其一端部(X射线射入侧)的输入窗12、及设于其另一端部(取出输入图像侧)的输出窗13。
输入部14设于真空管壳11的输入窗12的真空侧，另外输出部15设于输出窗13的真空侧的表面。输入部14与输出部15之间配置多个筒状聚焦电极16、17、18，再在输出部15的附近配置筒状阳极19。还有图1中，符号m表示管中心轴。
X射线摄像管10的输入部具有例如如图2所示的结构。图2中，符号21为具有拱形凹面的输入基板，该输入基板21例如由Al(铝)基板或Be(铍)基板组成。输入基板21的周围设置将输入基板21固定在真空管壳11上用的凸缘21a。
在输入基板21的拱形凹面上，形成将射入X射线摄像管10的X射线变换成光的X射线发光荧光膜22。X射线发光荧光膜22例如由输入基板21的拱形凹面上在0.1～0.5Pa的N2(氮气)的气氛中蒸镀的碘化铯(CsI)膜构成。作为X射线发光荧光膜的CsI膜22以柱状晶体为主体，CsI的柱状晶体之间互相以微细的间隙分离。通过将这样的CsI膜22用作为X射线发光荧光膜，能提高闪烁器的沟道间的分离精度。
在上述的CsI膜22上，例如形成ITO导电膜23作为透明导电膜。再在ITO导电膜23上形成一层将用CsI膜22变换后的光再变换成电子的光电面24。利用这些输入基板21和各层22、23、24，构成输入部14。另外，输入部14也能直接形成于真空管壳11的输入窗12的内表面。
在具有上述构成的X射线摄像管10中，首先透过被摄体的X射线通过输入窗12射入输入部14。射入X射线摄像管10的X射线(X射线图像)在输入部14变换成光电子(光电子图像)，再由聚焦电极16～18及阳极19加速、聚焦，入射至输出部15。光电子(光电子图像)在输出部15变换成可见光(可见光图像)，通过输出窗13向外部输出。
X射线摄像管10向外输出的可见光图像，用图中未示出的CCD摄像机等的摄像部拍摄，再通过摄像机控制单元等，送到电视监视器等显示部。这样，具有通过被摄体时的信息(根据被摄体吸收或散射的X射线的信息)的X射线图像作为被摄体图像在电视监视器等显示部上显示。
以下，对将本发明的制造方法及制造装置用于上述X射线摄像管10的制造工序的实施形态进行说明。图3为表示本发明一实施形态的X射线摄像管的制造装置(X射线发光荧光膜平整装置)的概要结构图。还有，在图3中，与图2对应的部分(X射线摄像管的输入部14)标注相同的符号，部分重复的说明省略。
图3所示的X射线摄像管10的制造装置(X射线发光荧光膜平整装置)，具有使X射线发光荧光膜(图3中为CsI膜22)的表面部分升华及/或熔融并平整的高能光L的发光源31。这里，照射X射线发光荧光膜的高能光L采用有500nm以下的波长的光。
高能光L的波长一超过500nm，则从图4可知，用CsI不太能吸收高能光L，高能光L的能量不能充分地传给X射线发光荧光膜的表面。其结果，X射线发光荧光膜(CsI膜22)不能很好地进行平整。
再有，透过X射线发光荧光膜的光L将加热输入基板21(例如A1基板)，以这部分热量加热X射线发光荧光膜，将导致CsI膜22从基板21上剥离，或由于熔化使CsI柱状晶体间的微细的间隙消失，在X射线图像增强管的图像上产生亮斑或清晰度下降等，高能光L的波长最好在400nm以下，理想的为250nm以下。
照射在X射线发光荧光膜上的高能光L最好有能将相当大的能量在短时间内传递给X射线发光荧光膜的输出。因为若用输出[W/mm2]小的光，将某一能量[J/mm2]传给X射线发光荧光膜所用的照射时间[sec]将变长，所以不仅X射线发光荧光膜的表面部分产生变性，而且内部也会产生变性等。
照射X射线发光荧光膜的高能光L的总能量，考虑到X射线发光荧光膜的表面平整效果及膜的特性的维持效果等，最好为1×10-2～5×10-2J/mm2的范围。因此，对于高能光L最好使用具有能在短时间(例如20nsec以下，最好10～20nsec)实现这种总能量的输出能量的光。激光适于用作这种高能光L。激光的具体种类在考虑到波长或输出能量等因素后再作适当的选择。
作为具有上述波长和高输出的光，例如可举出准分子激光。准分子激光器的振荡频段集中在紫外线区域，并且脉宽窄(例如10～30nsec)，另外，峰值输出及平均输出也大。图3所示的制造装置(平整装置)具有激光光源作为高能光L的发光源31，激光光源31最好用准分子激光装置。
在将本实施形态的平整装置用于CsI膜22进行平整的情况下，最好如上所述用准分子激光装置作为激光光源31。用作激光光源31的准分子激光装置为包括氩、氪、氙等稀有气体或与这些气体一起的卤素气体在内的激光装置。例如脉冲状地产生激光L。激光L的脉冲时间如上所述最好在10～20nsec的范围。准分子激光装置例如有193～351nm的振荡波长。
在上述激光光源31的照射口附近，配置监视激光L的焦点位置的传感器32。在激光光源31的下方配置图2中所示的拱形输入基板21。如图2所示，在输入基板21的凹面部分形成CsI膜22。输入基板21的被其凹面部分的外沿E包围的圆形开口面配置在与激光光源31输出的激光L的照射方向垂直的方向。
输入基板21固定在XYZ平台33的支持构件34上，支持构件34与驱动装置35连接。XYZ平台33一进入动作状态，支持构件34就在箭头Y1所示的激光L的照射方向(图中上下方向)、及箭头Y2所示的与激光L的照射方向垂直的方向(图中的左右方向)上移动。再有，XYZ平台33使支持构件34沿与箭头Y1及Y2的两个方向分别垂直的方向(图中的前后方向)移动。这样，XYZ平台33具有能使输入基板21在三维方向上移动的结构。
上述实施形态的制造装置(平整装置)中，从激光光源31向输入基板21上的CsI膜22照射激光L。当照射激光L之时，最初这样配置输入基板21，例如使得CsI膜22的图中左侧的边沿22a位于激光光源31的照射口的正下方。然后驱动XYZ平台33，沿箭头Y2所示的向左的方向移动输入基板21。与此同时，也使其在图的前后方向上移动，从而输入基板21能在二维方向上移动。输入基板21最终一直移动到CsI膜22的图中右侧的边沿22b位于激光光源31的照射口正下方的位置。
这时，因输入基板21有拱形凹面，所以随着输入基板21的移动，激光光源31和CsI膜22之间的间距变化。于是，随着输入基板21的水平方向的移动，通过沿箭头Y1所示的激光L的照射方向移动，从而控制激光光源31和CsI膜22之间的间距始终保持一定。而且，在照射激光L时，在激光光源31和CsI膜22之间的间距发生变动时，利用传感器32检测出变动量，并进行控制，消除该变动量。
图5A为表示蒸镀阶段(激光L照射之前)的CsI膜22的微细构造的剖面示意图。图5B为表示激光照射后的CsI膜22的微细结构的剖面示意图。从图5A的CsI膜22的表面P和图5B的CsI膜22的表面Q的对比可知，通过激光L照射CsI膜22的表面部分，能使CsI膜22的表面均匀平整。
下面再详述柱状晶体为主体的CsI膜22的平整。用蒸镀法形成的CsI膜22，例如如图5A所示，以柱状晶体25为主体，在这些柱状晶体25之间存在微细的间隙26。在这种CsI膜22的表面P上存在着因柱状晶体25顶部形成的凹凸。再由于柱状晶体25之间的微细间隙26，CsI膜22的表面部分变成不连续的状态。
当上述激光L等高能光照射在CsI膜22的表面部分之时，如图5B所示，用相当大的能量使CsI膜22的表面部分局部升温，从而升华及/或熔融。由于激光L集中照射CsI膜22表面存在的凹凸的凸出部分，故在该凸出部分升温，从而升华及/或熔融变得平坦，同时相邻的柱状晶体25之间融合并连在一起。因激光L等高能光对CsI膜22表面部分短时间局部加热，所以加热未及CsI膜22的主体部分，柱状晶体25之间依然维持以微细的间隙26分离的状态。
本形态中，照射CsI膜22表面的激光L等高能光的总能量，最好如前所述，控制在1×10-2～5×10-2J/mm2的范围中。另外，激光L等高能光的照射时间(例如激光L的脉冲时间)最好为10～20nsec的范围。
图6表示按照这一实施形态进行平整的对各试样(A～H)照射激光L的总能量。对于照射激光L的总能量不到1J/mm2的试样A、B，其CsI膜不能获得良好的平坦特性。对于总能量超过5J/mm2的试样G、H，其CsI膜发生剥落。对于与此相反，照射的总能量在1～5J/mm2范围内的试样C、D、E、F，均能获得良好的平坦特性。因此，照射X射线发光荧光膜的总能量最好在用符号W所示的1～5J/mm2的范围内。照射X射线发光荧光膜的高能光的总能量在2～5J/mm2的范围内则还要好。
如上所述，通过激光L等高能光照射整个CsI膜22，能有效并均匀地使CsI膜22的表面部分平整并及连在一起。对于CsI膜22，如上所述，利用准分子激光装置作为激光光源31是相当有效的。准分子激光装置产生的激光，对CsI膜22的透射率小，能有效加热CsI膜22。所以能短时间平整CsI膜22的表面部分。这样，根据本发明，就能高效并均匀地将CsI膜22等X射线发光荧光膜的表面部分平整并连在一起。
还有，激光L等高能光的照射区域，如前所述，能根据输入基板(A1基板)21的凹面形状进行三维控制。换言之，不受输入基板21的凹面形状限制。因此，本发明的制造方法及制造装置适用于各种形状的X射线图像检测器。
在经过平整工序的CsI膜22上形成由ITO导电膜23等构成的透明导电膜和构成光电面24的一层。这样制成X射线摄像管10的输入部14。将这样的输入部14依照通常的方法，装入有图1所示的输出部13、筒状聚焦电极16、17、18、筒状阳极19等的真空管壳11中，从而得到所需的X射线摄像管10。
本发明实施形态的X射线图像检测器(X射线摄像管10)具有照射激光L等高能光的CsI膜22作为X射线发光荧光膜。CsI膜22的表面部分通过激光L等高能光的照射而变得平坦及连在一起。图7为表示激光L照射CsI膜22后的表面状态的示意图。图7中，符号27表示激光L的照射轨迹。
照射激光L，使其照射轨迹间距×[μm]为规定的值，这里，激光L的照射轨迹间距×是这样设定的，即从例如输入基板21的中心向外周部分引一条辅助线，使其沿垂直于照射轨迹的方向横穿过，将该辅助线三等分，测定其中间三分之一部分的间距，用测定值的平均值表示。
激光L的照射轨迹间距X[μm]具体这样设定，即在设拍摄X射线摄像管10输出的可见光图像的摄像部(例如CCD摄像机)的像素数量、或显示用该摄像部拍摄的被摄体图像的显示部(例如电视监视器)的像素数量为Y时，使其满足X≤1.48×108/Y的关系。像素数Y在摄像部及显示部的像素数量之中任选一个大的值。
例如，在使用40万像素的CCD摄像机或电视监视器的场合，根据上述X、Y的关系式，激光L的照射轨迹间距X设在370μm以下。当激光L的照射轨迹间距X超过370μm时，则激光L的照射轨迹作为噪声显示。使用其它像素数量的CCD摄像机或电视监视器也一样。换言之，通过设定激光L的照射间距X，使得满足上述的X和Y的关系式，从而能提高被检测体图像清晰度及显示精度等。
还有，上述实施形态中说明的例子是，在对CsI膜22等X射线发光荧光膜照射激光时，使A1基板等输入基板21沿水平方向移动，同时沿垂直方向移动。但输入基板的移动也可以其中心为轴作旋转移动。即激光从输入基板的中心向外侧沿螺旋轨迹照射。采用这种照射方法的情况下，通过满足上述X和Y的关系式，也能够获得良好的平坦特性和显示精度。
工业上的实用性
根据本发明的X射线图像检测器的制造方法及制造装置，能高效地获得表面部分十分平坦的X射线发光荧光膜。有助于提高有这种X射线发光荧光膜的X射线图像检测器的X射线图像(被检体图像)的析象特性及显示特性。

Claims (12)

1.一种X射线图像检测器的制造方法，其特征在于，包括
在构成X射线图像检测器的输入部的输入基板上形成将X射线变换成光的X射线发光荧光膜的工序；及
对所述X射线发光荧光膜照射具有500nm以下波长的高能光、并使所述X射线发光荧光膜表面部分升华及/或熔融而平整的工序。
2.如权利要求1所述的X射线图像检测器的制造方法，其特征在于，
照射所述X射线发光荧光膜的所述高能光的总能量为1×10-2～5×10-2J/mm2的范围。
3.如权利要求2所述的X射线图像检测器的制造方法，其特征在于，
使所述高能光照射所述X射线发光荧光膜的时间为10～20nsec。
4.如权利要求1所述的X射线图像检测器的制造方法，其特征在于，
使用激光作为所述高能光。
5.如权利要求1所述的X射线图像检测器的制造方法，其特征在于，
使用以柱状晶体为主体的CsI膜作为所述X射线发光荧光膜，并用所述高能光使所述CsI膜的柱状晶体的顶部升华及/或熔融而平整并连成一片。
6.一种X射线图像检测器的制造装置，其特征在于，包括，
对在构成X射线图像检测器输入部的输入基板上形成的X射线发光荧光膜、照射具有波长500nm以下的高能光的高能光发生源；
及使形成所述X射线发光荧光膜的所述输入基板、在所述高能光的照射方向及与所述照射方向垂直的方向移动的机构。
7.如权利要求6所述的X射线图像检测器的制造装置，其特征在于，
所述高能光发光源具有激光光源。
8.如权利要求6所述的X射线图像检测器的制造装置，其特征在于，
照射所述X射线发光荧光膜的所述高能光其总能量控制在1×10-2～5×10-2J/mm2的范围内。
9.如权利要求8所述的X射线图像检测器的制造装置，其特征在于，
使所述高能光照射所述X射线发光荧光膜的时间为10～20nsec的范围。
10.一种X射线图像检测器，是具有真空管壳、输入部及输出部的X射线图像检测器，所述输入部设于所述真空管壳的一端部，并具有在输入基板上依次形成的X射线发光荧光膜、透明导电膜、及光电面，将射入的X射线图像变换成光电子图像，所述输出部设置于所述真空管壳的另一端部，它将所述光电子图像变换成可见光图像输出，其特征在于，
通过照射高能光使所述X射线发光荧光膜的表面变得平坦，并且在设所述高能光的照射轨迹间距为X[μm]、所述输出部输出的所述可见光图像的摄像部或显示部的像素数量为Y时，所述高能光的照射轨迹间距X[μm]满足以下关系。
X≤1.48×108/Y
11.如权利要求10所述的X射线图像检测器，其特征在于，
所述X射线发光荧光膜具有以柱状晶体为主体的CsI膜。
12.如权利要求11所述的X射线图像检测器，其特征在于，
所述CsI膜的所述柱状晶体的顶部用所述高能光升华及/或熔融而变得平坦并连成一片。
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