JP2011044385A - イメージ管 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空外囲器に生じる放電に伴う発光を防止できるイメージ管を提供する。
【解決手段】 イメージ管は、光電陰極を有した入力部１０と、出力部２０と、集束電極３０及び陽極４０と、真空外囲器５０と、導電膜６０とを備えている。真空外囲器５０は、入力窓５１と、出力窓５２と、導電材料で形成され入力窓に接続された第１真空外囲器部と、絶縁材料で形成され第１真空外囲器及び出力窓間に接続され集束電極、陽極又は出力部である高圧部材が接続され上記高圧部材及び第１真空外囲器部間を絶縁する第２真空外囲器部と、を有している。真空外囲器５０は、入力部１０、集束電極３０、陽極４０及び出力部２０を収容している。導電膜６０は、第２真空外囲器部の真空側の表面上に形成され、電気的に浮動状態であり、高圧部材及び第１真空外囲器部間の絶縁性を維持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、イメージ管に関する。

イメージ管は、医療用診断装置や工業用非破壊検査装置等に使用されている（例えば、特許文献１参照）。イメージ管としては、例えばＸ線イメージ管が知られている。Ｘ線イメージ管は、入力部と、集束電極と、陽極と、出力部と、真空外囲器とを備えている。入力部、陽極、集束電極及び出力部は、真空外囲器内に収容されている。

入力部は、入力蛍光面と、入力蛍光面に接した光電陰極（光電面）とを有している。出力部は、出力蛍光面を有している。集束電極としてはＧ１電極、Ｇ２電極、Ｇ３電極と呼ばれる３個程度の電極で形成されている。真空外囲器は、入力窓、出力窓、ガラス外囲器部、さらに多くのイメージ管では金属外囲器部を有している。金属外囲器部は入力窓に接続されている。ガラス外囲器部は金属外囲器部、又は入力窓と出力窓に接続されている。

一般的なＸ線イメージ管の動作原理について説明する。外部から入力窓を透過して入力部にＸ線が入射されると、入力蛍光面にＸ線像が作られる。Ｘ線像は入力蛍光面で可視光像に変換される。可視光像は光電陰極で電子像に変換される。光電陰極は、電子像から電子（光電子）を放出する。

光電陰極から放出される電子は、集束電極及び陽極により加速集束され、出力部に入力される。出力部に電子が入力されると、出力蛍光面に電子像が作られる。電子像は、出力蛍光面で可視光像に変換され、明るい画像として出力窓から外部に出力される。例えば、医療用としてＸ線ＴＶ（テレビジョン）として使用する場合、上記Ｘ線イメージ管は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像デバイスが組合される等され、利用される。

陽極や出力部は出力窓、またはその近傍に形成されている。陽極や出力部には３０ｋＶ前後の電圧が印加されている。Ｇ３電極はガラス外囲器部に接続されている。Ｇ３電極には２乃至２０ｋＶ程度の電圧が印加される。金属外囲器部には、０乃至数百Ｖの電圧しか印加されない。このため、ガラス外囲器部は、３０ｋＶ程度の電位差を保持する必要性がある。

特開平２−３２６３号公報

上記光電陰極（光電面）は、真空外囲器内を真空排気した後に形成される。一般的に、光電陰極は、アルカリ金属蒸気を使用して形成される。このアルカリ金属蒸気は、真空外囲器内で吸着と再放出を繰り返し、一様に分散してしまう。このため、真空外囲器にて電気的絶縁性を有しているガラス外囲器部の内面や、この付近の金属外囲器部内面にもアルカリ金属蒸気が付着する。これにより、金属外囲器部等の金属面から電子が放出しやすくなってしまう。

金属外囲器部の内面に微小突起部等の急激な電位勾配が形成されると、電子が金属外囲器部の電位勾配部分から放出されることになる。電子が放出されると、金属外囲器部及びガラス外囲器部間に大放電が生じる恐れがある。

また、アルカリ金属蒸気が付着した金属外囲器部の表面は、通常の金属外囲器部の表面に比べ、電子放出のし易さの目安である仕事関数が低い。例えば、金属外囲器部の形成材料の鉄では４ｅＶ以上であるが、代表的なアルカリ金属であるＫ（カリウム）では２ｅＶ以下である。このため、金属外囲器部の内面に形成された突起部が微小でも、電子が放出する原因となってしまう。

大放電により、１つの突起部が除去される場合もあるが、新たな突起部が形成される等、金属外囲器部の内面を荒らす作用もある。このため、何時までも大放電が繰り返し発生してしまう。

そこで、金属外囲器部及びガラス外囲器部間に生じる大放電を防止するため、金属外囲器部の内面を電界研磨等の方法により滑らかな状態にする事が考えられる。また、制御された放電を故意に引き起こして突起部を溶解させる等、電位勾配部分を除去する事が考えられる。

しかし、電界研磨を採用した場合、部品価格の高騰を招いてしまう。さらに、電界研磨を採用した場合、Ｘ線イメージ管の組立中や組立後に付着した異物等による突起が原因の放電には効果がない。

一方、制御された放電を引き起こす方法を採用した場合、金属外囲器部の内面をより荒らしてしまう恐れがある。金属外囲器部の内面が荒れると、金属外囲器部及びガラス外囲器部間に放電が引き起こり易くなってしまう。

また、仮に、突起部が溶解し、電位勾配部分を除去できたとしても、１週間程度の放置により放電現象が再発してしまう現象が多発してしまう。この放電再発の原因は、Ｘ線イメージ管の光電陰極を形成する際に使用しているアルカリ金属の影響にある。詳しくは、制御された放電により、電位勾配部分のアルカリ金属が蒸発して一時的に電子が出にくい状況になる。しかし、真空外囲器内にはアルカリ金属が充満しているため、放置と共に金属外囲器部の内面（元の電位勾配部分等）に再度アルカリ金属蒸気が付着してしまい、再度電子が放出しやすい状態が再現されてしまう。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、真空外囲器に生じる放電に伴う発光を防止できるイメージ管を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係るイメージ管は、
電子を放出可能な光電陰極を有した入力部と、
前記入力部に対向配置され、入力される電子を光に変換する出力部と、
前記光電陰極から放出される電子を加速集束させて前記出力部に入力させる集束電極及び陽極と、
前記入力部に対向した入力窓と、前記出力部に対向した出力窓と、導電材料で形成され前記入力窓に接続された第１真空外囲器部と、絶縁材料で形成され前記第１真空外囲器及び出力窓間に接続され前記集束電極、陽極又は出力部である高圧部材が接続され前記高圧部材及び第１真空外囲器部間を絶縁する第２真空外囲器部と、を有し、前記入力部、集束電極、陽極及び出力部を収容した真空外囲器と、
前記第２真空外囲器部の真空側の表面上に形成され、電気的に浮動状態であり、前記高圧部材及び第１真空外囲器部間の絶縁性を維持する導電膜と、を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、真空外囲器に生じる放電に伴う発光を防止できるイメージ管を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るＸ線イメージ管を示す概略断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って示す入力部の断面図である。 上記Ｘ線イメージ管の一部を示す拡大断面図である。 上記Ｘ線イメージ管の製造工程において、Ｇ３電極にレーザ光を照射している状態を示す図である。

以下、図面を参照しながらこの発明のイメージ管及びイメージ管の製造方法をＸ線イメージ管及びＸ線イメージ管の製造方法に適用した実施の形態について詳細に説明する。始めに、Ｘ線イメージ管の構成について説明する。

図１、図２及び図３に示しように、Ｘ線イメージ管は、入力部１０、出力部２０、集束電極３０、陽極４０、真空外囲器５０及び導電膜６０を備えている。真空外囲器５０は、入力窓５１、出力窓５２、第１真空外囲器部として、金属で形成された金属外囲器部５３、第２真空外囲器部として、ガラスで形成されたガラス外囲器部５４及び第３真空外囲器部として、金属で形成された金属外囲器部５５を有している。

入力部１０は、アルミ基板１１、入力蛍光面１２及び光電陰極１３を有している。アルミ基板１１は、入力窓５１と対向している。入力蛍光面１２は、アルミ基板１１上に形成されている。入力蛍光面１２は、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）で形成された蛍光膜である。詳しくは、入力蛍光面１２は、アルミ基板１１上にＣｓＩの細い柱状結晶をほぼ一様に成長させることにより形成されている。入力蛍光面１２上に、光電陰極（光電面）１３が形成されている。光電陰極１３は、真空蒸着により、アンチモン及びアルカリ金属で形成されている。光電陰極１３は接地されている。

入力窓５１及びアルミ基板１１を透過したＸ線が入力蛍光面１２に入射されることにより、入力蛍光面１２にＸ線像が作られる。入力蛍光面１２は、Ｘ線像を可視光像に変換するものである。可視光像は光電陰極１３で電子像に変換される。光電陰極１３は、電子像から電子（光電子）を放出するものである。すなわち、光電陰極１３は、光が入射されることにより電子を放出可能である。

出力部２０は入力部１０に対向配置されている。出力部２０は、出力蛍光面２１を有している。出力蛍光面２１は出力窓５２と対向している。ここでは、出力蛍光面２１は、出力窓５２の真空側の表面上に形成されている。詳しくは、出力蛍光面２１は、出力窓５２の表面上に蛍光体を成膜することにより形成されている。出力部２０（出力蛍光面２１）には、３０ｋＶ前後の電圧が印加される。

光電陰極１３から放出された電子（光電子）が出力蛍光面２１に入力されることにより、出力蛍光面２１に電子像が作られる。出力蛍光面２１は、電子像を可視光像に変換するものである。すなわち、出力蛍光面２１は、入力される電子（光電子）を光に変換するものである。出力蛍光面２１で変換された光は、出力窓５２を透過して、外部に放出される。

集束電極３０は、Ｇ１電極３１、Ｇ２電極３２、Ｇ３電極３３の３個の電極で形成されている。Ｇ１電極３１及びＧ２電極３２は、それぞれ金属で筒状に形成されている。Ｇ３電極３３は、筒部３３ａと、筒部３３ａの外面側に位置した環部３３ｂとが組み合わさって形成されている。環部３３ｂは、ガラス外囲器部５４と対向している。Ｇ３電極３３には、２乃至２０ｋＶ程度の電圧が印加される。

陽極４０は、出力窓５２に取付けられている。陽極４０には、３０ｋＶ前後の電圧が印加される。
集束電極３０及び陽極４０は、光電陰極１３から出力蛍光面２１に向かう電子の軌道を取り囲むように設けられている。集束電極３０及び陽極４０は、光電陰極１３から放出される電子を加速集束させて出力部２０に入力させるものである。

真空外囲器５０は、気密に接続された入力窓５１、出力窓５２、金属外囲器部５３、ガラス外囲器部５４及び金属外囲器部５５で形成されている。金属外囲器部５３は入力窓５１に気密に接続されている。ガラス外囲器部５４は出力窓５２に気密に接続されている。詳しくは、ガラス外囲器部５４及び出力窓５２は、これらの間に金属外囲器部５５を介在させることにより気密に接続されている。真空外囲器５０の内部は、真空状態に保持されている。真空外囲器５０は、入力部１０、出力部２０、集束電極３０及び陽極４０を収容している。

ガラス外囲器部５４は、金属外囲器部５３及び出力窓５２（出力部２０，陽極４０）間を絶縁している。出力窓５２の真空側の表面（出力部２０，陽極４０）には３０ｋＶ前後の電圧が印されるため、ガラス外囲器部５４は、３０ｋＶ程度の電位差を保持している。
また、ガラス外囲器部５４には、Ｇ３電極３３（筒部３３ａ）が接続されている。ガラス外囲器部５４は、金属外囲器部５３及びＧ３電極３３間を絶縁している。
ガラス外囲器部５４は、Ｇ３電極３３及び出力窓５２（出力部２０，陽極４０）間を絶縁している。

導電膜６０は、ガラス外囲器部５４の真空側の表面上に形成されている。この実施の形態において、導電膜６０は、Ｇ３電極３３（環部３３ｂ）と同一の金属材料で形成されている。導電膜６０は、金属外囲器部５３及びＧ３電極３３に電気的に非接続状態にある。このため、導電膜６０は、電気的に浮動状態にある。導電膜６０は、金属外囲器部５３と、高圧部材であるＧ３電極３３、陽極４０及び出力部２０との間の絶縁性を維持するように形成されている。
上記のようにＸ線イメージ管が形成されている。

次に、上記Ｘ線イメージ管の製造方法について説明する。
まず、真空外囲器５０内に、入力部１０、出力部２０、集束電極３０及び陽極４０を収納し、真空外囲器５０内部を真空排気し、光電陰極を形成して組立てられたＸ線イメージ管を用意する。

次いで、用意したＸ線イメージ管を稼動し、金属外囲器部５３及びガラス外囲器部５４間に大放電が生じるかどうか検査する。金属外囲器部５３及びガラス外囲器部５４間に大放電が生じた場合、発光するものである。検査したところ、同一個所において、大放電に伴う発光が１分間に８乃至９回確認された。これは、金属外囲器部５３の真空側の表面に微小な突起部が形成されているためである。

その後、Ｘ線イメージ管の稼動を停止し、図４に示すように、レーザ１００を、大放電が生じた個所付近の環部３３ｂと対向するようガラス外囲器部５４の外側に配置する。その後、レーザ１００から環部３３ｂにレーザ光を照射する。すると、環部３３ｂの一部が蒸発し、ガラス外囲器部５４の真空側の表面に蒸着される。図１に示すように、これにより、ガラス外囲器部５４の真空側の表面に蒸着膜からなる導電膜６０が形成される。導電膜６０は、大放電が生じた個所付近に形成される。

なお、Ｘ線イメージ管の複数個所に大放電が生じた場合は、大放電が生じた個所付近のガラス外囲器部５４の真空側の表面にそれぞれ導電膜６０を形成すればよい。
これにより、Ｘ線イメージ管が完成する。

ここで、本願発明者等は、導電膜６０を形成した後に、Ｘ線イメージ管に大放電に伴う発光が生じるかどうか調査した。調査した結果、導電膜６０を形成してから６ヵ月後のＸ線イメージ管においても、大放電に伴う発光は発生しなかった。

上記のように構成されたＸ線イメージ管及びＸ線イメージ管の製造方法によれば、Ｘ線イメージ管は、入力部１０と、出力部２０と、集束電極３０と、陽極４０と、真空外囲器５０と、導電膜６０とを備えている。入力部１０は、電子を放出可能な光電陰極１３を有している。出力部２０は、入力部１０に対向配置され、入力される電子を光に変換するものである。集束電極３０及び陽極４０は、光電陰極１３から放出される電子を加速集束させて出力部２０に入力させるものである。

真空外囲器５０は、入力窓５１と、出力窓５２と、金属外囲器部５３と、ガラス外囲器部５４と、金属外囲器部５５とを有し、入力部１０、集束電極３０、陽極４０及び出力部２０を収容している。入力窓５１は入力部１０に対向している。出力窓５２は出力部２０に対向している。金属外囲器部５３は、入力窓５１に接続されている。ガラス外囲器部５４は、金属外囲器部５３及び出力窓５２間に接続されている。詳しくは、ガラス外囲器部５４は、金属外囲器部５５を介して出力窓５２に接続されている。

ガラス外囲器部５４には、高電圧部材である集束電極３０（Ｇ３電極３３）が直接接続され、高電圧部材である陽極４０及び出力部２０が間接的に接続されている。ガラス外囲器部５４は、Ｇ３電極３３、陽極４０及び出力部２０、並びに金属外囲器部５３間を絶縁している。

導電膜６０は、ガラス外囲器部５４の真空側の表面上に形成されている。導電膜６０は、電気的に浮動状態である。導電膜６０は、Ｇ３電極３３、陽極４０及び出力部２０、並びに金属外囲器部５３間の絶縁性を維持するものである。

ガラス外囲器部５４は絶縁物であるため、通常は周囲とほぼ同じ電位になり、積極的に電子が入射する事はない。しかし、ガラス外囲器部５４に一定以上のエネルギで電子が入射すると問題となる事がある。ガラス外囲器部５４の表面に入射電子が１個入射すると、ガラス外囲器部５４の表面から放出電子が１個以上の割合で放出される現象が発生する。すると、ガラス外囲器部５４の電子入射付近が帯電部になる。ガラス外囲器部５４に帯電部が形成されると、周囲からさらに効率よく入射電子を集める事になる。

これにより加速度的に帯電が進行し、最後には、近傍の金属外囲器部５３と大放電を引き起こして帯電を中和することになる。このとき、ガラス外囲器部５４に発光が生じ、この光が結果として光電陰極１３に入射して不所望に電子を放出してしまい、出力蛍光面２１が不所望に発光してしまうことになる。放電後も、ガラス外囲器部５４に帯電部が再度形成され、この現象は繰り返し引き起こされる事となる。

このため、本実施の形態において、ガラス外囲器部５４の真空側の表面の電子入射部に、導電膜６０を形成している。具体的には、導電膜６０は、ガラス外囲器部５４の絶縁性を破壊しない程度に、ガラス外囲器部５４の真空側の表面に部分的に形成されている。これにより、金属外囲器部５３からガラス外囲器部５４に電子が入射しても、ガラス外囲器部５４に生じる帯電を極弱くできる。

これにより、金属外囲器部５３からガラス外囲器部５４に入射される電子の量を大きく減少させる事ができる。入射電子と放出電子の比率δｍａｘは、ガラス外囲器部５４（代表的絶縁物であるガラス）では２乃至４であるが、ガラス外囲器部５４上に導電膜６０（金属膜）を形成した事により、上記比率δｍａｘを１乃至１．５程度に低減することができ、帯電する速度を低下させることができる。

さらに、導電膜６０により、電荷は幅広い範囲に分散されるため、ガラス外囲器部５４に帯電部が生じても、帯電部の電位は低くなる。
上記のことから、帯電部への電子の引き込みが弱くなるため、ガラス外囲器部５４の帯電部に生じていた大放電に伴う発光を防止することができる。

導電膜６０は、レーザ光の照射により形成することができるため、簡便な方法で大放電に伴う発光を防止することができる。
上記したことから、真空外囲器に生じる放電に伴う発光を防止できるＸ線イメージ管及びＸ線イメージ管の製造方法を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

ガラス外囲器部５４は、Ｇ３電極３３、陽極４０及び出力部２０の少なくとも１つの高圧部材と、金属外囲器部５３との間を絶縁するものであればよい。
導電膜６０を形成する手法は、レーザ光の照射に限定されるものではなく、一般に知られている各種の手法を利用することができる。導電膜６０は、ガラス外囲器部５４の真空側の表面上に、全周に亘って枠状に形成されていてもよい。この場合、導電膜６０は、ガラス外囲器部５４に生じる発光の有無を問わず、Ｘ線イメージ管に組立てる前に金属を蒸着する等して形成されればよい。

第１真空外囲器部は、金属外囲器部５３に限定されるものではなく、金属以外の導電材料で形成されていても上述した効果を得ることができる。第２真空外囲器部は、ガラス外囲器部５４に限定されるものではなく、ガラス以外の絶縁材料で形成されていても上述した効果を得ることができる。導電膜６０は、金属以外の導電材料で形成されていても上述した効果を得ることができる。
この発明は、上記Ｘ線イメージ管及びＸ線イメージ管の製造方法に限らず、各種イメージ管及びイメージ管の製造方法に適用可能である。

入力部１０、光電陰極１３、出力部２０、集束電極３０、陽極４０、真空外囲器５０、入力窓５１、出力窓５２、金属外囲器部５３、ガラス外囲器部５４、導電膜６０。

Claims (4)

1. 電子を放出可能な光電陰極を有した入力部と、
   前記入力部に対向配置され、入力される電子を光に変換する出力部と、
   前記光電陰極から放出される電子を加速集束させて前記出力部に入力させる集束電極及び陽極と、
   前記入力部に対向した入力窓と、前記出力部に対向した出力窓と、導電材料で形成され前記入力窓に接続された第１真空外囲器部と、絶縁材料で形成され前記第１真空外囲器及び出力窓間に接続され前記集束電極、陽極又は出力部である高圧部材が接続され前記高圧部材及び第１真空外囲器部間を絶縁する第２真空外囲器部と、を有し、前記入力部、集束電極、陽極及び出力部を収容した真空外囲器と、
   前記第２真空外囲器部の真空側の表面上に形成され、電気的に浮動状態であり、前記高圧部材及び第１真空外囲器部間の絶縁性を維持する導電膜と、を備えたことを特徴とするイメージ管。
2. 前記第１真空外囲器部は金属で形成され、前記第２真空外囲器部はガラスで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージ管。
3. 前記導電膜は金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージ管。
4. 前記高圧部材は集束電極であり、
   前記導電膜は前記集束電極と同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージ管。

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