JP2012132734A

JP2012132734A - Ｘ線センサー

Info

Publication number: JP2012132734A
Application number: JP2010283997A
Authority: JP
Inventors: Takekatsu Yamamoto; 武克山本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-07-12

Abstract

【課題】従来のＸ線センサーの課題は、Ｘ線センサーの感度が低いことであった。
すなわち、従来のＸ線センサーのＸ線入射面となる蓋体は、ガラスやアルミを材料としており、このガラスやアルミにおいては、Ｘ線透過率を向上できないという課題があった。
そこで、本発明は、Ｘ線センサーの感度を向上することを目的とする。
【解決手段】容器１０ａと、この容器１０ａを真空密封し、外面をＸ線入射面とする蓋体１と、この蓋体１の内面と対向して順次設けられたターゲット部３、電子源５と、を備え、蓋体１は、ＣＦＲＰから構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線センサーに関するものである。

従来のＸ線撮像管を図６に示す。Ｘ線撮像管の外管１６の開口端に、ガラスやアルミ等により作成された蓋体１をインジウム６で圧着封止し、その外周を金属枠７で締め付け、外管１６内を真空に保持している。ターゲット部３は、薄板状基板の上にターゲット電極膜を形成し、ターゲット電極膜上に入射Ｘ線を電気信号に変換するための光導電膜及び走査電子ビームランディング層を順次積層している。撮像管の底部には電子銃１５が設置され、メッシュ電極４とコイル１７によって、任意のターゲット部３に電子銃１５から放出された電子ビームを偏向集束して、ターゲット部３の電気信号を読み取っている。このターゲット部３の光導電膜内への電化注入を阻止した構造のＸ線撮像管に高い電圧を印加し、層内で電荷のアバランシェ増倍を生じさせることにより、ターゲット部３の電気信号を増幅している。

この構成によると、蓋体１の厚さを撮像管内の真空耐圧を確保できる程度に薄くすることによって、蓋体１にたわみが生じても、封止板とターゲット部３を分離した状態で構成することにより、画像歪及び光導電膜の破損が生じない（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３３８２７８号公報

従来のＸ線センサーの課題は、Ｘ線センサーの感度が低いことであった。

すなわち、従来のＸ線センサーのＸ線入射面となる蓋体は、ガラスやアルミを材料としており、このガラスやアルミにおいては、Ｘ線透過率を向上できないという課題があった。

さらには、現在のＸ線センサーはフラットパネル化が進行しており、大型化及び薄型化が要求されている。この大型化に対応するとともに、Ｘ線センサー内を真空に維持するために、蓋体を厚くする必要性が出てきている。そのため、ガラスやアルミで作成した蓋体の厚さを増すことにより、蓋体内でのＸ線吸収量が増加して、ターゲット部に到達するＸ線量が少なくなり、Ｘ線センサーの感度が低下してしまう課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、Ｘ線センサーの感度を向上することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のＸ線センサーは、容器と、この容器を真空密封し、外面をＸ線入射面とする蓋体と、この蓋体の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、前記蓋体は、ＣＦＲＰからなるＸ線センサーであることを特徴としたものである。

本発明のＸ線センサーによれば、Ｘ線センサーの感度を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１におけるＸ線センサーの断面図応力解析モデル図応力解析結果図Ｘ線透過率計算結果図本発明の実施の形態２におけるＸ線センサーの断面図従来のＸ線撮像管の断面図

以下に、本発明のＸ線センサーの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態におけるＸ線センサーの断面図を示す。図１において、配線基板８に外枠１０が接合され、上部に開口部を有する容器１０ａを形成している。ここで、この容器１０ａは真空容器の一部となるため、配線基板８及び外枠１０はガスの発生しない部材であるガラスや金属で形成されることが望ましく、その接合部分はリークや発ガスにより真空度の維持に支障が発生しない方法である拡散接合やフリット封着、ろう付け、溶接などによって接合されている。

配線基板８の外枠１０の内側には内枠９が固定されており、その内枠９にはターゲット部３とメッシュ電極４が固定されている。さらに、配線基板８の内枠９の内側に電子源５が取り付けられており、電子源５とメッシュ電極４及びターゲット部３はそれぞれ平行に対向している。また、ターゲット部３、メッシュ電極４、電子源５は、それぞれ配線基板８の配線１１とワイヤー１２やピン１４などによって接続されており、外部から通電できる構造になっている。

ターゲット部３は、真空蒸着やスパッタリングなどの方法により、ＩＴＯや金属薄膜などよって形成されるターゲット電極、酸化亜鉛やシリコンなどの半導体材料で形成されている光導電膜で構成されており、光導電膜は入射Ｘ線を電気信号に変更することが出来る。電子源５は電子ビーム１３を放出しており、メッシュ電極４によって電子ビームの軌道を制御・集束して、ターゲット部３の電気信号を読み取ることにより、Ｘ線センサーとして機能している。ここで、光導電膜をアモルファスセレンで形成し、ターゲット電極に高い電圧を印加することによって、光導電膜内で電荷のアバランシェ増倍を生じさせて電気信号を増幅することが可能となる。したがって、Ｘ線センサーの感度を向上させることが可能となり、少ないＸ線量で高精細な画像を得ることができる。また、電子源５を冷陰極電子源にすると、電子銃に比べて電子源で必要な体積を大幅に減少させることが可能となり、センサーの薄型化及び大型化・軽量化を進めることが出来る。

この電子源５は真空中で動作させる必要があるため、外面をＸ線入射窓とする蓋体１と外枠１０を真空封止することにより、内部を真空に保っている。ここで、表面の参加層を取り除いたインジウム６を蓋体１と外枠１０の間に挟んで圧力を加えることにより、インジウムが接着剤の役割を果たして圧着封止が可能となる。ターゲット部３の光導電膜をアモルファスセレンで形成した場合は、温度６０℃以上でアモルファス状態が壊れるため、温度加える必要が無く、ガスの発生が無いインジウム６を使用した圧着封止は有効である。なお、ガスケットを使用してネジで固定する方法も可能である。

ここで、本実施の形態では、蓋体１にＸ線透過率の良いＣＦＲＰを使用することにより、Ｘ線センサーの大型化に対応して真空耐圧を持たせるために蓋体１の厚さを厚くしても、蓋体１からターゲット部３に到達するＸ線の減少を少なくすることが可能となり、Ｘ線センサーの感度を向上することが可能となる。また、ＣＦＲＰは高剛性であるので、アルミやガラスに比べて蓋体１の板厚を薄くすることが出来る。また、Ｘ線透過率の良いベリリウムは発がん性を有するため使用が制限されているのに対し、ＣＦＲＰは人体に悪影響が無いため自由に使用ができるとともに、危険性が無い。

また、蓋体１の真空容器側の内面（ターゲット部３に対向する面）に、ガラスや金属からなる薄いガスバリア層２を設けている。ＣＦＲＰは炭素繊維を樹脂で固めた材料であるので、樹脂の部分からガスが発生し、センサー内部の真空度が悪化する危険性があるが、ガスバリア層２を設けることにより、真空度を維持することが可能となる。したがって、Ｘ線センサーの性能を維持することが出来る。

蓋体１とガスバリア層２を接着剤によって全面接合することにより、ＣＦＲＰとガスバリア層が一体化し、ガスバリア層に応力集中が発生する部分が無くなり、ガスバリア層が壊れることが無い。また、真空中で接着することにより、接着部分に気泡が入ることを防ぐことが出来るので、接着ムラが無くなり、ガスバリア層が壊れる危険性がさらに小さくなる。したがって、センサー内部の真空度悪化が無くなり、Ｘ線センサーの性能を維持することができる。さらに、接着剤にシリカ系やセメント系などのＸ線透過率の悪い無機系接着剤を使用するとＸ線センサーの感度が悪くなるが、エポキシ系やアクリル系のＸ線透過率の良い有機系接着剤を使用すると、Ｘ線センサーの感度を向上することが可能となる。

また、ＣＦＲＰからなる蓋体１に、成膜装置によって金属膜を形成することによってガスバリア層２を形成することも可能である。成膜装置による金属膜であるので、ガスバリア性能を有する程度に薄くすることが可能となるので、ガスバリア層２でのＸ線透過量が増加し、Ｘ線センサーの感度を向上することが可能となる。なお、ＣＦＲＰは樹脂を含むため高温での成膜は不可能であり、低温での成膜が可能なスパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤなどの成膜装置を使用する必要がある。

Ｘ線センサーの真空耐圧を維持するために必要な蓋体１の厚さを実際に求めるため、図２に示す簡略化モデルを用いて計算を実施した。図２は、外枠１０と蓋体１の部分について、対称条件によって８分割したモデルで、外枠１０の高さを１００ｍｍ、厚さを１０ｍｍ、蓋体１の１辺を４００ｍｍとして、板厚を変化させて計算した。

表１に各種材料の材料特性、表２に最大応力結果、図３にガラス10mmでの応力分布コンターズを示す。今回の計算には、比較的Ｘ線透過率が高く真空容器として使用できるガラス（ソーダ石灰ガラス）及びアルミニウム（Ａ５０８３Ｐ）と、ＣＦＲＰ（ＯＫＣ−６０：株式会社Ｏ−ＫＥＩ樹脂社製）の３種類の材料で行った。

材料特性の表１から分かるように、ＣＦＲＰはアルミやガラスに比べて３〜１０倍程度の大きな降伏応力を有することが分かる。なお、ＣＦＲＰは炭素繊維と樹脂の組み合わせによって材料特性が変わり、炭素繊維の割合を増やすことにより更なる高剛性を得ることが可能となる。

解析では、容器１０ａの外部から大気圧に相当する１０００００Ｐａの圧力を加え、それぞれの材料・板厚における最大応力を計算し、最大応力が降伏応力よりも小さくなる板厚を求めた。最大応力結果の表２から分かるように、ガラスでは１３ｍｍ、アルミでは５ｍｍ、ＣＦＲＰでは３ｍｍで降伏応力以下となり、真空容器として真空耐圧を維持できる。このように、ＣＦＲＰは板厚をガラスやアルミに比べて小さくすることが可能であることが分かる。また、図３の応力分布から、外枠に相当する部分と蓋に相当する部分の接合部分に、最大応力が発生していることが分かる。

次に、それぞれの材料の各板厚におけるＸ線透過率を計算した結果を図４及び表３に示す。なお、ＣＦＲＰはカーボンファイバーと樹脂の複合材であるが、主成分がカーボンであるため、カーボンに置き換えて計算している。また、今回の計算はＸ線エネルギーを３０ｋＶで行った。

図４の計算結果から分かるように、カーボン：ＣＦＲＰはガラスやアルミに比べてＸ線透過率が非常に良いことが分かる。図３の応力解析で求まった真空耐圧を維持できる板厚でのＸ線透過率を比較すると、表３に示すように、ガラス（１３ｍｍ）は９％、アルミ（５ｍｍ）は５％で、蓋体１を透過するＸ線量が１０分の１以下になるのに対し、カーボン：ＣＦＲＰ（３ｍｍ）は８９％となっており蓋体１でのＸ線吸収がほとんど無いことが分かる。したがって、ターゲット部３に到達するＸ線量が多くなり、Ｘ線センサーの感度を向上させることが出来る。

ところで、蓋体１はＸ線を通す方が良いが、周辺部からのＸ線はノイズとなるため遮断する方が良く、配線基板８や外枠１０はＣＦＲＰのようなＸ線透過率の良い材料よりもガラスやアルミ、その他の金属材料を使用した方が良く、厚さも十分な大きさを確保した方が良い。

（実施の形態２）
図５に、本発明の第２の実施の形態におけるＸ線センサーの断面図を示す。図５において、実施の形態１の構成と異なるところは、ターゲット部３とメッシュ電極４を内枠ではなく外枠１０に固定した点である。この構成により、内枠を無くして簡略化した構成に出来るので、センサー外径のコンパクト化が図れる。

本発明にかかるＸ線センサーは、感度を向上させることが可能で、Ｘ線診断装置等として有用である。

１蓋体
２ガスバリア層
３ターゲット部
４メッシュ電極
５電子源
６インジウム
７金属枠
８配線基板
９内枠
１０外枠
１０ａ容器
１１配線
１２ワイヤー
１３電子ビーム
１４ピン
１５電子銃
１６外管
１７コイル

Claims

容器と、
この容器を真空密封し、外面をＸ線入射面とする蓋体と、
この蓋体の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、
前記蓋体は、ＣＦＲＰからなるＸ線センサー。
前記蓋体の内面にガスバリア層を設けた請求項１に記載のＸ線センサー。
前記ガスバリア層はガラスからなる請求項２に記載のＸ線センサー。
前記ガスバリア層は金属からなる請求項２に記載のＸ線センサー。
前記ガスバリア層は接着剤により前記蓋体に接合された請求項２〜４のいずれか一つに記載のＸ線センサー。
前記接着剤は真空中で塗布された請求項５に記載のＸ線センサー。
前記接着剤は有機系接着剤である請求項５記載のＸ線センサー。
前記金属からなるガスバリア層を成膜装置により金属膜として形成した請求項４に記載のＸ線センサー。
前記成膜装置がスパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤである請求項８に記載のＸ線センサー。