JP4469837B2 - イメージインテンシファイア - Google Patents

Description

本発明は、入射線像を可視光像に変換するイメージインテンシファイアに関する。

一般に、イメージインテンシファイアを用いた医用のＸ線診断装置や産業用の非破壊検査装置、宇宙観測用の紫外線検出機等では、被検体を透過したＸ線、紫外線、中性子線像等を、イメージインテンシファイアで可視光像に変換し、この可視光像を撮像カメラで撮影し、この撮影映像をモニタで表示して観察を可能としている。

従来のイメージインテンシファイアは、Ｘ線等の入射側に入力窓が形成されるとともに入力窓に対して反対側に出力窓が形成された真空容器を備えている。この真空容器内には、入力窓の内側にＸ線等を電子ビームに変換して放出する入力面が設けられ、出力窓の内側に電子ビームを可視光像に変換して出力する出力面が設けられ、入力面から出力面に向かって進行する電子ビームの進路に沿って電子ビームを加速したり集束する電子レンズが設けられている。この電子レンズは、入力面に負の電圧を加えるカソード電極、出力面に高い正の電圧を加えるアノード電極、これらカソード電極とアノード電極との間の複数のグリッド電極等で構成されている。

このようなイメージインテンシファイアに管駆動の高電圧を印加することにより、例えばグリッド電極とアノード電極との間の電位差は６ｋＶ／ｍｍ以上にも達し、このような電界強度が強く、電位傾度が高い部位では、グリッド電極から電子が電界放出され易くなり、このグリッド電極上に金属異物が位置した場合には電界放出の確率がさらに高まる。また、電子放出に伴う熱でグリッド電極からガスが発生し、このガスが電子で電離、イオン化されてグリッド電極に衝突し、二次電子放出が発生する。このことで局所異常放電は持続され、その放電が入力面に達し、光電層より不正光電子を発生し、この不正光電子が出力面を蛍光させ、イメージインテンシファイアのいわゆる不正発光の主因となる。また、不正光電子は各種電極の電位を変化させ、イメージインテンシファイアの動作をも不安定にする。

その抑止策としては、二次電子放出係数が低い反面ある程度の導電性をも持つ物質でグリッド電極等の電位傾度を有する部位を被覆することが有効であり、代表的物質としては、酸化クロム膜がある（例えば、特許文献１参照。）。

ただし、従来の酸化クロム膜は、電極等との付着力および粒子間結着力に乏しく、製造工程や実使用時の振動や衝撃、または環境の急激な変化によって剥がれ落ち易い。この酸化クロム膜が剥がれ落ちた場合には、剥がれ落ちた部位より二次電子放出が発生し、上述した不正発光や動作の不安定性を招くばかりか、剥がれた膜片は管内異物となるために不良となり、製造歩留りの低下や品質の低下を招く。また、付着力および粒子間結着力を高めるためには、例えば水ガラス等をバインダー材として含有することが知られているが、酸化クロム膜の導電性が損なわれ易く、二次電子放出性は低くても電気絶縁性で帯電し、塵誘引の原因となったり、管内電位分布が不安定になる問題がある。

そこで、酸化クロム膜の組成比率を、クロム２５〜４０原子％、珪素１〜８原子％、アルカリ金属０．７〜５原子％、残部が実質的に酸素で構成することを提案している。この酸化クロム膜の組成比率により、適度な導電性と低い二次電子放出性とを得て塵誘引や不正発光等を防止できるうえに、膜形成部位との付着力や粒子間結着力を確保して膜剥がれを防止でき、この膜剥がれに伴う二次電子放出や管内異物による不良を防止可能とした。

ただし、金属異物が介在した場合、例えばグリッド電極とアノード電極との間の電位差は６ｋＶ／ｍｍに遥かに及ばない箇所においても放電源に成りうる。

金属異物とは、電極加工時に生成するバリや電極類を管内に組み込む際の擦れ、溶接時等さまざまな要因によって産出するものであり、バリ除去処理や組み込み法改善、溶接条件改正により管内への持ち込みを低減し、さらにはタッピングや管内洗浄によりある程度排出することは可能だが、万全ではなく、管内金属異物を撲滅することは略不可能である。

この金属異物は材質はＳＵＳやＡＬ、Ｃｕ等で、５０〜２００ミクロンの針状を呈している場合が多い。この程度のサイズだと、０．５ｋＶ／ｍｍ以上の電界下において、クーロン力が作用し動き回るようになる。イメージインテンシファイアの実稼動時の動作中、管内に潜んでいた金属異物がグリッド電極上に載り、異物にクーロン力が作用してアノードに向かい起立浮上しようとすることにより、ここに電界が集中して放電し、放電電流が流れて金属異物がグリッドに溶着し、放電持続といったプロセスにより、イメージインテンシファイアは使用に耐えなくなってしまうことが多い旨、諸実験で明らかになった。

この問題に関しては、酸化クロム膜を電界強度が０．５ｋＶ／ｍｍ以上に成りうる電極部位に少なくとも形成させることで解決した。電界強度０．５ｋＶ／ｍｍというのは、金属異物がクローン力で移動しうる境界値である。上述のようにクーロン力によって金属異物が起立し、電界集中がおきてもグリッドが酸化クロムで保護されていれば放電は抑止される。たとえ放電が起きても、金属異物はグリッドと直接溶着はしないから、致命的な持続放電に至ることはない（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５８−５３１９号公報（第１−２頁、第１図） 特開２００５−２６８１９７号公報（第４頁、図１）

上述のように、金属異物等を介して生ずる連続放電事象に関しては抜本的な解決がなされたものの、いくつかの計算、実験、試作により複数の電極間およびこれら複数の電極間を絶縁する絶縁体を源とするいわゆる不正な間欠放電事象が起こることが明らかになった。

間欠放電事象の源は複数の電極間とこれら複数の電極間を絶縁する絶縁体との界面にて生ずる間欠的なアーキングであった。例えば、典型的な９インチサイズのイメージインテンシファイアでも、アノードと拡大電極として機能するグリッドとの間には２７ｋＶもの高電圧が印加される。通常は、例えば真空容器のガラスバルブによって両者を絶縁支持している。グリッドから電界放出した電子はガラスバルブを負に帯電させていき、ガラスバルブとアノードとの間の電位差は拡がり、これが絶縁破壊の閾値を越えた際に、ガラスバルブとアノードとの界面でアーキングが発生する。アーキング光が入力に入射し、光電面から不正光電子を射出させ、さらにこの不正光電子が出力面を不正に蛍光させる。その後上記帯電が始まり、やがてアーキングに至り出力蛍光を導く。このようなプロセスの繰り返しが間欠放電事象を生み出す。間欠の間隔は管球構造、印加電圧等によりさまざまであるが、一般的に数百ｍｓｅｃから数百ｓｅｃとなる。この事象は医療や非破壊検査の現場において、その診断性を阻害するものである。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、間欠放電事象を防止し、高信頼性のイメージインテンシファイアを提供することを目的とする。

本発明は、入射線の入射側に入力窓が形成されるとともに入力窓に対して反対側に出力窓が形成された真空外囲器と、この真空外囲器内で入力窓側に設けられ入射線に対応する電子ビームを放出する入力面と、前記真空外囲器内で出力窓側に設けられ前記電子ビームを可視光像に変換する出力面と、前記入力面と出力面との間で前記電子ビームの進路上に電子レンズを構成する複数の電極と、これら複数の電極間を絶縁する絶縁体と、前記複数の電極間およびこれら複数の電極間の絶縁体を連続して接続するように形成され、少なくとも電極と絶縁体との界面に発生する間欠放電現象を防止する酸化クロム膜とを具備しているものである。

本発明によれば、酸化クロム膜を複数の電極間およびこれら複数の電極間を絶縁する絶縁体を連続して接続するように形成することにより、不正な間欠放電現象を防止でき、高信頼性のイメージインテンシファイアを提供できる。

以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。

図１において、11はイメージインテンシファイアの真空外囲器で、この真空外囲器11のＸ線、紫外線、中性子線等の入射線12の入射側には入力窓13が形成され、入力窓13に対して反対側には出力窓14が形成されている。真空外囲器11内には、入力窓13の内側に入射線12を電子ビーム15に変換して放出する入力面16が設けられ、出力窓14の内側に電子ビーム15を可視光像に変換して出力する出力面17が設けられている。

入力面16から出力面17に向かって進行する電子ビーム15の進路に沿って、電子ビーム15を加速したり集束する電子レンズ18が配設されている。この電子レンズ18は、入力面16に負の電圧を加えるカソード電極Ｋや出力面17に高い正の電圧を加えるアノード電極Ａ、これらカソード電極Ｋとアノード電極Ａとの間の複数のグリッド電極G1，G2，G3等の複数の電極19で構成されている。

また、アノード電極Ａとグリッド電極G3とは、真空外囲器11のガラスバルブあるいはセラミックス等で構成される絶縁体21を介して絶縁状態に支持されている。

グリッド電極G3とグリッド電極G2とは、例えば棒状のガラスあるいはセラミックス等で構成される絶縁体22を介して絶縁状態に支持されている。

図示していないが、グリッド電極G1は、真空外囲器11にガラスあるいはセラミックス等で構成される絶縁体を介して絶縁状態に支持されている。

また、アノード電極Ａとグリッド電極G3とこれらを絶縁する絶縁体21（真空外囲器11の内面）とを連続して接続するように酸化クロム膜23が形成されている。アーキングは絶縁体21とアノード電極Ａとの界面において発生し易いが、酸化クロム膜23をアノード電極Ａとグリッド電極G3と絶縁体21とを連続して接続するように形成しているため、アーキングの発生を防止できる。

さらに、グリッド電極G3とグリッド電極G2とこれらを絶縁する絶縁体22とを連続して接続するように酸化クロム膜23が形成されている。これらグリッド電極G3とグリッド電極G2との電位差は特に拡大モードにおいては１０ｋＶ程度にまで昇圧するのでアーキングの発生に至る場合があるが、酸化クロム膜23をグリッド電極G3とグリッド電極G2と絶縁体22とを連続して接続するように形成しているため、アーキングの発生を防止できる。

さらに、グリッド電極G3とグリッド電極G1との電位差も特に拡大モードにおいては１０ｋＶ程度にまで昇圧するのでアーキングの発生に至る場合があるが、酸化クロム膜23をグリッド電極G3とグリッド電極G1とこれらの間を絶縁する真空外囲器11のガラスバルブ等で構成される絶縁体とを連続して接続するように形成することにより、アーキングの発生を防止できる。

そして、酸化クロム膜23の組成比率は、クロム２５〜４０原子％、珪素１〜８原子％、アルカリ金属としてカリウム０．７〜５原子％、残部が実質的に酸素で構成されている。また、酸化クロム膜23中の酸化クロム粒子の平均粒径は、０．５〜１．５μｍで構成されている。酸化クロム膜23の膜厚は、５〜１００μｍで形成されている。

ここで、酸化クロム膜23の形成方法の一例について説明する。まず、平均粒径０．９μｍのＣｒ₂Ｏ₃の粉末とＳｉＯ₂／Ｋ₂Ｏとが３モル比となる水ガラス水溶液を、上述した酸化クロム膜23の組成比率の範囲になるよう計量、混合する。この際、分散促進剤としてアンモニアを添加してもよい。次いで、スプレー法、筆塗り法等で目的の部位に塗布する。次いで、４００〜５５０℃の温度で焼成を施す。この際、雰囲気は真空、空気、水素等のいずれを用いても構わないが、真空雰囲気が最も安定した導電率を得ることができる。

この焼成後は、必要に応じて表面抵抗値や膜厚、外観検査を行い、他の部品と組み立て、入力面16および出力面17を封止し、排気して光電面を形成し、イメージインテンシファイアを形成する。

ところで、クロムが２５原子％未満であると、導電性の欠如ばかりか、二次電子放出抑制機能が損なわれ、不正発光不良が起き易くなる。また、クロムが４０原子％を超えると、膜形成部位との付着力や粒子間結着力が欠乏し、膜剥離が起き易く、膜剥離に伴う異物欠点不良や不正発光不良が増加する。そのため、クロムは、２５〜４０原子％の範囲が好ましく、導電性と低い二次電子放出性と耐剥離性とが確実に得られるより好ましい範囲は３２〜３６原子％である。

珪素が１原子％未満であると、膜形成部位との付着力や粒子間結着力が損なわれ、膜剥離が起き易く、膜剥離に伴う異物欠点不良や不正発光不良が増加する。また、珪素が８原子％を超えると、膜の導電性が不十分になる。そのため、珪素は、１〜８原子％の範囲が好ましく、導電性と低い二次電子放出性と耐剥離性とが確実に得られるより好ましい範囲は３〜６原子％である。

カリウムが０．７原子％未満であると、膜形成部位との付着力や粒子間結着力が損なわれ、膜剥離が起き易く、膜剥離に伴う異物欠点不良や不正発光不良が増加する。また、カリウムが５原子％を超えると、膜の導電性が不十分になる。そのため、カリウムは、０．７〜５原子％の範囲が好ましく、導電性と低い二次電子放出性と耐剥離性とが確実に得られるより好ましい範囲は２〜４原子％である。また、珪素に対するカリウムの原子存在比率は０．６〜０．７％の範囲が好ましい。

また、以上の酸化クロム膜23の組成比率を前提として、酸化クロム粒子の平均粒径は、０．５〜１．５μｍの範囲が好ましい。０．５μｍより細かいと、塗布時に凝集しやすいうえ、導電性が高くなり過ぎるし、また、１．５μｍより粗いと、導電性が損なわれ、絶縁膜に近くなる。

さらに、酸化クロム膜23の膜厚は、５〜１００μｍの範囲が好ましい。５μｍより薄いと、二次放電放出抑制機能が損なわれ、不正発光不良が増加し、また、１００μｍより厚いと、膜が割れ易くなる。そのため、５〜１００μｍの範囲が好ましく、低い二次電子放出性が確実に得られて割れにくくするには、１０〜１５μｍの範囲がより好ましい。

また、酸化クロム膜23の組成中のアルカリ金属としては、カリウムが好ましいが、ナトリウムに置き換えることもでき、あるいはカリウムとナトリウムとの両方を用いることもできる。

そして、真空外囲器11は管容器25に収容され、この管容器25には複数の電極19に高電圧を印加する高電圧電源26や出力面17に結像された可視光像を撮影するカメラ27等が配置され、イメージインテンシファイアが形成されている。

したがって、このイメージインテンシファイアでは、酸化クロム膜23を複数の電極19間およびこれら複数の電極19間を絶縁する絶縁体21，22を連続して接続するように形成しているため、間欠放電現象を防止でき、高信頼性のイメージインテンシファイアを提供できる。

しかも、上述した組成の酸化クロム膜23は、電気的に非帯電性の半導体であり、例えばグリッド電極G3から電子放出を受けてもこれを荷電することなく常にアノード電極Ａに逃がす役割を担う。もちろんアノード電極Ａとグリッド電極G3と間の電気的絶縁という相反する機能も併せ持つから絶縁不良を招くこともない。

本発明の一実施の形態を示すイメージインテンシファイアの概念図である。

符号の説明

11 真空外囲器
13 入力窓
14 出力窓
16 入力面
17 出力面
19 電極
21，22 絶縁体
23 酸化クロム膜
Ａ アノード電極
G3 グリッド電極

Claims (6)

1. 入射線の入射側に入力窓が形成されるとともに入力窓に対して反対側に出力窓が形成された真空外囲器と、
   この真空外囲器内で入力窓側に設けられ入射線に対応する電子ビームを放出する入力面と、
   前記真空外囲器内で出力窓側に設けられ前記電子ビームを可視光像に変換する出力面と、
   前記入力面と出力面との間で前記電子ビームの進路上に電子レンズを構成する複数の電極と、
   これら複数の電極間を絶縁する絶縁体と、
   前記複数の電極間およびこれら複数の電極間の絶縁体を連続して接続するように形成され、少なくとも電極と絶縁体との界面に発生する間欠放電現象を防止する酸化クロム膜と
   を具備していることを特徴とするイメージインテンシファイア。
2. 複数の電極が少なくともアノード電極とこのアノード電極に近接するグリッド電極であり、絶縁体がガラスおよびセラミックスのいずれかである
   ことを特徴とする請求項１記載のイメージインテンシファイア。
3. 酸化クロム膜の組成比率が、クロム２５〜４０原子％、珪素１〜８原子％、アルカリ金属０．７〜５原子％、残部が実質的に酸素で構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載のイメージインテンシファイア。
4. アルカリ金属が、カリウムである
   ことを特徴とする請求項３記載のイメージインテンシファイア。
5. 酸化クロム膜中の酸化クロム粒子の平均粒径が、０．５〜１．５μｍである
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載のイメージインテンシファイア。
6. 酸化クロム膜の膜厚が、５〜１００μｍである
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載のイメージインテンシファイア。

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