JPH01276545A

JPH01276545A - Ｘ線蛍光増倍管

Info

Publication number: JPH01276545A
Application number: JP10623088A
Authority: JP
Inventors: Hideo Abu; 秀郎阿武; Katsuhiro Ono; 勝弘小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の口約］（産業上の利用分野）この発明はＸ線蛍光増倍管に係り、特にその入力面の改
良に関する。

（従来の技術）一般に、Ｘ線蛍光増倍管を使用した被写体観察システム
は、第５図に示すように構成され、Ｘ線管１の前方にＸ
線蛍光増倍管２が配置され、被写体３を透過した変ｇＸ
線の入射により、このＸ線蛍光増倍管２に得られる出力
像を、例えば撮像カメラで観察してモニタテレビに再生
出来るように構成されている。

即ち、Ｘ線蛍光増倍管２内には、一端部に入力面４、他
端部にこの入力面４に対向して出力蛍光面５が配設され
、動作時には変調されたＸ線像を入力面４で光学像に、
更にこの光学像を光電子像に変換し、この光電子像を集
束加速して、出力蛍光面５に輝度増強された出力像を得
ている。そして、この出力像を例えば撮像カメラにより
観察するようになっている。

ところで、従来のＸ線蛍光増倍管Ｚの入力面４は、Ｔ５
６図に示すように、球面状に形成されたアルミニウム基
板６の凹面によう化ナトリウム賦活よう化セシウム蛍光
体の柱状晶７からなる蛍光体層８が形成され、この蛍光
体層８上に酸化アルミニウム層と酸化インジウム層から
なる中間層９を介して光電面１０が形成された構造にな
っている。

（発明が解決しようとする課題）さて、被写体３のＸ線被爆を少なくするためには、被写
体透過Ｘ線を損失なく蛍光体層８に入力させて、その吸
収量を多くすることが要請される。

蛍光体層８については、Ｘ線吸収量を多くするためには
蛍光体の柱状晶７を長くした方が良いが、柱状晶７が長
くなると光の屈折回数が増加し、柱状晶７側面から他の
柱状晶７に伝搬する光の量が増加し、解像度を低下させ
る。そのため、柱状晶７を余り長くすることは出来ず、
４００μｍ程度が限度である。

そこで、柱状の蛍光体内で発光した光が他の柱状の蛍光
体に伝播しないようにするため、これら柱状の蛍光体間
に隙間を作り、この間に光反射物質を埋め込んだ蛍光体
スクリーンが米国特許明細書節４，０１１，４５４号に
示されている。これは、パターン化した入力基板上に蛍
光体を蒸着し、４５０〜５００℃で熱処理をすることに
より隣接する柱状の蛍光体の間のギャップを入力基板の
四部と同じ程度に広げ、蛍光体と同じ高さまでこの隙間
を光の反射物質で埋めることを特徴とする蛍光体スクリ
ーンである。

これは、米国特許明細書節４．０１１，４５４号に開示
されているように、蛍光体を１２５μｍ以上厚くする場
合、加温処理と蛍光体の蒸むを多数回繰り返す必要があ
り、製作に時間を要し、高価なものとなる。例えば、基
板温度を５００℃から５０℃まで冷却する時間を４０分
とすると、５００μｍの厚さの蛍光体層を作るのに（５
＋６０＋４０）Ｘ５００／１２５−４２０分を要するこ
ととなる。

更に、米国特許明細書節４，０１１，４５４号、では、
蛍光体の表面から裏面までギャップがあるため、このギ
ャップに他種の蛍光体又は光の反射物質を埋め込んでい
る。しかし、熱膨張差等により微小なギャップを生じる
ため、その表面にシリコンレジン等の透明体をコーティ
ングしているが、これにピンホールを生じ、その上に形
成した光電面の感度が低くなると共に、光電面感度の経
時変化が大きくなる。

又、蛍光体表面に光の反射物質が付着し、これを完全に
除去することが極めて困難であり、感度が著しく低下す
る。

又、被写体３から発生する散乱Ｘ線や、入力面４付近の
真空外囲器から発生する散乱Ｘ線が蛍光体層８の柱状晶
７で吸収され、これがコントラストを低下させている。

これらを改良するために、例えば特開昭５５−２１８０
５号公報に記載された発明において、隔壁によって区画
されて複数の開口部を有する重金属材料からなる蜂巣状
保持板と、二や保持板の開口部に蛍光物質を充填してな
る入力蛍光面を有する蛍光増倍管が開示されている。

しかるに、この特開昭５５−２１８０５号公報に記載さ
れた発明には、蜂巣状保持板を電子ビーム又はレーザー
ビーム等により孔開は加工することが開示されているが
、この方法では、例えば１２インチ口径の入力面用の蜂
巣状保持板を作るためには、およそ１０００時間以上の
加工時間を要し、非現実的である。

この発明は、上記従来の課題を解消し、Ｘ線吸収率が高
く、解像度（及びコントラスト）を向上した安価で高信
頼度のＸ線蛍光増倍管を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、入力面が、凹凸にパターン化された表面を
有すると共に多数の透孔が穿設された入力基板と、この
入力基板上に形成された蛍光体層と、この蛍光体層上に
直接又は間接に形成された光電面とからなり、上記蛍光体層は上記入力基板の凹凸パターンに対応した
ブロック状結晶からなり、且つ上記入力基板の透孔に沿
い先細りにして上記光電面側では実質的に閉鎖されたギ
ャップを有し、更に上記ギャップ内壁に蛍光体からの蛍光に対する不透
明物質層が形成されてなり、充分な空間解像度と極めて高いコントラスト及び低ノイ
ズを実現させたＸ線蛍光増倍管である。

（作用）この発明によれば、被写体観察システムに使用した場合
、Ｘ線管から放射されたＸ線は被写体を通過し、Ｘ線蛍
光増倍管の入力窓に入射する。これらは、入力面に到達
し、入力基板を透過した後、光学的に遮蔽された隔壁に
よって囲まれた蛍光体を発光させる。この蛍光体は充分
な厚さがあるため、入射したＸ線をほぼ１００％吸収さ
せることが出来る。この蛍光体内で発生した光は隣の蛍
光体との間の不透明物質層で隔離され、クロストークを
生じることなく、高解像度、高コントラストのＸ線蛍光
増倍管を提供出来る。

又、蛍光体は表面ではほぼ連続性を保っているため、適
当な保護膜を設けることにより、表面の連続性を保つこ
とができ、高信頼度の光電面か得られる。

以上により、この発明のＸ線蛍光増倍管では、中間的な
空間周波数帯でのＭＴＦが大幅に改善され、極めて高コ
ントラストのＸ線画像を得ることが出来る。

（実施例）以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に説
明する。

即ち、この発明のＸ線蛍光増倍管は、第３図に示すよう
に構成され、真空外囲器１０は、Ｘ線通過性金属材料よ
りなる入力窓２０と、この入力窓２０に気密封着された
円筒状の金属よりなる胴部３０と、この胴部３０にコバ
ールからなる円筒状封着部材４０を介して気密封着され
たガラスよりなる出力端部５０とからなっている。

このような真空外囲器１０の入力窓２０の内側には入力
面６０が設けられ、この入力面６０に対向して、出力端
部５０内側には出力蛍光面７０と陽極９０が配設されて
いる。又、真空外囲器１０の胴部３０の内側には、集束
電極８０が同軸的に配設されている。

動作時には、入力窓２０に入射されたＸ線像は入力面６
０で光電子像に変換され、この変換された光電子像は陽
極９０と集束電極８０により加速・集束されて出力蛍光
面７０に至り、ここに高輝度の光像を出現させる。

ここで、この発明の要部をなす入力面６０について、第
１図及び第２図を参照して詳述する。尚、第１図は第４
図の入力面６０を模式的に拡大して示した断面図であり
、寸法は相似関係となっていない。更に、第２図は第１
図の入力基板６４０を説明するための図であり、第２図
（ａ）は入力基板６４０の蛍光体が形成される表面から
見た斜視図である。そして、第２図（ｂ）は第２図（ａ
）のＡ−Ａ’での断面を表オ〕シ、第２図（Ｃ）は第２
図（ａ）のＢ−Ｂ’での断面を表わしいる。

即ち、入力面６０は、第１図に示すように構成され、入
力、！ｊ！ｉ仮６４０上に形成された蛍光体層６００と
、この蛍光体層６００上に形成された酸化インジウムを
主成分とする保護膜６２０と、この保護膜６２０上に形
成された光電面６３０とからなっている。

上記入力基板６４０は第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
示すように構成され、７０μｍ程度のステンレスの薄板
からなり、凹凸にパターン化された表面をＨしている。

この入力基板６４０を蛍光体層６００が形成される表面
と反対側の面（以下、裏面と呼ぶ）から見ると、微細な
孔が４個づつ近接し合った単純な形状をなしている。

即ち、第２図（ａ）のような形状の入力基板６４０は、
通常のフォトエツチング法によって容易に形成すること
が可能である。先ず、ステンレスの薄板の両面に、微細
な透孔が最小ピッチ幅１００μｍで４個づつ近接し合っ
た形状に、レジスト材からなるマスクを形成する。レジ
ストパターンは、両面で正確に位置合わせされている必
要がある。

次に、このステンレスの薄板をエツチング液にてエツチ
ングする。この際、表面側からのエツチング速度が、裏
面側からのそれに比べて大きくなるように調整すること
により、表面側では、次第にエツチングにより形成され
る微細透孔の径が拡がり、透孔同士が互いにくっつき合
うようになり、第２図（ａ）に示されるようなほぼ正方
形の断面を有する凸部６４１を形成することが出来る。

６４２は透孔である。

このようにして作られた入力基板６４０は、プレス加工
により第１図に示すような凹面となるように成形される
。

次に、入力基板６４０上に形成された螢光体層６００に
ついて、製造方法的に説明する。第１図に示すように、
入力基板６４０の凸部６４１上に、例えばＮａで活性化
されたＣｓｌ蛍光体を０．０ＩＴｏｏｒ、２５０℃なる
条件で蒸着することにより、多数の針状結晶の束をなし
たブロック状結晶６０１が成長する。

この場合、上記の条件では入力基板６４０の表面の凹溝
の幅が約８０μｍであるので、この直上ではブロック間
の間隔が８０μｍ　ｆｉ度となり、結晶の成長と共に、
そのギャップ６０２は狭くなる。

そして、凡そ１ｍｍの厚さになると、その表面はギャッ
プ６０２のない連続した而となる。つまり、この発明で
は、ブロック状結晶６０１相互間のギャップ６０２　Ｃ
！、入力基板６４０の透孔６４２に沿い先細りにして、
光電面６３０側では実質的に閉鎖されている。

上記の条件と異なる場合に、Ｃ’ｓ　Ｉの表面において
もパターン化したギャップが生じることがあるが、二の
場合には、その表面により高真空下で第２層口のＣｓｌ
結晶を薄く蒸着することにより、表面が連続になる。こ
れは、その表面に保護膜６２０にピンホール等が生じる
のを防止して、その上層に形成した光電面６３０の感度
低下を防止するためである。

この光電面６３０の形成に先立って、次の工程を行なう
。即ち、ブロック状結晶６０１の間のギャップ６０２の
内壁に、蛍光体からの蛍光に対する不透明物質層６０３
を形成する。例えば、アルミニウムを減圧雰囲気中で溶
射して、不透明物質層６０３を形成することが出来る。

この場合、溶射方向と溶射されるギャップ６０２の長平
方向とが常にほぼ垂直となるように、入力ｊＪ、ｌ１ｉ
２６４０と溶射源とを相対運動させながら、溶射を行な
うことが望ましい。

この際、ギャップ６０２は螢光体層６００つまりＣｓ（
の表面では実質的に零となっているため、不透明物質層
６０３はＣｓｌの表面には出て来なく、ＣｓＩ表面の光
の透過率を同等低下させることがない。

上記した状態で４５０〜５００℃での高温処理すること
により、Ｃｓｌの透明度が増し、入力面の高感度化が図
れる。

又、入力基板６４０は凹凸パターンの周期が１００μｍ
と小さく、Ｘ線蛍光増倍管の限界解像度の近くにあり、
この凹凸パターンが画像に出現しないようにしである。

さて、動作時には、入力面６０にＸ線が入射した時、Ｘ
線が入力基板６４０を透過し、蛍光体層６００のブロッ
ク状結晶６０１に入射して発光させる。６０１は針状結
晶の束であるので、この中でも光の透過率は深さ方向の
方が横方向のそれよりも大きいが、ギャップ６０２にコ
ーティングされた不透明物質層６０３の存在により、隣
接する蛍光体内に光が洩れることがなく、有効に表面に
導かれる。

表面の近くでは、蛍光体が極めて薄い層で連続となって
おり、この部分で起こる光の散乱は無現出来るようにし
である。その上層部の透明導電膜からなる保護膜６２０
により、その上方に形成した光電面６３０を構成するア
ルカリ金属の移動を防ＩＩ−シ、高信頼性を保つように
している。

上記したように、光の散乱による解像度の劣化が起こら
ないため、蛍光体層６００を１ｍｍ程度に厚くすること
が出来、Ｘ線吸収効率を増すことが出来る。

（他の実施例）入力基板６４０表面の凸部６４１の断面形状は、正方形
以外の形状であっても良い。例えば、レジストマスクの
近接し合う孔の数を３個とすることにより、凸部６４１
の断面形状を三角形とすることも口■能である。

又、レジストマスクの乱形状は円形である必−要はなく
、いかなる形状も採用することが出来る。

又、ギャップ６０２の内壁に不透明物質層６０３をコー
ティングする方法も、溶射法に限らず、例えば真空蒸着
法、クラスターイオンビーム法、光メタルデポジション
法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等も採用する
ことが可能である。

又、不透明物質層６０３の材料としても、アルミニウム
に限定されるものではなく、蛍光体のＸ線蛍光に対して
反射率の高い他の物質（例えば、銀、ニッケル、クロム
等）や、蛍光体のＸ線蛍光に対して吸収率の高い物質（
例えば、カーボン、グラファイト、−酸化チタン、−酸
化コバルト等）を採用することが出来る。

又、上記実施例では、ギャップ６０２の内壁に先革透明
物質層６０３が直接形成されていたが、ギャップ６０２
の内壁に透明物質層を先ず直接形成した後、先革透明物
質層６０３を形成させても良い。その場合、蛍光に対す
る透明物質層の屈折率ｎｌをヨウ化セシウム蛍光体の屈
折率ｎ２に比べて小さくすることがより望ましい。ｎｌ
＜０２の関係を満たす場合には、蛍光の一部の光は蛍光
層と透明物質層の界面で全反射を繰り返して、光電面に
到達出来るため、Ｘ線蛍光増倍管の輝度特性をより向上
させることが出来る。

［発明の効果］この発明によれば、第４図の曲線Ａに示す従来のＸ線蛍
光増倍管のＭＴＦを、曲線Ｂに示すように、空間周波数
が１０〜４（Ｎ！ｐ／ｃｍでのＭＴＦを極めて大きく改
善することが出来、鮮明なＸ線画像を得ることが出来る
。

更に、製造時には、光の不透明物質を入力基板の後方か
ら入射させるため、蛍光体の表面を汚すことなく、高感
度化を果たすことが出来る。

入力基板表面の凸部は、各々がその周囲の透孔によって
、全周にわたって他の凸部と分離されているため、その
上方に形成された各蛍光体のブロック状結晶もそれぞれ
全周にわたって微細なギャップを介して隣のブロック状
結晶と分離される。

従って、入力基板の裏面から入射する光の不透明物質は
、これらブロック状結晶を全周にわたって包むようにコ
ーティングすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るＸ線蛍光増倍管の入
力面を拡大して示す断面図、第２図（ａ）はこの発明の
Ｘ線蛍光増倍管の入力面の一部を構成する入力基板を示
す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’線に沿っ
て切断し矢印方向に見た断面図、同図（ｃ）は同図（ａ
）のＢ−Ｂ’線に沿って切断し矢印方向に見た断面図、
第３図はこの発明の一実施例に係るＸ線蛍光増倍管の全
体を示す断面図、第４図はこの発明と従来のＸ線蛍光増
倍管における特性を示す特性曲線図、第５図は従来のＸ
線蛍光増倍管の全体を示す断面図、第６図は従来のＸ線
蛍光増倍管における入力面を示す断面図である。ロック状結晶、６０２・・・ギャップ、６０３・・・不
透明物質層、６２０・・・保護膜、６３０・・・光電面
、６４０・・・入力基板、６４１・・・凸部、６４２・
・・透孔。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ｂ）（α）第２図第３図第６図

Claims

【特許請求の範囲】入射Ｘ線像を入力面で光電子に変換し、この光電子を加
速集束して出力蛍光面に入射することにより電子工学的
に増倍された光像を得るようにしたＸ線蛍光増倍管にお
いて、上記入力面は、凹凸にパターン化された表面を有すると
共に多数の透孔が穿設された入力基板と、この入力基板
上に形成された蛍光体層と、この蛍光体層上に直接又は
間接に形成された光電面とからなり、上記蛍光体層は上記入力基板の凹凸パターンに対応した
ブロック状結晶からなり、且つ上記入力基板の透孔に沿
い先細りにして上記光電面側では実質的に閉鎖されたギ
ャップを有し、更に上記ギャップ内壁に蛍光体からの蛍光に対する不透
明物質層が直接又は間接に形成されたことを特徴とする
Ｘ線蛍光増倍管。