JPH0341935B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は像増倍管を有する可変利得の像増倍器
に関するものである。

以下の説明は本質的に、RII（Radiological
Image Intensifier）管として公知の放射線像増
倍管に関するものである。しかし本発明が光像増
倍管とシンチレーシヨン走査像増倍管（γ放射
線）とにも適用されることは明らかである。

RII管は可変利得ターゲツトをもつことが望ま
しく、その利得係数（ターゲツトに印加される各
電子毎に放出される光子の数に相当する）は約10
倍とすることができる。従つて、所望するなら
ば、RII管はＸ線撮像又はＸ線透視に機能し得
る。

Ｘ線撮影においてRIIビデオ出力信号は、RII
管に達したＸ線ビームに含まれる情報をテレビジ
ヨンスクリーン上に表示することを可能とし、テ
レビジヨン画像はフイルム又は写真に記録され
る。優れた信号対雑音比（SN比）を得るために
は、短時間に強いＸ線が照射されねばならない。
飽和を防止するためには低利得のターゲツトを有
することが必要である。

Ｘ線透視においてテレビジヨンスクリーンは直
接観察され、比較的長い観察時間に弱いＸ線が照
射される。この場合、良い像を得るためには高利
得のターゲツトをもつことが必要である。

このように、Ｘ線撮像では、短時間に強いＸ線
を照射するため、ターゲツトは高利得である必要
はなく飽和を防ぐために低利得とされる。一方、
Ｘ線透視では、長時間の観察が行われるのが看者
の被ばく量を最少とするためより弱いＸ線を照射
するのでターゲツトは高利得であることが要求さ
れる。これらＸ線撮影とＸ線透視との間における
要求されるターゲツト利得の差は約100倍である。
即ち、Ｘ線透視の場合、各電子について100倍の
光子がターゲツトに印加されることが要求される
ので、Ｘ線透視のターゲツト利得はＸ線撮影のタ
ーゲツト利得の100倍でなる必要がある。

第2341939号として公表されたフランス特許出
願第7705031号は、可変利得のビデオ出力を備え
たRIIターゲツトを開示する。実際にはそれはシ
リコンターゲツトであり、その１つの面はそれ自
身が金属バリヤー層でおおわれたルミネセンスコ
ーテイングでおおわれている。

RII陰極からの電子ビームは金属バリヤー層に
達し、この層は電子ビームの速度を低下させ、よ
り高いエネルギーの電子のみを通過させる。ルミ
ネセンスコーテイングにおいて、これら電子は光
子の形成に寄与し、これら光子はターゲツトのシ
リコン中に電荷キヤリアを発生させる。これら電
荷キヤリアはターゲツトの他方の面に位置する逆
極性に接続されたダイオードを放電する。最終的
にターゲツトの他方の面上の電荷分布が撮像管の
電子ビームにより走査されてビデオ信号が供給さ
れる。

RIIビームの加速電圧を変えることにより、さ
らにバリヤー層への電子の浸透と電子ビームの加
速電圧との間で金属バリヤー層のために存在する
非線形関係を用いることにより、ターゲツトの利
得変化が得られる。

しかしながら、この先行技術による可変利得タ
ーゲツトは以下の欠点を有している。即ち、RII
管の分解能がシリコンターゲツトをおおう２つの
層、即ち金属バリヤー層とルミネセンスコーテイ
ングを用いることにより低減し、金属バリヤー層
が存在することにより雑音が生じると共にフラン
ス特許出願の第２頁第６行目〜第21行目及び第５
頁第27行目〜第31行目に説明されているように得
られた像に欠陥が生じてしまう。

本発明は上述の問題点を除去した可変利得ター
ゲツトを有する像増倍器を提供する。

本発明は像増倍管を有する像増倍器に関するも
のであり、像増倍器はその光電陰極からの電子ビ
ームが２つの異なる加速電圧を受けることを可能
にする手段を含んでいる。

本発明における像増倍器に含まれるターゲツト
は、異なる発光効率を有し、電子ビームが印加さ
れると発光する２種類のルミネセンス物質を含ん
でいる。より低い加速電圧を受ける電子ビームに
よつてより低い発光効率を有するルミネセンス物
質のみが励起され、より高い加速電圧を受ける電
子ビームによつてより高い発光効率を有するルミ
ネセンス物質が励起される。

従つて高・低２種の加速電圧がターゲツトを構
成する２つのルミネセンス物質の異なる発光効率
に作用することにより、このターゲツトの利得が
大幅に変えられ得る。雑音と像欠陥を生ずる金属
バリヤー層は使用されない。

本発明の好ましい実施例によると、ターゲツト
の２種類のルミネセンス物質は異なる波長の光を
それぞれ放出し、ターゲツトは整合光学フイルタ
を有しており、この光学フイルタは他方のルミネ
センス物質から放出された光よりも高い発光効率
を有するルミネセンス物質から放出された光の方
をより多く透過させる。

従つて利得が約100倍のターゲツトが得られる。

さらに、本発明の他の好ましい実施例では、２
つのルミネセンス物質が光フアイバボードにより
支持されており、ターゲツトがシリコンで作られ
ておりかつルミネセンスコーテイングと金属バリ
ヤー層でおおわれている。これにより、先行技術
の場合よりもより良い分解能が得られる。

本発明を非制限的な実施例と添付図面により以
下に詳細に説明する。

図面では同じ符号が同一構成部品を指している
が、種々の部材の寸法及び大きさは考慮されてな
い。

第１図は、全体が符号１により示されたビデオ
出力を有するRIIの概略構成図である。同図の左
から右にかけ最初にRII（放射線像増倍）管があ
り、次に撮像管があり、これら両方が共に同じ真
空容器２中に収められている。

Ｘ線ビームは、観察される物体３を通過した
後、窓４を通つてRII管に入る。

RII管は、Ｘ線を光子に次いで光電子に変換す
るシンチレータ５及び光電陰極６により構成され
た入力スクリーンと、電子を集束すると共に加速
電圧を印加するグリツドg₁，g₂及びg₃により構成
されている電子光学系と、円錐形の陽極Ａと、電
子ビームの衝突をその面f₁上で受け取るターゲツ
ト７とを含んでいる。

ターゲツト７の他方の面f₂は撮像管のフイラメ
ント８で加熱された陰極Ｋで生じた電子ビームに
よつて一行ずつ走査される。この電子ビームは、
グリツドg₄〜g₇によつて集束され加速される。図
示されていないコイルによりビームの集中化及び
偏向が行われる。出力ビデオ信号Ｓがターゲツト
７上で収集される。

第２図は本発明におけるターゲツトの一実施例
を示す図である。このターゲツトは、長さが例え
ば２mmから５mmの光フアイバボードにより構成さ
れている。

第３図にはこのターゲツトの面f₁、即ちRII管
側に配置された面が詳細に示されている。第３図
ではボードの各光フアイバが被覆１３に触れるこ
となく光フアイバのコア１２を例えば5μmの深さ
にわたつて除去することにより得られるめくら穴
を有していることが理解される。例えば、これは
コア１２及び被覆１３を形成する２つのガラスを
選択的に化学エツチングすることによつて得るこ
とができる。このようにして、例えば2μmの壁に
より仕切られた例えば深さが5μmで直径が5μmの
めくら穴が得られる。

各穴の内部には、まず、より高い発光効率r₂を
有する粒状のルミネセンス物質の層L₂を堆積さ
せ、次にバリヤー層１４及びより低い発光効率r₁
を有する別の粒状のルミネセンス物質の層L₁を
堆積させる。なお、本明細書におけるルミネセン
ス物質とは、蛍光物質、りん光物質等の冷光を発
する物質を表わしている。

前述のような方法で穴を満たす前に、各穴の側
壁が薄い金属コーテイング１５でおおわれる。通
常、この側壁は、真空蒸着により堆積されたアル
ミニウムから成る。この真空蒸着を行う場合、ア
ルミニウム蒸気が入る方向を適切に選ぶことによ
りアルミニウムが正しく穴の側面に堆積される。
穴が充てんされた際に、層L₁の上側が薄い金属
コーテイング１５でさらにおおわれる。

RII管は手動の又は自動のスイツチデバイスを
含んでおり、このデバイスは光電陰極からの電子
ビームが、例えば10kV及び30kVの互いに異なる
２つの加速電圧V₁及びV₂を受けるようにする手
段を有している。

より低い発光効率を有するルミネセンス物質
L₁のみがより低い加速電圧V₁を受ける電子ビー
ムにより励起されるように、従つてより高い発光
効率を有するルミネセンス物質L₂がより高い加
速電圧V₂を受ける電子ビームにより主に励起さ
れるように、ルミネセンス物質L₁及びL₂と第３
図のバリヤー層１４との厚みが選択される。

上述の結果を得ることができる他の手段につい
て以下説明する。これらの手段は、例えばバリヤ
ー層がないとき、又ルミネセンス物質が粒状でな
く、その代りにそれらの構成物質を真空蒸着する
ことにより得られる透明な薄い層形状であるとい
う点が前述の手段とは異なる。

第４図は物質L₁及びL₂に対する加速電圧の関
数である輝度Ｌの変化を示している。入射ビーム
の電流密度が一定であるため、輝度はL₁につい
ては閾値V₀₁から、L₂については閾値V₀₂からと
いうように加速電圧と共に増大する。この輝度の
増大はL₁についてよりL₂によいての方が早い。

RII管の光電陰極からの電子ビームがターゲツ
ト７の面f₁に達すると、この電子ビームは金属コ
ーテイング１５を通過してルミネセンス物質L₁
の第１の層に入る。

このビームが、より低い加速電圧V₁にさらさ
れると、ビームの電子の一部、例えば50％が層
L₁を通過せず、他の50％はバリヤー層１４を通
過しない。

層L₁の励起は、この層の発光効率が低いため
比較的少量の光を発生する。前述の如く層L₁の
外側表面と各めくら穴の側壁とは薄い金属コーテ
イング１５でおおわれており、従つて各光フアイ
バの層L₁から放出された光は、この光フアイバ
に沿つてターゲツト７の他方の面f₂の方へ伝搬す
る。光の拡散はなく、光フアイバボードの分解能
と同じ分解能が保持される。

ビームがより高い加速電圧V₂を受けるなら、
ビームの電子の一部、例えば15％が層L₁を通過
せず、電子の他の一部、例えば35％のバリヤー層
を通過せず、これらの残りの電子が発光効率のよ
り高い層L₂を励起する。

加速電圧V₂について放出される光の量が加速
電圧V₁について放出される光の量より多いとい
うことは明白である。V₁＝10kV及びV₂＝30kV
であり、発光効率r₂／r₁が約５であるという関係
がある場合、約20倍の利得が得られる。例えば赤
色及び緑色等の異なる波長λ₁及びλ₂の光をそれぞ
れ放出するルミネセンス物質L₁及びL₂を用いる
ことにより、さらに他のルミネセンス物質L₁か
ら放出された光よりも高い発光効率を有するルミ
ネセンス物質L₂から放出された光をより多く透
過させる整合された光学フイルタを用いることに
より、ルミネセンス物質L₁の層による利得に対
してルミネセンス物質L₂の層による利得が約100
倍となるような可変利得を得ることが可能であ
る。

赤色光を放出する粒状のルミネセンス物質L₁
は、例えば粒の大きさが1μm以下であるユーロピ
ウムがドープされたイツトリウム酸化硫化物、又
はユーロピウムがドープされたイツトリウム酸化
物により構成され得る。緑色光を放出する粒状の
ルミネセンス物質L₂は、例えば粒の大きさが2μm
以下であるドープされたカドミウム硫化亜鉛によ
り構成され得る。層L₁は厚みが1μm以下の単一層
であり、層L₂は例えば4μmの厚みを有している。

第５図は上述の如き整合光学フイルタの透過係
数Ｔが波長λの関数として変化することを示して
いる。

層L₂による利得が層L₁による利得の100倍とな
るように、又は必要ならより高くなるように、層
L₁からの光に対するフイルタの透過係数T₁はλ₁
に応じた値に整合され、層L₂からの光に対する
フイルタの透過係数T₂はλ₂に応じた値に整合さ
れる。なお、フイルタを含む全体の利得が、ルミ
ネセンス物質の発光効率とその発光光の波長にお
ける透過係数との積であることは良く知られてい
る。

ルミネセンス物質L₁及びL₂から放出された光
は光フアイバに沿つてターゲツト７の反対側の面
f₂まで伝搬する。このターゲツト７の構造は第２
図から容易に理解される。

ターゲツト７の面f₂は真空蒸着で形成される薄
い透明な導電体コーテイング９でおおわれてい
る。このコーテイング９は酸化錫SnO₂、酸化イ
ンジウムIn₂O₃、酸化カドミウムCdO₃、酸化マン
ガンMnO、又はこれらの酸化物の混合物により
構成され得る。100倍の利得を得るために、コー
テイング９は整合光学フイルタ１０によりおおわ
れる。

この光学フイルタは、１ミクロン未満の非常に
薄いコーテイング状に物質を蒸着させることによ
り形成され、公知の方法でコーテイングの厚みを
変えることにより透過率を変更させることができ
る。例えばルテチウムジフタロシアン化物を蒸着
させることは可能である。

通常の撮像管において、ターゲツト１１はフイ
ルタ１０上に堆積されており、連続する光導電層
又は逆極性に接続されたダイオード等で構成され
得る。この光導電層は硫化アンチモン、アモルフ
アス、セレンテルル化物のアモルフアス化合物、
硫黄及びヒ素、又は酸化鉛層等である。

このターゲツトは撮像管の電子ビームにより一
行ずつ読み取られる。

約20倍の利得を得ることだけが必要なら、同じ
波長の光を放出するルミネセンス物質を用いるこ
とができ、整合された光学フイルタを用いなくて
もよいことが明白である。

本発明の他の実施例によると、光フアイバボー
ドの面f₂は面f₁と同様に３つの層９，１０，１１
で充填されためくら穴を有する。

第６図、第７図、及び第８図はターゲツト面f₁
の他の例を示しており、これらの場合ターゲツト
は全て光フアイバボードで構成されている。

第６図では第３図と同様に各光フアイバがめく
ら穴を有している。各穴の中にまず高高い発光効
率r₂を有する粒状のルミネセンス物質層L₂を堆積
させ、次に低い発光効率r₁を有するルミネセンス
物質の蒸着層L₁を堆積させる。

蒸着層L₁は、層L₁及びL₂間にバリヤー層を挿
入する必要のないように選択され得る。また、よ
り低い加速電圧V₁は層L₁を励起させるだけであ
り、より高い加速電圧V₂は層L₂を励起させる。

蒸着層L₁には、V₁からV₂へ通過するとき約100
倍の利得を得るために、さらに整合光学フイルタ
が必要ないように、充分に低い発光効率が与えら
れ得る。

第３図の場合のように光フアイバボードの分解
能を保持するために、めくら穴の側壁と層L₁の
外側表面とは薄い金属コーテイング１５でおおわ
れている。

第７図はターゲツト面f₁の例を示しており、ボ
ードの表面が異なる発光効率を有するルミネセン
ス物質による２つの蒸着層L₁及びL₂でおおわれ
ている。同様に真空蒸着で得られるバリヤー層１
４は、必要であれば層L₁と層L₂との間に配置さ
れ得る。薄い金属コーテイング１５は、低い発光
効率の層L₁の外側表面をおおう。

それぞれ構成物質を真空蒸着することによつて
得られる薄いコーテイング層L₁，L₂及び１５を
用いることにより、光フアイバに穴をあける必要
もなく秀れた分解能を有するターゲツトが得られ
る。

第８図に示されたターゲツト面f₁の例では、光
フアイバのコア１２がボードの表面から突出して
いる。これは、第３図及び第６図の例においてめ
くら穴を得るのと同様に、例えば、コア及び被覆
をそれぞれ構成している２つのガラスを選択的に
化学エツチングすることによつて得られる。しか
しながらこの場合、光フアイバの被覆を除去する
ことが問題であつた。

第７図の場合のように、各コアの表面に、異な
る発光効率を有するルミネセンス物質による２つ
の蒸着層L₁及びL₂を堆積させる。薄い金属コー
テイング１５が層L₁をおおつており、必要なら
ば蒸着させたバリヤー層が用いられ得る。

層L₁はユーロピウムがドープされたイツトリ
ウム酸化硫化物は酸化物により構成され得、層
L₂はテルビウムがドープされたイツトリウム酸
化硫化物により構成され得る。これらの２つの層
は、従来技術により電子銃を用いて堆積される。

図には示されていない本発明の他の実施例によ
ると、ターゲツトは例えば、光フアイバボードで
なくシリコン半導体基板により構成される。シリ
コンの表面は２つの層L₁及びL₂でおおわれてお
り、これらの層は分解能を改良するために粒状で
はないルミネセンス物質の蒸着層であることが好
ましい。

本発明のさらに他の実施例によると、バリヤー
層により選択的に分離された２つの積層されたル
ミネセンス物質層がもはや使用されない。代りに
異なる発光効率を有する２つの種類の粒状のルミ
ネセンス物質が用いられる。これら２つの物質の
粒は混合され、物質の片方の粒はバリヤー層でお
おわれる。

第９図及び第１０図は本発明によるターゲツト
を含むビデオ出力を有するRII管の２つの例を示
している。第１図の例とは異なり、RII管２０と
撮像管２１とは２つの分離された真空容器の中に
配置されている。

第９図の例ではRII管は第２図に示されたよう
なターゲツト７を有しており、このターゲツト７
は面f₁及びf₂が幾つかの層L₁，L₂，１５及び９，
１０，１１でおおわれている光フアイバボードに
より構成されている。

例えばパイロセラミツク封止のごときカラー２
２によつて、撮像管容器はRII管容器に固着され
る。その結果、撮像管をRII管を作製するのに必
要とされる高温下さらす必要がない。更に、撮像
管を取り付ける前にRII管の作動テストを行うこ
とが可能である。

第１０図ではRII管２０と撮像管２１とが２つ
の別個の光フアイバボード２２及び２３により接
合されている。

本発明の好ましい実施例によるとRII管側ボー
ド２２は、例えば第３図及び第６図〜第８図に示
されているように、その左手の面f₁上に層L₁，L₂
及び１５を有しており、撮像管側ボード２３はそ
の右手の面f₂上に層９，１０及び１１を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術によるビデオ出力を有する
RIIの概略構成図、第２図は本発明におけるター
ゲツトの一実施例の説明図、第３図及び第６図〜
第８図はRII管からの電子ビームを受け取るター
ゲツトの面の本発明による幾つかの実施例を第２
図よりもより詳細に示す説明図、第４図はルミネ
センス物質L₁及びL₂に対する加速電圧の関数と
して輝度の変化の説明図、第５図は波長の関数と
して光学フイルタの透過係数の変化の説明図、第
９図及び第１０図は本発明によるターゲツトを含
むビデオ出力を有するRII管の２つの実施例の説
明図である。 ２……真空容器、３……物体、４……窓、５…
…シンチレータ、６……光電陰極、７……ターゲ
ツト、１２……光フアイバのコア、１４……バリ
ヤー層、１５……金属コーテイング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 印加されるＸ線に応じて第１の電子ビームを
   発生する光電陰極と、該第１の電子ビームを電子
   ビーム受け取り用ターゲツト上に集束させる手段
   と、前記電子ビームを第１の高い電圧又は第２の
   より低い電圧で加速せしめる手段とを含む放射線
   像増倍管を備えた可変利得の像増倍器であつて、
   前記ターゲツトは、前記電子ビームを受け取る第
   １の面及び該第１の面と反対側にあり走査用の第
   ２の電子ビームを受け取る第２の面を有する光フ
   アイバボードと、前記光フアイバボードの光フア
   イバの前記第１の面の近傍に配置されており前記
   第１の電子ビームを受け取り前記第１の面の近傍
   から前記光フアイバボードを通つて前記第２の面
   へ進む光を発生させる第１及び第２のルミネセン
   ス物質とを備えており、該第１及び第２のルミネ
   センス物質は、より高い発光効率及びより低い発
   光効率をそれぞれ有しており、前記第１の電子ビ
   ームが前記２つの加速電圧のうち低い側の第２の
   加速電圧を受けている際に、前記より低い発光効
   率を有するルミネセンス物質が励起され、前記第
   １の電子ビームが前記２つの加速電圧のうち高い
   側の第１の加速電圧を受けている際に、前記高い
   発光効率を有するルミネセンス物質が励起される
   ように配置されていることを特徴とする可変利得
   の像増倍器。 ２ 前記ターゲツトの前記２つのルミネセンス物
   質が異なる波長を有する光を放出し、該ターゲツ
   トが整合光学フイルタを有しており、該光学フイ
   ルタは、他方のルミネセンス物質から放出された
   光よりも高い発光効率を有するルミネセンス物質
   から放出された光をより多く透過させることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の像増倍
   器。 ３ 前記２つのルミネセンス物質が光フアイバの
   コアに穴をあけることにより得られるめくら穴中
   に含まれており、前記穴の側壁が薄い金属コーテ
   イングでおおわれていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の像増倍器。 ４ 前記めくら穴がバリヤー層により分離された
   ２つの粒状のルミネセンス物質の層を含んでお
   り、より高い発光効率を有するルミネセンス物質
   の層は該穴の底に配置されており、より低い発光
   効率を有するルミネセンス物質の層は薄い金属コ
   ーテイングでおおわれていることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の像増倍器。 ５ 前記めくら穴は低い発光効率を有するルミネ
   センス物質の蒸着層で被覆された高い発光効率を
   有する粒状のルミネセンス物質の層を含んでお
   り、前記蒸着層は薄い金属層で被覆されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の像
   増倍器。 ６ 光フアイバボードの表面が２つのルミネセン
   ス物質の蒸着層で被覆されており、第１の層は高
   い発光効率を第２の層は低い発光効率を有してお
   り、該第２の層は薄い金属層コーテイングで被覆
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の像増倍器。 ７ 光フアイバのコアが前記光フアイバボードの
   表面から突出しており、該光フアイバのコアは２
   つのルミネセンス物質の蒸着層で被覆されてお
   り、第１の層は高い発光効率を第２の層は低い発
   光効率を有しており、前記第２の層は薄い金属コ
   ーテイングで被覆されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の像増倍器。 ８ バリヤー層が２つのルミネセンス物質層間に
   挿入されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項から第７項のいずれか１項に記載の像増倍
   器。 ９ 半導体基板が２つのルミネセンス物質を有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の像増倍器。 １０ ルミネセンス物質で被覆された面と反対側
   の面上に感光性の撮像管ターゲツトを含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   像増倍器。 １１ ルミネセンス物質で被覆された面と反対側
   の面上に感光性の撮像管ターゲツトを含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
   像増倍器。 １２ 光学フイルタが前記感光性の撮像管ターゲ
   ツトの前に配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の像増倍
   器。 １３ 前記光フアイバボードの前記第２の面が、
   該光フアイバボードの光フアイバの該第２の面の
   近傍に配置されており前記走査用の第２の電子ビ
   ームを受け取る感光性物質を備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の像増倍
   器。 １４ 前記感光性の撮像ターゲツトを走査する電
   子ビームを放出する撮像管を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の
   像増倍器。 １５ 前記像増倍器と前記撮像管とが同じ真空容
   器中に配置されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１４項に記載の像増倍器。 １６ 前記像増倍器と前記撮像管とが２つの別個
   の真空容器中にそれぞれ配置されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の像増倍
   器。 １７ 前記光フアイバボードによる前記ターゲツ
   トが別の光フアイバボードにより撮像管に結合さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の像増倍器。