JPH05242840A

JPH05242840A - Ｘ線イメージ管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05242840A
Application number: JP4144992A
Authority: JP
Inventors: Atsuya Yoshida; 篤也吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】製造装置を大型化することなく容易に製造で
き、また、輝度の低下を伴わず、分解能を向上させるこ
とができるＸ線イメージ管を提供する。【構成】入力面３は、凸型形状の基板７の出力側に入
力蛍光体層８、保護層21および光電面９を順次積層形成
する。基板７の入力側にはアンチモンの輻射率制御層22
を積層形成する。基板７の面と冷却板34との輻射率を大
きくすることにより、熱の移動量Ｑも大きくなり、基板
７の温度を低下できる。輻射率制御層22の黒化度によ
り、基板７の輻射率を制御して、基板７の温度を制御
し、入力蛍光体層８のピラーサイズを制御する。入力蛍
光体層８のピラーサイズを任意の大きさに設定して、輝
度を低下させることなくＸ線イメージ管の限界解像度を
向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分解能を向上させると
ともに、輝度の均一性を改善したＸ線イメージ管および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Ｘ線イメージ管は、図２に示す
ような構成になっている。

【０００３】この図２に示すＸ線イメージ管は、真空外
囲器１の一端側をＸ線の入力側として入力窓２とし、こ
の入力窓２の内面側には、この入力窓２に対向させて、
凸型形状の入力面３が配設され、一方、真空外囲器１の
他端側を出力側として、陽極４および出力面５が配設さ
れている。そして、真空外囲器１の内部の側面に沿っ
て、像を集束させるための集束用の集束電極６が設けら
れている。また、入力面３は、凸型形状の基板７の出力
側に入力蛍光体層８および光電面９が順次積層形成され
て構成されている。

【０００４】また、入力蛍光体層８は、図３に示すよう
に、基板７によう化セシウム（ＣｓＩ）の柱状結晶の集
合体の不連続面8aおよび連続面8bにて構成され、入射さ
れたＸ線により変換された光が、基板７方向にのびるこ
とを抑制し、入射されたＸ線の像を保ちながら、光電面
９に像を伝達させるようになっている。

【０００５】そして、動作時には、入力面３に対向して
Ｘ線管10を配置し、Ｘ線管10と入力面３との間に被写体
11を位置させる。

【０００６】Ｘ線管10からＸ線が照射されると、Ｘ線が
被写体11を通り抜け、入力窓２および基板７を透過し
て、入力蛍光体層８で光に変換され、光電面９で電子に
変換される。さらに、集束電極６および陽極４で、集
束、加速され、出力面５にて、可視光線に変換される。

【０００７】このようにして、Ｘ線像が可視光像に変換
され、この可視光像はテレビジョンカメラ、シネカメ
ラ、あるいは、スポットカメラなどにより記録され、医
療診断、または、工業用非破壊検査に用いられている。

【０００８】ところで、近年のＸ線イメージ管の中に
は、被爆線量の低減、および、画質の向上のために入力
蛍光体層８の膜厚を従来に比べて厚くした構成のものが
ある。

【０００９】すなわち、厚さＴの入力蛍光体層８に吸収
されるＸ線の量Ψは、Ｘ線吸収係数をψとすると、

【００１０】

【式１】で表され、Ｘ線エネルギーに対して、入力蛍光体層８の
厚さＴが厚くなるにつれて吸収されるＸ線の量Ψが大き
くなる。したがって、入力蛍光体層８の膜厚が厚くなる
につれて、入力されたＸ線を有効に利用することがで
き、医療Ｘ線診断において、被爆線量の低減、画質の向
上を図ることができるのである。

【００１１】ところが、上述のように、入力蛍光体層８
の膜厚化にともない、Ｘ線イメージ管の輝度が出力像の
中心から周辺に亘って均一にすることが困難となるとと
もに、像に歪みを生じてＭＴＦ特性が低下してしまう。

【００１２】そしてまず、輝度の均一性について説明す
る。

【００１３】一般に、Ｘ線イメージ管は、電子レンズで
ある集束電極６により、周辺部の像が中心部の像に比べ
て引き伸ばされる電子レンズの歪に起因して、出力像は
中心から周辺に向かって輝度が低下する。

【００１４】そして、このように周辺に向かって輝度が
低下するような輝度分布では、撮影後のダイナミックレ
ンジを全面に亘って有効に使うことができない。

【００１５】そこで、出力輝度分布を均一にする方法と
して、たとえば特開昭５３−１０２６６３号公報記載の
構成が知られている。この特開昭５３−１０２６６３号
公報記載の構成は、中心から周辺に向かって入力蛍光層
の膜厚を厚くし、中心部より周辺部の方でＸ線をより多
く吸収発光させ、出力側において周辺部の輝度を増加し
て出力輝度を均一に近付けさせるものである。

【００１６】ところが、近年に開発された厚膜入力面を
採用したＸ線イメージ管においては、この特開昭５３−
１０２６６３号公報記載の構成が適用できない。

【００１７】この適用できない理由について、あるエネ
ルギー値〔ｋｅＶ〕を持ったＸ線が入射したとき、どの
位の発光が光電面に到達するかを図５に示すモデルを参
照して説明する。

【００１８】まず、膜厚Ｔの入力蛍光体層８中の、深さ
ｔの場所での微小部分dtでのＸ線から光への変換量ｂ
は、深さｔまでの場所まで到達するＸ線量に比例する。

【００１９】また、Ｘ線から光に変換された光のうち半
分は基板７方向へ、残りの光の半分は光電面９方面へ向
かうから、光電面９への道程は、図５に示すＴ−ｔ、あ
るいは、Ｔ＋ｔとなり、光の入力蛍光体層８中での、Ｘ
線吸収計数をψ、減衰計数をβ、基板７の反射率をγと
すると、

【００２０】

【式２】となる。なお、Ｘ線吸収計数ψは、減衰計数βより大き
い。

【００２１】さらに、入力蛍光体層８全体の光への変換
総量Ｂで考えると、

【００２２】

【式３】が光電面９に到達する光量の相対値となる。この定積分
は、

【００２３】

【式４】となり、式４の｛｝内の第１項および第２項とも、ｅ
^−βｔの積については、厚さＴに関して極大点を有する
ので、図６に示すように、式４全体についても厚さＴに
関して極大点を有することになる。

【００２４】実際に、各種の厚さＴの膜厚の入力蛍光体
層８を製作し、測定を行なうと、ある膜厚について、図
６に示すような輝度の極大点が得られた。

【００２５】そして、Ｘ線の有効利用のために、入力蛍
光体層８の中心部の膜厚を、輝度が極大値を示す膜厚に
設定すると、特開昭５３−１０２６６３号公報記載の補
正の方法は用いることができない。すなわち、入力蛍光
体層８の周辺部の膜厚を、中心部に対して増加させても
輝度は小さくなり、出力輝度分布はかえって強い凸型に
なってしまい、入力蛍光体層８の厚膜化を行なった際に
は、出力輝度分布を有効に補正できないのである。

【００２６】次に、ＭＴＦ特性について説明する。

【００２７】入力蛍光体層８でＸ線から変換された光
は、Ｘ線入射方向とは無関係の方向に発散してしまう。
そして、図３に示すように、入力蛍光体層８は、結晶構
造を柱状にし、多くの界面を持たせ、横方向に広がる光
を減衰させ、光電面９へ伝達される光の広がりを抑制し
ている。

【００２８】ところが、入力蛍光体層８を柱状に形成し
た入力蛍光体層８は、光電面９に達するまでに拡がりを
持ってしまう。そして、この拡がり方は、入力蛍光体層
８の膜厚が厚くなるほど、光電面９に到達する光の進む
距離が長くなってしまい、光の拡がりが大きくなってし
まう。

【００２９】すなわち、光の拡がりが大きいほど、入射
されるＸ線の像を保つことが困難になり、Ｘ線の像が歪
んで、Ｘ線イメージ管のＭＴＦ特性が低下する。

【００３０】そして、このＭＴＦ特性の低下を防止する
ために、たとえば特開平１−２５８３４５号公報に記載
の構成が知られている。この特開平１−２５８３４５号
公報記載の構成は、入力蛍光体層８の結晶のピラーサイ
ズを中心部から周辺部に向かって分布をつける構成であ
る。

【００３１】すなわち、入力蛍光体層８の結晶のピラー
サイズが細いと、図７に示すように、大きい角度θを持
ったＸ線が入力されると、光電面９に入力されるまでに
通過する結晶中の界面の数が多くなる。そして、通過す
る界面の数が多くなると減衰率が大きくなり、光の拡が
りは抑制され、ＭＴＦ特性が向上するものの輝度が低下
する。したがって、入力蛍光体層８の結晶のピラーサイ
ズを制御することにより、光の拡がりを制御できる。

【００３２】また、入力蛍光体層８の結晶のピラーサイ
ズを設定する際には、基板７の温度を制御すればよく、
ピラーサイズに分布を持たせるには、基板７の温度に分
布を持たせればよい。

【００３３】ところが、基板７の温度に分布をつけると
いうことは、基板７および蒸着される入力蛍光体層８に
低熱源および高熱源が存在することになり、熱の移動が
行なわれることになる。したがって、基板７の温度をコ
ントロールすることには、困難が伴ない、量産性に乏し
い。

【００３４】このため、蒸着の工程において、基板７の
温度を均一にし、均一のピラーサイズの入力蛍光体層８
を形成することが考えられるが、均一のピラーサイズの
入力蛍光体層８を形成するのも容易ではない。

【００３５】そして、入力蛍光体層８の蒸着法において
は、一般に、よう化セシウムを密閉ボート中で、８００
〜１０００℃程度の高温に加熱して沸騰させ、５０〜３
００mmの距離で基板７を密閉ボートに対向させ、基板７
を回動させ、基板７上に入力蛍光体層８を蒸着して形成
させる。また、入力蛍光体層８の膜厚の分布を均一ある
いは均一に近い状態にするために、密閉ボートの位置を
基板７の自転軸から少し外したところに配置する。

【００３６】ところが、上述のように、基板７に入力蛍
光体層８を蒸着して形成させる場合、密着ボートの温度
は８００℃〜１０００℃で、通常１００〜２００°程度
である基板７の温度より、極端に高いので、著しく熱的
平衡状態が乱れ、基板７の温度の均一性を乱してしま
う。

【００３７】そして、この基板７の熱的不平衡を補正す
る方法としては、たとえば密着ボートを反射板で覆い、
密着ボートからの発熱を抑えたり、基板７からの熱の発
散を促進させることが考えられる。

【００３８】そうして、密着ボートを反射板で覆うと、
基板７に到達する熱量を低減させることができ、一旦、
放出された輻射を反射板を介して、再度密着ボートに戻
し、よう化セシウムの加熱源として回収されるため、従
来より少ない電流で蒸発が可能となり、基板７への輻射
が少なくなった。

【００３９】しかしながら、従来と同等の蒸発スピード
による場合には、温度の低下はわずか１０°程度であっ
た。したがって、入力蛍光体層８の厚膜化は、輝度が低
下するのみならず、膜厚を均一にするために、密着ボー
ト、すなわち装置の大型化を引き起こしてしまう。

【００４０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、特開平
１−２５８３４５号公報記載の構成のように、入力蛍光
体層８の結晶のピラーサイズを中心から周辺に向かって
分布をつけたり、ピラーサイズを細くすることは、量産
性に乏しい。

【００４１】また、入力蛍光体層８の膜厚を、任意の厚
さにするには、密着ボート、さらに装置の大型化を引き
起こしてしまう問題を有している。

【００４２】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、製造装置を大型化することなく容易に製造でき、ま
た、輝度の低下を伴わず、分解能を向上させることがで
きるＸ線イメージ管およびその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００４３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のＸ線イメ
ージ管は、基板上に形成された蛍光体層と、この蛍光体
層上に形成された光電面とからなる入力面を備えたＸ線
イメージ管において、前記蛍光体層の前記光電面と反対
側の前記基板側に輻射率を制御する輻射率制御層を形成
したものである。

【００４４】請求項２記載のＸ線イメージ管の製造方法
は、第１の基板上に蛍光体層とこの蛍光体層上の光電面
からなる入力面を形成し、前記蛍光体層の前記光電面と
反対側の前記第１の基板側に輻射率を制御する輻射率制
御層を形成した第２の基板を被せるものである。

【００４５】

【作用】請求項１記載のＸ線イメージ管は、蛍光体層の
基板側に、輻射率を制御する輻射率制御層を形成するこ
とにより、蛍光体層形成時に基板の温度を容易に制御で
きるため、容易に任意の厚さの膜厚を形成できるので、
簡単な構成で、輝度を低下させることなく、分解能を向
上できる。

【００４６】請求項２記載のＸ線イメージ管の製造方法
は、第１の基板上に蛍光体層および光電面からなる入力
面を形成し、蛍光体層の光電面と反対側の第１の基板側
に輻射率を制御する輻射率制御層を形成した第２の基板
を被せたため、簡単に、輝度を低下させることなく、分
解能を向上できる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明のＸ線イメージ管の一実施例を
図面を参照して説明する。なお、従来例に対応する部分
には、同一符号を付して説明する。

【００４８】Ｘ線イメージ管は、従来と同様に図２に示
すように、真空外囲器１の入力窓２に対向させて、入力
面３が配設し、出力側に陽極４および出力面５を配設し
ている。そして、内部の側面に沿って、集束電極６を設
けている。

【００４９】また、入力面３は、図１に示すように、凸
型形状の基板７の出力側に入力蛍光体層８、保護層21お
よび光電面９が順次積層形成されるとともに、基板７の
入力側にはたとえばアンチモン（Ｓｂ）の黒化膜にて形
成される輻射率を制御する輻射率制御層22が積層形成さ
れて構成されている。

【００５０】さらに、入力蛍光体層８は、基板７によう
化セシウム（ＣｓＩ）の柱状結晶の集合体にて構成さ
れ、入射されたＸ線により変換された光が、基板７方向
にのびることを抑制し、入射されたＸ線の像を保ちなが
ら、光電面９に像を伝達させるようになっている。そ
して、入力蛍光体層８は、図４に示す装置にて形成され
る。

【００５１】この図４に示す装置は、蒸着槽31内に、基
板７が配設され、この基板７の下部でこの基板７に対向
する位置に高熱源である密着ボート32，32が２つ配設さ
れ、これら密着ボート32，32には、図示しない反射板の
覆いが設けられている。一方、基板７の上方には、図示
しない水冷パイプにて構成された低熱源である冷却用の
冷却板34が取り付けられ、この冷却板34の両端には、基
板７の温度をコントロールする加熱ランプ35，35がそれ
ぞれ取り付けられている。

【００５２】そして、この蒸着槽31内では、熱の移動が
密着ボート32，32から、順次、基板７、冷却板34へとな
る。

【００５３】ここで、密着ボート32から基板７への熱の
移動が一定で、冷却板34に対向する面が基板７に対して
平行であるとすると、熱の移動量Ｑは、

【００５４】

【式５】

【００５５】

【式６】となる。なお、Ｃｂは温度１００Ｋで５．７Ｗ／ｍ²の
定数、ε₁，ε₂は基板７の面と冷却板34との輻射率、
Ａは基板７と冷却板34との対向する面積〔ｍ²〕、Ｔ1
，Ｔ2 は基板７の温度、冷却板34の温度〔Ｋ〕を表
す。

【００５６】そして、式６の中で、基板７の面と冷却板
34との輻射率ε₁，ε₂以外は、基板７の温度Ｔ1 、冷
却板34の温度Ｔ2 が外的要因に左右されやすい不安定な
量で、定数Ｃｂ、基板７と冷却板34との対向する面積Ａ
はすでに決定されている値であり、容易に任意の値に設
定できない。

【００５７】したがって、意図的に設定できるものは基
板７の面と冷却板34との輻射率ε₁，ε₂であり、これ
らの輻射率ε₁，ε₂を大きくすることにより、熱の移
動量Ｑも大きくなり、基板７の温度を低下させることが
できる。

【００５８】そして、具体的には、基板７の凸曲面側の
表面にアンチモンにより黒化させた輻射率制御層22を蒸
着する。また、必要によっては、この輻射率制御層22の
黒化度に分布を持たせ、すなわち中心部近傍で黒化度を
高くし、周辺に向かうに従い黒化度を低くして、中心よ
り周辺の輻射率を高くしてもよい。そして、輻射率制御
層22の黒化度により、入力蛍光体層８の形成時の基板７
の表面の輻射率を制御し、基板７の温度を制御する。

【００５９】次に、蒸着槽31内の圧力を図示しないポン
プにより、１０^-3Ｐａまで低下させ、加熱ランプ35，35
により基板７の温度を１５０℃まで上昇させる。

【００６０】さらに、蒸着槽31内に窒素ガス（Ｎ₂）を
導入し、０．４Ｐａまで圧力を上昇させる。

【００６１】この状態で、密着ボート32，32を加熱し、
密着ボート32，32内のよう化セシウムを蒸発させ、図３
に示す基板７上に入力蛍光体層８の不連続層8aを３８０
μｍの厚さまで形成し、再び、蒸着槽31内の圧力を１０
^-3程度まで低下させ、密着ボート32，32を加熱し、図３
に示す連続層8bを形成する。

【００６２】そして、この蒸着時の基板７の中心の温度
は、図８の実線に示すように、黒化した基板７もほぼ１
５０℃に一定に保つことができ、何の処理も施していな
い従来例を示す破線に比べ、温度を低下させることがで
きた。

【００６３】また、基板７の中心をアンチモンで黒化さ
せ、周辺の黒化度を低くしたものについても、同様にほ
ぼ１５０℃以下に保つことができる。

【００６４】さらに、この場合の基板７の中央部の温度
と周辺部の温度との差を測定すると、図９に示すよう
に、従来は基板の中心部の温度が周辺部に比べて高かっ
たものが、輻射率制御層22により輻射率を制御すること
により、約１５℃の温度差をつけることができた。

【００６５】なお、実験によれば、輻射率制御層22によ
り黒化されている部分の入力蛍光体層８のピラーサイズ
は平均６μｍ、輻射率制御層22により黒化されていない
部分の入力蛍光体層８のピラーサイズは平均９μｍであ
り、輻射率制御層22によりピラーサイズを変えることが
できた。

【００６６】そうして、動作時には、入力面３に対向し
てＸ線管10を配置し、Ｘ線管10と入力面３との間に被写
体11を位置させる。

【００６７】Ｘ線管10からＸ線が照射されると、Ｘ線が
被写体11を通り抜け、入力窓２および基板７を透過し
て、入力蛍光体層８で光に変換され、光電面９で電子に
変換される。さらに、集束電極６および陽極４で、集
束、加速され、出力面５にて可視光線に変換される。

【００６８】また、前面が黒化された基板７のＸ線イメ
ージ管を、管球に装着したところ、９インチ出力径２５
mmの限界解像度が、従来の４８ｌｐ／ｃｍから、５１ｌ
ｐ／ｃｍに向上し、さらに、輻射率制御層22の黒化度に
分布を持たせて形成した入力蛍光体層８ではＸ線イメー
ジ管の輝度の均一性が向上した。

【００６９】次に、他の実施例を図１０を参照して説明
する。

【００７０】この図１０に示す実施例は、Ｘ線イメージ
管内に組み込まれる基板７に直接、輻射率制御層22を形
成するものに限らず、入力蛍光体層８の蒸着工程中に、
あらかじめ輻射率制御層22が形成された第２の基板23
を、従来の基板と同様の基板を第１の基板７とし、この
第１の基板７に第２の基板23を被せることにより、簡単
な構成で、同様の目的を達成することができる。

【００７１】ただし、第２の基板23は第１の基板７とむ
らなく密着させないと、基板の温度にむらが生じるおそ
れがある。しかしながら、第２の基板23として第１の基
板７と全く同じ基板を用いれば、基板の温度にむらが生
じるようなことはない。

【００７２】

【発明の効果】請求項１記載のＸ線イメージ管によれ
ば、蛍光体層の基板側に、輻射率を制御する輻射率制御
層を形成することにより、蛍光体層形成時に基板の温度
を容易に制御できるため、容易に任意の厚さの膜厚を形
成できるので、簡単な構成で、輝度を低下させることな
く、分解能を向上できる。

【００７３】請求項２記載のＸ線イメージ管の製造方法
によれば、第１の基板上に蛍光体層および光電面からな
る入力面を形成し、蛍光体層の光電面と反対側の第１の
基板側に輻射率を制御する輻射率制御層を形成した第２
の基板を被せたため、簡単に、輝度を低下させることな
く、分解能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線イメージ管の一実施例の入力面を
示す側面図である。

【図２】同上Ｘ線イメージ管の構造を示す説明図であ
る。

【図３】同上入力蛍光体層を示す構造図である。

【図４】同上Ｘ線イメージ管を製造する製造装置を示す
説明図である。

【図５】同上入力蛍光体層での発光が光電面に達する様
子を模式化した模式図である。

【図６】同上入力蛍光体層の膜厚と発光量との関係を示
すグラフである。

【図７】同上発光が入力蛍光体層の界面を通過する様子
を示す説明図である。

【図８】同上蒸着時の基板の温度を示すグラフである。

【図９】同上基板の中心の温度と周辺の温度との差を示
すグラフである。

【図１０】同上Ｘ線イメージ管の他の実施例の入力面を
示す側面図である。

【符号の説明】

７第１の基板８入力蛍光体層９光電面 22 輻射率制御層 23 第２の基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された蛍光体層と、この蛍
光体層上に形成された光電面とからなる入力面を備えた
Ｘ線イメージ管において、前記蛍光体層の前記光電面と反対側の前記基板側に輻射
率を制御する輻射率制御層を形成したことを特徴とする
Ｘ線イメージ管。
【請求項２】第１の基板上に蛍光体層とこの蛍光体層
上の光電面からなる入力面を形成し、前記蛍光体層の前記光電面と反対側の前記第１の基板側
に輻射率を制御する輻射率制御層を形成した第２の基板
を被せることを特徴とするＸ線イメージ管の製造方法。