JPH0636717A - Ｘ線イメージ管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、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】 アルミニウム基板11上に面方向に不連続なよ
う化セシウムの不連続蛍光体層12を形成し、不連続蛍光
体層12上によう化セシウムの連続蛍光体層13を積層さ
せ、入力蛍光スクリーン14を形成する。不連続蛍光体層
12は、入力蛍光スクリーン14の中心部より、周辺部の膜
厚を薄くする。周辺部分の光量が少ない部分でも、入力
蛍光スクリーンの中央部と、膜厚の違いにより吸収量を
変化させるため、中央部でも周辺部でも輝度の変化が小
さい。ファイバ体12a の間隔を０．５μｍ以上としたこ
とにより、ファイバ体12a 間に酸素が入りやすく酸化膜
が形成しやい。ファイバ体12a の直径は４０μｍ以下と
したことにより小さな移動により柱状結晶の周囲酸化膜
を容易に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分解能を向上させたＸ
線イメージ管に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線イメージ管は、一般に医療用
のＸ線撮像装置や工業用の非破壊検査用のＸ線工業テレ
ビなどに広く応用されている。

【０００３】また、従来のＸ線イメージ管は、Ｘ線が入
力される入力窓を有する真空外囲器を備えている。そし
て、この真空外囲器の内部には、入力窓に対向して彎曲
基板が配置され、彎曲基板の入力窓と反対面には、入力
蛍光スクリーンおよび光電面が順次積層されている。さ
らに、真空外囲器の出力側には、陽極および蛍光スクリ
ーンが配設され、真空外囲器の内部の側壁に沿って集束
電極が配設されている。

【０００４】そして、Ｘ線管から放射されたＸ線は、被
写体を通り、入力窓と彎曲基板とを通過して入力蛍光ス
クリーンによって光に変換される。この光は、光電面に
よって電子に変換され、集束電極と陽極とによって構成
される電子レンズによって、加速、収束され、出力蛍光
スクリーンによって可視像に変換される。

【０００５】そうして、この可視像は、テレビカメラ、
シネカメラまたはスポットカメラなどによって現像さ
れ、医療診断などが行なわれている。

【０００６】次に、上記Ｘ線イメージ管に用いる入力蛍
光スクリーンの一例を図１２を参照して説明する。

【０００７】この図１２に示す入力蛍光スクリーンは、
アルミニウム基板１上によう化セシウム（ＣｓＩ）の不
連続蛍光体層２を形成し、この不連続蛍光体層２上によ
う化セシウムの連続蛍光体層３を積層させ、光電面４を
連続して形成している。

【０００８】そうして、上述の入力蛍光スクリーンは、
まず、ライトガイド効果を有している。すなわち、よう
化セシウムは、波長４２０nm付近の発光に対する屈折率
が１．８４であり、理論上、結晶中で生じた発光は、図
１３に示すように、臨界角３３°以上の鈍角で結晶と真
空との界面に達すると、全反射して結晶の外に出られな
くなる。このため、発光の一部は光電面４に到達し、光
は強制的に結晶成長方向に伝送される。

【０００９】また、結晶と真空の界面とでの光の減衰が
生ずる。したがって、臨界角３３°以下の角度で結晶の
外に出た光は、再度隣接する別の不連続蛍光体層２に到
達する。このとき、ほとんどの光は、結晶内に取り込ま
れるが、一部は図１３に示すようにフレネル反射により
元の結晶に戻される。なお、結晶から真空に出るときも
同様である。このようにして、横方向へ広がる光は次第
に減衰し、結晶成長方向から外れた光ほど界面を通る回
数が多くなり、減衰の度合いが大きくなる。そこで、発
光は結晶成長方向に近いほど少ない減衰量で光電面４に
到達する。

【００１０】上述のように、不連続蛍光体層２で発光し
た光は、発光点からあまり離れていない光電面４上に到
達することになり、入力蛍光スクリーン単体としての分
解能が得られる。

【００１１】そして、近年のＸ線イメージ管は、被写体
を透過したＸ線信号をできるだけ多く拾うことを目的と
して、入力蛍光スクリーンの厚さを４００μｍ以上に設
定してＸ線吸収効率の向上を図っている。

【００１２】また、上記作用のうち、ライトガイド効果
は、入力蛍光スクリーンの厚さに依存しないが、真空と
界面とでの光の減衰については、入力蛍光スクリーンの
厚さが厚くなると界面による減衰の効果が弱くなり、入
力蛍光スクリーンの分解能が低下する。

【００１３】この分解能を補強するために、不連続蛍光
体層２の径を細くして面方向の光学的界面を密にするこ
とが考えられる。そして、このように光学的界面を密に
することにより、横方向へ広がる光は、単位光路長当た
り減衰される割合が増加すると考えられる。

【００１４】また、不連続蛍光体層２の径は、スクリー
ン蒸着工程における基板温度に依存するので、蒸着時に
基板温度を１５０℃に維持したまま、４．５×１０^-1Ｐ
ａの圧力下でよう化セシウム膜を形成させたところ、６
μｍの結晶柱の不連続蛍光体層２が形成され、基板温度
を１８０℃に維持したところ、９μｍの不連続蛍光体層
２が形成された。

【００１５】これらの不連続蛍光体層２が形成された入
力蛍光スクリーンの解像度を測定したところ、２０ｌｐ
／ｃｍで、ＣＴＦ（Contrast Transfer Function）値は
いずれも２４％前後で略等しく、５０ｌｐ／ｃｍでも６
μｍの入力蛍光スクリーンの方が１％上回ったにすぎな
かった。なお、この程度のＣＴＦの差であると、入力蛍
光スクリーンをＸ線イメージ管内部に装着した場合、撮
像系を経てテレビ画面上に現れる差は小さい。

【００１６】このような、柱状構造を持った入力蛍光ス
クリーンの分解能特性を向上させる別の手段として、柱
状構造によって形成される光学的な界面に光吸収材ある
いは光反射材の層を設けることが考えられる。

【００１７】特に、真空と界面とでの光の減衰を向上さ
せるものとして、たとえば特開昭６２−４３０４６号公
報に記載されているように、不連続蛍光体層の結晶柱間
に光吸収層を介在させるもの、特開昭５９−１２１７３
３号公報に記載されているように、不連続蛍光体層の柱
状結晶間に光反射物質の粉末を充填するものが知られて
いる。

【００１８】ところが、不連続蛍光体層の結晶柱間は１
μｍ程度であり、これら結晶柱間の間隙を加工すること
は非常に困難である。

【００１９】このような構造を実現する最も簡単で、量
産性がある方法として特公昭５４−４００７１号公報記
載の構成が知られている。この特公昭５４−４００７１
号公報記載の構成は、光吸収材料を混入させ、酸化雰囲
気中でアニールすることにより、光学的界面に光吸収材
の酸化物を析出させるものである。

【００２０】しかしながら、この特公昭５４−４００７
１号公報記載の構成では、結晶中に含まれる不純物が、
光学的界面に析出するためには、不純物が拡散移動する
ことができ、かつ、光学的界面で酸化が進行する結晶構
造とアニール条件とが整ってなければ、任意の柱状構造
の入力蛍光スクリーンに対して実現できるとは限らな
い。

【００２１】またさらに、入力蛍光スクリーンの周囲を
若干薄くした構成がたとえば特開平４−１１２４３１号
公報に記載されている。

【００２２】ところが、この特開平４−１１２４３１号
公報記載のものは、入力蛍光スクリーンの中央部は概ね
均一の膜厚に設定されており、周辺部の像に歪みが生ず
る。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開昭６２−４
３０４６号公報または特開昭５９−１２１７３３号公報
に記載のように、真空と界面とでの光の減衰を向上させ
るものとして、不連続蛍光体層の結晶柱間に光吸収層を
介在させたり、あるいは光反射物質の粉末を充填するこ
とは、不連続蛍光体層の結晶柱間が１μｍ程度であり、
これら結晶柱間の間隙を加工することは非常に困難であ
る問題を有している。

【００２４】また、特開昭６２−４３０４６号公報記載
のように、不連続蛍光体層の結晶柱間に光吸収物質を介
在させ、不連続蛍光体層の結晶柱間で蛍光体からの光を
吸収するものの場合、分解能を十分に向上させることが
できない問題を有している。

【００２５】さらに、特公昭５４−４００７１号公報記
載の構成では、結晶中に含まれる不純物が、光学的界面
に析出するためには、不純物が拡散移動することがで
き、かつ、光学的界面で酸化が進行する結晶構造とアニ
ール条件とが整ってなければ、任意の柱状構造の入力蛍
光スクリーンに対して実現できるとは限らない問題を有
している。

【００２６】またさらに、特開平４−１１２４３１号公
報記載のものは、入力蛍光スクリーンの中央部は概ね均
一の膜厚に設定されており、周辺部の像に歪みが生ずる
問題を有している。

【００２７】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、簡単な構成で、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ことを目的とする。

【００２８】

【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、基体と、この基体の上に形成されＸ線の入射
により蛍光体が発する光を吸収する光吸収物質を含有し
た入力蛍光スクリーンを具備したＸ線イメージ管におい
て、前記入力蛍光スクリーンの膜厚は、前記入力蛍光ス
クリーンの中心部より前記入力蛍光スクリーンの周辺部
に向かって薄くするものである。

【００２９】請求項２記載のＸ線イメージ管は、基体
と、この基体の上に形成されＸ線の入射により蛍光体が
発する光を吸収する光吸収物質を含有した柱状結晶から
なる不連続蛍光体層と、この不連続蛍光体層の周囲に形
成された酸化マグネシウムの光散乱物質と、前記不連続
蛍光体層の上に形成されＸ線の入射により蛍光体が発す
る光を吸収する光吸収物質を含有した連続蛍光体層とを
具備するものである。

【００３０】請求項３記載のＸ線イメージ管は、基体
と、この基体の上に形成されＸ線の入射により蛍光体が
発する光を吸収する光吸収物質を含有した柱状結晶から
なる不連続蛍光体層、この不連続蛍光体層の周囲に形成
された酸化膜、および、前記不連続蛍光体層の上に形成
されＸ線の入射により蛍光体が発する光を吸収する光吸
収物質を含有した連続蛍光体層を有する入力蛍光スクリ
ーンとを具備したＸ線イメージ管において、前記不連続
蛍光体層の柱状結晶の間隔は、０．５μｍ以上で、か
つ、前記不連続蛍光体層の柱状結晶の直径は、４０μｍ
以上であるものである。

【００３１】

【作用】請求項１記載のＸ線イメージ管は、入力蛍光ス
クリーンの膜厚は、入力蛍光スクリーンの中心部より入
力蛍光スクリーンの周辺部に向かって薄くするため、周
辺部分の光量が少ない部分では、入力蛍光スクリーンの
中央部に比べて、光吸収量を少なくするので、周辺部と
中央部とで輝度の変化が小さくなる。

【００３２】請求項２記載のＸ線イメージ管は、蛍光体
が発する光を吸収する光吸収物質を含有した柱状結晶か
らなる不連続蛍光体層の周囲に酸化マグネシウムの光散
乱物質を形成したため、この光拡散物質がライトガイド
効果を有し、輝度を低下させることなく、分解能が向上
する。

【００３３】請求項３記載のＸ線イメージ管は、蛍光体
が発する光を吸収する光吸収物質を含有した柱状結晶か
らなる不連続蛍光体層の柱状結晶の間隔を０．５μｍ以
上としたことにより、柱状結晶間に酸素が入りやすく酸
化膜が形成しやすく、また、不連続蛍光体層の柱状結晶
の直径はを４０μｍ以下としたことにより小さな移動に
より柱状結晶の周囲に酸化膜を容易に形成できる。

【００３４】

【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。

【００３５】図１に示すように、基体としてのたとえば
アルミニウム（Ａｌ）基板11上に面方向に、不連続なフ
ァイバ柱状の多数の柱状結晶のファイバ体12a からなる
よう化セシウム（ＣｓＩ）の不連続蛍光体層12を形成
し、この不連続蛍光体層12上によう化セシウムの連続蛍
光体層13を積層させていわゆるアルカリハライド体の入
力蛍光スクリーン14を形成し、光電面15を連続して形成
している。なお、不連続蛍光体層12は中心部から周辺部
にかけて順次薄くなっており、この不連続蛍光体層12に
従って、入力蛍光スクリーン14も中心部から周辺部にか
けて薄くなっている。

【００３６】そして、不連続蛍光体層12には、平均濃度
０．１ｗｔ％以下、より好ましくは０．０１〜０．１ｗ
ｔ％のよう化銅（ＣｕＩ）が混入され、透明度は低くな
っており、不連続蛍光体層12の結晶中の表面には、酸化
膜である酸化銅（ＣｕＯ）の黒色膜16が形成されてい
る。

【００３７】また、不連続蛍光体層12および連続蛍光体
層13には、タリウムイオン（Ｔｌ⁺）、ナトリウムイオ
ン（Ｎａ⁺ ）、カリウムイオン（Ｋ⁺ ）が発光効率向上
のため、適当な濃度含有されている。

【００３８】なお、隣接するファイバ体12a の間隔、す
なわち光学的界面の間隔は、０．１〜４０μｍが好まし
く、より好ましくは０．１〜３μｍであり、０．１μｍ
に形成され、ファイバ体12a の径は４０μｍ以下が好ま
しく、より好ましくは５〜１５μｍで、２０μｍに設定
されている。

【００３９】なお、アルミニウム基板11としては柱状結
晶を支持するため、別に他の物質たとえばチタン（Ｔ
ｉ）や、場合によってはベリリウム（Ｂｅ）などのＸ線
透過率の小さいものでもよい。

【００４０】次に、上記Ｘ線イメージ管の製造装置を図
２を参照して説明する。

【００４１】図２は、入力蛍光スクリーンの製造装置で
ある。21は真空槽で、この真空槽21の内部には、アルミ
ニウム基板11が載置されている。そして、アルミニウム
基板11の上部には加熱ヒータ22、下部にはボート23，24
がそれぞれ配設されている。また、一方のボート23に
は、０．１ｗｔ％のよう化銅（ＣｕＩ）が混入されたよ
う化セシウム（ＣｓＩ）が、他方のボート24には、よう
化セシウム（ＣｓＩ）が入れられている。

【００４２】そして、まず、加熱ヒータ22でアルミニウ
ム基板11を１８０℃に加熱し、真空槽21内の圧力を４．
５×１０^-1Ｐａに保った状態で、一方のボート23を加熱
し、アルミニウム基板11に膜圧が３８０μｍの柱状の不
連続蛍光体層12を形成する。この不連続蛍光体層12は、
中心部から周辺部にかけて順次薄くなるように形成す
る。この状態で、引き続き、アルミニウム基板11を１８
０℃に加熱し、真空槽21の圧力を１０^-3Ｐａ以下の状態
にして、他方のボート24を加熱し、不連続蛍光体層12上
に約２０μｍの厚さの連続蛍光体層13を形成する。そう
して、これら不連続蛍光体層12および連続蛍光体層13が
形成されたアルミニウム基板11を、空気中にさらし２８
０℃で５時間ベーキングする。

【００４３】さらに、これら不連続蛍光体層12および連
続蛍光体層13が形成される作用について説明する。

【００４４】まず、Ｘ線イメージ管の入力蛍光スクリー
ン14を構成する物質であるよう化セシウム（ＣｓＩ）
は、イオン結晶であるから、格子中のセシウムイオン
（Ｃｓ⁺）もしくはよう素イオン（Ｉ^- ）は、容易に他
の化学種イオンと置き変わることができる。たとえば、
入力蛍光スクリーン14においては、発光効率を上げるた
めに、化学式１に示すように、タリウムイオン（Ｔ
ｌ⁺ ）、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺ ）を微量添加してい
る。

【００４５】

【化１】 この性質を利用すると、結晶格子を保ったまま、不連続
蛍光体層12に光吸収物質を混入することができる。これ
は、多価イオンでも可能であり、添加量が少ない場合は
不連続蛍光体層12の蛍光体本来の物性を損ねることは少
ない。また、たとえば１価の銅イオン（Ｃｕ⁺ ）の場合
は、化学式２に示すようになる。

【００４６】

【化２】 このようにして、ある種の化学種のイオンが混入した結
晶には、純よう化セシウム（ＣｓＩ）もしくはナトリウ
ムイオン（Ｎａ⁺ ）が加えられたよう化セシウム（Ｃｓ
Ｉ）にはなかった光吸収特性があり、もともとは、発光
に対してほぼ透明であった入力蛍光スクリーンも光透過
率が小さくなる。

【００４７】したがって、発光が不連続蛍光体層12の結
晶方向から外れた方向に向かう光ほど光電面15に到達す
る距離が長くなり、入力蛍光スクリーン14の透過率が小
さいほど、光電面15上で発光点から離れたところに到達
する減衰は大きくなり、入力蛍光スクリーン14の分解能
は向上する。

【００４８】また、結晶中に注入する物質を選択するこ
とにより、混入物質の分布を変化させることができる。
たとえば均一に銅イオン（Ｃｕ⁺ ）が混入されたよう化
銅（ＣｕＩ）の結晶を酸素雰囲気中で加熱すると、化学
式３および化学式４のように不連続蛍光体層12の結晶の
表面付近、すなわち光学的界面には、銅（Ｃｕ）の酸化
物が析出する。

【００４９】

【化３】

【化４】 なお、このときセシウムイオン（Ｃｓ⁺ ）は、銅イオン
（Ｃｕ⁺ ）よりも酸素（Ｏ₂ ）に対して不活性なのでセ
シウム（Ｃｓ）の酸化物はできにくく、不連続蛍光体層
12の蛍光膜の劣化は少ない。

【００５０】さらに、不連続蛍光体層12の表面付近の酸
化反応が進むにつれて銅イオン（Ｃｕ⁺ ）が欠乏するも
のの、加熱によりバルク中の銅イオン（Ｃｕ⁺ ）が拡散
して補充されるから、反応はさらに進み、不連続蛍光体
層12の結晶表面、すなわち光学的界面に近いほど高濃度
の酸化銅（ＣｕＯ）の層が形成される。

【００５１】このような反応により精製された入力蛍光
スクリーン14は、結晶バルク中の光吸収物質である光吸
収イオンの濃度が低くなり、不連続蛍光体層12の蛍光体
の発光効率の低下を最小限に抑えることができ、さら
に、光吸収物質である鉄のような酸化物を選択すると、
光減衰性の機能も同等に保つことができる。

【００５２】また、上述の条件では、柱状結晶の径は平
均１２μｍ、光学的界面の幅は０．３〜１μｍであっ
た。

【００５３】この黒色膜16が形成される反応が行なわれ
る場合の、十分な反応速度を得るための温度は、よう化
銅が酸化され酸化銅が形成される際のよう素ガス
（Ｉ₂ ）の量をモニターすることにより求めることがで
きる。

【００５４】すなわち、図３に示すように、横軸に時
間、縦軸によう素ガスの発生総量を採り、測定値をプロ
ットしていくと、温度を２８０℃にまで上昇させたとき
に、急激によう素ガスの量が多くなるので、２８０℃の
温度が化学式３、化学式４の反応を起こすのに十分な温
度といえる。また、柱状結晶が１２μｍ、２０μｍおよ
び５０μｍの、銅、ナトリウム付活よう化セシウムＣｓ
Ｉ／Ｎａ⁺ ，Ｃｕ⁺ を、２８０℃でアニールすると、１
２μｍおよび２０μｍのものは、４時間後にある程度の
よう素ガスの発生が認められ、結晶界面にＣｕＯの着色
膜である黒色膜16が形成され、黒色に変色した。これら
に対し、５０μｍのものは、結晶内にＣｕ⁺ が多く残っ
ており、消光作用が起こり、蛍光体としては発光しなか
った。

【００５５】そして、上述のような結晶中の不純物を酸
素中で加熱することにより析出させることについては、
Journal of Crystal Growth 7 (1970)の２５９頁〜２６
０頁の「GROWTH OF Mn₂ Ｏ₃ THIN FILMS BY IMPURITY
DIFFUSION FROM VOLUME TOSURFACE IN IMPURE NaCl CR
YSTALS 」などに記載されている。

【００５６】したがって、上記実施例では、よう化セシ
ウム（ＣｓＩ）粉末によう化銅粉末を混合したものを真
空蒸着してファイバ体12a からなる不連続蛍光体層12を
形成し、次に、よう化セシウム（ＣｓＩ）粉末を蒸着し
て連続蛍光体層13を形成し、その後、空気中で２８０℃
で５時間加熱することにより、ファイバ体12a の光学的
界面に高濃度の酸化銅（ＣｕＯ）の黒色膜16を容易に形
成することが可能である。この場合、連続蛍光体層13と
接するファイバ体12a の表面は空気と接していないの
で、高濃度の酸化銅（ＣｕＯ）の黒色膜16は形成されて
いない。

【００５７】一方、加熱条件及び結晶の寸法と、結晶表
面への不純物の析出状態との関係は、Revista Mexican
de Fisica 30 (4) (1984) ６８５頁〜６９２頁に記載さ
れている。この記載によると、加熱時間をｔ、結晶寸法
をｌとすると、ｔ／ｌ² が析出の進行状況を示すパラメ
ーターとなっている。言い換えると、結晶寸法をｎ倍に
すると、結晶表面に不純物が析出するに必要な加熱時間
はｎ² にしなければならないことを示しており、結晶の
中の不純物が表面に到達する距離が長くなることが原因
である。

【００５８】このようなことから、不連続蛍光体層12を
構成するファイバ体12a の径が大きい場合には、極端に
長い加熱時間が必要である。加熱時間が長くなると、量
産性に劣るだけでなく、熱により結晶がくずれた構造と
なる。実際に様々な径のファイバ体12a を製作したとこ
ろ、ファイバ体12a の径が５０μｍを越えると、２４時
間の加熱でＣｕＯの黒色膜16の量は極端に少なくなるこ
とが判明した。

【００５９】また、ファイバ体12a の光学的界面は、ア
ニール工程において、酸素供給源となっている。したが
って、ファイバ体12a の間隔が狭いと、アニール工程の
途中で酸素が不足して反応速度が遅くなる。実験による
と、０．１μｍより小さくなると、数１０オングストロ
ーム程度の酸化膜でも形成が難しくなる。

【００６０】以上を考慮すると、空気中での加熱温度は
６０〜３５０℃が好ましく、より好ましくは２６０〜３
００℃であり、加熱時間は２４時間以下が好ましく、よ
り好ましくは３〜５時間である。

【００６１】また、隣接するファイバ体12a の光学的界
面間の間隔は、加熱工程において酸素供給源となってい
る。したがって、この間隔が狭すぎると、加熱の途中で
酸素量が不足し、反応速度で遅くなる。実際に作成した
膜では、幅はすべて０．３μｍ以上であり、問題はなか
ったが、０．１μｍより狭くなると、数１０オングスト
ロームの酸化膜でも形成が困難となる。

【００６２】次に、１２μｍの柱状結晶のファイバ体12
a の効果について、次に示す３種類の実施例を用いた場
合について説明する。

【００６３】サンプルＡ：従来の入力蛍光スクリーンを
２６０℃で真空加温したもの サンプルＢ：０．０２ｗｔ％のよう化銅を混入した入力
蛍光スクリーン14を、アニール工程を省略し、２６０℃
で真空加熱したもの サンプルＣ：０．０２ｗｔ％のよう化銅を混入した入力
蛍光スクリーンを実施例に示す方法で作成し、さらに、
２６０℃で真空加温したもの なお、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの２６０℃での真空加温は、
蛍光体の活性のための工程である。

【００６４】また、サンプルＣは空気中で加温すること
により、酸化銅が形成され灰色に変色している。

【００６５】そして、サンプルＣは、図４に示すよう
に、ＣＴＦ曲線はサンプルＡに比べて大幅に向上してい
る。また、サンプルＣは、外観が灰色であるにもかかわ
らず、発光量は図示しないがサンプルＡの３６％に達し
ている。この外観が灰色であるにもかかわらず発光量の
低下が少ないことについては、バルクの結晶中の銅イオ
ンが含まれず、図５に示すように、透明であることに起
因していると考えられる。

【００６６】逆に、サンプルＢは、ＣＴＦ曲線はサンプ
ルＡに比べて差異がない。しかも、サンプルＢは、透明
にもかかわらず、バルクの結晶中に銅イオンが多く含ま
れているため、蛍光体ＣｓＩ／Ｎａ⁺ の発光を妨げ、発
光量は図示しないがサンプルＡの２９％にまで低下し
た。

【００６７】上述のように製造された入力蛍光スクリー
ンを入力視野９インチ、出力径直径２５ｍｍのＸ線イメ
ージ管に装着したら、図６に示すようにＣＴＦ曲線が向
上する効果が得られた。このとき、スクリーン単体の実
験のときと同様に、サンプルＣはサンプルＡに比べ、輝
度（（ｃｄ／ｍ² ）／ｍＲｉsec ）の低下が認められる
が、輝度の低下を防止するためには、光吸収材の濃度を
低下させるか、光吸収材を含む部分を入力蛍光スクリー
ンの厚さ方向の一部に限定すればよく、Ｘ線イメージ管
の各用途に必要な輝度に応じて濃度、構造を検討すれば
よい。

【００６８】なお、上記実施例のように、０．０２ｗｔ
％のよう化銅の混入では、十分な透明度が得られてお
り、光電面15からはなれた部分の発光にも寄与してお
り、Ｘ線イメージ管の重要な性能ファクターであり、入
射Ｘ線信号をできるだけ多く有効な信号として取り出す
能力の劣化は少ない。

【００６９】上述のように、一旦、結晶中に光吸収材の
元となるイオンを混入させ、後の酸化処理により光吸収
材の元になるものを結晶界面に析出させる一連の工程
は、高分解性能が要求されるＸ線イメージ管のファイバ
構造を持った入力蛍光スクリーンの形成工程に組み合わ
せることにより、絶大な効果を発揮し、なおかつ、非常
に簡単な所望の構造が得られるので、工業的生産手段と
しても有用である。

【００７０】また、他の実施例として、酸化銅に代えて
酸化鉄を用いた構成について説明する。

【００７１】そして、図１に示す実施例の不連続蛍光体
層12に、銅に代えて平均濃度０．１ｗｔ％以下、より好
ましくは０．０１〜０．１ｗｔ％の鉄（Ｆｅ）を混入
し、不連続蛍光体層12の各ファイバ体12a の結晶中の表
面に、酸化鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）からなる黒色膜16を被覆し
たものである。

【００７２】なお、鉄という元素は、蛍光体を主として
構成するたとえばナトリウム付活よう化セシウム（Ｃｓ
Ｉ：Ｎａ）などの元素イオンよりも、酸素に対して活性
であるとともに、連続蛍光体層13の結晶中で金属イオン
として存在する場合よりも、結晶外で酸化物として存在
する場合の方が、効果的に蛍光体の発光を吸収するもの
である。

【００７３】なお、同様に、隣接するファイバ体12a の
間隔、すなわち光学的界面の間隔は、０．１〜４０μｍ
が好ましく、より好ましくは０．１〜３μｍであり、フ
ァイバ体12a の径は４０μｍ以下が好ましく、より好ま
しくは５〜１５μｍである。

【００７４】このように、鉄を用いる場合にも図２に示
す入力蛍光スクリーンの製造装置を使用する。

【００７５】このように鉄を用いる場合、一方のボート
23には、たとえば０．０２ｗｔ％のよう化鉄（Ｆｅ
Ｉ₂ ）が混入されたよう化セシウム（ＣｓＩ）および微
量のよう化ナトリウム（ＮａＩ）が、他方のボート24に
は、よう化セシウム（ＣｓＩ）および微量のよう化ナト
リウム（ＮａＩ）が入れられている。そして、よう化銅
を含んだ不連続蛍光体層12および連続蛍光体層13と同様
の動作を行ない、最後に、アルミニウム基板11を空気中
にさらし２８０℃で５時間ベーキングして形成する。

【００７６】さらに、上記入力蛍光スクリーンの構造が
得られる理由について説明する。

【００７７】Ｘ線イメージ管の入力蛍光スクリーンを構
成する物質であるよう化セシウム（ＣｓＩ）は、イオン
結晶であるから、格子中のセシウムイオン（Ｃｓ⁺ ）も
しくはよう素イオン（Ｉ^- ）は、容易に他の化学種イオ
ンと置き変わることができる。たとえば、入力蛍光スク
リーンにおいては、発光効率を上げるために、化学式５
に示すように、タリウムイオン（Ｔｌ⁺ ）、ナトリウム
イオン（Ｎａ⁺ ）を微量添加している。

【００７８】

【化５】 この性質を利用すると、結晶格子を保ったまま、不連続
蛍光体層12に光吸収物質を混入することができる。これ
は、多価イオンでも可能であり、添加量が少ない場合は
不連続蛍光体層12の蛍光体本来の物性を損ねることは少
ない。また、たとえば２価の鉄イオン（Ｆｅ⁺⁺）の場合
は、化学式６に示すようになる。

【００７９】

【化６】 なお、このような構造の結晶は、よう化セシウムによう
化銅の粉末同士を混ぜ合わせたものを真空蒸着すること
により得られる。

【００８０】また、鉄イオン（Ｆｅ⁺⁺）は、蛍光体を構
成するセシウムイオン（Ｃｓ⁺ ）およびよう素イオン
（Ｉ^- ）に比べて酸素（Ｏ₂ ）に対して活性であるか
ら、空気中にさらすことにより酸化させることができ
る。

【００８１】このとき

【化７】 の反応式となる。そして、酸素は、不連続蛍光体層12の
内部より、光学的界面に多く供給されるため、光学的界
面を中心に反応が生ずる。

【００８２】さらに、不連続蛍光体層12の表面付近の酸
化反応が進むにつれて鉄イオン（Ｆｅ⁺⁺）が欠乏するも
のの、加熱によりバルク中の鉄イオン（Ｆｅ⁺⁺）が拡散
して補充されるから、反応はさらに進み、不連続蛍光体
層12の結晶表面、すなわち光学的界面に近いほど高濃度
の酸化鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）の黒色膜16が形成される。

【００８３】また、よう化セシウム（ＣｓＩ）に含有す
る光吸収物質としては、鉄イオン（Ｆｅ⁺⁺）、銅イオン
（Ｃｕ⁺ ）以外の物質として、クロム（Ｃｒ）、ストロ
ンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、水銀（Ｈ
ｇ）のように鉄（Ｆｅ）に近い化学的性質を示し、よう
化セシウム（ＣｓＩ）の結晶格子中に取り込まれる光吸
収物質なら、１個もしくは複数個の元素などを用いても
同様の効果が得られる。なお、蒸着プロセスにおいて、
よう化セシウム（ＣｓＩ）に近い蒸気圧で、同時に蒸発
するものである必要はある。

【００８４】一方、マグネシウムはライトガイド効果を
持たせた光拡散物質として用いることもでき、このマグ
ネシウムを用いた場合の製造方法について説明する。

【００８５】まず、０．３〜１．５ｍｍ程度のアルミニ
ウム基板11を、８０〜２００℃に真空中で加熱する。

【００８６】次に、光拡散物質の原料となるＭｇＣｌを
０．０１％〜０．１％の程度含有するＣｓＩを窒素（Ｎ
₂ ）またはアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを１０^-1
〜１０^-2ｔｏｒｒ導入した低真空状態下で蒸着する。こ
の後、大気圧化の空気中で、ＣｓＩの蒸着されたアルミ
ニウム基板11を２００〜３００℃で加熱することによ
り、ＣｓＩの壁面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の光拡
散層である黒色膜16を析出形成させる。

【００８７】さらに、ＭｇＣｌを含まないＣｓＩを高真
空下で蒸着する。そして、ＣｓＩを高真空化で蒸着する
ことにより、図示しない保護層と光電陰極層を形成し、
たとえばＸ線蛍光倍増管の入力面として機能する。

【００８８】その後、酸化マグネシウムを真空蒸着し、
柱状結晶であるファイバ体12a 間の間隙に充填する。し
かしながら、この状態では、ファイバ体12a の先端にも
酸化マグネシウムが被着してしまうため、機械的に研磨
して先端の酸化マグネシウムを除去する。

【００８９】そして、ＣｓＩを高真空で蒸着して、保護
層と光電陰極層を形成する。

【００９０】また、酸素（Ｏ₂ ）以外のたとえば窒素ガ
ス（Ｎ₂ ）、アンモニアガスなどの気体雰囲気中で着色
する物質でも有効である。なお、窒素を含む雰囲気中で
熱処理を行なう場合には、クロム、鉄などを使用でき
る。

【００９１】さらに、連続蛍光体層13は光電面15に近い
ため、光電面15の変質を避けるため、鉄（Ｆｅ）のよう
な光吸収物質を含まないものがよい場合もある。

【００９２】以上説明したＸ線イメージ管は、Ｘ線管お
よび撮像装置と組み合わせて、Ｘ線撮影システムとして
使用することが可能で、たとえば図７は、透視系および
間接撮影系Ｘ線撮影システムの一例を示す図である。

【００９３】図７に示すように、Ｘ線管31に対して、Ｘ
線イメージ管32を配置し、このＸ線イメージ管32のＸ線
グリッド33に対向して被写体34を配置する。一方、Ｘ線
イメージ管32の出力側には、ハーフミラー35を配置し、
このハーフミラー35によりテレビジョンレンズ36を介し
てテレビジョンカメラ37に送られテレビジョンモニタ38
に映像できるようにするとともに、シネカメラ39および
スポットカメラ40に映像されるようになっている。

【００９４】また、Ｘ線イメージ管32は、図８に示すよ
うに、真空外囲器41の一面側に形成された入力窓42側の
内部側に、アルミニウム基板11に不連続蛍光体層12およ
び連続蛍光体層13からなる入力蛍光スクリーン14が形成
されている。さらに、真空外囲器41の入力窓42と反対側
には、出力面43が形成され、この出力面43の内面側には
陽極44が設けられている。そして、入力蛍光スクリーン
14と陽極44間には、真空外囲器41の内面に沿って集束電
極45が複数形成されている。

【００９５】そして、Ｘ線管31からＸ線が被写体34に照
射され、被写体34を透過してＸ線透視像が形成される。
このＸ線透視像は、Ｘ線グリッド33を通り、散乱Ｘ線が
除去されて、Ｘ線イメージ管32に入射する。また、Ｘ線
イメージ管32は、入力窓42からＸ線を入射し、入力蛍光
スクリーン14にて変換し、集束電極45にて集束し、陽極
44により出力面43に可視光像に変換して出力する。そし
て、透視系の場合にはテレビジョンレンズ36を透過して
テレビジョンカメラ37により撮像され、テレビジョンモ
ニタ38上にＸ線透視像が出力される。間接撮影系の場合
にはハーフミラー35により、光量の９０％をシネカメラ
39に送り込み、残りの１０％をテレビジョンカメラ37に
送ってテレビジョンモニタ38上にＸ線透視像が出力され
る。また、必要に応じて、ハーフミラー35が反転して９
０％の光がスポットカメラ40の側に送り込まれ、ロール
フィルムまたはカットフィルム上にＸ線透視像を印画す
る。

【００９６】このように、上記実施例のＸ線イメージ管
によれば、高感度撮像素子を組み合わせることによりＳ
／Ｎ比は従来と同等で、かつ高分解性能を有することが
できる。

【００９７】また、柱状結晶であるファイバ体12a に黒
色膜16を析出させているため、ファイバ体12a の一点で
発光した光が、ファイバ体12a 間を透過しないため、輝
度を下げることなく、コントラスト、解像度が向上す
る。

【００９８】ここで、まず、柱状結晶のファイバ体12a
の表面に、光を吸収する黒色膜16が無い場合について、
図９に示すモデルを参照して説明する。

【００９９】まず、膜厚Ｔの入力蛍光スクリーン14中
で、深さｔの場所での微小部分ｄｔでのＸ線から光への
変換量は、その場所でのＸ線量に比例する。また、光電
面15間での距離Ｔ−ｔであるから、光の入力蛍光スクリ
ーン14中での減衰係数をβとすると、式１に示すように
なる。

【０１００】

【式１】 また、入力蛍光スクリーン14全体で考えると、光電面15
に到達する量Ｙは、式２に示すようになる。なお、αは
Ｘ線吸収係数である。

【０１０１】

【式２】 この式２に示す定積分を計算すると式３に示すようにな
る。

【０１０２】

【式３】 そして、この式３はＴについてピークを持ち、実験によ
っても図１０に示すように、入力蛍光スクリーン14の膜
厚にかかわらず、ピークが得られた。

【０１０３】次に、柱状結晶のファイバ体12a に、金属
酸化膜の黒色膜16がある場合について考える。

【０１０４】この場合、入力蛍光スクリーン14中での減
衰係数βが大きくなるため、図１１に示すように、４０
０μｍ以下に相対発光量のピークを持つ。

【０１０５】そして、図１１に示すように、約４００μ
ｍ付近の入力膜厚では、入力膜厚が大きくなるにしたが
って、光電面15に達する光量は減少する。したがって、
入力蛍光スクリーン14の中心分の厚さを厚くし、周辺分
を中央部より薄くすることにより、中央部と周辺分との
出力光量の差が小さくなる。

【０１０６】そうして、このように、出力光量の差を小
さくすることにより、撮像系のダイナミックレンジを中
心で十分に１００％用いることができ、階調処理も有効
に用いることができる。

【０１０７】また、入力蛍光スクリーンを構成する蛍光
体柱状結晶の相互に隣接する側面には、内部より光吸収
元素の濃度が高い、この元素の化合物を含む光吸収層が
形成されているため、横方向の光の拡散が抑制され、そ
れによって分解能の向上が可能である。また、ファイバ
体12a と連続蛍光体層13との界面には光吸収層が存在し
ないため、発光効率および輝度の低下が少ない。

【０１０８】

【発明の効果】請求項１記載のＸ線イメージ管によれ
ば、入力蛍光スクリーンの膜厚は、入力蛍光スクリーン
の中心部より入力蛍光スクリーンの周辺部に向かって薄
くするため、周辺部分の光量が少ない部分では、入力蛍
光スクリーンの中央部に比べて、光吸収量を少なくする
ので、周辺部と中央部とで輝度の変化を小さくできる。

【０１０９】入力蛍光スクリーンの膜厚は、入力蛍光ス
クリーンの中心部より入力蛍光スクリーンの周辺部に向
かって薄くするため、周辺部分の光の到達距離が長くな
る部分でも、入力蛍光スクリーンの中央部に比べても、
特に、光路が長くなることがなくなるので、周辺部でも
分解能の低下を防止できる 請求項２記載のＸ線イメージ管によれば、蛍光体が発す
る光を吸収する光吸収物質を含有した柱状結晶からなる
不連続蛍光体層の周囲に酸化マグネシウムの光散乱物質
を形成したため、この光拡散物質がライトガイド効果を
有し、輝度を低下させることなく、分解能が向上するこ
とができる。

【０１１０】請求項３記載のＸ線イメージ管によれば、
蛍光体が発する光を吸収する光吸収物質を含有した柱状
結晶からなる不連続蛍光体層の柱状結晶の間隔を０．５
μｍ以上としたことにより、柱状結晶間に酸素が入りや
すく酸化膜が形成しやすく、また、不連続蛍光体層の柱
状結晶の直径はを４０μｍ以下としたことにより小さな
移動により柱状結晶の周囲酸化膜を容易に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線イメージ管の入力蛍光スクリーン
の一実施例を示す断面図である。

【図２】同上Ｘ線イメージ管の入力蛍光スクリーンの製
造装置を示す説明図である。

【図３】同上入力面のアニール工程中のよう素ガス発生
総量の時間との関係を示すグラフである。

【図４】同上Ｘ線イメージ管の入力蛍光スクリーンと従
来例の入力蛍光スクリーンとのＣＴＦ値を示すグラフで
ある。

【図５】同上入力面の分光透過光量を示すグラフであ
る。

【図６】同上Ｘ線イメージ管の入力蛍光スクリーンと従
来例の入力蛍光スクリーンとのＣＴＦ値を示すグラフで
ある。

【図７】同上Ｘ線イメージ管を用いたシステムを示す説
明図である。

【図８】同上Ｘ線イメージ管を示す説明図である。

【図９】同上入力蛍光スクリーン中での発光および減衰
の様子を示す説明図である。

【図１０】同上相対発光量と黒色膜を有さない入力蛍光
スクリーンの膜厚との関係を示すグラフである。

【図１１】同上相対発光量と黒色膜を有する入力蛍光ス
クリーンの膜厚との関係を示すグラフである。

【図１２】従来例のＸ線イメージ管の入力蛍光スクリー
ンを示す断面図である。

【図１３】入射角と反射との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

11 基体としてのアルミニウム基板 12 不連続蛍光体層 13 連続蛍光体層 14 入力蛍光スクリーン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体と、この基体の上に形成されＸ線の
   入射により蛍光体が発する光を吸収する光吸収物質を含
   有した入力蛍光スクリーンを具備したＸ線イメージ管に
   おいて、 前記入力蛍光スクリーンの膜厚は、前記入力蛍光スクリ
   ーンの中心部より前記入力蛍光スクリーンの周辺部に向
   かって薄くすることを特徴としたＸ線イメージ管。
2. 【請求項２】 基体と、 この基体の上に形成されＸ線の入射により蛍光体が発す
   る光を吸収する光吸収物質を含有した柱状結晶からなる
   不連続蛍光体層と、 この不連続蛍光体層の周囲に形成された酸化マグネシウ
   ムの光散乱物質と、 前記不連続蛍光体層の上に形成されＸ線の入射により蛍
   光体が発する光を吸収する光吸収物質を含有した連続蛍
   光体層とを具備することを特徴としたＸ線イメージ管。
3. 【請求項３】 基体と、この基体の上に形成されＸ線の
   入射により蛍光体が発する光を吸収する光吸収物質を含
   有した柱状結晶からなる不連続蛍光体層、この不連続蛍
   光体層の周囲に形成された酸化膜、および、前記不連続
   蛍光体層の上に形成されＸ線の入射により蛍光体が発す
   る光を吸収する光吸収物質を含有した連続蛍光体層を有
   する入力蛍光スクリーンとを具備したＸ線イメージ管に
   おいて、 前記不連続蛍光体層の柱状結晶の間隔は、０．５μｍ以
   上で、かつ、 前記不連続蛍光体層の柱状結晶の直径は、４０μｍ以下
   であることを特徴としたＸ線イメージ管。