JPS635853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＸ線、γ線、量子線像等の放射線像を
可視像に変換する像増倍管に係り特にその入力面
の改良に関する。

Ｘ線、γ線、量子線像等の放射線像を可視像に
変換する像増倍管は入射した放射線像を一たん螢
光面で光像に変換し、さらにこの光像を光電面で
電子線像に変換し、この電子線を加速して螢光面
を発光させて可視像に変換する。このような像増
倍管のうちＸ線像を可視像に変換するＸ線螢光増
倍管がよく知られている。

Ｘ線螢光増倍管は第１図に示すように円筒状の
ガラスの端面を半球状に他端には有底筒状の出力
部に加工したガラスからなる外囲器１と、外囲器
１の内部には半球状に形成された側に入力面３
と、外囲器の有底筒状の底端に設けられた出力面
４と、外囲器の筒状部に設けられた集束電極６お
よび出力部に取付けられた漏斗形の加速電極５よ
りなる。入力面３は外囲器の半球状に形成された
内表面上に蒸着によつて堆積された沃化セシウム
からなる螢光体層９と、螢光体層９上に設けられ
た光電面１１が形成されている。または直接外囲
器１の内表面に螢光体層を形成する代りに一定の
曲率を有する例えばアルミニウム等よりなる基板
８上に前記と同様の手法によつて螢光体層９と光
電面１１を形成している。

外部から照射されたＸ線７は被写体１２を通つ
てＸ線像をつくり外囲器のガラス１を透過し、さ
らに基板８を透過し螢光体層９を発光させて光像
に変換される。螢光体層９で形成された光像は螢
光体層９上に形成されている光電面１１で電子に
変換される。この電子は加速電極５および集束電
極６で加速集束されて出力面４の螢光体層を発光
させ再び光像に変換する。入射したＸ線像は上記
の操作によつて数千倍の明るさに増倍される。

これら像増倍管の主要な特性は明るさの増倍度
と、入射像をいかに忠実に出力像として再現する
かという点にある。Ｘ線螢光増倍管の場合、明る
さの増倍度は入力及び出力に使用されている螢光
体層でＸ線から光への変換効率と、光電面の光電
変換効率で大略決定される。

しかし、螢光体として沃化セシウムを用いた場
合、Ｘ線を光に変換する効率は高いが光電変換効
率の点で劣るという欠点がある。この欠点は沃化
セシウムを用いた螢光体層上に直接光電面として
アンチモンとアルカリ金属からなる化合物を形成
すると、アンチモンとアルカリ金属とを反応させ
ている間に、沃化セシウムとの間に何らかの副反
応が生じることが原因していると考えられる。こ
れらの欠点を改良するために螢光体層９と光電面
１０との間に中間層１１を形成する方法が知られ
ている。中間層１１としては例えば、 (1) アルミニウムを薄く蒸着して酸化し何層も積
み重ねたもの。

(2) 二酸化珪素とか酸化アルミニウムを約１ミク
ロンの厚さ蒸着形成されたもの。

(3) 酸化インジウムとか二酸化錫等の導電性薄膜
を形成したもの等が知られている。そしてこれ
らの方法で形成される中間層はいずれも緻密質
であることが知られている。

入力面の螢光体層が沃化セシウムを母体とした
Ｘ線螢光増倍管の入力面の場合、螢光体層の厚さ
はＸ線が発光に寄与する効率と、発光した光が外
部に取り出される割合のバランスで決まり通常
100〜300ミクロンの厚さが選ばれる。この螢光体
層上に直接光電面として例えばアンチモンとアル
カリ金属からなる化合物を形成するとアンチモン
とアルカリ金属とを反応させている間に、沃化セ
シウムとの間にも何らかの副反応が生じて高感度
の光電面が得られない。中間層は従つて沃化セシ
ウムと光電面が直接接しないような形にして又は
光電面の光電物質、たとえばセシウムが螢光面へ
浸透するのを阻止するようにして高感度光電面を
形成し輝度の向上をはかろうという考えに基いて
なされている。しかし厚さが100〜300ミクロンの
沃化セシウム螢光体層の表面は決して平担ではな
く、沃化セシウムのそれぞれの柱状結晶間の高さ
はまちまちで、従つて表面は非常に凹凸がはげし
い。このような凹凸の高さは十数ミクロンにも達
するので、例えば数千オングストロームの蒸着膜
からなる緻密な中間層で完全に遮へいすることは
困難である。また逆に厚い、例えば数ミクロンの
蒸着膜からなる中間層にすれば、沃化セシウムの
表面は略遮へいすることができる。しかし中間層
の厚さを厚くすれば、中間層の光透過率が低下す
ることにより出力面での輝度が低下するという問
題が生じる。特に中間層の材質が酸化インジウム
である場合には、酸化インジウム自体はほぼ透明
であるが、わずかに黄色味を帯びているので、中
間層の厚さが厚くなると急速に透過率が低下する
という欠点がある。

また中間層の厚さを厚くすれば螢光体層がはく
離しやすくなるという欠点も出てくる。つまり中
間層の材質は、例えば酸化アルミニウム、二酸化
珪素、酸化イツトリウム、酸化インジウムのよう
な高融点物質であるので、蒸着中に螢光体層が輻
射熱で数百度に上昇する。またスパツタ法で形成
しても表面は数百度に温度上昇する。その結果沃
化セシウムと例えば基板のアルミニウムの熱膨張
率の差が大きいため螢光体層のはく離がおき実際
には実用化を大きく阻害している。例えば蒸着を
何回にも分け、蛍光体層の表面温度が上らないよ
うにするため、長時間例えば24時間以上もかける
必要があり、工業用実用性に欠ける。本発明は従
来の中間層について種々検討した結果これらの中
間層を改良した入力面を有する像増倍管を提供す
ることを目的とする。

本発明の構造の像増倍管の入力面は第２図に一
実施例を示すように基板２１の上に沃化セシウム
螢光体層２２が形成されておりさらに多孔質中間
層２４を、望ましくは緻密質の中間層２３と多孔
質の中間層２４の２層構造の複合中間層を形成
し、その上に光電面２５を形成する。このような
構造の中間層は中間層の膜厚がうすくても沃化セ
シウムと光電面との間を効果的に遮へいできる。
それ故今までの中間層の欠点であつた膜厚が厚い
場合におこる出力面の輝度低下の問題、沃化セシ
ウム螢光体層上へ中間層を形成した場合の剥離の
問題と、膜厚が薄い場合におこる遮へい能力が不
足する等の多くの欠点を補ない光電面感度を向上
させて実用上非常に大なる効果を得ることができ
る。

なお、蛍光体層の表面が中間層でどの程度覆わ
れたかどうかの判定はこの上に螢光面を形成して
判断できる。光電面の形成は最初に中間層上に
Sbを光の透過率で約70％蒸着し、次いでCsの導
入を止めると感度は下りはじめる。Sbを少量蒸
発させ光電感度を強制的に数10％まで下げ、次い
でCs蒸気を導入してやる。この工程を繰り返し
ながらCsの導入によつて光電感度が飽和する時
の値を徐々に高めてゆき、Csの導入を中止して
も光電感度が下がらなくなるまで繰り返す。中間
層が蛍光体層を被覆する度合によつて光電面の形
成時間と最終的に得られる光電感度が変る。中間
層の被覆が不十分だと導入したCsが蛍光体層に
付活剤として微量含まれているNaIと反応して光
電面を形成するのに充分量のCsが得られにくく、
また放置中に光電感度が下がりやすい。

中間層が前述したように緻密質層のみで形成さ
れ、かつ厚さが3000Å程度では光電面を形成する
のに６〜10時間を要する。また得られる光電感度
は約10μA／ルーメン（lm）程度であるが、光電
面自身が濃く着色されるため光電感度の再現が得
にくい。中間層を2μm以上形成した場合に得られ
た形成時間は約３時間で光電感度は15μA／ルー
メンが得られている。

中間層として蛍光体層上に圧力が10^-2〜
10^-4Torr台で形成した多孔質の中間層について
述べる。

前述の方法により緻密層を500／1500Åの厚さ
に形成したのち、10^-2〜10^-4までO₂を導入し、
In₂O₃を緻密層上に2000Å形成した。このように
した形成した緻密層＋多孔質層の中間層の上に前
記と同様光電面を形成すると、光電面形成の所要
時間は２〜４時間、光電感度は10〜15μA／ルー
メンが得られる。中間層としての厚さは前述の緻
密質層のみの場合とほとんど変らないのに、多孔
質層の形成によつてこの中間層が蛍光体層をより
完全に被覆し、光電面形成の際に生じるアルカリ
金属と蛍光体層との反応を阻止している。多孔質
層２４の形成条件である上記圧力範囲では、蒸発
源から飛来してきた原子は導入されている気体分
子と衝突し、種々の角度から蛍光体層に到達する
ので傾斜部分にも容易に蒸着させることができ
る。

以下実施例により本発明をさらにくわしく説明
する。

一定の曲率を有する厚さ0.5mmのアルミニウム
基板２１に沃化セシウムを母体とする螢光体層２
２を厚さ100〜300ミクロン蒸着する。上記蒸着時
に基板の温度は80〜250℃に保持される。基板温
度が高い場合例えば200℃で沃化セシウム螢光体
層２２は直径が50〜200ミクロンの柱状結晶とな
り、柱状結晶間には成長速度の違いで高さの差が
生じ螢光体層２２の表面は凹凸がはげしい。しか
し上記条件の螢光体層表面は結晶が大きいため平
滑な部分が多い。基板温度が低い場合例えば50℃
〜100℃では沃化セシウム螢光体層２２は直径が
５〜20ミクロンの柱状結晶となり結晶間には上記
と同様高さの差が生じる。しかし低温で蒸着され
た螢光体層表面は平滑部が少ない。

上記螢光体層２２上に次いで緻密質層２３を形
成する。材質はアルカリ金属によつて化学変化を
もたらさない物質で例えば二酸化珪素、酸化アル
ミニウム、酸化イツトリウム、酸化インジウム等
である。これらの中から例えば酸化イツトリウム
を蒸発源として抵抗加熱または電子ビーム加熱等
の手段によつて圧力が10^-5Torr以下の真空中で
蒸発させる。酸化イツトリウムによつて形成され
る緻密質層２３の厚さは螢光体層２２表面の形状
によつて選び例えば高温で蒸着した場合には200
〜3000オングストローム、好もしくは1000オング
ストローム、低温で蒸着した螢光体層の場合には
500〜4000オングストローム好もしくは1500〜
2000オングストローム必要である。

緻密質層２３についで、多孔質層２４を形成す
る。多孔質層の材質は緻密質層に用いられる材質
を適用できる。酸化インジウムを蒸発源として用
いる場合、例えば酸素圧力が８×10^-4〜２×
10^-2Torrの真空中で抵抗加熱等の手段によつて
蒸発させる。多孔質層２４の厚さは緻密質層の場
合と同様に螢光体層２２表面の形状によつて選
び、高温で蒸着した場合は200〜4000オングスト
ローム好もしくは2000オングストローム、低温で
蒸着した螢光体層の場合には500〜6000オングス
トローム、好もしくは3000オングストロームの厚
さ形成する。以上により中間層の形成を終了す
る。

次いで中間層の上には光電面２５としてアンチ
モンとアルカリ金属の化合物を前述の方法によつ
て形成する。この光電面の形成時間は約３時間で
あり、光電感度は約15μA／ルーメンが得られた。

本発明による緻密質層と多孔質層の２層よりな
る中間層を有する像増倍管では従来の緻密質層の
みの中間層を有する像増倍管に比べて中間層の厚
さを非常に薄くして同等の効果が得られる。又、
中間層による螢光体層の被覆が確実になり、さら
に中間層の光透過率が高いので、出力面での輝度
が大きく向上する。特に中間層の材質が酸化イン
ジウムの場合、緻密質層を酸化インジウムで得よ
うとした場合に比べ、多孔質層中間層を併用する
ことによつて中間層は薄くなり、厚かつた時に生
じた輝度低下の問題は、本発明により解決するこ
とができその実用的効果は極めて大きい。

実験により本発明による像増倍管の出力面の輝
度は中間層がない場合にくらべて約40〜50％向上
し、従来の緻密質層のみの中間層を有する像増倍
管の出力面の輝度にくらべて約20％向上すること
を確認した。

以上の実施例は螢光体層の上に緻密質層、次い
で多孔質層の順に中間層を形成する場合について
示したが、この実施例だけに限らず螢光体層の上
に多孔質層、次いで緻密質層の順に中間層を形成
しても同様な効果が得られる。

緻密質層と多孔質層との組合せ材料は同じ材料
同志または異なる材料との組合せのいずれでも良
く、例えば緻密質層―多孔質層が二酸化珪素―二
酸化珪素、酸化アルミニウム―二酸化珪素、酸化
アルミニウム―酸化インジウム、酸化イツトリウ
ム―酸化インジウム等である。

前記中間層の組合せ材料の中でも多孔質層の材
料として酸化インジウムを用いたもの、例えば酸
化アルミニウム―酸化インジウム、酸化イツトリ
ウム―酸化インジウム、酸化インジウム―酸化イ
ンジウム等は特に優れた効果を示すことを確認し
た。これは前記中間層の組合せ材料の中でも酸化
インジウムが特に導電性において優れており、光
電変換効率の向上に大きく寄与しているためであ
ると考えられる。

又中間層が多孔質層のみである場合、光電面形
成時間および光電感度は緻密質層の場合と、緻密
質層と多孔質層を組み合せた中間層の場合との中
間の特性を示す結果が得られた。この例は緻密質
層と多孔質層とからなる中間層よりも、光電変換
効率はやゝ劣るが、従来の緻密質層のみからなる
中間層の光電変換効率よりも向上していることは
明らかである。すなわち従来の緻密質層のみから
なる場合は柱状結晶の沃化セシウム表面にできる
凹凸部のため、その凹凸部の境界に構成される壁
部への緻密質層の形成が不十分となり沃化セシウ
ムとアルカリ金属との遮蔽性を損なうこととな
る。

これに対し、多孔質層の場合は上記壁部への蒸
着が充分に行なわれ遮蔽性を損なうことがない。
なお、多孔質層のみである場合においても中間層
の材料は酸化インジウムが特に優れた効果を示
す。

以上述べたように本発明によれば螢光体層の表
面に緻密質層と多孔質層、または多孔質層のみか
らなる中間層で被覆することによつて実用可能な
薄膜が短時間で形成でき螢光体層と光電面とを遮
断し、螢光体層のはく離を生じることなく、輝度
を大幅に向上した像増倍管を得ることができたも
ので特に螢光体層が沃化セシウムの場合はその実
用的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線螢光増倍管の概略図、第２図は本
発明の一実施例を説明するＸ線螢光増倍管の入力
面の断面図である。 ２１…基板、２２…螢光体層、２３…緻密質
層、２４…多孔質層、２５…光電面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持基板と、この支持基板上に蛍光体層、中
   間層および光電面を順次形成してなる入力面を具
   備してなる像増倍管において、前記蛍光体層は柱
   状結晶の沃化セシウムであり、前記中間層は遮蔽
   層として少なくとも金属酸化物の多孔質層からな
   ることを特徴とする像増倍管。 ２ 中間層が多孔質と緻密質の複合した金属酸化
   物層でなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の像増倍管。 ３ 多孔質層が酸化インジウムであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の像増倍管。