CN1047588A

CN1047588A - X射线图象管

Info

Publication number: CN1047588A
Application number: CN90103851A
Authority: CN
Inventors: 小野胜弘; 阿武秀郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1990-12-05
Also published as: KR930001851B1; JP2758206B2; EP0399378B1; DE69015436T2; DE69015436D1; EP0399378A3; US5045682A; EP0399378A2; KR900019118A; JPH02309535A; CN1019622B

Abstract

一种X射线图象管，包括输入面，输出面，外壳，输入面备有基板、荧光体层及光电面，在输入面的荧光体层的周边部分的柱状结晶比在荧光体层的中央部分的柱状结晶细。柱状结晶的前端部分间的间隙作成比其他部分间的间隙小。本管光电面稳定，并可减低光电面的灵敏度下降即辉度下降的程度。还可防止光电面的周边部分的析象度降低。

Description

本发明涉及X射线图象管，特别涉及具有输入面的X射线图象管。

一般说来，X射线图象管备有X射线管和配置在X射线前方的X射线图象管，并在两者之间配置被摄影的物体。从X射线管射出的X射线形成因通过被摄影的物体而调制了的X射线图象，此X射线图象入射到X射线图象管上。且用X射线图象管输出的可见输出图象例如可用摄象机进行摄影并用监视电视进行再现。

X射线图象管具有输入面及位于此输入面对面的输出面。工作时入射到X射线图象管上的调制后的X射线在输入面上变换为光电子象，此电子象并向着输出面进行加速和聚焦。因此在输出面上可得到辉度增强了的可见输出象。所得到的输出象可用摄象机进行观察。

以往，X射线图象管的输入面是通过在球面状的铝基板的凹面上形成由Cs I∶Na（钠激活碘化铯）荧光体的多数的柱体结晶所构成的荧光体层，并在此荧光体层上依次形成由氧化铝层及氧化铟层组成的中间层和光电面而构成的。

在使用上述那样构成的X射线图象管的观察被摄影的物体的系统中，为使被摄影的物体的X射线幅照减小，有必要使透过被摄影的物体的X射线不受损失地输入到荧光体层，并使荧光体层上的X射线的吸收量增大。且为了使荧光体层上的X射线的吸收量增大，最好使荧光体的各柱状结晶变长。但在柱状结晶变长的场合，会使在结晶内发光的荧光的折射次数增加且从1个结晶的侧面传播到其他结晶的荧光的量也增加，其结果是X射线图象管的析象度降低。因而柱状结晶的长度不能过长，其限度为400μm左右。

即，由于荧光体层是在球面状的基板的凹面上形成的，故柱状结晶向球面的曲率中心延伸。为此，在荧光体层的周边部分上从X射线管放射出来的X射线倾斜地横穿多个结晶。因而在输入面的周边部分上的析象度变得比在中央部分上的析象度还差。

为了改善在周边部分上的析象度，考虑可在荧光体层的周边部分上的柱状结晶的粗细比在荧光体层的中央部分上的结晶的粗细要细，因此在荧光体层周边部分上可使基板的切线方向的荧光的传播系数实质上降低。但是，此场合，在设在荧光体层上的光电面的周边部分的灵敏度大大降低，辉度也降低。其理由是当使荧光体层周边部分上的柱状结晶的粗细变细时，在荧光体层表面上的结晶间的间隙增多从而破坏了表面的连续性。其结果可认为这是由于构成在荧光体层上形成的光电面的碱金属经上述间隙扩散移动到荧光层而消失。

又，有关揭示出为使输入面的中央部分和周边部分的辉度一样而从中央部分向周边部分使荧光体层的柱状结晶的粗细变粗的构成的发明是首先由本申请人提出申请的。但是此发明为了得到辉度的一样性，而作成牺牲输入面周边部分的析象度。

本发明是鉴于以上各点而提出的，其目的是提供一种可使在输入面的周边部分的析象度及辉度的降低减小的X射线图象管。

为达到上述目的，根据本发明的X射线图象管，作成使在输入面的荧光体层的周边部分的柱状结晶比在荧光体层的中央部分的柱状结晶的粗细要细。又在柱状结晶内构成荧光体层表面的前端部与柱状结晶的其他部分相比排列紧密。即，柱状结晶的前端部分间的间隙作成比其他部分间的间隙小。

根据上述构成，输入面的荧光体层具有足够长度的荧光体的柱状结晶，其粗细作成在输入面的周边部分比中央部分细。因此入射的X射线在输入面的周边部分上横穿的柱状结晶比中央部分多，但是为了使在周边部分上发光的荧光和在中央部分发光的荧光所传播的横方向距离相同，有必要使在周边部分发光的荧光横穿的柱状结晶比在中央部分发光的荧光横穿的柱状结晶多。且，在周边部分上由于在各结晶的边界面上发生荧光的反射和衰减现象，故向荧光的横方向即输入面的径向的传播距离比中央部分的荧光的传播距离还短。

因而，在输入面的周边部分，即使入射的X射线横穿多数的结晶并使这些结晶发光，因在各结晶处发光的荧光向横方向的传播距离短，故可防止周边部分的析象度降低。

又，由于形成的柱状结晶的前端部和其他部分相比较为密集，故荧光体层的表面实质上是连续的。为此可防止构成设在荧光体层上的光电面的碱金属扩散移动到荧光体层上而消失，其结果是光电面稳定，并可减低光电面的灵敏度下降即辉度下降的程度。

图1至图10表示备有本发明的一实施例的X射线图象管的观察被摄影的物体的观察系统。

图1为概略地表示整个上述系统的部分剖视的侧视图;

图2为输入面的剖视图;

图3为将输入面的中央部分放大表示的剖视图;

图4为将输入面的周边部分放大表示的剖视图;

图5为表示在荧光体层的各部分上的柱状结晶的平均间距和平均直径的关系的曲线;

图6为表示柱状结晶间的间隙的变化状态的曲线;

图7为表示在输入面的中央部分上的荧光的传播状态的剖视图;

图8为表示在输入面的中央部分上的线象强度分布的图;

图9为表示在输入面的周边部分上的荧光的传播状态的剖视图;

图10为表示在输入面的周边部分上的线象强度分布的图。

以下参照附图就本发明的实施例详细地进行说明。

图1表示备有本发明的一实施例的X射线图象管的观察被摄影的物体的系统。

X射线图象管备有真空外壳21。此外壳21备有大致呈圆筒状的金属性的壳部23，由在壳部的一端气密地封闭着的且由可透过X射线的金属作成的球面形状的输入窗22，在壳部的另一端上其一端气密性地封闭着的并由科瓦铁镍钴合金（Kovar）作成的漏斗状的封闭部件24，和在封闭部件的另一端上封闭着的由玻璃作成的出口窗25。

在输入窗22的内侧、即在凹面侧设有具有下述的荧光体层及光电面的输入面26。又，与输入面26相对，在输出窗25的内面上形成具有荧光体层的输出面27。在壳部23的内侧上设置聚焦电极29，在封闭部件24的内侧上和输出面27相对设置阳极28。

观察系统具备设在X射线图象管的前方的X射线管10，被摄影的物体12配置在X射线管和X射线图象管之间。从X射线管10放射出来的X射线透过被摄影的物体12而形成调制后的X射线图象。此X射线图象透过X射线图象管的输入窗22而入射到输入面26上。入射后的X射线图象在输入面26上使荧光体层发光。通过由发光而产生的荧光使光电面发生光电子而将X射线图象变换为光电子象。光电子象经阳极28及聚焦电极29分别进行加速及聚焦之后到达输出面27，在此处，通过荧光体层变换为高辉度的可见光象。

下面就X射线图象管的输入面进行详细说明。

如图2所示输入面26具备例如由薄的铝制球面状的基板31、在基板的内面即凹面中形成的荧光体层33和在荧光体层的表面侧上所形成的例如由K₂Cs Sb或K₂Na Sb的层构成的光电面34。荧光体层33通过在基板的内面上所形成的由例如Cs I∶Na（钠激活碘化铯）荧光体作成的多个柱状结晶32构成。构成荧光体层33的各柱状结晶32的粗细是从输入面26的中央部分（用箭头C所示的部分）向周边部分（用箭头E所示的部分）逐渐变细。并作成在周边部分E的柱状结晶32的粗细比在中央部分C的柱状结晶的粗细要细例如10-20%。

图3及图4分别将输入面26的中央部分及边缘部分进行放大表示。如这些图所示，柱状结晶32从球面状的基板31向基板的曲率中心延伸，在相邻的柱状结晶32之间形成间隙41，其宽度G是为使各结晶在光学上分离所必须的宽度。柱状结晶32的延伸端部即位于和基板31相反的一侧的头顶部42变形成其直径比柱状结晶的其他部分还大，且相互密接且连续，即形成的柱状结晶32的头顶部42比柱状结晶的其他部分更密集，并通过这些头顶部的上面形成实质上连续的荧光体层表面。且在此表面上形成和柱状结晶32一起构成荧光体层33的由Cs I∶Na荧光体或Cs I荧光体作成的表层43，再在表层上形成由氧化铟等作成的导电性的保护膜44。且在此保护膜44上形成上述光电面34。

通过使多个柱状结晶32的头顶部44的直径扩大，并由此来构成连续面的方法可举出以下的方法。第一种方法是滚光（tumbling）法，即在由蒸镀而形成的多个柱状结晶之上放置由不锈钢制成的多个金属小球，并在水平方向上使这些小球振动，并通过这些小球将柱状结晶的头顶部挤压坏而使之变形成既平坦又有大的直径。另一方法是研磨法，即边使形成有柱状结晶32的基板31旋转，边使柱状结晶的头顶部42与研磨构件抵接，并通过用此研磨构件在水平方向上摩擦头顶部而埋设头顶部间的间隙。不管在任一方法中都最好在加工时将其长度方向上加给柱状结晶32的力限制得较小，并令在输入面26内的没有间隙41的部分的深度即从光电面34的表面到直径扩大后的头顶部42的部分的深度D1在10μm以下，以便不致损害荧光体层33的光学上的特性。

如上所述，柱状结晶32的头顶部42因受到水平方向上的外力而在水平方向上被拉伸，并使直径增大而呈平坦状。因此，存在于相邻的头顶部42之间的针孔状间隙减至极小而成为几乎没有的状态。

因而在柱状结晶32上，通过用高真空蒸镀来形成具有连续性的荧光体的表层43，而使表层43的表面的连续性及致密性更加提高，并使针孔更加减小。为此，在表层43上形成的保护膜44的连续性及致密性更高，在此保护层上形成的光电面34通过如上所述的连续性和致密性高的保护层可使表层43和柱状结晶32在物理上确实分离。因而可防止构成光电面34的K、Cs、Na向荧光体33扩散移动而消失，其结果是光电面34的灵敏度不致降低而保持高的值。

又，在上述构成的输入面26上，因目的是提高受荧光层33影响的析象度，故考虑采用的构造是使表层42很薄的构造、或是不形成表层的构造，或是通过在光电面34上采用电阻小的材料而省掉保护层44的构造。但是在这些构造的场合，在光电面34上会产生某种程度的针孔。针孔数目与每单位面积上的间隙41的数目即每单位面积上的柱状结晶32的数目有相关的关系，并存在输入面周边部分E处针孔数变多的倾向。为此在上述各构造的场合，最好使在输入面周边部分的柱状结晶32的头顶部42的变形量即直径扩大量增大。

图3和图4所示的输入面26的各部分的尺寸有着下面所示的关系。

如设柱状结晶32的平均间距（pitch）为W1、

柱状结晶32的平均外径为W2、

从光电面34的表面到柱状结晶32的变形后的部分的深度即没有间隙41的部分的平均深度为D1、

柱状结晶32的有间隙41的部分的平均深度为D2、

间隙41的平均宽度为G、

输入面的中央部分为C、周边部分为e，则

W2（c）＞W2（e）

D1（c）≤D1（e）

G（c）

G（e）

W2（e）/W1（e）＜W2（c）/W1（c）。

从输入面26的中心部分C到周边部分E的上述尺寸的变化状态在图5及图6中进行表示。如输入面26的周边部分E那样，在柱状结晶的直径形成得很细的部分上，在象以前那样没有进行使柱状结晶的头顶部42的直径扩大且平坦的加工的场合，在头顶部42间发生的每单位面积的间隙41的数目变大。因此在形成于柱状结晶32上的保护膜44上发生的针孔的数目也变大。因而，构成保护膜44上所形成的光电面33的K、Cs、Na等碱金属会向荧光体层33扩散移动而消失等，故光电面34的灵敏度曾下降。

但是在本实施例中通过加工使多个柱状结晶32的头顶部42的上面的直径扩大且平坦，而成为相互紧密接触的连续面。因此不会发生构成光电面34的K、Cs、Na等的碱金属向荧光体层33扩散移动，也不会使光电面34的灵敏度降低，其结果是可作成有高辉度且稳定的光电面34。

下面就输入面26的析象度进行说明。

如图2及图7所示，入射到输入面26的中央部分C的X射线大体平行地入射到荧光体的柱状结晶32上，其一部分在距入射侧较浅的位置P₁处被吸收并发生荧光。

在此位置P₁处发生的荧光经反复反射和透过而到达光电面34。在图8中以L′SF（c，l）图示表示此光的扩展的线象强度分布（linespread function LSF）。

同样地，在图8中以LSF（c，2）、LSF（c，3）表示在更深的位置P₂、P₃处发生的荧光的线象强度分布。

这些强度分布因由X射线的吸收而引起的发光的减少及因光的衰减而引起的光的减少等而成为深度的函数。通过对这些LSF在深度方向上进行积分可求出综合的线象强度分布LSF（c）。

假设，入射到输入面26的中央部分c的X射线和入射到输入面26的周边部E的X射线相同，在倾斜地横穿柱状结晶32进行入射的场合和发光位置P₁、P₂、P₃在横向上进行移动一事等效。在此场合综合的线象强度分布和在横向将LSF（c，1）、LSF（c，2）、LSF（c，3）错开进行合成的综合的线象强度分布LSF′（c）等效，其宽度比LSF（c）宽，换句话说析象度降低。

这种现象，在X射线倾斜地横穿柱状结晶32而入射的输入面26的周边部分E处迄今未能避免。

但是在本实施例中由于输入面26的周边部E的柱状结晶32的粗细变细，可消灭析象度的降低。在图9及图10中对在周边部E的入射X射线的传播状态及强度分布进行说明。

如图9所示，入射到输入面26的周边部分E并具有倾斜角的X射线在距入射侧较浅的位置P₁处被吸收一部分而发生荧光。在位置P处发生的荧光在通过多个相邻的柱状结晶32时在反射和透过中多次受到衰减，而在横向上扩展并到达光电面34。但是由于柱状结晶32细，故此时的每单位距离的反射次数比图7所示的输入面26的中央部分C的场合还多。

因此，入射的X射线的等效的横方向的传播范围变狭，如图10所示由在输入面26的周边部分E的位置P₁处发光的荧光所产生的线象强度分布LSF（e，l）比图8所示的输入面26的中央部分C的场合的LSF（c，l）狭。

在输入面26的周边部分E处由于X射线倾斜地入射，故剩下的X射线衰减一部分到达位置P₂发生荧光。由在此位置P₂处发光的荧光所产生的线象强度分布如图10所示成为LSF（e，2）。以后，同样的情况反复进行，在位置P₂、P₃处发生的荧光的线象强度分布成为LSF（e，3）、LSF（e，4），将这些合成起来即得到综合的线象强度分布 LSF（e）。

这样，在输入面26的周边部分E处柱状结晶32细、各位置P₁、P₂、P₃、P₄处发光的荧光所产生的线象强度分布LSF的宽度狭。因此这些线象强度分布LSF从X射线的入射位置在宽度方向上偏移，而在输入面26的周边部分E的综合线象强度分布LSF（e）的宽度和在输入面26的中央部分C的综合的线象强度分布LSF（c）的宽度等同或比其更狭。

因而根据本实施例，在输入面26的周边部分E处，尽管X射线倾斜地入射，析象度也不会降低，且X射线图象管的中央部分和周边部分的析象度没有差别。

又，如上所述，为了能使周边部分E的柱状结晶32的平均外径W₂（e）和中央部分C的柱状结晶32的平均的外径W₂（c）的关系为W₂（e）＜W₂（c），在例如将Cs I∶Na荧光体蒸镀到基板31并形成柱状结晶32之际，可通过改变中央部分和周边部分处基板31的温度来达到。

并且，如已有技术那样，如上地仅将输入面26的中央部分和周边部分粗细不同的柱状结晶32直接用于荧光层33，则如前面所说明的那样，在其表面的周边部分上以比中央部分还狭的间隔产生微小的针孔。从而构成在荧光体层33上形成的光电面34的碱金属会扩散到荧光体层33内，而成为不是最佳构成的光电面34，故光电面的灵敏度降低。其结果是输入面26的周边部E的辉度变得比中央部分C的辉度低，即所谓荫影变大。

根据本实施例，可提供在输入面26的周边部E处的析象度和辉度两方面的降低都很小、且在输入面的中央部分和周边部分处的析象度及辉度都一样的X射线图象管。

Claims

1、一种X射线图象管，其特征包括：

将入射的X射线变换为光电子的输入面；

与上述输入面相向设置、且将从输入面出来的光电子变换为可见光线的输出面；及

规定收容上述输入面及输出面的真空空间的外壳；

上述输入面备有基板、具有在基板上相互有间隙而形成的多个荧光体的柱状结晶的荧光体层及设在上述荧光体层上的光电面；及

上述输入面的周边部的柱状结晶形成得比输入面的中央部分的柱状结晶细，上述柱状结晶在离开上述基板处具有前端部分，这些前端部分配置排列成具有的间隙比柱状结晶的其他部分间的间隙小。

2、如权利要求1所述的X射线图象管，其特征在于上述各柱状结晶的前端部分所形成的直径比柱状结晶的其他部分的直径大，这些前端部分相互紧密接触。

3、如权利要求2所述的X射线图象管，其特征在于上述柱状结晶的前端部分形成平坦状并共同构成连续的表面。

4、如权利要求3所述X射线图象管，其特征在于上述荧光体层具备由上述前端部分所构成的连续表面上所形成的荧光体形成的表层，和在表层上形成的导电性的保护层，且上述光电面形成于上述保护层上。

5、如权利要求2所述的X射线图象管，其特征在于上述输入面的周边部的柱状结晶的前端部分的直径和柱状结晶的其他部分的直径之比比上述输入面的中央部分的柱状结晶的上述比大。

6、如权利要求1所述的X射线图象管，其特征在于从上述柱状结晶的前端部分和其他部分的分界线到上述光电面的表面的距离设定为约10μm以下。

7、如权利要求1所述的X射线图象管，其特征在于上述基板形成为球面状，并同时具有与上述输入面相对的凹状的内面，上述柱状结晶形成于上述基板的内面并向基板的曲率中心延伸。

8、一种将入射的X射线变换为光电子的变换装置，其特征包括：

以可透过X射线的物质构成的基板;

吸收透过上述基板的X射线并发生荧光的荧光体层，此荧光体层具有在上述基板上相互有间隙地形成的多个荧光体的柱状结晶;及

设在上述荧光体层上且接受从荧光体层发生的荧光而发生光电子的光电面;

位于上述荧光体层的周边部的柱状结晶形成得比位于荧光体层的中央部的柱状结晶细，上述柱状结晶在离开上述基板处具有前端部分，这些前端部分配置排列成其所具有的间隙比柱状结晶的其他部分间的间隙小。

9、如权利要求8所述的变换装置，其特征在于上述各柱状结晶的前端部分所形成的直径比柱状结晶的其他部分大，这些前端部分相互紧密接触，且形成平坦状，并共同构成连续的表面。