JPH02309535A - Ｘ線イメージ管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｘ線イメージ管にかかり、とくに、その入力
面の改良に関するものである。

（従来の技術） 一般に、Ｘ線イメージ管を用いた被写体観察システムは
、第１１図に示すように、Ｘ線管１の前方にＸ線イメー
ジ管２を配置し、これらの間の被写体３を通過して変調
されたＸ線像をＸ線イメージ管２に入射し、Ｘ線イメー
ジ管２で得られる可視出力像を、たとえば、撮像カメラ
で撮影してモニタテレビで再生するように構成されてい
る。

すなわち、Ｘ線イメージ管２は、一端部に入力面４、他
端部に出力面５を有し、動作時には、変調されたＸ線像
を入力面４で光電子像に変換し、この光電子像を出力面
５に集束加速して、出力面５に輝度増強された可視出力
像を得ている。そして、この出力像を撮像カメラ等によ
り観察するようになっている。

ところで、従来のＸ線イメージ管２の入力面４は、第１
２図に示すように、球面状に形成されたアルミニウム基
板６の凹面に、ＣｓＩ：Ｎａ（ナトリウム付活よう化セ
シウム）蛍光体の多数の柱状結晶７から成る蛍光体層８
を形成し、この蛍光体層８上に酸化アルミニウム層と酸
化インジウム層から成る中間層９を介して光電面１０を
形成した構造となっている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したようなＸ線イメージ管２を用いた被写体観察シ
ステムにおいて、被写体３のＸ線被爆を少なくするため
には、被写体３を透過したＸ線を損失なく蛍光体層８に
入力させて、その吸収量を多くすることが要求される。

そして、蛍光体層８におけるＸ線吸収量を多くするため
には、蛍光体の柱状結晶７を長くしたほうが良いが、柱
状結晶７が長くなると、柱状結晶７内で発光した蛍光の
屈折回数が増加し、柱状結晶７の側面から他の柱状結晶
７に伝播する蛍光の量が増加し、解像度を低下させる。

そのため、柱状結晶７の長さをあまり長くすることはで
きず、４００μｍ程度が限度である。

すなわち、これらの柱状結晶７は球面状の基板６内側に
向いているため、周辺部では、Ｘ線管１から放射された
Ｘ線が複数の柱状結晶７を斜めに横切ることになり、周
辺部における解像度が中央部における解像度よりも悪く
なるからである。

これを防止して、周辺部における解像度を改善するには
、周辺部における柱状結晶７の太さを中央部における柱
状結晶７の太さよりも細くし、これによって、周辺部に
おける蛍光の基板６の接線方向の伝播係数を実質的に低
下させることが考えられる。

しかしながら、このようにすると、蛍光体層８上の光電
面１０の感度は周辺部において極端に悪くなり、周辺部
における輝度が低下する。これは、周辺部における柱状
結晶７の太さを細くしたために、蛍光体層８の表面に隙
間が多くなり、表面の連続性が損なわれる結果、その上
に形成される光電面１０を構成するアルカリ金属が隙間
を介して蛍光体層８に拡散移動して消失するためと考え
られる。

なお、中央部と周辺部における輝度の一様性を得るため
に、中央部から周辺部に向かって、柱状結晶７の太さを
太くするという内容の発明（特願昭６３−５６２３１号
）が、先に、同一出願人によって成されているが、この
発明は、輝度の一様性を得るために、周辺部の解像度を
犠牲にするものであった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、周辺部
における解像度の低下と周辺部における輝度の低下が少
ないＸ線イメージ管を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、真空外囲器の一端部に設けられた入力面によ
りＸ線を光電子に変換し、この入力面からの光電子を入
力面に対向して真空外囲器の他端部に設けられた出力面
により可視光線に変換するＸ線イメージ管で、入力面に
、基板と、この基板上に形成された多数の蛍光体の柱状
結晶を有する蛍光体層と、この蛍光体層上に直接的また
は間接的に形成された光電面とを備えたものにおいて、
入力面の周辺部の柱状結晶を中央部の柱状結晶よりも細
く形成し、入力面の隣接した柱状結晶の頭頂部を密に互
いに連結させたものである。

（作用） 本発明のＸ線イメージ管は、被写体観察システムに使用
した場合、Ｘ線管から放射されて被写体を通過したＸ線
が入力面に到達すると、蛍光体層がＸ線により発光し、
この蛍光により光電面が光電子を発生し、この光電子線
が出方面に到達すると、出力面が光電子により発光する
。

そして、上記入力面の蛍光体層は、十分な長さの蛍光体
の柱状結晶を有し、その太さを入力面の周辺部において
中央部より細くしであるので、入射したＸ線は周辺部に
おいて中央部よりも多くの柱状結晶を横切ることになる
が、周辺部では、発光した蛍光が、同一の横方向距離を
伝播するのに、中央部よりも多くの柱状結晶を横切るこ
とが必要になり、個々の柱状結晶外側の境界面で蛍光の
反射と減衰が起こることから、蛍光の横方向の伝播は、
中央部よりも少なくなる。

したがって、入力面の周辺部において、同じ方向からの
Ｘ線が多（の柱状結晶を横切って発光させたとしても、
個々の柱状結晶で発光した蛍光の横方向の伝播が少ない
ことから、解像度の低下は防止でき、中央部と周辺部で
実質的に同等の空間解像度を得ることができる。

さらに、入力面の多数の蛍光体の柱状結晶の上面が実質
的に連続しているので、その上に直接的または間接的に
形成される光電面を構成するアルカリ金属が蛍光体層に
拡散移動して消失するのを阻止することがで、き、光電
面が安定するため、光電面の感度低下つまり輝度低下が
押さえられる。

（実施例） 本発明のＸ線イメージ管の一実施例を第１図ないし第１
０図を参照して説明する。

第１０図はＸ線イメージ管の断面を示し、２１は真空外
囲器で、この真空外囲器２１は、Ｘ線を透過する球面状
の金属から成る入力窓２２と、この入力窓２２の外周に
その一端部を気密に封着された金属から成る円筒状の胴
部２３と、この胴部２３の他端部にその一端部を気密に
封着されたコバールから成る漏斗状の封着部材２４と、
この封着部材２４の他端部に気密に封着されたガラスか
ら成る出力窓２５とで構成されている。

そして、上記入力窓２２の内側に蛍光体層と光電面を備
えた入力面２６が設けられ、この入力面２６に対向して
上記出力窓２５の内側に蛍光体層を備えた出力面２７が
形成され、この出力面２７の内側に位置して上記封着部
材２４の内側に陽極２８が設けられ、さらに、上記胴部
２３の内側に集束電極２９が設けられている。

そうして、このＸ線イメージ管では、入力窓２２に入射
したＸ線像が、入力面２６において、蛍光体層を発光さ
せ、この蛍光により光電面が光電子を発生して、光電子
像に変換され、この光電子像は、陽極２８と集束電極２
９により加速・集束されて出力面２７に到達し、蛍光体
層により高輝度の可視光像に変換される。

第１図は上記入力面２６の構造の概要を示すもので、入
力面２６は、たとえば薄いアルミニウム等から成る球面
状の基板３１の内面側つまり凹面側にたとえばＣｓＩ：
Ｎａ（ナトリウム付活よう化セシウム）蛍光体から成る
多数の柱状結晶３２を形成してあり、この多数の柱状結
晶３２を含む蛍光体層３３の内面側つまり表面側にたと
えばＫ　２　Ｃｓ　Ｓ　ｂあるいはに２ＮａＳｂの層か
ら成る光電面３４を形成したものであり、蛍光体層３３
を構成する個々の柱状結晶３２の太さは、入力面２６の
中央部（矢印Ｃ部）から周辺部（矢印Ｅ部）に向かって
しだいに細くなっている。

第２図及び第３図は入力面２６の中央部（第１図矢印Ｃ
部）及び周辺部（第１図矢印Ｅ部）の構造の詳細を示す
もので、隣接した蛍光体の柱状結晶３２の間には、個々
の柱状結晶３２を光学的に分離するのに必要な幅Ｇのギ
ャップ４１が有り、それぞれの柱状結晶３２の基板３１
と反対側の頭頂部４２を他の部分よりも径大となるよう
に変形して幅を広げることにより、隣接した柱状結晶３
２の頭頂部４２を互いに密着連結させて、多数の柱状結
晶３２の頭頂部４２を連続させ、これによって、入力面
２６の多数の蛍光体の柱状結晶３２の上面を実質的に連
続した連続面に加工してあり、この連続面の上に、柱状
結晶３２とともに蛍光体層３３を構成するＣｓＩ：Ｎａ
蛍光体あるいはＣｓＩ蛍光体から成る表層４３を形成し
、さらに、この蛍光体の表層４３の上に酸化インジウム
等から成る導電性の保護膜４４を形成し、この保護膜４
４の上に上記光電面３４を形成した構造となっている。

そして、多数の柱状結晶３２の頭頂部４２を連続面にす
る方法としては、蒸着により形成した多数の柱状結晶３
２の上に多数のステンレス等の金属小球を乗せて水平方
向に振動させるタンプリング法によって、この実施例の
ように、柱状結晶３２の頭頂部４２を径大となるように
変形して幅を広げる方法の他、基板３１を回転させなが
ら、柱状結晶３２の頭頂部４２に研磨部材を当接して、
柱状結晶３２の頭頂部４２を研磨部材で水平方向に擦る
研磨法によって、隣接した柱状結晶３２の頭頂部４２間
のギャップ４１を埋める方法が有るが、いずれの場合も
、柱状結晶３２の長さ方向に加わる力を小さく制限して
、ギャップ４１の無い部分の深さつまり光電面３４の表
面から柱状結晶３２の変形した部分までの深さり。

を１０μｍ程度以下とし、その光学的特性を損なわない
ようにする。

このように、蛍光体の多数の柱状結晶３２の頭頂部４２
は、水平方向に外力を加えることによって、平坦化して
いるため、表面が平らになるように水平方向に引伸ばさ
れており、隣接した柱状結晶３２の頭頂部４２の間にあ
ったピンホール的な隙間は極端に少ないか、皆無に等し
くなっている。

したがって、この上に高真空蒸着によって連続性を有す
る蛍光体の表層４３を形成することにより、表層４３の
表面はさらに連続性及び緻密性が向上し、ピンホールが
さらに少くなる。

このため、蛍光体の表層４３の上に保護膜４４を介して
形成される光電面３４は、連続緻密な保護膜４４によっ
て蛍光体層３３の表層４３及び柱状結晶３２と物理的に
分離されているため安定であり、光電面３４を構成する
に、Ｃｓ５Ｎａが蛍光体層３３に拡散移動して消失する
ことがないので、光電面３４の感度は、低下せず、最適
な構造によって高い値に保たれる。

上述したように、入力面２６の中央部と周辺部では、柱
状結晶３２の太さが次第に変化していること以外は、は
ぼ同等であるが、蛍光体層３３による解像度を上げる目
的で、表層４３を薄ぐした場合や表層４３を形成しない
場合、光電面３４に電気抵抗の小さい材料を用いること
によって、保護膜４４を形成しない場合等には、光電面
３４に対するピンホールがある程度束じる。

このピンホールの数は、単位面積に対して、ギャップ４
１の数つまり柱状結晶３２の数と相関関係があり、入力
面２６の周辺部で多くなる傾向にあるので、この影響を
排除するために、場合によっては、周辺部における柱状
結晶３２の変形の程度を高めることも行なわれる。

これらのことについて、第２図及び第３図の各部の寸法
の関係を式に示す。

柱状結晶３２の平均的なピッチをＷｌ、柱状結晶３２の
平均的な外径をＷ２、 光電面３４の表面から柱状結晶３２の変形した部分まで
の深さつまりギャップ４１の無い部分の平均的な深さを
Ｄｌ、 柱状結晶３２のギャップ４１の有る部分の平均的な深さ
をＤ２、 ギャップ４１の平均的な幅をＧ として、入力面２６の中央部を０１周辺部をｅとすると
、 Ｗ２　（ｃ）＞、ｗ２　（ｅ） Ｄ＋（Ｃ）　　≦Ｄ＋（ｃ） Ｇ　（ｃ）　＃Ｇ　（ｅ） Ｗ２　（ｅ）　／Ｗ＋　　（ｅ）　　＜Ｗ２　（ｅ）　
／Ｗ＋　　（ｃ）となる。

また、この関係を示したのが、第４図及び第５図である
。

そうして、第３図に示したように、柱状結晶３２か細く
なると、従来のように頭頂部４２に加工を行なわない場
合には、頭頂部４２間にでるギャップ４１は、単位面積
当たりで多くなり、その上に形成した保護膜４４にでき
るピンホールの数が多くなり、その上に形成した光電面
３４を構成するに、Ｃｓ。

Ｎａ等のアルカリ金属が蛍光体層３３に拡散移動して消
失すること等により、光電面３４の感度が低下していた
。

しかしながら、本発明では、多数の柱状結晶３２の頭頂
部４２の上面を、加工により平坦化させ、実質的に連続
緻密な連続面としているので、光電面３４を構成するに
、Ｃｓ５Ｎａ等のアルカリ金属が蛍光体層３３に拡散移
動して消失することがなく、光電面３４の感度が低下せ
ず、この結果、高輝度で安定な光電面３４を作ることが
できた。

つぎに、解像度について説明する。

第１図に示した入力面２６の中央部（矢印Ｃ部）に入射
したＸ線は、第６図に示すように、蛍光体の柱状結晶３
２にほぼ平行に入射し、その一部は、入射側から浅い位
置Ｐ１で吸収されて蛍光を発生する。

この位置で発生した蛍光は、反射と透過を繰返しながら
、光電面３４に到達する。この光の広がりを表わす線像
強度分布（ｌｉｎｅ　５ｐｒｅａｄ　Ｉａｎｃｔｉｏｎ
。

ＬＳＦ）を第７図にＬＳＦ　（ｃ、１）で示す。

同様に、さらに深い位置Ｐ２、Ｐ３、で発生した蛍光の
線像強度分布を第７図にＬＳＦ　（ｃ。

２）　、ＬＳＦ　（ｃ、３）で示す。

これらの強度は、Ｘ線の吸収による発光の減少、光の減
衰による減少等によって、深さの関数となっている。こ
れらのＬＳＦを深さ方向に積分することにより、総合し
た線像強度分布ＬＳＦ（ｃ）が求められる。

仮に、入力面２６の中央部（第１図矢印Ｃ部）入射した
Ｘ線が、入力面２６の周辺部（矢印Ｅ部）に入射したＸ
線と同様に、柱状結晶３２を横切るように傾斜して入射
した場合には、発光位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が横方向に移
動したのと等価となり、ＬＳＦ　（ｃ、１）　、ＬＳＦ
　（ｃ、２）　、ＬＳＦ（ｃ、３）を横にずらせて合成
した総合の線像強度分布ＬＳＦ”　（Ｃ）は幅が広くな
り、換言すると、解像度が低下する。

このような現象は、Ｘ線が柱状結晶３２を横切るように
傾斜して入射する入力面２６の周辺部（矢印Ｅ部）では
従来避けることができなかった。

しかしながら、本発明では、入力面２６の周辺部（矢印
Ｅ部）の柱状結晶３２の太さを細くすることによって、
解像度の低下をなくしている。この様子を第８図及び第
９図で説明する。

第８図に示すように、入力面２６の周辺部（矢印Ｅ部）
に傾斜角をもって入射したＸ線は、入射側から浅い位置
Ｐ１で一部が吸収されて蛍光を発生する。

この位置で発生した蛍光は、多数の隣接した柱状結晶３
２で反射と透過中の減衰を多数回受けながら横方向に広
がり、光電面３４に到達するが、柱状結晶３２か細いの
で、この際の単位距離当りの反射回数は第６図に示した
入力面２６の中央部の場合よりも多くなる。

このため、等価的な横方向の伝播範囲が狭くなり、第９
図に示すように、入力面２６の周辺部（矢印Ｅ部）にお
ける位ｔＪｌｉ　ｐ　＋で発光した蛍光による線像強度
分布ＬＳＦ　（ｅ、１）は、第７図に示した入力面２６
の中央部の場合のＬＳＦ　（ｃ、１）よりも狭くなる。

入力面２６の周辺部（矢印Ｅ部）ではＸ線は斜めに入射
するため、残りのＸ線は一部減衰して位置Ｐ２に到達し
て蛍光を発生する。この位置Ｐ２で発光した蛍光による
線像強度分布は、上記と同様に、ＬＳＦ　（ｅ、２）と
なる。以後、同様のことを繰返して、位置Ｐ、、Ｐ４で
発生した蛍光の線像強度分布はＬＳＦ　（ｅ、３）　、
ＬＳＦ　（ｅ。

４）となり、これらを合成して総合の線像強度分布ＬＳ
Ｆ　（ｅ）を得る。

このように、入力面２６の周辺部（矢印Ｅ部）では、柱
状結晶３２か細く、各位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で発
光した蛍光による線像強度分布しＳＦが狭いため、各位
置ＰＩＳＰ２、Ｐｌ、Ｐ４で発光した蛍光による線像強
度分布ＬＳＦは幅方向にずれるが、入力面２６の周辺部
（矢印Ｅ部）における総合の線像強度分布ＬＳＦ　（ｅ
）は、入力面２６の中央部（矢印Ｃ部）における総合の
線像強度分布ＬＳＦ　（ｃ）と同等あるいはそれよりも
狭くなる。

したがって、本発明によると、入力面２６の周辺部（矢
印Ｅ部）ではＸ線が斜めに入射するにもかかわらず、解
像度が低下することにはならず、Ｘ線イメージ管の中央
部と周辺部の解像度に差がでない。

なお、上述したように、周辺部の柱状結晶３２の平均的
な外形Ｗ２（ｅ）と中央部の柱状結晶３２の平均的な外
形Ｗｚ（ｃ）の関係を、Ｗ２　（ｅ）　＜ｗ２（Ｃ）と
するためには、たとえばＣｓＩ：Ｎａ蛍光体を蒸着して
柱状結晶３２を形成する際に、基板３１の温度を中央部
と周辺部で変えることによって達成することができる。

そうして、従来のように、この様にして太さを変えた柱
状結晶３２をそのままの状態で蛍光体層３３に用いただ
けでは、先に説明したように、その表面の周辺部では、
中央部よりも、狭い間隔で微小なピンホールが生じ、そ
の上に形成した光電面３４を構成するアルカリ金属が蛍
光体層３３内に拡散してしまい、最適構成の光電面３４
でなくなるため、光電感度が低下し、結果として、周辺
部の輝度が、中央部の輝度よりも低くなるいわゆるシェ
ーディングが大きくなる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、入力面の周辺部にお
ける解像度と輝度の両方の低下が少なく、中央部と周辺
部の解像度及び輝度が均一なＸ線イメージ管を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１０図は本発明のＸ線イメージ管の一実
施例を示し、第１図はその入力面の構造の概要図、第２
図及び第３図は入力面の中央部及び周辺部の構造の詳細
図、第４図及び第５図はその構造寸法の違いを示す図、
第６図は入力面の中央部の動作状態の説明図、第７図は
その線像強度分布を示す図、第８図は入力面の周辺部の
動作状態の説明図、第９図はその線像強度分布を示す図
、第１０図はＸ線イメージ管の構造図であり、第１１１
図はＸ線イメージ管の一般的な使用状態の説明図、第１
２図は従来のＸ線イメージ管の入力面の構造の概要図あ
る。 ２１・・真空外囲器、２６・・入力綿、２７・・出力面
、３１・・基板、３２・・柱状結晶、３３・・蛍光体層
、３４・・光電面、４２・・頭頂部。 Ｓ阜及 ］１（耽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空外囲器の一端部に設けられた入力面によりＸ
   線を光電子に変換し、この入力面からの光電子を入力面
   に対向して真空外囲器の他端部に設けられた出力面によ
   り可視光線に変換するＸ線イメージ管において、 上記入力面は、基板と、この基板上に形成された多数の
   蛍光体の柱状結晶を有する蛍光体層と、この蛍光体層上
   に直接的または間接的に形成された光電面とを備え、 上記入力面の周辺部の柱状結晶を中央部の柱状結晶より
   も細く形成し、 上記入力面の隣接した柱状結晶の頭頂部を密に互いに連
   結させたことを特徴とするＸ線イメージ管。