JPS6030040A - Ｘ線螢光増倍管 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は基板にファイバープレートを用い、その面上
に螢光体層を形成した螢光スクリーンを具備するＸ線螢
光増倍管の改良に関する。

〔発明の技術的背景及び問題点〕

一般に螢光スクリーンを内蔵するイメージ管例えばＸ線
螢光増音管は、医療診断用を主に工業用非破壊検査など
に広範囲に応用されている。この種のＸ線螢光増倍管は
第１図に示すように構成され、主としてガラス、一部は
金属薄板よりなる真空外囲器（１）の入力側内部に入力
面（２）が配設されている。一方、真空外囲器（１）の
出力側内部には、陽極（３）が配設されるとともに出力
面（４）が設けられ、更に真空外囲器（１）内部の側部
には集束′成極（５）が配設されて＾る。前記入力面（
２）は球面状のｋｌ基板（６）の出力側（凹面側）にＣ
ｓＩ／Ｎａの入力螢光体層（７）が形成され、この入力
螢光体層（７７の上に更に光成面（８）が形成されてい
る。又、出力面（４）は基板（９＋に出力螢光体層（Ｉ
Ｉを形成してなってしる。そして、動作時には放射線（
図示せず）は被写体（図示せず）を通過する際、被写体
の放射線透過率によって変調されて、入力螢光体層（７
）を励起する。入力螢光体層（７）の励起光は充電面（
８）に光エネルギーを与え、光電面（８）よシミ子を放
出させる。この電子は陽極（３）、集束電極（５）で形
成される電子レンズ作用により出力螢光体層ａＣ上に加
速集束し、出力螢光体層ααを発光させる。このような
過程で電子の増倍が行なわれ、入力螢光体層（７）で得
られる光像よシ格段に明るい像が出力面（４）に得られ
この光像により被写体の観察を容易に行なうことができ
る。

このようなＸ線螢光増倍管の出力面（４）の構成に出力
螢光体層ａＱの支持基板としてファイバープレート（光
学繊維束板）を用いる例があり、これはそれ以前の透明
な又は着色されたガラス板上に出力螢光体層α＠を形成
した螢光スクリーンに対してＸ線螢光増倍管のコントラ
スト特性を改善するのに役立っている。この提案の概略
を第２図に示すが、基板であるファイバープレー）＋ｌ
υに出力螢光体層ａ■を形成してなる出力面（４）を真
空外囲器（１）の出力側に配置したものであ°る。しか
し、ファイバー７’レートαυを用いてゴンドラスト特
性の改善を計ることに関しては、単にファイバープレー
トａｖ上に螢光体層αｑを形成しただけでは、螢光体層
０Ｉの形成方法、７アイパ一プレートαυ自体の構造上
の制約や出力窓ガラスαａの影響のために予期どおシに
コントラスト特性を大幅に改善するには限界がある。

すなわち、螢光体層α１の形成工程においては螢光体粒
子ａ３の懸濁液中に微量ながら含有される結着剤として
のガラス質成分による螢光体粒子Ｕ、＝７フイパープン
ートｔｔＵとの境界面の光学的な接触が完全拡散面とは
なりえず入射角θ０の大きい光もファイバープレート（
１１１内に入射することがあげられる。

また、ファイバープレー）（Ｉｌｌの構造は第３図の如
く芯材（１４，被覆材ぐ９、吸収体μ０からなるのが一
般的であり、このファイバーブソートａυに入射した光
の進路をみると進路（ａ）の如くファイバープレート（
１１）の機能と合致して１つの芯材α〜に入射した光は
その内部のみを伝達し出射面（Ｌ７１から外部へ出る。

進路（ｂ）は、芯材（２）と被覆材ａ９の境界面で全反
射されずに隣接する芯材に入射してしまうので吸収体（
１υによシ減衰されているとは言えこの光はファイバー
プレート内で拡散光（ストレー光）になった）、他の芯
材、被覆材、吸収体の出射面力為ら外部に取り出されコ
ントラスト低下の要因となる。

更に、出射面αηから外部へ出た光は出力窓ガラスα２
に入射するがこの表面にてフレネル反射が発生するため
戻シ光（Ｃ）が生じ、再びファイバープレー　）　（ｌ
ｉｔ内部に入射するので、これによってもファイバープ
レートαυ内の光は微弱な光ではあるが重ね合わされフ
ァイバープレートαＢを用いた効果を失くしコントラス
ト特性の低下をもたらす要因となっている。

ファイバープレートαυを用いたＸ線螢光増倍管はファ
イバープレートの製造工程に起因する光学的欠陥による
面欠点を解決しなければならず、有力な手段はファイバ
ープレート０の２ｎ以下の薄板化であることは最近のフ
ァイバー製造技術と薄板化したファイバーブＶ−）の観
察評価から判明している。ところが薄板化ではコントラ
ストの低下を招くことから、両者を解決しうる新技術が
望まれている。

〔発明の目的〕

この発明はファイバープレートを用いた出力面を具備す
るＸ線螢光増倍管の出力画像を高品位かつ高コントラス
トにすることを目的とする。

〔発明の概要〕

との発明はファイバープレートを支持基板とした螢光ス
クリーンを具備するＸ線螢光増倍管において、該螢光ス
クリーンの光出射面側の芯材の一部を除去し凹部を形成
してなる螢光スクリーンを、Ｘ線螢光増倍管の出力窓ガ
ラス内面に密着して形成したことを特徴とするＸ線螢光
増倍管である。

〔発明の実施例〕

この発明の一実施例を第４図を参照して説明する。同図
中において従来例と同一箇所は同一符号を付すことにす
る。出力面（４）は支持基板として０．３〜２１１１１
の７アイパープレート（１１１と入力面（２）からの電
子によシ励起発光する螢光体層（１Ｇ及びその上に形成
されたメタルバック層α樟からなる。更にこのファイバ
ープレートＩの光出射面ａη側の少なくとも芯材側の一
部が２０μｍ以下の深さにエツチングされ四部（２υを
形成している。従って、実質上の光出射面としてはこの
凹部（２］）の底面部に相当する芯材上面部（２っであ
ることがわかる。これはＸ線螢光増倍管の出力光像を集
光するレンズ系の焦点面がこの芯材上面部（２）になる
。このように凹部（２Ｄの形成されたファイバープレー
トαυにはファイバーグレートの機能を損ねかつ関与し
ない光が出射されるのを防止するため光吸収ＮＪｃ！１
が被覆材α９、吸収体任υの光出射面（Ｉｎ上及び凹部
しυの側面部に形成されている。

ファイバープレートａυの光出射面ση側に凹部０Ｄを
形成するのはファイバープレー）＋１υの主たる有効な
光伝達部が芯材側であり、芯材上面（２のからの光の出
射角度分布は凹部（２１）がない平担面のファイバープ
レート住］）Ｋ、較べて狭まシ直進する光の比率を増す
ためである。この作用によって得られる出力光像はコン
トラスト特性ｔＤ優れたものとなシ、７アイパープレー
ト（ＬＤの板厚を前述の如く薄くしてもコントラスト低
下をもたらさず、よって面欠点のない高品位な画像が得
られる。

次いで光吸収層（ハ）の形成は更にコントラスト特性を
向上させるために設けられたもので、光吸収層（２鵠で
囲まれた部位力）ら出射される光は微弱ではあっても芯
材Ｉからの光と加算されコントラスト低下をもたらす本
来不要な情報部分を除去するのて大いに役立つ。

これら凹部シυを有する螢光面（４）又はさらに光吸収
層（至）の形成された螢光面（４）は同図の如くＸ線螢
光増倍管の出力窓ガラスａａの内１１１１（２４に密着
して配設されている。芯材上面部＠から主に芯材内を反
射率１００％で全反射して伝播して出射された光は光吸
収層＠に入射する光のほとんどを除き出力窓ガラスα２
の内面Ｑ４１に入射する。屈折率の異なる物質の境界血
圧おいてはフッネル反射が起こることが知られており、
凹部Ｃ７１）内の光の進路の中で出力窓ガラス圓への入
射角度が大きい光はどそのフレネル反射率は高い。とこ
ろが、芯材Ｉの最大径をｄ１凹部ＯＤの深さをｌとした
場合、第４図においレネル反射の増大する角度よりも大
幅に小さいので、フレネル反射によるファイバープレー
）＋１υ内への鵬の入射をおさえることができる。ｄ＝
７μｍ。

ｌ−１μｍの時、θは約８１．９°となり反射光は増大
するが、この近辺の反射角度を有する光のほとんどは、
出力窓ガラス内面（財）から反射後、光吸収層（ハ）に
肖るのでここでファイバーグレートαυ内に入射しない
。

第５図（ａ）では、このフレネル反射の空気（真空）か
らガラスに入射する光の反射率の例が示され反射率３０
チの８偏光、Ｐ偏光に相当する入射角度は約７００．約
８２°である。これから前述の最大入射角度について検
討するとそれぞれｌは２．５μｍ、１μｍであって、こ
れらの値よりも凹部Ｑ］）が深ければフレネル反射の発
生をほとんど内面＠の境界面にて防止できることがわか
る。ちなみに、これらの条件を満たさない光の大半は白
部（２１１の壁面に形成された光吸収層（ハ）でその進
行をはばまれる。

このようなことから、前述の螢光面（４）と出力窓ガラ
スα２を密着させ真空部分の凹部ＱＤの存在によってフ
レネル反射によるファイバープレートα力内部での光の
散乱発生を防止でき、コントラスト低下要因を除去でき
る利点がある。

出力窓ガラスの屈折率を１．５とすると１＝２０μＩｎ
。

１＝１ｐｍの時の最大入射角度は１９．３°、８１．９
°であるので、出力窓ガラス０の屈折角は１２．７°、
４１．３°となる。これらの値は出力窓ガラスα２の外
面Ｑ湯での入射角となり、この外面（至）でのフレネル
反射及び全反射に注目すると、第６図より４０°付近に
臨界角があるのでこれより大きい角度の光は出力窓ガラ
ス内部で全反射を繰）返してストレー光となる。

又フレネル反射を起こす入射角は反射率３０％をみると
３８°〜４１’と非常圧限定された角度であってそれ以
下の入射角度の光では反射率は極めて低い。

これらの場合、出力窓ガラスα２の内面（２）にはファ
イバーグレートαυの光吸収層（２１＋が密Ａ７され真
空の屈折率１よ）も大きいので前記ストレー光及びフレ
ネル反射光は、出力窓ガラス（１カへ入射した位置から
遠方へ散乱する前に吸収されることとなる。

ファイバープレート住〃の芯材（１尋、被覆材α９、吸
収体（ｌｅの１ピツチを１０μｍとし、芯材α４径を７
μｍとした場合、光吸収層（ハ）の占めるＸ線螢光増倍
管の管軸に垂直な面積比率は５１チである。約半分の面
積を占める面に光吸収層Ｑ１１が形成されるだめ、この
面からのファイバープレート内への光の入射を防止し螢
光スクリーンでの光の散乱を低減できる。

この時用いるファイバープレートαυはＸ線螢光増音管
の分解能や変換能率によって決められ、その芯祠（１ル
の径は３〜２５μｍが一般に適してｂる。

径が小さいものはファイバープレートの光伝達効率が低
いこと、製造上の制約があ）難しい、又径が太さいもの
は一般のＸ線螢光増（＆管では分解能を満足できないこ
とやコントラスト特性が向上しない不利がある。好適な
実用範囲は５〜１５μｍの芯材径である。

光出射面側の四部圓の形′成はファイバーブｖ　−ｈｕ
の芯材（１４１と他の部材との材質の違いを利用して酸
類による芯材α４部の溶解除去が可能であって、形成さ
ルる凹部（２１１の深さはその浸漬時間−？ｔＬ濃度の
選択で任意に得られる。特性を満足する四部（２Ｄの深
さは５〜２０μｍであるがファイノ（−プレートαυの
構造に応じて０，５〜５μｍのものや２０μｍ以−と３
００μｍ以下の深さの凹部（２υを形成して実用に供し
ても良い。

以上のような横這にすることによって７アイノ（−プレ
ート１υを用いた螢光スフ１ノーンのｉｌ！ｐ’＋生を
最大限に発揮しコントラスト特性の優れたかつ薄板ファ
イバープレートによる高品位画像を有するＸ線螢光増倍
管を提供することができる。

この発明はコントラストの低Ｆ原囚のうち、Ｉ’ｌｌい
た媒質間の境界面で発生するフレネル反射に注目したも
のであシ、その境界面からの反射’ＪＹ、ｙ＞ｉ　Ｍび
螢光スクリーン内に入射し散乱光となるのを防止するた
めに為された。特にファイノ＜−プＶ−）を支持基板と
した螢光スクリーンにおいて、つ乙出射面側の凹部の形
成は、それによって光の発光（出射）角度分布を狭める
効果を有しているが、その光が出力窓ガラスに到達した
時に発生するフレネル反射を低減させるには充分ではな
く、前洟の実施例の如くこの螢光スクリーンと出力窓ガ
ラス内面を従来よりも密着配置して積極的にフレネル反
射の反射率を小さくすることがＸ線螢光増倍管のコント
ラストの向上に寄与し、又薄板ファイバープレートの利
用による高品位画像も提供できる。

このフレネル反射の発生を抑えるためには、出力窓ガラ
ス内面に入射する光の最適な入射角度の条件をファイバ
ープレートの芯材の直径と凹部の深さ及びファイバープ
レートと出力窓ガラス内面の距離等の幾可学的な配置、
更にファイバープレートの光吸収層の形成によって決定
する。出力窓ガラス内に入射した光は出力窓ガラス外面
において第５図すの如く発生するその入射角度に応じた
フレネル反射を防止するため出力窓ガラス外面（ハ）上
に反射防止膜を形成することや出力窓ガラスに内部にお
いて光強度を弱める着色ガラスの利用が螢光スクリーン
への光の戻シを減らすために有効である。

第６図のような構成断面図において、真空（又は空気）
、芯材α４、出力窓ガラスＣ１３の屈折率をそれぞれｎ
ｏ、　ｎ、　、　ｎ２　とし、例えばｎ。＝ｌ　、　ｎ
、＝１．７　。

ｎ、＝１．５　とする。また、芯材Ｉの径をｄ、、ファ
イバープレートの１つの光学繊維の単位径を１１．、四
部（２υの深さを１１、出力窓ガラスの厚さを１２、フ
ァイバープレート圓と出力窓ガラスの隙間をＬとし、そ
れぞれの境界面の光の入射角を１ｋ、屈折角をｒｋ（ｋ
＝１．２．・）で表わす。

Ｌ−０の時、第４図と同様であり、入射角ｉ、の１ 最大値はｄとｌ□によって決まυ、ｉ２＝　ｔ　ａｌｌ
−’τで表わされ、ｄ、　＝　７　ｐｍ　、右＝２０μ
ｍでは１２は１９．３°、又ノ□＝１００μＩｎ　では
１２＝４°となって第５図ａよりフレネル反射の反射率
は極めて小さい。一方、入射・　５ｉｎｉ２ 角１ｓは屈折角ｒ、と同じで１３−ｓ＋ｎ’（了）　”
’Ｃ；ｈるから、ｌａ共１２．７°と小さくなシ、出力
窓ガラス外面（至）の境界面による反射率はかなり低い
。

従って、用いるファイバープレートの芯材径に応じた凹
部の深さを反射率に基づき選択でき、各芯材毎に出射さ
れる光は他の芯材に反射により入射することを制限でき
る。

Ｌ＞０の時には、各芯材からの光の相互の進路を考慮し
なくてはならないので、隙間りに対応するａ点とｂ点の
横方向距離ｍの大きさを検討する。

ここでｍ＝（Ｌ＋４）　ｔａｎｒ、、　ａ点の屈折角ｒ
、の最大値はｔａｎ　’　（’！”）である。ｍ＝ｄ２
であればｂ点のフ１１ レネル反射光はファイバー繊維の一単位内に戻る光とな
るが、反射率が小さいこと及び形成された光吸収層に入
射してファイバープレート内の散乱光にはなりにくくな
る。例えばｄ、−７μｍ、ｄ２＝＝１０μｍ　、　ｌｌ
＝　２０　μｍの時、Ｌ＝８．５μｍ以下であれば、そ
の芯材からの光は反射によって他の芯材に入射すること
なく、かつ前記の作用を受ける。

凹部の深さ１１は用いるファイバープレートノ構造によ
ってすなわちｄｌとｄ２の大きさによって決めることが
できるのでそれに応じてＬも変化する。

例えば４＝１００μｍ、ｄ＋＝７μｍ、ｄ２＝１０μＩ
ｎの時、ｍ＝１０μｍを満たすＬは３００μＭである。

ｌ、が増加すると、凹部底面部（２邊が光学系の焦点面
となることから螢光スクリーンとしての有効な輝度は低
下する傾向にちゃ５００μｍｎ以上で顕著となるが、フ
レネル反射に起因するコントラスト低下の防止によるコ
ントラスト向上を計ることができる。ｄ、は１５μｍ以
下が好適であるので、Ｌを３００μｍより大きくするこ
とは難かしい。２　ｍｍ以丁の薄板ファイバープレート
を用いて高品位にできる利点と光の透過率の向上による
螢光スクリーンの輝度向上の利点があるが、各種の特性
を同時に向上させるには前述の各寸法及び配置の組合わ
せによる構成によって最適な条件を決定できる。

芯材σ４の平面形状はファイバープレートの４遣方法に
より異なり、円、六角形等様々なものが販売されている
が、前述の光学的な条件をできるだけ満たすものを使う
ことが好ましし。また、吸収体（ＩＯが１つの芯材１．
！：被覆材ａ１を取り囲むファイノく一プＶ−）αＤで
なくファイバープレート同に点イ玉して形成されたファ
イバーブＶ−）であっても上記の条件は成シ立つ。

出力窓ガラスの２つの境界面す点とＣ点の反射ではｂ点
の反射を少な東できる入射角＋２であるので、０点の入
射角も小さく、ｂ点での反射の低減が必要である。

なお、出力窓ガラス内面への入射角度がＯに近い光は、
その反射率が約４チあることは知られてお１）％この反
射光に対しては出力窓ガラス内面に光の波長を考慮して
、第７図のようにｎ３＝［有］翼を満たす屈折率ｎ３の
膜材料からなる反射防止膜弼を一層ないし多層膜に形成
するのが有効に役立ち、戻）光を低減できる。反射防止
ＢｆＸ（ハ）は出力窓ガラス（１′ＩＪに入射する光の
その入射角１２が小さい光を対象として出力螢光体の発
光色、限定された入射角度に適合して形成できることが
特有な作用をもたらす。これは前述の構成例にも適用で
きる技術であって、特に入射角度が限定されていること
は従来の反射防止膜の使用例にて充分な効果を発揮でき
なかった欠点を取）除き、コントラスト特性の向上に極
めて有効に作用して＾ることか判明した。

反射防止膜の副次的な効果は形成式れたガラス板板等の
光透過率が向上するので光の損失の減少に寄与できる。

第６図において螢光スクリーンもしくは四部底面部は出
力窓ガラスとほぼ平行なものとして述べたが、このよう
なわずかな反射光が性能低下になシやすいＸ線螢光増倍
管では各凹部深さの均一形成と平行度の精度を良くして
、組立てることに困難があるので特段の配慮が必要であ
る。

また、光吸収層の形成は凹部深さ１１が増加した寺には
凹部底面部近傍にお匹て蒸着法を用いた場合均一な塗膜
が難しくなるので、その形成部分、光吸収層の光吸収率
、さらにあげれば平行度も考慮してｄ、、ｄ２に対して
Ｉ！、とＬを性能測定の確認によシ実用化している。

螢光スクリーンと出力窓ガラス内面をＬ−（）に密着さ
せるには、螢光スクリーンの周縁部をバネ材等を用い常
時押圧する方法がある。またＬを一定に保つためには螢
光スクリーンと出力窓ガラス内面Ω間にスペーサーを介
在式せ、１成部材の幾可寸法が変化しないように固着さ
せて密着することにより実現できた。

Ｘ線螢光増倍管のコントラスト測定法によって性能比較
をしたのが第１表であシ、コントラストと高品位の相反
する性能を同時に達成することができた。

第１表 単位ｆ％）　ｄｓ　＝　７　ｆｉｍ　（５＝　１０　μ
ｍ従来のＸ線螢光増倍管においては前述の隙間りは光学
レンズを取付ける際のその焦点距離のみから考慮された
にすぎない。この時、出方窓ガラスにおいてフレネル反
射の発生はもちろん存在しているが、高度なコントラス
ト特性が要求されておらず、はとんど注目されていない
。この発明の技術は従来のＸ線螢光増倍管の構成にも応
用できる。

すなわち、第２表に記載した構成側の影響を検討した結
果第２表の如くコントラスト特性向上の効果が得られた
。表は効果の大きい順序に記した。

第２表 したがって構成要素のｈくつかを組合せて、Ｘ線螢光増
倍管の種類に適合させてコントラスト特性の向上を計る
ことができる。

効果■ないし■のＬ＝０の場合の構成は第８図に示した
如くであり、ファイバープレートによって指向性を与え
られた光が出射されるのであり密着によってフレネル反
射の発生による悪影響を防ぎコントラスト特性向上の一
実施例であることがわかる。同図において、ファイバー
プレートの断面を特に拡大して記載しである。０＜Ｌ≦
０．３の場合には若干コントラスト特性は低下するが、
充分りが大きい時に比較するとその値は大きい。

こρようなファイバープレートの場合、ファイバープレ
ートの芯材、被覆材、吸収体の形状１寸法によって隙間
りの上限値０．３は微／ＪＳ変更して用いることができ
る。

なお、この発明は螢光体層等の発光層からの光を伝達す
るファイバープレートとそれに対向するガラス板等から
構成されたものにおいて光の受ける作用を屈折の法則と
フレネルの公式を利用したものであり、１市述のファイ
バープレートの板厚が２關よ）厚いものを用いた製品は
もちろん他の類似の技術分野にも応用できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によればファイバープレートを用い
た螢光スクリーンの特性を最大限に発揮しコントラスト
特性のすぐれたかつ薄板ファイバープレートによる高品
位画像を有するＸ線螢光増倍管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なイメージ管（Ｘ線螢光増倍管）を示す
概略断面図、第２図はファイバープレートを用いたイメ
ージ管の出力部断面図、第３図はその詳細な構造及び光
伝達を示す概略図、第４図はこの発明の一実施例を示す
構造及び光伝達を示す概略図、第５図及び第６図は本発
明を説明するため組材の異なる物質境界に起こるフレネ
ル反射を示す図、第７図および第８図はこの発明の他の
実施例を示す概略図である。 ｌ・・・真空外囲器　２　・入力面 ３　陽極　４・出力面 ５　・集束型４へ　６　・ＡＡ’基板 ７・・・入力螢光体ノ１　８・・−光電面９・・出力基
板　１０　出力螢光体層 １１・・ファイバープレート　１２　出力窓ガラス１３
・・螢光体粒子　１４・芯材 １５　被覆材　１６・・吸収体 １７　光出射面　１８・メタルバック層２１　凹部　２
２・・・芯材上面部 ２３・光吸収体層　２４　出力窓ガラス内面２５・・出
力窓ガラス外面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ファイバープレートを支持基板とした螢光スクリ
   ーンを具備するＸ線螢光増倍管において、該螢光スクリ
   ーンの光出射面側の芯材の一部を除去し凹部を形成して
   なる螢光スクリーンを、Ｘ線螢光増倍管の出力窓ガラス
   内面に密着して形成したことを特徴とするＸ線螢光増倍
   管。
2. （２）螢光スクリーンの光出射面側の少なくとも凹部底
   面部を除いて光吸収層を形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のＸ線螢光増倍管。 （３］　螢光スクリーンを出力窓ガラス内面に密着する
   度合は螢光スクリーンの光出射面側の先端面と出力窓ガ
   ラス内面との隙間がＯないし０３關であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第２項記載のＸ線螢光
   増倍管。