JPH01166442A - Ｘ線像増強管 - 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】 本発明は、シンチレータを支持したアルミニウム基板を
そなえた入口スクリーンを有し、このシンチレータは、
前記の基板を通して該シンチレータに違したＸ線を可視
または近可視光線に変え、この光線は、光電陰極を通っ
て、電子−光学手段を経て出力スクリーン上に可視像を
つくるために電子束に変えられるＸ線像増強管に関する
ものである。

この種の装置はフランス国特許第２５１５４２３号に開
示されている。このフランス国特許には、改良された解
像度を呈する輝度増強管に使用するのに適した入口スク
リーンが記載されている。この目的で、シンチレータを
構成する柱状（ｃｏｌｕｍｎａｒ）沃化セシウム結晶が
アルミニウム基板の表面よりの不純物粒子より生起する
。この表面不純物の二次的な効果は、これ等不純物が、
基板の方向に放射された光の吸収を高めるということで
ある。柱状結晶の光導波効果（ｌｉｇｈｔ−ｇｕｉｄｅ
ｄ　ｅｆｆｅｃｔ）は完全でないので、不純物粒子によ
る光のこの吸収は、形成された像のコントラストを改良
する。これ等の不純物粒子は、柱状結晶を成長させる種
を形成せねばならない。したがって、不純物はアルミニ
ウムの表面にわたってまき散らされた島（ｉｓｌａｎｄ
）を形成し、これ等の島は適当な化学プロセスにより形
成されてつくられる。シンチレータにより基板の方向に
放射された光はかくしてその存在および性質がランダム
なこれ等の不純物粒子により副次的に吸収されるにすぎ
ない。

したがって、解決すべき問題は、形成された像の全領域
に対して高い解像度をもつ入口窓を有する管の構造にあ
る。この管の性能は再現性がありまた信頼性がなければ
ならない。

この技術的問題に対する解決は、アルミニウム基板とシ
ンチレータの間に、該シンチレータによりアルミニウム
基板の方向に放出された光を吸収する層が設けられ、こ
の吸収層は、窒化チタン、硫化カドミウム、（Ｃｕ、Ｐ
ｂＩ２）およびそれ等の混合物゛より成る群から選ばれ
た材料より主として成るようにすることにある。

けれども、光電陰極の材料の高い屈折率を考えれば、別
のメカニズムが解像度の悪化にあずかる。

これは、光電陰極の表面に対する法線から非常に隔てて
該光電陰極に侵入することがあり得る、シンチレータで
放射された光線に帰因する。法線から非常に離れている
このような光線を除くために、本発明によれば、シンチ
レータと光電陰極との間に該光電陰極よりも低い屈折率
を有する低屈折率層が挿入される。この層の材料は、Ｍ
ｇＦ２、氷晶石（Ｎａ３ＡＩＦｇ）から選ぶことができ
る。

シンチレータの材料は、ＣｓＩ（Ｎａ）　、ＮａＩ（Ｔ
ｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）　、ＣｄＷＯａ　、Ｂ１４ＧｅＯ
＋２、ＣａＷＯ、から選はれる。

基板に向けられた放射線が吸収されるので、普通のＣｓ
、Ｓｂ光電陰極を用いた場合には管の明るさが落ちるお
それがある。

二次的な問題は、管の解像度を維持しながら高い輝度を
得ねばならないということである。

この二次的な問題の解決は、光電陰極の材料をに２Ｃｓ
Ｓｂ、　Ｒｂ２Ｃ，Ｓｂ　、　（ＳｂＮａ、に、　Ｃｓ
）から選ぶことであるが、後者の材料はそのスペクトル
応答に応じてタイプＳ２０またはＳ２５のものでもよい
。これ等の名称は当業者に公知のものである。これ等の
すべての材料は管に長い有効寿命をもたらす。

かくして、高い解像度と高い輝度を有する管が得られる
。

管の最適な有効寿命を保証するために、シンチレータと
光電陰極との間に、Ａ１□０３．５ｉＪ４、ＳｉＯ□か
ら選ばれた材料の層より成る化学的バリャを挿入するの
が望ましい。この化学的バリヤは、シンチレータ内に存
するナトリウムが光電陰極に向って移動するの阻止する
。

電荷の収集は、光電陰極と化学的バリヤの閘に導電透明
層を設けることによっても改良される。

この層の材料は、パラジウム、アルミニウム、Ｉｎ、　
０３、ＳｎＯ，、ＩＴＯ（ＩｎＪａ　９０％とＳｎＯ□
１０％より成る混合物）から選ばれる。

以下に本発明を図面によって詳しく説明する。

メカニズムをわかり易くするために、第１．４および５
図は寸法比を無視して示しである。

第１図の入口窓は相続いてアルミニウム基板１０、吸収
層１１、シンチレータ１２および光電陰極１３を有する
。入射Ｘ線は基板１０を経てこの構造に達し、電子ｅ−
が光電陰極１３で放射される。これ等の電子は電子光学
手段（図示せず）によって前辺て合焦され、出口スクリ
ーン（図示せず）上に可視像を形成する役をする。Ｘ線
がシンチレータの点５０に吸収されると、可視放射線が
放射される。例えば、ビーム５１が光電陰極１３に入り
、この光電陰極が電子５２を放射する。けれども、同じ
点５０がビーム５３のようなビームを基板１０の方向に
放射することがあり得る。吸収層１１がなければこのビ
ーム５３はビーム５４として反射され、電子５５が光電
陰極によって放射されることになる。したがって、点５
０は幾つかの電子放射５２．５５を生じ、管の解像度を
悪くする。

本発明によれば、基板の方向に放射されたビーム５３は
吸収される。けれども、この吸収は、均一な品質の像を
つくるために、入口の全表面にわたって連続的で均質で
なければならない。吸収は、シンチレータで放射された
光の波長に対してできる限り高くなければならない。シ
ンチレータは次の材料すなわちＣｓＩ（Ｎａ）　、Ｎａ
ｒ（Ｔｌ）　、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｄＷＬ　、Ｂ１４Ｇ
ｅ３０１ａ　、ＣａＷ口、から選ぶことができる。例え
ば、Ｃｓｌ　（Ｎａ）　　シンチレータに対しては、放
射される光の波長は略々４３０ｎｒｎである。吸収層は
この放射を吸収することができねばならない。

本発明によれば、材料はＴｉＮ　５ＣｄＳ　、　（Ｃｕ
、ＰｂＩ２）から選ぶことができる。ｎを屈折率、ｋを
吸光率（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ　１ｎｄｅｘ）とした場
合光学指数（ｏｐｔｉｃａｌｉｎｄｉｃｅｓ）　ｎ”　
＝ｎ−ｉＫは、ＴｉＮに対してはｎ＝１．６５およびに
＝０．７９で、ＣｄＳに対してはｎ＝２．５およびに：
０．２である。これ等は４３０ｎｍの波長に対して挙げ
られたもので、波長が変るにつれて少し変化する。

第２図は、ＣｓＩ　（Ｎａ）　　シンチレータで放射さ
れた４３０ｎｍの波長を有する光に対する、アルミニウ
ム基板上にデポジットされたＴｉＮの層の反射率を示す
。この反射率は吸収層の厚さの関数として表されている
。ＴｉＮ層が略々５０ｎｍの厚さに達すると直ちに反射
率は１０％以下になることがわかる。

同様の状況がＣｄＳまたは（Ｃｕ、　ＰｂＩ２）のよう
な他の材料に対して生じる。第３図は、４３０ｎｍの波
長に対する、アルミニウム基板上にデポジットされたＣ
ｄＳの層の反射率を核層の厚さの関数として示したもの
である。硫化ガドミウムに対してはｎ＝２．５゜Ｋ＝Ｏ
１２である。このように、第３図に示した曲線では振動
が生じる。したがって、ＣｄＳ層に対して厚さを決める
ことができるが、この層に対しては反射率はそれ程重要
でない。それ故、１０％以下の反射率を選ぶ場合には、
ＣｄＳの厚さは４３０ｎｍの光線に対し１１５ｎｍから
１３５ｎｍ　、　１８５ｎｍから２３５ｎｍおよび２６
０ｎｍ以上の範囲で選ぶことができる。

各シンチレータは、関係のシンチレータに特有の中心波
長に中心をおいた光スペクトルを有する。

これ等のスペクトルは略々４００ｎｍと略々６００ｎｍ
の間に分布される。ＣｄＳの層厚は、したがって、反射
率に対して許容し得る予じめ定められた値に従い、使用
シンチレータの中心波長の関数として直ちに決めること
ができる。したがって、当業者ならば、選ばれた波長お
よび材料に対する厚さの関数としての反射率の予じめの
測定により、許容し得る反射率の関数として厚さを容易
に選択することができる。

第４図は、シンチレータ１２と光電陰極１３０間に挿入
された低い屈折率を有する層１９の形の追加物を有する
本発明の実施態様を示す。前記の層１９がない場合の点
５０よりの光ビーム６０を考えると、この光ビームは点
６３に達し、光ビーム６１として光電陰極に侵入し、そ
こで電子を発生する。けれども、点６３は、点５０から
柱状構造の略々軸方向である光電陰極の表面弯曲に対し
て直角な径方向より非常に離れて位置することがあり得
る。光ビーム６１よりの電子はしたがって管の解像度の
悪化の一因になる。解像度を悪くするこの第２の原因は
シンチレータ１２と光電陰極１３の間に挿入された該シ
ンチレータよりも低い屈折率を有する低屈折率層１９に
よって補正される。したがって、光ビーム６０は点６４
で前記の層１９に衝突し、ビーム６２で示したように全
反射を受ける。柱状結晶の軸方向より著しく離れた光線
は戻され、電子の形成に関与しない。

前記の層１９は、明るさを妨げないように低い吸収をも
たねばならない。この層は次の材料すなわちＭｇＦ２、
氷晶石（ＮａｓＡＩＦｇ）から選ぶことができる。

略々４００ｎｍと６００ｎｍの間にある有用波長の範囲
内では、ＭｇＦ２の屈折率は略々１．３３と１．３７の
間にあり、吸光率は略々０である。これ等の値は氷晶石
に対しても略々同様である。

管の解像度の増加を生じるこの吸光および光反射は、管
の明るさの低下を伴う。この明るさを増すごとが望まし
いであろう。この目的で、Ｋ２ＣｓＳｂ。

ＲｂＣｓＳｂ、　（ＳｂＮａ、に、　Ｃｓ）のような他
の光電陰極材料を用いることができる。これ等の材料は
、慣例的な材料Ｃ８３８ｂよりも高い光電変換利得（ｐ
ｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｅ　ｙｉｅｌｄ）を呈する。

シンチレータ（Ｃｓｌ、　Ｎａ）　　と組合せたＣｓ、
Ｓｂ光電陰極で形成された構造の光電変換利得を１とす
ると、光電陰極（ＳｂＮａＪ、　Ｃｓ）に対しては１．
６０の利得が得られ、光電陰極に２ＣｓＳｂに対しては
２．３２の利得が得られる。したがって材料に２ＣｓＳ
ｂＳＲｂＣｓＳｂまたは（ＳｂＮａ２に、　Ｃｓ）でつ
くられた光電陰極は、ＴｉＮの吸収によって悪化された
明るさを改良するのに非常に適している。他方において
、これ等の材料は、構造に長い有効寿命を与える。

けれども、このような構造に最適な有効寿命を与えるた
めに、シンチレータと光電陰極の間に化学的バリヤを挿
入し、以て元素Ｎａが管の製造時に光電陰極に向って移
動するのを阻止するのが好ましい。この化学的バリヤは
、次の材料すなわちＡｌ２Ｏ，ｌ５Ｓｉ３Ｎ、　、Ｓｉ
Ｏ□から選ばれた層で形成される。

光電陰極の材料は一般に殆んど導電性でないので、光電
陰極のシンチレータ側に導電層をデポジットすることに
よって電位を確保することができる。この導電層はまた
、シンチレータで放射された放射線の通過を可能にする
ために透明でなくてはならない。化学的バリヤが存する
場合、導電透明層は光電陰極と化学的バリヤの間にデポ
ジットされる。次のような材料すなわちパラジウム、ア
ルミニウム、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓ＋０２、またはＩｎ２０３
（９Ｑ％）とＳｎＯ２（１０％）より成る混合物である
材料ＩＴＯを用いることができる。

したがって、第５図に示したような入口窓が得られる。

第４図と同様に、アルミニウム基板１０、吸収層１１、
シンチレータ１２、および好ましくは高い光電変換利得
を有する材料の光電陰極１３が設けられる。追加として
、化学的バリヤ１７を前において導電透明層１８が光電
陰極と接触して設けられる。

第４図の低屈折率層１９は、第５図に示した導電透明層
１８および化学的バリヤ１７と組合せることができる。

したがって、低屈折率層１９はシンチレータ１２と化学
的バリヤ１７の間にデポジットすることができる。また
この低屈折率層１９は化学的バリヤ１７と導電透明層１
８の間にデポジットすることもできる。

例えばＴｉＮの吸収層と例えはに２ＣｓＳｂでつくられ
た高い光電変換利得を有する光電陰極とを有する入口窓
は一般にこれ等材料を用いないで構成された人口窓より
も優れた光電変換利得を呈する。第６図はこのことを表
わしたもので、この図は、光電陰極の光電変換利得Ｙの
変化をシンチレータの厚さの関数として示したものであ
る。光電陰極の厚さは、光電変化利得が最大であるよう
な厚さである。曲線３１はＡ　Ｉ／Ｔ　ｉＮ／Ｃｓ　Ｉ
、Ｎａ／Ａｌ２Ｏ３／に２ＣｓＳｂの構造に関するもの
である。シンチレータで放射され、基板で反射された光
に対するその反射率は１０％以下である。曲線３２はＡ
Ｉ／Ｃｓｌ、Ｎａ／Ａｌ２Ｏ３／に２ＣｓＳｂの構造に
関するものである。その反射率は略々７０％である。吸
収された光は失われて電子を発生することができないの
で曲線３１は曲線３２の下方にある。曲線３３はＡＩ／
Ｃｓｌ、　Ｎａ／Ｃｓ、Ｓｂの構造に関するものである
。前記の曲線３１はこの曲線３３の上方に位置する。こ
のことは、吸収層と高い光電変換利得をもった光電陰極
とを有する入口窓は通常の構造にくらべて改良された性
能を有することを意味する。その上、曲線３１に相当す
る入口窓は曲線３３に相当する入口窓で得られるのと同
じ性能を呈することができることがわかるが、シンチレ
ータの遥かに薄い厚さで達成されることに注目され度い
。

第６図からこの厚さは０．４ｎ＋ｍから略０，２＋ｎｍ
に減少することができることがわかる。このシンチレー
タの厚さの減少はまたＶ所定の厚さ（数１０マイクロメ
ートル）に対する管の解像度を改良する。シンチレータ
を構成する結晶は光の拡散を生じる転位（ｄｉｓｌｏｃ
ａｔｉｏｎ）を示すのが普通である。この提案された厚
さの減少は、この転位の領域が殆んどメカニズムを妨げ
ないことを保証するのに十分なシンチレータ厚を残す。

けれどもこの厚さの減少は、これ等Ｘ線検出管が数平方
デシメートルの寸法を有する入口窓に結晶の成長をよぎ
なくされるので、非常に大切である。このような厚さの
減少は、材料の著しい節約と製造歩留りの改良をもたら
す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線像増強管の入口窓の一実施態様を
示す略段面図、 第２図はアルミニウム基板上にデポジットされたＴｉＮ
層の反射率と層厚の関係を示すグラフ、第３図はＣｄＳ
層に対する第４図と同様のグラフ、第４図は本発明のＸ
線像増強管の別の実施態様を示す略断面図、 第５図は本発明のＸ線像増強管の更に別の実施態様を示
す略断面図、 第６図は異なる人口窓に対する光電変換利得と層厚との
関係を示すグラフである。 １０・・・アルミニウム基板　　１１・・・吸収層１２
・・・シンチレータ　　　　１３・・・光電陰極１７・
・・化学的バリヤ　　　　１８・・・導電透明層１９・
・・低屈折率層 Ｆｌ（３，６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シンチレータを支持したアルミニウム基板をそなえ
   た入口スクリーンを有し、このシンチレータは、前記の
   基板を通して該シンチレータに達したＸ線を可視または
   近可視光線に変え、この光線は、光電陰極を通って、電
   子−光学手段を経て出口スクリーン上に可視像をつくる
   ために電子束に変えられるＸ線像増強管において、アル
   ミニウム基板とシンチレータの間に、該シンチレータに
   よりアルミニウム基板の方向に放出された光を吸収する
   層が設けられ、この吸収層は、窒化チタン、硫化カドミ
   ウム、（Ｃｕ、ＰｂＩ＿２）およびそれ等の混合物より
   成る群から選ばれた材料より主として成ることを特徴と
   するＸ線像増強管。 ２、光電陰極よりも低い屈折率を有する低屈折率層がシ
   ンチレータと光電陰極の間に挿入された請求項１記載の
   Ｘ線像増強管。 ３、低屈折率層の材料はＭｇＦ＿２、氷晶石（Ｎａ＿３
   ＡｌＦ＿６）から選ばれた請求項２記載のＸ線像増強管
   。 ４、窒化チタン層は少なくとも５０ｎｍの厚さを有する
   請求項１乃至３の何れか１項記載のＸ線像増強管。 ５、厚さは７５ｎｍと１２０ｎｍの間にある請求項４記
   載のＸ線像増強管。 ６、硫化カドミウム層は、略々１１５ｎｍと１３５ｎｍ
   の間、略々１８５ｎｍと２３５ｎｍの間または略々２６
   ０ｎｍ以上の何れか１つの範囲の厚さを有する請求項１
   乃至３の何れか１項記載のＸ線像増強管。 ７、光電陰極の材料は、Ｋ＿２ＣｓＳｂ、Ｒｂ＿２Ｃｓ
   Ｓｂ、ＳｂＣｓ＿３、（ＳｂＮａＫ、Ｃｓ）から選ばれ
   た請求項１乃至６の何れか１項記載のＸ線像増強管。 ８、シンチレータの材料は、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＮａＩ（
   Ｔｌ）ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｄＷＯ＿４、Ｂｉ＿４Ｇｅ＿
   ３Ｏ＿１＿２、ＣａＷＯ＿４から選ばれた請求項１乃至
   ７の何れか１項記載のＸ線像増強管。 ９、ＣｓＩ（Ｎａ）より成るシンチレータは、１００マ
   イクロメータと略々１０００マイクロメータの間の厚さ
   を有する請求項８記載のＸ線像増強管。 １０、化学的バリヤがシンチレータと光電陰極の間に設
   けられ、この化学的バリヤの材料は、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＯ＿２から選ばれた請求項７また
   は９記載のＸ線像増強管。 １１、導電透明層が光電陰極と化学的バリヤの間にデポ
   ジットされ、この層の材料は、パラジウム、アルミニウ
   ム、Ｉｎ＿１Ｏ＿３、ＳｎＯ＿２、Ｉｎ＿２Ｏ＿３（９
   ０％）とＳｎＯ＿２（１０％）の混合物から選ばれた請
   求項１０記載のＸ線像増強管。