JPH07503810A - 直接変換型ｘ線光電陰極を有するｘ線顕微鏡 - 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】 直接変換型Ｘ線光電陰極を有するＸ線顕微鏡発明の背景 発明の技術分野 この発明は概括的にはＸ線イメージ増強管に関し、より詳しくは、電子増倍管に 組み合わせて直接変換Ｘ線光電陰極を用いるＸ線顕微鏡に関する。

従来技術の説明 Ｘ線・可視光線変換器はこの技術分野で周知であるが、一般的には間接変換技術 、すなわちＸ線イメージをシンチレータ−で可視光に変換し、可視光（光量子） を対応の電子イメージに変換し、電子増倍して蛍光体表示スリーンに導いて、直 接に目視可能な可視光の増強されたイメージを生じさせる技術を用いている。Ｘ 線イメージをそれに対応する電子イメージの発生および電子増倍の前に可視光像 に変換しなければならないために数多くの不都合が生ずる。

Ｘ線イメージの可視光像への変換は、米国特許第４，１０４．５１６号、同第４ ，０４０，９００号、同第４，２５５．６６６号、および同第４，３００，０４ ６号に記載されるとおり、通常はシンチレータを用いて行う。いずれの場合も、 シンチレータはその応答時間に限界があり空間解像度も感度も劣っているだけで なく、製造技術の複雑さや、光電へい利用のための要員配置の必要などにより、 費用か甚だしく高い。

パネル型Ｘ線イメージ増強管においては、マイクロチャンネルブレー！−（ＭＣ Ｐ）利得の指数関数形パルス波高値分布に主と（−２で起因するレンチｌノージ ョン雑音か問題になる。

発明の要約 したがって、この発明の目的は、特別に設計された二次電子放出層を有し、Ｘ線 イメージを等価の電子イメージに直接に変換し、高効率、低雑音、高速度、およ び広帯域Ｘ線光量子検出性能をａする光電陰極を提供することである。

従来技術の上記欠点は、Ｘ線吸収体と（２て作用する重金属層と増倍率２０倍以 −Ｌの電子増倍器とし、て機能する透過二次電子放出層とから成る直接変換Ｘ線 光電陰極により効果的に解消された。ＭＣＰのチャンネルあたりの入力電子数を ２０倍以−トに増加させることによって、シンチレーション雑音が大幅に低減さ れることを見出した。この発明においては、二つの部分から成る直接変換型Ｘ線 光電陰極である複合電子増倍器を用いてこの効果を達成する。すなわち、第１の 部分はＸ線吸収体として作用する重金属層であり、第２の部分は透過二次電子放 出層である。重金属層で発生した高エネルギー光電子は二次電子放出器により２ ０倍以上に電子増倍される。この構成によって、イメージ増強管の雑音は低減さ れ、とくに高エネルギーＸ線領域におけるＸ線光電陰極の感度が向上した。

新しいパネル型Ｘ線増強管はこの新しい直接変換型Ｘ線光電陰極をマイクロチャ ンネルブ１〕−斗および出力表示蛍光体スクリーンと一体化することによって作 られる。

可搬型投射式Ｘ線顕微鏡を、−１−記Ｘ線増強管、微細焦点Ｘ線源およびパーソ ナルコンビコータ（ＰＣ）利用のイメージ処理システムの使用により製作できる 。Ｘ線の工、ネルギーは調整でき、倍率はＸ線源と物体との間の距離の調節によ り変化させることができる。Ｘ線増強答の低雑音化および高感度化によって倍率 を大きくできる。サブミクロンＸ線顕微鏡はサブミクロンＸ線診断用としても設 計しＣある。

この発明によると、Ｘ線イメージをそれと等価の電子イメージに直接に変換でき るＸ線顕微鏡用の光電陰極でつあて、大幅に改善された感度と周波数スペクトラ ムの高エネルギーＸ線領域におけるごく低いシンチレーション雑音とを備える光 電陰極が得られる。

図面の簡単な説明 上述のおよびそれら以外の目的、側面および利点は図面を参照して次に述へるこ の発明の好適な実施例の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。図面にお いて、図１はこの発明の直接変換型複合Ｘ線光電陰極を示し、図２はパネル型Ｘ 線イメージ増強管を示し、図３は図１のＸ線光電陰極を含む可搬型投射式リアル タイムＸ線顕微鏡を示す。

発明の好適な実施例の詳細な説明 図面、とくに第１図を参照すると、Ｘ線光電陰極が示しである。素子６はアルミ ニウムなどの軽金属の基板である。

その厚さは高静電界による引力に耐える一方Ｘ線強度に大きい減衰を与えないよ うに選んである。３５〜８０ｋＶのＸ線の場合は５０μｍアルミニウム箔が適当 である。素子７は、Ｘ線光電陰極の重金属層であって、タンタル、タングステン 、鉛、ビスマスまたは金の層である。その厚さの最適値は、Ｘ線光量子のエネル ギー、Ｌシリーズまたはにシリーズ臨界励起電圧、およびその重金属の密度によ って定まる。３５〜８０ｋＶのＸ線に対する種々の重金属の厚さの最適値を表１ に示す。

表　１　各種重金属の最適の厚さ 素子８にＸ線光電陰極の透過二次電子放出層であり、二次電子放出係数の大きい 次の材料の一つ、すわなちヨウ化特表千７−５０３８１０　（３） セシウム（ＣｓＩ）、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣＩ）、塩 化セシウム（ＣｓＣ１）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む。ヨウ化セシ ウム層または臭化セシウム層は、高密度プロフィルを得る場合は高真空における 被膜形成により、低密度プロフィルを得る場合はアルゴンなどの不活性ガス雰囲 気内における被膜形成によりそれぞれ形成できる。ヨウ化セシウム層または臭化 セシウム層の最適の厚さは、Ｘ線エネルギーおよび特定の重金属の選択により定 まる重金属円発生光電子のエネルギに左右される。６０ｋＶのＸ線および金層を 選択した場合は、ヨウ化セシウム層の最適の厚さは高密度プロフィルについてハ 約７．４μｍ１低密度プロフィルについては３７０μｍである。他の重金属につ いての通常密度または低密度のハロゲン化アルカリの最適厚さをμｍでそれぞれ 示すと、ビスマス６．８／３４０、タンタル＆２／４１０．鉛７．０／３５０゜ タングステン８．１／４０５である。低密度プロフィルヨウ化セシウム層の二次 電子伝導（ＳＥＣ）利得は１００程度にできる。ヨウ化セシウム層または臭化セ シウム層の低密度プロフィルは圧力的２　ｔｏｒｒ、のアルゴン雰囲気中でバル ク材料を蒸発させることによって形成でき、それによって得られる層の相対密度 は約２％である。ヨウ化セシウム二次電子放出層はＭＣＰの入力チャンネル壁に も形成する。

この放出層は高密度の下位層と低密度の下位層とを備える。

高密度下位層は約５０％の密度で１〜２μｍである。低密度下位層は高密度下位 層との境界面から放出層に向かって減少する密度プロフィルを有する。この密度 分布プロフィルは境界面での５０％から放出層での約２％に減少する。

低密度下位層は約３〜７μｍである。

図２はパネル型Ｘ線イメージ増強管の略図を示し、素子５はその入力窓である。

この窓は０．２ｍｍチタン箔で構成する。この薄いチタン箔は入射Ｘ線の散乱を 減らし、とくに低エネルギーＸ線に対してすぐれた透過係数を有する。素子９は ＭＣＰであり、素子１０はガラス板１１に形成された出力表示蛍光スクリーンで ある。動作状態では、ＭＣＰの入力表面の電圧−１０００の場合に基板６の電圧 は一１５００Ｖと一２０００Ｖの間の範囲にあり、ＭＣＰの出力表面の接地時に は（■＝０）出力表示蛍光スクリーンの電圧は＋ｓ　ｏ　ｏ　ｏｖ乃至＋ｔｏｏ ｏｏｖ程度である。イメージの輝度は２０Ｃｄ／ｒｒｉ程度に高めることができ る。

パネル型Ｘ線イメージ増強管の直径は、増強管の厚さ約２印で５０印乃至２００ ｍｍにできる。このパネル型Ｘ線増強管は入出力イメージ比１：１を有し、ガラ スまたはセラミック容器内の真空度は５　Ｘ　１０−７ｔｏｒｒ、である。

図３は鉛ガラス外被３０に納めた可搬型投射式リアルタイムＸ線顕微鏡を示す。

Ｘ線管３１として示したＸ線源が外被の一端にとりつけてあり、１ミクロン以下 サブミクロンの範囲のスポットサイズの３５ｋＶ乃至８０ｋＶのＸ線ビームを点 ３２から出るものとして示したとおり発生する。外被３０の他端には、図２で説 明したとおりのＸ線イメージ増強管３３がとりつけてあり、特定の用途に応じて 約３０００−から１０００ｍｍその他端から離しである。ビデオカメラ３４はこ のイメージ増強管の出力に生ずるＸ線イメージを見る手段を代表し、これは直接 見るものでも録画するものでもよい。垂直方向に調節可能なワーク３５を移動レ ール３６および３７の対に載せ、これによって観察対象物の位置を調節する。こ れによって倍率は１から１０００倍まで連続的に調節できる。放物面照明器３８ は物体への照明用である。被験物体との軸合せのために同軸光学顕微鏡４０およ びレンズ３９を用いる。照明器３８およびレンズ３９は試験の間は位置「Ａ」に 動かす。

一つの好ましい実施例についてこの発明を上に説明してきたが、この発明が添付 の特許請求の範囲の請求項の真意と広さの範囲内で変形して実施できることは当 業者には認識されるであろう。

）■１宵、陰極 □ ＦＩＧ、３ 補正１）（翻訳文）提出書い１４、□１８４よ。７．１□。、平成６年４月２７ ［同 ′＋！ｊ　Ｙｆ庁↓、ピ官殿 Ｉ　国際出願番号 １−ゝＣ１”／ｌ’ｓ　９３１０７８８５１（発、１ｌＪｉ　（］、粁−）称 直接変換型Ｘ線先電陰極をＳｒするＸ線顕微鏡：（特許出願人 住　所　アメリカ合衆国　メアリーランド州　２１０４２．１１片！・ソト　シ ナイ、ブライン　パ　り　ドライブ　９８０６ンー　（イ１、ンーー〜−Ｌス丁 −ル　オ“ブ１−−ｌＴ、レクト［］−二−２り・イン′ニー１−七し・−テ・ ソ　ド ４代理人　〒１６０ （１所　東東部新宿区西新宿３ｒ’　ＩＵ　５番；３賢：・西新宿グイヤモンド パレス３０１号 電話　東京（、’（３４５）１６３１ 氏　乙　（６５（目）　弁理−１−内　原　晋　。

（１）　補１−Ｅ−＊　（銅１．古文）・・　・　・・・目・　・・・　・−１ 通請求の範囲 １、約５０１１［Ｉｌの厚さを有する軽金属の薄い基板と、Ｘ線吸収体を構成す るように前記軽金属基板の表面に堆積され、タンタルとタングステンと鉛とビス マスと金とから成る群から選ばれた重金属の層と、 前記重金属層に堆積された少なくとも一つのブタ電子放出材料の層とを含み、前 記二次電子放出材料層と重金属層との組合せが電子増倍用の独立の陰極である直 接変換Ｘ線光電陰極。

２、前記軽金属基板かアルミニウムであり前記重金属層およびＡＶ記二次電子放 出材料層か多段電子増倍器を構成Ａろよ、うに作用する請求項１のＸ線充電陰極 。

３、前記少なくとも一つの二次電子放出材料層がヨウ化セ２ウムと臭化セシウム と塩化カリウムと塩化セシウムと酸化マグネシウムとから成る群から選ばれでい る請求項２のＸ線光電陰極。

４、前記重金属層の最適の厚さが前記光電陰極の遮断する入射Ｘ線のエネルギー により次表に従って定まる請求項３のＸ線光電陰極： ５、前記二次電子放出材料がＸ線エネルギー６０ｋＶに対して通常の密度プロフ ィルを示すように前記重金属層に成長させたヨウ化セシウムであり、その最適の 厚さのμｍ値が、Ｘ線吸収体として用いられた前記重金属に応じて、タングステ ンについては８，２、鉛については７．０１タンタルについては８．２、ビスマ スについては６．８、金については７．４に対応するように選んである請求項４ のＸ線光電陰極。

６、前記二次電子放出材料がＸ線エネルギー６０ｋＶのときヨウ化セシウムの低 密度層であり、その最適の厚さのμｍ値か、Ｘ線吸収体として用いられた重金属 に応じて、タングステンについては４０５、鉛については３５０、タンタルにつ いては４１０、ビスマスについては３４０、金につ特表千７−５０３８１０　（ ５） いては３７０に対応するように選んである請求項４記載のＸ線光電陰極。

７、パネル型直接変換リアルタイムＸ線イメージ増強管であって、 Ｘ線に対し大きい透過係数を有するとともに光電陰極の遮断する入射Ｘ線の散乱 を減らすことができる入力窓と、印加された静電界からの引力に耐えるに十分な 厚さの軽金属基板と、Ｘ線吸収用重金属層と多段二次電子放出手段として作用す る陰極電子放出手段とを有する直接変換光電陰極と、 入力表面および出力表面を有するマイクロチャンネルプレートと、 前記入力窓に当たるＸ線イメージが前記直接変換光電陰極に伝えられそれによっ て前記Ｘ線イメージが等価の電子イメージに変換され、前記陰極電子放出手段内 における二次電子増倍および前記マイクロチャンネルプレート内における電子の 加速および追加の増倍により前記電子イメージが増強され、その電子イメージを 蛍光表示スクリーンに当ててイメージを生じ出力する出力イメージ発生用の蛍光 表示スクリーンと を含むＸ線イメージ増強管。

８、前記マイクロチャンネルプレートが、ヨウ化セシウムおよび臭化セシウムか ら成る群から選んだ材料の３〜７μｍの層であって、その入力表面に二つの明確 な下位層を形成するように二段階で堆積され、約５０％の密度プロフィルを示す 第１の下位層および前記第１の下位層との境界面からその表面に向かって減少す る密度を有する第２の下位層を通じて一様でない密度プロフィルを示す層を有す る請求項７記載のＸ線イメージ増強管。

９、（削除） １０、（削除） １１、前記少なくとも一つの二次電子放出材料層が独立の陰極として作用すると ともに互いに異なる密度の材料の少なくとも二つの下位層、すなわち約５０％密 度の第１の下位層およびこの第１の下位層との境界から出力放出表面に向かって 減少する密度プロフィルを示す第２の下位層を有する請求項１のＸ線光電陰極。

フロントベージの続き （７２）発明者　チェン、シゼン 中華人民共和国　２０１８００　上海市、ジャンディン、シーチェン、ペナン　 ストリート（７２）発明者　カオ、ウェイロウ アメリカ合衆国　メアリーランド州 ２１０４２、エリコツト　シティ　ブラインパーク　ドライブ　９８０６ （７２）発明者　シー、ヤンホワ アメリカ合衆国　メアリーランド州 ２１０４２、エリコツト　シティ　ブラインパーク　ドライブ　９８０６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．約５０μｍの厚さを有する軽金属の薄い基板と、Ｘ線吸収体を構成するよう に前記軽金属基板に堆積させた重金属の層と、 電子増倍のために前記重金属層に堆積させた二次電子放出材料の層と を含む直接変換Ｘ線光電陰極。
2. ２．前記軽金属基板がアルミニウムであり、前記重金属層がタンタルとタングス テンと鉛とビスマスと金とから成る群から選ばれている請求項１のＸ線光電陰極 。
3. ３．前記二次電子放出材料層がヨウ化セシウムと臭化セシウムと塩化カリウムと 塩化セシウムと酸化マグネシウムとから成る群から選ばれている請求項２のＸ線 光電陰極。