辐射转换屏幕的制作方法

专利名称:辐射转换屏幕的制作方法
本发明涉及包括对待探测辐射敏感的发光层的辐射转换屏幕。
这种辐射转换屏幕从美国专利第4，475，032号而为公从所知，并已用于如X射线诊断设备中。当这种设备包括例如胶片摄像机或布基(Bucky)滤线栅的X射线胶片检测器件时，该转换屏幕构成为安排在X射线束中胶片箔前方的X射线增光屏幕。当这种设备包括X射线图象增强管时，该转换屏幕构成为该管的入射屏幕、出射屏幕或兼为入射和出射屏幕。虽然不同类型的屏幕由于不同的操作环境和用途而显然具有不同的性质，但就实际的转换功能来说则提出了基本上相同的要求。就所需的高的X射线吸收率和具高分辨率的高转换效率来说，这是明显地适用于载象辐射束。为实现此总则需要每个被拦截的辐射量子产生高亮度的光及在转换层所生成的亮光的横向散射为最小。当发光片层是比较薄时，辐射吸收也比较低;当发光片层是比较厚时，发光片层中光的散射在没有采取特殊的措施时也会比较强。在本技术所提到的阶段中，这问题是通过使用具有高密度的发光片层而得到缓和，而那种发光片层如描述在美国专利第4，475，032中是用等离子喷涂这种适宜的方法获得的。特别是在硬X射线的情况下，往往是难以完全地满足关于高分辨率的要求，因此必须接受某种折衷办法。美国专利第3，825，763号描述了一种转换片层，其中的发光材料片层是具有结构的。具有准直亮光的这种结构的片层已被广泛的应用，特别是应用在X射线图像增强管中。该处所描述的裂纹结构可通过将屏幕冷却而获得，意即在将发光材料沉积于载体上后或为了提高该发光材料的转换效率而将该具有适宜载体的发光材料加热后，以这样的冷却率而获得适配该分辨率的具有某一频率的裂纹结构，同时该材料片层并不从载体上松脱下来。一个理想裂纹结构的形成可通过发光材料片层的沉积方法、沉积过程进行时可通过诸如载体的类型和结构的环境状况、沉积过程中的沉积速率和载体的温度、汽相沉积过程中周围压力、如果有的话加热的温度和时间等而轻易地实现高品质。
本发明的目的在于提供一种具有结合所述两片层那种引人注意的性质而每个独立片层的缺点又已被降低的辐射转换屏幕。为实现上述目的，按照本发明所提出的辐射转换屏幕，其特征在于，所述的发光材料片层是由沿待探测的入射辐射束的方向一层接一层的次层组成的，而每层都各有彼此相互不相同的辐射转换率、辐射-光学和/或技术性质。通过利用发光片层的厚度方向上具有相互不相同性质的次层，因为可形成结构，故可将在均匀片层情况下数个本身是相互矛盾的性质达到最佳化，由此而对全层的所述折衷办法推移到正的方向上，并可实现关于效率、分辨率等等的基本的收益。此外，次层的边界层可使之适合关于顺序次层间的过渡所提出的要求，而总片层的边界层可使之适合所需的局部性质。
从待探测的辐射的传播方向来看，在一优选实施例中的顺序次层对由待探测的辐射所产生的亮光显示出递减的吸收率。这可通过从相同发光材料形成具有相互不相同的形态的次层而实现的。该次层可从一片层逐渐向另一片层变化，或可形成较为突然的过渡。通过选择适当的结构，也可实现次层的固有结构干扰在待探测的辐射的方向上减弱。通常可在总片层中的一顶片层上、一底片层上或两层上赋予适合次层的位置的特定性质。
在一优选的实施例中的第一片层是由较薄的钨酸钙(CaWO4)，接着是一层较厚的氟氯化钡(BaFCl)(等效单位Eu)构成。一顶片层特别由钨酸钙组成两底片层则由例如碘化铯(CsI)或溴氧化铼组成。
按照本发明的转换片层可由两个次层组成，但亦可提供以诸如保护片层、透射片层或涂敷片层等的其它片层。
在一优选的实施例中的转换片层构成X射线的增光屏幕的部分并包括例如由火焰或等离子喷涂而形成具有增高密度的第一次层，在其上再提供以其它次层。这种高密度片层可起着密封片层、光透射片层的作用，但也起着其它次层的独立载体的作用。这些功能可能对例如特别是转换片层与光阴极之间的光透射质量对该X射线图象增强管的效率和分辨率做出重要贡献的X射线图象增强管中的入射屏幕也是重要的。致密片层对减少在顺序次层中的相互沾染、对实现用作薄的光阴极片层的适宜的相继的支持层、及对片层中保证有良好的横向导电性也是引人注意的。
转换片层的基底片层是由例如具有良好的导光性的结构的片层组成的。这种片层可通过例如汽相沉积法而获得。在汽相沉积过程中通过改变参数而可在片层的厚度方向上改变其形态。例如，可因此而改善其导光性及减少在发射的亮光中的结构干扰。
下文将参照附图对本发明的某些优选实施例进行详细描述。其中图1示出呈X射线增光屏幕的形式的转换屏幕。
图2示出呈X射线图象增强管的入射屏幕的形式的转换屏幕。
图3示出装配以示图1中的转换屏幕的X射线胶片盒。
图4示出装配以示于图2中的入射屏幕的X射线图象增强管。
图5示出包括至少一个按照本发明的转换屏幕的X射线图象增强管/电视机链路。
由入射X射线束1的方向来看，图1中所示的增光屏幕包括一个由例如聚酯制成的基底片层2。这片层是柔韧并具有抵御水份之类的能力。这坚固的片层需要时是可拆卸以便于再次使用。一个抗静电片层4以防止跨过片层间出现位场，从而防止了也能出现在待形成的图象中的干扰放电现象。特别由于适宜地选择折射率，可使反射片层6以最大的量将在发光片层8中由入射的X射线产生的并发射在指向该反射片层6的方向上的亮光反射。发光片层是以传统的方法用保护片层10进行密封，该保护片层10与基底片层一样，也有高度抵御水份的能力，同时保护该发光片层以免受机械性损坏。保护片层10最好为可冲洗的。
发光片层8构成组合体的活性片层，也形成本发明的特定主体。这种X射线图象屏幕需采用下述性质的最优组合办法，该性质为干扰、X射线效率、吸收率、光产率和分辨率。这些性质至少部分的相互矛质例如当发光片层的厚度增加时，只要未出现饱和状态的情况下，量子效率会提高。当发将片层的厚度增加时，光产率提高，但这种提高特别是由于亮光在该层内散射而迅速地降低。在片层结构保持相同的情况下，当片层的厚度减少时其分辨率也下降、当使用由数个次层而制成的片层时，须保证产生于最远离待连接到该片层的胶片，12的位置上的该片层的区域中的亮光被发光片层的次层或在较近离胶片的位置上的次层中吸收到只有较低的程度。比较而言，结构干扰在近离胶片的位置上的次层中是最少。在较远离胶片的位置上的次层中是较大。这种增强的干扰被在近离胶片的位置上的次层所滤去。不同片层的颗粒大小是适合于相应的次层和胶片之间的距离。朝远离胶片的方向上，颗粒的大小最好是增加的;从通常有高效率的粗颗粒逐渐地向提供更好的导光性并改善光的透射性的细颗粒而发生转变。接近该胶片的薄的顶层可为微晶，使得此层也可起着防止水份的渗透及机械保护的作用。如此，可将附加层省去或通过从发光材料的晶体顶层到类似于已知保护片层的片层的逐渐过滤而形成。这可通过在和例如作为火焰或等离子喷涂器件的基本材料的保护性材料和发光材料的混合物中逐渐增加到采用的保护性材料使混合比达到1而实现的。
在所述的可能性范围内，一个屏幕包括例如一层BaFCl(UE)具顶片层(对于这种类型的屏幕为近离胶片的位置上的片层)为细颗粒的CaWO4所组成。当其厚度比被倒置，则获得包括一层CaWO4和一低层为BaFCl(Eu)的屏幕。后一种屏幕与前一种屏幕的区别在有关响应速度方面是显著的。
除了BaFCl之外，也可在上述屏幕另外使用CsⅠ。由于其中水湿性质所造成的缺陷可通过CaWO4顶片层的不透水性而给予避免，可对CsⅠ层赋予有利于光的透射的例如已知的较粗的柱状结构的一种结构，为此目的该片层可通过汽相沉积法形成的。应用活化剂铊来代替钠使CsⅠ层对水份的敏感性降低。基底片层也可用溴氧化铼形成的，在其上装配以致密的CaWO4片层为顶片层。通过在沉积发光材料过程中特别是在火焰或等离子喷涂过程中改变基本材料的结构，或通过改变诸如汽相沉积过程中气体压力和温度等工作空闲的气氛，可获得显示出诸如形态上陡然地或逐渐地变化的片层。例如，可如此形成包含颗粒大小在胶片的方向上连续变化的片层，使得可以满足上述要求，而非常细的顶片层也可起着一个保护片层或至少作为一保护片层的最佳基底的作用。这种方法并不限制于一种类型的发光材料，因为这材料也可在形成片层的过层中使之变化。倘若这有些困难时，可在例如汽相沉积法和喷涂或溅射发光材料之间顺次进行选择。
图2所示的转换屏幕包括对待探测的X射线1具有较低吸收率的载体20。由待抽空的X射线增强管的窗口形成的载体须能经得起大气压力。这种载体是由例如钛制成的，使得它即使作为真空壁也可以做得比较薄，且只会引致少量的散射;或是由铝制成的，因为这种材料由于低的原子序数关系只具有低的X射线吸收能力，使得特别适用于作为不起一真空壁作用的载体;或由其它如铁的材料制成的，因为价廉的原因，或如铍，因为它的特别低的X射线吸收能力。在载体20的表面21上提供以一层发光材料22。表面21可为一平面，但可提供以一给定的结构，使得该给定结构也赋予到转换材料片层上。特别是当该发光材料是由汽相沉积法提供时，这种结构可在片层内对一所需结构的形成有作用。在发光材料片层的表面23上其厚度例如为数十至数百微米，提供以起着光阴极26的载体作用的分离片层24。例如为了给较薄的光阴极制成一支持层而提供这种分离片层，以实现改进横向导电性。特别是以降低从光阴极的物质或用于制造光阴极的物质对发光材料的污染。例如描述在由本申请人于1985年4月26日申请的英国专利申请号为8510701(PHQ-010)中，该分离层也能改善在发光片层22和光阴极26之间的光透射性。在发光片层中一部分入射X射线量子被拦截并被转换成亮光。在具有给定性质的均匀片层的情况下，产生了为在片层中出现的过量光散射的充分吸收所需要片层的最小厚度的问题，使得分辨下降。在美国专利US3，825，763号中描述的发光屏幕中，由于该层中提供以指向片层的横的方面的一导光结构，这种缺陷得以减轻。在对光的传导是最佳的结构中，发光材料的柱状结物从光学的观点来看是彼此明显地分隔开来。其结果，这种片层的表面是较粗糙，因而对下一片层例如光阴极的中间片层的提供是不太合适。在这种提供以独立柱状结物的片层中导电性也可能低，使得可在成象的过程中出现一电荷斑。当在这种粗糙的片层上提供光阴极时，它也就会不太均匀并使导电性的干扰必然发生在其中。另外，这种多孔的片层还对污染更敏感，同时片层的水湿性质因而被加强。因此，在发光材料层的最后部分提供以一种尽可能致密的封装是非常重要的事，使得能获得具有适宜的横向导电性的一平滑表面的及一显著的保护效果的一表面片层。在适宜的环境下火焰和等离子喷涂和利用高质量的材料可使非常致密的片层得以实现。与汽相沉积过程中的支持层相比，上法用的支持层对层结构起的决定性要小得多。
这种顶片层的厚度例如为1至10微米，最好用与前一次层相同的材料制成，然而并非必须如此。这种顶片层也可通过对发光片层进行机械或热机的工序而形成的。当使用与前一次层不相同的材料时，则此片层须对此片层发射的亮光有一个低的吸收率。当用相同材料时，此条件通常是可以满足的，因为发光材料通常对自己的亮光是适当的透明体，而且是由于具有致密结构的片层通常比具有颗粒结构的片层有较好的透射性的结果。此处，保护片层最好对较硬的X射线具有较高的吸收率。为此使用一高原子序数的元素将是有用的。软X射线的低的吸收率能减少在发光片层中产生的次级X射线所引起的散射效应。为此目的可用具有一吸收边界的元素，其位置正好与对干扰次级辐射最有关的实际发光片层的元素相邻，因此在CsI的情况下刚好在Cs之上。一X射线转换片层也可提供以一第一次层，该次层连接基质，并具有与基底片层有差异的辐射转换率、导光性或吸收率等性质。例如，具有厚度为从数个至约10微米的第一次层是在较高密度的情况下形成的，使得在局部地方出现较强的吸收。在如此薄的片层中，亮光只是少许地散射，而具有结构的基底片层将此光在基本上再没有散射的情况下传导到光阴极。因此降低了在束中因较软的散射的X射线引起的散射。因此一X射线转换层包括一层具有一高的吸收率和最大的厚度约为10微米的较致密的第一次层，一层具有厚度直至数百微米并具有供最佳导光性的显著柱状结构的基底片层，及一层也是致密的并具有厚度为数个微米和光滑表面的顶片层。当使用一致密顶层时，可实现一较高的导电性，同时再也不需要使用另外附加的中间片层，使得最佳的光透射能更易于实现。对提供以裂纹结构的屏幕，只是在完成裂纹工序之后，提供该片层较为有利，使得在其中发生龟裂的现象可以加以避免。当顶片层的表面从光的透射的角度来看需具有或多或少毛砂玻璃结构时，这种结构可通过在平滑的顶片层上提供以厚度例如为0.1微米的一附加顶片层来实现的。因此可在不引起附加光散射的情况下实现漫透射。该顶片层不一定需要包含发光材料，而且最好包含具有适宜的轮廓清晰的、细颗粒结构的材料。
在另一个按照本发明的应用中，组合片层是通过喷涂、溅射或汽相沉积而形成的。所述片层从厚度方向看，具有变化着的成分，其中不同材料片层之间的过渡，掺杂或成分也可以是逐渐的变化。例如，按照荷兰专利申请等NL8500981号(PHN11.341)中所述。可在待沉积的材料上加入吸收次级X射线的材料为其成分;这种材料在基本材料中的分量可在制造过程中加以变化，例如在该层生长的过程中可连续地增加。在使用喷涂的情况下也可使用最好能粘附在发光材料的颗粒周围的流动性材料。当该吸收性材料是发光材料的一激活剂时，激活剂的分配量中的比例是可以变化的。当使用CsⅠ时，从基底片层算起，例如开始时可用钠作为激活剂，接着在相继的片层中包含较少的Na和更多的铊，使得在最后的片层中例如只包含铊激活剂。该层对水的敏感性可通过提供一只包含铊激活剂的保护性顶片层而使之基本上降低。
图3和出装有一第一X射线增光屏幕9的盒子，一胶片12，一散射的辐射线栅30，一载体窗口32，及带有盖部分36的一夹紧器件34，在这种情况下该盖部分提供以次级X射线增光屏幕9，一回弹性压力片38，及铅屏蔽片39，当把盖部分36下压时，胶片12将处在两增光屏幕9之间。该远离入射X射线束1的屏幕提供以一在远离胶片的一端面上反射亮光的片层。该片层不必对X射线不甚透明。这种X射线胶片盒是使用于如X射线体层照相设备、外科荧光透射设备、及乳房X射线照相设备等的X射线诊断设备中。
图4示出一X射线图象增强管40，该管包括一入射窗口42，一纤维光学出射窗口43，一入射屏幕19及其载体20，一转换片层22及一光阴极26，及一出射屏幕提供在出射窗口43上。与入射窗口和出射窗口相连接的一管壳45构成该增强管的真空壁，其中除容纳着所述的屏幕外，还容纳电子一光学系统46，该系统又包括电极47，48和49用作在出射屏44上将从光阴极发射的电子成象。本实施例中的入射屏幕是装配在待安装在真空空间中的基质上，使得该屏幕不必起着象真空壁的作用，而且可用一较少量的材料以更好适配辐射性质而不影响其形状的稳定性。屏幕的弯曲度、特别是光阴极的弯曲度也可轻易地适配于电子光学系统的要求。因此，这种管的入射屏幕19及它的出射屏幕44可成为本发明所包括的范畴。
图5示出一诊断X射线设备，该设备包括诸如一X射线图象增强管40;在这情况下该管包括一屏蔽50和一散射辐射滤线栅52，例如描述在美国专利第4220890中。该设备包括X射线管54及其X射线发生器55，供待诊断病人57用的诊断台56，一光学透镜系统58，一半透明或可绕枢轴转动的镜60，一X射线照相机62;及一电视摄象管64及其监控器65。
一X射线束66由X射线管54发射，照射目标57，而载象X射线束67通过滤线栅52入射到X射线图象增强管40的入射屏幕19。在出射屏幕中该载象X射线束被转换成一载象电子束68，该电子束通过电子光学系统46而被加速到例如30千电子伏特，以便在出射屏幕44上成象。在出射屏幕中产生的载象光束69通过半透明镜60形成在胶片照相机62中的胶片图象或为电视摄象管64所探测并显示在监控器65上，或被存贮以供进一步用于可能存在的存储/运算器件(未示)中的数字图象处理。如图5所示的设备也可包括一线性X射线探测系统。这种系统中的入射屏幕也可按照本发明进行制造。这种设备是用于对待检验的目标进行扫描照相中，在这种情况也经常将相互矛盾的要求施加到屏幕上，所述矛盾为至少可由本发明的装置所解决的。
除了在不同环境下诸如沉积率，基质的温度，沉积角等，特别是对具有结构的片层，火焰或等离子喷涂特别是对非常致密层之外，不同的次层还可用溅射形成，例如用微波溅射和通过气溶胶沉积;将待在那里沉积的材料在运输前先加上一载运体，待沉积完成后，该载运体会再消失。这种方法本身是已知的，例如，对于气溶胶的方法可参考欧洲专利3148号。
权利要求
1.一辐射转换屏幕包括一对待探测辐射敏感的发光片层，其特征在于，该发光片层是由在一待探测的辐射束的入射方向上彼此相继的次层组成的，而各次层具有相互不相同的辐射转换率，辐射-光学和/或技术特性。
2.按权利要求
1所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述发光材料的相继次层显示一发光辐射吸收性，该吸收性在待探测的辐射的传播方向上是递减的。
3.按权利要求
1或2所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，该相继的次层包含相同的材料，但具有相互不相同的形态。
4.按权利要求
3所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，次层是逐渐地由一层向另一层变化着。
5.按权利要求
1、2、3或4所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，该次层显示一在待探测的辐射的传播方向上递减的结构干扰。
6.按上述权利要求
中任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，该屏幕是适宜于将X射线转换成亮光，并包括由亮光的出射边计算起的，第一次层及至少一个其它相继次层。
7.按权利要求
6所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述第一次层是具有特定的光学和/或技术性质的薄片层，一较厚的相继的次层的传统的发光片层。
8.按权利要求
6所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述第一次层是较厚的传统的发光片层，一相继的次层为一较薄的具有特定光学和/或技术性质的片层。
9.按权利要求
6所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述第一次层是较薄的CaWO4的片层，一相继的次层为较厚的BaFCl(Eu)片层。
10.按权利要求
6所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述第一次层是较薄的CaWO4的片层，一相继的次层为较厚的CsI片层。
11.按权利要求
6所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述第一次层是较薄的CaWO4的片层，一相继的次层为较厚的溴氧化铼片层。
12.按权利要求
6所要求的一辐射转换屏蔽，其特征在于，所述第一次层是较薄的适配于亮光的光透射性的片层，一相继的次层为较厚的传统发光片层，另一相继的次层为具有特定性质的较薄片层。
13.按权利要求
6至12中任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，一对亮光敏感的胶片是装配在亮光出射的一边。
14.按权利要求
6至12中任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，所述第一次层是适配于装配在其上的一光阴极片层的技术的、化学的或光学的特性。
15.按权利要求
14所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，包括另一次层由具有一加强的柱状结构的CsI的片层组成的。
16.按权利要求
14或15所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，包括另一次层形成供发光片层用的较薄的、非常致密的顶片层。
17.按上述权利要求
中的任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，至少有一具有特定特性的次层是由火焰或等离子喷涂提供的。
18.按上述权利要求
中的任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，至少有一次层是由微波溅射提供的。
19.按上述权利要求
中的任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，至少有一次层是通过一气溶胶载运体提供的。
20.按上述权利要求
中的任意一个所要求的一辐射转换屏幕，其特征在于，至少有一次层是由汽相沉积提供的。
专利摘要
对发光材料和可能的其他材料利用各不同沉积技术或沉积条件形成一辐射转换屏幕，该屏幕具有在厚度方向上变化的特性。因此，一高吸收率，轻微的光的散射、适宜的屏蔽，适宜的光透射性，低的结构干扰和一高的分辨率可结合在一单一片层中。由于已知多层片层的这些不同需求中至少有一个总是不象所要求那样得到满意的解决，这些不相同的需求导致折中解决办法。
文档编号H01J31/50GK87102131SQ87102131
公开日1987年9月30日 申请日期1987年3月16日
发明者西奥·约翰·奥古斯特·波普马, 雅各布·安妮·登博尔 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan