CN1160581C - 光学元件及用它的射线检测器 - Google Patents
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Abstract
射线检测器(10)，具有：排列成其入射端面(12a、14a、16a)大体上配置在同一平面上的三个光学构件(12、14、16)；设置在光学构件(12、14、16)的入射端面(12a、14a、16a)上的闪烁器(18)；对从光学构件(12、14、16)的出射端面(12b、14b、16b)所输出的光图像进行摄像的多个CCD(20)；以及把从光学构件(12、14、16)的出射端面(12b、14b、16b)所输出的光图像引导到CCD(20)的多个导光用光学构件(22)。各光学构件(12、14、16)由具有光吸收特性的粘接剂(24)粘接固定，其间隔为10～15μm。此外，在闪烁器(18)上设有保护膜(26)。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件及用它的射线检测器，特别是涉及有大面积的受光部的射线检测器和用于它的光学元件。
背景技术
在医疗、工业等领域中，迅速而高精度地对射线图像进行检测、摄像的射线检测器的必要性正在增加。例如备有把射线图像变换成光图像的闪烁器、对这种光图像摄像的摄像元件、以及把从闪烁器所输出的光图像引导到摄像元件的导光用光学构件的射线检测器是公知的。
此外，作为上述导光用光学构件往往用相互平行地配置几百万根/cm2的光纤一体成形的光学构件。因为这种光学构件可以在高分辨率状态下把入射到其入射端面的光图像传送到其出射端面，从出射端面出射的缘故。
进而，作为加大受光面，能够进行比较宽范围的射线图像的检测、摄像的射线检测器，已公知有例如特开平7-211877号公报中所公开的射线检测器。这种射线检测器构成为把多个在有相互正交的入射端面和出射端面的上述光学构件的入射端面上设闪烁器、在出射端面上设摄像元件的射线检测单元进行排列。
但是，在上述射线检测器中，存在着以下所示的问题。也就是说，上述射线检测器因为有必要把包含特殊形状(三棱柱形状)的上述光学构件的多个射线检测单元排列成其受光面配置在同一平面上，故把受光面大面积化是不容易的。此外，因为摄像元件的配置上的制约等所以受光面的大面积化方面有限制，不能实现满足从医疗、工业等用途的要求的足够的大面积化。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种可以容易而且足够地加大受光面的光学元件和射线检测器。
为了解决上述课题，本发明的光学元件的特征在于，具有多个入射端面和出射端面大体上相互平行的平板形光学构件，该光学构件是由相互平行地配置的多个光纤一体成形而形成的，前述光学构件排列成前述入射端面大体上分别配置在同一平面上，相互邻接的前述光学构件的侧面分别由粘接剂粘接，在通过粘接前述侧面而一体化的前述入射端面上，堆积着伴随射线的入射而发光的闪烁器。
此外，本发明的射线检测器的特征在于，包括上述光学元件、和对从上述光学构件的上述出射端面所输出的光图像进行摄像的摄像元件。
在把多个上述光学构件排列成入射端面大体上配置在同一平面上，由粘接剂粘接相互邻接的光学构件的侧面，使之一体化的上述入射端面上生长闪烁器，由此可以容易而且足够地加大射线检测器的受光面。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的射线检测器的透视图。
图2是沿图1的I-I线的局部放大剖视图。
图3是根据本发明的实施例的光学元件的透视图。
具体实施方式
下面基于附图对根据本发明的实施例的射线检测器进行说明。此外，各附图中的尺寸、形状不一定与实物相同，有的部分为了容易理解而放大了。
首先，对根据本实施例的射线检测器的构成进行说明。图1是根据本实施例的射线检测器的透视图，图2是沿图1的I-I线的局部放大剖视图。再者，本发明的光学元件包含在根据本实施例的射线检测器中，如果从根据本实施例的射线检测器分离表示则成为图3中所示。
根据本实施例的射线检测器10，构成为包括：排列成入射端面12a、14a、16a大体上配置在同一平面上的三个光学构件12、14、16；在光学构件12、14、16的入射端面12a、14a、16a上生长的闪烁器18；对从光学构件12、14、16的出射端面12b、14b、16b所输出的光图像进行摄像的多个CCD 20(摄像元件)；以及把从光学构件12、14、16的出射端面12b、14b、16b所输出的光图像引导到CCD 20的多个导光用光学构件22。下面详细地进行说明。
因为光学构件12、14、16分别有同样的形状，故下面仅就光学构件12进行说明。光学构件12相互平行地配置几百万根/cm2的光纤(直径约6μm左右)一体成形而构成，有与该光纤的轴几乎垂直地交叉并且相互大体上平行的入射端面12a和出射端面12b。也就是说，入射到入射端面12a的光图像在构成光学构件12的上述各光纤内传播，从出射端面12b输出。
光学构件12的入射端面12a和出射端面12b为短边63mm左右，长边270mm左右的长方形，入射端面12a与出射端面12b的间隔为4mm左右。因而，光学构件12是有63mm×270mm左右的长方形底面，厚度4mm左右的平板形状。
三个光学构件12、14、16排列成入射端面12a、14a、16a几乎配置在同一平面上。更具体地说，排列成光学构件12、14、16的长边侧的侧面12c、14c、16c相互邻接。
三个光学构件12、14、16的相互邻接的侧面12c、14c、16c由粘接剂24粘接、固定。这里，作为粘接剂24，采用能够吸收在闪烁器18内产生进入射到粘接剂24的光的粘接剂，特别是，最好是用能够吸收在闪烁器18内产生并入射到粘接剂24的光中的50％以上的粘接剂。如果举出这种粘接剂24之一例，可以用EPOXYTECHNOLOGY公司制的EPO-TEK353ND(商品名)。
如上所述，通过排列三个光学构件12、14、16，把入射端面12a、14a、16a一体化成为可能。更具体地说，排列、粘接三个光学构件12、14、16，研磨其外周面，由此基本上形成186mm×248mm左右的大面积的入射端面。这里，虽然也考虑通过一体成形大量的光纤，从一开始就形成具有大面积的入射端面的光学构件，但是因为随着一体成形的光学构件的入射端面的加大，其均质性的控制变得困难，所以如上所述把具有面积比较小的入射端面的光学构件排列多个而形成大面积的入射端面的方法是极其实际而经济的。
此外，因为在三个光学构件12、14、16的相互邻接的侧面12c、14c、16c间注入粘接剂24，故这种粘接剂24所注入的部分作为不能把光图像从入射端面侧传播到出射端面侧的死空间起作用。因而，三个光学构件12、14、16的相互邻接的侧面12c、14c、16c的间隔，也就是粘接剂24所注入的区域的宽度宜尽可能窄。在根据本实施例的射线检测器10中，比较考虑因粘接剂24的注入而产生的死空间的宽度与粘接剂24的粘接能力，三个光学构件12、14、16的相互邻接的侧面12c、14c、16c的间隔，也就是粘接剂24所注入的区域的宽度取为10～15μm。此外，三个光学构件12、14、16的侧面12c、14c、16c当中相互不邻接的侧面12c、14c、16c，也就是露在外部的侧面上，通过涂布来形成透光率50％以下的遮光材料25(图1(图3也同样)中局部剖切地示出)。
通过排列三个光学构件12、14、16而一体化的入射端面12a、14a、16a上，通过气相生长来形成随着X射线等射线的入射而发出可见光的闪烁器18。闪烁器18由CsI构成并且形成为从入射端面12a、14a、16a沿大体上垂直方向延伸600μm左右的柱状构造体的排列。
此外，在闪烁器18上，形成机械上保护闪烁器18并且防止形成闪烁器18的CsI潮解的保护膜26。保护膜26为在闪烁器18上依次层积第1层28(耐湿保护层)、第2层30、第3层32的三层结构。更详细地说，保护膜26不仅在闪烁器18上，而且形成为覆盖到闪烁器18的侧面和光学构件12、14、16的侧面12c、14c、16c。
第1层28由聚对二甲苯树脂组成，形成为接触于闪烁器18。更具体地说，填满CsI的柱状构造体的间隙，并且从该柱状构造体的最顶部再生长10μm左右而形成。作为这种聚对二甲苯树脂，存在着スリボンド公司制的パリレン(商品名)等。聚对二甲苯树脂具有除了水蒸气和气体透过极少，憎水性、耐药品性也很高之外，即使是薄膜也有优良的电气绝缘性，对射线、可见光是透明的等与保护闪烁器18相称的优良特征。
关于用聚对二甲苯的涂层的细节，在スリボンド技术新闻(1992年4年9月23日发行)中述及，这里描述其特征。
聚对二甲苯可以与金属的真空气相沉积同样地通过在真空中在支持体上蒸气沉积的化学蒸气沉积(CVD)法来涂层。这包括把作为原料的二对二甲苯单体热分解，把生成物在甲苯、苯等有机溶剂中迅速冷却而得到所谓二聚物的二对二甲苯的过程，把该二聚物热分解，生成稳定的自由基对二甲苯气体的过程，以及使所产生的气体在素材上吸附、聚合而聚合形成分子量约50万的聚对二甲苯膜的过程。
在聚对二甲苯蒸气沉积与金属的真空蒸气沉积中，有两个最大的不同。首先，聚对二甲苯蒸气沉积时的压力，为比金属真空蒸气沉积时的0.001乇要高的0.1～0.2乇，而且，聚对二甲苯蒸气沉积的适应系数比金属蒸气沉积的适应系数1要低两个数量级至四个数量级。因此，在蒸气沉积时，在单分子膜整个覆盖被沉积物之后，在其上蒸气沉积聚对二甲苯。因而，可以在没有针孔的状态下均一厚度地生成0.2μm厚度以上的薄膜，对在液状下不可能维持的锐角部或棱边部、微米级的狭窄间隙的涂层也是可能的。此外，涂层时不需要热处理等，因为在接近于室温的温度下的涂层是可能的，故不发生伴随固化的机械应力或热变形，涂层的稳定性上也优良。进而，对各种固体材料的涂层是可能的。
图2的层30由Al组成，在第1层28上形成为具有0.25μm左右的厚度。Al因为具有透过射线，反射可见光的性质，故可以防止在闪烁器18中发生的光漏到外部，可以提高射线检测器10的灵敏度。
第3层32与第1层28同样，由聚对二甲苯树脂组成，在第2层30上具有10μm左右的厚度地形成。虽然形成第2层30的Al在空气中容易腐蚀，但是第2层30夹在聚对二甲苯树脂组成的第1层28和第3层32之间，由此保护该Al免遭腐蚀。
导光用光学构件22与光学构件12等同样，也是相互平行地配置几百万根/cm2的光纤而一体成形地构成，有与该光纤的轴交叉的入射端面22a和出射端面22b。但是，导光用光学构件22具有出射端面22b小于入射端面22a的锥形形状。因而，入射到入射端面22a的光图像在构成导光用光学构件22的上述各光纤内传播、缩小，从出射端面22b输出。
各个导光用光学构件22的入射端面22a与光学构件12、14、16的出射端面12b、14b、16b接触。这里，各个导光用光学构件22也可以并不分别对应于光学构件12、14、16的出射端面12b、14b、16b地设置，也可以设置在把通过排列三个光学构件12、14、16而一体化的出射端面12b、14b、16b任意分割的每个区域上。在根据本实施例的射线检测器10中，把通过排列三个光学构件12、14、16而一体化的出射端面12b、14b、16b分割成纵向三个，横向四个，合计12个区域，在各区域中设有一个导光用光学构件22。因而，成为设有合计12个导光用光学构件22。
在各个导光用光学构件22的出射端面22b上，连接着CCD 20。因而，根据本实施例的射线检测器10备有12个CCD 20。
接下来，就根据本实施例的射线检测器的作用和效果进行说明。射线图像一入射到闪烁器18，通过CsI的射线-可见光变换作用，就在闪烁器18的内部生成相当于入射的射线图像的可见光图像(以下称为光图像)。
在闪烁器18的内部所生成的光图像从光学构件12、14、16的入射端面12a、14a、16a入射到其内部，在该光学构件12、14、16内传播并从其出射端面12b、14b、16b出射。
从光学构件12、14、16的出射端面12b、14b、16b所出射的光图像被分割成多个部分(在本实施例中是12个部分)，分别入射到配置在对应的位置上的导光用光学构件22的入射端面22a。
入射到导光用光学构件22的入射端面22a的、分割了的光图像，通过导光用光学构件22的作用分别被缩小，从导光用光学构件22的出射端面22b出射，被连接于各个导光用光学构件22的出射端面22b的CCD 20摄像。然后，通过图像处理等对由各个CCD 20所摄像的摄像图像进行再配置，由此得到入射的射线图像的摄像图像成为可能。
这里，根据本实施例的射线检测器10，把三个光学构件12、14、16排列成使它们的入射端面12a、14a、16a大体上配置在同一平面上，用粘接剂24把它们的邻接的侧面12c、14c、16c粘接固定，由此容易地把入射端面12a、14a、16a一体化，使得到大面积的受光面成为可能。结果，对范围极广的射线图像进行摄像成为可能。
此外，根据本实施例的射线检测器10，与在各个光学构件上形成闪烁器然后进行排列者不同，在通过排列而一体化的入射端面12a、14a、16a上生长闪烁器18。因而，可把起因于构成闪烁器的CsI的生长不均一等而在光学构件的边缘形成的死空间的产生抑制到最小限度。也就是说，在各个光学构件上形成闪烁器然后进行排列者，因为在各个光学构件的边缘产生上述死空间，故在排列这种光学构件的场合，在其受光面上产生格子状的死空间。与此相反，像根据本实施例的射线检测器10这样，在通过排列而一体化的入射端面12a、14a、16a上生长闪烁器18的场合，仅在一体化了的受光面的最外部边缘上产生死空间，不产生格子状的死空间。结果，可大大减小死空间。
此外，在根据本实施例的射线检测器10中，粘接剂24具有吸收伴随射线的入射在闪烁器18内产生并入射到该粘接剂24的光的特性，特别是吸收伴随射线的入射在闪烁器18内产生并入射到该粘接剂24的光的50％以上的特性。虽然构成光学构件12、14、16的光纤往往排列成几乎垂直于其入射端面12a、14a、16a，但是未必完全垂直，也有时光纤的芯子在侧面12c、14c、16c上露出，也有时光从该侧面12c、14c、16c泄漏。这种漏光对于摄像图像成为噪声，成为使射线检测器10的信噪比降低的原因。这里，在根据本实施例的射线检测器10中，粘接剂24吸收从光学构件12、14、16的侧面12c、14c、16c泄漏的漏光，由此使信噪比提高成为可能。此外，这种粘接剂24往往是有色的，制造时次品的目测检查变得容易。
此外，根据本实施例的射线检测器10，把相互邻接的光学构件12、14、16的间隔取为10～15μm。粘接剂24插入了的相互邻接的光学构件12、14、16的间隙作为不能从入射端面侧向出射端面侧传播光图像的死空间而起作用。此外，插入相互邻接的光学构件12、14、16的间隙的粘接剂24从光学构件12、14、16的入射端面12a、14a、16a观看往往成为凹形。有时这种凹形的发生引起闪烁器18无法均一地堆积，杂质混入凹部成为引起闪烁器18剥离的原因。进而，由于粘接剂24的间隔越宽，则凹部的深度越大，所以更容易发生剥离。因而，相互邻接的光学构件12、14、16的间隔最好是尽可能狭窄。
表1示出在使光学构件12、14、16的间隔(表中单称间隔)变化的场合，不发生闪烁器18的剥离的比率，也就是合格产品比率。
表1
| 间隔 | 试样数 | 合格产品数 | 合格产品比率 |
| 超过80μm | 3 | 0 | 0％ |
| 70～80μm | 5 | 1 | 20％ |
| 60～70μm | 6 | 2 | 33％ |
| 50～60μm | 8 | 4 | 50％ |
| 40～50μm | 9 | 6 | 67％ |
| 30～40μm | 10 | 8 | 80％ |
| 20～30μm | 10 | 9 | 90％ |
| 20μm以下 | 20 | 20 | 100％ |
从表1可以看出，通过把光学构件12、14、16的间隔取为50μm以下，得到67％以上的合格产品比率成为可能，进而通过取为20μm以下，可得到几乎100％的合格产品比率。
这里，根据本实施例的射线检测器10，光学构件12、14、16的间隔取为10～15μm。因而，在相互邻接的光学构件12、14、16之间产生的死空间的宽度大大减小到20～30μm，并且可以防止闪烁器18的剥离。
此外，根据本实施例的射线检测器10，在闪烁器18上设有层积由聚对二甲苯树脂组成的第1层28、由Al组成的第2层30、由聚对二甲苯树脂组成的第3层32而成的保护膜26。这里，由聚对二甲苯树脂组成的第1层28通过排除水蒸气等来防止构成闪烁器18的CsI的潮解，把闪烁器18的射线-光变换特性维持良好。此外，由Al组成的第2层30把伴随射线的入射而在闪烁器18内产生的光封闭在里面，使射线检测器10的检测灵敏度提高。此外，由聚对二甲苯树脂组成的第3层32通过排除水蒸气等来防止构成第2层30的Al的腐蚀。
此外，根据本实施例的射线检测器设置CCD 20，由此可有效地对入射到闪烁器18的射线图像进行摄像。进而，备有导光用光学构件22，由此可把从光学构件12、14、16的出射端面12b、14b、16b出射的光图像高效地引导到CCD 20。
虽然在根据上述实施例的射线检测器10中，用聚对二甲苯树脂来形成构成保护膜26的第1层28和第3层32，但是这些也可以用聚对氯代甲苯树脂来形成。即使用聚对氯代甲苯树脂来形成第1层28、第3层32，也能够防止CsI的潮解、Al的腐蚀。这里，作为聚对氯代甲苯树脂之一例，可以举出スリボンド公司制的パリレン C(商品名)等。
此外，虽然在根据上述实施例的射线检测器10中，用伴随X射线的入射而产生可见光的闪烁器18，但并不仅限于此。例如，也可以是伴随X射线的入射而产生紫外线的闪烁器。在此场合，可用在紫外线的波长范围内有灵敏度的摄像元件，对射线图像进行摄像。
本发明的光学元件和射线检测器，可以用于例如医疗用或工业用等领域中所用的需要大面积受光部的射线检测器。
Claims (16)
1.一种光学元件，其特征在于，
具有多个入射端面和出射端面大体上相互平行的平板形光学构件，该光学构件是由相互平行地配置的多个光纤一体成形而形成的，
前述光学构件排列成前述入射端面大体上分别配置在同一平面上，
相互邻接的前述光学构件的侧面分别由粘接剂粘接，
在通过粘接前述侧面而一体化的前述入射端面上，堆积着伴随射线的入射而发光的闪烁器。
2.权利要求1中所述的光学元件，其特征在于，前述闪烁器是通过气相生长得到的。
3.权利要求2中所述的光学元件，其特征在于，前述闪烁器是由柱状地生长的柱状构造体排列而成的。
4.权利要求1所述的光学元件，其特征在于，前述闪烁器是伴随X射线的入射而产生可见光的闪烁器。
5.权利要求1所述的光学元件，其特征在于，前述闪烁器是伴随X射线的入射而产生紫外线的闪烁器。
6.权利要求4或5中所述的光学元件，其特征在于，前述闪烁器构成为包含CsI。
7.权利要求1所述的光学元件，其特征在于，前述粘接剂是吸收伴随射线的入射而在前述闪烁器中产生的、并入射到该粘接剂的光的粘接剂。
8.权利要求7中所述的光学元件，其特征在于，前述粘接剂是吸收伴随射线的入射而在前述闪烁器中产生的、并入射到该粘接剂的光的50％以上的粘接剂。
9.权利要求1所述的光学元件，其特征在于，在相互不邻接的前述光学构件的侧面上形成有透光率50％以下的遮光材料。
10.权利要求1所述的光学元件，其特征在于，相互邻接的前述光学构件的间隔为50μm以下。
11.权利要求10中所述的光学元件，其特征在于，相互邻接的前述光学构件的间隔为20μm以下。
12.权利要求1所述的光学元件，其特征在于，在前述闪烁器上形成有保护膜。
13.权利要求12中所述的光学元件，其特征在于，前述保护膜形成为包含与前述闪烁器接触地形成的由聚对二甲苯构成的耐湿保护层。
14.权利要求12中所述的光学元件，其特征在于，前述保护膜形成为包含与前述闪烁器接触地形成的由聚对氯代甲苯构成的耐湿保护层。
15.一种射线检测器，其特征在于包括：光学元件、和摄像元件；
前述光学元件具有多个入射端面和出射端面大体上相互平行的平板形光学构件，该光学构件是由相互平行地配置的多个光纤一体成形而形成的；前述光学构件排列成前述入射端面大体上分别配置在同一平面上，相互邻接的前述光学构件的侧面分别由粘接剂粘接；在通过粘接前述侧面而一体化的前述入射端面上，堆积着伴随射线的入射而发光的闪烁器；
前述摄像元件对从前述光学构件的出射端面所输出的光图像进行摄像。
16.权利要求15中所述的射线检测器，其特征在于，还包括把从前述光学构件的前述出射端面所输出的光图像引导到前述摄像元件的导光用光学构件。
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