CN1886675A

CN1886675A - 彩色闪烁器和图像传感器

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Publication number: CN1886675A
Application number: CNA2004800353173A
Authority: CN
Inventors: 日塔光一; 中山邦彦; 桔川敬介; 阿部素久; 野地隆司
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2005106541A; JP4208687B2; US20070069141A1; US20090032718A1; CN1886675B; WO2005031388A1

Abstract

本发明的彩色闪烁器(26)具有：光学基板(30)，具有集束光纤的结构；针状闪烁器(50)，设置在光学基板(30)上，与电磁波和放射线的至少一个反应而发光，并且具有针状或柱状的晶体结构；涂敷用闪烁器(51)，涂敷该针状闪烁器(50)，并且与电磁波和放射线的至少一个反应，以与针状闪烁器(50)不同的颜色进行发光，所述电磁波和放射线的种类或能量和与针状闪烁器(50)反应的电磁波或放射线不同。

Description

彩色闪烁器和图像传感器

技术领域

本发明涉及可识别能量和种类不同的电磁波及放射线并转换为光的彩色闪烁器、以及将由彩色闪烁器变换的光图像化的图像传感器。

背景技术

在X射线和γ射线等放射线透射物体时，物体内的放射线的吸收和散射根据放射线透射的物体的形状和构成物体的物质的种类而不同。因此，通过利用该性质测量透射了物体的放射线的强度，进行影像化后用照片、视频录像和数字文件化等记录方法进行记录，就能够得到物体内部的破损状态、变化或填充状况等信息。

通过利用透射了该物体的放射线，不破坏物体和试样就可以测量物体和试样的内部状态的方法，被称作射线照相术或无损放射线摄影法。作为无损放射线摄影法的例子，例举有在现有医疗诊断中利用的、用X射线照相诊查人体的内部状态的方法。

再有，在无损放射线摄影法中，也可以取代放射线而使用紫外线和光等电磁波。

当前，在医疗诊断和工业用无损检查中利用的无损放射线摄影法中，使用使摄影系统的灵敏度提高的图像传感器之一、即图5所示的X射线图像增强器1。

在现有的X射线图像增强器1中，电磁波和放射线，例如从X射线管2放射后透射了物体的X射线E1，从管容器3的入射面4经由设置在管容器3内部的铝(Al)基板4，射入到由碘化铯(CsI)等材料构成的闪烁器5中。通过使射入的X射线E1与闪烁器5反应后发光来转换为光，在受光传感器6中，将转换的光转换为电信号E2。

接着，在受光传感器6中转换的电信号E2，在用Al基板4闭塞的图像增强器管7内部的真空区域8中，被利用高压电源9与内部电极10的作用所形成的电场的作用聚集并放大后，成为输出像尺寸S1的电信号E2，被引导到阳极11侧。

另外，从形成在图像增强器管7的端部的荧光体12的输出面，将图像的电信号E2转换为图像E3后输出，利用向着透镜13设置在荧光体12的输出面上的照相机14摄影物体的图像E3。

在此，为了提高X射线图像增强器1的灵敏度，考虑增大闪烁器5与X射线E1的反应区域、即管容器3的入射面4中的入射面有效面积S2，但随着入射面有效面积S2变大，测定的位置分辨率就降低。即，存在若要相互地提高图像传感器的灵敏度和分辨率的一方，另一方就降低的关系。

于是，当前考虑取代增大入射面有效面积S2即闪烁器5的发光区域，将光转换为电信号E2之后放大电信号E2而使用的装置是X射线图像增强器1。即，可以将X射线图像增强器1叫作具有电信号E2的电子放大功能的图像传感器。

另一方面，作为得到低灵敏度高清晰度的方法，例举有增长放射线的照射时间，利用积分功能进行测定的方法。在该方法中使用薄膜和辉尽性荧光薄板等记录媒体。但是，在使用了薄膜和辉尽性荧光薄板等记录媒体的测定中，由于无显影和读取操作等间接的操作而不能得到物体的内部结构作为图像数据，因此，没有实时性。

且说，在使种类和能量不同的放射线或波长不同的紫外线和光等电磁波透射物体进行测定，要掌握因为放射线和电磁波的差异所产生的测定值的差异的情况下，需要关于各个放射线和电磁波分别进行测定。

例如，在使用中子射线和X射线E1进行测定的情况下，必须要置换与中子射线反应的闪烁器5和与X射线E1反应的闪烁器5。

因此，为了能够同时测定种类和能量不同的放射线或波长不同的电磁波，考虑有既维持放射线或电磁波的特性，又能够用色别测定种类和能量不同的放射线或波长不同的电磁波的彩色闪烁器的结构和方法(例如，参照美国专利第6,313,465号说明书和日本特开平11-271453号公报)。

在具有能够用色别测定该不同的放射线和电磁波的彩色闪烁器的图像传感器中，也考虑了为了提高灵敏度而使入射面有效面积S2扩大的方法和在用受光传感器将由彩色闪烁器的发光产生的光转换为电信号的结构的情况下，使用具有X射线图像增强器1和微型通道阳极(plate)等电气放大装置的图像传感器，将放射线和电磁波转换为电信号后，电气放大转换后的电信号的方法。

在使用X射线图像增强器1作为图像传感器的情况下，为了放大电子的能量，在图像增强器管内部的真空区域8中形成具有如图6所示的放射状的等位线15的可变视野型电子透镜16，放射状形成电子的轨道17。

因此，在使用了X射线图像增强器1的图像传感器中，若不从等位线15的朝向开始，将放射线和电磁波的输入面即彩色闪烁器和受光传感器的光电转换面几何学性地形成为曲面，就不能电气放大电信号E2后成像图像E3。

其结果，如图7所示，在与放射线和电磁波如X射线E1反应的彩色闪烁器的发光部分中，随着X射线E1对彩色闪烁器的入射角度从中心部分靠近外周部分，其成为依次从垂直方向向斜向进行变化的角度。因此，彩色闪烁器的发光部分的外周部分附近的清晰度就比中心部分附近低下。

在图7中，例如，在假设彩色闪烁器的受光传感器6的光电面侧的面是用虚线示出的面的情况下，由于彩色闪烁器的厚度比较薄，因此，在彩色闪烁器的发光部分的中心部分和外周部分中，与X射线E1反应的彩色闪烁器的反应区域的差小。因此，有时对清晰度的影响就不大。

但是，在如图7所示的实际的彩色闪烁器这样的具有一定的厚度的情况下，在彩色闪烁器的发光部分的外周部分中，由于从斜向向彩色闪烁器射入X射线E1，因此，在外周部分中，与X射线E1反应的彩色闪烁器的反应区域比中心部分的更宽。因此，随着靠近彩色闪烁器的发光部分的外周部分，与X射线E1反应后产生的发光部分急剧变大，随之清晰度降低。

即，一方面，为了提高彩色闪烁器的发光部分的外周部分中的清晰度，需要使X射线E对彩色闪烁器的入射面成为平面，另一方面，为了放大在受光传感器6中转换的电信号，必须要为了形成电子透镜16而使彩色闪烁器形成为曲面。

但是，依然没有考虑同时满足这样的相反要求的彩色闪烁器和受光传感器6的结构或构造。

另一方面，在使用了微型通道阳极作为图像传感器的情况下，微型通道阳极的通道间隔等于图像传感器的分辨率。因此，就有为了提高图像传感器的分辨率，不仅需要制作通道间隔微米尺寸的微型通道阳极，而且必须要具备通道间的放大特性的问题。

即，在现有的闪烁器5和图像传感器中，如上所述地，为了提高测定灵敏度，不能避免清晰度的降低。同样地，在使用了能够根据电磁波和放射线的种类和能量的差异按色别进行测定的彩色闪烁器的结构中，为了不降低清晰度而同时提高灵敏度，也谋求有能够放大电信号的结构或方法。

发明内容

本发明为了解决现有问题，其目的在于提供一种能够用更少的线量或光量更高效率并且同时地将种类和能量不同的电磁波或放射线转换为光的彩色闪烁器。

此外，本发明的另一个目的在于提供一种能够利用彩色闪烁器同时将种类和能量不同的电磁波或放射线转换为光，不降低转换后的光的清晰度而效率良好地进行放大，能够更高灵敏度地掌握因为放射线和电磁波的种类和能量的差异而产生的测定值的差异的图像传感器。

本发明涉及的彩色闪烁器为了达到上述目的，如权利要求1记载地，其特征在于，具有：光学基板，具有集束光纤的结构；针状闪烁器，设置在该光学基板上，与电磁波和放射线的至少一方反应后发光，并且具有针状或柱状的晶体结构；涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一方反应后，用与上述针状闪烁器不同的颜色进行发光，所述电磁波和放射线与与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同种类或能量。

此外，本发明涉及的彩色闪烁器为了达到上述目的，如权利要求2记载地，其特征在于，具有：光学基板，具有集束光纤的结构；针状闪烁器，设置在该光学基板上，与电磁波和放射线的至少一方反应后发光，并且具有针状或柱状的晶体结构；涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一方反应后，用与上述针状闪烁器不同的发光寿命进行发光，所述电磁波和放射线与与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同种类和能量。

此外，本发明涉及的彩色闪烁器为了达到上述目的，如权利要求3记载地，其特征在于，具有：光学基板，具有集束光纤的结构；针状闪烁器，设置在该光学基板上，与电磁波和放射线的至少一方反应后发光，并且具有针状或柱状的晶体结构；涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一方反应后，用与上述针状闪烁器不同的发光寿命和颜色进行发光，所述电磁波和放射线与与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同种类和能量。

此外，本发明涉及的彩色闪烁器为了达到上述目的，如权利要求4记载地，其特征在于，具有：光学基板，具有集束光纤的结构；针状闪烁器，设置在该光学基板上，与电磁波和放射线的至少一方反应后发光，并且具有针状或柱状的晶体结构；涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一方反应后，用与上述针状闪烁器不同的发光条件进行发光，所述电磁波和放射线与与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同种类和能量。

附图说明

图1是示出本发明涉及的图像传感器的第一实施方式的结构图。

图2是图1中示出的彩色闪烁器和受光传感器的放大剖面图。

图3是示出使用结构不同的多个闪烁器得到的物体的图像的一例的图。

图4是示出本发明涉及的图像传感器的第二实施方式的结构图。

图5是现有的X射线图像增强器的结构图。

图6是示出由图5中示出的现有的X射线图像增强器形成的电子透镜的结构的图。

图7是图5中示出的现有的彩色闪烁器的发光部分的放大结构图。

具体实施方式

参照附图，关于本发明涉及的彩色闪烁器和图像传感器的实施方式进行说明。

是图像传感器的一例的图像增强器20与具有透镜21的彩色照相机22共同被收纳在管容器23中。图像增强器20具有高压电源24和一端闭口并且具有断坡的管状的图像增强器管25，用彩色闪烁器26闭塞图像增强器管25的开口部。

将在图像增强器管25的开口部中设置的彩色闪烁器26配置在管容器23的开放部。然后构成为，透射了想要得到图像的物体27的电磁波和放射线、例如从配置在管容器23外部的X射线管28放射的X射线E4，射入到形成在彩色闪烁器26上的平面状的入射面29上。因此，彩色闪烁器26的面向管容器23外部的部位的面积就成为X射线E4的入射面有效面积S3。

此外，彩色闪烁器26的结构在于，在作为光学基板的一例的纤维光学板(fiberoptics plate)30上设置具有将X射线E4等放射线和电磁波转换为光的功能的闪烁器层31，并且用树脂32保护了闪烁器层31。然后，在管容器23的开放部配置彩色闪烁器26的树脂32，形成X射线E4的入射面29。

在彩色闪烁器26的图像增强器管25内部侧形成具有规定曲率的曲面，在该曲面上设置受光传感器33。在该受光传感器33的彩色闪烁器26侧形成具有规定曲率的光的输入面34，在受光传感器33的图像增强器管25内部侧形成具有规定曲率的光电面35。

然后构成为，射入到了形成X射线E4的入射面29的树脂32中的X射线E4，在闪烁器层31中转换为光后，经由纤维光学板30，在受光传感器33中被接收。

此外，在图像增强器管25的内部设置多个内部电极36。然后构成为，通过从高压电源24向图像增强器管25内部的各内部电极36施加电压，就能够形成电场。

另一方面，在图像增强器管25内部的闭口端附近设置阳极37。另外，在图像增强器管25内部的闭口端侧内面设置输出侧闪烁器38。一方面，将输出侧闪烁器38的受光传感器33侧形成与受光传感器33的光电面35的曲率相应的规定曲率的曲面，另一方面，将图像增强器管25的闭口端侧形成为平面状。

输出侧闪烁器38具有将图像增强器管25内部的电子转换为光的功能。这时，在输出侧闪烁器38中具有能够根据电子的强度转换为红色、绿色、蓝色的发光比例不同的光的功能，即作为彩色闪烁器的功能。

然后，将被彩色闪烁器26闭塞的图像增强器管25的内部减压形成真空区域39。即，被彩色闪烁器26闭塞的图像增强器管25分别兼具真空容器40的一部分的功能。

其结果，图像增强器管25具有兼作以受光传感器33的光电面35为阴极的真空容器40的放电管的功能，并且，在与阳极37之间形成电子透镜。即，构成利用图像增强器管25、内部电极36、高压电源24、规定的曲面具有阴极功能的受光传感器33的光电面35和阳极37形成电子透镜，利用电场的作用加速电子的电信号放大装置。

然后构成为，将在受光传感器33的输入面34中接收到的光转换为电信号E5，作为电信号E5从受光传感器33的光电面35放出的电子，被电子透镜的作用放大成输出像尺寸S4的电信号E5，照射到输出侧闪烁器38上。

此外，在图像增强器管25的闭口端侧，平面状形成输出物体27的图像的输出侧闪烁器38的输出荧光面41，将彩色照相机22的透镜21向着输出侧闪烁器38的输出荧光面41。然后构成为，将照射到输出侧闪烁器38上的放大电信号E5转换为彩色图像E6，在输出荧光面41中成像，能够用彩色照相机22摄影彩色图像E6。

接着，关于彩色闪烁器26和受光传感器33的详细结构进行说明。

图2是图1中示出的彩色闪烁器26和受光传感器33的放大剖面图。

彩色闪烁器26设置在例如CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor)传感器和CCD(Charge Coupled Device)传感器等受光传感器33的输入面34侧。

再有，也可以不成为在图像增强器管25内放大已用CMOS传感器和CCD传感器等受光传感器33转换的电信号E5后用照相机进行摄影的结构，而是构成为用具有CMOS照相机和CCD照相机等受光元件的照相机摄影来自彩色闪烁器26的光。

彩色闪烁器26是在纤维光学板30上重叠设置了闪烁器层31的结构。这时，将纤维光学板30与闪烁器层31的边界面形成为平面状。即，将纤维光学板30的光的射入侧即闪烁器层31侧形成为平面，另一方面，将光的输出侧即受光传感器33侧形成为曲面状。

另外，将闪烁器层31的与纤维光学板30相反侧的面形成为平面状，用平面薄板状的保护膜树脂32进行保护。

彩色闪烁器26的闪烁器层31是用涂敷用闪烁器51涂敷了针状闪烁器50的结构。然后，在纤维光学板30侧设置针状闪烁器50，用涂敷用闪烁器51涂敷针状闪烁器50的与纤维光学板30相反侧的部位。

用一端成为尖形的针状或柱状的晶体结构的多个单元构成闪烁器层31的针状闪烁器50。因此，针状闪烁器50就成为集束光纤的结构。由于针状闪烁器50内部的光在单元内部一边全反射一边向1方向前进，因此，就能够抑制彩色闪烁器26的灵敏度的降低。

因此，由于一进一步增加针状闪烁器50的厚度，与X射线E4反应的区域就增加，因此，能够提高图像增强器20的灵敏度。但是，在针状闪烁器50的厚度足够厚的情况下，由于与从斜向射入的X射线E4反应的针状闪烁器50的反应区域比与从垂直方向射入的X射线E4反应的针状闪烁器50的反应区域变宽，因此，有可能针状闪烁器50的周边部分比中央部分的清晰度低。

于是，为了即使增加针状闪烁器50的厚度后提高灵敏度也少许地抑制清晰度的降低，利用涂敷用闪烁器51涂敷针状闪烁器50的X射线E4的射入侧。

组合粒径几微米到几十微米的多种粉末状闪烁器微粒构成涂敷用闪烁器51。因此，利用涂敷用闪烁器51的作用减轻X射线E4的斜向成分，即使增加针状闪烁器50的厚度来提高灵敏度，也能够少许地抑制清晰度的降低。

在此，关于闪烁器层31的材料结构例进行说明。

在彩色闪烁器26中具有能量和种类不同的放射线和电磁波的分离识别功能，使得对于能量和种类不同的放射线和电磁波分别示出不同反应。因此，在构成彩色闪烁器26的闪烁器层31中使用与各能量和种类的放射线和电磁波反应的荧光体。

即，针状闪烁器50和涂敷用闪烁器51至少包括相互不同的荧光体。针状闪烁器50由单一或多个荧光体构成，涂敷用闪烁器51也同样地由单一或多个荧光体构成。

首先，关于按色别同时测定不同种类的放射线或电磁波的情况中的彩色闪烁器26的材料结构例进行说明。

在射入到彩色闪烁器26中的放射线是热中子射线和X射线或γ射线的情况下，选择包含对于热中子射线反应的元素的荧光体和包含对于X射线或γ射线反应的元素的荧光体。

作为包含对于热中子射线反应的元素的荧光体，例如例举有包含引起与热中子(n，γ)反应的钆(Gd)元素的荧光体和包含引起与热中子(n，α)反应的硼(¹⁰B)和锂(⁶Li)的荧光体。

在使热中子射线射入到包含Gd元素的荧光体中的情况下，由于热中子与Gd的热中子反应的反应截面积比较大，因此，即使荧光体的厚度是150微米的程度，热中子射线也不透射荧光体，但即使使包含Gd元素的荧光体的厚度设定为500微米，能量高的X射线和γ射线也透射了荧光体。

在此，在受光传感器33是CMOS传感器或CCD传感器等受光传感器33的情况下和是用具有CMOS照相机和CCD照相机等受光元件的照相机摄影来自彩色闪烁器26的光的结构的情况下，使用受光转换效率高的碘化铯作为针状闪烁器50十分有效。

因此，作为与热中子射线反应用的荧光体，可以将由铕活化硫酸钆Gd₂O₂S(Eu)构成的红色荧光体使用于涂敷用闪烁器51中。

另一方面，作为与X射线和γ射线反应用的荧光体，可以将由CsI构成的荧光体使用作针状闪烁器50。作为由CsI构成的荧光体，主要例举有由发出的光的主波长为540nm的铊活化碘化铯CsI(TL)构成的绿色荧光体或由发出的光的主波长为420nm的钠活化碘化铯CsI(Na)构成的蓝色荧光体的这两种荧光体。

再有，在使用了CsI作为针状闪烁器50的情况下，由于CsI具有吸湿性，有可能随之性能降低，因此，在用CsI形成了针状闪烁器50后，最好用碳化硅SiC等保护材料进行涂敷以用于保护。

此外，为了提高对于X射线和γ射线的灵敏度，也可以在由Gd₂O₂S(Eu)构成的红色荧光体和由CsI构成的针状闪烁器50之间设置与热中子的反应截面积小的绿色荧光体的铽活化硫酸镧La₂O₂S(Tb)和红色荧光体的铽活化硫酸钇Y₂O₂S(Tb)作为涂敷用闪烁器51或针状闪烁器50，成为三层结构。

即，由于若将闪烁器层31设定为Gd₂O₂S(Eu)、La₂O₂S(Th)或者Y₂O₂S(Tb)和CsI的三层结构，一方面，闪烁器层31与热中子反应后发出红色成分的光，另一方面，与X射线和γ射线反应后发出绿色成分的光，因此，就能够用色别测定热中子射线与X射线和γ射线。

另一方面，在射入到彩色闪烁器26中的放射线是β射线和X射线或γ射线的情况下，选择包含对于β射线反应的元素的荧光体和包含对于X射线或γ射线反应的元素的荧光体。

由于β射线的射程距离比X射线和γ射线短，因此，射入到彩色闪烁器26中的放射线可以使用与在热中子射线和X射线或γ射线的情况中使用的闪烁器层31的材料结构同一材料结构的闪烁器层31。

此外，在由Gd₂O₂S(Eu)构成的涂敷用闪烁器51与由CsI构成的针状闪烁器50之间设置不包含Gd元素的红色荧光体的铕活化硫酸钇Y₂O₂S(Eu)和绿色荧光体的铕活化硫酸镧La₂O₂S(Eu)成为三层结构的闪烁器层31，也能够同样地按色别使β射线与X射线或γ射线分离后同时进行测定。

同样地，在射入到彩色闪烁器26中的放射线至紫外线是紫外线和X射线或γ射线的情况下，也能够通过选择包含对于紫外线反应的元素的荧光体和包含对于X射线或γ射线反应的元素的荧光体构成闪烁器层31，来按色别使紫外线和X射线或γ射线分离后同时进行测定。

下面，关于按色别同时测定不同能量的放射线或电磁波的情况中的彩色闪烁器26的材料结构例进行说明。

在按色别同时测定不同能量的放射线或电磁波的情况下，利用构成闪烁器层31的元素的K吸收端的差异与能量吸收系数和比重的关系。即，放射线或电磁波如X射线的能量越小，构成闪烁器层31的元素的能量吸收系数就越大，构成闪烁器层31的元素的比重就越大，可以利用在短射程距离中与放射线或电磁波的反应量变多的这样的结构元素的性质。

因此，作为涂敷用闪烁器51，可以使用红色荧光体的Y₂O₂S(Eu)和Gd₂O₂S(Eu)。Y₂O₂S(Eu)的比重是4.9，K吸收端是17keV，Gd₂O₂S(Eu)的比重是7.3，K吸收端是50.2keV。

此外，在针状闪烁器50中使用绿色荧光体的CsI(Tl)。

另外，为了提高灵敏度，在绿色荧光体的CsI(Tl)与红色荧光体的Y₂O₂S(Eu)和Gd₂O₂S(Eu)之间设置比重是7.9并且K吸收端是69.5keV的绿色荧光体的钨酸镉CdWO₄，使闪烁器层31成为三层结构，这也有效。

向CsI(Tl)、CdWO₄和Y₂O₂S(Eu)或Gd₂O₂S(Eu)的三层结构的闪烁器层31一射入能量不同的X射线，闪烁器层31就利用与能量低的X射线成分的反应发出红色的光，利用与能量高的X射线成分反应发出绿色的光。

此外，若在使用红色荧光体的Y₂O₂S(Eu)和Gd₂O₂S(Eu)作为涂敷用闪烁器51，使用蓝色荧光体的CsI(Na)作为针状闪烁器50的同时，设置K吸收端是69.5keV并且比重是6.1的蓝色荧光体的钨酸钙(灰重石)CaWO₄成为三层结构，就能够使能量不同的X射线分离为红色的光和蓝色的光进行转换。

下面，关于不是用色别，而是利用荧光体的发光寿命的差异来同时测定不同能量和种类的放射线或电磁波的情况中的彩色闪烁器26的材料结构例进行说明。

通过用发光寿命、即要直到亮度变为1/10的时间不同的荧光体构成闪烁器层31，就能够识别不同能量和种类的放射线或电磁波。

例如，使用作针状闪烁器50的蓝色荧光体的CsI(Na)的发光寿命是0.63μs，比较短，但发光颜色与CsI(Na)同样是蓝色的蓝色荧光体的CaWO₄的发光寿命是10μs，比CsI(Na)的发光寿命充分长。

因此，若向由CsI(Na)和CaWO₄构成的闪烁器层31脉冲照射能量不同的X射线，虽然CsI(Na)与CaWO₄的发光颜色都是蓝色，但是可以识别每个能量来观测X射线。即，若使图像的观测比利用闪烁器层31与X射线的反应所产生的发光的时间晚，虽然CsI(Na)与CaWO₄的发光颜色都是蓝色，但是可以根据CsI(Na)与CaWO₄的发光寿命的差异来识别是CsI(Na)发出的光还是CaWO₄发出的光，因此，能够对每个能量同时观测能量不同的X射线。

同样地，绿色荧光体的Y₂O₂S(Tb)的发光寿命是2.7ms，红色荧光体的Y₂O₂S(Eu)的发光寿命是2.5ms。因此，若用发光寿命不同的荧光体构成闪烁器层31，就能够通过调整观测时间来对每个能量或种类观测放射线或电磁波。

另外，通过用不但发光寿命而且发光颜色不同的荧光体构成闪烁器层31，就能够提高彩色闪烁器26的识别性能。

另一方面，在彩色闪烁器26的树脂32中使用例如聚对苯二甲酸乙撑酯等材料。在树脂32的颜色是白色的情况下，由于具有使由彩色闪烁器26发出的光在受光传感器33侧进行反射的反射膜的功能，因此期望能提高灵敏度。

此外，在树脂32的颜色是无色透明的情况下和树脂32的材质是对于紫外线容易透射的材质的情况下，作为激励光源，就可以测定从紫外线到短波长的光的电磁波。例如，可以在构成检测放射线和激光与物质反应后发出的紫外线作为信号的图像传感器的情况中和构成以紫外线为光源的紫外线显微镜等的图像传感器的情况中加以利用。

此外，纤维光学板30是集束光纤使得与针状闪烁器50的结构匹配的结构，形成为多个柱状。因此，纤维光学板30具有不使光衰减而进行传输的功能。即，若使用受光面是平面的CMOS传感器和CCD传感器作为受光传感器33，就能够不使用透镜等非效率的传输装置，而使用能有效传输光的纤维光学板30作为光学基板。

此外，纤维光学板30具有遮蔽透射了闪烁器层31的X射线等的放射线的功能。即，在测定对象是X射线和β射线等放射线的情况下，有可能由于透射了闪烁器层31的放射线而损伤CMOS传感器和CCD传感器等受光传感器33。因此，为了对受光传感器33遮蔽放射线，设置了纤维光学板30。

另外，为了使在受光传感器33中转换后的电信号E5放大，为了形成电子透镜，必须要使被彩色闪烁器26闭塞的图像增强器管25的内部成为真空状态。于是，例如通过使用集束了多条具有一定强度的细玻璃的纤维光学板30作为彩色闪烁器26的光学基板，就能够对彩色闪烁器26附加需要的强度，使得能够保证图像增强器管25的内部为真空状态。

此外，在受光传感器33中设置彩色滤波器等滤波机构52和定时调整机构53。受光传感器33的滤波机构52具有挑选使其接收的光的波长的功能。因此，受光传感器33能够从由彩色闪烁器26发出的各种各样波长的光中挑选所要波长的光进行接收。即，在彩色闪烁器26中按色别将能量和种类不同的放射线和电磁波转换为光的情况下，能够将光转换为电信号E5，使得能够适当地识别放射线和电磁波。

此外，受光传感器33的定时调整机构53具有调整接收彩色闪烁器26中发出的光的定时的功能。因此，在彩色闪烁器26中利用发光寿命不同的荧光体将能量和种类不同的放射线和电磁波转换为光的情况下，能够按照适当的定时接收光，将光转换为电信号E5，使得能够识别放射线和电磁波。

作为定时调整机构53的例子，例举有用于控制受光的定时和测定定时门的定时调整电路。

下面，关于图像增强器20的作用进行说明。

首先，向想要图像化的物体27照射能量和种类不同的电磁波和放射线。例如，从X射线管28向想要图像化的物体27照射能量不同的X射线E4。因此，透射了物体27的X射线E4就射入到形成在图像增强器20的彩色闪烁器26中的X射线E4的入射面29上。

射入到了彩色闪烁器26的入射面29上的X射线E4，透射树脂32的一例的白色ペツト，射入到闪烁器层31内部，闪烁器层31与射入的X射线E4反应后发光。这时，由于X射线E4的一部分透射涂敷用闪烁器51射入到针状闪烁器50中，因此，涂敷用和针状带电器50两方与X射线E4反应后发光。

在此，由于在涂敷用闪烁器51中使用的荧光体和在针状闪烁器50中使用的荧光体构成为相互对于种类和能量不同的放射线或电磁波进行反应，因此，各荧光体分别与高能量的X射线E4和低能量的X射线E4反应后进行发光。

例如，在涂敷用闪烁器51和针状闪烁器50中使用了不同发光颜色的荧光体的情况下，各荧光体分别与高能量的X射线E4和低能量的X射线E4反应后发出不同颜色的光。

此外，在涂敷用和针状闪烁器50中使用了不同发光寿命的荧光体的情况下，各荧光体分别与高能量的X射线E4和低能量的X射线E4反应后按不同发光寿命进行发光。

因此，在涂敷用闪烁器51和针状闪烁器50中，能够识别每个能量，将X射线E4转换为光。

但是，在射入到闪烁器层31中的X射线E4的能量高的情况下，由于与X射线E4反应的涂敷用闪烁器51的区域变宽，因此，在涂敷用闪烁器51内部，无能量损失地透射后到达针状闪烁器50中的X射线E4的比例增加。

此外，与涂敷用闪烁器51的反应量小的能量的X射线E4，透射涂敷用闪烁器51后到达针状闪烁器50中。

但是，由于涂敷用闪烁器51和针状闪烁器50的界面成为凹凸形状，因此，在涂敷用闪烁器51中发出的光效率地射入到针状闪烁器50的内部。另外，由于树脂32由白色的白色ペツト构成，因此，在树脂32侧散射的光在白色ペツト上反射后射入到针状闪烁器50中。

射入到针状闪烁器50中的光和在针状闪烁器50中与X射线E4反应后发出的光，一边在针状闪烁器50的柱状的单元内部全反射，一边向纤维光学板30和受光传感器33侧前进。因此，在针状闪烁器50的内部抑制光的散射。

即，由于针状闪烁器50是集束光纤的结构，因此，与在光纤内部前进的光同样地抑制散射。因此，能够不降低清晰度，而向一定的方向、即纤维光学板30和受光传感器33传达针状闪烁器50内部的图像信号即光。

经由了针状闪烁器50的光在集束光纤的结构的纤维光学板30内部，与在针状闪烁器50内部同样地，一边进行全反射一边前进，到达受光传感器33。

在此，使也透射了针状闪烁器50的能量大的X射线E4在纤维光学板30中衰减。即，利用纤维光学板30遮蔽向着受光传感器33的X射线E4。

接着，在闪烁器层31中产生的光经由纤维光学板30，在受光传感器33的受光面中接收，在光电面35中被转换为电信号E5。这时，在利用受光传感器33的滤波机构52调整接收的光的波长的同时，利用定时调整机构53调整使其接收光的定时。因此，利用受光传感器33的滤波机构52和定时调整机构53挑选在闪烁器层31中按不同颜色或发光寿命产生的光。

然后，在受光传感器33中转换后的电信号E5被导向被彩色闪烁器26闭塞的图像增强器管25的内部的真空区域39中。即，图像增强器管25具有兼作以受光传感器33的光电面35为阴极的真空容器40的放电管的功能，电信号E5变为电子向阳极37侧前进。

这时，利用从高压电源24施加的电压的作用，在图像增强器管25的内部的内部电极36上形成电场。另外，在图像增强器管25内部的受光传感器33的光电面35与阳极37之间形成与受光传感器33的光电面35的曲率和输出侧闪烁器38的曲率相应的电子透镜。

其结果，被导入到图像增强器管25内部的真空区域39中的电子，由于电场的作用加速后向阳极37侧前进，照射到输出侧闪烁器38上。这时，由于电子透镜的作用，将电信号E5放大为输出像尺寸S4的图像的电信号E5。

接着，在输出侧闪烁器38中，电信号E5被转换为彩色图像E6后，在输出荧光面41中成像，被彩色照相机22摄影。其结果，能够将透射了物体27的X射线E4图像化为由每个能量不同颜色或发光寿命的光构成的彩色图像E6，根据能量不同的X射线E4分别确认物体27内部的状况。

这时，通过设定为能够根据电子的强度，将输出侧闪烁器38转换为红色、绿色、蓝色的发光比例不同的光的彩色闪烁器，从发光寿命不同的荧光体产生的光就根据时间变为各个强度的电子，照射到输出侧闪烁器38中，因此，就用放射线或电磁波的每个能量或种类不同的颜色，来向输出侧闪烁器38的输出荧光面41输出彩色图像E6。

根据图像增强器20的彩色闪烁器26，由于用针状或柱状的针状闪烁器50和微粒状的涂敷用闪烁器51构成闪烁器层31，因此，限定了在闪烁器层31中产生的光的前进方向，降低了损失，同时能够均一化放射线或电磁波与闪烁器层31的反应区域的宽度，能够不降低清晰度而提高灵敏度。

此外，在彩色闪烁器26中，由于用分别与相互能量和种类不同的电磁波和放射线反应后产生颜色或发光寿命不同的光的荧光体，构成了构成闪烁器层31的针状闪烁器50和涂敷用闪烁器51，因此，能够同时可识别地图像化能量和种类不同的放射线或电磁波。

另外，通过根据与能量和种类不同的电磁波和放射线的反应，用发光颜色和发光寿命双方不同的荧光体构成彩色闪烁器26，就能够更高灵敏度并且同时图像化能量和种类不同的电磁波和放射线。

此外，根据图像增强器20，由于将现有技术中是曲面的闪烁器层31设定为平面，因此，能够不降低闪烁器层31的周边部分的清晰度，而增厚闪烁器层31的厚度来提高灵敏度。另外，在减小现有图像增强器20的问题中的中心部与周边部的清晰度的差的同时，能够得到大的放射线和电磁波的入射面有效面积S3。

同样地，根据图像增强器20，为了形成电子透镜，使输出侧闪烁器38的受光传感器侧成为具有规定曲率的曲面，另一方面，通过将彩色照相机22侧的输出荧光面形成为平面状，就能得到失真少的图像。

此外，根据图像增强器20，作为受光传感器33，通过使用平面型的CMOS传感器和CCD传感器，能够不用透镜等传输装置，而利用纤维光学板30向受光传感器33传输已在闪烁器层31中转换的光。因此，在图像增强器20中能够得到更清晰的图像。

此外，一般地，将用于形成真空容器40的部件和设置在真空容器40内部的受光传感器33和内部电极36等部件安装为独立的部件。

另一方面，由于图像增强器20是利用彩色闪烁器26的光学基板即纤维光学板30闭塞图像增强器管25形成真空区域39的结构，因此，不需要当前的使用于闭塞图像增强器管25的不透明的Al基板。

因此，根据图像增强器20，可以在彩色闪烁器26上设置白色或透明树脂32作为保护膜，能够提高对于低能量的X射线和紫外线、短波长的光等的能量小的放射线和电磁波的灵敏度。特别是能够避免当前成为问题的低能量的放射线和电磁波被Al基板吸收，能够抑制灵敏度的降低。

在图3中，用箭头1示出的部位是仅用由Gd₂O₂S(Eu)构成的红色闪烁器，将透射了物体的X射线转换为光后，用CCD照相机摄影所得到的图像。

用箭头2.5示出的部位是在纤维光学板30上设置由CsI(Tl)构成的针状闪烁器50，用由Gd₂O₂S(Eu)的红色闪烁器构成的涂敷用闪烁器51涂敷了针状闪烁器50之后，进一步利用已用由白色ペツト构成的树脂32保护了的彩色闪烁器26，将X射线转换为光，用CCD照相机摄影所得到的图像。

用箭头2.1示出的部位是在纤维光学板30上设置由CsI(Tl)构成的针状闪烁器50，利用已用由Gd₂O₂S(Eu)的红色闪烁器构成的涂敷用闪烁器51涂敷了针状闪烁器50的彩色闪烁器26、即，不用树脂32保护的彩色闪烁器26，将X射线转换为光，用CCD照相机摄影所得到的图像。

用箭头1.6示出的部位是在纤维光学板30上设置由CsI(Tl)构成的针状闪烁器50，利用当前使用的高灵敏度的闪烁器，将X射线转换为光，用CCD照相机摄影所得到的图像。

再有，设定由Gd₂O₂S(Eu)构成的红色闪烁器的厚度为大约70微米，设定CsI(Tl)的厚度为大约500微米。

此外，各箭头的数字示出以红色闪烁器的发光量为基准1时的各彩色闪烁器26的相对发光量。即，示出了用箭头2.5示出的由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)、白色ペツト构成的彩色闪烁器26的发光量是红色闪烁器的发光量的2.5倍。

同样地，用箭头2.1示出的由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)构成的彩色闪烁器26的发光量是红色闪烁器的发光量的2.1倍，用箭头1.6示出的由纤维光学板30、CsI(Tl)构成的彩色闪烁器26的发光量是红色闪烁器的发光量的1.6倍。

根据图3可知，通过对由纤维光学板30和CsI(Tl)构成的当前使用的高灵敏度闪烁器加以Gd₂O₂S(Eu)和白色ペツト作为结构要素，亮度进一步提高。

特别是在由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)、白色ペツト构成的彩色闪烁器26中，可知，亮度比由纤维光学板30和CsI(Tl)构成的当前使用的高灵敏度闪烁器提高60％。

再有，由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)、白色ペツト构成的彩色闪烁器26的厚度比由纤维光学板30和CsI(Tl)构成的高灵敏度闪烁器的厚度厚大约10％。

但是，为了在由纤维光学板30和CsI(Tl)构成的高灵敏度闪烁器中得到与由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)、白色ペツト构成的彩色闪烁器26的亮度同等的亮度，必须要使由纤维光学板30和CsI(Tl)构成的高灵敏度闪烁器的厚度最低在500微米到800微米以上。

再有，在从斜向对彩色闪烁器26和高灵敏度闪烁器有X射线的照射的情况下，可知，清晰度与厚度几何学地成比例，最大降低60％。因此可知，即使使由纤维光学板30和CsI(Tl)构成的高灵敏度闪烁器的厚度增加，得到了与由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)、白色ペツト构成的彩色闪烁器26的亮度同等的亮度，也不能避免从斜向射入的X射线的清晰度的降低。

另一方面可知，若由纤维光学板30、CsI(Tl)、Gd₂O₂S(Eu)、白色ペツト构成彩色闪烁器26，能够不极端地增加厚度，而既抑制了从斜向射入的X射线的清晰度的降低，又提高灵敏度。

再有，在图像增强器20中，作为光学基板，也可以取代纤维光学板30，使用玻璃。此外，也可以取代彩色照相机22，设置彩色受光传感器33等图像化装置。另外，也可以不将输出侧闪烁器38设定为彩色闪烁器，而用单色的荧光体，取代彩色照相机22，成为用照相机和受光传感器33等图像化装置摄影单色图像的结构。

此外，电信号放大装置不仅是利用电子透镜放大电信号E5的结构，也可以是利用其他方法的电信号放大装置。

此外，也可以是不在受光传感器33中设置定时调整机构53和滤波机构52的结构。另外，也可以是不在受光传感器33中设置定时调整机构53，通过调节彩色照相机22的门的时间来分离由不同的发光寿命的荧光体的发光得到的彩色图像E6。

例如，在使中子和X射线或γ射线射入到彩色闪烁器26中同时进行图像化的情况中，一方面，若将与热中子反应的绿色荧光体的Gd₂O₂S(Tb)作为涂敷用闪烁器51，将不与热中子反应而与X射线和γ射线反应的蓝色荧光体的CsI(Na)作为针状闪烁器50构成彩色闪烁器26，另一方面，将输出侧闪烁器38设定为根据电子射线的强度向输出荧光面41发出红色、绿色、蓝色的发光比例不同的光的由Y₂O₂S(Eu)构成的彩色闪烁器，通过调整彩色照相机22的输入的门使发光时间延迟，就能够用彩色图像E6按色别同时摄影各放射线。

因此，解决了下面这样的现有问题，即，在如使中子和X射线或γ射线射入到彩色闪烁器26中的情况下，即使在闪烁器层3中按色别转换为了光，在将光转换为电信号E5后进行放大时，也损失颜色信息，不能从放大后的电信号E5识别放射线的种类的问题。

再有，在图4中示出的图像传感器60中，在与图1中示出的图像增强器20同等的结构上标记相同符号。

图像传感器60是在暗箱61内部配置了彩色闪烁器26和彩色照相机22的结构。在暗箱61中设置开放部，在该暗箱61的开放部，使入射面29向着暗箱61外部配置彩色闪烁器26，使得能够射入来自暗箱61外部的X射线。

彩色闪烁器26是在作为光学基板的铅玻璃62上重叠设置闪烁器层31的结构。这时，将铅玻璃62与闪烁器层31的边界面形成为平面状。另外，将闪烁器层31的与铅玻璃62相反侧的面形成为平面状，用平面薄板状的树脂32进行保护。

彩色闪烁器26的闪烁器层31是用涂敷用闪烁器51涂敷了由针状或柱状的多个单元构成的针状闪烁器50的结构。然后，在铅玻璃62侧设置针状闪烁器50，用涂敷用闪烁器51涂敷针状闪烁器50的与铅玻璃62相反侧的部位。

此外，将彩色闪烁器26的铅玻璃62的暗箱61内部侧形成为平面状，在与铅玻璃62相对的位置上配置彩色照相机22。

即，图像传感器60的彩色闪烁器26是将图2中示出的彩色闪烁器26的光学基板即纤维光学板30置换为铅玻璃62的结构。

一般地，纤维光学板30的透射率也依赖于透射的电磁波和放射线的波长，但光学特性上比相同厚度的铅玻璃62的透射率小。

因此，在能够直接确认由彩色闪烁器26发出的光的情况下，将彩色闪烁器26的光学基板设为铅玻璃62，通过成为用彩色照相机22摄影彩色闪烁器26发出的光的结构，就能够提高灵敏度。

此外，通过利用铅玻璃62作为彩色闪烁器26的光学基板，能够进行遮蔽，使得射入到彩色闪烁器26中的电磁波和放射线不射入到彩色照相机22中。

因此，在图像传感器60中，不仅能够与图1中示出的图像增强器20同样地抑制清晰度的降低并且提高灵敏度，而且能够从电磁波和放射线方面保护彩色照相机22等的摄影系统。

再有，在图像增强器20和图像传感器60中，作为测定对象，不限于X射线，也可以使用短波长的光和紫外线等电磁波及γ射线和中子射线等放射线。

此外，涂敷用闪烁器按与针状闪烁器不同的发光寿命和颜色进行发光，但也可以使除了发光寿命和颜色以外的发光条件不同，使得基于发光条件识别不同能量和种类的放射线或电磁波。

工业上的可利用性

根据本发明涉及的彩色闪烁器，能够用更少的线量或光量，更高效且同时将种类和能量不同的电磁波或放射线转换为光。

此外，根据本发明涉及的图像传感器，能够利用彩色闪烁器，同时将种类和能量不同的电磁波或放射线转换为光，不降低转换后的光的清晰度而效率良好地进行放大，更高灵敏度地掌握由于放射线和电磁波的种类和能量的差异而产生的测定值的差异。

Claims

1、一种彩色闪烁器，其特征在于，具有：

光学基板，其具有集束光纤的结构；

针状闪烁器，设置在该光学基板上，与电磁波和放射线的至少一个反应后发光，并且具有针状或柱状的晶体结构；

涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一个反应，以与上述针状闪烁器不同的颜色进行发光，所述电磁波和放射线的种类或能量和与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同。

2、一种彩色闪烁器，其特征在于，具有：

光学基板，其具有集束光纤的结构；

涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一个反应，以与上述针状闪烁器不同的发光寿命进行发光，所述电磁波和放射线的种类或能量和与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同。

3、一种彩色闪烁器，其特征在于，具有：

光学基板，其具有集束光纤的结构；

涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一个反应，以与上述针状闪烁器不同的发光寿命和颜色进行发光，所述电磁波和放射线的种类或能量和与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同。

4、一种彩色闪烁器，其特征在于，具有：

光学基板，其具有集束光纤的结构；

涂敷用闪烁器，涂敷该针状闪烁器，并且与电磁波和放射线的至少一个反应，以与上述针状闪烁器不同的发光条件进行发光，所述电磁波和放射线的种类或能量和与上述针状闪烁器反应的电磁波或放射线不同。

5、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器；

受光传感器，具有按各波长分选由该彩色闪烁器产生的光的滤波机构和调整受光的定时的定时调整机构，接收由彩色闪烁器产生的光并转换为电信号。

6、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器；

受光传感器，接收由该彩色闪烁器产生的光并转换为电信号；

电信号放大单元，通过利用电场的作用使电子加速来放大上述电信号；

输出侧闪烁器，将由该电信号放大单元放大的上述电信号转换为图像。

7、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器；

受光传感器，接收由该彩色闪烁器产生的光并转换为电信号，并且光电面具有形成电子透镜的曲率；

输出侧闪烁器，将由该电信号放大单元放大的上述电信号转换为图像，并且，上述光电面侧具有形成电子透镜的曲率。

8、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器，该彩色闪烁器具有上述放射线或电磁波的入射侧为平面、且光的输出侧为曲面的光学基板；

电信号放大单元，通过利用电场的作用使电子加速来放大上述电信号；输出侧闪烁器，将由该电信号放大单元放大的上述电信号转换为图像，并且上述光电面侧具有形成电子透镜的曲率。

9、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器；

输出侧闪烁器，将由该电信号放大单元放大的上述电信号转换为图像，并且上述光电面侧是具有形成电子透镜的曲率的曲面，并且，形成平面状的输出荧光面。

10、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器，上述光学基板构成真空容器的一部分；

输出侧闪烁器，将由该电信号放大单元放大的上述电信号转换为图像，并且上述光电面侧具有形成电子透镜的曲率。

11、一种图像传感器，其特征在于，具有：

权利要求1至3中任一项所述的彩色闪烁器；

输出侧闪烁器，根据电子的强度，将由该电信号放大单元放大的上述电信号转换为由红色、绿色、蓝色的发光比例不同的光构成的图像，上述光电面侧是具有形成电子透镜的曲率的曲面，并且，形成平面状的输出荧光面。