JP2000081484A

JP2000081484A - 撮像素子

Info

Publication number: JP2000081484A
Application number: JP11164258A
Authority: JP
Inventors: Thomas Lee Vogelsong; リーボーゲルソングトマス; Robert M Iodice; エム．アイオダイスロバート
Original assignee: Infimed Inc
Current assignee: Infimed Inc
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-03-21
Also published as: EP0955664A1; US6078643A; CA2270269A1

Abstract

(57)【要約】【課題】放射線に感応する高分解能撮像素子を提
供する。【解決手段】本撮像素子は、入射放射線に応答して像
を形成するための放射線に感応する光伝導性ターゲッ
ト、ターゲットとの間に距離をおいて配置された光に感
応するカソード、およびフォトカソードへつながれて、
ターゲット上の像を読み出すために局在化された位置に
おいてフォトカソードから電子を放出させるためのアド
レス指定可能な光源を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に放射線に感応
する撮像素子に関するものであって、更に詳細には高分
解能フラットパネル型Ｘ線撮像システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線撮像用として、多様な方式がこれま
で採用されてきた。

【発明の解決しようとする課題】Ｘ線フィルムは多分最
も基本的な方式である。Ｘ線フィルムはそれなりの分解
能を提供し、かつコンパクトな形状という因子を有する
が、しかし実時間の像を提供しない。像を見るために
は、フィルムを露光して次に現像しなければならない。
この現像工程は環境に有害な化学物質を使用するし、こ
の露光、現像、および解析というサイクルは、しばし
ば、所望の像を生成するまで何度も繰り返さなければな
らない。これに加えて、Ｘ線フィルムの検出効率は、多
くの用途において、理想よりも低い。

【０００３】Ｘ線像増幅器はテレビカメラと組み合わせ
ることで、実時間像を提供することができるが、それは
嵩張るものとなるし、限られた分解能しか持たない。

【０００４】計算機援用の放射線写真は小型という因子
を有し、更に電子的に読み出すことができるが、分解能
および検出効率は低く、計算機援の放射線写真は高速読
み出しができない。

【０００５】直接検出タイプおよび間接検出タイプのい
ずれに関しても、フラットパネル型のＸ線検出器に対す
る需要が存在し、上で述べた制限の多くを克服するよう
な多様な検出器が現在開発中であるが、これまでのとこ
ろ、許容できる雑音および分解能特性を達成していな
い。

【０００６】現在開発中の１つの方式は、Ｘ線に感応す
る光伝導体ターゲット上に記憶された像を読み出すため
に電子ビームを使用する。そのようなタイプのデバイス
については米国特許第５，１９５，１１８号に記載され
ている。ターゲットはまず、例えば、それを電子ビーム
で以て走査することによって、一様な負の電位に充電さ
れる。入射Ｘ線は局部的な放電を引き起こし、ターゲッ
ト上に潜像を形成する。ターゲットの抵抗値が十分高い
限り、像を表す電荷パターンは空間的に局在化したまま
に残るであろう。

【０００７】像は、ターゲットを電子ビームで以てラス
ター状に走査することで読み出される。これはターゲッ
トをそれの初期状態電位へ再充電することと、潜在電荷
像に比例した電流信号の生成の両方の目的を果たす。こ
の時、電子ビーム中を流れる電流は出力増幅器によって
検出される。ターゲットをよぎって電子ビームが走査さ
れるにつれて、この増幅器はターゲット上の潜像を表す
ビデオ信号を生成する。ターゲット材料は非常に高い空
間分解能を有するもので作ることができる。この検出器
の全体的な分解能は電子ビームの寸法および形状によっ
て制限される。

【０００８】これも光伝導性ターゲットを使用する別の
方式は、アドレス指定可能な電子源を提供するために、
フィールドエミッタで使用されるタイプの冷陰極フィー
ルドエミッタアレイを使用する。そのようなエミッタを
使用する検出器は米国特許第５，５６７，９２９号に記
載されている。この方式で達成可能な分解能は、電子が
カソード要素の半球状の先端を離れる時に生成される電
子ビームの形状によって制限される。フィールドエミッ
タベースのディスプレイでは、高電圧アノードを使用す
ることによって、あるいはディスプレイ蛍光体（フィー
ルドエミッタタイプのもので）をカソードに接近して配
置することによってビームを細くすることができる。こ
れらの方式は光伝導性検出器を使用する撮像素子には応
用できない。というのは、電子ビームの着地速度は小さ
くなければならず、従って高電圧の使用が妨げられ、出
力雑音を減らすためにはターゲット層はエミッタ層から
遠く離さなければならないからである。出力雑音は容量
に比例し、容量はターゲット電極と、撮像素子中のすべ
てのその他の物理的構造との間の距離に逆比例する。高
速度走査システムを構築するためには、ビームがターゲ
ットピクセル上へ入射する時間内にターゲットの各画素
を再充電するように、大きなビーム電流が必要とされ
る。フィールドエミッタアレイは典型的には電流制限用
の抵抗を有し、更に／またはプロセスに不均一性のため
に、先端毎に、大きな電流変動を示す。このことはビー
ム電流を制限し、従って、フィールドエミッタで以て達
成可能な読み出し速度を制限する。フィールドエミッタ
のアドレス指定可能なアレイが真空容器内にあるべきで
あるという要請を含むその他の問題のために、この方式
は困難なものとなる。各行を駆動して各列を検出するア
ドレス指定回路はこの容器の外部になければならず、そ
してこのことが真空容器中への多くの電気的フィードス
ルーを必要とし、製造上の困難性を持ち込むことにな
る。更に、このデバイスは、それを真空容器中へ組み上
げた後でなければ完全にテストすることができない。

【０００９】従来技術の欠点を克服するＸ線撮像素子に
対する需要が存在する。更に詳細には、小型形状という
因子を有する撮像素子、すなわち、Ｘ線フィルムカセッ
トのように薄くフラットな撮像素子であって、デジタル
像を提供するためには走査することが必要なフィルムと
は対照的に電子的な読み出しを有し、幅広いダイナミッ
クレンジ（１０００：１）を有し、更に高い検出効率
（５０％）を有する撮像素子に対する需要が存在する。
蛍光透視法としては、この撮像素子はＸ線像の量子雑音
よりも低い電子的雑音と、高速読み出し（少なくとも毎
秒当たり３０フレーム）を有する。放射線透視撮像のた
めには、この撮像素子は高い分解能（＞５ｌｐ／ｍｍ）
を有する。

【００１０】本発明の１つの目的は、Ｘ線またはその他
の放射線源用の高分解能のフラットパネル型撮像素子で
あって、上で述べた撮像素子の欠点を克服し、直前に述
べた特性を提供する高分解能のフラットパネル型撮像素
子を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】要約すれば、そして本発
明の１つの態様に従えば、高分解能の放射線に感応する
光伝導体・フォトカソード撮像素子（ＰＰＩ）は、入射
放射線に応答して像を形成するための放射線に感応する
光伝導性ターゲット、ターゲットから距離をおいて配置
された光に感応するカソード、およびターゲット上の像
をアドレス指定可能なように読み出すために、フォトカ
ソードから電子を放出させるようにフォトカソードへ光
学的につながれた光源を含んでいる。

【００１２】本発明の別の態様に従えば、光に感応する
フォトカソードと放射線に感応する光伝導性ターゲット
との間に、フォトカソードによって放出された電子を光
伝導体の方向へ向けるための加速電極が配置されてい
る。

【００１３】本発明の別の態様に従えば、光伝導性ター
ゲットは、放射線透過性の基板と、その基板上の放射線
に感応する光伝導性材料の層とを含んでいる。

【００１４】本発明の別の態様に従えば、放射線に感応
する材料は、セレン、臭化タリウム、ヨウ化タリウム、
ヨウ化鉛、臭化鉛、等々のうちの１つである。

【００１５】本発明の更に別の態様に従えば、放射線に
感応する材料は、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）またはテル
ビウムで活性化した酸・硫化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ
₂Ｓ：Ｔｂ）等のシンチレータ材料の第１層と、ヨウ化
鉛（ＰｂＩ）や三硫化アンチモン（ＳｂＳ₃）等のシン
チレータの出力波長と適合する光伝導体の第２層を含む
層状の組み合わせである。

【００１６】本発明の別の態様に従えば、フォトカソー
ドは、ナトリウム、カリウム、あるいはセシウムなどの
アルカリ金属、またはセシウム化合物、セシウム銀酸化
物の化合物などの任意のその他のアルカリ的な材料と組
み合わされたアンチモン層のような良好な量子効率を有
する材料を含む。

【００１７】本発明の別の態様に従えば、光源は、液晶
ディスプレイ、フィールドエミッション・ディスプレ
イ、エレクトロルミネッセンス・ディスプレイ、プラズ
マ・フラットパネル・ディスプレイ、ブラウン管、ある
いはフォトカソード上を均一に照明できる任意の光源等
の、二次元的モノクロディスプレイを含む。

【００１８】本発明の別の態様に従えば、像のアドレス
指定可能な読み出しは、行および列のアドレス指定の任
意の組み合わせを含む。行および列のアドレス指定の各
々は、区分化されたターゲット電極、区分化されたフォ
トカソード電極、区分化された光源、区分化されたメッ
シュ電極、または機械的移送の任意のものを含む。

【００１９】本発明の別の態様に従えば、光源は、単一
ライン状の高分解能光源および光源をフォトカソードに
相対的に機械的に移動させるための手段を含む。

【００２０】本発明の別の態様に従えば、放射線に感応
するターゲットは、単一ライン状の放射線に感応する光
伝導性材料を含み、撮像素子は像をターゲットに相対的
に走査してライン毎に逐次的に像を形成するための手段
を含む。

【００２１】本発明の更に別の態様に従えば、光源は１
または複数の走査可能なレーザーでよい。

【００２２】本発明の別の態様に従えば、光伝導性ター
ゲットは複数個の区分に分割されて、それらを並列的に
読み出すことで像読み出しレートを向上させている。

【００２３】本発明の別の態様に従えば、分解能は、フ
ォトカソードよりも大きい光源を設け、また光源をフォ
トカソード上へ結像するための光学的結像手段を設ける
ことによって改善される。

【００２４】本発明の新規な態様は、特許請求の範囲に
詳細に定義される。本発明それ自体は、それの更なる目
的および特徴とともに、本発明のここに提示する好適実
施例についての以下の詳細な説明を添付図面と一緒に参
照することで、より容易に理解されよう。

【００２５】

【発明の実施の形態】ここで図１を参照すると、一般に
１０で示される撮像素子は、その中を真空状態に保つこ
とのできるガラス製の容器１２を含む。この容器はＸ線
用の窓１４を含み、そこを通って像を形成するためのＸ
線１６が通過する。容器本体はＸ線窓を支え、また以下
で述べるように、容器内の検出器の要素へ電気的接続を
行うためのフィードスルー１８、２０、２２を含む。

【００２６】容器１２に隣接して、また好ましくはそれ
から離れて、アドレス指定可能な光源２４が取り付けら
れる。好適実施例は、以下でより詳しく説明するよう
に、行アドレス指定可能な光源と、列アドレス指定可能
なターゲットとを含むが、本発明は、ピクセルのアレイ
を含む像を作るためにターゲットのアドレス指定可能な
読み出しを許容するアドレス指定可能な、ターゲット、
光源、フォトカソード、メッシュ、および機械的移送の
すべての組み合わせを含む。好ましくは、本発明のフォ
トカソードおよび光伝導体は、必要な場合には、その上
にフォトカソードまたは光伝導体が形成される電極を区
分化することによって、区分化される。

【００２７】本発明の好適実施例は真空容器の外側に設
けられた光源を含んでいるが、本発明は、真空容器内の
光源のようなその他の実施例も含む。

【００２８】放射線に感応する光伝導性検出器２６がＸ
線窓１４の内側に形成される。好ましくは、検出器は、
その上に光伝導性の放射線に感応する材料３０の層を有
する放射線（Ｘ線）透過性の基板２８を含む。好ましく
は、基板は薄いアルミニウムのシートで形成され、光伝
導性材料は、セレン、臭化タリウム、ヨウ化タリウム、
ヨウ化鉛、臭化鉛、あるいはその他任意の像化されるべ
き放射線に応答する光伝導性材料のうちの１または複数
のものから形成される。本発明はＸ線に感応するターゲ
ットに関連して説明するが、他の波長の放射線に感応す
るターゲットを用いてもよく、その場合でも同じように
動作するであろう。

【００２９】フォトカソード４０は光に感応する材料か
ら形成されて、光源からの光に応答して局在化した電子
流を供給する。好ましくは、本発明のこの実施例では、
アルカリ金属と組み合わせたアンチモン層が採用され
る。

【００３０】ガラス製の真空容器１２中へフィードスル
ー１８、２２を通して、フォトカソードおよび光伝導体
に対して電気的接続４２、４４が設けられる。フォトカ
ソード４０と電圧源５２との間の電気的接続を改善する
ために、フォトカソード４０とガラス容器１２との間に
インジウム・錫・酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極４１が
設けられる。

【００３１】好ましくは、フォトカソード４０と検出器
２６との間の空間に、フォトカソードによって生成され
た電子を検出器へ向かって加速するためのメッシュ加速
電極４６が設けられる。加速電極への電気接続４８もま
た、容器を通して形成される。加速電極４６は、電気接
続４８を通して加速電位の電源５０へつながれ、フォト
カソード４０からの電子を加速電極４６へ向かって加速
し、更にＸ線に感応する光伝導体３０に着地する前に電
子を減速する。本発明に従えば、衝突時には低い電子速
度が好ましい。

【００３２】好ましくは可変電圧源である電圧源５２
は、フォトカソード４０とＸ線に感応する光伝導体２６
との間の電位を設定する。好ましくは、電圧源５２はフ
ォトカソードと、好ましくはターゲットとは反対側のフ
ォトカソード４０の裏面と、アースとの間につながれ
る。

【００３３】好ましくは差動増幅器であるビデオ増幅器
５４がターゲット基板と、好ましくはフォトカソードと
は反対側のターゲット基板２８の外側表面と、アースと
の間につながれる。

【００３４】図２は本発明に従うＸ線撮像素子の模式的
展開図を示す。撮像素子は、好ましくは真空容器の外側
に位置する、単色光の二次元的アドレス指定可能な光源
２４を含む。真空容器中にフォトカソード４０が配置さ
れて、光源からの局在化した照明２５に応答して複数の
電子ビーム６０を放射する。Ｘ線に感応する光伝導体３
０は、これも真空容器中にあるが、フォトカソードとの
間に距離をおいて配置され、それらの間にはメッシュ電
極４６が設けられる。Ｘ線に対して透明なＸ線窓１４
が、Ｘ線に感応する光伝導体の、フォトカソードとは反
対側に設けられる。Ｘ線窓１４を通過するＸ線１６はＸ
線に感応する光伝導体３０上へ入射して、その光伝導体
上の電荷を局部的に変化させる。フォトカソードからＸ
線に感応する光伝導体へ向かってメッシュ電極によって
加速され、次に光伝導体においてそれらの速度を減ずる
ように減速された電子６０は電流を生ずるが、それは光
伝導体の各局部領域に吸収されるＸ線光子の量とエネル
ギーとによって変化する。

【００３５】第１の電圧源５２がフォトカソードとアー
スとの間につながれ、逆極性の第２の加速電源５０がフ
ォトカソードとメッシュ電極との間につながれる。Ｘ線
に感応する光伝導体の好ましくはＸ線窓に隣接するそれ
の表面へつながれたビデオ増幅器が図１には示されてい
るが、この図では分かりやすくするために省略されてい
る。

【００３６】図３は本発明に従う撮像素子の詳細な断面
図である。一例として示したエレクトロルミネッセンス
・ディスプレイは、層状に配置された、アルミニウムの
列電極７０、エレクトロルミネッセンス蛍光体７２、お
よび透明で行方向を向いた電極７３を含む。真空容器の
裏壁を形成する薄いガラス板７４に隣接して光源が位置
する。透明電極４１は薄いガラス板上に層として形成さ
れており、アースへつながれた電圧源５２の負端子へつ
ながれている。フォトカソード４０は透明電極４１上に
層として形成される。エレクトロルミネッセンス蛍光体
７２から放射される光はガラス製真空容器１２および透
明電極４１を通り、フォトカソード４０で吸収されて電
子６０を解放する。

【００３７】加速電極、好ましくはメッシュ電極４６が
フォトカソード４０と光伝導体層３０との間に位置す
る。加速電圧が、フォトカソードとメッシュ電極との間
につながれた電源５０によって供給される。電子６０は
電極４６へ向かって加速され、それらがターゲット３０
へ接近するにつれて減速される。ターゲットはＸ線透過
基板２８、好ましくはアルミニウム層を含み、その上に
光伝導体ターゲットが形成されている。好ましくは、光
伝導体３０の真空表面は撮像素子の分解能を保持するた
めに二次電子放出防止用の被覆７６をコートされる。

【００３８】ビデオ増幅器５４は基板２８へ、好ましく
は基板のフォトカソードに対して外側の表面へつながれ
る。

【００３９】本発明に従う撮像素子の全体的ブロック図
が図４に示されている。従来型のＸ線源８０が、撮像さ
れる物体８２の片側に位置している。本発明の検出器１
０はそれの反対側に取り付けられて、物体中を透過する
Ｘ線１６がＸ線に感応する光伝導体上に入射するように
なっている。撮像素子に隣接して二次元的アドレス指定
可能な単色光の光源２４が取り付けられて、それによっ
て光源からの光が撮像素子の裏面へ入射して、次にフォ
トカソードへ入射する。ディスプレイアドレス指定回路
８４は、多重ラインのデータバス８６を介してディスプ
レイに対してアドレス指定信号を供給し、それの個々の
ピクセル要素を照明する。

【００４０】画像処理のための適切なハードウエアおよ
びソフトウエアで装備されたマイクロコンピュータ８８
等の画像処理電子回路が、図１および図２に関連して図
示し説明した加速電位およびターゲット電圧を供給する
ＤＣ電源９０へ制御信号を供給する。コンピュータ８８
はまた、信号バス９２を介してディスプレイアドレス指
定回路へタイミングおよび制御信号を供給し、また撮像
素子からのビデオ出力９４を受信および同期化する。コ
ンピュータ８８はモニター９８に対して実時間のビデオ
信号９６を供給し、そのモニター９８上ではオペレータ
によって像が観測されるようになっており、また同時に
不揮発性のディスクあるいは同等の像記憶システム１０
０へ信号を供給する。

【００４１】フォトカソードは光源からそれに衝突する
光の強度に比例して電子を発生させる。フォトカソード
によって作られる電子ビームの形状は、フィールドエミ
ッタによって発生するものよりもずっと高い分解能を提
供する。カルキン（Ｃｕｌｋｉｎ）（”情報ディスプレ
イ（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）”の９７
年第８巻）による記事にはフォトカソードエミッタ対フ
ィールドエミッタの特徴比較について記載されている。
この記事の中で、カルキン氏はフォトカソード・ディス
プレイとフィールドエミッション・ディスプレイとを比
較しているが、そのコメントはそのようなタイプの電子
源をベースとするセンサーにも等しく有効である。フィ
ールドエミッション過程は電子を引き出すために高い電
界を使用する。この高い電界は約１００Ｖの引き出し電
位を微小電極の先端に集中させることによって作られ
る。電極の先端部はほぼ半球状であり、高電界領域はこ
の半球を覆うように広がる。

【００４２】この電界によって引き出される電子は、引
き出し電圧の約４分の１に相当する速度、すなわち約２
５ｅＶで引き出し電界の方向へ飛び出す。先端付近の電
気力線はどこでも半球に対して垂直であるので、電界放
出する電子はこの半球に垂直なあらゆる方向へ向けて飛
び出す。それらは空隙を横切る直線的な軌跡の代わり
に、フォトカソード光増幅器で発生するような放物線状
の軌跡を有する。もっと正確に言えば、ＰＣＤ（フォト
カソード・ディスプレイ）でもＦＥＤ（フィールドエミ
ッション・ディスプレイ）でも、ランダムな方向を向い
た電子放出のためにビームの広がりが存在するが、ＰＣ
Ｄでの広がりはＦＥＤで見られるそれのほんの百分の１
でしかない。

【００４３】実際、本発明に従うフォトカソードによっ
て生成される電子ビームの分解能は放射線に感応する光
伝導体の分解能を制限しないので、７０ｌｐ／ｍｍもの
高い分解能が達成できる。

【００４４】このような分解能は、１０−２０ｌｐ／ｍ
ｍ範囲の分解能を要求する乳房造影法やミクロ血管造影
法のような高分解能の撮像に対する要求を十分超えてい
る。

【００４５】更に、フォトカソードはフィールドエミッ
タよりも製造が簡単である。それは、微細な先端を形成
する必要がなく、またフィールドエミッタのビーム電流
制限が克服される。それは電流を制限する抵抗は存在し
ないし、またフラットなフォトカソードからの出力は均
一であるからである。

【００４６】フォトカソードのアドレス指定は、完全に
真空容器の外側に置くことのできる光源によって実行で
き、それによって、容器中に設けねばならないフィード
スルーの数は劇的に減らされる。

【００４７】図５は本発明に従うＸ線撮像素子のターゲ
ットを示しており、ここにおいて、ターゲット電極は、
並列的に読み出しができるように複数の区分を有する。
このことは像を読み出しできる速度を向上させ、また大
面積で高い読み出し速度の検出器の製造を許容する。こ
のことはまた、各ターゲット区分の容量を減らし、それ
によって取り込まれる像の信号対雑音特性を改善する。
Ｘ線に感応する光伝導体は、ターゲットコンタクト層
を、それぞれ個別コンタクトが設けられる４つの電気的
に分離された領域１０２、１０４、１０６、１０８に分
割することによって、４つの平行な領域に分割される。
この構成が、図５Ａには側面図が、また図５Ｂには平面
図が示されている。４つのビデオ増幅器１１０、１１
２、１１４、１１６は、各１つをターゲットコンタクト
の各区分へつなぐように接続される。フォトカソードの
４つの必ずしも分離されていない領域上へ同時的な走査
信号を供給するように光源をアドレス指定することによ
って、光伝導体層を１つのラスターで走査するために要
するであろう時間の約４分の１の時間で光伝導体を走査
することができる。４つのビデオ増幅器の出力はコンピ
ュータ中で多重化するのが便利であり、それによってモ
ニターに対してまた映像記憶装置に対して、像を供給す
ることができる。

【００４８】図６は本発明の一つの態様に従う撮像素子
を示す。高分解能の単一ライン状光源１２０が提供され
ている。好ましくは、高分解能の発光ダイオードが線形
のアレイ状配置される。このアレイをフォトカソード１
０に相対的にライン１２２に沿って移動させるための走
査機構が設けられて、非常に高分解能の撮像を低コスト
で実現している。

【００４９】図７は低コストが特に重要な場所で使用す
ることのできる単一ラインの撮像素子を示している。こ
れによって、撮像素子全体をＸ線源に相対的に走査して
像を生成することができる。撮像素子は、長くて薄い真
空容器１２６中に取り付けられた単一ラインのＸ線に感
応する光伝導体および光源フォトカソードを含む。１ピ
クセルの高さと多重ピクセルの幅を持つ光源１２０は光
に感応するフォトカソードとつながれて、光源のピクセ
ルは好ましくは、左から右へ、例えば、１つづつ逐次的
に照明されることが好ましい。Ｘ線に感応する光伝導体
層に生成される単一ライン状のビデオ映像は既に述べた
ものと本質的に同じようになっている。

【００５０】線形撮像素子は二次元撮像素子よりも安価
であり、また撮像時に生成される散乱Ｘ線を分別排除す
るという別の特徴を有する。通常、撮像素子は、撮像す
べき物体からの直接的なＸ線１３０だけがＸ線に感応す
る光伝導体上に入射して、散乱Ｘ線１３２、１３４は撮
像素子のＸ線に感応する部分の上または下に外れるよう
な配置とすることができる。これはＸ線の扇状ビーム源
で最も効率的である。

【００５１】図８は本発明の一実施例を示しており、そ
こにおいては、撮像素子よりも大型の二次元的光源を、
光源からの光をフォトカソード上へ収束させる光学系と
一緒に設けることによって、分解能の向上を図ってい
る。あるいは、特別な用途でコストと性能のトレードオ
フが問題であれば、ＰＰＩよりも小型の光源を、それを
拡大する光学系と一緒に使用することもできる。

【００５２】二次元的単色光のアドレス指定可能な照明
光源１４０が用いられているが、それは撮像素子１０中
の光に感応するフォトカソードよりも４倍大きい。例え
ば、焦点距離Ｆ２およびＦ１をそれぞれ有する凸レンズ
である第１および第２のガラス光学系１４２、１４４が
設けられて、照明光源１４０からの光線を収束させて、
光に感応するフォトカソード１０上へ光源の虚像を形成
するようになっている。この方法は、既に述べた二次元
撮像素子と、単一ライン状の撮像素子のいずれとも一緒
に採用できよう。

【００５３】図９は本発明の一実施例を示しており、そ
こにおいては、好ましくはフォトカソードの感度ピーク
と一致する出力波長を有する１または複数のレーザー１
５０が光源を提供している。このレーザーはそれの軸に
沿ってコーヒーレントな放射ビーム１５２を供給する。
ビームは、ビームを反射させて、既に述べたように撮像
素子の光に感応するフォトカソード上へ入射するように
して、ブラウン管等で使用されているタイプの一般的な
従来のラスター１６６を形成するためのアクチュエータ
１６２、１６４を有する２軸の走査ミラー１６０上へ入
射する。好ましくは、図示されていないが、図３に示さ
れるコンピュータ、あるいはそれ自身既知のタイプのそ
の他の回路によって、垂直および水平のブランキングシ
ステムを提供してもよい。

【００５４】好ましくは、レーザーの波長は、フォトカ
ソードの感度に、ピーク位置においてあるいはその近辺
で一致する。しかし、フォトカソードから電子の放出を
引き起こす任意の波長を使用することもできる。

【００５５】図１０は本発明の一好適実施例の模式図を
示しており、そこにおいて、ターゲット２６は、Ｃｏｌ
０からＣｏｌＮ−１までラベルを付けた、列方向を向い
た複数の電極１８２（より詳細には図１３に示されてい
る）に区分化されている。同様に、光源もＲｏｗ０ない
しＲｏｗＭ−１とラベルを付けた、行方向を向いた複数
の区分１８６に区分化されており、それらは行セレクタ
回路１８０によって、一時に１つの行のみが照明される
ように駆動される。列電極および行区分の数は所望され
る空間分解能によって決まる。２０ｃｍ×２０ｃｍない
し２３ｃｍ×２３ｃｍの撮像領域に対しては、１，０２
４列で１，０２４行が適当である。従って、取り込まれ
る像中に得られるピクセルはほぼ２００から２２３マイ
クロメートルの正方形となろう。取り込まれる像は１，
０２４×１，０２４ピクセルのアレイである。この像の
各ピクセルはターゲット１８４の１つのピクセルに対応
しており、Ｐ（０，０）からＰ（Ｍ−１，Ｎ−１）まで
ラベルを付けられている。Ｎ個の列電極の各々は列プロ
セッサ１９０へつながれており、それらはその列に付随
する像データを読み出し、積分し、記憶するように設計
された電子回路である。マルチプレクサ２００は列プロ
セッサ出力信号の各々を共通出力ポイントへ逐次接続し
て、単一行に付随する像データに対応する信号を供給す
る。このプロセスは撮像素子の各行に対して繰り返され
る。明らかなように、その他の撮像素子寸法および行お
よび列数も、用途に依存して可能であり好ましい。

【００５６】図１１は典型的な列プロセッサ回路１９０
と、マルチプレクサ２００の一部との簡略化した模式図
を示す。列方向を向いたターゲット電極の各々は列プロ
セッサ回路へつながれている。列プロセッサ回路１９０
は相互インピーダンス増幅器１９２（電流・電圧変換器
としても知られている）、積分コンデンサ１９４、リセ
ットスイッチ１９６、およびサンプリング回路１９８を
含む。相互インピーダンス増幅器１９２は列電極１８２
からの電流信号を積分コンデンサ１９４両端の電圧へ変
換して、それにより列信号をほぼ１ライン時間だけ積分
する。（各フレームはＭ個のラインに等分割されてい
る。）ライン時間の終わり近くでサンプリング回路１９
８が駆動されて、積分コンデンサ１９４両端の電圧を等
価的にコピーする。一旦サンプリングが行われば、積分
コンデンサ両端の電圧はリセットスイッチ１９６によっ
て放電できて、列プロセッサ回路は次の行に対して積分
プロセスを繰り返す準備ができる。電圧がサンプリング
回路１９８によって安全にコピーされることで、列プロ
セッサの各々に付随する像データはマルチプレクサ２０
０によって出力ピンへ順次転送されよう。マルチプレク
サ中では、一時に１つの列のみがつながれて、各ライン
はＮ個の列に等分割されている。

【００５７】図１２ａおよび図１２ｂは、図１０および
図１１に示された模式図に対応する時間図を示す。図１
２ａはフレーム期間全体に広がっているが、図１２ｂは
１つのライン期間のみの幅になっている。分かりやすく
するために、各時間図には選ばれた信号のみが示されて
いる。図１２ａでは、第１、第２、および最後の行選択
信号が、付随するサンプル／ホールド制御信号および積
分器リセット信号と一緒に示されている。行選択信号が
論理１状態にある間に、光源の対応する行が照明され
て、そうでなければ照明されない。サンプル／ホールド
制御信号が論理１状態にある間は、それは入力電圧をそ
れ自身の内部ホールドコンデンサへサンプリングまたは
コピーして、そうでなければ、それの入力は無視されて
ホールドコンデンサの電圧は保持される。積分器リセッ
ト信号が論理１状態にある間は、リセットスイッチは閉
じられ、そうでなければ、それは開く。図１２ｂでは、
第１の行選択信号と第２の行選択信号の一部とが示され
ており、それと一緒に、マルチプレクサによって選ばれ
た列表現と、一時に１列のみが読み出される選ばれた行
の像データを表すそれに対応するアナログビデオ信号が
示されている。

【００５８】図１３はターゲットの一部を示しており、
列方向を向いたターゲット電極２９が絶縁障壁２７を覆
って取り付けられる様子を詳細に示している。絶縁障壁
２７は、金属、従って電気的に伝導性でも、そうでなく
てもよい基板２８上へ層として堆積される。もし基板２
８が十分な電気的絶縁を示せば、絶縁障壁２７は省略し
てよい。光伝導体３０は列状の信号電極を覆って層とし
て堆積されて、少なくとも１つのエッジでは電極２９は
光伝導体３０を超えて延びることが許容され、それによ
って列プロセッサ回路の各々に対して電気的接続が許容
されるようになっている。好ましくは、列電極および基
板と絶縁障壁とは十分に遠くまで延びて、ガラス容器１
２の電気的フィードスルーとして働き、それによって通
常の大気圧で列プロセッサ回路への電気的接続を可能と
する。図１４は本発明の代替え実施例を示しており、そ
こにおいて、放射線に感応する光伝導体は、放射線に感
応するシンチレータ２１０および適合する光伝導体２１
２の組み合わせで置換されている。入射する放射線１６
はシンチレータ材料２１０によって吸収されて、後者は
光子１６が吸収された地点で局在化した光を放射する。
シンチレータ２１０によって放射される光は光に感応す
る光伝導体２１２によって吸収されて、後者は好適実施
例に関して既に述べた放射線に感応する光伝導体３０と
本質的に同じように振る舞う。効果的なものとするため
には、光に感応する光伝導体はシンチレータ層２１０に
よって放射される光の波長に応答しなければならない。

【００５９】本発明が適した撮像応用は数多く存在す
る。１つのそのような応用である放射線透視撮像法は２
つの基本的な動作モード、すなわち、静的モードと動的
（実時間）モードとを有する。本発明がそれら２つのモ
ードでどのように動作するかについての以下の議論はそ
の機能を最も良く説明するであろう。静的モードの放射
線透視撮像法または放射線写真法または放射線スポット
撮像法は医用および工業用の用途の両方で実行される。

【００６０】医用の放射線透視撮像法では、患者がＸ線
発生器とＸ線撮像装置との間に位置する。発生器から放
射されるＸ線は物体を通って、吸収されるか、散乱され
るか、あるいは透過する。透過したＸ線はＸ線撮像装置
によって記録されて、その物体の像が取り込まれる。使
用されるＸ線のエネルギーは典型的には４０ｋＶｐない
し１５０ｋＶｐの範囲にある。典型的には従来技術に従
って、Ｘ線撮像装置はスクリーンフィルムカセットであ
るが、ストレージタイプの蛍光体およびフラットパネル
型のアモルファスシリコンベースの撮像素子などのその
他の装置が最近は開発されてきた。

【００６１】実時間放射線透視撮像法あるいは蛍光透視
法も同様に実行できるが、動画像は連続的なＸ線照射を
使用して毎秒７．５ないし３０画像のレートで取り込ま
れる点が異なっている。シネ蛍光透視撮像法あるいは単
にシネと呼ばれる実時間放射線透視撮像法の変形もまた
同様に実行できるが、動画像が間欠的なＸ線照射によっ
て毎秒１５ないし９０画像のレートで取り込まれる点が
異なっている。蛍光透視法およびシネ蛍光透視法用に必
要なＸ線撮像装置は典型的にはＸ線の光増幅器である。

【００６２】医用Ｘ線撮像応用では、撮像プロセスの結
果として患者に照射される放射線の量を最小限に抑える
必要がある。従って、Ｘ線撮像装置は最小のＸ線露光で
以て高品質像を作り出すことができなければならない。
医用蛍光透視撮像法応用に関する典型的な入力Ｘ線露光
（２３ｃｍ（９インチ）の視野直径でＸ線撮像装置に入
射する）は、取り込まれる像の１フレーム当たりおよそ
１マイクロレントゲンである。シネの場合はフレーム当
たりに約１０マイクロレントゲンの露光が必要である。
シネはまた、別の点でも蛍光透視法と異なる。蛍光透視
法の像は連続的な低強度のＸ線ビームで以て取り込まれ
る。シネ画像はパルス化されたＸ線ビームを用いて取り
込まれるので、画面のにじみを引き起こす偽性運動が排
除される。診断または静的放射線写真法は典型的にずっ
と高い露光量を有しており、像当たり約３００マイクロ
レントゲンにもなる。

【００６３】Ｘ線透視撮像応用において、撮像装置の能
動エリアは撮像する面積と同程度に大きくなければなら
ない。例えば、心臓および周囲の組織の像を作る心臓撮
像システムは直径で約２３ｃｍ（９インチ）の能動領域
を有する。乳房造影システムでは、２０ｃｍ（８イン
チ）×２５ｃｍ（１０インチ）の能動的撮像エリアを使
用する。直径が３０ｃｍ（１２インチ）ないし４１ｃｍ
（１６インチ）の能動エリアを備える光増幅器を使用す
る特別な医用分野が多数存在する。最も大型の医用Ｘ線
撮像応用は、３９ｃｍ（１４インチ）×３１ｃｍ（１７
インチ）のフィルムを使用する胸部または腹部放射線透
視法である。

【００６４】理想的なＸ線撮像システムは、次のような
特徴を有するべきである：小型形状因子（例えば、フィ
ルムカセットのようにフラット）、電子的読み出し（デ
ジタル像を提供するために走査が必要なフィルムとは異
なる）、高い検出効率（＞５０％）、そして幅広いダイ
ナミックレンジ（＞１，０００：１）。蛍光透視法用と
しては、撮像システムは低い電子的読み出し雑音（Ｘ線
像の量子雑音よりも低い）と、高速読み出し（少なくと
も毎秒３０フレーム）とを有することが必要である。放
射線透視撮像用としては、撮像システムは、高い分解能
（ミリメートル当たり５ライン対よりも高い）を有する
ことが必要である。本発明の最も優れた特徴の１つは、
それがフラットでコンパクトな形状因子を保ちながら、
すべての放射線透視撮像モード−蛍光透視法（実時間／
低露光量）、シネ（実時間／中程度の露光量）およびス
ポット放射線写真法（静止像／高露光量）−を実行でき
るということである。

【００６５】本発明では、Ｘ線は光伝導体中で吸収され
て、光伝導体の表面に蓄えられる電荷に潜像を生成す
る。すべてのＸ線に感応する光伝導体で言えることであ
るが、入射Ｘ線の吸収で生成される電子・正孔対は表面
に垂直に加えられた電界の影響下にあって局在化したま
まに留まる。従って、非常に高い分解能の像を形成する
ことが可能である。ほとんどの光伝導体ベースのＸ線撮
像システムで問題になっていることは、読み出しの機構
が表示される像の分解能を著しく制限するということで
ある。光伝導体によって形成される像は高分解能のもの
であるが、読み出し装置の分解能はずっと低い。

【００６６】例えば、セレンをベースとするストレージ
型の蛍光体システムは潜像を読み出すために赤外レーザ
ーを使用する。熱的焦点ぼけ効果のために、蓄積された
電荷を読み出すために形成できる最も小さいスポットサ
イズは１００ミクロンのオーダーである。セレン光伝導
体を使用するフラットパネル型アモルファスシリコン撮
像システムに関しては、実現できるピクセルピッチはこ
れも１００ミクロンのオーダーである。潜像を読み出す
ために冷陰極フィールドエミッタのアレイを使用する光
伝導体ベースのＸ線撮像システムについては米国特許第
５，５６７，９２９号に記載されている。この装置もま
た、冷陰極から発生する電子の広がりあるいは分散によ
る高分解能の欠如に悩まされている。

【００６７】本発明では、フォトカソードから生成され
る電子が光伝導体を読み出す。フォトカソードは光放射
性の材料であり、典型的には光伝導体のそれと同等の空
間分解能を示し、従って高分解能が重要な場合には光伝
導性イメージセンサー用として最適な読み出し光源であ
る。フォトカソードは、必要とされるコスト、形状因
子、強度または分解能要求に依存して、多様な光源によ
って照明することができる。好適実施例では、高輝度の
フラットパネル型単色光映像ディスプレイがフォトカソ
ード上へ近接結像される。この構成は小さい形状因子
（パネルタイプの検出器）を提供する。別の実施例で
は、フォトカソードを照明し、全エリアをラスターある
いは直線走査するためにレーザーが用いられる。この実
施例はより低コストな代替え例であるが、より大型のも
のとなる。

【００６８】本発明では、まず所望のターゲット電圧を
フォトカソード電極に対して加えることによって初期化
が行われる。この電圧はターゲットへ転送されるであろ
うが、使用される特定の光伝導体の他に、与えられた撮
像用途に対応するＸ線露光量によって決められる。ター
ゲット電圧の大きさは、予想されるＸ線露光量に対して
適切なダイナミックレンジを保証するように選ばれる。
Ｘ線露光量が少なくなれば、必要なターゲット電圧は低
くなり、また逆に、露光量が多くなれば必要なターゲッ
ト電圧は高くなる。与えられたＸ線露光量に対して余り
に低すぎるターゲット電圧を選んだ場合には像の飽和が
起こり、他方、余りに高すぎる電圧を選んだ場合には光
伝導体中に多すぎる暗電流が誘起されよう。光伝導体へ
加えられるターゲット電圧はまた、潜像が任意の与えら
れたスポットにおいてターゲットに吸収されるＸ線光子
の数の正確な表現であることを保証するために、ターゲ
ット上のどこでも一様でなければならない。（Ｘ線照射
前のターゲット電圧の任意の変動は、ランダムなもので
もそうでなくても、読み出し時の光子吸収の変動である
と誤って解釈され得る。）しかし、光伝導体に対して不
均一な電圧を加えることが好ましい状況もあろう。例え
ばこのことは、均一なＸ線照射のために、さもなくば像
の輝度不均一性に重畳するであろう光伝導体厚さの不均
一性を補償するために行われよう。

【００６９】同時にこの電圧はフォトカソード電極へも
加えられ、メッシュ電極へも電圧が加えられ、ターゲッ
ト電極は公称の電圧レベル、好ましくはアース電位に保
持される。蛍光透視法のような典型的な用途に対して
は、容器内の各種電極相互間の間隔に依存して、フォト
カソード電圧は８０ボルト付近で、メッシュ電圧は＋
５，０００ないし８，０００ボルトであろう。

【００７０】次にフォトカソードを光源で照明すること
により、光伝導体の表面に一様な電荷が配置される。フ
ォトカソードで吸収される光は光電子を生成し、それら
はメッシュ電極によって光伝導体へ向かって加速され
る。メッシュ電極へ向かって加速される電子のおよそ半
分がメッシュ電極に衝突し、従って光伝導体の充電には
寄与しない。残りの電子はメッシュ電極を通過する。電
子がメッシュ電極を通過すると、電子は光伝導体の表面
へ近づくにつれて、メッシュ電極の電界のために減速さ
れ始める。そのような低速の電子が光伝導体に接近し、
光伝導体の真空表面上へ堆積して蓄積電荷となる。光伝
導体上の電荷は、光伝導体上の電位がフォトカソードに
加えられた電圧と等しくなるまで累積する。過剰となっ
た電子はメッシュ電極へ引き返す。光伝導体の反対側の
表面では、光伝導体の原子から電子が解放されて、光伝
導体電極を通ってアースへ流れ、回路を完成する。この
結果、光伝導体の１つの表面上には多数の電子を、反対
側の表面には同数の正孔を含む層が形成される。

【００７１】蛍光透視撮像法のために、本発明に従う撮
像システムは、既に述べたように光伝導体上へ一様な電
荷を配置することによって初期化される。患者を透過し
たＸ線は光伝導体で吸収される。吸収されたＸ線はコン
プトン散乱および光電子事象を通して光伝導体中に電子
・正孔対を生ずる。印加された電界の影響下で、正孔は
光伝導体の真空表面へ移動し、そこに蓄積されていた電
荷を中和するが、電子は反対側の表面へ移動し、そこに
蓄積されている正孔と再結合する。

【００７２】Ｘ線露光時に光伝導体中に生ずる電子・正
孔対の量は、入射Ｘ線の数とエネルギー、および光伝導
体の等価的仕事関数の関数である。等価的仕事関数は、
１つの電子・正孔対（ｅｈｐ）を生成するために要する
エネルギー量である。臭化タリウムのような光伝導体中
では、等価的仕事関数は６．５ｅＶである。従って、６
５ｋｅＶの１個のＸ線は臭化タリウム光伝導体中に１
０，０００個の電子・正孔対を生成するであろう。正孔
によって中和される電荷量は、蓄積されている電荷量と
光伝導体の材料物性との関数である。

【００７３】光伝導体は、Ｘ線撮像応用のための有効な
光伝導体となるためには、高い抵抗率、低いトラップ準
位密度、および低い暗電流を有する必要がある。低抵抗
率および／または高暗電流は蓄積電荷の早すぎる放電を
もたらそう。高密度のトラップ準位は正孔が表面へ移動
して所望の潜像を作るのを妨げよう。

【００７４】蛍光透視撮像応用と出会ったＸ線露光の間
に、Ｘ線は一定であるが比較的低いレートで光伝導体上
へ入射する。本発明に従えば、光伝導体上に蓄積する電
荷は毎秒３０回読み出される。このことは高輝度フラッ
トパネル型ディスプレイに含まれる１つのピクセル行を
ターンオンすることによって実行される。そのピクセル
行によって生成される光はフォトカソードを照明し、プ
レーナーな電子ビームを作り出し、それがメッシュ電極
の方向へ加速され、光伝導性の表面へ向かって減速され
る。このプレーナー電子ビームはターゲット上の、高さ
１ピクセル、幅Ｎピクセルの領域をカバーする。ここ
で、Ｎは行中のピクセル数（従って、列電極の数）であ
る。本発明の好適実施例に従えば、Ｎは１，０２４であ
る。

【００７５】高輝度ディスプレイパネル上のピクセルの
各行は、Ｍを行数とした時に、単一像フレームの周期の
Ｍ分の１に等しい時間だけターンオンする。本発明の好
適実施例に従えば、Ｍは１，０２４である。毎秒３０フ
レームの像取り込みに対しては、フレーム時間は１秒の
３０分の１である。従って、ピクセルの各行は約３０マ
イクロ秒間だけターンオンする。このプロセスは光伝導
体の表面全体を読み出す単一フレームの間にＭ回繰り返
され、取り込まれる各像フレーム毎に繰り返される。

【００７６】図１０を参照すると、ピクセルの各行が照
明される３０マイクロ秒の間に、吸収されたＸ線によっ
て中和されていた電荷が光伝導体上へ回復される。これ
は、そのピクセル中に吸収されたＸ線によって先に空乏
化された電荷量に比例する、ターゲットの列方向を向い
た電極Ｃｏｌ０ないしＣｏｌＮ−１の各々の中に電流を
流す。ここで、ピクセルＰ（０，０）−Ｐ（Ｍ−１，Ｎ
−１）は行方向を向いた電子ビームと列方向を向いたタ
ーゲット電極とに対応するエリアである。列電極の各々
に流れる電流は相互インピーダンス増幅器１９２によっ
て電圧へ変換されて、積分コンデンサ１９４上に蓄積さ
れる。このようにして、吸収されたＸ線によって生成す
る電荷は電流として検出され、電圧へ変換され、そして
より大きい積分コンデンサ上に蓄積されて、優れた信号
対雑音特性で以て信号利得を生み出す。

【００７７】３０マイクロ秒期間、すなわちライン時間
の終わりに、Ｎ個の列電極の各々に記憶されている信号
データは転送できるようになっている。従って、ちょう
ど読み出された行に対応するエリアに関するターゲット
電荷はそれの初期状態に回復しており、従ってターゲッ
トのその部分は更なるＸ線誘起電荷を蓄積する準備がで
きている。蛍光透視式Ｘ線撮像法においては、Ｘ線露光
量は連続的に与えられ、従って、ちょうど読み出された
行がそれの初期電荷を回復すると、直ちにＸ線はターゲ
ットのそのエリアへ吸収され、その電荷を中和し始め
て、それによって新たな潜像形成プロセスが開始され
る。このようにして、各行、Ｒｏｗ０ないしＲｏｗＭ−
１はフレーム毎に１回の読み出しが保証される。

【００７８】次の行読みだしサイクルの始まる前に、現
在の行に対応する信号データは何らかの方法で記憶され
ねばない。というのは、ターゲットの各列電極に付随す
る積分コンデンサは放電するか消去しなければならない
からである。各列の積分コンデンサの消去は、各ピクセ
ルから集められた信号が入射するＸ線によって中和され
た電荷量だけを反映することを保証するために必要であ
る。単一のライン時間（３０マイクロ秒）が、与えられ
たラインに付随するＮ個の列の逐次読み出しに対して割
り当てられよう（すなわち、一時に１ピクセルの順
で）。次に、各ピクセルは２５−３０マイクロ秒のオー
ダーだけオンである必要があり、そのことは３３−４０
メガヘルツの妥当なビデオデータレートを意味する。本
発明の好適実施例に従えば、各ライン時間の終わりに、
各列の積分コンデンサ上に保持されている電圧は、マル
チプレクサ２００による引き続くライン時間中の直列転
送の準備として、別のサンプリング回路１９８へ転送さ
れる。更に、現在のライン時間の終わりには、積分コン
デンサは、電圧がホールドコンデンサへ転送、すなわち
コピーされた後でリセットスイッチ１９６によって消去
またはリセットされる（図１０、１１、および１２を参
照）。従って、任意の与えられたラインが読み出され
て、それのターゲット電圧が回復する間に、前のライン
Ｉの像データが撮像素子から、直ちに表示するためにビ
デオモニターへ、あるいはデジタル化してそれに引き続
いて記憶および／または表示するためにコンピュータへ
など、何らかの他の装置へ直列的に転送される。ブラウ
ン管タイプのビデオモニターやコンピュータなどの外部
装置へのＰＰＩの同期化もまた、フレーム間に次のフレ
ームのための準備をするためにアイドル期間を必要とす
る。ＰＰＩは動作上でフレーム間にアイドル期間を必要
とすることはないが、高輝度ディスプレイをフレーム当
たりＮ＋ｎラインのラインレートで動作するように駆動
することによってこのことは容易に調整できよう。ここ
で、ｎは次のフレームの準備をするために外部装置が必
要とする付加的なライン時間の数である。ビデオ撮像分
野の知識を有するものであれば誰でも、ＰＰＩをビデオ
ディスプレイ、記録装置、あるいはデジタル化装置と同
期化するための適当な時間を確立することができる。

【００７９】本発明を、静止像取り込み、あるいは放射
線スポット撮像法に対して適用することは、次の変更を
行えば上で述べた蛍光透視法と同様である。まず、Ｘ線
露光量は、２３ｃｍ（９インチ）径の撮像素子に対して
像当たり１マイクロレントゲンであったのに対して、大
幅に増えて、典型的には像当たり３００マイクロレント
ゲンとなる。従って、フォトカソードへ加えられる電圧
は、より多いＸ線露光量の効果を中和する電荷を与える
ためにより高くなる。正確な電圧は使用される光伝導体
のタイプとＸ線の入射量に基づいてユーザーが選ぶ。ま
た、割り当てられたライン時間内にターゲットが完全に
再充電されることを保証するために、高輝度光源からの
光の強度を増やしてフォトカソードから十分な電子放出
が保証されるようにする。第２に、Ｘ線露光量は像を読
み出す前に完全に加えられる。すなわち、潜像形成と読
み出しが同時に発生する蛍光透視撮像法と違い、潜像は
読み出しの前に完全に像が形成される。このことは、高
品質の像すなわち低Ｘ線量子雑音とするために十分な露
光量を累積するように、より長時間の露光時間を許容す
るように行われる。ここでの発明では、このことは、ま
ずターゲットを、蛍光透視法の単一フレームが充電され
る、すなわちターゲット初期化と同じように充電するこ
とで実行される。ターゲットが一様に充電された後で、
Ｘ線露光を行って、光伝導体上へ潜像を形成する。潜像
が形成された後で、高輝度光源をターンオンしてターゲ
ット全体を一度に走査してその像を読み出す。好適実施
例に従えば、放射線スポット撮像法のためのターゲット
初期化および像読み出しは一時に１ライン（蛍光透視法
の読み出しと同じ）で実行できよう。

【００８０】典型的な放射線スポット撮像法の露光時間
は、撮像される物体の密度および性質と、Ｘ線発生器の
電力処理容量に依存して数十ミリ秒から数百ミリ秒にわ
たる。露光時間、すなわち、潜像の形成のために設けら
れる時間に関係なく、高輝度光源とフォトカソードの組
み合わせが光伝導体に対してそれを再充電するために十
分な電流を供給することができる限り、読み出し時間は
１秒の３０分の１のように高速でも構わない。光源から
の光出力および／またはフォトカソード変換効率が不十
分である場合には、各ラインを読み出すために割り当て
られる時間はそれを補償するように拡張されよう。この
ことは、選ばれた光伝導体が、延長された読み出し時間
中の暗電流の寄与が無視し得るように十分低い暗電流を
示す限り、一般的に光伝導体の完全な再充電を保証する
ための適切な方法である。

【００８１】本発明のシネ蛍光透視撮像法への応用もま
た、次の変更を行えば、蛍光透視撮像法用に用いられた
方法と同様である。まず、シネ用のＸ線露光量は１０倍
から２０倍の因子だけ高い。蛍光透視撮像法に比べてよ
り高いシネ撮像法の露光量は、放射線透視撮像法の場合
のより高い露光量の扱いと同じように処理できる。第２
に、シネのＸ線露光量は、通常は垂直のブランキング期
間内で３−５ミリ秒のフレーム当たりの時間で、フレー
ム毎に１回のパルスになっている。垂直ブランキング期
間は、フレーム間でブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ
装置によって必要とされる典型的には数ミリ秒の時間間
隔である。ＰＰＩはその動作のために垂直ブランキング
期間を必要とすることはないが、いつでもそのようなフ
レーム間の期間を処理することによってシネ蛍光透視撮
像法応用に適合させることができる。フレーム間にアイ
ドル時間を導入することは、ＰＰＩを駆動する高輝度光
源へのタイミング信号を制御することによって容易に実
行することができ、またビデオ撮像およびディスプレイ
装置に詳しいものであれば誰でも容易に理解できる。

【００８２】本発明はそれの特定の例示好適実施例に関
して説明してきたが、当業者には、特許請求の範囲のみ
によって定義されることを意図する本発明の真の精神お
よびスコープから外れることなしに、そこにおいて数多
くの修正および変更が行い得ることを理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う高分解能のフラットパネル型Ｘ線
撮像素子の断面模式図。

【図２】本発明に従う撮像素子の模式的展開図。

【図３】図１の撮像素子の詳細な断面図。

【図４】本発明に従う撮像システムのブロック図。

【図５】本発明に従う、多重区分化された並列読み出し
撮像素子の模式図。

【図６】線形の光源を有する、本発明の一実施例の模式
図。

【図７】本発明に従う単一ライン状の撮像素子の模式
図。

【図８】過大寸法の光源を有する、本発明の一実施例の
模式図。

【図９】レーザー光源を有する、本発明の一実施例の模
式図。

【図１０】本発明の一好適実施例の模式図であって、こ
こにおいて、ターゲット電極が複数の列方向の個別電極
に区分化されている。

【図１１】図１０の実施例の１つの列プロセッサ／マル
チプレクサのより詳細な模式図。

【図１２】本発明の好適実施例に従う、単一ラインおよ
びフレームの読み出し期間中の、図１０の実施例の信号
および制御ラインの状態を示す時間図。

【図１３】本発明の好適実施例に従う列状電極を示すタ
ーゲットの等角図。

【図１４】ターゲットの詳細な断面図であって、放射線
に感応するシンチレータ材料の層と、適合する光伝導性
材料の層との組み合わせを示す図。

【符号の説明】

１０撮像素子１２真空容器１４Ｘ線窓１６Ｘ線１８，２０，２２フィードスルー２４光源２５照明２６光伝導体２７絶縁障壁２８基板２９ターゲット電極３０光伝導性層４０フォトカソード４１透明電極４２，４４電気的接続４６加速電極４８電気的接続５０，５２電圧源５４ビデオ増幅器６０電子ビーム７０列電極７２エレクトロルミネッセンス蛍光体７４ガラス板７６被覆８０Ｘ線源８２物体８６データバス８８コンピュータ９０ＤＣ電源９２信号バス９４ビデオ出力９６ビデオ信号９８モニター１００像記憶システム１０２，１０４，１０６，１０８分離されたターゲッ
ト領域１１０，１１２，１１４，１１６ビデオ増幅器１２０ライン状光源１２６真空容器１３０直接Ｘ線１３２，１３４散乱Ｘ線１４０光源１４２，１４４光学系１５０レーザー１５２光軸１６０ミラー１６２，１６４アクチュエータ１６６ラスター１８０行選択回路１８２列電極１８４ピクセル１８６行区分１９０列プロセッサ１９２相互インピーダンス増幅器１９４積分コンデンサ１９６リセットスイッチ１９８サンプリング回路２００マルチプレクサ２１０シンチレータ２１２光伝導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分解能の放射線に感応する撮像素子で
あって、入射放射線に応答して像を形成するための、放射線に感
応する光伝導性ターゲット、前記ターゲットから距離をおいて配置された、光に感応
するフォトカソード、前記フォトカソードへつながれて、前記ターゲット上に
形成された像をアドレス指定して読み出すためにフォト
カソードから電子を放出させるための光源、を含む撮像
素子。
【請求項２】請求項１記載の撮像素子であって、光伝
導性ターゲットおよびフォトカソードを収納する真空容
器を含む撮像素子。
【請求項３】請求項１記載の撮像素子であって、フォ
トカソードとターゲットとの間に設置されて、フォトカ
ソードからの電子をターゲットへ向かって加速するため
の電極を含む撮像素子。
【請求項４】前記電極がワイヤ・メッシュから成る請
求項３の撮像素子。
【請求項５】前記光伝導性ターゲットが放射線を透過
する基板、及び前記基板上の放射線に感応する光伝導性
材料の層を含む請求項１の撮像素子。
【請求項６】前記放射線はＸ−線から成り、放射線に
感応する材料は、セレン、臭化タリウム、ヨウ化タリウ
ム、ヨウ化鉛、臭化鉛のグループから選択される請求項
５の撮像素子。
【請求項７】光感応性フォトカソードはアルカリ金属
と結合されたアンチモンの層から成る請求項６の撮像素
子。
【請求項８】前記ターゲットに接続された増巾器を有
する請求項１の撮像素子。
【請求項９】前記フォトカソード及びターゲットの間
に流れる電流を測定するために前記増巾器が接続される
請求項８の撮像素子。
【請求項１０】前記光源が平坦な２次元ディスプレイ
から成る請求項１の撮像素子。
【請求項１１】前記ディスプレイが液晶ディスプレイ
から成る請求項１０の撮像素子。
【請求項１２】前記ディスプレイがフィールドエミッ
ション・ディスプレイから成る請求項１０の撮像素子。
【請求項１３】前記ディスプレイがエレクトロルミネ
ッセンス・ディスプレイから成る請求項１０の撮像素
子。
【請求項１４】前記ディスプレイがプラズマ・フラッ
トパネル・ディスプレイから成る請求項１０の撮像素
子。
【請求項１５】前記ターゲットが並列に読み出しでき
る複数の区分を含んでいる請求項１の撮像素子。
【請求項１６】前記光源がライン状の高分解能光源、
および前記ライン状光源をフォトカソードに相対的に機
械的に移動するための手段を含んでいる請求項１の撮像
素子。
【請求項１７】前記ターゲットがライン状ターゲット
を含んでおり、また前記光源がライン状の高分解能光源
を含んでおり、更に前記物体をターゲットに相対的に移
動させるための手段を含む請求項１の撮像素子。
【請求項１８】前記光源が前記フォトカソードとは大
きさが異なり、且つ該光源をフォトカソード上に作像す
るためのフォーカス手段を有する請求項１の撮像素子。
【請求項１９】前記光源がフォトカソードに合致した
波長を有する走査可能なレーザーを含んでいる請求項１
の撮像素子。
【請求項２０】前記フォトカソードにより電子放出を
生じる特性波長を持つ走査可能レーザを前記光源が含む
請求項１の撮像素子。
【請求項２１】前記光伝導性ターゲット、フォトカソ
ード、および光源の少なくとも１つが複数のアドレス指
定可能区分を含んでいる請求項１の撮像素子。
【請求項２２】Ｘ線像を生成する方法であって、Ｘ線に感応する光伝導体上に電荷を配置する工程、物体を貫通するのに十分な強度とエネルギーとを有する
Ｘ線場を生成して、前記光伝導体上に潜像を生成する工
程、撮像すべき前記物体を前記Ｘ線場に曝す工程、前記光伝導体を前記物体からの前記Ｘ線場に曝して、前
記Ｘ線場が前記光伝導体と相互作用して前記潜像を生成
するようにする工程、フォトカソードソースから生成される電子で以て前記光
伝導体を読み出す工程、光源からの光に前記フォトカソードソースを曝す工程、
を含む方法。
【請求項２３】毎秒７．５ないし３０フレームのレー
トで蛍光透視像を生成する工程を含む請求項２２の方
法。
【請求項２４】毎秒１５フレームよりも大きいレート
でシネ蛍光透視像を生成する工程を含む請求項２２の方
法。
【請求項２５】放射線に感応する光伝導性上に電荷の
パターンとして記憶された潜像を読み出す方法であっ
て、光源によって照らされたフォトカソードから生成さ
れる電子で前記電荷を回復する工程を含む方法。
【請求項２６】像を検出する方法であって、光伝導性上に潜像を形成する工程、光に感応するフォトカソードを照明して電子を生成する
工程、フォトカソードからの電子を加速して、それらが光伝導
性上へ入射するようにする工程、フォトカソードと光伝導性との間の電流を測定して、光
伝導性上の潜像に対応する電気信号を生成する工程、を
含む方法。
【請求項２７】光に感応するフォトカソードを照明す
る前記工程が、フォトカソードをアドレス指定可能なよ
うに照明する工程を含む、請求項２６の方法。
【請求項２８】前記フォトカソードをアドレス指定可
能なように照明する工程がフォトカソードの隣接行／列
を逐次照明する工程を含む請求項２７の方法。
【請求項２９】前記フォトカソード及び光伝導体の間
の電流を測定する工程が前記光伝導体の隣接行／列内の
電流を逐次測定する工程を含む請求項２８の方法。
【請求項３０】フォトカソードから電子を加速して、
それらが光伝導体へ入射するようにする前記工程が、フ
ォトカソードからの電子を加速グリッドへ向かって加速
する工程、およびその後に、電子を減速してそれらが光
伝導体上へ比較的低エネルギーで入射するようにする工
程を含んでいる請求項２６の方法。
【請求項３１】光に感応するフォトカソードを照明し
て電子を生成する前記工程が前記フォトカソードを光ス
ポットで証明する工程を含む請求項２６の方法。
【請求項３２】光スポットで照射する前記工程がレー
ザで前記フォトカソードを照明する工程を含む請求項３
１の方法。
【請求項３３】前記フォトカソードを逐次照明する工
程がアドレス指定可能な一般に平坦な光源で前記フォト
カソードを照明する工程を含む請求項２６の方法。
【請求項３４】前記フォトカソードを逐次照明する工
程が陰極線管で該フォトカソードを照明する工程を含む
請求項３３の方法。
【請求項３５】高分解能の放射線に感応する撮像素子
であって、入射放射線に応答して像を形成するための、放射線に感
応する光伝導性ターゲット、前記ターゲットから距離をおいて配置された、光に感応
するフォトカソード、前記フォトカソードへつながれて、前記ターゲット上に
形成された像を読み出すためにフォトカソードから電子
を放出させるためのアドレス指定可能な光源、を含む撮
像素子。
【請求項３６】前記放射線に感応する光伝導性ターゲ
ットが複数の細長い電極を含んでいる請求項３５の撮像
素子。
【請求項３７】光源へつながれた行セレクタ回路を含
む請求項３６の撮像素子。
【請求項３８】放射線に感応する光伝導性ターゲット
へ接続された複数の列プロセッサを含む請求項３７の撮
像素子。
【請求項３９】前記複数の列プロセッサに接続された
１つの列マルチプレクサを含む請求項３８の撮像素子。
【請求項４０】前記列プロセッサの各々が変換インピ
ーダンス増巾器を含む請求項３９の撮像素子。
【請求項４１】前記変換インピーダンス増巾器に接続
された積分キャパシタを前記列プロセッサの各々が含む
請求項４０の撮像素子。
【請求項４２】前記積分キャパシタに接続されたサン
プリング回路を前記列プロセッサの各々が含む請求項４
１の撮像素子。
【請求項４３】前記ターゲットが区分化されたライン
状ターゲットを含み、前記光源がライン光源を含み、且
つまた前記ターゲットに対して対象を移動する手段を含
む請求項１の撮像素子。
【請求項４４】前記光感応性フォトカソードが複数の
細長い電極を含む請求項３５の撮像素子。