JP2000193835A

JP2000193835A - 光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット及び放射線イメ―ジセンサ

Info

Publication number: JP2000193835A
Application number: JP10373632A
Authority: JP
Inventors: Takeo Sugawara; 武雄菅原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】伝送効率がよい光学素子を提供する。【解決手段】光学素子１０は、入力用光学部材１１、
中間光学部材１２及び出力用光学部材１３を備えて構成
されている。各光学部材は、複数の光ファイバを互いに
平行に配置して一体成形されている。入力用光学部材１
１は、光軸と９０゜の角度で交差する入射面１１ａ及び
光軸と６１゜の角度で交差する出射面１１ｂを有してい
る。中間光学部材１２は、光軸と２６゜の角度で交差す
る入射面１２ａ及び光軸と６１゜の角度で交差する出射
面１２ｂを有している。出力用光学部材１３は、光軸と
２６゜の角度で交差する入射面１３ａ及び光軸と９０゜
の角度で交差する出射面１３ｂを有している。入力用光
学部材１１の出射面１１ｂと中間光学部材１２の入射面
１２ａ、及び、中間光学部材１２の出射面１２ｂと出力
用光学部材１３の入射面１３ａはそれぞれ接している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子並びにこ
れを用いた撮像ユニット及び放射線イメージセンサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光イメージを伝送する光学部材として、
複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形した
光学部材が知られている。また、３つの上記光学部材を
用いて、光イメージを任意の倍率に縮小または拡大して
伝送する光学素子が、例えば特開平８−２８６０４８号
公報に記載されている。上記光学素子は、光軸と鋭角を
なす入射面及び光軸と垂直な出射面を有する２つの光導
プレートを組み合わせて構成される。また、光イメージ
を入射させる入射面には、当該入射面の保護等のため、
光軸と垂直な入射面及び出射面を有するカバープレート
が配置されている。かかる光学素子を用いることで、光
イメージを任意の倍率に縮小または拡大して伝送するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記光学素子
には、以下のような問題点があった。すなわち、上記構
成の光学素子において光イメージの縮小率（あるいは拡
大率）を確保するためには、上記それぞれの光導プレー
トの入射面と光軸とのなす角を小さくする必要がある。
しかし、かかる角を小さくすると、入力側光導プレート
の光軸と出力側光導プレートの光軸とのなす角が大きく
なる。従って、入力側光導プレートの出射面から出力側
光導プレートの入射面に入射した光は、出力側光導プレ
ート内で全反射条件を満たさなくり、入力側光導プレー
トの入射面に入射した光イメージの出力側光導プレート
の出射面への伝送効率が低下してしまう。

【０００４】そこで本発明は、上記問題点を解決し、伝
送効率がよい光学素子、並びにこれを用いた撮像ユニッ
ト及び放射線イメージセンサを提供することを課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光学素子は、複数の光ファイバを互いに平
行に配置して一体成形され、光軸と９０゜の角度で交差
する第１の入射面及び光軸とβ₁の角度で交差する第１
の出射面を有する第１の光学部材と、複数の光ファイバ
を互いに平行に配置して一体成形され、光軸とそれぞれ
α₂、β₂の角度で交差する第２の入射面、第２の出射面
を有する第２の光学部材と、複数の光ファイバを互いに
平行に配置して一体成形され、光軸とα₃の角度で交差
する第３の入射面及び光軸と９０゜の角度で交差する第
３の出射面を有する第３の光学部材とを備え、第１の出
射面と第２の入射面、及び、第２の出射面と第３の入射
面は接しており、β₁、α₂、β₂及びα₃は９０°より小
さく、第１の光学部材の光軸と第２の光学部材の光軸と
のなす角θ₁は、β₁とα₂との差の角度となっており、
第２の光学部材の光軸と第３の光学部材の光軸とのなす
角θ₂は、β₂とα₃との差の角度となっていることを特
徴としている。

【０００６】β₁が９０°より小さく、θ₁がβ₁とα₂と
の差の角度となっていることで、β ₁が９０°である場
合と比較して、第１の出射面から第２の入射面に入射し
た光のうち第２の光学部材内で全反射条件を満たす光の
割合を高めることができる。また、β₂が９０°より小
さく、θ₂がβ₂とα₃との差の角度となっていること
で、β₂が９０°である場合と比較して、第２の出射面
から第３の入射面に入射した光のうち第３の光学部材内
で全反射条件を満たす光の割合を高めることができる。
さらに、第１の入射面が光軸と９０゜の角度で交差する
ことで、外部から第１の光学部材への光入射効率が増す
とともに、第３の出射面が光軸と９０゜の角度で交差す
ることで、第３の出射面と光学的に接続される他の光学
素子等への光入射効率が増す。

【０００７】また、本発明の光学素子においては、第１
の入射面と第１の出射面との双方に垂直な第１の基準面
と、第３の入射面と第３の出射面との双方に垂直な第２
の基準面とは、互いに垂直となっていることを特徴とし
てもよい。

【０００８】上記第１の基準面と上記第２の基準面とを
垂直にすることで、入力された光イメージを、第１の光
学部材と第２の光学部材とによって所定の一方向に縮小
あるいは拡大するとともに、第２の光学部材と第３の光
学部材とによって上記所定の一方向と垂直な方向に縮小
あるいは拡大することができる。

【０００９】また、本発明の光学素子においては、
β₁、α₂、β₂及びα₃は、ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝ｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂ の関係を満たしていることを特徴としてもよい。

【００１０】上記関係を満たすことで、入力された光イ
メージを相似縮小あるいは相似拡大することができる。

【００１１】また、本発明の光学素子においては、
β₁、α₂、β₂及びα₃は、 β₁＝β₂、かつ、α₂＝α₃ の関係を満たしていることを特徴としてもよい。

【００１２】上記関係を満たすことで、入力された光イ
メージを容易に相似縮小あるいは相似拡大することがで
きる。

【００１３】本発明の光学素子は、β₁、α₂、β₂及び
α₃は、所定の定数Ｃを用いてｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂、か
つ、Ｃ＞１の関係を満たしていることを特徴としてもよい。

【００１４】また、本発明の光学素子は、β₁、α₂、β
₂及びα₃は、所定の定数Ｃを用いてｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂、か
つ、Ｃ＜１の関係を満たしていることを特徴としてもよい。

【００１５】上記関係を満たすことで、入力された光イ
メージの縦横の縮小比あるいは拡大比を変えることがで
きる。

【００１６】また、本発明の光学素子においては、第１
の入射面上に、放射線の入射に伴い光を発する蛍光体を
さらに備えたことを特徴としてもよい。

【００１７】第１の入射面上に蛍光体を備えることで、
当該蛍光体に入射した放射線イメージを伝送することが
できる。

【００１８】上記課題を解決するために、本発明の撮像
ユニットは、上述の光学素子と、第３の出射面に接して
設けられた撮像素子とを備えたことを特徴としている。

【００１９】上述の光学素子と撮像素子とを備えること
で、入力された光イメージを効率よく伝送し、かつ、撮
像することができる。

【００２０】本発明の撮像ユニットにおいては、第１の
光学部材、第２の光学部材及び第３の光学部材の表面の
うち少なくとも一部に遮光材が設けられていることを特
徴としてもよい。

【００２１】遮光材を設けることで、外乱光の入射が防
止され、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

【００２２】上記課題を解決するために、本発明の放射
線イメージセンサは、上述の光学素子と、第３の出射面
に接して設けられた撮像素子とを備えたことを特徴とし
ている。

【００２３】上述の光学素子と撮像素子とを備えること
で、蛍光体に入射した放射線イメージを効率よく伝送
し、かつ、撮像することができる。

【００２４】本発明の放射線イメージセンサにおいて
は、第１の光学部材、第２の光学部材及び第３の光学部
材の表面のうち少なくとも一部に遮光材が設けられてい
ることを特徴としてもよい。

【００２５】遮光材を設けることで、外乱光の入射が防
止され、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係る光
学素子について図面を参照して説明する。まず、本実施
形態に係る光学素子の構成について説明する。図１は本
実施形態に係る光学素子１０の斜視図である。光学素子
１０は、図１に示すように、入力用光学部材１１（第１
の光学部材）、中間光学部材１２（第２の光学部材）及
び出力用光学部材１３（第３の光学部材）を備えて構成
されている。

【００２７】入力用光学部材１１、中間光学部材１２及
び出力用光学部材１３は、複数の光ファイバを互いに平
行に配置して一体成形されており、各光学部材を構成す
る光ファイバ１４のコア１４ａの屈折率及びクラッド１
４ｂの屈折率は表１に示すとおりである。

【００２８】

【表１】また、入力用光学部材１１、中間光学部材１２及び出力
用光学部材１３を構成する各光ファイバ１４の間隙に
は、光吸収材１５が充填されている。

【００２９】入力用光学部材１１は、光軸と９０゜の角
度で交差する入射面１１ａ（第１の入射面）及び光軸と
６１゜（β₁）の角度で交差する出射面１１ｂ（第１の
出射面）を有している。また、入射面１１ａは、１辺が
４０ｍｍの正方形となっている。

【００３０】中間光学部材１２は、光軸と２６゜
（α₂）の角度で交差する入射面１２ａ（第２の入射
面）及び光軸と６１゜（β₂）の角度で交差する出射面
１２ｂ（第２の出射面）を有している。ここで特に、入
射面１２ａは、図１のｘｚ平面に対して垂直となるよう
にカットされているのに対して、出射面１２ｂは、ｘｙ
平面に垂直となるようにカットされている。

【００３１】また、出力用光学部材１３は、光軸と２６
゜（α₃）の角度で交差する入射面１３ａ（第３の入射
面）及び光軸と９０゜の角度で交差する出射面１３ｂ
（第３の出射面）を有している。また、出射面１３ｂ
は、１辺が２０ｍｍの正方形となっている。

【００３２】光学素子１０は、上述のような構成をとる
ため、β₁、α₂、β₂及びα₃は９０°より小さく、式
（１）〜（３）の関係を満たしている。

【００３３】 β₁＝β₂ （１） α₂＝α₃ （２）ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝ｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂ （３）入力用光学部材１１の出射面１１ｂと中間光学部材１２
の入射面１２ａ、及び、中間光学部材１２の出射面１２
ｂと出力用光学部材１３の入射面１３ａはそれぞれ接し
ている。ここで、入力用光学部材１１、中間光学部材１
２及び出力用光学部材１３は、以下のような位置関係を
持って配置されている。すなわち、入力用光学部材１１
の入射面１１ａと出射面１１ｂとの双方に垂直な第１の
基準面（図１におけるｘｚ平面）と、出力用光学部材１
３の入射面１３ａと出射面１３ｂとの双方に垂直な第２
の基準面（図１におけるｘｙ平面）とが互いに垂直とな
るように配置されている。

【００３４】図２は光学素子１０をｘｚ平面に平行な平
面で切断したときの模式断面図である。尚、図２は各光
学部材の光軸の関係を表す模式断面図であり、各光学部
材は、実際には数百万本の光ファイバの束となってい
る。図２に示すように、入力用光学部材１１の光軸と中
間光学部材１２の光軸はそれぞれｘｚ平面に平行となっ
ている。従って、入力用光学部材１１の入射面１１ａに
入射した光は、入力用光学部材１１及び中間光学部材１
２の内部をｘｚ平面に平行に進行することになる。ここ
で、入力用光学部材１１の光軸と中間光学部材１２の光
軸とのなす角θ₁は、入力用光学部材１１の光軸と出射
面１１ｂとのなす角である６１゜と、中間光学部材１２
の光軸と入射面１２ａとのなす角である２６゜との差の
角度である３５゜となっている。

【００３５】また、図３は光学素子１０をｘｙ平面に平
行な平面で切断したときの模式断面図である。尚、図３
は各光学部材の光軸の関係を表す模式断面図であり、各
光学部材は、実際には数百万本の光ファイバの束となっ
ている。図３に示すように、中間光学部材１２の光軸と
出力用光学部材１３の光軸はそれぞれｘｙ平面に平行と
なっている。従って、中間光学部材１２の入射面１２ａ
に入射した光は、中間光学部材１２及び出力用光学部材
１３の内部をｘｙ平面に平行に進行することになる。こ
こで、中間光学部材１２の光軸と出力用光学部材１３の
光軸とのなす角θ₂は、中間光学部材１２の光軸と出射
面１２ｂとのなす角である６１゜と、出力用光学部材１
３の光軸と入射面１３ａとのなす角である２６゜との差
の角度である３５゜となっている。

【００３６】続いて、本実施形態に係る光学素子の作用
について説明する。まず、光学素子１０は、入力用光学
部材１１の入射面１１ａが光軸と９０゜の角度で交差し
ている。従って、外部からの光は、入力用光学部材１１
の入射面１１に効率よく入射する。

【００３７】次に、図４に示すように、入力用光学部材
１１の出射面１１ｂから中間光学部材１２の入射面１２
ａに入射した光が、中間光学部材１２を構成する光ファ
イバ１４のコア−クラッド界面で反射、屈折しながら伝
搬する場合を考える。ここで、入力用光学部材１１を構
成する光ファイバ１４のコア１４ａ、クラッド１４ｂの
屈折率をそれぞれｎ₁₁、ｎ₁₂、中間光学部材１２を構成
する光ファイバ１４のコア１４ａ、クラッド１４ｂの屈
折率をそれぞれｎ₂₁、ｎ₂₂とする。また、中間光学部材
１２の光軸と入射面１２ａのなす角をα₂、入力用光学
部材１１内を進行する光の、入力用光学部材１１の光軸
に対する進行角をλ₂、入力用光学部材１１の出射面１
１ｂから中間光学部材１２の入射面１２ａに入射する光
の入射角をζ₂、屈折角をξ₂、中間光学部材１２を構成
する光ファイバ１４のコア１４ａからクラッド１４ｂへ
入射する光の入射角をε₂、屈折角をδ₂とする。

【００３８】入力用光学部材１１の全反射条件より、λ
₂は、ｓｉｎ（９０°−λ₂）＞ｎ₁₂／ｎ₁₁ （４）を満たす範囲となる。入力用光学部材１１の出射面１１
ｂは、その光軸に対してβ₁の角度で交差していること
より、λ₂とζ₂との関係は、 ζ₂＝９０°−β₁±λ₂ （５）となる。また、ζ₂とξ₂の関係は、屈折の法則より、ｎ₁₁ｓｉｎζ₂＝ｎ₂₁ｓｉｎξ₂ （６）を満たす。

【００３９】一方、α₂、ξ₂、ε₂の関係は、図４よ
り、 α₂＋（９０°＋ξ₂）＋（９０°−ε₂）＝１８０° （７）となる。

【００４０】従って、式（７）を用いて、式（４）から
式（６）を満たすξ₂のうち少なくとも一部が、コア−
クラッド界面における全反射条件ｓｉｎε₂＞ｎ₂₂／ｎ₂₁ （８）を満たせば、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから中
間光学部材１２の入射面１２ａに入射した光の少なくと
も一部が、中間光学部材１２を構成する光ファイバ１４
内を、全反射条件を満たして伝送することになる。

【００４１】本実施形態にかかる光学素子１０において
は、ｎ₁₁＝１．８２、ｎ₁₂＝１．４９５、ｎ₂₁＝１．８
２、ｎ₂₂＝１．４９５であることより、入力用光学部材
１１を構成する光ファイバ１４内を伝搬する光は、入力
用光学部材１１の光軸に対して３５°以内の進行角λ₂
を有する。また、中間光学部材１２を構成する光ファイ
バ１４のコア−クラッド界面で全反射を生じるために
は、クラッド１４ｂに対して５５°以上の入射角ε₂で
入射することが必要となる。従って、β₁＝６１°、α₂
＝２６°とすると、入力用光学部材１１の出射面１１ｂ
から中間光学部材１２の入射面１２ａに入射した光の受
光角割合（全反射条件を満たす入射角範囲／全入射角範
囲×１００）で約５０％が、中間光学部材１２を構成す
る光ファイバ１４内を全反射条件を満たして伝搬するこ
とになる。

【００４２】ここで、入力用光学部材１１の出射面１１
ｂが光軸と６１°の角度をなすとともに図１のｘｚ平面
に垂直となっており、中間光学部材１２の入射面１２ａ
が光軸と２６°の角度をなすとともに図１のｘｚ平面に
垂直となっていることで、入力用光学部材１１の入射面
１１ａに入射した光イメージは、入力用光学部材１１と
中間光学部材１２との組み合わせにより、特定の一軸方
向（図１のａ軸方向）に０．５０（ｓｉｎ２６°／ｓｉ
ｎ６１°）倍に縮小される。

【００４３】次に、中間光学部材１２の出射面１２ｂか
ら出力用光学部材１３の入射面１３ａに入射した光が、
出力用光学部材１３を構成する光ファイバ１４のコア−
クラッド界面で反射、屈折しながら伝搬する場合を考え
る。この場合も、上述の如く入力用光学部材１１の出射
面１１ｂから中間光学部材１２の入射面１２ａに光が入
射する場合と同様に考えることができる。

【００４４】本実施形態にかかる光学素子１０において
は、ｎ₂₁＝１．８２、ｎ₂₂＝１．４９５、また、出力用
光学部材１３を構成する光ファイバ１４のコア１４ａの
屈折率ｎ₃₁＝１．８２、同じくクラッド１４ｂの屈折率
ｎ₃₂＝１．４９５であることより、中間光学部材１２を
構成する光ファイバ１４内を伝搬する光は、中間光学部
材１２の光軸に対して３５°以内の進行角λ₃を有す
る。また、出力用光学部材１３を構成する光ファイバ１
４のコア−クラッド界面で全反射を生じるためには、ク
ラッド１４ｂに対して５５°以上の入射角ε₃で入射す
ることが必要となる。従って、β₂＝６１°、α₃＝２６
°とすると、中間光学部材１２の出射面１２ｂから出力
用光学部材１３の入射面１３ａに入射した光の受光角割
合（全反射条件を満たす入射角範囲／全入射角範囲×１
００）で約５０％が、出力用光学部材１３を構成する光
ファイバ１４内を全反射条件を満たして伝搬することに
なる。

【００４５】ここで、中間光学部材１２の出射面１２ｂ
が光軸と６１°の角度をなすとともに図１のｘｙ平面に
垂直となっており、出力用光学部材１３の入射面１３ａ
が光軸と２６°の角度をなすとともに図１のｘｙ平面に
垂直となっていることで、入力用光学部材１１の入射面
１２ａに入射した光イメージは、中間光学部材１２と出
力用光学部材１３との組み合わせにより、上記特定の一
軸方向とは垂直な方向（図１のｂ軸方向）に０．５０
（ｓｉｎ２６°／ｓｉｎ６１°）倍に縮小される。ここ
で特に、本実施形態に係る光学素子１０は、上述の式
（３）、より具体的には式（１）及び（２）を満たして
いることから、入力用光学部材１１の入射面１２ａに入
射した光イメージは相似縮小されて、出力用光学部材１
３の出射面１３ｂから出力される。

【００４６】また、出力用光学部材１３の出射面１３ｂ
が光軸と９０゜の角度で交差することで、当該出射面１
３ｂと光学的に接続される他の光学素子等への光入射効
率が増す。

【００４７】続いて、本実施形態に係る光学素子の効果
について説明する。本実施形態に係る光学素子１０は、
β₁を９０°より小さくし、θ₁をβ₁とα₂との差の角度
とすることで、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから
中間光学部材１２の入射面１２ａに入射した光のうち中
間光学部材１２内で全反射条件を満たす光の割合を高め
ることができる。また、β₂を９０°より小さくし、θ₂
をβ₂とα₃との差の角度とすることで、中間光学部材１
２の出射面１２ｂから出力用光学部材１３の入射面１３
ａに入射した光のうち出力用光学部材１３内で全反射条
件を満たす光の割合を高めることができる。その結果、
入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメー
ジを、各光学部材内で全反射条件を満たしながら、出力
用光学部材１３の出射面１３ｂまで伝送させることが可
能となり、伝送効率が非常に高くなる。

【００４８】また、本実施形態に係る光学素子１０は、
入力用光学部材１１の入射面１１ａが光軸と９０゜の角
度をなすことで、外部から入力用光学部材１１への光入
射効率が増すとともに、出力用光学部材１３の出射面１
３ｂが光軸と９０゜の角度をなすことで、当該出射面１
３ｂと光学的に接続される他の光学素子等への光入射効
率が増す。その結果、入力用光学部材１１の入射面１１
ａに入射する光イメージを明瞭な状態で出力用光学部材
１３の出射面１３ｂから出射させ、例えば撮像素子など
を用いることにより、明瞭な光イメージを撮像すること
が可能となる。

【００４９】また、本実施形態に係る光学素子１０は、
入力用光学部材１１、中間光学部材１２及び出力用光学
部材１３を、上記第１の基準面と上記第２の基準面とが
互いに垂直となるように配置することで、入力された光
イメージを、入力用光学部材１１と中間光学部材１２と
によって所定の一方向に縮小するとともに、中間光学部
材１２と出力用光学部材１３とによって上記所定の一方
向と垂直な方向に縮小することができる。従って、光イ
メージの縦横の縮小割合を独立かつ容易に決定すること
が可能となる。

【００５０】さらに、本実施形態に係る光学素子は、β
₁、α₂、β₂及びα₃が、上記式（３）、より具体的には
式（１）及び式（２）を満たすことから、入力された光
イメージを相似縮小することができる。

【００５１】ここで、上記実施形態に係る光学素子は、
β₁＝β₂＝６１゜、α₂＝α₃＝２６゜とすることで、入
力された光イメージをａ軸方向、ｂ軸方向ともに１／２
倍に縮小していたが、これはかかる角度に限定されるも
のではない。例えば、β₁＝β₂＝４４゜、α₂＝α₃＝１
０゜とすることで、入力された光イメージをａ軸方向、
ｂ軸方向ともに１／４倍に縮小することが可能となる。

【００５２】また、上記実施形態に係る光学素子１０
は、β₁、α₂、β₂及びα₃が、上記式（３）、より具体
的には式（１）及び式（２）を満たすように構成されて
いたが、これは、ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂（Ｃ＞１）（９）の関係を満たすようにしても良い。この場合は、入力用
光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメージは、
図１のａ軸方向にはｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁倍に縮小され
る一方、図１のｂ軸方向にはｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂倍に
縮小される。従って、出力用光学部材１３の出射面１３
ｂから出力される光イメージの縦横比（ａ軸方向：ｂ軸
方向）は、Ｃ：１となり、ａ軸方向と比較してｂ軸方向
により縮小される。

【００５３】同様に、上記実施形態に係る光学素子１０
は、β₁、α₂、β₂及びα₃が、ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂（Ｃ＜１）（１０）の関係を満たすようにすることで、出力用光学部材１３
の出射面１３ｂから出力される光イメージの縦横比（ａ
軸方向：ｂ軸方向）は、Ｃ：１となり、光イメージはｂ
軸方向と比較してａ軸方向により縮小される。

【００５４】続いて、本発明の第２の実施形態に係る光
学素子について図面を参照して説明する。図５は本実施
形態に係る光学素子２０の斜視図である。本実施形態に
係る光学素子２０は、上記実施形態に係る光学素子１０
の入力用光学部材１１の入射面１１ａ上の全面に、放射
線の入射に伴い光を発する蛍光体２１を備えて構成され
る。蛍光体２１の材料としては、例えばＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔ
ｂやＣｓＩなどを用いればよい。

【００５５】光学素子２０は、蛍光体２１を備えること
で、蛍光体２１に入射した放射線イメージに応じた光イ
メージを入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射させ
ることができる。また、本実施形態に係る光学素子２０
も、上記実施形態に係る光学素子１０と同様に、入力用
光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメージを効
率よく出力用光学部材１３の出射面１３ｂまで伝達させ
ることができる。また、入力用光学部材１１の入射面１
１ａが光軸と９０゜の角度をなすことで、蛍光体２１で
発せられた光イメージを効率よく入力用光学部材１１へ
入射させることができる。

【００５６】続いて、本発明の実施形態に係る撮像ユニ
ットについて、図面を参照して説明する。撮像ユニット
１００は、図６に示すように、上記第１の実施形態に係
る光学素子１０（すなわち、入力用光学部材１１、中間
光学部材１２及び出力用光学部材１３とを備えた光学素
子１０）と、上記出力用光学部材１３の出射面１３ｂに
接して設けられたＣＣＤ１０１とを備えて構成される。
ここで、より具体的には、出力用光学部材１３の出射面
１３ｂはＣＣＤ１０１の受光面と接している。

【００５７】さらに、入力用光学部材１１の表面のうち
入射面１１ａと出射面１１ｂとを除く全表面（以下側面
という）、中間光学部材１２の側面、及び、出力用光学
部材１３の側面には、遮光材１０２が設けられている
（図６の斜線部参照）。

【００５８】各光学部材の側面に遮光材１０２を設ける
方法としては、各光学部材の入射面と出射面をマスクし
た後に、側面に遮光剤（例えば黒色のペイント）を吹き
付ける方法、側面に遮光剤を刷毛で塗布する方法、遮光
剤の満たされた容器内に光学部材を浸ける方法等によっ
て行うことができる。

【００５９】撮像ユニット１００は、上記光学素子１０
を備えて構成されることから、入力用光学部材１１の入
射面１１ａに入射した光イメージを効率よく出力用光学
部材１３の出射面１３ｂまで伝送することができる。

【００６０】また、撮像ユニット１００は、出力用光学
部材１３の出射面１３ｂに接してＣＣＤ１０１を設ける
ことで、出力用光学部材１３の出射面１３ｂまで伝送し
た光イメージを撮像することができる。ここで特に、出
力用光学部材１３の出射面１３ｂが光軸と９０゜の角度
をなすことで、当該出射面１３ｂから出射された光イメ
ージのＣＣＤ１０１への入射効率が増し、明瞭な光イメ
ージを撮像することが可能となる。

【００６１】さらに、撮像ユニット１００は、各光学部
材の側面に遮光材１０２を設けていることで、各光学部
材の内部に側面から光が入射することが防止され、Ｓ／
Ｎ比を高めることができる。その結果、撮像ユニット１
００は、明瞭でコントラスト、解像度の高い縮小イメー
ジを撮像することが可能となる。

【００６２】また、上記撮像ユニット１００を、各撮像
ユニット１００を構成する入力用光学部材１１の入射面
１１ａが略同一平面上に並ぶように複数組配列すること
で、大画面の撮像装置として用いることも可能である。

【００６３】続いて、本発明の実施形態に係る放射線イ
メージセンサについて、図面を参照して説明する。ま
ず、上記実施形態に係る放射線イメージセンサの構成に
ついて説明する。放射線イメージセンサ３００は、図７
に示すように、上記第２の実施形態に係る光学素子２０
（すなわち、入力用光学部材１１、中間光学部材１２、
出力用光学部材１３及び蛍光体２１を備えた光学素子２
０）と、上記出力用光学部材１３の出射面１３ｂに接し
て設けられたＣＣＤ１０１とを備えて構成される。ここ
で、より具体的には、出力用光学部材１３の出射面１３
ｂはＣＣＤ１０１の受光面と接している。さらに、入力
用光学部材１１の側面、中間光学部材１２の側面、及
び、出力用光学部材１３の側面には、遮光材１０２が設
けられている（図７の斜線部参照）。

【００６４】放射線イメージセンサ３００は、蛍光体２
１を備えることで、蛍光体２１に入射した放射線イメー
ジに応じた光イメージを入力用光学部材１１の入射面１
１ａに入射させることができる。また、入力用光学部材
１１の入射面１１ａに入射した光イメージを効率よく出
力用光学部材１３の出射面１３ｂまで伝送し、ＣＣＤ１
０１によって撮像することが可能となる。

【００６５】特に、入力用光学部材１１の入射面１１ａ
が光軸と９０゜の角度をなすことで、蛍光体２１で発せ
られた光イメージを効率よく入力用光学部材１１へ入射
させることができ、また、出力用光学部材１３の出射面
１３ｂが光軸と９０゜の角度をなすことで、当該出射面
１３ｂから出射された光イメージのＣＣＤ１０１への入
射効率が増す。その結果、明瞭な放射線イメージを撮像
することが可能となる。

【００６６】さらに、放射線イメージセンサ３００は、
各光学部材の側面に遮光材１０２を設けていることで、
各光学部材の内部に側面から光が入射することが防止さ
れ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。その結果、放射線
イメージセンサ３００は、明瞭でコントラスト、解像度
の高い縮小イメージを撮像することが可能となる。

【００６７】また、上記放射線イメージセンサ３００
を、各放射線イメージセンサ３００を構成する入力用光
学部材１１の入射面１１ａが略同一平面上に並ぶように
複数組配列することで、大画面の放射線検出器として用
いることも可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明の光学素子は、β₁を９０°より
小さくし、θ₁をβ₁とα₂との差の角度とすることで、
第１の光学部材の第１の出射面から第２の光学部材の第
２の入射面に入射した光のうち第２の光学部材内で全反
射条件を満たす光の割合を高めることができる。また、
β₂を９０°より小さくし、θ₂をβ₂とα₃との差の角度
とすることで、第２の光学部材の第２の出射面から第３
の光学部材の第３の入射面に入射した光のうち第３の光
学部材内で全反射条件を満たす光の割合を高めることが
できる。その結果、第１の光学部材の第１の入射面に入
射した光イメージを、各光学部材内で全反射条件を満た
しながら、第３の光学部材の第３の出射面まで伝送させ
ることが可能となり、伝送効率が非常に高くなる。

【００６９】また、第１の光学部材の第１の入射面が光
軸と９０゜の角度をなすことで、外部から第１の光学部
材への光入射効率が増すとともに、第３の光学部材の第
３の出射面が光軸と９０゜の角度をなすことで、当該第
３の出射面と光学的に接続される他の光学素子等への光
入射効率が増す。その結果、第１の光学部材の第１の入
射面に入射する光イメージを明瞭な状態で第３の光学部
材の第３の出射面から出射させ、例えば撮像素子などを
用いることにより、明瞭な光イメージを撮像することが
可能となる。

【００７０】また、本発明の光学素子においては、第１
の光学部材、第２の光学部材及び第３の光学部材を、上
記第１の基準面と上記第２の基準面とが互いに垂直とな
るように配置することで、入力された光イメージを、第
１の光学部材と第２の光学部材とによって所定の一方向
に縮小あるいは拡大するとともに、第２の光学部材と第
３の光学部材とによって上記所定の一方向と垂直な方向
に縮小あるいは拡大することができる。従って、光イメ
ージの縦横の縮小割合あるいは拡大割合を独立かつ容易
に決定することが可能となる。

【００７１】さらに、本発明の光学素子においては、β
₁、α₂、β₂及びα₃が、ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝ｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂ の関係を満たすことで、入力された光イメージを相似縮
小あるいは相似拡大することができる。また、これは、
上記関係を、 β₁＝β₂、かつ、α₂＝α₃ とすることで、容易に実現することができる。

【００７２】また、本発明の光学素子においては、
β₁、α₂、β₂及びα₃が、所定の定数Ｃを用いてｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂、か
つ、Ｃ＞１あるいは、ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂、か
つ、Ｃ＜１の関係を満たすことで、入力された光イメージの縦横の
縮小比あるいは拡大比を変えることができる。その結
果、入力された光イメージを、縦横比も含めて、自由な
大きさに縮小あるいは拡大し、出力することが可能とな
る。

【００７３】また、本発明の光学素子においては、蛍光
体を備えることで、蛍光体に入射した放射線イメージに
応じた光イメージを第１の光学部材の第１の入射面に入
射させることができる。また、第１の光学部材の第１の
入射面に入射した光イメージを効率よく第３の光学部材
の第３の出射面まで伝達させることができる。さらに、
第１の光学部材の第１の入射面が光軸と９０゜の角度を
なすことで、蛍光体で発せられた光イメージを効率よく
第１の光学部材への入射させることができる。

【００７４】また、本発明の撮像ユニットは、上記光学
素子を備えて構成されることから、第１の光学部材の第
１の入射面に入射した光イメージを効率よく第３の光学
部材の第３の出射面まで伝送することができ、かかる光
イメージを撮像することが可能となる。ここで特に、第
３の光学部材の第３の出射面が光軸と９０゜の角度をな
すことで、当該第３の出射面から出射された光イメージ
の撮像素子への入射効率が増し、明瞭な光イメージを撮
像することが可能となる。

【００７５】さらに、本発明の撮像ユニットにおいて
は、各光学部材の側面に遮光材を設けることで、各光学
部材の内部に側面から光が入射することが防止され、Ｓ
／Ｎ比を高めることができる。その結果、明瞭でコント
ラスト、解像度の高い縮小イメージあるいは拡大イメー
ジを撮像することが可能となる。

【００７６】また、本発明の放射線イメージセンサは、
蛍光体を備えることで、蛍光体に入射した放射線イメー
ジに応じた光イメージを第１の光学部材の第１の入射面
に入射させることができる。また、第１の光学部材の第
１の入射面に入射した光イメージを効率よく第３の光学
部材の第３のの出射面まで伝送し、撮像素子によって撮
像することが可能となる。ここで特に、第１の光学部材
の第１の入射面が光軸と９０゜の角度をなすことで、蛍
光体で発せられた光イメージを効率よく第１の光学部材
への入射させることができ、また、第３の光学部材の第
３の出射面が光軸と９０゜の角度をなすことで、当該第
３の出射面から出射された光イメージの撮像素子への入
射効率が増す。その結果、明瞭な放射線イメージを撮像
することが可能となる。

【００７７】さらに、本発明の放射線イメージセンサに
おいては、各光学部材の側面に遮光材を設けることで、
各光学部材の内部に側面から光が入射することが防止さ
れ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。その結果、明瞭で
コントラスト、解像度の高い縮小イメージを撮像するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学素子の斜視図である。

【図２】光学素子の模式断面図である。

【図３】光学素子の模式断面図である。

【図４】光学素子内の光の伝搬を示す図である。

【図５】光学素子の斜視図である。

【図６】撮像ユニットの斜視図である。

【図７】放射線イメージセンサの斜視図である。

【符号の説明】

１０，２０…光学素子、１１…入力用光学部材、１２…
中間光学部材、１３…出力用光学部材、１４…光ファイ
バ、１５…光吸収材、２１…蛍光体、１００…撮像ユニ
ット、１０１…ＣＣＤ、１０２…遮光材、３００…放射
線イメージセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光ファイバを互いに平行に配置し
て一体成形され、光軸と９０゜の角度で交差する第１の
入射面及び光軸とβ₁の角度で交差する第１の出射面を
有する第１の光学部材と、複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形さ
れ、光軸とそれぞれα₂、β₂の角度で交差する第２の入
射面、第２の出射面を有する第２の光学部材と、複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形さ
れ、光軸とα₃の角度で交差する第３の入射面及び光軸
と９０゜の角度で交差する第３の出射面を有する第３の
光学部材とを備え、前記第１の出射面と前記第２の入射面、及び、前記第２
の出射面と前記第３の入射面は接しており、前記β₁、α₂、β₂及びα₃は９０°より小さく、前記第１の光学部材の光軸と前記第２の光学部材の光軸
とのなす角θ₁は、β₁とα₂との差の角度となってお
り、前記第２の光学部材の光軸と前記第３の光学部材の光軸
とのなす角θ₂は、β₂とα₃との差の角度となっている
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】前記第１の入射面と前記第１の出射面と
の双方に垂直な第１の基準面と、前記第３の入射面と前
記第３の出射面との双方に垂直な第２の基準面とは、互
いに垂直となっていることを特徴とする請求項１に記載
の光学素子。
【請求項３】前記β₁、α₂、β₂及びα₃は、ｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝ｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂ の関係を満たしていることを特徴とする請求項２に記載
の光学素子。
【請求項４】前記β₁、α₂、β₂及びα₃は、 β₁＝β₂、かつ、α₂＝α₃ の関係を満たしていることを特徴とする請求項３に記載
の光学素子。
【請求項５】前記β₁、α₂、β₂及びα₃は、所定の定
数Ｃを用いてｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂、か
つ、Ｃ＞１の関係を満たしていることを特徴とする請求項２に記載
の光学素子。
【請求項６】前記β₁、α₂、β₂及びα₃は、所定の定
数Ｃを用いてｓｉｎα₂／ｓｉｎβ₁＝Ｃｓｉｎα₃／ｓｉｎβ₂、か
つ、Ｃ＜１の関係を満たしていることを特徴とする請求項２に記載
の光学素子。
【請求項７】前記第１の入射面上に、放射線の入射に
伴い光を発する蛍光体をさらに備えたことを特徴とする
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】請求項１〜６のいずれか１項に記載の光
学素子と、前記第３の出射面に接して設けられた撮像素子とを備え
たことを特徴とする撮像ユニット。
【請求項９】前記第１の光学部材、前記第２の光学部
材及び前記第３の光学部材の表面のうち少なくとも一部
に遮光材が設けられていることを特徴とする請求項８に
記載の撮像ユニット。
【請求項１０】請求項７に記載の光学素子と、前記第３の出射面に接して設けられた撮像素子とを備え
たことを特徴とする放射線イメージセンサ。
【請求項１１】前記第１の光学部材、前記第２の光学
部材及び前記第３の光学部材の表面のうち少なくとも一
部に遮光材が設けられていることを特徴とする請求項１
０に記載の放射線イメージセンサ。