JP2565783B2 - 対数増幅器および画像情報読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は対数増幅器、および対数増幅器を備えた画像
情報読取装置に関するものである。

（従来の技術） 記録された画像を読み取って画像信号を得、この画像
信号に適切な画像処理を施した後、画像を再生記録する
ことは種々の分野で行なわれている。たとえば、後の画
像処理に適合するように設計されたガンマ値の低いＸ線
フイルムを用いてＸ線画像を記録し、このＸ線画像が記
録されたフイルムからＸ線画像を読み取って電気信号に
変換し、この電気信号（画像信号）に画像処理を施した
後コピー写真等に可視像として再生することにより、コ
ントラスト，シャープネス，粒状性等の画質性能の良好
な再生画像を得ることのできるシステムが開発されてい
る（特公昭61−5193号公報参照）。

また本願出願人により、放射線（Ｘ線，α線，β線，
γ線，電子線，紫外線等）を照射するとこの放射線エネ
ルギーの一部が蓄積され、その後可視光等の励起光を照
射すると蓄積されたエネルギーに応じて輝尽発光を示す
蓄積性蛍光体（輝尽性蛍光体）を利用して、人体等の被
写体の放射線画像を一旦シート状の蓄積性蛍光体に撮影
記録し、この蓄積性蛍光体シートをレーザー光等の励起
光で走査して輝尽発光光を生ぜしめ、得られた輝尽発光
光を光電的に読み取って画像信号を得、この画像信号に
基づき被写体の放射線画像を写真感光材料等の記録材
料、CRT等に可視像として出力させる放射線画像記録再
生システムがすでに提案されている（特開昭55−12429
号，同56−11395号，同55−163472号，同56−104645
号，同55−116340号等）。

このシステムは、従来の銀塩写真を用いる放射線写真
システムと比較して極めて広い放射線露出域にわたって
画像を記録しうるという実用的な利点を有している。す
なわち、蓄積性蛍光体においては、放射線露光量に対し
て蓄積後に励起によって輝尽発光する発光光の光量が極
めて広い範囲にわたって比例することが認められてお
り、従って種々の撮影条件により放射線露光量がかなり
大幅に変動しても、蓄積性蛍光体シートより放射される
輝尽発光光の光量を読取ゲインを適当な値に設定して光
電変換手段により読み取って電気信号に変換し、この電
気信号を用いて写真感光材料等の記録材料、CRT等の表
示装置に放射線画像を可視像として出力させることによ
って、放射線露光量の変動に影響されない放射線再生画
像を得ることができる。

上記Ｘ線フイルムや蓄積性蛍光体等を用いるシステム
においては、光電検出器例えばホトマルチプライヤから
の出力信号を対数増幅器に入力し、対数変換した後、こ
の対数変換したアナログ信号をサンプリング処理して画
像の各画素に対応するデジタルの画像信号を得るように
構成される。光電検出器からの信号を対数変換するのは
約−10^-3A〜−10^-7A程度のホトマルチプライヤの非常に
広いレンジの出力電流信号を1:4程度のレンジに圧縮し
て信号の取扱いを容易にするためである。

対数増幅器としては、演算増幅器（オペアンプ）と対
数変換用の指数関数特性の優れたトランジスタとの組合
せで構成されることが多い。すなわち該トランジスタを
オペアンプの帰還回路に接続することにより、オペアン
プの入力信号が対数変換されて出力される。

上記のようにオペアンプの帰還回路にトランジスタを
接続した対数増幅器において、該対数増幅器に大きな電
流が入力されたとき、上記トランジスタの実効的抵抗が
小さくなり、該対数増幅器が不安定となって発振するこ
とがあるため、該トランジスタと並列的にコンデンサ
（帰還コンデンサ）を接続することが多い。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように対数変換用トランジスタと帰換コンデン
サとを並列的に接続すると対数増幅器の回路動作は安定
するが、一方該対数増幅器の入力電流が小さいときは上
記トランジスタの実効抵抗が大きくなりこの実効抵抗と
上記帰還コンデンサの容量とによりこの対数増幅器の周
波数帯域が制限されるという問題点がある。

第６図は、上記のように帰還コンデンサを有する対数
増幅器周波数応答特性の一例を示した図である。横軸は
周波数、縦軸はゲインを示し、×，△，○，□，●は入
力電流がそれぞれ0.1μA,1.0μA,10μA,100μA,1mAの場
合を表わしている。

この図に示すように入力電流が小さいほど高周波帯域
におけるゲインの低下が大きくなっている。

このように高周波帯域における対数増幅器の応答特性
が悪いと、Ｘ線フイルムや蓄積性蛍光体シート等に記録
された画像情報を読み取って画像信号を得る画像情報読
取装置にこの対数増幅器を用いた場合、この画像信号が
担持する画像は、その鮮鋭度が劣化したものとなってし
まうという問題点がある。

しかしながら画像情報を表わす信号は前述したように
４桁程度（−10^-3〜−10^-7A程度）の広いレンジを有す
るため、対数増幅器の入力電流を狭いレンジに限定する
ことはできず、したがって対数増幅器には大きな入力電
流も入力されるため、そのときの対数増幅器の安定動作
のために帰還コンデンサを必要とする。

本発明は、上記問題点等に鑑み、入力電流が大きな場
合の動作の安定と入力電流が小さい場合の高速安定性と
を両立させた対数増幅器、および該対数増幅器を用いる
ことにより読取りにより得られる画像の鮮鋭度の劣化を
防止した画像情報読取装置を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の対数増幅器は、 増幅器の帰還回路に、指数関数特性を持った、トラン
ジスタ，ダイオード等の対数変換用素子が接続された対
数増幅器において、 前記対数変換用素子と並列的に接続されたコンデンサ
を備えた発振防止回路と、前記対数増幅器の入力電流に
応じて、該入力電流が小さくなるに従って前記発振防止
回路を経由する帰還量を減じるように該発振防止回路を
制御する制御回路とを備えたことを特徴とするものであ
る。

ここで、上記「入力電流」とは、上記対数増幅器の入
力端子に流入する電流だけでなく該入力端子から流出す
る電流をもいい、該入力電流が大きい，小さいとはその
電流値の絶対値が大きい，小さいことをいう。

また、上記「制御回路」における制御手段としては、
上記コンデンサとして容量可変形のコンデンサを用いて
そのコンデンサの容量を変更すること、複数の互いに容
量の異なるコンデンサを並列的に備えておきこれらのコ
ンデンサを切換えて使用すること、複数のコンデンサを
直列に接続しておくとともに、各コンデンサの両端をそ
れぞれ短絡する手段を備えておき、該短絡手段を制御す
ること等、上記対数変換用素子と並列的に接続されたコ
ンデンサの容量を実質的に変更させる種々のものをい
い、さらには、上記コンデンサと直列に可変抵抗を備え
てその抵抗値を増加させること、上記コンデンサと直列
にトランジスタまたはFETを接続し、トランジスタのベ
ース電位、FETのゲートの電位を制御することによりト
ランジスタのエミッタ−コレクタ間、FETのソース−ド
レイン間の実質的な抵抗値を制御すること等も含み、さ
らにその極端な場合として上記コンデンサと並列にアナ
ログスイッチ等のスイッチを備え、このスイッチをON/O
FFすることによって帰還量を所定量と帰還なしとの２値
に制御することも含む。さらに可変抵抗や上記トランジ
スタ,FET等を用いた実質的な可変抵抗を上記コンデンサ
の一端と接地点との間に接続して上記コンデンサの帰還
コンデンサとしての寄与を実質的に変更することも含
む。

さらに、本発明の画像情報読取装置は、 画像が記録された記録体を走査して得られる光を読み
取ることにより該画像の情報を得る画像情報読取装置に
おいて、 前記光の読取りを行なう光電検出器と、この光電検出
器からの出力電流を入力する本発明の前記対数増幅器と
を備え、 前記読取りにより得られる画像の鮮鋭度の劣化を防止
するようにしたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明の対数増幅器は、前記制御回路により、該対数
増幅器の入力電流が小さくなるにしたがって発振防止回
路を経由する帰還量を減じるように該発振防止回路を制
御するようにしたため、入力電流が大きく対数増幅器の
動作が不安定になる場合にはコンデンサの容量を大きく
する等により高周波成分の帰還量を大きくし、入力電流
が小さく対数増幅器の動作の安定は問題ないがその応答
特性が問題となる場合にはコンデンサの容量を小さくす
る等により高周波成分の帰還量を押え、これにより回路
の安定と応答特性の良化との両立を果たすことができ
る。

本発明の画像情報読取装置は、上記対数増幅器を用い
て対数変換するものであるため、光電検出器での読取り
により得られた信号をその高周波成分を十分に残したま
ま対数変換することができ、したがってこの読取りによ
り得られた画像の鮮鋭度の劣化が防止される。

（実 施 例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第５図は、本発明の画像情報読取装置の一実施例を示
す斜視図である。この画像情報読取装置は、前述した蓄
積性蛍光体を用いる装置である。

被写体の放射線画像情報が蓄積記録された蓄積性蛍光
体シート１はモータ２により駆動されるエンドレスベル
ト等のシート搬送手段３により、矢印Ｙ方向に搬送（副
走査）される。一方、レーザ光源４から発せられた励起
光５はモータ13により駆動され矢印方向に高速回転する
回転多面鏡６によって反射偏向され、ｆθレンズ等の集
束レンズ７を通過した後、ミラー８により光路を変えて
前記シート１に入射し前記副走査の方向（矢印Ｙ方向）
略垂直な矢印Ｘ方向に主走査する。この励起光５が照射
されたシート１の箇所からは、蓄積記録されている放射
線画像情報に応じた光量の輝尽発光光９が発散され、こ
の輝尽発光光９は光ガイド10によって導かれ、本発明の
光電検出器の一例であるフォトマルチプライヤ（光電子
増倍管）11によって光電的に検出される。上記光ガイド
10はアクリル板等の導光性材料を成形して作られたもの
であり、直線状をなす入射端面10aが蓄積性蛍光体シー
ト１上の主走査線に沿って延びるように配され、円環状
に形成された出力端面10bに上記フォトマルチプライヤ1
1の受光面が結合されている。上記入力端面10aから光ガ
イド10内に入射した輝尽発光光９は、該光ガイド10の内
部を全反射を繰り返して進み、出射端面10bから出射し
てフォトマルチプライヤ11に受光され、前記放射線画像
情報を担持する輝尽発光光９の光量がフォトマルチプラ
イヤ11によって検出される。

フォトマルチプライヤ11から出力されるアナログ出力
信号Ｓは対数増幅器16によって対数的に増幅される。対
数増幅器16の出力信号Ｓ′は増幅器17により増幅された
後A/D変換機18によりディジタルの画像信号Ｄに変換さ
れる。

この画像信号Ｄは、画像処理装置（図示せず）に入力
されて適切な画像処理が施され、その後画像表示装置
（図示せず）に入力されて再生画像が表示される。

第１図は、第５図の対数増幅器16の回路構成の一例を
示した回路図である。

入力端子21が高速用オペアンプ22の−入力端子22aに
接続されている。また該−入力端子22aは、互いに逆向
きに並列に接続された入力保護用ダイオード23を介して
接地されている。オペアンプ22の＋入力端子は直接接地
されている。また該オペアンプには＋Ｖボルト、−Ｖボ
ルトの２つの直流電力が供給されている。各電源ライン
24,25はノイズ防止用コンデンサ26,27を介して接地され
ている。可変抵抗器28および抵抗器29によりオペアンプ
22のオフセット調整回路が構成されている。オペアンプ
22の出力端子22cは、保護用抵抗器30を介して第１段目
の出力端子31と接続されている。入力端子21とオペアン
プ22の出力端子22cとの間には、互いに直列に接続され
た発振防止用コンデンサ32とアナログスイッチ34が接続
されている。入力端子21と第１段目の出力端子31との間
には、指数関数特性を有するpnpトランジスタ33が接続
されている。該トランジスタ33はそのエミッタ33aが出
力端子31と、コレクタ33bが入力端子21と接続されベー
ス33cは接地されている。

このように構成された対数変換回路の入力端子21から
フォトマルチプライヤ11に電流が流入すると、該電流信
号の対数値に対応した出力電圧（正の電圧）が出力端子
31に発生する。

第１段目の出力端子31と、この対数増幅器16の出力端
子41との間に構成された第２段目の回路は、第１段目の
対数変換回路の温度補償回路である。

第１段目の出力端子31には、帰還用トランジスタ33と
同一特性を有するpnpトランジスタ43のエミッタ43aが接
続されている。該トランジスタのコレクタ43bはベース4
3cとともに第２段目のオペアンプ42の−入力端子42aに
接続されている。該トランジスタ43は、第２段目のオペ
アンプ42の入力インピーダンスの役割を担っており、該
トランジスタ43として第１段目の帰還用トランジスタ33
と同一特性のトランジスタを用いることにより後述する
温度補償用素子53とともに第１段目の対数変換回路の温
度補償に寄与している。該−入力端子は互いに直列に接
続された抵抗器51と可変抵抗器52を介して−Ｖ′ボルト
の電源に接続されている。該抵抗器51,可変抵抗器52
は、第２段目の回路のオフセット調整用である。

オペアンプ42にもオペアンプ22と同様に＋Ｖボルト、
−Ｖボルトの２つの電源が接続されており、電源ライン
44,45は、コンデンサ46,47を介して接地されている。オ
ペアンプ42の＋入力端子42bと出力端子42cとの間には抵
抗器48が接続されている。また該＋入力端子42bは温度
補償用素子53を介して接地されている。

上記のように構成された第２段目の回路に第１段目の
回路で対数変換された信号（正の電圧）が入力される
と、温度の変動による出力値が補正され、かつ適切に増
幅された信号が出力端子41から出力される。

コンパレータ62の−入力端子62aは上記第２段目の出
力端子41と接続されており、該コンパレータ62の＋入力
端子62bは適切に定められた基準電圧−V₁が入力されて
いる。該コンパレータ62の出力端子62cはアナログスイ
ッチ34の制御入力端子34cと接続されている。

このコンパレータ62は、第２段目の回路から出力され
た信号と基準電圧−V₁とを比較する。このことは、この
信号の大小（ここでは電圧値の絶対値の大小をいう。以
下単に「大きい」、「小さい」等と称する。）は第１段
目の入力電流の大小に対応するため、このコンパレータ
62は入力電流が所定の電流値以上か以下かを判断してい
ることになる。

コンパレータ62はその比較結果に基づいて、第２段目
の出力信号が大きい（すなわち第１段目の入力電流が大
きい）場合にはコンデンサ32をオペアンプ22の−入力端
子22aと出力端子22cとの間に接続し、第２段目の出力信
号が小さい（すなわち第１段目の入力電流が小さい）場
合にはコンデンサ32を回路から電気的に切り離す。

このことにより、入力電流が大きいときにトランジス
タ33の実効抵抗が小さいことにより回路動作が不安定と
なってしまうことはコンデンサ32により防止され、入力
電流が小さいときにはトランジスタ33の実効抵抗が大き
くしたがって回路動作が安定している場合にはコンデン
サ32を切り離して回路の周波数応答特性が改善される。
したがって、ディジタルの画像信号Ｄ（第５図参照）が
担持する画像の鮮鋭度の劣化が防止される。

第２図は、第５図の対数増幅器の回路構成の他の例を
示した回路図である。第１図と対応する素子等には第１
図と同一の番号を付し説明は省略する。

この回路図に示す対数増幅器16′は第１図のコンデン
サ32に代えて複数（ここでは３つ）の互いに容量の異な
ったコンデンサ32a,32b,32cが互いに並列に接続されて
おり、また第１図のアナログスイッチ34に代えてアナロ
グマルチプレクサ34′が接続されている。また第１図に
はコンパレータ62が一つだけ設けられていたが、ここで
は２つのコンパレータ62′,62″が設けられており、基
準電圧も−V₁′，−V₂′の２つが用意されている。

この回路図において、入力端子21からの入力電流が大
きいときはアナログマルチプレクサ34′によりコンデン
サ32a,32b,32cのうちの最も容量の大きなコンデンサが
オペアンプ22の−入力端子22aと出力端子22cとの間に接
続され、入力電流が小さくなってくると２番目の容量を
有するコンデンサに切り換わり、入力電流がさらに小さ
くなると容量の最も小さなコンデンサに切り換わる。

このようにコンデンサの接続を切り換えることによ
り、第１図の場合と同様に入力電流が大きい場合に回路
の動作が不安定となってしまうことの防止と、入力電流
が小さい場合の周波数応答特性の改善とが両立される。

上記実施例ではコンデンサ32a,32b,32cが並列に配置
されているが、たとえば、複数のコンデンサを直列に接
続するとともに各コンデンサの両端を短絡する手段を設
け、この短絡の状態を制御するようにしてもよい。

上記２つの実施例（第１図，第２図参照）はアナログ
スイッチ34もしくはアナログマルチプレクサ34′により
コンデンサ32;32a,32b,32cを回路に接続するか否かを制
御するものであるが、たとえばこのアナログスイッチ34
に代えて抵抗値が連続的または段階的に変化する抵抗素
子を配置し、入力信号の大きさに応じて入力信号が小さ
くなるほど該抵抗素子の抵抗値が大きくなるように制御
してもよい。

第３図は、上記観点に立脚した対数増幅器の他の構成
例を示した回路図である。第１図，第２図に示した回路
素子等と対応する素子等には第１図，第２図と同一の番
号を付し説明は省略する。

この回路図に示す対数増幅器16″は、第１図のコンパ
レータ62およびアナログスイッチ34に代えて、PNPトラ
ンジスタ65が備えられている。このPNPトランジスタ65
のエミッタ65a,コレクタ65bはそれぞれオペアンプ22の
出力端子22c,抵抗器66の一端66aに接続されている。該
抵抗器66の他端66bは接地されている。また該PNPトラン
ジスタ65のベース65cはそのコレクタ65bと接続され、さ
らにコンデンサ32の一端に接続されている。

このように構成された対数変換回路16″の入力端子21
からフォトマルチプライヤ11（第５図参照）に電流が流
入すると、前述した対数増幅器16,16′（第１図，第２
図参照）の場合と同様にオペアンプ22の出力端子22から
該電流信号の対数値に対応した正の出力電圧が発生し、
第２段目のオペアンプ42に入力されるとともにトランジ
スタ65にも入力される。ここでトランジスタ65のエミッ
タ65aに高い電圧が印加されるほどエミッタ−コレクタ
間の抵抗値が下がり、これによりコンデンサ32を介する
フィードバック量が大きくなって回路動作が安定するこ
ととなり、一方トランジスタ65のエミッタ65aに印加さ
れる電圧が下がるとエミッタ−コレクタ間の抵抗値が上
昇し、これによりコンデンサ32を介するフィードバック
量が小さくなって回路の周波数応答特性が改善される。
尚、この実施例によれば前述した実施例（第１図，第２
図参照）と異なり帰還コンデンサをON/OFFする場合と異
なり、帰還コンデンサ32を介するフィードバック量をオ
ペアンプ22の出力端子22cから出力される電圧に応じて
連続的に制御することができるという長所を有する。

第４図は、対数増幅器のさらに異なる構成例を示した
回路図である。前述した各構成例と同一の素子等にはこ
れら各構成例を表わした図面に付した番号と同一の番号
を付し、説明は省略する。

この回路図に示す対数増幅器16は、第３図のトラン
ジスタ65等に代えてFET67,FETコントロール回路68等を
備えている。このFET67のドレイン67aは抵抗器68の一端
68aと接続されるとともにコンデンサ32の一端と接続さ
れている。また抵抗器68の他端68bはオペアンプ22の出
力端子22cと接続されている。さらにFET67のソース67b
は接地されており、ゲート67cはFETコントロール回路69
の出力端子69bと接続されている。またFETコントロール
回路69の入力端子69aは第２段目の出力端子41と接続さ
れている。このFETコントロール回路69は、対数増幅器1
6の入力端子21から入力される入力電流が大きいほどF
ET67のドレイン−ソース間の抵抗値が大きくなるように
FET67のゲート67cを制御するものである。したがってト
ランジスタを用いた上記実施例（第３図参照）の場合と
同様に入力電流が大きくなるほどコンデンサ32を介する
フィードバック量が増大して回路動作が安定化し、入力
電流が小さくなるほどコンデンサ32を介するフィードバ
ック量が下がって回路の周波数応答特性が改善される。

尚、ここで述べた各実施例は、蓄積性蛍光体シートを
用いた画像情報読取装置の一例であるが、本発明の画像
情報読取装置は蓄積性蛍光体シートを用いた画像情報読
取装置に限られるものではなく、放射線画像が記録され
たＸ線フイルムを用いる画像情報読取装置、さらに一般
に、画像が記録された記録体を用いる画像情報読取装置
に広く適用できるものである。

また、本発明の対数増幅器の用途は画像情報読取装置
に限られるものではなく、安定した回路動作と良好な周
波数特性を有する対数増幅器を必要とする種々の装置等
に用いることができるものである。

（発明の効果） 本発明の対数増幅器は、対数変換用素子と並列的に接
続されたコンデンサを備えた発振防止回路と、該対数増
幅器の入力電流が小さくなるに従って発振防止回路を経
由する帰還量を減じるように該発振防止回路を制御する
制御回路とを備えているため、回路動作の安定化と周波
数応答特性の良化の両立を果たすことができる。

本発明の画像情報読取装置は、上記対数増幅器を用い
て対数変換するものであるため、光電検出器での読取り
により得られた信号をその高周波成分を十分に残したま
ま対数変換され、したがってこの読取りにより得られた
画像の鮮鋭度の劣化が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対数増幅器の一実施例の回路図、 第２図は本発明の対数増幅器の他の実施例の回路図、 第３図は、本発明の対数増幅器のさらに他の実施例の回
路図、 第４図は、本発明の対数増幅器のもう一つの実施例の回
路図、 第５図は本発明の画像情報読取装置の一実施例を示す斜
視図、 第６図は対数増幅器の周波数応答特性の一例を示した図
である。 １……蓄積性蛍光体シート、４……レーザ光 ６……回転多面鏡、９……輝尽発光光 10……光ガイド 11……フォトマルチプライヤ 16……対数増幅器、17……増幅器 18……A/D変換器 22,24……演算増幅器（オペアンプ） 32,32a,32b,32c……帰還コンデンサ 33……対数トランジスタ 34……アナログスイッチ 34′……アナログマルチプレクサ 62,62′,62″……コンパレータ 65……トランジスタ、67……FET 69……FETコントロール回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】増幅器の帰還回路に対数変換用素子が接続
   された対数増幅器において、 前記対数変換用素子と並列的に接続されたコンデンサを
   備えた発振防止回路と、前記対数増幅器の入力電流に応
   じて、該入力電流が小さくなるに従って前記発振防止回
   路を経由する帰還量を減じるように該発振防止回路を制
   御する制御回路とを備えたことを特徴とする対数増幅
   器。
2. 【請求項２】画像が記録された記録体を走査して得られ
   る光を読み取ることにより該画像の情報を得る画像情報
   読取装置において、 前記光の読取りを行なう光電検出器と、この光電検出器
   からの出力電流を入力する、請求項１記載の対数増幅器
   とを備え、 前記読取りにより得られる画像の鮮鋭度の劣化を防止す
   るようにしたことを特徴とする画像情報読取装置。