JP3520518B2 - ルミネセンス効果による影像発生装置 - Google Patents

ルミネセンス効果による影像発生装置

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JP3520518B2 JP51283294A JP51283294A JP3520518B2 JP 3520518 B2 JP3520518 B2 JP 3520518B2 JP 51283294 A JP51283294 A JP 51283294A JP 51283294 A JP51283294 A JP 51283294A JP 3520518 B2 JP3520518 B2 JP 3520518B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はけい光スクリーンの励起効果により影像を発
生する装置に関する。本発明はより詳細には放射線影像
増強管（略してRII管と言う）の陰極けい光スクリーン
に関している（しかしこれに限定されない）。
（従来の技術） 例えばRII管に注目すると、これらのRII管は主に医療
用の影像に、すなわち放射線診断の分野で使用でき、患
者の放射線影像を表す可視的な影像を発生できる。
図１は従来の放射線診断装置の概略図である。本装置
は患者に照射されるＸ線放射RXの放射源SXを有してい
る。
患者Ｐの他方の側、すなわち放射源SXと反対の側で
は、放射線影像を伝える放射ＸがRII管により取り出さ
れている。
RII管は一般に放射Ｘが通り抜ける入口窓FEにより一
方が閉じている真空密閉箱２を備えている。放射Ｘは次
に入口スクリーンEEに到達する。入口スクリーンEEの役
目はその表面の各点で生ずる放射Ｘの強度を多数の電子
（図示していない）に変えることである。
これを行なうため、入口スクリーンEEは一般に光電陰
極PhCを有したシンチレータSCを備えている。
シンチレータは放射Ｘを光電陰極により電子に変換さ
れる可視光子に変換する。
電極の組DEはこれらの電子を加速し、出口スクリーン
ESと呼ばれる陰極けい光スクリーンの上に焦点を作る。
出口スクリーンESは出口窓FS、すなわち入口窓FEと反対
にありRII管の二番目の端にある出口窓の近くに配置さ
れている。
電子が陰極けい光スクリーンESに衝突することにより
最初に入口スクリーンの光電陰極PhCの表面に形成され
る（輝度が増幅されている）影像が復元される。
出口窓FSは一般にガラス（または光ファイバ素子から
成る場合もある）で製造され密閉箱２のおおいの上また
は該おおいの一部の上に固定された透明な材料で構成さ
れている。出口窓FSは一般にはリン材料の層から成る陰
極けい光スクリーンESを有している。これにより、陰極
けい光スクリーンESにより構成され可視光である影像は
出口窓FSを通しRII管の外側から見ることができる。
陰極出口スクリーンESが伝える影像はRII管の外側に
配置され、中心が例えばRII管の縦軸５の上にあり、こ
の縦軸に陰極けい光スクリーンESも中心がある光学装置
DOを通り見ることができる。
この影像は光学装置DOにより、一方では管の軸５に直
角な二番目の軸８の上で光学装置DOの両側に配置され、
６および７で示す映画および写真用の映像カメラのよう
な種々の影像検出器に向かい、他方ではテレビジョン影
像カメラCTから成る影像検出器に向かう。
テレビジョンカメラCTは（レントゲン検査診断の場
合）テレビジョンカメラCTにより電気信号の形で伝えら
れる影像を“直接的に”表示する可視表示装置DVに接続
されている。この例では、カメラCTは更に（デジタルレ
ントゲン検査診察の場合）デジタルの形で影像に関係し
た信号を記憶し処理でき、できれば可視表示装置DVによ
り表示される影像を修正する信号獲得処理装置ATSにも
接続されている。
図１に示す装置は現在けい光透視またはレントゲン検
査診察モードで、更にはデジタルレントゲン写真モード
で連続的に使用されている。しかし、これらのモードに
は種々の問題がある。
デジタルレントゲン写真モードの場合、Ｘ線の線量が
しばしば重要である（更に、放射の印加時間が非常に短
い（数ミリ秒））。影像の繰り返し速度は応用分野によ
り、毎秒数枚の映像からテレビジョンの周波数まで変化
し、映像の解像度は非常に高い。
けい光透視またはレントゲン検査診察モードの場合、
図１に示す放射線影像システムはテレビジョン周波数
（毎秒25乃至30枚の影像）で動作し、Ｘ線の放射の線量
は少なく、細部の解像度は低い。使用しているＸ線放射
の線量が少ないため、時間的空間的な変動（Ｘ線放射の
量的変動）が放射線影像システムにより伝えられるビデ
オ影像ではかなり大きい。この変動を制限し影像の品質
を向上させるため、影像の各点で光の強度に対し時間軸
上で積分を行い時間軸上の見掛けの雑音を“平坦にす
る”必要がある。明らかに、実際には、雑音を減少させ
るのに十分な積分の時間と、動きのある器官の影像の回
りに“ぼやけ”が生じないような十分短い積分の時間と
の間で妥協を行なう必要がある（不鮮明（スミア）効
果）。
けい光透視の場合、大きな雑音を減少させるため、現
在幾つかの解決策が採用されている： ａ−残留管を取り付けたテレビジョン影像カメラを使用
すること。
ｂ−影像増強管からの出力に残留けい光管を使用するこ
と。
ｃ−幾つかの連続したフレームを作るため、影像の各点
から来るビデオ信号を部分的に集めることにより影像処
理を行なうこと。
最初の二つの解決策（ａ）と（ｂ）は、デジタルレン
トゲン写真モードで使用出来ない場合、放射線影像シス
テムをけい光透視モードとして最適化を図る欠点があ
る。実際にはデジタルレントゲン写真モードの場合、
（例えば心臓のような）動く器官を診断することまたは
不透明な薬剤を注入することに対し残留（ルミネセンス
の持続）により生ずる“ぼやけ”を特に減少するため該
残留を出来るだけ低くすることが望ましい。現在、テレ
ビジョン影像カメラは残留が低く、“高速”モード、す
なわちデジタルレントゲン写真モードで影像を取り出す
ことができ、デジタル的な積分が無い時けい光透視モー
ドでは雑音が多い影像を発生するCCD（電荷結合素子）
タイプの写真感光センサを備えていることが増えている
ことに注目する必要がある。
（発明が解決しようとする課題） 三番目の解決策（ｃ）は、複雑で高価な機器特に高解
像影像メモリが必要である。
これらの問題に対応するため、本発明はRII管を通り
異なる残留を表す少なくとも二つの可視影像を同時に発
生し、（けい光透視またはデジタルレントゲン写真を）
採用した動作モードに最も適した残留を有する可視影像
を選択することを提案している。
（課題を解決するための手段） このため、本発明は、残留とスペクトル放射の周波数
範囲の両方が異なる少なくとも二つのリン材料を混合す
ることにより、影像を発生するけい光スクリーン（RII
管の場合出口スクリーン）を構成することを提案してい
る。
この構成では、一次影像表面に対応する点のそれぞれ
でけい光スクリーンが出す放射には種々のスペクトル成
分と種々の残留を有する放射が加えられており、異なる
放射のタイプの数は異なるリン材料の数と同じである。
これらの条件下で、同じように励起された放射を行な
う異なるリンにより、異なるスペクトル帯域すなわち
“色”に対応した光を出し、各色は同じ影像を含み異な
る残留に対応している。種々の放射スペクトルを重要な
範囲が重畳されないように注意して選択すると、光学フ
ィルタを使用すれば、色の選択により選別された残留を
有する影像を観察することができる。
励起された放射はリンによりルミネセンス現象を発生
する任意の放射から構成されている。この励起された放
射はRII管の場合光電陰極PhCが放射する電子により構成
されており、出口スクリーンESにより発生する影像は一
つ（または二つ以上）の影像検出器が受ける。しかし、
本発明は他の場合、例えば陰極線管（略して“CRT"）に
も適用でき、電子は電子銃で発生しCRTの可視表示スク
リーンにより伝えられる種々のリン材料の混合体に衝撃
を与える、すなわち励起を行なう。
本発明は励起された放射を行なうけい光スクリーンを
含む影像発生装置に関しており、けい光スクリーンは異
なる放射スペクトルと異なる残留を有して放射する少な
くとも二つのリン材料の混合体を含むことを特徴として
いる。
（図面の簡単な説明） 本発明は、以下の記載を読むことにより良く理解でき
るが、参照として添付した図面に限定されない： 図１は既に記載した通り、従来のRII管を使用し可視
影像を発生するＸ線医療用影像装置の図である； 図２は本発明によるRII管を使用した医療用影像装置
の図である。
（実施例） 図２は本発明による影像を発生するように製造したRI
I管10を示している。RII管10はＸ線放射RXを発生する放
射源SXを含む医療用影像装置11に使用されている。図２
で説明するように、Ｘ線放射は検査を受ける患者Ｐを通
りRII管10に向かう。Ｘ線放射は管10の入口窓FEを通り
管10の入口スクリーンEEに向かう。この入口スクリーン
は従来のものと同じで、図１の例のようにＸ線放射に対
応しており、電極の組DEによりRII管の出口窓FSに向か
い加速される電子（図示していない）を発生する。出口
窓FSの近くで、これらの電子は陰極けい光スクリーンの
上、すなわち電子衝突効果により可視状態で放射される
出口スクリーンの上に焦点を作る。
本発明の一つの特徴によれば、陰極けい光スクリーン
ES1は少なくとも二つの異なるけい光材料A,Bを使用して
製造されており、一次影像表面に対応した陰極けい光ス
クリーンES1の各点に、二つの異なるリン材料A,Bがあ
る。図２では、二つのリン材料A,Bをそれぞれ交点およ
び点で示している。
陰極けい光スクリーンES1を作る種々のリン材料は、
一方では可視状態で種々の残留を有して放射するように
選択され、他方では種々の放射スペクトルを有するよう
に、即ち種々の波長および種々の色で放射するように選
択されている。
光電陰極PhCから出る電子の励起効果により、陰極け
い光スクリーンES1は（陰極けい光スクリーンを製造す
る種々のリン材料と同じ数の）種々の色の幾つかの単色
影像を同時に発生し、各色は光電陰極PhCの上に最初に
形成された影像を再現する。
これらの条件により、各単色影像は他の色の単色影像
と異なる種々の残留を表している。陰極けい光スクリー
ンES1により発生する影像は出口窓FSを通しRII管10の外
から見ることができ、この記載の後半で説明するように
当該色を有する光を良好に伝達することにより、少なく
とも一つの影像検出器（または観察者の目）に向かい所
要の残留を有する影像を容易に伝達することが出来る。
図１と同様に、縦軸５の上でRII管10の外側に置かれ
た光学装置DOは陰極けい光スクリーンES1が伝える影像
を取出し、縦軸５に沿って配置された影像検出器CTに伝
達する。影像検出器CTは可視表示装置DVと信号獲得処理
装置ATSに接続され、けい光透視モードまたはデジタル
レントゲン写真モードのいずれかで動作する。影像検出
器CTは例えばセンサー（図示していない）がCCDタイプ
のテレビジョン影像カメラから構成され、受信された映
像には残留が加えられていない。
本発明の一つの特徴によれば、波長の関数として光の
伝達に対し選択的に動作する光伝達装置TLが、カメラが
受ける影像の残留を決定するため該カメラCTと光学装置
DOの間に配置されている。この目的のため、伝達装置TL
は陰極けい光スクリーンES1が放射する色の一つに対応
するスペクトル帯域で動作する少なくとも一つの光学フ
ァイバFoを含んでいる。光学ファイバFoは例えば、最小
の減衰で伝達されるスペクトラムの色を有する色フィル
タのタイプか、または伝達されるスペクトラムの部分と
伝達されないスペクトラムの部分との間に急な過渡スロ
ープを有する利点を提供する干渉フィルタタイプのいず
れかである。
記載を簡単にするため、陰極けい光スクリーンES1が
次の二つのリン材料のみを使用して製造し（最も広範囲
な実施態様を構成する）二つの異なる残留を有して同時
に放射すると仮定する： −一番目のリン材料は例えばY2O3:Eu（国際“JEDEC"基
準によるリンP56に相当）であり、0.620マイクロメータ
の波長に中心がある赤色光を放射し、１ミリ秒程度の残
留すなわち残光を有し、デジタルレントゲン写真の場合
に適する。
−二番目のリン材料は例えばZnSiO4:Ce（国際“JEDEC"
基準によるリンP39に相当）であり、0.550マイクロメー
タの波長に中心がある緑色光を放射し、60ミリ秒程度の
残留を有し、けい光透視に非常に適する。
リン材料ＡとＢは一般に最初粉末の形であるので、陰
極けい光スクリーンES1は、本発明において層がＡおよ
びＢのリン材料の二つの予め混合された粉末から成るこ
とを除いて、例えば従来の技術と同じ方法で製造された
一つの層として製造することができる。明らかに、それ
ぞれがリン材料A,Bの一方のみを含む種々の層（図示し
ていない）を重畳することができる。この実施態様は一
次影像表面のレベルではリン材料A,Bの混合体に相当し
ている。
陰極けい光スクリーンを構成するＡおよびＢのリンに
対し同時に放射される赤および緑の単色影像により、光
学フィルタFoが介在され赤色または緑色の放射の一方を
通過させるならば、光の残留が放射線システムを使用す
ることに最良に適合する光のみをテレビジョンカメラCT
に向かい伝達することが可能である。
この原則に基づき、二つまたは三つまたはそれ以上の
異なるリン材料を用いて異なる残留と異なる放射スペク
トラムを表す陰極けい光スクリーンを製造することが可
能で、更にそれぞれが放射スペクトラムの一つに対応し
た同じ数の光学フィルタFoを与え選別された残留を選択
することができる。
しかし、特に陰極けい光スクリーンES1が例えば図１
の例のように、それぞれ赤色および緑色で放射される二
つの異なるリン材料A,Bのみを含む時、単一の光学フィ
ルタFoを介在するかしないかにより二つの異なる残留が
該単一光学フィルタを使用して得ることが出来る。
緑色を通過させない光学フィルタFoが介在しているな
らば、カメラCTは赤色のみ受け、その残留は無視でき
る。これはデジタルレントゲンモードでの動作に対応し
ている。
光学フィルタが介在していなければ、カメラCTは二つ
の赤色および緑色の単色影像を受け、緑色の影像は強い
残留を表す。これらの条件の時、緑色光のパーセンテイ
ジが赤色光に対し十分に大きければ、（赤色および緑色
の単色影像の重畳により与えられる）全体の影像は目に
より残留が高いと識別される（雑音は低い）。このケー
スはけい光透視モードでの動作に対応している。
二つの残留が介在のある場合または無い場合に単一の
光学フィルタFoを使用し連続的に選択される構成は、Ａ
のリンに対し約10％から50％でありＢのリンに対し約50
％から90％である重量比で混合した前述のP56タイプお
よびP39タイプにそれぞれ対応するＡおよびＢのリン材
料で得ることができる。
実際には、カメラCTに対し最大放射強度を取り最大感
度を得るため、ＡとＢのけい光粉末の混合は、混合体の
残留があらゆる光学フィルタが無い場合最適な残留に対
応するように選択される。放射線影像への応用の場合、
混合体の残留は採用されたＸ線放射の線量が低いことに
より、最大の感度を得るのに必要なけい光透視に最適に
なるようにされる。
陰極けい光スクリーンES1を製造するため使用される
ＡおよびＢのリン材料の割合を決めることにより、該ス
クリーンES1の成分に特別な値の間にあり、所要のあら
ゆる（全体の）残留値を得ることが可能である。
明らかに、異なるＡとＢのリン材料を決めるには該材
料のそれぞれに特別な発光効率も考慮する必要がある。
更に、光学フィルタFoのスペクトラム伝達特性および
それぞれのリンのスペクトラム放射特性により、陰極け
い光スクリーンすなわち出口スクリーンES1を構成する
ＡおよびＢのリン材料のそれぞれに特別な残留値の間に
あるあらゆる所要の残留値を得ることができる。
実際には、既に前述の通り、光学フィルタが介在され
ていなければ、示した例のように、最大残留は最大量の
緑色光がカメラCTに到達することにより得られる。波長
に対し選択性のある光学フィルタFoを介在させることに
より、赤色光に対してではなく緑色光に対し動作させ最
大値と最小値の間の量を伝達するため、カメラCTが受け
る光の中の残留の高い光と残留の低い光の割合が変えら
れ、目に対する“全体”の残留の値が変えられる。
この目的のため、例えば赤色であるカラータイプの少
なくとも一つの光学フィルタFoを配置し、該フィルタの
厚さＥがこの例の場合は緑色である他の色の光を全て吸
収するのに必要な厚さより薄いことで十分である。
同様なまたは異なる減衰量を有し同じ波長の範囲で動
作する幾つかのこの種の光学フィルタを取り付けておれ
ば、可能な残留値を選択することができ、その数は個々
のフィルタにより得られる種々の減衰量の数に等しく
て、該フィルタの組合せである。
光学フィルタの組は、例えば減衰が加算される重畳可
能なスペクトラムフィルタから構成され、またはフィル
タの厚さ（および伝達）が累進的にまたは他の方法で変
化する色フィルタから構成される。図２はこの種の実施
態様であり、ステップ状に形成された幾つかの厚さE,e
1,e2を含む“カラーフィルタ”タイプの光学フィルタFo
を示している：例えば厚さＥは光学フィルタFoの最大の
厚さであり、フィルタの色を有しない光の伝達に最大の
減衰を与える；これにより残留が一番少なくなる。他
方、最大の厚さＥに対し順次小さくなる厚さe1,e2は減
衰が段々に少なくなる一番目と二番目の中間光学フィル
タFo1,Fo2をそれぞれ表しており、介在されるフィルタ
が無い時得られる最大値と最小値の間の中間の値である
二つの異なる残留値を取る。
この発明で示した実施態様は提示した例に限定されな
い。例えば、示した成分の割合の値や使用したリンの性
質は例示として与えており、本発明の範囲を限定するも
のでない。リン材料には広範囲な選択が可能であり、そ
の割合はこれらの材料や、管の出口スクリーンを製造す
る技術や、放射線影像の他の成分に基づき最適にする必
要がある。
更に、この記載は放射線影像装置を基準としている
が、本発明は、特に少数の光子を検出することから得ら
れる影像に生ずる雑音を減衰させる可能性を有している
ことが有利である時、例えば光レベルの低いテレビジョ
ン（夜間テレビジョン）または中性子あるいはガンマ線
放射の影像、または紫外線あるいは赤外線放射の影像等
の他の応用にも都合良く適用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−217529（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−31466（ＪＰ，Ｕ) 特公 平３−41935（ＪＰ，Ｂ２) 英国特許出願公開1432708（ＧＢ，Ａ) 西独国特許出願公開2544094（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 31/50 H01J 29/18 - 29/34 H04N 5/32

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】異なる放射スペクトラムと異なる残留を有
    する光を出す少なくとも二つのリン材料（A,B）による
    けい光スクリーン（ES1）を含む映像発生装置におい
    て、 異なる変動レベルを有する放射を検出することから得ら
    れる影像を発生するモードで連続的に動作させるため、 少なくとも一つの影像検出器（CT）と、けい光スクリー
    ン（ES1）および該影像検出器（CT）の間に挿入された
    光伝達装置（TL）を含み、 該伝達装置（TL）がけい光スクリーン（ES1）により発
    生され影像検出器（CT）に向かう光の量を波長選択的に
    変え、前記影像検出器（CT）により検出される放射のレ
    ベルに最も適合する残留を選択する移動可能な手段（F
    o,Fo1,Fo2）を含むことを特徴とする影像発生装置。
  2. 【請求項２】前記けい光スクリーンから前記影像検出器
    に伝達される光の量を変更する前記移動可能な手段が、
    一方では一番目のリン（Ａ）と呼ばれるリン材料の一つ
    により発生する光の一番目の色に相当する波長の範囲で
    光の伝達に殆ど影響を及ぼさず、他方では二番目のリン
    と呼ばれる他のリン材料（Ｂ）により発生する二番目の
    色の光の伝達量を減少させるタイプの少なくとも一つの
    光学フィルタ（Fo,Fo1,Fo2）を含んでいることを特徴と
    する請求項１に記載の影像発生装置。
  3. 【請求項３】前記光学フィルタ（Fo,Fo1,Fo2）が二番目
    の色を有する光を事実上抑制することを特徴とする請求
    項２に記載の影像発生装置。
  4. 【請求項４】光学フィルタ（Fo）が二番目の色を有する
    光の伝達を、この光の最大の伝達と該光を抑制した値の
    間で伝達することを特徴とする請求項２に記載の影像発
    生装置。
  5. 【請求項５】二番目のリン（Ｂ）により発生される光を
    伝達するように動作する少なくとも二つの光学フィルタ
    （Fo,Fo1,Fo2）を有することを特徴とする請求項２に記
    載の影像発生装置。
  6. 【請求項６】少なくとも一つの光学フィルタ（Fo,Fo1,F
    o2）が最小の減衰で伝達される色に着色されているタイ
    プのフィルタであることを特徴とする請求項２から５の
    いずれか一つに記載の影像発生装置。
  7. 【請求項７】少なくとも一つの光学フィルタ（Fo）が異
    なる光の減衰に相当した少なくとも二つの厚さ（E,e1,e
    2）を含むことを特徴とする請求項６に記載の影像発生
    装置。
  8. 【請求項８】少なくとも一つの光学フィルタ（Fo）が干
    渉フイルタのタイプであることを特徴とする請求項２か
    ら５のいずれか一つに記載の影像発生装置。
  9. 【請求項９】二番目のリン（Ｂ）が発生する光が一番目
    のリン（Ａ）が発生する光より大きな残留を有している
    ことを特徴とする請求項２から８のいずれか一つに記載
    の影像発生装置。
  10. 【請求項１０】二番目のリン（Ｂ）が発生する光の量が
    一番目のリン（Ａ）が発生する光の量と異なることを特
    徴とする請求項９に記載の影像発生装置。
  11. 【請求項１１】二番目のリン（Ｂ）が発生する光の量が
    一番目のリン（Ａ）が発生する光の量より大きいことを
    特徴とする請求項９に記載の影像発生装置。
  12. 【請求項１２】二つのリン材料（A,B）の少なくとも一
    つが発生する光の残留が10ミリ秒より大きいことを特徴
    とする前記請求項１−11のいずれか一つに記載の影像発
    生装置。
  13. 【請求項１３】影像検出器（CT）がテレビジョン影像カ
    メラであることを特徴とする前記請求項１−12のいずれ
    か一つに記載の影像発生装置。
  14. 【請求項１４】けい光スクリーン（ES1）が陰極けい光
    スクリーン、すなわち放射線影像増強管の出力スクリー
    ンを構成していることを特徴とする前記請求項１−13の
    いずれか一つに記載の影像発生装置。
  15. 【請求項１５】けい光スクリーン（ES1）が陰極線管の
    陰極けい光スクリーンを構成していることを特徴とする
    請求項１から13に記載の影像発生装置。
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