JP4142606B2 - 燐層に含まれる情報を検出するための装置 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１の上位概念にもとづく、燐層に含まれる情報を検出するための装置に関する。

この種類の装置は、特に医学的な目的のために、コンピュータＸ線撮影法（ＣＲ）の分野で用いられている。そこでは、対象物、例えば患者を通り抜けてきたレントゲン照射線を潜像として燐層に記録することによって、燐層へのレントゲン撮影が行われる。この潜像を読み出すために、この燐層に励起光を照射して励起し、それによってこの燐層に記録された潜像に対応した放射光を放出させる。この放射光を光学的な検知器で捉えて、電気信号に変換しており、この電気信号は、必要に応じてさらに処理して、モニター上に表示されたり、あるいは例えば印刷機のような、相応の出力機器に出力される。

従来技術においては、一つの光源から放出された励起光を燐層の直線状の領域に集束する装置が周知である。この集束用には、一般的に円柱レンズが用いられる。しかし、光源が多数の個別の放射源から構成される場合には、個別の放射源から放射された励起光ビームを集束する励起ラインの鮮明度が、この励起ラインに沿って、個別の放射源のそれぞれの間隔に依存して変動するという問題が発生する。例えば、個別の放射源を等間隔に配置すると、励起ラインの鮮明度が周期的に変動して推移することとなる。励起光の集束の鮮明度とともに、燐層上での励起ラインの幅も変動する。画質のためには、出来る限り鮮明な励起ラインの境界が必要なので、このことによって、画質が影響を受けることとなる。

この発明の課題は、出来る限り高い画質を保証する、燐層に含まれる情報を検出するための装置を提供することである。

この課題は、請求項１にもとづき、個別の放射源から放射される励起光を燐層上に集束するための、縦長の、特に円筒形の凹面鏡によって解決される。

この発明にもとづき、縦長の凹面鏡を利用することによって、円柱レンズを利用するのと比べて、燐層上における励起ラインの鮮明度および幅の変動の発生を大幅に低減することができる。それによって、複数の個別の放射源から構成される光源における、励起ラインの鮮明度および幅の高い均一性が達成され、そのため燐層から読み出される画像の高い品質が保証されるものである。

有利な実施形態においては、個別の放射源が、特に励起ラインに対して平行に延びる、一本の線に沿って配置されるものと規定される。こうすることによって、簡単な方法で、励起ラインの幅の一層高い均一性が達成される。

別の構成は、個別の放射源が、それぞれ凹面鏡によって励起ライン上に集束されるとともに、励起ライン上において少なくとも部分的に重なり合う励起光ビームを放出するものと規定する。励起ラインの方向に個々の励起光ビームが重なり合うことによって、励起ラインに沿った強度の変動が低減されると同時に、励起光の高い強度が達成される。

有利には、この凹面鏡は、励起ラインに対して平行に配置される。そうすることによって、簡単な方法で、鮮明度および幅の変動をより一層低減することができる。

この発明の別の有利な構成においては、この凹面鏡は、円弧形状の横断面を持つ円柱ミラーとして形成されるものと規定する。この構成の代替の変化形態においては、この円柱ミラーの横断面は、非球面として展開する、特に楕円の湾曲または放物線の湾曲の形状を有する。この円柱ミラーの、前記の横断面形状のすべてにおいて、相応に形成した円柱レンズと比べて、励起ラインの鮮明度および幅の変動を大幅に低減することができる。

別の実施構成においては、特に円弧形状の横断面を持つ、凹面鏡の横断面内の光軸が、この凹面鏡の頂点を通り、かつ放射源が、それぞれ凹面鏡の光軸に対して、この頂点の周りに一定の傾斜角で傾斜するものと規定される。この凹面鏡の光軸に対して放射源を傾斜させることによって、個別の放射源から放出される励起光が集束される励起ラインも、凹面鏡の光軸に対して、反対の方向に傾斜する。それゆえ、この傾斜角を相応に選択することによって、放射源の励起ラインからの距離を構造上の必要条件に適合させることができる。

有利には、凹面鏡の横断面内の光軸に関する、放射源および／または励起ラインの凹面鏡の頂点からの距離ｄは、ｄ＝Ｒcos ² ωの関係を満たし、その際Ｒは、凹面鏡の曲率半径を、ωは、傾斜角を表す。傾斜角ωが大きくなるに従い増大する、非点収差およびコマによって引き起こされる収差は、この方法で非常に小さく抑えることができ、その結果画像の高い鮮明度とそれによる高い画質が保証される。

この発明の別の実施形態においては、放射源は、特に円弧形状の横断面を持つ凹面鏡によって、１：Ｍの倍率で燐層上に投影され、Ｍが約０．５と２の間の値をとるものと規定される。この場合、画像の倍率、すなわち物体の大きさに対する画像の大きさの比率は、２：１（Ｍ＝０．５、拡大）と１：２（Ｍ＝２、縮小）の間の値をとる。こうすることによって、特に非点収差およびコマによる、収差が、大幅に低減され、それによって、放射源を燐層上に投影する際の高水準の鮮明度が達成される。このことは、燐層から読み出される画像の高い品質を保証するものである。

この発明の別の構成は、検知器が、励起ラインに対して平行に配置された複数の検知器素子を有するものと規定する。こうすることによって、励起ラインから放出される放射光の空間解像度を持った検出が可能となる。

以下において、図面にもとづき、この発明をより詳しく説明する。

図１は、この発明の第一の実施例の側面図を示している。光源１０は、図面の平面内に拡散する励起光ビーム１３の形で励起光１２を放射し、この励起光は、図面の平面に垂直に延びる縦長の凹面鏡１４で反射され、それによって同様に図面の平面に垂直に延びる励起ライン１６上に集束される。

この例では、光源１０は、一列に並んで配置された個別の放射源１１を有する。このことは、図１に描かれた第一の実施例の平面図を表す図２で明らかに分かる。光源１０の一直線に並んで配置された放射源１１は、図２の平面内においても拡散する励起光ビーム１５の形状を有する励起光１２を放射する。これらの個別の放射源１１の図２の平面内に拡散する励起光ビーム１５は、凹面鏡１４で反射され、励起ライン１６上で重なり合う。図２で分かるとおり、これらの個別の放射源１１および縦長の凹面鏡１４は、励起ライン１６に対して平行に配置されている。この場合、励起ライン１６は、燐層（図示されていない）上にあり、そこから、そこに記録された潜像を読み出そうとしている。

この実施例では、縦長の凹面鏡１４は、円柱ミラーとして構成されており、その横断面は、円弧の形状を有するものである。そのような円柱ミラーは、安価に製造されるとともに、ここに記載の装置において、収差を大幅に低減するものである。

しかし、この円柱ミラーの横断面は、非球面、すなわち円弧の形状とは異なる展開を持つことも可能であり、それによって励起ライン１６に沿った強度、鮮明度、および幅の変動をさらに低減することができる。特に、この円柱ミラーは、楕円の湾曲の形状をした横断面を持つことができる。そのように形成された円柱ミラーは、二つの焦線を有し、その際光源１０は、第一の焦線内に配置され、励起ライン１６は、第二の焦線に沿って延びる。この場合、任意の画像の倍率に対して、励起光１２の収差の無い集束と、それによって励起ライン１６の非常に鮮明な境界が実現される。しかし、この円柱ミラーは、放物線の湾曲の形状をした横断面を持つこともできる。それは、例えば、光源１０から放射された励起光１２が、平行な光ビームまたは非常に小さな拡散しか持たない光ビームの形状を有する場合に有利である。

図示した例では、縦長の凹面鏡１４は、図１の平面に垂直に延びる、まっすぐな母線を有する。しかし、この発明の意味においては、この縦長の凹面鏡１４は、母線が曲がった形状を有することもできる。そうすることによって、凹面鏡１４の形状を構成する場合における一層の自由度と、それによって、例えば励起光ビーム１３の光路内に光学部品を追加することによる、収差を低減する場合における一層の自由度が得られる。

図１が表すとおり、光源１０と励起ライン１６は、それぞれ凹面鏡１４の光軸５に対して、傾斜角ωで傾斜している。この場合、この傾斜は、凹面鏡１４の光軸５が、凹面鏡を横切る頂点Ｓの周りに行われる。傾斜角ωを選択することにって、光源１０と励起ライン１６との間の間隔を、例えば所定の照明および／または検出用の幾何構造のような、構造上の必要条件に適合させることができる。

個別の放射源１１から放出される拡散性の励起光ビーム１３を集束するために縦長の凹面鏡１４を利用することによって、従来技術で周知のとおり円柱レンズを用いて励起光１２を集束した場合に達成されるよりも、はるかに鮮明な境界を持ち、幅が一様な励起ライン１６が得られる。このことは、円柱レンズを用いて放射源１１の個別の励起光ビーム１３を集束する場合には、励起ライン１６に沿った、フォーカスバウ（Focusbow）とも呼ばれる、個別の焦線の湾曲による収差が発生し、その収差が鮮明度の変動を、そしてその結果励起ラインの幅の変動をもたらすことで説明することができる。縦長の凹面鏡を用いることにより、この収差は、解消されるか、あるいは大幅に低減され、その結果励起ライン１６のライン方向における幅の変動は、回避されるか、あるいは低減される。このため、複数の個別の放射源１１から構成される光源１０の場合においても、燐層上における均一な幅で、そのために鮮明な境界を持つ励起ライン１６が得られる。

図１および２に描かれた第一の実施例では、光源１０は、倍率１：１で励起ライン１６上に投影される。この場合、倍率は、図１の平面内での投影または集束に関するものである。この１：１の投影により、特に励起ライン１６上への光源１０の投影の不鮮明化をもたらす収差が、大幅に低減される。こうすることによって、特に球面収差による収差が回避される。しかし、高画質に必要な励起ライン１６の鮮明な境界は、１：１の画像倍率だけでなく、１：２と２：１との間の倍率でも実現される。１：１とは異なる画像倍率の場合、１：２と２：１の間の範囲内では、確かに球面収差、非点収差およびコマによる収差が発生するが、意外にも、それは、依然として非常に高い画質を保証できるほどに小さいものである。

特に、非点収差およびコマによる収差を小さくするには、光源１０および／または励起ライン１６の凹面鏡１４からの距離を、傾斜角ωの選択に従って選定する。特に、凹面鏡１４の横断面内における各々の光軸５に関する、個別の放射源１１および／または励起ライン１６の凹面鏡１４の頂点Ｓからの距離ｄは、式ｄ＝Ｒcos²ωを満たし、その際Ｒは、凹面鏡の曲率半径を表す。図１の例で、円柱ミラーとして円弧形状の横断面を有する凹面鏡１４の場合、曲率半径Ｒは、この円の中心Ｐに対する円弧の間隔に等しい。

図１および２の第一の実施例では、光源１０は、直線に沿って配置された複数の放射源１１を有する。これに代わって、光源１０は、連続的な線に沿って放射光１２を放射する線光源として構成することもできる。この場合、複数の個別の放射源１１から構成される光源１０とは異なり、励起ライン１６に沿った幅の変動は、もはや起こらない。球面収差および／または非点収差による収差は、この発明にもとづき縦長の、特に円筒形の凹面鏡を用いることによって、大幅に低減され、その結果励起ラインの鮮明度を明らかに向上することができる。

別の代替の構成では、光源１０は、ただ一つの放射源１１を有し、その際この放射源１１から放出される励起光ビーム１３は、偏向装置によって周期的に偏向されるとともに、縦長の凹面鏡１４によって燐層２１上の点状または線状の焦点領域に集束される。励起光ビーム１３の周期的な偏向のために、この焦点領域は、励起ライン１６に沿って燐層を走査することになる。それによって、それぞれ励起された放射光が、検知器で検出される。この形式の装置は、飛点システム（Flying Spot-System）とも称される。そのようなシステムにおいても、この発明により、焦点領域の不鮮明化と幅の拡大と、それによる画質の劣化をもたらす収差が明らかに低減される。

図３は、この発明の第二の実施例を示しており、そこでは、光源１０から放射された拡散性の励起光ビーム１３が、先ず縦長の平面鏡１８で反射され、その後そのビームは、縦長の凹面鏡１４に当たり、この凹面鏡によって、支持層２３により機械的に固定された燐層２１上に励起ライン１６に沿って集束される。平面鏡１８を利用することによって、図１に描かれた第一の実施例に対して、光源１０、凹面鏡１４ならびに燐層２１の空間的な配置における追加の可能性が得られ、それは、収差の追加を起こすことなく、この発明にもとづく装置を構造的な必要条件に適合させることを可能とするものである。

平面鏡１８の代わりに、励起光ビーム１３を偏向するのに好適な光学プリズムを利用することもできる。その他に、励起光ビーム１３を偏向するのに、縦長の凸面鏡または追加の凹面鏡を利用することも可能である。

この例では、図１と２に描いた第一の実施例と同様に、光源１０、凹面鏡１４ならびに燐層２１上に延びる励起ライン１６の空間的な配置を互いに相対的に行っている。特に、光源１０と平面鏡１８は、光源１０が、同じく凹面鏡１４の光軸５に対して、（この場合は、仮想的な）傾斜角ωで傾斜するように配置される。光源１０ならびに燐層２１の凹面鏡１４の頂点Ｓからの距離は、同じく（図３の平面に関して）１：１の投影が行われ、そのため収差が最小限に低減されるように選択される。

燐層２１の励起ライン１６に沿って励起された放射光１７は、投影光学系２４を用いて検知器２５上に投影される。この検知器２５は、励起ライン１６に対して平行に配置された多数の個別の検知器素子を有するリニアディテクター（linearer Detektor ）として構成される。この投影光学系２４も、リニアディテクター２５に対して平行に延び、有利には直線的なマイクロレンズ列または屈折率分布型レンズ列、特に自己焦点レンズ（Selfoclinse ）列として構成される。

燐層２１に記録された潜像を読み出す場合、読出ユニット３０に統合された装置は、燐層２１上を移動方向Ｔに動かされ、燐層は、励起ライン１６に沿って連続的に励起されて、読み出される。読出ユニット３０の移動に代わって、またはそれに加えて、読出ユニット３０に対して相対的に、支持層２３上にある燐層２１を動かすこともできる。

図４は、この発明の第三の実施例を示しており、それは、特にコンパクトな構造を有する。この例では、凹面鏡１４の横断面は、燐層２１に対して、ほぼ垂直の方向に向けられており、そのことによって光源１０の燐層２１からの距離を低減することができる。この例では、光源１０から放出された拡散性の励起光ビーム１３は、直に凹面鏡１４に当たり、この凹面鏡によって励起ライン１６上に集束され、その際凹面鏡１４と燐層２１との間の光路内には、平面鏡１８が組み入れられており、この平面鏡は、凹面鏡１４で反射されて、それまでに収斂した光ビームを励起ライン１６上に偏向するものである。この実施例においてもまた、平面鏡１８は、光源１０、凹面鏡１４および燐層２１の互いに相対的な配置に対して多くの可能性を開くものであり、それによって特に個々の構成要素の非常にコンパクトな配置を実現することができる。

ここに描いた図４の実施例では、読み出す燐層２１は、励起光に対して透過性を持つ支持層２３の上にあり、その結果燐層２１を、その下側から励起することができる。図示した場合、上側からの放射光１７は、投影光学系２４を介して、検知器２５上に投影される。しかし、これに代わって、透明な支持層２３を介して、下側から放射光１７を検出することも可能である。投影光学系２４ならびに検知器２５に関しては、図３に示した第二の実施例に対応した実施形態が適用される。この発明にもとづく縦長の凹面鏡１４、傾斜角ωならびに画像倍率の選択に対しても、図１から３までに記載した実施例に対応した実施形態が適用される。

この発明の第一の実施例の側面図 図１に示した第一の実施例の平面図 この発明の第二の実施例 この発明の第三の実施例

符号の説明

５ 光軸
１０ 光源
１１ 放射源
１２ 励起光
１３，１５ 励起光ビーム
１４ 凹面鏡
１６ 励起ライン
１７ 放射光
１８ 平面鏡
２１ 燐層
２３ 支持層
２４ 投影光学系
２５ 検知器
３０ 読出ユニット
ｄ 光軸上における頂点と放射源および／または励起ライン間の距離
Ｐ 円の中心
Ｒ 凹面鏡の曲率半径
Ｓ 頂点
Ｔ 装置の移動方向
ω 傾斜角

Claims (9)

1. 励起ライン（１６）に沿って、燐層（２１）に当たり、かつ燐層（２１）において放射光（１７）を励起するのに適した励起光（１２）を放射する、複数の個別の放射源（１１）と、
   この燐層（２１）で励起された放射光（１７）を検出するための検知器（２５）とを有する、燐層に含まれる情報を検出するための装置であって、
   これらの個別の放射源（１１）から放射された励起光（１２）を燐層（２１）上に集束するための縦長の凹面鏡（１４）を有することと、
   凹面鏡（１４）の横断面内の光軸（５）が、この凹面鏡の頂点（Ｓ）を通り、放射源（１１）が、それぞれこの凹面鏡（１４）の光軸（５）に対して、この頂点（Ｓ）の周りに、ある傾斜角（ω）で傾斜していることと、
   凹面鏡（１４）の横断面内の光軸（５）に関する、放射源（１１）および／または励起ライン（１６）の、この凹面鏡の頂点（Ｓ）からの距離（ｄ）が、ｄ＝Ｒcos ² ωの関係を満たし、その際Ｒは、凹面鏡（１４）の曲率半径を表すことと、
   を特徴とする装置。
2. 個別の放射源（１１）が、一本の線に沿って配置され、特にこの線が、励起ライン（１６）に対して平行に延びることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 個別の放射源（１１）が、それぞれ励起光ビーム（１３）を放射し、これらの励起光ビームが、凹面鏡によって、励起ライン（１６）上に集束されて、励起ライン（１６）上で少なくとも部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 凹面鏡（１４）が、励起ライン（１６）に対して平行に配置されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
5. 凹面鏡（１４）が、円柱ミラーとして構成され、この円柱ミラーの横断面が、円弧の形状であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置。
6. 凹面鏡（１４）が、円柱ミラーとして構成され、この円柱ミラーの横断面が、非球面として展開することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置。
7. 凹面鏡（１４）が、円柱ミラーとして構成され、この円柱ミラーの横断面が、楕円の湾曲または放物線の湾曲の形状であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 放射源（１１）が、１：Ｍの倍率で、燐層（２１）上に投影され、その際Ｍが、０．５と２の間の値をとることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の装置。
9. 検知器（２５）が、励起ライン（１６）に対して平行に配置された複数の検知器素子を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。

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