JPH0711677B2 - 放射線画像情報読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、放射線画像情報が蓄積記録された蓄積性螢光
体シートに励起光を照射し、それによって該蓄積性螢光
体シートから発せられた輝尽発光光を光電的に検出して
上記放射線画像情報を読み取る放射線画像情報読取装置
に関し、特に詳細には多層膜フィルターを用いて上記励
起光の利用効率向上を図った放射線画像情報読取装置に
関するものである。

（発明の技術的背景および先行技術） ある種の螢光体に放射線（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
の一部が螢光体中に蓄積され、この螢光体に可視光等の
励起光を照射すると、蓄積されたエネルギーに応じて螢
光体が輝尽発光を示すことが知られており、このような
性質を示す螢光体は蓄積性螢光体（輝尽性螢光体）と呼
ばれる。

この蓄積性螢光体を利用して、人体等の被写体の放射線
画像情報を一旦蓄積性螢光体のシートに記録し、この蓄
積性螢光体シートに励起光を照射して輝尽発光光を生ぜ
しめ、得られた輝尽発光光を光検出器により光電的に読
み取って画像信号を得、この画像信号に基づき写真感光
材料等の記録材料、CRT等の表示装置の被写体の放射線
画像を可視像として出力させる放射線画像情報記録再生
システムが本出願人によりすでに提案されている。（特
開昭55-12429号、同56-11395号など。） 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、蓄積性螢光体においては、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、蓄積性螢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画像を得
ることができる。

ところで上述の放射線画像情報記録再生システムにおい
て、輝尽発光光の読取りは大別して２つの方法により行
なわれる。すなわちその一方は、画素分割を励起光走査
によって行ない、輝尽発光光の検出は広い受光面を有す
る受光素子（例えば光電子増倍管等）により行なうもの
であり、他方は、画素分割を受光素子（例えば２次元固
体撮像素子や半導体ラインセンサ等）において行ない、
電気回路によって時系列画像信号を形成するものであ
る。

しかし前者の方法においては、励起光走査を行なうため
に光偏向器が必要となって装置が複雑、大型化し、また
励起光走査により１画素ずつ順に処理するので、全体の
処理時間が長くなり高速読取りが困難であるという不具
合がある。そして光電子増倍管を用いる場合には増倍管
本体およびその集光光学系のために特に装置が大型化し
やすいという難点がある。

また後者の方法においては、高速読取りが可能で読取装
置を小型に形成できるという利点が有るものの、２次元
固体撮像素子や半導体ラインセンサの感度、S/Nが良く
ない、という欠点がある。

（発明の目的） 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであ
り、小型に形成可能で読取処理速度も速く、さらに感
度、S/Nの点でも優れた放射線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。

（発明の構成） 本発明の放射線画像情報読取装置は、放射線画像情報が
蓄積記録された蓄積性螢光体シートに、励起光源から発
せられた励起光をほぼ入射角０゜で照射する一方、前述
の画素分割された光電変換素子からなる光検出器によっ
て輝尽発光光検出を行なうようにし、 この光検出器を蓄積性螢光体シートの励起光照射面側に
該シートに対向するように配置して用い、 そしてこの光検出器と蓄積性螢光体シートとの間に該シ
ートとほぼ平行にして、励起光に対する反射率がその入
射角がほぼ０゜のとき該励起光を良好に透過させる小さ
な値を取って入射角増大に応じて増大する一方、輝尽発
光光をその入射角によらず良好に透過させる多層膜フィ
ルターを配置したことを特徴とするものである。

上記の光検出器としては、励起光を通過させうる形態も
考えられる。このようなタイプの光検出器としては、例
えば特開昭60-111568号に示されるように、透明基板上
に、励起光通過のためのスリットまたは小孔を有する遮
光層、第１の透明電極層、フォト・コンダクタ層、およ
び第２の透明電極層を順次積層してなるものや、あるい
は本出願人による特願昭59-148440号明細書に示される
ように、上記透明基板の代わりに遮光性基板を用いて該
基板に励起光通過のための貫通孔を設け、それにより上
記遮光層を不要としたもの等が利用可能である。

また本発明装置においては、励起光を通過させ得ない一
般的な光検出器も利用可能である。このような光検出器
を利用する場合には、蓄積性螢光体シートへの励起光入
射軸と光検出器の受光軸とが角度をなすように光検出器
を配し、多層膜フィルターをシートに近接させて配置す
ればよい。この場合、光検出器は１個だけ設けてもよい
し、あるいは励起光入射軸を間に挟むようにして２個設
けてもよい。

上述の多層膜フィルターは、光屈折率が異なる２種類以
上の物質を真空蒸着等によって、基板上に光の波長1/4
程度の厚さで数層から数十層逐次積層してなるものであ
る。この場合、各物質の光屈折率および膜厚を適宜設定
することにより、種々の特性を得ることができる。なお
低屈折率物質としては例えばSiO₂、MgF₂等、一方高屈折
率物質としては例えばTiO₂、ZrO₂、ZnS等が用いられ
る。

多層膜フィルターを蓄積性螢光体シートの励起光照射部
分と光検出器との間に配置するためには、該フィルター
を光検出器の表面に取り付けても、また反対に蓄積性螢
光体シートの表面に取り付けてもよいし、さらには蓄積
性螢光体シートと光検出器の双方から微小距離ずつ離し
て配してもよい。

（作用） 上記のような多層膜フィルターが、蓄積性螢光体シート
の励起光照射部分と光検出器との間に設けられている
と、入射角を十分小さくして（通常そうであるようにで
きるだけ０゜に近くして）蓄積性螢光体シート上に入射
せしめられる励起光は、多層膜フィルターを良好に透過
して該シート上に到達する。そしてこの蓄積性螢光体シ
ート上に到達しそこで乱反射した励起光は、まちまちの
角度で多層膜フィルター側に戻るが、この際大きな入射
角で多層膜フィルターに入射する励起光は該フィルター
において多量が反射し、再度蓄積性螢光体シート側に折
り返されることになる。つまり蓄積性螢光体シート上で
反射した励起光が、いわば該シートと多層膜フィルター
との間に閉じ込められる形となり、励起光が蓄積性螢光
体の励起のために有効に利用されるようになる。

一方、上記励起光の照射によって蓄積性螢光体シートか
ら発せられた輝尽発光光も該シートからまちまちの角度
で出射するが、この輝尽発光光は前述のような特性の多
層膜フィルターを良好に透過するので、光検出器によっ
て効率良く検出されうる。

（実施態様） 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明を詳細に説
明する。

第１、２および３図は本発明の第１実施態様装置を示す
ものである。この実施態様装置は一例として、読取部が
ラインセンサとして形成されたものである。例えばＸ線
等の放射線が人体等の被写体を介して照射されることに
よりこの被写体の透過放射線画像情報を蓄積記録した蓄
積性螢光体シート10は、第１図に示されるようにエンド
レスベルト等のシート搬送手段11により、副走査のため
に矢印Ｙ方向に搬送される。そして上記蓄積性螢光体シ
ート10に上方側から近接させて、ラインセンサ３が配さ
れている。このラインセンサ３は、上記副走査の方向Ｙ
と略直角な方向に、シート10の記録領域全幅に亘って延
びるように配されている。そして該ラインセンサ３の上
方には、このラインセンサ３に沿って延びる線状の励起
光源２が配されている。この線状の励起光源２としては
例えば、LEDや半導体レーザを列状に連ねて同時に発光
させるアレイ又は向指向性の光源、例えば螢光灯、Xeラ
ンプ等にスリットもしくは小孔の列を有するアパーチャ
ーを組合せたもの等が使用できる。

第２図、第３図はそれぞれ、上記ラインセンサ３の正断
面形状、側断面形状を示すものであり、以下これら第
２、３図を参照してラインセンサ３について詳しく説明
する。ラインセンサ３は、透明基板５上にスリット又は
小孔を連ねて設けた遮光層６、透明電極層７、薄層光導
電体層８、透明電極層９を積層して形成されている。こ
こで透明電極層７もしくは９のいずれか他はその双方を
画素毎に分割することにより、この積層体は画素に対応
した多数の固体光電変換素子の連なりを形成することに
なる。本装置は一例として、透明電極層９を画素毎に分
割したものである。そして蓄積性螢光体シート10に対向
する上記透明電極層９の表面には、後に詳述する多層膜
フィルター30が設けられている。

蓄積性螢光体シート10から放射線画像情報を読み取る際
には、励起光源２からラインセンサ３を通して該シート
10に励起光14が照射される。すなわち励起光14は、ライ
ンセンサ３の透明基板５、遮光層６に設けられたスリッ
ト（または小孔）、透明電極層７、光導電体層８および
透明電極層９を通して蓄積性螢光体シート10に線状に照
射される。この励起光照射によりシート１から発生され
る画像情報を担持して輝尽発光光15は、透明電極層９を
透過して光導電体層８に受光される。該光導電体層８と
しては、そのエネルギーギャップEgが励起光14のエネル
ギーhc/λ_１（＝ｈν_１）よりも大きく、輝尽発光光15
のエネルギーhc/λ_２（＝ｈν_２）よりも小さいものが
用いられる。例えば蓄積性螢光体として米国特許423996
8号等に記載された希土類元素で付活したアルカリ土類
金属フルオロハライド類を用いた場合には、ZnS、ZnS
e、CdS、TiO₂、ZnO等が使用できる。

また励起光14が短波成分を含む場合には、励起光源２と
ラインセンサ３の間に短波カットフィルタ４を挿入し
て、長波成分のみ通過するようにすればよい。透明電極
層９（たとえばITOで形成される）はラインセンサ３の
長手方向に微小単位に分割されており、分割された１つ
の透明電極層９と透明電極層７との間に生じた電位差
（２つの電極層７、９の間の光導電体層８内で、輝尽発
光光15の受光により発生するフォトキャリアによる信号
が蓄積されて生じた電位差）が１画素分の画像信号に相
当する。このように分割された電極毎に取り出されるフ
ォトキャリアによる信号を、後述のシフトレジスタを用
いて順次時系列的に読み出す。これにより１走査線分の
画像信号を得ることができる。この後、蓄積性螢光体シ
ート10を前記光源２およびラインセンサ３に対して矢印
Ｙ方向に１走査線ピッチづつ移動させる度に上述した操
作を繰り返せば、シート10の全面にわたる画像情報を時
系列的な画像信号として読み取ることができる。

次にラインセンサ３に続く走査回路について説明する。
第４図は光導電体を用いたラインセンサおよび走査回路
の等価回路である。光導電体を用いた固体光電変換素子
8a、8b、8cに輝尽発光光（ｈν_２）が当たって発生する
フォトキャリアによる信号は、光導電体8a、8b、8c内の
キャパシタC₁に蓄積される。蓄積されたフォトキャリア
の信号は、シフトレジスタ16によって行なわれるスイッ
チ部17の順次開閉により順次読み出され、これにより時
系列化された画像信号を得ることができる。画像信号
は、この後増幅器12で増幅されてその出力端子13から出
力される。

なお、スイッチ部17およびシフトレジスタ16からなるMO
S部は、CCDに置き替えてもよい。またラインセンサ３
は、以上述べた実施態様におけるものの他、例えば特開
昭60-111568号に示されるようにフォト・ダイオードの
アレイからなるもの等が使用されてもよい。さらに前述
のようなスリットまたは小孔を有する遮光層６を設ける
代わりに、本出願人による特願昭59-148440号明細書に
示されるように、基板５を遮光性基板とし、該基板に励
起光通過用の貫通孔を設けるようにしてもよい。

また上記の例で光検出器は、固体光電変換素子を多数１
列に並べたラインセンサとされているが、本発明におけ
る光検出器はこれに限られるものではなく、固体光電変
換素子を１つ有する点状センサとしてもよいし、固体光
電変換素子を二次元的アレイ状に並べた面状センサとし
てもよい。

次に、前述の多層膜フィルター30による作用について詳
しく説明する。この多層膜フィルター30は一例として、
第５図に示すような分光透過率特性を有するショートパ
スフィルターであり、第２、３図に示されるように透光
性基板30Aと、その表面に形成された前述のような多層
膜30Bとからなる。そして本実施態様において該フィル
ター30は、ラインセンサ３の透明電極層９上に上記基板
30Aを密着させ、多層膜30Bが蓄積性螢光体シート10から
微小距離離れるように配置されている。なおこの多層膜
フィルター30は光をほとんど吸収せず、したがって第５
図に示される透過率を１（100％）から引いた値が反射
率となる。本実施態様においては励起光14として、波長
633nmのビームが用いられている。第５図に示すよう
に、この波長の励起光14に対する多層膜フィルター30の
光透過率は、上記の入射角が０゜、30゜、45゜のときそ
れぞれ約90％、20％、５％と、入射角増大にともなって
急激に低下（すなわち反射率が増大）するようになって
いる。一方本実施態様装置において放射線画像情報読取
りにかけられる蓄積性螢光体シート10は、上記励起光14
の励起により、360〜420nm（主に390nm）の波長の輝尽
発光光15を発するものである。第５図に示されるように
多層膜フィルター30はこの波長域の光を、その入射角に
よらず90％前後の透過率で良好に透過させる。なお上記
390nmと633nmの光の透過率の入射角依存性を、分かりや
すく第６図に示す。

励起光14は第２図図示のように、０゜に近い入射角で蓄
積性螢光体シート10上に入射せしめられる。したがって
この励起光14は、透過率90％程度で多層膜フィルター30
を良好に透過し、蓄積性螢光体シート10上に到達し、前
述のように蓄積性螢光体を励起する。この励起光14は蓄
積性螢光体シート10の蛍光体層表面である程度反射し、
多層膜フィルター30側に戻る。この反射は乱反射であ
り、反射光14aは多層膜フィルター30に対して種々の入
射角で入射することになる。このような反射光14aのう
ち大きな入射角で多層膜フィルター30に入射する光は、
前述のような特性を備えた該フィルター30によって高い
反射率で反射され、再度蓄積性螢光体シート10側に戻っ
て蓄積性螢光体を励起する。すなわちこの装置において
は、励起光14が多層膜フィルター30と蓄積性螢光体シー
ト10との間に閉じ込められる形となり、蓄積性螢光体の
励起のために有効に利用されるようになる。

なお輝尽発光光15もまちまちの角度で多層膜フィルター
30に入射するが、該多層膜フィルター30は先に説明した
通りこの輝尽発光光15をその入射角によらず良好に透過
させるから、該輝尽発光光15は効率良くラインセンサ３
に入射する。

本発明者らの実験によれば、上述のように多層膜フィル
ター30を設けて励起光の利用効率を高めることにより、
該多層膜フィルター30を設けない場合に比べて読取感度
を２倍程度に高められることが分かった。

なお、ラインセンサ３に取り付けられた多層膜フィルタ
ー30と蓄積性螢光体シート10との間には、輝尽発光光集
光用のレンズ光学系（例えばロッドレンズアレイ等）が
配されてもよい。この場合、蓄積性螢光体シート10表面
で反射しレンズ光学系を通って多層膜フィルター30まで
戻った励起光（反射光）14aは、該多層膜フィルター30
で反射し再度上記レンズ光学系内のほぼ同じ光路を通っ
て蓄積性螢光体シート10上に戻るので、該シート10上の
ほぼ同じ位置に折り返されることになり、励起効率が向
上する。

また以上説明した例においては、多層膜フィルター30が
ラインセンサ３に取り付けられているが、第７図に示す
ように多層膜フィルター30を、蓄積性螢光体シート10上
に載置あるいは密着保持して、該シート10とともに搬送
させるようにしてもよい。このようにしても、蓄積性螢
光体シート10とラインセンサ３との間の励起光光路内に
多層膜フィルター30が配置されることになるから、前述
の効果と同様の効果が得られる。この場合、多層膜フィ
ルターはすべての蓄積性螢光体シート10に被着させても
よいし、あるいは画像読取済みの蓄積性螢光体シート上
から多層膜フィルターを読取開始位置まで戻して、次に
読取りを行なうシート上に重なる操作を繰り返すように
すれば、多層膜フィルターは１つだけ設ければよいこと
になる。さらには第８図に示されるように、多層膜フィ
ルター30をラインセンサ３と蓄積性螢光体シート10の双
方から離した上で、両者に近接配置してもよい。

また以上説明した実施態様においては、多層膜フィルタ
ーとして第５図に示す分光透過率特性を有するショート
パスフィルターが用いられているが、本発明装置におい
ては、いわゆるバンドパスフィルターとしての多層膜フ
ィルター（第９図に概略の分光透過率特性を示す）を用
いることもできる。すなわちこのようなバンドパスフィ
ルタータイプの多層膜フィルターとして、励起光に対す
る反射率がその入射角増大に応じて増大する一方、輝尽
発光光はその入射角によらず良好に透過させる分光透過
率特性を有するものを用いれば、先に述べたのと同様の
効果が得られる。なおこのバンドパスフィルターである
多層膜フィルターの光透過率の入射角依存性の例を、第
10図に示す。

なお本発明装置においては多層膜フィルターとして、入
射角５゜以内で励起光透過率が70％以上さらに望ましく
は80％以上（つまり励起光反射率が30％以下さらに望ま
しくは20％以下）、かつ入射角30゜以上で励起光反射率
が60％以上さらに望ましくは70％以上で、輝尽発光光透
過率が入射角０〜40゜で60％以上さらに望ましくは80％
以上のものを用いるのが好ましい。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の放射線画像情報読取装
置においては、各画素の信号を光点の走査によってでは
なく電気回路によって時系列化する、光電変換素子から
なる光検出器を用いているから、放射線画像情報読取速
度を十分に高めることができ、また光点走査用の光偏向
器や集光光学系が不要であるから、装置の小型化が達成
できる。また本発明装置においては、上記光検出器を蓄
積性螢光体シートの励起光照射部分に対向配置したから
輝尽発光光の受光立体角が大きくとれ、読取信号のS/N
を十分に高めることができる。さらにその上本発明装置
においては、蓄積性螢光体シートと上記光検出器との間
に配置した多層膜フィルターの作用で、励起光の利用効
率を十分に高めることが可能となっている。したがって
本発明装置によれば、小出力の励起光源を用い、消費電
力も少なくして放射線画像情報読取りの感度を十分に上
げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様装置を示す概略斜視図、 第２図および第３図はそれぞれ、上記実施態様装置の要
部を示す正断面図と側断面図、 第４図は上記実施態様装置に用いられた走査回路を示す
回路図、 第５図は、本発明装置に用いられる多層膜フィルターの
分光透過率特性の例を光入射角毎に示すグラフ、 第６図は上記多層膜フィルターの、励起光および輝尽発
光光に対する透過率の入射角依存性の例を示すグラフ、 第７図および第８図はそれぞれ、本発明の別の実施態様
装置を示す側面図、 第９図は本発明装置に用いられうる別の多層膜フィルタ
ーの分光透過率特性を示すグラフ、 第10図は上記別の多層膜フィルターの、励起光および輝
尽発光光に対する透過率の入射角依存性の例を示すグラ
フである。 ２……励起光源、３……ラインセンサ ５……透明基板、６……遮光板 ７……透明電極層、８……光導電体層 ９……画素分割された透明電極層 10……蓄積性螢光体シート、11……シート搬送手段 14……励起光、15……輝尽発光光 30……多層膜フィルター、30A……基板 30B……多層膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射線画像情報が蓄積記録された蓄積性螢
   光体シート上に励起光をほぼ入射角０゜で照射する励起
   光源と、 画素分割された光電変換素子からなり、前記シートの励
   起光照射面側に該シートに対向して配された光検出器
   と、 前記励起光に対する反射率がその入射角がほぼ０゜のと
   き該励起光を良好に透過させる小さな値を取って入射角
   増大に応じて増大する一方、前記輝尽発光光をその入射
   角によらず良好に透過させる、前記シートと光検出器と
   の間に該シートとほぼ平行にして配された多層膜フィル
   ターとからなる放射線画像情報読取装置。
2. 【請求項２】前記多層膜フィルターが、ショートパスフ
   ィルターであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の放射線画像情報読取装置。
3. 【請求項３】前記多層膜フィルターが、バンドパスフィ
   ルターであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の放射線画像情報読取装置。