KR100741575B1 - Fluorescence photographing apparatus which can decrease background - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 디지털 엑스선 촬영장치를 설명하기 위한 도면;1 is a view for explaining a conventional digital X-ray imaging apparatus;
도 2 및 도 3은 도 1의 디지털 엑스선 촬영장치의 문제점을 설명하기 위한 도면들;2 and 3 are views for explaining a problem of the digital X-ray imaging apparatus of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 엑스선 촬영장치를 설명하기 위한 도면;4 is a view for explaining a digital x-ray imaging apparatus according to the present invention;
도 5는 단파장 투과코팅층(60a)의 입사각에 대한 파장 대 투과율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 5 is a graph for explaining the relationship of wavelength vs. transmittance with respect to the incident angle of the short wavelength
<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명><Description of reference numbers for the main parts of the drawings>
10: 형광 스크린 11: 엑스선10: fluorescent screen 11: X-ray
12: 가시광 12a: 상 형성 가시광12:
12b: 백그라운드 형성 산란광 12c: 백그라운드를 형성하지 않는 산란광12b: Background forming scattered
12d: 투과광 13: 물점 12d: transmitted light 13: water point
22: 반사경 24: 수직법선 22: reflector 24: vertical normal
30: 광학계 34: 입사동 30: optical system 34: incident pupil
35: 상 35a: 백그라운드 35:
40: 고체촬상소자 50: 마이컴 40: solid state image pickup device 50: microcomputer
60a: 단파장 투과코팅층 60b: 전반사 코팅층60a: short wavelength
70: 흡수도장층70: absorbent coating layer
본 발명은 형광 촬영장치에 관한 것으로서, 특히 반사경에서 반사되는 가시광에 의하여 상에 백그라운드가 생기는 것을 방지하기 위한 형광 촬영장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorescence imaging apparatus, and more particularly, to a fluorescence imaging apparatus for preventing a background from being generated by visible light reflected by a reflector.
종래 병원에서 환자의 상태를 파악하는 데 사용되는 엑스선 촬영장치는 엑스선 필름을 현상할 때에 발생하는 폐 용액에 의한 환경오염, 환자를 진단하기 위하여 여러 장의 사진을 촬영하는 데 따른 환자들의 피폭 가능성, 및 필름의 장기간 보관에 따른 과다한 비용 발생 등 많은 문제점을 가지고 있다. 따라서 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 디지털 엑스선 촬영 장치가 사용되고 있다. X-ray imaging apparatus used to determine the patient's condition in the conventional hospital, environmental pollution caused by the lung solution generated when developing the X-ray film, the possibility of exposure of the patient by taking a number of pictures to diagnose the patient, and There are many problems such as excessive cost caused by long-term storage of the film. Therefore, recently, a digital X-ray imaging apparatus has been used to solve this problem.
디지털 엑스선 촬영장치는 환자의 자료를 컴퓨터에 저장하기 때문에 의사는 즉석에서 과거의 엑스선 필름 사진을 바로 볼 수 있고 환자가 원할 경우 즉시 인쇄하여 줄 수도 있다. 또한 서로 먼 거리에 위치한 병원 간에도 자료의 전송이 용이하며, 엑스선 필름을 수년간 보관하기 위한 넓은 공간이 불필요하므로 비용이 절감 된다. 그러나 아직까지는 해상도와 효율면에서 모자란 점이 많다. Because digital X-rays store patient data on a computer, doctors can instantly view past X-ray film photos and print them out immediately if the patient desires. It also facilitates the transfer of data between hospitals located at distances and saves money by eliminating the need for a large space to store X-ray films for years. However, there are still many deficiencies in resolution and efficiency.
도 1은 종래의 디지털 엑스선 촬영장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 엑스선 발생기(미도시)에서 발생된 엑스선 중에서 인체를 투과한 엑스선(11)은 형광 스크린(10)에 입사되어 형광 스크린(10)에서 가시광(12)으로 변환되어 출사된다. 형광 스크린(10)에서 출사되는 가시광(12)은 반사경(22)에서 반사되어 광학계(30)를 거쳐 고체촬상소자(CCD, 40)에 결상된다. 고체촬상소자(40)에 입력된 상은 컴퓨터(50)에 전송된다. 1 is a view for explaining a conventional digital X-ray imaging apparatus. Referring to FIG. 1,
도 2 및 도 3은 도 1의 디지털 엑스선 촬영장치의 문제점을 설명하기 위한 도면들이다. 2 and 3 are diagrams for describing a problem of the digital X-ray imaging apparatus of FIG. 1.
도 2에 도시된 바와 같이, 형광 스크린(10)에서 출사되는 가시광(12)은 한 방향으로만 출사되는 것이 아니라 여러 방향으로 산란되어 출사된다. 따라서 도 3에서 나타난 바와 같이, 형광 스크린(10)에서 출사되는 가시광(12) 중에는 광학계(30)의 입사동(34) 내부로 들어가서 정확한 상(35)의 형성에 기여하는 것(12a) 이외에 입사동(34) 외부로 산란되어 백그라운드(35a)의 형성에 기여하는 것(12b)이 존재한다. As shown in FIG. 2, the
예를 들어, 매우 가는 엑스선(11)이 형광 스크린(10) 위의 한 점을 자극하여 가시광이 방출되어 이 점이 물점(13)을 이루는 경우를 살펴보면, 형광 스크린(10)의 중심에 위치한 물점(13)에서 나온 상 형성 가시광(12a)은 반사경(22)의 뒤에 가상적으로 위치하는 렌즈의 입사동(34)을 잇는 직선 형태로 반사경(22)에 입사되며, 백그라운드 형성 가시광(12b)은 상 형성 가시광(12a)이 반사경(22)과 이루는 입사 각(θ2)보다 작은 각으로 반사경(22)의 윗부분(형광 스크린과 가까운 영역)에 입사한다. 백그라운드 형성 가시광(12b)은 형광 스크린(10) 쪽으로 반사되어 형광 스크린(10)의 물점(13) 외에 다른 부분을 비추게 된다. 그로인해, 가시광이 발생하지 않아서 완전히 검게 나타나야 할 상(35) 주위에 밝은 백그라운드(35a)가 형성된다.For example, when a very
한편, 상 형성 가시광(12a)이 반사경(22)과 이루는 입사각(θ2)보다 작은 각으로 반사경의 윗부분(형광 스크린과 가까운 영역)에 입사하더라도 참조번호 12c로 표시한 바와 같이 그 입사각이 충분히 작지 않은 경우에는 반사광이 형광스크린(10) 이외의 장소를 향하기 때문에 백그라운드(35a)를 발생시키지 않는다. 형광 스크린(10)의 아랫부분(13~13b)과 윗부분(13~13a)에서 나온 빛이 반사경(24)의 수직법선(24)과 이루는 각도(입사각)는 형광 스크린(10)과 입사동(34)의 거리에 따라서 바뀐다. On the other hand, even if the image-forming
본 발명의 예와 같이 어둠상자를 포함하는 광학 기기는 사용과 보관이 간편해지기 위해서는 어둠상자의 크기가 작아야 하며, 그 좋은 예로서 프로젝션 TV를 들 수 있다. 프로젝션 TV의 경우는 두께가 얇아야 일반 평판 LCD나 PDP처럼 상품성이 있게 되므로 이를 위해 광학계의 화각을 넓히고 반사경을 넣어서 광로를 꺾는 방법을 쓴다. 즉, 일반 프로젝션 TV(액정이 포함되는)에 있어서는 렌즈의 개구수가 2.5~3.0으로서 화각이 90도 내외에 이르는 광학계의 설계가 가능하므로, 이러한 광각의 광학렌즈와 반사경을 함께 사용하여 두께를 줄인다. As the example of the present invention, the optical device including the dark box should have a small size of the dark box in order to be easy to use and store, and a good example is a projection TV. In the case of a projection TV, a thin film becomes commercially available like a flat panel LCD or a PDP. Therefore, a wider angle of view of the optical system and a reflector are used to break the optical path. That is, in a general projection TV (including a liquid crystal), the optical system can be designed with a numerical aperture of 2.5 to 3.0 and an angle of view of about 90 degrees. Therefore, the optical lens and the reflector of such a wide angle are used together to reduce the thickness.
이것은 형광촬영장치에서도 요구되는 중요한 요소로서, 광학계의 화각을 넓히기 위해서 상기 형광 스크린에서 렌즈의 입사동까지의 거리를 짧게 하며, 상기 형광 스크린에서 반사경까지의 거리도 가급적 짧게 한다. This is an important factor required in the fluorescence imaging apparatus. In order to widen the angle of view of the optical system, the distance from the fluorescent screen to the incident pupil of the lens is shortened, and the distance from the fluorescent screen to the reflector is as short as possible.
그런데 형광촬영장치에는 화각의 요구와 더불어 렌즈의 개구수에 대한 필요조건이 더 있다. 즉, 약한 엑스선의 세기에도 상기 형광 스크린으로부터 충분한 형광을 수집해야 한다는 것이다. 이는 약한 엑스선에 의해 발생되는 형광을 광학계가 충분히 수집하지 못하면 상기 형광 스크린에 강한 엑스선을 조사할 수 밖에 없게 되며 이 경우 인체에 유해하여 장비의 활용도가 낮아져서 장비의 가치가 떨어지기 때문이다. However, the fluorescence imaging apparatus has a requirement for the numerical aperture of the lens in addition to the demand for the angle of view. In other words, sufficient fluorescence should be collected from the fluorescent screen even at a weak X-ray intensity. This is because if the optical system does not sufficiently collect the fluorescence generated by the weak X-rays, it is inevitable to irradiate the strong X-rays on the fluorescent screen.
렌즈가 받아들이는 양은 개구수의 제곱의 역수에 비례하며, 형광촬영장치에는 개구수가 작은 대구경(개구수가 1.2 미만)의 광학계를 사용한다. 그런데 이렇게 빛을 많이 받아들이는 개구수가 작고 밝은 렌즈에서는 수차보정의 부담이 커서 화각을 아주 넓게(90도 정도) 설계하는 것이 불가능하므로 통상 화각이 50~60도 정도로 설계된다. The amount received by the lens is proportional to the inverse of the square of the numerical aperture, and a large-diameter (less than 1.2 aperture) optical system with a small numerical aperture is used for the fluorescence imaging apparatus. However, the lens with a small numerical aperture that receives a lot of light has a large aberration correction burden, so it is impossible to design a very wide angle of view (about 90 degrees). Therefore, an angle of view of about 50 to 60 degrees is usually designed.
이러한 광학계의 구성에 의한 형광촬영장치에서도 스크린과 렌즈의 입사동 사이의 거리가 짧아야 하며, 두께를 얇게 하기 위해서 반사경이 삽입되어야 하며, 스크린과 반사경의 간격도 짧아야 한다. 이 때에 바로 상술한 바와 같이 반사경에 의해 반사된 빛이 거꾸로 형광 스크린으로 다시 되돌아가는 현상이 많이 발생한다. In the fluorescence imaging apparatus having such an optical system, the distance between the screen and the incident pupil of the lens should be short, and the reflector should be inserted to make the thickness thin, and the distance between the screen and the reflector should be short. At this time, as described above, a lot of phenomena in which the light reflected by the reflector is returned back to the fluorescent screen is reversed.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반사경에서 반사되는 가시광에 의하여 상에 백그라운드가 생기는 것을 방지할 수 있는 형광 촬영장치를 제공 하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a fluorescence photographing apparatus capable of preventing a background from being formed on a visible light reflected by a reflector.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 형광 촬영장치는, 형광을 출사하는 형광 스크린과, 상기 형광 스크린에서 출사되는 형광을 다른 방향으로 반사하는 반사경과, 상기 반사경에서 반사되는 형광을 입사받아 결상하는 결상장치를 포함하는 형광 촬영장치로서, According to an aspect of the present invention, a fluorescence imaging apparatus includes: a fluorescent screen for emitting fluorescence, a reflector for reflecting fluorescence emitted from the fluorescent screen in different directions, and an image of fluorescence reflected from the reflector A fluorescent imaging device comprising an imaging device,
상기 반사경에서 반사되어 상기 형광 스크린 쪽으로 돌아가게 될 형광이 상기 반사경에서 반사되지 않고 상기 반사경을 투과하도록 상기 반사경의 반사면에 단파장 투과코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다. A short wavelength transmissive coating layer is formed on the reflecting surface of the reflector such that the fluorescence which is reflected by the reflector to be returned to the fluorescent screen is transmitted through the reflector without being reflected by the reflector.
상기 형광 촬영장치가 디지털 엑스선 촬영장치에 사용되는 경우에는 상기 형광 스크린은 엑스선을 입사받아 상기 형광을 출사할 것이다. When the fluorescence imaging apparatus is used in the digital X-ray imaging apparatus, the fluorescence screen will receive X-rays and emit the fluorescence.
상기 반사경의 반사면에는 단파장 투과코팅층이 전면에 형성될 수도 있지만 그렇지 않고 일부분에만 형성될 수도 있다. 이렇게 단파장 투과코팅층이 일부분에만 형성되는 경우에는 그 나머지 부분에는 입사각도에 관계없이 상기 형광을 반사하는 전반사 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다. The short wavelength transmission coating layer may be formed on the entire surface of the reflecting surface of the reflector, but may be formed only on a portion thereof. When the short wavelength transmission coating layer is formed only in this way, it is preferable that the total reflection coating layer reflecting the fluorescence is formed on the remaining portion regardless of the incident angle.
상기 형광 스크린에서 출사되는 형광은 535~545nm의 파장을 가질 수 있으며, 파장대역 폭은 10nm ~ 30nm 인 것이 바람직하다. The fluorescence emitted from the fluorescent screen may have a wavelength of 535 ~ 545nm, the wavelength band width is preferably 10nm ~ 30nm.
상기 형광 스크린의 형광물질은 가돌리늄 설퍼 옥사이드로 이루어지는 것이 바람직하다. The fluorescent material of the fluorescent screen is preferably made of gadolinium sulfur oxide.
상기 반사경을 투과하는 가시광이 흡수되도록 상기 반사경의 뒷면에는 흡수도장층이 형성되는 것이 바람직하다. It is preferable that an absorption coating layer is formed on the back side of the reflector to absorb visible light passing through the reflector.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 여기서 종래기술과 동일한 참조번호는 동일기능을 수행하는 구성요소를 나타낸다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Here, the same reference numerals as in the prior art denote components that perform the same function. The following examples are only presented to understand the content of the present invention, and those skilled in the art will be capable of many modifications within the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limited to these embodiments.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 엑스선 촬영장치를 설명하기 위한 도면으로서, 특히 본 발명의 특징부인 반사경(22)을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 백그라운드 형성 가시광(12b)은 상 형성 가시광(12a)이 반사경(22)의 수직법선(24)과 이루는 각도(θ2, 입사각)보다 작은 각으로 반사경(22)에 입사되는데, 본 발명은 이러한 백그라운드 형성 가시광(12b)이 반사경(22)에서 반사되지 않고 반사경(22)을 투과하도록 반사경(22)의 반사면에 단파장 투과코팅층(60a)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 이렇게 반사경(22)을 투과하는 투과광(12d)을 흡수하기 위하여 반사경(22)의 뒷면에 흡수도장층(70)을 형성하는 것도 특징으로 한다. 4 is a view for explaining a digital X-ray imaging apparatus according to the present invention, in particular for explaining the
그런데, 이렇게 백그라운드 형성 가시광(12b)만을 반사경(22)에 투과되도록 하는 것은, 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 윗부분(13a) 사이에서 발산해서 반사경(22)의 수직법선(24)과 45도 이상의 큰 입사각을 이루는 상 형성 가시광 (12a)에 대해서는 매우 효과적이지만, 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 아랫부분(13b) 사이에서 발산해서 반사경(22)의 수직 법선(24)과 45도 이하의 작은 입사각을 이루는 상 형성 가시광(12a)에 대해서는 효과적이지 않다. However, only the background forming
이는 상 형성 가시광(12a)과 백그라운드 형성 가시광(12b)의 입사각 차이가 작을 때에는 입사각에 따라서 투과와 반사가 분리되는 효과가 제대로 발휘되지 않기 때문이다. 즉, 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 아랫부분(13b) 사이에서 발산한 상 형성 가시광(12a)이 백그라운드 제거를 위한 단파장 투과코팅층(60)에 의하여 오히려 제대로 반사되지 않는 문제가 발생한다. This is because when the incident angle difference between the image-formed
그러나, 백그라운드 형성 효과는 물점과 물점에서 나온 빛이 도달하는 스크린 상의 점까지 거리의 제곱에 반비례하므로, 반사경(22)과의 거리가 먼 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 아랫부분(13b) 사이에서 발산한 빛이 일으키는 백그라운드 형성 효과는 반사경(22)과의 거리가 가까운 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 윗부분(13a) 사이에서 발산한 빛이 일으키는 백그라운드 형성 효과에 비해서 미약하다. 또한 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 아랫부분(13b) 사이에서 발산한 빛은 반사경(22)에 입사되는 입사각이 작으므로, 백그라운드를 형성하지 않는 산란광(12c)을 주로 발생시켜서 백그라운드 형성에 기여하는 효과가 매우 작다.However, the background forming effect is inversely proportional to the square of the distance from the water point to the point on the screen where the light from the water reaches, so that the
따라서, 반사경의 윗부분(22a)은 입사각도에 따라서 반사와 투과가 분리되는 단파장 투과코팅층(60a)을 형성하고 반사경의 아랫부분(22b)은 입사각도에 관계없이 반사가 이루어지는 전반사 코팅층(60b)을 형성하면, 백그라운드 형성이 심한 반 사경의 윗부분(22a)에서는 백그라운드 형성을 억제하고 백그라운드 형성이 미미한 반사경의 아랫부분(22b)은 빛의 손실 없이 충실히 광학계(30)에 빛을 전달하는 효과를 달성할 수 있다. 물론 이에 따르면 흡수도장층(70)을 반사경(22)의 전면이 아니라 반사경의 윗부분(22a)에만 형성시켜도 될 것이다. Accordingly, the
단파장 투과코팅층(60a)과 전반사 코팅층(60b)의 영역의 크기는 입사동(34)과 형광 스크린(10)의 거리에 따라서 입사각이 바뀌므로 입사각의 범위에 따라서 조정하면 된다.The size of the region of the short wavelength
도 5는 단파장 투과코팅층(60a)의 입사각에 대한 파장 대 투과율의 관계를 설명하기 위한 그래프로서, 반사경(22)에 50도로 입사되는 경우, 45도로 입사되는 경우, 20도로 입사되는 경우, 및 수직으로 입사되는 경우를 나타낸 것이다. 여기서의 단파장 투과코팅층(60a)으로는 표 1에 나타낸 바와 같이 TiO2와 SiO2가 교번하여 적층된 것을 사용하였다. FIG. 5 is a graph for explaining the relationship of wavelength vs. transmittance with respect to an angle of incidence of the short wavelength
[표1]Table 1
단파장 투과코팅층(60a)을 형성하기 위하여서는 각종 비유전체의 층을 진공 코팅하며, 코팅 물질의 두께는 주로 반사시키고자 하는 파장의 1/4의 두께를 교대로 적층하는 방법을 쓴다. 이러한 단파장 투과 코팅층(60a)에 빛이 수직 입사하지 않고 기울어져서 입사하는 경우에는, 입사각 사인값의 역수만큼 실제 코팅층을 통 과하는 광경로가 길어져서 동일한 광 경로를 발생시키는 파장이 짧아지게 된다. In order to form the short-wave
형광 스크린(10)에 사용되는 형광물질은 필요에 따라 선택할 수 있는데, 그 예로서 가돌리늄 설퍼 옥사이드(Gadolinium sulfur oxide)를 들 수 있다. 가돌리늄 설퍼 옥사이드 형광물질은 535~545nm 파장의 가시광(녹색계열)을 출사한다. The fluorescent material used for the
도 5를 참조하면, 535~545nm의 파장대역에서는 입사각이 20도보다 작은 경우에는 대부분 투과하며 45도보다 큰 경우는 투과율이 0에 근접하여 대부분 반사함을 알 수 있다. 즉, 형광 스크린의 중심(13)과 형광 스크린의 윗부분(13a) 사이에서 발산하는 가시광이 535~545nm 범위에서의 파장을 가질 때, 45도 이상의 각도로 입사하는 상형성 가시광은 대부분 반사되지만, 백그라운드를 형성시키는 작은 입사각으로 반사되는 백그라운드 형성 산란광은 대부분 투과되어 반사경(22)의 뒷면에 흡수도장층(70)에 흡수된다. Referring to FIG. 5, it can be seen that in the wavelength range of 535 to 545 nm, the transmittance is mostly transmitted when the incidence angle is smaller than 20 degrees, and the transmittance is close to 0 and is mostly reflected when it is larger than 45 degrees. That is, when visible light emitted between the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반사경(22)에서 반사되는 대부분의 상형성 가시광은 반사시키면서도 산란광에 의해서 상에 백그라운드가 생기는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the background from being generated by the scattered light while reflecting most of the phase-forming visible light reflected by the
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2006
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