JPH0711678B2 - 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蛍光
体シートに励起光を照射し、それによって該蓄積性蛍光
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） ある種の蛍光体に放射線（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
の一部が蛍光体中に蓄積され、この蛍光体に可視光等の
励起光を照射すると、蓄積されたエネルギーに応じて蛍
光体が輝尽発光を示すことが知られており、このような
性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体（輝尽性蛍光体）と呼
ばれる。

この蓄積性蛍光体を利用して、人体等の被写体の放射線
画像情報を一旦蓄積性蛍光体のシートに記録し、この蓄
積性蛍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等の表示装置に被写体の放射線
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
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、基本的には前述の
画素分割さ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蛍光体シートの励起光照射面と反
対の面側に該シートに対向するように配置して用い、 前記シートと前記光検出器の間に該シートとほぼ平行に
して、前記励起光を良好に反射し、前記輝尽発光光を良
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。

上記の検出器は、シートを介して励起光源と反対側に設
けられているので、励起光の光路との関係においてその
配置を考慮する必要がない。従って上記光検出器は効率
的に輝尽発光光を入射せしめることのできる任意の位置
に配されることができる。また、本発明装置における検
出器は、その構造においても励起光を通過させたりする
ことのない、一般的な光検出器を用いることができる。
例えば特開昭60-111568号に示されるように遮光性基板
上に電極層，光導電体層および分割された透明電極層を
積層して形成したもの等が利用できる。

また、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
長の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。また、上記のような透過および反射特性を有
する多層膜フィルターとしては、ダイクロイックフィル
ター等を挙げることができる。

なお多層膜フィルターを蓄積性蛍光体シートと光検出器
の間に配するとは、該フィルターを光検出器の表面に接
するように取り付けてもまた反対に蓄積性蛍光体シート
を表面に接するように取り付けてもよいし、さらには蓄
積性蛍光体シートと光検出器の双方から微小距離ずつ離
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蛍光体シートと
光検出器の間に設けられていると、シート中から輝尽発
光光を励起することなくシートを通過した一部の励起光
は、該フィルターにおいて多量が反射し、再度蓄積性蛍
光体シート側に折り返されることになる。つまり蓄積性
蛍光体シートを通過した励起光が、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
光が蓄積性蛍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蛍光体シートか
ら発せられた輝尽発光光も該シートから出射するが、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
積性蛍光体シート10は、第１図に示されるように２対の
ニップローラ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。そして上記蓄積性蛍光体
シート10の下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。そしてシート10の上方に
は、このラインセンサ３に、シート10を介して対向して
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無指向性の光源、例
えば蛍光灯、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は遮光性基板６上に透明電極層
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のいずれか又
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。そして蓄積性蛍光体シ
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。

蓄積性蛍光体シート10から放射線画像情報を読み取る際
には、励起光源２から該シートに励起光14が線状に照射
される。この励起光照射によりシート１から発生される
画像情報を担持した輝尽発光光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。

また、透明電極層９（例えば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
性蛍光体シート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。

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示すダイクロイッ
クフィルターであり、第２図および第３図に示されるよ
うにガラス基板30Aと、その表面に形成された多層膜30B
とからなる。また、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と上記基板30Aを密
着させ、多層膜30Bが蓄積性蛍光体シート10から微小距
離離れるように配置されている。

上記多層膜フィルター30は光をほとんど吸収せず、従っ
てこの第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であ
るレーザビーム14として、He−Neレーザから射出された
波長633nmのビームが用いられている。第５図に示すよ
うに、波長633nmのビームに対する多層膜フィルター30
の光反射率は90％程度となっている。

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
けられる蓄積性蛍光体シート10は、上記レーザビーム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図に示すように波長
390nmのビームに対する多層膜フィルター30の光透過率
は80％程度となっている。

励起光としての光ビーム14は前述のように蓄積性蛍光体
シート10に入射せしめられ、蓄積性蛍光体シート10を励
起する。このレーザビーム14はその一部が蓄積性蛍光体
シート10を励起することなくシート10を透過してこのシ
ート10の下側に放出される。この励起光の透過光14a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、再度蓄積性蛍光体シート10側に戻っ
て蓄積性蛍光体シート10を励起する。すなわちこの装置
においては、励起光であるレーザビーム14が多層膜フィ
ルター30と蓄積性蛍光体シート10との間に閉じ込められ
る形となり、蓄積性蛍光体シート10の励起のために有効
に利用されるようになる。

また、輝尽発光光15も多層膜フィルター30に入射する
が、該多層膜フィルター30は、第５図に示すように、輝
尽発光光を良好に透過させるから、該輝尽発光光はライ
ンセンサ３により効率的に検出される。このように上記
多層膜フィルターを用いたことにより、本実施態様の装
置によれば、輝尽発光光の検出に影響を与えることなく
励起光であるレーザビームを有効に利用して輝尽発光光
の光量を増大させて装置の感度を従来より顕著に高める
ことができる。また、この多層膜フィルター30を設けた
ことにより、該フィルターを励起光は透過せず輝尽発光
光のみが透過して検出されるから、ラインセンサにより
輝尽発光光を検出する際に、輝尽発光光のみを選択的に
ラインセンサに入射させて励起光をカットするカットフ
ィルター等、特別な手段を設ける必要がない。

なお、上記実施態様における多層膜フィルターは入射す
る輝尽発光光を80％程度透過し、また励起光は90％程度
反射する極めて好ましい特性を有するものであるが、一
般的には励起光の反射率が60％以上であり、かつ輝尽発
光光の透過率が60％以上であれば好ましい感度上昇の効
果を達成することができる。また、多層膜を支持する基
板としては前記ガラス基板の他にポリエチレンテレフタ
レート，ポリエチレン，ポリ塩化ビニリデン，ポリアミ
ドなどからなる透明なプラスチックシートを用いてもよ
い。

ところで前記レーザビーム14は、前述のようにその一部
がシートを励起することなしにシートを通過してしまう
とともに、別の一部はシート10の表面において反射して
しまい、シートの励起を行なわないことが知られてい
る。また、輝尽発光光15はシート10からラインセンサ３
側（シートの下側）に発するとともに、シート10の上側
にも発する。そこで、前記多層膜フィルター30とともに
前記シート10に近接した、上記レーザビーム14の光路中
に、レーザビームの反射率がその入射角の増大に応じて
増大する一方、輝尽発光光をその入射角によらず良好に
反射する多層膜フィルターを設ければレーザビームを一
層有効に使うことができるとともに輝尽発光光の集光も
効率的に行なうことができる。以下、第６図以下の図面
により、シートの上下にそれぞれ多層膜フィルターを備
えた実施態様について説明する。なお、上述した実施態
様と同一部分には同一番号を付し、その説明を省略す
る。

シート10の下側には前述のようにラインセンサ３と接す
るように配された多層膜フィルター（以下、第１の多層
膜フィルターと称する）30が、上側には第２の多層膜フ
ィルター40がそれぞれ配されている。この第２のフィル
ター40は一例としてフィルターへの入射角が０゜である
際に第７図に示すような分光透過率特性を有するバンド
パスフィルターであり、第６図に示すようにガラス基板
40Aとその表面に形成された多数膜40Bとからなる。この
第２の多数膜フィルター40は前述した第１の多層膜フィ
ルター30と同様の材料を用いて同様の方法により製造す
ることができる。またレーザビーム14は通常シート10、
すなわち第２の多層膜フィルター40に略垂直な方向（入
射角が略０゜となる方向）から入射せしめられる。

上記第２の多層膜フィルター40は光をほとんど吸収せ
ず、従ってこの第７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、
レーザビーム14の波長は前述のように633nmであるの
で、このレーザビーム14に対する第２の多層膜フィルタ
ー40の光透過率は入射角が０゜の際、すなわちシート10
の励起のために入射する際には90％程度となっている。
一方上記第２の多層膜フィルター40の、励起光としての
レーザビーム14および輝尽発光光15（波長390nm）に対
する透過率の入射角依存性は第８図に示すとおりであ
る。

前記レーザビーム14は前記のように、０゜に近い入射角
で蓄積性蛍光体シート10上に入射せしめられる。従って
このレーザビーム14は、透過率90％程度で第２の多層膜
フィルター40を良好に透過し、蓄積性蛍光体シート10上
に到達し、蓄積性蛍光体シート10を励起する。このレー
ザビーム14は蓄積性蛍光体シート10の表面である程度反
射し、第２の多層膜フィルター40側に戻る。この反射は
乱反射であり、反射光14bは第２の多層膜フィルター40
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14bのうち大きな入射角で第２の多層膜フィル
ター40に入射する光は、前述のような特性を備えた第２
の多層膜フィルター40によって高い反射率で反射され、
再度蓄積性蛍光体シート10側に戻って蓄積性蛍光体シー
ト10を励起する。すなわちこの装置おいては、励起光で
あるレーザビーム14が第２の多層膜フィルター40と蓄積
性蛍光体シート10との間にも閉じ込められる形となり、
蓄積性蛍光体シート10の励起のために一層有効に利用さ
れるようになる。

また輝尽発光光15もまちまちの角度で第２の多層膜フィ
ルター40に入射するが、該多層膜フィルター40は、第８
図に示すように、輝尽発光光15についてはその入射角に
依らずに常に100％近くを反射する。従って輝尽発光光1
5のうち第２の多層膜フィルター40側に発散した光は第
６図に示すようにその多くが第２の多層膜フィルター40
に反射され、蓄積性蛍光体シート10の下側に配されたラ
インセンサ３に入射せしめられる。このように、第１の
多層膜フィルター30とともに上記第２の多層膜フィルタ
ー40を用いれば励起光であるレーザビームを一層有効に
利用して輝尽発光光の光量を増大させるとともに、この
輝尽発光光の検出を効率良く行ない、装置の感度および
S/Nを従来より顕著に高めることができる。

なお、上記実施態様における多層膜フィルターは入射す
る輝尽発光光を100％近く反射し、また励起光は入射角
が０゜である場合に90％程度透過する等極めて好ましい
特性を有するものであるが、一般的には励起光の光透過
率が入射角度０〜５゜の場合に70％以上であり、励起光
の反射率が入射角度30゜以上の場合に60％以上であり、
かつ輝尽発光光の反射率が60％以上であれば好ましい感
度上昇の効果を達成することができる。また、多層膜を
支持する基板としては前記ガラス基板の他にポリエチレ
ンテレフタレート，ポリエチレン，ポリ塩化ビニリデ
ン，ポリアミドなどからなる透明なプラスチックシート
を用いてもよい。

本発明者らの実験によれば、上述のように第１の多層膜
フィルターを設けて励起光の利用効率を高めることによ
り、この多層膜フィルターを設けない場合に比べ読取感
度を1.5倍程度に高めることができ、また第１の多層膜
フィルターとともに第２の多層膜フィルターを設けた場
合にはさらに読取感度を上昇させることができることが
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と蓄積性蛍光体シート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、蓄積性蛍光体シート10を透
過してレンズ光学系を通って多層膜フィルター30に入射
した励起光（透過光）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
蓄積性蛍光体シート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に接するように配置されているが、多層
膜フィルター30は蓄積性蛍光体シート10に接するように
配されてもよい。さらに第９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と蓄積性蛍光体シート
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、多層膜フィルターは、上述のようにシートに対し
て相対的に移動するものの他に、例えばシートの走査領
域全体に多層膜フィルターを一時的に密着させ、シート
の副走査手段とともにフィルター送り手段を設けて多層
膜フィルターをシートとともに副走査方向に送るように
してもよい。この場合には画像情報読取り済みの蓄積性
蛍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ねる操作を
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。

（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、蓄積性蛍光体シー
トと光検出器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。従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。さらに、本発明装置
は、上記のような効果を奏する多層膜フィルターを励起
光光路に配置したものであるから、本装置によれば、す
べての蓄積性蛍光体シートに高価な多層膜フィルターを
被着させる場合に比べて放射線画像情報読取システムを
より安価に形成することができる。

【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
分光透過率特性を示すグラフ、 第６図は本発明の他の実施態様装置を示す側面図、 第７図は第６図に示す装置に用いられる第２の多層膜フ
ィルターの分光透過率特性を示すグラフ、 第８図は上記第２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を示すグラ
フ、 第９図は本発明の他の実施態様装置を示す側面図であ
る。 ２……励起光源、３……ラインセンサ ６……遮光性基板、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……蓄積性蛍光体シート、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 (2)

【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蛍
   光体シートに励起光を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
   起光照射面と反対の面側に該シートに対向して配された
   光検出器と、 前記励起光を良好に反射し、前記輝尽発光光を良好に透
   過させる、前記シートと前記光検出器の間に該シートと
   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、前記励起光の光
   反射率が60％以上であり、前記輝尽発光光の透過率が60
   ％以上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。