JP2002022840A - Ｘ線ｃｃｄカメラ - Google Patents
Ｘ線ｃｃｄカメラInfo
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- JP2002022840A JP2002022840A JP2000201860A JP2000201860A JP2002022840A JP 2002022840 A JP2002022840 A JP 2002022840A JP 2000201860 A JP2000201860 A JP 2000201860A JP 2000201860 A JP2000201860 A JP 2000201860A JP 2002022840 A JP2002022840 A JP 2002022840A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ線入力に対してＣＣＤに入力される光信号
を適正なレベルにしたＸ線ＣＣＤカメラを提供する。 【解決手段】 被検体を透過したＸ線が、表面に保護膜
１を有した蛍光膜２に入射して発光し、その光がＦＯＰ
（光ファイバープレート）３を介して減光層４に入射
し、そこで減光されてＣＣＤチップ６のＣＣＤ素子５に
入る。光レベルが下げられてＣＣＤ素子５に入るので、
ＣＣＤの飽和電荷領域内で動作し、ＣＣＤが光を最適に
検知する。
を適正なレベルにしたＸ線ＣＣＤカメラを提供する。 【解決手段】 被検体を透過したＸ線が、表面に保護膜
１を有した蛍光膜２に入射して発光し、その光がＦＯＰ
（光ファイバープレート）３を介して減光層４に入射
し、そこで減光されてＣＣＤチップ６のＣＣＤ素子５に
入る。光レベルが下げられてＣＣＤ素子５に入るので、
ＣＣＤの飽和電荷領域内で動作し、ＣＣＤが光を最適に
検知する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線画像検査装
置、Ｘ線ラインセンサ、Ｘ線ＣＴ装置等に使用されるＸ
線カメラに係わり、特に、Ｘ線により蛍光膜で発光した
光を光ファイバープレートを介してＣＣＤカメラに導入
するＸ線ＣＣＤカメラに関する。
置、Ｘ線ラインセンサ、Ｘ線ＣＴ装置等に使用されるＸ
線カメラに係わり、特に、Ｘ線により蛍光膜で発光した
光を光ファイバープレートを介してＣＣＤカメラに導入
するＸ線ＣＣＤカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に、従来のＸ線ＣＣＤカメラ画像表
示装置を示す。Ｘ線ＣＣＤカメラは、保護膜１で覆われ
た蛍光膜２、例えばＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔ
ｂ）等にＸ線が入射すると、Ｘ線量に応じて蛍光膜２が
発光し、その発光が光ファイバープレート（Ｆｉｂｅｒ
Ｏｐｔｉｃ Ｐｌａｔｅと呼ばれ、光ファイバーを数
万本集積した板＝以下ＦＯＰと称す）３を介して、ＣＣ
Ｄチップ６に導入され、そして、電気回路７によってＣ
ＣＤチップ６を駆動して電気信号を取り出すようになっ
ている。取り出した電気信号はＣＰＵ８に送られ処理さ
れて、モニタ９上にＸ線画像が表示されるものである。
図８に、Ｘ線ＣＣＤカメラの構成を示す斜視図を示す。
図９に、ＦＯＰ３の原理を示す。ＦＯＰ３は（ａ）に示
す数ミクロンの光ファイバ１５を束にした光学デバイス
で、（ｂ）に示すように下面１６の像がそのまま上面１
７に浮き上がって見ることが出来る。このＦＯＰ３は、
レンズに代わる光学素子として光や像（イメージ）を高
効率、低歪みで伝達し、さらに、レンズのように焦点距
離を設ける必要が無いため、コンパクトな光学設計を可
能にしている。現在では、ＦＯＰ３は、光ファイバー１
５一本あたり３ミクロン径の高精細タイプから製作可能
で、□１〜□４５０ｍｍ程度の正方形、円形など様々な
形状に製作されている。そして、蛍光膜２がＣｓＩ（Ｔ
ｌ）タイプのものでは２０ｌｐ／ｍｍの高解像度のもの
が製作され、増感紙接着タイプのものに比べて８０％ア
ップの高い光出力を有する。そして、最大３：１まで像
を拡大・縮小して、伝達することができるテーパタイプ
のものもある。この蛍光膜２とＦＯＰ３を一体に固着し
たものがＦＯＳと呼ばれている。ＦＯＳは、数ミクロン
径の光ファイバー１５を数万本束ねたＦＯＰ３に蛍光膜
２を付加したもので、増感紙接着タイプより高感度、高
解像度で、通常のＣＣＤとカップリングすることによ
り、リアルタイムデジタル撮影などが可能となる。ＦＯ
Ｓに使用されているＦＯＰ３は、蛍光膜２を透過し、直
接ＣＣＤチップ６に入射しようとするＸ線を抑えるＸ線
吸収特性を有しているため、カップリングするＣＣＤチ
ップ６の劣化やノイズを防ぎ、撮像デバイスの長寿命
化、高画質化に貢献している。ＣＣＤチップ６は、ＣＣ
Ｄ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素
子をアレイ化したもので、入射光により生じた電荷を、
半導体内に作られたポテンシャル井戸にたくわえ、外部
から転送電圧を加えポテンシャル井戸を遂次動かすこと
により、その電荷を半導体表面に沿って転送していくチ
ップで、センサと走査部を一体とした固体撮像素子であ
る。その分光感度特性は、半導体基板（シリコン）で決
定され、近赤外光の０．８μｍ付近にピークを持つが、
総合的な特性は、ＣＣＤチップ６上に設けられたＦＯＰ
３、蛍光膜２の特性と絡んで決定される。また、その限
界解像度は、ＣＣＤ素子５の大きさによって決定され
る。
示装置を示す。Ｘ線ＣＣＤカメラは、保護膜１で覆われ
た蛍光膜２、例えばＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔ
ｂ）等にＸ線が入射すると、Ｘ線量に応じて蛍光膜２が
発光し、その発光が光ファイバープレート（Ｆｉｂｅｒ
Ｏｐｔｉｃ Ｐｌａｔｅと呼ばれ、光ファイバーを数
万本集積した板＝以下ＦＯＰと称す）３を介して、ＣＣ
Ｄチップ６に導入され、そして、電気回路７によってＣ
ＣＤチップ６を駆動して電気信号を取り出すようになっ
ている。取り出した電気信号はＣＰＵ８に送られ処理さ
れて、モニタ９上にＸ線画像が表示されるものである。
図８に、Ｘ線ＣＣＤカメラの構成を示す斜視図を示す。
図９に、ＦＯＰ３の原理を示す。ＦＯＰ３は（ａ）に示
す数ミクロンの光ファイバ１５を束にした光学デバイス
で、（ｂ）に示すように下面１６の像がそのまま上面１
７に浮き上がって見ることが出来る。このＦＯＰ３は、
レンズに代わる光学素子として光や像（イメージ）を高
効率、低歪みで伝達し、さらに、レンズのように焦点距
離を設ける必要が無いため、コンパクトな光学設計を可
能にしている。現在では、ＦＯＰ３は、光ファイバー１
５一本あたり３ミクロン径の高精細タイプから製作可能
で、□１〜□４５０ｍｍ程度の正方形、円形など様々な
形状に製作されている。そして、蛍光膜２がＣｓＩ（Ｔ
ｌ）タイプのものでは２０ｌｐ／ｍｍの高解像度のもの
が製作され、増感紙接着タイプのものに比べて８０％ア
ップの高い光出力を有する。そして、最大３：１まで像
を拡大・縮小して、伝達することができるテーパタイプ
のものもある。この蛍光膜２とＦＯＰ３を一体に固着し
たものがＦＯＳと呼ばれている。ＦＯＳは、数ミクロン
径の光ファイバー１５を数万本束ねたＦＯＰ３に蛍光膜
２を付加したもので、増感紙接着タイプより高感度、高
解像度で、通常のＣＣＤとカップリングすることによ
り、リアルタイムデジタル撮影などが可能となる。ＦＯ
Ｓに使用されているＦＯＰ３は、蛍光膜２を透過し、直
接ＣＣＤチップ６に入射しようとするＸ線を抑えるＸ線
吸収特性を有しているため、カップリングするＣＣＤチ
ップ６の劣化やノイズを防ぎ、撮像デバイスの長寿命
化、高画質化に貢献している。ＣＣＤチップ６は、ＣＣ
Ｄ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素
子をアレイ化したもので、入射光により生じた電荷を、
半導体内に作られたポテンシャル井戸にたくわえ、外部
から転送電圧を加えポテンシャル井戸を遂次動かすこと
により、その電荷を半導体表面に沿って転送していくチ
ップで、センサと走査部を一体とした固体撮像素子であ
る。その分光感度特性は、半導体基板（シリコン）で決
定され、近赤外光の０．８μｍ付近にピークを持つが、
総合的な特性は、ＣＣＤチップ６上に設けられたＦＯＰ
３、蛍光膜２の特性と絡んで決定される。また、その限
界解像度は、ＣＣＤ素子５の大きさによって決定され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ｘ線が人体などを透過
すると、１／１０ないし１／１０４に減衰される。従っ
て、Ｘ線ＴＶ系全体として画像信号のダイナミックレン
ジは３桁必要ということになる。もしダイナミックレン
ジが小さいと画像の濃度がつぶれてしまい、検査者は正
しい判断をすることが出来ない。従来のＸ線ＣＣＤカメ
ラは上記のように構成されているが、ＣＣＤチップ６の
出力ダイナミックレンジは、２桁弱であり、ＣＣＤチッ
プ６の１ＣＣＤ素子５のダイナミックレンジ（入射Ｘ線
量に対して出力信号が飽和するまでの入射Ｘ線量の動作
領域、即ち、飽和する電荷量の範囲）は小さいので、強
いＸ線が入射すると、すぐに飽和してしまい、高いレベ
ルでの微小変化の出力信号を分解することが出来ないと
いう問題がある。また、ＣＣＤチップ６は、温度変化に
よる暗電流の変化の影響を受けやすい。従って、広い入
射Ｘ線量の範囲に対応しないため、被検体を透過した全
ての情報を捉えることが出来ないという問題がある。さ
らに、ＣＣＤ素子５を小さくして高空間分解能にする
と、１ＣＣＤ素子５の飽和電荷量も小さくなり、ますま
す、ダイナミックレンジを広くすることが出来ない。そ
のため、高分解能のＸ線透視装置やＸ線ＣＴ装置等に応
用することが難しいという問題がある。
すると、１／１０ないし１／１０４に減衰される。従っ
て、Ｘ線ＴＶ系全体として画像信号のダイナミックレン
ジは３桁必要ということになる。もしダイナミックレン
ジが小さいと画像の濃度がつぶれてしまい、検査者は正
しい判断をすることが出来ない。従来のＸ線ＣＣＤカメ
ラは上記のように構成されているが、ＣＣＤチップ６の
出力ダイナミックレンジは、２桁弱であり、ＣＣＤチッ
プ６の１ＣＣＤ素子５のダイナミックレンジ（入射Ｘ線
量に対して出力信号が飽和するまでの入射Ｘ線量の動作
領域、即ち、飽和する電荷量の範囲）は小さいので、強
いＸ線が入射すると、すぐに飽和してしまい、高いレベ
ルでの微小変化の出力信号を分解することが出来ないと
いう問題がある。また、ＣＣＤチップ６は、温度変化に
よる暗電流の変化の影響を受けやすい。従って、広い入
射Ｘ線量の範囲に対応しないため、被検体を透過した全
ての情報を捉えることが出来ないという問題がある。さ
らに、ＣＣＤ素子５を小さくして高空間分解能にする
と、１ＣＣＤ素子５の飽和電荷量も小さくなり、ますま
す、ダイナミックレンジを広くすることが出来ない。そ
のため、高分解能のＸ線透視装置やＸ線ＣＴ装置等に応
用することが難しいという問題がある。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、Ｘ線が光に変換された後で、ＣＣＤに
入力される光を減光させ、ＣＣＤの最適な動作領域内
で、ダイナミックレンジのある鮮明なＸ線画像を得るこ
とが出来るＸ線ＣＣＤカメラを提供することを目的とす
る。
たものであって、Ｘ線が光に変換された後で、ＣＣＤに
入力される光を減光させ、ＣＣＤの最適な動作領域内
で、ダイナミックレンジのある鮮明なＸ線画像を得るこ
とが出来るＸ線ＣＣＤカメラを提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のＸ線ＣＣＤカメラは、Ｘ線を光に変換する
蛍光膜と、その蛍光膜で発生した光をガイドするＦＯＰ
と、そのＦＯＰから導入された光を受光して電気信号に
変換するＣＣＤとから構成されるＸ線ＣＣＤカメラにお
いて、前記蛍光膜の発光を減光する手段を備えたもので
ある。
め、本発明のＸ線ＣＣＤカメラは、Ｘ線を光に変換する
蛍光膜と、その蛍光膜で発生した光をガイドするＦＯＰ
と、そのＦＯＰから導入された光を受光して電気信号に
変換するＣＣＤとから構成されるＸ線ＣＣＤカメラにお
いて、前記蛍光膜の発光を減光する手段を備えたもので
ある。
【０００６】そして、前記減光する手段として前記ＦＯ
ＰとＣＣＤの間に減光膜またはスリットを設けたもので
ある。また、前記減光する手段として前記蛍光膜とＦＯ
Ｐの間に減光膜またはスリットを設けたものである。ま
た、前記Ｘ線ＣＣＤカメラにおいて、前記ＦＯＰとして
減光用の色ガラス製のＦＯＰを用いたものである。さら
に、前記ＣＣＤを冷却して使用するものである。
ＰとＣＣＤの間に減光膜またはスリットを設けたもので
ある。また、前記減光する手段として前記蛍光膜とＦＯ
Ｐの間に減光膜またはスリットを設けたものである。ま
た、前記Ｘ線ＣＣＤカメラにおいて、前記ＦＯＰとして
減光用の色ガラス製のＦＯＰを用いたものである。さら
に、前記ＣＣＤを冷却して使用するものである。
【０００７】本発明のＸ線ＣＣＤカメラは上記のように
構成されており、ＦＯＰとＣＣＤの間に、または、蛍光
膜とＦＯＰの間に、減光膜またはスリットを備えて、ま
たは、ＦＯＰに減光用の色ガラス製のＦＯＰを備えて、
Ｘ線入射による蛍光膜の発光を減光させ、ＣＣＤへの入
射光量を下げて、ＣＣＤの最適な動作領域にすることが
できる。さらに、ＣＣＤ全体を冷却して暗電流（ノイ
ズ）を低減し、ＣＣＤのダイナミックレンジをさらに広
めることもできる。そのため、コントラストのある鮮明
なＸ線画像を得ることが出来る。
構成されており、ＦＯＰとＣＣＤの間に、または、蛍光
膜とＦＯＰの間に、減光膜またはスリットを備えて、ま
たは、ＦＯＰに減光用の色ガラス製のＦＯＰを備えて、
Ｘ線入射による蛍光膜の発光を減光させ、ＣＣＤへの入
射光量を下げて、ＣＣＤの最適な動作領域にすることが
できる。さらに、ＣＣＤ全体を冷却して暗電流（ノイ
ズ）を低減し、ＣＣＤのダイナミックレンジをさらに広
めることもできる。そのため、コントラストのある鮮明
なＸ線画像を得ることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明のＸ線ＣＣＤカメラの一実
施例を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明
のＸ線ＣＣＤカメラの断面構造を示す図である。本Ｘ線
ＣＣＤカメラは、保護膜１を有し入射Ｘ線により発光す
る蛍光膜２と、その下面に蛍光膜２で発光した光をガイ
ドする数ミクロンの光ファイバー１５を束にした板状の
ＦＯＰ３と、その下面にガイドされた光を所定のレベル
に減光する減光膜４と、その減光された光を受けて電荷
信号に変換するＣＣＤチップ６から構成されている。そ
のＣＣＤチップ６を駆動し電気信号を取り出す電気回路
７と、その信号を受けて画像を形成するＣＰＵ８と、そ
の画像を表示するモニタ９によりＸ線画像が表示され
る。
施例を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明
のＸ線ＣＣＤカメラの断面構造を示す図である。本Ｘ線
ＣＣＤカメラは、保護膜１を有し入射Ｘ線により発光す
る蛍光膜２と、その下面に蛍光膜２で発光した光をガイ
ドする数ミクロンの光ファイバー１５を束にした板状の
ＦＯＰ３と、その下面にガイドされた光を所定のレベル
に減光する減光膜４と、その減光された光を受けて電荷
信号に変換するＣＣＤチップ６から構成されている。そ
のＣＣＤチップ６を駆動し電気信号を取り出す電気回路
７と、その信号を受けて画像を形成するＣＰＵ８と、そ
の画像を表示するモニタ９によりＸ線画像が表示され
る。
【０００９】図２に、本発明のＸ線ＣＣＤカメラの他の
実施例の断面構造を示す。このＸ線ＣＣＤカメラは、光
を所定のレベルに減光する減光膜４が、蛍光膜２とＦＯ
Ｐ３の間に設けられたものである。蛍光膜２で発光した
光を減光膜４で減光し、その後にＦＯＰ３に送るもので
ある。図３に、本発明のＸ線ＣＣＤカメラの他の実施例
の断面構造を示す。このＸ線ＣＣＤカメラは、従来のＦ
ＯＰ３に用いられている光ファイバー１５に、色付きの
ファイバーで製作された色付ＦＯＰ１０が用いられ、蛍
光膜２で発光した光を色付ＦＯＰ１０で減光し、その後
にＣＣＤチップ６に送るものである。
実施例の断面構造を示す。このＸ線ＣＣＤカメラは、光
を所定のレベルに減光する減光膜４が、蛍光膜２とＦＯ
Ｐ３の間に設けられたものである。蛍光膜２で発光した
光を減光膜４で減光し、その後にＦＯＰ３に送るもので
ある。図３に、本発明のＸ線ＣＣＤカメラの他の実施例
の断面構造を示す。このＸ線ＣＣＤカメラは、従来のＦ
ＯＰ３に用いられている光ファイバー１５に、色付きの
ファイバーで製作された色付ＦＯＰ１０が用いられ、蛍
光膜２で発光した光を色付ＦＯＰ１０で減光し、その後
にＣＣＤチップ６に送るものである。
【００１０】保護膜１は、蛍光膜２を外部から保護する
ためと、蛍光膜２で発光した光を反射させて、後方に光
を送りこむ役割を有し、反射膜と樹脂などでカバーした
ものである。蛍光膜２は、Ｘ線が入射すると発光するシ
ンチレータで、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）
等が用いられ、ＦＯＰ３上に成膜、または、塗布して積
層型として用いられる。蛍光膜２は、Ｘ線像を可視像に
変換する変換係数、解像度、量子検出効率に関係する重
要な部分であり、用途によってシンチレータ材料及びそ
の製法と厚みを考慮して製作される。例えば、ＣｓＩ
（Ｔｌ）は、真空中でＣｓＩを蒸着すると基板上に針状
のＣｓＩ結晶が成長し、光ファイバー構造のＣｓＩが出
来る。一般的な粒状蛍光体は発生した光が周囲に広が
り、分解能を低下させるが、この柱状ＣｓＩシンチレー
タは、屈折率の高い針状ＣｓＩ結晶で発光した光が、そ
の界面で全反射を繰り返し、広がらずにＦＯＰ３に入射
するので分解能が向上する。ＦＯＰ３は、数ミクロン径
の光ファイバー１５を数万本束ね、両端面が光学的に平
面の板状に成形されたもので、□数ｍｍ〜□４５０ｍｍ
程度の正方形、または、円形などの形状に製作される。
そして、その上面に蛍光膜２が積層されるので、高光出
力と高分解能のものが得られる。また、最大３：１まで
像を拡大・縮小して、伝達することができるテーパタイ
プのものも用いることができる。これによりさらに分解
能を向上させることも出来る。また、ＦＯＰ３は、蛍光
膜２を透過し、直接ＣＣＤチップ６に入射しようとする
Ｘ線を抑えるＸ線吸収特性を有しているため、カップリ
ングするＣＣＤチップ６の劣化やノイズを防ぎ、撮像デ
バイスの長寿命化、高画質化に貢献する。減光膜４は、
図５に示すような、半透明のプラスチックフイルムや蒸
着膜で形成された減光膜１２が用いられる。また、図６
に示すような、スリット穴１４を有するフイルム、また
は、蒸着金属膜に光学処理をしてスリット穴１４を形成
したスリット１３が用いられる。図５の減光膜１２は、
蛍光膜２の発光特性に合せて、色吸収を行なう色フイル
ムフィルターを用いてもよい。一般に、広い波長帯域で
一定割合の光強度を吸収するＮＤフイルムフィルターを
用いてもよい。ＮＤフイルムフィルターとして、ガラス
フイルムフィルターやゼラチンフィルターを用いてもよ
い。また、蒸着膜で形成するには、高真空中でクロムな
どの金属を蒸着し、その厚みを制御することで濃度を調
整することも出来る。図６のスリット１３は、写真製版
または蝕刻等で用いられるフォトリソグラフィ技術を用
いて製作される。まず、スリット穴１４をあける金属膜
を高真空中で蒸着し、その後フォトレジスト（光感光性
樹脂）膜を塗布する。次に、スリット穴１４のパターン
を持つマスクプレートを通して、紫外線もしくは遠紫外
線によりレジストを感光させた後、現像を行なうと、マ
スクの模様がレジストの模様になる。さらに、処理液を
用いてエッチングを行ない、最後に、不用となったレジ
ストを剥離剤で除去する。この工程により、蒸着された
金属膜にスリット穴１４を開けることが出来る。上記の
場合スリット穴１４のピッチを、ＦＯＰ３の光ファイバ
ー１５のピッチよりも細かくして、さらに、スリット穴
１４の開口も光ファイバー１５の径よりも細かくするこ
とで、分解能を上げることができる。また、きれいに配
列した２次元配置のＦＯＰ３の場合、個々の光ファバー
１５の中心とスリット穴１４の中心が合うように、スリ
ット穴１４をパターンニングすることで、蛍光膜２内の
光散乱による空間分解能の劣化を防ぐこともできる。Ｃ
ＣＤチップ６は、入射光により生じた電荷を、半導体内
に作られたポテンシャル井戸にたくわえ、外部から転送
電圧を加えポテンシャル井戸を遂次動かすことにより、
その電荷を半導体表面に沿って転送していく素子で、セ
ンサと走査部を一体とした固体撮像素子である。ＣＣＤ
素子５の光電変換特性のガンマ値はほぼ１であり、ＣＣ
Ｄ素子５の絶対感度は基板材料であるシリコンの光電変
換効率や開口率などによって左右される。開口率とは、
受光面積における光電変換に寄与する面積の比率であ
り、ＣＣＤによっては感光に寄与しない部分が必要とな
る。ＣＣＤセンサには代表的な４方式があり、光電変換
素子にｐｎ接合フォトダイオードを使用したＩＴ型、光
電変換素子にＭＯＳダイオードを用い、垂直ＣＣＤが感
光部を兼ねているＦＴ型、前記両者を兼ねたＦＩＴ型、
感光部と垂直ＣＣＤ部をＦＴ型同様兼用にし、ＦＴ型か
らメモリ部を削除したＦＦ型がある。上記のＩＴ型は、
安価なためホームビデオカメラ用として用いられ、ＦＴ
型、ＦＩＴ型は、放送カメラに多く用いられ、ＦＦ（フ
ルフレーム）型は、メモリ部が無いためＴＶ画像のよう
な連続露光は出来ないが、静止画像や間欠撮影でよい装
置に、大きな寸法にＣＣＤ素子を配列したセンサとして
用いられる。
ためと、蛍光膜２で発光した光を反射させて、後方に光
を送りこむ役割を有し、反射膜と樹脂などでカバーした
ものである。蛍光膜２は、Ｘ線が入射すると発光するシ
ンチレータで、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）
等が用いられ、ＦＯＰ３上に成膜、または、塗布して積
層型として用いられる。蛍光膜２は、Ｘ線像を可視像に
変換する変換係数、解像度、量子検出効率に関係する重
要な部分であり、用途によってシンチレータ材料及びそ
の製法と厚みを考慮して製作される。例えば、ＣｓＩ
（Ｔｌ）は、真空中でＣｓＩを蒸着すると基板上に針状
のＣｓＩ結晶が成長し、光ファイバー構造のＣｓＩが出
来る。一般的な粒状蛍光体は発生した光が周囲に広が
り、分解能を低下させるが、この柱状ＣｓＩシンチレー
タは、屈折率の高い針状ＣｓＩ結晶で発光した光が、そ
の界面で全反射を繰り返し、広がらずにＦＯＰ３に入射
するので分解能が向上する。ＦＯＰ３は、数ミクロン径
の光ファイバー１５を数万本束ね、両端面が光学的に平
面の板状に成形されたもので、□数ｍｍ〜□４５０ｍｍ
程度の正方形、または、円形などの形状に製作される。
そして、その上面に蛍光膜２が積層されるので、高光出
力と高分解能のものが得られる。また、最大３：１まで
像を拡大・縮小して、伝達することができるテーパタイ
プのものも用いることができる。これによりさらに分解
能を向上させることも出来る。また、ＦＯＰ３は、蛍光
膜２を透過し、直接ＣＣＤチップ６に入射しようとする
Ｘ線を抑えるＸ線吸収特性を有しているため、カップリ
ングするＣＣＤチップ６の劣化やノイズを防ぎ、撮像デ
バイスの長寿命化、高画質化に貢献する。減光膜４は、
図５に示すような、半透明のプラスチックフイルムや蒸
着膜で形成された減光膜１２が用いられる。また、図６
に示すような、スリット穴１４を有するフイルム、また
は、蒸着金属膜に光学処理をしてスリット穴１４を形成
したスリット１３が用いられる。図５の減光膜１２は、
蛍光膜２の発光特性に合せて、色吸収を行なう色フイル
ムフィルターを用いてもよい。一般に、広い波長帯域で
一定割合の光強度を吸収するＮＤフイルムフィルターを
用いてもよい。ＮＤフイルムフィルターとして、ガラス
フイルムフィルターやゼラチンフィルターを用いてもよ
い。また、蒸着膜で形成するには、高真空中でクロムな
どの金属を蒸着し、その厚みを制御することで濃度を調
整することも出来る。図６のスリット１３は、写真製版
または蝕刻等で用いられるフォトリソグラフィ技術を用
いて製作される。まず、スリット穴１４をあける金属膜
を高真空中で蒸着し、その後フォトレジスト（光感光性
樹脂）膜を塗布する。次に、スリット穴１４のパターン
を持つマスクプレートを通して、紫外線もしくは遠紫外
線によりレジストを感光させた後、現像を行なうと、マ
スクの模様がレジストの模様になる。さらに、処理液を
用いてエッチングを行ない、最後に、不用となったレジ
ストを剥離剤で除去する。この工程により、蒸着された
金属膜にスリット穴１４を開けることが出来る。上記の
場合スリット穴１４のピッチを、ＦＯＰ３の光ファイバ
ー１５のピッチよりも細かくして、さらに、スリット穴
１４の開口も光ファイバー１５の径よりも細かくするこ
とで、分解能を上げることができる。また、きれいに配
列した２次元配置のＦＯＰ３の場合、個々の光ファバー
１５の中心とスリット穴１４の中心が合うように、スリ
ット穴１４をパターンニングすることで、蛍光膜２内の
光散乱による空間分解能の劣化を防ぐこともできる。Ｃ
ＣＤチップ６は、入射光により生じた電荷を、半導体内
に作られたポテンシャル井戸にたくわえ、外部から転送
電圧を加えポテンシャル井戸を遂次動かすことにより、
その電荷を半導体表面に沿って転送していく素子で、セ
ンサと走査部を一体とした固体撮像素子である。ＣＣＤ
素子５の光電変換特性のガンマ値はほぼ１であり、ＣＣ
Ｄ素子５の絶対感度は基板材料であるシリコンの光電変
換効率や開口率などによって左右される。開口率とは、
受光面積における光電変換に寄与する面積の比率であ
り、ＣＣＤによっては感光に寄与しない部分が必要とな
る。ＣＣＤセンサには代表的な４方式があり、光電変換
素子にｐｎ接合フォトダイオードを使用したＩＴ型、光
電変換素子にＭＯＳダイオードを用い、垂直ＣＣＤが感
光部を兼ねているＦＴ型、前記両者を兼ねたＦＩＴ型、
感光部と垂直ＣＣＤ部をＦＴ型同様兼用にし、ＦＴ型か
らメモリ部を削除したＦＦ型がある。上記のＩＴ型は、
安価なためホームビデオカメラ用として用いられ、ＦＴ
型、ＦＩＴ型は、放送カメラに多く用いられ、ＦＦ（フ
ルフレーム）型は、メモリ部が無いためＴＶ画像のよう
な連続露光は出来ないが、静止画像や間欠撮影でよい装
置に、大きな寸法にＣＣＤ素子を配列したセンサとして
用いられる。
【００１１】さらに、本Ｘ線ＣＣＤカメラは、図４に示
すように、ＣＣＤチップ６の裏側に冷却器１１を備え
て、ＣＣＤチップ６のＣＣＤ素子５を冷却することもで
きる。ＣＣＤ素子５の取り扱える最大（飽和）信号電流
は、素子サイズや設計によって異なるが、概略０．３〜
１μＡ程度である。ＣＣＤ素子５の出力信号は、撮像管
と違って電圧で得られ、検出アンプのゲインと検出容量
によって変わる。最大出力信号と暗時の雑音の比を素子
のダイナミックレンジとすると、素子によっても異なる
が、４０ｄＢ程度である。また、素子の標準動作信号レ
ベルと暗時雑音レベルの比を撮像機器の信号雑音比（Ｓ
／Ｎ比）と定義しており、極力、暗電流の影響を避ける
ために、ＣＣＤ素子５を冷却する方法がある。一般的
に、ＣＣＤ素子５は撮像管に比べ標準動作電流が低く、
暗電流の影響を受けやすい。暗電流は、温度の関数であ
り、８〜１０℃の上昇で約２倍に増加する。本Ｘ線ＣＣ
Ｄカメラでは、ＣＣＤチップ６を冷却して、暗電流の影
響を少なくすることができる。冷却器１１は、電子冷却
によって行なわれるブロック型を用い、小型軽量とする
ことが可能である。ここでは冷却器１１を用いたが、Ｘ
線ＣＣＤカメラ全体を冷却する環境にしてもよい。
すように、ＣＣＤチップ６の裏側に冷却器１１を備え
て、ＣＣＤチップ６のＣＣＤ素子５を冷却することもで
きる。ＣＣＤ素子５の取り扱える最大（飽和）信号電流
は、素子サイズや設計によって異なるが、概略０．３〜
１μＡ程度である。ＣＣＤ素子５の出力信号は、撮像管
と違って電圧で得られ、検出アンプのゲインと検出容量
によって変わる。最大出力信号と暗時の雑音の比を素子
のダイナミックレンジとすると、素子によっても異なる
が、４０ｄＢ程度である。また、素子の標準動作信号レ
ベルと暗時雑音レベルの比を撮像機器の信号雑音比（Ｓ
／Ｎ比）と定義しており、極力、暗電流の影響を避ける
ために、ＣＣＤ素子５を冷却する方法がある。一般的
に、ＣＣＤ素子５は撮像管に比べ標準動作電流が低く、
暗電流の影響を受けやすい。暗電流は、温度の関数であ
り、８〜１０℃の上昇で約２倍に増加する。本Ｘ線ＣＣ
Ｄカメラでは、ＣＣＤチップ６を冷却して、暗電流の影
響を少なくすることができる。冷却器１１は、電子冷却
によって行なわれるブロック型を用い、小型軽量とする
ことが可能である。ここでは冷却器１１を用いたが、Ｘ
線ＣＣＤカメラ全体を冷却する環境にしてもよい。
【００１２】本Ｘ線ＣＣＤカメラにＸ線量１００に相当
する蛍光膜２の発光量１００で飽和するＣＣＤ素子５が
用いられていると仮定し、本Ｘ線ＣＣＤカメラに、光透
過率１０％の減光膜４が設けてあれば、ＣＣＤ素子５に
はＸ線量１００のうちの１０％に相当する発光しか到達
しないので、飽和電気量に余裕が生じる。逆にいえば、
このような減光膜４を設けた本Ｘ線ＣＣＤカメラは、従
来より１０倍多いＸ線量を検出することが出来る。特
に、空間分解能を向上させるために、ＣＣＤ素子５を小
さくした場合にはＣＣＤ素子５の飽和電気量も小さくな
るが、減光膜４を設けることで、飽和Ｘ線量を上げるこ
とが出来る。一般に、減光するとＳ／Ｎが悪くなると考
えられるが、光とＸ線エネルギー差が大きいため、Ｓ／
Ｎはほとんど悪くならない。つまり、ＣＣＤは本来光検
出素子であり、分光感度特性の近赤外光である０．８μ
ｍ付近にピークを持つが、この波長０．８μｍの近赤外
光の１光子エネルギーは１．６ｅＶ程度であるのに対し
て、Ｘ線（１ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ）の１光子当たりの
エネルギーは１０３〜１０５倍も大きく、Ｘ線が蛍光膜
に入射して発光した光を１／１０程度減光しても、問題
なく検出することができる。また、ＣＣＤ全体を冷却し
て暗電流（ノイズ）を低減し、ダイナミックレンジをさ
らに広くすることもできる。
する蛍光膜２の発光量１００で飽和するＣＣＤ素子５が
用いられていると仮定し、本Ｘ線ＣＣＤカメラに、光透
過率１０％の減光膜４が設けてあれば、ＣＣＤ素子５に
はＸ線量１００のうちの１０％に相当する発光しか到達
しないので、飽和電気量に余裕が生じる。逆にいえば、
このような減光膜４を設けた本Ｘ線ＣＣＤカメラは、従
来より１０倍多いＸ線量を検出することが出来る。特
に、空間分解能を向上させるために、ＣＣＤ素子５を小
さくした場合にはＣＣＤ素子５の飽和電気量も小さくな
るが、減光膜４を設けることで、飽和Ｘ線量を上げるこ
とが出来る。一般に、減光するとＳ／Ｎが悪くなると考
えられるが、光とＸ線エネルギー差が大きいため、Ｓ／
Ｎはほとんど悪くならない。つまり、ＣＣＤは本来光検
出素子であり、分光感度特性の近赤外光である０．８μ
ｍ付近にピークを持つが、この波長０．８μｍの近赤外
光の１光子エネルギーは１．６ｅＶ程度であるのに対し
て、Ｘ線（１ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ）の１光子当たりの
エネルギーは１０３〜１０５倍も大きく、Ｘ線が蛍光膜
に入射して発光した光を１／１０程度減光しても、問題
なく検出することができる。また、ＣＣＤ全体を冷却し
て暗電流（ノイズ）を低減し、ダイナミックレンジをさ
らに広くすることもできる。
【００１３】
【発明の効果】本発明のＸ線ＣＣＤカメラは上記のよう
に構成されており、Ｘ線が入射して発光する蛍光膜と光
を受けて電荷信号に変換するＣＣＤチップとの間に、光
を減光する減光膜もしくはスリットを設けたり、ＦＯＰ
として減光用の色ガラス製のＦＯＰを用いて、Ｘ線によ
る発光を減光し、飽和Ｘ線量を上げることで、蛍光膜を
含めたＸ線ＣＣＤカメラ全体のダイナミックレンジを広
くすることが出来る。一方、ＣＣＤ全体を冷却して暗電
流（ノイズ）を低減し、ＣＣＤのダイナミックレンジを
広め、Ｓ／Ｎ比を良くすることもできるので、Ｘ線ダイ
ナミックレンジが広く、コントラストのある鮮明なＸ線
画像を得ることが出来る。
に構成されており、Ｘ線が入射して発光する蛍光膜と光
を受けて電荷信号に変換するＣＣＤチップとの間に、光
を減光する減光膜もしくはスリットを設けたり、ＦＯＰ
として減光用の色ガラス製のＦＯＰを用いて、Ｘ線によ
る発光を減光し、飽和Ｘ線量を上げることで、蛍光膜を
含めたＸ線ＣＣＤカメラ全体のダイナミックレンジを広
くすることが出来る。一方、ＣＣＤ全体を冷却して暗電
流（ノイズ）を低減し、ＣＣＤのダイナミックレンジを
広め、Ｓ／Ｎ比を良くすることもできるので、Ｘ線ダイ
ナミックレンジが広く、コントラストのある鮮明なＸ線
画像を得ることが出来る。
【図１】 本発明のＸ線ＣＣＤカメラの一実施例を示す
図である。
図である。
【図２】 本発明のＸ線ＣＣＤカメラの他の実施例を示
す図である。
す図である。
【図３】 本発明のＸ線ＣＣＤカメラの他の実施例を示
す図である。
す図である。
【図４】 本発明のＸ線ＣＣＤカメラの他の実施例を示
す図である。
す図である。
【図５】 本発明のＸ線ＣＣＤカメラの減光用減光膜を
示す図である。
示す図である。
【図６】 本発明のＸ線ＣＣＤカメラの減光用スリット
を示す図である。
を示す図である。
【図７】 従来のＸ線ＣＣＤカメラを示す図である。
【図８】 従来のＸ線ＣＣＤカメラの構造を示す図であ
る。
る。
【図９】 従来のＸ線ＣＣＤカメラの光ファイバープレ
ートを説明するための図である。
ートを説明するための図である。
１…保護膜 ２…蛍光膜 ３…ＦＯＰ ４…減光膜 ５…ＣＣＤ素子 ６…ＣＣＤチップ ７…電気回路 ８…ＣＰＵ ９…モニタ １０…色付ＦＯＰ １１…冷却器 １２…減光膜 １３…スリット １４…スリット穴 １５…光ファイバー １６…下面 １７…上面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/09 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ 31/0232 31/00 Ａ Ｈ０４Ｎ 5/321 31/02 Ｃ Ｄ Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE27 FF02 FF14 GG15 GG16 GG19 GG20 JJ05 JJ08 JJ09 JJ35 LL08 LL11 LL12 LL15 LL16 4M118 AA02 AB01 BA08 GA09 GA10 5C024 AX12 CX00 CX43 EX00 GY01 5F088 BA05 BB03 BB07 EA04 JA13 JA14 JA17 JA20 LA08
Claims (5)
- 【請求項１】Ｘ線を光に変換する蛍光膜と、その蛍光膜
で発生した光をガイドする光ファイバープレートと、そ
の光ファイバープレートから導入された光を受光して電
気信号に変換するＣＣＤとから構成されるＸ線ＣＣＤカ
メラにおいて、前記蛍光膜の発光を減光する手段を備え
たことを特徴とするＸ線ＣＣＤカメラ。 - 【請求項２】請求項１記載のＸ線ＣＣＤカメラにおい
て、前記減光する手段として前記光ファイバープレート
とＣＣＤの間に減光膜またはスリットを設けたことを特
徴とするＸ線ＣＣＤカメラ。 - 【請求項３】請求項１記載のＸ線ＣＣＤカメラにおい
て、前記減光する手段として前記蛍光膜と光ファイバー
プレートの間に減光膜またはスリットを設けたことを特
徴とするＸ線ＣＣＤカメラ。 - 【請求項４】Ｘ線を光に変換する蛍光膜と、その蛍光膜
で発生した光をガイドする光ファイバープレートと、そ
の光ファイバープレートから導入された光を受光して電
気信号に変換するＣＣＤとから構成されるＸ線ＣＣＤカ
メラにおいて、前記光ファイバープレートとして減光用
の色ガラス製の光ファイバープレートを用いたことを特
徴とするＸ線ＣＣＤカメラ。 - 【請求項５】請求項１から４記載のＸ線ＣＣＤカメラに
おいて、前記ＣＣＤを冷却して使用することを特徴とす
るＸ線ＣＣＤカメラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000201860A JP2002022840A (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | Ｘ線ｃｃｄカメラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000201860A JP2002022840A (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | Ｘ線ｃｃｄカメラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022840A true JP2002022840A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=18699469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000201860A Pending JP2002022840A (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | Ｘ線ｃｃｄカメラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002022840A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014132728A1 (ja) * | 2013-02-28 | 2014-09-04 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 放射線イメージセンサ |
| WO2024111271A1 (ja) * | 2022-11-21 | 2024-05-30 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光検出装置及び電子機器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08166460A (ja) * | 1994-06-21 | 1996-06-25 | General Electric Co <Ge> | コンピュータ断層撮影（ｃｔ）用放射線撮像装置 |
| JPH08233944A (ja) * | 1995-02-24 | 1996-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | 放射線検出器校正用光源 |
| JPH08299316A (ja) * | 1995-04-28 | 1996-11-19 | Toshiba Corp | Ｘ線診断装置 |
| JPH11352230A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Hamamatsu Photonics Kk | Ｘ線画像検出装置 |
-
2000
- 2000-07-04 JP JP2000201860A patent/JP2002022840A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08166460A (ja) * | 1994-06-21 | 1996-06-25 | General Electric Co <Ge> | コンピュータ断層撮影（ｃｔ）用放射線撮像装置 |
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| WO2024111271A1 (ja) * | 2022-11-21 | 2024-05-30 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光検出装置及び電子機器 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061024 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081028 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090303 |