JP4208687B2 - イメージセンサ - Google Patents

Description

本発明は、エネルギや種類の異なる電磁波や放射線を識別可能に光に変換するカラーシンチレータにより変換された光を画像化するイメージセンサに関する。

Ｘ線やγ線等の放射線が物体を透過する際、物体内における放射線の吸収や散乱は、放射線が透過する物体の形状や物体を構成する物質の種類により異なる。そこで、この性質を利用して物体を透過した放射線の強度を測定し、映像化して写真、ビデオ録画、デジタルファイル化等の記録手段で記録することにより、物体内部の破損状態、変化あるいは充填状況等の情報を得ることができる。

この物体を透過した放射線を利用することにより、物体や試料を破壊せずに物体や試料の内部の状態を測定する方法はラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれる。非破壊放射線撮影法の例としては、従来医療診断に利用される、レントゲン写真で人体の内部の状態を診察する方法が挙げられる。

尚、非破壊放射線撮影法では、放射線の代わりに紫外線や光等の電磁波を用いることもできる。

従来、医療診断や工業用非破壊検査に利用される非破壊放射線撮影法には、撮影系の感度を向上させたイメージセンサの１つである、図５に示すＸ線イメージインテンシファイヤ１が使用される。

従来のＸ線イメージインテンシファイヤ１では、電磁波や放射線、例えばＸ線管２から放射されて物体を透過したＸ線Ｅ１が、管容器３の入射面４から管容器３内部に設けられたアルミニウム（Ａｌ）基板４を経由してヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等の材料で構成されたシンチレータ５に入射する。入射したＸ線Ｅ１をシンチレータ５と反応させて発光させることにより光に変換し、変換された光を受光センサ６において電気信号Ｅ２に変換する。

次に、受光センサ６で変換された電気信号Ｅ２は、Ａｌ基板４で閉塞されたイメージインテンシファイヤ管７内部の真空領域８において、高電圧電源９と内部電極１０との作用により形成された電界の作用で絞られるとともに増幅されて出力像寸法Ｓ１の電気信号Ｅ２となって陽極１１側に導かれる。

さらに、イメージインテンシファイヤ管７の端部に形成された蛍光体１２の出力面から画像の電気信号Ｅ２が画像Ｅ３に変換されて出力され、蛍光体１２の出力面にレンズ１３を向けて設置されたカメラ１４により物体の画像Ｅ３が撮影される。

ここで、Ｘ線イメージインテンシファイヤ１の感度を向上させるために、シンチレータ５とＸ線Ｅ１との反応領域、すなわち管容器３の入射面４における入射面有効面積Ｓ２を大きくするということが考えられるが、入射面有効面積Ｓ２が大きくなるにつれて測定の位置分解能が低下する。すなわち、イメージセンサの感度と分解能は互いに一方を向上させようとすると他方が低下するという関係にある。

そこで、入射面有効面積Ｓ２、すなわちシンチレータ５の発光領域を大きくする代わりに、光を電気信号Ｅ２に変換した後、電気信号Ｅ２を増幅するように考案されて従来使用されるものがＸ線イメージインテンシファイヤ１である。すなわち、Ｘ線イメージインテンシファイヤ１は、電気信号Ｅ２の電子増幅機能を備えたイメージセンサと言うことができる。

一方、低感度で高解像度を得る方法として、放射線の照射時間を長くして積分機能により測定する方法が挙げられる。この方法には、フィルムや輝尽性蛍光シート等の記録媒体が使用される。しかし、フィルムや輝尽性蛍光シート等の記録媒体を使用した測定では、現像や読取り作業等の間接的な操作なしには物体の内部構造を画像データとして得ることができないため、リアルタイム性がない。

ところで、種類やエネルギの異なる放射線あるいは波長の異なる紫外線や光等の電磁波を物体に透過させて測定し、放射線や電磁波の違いによる測定値の違いを把握しようとする場合には、それぞれの各放射線や電磁波について個々に測定する必要がある。

例えば、中性子線とＸ線Ｅ１とを使用して測定する場合には、中性子線に反応するシンチレータ５とＸ線Ｅ１に反応するシンチレータ５とを置換しなければならない。

そこで、種類やエネルギの異なる放射線あるいは波長の異なる電磁波を同時に測定できるように、放射線あるいは電磁波の特性を維持しつつ、種類やエネルギの異なる放射線あるいは波長の異なる電磁波を色別で測定できるカラーシンチレータの構成や方法が考案される（例えば特許文献１および特許文献２参照）。

この異なる放射線や電磁波を色別で測定できるカラーシンチレータを備えたイメージセンサにおいても、感度向上のために入射面有効面積Ｓ２を拡大させる方法や、カラーシンチレータの発光により生じた光を受光センサで電気信号に変換する構成の場合には、Ｘ線イメージインテンシファイヤ１やマイクロチャネルプレート等の電気増幅手段を備えたイメージセンサを用いて放射線や電磁波を電気信号に変換した後、変換された電気信号を電気増幅する方法が考案される。

イメージセンサとしてＸ線イメージインテンシファイヤ１を使用した場合には、電子のエネルギを増幅させるために図６に示すような放射状の等電位線１５を有する可変視野型電子レンズ１６がイメージインテンシファイヤ管内部の真空領域８に形成され、放射状に電子の軌道１７が形成される。

このため、Ｘ線イメージインテンシファイヤ１を使用したイメージセンサでは、等電位線１５の向きから幾何学的に放射線や電磁波の入力面であるカラーシンチレータと受光センサの光電変換面を曲面にしなければ電気信号Ｅ２を電気増幅して画像Ｅ３を結像させることができない。

この結果、図７に示すように、放射線や電磁波、例えばＸ線Ｅ１と反応するカラーシンチレータの発光部分では、カラーシンチレータへのＸ線Ｅ１の入射角度が中心部分から外周部分に近づくにつれて次第に垂直方向から斜方向へと変化する角度となる。このため、カラーシンチレータの発光部分の外周部分近傍は中心部分近傍よりも解像度が低下する。

図７において、例えば仮にカラーシンチレータの受光センサ６の光電面側の面が点線で示す面である場合には、カラーシンチレータの厚さが比較的薄いため、カラーシンチレータの発光部分の中心部分と外周部分とにおいてＸ線Ｅ１と反応するカラーシンチレータの反応領域の差が小さい。このため、解像度への影響が大きくならない場合もある。

しかし、図７に示す実際のカラーシンチレータのように一定の厚さを有する場合には、カラーシンチレータの発光部分の外周部分では、カラーシンチレータに斜方向からＸ線Ｅ１が入射するため、中心部分よりも外周部分においてＸ線Ｅ１と反応するカラーシンチレータの反応領域がより広くなる。このため、カラーシンチレータの発光部分の外周部分に近づくにつれて、Ｘ線Ｅ１と反応して生じた発光成分が急激に大きくなり解像度の低下に繋がる。

すなわち、カラーシンチレータの発光部分の外周部分における解像度を向上させるためには、Ｘ線Ｅ１のカラーシンチレータへの入射面を平面にする必要がある一方、受光センサ６において変換された電気信号を増幅させるためには、電子レンズ１６を形成するためにカラーシンチレータを曲面にすることが不可欠である。

しかしながら、このような相反する要求を同時に満足するカラーシンチレータや受光センサ６の構成あるいは構造は依然考案されていない。

一方、イメージセンサとしてマイクロチャネルプレートを使用した場合には、マイクロチャネルプレートのチャンネル間隔がイメージセンサの分解能となる。このため、イメージセンサの分解能を向上させるためには、チャンネル間隔がミクロンサイズのマイクロチャネルプレートを作成する必要があるのみならず、チャンネル間の増幅特性をそろえなければならないという課題がある。
米国特許第６，３１３，４６５号明細書 特開平１１−２７１４５３号公報

従来のシンチレータ５やイメージセンサにおいては、上述のように測定感度を向上させるために、解像度の低下が避けられない。同様に、電磁波、放射線の種類やエネルギの違いに応じて色別に測定することができるカラーシンチレータを用いた構成においても、解像度を下げることなく同時に感度を向上させるために電気信号を増幅できるような構成あるいは方法が求められる。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、種類やエネルギの異なる電磁波あるいは放射線を、より少ない線量あるいは光量でより効率よく同時に光に変換することができるカラーシンチレータを備えたイメージセンサを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、種類やエネルギの異なる電磁波あるいは放射線をカラーシンチレータにより同時に光に変換し、変換された光の解像度を低下させることなく効率良く増幅させて、放射線や電磁波の種類やエネルギの違いによる測定値の違いをより高感度で把握できるイメージセンサを提供することである。

本発明に係るイメージセンサは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、カラーシンチレータと、ＣＭＯＳまたはＣＣＤからなり前記カラーシンチレータにより生じた光を受光して電気信号に変換する受光センサと、電界の作用により電子を加速させることにより前記電気信号を増幅させる電気信号増幅手段と、この電気信号増幅手段により増幅された前記電気信号を画像に変換する出力側シンチレータとを備えてなるイメージセンサであって、前記カラーシンチレータは、前記受光センサ側に光の出力側である曲面が形成されてなり光ファイバを束ねた構造を有するファイバオプティクスプレートと、このファイバオプティクスプレートに設けられて電磁波および放射線の少なくとも一方と反応して発光し、かつ針状性または柱状性の結晶構造を有し赤色成分を含まない蛍光体としてＴｌまたはＮａで活性化されたＣｓＩからなる針状性シンチレータと、この針状性シンチレータをコーティングするように設けられ赤色蛍光体からなるコーティング用シンチレータとを備えることを特徴とするものである。

本発明に係るイメージセンサによれば、種類やエネルギの異なる電磁波あるいは放射線を、より少ない線量あるいは光量でより効率よく同時に光に変換することができる。

また、本発明に係るイメージセンサによれば、種類やエネルギの異なる電磁波あるいは放射線をカラーシンチレータにより同時に光に変換し、変換された光の解像度を低下させることなく効率良く増幅させて、放射線や電磁波の種類やエネルギの違いによる測定値の違いをより高感度で把握することができる。

本発明に係るイメージセンサの実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るイメージセンサの第１の実施形態を示す構成図である。

イメージセンサの一例であるイメージインテンシファイヤ２０は、レンズ２１を備えたカラーカメラ２２とともに管容器２３に収納される。イメージインテンシファイヤ２０は、高電圧電源２４と一端が閉口で段差を有する管状のイメージインテンシファイヤ管２５とを備え、イメージインテンシファイヤ管２５の開口部はカラーシンチレータ２６で閉塞される。

イメージインテンシファイヤ管２５の開口部に設けられたカラーシンチレータ２６は、管容器２３の開放部に配置される。そして、画像を得ようとする物体２７を透過した電磁波や放射線、例えば管容器２３外部に配置させたＸ線管２８から放射されたＸ線Ｅ４が、カラーシンチレータ２６に形成された平面状の入射面２９に入射するように構成される。このため、カラーシンチレータ２６の管容器２３の外部に面した部位の面積が、Ｘ線Ｅ４の入射面有効面積Ｓ３となる。

また、カラーシンチレータ２６は、光学基板の一例としてのファイバーオプティクスプレート３０にＸ線Ｅ４等の放射線や電磁波を光に変換する機能を備えたシンチレータ層３１を設け、さらにシンチレータ層３１を樹脂３２で保護した構成である。そして、カラーシンチレータ２６の樹脂３２が、管容器２３の開放部に配置されてＸ線Ｅ４の入射面２９を形成する。

カラーシンチレータ２６のイメージインテンシファイヤ管２５内部側には、所定の曲率を有する曲面が形成され、この曲面に受光センサ３３が設けられる。この受光センサ３３のカラーシンチレータ２６側には、所定の曲率を有する光の入力面３４が形成され、受光センサ３３のイメージインテンシファイヤ管２５内部側には、所定の曲率を有する光電面３５が形成される。

そして、Ｘ線Ｅ４の入射面２９を形成する樹脂３２に入射したＸ線Ｅ４が、シンチレータ層３１において光に変換されてファイバーオプティクスプレート３０を経由して受光センサ３３において受光されるように構成される。

また、イメージインテンシファイヤ管２５の内部には、複数の内部電極３６が設けられる。そして、イメージインテンシファイヤ管２５内部の各内部電極３６に、高電圧電源２４により電圧を印加することにより、電界を形成できるように構成される。

一方、イメージインテンシファイヤ管２５内部の閉口端近傍には陽極３７が設けられる。さらに、イメージインテンシファイヤ管２５内部の閉口端側内面には、出力側シンチレータ３８が設けられる。出力側シンチレータ３８の受光センサ３３側は、受光センサ３３の光電面３５の曲率に応じた所定の曲率の曲面が形成される一方、イメージインテンシファイヤ管２５の閉口端側は平面状に形成される。

出力側シンチレータ３８は、イメージインテンシファイヤ管２５内部の電子を光に変換する機能を有する。この際、出力側シンチレータ３８には、電子の強度に応じて赤色、緑色、青色の発光割合の異なる光に変換できる機能、すなわちカラーシンチレータとしての機能が備えられる。

そして、カラーシンチレータ２６で閉塞されたイメージインテンシファイヤ管２５の内部は、減圧されて真空領域３９が形成される。すなわち、カラーシンチレータ２６で閉塞されたイメージインテンシファイヤ管２５はそれぞれ真空容器４０の一部としての機能を兼ねる。

この結果、イメージインテンシファイヤ管２５は、受光センサ３３の光電面３５を陰極とする真空容器４０を兼ねた放電管として機能し、かつ陽極３７との間に電子レンズが形成される。すなわち、イメージインテンシファイヤ管２５、内部電極３６、高電圧電源２４、所要の曲面の陰極として機能する受光センサ３３の光電面３５および陽極３７により電子レンズが形成されて電界の作用により電子を加速する電気信号増幅手段が構成される。

そして、受光センサ３３の入力面３４において受光された光が電気信号Ｅ５に変換され、受光センサ３３の光電面３５から電気信号Ｅ５として放出された電子が、電子レンズの作用により出力像寸法Ｓ４の電気信号Ｅ５となって増幅されて出力側シンチレータ３８に照射されるように構成される。

また、イメージインテンシファイヤ管２５の閉口端側には、物体２７の画像を出力する出力側シンチレータ３８の出力蛍光面４１が平面状に形成され、出力側シンチレータ３８の出力蛍光面４１にカラーカメラ２２のレンズ２１が向けられる。そして、出力側シンチレータ３８に照射された増幅電気信号Ｅ５は、カラー画像Ｅ６に変換されて出力蛍光面４１において結像し、カラーカメラ２２でカラー画像Ｅ６を撮影できるように構成される。

次に、カラーシンチレータ２６および受光センサ３３の詳細構成例について説明する。

図２は図１に示すカラーシンチレータ２６および受光センサ３３の拡大断面図である。

カラーシンチレータ２６は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等の受光センサ３３の入力面３４側に設けられる。

尚、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の受光センサ３３で変換した電気信号Ｅ５をイメージインテンシファイヤ管２５内で増幅してからカメラで撮影する構成とせずに、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラ等の受光素子を備えたカメラでカラーシンチレータ２６からの光を撮影するように構成してもよい。

カラーシンチレータ２６は、ファイバーオプティクスプレート３０にシンチレータ層３１を重ねて設けた構成である。このとき、ファイバーオプティクスプレート３０とシンチレータ層３１の境界面は平面状に形成される。すなわち、ファイバーオプティクスプレート３０の光の入射側であるシンチレータ層３１側は平面に形成される一方、光の出力側である受光センサ３３側は曲面状に形成される。

さらに、シンチレータ層３１のファイバーオプティクスプレート３０と逆側の面は平面状に形成されて、平面シート状の保護膜である樹脂３２で保護される。

カラーシンチレータ２６のシンチレータ層３１は針状性シンチレータ５０をコーティング用シンチレータ５１でコーティングした構成である。そして、ファイバーオプティクスプレート３０側に針状性シンチレータ５０が設けられ、針状性シンチレータ５０のファイバーオプティクスプレート３０と逆側の部位が、コーティング用シンチレータ５１でコーティングされる。

シンチレータ層３１の針状性シンチレータ５０は、一端が尖形となった針状性あるいは柱状性の結晶構造の複数のセルで構成される。このため、針状性シンチレータ５０は、光ファイバを束ねた構造となる。針状性シンチレータ５０内部の光はセル内部において全反射しながら１方向に進行するため、カラーシンチレータ２６の感度の低下を抑制することができる。

このため、さらに針状性シンチレータ５０の厚さを増加させると、Ｘ線Ｅ４との反応領域が増加するためイメージインテンシファイヤ２０の感度を向上させることができる。しかし、針状性シンチレータ５０の厚さが十分に厚い場合には、斜方向からに入射したＸ線Ｅ４と反応する針状性シンチレータ５０の反応領域は垂直方向から入射したＸ線Ｅ４と反応する針状性シンチレータ５０の反応領域よりも広くなるため、針状性シンチレータ５０の周辺部分は中央部分に比べて解像度が低下する恐れがある。

そこで、針状性シンチレータ５０の厚さを増加させて感度を向上させても解像度の低下を少なく抑えるために、針状性シンチレータ５０のＸ線Ｅ４の入射側は、コーティング用シンチレータ５１によりコーティングされる。

コーティング用シンチレータ５１は、粒径が数ミクロンから数十ミクロンの複数種類の粉末状シンチレータ微粒子を組合せて構成される。このため、コーティング用シンチレータ５１の作用によりＸ線Ｅ４の斜方向成分が軽減され、針状性シンチレータ５０の厚さを増加させて感度を向上させても解像度の低下を少なく抑えることができる。

ここで、シンチレータ層３１の材料構成例について説明する。

カラーシンチレータ２６には、エネルギや種類の異なる放射線や電磁波に対してそれぞれ異なる反応を示しようにエネルギや種類の異なる放射線や電磁波の分離識別機能が備えられる。このため、カラーシンチレータ２６のシンチレータ層３１を構成する材料には、各エネルギや種類の放射線や電磁波と反応する蛍光体が用いられる。

すなわち、針状性シンチレータ５０とコーティング用シンチレータ５１は少なくとも互いに異なる蛍光体を含む。針状性シンチレータ５０は、単一あるいは複数の蛍光体で構成され、コーティング用シンチレータ５１も同様に単一あるいは複数の蛍光体で構成される。

まず、異なる種類の放射線ないし電磁波を色別に同時測定する場合におけるカラーシンチレータ２６の材料構成例について説明する。

カラーシンチレータ２６に入射させる放射線が、熱中性子線とＸ線あるいはγ線の場合には、熱中性子線に対して反応する元素を含む蛍光体とＸ線あるいはγ線に対して反応する元素を含む蛍光体とが選択される。

熱中性子線に対して反応する元素を含む蛍光体としては、例えば熱中性子と（ｎ，γ）反応を起こすガドリニウム（Ｇｄ）元素を含む蛍光体や熱中性子と（ｎ，α）反応を起こすホウ素（^１０Ｂ）やリチウム（^６Ｌｉ）を含む蛍光体が挙げられる。

Ｇｄ元素を含む蛍光体に熱中性子線を入射させた場合には、熱中性子とＧｄとの熱中性子反応は反応断面積が比較的大きいため、蛍光体の厚さが１５０ミクロン程度であっても熱中性子線は蛍光体を透過することがないが、エネルギの高いＸ線やγ線は、Ｇｄ元素を含む蛍光体の厚さを５００ミクロンにしても蛍光体を透過してしまう。

ここで、受光センサ３３が、ＣＭＯＳセンサあるいはＣＣＤセンサ等の受光センサ３３である場合や、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラ等の受光素子を備えたカメラでカラーシンチレータ２６からの光を撮影する構成の場合には、針状性シンチレータ５０として受光変換効率が高いヨウ化セシウムＣｓＩを用いることが有効である。

そこで、熱中性子線との反応用の蛍光体としてユウロピウム活性化硫酸化ガドリニウムＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成される赤色蛍光体をコーティング用シンチレータ５１に用いることができる。

一方、Ｘ線やγ線との反応用の蛍光体としてＣｓＩで構成される蛍光体を針状性シンチレータ５０として用いることができる。ＣｓＩで構成される蛍光体としては、発光する光の主波長が５４０ｎｍのタリウム活性化ヨウ化セシウムＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される緑色蛍光体または発光する光の主波長が４２０ｎｍのナトリウム活性化ヨウ化セシウムＣｓＩ（Ｎａ）で構成される青色蛍光体の２種類の蛍光体が主に挙げられる。

尚、針状性シンチレータ５０としてＣｓＩを用いた場合には、ＣｓＩは吸湿性を有し性能低下に繋がる恐れがあるため、ＣｓＩで針状性シンチレータ５０を形成した後、保護用に炭化ケイ素ＳｉＣ等の保護材でコーティングすることが望ましい。

また、Ｘ線やγ線に対する感度を向上させるためにＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成される赤色蛍光体とＣｓＩで構成される針状性シンチレータ５０との間に熱中性子との反応断面積が小さい緑色蛍光体であるテルビウム活性化硫酸化ランタンＬａ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）や赤色蛍光体であるテルビウム活性化硫酸化イットリウムＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）をコーティング用シンチレータ５１あるいは針状性シンチレータ５０として設けて３層構造とすることも可能である。

すなわち、シンチレータ層３１をＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）あるいはＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）およびＣｓＩの３層構造とれば、シンチレータ層３１は熱中性子と反応して赤色成分の光を発光する一方、Ｘ線あるいはγ線と反応して緑色成分の光を発光するため、熱中性子線とＸ線やγ線等の電磁波を色別に測定することができる。

一方、カラーシンチレータ２６に入射させる放射線が、β線とＸ線あるいはγ線の場合には、β線に対して反応する元素を含む蛍光体とＸ線あるいはγ線に対して反応する元素を含む蛍光体が選択される。

β線の飛程距離は、Ｘ線やγ線の飛程距離と比較して短いため、カラーシンチレータ２６に入射させる放射線が、熱中性子線とＸ線あるいはγ線の場合に用いられるシンチレータ層３１の材料構成と同一の材料構成のシンチレータ層３１を用いることができる。

また、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成されるコーティング用シンチレータ５１とＣｓＩで構成される針状性シンチレータ５０との間にＧｄ元素を含まない赤色蛍光体のユウロピウム活性化硫酸化イットリウムＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）や緑色蛍光体であるユウロピウム活性化硫酸化ランタンＬａ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）を設けて３層構造のシンチレータ層３１としても同様にβ線とＸ線あるいはγ線を色別に分離させて同時に測定することができる。

同様に、カラーシンチレータ２６に入射させる放射線ないし紫外線が、紫外線とＸ線あるいはγ線の場合にも、紫外線に対して反応する元素を含む蛍光体とＸ線あるいはγ線に対して反応する元素を含む蛍光体を選択してシンチレータ層３１を構成することにより、紫外線とＸ線あるいはγ線を色別に分離させて同時に測定することができる。

次に、異なるエネルギの放射線ないし電磁波を色別に同時測定する場合におけるカラーシンチレータ２６の材料構成例について説明する。

異なるエネルギの放射線ないし電磁波を色別に同時測定する場合には、シンチレータ層３１を構成する元素のＫ吸収端の違いとエネルギ吸収係数や比重との関係が利用される。すなわち、放射線ないし電磁波、例えばＸ線のエネルギが小さいほどシンチレータ層３１を構成する元素のエネルギ吸収係数が大きく、シンチレータ層３１を構成する元素の比重が大きい程、短い飛程距離で放射線ないし電磁波との反応量が多くなるという構成元素の性質を利用することができる。

そこで、コーティング用シンチレータ５１として赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）やＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）を用いることができる。Ｙ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）は比重４．９でＫ吸収端が１７ｋｅＶであり、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）は比重７．３でＫ吸収端が５０．２ｋｅＶである。

また、針状性シンチレータ５０には、緑色蛍光体であるＣｓＩ（Ｔｌ）が用いられる。

さらに、感度を向上させるために緑色蛍光体であるＣｓＩ（Ｔｌ）と赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）やＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）との間に比重が７．９でＫ吸収端が６９．５ｋｅＶの緑色蛍光体であるタングステン酸カドミウムＣｄＷＯ_４を設けてシンチレータ層３１を３層構造とすることが有効である。

ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｄＷＯ_４およびＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）あるいはＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）の３層構造のシンチレータ層３１にエネルギの異なるＸ線が入射すると、シンチレータ層３１は、エネルギの低いＸ線成分との反応により赤色の光が発光し、エネルギの高いＸ線成分との反応により緑色の光が発光するように構成される。

また、コーティング用シンチレータ５１として赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）やＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）を、針状性シンチレータ５０として青色蛍光体であるＣｓＩ（Ｎａ）をそれぞれ用いるとともに、Ｋ吸収端が６９．５ｋｅＶで比重が６．１の青色蛍光体であるタングステン酸カルシウム（灰重石）ＣａＷＯ_４を設けて３層構造とすれば、エネルギの異なるＸ線を赤色の光と青色の光とに分離させて変換することができる。

次に、異なるエネルギや種類の放射線ないし電磁波を色別ではなく、蛍光体の発光寿命の違いを利用して同時に測定する場合におけるカラーシンチレータ２６の材料構成例について説明する。

シンチレータ層３１を発光寿命、すなわち輝度が１／１０になるまでに要する時間の異なる蛍光体で構成することにより、異なるエネルギや種類の放射線ないし電磁波を識別することができる。

例えば、針状性シンチレータ５０として用いられる青色蛍光体であるＣｓＩ（Ｎａ）の発光寿命は０．６３μｓであり比較的と短いが、ＣｓＩ（Ｎａ）と発光色が同じ青色である青色蛍光体のＣａＷＯ_４の発光寿命は１０μｓでありＣｓＩ（Ｎａ）の発光寿命よりも十分に長い。

このため、ＣｓＩ（Ｎａ）とＣａＷＯ_４とで構成されるシンチレータ層３１にエネルギの異なるＸ線をパルス照射すれば、ＣｓＩ（Ｎａ）とＣａＷＯ_４の発光色が互いに同じ青色であるものの、Ｘ線をエネルギごとに識別可能に観測することができる。すなわち、画像の観測をシンチレータ層３１のＸ線との反応による発光時間よりも遅くすれば、ＣｓＩ（Ｎａ）とＣａＷＯ_４の発光色が互いに同じ青色であるものの、ＣｓＩ（Ｎａ）とＣａＷＯ_４の発光寿命の相違により、光がＣｓＩ（Ｎａ）の発光によるものかＣａＷＯ_４の発光によるものかを識別することができるため、エネルギの異なるＸ線をエネルギごとに同時に観測することができる。

同様に、緑色蛍光体であるＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）の発光寿命は２．７ｍｓであり、赤色蛍光体であるＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）の発光寿命は２．５ｍｓである。このため、発光寿命の異なる蛍光体でシンチレータ層３１を構成すれば、観測時間を調整することにより放射線あるいは電磁波をエネルギあるいは種類ごとに観測することができる。

さらに、発光寿命のみならす発光色の異なる蛍光体でシンチレータ層３１を構成することにより、カラーシンチレータ２６の識別性能を向上させることができる。

一方、カラーシンチレータ２６の樹脂３２には、例えばポリエチレンテレフタレート等の材料が用いられる。樹脂３２の色が白色の場合には、カラーシンチレータ２６で発光した光を受光センサ３３側に反射させる反射膜としての機能を有するため、感度向上が望める。

また、樹脂３２の色が無色透明の場合や樹脂３２の材質が紫外線に対して透過しやすい材質の場合には、紫外線から短波長の光までの電磁波を励起光源として測定することが可能となる。例えば、放射線やレーザ光と物質が反応して発光した紫外線を信号として検出するイメージセンサを構成する場合や紫外線を光源とする紫外線顕微鏡等のイメージセンサを構成する場合に利用できる。

また、ファイバーオプティクスプレート３０は、針状性シンチレータ５０の構造に整合するように光ファイバを束ねた構造であり、複数の柱状に形成される。このため、ファイバーオプティクスプレート３０は、光を減衰させることなく伝送する機能を有する。すなわち、受光センサ３３として受光面が平面のＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを用いれば、レンズ等の非効率な伝送手段ではなく、光を効率的に伝送可能なファイバーオプティクスプレート３０を光学基板として用いることができる。

また、ファイバーオプティクスプレート３０は、シンチレータ層３１を透過したＸ線等の放射線を遮蔽する機能を有する。すなわち、測定対象がＸ線やβ線等の放射線の場合には、シンチレータ層３１を透過した放射線によりＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の受光センサ３３が損傷される恐れがある。そこで、受光センサ３３を放射線から遮蔽させるためにファイバーオプティクスプレート３０が設けられる。

さらに、受光センサ３３で変換された電気信号Ｅ５を増幅させるために電子レンズを形成させるためには、カラーシンチレータ２６で閉塞されたイメージインテンシファイヤ管２５の内部を真空状態としなければならない。そこで、例えば、一定の強度を有する細いガラスを複数本束ねたファイバーオプティクスプレート３０をカラーシンチレータ２６の光学基板として用いることにより、イメージインテンシファイヤ管２５の内部を真空状態に保つことができるように、カラーシンチレータ２６に所要の強度を付加させることができる。

また、受光センサ３３には、カラーフィルタ等のフィルタ機構５２とタイミング調整機構５３とが設けられる。受光センサ３３のフィルタ機構５２は、受光させる光の波長を選別する機能を有する。このため、受光センサ３３は、カラーシンチレータ２６で発光した種々の波長の光から所要の波長の光を選別して受光することができる。すなわち、カラーシンチレータ２６でエネルギや種類の異なる放射線や電磁波が色別に光に変換された場合には、適切に放射線や電磁波を識別できるように光を電気信号Ｅ５に変換することができる。

また、受光センサ３３のタイミング調整機構５３は、カラーシンチレータ２６で発光した光を受光するタイミングを調整する機能を有する。このため、カラーシンチレータ２６でエネルギや種類の異なる放射線や電磁波が発光寿命の異なる蛍光体により光に変換された場合には、適切なタイミングで光を受光し、放射線や電磁波を識別できるように光を電気信号Ｅ５に変換することができる。

タイミング調整機構５３の例としては、受光のタイミングと測定時間ゲートをコントロールするためのタイミング調整回路が挙げられる。

次に、イメージインテンシファイヤ２０の作用について説明する。

まず、エネルギや種類の異なる電磁波や放射線が画像化しようとする物体２７に照射される。例えば、Ｘ線管２８から画像化しようとする物体２７にエネルギの異なるＸ線Ｅ４が放射される。このため、物体２７を透過したＸ線Ｅ４は、イメージインテンシファイヤ２０のカラーシンチレータ２６に形成されたＸ線Ｅ４の入射面２９に入射する。

カラーシンチレータ２６の入射面２９に入射したＸ線Ｅ４は、樹脂３２の一例である白色ペットを透過してシンチレータ層３１内部に入射し、シンチレータ層３１は入射したＸ線Ｅ４と反応して発光する。このとき、Ｘ線Ｅ４の一部は、コーティング用シンチレータ５１を透過して針状性シンチレータ５０に入射するため、コーティング用シンチレータ５１および針状性シンチレータ５０の双方がＸ線Ｅ４と反応して発光する。

ここで、コーティング用シンチレータ５１に用いられる蛍光体と針状性シンチレータ５０に用いられる蛍光体は、互いに種類やエネルギの異なる放射線あるいは電磁波に対して反応するように構成されているため、各蛍光体は、それぞれ高エネルギのＸ線Ｅ４および低エネルギのＸ線Ｅ４と反応して発光する。

例えば、異なる発光色の蛍光体がコーティング用シンチレータ５１および針状性シンチレータ５０に用いられている場合には、各蛍光体は、それぞれ高エネルギのＸ線Ｅ４および低エネルギのＸ線Ｅ４と反応して異なる色を発光させる。

また、異なる発光寿命の蛍光体がコーティング用シンチレータ５１および針状性シンチレータ５０に用いられている場合には、各蛍光体は、それぞれ高エネルギのＸ線Ｅ４および低エネルギのＸ線Ｅ４と反応して異なる発光寿命で発光させる。

このため、コーティング用シンチレータ５１および針状性シンチレータ５０において、Ｘ線Ｅ４はエネルギごとに識別可能に光に変換される。

ところで、シンチレータ層３１に入射したＸ線Ｅ４のエネルギが高い場合には、Ｘ線Ｅ４と反応するコーティング用シンチレータ５１の領域が広くなるため、コーティング用シンチレータ５１内部においてエネルギを失わずに透過して針状性シンチレータ５０に到達するＸ線Ｅ４の割合が増加する。

また、コーティング用シンチレータ５１との反応量が小さいエネルギのＸ線Ｅ４は、コーティング用シンチレータ５１を透過して針状性シンチレータ５０に到達する。

しかし、コーティング用シンチレータ５１と針状性シンチレータ５０の界面は凹凸形状となっているため、コーティング用シンチレータ５１で発光した光は、効率的に針状性シンチレータ５０の内部に入射する。さらに、樹脂３２は白色の白色ペットで構成されているため、樹脂３２側に散乱した光は、白色ペットで反射して針状性シンチレータ５０に入射する。

針状性シンチレータ５０に入射した光および針状性シンチレータ５０でＸ線Ｅ４と反応して発光した光は、針状性シンチレータ５０の柱状のセル内部を全反射しながらファイバーオプティクスプレート３０および受光センサ３３側に進行する。このため、針状性シンチレータ５０内部において光の散乱が抑制される。

すなわち、針状性シンチレータ５０は、光ファイバを束ねた構造であるため、光ファイバ内部を進行する光と同様に散乱が抑制される。このため、針状性シンチレータ５０内部の画像信号である光を、解像度を低下させることなく一定の方向、すなわちファイバーオプティクスプレート３０および受光センサ３３に伝達させることができる。

針状性シンチレータ５０を経由した光は光ファイバを束ねた構造のファイバーオプティクスプレート３０内部を針状性シンチレータ５０内部と同様に全反射しながら進行して受光センサ３３に到達する。

ここで、針状性シンチレータ５０をも透過したエネルギの大きいＸ線Ｅ４は、ファイバーオプティクスプレート３０内部において減衰せしめられる。すなわち、ファイバーオプティクスプレート３０により受光センサ３３に向かうＸ線Ｅ４が遮蔽される。

次に、シンチレータ層３１で発生した光は、ファイバーオプティクスプレート３０を経由して受光センサ３３の受光面で受光され、光電面３５において電気信号Ｅ５に変換される。この際、受光センサ３３のフィルタ機構５２により受光させる光の波長が調整されるとともにタイミング調整機構５３により光を受光させるタイミングが調整される。このため、シンチレータ層３１において異なる色あるいは発光寿命で生じた光は、受光センサ３３のフィルタ機構５２およびタイミング調整機構５３により選別せしめられる。

そして、受光センサ３３において変換させた電気信号Ｅ５は、カラーシンチレータ２６で閉塞されたイメージインテンシファイヤ管２５の内部の真空領域３９に導かれる。すなわち、イメージインテンシファイヤ管２５は、受光センサ３３の光電面３５を陰極とする真空容器４０を兼ねた放電管として機能し、電気信号Ｅ５は、電子となって陽極３７側に進行する。

この際、イメージインテンシファイヤ管２５の内部の内部電極３６には、高電圧電源２４により印加された電圧の作用により電界が形成される。さらに、受光センサ３３の光電面３５の曲率と出力側シンチレータ３８の曲率とに応じた電子レンズが、イメージインテンシファイヤ管２５内部の受光センサ３３の光電面３５と陽極３７との間に形成される。

この結果、イメージインテンシファイヤ管２５の内部の真空領域３９に導かれた電子は、電界の作用により加速されて陽極３７側に進行し、出力側シンチレータ３８に照射される。この際、電気信号Ｅ５は電子レンズの作用により出力像寸法Ｓ４の画像の電気信号Ｅ５に増幅される。

次に、出力側シンチレータ３８において、電気信号Ｅ５はカラー画像Ｅ６に変換されて出力蛍光面４１において結像し、カラーカメラ２２により撮影される。この結果、物体２７を透過したＸ線Ｅ４はエネルギごとに異なる色または発光寿命の光により構成されたカラー画像Ｅ６に画像化され、エネルギの異なるＸ線Ｅ４によりそれぞれ物体２７内部の状況を確認することができる。

この際、出力側シンチレータ３８を電子の強度に応じて赤色、緑色、青色の発光割合の異なる光に変換できるカラーシンチレータとすることにより、発光寿命の異なる蛍光体から生じた光は時間に応じてそれぞれの強度の電子となって出力側シンチレータ３８に照射されるため、出力側シンチレータ３８の出力蛍光面４１には放射線あるいは電磁波のエネルギあるいは種類ごとに異なる色でカラー画像Ｅ６が出力される。

イメージインテンシファイヤ２０のカラーシンチレータ２６によれば、シンチレータ層３１を針状性あるいは柱状性の針状性シンチレータ５０と微粒子状のコーティング用シンチレータ５１とで構成したため、シンチレータ層３１で生じた光の進行方向が限定されて損失が低減されるとともに、放射線ないし電磁波とシンチレータ層３１との反応領域の広さが均一化され、解像度を低下させることなく感度を向上させることができる。

また、カラーシンチレータ２６では、シンチレータ層３１を構成する針状性シンチレータ５０とコーティング用シンチレータ５１とを、それぞれ互いにエネルギや種類の異なる電磁波や放射線と反応して色ないし発光寿命の異なる光を発生させる蛍光体で構成したため、同時にエネルギや種類の異なる放射線ないし電磁波を識別可能に画像化することができる。

さらに、カラーシンチレータ２６をエネルギや種類の異なる電磁波や放射線との反応により発光色および発光寿命の双方が異なる蛍光体で構成することにより、より高感度でエネルギや種類の異なる電磁波や放射線を同時に画像化することができる。

また、イメージインテンシファイヤ２０によれば、従来曲面であったシンチレータ層３１を平面としたため、シンチレータ層３１の周辺部の解像度を低下させることなくシンチレータ層３１の厚さを厚くして感度を向上させることができる。さらに、従来イメージインテンシファイヤ２０の課題となっていた中心部と周辺部の解像度の差を小さくするとともに、放射線や電磁波の入射面有効面積Ｓ３を大きくとることが可能である。

同様にイメージインテンシファイヤ２０によれば、出力側シンチレータ３８の受光センサ３３側を電子レンズを形成させるために所定の曲率を有する曲面とする一方、カラーカメラ２２側の出力蛍光面４１を平面状に形成することにより、歪の少ない画像を得ることが可能となる。

また、イメージインテンシファイヤ２０によれば、受光センサ３３として、平面型のＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを用いることにより、シンチレータ層３１において変換された光をレンズ等の伝送手段ではなく、ファイバーオプティクスプレート３０により受光センサ３３に伝送させることができる。このため、イメージインテンシファイヤ２０では、より明瞭な画像を得ることができる。

また、一般的には、真空容器４０を形成させるための部品と、真空容器４０内部に設けられる受光センサ３３や内部電極３６等の部品は、個々の部品として取扱われる。

一方、イメージインテンシファイヤ２０は、カラーシンチレータ２６の光学基板であるファイバーオプティクスプレート３０によりイメージインテンシファイヤ管２５を閉塞して真空領域３９を形成する構造であるため、従来イメージインテンシファイヤ管２５を閉塞するために用いられた不透明なＡｌ基板が不要となる。

このため、イメージインテンシファイヤ２０によれば、白色あるいは透明な樹脂３２を保護膜としてカラーシンチレータ２６に設けることが可能となり、低エネルギのＸ線や紫外線、短波長の光等のエネルギの小さい放射線や電磁波に対する感度を向上させることができる。特に従来問題となっていた低エネルギの放射線や電磁波のＡｌ基板による吸収を回避させて、感度の低下を抑制することができる。

図３は、構成の異なる複数のシンチレータを用いて得られた物体の画像の一例を示す図である。

図３において、矢印１で示す部位は、物体を透過したＸ線をＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成した赤色シンチレータのみで光に変換してＣＣＤカメラで撮影して得られた画像である。

矢印２．５で示す部位は、ファイバーオプティクスプレート３０にＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される針状性シンチレータ５０を設け、針状性シンチレータ５０をＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）の赤色シンチレータで構成されるコーティング用シンチレータ５１でコーティングした後、さらに白色ペットで構成される樹脂３２で保護したカラーシンチレータ２６によりＸ線を光に変換してＣＣＤカメラで撮影して得られた画像である。

矢印２．１で示す部位は、ファイバーオプティクスプレート３０にＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される針状性シンチレータ５０を設け、針状性シンチレータ５０をＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）の赤色シンチレータで構成されるコーティング用シンチレータ５１でコーティングしたカラーシンチレータ２６、すなわち樹脂３２で保護されないカラーシンチレータ２６によりＸ線を光に変換してＣＣＤカメラで撮影して得られた画像である。

矢印１．６で示す部位は、ファイバーオプティクスプレート３０にＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される針状性シンチレータ５０を設けた、従来使用される高感度シンチレータによりＸ線を光に変換してＣＣＤカメラで撮影して得られた画像である。

尚、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成される赤色シンチレータの厚さは約７０ミクロン、ＣｓＩ（Ｔｌ）の厚さは約５００ミクロンとした。

また、各矢印の数字は、赤色シンチレータの発光量を１に規格化したときの、各カラーシンチレータ２６の相対発光量を示す。すなわち、矢印２．５で示すファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、白色ペットで構成されるカラーシンチレータ２６の発光量は、赤色シンチレータの発光量の２．５倍であることを示す。

同様に、矢印２．１で示すファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成されるカラーシンチレータ２６の発光量は、赤色シンチレータの発光量の２．１倍であり、矢印１．６で示すファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）で構成されるカラーシンチレータ２６の発光量は、赤色シンチレータの発光量の１．６倍であることを示す。

図３によれば、ファイバーオプティクスプレート３０およびＣｓＩ（Ｔｌ）で構成され、従来使用される高感度シンチレータに、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）や白色ペットを構成要素として加えることにより、より輝度が向上することが分かる。

特に、ファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、白色ペットで構成されるカラーシンチレータ２６では、ファイバーオプティクスプレート３０およびＣｓＩ（Ｔｌ）で構成され、従来使用される高感度シンチレータよりも輝度が６０％向上していることが分かる。

尚、ファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、白色ペットで構成されるカラーシンチレータ２６の厚さは、ファイバーオプティクスプレート３０およびＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される高感度シンチレータの厚さより約１０％厚い。

しかし、ファイバーオプティクスプレート３０およびＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される高感度シンチレータでファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、白色ペットで構成されるカラーシンチレータ２６の輝度と同等の輝度を得るためには、ファイバーオプティクスプレート３０およびＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される高感度シンチレータの厚さを最低でも５００ミクロンから８００ミクロン以上にしなければならない計算となる。

尚、カラーシンチレータ２６や高感度シンチレータに斜方向からＸ線の照射がある場合には幾何学的に解像度が厚さに比例して最大６０％程度低下することが知られる。このため、ファイバーオプティクスプレート３０およびＣｓＩ（Ｔｌ）で構成される高感度シンチレータの厚さを増加させてファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、白色ペットで構成されるカラーシンチレータ２６の輝度と同等の輝度を得たとしても斜方向から入射するＸ線の解像度の低下が避けられないということが分かる。

一方、ファイバーオプティクスプレート３０、ＣｓＩ（Ｔｌ）、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）、白色ペットでカラーシンチレータ２６を構成すれば、厚さを極端に増加させずに斜方向から入射するＸ線の解像度の低下を抑制しつつ感度を向上できることが分かる。

尚、イメージインテンシファイヤ２０において、光学基板としてファイバーオプティクスプレート３０の代わりにガラスを用いてもよい。また、カラーカメラ２２の代わりにカラー受光センサ３３等の画像化手段を設けてもよい。さらに、出力側シンチレータ３８をカラーシンチレータとせずに単色の蛍光体で構成し、カラーカメラ２２の代わりにカメラや受光センサ３３等の画像化手段で単色画像としてとして撮影する構成としてもよい。

また、電気信号増幅手段は、電子レンズにより電気信号Ｅ５を増幅させる構成のみならず、その他の方法を利用した電気信号増幅手段であってもよい。

また、受光センサ３３にタイミング調整機構５３やフィルタ機構５２を設けない構成としてもよい。さらに、受光センサ３３にタイミング調整機構５３を設けずに、カラーカメラ２２のゲートの時間を調節することにより異なる発光寿命の蛍光体の発光により得られたカラー画像Ｅ６を分離する構成としてもよい。

例えば、中性子とＸ線ないしγ線をカラーシンチレータ２６に入射させて同時に画像化する場合において、熱中性子と反応する緑色蛍光体であるＧｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）をコーティング用シンチレータ５１として、熱中性子と反応せずにＸ線やγ線と反応する青色蛍光体であるＣｓＩ（Ｎａ）を針状性シンチレータ５０としてカラーシンチレータ２６を構成する一方、出力側シンチレータ３８を電子線の強度に応じて赤色、緑色、青色の発光割合の異なる光を出力蛍光面４１に発光するＹ_２Ｏ_２Ｓ（Ｅｕ）で構成されるカラーシンチレータとすれば、カラーカメラ２２の入力のゲートを調整して発光時間を遅らせることにより、放射線ごとに色別にカラー画像Ｅ６で同時撮影することができる。

このため、中性子とＸ線ないしγ線をカラーシンチレータ２６に入射させる場合のように、シンチレータ層３１において色別に光に変換されたとしても、光を電気信号Ｅ５に変換して増幅する際に色情報が失われ、増幅後の電気信号Ｅ５からは放射線の種類が識別できないという従来の問題が解決される。

図４は本発明に係るイメージセンサの第２の実施形態を示す構成図である。

尚、図４に示すイメージセンサ６０において、図１に示すイメージインテンシファイヤ２０と同等の構成には同符号を付してある。

イメージセンサ６０は、カラーシンチレータ２６とカラーカメラ２２とを暗箱６１内部に配置した構成である。暗箱６１には開放部が設けられ、この暗箱６１の開放部にカラーシンチレータ２６が、暗箱６１外部からのＸ線を入射させることができるように入射面２９を暗箱６１外部に向けて配置される。

カラーシンチレータ２６は、光学基板としての鉛ガラス６２にシンチレータ層３１を重ねて設けた構成である。このとき、鉛ガラス６２とシンチレータ層３１の境界面は平面状に形成される。さらに、シンチレータ層３１の鉛ガラス６２と逆側の面は平面状に形成されて、平面シート状の樹脂３２で保護される。

カラーシンチレータ２６のシンチレータ層３１は針状性あるいは柱状性の複数のセルで構成される針状性シンチレータ５０をコーティング用シンチレータ５１でコーティングした構成である。そして、鉛ガラス６２側に針状性シンチレータ５０が設けられ、針状性シンチレータ５０の鉛ガラス６２と逆側の部位が、コーティング用シンチレータ５１でコーティングされる。

また、カラーシンチレータ２６の鉛ガラス６２の暗箱６１内部側は平面状に形成され、鉛ガラス６２に対向する位置にカラーカメラ２２が配置される。

すなわち、イメージセンサ６０のカラーシンチレータ２６は、図２に示すカラーシンチレータ２６の光学基板であるファイバーオプティクスプレート３０を鉛ガラス６２に置換した構成である。

一般的にファイバーオプティクスプレート３０の透過率は、透過する電磁波や放射線の波長にも依存するが、同じ厚さの鉛ガラス６２の透過率よりも光学特性上小さい。

そこで、カラーシンチレータ２６で発光した光を直接確認できる場合には、カラーシンチレータ２６の光学基板を鉛ガラス６２として、カラーシンチレータ２６で発光した光をカラーカメラ２２で撮影する構成とすることにより感度を向上させることができる。

また、カラーシンチレータ２６の光学基板として鉛ガラス６２を利用することにより、カラーシンチレータ２６に入射した電磁波や放射線がカラーカメラ２２に入射しないように遮蔽することができる。

このため、イメージセンサ６０では、図１に示すイメージインテンシファイヤ２０と同様に解像度の低下を抑制しつつ感度を向上させることができるのみならず、カラーカメラ２２等の撮影系を電磁波や放射線から保護することができる。

尚、イメージインテンシファイヤ２０およびイメージセンサ６０において、測定対象としてＸ線に限らず、短波長の光や紫外線等の電磁波およびγ線や中性子線等の放射線を用いてもよい。

本発明に係るイメージセンサの第１の実施形態を示す構成図。 図１に示すカラーシンチレータおよび受光センサの拡大断面図。 構成の異なる複数のシンチレータを用いて得られた物体の画像の一例を示す図。 本発明に係るイメージセンサの第２の実施形態を示す構成図。 従来のＸ線イメージインテンシファイヤの構成図。 図１に示すＸ線イメージインテンシファイヤにより形成される電子レンズの構造を示す図。 図１に示すカラーシンチレータの発光部分の拡大構成図。

符号の説明

２０ イメージインテンシファイヤ
２２ カラーカメラ
２４ 高電圧電源
２５ イメージインテンシファイヤ管
２６ カラーシンチレータ
２７ 物体
２９ 入射面
３０ ファイバーオプティクスプレート
３１ シンチレータ層
３２ 樹脂
３３ 受光センサ
３４ 入力面
３５ 光電面
３６ 内部電極
３７ 陽極
３８ 出力側シンチレータ
３９ 真空領域
４０ 真空容器
４１ 出力蛍光面
５０ 針状性シンチレータ
５１ コーティング用シンチレータ
５２ フィルタ機構
５３ タイミング調整機構
６０ イメージセンサ
６２ 鉛ガラス
Ｅ４ Ｘ線
Ｅ５ 電気信号
Ｅ６ カラー画像

Claims (11)

1. カラーシンチレータと、ＣＭＯＳまたはＣＣＤからなり前記カラーシンチレータにより生じた光を受光して電気信号に変換する受光センサと、電界の作用により電子を加速させることにより前記電気信号を増幅させる電気信号増幅手段と、この電気信号増幅手段により増幅された前記電気信号を画像に変換する出力側シンチレータとを備えてなるイメージセンサであって、
   前記カラーシンチレータは、前記受光センサ側に光の出力側である曲面が形成されてなり光ファイバを束ねた構造を有するファイバオプティクスプレートと、このファイバオプティクスプレートに設けられて電磁波および放射線の少なくとも一方と反応して発光し、かつ針状性または柱状性の結晶構造を有し赤色成分を含まない蛍光体としてＴｌまたはＮａで活性化されたＣｓＩからなる針状性シンチレータと、この針状性シンチレータをコーティングするように設けられ赤色蛍光体からなるコーティング用シンチレータとを備えることを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記コーティング用シンチレータは、赤色蛍光体として、Ｅｕで活性化されたＧｄ _２ Ｏ _２ ＳまたはＹ _２ Ｏ _２ Ｓからなることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
3. 前記針状性シンチレータは、緑色蛍光体としてＴｌで活性化されたＣｓＩからなることを特徴とする請求項１または２記載のイメージセンサ。
4. 前記針状性シンチレータの前記コーティング用シンチレータにコーティングされる面に、緑色蛍光体として、ＣｄＷＯ_４，ＥｕまたはＴｂで活性化されたＬａ_２Ｏ_２Ｓのいずれかからなる層を設けたことを特徴とする請求項３記載のイメージセンサ。
5. 前記針状性シンチレータは、青色蛍光体としてＮａで活性化されたＣｓＩからなることを特徴とする請求項１または２記載のイメージセンサ。
6. 前記針状性シンチレータの前記コーティング用シンチレータにコーティングされる面に、青色蛍光体としてＣａＷＯ_４からなる層を設けたことを特徴とする請求項５記載のイメージセンサ。
7. 前記カラーシンチレータにより生じた光を波長ごとに選別するフィルタ機構および受光するタイミングを調整するタイミング調整機構を具備することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載のイメージセンサ。
8. 前記受光センサはその光電面が所定の曲率からなる曲面に構成され、かつ前記出力側シンチレータの前記受光センサ側は前記受光センサの光電面の曲率に応じて電子レンズを形成させる曲率からなる曲面に構成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載のイメージセンサ。
9. 前記出力側シンチレータの出力蛍光面は平面状に構成されることを特徴とする請求項８記載のイメージセンサ。
10. 前記出力側シンチレータは前記電気信号増幅手段により増幅された前記電気信号を電子の強度に応じて赤色、緑色、青色の発光割合の異なる光で構成される画像に変換することを特徴とする請求項８または９記載のイメージセンサ。
11. 前記カラーシンチレータの前記ファイバオプティクスプレートが真空容器の一部を構成することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記載のイメージセンサ。

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