WO1997012549A1

WO1997012549A1 - Appareil d'imagerie a rayons x

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Publication number: WO1997012549A1
Application number: PCT/JP1996/002896
Authority: WO
Inventors: Terutoshi Fujita; Katsutoshi Itoh
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1997-04-10
Also published as: US6281506B1; CN1191787C; JP4065563B2; EP0858772A1; DE69637732D1; EP0858772A4; CN1202810A; EP0858772B1

Description

明細書

X線像撮像装置技術分野

この発明は、画像電気信号を取り出すカメラを内蔵する X線像撮像装置に関し、特に画像を回転する機能を有するカメラ部の改良に関する。

背景技術

X線像撮像装置は、人体や物体の内部を調べるために有用であり、人体や物体に照射された X線の透過濃度分布または X線像を可視光像に変換した後、さらに、電気的画像信号に変換して、例えば、モニタ装置に、 X線の透過濃度分布または X線像をリアルタイムで表示または画像情報をコンンピュータ等の記憶装置に保存して利用するものである。

X線像撮像装置は、 X線を発生する X線発生器と、対象物を通過した X線発生器からの X線すなわち X線像を可視光像に増強して変換する X線像増強管と、 X 線像増強管により可像に変換された出力像を、モニタ装置に X線像増強管により可^:像に変換された出力像を表示させるために、 X線像増強管の出力像を撮像して電気的画像信号を出力するカメラを用いてリアルタイムでモニタ可能とするモニタ装置を有している。

X線発生器から放射された X線は、対象物を通過し、 X線像として X線像増強管に入射する。 X線像は、 X線像増強管により増強され、さらに可視光像に変換されて、出力像として X線像増強管の出力面に表示される。

X線像増強管の出力面の出力像は、レンズを介してカメラの撮像素子の撮像面に^される。撮像素子の撮像面に投影された像は、撮像素子により電気的画像信号に変換され、モニタ装置に表示される。

X線像の撮像装置においては、 X線発生器と被写体を挟んで配置した X線像増強管およびカメラを含む撮像装置を、被写体の回りの任意の方向および位置に移動させる。

このような X線像撮像装置においては、被写体の回りを回転する方角と向に、カメラを回転させて観察者が画像の位置を任意の方向に回転させて画像の方向を修正すること力必要となる。

上述した X線像撮像装置において、カメラを回転させる方法としては、カメラとカメラを ΙΚ¾ιする回路とカメラから得られる映像信号を処理する信号回路を含む基板を円盤状のフランジに固定し、 X線像増強管に固定されたレンズの支持枠に、ベアリングによりフランジを固定することで、 X線像増強管に対してカメラを回転させる方法がある。

し力、しな力《ら、この方法では、撮像素子を含むカメラが回転されることにより、基板に取り付けられた信号線および電源線に、捩れが生じる問題がある。この場合、信号線および電,が捩じ切れることがないよう回転角度力制限される。このことは、対象物を観察する際に、カメラを向に回転させなければ所定の回転位置に到達しない等の理由により、観察のための時間が増大される問題がある。第 1 5図は、今日利用されている画像回転可能な X線像撮像装置の一例を示す概略図である。

第 1 5図に示されるように、 X線像撮像装置 1 0 1は、被撮影対象物を ® ¾した X線発生器からの X線すなわち X線像を可視光像に増強して変換する X線像増強管 1 1 1、 X線像増強管 1 1 1の出力面 1 1 3側に固定され、出力面に出力された出力像を撮像して画像信号に変換して図示しないモニタ装置に映像を出力させるための撮像装置としてのカメラ 1 2 1を有する。

X線像増強管 1 1 1力収容されたハウジング 1 1 5の出力側に、支持枠 1 2 3 aが固定されている。

カメラ 1 2 1は、支持枠 1 2 3 aにより X線像増強管 1 1 1の出力像 1 1 4に対して所定の間隔で固定されたレンズ 1 2 3、円盤状に形成され、回転可能な回路基板 1 2 5の結像位置に位置された C C D撮像素子 1 2 7、回路基板 1 2 5を回転するモータ 1 2 9、並びに、回路基板 1 2 5を経由して出力される撮像素子 1 2 7の出力信号を外部に案内し、撮像素子 1 2 7を TOする電源を供給する信号伝達 1 3 1により構成される。このとき、撮像素子 1 2 7は、支持枠 1 2 3 aに固定された支持枠 1 2 5 aに回転可能に保持された回路基板 1 2 5により、レンズ 1 2 3を通過した可視光像の中心軸 Aを回転軸として回転可能となる。信号伝達漏 1 3 1は、撮像素子 1 2 7および回路基板 1 2 5を、レンズ 1 2 3を通過した可視光像の中心を回転軸として回転させるギヤ 1 3 3、支持枠 1 2 5 aと同心円状に、支持枠 1 2 5 aに挿入された補助枠 1 2 5 bに対してベアリング 1 3 5により回転可能に装着され、撮像素子 1 2 7から出力された出力信号を外部に出力する電極ドラム 1 3 7、並びに円筒状の支持枠 1 2 5 aの補助枠 1 2 5 bに固定され、 «@ドラム 1 3 7の複数のリング電極 1 3 6と信号線および電源線を電気的に接続する複数のブラシ 1 3 9を有している。なお、電極ドラム 1 3 7は、回路基板 1 2 5およびギヤ 1 3 3が回転される際の回転中心すなわちレンズ 1 2 3を通過した可視光像の中心軸 Aに、同軸に配置される。

第 1 5図に示した X線像撮像装置 1 0 1によれば、回路基板 1 2 5を経由して出力される撮像素子 1 2 7の出力信号は、信号伝達機構 1 3 1の電極ドラム 1 3 7とブラシ 1 3 9により撮像素子 1 2 7から図示しない外部装置に出力される。この構成によれば、回路基板 1 2 5に取り付けられる信号線あるいは電^^の影響による撮像素子 1 2 7の回転角の制限は回避される。

しかしながら、第 1 5図に示した例では、電極ドラム 1 3 7を用いることにより、カメラすなわちカメラ 1 2 1の回転軸方向の長さが増大する問題がある。また、カメラ 1 2 1としては、どの回転位置においても画像を表示画面の中心に表示させるため、レンズ 1 2 3による X線像増強管 1 1 1の出力像 1 1 4の結像中心と撮像素子 1 2 7の撮像面の中心と力《ー致すること力必要となることから、撮像素子 1 2 7が回転されることで定義される回転軸と撮像素子 1 2 7の撮像面の中心力《一致されなければならない。さらに、画像の周辺部で解像度が低下しないようにするために、レンズ 1 2 3による出力像 1 1 4の結像面を撮像素子 1 2 7の撮像面に傾きなく—致させることが必要となる。そのために、レンズ 1 2 3 の中心軸と撮像素子 1 2 7が回転されることで定義される軸が傾きなく一致していることが要求される。このことから、電極ドラム 1 3 7とべァリング 1 3 5およびべァリング 1 3 5と支持枠 1 2 5 aの補助枠 1 2 5 bを結合する場合、それぞれの傾きおよび偏心が許容値に収まるよう、組み立てる必要がある。このことは、また、電極ドラム 1 3 7、支持枠 1 2 5 a並びに支持枠 1 2 3 aのそれぞれに、高い加工精度を必要とする。従って、組立コストおよび部品コストが増大される問題がある。

この発明の目的は、部品コストおよびコストが低く、対象物が回転される場合であつても回転角度の制限がなく、さらに小型のカメラを有する X線像撮像装置を提供することにある。

この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、 X線像を真円形の出力可視光像へ変換する X線像増強管と、前記出力可視光像を所定位置に結像させる光学レンズ構体と、この光学レンズ構体による結像位置に配置された固体撮像素子と、この固体撮像素子の,および出力画像信号の処理をする信号処理回路基板と、上記 X線像増強管に的に固定され且つ上言 B¾学レンズ構体、固体撮像素子および信号処理回路基板が «的に支持された支持枠と、上記 X線像増強管に対して上記固体撮像素子を光学中心軸を中心にして回転させる回転機構とを具備する X線像撮像装置において、上記信号処理回路基板は上記光学中心軸を横切って配置されるとともに上記固体撮像素子は前記信号処理回路基板に固定され、上記光学レンズ構体は前記信号処理回路基板に直接または他の部材を介して機械的に一体的に固定され、上記支持枠に回転駆動モータが固定されこのモータにより前記支持枠に対して上記固体撮像素子、信号処理回路基板および光学レンズ構体が一体になって回転させられる構造になっており、上記固体撮像素子の近傍に複数のスリップリングが同' C ^に且つ前記固体撮像素子とともに回転可能に設けられ、このスリップリングを介して上記固体撮像素子および信号処理回路基板に駆動制御電源および出力画像信号を fei するように構成されていることを特徴とする X 線像撮像装置を提供するものである。

またこの発明の X線像撮像装置は、スリップリングが信号処理回路基板またはそれとは別に光学中心軸に対して略垂直に配置された回転可能な平板に同狀に固定されていることを特徴とする。

さらにこの発明の X線像撮像装置は、光学レンズ構体がシリンドリカルレンズからなるアナモフィックレンズ系を備え、固体撮像素子は^形の受像面を有し、上記アナモフィックレンズ系により X線像増強管の出力可視光像の一方向を圧縮または伸張して楕円形状の像として固体撮像素子の受像面に相互の長径方向を一致させて結像することを特徴とする。またさらにこの発明の X線像撮像装置は、光学レンズ構体が支持枠の内側空間に位置し、モータは光学レンズ構体のまわりの空間に配置されていることを特徴とする。

さらにまたこの発明の X線像撮像装置は、光学レンズ構体が、電動絞りを内蔵し、この電動絞りの CTi信号がスリップリングを介して供給されることを特徴とする。

またさらにこの発明の X線像撮像装置は、シリンドリカルレンズが、固体撮像素子の垂直方向に画像を圧縮するように結像させることを特徴とする。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の実施例が適用される X線像増強管の出力面の出力像を撮像する X線像撮像装置を示す概略図、

第 2図は、第 1図に示した X線像撮像装置における撮像装置と X線像形成ュニット保持装置の回転の方向を示す概略図、

第 3図は、第 1図に示した X線像撮像装置の X線像増強管と撮像装置とを詳細に示す断面図、

第 4図は、第 3図に示したように X線像増強管に固定される撮像装置を詳細に説明する部分拡大図、

第 5図は、第 4図に示した撮像装置の撮像素子とスリップリングのそれぞれの状態を示す概略図、

第 6図は、第 4図に示した撮像装置の撮像素子の受像面とアナモフィックレンズを通った X線像増強管の出力面の出力像の関係を示す模式図、

第 7図は、第 1図に示した撮像装置の撮像素子の撮像面の形状とレンズの倍率の関係を示す概略図、

第 8図は、第 4図に示した撮像装置の撮像素子の受像面とアナモフィックレンズを通った X線像増強管の出力面の出力像の収差の関係を示す模式図、

第 9図は、第 4図に示した撮像装置のカメラとレンズとの固定方法を説明する概略図、

第 1 0図は、第 9図に示したカメラとレンズの固定方法をより詳細に説明する部分拡大図、

第 1 1図は、第 1図に示した撮像装置の別の実施例を示す概略断面図、第 1 2図は、この発明の他の実施例が適用される X線像増強管の出力面の出力像を撮像する X線像撮像装置を示す概略図、

第 1 3 A図、第 1 3 B図および第 1 3 C図は、それぞれ、第 1 2図に示した X 線像撮像装置のカメラに組み合わせられるレンズの位置調整の関係を示す模式図、第 1 4図は、 X線像増強管およびカメラの組み立て図、および、

第 1 5図は、周知の X線像撮像装置の撮像装置の一例を示す概略図である。発明の詳細な説明以下、図面を参照して、この発明の実施例について詳細に説明する。

第 1図は、この発明の実施例が適用される X線像撮像装置の一例を示す概略図、あ^ >。

第 1図に示されるように、 X線像撮像装置 1は、 X線を発生する X線発生器 1 1と、 ¾^体 0を通過した X線発生器 1 1からの X線すなわち X線像を可像に増強して変換する X線像増強管 1 3と、 X線像増強管 1 3を介して可視光像に変換された出力像を、フィルムまたは写真のうな記録媒体を用いることなくモニタ可能とするモニタ装置 2 1、並びに、モニタ装置 2 1に対して X線像増強管 1 3により可視光像に変換された出力像を表示させるために、 X線像増強管 1 3 の出力像を撮像して電気的画像信号を出力するカメラ 3 1を有している。

X線像増強管 1 3の出力スクリーン 1 7 aの出力像は、カメラ 3 1のアナモフイツクレンズ系 3 3によりカメラ 3 5の C C D撮像素子 3 7の長方形の撮像面にされる。撮像素子 3 7の撮像面にされた可視光像は、撮像素子 3 7により画像信号に変換され、画像処理装置 3 9により所定の画像処理が施されて、モニタ装置 2 1に表示される。

ところで、 X線像撮像装置 1は、第 2図に示すように X線発生器 1 1、被検体 0の反対側に配置した X線像増強管 1 3およびカメラ 3 1を回転軸 Aを中心として回転させることにより被検体 0を様々な方向から観察可能に構成されている。 X線発生器 1 1とカメラ 3 1は、 C字型の Cアーム 1 9によって接続されている。 X線発生器 1 1とカメラ 3 1は、 Cアーム 1 9を回転させることにより任意の方向から被検体 0を撮像可能になっている。

このように、 X線像増強管 1 1を回転可能な X線像撮像装置 1においては、被検体 0の状態をさまざまな方向から観察するために、 X線像増強管 1 3および X 線発生器 1 1を一体的に保持する Cアーム 1 9を矢印 αの方向に回転させた場合、レンズ 3 3により撮像素子 3 7にされる X線像増強管 1 3の出力像を、被検体 0が直立した状態となるようモニタ装置 2 1に出力させるために、 X線像増強管 1 3が回転された量に合わせて撮像素子 3 7すなわちカメラ 3 1が矢印) 8の方向に逆回転させる。

第 3図は、第 1図および第 2図に示した X線像撮像装置 1の X線像増強管 1 3 とカメラ 3 1力一体に組み立てられた X線像撮像ュニット 4 1を説明する断面図である。

第 1図および第 2図に示した X線像撮像装置 1の X線像増強管 1 3とカメラ 3 1は、この第 3図に示されるように、 X線像増強管 1 3のハウジング 4 2に、一体的に組み立てられている。

X線像増強管 1 3は、真空外囲器 1 4の一端部に、例えば、アルミニウム製の入力窓 1 5の内側に形成された入力スクリーン 1 5 aを有している。この入カスクリーン 1 5 aと対向する真空外囲器 1 4の他端部の出力ガラス基板 1 7の内面には、したカメラ 3 1が撮像可能な可視光像を出力する出力蛍光スクリーン 1 7 aが形成されている。

入力スクリーン 1 5 a出力スクリーン 1 7 aとの間には、第 1ないし第 3の集束電極 1 8 a , 1 8 1)ぉょび1 8 (；、ならびに陽極 1 9が配置されている。

X線発生器 1 1から放射された X線は、被検体 0を通過し、 X線像として X線像増強管 1 3の入力スクリーン 1 5 aに入力される。 X線像は、入力スクリーン 1 5 aで電子像に変換され、第 1ないし第 3の集束電極 1 8 a , 1 8 1^ぉょび1 8 cならびに陽極 1 9により加速 ·集束されるとともに出力スクリーン 1 7 aにより可視光像に変換される。 X線像増強管 1 3は、例えば、入力窓 1 5の近傍の外周部と出力ガラス 1 7の近傍の外周部で、ハウジング 4 2に、絶縁体 4 2 bおよび複数の支柱 4 2 cにより、強固に固定されている。

ハウジング 4 2の出力側の端部は、出力ガラス 1 7に対応する中心部が所定の直径の開口を有する機械的強度の強いボトムプレート 4 2 aで構成されている。ボトムプレート 4 2 aの裏面には、カメラ 3 1力く取り付けられている。

ボトムプレート 4 2 aの後部には、強度の強 L、金属円盤からなるカメラフランジ 4 3が 6本の支柱 4 9で固定されている。カメラフランジ 4 3の中央部には、外周の一部がギヤ 4 7 aになっている回転フランジ 4 7がべァリング 4 5を介して回転可能に保持されている。回転フランジ 4 7の前方には、アナモフィックレンズ 3 3が固定され、後方には、スリップリング用電極基板 5 7および C C D撮像素子 3 7力固定された回路基板 5 5が一体的に固定されている。これらは、力メラフランジ 4 3に固定されたモータ 5 1によりェンドレスに回転可能になっている。

電極基板 5 7の複数のスリップリング、それに接する複数のブラシ 5 6を介して回路基板 5 5と、外部ケーブル 5 8に接続されるモニタ等の外部機器との間の電源や信号が ί¾1される。カメラ 3 1は、シールドケース 3 5で覆われている。なお、ハウジング 4 2の一部を通して、高圧電源ケーブル 4 2 dが X線像増強管に接続されている。

上述したように、カメラ 3 1は、レンズ 3 3とレンズ 3 3を通った出力像の結像位置に配置された撮像素子 3 7を有し、出力蛍光スクリーン 1 7 aを出射された可視光像を電気信号に変換する。

さらに、第 4図により、詳細に説明する。

レンズ 3 3は、ボトムプレート 4 2 aにより X線像増強管 1 3の出力スクリーン 1 7 aに対して所定の距離に固定されるカメラフランジ 4 3の概ね中央にベアリング 4 5を介して回転可能に保持された回転フランジ 4 7により、 X線像増強管 1 3の出力スクリーン 1 7 aを通る中心軸 Aの回りを回転可能に保持されている。また、レンズ 3 3は、外部からの制御信号により図示しない絞りモータにより開口径を調整可能な ¾«/絞り 3 3 a、詳述しない複数のレンズ、並びに、外部からの制御信号により図示しないズームモータを介してレンズ相互の間隔を変化することにより倍率を調整可能な電動ズーム機構 3 3 bを含む、電動ズームレンズでのる。

カメラフランジ 4 3には、第 5図を用いて後段に詳述するスリップリングと接触可能で、以下に示す回転フランジ 4 7が回転された場合であつてもスリップリングとの間に電気的導通を可能とし、しかも、回転フランジ 4 7が回転される回転量に制限を与えることない複数の接触ブラシ 5 6力配置されている。なお、それぞれのブラシ 5 6は、回転軸 Aを中心として定義される同心円上の所定の位置に配置される。

カメラフランジ 4 3の中央には、以下に示す回路基板 5 5に固定された撮像素子 3 7の中心を、レンズ 3 3を通る軸線すなわち回転軸 Aに一致させて保持する 6本の支柱 4 9により固定されている。

支柱 4 9力 <配置される位置を結んだ円の内側には、回転フランジ 4 7のギヤ 4 7 aと嚙み合うように、モータ 5 1の回転を回転フランジ 4 7および回転フランジ 4 7と接続されたレンズ 3 3に^するギヤ 5 3力配置されている。

回転フランジ 4 7には、撮像素子 3 7と、撮像素子 3 7を駆動する図示しない回路、及び撮像素子 3 7で光電変換された映像信号を処理する画像処理回路を含む回路部 3 9が設けられた回路基板 5 5が固定されている。

回転フランジ 4 7の筒状部あって、ギヤ 4 7 aと回路基板 5 5との間には、複数のスリップリング 5 7 aを有する電極基板 5 7が、配置されている。これら、回路基板 5 5及び電極基板 5 7は、これらの間に配置された 4個の絶縁スぺーサ 5 8 a及び同数のねじ 5 8 により、回転フランジ 4 7に、所定間隔をおいて、強固に固定されている。

電極基板 5 7は、第 5図に示すように、回転軸 Aを中心とした同心円状の複数の電極すなわちスリップリング 5 7 aを有している。これらスリップリングには、回路基板 5 5からの信号線及び電源線やレンズ 3 3の TO絞り 3 3 aおよび電動ズーム 3 bの信号線等 5 9力接続される。撮像素子 3 7が中央に固定された回路基板 5 5および電極基板 5 7は、回転フランジ 4 7を支持体として、一体的に組み立てられる。

この構造により、カメラフランジ 4 3に固定されたモータ 5 1の回転は、啮み合ったギヤ 5 3及び 4 7 aに伝達され、回路基板 5 5および電極基板 5 Ίが、任意の方向及び任意の角度に、エンドレスに回転される。この場合、回路基板 5 5 あるいはレンズ 3 3に供給する電源および撮像素子 3 7から出力される映像信号は、電極基板 5 7のスリップリング 5 7 aおよびブラシ 5 6により、回転フランジ 4 7の回転角度に制限されることなく、確実に受け渡される。

また、レンズ 3 3と撮像素子 3 7は、回転フランジ 4 7の筒状部により一体に回転されることから、 X線像増強管 1 3の概ね円形の出力蛍光スクリーン 1 7 a から概ね円形に出力される出力像の全域が、撮像素子 3 7の撮像面に入射される。この場合、レンズ 3 3を通る軸線すなわち回転軸 Aと撮像素子 3 7の撮像面の中、がずれることもない。

なお、回路基板 5 5および電極基板 5 7は、中心軸 Aを垂直に横切る方向の比較的薄い円盤を近接して取り付けてあり、レンズ 3 3は、回転フランジ 4 7の前方に固定されているので、 X線像撮像装置の大きさすなわち軸方向の長さは、第 1 5図に示した従来の装置よりも短く抑えられる。

さらに、カメラ 3 1が回転される際の回^軸 Aとレンズ 3 3の中心軸すなわち光軸を一致させるために要求される高い部品加工精度は、回転フランジ 4 7についてのみ適切に確保されることで、十分な組み立て精度が得られることから、コストが低減される。

なお、 X線像増強管 1 3の出力スクリーン 1 7 aの大きさカ^ 例えば直径 3 0 mmであって、 C C D撮像素子 3 7の受光面の大きさ力く、例えば一辺が 1 7 mm で、縦横比が 4 ： 3である場合に、出力スクリーン 1 7 aからレンズ 3 3の前端までの距離を Eとし、レンズ 3 3の後端から C C D撮像素子 3 7の撮像面 3 7 a との間の距離と Fとすると、 F - EZ2に設定される。そのため、撮像素子側のレンズ焦点深度は、浅いがレンズ 3 3および撮像素子 3 7がともに回転フランジ 4 7に固定されて一緒に回転するので、光学軸の変化が起こらず、かつ焦点の狂いも生じにくいという利点がある。

0 次に、アナモフィックレンズ 3 3とカメラ 3 1の撮像素子 3 7の関係について詳細に説明する。

第 6図を参照すれば、 X線像増強管 1 3の出力スクリーン 1 7 aから出力された光学像 Pは、アナモフィックレンズ 3 3のシリンドリカルレンズ 3 3。により垂直方向に圧縮され、楕円形光学像 Cとして固体撮像素子 3 7の水平方向に長い形の撮像面 3 7 aに、投影される。

第 1図に示したアナモフィックレンズ 3 3は、 1枚または複数枚のシリンドリカルレンズ系 3 3 cと単^^レンズ系 3 3 dで構成されている。このアナモフィックレンズ 3 3は、第 7図に示すように、撮像素子 3 7の長方形の撮像面 3 7 a の外縁に内接するように、 X線像増強管 1 3の概ね円形の出力像 Pを投影するために、撮像素子 3 7の撮像面の短辺方向 Qを縮小する。

次に、第 8図を用いて、垂直方向を圧縮して C C Dの長方形の撮像面に投影することにより、シリンドリカルレンズ系による収差の影響を低減することができることについて説明する。

シリンドリカルレンズ系によるは、画像の倍率を変更する方向については大きく、これに垂直な方向では小さい。ここで、シリンドリカルレンズ系を用いたアナモフィックレンズにより真円形の像を楕円形の像に変換して固体撮像素子の撮像面に結像させるには、第 8図に示すように 2通りの方法がある。

一つは、シリンドリカルレンズ系の作用がない場合に撮像面 3 7 aの上下に接するように真円形像 Bを結像させ、シリンドリカルレンズ系の作用によりその水平方向に像を拡大して楕円形像 Aとする方法であり、もう一つは、本実施例のように、撮像面 3 7 aの左右に接するように真円形像 Pをシンドリカルレンズ系により垂^向に像を圧縮する方法である。

シリンドリカルレンズ系を有するアナモフィックレンズでは、このどちらの方法も実現できる力前述の方法では、像を拡大する水平方向の結像に収差が発生して水平解像度が悪化し、後述の方法では、垂直方向に収差が生じる。

ところで、通常、 X線像撮像装置 1のテレビジョン方式は N T S C方式であり、走査線の本数は 5 2 5本に規格化されている。このうち有効画面に現れる走査線は概ね 485本程度であるため、これに対応する固体撮像素子の有効撮像面の垂直方向にはおよそ 485個の画素が並んでいる。一方、有効撮像面の水平方向の画素数は、 X線像撮像装置に多く使用されるいわゆる 40万画素 CCD固体撮像素子では 768個であり、中心部ではこの水平方向のすべての画素が利用される。固体撮像素子カメラの解像度はこの画素数により決定されるため、垂直解像度は水平解像度に比べて悪い。これはテレビ方式が PAL方式でも、 SECAM方式でも同様である。例えば、 NTSC方式の固体撮像素子カメラでの解像度は、 X線像増強管の出力像の直径が 15 mmの場合、出力スクリーン上の水平解像度は（768Z15) =51. 2本 Zmmであり、垂直解像度は（485Z15) =32. 3本 Zmmで、垂直解像度は水平解像度より 4割近く悪い。従って、 CCD固体撮像素子の撮像面に投影される画像の垂直解像度は、水平解像度よりも 4割近く悪くても実質的に許容されることになる。

以上のように、収差により解像度の悪化する方向を固体撮像素子の垂直方向とすることで、シリンドリカルレンズによって発生する垂直方向の収差による垂直解像度の劣化は、水平方向の 4割まで許容できる。このことから、本発明によるシリンドリカルレンズ系による収差は事実上無視できることになる。そのため、この影響はは複数枚のレンズを付加してで補正する必要がなく、アナモフィックレンズ系は 1枚のシリンドリカルレンズで構成することもできることを意味している。

なお、アナモフィックレンズにより投影される像の収差は、単焦点レンズ系によっても発生し、これは全方向に等しく発生する。従って単焦点レンズ系は収差は小さいことが必要である力、複数枚の球面レンズで構成する収差の小さい単焦点レンズ系の設計は容易である。また球面レンズにより構成された単焦点レンズは低価格である。

X線像増強管 13の真円形の出力像 Pを C CD撮像素子の長方形の撮像面に楕円形像 Cとして結像させる場合には、第 7図に示したように、楕円形像 Cを、撮像面 37 aの水平方向すなわち長辺方向と楕円形像 Cの長軸方向とを正確に一致させる必要がある。

2 そこで、第 9図および第 1 0図は、これを容易に微調整する構造を示すものである。すなわち、アナモフィックレンズ 3 3を内蔵するレンズ本体 6 1は、取付け金具 6 2を介してカメラ 3 1に固定される。そして、このレンズ本体 6 1は取付け金具 6 2に対して任意の角度に回転でき、固定ねじ 6 3により固定できるようになつている。また、取付け金具 6 2は、 C—マウントと呼ばれる規格化されたねじ 6 4により、回転フランジ 4 7の対応する雌ねじ部分に捩じ込まれて取付けられる。

レンズ本体 6 1をカメラ 3 2に取付けるには、前もってレンズ本体 6 1に取付け金具 6 2を装着しておき、これを回転フランジ 4 7のレンズ取付け部にねじ込む。この時点では、固体撮像素子 3 7に対するアナモフィックレンズ 3 3の角度は不定である。次に、 X線像撮像装置 1の全体を構成して動作させ、テレビモニタ上の画像を観測して真円形の画像力再現される位置にレンズ本体 6 1を回転させて微調整し、正確に真円形の画像が表示される位置で固定ねじ 6 3を締め付けて固定する。

例えば、撮像面 3 7 aの縦横比が 3 ： 4の場合は、楕円形光学像は長軸すなわち水平方向の軸を短軸すなわち垂直方向の軸の 4ノ 3倍で、撮像面 3 7 aの上下左右の面縁に接するように ¾ ^される。そして、カメラ 3 1から得られる楕円形に歪んだ映像信号は、画像処理装置 3 9で水丰方向についてのみ圧縮処理され、 C R Tテレビモニタ 2 1に元の X線像増強管の出力光学像と同じ真円形の映像として表示されるようになっている。

なお、画像処理装置 3 9を経由せず、偏向サイズを 1対 1の比率にした C R T テレビモニタ 2 1に直接供給して真円形の画像を表示させるようにしてもよい。これは、単に C R Tテレビモニタ 2 1の水平偏向の振幅を縮小するのみで実現できる。

上記の実施例では、アナモフィックレンズ本体の全体をカメラへの取付け金具に対して回転できる構造である力それに限らず、例えばアナモフィックレンズ系の中の一方向のみの倍率に作用する 1枚または複数枚で構成されるレンズのみを回転できる構造としても同様の結果が得られる。

3 なお、レンズ本体とカメラとの接続には、ねじ込み方式に限定されないことは当然である。このように、アナモフィックレンズ系をカメラへ固定した状態でレンズ本体の全体またはレンズ系の一部を任意の方向に回転できるように構成することにより、レンズの倍率の異なる直交する 2方向を固体撮像素子の水平、垂直方向に精密に一致させることができる。そのため、固体撮像素子カメラおよびレンズの取付け部には、特定の専用取付けを設ける必要がない。例えばねじ込み式の取付け機構にすることで、安価にできる。また、固体撮像素子のカメラへの組み込みは、レン ¾付け部に対する回転方向について特別の精度を必要とせず、カメラは簡易に製造できる。また、アナモフィックレンズ系および固体撮像素子力メラの取付けを、 "^のレンズおよび力メラに広く採用されている C一マゥントと呼ばれる規格化されたねじ方式にすることができ、一般用途の安価な固体撮像素子力メラに組み込んで比較的安価な X線像撮像装置を構成することができ ^> o

上 ΐ己実施例では、アナモフィックレンズ 3 3のシリンドリカルレンズ 3 3は、 1枚のシリンドリカルレンズにより構成されているが、複！ ^のシリンドリカルレンズで構成することもできる。また、シリンドリカルレンズ 3 3 cと、単焦点レンズ系 3 3 dのすベての構成レンズを 1つの筐体内に配置して一体化したあるが、各々を分離してもよい。なお、アナモフィックレンズ 3 3にシリンドリカルレンズを使用することにより、高価なプリズムレンズを用いたアナモフィックレンズ系よりも小型で安価なアナモフィック光学装置を構成することができる。第 1 1図は、第 4図に示したカメラの別の実施の形態を示す概略図である。なお、第 4図に示した構成と同一の構成には同一の符号を附して詳細な説明を省略する。第 1 1図に示すカメラ 3 1は、 1枚の基板 5 5に C C D撮像装置 3 7、回路部 3 9およびスリップリング 5 7 aを設けたものである。

この構造によれば、カメラの軸方向の長さを短縮でき、 X線像撮像装置をよりコンパク卜にできる。

第 1 2図ないし第 1 4図に示す^例は、単一のカメラ 3 1によつて出力蛍光スクリーンの直径が異なる複数種類の X線像増強管と組み合わせて C C D撮像素子に、同一または略同一の画像を^させることができる X線像撮像装置である c 一般に数多く使用されて L、る X線像増強管は、その真円形の出力光学像の直径が、 1 5 mm、 2 0 mm、 2 5 mm、 3 O mmというように、多種類存在する。また、 C C D撮像素子などの固体撮像素子も、 2 Z 3インチ、 1 Z 2インチ、 1 /3インチフォーマツトサイズ等、多数のサイズの撮像面を持つ素子がある。従って、組み合わせる X線像増強管と固体撮像素子により、縮小率が異なるァナモフィック光学系装置が多数必要となる。前述の実施例のアナモフィック光学系では、その縮小率を変更するには、 3つのレンズ系の内その 1つのレンズ系を交換する必要がある。最近は、光学装置、固体撮像素子及びその信号処理回路素子を X線像増強管のハウジング内に一体的に組込んで、コンパクト化及び無調整化するようになっているので、これらの部品を多種類用意して種々組合わせることは望ましくない。

この実施例は、以上の課題を解決するものであり、特定のレンズ構成のアナモフィック光学装置のままで像倍率を変更できる X線撮像装置を提供することを目的とする。そのために、複数のレンズで構成される単焦点レンズ系、 2以上のレンズで構成されるシリンドリカルレンズ系を備えてアナモフィック光学装置を構成し、そのシリンドリカルレンズ系の 1または複数のレンズを他のレンズに対して光軸方向に沿って任意の位置または一定の位置に移動させるように構成した X 線撮像装置である。

ここで、アナモフィックレンズ 3 3は、 X線像増強管側に 2枚のシリンドリカルレンズ 3 2 a、 3 2 bからなるシリンドリカルレンズ系 3 2が配置され、固体撮像素子側に複数枚の球面レンズからなる単焦点レンズ系 3 3 d力《配置される。そして、 2枚のシリンドリカルレンズの内の X線像増強管側の 1枚のシリンドリカルレンズ 3 2 aは、他のレンズに対して光軸方向に沿って移動することができる構造になっている。

アナモフィックレンズ 3 3は、シリンドリカルレンズ系 3 2内の 1枚のレンズを動かすことにより単焦点レンズ系 3 3 dとは独立にシリンドリカルレンズ系 3 2のレンズ作用を変更することができる。従って、シリンドリカルレンズ系と単焦点レンズ系のレンズ作用を受ける方向のみのレンズ作用を変更し、結像位置を単焦点レンズ系のみのレンズ作用で結像する位置と合わせること力可能である。第 13図は、このアナモフィックレンズ 33を使用したときの各レンズ、 X線像増強管 13の出力画像 Pa, Pb, Pc及び固体撮像素子 37の撮像面 37 a の位置及び像径の関係を示している。同図の（a) は、 X線像増強管 13の出力光学像 P aの直径が 25 mmの場合、同図の（b) は、同 Pbが 2 Ommの場合、同図の（c) は、同 P cが 15mmの場合を示している。なお、いずれの場合も固体撮像素子の撮像面 37 aのサイズは同じである。

各々の場合で、 X線像増強管の出力光学像と固体撮像素子撮像面との距離を D 1 a, Dlb, D 1 c、固体撮像素子の撮像面とレンズ 33との距離を D 2 a, D2 b, D2c、 2枚のシリンドリカルレンズ 32 a, 32 bの間の距離を D 3 a, D3b, D3c、 X線像増強管とそれに近いシリンドリカルレンズ 32aとの距離をの D4a, D4b, D 4 cとして、それらを変えることができるようになっている。ただし、固体撮像素子側のシリンドリカルレンズ 32bと単焦点レンズ系 33の位置関係及びそれらの間の距離は変わらない。

そして、各距離を変えることにより、固体撮像素子の撮像面 37 aに同じ大きさの楕円形の像 Cとして結像させることができる。

つまり、 X線像増強管の出力光学像 Pの直径が 25 mm、 2 Omm. 15mm のどの場合にも同じ大きさの固体撮像素子の撮像面 18 aに同じ大きさの楕円形の像 Cとして結像される。

これらの場合の第 13図の各距離は、例えば、

D 1 a >D 1 b >D 1 c、

D2a<D2b<D2 c

D3a〉D3b>D3 c、および、

D4 a〉D4 b〉D4 c、となる。

第 14図は、 X線像増強管、アナモフィックレンズ、及び固体撮像素子の組み合わせ状態、それにより各距離を変える機構の具体例を示している。 X線像増強管側のシリンドリカルレンズ 32 aは、支持構造体 71に支持され、これは筐体 72に沿って光軸方向に沿って移動可能に支持されている。これによりシリンドリカルレンズ 32 aと 32 b間の距離 D 3を調整できる。図では移動するための構造は省略してある。また、固体撮像素子側のシリンドリカルレンズ 3 2 bと単焦点レンズ系 3 3 d を構成するレンズは支持構造体 7 3に支持さ; T これらは一緒に体 7 2に沿つて光軸方向に沿って移動可能に支持されている。

アナモフィックレンズ 3 3の筐体 7 2の回転フランジとの接続部には雄ねじが設けられ、回転フランジ 4 7の接続部には雌ねじ力設けられて接続されている。固体撮像素子の撮像面とアナ乇フィックレンズ 3 3との距離 D 2は、リング状スぺーサ 7 4を德体 7 2と回転フランジ 4 7の間に入れることにより大まかに定められる。そしてさらに、筐体内で支持構造体 7 3を移動することにより精密に距離を調整することができるようになつている。また、 X線像増強管の出力蛍光スクリーン 1 7 aと固体撮像素子 3 7の撮像面 3 7 aとの距離は、ボトムプレート 4 2 aとカメラフランジ 4 3の間に設け両者を接続する支柱 4 9の長さにより調整することができるようになつている。

X線撮像装置に使用する X線像増強管の出力像径または固体撮像素子の撮像面サイズが、数種類に限られるときは、シリンドリカルレンズの移動する位置を数種の位置に限って移動し固定できるようにすることで調整を省くことができる。

_hのようにして、このアナモフィックレンズ 3 3はシリンドリカルレンズ系の 1枚のレンズを他のレンズに対して光軸方向に沿つて移動することにより、異なる倍率で同じ大きさの楕円形像として固体 ¾i像素子の撮像面に結像させることカ^!能である。したがって、単一の光学レンズ及び撮像素子の構成で、種々の X 線像増強管出力像径に対応することができる。

なお、以上は固体撮像素子の撮像面のサイズが同じ場合についての説明であるが、固体撮像素子の撮像面のサイズが異なる場合も、上述のようにレンズ系と像の位置関係を変えることにより対応可能である。

以上説明したようにこの実施例によれば、単一の光学レンズ系で、出力像径の異なる X線像増強管、又は撮像面サイズの異なる固体撮像素子に対応して使用することができる。したがって、多数の倍率が異なるアナモフィック光学系装置を ^とせず、総合的に低価格の X線撮像装置を実現できる。

なお、今日では、受像面が概ね正方形に形成された C C Dセンサも開発されており、この場合には、アナモフィックレンズを用いなくともよい。

7 以上説明したように、この発明の X線像撮像装置は、レンズと、撮像素子と、撮像素子を mi¾する回路と、撮像素子から得られる映像信号を処理する回路が配設された基板とがー体的に回転可能に形成されたカメラを有し、 X線像増強管と X線発生器が対象物の回りを回転された場合であつても、出力面に出力された出力像を、必要に応じて直立像としてモニタ装置に表示できる。なお、上述した構成によれば、 X線像増強管、レンズおよび撮像素子の中心のずれがほとんどなく、また、ピントのずれも生じない X線像撮像装置が低コス卜で提供される。

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Claims

請求の範囲

1. X線像を真円形の出力可視光像へ変換する X線像増強管と、前記出力可視光像を所定位置に結像させる光学レンズ構体と、この光学レンズ構体による結像位置に配置された固体撮像素子と、この固体撮像素子の駆動および出力画像信号の処理をする信号処理回路基板と、上記 X線像増強管に的に固定され且つ上記光学レンズ構体、固体撮像素子および信号処理回路基板が a«的に支持された支持枠と、上記 X線像増強管に対して上記固体撮像素子を光学中心軸を中心にして回転させる回転機構とを具備する X線像撮像装置において、

上記信号処理回路基板は上記光学中心軸を横切って配置されるとともに上記固体撮像素子は前記信号処理回路基板に固定さ t

上記光学レンズ構体は前記信号処理回路基板に直接または他の部材を介して機械的に一体的に固定され、

上記支持枠に回転 ΙΚί¾モー夕が固定されこのモータにより前記支持枠に対して上記固体撮像素子、信号処理回路基板および光学レンズ構体が一体になつて回転させられる構造になっており、

上記固体撮像素子の近傍に複数のスリップリングが同心状に且つ前記固体撮像素子とともに回転可能に設けられ、このスリップリングを介して上記固体撮像素子および信号処理回路基板に駆動制御電源および出力画像信号を伝達するように構成されていることを特徴とする X線像撮像装置。

2. 上記スリップリングは、上記信号処理回路基板またはそれとは別に上記光学中^ Ιώに対して略垂直に配置された回転可能な平板に同心状に固定されている請求項 1記載の X線像撮像装置。

3. 上記光学レンズ構体はシリンドリカルレンズからなるアナモフィックレンズ系を備え、上記固体撮像素子は長方形の受像面を有し、上記アナモフィックレンズ系により上記 X線像増強管の出力可視光像の一方向を圧縮または伸張して楕円形状の像として上記固体撮像素子の受像面に相互の長径方向を一致させて結像する請求項 1記載の X線像撮像装置。

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4. 上記光学レンズ構体は、上記固体撮像素子に対して光学中心軸のまわりに任意角度変更調整して位置決めする任意角度微調整機構を備えて tゝる請求項 3記載の X線像撮像装置。

5. 上記光学レンズ構体は上記支持枠の内側空間に位置し、上記モータは前記光学レンズ構体のまわりの空間に配置されている請求項 1記載の X線像撮像装置。

6. 上記光学レンズ構体は、電動絞りを内蔵し、この電動絞りの駆動信号力上記スリップリングを介して供給される請求項 1記載の X線像撮像装置。

7. 上記光学レンズ構体は、複数のレンズで構成される単焦点レンズ系、及び 2 1:のシリンドリカルレンズ系を備え、前記シリンドリカルレンズ系の 1又は複のレンズが他のレンズに対して光軸方向に沿って任意の位置又は一定の位置に移動可能に構成されている請求項 3記載の X線像撮像装置。

8. 上記シリンドリカルレンズは、固体撮像素子の垂直方向に画像を圧縮するように結像させる請求項 3 , 4または 7の tヽづれかに記載の X線像撮像装置。