(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線像を電子像に変換したうえ出力スクリーン１７ａで可視光像に変換するＸ線像増強管１３と、このＸ線像増強管が内部に固定され、上記出力スクリーンに対応する位置に開口を有するボトムプレート４２ａを有するハウジング４２と、上記ハウジングのボトムプレートに連結されたカメラフランジ４３と、このカメラフランジ側に設けられ、上記Ｘ線像増強管の出力可視光像を所定位置に結像させる光学レンズ構体３３と、この光学レンズ構体による結像位置に配置された方形受像面を有する固体撮像素子３７と、この固体撮像素子が取り付けられているとともに、上記固体撮像素子を駆動する駆動回路および画像処理回路が設けられた回路基板５５と、上記回路基板に電源の供給および信号を伝達するための複数のスリップリング電極５７ａを有するスリップリング用電極基板５７と、上記固体撮像素子を含む回路基板および上記スリップリング用電極基板を回転させるベアリング４５を含む回転機構とを具備するＸ線像撮像装置において、
上記複数のスリップリング電極５７ａは上記スリップ用電極基板５７の基板面に同心状に配置されており、上記カメラフランジ４３に上記ベアリング４５を介して円筒状の回転フランジ４７が回転可能に取り付けられ、該回転フランジ４７の上記Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａ側に上記光学レンズ構体３３が固定されるとともに反対側に上記固体撮像素子３７を含む回路基板５５およびスリップリング用電極基板５７が回転中心軸Ａに対してそれぞれ略垂直に固定されて上記光学レンズ構体および固体撮像素子を含む回路基板およびスリップリング用電極基板が一体になって回転される構成になっており、
上記回転機構は、駆動源としてのモータ５１を有し、このモータおよび上記光学レンズ構体３３の主要部は、いづれも上記カメラフランジ４３とボトムプレート４２ａとの間の空間に配置されていることを特徴とするＸ線像撮像装置。
【請求項２】
Ｘ線像を電子像に変換したうえ出力スクリーン１７ａで可視光像に変換するＸ線像増強管１３と、このＸ線像増強管が内部に固定され、上記出力スクリーンに対応する位置に開口を有するボトムプレート４２ａを有するハウジング４２と、上記ハウジングのボトムプレートに連結されたカメラフランジ４３と、このカメラフランジ側に設けられ、上記Ｘ線像増強管の出力可視光像を所定位置に結像させる光学レンズ構体３３と、この光学レンズ構体による結像位置に配置された方形受像面を有する固体撮像素子３７と、この固体撮像素子が取り付けられているとともに、上記固体撮像素子を駆動する駆動回路および画像処理回路が設けられた回路基板５５と、上記回路基板に電源の供給および信号を伝達するための複数のスリップリング電極５７ａを有するスリップリング用電極基板５７と、上記固体撮像素子を含む回路基板および上記スリップリング用電極基板を回転させるベアリング４５を含む回転機構とを具備するＸ線像撮像装置において、
上記複数のスリップリング電極５７ａは上記スリップ用電極基板５７の基板面に同心状に配置されており、上記カメラフランジ４３に上記ベアリング４５を介して円筒状の回転フランジ４７が回転可能に取り付けられ、該回転フランジ４７の上記Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａ側に上記光学レンズ構体３３が固定されるとともに反対側に上記固体撮像素子３７を含む回路基板５５およびスリップリング用電極基板５７が回転中心軸Ａに対してそれぞれ略垂直に固定されて上記光学レンズ構体および固体撮像素子を含む回路基板およびスリップリング用電極基板が一体になって回転される構成になっており、
上記光学レンズ構体３３は、シリンドリカルレンズ系３３ｃからなるアナモフィックレンズ３３を備え、上記固体撮像素子３７は長方形の受像面３７ａを有し、上記アナモフィックレンズにより上記Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａ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もので、
上記光学レンズ構体３３は、複数のレンズで構成される単焦点レンズ系３３ｄおよび２以上のシリンドリカルレンズを含むシリンドリカルレンズ系３３ｃを備え、上記シリンドリカルレンズ系の１又は複数枚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ことを特徴とするＸ線像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
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視光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投影される。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逆方向に、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が必要となる。
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、カメラとカメラを駆動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。
しかしながら、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、信号線および電源線が捩じ切れることがないよう回転角度が制限される。このことは、対象物を観察する際に、カメラを逆方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１５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１５図に示されるように、Ｘ線像撮像装置１０１は、被撮影対象物を通過した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１１１、Ｘ線像増強管１１１の出力面１１３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１２１を有する。
Ｘ線像増強管１１１が収容されたハウジング１１５の出力側に、支持枠１２３ａが固定されている。
カメラ１２１は、支持枠１２３ａによりＸ線像増強管１１１の出力像１１４に対して所定の間隔で固定されたレンズ１２３、円盤状に形成され、回転可能な回路基板１２５の結像位置に位置されたＣＣＤ撮像素子１２７、回路基板１２５を回転するモータ１２９、並びに、回路基板１２５を経由して出力される撮像素子１２７の出力信号を外部に案内し、撮像素子１２７を駆動する電源を供給する信号伝達機構１３１により構成される。このとき、撮像素子１２７は、支持枠１２３ａに固定された支持枠１２５ａに回転可能に保持された回路基板１２５により、レンズ１２３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。
信号伝達機構１３１は、撮像素子１２７および回路基板１２５を、レンズ１２３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１３３、支持枠１２５ａと同心円状に、支持枠１２５ａに挿入された補助枠１２５ｂに対してベアリング１３５により回転可能に装着され、撮像素子１２７から出力された出力信号を外部に出力する電極ドラム１３７、並びに円筒状の支持枠１２５ａの補助枠１２５ｂに固定され、電極ドラム１３７の複数のリング電極１３６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１３９を有している。なお、電極ドラム１３７は、回路基板１２５およびギヤ１３３が回転される際の回転中心すなわちレンズ１２３を通過した可視光像の中心軸Ａに、同軸に配置される。
第１５図に示したＸ線像撮像装置１０１によれば、回路基板１２５を経由して出力される撮像素子１２７の出力信号は、信号伝達機構１３１の電極ドラム１３７とブラシ１３９により撮像素子１２７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１２５に取り付けられる信号線あるいは電源線の影響による撮像素子１２７の回転角の制限は回避される。
しかしながら、第１５図に示した例では、電極ドラム１３７を用いることにより、カメラすなわちカメラ１２１の回転軸方向の長さが増大する問題がある。
また、カメラ１２１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１２３によるＸ線像増強管１１１の出力像１１４の結像中心と撮像素子１２７の撮像面の中心とが一致することが必要となることから、撮像素子１２７が回転されることで定義される回転軸と撮像素子１２７の撮像面の中心が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１２３による出力像１１４の結像面を撮像素子１２７の撮像面に傾きなく一致させることが必要となる。そのために、レンズ１２３の中心軸と撮像素子１２７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１３７とベアリング１３５およびベアリング１３５と支持枠１２５ａの補助枠１２５ｂ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１３７、支持枠１２５ａ並びに支持枠１２３ａ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、部品コストおよび組立コストが低く、対象物が回転される場合であっ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線像を電子像に変換したうえ出力スクリーンで可視光像に変換するＸ線像増強管と、このＸ線像増強管が内部に固定され、上記出力スクリーンに対応する位置に開口を有するボトムプレート有するハウジングと、上記ハウジングのボトムプレートに連結されたカメラフランジと、このカメラフランジ側に設けられ、上記Ｘ線像増強管の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方形受像面を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子が取り付けられているとともに、上記固体撮像素子を駆動する駆動回路および画像処理回路が設けられた回路基板と、上記回路基板に電源の供給および信号を伝達するための複数のスリップリング電極を有するスリップリング用電極基板と、上記固体撮像素子を含む回路基板および上記スリップリング用電極基板を回転させるベアリングを含む回転機構とを具備するＸ線像撮像装置において、
上記複数のスリップリング電極は上記スリップ用電極基板の基板面に同心状に配置されており、上記カメラフランジに上記ベアリングを介して円筒状の回転フランジが回転可能に取り付けられ、該回転フランジの上記Ｘ線像増強管の出力スクリーン側に上記光学レンズ構体が固定されるとともに反対側に上記固体撮像素子を含む回路基板およびスリップリング用電極基板が回転中心軸Ａに対してそれぞれ略垂直に固定されて上記光学レンズ構体および固体撮像素子を含む回路基板およびスリップリング用電極基板が一体になって回転される構成になっており、
上記回転機構は、駆動源としてのモータを有し、このモータおよび上記光学レンズ構体の主要部は、いづれも上記カメラフランジとボトムプレートとの間の空間に配置されていることを特徴とするＸ線像撮像装置である。
さらにこの発明は、Ｘ線像を電子像に変換したうえ出力スクリーン１７ａで可視光像に変換するＸ線像増強管１３と、このＸ線像増強管が内部に固定され、上記出力スクリーンに対応する位置に開口を有するボトムプレート４２ａを有するハウジング４２と、上記ハウジングのボトムプレートに連結されたカメラフランジ４３と、このカメラフランジ側に設けられ、上記Ｘ線像増強管の出力可視光像を所定位置に結像させる光学レンズ構体３３と、この光学レンズ構体による結像位置に配置された方形受像面を有する固体撮像素子３７と、この固体撮像素子が取り付けられているとともに、上記固体撮像素子を駆動する駆動回路および画像処理回路が設けられた回路基板５５と、上記回路基板に電源の供給および信号を伝達するための複数のスリップリング電極５７ａを有するスリップリング用電極基板５７と、上記固体撮像素子を含む回路基板および上記スリップリング用電極基板を回転させるベアリング４５を含む回転機構とを具備するＸ線像撮像装置において、
上記複数のスリップリング電極５７ａは上記スリップ用電極基板５７の基板面に同心状に配置されており、上記カメラフランジ４３に上記ベアリング４５を介して円筒状の回転フランジ４７が回転可能に取り付けられ、該回転フランジ４７の上記Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａ側に上記光学レンズ構体３３が固定されるとともに反対側に上記固体撮像素子３７を含む回路基板５５およびスリップリング用電極基板５７が回転中心軸Ａに対してそれぞれ略垂直に固定されて上記光学レンズ構体および固体撮像素子を含む回路基板およびスリップリング用電極基板が一体になって回転される構成になっており、
上記光学レンズ構体３３は、シリンドリカルレンズ系３３ｃからなるアナモフィックレンズ３３を備え、上記固体撮像素子３７は長方形の受像面３７ａを有し、上記アナモフィックレンズにより上記Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａ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もので、
上記光学レンズ構体３３は、複数のレンズで構成される単焦点レンズ系３３ｄおよび２以上のシリンドリカルレンズを含むシリンドリカルレンズ系３３ｃを備え、上記シリンドリカルレンズ系の１又は複数枚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ことを特徴とするＸ線像撮像装置である。
【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線像形成ユ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１０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１１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１２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１３Ａ図、第１３Ｂ図および第１３Ｃ図は、それぞれ、第１２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１４図は、Ｘ線像増強管およびカメラの組み立て図、および、
第１５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である。
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１１と、被検体Ｏを通過したＸ線発生器１１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１３と、Ｘ線像増強管１３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よ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２１、並びに、モニタ装置２１に対してＸ線像増強管１３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１３の出力像を撮像して電気的画像信号を出力するカメラ３１を有している。
Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａの出力像は、カメラ３１のアナモフィックレンズ系３３によりカメラ３５のＣＣＤ撮像素子３７の長方形の撮像面に投影される。撮像素子３７の撮像面に投影された可視光像は、撮像素子３７により画像信号に変換され、画像処理装置３９により所定の画像処理が施されて、モニタ装置２１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１１、被検体Ｏの反対側に配置したＸ線像増強管１３およびカメラ３１を回転軸Ａを中心として回転させることにより被検体Ｏ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１１とカメラ３１は、Ｃ字型のＣアーム１９によって接続されている。Ｘ線発生器１１とカメラ３１は、Ｃアーム１９を回転させることにより任意の方向から被検体Ｏを撮像可能になっている。
このように、Ｘ線像増強管１１を回転可能なＸ線像撮像装置１においては、被検体Ｏ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１３およびＸ線発生器１１を一体的に保持するＣアーム１９を矢印αの方向に回転させた場合、レンズ３３により撮像素子３７に投影されるＸ線像増強管１３の出力像を、被検体Ｏが直立した状態となるようモニタ装置２１に出力させるために、Ｘ線像増強管１３が回転された量に合わせて撮像素子３７すなわちカメラ３１が矢印β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１３とカメラ３１が一体に組み立てられたＸ線像撮像ユニット４１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１３とカメラ３１は、この第３図に示されるように、Ｘ線像増強管１３のハウジング４２に、一体的に組み立てられている。
Ｘ線像増強管１３は、真空外囲器１４の一端部に、例えば、アルミニウム製の入力窓１５の内側に形成された入力スクリーン１５ａを有している。この入力スクリーン１５ａと対向する真空外囲器１４の他端部の出力ガラス基板１７の内面には、上述したカメラ３１が撮像可能な可視光像を出力する出力蛍光スクリーン１７ａが形成されている。
入力スクリーン１５ａ出力スクリーン１７ａとの間には、第１ないし第３の集束電極１８ａ，１８ｂおよび１８ｃ、ならびに陽極１９が配置されている。
Ｘ線発生器１１から放射されたＸ線は、被検体Ｏを通過し、Ｘ線像としてＸ線像増強管１３の入力スクリーン１５ａに入力される。Ｘ線像は、入力スクリーン１５ａで電子像に変換され、第１ないし第３の集束電極１８ａ，１８ｂおよび１８ｃならびに陽極１９により加速・集束されるとともに出力スクリーン１７ａにより可視光像に変換される。
Ｘ線像増強管１３は、例えば、入力窓１５の近傍の外周部と出力ガラス１７の近傍の外周部で、ハウジング４２に、絶縁体４２ｂおよび複数の支柱４２ｃにより、強固に固定されている。
ハウジング４２の出力側の端部は、出力ガラス１７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４２ａで構成されている。
ボトムプレート４２ａの裏面には、カメラ３１が取り付けられている。
ボトムプレート４２ａの後部には、強度の強い金属円盤からなるカメラフランジ４３が６本の支柱４９で固定されている。カメラフランジ４３の中央部には、外周の一部がギヤ４７ａになっている回転フランジ４７がベアリング４５を介して回転可能に保持されている。回転フランジ４７の前方には、アナモフィックレンズ３３が固定され、後方には、スリップリング用電極基板５７およびＣＣＤ撮像素子３７が固定された回路基板５５が一体的に固定されている。これらは、カメラフランジ４３に固定されたモータ５１によりエンドレスに回転可能になっている。
電極基板５７の複数のスリップリング、それに接する複数のブラシ５６を介して回路基板５５と、外部ケーブル５８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伝達される。カメラ３１は、シールドケース３５で覆われている。なお、ハウジング４２の一部を通して、高圧電源ケーブル４２ｄ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３１は、レンズ３３とレンズ３３を通った出力像の結像位置に配置された撮像素子３７を有し、出力蛍光スクリーン１７ａ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３３は、ボトムプレート４２ａによりＸ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａに対して所定の距離に固定されるカメラフランジ４３の概ね中央にベアリング４５を介して回転可能に保持された回転フランジ４７により、Ｘ線像増強管１３の出力スクリーン１７ａ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３３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電動絞り３３ａ、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３３ｂを含む、電動ズームレンズである。
カメラフランジ４３には、第５図を用いて後段に詳述するスリップリング電極と接触可能で、以下に示す回転フランジ４７が回転された場合であってもスリップリング電極との間に電気的導通を可能とし、しかも、回転フランジ４７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５６が配置されている。なお、それぞれのブラシ５６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４３の中央には、以下に示す回路基板５５に固定された撮像素子３７の中心を、レンズ３３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４９により固定されている。
支柱４９が配置される位置を結んだ円の内側には、回転フランジ４７のギヤ４７ａと噛み合うように、モータ５１の回転を回転フランジ４７および回転フランジ４７と接続されたレンズ３３に伝達するギヤ５３が、配置されている。
回転フランジ４７には、撮像素子３７と、撮像素子３７を駆動する図示しない駆動回路、及び撮像素子３７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３９が設けられた回路基板５５が固定されている。
回転フランジ４７の筒状部あって、ギヤ４７ａと回路基板５５との間には、複数のスリップリング電極５７ａを有する電極基板５７が、配置されている。これら、回路基板５５及び電極基板５７は、これらの間に配置された４個の絶縁スペーサ５８ａ及び同数のねじ５８ｂにより、回転フランジ４７に、所定間隔をおいて、強固に固定されている。
電極基板５７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電極５７ａを有している。これらスリップリング電極５７ａには、回路基板５５からの信号線及び電源線やレンズ３３の電動絞り３３ａおよび電動ズーム機構３３ｂの駆動信号線等５９が、接続される。
撮像素子３７が中央に固定された回路基板５５および電極基板５７は、回転フランジ４７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４３に固定されたモータ５１の回転は、噛み合ったギヤ５３及び４７ａに伝達され、回路基板５５および電極基板５７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５５あるいはレンズ３３に供給する電源および撮像素子３７から出力される映像信号は、電極基板５７のスリップリング電極５７ａおよびブラシ５６により、回転フランジ４７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３３と撮像素子３７は、回転フランジ４７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１３の概ね円形の出力蛍光スクリーン１７ａから概ね円形に出力される出力像の全域が、撮像素子３７の撮像面に入射される。この場合、レンズ３３を通る軸線すなわち回転軸Ａと撮像素子３７の撮像面の中心がずれることもない。
なお、回路基板５５および電極基板５７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３３は、回転フランジ４７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１５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３１が回転される際の回転軸Ａとレンズ３３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４７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１３の出力スクリーン１７ａの大きさが、例えば直径３０ｍｍであって、ＣＣＤ撮像素子３７の受光面の大きさが、例えば一辺が１７ｍｍで、縦横比が４：３である場合に、出力スクリーン１７ａからレンズ３３の前端までの距離をＥとし、レンズ３３の後端からＣＣＤ撮像素子３７の撮像面３７ａとの間の距離とＦとすると、Ｆ＝Ｅ／２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３３および撮像素子３７がともに回転フランジ４７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。
次に、アナモフィックレンズ３３とカメラ３１の撮像素子３７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１３の出力スクリーン１７ａから出力された光学像Ｐは、アナモフィックレンズ３３のシリンドリカルレンズ３３ｃ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３７の水平方向に長い長方形の撮像面３７ａに、投影される。
第１図に示したアナモフィックレンズ３３は、１枚または複数枚のシリンドリカルレンズ系３３ｃと単焦点レンズ系３３ｄで構成されている。このアナモフィックレンズ３３は、第７図に示すように、撮像素子３７の長方形の撮像面３７ａの外縁に内接するように、Ｘ線像増強管１３の概ね円形の出力像Ｐを投影するために、撮像素子３７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ＣＣＤ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収差は、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３７ａ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３７ａ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直方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が、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ＮＴＳＣ方式であり、走査線の本数は５２５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１５ｍｍの場合、出力スクリーン上の水平解像度は（７６８／１５）＝５１．２本／ｍｍであり、垂直解像度は（４８５／１５）＝３２．３本／ｍｍ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が、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ＣＣＤ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３７ａ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。
そこで、第９図および第１０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３３を内蔵するレンズ本体６１は、取付け金具６２を介してカメラ３１に固定される。そして、このレンズ本体６１は取付け金具６２に対して任意の角度に回転でき、固定ねじ６３により固定できるようになっている。また、取付け金具６２は、Ｃ−マウントと呼ばれる規格化されたねじ６４により、回転フランジ４７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６１をカメラ３２に取付けるには、前もってレンズ本体６１に取付け金具６２を装着しておき、これを回転フランジ４７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３７に対するアナモフィックレンズ３３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が再現される位置にレンズ本体６１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６３を締め付けて固定する。
例えば、撮像面３７ａ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４／３倍で、撮像面３７ａの上下左右の面縁に接するように投影される。そして、カメラ３１から得られる楕円形に歪んだ映像信号は、画像処理装置３９で水平方向についてのみ圧縮処理され、ＣＲＴテレビモニタ２１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３９を経由せず、偏向サイズを１対１の比率にしたＣＲＴテレビモニタ２１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ＣＲＴテレビモニタ２１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が、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。
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、特定の専用取付け機構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、レンズ取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カメラの取付けを、一般のレンズおよびカメラに広く採用されているＣ−マウ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カ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る。
上記実施例では、アナモフィックレンズ３３のシリンドリカルレンズ３３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、複数枚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３３ｃと、単焦点レンズ系３３ｄのすべての構成レンズを１つの筺体内に配置して一体化したものであるが、各々を分離してもよい。なお、アナモフィックレンズ３３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１１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１１図に示すカメラ３１は、１枚の基板５５にＣＣＤ撮像装置３７、回路部３９およびスリップリング５７ａ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トにできる。
第１２図ないし第１４図に示す実施例は、単一のカメラ３１によっ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ＣＣＤ撮像素子に、同一または略同一の画像を投影させることができるＸ線像撮像装置である。
一般に数多く使用されているＸ線像増強管は、その真円形の出力光学像の直径が、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍというように、多種類存在する。また、ＣＣＤ撮像素子などの固体撮像素子も、２／３インチ、１／２インチ、１／３インチフォーマットサイズ等、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、縮小率が異なるア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３３は、Ｘ線像増強管側に２枚のシリンドリカルレンズ３２ａ、３２ｂからなるシリンドリカルレンズ系３２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３３ｄが配置される。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３２ａ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３３は、シリンドリカルレンズ系３２内の１枚のレンズを動かすことにより単焦点レンズ系３３ｄとは独立にシリンドリカルレンズ系３２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が可能である。
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３７ａ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Ｐａの直径が２５ｍｍの場合、同図の（ｂ）は、同Ｐｂが２０ｍｍの場合、同図の（ｃ）は、同Ｐｃ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３７ａ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Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃ、固体撮像素子の撮像面とレンズ３３との距離をＤ２ａ，Ｄ２ｂ，Ｄ２ｃ、２枚のシリンドリカルレンズ３２ａ，３２ｂの間の距離をＤ３ａ，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，Ｄ４ｃ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３７ａ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２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍのどの場合にも同じ大きさの固体撮像素子の撮像面１８ａ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、
Ｄ１ａ＞Ｄ１ｂ＞Ｄ１ｃ、
Ｄ２ａ＜Ｄ２ｂ＜Ｄ２ｃ、
Ｄ３ａ＞Ｄ３ｂ＞Ｄ３ｃ、および、
Ｄ４ａ＞Ｄ４ｂ＞Ｄ４ｃ、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３２ａは、支持構造体７１に支持され、これは筺体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３２ａと３２ｂ間の距離Ｄ３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３２ｂと単焦点レンズ系３３ｄを構成するレンズは支持構造体７３に支持され、これらは一緒に筺体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。
アナモフィックレンズ３３の筺体７２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４７の接続部には雌ねじが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モフィックレンズ３３との距離Ｄ２は、リング状スペーサ７４を筺体７２と回転フランジ４７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、筺体内で支持構造体７３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っている。また、Ｘ線像増強管の出力蛍光スクリーン１７ａと固体撮像素子３７の撮像面３７ａとの距離は、ボトムプレート４２ａとカメラフランジ４３の間に設け両者を接続する支柱４９の長さにより調整することができるようになっている。
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。以上のようにして、このアナモフィックレンズ３３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っ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撮像素子の撮像面に結像させることが可能である。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必要とせず、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ＣＣＤ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。
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、撮像素子を駆動する回路と、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一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っても、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トで提供される。
【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１５】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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