(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形され、光軸とそれぞれα1、β1の角度で交差する第１の入射面、第１の出射面を有する第１の光学部材と、
複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形され、光軸とそれぞれα2、β2の角度で交差する第２の入射面、第２の出射面を有する第２の光学部材とを備え、
前記第１の出射面と前記第２の入射面は接しており、
前記β1は９０°より小さく、かつ、前記α2は、前記β1とは異なる角度を成しており、
前記第１の光学部材の光軸と前記第２の光学部材の光軸とのなす角θ1は、β1とα2との差の角度となっており、
前記第１の入射面は、一組の対角がそれぞれ鋭角であり他の一組の対角がそれぞれ鈍角である平行四辺形となっていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子と、
前記第２の出射面に接して設けられた撮像素子と
を備えたことを特徴とする撮像ユニット。
【請求項３】
前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との表面のうち少なくとも一部に遮光材が設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
請求項２に記載の撮像ユニットを複数組有し、
前記複数組の撮像ユニットは、前記各撮像ユニットの第１の入射面が略同一平面上に並ぶように配列されている、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の撮像ユニットと、
前記第１の入射面上に設けられ、放射線の入射に伴い光を発する蛍光体と
を備えたことを特徴とする放射線イメージセンサ。
【請求項６】
前記第１の入射面は、
中心線平均粗さが０．２０〜０．８０μｍの範囲になるように研磨されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子並びにこれを用いた撮像ユニット、撮像装置及び放射線イメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光イメージを伝送する光学部材として、複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形した光学部材が知られている。また、光軸に対して斜めにカットされた端面と垂直にカットされた端面を有する２つの上記光学部材を用いて、光イメージを任意の倍率に縮小または拡大して伝送する光学素子が、例えば米国特許３４０２０００号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記光学素子には、以下のような問題点があった。第１に、上記構成の光学素子において光イメージの縮小率あるいは拡大率を確保するためには、上記斜めにカットされた端面と光軸とのなす角を小さくする必要がある。しかし、かかる角を小さくすると、入力用に用いられる光学部材（以下、入力用光学部材という）の光軸と出力用に用いられる光学部材（以下出力用光学部材という）の光軸とのなす角が大きくなる。従って、入力用光学部材の出射面から出力用光学部材の入射面に入射した光は、出力用光学部材内で全反射条件を満たさなくり、入力用光学部材の入射面に入射した光イメージの出力用光学部材の出射面への伝送効率が低下してしまう。
【０００４】
第２に、上記光学素子を受光面が同一平面上に配置されるように複数個配列すれば、大きな受光面を有する光学素子が実現するが、上記光学素子の受光面は、縦横の縮小率を揃える等の要請から長方形となっているため、各光学素子の縁部の存在に起因して、直交する格子状の不感帯が生じる。従って、かかる光学素子に入力された光イメージを受光面の１辺に沿ってスキャンする場合に、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分が存在してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、伝送効率がよく、不感帯によるデータ欠落の影響の小さい光学素子、並びにこれを用いた撮像ユニット、撮像装置及び放射線イメージセンサを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子は、複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形され、光軸とそれぞれα1、β1の角度で交差する第１の入射面、第１の出射面を有する第１の光学部材と、複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形され、光軸とそれぞれα2、β2の角度で交差する第２の入射面、第２の出射面を有する第２の光学部材とを備え、第１の出射面と第２の入射面は接しており、β1は９０°より小さく、かつ、α2は、β1とは異なる角度を成しており、第１の光学部材の光軸と第２の光学部材の光軸とのなす角θ1は、β1とα2との差の角度となっており、第１の入射面は、一組の対角がそれぞれ鋭角であり他の一組の対角がそれぞれ鈍角である平行四辺形となっていることを特徴としている。
【０００７】
β1が９０°より小さく、θ1がβ1とα2との差の角度となっていることで、β1が９０°である場合と比較して、第１の出射面から第２の入射面に入射した光のうち第２の光学部材内で全反射条件を満たす光の割合を高めることができる。また、第１の入射面が、一組の対角がそれぞれ鋭角であり他の一組の対角がそれぞれ鈍角である平行四辺形となっていることで、第１の入射面が同一平面上に配置されるように光学素子を複数個配列した場合であっても、光学素子の縁部に起因する不感帯が直交する格子状とはならない。従って、光学素子に入力された光イメージを受光面である第１の入射面の１辺に沿ってスキャンする場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分がなくなる。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の撮像ユニットは、上記光学素子と、第２の出射面に接して設けられた撮像素子とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記光学素子を備えることで、第２の光学部材内で全反射条件を満たす光の割合を高めることができるとともに、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分がなくなる。また、撮像素子を備えることで、第１の入射面に入射した光イメージを撮像することができる。
【００１０】
本発明の撮像ユニットにおいては、第１の光学部材と第２の光学部材との表面のうち少なくとも一部に遮光材が設けられていることを特徴としてもよい。
【００１１】
遮光材を設けることで、外乱光の入射が防止され、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【００１２】
本発明の撮像装置は、上記撮像ユニットを複数組有し、上記複数組の撮像ユニットは、各撮像ユニットの第１の入射面が略同一平面上に並ぶように配列されていることを特徴としている。
【００１３】
複数組の撮像ユニットを各撮像ユニットの第１の入射面が略同一平面上に並ぶように配列することで、受光面を拡大することができる。ここで特に、各撮像ユニットは上記光学素子を用いていることで、不感帯が直交する格子状にはならず、光イメージを受光面である第１の入射面の１辺に沿ってスキャンする場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分がなくなる。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の放射線イメージセンサは、上記撮像ユニットと、第１の入射面上に設けられ、放射線の入射に伴い光を発する蛍光体とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
第１の入射面上に蛍光体を設けることで、第１の入射面に入射した放射線を検出することができる。
【００１６】
本発明の放射線イメージセンサにおいては、第１の入射面は、中心線平均粗さが０．２０〜０．８０μｍの範囲になるように研磨されていることを特徴としてもよい。
【００１７】
第１の入射面を研磨しておくことで、蛍光体内で発生した光が第１の入射面で散乱し、蛍光体内で発生した光の第１の光学部材内への入射効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る光学素子について図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る光学素子の構成について説明する。光学素子１０は、図１に示すように、入力用光学部材１１と出力用光学部材１２を備えて構成されている。
【００１９】
入力用光学部材１１及び出力用光学部材１２は、複数の光ファイバを互いに平行に配置して一体成形されており、各光学部材を構成する光ファイバ１４のコア１４ａの屈折率、クラッド１４ｂの屈折率、開口数及びコア径は表１に示すとおりである。
【００２０】
【表１】
0004132301.tif 000002
ここで、表１からわかるように、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４の開口数は、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４の開口数よりも大きくなっており、また、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４のコア径は、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４のコア径よりも小さくなっている。
【００２１】
また、入力用光学部材１１及び出力用光学部材１２を構成する各光ファイバ１４の間隙には、光吸収材１５が充填されている。
【００２２】
入力用光学部材１１は、光軸に対して、約２２゜の角度をもって斜めにカットされた入射面１１ａと、４９．７゜の角度をもって斜めにカットされた出射面１１ｂを有している。より詳細には、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４の光軸は図１中のｘ軸方向となっており、出射面１１ｂはｘｙ平面に垂直で、かつ、光軸と４９．７゜の角度をなしている。また、入射面１１ａは、一組の対角がそれぞれ約６２゜（鋭角）であり、他の一組の対角がそれぞれ約１１８゜（鈍角）である平行四辺形となるように、斜めにカットされている。このようにカットされた結果、入力用光学部材１１の側面１１ｃの入射面１１ａに接する角が１９．５゜、底面１１ｄの入射面１１ａに接する角が６０゜となる。
【００２３】
また、入力用光学部材１１の光軸と入射面１１ａとのなす角（約２２゜）は、空気中から入射面１１ａに入射した光が、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４内で全反射条件を満たさない角度となっている。
【００２４】
出力用光学部材１２は、光軸に対して、１４．７゜の角度をもって斜めにカットされた入射面１２ａと、垂直にカットされた出射面１２ｂを有している。より詳細には、入射面１２ａはｘｙ平面に垂直で、かつ、光軸と１４．７゜の角度をなしている。ここで、出力用光学部材１２の光軸と入射面１２ａとのなす角は、入力用光学部材１１の光軸と出射面１１ｂとのなす角よりも小さくなっている。
【００２５】
入力用光学部材１１の出射面１１ｂと出力用光学部材１２の入射面１２ａは接している。従って、入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメージは、出力用光学部材１２の出射面１２ｂまで伝送される。
【００２６】
ここで、第１の光学部材１１の光軸に平行かつ第１の光学部材１１の出射面１１ｂに垂直な平面と、第２の光学部材１２の光軸に平行かつ第２の光学部材１２の入射面１２ａに垂直な平面は、互いに平行（図１のｘｙ平面と平行）となっている。従って、各光学部材を構成する光ファイバ１４の光軸もｘｙ平面に平行となり、入力用光学部材１１の入射面１１ａから各光ファイバ１４に入射した光は、ｘｙ平面に平行に進行することになる。
【００２７】
図２は、光学素子１０をｘｙ平面に平行な平面で切断したときの模式断面図である。尚、図２は、各光学部材の光軸の関係を表す模式断面図であり、各光学部材は、実際には数千の光ファイバの束となっている。ここで、入力用光学部材１１の光軸と出力用光学部材１２の光軸とのなす角θ1は、入力用光学部材１１の光軸と出射面１１ｂとのなす角である４９．７゜と、出力用光学部材１２の光軸と入射面１２ａとのなす角である１４．７゜との差の角度である３５゜となっている。
【００２８】
例えば、指紋画像を縮小し、撮像するために光学素子１０を用いるときは、図３に示すようにすればよい。すなわち、指４を入力用光学部材１１の入射面１１ａに接触させ、ＬＥＤ５等から光を照射する。ここで、入力用光学部材１１の光軸と入射面１１ａのなす角は、空気中からの入射光が、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４内で全反射条件を満たさないように約２２゜の角度となっている。よって、空気中から入力用光学部材１１内に入射した光は、入力用光学部材１１内で減衰、消滅する一方で、指４の接触部（指紋の凸部）を通って入力用光学部材１１に入射した光のみが入力用光学部材１１及び出力用光学部材１２の内部を伝搬することになる。従って、出力用光学部材１２の出射面１２ｂに形成される光イメージをＣＣＤカメラ等で撮像することにより、縮小された指紋画像を得ることができる。
【００２９】
次に、本実施形態に係る光学素子の作用について説明する。まず、図４に示すように、空気中から入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光が、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４のコア−クラッド界面で屈折、反射しながら伝搬する場合について考える。ここで、空気の屈折率をｎ0、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４のコア１４ａ、クラッド１４ｂの屈折率をそれぞれｎ11、ｎ12とする。また、入力用光学部材１１の光軸と入射面１１ａのなす角をα1、空気中から入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射する光の入射角をζ1、屈折角をξ1、入力用光学部材１１のコア１４ａからクラッド１４ｂへ入射する光の入射角をε1、屈折角をδ1とする。
【００３０】
ζ1とξ1の関係は、屈折の法則より、
ｎ0ｓｉｎζ1＝ｎ11ｓｉｎξ1      （１）
で表される。従って、空気中の全方位（０°≦ζ1≦９０°）から入射した光は、
０≦ｓｉｎξ1≦ｎ0／ｎ11      （２）
を満たすξ1の範囲で入力用光学部材１１の入射面１１ａから入射する。
【００３１】
一方、α1、ξ1、ε1の関係は、図４より、
α1＋（９０°＋ξ1）＋（９０°−ε1）＝１８０°      （３）
となる。
【００３２】
従って、式（３）を用いて、式（２）を満たす全てのξ1において、コア−クラッド界面における全反射条件
ｓｉｎε1＞ｎ12／ｎ11      （４）
を満たさないようにα1を決定すれば、空気中から入力用光学部材１１に入射した光は、入力用光学部材１１内で減衰、消滅し、伝搬されないことになる。
【００３３】
これに対して、空気より屈折率の高い物質である、指などの被検体の入射面１１ａへの接触部から入力用光学部材１１に入射した光の一部は、全反射条件を満たすことになり、入力用光学部材１１内を伝搬することになる。
【００３４】
本実施形態にかかる光学素子１０においては、ｎ11＝１．５６、ｎ12＝１．５２であるので、α1を３７．１°以下にすれば、空気中から入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光を、入力用光学部材１１内で、減衰、消滅させることができる（空気の屈折率ｎ0＝１．００としている）。ここで、本実施形態にかかる光学素子１０においては、縮小効率等を考慮して、α1を約２２゜としている。
【００３５】
また、入射面１１ａと光軸とのなす角と出射面１１ｂと光軸とのなす角とが異なっていることにより、入射面１１ａに入射した光イメージは、かかる角度によって決定される縮小比に従って縮小され、出力される。
【００３６】
次に、図５に示すように、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから出力用光学部材１２の入射面１２ａに入射した光が、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４のコア−クラッド界面で反射、屈折しながら伝搬する場合を考える。ここで、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４のコア１４ａ、クラッド１４ｂの屈折率をそれぞれｎ21、ｎ22とする。また、出力用光学部材１２の光軸と出力用光学部材１２の入射面１２ａのなす角をα2、入力用光学部材１１内を進行する光の、入力用光学部材１１の光軸に対する進行角をλ2、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから出力用光学部材１２の入射面１２ａに入射する光の入射角をζ2、屈折角をξ2、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４のコア１４ａからクラッド１４ｂへ入射する光の入射角をε2、屈折角をδ2とする。
【００３７】
入力用光学部材１１の全反射条件より、λ2は、
ｓｉｎ（９０°−λ2）＞ｎ12／ｎ11      （５）
を満たす範囲となる。入力用光学部材１１の出射面１１ｂは、入力用光学部材１１の光軸に対してβ1の角度で交差していることより、λ2とζ2との関係は、
ζ2＝９０°−β1±λ2      （６）
となる。また、ζ2とξ2の関係は、屈折の法則より、
ｎ11ｓｉｎζ2＝ｎ21ｓｉｎξ2      （７）
を満たす。
【００３８】
一方、α2、ξ2、ε2の関係は、図５より、
α2＋（９０°＋ξ2）＋（９０°−ε2）＝１８０°      （８）
となる。
【００３９】
従って、式（８）を用いて、式（５）から式（７）を満たすξ2のうち少なくとも一部が、コア−クラッド界面における全反射条件
ｓｉｎε2＞ｎ22／ｎ21      （９）
を満たせば、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから出力用光学部材１２の入射面１２ａに入射した光の少なくとも一部が、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４内を、全反射条件を満たして伝送することになる。
【００４０】
本実施形態にかかる光学素子１０においては、ｎ11＝１．５６、ｎ12＝１．５２、ｎ21＝１．８２、ｎ22＝１．４９５であることより、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ内を伝搬する光は、入力用光学部材１１の光軸に対して１３°以内の進行角λ2を有する。また、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４のコア−クラッド界面で全反射を生じるためには、クラッド１４ｂに対して５５°以上の入射角ε2で入射することが必要となる。従って、β1＝４９．７°、α2＝１４．７°とすると、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから出力用光学部材１２の入射面１２ａに入射した光の受光角割合（全反射条件を満たす入射角範囲／全入射角範囲×１００）で約５０％が、出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４内を全反射条件を満たして伝搬することになる。
【００４１】
ここで、出力用光学部材１２の入射面１２ａは図１のｘｙ平面に垂直で、かつ出力用光学部材１２の光軸と１４．７°の角度をなし、また、出力用光学部材１２の出射面１２ｂは出力用光学部材１２の光軸と垂直であることより、出力用光学部材１２は入射面１２ａに入射した光イメージを、特定の一軸方向（ｘｙ平面に平行な方向）に０．２５４（ｓｉｎ１４．７°）倍に縮小する。
【００４２】
ここで、本実施形態に係る光学素子１０においては、入力用光学部材１１の入射面１１ａが平行四辺形となっているため、入力用光学部材１１の入射面１１ａに入力された光イメージは必ずしも相似縮小はされないが、出力用光学部材１２の出射面１２ｂから出力される光イメージに座標変換を与える画像処理等を施すことにより、入力用光学部材１１の入射面１１ａに入力された光イメージを相似縮小した光イメージを得ることができる。
【００４３】
また、複数個の光学素子１０を入力用光学部材１１の入射面１１ａが同一平面上に配置されるように１次元に配列し、ラインセンサとして用いる場合について考える。図６（ａ）は、入力用光学部材の入射面が長方形である従来の光学素子を４個１次元に配列した場合の入射面１と不感帯ｄを表した図であり、図６（ｂ）は、本実施形態に係る光学素子１０を４個１次元に配列した場合の入射面１１と不感帯ｄを表した図である。図６（ａ）からわかるように、従来の光学素子を用いたラインセンサによって、光イメージをｘ方向にスキャンする場合は、スキャン方向と垂直な方向（ｙ方向）に延びる帯状の不感帯が形成される。従って、かかる不感帯は、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分Ｄを構成する。
【００４４】
これに対して本実施形態に係る光学素子１０を用いたラインセンサによって、光イメージをｘ方向にスキャンする場合は、図６（ｂ）からわかるように、各光学素子１０間に形成される不感帯は、スキャン方向と垂直でない角度を持った方向に延びることになる。従って、光イメージをｘ方向にスキャンした場合であっても、図６（ａ）に示すようなスキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分Ｄは存在しなくなる。
【００４５】
続いて、本実施形態に係る光学素子の効果について説明する。本実施形態に係る光学素子１０は、β1を９０°より小さくし、入力用光学部材１１の光軸と出力用光学部材１２の光軸とのなす角θ1を、β1とα2との差の角度としたことで、各光学部材の接続部における光路（光ファイバ）の屈折角度を小さくしている。よって、入力用光学部材１１の出射面１１ｂから出力用光学部材１２の入射面１２ａに入射した光の約５０％が出力用光学部材１２内で全反射条件を満たしている。
【００４６】
その結果、入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメージを、各光学部材内で全反射条件を満たしながら、出力用光学部材１２の出射面１２ｂまで伝送させることが可能となり、伝送効率が非常に高くなる。
【００４７】
また、光学部材の接合面に散乱面等を用いることなく、光イメージを伝送することができることにより、非常に解像度の高い出力イメージが得られるとともに、散乱面等の微細加工が必要でなくなる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係る光学素子１０は、入力用光学部材１１の入射面１１ａを平行四辺形とすることで、かかる光学素子１０を複数個配列した場合であっても不感帯が直交する格子状とはならない。従って、光学素子１０に入力された光イメージを一定の方向にスキャンする場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分がなくなる。その結果、不感帯によるデータ欠落の影響が極めて小さくなり、良質の光イメージを入力させることが可能となる。
【００４９】
上記実施形態にかかる光学素子１０においては、入力用光学部材１１の光軸と入射面１１ａとのなす角α1、入力用光学部材１１の光軸と出射面１１ｂとのなす角β1、出力用光学部材１２の光軸と入射面１２ａとのなす角α2、入力用光学部材１１を構成する光ファイバ１４の開口数ＮＡ１及び出力用光学部材１２を構成する光ファイバ１４の開口数ＮＡ２は、上記記載の数値に限定されることなく、様々な変形が考えられる。
【００５０】
続いて、上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像ユニットについて、図面を参照して説明する。まず上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像ユニットの構成について説明する。撮像ユニット１００は、図７に示すように上記光学素子１０（すなわち、入力用光学部材１１と出力用光学部材１２とを備えた光学素子１０）と、上記出力用光学部材１２の出射面１２ｂに接して設けられたＣＣＤ１０１とを備えて構成される。ここで、より具体的には、出力用光学部材１２の出射面１２ｂはＣＣＤ１０１の受光面と接している。
【００５１】
さらに、入力用光学部材１１の表面のうち入射面１１ａと出射面１１ｂとを除く全表面（以下側面という）、及び、出力用光学部材１２の側面には、遮光材１０２が設けられている（図７の斜線部参照）。
【００５２】
各光学部材の側面に遮光材１０２を設ける方法としては、各光学部材の入射面と出射面をマスクした後に、側面に遮光剤（例えば黒色のペイント）を吹き付ける方法、側面に遮光剤を刷毛で塗布する方法、遮光剤の満たされた容器内に光学部材を浸ける方法等によって行うことができる。
【００５３】
続いて上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像ユニットの作用、効果について説明する。撮像ユニット１００は、上記光学素子１０を備えて構成されることから、入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメージを効率よく出力用光学部材１２の出射面１２ｂまで伝送することができる。
【００５４】
また、撮像ユニット１００は、出力用光学部材１２の出射面１２ｂに接してＣＣＤ１０１を設けることで、出力用光学部材１２の出射面１２ｂまで伝送した光イメージを撮像することができる。
【００５５】
さらに、撮像ユニット１００は、各光学部材の側面に遮光材１０２を設けていることで、各光学部材の内部に側面から光が入射することが防止され、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【００５６】
その結果、撮像ユニット１００は、明瞭でコントラスト、解像度の高い縮小イメージを撮像することが可能となる。
【００５７】
また、撮像ユニット１００は、平行四辺形の入射面１１ａを有する上記光学素子１０を用いていることから、複数個配列して、光イメージを一定方向にスキャンした場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分が生じることを回避することができる。その結果、不感帯によるデータ欠落の影響が極めて小さくなり、良質の光イメージを撮像することが可能となる。
【００５８】
続いて、上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。まず上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置の構成について説明する。撮像装置２００は、図８に示すように、上記撮像ユニット１００を４組有し、各撮像ユニット１００を構成する入力用光学部材１１の入射面１１ａが略同一平面上に並ぶように各撮像ユニット１００を１次元に配列した構成となっている。
【００５９】
続いて、上記実施形態に係る光学素子を用いた撮像装置の作用、効果について説明する。撮像装置２００は、上記撮像ユニット１００を備えていることで、明瞭でコントラスト、解像度の高い縮小イメージを撮像することが可能となる。
【００６０】
さらに、撮像装置２００は、４組の撮像ユニット１００を、各撮像ユニット１００を構成する入力用光学部材１１の入射面１１ａが略同一平面上に並ぶように配列されている。よって、光イメージを入力させる受光面を大きくすることができる。なお、縮小イメージは各ＣＣＤ１０１に分割されて撮像されるが、各ＣＣＤ１０１によって撮像されたイメージを画像処理装置等によって合成することで、縮小イメージ全体を再生することができる。
【００６１】
また、撮像装置２００は、複数の簡単な光学部材とＣＣＤとを備えた極めて簡単な構成であるため、同じく受光面を大きくする目的で製造されるテーパ形状のファイバ光学部材などと比較して、極めて安価に製造することが可能である。
【００６２】
さらに、撮像装置２００は、複数個の光学部材を組み合わせた撮像ユニット１００を複数個配列することで、各撮像ユニット１００内のＣＣＤ１０１が互いに隣接する位置に配置されなくなる。その結果、ＣＣＤ１０１の外形が有効受光面よりも大きいことに起因する配置上の制約を受けることが無くなる。
【００６３】
また、撮像装置２００は、平行四辺形の入射面１１ａを有する上記光学素子１０を用いていることから、各光学素子１０を構成する入力用光学部材１１の縁部に形成される不感帯が、撮像ユニット１００の配列方向と垂直には形成されなくなる。従って、光イメージを撮像ユニット１００の配列方向にスキャンした場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分が生じることを回避することができる。その結果、不感帯によるデータ欠落の影響が極めて小さくなり、良質の光イメージを撮像することが可能となる。
【００６４】
また、上記実施形態に係る撮像装置２００は、撮像ユニット１００を１次元に配列した構成となっていたが、これは、図９に示すように２次元に配列した撮像装置２１０であっても良い。
【００６５】
続いて、上記実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサについて、図面を参照して説明する。まず、上記実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサの構成について説明する。放射線イメージセンサ３００は、図１０に示すように、上記撮像ユニット１００（すなわち、入力用光学部材１１、出力用光学部材１２、ＣＣＤ１０１及び遮光材１０２を備えた撮像ユニット１００）と、上記撮像ユニット１００を構成する入力用光学部材１１の入射面１１ａ上に設けられた、放射線の入射に伴い光を発する蛍光体３０１とを備えて構成されている。蛍光体３０１の材料としては、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂなどを用いればよい。
【００６６】
ここで、入力用光学部材１１を図１０のｘｚ平面に平行な平面で切断した拡大断面図である図１１に示すように、入力用光学部材１１の入射面１１ａは中心線平均粗さが０．２０〜０．８０μｍの範囲になるように研磨（以下、粗く研磨という）されている。このような範囲の中心線平均粗さを有する研磨面は、例えば砥粒の平均径が６〜３０μｍ程度の研磨剤（例えばグリーンカーボランダム砥粒）を用いて表面を研磨することにより、容易に形成することができる。
【００６７】
続いて、上記実施形態に係る光学素子を用いた放射線イメージセンサの作用、効果について説明する。まず、蛍光体３０１に入射した放射線によって発せられた光が入力用光学部材１１に入射する場合について考える。図１２は、入射面１１ａが粗く研磨されていない場合の光の入射の様子を示しており、図１３は、上記放射線イメージセンサ３００のごとく、入射面１１ａが粗く研磨されている場合の光の入射の様子を示している。図１２及び図１３に示すように、入射面１１ａの法線方向から入射面１１ａに入射した放射線Ｒａによって、蛍光体３０１内の特定点Ｌｏで発せられた光は、入射面１１ａの法線方向に最大強度を有する拡散光として入力用光学部材１１内に入射する。ＬａはＬｏで発せられた光の進行方向と強度とを表した円である。すなわち、Ｌｏから特定方向にひいた直線と当該円とが作る弦の長さが、その特定方向に進行する光の強度を示している。また、斜線部ＬｔはＬｏで発せられた光のうち、入力用光学部材１１内を全反射条件を満たして伝搬する光を表している。
【００６８】
ここで、図１２に示すように、入射面１１ａが粗く研磨されていない場合は、入力用光学部材１１内を全反射条件を満たして伝搬する光Ｌｔが極めて少ないのに対し、図１３に示すように、入射面１１ａが粗く研磨されている場合は、拡散光が散乱し、様々な方向に最大強度を有するようになるので、入力用光学部材１１内を全反射条件を満たして伝搬する光（斜線部Ｌｔ）が極めて多くなる。
【００６９】
また、放射線イメージセンサ３００は、上記光学素子１０を備えて構成されることから、入力用光学部材１１の入射面１１ａに入射した光イメージを効率よく出力用光学部材１２の出射面１２ｂまで伝送することができ、かかる光イメージをＣＣＤ１０１によって撮像することができる。
【００７０】
その結果、放射線イメージセンサ３００は、蛍光体３０１に入射した放射線イメージの縮小イメージを、明瞭でコントラスト、解像度の高い状態で撮像することが可能となる。
【００７１】
また、放射線イメージセンサ３００は、２つの光学部材を組み合わせていることにより、センサ部であるＣＣＤ１０１の設けられる位置が、検出面である入力用光学部材１１の入射面１１ａの直下部からはずれることになり、検出面に入射する放射線から受けるセンサ部へのダメージやノイズの影響を低減することが可能となる。
【００７２】
また、放射線イメージセンサ３００は、平行四辺形の入射面１１ａを有する上記光学素子１０を用いていることから、複数個配列して、放射線イメージを一定方向にスキャンした場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分が生じることを回避することができる。その結果、不感帯によるデータ欠落の影響が極めて小さくなり、良質の放射線イメージを撮像することが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の光学素子は、β1を９０°より小さくし、θ1をβ1とα2との差の角度とすることで、第１の出射面から第２の入射面に入射した光のうち第２の光学部材内で全反射条件を満たす光の割合を高めることができる。その結果、第１の入射面に入射した光イメージの伝送効率が極めて高くなる。
【００７４】
また、第１の入射面が平行四辺形となっていることで、かかる光学素子を複数個配列し、光イメージを特定の方向にスキャンする場合であっても、スキャン方向と垂直な方向のデータが完全に欠落する部分がなくなる。その結果、不感帯によるデータ欠落の影響が極めて小さくなり、良質の光イメージを入力させることが可能となる。
【００７５】
本発明の撮像ユニットは、上記光学素子を備えているため、伝送効率が極めて高く、不感帯によるデータ欠落の影響が極めて小さい。さらに、遮光材を設けることで、外乱光の入射が防止され、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【００７６】
本発明の撮像装置は、複数組の撮像ユニットを各撮像ユニットの第１の入射面が略同一平面上に並ぶように配列することで、受光面を拡大することができ、比較的大きな撮像対象をも撮像することが可能となる。また、上記光学素子を備えているため、伝送効率が極めて高く、不感帯によるデータ欠落の影響を極めて小さくすることができる。
【００７７】
本発明の放射線イメージセンサは、第１の入射面上に蛍光体を設けることで、第１の入射面に入射した放射線を効率よく検出することができる。また、上記光学素子を備えているため、伝送効率が極めて高く、不感帯によるデータ欠落の影響を極めて小さくすることができる。さらに、第１の入射面を研磨しておくことで、蛍光体内で発生した光の第１の光学部材内への入射効率を高めることができ、明瞭な放射線イメージを撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学素子の斜視図である。
【図２】光学素子の模式断面図である。
【図３】光学素子の使用説明図である。
【図４】光学素子内の光の伝搬を示す説明図である。
【図５】光学素子内の光の伝搬を示す説明図である。
【図６】入射面と不感帯とを表す説明図である。
【図７】撮像ユニットの斜視図である。
【図８】撮像装置の斜視図である。
【図９】撮像装置の斜視図である。
【図１０】放射線イメージセンサの斜視図である。
【図１１】放射線イメージセンサの模式断面図である。
【図１２】放射線イメージセンサへの放射線の入射を示す説明図である。
【図１３】放射線イメージセンサへの放射線の入射を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…光学素子、１１…入力用光学部材、１２…出力用光学部材、１４…光ファイバ、１５…光吸収材、１００…撮像ユニット、１０１…ＣＣＤ、１０２…遮光材、２００，２１０…撮像装置、３００…放射線イメージセンサ、３０１…蛍光体
【図１】
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【図２】
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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７】
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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１２】
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【図１３】
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