JP2005292047A - Ｘ線断層撮像装置及びｘ線断層撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検査体の全体投影像とともに特定部位のみ高解像度の部分投影像を比較的短時間で取得し、また２つの検出器から得られた投影画像の合成処理を容易にし、さらに非金属（軽金属含む）及び重金属の被検査体いずれにも対応できるようにする。
【解決手段】 １台のＸ線撮像装置に特性の異なる２種の検出器２０，４０を搭載し、それぞれの特徴を生かし、交代的に投影データを取得して、被検査体１０特定部位の再構成画像の解像度を向上させ、また、軽元素のみからなる被検査体１０は２種の検出器２０，４０のうち軟線でも透過し得る入射窓を持つ検出器４０のみを用い、例えば直径が１０ｍｍ以上の重金属が混在する被検査体１０の場合は検出面積が広いが画素の粗い検出器２０の方を選択することが可能な駆動機構を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線を用いて被検査体の内部構造を検査するＸ線断層撮像装置及びＸ線断層撮像方法に関する。

従来より、産業分野において微小被検査体内部に存在するひび割れや断線等を検査するため非破壊三次元分析が要求されている。その検査手法のひとつとして、Ｘ線を使用したコンピュータ断層撮像装置（以下、Ｘ線断層撮像装置と称する。）を用いる方法がある。

Ｘ線断層撮像装置は、例えば、Ｘ線源と、このＸ線源よりＸ線焦点を経て被検査体にコーンビーム状に照射されて透過したＸ線を検出する例えばフラットパネルディテクタ（以下、ＦＰＤという。）からなる二次元検出器と、この二次元検出器との間に被検査体を載置するとともにＸ線焦点からこの検出手段の受光面に降ろした垂線に直交する回転軸を備え設定に基づく所定の角度変位で回転する回転基台を有し、被検査体の透過Ｘ線を二次元検出器により撮像してデジタル化された各角度位相毎の複数の画像データとして処理し、これら各画像データより内部構造データを再構成することによって被検査体内部を検査及び観察等行うことができる。

上述のような産業用Ｘ線断層撮像装置を用いて精緻なアーチファクトの少ない再構成画像を得ようとするとき、従来、例えば被検査体の大きさが直径１０ｍｍ以上もありかつ要求される空間分解能が１０μｍ以下であるような場合には、二次元検出器の大きさに制限があるため、被検査体回転機構を例えば４周以上（３６０°×４回転以上）させて３６０°毎に二次元検出器を移動させて被検査体の４分割（あるいは８分割）された部分投影を合成し全投影を得る方法があった。

また、一つの検出器を使用しＸ線焦点に近く拡大率が小さい位置と、Ｘ線焦点から遠ざかり拡大率が大きい位置の２箇所で、拡大率が異なる２種の投影データを取得して、それらを合成しアーチファクトが軽減された再構成画像を得る方法があった。

また、第１及び第２の放射線検出手段を放射線入射方向に対し重ねるように配置することで、１回の放射線照射で特性の異なる２種の放射線画像を同時に得ることを可能としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１９７５８５号公報

しかしながら、上述の被検査体回転機構を例えば４周以上（３６０°×４回転以上）させて３６０°毎に二次元検出器を移動させて被検査体の４分割（あるいは８分割）された部分投影を合成し全投影を得る方法によると、特定部位を高い空間分解能で観察することができるものの、被検査体の４周分以上の全投影データを得るには膨大な時間が必要であるという課題があった。

また、一つの検出器を使用しＸ線焦点に近く拡大率が小さい位置と、Ｘ線焦点から遠ざかり拡大率が大きい位置の２箇所で、拡大率が異なる２種の投影データを取得して、それらを合成しアーチファクトが軽減された再構成画像を得る方法によると、Ｘ線焦点から二次元検出器までの距離が２箇所の位置で大きく異なって、Ｘ線強度がＸ線焦点からの距離の２乗に反比例する逆２乗則に従うため２種の画像のそれぞれの輝度を合成時に整合させるキャリブレーションが難しいという課題があった。

また、特許文献１に記載のものは、１回の放射線照射で２種の画像を得ることができるので効率的であるが、被検査体特定部位のみの再構成画像の解像度を向上させることはできないとともに、２つの放射線検出手段のうちの一方のみを選択して投影することはできないという課題があった。

またさらに、被検査体が分子量の低い軽元素ばかりで構成されている物質であった場合、上記ＦＰＤの透過Ｘ線入射窓はアルミニウム（Ａｌ）から構成されたものが主流であり、Ｘ線源管電圧４０ｋＶ未満の設定では入射窓自体のＸ線吸収作用により被検査体の投影データを入手することは不可能であった。逆に、大型ＦＰＤよりも画素サイズが小さく、波長の長い低エネルギーＸ線を透過し得る入射窓を持つ例えばイメージインテンシファイア管などからなる小型検出器では、一般に検出面積が狭く、被検査体全投影が検出面に収まらなかったという課題があった。

斯かる点に鑑み、本発明は、被検査体の全体投影像とともに特定部位のみ高解像度の部分投影像を比較的短時間で取得し、また２つの検出器から得られた投影画像の合成処理を容易にし、さらに非金属（軽金属含む）及び重金属の被検査体いずれにも対応できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、Ｘ線源と、被検査体の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段と、Ｘ線源のＸ線焦点と二次元検出手段との間に配置され被検査体を載置して所定角度変位で回転する回転基台とを有し、各角度位相毎に撮像した投影像より被検査体の内部構造データを再構成するものであって、この二次元検出手段は、第１検出器と、この第１検出器より検出面積及び画素サイズの小さい第２検出器とから構成され、第２検出器により被検査体の部分投影像を所定拡大率で所定角度変位毎に撮像し、第２検出器に換えてＸ線焦点から第２検出器までの距離と等しい位置に第１検出器を配置し、この第１検出器により被検査体の全体投影像を所定角度変位毎に撮像し、第１検出器より得られた各角度位相毎の全体投影像の所定部位を、第２検出器より得られた各角度位相毎の部分投影像で置換して合成投影像を作成し、各角度位相毎に作成された合成投影像を基に被検査体の内部構造データを再構成することを特徴とする。

好ましくは、上述の第２検出器は第１検出器の入射窓では透過されない低エネルギーＸ線を透過する入射窓を持つことが好適である。

斯かる本発明によれば、検出面積が及び画素サイズが小さい第２検出器により被検査体の部分投影像を所定拡大率で所定角度変位毎に撮像し、第２検出器に換えてＸ線焦点から第２検出器までの距離と等しい位置に第１検出器を配置し、この第１検出器により被検査体の全体投影像を所定角度変位毎に撮像し、第１検出器より得られた各角度位相毎の全体投影像の所定部位を、第２検出器より得られた各角度位相毎の部分投影像で置換して合成投影像を作成し、各角度位相毎に作成された合成投影像を基に被検査体の内部構造データを再構成するので、被検査体の全体投影像とともに特定部位のみ高解像度の部分投影像を比較的短時間で取得できる。また、２つの検出器の拡大率を等しくして撮像処理を行うので画像合成処理が容易になる。また、第２検出器は低エネルギーＸ線を透過する入射窓を備えているので、非金属の被検査体の透過Ｘ線投影像を撮像できる。

本発明によれば、検出面積が及び画素サイズが小さい第２検出器により被検査体の部分投影像を所定拡大率で所定角度変位毎に撮像し、第２検出器に換えてＸ線焦点から第２検出器までの距離と等しい位置に第１検出器を配置し、この第１検出器により被検査体の全体投影像を所定角度変位毎に撮像し、第１検出器より得られた各角度位相毎の全体投影像の所定部位を、第２検出器より得られた各角度位相毎の部分投影像で置換して合成投影像を作成し、各角度位相毎に作成された合成投影像を基に被検査体の内部構造データを再構成するので、被検査体の全体投影像とともに特定部位のみ高解像度の部分投影像を比較的短時間で取得できる効果がある。また、２つの検出器の拡大率を等しくして撮像処理を行うので２つの検出器から得られた投影画像の合成処理が容易になる効果がある。

また、第２検出器は低エネルギーＸ線を透過する入射窓を備えるようにした場合、非金属からなる被検査体の透過Ｘ線投影像を撮像でき、非金属及び重金属の被検査体いずれにも対応できるという効果がある。

以下、図１〜図１１を参照して、本発明の一実施の形態の例について説明する。図中、対応する部分には同一符号を付して示す。

図１は、Ｘ線を用いて微小被検査体の内部構造を検査する非破壊検査の用途に使用されるＸ線断層撮像装置の概略上面図であり、図２は同概略側面図である。図１及び図２ともに二次元検出器２０が選択された場合を示している。なお、図１において後述する二次元検出器２０の旋回駆動機構を透視したような図としてあり、図２において大歯車及びその周辺を透視したような図としてある。

図１及び図２に示されるＸ線断層撮像装置は大きく、Ｘ線源１、Ｘ線が照射される被検査体１０を載置する回転基台１１、被検査体１０を透過したＸ線を検出する比較的大きな検出面を有する二次元検出手段（以下、大型検出器と称する。）２０、大型検出器２０より検出面積及び画素サイズが小さい二次元検出手段（以下、小型検出器と称する。）４０、そしてそれぞれを支持し移動可能な各駆動機構、及びこれら一切を載置し振動除去機能を備えた定盤５０から構成される。

Ｘ線管１は、例えばコーンビーム状のＸ線を発生する公知のマイクロフォーカスＸ線源であり、Ｘ線管１から被検査体１０に対しコーンビーム状のＸ線を出射し被検査体１０全体にＸ線を照射する。図２に示されるように、このＸ線管１本体は、前部筐体１ａと後部筐体１ｂがヒンジ２により連結された構成とされ、Ｘ線焦点近傍のＬ字状ブラケット３とＸ線管１の重量の重心１ｃの直下のブラケット３水平面上に設けられたＶブロック４とによって定盤５０上に支持されている。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う矢視図であり、Ｘ軸方向から見たＶブロック４の概略図である。図３及び図２に示されるように、Ｖブロック４はブラケット３上の回動支点７を軸に回動可能なＶブロック受け台６に弾性体５を介して載置される。このようにブラケット３と重心１ｃの直下にＶブロック４を置くことにより、Ｘ線管１のカソード（図示略）の位置出しが容易となるばかりでなく、ヒンジ２による連結を解除しカソードを交換する際、Ｘ線管１の後部筐体１ｂを弾性力で支持するので、カソード座標調整などの精密な機械作業が水平置の姿勢でも容易となる。Ｘ線管１本体連結部のヒンジ２の回転軸とＶブロック受け台６の回動支点７は略同軸上にある。

図１に示される被検査体１０は、被検査体１０を回転させるための例えば駆動モータ及び軸受け（図示略）等より構成される回転基台１１上に保持され、Ｘ線管１のＸ線焦点から後述する大型検出器２０及び小型検出器４０の検出面に降ろした垂線と直角に交わる回転軸を中心に回転する。また、回転基台１１と締結されＺ軸方向に可動するＺ軸可動部１３と、Ｙ軸方向に可動するＹ軸可動部１４と、定盤５０に固定された直動案内部１５によって、Ｚ軸方向への駆動機構及びＹ軸方向への駆動機構が構成されており、Ｚ軸可動部１３に載置された被検査体１０がＺ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能となっている。

さらに回転基台１１は、例えば空気軸受け（図示略）によって支持されて、この空気軸受けに同軸上に直結された例えば０．２分以下の角度位置決め精度を持つサーボモータ（図示略）及び回転位相検出手段（図示略）により、これらサーボモータ及び回転位相検出手段の分解能に応じた各角度変位において、再構成に必要な上記投影データの取り込み期間に同期して静止される。回転基台１１の軸受けの回転軸はＸ線管１の焦点から大型検出器２０及び小型検出器４０の検出面へ降ろした垂線と直交している。本例では回転基台１１を微少角度変位制御できる空気軸受けよりなるが、これに限るものではなく、回転基台１１を支持し滑らかに回転して微少角度変位制御できるものであればよい。

図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿う矢視図であり、Ｘ軸方向からみた被検査体１０駆動機構の概略図である。Ｚ軸可動部１３上には、例えば直角に張られた細いワイヤのようないわゆるファントムモデルと呼ばれる基準検査体１２が被検査体１０中心と略同じ高さに設置されており、後述する大型検出器２０及び小型検出器４０の相互位置合わせに使用される。

図２に示される大型検出器２０は、被検査体１０を透過したＸ線を検出し投影データを取得するのに用いられるフラットパネルディテクタ（以下、ＦＰＤという。）であり、本例では、例えば検出面がＡ４判サイズ以上の面積で、画素サイズが１２０μｍ×１２０μｍ以上、検出可能なＸ線管１の管電圧レンジを４０〜１５０ｋＶとしている。本例では大型検出器２０を例えば公知のＦＰＤから構成するものとしているが、周知技術を用いてＸ線を検出し画素毎に処理して画像信号を得られるものであればよい。

図１及び図２に示されるように、大型検出器２０は、回転基台１１回転軸と平行でかつ大型検出器２０の水平面内における略中心を回転軸とする回転手段の大歯車２４の中央部に収納され、この大歯車２４は小型検出器４０が載置された回転手段小歯車２５と係合し軸受け２６を介して回転するようになされている。

大型検出器２０の検出面は支持体２１によってＸ線管１のＸ線焦点から被検査体略中心を通る直線と直角となるように設置され、この支持体２１は大型検出器２０を垂直方向に移動可能とする駆動機構を備えている。さらに、支持体２１と締結された直動機構を構成する水平可動部２２が直動案内部２３上を水平方向に移動することによって大型検出器２０を検出面と平行な水平方向へ移動させることができる。

さらに小型検出器４０を旋回させるための駆動モータが取り付けられたステージ２７を支持するステージ２９の中央部には、大型検出器２０を収納するとともに旋回可能とするための孔２８が穿設されている。大型検出器２０を水平方向に移動させるのに使用される水平可動部２３下面の端部近傍に凸部（カムフォロワー）３３が設けられており、この凸部３３を例えば溝を有する係合部材３２と係合させ、係合部材３２を検出器基台３４に設けられた旋回案内部３１上で直線的にスライド移動させることにより、直動案内部２３上に搭載された大型検出器２０を直動案内部２３と一体に、例えばＹ軸に対し±３０°の角度未満で回転基台１１の回転軸と平行な軸に対し旋回させることができる。このときの旋回角度は回転軸３０に直結されたエンコーダ３５の指示値に基づき制御される。

本例では、大型検出器２０の旋回駆動を従来用いられていたダイレクトドライブモータ（インデックスモータ）で行わず、より角度精度を出しやすく衝突や暴走の懸念のない例えばボールネジ駆動（直動）機構などを旋回駆動系に用いている。

上述の大型検出器２０を旋回させるための駆動機構を利用し、被検査体１０の領域を分割して撮像することで特定部位を高い空間分解能で観察することができる。例えば、被検査体の一部分が二次元検出器に投影されるよう回転基台及び／又は二次元検出器の位置を調整し、この被検査体の一部分を各角度位相毎に撮像して例えば左半分の部分投影像群を得、次に被検査体の残り部分が二次元検出器に投影されるよう回転基台及び／又は二次元検出器の位置を調整し、この被検査体の残り部分を各変位毎に撮像して右半分の部分投影像群を得、これら左半分及び右半分の部分投影像群から、普通に撮像された投影像と比して約２倍の被検査体全体の拡大内部構造データを算出する。なお左右半分ずつの２分割でなく、左右半分をさらに分割し被検査体を４分割した投影像撮像により約４倍の拡大率の拡大内部構造データを得ることもできる。

また図２に示される小型検出器４０は、被検査体１０の所望の特定部位の内部構造データを得るために使用されるものであり、例えばイメージインテンシファイア管（以下、Ｉ−Ｉ管という。）から構成する。この小型検出器４０は、例えば、検出面の検出面積が１００ｍｍ×１００ｍｍ未満で、画素サイズは１００μｍ×１００μｍ未満とする。一般に、非金属の物質においては、管電圧が４０ｋＶ前後以上のときに発生する比較的短波長のＸ線を照射すると真っ白な投影像が得られる。逆に、非金属の投影像を撮像しようとして管電圧を下げて波長の長いＸ線を照射すると検出器の入力窓の材質によっては入力窓でＸ線が吸収されて出力蛍光面４２に到達しない。本例では、上述の大型検出器２０よりも低い４０ｋＶ未満のＸ線管１管電圧により発生する制動放射線でも透過し得る低エネルギーＸ線透視に対応したものとして、例えばベリリウム（Ｂｅ）入射窓を採用する。

なお、小型検出器４０は、上述大型検出器２０よりも検出面積及び画素サイズが小さく、かつ大型検出器２０では検出できない低エネルギーＸ線の検出が可能なものであればよく、この例に限るものではない。

また小型検出器４０を旋回させるための小歯車２５は、ステージ２７に固定された駆動モータ４７の駆動軸４６と直結され位置決めされるとともに、大歯車２４と係合するようになされている。さらに小型検出器４０は水平可動部４４上に締結され、水平可動部４４がステージ４３上の直動案内部４５上を移動することにより検出面に平行な面内の水平移動が可能になっている。

ここで、図５は小型検出器４０を選択した場合のＸ線断層撮像装置の概略上面図、図６は同概略側面図を示すものである。駆動モータ４７により小歯車２５を回転させることによって大歯車２４が小歯車２５に追従して回転する。これにより小型検出器４０をステージ４３と一体に１８０°旋回させることができ、小型検出器４０を大型検出器２０の前方に移動させて小型検出器４０の入力蛍光面４１がＸ線焦点に対峙可能となる。したがって、Ｘ線焦点から被検査体１０回転軸に直角に交わる直線の延長線上に小型検出器４０と大型検出器２０を選択的に配置することができる。

これら大型検出器２０及び小型検出器４０を載置する検出器基台３４は、駆動部３７を駆動させることにより駆動軸３８を介してレール３６上をＸ軸方向（光軸主線方向）に移動することができるので、Ｘ線焦点と大型検出器２０及び小型検出器４０までの距離調整が可能である。

本例では、２種の二次元検出器すなわち大型検出器２０をＦＰＤ、小型検出器４０をＩ−Ｉ管の組み合わせとしたが、被検査体１０を透過したＸ線を検出し画素毎に処理して画像信号を得られるものであればよい。大型検出器２０を大型で画素の粗いＦＰＤとし小型検出器４０を小型で大型検出器２０より画素の細かいＦＰＤとした組み合わせでもよい。また小型検出器４０の画素数は大型検出器４０の画素数より少なくても構わない。

図７は、本発明の一実施の形態の構成例を示すブロック図を示す。Ｘ線管１は回転基台１１上に載置された被検査体１０に対しＸ線を照射するものである。このとき照射されるＸ線の強度、焦点サイズ等は、Ｘ線制御手段であるＸ線制御部６１を通じて制御操作手段である制御操作卓６４により制御される。

回転基台１１の位置、回転角度ピッチ、初期回転角等は、回転基台１１を載置したＺ軸可動部１３、Ｙ軸可動部１４、直動案内部１５の動きを制御する機構制御部６２を通じて制御操作卓６４により制御される。回転基台１１に載置された被検査体１０は制御操作卓６４によって指定された角度回転され、その投影像は二次元検出手段である大型検出器２０又は小型検出器４０により撮像される。

制御操作卓６４は、キーボードやマウス等の入力手段、機器動作状態や入力値等を表示するＧＵＩ（Graphical User Interface）を備えた表示手段、入力操作信号の処理やＲＯＭ（図示略）等に格納されたプログラムに従い後述する所定の制御等を行うプロセッサからなる制御手段を有する。そして、制御操作卓６４は、Ｘ線管１より出射されるＸ線のＸ線強度等の情報を制御操作卓６４に取り込み表示手段に表示し、被検査体１０の適切な位置出しを行うにあたり機構制御部６２を通じて回転基台１１に指令を出し、大型検出器２０又は小型検出器４０を選択しそれぞれの駆動系に対して指令を出すなどする。

制御操作卓６４で選択された大型検出器２０又は小型検出器４０は、被検査体１０を透過したＸ線投影像を投影像記憶部６５に送出する。この投影像は制御操作卓６４からの指示により、デジタル化された投影データとして大容量の磁気記録装置等からなる投影像記憶部６５に、撮像時の回転角度や初期回転角、Ｘ線強度等の情報と対応して保存される。そして投影像記憶部６５に記憶された投影データは、これと接続された再構成計算部６６に供給される。この投影像記憶部６５は投影データを記録できる記録容量を有するものであればこれに限るものではなく、光ディスクや半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体などを含め、さまざまなものを適用することができる。

再構成計算部６６では入力された投影データより内部構造データを再構成計算し、再構成した内部構造データを投影像記憶部６５あるいは外部記録媒体等に記憶するとともに、図示しない表示メモリを介して表示手段である再構成結果表示部６７に出力し、ＣＲＴモニタ等のディスプレイに表示する。また再構成計算部６６は大型検出器２０で撮像された投影データの特定部位を、小型検出器４０で撮像された投影データで置換する投影像置換処理も行う。この再構成計算部６６は、入力される投影データを収集して内部構造データを再構成できる演算処理能力があればよく、制御操作卓６４の制御手段と共用でもよい。また、再構成結果表示部６７の表示手段は制御操作卓の表示手段と共用であってもよい。

以上のような構成により、被検査体１０の内部構造データが再構成結果表示部６７に入力されて内部構造が表示され、微小な電子部品素子等の被検査体内部のひび割れや断線などの欠陥の有無を視覚的に確認することができる。

次に、上述したＸ線断層撮像装置による被検査体合成画像の取得方法について説明する。以下に述べる例では、被検査体１０は分子量の低い軽元素から構成された物質とする。

図８は被検査体合成画像取得処理を示すフローチャートである。まず始めに検査対象物質の被検査体１０を回転基台１１上に取り付ける（ステップＳ１）。このときの被検査体１０の位置を角度原点位置とする。そして制御操作卓６４に対し入力操作を行い、まず検出面積が小さく画素の細かい、かつ低エネルギーＸ線を検出できる小型検出器４０を選択し図１に示す状態から１８０°旋回させ、図５に示すように入力蛍光面４１をＸ線焦点に対面させる（ステップＳ２）。そして駆動部３７を駆動させて小型検出器４０をＸ軸方向に移動してＸ線焦点からの距離を調整し、所定の拡大率に設定（ステップＳ３）する。

ここでＹ軸可動部１４を動かして基準検査体１２をＹ軸方向に移動させ、Ｙ軸可動部１４に設置された基準検査体１２を角度原点位置設定時の被検査体１０と同じ位置に配置して小型検出器４０の透視野へ映し出す。そしてこのときの基準検査体１２の投影像を取得して投影像記憶部６５に記憶しておき、投影像取得後は被検査体１０を元の位置に戻す。

次にＸ線管１をオンにして（ステップＳ４）、被検査体１０の投影像撮像を開始し、回転基台１１を回転させて被検査体１０を所定角度旋回させて静止させる（ステップＳ５）。Ｘ線を被検査体１０に照射し、小型検出器４０により部分投影像を撮像して投影データを投影像記憶部６５に保存する（ステップＳ６）。制御操作卓６４の制御手段は、必要とする所定枚数の部分投影データの取得が完了したかどうかを判断し（ステップＳ７）、部分投影データの取得が完了していない場合、ステップＳ５の処理に戻り、所定枚数の部分投影データの取得が完了するまで被検査体１０の所定角度変位毎の部分投影データを取得する処理を繰り返す。一方、部分投影データの取得が完了した場合にはＸ線管１をオフにしてＸ線照射を停止する（ステップＳ８）。

次に、制御操作卓６４に対し入力操作を行い、大型検出器２０を選択し１８０°旋回させ、大型検出器２０の検出面をＸ線焦点に対面させる（ステップＳ９）。

図９及び図１０は、Ｘ線焦点から小型検出器４０及び大型検出器２０のそれぞれの検出面までの距離調整の説明に供する図である。拡大率を等しくするためには、Ｘ線焦点から小型検出器４０の検出面までの距離と小型検出器４０の撮像位置における検出面をその面内に含む仮想平面までの距離とが等しい位置に大型検出器２０を移動させる必要がある。すなわち、図９に示されるように小型検出器４０を選択時のＸ線焦点から検出面４１までの距離Ａ、Ｘ線焦点から被検査体１０までの距離Ｂとした場合、図１０に示される大型検出器２０を選択時においてもＸ線焦点から検出面２０ａまでが距離Ａであり、Ｘ線焦点から被検査体１０までが距離Ｂとなるように、駆動軸３７を駆動し大型検出器２０をＸ軸方向（光軸主線方向）に移動させて上述のＸ線焦点からの距離を調整して等しくする（ステップＳ１０）。

このようにＸ線焦点から２種の検出器の検出面までの距離を等しくすることによって被検査体投影像の拡大率が等しくなり、後に行う２種の検出器から得られた投影データの画像合成処理が容易になる。

ここで、再びＹ軸可動部１４を動かして基準検査体１２をＹ軸方向に移動させ、Ｙ軸可動部１４に設置された基準検査体１２を被検査体１０に換えて同じ位置に配置し、大型検出器２０の透視野へ映し出す。そしてこのときの基準検査体１２の投影像を取得して投影像記憶部６５に記憶する。

図１１は画像合成の説明に供する図であり、Ａは基準検査体１２を使用して行われる相互位置合わせ、Ｂは画像合成処理後の合成画像の例を表している。図１１Ａに示されるように、先の小型検出器４０により撮像された部分投影像８０及び大型検出器２０により撮像された全体投影像７０のそれぞれのアライメントマーク（基準検査体１２の投影像）１２ａを重ねるようにして相互位置合わせを行い、例えば、２つのアライメントマーク１２ａがずれている場合は大型検出器４０を検出面に平行な面内で移動させて各アライメントマーク１２ａの位置を合わせ、小型検出器２０及び大型検出器４０相互のＸ線焦点に対する撮像位置を同じにする。同時に、各アライメントマーク１２ａの位置合わせを行うことにより、小型検出器４０による部分投影像８０と大型検出器２０による全体投影像７０を同じ拡大率に調整することができる。

このように、基準検査体１２を設けそのＸ線投影像を基に小型検出器４０及び大型検出器２０の相互位置合わせを行うことによって、Ｘ線焦点から小型検出器４０及び大型検出器２０のそれぞれの検出面までの距離調整及び位置合わせをより高精度に行うことができる。

上述の小型検出器４０及び大型検出器２０の相互位置合わせ終了後、被検査体１０を元の角度原点位置に戻す（ステップＳ１１）とともに、Ｘ線管１をオンにする（ステップＳ１２）。続いて回転基台１１を回転させて被検査体１０を上述小型検出器４０のときと同様の所定角度旋回させて静止させる（ステップＳ１３）。そして、Ｘ線を被検査体１０に照射し、大型検出器２０により全体投影像を撮像して投影データを投影像記憶部６５に保存する（ステップＳ１４）。制御操作卓６４の制御手段は、必要とする所定枚数の全体投影データの取得が完了したかどうかを判断し（ステップＳ１５）、全体投影データの取得が完了していない場合、ステップＳ１３の処理に戻り、所定枚数の全体投影データの取得が完了するまで被検査体１０の所定角度変位毎の全体投影データを取得する処理を繰り返す。一方、全体投影データの取得が完了した場合にはＸ線管１をオフにしてＸ線照射を停止する（ステップＳ１６）。

次に、各角度位相毎に撮像された部分投影像及び全体投影像について、全体投影像の一部を部分投影像に置換し、合成画像を作成する（ステップＳ１７）。大型検出器２０により取得した全体投影像７０の一部を小型検出器４０により取得した部分投影像８０と置換することにより、図１１Ｂに格子表示による画素サイズのイメージを示すように、被検査体特定部位について精緻な解像度を持つ画像データを得ることができる。

そして、再構成計算部６６にて上述の各角度位相毎に作成された合成画像を基に再構成計算して被検査体１０の合成内部構造データを算出し（ステップＳ１８）、処理を終了する。

以上述べた一実施の形態の例によれば、画素の細かい小型検出器４０の検出面で被検査体１０の特定部位について３６０°分の所定角度変位毎の部分投影像を取得し、さらに小型検出器４０のときと同じ所定角度毎に小型検出器４０検出面を含む平面と同一平面内に小型検出器４０より画素が粗く大きな検出面を持つ大型検出器２０によって被検査体１０の全体投影像を同じ拡大率にて取得する。然るのちに、大型検出器２０で取得した全体投影像を、大型検出器２０と全く同じ被検査体角度位相の小型検出器４０で取得した部分投影像と部分的に置換し、その結果得られた被検査体１０の全体投影像を欠けることなく合成された投影データを用いて再構成計算し内部構造データを算出する。

したがって、例えば底面直径が１０ｍｍ以上の円筒形状のような大きな被検査体であり、また再構成画像の例えば空間分解能１０μｍ未満の細緻な解像度を要求される被検査体であっても、被検査体全体の再構成画像を取得しつつ特定部位の再構成画像の取得を短時間で行うことができる。

また、本例において被検査体１０を構成する物質が軽元素群のみである場合、Ｘ線管１の管電圧を例えば４０ｋＶ未満に設定し、かつアルミニウム以外の特定の入射窓、例えばベリリウム入射窓を持つ小型検出器４０を選択し、その検出面に所定の拡大率で被検査体１０の全体投影が入るように被検査体１０を寸断し、被検査体回転基台１１に載置し旋回せしめることによって軽元素群から構成される被検査体１０の投影像を取得することができる。したがって、例えば軽元素のみからなる被検査体は２種の検出器のうち軟Ｘ線でも透過し得る入射窓を持つ小型検出器４０のみを用い、例えば直径１０ｍｍ以上の重金属が混在する被検査体の場合は画素が粗いが検出面積が広い検出面を持つ検出器を選択することができるので、非金属（軽金属含む）及び重金属の被検査体いずれにも対応することができる。

また、小型検出器４０による部分投影像と大型検出器２０による全体投影像の拡大率が同一となるよう調整したことにより、これら２種の検出器に照射されるＸ線強度が等しくなり画像合成時のキャリブレーションにおいて２種の検出器から得られる各画像データの輝度を容易に整合させることができる。

さらに、本例において被検査体１０の特定部位を高い空間分解能で観察することが、従来技術に記載にした被検査体回転機構を例えば４周以上（３６０°×４回転以上）させて３６０°毎に二次元検出器を移動させて被検査体の４分割（あるいは８分割）された部分投影を合成し全投影を得るという方法の約半分未満の時間で可能であるばかりでなく、例えば上記特定部位が被検査体１０の回転中心軸の回りをまわる位置であった場合は、水平可動部４４により被検査体１０の投影像を小型検出器４０の視野角に入るように追随させて投影データを取得した後、大型検出器２０の投影データと合成させることができる。

さらにまた、上述の大型検出器２０を旋回させるための駆動機構を利用し被検査体１０の領域を分割して撮像することで特定部位を高い空間分解能で観察することができる技術と本発明の技術を組み合わせて、例えば被検査体１０を４分割して投影像を投影し大型検出器４枚分の拡大視野で観察しつつ、さらにその内部の特定部位のみを小型検出器４０で撮影し、大型検出器２０と小型検出器４０の画素サイズの比分の高い分解能で特定部位の再構成画像を得ることもできる。

次に、本発明の他の実施の形態の例について説明する。図１２はＸ線断層撮像装置の他の実施の形態を示し、大型検出器が選択されている場合の概略上面図を表している。図１２において、図１に対応する部分には同一符号を付して示している。図１２に示されるように、大型検出器２０の載置場所が大歯車２４の回転と独立した位置から大歯車２４上面に変更されている点が図１との大きな相違点であり、その他は図１と同様の構成である。

図１２において、ステージ９０は大歯車２４の上面に小型検出器４０を載置するステージ４３と１８０°対向して設置され、ステージ４３と同様に小歯車２５に係合して回転する大歯車２４の回転に応じて旋回する。またステージ９０は直動案内部９１を載置し、小型検出器４０はその検出面に平行な面内の水平移動ができるように構成されている。

図１２に示されるように、ステージ９０に載置された大型検出器２０とステージ４３に載置された小型検出器４０は、それぞれの検出面から大歯車２４回転中心軸までの距離Ｌ１とＬ２が等しい。したがって、図８に示すステップＳ９の処理において、小型検出器４０による投影像撮像終了後、小歯車２５により大歯車２４を１８０°回転させるだけで小型検出器４０に換えて大型検出器２０を同じ位置に配置できるので、小型検出器４０のときと同じ拡大率での投影像の撮像が実行可能である。

以上述べたように本例は、大型検出器２０を載置するステージ９０と小型検出器４０を載置するステージ４３を一枚の回転体である大歯車２４の上面に設置し、大歯車２４が１８０°回転するのみにより上記２種の検出器が同じ拡大率で投影データを取得することができる機構となっている。したがって、Ｘ線焦点から各検出面までの距離調整のための駆動部３７及び駆動軸３８の機構を介在させないので、機械的精度を向上させることができる。その他、本例は上述した一実施の形態の例と同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は上述した実施の形態の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。

本発明の一実施の形態の概略上面図（大型検出器選択）である。 本発明の一実施の形態の概略側面図（大型検出器選択）である。 図２のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う矢視図である。 本発明の一実施の形態の概略上面図（小型検出器選択）である。 本発明の一実施の形態の概略側面図（小型検出器選択）である。 本発明の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態の被検査体合成画像取得処理を示すフローチャートである。 Ｘ線焦点から小型検出器の検出面までの距離調整の説明に供する図である。 Ｘ線焦点から大型検出器の検出面までの距離調整の説明に供する図である 本発明の一実施の形態の画像合成の説明に供する図である。 本発明の他の実施の形態の概略上面図（大型検出器選択）である。

符号の説明

１…Ｘ線管、１０…被検査体、１１…回転基台、１２…基準検査体、１２ａ…アライメントマーク、１３…Ｚ軸可動部、１４…Ｙ軸可動部、１５…直動案内部、２０…大型検出器、２０ａ・・・検出面、２１…検出器支持体、２２…水平可動部、２３…直動案内部、２４…大歯車、２５…小歯車、２６…軸受け、２７…ステージ（上側）、２８…孔、２９…ステージ（下側）、３０…回転軸、３１…旋回案内部、３２…係合部材、３３…凸部、３４…検出器基台、３５…エンコーダ、３６…レール、３７…駆動部、３８…駆動軸、４０…小型検出器、４１…入力蛍光面（検出面）、４２…出力蛍光面、４３…ステージ、４４…水平可動部、４５…直動案内部、４６…駆動軸、４７…駆動モータ、６１…Ｘ線制御部、６２，６３…機構制御部、６４…制御操作卓、６５…投影像記憶部、６６…再構成計算部、６７…再構成結果表示部、７０…全体投影像、８０…部分投影像、９０…ステージ、９１…直動案内部

Claims (8)

1. Ｘ線源と、被検査体の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段と、前記Ｘ線源のＸ線焦点と前記二次元検出手段との間に配置され前記被検査体を載置して所定角度変位で回転する回転基台とを有し、各角度位相毎に撮像した投影像より前記被検査体の内部構造データを再構成するＸ線断層撮像装置であって、
   前記二次元検出手段として、第１検出器と、該第１検出器より検出面積及び画素サイズの小さい第２検出器と、
   前記Ｘ線焦点から前記被検査体回転軸に直角に交わる直線の延長線上に前記第１検出器と前記第２検出器を選択的に配置するとともに、前記Ｘ線焦点から前記第２検出器の検出面までの距離と前記第２検出器の撮像位置における検出面をその面内に含む仮想平面までの距離とが等しい位置に前記第１検出器を移動させる駆動機構と、
   前記第１検出器より得られる全体投影像の所定部位を、前記第２検出器より得られる部分投影像で置換する投影像置換手段とを備える
   ことを特徴とするＸ線断層撮像装置。
2. 前記駆動機構は、前記回転基台回転軸と平行かつ前記第１検出器の水平面内における略中心を回転中心とする回転軸を有し、上面に前記第２検出器が設置された第１回転手段と、
   前記第１回転手段と係合し前記第１回転手段を回転させる第２回転手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線断層撮像装置。
3. 前記第２検出器は、前記第１検出器の入射窓では透過されない低エネルギーＸ線を透過する入射窓を持つ
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線断層撮像装置。
4. 前記駆動機構は、前記第１及び第２検出器をそれぞれの検出面に平行な面内に水平移動させるとともに、少なくとも前記第１及び第２検出器の一方を垂直方向へ移動させ、所定位置に設けられた基準検査体の投影像を利用して、前記第１及び第２検出器の検出面に平行な面内において前記第１及び第２検出器の相互位置合わせを行う
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線断層撮像装置。
5. 前記駆動機構は、前記Ｘ線焦点から前記被検査体回転軸に直角に交わる直線の延長線上に前記被検査体回転軸と平行な回転軸を持ち、上面の前記回転軸からそれぞれの検出面までの距離が等しい位置に前記第１検出器及び前記第２検出器が設置された第１回転手段と、
   前記第１回転手段と係合し前記第１回転手段を回転させる第２回転手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線断層撮像装置。
6. Ｘ線源と、被検査体の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段と、前記Ｘ線源のＸ線焦点と前記二次元検出手段との間に配置され前記被検査体を載置して所定角度変位で回転する回転基台とを有し、各角度位相毎に撮像した投影像より前記被検査体の内部構造データを再構成するＸ線断層撮像方法であって、
   前記二次元検出手段は、第１検出器と、該第１検出器より検出面積及び画素サイズの小さい第２検出器とから構成され、
   前記第２検出器により前記被検査体の部分投影像を所定拡大率で前記所定角度変位毎に撮像し、
   前記第２検出器に換えて前記Ｘ線焦点から前記第２検出器までの距離と等しい位置に前記第１検出器を配置し、
   前記第１検出器により前記被検査体の全体投影像を前記所定角度変位毎に撮像し、
   前記第１検出器より得られた各角度位相毎の前記全体投影像の所定部位を、前記第２検出器より得られた各角度位相毎の部分投影像で置換して合成投影像を作成し、
   前記各角度位相毎に作成された合成投影像を基に前記被検査体の内部構造データを再構成する
   ことを特徴とするＸ線断層撮像方法。
7. 前記第２検出器は、前記第１検出器の入射窓では透過されない低エネルギーＸ線を透過する入射窓を持つ
   ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線断層撮像方法。
8. 前記第２検出器による前記被検査体撮像時に、所定位置に設けられた基準検査体の投影像を撮像し、
   前記第１検出器による前記被検査体撮像時に、前記基準検査体の投影像を撮像し、
   前記基準検査体の２つの投影像を重ね合わせて、前記第１及び第２検出器の検出面に平行な面内において前記第１及び第２検出器の相互位置合わせを行う
   ことを特徴とする請求項６記載のＸ線断層撮像方法。

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