JP2007322384A - Ｘ線断層撮像装置及びｘ線断層撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた空間を持つ装置内に載置されたＸ線二次元検出器を用いて、投影像の輝度の減衰を抑えつつ、撮像により得られる投影像の拡大率を向上させる。
【解決手段】二次元検出器の撮像位置を、Ｘ線焦点から二次元検出器の初期位置検出面２０ａに降ろした垂線を含み被検査体の初期位置回転軸５０と平行な面に関して面対称な偶数箇所Ｐｏｓ１，２，３，４に設定する。このとき撮像位置には初期位置Ｐｏｓ０は含まない。そして、各撮像位置Ｐｏｓ１，２，３，４において各角度位相の投影像を撮像し、撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、被検査体の内部構造データを再構成する。好ましくは、各撮像位置において得られた各角度位相の投影像を、被検査体の回転軸と平行で、Ｘ線焦点を通る直線を中心軸に持つ仮想円筒面６０に射影して得られた投影像から再構成計算を行ない、内部構造データを再構成する。
【選択図】図５

Description

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

従来、半導体素子等の研究開発分野などでは、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。その手法の一つとして、Ｘ線による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（Ｘ線管等から構成されるＸ線発生装置）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線を検出する二次元検出手段と、この検出手段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検出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角度変位で回転する回転基台部を有する。Ｘ線源より被検査体にＸ線を照射し、被検査体の透過Ｘ線投影像を二次元検出手段により撮像しディ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、これらの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、被検査体内部の検査及び観察等を行い易くする。

上述の内部構造データを再構成する計算において、被検査体の投影像が二次元検出手段の検出面の幅方向内に収まっていることが望ましく、拡大率を向上させるには幅広の二次元検出手段にて撮像することが要求される。

例えば、有限な二次元検出手段の幅を擬似的に拡張する手段として、特許文献１に記載されているような方法がある。

図８及び図９を用いて、特許文献１に記載されている、二次元検出手段の幅を擬似的に拡張する技術について、その概略を説明する。図８は、従来のＸ線二次元検出器を平行移動させて撮像する方法を説明する模式図（鳥瞰図）である。図９は、図８の上面図である。

図８及び図９に示すように、Ｘ線二次元検出器１０２（特許文献１に記載のＸ線検出器１０１に対応）の初期位置を、Ｘ線管１０１（特許文献１に記載のＸ線管１に対応）のＸ線焦点とＸ線二次元検出器１０２との間に配置された被検査体１０７（特許文献１に記載の被検体１１に対応）の回転中心を通り、Ｘ線焦点からＸ線二次元検出器１０２の検出面に下ろした垂線に当該Ｘ線二次元検出器１０２の中央が交わる位置とする。Ｘ線二次元検出器１０２を検出面に平行な面内において、位置１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃというように平行移動させ、得られた複数の投影像を合成し、仮想的に幅広な投影像を得る。

特開平９−３２７４５３号公報

しかしながら、Ｘ線二次元検出器１０２はＸ線の漏洩を防ぐ装置（シールドカバー）内に載置されており、その平行移動量は装置のサイズに大きく制限される。さらにＸ線二次元検出器１０２の平行移動量が位置１０２ａ，１０２ｃのように大きくなると、Ｘ線焦点からＸ線二次元検出器１０２へ引いた垂線からの距離が次第に大きくなり、Ｘ線二次元検出器１０２で捕獲される投影像が十分な明るさが得られない。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、限られた空間を持つ装置内に載置されたＸ線二次元検出器を用いて、投影像の輝度の減衰を抑えつつ、撮像により得られる投影像の拡大率を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によるＸ線断層撮像装置の一側面は、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、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前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置における検出面に降ろした垂線に直交する回転軸を中心に設定された角度変位で回転する回転手段とを有し、各角度位相毎に撮像され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線断層撮像装置において、前記検出面が前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、前記検出面の側端部が各々の位置で一部重なるよう前記二次元検出手段を旋回機構により旋回させ、旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像し、撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成する制御手段を備え、前記各撮像位置は、前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置検出面に降ろした垂線を含み前記被検査体の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称な偶数箇所であって、前記初期位置は含まれないことを特徴とするものである。

上述の構成によれば、従来の二次元検出手段を２箇所以上の撮像位置に平行移動して幅広の投影像を合成する手法に比べ、内接円（仮想円筒面）に沿って二次元検出手段を移動させるので、移動距離を少なくでき、遮蔽構造或いは装置全体のコンパクト化が図れる。

また、本発明によるＸ線断層撮像装置の他の側面は、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、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前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置における検出面に降ろした垂線に直交する初期位置の回転軸を中心に設定された角度変位で回転する回転手段とを有し、各角度位相毎に撮像され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、前記検出面が前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置検出面に降ろした垂線を含み前記被検査体の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称であって、前記検出面の側端部が一部重なる第１及び第２の位置に前記二次元検出手段を旋回機構により旋回させ、旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像し、また、前記第１及び／又は第２の位置において前記被検査体の前記検出面に投影されなかった部分が前記第１及び／又は第２の位置にて前記検出面に投影されるよう、前記回転手段を、前記Ｘ線焦点と初期位置回転軸との距離を一定に保ちつつ前記面を挟んでそれぞれ前記第１及び／又は第２の位置の反対領域へ移動機構により移動させ、かつ、前記回転手段の移動量に基づいて前記回転手段の初期角度位相を変化させ、前記第１及び第２の位置において移動後の回転手段上の前記被検査体の各角度位相の投影像を撮像し、撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、記被検査体の内部構造データを再構成する制御手段を備えることを特徴とするものである。

上述の構成によれば、上記本発明の一側面と同様に二次元検出手段の移動距離を小さくできることに加え、被検査体がＸ線源と衝突する危険性が緩和されるとともに、被検査体とＸ線焦点間距離をより小さくできるので、被検査体投影の拡大率向上に効果がある。

本発明によれば、限られた空間を持つ装置内に載置されたＸ線二次元検出器を用いて、投影像の輝度の減衰を抑えつつ、撮像により得られる投影像の拡大率を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。すなわち、現在、断層撮像装置の中でも広く用いられているＸ線による断層撮像装置を例に説明するが、本発明は、Ｘ線その他の放射線等を多方向から物体に照射し、その投影像を撮像した複数の投影データより内部構造データを再構成計算する断層撮像装置に適用することができる。

図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態例によるＸ線断層撮像装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態例によるＸ線断層撮像装置の概略上面図である。また、図２は、同じくＸ線断層撮像装置の概略側面図である。これら図１及び図２に示す構成は、本出願人が先に出願した「特開２００５−２９２０４７号公報」に記載の機構を利用したものであるが、この例に限られるものではないことは勿論である。

図１及び図２に示されるＸ線断層撮像装置は、大きく分けて、Ｘ線管１、Ｘ線が照射される被検査体５を載置する回転基台１２、被検査体５を透過したＸ線の検出面を有する二次元検出器２０、そして、これらのもの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３４から構成される。

Ｘ線管１は、例えば円錐形状（コーンビーム状）のＸ線を発生する周知のマイクロフォーカスＸ線源であり、Ｘ線管１から円錐形状のＸ線を出射し被検査体５全体にＸ線を照射する。この被検査体５を透過したＸ線を二次元検出器２０で検出し、画像信号に変換することで所望の投影像が得られる。Ｘ線管１から照射されるＸ線は、例えば焦点サイズ５μｍ以下の極小のＸ線焦点を形成するよう構成されている。Ｘ線断層撮像装置の分解能はＸ線の焦点サイズで決まるので、より微少サイズの損傷等を観察するにはこの数値は小さい方が好ましい。

Ｘ線管１本体は、図２に示すように、前部筐体１ａと後部筐体１ｂがヒンジ６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７とＸ線管１の重量重心１ｃの直下かつブラケット７水平面上に設けられたＶブロック８とによって定盤３４上に支持されている。

図２に示されるように、Ｖブロック８はブラケット７上の回動支点１１を軸に回動可能なＶブロック受け台１０に弾性体９を介して載置される。このようにブラケット７と重心１ｃの直下にＶブロック８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６による連結を解除し真空を解除して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６の回転軸とＶブロック受け台１０の回動支点１１は略同軸上に配置されている。

図１に示すように、被検査体５は、被検査体５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１２上に保持され、Ｘ線管１のＸ線焦点２から後述する二次元検出器２０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１２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、Ｘ軸方向に可動するＸ軸可動部１５と、定盤３４に固定された直動案内部１６によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への駆動機構が構成されている。これらの機構は、被検査体を移動させる手段（移動機構）として機能する。

さらに回転基台１２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１２の軸受けの回転軸はＸ線管１の焦点から二次元検出器２０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１２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１２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。

二次元検出器２０は、例えば、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）より構成され、Ｘ線が中心に照射されるよう左右上下への動きが調節できるようになっている。ＦＰＤについては、特開平６−３４２０９８号公報にその一例が具体的に開示されている。この特許公報に記載された技術は、被写体を透過したＸ線をａ- Ｓｅ層等の光導電層で吸収してＸ線強度に応じた電荷を発生させ、その電荷量を画素毎に検知するというものである。他の方式のＦＰＤの例としては、例えば特開平９−９００４８号公報に開示されているような、Ｘ線を増感紙等の蛍光体層に吸収させて蛍光を発生させ、その蛍光の強度を画素毎に設けたフォトダイオード等の光検出器で検知するものがある。蛍光の検知手段としては他に、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣ−ＭＯＳ（Complementary-Metal OXideSemiconductor）センサを用いる方式もある。

特に上記特開平６−３４２０９８号公報に開示された方式のＦＰＤでは、Ｘ線量を画素毎の電荷量に直接変換するため、ＦＰＤでの鮮鋭性の劣化が少なく、鮮鋭性に優れた画像が得られる。本例では二次元検出器２０をＦＰＤにより構成するものとしているが、被検査体の透過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。

二次元検出器２０は、その検出面が支持体２１によってＸ線管１のＸ線焦点２から被検査体５略中心を通る直線と直角となるように設置される。支持体２１は二次元検出器２０を垂直（Ｚ軸）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二次元検出器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、二次元検出器２０を水平方向に移動させるのに使用される直動案内部２３下面の端部近傍に凸部（カムフォロワー）２７が設けられており、この凸部２７を例えば溝を有する係合部材２６と係合させ、係合部材２６を検出器基台２８に設けられた旋回案内部２５上でＸ軸方向に直線的にスライド移動させることにより、直動案内部２３上に搭載された二次元検出器２０を直動案内部２３と一体に、例えばＹ軸に対し約±３０°の角度未満で回転基台１２の回転軸と平行な軸を中心に旋回させることができる。このときの旋回角度は回転軸２４に直結されたエンコーダ３０の指示値に基づき制御される。これらの機構は二次元検出器を旋回させる手段（旋回機構）として機能する。なお、支持台２９は、二次元検出器２０の駆動機構全体を支持するものである。

本例では、二次元検出器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）機構などを用いて行うようにしている。

これら二次元検出器２０を載置する検出器基台２８は、駆動部３２を駆動させることにより駆動軸３３を介してレール３１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２から二次元検出器２０までの距離調整が可能である。

このような構成により、例えば図３に示すように、二次元検出器２０は、Ｘ線焦点２から二次元検出器２０の初期位置（Ｐｏｓ０）における検出面２０ａに降ろした垂線を含み被検査体５の初期位置における回転軸と平行な面に関して面対称な偶数箇所の撮影位置Ｐｏｓ１，２，３，４に移動することができる。

なお、定盤３４上の機構全体は図示しない電離放射線遮蔽ボックス（シールドカバー）で覆われている。

次に、上述したＸ線断層撮像装置のブロック構成の一例について、図４を参照して説明する。

Ｘ線管１は、上述したように回転基台１２上に載置された被検査体５に対して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、線質等は、Ｘ線制御手段であるＸ線制御部４１を通じて制御操作卓４４により制御される。

上記被検査体５を載置する回転基台１２の位置、回転角度変位、初期角度位相等は、回転基台１２の位置及び動きを制御する機構制御手段として機能する機構制御部４２を通じて、制御操作卓４４により制御される。回転基台１２に載置された被検査体５は制御操作卓４４からの制御信号により指定された角度変位で回転され、その投影像は２次元検出器２により撮像される。

制御操作卓４４は、制御手段の一例であり、例えば、キーボード等の入力手段及びＧＵＩ（Graphical User Interface）の画面や被写体像の再構成結果等を表示する表示手段が接続されたパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）よりなる。パーソナルコンピュータに搭載されたプロセッサ（演算処理装置）により、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ（図示略）に格納されたプログラムに従い後述するＸ線断層撮像処理の演算・制御等を行う。また、パーソナルコンピュータは、Ｘ線管１より出射されるＸ線のＸ線強度等の情報を表示手段に表示させたり、入力手段を介して入力された操作信号に基づいてＸ線制御部４１に対して制御指令を出力したり、回転基台１２に対して被検査体５の適切な位置出しのための指令を出力するなどする。また、機構制御部４３を通じて二次元検出器２０に対して指令を出し、傾斜角（回転角）及びＸ軸方向への移動等を制御する。

被検査体５を透過したＸ線は、二次元検出器２０で捕獲され検出される。二次元検出器２０は、検出したＸ線の情報である投影像を投影像記憶手段としての投影像記憶部４５に供給する。この投影像は、制御操作卓４４からの指示により、ディジタル化された投影データとして撮像時の角度位相と対応づけて投影像記憶部４５に保存される。投影像記憶部４５は、投影データを記録できる容量を有するものであればこれに限るものではなく、大容量の磁気記録装置等、光記録媒体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。また、二次元検出器２０から供給された投影データを、撮像時の角度位相や角度変位、初期角度位相、Ｘ線強度等の情報と対応づけて投影像記憶部４５に保存してもよい。

そして、投影像記憶部４５に記憶された投影データは、これと接続された再構成手段として機能する再構成計算用計算機４６に供給される。再構成計算用計算機４６では入力された投影データより被検査体５の内部構造データを再構成計算する。再構成された内部構造データ（再構成データ）は、投影像記憶部４５あるいは他の記録媒体に記憶されるとともに、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装置４７に入力され、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ等のディスプレイに表示される。

再構成計算用計算機４６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４４の制御手段と共用でもよい。また、再構成結果表示装置４７は制御操作卓４４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５の内部構造データが再構成結果表示装置４７に得られ、被検査体５の内部構造が表示される。オペレータ（作業者）は、再構成結果表示装置４７に表示された内部構造により、多層膜板や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、欠陥の有無及びその状態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撮像処理について説明する。本実施形態では、図３に示したように、二次元検出器２０を、Ｘ線焦点２から二次元検出器２０の初期位置（Ｐｏｓ０）における検出面２０ａに降ろした垂線を含み被検査体５の初期位置における回転軸と平行な面に関して面対称な偶数箇所に移動させ、移動後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像する。このとき拡大率を一定に保つため、図５に示すように、二次元検出器２０の検出面２０ａが被検査体５の回転軸と平行でＸ線焦点２を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、検出面２０ａの側端部が各々の位置で一部重なるよう二次元検出器２０を旋回機構により旋回させる。

二次元検出器２０は、旋回後の各撮像位置Ｐｏｓ１，２，３，４において所定角度変位ごとの各角度位相の投影像を撮像し、撮像した各部分投影像のデータを投影像記憶部４５に記憶する。そして、再構成計算用計算機４６により、各部分投影像を合成して全体投影像を作成し、この全体投影像を用いて再構成計算を行い、被検査体５の内部構造データを再構成する。

このような撮像方法によれば、二次元検出器２０を２箇所以上の撮像位置に平行移動して幅広の投影像を合成する手法（図８及び図９参照）に比べ、内接円（仮想円筒面６０）に沿って二次元検出器２０を移動させるので、遮蔽構造或いは装置全体のコンパクト化が図れる。
また、二次元検出器２０で撮像した投影像を仮想円筒面６０に射影する場合は、実際の二次元検出面２０ａと仮想的な円筒面６０との距離差が仮想的平面に射影することに比べて小さく、より変換誤差の少ない画像が得られる。
さらに、従来の手法で幅広の投影像を得ようとする場合、検出面上の画素がＸ線源１と被検査体５の中心（回転軸）を結ぶ直線から離れた位置になればなるほど、Ｘ線源１と二次元検出器２０との距離が離れ、投影像の輝度が減衰するが、本実施形態においてはＸ線源１と二次元検出器２０との距離は一定なので、そのような問題は生じず、検出面の中心部あるいは周辺部のいずれにおいても輝度が一定の投影像が得られる。

次に、上述したＸ線断層撮像装置による撮像処理の他の例について説明する。本例では、図５に示す偶数箇所の撮像位置のうち、撮像位置Ｐｏｓ２及びＰｏｓ３のみを選択し、被検査体５の初期位置(-S,0)において被検査体５の高拡大率部分投影を取得する。そして、それらの撮像位置からはみだした（検出面に投影されなかった）撮像位置Ｐｏｓ１で撮像すべき被検査体投影の部分投影を、二次元検出器２０の位置は撮像位置Ｐｏｓ２のまま回転基台１２の回転軸を回転基台移動機構により位置Ａ(-Scosα,Ssinα）の座標へ移動せしめ、さらに被検査体角度位相をα度オフセットさせると、撮像位置Ｐｏｓ１と幾何学的に合同な投影データが取得可能である。

同じく撮像位置Ｐｏｓ３ではみ出した撮像位置Ｐｏｓ４で撮像すべき投影データを、二次元検出器の位置は撮像位置Ｐｏｓ３のまま、被検査体回転基台１２をＢ（-Scosα,-Ssinα）の座標へ移動せしめ、さらに被検査体角度位相を−α度オフセットさせて取得することが可能である。この撮像方法の概念は図示しない４を超える偶数箇所での分割撮像のときも応用可能である。

ここで、上述した二次元検出器２０をＰｏｓ１，４に旋回移動させずに被検査体を移動させて投影像を撮像する方法について、さらに具体的に説明する。図６は、図５に示したＸ線断層撮像装置の要部の拡大図（上面図）である。

図６において、Ｘ線管１の焦点の位置を原点Ｏとし、Ｘ軸、Ｙ軸を設定する。Ｘ線管１のＸ線焦点２から被検査体５の初期位置における中心点までの距離をＳとすれば、被検査体５の位置は(−Ｓ，０)と表される。

まず、二次元検出器２０の検出面２０ａが被検査体５の回転軸と平行でＸ線焦点２を通る直線を中心軸とした仮想円筒面６０に外接し、かつ、Ｘ線焦点２から二次元検出器２０の初期位置検出面に降ろした垂線を含み被検査体５の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称であって、検出面２０ａの側端部が一部重なるようにＰｏｓ２及びＰｏｓ３の位置に二次元検出器２０を旋回機構により旋回させ、旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像する。

さらに、Ｐｏｓ２の撮像位置において被検査体５の検出面２０ａに投影されなかった部分がＰｏｓ２の位置にて検出面２０ａに投影されるよう、回転基台１２を、Ｘ線焦点２と初期位置回転軸との距離を一定に保ちつつ対称軸（面）５１を挟んでＰｏｓ２の反対領域の位置５ａへ移動機構により移動させ、かつ、回転基台１２の移動量（移動角度）αに基づいて回転基台１２の初期角度位相を変化させる。すなわち、被検査体５の中心を位置Ａ(−Ｓcosθ，Ｓsinθ)に移動させ、さらに被検査体５の角度位相をα度オフセットさせる。そして、被検査体５を位置５ａに移動後に、各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像する。このような手法により、被検査体５の位置５ａで撮像した投影像はＰｏｓ１で撮像した投影像とほぼ同じ投影像が得られる。

この角度移相のオフセットは、図６に示すように、被検査体５を位置５ａに移動後、Ｘ線焦点２と被検査体５の中心を通る直線が被検査体５上の基準点５ｂ１を通るように被検査体５を回転させることで行うことができる。

同様に、二次元検出器２０の撮像位置Ｐｏｓ３において、被検査体５の検出面２０ａに投影されなかった部分がある場合、被検査体５の中心を位置Ｂ(−Ｓcosθ，−Ｓsinθ)に移動させ、さらに被検査体５の角度位相を−α度オフセットさせる。そして、被検査体５を位置５ｂに移動後に、各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像する。このような手法により、被検査体５の位置５ａで撮像した投影像はＰｏｓ４で撮像した投影像とほぼ同じ投影像が得られる。

再構成計算用計算機４６は、上記の二次元検出器２０の各撮像位置に対して被検査体５の移動前後の各位置にて撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、被検査体５の内部構造データを再構成する。

通常、投影像の拡大率を支配する１番上位の要素はＸ線焦点２と回転基台１２に保持された被検査体５との相互間距離の関係であり、図５では拡大率はｄＯＦ／ｄＦＤで表される。有限な装置サイズ（遮蔽構造）では拡大率が大きければ大きいほどｄＯＦを小さくする必要が生じる。そして有限な検出器サイズで高精細な再構成画像を得るため高拡大率の被検査体全体の投影像を取得しようとすると、部分投影の分割撮像回数が増えることとなる。ここで、二次元検出器２０を初期位置Ｐｏｓ０の座標のまま、Ｐｏｓ１あるいはＰｏｓ４の撮像位置で撮像すべき部分投影を被検査体回転基台１２の移動のみで幾何学的合同を得るには、図５において被検査体５を所定の角度β旋回させる必要性が生じる。しかしながら、隣接する撮像位置のなす角度をα、初期位置Ｐｏｓ０とＰｏｓ４のなす角度をβとすると、α＜βであるから被検査体５がＸ線管１先端に衝突する危険性が高まることは明らかである。したがって、図５のＰｏｓ２、Ｐｏｓ３の座標へ二次元検出器２０を移動せしめる駆動機構を有することは衝突の危険性を回避する上で有益である。

上記他の実施形態例によれば、上述実施形態例と同様の効果を奏するとともに、新たに次のような効果が得られる。

まず、二次元検出器２０の旋回量を少なくして被検査体５の位置を移動させて撮像する方法は、Ｘ線断層撮像装置の構造の簡略化が図れ、４分割撮像の際も大型の検出器略２枚分を包含する奥行きの遮蔽構造であれば十分な空間とみなせるから、装置サイズをコンパクトにすることが可能となる。
また、シンメトリックな偶数分割撮像方式は、対称面の片方のみの投影データを用いて再構成計算をする撮像法を選択した場合、奇数分割撮像より効率よく取得したデータを活用することができる。
また、二次元検出器２０の中には、被検査体が何も映っていない白画像又は黒画像を元にキャリブレーションを行なう必要があるものがあり、このキャリブレーションはＸ線源の焦点位置と二次元検出器２０の位置関係が変化する度に行なう必要がある。しかし、上記他の実施形態例では、二次元検出器２０の位置を変化させずに撮像することも可能であるので、一度キャリブレーションしただけで、各ポジション（撮像位置）における撮像が可能となる。
また、二次元検出器２０を固定したまま、撮像を行える分、定盤が撓むことがなく幾何学的位置関係を保つことが容易となり、より高精度な撮像を実現できるので、Ｘ線断層撮像装置の構成も簡潔なものとなる。

一般的に、Ｘ線断層撮像装置を用いた検査の分野で公知のオフセットスキャンと呼ばれる撮像法及び被検査体の断層画像の取得は、図５に示した撮像位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２の２箇所のみで撮像し合成された投影データか、又は撮像位置Ｐｏｓ３、Ｐｏｓ４の２箇所のみで撮像し合成された投影データを用いて行われる。２分割撮像ならＰｏｓ２又はＰｏｓ３の投影のどちらかを用いればよい。上記Ｘ線焦点から初期位置Ｐｏｓ０の二次元検出器２０に引いた垂線を含み被検査体回転軸と平行な面を対称軸（面）として４を越える偶数箇所でシンメトリック（対称）に分割撮像する場合、対称面を境界としたＰｏｓ２側，Ｐｏｓ３側のどちらか片方の投影データを用いることにより、２又は４箇所撮像の場合と同様にオフセットスキャン法の概念が適用可能である。

次に、図７を参照して、二次元検出器２０で撮像された投影像を、これと内接する仮想円筒面６０に射影変換する方法について説明する。図７において、仮想円筒面６０は二次元検出器２０の水平方向の２×Ｇ個（＝偶数個）の水平方向総画素を２分する中点で接するものとし、便宜上その中点より片側の半分の領域について示されている。また二次元検出器２０の水平方向総画素を２分する中点を含む検出面２０ａ上の水平線は、図５に示すようにＸ線焦点２から二次元検出器２０に降ろした垂線と各撮像位置において交わっている。本例では、二次元検出器２０のＧ画素の情報を、仮想円筒面６０のＧ画素（二次元検出器２０と同数）の情報へ重み付けをしながら、射影変換する手法である。

ここで、Ｌは検出面２０ａの水平方向の２分割した大きさ、Ｘ線焦点Ｏから二次元検出器２０の検出面２０ａと仮想円筒面６０との接点までの距離をＲ、仮想円筒面６０の検出面の角度θ、検出面２０ａの水平方向の画素ピッチ（画素サイズ）をδ、仮想円筒面６０の水平方向の隣接する画素間のなす角度をΔθとすると、諸元の定義にのっとれば、
Ｌ＝Ｇ×δ、
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／Ｒ）、
Δθ＝θ／Ｇ（θ＜４５°と仮定する）
である。

Ｘ線焦点Ｏから二次元検出器２０の検出面２０ａと仮想円筒面６０との接点までの距離をＲ、検出面２０ａの水平方向の画素ピッチをδ、仮想円筒面６０の水平方向の等角度な画素ピッチをΔθ、検出面２０ａの水平方向の画素において上記接点からｎ番目の画素の画素値をＰｎ、仮想円筒面６０の水平方向の画素において上記接点からｎ番目の画素の画素値をＴｎとするとき、二次元検出器２０で得られた水平方向の投影像を仮想円筒面６０に射影変換するための計算式は、以下のように求められる。

まず、二次元検出器２０の水平方向において、接点からｎ番目の画素までの距離Ｌｎ、Ｌｎ−１は、
Ｌｎ＝Ｒ×ｔａｎ（ｎ×Δθ）
Ｌｎ−１＝Ｒ×ｔａｎ｛（ｎ−１）×Δθ｝
で表される。

これらの定義及び計算式から、上記中点（接点）よりｎ番目の二次元検出器２０上の等間隔な画素情報をＰｎ、等角度ピッチな水平方向総画素数が等しい仮想円筒面６０の同じく当該中点からｎ番目の画素情報をＴｎとすると、θが４５度でＧ＝１０の場合は、当該垂線を含み被検査体回転軸と直交する平面上及びその近傍で、重み付けを考慮した一意的な関係が以下のように表される。

このように、仮想円筒面６０の角度θと二次元検出器２０の画素数Ｇが決まれば、それぞれについて（１）式に類似した一意的な関係式が求められる。

ところで、仮想円筒面６０の等角度ピッチな水平方向総画素数が二次元検出器２０の水平方向に等間隔な総画素数と等しいと仮定する方法以外に、例えば両者の画素サイズを等しくかつ等角度ピッチな仮想円筒面への射影変換法も考えられる。しかし、二次元検出器の検出面の側端部の一部が互いに重なる分割撮像の場合、仮想円筒面へ射影された部分投影を合成する際に、円筒面上の半端な画素座標での貼り合わせを避けようとすると、その反作用で実在する二次元検出器側の貼り合わせ位置の演算が込み入って複雑となる不利益（デメリット）や、図５，６より明らかなように内接仮想円弧の方が二次元検出器より短いから、元の二次元検出器で得られた投影の情報量を減じさせるデメリット等が生じてしまう。

これに対し、上述した実施形態によれば、仮想円筒面６０の水平方向総画素数を二次元検出器２０の水平方向総画素数と等しいと定義して射影変換を行うことによって、射影変換後も元の二次元検出器２０で撮像した投影像の情報量を損なわず、分割投影像貼り合わせの複雑さも軽減することができる。

なお、本願特許請求の範囲及び明細書において、Ｘ線断層撮像方法を実現する各過程（ステップ）は、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、上述実施の形態例において、回転基台３の回転角度は必ずしも３６０°である必要はなく、例えば２７０°等でもよい。

また、被検査体の投影像を捕獲する手段は、Ｘ線二次元検出器に限らず、ラインセンサー等の一次元検出器でもよい。

また、以上の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

本発明の一実施の形態例によるＸ線断層撮像装置の概略上面図である。 本発明の一実施の形態例によるＸ線断層撮像装置の概略側面図である。 二次元検出器を面対称な偶数箇所の撮像位置に移動させた例を示す図である。 本発明の一実施の形態例に係るＸ線断層撮像装置のブロック構成図である。 本発明のＸ線断層撮像方法の説明に供する図である。 図５に示したＸ線断層撮像装置の要部の一例を示す図である。 本発明に係る射影変換の説明に供する図である。 従来のＸ線二次元検出器を平行移動させて撮像する方法を説明する概略図（鳥瞰図）である。 従来のＸ線二次元検出器を平行移動させて撮像する方法を説明する概略図（上面図）である。

符号の説明

１…Ｘ線管、２…焦点、２ａ…第１照射野、３…擬似焦点、３ａ…第２照射野、４…円錐中心軸（Ｘ軸）、５…被検査体、５ａ，５ｂ…被検査体の移動位置、１２…回転基台、２０…２次元検出器、２０ａ…検出面、４２，４３…機構制御部、４４…制御操作卓、４５…投影像記憶部、４６…再構成計算用計算機、４７…再構成結果表示装置、５０…被検査体初期位置、５１…対称軸（面）、６０…仮想円筒面、Ｐｏｓ１，２，３，４…二次元検出器の移動位置

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前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置における検出面に降ろした垂線に直交する回転軸を中心に設定された角度変位で回転する回転手段とを有し、各角度位相毎に撮像され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、
   前記検出面が前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、前記検出面の側端部が各々の位置で一部重なるよう前記二次元検出手段を旋回機構により旋回させ、旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像し、撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成する制御手段を備え、
   前記各撮像位置は、前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置検出面に降ろした垂線を含み前記被検査体の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称な偶数箇所であって、前記初期位置は含まれない
   ことを特徴とするＸ線断層撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記各撮像位置において得られた各角度位相の投影像を、前記被検査体の回転軸と平行で、前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸に持つ仮想円筒面に射影し、射影して得られた投影像から再構成計算を行ない、前記被検査体の内部構造データを再構成する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記二次元検出手段の水平方向の画素に得られた前記各撮像位置における各角度位相の被検査体の投影像を、前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸に持ち、かつ、水平方向の画素の総数が前記二次元検出手段の水平方向の総画素数と等しい仮想円筒面に前記二次元検出手段上の一個か又は２個以上の相当画素情報を按分にサンプリングしつつ射影し、
   射影された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成する
   ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線断層撮像装置。
4. 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前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置における検出面に降ろした垂線に直交する初期位置の回転軸を中心に設定された角度変位で回転する回転手段とを有し、各角度位相毎に撮像され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、
   前記検出面が前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置検出面に降ろした垂線を含み前記被検査体の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称であって、前記検出面の側端部が一部重なる第１及び第２の位置に前記二次元検出手段を旋回機構により旋回させ、旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像し、
   また、前記第１及び／又は第２の位置において前記被検査体の前記検出面に投影されなかった部分が前記第１及び／又は第２の位置にて前記検出面に投影されるよう、前記回転手段を、前記Ｘ線焦点と初期位置回転軸との距離を一定に保ちつつ前記面を挟んでそれぞれ前記第１及び／又は第２の位置の反対領域へ移動機構により移動させ、かつ、前記回転手段の移動量に基づいて前記回転手段の初期角度位相を変化させ、前記第１及び第２の位置において移動後の回転手段上の前記被検査体の各角度位相の投影像を撮像し、
   撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成する制御手段
   を備えることを特徴とするＸ線断層撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記各撮像位置において得られた各角度位相の投影像を、前記被検査体の回転軸と平行で、前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸に持つ仮想円筒面に射影し、射影して得られた投影像から再構成計算を行ない、前記被検査体の内部構造データを再構成する
   ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線断層撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記二次元検出手段の水平方向の画素に得られた前記各撮像位置において各角度位相の被検査体を撮像して得られた投影像を、前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸に持ち、かつ、水平方向の画素の総数が前記二次元検出手段の水平方向の総画素数と等しい仮想円筒面に前記二次元検出手段上の一個か又は２個以上の相当画素情報を按分にサンプリングしつつ射影し、
   射影された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成する
   ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線断層撮像装置。
7. 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前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置における検出面に降ろした垂線に直交する回転軸を中心に設定された角度変位で回転する回転手段とを用い、各角度位相毎に撮像され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、
   前記検出面が前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、前記検出面の側端部が各々の位置で一部重なるよう前記二次元検出手段を旋回機構により旋回させるステップと、
   旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像するステップと、
   撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成するステップとを有し、
   前記各撮像位置は、前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置検出面に降ろした垂線を含み前記被検査体の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称な偶数箇所であって、前記初期位置は含まれない
   ことを特徴とするＸ線断層撮像方法。
8. 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前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置における検出面に降ろした垂線に直交する初期位置の回転軸を中心に設定された角度変位で回転する回転手段とを用い、各角度位相毎に撮像され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、
   前記検出面が前記被検査体の回転軸と平行で前記Ｘ線焦点を通る直線を中心軸とした仮想円筒面に外接し、かつ、前記Ｘ線焦点から前記二次元検出手段の初期位置検出面に降ろした垂線を含み前記被検査体の初期位置回転軸と平行な面に関して面対称であって、前記検出面の側端部が一部重なる第１及び第２の位置に前記二次元検出手段を旋回機構により旋回させるステップと、
   旋回後の各撮像位置において各角度位相の投影像を撮像するステップと、
   前記第１及び／又は第２の位置において前記被検査体の前記検出面に投影されなかった部分が前記第１及び／又は第２の位置にて前記検出面に投影されるよう、前記回転手段を、前記Ｘ線焦点と初期位置回転軸との距離を一定に保ちつつ前記面を挟んでそれぞれ前記第１及び／又は第２の位置の反対領域へ移動機構により移動させるステップと、
   前記回転手段の移動量に基づいて前記回転手段の初期角度位相を変化させるステップと、
   前記第１及び第２の位置において移動後の回転手段上の前記被検査体の各角度位相の投影像を撮像するステップと、
   撮像された各部分投影像を合成し得られた全体投影像を用いて再構成計算を行い、前記被検査体の内部構造データを再構成するステップと
   を有することを特徴とするＸ線断層撮像方法。

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