JP2009276133A - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータの経験等によらずに、Ｘ線像に要求される正確さに係る情報の入力により、自動的に最適なＸ線検出出力の積算回数を設定することのできるＸ線撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線像に要求される正確さに係る情報を入力するための入力手段と、Ｘ線発生装置１の管電圧と、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器３間の距離とを含み、かつ、Ｘ線検出器３の画素出力の積算回数を含まない撮影条件を設定することにより、その条件下で略一様なＸ線がＸ線検出器３の複数の画素に入射したときの各画素出力の積算回数と、その各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を求め、その関係と入力手段１５により入力された正確さに係る情報とから、当該正確さを得ることのできる積算回数を算出して自動的に設定する検出器出力積算回数設定手段を設けることにより、入力された正確さを有するＸ線像を得ながら、最も少ない積算回数でのＸ線撮影を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種工業製品や食品等の対象物にＸ線を照射し、対象物を透過したＸ線を用いて、その対象物のＸ線像を撮影する、Ｘ線透視装置やＸ線ＣＴ装置をはじめとするＸ線撮影装置に関する。

各種工業製品等の対象物にＸ線を照射して得られるＸ線透過データを用いて、対象物の内部構造や欠陥等の有無を調査するＸ線撮影装置においては、一般に、Ｘ線発生装置に対向してＸ線検出器を配置し、これらの間に対象物を保持するための試料ステージを配置した構造を採る（例えば特許文献１，２参照）。

この種の対象物にＸ線を照射して得られる対象物のＸ線像は、Ｘ線発生の統計変動等に起因して、見かけ上のＳ／Ｎは悪いものとなる。このＳ／Ｎを改善するには、Ｘ線検出器に入射するＸ線強度（線量）を大きくする必要があり、そのためには、Ｘ線発生装置の管電圧を高くしてＸ線出力を上げるか、あるいはＸ線発生装置とＸ線検出器との距離を短くするか、もしくはＸ線検出器の露光時間を長くする必要がある。

これらの条件のうち、Ｘ線発生装置の管電圧を高くするには、装置上の制約等によって自ずと限界があり、また、Ｘ線発生装置とＸ線検出器間の距離についても、対象物の大きさや装置上の制約等によって限界がある。結局、オペレータが比較的自由に選択できるのは、Ｘ線検出器の露光時間である。ここで、Ｘ線検出器としてイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラを組み合わせたものや、フラットパネルディテクタを用いたものにあっては、露光時間に対応するのは画素出力の積算回数である。
特開２００７−１７８２２７号公報 特開２００５−３２６２６０号公報

ところで、Ｘ線撮影装置における撮影条件のうち、見かけ上のＳ／Ｎを向上させるためにオペレータが比較的自由に設定できるＸ線検出出力の積算回数（露光時間）は、その設定の仕方については特に決まったものはなく、オペレータが過去の経験から適宜に設定するか、あるいは前記した特許文献１に開示されているように、対象物の観察部位の材質や厚さ等に基づいてあらかじめ登録しておき、その登録された条件のなかから該当のものを選択することが行われている。

ここで、この種のＸ線撮影装置においては、Ｘ線検出器自体の回路上の問題や、外来ノイズ等がない、言わば通常の状態においては、Ｘ線像の見かけ上のＳ／ＮはＸ線発生の統計変動に起因するものが支配的となるため、撮影条件の設定に際してはＸ線検出出力の積算回数を多くすることによって、Ｘ線像の正確さが増すことになるが、積算回数を過大に設定すると、撮影の所要時間が長くなって非効率となり、逆に積算回数を過小に設定すると、Ｘ線像の正確さが低下し、例えば対象物のボイド等の欠陥検査等においてそのボイド等の大きさに許容限度があるような場合、正しい検査を行うことができなくなるという問題が生じる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、オペレータの経験等によらずに、Ｘ線像に要求される正確さに係る情報の入力により、自動的に最適なＸ線検出出力の積算回数を設定することのできるＸ線撮影装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線撮影層は、Ｘ線発生装置と、複数の画素が２次元状に配列されてなるＸ線検出器との間に、対象物を配置するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線検出器の各画素出力を設定された積算回数だけ積算した値を画素の濃度情報として用いて対象物のＸ線像を構築して表示するＸ線撮影装置において、Ｘ線像に求められる正確さに係る情報を入力する入力手段と、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件の設定時に、当該条件下で略一様なＸ線が上記Ｘ線検出器の複数の画素に入射したときの各画素出力の積算回数と、その各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を求め、その関係と上記入力手段により入力された正確さに係る情報とから、当該正確さを得ることのできる積算回数を算出して設定する検出器出力積算回数設定手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件を設定した状態で、上記試料ステージに対象物を配置せずにＸ線発生装置からのＸ線をＸ線検出器に照射して得られる画素出力を、積算回数を順次変化させながら、各積算回数ごとに各画素出力の積算値相互のばらつきを測定することにより、上記積算回数と各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を求める構成（請求項２）を採用することができる。

また、本発明においては、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件を設定した状態で、上記試料ステージに対象物を配置してＸ線発生装置からのＸ線を照射して得られる画素出力のうち、対象物像を透過しないＸ線が入射した複数の画素出力について、積算回数を順次変化させながら、各積算回数ごとに各画素出力の積算値相互のばらつきを測定することにより、上記積算関数と各画素出力後との積算値相互のばらつきとの関係を求める構成（請求項３）を採用することもできる。

更に、本発明においては、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない複数の撮影条件下での上記積算回数と各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を記憶する記憶手段と、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件の設定時に、上記記憶手段の内容から、設定された撮影条件下での上記積算回数と各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を読み出し、もしくは計算する構成（請求項４）を採用することも可能である。

そして、本発明においては、上記入力手段により入力するＸ線像に求められる正確さに係る情報を、対象物のＸ線像に要求される寸法誤差の許容限度に基づく情報とする構成（請求項５）を採用することができる。

本発明は、Ｘ線発生の統計変動に主として由来してＸ線像の見かけ上のＳ／Ｎを低下させるノイズ、つまりＸ線の変動、はガウス分布に則っており、このようなガウス分布の変動は積算回数の平方根の逆数に比例して減っていくという性質を利用するものである。

すなわち、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を除くＸ線撮影条件を設定したとき、その条件下における、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数とこれら各画素の積算値相互のばらつきに関する情報を用いることにより、入力手段により入力されたＸ線像に求められる正確さを過不足なく満足することのできる積算回数を決定することができる。

積算値相互のばらつきに係る情報としては、各画素出力の積算値を確率変数とした標準偏差を好適に採用することができ、また、Ｘ線像に求められる正確さに係る情報としては、同じく各画素の積算値を確率変数とした標準偏差そのもの、あるいはＳ／Ｎに関連させて標準偏差を確率変数である各画素出力の積算値の平均値で除した値などを採用することができる。

各画素出力の積算回数と、各画素ごとの積算結果（積算値）のばらつきの関係は、請求項２に係る発明のように、積算回数を除く撮影条件の設定状態において、試料ステージに対象物を配置しない状態、つまりＸ線発生装置からのＸ線が直接Ｘ線検出器に入射する状態として、積算回数を順次変化させながら、その積算回数ごとの積算値のばらつきに係る情報、例えば各画素の積算値を確率変数としたときの標準偏差等を求める方法を採用することができ、また、請求項３に係る発明のように、対象物を試料ステージに載せたまま、対象物のＸ線像以外の背景部分の領域の複数の画素出力について、上記と同様に方法で積算回数ごとの積算値のばらつきに係る情報を求めてもよい。

一方、請求項４に係る発明では、例えば管電圧およびＸ線発生装置とＸ線検出器との距離について、それぞれ複数種ずつ組み合わせた条件について、あらかじめそれぞれの積算回数と積算値のばらつきに係る情報を求めて記憶しておき、その記憶内容を用いて、実際に設定された管電圧およびＸ線発生装置とＸ線検出器との距離に該当するものを呼び出すか、あるいは補間演算によって、積算回数ごとの積算値のばらつきに係る情報を求める。

また、請求項５に係る発明は、入力手段により入力すべきＸ線像に要求される正確さに係る情報として、Ｘ線像に要求される寸法誤差に係る情報とするものであり、これは、例えば上記した標準偏差、もしくは標準偏差を平均値で除した値とＸ線像の寸法誤差との関係を求めておき、要求される寸法精度に応じた標準偏差もしくはそれを平均値で除した値を入力すればよい。

本発明によれば、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を除くＸ線撮影条件を設定した後、Ｘ線像に求められる正確さに係る情報を入力することにより、積算回数が自動的に求められて設定されるので、オペレータの経験等によらず、過不足のない積算回数のもとにＸ線撮影が行われる。その結果、要求される正確さを満たしながら、短い所要時間のもとにＸ線像の撮影を行うことが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線発生装置１は鉛直上方に向けてコーンビーム状のＸ線を発生し、そのＸ線発生装置１の上方には、対象物Ｗを保持するための試料ステージ２が配置されており、更にその上方にＸ線検出器３が配置されている。Ｘ線検出器３はこの例においてフラットパネルディテクタであり、２次元方向（ｘ，ｙ方向）に複数の画素が配列されている。

Ｘ線発生装置１はＸ線コントローラ１１から供給される管電圧並びに管電流に応じたＸ線を発生し、そのＸ線は試料ステージ２上の対象物Ｗを透過してＸ線検出器３に入射し、そのＸ線検出器３からの各画素出力から対象物ＷのＸ線透過データが得られる。Ｘ線検出器３の各画素出力は画像データ取り込み回路１２を介してコンピュータ１３に取り込まれる。コンピュータ１３では、Ｘ線検出器３から取り込んだ各画素出力を、それぞれ設定された積算回数だけ積算し、その積算値を画素の濃度データとして対象物ＷのＸ線透視像を構築し、表示器１４に表示する。

試料ステージ２は例えばアクリル等のＸ線を透過させやすい一様な平板状の材料からなり、この試料ステージ２はステージ移動機構４の駆動により互いに直交するｘ，ｙ，ｚ方向に移動可能となっている。また、Ｘ線検出器３は、検出器移動機構５の駆動によりＸ線発生装置１に対して接近・離隔する方向（ｚ方向）に移動可能となっている。

これらのステージ移動機構４および検出器移動機構５、並びに前記したＸ線コントローラ１１は、コンピュータ１３の制御下に置かれている。コンピュータ１３には、キーボードやマウス、およびジョイスティック等からなる操作部１５が接続されており、この操作部１５の操作により、ステージ移動機構４を通じて試料ステージ２をｘ，ｙ，ｚ方向に随意に移動させることができ、また、検出器移動機構５を通じてＸ線検出器３をｚ方向に随意に位置決めすることができる。また、この操作部１５の操作により、以下に示すＸ線像に要求される正確さに係る情報、換言すれば所望する正確さを入力することができる。

さて、コンピュータ１３では、Ｘ線像を構築する画素情報（濃度値）を得るためのＸ線検出器３の画素出力の積算回数を除く他の撮影条件が設定された後、操作部１５を通じて入力された正確さを満足するＸ線像が得られる積算回数を自動的に決定し、撮影条件に加える。

図２は積算回数を決定する手順を示すフローチャートであり、以下、この図２を参照しつつその手順を詳細に説明する。

対象物ＷのＸ線像が所要の倍率のもとに所要の視野で得られるように、オペレータが試料ステージ２を所要の位置に位置決めし、積算回数を除く他の撮影条件、すなわちＸ線発生装置１の管電圧と管電流、Ｘ線検出器３のｚ方向位置（Ｘ線発生装置１とＸ線検出器３間の距離）等を設定した後、試料ステージ２上から対象物Ｗを取り除き、Ｘ線像に要求される正確さに係る情報を入力して積算回数の決定指令を与えることにより、以下の動作が自動的に実行される。

まず、Ｘ線発生装置１を設定されている管電圧・管電流のもとに駆動し、対象物Ｗの不存在下でＸ線を照射し、Ｘ線検出器３の各画素出力を積算回数１回で取り込み、各画素出力（画素濃度値）を確率変数ｘとして標準偏差σを算出する。

次に、各画素出力の積算回数ｎを順次増やし、同様に各画素出力の積算値を確率変数ｘとして標準偏差σを算出する。積算回数ｎがあらかじめ設定されている最大値ｎ（ｍａｘ）に達した時点で、積算回数ｎと標準偏差σとの関係を表す近似式を決定する。なお、積算回数ｎは、ソフトウエアの計算の容易性の観点から、２のべき乗の値を選択することが望ましい。

近似式は下記の（１）式の形とされ、実際に求められた複数の積算回数ｎとそれぞれに対応する標準偏差σとから係数Ａを求める。図３にその実測例をグラフで示す。このグラフから、標準偏差σは積算回数ｎのほぼ平方根の逆数に比例して減少していくことは明らかであり、（１）式が妥当であることが判る。

次に、以上のようにして求めた近似式と、入力されたＸ線像の正確さに係る情報とから、その正確さを満足するＸ線像を得ることのできる積算回数ｎを決定し、撮影条件に追加する。

ここで、Ｘ線像の正確さに係る情報としては、標準偏差σそのものであってもよいし、Ｘ線像のＳ／Ｎという観点から、積算値の平均値ｘａｖｅを用いて、σ／ｘａｖｅとしてもよく、より好ましくは、画素出力の積算値（画素濃度値）の標準偏差σもしくはσ／ｘａｖｅと、Ｘ線像に現れる寸法誤差との関係をあらかじめ求めておき、寸法誤差の許容値を入力することにより、その寸法誤差を保証できる積算値の標準偏差σもしくはσ／ｘａｖｅを読み出し、その読み出した標準偏差σと、上記した近似式とから、積算回数ｎを算出してもよい。

以上のようにして決定された積算回数ｎは、入力されたＸ線像に要求される正確さを過不足なく満足する積算回数であり、従ってこのような積算回数を撮影条件とすることにより、入力された正確さを満足するＸ線像を得ながら、必要最小限の積算回数で撮影することができる。

ここで、以上の実施の形態においては、積算回数ｎとその各積算回数ｎごとの標準偏差σを求めるために、試料ステージ２上から対象物Ｗを除去した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、試料ステージ２を位置決めした状態で得られるＸ線像上で、対象物Ｗの像が存在しない領域を指定し、その領域内の画素出力を対象として、標準偏差σを算出してもよい。

また、以上の実施の形態においては、積算回数を除く撮影条件を設定した状態で、近似式を求めるために実際にＸ線を発生して積算回数を順次変化させながら、各積算回数において標準偏差σを算出したが、例えば管電圧と、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器３間の距離について、それぞれに複数種に相違させてこれらを組み合わせ、その各組み合わせ状態において、あらかじめ上記した手法により積算回数ｎと標準偏差σとを測定して近似式を求めて記憶しておき、その記憶内容から、実際に管電圧とＸ線発生装置とＸ線検出器間の距離を設定したときに該当する組み合わせ、あるいは最も近い組み合わせに対応する近似式を呼び出し、これを積算回数の決定に用いてもよく、更には、実際の管電圧およびＸ線発生装置とＸ線検出器間の距離の設定状態に応じて、記憶されている近似式から、補間計算により設定された条件に対応する近似式を求めてもよい。

なお、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置１の上方に試料ステージ２を配置し、更にその上方にＸ線検出器３を配置した構造のＸ線撮影装置を例にとって説明したが、本発明は装置構造についてはこれに限定されることなく、例えば共通のＣ型アームの両端部にＸ線発生装置とＸ線検出器を支持し、これらの間に試料ステージを配置した構造のもの等、任意の構造のＸ線撮影装置に本発明を適用し得ることは勿論であり、また、Ｘ線ＣＴ装置にも等しく適用し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態におけるＸ線検出器の画素出力の積算回数を決定する際の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態による積算回数と標準偏差の実測値の例を示すグラフである。

符号の説明

１ Ｘ線発生装置
２ 試料ステージ
３ Ｘ線検出器
４ ステージ移動機構
５ 検出器移動機構
１１ Ｘ線コントローラ
１２ 画像データ取り込み回路
１３ コンピュータ
１４ 表示器
１５ 操作部
Ｗ 対象物

Claims (5)

1. Ｘ線発生装置と、複数の画素が２次元状に配列されてなるＸ線検出器との間に、対象物を配置するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線検出器の各画素出力を設定された積算回数だけ積算した値を画素の濃度情報として用いて対象物のＸ線像を構築して表示するＸ線撮影装置において、
   Ｘ線像に求められる正確さに係る情報を入力する入力手段と、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件の設定時に、当該条件下で略一様なＸ線が上記Ｘ線検出器の複数の画素に入射したときの各画素出力の積算回数と、その各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を求め、その関係と上記入力手段により入力された正確さに係る情報とから、当該正確さを得ることのできる積算回数を算出して設定する検出器出力積算回数設定手段を備えていることを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件を設定した状態で、上記試料ステージに対象物を配置せずにＸ線発生装置からのＸ線をＸ線検出器に照射して得られる画素出力を、積算回数を順次変化させながら、各積算回数ごとに各画素出力の積算値相互のばらつきを測定することにより、上記積算回数と各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を求めることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
3. 上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件を設定した状態で、上記試料ステージに対象物を配置してＸ線発生装置からのＸ線を照射して得られる画素出力のうち、対象物像を透過しないＸ線が入射した複数の画素出力について、積算回数を順次変化させながら、各積算回数ごとに各画素出力の積算値相互のばらつきを測定することにより、上記積算関数と各画素出力後との積算値相互のばらつきとの関係を求めることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
4. 上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出器との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない複数の撮影条件下での上記積算回数と各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を記憶する記憶手段と、上記Ｘ線発生装置の管電流と当該Ｘ線発生装置と上記Ｘ線検出との距離を含み、かつ、Ｘ線検出器の画素出力の積算回数を含まない撮影条件の設定時に、上記記憶手段の内容から、設定された撮影条件下での上記積算回数と各画素出力ごとの積算値相互のばらつきとの関係を読み出しもしくは計算することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
5. 上記入力手段により入力するＸ線像に求められる正確さに係る情報が、対象物のＸ線像に要求される寸法誤差の許容限度に基づく情報であることを特徴とする請求項１，２、３または４のうちのいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。

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