JP2015075336A - 再構成画像生成装置、形状測定装置、構造物製造システム、再構成画像生成方法及び再構成画像生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で画像を再構成することができる再構成画像生成装置、形状測定装置、構造物製造システム、再構成画像生成方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】再構成画像生成装置は、Ｘ線源２から照射され、被測定物Ｓを透過し画素面に入射した放射線の量を検出する放射線検出画素２６と、被測定物Ｓに固定された座標系に対しＸ線源２と放射線検出画素２６を相対的に移動させる移動部と、ＸＹＺ移動部１６がＸ線源２と放射線検出画素２６を相対的に移動させる検出期間に、画素面に入射した放射線の積算量に対応する検出信号を放射線検出画素２６から取得し、複数の検出期間に対応する複数の検出信号に基づいて再構成画像を生成する演算部と、を有し、演算部は、検出期間に画素面に向かう放射線が通過する各々の対象領域と、複数の検出期間に対応する複数の検出信号との関係に基づいて再構成画像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、再構成画像生成装置、形状測定装置、構造物製造システム、再構成画像生成方法及び再構成画像生成プログラムに関する。

物体の内部の情報を非破壊で取得する装置として、特許文献１に記載されているような、被測定物に放射線を照射して、その被測定物を通過した透過放射線を検出することにより再構成画像を生成する再構成画像生成装置が知られている。

米国特許出願公開第２００９／０２６８８６９号明細書

しかしながら、放射線を被測定物に照射する線源部及び透過放射線を検出する検出器を、被測定物に対して相対的に回転させながら撮影を行うと、検出器で取得した像がぼけてしまい、正確な再構成画像が得られないという問題がある。

本発明の態様は、高い精度で画像を再構成することができる再構成画像生成装置、形状測定装置、構造物製造システム、再構成画像生成方法及び再構成画像生成プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第２の態様に従えば、線源部から照射され、前記被測定物を透過し画素面に入射した前記放射線の量を検出する放射線検出画素と、前記被測定物に固定された座標系に対し前記線源部と前記検出器を相対的に移動させる移動部と、前記移動部が前記線源部と前記検出器を相対的に移動させる検出期間に、前記画素面に入射した前記放射線の積算量に対応する検出信号を前記放射線検出画素から取得し、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号に基づいて再構成画像を生成する演算部と、を有し、前記演算部は、前記検出期間に前記画素面に向かう前記放射線が通過する各々の対象領域と、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号との関係に基づいて前記再構成画像を生成する再構成画像生成装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、Ｘ線が照射されている被測定物を撮像する上記のいずれかに記載の再構成画像生成装置と、前記再構成画像生成装置で生成した再構成画像に基づいて、前記被検物の形状に関する情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置が提供される。

本発明の第４の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項２７に記載の形状測定装置と、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。

本発明の第５の態様に従えば、線源部から被測定物に放射線を照射し、放射線検出画素で前記被測定物を透過し画素面に入射した前記放射線の量を検出する再構成画像生成方法であって、前記被測定物に固定された座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させ、線源部から照射され、前記被測定物を透過し前記画素面に入射した前記放射線の量を検出し、前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させる検出期間に、前記画素面に入射した前記放射線の積算量に対応する検出信号を取得し、前記検出期間に前記画素面に向かう前記放射線が通過する各々の対象領域と、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号との関係に基づいて、再構成画像を生成する再構成画像生成装置が提供される。

本発明の第６の態様に従えば、線源部から被測定物に放射線を照射し、放射線検出画素で前記被測定物を透過し画素面に入射した前記放射線の量を検出する再構成画像生成装置を用いて、前記被測定物に固定された座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させ、線源部から照射され、前記被測定物を透過し前記画素面に入射した前記放射線の量を検出し、前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させる検出期間に、前記画素面に入射した前記放射線の積算量に対応する検出信号を取得し、前記検出期間に前記画素面に向かう前記放射線が通過する各々の対象領域と、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号との関係に基づいて、再構成画像を生成する処理を実行させる再構成画像生成プログラムが提供される。

本発明の態様によれば、高い精度で画像を再構成することができる再構成画像生成装置、形状測定装置、構造物製造システム、再構成画像生成方法及び再構成画像生成プログラムを提供することができる。

図１は、実施形態に係る再構成画像生成装置を有する形状測定装置の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る形状測定装置が有する制御装置の一例を示すブロック図である。 図３は、形状測定装置による処理の流れを示したフローチャートである。 図４は、演算領域の概略構成を示す模式図である。 図５は、形状測定装置による処理を説明するための説明図である。 図６は、形状測定装置による処理を説明するための説明図である。 図７Ａは、形状測定装置による処理を説明するための説明図である。 図７Ｂは、形状測定装置による処理を説明するための説明図である。 図８は、形状測定装置による処理の流れを示したフローチャートである。 図９は、実施形態に係る検出装置を備えた構造物製造システムの一例を示す図である。 図１０は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下に記載する実施形態により本発明が限定されるものではない。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＺ軸方向、水平面内においてＺ軸方向と直交する方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ及びθＺ方向とする。

図１は、実施形態に係る再構成画像生成装置を有する形状測定装置１の一例を示す図である。図２は、実施形態に係る形状測定装置が有する制御装置の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る再構成画像生成装置を有する形状測定装置１は、被検物体としての被測定物ＳにＸ線を照射して、その被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出する。尚、図１において、実線ＸＬは検出器４で検出されるＸ線の端を示している。Ｘ線は、例えば波長１ｐｍから３０ｎｍ程度の電磁波である。Ｘ線は、約５０ｅＶの超軟Ｘ線、約０．１ｋｅＶから２ｋｅＶの軟Ｘ線、約２ｋｅＶから２０ｋｅＶのＸ線及び約２０ｋｅＶから１００ｋｅＶの硬Ｘ線の少なくとも一つを含む。本実施形態の形状計測装置１の構成うち、再構成画像を生成する機能を含む構成が再構成画像生成装置となる。具体的には、形状計測装置１は、再構成画像生成装置と、再構成画像に基づいて被測定物の３次元形状の各種データを算出する構成、後述する３次元データ生成部と、を含む。

本実施形態において、形状計測装置１は、被測定物ＳにＸ線を照射し、被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出して、被測定物Ｓの内部の情報（例えば、内部構造）を非破壊で取得するＸ線ＣＴ検査装置を含む。本実施形態において、被測定物Ｓは、例えば機械部品又は電子部品等の産業用部品を含む。Ｘ線ＣＴ検査装置は、産業用部品にＸ線を照射して、その産業用部品を検査する産業用Ｘ線ＣＴ検査装置を含む。

図１において、形状計測装置１は、Ｘ線を射出するＸ線源２と、被測定物Ｓを支持し、被測定物Ｓの位置を移動させるステージとしての相対移動部３と、Ｘ線源２から射出され、相対移動部３に支持された被測定物Ｓを通過した透過Ｘ線の少なくとも一部を検出する検出器４と、形状計測装置１の動作を制御する制御装置５と、を含む。

Ｘ線源２は、被測定物ＳにＸ線を照射する。Ｘ線源２は、焦点位置（フォーカルスポット）２Ｅを有する。本実施形態における形状測定装置１では、Ｘ線源２は、点Ｘ線源を形成し、図１に示すように焦点位置２Ｅを起点に円錐状に拡がった形状のＸ線（いわゆる、コーンビーム）を被測定物Ｓに照射する。図１では、コーンビームを形成し検出器４で検出されるＸ線の端を実線ＸＬで示している。なお、Ｘ線源２は、射出するＸ線の強度を調整できるものであってもよい。Ｘ線源２から射出されるＸ線の強度を調整する場合、被測定物ＳのＸ線吸収係数等に基づいてＸ線の強度が調整されてもよい。

また、Ｘ線源２から射出されるＸ線の拡がる形状は円錐状に限られず、例えば、扇状のＸ線（いわゆる、ファンビーム）でもよい。また、焦点位置２Ｅから射出されるＸ線の広がりをコリメータ等で抑え、被測定物に点状のＸ線を照射する、いわゆるペンシルビームであってもよい。

また、射出部２Ｅは、＋Ｚ方向を向いている。＋Ｚ方向は、Ｘ線源２から検出器４に向かう方向である。本実施形態において、射出部２Ｅから射出されたＸ線の少なくとも一部は＋Ｚ方向に進行する。

本実施形態における相対移動部３は、Ｘ線源２よりも＋Ｚ方向にあり、検出器４よりも−Ｚ方向に配置されている。相対移動部３は、被測定物Ｓを支持し、Ｘ線源２及び検出器４に対して被測定物Ｓを相対的に移動させる。本実施形態における相対移動部３は、回転テーブル１２と、回転部１４と、ＸＹＺ移動部１６と、を有する。回転テーブル１２は、被測定物Ｓを支持するテーブルである。回転部１４は、図示しない回転駆動部を有し、回転テーブル１２を図１の一点鎖線で示した回転軸ＡＸの周り、すなわち、θＹ方向に回転させる。ＸＹＺ移動部１６は、図示しないＸ軸方向駆動部、Ｙ軸方向駆動部、Ｚ軸方向駆動部を有し、それぞれが回転部１４をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。相対移動部３は少なくとも回転テーブル１２を、θＸ方向及びθＺ方向の少なくとも一方向に傾斜するように移動する機構をさらに有していてもよい。

検出器４は、Ｘ線源２及び相対移動部３よりも＋Ｚ側に配置される。検出器４は、Ｘ線源２の射出部２Ｅと対向する。本実施形態に係る形状測定装置１では、Ｘ線源２及び検出器４の位置は、所定の位置で固定される。相対移動部３は、Ｘ線源２と検出器４との間を移動することができる。検出器４は、被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を含むＸ線源２からのＸ線が入射する画素面４ＤＰを有するシンチレータ部２２と、シンチレータ部２２において発生した光を受光する受光部２４とを有し、画素面４ＤＰに到達した放射線を検出する。検出器４の画素面４ＤＰは、相対移動部３に支持された被測定物Ｓと対向する。本実施形態では、Ｘ線源２から照射されたＸ線及びＸ線源２から照射され、被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線の少なくとも一方が、画素面４ＤＰに入射する。

シンチレータ部２２は、Ｘ線が照射されることによって、そのＸ線とは異なる波長の光を発生させるシンチレーション物質を含む。受光部２４は、光電子増倍管を含む。光電子倍増管は、光電効果により光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電管を含む。受光部２４は、シンチレータ部２２において発生した光を増幅し、電気信号に変換して出力する。本実施形態では、検出器４は、シンチレータ部２２、及び、シンチレータ部２２に接続された受光部２４のユニットから成る放射線検出画素２６がＸＹ平面内においてアレイ状に複数配置されて成る。放射線検出画素２６は、Ｘ方向に一列に配置されても良く、さらに、Ｙ方向に複数列設けられても良い。これにより、被測定物の複数の断面を通過したＸ線を同時に検出することができる。また、Ｘ線源２と検出器４を構成する各放射線検出画素２６との距離が一定になるように、一列、もしくは、さらにＹ方向に複数列配置された検出器４が湾曲して配置されても良い。検出器４は、入射するＸ線を、光に変換することなく直接電気信号に変換してもよい。

また、本実施形態においては、線源部２と検出器４が固定されている図１に図示されたＸＹＺ座標系に対し、被測定物Ｓを移動させている。これにより、被測定物Ｓに様々な方向からＸ線を照射することができる。そのため、前述の方法に限られず、被測定物Ｓを固定し、Ｘ線源２及び検出器４を移動できるようにしても良い。すなわち、回転部１４は、線源部２と検出器４、又は、被測定物Ｓのうち、少なくとも一方を移動させることにより、被測定物Ｓに固定した座標系に対し相対的に線源部２と検出器４を回転させることできる構成を有していればよい。

ここで、被測定物Ｓに固定した座標系とは、被測定物Ｓに対して任意の一点を基準に仮想的に設定された直交座標系である。図１に図示されたＸＹＺ直交座標系上の位置や向きによらず、被測定物Ｓに固定した座標系における一点は、常に同一の位置を示す。以下では、ＸＹＺ座標系と、被測定物Ｓに固定した座標系とを区別して説明する。

形状計測装置１の動作は、制御装置５によって制御される。制御装置５は、例えば、Ｘ線源２の動作を制御したり、検出器４が被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出した結果から被測定物Ｓの再構成画像や形状を算出したり、相対移動部３の移動を制御したりする。制御装置５は、例えば、コンピュータである。

ここで、形状測定装置１は、相対移動部３の回転テーブル１２の回転角度（θＹ方向における位置）を計測するためのロータリーエンコーダ２０を備えている。ロータリーエンコーダ２０は、例えば、回転テーブル１２に設けられたスケール部材と、スケール部材の目盛を検出するエンコーダヘッドと、を含む。このような構造により、ロータリーエンコーダ２０は、ＸＹＺ座標系における回転テーブル１２の回転角度を、エンコーダヘッドが検出したスケール部材の目盛から計測する。図１に示す制御装置５は、例えば、ロータリーエンコーダ２０が計測した回転テーブル１２の回転角度に基づき、回転部１４を制御することができる。

以下、図２を用いて制御装置５の構成を説明する。制御装置５は、演算部３０と、３次元データ生成部３２と、記憶部３４と、入力部３６と、出力部３８と、通信部４０と、を有する。

ここで、制御装置５が有する各部分は、それぞれ機能ブロックとして作用するように構成されても良い。また、中央演算処理装置（ＣＰＵ）が必要なプログラムを読みだして制御装置５が有する各部分の機能を実行するように構成しても良い。

演算部３０は、形状計測装置１の各部の動作を制御し、再構成画像を生成する。演算部３０は、単位領域設定部４２と、対象領域特定部４４と、単位領域選択部４６と、重み付け係数設定部４８と、回転検出部５０と、画像演算部５２と、演算制御部５４と、機構制御部５６と、を有する。以下では、演算部３０の各部の機能について説明し、処理の流れについは、後述する。

演算部３０は、演算領域７０内の後述の変数の値を算出する。ここで、演算領域７０は、被測定物Ｓに固定された座標系における領域であって、形状測定時に演算の対象となる領域である。また、演算領域７０は、被測定物Ｓに対し様々な方向から照射されたＸ線が通過した領域である。画像演算部５２は、演算領域７０に設定された単位領域７２のそれぞれに後述の変数の値を算出し、再構成を行う。演算領域７０は、例えば、線源部２と検出器４の軌跡によって定めることができる。また、被測定物Ｓの外形に基づいて設定しても良く、形状測定装置１に固有の領域として予め設定されていても良い。

また、演算領域７０は、被測定物Ｓの大きさに合わせて被測定物Ｓを含むように設定されても良く、被測定物Ｓの一部に設定されても良い。これらの場合、演算領域７０は、測定開始前に測定者が被測定物の大きさや測定対象とする領域を入力するか、あるいは、回転ステージ１２に固定された被測定物Ｓの大きさを測定する機構を有すること等により、設定される。

本実施形態における単位領域設定部４２は、演算領域７０をそれぞれ同じ大きさの複数の単位領域７２で分割する。したがって、演算領域７０は、再構成を行う計算範囲を示しており、演算領域７０の他に再構成に寄与しない単位領域７２を設定することを妨げない。

また、被測定物Ｓの一断面の再構成画像を生成し、断面の厚みを考慮しない場合、演算領域７０は断面を含む平面内に設定され、単位領域７２は演算領域７０を複数に分割する２次元の領域として設定されても良い。以下では、単位領域７２が３次元の領域、すなわちボクセルであるとして説明する。

本実施形態における対象領域特定部４４は、演算領域７０の中から、検出開始から終了までの検出期間に検出器４内の着目した放射線検出画素２６に到達したＸ線による、被測定物Ｓの通過領域を対象領域７４として特定する。検出期間は、検出器４を構成する放射線検出画素２６がＸ線を受光する期間であり、検出開始時にＸ線の量の検出を開始し、終了においてＸ線の量の検出を終了する。すなわち、対象領域７４は、検出期間の開始終了までに検出器４内の着目した放射線検出画素２６に入射したＸ線が通過したとみなされる領域である。対象領域７４については後に図５から図７Ａ、図７Ｂを用いて説明する。

検出期間中は回転ステージ１２が回転をしているため、演算領域７０内でＸ線が通過したとみなされる対象領域７４は、面積を持つ領域となる。本実施形態において、対象領域特定部４４は、回転検出部５０の検出信号に基づいて対象領域７４を特定する。具体的には、検出期間の開始タイミングで検出された回転ステージ１２の回転角度と終了タイミングで検出された回転角度とに基づいて、対象領域７４を特定する。一の放射線検出画素２６に検出期間に入射するＸ線の強度値と、そのＸ線が通過した領域を特定し、これらに基づいて再構成を行うことにより、回転ステージ１２の回転によるぼけを低減した再構成画像を生成することができる。

また、本実施形態に係る形状測定装置１において、Ｘ線源２から照射されるＸ線は、円錐状に拡がるコーンビームである。各放射線検出画素２６に対して、対象領域７４が設定される。

また、対象領域特定部４４は、回転検出部５０の代わりに、Ｘ線源２と演算領域７０の被測定物Ｓに対する相対位置を特定できる種々の情報に基づいて対象領域７４を設定することができる。例えば、被測定物ＳがＸＹＺ座標系に固定され、Ｘ線源２と検出器４が被測定物Ｓに対して移動する場合を想定する。この場合、対象領域特定部４４は、位置検出部を用いて、被測定物Ｓに固定した座標系における、線源部２及び検出部４の少なくとも一方の座標位置を検出し、その位置に基づいて対象領域７４を特定することができる。また、Ｘ線源２と検出器４の移動機構を制御する制御信号に基づいて対象領域７４を特定しても良い。

また、対象領域特定部４４は、Ｘ線源２と検出器４の位置情報や制御信号に基づいて対象領域７４を特定することに替えて、計測タイミング（つまり時間であり、検出期間の検出開始タイミングや終了タイミング）と、移動機構の移動速度等に基づいて対象領域７４を特定してもよい。

また、本実施形態のようにＸ線源２及び検出器４が固定され、被測定物Ｓが回転テーブル１２によって回転される場合、位置検出部を用いて回転テーブル１２の所定位置の座標位置を検出しても良い。すなわち、本実施形態においてＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の回転テーブル１２上の所定の位置を検出する検出センサを設け、検出センサで検出した結果に基づいて、対象領域７４を特定してもよい。また、対象領域特定部４４は、ＸＹＺ移動部１６、及び回転部１４の制御信号に基づいて対象領域７４を特定しても良い。

また、対象領域特定部４４は、検出した回転角度や位置情報や制御信号に基づいて対象領域７４を特定することに代えて、計測タイミング（つまり時間であり、検出期間の検出開始タイミングや終了タイミング）と、回転テーブル１２の回転速度に基づいて対象領域７４を特定してもよい。

また、検出期間にＸ線源２と検出器４が被測定物Ｓに対し回転移動している場合に限られず、例えば平行移動している場合も含む。被測定物ＳがＸ線源２と検出器４に対して相対的に平行移動と回転を繰り返すことによって投影画像データを取得する方法に、例えば、特許第４４０５８３６号明細書に記載された方法がある。検出期間に演算領域７０内をＸ線が通過したとみなされる対象領域７４は、図７Ａ、図７Ｂを用いて後に説明する通り、面積を持つ領域となる。このような場合、対象領域特定部４４は、Ｘ線源２と演算領域７０の被測定物Ｓに対する相対位置を特定できる種々の情報に基づいて対象領域７４を設定することができる。例えば、被測定物ＳがＸＹＺ座標系に固定され、Ｘ線源２と検出器４が被測定物Ｓに対して像体的に移動する場合を想定する。この場合、対象領域特定部４４は、位置検出部を用いて、被測定物Ｓに固定した座標系における、線源部２及び検出部４の少なくとも一方の座標位置を検出し、その位置に基づいて対象領域７４を特定することができる。また、Ｘ線源２と検出器４の移動機構を制御する制御信号に基づいて対象領域７４を特定しても良い。また、対象領域特定部４４は、Ｘ線源２と検出器４の位置情報や制御信号に基づいて対象領域７４を特定することに替えて、計測タイミング（つまり時間であり、検出期間の検出開始タイミングや終了タイミング）と、移動機構の移動速度等に基づいて対象領域７４を特定してもよい。また、対象領域特定部４４は、位置情報や制御信号に基づいて対象領域７４を特定することに代えて、計測タイミング（つまり時間であり、検出期間の検出開始タイミングや終了タイミング）と、相対移動部３の移動速度に基づいて対象領域７４を特定してもよい。

本実施形態における単位領域選択部４６は、複数の単位領域７２のうち、対象領域特定部４４において特定された対象領域７４に一部でも含まれる単位領域７２を、対象領域７４に該当する単位領域７２として選択する。すなわち、本実施形態における単位領域選択部４６は、検出器４内の着目した放射線検出画素２６に入射したＸ線が検出期間の開始から終了までに通過した単位領域７２を選択する。

また、単位領域選択部４４は、単位領域７２の対象領域７４に含まれる部分の割合に応じて、対象領域７４に該当する単位領域７２か否かを選択しても良い。また、検出期間中にＸ線が単位領域を通過する時間に基づいてその単位領域７２が対象領域７４に該当する単位領域７２か否かを選択しても良い。

また、単位領域選択部４４は、測定者の入力信号に基づいて対象領域７４に該当する単位領域７２を決定してもよい。例えば、測定者が対象領域７４に該当する単位領域７２を選択できても良い。

また、対象領域７４は検出期間、回転速度、撮影ピッチ等の情報に基づいて測定開始前に予め設定されていても良く、この場合、対象領域７４に該当する単位領域７２も予め設定しておくことができる。

本実施形態における形状測定装置１において、重み付け係数設定部４８は、回転軸ＡＸからの距離に応じて、対象領域７４上にある単位領域７２のそれぞれの重み付け係数を設定する。具体的には、単位領域７２を含み、回転軸ＡＸに垂直な平面上で、回転軸ＡＸの位置と単位領域７２との位置の差（距離）に応じて重み付け係数を設定する。なぜなら、同じ回転速度でも、回転軸ＡＸに近い位置の単位領域７２ほど回転による移動量が小さく、回転軸ＡＸから遠い位置の単位領域７２ほど回転による移動量が大きい。したがって、回転軸ＡＸからの距離に応じて回転しながら撮影された投影像に生じたぼけの度合いが異なる。このため、本実施形態のように、回転軸ＡＸからの距離に応じて重み付け係数を設定することができる。

本実施形態において、回転検出部５０は、ロータリーエンコーダ２０の計測結果に基づいて、θＹ方向における回転テーブル１２の回転角度を検出する。

また、被測定物ＳのＸ線源２に対する相対的な向きや位置関係を知ることができる限りにおいて回転角度の検出方法に制限はなく、対象領域特定部４４における、線源部２及び検出器４に対する被測定物Ｓの相対的な位置関係を特定するための各種方法を用いることができる。例えば、他の位置検出機構による検出結果や、相対移動部３の制御値に基づいて回転テーブル１２のθＹ方向の回転角度を検出してもよい。

画像演算部５２は、重み付け係数設定部４８からの出力と、検出器４で取得した各放射線検出画素２６の検出結果に基づいて、演算を行い、再構成画像を生成する。

演算制御部５４は、演算部３０の各部の演算処理を制御する。演算制御部５４は、演算部３０内での各部の間でのデータの受渡しや、各部での演算の開始、終了等を制御する。また、演算制御部５４は、演算部３０によって求められたデータを信号として記憶部３４に送信するタイミング等を制御する。機構制御部５６は、形状計測装置１のＸ線源２、相対移動部３及び検出器４の動作をそれぞれ制御する。機構制御部５６が検出開始時間、あるいは更に検出終了時間を通知する信号を演算制御部５４に送信することにより、演算制御部５４は回転検出部５０の信号制御を行う。

３次元データ生成部３２は、演算部３０で算出した演算領域７０内の変数の値に基づいて、再構成像における被測定物Ｓの境界位置を検出する。これにより、被測定物Ｓの三次元形状情報を生成する。なお、被測定物Ｓの境界検出は周知の種々の方法を用いることができる。

また、３次元データ生成部３２は、演算部３０で被測定物Ｓの複数の断面の再構成画像を生成し、それぞれの画像における被測定物Ｓの境界を求め、積層することによって、被測定物Ｓの３次元データを作成することもできる。

記憶部３４は、ハードディスク、メモリ等、各種プログラム、データを記憶する記憶装置等により構成される。記憶部３４は、再構成画像生成プログラム６０と、３次元データ生成プログラム６２と、計測データ６４と、を有する。なお、記憶部３４は、これらのプログラム、データ以外にも形状計測装置１の動作の制御に用いる各種プログラム、データを記憶している。再構成画像生成プログラム６０は、後述のフローチャートに基づいて演算部３０に必要な機能を実行させるプログラムである。つまり、制御装置５は、再構成画像生成プログラム６０に記憶されているプログラムを読みだして演算部３０に実行させることで、再構成画像を生成する。

３次元データ生成プログラム６２は、３次元データ生成部３２に必要な機能を実行させるプログラムである。つまり、制御装置５は、３次元データ生成プログラムを実行することで、３次元データを生成する。

計測データ６４は、演算部３０及び３次元データ生成部３２で演算した結果や、演算の途中結果などのデータから成る。いったん計測データ６４として記憶したデータは記憶部３４に記憶し続けてもよいし、演算が終了したら削除してもよい。これらの場合、演算制御部５４がデータを記憶、削除すればよい。

入力部３６は、各種操作を入力するデバイス、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル等である。入力部３６によって入力される内容は、例えば、形状測定開始タイミング、被測定物Ｓの組成、大きさ等であっても良いが、これらに限られない。また、相対移動部３の回転速度、露出時間や、Ｘ線源２の出力強度等を測定者が入力し、設定できるようにしても良い。入力部３６によって入力される内容は、機構制御部５６に送られ、機構制御部５６がその入力内容に基づきＸ線源２、相対移動部３、及び、検出器４の動作を制御する。出力部３８は、操作画面や測定結果を出力するデバイスであり、ディスプレイ、プリンター、記録媒体への書き込み装置等である。出力部により出力される内容は、例えば、測定終了の表示や、再構成画像、三次元データ等であるが、これらに限られない。通信部４０は、無線及び有線のうち、少なくとも一方を用いて通信を行う。例えば、後述のリペア装置１４０で形状測定装置１を含む種々の機器と通信を行う。

本実施形態における形状計測装置１において、回転部１４が回転テーブル１２を所定速度で回転させている状態でＸ線源２から照射されたＸ線を検出器４が受光し、投影像を取得する。そして、回転テーブル１２の回転中の所定角度範囲ごとにＸ線の受光を複数回行う。すなわち、被測定物Ｓに対しそれぞれ異なる方向からＸ線を照射し、複数の投影像を取得する。形状計測装置１は、これらの複数の投影像に基づいて演算処理等を行うことで、被測定物Ｓの少なくとも一の断面の再構成画像を生成する。ここで、再構成とは、被測定物Ｓを透過したＸ線の強度に基づいて得られる投影像から、被測定物Ｓの断面の像を得る操作を指し、再構成画像とは、この操作によって得られた被測定物Ｓの断面像を指す。

次に、図３から図８を用いて、形状測定装置による形状計測の処理の一例を説明する。図３は、形状測定装置による処理の流れを示したフローチャートである。具体的には、演算部３０の処置の流れを示す。図４は、演算領域７０の概略構成を示す模式図である。図５、図６、図７Ａ、図７Ｂは、対象領域を示す模式図である。図８は、ステップＳ４６の具体的な流れを示したフローチャートである。

まず、回転速度や、撮影ピッチ（角度）や、検出期間がユーザーによって設定される。ここで、回転速度は、回転部１４が回転テーブル１２を回転させる角速度である。撮影ピッチは、検出器４で画像を取得する間隔に相当する角度である。検出期間は、検出器４の受光部２４でＸ線を受光する時間、つまり、受光部２４のシャッタ（信号を蓄積する回路）を開いている時間である。なお、これらの設定は記憶部３４に予め登録しておき、機構制御部５６が必要な設定を読みだしてもよい。

また、形状計測装置１は、回転速度、撮影ピッチ（角度）、検出期間の設定を行う際、測定者が入力した他の内容から算出、あるいは、最適な値を選択しても良い。また、形状測定装置１が被測定物Ｓの大きさや材質を判断し、最適な値を算出、又は選択する構成を有していても良い。また、回転速度は一定でなくても良い。撮影ピッチや検出期間も一連の測定で一定でなくても良い。

機構制御部５６は、設定した回転速度に基づいて回転部１４に回転テーブル１２の回転を開始させ、Ｘ線源２にＸ線の照射を開始させる。また、機構制御部５６は、回転検出部５０が検出する回転角度が所定角度になったか否かを判定する（ステップＳ２０）。ここで、所定角度は、機構制御部５６が放射線検出画素２６にＸ線の検出開始を指示する信号を送信するタイミングの角度である。例えば、回転検出部５０は１度ピッチごとに検出開始を指示する信号を送信する。

機構制御部５６は、所定角度になっていない（ステップＳ２０でＮｏ）と判定したら、ステップＳ２０に戻り、同じ判定を行う。また、所定角度になっている（ステップＳ２０でＹｅｓ）と判定したら、検出器４にＸ線の検出開始を指示する信号を送信する（ステップＳ２２）。すなわち、それぞれの放射線検出画素２６からの検出値の分布である投影像の取得動作を開始する。機構制御部５６は、検出器４が検出を開始したら、検出開始時点（検出期間の開始タイミング）のエンコーダ値をロータリーエンコーダ２０及び回転検出部５０を用いて読み取らせる（ステップＳ２４）。機構制御部５６は、所定角度から撮影ピッチだけ回転したとき、すなわち、検出期間が経過したら、検出を終了する（ステップＳ２６）。すなわち、放射線検出画素２６にＸ線の検出終了の指示をする信号を送信し、検出終了時点（検出期間の終了タイミング）のエンコーダ値をロータリーエンコーダ２０及び回転検出部５０を用いて読み取らせる（ステップＳ２８）。機構制御部５６は、検出を終了し、エンコーダ値を読み取らせたら、検出器４で取得した投影像の画像データ（投影画像データ）に、検出開始時及び検出終了時のエンコーダ値を対応付けて記憶部３４に記憶させる（ステップＳ３０）。

機構制御部５６は、被測定物Ｓに固定した座標系から見て、被測定物Ｓに対し３６０度にわたってＸ線を照射し、異なる角度範囲の投影像を複数取得したか否かを判定する（ステップＳ３２）。つまり機構制御部５６は、再構成画像を生成するために必要な被測定物Ｓの投影像を取得したかを判定する。形状計測装置１は、被測定物Ｓに対し３６０度にわたって投影像を取得していない（ステップＳ３２でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ２０に戻り、所定角度になったか、つまり、次に検出を開始する角度になったか、の判定を行い、ステップＳ２０からステップＳ３２の処理を再び行う。また、機構制御部５６は、全ての投影像の取得が終了するまで被測定物ＳへのＸ線の照射を継続させる。

ステップＳ３２で、形状測定装置１が再構成画像を生成するために必要な被測定物Ｓの投影像を取得する際、被測定物Ｓに固定した座標系において被測定物Ｓに対し様々な角度からＸ線を照射した際の投影像が得られれば良く、被測定物ＳがＸ線源２及び検出器４に対して相対的に複数回回転して投影像が撮影されても良い。例えば、検出期間が終了すると、検出器４は投影像を記憶部３４に送信し、蓄積されたデータを消去する。これらの処理を行う期間に検出器４は次の検出を行えないため、検出を行っていない期間が発生する。したがって、検出を行っていない期間に被測定物ＳをＸ線が通過した領域の投影像を得るために、１周目に投影像が取得できなかった角度範囲の投影像を１周目以降の回転時に取得しても良い。

機構制御部５６は、３６０度にわたって、投影像を取得した（ステップＳ３２でＹｅｓ）と判定した場合、取得した複数の投影像に対する処理を開始する。単位領域設定部４２は、演算領域７０に対し、単位領域７２、すなわち本実施形態におけるボクセルを設定する。また、演算領域７０の回転軸ＡＸに対応する位置を特定する（ステップＳ３４）。

単位領域設定部４２は、ボクセルを設定したら、記憶部３４の計測データ６４から投影画像データと各エンコーダ値（検出開始時と検出終了時のエンコーダ値）を取得する（ステップＳ３６）。次に、対象領域特定部４４は、検出期間に放射線検出画素２６に入射したＸ線が通過した領域を対象領域７４として特定する（ステップＳ３８）。対象領域７４について、図５、図６、図７Ａ、図７Ｂを用いて説明する。図５、図６、図７Ａ、図７Ｂは、演算領域７０の着目する断面を示す。

ここで、図５、図６は説明のため、Ｘ線源２と検出器４が相対的な位置関係を保って回転しているように示す。なお、前述のように、本実施形態では被測定物Ｓが回転し、Ｘ線源２と検出器４が固定されている。被測定物Ｓに対するＸ線源２及び検出器４の相対関係は、Ｘ線源２と検出器４が固定され、被測定物Ｓが回転している場合も、被測定物Ｓが固定され、Ｘ線源２と検出器４が相対的な位置関係を保って回転している場合でも同様となる。

図５の実線に示すように、回転軸ＡＸを横切るＸ線は、時間ｔ_１のとき矢印８２ａの位置を通過し、時間ｔ_２のとき矢印８２ｂの位置を通過する。なお、回転軸ＡＸを横切るＸ線の軌跡は、時間ｔ_１から時間ｔ_２の間に、回転軸ＡＸを中心として矢印８２ａの位置から矢印８２ｂの位置に回転する。回転により、検出期間にＸ線が被測定物Ｓを通過した領域である対象領域７４は、実線８２ａと８２ｂで囲まれた図６の網かけ部分の領域となる。時間ｔ_１から時間ｔ_２の間に、Ｘ線源２と検出器４との相対位置は変化しないため、回転軸ＡＸを横切るＸ線は、検出器４の放射線検出画素２６ａに入射する。対象領域特定部４４は、放射線検出画素２６ａのピクセル値に対応する対象領域７４として図６の網かけ部分を特定する。

これまで、注目する放射線検出画素２６ａに対する対象領域７４について説明したが、本実施形態におけるＸ線は、Ｘ線源２から検出器４を構成する複数の放射線検出画素２６のそれぞれ向かって照射される。したがって、検出期間の開始ｔ_１から終了ｔ_２までの間、それぞれの放射線検出画素２６に入射するＸ線が通過した領域は、それぞれの放射線検出画素２６で異なる。

図６は、放射線検出画素２６ａの他に、放射線検出画素２６ｂに入射するＸ線の軌跡を示している。放射線検出画素２６ｂに入射するＸ線は、時間ｔ_１に破線８４ａの位置を通過し、時間ｔ_１からｔ_２までに被測定物Ｓに対する方向を変えながら照射され、時間ｔ_２には、矢印８４ｂの位置を通過する。対象領域特定部４４は、投影画像データのそれぞれすべてのピクセル値に対し、ピクセル値を検出した放射線検出画素２６を特定する。放射線検出画素２６に入射したＸ線が通過した対象領域７４を求めて、ピクセル値に対応付ける。対象領域特定部４４は、それぞれのピクセル値に対応する対象領域７４のデータを記憶部３４に記憶する。

また、対象領域７４の特定は、Ｘ線源２と検出器４が被測定物Ｓに対し回転移動している場合に限られず、例えば平行移動している場合にも行うことができる。図７Ａ、図７ＢはＸ線源２と検出器４が相対的な位置関係を保って平行移動している場合を示す。図７Ｂは、図７Ａに示した場合と比較して、Ｘ線源２と検出器４が被測定物Ｓに対し所定角度回転し、検出期間に平行移動した場合を示す。検出期間にＸ線が被測定物Ｓを通過した領域である対象領域７４は、実線８２ａと８２ｂで囲まれた図７Ａ、及び図７Ｂの網かけ部分の領域となる。

単位領域選択部４６は、対象領域７２ごとに単位領域７２の選択を行う。図５は、回転軸ＡＸを横切るＸ線よる対象領域７４に対し、選択された単位領域７２は斜線部分７６で示されている。また、図６において、破線の方向に向かうＸ線の通過した対象領域７４に対し選択された単位領域７２は、斜線部分７６で示されている。単位領域選択部４６は、対象領域特定部４４に対応付けられたすべての対象領域７４に対して、同様の処理を行う。

重み付け係数設定部４８は、単位領域７２に対し、重み付け係数を設定する（ステップＳ４０）。検出期間の開始タイミングをｔ_１とし、検出期間の終了タイミングをｔ_２とし、放射線検出画素２６において計測した放射線強度をＩとし、Ｘ線源２から照射される単位時間当たりのＸ線の放射線強度をＩ_０とする。また、変数をμとする。ここで、変数μは、演算領域７０に存在する物質の持つ単位長さあたりの透過率、つまり吸収係数となる。時点ｔにおいて、吸収係数がμである部分をＸ線が通過した長さをｌ（ｔ）とすると、放射線検出画素２６で計測できるＸ線の強度は、下記式（１）で表すことができる。

本実施形態においては、下記式（２）を用いても良い。演算領域７０に含まれる単位領域７２のインデックス番号をｉとする。時点ｔにおける、インデックス番号がｉである単位領域７２の重み付け係数をａ_i（ｔ）、変数をμ_i、とした場合、検出期間ｔ_１〜ｔ_２にわたって放射線検出画素２６で検出したＸ線の強度Ｉは、下記式で表すことができる。つまり、（１）式における、吸収係数がμである部分をＸ線が通過した長さｌ（ｔ）は、（２）式における、単位領域７２ごとの重み付け係数ａ_i（ｔ）に相当するものとなる。

重み付け係数設定部４８は、各単位領域７２に対し、（２）式の重み付け係数ａ_ｉ（ｔ）を設定する（ステップＳ４０）。なお、変数μ_iは未知数となる。重み付け係数ａ_ｉ（ｔ）は、インデックス番号ｉの単位領域７２を通過するＸ線の通過条件によって設定することができる。ここで、本実施形態において、放射線検出画素２６に検出されたＸ線の強度に対応する投影画像データのピクセル値に反映すべき単位領域７２、すなわち、対象領域７４、に該当する単位領域７２の重み付け係数ａ_ｉ（ｔ）は０より大きな値とし、それ以外の単位領域７２の重み付け係数ａ_ｉ（ｔ）は０とする。本実施形態において、対象領域７４に該当する単位領域７２の重み付け係数ａ_ｉは回転軸ＡＸからの距離に応じて設定する。具体的には、対象領域に該当するインデックス番号ｉの単位領域を含み回転軸に垂直な面内において、回転軸ＡＸの位置からインデックス番号ｉの単位領域までの距離に応じて重み付け係数ａ_ｉを設定する。ここで、ａ_ｉ（ｔ）は時間ｔの関数として表されているが、時間ｔ_１のときの回転角度θ_１及び、時間ｔ_２のときの回転角度θ_２を用いて、下記式（３）としても良い。

画像演算部５２は、放射線検出画素２６によるピクセル値と、反映すべき単位領域（ボクセル）７２と、ステップＳ４０で設定した重み付け係数ａ_ｉ（ｔ）とで、上記（２）式に基づき多元多項式を作成する（ステップＳ４２）。形状計測装置１は、全ての投影画像データに対して多元多項式を作成したかを判定する（ステップＳ４４）。形状計測装置１は、全ての投影画像データに対して多元多項式を作成していない（ステップＳ４４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ３６に戻り、多元多項式を作成していない投影画像データに対して、多元多項式を作成する。

画像演算部５２は、全ての投影画像データに対して多元多項式を作成した（ステップＳ４４でＹｅｓ）と判定した場合、逐次近似法により各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_iの値を算出する（ステップＳ４６）。逐次近似法は、作成した複数の多元多項式を繰り返し計算により処理することで、各ボクセルの変数μ_iを算出する。逐次近似法によって変数μ_iの値を算出する手順については後述する。形状計測装置１は、各投影画像データにおいて各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_iの値を算出することで、変数μ_iの値に基づいて、被測定物Ｓの断面を含む演算領域７０内の断面像を形成する画素の値を算出する。画像演算部５２は、変数μ_i、つまり各ボクセルの吸収係数（透過率）を算出することで、当該ボクセルを構成する材料や、物質の有無を特定する。特定した結果から、内部構造を含む断面の再構成画像を生成することができる。

画像演算部５２は、同様に、被測定物Ｓの他の断面の再構成画像を生成する。３次元データ生成部３２は、被測定物Ｓの各再構成画像に対し周知の方法によって被測定物Ｓの境界を検出し、積層することで被測定物Ｓの３次元データを生成し（ステップＳ４８）、本処理を終了する。

次に、図８を用いて、ステップＳ４６の逐次近似法によりインデックス番号ｉの各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_iの値を算出する処理、つまり繰り返し計算の処理の一例を説明する。画像演算部５２は、インデックス番号ｉの各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_iに初期値を設定する（ステップＳ６０）。この際、被測定物Ｓの設計データや、簡易計算で算出した吸収係数（透過率）の値を、各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_iの初期値として用いることができる。画像演算部５２は、各単位領域（ボクセル）７２に上述で設定した変数μ_iの初期値を、ステップＳ４４で作成した多元多項式の右辺に代入することによってＸ線強度Ｉ’の計算を行う（ステップＳ６２）。

画像演算部５２は、単位領域７２の変数μ_iの初期値に基づいて、投影像のピクセル値に対応する対象領域７４のＸ線強度Ｉ’を（２）式に基づいて算出する（ステップＳ６２）。次に、算出したＸ線強度Ｉ’と、実際に放射線検出画素２６において検出したＸ線強度Ｉとを比較する（ステップＳ６６）。ここで、形状計測装置１は比較を行うことで、放射線検出画素２６ごとに初期値と実測値とのＸ線の強度差を算出する。Ｘ線の強度差の算出は、すべての投影像に対するピクセル値において行われる。

画像演算部５２は、算出した強度差に基づいて、処理終了かを判定する（ステップＳ７４）。例えば、強度差が所定の数値の範囲内にない場合、処理終了ではない（ステップＳ７４でＮｏ）と判定し、ステップＳ７０に進み、算出した強度差に基づいて変数μ_iの更新量を決定する（ステップＳ７０）。画像演算部５２は、決定した更新量に基づいて吸収係数の更新を行ったら（ステップＳ７２）、ステップＳ６２に戻り、同様の処理を繰り返す。強度差が所定の数値の範囲内になった場合、処理終了である（ステップＳ７４でＹｅｓ）と判定し、本処理を終了する。形状測定装置１は、処理終了時の各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_i（吸収係数）の値を、逐次近似法の解とする。ここで、強度差がゼロに近づくほど、変数μ_iの値が真の値に近づいているとみなせるため、所定の数値の範囲が狭いほど正確な断面像が得られる。しかし、所定の数値の範囲が狭くなると、一般的に処理を繰り返す数が多くなり、終了まで時間がかかってしまう。そのため、変数μ_iの初期値をなるべく真の値に近づけておくことや、誤差が大きくても良い場合は、所定の数値の範囲を広くするなどの工夫が必要となる。なお、変数μ_iの更新量及び更新のタイミングは、上述した種々の逐次計算法に依存して異なる。

以上説明したように、本実施形態において、形状計測装置１は、被測定物Ｓを支持した回転ステージ１２を回転させて、Ｘ線源２及び検出器４に対する被測定物Ｓの相対的な位置を変更しながら、被測定物Ｓに対するＸ線源２からのＸ線の照射方向を変更する。

すなわち、本実施形態において、形状計測装置１は、被測定物Ｓを支持した回転ステージ１２を回転させながらその被測定物ＳにＸ線を照射する。被測定物Ｓに固定された座標系における演算領域７０を通過した透過Ｘ線及び、通過していないＸ線を検出器４が検出する。検出器４は、各回転角度における被測定物Ｓの投影像を取得する。

これにより、形状計測装置１は、連続して被測定物Ｓの投影画像データを取得することができ、つまり、被測定物Ｓを停止させて投影画像データを取得する場合に生じる移動と停止の繰り返しが生じないため、計測時間を短くすることができる。

形状計測装置１は、演算領域７０の少なくとも一部であって、検出期間に画素面に向かうＸ線が通過する各々の対象領域７４と、複数の検出期間に対応する放射線検出画素２６の複数の検出信号との関係に基づいて再構成画像を生成する。

検出期間にＸ線が通過する位置の時間変化を考慮することで、被測定物Ｓに対しＸ線源２及び検出器４を相対移動させつつ投影画像データを取得した場合でも投影像のぶれに伴うぼけ、すなわちアーティファクトを抑制することができる。これにより、被測定物Ｓの内部構造の正確な三次元データ（三次元構造）を得ることができる。このため、形状計測装置１は、精密測定に適している。

また、形状計測装置１は、単位領域設定部４２により演算領域７０を単位領域（ボクセル）７２に分割し、重み付け係数設定部４８により対象領域７４に該当する単位領域７２に対して０より大きい重み付け係数を設定することで、単位領域の吸収係数（透過率）をより正確に算出することができ、より高精度な再構成画像を生成することができる。

また、重み付け係数設定部４８は、単位領域７２のＸ線の通過条件に基づいて設定することができる。例えば、検出期間に相対移動部３が回転移動する場合、回転軸ＡＸの位置と単位領域７２との位置関係に基づいて、対象領域７４に対応する単位領域７２の重み付け係数を設定することができる。検出期間に常に回転軸ＡＸを横切るＸ線による対象領域７４については、対象領域７４に対応する単位領域７２と回転軸ＡＸとの距離に応じた重み付け係数を設定する。回転軸ＡＸに近い単位領域７２ほど重み付け係数を大きい値とし、回転軸ＡＸから遠い単位領域７２ほど重み付け係数を小さくすることができ、例えば、回転軸からの距離に反比例した重みや、ガウス関数を用いた重みを付けることができる。ガウス関数に応じた重みとは、着目する単位領域７２に対し、回転軸からの距離が小さいほど重みが大きく、距離が大きくなるにつれて重みが小さくなるような、正規分布に従って変化する重みである。回転軸からの距離に応じた重み付係数の設定方法は、これらに限定されず、他の方法であっても良い。また、図６の放射線検出画素２６ｂに検出されるＸ線で示されるように、検出期間に回転軸ＡＸを常には横切らないＸ線による対象領域７４に関しては、Ｘ線源２と検出器４、及び、回転軸ＡＸとの位置関係に応じて重み付け係数を設定する。例えば、回転軸ＡＸを通過するＸ線が進む方法に対し、所定の角度の方向に進むＸ線が検出期間に演算領域７０を通過した対象領域７４を特定する。その検出期間の所定の時間にＸ線が通過した軌道を特定し、対象領域７４に含まれる単位領域７２のそれぞれに対し、特定したＸ線の軌道からの距離に応じて重み付け係数を決定することができる。特定したＸ線の軌道に近い単位領域７２ほど重み付け係数を大きい値とし、遠い単位領域７２ほど重み付け係数を小さくすることができ、例えば、単位領域７２とＸ線の軌道との距離に反比例した重みや、ガウス関数を用いた重みを付けることができる。ガウス関数に応じた重みとは、着目する単位領域７２に対し、特定したＸ線の軌道からの距離が小さいほど重みが大きく、距離が大きくなるにつれて重みが小さくなるような、正規分布に従って変化する重みである。特定したＸ線の軌道からの距離に応じた重み付係数の設定方法は、これらに限定されず、他の方法であっても良い。上記の重み付係数の決定を、時間を変化させて検出期間にわたって繰りかえし、足し合わせることより、対象領域７４に含まれる単位領域７２の重み付係数の決定を行うことができる。この方法は、常に回転軸ＡＸを通過するＸ線による対象領域７４についても同様に行うことができる。また、例えば、検出期間に回転軸ＡＸを常には横切らないＸ線による対象領域７４で、Ｘ線が通過している時間が最も長い単位領域７２を特定する。この単位領域７２からの距離に応じ、単位領域７２の重み付け係数を設定することができる。

また、重み付け係数設定部４８は、本実施形態における回転部１４が回転移動中の前記検出期間内に前記検出面に入射する放射線であるＸ線が所定の単位領域７２を通過し始めてから通過し終わるまでにかかる単位領域通過時間と、単位領域通過時間内に放射線が単位領域７２内を進む距離に基づいて重み付け係数を設定することもできる。また、検出期間に線源部２及び検出器４が被測定物Ｓに対して相対的に回転する場合に限られず、例えば相対的に平行移動している場合でも、この方法により重み付け係数を設定することができる。これにより、Ｘ線が単位領域７２を通過する時間と距離の積算値（積分値）に基づいて重み付け係数を設定することができ、Ｘ線の通過量により即した重み付け係数を設定することができる。これにより、再構成画像をより高い精度で生成することができる。

また、検出期間にＸ線源２と検出器４が被測定物Ｓに対し相対的に平行移動している場合の重み付け係数の設定方法として、例えば、以下の方法がある。検出期間の所定の時間にＸ線が通過した軌道を特定し、対象領域７４に含まれる単位領域７２のそれぞれに対し、特定したＸ線の軌道からの距離に応じて重み付け係数を決定することができる。具体的には、特定したＸ線の軌道に近い単位領域７２ほど重み付け係数を大きい値とし、遠い単位領域７２ほど重み付け係数を小さくすることができる。例えば、単位領域７２とＸ線の軌道との距離に反比例した重みや、ガウス関数を用いた重みを付けることができる。ガウス関数に応じた重みとは、着目する単位領域７２に対し、特定したＸ線の軌道からの距離が小さいほど重みが大きく、距離が大きくなるにつれて重みが小さくなるような、正規分布に従って変化する重みである。特定したＸ線の軌道からの距離に応じた重み付係数の設定方法は、これらに限定されず、他の方法であっても良い。この方法を、時間を変化させて検出期間にわたって繰りかえし、足し合わせることより、対象領域７４に含まれる単位領域７２の重み付係数の決定を行うことができる。

形状計測装置１は、本実施形態のように、画像演算部５２により、逐次近似法で単位領域７２に対応する変数算出することができる。具体的には、複数の検出結果の各々に対応した対象領域７４ごとに単位領域７２の重み付け係数と検出信号に影響を与える物質の分布に対応する変数（吸収係数、あるいは、透過率）とを設定し、検出信号と重み付け係数及び変数の積和との関係式である数２の式を基に、逐次近似法により、被測定物Ｓが載置された空間内の断面像を形成する画素の値を求めることができる。これにより、再構成画像をより高い精度で生成することができる。

ここで、演算領域７０での放射線の吸収量がＸ線源２からの出力値に比べて相対的に小さい、つまり、演算領域７０の変数μ（吸収係数、あるいは、透過率）が小さい場合、上述した（１）式の指数関数を近似処理して下記式で表すことができる。

また、上記（４）式を下記（５）式で表すことができ、（５）式を用いても良い。吸収係数がμである部分をＸ線が通過した長さｌ（ｔ）は、単位領域（ボクセル）７２ごとの重み付け係数ａ_i（ｔ）に相当するものとして表すことができる。

形状計測装置１は、上記式に基づいて逐次近似法により、各単位領域（ボクセル）７２の変数μ_iを算出することができる。つまり、放射線検出画素２６の検出信号の各々に対応した対象領域７４ごとに、単位領域７２の重み付け係数ａ_i（ｔ）及び検出結果に影響を与える物質の分布に対応する変数μ_iを設定し、検出期間にＸ線源２から出力された放射線の量と検出信号との差と、重み付け係数ａ_i（ｔ）及び変数μ_iの積和と、の関係式を基に逐次近似法により被測定物Ｓが載置された空間内の断面像を形成する画素の値を求めることができ、計算の負荷を低減することができる。

画像演算部５２は、例えば変数μ（吸収係数、あるいは、透過率）と、変数μの領域をＸ線が通過した経路の長さの積和の値が０．１以下の場合、近似による誤差が５％程度になるため、演算領域７０での放射線の吸収が小さいとして上記の演算を行うことができる。また、形状計測装置１は、Ｘ線源２として、高エネルギーのＸ線源２を用いることで演算領域７０の吸収を相対的に小さくすることができる。その際、検出器４が検出可能なＸ線強度の分解能が高い検出器（ディテクタ）４を用いることができる。ここで、高エネルギーのＸ線源２とは振動数の大きなＸ線を照射するものである。

また、形状計測装置１は、画像演算部５２により、座標系を通過する放射線に影響を与える物質の分布に対応する変数μの概算分布と、複数の検出信号の各々に対応した対象領域７４ごとの単位領域７２の重み付け係数とを設定し、検出信号と概算分布と重み付け係数の積和との関係式を基に、逐次近似法により被測定物Ｓが載置された空間内の断面像を形成する画素の値を求めることができる。

形状計測装置１は、変数の概算分布μ_１を用いて、（１）式のμに、μ＝μ＋μ_１−μ_１を代入する。

また、概算分布μ_１の項で算出される値は、簡単のため、時間ｔ_１と時間ｔ_２との中間である時間ｔ_１．５におけるものとすることで、下記式となる。なお、時間ｔ_１．５は、時間ｔ_１と時間ｔ_２との中間の時間であることができるが、時間ｔ_１と時間ｔ_２の間の時間であれば、他のタイミングであっても良い。

上記式の指数関数の括弧中の値が小さい値である、すなわち、概算分布μ_１を仮定した時のＸ線の経路に沿った吸収量と、実際のＸ線の経路に沿った吸収量が近い値になると仮定し、近似処理すると、下記式となる。

また、上記（７）式を下記（８）式で表すことができ、（８）式を用いても良い。吸収係数がμである部分をＸ線が通過した長さｌ（ｔ）は、単位領域（ボクセル）７２ごとの重み付け係数ａ_i（ｔ）に相当するものとして表すことができる。

上記式（７）のうち、既知の項をまとめてＣとし、未知数を含む項を右辺にまとめると、下記式で表すことができる。

また、下記（８）式を用いても良い。

形状計測装置１は、概算分布μ_１に基づいて数７の式から算出した項によって逐次近似法により数９の式で繰り返し計算を行うことができ、単位領域（ボクセル）７２の変数（吸収係数、あるいは吸収係数）μを算出することができる。

形状計測装置１は、演算部３０により、概算分布μ_１を逆投影法から求めることができる。逆投影法で該算分布、つまりμ_１を求めることで、概算分布を高い精度で算出することができる。これにより、再構成画像をより高い精度で生成することができる。また、概算分布は、フィルタ補正逆投映法から求めることもできる。真の変数μの分布に近い値を求めることができる限りにおいてこれらの方法に限られず、設計データから算出してもよい。設計データを用いることで、演算を簡単にすることができる。設計データを用いる場合、被測定物Ｓの各部分を構成する部分の大きさ、材料や密度等、それぞれの材料の吸収係数等を用いることで、概算分布μ_１を求めることができる。重み付け係数ａ_i（ｔ）は、上述の方法で求めることができる。

上記実施形態では、再構成画像を生成する方法の一例として繰り返し計算を行う逐次近似法を用いた。逐次近似法の具体的な方法として、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０２２０９０８号明細書に記載されている方法を用いることができる。他に、ＡＲＴ法、ＳＩＲＴ法、ＭＬ−ＥＭ法、ＯＳ−ＥＭ法等の公知の方法を用いることができる。

また、形状計測装置１は、上述の方法の他に再構成画像を生成する各種方法を用いることができる。例えば、逆投影法、フィルタ補正逆投影法等を用いることができる。逆投影法及びフィルタ補正逆投影法に関しては、例えば、米国特許出願公開第２００２／０１５４７２８号明細書に記載されている。

また、本実施形態においては、ステップＳ２８において、エンコーダ値をロータリーエンコーダ２０及び回転検出部５０を用いて読み取っているが、検出開始から終了までに回転部１４が回転した角度は、検出開始時のエンコーダ値から撮影ピッチ分回転した角度として求まるため、ステップＳ２８を省略し、投影画像データに検出開始時のエンコーダ値のみを対応付けて記憶部３４に記憶させても良い。この際、検出終了時の回転角度は、回転部１４の回転速度と、検出期間等によって求めることができる。また、回転速度は、入力部３６への入力値を用いても良く、回転速度検出部を設け、実測しても良い。実際に回転した角度を正確に知るためには、検出開始及び終了時のエンコーダ値の両方を読み、記憶させるとこが望ましい。

図９は、本実施形態に係る形状測定装置１を備えた構造物製造システム２００の一例を示す図である。図１０は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム２００は、設計装置１１０と、成形装置１２０と、形状計測装置１と、リペア装置１４０とを備える。制御装置１３０は、座標記憶部１３１と検査部１３２を備える。形状測定装置１の通信部４０は、リペア装置１４０等、種々の機器と通信を行う。
まず、設計装置１１０が、構造物の形状に関する設計情報を作成し、成形装置１２０に送る（ステップＳ１０１）。また、設計装置１１０は、設計情報を座標記憶部１３１に記憶させる。設計情報は、構造物の座標情報を含む。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて前述した構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状計測装置１は構造物の形状に関する座標を測定し、座標記憶部１３１に記憶する（ステップＳ１０３）。次に制御装置１３０の検査部１３２は、形状計測装置１から作成された構造物の形状の座標情報と、前述した設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作製された否かを検査する（ステップＳ１０４）。

次に、制御装置１３０の検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ１０５、ＹＥＳ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ１０５、ＮＯ）、制御装置１３０の検査部１３２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。作製された構造物が修復できる場合（ステップＳ１０６、ＹＥＳ）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実行し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。作製された構造物が修復できない場合（ステップＳ１０６、ＮＯ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

実施形態における形状計測装置１が構造物の座標を早く正確に測定することができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否か迅速かつ正確に判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

前述の実施形態においては、形状計測装置１がＸ線源２を有することとしたが、Ｘ線源２が形状計測装置１に対する外部装置でもよい。換言すれば、Ｘ線源２が検出器４の少なくとも一部を構成しなくてもよい。前述の実施形態において、被測定物Ｓは産業用部品に限られず、例えば人体でもよい。また、前述の実施形態において、形状計測装置１が医療用に用いられてもよい。また、本実施形態では、Ｘ線を照射するＸ線源２を用いたが、Ｘ線以外の放射線を照射する放射線源を用い、演算領域７０を通過した放射線を検出器４で検出してもよい。

また、形状計測装置１は、前述の実施形態において、Ｘ線源２と検出器４を所定の位置に固定し、回転テーブル１２を相対的に回転させ、被測定物Ｓの像を取得しているが、被測定物Ｓを固定し、Ｘ線源２と検出器４を回転させても良い。

また、検出期間に所定の方向へ向かうＸ線が同一の放射線検出画素２６に入射する限りにおいて、これらの構成に限られず、Ｘ線源及び検出器４の一方が所定の位置に固定され、他方が移動可能でもよく、Ｘ線源２及び検出器４の両方が移動可能でもよい。すなわち、形状計測装置１は、演算領域７０とＸ線源２及び検出器４とが相対的に移動していればよく、例えば、Ｘ線源２及び検出器４が、演算領域７０に対して、所定の方向に直線移動してもよい。その際、再構成画像を生成するために、演算領域７０に含まれる単位領域７２それぞれをＸ線が様々な方向から通過して得られた投影データが得られるようにする。

前述の実施形態の各構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、前述の各実施形態及び変形例で引用した検出装置などに関するすべての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。前述した実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態及び運用技術等は、すべて本実施形態の範囲に含まれる。

１ 形状測定装置
２ Ｘ線源
３ 相対移動部
４ 検出器
５ 制御装置
１２ 支持台
１４ 回転部
１６ ＸＹＺ移動部
２０ ロータリーエンコーダ
２２ シンチレータ
２４ 受光部
２６ 放射線検出画素
３０ 演算部
３２ ３次元データ生成部
３４ 記憶部
３６ 入力部
３８ 出力部
４０ 通信部
４２ 単位領域設定部
４４ 対象領域特定部
４６ 単位領域選択部
４８ 重み付け係数設定部
５０ 回転検出部
５２ 画像演算部
５４ 演算制御部
５６ 機構制御部
６０ 再構成画像生成プログラム
６２ ３次元データ生成プログラム
６４ 計測データ
７０ 演算領域
７２ 単位領域
７４ 対象領域
７６ 単位領域選択部に選択された単位領域
２００ 構造物製造システム
１１０ 設計装置
１２０ 成型装置
１３０ 制御装置
１３１ 座標記憶部
１３２ 検査部
１４０ リペア装置
Ｓ 被測定物

Claims (22)

1. 線源部から照射され、前記被測定物を透過し画素面に入射した前記放射線の量を検出する放射線検出画素と、
   前記被測定物に固定された座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させる移動部と、
   前記移動部が前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させる検出期間に、前記画素面に入射した前記放射線の積算量に対応する検出信号を前記放射線検出画素から取得し、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号に基づいて再構成画像を生成する演算部と、を有し、
   前記演算部は、前記検出期間に前記画素面に向かう前記放射線が通過する各々の対象領域と、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号との関係に基づいて前記再構成画像を生成する再構成画像生成装置。
2. 前記演算部は、前記座標系に対して複数の単位領域を設定する単位領域設定部と、
   前記対象領域に対応する前記単位領域のそれぞれに対して０より大きい重み付け係数を設定し、前記対象領域に対応しない前記単位領域については、０の重み付け係数を設定する重み付け係数設定部と、を有する請求項１に記載の再構成画像生成装置。
3. 前記移動部は、前記座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に回転移動させる回転部であって、前記重み付け係数設定部は、前記対象領域に対応する前記単位領域の前記重み付け係数を、前記回転部の回転軸と前記単位領域との位置関係に応じた値とする、請求項２に記載の再構成画像生成装置。
4. 前記重み付係数設定部は、前記移動部が移動中の前記検出期間内に前記検出面に入射する前記放射線が所定の前記単位領域を通過し始めてから通過し終わるまでにかかる単位領域通過時間と、前記単位領域通過時間内に前記放射線が前記単位領域内を進む距離に基づいて前記重み付係数を設定する請求項２に記載の再構成画像生成装置。
5. 前記演算部は、前記複数の検出信号の各々に対応した前記対象領域ごとに、前記単位領域の前記重み付け係数、及び、前記検出信号に基づき、前記座標系を通過する前記放射線に影響を与える物質の分布に対応する前記単位領域の変数の値を逐次近似法により求める画像演算部を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置。
6. 前記画像演算部は、前記単位領域のインデックス番号をｉとし、前記放射線検出画素の検出開始時をｔ_１とし、前記放射線検出画素の検出終了時をｔ_２とし、前記検出信号をＩとし、前記線源部から照射される単位時間当たりの前記放射線の積算量に対応する量をＩ_０とし、時点ｔにおける前記重み付け係数をａ_i（ｔ）とし、前記変数をμ_i、とした場合、次式により前記変数の値を求める、請求項５に記載の再構成画像生成装置。
   

   
7. 前記演算部は、前記複数の検出信号の各々に対応した前記対象領域ごとに、前記単位領域の重み付け係数、及び、前記放射線の吸収量に基づき、前記座標系を通過する前記放射線に影響を与える物質の分布に対応する前記単位領域の変数の値を逐次近似法により求める画像演算部を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置。
8. 前記画像演算部は、前記単位領域のインデックス番号をｉとし、前記放射線検出画素の検出開始時をｔ_１とし、前記放射線検出画素の検出終了時をｔ_２とし、前記検出信号をＩとし、前記線源部から照射される単位時間当たりの前記放射線の積算量に対応する量をＩ_０とし、時点ｔにおける前記重み付け係数をａ_i（ｔ）とし、前記変数をμ_i、とした場合、次式により前記変数の値を求める、請求項７に記載の再構成画像生成装置。
   

   
9. 前記演算部は、前記座標系を通過する前記放射線に影響を与える物質の分布に対応する前記単位領域の変数の値の概算分布と、複数の前記検出信号の各々に対応した前記対象領域ごとの前記単位領域の重み付け係数に基づき、逐次近似法により前記被測定物が載置された空間内の前記変数の値を求める画像演算部を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置。
10. 前記画像演算部は、前記単位領域のインデックス番号をｉとし、前記放射線検出画素の検出開始時をｔ_１とし、前記放射線検出画素の検出終了時をｔ_２とし、前記検出信号をＩとし、前記線源部から照射される単位時間当たりの前記放射線の積算量に対応する量をＩ_０とし、時点ｔにおける前記重み付け係数をａ_i（ｔ）とし、前記変数をμ_iとし、前記単位領域の変数の値の概算分布をμ_１ｉとした場合、次式により前記変数の値を求める請求項９に記載の再構成画像生成装置。
    

    
11. 前記演算部は、前記概算分布を逆投影法から求める請求項９又は１０に記載の再構成画像生成装置。
12. 前記演算部は、前記対象領域に対応する複数の前記単位領域を選択する単位領域選択部を備える請求項２〜１１のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置。
13. 前記演算部は、前記対象領域を特定する対象領域特定部を有する、請求項１に記載の再構成画像生成装置。
14. 前記移動部は、前記座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に回転移動させる回転部であって、前記対象領域特定部は、前記検出期間の開始タイミングから終了タイミングまでの間に前記回転部が回転した回転角度に基づき前記対象領域を特定する請求項１２に記載の再構成画像生成装置。
15. 前記対象領域特定部は、前記対象領域を前記検出期間の開始タイミングと終了タイミングの少なくともどちらか一方の前記線源と前記前記放射線検出画素の前記座標系における位置情報に基づいて特定する請求項１２に記載の再構成画像生成装置。
16. 前記対象領域特定部は、前記対象領域を前記検出期間の開始タイミングと終了タイミングの少なくともどちらか一方の時間に基づいて特定する請求項１２に記載の再構成画像生成装置。
17. 前記放射線は、Ｘ線である請求項１〜１６のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置。
18. 前記放射線検出画素が複数並んでいる検出器を有する請求項１〜１７のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置。
19. 前記放射線が照射されている前記被測定物を撮像する請求項１〜１８のいずれか一項に記載の再構成画像生成装置と、
    前記再構成画像生成装置で生成した再構成画像に基づいて、前記被検物の形状に関する情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置。
20. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
    前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項１９に記載の形状測定装置と、
    前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、前記制御装置の比較結果に基づいて前記構造物を修復するリペア装置と、を備える構造物製造システム。
21. 線源部から被測定物に放射線を照射し、放射線検出画素で前記被測定物を透過し画素面に入射した前記放射線の量を検出する再構成画像生成方法であって、
    前記被測定物に固定された座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させ、
    線源部から照射され、前記被測定物を透過し前記画素面に入射した前記放射線の量を検出し、
    前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させる検出期間に、前記画素面に入射した前記放射線の積算量に対応する検出信号を取得し、
    前記検出期間に前記画素面に向かう前記放射線が通過する各々の対象領域と、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号との関係に基づいて、前記座標系に再構成画像を生成する再構成画像生成方法。
22. 線源部から被測定物に放射線を照射し、放射線検出画素で前記被測定物を透過し画素面に入射した前記放射線の量を検出する再構成画像生成装置を用いて、
    前記被測定物に固定された座標系に対し前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させ、
    線源部から照射され、前記被測定物を透過し前記画素面に入射した前記放射線の量を検出し、
    前記線源部と前記放射線検出画素を相対的に移動させる検出期間に、前記画素面に入射した前記放射線の積算量に対応する検出信号を取得し、
    前記検出期間に前記画素面に向かう前記放射線が通過する各々の対象領域と、複数の前記検出期間に対応する複数の前記検出信号との関係に基づいて、再構成画像を生成する処理を実行させる再構成画像生成プログラム。

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