JP2015169521A - 投影データ生成装置、再構成画像生成装置、投影データ生成方法、再構成画像生成方法、投影データ生成プログラムおよび再構成画像生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ボケの影響が抑制された投影データを算出して再構成画像による計測精度を向上させる。
【解決手段】投影データ生成装置は、被測定物に照射されてから入射した放射線の量を検出する放射線検出器と、被測定物に対して線源および放射線検出器を相対回転させて、放射線の被測定物への投影方向を回転させる回転手段と、放射線検出器による検出を開始した時点において放射線が被測定物へ向けて進行する第１方向と、放射線検出器による検出を終了した時点において放射線が被測定物へ向けて進行する第２方向とがなす角度を検出角度とする場合、放射線検出画素を制御して、投影方向が検出角度の範囲で部分相対回転される期間における放射線の積算量を検出値として取得させる制御手段と、相対回転が複数周行われる期間に取得された複数の検出値に基づいて、検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成するデータ生成手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、投影データ生成装置、再構成画像生成装置、投影データ生成方法、再構成画像生成方法、投影データ生成プログラムおよび再構成画像生成プログラムに関する。

従来から、被測定物を検出装置に対して相対回転させた状態でＸ線を照射して取得された画像信号に対して、回転運動の特性に応じてボケ補正を施すＸ線装置が知られている（たとえば特許文献１）。

特開２０１１−１９４０１０号公報

しかしながら、短時間で測定するために、被測定物を高速で相対回転させる場合には、検出装置が最小検出時間での撮影にて出力される画像信号であってもボケ成分が含まれるので、画像信号に対して画像再構成処理を施して生成される再構成画像の精度が低下するという問題がある。

本発明の第１の態様の投影データ生成装置は、線源から被測定物に照射され、検出面に入射した放射線の量を検出する放射線検出器と、被測定物に対して線源および放射線検出器を相対回転させることにより、放射線の被測定物への投影方向を回転させる回転手段と、放射線検出器による検出を開始した時点において線源からの放射線が被測定物へ向けて進行する方向を第１方向とし、放射線検出器による検出を終了した時点において線源からの放射線が被測定物へ向けて進行する方向を第２方向とし、第１方向と第２方向とがなす角度を検出角度とする場合、放射線検出画素を制御して、回転手段によって投影方向が検出角度の範囲で部分相対回転される期間に検出面に入射する放射線の積算量を検出値として取得させる制御手段と、回転手段によって相対回転が複数周行われる期間に放射線検出器によって取得された複数の検出値に基づいて、検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成するデータ生成手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の第２の態様の再構成画像生成装置は、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の投影データ生成装置と、投影データに基づいて、被測定物の再構成画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
本発明の第３の態様の投影データ生成方法は、線源から被測定物に照射され、放射線検出器の検出面に入射した放射線の量を検出し、被測定物に対して線源および放射線検出器を相対的に回転させることにより、放射線の被測定物への投影方向を回転させ、線源からの放射線が放射線検出器による検出を開始した時点で被測定物へ向けて進行する方向を第１方向とし、放射線が放射線検出器による検出を終了した時点で被測定物へ向けて進行する方向を第２方向とし、被測定物との間で形成する角度を検出角度とするとき、投影方向が検出角度にわたって部分回転される期間に検出面に入射する放射線の積算量を検出値として放射線検出器に取得させ、相対的な回転が複数周行われる期間に放射線検出器によって取得された複数の検出値に基づいて、検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成することを特徴とする。
本発明の第４の態様の再構成画像生成方法は、請求項１４に記載の投影データ生成方法により生成された投影データに基づいて、被測定物の再構成画像を生成することを特徴とする。
本発明の第５の態様の投影データ生成プログラムは、線源から被測定物に照射され、放射線検出器の検出面に入射した放射線の量を検出する検出処理と、被測定物に対して線源および放射線検出器を相対的に回転させることにより、放射線の被測定物への投影方向を回転させる回転処理と、線源からの放射線が放射線検出器による検出を開始した時点で被測定物へ向けて進行する方向を第１方向と、放射線が放射線検出器による検出を終了した時点で被測定物へ向けて進行する方向を第２方向と、被測定物との間で形成する角度を検出角度とするとき、回転処理によって投影方向が検出角度にわたって部分回転される期間に検出面に入射する放射線の積算量を検出値として放射線検出器に取得させる取得処理と、回転処理によって相対的な回転が複数周行われる期間に放射線検出器によって取得された複数の検出値に基づいて、検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成するデータ生成処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明の第６の態様の再構成画像生成プログラムは、請求項１６に記載の投影データ生成プログラムにより生成された投影データに基づいて、被測定物の再構成画像を生成する画像生成処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明の第７の態様の投影データ生成装置は、被測定物へＸ線を照射する線源と、被測定物を透過したＸ線の積算量を検出する検出器と、線源および検出器と被測定物とを互いに相対回転させる回転手段と、相対回転が行われる間に複数の検出角に対応する複数の検出領域をそれぞれ設定し、複数の検出領域のうちの一の検出領域が複数周の相対回転が行われる間に他の複数の検出領域と一部重複し、他の複数の検出領域のうちの少なくとも一つとは所定のずれ角だけずれるように設定する設定手段と、複数の検出領域ごとに検出器に積算量を検出させる検出制御手段と、複数の検出領域に対応した複数の積算量に基づいて、所定のずれ角に対応する積算データを算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出角度に応じて取得された複数の検出値を用いて、検出角度よりも小さな角分解能にて複数の投影データを生成することができる。

本発明の実施の形態によるＸ線装置の構成を示す図 投影データを生成するための原理を説明する概念図 実施の形態におけるＸ線装置の構成を示すブロック図 実施の形態によるＸ線装置の動作を説明するフローチャート

図面を参照しながら、本発明の一実施の形態によるＸ線装置について説明する。Ｘ線装置は、被測定物にＸ線を照射して、被測定物を透過した透過Ｘ線を検出することにより、被測定物の内部情報（たとえば内部構造）等を非破壊で取得する。被測定物が、たとえば機械部品や電子部品等の産業用部品が対象である場合には、Ｘ線装置は産業用部品を検査する産業用Ｘ線ＣＴ検査装置と呼ばれる。
また、本実施の形態は、発明の趣旨の理解のために具体的に説明するためのものであり、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。

図１は本実施の形態によるＸ線装置１００の構成の一例を示す図である。なお、説明の都合上、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。
Ｘ線装置１００は、筐体１と、Ｘ線源２と、載置部３と、検出器４と、制御装置５と、投影データ生成装置６と、画像再構成装置７と、入力部８とを備えている。筐体１は、その底面が工場等の床面にＸＺ平面と実質的に平行（水平）となるように配置され、内部にＸ線源２と、載置部３と、検出器４とが収容される。筐体１は、Ｘ線が筐体１の外部に漏洩しないようにするため、材料として鉛を含む。

Ｘ線源２は、制御装置５による制御に応じて、図１に示す点Ｐを出射点としてＺ軸＋方向へ向けて円錐状のＸ線（いわゆるコーンビーム）を照射する。この出射点ＰはＸ線源２のフォーカルスポットと一致する。なお、Ｘ線源２は円錐状のＸ線を照射するものに代えて、扇状のＸ線（いわゆるファンビーム）や線状のＸ線（いわゆるペンシルビーム）を照射するものについても本発明の一態様に含まれる。なお、Ｘ線源２は透過型Ｘ線源により構成されても良いし、反射型Ｘ線源により構成されてもよい。

載置部３は、被測定物Ｓが載置されるステージ３０と、回転駆動部３１と、載置台３２と、Ｘ軸移動部３３と、Ｙ軸移動部３４と、Ｚ軸移動部３５と、回転角度計測器３６とを備え、Ｘ線源２と検出装置４との間に設けられている。ステージ３０は載置台３２上で回転可能に設けられ、後述するように載置台３２がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動する際に、載置台３２とともに移動する。回転駆動部３１は、たとえば電動モータ等によって構成され、後述する制御装置５により制御されて駆動する。ステージ３０は、電動モータが発生する回転力によって、回転軸Ｙｒを中心として回転する。回転軸Ｙｒは、ステージ３０の中心を通過し、Ｙ軸方向に沿って設定される。回転角度計測器３６はロータリーエンコーダにより構成され、ステージ３０が回転軸Ｙｒを中心として回転する際の回転量を検出し、回転量信号として制御装置５へ出力する。

Ｘ軸移動部３３、Ｙ軸移動部３４およびＺ軸移動部３５は、制御装置５により制御されて、Ｘ線源２から射出されたＸ線の照射範囲内に被測定物Ｓが位置するように、載置台３２をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ移動させる。さらに、Ｚ軸駆動部３５は、制御装置５により制御されて、Ｘ線源２から被測定物Ｓまでの距離が、撮影される画像が被測定物Ｓに対して所望の拡大率となるような距離に載置台３２をＺ軸方向に移動させる。

検出装置４は、ＸＹ平面に平行な入射面４１を有する複数の検出器４２を備え、それらの検出器４２はＸＹ平面内で２次元的に配列されている。Ｘ線源２からはＸ線が出射され、ステージ３０上に載置された被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を含むＸ線が検出器４２の入射面４１に入射する。それぞれの検出器４２は、公知のシンチレーション物質を含むシンチレータ部と、光電子増倍管と、受光部等とによって構成され、入射面４１に入射したＸ線を光エネルギーに変換して増幅し、当該増幅された光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気信号として出力する。すなわち、検出装置４の各検出器４２は、被測定物ＳがＸ線に照射されている間に入射したＸ線の積算量に対応する検出値を電気信号として出力する。これにより、Ｘ線源２から放射され、被測定物Ｓを通過したＸ線の強度分布を一括で取得できる。なお、検出器４２は、入射するＸ線を光エネルギーに変換することなく直接電気信号に変換して出力してもよい。

制御装置５は、マイクロプロセッサやその周辺回路等を有しており、不図示の記憶媒体（たとえばフラッシュメモリ等）に予め記憶されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、Ｘ線装置１００の各部を制御する。投影データ生成装置６は、マイクロプロセッサやその周辺回路等を有しており、検出装置４から出力された電気信号を入力して、被測定物Ｓの投影データを複数生成する。なお、制御装置５および投影データ生成装置６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。なお、制御装置５および投影データ生成装置６の機能の詳細については説明を後述する。

画像再構成装置７は、投影データ生成装置６により生成された複数の投影データに対して公知の画像再構成処理を施して被測定物Ｓの再構成画像を生成する。画像再構成処理により、被測定物Ｓの内部構造である２次元データまたは３次元データが生成される。この場合、画像再構成処理としては、ＦＢＰ法、逆投影法、逐次近似法等がある。入力部８は、たとえばキーボードや各種スイッチにより構成される操作部材であり、ユーザの操作に応じて操作信号を制御装置５に出力する。

Ｘ線装置１００は、再構成画像を構成するボクセル（ピクセル）の吸収係数を算出することにより、被測定物Ｓを構成する物質を特定することができる。ボクセルは、被測定物Ｓを三次元で細分化した場合の各三次元領域であり、一般的には立方体である。なお、ボクセルは直方体であっても良いし、各三次元領域ごとに大きさが異なっていても良い。ピクセルは、被測定物Ｓを二次元で細分化した場合の各二次元領域であり、一般的には正方形である。なお、ピクセルは長方形であっても良いし、各二次元領域ごとに大きさが異なっていても良い。

本実施の形態のＸ線装置１００は、検出装置４から出力された電気信号を用いて、検出装置４に実際にＸ線が入射した時間（以下、実検出時間と呼ぶ）よりも短い検出時間（以下、仮想検出時間と呼ぶ）にて取得された投影データを生成可能に構成される。すなわち、被測定物Ｓが実検出時間の間に相対回転する際の回転角度（以下、検出角度と呼ぶ）よりも小さい（細かい）角分解能にて投影データを生成する。角分解能の最適な大きさは、被測定物Ｓの断面の各ボクセル（ピクセル）の吸収係数を求めるために必要な投影データの個数に対応して設定される。必要な投影データの数は、たとえば未知数であるボクセル（ピクセル）の個数であるが、被測定物Ｓに空洞等がある場合や、被測定物Ｓが周期的な繰り返し構造を有する等の特徴が予め分かっている場合には、一の投影データを他の投影データから予測できるので、それよりも少ない個数であっても良い。

以下、本実施の形態における投影データを生成するための原理、投影データを生成するための処理、の順序で説明を行う。なお、以下の説明においては、各物理量を次のように表す。
（１）被測定物Ｓの回転速度（すなわちステージ３０の回転速度）：ω［ｒａｄ／ｓ］
（２）検出装置４の最小の実検出時間：Ｔ０［ｓｅｃ］
（３）検出装置４の実検出時間：Ｔ（≧Ｔ０）［ｓｅｃ］
（４）実検出時間Ｔにおける被測定物Ｓの回転角度（検出角度）：θ［°］
（５）生成される投影データの仮想検出時間：ｔ（＜Ｔ）［ｓｅｃ］
（６）角分解能：Ｍ［°］

図２は、投影データを生成する際に用いる検出値を検出装置４の各検出器４２が取得するための概念を模式的に示す図である。図１においては、被測定物Ｓが回転軸Ｙｒを中心として回転する場合を説明したが、投影データの生成原理の理解を容易にすることを目的として、Ｘ線源２および検出器４２が被測定物Ｓに対して複数周に渡って円周Ｓ’上を相対回転するものとして説明を行う。検出角度θは角分解能Ｍの４倍とした例を示している。

検出領域ＤＲ_ｋ（ｋはｎ以下の正の整数）は、検出器４２が円周Ｓ’上を相対回転する際に検出時間Ｔの間に移動（部分相対回転）する範囲、すなわちＸ線源２からのＸ線が通過する領域であり、検出角度θに対応して決まる。図２では、検出領域ＤＲ_ｋと検出領域ＤＲ_（ｋ＋１）とは互いに角分解能Ｍをずれ角としてずれた領域で一部重複となる例を示している。なお、図２では、図示の都合上、各検出領域ＤＲ_ｋを円周Ｓ’から離れた位置に示している。また、図２においては、説明の都合上、複数の検出領域ＤＲ_ｋのうち互いに重複するものの一部を示している。

検出器４２が検出領域ＤＲ_ｋだけ移動する間に検出器４２に入射したＸ線の積算量に対応する値が検出値Ａ_ｋとして出力される。検出器４２が被測定物Ｓに対して角分解能Ｍだけ相対回転する間に入射するＸ線の積算量に相当する投影データをＢ_ｋ’とする場合、検出角度θが角分解能Ｍの４倍であることから、実際に検出器４２から出力される検出値Ａ_ｋは、投影データＢ_ｋ’を用いて次の式（１）のように表される。
Ａ_ｋ＝Ｂ_ｋ’＋Ｂ_（ｋ’＋１）＋Ｂ_（ｋ’＋２）＋Ｂ_（ｋ’＋３） …（１）

図２の例では、検出領域ＤＲ_１において検出器４２は検出値Ａ_１（＝Ｂ_１＋Ｂ_２＋Ｂ_３＋Ｂ_４）を出力し、検出領域ＤＲ_２において検出器４２は検出値Ａ_２（＝Ｂ_２＋Ｂ_３＋Ｂ_４＋Ｂ_５）を出力し、検出領域ＤＲ_３において検出器４２は検出値Ａ_３（＝Ｂ_３＋Ｂ_４＋Ｂ_５＋Ｂ_６）を出力する。複数の検出値Ａ_１〜Ａ_ｎはそれぞれ上記の式（１）で表されるので、ｎ元の連立方程式が成立し、これらの連立方程式を解くことによって、それぞれの角分解能Ｍに対応する投影データＢ_ｎ（ｎは正の整数）が算出される。

上記のｎ元の連立方程式は以下の式（２）のように表すことができる。

式（２）を以下の式（３）のように変形することにより、それぞれの角分解能Ｍに対応する投影データＢ_ｋ’が算出される。

したがって、上記の原理に基づくことにより、検出装置４の実検出時間Ｔよりも短い仮想検出時間ｔによる投影データ、すなわち検出角度θよりも小さい角分解能Ｍ（＝ｔω）の投影データが生成される。
なお、連立方程式からそれぞれの投影データＢ_ｋ’を算出するためには、投影データＢ_ｋ’の個数ｍ、すなわち１周の相対回転を角分解能Ｍで割ったｍ＝（２π／Ｍ）元の連立方程式が必要となる。すなわち、少なくとも互いに完全一致しないｍ個の検出領域に対応する検出値が出力される必要がある。この場合、必要な相対回転数は、ｎ／（２π／θ）である。また、投影データＢ_ｋ’が算出できる限りにおいてｎ＝ｍとなる場合に限定されず、ｎとｍとは異なっていても良い。たとえば、被測定物Ｓの内部構造の一部に空洞がある場合や、被測定物Ｓが周期的な繰り返し構造を有する等の特徴が分かっている場合、すなわち、投影データＢ_ｋ’の値が他の投影データＢ_ｋ’等から予測できる場合、連立方程式の個数ｎは未知数の個数ｍより少なくても良い。

上記の説明は本実施の形態における投影データの生成原理の理解のために示した一例であり、Ｘ線装置１００が行う処理はこの例に限定されるものではない。検出角度θと、検出領域ＤＲ_ｋと、角分解能Ｍとが以下のような関係を有するように設定されているものは、本発明の一態様に含まれる。すなわち、検出角度θに対応する検出領域ＤＲ_ｋは、複数の相対回転が行われる間に、検出領域ＤＲ_ｋが他の検出領域ＤＲ_１〜ＤＲ_（ｋ−１）およびＤＲ_（ｋ＋１）〜ＤＲ_ｎ（総称して検出領域ＤＲとする）の何れかと一部重複する。この検出領域ＤＲ_ｋは、一部重複している他の検出領域ＤＲのうちの少なくとも一つの検出領域ＤＲとは角分解能Ｍをずれ角としてずれるように設定される。なお、図２に示す例において、第１周目の相対回転で検出領域ＤＲ_１に対応する検出値Ａ_１を取得し、第２周目の相対回転で検出領域ＤＲ_２に対応する検出値Ａ_２を取得し、第３周目の相対回転で検出領域ＤＲ_３に対応する検出値Ａ_３を取得してもよい。第１周目の相対回転で検出領域ＤＲ_１に対応する検出値Ａ_１を取得し、第２周目の相対回転で検出領域ＤＲ_３に対応する検出値Ａ_３を取得してもよい。第１周目の相対回転で検出領域ＤＲ_１に対応する検出値Ａ_１を取得し、第２周目ではたとえば検出領域ＤＲ_５に対応する検出値Ａ_５を取得し、第３周目で検出領域ＤＲ_２に対応する検出値Ａ_２を取得してもよい。また、検出角度θが一定ではなく、検出領域ＤＲ_ｋとＤＲ_（ｋ＋１）とが異なる大きさとなる場合も本発明の一態様に含まれる。

図３を参照しながら、制御装置５および投影データ生成装置６による投影データを生成するための処理について説明する。
図３はＸ線装置１００の各構成の機能ブロック図である。制御装置５は、Ｘ線源２の動作を制御するＸ線制御部５１と、載置部３の駆動動作を制御する載置台制御部５２と、検出装置４の動作を制御する検出装置制御部５３と、投影データ生成装置６及び画像再生装置７による各種演算を制御する演算制御部５４とを機能として備える。また、制御装置５は、検出装置４から出力された電気信号や、後述する投影データ生成装置６により設定、算出された各種のデータを一時的に記憶する記憶部５５を備える。制御装置５は、投影データを生成する際に、各部を制御して検出値取得処理を行わせる。

投影データ生成装置６は、角分解能設定処理を行う角分解能設定部６１と、検出方向設定処理を行う検出方向設定部６２と、判定処理を行う判定部６３と、検出角度θに応じた検出値Ａ_ｋに基づいて角分解能Ｍに応じた投影データを演算する演算処理を行う演算部６４とを機能として備える。以下、制御装置５および投影データ生成装置６が行う上記の各処理について説明する。

−角分解能設定処理−
角分解能設定部６１は、仮想検出時間ｔの設定に基づいて、角分解能Ｍを設定する。すなわち、角分解能設定部６１は、以下の式（４）により角分解能Ｍを算出する。仮想検出時間ｔの設定は、ユーザにより入力部８を操作することにより行われる。なお、ユーザが直接角分解能Ｍを入力可能に構成されても良い。角分解能設定部６１は、算出した角分解能Ｍをｍ倍（ｍは正の整数）した値が３６０°となるように設定する。
Ｍ＝ｔω …（４）

−検出方向設定処理−
検出方向設定部６２は上記の複数個の検出領域ＤＲ_ｋを設定する。検出方向設定部６２は、設定した検出領域ＤＲ_ｋについて、角分解能設定部６１により設定された角分解能Ｍに基づいて、第１方向と第２方向とを設定する。第１方向は、検出装置４が検出を開始する際にＸ線源２から被測定物Ｓへ向かって進むＸ線の方向である。第２方向は、実検出時間Ｔが経過して検出装置４が検出を終了する際にＸ線源２から被測定物Ｓへ向かって進むＸ線の方向である。第１方向と第２方向とが成す角が検出角度θである。

具体的には、検出方向設定部６２は、角分解能設定部６１により設定された角分解能Ｍのａ倍（ａは正の整数）を検出角度θとして設定する。検出方向設定部６２は、Ｘ線源２から検出装置４に向かうＸ線の方向を第１方向として設定する。検出方向設定部６２は、第１方向を設定した後、第１方向とのなす角が検出角度θとなるように第２方向を設定する。このため、検出装置４は、実検出時間Ｔ（＝ａｔ）を複数周の相対回転に渡ってｎ回繰り返しながらＸ線の入射量に相当する値の積算および検出値の出力を行う。相対回転が１周行われる間に、検出器４２によって複数回の部分相対回転に対応したＸ線の入射量に相当する値の積算と検出値Ａ_ｋの出力とが行われる。

−判定処理−
判定部６３は、角分解能設定部６１によって設定された角分解能Ｍにて投影データを生成することが可能か否かを、以下の式（５）を用いて判定する。なお、ｍは一周（３６０°）の相対回転に含まれる角分解能Ｍの個数、ｐはｍ未満の自然数、Ｎは整数である。
ｐａ＝Ｎｍ …（５）
換言すると、角分解能Ｍと検出角度θとが上記（５）が満たされないように設定されている場合に、上記の式（２）における右辺のｎ行ｎ列の行列に逆行列が存在するので、投影データＢ_ｎの算出が可能となる。

また、判定部６３は、上記の式（２）における右辺の行列に逆行列が存在するか否かを行列式を用いて判定しても良い。また、予め記憶部５５に様々な検出角度θと角分解能Ｍとの組み合わせに対応する、連立方程式が解ける場合の行列パターンを複数記憶しておき、判定部６３が記憶部を参照して照会することにより判定してもよい。また、予め記憶部に様々な検出角度θと角分解能Ｍとの組み合わせに対応する、連立方程式が解ける場合の行列パターンを複数記憶しておき、判定部６３が検出角度θまたは角分解能Ｍの値に近い値を、記憶部に記憶されている検出角度θと角分解能Ｍとの中から採用し、行列を選択しても良い。たとえば、予め記憶部５５に記憶させた検出角度θと角分解能Ｍとの中から、設定した検出角度θと角分解能Ｍとに最も近い値の組み合わせを選び出し、たとえば表示モニタ（不図示）に表示することにより、ユーザに知らせても良い。また、最も近い値だけでなく、たとえば設定した値より大きな値であって、かつ最も近い値と、設定した値より小さな値であって、かつ最も近い値とを表示モニタ（不図示）に表示し、ユーザにどちらかを選択させても良い。また、各分解能設定処理と検出方向設定処理と判定処理とは、予め記憶部５５に連立方程式が解ける場合の様々な検出角度θと角分解能Ｍとの組み合わせを複数記憶させておき、これらの候補をたとえば表示モニタ（不図示）に表示してユーザに選択させることによって行っても良い。

−検出値取得処理−
角分解能Ｍと検出角度θとが式（５）を満たすように設定され、判定部６３により投影データの生成が可能と判定された場合には、制御装置５は被測定物Ｓの測定を開始するように各部を制御する。すなわち、載置台制御部５２は回転駆動部３１を駆動させて、ステージ３０を回転軸Ｙｒを中心として回転駆動させる。回転角度計測器３６から出力された回転量信号に基づいて、載置台制御部５２によって被測定物Ｓと検出装置４およびＸ線源２との相対位置が第１方向となったと判定されると、検出装置制御部５４は検出装置４の各検出器４２に入射されたＸ線の量に相当する値の積算を開始させる。

各検出器４によりＸ線の入射量に相当する値の積算が開始された後、回転角度計測器３６から出力された回転量信号に基づいて、載置台制御部５２によって被測定物Ｓと検出装置４およびＸ線源２との相対位置が第２方向となったと判定されると、検出装置制御部５４は検出装置４の各検出器４２に入射されたＸ線の量に相当する値の積算を終了させ、検出時間ｔの間に入射したＸ線の積算量に相当する値を検出値として出力させる。出力された検出値は、第１方向および第２方向と対応付けされて、検出情報として記憶部５５に記憶される。制御装置５は、以上の処理を、設定された第１方向および第２方向の組合せの全てについて行う。

−演算処理−
設定された第１方向および第２方向の組合せの全てについて検出値が取得されると、演算部６４は、記憶部５５に記憶された検出値を全て読み出す。演算部６４は、読み出した検出値を用いて、上述した式（３）に基づいて、角分解能Ｍに対応する複数の投影データを生成して、記憶部５５に記憶する。なお、検出装置４とＸ線源２とは相対回転するため、Ｘ線源２がファンビームやコーンビームを照射する場合、Ｘ線源２から照射されたＸ線のうち所定の照射方向に進むＸ線は常に同一の検出器４２に入射する。したがって、図２では回転軸を通過するＸ線について図示をしているが、Ｘ線源２から他の方向へ進むＸ線についても、上述した方法と同様の算出方法を用いて投影データを得ることができる。

画像再構成装置７は、上述のようにして生成された複数の投影データに対して公知の画像再構成処理を施して被測定物Ｓの再構成画像、すなわち被測定物Ｓの内部構造（断面構造）である３次元データが生成される。前述したように、画像再構成処理としては、ＦＢＰ法、逆投影法、逐次近似法等がある。再構成画像は、たとえば表示モニタ（不図示）に表示されたり、プリンタ等により印刷されることによりユーザによって確認することができる。

図４に示すフローチャートを参照しながら、Ｘ線装置１００による投影データ生成処理について説明する。図４に示す各処理は、制御装置５でプログラムを実行して行われる。このプログラムはメモリ（不図示）に格納されており、制御装置５により起動され、実行される。

ステップＳ１では、制御装置５の演算制御部５４は、投影データ生成装置６の角分解能設定部６１に角分解能Ｍを設定させてステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、演算制御部５４は、投影データ生成装置６の検出方向設定部６２に複数の第１方向および第２方向を設定させてステップＳ３へ進む。

ステップＳ３においては、演算制御部５４は、判定部６３に投影データが生成可能か否かを判定させる。投影データが生成可能な場合、すなわち設定された角分解能Ｍおよび検出角度θが上記の式（５）を満たす場合にはステップＳ３が肯定判定されてステップＳ４へ進む。投影データが生成できない場合、すなわち設定された角分解能Ｍおよび／または検出角度θが式（５）を満たさない場合には、ステップＳ３が否定判定されてステップＳ２へ戻る。なお、ステップＳ１に戻って、再度角分解能Ｍを設定し直しても良い。

ステップＳ４では、載置台制御部５２は回転駆動部３１を駆動させて、ステージ３０および被測定物Ｓを回転軸Ｙｒを中心として回転させてステップＳ５へ進む。また、Ｘ線制御部５１はＸ線源２からＸ線の照射を開始させる。ステップＳ５では、載置台制御部５２は、回転角度計測器３６から出力された回転量信号に基づいて、ステージ３０および被測定物Ｓが第１方向に位置しているか否かを判定する。第１方向の場合、ステップＳ５が肯定判定されてステップＳ６へ進む。第１方向ではない場合には、ステップＳ５が否定判定されて当該判定処理が繰り返される。

ステップＳ６では、検出装置制御部５４は検出装置４の各検出器４２に入射されたＸ線の量に相当する値の積算を開始させてステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、載置台制御部５２は、回転角度計測器３６から出力された回転量信号に基づいて、ステージ３０および被測定物Ｓが第２方向に位置しているか否かを判定する。第２方向の場合、ステップＳ７が肯定判定されてステップＳ８へ進む。第２方向ではない場合には、ステップＳ７が否定判定されて当該判定処理が繰り返される。

ステップＳ８においては、各検出器４２から出力された検出値と第１方向と第２方向とを関連付けて記憶部５５に記憶してステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、設定された複数の第１方向と第２方向の組合せの全てについて検出値が取得されたか否かを判定する。全ての組合せについて検出値が取得されている場合には、ステップＳ９が肯定判定されてステップＳ１０へ進む。検出値が取得されていない組合せが存在する場合には、ステップＳ９が否定判定されてステップＳ５へ戻る。ステップＳ１０では、記憶部５５から検出値を読み出し、連立方程式（式（３））を作成し、それぞれの角分解能Ｍの投影データＢ_ｋ’を生成してステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、演算制御部５４は、画像再構成装置７に複数の投影データに対して画像再構成処理を施させて、被測定物Ｓの再構成画像を生成させて処理を終了する。

上述した実施の形態によるＸ線装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）Ｘ線源２および検出器４２が被測定物Ｓに対して相対回転を複数周行っている期間に検出器４２によって取得された複数の検出値Ａ_ｋに基づいて、投影データ生成装置６の演算部６４は検出角度θよりも小さい（細かい）角分解能Ｍにて複数の投影データＢ_ｋ’を生成するようにした。したがって、検出器４２の実検出時間Ｔよりも短い仮想検出時間ｔのＸ線の入射量に相当する値の積算量に相当する投影データＢ_ｋ’を得ることができるので、相対回転によって発生するブレの影響を抑制することができる。さらに、ブレの影響が抑制された投影データＢ_ｋ’に対して画像再構成処理を施すことにより、ブレの影響が低減された高画質の再構成画像を生成できるので、被測定物Ｓの測定精度を向上させることができる。

（２）制御装置５の検出装置制御部５３は、複数の検出値Ａ_ｋが部分相対回転される期間ごとにＸ線が通過する検出領域ＤＲ_ｋにそれぞれ対応し、複数の検出領域ＤＲ_ｋが互いに一致しないように、検出器４２による検出値Ａ_ｋの取得を制御するようにした。したがって、式（２）、（３）に示すような連立方程式を生成し、計算により投影データＢ_ｋを算出することができる。

（３）検出器制御部５３は、検出器４２を制御して、相対回転が一周するまでの期間で複数の部分相対回転が行われるごとに検出値Ａ_ｋを取得させるようにした。したがって、投影データＢ_ｋ’の生成のために必要な検出値Ａ_ｋを取得するまでに要する相対回転の回数を少なく抑えることができるので、処理時間の短縮に寄与する。

（４）検出方向設定部６２は、角分解能設定部６１により設定された角分解能Ｍに基づいて、第１方向および第２方向を設定するようにした。すなわち、角分解能Ｍの整数倍が検出角度θとなるように角分解能Ｍが設定され、かつ、角分解能Ｍの整数倍が３６０°となるように角分解能Ｍを設定するようにした。したがって、式（２）、（３）に示す連立方程式を効率よく生成、演算することができるので、処理負荷を低減させることができる。

（５）判定部６３は、検出方向設定部６２によって設定された複数の第１方向および複数の第２方向の組合せに基づいて、式（５）を用いて、投影データＢ_ｋ’の生成が可能か否かを判定するようにした。したがって、投影データＢ_ｋ’の演算を確実に行うことができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）検出方向設定部６２が第１方向および第２方向を設定した後、角分解能設定部６１が角分解能Ｍを設定するものについても本発明の一態様に含まれる。この場合、検出方向設定部６２は、ユーザにより設定された検出装置４の検出時間Ｔに基づいて検出角度θを設定する。角分解能設定部６１は、角分解能Ｍを整数倍した値が設定された検出角度θとなり、かつ、角分解能Ｍを整数倍した値が３６０°となるように、角分解能Ｍを設定すればよい。
（２）載置台３２を移動させるものに代えて、載置台３２を固定してＸ線源２および検出装置４を移動させるものについても本発明の一態様に含まれる。すなわち、被測定物Ｓに対してＸ線源２および検出装置４がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動すればよい。また、載置台３２を回転軸Ｙｒを中心に回転させるものに代えて、Ｘ線源２および検出装置４を載置台３２に対して回転させる、すなわち回転軸Ｙｒを中心として回転させてもよい。

（３）検出時間Ｔの経過後、次の検出が開始されるまでに、検出時間Ｔ中に検出したデータの読み出し等に時間を要する場合がある。この期間にも回転駆動部３１は回転駆動をしているため、非検出時間が生じる。この場合、検出方向設定部６２は、検出領域ＤＲ_ｋに対応する検出値Ａ_ｋの検出が終了してから、再び検出器４２がＸ線の検出を開始するまでの時間Ｌ（以下、非検出時間Ｌと呼ぶ）を以下の式（６）により算出する。
Ｌ＝ｂｔ …（６）
なお、Ｌ＞Ｌ０、ｂは正の整数であり、Ｌ０検出装置４の性能により決まる最小の非検出時間である。

上記の場合、検出方向設定部６２は、Ｘ線の入射量に相当する値の積算が終了してから積算を再開するまでの非検出時間Ｌが経過したときに、Ｘ線源２から検出装置４に向かうＸ線の方向を第１方向として設定する。検出装置４は、１周の相対回転が行われる間に実検出時間Ｔ（＝ａｔ）と非検出時間Ｌ（＝ｂｔ）とを複数周の相対回転に渡って繰り返すため、飛び飛びの検出領域ＤＲ_ｋに対応する検出値が得られる。しかし、相対回転の数を増やすことによって、検出値が得られていない検出領域に対応する検出値を得られるため、上記の非検出時間Ｌを有していない実施の形態と同様の算出方法によって投影データを得ることができる。

上述の場合、検出装置４は、実検出時間Ｔ（＝ａｔ）と非検出時間Ｌ（＝ｂｔ）とを複数周の相対回転に渡ってｑ回繰り返しながらＸ線の積算および検出値の出力を行う。係数ａおよびｂが上述した（５）式を満たさず、すなわち「ｍ＞ｐの自然数ｐに対して、ｐ×ａがｍで割り切れない」という条件を満たし、「ｍ＞ｑの自然数ｑに対して、ｑ×（ａ＋ｂ）がｍで割り切れない」という条件を満たす場合には、ｍ回検出値が得られる間に検出領域ＤＲ_ｋが重複しない。上記の条件が満たされない状態にて測定を行う場合には、非検出時間Ｌが経過した後、さらに検出装置４が検出を開始するためのタイミングをずらす等の制御が必要となる。この場合、複数の検出領域ＤＲ_ｋが非検出時間ＬにＸ線が通過した領域を含み、かつ、それぞれの検出領域ＤＲ_ｋが重複しないように検出装置４が検出を開始するためのタイミングを制御すれば良い。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

２…Ｘ線源、３…載置部、４…検出装置、
５…制御装置、６…投影データ生成装置、７…画像再構成装置、
４２…検出器、５１…Ｘ線制御部、５２…載置台制御部、
５３…検出装置制御部、５４…演算制御部、５５…記憶部、
６１…角分解能設定部、６２…検出方向設定部、６３…判定部、
６４…演算部、１００…Ｘ線装置

Claims (22)

1. 線源から被測定物に照射され、検出面に入射した放射線の量を検出する放射線検出器と、
   前記被測定物に対して前記線源および前記放射線検出器を相対回転させることにより、前記放射線の前記被測定物への投影方向を回転させる回転手段と、
   前記放射線検出器による検出を開始した時点において前記線源からの前記放射線が前記被測定物へ向けて進行する方向を第１方向とし、前記放射線検出器による検出を終了した時点において前記線源からの前記放射線が前記被測定物へ向けて進行する方向を第２方向とし、前記第１方向と前記第２方向とがなす角度を検出角度とする場合、前記放射線検出画素を制御して、前記回転手段によって前記投影方向が前記検出角度の範囲で部分相対回転される期間に前記検出面に入射する前記放射線の積算量を検出値として取得させる制御手段と、
   前記回転手段によって前記相対回転が複数周行われる期間に前記放射線検出器によって取得された複数の前記検出値に基づいて、前記検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成するデータ生成手段と、を備えることを特徴とする投影データ生成装置。
2. 請求項１に記載の投影データ生成装置において、
   前記制御手段は、前記複数の検出値は前記部分相対回転される期間ごとに前記放射線が通過する検出領域にそれぞれ対応し、複数の前記検出領域は互いに一致しないように、前記放射線検出器による前記検出値の取得を制御することを特徴とする投影データ生成装置。
3. 請求項１または２に記載の投影データ生成装置において、
   前記制御手段は、前記放射線検出器を制御して、前記回転手段により前記相対回転が一周するまでの期間で複数の前記部分相対回転が行われるごとに前記複数の検出値を取得させることを特徴とする投影データ生成装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
   前記データ生成手段は、複数の前記第１方向と複数の前記第２方向とを設定する検出方向設定手段を備えることを特徴とする投影データ生成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
   前記データ生成手段は、前記角分解能を設定する角分解能設定手段を備えることを特徴とする投影データ生成装置。
6. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
   前記データ生成手段は、
   前記複数の検出値に対応して、複数の前記第１方向と複数の前記第２方向とを設定する検出方向設定手段と、
   前記角分解能を設定する角分解能設定手段とを備え、
   前記検出方向設定手段は、前記角分解能設定手段により設定された前記角分解能に基づいて、前記第１方向および前記第２方向を設定することを特徴とする投影データ生成装置。
7. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
   前記データ生成手段は、
   前記複数の検出値に対応して、複数の前記第１方向と複数の前記第２方向とを設定する検出方向設定手段と、
   前記角分解能を設定する角分解能設定手段とを備え、
   前記角分解能設定手段は、前記検出方向設定手段によって設定された前記第１方向および前記第２方向に基づいて、前記角分解能を設定することを特徴とする投影データ生成装置。
8. 請求項４または６または７に記載の投影データ生成装置において、
   前記データ生成手段は、前記検出方向設定手段によって設定された前記複数の第１方向および前記複数の第２方向の組合せに基づいて、前記投影データの生成が可能か否かを判定する判定手段を備えることを特徴とする投影データ生成装置。
9. 請求項５乃至７の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
   前記角分解能設定手段は、前記角分解能の整数倍が３６０°となるように前記角分解能を設定することを特徴とする投影データ生成装置。
10. 請求項４または５乃至８の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
    前記検出方向設定手段は、前記検出角度が前記角分解能の整数倍となるように前記複数の第１方向および前記複数の第２方向を設定することを特徴とする投影データ生成装置。
11. 請求項６または７に記載の投影データ生成装置において、
    前記角分解能設定手段は、前記角分解能の整数倍が３６０°となるように前記角分解能を設定し、
    前記検出方向設定手段は、前記検出角度が前記角分解能の整数倍となるように前記複数の第１方向および前記複数の第２方向を設定し、
    前記データ生成手段は、前記検出方向設定手段によって設定された前記複数の第１方向および前記複数の第２方向の組合せに基づいて、前記投影データの生成が可能か否かを判定する判定手段を備え、
    前記判定手段は、前記角分解能設定手段により設定された前記角分解能の数をｍ、自然数をｐ（ｐ＜ｍ）、整数をｎ、前記検出角度が前記角分解能のａ倍としたとき、以下の式に基づいて、前記投影データの生成が可能か否かを判定することを特徴とする投影データ生成装置。
    ｐａ＝ｎｍ …（１）
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の投影データ生成装置において、
    前記放射線検出器を複数備える検出装置を有することを特徴とする投影データ生成装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の投影データ生成装置と、
    前記投影データに基づいて、前記被測定物の再構成画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする再構成画像生成装置。
14. 線源から被測定物に照射され、放射線検出器の検出面に入射した放射線の量を検出し、
    前記被測定物に対して前記線源および前記放射線検出器を相対的に回転させることにより、前記放射線の前記被測定物への投影方向を回転させ、
    前記線源からの前記放射線が前記放射線検出器による検出を開始した時点で前記被測定物へ向けて進行する方向を第１方向とし、前記放射線が前記放射線検出器による検出を終了した時点で前記被測定物へ向けて進行する方向を第２方向とし、前記被測定物との間で形成する角度を検出角度とするとき、前記投影方向が前記検出角度にわたって部分回転される期間に前記検出面に入射する前記放射線の積算量を検出値として前記放射線検出器に取得させ、
    前記相対的な回転が複数周行われる期間に前記放射線検出器によって取得された複数の前記検出値に基づいて、前記検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成することを特徴とする投影データ生成方法。
15. 請求項１４に記載の投影データ生成方法により生成された前記投影データに基づいて、前記被測定物の再構成画像を生成することを特徴とする再構成画像生成方法。
16. 線源から被測定物に照射され、放射線検出器の検出面に入射した放射線の量を検出する検出処理と、
    前記被測定物に対して前記線源および前記放射線検出器を相対的に回転させることにより、前記放射線の前記被測定物への投影方向を回転させる回転処理と、
    前記線源からの前記放射線が前記放射線検出器による検出を開始した時点で前記被測定物へ向けて進行する方向を第１方向と、前記放射線が前記放射線検出器による検出を終了した時点で前記被測定物へ向けて進行する方向を第２方向と、前記被測定物との間で形成する角度を検出角度とするとき、前記回転処理によって前記投影方向が前記検出角度にわたって部分回転される期間に前記検出面に入射する前記放射線の積算量を検出値として前記放射線検出器に取得させる取得処理と、
    前記回転処理によって前記相対的な回転が複数周行われる期間に前記放射線検出器によって取得された複数の前記検出値に基づいて、前記検出角度よりも細かい角分解能にて複数の投影データを生成するデータ生成処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする投影データ生成プログラム。
17. 請求項１６に記載の投影データ生成プログラムにより生成された前記投影データに基づいて、前記被測定物の再構成画像を生成する画像生成処理をコンピュータに実行させることを特徴とする再構成画像生成プログラム。
18. 被測定物へＸ線を照射する線源と、
    前記被測定物を透過した前記Ｘ線の積算量を検出する検出器と、
    前記線源および前記検出器と前記被測定物とを互いに相対回転させる回転手段と、
    前記相対回転が行われる間に複数の検出角に対応する複数の検出領域をそれぞれ設定し、前記複数の検出領域のうちの一の前記検出領域が複数周の前記相対回転が行われる間に他の複数の前記検出領域と一部重複し、前記他の複数の検出領域のうちの少なくとも一つとは所定のずれ角だけずれるように設定する設定手段と、
    前記複数の検出領域ごとに前記検出器に前記積算量を検出させる検出制御手段と、
    前記複数の検出領域に対応した複数の前記積算量に基づいて、前記所定のずれ角に対応する積算データを算出する算出手段と、を備えることを特徴とする投影データ生成装置。
19. 請求項１８に記載の投影データ生成装置において、
    前記設定手段は、
    前記検出器による検出を開始した時点において前記線源からの前記Ｘ線が前記被測定物へ向けて進行する第１方向と、前記第１方向とのなす角が前記検出角となる第２方向とをそれぞれ複数設定する検出方向設定手段と、
    前記検出方向設定手段によって設定された前記複数の第１方向および前記複数の第２方向の組合せに基づいて、前記積算データの生成が可能か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする投影データ生成装置。
20. 請求項１８に記載の投影データ生成装置において、
    前記設定手段は、前記所定のずれ角の整数倍が３６０°となるように前記所定のずれ角を設定することを特徴とする投影データ生成装置。
21. 請求項１９に記載の投影データ生成装置において、
    前記検出方向設定手段は、前記検出角が前記所定のずれ角の整数倍となるように前記複数の第１方向および前記複数の第２方向を設定することを特徴とする投影データ生成装置。
22. 請求項１８乃至２１の何れか一項に記載の投影データ生成装置と、
    前記積算データに基づいて、前記被測定物の再構成画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする再構成画像生成装置。
    

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