JP2021028576A - X ray apparatus and method for manufacturing structure - Google Patents

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Abstract

To measure the inside of an object to be measured using a transmission X ray except an X ray scattering in the inside of the object to be measured.SOLUTION: The X ray apparatus comprises: a detector receiving the incidence of X rays including a transmission X ray transmitting the object to be measured or a scattering X ray scattering in the inside of the object to be measured and for detecting at least one of the course and travel direction of electrons caused by the scattering of the incident X rays and at least one of the course and travel direction of the incident and scattered X ray; and a specification part for specifying at least one of the transmission X ray and the scattering X ray on the basis of the at least one of the course and travel direction of electrons and the at least one of the course and travel direction of the X ray.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、X線装置および構造物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an X-ray apparatus and a structure.

従来から、入射した放射線(X線またはγ線)のコンプトン散乱を検出して、その結果に基づいて放射線源の画像を生成するコンプトンカメラが知られている(たとえば特許文献1)。しかしながら、コンプトン散乱を検出し、その結果に基づいて被測定物の画像を生成する非破壊検査装置については知られていない。 Conventionally, there is known a Compton camera that detects Compton scattering of incident radiation (X-ray or γ-ray) and generates an image of a radiation source based on the result (for example, Patent Document 1). However, no non-destructive inspection device is known that detects Compton scattering and generates an image of the object to be measured based on the result.

特許第5991519号公報Japanese Patent No. 5991519

第1の態様によれば、X線装置は、被測定物を透過した透過X線または前記被測定物の内部で散乱した散乱X線を含むX線の入射を受ける検出器であって、入射した前記X線の散乱により生じる電子の進路および進行方向の少なくとも一方と、入射して散乱した前記X線の進路および進行方向の少なくとも一方とを検出する検出器と、前記電子の進路および進行方向の少なくとも一方と、前記X線の進路および進行方向の少なくとも一方とに基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定する特定部と、を備える。
第2の態様によれば、構造物の製造方法は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、作成された前記構造物の形状を、第1の態様のX線装置を用いて計測して形状情報を取得し、前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する。
According to the first aspect, the X-ray apparatus is a detector that receives an incident of transmitted X-rays transmitted through the object to be measured or X-rays including scattered X-rays scattered inside the object to be measured. A detector that detects at least one of the path and traveling direction of the X-ray generated by the scattering of the X-ray, and at least one of the path and traveling direction of the X-ray that is incident and scattered, and the path and traveling direction of the electron. A specific portion that identifies at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays based on at least one of the X-rays and at least one of the X-ray paths and traveling directions.
According to the second aspect, in the method for manufacturing a structure, design information regarding the shape of the structure is created, the structure is created based on the design information, and the shape of the created structure is obtained. The shape information is acquired by measuring using the X-ray apparatus of the first aspect, and the acquired shape information and the design information are compared.

一実施の形態によるX線装置の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the X-ray apparatus by one Embodiment. 検出器の散乱部と吸収部とに入射するX線の経路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the path of the X-ray which is incident on the scattering part and the absorbing part of a detector. 検出器の散乱部と吸収部とに入射するX線の経路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the path of the X-ray which is incident on the scattering part and the absorbing part of a detector. 被測定物の異なる位置を透過したX線が吸収部の同一の位置に入射する場合を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the case where the X-ray which transmitted through the different positions of the object to be measured is incident on the same position of the absorption part. 一実施の形態によるX線装置が実行する処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process executed by the X-ray apparatus by one Embodiment. 変形例における検出器の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the detector in the modification. 一実施の形態による構造物製造システムの構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the structure manufacturing system by one Embodiment. 一実施の形態による構造物製造システムが実行する処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process executed by the structure manufacturing system by one Embodiment.

図面を参照しながら、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)等を被測定物を破壊することなく取得する。機械部品や電子部品等の産業用部品を対象とするX線装置は、産業用X線検査装置と呼ばれる。 An X-ray apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The X-ray apparatus irradiates the object to be measured with X-rays and detects the X-rays transmitted through the object to be measured to destroy the internal information (for example, internal structure) of the object to be measured. Get without. X-ray equipment for industrial parts such as mechanical parts and electronic parts is called an industrial X-ray inspection equipment.

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、X線源2、載置部3、検出器4および制御装置5を備えている。筐体1は、その下面が工場等の床面に実質的に平行(水平)となるように配置される。筐体1の内部には、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、X線遮蔽材料を含む。なお、X線遮蔽材料として鉛を含む。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the X-ray apparatus 100 according to the present embodiment. For convenience of explanation, the coordinate system including the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis is set as shown in the figure.
The X-ray apparatus 100 includes a housing 1, an X-ray source 2, a mounting portion 3, a detector 4, and a control device 5. The housing 1 is arranged so that its lower surface is substantially parallel (horizontal) to the floor surface of a factory or the like. The X-ray source 2, the mounting portion 3, and the detector 4 are housed inside the housing 1. The housing 1 contains an X-ray shielding material so that X-rays do not leak to the outside of the housing 1. Lead is contained as an X-ray shielding material.

X線源2は、制御装置5による制御に応じて、図1に示す出射点Pを頂点としてZ軸に平行な光軸Zrに沿って、Z軸+方向へ向けてX線を放射する。この出射点Pは後述するX線源2の内部を伝搬する電子線の焦点位置と一致する。すなわち、光軸Zrは、X線源2の電子線の焦点位置である出射点Pと、後述する検出器4の撮像領域の中心とを結ぶ軸である。なお、X線源2から放射するX線は、円錐状に拡がるX線(いわゆるコーンビーム)、扇状のX線(いわゆるファンビーム)、および直線状のX線(いあわゆるペンシルビーム)のいずれでもよい。なお、ファンビームおよびペンシルビームを用いる場合は、被測定物S全体を検査するために、ビームと被測定物Sとを相対的に移動させるスキャン動作を行う必要がある。X線源2からは、短い時間スケールで見た場合、X線光子が1個ずつ放出される。X線源2は、たとえば約50eVの超軟X線、約0.1〜2keVの軟X線、約2〜20keVのX線および約20〜数MeVの硬X線の少なくとも1つを照射する。なお、散乱が顕著なのは、硬X線の領域である。 The X-ray source 2 emits X-rays in the Z-axis + direction along the optical axis Zr parallel to the Z-axis with the emission point P shown in FIG. 1 as the apex according to the control by the control device 5. This emission point P coincides with the focal position of the electron beam propagating inside the X-ray source 2 described later. That is, the optical axis Zr is an axis connecting the emission point P, which is the focal position of the electron beam of the X-ray source 2, and the center of the imaging region of the detector 4, which will be described later. The X-rays emitted from the X-ray source 2 are any of a conical X-ray (so-called cone beam), a fan-shaped X-ray (so-called fan beam), and a linear X-ray (so-called pencil beam). But it may be. When a fan beam and a pencil beam are used, it is necessary to perform a scanning operation in which the beam and the object S to be measured are relatively moved in order to inspect the entire object S to be measured. The X-ray source 2 emits one X-ray photon at a time when viewed on a short time scale. The X-ray source 2 irradiates at least one of, for example, an ultrasoft X-ray of about 50 eV, a soft X-ray of about 0.1 to 2 keV, an X-ray of about 2 to 20 keV, and a hard X-ray of about 20 to several MeV. .. It should be noted that the scattering is remarkable in the hard X-ray region.

載置部3は、被測定物Sが載置される載置台31と、回転駆動部32、X軸移動部33、Y軸移動部34およびZ軸移動部35からなるマニピュレータ部36とを備え、X線源2よりもZ軸+側に設けられている。載置台31は、回転駆動部32により回転可能に設けられる。後述するように、回転駆動部32による回転軸YrがX軸、Y軸、Z軸方向に移動する際に、載置台31はともに移動する。回転駆動部32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した電動モータが発生する回転力によって、載置台31を回転させる。載置台31の回転軸Yrは、Y軸に平行、かつ、載置台31の中心を通過する。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、載置台31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。Z軸移動部35は、制御装置5により制御されて、X線源2から被測定物Sまでの距離が、撮影される画像における被測定物Sの拡大率に応じた距離となるように載置台31をZ軸方向に移動させる。 The mounting unit 3 includes a mounting table 31 on which the object S to be measured is placed, and a manipulator unit 36 including a rotation driving unit 32, an X-axis moving unit 33, a Y-axis moving unit 34, and a Z-axis moving unit 35. , Is provided on the Z-axis + side of the X-ray source 2. The mounting table 31 is rotatably provided by the rotation driving unit 32. As will be described later, when the rotation axis Yr by the rotation drive unit 32 moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the mounting table 31 moves together. The rotation drive unit 32 is composed of, for example, an electric motor or the like, and rotates the mounting table 31 by the rotational force generated by the electric motor controlled and driven by the control device 5 described later. The rotation axis Yr of the mounting table 31 is parallel to the Y axis and passes through the center of the mounting table 31. The X-axis moving unit 33, the Y-axis moving unit 34, and the Z-axis moving unit 35 are controlled by the control device 5 to move the mounting table 31 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively. The Z-axis moving unit 35 is controlled by the control device 5 so that the distance from the X-ray source 2 to the object to be measured S is a distance corresponding to the enlargement ratio of the object to be measured S in the captured image. The pedestal 31 is moved in the Z-axis direction.

図1に示す検出器4は、載置台31よりもZ軸+側に設けられている。すなわち、載置台31は、Z軸方向において、X線源2と検出器4との間に設けられる。検出器4は、散乱部41と吸収部42とを備える。散乱部41は、吸収部42よりもZ方向−側、すなわち被測定物Sに近い側に設けられる。散乱部41には、X線源2から放射され、載置台31上に載置された被測定物Sを透過した、または被測定物S内部で散乱したX線が入射する。なお、以後の説明においては、被測定物Sの内部で散乱せずに内部を透過して検出器4に入射するX線を透過X線、被測定物Sの内部で散乱して検出器4に入射するX線を散乱X線と呼ぶ。 The detector 4 shown in FIG. 1 is provided on the Z-axis + side of the mounting table 31. That is, the mounting table 31 is provided between the X-ray source 2 and the detector 4 in the Z-axis direction. The detector 4 includes a scattering unit 41 and an absorbing unit 42. The scattering unit 41 is provided on the Z direction − side of the absorbing unit 42, that is, on the side closer to the object S to be measured. X-rays emitted from the X-ray source 2 and transmitted through the object to be measured S placed on the mounting table 31 or scattered inside the object S to be measured are incident on the scattering unit 41. In the following description, the X-rays that pass through the inside of the object S to be measured and are incident on the detector 4 are scattered inside the transmitted X-rays and the object S to be measured and are scattered inside the detector 4. The X-rays incident on are called scattered X-rays.

散乱部41は、たとえば公知の特開2017−67601号と同様の構成を有する。すなわち、図2に示すように、散乱部41は、チャンバー411とピクセル電極412とドリフト電極413とを有する。チャンバー411の内部には、アルゴンやキセノンなどの希ガスと、エタン、メタンなどの常温でガスのアルカンもしくは二酸化炭素を含む消光作用を有するガスとの混合ガスが封入されている。なお、チャンバー411は、混合ガスが封入されるものに限定されず単体のガスが封入されているものでもよい。ピクセル電極412はチャンバー411のZ方向+側の面に設けられ、ドリフト電極413はチャンバー411のZ方向−側の面に設けられる。ピクセル電極412は、XY平面上に二次元的に配置された複数の画素を有する。チャンバー411内においは、ピクセル電極412とドリフト電極413とに印加された電圧により、ピクセル電極412とドリフト電極413との間に電場が形成される。 The scattering unit 41 has, for example, the same configuration as the known Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-67601. That is, as shown in FIG. 2, the scattering unit 41 has a chamber 411, a pixel electrode 412, and a drift electrode 413. Inside the chamber 411, a mixed gas of a rare gas such as argon or xenone and a gas having a dimming action including alkane or carbon dioxide, which is a gas at room temperature such as ethane or methane, is sealed. The chamber 411 is not limited to the one in which the mixed gas is sealed, and may be one in which a single gas is sealed. The pixel electrode 412 is provided on the Z-direction + side surface of the chamber 411, and the drift electrode 413 is provided on the Z-direction − side surface of the chamber 411. The pixel electrode 412 has a plurality of pixels arranged two-dimensionally on the XY plane. In the chamber 411, an electric field is formed between the pixel electrode 412 and the drift electrode 413 by the voltage applied to the pixel electrode 412 and the drift electrode 413.

被測定物SからのX線が散乱部41に入射すると、X線(光子)はチャンバー411内の気体粒子を構成する電子とある確率で衝突し、コンプトン散乱する。コンプトン散乱したX線光子は、進行方向が変化した状態で散乱部41を出射し、Z方向+側に設けられた吸収部42に入射する。一方、チャンバー411内でコンプトン散乱しなかったX線は、チャンバー411内で進行方向が変化することなく散乱部41を出射し、吸収部42に入射する。 When X-rays from the object S to be measured enter the scattering unit 41, the X-rays (photons) collide with the electrons constituting the gas particles in the chamber 411 with a certain probability and are scattered by Compton. The X-ray photons scattered by Compton emit the scattering unit 41 in a state where the traveling direction is changed, and are incident on the absorbing unit 42 provided on the + side in the Z direction. On the other hand, the X-rays that are not Compton scattered in the chamber 411 exit the scattering unit 41 without changing the traveling direction in the chamber 411 and enter the absorbing unit 42.

チャンバー411内でX線がコンプトン散乱した場合、X線光子が衝突した電子は反跳電子(荷電粒子)として進行し、この反跳電子の飛跡に沿って電子雲が発生する。電子雲を構成する電子は、ピクセル電極412とドリフト電極413とにより形成される電場によってZ方向+側へ引き寄せられ、ピクセル電極412に入射する。ピクセル電極412は、X方向に延在するカソード電極と、カソード電極に複数設けられた開口に配置されるアノード電極とからなる複数の画素を有し、電子雲を構成する電子が入射した画素から電気信号を制御装置5へ出力する。 When X-rays are Compton scattered in the chamber 411, the electrons collided with the X-ray photons proceed as rebound electrons (charged particles), and an electron cloud is generated along the tracks of the rebound electrons. The electrons constituting the electron cloud are attracted to the + side in the Z direction by the electric field formed by the pixel electrode 412 and the drift electrode 413, and are incident on the pixel electrode 412. The pixel electrode 412 has a plurality of pixels including a cathode electrode extending in the X direction and an anode electrode arranged in a plurality of openings provided in the cathode electrode, and is composed of pixels in which electrons constituting an electron cloud are incident. The electric signal is output to the control device 5.

散乱部41を出射したX線は吸収部42に入射する。吸収部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、シンチレータ部から放出された光を増幅して受光する受光部等とによって構成される。シンチレータ部の入射面に入射したX線は吸収部42のシンチレータ部に吸収されて蛍光を放出し、放出された蛍光の光エネルギーは上記の受光部で光増倍管により増幅されて電気エネルギーに変換され、電気信号として制御装置5へ出力される。 The X-rays emitted from the scattering unit 41 enter the absorbing unit 42. The absorption unit 42 is composed of a scintillator unit containing a known scintillation substance, a light receiving unit that amplifies and receives light emitted from the scintillator unit, and the like. The X-rays incident on the incident surface of the scintillator section are absorbed by the scintillator section of the absorption section 42 and emit fluorescence, and the light energy of the emitted fluorescence is amplified by the photomultiplier tube in the light receiving section and converted into electrical energy. It is converted and output as an electric signal to the control device 5.

検出器4の吸収部42は、シンチレータ部と受光部とが複数の画素が二次元的に配置された構造を有し、シンチレータ部と受光部との複数の画素のそれぞれは、互いに対応するように配列されている。これにより、X線源2から放射され、被測定物Sを透過、散乱または一部が吸収されたX線の強度データを、複数の画素において一括して取得することができ、それぞれの強度データを統合することにより強度分布データを得ることができる。なお、吸収部42の複数の画素のそれぞれは、散乱部41のピクセル電極412が有する複数の画素のそれぞれと、互いに対応するように配列されている。
なお、吸収部42のシンチレータ部は、複数の画素が二次元的に配置された構造を有していないものでもよい。
The absorption unit 42 of the detector 4 has a structure in which a plurality of pixels of the scintillator unit and the light receiving unit are two-dimensionally arranged so that the plurality of pixels of the scintillator unit and the light receiving unit correspond to each other. It is arranged in. As a result, the intensity data of X-rays emitted from the X-ray source 2 and transmitted, scattered, or partially absorbed by the object S to be measured can be collectively acquired in a plurality of pixels, and the intensity data of each can be acquired. Intensity distribution data can be obtained by integrating. It should be noted that each of the plurality of pixels of the absorption unit 42 is arranged so as to correspond to each of the plurality of pixels of the pixel electrode 412 of the scattering unit 41.
The scintillator unit of the absorption unit 42 may not have a structure in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged.

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。制御装置5は、X線源2の動作を制御するX線制御部51、マニピュレータ部36の駆動動作を制御する載置台制御部52、検出器4から出力された電気信号に基づいて被測定物SのX線投影画像データを生成する画像生成部53、および特定部54を有する。特定部54は、散乱部41および吸収部42から出力された電気信号に基づいて、X線源2からのX線が被測定物Sの内部で散乱したか否かを判定する。特定部54は、判定結果に基づいて、被測定物SからのX線のうち、被測定物Sにおいて散乱した散乱X線を特定、または散乱X線以外のX線を特定する。すなわち、特定部54は、検出器4に入射したX線が、被測定物Sで散乱したX線であるか否かを特定する。画像生成部53は、特定部54により特定された散乱X線以外のX線、すなわち、被測定物Sにおいて散乱しなかった透過X線や、一部が吸収されたX線による強度分布データを、X線投影画像データを生成する際の被測定物Sの内部情報として選択する。画像再構成部56は、被測定物Sに対するX線照射方向を相対的に変化させて投影し、それにより得られた複数のX線強度分布データに基づいて、公知の画像再構成処理方法を用いることで、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(断面構造)である断面画像データや3次元データが生成される。なお、断面画像データとは、XZ平面と平行な面内における被測定物Sの構造データを含む。画像再構成処理としては、逆投影法、フィルタ補正逆投影法、逐次近似法等がある。 The control device 5 includes a microprocessor and peripheral circuits thereof, and by reading and executing a control program stored in advance in a storage medium (for example, a flash memory) (not shown), the X-ray device 100 Control each part. The control device 5 is an object to be measured based on an X-ray control unit 51 that controls the operation of the X-ray source 2, a mounting table control unit 52 that controls the drive operation of the manipulator unit 36, and an electric signal output from the detector 4. It has an image generation unit 53 that generates X-ray projection image data of S, and a specific unit 54. The identification unit 54 determines whether or not the X-rays from the X-ray source 2 are scattered inside the object S to be measured based on the electric signals output from the scattering unit 41 and the absorbing unit 42. Based on the determination result, the identification unit 54 identifies the scattered X-rays scattered in the object S to be measured, or identifies the X-rays other than the scattered X-rays among the X-rays from the object S to be measured. That is, the identification unit 54 specifies whether or not the X-rays incident on the detector 4 are X-rays scattered by the object S to be measured. The image generation unit 53 generates intensity distribution data of X-rays other than the scattered X-rays specified by the specific unit 54, that is, transmitted X-rays not scattered in the object S to be measured and X-rays partially absorbed. , Select as internal information of the object S to be measured when generating X-ray projection image data. The image reconstruction unit 56 projects a relatively different X-ray irradiation direction with respect to the object S to be measured, and based on the plurality of X-ray intensity distribution data obtained thereby, a known image reconstruction processing method is used. By using it, a reconstructed image of the object S to be measured is generated. By the image reconstruction process, cross-sectional image data and three-dimensional data which are the internal structure (cross-sectional structure) of the object S to be measured are generated. The cross-sectional image data includes structural data of the object S to be measured in a plane parallel to the XZ plane. The image reconstruction process includes a back projection method, a filter correction back projection method, a successive approximation method, and the like.

以下、特定部54による、被測定物SにおいてX線が散乱したか否かを判定し、透過X線および散乱X線の少なくとも一方を特定する手順について、図2を参照して説明する。図2は、散乱部41のピクセル電極412の複数の画素412a〜412cにて電気信号を検出し、吸収部42の一つの画素42aにて電気信号を検出する場合を示している。なお、ピクセル電極412は、画素412c、412b、412aの順序で電気信号を検出したものとする。 Hereinafter, a procedure for determining whether or not X-rays are scattered in the object S to be measured by the specific unit 54 and specifying at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a case where an electric signal is detected by a plurality of pixels 412a to 412c of the pixel electrode 412 of the scattering unit 41 and an electric signal is detected by one pixel 42a of the absorbing unit 42. It is assumed that the pixel electrode 412 detects the electric signal in the order of the pixels 412c, 412b, and 412a.

上述したように、ピクセル電極412は、散乱部41内でのX線のコンプトン散乱により生じた反跳電子の飛跡に沿って発生した電子雲が、チャンバー411内のドリフト電場によりZ方向+側へ引き寄せられ、これらの電子がピクセル電極412に到達した時点でその信号を検出する。例えば、画素412c、412b、412aにて電子が順次検出される際の時刻と、画素412c、412b、412aの二次元的な位置により、チャンバー411内における電子雲の三次元形状を求めることができる。
電子雲の三次元形状を求める手順について、具体的に説明する。電子雲を構成する任意の電子がドリフト電場に沿ってZ方向に移動する移動速度Vdはドリフト電場の強さにより決まる。移動速度Vdはチャンバー411内において実質的に一定であると考えられる。ドリフト電極413からピクセル電極412までドリフトする時間をTdとする。電子がピクセル電極412に到達した時点で、信号が検出される。
As described above, in the pixel electrode 412, the electron cloud generated along the track of the rebounding electrons generated by the Compton scattering of X-rays in the scattering unit 41 is moved to the + side in the Z direction by the drift electric field in the chamber 411. The signal is detected when these electrons are attracted and reach the pixel electrode 412. For example, the three-dimensional shape of the electron cloud in the chamber 411 can be obtained from the time when electrons are sequentially detected in the pixels 412c, 412b, and 412a and the two-dimensional positions of the pixels 412c, 412b, and 412a. ..
The procedure for obtaining the three-dimensional shape of the electron cloud will be specifically described. The moving speed Vd at which any electron constituting the electron cloud moves in the Z direction along the drift electric field is determined by the strength of the drift electric field. The moving speed Vd is considered to be substantially constant within the chamber 411. Let Td be the time for drifting from the drift electrode 413 to the pixel electrode 412. The signal is detected when the electrons reach the pixel electrode 412.

X線がコンプトン散乱した後、吸収部42に達するまでに要する時間、および、それにより電子雲が発生するのに要する時間は、Tdに比べて極めて短いので、コンプトン散乱した時点と、散乱X線が吸収部に到達した時点と、電子雲が形成された時点とは、実質的に同一と考えて問題ない。この点に関して、散乱部41のチャンバー411のZ方向の厚みDを300mmとすると、例えば、X線がドリフト電極に垂直に入射してチャンバー411を通過して吸収部42に到達するのに要する時間は(0.3[m]/3)×10−8、すなわち1[nsec]である。また、反跳電子の初期速度を高速の1/10とした場合であっても、X線がコンプトン散乱してから電子雲が形成されるまでの時間は、長くても10[nsec]程度より短いと考えられる。従って、コンプトン散乱したX線が吸収部42に吸収された時刻をコンプトン散乱した時刻と見做してt=0とする。 Since the time required for the X-rays to reach the absorption unit 42 after Compton scattering and the time required for the electron cloud to be generated are extremely short compared to Td, the time required for Compton scattering and the scattered X-rays There is no problem in considering that the time when the electron cloud reaches the absorption part and the time when the electron cloud is formed are substantially the same. Regarding this point, assuming that the thickness D of the chamber 411 of the scattering unit 41 in the Z direction is 300 mm, for example, the time required for X-rays to enter the drift electrode perpendicularly, pass through the chamber 411, and reach the absorbing unit 42. Is (0.3 [m] / 3) × 10-8 , that is, 1 [nsec]. Even when the initial velocity of the rebounding electrons is set to 1/10 of the high velocity, the time from the Compton scattering of X-rays to the formation of the electron cloud is about 10 [nsec] at the longest. It is considered short. Therefore, the time when the Compton-scattered X-rays are absorbed by the absorption unit 42 is regarded as the time when the Compton-scattered X-rays are absorbed, and t = 0.

時刻t=0を基準として、ピクセル電極412のカソード電極Xi(i=1、m)とアノード電極Yj(j=1、n)から電気信号が読み出された時刻をt=tsigとする。すなわち、時刻t=tsigにて、カソード電極およびアノード電極にて電圧が変化したとする。この場合、ピクセル電極412の画素(Xi,Yj)に電圧変化をもたらした電子がドリフト開始時、すなわち、電子雲発生時にチャンバー411において存在した位置は、Z方向の基準をピクセル電極412とした場合に、(Xi、Yj、Vd×tsig)と考えられる。なお、カソード電極とアノード電極とは時刻tsigにて同時に電位変化したとする。これにより、ピクセル電極412の各画素(Xi、Yj)ごとに、(Xi、Yj、Vd×tsig)が算出できる。このようにして、電子雲を構成する複数の電子がドリフトしてピクセル電極412に到達することで電圧が検出された時刻tsigと、ピクセル電極412における画素の位置に基づいて、電子雲の三次元形状(飛跡P1)を求めることができる。 With respect to the time t = 0, the time when the electric signal is read from the cathode electrode Xi (i = 1, m) and the anode electrode Yj (j = 1, n) of the pixel electrode 412 is defined as t = t sig . That is, it is assumed that the voltage changes at the cathode electrode and the anode electrode at time t = t sig. In this case, the position where the electrons that caused the voltage change in the pixels (Xi, Yj) of the pixel electrode 412 existed in the chamber 411 at the start of drift, that is, at the time of the generation of the electron cloud is when the reference in the Z direction is the pixel electrode 412. It is considered that (Xi, Yj, Vd × t sig). It is assumed that the potentials of the cathode electrode and the anode electrode change at the same time at time t sig. As a result, (Xi, Yj, Vd × t sig ) can be calculated for each pixel (Xi, Yj) of the pixel electrode 412. In this way, the third order of the electron cloud is based on the time t sig at which the voltage is detected when the plurality of electrons constituting the electron cloud drift and reach the pixel electrode 412, and the position of the pixel on the pixel electrode 412. The original shape (track P1) can be obtained.

電子雲を構成する電子のうち、コンプトン散乱した位置に最も近い電子がドリフトしてピクセル電極に到達する時刻が最長(t=tsig0)となる。すなわち、時刻t=tsig0において検出された電子がドリフト開始時に存在した位置(Xi、Yj、Vd×tsig0)がコンプトン散乱位置(散乱点T1)である。また、時刻t=tsig0の次の大きさの時刻であるt=tsig1において検出された電子がドリフト開始時に存在した位置は(Xi、Yj、Vd×tsig1)となる。これらの二つの位置から、散乱点T1からの反跳電子の初期進行方向F1が得られる。
なお、Z方向の基準をドリフト電極413の位置としてもよく、この場合には、電圧変化した画素に対応するチャンバー411での位置は、(Xi、Yj、D(Td−tsig)/Td)となる。この場合、時刻t=tsigが最小のときのZ方向の位置(Vd×tsig)が散乱点T1となる。また、時刻t=tsigの値が所定値より小さな時の複数の位置(Xi、Yj、D(Td−tsig)/Td)に基づいて、反跳電子の初期進行方向F1が得られる。
換言すると、散乱部41は、チャンバー411内の散乱点T1においてX線がコンプトン散乱することにより生じる反跳電子の初期進行方向F1を検出する第1検出器として機能する。
Among the electrons constituting the electron cloud, the time when the electron closest to the Compton scattered position drifts and reaches the pixel electrode is the longest (t = t sig0 ). That is, the position (Xi, Yj, Vd × t sig0 ) where the electron detected at time t = t sig0 existed at the start of drift is the Compton scattering position (scattering point T1). Further, where the next magnitude time detected electrons at t = t sig1 is the is present at the start drift of the time t = t sig0 becomes (Xi, Yj, Vd × t sig1). From these two positions, the initial traveling direction F1 of the rebound electron from the scattering point T1 is obtained.
The reference in the Z direction may be the position of the drift electrode 413. In this case, the position in the chamber 411 corresponding to the voltage-changed pixel is (Xi, Yj, D (Td-t sig ) / Td). It becomes. In this case, the position (Vd × t sig ) in the Z direction when the time t = t sig is the minimum becomes the scattering point T1. Further, the initial traveling direction F1 of the rebound electron is obtained based on a plurality of positions (Xi, Yj, D (Td-t sig ) / Td) when the value of time t = t sig is smaller than a predetermined value.
In other words, the scattering unit 41 functions as a first detector that detects the initial traveling direction F1 of the rebounding electrons generated by Compton scattering of X-rays at the scattering point T1 in the chamber 411.

散乱点T1でコンプトン散乱したX線は、進行方向が変化して吸収部42の画素42aに入射したと判定される。すなわち、吸収部42の画素42aは、吸収部42に入射したX線の入射位置であり、吸収部42は散乱部41からのX線の入射を受け、入射したX線の入射位置を検出する第2検出器として機能する。このようにして、コンプトン散乱したX線の進行方向と、コンプトン散乱による反跳電子により発生した電子雲の形状を把握できる。また、吸収部42の画素42aと、散乱点T1に基づいて、コンプトン散乱したX線の進行方向が求められる。
なお、反跳電子は、多数回のラザフォード散乱により一般に不規則なジグザグ飛跡を描くが、図2においては説明を簡単にするために、コンプトン散乱後の反跳電子の進路である飛跡P1は滑らかな曲線状に示している。
It is determined that the X-rays scattered by Compton at the scattering point T1 change the traveling direction and enter the pixel 42a of the absorption unit 42. That is, the pixel 42a of the absorption unit 42 is the incident position of the X-ray incident on the absorption unit 42, and the absorption unit 42 receives the X-ray incident from the scattering unit 41 and detects the incident position of the incident X-ray. Functions as a second detector. In this way, it is possible to grasp the traveling direction of the X-rays scattered by Compton and the shape of the electron cloud generated by the rebounding electrons due to the Scattered Compton. Further, the traveling direction of the X-rays scattered by Compton is obtained based on the pixels 42a of the absorption unit 42 and the scattering point T1.
The recoil electrons generally draw irregular zigzag tracks due to Rutherford scattering many times, but in FIG. 2, for the sake of simplicity, the recoil electrons P1 which is the path of the recoil electrons after Compton scattering is smooth. It is shown in a curved shape.

特定部54は、上記説明に基づいて、散乱部41のピクセル電極412の画素412a〜412cの位置関係と検出時刻から求めた電子雲の形状に基づいて、飛跡P1の長さ(最大長:飛程)を算出する。チャンバー411内を進む反跳電子はエネルギーを徐々に失って最終的に停止する。従って、飛程から反跳電子のエネルギーを求めることができる。このようにして、特定部54は、飛程から反跳電子のエネルギー、すなわちチャンバー411に入射したX線がコンプトン散乱に伴って失われたエネルギーE1(=m)を算出する。ここで、電子の静止質量mは、m=9.1×10−31(kg)である。なお、飛程とエネルギーとの対応関係に関するデータはエネルギーデータとして予めメモリ(不図示)に格納されているものとする。特定部54は、吸収部42の画素42aで検出した電気信号に基づいて、チャンバー411内でコンプトン散乱した後に画素42aに到達したX線のエネルギーE2(=hv’)を算出する。ここで、hはプランク定数である。 Based on the above description, the specific unit 54 has the length of the track P1 (maximum length: flight) based on the positional relationship of the pixels 412a to 412c of the pixel electrodes 412 of the scattering unit 41 and the shape of the electron cloud obtained from the detection time. Approximately) is calculated. The counter-jumping electrons traveling in the chamber 411 gradually lose energy and finally stop. Therefore, the energy of the rebound electron can be obtained from the range. In this way, the specifying unit 54, the energy of the recoil electrons from projected range, i.e. X-rays incident on the chamber 411 to calculate the energy E1 lost with the Compton scattering (= m e v 2). Here, rest mass m e of the electron is m e = 9.1 × 10 -31 ( kg). It is assumed that the data related to the correspondence between the range and the energy is stored in the memory (not shown) in advance as energy data. The identification unit 54 calculates the energy E2 (= hv') of the X-ray that reaches the pixel 42a after Compton scattering in the chamber 411 based on the electric signal detected by the pixel 42a of the absorption unit 42. Here, h is Planck's constant.

チャンバー411に入射したX線と、コンプトン散乱したX線と、反跳電子とは、運動量保存則とエネルギー保存則とを用いて、以下の式(1)〜(3)により表される。

Figure 2021028576

Figure 2021028576
Figure 2021028576
なお、cは真空中の光速、θはコンプトン散乱角、φは反跳電子の出射角(初期進行方向の方位角)である。また、γはローレンツ因子であり以下の式(4)で表される。
Figure 2021028576
The X-rays incident on the chamber 411, the X-rays scattered by Compton, and the rebound electrons are represented by the following equations (1) to (3) using the law of conservation of momentum and the law of conservation of energy.
Figure 2021028576

Figure 2021028576
Figure 2021028576
Note that c is the speed of light in vacuum, θ is the Compton scattering angle, and φ is the emission angle of the rebound electron (azimuth in the initial traveling direction). Further, γ is a Lorentz factor and is represented by the following equation (4).
Figure 2021028576

上記の式(1)〜(4)により、散乱角θは、以下の式(5)により表される。

Figure 2021028576
特定部54は、チャンバー411に入射したX線のエネルギーE0(=hv)を、算出したエネルギーE1と検出されたエネルギーE2とを加算することにより算出する。特定部54は、算出されたエネルギーE0と検出されたエネルギーE2とを上記式(5)に用いて、チャンバー411におけるコンプトン散乱によるX線の進行方向の変化角度であるコンプトン散乱角θを算出する。特定部54は、ピクセル電極412の画素412a〜412cのうち、少なくとも散乱点T1のZ方向の投影位置に近い位置に相当する画素412a、412bの位置関係と電子を検出した時間差により、散乱点T1から出射した反跳電子の進行方向(初期進行方向の方位角)を得ることができる。なお、好ましくは、反跳電子が1回目のラザフォード散乱をするまでの位置に相当する直線状に並んだ複数の画素群からの出力に基づいて方位角を得るのがよく、方位角の検出精度を向上させることができる。 The scattering angle θ is expressed by the following equations (5) according to the above equations (1) to (4).
Figure 2021028576
The identification unit 54 calculates the energy E0 (= hv) of the X-rays incident on the chamber 411 by adding the calculated energy E1 and the detected energy E2. The specific unit 54 uses the calculated energy E0 and the detected energy E2 in the above equation (5) to calculate the Compton scattering angle θ, which is the change angle of the X-ray traveling direction due to Compton scattering in the chamber 411. .. The specific unit 54 has a scattering point T1 based on the positional relationship of the pixels 412a and 412b corresponding to at least a position close to the projection position in the Z direction of the scattering point T1 among the pixels 412a to 412c of the pixel electrode 412 and the time difference between detecting electrons. The traveling direction (azimuth angle in the initial traveling direction) of the rebounding electrons emitted from the above can be obtained. It is preferable to obtain the azimuth angle based on the output from a plurality of linearly arranged pixel groups corresponding to the positions until the rebound electrons scatter for the first Rutherford scattering, and the azimuth angle detection accuracy. Can be improved.

既に求められている電子雲の三次元形状により散乱点T1の位置は既知なので、散乱点T1の位置および画素42aの位置から、チャンバー411内で散乱し吸収部42に入射したX線の進路L2が決まる。進路L2は、図示の例では、散乱点T1の位置および画素42aの位置を結んだ経路である。進路L2、および、散乱点T1から出射した反跳電子の初期進行方向F1により、散乱X線の進路L2と反跳電子の初期進行方向F1とを含む面(散乱面)が決まる。尚、散乱点T1の位置および画素42aの位置に基づいて、散乱点T1からのX線の進行方向である散乱方向を求め、散乱方向と反跳電子の初期進行方向F1とに基づいて散乱面を決定してもよい。この場合、散乱方向は、進路L2に基づいて算出してもよい。また、反跳電子の初期進行方向F1を用いて散乱面を決定した例を示したが、反跳電子の飛跡P1と、散乱X線の進路L2または散乱方向とを用いて散乱面を決定してもよい。チャンバー411に入射したX線の進路L1は、上記の散乱面内に存在するので、進路L1と進路L2とは、散乱面内において、散乱点T1でコンプトン散乱角θをなして交差する。このようにして、進路L1を求めることができ、X線源2が進路L1の延長上、または、その近傍にある場合には、X線源2から出射したX線は、被測定物Sの内部で散乱されることなしにチャンバー411に入射したと判定される。この場合を図3(a)に示す。図3(a)では、図2と同様に、散乱部41の画素412a〜412cと吸収部42の画素42aで電気信号が出力された場合を示す。このような場合に、X線源2が、進路L1の延長上、または、その近傍に存在する。一方、X線源2が進路L1の延長上、または、その近傍にない場合には、X線源2から出射したX線は、被測定物Sの内部で散乱されて進行方向が変化した状態でチャンバー411に入射したと判定される。この場合を図3(b)に示す。図3(b)は、散乱部41の画素412aおよび412fと吸収部42の画素42aで電気信号が出力された場合を示す。図3(b)においては、反跳電子の初期進行方向はF2であり、X線は被測定物Sの内部の散乱点T3にて散乱する。このような場合に、X線源2が、進路L1の延長上、または、その近傍に存在しない。 Since the position of the scattering point T1 is known from the three-dimensional shape of the electron cloud that has already been obtained, the path L2 of the X-rays scattered in the chamber 411 and incident on the absorbing unit 42 from the position of the scattering point T1 and the position of the pixel 42a. Is decided. In the illustrated example, the path L2 is a path connecting the position of the scattering point T1 and the position of the pixel 42a. The surface (scattering surface) including the path L2 of the scattered X-rays and the initial traveling direction F1 of the backscattering electrons is determined by the path L2 and the initial traveling direction F1 of the backscattering electrons emitted from the scattering point T1. The scattering direction, which is the traveling direction of X-rays from the scattering point T1, is obtained based on the position of the scattering point T1 and the position of the pixel 42a, and the scattering surface is based on the scattering direction and the initial traveling direction F1 of the rebounding electron. May be determined. In this case, the scattering direction may be calculated based on the course L2. Further, an example in which the scattering surface is determined using the initial traveling direction F1 of the backscattering electrons is shown, but the scattering surface is determined using the track P1 of the backscattering electrons and the path L2 or the scattering direction of the scattered X-rays. You may. Since the X-ray path L1 incident on the chamber 411 exists in the above-mentioned scattering plane, the course L1 and the course L2 intersect at the scattering point T1 at a Compton scattering angle θ in the scattering plane. In this way, the path L1 can be obtained, and when the X-ray source 2 is on or near the extension of the course L1, the X-ray emitted from the X-ray source 2 is the object S to be measured. It is determined that it has entered the chamber 411 without being scattered inside. This case is shown in FIG. 3 (a). FIG. 3A shows a case where an electric signal is output from the pixels 412a to 412c of the scattering unit 41 and the pixels 42a of the absorbing unit 42, as in FIG. In such a case, the X-ray source 2 exists on or near the extension of the path L1. On the other hand, when the X-ray source 2 is not on or near the extension of the path L1, the X-rays emitted from the X-ray source 2 are scattered inside the object S to be measured and the traveling direction is changed. Is determined to have entered the chamber 411. This case is shown in FIG. 3 (b). FIG. 3B shows a case where an electric signal is output from the pixels 412a and 412f of the scattering unit 41 and the pixels 42a of the absorbing unit 42. In FIG. 3B, the initial traveling direction of the rebounding electrons is F2, and X-rays are scattered at the scattering point T3 inside the object S to be measured. In such a case, the X-ray source 2 does not exist on or near the extension of the path L1.

なお、特定部54は、反跳電子の初期進行の方位角φは、上記の式(1)〜(4)から得られた以下の式(6)を用いてを算出することができる。

Figure 2021028576
式(6)を用いて方位角(出射角)φを算出した場合、上記の進路L1は、散乱点T1を頂点とし反跳電子の初期進行方向F1を中心軸として、この中心軸と母線とのなす角がφの円錐と、散乱点T1を頂点とし進路L2を中心軸とし、この中心軸と母線とのなす角がθの円錐との接線に相当する。
なお、上記の散乱角θと方位角φの少なくとも一方が算出されれば、チャンバー411に入射したX線の進路L1を決定することができるが、散乱角θと方位角φの両方を算出することにより、進路L1をより高精度に決定することが可能となる。 In addition, the specific unit 54 can calculate the azimuth angle φ of the initial travel of the rebound electron by using the following equation (6) obtained from the above equations (1) to (4).
Figure 2021028576
When the azimuth angle (emission angle) φ is calculated using the equation (6), the above-mentioned path L1 has the scattering point T1 as the apex and the initial traveling direction F1 of the rebound electron as the central axis, and the central axis and the generatrix. The angle between the cone and the cone with the scattering point T1 as the apex and the path L2 as the central axis corresponds to the tangent line between the central axis and the generatrix.
If at least one of the above scattering angle θ and azimuth angle φ is calculated, the course L1 of the X-ray incident on the chamber 411 can be determined, but both the scattering angle θ and the azimuth angle φ are calculated. This makes it possible to determine the course L1 with higher accuracy.

上述した通り、進路L1上、または進路L1の近傍にX線源2が存在すると判定された場合には、特定部54は、X線が被測定物Sで散乱していないと判定し、散乱X線以外のX線であることを特定する。一方、進路L1上および進路L1の近傍にX線源2が位置していない場合には、特定部54は、X線が被測定物Sで散乱したと判定し、散乱X線であることを特定する。 As described above, when it is determined that the X-ray source 2 exists on the path L1 or in the vicinity of the path L1, the specific unit 54 determines that the X-rays are not scattered by the object S to be measured and scatters them. Identify that it is an X-ray other than an X-ray. On the other hand, when the X-ray source 2 is not located on the path L1 and in the vicinity of the path L1, the specific unit 54 determines that the X-rays are scattered by the object S to be measured, and determines that the X-rays are scattered X-rays. Identify.

次に、特定部54が行う、被測定物SでX線が散乱したか否かを特定し、散乱X線と散乱X線以外のX線とを特定するための処理(以後、特定処理と呼ぶ)について説明する。
本実施の形態においては、散乱部41に入射するX線のエネルギーET0を一定と仮定した場合、式(5)で算出されるコンプトン散乱角θは次の式(7)を満たす。

Figure 2021028576
ここで、電子の静止質量m=9.1×10−31(kg)、真空中の光速c=3.0×10(m)として、m=511(keV)である。 Next, a process performed by the specific unit 54 for specifying whether or not X-rays are scattered by the object S to be measured and specifying the scattered X-rays and the X-rays other than the scattered X-rays (hereinafter referred to as the specific process). (Call) will be explained.
In the present embodiment, assuming that the energy ET0 of the X-rays incident on the scattering unit 41 is constant, the Compton scattering angle θ calculated by the equation (5) satisfies the following equation (7).
Figure 2021028576
Here, the electron rest mass m e = 9.1 × 10 -31 ( kg), as the speed of light in vacuum c = 3.0 × 10 8 (m ), m e c 2 = 511 (keV).

エネルギーET0をエネルギーE1とエネルギーE2との和と仮定した場合、検出精度Δθは、式(7)を微分して求めた式(8)の関係を満たす。

Figure 2021028576
Assuming that the energy ET0 is the sum of the energy E1 and the energy E2, the detection accuracy Δθ satisfies the relationship of the equation (8) obtained by differentiating the equation (7).
Figure 2021028576

この式(7)、(8)から、検出精度Δθは、次の式(9)により算出される。

Figure 2021028576

なお、
Figure 2021028576
であるものとする。
例えば、X線源2から放射されて散乱部41に入射するX線のエネルギーを511keV、エネルギー分解能を3パーセント、コンプトン散乱角θが20°と仮定した場合、検出精度Δθは5.3°となる。また、エネルギー分解能を1パーセントとした場合には、検出精度Δθは1.8°となる。なお、散乱部41の射出面(ピクセル電極412側)と吸収部42との間のZ方向の距離を20mm、散乱部41のピクセル電極412や吸収部42の各画素のサイズを200μm×200μmと仮定した場合、散乱角θの分解能は10mradとなる。 From these equations (7) and (8), the detection accuracy Δθ is calculated by the following equation (9).
Figure 2021028576

In addition, it should be noted
Figure 2021028576
Suppose that
For example, assuming that the energy of the X-ray emitted from the X-ray source 2 and incident on the scattering unit 41 is 511 keV, the energy resolution is 3%, and the Compton scattering angle θ is 20 °, the detection accuracy Δθ is 5.3 °. Become. Further, when the energy resolution is 1%, the detection accuracy Δθ is 1.8 °. The distance in the Z direction between the ejection surface (pixel electrode 412 side) of the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 is 20 mm, and the size of each pixel of the pixel electrode 412 of the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 is 200 μm × 200 μm. Assuming, the resolution of the scattering angle θ is 10 mrad.

特定部54は、検出器4の散乱部41の出力に基づいて算出したエネルギーE1、電気信号を出力したピクセル電極412の画素の位置、および画素から電気信号が出力された時刻tsigの各情報を取得する。特定部54は、ピクセル電極412において電気信号を出力したそれぞれの画素の位置と時刻tsigとに基づいて、電子雲の三次元形状である飛跡を算出する。時刻tsigのうち最も遅い時刻tsig0で電気信号を出力した画素の位置(Xi、Yj)と、位置(Xi、Yj)から電子雲が発生した点までのZ方向の位置Vd×tsig0とにより決まる位置(Xi、Yj、Vd×tsig0)が散乱点T1に相当する。図2、図3(a)、および図3(b)においては、画素412aの位置から、算出した距離Vd×tsigだけZ軸−方向に離れた位置が散乱点T1に相当する。特定部54は、時刻t=tsigの値がtsig0に近い時刻に対応する複数の電子の位置(Xi、Yj、Vd×tsig)に基づいて、反跳電子の初期進行方向F1を算出する。 The identification unit 54 provides information on the energy E1 calculated based on the output of the scattering unit 41 of the detector 4, the position of the pixel of the pixel electrode 412 that outputs the electric signal, and the time t sig that the electric signal is output from the pixel. To get. The specific unit 54 calculates a track, which is a three-dimensional shape of an electron cloud, based on the position and time t sig of each pixel that outputs an electric signal at the pixel electrode 412. The position (Xi, Yj) of the pixel that output the electric signal at the latest time t sig0 of the time t sig , and the position Vd × t sig0 in the Z direction from the position (Xi, Yj) to the point where the electron cloud was generated. The position (Xi, Yj, Vd × t sig0 ) determined by the above corresponds to the scattering point T1. In FIGS. 2, 3 (a), and 3 (b), a position separated from the position of the pixel 412a by the calculated distance Vd × t sig in the Z-axis − direction corresponds to the scattering point T1. Particular unit 54, positions of a plurality of electronic value of time t = t sig correspond to the time close to t sig0 (Xi, Yj, Vd × t sig) based on the calculated initial travel direction F1 of the recoil electrons To do.

特定部54は、検出器4の吸収部42から出力されたエネルギーE2、エネルギーE2を出力した画素の位置(XAj、YAj、ZAj)、およびエネルギーE2が吸収部42から出力された時刻Tjの各情報を取得する。この画素の位置(XAj、YAj、ZAj)は、図2、図3(a)、および図3(b)のそれぞれにおける吸収点T2に相当する。なお、時刻Tjは、X線が吸収部42に入射した時刻に相当する。 The identification unit 54 is each of the energy E2 output from the absorption unit 42 of the detector 4, the position of the pixel that output the energy E2 (XAj, YAj, ZAj), and the time Tj when the energy E2 is output from the absorption unit 42. Get information. The pixel positions (XAj, YAj, ZAj) correspond to the absorption points T2 in each of FIGS. 2, 3 (a), and 3 (b). The time Tj corresponds to the time when the X-ray is incident on the absorption unit 42.

特定部54は、画素412aから電気信号が出力された時刻Tj+tsigと、エネルギーE2が出力された時刻Tjとに基づいて、散乱部41に入射したX線と、吸収部42に入射したX線とが、X線源2からあるタイミングで放射された同一X線光子であるのか否かを判定する。具体的には、特定部54は、時刻Tj+tsigとTjとの時間差(すなわちtsig)が所定時間T1(=Td)以内のときに、散乱部41からの電気信号に基づいて算出されたエネルギーE1と吸収部42から出力されたエネルギーE2とは、同一のX線光子について出力されたものであると判定する。たとえば、所定時間T1は、計算あるいは各種の試験やシミュレーション等により決定され、予めメモリ(不図示)に記憶されている。時刻Tj+tsigとTjとの時間差であるtsigが所定時間T1を超える場合には、特定部54は、算出されたエネルギーE1と吸収部42から出力されたエネルギーE2とは、同一のX線光子について出力されたものではないと判定する。時刻tsigとTjとの時間差が所定時間T1を超える場合には、特定部54は、算出されたエネルギーE1と吸収部42から出力されたエネルギーE2とを、散乱X線を特定するための処理に用いないようにする。ここで、前記のように、散乱部41と吸収部42との間のZ方向の距離を20mmとおけば、時刻Tj+tsigとTjとの時間差tsigは0.1nsec程度の量である。なお、散乱部41と吸収部42との間の距離は、検出器4の各画素サイズと、上述した式(9)で表される検出精度Δθとに基づいて、好ましい値に決定することができる。 The specific unit 54 includes X-rays incident on the scattering unit 41 and X-rays incident on the absorbing unit 42 based on the time Tj + t sig at which the electric signal is output from the pixel 412a and the time Tj at which the energy E2 is output. It is determined whether or not is the same X-ray photon emitted from the X-ray source 2 at a certain timing. Specifically, the specific unit 54 has energy calculated based on an electric signal from the scattering unit 41 when the time difference (that is, t sig ) between the time Tj + t sig and Tj is within the predetermined time T1 (= Td). It is determined that the energy E1 and the energy E2 output from the absorption unit 42 are output for the same X-ray photon. For example, the predetermined time T1 is determined by calculation, various tests, simulations, etc., and is stored in advance in a memory (not shown). When the time Tj + t sig is the time difference between the Tj t sig exceeds a predetermined time T1, the specific part 54, and the energy E1 and the calculated energy E2 outputted from the absorption unit 42, the same X-ray photons Is not output. When the time difference between the time t sig and Tj exceeds the predetermined time T1, the specific unit 54 processes the calculated energy E1 and the energy E2 output from the absorption unit 42 to specify scattered X-rays. Do not use for. Here, if the distance in the Z direction between the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 is set to 20 mm as described above, the time difference t sig between the time Tj + t sig and Tj is about 0.1 nsec. The distance between the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 can be determined to a preferable value based on the pixel size of the detector 4 and the detection accuracy Δθ represented by the above equation (9). it can.

時刻Tj+tsigとTjとの時間差tsigが所定時間T1以内と判定されると、特定部54は、算出されたエネルギーE1と吸収部42から出力されたエネルギーE2とに基づいて、コンプトン散乱角θを算出すべきかどうか判定する。コンプトン散乱角θを算出すべきでない場合について、次に説明する。 When it is determined that the time difference t sig between the time Tj + t sig and Tj is within the predetermined time T1, the specific unit 54 determines the Compton scattering angle θ based on the calculated energy E1 and the energy E2 output from the absorption unit 42. Determine if to calculate. The case where the Compton scattering angle θ should not be calculated will be described below.

検出器4の読み出し回路は、所定の時間ごとに、散乱部41から電気信号を出力し、吸収部42からエネルギーE2を出力する。本明細書においては、上記所定の時間をエネルギー出力間隔Tと呼ぶ。本実施の形態においては、シンチレータの蛍光発光時間を数十nsecとした場合、T=100nsecである。上記の所定時間T1は、エネルギー出力間隔T以下に設定する必要がある。すなわち、
T1≦T
を満たすように設定する。これにより、エネルギー出力間隔T内に、散乱部41から電気信号が出力され、吸収部42からエネルギーE2が出力されるようにできる。
The readout circuit of the detector 4 outputs an electric signal from the scattering unit 41 and outputs energy E2 from the absorbing unit 42 at predetermined time intervals. Referred to herein as the predetermined time and the energy output interval T O. In the present embodiment, when the fluorescent light emission time of the scintillator and tens nsec, a T O = 100 nsec. The above predetermined time T1 needs to be set to less than the energy output interval T O. That is,
T1 ≤ TO
Set to meet. Thus, the energy output within the interval T O, the electrical signal is output from the scattering portion 41, it can be from the absorption unit 42 so that the energy E2 is output.

X線源2からは短い時間スケールで見た場合、X線光子が1個ずつ放射される。X線源2からX線光子を放射する平均放射間隔Teと検出器4からエネルギー情報(すなわち、ピクセル電極412および吸収部42の画素42aからの電気信号)を出力する出力間隔Tとの関係について説明する。X線源2から1回の放射により放射されたX線光子が、チャンバー411および吸収部42にそれぞれ入射し、検出器4の散乱部41および吸収部42の全ての画素からエネルギー情報の出力を完了するまでを、1イベントと呼ぶ。すなわち、X線源2から放射された単一X線光子に基づく1フレーム分のエネルギー情報を検出器4から得ることを1イベントと呼ぶ。チャンバー411におけるコンプトン散乱角θを正しく求めるためには、1イベントの間に、X線源2から放射された単一のX線光子の検出値のみを後述する処理に用いるようにする。2回以上の放射によるX線光子が、同時に検出器4に入射した場合には、コンプトン散乱角θが正しく求められない可能性があるからである。これをイベントの分離と呼ぶ。従って、放射間隔Teは、1フレーム分のエネルギー情報を得るために要する時間であるエネルギー出力間隔Tより大きいことが必要である。すなわち、
≦Te
を満たす必要がある。
X-ray photons are emitted one by one from the X-ray source 2 when viewed on a short time scale. Energy information from the detector 4 and the average emission interval Te from the X-ray source 2 emits X-ray photons (i.e., electrical signals from the pixels 42a of the pixel electrode 412 and the absorber 42) the relationship between the output interval T O for outputting Will be described. X-ray photons emitted from the X-ray source 2 by one radiation enter the chamber 411 and the absorption unit 42, respectively, and output energy information from all the pixels of the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 of the detector 4. The process until completion is called one event. That is, obtaining energy information for one frame based on a single X-ray photon emitted from the X-ray source 2 from the detector 4 is called one event. In order to correctly obtain the Compton scattering angle θ in the chamber 411, only the detected value of a single X-ray photon emitted from the X-ray source 2 during one event is used in the process described later. This is because if X-ray photons emitted two or more times are incident on the detector 4 at the same time, the Compton scattering angle θ may not be obtained correctly. This is called event separation. Thus, the radiation interval Te is required to be greater than the energy output interval T O is the time required to obtain the energy information of one frame. That is,
TO ≤ Te
Must be met.

イベントの分離ができずに、コンプトン散乱角θが正しく求められない場合について、次に説明する。図4は、X線源2からの放射間隔Teがエネルギー出力間隔Tより小さい場合について示す。なお、図4においては、説明を簡単にするために、X線源2から2つのX線光子が異なる方向にほぼ同時に放射された場合を示す。1つのX線光子(第1のX線光子)は、X線源2から進路L11を進み、被測定物Sを透過して散乱部41のチャンバー411に入射し、散乱点T31においてコンプトン散乱して進路がL12に変化し、吸収部42の画素42aに入射する。散乱点T31では初期進行方向をF3とする反跳電子が発生し、その飛跡に応じて生成した電子雲の電子が到達したピクセル電極412の画素から電気信号が出力される。図4においては、ピクセル電極412の画素412aのZ軸−方向に散乱点T31が存在する。一方、X線源2からは、上記の第1のX線光子の放射直後(ほぼ同時)に、別のX線光子(第2のX線光子)が放射される。第2のX線光子は、進路L11とは異なる進路L21を進み、被測定物Sを透過してチャンバー411に入射し、散乱点T32においてコンプトン散乱して進路がL22に変化し、吸収部42の画素42aに入射する。散乱点T32では初期進行方向をF4とする反跳電子が発生し、その飛跡に応じて生成した電子雲の電子が到達したピクセル電極412の画素から電気信号が出力される。図4においては、ピクセル電極412の画素412xのZ軸−方向に散乱点T32に存在する。 The case where the Compton scattering angle θ cannot be obtained correctly because the events cannot be separated will be described below. 4, radiation distance Te from the X-ray source 2 shows the case energy output interval T O less. Note that FIG. 4 shows a case where two X-ray photons are emitted from the X-ray source 2 in different directions at substantially the same time for the sake of simplicity. One X-ray photon (first X-ray photon) travels from the X-ray source 2 along the path L11, passes through the object S to be measured, enters the chamber 411 of the scattering unit 41, and scatters Compton at the scattering point T31. The course changes to L12 and is incident on the pixel 42a of the absorption unit 42. At the scattering point T31, counter-jumping electrons having the initial traveling direction of F3 are generated, and an electric signal is output from the pixels of the pixel electrode 412 to which the electrons of the generated electron cloud arrive according to the tracks. In FIG. 4, the scattering point T31 exists in the Z-axis-direction of the pixel 412a of the pixel electrode 412. On the other hand, another X-ray photon (second X-ray photon) is emitted from the X-ray source 2 immediately after (almost at the same time) the emission of the first X-ray photon. The second X-ray photon travels on a path L21 different from the path L11, passes through the object S to be measured, enters the chamber 411, scatters Compton at the scattering point T32, changes the course to L22, and changes to the absorption unit 42. It is incident on the pixel 42a of. At the scattering point T32, counter-jumping electrons having the initial traveling direction of F4 are generated, and an electric signal is output from the pixels of the pixel electrode 412 to which the electrons of the generated electron cloud arrive according to the tracks. In FIG. 4, the pixel 412x of the pixel electrode 412 exists at the scattering point T32 in the Z-axis-direction.

すなわち、散乱部41の異なる2つの画素412aと412xで検出された散乱点T31とT32のそれぞれにてコンプトン散乱した異なるX線光子が、同一イベントとして吸収部42の同一画素42aに入射する。このような場合には、散乱部41および吸収部42から出力されたエネルギー情報に基づいてコンプトン散乱角θを正しく算出できない。このような状態は、例えば、X線源2から放射されるX線光子の数が多く、X線源2からX線光子が放射されたL11を進み始めてすぐに、別のX線光子がX線源2から放射されたような場合に発生することが考えられる。 That is, different X-ray photons scattered by Compton at the scattering points T31 and T32 detected at the two different pixels 412a and 412x of the scattering unit 41 are incident on the same pixel 42a of the absorbing unit 42 as the same event. In such a case, the Compton scattering angle θ cannot be calculated correctly based on the energy information output from the scattering unit 41 and the absorbing unit 42. In such a state, for example, a large number of X-ray photons are emitted from the X-ray source 2, and immediately after the X-ray photons start traveling through L11 emitted from the X-ray source 2, another X-ray photon is X-rayed. It is considered that it occurs when it is emitted from the radiation source 2.

このような状態を判別するための手順について次に説明する。特定部54は、単一イベントにおいて、散乱部41からの出力に基づいて算出されたエネルギーE1と吸収部42からのエネルギーE2との和が、所定値ETLを超えるか否かを判定する。ETLの値は、X線源2から正常状態で放射される単一のX線光子のエネルギーに基づいて設定する。例えば、駆動加速電圧によって決まるX線源2のエネルギーからのX線エネルギーの最大値にエネルギー分解能を加えた値に設定する。エネルギーE1とエネルギーE2との和が所定値ETLを超える場合には、特定部54は、図4に示すように、複数のX線光子に基づいてエネルギーE1とエネルギーE2が出力されたものと判定する。この場合には、特定部54は、散乱部41からの出力に基づいて算出されたエネルギーE1と吸収部42から出力されたエネルギーE2とを散乱X線の特定に用いない。 The procedure for determining such a state will be described below. In a single event, the specific unit 54 determines whether or not the sum of the energy E1 calculated based on the output from the scattering unit 41 and the energy E2 from the absorbing unit 42 exceeds the predetermined value ETL. The ETL value is set based on the energy of a single X-ray photon emitted from the X-ray source 2 under normal conditions. For example, it is set to a value obtained by adding the energy resolution to the maximum value of the X-ray energy from the energy of the X-ray source 2 determined by the drive acceleration voltage. When the sum of the energy E1 and the energy E2 exceeds the predetermined value ETL, the specific unit 54 determines that the energy E1 and the energy E2 are output based on a plurality of X-ray photons as shown in FIG. To do. In this case, the specifying unit 54 does not use the energy E1 calculated based on the output from the scattering unit 41 and the energy E2 output from the absorbing unit 42 to specify the scattered X-rays.

一方、エネルギーE1とエネルギーE2との和が所定値ETL以下で、散乱部41では単一の飛跡が検出され、吸収部42において単一の画素によりエネルギーE2が検出された場合、すなわち、ほぼ同時刻に複数個所にエネルギー値を持たない場合には、これらのエネルギー情報は、単一のX線光子に基づいて正常に出力されたと判定する。この場合には、特定部54は、散乱部41からの出力に基づいて算出されたエネルギーE1と吸収部42からのエネルギーE2とを用いて、上述した式(5)に基づいて、コンプトン散乱角θを算出し、図2、図3を参照して説明したように、X線源2から放射されたX線が被測定物Sの内部において散乱したか否かの判定を行う。一方、エネルギーE1とエネルギーE2との和が所定値ETL以下であっても、散乱部41において複数の異なる飛跡がほぼ同時刻に検出された場合、または吸収部42において複数の異なる位置の画素にてほぼ同時刻にエネルギー値が検出された場合には、特定部54は、エネルギーE1とエネルギーE2とを散乱X線の特定に用いない。 On the other hand, when the sum of the energy E1 and the energy E2 is equal to or less than the predetermined value ETL, a single track is detected in the scattering unit 41, and the energy E2 is detected by a single pixel in the absorbing unit 42, that is, almost the same. When there are no energy values at a plurality of places at the time, it is determined that these energy information is normally output based on a single X-ray photon. In this case, the specific unit 54 uses the energy E1 calculated based on the output from the scattering unit 41 and the energy E2 from the absorbing unit 42, and the Compton scattering angle is based on the above equation (5). θ is calculated, and as described with reference to FIGS. 2 and 3, it is determined whether or not the X-rays emitted from the X-ray source 2 are scattered inside the object S to be measured. On the other hand, even if the sum of the energy E1 and the energy E2 is equal to or less than the predetermined value ETL, when a plurality of different tracks are detected at approximately the same time in the scattering unit 41, or in a plurality of pixels at different positions in the absorbing unit 42. When the energy values are detected at approximately the same time, the identification unit 54 does not use the energy E1 and the energy E2 to specify the scattered X-rays.

すなわち、特定部54は、算出したコンプトン散乱角θと、反跳電子の初期進行方向F1と、散乱点T1と、吸収部42で検出した画素42aの位置(XAj、YAj、ZAj)とを用いて、図3に示す進路L1上またはその近傍にX線源2が存在するか否かを判定する。具体的には、特定部54は、反跳電子の初期進行方向F1と、散乱点T1の位置と、位置(XAj、YAj、ZAj)と、算出したコンプトン散乱角θとから、反跳電子の初期進行方向F1と、散乱点T1の位置と、位置(XAj、YAj、ZAj)とを含む平面上において、散乱点T1の位置および位置(XAj、YAj、ZAj)を通る直線を進路L1として設定する。特定部54は、この進路L1上または進路L1からの距離が所定の距離よりも小さい位置にX線源2が存在するか否か判定する。所定の距離は、上記の通り、ピクセル電極412の各画素および画素42aの大きさや、X線装置100における、X線源2、被測定物S、検出器4等の配置等に基づいて、適宜設定することが好ましい。 That is, the specific unit 54 uses the calculated Compton scattering angle θ, the initial traveling direction F1 of the rebounding electron, the scattering point T1, and the position (XAj, YAj, ZAj) of the pixel 42a detected by the absorbing unit 42. Then, it is determined whether or not the X-ray source 2 exists on or near the path L1 shown in FIG. Specifically, the specific unit 54 is based on the initial traveling direction F1 of the rebound electron, the position of the scattering point T1, the position (XAj, YAj, ZAj), and the calculated Compton scattering angle θ. A straight line passing through the position and position (XAj, YAj, ZAj) of the scattering point T1 is set as the course L1 on a plane including the initial traveling direction F1, the position of the scattering point T1, and the position (XAj, YAj, ZAj). To do. The specific unit 54 determines whether or not the X-ray source 2 exists on the course L1 or at a position where the distance from the course L1 is smaller than a predetermined distance. As described above, the predetermined distance is appropriately determined based on the size of each pixel of the pixel electrode 412 and the pixel 42a, the arrangement of the X-ray source 2, the object S to be measured, the detector 4, etc. in the X-ray apparatus 100. It is preferable to set it.

特定部54により、X線源2が進路L1上または進路L1からの距離が所定の距離よりも小さい位置に存在すると判定された場合、X線源2から放射されたX線は、被測定物Sの内部で散乱することなしに、散乱部41に入射し、散乱部41でコンプトン散乱した後、吸収部42に到達したと判断し、散乱X線以外のX線であることを特定する。この場合には、画像生成部53は、吸収部42から出力されたエネルギー情報(電気信号)に基づいてX線の強度分布データを生成し、X線投影画像データを生成する際の被測定物Sの内部情報として用いる。すなわち、画像生成部53は、被測定物Sの内部情報として用いる。一方、特定部54により、X線源2が進路L1上または進路L1からの距離が所定の距離よりも小さい位置に存在しないと判定された場合、X線源2から放射されたX線は、被測定物Sの内部で散乱して散乱部41に入射し、散乱部41でコンプトン散乱した後、吸収部42に到達したと判断し、散乱X線であることを特定する。この場合には、画像生成部53は、吸収部42から出力されたエネルギー情報(電気信号)に基づくX線の強度分布データの生成は行わない。すなわち、画像生成部53は、X線投影画像データを生成する際の被測定物Sの内部情報として用いることはない。 When the specific unit 54 determines that the X-ray source 2 exists on the path L1 or at a position where the distance from the path L1 is smaller than a predetermined distance, the X-ray emitted from the X-ray source 2 is the object to be measured. It is determined that the X-rays have reached the absorption unit 42 after being incident on the scattering unit 41 without being scattered inside the S and being Compton scattered by the scattering unit 41, and it is specified that the X-rays are other than the scattered X-rays. In this case, the image generation unit 53 generates X-ray intensity distribution data based on the energy information (electrical signal) output from the absorption unit 42, and the object to be measured when generating the X-ray projection image data. Used as internal information of S. That is, the image generation unit 53 uses it as internal information of the object S to be measured. On the other hand, when the specific unit 54 determines that the X-ray source 2 does not exist on the path L1 or at a position where the distance from the path L1 is smaller than a predetermined distance, the X-rays emitted from the X-ray source 2 are emitted. It is determined that the object to be measured S is scattered inside the object S, is incident on the scattering unit 41, is Compton scattered by the scattering unit 41, and then reaches the absorbing unit 42, and is identified as scattered X-rays. In this case, the image generation unit 53 does not generate X-ray intensity distribution data based on the energy information (electric signal) output from the absorption unit 42. That is, the image generation unit 53 does not use it as the internal information of the object S to be measured when generating the X-ray projection image data.

上記の散乱検出処理が行われることにより、画像生成部53により生成されるX線投影画像データは、散乱を起こした散乱X線に起因する被測定物Sのエッジ等のボケ等が抑制され、その結果、被測定物Sの高画質画像を生成することができる。 By performing the above-mentioned scattering detection process, the X-ray projection image data generated by the image generation unit 53 is suppressed from blurring such as edges of the object S to be measured due to the scattered X-rays that caused scattering. As a result, a high-quality image of the object S to be measured can be generated.

なお、X線源2から放射されて検出器4の散乱部41に入射したX線の一部は、散乱部41でコンプトン散乱せずに、吸収部42に入射することがある。この場合には、単一イベントにおいて、吸収部42からはX線のエネルギー情報は出力されるものの、散乱部41からは電気信号は出力されない。このような場合は、画像生成部53は、吸収部42から出力されたエネルギー情報(電気信号)に基づくX線の強度分布データの生成は行わない。すなわち、画像生成部53は、X線投影画像データを生成する際の被測定物Sの内部情報として用いることはない。 A part of the X-rays emitted from the X-ray source 2 and incident on the scattering unit 41 of the detector 4 may be incident on the absorbing unit 42 without being scattered by Compton at the scattering unit 41. In this case, in a single event, the absorption unit 42 outputs the X-ray energy information, but the scattering unit 41 does not output the electric signal. In such a case, the image generation unit 53 does not generate X-ray intensity distribution data based on the energy information (electric signal) output from the absorption unit 42. That is, the image generation unit 53 does not use it as the internal information of the object S to be measured when generating the X-ray projection image data.

画像再構成部56は、X線源2から被測定物Sに照射するX線の照射角度を変化させながら所定の測定角度ごとに生成された複数のX線投影画像データに対して、公知の画像再構成処理を施して、再構成画像を生成する。これにより、被測定物Sの内部構造(断面構造)である断面画像データや3次元データが生成される。 The image reconstruction unit 56 is known for a plurality of X-ray projection image data generated for each predetermined measurement angle while changing the irradiation angle of X-rays to be irradiated from the X-ray source 2 to the object S to be measured. Image reconstruction processing is performed to generate a reconstructed image. As a result, cross-sectional image data and three-dimensional data, which are the internal structure (cross-sectional structure) of the object S to be measured, are generated.

図5に示すフローチャートを参照して、制御装置5が行う動作について説明する。図5に示す処理は制御装置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X線制御部51は、X線源2にX線の照射を開始させてステップS2へ進む。ステップS2では、制御装置5の特定部54は、検出器4の散乱部41のピクセル電極412から出力された電気信号を取得して、反跳電子の飛跡を検出し、飛跡の最大長と反跳電子の初期進行方向F1と散乱点T1とエネルギーE1とを算出してステップS3へ進む。ステップS3では、特定部54は、吸収部42の位置(XAj、YAj、ZAj)の画素から出力されたX線のエネルギーE2を取得してステップS4へ進む。
The operation performed by the control device 5 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 5 is performed by executing a program on the control device 5. This program is stored in a memory (not shown), and is started and executed by the control device 5.
In step S1, the X-ray control unit 51 of the control device 5 causes the X-ray source 2 to start irradiating X-rays, and proceeds to step S2. In step S2, the specific unit 54 of the control device 5 acquires the electric signal output from the pixel electrode 412 of the scattering unit 41 of the detector 4, detects the track of the rebound electron, and the maximum length of the track and the anti-track. The initial traveling direction F1 of the jumping electron, the scattering point T1, and the energy E1 are calculated, and the process proceeds to step S3. In step S3, the specific unit 54 acquires the X-ray energy E2 output from the pixels at the positions (XAj, YAj, ZAj) of the absorption unit 42, and proceeds to step S4.

ステップS4では、特定部54は、散乱部41へX線が入射した時刻Tj+tsigと吸収部42へX線が入射した時刻Tjとの時間差ΔTijが所定の値T1以下であるか否かを判定する。時刻TjとTj+tsigとの時間差ΔTijが所定の値T1以下の場合、すなわち、散乱部41に入射したX線と、吸収部42に入射したX線とが、同一イベント中のものであると判定された場合には、ステップS4が肯定判定されてステップS5へ進む。時刻TjとTj+tsigとの時間差ΔTijが所定の値T1を超える場合、すなわち、散乱部41に入射したX線と、吸収部42に入射したX線とが、同一イベント中のものではないと判定された場合には、ステップS4が否定判定されて、後述するステップS10へ進む。 In step S4, the specific unit 54 determines whether or not the time difference ΔTij between the time Tj + t sig at which the X-ray is incident on the scattering unit 41 and the time Tj at which the X-ray is incident on the absorbing unit 42 is equal to or less than a predetermined value T1. To do. When the time difference ΔTij between the time Tj and Tj + t sig is equal to or less than the predetermined value T1, that is, it is determined that the X-rays incident on the scattering unit 41 and the X-rays incident on the absorbing unit 42 are in the same event. If so, step S4 is determined to be affirmative and the process proceeds to step S5. When the time difference ΔTij between the time Tj and Tj + t sig exceeds a predetermined value T1, that is, it is determined that the X-rays incident on the scattering unit 41 and the X-rays incident on the absorbing unit 42 are not in the same event. If this is the case, step S4 is determined to be negative, and the process proceeds to step S10, which will be described later.

ステップS5では、吸収部42に入射したX線が、被測定物Sの異なる位置を透過したものであるか否かを判定する。ステップS2で算出されたエネルギーE1とステップS3で取得された吸収部42からのエネルギーE2との和ETが、所定値ETLを超える場合、X線は被測定物Sの異なる位置を透過したと判定され、ステップS5が否定判定されて後述するステップS10へ進む。エネルギーE1とエネルギーE2との和ETが所定値ETL以下の場合、X線は、X線源2から正常に放射され、単一のX線光子に基づくエネルギー情報が散乱部41および吸収部42から出力されたと判定され、ステップS5が肯定判定されステップS6へ進む。ステップS6では、検出器4で単一の飛跡が検出され、検出器4の単一箇所(単一画素)からエネルギーE2が出力されたか否かを判定する。検出器4の散乱部41の出力に基づいて、単一の飛跡が検出され、かつ、吸収部42の単一個所からエネルギーE2が出力された場合には、ステップS6が肯定判定されて、ステップS7へ進む。散乱部41の出力に基づいて複数の飛跡が検出された場合、または吸収部42の複数個所(複数画素)からエネルギーE2が出力された場合には、ステップS6が否定判定されて後述するステップS10へ進む。 In step S5, it is determined whether or not the X-rays incident on the absorption unit 42 have passed through different positions of the object S to be measured. When the sum ET of the energy E1 calculated in step S2 and the energy E2 from the absorption unit 42 acquired in step S3 exceeds the predetermined value ETL, it is determined that the X-ray has passed through a different position of the object S to be measured. Then, step S5 is negatively determined, and the process proceeds to step S10, which will be described later. When the sum ET of energy E1 and energy E2 is equal to or less than a predetermined value ETL, X-rays are normally emitted from the X-ray source 2, and energy information based on a single X-ray photon is transmitted from the scattering unit 41 and the absorbing unit 42. It is determined that the output is made, the affirmative determination is made in step S5, and the process proceeds to step S6. In step S6, a single track is detected by the detector 4, and it is determined whether or not the energy E2 is output from a single location (single pixel) of the detector 4. When a single track is detected based on the output of the scattering unit 41 of the detector 4 and the energy E2 is output from a single location of the absorbing unit 42, step S6 is positively determined and the step Proceed to S7. When a plurality of tracks are detected based on the output of the scattering unit 41, or when energy E2 is output from a plurality of locations (plural pixels) of the absorbing unit 42, step S6 is negatively determined and step S10 described later. Proceed to.

ステップS7では、特定部54は、算出されたエネルギーE1と吸収部42から出力されたエネルギーE2とを用いて、上述した式(5)に基づいて、コンプトン散乱角θを算出してステップS8へ進む。ステップS8では、特定部54は、被測定物Sの内部でX線が散乱を起こしたか否かを判定する。具体的には、特定部54は、反跳電子の初期進行方向と、散乱点T1の位置と、位置(XAj、YAj、ZAj)とを含む散乱平面上において、散乱点T1と位置(XAj、YAj、ZAj)とを結ぶ直線に対してコンプトン散乱角θを有して散乱点T1を通る直線を進路L1として設定する。特定部54は、この進路L1上または進路L1からの距離が所定の距離よりも小さい位置にX線源2が存在するか否か判定する。被測定物Sの内部でX線が散乱していないと判定された場合には、ステップS8が肯定判定されて、ステップS9へ進む。一方、被測定物Sの内部でX線が散乱したと判定された場合には、ステップS8が否定判定されて、後述するステップS10へ進む。 In step S7, the specific unit 54 calculates the Compton scattering angle θ based on the above equation (5) using the calculated energy E1 and the energy E2 output from the absorption unit 42, and proceeds to step S8. move on. In step S8, the identification unit 54 determines whether or not X-rays are scattered inside the object to be measured S. Specifically, the specific unit 54 describes the scattering point T1 and the position (XAj, XAj,) on the scattering plane including the initial traveling direction of the rebound electron, the position of the scattering point T1, and the position (XAj, YAj, ZAj). A straight line having a Compton scattering angle θ with respect to a straight line connecting YAj and ZAj) and passing through the scattering point T1 is set as the path L1. The specific unit 54 determines whether or not the X-ray source 2 exists on the course L1 or at a position where the distance from the course L1 is smaller than a predetermined distance. If it is determined that the X-rays are not scattered inside the object S to be measured, the affirmative determination is made in step S8, and the process proceeds to step S9. On the other hand, when it is determined that the X-rays are scattered inside the object S to be measured, step S8 is negatively determined, and the process proceeds to step S10 described later.

ステップS9では、特定部54は、チャンバー411に入射したX線がコンプトン散乱を起こさなかったと仮定した場合に入射することが予想される吸収部42上の位置(予想入射位置)を算出する。この場合、特定部54は、コンプトン散乱角θと、散乱点T1の位置と、進路L1とに基づいて、上記予想入射位置を算出する。画像生成部53は、吸収部42からのエネルギーE2と、特定部54により算出された上記の予想入射位置とを内部情報として記憶してステップS10へ進む。ステップS10では、制御装置5は、検出器4のすべてのイベントについて特定処理を行ったか否かを判定する。全てのイベントについて特定処理が行われた場合には、ステップS10が肯定判定されてステップS11へ進む。ステップS11では、画像生成部53は、生成された内部情報を用いて、被測定物SのX線投影画像データを生成して、後述するステップS13へ進む。 In step S9, the specific unit 54 calculates a position (expected incident position) on the absorption unit 42 that is expected to be incident on the assumption that the X-rays incident on the chamber 411 do not cause Compton scattering. In this case, the specific unit 54 calculates the expected incident position based on the Compton scattering angle θ, the position of the scattering point T1, and the course L1. The image generation unit 53 stores the energy E2 from the absorption unit 42 and the above-mentioned expected incident position calculated by the specific unit 54 as internal information, and proceeds to step S10. In step S10, the control device 5 determines whether or not specific processing has been performed for all the events of the detector 4. When the specific processing is performed for all the events, the affirmative determination of step S10 is made and the process proceeds to step S11. In step S11, the image generation unit 53 uses the generated internal information to generate X-ray projection image data of the object S to be measured, and proceeds to step S13 described later.

ステップS10において特定処理が行われていないイベントが存在する場合には、ステップS10が否定判定されてステップS12へ進む。ステップS12では、特定部54は、次のイベントでの散乱部41のピクセル電極412からの電気信号および吸収部42からの電気信号を取得してステップS4へ戻り、以後同様の処理を行う。 If there is an event for which the specific process has not been performed in step S10, the negative determination in step S10 is made and the process proceeds to step S12. In step S12, the specific unit 54 acquires the electric signal from the pixel electrode 412 of the scattering unit 41 and the electric signal from the absorbing unit 42 in the next event, returns to step S4, and then performs the same processing.

ステップS13では、制御装置5は、全ての測定角度についてX線投影画像データの生成が行われたか否かを判定する。全ての測定角度についてX線投影画像データの生成が行われた場合には、ステップS13が肯定判定されてステップS14へ進む。ステップS14では、画像再構成部56は、複数のX線投影画像データを用いて3次元データを生成して処理を終了する。なお、制御装置5は、この3次元データをモニタ(不図示)に表示したり、メモリ(不図示)に記憶させたりすることができる。
ステップS13においてX線投影画像データが生成されていない測定角度が存在する場合には、ステップS13が否定判定されてステップS15へ進む。ステップS15においては、載置台制御部52はマニピュレータ部36を駆動させて、載置台31を所定の測定角度に回転駆動させてステップS2へ戻り、以後同様の処理を行う。
In step S13, the control device 5 determines whether or not the X-ray projection image data has been generated for all the measurement angles. When the X-ray projection image data is generated for all the measurement angles, the affirmative determination is made in step S13, and the process proceeds to step S14. In step S14, the image reconstruction unit 56 generates three-dimensional data using the plurality of X-ray projection image data and ends the process. The control device 5 can display the three-dimensional data on a monitor (not shown) or store it in a memory (not shown).
If there is a measurement angle in which the X-ray projection image data is not generated in step S13, the negative determination in step S13 is made and the process proceeds to step S15. In step S15, the mounting table control unit 52 drives the manipulator unit 36 to rotate the mounting table 31 to a predetermined measurement angle to return to step S2, and the same process is performed thereafter.

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)検出器4の散乱部41は、被測定物Sを透過した透過X線または被測定物Sの内部で散乱した散乱X線を含むXが入射して散乱することにより生じる反跳電子の進行方向を検出する。制御装置5の特定部54は、反跳電子の進行方向と、吸収部42で検出したX線の入射位置と、X線の散乱角θとに基づいて、透過X線および散乱X線の少なくとも一方を特定する。これにより、X線のうち、被測定物Sで散乱した散乱X線と、散乱していないX線とを選別することが可能になる。X線投影画像データを生成する際には、ノイズの要因となる散乱X線を被測定物Sの内部情報から除外することが可能になり、X線投影画像データの画質を向上させることができる。
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The scattering unit 41 of the detector 4 is a rebound electron generated by incident and scattered X-rays transmitted through the object S to be measured or X including scattered X-rays scattered inside the object S to be measured. Detects the direction of travel. The specific unit 54 of the control device 5 determines at least the transmitted X-rays and the scattered X-rays based on the traveling direction of the backscattered electrons, the incident position of the X-rays detected by the absorbing unit 42, and the scattering angle θ of the X-rays. Identify one. This makes it possible to select scattered X-rays scattered by the object S to be measured and non-scattered X-rays among the X-rays. When generating X-ray projected image data, scattered X-rays that cause noise can be excluded from the internal information of the object S to be measured, and the image quality of the X-ray projected image data can be improved. ..

(2)特定部54は、X線が散乱部41でコンプトン散乱することにより失ったエネルギーE1を算出し、反跳電子の進行方向、算出されたエネルギーE1および吸収部42で検出されたエネルギーE2に基づいて、透過X線および散乱X線の少なくとも一方を特定する。これにより、X線のうち、被測定物Sで散乱した散乱X線と、散乱していないX線とを選別することが可能になる。 (2) The specific unit 54 calculates the energy E1 lost due to Compton scattering of X-rays in the scattering unit 41, the traveling direction of the rebounding electrons, the calculated energy E1, and the energy E2 detected by the absorbing unit 42. At least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays is specified based on. This makes it possible to select scattered X-rays scattered by the object S to be measured and non-scattered X-rays among the X-rays.

(3)散乱部41は、X線がチャンバー411にてコンプトン散乱した散乱点T1を検出し、特定部54は、散乱点T1と、反跳電子の初期進行方向と、チャンバー411でコンプトン散乱したX線のコンプトン散乱角θと、吸収部42に入射したX線の入射位置とが満たす関係に基づいて、透過X線および散乱X線の少なくとも一方を特定する。これにより、検出器4に入射したX線のうち散乱X線を除外して、X線投影画像データを生成することができる。 (3) The scattering unit 41 detected the scattering point T1 in which X rays were scattered in Compton in the chamber 411, and the specific unit 54 scattered the scattering point T1, the initial traveling direction of the rebound electrons, and Compton in the chamber 411. At least one of the transmitted X-ray and the scattered X-ray is specified based on the relationship satisfied by the Compton scattering angle θ of the X-ray and the incident position of the X-ray incident on the absorbing unit 42. As a result, scattered X-rays can be excluded from the X-rays incident on the detector 4 to generate X-ray projection image data.

(4)特定部54は、散乱点T1と、反跳電子の初期進行方向と、コンプトン散乱角θと、吸収部42へのX線の入射位置とに基づいて、X線源2の存在が推定される位置(進路L1)を算出し、算出された位置にX線源2が存在すると、X線を透過X線として特定する。これにより、検出器4に入射したX線のうち散乱X線を除外できるので、X線投影画像データの画質向上に寄与することができる。 (4) In the specific unit 54, the presence of the X-ray source 2 is present based on the scattering point T1, the initial traveling direction of the rebounding electrons, the Compton scattering angle θ, and the incident position of the X-ray on the absorbing unit 42. The estimated position (course L1) is calculated, and if the X-ray source 2 exists at the calculated position, the X-ray is specified as a transmitted X-ray. As a result, scattered X-rays can be excluded from the X-rays incident on the detector 4, which can contribute to improving the image quality of the X-ray projected image data.

(5)特定部54は、散乱部41からエネルギーE1が出力された時刻Tj+tsigと、吸収部42からエネルギーE2が出力された時刻Tjとの時間差が所定の範囲T1以内のX線を用いて散乱X線を特定する。これにより、異なるタイミングでX線源2から出射され、検出器4に入射したX線を除外して散乱X線を特定できるので、散乱X線を特定する精度を向上させることができる。 (5) The specific unit 54 uses X-rays in which the time difference between the time Tj + t sig at which the energy E1 is output from the scattering unit 41 and the time Tj at which the energy E2 is output from the absorbing unit 42 is within a predetermined range T1. Identify scattered X-rays. As a result, the scattered X-rays can be specified by excluding the X-rays emitted from the X-ray source 2 at different timings and incident on the detector 4, so that the accuracy of identifying the scattered X-rays can be improved.

(6)特定部54は、X線源2から照射され、被測定物Sの異なる位置を透過して、吸収部42の同一の画素に入射したX線を除外して、散乱X線を特定する。これにより、被測定物Sの内部の異なる位置の情報が、同一の位置の情報として内部情報に含まれることが抑制されるので、X線投影画像データの画質の低下を抑制できる。 (6) The identification unit 54 identifies scattered X-rays by irradiating from the X-ray source 2, passing through different positions of the object S to be measured, excluding X-rays incident on the same pixel of the absorption unit 42, and specifying scattered X-rays. To do. As a result, it is possible to suppress that the information at different positions inside the object S to be measured is included in the internal information as the information at the same position, so that the deterioration of the image quality of the X-ray projected image data can be suppressed.

(7)特定部54は、算出されたエネルギーE1と吸収部42からのエネルギーE2との和が、X線源2から照射されたX線のエネルギーE0に基づく値を超えると、被測定物Sの異なる位置を透過して、吸収部42の同一の位置に入射した複数のX線光子であることを検出し、検出したX線光子を除外して散乱X線を特定する。これにより、被測定物Sの異なる位置を透過して、吸収部42の同一の画素に入射したX線を、被測定物Sの内部情報から除外することができる。 (7) When the sum of the calculated energy E1 and the energy E2 from the absorbing unit 42 exceeds the value based on the energy E0 of the X-rays emitted from the X-ray source 2, the specific unit 54 determines the object S to be measured. It is detected that there are a plurality of X-ray photons incident on the same position of the absorption unit 42 through different positions of the above, and the detected X-ray photons are excluded to specify the scattered X-rays. As a result, X-rays transmitted through different positions of the object to be measured S and incident on the same pixel of the absorption unit 42 can be excluded from the internal information of the object to be measured S.

上述した実施の形態のX線装置100を、以下のように変形できる。
(1)上述した実施の形態においては、検出器4の散乱部41が、ガスが封入されたチャンバー411を有する場合を例に挙げて説明を行ったが、この例に限定されない。たとえば、散乱部41は、SOIを用いた公知の三次元量子イメージ検出器により構成されてもよい。図6(a)にこの場合の検出器4の構成を示す。散乱部41は、SOIを用いた三次元量子イメージ検出器はZ方向に沿った厚みを有するSiセンサー部500を備え、このSiセンサー部500にて反跳電子の飛跡を検出する。Siセンサー部500は、シリコン層501と、シリコン層501のZ方向+側に集積回路502とを有する。被測定物SからのX線は、シリコン層501を透過またはコンプトン散乱し、集積回路502は、実施の形態と同様にしてコンプトン散乱による反跳電子の飛跡の三次元形状を検出する。
The X-ray apparatus 100 of the above-described embodiment can be modified as follows.
(1) In the above-described embodiment, the case where the scattering portion 41 of the detector 4 has the chamber 411 in which the gas is sealed has been described as an example, but the description is not limited to this example. For example, the scattering unit 41 may be configured by a known three-dimensional quantum image detector using SOI. FIG. 6A shows the configuration of the detector 4 in this case. As for the scattering unit 41, the three-dimensional quantum image detector using SOI includes a Si sensor unit 500 having a thickness along the Z direction, and the Si sensor unit 500 detects track of rebounding electrons. The Si sensor unit 500 has a silicon layer 501 and an integrated circuit 502 on the Z direction + side of the silicon layer 501. The X-rays from the object S to be measured are transmitted through the silicon layer 501 or scattered by Compton, and the integrated circuit 502 detects the three-dimensional shape of the track of the rebound electron due to the Compton scattering in the same manner as in the embodiment.

また、散乱部41と吸収部42とが、Z方向に沿って複数の三次元量子イメージ検出器を積層した構成を有してもよい。図6(b)、(c)に、この場合の検出器4の構成を示す。図6(b)はYZ平面での断面図であり、図6(c)はXY平面での外観図、散乱部41は、Z方向に沿って積層された複数の三次元量子イメージ検出器511a〜511d(総称する場合は符号511を付す)と、処理基板512上に設けられた処理回路513とを有する。吸収部42は、Z方向に沿って積層された複数の三次元量子イメージ検出器511e〜511h(総称する場合は符号511を付す)と、処理基板514上に設けられた処理回路515とを有する。なお、図6(b)、(c)に示す例では、散乱部41および吸収部42は、それぞれ4個の三次元量子イメージ検出器511a〜511d、511e〜511hを有する場合を示すが、散乱部41および吸収部42が有する三次元量子イメージ検出器511の個数は図6(b)、(c)に示す例に限定されない。また、散乱部41と吸収部42とが異なる個数の三次元量子イメージ検出器511を有してもよい。 Further, the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 may have a configuration in which a plurality of three-dimensional quantum image detectors are stacked along the Z direction. 6 (b) and 6 (c) show the configuration of the detector 4 in this case. FIG. 6B is a cross-sectional view in the YZ plane, FIG. 6C is an external view in the XY plane, and the scattering portion 41 is a plurality of three-dimensional quantum image detectors 511a laminated along the Z direction. It has ~ 511d (referred to by reference numeral 511 when generically referred to) and a processing circuit 513 provided on the processing substrate 512. The absorption unit 42 includes a plurality of three-dimensional quantum image detectors 511e to 511h (generally referred to as reference numerals 511) stacked along the Z direction, and a processing circuit 515 provided on the processing substrate 514. .. In the examples shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 each have four three-dimensional quantum image detectors 511a to 511d and 511e to 511h, respectively. The number of the three-dimensional quantum image detectors 511 included in the unit 41 and the absorption unit 42 is not limited to the examples shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c). Further, the scattering unit 41 and the absorbing unit 42 may have different numbers of three-dimensional quantum image detectors 511.

三次元量子イメージ検出器511は、基板520と、半導体素子521とを有する。半導体素子521は薄板状に形成され、基板520に設けられる。半導体素子521は、その上面に(Z方向−側)に複数のストリップ電極を有する。ストリップ電極はそれぞれワイヤ523により処理基板512、514上に設けられた処理回路513、515に接続される。ストリップ電極は、X線や反跳電子が入射されると電気信号を出力する。散乱部41にX線が入射しコンプトン散乱して反跳電子が出射すると、三次元量子イメージ検出器511a〜511dのうち反跳電子が通過したストリップ電極から電気信号が処理回路513に出力される。散乱部41の三次元量子イメージ検出器511a〜511dがZ方向に積層されていることにより、反跳電子の飛跡のZ方向の位置が検出される。ストリップ電極の配置により、各三次元量子イメージ検出器511a〜511dを通過した反跳電子の軌跡のXY方向の位置が検出される。これにより、反跳電子の飛跡の三次元形状を検出することができる。吸収部42の三次元量子イメージ検出器511e〜511hはX線が入射するとストリップ電極から電気信号を処理回路515に出力し、X線が吸収された位置が検出される。 The three-dimensional quantum image detector 511 includes a substrate 520 and a semiconductor element 521. The semiconductor element 521 is formed in a thin plate shape and is provided on the substrate 520. The semiconductor element 521 has a plurality of strip electrodes on its upper surface (Z direction − side). The strip electrodes are connected by wires 523 to the processing circuits 513 and 515 provided on the processing substrates 512 and 514, respectively. The strip electrode outputs an electric signal when X-rays or rebound electrons are incident. When X-rays are incident on the scattering unit 41 and scattered by Compton to emit rebound electrons, an electric signal is output to the processing circuit 513 from the strip electrode through which the rebound electrons have passed among the three-dimensional quantum image detectors 511a to 511d. .. Since the three-dimensional quantum image detectors 511a to 511d of the scattering unit 41 are stacked in the Z direction, the position of the track of the rebounding electron in the Z direction is detected. By arranging the strip electrodes, the position of the trajectory of the rebounding electron passing through each of the three-dimensional quantum image detectors 511a to 511d in the XY direction is detected. This makes it possible to detect the three-dimensional shape of the track of the rebounding electron. When X-rays are incident, the three-dimensional quantum image detectors 511e to 511h of the absorption unit 42 output an electric signal from the strip electrode to the processing circuit 515, and the position where the X-rays are absorbed is detected.

(2)上述した実施形態においては、制御装置5は、画像生成部53および画像再構成部56を有するものとして説明したが、制御装置5が画像生成部53と画像再構成部56とを有していなくてもよい。画像生成部53と画像再構成部56とが、X線装置100とは別体の処理装置等に設けられ、特定部54で特定された散乱X線または散乱X線以外のX線に関する情報を、たとえばネットワークや記憶媒体等を介して取得して、X線投影画像データや3次元データを生成してもよい。 (2) In the above-described embodiment, the control device 5 has been described as having an image generation unit 53 and an image reconstruction unit 56, but the control device 5 has an image generation unit 53 and an image reconstruction unit 56. You don't have to. The image generation unit 53 and the image reconstruction unit 56 are provided in a processing device or the like separate from the X-ray device 100, and provide information on scattered X-rays or X-rays other than the scattered X-rays specified by the specific unit 54. For example, the X-ray projection image data or the three-dimensional data may be generated by acquiring the data via a network, a storage medium, or the like.

図面を参照して、本発明の実施の形態による構造物製造システムを説明する。本実施の形態の構造物製造システムは、たとえば自動車のドア部分、エンジン部分、ギア部分および回路基板を備える電子部品等の成型品を作成する。 A structure manufacturing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The structure manufacturing system of the present embodiment creates a molded product such as an electronic component including a door portion, an engine portion, a gear portion, and a circuit board of an automobile, for example.

図7は本実施の形態による構造物製造システム400の構成の一例を示すブロック図である。構造物製造システム400は、第1の実施の形態にて説明したX線装置100と、設計装置410と、成形装置420と、制御システム430と、リペア装置440とを備える。 FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the structure manufacturing system 400 according to the present embodiment. The structure manufacturing system 400 includes an X-ray apparatus 100 described in the first embodiment, a design apparatus 410, a molding apparatus 420, a control system 430, and a repair apparatus 440.

設計装置410は、構造物の形状に関する設計情報を作成する際にユーザが用いる装置であって、設計情報を作成して記憶する設計処理を行う。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報である。設計情報は成形装置420および後述する制御システム430に出力される。成形装置420は設計装置410により作成された設計情報を用いて構造物を作成、成形する成形処理を行う。この場合、成形装置420は、3Dプリンター技術で代表される積層加工、鋳造加工、鍛造加工および切削加工のうち少なくとも1つを行うものについても本発明の一態様に含まれる。 The design device 410 is a device used by the user when creating design information regarding the shape of the structure, and performs a design process of creating and storing the design information. The design information is information indicating the coordinates of each position of the structure. The design information is output to the molding apparatus 420 and the control system 430 described later. The molding apparatus 420 performs a molding process of creating and molding a structure using the design information created by the design apparatus 410. In this case, one aspect of the present invention also includes a molding apparatus 420 that performs at least one of laminating processing, casting processing, forging processing, and cutting processing represented by 3D printer technology.

X線装置100は、成形装置420により成形された構造物の形状を測定する測定処理を行う。X線装置100は、構造物を測定した測定結果である構造物の座標を示す情報(以後、形状情報と呼ぶ)を制御システム430に出力する。制御システム430は、座標記憶部431と、検査部432とを備える。座標記憶部431は、上述した設計装置410により作成された設計情報を記憶する。 The X-ray apparatus 100 performs a measurement process for measuring the shape of the structure formed by the forming apparatus 420. The X-ray apparatus 100 outputs information (hereinafter, referred to as shape information) indicating the coordinates of the structure, which is the measurement result of measuring the structure, to the control system 430. The control system 430 includes a coordinate storage unit 431 and an inspection unit 432. The coordinate storage unit 431 stores the design information created by the design device 410 described above.

検査部432は、成形装置420により成形された構造物が設計装置410により作成された設計情報に従って成形されたか否かを判定する。換言すると、検査部432は、成形された構造物が良品か否かを判定する。この場合、検査部432は、座標記憶部431に記憶された設計情報を読み出して、設計情報とX線装置100から入力した形状情報とを比較する検査処理を行う。検査部432は、検査処理としてたとえば設計情報が示す座標と対応する形状情報が示す座標とを比較し、検査処理の結果、設計情報の座標と形状情報の座標とが一致している場合には設計情報に従って成形された良品であると判定する。設計情報の座標と対応する形状情報の座標とが一致していない場合には、検査部432は、座標の差分が所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内であれば修復可能な不良品と判定する。 The inspection unit 432 determines whether or not the structure formed by the forming apparatus 420 is formed according to the design information created by the design apparatus 410. In other words, the inspection unit 432 determines whether or not the molded structure is a non-defective product. In this case, the inspection unit 432 reads out the design information stored in the coordinate storage unit 431 and performs an inspection process for comparing the design information with the shape information input from the X-ray apparatus 100. As an inspection process, the inspection unit 432 compares, for example, the coordinates indicated by the design information with the coordinates indicated by the corresponding shape information, and when the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information match as a result of the inspection process, Judge that it is a good product molded according to the design information. If the coordinates of the design information and the coordinates of the corresponding shape information do not match, the inspection unit 432 determines whether or not the difference in the coordinates is within the predetermined range, and if it is within the predetermined range, it can be repaired. Judged as a defective product.

修復可能な不良品と判定した場合には、検査部432は、不良部位と修復量とを示すリペア情報をリペア装置440へ出力する。不良部位は設計情報の座標と一致していない形状情報の座標を有する部位であり、修復量は不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分である。リペア装置440は、入力したリペア情報に基づいて、構造物の不良部位を再加工するリペア処理を行う。リペア装置440は、リペア処理にて成形装置420が行う成形処理と同様の処理を再度行う。 When it is determined that the defective product can be repaired, the inspection unit 432 outputs repair information indicating the defective portion and the repair amount to the repair device 440. The defective part is a part having shape information coordinates that do not match the coordinates of the design information, and the repair amount is the difference between the design information coordinates and the shape information coordinates in the defective part. The repair device 440 performs a repair process for reworking a defective portion of the structure based on the input repair information. The repair device 440 repeats the same processing as the molding process performed by the molding device 420 in the repair process.

図8に示すフローチャートを参照しながら、構造物製造システム400が行う処理について説明する。
ステップS31では、設計装置410はユーザによって構造物の設計を行う際に用いられ、設計処理により構造物の形状に関する設計情報を作成し記憶してステップS32へ進む。なお、設計装置410で作成された設計情報のみに限定されず、既に設計情報がある場合には、その設計情報を入力することで、設計情報を取得するものについても本発明の一態様に含まれる。ステップS32では、成形装置420は成形処理により、設計情報に基づいて構造物を作成、成形してステップS33へ進む。ステップS33においては、X線装置100は測定処理を行って、構造物の形状を計測し、形状情報を出力してステップS34へ進む。
The process performed by the structure manufacturing system 400 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In step S31, the design device 410 is used when the user designs the structure, and the design process creates and stores design information regarding the shape of the structure, and proceeds to step S32. It should be noted that the present invention is not limited to the design information created by the design device 410, and if the design information already exists, the one that acquires the design information by inputting the design information is also included in one aspect of the present invention. Is done. In step S32, the molding apparatus 420 creates and forms a structure based on the design information by the molding process, and proceeds to step S33. In step S33, the X-ray apparatus 100 performs measurement processing, measures the shape of the structure, outputs shape information, and proceeds to step S34.

ステップS34では、検査部432は、設計装置410により作成された設計情報とX線装置100により測定され、出力された形状情報とを比較する検査処理を行って、ステップS35へ進む。ステップS35では、検査処理の結果に基づいて、検査部432は成形装置420により成形された構造物が良品か否かを判定する。構造物が良品である場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標との差が所定の範囲内の場合には、ステップS35が肯定判定されて処理を終了する。構造物が良品ではない場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致しない場合や設計情報には無い座標が検出された場合には、ステップS35が否定判定されてステップS36へ進む。 In step S34, the inspection unit 432 performs an inspection process for comparing the design information created by the design device 410 with the shape information measured and output by the X-ray device 100, and proceeds to step S35. In step S35, the inspection unit 432 determines whether or not the structure molded by the molding apparatus 420 is a non-defective product based on the result of the inspection process. When the structure is a non-defective product, that is, when the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information is within a predetermined range, step S35 is affirmatively determined and the process ends. If the structure is not a non-defective product, that is, if the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information do not match, or if coordinates that are not in the design information are detected, step S35 is negatively determined and the process proceeds to step S36.

ステップS36では、検査部432は構造物の不良部位が修復可能か否かを判定する。不良部位が修復可能ではない場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲を超えている場合には、ステップS36が否定判定されて処理を終了する。不良部位が修復可能な場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲内の場合には、ステップS36が肯定判定されてステップS37へ進む。この場合、検査部432はリペア装置440にリペア情報を出力する。ステップS37においては、リペア装置440は、入力したリペア情報に基づいて、構造物に対してリペア処理を行ってステップS33へ戻る。なお、上述したように、リペア装置440は、リペア処理にて成形装置420が行う成形処理と同様の処理を再度行う。 In step S36, the inspection unit 432 determines whether or not the defective portion of the structure can be repaired. If the defective portion is not repairable, that is, if the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information in the defective portion exceeds a predetermined range, step S36 is determined to be negative and the process ends. When the defective portion can be repaired, that is, when the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information in the defective portion is within a predetermined range, step S36 is positively determined and the process proceeds to step S37. In this case, the inspection unit 432 outputs the repair information to the repair device 440. In step S37, the repair device 440 performs repair processing on the structure based on the input repair information, and returns to step S33. As described above, the repair device 440 repeats the same processing as the molding process performed by the molding device 420 in the repair process.

上述した実施の形態による構造物製造システムによれば、以下の作用効果が得られる。
(1)構造物製造システム400のX線装置100は、設計装置410の設計処理に基づいて成形装置420により作成された構造物の形状情報を取得する測定処理を行い、制御システム430の検査部432は、測定処理にて取得された形状情報と設計処理にて作成された設計情報とを比較する検査処理を行う。したがって、構造物の欠陥の検査や構造物の内部の情報を非破壊検査によって取得し、構造物が設計情報の通りに作成された良品であるか否かを判定できるので、構造物の品質管理に寄与する。
According to the structure manufacturing system according to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The X-ray apparatus 100 of the structure manufacturing system 400 performs a measurement process for acquiring the shape information of the structure created by the forming apparatus 420 based on the design process of the design apparatus 410, and performs an inspection unit of the control system 430. The 432 performs an inspection process for comparing the shape information acquired in the measurement process with the design information created in the design process. Therefore, it is possible to obtain the inspection of defects in the structure and the information inside the structure by non-destructive inspection, and to judge whether the structure is a non-defective product created according to the design information. Contribute to.

(2)リペア装置440は、検査処理の比較結果に基づいて、構造物に対して成形処理を再度行うリペア処理を行うようにした。したがって、構造物の不良部分が修復可能な場合には、再度成形処理と同様の処理を構造物に対して施すことができるので、設計情報に近い高品質の構造物の製造に寄与する。 (2) The repair device 440 is configured to perform a repair process in which the molding process is performed again on the structure based on the comparison result of the inspection process. Therefore, when the defective portion of the structure can be repaired, the same treatment as the molding treatment can be applied to the structure again, which contributes to the production of a high-quality structure close to the design information.

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。
X線装置100において、被測定物Sが載置される載置台31がX軸移動部33と、Y軸移動部34と、Z軸移動部35とによってX軸、Y軸およびZ軸方向に移動されるものに限定されない。載置台31はX軸、Y軸およびZ軸方向に移動せず、X線源2および検出器4をX軸、Y軸およびZ軸方向に移動させることにより、被測定物Sに対してX線源2および検出器4を相対移動させる構成をX線装置100が有してもよい。また、載置台31が回転軸Yrにて回転するものに代えて、載置台31は回転せず、X線源2と検出器4とが回転軸Yrにて回転する構成をX線装置100が有してもよい。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications can be combined with the above-described embodiment.
In the X-ray apparatus 100, the mounting table 31 on which the object to be measured S is placed is oriented in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by the X-axis moving portion 33, the Y-axis moving portion 34, and the Z-axis moving portion 35. It is not limited to what is moved. The mounting table 31 does not move in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, but by moving the X-ray source 2 and the detector 4 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, X is X with respect to the object S to be measured. The X-ray apparatus 100 may have a configuration in which the radiation source 2 and the detector 4 are relatively moved. Further, instead of the mounting table 31 rotating on the rotation axis Yr, the X-ray apparatus 100 has a configuration in which the mounting table 31 does not rotate and the X-ray source 2 and the detector 4 rotate on the rotation axis Yr. You may have.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the features of the present invention are not impaired, and other embodiments considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention. ..

2…X線源、4…検出器、5…制御装置、
41…散乱部、42…吸収部、53…画像生成部、
54…特定部、100…X線装置、
400…構造物製造システム、410…計測装置、
420…成形装置、430…制御システム、440…リペア装置
2 ... X-ray source, 4 ... Detector, 5 ... Control device,
41 ... Scattering unit, 42 ... Absorbing unit, 53 ... Image generation unit,
54 ... Specific part, 100 ... X-ray device,
400 ... structure manufacturing system, 410 ... measuring device,
420 ... molding equipment, 430 ... control system, 440 ... repair equipment

Claims (15)

被測定物を透過した透過X線または前記被測定物の内部で散乱した散乱X線を含むX線の入射を受ける検出器であって、入射した前記X線の散乱により生じる電子の進路および進行方向の少なくとも一方と、入射して散乱した前記X線の進路および進行方向の少なくとも一方とを検出する検出器と、
前記電子の進路および進行方向の少なくとも一方と、前記X線の進路および進行方向の少なくとも一方とに基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定する特定部と、
を備えるX線装置。
A detector that receives incidents of transmitted X-rays that have passed through the object to be measured or X-rays that include scattered X-rays scattered inside the object to be measured, and the path and progress of electrons generated by the scattering of the incident X-rays. A detector that detects at least one of the directions and at least one of the incident and scattered X-ray paths and traveling directions.
A specific portion that identifies at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays based on at least one of the electron's path and traveling direction and at least one of the X-ray's path and traveling direction.
An X-ray device comprising.
請求項1に記載のX線装置において、
前記検出器は、入射した前記X線に散乱を生じさせる第1検出器と、前記第1検出器で散乱または透過した前記X線の入射を受け、入射した前記X線の入射位置を検出する第2検出器とを有し、
前記特定部は、前記電子の進路および前記X線の入射位置に基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 1,
The detector receives the incidents of the first detector that causes scattering of the incident X-rays and the X-rays scattered or transmitted by the first detector, and detects the incident position of the incident X-rays. Has a second detector
The specific unit is an X-ray apparatus that identifies at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays based on the path of the electrons and the incident position of the X-rays.
請求項2に記載のX線装置において、
前記特定部は、前記第2検出器によって検出された前記X線の入射位置に基づいて、前記第1検出器で散乱した前記X線の進路および進行方向の少なくとも一方を算出し、算出した前記X線の進路および進行方向の少なくとも一方と前記電子の進路および進行方向の少なくとも一方とに基づいて、前記被測定物から前記第1検出器に入射する前記X線の進路を含む面を算出するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 2,
Based on the incident position of the X-rays detected by the second detector, the specific unit calculates at least one of the course and the traveling direction of the X-rays scattered by the first detector. Based on at least one of the X-ray path and the traveling direction and at least one of the electron path and the traveling direction, the surface including the X-ray path incident on the first detector from the object to be measured is calculated. X-ray equipment.
請求項2または3に記載のX線装置において、
前記第2検出器は、前記第1検出器で散乱または透過して入射した前記X線の第1エネルギーを検出し、
前記特定部は、前記X線が前記第1検出器で散乱することにより失った第2エネルギーを算出し、前記電子の進行方向、前記第1エネルギーおよび前記第2エネルギーに基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 2 or 3.
The second detector detects the first energy of the X-rays scattered or transmitted by the first detector and incident.
The specific unit calculates the second energy lost due to the X-rays being scattered by the first detector, and the transmitted X is based on the traveling direction of the electrons, the first energy, and the second energy. An X-ray apparatus that identifies at least one of a line and the scattered X-ray.
請求項4に記載のX線装置において、
前記特定部は、前記第1エネルギーおよび前記第2エネルギーに基づいて、前記第1検出器で散乱した前記X線の散乱角および前記電子の出射角の少なくとも一方を算出し、算出した前記散乱角および前記出射角の少なくとも一方に基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 4,
The specific unit calculates at least one of the scattering angle of the X-rays scattered by the first detector and the emission angle of the electrons based on the first energy and the second energy, and the calculated scattering angle is calculated. And an X-ray apparatus that identifies at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays based on at least one of the emission angles.
請求項4または5に記載のX線装置において、
前記第1検出器は、前記X線が前記第1検出器にて散乱した散乱位置を検出し、
前記特定部は、前記散乱位置と、前記電子の進行方向と、前記第1検出器で散乱した前記X線の散乱角と、前記第2検出器に入射した前記X線の入射位置とに基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定する、X線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 4 or 5.
The first detector detects the scattering position where the X-ray is scattered by the first detector.
The specific unit is based on the scattering position, the traveling direction of the electrons, the scattering angle of the X-rays scattered by the first detector, and the incident position of the X-rays incident on the second detector. An X-ray apparatus that identifies at least one of the transmitted X-ray and the scattered X-ray.
請求項6に記載のX線装置において、
前記特定部は、前記散乱位置と、前記電子の進行方向と、前記散乱角と、前記第2検出器に入射した前記入射位置とに基づいて、X線源の存在が推定される方向を算出し、前記算出された方向にX線源が存在した場合、前記X線を前記透過X線として特定する、X線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 6,
The specific unit calculates the direction in which the presence of the X-ray source is estimated based on the scattering position, the traveling direction of the electrons, the scattering angle, and the incident position incident on the second detector. An X-ray apparatus that identifies the X-ray as the transmitted X-ray when an X-ray source is present in the calculated direction.
請求項4から7のいずれか一項に記載のX線装置において、
前記特定部は、前記第1検出器で前記X線が散乱した時刻と、前記第2検出器から前記第1エネルギーが出力された時刻との差が所定の時間差以内の前記X線に基づいて、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定する、X線装置。
In the X-ray apparatus according to any one of claims 4 to 7.
The specific unit is based on the X-rays in which the difference between the time when the X-rays are scattered by the first detector and the time when the first energy is output from the second detector is within a predetermined time difference. An X-ray apparatus that identifies at least one of the transmitted X-ray and the scattered X-ray.
請求項8に記載のX線装置において、
前記特定部は、X線源から所定の時間より短い時間間隔で照射され、前記被測定物の異なる位置を透過して、前記第2検出器の同一の画素に所定の時間内に入射した前記X線を除外して、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 8,
The specific portion is irradiated from an X-ray source at intervals shorter than a predetermined time, passes through different positions of the object to be measured, and is incident on the same pixel of the second detector within a predetermined time. An X-ray apparatus that excludes X-rays and identifies at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays.
請求項9に記載のX線装置において、
前記特定部は、前記第1エネルギーと前記第2エネルギーとの和が、前記X線源から照射された前記X線のエネルギーに基づいて設定された所定の値を超えた前記検出したX線を除外して前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 9,
The specific unit refers to the detected X-rays in which the sum of the first energy and the second energy exceeds a predetermined value set based on the energy of the X-rays emitted from the X-ray source. An X-ray apparatus that excludes and identifies at least one of the transmitted X-ray and the scattered X-ray.
請求項9に記載のX線装置において、
前記特定部は、前記第1検出器で前記X線が散乱された時刻と、前記被測定物の異なる位置を透過して、前記第1検出器の別の位置において前記電子が検出された時刻との差が所定の時間差以内の、前記検出したX線を除外して、前記透過X線および前記散乱X線の少なくとも一方を特定するX線装置。
In the X-ray apparatus according to claim 9,
The specific unit transmits the time when the X-ray is scattered by the first detector and the time when the electron is detected at another position of the first detector by passing through different positions of the object to be measured. An X-ray apparatus that specifies at least one of the transmitted X-rays and the scattered X-rays by excluding the detected X-rays whose difference from the X-rays is within a predetermined time difference.
請求項3から11のいずれか一項に記載のX線装置において、
前記特定部により特定された前記透過X線に基づいて前記被測定物の内部情報を取得し、前記被測定物の内部情報に基づいて、X線投影画像を生成する画像生成部をさらに備えるX線装置。
In the X-ray apparatus according to any one of claims 3 to 11.
X further includes an image generation unit that acquires internal information of the object to be measured based on the transmitted X-rays specified by the specific unit and generates an X-ray projection image based on the internal information of the object to be measured. Wire device.
構造物の形状に関する設計情報を作成し、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、
作成された前記構造物の形状を、請求項1から12のいずれか一項に記載のX線装置を用いて計測して形状情報を取得し、
前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する構造物の製造方法。
Create design information about the shape of the structure
Create the structure based on the design information
The shape of the created structure is measured by using the X-ray apparatus according to any one of claims 1 to 12, and shape information is acquired.
A method for manufacturing a structure that compares the acquired shape information with the design information.
請求項13に記載の構造物の製造方法において、
前記形状情報と前記設計情報との比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を行う構造物の製造方法。
In the method for manufacturing a structure according to claim 13.
A method for manufacturing a structure, which is executed based on a comparison result between the shape information and the design information and reworks the structure.
請求項14に記載の構造物の製造方法において、
前記構造物の再加工は、前記設計情報に基づいて前記構造物の作成を再度行う構造物の製造方法。
In the method for manufacturing a structure according to claim 14.
The reworking of the structure is a method for manufacturing a structure in which the structure is recreated based on the design information.
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