JP4070972B2 - Ｘ線像増強装置及びｘ線透過像撮像システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線像増強装置及びＸ線透過像撮像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線透過像撮像システムは、特開昭４９−１００８５号公報、特公昭５３−４８０４５号公報、特開昭６３−１００３６０号公報及び特開平１０−２０６３５２号公報に記載されている。これらのシステムにおいては、時間的に移動する被測定対象の像をＸ線像増強管で増強して撮像し、その出力像が移動しないように、当該出力像をミラー等で時々刻々と移動方向とは逆方向に偏向することにより、出力像を同一位置に配置された固体撮像素子上に結像させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような偏向は物理的振動を伴うため、高精度の撮像を行うことができなかった。
【０００４】
そこで、Ｘ線電子変換材料及びＸ線電子変換材料に対向配置された出力蛍光面を備え、被測定対象の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを偏向するＸ線像増強管を開発した。電子像の流れを偏向する電磁気学的な偏向手段は、機械的偏向機構のように振動を伴わないため、高精度の撮像を行うことができる。すなわち、被測定対象の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを偏向すると、被測定対象の撮像時間を長くすることができ、したがって、解像度と感度を向上させることができるのである。
【０００５】
ところが、電磁気学的な偏向手段を有するＸ線像増強管をＸ線透過像撮像システム内に組み込んだ場合、その電磁気学的な偏向方向と測定対象の移動方向とが一致しない場合には、撮像した被測定対象像にボケや滲みが発生するので、高解像度の撮像を行うことができない。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高解像度の撮像を行うことが可能なＸ線像増強装置及びＸ線透過像撮像システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係るＸ線像増強装置は、通過経路上を移動する被測定対象の透過Ｘ線像を電子像に変換するＸ線電子変換材料、Ｘ線電子変換材料に対向配置され被測定対象の電子像が照射されるとこの被測定対象の蛍光像を出力する出力蛍光面、及び、被測定対象の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料と出力蛍光面との間の電子像の流れを偏向する偏向手段を有するＸ線像増強管と、Ｘ線像増強管の管軸から離隔し且つ管軸に平行な軸を回転軸としてＸ線像増強管を支持する回転移動機構とを備えることを特徴とする。
【０００８】
Ｘ線電子変換材料に被測定対象のＸ線像が入射すると、これは電子像に変換され、この電子像は出力蛍光面上に照射され、電子像に応じた蛍光像がＸ線像増強管から出力される。被測定対象の移動速度に同期した速度で電子像の流れを偏向すると、蛍光像の結像位置は停止させることができ、したがって、このＸ線像増強管によれば、被測定対象の撮像時間を長くすることができる。撮像には適当な固体撮像素子等を用いる。
【０００９】
このように、本Ｘ線像増強管を用いれば、解像度及び感度を向上させることができるが、回転移動機構によってＸ線像増強管の管軸をこれに平行な回転軸回りに回転させると、いずれかの回転位置で電子像の偏向方向と被測定対象の移動方向とを一致させることができる。これにより、撮像した被測定対象像のボケや滲みが減少するため、被測定対象のＸ線透過像を高解像度で撮像することができる。
【００１０】
また、Ｘ線像増強装置は、回転軸と管軸との間の距離を調整する調整手段を更に備えることを特徴とする。管軸と回転軸とは離隔しているので、管軸の回転移動によって、管軸上の撮像位置が被測定対象の通過経路上からずれる場合がある。調整手段は、回転軸と管軸との間の距離を調整するので、管軸上の撮像位置を被測定対象の通過経路上に移動させることができ、的確に被測定対象を撮像することができる。
【００１１】
Ｘ線透過像撮像システムは、このＸ線像増強装置と共に被測定対象の通過経路を挟んだ位置に配置されるＸ線源を備える。Ｘ線源から出射されたＸ線は上記通過経路上の被測定対象を透過し、Ｘ線像として対向位置に配置されたＸ線像増強装置に入射する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るＸ線像増強装置を用いたＸ線透過像撮像システムについて説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１はＸ線透過像撮像システムの斜視図である。このＸ線透過像撮像システムは、Ｘ線像増強装置１を備えている。このＸ線透過像撮像システムは、Ｘ線像増強装置１と共に被測定対象２の通過経路（ベルトコンベア）３を挟んだ位置に配置されるＸ線源４を更に備えている。Ｘ線源４から出射されたＸ線は、通過経路３上の被測定対象２を透過し、Ｘ線像として、この対向位置に配置されたＸ線像増強装置１、詳細にはＸ線撮像装置を構成するＸ線像増強管のＸ線電子変換材料１ｘｃに入射する。Ｘ線電子変換材料１ｘｃは、これに入射した被測定対象２の透過Ｘ線像を電子像に変換する。
【００１４】
Ｘ線像増強装置１はＸ線像増強管１ｔを備えている。Ｘ線像増強管１ｔは、Ｘ線電子変換材料１ｘｃ及びＸ線電子変換材料１ｘｃに対向配置された出力蛍光面１ｓを備えており、被測定対象２の移動速度に同期した速度で、Ｘ線電子変換材料１ｘｃと出力蛍光面１ｓとの間の電子像の流れを偏向する。偏向の方向は管軸Ｚに垂直な平面内において設定できる。被測定対象２の電子像が出力蛍光面１ｓ上に照射されると、出力蛍光面１ｓからは被測定対象２の蛍光像が出力される。
【００１５】
通過経路３上に載せられた被測定対象２が、管軸Ｚに垂直な方向Ｙに沿って移動し、通過経路３を幅方向に挟むように配置された光学式通過検出センサ５，５間を通過すると、この通過時刻ｔ０を基準時刻として、電子像の偏向開始時刻が設定される。偏向開始時刻ｔ１は、被測定対象２がＸ線像増強管１ｔの撮像視野内に入る時刻であり、通過検出センサ５，５と上記視野内の適当な位置との間の距離を被測定対象２の移動速度で割った時間Δｔだけ、上記基準時刻ｔ０から遅延させた時刻である。
【００１６】
偏向開始時刻ｔ１から電子像の偏向が開始される。偏向を行わない場合には、被測定対象２の移動に伴って出力蛍光面１ｓ上で電子像が移動してしまう。本形態では、出力蛍光面１ｓ上の電子像の移動速度が零となるように偏向の速度及び向きを設定する。したがって、出力蛍光面１ｓからは、被測定対象２の蛍光像が不動の状態で出力される。
【００１７】
この蛍光像はＸ線像増強管１ｔの後段に設けられた撮像カメラ（ＣＣＤカメラ：固体撮像素子を内蔵したカメラ）１ｐによって撮像され、撮像カメラ１ｐは被測定対象２のＸ線透過像の映像信号を出力する。
【００１８】
このように、Ｘ線電子変換材料１ｘｃに被測定対象２のＸ線像が入射すると、これは電子像に変換され、この電子像は出力蛍光面１ｓ上に照射され、電子像に応じた蛍光像がＸ線像増強管１ｔから出力され、撮像カメラ１ｐによって蛍光像の撮像が行われる。被測定対象２の移動速度に同期した速度で電子像の流れを偏向しているので、蛍光像の撮像カメラ撮像面内の結像位置は停止することとなる。したがって、このＸ線像増強管１ｔによれば、被測定対象２の撮像時間を長くすることができる。このように、本Ｘ線像増強管を用いれば、解像度及び感度を向上させることができる
【００１９】
ところで、Ｘ線像増強装置１は、Ｘ線像増強管１ｔの管軸Ｚから離隔し且つ管軸Ｚに平行な軸ＺＲを回転軸としてＸ線像増強管１ｔを支持する回転移動機構１ｒを備えている。また、Ｘ線像増強装置１は、回転軸ＺＲと管軸Ｚとの間の距離を調整する直線移動機構（調整手段：Ｘステージ）１ａを更に備えている。回転移動機構１ｒは直線移動機構１ａ上に設けられ直線移動機構１ａに対して相対的に回転する一方で、直線移動機構１ａは支持基体１ｂ上に設けられ支持基体１ｂに対して相対的に直線移動する。
【００２０】
回転移動機構１ｒによって、Ｘ線像増強管１ｔの管軸Ｚをこれに平行な回転軸ＺＲの回りに回転させると、いずれかの回転位置で電子像の偏向方向と被測定対象２の移動方向Ｙとを一致させることができる。これにより、被測定対象２の像が、出力蛍光面１ｓ上で更に移動しなくなるため、画像のボケや滲みが減少する。したがって、本装置によれば、被測定対象２のＸ線透過像を高解像度で撮像することができる。
【００２１】
管軸Ｚと回転軸ＺＲとは離隔しているので、管軸Ｚの回転移動によって、管軸Ｚ上の撮像位置が被測定対象２の通過経路３上からずれる場合がある。直線移動機構１ａは、回転軸ＺＲと管軸Ｚとの間の距離を調整するので、管軸Ｚ上の撮像位置を被測定対象２の通過経路３上に移動させることができ、的確に被測定対象２を撮像することができる。
【００２２】
図２はＸ線像増強管１ｔの縦断面図である。図３は図２に示したＸ線像増強管１ｔのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。筒状のハウジング１ｖの一端の開口は保護板１ｐｒによって、他端の開口は撮像カメラ１ｐによって封止されている。ハウジング１ｖの内部にはＸ線像増強管本体が配置されている。
【００２３】
Ｘ線像増強管本体は、ベリリウムもしくはアルミニウム製のＸ線入射窓１ｗを有する真空容器１ｖｃと、Ｘ線入射窓１ｗの内面に設けられたＸ線電子変換材料（陰極）１ｘｃと、Ｘ線電子変換材料１ｘｃから出力された電子像を管軸Ｚに沿って加速する加速電極１ａｃと、電子像を集束する集束電極１ｆｃと、集束された電子像が入射する筒状の陽極１ａｎとを備えている。
【００２４】
陽極１ａｎの最深部には出力蛍光面１ｓが設けられており、出力蛍光面１ｓ上に電子像が入射する。なお、出力蛍光面１ｓの表面上には図示しないメタルバック電極が設けられており、メタルバック電極の電位はＸ線電子変換材料１ｘｃよりも高い電位に設定される。
【００２５】
真空容器１ｖｃの周囲には、その側面を挟むように一対の偏向コイル１ｃｉが設けられている。偏向コイル１ｃｉに、周期的に変動する電流（鋸波）を供給することによって、真空容器１ｖｃ内部に磁界を発生させ、管軸Ｚに垂直な方向に電子流を偏向する。この偏向の大きさは供給する電流量（振幅）によって、偏向の速度は電流量及びその変動周期によって調整することができる。
【００２６】
すなわち、偏向の速度は電流量が大きいほど、周期が短いほど速くなる。管軸Ｚに垂直な１軸方向に磁界を発生させると、電子は管軸Ｚに沿って飛行しているので、これらの磁界及び電子移動方向の双方に垂直な方向に力を受けて偏向される。また、被測定対象２が撮像視野内に入った期間のみ撮像カメラ１ｐにて撮像を行う。更に、複数の被測定対象２間の隣接するもの同士の距離を、その移動速度で割った期間は撮像を行わず、また、偏向を行わないこととすることもできる。この場合、コイル１ｃｉに供給される電流は間欠的な鋸波とすることができる。
【００２７】
なお、電流は電圧に読み替えることもできる。また、電子流の偏向に電界を用いても良い。また、偏向コイルは二対以上設けることとしてもよい。
【００２８】
次に、Ｘ線像増強管１ｔの位置調整について説明する。
【００２９】
図４はＸ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。なお、説明の簡略化のため、以下の平面図においては、図２及び図３に示したハウジング１ｖは省略してある。また、被測定対象２の形状は円形として示す。なお、図５は撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す。
【００３０】
まず、通過経路３上にＸ線像増強管１ｔが位置するように支持基体１ｂを配置する。初期状態においては、被測定対象２の移動方向Ｙと電子像の流れの偏向方向はずれているものとする。この場合、固体撮像素子１ｐｓ上の被測定対象２の像２ｉは完全静止しないので、像２ｉにボケや滲みが発生することとなる（図５参照）。なお、図５中には、出力蛍光面１ｓの固体撮像素子撮像面への仮想的投影像、すなわち、撮像の視野１ｓｉも示している。像２ｉの形状は偏向の速度が移動速度に同期している場合は楕円となる。まず、偏向の速度を調整して、像２ｉの面積を最小化する。これは、被測定対象２の移動速度を調整してもよい。
【００３１】
次に、回転移動機構１ｒによってＸ線像増強管１ｔを軸ＺＲ回りに回転させる。
【００３２】
図６は当該回転後のＸ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。なお、図７は撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す。この回転によって、偏向コイル１ｃｉによる電子像の流れの偏向方向と移動方向Ｙとを一致させる。この回転移動は、撮像カメラ１ｐから出力される映像信号を観察しながら、像２ｉの面積が最小となるように行う。この回転操作によって、Ｘ線像増強管１ｔの中心が被測定対象２の像２ｉの重心位置から離隔する。この最小化には、被測定対象２の基準像を用い、測定した像２ｉの面積が、所定の誤差範囲内で、基準像の面積に一致した場合に、最小化が行われたと判断する。
【００３３】
しかる後、直線移動機構１ａによってＸ線像増強管１ｔを直線移動させる。
【００３４】
図８は当該直線移動後のＸ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。なお、図９は撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す。
【００３５】
この直線移動によって、被測定対象２の像２ｉ重心位置と視野１ｓｉの中心（Ｘ線像増強管１ｔの管軸Ｚ）とを一致させる。この移動は、撮像カメラ１ｐから出力される映像信号を観察しながら、像２ｉの重心が視野１ｓｉの中心に一致するまで、直線移動機構１ａを移動させることにより行う。
【００３６】
なお、偏向コイル１ｃｉの経年変化等により、その偏向方向が移動方向Ｙからずれる場合が生じる。この場合には、上述の回転及び直線移動工程を行い、像２ｉの面積を最小とし、その重心位置を視野１ｓｉの中心に一致させる。すなわち、これらの移動機構を設けることによって、経時的に変化する偏向手段の特性を補正することができるのである。
【００３７】
以上、説明したように、本装置によれば視野の中心で滲みやボケの抑制された像（被測定対象のＸ線透過像）２ｉを高解像度で撮像することができる。
【００３８】
なお、回転及び直線移動機構としては、種々の構成が考えられる。以下、これらについて簡単に説明する。
【００３９】
図１０は回転移動機構１ｒの一例を示す当該回転移動機構の平面図である。回転移動機構１ｒには回転防止用の固定ピンＰが設けられている。すなわち、固定ピンＰを支持基体１ｂに設けられた孔内に挿入し、これを回転軸ＺＲに当接させ、上述の回転移動後に、Ｘ線像増強管１ｔの回転移動を禁止する。
【００４０】
図１１はＸ線増強装置１の移動機構の部分斜視図である。支持基体１ｂの頂面上に直線移動機構１ａを設け、その上に回転移動機構１ｒを配置してある。この構成は、図１のものと比較して、支持基体１ｂが回転を妨げないので、回転移動範囲が大きくなるという利点がある。
【００４１】
図１２は回転移動機構１ｒの別の一例を示す当該回転移動機構の平面図である。この回転移動機構１ｒはゴニオステージ（傾斜ステージ）であり、回転角が分かるように回転移動機構に目盛が刻印されている。
【００４２】
図１３はＸ線増強装置１の移動機構の部分斜視図である。本例では、直線移動機構１ａの移動方向及び回転軸ＺＲの双方に直交する方向に移動する直線移動機構１Ａが支持基体１ｂと直線移動機構１ａとの間に介在しており、微妙な移動調整を行うことができる。
【００４３】
なお、上述の直線移動機構１ａは、回転軸ＺＲ及び移動方向Ｙの双方に垂直な方向に沿ってＸ線像増強管１ｔを移動させるものであってもよく、また、回転軸ＺＲに垂直であって且つアーム伸延方向（回転軸ＺＲから管軸Ｚに向かう方向：径方向）に平行な方向に沿ってＸ線像増強管１ｔを移動させるものであってもよい。
【００４４】
また、測定するサンプルを被測定対象２としてもよいが、通過経路３上に目印（円形、三角形、四角形等）を設け、これを上記被測定対象２としてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のＸ線像増強装置及びＸ線透過像撮像システムによれば、高解像度の撮像を行うことできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線透過像撮像システムの斜視図である。
【図２】Ｘ線像増強管１ｔの縦断面図である。
【図３】図２に示したＸ線像増強管１ｔのＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。
【図４】Ｘ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。
【図５】撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す図である。
【図６】回転操作後のＸ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。
【図７】撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す図である。
【図８】直線操作後のＸ線透過像撮像システムを上方から見た当該Ｘ線透過像撮像システムの平面図である。
【図９】撮像カメラ１ｐ内に配置された固体撮像素子１ｐｓの撮像面を示す図である。
【図１０】回転移動機構１ｒの一例を示す当該回転移動機構の平面図である。
【図１１】Ｘ線増強装置１の移動機構の部分斜視図である。
【図１２】回転移動機構１ｒの別の一例を示す当該回転移動機構の平面図である。
【図１３】Ｘ線増強装置１の移動機構の部分斜視図である。
【符号の説明】
１ｖ…ハウジング、１ａｃ…加速電極、１ｒ…回転移動機構、１ｐｓ…固体撮像素子、１ｐ…撮像カメラ、１ｂ…支持基体、１ｓｉ…視野、１ｆｃ…集束電極、１ｓ…出力蛍光面、１ｓ…出力蛍光面上、１ｖｃ…真空容器、１ｔ…Ｘ線像増強管、１…Ｘ線像増強装置、１ｘｃ…Ｘ線電子変換材料、１ｗ…Ｘ線入射窓、１Ａ…直線移動機構、１ａ…直線移動機構、１ｃｉ…偏向コイル、１ｐｒ…保護板、１ａｎ…陽極、２ｉ…像、２…被測定対象、３…通過経路、３…通過経路、５…通過検出センサ、Ｐ…固定ピン、Ｚ…管軸、ＺＲ…回転軸。

Claims (3)

1. 通過経路上を移動する被測定対象の透過Ｘ線像を電子像に変換するＸ線電子変換材料、前記Ｘ線電子変換材料に対向配置され前記被測定対象の電子像が照射されるとこの被測定対象の蛍光像を出力する出力蛍光面、及び、前記被測定対象の移動速度に同期した速度で、前記Ｘ線電子変換材料と前記出力蛍光面との間の電子像の流れを偏向する偏向手段を有するＸ線像増強管と、
   前記Ｘ線像増強管の管軸から離隔し且つ前記管軸に平行な軸を回転軸として前記Ｘ線像増強管を支持する回転移動機構と、
   を備えることを特徴とするＸ線像増強装置。
2. 前記回転軸と前記管軸との間の距離を調整する調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線像増強装置。
3. 請求項１に記載の前記Ｘ線像増強装置と共に前記被測定対象の通過経路を挟んだ位置に配置されるＸ線源を備えたＸ線透過像撮像システム。

Images