JP6985557B2 - 画像取得システムおよび画像取得方法 - Google Patents

Description

本開示は、画像取得システムおよび画像取得方法に関する。

従来、搬送される対象物にＸ線を照射し、対象物を透過したＸ線を検出してＴＤＩ（時間遅延積分）制御を行うことにより、対象物のＸ線画像を取得する装置が知られている（特許文献１，２参照）。特許文献１に記載の装置では、ベルトコンベアにより対象物が搬送される。Ｘ線センサは、搬送方向と直交する方向に並べられた複数の検出素子からなる素子列が、搬送方向に複数段並べられた構成を有する。特許文献２に記載の装置では、試料（対象物）を収納した容器をＸ方向に移動させつつ、その容器を回転させる。ＴＤＩカメラは、試料の搬送速度に同期した撮像を行う。容器の角速度は、ＴＤＩ積算方向の移動速度とＸ線源の焦点から回転中心までの距離との比に等しくなるように設定される。

特開２０１３−１７４５４５号公報 特開２０１７−５３７７８号公報

本開示では、回転軸線周りに回転させられた対象物に放射線を照射し、ＴＤＩ制御可能なカメラを用いて放射線画像を取得する装置について検討する。この装置において、回転軸線は、カメラのセンサの受光面（またはその延長面）に交差する。対象物の内周部の速度と、対象物の外周部の速度とは異なる。内周部の速度に基づいてＴＤＩ制御が行われた場合、取得される放射線画像は、外周部において不鮮明になり得る。すなわち、対象物の径方向のいずれかの部分の速度に基づいてＴＤＩ制御が行われた場合、取得される放射線画像は、他の部分において不鮮明になり得る。このように、半径の違いに起因する速度（周速度）の違いは、ＴＤＩ制御による鮮明な放射線画像を取得することを困難にしている。

本開示は、対象物の径方向のいずれの部分に対しても、鮮明な放射線画像を取得することができる画像取得システムおよび画像取得方法を説明する。

本開示の一態様に係る画像取得システムは、対象物に向けて放射線を出力する放射線源と、回転軸線周りで対象物を回転させるように構成された回転ステージと、対象物を透過した放射線が入力される入力面とＴＤＩ（時間遅延積分）制御可能なイメージセンサとを有し、入力された放射線を撮像して画像データを出力する放射線カメラと、回転ステージを回転軸線方向に移動制御し、放射線源に対して対象物を近接および離間させるように構成されたステージ移動制御部と、画像データに基づいて対象物の撮像面における放射線画像を生成する画像処理装置と、を備え、放射線カメラは、回転ステージによる対象物の回転速度に同期してイメージセンサにおけるＴＤＩ制御を行う。

本開示の別の態様に係る画像取得方法は、回転ステージを用い、回転軸線周りで対象物を所定の速度で回転させるステップ（回転ステップ）と、回転している対象物に向けて放射線源から放射線を出力するステップ（放射線出力ステップ）と、対象物を透過した放射線が入力される入力面とＴＤＩ（時間遅延積分）制御可能なイメージセンサとを有する放射線カメラを用い、入力された放射線を撮像して画像データを出力するステップ（放射線撮像ステップ）と、回転ステージを回転軸線方向に移動制御し、放射線源に対して対象物を近接または離間させるステップ（移動ステップ）と、画像データに基づいて対象物の撮像面における放射線画像を生成するステップ（画像生成ステップ）と、を含み、放射線撮像ステップでは、回転ステージによる対象物の回転速度に同期してイメージセンサにおけるＴＤＩ制御を行う。

上記の画像取得システムおよび画像取得方法によれば、回転ステージによる対象物の回転速度に同期して、イメージセンサにおけるＴＤＩ制御が行われる。対象物の撮像面のうち、内周部（回転軸線に最も近い部分）の速度は、外周部（回転軸線から最も遠い部分）の速度より遅い。回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面との間には、鋭角である角度が形成されている。よって、放射線源と内周部を透過した放射線が入力される入力面の部分との距離は、放射線源と外周部を透過した放射線が入力される入力面の部分との距離よりも長い。このことは、内周部における拡大率は、外周部における拡大率よりも大きいことを意味する。ＴＤＩ制御における所定のラインスピードに適応する搬送スピードは拡大率に反比例する。上記した拡大率の大小関係によれば、内周部と外周部の速度差の影響が緩和される。さらに、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度が、放射線源と対象物内の撮像面との距離であるＦＯＤに応じて設定されることにより、内周部と外周部とにおいて、拡大率の比が速度比の逆数となり、フォーカスを合わせることができる。その結果、内周部と外周部の間のいずれの部分でも、フォーカスを合わせることができる。よって、対象物の径方向のいずれの部分に対しても、鮮明な放射線画像を取得することができる。

ステージ移動制御部によれば、放射線源と対象物との距離を調整することができる。言い換えれば、対象物の回転軸線方向（すなわち厚み方向）の任意の位置に、上記したＦＯＤに基づく撮像面を設定することができる。この場合、放射線源が不動であれば、ＦＯＤは一定とみなせる。対象物の厚み方向の任意の位置の放射線画像を取得することができる。

いくつかの態様において、画像取得システムは、回転ステージまたは放射線カメラを保持し、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を調整するように構成された角度調整部を更に備える。この場合、角度調整部によって、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

画像取得システムのいくつかの態様において、角度調整部は、回転軸線に対して放射線カメラの入力面が傾斜するように放射線カメラを保持する。この場合、放射線カメラの姿勢を調整し、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

画像取得システムのいくつかの態様において、角度調整部は、放射線カメラの入力面に対して回転軸線が傾斜するように回転ステージを保持する。この場合、回転ステージの姿勢を調整し、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

画像取得システムのいくつかの態様において、放射線カメラは、入力面を有するシンチレータを含み、イメージセンサは、放射線の入力に応じてシンチレータが発するシンチレーション光を撮像する。この場合、対象物の鮮明な放射線画像を取得することができる。

画像取得システムのいくつかの態様において、イメージセンサは、入力面を有する直接変換型放射線イメージセンサである。この場合、対象物の鮮明な放射線画像を取得することができる。

移動ステップによれば、放射線源と対象物との距離を調整することができる。言い換えれば、対象物の回転軸線方向（すなわち厚み方向）の任意の位置に、上記したＦＯＤに基づく撮像面を設定することができる。この場合、放射線源が不動であれば、ＦＯＤは一定とみなせる。対象物の厚み方向の任意の位置の放射線画像を取得することができる。

いくつかの態様において、画像取得方法は、回転ステージまたは放射線カメラを回動させることにより、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を調整するステップ（調整ステップ）を更に含む。この場合、角度を調整するステップによって、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

画像取得方法のいくつかの態様において、調整ステップでは、回転軸線に対して放射線カメラの入力面が傾斜するように放射線カメラを回動させる。この場合、放射線カメラの姿勢を調整し、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

画像取得方法のいくつかの態様において、調整ステップでは、放射線カメラの入力面に対して回転軸線が傾斜するように回転ステージを回動させる。この場合、回転ステージの姿勢を調整し、回転ステージの回転軸線と放射線カメラの入力面とのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

画像取得方法のいくつかの態様において、放射線カメラは、入力面を有するシンチレータを含み、放射線撮像ステップでは、放射線の入力に応じてシンチレータが発するシンチレーション光を撮像する。この場合、対象物の鮮明な放射線画像を取得することができる。

画像取得方法のいくつかの態様において、イメージセンサは、入力面を有する直接変換型放射線イメージセンサである。この場合、対象物の鮮明な放射線画像を取得することができる。

本開示のいくつかの態様によれば、対象物の径方向のいずれの部分に対しても、鮮明な放射線画像を取得することができる。

本開示の第１実施形態に係る画像取得装置の概略構成を示す図である。 図１の画像取得装置における放射線源と対象物と放射線カメラとの位置関係を説明するための図である。 図１の画像取得装置におけるＦＯＲ、ＦＤＤ、および放射線カメラの傾きを説明するための図である。 回転する対象物の内周部の速度と外周部の速度を説明するための図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、ステージ移動制御部による撮像面の移動を示す図である。 図１の画像取得装置による画像取得方法の手順を示すフロー図である。 第１実施形態の変形例の概略構成を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る画像取得装置の概略構成を示す図である。 図８の画像取得装置による画像取得方法の手順を示すフロー図である。 本開示の第３実施形態に係る画像取得装置の概略構成を示す図である。 図１０の画像取得装置における放射線源と対象物と放射線カメラとの位置関係を説明するための図である。 シミュレーションの各条件を説明するための図である。 比較例１に係るシミュレーション結果を示す図である。 比較例２に係るシミュレーション結果を示す図である。 実施例に係るシミュレーション結果を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

図１および図２に示されるように、画像取得システム１は、対象物２０の放射線画像を取得するための装置である。対象物２０は、たとえば回転軸線Ｌを中心とする円筒状のホイール部２２と、ホイール部２２の周囲に巻き付けられたロール部２１とを含む。ホイール部２２とロール部２１との間には、環状の境界面２３が形成される。画像取得システム１は、ホイール部２２が放射線画像に含まれないように構成されてもよい。すなわち、画像取得システム１は、ロール部２１のみの放射線画像を取得するように構成されてもよい。ロール部２１は、たとえば、ロール状に巻かれたチップコンデンサである。ロール部２１は、ロール状に巻かれたセパレータ等であってもよい。対象物２０がホイール部２２を有さずに、対象物２０が１個のディスク等であってもよい。その場合、対象物２０が回転軸線Ｌを有する。画像取得システム１が対象物２０の検査に用いられる場合、ロール部２１は、検査対象の部分すなわち検査部である。

画像取得システム１は、ロール部２１のうち、厚み方向すなわち回転軸線Ｌ方向の所定の位置にある撮像面における放射線画像を取得する。言い換えれば、画像取得システム１は、ロール部２１のうちの撮像面にフォーカスした放射線画像を取得する。画像取得システム１は、放射線画像を取得することにより、対象物２０のロール部２１に存在し得る、たとえば異物や欠陥などを検出可能である。画像取得システム１は、たとえば、ポリアミド繊維あるいはポリオレフィン繊維、分割型複合繊維、単一繊維、または芯鞘型複合繊維からなる対象物、および、対象物中に存在し得る金属からなる異物等を検出可能である。

画像取得システム１は、白色Ｘ線等の放射線を発生させる放射線発生装置３を備える。放射線発生装置３は、対象物２０に向けて放射線を出力する放射線源２を有する。放射線源２は、Ｘ線出射部からコーンビームＸ線を出射（出力）する。放射線源２は、たとえばマイクロフォーカスＸ線源であってもよく、ミリフォーカスＸ線源であってもよい。放射線源２から出射されるＸ線は放射線束２ａを形成する。この放射線束２ａが存在する領域が、放射線源２の出射領域である。対象物２０のホイール部２２が放射線画像に含まれないようにするため、Ｘ線出射部の形状または構造が工夫されていてもよい。放射線源２は、管電圧および管電流を調整可能に構成されている。

画像取得システム１は、対象物２０を保持し、回転軸線Ｌ周りで対象物２０を回転させるように構成された回転ステージ６と、放射線源２から出力されて対象物２０を通過した放射線を入力して撮像する放射線カメラ４とを備える。回転ステージ６は、たとえば給電により駆動されるモータと、モータに連結されたギア部と、ギア部を介して回転させられるステージ本体とを含み得る。回転ステージ６は、たとえば、ステージ本体を等速回転させる。回転ステージ６における回転速度は、適宜に調整可能になっている。

放射線カメラ４は、たとえば、対象物２０を通過した放射線が入力される入力面１１ａを含み、放射線の入力に応じてシンチレーション光を発生させるシンチレータ１１と、シンチレータ１１で発生したシンチレーション光を透過させるＦＯＰ（Fiber Optic Plate）１２と、ＦＯＰ１２を透過したシンチレーション光が入力される受光面１３ａを含み、シンチレーション光を撮像して画像データを出力するイメージセンサ１３とを有する。放射線カメラ４は、たとえば、イメージセンサ１３にシンチレータ１１付きのＦＯＰ１２がカップリングされた間接変換型のカメラである。放射線カメラ４は、シンチレータ１１の入力面１１ａに入力された放射線を間接的に撮像して、画像データを出力する。

シンチレータ１１は、板状（たとえば平板状）の波長変換部材である。シンチレータ１１は、対象物２０を透過し入力面１１ａに入力された放射線をシンチレーション光に変換する。比較的低いエネルギーの放射線は、入力面１１ａ側で変換され、入力面１１ａから出射（出力）される。比較的高いエネルギーの放射線は、シンチレータ１１の裏面で変換され、裏面から出射（出力）される。

ＦＯＰ１２は、板状（たとえば平板状）の光学デバイスである。ＦＯＰ１２は、たとえばガラスファイバからなり、シンチレーション光等を高効率で伝達する。ＦＯＰ１２は、白色Ｘ線等の放射線を遮蔽する。

イメージセンサ１３は、ＴＤＩ（時間遅延積分）駆動が可能なエリアイメージセンサである。イメージセンサ１３は、たとえば、ＣＣＤエリアイメージセンサである。イメージセンサ１３は、複数のＣＣＤがピクセル方向に一列に並べられた素子列が、対象物２０の移動方向に対応して、積分方向に複数段並べられた構成を有する。積分方向とは、ピクセル方向に直交する方向であり、図１および図３における紙面垂直方向に相当する。イメージセンサ１３は、後述するタイミング制御部１６によって、対象物２０の速度（周速度）に合わせて電荷転送を行うように制御される。すなわち、イメージセンサ１３は、回転ステージ６による対象物２０の回転速度に同期して、受光面１３ａにおける電荷転送を行う。これにより、Ｓ/Ｎ比のよい放射線画像を得ることができる。

なお、イメージセンサ１３は、ＴＤＩ（時間遅延積分）駆動が可能なＣＭＯＳエリアイメージセンサであってもよい。また、イメージセンサ１３は、ＴＤＩ（時間遅延積分）駆動が可能なＣＣＤ-ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。たとえば、ＣＣＤ-ＣＭＯＳイメージセンサは、特開２０１３−０９８４２０号公報あるいは特開２０１３−０９８８５３号公報に記載されているイメージセンサである。なお、「ＴＤＩ駆動可能」であることは、「ＴＤＩ制御可能」であることと同意である。

画像取得システム１は、放射線カメラ４から出力された画像データに基づいて、対象物２０の撮像面Ｐにおける放射線画像を生成する画像処理装置１０と、画像処理装置１０によって生成された放射線画像を表示する表示装置１５と、放射線カメラ４における撮像タイミングを制御するタイミング制御部１６とを備える。

画像処理装置１０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および入出力インターフェイス等を有するコンピュータから構成される。画像処理装置１０は、放射線カメラ４から出力された放射線画像データに基づいて、対象物２０の放射線画像を作成する画像処理プロセッサを有してもよい。画像処理プロセッサは、たとえば、放射線画像データを入力し、入力した放射線画像データに対して画像処理等の所定の処理を実行する。画像処理プロセッサは、作成した放射線画像を表示装置に出力する。

表示装置１５としては、公知のディスプレイが用いられ得る。なお、画像処理装置１０には、図示しない入力装置が接続されてもよい。入力装置は、たとえばキーボードやマウス等であり得る。ユーザは、入力装置を用いて、対象物２０の厚み、対象物２０における境界面２３の位置、または撮像面Ｐの位置等の各種パラメータを入力可能である。

タイミング制御部１６は、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および入出力インターフェイス等を有するコンピュータから構成される。タイミング制御部１６は、放射線カメラ４における撮像タイミングを制御する制御プロセッサを有してもよい。制御プロセッサは、たとえば、ユーザの入力等により記憶された対象物２０の厚み、対象物２０における境界面２３の位置、または撮像面Ｐの位置に基づいて、放射線カメラ４および回転ステージ６を制御する。なお、画像処理装置１０およびタイミング制御部１６は、単一のコンピュータにより実行されるプログラムとして構成してもよいし、個別に設けられるユニットとして構成してもよい。

画像取得システム１は、更に、回転ステージ６を回転軸線Ｌ方向に昇降させるためのステージ昇降機７と、ステージ昇降機７における回転ステージ６の昇降を制御（移動制御）するように構成されたステージ昇降制御部（ステージ移動制御部）１７とを備える。ステージ昇降機７としては、公知の昇降機が用いられ得る。ステージ昇降機７は、たとえば、回転軸線Ｌ上に配置されて回転ステージ６および対象物２０を貫通するボールネジとモータ（駆動源）とを含んでもよい。ステージ昇降機７は、ネジ式に限られず、たとえば油圧等を駆動源とする伸縮式の昇降機であってもよい。

ステージ昇降制御部１７は、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および入出力インターフェイス等を有するコンピュータから構成される。ステージ昇降制御部１７は、回転ステージ６の回転軸線Ｌ方向における移動を制御する制御プロセッサを有してもよい。制御プロセッサは、たとえば、ユーザの入力等により記憶された対象物２０の厚み、または撮像面Ｐの位置に基づいて、ステージ昇降機７を制御する。ステージ昇降制御部１７は、ステージ昇降機７を制御することにより、放射線源２に対して対象物２０を近接または離間させる。すなわち、ステージ昇降制御部１７は、放射線源２に対して対象物２０を近接および離間させるように構成されている。

以上説明した画像取得システム１の各構成は、図示しない筐体内に収容され、筐体内で固定されてもよい。また、上記各構成は、筐体に収容されずに、たとえばベース上に組みつけられてもよい。放射線源２、放射線カメラ４、および回転ステージ６のすべて又は少なくとも１つは、互いの相対的な位置関係を調節可能なように、移動可能であってもよい。画像処理装置１０は、筐体に収容されてもよいし、筐体の外部に設置されてもよい。画像処理装置１０、表示装置１５、タイミング制御部１６、およびステージ昇降制御部１７のすべて又は少なくとも１つが、放射線源２、放射線カメラ４、および回転ステージ６が設けられた場所から離れた場所に設置されてもよい。画像処理装置１０、タイミング制御部１６、およびステージ昇降制御部１７による制御は、無線通信を用いた遠隔操作であってもよい。

続いて、放射線源２、回転ステージ６、および放射線カメラ４の配置および位置関係について説明する。図１および図２に示されるように、回転ステージ６は、たとえば、放射線源２と放射線カメラ４との間に設置される。より詳細には、回転ステージ６は、回転ステージ６の回転軸線Ｌが放射線源２の側方を通るような位置に設けられる。これにより、放射線源２の真下に、対象物２０の境界面２３が位置する。言い換えれば、境界面２３の延長面（本実施形態では回転軸線Ｌを中心とする円筒面）が放射線源２を通るように、放射線発生装置３および回転ステージ６が配置されている。放射線源２の出射領域は、ロール部２１を含む、または、ロール部２１を通る。対象物２０のロール部２１を透過した放射線が放射線カメラ４の入力面１１ａに入力されるように、放射線カメラ４が配置されている（図２参照）。言い換えれば、放射線カメラ４の入力面１１ａは、放射線源２および回転軸線Ｌを含む仮想平面を含むように設けられている。

本実施形態では、放射線カメラ４は、その入力面１１ａが回転ステージ６の回転軸線Ｌに対して鋭角をなすように、傾斜して設置されている。これにより、得られる放射線画像において、ロール部２１の内周部と外周部の速度差の影響が緩和される（詳しくは後述する）。本明細書において、「内周」、「外周」、「半径」および「径方向」との語は、回転軸線Ｌを基準として用いられる。

さらに本実施形態では、放射線カメラ４を傾斜させるのみならず、回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度（上記した鋭角）が、放射線源２と対象物２０内の撮像面Ｐとの距離であるＦＯＤ（Focus−Object Distance）に応じて設定されている。以下、図３および図４を参照して詳細に説明する。

図３を参照して、内周側のＦＤＤ_ｉｎを基準として、それに適した外周部のＦＤＤ_ｏｕｔおよび放射線カメラ４の傾きθの計算について説明する。ここで、ＦＤＤ（Focus−Detector Distance）は放射線源２と放射線カメラ４の入力面１１ａとの距離であり、添え字の「ｉｎ」および「ｏｕｔ」は、それぞれ「内周部」および「外周部」を意味する。まず、ＴＤＩカメラである放射線カメラ４を任意のラインスピードで駆動する際、そのラインスピードに適応する搬送スピードは、Ｘ線幾何学倍率（すなわち拡大率）に反比例する。内周部における拡大率Ｍ_ｉｎと、外周部における拡大率Ｍ_ｏｕｔは、以下の式（１）および式（２）で表される。

ここで、以下の式（３）の関係が成り立てば、内周部および外周部のいずれにおいてもフォーカスが合う。

式（１）、式（２）および式（３）と、角速度ωと接線方向の速度ｖの関係式（４）（図４参照）とから、式（５）が導かれる。

この式（５）を満たすように、放射線カメラ４を傾斜させてＦＤＤを調整すれば、内周部および外周部のいずれにおいてもフォーカスが合う。なお、式（４）は、以下の式（６）および式（７）から導かれる（図４も参照）。ＦＯＤは、放射線カメラ４のラインスピードと回転ステージ６の回転速度の比を変えることで調整可能である。

続いて、ロールの巻き厚ｗを式（８）のように定めると、内周部のＦＤＤ_ｉｎを基準として、それに適した外周部のＦＤＤ_ｏｕｔと放射線カメラ４の傾きθは、以下の式（９）〜（１１）のように計算される。なお、傾きθは、回転軸線Ｌに垂直な平面と放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度であるとも言える。

このように、本実施形態では、回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度βが、放射線源２と対象物２０内の撮像面Ｐとの距離であるＦＯＤ（Focus−Object Distance）に応じて設定されている。なお、角度β＝π／２−角度θの関係であることは明らかである。基本的に、拡大率がｎ倍になると、イメージセンサ１３上の像の移動速度もｎ倍になるため、ＴＤＩ制御速度（電荷搬送速度）もｎ倍になる。現実的な拡大率を考えると、傾き角度θとしては２０°〜３０°とする必要がある。

続いて、図５および図６を参照して、画像取得システム１の動作すなわち放射線画像の取得方法について説明する。まず、ロール状に巻かれたチップコンデンサ等の対象物２０を回転ステージ６に取り付け、回転ステージ６によって保持させる。次に、図６に示されるように、ＦＯＤを決定する（ステップＳ０１）。ＦＯＤは、所望の拡大率に基づいて決定することができる。

次に、ステージ昇降制御部１７が、ＦＯＤに合わせてステージ昇降機７を駆動し、回転ステージ６を回転軸線Ｌ方向に移動させる（ステップＳ０２（移動ステップ））。次に、回転ステージ６を用い、回転軸線Ｌ周りで対象物２０を所定の速度で回転させる（ステップＳ０３（回転ステップ））。次に、回転している対象物２０に向けて放射線源２から照射線を出力・照射する（ステップＳ０４（放射線出力ステップ））。対象物２０のロール部２１を透過した放射線が入力面１１ａに入力される。

次に、放射線カメラ４が、回転ステージ６による対象物２０の回転速度に同期して、イメージセンサ１３におけるＴＤＩ制御を行う（ステップＳ０５）。すなわち、ロールの回転速度と同期する速度で、イメージセンサ１３を駆動する。そして、放射線カメラ４が、撮像面を撮像し（ステップＳ０６）、画像データを出力する（ステップＳ０７）（ステップＳ０５〜Ｓ０７（放射線撮像ステップ））。画像処理装置１０が、放射線カメラ４から出力された画像データを入力して、対象物２０の撮像面Ｐにおける放射線画像を生成する（ステップＳ０８（画像生成ステップ））。

以上の一連の処理を経て、撮像面Ｐの放射線画像が取得される。本実施形態の画像取得システム１および画像取得方法によれば、回転ステージ６による対象物２０の回転速度に同期して、イメージセンサ１３におけるＴＤＩ制御が行われる。対象物２０の撮像面Ｐのうち、内周部（回転軸線に最も近い部分）の速度は、外周部（回転軸線から最も遠い部分）の速度より遅い。回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとの間には、鋭角である角度βが形成されている。よって、放射線源２と内周部を透過した放射線が入力される入力面１１ａの部分との距離ＦＤＤ_ｉｎは、放射線源２と外周部を透過した放射線が入力される入力面１１ａの部分との距離ＦＤＤ_ｏｕｔよりも長い（図３参照）。このことは、内周部における拡大率は、外周部における拡大率よりも大きいことを意味する（式（１）および（２）参照）。ＴＤＩ制御における所定のラインスピードに適応する搬送スピードは拡大率に反比例する。上記した拡大率の大小関係によれば、内周部と外周部の速度差の影響が緩和される。さらに、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度が、放射線源２と対象物２０内の撮像面Ｐとの距離であるＦＯＤに応じて設定されることにより、内周部と外周部とにおいて、拡大率の比が速度比の逆数となり、フォーカスを合わせることができる。その結果、内周部と外周部の間のいずれの部分でも、フォーカスを合わせることができる。よって、対象物２０の径方向のいずれの部分に対しても、鮮明な放射線画像を取得することができる。

ここで、画像取得方法は、回転ステージ６を回転軸線Ｌ方向に移動制御し、放射線源２に対して対象物２０を近接または離間させるステップを更に含んでもよい。たとえば、上述したステップＳ０１〜Ｓ０８が終了した後に、対象物２０を回転軸線Ｌ方向に移動させてもよい（ステップＳ０２）。図５（ａ）に示されるように、１回目の画像の生成では、撮像面Ｐは、ロール部２１の下面付近に設定されている。そこで、図５（ｂ）に示されるように、回転軸線Ｌ方向の厚みの１／４（１／ｎ：ｎは自然数）に相当する分、回転ステージ６を降下させる。これによって、ロール部２１の下面から厚みの１／４程度上に撮像面Ｐを移動し、当該撮像面Ｐの鮮明な放射線画像を得ることができる。同様に、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されるように、回転ステージ６を降下させることにより、撮像面Ｐの位置を段階的に上げていくことができる。

このステップによれば、放射線源２と対象物２０との距離を調整することができる。言い換えれば、対象物２０の回転軸線Ｌ方向（すなわち厚み方向）の任意の位置に、上記したＦＯＤに基づく撮像面Ｐを設定することができる。この場合、放射線源２が不動であれば、ＦＯＤは一定とみなせる。対象物２０の厚み方向の任意の位置の放射線画像を取得することができる。

入力面１１ａを有するシンチレータ１１と、放射線の入力に応じてシンチレータ１１が発するシンチレーション光を撮像するイメージセンサ１３とを有する放射線カメラ４によれば、対象物２０の鮮明な放射線画像を取得することができる。

画像取得システム１を用いた画像取得方法では、たとえば、最初のパラメータ（ＦＯＤ等）の入力が済んだ段階で、自動的に上記ステップＳ０２〜Ｓ０８が行われるように、画像処理装置１０、タイミング制御部１６、ステージ昇降制御部１７、および表示装置１５を設定しておいてもよい。また、ある撮像面Ｐに関して１枚の放射線画像を取得した後に、ステージ昇降制御部１７によって１／ｎの移動を行い、次の撮像面Ｐに関する放射線画像を取得するようにしてもよい。このような厚み方向の異なる位置で放射線画像を取得することにより、たとえば発見された異物に関する情報（径方向または厚み方向における位置情報等）を製造工程にフィードバックすることも可能である。

図７を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。図７に示されるように、ステージ昇降機７およびステージ昇降制御部１７が省略され、それに代えて、放射線発生装置３（放射線源２）を昇降（回転軸線Ｌ方向に移動）させる機構を備えた画像取得システム１Ａが提供されてもよい。図７では、放射線発生装置３の昇降機構の図示は省略されている。また、画像処理装置１０、表示装置１５、およびタイミング制御部１６の図示も省略されている（この点、以下の図１０および図１１でも同様である）。

このような画像取得システム１Ａによっても、以下の式（１２）により、ＦＯＤに応じた放射線カメラ４の傾きθを計算することができる。

続いて、図８および図９を参照して、第２実施形態に係る画像取得システム１Ｂについて説明する。画像取得システム１Ｂが第１実施形態の画像取得システム１と違う点は、ステージ昇降機７およびステージ昇降制御部１７が省略された点と、それに代えて、放射線カメラ４を回動させることにより、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度を調整するように構成された回動機構１８および角度調整部１９を備えた点である。回動機構１８は、放射線カメラ４に連結された回動軸１８ａを含み、図示しないモータおよびギア等を有して放射線カメラ４を回動させる。回動機構１８は、回転軸線Ｌに対して放射線カメラ４の入力面１１ａが傾斜するように放射線カメラ４を保持する。回動機構１８の回動軸１８ａは、回転軸線Ｌおよび放射線源２を含む仮想平面に垂直であってよい。

図９に示されるように、この画像取得システム１Ｂを用いた画像取得方法が、画像取得システム１を用いた画像取得方法と違う点は、ＦＯＤの決定（ステップＳ０１）に先立って、ＦＤＤを決定し（ステップＳ１０）、そのＦＤＤに応じて対象物２０を設置する（ステップＳ１１）点と、その後にＦＯＤを決定した（ステップＳ０１）後、ＦＤＤ、ＦＯＤ，および巻き厚ｗに基づいて傾き角度θを算出し（ステップＳ１２、式（１１）（１２）参照）、その傾き角度θとなるように角度調整部１９によって回動機構１８を制御し放射線カメラ４の角度を調整する（ステップＳ１３（調整ステップ））点である。画像取得システム１におけるステージの移動（ステップＳ０２、図６参照）は実施されない。

この画像取得システム１Ｂによっても、上記した画像取得システム１，１Ａと同様の作用・効果が奏される。また角度を調整するステップによって、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

また角度を調整するステップでは、放射線源２と対象物２０内の撮像面Ｐとの距離であるＦＯＤに応じて、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度を調整するので、任意のＦＯＤに対してフォーカスを合わせることができる。

また角度を調整するステップでは、回転軸線Ｌに対して放射線カメラ４の入力面１１ａが傾斜するように放射線カメラ４を回動させるので、放射線カメラ４の姿勢を調整し、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

続いて、図１０および図１１を参照して、第３実施形態に係る画像取得システム１Ｃについて説明する。画像取得システム１Ｃが第１実施形態の画像取得システム１と違う点は、ステージ昇降機７およびステージ昇降制御部１７が省略された点と、境界面２３の延長面が放射線源２を通らないように回転ステージ６および対象物２０が傾斜させられた点と、撮像面Ｐの内周部に対応する放射線束２ａの端縁（光軸）が、放射線カメラ４の入力面１１ａに直交するように放射線カメラ４が配置された点である。

この画像取得システム１Ｃにおいても、上記式（１）〜（５）と同様のことが言え、対象物２０の傾き角度θは、下記式（１３）によって計算される。画像取得システム１Ｃにおいて、回転軸線Ｌと入力面１１ａとのなす角度βについて、角度β＝π／２−角度θの関係であることは明らかである。

なお、上述した画像取得システム１Ｂにおける回動機構１８および角度調整部１９と同様の機構を、画像取得システム１Ｃの回転ステージ６に適用してもよい。この場合、回転ステージ６の姿勢を調整し、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度を、ＦＯＤに応じた適切な角度に調整することができる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、上記実施形態では、放射線カメラ４が、イメージセンサ１３にシンチレータ１１付きのＦＯＰ１２がカップリングされた間接変換型のカメラである場合について説明したが、放射線カメラはこの形態に限られない。たとえば、ＦＯＰ１２が省略され、イメージセンサ１３にシンチレータ１１がカップリングされた間接変換型の放射線カメラが採用されてもよい。この場合も、シンチレータ１１の入力面１１ａが、放射線カメラの入力面であり、上記した角度の基準となる。また、イメージセンサ１３のみからなる直接変換型の放射線カメラが採用されてもよい。この場合、イメージセンサ１３の受光面１３ａが、放射線カメラの入力面であり、上記した角度の基準となる。直接変換型の放射線カメラにおいても、イメージセンサ１３によるＴＤＩ制御は可能である。また、イメージセンサ１３にＦＯＰがカップリングされた直接変換型の放射線カメラが採用されてもよい。この場合、ＦＯＰの表面が、放射線カメラの入力面であり、上記した角度の基準となる。これらの直接変換型放射線イメージセンサを用いた場合でも、対象物の鮮明な放射線画像を取得することができる。

また、回転ステージ６の回転軸線Ｌと放射線カメラ４の入力面１１ａとのなす角度は、ＦＯＤに応じて設定されていればよく、上記式（１１）、（１２）、（１３）に一致しなければならないわけではない。上記式（１１）、（１２）、（１３）とは多少異なる角度であっても、径方向のいずれの部分に対しても鮮明な放射線画像を取得することは可能である。また、回転ステージ６または放射線カメラ４が回動できる態様の画像取得システムに限られず、「ＦＯＤに応じて設定された」角度で回転ステージ６または放射線カメラ４が固定されており、その後の角度調整が不能になっている画像取得システムが、本発明の一態様として提供されてもよい。

また、回転ステージ６および放射線カメラ４の両方を角度調整可能な構成が採用されてもよい。なお、回転ステージ６を傾ける場合には、放射線カメラ４をより傾ける必要がある。

上述の複数の実施形態のいずれか２つ又はそれ以上が組み合わされた画像取得システムが提供されてもよい。たとえば、画像取得システム１における放射線カメラの傾斜と回転ステージ６の昇降、画像取得システム１Ａにおける放射線発生装置３の昇降、画像取得システム１Ｂにおける放射線カメラ４の回動（角度調整）、および、画像取得システム１Ｃにおける回転ステージ６と対象物２０の傾斜のうち、いずれか２つ又はそれ以上が組み合わされた画像取得システムが提供されてもよい。

（試験例）
第１実施形態に係る画像取得システム１の効果を検証するため、シミュレーションを行った。内周部の半径をｒ_ｉｎ＝１２０ｍｍ、外周部の半径ｒ_ｏｕｔ＝１５０ｍｍと想定した。図１２に示されるように、内周部に位置する異物１（符号Ｆ１で示される）を基準として、巻き厚方向の真ん中に位置する異物２（符号Ｆ２で示される）の速度比は１．１２５倍であり、外周部に位置する異物３（符号Ｆ３で示される）の速度比は１．２５である。

比較例１として、放射線カメラ４を傾けない条件、すなわち画像取得システム１において放射線カメラ４の入力面１１ａが回転軸線Ｌに直交する条件でシミュレーションを行った。また比較例２として、放射線カメラ４を傾け、放射線カメラ４の入力面１１ａが回転軸線Ｌに対して鋭角をなすが、ＦＯＤに応じた適切な角度の半分程度の条件でシミュレーションを行った。比較例１および２では、内周部の異物１の搬送速度に合うように、ＴＤＩ転送速度を設定した。実施例は、放射線カメラ４の入力面１１ａが回転軸線Ｌに対して鋭角をなし、ＦＯＤに応じた適切な角度である条件でシミュレーションを行った。なお、実施例における傾き角度は約３４°であり、比較例２における傾き角度は約１７°であった。シミュレーション条件は、ＦＤＤ：３００ｍｍ、ＦＯＤ：１００ｍｍとした。比較例１、比較例２、および実施例のシミュレーション結果を図１３，１４，１５にそれぞれ示す。なお、各図において、搬送方向Ｄが併記されている。

図１３に示されるように、放射線カメラ４を傾けなかった場合、異物１の放射線画像は鮮明であるが、異物２，３については速度が合っていないため搬送方向Ｄにボケたような画像となり、コントラストが悪化した。また図１４に示されるように、放射線カメラ４を傾けてはいるが角度が適切でなかった場合も、異物２，３については速度が合っていないため搬送方向Ｄにボケたような画像となり、コントラストが悪化した。

図１５に示されるように、放射線カメラ４を傾け、ＦＯＤに応じた適切な角度を設定した場合、速度差（速度比）が吸収され、径方向のすべての位置でボケなく物体を撮影できた。

１…画像取得システム、２…放射線源、３…放射線発生装置、４…放射線カメラ、６…回転ステージ、７…ステージ昇降機、１０…画像処理装置、１１…シンチレータ、１１ａ…入力面、１３…イメージセンサ、１３ａ…受光面、１５…表示装置、１６…タイミング制御部、１７…ステージ昇降制御部（ステージ移動制御部）、２０…対象物、２１…ロール部、２２…ホイール部、２３…境界面、Ｌ…回転軸線、Ｐ…撮像面。

Claims (12)

1. 対象物に向けて放射線を出力する放射線源と、
   回転軸線周りで前記対象物を回転させるように構成された回転ステージと、
   前記対象物を透過した前記放射線が入力される入力面とＴＤＩ（時間遅延積分）制御可能なイメージセンサとを有し、入力された前記放射線を撮像して画像データを出力する放射線カメラと、
   前記回転ステージを前記回転軸線方向に移動制御し、前記放射線源に対して前記対象物を近接および離間させるように構成されたステージ移動制御部と、
   前記画像データに基づいて前記対象物の撮像面における放射線画像を生成する画像処理装置と、を備え、
   前記放射線カメラは、前記回転ステージによる前記対象物の回転速度に同期して前記イメージセンサにおけるＴＤＩ制御を行う、画像取得システム。
2. 前記回転ステージまたは前記放射線カメラを保持し、前記回転ステージの前記回転軸線と前記放射線カメラの前記入力面とのなす角度を調整するように構成された角度調整部を更に備える、請求項１に記載の画像取得システム。
3. 前記角度調整部は、前記回転軸線に対して前記放射線カメラの前記入力面が傾斜するように前記放射線カメラを保持する、請求項２に記載の画像取得システム。
4. 前記角度調整部は、前記放射線カメラの前記入力面に対して前記回転軸線が傾斜するように前記回転ステージを保持する、請求項２に記載の画像取得システム。
5. 前記放射線カメラは、前記入力面を有するシンチレータを含み、前記イメージセンサは、前記放射線の入力に応じて前記シンチレータが発するシンチレーション光を撮像する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像取得システム。
6. 前記イメージセンサは、前記入力面を有する直接変換型放射線イメージセンサである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像取得システム。
7. 回転ステージを用い、回転軸線周りで対象物を所定の速度で回転させる回転ステップと、
   回転している前記対象物に向けて放射線源から放射線を出力する放射線出力ステップと、
   前記対象物を透過した前記放射線が入力される入力面とＴＤＩ（時間遅延積分）制御可能なイメージセンサとを有する放射線カメラを用い、入力された前記放射線を撮像して画像データを出力する放射線撮像ステップと、
   前記回転ステージを前記回転軸線方向に移動制御し、前記放射線源に対して前記対象物を近接または離間させる移動ステップと、
   前記画像データに基づいて前記対象物の撮像面における放射線画像を生成する画像生成ステップと、を含み、
   前記放射線撮像ステップでは、前記回転ステージによる前記対象物の回転速度に同期して前記イメージセンサにおけるＴＤＩ制御を行う、画像取得方法。
8. 前記回転ステージまたは前記放射線カメラを回動させることにより、前記回転ステージの前記回転軸線と前記放射線カメラの前記入力面とのなす角度を調整する調整ステップを更に含む、請求項７に記載の画像取得方法。
9. 前記調整ステップでは、前記回転軸線に対して前記放射線カメラの前記入力面が傾斜するように前記放射線カメラを回動させる、請求項８に記載の画像取得方法。
10. 前記調整ステップでは、前記放射線カメラの前記入力面に対して前記回転軸線が傾斜するように前記回転ステージを回動させる、請求項８に記載の画像取得方法。
11. 前記放射線カメラは、前記入力面を有するシンチレータを含み、前記放射線撮像ステップでは、前記放射線の入力に応じて前記シンチレータが発するシンチレーション光を撮像する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の画像取得方法。
12. 前記イメージセンサは、前記入力面を有する直接変換型放射線イメージセンサである、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の画像取得方法。

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