JP2019100860A - Ｘ線撮影システム - Google Patents

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Abstract

【課題】モアレ画像を取得するＸ線タルボ撮影装置における設置環境に起因する不具合の発生を抑制しつつ、従来の試験や検査では確認できなかった被写体の内部メカニズムを明らかにする。【解決手段】Ｘ線タルボ撮影装置１と、内部に被写体Ｈが収納され、当該内部を、外部環境から独立した環境条件に設定可能な被写体収納部３０と、を備えたＸ線撮影システムであって、被写体収納部３０が、被写体台１３に対して着脱自在に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線タルボ撮影装置を備えたＸ線撮影システムに関する。
従来、Ｘ線撮影装置として、複数の格子を有するタルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたＸ線撮影装置（以下、Ｘ線タルボ撮影装置という）が知られている。そして、Ｘ線タルボ撮影装置により高精細の再構成画像を得るには、複数の格子のうちのひとつを格子のスリット周期の１／Ｍ（Ｍは正の整数、吸収画像はＭ＞２、微分位相画像と小角散乱画像はＭ＞３）ずつスリット周期方向に移動させ、Ｍ回撮影した画像（モアレ画像）を用いて再構成を行う縞走査法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。また、被写体が存在する状態で、Ｘ線タルボ撮影装置でモアレ画像を１枚撮影し、画像処理において、そのモアレ画像をフーリエ変換する等して微分位相画像等の画像を再構成して生成するフーリエ変換法を用いることも可能である。
そして、近年では、このようなＸ線タルボ撮影装置を検査対象物（すなわち、被写体）の内部メカニズムを観察するために用いることが求められている。
特許第４４４５３９７号公報
ところで、被写体が任意の環境条件下に置かれた場合の内部メカニズムを確認できれば、所定の環境条件下での被写体の変動を見ることができる。特に通常時と厳しい環境条件下での途中経過を観察することで、被写体の物質としての変動メカニズムを確認することができる。そして、このような状態を、Ｘ線タルボ撮影装置による撮影特有の微分位相画像や小角散乱画像、通常の吸収画像で同時に捉えることで、従来の試験や検査で見えなかった事象を明らかにすることができるという利点がある。
しかしながら、Ｘ線タルボ撮影装置の主要部である複数の格子は、数μｍ周期の格子構造になっており、大きな環境変動が起きると、格子や、格子を保持する部品等が微小に変形し、生成される再構成画像に雑音等が生じることが考えられる。一方で、非破壊検査の件対象物である被写体の中には、例えば特殊な温湿度での状態の撮影、環境変動に伴う状態の撮影などを行いたい物も多い。そのため、Ｘ線タルボ撮影装置の設置環境を変えることなく、被写体のみの環境を変えることは、Ｘ線タルボ撮影装置にとっては大きな利点となる。
本発明の課題は、Ｘ線タルボ撮影装置における設置環境に起因する不具合の発生を抑制しつつ、従来の試験や検査では確認できなかった被写体の内部メカニズムを明らかにすることである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被写体台と、Ｘ線源と、複数の格子と、Ｘ線検出器とがＸ線照射軸方向に並んで設けられ、前記Ｘ線源から被写体及び前記複数の格子を介して前記Ｘ線検出器にＸ線を照射して前記被写体の再構成画像の生成に必要なモアレ画像を取得するＸ線タルボ撮影装置と、
内部に前記被写体が収納され、当該内部を、外部環境から独立した環境条件に設定可能な被写体収納部と、
を備えたＸ線撮影システムであって、
前記被写体収納部は、前記被写体台に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、Ｘ線タルボ撮影装置の設置環境を変えることなく、外部環境とは独立した環境条件下でＸ線タルボ撮影装置による被写体の撮影を行うことができ、Ｘ線タルボ撮影装置における設置環境に起因する不具合の発生を抑制しつつ、従来の試験や検査では確認できなかった被写体の内部メカニズムを明らかにすることができる。
Ｘ線タルボ撮影装置及び被写体収納部の全体像を表す概略図である。 タルボ干渉計の原理を説明する図である。 線源格子や第１格子、第２格子の概略平面図である。 被写体収納部の構成を表す断面斜視図である。 被写体収納部を移動させる移動機構の構成を表す概略図である。 回転機構を有する被写体収納部を表す概略図である。 レーザー照射部を有する被写体収納部を表す概略図である。 釘刺し部を有する被写体収納部を表す概略図である。 発熱体を有する被写体収納部を表す概略図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の技術的範囲を以下の実施形態および図示例に限定するものではない。
本実施形態では、被写体Ｈが収納される被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定するとともに、Ｘ線タルボ撮影装置１によって被写体Ｈの撮影を行うことによって、通常とは異なる環境条件下にある被写体Ｈの画像を撮影することができるＸ線撮影システムについて説明する。
なお、本実施形態における被写体Ｈは、金属、樹脂、複合材料や織物などの試料全般であり、内部特性の検証が望まれるもの全般が対象となっている。そして、Ｘ線タルボ撮影装置１による撮影によって、このような被写体Ｈにおける内部メカニズムの観察ができるようになっている。
本実施形態においては、Ｘ線タルボ撮影装置１として、線源格子（マルチ格子やマルチスリット、Ｇ０格子等ともいう。）１２を備えるタルボ・ロー干渉計を用いたものが採用されている。なお、線源格子１２を備えず、第１格子（Ｇ１格子ともいう。）１４と第２格子（Ｇ２格子ともいう。）１５のみを備えるタルボ干渉計を用いたＸ線タルボ撮影装置を採用することもできる。
［Ｘ線タルボ撮影装置について］
図１は、Ｘ線タルボ撮影装置１及び被写体収納部３０の全体像を表す概略図である。
本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１は、Ｘ線発生装置１１と、線源格子１２と、被写体台１３と、第１格子１４と、第２格子１５と、Ｘ線検出器１６と、支柱１７と、基台部１８と、を備えている。
このようなＸ線タルボ撮影装置１によれば、被写体台１３に対して所定位置にある被写体Ｈのモアレ画像を縞走査法の原理に基づく方法で撮影したり、モアレ画像をフーリエ変換法を用いて解析したりすることで、少なくとも３種類の画像を再構成することができる（再構成画像という）。すなわち、モアレ画像におけるモアレ縞の平均成分を画像化した吸収画像（通常のＸ線の吸収画像と同じ）と、モアレ縞の位相情報を画像化した微分位相画像と、モアレ縞のVisibility（鮮明度）を画像化した小角散乱画像の３種類の画像である。なお、これらの３種類の再構成画像を再合成する等してさらに多くの種類の画像を生成することもできる。
なお、縞走査法とは、複数の格子のうちのひとつを格子のスリット周期の１／Ｍ（Ｍは正の整数、吸収画像はＭ＞２、微分位相画像と小角散乱画像はＭ＞３）ずつスリット周期方向に移動させてＭ回撮影したモアレ画像を用いて再構成を行い、高精細の再構成画像を得る方法である。
また、フーリエ変換法とは、被写体が存在する状態で、Ｘ線タルボ撮影装置でモアレ画像を１枚撮影し、画像処理において、そのモアレ画像をフーリエ変換する等して微分位相画像等の画像を再構成して生成する方法である。
ここで、まず、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に共通する原理について、図２を用いて説明する。
なお、図２では、タルボ干渉計の場合が示されているが、タルボ・ロー干渉計の場合も基本的に同様に説明される。また、図２におけるｚ方向が図１のＸ線タルボ撮影装置１における鉛直方向に対応し、図２におけるｘ、ｙ方向が図１のＸ線タルボ撮影装置１における水平方向（前後、左右方向）に対応する。
また、図３に示すように、第１格子１４や第２格子１５には（タルボ・ロー干渉計の場合は線源格子１２にも）、Ｘ線の照射方向であるｚ方向と直交するｘ方向に、所定の周期ｄで複数のスリットＳが配列されて形成されている。
図２に示すように、Ｘ線源１１ａから照射されたＸ線（タルボ・ロー干渉計の場合はＸ線源１１ａから照射されたＸ線が線源格子１２（図２では図示省略）で多光源化されたＸ線）が第１格子１４を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像（格子像等ともいう。）といい、このように自己像がｚ方向に一定の間隔をおいて形成される現象をタルボ効果という。
すなわち、タルボ効果とは、図３に示すように一定の周期ｄでスリットＳが設けられた第１格子１４を可干渉性（コヒーレント）の光が透過すると、上記のように光の進行方向に一定の間隔でその自己像を結ぶ現象をいう。
そして、図２に示すように、第１格子１４の自己像が像を結ぶ位置に、第１格子１４と同様にスリットＳが設けられた第２格子１５を配置する。その際、第２格子１５のスリットＳの延在方向（すなわち図２ではｘ軸方向）が、第１格子１４のスリットＳの延在方向に対して略平行になるように配置すると、第２格子１５上でモアレ画像Ｍｏが得られる。
なお、図２では、モアレ画像Ｍｏを第２格子１５上に記載するとモアレ縞とスリットＳとが混在する状態になって分かりにくくなるため、モアレ画像Ｍｏを第２格子１５から離して記載している。しかし、実際には第２格子１５上およびその下流側でモアレ画像Ｍｏが形成される。そして、このモアレ画像Ｍｏが、第２格子１５の直下に配置されるＸ線検出器１６で撮影される。
また、図１，図２に示すように、Ｘ線源１１ａと第１格子１４との間に被写体Ｈが存在すると、被写体ＨによってＸ線の位相がずれるため、モアレ画像Ｍｏのモアレ縞が被写体Ｈの辺縁を境界に乱れる。一方、図示を省略するが、Ｘ線源１１ａと第１格子１４との間に被写体Ｈが存在しなければ、モアレ縞のみのモアレ画像Ｍｏが現れる。以上がタルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計の原理である。
この原理に基づいて、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１においても、例えば図１に示すように、第２のカバーユニット１３０内で、第１格子１４の自己像が像を結ぶ位置に第２格子１５が配置されるようになっている。また、前述したように、第２格子１５とＸ線検出器１６とを離すとモアレ画像Ｍｏ（図２参照）がぼやけるため、本実施形態では、Ｘ線検出器１６は第２格子１５の直下に配置されるようになっている。また、第２格子１５をシンチレーターやアモルファスセレンなどの発光材料で構成し、第２格子１５とＸ線検出器１６とを一体化させてもよい。
なお、第２のカバーユニット１３０は、人や物が第１格子１４や第２格子１５、Ｘ線検出器１６等にぶつかったり触れたりしないようにして、Ｘ線検出器１６等を防護するために設けられている。
図示を省略するが、Ｘ線検出器１６は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状（マトリクス状）に配置され、変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。そして、本実施形態では、Ｘ線検出器１６は、第２格子１５上に形成されるＸ線の像である上記のモアレ画像Ｍｏを変換素子ごとの画像信号として撮影するようになっている。Ｘ線検出器１６の画素サイズは１０〜３００（μｍ）であり、さらに好ましくは５０〜２００（μｍ）である。
Ｘ線検出器１６としては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いることができる。ＦＰＤには、検出されたＸ線を光電変換素子を介して電気信号に変換する間接変換型、検出されたＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
間接変換型は、ＣｓＩやＧｄ２Ｏ２Ｓ等のシンチレータプレートの下に、光電変換素子がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とともに２次元状に配置されて各画素を構成する。Ｘ線検出器１６に入射したＸ線がシンチレータプレートに吸収されると、シンチレータプレートが発光する。この発光した光により、各光電変換素子に電荷が蓄積され、蓄積された電荷は画像信号として読み出される。
直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、１００〜１０００（μm）の膜圧のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、２次元状に配置されたＴＦＴのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がＸ線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がＴＦＴにより読み取られる。
なお、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｘ線カメラ等の撮影手段をＸ線検出器１６として用いてもよい。
本実施形態では、Ｘ線タルボ撮影装置１は、いわゆる縞走査法を用いてモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するようになっている。すなわち、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１では、第１格子１４と第２格子１５との相対位置を図１〜図３におけるｘ軸方向（すなわちスリットＳの延在方向（ｙ軸方向）に直交する方向）にずらしながらモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影する。
そして、Ｘ線タルボ撮影装置１から複数枚分のモアレ画像Ｍｏの画像信号を受信した図示しない画像処理装置における画像処理で、複数枚のモアレ画像Ｍｏに基づいて、吸収画像や、微分位相画像や、小角散乱画像等を再構成するようになっている。
そのため、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１は、縞走査法によりモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するために、第１格子１４をｘ軸方向に所定量ずつ移動させることが可能となっている。なお、第１格子１４を移動させる代わりに第２格子１５を移動させたり、或いは両方とも移動させたりするように構成することも可能である。
また、Ｘ線タルボ撮影装置１で、第１格子１４と第２格子１５との相対位置を固定したままモアレ画像Ｍｏを１枚だけ撮影し、画像処理装置における画像処理で、このモアレ画像Ｍｏをフーリエ変換法等を用いて解析する等して吸収画像や微分位相画像等を再構成するように構成することも可能である。
本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１における他の部分の構成について説明する。本実施形態では、いわゆる縦型であり、Ｘ線発生装置１１、線源格子１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６が、この順序に重力方向であるｚ方向に配置されている。すなわち、本実施形態では、ｚ方向が、Ｘ線発生装置１１からのＸ線の照射方向ということになる。
Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１１ａとして、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線源や回転陽極Ｘ線源等を備えている。また、それ以外のＸ線源を用いることも可能である。本実施形態のＸ線発生装置１１は、焦点からＸ線をコーンビーム状に照射するようになっている。つまり、図１に示すように、ｚ方向と一致するＸ線照射軸Ｃａを中心軸としてＸ線発生装置１１から離れるほどＸ線が広がるように照射される（すなわち、Ｘ線照射範囲）。
そして、本実施形態では、Ｘ線発生装置１１の下方に線源格子１２が設けられている。その際、Ｘ線源１１ａの陽極の回転等により生じるＸ線発生装置１１の振動が線源格子１２に伝わらないようにするために、本実施形態では、線源格子１２は、Ｘ線発生装置１１には取り付けられず、支柱１７に設けられた基台部１８に取り付けられた固定部材１２ａに取り付けられている。
なお、本実施形態では、Ｘ線発生装置１１の振動が支柱１７等のＸ線タルボ撮影装置１の他の部分に伝播しないようにするために（あるいは伝播する振動をより小さくするために）、Ｘ線発生装置１１と支柱１７との間に緩衝部材１７ａが設けられている。
本実施形態では、上記の固定部材１２ａには、線源格子１２のほか、線源格子１２を透過したＸ線の線質を変えるためのろ過フィルター（付加フィルターともいう。）１１２や、照射されるＸ線の照射野を絞るための照射野絞り１１３、Ｘ線を照射する前にＸ線の代わりに可視光を被写体に照射して位置合わせを行うための照射野ランプ１１４等が取り付けられている。
なお、線源格子１２とろ過フィルター１１２と照射野絞り１１３とは、必ずしもこの順番に設けられる必要はない。また、本実施形態では、線源格子１２等の周囲には、それらを保護するための第１のカバーユニット１２０が配置されている。
また、コントローラー１９（図１参照）は、本実施形態では、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インターフェース等がバスに接続されたコンピューターで構成されている。なお、コントローラー１９を、本実施形態のような汎用のコンピューターではなく、専用の制御装置として構成することも可能である。また、コントローラー１９には、図示はしないが、操作部を含む入力手段や出力手段、記憶手段、通信手段等の適宜の手段や装置が設けられている。
出力手段には、Ｘ線タルボ撮影装置１の各種操作を行うために必要な情報や、生成された再構成画像を表示する表示部（図示省略）が含まれている。
コントローラー１９は、Ｘ線タルボ撮影装置１に対する全般的な制御を行うようになっている。すなわち、例えば、コントローラー１９は、Ｘ線発生装置１１に接続されており、Ｘ線源１１ａに管電圧や管電流、照射時間等を設定することができるようになっている。また、例えば、コントローラー１９が、Ｘ線検出器１６と外部の図示しない画像処理装置等との信号やデータの送受信を中継するように構成することも可能である。
つまり、本実施形態におけるコントローラー１９は、被写体Ｈの再構成画像の生成に必要な複数のモアレ画像Ｍｏ（フーリエ変換法の場合は１枚のモアレ画像）を取得するための一連の撮影を行わせる制御部として機能している。
［被写体収納部について］
被写体収納部３０は、図１に示すように、内部に被写体Ｈが収納される箱状体であり、その内部を、外部環境から独立した環境条件に設定可能とされている。
被写体収納部３０は、図４に示すように、底部３１ａと周壁部３１ｂとを有する箱状の本体部３１と、本体部３１における開口部を覆う蓋部３２と、を備える。
蓋部３２によって本体部３１の開口部が覆われた状態において、被写体収納部３０の内部は密閉空間とされている。
このような被写体収納部３０を用いることで、被写体Ｈの周囲だけ、外部環境から独立した環境条件に設定することができる。
蓋部３２は、本体部３１の上端部に対して着脱自在に設けられている。
なお、蓋部３２を、本体部３１の上端部に取り付ける、又は取り外す構造は特に限定されるものではないが、例えばトグルラッチやパッチン錠等と呼称される連結金具（図示省略）や、蓋部３２を本体部３１の上端部に固定する固定用ネジ（図示省略）等を好適に採用することができる。
なお、蓋部３２が本体部３１の上端部に取り付けられた状態において、被写体収納部３０は、耐圧（又は防爆）式の箱状体として機能する。
本体部３１及び蓋部３２のそれぞれは、Ｘ線照射軸Ｃａ上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部３３を有している。Ｘ線透過部３３は、Ｘ線透過率の高い材料（例えば樹脂又は炭素繊維やガラス繊維を混ぜた樹脂など）によって構成されている。
また、本体部３１におけるＸ線透過部３３は、底部３１ａに設けられている。Ｘ線発生装置１１から照射されるＸ線は、上記したように、コーンビーム状に照射されるため、本体部３１におけるＸ線透過部３３は、蓋部３２におけるＸ線透過部３３よりも広い面積に設定されていてもよい。
なお、本実施形態における本体部３１及び蓋部３２のうち、Ｘ線透過部３３を除く部位は、主に金属によって構成されているが、Ｘ線透過率の高い材料によって構成されるものとしてもよい。
被写体収納部３０の内部における外部環境から独立した環境条件には、被写体収納部３０の内部における温度及び／又は湿度に係る条件が含まれている。換言すれば、本実施形態において、被写体収納部３０の内部における外部環境から独立した環境条件としては、温度及び／又は湿度が挙げられ、被写体収納部３０の内部における温度や湿度を調節できるようになっている。
被写体収納部３０の内部における温度を調節するため、被写体収納部３０は、図４に示すように、ヒーターユニット３４を更に備えている。これによって、被写体収納部３０の内部の温度を、任意の温度に設定可能となっている。
そして、ヒーターユニット３４の温度調節は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、Ｘ線タルボ撮影装置１によって複数のモアレ画像Ｍｏを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー１９によって制御されるが、この一連の撮影時に、被写体収納部３０の内部の温度調節もコントローラー１９で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー１９とヒーターユニット３４とが通信可能に接続された状態となっている。
また、本実施形態におけるヒーターユニット３４は、図（ａ），（ｂ）に示すように、被写体収納部３０に対して出し入れ可能となっている。
被写体収納部３０の本体部３１における周壁部３１ｂには、ヒーターユニット３４を出し入れするための出し入れ口３１ｃが形成されている。
そして、本実施形態においては、ヒーターユニット３４の出し入れ動作についても、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、Ｘ線タルボ撮影装置１による一連の撮影時に、ヒーターユニット３４の出し入れ動作もコントローラー１９で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー１９とヒーターユニット３４を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
なお、被写体収納部３０の内部における湿度の調節は、例えば、図示しない加湿及び除湿機能付きの湿度調節ユニットによって行われるものとする。また、この湿度調節ユニットの動作についても、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
以上のような被写体収納部３０と、Ｘ線タルボ撮影装置１は機械的に独立して設けられており、被写体収納部３０は、Ｘ線タルボ撮影装置１における被写体台１３に対して着脱自在に設けられている。より詳細には、被写体収納部３０における本体部３１が、被写体台１３に取り付けられている。ただし、これに限られるものではなく、本体部３１及び蓋部３２の双方が、Ｘ線タルボ撮影装置１のいずれかの部位に取り付けられるものであってもよい。
本実施形態においては、図示はしないが、本体部３１の下端部と被写体台１３との間に係合手段が設けられている。このような係合手段としては、例えば上記のような連結金具や固定用ネジ等を始め、着脱しやすい単純な構造が採用されている。その他にも、被写体収納部３０が被写体台１３の縁部を保持する保持部を備える構造や、反対に、被写体台１３が被写体収納部３０を保持する保持部を備える構造等を採用してもよい。また、被写体収納部３０を被写体台１３に対して着脱する動作は、例えばｘ方向やｙ方向あるいは回転方向にスライドさせたり、持ち上げたりするような単純な動作であることが望ましい。
例えば被写体収納部３０の内部を高温に設定すると、被写体収納部３０自体が熱を帯びる場合があるが、このような場合であっても、被写体収納部３０を被写体台１３から取り外せば、Ｘ線タルボ撮影装置１に対する環境変動の影響を小さくすることができる。そして、必要に応じて、被写体収納部３０を被写体台１３に取り付けてＸ線タルボ撮影を行うようにすることで、従来の試験や検査では確認できなかった被写体の内部メカニズムを明らかにすることができる。
以上のような被写体収納部３０を用いてＸ線タルボ撮影を行う場合は、例えば、被写体収納部３０の内部に被写体Ｈを収納しておき、徐々に、被写体収納部３０内部の環境状態を外部環境とは異なる状態に変化させてもよいし、被写体収納部３０内部の環境状態を外部環境とは異なる状態に変化させてから、その後、被写体Ｈを収納して経時変動を見るようにしてもよい。さらに、インターバルを置いて被写体収納部３０内部の環境状態を変化させるようにしてもよい。
［被写体収納部の構成例１］
被写体収納部３０は、必ずしも毎回の撮影で用いられるものではなく、内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態でのＸ線タルボ撮影と、通常のＸ線タルボ撮影とを併せて行うことで、被写体Ｈに関する精度の高い情報を得ることができるようになっている。また、独立した環境条件に設定した状態でのＸ線タルボ撮影と、通常のＸ線タルボ撮影とを高い頻度で交互に行う場合がある。
そこで、被写体収納部３０は、図５に示すように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３に、Ｘ線照射範囲に対して進退可能に設けられている。換言すれば、被写体収納部３０は、Ｘ線照射範囲に対して進退可能となるように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３に設けられている。
被写体台１３には、被写体収納部３０を、Ｘ線照射範囲から遠ざけたり近づけたりするように移動させる移動機構４０が設けられている。
移動機構４０は、被写体台１３に取り付けられた設置台４１と、設置台４１の長さ方向に沿って長尺なガイドレール４２と、を備える。
設置台４１は、矩形板状に形成され、被写体台１３の上面よりも外方に突出する長さに設定されている。また、この設置台４１のうち被写体台１３の上面に載せられた部位には、Ｘ線照射範囲に対応する開口部４１ａが形成されており、Ｘ線の透過を妨げにくくなっている。
ガイドレール４２は、設置台４１に一対で設けられているとともに、設置台４１の長さ方向に沿って長尺に設定されている。また、ガイドレール４２は、このガイドレールに沿って移動可能な移動体（図示省略）と、移動体を動作させるための駆動部（図示省略）と、を有している。
被写体収納部３０は、ガイドレール４２の移動体に対して取り付けられており、被写体台１３のＸ線照射範囲に対応する位置から、被写体台１３の外方までの間を移動（進退）できるようになっている。
被写体収納部３０を用いた撮影を行う場合は、図５（ａ）に示す状態で撮影が行われ、通常のＸ線タルボ撮影を行う場合は、図５（ｂ）に示す状態で撮影が行われる。
なお、移動機構４０における移動体の動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。つまり、コントローラー１９と移動体を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
［被写体収納部の構成例２］
複数の格子１２，１４，１５は、一次元格子とされている。そのため、Ｘ線タルボ撮影装置１によって取得されるモアレ画像Ｍｏには方向が出てくることになる。すなわち、被写体Ｈの撮影方向によっては、例えば繊維方向や傷の方向など、見える箇所と見えない箇所とが生じてしまう場合がある。
そこで、図６に示すように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３と被写体収納部３０のうち、いずれか一方は、被写体ＨをＸ線照射軸Ｃａの軸周りに回転させる回転機構３５を有している。被写体Ｈを収納した状態の被写体収納部３０を、回転機構３５によって任意の角度に回転させた場合、回転前に撮影された被写体Ｈの画像と、回転後に撮影された被写体Ｈの画像は見え方が異なり、回転前に見えていなかった被写体Ｈの所定部位が、回転後に撮影された画像では見えるようになる。
本実施形態における回転機構３５としては、例えば中央に開口部（図示省略）が形成された円状又は枠状とされ、かつ回転中心がＸ線照射軸Ｃａに対応する回転部材が用いられている。また、中央に形成された開口部は、Ｘ線透過部３３に対応するものであり、Ｘ線を透過しやすくなっている。
また、Ｘ線透過部３３と同様に、回転機構３５を形成する材料を、Ｘ線透過率の高い材料によって構成してもよい。この場合、中央に開口部を形成しなくてもよい。
回転機構３５は、被写体台１３と被写体収納部３０の本体部３１における底部３１ａとの間に位置しており、下端面が被写体台１３に取り付けられ、上端面が底部３１ａに取り付けられている。また、この回転機構３５は、上端面側に、被写体収納部３０の本体部３１における底部３１ａが取り付けられて回転可能に構成された回転体（図示省略）を備えており、下端面側に、回転体を回転させるための駆動部を備えているものとする。
なお、本実施形態においては被写体収納部３０が回転機構３５を有しているものとするが、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３が回転機構３５を有するものとしてもよい。また、被写体収納部３０の本体部３１が回転機構３５を有するものとしてもよい。
さらに、回転機構３５の回転動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。つまり、コントローラー１９と回転体を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
［被写体収納部のその他の構成例］
被写体収納部３０の内部における外部環境から独立した環境条件には、上記したように、被写体収納部３０の内部における温度及び／又は湿度に係る条件が含まれているものとしたが、これに限られるものではなく、適宜変更可能である。
すなわち、被写体収納部３０の内部を、例えば、真空状態にしてもよいし、加圧や減圧ができるようにしてもよいし、被写体Ｈを水に浸けた状態にしてもよいし、被写体Ｈを振動させる状態にしてもよく、さらに、温度及び／又は湿度に係る条件を含め、以上のような様々な環境条件を複合させてもよい。
また、被写体収納部３０は、図示はしないが、以上のような様々な環境条件を作り出すための機器や装置等を適宜備えるものとする。
つまり、被写体収納部３０の内部を真空状態にする場合や加圧・減圧状態にする場合は、被写体収納部３０は、ポンプや弁機構等を備える。
被写体Ｈを水に浸けた状態にする場合は、被写体収納部３０は、貯水槽や給排水機構を備える。
被写体Ｈを振動させる状態にする場合は、バイブレーターを備えるとともに、Ｘ線タルボ撮影装置１に対してその振動が伝わることを抑制する防振機構を備える。
そして、被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定するための各種機器や装置等は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
以上説明したように、本実施の形態によれば、被写体Ｈが、被写体収納部３０の内部に収納されて任意の環境状態になった時の、内部メカニズムの確認ができることにより、各環境での物質内の変動を見ることができる。特に通常の使用環境を考慮した環境や、厳しい環境条件での途中経過を観察することで、物質の変動メカニズムを見ることができる。すなわち、被写体Ｈにおける任意の環境状態を、タルボ画像特有の微分位相画像や小角散乱画像、通常の吸収画像で同時に捉えることにより、従来の試験や検査では見えなかった被写体Ｈの内部メカニズムを明らかにできる。
さらに、Ｘ線タルボ撮影装置１の主要部材である複数の格子１２，１４，１５は、上記したように、数μｍ周期の格子構造になっており、大きな環境変動が起きると、格子や、格子を保持する部品等が微小に変形し、生成される再構成画像に雑音等が生じることが考えられる。一方で、非破壊検査の件対象物である被写体の中には、例えば特殊な温湿度での状態の撮影、環境変動に伴う状態の撮影などを行いたい物も多い。被写体収納部３０は、被写体台１３に対して着脱自在に設けられているので、必要に応じて被写体台１３に取り付ければよくなる。
したがって、Ｘ線タルボ撮影装置１の設置環境を変えることなく、外部環境とは独立した環境条件下でＸ線タルボ撮影装置１による被写体Ｈの撮影を行うことができ、Ｘ線タルボ撮影装置１における設置環境に起因する不具合の発生を抑制しつつ、従来の試験や検査では確認できなかった被写体Ｈの内部メカニズムを明らかにすることができる。
また、Ｘ線タルボ撮影装置１は、被写体Ｈの再構成画像の生成に必要な複数のモアレ画像Ｍｏを取得するための一連の撮影を行わせる制御部（コントローラー１９）を有しており、被写体収納部３０の内部における独立した環境条件の設定は、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされているので、制御部によって、Ｘ線タルボ撮影装置１による撮影の制御を行いながら、被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定したり、外部環境と同様の環境条件にしたり、適宜制御を行うことができる。そのため、被写体Ｈの内部メカニズムを明らかにしやすくなる。
また、独立した環境条件には、被写体収納部３０の内部における温度及び／又は湿度に係る条件が含まれているので、被写体収納部３０の内部を、例えば温度や湿度が高い状態、低い状態にすることができる。そして、被写体Ｈが、被写体収納部３０の内部に収納されて、このような環境状態になった時の、内部メカニズムの確認ができるようになる。
また、被写体収納部３０は、Ｘ線照射軸Ｃａ上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部３３を有するので、Ｘ線透過部３３の位置に被写体Ｈを収納することで、Ｘ線透過部３３の位置に被写体Ｈを収納しない場合に比して、撮
また、複数の格子１２，１４，１５は、一次元格子であるため、複数の格子１２，１４，１５のいずれかを他の格子に対して相対移動させて縞走査を行い、照射されたＸ線に応じてＸ線検出器１６が画像信号を読み取る撮影を繰り返すことにより、被写体Ｈの再構成画像の生成に必要な複数のモアレ画像Ｍｏを取得することができる。
さらに、複数の格子１２，１４，１５が一次元格子であることを踏まえ、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３と被写体収納部３０のうち、いずれか一方は、被写体ＨをＸ線照射軸Ｃａの軸周りに回転させる回転機構を有しているので、回転前に撮影された被写体Ｈの画像と、回転後に撮影された被写体Ｈの画像は見え方が異なり、回転前に見えていなかった被写体Ｈの部位（例えば傷、欠損等）が、回転後に撮影された画像では見えるようになり、被写体Ｈの検査を詳細に行うことができる。
また、Ｘ線タルボ撮影装置１と被写体収納部３０は機械的に独立して設けられているので、被写体収納部３０を、被写体台１３に対して着脱しやすくなる。これにより、被写体収納部３０を、必要に応じて被写体台１３に取り付けたり、被写体台１３から取り外したりする作業がしやすい。
また、被写体収納部３０は、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３に、Ｘ線照射範囲に対して進退可能に設けられているので、被写体収納部３０を使用するＸ線タルボ撮影装置１による撮影と、被写体収納部３０を使用しない通常のＸ線タルボ撮影装置１による撮影を適宜切り替えることができる。
［変形例］
上記の実施形態では、被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定する構成について説明したが、以下の変形例では、被写体Ｈ自体の物性を変化させるための構成について説明する。以下に挙げる変形例は、可能な限り組み合わせてもよい。
なお、以下の変形例においても上記実施形態と同様に、Ｘ線タルボ撮影装置１は、いわゆる縞走査法を用いてモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するようになっているが、１枚のモアレ画像をフーリエ変換する等して微分位相画像等の画像を再構成して生成するフーリエ変換法を採用してもよい。
［変形例１］
本変形例における被写体収納部３０は、図７に示すように、被写体Ｈに対してレーザー光を照射するレーザー照射部３６を有する。
レーザー光は、指向性や収束性に優れ、出力を高めることで、被写体Ｈにおける微小な箇所を集中的に加熱することができるようになっている。
レーザー照射部３６は、被写体収納部３０の内部に、被写体Ｈに対する角度を調整可能に設けられている。
なお、レーザー照射部３６の角度調整及びレーザー光の照射・停止の動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、Ｘ線タルボ撮影装置１によって複数のモアレ画像Ｍｏを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー１９によって制御されるが、この一連の撮影時に、レーザー照射部３６の各動作もコントローラー１９で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー１９とレーザー照射部３６とが通信可能に接続された状態となっている。
本変形例におけるレーザー照射部３６のレーザー光は、被写体Ｈの微小な箇所を集中的に加熱し、加熱による被写体Ｈの部分的な物性の変化メカニズムを、Ｘ線タルボ撮影によって明らかにすることができる。
また、照射されるレーザー光の出力を格段に高めることにより、被写体Ｈを部分的に破壊し、破壊された被写体Ｈの物性の変化メカニズムを、Ｘ線タルボ撮影装置１によって撮影してもよい。
なお、本変形例において、レーザー光の照射は、Ｘ線発生装置１１から被写体ＨへのＸ線の照射を阻害しないように、Ｘ線の照射がストップしている間に行われるものとする。
Ｘ線タルボ撮影の最中にレーザー光の照射を行う場合は、被写体Ｈに対するＸ線の照射を妨げない位置に向かってレーザー光の照射を行うものとする。
本変形例によれば、被写体収納部３０が、被写体Ｈに対してレーザー光を照射するレーザー照射部３６を有するので、レーザー光が照射された被写体Ｈの部分的な物性の変化メカニズムを、Ｘ線タルボ撮影によって明らかにすることができる。また、このようなＸ線タルボ撮影を、Ｘ線タルボ撮影装置１の設置環境を変えることなく行うことができるので、Ｘ線タルボ撮影装置１における設置環境に起因する不具合の発生を抑制できる。
さらに、上記の実施形態で説明したように、被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態で、このようなＸ線タルボ撮影を行うことにより、様々な状態での被写体Ｈの撮影を行うことができるので好ましい。
［変形例２］
本変形例における被写体収納部３０は、図８に示すように、被写体Ｈに対して釘刺し試験を行うための釘刺し部３７を有する。
釘刺し試験とは、例えばリチウムイオン電池等のような電極体の厚み方向に釘を突き刺して内部短絡を模擬的に発生させ、発熱の度合を調べて電池の安全性を確認する試験方法である。釘刺し試験において、釘が電池セルを貫通すると、電池セル内の正極集電体と負極集電体との間で釘を介して内部短絡が発生し、これらの集電体と釘とが接する部分及びその近傍部分が局所的に発熱する現象が発生する。
本変形例における被写体収納部３０が、釘刺し部３７を有することにより、被写体Ｈにおける釘刺し箇所の内部メカニズムを明らかにすることができる。
釘刺し部３７は、釘本体３７ａと、被写体収納部３０における蓋部３２に形成された釘本体３７ａ用の通し孔（図示省略）と、この通し孔の内周面に設けられたパッキン材（図示省略）と、を備える。
パッキン材は、弾性変形する材料によって構成されており、通し孔に釘本体３７ａが通されていない際の被写体収納部３０の密閉性を確保することができる。
釘本体３７ａとしては、被写体Ｈの内部における温度を測定するための温度センサーが内蔵されたものを採用してもよい。
なお、本変形例においては、放射線技師や検査員等のユーザーによって釘本体３７ａの抜き差し動作が行われるものとするが、これに限られるものではなく、図示しない駆動部によって釘本体３７ａの抜き差し動作が行われるものとしてもよい。このように駆動部によって、釘本体３７ａの抜き差し動作が行われる場合は、当該駆動部が、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされる。
また、図示例においては、釘本体３７ａが、被写体収納部３０の中央部に設けられているが、これに限られるものではなく、被写体Ｈに対して斜めに抜き差しできるようにしてもよいし、本体部３１における周壁部３１ｂ側から抜き差しできるようにしてもよい。
本変形例によれば、被写体収納部３０が、被写体Ｈに対して釘刺し試験を行うための釘刺し部３７を有するので、釘刺し試験が行われた被写体Ｈの物性の変化メカニズムを、Ｘ線タルボ撮影によって明らかにすることができる。また、このようなＸ線タルボ撮影を、Ｘ線タルボ撮影装置１の設置環境を変えることなく行うことができるので、Ｘ線タルボ撮影装置１における設置環境に起因する不具合の発生を抑制できる。
さらに、上記の実施形態で説明したように、被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態で、このようなＸ線タルボ撮影を行うことにより、様々な状態での被写体Ｈの撮影を行うことができるので好ましい。
［変形例３］
本変形例における被写体収納部３０は、図９に示すように、被写体Ｈに対して接触させられる温度制御可能な発熱体３８を有する。
発熱体３８は、自身が発熱して高温になるものであり、被写体Ｈの表面に接触することにより、被写体Ｈの表面を熱したり、被写体Ｈの材質によっては焦がしたりすることができる。
発熱体３８は、当該発熱体３８を保持するアーム３８ａを備えており、被写体Ｈの内部に、被写体Ｈに対する角度や間隔を調整可能に設けられている。
なお、アーム３８ａの角度や間隔の調整及び発熱体３８の温度調節は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、Ｘ線タルボ撮影装置１によって複数のモアレ画像Ｍｏを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー１９によって制御されるが、この一連の撮影時に、発熱体３８及びアーム３８ａの各動作もコントローラー１９で行うことができるようになっている。
発熱体３８は、Ｘ線の照射を妨げる場合があるため、Ｘ線タルボ撮影を行う際には、アーム３８ａの角度や間隔を適宜調整して、発熱体３８がＸ線照射範囲外に避けた状態になることが望ましい。少なくとも、発熱体３８が、被写体Ｈから離間した状態で撮影が行われるものとする。
本変形例によれば、被写体収納部３０が、被写体Ｈに対して接触させられる温度制御可能な発熱体３８を有するので、発熱体３８が接触した被写体Ｈの部分的な物性の変化メカニズムを、Ｘ線タルボ撮影によって明らかにすることができる。また、このようなＸ線タルボ撮影を、Ｘ線タルボ撮影装置１の設置環境を変えることなく行うことができるので、Ｘ線タルボ撮影装置１における設置環境に起因する不具合の発生を抑制できる。
さらに、上記の実施形態で説明したように、被写体収納部３０の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態で、このようなＸ線タルボ撮影を行うことにより、様々な状態での被写体Ｈの撮影を行うことができるので好ましい。
１ Ｘ線タルボ撮影装置
１１ Ｘ線発生装置
１１ａ Ｘ線源
１１２ ろ過フィルター
１１３ 照射野絞り
１１４ 照射野ランプ
１２ 線源格子（Ｇ０格子）
１２０ 第１のカバーユニット
１２ａ 固定部材
１３ 被写体台
１３０ 第２のカバーユニット
１４ 第１格子（Ｇ１格子）
１５ 第２格子（Ｇ２格子）
１６ Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
１７ 支柱
１７ａ 緩衝部材
１８ 基台部
１９ コントローラー（制御部）
３０ 被写体収納部
３１ 本体部
３１ａ 底部
３１ｂ 周壁部
３１ｃ 出し入れ口
３２ 蓋部
３３ Ｘ線透過部
３４ ヒーターユニット
３５ 回転機構
３６ レーザー照射部
３７ 釘刺し部
３７ａ 釘本体
３８ 発熱体
３８ａ アーム
４０ 移動機構
４１ 設置台
４１ａ 開口部
４２ ガイドレール
Ｈ 被写体
Ｓ スリット
ｄ 周期
Ｍｏ モアレ画像
Ｃａ 照射軸
また、被写体収納部３０は、Ｘ線照射軸Ｃａ上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部３３を有するので、Ｘ線透過部３３の位置に被写体Ｈを収納することで、Ｘ線透過部３３の位置に被写体Ｈを収納しない場合に比して、撮影時にＸ線が透過しやすくなっている。

Claims (11)

  1. 被写体台と、Ｘ線源と、複数の格子と、Ｘ線検出器とがＸ線照射軸方向に並んで設けられ、前記Ｘ線源から被写体及び前記複数の格子を介して前記Ｘ線検出器にＸ線を照射して前記被写体の再構成画像の生成に必要なモアレ画像を取得するＸ線タルボ撮影装置と、
    内部に前記被写体が収納され、当該内部に、外部環境から独立した環境条件を設定可能な被写体収納部と、
    を備えたＸ線撮影システムであって、
    前記被写体収納部は、前記被写体台に対して着脱自在に設けられていることを特徴とするＸ線撮影システム。
  2. 前記Ｘ線タルボ撮影装置は、前記被写体の再構成画像の生成に必要な前記モアレ画像を取得するための一連の撮影を行わせる制御部を有しており、
    前記被写体収納部の内部における独立した環境条件の設定は、前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部によって前記Ｘ線タルボ撮影装置と連動して自動制御可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影システム。
  3. 前記独立した環境条件には、前記被写体収納部の内部における温度及び／又は湿度に係る条件が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮影システム。
  4. 前記被写体収納部は、前記Ｘ線照射軸上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
  5. 前記複数の格子は、一次元格子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
  6. 前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記被写体台と前記被写体収納部のうち、いずれか一方は、前記被写体を前記Ｘ線照射軸の軸周りに回転させる回転機構を有していることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮影システム。
  7. 前記Ｘ線タルボ撮影装置と前記被写体収納部は機械的に独立して設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
  8. 前記被写体収納部は、前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記被写体台に、前記Ｘ線照射範囲に対して進退可能に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮影システム。
  9. 前記被写体収納部は、前記被写体に対してレーザー光を照射するレーザー照射部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
  10. 前記被写体収納部は、前記被写体に対して釘刺し試験を行うための釘刺し部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
  11. 前記被写体収納部は、前記被写体に対して接触させられる温度制御可能な発熱体を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
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