WO2020045365A1 - X線装置、x線装置の調節方法および構造物の製造方法 - Google Patents
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- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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- G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers
Definitions
- the present invention relates to an X-ray apparatus, a method for adjusting the X-ray apparatus, and a method for manufacturing a structure.
- an X-ray apparatus that generates an image of the internal structure of a test object based on intensity information of the X-ray deflected by the test object has been known.
- a diffraction grating that forms an interference pattern by diffracting X-rays from an X-ray source, a shielding grating that shields a part of the X-rays that form the interference pattern, and an X-ray detector that detects X-ray intensity information
- Patent Document 1 An X-ray apparatus provided with (for example, Patent Document 1).
- Patent Document 1 since it is necessary to diffract X-rays by a diffraction grating, there is a problem that the apparatus becomes large.
- an X-ray apparatus includes: an X-ray source that emits X-rays toward a subject; a detector that detects the X-rays; A first member provided between the object and the detector, the first member having a first passage portion through which the X-ray passes, and the X-ray provided between the object and the detector and passing through the object. A second member having a second passage portion through which the first member passes, and an output portion that outputs information on the inclination of at least one of the first member and the second member with respect to a reference plane.
- an X-ray apparatus includes an X-ray source that emits X-rays toward an object, a detector that detects the X-ray, the object, and the detector.
- a member having a passage portion through which the X-rays that have passed through the test object pass, and an output portion that outputs information on the inclination of the member with respect to a reference plane.
- a method for adjusting an X-ray apparatus includes the steps of: emitting X-rays from an X-ray source toward an object; Detecting, with a detector, the X-rays that have passed through the first passage portion of the first member provided and the second passage portion of the second member provided between the subject and the detector And outputting information on the inclination of at least one of the first member and the second member with respect to a reference plane.
- a method for adjusting an X-ray apparatus comprising the steps of: emitting X-rays toward a test object; and passing a member provided between the test object and a detector.
- a method for manufacturing a structure includes creating design information on a shape of a structure, creating the structure based on the design information, and creating a shape of the created structure. Is measured using the X-ray apparatus of the first or second aspect to obtain shape information, and the obtained shape information is compared with the design information.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating an adjustment process of the X-ray apparatus according to the embodiment. It is a block diagram showing typically composition of a structure manufacturing system by an embodiment. It is a flowchart explaining the process which the structure manufacturing system by embodiment performs.
- the X-ray apparatus irradiates the test object with X-rays and detects X-rays transmitted through the test object, thereby destroying internal information (for example, internal structure) of the test object and destroying the test object.
- the X-ray apparatus can be used for biochemistry, medical treatment, and the like, for example, using a living body as a test object.
- an X-ray apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
- FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a main configuration of an X-ray apparatus 100 according to the present embodiment.
- the X-ray apparatus 100 includes a housing 1, an X-ray source 2, a receiver 3, a detector 4, a control device 5, and an optical unit 6.
- the housing 1 is arranged so that its lower surface is substantially parallel (horizontal) to the floor surface of a factory or the like.
- An X-ray source 2, a receiver 3, a detector 4, and an optical unit 6 are housed inside the housing 1.
- the housing 1 includes an X-ray shielding material to prevent X-rays from leaking out of the housing 1. Note that lead is included as an X-ray shielding material.
- the X-ray source 2 emits X-rays from the emission point P shown in FIG. 1 in the + Z-axis direction with the axis Zr parallel to the Z-axis as the optical axis, under the control of the control device 5.
- the emission point P coincides with a focal position where an electron beam accelerated inside the X-ray source 2 described below is focused.
- the detector 4 described later is arranged so that the center of the imaging area coincides with the optical axis Zr. That is, the optical axis Zr is an axis passing through the emission point P, which is the focal position of the electron beam in the X-ray source 2, and the center of the imaging area of the detector 4.
- the X-rays radiated from the X-ray source 2 may be any of a cone-shaped X-ray (so-called cone beam), a fan-shaped X-ray (so-called fan beam), and a linear X-ray (so-called pencil beam). May be.
- cone beam cone-shaped X-ray
- fan beam fan-shaped X-ray
- pencil beam linear X-ray
- the X-ray source 2 emits at least one of ultra soft X-rays of about 50 eV, soft X-rays of about 0.1 to 2 keV, X-rays of about 2 to 20 keV, and hard X-rays of about 20 keV to several MeV. .
- the mounting unit 3 includes a mounting table 31 on which the subject S is mounted, 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. , X-ray source 2 on the + Z-axis side.
- the mounting table 31 is rotatably provided by a rotation drive unit 32.
- the rotation axis Yr of the mounting table 31 by the rotation drive unit 32 is also changed by the operation of the X-axis movement unit 33, the Y-axis movement unit 34, and the Z-axis movement unit 35. Move in the axis, Y-axis, and Z-axis directions.
- the rotation drive unit 32 is configured by, for example, an electric motor or the like, and rotates the mounting table 31 by a rotation force generated by the electric motor driven and controlled by the control device 5 described later.
- the rotation axis Yr of the mounting table 31 is parallel to the Y axis.
- 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 subject S is a distance corresponding to the magnification of the subject S in a captured image.
- the table 31 is moved in the Z-axis direction.
- the X-ray apparatus 100 of the present embodiment has a retreat mechanism 37 for retreating the test object S from the X-ray optical path from the X-ray source 2 to the detector 4.
- the evacuation mechanism 37 moves the mounting table 31 in the + direction in the Y direction (that is, above the optical path of the X-ray), and thereby the test object S mounted on the mounting table 31 is moved. From the X-ray optical path.
- FIG. 2 schematically shows the outline of the structure of the retreat mechanism 37.
- FIG. 2A is a top view of the retracting mechanism 37 viewed from the + side in the Y direction, that is, from above the X-ray apparatus 100
- FIG. 3B is viewed from the-side in the Z direction, that is, in the direction of the optical axis Zr.
- FIG. The retracting mechanism 37 has guide members 371 and 372 formed of two guide rails extending in the Y-axis direction, and a drive mechanism (not shown) for driving the mounting table 31 along the guide members 371 and 372.
- the mounting table 31 has both ends in the X direction supported by the guide members 371 and 372.
- the mounting table 31 moves in the Y-axis direction, that is, in the up-down direction, while maintaining the posture.
- the size and arrangement of the guide members 371 and 372 are such that when the mounting table 31 moves to the vicinity of the upper ends of the guide members 371 and the guide members 372, the X-rays from the X-ray source 2 are transmitted to the lower portion of the mounting table 31 and the guide members It is set so that it passes through the space between 371 and 372 without being interrupted and irradiates the detector 4. This makes it possible to retract the subject S from the X-ray optical path while the subject S is placed on the mounting table 31.
- the detector 4 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 scintillator unit containing a known scintillation substance, a photomultiplier tube, a light receiving unit such as a CCD, and the like.
- the detector S emitted from the X-ray source 2 and mounted on the mounting table 31 X-rays including transmitted X-rays that have passed through are received. After converting the received X-ray energy into light energy, the detector 4 converts the light energy into electric energy and outputs it as an electric signal.
- the detector 4 may convert the incident X-ray energy into an electric signal without converting it into light energy and output the electric signal.
- the detector 4 has a plurality of pixels, and the pixels are two-dimensionally arranged. Thereby, the two-dimensional intensity distribution data of the X-ray radiated from the X-ray source 2 and passing through the subject S can be collectively acquired. Therefore, the entire projected image of the test object S can be acquired by one photographing.
- the optical unit 6 includes a first optical unit 61 and a second optical unit 62 for generating at least one of phase image data and scattered image data of the test object S.
- the optical unit 6 is described as having a structure for generating at least one of phase image data and scattered image data by a known coded aperture (CA) method.
- CA coded aperture
- the first optical unit 61 is arranged in the path of X-rays between the X-ray source 2 and the test object S.
- the first optical unit 61 has a first optical element 611 and an adjusting unit 613 that adjusts the position of the first optical element 611.
- the first optical element 611 is manufactured by providing a slit-like pattern with a metal thin film such as gold on a semiconductor substrate such as silicon.
- a region where the metal thin film is not formed functions as an opening through which X-rays pass, while a region where the metal thin film is formed, that is, a region other than the opening is an X-ray. It functions as a shielding part for shielding. That is, the first optical element 611 is a shielding member.
- the shape of the opening may be a slit, a polygon such as a triangle or a rectangle, or a circle including a perfect circle and an ellipse.
- the first optical element 611 has an opening at which a passage portion through which X-rays pass is used.
- the present invention is not limited to this example.
- a passage portion formed of a material that transmits X-rays may be provided.
- the first optical element 611 is attached to the adjustment unit 613 via an attachment member (not shown).
- the adjusting unit 613 adjusts the position of the first optical element 611 under the control of the control device 5 described later.
- the adjusting unit 613 includes an X-axis adjusting unit 614 that adjusts the position of the first optical element 611 in the X-axis direction, a Y-axis adjusting unit 615 that adjusts the position in the Y-axis direction, and a Z that adjusts the position in the Z-axis direction. It has an axis adjustment unit 616 and an inclination adjustment unit 617 that adjusts the inclination of the first optical element 611 with respect to the detection surface of the detector 4.
- the tilt adjusting unit 617 is configured by, for example, an electric motor or the like, and rotates the first optical element 611 around the X axis, around the Y axis, and the Z axis by a rotational force generated by an electric motor driven and controlled by the control device 5 described later. Rotate around.
- the second optical unit 62 is arranged in the path of X-rays between the test object S and the detector 4.
- the second optical unit 62 has a second optical element 621 and an adjusting unit 623, like the first optical unit 61.
- the second optical element 621 is manufactured by providing a slit-shaped pattern with a thin metal film such as gold on a semiconductor substrate such as silicon.
- the region where the metal thin film is not formed functions as an opening through which X-rays pass.
- the region where the metal thin film is formed that is, the region other than the opening transmits X-rays. It functions as a shielding part for shielding. That is, the second optical element 621 is a shielding member.
- the shape of the opening may be a slit, a polygon such as a triangle or a rectangle, or a circle including a perfect circle and an ellipse.
- the second optical element 621 has an opening as a passing part that allows X-rays to pass, but the present invention is not limited to this example. Instead of the above, a passing portion formed of a member that transmits X-rays may be provided.
- the second optical element 621 is attached to the adjustment unit 623 via an attachment member (not shown).
- the adjustment unit 623 adjusts the position of the second optical element 621 according to the control of the control device 5 described later.
- the adjustment unit 623 includes an X-axis adjustment unit 624 for adjusting the position of the second optical element 621 in the X-axis direction, a Y-axis adjustment unit 625 for adjusting the position in the Y-axis direction, and a Z-axis for adjusting the position in the Z-axis direction. It has an axis adjustment unit 626 and an inclination adjustment unit 627 that adjusts the inclination of the second optical element 621 with respect to the detection surface of the detector 4.
- the tilt adjusting unit 627 is configured by, for example, an electric motor or the like, and rotates the second optical element 621 around the X axis, around the Y axis, and around the Z axis by a rotational force generated by an electric motor driven and controlled by the control device 5 described later. Rotate around. Note that the shape of the opening of the second optical element 621 corresponds to the shape of the opening of the first optical element 611.
- FIG. 3 schematically shows an example of the first optical element 611 and the second optical element 621.
- FIG. 3A is a diagram schematically illustrating the shape of the first optical element 611 and the second optical element 621 on the XY plane, and illustrates an example in which the shape of the opening is a slit extending in the Y-axis direction.
- the first optical element 611 has a plurality of openings 619 (619a, 619b, 619c, 619d, 619e)
- the second optical element 621 has a plurality of openings 629 (629a, 629b, 629c, 629d, 629e).
- the openings 619 and 629 shown in FIG. 3A are arranged as an example, the number of rows is not limited to one, and may be larger or smaller than the number of rows shown in the figure.
- the pitch of the openings 629 of the second optical element 621 is determined based on the arrangement pitch of the pixels of the detector 4. For each of the first optical element 611 and the second optical element 621, the positions of the openings 619a, 619e, 629a, and 629e formed at positions farthest from the optical axis (here, referred to as terminal openings) are necessary. Is set based on the effective field of view (FOV). At this time, in order for the X-ray to pass through the terminal opening, it is necessary to satisfy the relationship shown in the following equation (1).
- FOV effective field of view
- R1 is the distance from the X-ray source 2 to the first optical element 611 or the second optical element 621
- t is the thickness of the first optical element 611 or the second optical element 621 in the Z direction
- w is one end.
- the optical elements 611 and 621 are created based on the above equation (1) for the purpose of reducing the effect of vignetting due to the optical elements 611 and 621 that receive X-rays.
- the thicknesses (that is, w) of the optical elements 611 and 621 are determined to be large enough that the detector 4 can secure an output according to the X-ray intensity distribution (X-ray transmitted light amount distribution).
- the thickness w is such that at least a peak at which the phase can be measured can be confirmed.
- the half width is detected so that scattering can be measured from the X-ray intensity distribution.
- the thickness w is set to be as small as possible.
- the openings 619a, 619b, 619c, 619d, 619e of the first optical element 611 and the openings 629a, 629b, 629c, 629d, 629e of the second optical element 621 are one-to-one. Are arranged to correspond to. That is, the X-rays that have passed through the openings 619a, 619b, 619c, 619d, and 619e pass through the openings 629a, 629b, 629c, 629d, and 629e, respectively.
- the X-rays that have passed through the opening 619 of the first optical element 611 have passed through the opening 629 of the second optical element 621 and have passed through the opening 629.
- the line is incident on the detector 4.
- the X-rays that have passed through the openings 629a, 629b, 629c, 629d, and 629e enter the pixels 411a, 411b, 411c, 411d, and 411e of the detector 4, respectively.
- FIG. 3C shows a case where the test object S exists between the first optical element 611 and the second optical element 621.
- the X-ray that has passed through the opening 619 is deflected by refraction, scattering, and the like inside the test object S.
- the phase of the X-ray that has passed through the openings 619 b, 619 c, and 619 d of the first optical element 611 is modulated inside the test object S, and thus the test indicated by the solid line is performed. Compared to the path of the X-ray when there is no object S, it is deflected as shown by the broken line.
- the amount of X-rays that enter the pixels 411b, 411c, and 411d of the detector 4 through the openings 629b, 629c, and 629d of the second optical element 621 is equal to the amount of the test object S illustrated in FIG. Increase or decrease as compared to the case without. Due to the increased / decreased X-ray dose, the intensity distribution detected by the detector 4 changes. That is, the contrast in the detector 4 changes.
- the change in contrast includes information inside the test object S.
- An image generation unit 53 described later generates at least one of phase image data and scattered image data based on the change in contrast.
- the control device 5 shown in FIG. 1 has a microprocessor and its peripheral circuits, and reads and executes a control program stored in a storage medium (not shown) (for example, a flash memory or the like) in advance to execute X control.
- a storage medium for example, a flash memory or the like
- the control device 5 includes an X-ray control unit 51, a mounting table control unit 52, an image generation unit 53, an optical unit control unit 54, a calculation unit 55, and an image reconstruction unit 56.
- the X-ray controller 51 controls the operation of the X-ray source 2
- the mounting table controller 52 controls the driving operation of the manipulator 36.
- the image generation unit 53 generates X-ray projection image data of the test object S based on the electric signal output from the detector 4.
- the image generation unit 53 generates at least one of phase image data and scattered image data based on information on a change in the intensity distribution of X-rays caused by at least one of X-ray scattering and phase modulation inside the subject S. I do.
- the optical unit control unit 54 controls the driving operation of the adjustment units 613 and 623 that adjust the positions of the first optical element 611 and the second optical element 621.
- the calculator 55 calculates information on the inclination including the amount of inclination and the inclination direction of the first optical element 611 and the second optical element 621 with respect to the detection surface of the detector 4 based on the electric signal output from the detector 4. Is calculated and output to the optical unit control unit 54. In other words, the calculation unit 55 functions as an output unit that outputs information about the inclination. The processing performed by the calculation unit 55 will be described later in detail.
- the image reconstruction unit 56 projects the X-ray irradiation direction relative to the test object S while relatively changing the direction, and based on at least one of a plurality of phase image data and scattered image data obtained thereby, a known image
- the image reconstruction processing generates cross-sectional image data and three-dimensional data that are the internal structure (cross-sectional structure) of the test object S.
- the cross-sectional image data includes structural data of the test object S in a plane parallel to the XZ plane.
- the image reconstruction processing includes a back projection method, a filtered back projection method, a successive approximation method, and the like.
- the distance from the X-ray source 2 to the detection surface of the detector 4 is, for example, 1000 mm or less, preferably 800 mm or less, more preferably 700 mm or less. This distance is shorter than a conventional X-ray apparatus of the same type. For this reason, in order to secure the same FOV as that of a conventional X-ray apparatus of the same type, X-rays traveling from the X-ray source 2 toward the terminal opening enter the terminal opening at a large angle with respect to the optical axis Zr.
- FIG. 4 is a diagram schematically showing a positional relationship between the X-ray source 2, the first optical element 611, the second optical element 621, and the detector 4 on the ZX plane.
- FIG. 4A shows that the opening 619 of the first optical element 611 and the opening 629 of the second optical element 621 are parallel to the detection surface of the detector 4 as the reference surface, that is, the first optical element.
- the case where both the element 611 and the second optical element 621 are adjusted to be perpendicular to the optical axis Zr is shown.
- FIG. 4A shows that the opening 619 of the first optical element 611 and the opening 629 of the second optical element 621 are parallel to the detection surface of the detector 4 as the reference surface, that is, the first optical element.
- FIG. 4A shows that both the element 611 and the second optical element 621 are adjusted to be perpendicular to the optical axis Zr.
- the opening 619 of the first optical element 611 and the opening 629 of the second optical element 621 both take the Y-axis (that is, the direction in which the openings 619 and 629 extend) as an axis.
- the original state means that the shape of the X-ray intensity distribution (transmitted light amount distribution) detected by the detector 4 is near the center of the detector 4 as described in detail later.
- the original state is, as described in detail later, the intensity distribution of the detected X-ray, the position of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621, and the position of the detection surface of the detector 4.
- the degree of coincidence with the X-ray intensity distribution (estimated intensity distribution) estimated by the above becomes equal to or more than a predetermined value, or the deviation amount between the X-ray intensity distribution and the estimated intensity distribution becomes equal to or less than a predetermined value.
- the light passes through an opening 619 provided in the vicinity of the center of the first optical element 611 (the opening 619c in FIG. 4A), and comes near the center of the second optical element 621.
- the terminal openings 619 (619a and 619e in FIG. 4A) provided on the end side of the first optical element 611, and the terminal openings provided on the end side of the second optical element 621.
- X-rays L2 and L3 passing through 629 are applied to pixels 411 (pixels 411a and 411e in FIG. 4A) provided near the periphery of detector 4. Incident.
- the X-rays L2 and L3 are incident obliquely on the terminal openings 619 and 629. Therefore, the X-rays L2 and L3 are smaller than the X-rays L1 passing through the openings (openings 629c and 629c in FIG. 4A) near the center of the first optical element 611 and the second optical element 621.
- the end openings 619 and 629 are easily affected by vignetting. When vignetting occurs, the amount of X-rays L2 and L3 decreases due to the effect. The risk of occurrence of vignetting is greater in an opening having a large distance from the optical axis Zr.
- FIG. 5 schematically shows the intensity distribution of the X-rays detected by the detector 4 (that is, the transmitted light amount distribution of the X-rays passing through the openings 619 and 629) in the state of the positional relationship shown in FIG. FIG.
- the horizontal axis indicates the position of the detector 4 in the X direction
- the vertical axis indicates the intensity (the amount of transmitted light) of the X-rays detected by the detector 4.
- L10 (solid line) shows the intensity distribution when the detector 4 detects X-rays that have passed through the openings 619 and 629 of the first optical element 611 and the second optical element 621 in the state shown in FIG. .
- the widths of the openings 619 and 629 in the first optical element 611 and the second optical element 621 are uniform. For this reason, since the X-rays pass through the openings 619 and 629 farther from the optical axis Zr at a larger angle with respect to the optical axis Zr, the width through which the X-rays can actually pass becomes narrower. As a result, the X-ray intensity decreases as the distance from the vicinity of the center of the detector 4 increases. However, such a tendency is similar on the X-axis + side and the X-axis ⁇ side with respect to the optical axis Zr, so that the intensity distribution L10 has a symmetrical shape with the central portion as the axis of symmetry.
- L11 (broken line) indicates the intensity distribution when the detector 4 detects X-rays that have passed through the openings 619 and 629 of the first optical element 611 and the second optical element 621 in the state shown in FIG. Is shown.
- the first optical element 611 and the second optical element 621 are both inclined so as to rotate about the Y axis (that is, the direction in which the openings 619 and 629 extend) as the rotation axis.
- the openings 619 and 629 on the X-axis + side from the optical axis Zr for example, the openings 619a, 619b, 629a, and 629b in FIG.
- FIG. 4B The width through which X-rays can pass is narrower than in the state in which the X-rays pass through. That is, since vignetting occurs due to the openings 619 and 629 on the X-axis + side, X-rays passing through the openings 619 and 629 on the X-axis + side are reduced as compared with the state shown in FIG. As a result, the intensity distribution L11 of the X-rays detected by the detector 4 becomes smaller than L10. For this reason, on the left side of FIG. 5, the intensity of X-rays is lower in L11 than in L10.
- the openings 619 and 629 on the X-axis side from the optical axis Zr (for example, the openings 619d, 619e, 629d, and 629e in FIG. 4B), compared to the state shown in FIG.
- the width through which X-rays can pass is increased.
- the intensity distribution L11 of the X-rays detected by the detector 4 becomes larger than L10.
- the intensity of X-rays is larger in L11 than in L10.
- the intensity distribution L10 is symmetric about the center of the detector 4 as an axis, but the symmetry of L11 is lost, and the position where the maximum intensity is located is off the center of the detector 4.
- the information inside the test object S is obtained by detecting the X-ray intensity distribution by the detector 4 in each state when the test object S is not mounted on the mounting table 31 and when the test object S is mounted. It is obtained by comparing the line intensity distributions. That is, the X-ray intensity distribution when the test object S is not mounted on the mounting table 31 is a reference when obtaining information inside the test object S.
- the test object S is not mounted on the mounting table 31
- the internal information of the specimen S obtained is Differences occur.
- an adjustment process for adjusting the inclination of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 is performed.
- the calculation unit 55 In order to adjust the inclination, the calculation unit 55 generates information on the inclination of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 with respect to the detection surface of the detector 4. In this case, the calculation unit 55 creates an X-ray intensity distribution based on the electric signal output from the detector 4 in a state where the test object S is not mounted on the mounting table 31.
- the calculation unit 55 sets the symmetry shown in L10.
- a rotation direction and a rotation angle for rotating at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 about the Y axis, which are necessary for obtaining the intensity distribution, are calculated.
- the rotation direction and the rotation angle are also referred to as a tilt direction and a tilt amount (tilt angle), respectively. That is, the calculating unit 55 determines the tilt angle and the tilt direction of the first optical element 611 and / or the second optical element 621 necessary to bring the detection plane of the detector 4 serving as the reference plane into the above-described original state. Is calculated.
- the calculation unit 55 calculates the estimated intensity because the shape of the intensity distribution (transmission light amount distribution) of the X-rays detected by the detector 4 is symmetric with respect to the vicinity of the center of the detector 4 as the axis of symmetry.
- the inclination angle and the inclination direction of the first optical element 611 and / or the second optical element 621 are calculated so that the degree of coincidence between the distribution and the detected intensity distribution is equal to or more than a predetermined value or the deviation amount is equal to or less than a predetermined value.
- the arrangement state of the detection surface of the detector 4 (that is, the angle of the X-ray from the X-ray source 2 with respect to the optical axis, etc.) is measured in advance.
- a reference surface for example, a surface orthogonal to the optical axis
- the inclination angle and the inclination direction of the first optical element 611 and / or the second optical element 621 may be calculated. The correspondence between the shape of the intensity distribution and the inclination angle and the inclination direction is obtained based on a test, simulation, or the like, and is stored in advance in the storage medium as related data.
- the calculation unit 55 determines the inclination angle and the inclination direction of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 based on the detected X-ray intensity distribution and the related data (these are collectively referred to as adjustment values). ) Is calculated.
- the calculated tilt angle and tilt direction (that is, the adjustment value) are output to the optical unit control unit 54 as information regarding tilt.
- the optical unit control unit 54 drives at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 by driving the adjusting units 613 and 623 according to the adjustment value based on the input information on the tilt.
- the adjustment value is not limited to a value for making it parallel to the XY plane (that is, the detection surface of the detector 4), and may be a value for making the angle with respect to the XY plane equal to or less than a predetermined angle.
- the predetermined value is The value is set as a value for setting the error of the internal information of the inspection object S to an allowable range. Such an adjustment value is set in advance by a test, a simulation, or the like.
- the degree of coincidence with the X-ray intensity distribution detected by the detector 4 may be output in a state where the tilt of the optical element 611 and the second optical element 621 is not adjusted.
- the estimated intensity distribution is detected by the detector 4 when irradiating X-rays. X-ray intensity distribution to be performed.
- the estimated intensity distribution corresponds to the intensity distribution L10 shown in FIG. 5, and has a symmetric shape with the central portion as the axis of symmetry.
- the calculating unit 55 calculates the degree of coincidence between the estimated intensity distribution and the X-ray intensity distribution detected by the detector 4 (for example, the intensity distribution L11 in FIG. 5).
- the degree of coincidence is, for example, a shift amount of the peak position of the intensity distribution or a value at which the shift amount is maximum (maximum shift amount).
- the optical unit control unit 54 drives the adjusting units 613 and 623 so that the coincidence becomes a predetermined value or more, and the first optical element 611 and the second optical The element 621 may be rotated around the Y axis. In this case, if the shift amount of the peak position is used as the degree of coincidence, the first optical element 611 and the second optical element 621 are rotated so that the shift amount from the peak position in the estimated intensity distribution becomes a predetermined value or less. By doing so, the degree of coincidence can be set to a predetermined value or more.
- the degree of coincidence is increased by rotating the first optical element 611 and the second optical element 621 such that the maximum deviation from the estimated intensity distribution is equal to or less than a predetermined value. It can be more than a predetermined value.
- the predetermined value is obtained based on a test, a simulation, or the like, and is stored in a storage medium in advance as a value for setting an error in the internal information of the test object S within an allowable range.
- the tilt adjustment is performed when the first optical element 611 and / or the second optical element 621 is tilted so as to rotate about the Y axis as the rotation axis.
- the first optical element 611 and / or Alternatively, the second optical element 621 may be inclined so as to rotate around the X axis or the Z axis as a rotation axis.
- the X-ray intensity distribution has an error with respect to the X-ray intensity distribution to be detected when the first optical element 611 and the second optical element 621 are parallel to the detection surface of the detector 4. Occurs.
- the positions of the upper portions of the openings 619 and 629 in the X axis direction are determined.
- the position of the lower part is different. That is, the opening has an inclination angle with respect to the Y axis.
- the first optical element 611 and the second optical element 621 are inclined (inclined around the X axis) so as to rotate about the X axis as the rotation axis, the first optical element 611 and the second optical element 621
- the distance to the X-ray source 2 is different between the upper part (near the Y direction + side end) and the lower part (near the Y direction ⁇ side end). That is, X-rays passing through the openings 619 and 629 pass through the openings 619 and 629 between the upper part (near the + side end in the Y direction) and the lower part (near the ⁇ side end in the Y direction) of the detector 4.
- the size of the area projected on the detection surface is different.
- X-rays that have passed through the upper portions of the openings 619 and 629 are incident on the corresponding pixels, but X-rays that have passed through the lower portions may be incident on adjacent pixels other than the corresponding pixels. .
- the calculation unit 55 uses the intensity distribution of the X-rays incident on the detector 4 to calculate information about at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 about the Z axis and the inclination about the X axis.
- the calculation unit 55 calculates the inclination angle based on the intensity distribution (light amount) of the X-rays detected by the detector 4.
- the optical unit control unit 54 controls at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 so that an X-ray that has passed through one opening is detected only in one corresponding pixel row. It is driven to rotate about the Z axis as a rotation axis.
- the calculation unit 55 monitors the X-ray intensity of one pixel row (corresponding pixel row) corresponding to one opening and the pixel rows on both sides sandwiching this pixel row, and detects the X-ray intensity only in the corresponding pixel row. Is detected, and the optical unit control unit 54 rotates at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 about the Z axis as the rotation axis so that the X-ray intensity is not detected in the adjacent pixel row. Drive.
- the correspondence between the X-ray intensity and the inclination angle in the adjacent pixels is stored in advance in a storage medium (not shown) as related data associated based on experiments, simulations, and the like.
- the calculation unit 55 calculates the difference between the X-ray detection intensities incident on the upper pixel and the lower pixel in the same pixel column. Is calculated on the basis of.
- the relationship between the difference in X-ray detection intensity and the tilt angle is stored in a storage medium (not shown) in advance as related data associated based on experiments, simulations, and the like.
- the calculation unit 55 estimates the inclination angle of the first optical element 611 and / or the second optical element 621 around the X axis based on the relevant data.
- the optical unit control unit 54 sets at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 to X so that the intensity difference becomes smaller than a predetermined value. It is driven to rotate about the axis as a rotation axis.
- the X-ray apparatus 100 performs the following operation as an example in order to acquire information on the inclination as described above.
- a process for calculating information regarding the tilt of each of the first optical element 611 and the second optical element 621 is performed.
- the optical unit control unit 54 of the control device 5 controls the X-axis adjustment unit 624 of the second optical unit 62 to change the second optical element 621 between the X-ray source 2 and the detector 4 for X-rays.
- the first optical element 611 is retracted from the optical path of the X-rays between the X-ray source 2 and the detector 4 by controlling the X-axis adjusting unit 614 of the first optical unit 61 to be inserted into the optical path.
- the X-ray controller 51 causes the X-ray source 2 to output X-rays, and the detector 4 outputs an electric signal indicating the intensity distribution of the X-rays that have passed through the opening 629 of the second optical element 621. .
- the calculating unit 55 calculates the information on the inclination of the opening 629 of the second optical element 621 as described above based on the X-ray intensity distribution indicated by the electric signal.
- the optical unit control unit 54 controls the adjusting unit 623 (tilt adjusting unit 627) of the second optical unit 62 to move the second optical element 621 around the X axis, around the Y axis, and around the Z axis based on the information on the tilt. To adjust the inclination of the opening 629 of the second optical element 621 with respect to the detection surface of the detector 4.
- the optical unit control unit 54 controls the X-axis adjusting unit 624 of the second optical unit 62 so that the second optical element 621 is retracted from the X-ray optical path between the X-ray source 2 and the detector 4. Then, the X-axis adjusting unit 614 of the first optical unit 61 is controlled so that the first optical element 611 is inserted into the X-ray optical path between the X-ray source 2 and the detector 4. The same processing is performed on the first optical element 611 as in the case of the second optical element 621.
- an electronic signal that is output from the X-ray source 2 by the X-ray control unit 51 and that indicates the intensity distribution of the X-rays that has passed through the opening 619 of the first optical element 611 is output from the detector 4.
- the calculation unit 55 calculates information on the inclination of the opening 619 of the first optical element 611 based on the X-ray intensity distribution indicated by the electric signal, as described above.
- the optical unit control unit 54 controls the adjusting unit 613 (tilt adjusting unit 617) of the first optical unit 61 to move the first optical element 611 around the X axis, around the Y axis, and around the Z axis based on the information about the tilt. To adjust the inclination of the opening 619 of the first optical element 611 with respect to the detection surface of the detector 4.
- the optical unit control unit 54 controls the X-axis adjusting unit 624 of the second optical unit 62 to set the second optical element 621 to X.
- An X-ray is inserted between the source 2 and the detector 4 on the optical path.
- the optical unit control unit 54 controls the X-axis adjustment unit 614 of the first optical unit 61 and the X-axis adjustment unit 624 of the second optical unit 62 to control the X-axis of the first optical element 611 and the second optical element 621. Perform axial alignment.
- the opening 619 of the first optical element 611 and the pixel 411 of the detector 4 have a one-to-one correspondence
- the opening 629 of the second optical element 621 and the pixel 411 of the detector 4 have a one-to-one correspondence.
- the inclination of the first optical element 611 is adjusted after adjusting the inclination of the second optical element 621.
- the inclination of the second optical element 621 is adjusted after adjusting the inclination of the first optical element 611. May be.
- the inclination of the first optical element 611 and the inclination of the second optical element 621 are not limited to this example, and the inclination of the first optical element 611 and the inclination of the second optical element 621 are not limited. At least one of the two may be adjusted.
- the tilt of the first optical element 611 is adjusted by the method described above, and the tilt of the second optical element 621 is adjusted by rotating the second optical element 621 following the adjustment of the tilt of the first optical element 611. May be.
- the inclination of the second optical element 621 may be adjusted by the above-described method, and the adjustment of the inclination of the first optical element 611 may be performed following the adjustment of the inclination of the second optical element 621.
- the inclination of one of the first optical element 611 and the second optical element 621 may be adjusted preferentially, and the other inclination may not be adjusted.
- a series of processing for generating at least one of the phase image data and the scattered image data of the test object S is performed.
- the X-ray source 2 emits X-rays in a state where the test object S is retracted from the X-ray optical path by the retreat mechanism 37.
- the detector 4 outputs an electric signal based on the intensity distribution of the X-rays that have passed through the opening 619 of the first optical element 611 and the opening 629 of the second optical element 621.
- the X-ray source 2 emits X-rays in a state where the test object S is inserted on the X-ray optical path by the retreat mechanism 37.
- the detector 4 outputs an electric signal based on the intensity distribution of the X-rays that have passed through the opening 619 of the first optical element 611, the test object S, and the opening 629 of the second optical element 621.
- the detector 4 outputs an electric signal based on the intensity distribution of the incident X-ray every time the mounting table 31, that is, the test object S is rotated at a predetermined rotation angle.
- the image generating unit 53 uses the electric signal when the test object S is retracted from the optical path of the X-ray and the electric signal when the test object S is inserted into the optical path of the X-ray, and At least one of the specimen S phase image data and the scattered image data is generated.
- the image reconstruction unit 56 projects the X-ray irradiation direction relative to the test object S while relatively changing the direction, and based on at least one of a plurality of phase image data and scattered image data obtained thereby, a known image By using the reconstruction processing method, a reconstructed image of the test object S is generated.
- step S1 the optical unit control unit 54 controls the adjusting unit 613 to retract the first optical element 611 from the X-ray optical path, and controls the adjusting unit 623 to move the second optical element 621 on the X-ray optical path.
- step S2 the X-ray controller 51 causes the X-ray source 2 to emit X-rays, and proceeds to step S3.
- step S3 the calculation unit 55 calculates the intensity distribution of the X-ray that has passed through the opening 629 of the second optical element 621 based on the electric signal output from the detector 4, and calculates the inclination of the second optical element 621. Then, the process proceeds to step S4.
- step S4 the optical unit control unit 54 controls the tilt adjusting unit 627 of the adjusting unit 623 to adjust the tilt by rotating the second optical element 621 based on the information regarding the tilt, and proceeds to step S5. If it is not necessary to adjust the tilt of the second optical element 621 based on the information on the calculated tilt, the process of step S5 is omitted, and the process skips from step S4 to step S6.
- step S5 the optical unit control unit 54 controls the adjusting unit 613 to insert the first optical element 611 on the X-ray optical path, and controls the adjusting unit 623 to connect the second optical element 621 to the X-ray optical path.
- step S6 the X-ray controller 51 causes the X-ray source 2 to emit X-rays, and proceeds to step S7.
- step S7 the calculation unit 55 calculates the intensity distribution of the X-ray that has passed through the opening 619 of the first optical element 611 based on the electric signal output from the detector 4, and calculates the inclination of the first optical element 611. Then, the process proceeds to step S8.
- step S8 the optical unit control unit 54 controls the tilt adjusting unit 617 of the adjusting unit 613 to adjust the tilt by rotating the first optical element 611 based on the information on the tilt, and proceeds to step S9. If it is not necessary to adjust the tilt of the first optical element 611 based on the information on the calculated tilt, the process of step S8 is omitted, and the process skips from step S7 to step S9.
- step S9 the optical unit control unit 54 controls the adjusting unit 623 to insert the second optical element 621 on the X-ray optical path, and proceeds to step S10.
- step S10 the optical unit control unit 54 controls the adjustment unit 613 to adjust the position in the X-axis direction so that the opening 619 of the first optical element 611 and the pixel 411 of the detector 4 correspond one-to-one.
- the position is adjusted in the X-axis direction so that the opening 629 of the second optical element 621 and the pixel 411 of the detector 4 have a one-to-one correspondence, and the process is terminated. Thereafter, an image generation process for generating an image of the test object S mounted on the mounting table 31 is performed.
- the image generation unit 53 generates at least one of the phase image data and the scattered image data has been described as an example. Based on this, the absorption image data may be generated. That is, the image generation unit 53 of the present embodiment can generate at least one of the absorption image data, the phase image data, and the scattered image data.
- the structure manufacturing system according to 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.
- 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 the X-ray device 100 described in the first embodiment, the design device 410, the molding device 420, the control system 430, and the repair device 440.
- the design device 410 is a device used by a user when creating design information related to the shape of a structure, and performs a design process of creating and storing design information.
- the design information is information indicating the coordinates of each position of the structure.
- the design information is output to the molding device 420 and a control system 430 described below.
- the molding device 420 performs a molding process of creating and molding a structure using the design information created by the design device 410.
- the forming apparatus 420 that performs at least one of lamination processing, casting processing, forging processing, and cutting processing represented by 3D printer technology is also included in one embodiment of the present invention.
- 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 to the control system 430 information indicating the coordinates of the structure (hereinafter, referred to as shape information), which is a measurement result of the structure.
- shape information information indicating the coordinates of the structure (hereinafter, referred to as shape information), which is a measurement result of the structure.
- 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.
- the inspection unit 432 determines whether or not the structure molded by the molding device 420 has been molded in accordance with the design information created by the design device 410. In other words, the inspection unit 432 determines whether the formed structure is a non-defective product. In this case, the inspection unit 432 performs an inspection process of reading out the design information stored in the coordinate storage unit 431 and comparing the design information with the shape information input from the X-ray apparatus 100. The inspection unit 432 compares, for example, the coordinates indicated by the design information with the coordinates indicated by the corresponding shape information as the inspection process.
- the inspection unit 432 determines whether or not the difference between the coordinates is within a predetermined range. Is determined to be a defective product.
- 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 the coordinates of the shape information that does not match the coordinates of the design information, and the repair amount is the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information 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 performs the same process as the molding process performed by the molding device 420 in the repair process again.
- step S31 the design device 410 is used when the user designs a structure, creates and stores design information on the shape of the structure by design processing, and proceeds to step S32.
- the present invention is not limited to only the design information created by the design device 410, and the one in which the design information is acquired by inputting the design information when the design information already exists is included in one embodiment of the present invention. It is.
- step S32 the molding device 420 creates and molds the structure based on the design information by the molding process, and proceeds to step S33.
- step S33 the X-ray apparatus 100 performs a measurement process to measure the shape of the structure, outputs shape information, and proceeds to step S34.
- step S34 the inspection unit 432 performs an inspection process of 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.
- step S35 based on the result of the inspection process, the inspection unit 432 determines whether the structure formed by the forming device 420 is a non-defective product. If the structure is non-defective, that is, if the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information is within a predetermined range, an affirmative determination is made in step S35 and the process ends.
- step S35 If the structure is not conforming, that is, if the coordinates of the design information do not match the coordinates of the shape information, or if coordinates that are not in the design information are detected, a negative determination is made in step S35 and the process proceeds to step S36.
- step S36 the inspection unit 432 determines whether the defective part of the structure can be repaired. If the defective part cannot be repaired, that is, if the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information in the defective part exceeds a predetermined range, a negative determination is made in step S36 and the process ends. If the defective part can be repaired, that is, if the difference between the coordinates of the design information and the coordinates of the shape information at the defective part is within a predetermined range, the determination in step S36 is affirmative, and the process proceeds to step S37. In this case, the inspection unit 432 outputs the repair information to the repair device 440.
- step S37 the repair device 440 performs a repair process on the structure based on the input repair information, and returns to step S33. As described above, the repair device 440 performs the same process as the molding process performed by the molding device 420 in the repair process again.
- the first optical element 611 is provided between the X-ray source 2 and the subject S, has an opening 619 through which X-rays pass, and the second optical element 621 is An opening 629 is provided between the detector 4 and the X-ray from the opening 619 to pass therethrough.
- the calculating unit 55 outputs information on the inclination of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 with respect to the reference plane.
- the phase image data and the scattering image data to be generated are generated. It is possible to grasp the state of the inclination of the opening 619 of the first optical element 611 and the opening 629 of the second optical element 621 which affect the image quality reduction. Therefore, even if the size of the X-ray apparatus 100 is reduced, it is possible to suppress a decrease in the image quality of the generated phase image data and the scattered image data, and to suppress a decrease in the inspection accuracy of the test object S.
- the information on the tilt is at least one of the tilt direction and the tilt amount of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 with respect to the detection surface. That is, the first optical element 611 and the second optical element 621 in which the openings 619 and 629 are formed have the inclination of what angle and in what direction with respect to the detection surface of the detector 4 (that is, the XY plane). Can be grasped. Thereby, information on the inclination can be used when adjusting the inclination of the first optical element 611 and the second optical element 621.
- the information on the inclination is at least one of the inclination direction and the inclination amount around the Y axis along the extending direction of the openings 619 and 629.
- the adjustment units 613 and 623 rotate at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 about an axis along the extending direction so that the amount of inclination is equal to or less than a predetermined value, and adjust the inclination. I do. Therefore, it is possible to generate at least one of the phase image data and the scattered image data in which the deterioration of the image quality due to the inclination of the first optical element 611 and the second optical element 621 is suppressed.
- the information on the inclination includes the intensity distribution of the X-ray estimated from the position of at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 and the detector 4, and the intensity distribution of the X-ray detected by the detector 4. This is the degree of coincidence with the intensity distribution. Accordingly, even when the inclination angles of the first optical element 611 and the second optical element 621 are not calculated, information indicating the state of the inclination of the first optical element 611 and the second optical element 621 can be obtained.
- the degree of coincidence is calculated based on at least one of the shift amount of the peak position of the X-ray intensity distribution and the maximum shift amount of the intensity distribution.
- the adjusting units 613 and 623 adjust at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 so that the degree of coincidence is equal to or more than a predetermined value, along the Y direction along the extending direction of the openings 619 and 629. Rotate around the axis to adjust the tilt. Accordingly, even when the inclination angles of the first optical element 611 and the second optical element 621 are not calculated, the inclination of the first optical element 611 and the second optical element 621 can be adjusted.
- the adjusting units 613 and 623 move at least one of the first optical element 611 and the second optical element 621 to Y along the extending direction of the opening 619 and the opening 629 so that the shift amount is equal to or less than a predetermined value. Rotate around the axis to adjust the tilt. Accordingly, even when the inclination angles of the first optical element 611 and the second optical element 621 are not calculated, the inclination of the first optical element 611 and the second optical element 621 can be adjusted.
- the positional relationship between the X-ray source 2, the first optical element 611, the second optical element 621, and the detector 4 when the test object S is retracted from the X-ray optical path during the image generation processing it is possible to prevent the positional relationship between the above-described components from being different. As a result, a decrease in the image quality of at least one of the generated phase image data and scattered image data can be suppressed.
- the X-ray apparatus 100 of the structure manufacturing system 400 performs a measurement process of acquiring shape information of the structure created by the molding device 420 based on the design process of the design device 410, and performs an inspection unit of the control system 430.
- An inspection process 432 performs a comparison between the shape information acquired in the measurement process and the design information created in the design process. Therefore, inspection of structural defects and information inside the structure by non-destructive inspection can be performed to determine whether the structure is a non-defective product created according to the design information. To contribute.
- the repair device 440 performs a repair process for performing the molding process 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 processing as the molding process can be performed again on the structure, which contributes to the production of a high-quality structure close to the design information.
- the calculation unit 55 may display the calculated tilt angle and the calculated tilt direction on a display monitor (not shown) as information regarding the tilt. That is, the calculation unit 55 functions as an output unit that outputs image data representing information on the inclination on the display monitor.
- the user can manually adjust the tilt of the first optical element 611 and the second optical element 621 by referring to the information on the tilt displayed on the display monitor.
- the calculation unit 55 is not limited to calculating the inclination angle and the inclination direction as the information on the inclination.
- an X-ray intensity distribution (for example, a graph as shown in FIG. 5) may be displayed on a display monitor (not shown) as information on the inclination.
- the calculation unit 55 functions as an output unit that outputs image data representing the X-ray intensity distribution on the display monitor as information regarding the inclination.
- the user can manually adjust the inclination of the first optical element 611 and the second optical element 621 with reference to the displayed X-ray intensity distribution.
- control device 5 of the X-ray apparatus 100 has been described as including the image generation unit 53 and the image reconstruction unit 56.
- the component 56 may not be provided.
- the image generating unit 53 and the image reconstructing unit 56 are provided in a processing device or the like separate from the X-ray apparatus 100, and acquire a signal output from the detector 4 via, for example, a network or a storage medium.
- absorption image data, phase image data, scattered image data, and three-dimensional data may be generated.
- Second optical unit 100 X-ray device 400 Structure manufacturing system 410 Design device 420 Molding device 430 Control system 440 Repair device 611 First optical elements 613 and 623 Adjustment units 617 and 627 Inclination adjustment units 619 and 629 Opening 621: second optical element
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Abstract
X線装置は、被検物へ向けてX線を出射するX線源と、X線を検出する検出器と、X線源と被検物との間に設けられ、X線が通過する第1通過部を有する第1部材と、被検物と検出器との間に設けられ、被検物を通過したX線が通過する第2通過部を有する第2部材と、基準面に対する第1部材および第2部材の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力する出力部と、を備える。
Description
本発明は、X線装置、X線装置の調節方法および構造物の製造方法に関する。
従来から、被検物にて偏向したX線の強度情報に基づいて、被検物の内部構造の画像を生成するX線装置が知られている。X線源からのX線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンを形成するX線の一部を遮蔽する遮蔽格子と、X線の強度情報を検出するX線検出器とを備えるX線装置がある(たとえば特許文献1)。このようなX線装置においては、X線を回折格子で回折させる必要があるため、装置が大型化するという問題がある。
本発明の第1の態様によれば、X線装置は、被検物へ向けてX線を出射するX線源と、前記X線を検出する検出器と、前記X線源と前記被検物との間に設けられ、前記X線が通過する第1通過部を有する第1部材と、前記被検物と前記検出器との間に設けられ、前記被検物を通過した前記X線が通過する第2通過部を有する第2部材と、基準面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力する出力部と、を備える。
本発明の第2の態様によれば、X線装置は、被検物へ向けてX線を出射するX線源と、前記X線を検出する検出器と、前記被検物と前記検出器との間に設けられ、前記被検物を透過した前記X線が通過する通過部を有する部材と、基準面に対する前記部材の傾斜に関する情報を出力する出力部と、を備える。
本発明の第3の態様によれば、X線装置の調節方法は、X線源から被検物へ向けてX線を出射することと、前記X線源と前記被検物との間に設けられた第1部材の第1通過部と、前記被検物と検出器との間に設けられた第2部材の第2通過部とを通過した前記X線を検出器にて検出することと、基準面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力することと、を含む。
本発明の第4の態様によれば、X線装置の調節方法は、被検物へ向けてX線を出射することと、前記被検物と検出器との間に設けられた部材の通過部を通過した前記X線を検出することと、基準面に対する前記部材の傾斜に関する情報を出力することと、を含む。
本発明の第5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または第2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。
本発明の第2の態様によれば、X線装置は、被検物へ向けてX線を出射するX線源と、前記X線を検出する検出器と、前記被検物と前記検出器との間に設けられ、前記被検物を透過した前記X線が通過する通過部を有する部材と、基準面に対する前記部材の傾斜に関する情報を出力する出力部と、を備える。
本発明の第3の態様によれば、X線装置の調節方法は、X線源から被検物へ向けてX線を出射することと、前記X線源と前記被検物との間に設けられた第1部材の第1通過部と、前記被検物と検出器との間に設けられた第2部材の第2通過部とを通過した前記X線を検出器にて検出することと、基準面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力することと、を含む。
本発明の第4の態様によれば、X線装置の調節方法は、被検物へ向けてX線を出射することと、前記被検物と検出器との間に設けられた部材の通過部を通過した前記X線を検出することと、基準面に対する前記部材の傾斜に関する情報を出力することと、を含む。
本発明の第5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または第2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。
X線装置は、被検物にX線を照射して、被検物を透過したX線を検出することにより、被検物の内部情報(たとえば内部構造)等を、被検物を破壊することなく取得する。X線装置は、例えば、生体を被検物として、生化学や医療等にも用いることができる。以下、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。
図1は本実施の形態によるX線装置100の要部構成の一例を模式的に示す図である。なお、説明の都合上、X軸、Y軸、Z軸からなる座標系を図示の通りに設定する。
X線装置100は、筐体1と、X線源2と、載置部3と、検出器4と、制御装置5と、光学ユニット6とを備える。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ている。筐体1の内部には、X線源2と、載置部3と、検出器4と、光学ユニット6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。
X線装置100は、筐体1と、X線源2と、載置部3と、検出器4と、制御装置5と、光学ユニット6とを備える。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ている。筐体1の内部には、X線源2と、載置部3と、検出器4と、光学ユニット6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。
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から、Z軸に平行な軸Zrを光軸として、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の内部で加速される電子線が集束する焦点位置と一致する。後述する検出器4は、その撮像領域の中心が光軸Zrに一致するように配置される。すなわち、光軸Zrは、X線源2における電子線の焦点位置である出射点Pと検出器4の撮像領域の中心とを通る軸である。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、被検物S全体を検査するために、ビームと被検物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20keV~数MeVの硬X線の少なくとも1つを照射する。
載置部3は、被検物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。回転駆動部32による載置台31の回転軸Yrは、X軸移動部33、Y軸移動部34およびZ軸移動部35の動作に伴って、回転駆動部32に設けられた載置台31もX軸、Y軸、Z軸方向に移動する。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軸に平行である。
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から被検物Sまでの距離が、撮影される画像における被検物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。
本実施の形態のX線装置100は、被検物SをX線源2から検出器4までのX線の光路から退避させる退避機構37を有する。本実施の形態では、退避機構37は、載置台31をY方向+側(すなわちX線の光路の上方)に載置台31を移動させることにより、載置台31に載置された被検物SをX線の光路から退避させる。
図2に、退避機構37の構成の概略を模式的に示す。図2(a)は、退避機構37をY方向+側、すなわち、X線装置100の上方から見た上面図、図3(b)は、Z方向-側、すなわち、光軸Zr方向に見た側面図である。退避機構37は、Y軸方向に延伸する2本のガイドレールからなる案内部材371、372と、載置台31を案内部材371および372に沿って駆動するための駆動機構(不図示)とを有する。載置台31は、X方向の両端部を案内部材371および案内部材372に支持されている。これにより、載置台31は、姿勢を保った状態で、Y軸方向、すなわち上下方向に移動する。案内部材371、372のサイズおよび配置は、載置台31が案内部材371および案内部材372の上端近傍に移動した場合に、X線源2からのX線が、載置台31の下部と、案内部材371、372との間の空間を、遮られることなく通過して検出器4に照射されるように設定される。これにより、載置台31に被検物Sを載置した状態で、被検物SをX線の光路から退避させることが可能となる。
図1に示すように、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、公知のシンチレーション物質を含むシンチレータ部、光電子増倍管、CCD等の受光部等によって構成され、X線源2から出射され、載置台31上に載置された被検物Sを透過した透過X線を含むX線を受光する。検出器4は、受光したX線のエネルギーを光エネルギーに変換した後、当該光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気信号として出力する。
なお、検出器4は、入射するX線のエネルギーを光エネルギーに変換することなく電気信号に変換して出力してもよい。また、検出器4は、複数の画素を有しており、それらの画素は2次元的に配列されている。これにより、X線源2から放射され、被検物Sを通過したX線の2次元的な強度分布データを一括して取得できる。従って、1回の撮影で被検物Sの全体の投影像を取得することができる
光学ユニット6は、被検物Sの位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成するための第1光学ユニット61と第2光学ユニット62とを有する。なお、本実施の形態においては、光学ユニット6は公知のコーデッドアパーチャ(CA)方式により位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成するための構造を有するものとして説明を行う。
第1光学ユニット61は、X線源2と被検物Sとの間のX線の経路中に配置される。第1光学ユニット61は、第1光学素子611と、第1光学素子611の位置を調節する調節部613とを有する。第1光学素子611は、たとえばシリコン等の半導体基板に、たとえば金等の金属薄膜によりスリット状のパターンを設けることにより作製される。第1光学素子611は、金属薄膜が形成されていない領域は、X線が通過する開口部として機能し、一方、金属薄膜が形成されている領域、すなわち開口部以外の領域は、はX線を遮蔽する遮蔽部として機能する。すなわち、第1光学素子611は遮蔽部材である。なお、開口部の形状はスリット状でもよいし、三角形や矩形等の多角形もしくは真円および楕円を含む円形でもよい。なお、本実施の形態においては第1光学素子611が、X線を通過させる通過部が開口部である場合を例に挙げるが、この例に限定されず、第1光学素子611が、開口部に代えて、X線を透過する材料で形成された通過部を有してもよい。第1光学素子611は、取付部材(不図示)を介して調節部613に取り付けられる。調節部613は、後述する制御装置5の制御に応じて、第1光学素子611の位置を調節する。調節部613は、第1光学素子611のX軸方向の位置を調節するX軸調節部614と、Y軸方向の位置を調節するY軸調節部615と、Z軸方向の位置を調節するZ軸調節部616と、検出器4の検出面に対する第1光学素子611の傾きを調節する傾き調節部617と、を有する。傾き調節部617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、第1光学素子611をX軸周り、Y軸周り、Z軸周りに回転させる。
第2光学ユニット62は、被検物Sと検出器4との間のX線の経路中に配置される。第2光学ユニット62は、第1光学ユニット61と同様に、第2光学素子621と、調節部623とを有する。第2光学素子621は、たとえばシリコン等の半導体基板に、たとえば金等の金属薄膜によりスリット状のパターンを設けることにより作製される。第2光学素子621は、金属薄膜が形成されていない領域は、X線が通過する開口部として機能し、一方、金属薄膜が形成されている領域、すなわち開口部以外の領域は、X線を遮蔽する遮蔽部として機能する。すなわち、第2光学素子621は遮蔽部材である。なお、開口部の形状はスリット状でもよいし、三角形や矩形等の多角形もしくは真円および楕円を含む円形でもよい。なお、本実施の形態においては第2光学素子621が、X線を通過させる通過部が開口部である場合を例に挙げるが、この例に限定されず、第2光学素子621が、開口部に代えて、X線を透過する部材で形成された通過部を有してもよい。第2光学素子621は、取付部材(不図示)を介して調節部623に取り付けられる。調節部623は、後述する制御装置5の制御に応じて、第2光学素子621の位置を調節する。調節部623は、第2光学素子621のX軸方向の位置を調節するX軸調節部624と、Y軸方向の位置を調節するY軸調節部625と、Z軸方向の位置を調節するZ軸調節部626と、検出器4の検出面に対する第2光学素子621の傾きを調節する傾き調節部627と、を有する。傾き調節部627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、第2光学素子621をX軸周り、Y軸周り、Z軸周りに回転させる。なお、第2光学素子621が有する開口の形状は、第1光学素子611が有する開口の形状に対応した形状とする。
図3に、第1光学素子611と第2光学素子621の一例を模式的に示す。図3(a)は、第1光学素子611と第2光学素子621のXY平面における形状を模式的に示す図であり、開口部の形状をY軸方向に延伸するスリット状にした場合を例として示す。第1光学素子611は複数の開口部619(619a、619b、619c、619d、619e)を有し、第2光学素子621は複数の開口部629(629a、629b、629c、629d、629e)を有する。なお、図3(a)に示す開口部619、629が一例に配置されているが、列の数は一列に限られず、図に示す列の数より多くてもよいし、少なくてもよい。
第2光学素子621の開口部629のピッチは、検出器4の画素の配列ピッチに基づいて決定される。第1光学素子611および第2光学素子621のそれぞれについて、光軸から最も離れた位置に形成される開口部619a、619e、629a、629e(ここでは末端開口部と呼ぶ)の位置は、必要とする有効視野(FOV)に基づいて設定される。その際、末端開口部をX線が通過するためには、次の式(1)に示す関係を満たす必要がある。
FOV=2R1/(t/w) ・・・(1)
ここで、R1はX線源2から第1光学素子611または第2光学素子621までの距離、tは第1光学素子611または第2光学素子621のZ方向の厚さ、wは1つの末端開口部の開口幅(X方向の長さ)を表す。
光学素子611、621は、X線が受ける光学素子611、621によるケラレの影響を小さくすることを目的として、上記の式(1)に基づいて、作成される。この場合、光学素子611、621の厚さ(すなわちw)は、検出器4にてX線の強度分布(X線の透過光量分布)に応じた出力が確保できる大きさに決定される。具体的には、X線の強度分布から、少なくとも位相が計測可能となるピークが確認できる程度の厚さw、好ましくは、X線の強度分布から散乱が計測可能となるように半値幅が検出できる程度の厚さwとする。
FOV=2R1/(t/w) ・・・(1)
ここで、R1はX線源2から第1光学素子611または第2光学素子621までの距離、tは第1光学素子611または第2光学素子621のZ方向の厚さ、wは1つの末端開口部の開口幅(X方向の長さ)を表す。
光学素子611、621は、X線が受ける光学素子611、621によるケラレの影響を小さくすることを目的として、上記の式(1)に基づいて、作成される。この場合、光学素子611、621の厚さ(すなわちw)は、検出器4にてX線の強度分布(X線の透過光量分布)に応じた出力が確保できる大きさに決定される。具体的には、X線の強度分布から、少なくとも位相が計測可能となるピークが確認できる程度の厚さw、好ましくは、X線の強度分布から散乱が計測可能となるように半値幅が検出できる程度の厚さwとする。
図3(b)に示すように、第1光学素子611の開口部619a、619b、619c、619d、619eと第2光学素子621の開口部629a、629b、629c、629d、629eとはそれぞれ一対一に対応するように配置される。すなわち、開口部619a、619b、619c、619d、619eを通過したX線は、それぞれ開口部629a、629b、629c、629d、629eを通過する。従って、X線源2から出射したX線のうち、第1光学素子611の開口部619を通過したX線は、第2光学素子621の開口部629を通過し、開口部629を透過したX線は検出器4に入射する。図3に示す例では、開口部629a、629b、629c、629d、629eを通過したX線は、それぞれ検出器4の画素411a、411b、411c、411d、411eに入射する。
図3(c)は、第1光学素子611と第2光学素子621との間に被検物Sが存在する場合について示す。開口部619を通過したX線は被検物Sの内部における屈折、散乱等により偏向する。図3(c)に示す例では、第1光学素子611の開口部619b、619c、619dを通過したX線は被検物S内部においてX線の位相が変調されるため、実線で示す被検物Sが無い場合のX線の経路と比較して、破線で示すように偏向する。このため、第2光学素子621の開口部629b、629c、629dを通過して検出器4の画素411b、411c、411dへ入射するX線量は、図3(b)に示す被検物Sが存在しない場合と比較して増減する。この増減したX線量により、検出器4で検出される強度分布に変化が生ずる。すなわち、検出器4におけるコントラストに変化が生ずる。コントラストの変化には被検物S内部の情報が含まれる。後述する画像生成部53は、このコントラストの変化に基づいて位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成する。
次に、X線装置100の各部の制御について説明する。図1に示す制御装置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線制御部51と、載置台制御部52と、画像生成部53と、光学ユニット制御部54と、算出部55と、画像再構成部56とを有する。X線制御部51はX線源2の動作を制御し、載置台制御部52はマニピュレータ部36の駆動動作を制御する。画像生成部53は、検出器4から出力された電気信号に基づいて被検物SのX線投影画像データを生成する。画像生成部53は、被検物Sの内部でのX線の散乱および位相変調の少なくとも一方により生じるX線の強度分布の変化に関する情報に基づいて位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成する。光学ユニット制御部54は、第1光学素子611および第2光学素子621の位置を調節する調節部613、623の駆動動作を制御する。
算出部55は、検出器4から出力された電気信号に基づいて、上述した第1光学素子611と第2光学素子621との検出器4の検出面に対する傾斜量や傾斜方向を含む傾斜に関する情報を算出し、光学ユニット制御部54に出力する。換言すると、算出部55は、傾斜に関する情報を出力する出力部として機能する。なお、算出部55が行う処理については詳細を後述する。
画像再構成部56は、被検物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位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方に基づいて、公知の画像再構成処理方法を用いることで、被検物Sの再構成画像を生成する。画像再構成処理により、被検物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検物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。
本実施の形態のX線装置100は、X線源2から検出器4の検出面までの距離が、たとえば1000mm以下、好ましくは800mm以下、より好ましくは700mm以下である。この距離は、従来の同タイプのX線装置に比べて短い。このため、従来の同タイプのX線装置と同様のFOVを確保しようとすると、X線源2から末端開口部に向かうX線は光軸Zrに対して大きな角度で末端開口部に入射する。このため、第1光学素子611および第2光学素子621のうちの一方でもZ軸に対して傾いて配置された場合、末端開口部においてX線が遮られるケラレが発生するリスクが高くなる。従って、斜めに入射するX線が末端開口部でケラレないように、第1光学素子611および第2光学素子621の配置を調整する必要がある。
図4は、X線源2と、第1光学素子611と、第2光学素子621と、検出器4とのZX平面における位置関係を模式的に示した図である。図4(a)は、第1光学素子611の開口部619と、第2光学素子621の開口部629とが、基準面である検出器4の検出面に対して平行、すなわち、第1光学素子611と第2光学素子621とが共に、光軸Zrに対して垂直となるように調整されている場合を示す。一方、図4(b)は、第1光学素子611の開口部619と、第2光学素子621の開口部629とが共に、Y軸(すなわち開口部619、629が延伸する方向)を軸として傾斜している場合を示す。すなわち、第1光学素子611と第2光学素子621とが共に、本来の状態からずれている場合を示す。なお、本明細書においては、本来の状態とは、詳細を後述するように、検出器4にて検出されたX線の強度分布(透過光量分布)の形状が検出器4の中央部付近を対称軸として対称の形となるための、第1光学素子611と第2光学素子621との配置状態のことである。また、本来の状態とは、詳細を後述するように、検出されたX線の強度分布と、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方と検出器4の検出面との位置とにより推定されるX線の強度分布(推定強度分布)との一致度が所定値以上となるためや、X線の強度分布と推定強度分布とのずれ量が所定値以下となるための、第1光学素子611と第2光学素子621との配置状態のことである。
図4(a)に示すように、第1光学素子611の中央部付近に設けられた開口部619(図4(a)では開口部619c)を通過し、第2光学素子621の中央部付近に設けられた開口部629(図4(a)では開口部629c)を通過するX線L1は、検出器4の中央部付近に設けられた画素411(図4(a)では画素411c)に入射する。第1光学素子611の端部側に設けられた末端開口部619(図4(a)では開口部619a、619e)を通過し、第2光学素子621の端部側に設けられた末端開口部629(図4(a)では開口部629a、629e)を通過するX線L2、L3は、検出器4の周辺部付近に設けられた画素411(図4(a)では画素411a、411e)に入射する。
従って、X線L2、L3は、末端開口部619、629に対して斜めに入射する。このため、第1光学素子611および第2光学素子621の中央部付近の開口部(図4(a)では開口部629c、629c)を通過するX線L1に比べて、X線L2、L3は、末端開口部619、629にてケラレの影響を受け易い。ケラレが発生した場合には、その影響によりX線L2、L3の光量が低下する。ケラレが発生するリスクは、光軸Zrからの距離が大きい開口部においてより大きい。
図5は、図4に示す位置関係の状態において、検出器4にて検出されたX線の強度分布(すなわち、開口部619、629を通過したX線の透過光量分布)を模式的に示す図である。横軸は検出器4のX方向の位置を示し、縦軸は検出器4で検出されたX線の強度(透過光量)を示す。
L10(実線)は、図4(a)に示す状態で第1光学素子611、第2光学素子621の開口部619、629を通過したX線を検出器4で検出した際の強度分布を示す。第1光学素子611および第2光学素子621における開口部619、629の幅は、それぞれにおいて均一である。このため、光軸Zrから離れた開口部619、629であるほど、X線は光軸Zrに対して大きな角度で通過するので、X線が実際に通過できる幅は狭くなる。その結果、検出器4の中央部付近から離れるほどX線強度が小さくなる。ただし、このような傾向は、光軸Zrを挟んで、X軸+側とX軸-側とで同様なので、強度分布L10は中央部を対称軸として対称の形となる。
L10(実線)は、図4(a)に示す状態で第1光学素子611、第2光学素子621の開口部619、629を通過したX線を検出器4で検出した際の強度分布を示す。第1光学素子611および第2光学素子621における開口部619、629の幅は、それぞれにおいて均一である。このため、光軸Zrから離れた開口部619、629であるほど、X線は光軸Zrに対して大きな角度で通過するので、X線が実際に通過できる幅は狭くなる。その結果、検出器4の中央部付近から離れるほどX線強度が小さくなる。ただし、このような傾向は、光軸Zrを挟んで、X軸+側とX軸-側とで同様なので、強度分布L10は中央部を対称軸として対称の形となる。
次に、L11(破線)は、図4(b)に示す状態で第1光学素子611、第2光学素子621の開口619、629を通過したX線を検出器4で検出した際の強度分布を示す。図4(b)に示す状態は、第1光学素子611と第2光学素子621とが共に、Y軸(すなわち開口部619、629が延伸する方向)を回転軸として回転するように傾斜している場合を表している。このような状態においては、光軸ZrよりX軸+側の開口部619、629(例えば、図4(b)における開口部619a、619b、629a、629b)においては、図4(a)に示した状態に比べてX線が通過できる幅が狭くなる。すなわち、X軸+側の開口部619、629によるケラレが発生するため、X軸+側の開口部619、629を通過するX線は図4(a)に示した状態に比べて減少する。その結果、検出器4で検出されるX線の強度分布L11は、L10に比べて小さくなる。図5の左側において、L11のほうがL10よりX線の強度が小さいのはこのためである。
一方、光軸ZrよりX軸-側の開口部619、629(例えば、図4(b)における開口部619d、619e、629d、629e)においては、図4(a)に示した状態に比べてX線が通過できる幅が広くなる。その結果、検出器4で検出されるX線の強度分布L11は、L10に比べて大きくなる。図5の右側において、L11のほうがL10よりX線の強度が大きいのはこのためである。
一方、光軸ZrよりX軸-側の開口部619、629(例えば、図4(b)における開口部619d、619e、629d、629e)においては、図4(a)に示した状態に比べてX線が通過できる幅が広くなる。その結果、検出器4で検出されるX線の強度分布L11は、L10に比べて大きくなる。図5の右側において、L11のほうがL10よりX線の強度が大きいのはこのためである。
図5からわかる通り、強度分布L10は検出器4の中央部を軸として対称であるが、L11は対称性が失われ、最大強度を示す位置が検出器4の中央部から外れている。被検物Sの内部の情報は、被検物Sが載置台31に載置しない場合と載置した場合のそれぞれの状態でX線強度分布を検出器4により検出し、それぞれの場合のX線強度分布を比較することで得られる。すなわち、被検物Sを載置台31に載置しない場合におけるX線強度分布が、被検物Sの内部の情報を求める際の基準となる。
従って、被検物Sを載置台31に載置しない場合に、X線強度分布がL10に示す状態となるように第1光学素子611と第2光学素子621とが調整されたX線装置と、第1光学素子611および第2光学素子621の調整が十分でなく、X線強度分布がL11に示すような状態となってしまうX線装置とでは、得られる被検物Sの内部情報に差異が発生する。本実施の形態においては、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾きを調節する調節処理が行われる。傾きを調節するために、算出部55は、検出器4の検出面に対する第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾きに関する情報を生成する。この場合、算出部55は、被検物Sが載置台31に載置されていない状態で検出器4から出力された電気信号に基づいて、X線の強度分布を作成する。
算出部55は、作成した強度分布が上述した図5に示すX線の強度分布L11のように検出器4の中心部を軸として対称形となっていない場合、L10に示すような対称性を有する強度分布とするために必要な、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方を、Y軸周りの回転させる回転方向および回転角度を算出する。本明細書においては、上記の回転方向および回転角度を、それぞれ、傾斜方向および傾斜量(傾斜角度)ともいう。すなわち、算出部55は、基準面である検出器4の検出面に対して上述した本来の状態とするために必要な、第1光学素子611および/または第2光学素子621傾斜角度および傾斜方向を算出する。換言すると、算出部55は、検出器4にて検出されたX線の強度分布(透過光量分布)の形状が検出器4の中央部付近を対称軸として対称の形となるためや、推定強度分布と検出される強度分布との一致度が所定値以上またはずれ量が所定値以下となるための、第1光学素子611および/または第2光学素子621の傾斜角度および傾斜方向を算出する。
なお、検出器4の検出面の配置状態(すなわち、X線源2からのX線の光軸に対する角度等)は予め計測されている。また、検出器4の検出面を基準面とするものではなく、X線源2からのX線の光軸(すなわちZ軸)を基準とした基準面(たとえば、光軸に直交する面)に対して第1光学素子611および/または第2光学素子621傾斜角度および傾斜方向を算出してもよい。
強度分布の形状と傾斜角度および傾斜方向との対応関係は、試験やシミュレーション等に基づいて求められ、関連データとして予め記憶媒体に記憶される。算出部55は、検出されたX線の強度分布と関連データとに基づいて、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾斜角度および傾斜方向(これらをまとめて調節値と呼ぶ)を算出する。
なお、検出器4の検出面の配置状態(すなわち、X線源2からのX線の光軸に対する角度等)は予め計測されている。また、検出器4の検出面を基準面とするものではなく、X線源2からのX線の光軸(すなわちZ軸)を基準とした基準面(たとえば、光軸に直交する面)に対して第1光学素子611および/または第2光学素子621傾斜角度および傾斜方向を算出してもよい。
強度分布の形状と傾斜角度および傾斜方向との対応関係は、試験やシミュレーション等に基づいて求められ、関連データとして予め記憶媒体に記憶される。算出部55は、検出されたX線の強度分布と関連データとに基づいて、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾斜角度および傾斜方向(これらをまとめて調節値と呼ぶ)を算出する。
算出された傾斜角度および傾斜方向(すなわち調節値)は、傾斜に関する情報として光学ユニット制御部54に出力される。光学ユニット制御部54は、入力した傾斜に関する情報に基づいて、調節部613、623を調節値に応じて駆動させることにより、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方を駆動する。
なお、調節値は、XY平面(すなわち、検出器4の検出面)と平行とするための値に限定されず、XY平面に対する傾きを所定以下の角度とするための値であってもよい。この場合、所定値は、被検物Sが載置台31に載置されない状態において検出器4により検出された強度分布が、完全に対称とはならないものの、そのような状態であっても、被検物Sの内部情報の誤差を許容される範囲とするための値として設定される。このような調節値は、予め、試験やシミュレーション等によって設定される。
また、傾斜に関する情報として、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方と検出器4の検出面との位置とにより推定されるX線の強度分布(推定強度分布)と、第1光学素子611および第2光学素子621の傾斜が調節されていない状態において検出器4により検出されたX線の強度分布(たとえば図5の強度分布L11)との一致度が出力されてもよい。この場合、推定強度分布は、第1光学素子611と第2光学素子621とが検出器4の検出面に平行(すなわちXY平面に平行)な場合にX線を照射すると検出器4にて検出されるX線の強度分布である。したがって、推定強度分布は、図5に示す強度分布L10に相当し、中央部を対称軸として対称の形を有する。算出部55は、この推定強度分布と検出器4で検出されたX線の強度分布(たとえば図5の強度分布L11)との一致度を算出する。一致度は、たとえば強度分布のピーク位置のずれ量や、ずれ量が最大となる値(最大ずれ量)である。
傾斜に関する情報として一致度が出力される場合には、光学ユニット制御部54は、一致度が所定値以上となるように調節部613、623を駆動させて、第1光学素子611と第2光学素子621とをY軸周りに回転させればよい。この場合、一致度としてピーク位置のずれ量を用いる場合であれば、推定強度分布におけるピーク位置とのずれ量が所定値以下になるように第1光学素子611と第2光学素子621とを回転させることにより、一致度を所定値以上にすることができる。一致度として最大ずれ量を用いる場合であれば、推定強度分布との最大ずれ量が所定値以下になるように第1光学素子611と第2光学素子621とを回転させることにより、一致度を所定値以上にすることができる。所定値は、被検物Sの内部情報の誤差を許容される範囲とするための値として、試験やシミュレーション等に基づいて求められ、予め記憶媒体に記憶される。
上述した説明では、第1光学素子611および/または第2光学素子621がY軸を回転軸として回転するように傾斜している場合の傾斜の調節について行ったが、第1光学素子611および/または第2光学素子621とが、X軸、またはZ軸を回転軸として回転するように傾斜している場合も考えられる。これらの場合においても、X線強度分布は、第1光学素子611と第2光学素子621とが検出器4の検出面に平行である場合に検出されるべきX線強度分布に対して誤差が生じる。
第1光学素子611と第2光学素子621とがZ軸を回転軸として回転するように傾斜(Z軸周りに傾斜)している場合、X軸方向における開口部619、629の上部の位置と下部の位置とが異なる。すなわち、開口部がY軸に対して傾斜角を有してしまう。この場合、たとえば、開口部619、629の上部を通過したX線が入射する画素の画素列と、下部を通過したX線が入射する画素列とが異なってしまう恐れがある。
また、第1光学素子611と第2光学素子621とがX軸を回転軸として回転するように傾斜(X軸周りに傾斜)している場合、第1光学素子611および第2光学素子621の上部(Y方向+側端部近傍)と下部(Y方向-側端部近傍)との間で、X線源2までの距離が異なる。すなわち、開口部619、629の上部(Y方向+側端部近傍)と下部(Y方向-側端部近傍)との間で、この開口部619、629を通過したX線が検出器4の検出面上に投影される領域の大きさが異なる。この場合、たとえば、開口部619、629の上部を通過したX線は、対応する画素に入射するが、下部を通過したX線は、対応する画素以外にも隣接する画素に入射する恐れがある。
算出部55は、検出器4に入射したX線の強度分布を用いて、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方のZ軸周り、X軸周りの傾斜に関する情報を算出する。
第1光学素子611と第2光学素子621のZ軸周りの傾斜に関しては、算出部55は、検出器4が検出したX線の強度分布(光量)に基づいて傾斜角度を算出する。たとえば、一つの開口部を通過したX線が、対応する一つの画素列においてのみ、検出されるように、光学ユニット制御部54は、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方をZ軸を回転軸として回転するように駆動する。すなわち、算出部55は、一つの開口部に対応する一つの画素列(対応画素列)と、この画素列を挟む両側の画素列によるX線強度をモニターし、対応画素列においてのみX線強度が検出され、隣接する画素列においてはX線強度が検出されなくなるように、光学ユニット制御部54は、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方をZ軸を回転軸として回転するように駆動する。隣接する画素におけるX線強度と傾斜角度と対応関係は、実験やシミュレーション等に基づいて関連付けされた関連データとして予め記憶媒体(不図示)に記憶される。
第1光学素子611および/または第2光学素子621のX軸周りの傾斜に関しては、算出部55は、同一画素列内の上部の画素と下部の画素のそれぞれに入射したX線検出強度の差に基づいて、傾斜角度を算出する。X線検出強度の差と傾斜角度との関係は、実験やシミュレーション等に基づいて関連付けされた関連データとして予め記憶媒体(不図示)に記憶される。算出部55は、関連データに基づいて第1光学素子611および/または第2光学素子621の、X軸周りの傾斜角度を推定する。たとえば、同一画素列内の上部の画素による検出強度が、下部の画素による検出強度より大きい場合には、開口部の上部は開口部の下部に比べてX線源2に近いことがわかる。このような場合には、それぞれの強度差に基づいて、強度差が所定の値より小さくなるように、光学ユニット制御部54は、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方をX軸を回転軸として回転するように駆動する。
上記のような傾斜に関する情報を取得するために、X線装置100は、一例として以下の動作を行う。この場合、載置台31に被検物Sが載置されない状態にて、第1光学素子611と第2光学素子621とのそれぞれに対して傾斜に関する情報を算出するための処理が行われる。まず、制御装置5の光学ユニット制御部54は、第2光学ユニット62のX軸調節部624を制御して、第2光学素子621をX線源2と検出器4との間のX線の光路上に挿入させ、第1光学ユニット61のX軸調節部614を制御して、第1光学素子611をX線源2と検出器4との間のX線の光路上から退避させる。
X線制御部51は、X線源2からX線を出力させ、検出器4は、第2光学素子621の開口部629を通過して入射したX線の強度分布を示す電気信号を出力する。算出部55は、この電気信号により示されるX線の強度分布に基づいて、上述したようにして、第2光学素子621の開口部629の傾斜に関する情報を算出する。光学ユニット制御部54は、第2光学ユニット62の調節部623(傾き調節部627)を制御して、傾斜に関する情報に基づいて第2光学素子621をX軸周り、Y軸周り、Z軸周りに回転させて、第2光学素子621の開口部629の検出器4の検出面に対する傾斜を調節させる。
次に、光学ユニット制御部54は、第2光学ユニット62のX軸調節部624を制御して、第2光学素子621がX線源2と検出器4との間のX線の光路から退避させ、第1光学ユニット61のX軸調節部614を制御して、第1光学素子611がX線源2と検出器4との間のX線の光路上に挿入させる。第1光学素子611に対しても第2光学素子621の場合と同様に処理が行われる。すなわち、X線制御部51によりX線源2から出力され、第1光学素子611の開口部619を通過したX線の強度分布を示す電子信号が検出器4から出力される。算出部55は、この電気信号により示されるX線の強度分布に基づいて、上述したようにして、第1光学素子611の開口部619の傾斜に関する情報を算出する。光学ユニット制御部54は、第1光学ユニット61の調節部613(傾き調節部617)を制御して、傾斜に関する情報に基づいて第1光学素子611をX軸周り、Y軸周り、Z軸周りに回転させて、第1光学素子611の開口部619の検出器4の検出面に対する傾斜を調節させる。
第1光学素子611および第2光学素子621の傾斜の調節が行われると、光学ユニット制御部54は、第2光学ユニット62のX軸調節部624を制御して、第2光学素子621をX線源2と検出器4との間のX線の光路上に挿入させる。光学ユニット制御部54は、第1光学ユニット61のX軸調節部614と第2光学ユニット62のX軸調節部624とを制御して、第1光学素子611と第2光学素子621とのX軸方向の位置合わせを行う。これにより、第1光学素子611の開口部619と検出器4の画素411とが一対一対応となり、第2光学素子621の開口部629と検出器4の画素411とが一対一対応となる。
なお、上記の説明では、第2光学素子621の傾斜を調節した後に第1光学素子611の傾斜を調節したが、第1光学素子611の傾斜を調節した後に第2光学素子621の傾斜を調節してもよい。また、上述の説明では、第1光学素子611の傾斜と第2光学素子621の傾斜とをそれぞれ調節したこの例に限定されず、第1光学素子611の傾斜と第2光学素子621の傾斜との少なくとも一方が調節されればよい。たとえば、第1光学素子611の傾斜が上述した方法により調節され、第2光学素子621の傾斜は、第1光学素子611の傾斜の調節に追従して第2光学素子621が回転することにより調節されてよい。もちろん、第2光学素子621の傾斜が上述した方法により調節され、第1光学素子611の傾斜の調節は、第2光学素子621の傾斜の調節に追従して行われてもよい。また、第1光学素子611および第2光学素子621の一方の傾斜が優先的に調節され、他方の傾斜は調節されなくてもよい。
なお、上記の説明では、第2光学素子621の傾斜を調節した後に第1光学素子611の傾斜を調節したが、第1光学素子611の傾斜を調節した後に第2光学素子621の傾斜を調節してもよい。また、上述の説明では、第1光学素子611の傾斜と第2光学素子621の傾斜とをそれぞれ調節したこの例に限定されず、第1光学素子611の傾斜と第2光学素子621の傾斜との少なくとも一方が調節されればよい。たとえば、第1光学素子611の傾斜が上述した方法により調節され、第2光学素子621の傾斜は、第1光学素子611の傾斜の調節に追従して第2光学素子621が回転することにより調節されてよい。もちろん、第2光学素子621の傾斜が上述した方法により調節され、第1光学素子611の傾斜の調節は、第2光学素子621の傾斜の調節に追従して行われてもよい。また、第1光学素子611および第2光学素子621の一方の傾斜が優先的に調節され、他方の傾斜は調節されなくてもよい。
上述したようにして調節処理が行われた後に、被検物Sの位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成するための一連の処理(画像生成処理)を行う。まず、退避機構37により被検物SがX線の光路上から退避された状態で、X線源2はX線を出射する。検出器4は、第1光学素子611の開口部619と第2光学素子621の開口部629とを通過して入射したX線の強度分布に基づいた電気信号を出力する。
次に、退避機構37により被検物SがX線の光路上に挿入された状態で、X線源2はX線を出射する。検出器4は、第1光学素子611の開口部619と、被検物Sと、第2光学素子621の開口部629とを通過して入射したX線の強度分布に基づく電気信号を出力する。この場合、載置台31、すなわち被検物Sを所定の回転角度にて回転させるごとに、検出器4は、入射したX線の強度分布に基づく電気信号を出力する。画像生成部53は、被検物SがX線の光路から退避しているときの電気信号と、被検物SがX線の光路に挿入されているときの電気信号とを用いて、被検物S位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成する。画像再構成部56は、被検物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位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方に基づいて、公知の画像再構成処理方法を用いることで、被検物Sの再構成画像を生成する。
図6に示すフローチャートを参照して、本実施の形態におけるX線装置100が行う調節処理の動作について説明する。図6に示すフローチャートの各処理は、制御装置5でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、記憶媒体(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、光学ユニット制御部54は、調節部613を制御して第1光学素子611をX線の光路から退避させ、調節部623を制御して第2光学素子621をX線の光路上に挿入させてステップS2へ進む。ステップS2では、X線制御部51は、X線源2にX線を出射させてステップS3へ進む。
ステップS1では、光学ユニット制御部54は、調節部613を制御して第1光学素子611をX線の光路から退避させ、調節部623を制御して第2光学素子621をX線の光路上に挿入させてステップS2へ進む。ステップS2では、X線制御部51は、X線源2にX線を出射させてステップS3へ進む。
ステップS3では、算出部55は、検出器4から出力されて電気信号に基づいて、第2光学素子621の開口部629を通過したX線の強度分布を算出し、第2光学素子621の傾斜に関する情報を算出してステップS4へ進む。ステップS4では、光学ユニット制御部54は、調節部623の傾き調節部627を制御して、第2光学素子621を傾斜に関する情報に基づいて回転させて傾斜を調節し、ステップS5へ進む。なお、算出された傾斜に関する情報から、第2光学素子621の傾斜を調節する必要がない場合には、ステップS5の処理は省略され、処理はステップS4からステップS6へスキップする。
ステップS5では、光学ユニット制御部54は、調節部613を制御して第1光学素子611をX線の光路上に挿入し、調節部623を制御して第2光学素子621をX線の光路から退避させてステップS6へ進む。ステップS6では、ステップS2と同様に、X線制御部51は、X線源2にX線を出射させてステップS7へ進む。ステップS7では、算出部55は、検出器4から出力されて電気信号に基づいて、第1光学素子611の開口部619を通過したX線の強度分布を算出し、第1光学素子611の傾斜に関する情報を算出してステップS8へ進む。ステップS8では、光学ユニット制御部54は、調節部613の傾き調節部617を制御して、第1光学素子611を傾斜に関する情報に基づいて回転させて傾斜を調節し、ステップS9へ進む。なお、算出された傾斜に関する情報から、第1光学素子611の傾斜を調節する必要がない場合には、ステップS8の処理は省略され、処理はステップS7からステップS9へスキップする。
ステップS9では、光学ユニット制御部54は、調節部623を制御して第2光学素子621をX線の光路上に挿入してステップS10へ進む。ステップS10においては、光学ユニット制御部54は、調節部613を制御して第1光学素子611の開口部619と検出器4の画素411とが一対一対応となるようにX軸方向の位置を調節し、調節部623を制御して第2光学素子621の開口部629と検出器4の画素411とが一対一対応となるようにX軸方向の位置を調節して処理を終了する。この後、載置台31上に載置された被検物Sの画像を生成するための画像生成処理が行われる。
なお、上述した実施の形態においては、画像生成部53は位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成する場合を例に挙げて説明したが、画像生成部53は、X線の強度情報に基づいて、吸収画像データを生成してもよい。すなわち、本実施の形態の画像生成部53は、吸収画像データ、位相画像データおよび散乱画像データのうちの少なくとも1つを生成することができる。
次に、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)第1光学素子611は、X線源2と被検物Sとの間に設けられ、X線を通過する開口部619を有し、第2光学素子621は、被検物Sと検出器4との間に設けられ、開口部619からのX線を通過する開口部629を有する。算出部55は、基準面に対する第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力する。これにより、X線装置100のX線源2から検出器4までの距離が短く、開口部619、629におけるX線のケラレの影響が大きい場合に、生成される位相画像データや散乱画像データの画質低下に影響を与える第1光学素子611の開口部619と第2光学素子621の開口部629の傾斜の状態を把握することができる。したがって、X線装置100の装置を小型化した場合であっても、生成される位相画像データや散乱画像データの画質の低下を抑制し、被検物Sの検査精度の低下を抑制できる。
(1)第1光学素子611は、X線源2と被検物Sとの間に設けられ、X線を通過する開口部619を有し、第2光学素子621は、被検物Sと検出器4との間に設けられ、開口部619からのX線を通過する開口部629を有する。算出部55は、基準面に対する第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力する。これにより、X線装置100のX線源2から検出器4までの距離が短く、開口部619、629におけるX線のケラレの影響が大きい場合に、生成される位相画像データや散乱画像データの画質低下に影響を与える第1光学素子611の開口部619と第2光学素子621の開口部629の傾斜の状態を把握することができる。したがって、X線装置100の装置を小型化した場合であっても、生成される位相画像データや散乱画像データの画質の低下を抑制し、被検物Sの検査精度の低下を抑制できる。
(2)傾斜に関する情報は、検出面に対する第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方の傾斜方向および傾斜量の少なくとも一方である。すなわち、開口部619、629が形成された第1光学素子611、第2光学素子621が、検出器4の検出面(すなわちXY平面)に対してどの方向にどれだけの角度の傾斜を有しているのかを把握することができる。これにより、傾斜に関する情報を、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜を調節する際に使用することができる。
(3)傾斜に関する情報は、開口部619、629の延伸方向に沿ったY軸の周りの傾斜方向および傾斜量の少なくとも一方である。これにより、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜を調節する際に、第1光学素子611、第2光学素子621をY軸周りに回転させる量や回転方向を把握することが可能となる。
(4)調節部613、623は、傾斜量が所定値以下となるように第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方を延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、傾斜を調節する。したがって、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜に起因する画質の低下が抑制された位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方を生成することが可能となる。
(5)傾斜に関する情報は、第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方と検出器4との位置から推定されるX線の強度分布と、検出器4で検出されたX線の強度分布との一致度である。これにより、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜角度を算出しない場合であっても、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜の状態を示す情報を取得できる。
(6)一致度は、X線の強度分布のピーク位置のずれ量、および、強度分布の最大ずれ量の少なくとも一方に基づいて算出される。これにより、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜角度を算出しない場合であっても、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜の状態を示す情報を精度よく取得できる。
(7)調節部613、623は、一致度が所定値以上となるように第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方を、開口部619および開口部629の延伸方向に沿ったY軸の周りに回転させ、傾斜を調節する。これにより、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜角度を算出しない場合であっても、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜を調節することができる。
(8)調節部613、623は、ずれ量が所定値以下となるように第1光学素子611および第2光学素子621の少なくとも一方を、開口部619および開口部629の延伸方向に沿ったY軸の周りに回転させ、傾斜を調節する。これにより、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜角度を算出しない場合であっても、第1光学素子611、第2光学素子621の傾斜を調節することができる。
(9)退避機構37により、被検物Sが載置された載置台31をY軸方向に沿って移動させることにより、被検物SをX線の光路から退避させたり、X線の光路に挿入させたりする。これにより、被検物Sが載置された載置台31がX方向に沿って移動してX線の光路に被検物Sが挿抜される場合と比較して、装置全体がZ軸周りに傾斜することを防ぐことができる。すなわち、画像生成処理の際に、被検物SがX線の光路から退避しているときにおけるX線源2と、第1光学素子611、第2光学素子621および検出器4との位置関係が、被検物SがX線の光路中に挿入されているときにおける上記の各構成の位置関係と異なるものとなることを防ぐことができる。その結果、生成される位相画像データおよび散乱画像データの少なくとも一方の画質の低下を抑制できる。
(10)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。
(11)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。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(1)上述した実施の形態においては、調節部613、623により第1光学素子611や第2光学素子621の傾斜を傾斜に関する情報に基づいて調節する場合を例に挙げたが、X線装置100は、調節部613、623を備えていなくてもよい。この場合、算出部55は、算出した傾斜角度や傾斜方向を傾斜に関する情報として表示モニタ(不図示)に表示させればよい。すなわち、算出部55は、傾斜に関する情報を表す画像データを表示モニタ上に出力する出力部として機能する。ユーザは、表示モニタ上に表示された傾斜に関する情報を参照して、第1光学素子611や第2光学素子621の傾斜を手動で調節することができる。
算出部55が傾斜角度や傾斜方向を傾斜に関する情報として算出するものに限定されない。たとえば、X線の強度分布(たとえば、図5に示すようなグラフ)を傾斜に関する情報として表示モニタ(不図示)に表示してもよい。この場合、算出部55は、X線の強度分布を表す画像データを傾斜に関する情報として表示モニタ上に出力する出力部として機能する。これにより、ユーザは、表示されたX線の強度分布を参照して、第1光学素子611や第2光学素子621の傾斜を手動で調節することができる。
(1)上述した実施の形態においては、調節部613、623により第1光学素子611や第2光学素子621の傾斜を傾斜に関する情報に基づいて調節する場合を例に挙げたが、X線装置100は、調節部613、623を備えていなくてもよい。この場合、算出部55は、算出した傾斜角度や傾斜方向を傾斜に関する情報として表示モニタ(不図示)に表示させればよい。すなわち、算出部55は、傾斜に関する情報を表す画像データを表示モニタ上に出力する出力部として機能する。ユーザは、表示モニタ上に表示された傾斜に関する情報を参照して、第1光学素子611や第2光学素子621の傾斜を手動で調節することができる。
算出部55が傾斜角度や傾斜方向を傾斜に関する情報として算出するものに限定されない。たとえば、X線の強度分布(たとえば、図5に示すようなグラフ)を傾斜に関する情報として表示モニタ(不図示)に表示してもよい。この場合、算出部55は、X線の強度分布を表す画像データを傾斜に関する情報として表示モニタ上に出力する出力部として機能する。これにより、ユーザは、表示されたX線の強度分布を参照して、第1光学素子611や第2光学素子621の傾斜を手動で調節することができる。
(2)上述した実施の形態においては、X線装置100の制御装置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、検出器4から出力された信号を、たとえばネットワークや記憶媒体等を介して取得して、吸収画像データや位相画像データや散乱画像データや3次元データを生成してもよい。
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特願2018-161100号(2018年8月30日出願)
日本国特願2018-161100号(2018年8月30日出願)
2…X線源
4…検出器
5…制御装置
6…光学ユニット
53…画像生成部
54…光学ユニット制御部
55…算出部
56…画像再構成部
61…第1光学ユニット
62…第2光学ユニット
100…X線装置
400…構造物製造システム
410…設計装置
420…成形装置
430…制御システム
440…リペア装置
611…第1光学素子
613、623…調節部
617、627…傾き調節部
619、629…開口部
621…第2光学素子
4…検出器
5…制御装置
6…光学ユニット
53…画像生成部
54…光学ユニット制御部
55…算出部
56…画像再構成部
61…第1光学ユニット
62…第2光学ユニット
100…X線装置
400…構造物製造システム
410…設計装置
420…成形装置
430…制御システム
440…リペア装置
611…第1光学素子
613、623…調節部
617、627…傾き調節部
619、629…開口部
621…第2光学素子
Claims (28)
- 被検物へ向けてX線を出射するX線源と、
前記X線を検出する検出器と、
前記X線源と前記被検物との間に設けられ、前記X線が通過する第1通過部を有する第1部材と、
前記被検物と前記検出器との間に設けられ、前記被検物を通過した前記X線が通過する第2通過部を有する第2部材と、
基準面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力する出力部と、を備えるX線装置。 - 請求項1に記載のX線装置において、
前記傾斜に関する情報に基づいて、前記検出器により検出された前記X線の強度分布が所定の分布となるように調節する調節部を備えるX線装置。 - 請求項1または2に記載のX線装置において、
前記傾斜に関する情報は、前記検出器により検出された前記X線の強度分布であるX線装置。 - 請求項1または2に記載のX線装置において、
前記検出器は、前記X線を受光する検出面を有し、
前記傾斜に関する情報は、前記検出面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜方向および傾斜量の少なくとも一方であるX線装置。 - 請求項4に記載のX線装置において、
前記傾斜に関する情報は、前記第1通過部および前記第2通過部の延伸方向に沿った軸の周りの傾斜方向および傾斜量の少なくとも一方であるX線装置。 - 請求項5に記載のX線装置において、
前記傾斜量が所定値以下となるように前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方を前記延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、前記傾斜を調節する調節部を備えるX線装置。 - 請求項1または2に記載のX線装置において、
前記傾斜に関する情報は、前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方と前記検出器との位置から推定されるX線の強度分布と、前記検出器で検出された前記X線の強度分布との一致度であるX線装置。 - 請求項7に記載のX線装置において、
前記一致度は、前記X線の強度分布のピーク位置のずれ量、および、前記強度分布の最大ずれ量の少なくとも一方に基づいて算出されるX線装置。 - 請求項7または8に記載のX線装置において、
前記一致度が所定値以上となるように前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方を、前記第1通過部および前記第2通過部の延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、前記傾斜を調節する調節部を備えるX線装置。 - 請求項8に記載のX線装置において、
前記ずれ量が所定値以下となるように前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方を、前記第1通過部および前記第2通過部の延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、前記傾斜を調節する調節部を備えるX線装置。 - 請求項1から10までのいずれか一項に記載のX線装置において、
前記X線源から前記検出器の検出面までの距離は1000mm以下であるX線装置。 - 請求項1から11までのいずれか一項に記載のX線装置において、
前記検出器から出力される前記X線の強度分布に基づいて、前記X線の吸収像、微分位相像および散乱像の少なくとも1つを生成する画像生成部を更に備えるX線装置。 - 被検物へ向けてX線を出射するX線源と、
前記X線を検出する検出器と、
前記被検物と前記検出器との間に設けられ、前記被検物を透過した前記X線が通過する通過部を有する部材と、
基準面に対する前記部材の傾斜に関する情報を出力する出力部と、
を備えるX線装置。 - X線源から被検物へ向けてX線を出射することと、
前記X線源と前記被検物との間に設けられた第1部材の第1通過部と、前記被検物と検出器との間に設けられた第2部材の第2通過部とを通過した前記X線を検出器にて検出することと、
基準面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜に関する情報を出力することと、
を含むX線装置の調節方法。 - 請求項14に記載のX線装置の調節方法において、
前記傾斜に関する情報に基づいて、前記検出器により検出された前記X線の強度分布が所定の分布となるように調節するX線装置の調節方法。 - 請求項14または15に記載のX線装置の調節方法において、
前記傾斜に関する情報は、前記検出器により検出された前記X線の強度分布であるX線装置の調節方法。 - 請求項14または15に記載のX線装置の調節方法において、
前記傾斜に関する情報は、前記検出器の検出面に対する前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の傾斜方向および傾斜量の少なくとも一方であるX線装置の調節方法。 - 請求項17に記載のX線装置の調節方法において、
前記傾斜に関する情報は、前記第1通過部および前記第2通過部の延伸方向に沿った軸の周りの傾斜方向および傾斜量の少なくとも一方であるX線装置の調節方法。 - 請求項18に記載のX線装置の調節方法において、
前記傾斜量が所定値以下となるように前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方を前記延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、前記傾斜を調節すること、を含むX線装置の調節方法。 - 請求項14または15に記載のX線装置の調節方法において、
前記傾斜に関する情報は、前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方と前記検出器の位置から推定されるX線の強度分布と、前記検出器で検出された前記X線の強度分布との一致度であるX線装置の調節方法。 - 請求項20に記載のX線装置の調節方法において、
前記一致度は、前記X線の強度分布のピーク位置のずれ量、および、前記強度分布の最大ずれ量の少なくとも一方に基づいて算出されるX線装置の調節方法。 - 請求項20または21に記載のX線装置の調節方法において、
前記一致度が所定値以上となるように前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方を、前記第1通過部および前記第2通過部の延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、前記傾斜を調節することを含むX線装置の調節方法。 - 請求項21に記載のX線装置の調節方法において、
前記ずれ量が所定値以下となるように前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方を、前記第1通過部および前記第2通過部の延伸方向に沿った軸の周りに回転させ、前記傾斜を調節することを含むX線装置の調節方法。 - 請求項14から23までのいずれか一項に記載のX線装置の調節方法において、
前記検出器から出力される前記X線の強度分布に基づいて、前記X線の吸収像、微分位相像および散乱像の少なくとも1つを生成することを含むX線装置の調節方法。 - 被検物へ向けてX線を出射することと、
前記被検物と検出器との間に設けられた部材の通過部を通過した前記X線を検出することと、
基準面に対する前記部材の傾斜に関する情報を出力することと、
を含むX線装置の調節方法。 - 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13まで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。 - 請求項26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。 - 請求項27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。
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- 2019-08-26 WO PCT/JP2019/033365 patent/WO2020045365A1/ja active Application Filing
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19854333 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19854333 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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