JPH0862159A

JPH0862159A - 断層撮影装置

Info

Publication number: JPH0862159A
Application number: JP6200330A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Hirano; 辰巳平野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】試料と軸調整用治具とを交換することなく、
試料台の回転中心と検出器の中心とのずれを示す軸ずれ
を検出し、この軸ずれを補正できること。【構成】Ｘ線源１から出射されたＸ線３は、スリット
２により成型された後、分光器４により単色化される。
単色化されたＸせん３が試料５の近傍に設けた軸調整用
治具８を透過し、この透過像がＸ線検出器７で計測され
る。このような計測を行うに際して、試料台が０度の位
置における透過像を計測する。この後、軸調整用治具８
を試料５と共に試料台駆動部１０の駆動により１８０゜
回転させ、このときの軸調整用治具８の透過像を計測す
る。そして、両者の透過像の差を、試料台の回転中心と
検出器７の中心とのずれを示すずれ量として求める。次
に、ずれ量を零とするために、試料台駆動部１０或は検
出器駆動部１１の駆動により試料台６あるいはＸ線検出
器７をｙ方向に移動させてずれ量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、断層撮影装置に係り、
特に、自動車、航空宇宙をはじめとする先端技術分野で
の構造材に用いられる金属やセラミックス等の工業材料
中の欠陥や剥離等の損傷観察を目的とした断層撮影にお
いて、被検体の回転中心と検出器の中心との軸ずれを抑
制するに好適な断層撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】断層撮影法は、被検体の内部を非破壊的
に観察・検査出来ることからその利用は、広範囲に及ん
でいる。例えば被検体に照射する電磁波としてＸ線を用
いた人体内部の観察は、医療診断の有力な手法として、
広く医療機関で用いられている。さらに本手法は検出器
の位置分解能の向上や、光源の高強度化等により工業用
材料の欠陥や異物の検査等へ応用されるなど、その広い
技術的可能性が注目されている。

【０００３】従来、電磁波としてＸ線を用いたＸ線断層
撮影装置においては、Ｘ線源からのＸ線をスリットで適
宜成型した後、試料に照射し、試料を透過したＸ線透過
像を検出器で検出し、次に試料を所定の角度回転させた
後、試料を透過したＸ線透過像を検出する。これを試料
の回転角が180゜或は360゜になるまで繰返し測定する方
法が採用されている。そして、測定された一連のＸ線透
過像から、例えばIEEETrans. Nucl. Sci. NS21（1974）
第21頁に記載された断層像再構成アルゴリズムにより、
Ｘ線が透過した試料の断層像が得られる。さらに検出器
に二次元位置感応型なCCD（Charge Coupled Device）を
用いた高分解能なＸ線断層装置がScience 237巻（1987
年）第1439頁に記載されている。また同様な検出器とし
てＸ線用撮像管を用いた高分可能断層撮影装置として
は、特開昭62-228416号公報に記載されているものが挙
げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、構造材料と
して金属複合材料やセラミックス等の工業用材料を利用
する上で大切なのが機械的性質である。この性質は、材
料内部のマトリックスと強化繊維、強化粒子との界面剥
離、強化繊維の破断、破断した繊維の端部における応力
集中やその後の亀裂成長過程に強く依存するため、これ
らの破壊過程を応力を負荷したその場で、非破壊的にし
かも高分解能で計測することが重要である。これは工業
材料の製造プロセスの最適化に役立つだけでなく、より
信頼性の高い材料の強度設計を可能にすると期待され
る。このため、断層撮影法によるこれら工業材料の測定
が重要となる。そして、工業材料の断層像を断層撮影す
るに際しては、試料を回転させる試料台駆動部の回転中
心と検出器の中心とが一致することが前述の断層像の像
再生アルゴリズムから要請されることになる。さらに正
しい断層像を再構成するためには、試料の回転軸と検出
器の中心を検出器の位置分解能の約1/5以下の精度で一
致させることが望ましい。もし何らかの障害によりこの
試料の回転軸と検出器の中心が一致しない場合に軸ずれ
が生じる。軸ずれのままで断層像を生成すると、正しい
断層像が得られない。

【０００５】そこで、従来の断層撮影装置では、この軸
ずれを補正するために、試料の代りに、試料台上に軸調
整用治具を配置する共に、この軸調整用治具の先端が試
料台駆動部の回転軸と一致するように軸調整用治具の位
置を調整することが行われている。この場合、軸調整用
治具の照射Ｘ線による透過像を検出器で検出し、軸調整
用治具の先端部の射影位置が検出器の中心と一致するよ
うに、試料台を試料台駆動部により移動させたり、検出
器を検出器駆動部により移動させたりするようになって
いる。

【０００６】しかし、従来の断層撮影装置では、試料の
代りに軸調整用治具を設置しているため、試料と軸調整
用治具とを交換しなければ軸ずれを検出することができ
ない。さらに、試料に応力や温度等を負荷したその場
で、異なる応力下や温度のもとで断層撮影を随時測定す
る際に、試料に負荷した応力や温度により軸ずれが発生
した場合には軸ずれを補正できないという問題がある。

【０００７】また、従来の断層撮影装置では、一旦軸ず
れが発生した状態で計測した一連の透過像に対しての軸
ずれ補正が考慮されていないので、例えば連続して試料
の温度を変化させた状態での試料の内部状態を観察して
いく際に、軸ずれの状態で測定した透過像では正しい断
層像の再構成ができない。このため、軸ずれの生じた温
度での断層像が欠落するという問題がある。

【０００８】本発明の第１の目的は、試料を軸調整用治
具と交換することなく軸ずれを検出することができる断
層撮影装置を提供することにある。

【０００９】本発明の第２の目的は、軸調整用治具を用
いることなく試料を固定した状態で軸ずれを検出するこ
とができる断層撮影装置を提供することにある。

【００１０】本発明の第３の目的は、軸ずれを補正する
ことができる断層撮影装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために、本発明は、試料を固定する試料台と、前記試
料台に固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波
照射手段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面
で受けて電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力
する電磁波検出手段と、前記試料台に固定されて少なく
とも一部が前記電磁波照射手段と前記電磁波検出手段と
を結ぶ電磁波伝送路上に挿入されて前記電磁波検出手段
の電磁波検出面に透過像を形成する軸調整用治具と、前
記試料台を回転駆動する回転駆動手段と、前記電磁波検
出手段の検出による軸調整用治具の透過像のうち試料台
の相異なる回転位置での透過像に関する信号から前記回
転駆動手段の回転中心と前記電磁波検出手段の電磁波検
出面の中心とのずれ量を算出するずれ量算出手段とを備
えている断層撮影装置を構成したものである。

【００１２】前記断層撮影装置の要素に、ずれ量算出手
段の算出によるずれ量を零とするための駆動指令を生成
する駆動指令生成手段と、前記試料台を前記電磁波検出
面に沿って移動可能に支持し前記駆動指令生成手段の生
成による駆動指令に従って前記試料台を移動させる試料
台移動手段とを付加すると、前記第３の目的を達成する
ものを構成することができる。

【００１３】前記各断層撮影装置を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。

【００１４】（１）試料台に固定されて軸調整用治具を
移動可能に支持する治具駆動手段を備え、治具駆動手段
は、試料の断層撮影時以外のときに軸調整用治具を電磁
波伝送路上へ移動させ、試料の断層撮影時には、軸調整
用治具を電磁波伝送路から外れた領域に退避させてなる
もの。

【００１５】（２）軸調整用治具は、透過像の要部とな
る先端部が先鋭状に形成され、先端部の幅が少なくとも
電磁波検出手段の位置分解能と同程度かそれ以下に設定
されているもの。

【００１６】（３）軸調整用治具は、透過像の要部とな
る部位が電磁波を吸収する細線で構成され、この細線の
直径が少なくとも電磁波検出手段の位置分解能と同程度
かそれ以下に設定されているもの。

【００１７】また、前記第２の目的を達成するために、
本発明は、試料を固定する試料台と、前記試料台に固定
された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手段
と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受けて
電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電磁
波検出手段と、前記試料台を回転駆動する回転駆動手段
と、前記電磁波検出手段の検出による試料の透過像のう
ち試料台の相異なる回転位置での透過像と検出された透
過像を電磁波検出面の中心で反転させて生成された反転
透過像とに関する信号から前記回転駆動手段の回転中心
と前記電磁波検出手段の電磁波検出面の中心とのずれ量
を算出するずれ量算出手段とを備えている断層撮影装置
を構成したものである。

【００１８】前記断層撮影装置を構成するに際して、前
記ずれ量算出手段の代わりに、電磁波検出手段の検出に
よる試料の透過像のうち試料台の回転角度０度と回転角
度１８０度での透過像と検出された回転角度０度での透
過像を電磁波検出面の中心で反転させて生成された反転
透過像とに関する信号から前記回転駆動手段の回転中心
と前記電磁波検出手段の電磁波検出面の中心とのずれ量
を算出するずれ量算出手段を用いることができる。

【００１９】また、前記各断層撮影装置の要素に、ずれ
量算出手段の算出によるずれ量を零とするための駆動指
令を生成する駆動指令生成手段と、前記試料台を前記電
磁波検出面に沿って移動可能に支持し前記駆動指令生成
手段の生成による駆動指令に従って前記試料台を移動さ
せる試料台移動手段とを付加すると、前記第３の目的を
達成するものを構成することができる。

【００２０】さらに、前記各断層撮影装置の要素に、電
磁波検出手段の検出による透過像のデータを読み出し開
始アドレスから試料台の回転位置に対応付けて順次記憶
する透過像記憶手段と、ずれ量算出手段の算出によるず
れ量に相当するアドレス分だけ読み出し開始位置のアド
レスを変更するアドレス変更手段と、アドレス変更手段
の変更によるアドレスを読み出し開始アドレスとして、
透過像記憶手段から透過像のデータを順次読み出して断
層像を生成する断層像生成手段とを付加したものを構成
することができる。

【００２１】

【作用】前記した手段によれば、試料台に軸調整用治具
を設置した場合、試料台をある位置に固定した状態で軸
調整用治具の透過像を検出し、その後、試料台を指定の
角度だけ回転させた位置で軸調整用治具の透過像を検出
し、両者の検出結果を比較することにより、試料と軸調
整用治具とを交換することなく、軸ずれを検出すること
ができる。例えば、試料台を０度に固定した位置で軸調
整用治具の透過像を検出し、この後、試料台を１８０度
回転させた位置で軸調整用治具の透過像を検出すると、
前者の透過像の位置と後者の透過像の位置との差の１／
２の位置が試料台の回転中心を示すことになる。このた
め、予め設定されている電磁波検出面の中心（検出器の
中心）と検出された試料台の回転中心との差から軸ずれ
のずれ量を求めることができる。そして、検出されたず
れ量が零となる位置に試料台を移動させると、軸ずれを
補正することができる。

【００２２】一方、軸調整用治具を用いない場合、試料
台をある位置に固定した状態で試料の透過像を検出し、
この透過像を反転した反転透過像を生成し、その後、試
料台を指定の角度だけ回転させた位置で試料の透過像を
検出し、この透過像と反転透過像を比較することによ
り、軸調整用治具を用いることなく、軸ずれを検出する
ことができる。例えば、試料台を０度に固定した位置で
試料の透過像を検出し、この透過像を反転した反転透過
像を生成する。この後、試料台を１８０度回転させた位
置で試料の透過像を検出する。この透過像は、０度の透
過像を試料台の回転中心を中心に反転したときに形成さ
れる透過像に相当するので、軸ずれがないときには、反
転透過像と一致（両者の透過像が重なる。）する。そし
て、両者の透過像に不一致のところがあるときには、不
一致の分が２倍のずれ量を示すことになる。このため、
軸調整用治具を用いなくても、電磁波検出面の中心（検
出器の中心）と試料台の回転中心との差を示す軸ずれを
検出することができる。そして、この場合も、検出され
たずれ量が零となる位置に試料台を移動させると、軸ず
れを補正することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２４】図１に、本発明の一実施例として、軸ずれ
補正機能を備えたＸ線断層撮影装置を示す。図１におい
て、Ｘ線断層撮影装置は、Ｘ線源１、スリット２、分光
器４、応力負荷装置６、Ｘ線検出器７、軸調整用治具
８、駆動部９、試料台駆動部１０、検出器駆動部１１、
制御部１２を備えて構成されている。

【００２５】Ｘ線源１は、電磁波のうち高強度、連続波
長のＸ線３の放射が可能なＸ線光源を用いて構成されて
おり、Ｘ線源１から放射されたＸ線３がスリット２、分
光器４を介して試料５に照射されている。即ち、Ｘ線源
１は、スリット２と分光器４とを含む電磁波伝送路を介
して試料５にＸ線３を照射する電磁波照射手段として構
成されている。スリット２は４象限スリットとして構成
されており、スリット２を通過したＸ線は2mm(y方向)×
1mm(z方向)のビームに成形される。分光器４には２結晶
分光法が利用されており、結晶にはSi(111)が使用さ
れ、Ｘ線エネルギー23keVのＸ線３が取り出されるよう
になっている。

【００２６】応力負荷試料台６は、試料５を固定する試
料台を構成すると共に試料５にz方向の引張応力が負荷
できる応力負荷装置を構成するようになっている。さら
に、この応力負荷試料台６は、y、z方向の並進機構とz軸
を中心とする回転機構を備えた試料台駆動部１０の駆動
により１度ずつ回転される。また、応力負荷試料台６に
は、軸調整用治具８がｙ、ｚ方向への移動が自在に配置
されており、この軸調整用治具８は、y、z方向の並進機
構を備えた駆動部９の駆動により、断層撮影時以外のと
きには、電磁波伝送路内に挿入され、断層撮影時には、
電磁波伝送路から退避されるようになっている。そし
て、この軸調整用治具８は、Ｘ線３を吸収する細線とし
て、直径7μｍのＷ線の周囲にSiCを直径120μｍになる
まで蒸着させたW/SiCファイバーを用いて構成されてお
り、透過像の要部となる先端部が先鋭状に形成され、先
端部の幅が少なくとも検出器７の位置分解能と同程度か
それ以下に設定されている。

【００２７】Ｘ線検出器７は電磁波検出手段として、二
次元位置感応型検出器である高分解能Ｘ線撮像管を用い
て構成されており、電磁波検出面を構成するＸ線撮像管
の一素子の大きさは、7μｍ(y方向)ｘ4.4μｍ(z方向)に
設定され、1024(y方向)×960(z方向)の画素の撮影が可
能である。即ち、１０２４チャネル分の素子がｚ方向に
９６０列配列されている。そして、真中に位置する５１
３チャネルの素子が検出器の中心、即ち電磁波検出面の
中心に設定されている。また、Ｘ線検出器７は、x、y、z
方向の並進機構を備えた検出器駆動部１１の駆動によ
り、x、y、z方向にできるようになっている。即ち、検出
器駆動部１１の駆動により、Ｘ線検出器７のＸ線３に対
する位置を調整できるようになっている。

【００２８】制御器１２は、試料台駆動部１０、駆動部
９、検出器駆動部１１を駆動するために、駆動用ドライ
バー、ドライバーコントロール、Ｘ線源コントローラ、
分光器コントローラ、応力負荷試料台コントローラ、Ｘ
線撮像管コントローラ、を備えていると共に、検出器７
の検出した透過像に関する画像を処理する画像処理部、
画像に関するデータを格納するフレームメモリ等を備え
た計算機等で構成されている。

【００２９】次に、試料台に軸調整用治具８を設置した
ときの作用を説明する。ここでは、電磁波としてＸ線を
使用した場合について説明する。

【００３０】まず、試料台が０度の位置に固定され、且
つ電磁波伝送路内に軸調整用治具８が挿入された状態で
Ｘ線発生源１からＸ線３が放射されると、このＸ線３
は、スリット２により成型された後、分光器４により特
定波長のＸ線３のみが分光される。分光されたＸ線３は
軸調整用治具８と試料５に照射される。そして、軸調整
用治具８と試料５を透過した透過Ｘ線による透過像がＸ
線検出器７により検出される。このとき、軸調整用治具
８の透過像は、図２に示すような像となる。

【００３１】次に、試料台を１８０度回転させ、この位
置で、分光されたＸ線３が軸調整用治具８と試料５に照
射されると、軸調整用治具８と試料５を透過した透過Ｘ
線による透過像がＸ線検出器７により検出される。この
とき、軸調整用治具８の透過像は、図２に示すような像
となる。

【００３２】図２は、軸調整用治具８の回転角０度と１
８０度におけるＸ線透過像を示す。図２において、ｃは
検出器７の中心（電磁波検出面の中心）を示し、ｃ’は
試料台の回転中心を示す。この場合、試料台の回転に伴
って、軸調整用治具８を０度の位置から１８０度の位置
まで回転させているので、０度における軸調整用治具８
の射影位置ｃ１と１８０゜における軸調整用治具８の射
影位置ｃ２との中間であるｃ’の位置が駆動部９の回転
軸の射影位置に対応することになる。即ち、０度におけ
る軸調整用治具８の透過像８１と１８０゜における軸調
整用治具８の透過像８２との中間の位置であるｃ’の位
置が検出器７の中心に対応することになる。このため、
軸ずれないときには、ｃとｃ’の位置が一致することに
なり、ｃとｃ’の位置が一致しないときには、両者の差
を示す距離δがずれ量となる。そして、ずれ量δが検出
されたときには、このずれ量δを零に抑制するように、
試料台駆動部１０の駆動により試料台をｙ方向に移動さ
せるか、検出器駆動部１１の駆動によりＸ線検出器７を
ｙ方向へ移動させると、ずれ量δを零に補正すことがで
きる。

【００３３】このように、本実施例によれば、試料５と
軸調整用治具８とを交換することなく、試料５を固定し
た状態で軸ずれを検出することができる。さらに、検出
したずれ量を零とするように、試料台を移動させること
により、ずれ量を零に補正することができる。このた
め、ずれ量が零に補正された状態で試料５の断層像を撮
影することができる。試料５の断層像は、試料５の透過
Ｘ線を試料５の回転とともに繰返して計測し、得られた
一連の透過Ｘ線から像再構成により得られる。

【００３４】次に、軸調整用治具８を用いずに、軸ずれ
を検出する作用を図３に従って説明する。

【００３５】まず、試料台が０度の位置に固定された状
態でＸ線源１からＸ線３が放射されると、このＸ線３
は、スリット２により成型された後、分光器４により特
定波長のＸ線３のみが分光される。分光されて単色化さ
れたＸ線３は試料５に照射される。そして、試料５を透
過した透過Ｘ線による透過像がＸ線検出器７により検出
される。このとき、試料５の透過像は、図３の回転角度
０度の位置に示す像Ｐ０となる。

【００３６】次に、試料台を１８０度回転させ、この位
置で、分光されたＸ線３が試料５に照射されると、試料
５を透過した透過Ｘ線による透過像がＸ線検出器７によ
り検出される。このとき、試料５の透過像は、図３の回
転角度１８０度の位置に示す像Ｐ１８０となる。

【００３７】次に、回転角度０度の位置における透過像
を反転した反転透過像Ｐ０Ｒを生成し、生成した反転透
過像Ｐ０Ｒと回転角度１８０度の位置における透過像Ｐ
１８０との像の一致（像の重なり）を判定する。

【００３８】即ち、試料５は試料台の回転中心ｃ’を中
心として回転されるので、回転角度０度の位置における
透過像Ｐ０を反転した反転透過像Ｐ０Ｒは、回転角度１
８０度の位置における透過像Ｐ１８０に相当することに
なる。このため、軸ずれがないときには、反転透過像Ｐ
０Ｒと透過像Ｐ１８０とは一致（重なる。）する。

【００３９】一方、図３に示すように、反転透過像Ｐ０
Ｒと透過像Ｐ１８０とが一致しないときには両者の像の
差がずれ量δ（μｍ）の２倍の値２δ（μｍ）を示すこ
とになる。即ち、回転角度０度の位置でずれ量δ（検出
器７の中心ｃと試料台の回転中心ｃ’との差）があると
きに、反転透過像Ｐ０Ｒと透過像Ｐ１８０とを比較する
と、ずれ量δは２倍の２δとなる。そして、ずれ量δが
検出されたときには、このずれ量δを零に抑制するよう
に、試料台駆動部１０の駆動により試料台をｙ方向に移
動させると、ずれ量δを無くすことができる。

【００４０】このように、本実施例によれば、軸調整用
治具８を用いることなく、試料５を固定した状態で軸ず
れを検出することができる。さらに、検出したずれ量を
零とするように、試料台または検出器７をｙ方向へ移動
させることにより、ずれ量を零に補正することができ
る。このため、ずれ量が零に補正された状態で試料５の
断層像を撮影することができる。

【００４１】次に、反転透過像Ｐ０Ｒと透過像Ｐ１８０
とからずれ量２δを算出する方法について述べる。

【００４２】透過像Ｐ１８０と反転透過像Ｐ０ＲをΔ
（例えば、検出器７の１チャネル分）ずつずらしたとき
の透過像との積を示す相関係数Ｃは次式で表される。

【００４３】

【数１】

【００４４】ここでｉは検出器７の位置（チャンネル）
である。

【００４５】上記式において、Ｃ（Δ）の値は、透過像
Ｐ１８０と反転透過像Ｐ０ＲをΔずらしたときの透過像
のプロファイルが一致したときに最大となることから、
Ｃの最大値を与えるΔがｃ’とｃのずれδの２倍とな
る。

【００４６】例えば、５１３チャネルを基準としたと
き、透過像Ｐ１８０と反転透過像Ｐ０Ｒとの値を掛け算
する。次に、反転透過像Ｐ０Ｒのチャネルのみを１チャ
ネルずらし、このチャネルの値と透過像１８０の値とを
掛け算する。同様に、反転透過像Ｐ０Ｒのチャネルのみ
を１チャネルずらし、このチャネルの値と透過像１８０
の値とを掛け算する。このような演算を繰返し、最大値
を示すときのチャネルが検出器７の中心（５１３チャネ
ル）からのずれを示すことになる。

【００４７】また、反転透過像Ｐ０Ｒと透過像Ｐ１８０
とのずれ量２δを次式に示すように、Ａ（Δ）を最小に
する最小二乗法によりΔを求めてもよい。

【００４８】

【数２】

【００４９】ここでｉは検出器７の位置（チャンネル）
である。

【００５０】上記式においては、透過像Ｐ１８０と、反
転透過像Ｐ０ＲをΔずらしたときの透過像との差を二乗
した値が最小値を示すときのチャネルが検出器７の中心
からのずれを示すことになる。

【００５１】次に、上記いずれかの方法によりずれ量が
算出されたときには、このずれ量を次式に従って補正す
ることができる。

【００５２】

【数３】

【００５３】ここで、補正後の射影像をＰ’とすると、
試料５の回転角ｊでの射影像Ｐjは上記式に従って補正
できる。例えば、図４に示すように、Ｃ（Δ）の値が最
大値を示すΔが４チャネルであったときには、中心が２
チャネル分ずれていたとして５１１チャネルの値を５１
３チャネルに、５１３チャネルの値を５１５チャネル
に、その他のチャネルの値も同様に２チャネル分シフト
する。

【００５４】次に、上記構成による断層撮影装置を用い
て、応力下における試料内部を非破壊的に観察する断層
撮影法及び、断層撮影における軸ずれ調整法について説
明する。

【００５５】試料５は、SiC短繊維(長さ1mm、直径140μ
ｍで直径30μｍのC繊維を含む)とAl合金の粉末を混合し
た後、押し出し加工したものでサイズは直径1mm、長さ3
0mmである。スリット２を通過したＸ線３を所定のエネ
ルギーに分光するように分光器４を調整する。分光され
たＸ線３をＸ線検出器（Ｘ線撮像管）７で直接検出でき
るように検出器駆動部１１を調整する。さらに軸調整用
治具８を試料５の代りに試料台に設置し、試料台駆動部
１０のz軸回転中心がＸ線検出器７の中心と一致するよ
うに、試料台駆動部１０或は検出器駆動部１１の駆動に
より応力負荷試料台６やＸ線検出器７の位置を調整す
る。この調整は前述した方法で行う。

【００５６】次に、応力負荷試料台６に試料５を設置
し、図５に示す応力-歪曲線に従って、応力０の近傍、
0.2％耐力近傍、最大引張応力近傍及び破断後の試料５
の断層像を順次撮影する。応力０近傍での断層撮影にお
いては、軸調整用治具８を用いた軸ずれ調整を実施した
後、軸調整用治具８を電磁波伝送路から退避させて、す
ぐに測定を開始した。そして、試料５を透過した透過Ｘ
線像をＸ線検出器７により検出する。Ｘ線検出器７から
の信号は、制御器１２のコントローラを介して2バイト
のフレームメモり(1024×960素子)に一旦記録される。
記録されたメモり上の数値は、所定の断層幅分をz方向
に加算した後、計算機上の記録領域に記録される。これ
を所定の断層間隔毎に、所定の断層数分繰返す。さら
に、試料を１度回転させた後、その透過Ｘ線像を測定す
る。これを試料の回転角度が１８０度になるまで繰り返
す。このようにして得られた各角度毎の透過Ｘ線強度か
らＸ線透過量を求めた後、像再生アルゴリズムを用いて
各断層位置での断層像を得た。

【００５７】次に試料５に応力を負荷していき、0.2％
耐力付近で負荷していた応力を停止し、その応力下での
断層像を撮影する。ここでは、負荷した応力或はＸ線検
出器７、Ｘ線源１の不安定性により軸ずれが発生してい
る場合が考えられる。そこで、前述した軸ずれ調整法及
軸ずれ補正法を用いて軸ずれを補正した。この場合、電
磁波伝送路（Ｘ線光路）上から退避させていた軸調整用
治具８としてのW/SiCファイバーを軸調整用治具駆動部
９の駆動により、ファイバーがＸ線３を十分遮る位置ま
で移動させる。

【００５８】次に、後で計測する試料５の断層位置と同
じ位置でファイバーの透過Ｘ線像を検出し、ファイバー
の中心位置に対応する検出器７の素子番号（チャネル番
号）を記録する。次にファイバーを試料５と共に１８０
゜回転させた後、上記と同様にファイバーの中心位置に
対応する検出器７の素子番号を求める。この素子番号と
前に測定した素子番号との差の半分が試料台駆動部１０
の回転軸と検出器７の中心とのずれの量となる。このず
れ量を各断層位置で求め、各断層位置での平均値を平均
のずれ量として、試料台駆動部１０の回転軸をその下に
ある並進機構部(y方向)により移動させて軸ずれを補正
した。最後にW/SiCファイバーをＸ線光路上から退避さ
せて、0.2％耐力付近での試料の断層撮影を前述した方
法と同様な方法で測定した。また最大引張応力近傍での
断層撮影時においても、同様な補正を実施した。さらに
最大引張応力近傍での断層像を撮影した後、試料が破断
するまで応力を負荷し続けて試料を破断させた。試料の
破断後に、軸ずれ補正をしないで断層像を撮影した。こ
れらの測定で得られた断層像の例を図６に示す。

【００５９】図６（ａ）に示す断層像は、半円状の物体
が流れたようになっているが、これは、軸ずれによるも
のである。そこで、本実施例では、軸ずれによる断層像
が得られて時には、図３で説明したように、軸ずれ状態
で測定した透過像の軸ずれ補正法を適用し、軸ずれを補
正することとしている。

【００６０】例えば、試料５の回転角１８０度での透過
Ｘ線像から得られたＸ線吸収量（射影像Ｐ180）と試料
５の回転角０度での射影像Ｐ0を検出器７の中心で反転
させた反転透過像Ｐ０Ｒとを共に、前記（１）式の相関
係数Ｃを最大にする射影像上のずれ量Δが４６素子分で
あったときには、実際の軸ずれ量δはΔ／２であること
から、試料５の各回転角での射影像Ｐjを２３素子分、
前記（３）式により補正した。即ち、検出器７のデータ
を２３チャネル分シフトした。この補正した射影像群か
ら得られた断層像を図６(b)に示す。

【００６１】図６（ｂ）から、マトリックスであるAl合
金中にSiC短繊維存在するのが明瞭に観察できる。しか
もSiC短繊維中のC繊維の識別も可能である。図６(a)と
の比較から軸ずれ補正は非常に有効であることがわかっ
た。

【００６２】ここでは、射影像Ｐjから前記（３）式に
より軸ずれ補正した射影像Ｐ'jを得るのに以下の２つの
手法を試みた。１つは、計算機の記録領域から各Ｐjを
読み出し、（３）式に従って２３素子分ずらしたＰ'jを
生成した後、Ｐ'jを記録する手法である。これは一素子
分のデータが４バイト、一つのＰjが１０２４素子分、
１８０個のＰjの測定であることから、一断層像当り７
３７、２８０バイト分の読み出しと書き込みが必要とな
る。このためデータの処理時間が長くなると言う問題が
ある。

【００６３】そこで第２の手法として、Ｐjは記録領域
に連続して記録されているため、Ｐjの記録開始アドレ
スを２３素子分（９２バイト）ずらしたアドレスをＰ'j
の記録開始アドレスと計算機に認識させた。この手法
は、データの読み出し、書き込みを必要としないため、
データの処理速度が著しく向上した。また、上述の処理
は、検出器７の検出による透過像のデータを読み出し開
始アドレスから試料台の回転位置に対応づけて順次記憶
する透過像記憶手段と、ずれ量算出手段の算出によるず
れ量に相当するアドレス分だけ読み出し開始位置のアド
レスを変更するアドレス変更手段と、アドレス変更手段
の変更によるアドレスを読み出し開始アドレスとして、
透過像記憶手段から透過像のデータを順次読み出して断
層像を生成する断層像生成手段とを制御器１２に設ける
ことで達成される。

【００６４】本実施例において、試料５に入射するＸ線
３を分光器４により単色化しているので、得られた断層
像は高いS/Nを有すると共にビームハードニング効果
（試料５の外側のＸ線吸収量が内側に比べて疑似的に少
なくなる現象で、試料５を透過中のＸ線３のスペクトル
が試料５の位置により変化することによる効果）が無い
という効果がある。さらに単色化したＸ線を使用するこ
とにより、試料５内部の特定元素のみの断層像を差分法
（元素の吸収端の前後で撮影した断層像を各々差し引く
手法）により取得することが可能であるという効果があ
る。

【００６５】本実施例においては、軸調整用治具８にＸ
線吸収量が高くしかも、Ｘ線検出器７の素子のy方向の
大きさとほぼ同じ直径のＷ線を使用したため、試料台駆
動部１０の回転軸の中心と検出器７の中心とを高い精度
で一致させることができるという効果がある。またＷ線
の周囲にSiCを蒸着してW/SiCファイバーの直径を大きく
することにより、軸調整用治具８の取扱を簡便にするこ
とができるという効果がある。

【００６６】本実施例においては、Ｘ線検出器７に高分
解能でしかも二次元位置感応型のＸ線撮像管を使用した
ため、複数の断層像を同時にしかも高分解能で計測でき
るという効果がある。さらに、複数の断層像から試料内
部を立体的に把握する三次元像を構築できると共に、そ
れらのデータの計測時間を短縮できるという効果があ
る。またＸ線撮像管は、入射したＸ線によりＸ線感光面
に生成した電子-ホール対を電子銃からの電子ビームに
より、二次元的に二次元的に読み出すことによりＸ線画
像の計測が可能となっている。この構造から、読み出し
電子ビームの走査範囲は任意に変更可能であるため、読
み出すＸ線画像の位置分解能を測定に即して容易に変更
できる。これから試料の大きさに最適な位置分解能で断
層像を計測できるという効果がある。即ち、Ｘ線検出器
７に検出位置分解能を可変にする機構を備えることによ
り上述の効果を得ることが出来る。

【００６７】本実施例において、一般に利用されている
計算機トモグラフィーのアルゴリズムや、高速フーリエ
変換専用のハードプロセッサを利用しているため、断層
像を構築する計算を高速で処理できるという効果があ
る。

【００６８】本実施例においては、y、z方向に駆動でき
る軸調整用治具駆動部９を使用したため、断層像の計測
時には軸調整用治具８をＸ線光路上から退避させて、軸
調整用治具８が計測の障害にならないようにすると共
に、試料５の大きさに合わせて軸調整用治具８の位置を
変更出来るという効果がある。

【００６９】次に、図１に示した実施例の変形例につい
て幾つか説明する。

【００７０】最初に、Ｘ線源１にはMoをターゲットに用
いた通常のＸ線管球を用いることが出来る。この場合、
分光器４を使用しないでＸ線管球から放射される強度の
強いMoの特性Ｘ線を使用する。またＸ線源１とスリット
２の間にNbフィルタを挿入することにより、Mo-Kβ線を
抑制し、Mo-Kα線による準単色化を実現できる。

【００７１】この場合の軸調整及び断層像計測は図１の
実施例と同様に行える。このため、本実施例において
は、通常のＸ線管球の使用することができる共に、分光
器を使用する必要がないので、装置の小型化が図れ、使
用法が簡便になるという効果がある。

【００７２】次に、軸調整用治具８に、先端部を１０μ
ｍまで切削したテーパ状の針を用いることが出来る。こ
の場合も、軸調整及び断層像計測は図１の実施例と同様
に行える。

【００７３】本実施例においては、テーパ状の針を使用
しているため軸調整用治具８の製作が簡便であるという
効果がある。また、針の先端部をＸ線検出器７の素子の
y方向の大きさとほぼ同じ大きさにしたため、試料台駆
動部１０の回転軸の中心と検出器７の中心とを高い精度
で一致させることができるという効果がある。さらに、
この場合の軸調整用治具８は、図１の実施例で示した応
力負荷試料台６及び試料台駆動部１０の回転中心を検出
器７の中心に一致させるときの最初の調整法において、
従来の手法による軸調整用治具としての使用も可能であ
る。このため、複数の軸調整用治具を準備する必要が無
いという効果がある。

【００７４】次に、Ｘ線検出器７として、一次元位置感
応型検出器であるフォトダイオードアレイ(PDA)を用い
ることが出来る。この場合、PDAの入射窓にＸ線-可視光
の蛍光膜を用いることによりＸ線検出器として使用でき
る。

【００７５】この場合も、軸調整及び一つの断層像計測
は図１の実施例と同様に行える。

【００７６】本実施例においては、Ｘ線検出器７に一次
元検出器を用いることにより、検出器７からの信号を処
理する信号処理系の構成が簡便になるという効果があ
る。またPDAはＸ線検出の帯域が広いため、高いS/Nでの
断層像計測が可能となる効果がある。

【００７７】最後に、図１の実施例において、軸ずれが
発生した状態で測定した透過像から軸ずれ量を（１）式
に従って求める方法に代って、Ｐ180ととの最小二乗法
により手法を用いることが出来る。これは、前記（２）
式におけるＡ（Δ）を最小とするΔ(=2δ)を求める手法
である。

【００７８】上記手法を用いると、通常良く用いられて
いる最小二乗法の計算コードが使用できるので、データ
処理の高速化や簡便化が図れるという効果がある。

【００７９】以上述べた各実施例においては、電磁波と
してＸ線を用いたが、本発明はラジオ波、赤外線、可視
光、紫外線、軟Ｘ線、γ線等の電磁波による断層撮影法
の軸ずれ調整法にも適用できる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
相異なる回転位置で軸調整用治具の透過像を検出し、検
出した複数の透過像を基に、試料台の回転中心と検出器
の中心とのずれを示す軸ずれを検出するようにしたの
で、試料を軸調整用治具と交換することなく軸ずれを検
出することができる。

【００８１】また、相異なる回転位置で試料の透過像を
検出し、検出した複数の透過像を基に、軸ずれを検出す
るようにしたので、軸調整用治具を用いることなく、試
料を固定した状態で軸ずれを検出できる。さらに、検出
された軸ずれを基に、軸ずれを零にする位置に試料また
は検出器を移動するようにしたため、試料を取り替える
ことなく試料台の回転中心と検出器の中心との軸ずれを
補正できる。このため、試料の交換が不可能な状態での
断層計測、例えば負荷応力を変化させながらの断層像を
その場で計測する場合や、試料の加熱或は冷却状態での
断層像計測などにおいて、正しい断層像の再構成が出来
るという効果がある。

【００８２】また、本発明によれば、軸ずれが発生した
状態で計測した透過像を用いて軸ずれ量を求め、各角度
で測定した透過像を補正し正しい断層像を構築できるの
で、今までに取得した軸ずれにより正しくない断層撮影
においても、正しい断層像の再構成が可能となり、既に
取得したデータの活用が出来るという効果がある。

【００８３】また、本発明によれば、試料台への軸調整
用治具や軸調整用治具駆動部の組み込や計測した透過像
の補正だけで済むので、既存の装置に簡単に適用、設置
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す軸ずれ補正機能を備え
た断層撮影装置の全体構成図である。

【図２】本発明による軸調整用治具を用いて軸ずれを補
正する方法を説明する図である。

【図３】本発明による軸ずれが発生した状態で計測した
透過像から、軸ずれ量を求める方法を説明する図であ
る。

【図４】本発明による軸ずれが発生した状態で計測した
透過像から求めた軸ずれ量を基に測定した各角度での透
過像を補正する方法を説明する図である。

【図５】図１の実施例で使用した試料の応力-歪曲線を
示す線図である。

【図６】図１の装置を用いて、試料の破断後に軸ずれが
発生した状態で測定した試料の断層像を示す図であっ
て、(a)は軸ずれ補正前の断層像を示す図、(b)は軸ずれ
補正後の断層像を示す図である。

【符号の説明】

１Ｘ線源（電磁波発生器）２スリット３Ｘ線（電磁波）４分光器５試料６応力負荷試料台７Ｘ線検出器８軸調整用治具９軸調整用治具駆動部１０試料台駆動部１１検出器駆動部１２制御器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を固定する試料台と、前記試料台に
固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手
段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受け
て電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電
磁波検出手段と、前記試料台に固定されて少なくとも一
部が前記電磁波照射手段と前記電磁波検出手段とを結ぶ
電磁波伝送路上に挿入されて前記電磁波検出手段の電磁
波検出面に透過像を形成する軸調整用治具と、前記試料
台を回転駆動する回転駆動手段と、前記電磁波検出手段
の検出による軸調整用治具の透過像のうち試料台の相異
なる回転位置での透過像に関する信号から前記回転駆動
手段の回転中心と前記電磁波検出手段の電磁波検出面の
中心とのずれ量を算出するずれ量算出手段とを備えてい
る断層撮影装置。
【請求項２】試料を固定する試料台と、前記試料台に
固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手
段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受け
て電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電
磁波検出手段と、前記試料台に固定されて少なくとも一
部が前記電磁波照射手段と前記電磁波検出手段とを結ぶ
電磁波伝送路上に挿入されて前記電磁波検出手段の電磁
波検出面に透過像を形成する軸調整用治具と、前記試料
台を回転駆動する回転駆動手段と、前記電磁波検出手段
の検出による軸調整用治具の透過像のうち試料台の相異
なる回転位置での透過像に関する信号から前記回転駆動
手段の回転中心と前記電磁波検出手段の電磁波検出面の
中心とのずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ
量算出手段の算出によるずれ量を零とするための駆動指
令を生成する駆動指令生成手段と、前記試料台を前記電
磁波検出面に沿って移動可能に支持し前記駆動指令生成
手段の生成による駆動指令に従って前記試料台を移動さ
せる試料台移動手段とを備えている断層撮影装置。
【請求項３】試料台に固定されて軸調整用治具を移動
可能に支持する治具駆動手段を備え、治具駆動手段は、
試料の断層撮影時以外のときに軸調整用治具を電磁波伝
送路上へ移動させ、試料の断層撮影時には、軸調整用治
具を電磁波伝送路から外れた領域に退避させてなる請求
項１または２記載の断層撮影装置。
【請求項４】軸調整用治具は、透過像の要部となる先
端部が先鋭状に形成され、先端部の幅が少なくとも電磁
波検出手段の位置分解能と同程度かそれ以下に設定され
ている請求項１または２記載の断層撮影装置。
【請求項５】軸調整用治具は、透過像の要部となる部
位が電磁波を吸収する細線で構成され、この細線の直径
が少なくとも電磁波検出手段の位置分解能と同程度かそ
れ以下に設定されている請求項１または２記載の断層撮
影装置。
【請求項６】試料を固定する試料台と、前記試料台に
固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手
段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受け
て電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電
磁波検出手段と、前記試料台を回転駆動する回転駆動手
段と、前記電磁波検出手段の検出による試料の透過像の
うち試料台の相異なる回転位置での透過像と検出された
透過像を電磁波検出面の中心で反転させて生成された反
転透過像とに関する信号から前記回転駆動手段の回転中
心と前記電磁波検出手段の電磁波検出面の中心とのずれ
量を算出するずれ量算出手段とを備えている断層撮影装
置。
【請求項７】試料を固定する試料台と、前記試料台に
固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手
段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受け
て電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電
磁波検出手段と、前記試料台を回転駆動する回転駆動手
段と、前記電磁波検出手段の検出による試料の透過像の
うち試料台の相異なる回転位置での透過像と検出された
透過像を電磁波検出面の中心で反転させて生成された反
転透過像とに関する信号から前記回転駆動手段の回転中
心と前記電磁波検出手段の電磁波検出面の中心とのずれ
量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ量算出手段の
算出によるずれ量を零とするための駆動指令を生成する
駆動指令生成手段と、前記試料台を前記電磁波検出面に
沿って移動可能に支持し前記駆動指令生成手段の生成に
よる駆動指令に従って前記試料台を移動させる試料台移
動手段とを備えている断層撮影装置。
【請求項８】試料を固定する試料台と、前記試料台に
固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手
段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受け
て電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電
磁波検出手段と、前記試料台を回転駆動する回転駆動手
段と、前記電磁波検出手段の検出による試料の透過像の
うち試料台の回転角度０度と回転角度１８０度での透過
像と検出された回転角度０度での透過像を電磁波検出面
の中心で反転させて生成された反転透過像とに関する信
号から前記回転駆動手段の回転中心と前記電磁波検出手
段の電磁波検出面の中心とのずれ量を算出するずれ量算
出手段とを備えている断層撮影装置。
【請求項９】試料を固定する試料台と、前記試料台に
固定された試料に向けて電磁波を照射する電磁波照射手
段と、前記試料を透過した電磁波を電磁波検出面で受け
て電磁波の入射位置に応じた透過像の信号を出力する電
磁波検出手段と、前記試料台を回転駆動する回転駆動手
段と、前記電磁波検出手段の検出による試料の透過像の
うち試料台の回転角度０度と回転角度１８０度での透過
像と検出された回転角度０度での透過像を電磁波検出面
の中心で反転させて生成された反転透過像とに関する信
号から前記回転駆動手段の回転中心と前記電磁波検出手
段の電磁波検出面の中心とのずれ量を算出するずれ量算
出手段と、前記ずれ量算出手段の算出によるずれ量を零
とするための駆動指令を生成する駆動指令生成手段と、
前記試料台を前記電磁波検出面に沿って移動可能に支持
し前記駆動指令生成手段の生成による駆動指令に従って
前記試料台を移動させる試料台移動手段とを備えている
断層撮影装置。
【請求項１０】電磁波検出手段の検出による透過像の
データを読み出し開始アドレスから試料台の回転位置に
対応付けて順次記憶する透過像記憶手段と、ずれ量算出
手段の算出によるずれ量に相当するアドレス分だけ読み
出し開始位置のアドレスを変更するアドレス変更手段
と、アドレス変更手段の変更によるアドレスを読み出し
開始アドレスとして、透過像記憶手段から透過像のデー
タを順次読み出して断層像を生成する断層像生成手段と
を備えている請求項６、７、８または９記載の断層撮影
装置。