(57)【要約】【目的】マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置を用いた測定方法の改良に関し、より詳しくは撮影視野が狭くとも、年輪年代測定や密度測定に必要な画像幅を取得することが可能な測定装置及び測定方法を提供すること。【構成】  試料をＸ軸方向に移動させる移動手段。試料をＹ軸方向に移動させる移動手段、試料を固定する固定手段、Ｚ軸方向に試料を移動させる移動手段、試料の断層面を傾斜させるための傾斜手段、試料をＺ軸方向の軸廻りに回転させる回転手段より構成した。センターセットフルスキャン、オフセットフルスキャン、センターセットハーフスキャン、マルチスライス法あるいはコーンビーム法で撮影する。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置における回転昇降ステージに取り付ける木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置であって、
試料をＸ軸方向に移動させる移動手段と、
試料を固定する固定手段と、
から成る木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置。
【請求項２】
試料をＹ軸方向に移動させる移動手段を有する請求項１記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置。
【請求項３】
試料をＺ軸方向に移動させる移動手段を有する請求項１又は２記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置。
【請求項４】
試料の断層面を傾斜させるための傾斜手段を有する請求項１乃至３記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置。
【請求項５】
試料をＺ軸方向の軸廻りに回転させる回転手段を有する請求項１乃至４記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置に試料を取り付け、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置によりセンターセットフルスキャンで撮影することを特徴とする木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至５記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置に試料を取り付け、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置によりオフセットフルスキャンで撮影することを特徴とする木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定方法。
【請求項８】
請求項１乃至５記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置に試料を取り付け、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置によりセンターセットハーフスキャンで撮影することを特徴とする木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定方法。
【請求項９】
請求項６乃至８記載の方法で撮影した複数の画像を統合することにより、広幅にわたる木材又は木造文化財の断層画像を取得することを可能としたことを特徴とする年輪幅又は密度測定方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置に試料を取り付け、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置によりマルチスライス法で撮影することを特徴とする木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定方法。
【請求項１１】
請求項１乃至５記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置に試料を取り付け、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置によりコーンビーム法で撮影することを特徴とする木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置並びに年輪幅又は密度測定方法に関し、より詳しくは木材の伐採年代や枯死年代を求める方法である年輪年代法や、過去の気候条件、環境条件等を解析する方法の一助として年輪幅や密度を非破壊で測定する装置並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１、  木質古文化財を形成する木材の伐採年代や枯死年代を調べる方法として年輪年代法がある。また、過去の気候条件や環境条件を解析する手段として密度を測定する方法がある。
【０００３】
ここに年輪年代法とは以下のようなものである。樹木の年輪幅は毎年の気象条件、環境条件で変動するため、生育環境が近い一定地域で同年代に生育した樹木は樹種ごとに固有の成長パターンを持つ。年代ごとに異なるこの成長パターンの特徴を波形で表し、年代が確かな現在の木材の年輪と波形の合致するより古い年輪の木材を見つけて順に波形を繋いでいくことにより年代ごとの年輪の特徴を波形で表した暦年標準パターンを予め作っておく。出土した木材の年輪と暦年標準パターンとを照合し合致する樹皮に近い最終年輪を、その木材の伐採年あるいは枯死年とする。
【０００４】
また、木材の密度も毎年の気候条件や環境条件により変動するものである。そこで過去の気候条件や環境条件を復元するために年代ごとの密度を測定することが行われる。具体的には調査対象物のＸ線画像等の濃淡から密度を求めるものである。      
【０００５】
２、  かように年輪年代法においては年輪幅を、密度測定法では密度をあらわす画像等の濃淡を測定することが肝要であり、その測定方法として以下のようなものがある。
【０００６】
（１）  試料表面を観察しながら年輪幅や密度をあらわす濃淡を計測する。あるいは試料表面の画像を取得して計測する。
【０００７】
しかしこの方法には試料表面が彩色や漆塗がなされていたり、あるいは金箔が貼られていたり、あるいは試料表面の劣化や凹凸等の影響により計測ができない場合がある。
【０００８】
（２）  試料からコアサンプルを採取し、あるいは試料を切断して年輪幅や濃淡を計測する。
【０００９】
しかしこの方法は非破壊を原則とする文化財の調査には適さない。
【００１０】
（３）  Ｘ線を用いて年輪幅や密度をあらわす画像の濃淡を計測する。
【００１１】
しかしこの方法で計測可能な試料は板材や薄片で、しかも年輪の方向が完全な柾目や完全な木口であることが必要であり、測定可能な試料が限定されてしまう。
【００１２】
（４）  Ｘ線コンピュータトモグラフィ（以下Ｘ線ＣＴと略す）を用いて年輪幅や密度をあらわす画像の濃淡を計測する。
【００１３】
しかし、ミニフォーカスクラスのＸ線ＣＴでは空間分解能が低く、年輪年代法において重要な狭小な年輪層（約０．５ｍｍ以下）を解像できないという問題点がある。
【００１４】
（５）  マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置を用いて年輪幅や密度をあらわす画像の濃淡を計測する。
【００１５】
ここにマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置とは微小焦点を有するマイクロフォーカスＸ線管から回転昇降ステージ上に設置された試料に電子ビームを打ち込み、そこで生じるＸ線を受光部たるイメージインテンシファイアで受光し、試料の内部構造を非破壊で撮影するものである。
【００１６】
マイクロフォーカスＸ線ＣＴによれば数ミクロン焦点のＸ線管が搭載されていることから解像度が高く、狭小な年輪層であっても解像が可能である。しかし、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置は比較的小さな工業部品の検査等を主な用途とするものであり、文化財試料のように大きさや形状が様々な対象を扱うことは考慮されていない。また、撮像視野（ＦＯＶ）が狭く年輪年代測定に必要な年輪数（通常１００層以上）をカバーすることが難しい。
【００１７】
３、  また、年輪数測定方法に関する特許文献として特開平１１−２３２４２７号公報記載の発明がある。ここに同公報記載の発明は木口面を撮像手段によって撮像し、当該画像の輝度変化に基づいて年輪数を測定するというものである。  
【特許文献１】特開平１１−２３２４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上述のマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置を用いた測定方法の改良に関し、より詳しくは撮像視野（ＦＯＶ）が狭くとも、木材又は木造文化財の年輪年代測定に必要な年輪数（通常１００層以上）にわたる画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の画像を取得することが可能な測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
１、  本発明に係る木材又は木造文化財の年輪幅あるいは密度測定装置はマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置における回転昇降ステージに取り付けて使用するものである。具体的には請求項１記載にかかる木材又は木造文化財の年輪幅あるいは密度測定装置は以下の部材で構成される。
【００２０】
尚、以下に述べるＸ軸とはＸ線束内の任意の軸をいう。そしてＹ軸とはＸ線束内のＸ軸以外の軸をいう。Ｚ軸とはＸＹ平面に直交する昇降軸をいう。
【００２１】
試料をＸ軸方向に移動させる移動手段。
【００２２】
試料を固定する固定手段。
【００２３】
また、請求項２記載に係る木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置は、請求項１記載の木材又は木造文化財の年輪幅あるいは密度測定装置にＹ軸方向に試料を移動させる移動手段を付加した。
【００２４】
また、請求項３記載に係る木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置は、請求項１または２記載の木材又は木造文化財の年輪幅あるいは密度測定装置にＺ軸方向に試料を移動させる移動手段を付加した。
【００２５】
また、請求項４記載に係る木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置は、請求項１乃至３記載の木材又は木造文化財の年輪幅あるいは密度測定装置に試料の断層面を傾斜させるための傾斜手段を付加した。
【００２６】
また、請求項５記載に係る木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置は、請求項１乃至４記載の木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定装置に試料をＺ軸方向の軸廻りに回転させる回転手段を付加した。
【００２７】
また、本発明にかかる木材又は木造文化財の年輪幅又は密度測定方法は請求項１乃至５記載の測定装置を用いて、マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置により、センターセットフルスキャンあるいはオフセットフルスキャンあるいはセンターセットハーフスキャンあるいはマルチスライス法あるいはコーンビーム法で撮影するものである。
【００２８】
また、広幅にわたり年輪を撮影するために、センターセットフルスキャンあるいはオフセットフルスキャンあるいはセンターセットハーフスキャンで撮影した複数画像を統合するという手段を採用した。
【００２９】
２、  以下、上述のように構成される本発明が如何にして課題を解決するかを述べる。
年輪年代法あるいは密度測定法用に鮮明な断層画像を取得するためには、その対象に相応しい方法で撮影する必要がある。図１にマイクロフォーカスＸ線ＣＴを含むＸ線ＣＴの基本的な構成図を示す。
【００３０】
この中で特に重要なのが、線源物体間距離（ＳＯＤ）や線源像間距離（ＳＩＤ）などの幾何学的な撮影条件（ジオメトリ）の設定である。すなわち断層画像を得るためには空間におかれた立体モデルの座標をスクリーン座標に変換する必要がある。この変換を行うための処理がジオメトリ処理である。具体的には、まず物体を構成するポリゴンの座標データであるモデリング座標系を、視点を原点とした視点座標系に変換する。そして、遠近法などの効果や前面の物体に隠れる部分などを計算し、投影変換を行う。最後に、表示される画面に合わせたスクリーン座標系に変換する。かように視点からの距離がジオメトリ処理にとって重要となるのである。マイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置でいえばＸ線源１たるＸ線管から回転昇降ステージ４の回転軸中心位置との距離（ＳＯＤ）やＸ線管からイメージインテンシファイア３との距離（ＳＩＤ）が重要となるのである。
【００３１】
そして請求項１乃至５記載の年輪幅又は密度測定装置を用いればＳＯＤやＳＩＤを固定したまま撮像範囲の微調整や連続撮影を行え、しいては下記に示す様々な撮影方法をＳＯＤやＳＩＤを固定したまま行うことが可能となるのである。
【００３２】
つまり本発明に係る年輪幅又は密度測定装置を、回転昇降ステージ上に固定すれば回転昇降ステージの回転軸中心位置を固定したまま試料をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させ、或いは試料を傾斜させ、或いは試料を回転させることが可能となる。すなわちＳＯＤやＳＩＤを固定したまま各種撮影を行うことが可能となるのである。
３、  本発明における撮影方法とジオメトリについて、下記に記す。
【００３３】
（Ａ）  ＸＹ平面の断層画像を取得する場合
Ａ−１）センターセットフルスキャン
撮像視野５の中心をＸ線束７の中心に設置し、撮像視野中心６を軸にして試料２を一回転させる。マイクロフォーカスＸ線ＣＴを含むＸ線ＣＴ断層撮影の際の最も基本的な撮影方法である。試料２を一回転させるため、ＳＩＤを短くして拡大倍率を上げようとすると、試料２がＸ線源１に干渉する場合がある。尚、撮像視野中心６と回転昇降ステージ４の回転軸中心位置とは一致するものである。ジオメトリを図２に示す。
Ａ−２）オフセットフルスキャン
撮像視野５の中心をＸ線束７の端に設置し、撮像視野中心６を軸にして試料２を一回転させる。同じ撮像視野５を得るのにセンターセットフルスキャンの場合よりもＳＯＤを短くできるので、拡大倍率が上がり、高解像な断層画像を得ることができる。反面、ＳＩＤが短くなるので、試料２がＸ線源１に干渉しやすくなるので、旋回半径の大きい大型の試料や試料端部の撮影にはあまり適さない。尚、撮像視野中心６と回転昇降ステージ４の回転軸中心位置とは一致するものである。ジオメトリを図３に示す。
Ａ−３）センターセットハーフスキャン
撮像視野５の中心をＸ線束７の中心に設置し、撮像視野中心６を軸にして試料２を半回転させる。情報密度が半減するのでセンターセットフルスキャンの場合よりも画質は劣るものの、試料２がＸ線源１に干渉することはない。大型の試料や試料端部の撮影に最適である。尚、撮像視野中心６と回転昇降ステージ４の回転軸中心位置とは一致するものである。ジオメトリを図４に示す。
【００３４】
そして、以上の各撮影方法により撮影した複数画像を統合することにより、撮像視野が狭いマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置であっても、年輪年代測定に必要な年輪数にわたる断層画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の断層画像を取得することが可能となるのである。
【００３５】
例えばオフセットフルスキャンで断層画像を撮影する。次に本発明に係る年輪幅又は密度測定装置を、Ｘ軸方向に２ｃｍずらして再度オフセットフルスキャンで撮影する。係る撮影を複数回、ずらす距離を同一距離に保ったまま行う。そして各撮影において得られた断層画像を繋ぎ合わせれば、様々な試料の年輪年代測定に必要な年輪数にわたる断層画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の断層画像を得ることができるのである。しかも、ずらす距離を同一距離に２ｃｍなら２ｃｍと保っていることから、容易に画像を統合することが可能となるのである。
【００３６】
同様にＹ軸方向或いはＺ軸方向に同一距離ずらす方法で撮影し、或いはＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にずらす方法のいずれか或いは全部を組み合わせることで、様々な試料の年輪年代測定に必要な年輪数にわたる断層画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の断層画像を取得することが可能となるのである。
【００３７】
更には試料を同一角度で傾斜させ、或いは同一角度回転させることで、上述の方法と同様に様々な試料の年輪年代測定に必要な年輪数にわたる断層画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の断層画像を取得することが可能となるのである。
【００３８】
かようにして撮影した広幅にわたる年輪の断層画像を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
（Ｂ）  ＸＹ平面以外の断層画像を取得する場合
Ｂ−１）マルチスライス法
Ｚ軸方向に試料２を移動させながら、上記いずれかの方法でＸＹ平面の断層画像を順次撮影していくと、複数のＸＹ平面断層画像から試料２の三次元情報を取得することができる。しかるのち、断層画像を取得したい平面を指定すると、三次元情報からの演算によって、目的とする平面を切出すことができる。試料中のいかなる平面でも断層画像を得ることができる利点がある反面、Ｚ軸方向に何枚もの画像を取得する必要があるので、撮影作業に時間がかかるとともにデータ容量が膨大になる。概念図を図５に示す。尚、マルチスライス法にもセンターセットフルスキャン、オフセットフルスキャン、センターセットハーフスキャンがあり、図５においてはセンターセットフルスキャン時のものを示している。
Ｂ−２）コーンビーム法
三次元画像取得の原理は、マルチスライス法と同様である。コーンビーム法の場合、Ｘ線束７を立体（コーン）使用するので、マルチスライス法に比べて撮影時間が短時間で済む利点がある。反面、三次元画像を取得するための演算が複雑になり、この演算が可能な断層画像ソフトは高価なものが多い。また、画質自体は、コーンビーム法よりもマルチスライス法の方が、鮮明な場合が多い。概念図を図６に示す。尚、コーンビーム法にもセンターセットフルスキャン、オフセットフルスキャン、センターセットハーフスキャンがあり、図６においてはセンターセットフルスキャン時のものを示している。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように本発明によればマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置を用いた測定方法を改良することが可能となるのである。すなわち回転昇降ステージの回転軸中心位置を固定したまま撮像範囲の微調整或いは連続撮影が行えることになり、また撮像視野が狭くとも断層画像を統合することで、様々な試料の年輪年代測定に必要な年輪数にわたる断層画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の断層画像を取得することが可能となるのである。
【００４２】
つまりは撮像視野（ＦＯＶ）が狭くとも、年輪年代測定に必要な年輪数（通常１００層以上）にわたる画像や、密度に基づく測定方法に必要な幅の画像を取得することが可能な測定装置及び測定方法を提供することが可能となるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、好ましい発明の一実施形態につき図面を参照しながら述べる。
【００４４】
図７は本発明に係る年輪幅又は密度測定装置を模式的に示す斜視図である。
【００４５】
本発明に係る年輪幅又は密度測定装置はマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置における回転昇降ステージに取り付けて使用するものである。その主な構成要素はＸ軸方向に移動可能な移動手段１０，Ｙ軸方向に移動可能な移動手段２０，Ｚ軸方向に移動可能な移動手段３０，試料を固定するための固定手段４０，試料をＺ軸方向の軸廻りに回転させるための回転手段及び試料を固定した状態で試料を傾斜させるための傾斜手段（不図示）より成るものである。
【００４６】
Ｘ軸方向に移動可能な移動手段１０はレール部材１１とレール部材１１に沿って摺動する摺動部材１２より形成されるものである。
【００４７】
Ｙ軸方向に移動可能な移動手段２０はレール部材２１とレール部材２１に沿って摺動する摺動部材２２より形成されるものである。
【００４８】
Ｚ軸方向に移動可能な移動手段３０は筒状のガイド部材３１と、当該ガイド部材３１内を摺動する摺動部材３２より形成されるものである。
【００４９】
固定手段４０は試料を挟持し、かつ挟持幅を変動させることが可能な挟持部材４１を有するものである。尚、固定手段４０は摺動部材３２に対してＺ軸方向の軸廻りに回転手段たる回転軸５０を中心として回転可能に設けられている。
【００５０】
むろんこれらの移動手段１０，２０，３０や固定手段４０，回転手段は模式的にあらわしたものであり、実際は送りネジやラックオピニオンを用いて手動或いは電動による精密移動、精密な回転機構を設ける必要がある。
【００５１】
また、傾斜手段としてはゴニオステージを用いることが可能である。
【００５２】
本発明に係る測定装置を用いて年輪年代測定に必要な年輪数にわたる断層画像や密度に基づく測定方法に必要な幅の断層画像を撮影する作業を行う場合、次のような方法で行っている。
１−１） ＸＹ平面内で目的とする年輪計測や密度測定が行える場合には、ＸＹ平面断層画像を取得する。試料が小型の場合、あるいは大型の試料でも試料がＸ線源に干渉しない場合には、解像力の高いオフセットフルスキャンで撮影する。
１−２）大型の試料、あるいは試料端部の撮影など旋回半径が大きくなりＸ線源に干渉する場合には、干渉の恐れのないセンターセットハーフスキャンで撮影する。
２−１）ＸＹ平面内では目的とする年輪計測が行えない場合、あるいは試料の三次元情報を必要とする場合には、マルチスライス法で時間をかけて撮影する。
２−２）試料の三次元情報を早急に必要とする場合には、コーンビーム法で撮影する。
このように、文化財試料の非破壊断層画像に際しては、対象に応じてそれに相応しい撮影方法を適切に選択する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】Ｘ線ＣＴの基本的な構成図。
【図２】センターセットフルスキャンにおけるジオメトリを示す構成図。
【図３】オフセットフルスキャンにおけるジオメトリを示す構成図。
【図４】センターセットハーフスキャンにおけるジオメトリを示す構成図。
【図５】マルチスライス法を示す概念図。
【図６】コーンビーム法を示す概念図。
【図７】本発明に係る年輪幅又は密度測定装置を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００５４】
１・・Ｘ線源      ２・・試料
３・・イメージインテンシファイア      ４・・回転昇降ステージ
５・・撮像視野      ６・・撮像視野中心
７・・Ｘ線束      １０，２０，３０・・移動手段
４０・・固定手段
【図１】
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【図２】
2006078251.tif 000005
【図３】
2006078251.tif 000006
【図４】
2006078251.tif 000007
【図５】
2006078251.tif 000008
【図６】
2006078251.tif 000009
【図７】
2006078251.tif 000010