(57)【要約】【課題】引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で、Ｘ線タルボ撮影装置によって被写体の撮影を行う場合に、振動や被写体の変形が撮影画像に与える影響を最小にし、撮影画像の画質向上を図ることができるようにする。【解決手段】Ｘ線タルボ撮影装置１と、被写体台１３に設置されるとともに被写体Ｈを保持し、被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する試験機３０と、を備えたＸ線撮影システムであって、Ｘ線タルボ撮影装置１は、一連の撮影を行わせる制御部を有しており、試験機３０は、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部３１ａがあるベース部３１と、被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するチャック部３２と、を有しており、チャック部３２の動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。【選択図】図１
2019100861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体台と、Ｘ線源と、複数の格子と、Ｘ線検出器とがＸ線照射軸方向に並んで設けられ、前記Ｘ線源から被写体及び前記複数の格子を介して前記Ｘ線検出器にＸ線を照射して前記被写体の再構成画像の生成に必要なモアレ画像を取得するＸ線タルボ撮影装置と、
前記被写体台に設置されるとともに前記被写体を保持し、前記被写体に対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する試験機と、
を備えたＸ線撮影システムであって、
前記Ｘ線タルボ撮影装置は、
前記被写体の再構成画像の生成に必要な前記モアレ画像を取得するための一連の撮影を行わせる制御部を有しており、
前記試験機は、
前記被写体台に設置され、かつ前記Ｘ線照射軸上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部があるベース部と、
前記ベース部に対して突出して設けられるとともに前記Ｘ線透過部を挟むようにして配置され、前記被写体に対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するチャック部と、を有しており、
前記チャック部の動作は、前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部によって前記Ｘ線タルボ撮影装置と連動して自動制御可能とされていることを特徴とするＸ線撮影システム。
【請求項２】
前記Ｘ線タルボ撮影装置と前記試験機は機械的に独立して設けられており、
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記被写体台と前記試験機のうち少なくとも一方は、前記被写体への振動の伝達を防ぐための防振機構を有していることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影システム。
【請求項３】
前記試験機は、前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記被写体台に、前記Ｘ線照射範囲に対して進退可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮影システム。
【請求項４】
前記複数の格子は、一次元格子とされており、
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記被写体台と前記試験機のうち、いずれか一方は、前記被写体を前記Ｘ線照射軸の軸周りに回転させる回転機構を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
【請求項５】
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部は、撮影時に、前記チャック部による前記被写体への引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を静止するように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
【請求項６】
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部は、撮影時に、前記チャック部による前記被写体への引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を継続するように制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
【請求項７】
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部は、前記Ｘ線検出器における複数の画素のピッチと、各画素が検出する像の拡大率と、撮影時間とに基づく所定の計算式によって、前記チャック部による前記被写体への引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する際の許容最大速度を算出し、その算出結果を、前記Ｘ線タルボ撮影装置と連携する表示部に表示することを特徴とする請求項６に記載のＸ線撮影システム。
【請求項８】
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部は、目標とする引張り荷重又は圧縮荷重に到達した瞬間の撮影を行うに際し、撮影開始前の前記被写体のひずみ量の遷移から、撮影中の前記被写体のひずみ量を推定し、推定された前記被写体のひずみ量に基づいて、前記被写体のひずみ量が最小となる撮影開始時間を設定することを特徴とする請求項６に記載のＸ線撮影システム。
【請求項９】
前記Ｘ線タルボ撮影装置は、前記複数の格子のいずれかを他の格子に対して相対移動させて縞走査を行い、照射されたＸ線に応じて前記Ｘ線検出器が画像信号を読み取る撮影を繰り返すことにより、前記被写体の再構成画像の生成に必要な複数の前記モアレ画像を取得しており、
前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部は、前記縞走査によって前記複数のモアレ画像を取得するに際し、前記縞走査による撮影は３段階以上に分けて行われ、前記縞走査の周期に合わせ、前記チャック部によって前記被写体に対して引張り荷重又は圧縮荷重の負荷を行うことを特徴とする請求項６に記載のＸ線撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線タルボ撮影装置を備えたＸ線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属系、高分子系、セラミック系、複合材料などの工業材料および生体材料に引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で材料内部の力学的挙動を観察するＸ線透視型の材料試験機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来、Ｘ線撮影装置として、複数の格子を有するタルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたＸ線撮影装置（以下、Ｘ線タルボ撮影装置という）が知られている。そして、Ｘ線タルボ撮影装置により高精細の再構成画像を得るには、複数の格子のうちのひとつを格子のスリット周期の１／Ｍ（Ｍは正の整数、吸収画像はＭ＞２、微分位相画像と小角散乱画像はＭ＞３）ずつスリット周期方向に移動させ、Ｍ回撮影した画像（モアレ画像）を用いて再構成を行う縞走査法が用いられている（例えば、特許文献２参照。）。また、被写体が存在する状態で、Ｘ線タルボ撮影装置でモアレ画像を１枚撮影し、画像処理において、そのモアレ画像をフーリエ変換する等して微分位相画像等の画像を再構成して生成するフーリエ変換法を用いることも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平８−２０３８３
【特許文献２】特許第４４４５３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載のようなＸ線タルボ撮影装置によれば、特許文献１のようなＸ線透視型の材料試験機を含む通常のＸ線撮影装置では撮影できない画像を撮影することができる。そのため、引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で、Ｘ線タルボ撮影装置によって被写体の撮影を行いたいという要望があった。
ところで、特許文献１のようなＸ線透視型の材料試験機を含む通常のＸ線撮影装置の場合、Ｘ線タルボ撮影装置と比較すると短時間での撮影が可能で、振動や被写体の変形が撮影画像に与える影響が少ないという利点がある。一方、特許文献２のようなＸ線タルボ撮影装置での撮影は比較的時間がかかるため、引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で被写体の撮影を行う場合には、振動や被写体の変形が撮影画像に与える影響を最小にすることが求められる。
【０００６】
本発明の課題は、引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で、Ｘ線タルボ撮影装置によって被写体の撮影を行う場合に、振動や被写体の変形が撮影画像に与える影響を最小にし、撮影画像の画質向上を図ることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被写体台と、Ｘ線源と、複数の格子と、Ｘ線検出器とがＸ線照射軸方向に並んで設けられ、前記Ｘ線源から被写体及び前記複数の格子を介して前記Ｘ線検出器にＸ線を照射して前記被写体の再構成画像の生成に必要なモアレ画像を取得するＸ線タルボ撮影装置と、
前記被写体台に設置されるとともに前記被写体を保持し、前記被写体に対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する試験機と、
を備えたＸ線撮影システムであって、
前記Ｘ線タルボ撮影装置は、
前記被写体の再構成画像の生成に必要な前記モアレ画像を取得するための一連の撮影を行わせる制御部を有しており、
前記試験機は、
前記被写体台に設置され、かつ前記Ｘ線照射軸上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部があるベース部と、
前記ベース部に対して突出して設けられるとともに前記Ｘ線透過部を挟むようにして配置され、前記被写体に対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するチャック部と、を有しており、
前記チャック部の動作は、前記Ｘ線タルボ撮影装置の前記制御部によって前記Ｘ線タルボ撮影装置と連動して自動制御可能とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で、Ｘ線タルボ撮影装置によって被写体の撮影を行う場合に、振動や被写体の変形が撮影画像に与える影響を最小にし、撮影画像の画質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｘ線タルボ撮影装置及び防振機構を有する試験機の全体像を表す概略図である。
【図２】Ｘ線タルボ撮影装置及び回転機構を有する試験機の全体像を表す概略図である。
【図３】タルボ干渉計の原理を説明する図である。
【図４】線源格子や第１格子、第２格子の概略平面図である。
【図５】試験機の全体像を表しており、（ａ）は平置きした場合の概略平面図であり、（ｂ）は立置きした場合の概略平面図である。
【図６】試験機を移動させる移動機構の構成を表す概略図である。
【図７】ピーク荷重に到達するまでの予測時間を説明するためのグラフである。
【図８】画像取得タイミングを説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の技術的範囲を以下の実施形態および図示例に限定するものではない。
【００１１】
本実施形態では、試験機３０によって、被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するとともに、Ｘ線タルボ撮影装置１によって被写体Ｈの撮影を行うことによって、通常のＸ線撮影装置では撮影できない、引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下にある被写体Ｈの画像を撮影することができるＸ線撮影システムについて説明する。
なお、被写体Ｈは、人体や動植物、各種試験や各種検査の対象となる物品を始めとする様々なものが挙げられ、特に限定されるものではない。ただし、本実施形態における被写体Ｈは、金属、樹脂、複合材料や織物などの試料全般であり、内部特性の検証が望まれるもの全般が対象となっている。そして、Ｘ線タルボ撮影装置１による撮影によって、このような被写体Ｈにおける内部メカニズムの観察ができるようになっている。
【００１２】
本実施形態においては、Ｘ線タルボ撮影装置１として、線源格子（マルチ格子やマルチスリット、Ｇ０格子等ともいう。）１２を備えるタルボ・ロー干渉計を用いたものが採用されている。なお、線源格子１２を備えず、第１格子（Ｇ１格子ともいう。）１４と第２格子（Ｇ２格子ともいう。）１５のみを備えるタルボ干渉計を用いたＸ線タルボ撮影装置を採用することもできる。
【００１３】
［Ｘ線タルボ撮影装置について］
図１は、本実施形態におけるＸ線タルボ撮影装置１及び防振機構３０ａを有する試験機３０の全体像を表す概略図である。図２は、Ｘ線タルボ撮影装置１及び回転機構３０ｂを有する試験機３０の全体像を表す概略図である。
本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１は、Ｘ線発生装置１１と、線源格子１２と、被写体台１３と、第１格子１４と、第２格子１５と、Ｘ線検出器１６と、支柱１７と、基台部１８と、を備えている。
【００１４】
このようなＸ線タルボ撮影装置１によれば、被写体台１３に対して所定位置にある被写体Ｈのモアレ画像を縞走査法の原理に基づく方法で撮影したり、モアレ画像をフーリエ変換法を用いて解析したりすることで、少なくとも３種類の画像を再構成することができる（再構成画像という）。すなわち、モアレ画像におけるモアレ縞の平均成分を画像化した吸収画像（通常のＸ線の吸収画像と同じ）と、モアレ縞の位相情報を画像化した微分位相画像と、モアレ縞のVisibility（鮮明度）を画像化した小角散乱画像の３種類の画像である。なお、これらの３種類の再構成画像を再合成する等してさらに多くの種類の画像を生成することもできる。
【００１５】
なお、縞走査法とは、複数の格子のうちのひとつを格子のスリット周期の１／Ｍ（Ｍは正の整数、吸収画像はＭ＞２、微分位相画像と小角散乱画像はＭ＞３）ずつスリット周期方向に移動させてＭ回撮影したモアレ画像を用いて再構成を行い、高精細の再構成画像を得る方法である。
【００１６】
また、フーリエ変換法とは、被写体が存在する状態で、Ｘ線タルボ撮影装置でモアレ画像を１枚撮影し、画像処理において、そのモアレ画像をフーリエ変換する等して微分位相画像等の画像を再構成して生成する方法である。
【００１７】
ここで、まず、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に共通する原理について、図３を用いて説明する。
【００１８】
なお、図３では、タルボ干渉計の場合が示されているが、タルボ・ロー干渉計の場合も基本的に同様に説明される。また、図３におけるｚ方向が図１，図２のＸ線タルボ撮影装置１における鉛直方向に対応し、図３におけるｘ、ｙ方向が図１，図２のＸ線タルボ撮影装置１における水平方向（前後、左右方向）に対応する。
【００１９】
また、図４に示すように、第１格子１４や第２格子１５には（タルボ・ロー干渉計の場合は線源格子１２にも）、Ｘ線の照射方向であるｚ方向と直交するｘ方向に、所定の周期ｄで複数のスリットＳが配列されて形成されている。
【００２０】
図３に示すように、Ｘ線源１１ａから照射されたＸ線（タルボ・ロー干渉計の場合はＸ線源１１ａから照射されたＸ線が線源格子１２（図３では図示省略）で多光源化されたＸ線）が第１格子１４を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像（格子像等ともいう。）といい、このように自己像がｚ方向に一定の間隔をおいて形成される現象をタルボ効果という。
【００２１】
すなわち、タルボ効果とは、図４に示すように一定の周期ｄでスリットＳが設けられた第１格子１４を可干渉性（コヒーレント）の光が透過すると、上記のように光の進行方向に一定の間隔でその自己像を結ぶ現象をいう。
【００２２】
そして、図３に示すように、第１格子１４の自己像が像を結ぶ位置に、第１格子１４と同様にスリットＳが設けられた第２格子１５を配置する。その際、第２格子１５のスリットＳの延在方向（すなわち図３ではｘ軸方向）が、第１格子１４のスリットＳの延在方向に対して略平行になるように配置すると、第２格子１５上でモアレ画像Ｍｏが得られる。
【００２３】
なお、図３では、モアレ画像Ｍｏを第２格子１５上に記載するとモアレ縞とスリットＳとが混在する状態になって分かりにくくなるため、モアレ画像Ｍｏを第２格子１５から離して記載している。しかし、実際には第２格子１５上およびその下流側でモアレ画像Ｍｏが形成される。そして、このモアレ画像Ｍｏが、第２格子１５の直下に配置されるＸ線検出器１６で撮影される。
【００２４】
また、図１〜図３に示すように、Ｘ線源１１ａと第１格子１４との間に被写体Ｈが存在すると、被写体ＨによってＸ線の位相がずれるため、モアレ画像Ｍｏのモアレ縞が被写体Ｈの辺縁を境界に乱れる。一方、図示を省略するが、Ｘ線源１１ａと第１格子１４との間に被写体Ｈが存在しなければ、モアレ縞のみのモアレ画像Ｍｏが現れる。以上がタルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計の原理である。
【００２５】
この原理に基づいて、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１においても、例えば図１，図２に示すように、第２のカバーユニット１３０内で、第１格子１４の自己像が像を結ぶ位置に第２格子１５が配置されるようになっている。また、前述したように、第２格子１５とＸ線検出器１６とを離すとモアレ画像Ｍｏ（図３参照）がぼやけるため、本実施形態では、Ｘ線検出器１６は第２格子１５の直下に配置されるようになっている。また、第２格子１５をシンチレーターやアモルファスセレンなどの発光材料で構成し、第２格子１５とＸ線検出器１６とを一体化させてもよい。
【００２６】
なお、第２のカバーユニット１３０は、人や物が第１格子１４や第２格子１５、Ｘ線検出器１６等にぶつかったり触れたりしないようにして、Ｘ線検出器１６等を防護するために設けられている。
【００２７】
図示を省略するが、Ｘ線検出器１６は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状（マトリクス状）に配置され、変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。そして、本実施形態では、Ｘ線検出器１６は、第２格子１５上に形成されるＸ線の像である上記のモアレ画像Ｍｏを変換素子ごとの画像信号として撮影するようになっている。Ｘ線検出器１６の画素サイズは１０〜３００（μｍ）であり、さらに好ましくは５０〜２００（μｍ）である。
Ｘ線検出器１６としては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いることができる。ＦＰＤには、検出されたＸ線を光電変換素子を介して電気信号に変換する間接変換型、検出されたＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
間接変換型は、ＣｓＩやＧｄ２Ｏ２Ｓ等のシンチレータプレートの下に、光電変換素子がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とともに２次元状に配置されて各画素を構成する。Ｘ線検出器１６に入射したＸ線がシンチレータプレートに吸収されると、シンチレータプレートが発光する。この発光した光により、各光電変換素子に電荷が蓄積され、蓄積された電荷は画像信号として読み出される。
直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、１００〜１０００（μm）の膜圧のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、２次元状に配置されたＴＦＴのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がＸ線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がＴＦＴにより読み取られる。
なお、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｘ線カメラ等の撮影手段をＸ線検出器１６として用いてもよい。
【００２８】
本実施形態では、Ｘ線タルボ撮影装置１は、いわゆる縞走査法を用いてモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するようになっている。すなわち、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１では、第１格子１４と第２格子１５との相対位置を図１〜図４におけるｘ軸方向（すなわちスリットＳの延在方向（ｙ軸方向）に直交する方向）にずらしながらモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影する。
【００２９】
そして、Ｘ線タルボ撮影装置１から複数枚分のモアレ画像Ｍｏの画像信号を受信した図示しない画像処理装置における画像処理で、複数枚のモアレ画像Ｍｏに基づいて、吸収画像や、微分位相画像や、小角散乱画像等を再構成するようになっている。
【００３０】
そのため、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１は、縞走査法によりモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するために、第１格子１４をｘ軸方向に所定量ずつ移動させることが可能となっている。なお、第１格子１４を移動させる代わりに第２格子１５を移動させたり、或いは両方とも移動させたりするように構成することも可能である。
【００３１】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１で、第１格子１４と第２格子１５との相対位置を固定したままモアレ画像Ｍｏを１枚だけ撮影し、画像処理装置における画像処理で、このモアレ画像Ｍｏをフーリエ変換法等を用いて解析する等して吸収画像や微分位相画像等を再構成するように構成することも可能である。
【００３２】
本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１における他の部分の構成について説明する。本実施形態では、いわゆる縦型であり、Ｘ線発生装置１１、線源格子１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６が、この順序に重力方向であるｚ方向に配置されている。すなわち、本実施形態では、ｚ方向が、Ｘ線発生装置１１からのＸ線の照射方向ということになる。
【００３３】
Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１１ａとして、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線源や回転陽極Ｘ線源等を備えている。また、それ以外のＸ線源を用いることも可能である。本実施形態のＸ線発生装置１１は、焦点からＸ線をコーンビーム状に照射するようになっている。つまり、図１，図２に示すように、ｚ方向と一致するＸ線照射軸Ｃａを中心軸としてＸ線発生装置１１から離れるほどＸ線が広がるように照射される（すなわち、Ｘ線照射範囲）。
【００３４】
そして、本実施形態では、Ｘ線発生装置１１の下方に線源格子１２が設けられている。その際、Ｘ線源１１ａの陽極の回転等により生じるＸ線発生装置１１の振動が線源格子１２に伝わらないようにするために、本実施形態では、線源格子１２は、Ｘ線発生装置１１には取り付けられず、支柱１７に設けられた基台部１８に取り付けられた固定部材１２ａに取り付けられている。
【００３５】
なお、本実施形態では、Ｘ線発生装置１１の振動が支柱１７等のＸ線タルボ撮影装置１の他の部分に伝播しないようにするために（あるいは伝播する振動をより小さくするために）、Ｘ線発生装置１１と支柱１７との間に緩衝部材１７ａが設けられている。
【００３６】
本実施形態では、上記の固定部材１２ａには、線源格子１２のほか、線源格子１２を透過したＸ線の線質を変えるためのろ過フィルター（付加フィルターともいう。）１１２や、照射されるＸ線の照射野を絞るための照射野絞り１１３、Ｘ線を照射する前にＸ線の代わりに可視光を被写体に照射して位置合わせを行うための照射野ランプ１１４等が取り付けられている。
【００３７】
なお、線源格子１２とろ過フィルター１１２と照射野絞り１１３とは、必ずしもこの順番に設けられる必要はない。また、本実施形態では、線源格子１２等の周囲には、それらを保護するための第１のカバーユニット１２０が配置されている。
【００３８】
また、コントローラー１９（図１，図２参照）は、本実施形態では、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インターフェース等がバスに接続されたコンピューターで構成されている。なお、コントローラー１９を、本実施形態のような汎用のコンピューターではなく、専用の制御装置として構成することも可能である。また、コントローラー１９には、図示はしないが、操作部を含む入力手段や出力手段、記憶手段、通信手段等の適宜の手段や装置が設けられている。
出力手段には、Ｘ線タルボ撮影装置１の各種操作を行うために必要な情報や、生成された再構成画像を表示する表示部（図示省略）が含まれている。
【００３９】
コントローラー１９は、Ｘ線タルボ撮影装置１に対する全般的な制御を行うようになっている。すなわち、例えば、コントローラー１９は、Ｘ線発生装置１１に接続されており、Ｘ線源１１ａに管電圧や管電流、照射時間等を設定することができるようになっている。また、例えば、コントローラー１９が、Ｘ線検出器１６と外部の図示しない画像処理装置等との信号やデータの送受信を中継するように構成することも可能である。
つまり、本実施形態におけるコントローラー１９は、被写体Ｈの再構成画像の生成に必要な複数のモアレ画像Ｍｏ（フーリエ変換法の場合は１枚のモアレ画像）を取得するための一連の撮影を行わせる制御部として機能している。
【００４０】
［試験機について］
試験機３０は、図１，図２に示すように、被写体台１３に設けられるとともに被写体Ｈが設置され、被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するものである。
このような試験機３０は、図５に示すように、ベース部３１と、チャック部３２と、を有する。
【００４１】
ベース部３１は、被写体台１３に設置される。この場合、被写体台１３には固定されてもよいし、非固定状態であってもよい。
ベース部３１には、Ｘ線照射軸Ｃａ上及びその周囲のＸ線照射範囲に、周囲よりもＸ線の透過を妨げにくいＸ線透過部３１ａがある。本実施形態におけるＸ線透過部３１ａは、ベース部３１に形成された開口部である。換言すれば、Ｘ線透過部３１ａは、ベース部３１を厚み方向に貫通する貫通孔でもあり、Ｘ線の透過を妨げないようになっている。
このようなＸ線透過部３１ａは、被写体Ｈにおける撮影部位をカバーできるようなサイズに形成されている。
【００４２】
なお、本実施形態においては、Ｘ線透過部３１ａは開口部（貫通孔）であるとしたが、これに限られるものではなく、Ｘ線透過部３１ａを、Ｘ線透過率の高い材料（例えば樹脂又は炭素繊維やガラス繊維を混ぜた樹脂など）によって構成するようにしてもよい。
また、本実施形態におけるベース部３１のうち、Ｘ線透過部３１ａを除く部位は、主に金属によって構成されているが、Ｘ線透過率の高い材料によって構成されるものとしてもよい。
【００４３】
チャック部３２は、被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するものであり、被写体Ｈを保持可能に構成されている。より詳細に説明すると、このチャック部３２はベース部３１に対して複数（本実施形態においては一対）設けられ、被写体Ｈの両端部を直接的に又は専用の固定具（図示省略）等を用いて間接的に固定できるようになっている。
また、一対のチャック部３２は、図５に示すように、ベース部３１に対して突出して設けられるとともにＸ線透過部３１ａを挟むようにして配置されている。
【００４４】
一対のチャック部３２は、被写体Ｈに対して引張り荷重を負荷する際には、一対のチャック部３２同士が離間する方向に動作し、被写体Ｈに対して圧縮荷重を負荷する際には、一対のチャック部３２同士が接近する方向に動作する。被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する場合、本実施形態においては一対のチャック部３２同士が連動して動作するが、これに限られるものではなく、一方のチャック部３２は固定状態とされ、他方のチャック部３２のみが動作するようにしてもよい。
また、ベース部３１には、例えば図示しないガイドレールや駆動部等のような、チャック部３２を動作させるために必要な構成要素を備えているものとする。
【００４５】
そして、このようなチャック部３２の動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、Ｘ線タルボ撮影装置１によって複数のモアレ画像Ｍｏを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー１９によって制御されるが、この一連の撮影時に、被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷するチャック部３２の動作もコントローラー１９で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー１９とチャック部３２を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
【００４６】
試験機３０は、基本的に、図５（ａ）に示すように、ベース部３１のうち広い面積を有する表面であって、かつチャック部３２が設けられていない面を、被写体台１３側に向けて使用される。すなわち、平置きして使用される。
被写体Ｈをチャック部３２で保持したまま、被写体Ｈの撮影向きを変更したい場合は、図５（ｂ）に示すように、平置きの状態からベース部３１を立てて置いた状態で使用することも可能となっている。すなわち、立置きして使用することが可能となっている。
このように試験機３０の向きを適宜変更することで、チャック部３２によって被写体Ｈを保持したまま、被写体Ｈの異なる側面から撮影を行うことができる。つまり、チャック部３２による引張り荷重又は圧縮荷重を負荷した動作を維持した状態で、被写体Ｈの向きを変更できる。
【００４７】
［試験機の構成例１］
Ｘ線タルボ撮影装置１と試験機３０は、上記のようにコントローラー１９とチャック部３２を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態とはなっているものの、機械的には独立して設けられている。そのため、例えば上記のように緩衝部材１７ａを用いたり、Ｘ線タルボ撮影装置１と設置床面との間に緩衝部材（図示省略）を設けたりすることで、Ｘ線タルボ撮影装置１に生じる振動の抑制を行うだけでなく、試験機３０に伝わる（又は試験機３０から発生する）振動の抑制も必要となっていた。
そこで、図１に示すように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３と試験機３０のうち少なくとも一方は、被写体Ｈへの振動の伝達を防ぐための防振機構３０ａを有している。
本実施形態における防振機構３０ａとしては、例えば防振ばねが用いられているが、これに限られるものではなく、防振ゴムを用いてもよい。
防振機構３０ａは、図１に示すように、被写体台１３と試験機３０のベース部３１との間に位置しており、下端部が被写体台１３に取り付けられ、上端部がベース部３１に取り付けられている。
なお、本実施形態においては試験機３０が防振機構３０ａを有しているものとするが、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３が防振機構３０ａを有するものとしてもよい。
【００４８】
［試験機の構成例２］
複数の格子１２，１４，１５は、一次元格子とされている。そのため、Ｘ線タルボ撮影装置１によって取得されるモアレ画像Ｍｏには方向が出てくることになる。すなわち、被写体Ｈの撮影方向によっては、見える箇所と見えない箇所とが生じてしまう場合がある。
そこで、図２に示すように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３と試験機３０のうち、いずれか一方は、被写体ＨをＸ線照射軸Ｃａの軸周りに回転させる回転機構３０ｂを有している。被写体Ｈを保持した状態の試験機３０を、回転機構３０ｂによって任意の角度に回転させた場合、回転前に撮影された被写体Ｈの画像と、回転後に撮影された被写体Ｈの画像は見え方が異なり、回転前に見えていなかった被写体Ｈの所定部位が、回転後に撮影された画像では見えるようになる。
本実施形態における回転機構３０ｂとしては、例えば中央に開口部（図示省略）が形成された円状又は枠状とされ、かつ回転中心がＸ線照射軸Ｃａに対応する回転部材が用いられている。また、中央に形成された開口部は、ベース部３１のＸ線透過部３１ａ（開口部）に対応するものであり、Ｘ線を透過しやすくなっている。
また、Ｘ線透過部３１ａと同様に、回転機構３０ｂを形成する材料を、Ｘ線透過率の高い材料によって構成してもよい。この場合、中央に開口部を形成しなくてもよい。
回転機構３０ｂは、被写体台１３と試験機３０のベース部３１との間に位置しており、下端面が被写体台１３に取り付けられ、上端面がベース部３１に取り付けられている。また、この回転機構３０ｂは、上端面側に、試験機３０のベース部３１が取り付けられて回転可能に構成された回転体（図示省略）を備えており、下端面側に、回転体を回転させるための駆動部を備えているものとする。
なお、本実施形態においては試験機３０が回転機構３０ｂを有しているものとするが、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３が回転機構３０ｂを有するものとしてもよい。
また、回転機構３０ｂの回転動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。つまり、コントローラー１９と回転体を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
【００４９】
［試験機の構成例３］
試験機３０は、必ずしも毎回の撮影で用いられるものではなく、引張り荷重又は圧縮荷重を負荷しながらの撮影と、通常のＸ線タルボ撮影とを併せて行うことで、被写体Ｈに関する精度の高い情報を得ることができるようになっている。
そこで、試験機３０は、図６に示すように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３に、Ｘ線照射範囲に対して進退可能に設けられている。換言すれば、試験機３０は、Ｘ線照射範囲に対して進退可能となるように、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３に設けられている。
被写体台１３には、試験機３０を、Ｘ線照射範囲から遠ざけたり近づけたりするように移動させる移動機構４０が設けられている。
移動機構４０は、被写体台１３に取り付けられた設置台４１と、設置台４１の長さ方向に沿って長尺なガイドレール４２と、を備える。
設置台４１は、矩形板状に形成され、被写体台１３の上面よりも外方に突出する長さに設定されている。また、この設置台４１のうち被写体台１３の上面に載せられた部位には、Ｘ線照射範囲に対応する開口部４１ａが形成されており、Ｘ線の透過を妨げにくくなっている。
ガイドレール４２は、設置台４１に一対で設けられているとともに、設置台４１の長さ方向に沿って長尺に設定されている。また、ガイドレール４２は、このガイドレールに沿って移動可能な移動体（図示省略）と、移動体を動作させるための駆動部（図示省略）と、を有している。
試験機３０は、ガイドレール４２の移動体に対して取り付けられており、被写体台１３のＸ線照射範囲に対応する位置から、被写体台１３の外方までの間を移動（進退）できるようになっている。
試験機３０を用いた撮影を行う場合は、図６（ａ）に示す状態で撮影が行われ、通常のＸ線タルボ撮影を行う場合は、図６（ｂ）に示す状態で撮影が行われる。
なお、移動機構４０における移動体の動作は、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９（制御部）によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。つまり、コントローラー１９と移動体を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
【００５０】
上記した試験機３０の構成例１〜３で示す防振機構３０ａ、回転機構３０ｂ、移動機構４０は、それぞれ別々に用いるようにしてもよいし、適宜組み合わせて用いるようにしてもよい。適宜組み合わせて用いる場合は、各機構３０ａ，３０ｂ，４０それぞれが確実に機能し、かつ、試験機３０によって被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷することができればよいものとする。
【００５１】
［Ｘ線タルボ撮影装置による撮影時の制御について］
試験機３０におけるチャック部３２の動作は、上記したように、Ｘ線タルボ撮影装置１のコントローラー１９によってＸ線タルボ撮影装置１と連動して自動制御可能とされている。したがって、試験機３０によって被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重を負荷しながら、Ｘ線タルボ撮影装置１による撮影を行うことができる。
【００５２】
（１）動作静止の制御
Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、撮影時に、チャック部３２による被写体Ｈへの引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を静止するように制御することができる。
弾性変形域では例えばバネと同じで、チャック部３２の動作を静止させれば、被写体Ｈに負荷される荷重及び変形量は一定となる。
以上のように制御することによって、被写体Ｈの弾性変形域において、被写体Ｈに対して一定荷重・一定変形量を加え、変化を見る検証に際し、意図しない被写体Ｈの変形による撮影画像の画質の低下を防ぐことができる。
【００５３】
（２）動作継続の制御
Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、撮影時に、チャック部３２による被写体Ｈへの引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を継続するように制御することができる。
塑性変形域では、チャック部３２の動作を静止させても、被写体Ｈが変形してしまう（伸びる・縮む）ので、一定荷重を与えることができないため、被写体Ｈの変形に応じて引っ張り動作を適切に変更する必要がある。
以上のように制御することによって、被写体Ｈの塑性変形域において、被写体Ｈに対して一定荷重・一定変形量を加え、変化を見る検証に際し、意図しない被写体Ｈの変形による撮影画像の画質の低下を防ぐことができる。
【００５４】
（３）許容最大速度
チャック部３２によって被写体Ｈに引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を継続したまま撮影を行う場合に、任意の画素数（例えば２画素）分以上変形してしまうと、生成される再構成画像にブレが生じる場合がある。また、Ｘ線タルボ撮影装置１での撮影は比較的時間がかかるため、被写体Ｈに引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する場合は、撮影時間を考慮し、被写体Ｈの変形が撮影画像に与える影響を最小にすることが求められる。
そのため、本実施形態においては、チャック部３２によって被写体Ｈを変形させる場合に、制御部が、撮影時間中において２画素分以上の変形が生じない速度で荷重を負荷するように制御している。
【００５５】
より詳細に説明すると、制御部は、Ｘ線検出器１６における複数の画素における画素ピッチと、各画素が検出する像の拡大率と、撮影時間とに基づく所定の計算式によって、チャック部３２による被写体Ｈへの引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する際の許容最大速度を算出する。
【００５６】
計算式：許容最大速度＝２×画素ピッチ×拡大率／撮影時間×許容係数（＜１）
【００５７】
ここで、画素ピッチとは、上記した画素サイズと同義であり、この画素サイズは、１０〜３００（μｍ）であり、さらに好ましくは５０〜２００（μｍ）であるとされている。本実施形態においては、例えば１００μｍとされている。
像の拡大率とは、図３で表すとおりであり、Ｘ線発生装置１１は、焦点からＸ線をコーンビーム状に照射するようになっているため、Ｘ線検出器１６でＸ線を検出した際には、実際の被写体Ｈの大きさよりも拡大されたモアレ画像Ｍｏが得られることになる。どれだけ拡大するかは、被写体ＨからＸ線検出器１６までの距離から導き出すことができ、その拡大率が前記所定の計算式に用いられるようになっている。本実施形態においては、例えば１．５倍とされている。
撮影時間は、被写体Ｈごと、又は被写体Ｈの種類や材質等によって適宜設定される。本実施形態においては、例えば１０秒とされている。
許容係数は、用途によって任意に設定される安全率であり、本実施形態においては例えば１以下とされている。
したがって、本実施形態における許容最大速度は、３０μｍ／秒とされている。
【００５８】
そして、制御部は、算出された許容最大速度（算出結果）を、Ｘ線タルボ撮影装置１と連携するコントローラー１９の表示部に表示する。
放射線技師や検査員等のユーザーは、表示部に表示された許容最大速度に確認し、引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する場合の速度が許容最大速度以下となるように操作しながらＸ線タルボ撮影装置１による撮影操作を行うことができるので、生成される再構成画像にブレが生じにくくなり、鮮明な画像を取得することができる。
【００５９】
（４）撮影開始時間の設定
被写体Ｈに対し、引張り荷重又は圧縮荷重を負荷し続けると、被写体Ｈにおける塑性変形域では、図７に示すように、ひずみ量が徐々に大きくなっていく（図７に示す曲線を参照。）。そのため、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、目標とする引張り荷重又は圧縮荷重に到達した瞬間の撮影を行うに際して、撮影開始前の被写体Ｈのひずみ量の遷移から、撮影中の被写体Ｈのひずみ量を推定し、推定された被写体Ｈのひずみ量に基づいて、被写体Ｈのひずみ量が最小となる撮影開始時間を設定するような制御を行う。
【００６０】
より詳細に説明すると、まず、ひずみ量を推定するための素材は、事前にチャック部３２によって荷重を負荷したサンプル（被写体Ｈと同様のもの）のひずみ量や、線形近似から得ることができる。
そして、実際に被写体Ｈの撮影を行う場合は、制御部が、ｔ１時点でのひずみ量の遷移から、その先のカーブを予測する。すなわち、ピーク荷重に到達するまでの予測時間を導き出す。ひずみ量の狙い値を含み、ｔ２−ｔ３間のひずみ量が最小となるｔ２を、撮影開始時間に設定する。これにより、撮影時間内のひずみ量を最小限に抑えることで、画像への影響を最小限にすることができる。
なお、図７は、被写体Ｈに対して引張り荷重を負荷した場合のグラフとなっており、圧縮荷重を負荷する場合は、図７とは正反対に曲線が表れる。
【００６１】
（５）画像取得タイミング
上記したように、Ｘ線タルボ撮影装置１での撮影は比較的時間がかかるため、例えば被写体Ｈが弾性変形領域を超えて不可逆的に変形するもの（例えば伸ばす荷重を負荷すると伸び続けるもの）であった場合は、被写体Ｈの変形により負荷荷重は徐々に小さくなる。
そこで、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、縞走査によって複数のモアレ画像Ｍｏを取得するに際し、縞走査による撮影は３段階以上に分けて行われ、縞走査の周期に合わせ、チャック部３２によって被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重の負荷を行うように制御する。
【００６２】
本実施形態においては、図８に示すように、Ｘ線の曝射を行う回数は合計４回となっている（図８中の「▲」で表している）。制御部は、Ｘ線の曝射にタイミングを合わせて、チャック部３２の動作を制御する。
換言すれば、撮影時間のうち、合計４回のＸ線の曝射のタイミングに合致する時間ｔ１〜ｔ４に、被写体Ｈに対して狙いの荷重がかかるように、制御部がチャック部３２の動作を制御している。
以上のような制御を行うことによって、撮影時間内の実際に画像取得を行うタイミングでのみ荷重を負荷することになり、撮影全体での被写体Ｈの伸びを最小にでき、撮影画像への影響を最小限にすることができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、引張り荷重がかかった状態における被写体Ｈの内部状態の確認ができるようになるため、荷重がかかった時の物質内の変動を見ることができる。また、特に少しずつ荷重をかけた途中経過を観察することによって、被写体Ｈを構成する物質の変動メカニズムを見ることができる。そして、このような状態をタルボ画像特有の微分位相画像や小角散乱画像、通常の吸収画像で同時に捉えることで、従来の引張り試験や圧縮試験で見えなかった被写体Ｈの内部メカニズムを明らかにすることができる。
したがって、引張り・圧縮等の荷重を加えた応力下で、Ｘ線タルボ撮影装置１によって被写体Ｈの撮影を行う場合に、振動や被写体Ｈの変形が撮影画像に与える影響を最小にし、撮影画像の画質向上を図ることができるようになる。
【００６４】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１と試験機３０は機械的に独立して設けられており、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３と試験機３０のうち少なくとも一方は、被写体Ｈへの振動の伝達を防ぐための防振機構３０ａを有しているので、外部からＸ線タルボ撮影装置１に伝達された振動や、Ｘ線タルボ撮影装置１で生じた振動が被写体Ｈに伝達されることを防ぐことができ、撮影画像の画質を向上させることができる。
【００６５】
また、試験機３０は、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３に、Ｘ線照射範囲に対して進退可能に設けられているので、試験機３０を使用するＸ線タルボ撮影装置１による撮影と、試験機３０を使用しない通常のＸ線タルボ撮影装置１による撮影を適宜切り替えることができる。
【００６６】
また、複数の格子１２，１４，１５は、一次元格子とされており、Ｘ線タルボ撮影装置１の被写体台１３と試験機３０のうち、いずれか一方は、被写体ＨをＸ線照射軸Ｃａの軸周りに回転させる回転機構３０ｂを有しているので、回転前に撮影された被写体Ｈの画像と、回転後に撮影された被写体Ｈの画像は見え方が異なり、回転前に見えていなかった被写体Ｈの部位（例えば傷、欠損等）が、回転後に撮影された画像では見えるようになり、被写体Ｈの検査を詳細に行うことができる。
【００６７】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、撮影時に、チャック部３２による被写体Ｈへの引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を静止するように制御するので、被写体Ｈの弾性変形域において、意図しない被写体Ｈの変形による撮影画像の画質の低下を防ぐことができる。
【００６８】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、撮影時に、チャック部３２による被写体Ｈへの引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する動作を継続するように制御するので、被写体Ｈの塑性変形域において、意図しない被写体Ｈの変形による撮影画像の画質の低下を防ぐことができる。
【００６９】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、Ｘ線検出器１６における複数の画素のピッチと、各画素が検出する像の拡大率と、撮影時間とに基づく所定の計算式によって、チャック部３２による被写体Ｈへの引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する際の許容最大速度を算出し、その算出結果を、Ｘ線タルボ撮影装置１と連携する表示部に表示するので、ユーザーは、表示部に表示された許容最大速度に確認し、引張り荷重又は圧縮荷重を負荷する場合の速度が許容最大速度以下となるように操作しながらＸ線タルボ撮影装置１による撮影操作を行うことができる。これにより、生成される再構成画像にブレが生じにくくなり、鮮明な画像を取得することができる。
【００７０】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、目標とする引張り荷重又は圧縮荷重に到達した瞬間の撮影を行うに際し、撮影開始前の被写体Ｈのひずみ量の遷移から、撮影中の被写体Ｈのひずみ量を推定し、推定された被写体Ｈのひずみ量に基づいて、被写体Ｈのひずみ量が最小となる撮影開始時間を設定するので、撮影時間内のひずみ量を最小限に抑えることができ、画像への影響を最小限にすることができる。
【００７１】
また、Ｘ線タルボ撮影装置１の制御部は、縞走査によって複数のモアレ画像Ｍｏを取得するに際し、縞走査による撮影は３段階以上に分けて行われ、縞走査の周期に合わせ、チャック部３２によって被写体Ｈに対して引張り荷重又は圧縮荷重の負荷を行うので、撮影時間内の実際に画像取得を行うタイミングでのみ荷重を負荷することになり、撮影全体での被写体Ｈの伸びを最小にでき、撮影画像への影響を最小限にすることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  Ｘ線タルボ撮影装置
１１  Ｘ線発生装置
１１ａ  Ｘ線源
１１２  ろ過フィルター
１１３  照射野絞り
１１４  照射野ランプ
１２  線源格子（Ｇ０格子）
１２０  第１のカバーユニット
１２ａ  固定部材
１３  被写体台
１３０  第２のカバーユニット
１４  第１格子（Ｇ１格子）
１５  第２格子（Ｇ２格子）
１６  Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
１７  支柱
１７ａ  緩衝部材
１８  基台部
１９  コントローラー（制御部）
３０  試験機
３０ａ  防振機構
３０ｂ  回転機構
３１  ベース部
３１ａ  Ｘ線透過部
３２  チャック部
４０  移動機構
４１  設置台
４１ａ  開口部
４２  ガイドレール
Ｈ  被写体
Ｓ  スリット
ｄ  周期
Ｍｏ  モアレ画像
Ｃａ  Ｘ線照射軸
【図１】
2019100861.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019100861.tif 000009
【図８】
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