(57)【要約】【課題】測定対象物を回転させるためのＸＹテーブル等の回転機構の軸受として、特に高精度のものを用いることなく、低コストのもとに、正確で鮮明な断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】ＸＹテーブル２に付されたマーカーＭを光学カメラ６て撮影し、その撮影出力の画像処理部１２での画像処理によりＸＹテーブル２の位置を求め、あらかじめ演算部１３で算出された各投影角度での目標位置に対するずれを誤差算出部１４で算出し、その算出結果に基づいて、各投影角度で採取したＸ線投影データの位置と角度を補正して再構成演算に供することで、回転精度に起因して実際の投影データがずれていても、最終的に得られる３次元情報を正確なものとする。【選択図】図１
2012112790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置と、そのＸ線発生装置からのＸ線光軸に直交する平面に沿って配置され、測定対象物を搭載して当該平面に沿った方向に移動するＸＹテーブルと、そのＸＹテーブルを上記Ｘ線光軸に沿った軸の回りに設定された角度ずつ回転させる回転機構と、上記ＸＹテーブルを挟んで上記Ｘ線発生装置と反対側に上記平面に対して斜めの姿勢で配置される２次元のＸ線検出器と、上記ＸＹテーブルの複数の回転角度で採取した上記Ｘ線検出器からの測定対象物のＸ線投影データを用いた再構成演算により、測定対象物の３次元の断層画像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、
上記各回転角度でのＸＹテーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記ＸＹテーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記ＸＹテーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データの採取時における上記画像処理手段によるＸＹテーブルの位置検出結果の該当の目標位置に対する上記ＸＹテーブルの移動軸方向および上記回転機構の回転角度の誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を用いて、Ｘ線投影データの位置と角度を補正するデータ補正手段を有し、上記再構成演算手段は、補正後のＸ線投影データを用いて再構成演算を行うことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置と、そのＸ線発生装置からのＸ線光軸に直交する平面に沿って配置され、測定対象物を搭載して当該平面に沿った方向に移動するＸＹテーブルと、そのＸＹテーブルを上記Ｘ線光軸に沿った軸の回りに設定された角度ずつ回転させる回転機構と、上記ＸＹテーブルを挟んで上記Ｘ線発生装置と反対側に上記平面に対して斜めの姿勢で配置される２次元のＸ線検出器と、上記ＸＹテーブルの複数の回転角度で採取した上記Ｘ線検出器からの測定対象物のＸ線投影データを用いた再構成演算により、測定対象物の３次元の断層画像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、
上記各回転角度でのＸＹテーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記ＸＹテーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記ＸＹテーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データの採取に当たり、上記画像処手段による位置検出結果の該当の目標位置に対する誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を解消するよう、上記ＸＹテーブルを駆動制御する位置補正手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
上記Ｘ線発生装置が上記ＸＹテーブルの上方に配置され、上記光学カメラは、上記ＸＹテーブルの回転中心の直下で、かつ、上記Ｘ線検出器の視野外に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
水平方向に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器との間に、測定対象物を搭載して鉛直軸の回りに回転を与えるための回転テーブルが設けられ、Ｘ線発生装置からのＸ線を回転テーブル上の測定対象物に照射しつつ当該回転テーブルを回転させ、所定の回転角度ごとにＸ線検出器の出力を取り込むことにより、測定対象物の複数方向からのＸ線投影データを収集し、そのＸ線投影データを再構成演算手段により再構成することによって、測定対象物の断層情報を得るＸ線ＣＴ装置において、
上記各回転角度での回転テーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記回転テーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記回転テーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データの採取時における上記画像処理手段による回転テーブルの位置の検出結果の該当の目標位置に対する上記ＸＹテーブルの移動方向および上記回転テーブルの回転角度の誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を用いて、Ｘ線投影データの位置と角度を補正するデータ補正手段を有し、上記再構成演算手段は、補正後のＸ線投影データを用いて再構成演算を行うことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
水平方向に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器との間に、測定対象物を搭載して鉛直軸の回りに回転を与えるための回転テーブルが設けられ、Ｘ線発生装置からのＸ線を回転テーブル上の測定対象物に照射しつつ当該回転テーブルを回転させ、所定の回転角度ごとにＸ線検出器の出力を取り込むことにより、測定対象物の複数方向からのＸ線投影データを収集し、そのＸ線投影データを再構成演算手段により再構成することによって、測定対象物の断層情報を得るＸ線ＣＴ装置において、
上記回転テーブルの上にＸＹテーブルが設けられているとともに、上記各回転角度での回転テーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記回転テーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記回転テーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データを採取するに当たり、上記画像処手段による位置検出結果の該当の目標位置に対する誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を解消するよう、上記ＸＹテーブルを駆動制御する位置補正手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
上記マーカーは、上記光学カメラの視野内に常時複数個収まるように上記ＸＹテーブルもしくは回転テーブルに複数個付され、上記画像処理手段は、複数のマーカーの映像を用いた最小二乗法により、上記ＸＹテーブルの位置を求めることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
上記光学カメラが、上記ＸＹテーブルの回転機構もしくは回転テーブルの回転中心軸上に配置されて上記マーカーを撮影するように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】
上記マーカーが、上記回転機構もしくは回転テーブルの回転中心を挟んで両側に配された２台の光学カメラにより撮影され、その各撮影出力が上記画像処理手段による位置検出に供されることを特徴とする請求項１、２、４、５または６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば回路基板等の各種工業製品などの検査に用いられる産業用のＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置においては、一般に、複数の方向から取得した測定対象物のＸ線投影データを再構成することにより、測定対象物の断層情報を含む画像を構築する。複数方向のＸ線投影データを得る方式、つまりＣＴ撮影の方式としては、測定対象物の回りにＸ線発生装置とＸ線検出器の対を回転させる方式と、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対の間で測定対象物を搭載するテーブルを回転させる方式（例えば特許文献１参照）のほか、コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置を固定配置し、測定対象物を搭載するテーブルをその上方に配置し、更にそのテーブルの上方に、当該テーブルに対して傾けた状態で２次元のＸ線検出器を配置し、そのＸ線検出器を、テーブルに直交する軸を中心として回転させる方式のものが知られている（例えば特許文献２参照）。この方式においては、Ｘ線検出器の視野中心に位置する測定対象物の位置が、Ｘ線検出器の回転に連れて刻々と変化するため、テーブルにはＸＹテーブルを用い、そのＸＹテーブルをＸ線検出器の回転位置に応じて自動的に移動させ、測定対象物上の観察ポイントが常にＸ線検出器の視野中心に位置するように制御する。
【０００３】
また、上記したコーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置を固定配置して、その上方にテーブルを介してＸ線検出器を斜めの姿勢で配置するタイプのＸ線ＣＴ装置において、Ｘ線検出器を回転させずに、斜めの姿勢で保持するとともに、テーブルを鉛直軸の回りに回転させてもよい。この方式の装置でも、テーブルをＸＹテーブルとするとともに、そのＸＹテーブルを回転機構により回転させる。
【０００４】
その例を図１２に示す。Ｘ線発生装置５１は鉛直上方に向けてコーンビーム状のＸ線を発生し、その照射野内に２次元のＸ線検出器５３が鉛直軸に対して斜めの姿勢で配置されている。Ｘ線発生装置５１とＸ線検出器５３の間に透視対象物Ｗを搭載するためのＸＹテーブル５２が配置されている。このＸＹテーブル５２は回転機構５４によって鉛直軸の回りに回転が与えられる。Ｘ線発生装置５１からのＸ線は、ＸＹテーブル５２を介して測定対象物Ｗを透過し、Ｘ線検出器５３に入射する。ＸＹテーブル５２を所定の角度回転させるごとにＸ線検出器５３の出力を記憶することにより、測定対象物Ｗの複数方向からのＸ線投影データを採取する。採取されたＸ線投影データは、演算装置による再構成演算に供され、試料Ｗの３次元断層情報が得られる。
【０００５】
以上の構成において、ＸＹテーブル５２の材質はＸ線の透過率の高いもの、具体的にはカーボン等が用いられ、また、回転機構５４は、測定対象物Ｗを通過するＸ線の妨げにならないように、ＸＹテーブル５２の外側を保持し、中央部分が大きく空いた構造、従って大径の軸受が用いられる。図１３にその要部構成の例を斜視図で示す。この例では、スラスト軸受５４ａの回転輪５４ｂの外周面にウォームギア５４ｃを固着し、これをウォーム５４ｄの駆動により回転させる構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８９３４３号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｘ線ＣＴ装置においては、ＣＴ撮影時における回転機構の回転精度が、得られる断層情報の正確さ、あるいは画像の鮮明さに大きな影響を及ぼす。そのため、回転機構に用いられる軸受には、高精度のものが用いられる。しかしながら、高精度の軸受は価格が高いという問題があり、特に、図１２に示した構成においては、回転機構の軸受として大径のものが必要となるが、直径の大きい軸受は精度が出にくい関係上、高精度のものは相当に高コストとなる。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、測定対象物を回転させるための回転テーブルないしは回転台の軸受として、特に高精度のものを用いることなく、従って比較的低コストのもとに、正確で鮮明な断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明のＸ線ＣＴ装置は、コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置と、そのＸ線発生装置からのＸ線光軸に直交する平面に沿って配置され、測定対象物を搭載して当該平面に沿った方向に移動するＸＹテーブルと、そのＸＹテーブルを上記Ｘ線光軸に沿った軸の回りに設定された角度ずつ回転させる回転機構と、上記ＸＹテーブルを挟んで上記Ｘ線発生装置と反対側に上記平面に対して斜めの姿勢で配置される２次元のＸ線検出器と、上記ＸＹテーブルの複数の回転角度で採取した上記Ｘ線検出器からの測定対象物のＸ線投影データを用いた再構成演算により、測定対象物の３次元の断層画像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、上記各回転角度でのＸＹテーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記ＸＹテーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記ＸＹテーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データの採取時における上記画像処理手段によるＸＹテーブルの位置検出結果の該当の目標位置に対する上記ＸＹテーブルの移動軸方向および上記回転機構の回転角度の誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を用いて、Ｘ線投影データの位置と角度を補正するデータ補正手段を有し、上記再構成演算手段は、補正後のＸ線投影データを用いて再構成演算を行うことによって特徴づけられる。
【００１０】
また、同じ課題を解決するため、請求項２に係る発明のＸ線ＣＴ装置は、同じくコーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置と、そのＸ線発生装置からのＸ線光軸に直交する平面に沿って配置され、測定対象物を搭載して当該平面に沿った方向に移動するＸＹテーブルと、そのＸＹテーブルを上記Ｘ線光軸に沿った軸の回りに設定された角度ずつ回転させる回転機構と、上記ＸＹテーブルを挟んで上記Ｘ線発生装置と反対側に上記平面に対して斜めの姿勢で配置される２次元のＸ線検出器と、上記ＸＹテーブルの複数の回転角度で採取した上記Ｘ線検出器からの測定対象物のＸ線投影データを用いた再構成演算により、測定対象物の３次元の断層画像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、上記各回転角度でのＸＹテーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記ＸＹテーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記ＸＹテーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データの採取に当たり、上記画像処手段による位置検出結果の該当の目標位置に対する誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を解消するよう、上記ＸＹテーブルを駆動制御する位置補正手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１１】
ここで、上記した請求項１または２に係る発明のＸ線ＣＴ装置においては、上記Ｘ線発生装置が上記ＸＹテーブルの上方に配置され、上記光学カメラは、上記ＸＹテーブルの回転中心の直下で、かつ、上記Ｘ線検出器の視野外に配置されている構成（請求項３）を採用することができる。
【００１２】
一方、請求項４に係る発明のＸ線ＣＴ装置は、水平方向に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器との間に、測定対象物を搭載して鉛直軸の回りに回転を与えるための回転テーブルが設けられ、Ｘ線発生装置からのＸ線を回転テーブル上の測定対象物に照射しつつ当該回転テーブルを回転させ、所定の回転角度ごとにＸ線検出器の出力を取り込むことにより、測定対象物の複数方向からのＸ線投影データを収集し、そのＸ線投影データを再構成演算手段により再構成することによって、測定対象物の断層情報を得るＸ線ＣＴ装置において、上記各回転角度での回転テーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記回転テーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記回転テーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データの採取時における上記画像処理手段による回転テーブルの位置の検出結果の該当の目標位置に対する上記ＸＹテーブルの移動方向および上記回転テーブルの回転角度の誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を用いて、Ｘ線投影データの位置と角度を補正するデータ補正手段を有し、上記再構成演算手段は、補正後のＸ線投影データを用いて再構成演算を行うことによって特徴づけられる。
【００１３】
また、請求項５に係る発明のＸ線ＣＴ装置は、同じく水平方向に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器との間に、測定対象物を搭載して鉛直軸の回りに回転を与えるための回転テーブルが設けられ、Ｘ線発生装置からのＸ線を回転テーブル上の測定対象物に照射しつつ当該回転テーブルを回転させ、所定の回転角度ごとにＸ線検出器の出力を取り込むことにより、測定対象物の複数方向からのＸ線投影データを収集し、そのＸ線投影データを再構成演算手段により再構成することによって、測定対象物の断層情報を得るＸ線ＣＴ装置において、上記回転テーブルの上にＸＹテーブルが設けられているとともに、上記各回転角度での回転テーブルの目標位置を算出する目標位置演算手段と、上記回転テーブルに付されたマーカーを撮影する光学カメラと、その光学カメラによるマーカーの撮影出力を画像処理して上記回転テーブルの位置を検出する画像処理手段と、各回転角度でのＸ線投影データを採取するに当たり、上記画像処手段による位置検出結果の該当の目標位置に対する誤差を算出する誤差算出手段と、その誤差算出手段による誤差の算出結果を解消するよう、上記ＸＹテーブルを駆動制御する位置補正手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１４】
以上の請求項１〜５に係る発明においては、上記マーカーは、上記光学カメラの視野内に常時複数個収まるように上記ＸＹテーブルもしくは回転テーブルに複数個付され、上記画像処理手段は、光学カメラにより撮影された複数個のマーカーのうちの一つを観察対象としてその位置を算出するとともに、同じ視野内に存在する別のマーカーを併せて測定対象とし、観察対象とするマーカーが視野外に出たときに、上記測定対象とするマーカーを観察対象に切り換える（請求項６）を採用することができる。
【００１５】
また、以上の請求項１〜５に係る発明においては、上記光学カメラが、ＸＹテーブルの回転機構もしくは回転テーブルの中心軸上に配置されて上記マーカーを撮影するように構成すること（請求項７）が好ましい。
【００１６】
あるいは、請求項１、２および４〜６に係る発明においては、上記マーカーが、上記回転機構もしくは回転テーブルの回転中心を挟んで両側に配された２台の光学カメラにより撮影され、その各撮影出力が上記画像処理手段による位置検出に供されるように構成すること（請求項８）もできる。
【００１７】
本発明は、測定対象物を回転させるための回転機構ないしは回転テーブルの回転精度を厳密に高精度とすることなく、ＣＴ撮影時に投影方向を変化させるべく回転する部材に付したマーカーを光学カメラで撮影し、画像処理によって当該部材の位置を検出して、その検出結果に応じて、投影データを補正し、あるいは測定対象物の位置を補正することで、課題を解決しようとするものである。
【００１８】
すなわち、請求項１、２および３に係る発明は、前記した図１２に示したタイプのＸ線ＣＴ装置に本発明を適用したものであり、ＣＴ撮影時に回転が与えられるＸＹテーブルについて、各回転角度での目標位置をあらかじめ算出しておく一方、ＣＴ撮影時には，当該ＸＹテーブルに付したマーカーを光学カメラで撮影し、画像処理によってＣＴ撮影時の各回転角度での位置を求める。そして、検出位置の目標位置に対する誤差を算出する。この誤差は、ＸＹテーブル移動方向への位置（２軸方向）と、回転機構の回転角度を含み、請求項１に係る発明では、その誤差を含んだ状態でＸ線投影データを取り込み、その取り込んだＸ線投影データを、誤差分だけ補正して再構成演算に供する。具体的には、Ｘ線投影データを上記の２軸方向への誤差分だけ平行移動させて再構成演算に供するとともに、回転角度の誤差分だけ、再構成演算に用いる角度を補正して、つまり誤差を含んだ実際の回転角度のデータとして再構成演算を行う。これにより、再構成演算結果は実質的に回転精度の影響を受けない正確なものとなる。
【００１９】
また、請求項２に係る発明では、上記と同様にして誤差を算出し、その算出結果に基づき、その誤差を解消するように、ＸＹテーブルを駆動制御する。これにより、測定対象物は実質的に正しく目標位置にまで回転が与えられた状態となり、その状態でＸ線投影データを採取することで、正確な撮影を行うことができる。
【００２０】
また、請求項２に係る発明では、上記と同じ誤差を算出し、その算出結果に基づき、ＸＹテーブルと回転機構を駆動することなく、つまり誤差を含んだ状態でＸ線投影データを採取し、再構成演算時にデータ側を補正する。具体的には、例えばＸ線投影データを上記の２軸方向への誤差分だけ平行移動させて再構成演算に供するとともに、回転角度の誤差分だけ、再構成演算に用いる角度を補正して演算を行う。これにより、再構成演算結果は回転精度の影響が抑制されてほぼ正確なものとなる。
【００２１】
請求項４および５に係る発明は、回転テーブルの回転軸とＸ線光軸方向が互いに直交するタイプのＸ線ＣＴ装置に本発明を適用したものであり、回転テーブルに付したマーカーを上記と同様に光学カメラで撮影し、その撮影画像を画像処理することによって、回転テーブルの水平２軸方向への位置と回転角度を検出する。請求項４に係る発明では、請求項１に係る発明と同様に、各回転角度（投影データ採取位置）における目標位置と、画像処理により求められた検出位置との誤差を水平２軸方向位置と回転角度について算出し、実際の位置は補正せずにＸ線投影データを取り込み、再構成演算に供すべき投影データを、当該投影データの採取時において算出した誤差に応じて、投影データの２軸方向位置を補正するとともに、再構成に使用する当該データの角度も誤差分だけ変化させる。これにより、回転テーブルの誤差は３次元情報に現れない。
【００２２】
一方、請求項５に係る発明では、回転テーブル上にＸＹテーブルを設け、前記した請求項２に係る発明と同様に、各回転角度における目標位置と画像処理により求められた検出位置との誤差を水平２軸方向と回転角度について算出し、その結果に応じて、誤差を解消するようにＸＹテーブルの位置を補正し、その位置の補正状態でＸ線投影データを取り込む。
【００２３】
ここで、以上の各発明においては、上記マーカーを、上記光学カメラの視野内に常時複数個収まるように上記ＸＹテーブルもしくは回転テーブルに複数個付しておき、上記画像処理手段は、複数のマーカーの映像の位置情報を用いた最小二乗法により、上記ＸＹテーブルの位置を求める構成（請求項６）を採用することができる。
【００２４】
また、マーカーを撮影するための光学カメラの配設位置は特に限定されるものではないが、その光学カメラの視野中心が、ＸＹテーブルもしくは回転テーブルの回転中心軸から離れると、回転角度の検出精度が低下する。これを解消するには、請求項７に係る発明のように、光学カメラをＸＹテーブルを回転させる回転機構、もしくは回転テーブルの回転中心軸上に配置すればよい。
【００２５】
あるいは、請求項８に係る発明のように、上記の回転中心軸を挟んでその両側にそれぞれ光学カメラを配置し、その２台の光学カメラからのマーカーの撮影出力の双方を位置検出のための画像処理に供することにより、検出精度の低下を抑制することができる。
【００２６】
ここで、請求項１および２に係る発明の構成、すなわちＸＹテーブルを回転機構により回転させ、その回転中心軸に対して斜めの姿勢でＸ線検出器を配置し、ＸＹテーブルを挟んでその反対側にＸ線発生装置を配置した構成では、ＸＹテーブルの上面は測定対象物が搭載されるため、光学カメラはＸＹテーブルの下面側に付したマーカーを撮影する必要がある。Ｘ線発生装置をＸＹテーブルの下側に配置するこの種の装置の通常の配置では、光学カメラとＸ線発生装置が干渉し、光学カメラをＸＹテーブルの回転中心軸上に配置できない場合がある。前記したように、光学カメラはＸＹテーブルの回転中心軸上に配置することが好ましく、これを実現するのが請求項３に係る発明であり、この請求項３に係る発明の構成の採用により、Ｘ線発生装置が大型であっても、光学カメラはＸＹテーブルを挟んでＸ線発生装置と反対側に配置するが故に、光学カメラの視野中心と回転中心軸とを一致させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＣＴ撮影時に測定対象物に回転を与える回転機構や回転テーブルの軸受として、特に回転精度の高い高価なものを用いることなく、実質的に高い回転精度の軸受を用いた場合と同等の３次元情報ないしは断層像が得られる。しかも、そのために必要な部材は光学カメラによる撮影系とソフトウエアですむため、トータルコストを大きく低減することができる。
【００２８】
特に、測定対象物を搭載するＸＹテーブルを透過したＸ線を、回転軸に対して斜めの姿勢で配置したＸ線検出器で検出するタイプのＣＴ装置では、透視装置とベースモデルを共用させる場合が多く、透視装置として用いる場合にはＸＹテーブルを回転させる回転機構にさほどの精度は要求されないため、低コストの軸受を用いたベースモデルに対し、ＣＴ装置として用いる場合に限って光学カメラとその映像出力を用いた画像処理による位置検出ソフトを追加することで、コストの安い設計のもとに、ＣＴ機能なしの低コストモデルから、ＣＴ機能付きの高機能モデルまでラインナップを整えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＸＹテーブルの下面に付されるマーカーを光学カメラで撮影した画像の例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態によるＣＴ撮影から再構成演算までの動作の手順の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態において、マーカーの映像を用いた画像処理によりＸＹテーブルの位置情報を算出するための説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における光学カメラの配置の例を示す図であり、平面視による配置図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態の機械的構成を表す模式図である。
【図７】本発明の更にまた他の実施の形態によるＣＴ撮影から再構成演算までの動作を示すフローチャートである。
【図８】水平のＸ線光軸と鉛直の回転中心軸を備えたＸ線ＣＴ装置の構成例を示す模式的斜視図である。
【図９】図８のＸ線ＣＴ装置に本発明を適用する場合の光学カメラの配置の例を示す図である。
【図１０】図８のＸ線ＣＴ装置に本発明を適用する場合の光学カメラの他の配置の例を示す図である。
【図１１】本発明で用いることのできるマーカーの他の例の説明図である。
【図１２】コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置を固定配置し、その上方にＸＹテーブルを介してＸ線検出器を斜めの姿勢で配置するとともに、ＸＹテーブルを回転させるタイプのＸ線ＣＴ装置の構成例を示す模式図である。
【図１３】図１１の装置における回転機構の要部構成の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について述べる。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００３１】
Ｘ線発生装置１は鉛直上方に向けてコーンビーム状のＸ線を発生する。そのＸ線発生装置１の直上に水平にＸＹテーブル２が配置されており、その斜め上方に２次元のＸ線検出器３が設けられている。
【００３２】
ＸＹテーブル２は、図１３に示したものと同等の回転機構４、すなわちＸＹテーブル２の外周部分を支承する軸受４ａと、その回転輪側の外周面に固定されたウォームギア４ｂ、そのウォームギア４ｂに噛み合うウォーム４ｃ、そのウォーム４ｃに回転を与えるモータ（図示略）と、そのモータに駆動信号を供給する回転機構用ドライバ４ｄ等によって構成されてなる回転機構４によって、鉛直（ｚ軸方向）の回転中心軸Ｒの回りに回転が与えられる。
【００３３】
また、このＸＹテーブル２は、ＸＹ駆動機構５の駆動により当該ＸＹテーブル２の広がり方向、つまり回転軸Ｒに直交する平面上で互いに直交する２軸方向（ｘ軸方向．ｙ軸方向）に移動する。なお、ＸＹ駆動機構５は図１において１つのブロックで示しているが、実際には各軸方向それぞれに対応してモータおよびドライバを備えた公知のものである。
【００３４】
Ｘ線検出器３は、実際には傾動機構に支持されて回転軸Ｒに対する傾動角度を任意に設定することができるようになっているが、図１ではその図示を省略している。
【００３５】
ＸＹテーブル２の下面には、図２に例示するような複数のマーカーＭが一定の間隔で付されている。このＸＹテーブル２の下方には、当該ＸＹテーブル２の下面に付されたマーカーＭを撮影するための光学カメラ６が配置されている。この光学カメラ６からの撮影出力を用いて画像処理により、後述するようにＸＹテーブル２の位置が計測される。ここで、図２は光学カメラ６により撮影した画像の例を示すものである。
【００３６】
ＣＴ撮影に際しては、Ｘ線発生装置１からのＸ線をＸＹテーブル２上の測定対象物Ｗに照射しながら、ＸＹテーブル２を回転軸Ｒの回りに回転させ、その複数の回転位置でＸ線検出器３からの出力、つまり複数の投影角度での測定対象物ＷのＸ線投影データを取り込む。
【００３７】
ＣＴ撮影時におけるＸＹテーブル２の各回転角度でのＸ線検出器３の出力は画像データ取り込み回路７を介して投影データ記憶部８に逐次格納される。ＣＴ撮影の終了後、つまり３６０°分の投影データの収集が終了した後、これらの投影データは再構成演算部９による再構成演算に供され、測定対象物Ｗの３次元断層画像が構築される。この３次元断層画像は断層データ記憶部１０に記憶される。
【００３８】
光学カメラ６の出力は画像データ取り込み回路１１を介して画像処理部１２によって処理され、後述するようにＸＹテーブル２の位置情報が求められる。一方、各投影角度におけるＸＹテーブ２の目標位置、すなわち当初位置（撮影開始位置）を基準として各投影角度において正しくその角度だけ回転したときの位置は、ビュー数ないしはビュー角度が設定されることによって演算部１３において算出される。そして、その各投影角度での目標位置の算出結果と、画像処理部１２によるＸＹテーブルの位置情報は誤差算出部１４に取り込まれ、これら両者の差、つまり位置の誤差が算出される。この算出された誤差は、後述するように投影データ補正部１５によるデータの位置の補正等に供される。
【００３９】
上記した回転機構４、ＸＹ移動機構５、画像データ取り込み回路７、投影データ記憶部８、再構成演算部９、断層データ記憶部１０、画像データ取り込み回路１１、画像処理部１２、演算部１３、誤差算出部１４および投影データ補正部１５は、制御部１６の制御下に置かれている。この制御部１６には、ジョイスティックやキーボード、マウス等からなる操作部１７が接続されており、この操作部１７の操作により、制御部１６に対して各種指令を与えたり、あるいはＸＹテーブル２を随意に移動させることができ、また、この操作部１７の操作により、投影データ記憶部８内の投影画像や、断層データ記憶部１０内の３次元断層情報を選択的に表示器１８に表示させることができる。
【００４０】
なお、制御部１６並びにそれに制御される上記した各部は、実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに従って各機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、主要な機能ごとにブロックによって表している。
【００４１】
次に、ＣＴ撮影〜再構成演算までの動作について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、測定対象物ＷをＸＹテーブル２の上に載せて位置決めをして初期位置を決定した後、ビュー数、従って実質的に各投影角度等の撮影条件を設定する。これにより、演算部１３は初期位置を起点として各投影角度でのＸＹテーブル２の目標位置を算出する。
【００４２】
その後、ＣＴ撮影開始指令を与えることによって、まず、その初期位置でのＸ線投影データを採取すると同時に、光学カメラ６の出力を取り込んで初期位置でのマーカーＭの画像を取得した後、回転機構４を駆動してＸＹテーブル２を設定角度だけ回転させる。
【００４３】
回転後、上記と同様にＸ線投影データを採取すると同時に、光学カメラ６からの映像データを取り込み、マーカーＭの映像から後述するようにＸＹテーブル２の位置情報を得る。その位置情報を用いて、回転後のＸＹテーブル２の位置の先に算出している当該角度での目標位置に対する誤差を算出する。
【００４４】
光学カメラ６によるマーカーＭの映像からＸＹテーブル２の位置情報を得る手法について以下に説明する。
図４に示すように、ＸＹテーブル２に付された複数のマーカーＭ，Ｍ，・・のうちの一つを考える。θだけ回転した座標系における移動後のマーカーＭの中心は、回転前のマーカーＭの座標を（ｘ，ｙ）、回転後のマーカーＭの座標を（ｘ′，ｙ′）とし、θだけ回転するものとすると
【００４５】
【数１】
2012112790.tif 000003
で表すことができる。そして、回転機構４の精度に起因して、より具体的には軸受４ａａの回転精度を主因として、回転中心が（Ｘ，Ｙ）だけ移動した場合には、
【００４６】
【数２】
2012112790.tif 000004
と表すことができる。
【００４７】
光学カメラ６の視野内にある複数のマーカーＭについて（２）式の関係が成立するので、各マーカーＭに関する（２）式の関係を用いた最小二乗法による近似によって、回転中心の移動（Ｘ，Ｙ）と実際の回転角度θを算出することができる。
【００４８】
このようにして算出された回転後の位置情報は、先に算出した該当角度での目標位置と比較され、目標位置に対する計測位置の誤差を算出して投影データとともに記憶する。
以上の動作を各投影角度において実行し、３６０°分の投影データが揃った時点でＣＴ撮影を終了し、再構成演算によって測定対象物Ｗの３次元情報を構築するのであるが、この再構成演算においては、各投影角度での投影データについては、それぞれにマーカーＭの映像を用いた画像処理によって求められた回転誤差によるずれＸ，Ｙと、実際の回転角度を用いてデータ補正が行われる。
【００４９】
すなわち、回転笹による平行移動成分Ｘ，Ｙをもとに検出器平面内における位置ずれ量に換算し直し、投影データを補正して後、再構成演算に供するとともに、その投影データの採取角度、つまり投影角度を実際に計測されたθとして再構成演算を行う。
以上の動作により、回転機構４の軸受４ａとして高精度のものを用いることなく、つまりＸＹテーブル２の回転精度が悪くても、高精度の軸受を用いて正確な回転を与えた場合と等価な３次元情報が得られる。
【００５０】
ここで、上記した実施の形態においては、光学カメラ６を回転機構４の回転中心軸上に配置した例を示したが、Ｘ線発生装置１によっては干渉によりそのような配置が不可能な場合がある、光学カメラ６の視野中心が回転中心軸から離れることによって、回転角度θの計測精度が低下する場合がある。このような場合、図５に平面視で配置図を示すように、回転機構４による回転中心Ｒを挟んでその両側に光学カメラ６を配置し、これらの２台の光学カメラ６からの映像信号の双方を用いて、前記した最小二乗法による近似により回転角度θの計測精度を向上させることができる。
【００５１】
また、図１に示した各機器の配置では、以上のようにＸ線発生装置１と光学カメラ６の干渉の可能性があるが、図６に示す配置によって、この問題を解消して光学カメラ６を回転機構４の回転中心軸上に位置させることができる。
【００５２】
すなわち、図６の構成では、ＸＹテーブル２の上方にＸ線発生装置１を配置し、下方にＸ線検出器３を配置している。ＸＹテーブル２のマーカーＭは、当該ＸＹテーブル２の上面に測定対象物Ｗを搭載する関係上、現実的には下面側に付する必要があるが、そのために光学カメラ６はＸＹテーブル２の下側に配置することが必須となる。そこで、Ｘ線発生装置１をＸＹテーブル２の上側に配置し、Ｘ線検出器３を下側に配置することにより、光学カメラ６はＸ線発生装置１との干渉を考慮することなく、ＸＹテーブル２の回転中心軸Ｒ上に配置することができる。
【００５３】
また、図１の実施の形態では、光学カメラ６の映像出力を用いた画像処理によって計測したＸＹテーブル２の位置情報から、目標位置に対する誤差を算出し、その誤差に基づいて投影データを補正したが、同様にして求められた誤差に基づいて、ＸＹテーブル２を移動させてもよい。その動作を図７にフローチャートで示す。
【００５４】
この例では、測定対象物をＸＹテーブル２上に載せて初期位置を決定し、投影角度等の撮影条件を設定することにより各投影角度での目標位置を算出し、ＣＴ撮影開始指令を付与することによって初期位置での投影データおよび光学カメラ６の映像データを採取した後、回転機構２によりＸＹテーブル２を設定角度だけ回転させ、その状態で光学カメラ６の映像データを採取するところまでは先の例と同じであるが、その後、投影データを採取せずに、光学カメラ６の映像から画像処理により回転中心の移動量（Ｘ，Ｙ）と回転角度θを算出し、目標位置との比較により誤差を算出する。そして、その算出結果に基づいて、誤差を解消するようにＸＹテーブル２と回転機構４を駆動する。そのうえで、投影データを採取する。３６０°分のデータが揃ったら、撮影動作を終了して再構成演算により３次元情報を構築するが、この場合、採取した投影データをそのまま用いる。
【００５５】
以上の動作によっても、先の実施の形態と同様に、軸受４ａの回転精度を主因とする位置のずれあっても、そのずれがない場合と等価な３次元情報が得られる。
【００５６】
ここで、誤差に基づくＸＹテーブル２の移動については、ｘ−ｙ平面上での移動により誤差の解消だけでも、位置のずれがある場合に比して３次元情報を大幅に改善することができる。また、回転角度θの誤差については、先の例と同様に再構成演算時に計測された実際の角度での投影データであるとして演算を行ってもよい。
【００５７】
次に、本発明を産業用のＸ線ＣＴ装置として多用されている構成、すなわち、水平方向にＸ線光軸を設け、鉛直の回転軸の回りに測定対象物を搭載する回転テーブルを回転させる構造の装置に適用する例を示す。このような構成のＸ線ＣＴ装置は図８に斜視図で模式的に例示する通りである。
【００５８】
Ｘ線発生装置１０１はＸ線光軸Ｌが水平方向を向くように配置され、回転テーブル１０２を挟んでその反対側にＸ線検出器１０３が配置される。回転テーブル１０２は測定対象物Ｗを搭載して鉛直の回転中心軸Ｒの回りに回転する。
【００５９】
このような構成のＸ線ＣＴ装置において、図９に回転テーブル１０２の近傍の部分断面図を示すように、回転テーブル１０２は軸受１０４の回転輪１０４ａ側に固定された状態で当該軸受１０４に支承され、軸受１０４の固定輪１０４ｂは支持部材１０４ｃに固定される。この例において回転テーブル１０２の上には測定対象物Ｗを搭載固定するための試料台１０２ａが配置されているとともに、回転テーブル１０２の下面には、前記した図２に例示するような複数のマーカーＭが付されており、支持部材１０４ｃには、軸受１０４の回転中心軸上に位置するように光学カメラ１０６が固定されている。この光学カメラ１０６により回転テーブル１０２の下面のマーカーＭを撮影し、先の例と同様な手法によって、回転テーブル１０２の回転時における回転中心のずれと回転角度の誤差を算出するとともに、その結果に基づいて投影データを平行移動による補正、並びに再構成演算における投影角度の補正を行うことによって、軸受１０４の回転精度が悪くても高い精度の３次元情報が得られる。
【００６０】
回転テーブル１０２の下面側にスペース的に光学カメラ１０６を配置できない場合には、図１０に示すように、回転テーブル１０２の上面の試料台１０２の周囲に複数のマーカーを付すとともに、その上面側に光学カメラ１０６を配置する。この場合，光学カメラ１０６は回転中心軸Ｒ上に配置できないため、回転中心軸Ｒを挟んで両側に光学カメラ１０６を配置し、これらの２台の光学カメラ１０６の出力の双方を用いて、各マーカーの位置情報から最小二乗法により回転中心軸のずれと実際の回転角度を求めればよい。
【００６１】
以上の図９ないしは図１０に示した例においても、求められた回転中心軸のずれＸ，Ｙと回転角度θに基づいて投影データを補正してもよいし、あるいは、誤差分だけ測定対象物Ｗを移動させたうえで投影データを採取してもよい。その場合、回転テーブル１０２の上にＸＹテーブルを設け、そのＸＹテーブル上に試料台１０２ａを配置して、位置ずれの補正はそのＸＹテーブルの駆動によって行うことができる。
【００６２】
なお、本発明においては、ＸＹテーブルないしは回転テーブルに付するマーカーの形状等については特に限定されるものではないが、図２に示したような円形のほか、図１１に示すような矩形のものを用いることができる。この図１１に示す矩形のマーカーＭは、その形状が周方向に異形であるがゆえに、光学カメラを回転中心軸上に配置してマーカーを撮影したとき、マーカーの姿勢からも回転角度の情報を得ることができるという利点がある。
【符号の説明】
【００６３】
１  Ｘ線発生装置
２  ＸＹテーブル
３  Ｘ線検出器
４  回転機構
４ａ  軸受
４ｂ  ウォームギア
４ｃ  ウォーム
４ｄ  回転機構用ドライバ
５  ＸＹ移動機構
６  光学カメラ
７  画像データ取り込み回路
８  投影データ記憶部
９  再構成演算部
１０  断層データ記憶部
１１  画像データ取り込み回路
１２  画像処理部
１３  演算部
１４  誤差算出部
１５  投影データ補正部
１６  制御部
１７操作部
１８  表示器
Ｍ  マーカー
Ｒ  回転中心軸
Ｗ  測定対象物
【図１】
2012112790.tif 000005
【図２】
2012112790.tif 000006
【図３】
2012112790.tif 000007
【図４】
2012112790.tif 000008
【図５】
2012112790.tif 000009
【図６】
2012112790.tif 000010
【図７】
2012112790.tif 000011
【図８】
2012112790.tif 000012
【図９】
2012112790.tif 000013
【図１０】
2012112790.tif 000014
【図１１】
2012112790.tif 000015
【図１２】
2012112790.tif 000016
【図１３】
2012112790.tif 000017