(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-13
(45)【発行日】2023-10-23
(54)【発明の名称】Ｘ線ＣＴ装置の評価用器具
(51)【国際特許分類】
G01N 23/046 20180101AFI20231016BHJP
G01N 23/083 20180101ALI20231016BHJP
G01T 7/00 20060101ALI20231016BHJP
【ＦＩ】
G01N23/046
G01N23/083
G01T7/00 C
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022536147
(86)(22)【出願日】2021-05-12
(86)【国際出願番号】 JP2021018077
(87)【国際公開番号】W WO2022014132
(87)【国際公開日】2022-01-20
【審査請求日】2022-10-12
(31)【優先権主張番号】P 2020122685
(32)【優先日】2020-07-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(72)【発明者】
【氏名】高辻 利之
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 真莉
(72)【発明者】
【氏名】寺田 聡一
(72)【発明者】
【氏名】渡部 司
【審査官】小野 健二
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５３８５５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／００９４７７１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１９３８００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１７９９８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６
Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６
Ａ６１Ｂ ６／００－６／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも隣接する２つの側面が平面である外形を有する第１の状態と円柱状の第２の状態とを実現可能である、Ｘ線ＣＴ装置の評価用器具であって、内部に複数の球を含み、
前記第１の状態で、前記複数の球が、前記２つの側面の各々から、互いに重なることなく光学的に観測可能であり、且つ、
前記第２の状態で、円柱の長軸を中心として回転させた場合、いずれの回転角度においても、前記円柱に対して所定位置のＸ線源から放出されるいずれのＸ線も、２以上の球を通過することなく前記円柱を通過するように、
前記複数の球が配置されている
Ｘ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項2】
前記複数の球を含む、円柱状の第１の器具と、前記第１の器具を収容可能な収容部を有し、少なくとも隣接する２つの側面が平面である第２の器具と、
を有する請求項１記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項3】
前記第２の器具の前記少なくとも隣接する２つの側面に、透明な平板が付加されている請求項２記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項4】
前記複数の球を含み、少なくとも隣接する２つの側面が平面である第１の器具と、前記第１の器具の前記少なくとも隣接する２つの側面に貼り付けることで前記第１の器具の外形を円柱状にする第２の器具と、
を有する請求項１記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項5】
前記少なくとも隣接する２つの側面に透明な平板が付加されている請求項４記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項6】
前記複数の球の少なくともいずれかが支柱に支持されている場合、前記２つの側面の各々からも、さらに前記複数の球のいずれもが前記支柱に遮ることなく光学的に観測可能であるように、前記複数の球が配置されている請求項１乃至５のいずれか１つ記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項7】
前記支柱が、前記評価用器具において前記複数の球以外の部分のＸ線透過率と同じＸ線透過率を有する請求項６記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【請求項8】
前記第２の状態で、前記円柱の長軸に直交する平面であって当該円柱の上半分又は下半分の領域に含まれる平面に前記複数の球のうちの２以上の球が配置され、前記複数の球のうち前記２以上の球以外の球を、前記円柱内において前記領域外の領域に配置する請求項１記載のＸ線ＣＴ装置の評価用器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ｘ線ＣＴの評価用器具に関する。
【背景技術】
【0002】
医療用として開発されたＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置は、近年工業製品の計測用途、つまり寸法や形状の計測に使用されている。工業製品の形状測定には従来接触式の三次元測定機（ＣＭＭ：Coordinate Measuring Machine）が用いられており、その精度評価法としてISO 10360-2規格が使われている。Ｘ線ＣＴについても、精度評価法規格の制定の要求がありISO 10360-11として発行すべく審議が進んでいる。
【0003】
ここでＸ線ＣＴの測定原理について図１を用いて簡単に説明する。三次元形状測定用のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射部１１と、Ｘ線検出器１２と、回転ステージ１３とを備える。このＸ線ＣＴ装置は、対向配置されたＸ線照射部１１とＸ線検出器１２との間に配設された回転ステージ１３上に測定対象物（ワークとも呼ぶ）を設置して、非破壊による内部の観測や三次元形状測定を行うものである。
【0004】
Ｘ線照射部１１は、内部にＸ線源としてのＸ線管を備え、高電圧発生装置１５から供給される管電圧、管電流に応じたＸ線をＸ線管から発生させる。この高電圧発生装置１５はＸ線制御部１６によって制御され、Ｘ線制御部１６はＸ線ＣＴ装置全体の制御を行う制御用ソフトウェアがインストールされたＰＣ（Personal Computer）に接続されている。Ｘ線検出器１２は、イメージインテンシファイアにＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを組み合わせたもの、もしくは、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）であり、ＣＴ画像再構成演算装置１８を介してＰＣに接続される。なお、Ｘ線検出器１２は、透視撮影領域の拡大縮小のために回転ステージ１３に対して離接可能に構成される。また、回転ステージ１３もＸ線照射部１１に対して離接可能である。
【0005】
回転ステージ１３は、Ｘ線照射部１１からＸ線検出器１２を結ぶＸ線光軸Ｌに沿ったＸ軸に直交するＺ軸を回転軸Ｒとして回転するとともに、ステージ駆動機構１４により、ＸＹ平面の水平方向とＺ方向の上下方向への移動が可能となっている。そして、ステージ駆動機構１４は、ステージ制御部１７を介してＰＣに接続されて、制御される。
【0006】
Ｘ線ＣＴ撮影に際しては、回転ステージ１３に設置した被検査物に、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射しつつ回転ステージ１３に回転軸Ｒを中心として回転を与える。そして、被検査物の周囲の３６０度にわたる全方向から透過したＸ線をＸ線検出器１２により検出し、そのＸ線透過データをＣＴ画像再構成演算装置１８に取り込む。
【0007】
ＣＴ画像再構成演算装置１８では、取り込んだ３６０度分のＸ線透過データを用いて、Ｘ－Ｙ平面に沿った面でスライスした被検査物の三次元の再構成像（ＣＴ画像）が構築される。ＣＴ画像は、ＣＴ画像再構成演算装置１８からＰＣに送信され、ＰＣにインストールされた三次元画像構築プログラムによる三次元画像化に利用される。
【0008】
ＰＣには、液晶ディスプレイ等の表示装置２３、および、キーボード２２ａとマウス２２ｂを含む入力装置２２が接続されている。なお、キーボード２２ａやマウス２２ｂは、種々の操作において、オペレータによる入力を行うものである。表示装置２３は、ＣＴ画像再構成演算装置１８からＰＣに送信されたＣＴ画像を表示するとともに、ＣＴ画像を利用して構築された三次元画像を表示する。また、ＰＣは測定対象物の寸法や形状の計測も行う。なお、ＣＴ画像再構成演算装置１８の機能は、ＰＣと一体化されて、コンピュータの周辺装置やソフトウェアとして一つのコンピュータで実現してもよい。
【0009】
このようなＸ線ＣＴ装置を用いれば、測定対象物の透過像を得ることができるようになるが、測定対象物の厚さが厚かったり、密度が高かったりすると、透過できるＸ線の量が少なくなり、透過像としては暗く観察される。
【0010】
また、Ｘ線検出器１２としては、上で述べたように二次元の検出器（エリア検出器）を用いる場合（図２Ａ：コーンビームＣＴ）と、一次元の検出器（ライン検出器）を用いる場合（図２Ｂ：ファンビームＣＴ）とがある。ライン検出器を用いる場合には、得られる再構成像は一次元の断面のみであるため、三次元の再構成像を得るためには一回転毎に測定対象物を上又は下に少しずつ動かすことになる。一方、エリア検出器を使う場合には、測定対象物一回転で三次元の再構成像が生成できるが、得られる再構成像の品質は一次元の検出器を使った方が優れている。
【0011】
Ｘ線ＣＴ装置は、ＣＭＭとは異なり、測定対象物の内部まで測定が可能であるが、そのためＸ線ＣＴの精度評価法として考慮すべき点が２つある。第１は、Ｘ線ＣＴ装置の移動機構や部品のアライメントが正しくなされているかであり、この要因による誤差があると寸法が正しく測れなかったり、測定対象物全体が歪んで観察されたりする。第２は、測定対象物をＸ線が通過するときにＸ線の減衰に非線形な効果が起こることであり、この要因があると測定対象物に局所的な凹凸があたかも存在するように計測されてしまう。審議中の規格ではあるがISO/2CD 10360-11では、第１の考慮点についてはＥテスト、第２の考慮点についてはＰテストを行うようになっており、両者はできる限り独立に評価することが望ましい。すなわち、Ｅテストを行う際には、測定対象物の材質の影響を避けるため、Ｘ線ができる限り測定対象以外の物を通過しないことが好ましい。
【0012】
Ｘ線ＣＴの機械的な誤差を評価するＥテストでは、空間中に多数の球や円筒を配置し、それらの間の距離を計測することで精度を評価する。球間距離は予めＣＭＭなどの高精度な計測器で校正されており、その校正結果とＸ線ＣＴの測定結果を比較することにより精度を評価する。
【0013】
なお、本願では、Ｘ線ＣＴの精度評価用のゲージ（評価用器具）に正確な値を付けることを「校正」と呼ぶものとする。一方、校正された評価器を使ってＸ線ＣＴ装置の誤差を評価したり、性能を確認したりすることを「試験」あるいは「テスト」と呼ぶものとする。図３に模式的に示すように、高精度なＸ線ＣＴ装置を試験するために使用する評価用器具Ａは、従来技術では高精度なＣＭＭで校正される。一方、それほど高精度ではない普及型のＸ線ＣＴ装置用の評価用器具Ｂは、ＣＭＭ又は高精度なＸ線ＣＴ装置を使って校正される。
【0014】
Ｅテストに用いられる評価用器具として、球を空間上に配置したフォレストと呼ばれるもの（図４）や、板に多数の穴を空けたホールプレートなどがある。ホールプレートはＸ線が材質を多く通過するので、その点においてはＥテストの評価器としては適していないが、別の利点もあることから利用されている。
【0015】
ここでは、フォレストについて若干説明する。Ｘ線ＣＴ装置は、使用するＸ線源のエネルギーによって透過できる材質や厚さが制限されるので、一般的に広く用いられている２２５ｋＶ程度の中エネルギーＸ線では鉄の測定は難しく、測定対象物の多くはアルミニウムである。フォレストには、ベース、シャフト、及び測定対象である球が含まれる。ベースの材質としては、低膨張の金属やセラミックが使われることが多い。測定対象である球には、中エネルギーＸ線ＣＴ装置の評価用器具の場合、アルミニウムあるいはＸ線透過率がそれに近い材質（例えばルビーやセラミック）が使われる。
【0016】
図４から分かるように、真ん中の一番高い球を除いて測定中に球を透過するＸ線は必然的にシャフトも透過する。Ｅテストの目的を考えた場合、シャフトにはできるだけＸ線が容易に透過する、例えば樹脂などが適している。しかしながら、そのような材質は機械的強度に欠けるため、やむを得ずセラミックや炭素繊維が用いられている。従って、球の材質とシャフトの材質のＸ線透過率がほぼ同じとなる。結果として、材料の影響を排除したいＥテストの結果が影響を受けることになり、少しでも小さい測定誤差を表記したいＸ線ＣＴ装置のメーカとしては、好ましくない。
【0017】
なお、フォレストではない評価用器具としては、円柱状の樹脂に測定対象である複数の球を埋め込んだもの、円柱状の樹脂の側面に測定対象の複数の球が半分だけ埋め込まれたものなどが存在している。円柱状の樹脂の側面に複数の球が半分だけ埋め込まれた評価用器具であればＣＭＭによって球の位置を測定できるので校正が可能となるが、球は側面上でないと配置できず、円柱の内部の評価はできない。一方、円柱状の樹脂に測定対象である複数の球を埋め込んだ評価用器具の場合、ＣＭＭでは球の位置を測定できず校正が不可能であり、そのために別の手法を導入しなければならない。一方、球の配置には自由度がある。
【0018】
これまでの技術では、工業用のＸ線ＣＴ装置のための評価用器具が備えるべき要件の整理ができておらず、高精度なＸ線ＣＴ装置に好ましい評価用器具が示されていない。また、普及型のＸ線ＣＴでも同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【文献】国際公開２０１８／１９３８００号公報
【文献】特開２０１２－１８９５１７号公報
【文献】特開２０１４－１９０９３３号公報
【文献】特開２０１８－１７９９８３号公報
【非特許文献】
【0020】
【文献】相澤淳平、「Ｘ線ＸＴ装置による寸法測定の誤差評価」，長野県工技センター研報、No.7, p.M39-M41(2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
従って、本発明の目的は、一側面として、校正及び試験に適した、Ｘ線ＣＴ装置の新たな評価用器具を提供することである。
【0022】
また、本発明の別の目的は、一側面として、試験に適した、Ｘ線ＣＴ装置の新たな評価用器具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0023】
本発明の第１の態様に係るＸ線ＣＴ装置の評価用器具は、少なくとも隣接する２つの側面が平面である外形を有する第１の状態と円柱状の第２の状態とを実現可能である、Ｘ線ＣＴ装置の評価用器具であって、内部に複数の球を含む。そして、第１の状態で、複数の球が、２つの側面の各々から、互いに重なることなく光学的に観測可能であり、且つ、第２の状態で、円柱の長軸を中心として回転させた場合、いずれの回転角度においても、円柱に対して所定位置のＸ線源から放出されるいずれのＸ線も、２以上の球を通過することなく円柱を通過するように、複数の球が配置されているものである。
【0024】
本発明の第２の態様に係るＸ線ＣＴ装置の評価用器具は、Ｘ線ＣＴ装置の円柱状の評価器具であって、内部に複数の球を含む。そして、円柱の長軸を中心として回転させた場合、いずれの回転角度においても、円柱に対して所定位置のＸ線源から放出されるいずれのＸ線も、２以上の球を通過することなく評価用器具を通過するように、複数の球が配置されているものである。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
［本発明の実施の形態に係る基本的な考え方］
ここでは、評価用器具Ａのように、校正及び試験（特にＥテスト）に用いることができる評価用器具の好ましい条件について整理する。
ここでは、評価用器具Ａのように、校正及び試験（特にＥテスト）に用いることができる評価用器具の好ましい条件について整理する。
【0027】
１．評価用器具の内部に、当該評価用器具のＸ線透過率とは異なるＸ線透過率の複数個の球を埋め込んだもの
フォレストのようなシャフトで球を支持するような態様ではシャフトの影響が出てしまうので、複数の球が何の支えもなく浮いていることが好ましい。これを実現するためには、条件１が考えられる。
フォレストのようなシャフトで球を支持するような態様ではシャフトの影響が出てしまうので、複数の球が何の支えもなく浮いていることが好ましい。これを実現するためには、条件１が考えられる。
【0028】
また、Ｘ線ＣＴで感度を持つのは、材質のＸ線透過率である。例えば、ルビーの球と空気ではＸ線透過率が大きく異なるため、球を球として捉えることができる。一方、樹脂に球が封入されている場合、すなわち球の外装体として樹脂が用いられる場合、空気中に浮いているのと比べてＸ線透過率の差は小さくなるが、ルビーの球と樹脂のＸ線透過率はかなり異なるため、球を正しく捉えることが可能である。ここで球及び外装体の材質としては、球とその外装体のＸ線透過率が異なっていればよく、相対的に球のＸ線透過率が高いものでも低いものでもよい。
【0029】
２．球の外装体の形状が円柱状であること
試験を行う際には、Ｘ線ＣＴでは評価用器具を一回転させて測定する。何らかの材質からなる円柱を、その長軸を中心として回転させると、一周する間に透過像は全く変化しない。上でも述べたように、測定したいもの以外のものをＸ線が通過しないのが望ましいが、円柱に関してはＸ線が通過するものの通過長さが変化しないので外装体はないのと同じである。よって、この条件２が考えられる。
試験を行う際には、Ｘ線ＣＴでは評価用器具を一回転させて測定する。何らかの材質からなる円柱を、その長軸を中心として回転させると、一周する間に透過像は全く変化しない。上でも述べたように、測定したいもの以外のものをＸ線が通過しないのが望ましいが、円柱に関してはＸ線が通過するものの通過長さが変化しないので外装体はないのと同じである。よって、この条件２が考えられる。
【0030】
３．Ｘ線ＣＴ装置の試料台に載せて回転させた場合に、いずれの回転角度においても、所定の位置のＸ線源から放出されるいずれのＸ線も、２以上の球を通過することなく円柱を通過すること
試験を行うために評価用器具を回転させてＸ線で測定する時に、ある球を透過したＸ線が他の球も透過することになると、結果として透過率が変化するため、好ましくない透過像を検出器で得ることになってしまう。すなわち、球を透過したＸ線が外装体以外の別の材質を透過する事態は避けることが好ましい。別の材質には別の球も含まれる。
試験を行うために評価用器具を回転させてＸ線で測定する時に、ある球を透過したＸ線が他の球も透過することになると、結果として透過率が変化するため、好ましくない透過像を検出器で得ることになってしまう。すなわち、球を透過したＸ線が外装体以外の別の材質を透過する事態は避けることが好ましい。別の材質には別の球も含まれる。
【0031】
４．光学的に校正が可能であること
球の外装体が透明で円柱状である場合、図５に示すように、外部から光学的に観測すると、球が歪んだように見える。これは円柱の表面で光線が屈折するためであり、中に入っている球が真球であってもこのように見えてしまう。外装体内部に球を埋め込む場合、ＣＭＭでは球の位置の校正は困難であり、光学的に校正することになるが、円柱状のままでは無理である。
球の外装体が透明で円柱状である場合、図５に示すように、外部から光学的に観測すると、球が歪んだように見える。これは円柱の表面で光線が屈折するためであり、中に入っている球が真球であってもこのように見えてしまう。外装体内部に球を埋め込む場合、ＣＭＭでは球の位置の校正は困難であり、光学的に校正することになるが、円柱状のままでは無理である。
【0032】
球が歪んだまま観測されないようにするためには側面を平面とすることが好ましいが、Ｘ線での測定時には円柱であることが好ましいので、条件３及び４を満たすためには特別な構成を採用することになる。この点については、具体的な実施の形態で説明する。
【0033】
５．異なる２方向のいずれの方向からでも、複数の球のいずれもが互いに重なることなく光学的に観測可能であること
歪みがなく観測できたとしても、重なってしまうと観測できず、観測できなければ校正できなくなるためである。なお、２方向は、直交していなくても良いが、それらの角度は既知であるものとする。
歪みがなく観測できたとしても、重なってしまうと観測できず、観測できなければ校正できなくなるためである。なお、２方向は、直交していなくても良いが、それらの角度は既知であるものとする。
【0034】
以下では、このような条件を満たすような具体的な構成を有する評価用器具について詳細に説明する。
【0035】
［実施の形態１］
本実施の形態における評価用器具は、図５に示したような円柱状の第１の器具と、図６に示したような第２の器具とを含む。第１の器具は、Ｘ線ＣＴ装置での試験に用いられ、内部の複数の球の配置については、以下に述べる。一方、第２の器具は、図６の例ではほぼ直方体で、第１の器具を上面から収容可能な穴を有している。但し、少なくとも２側面が平面であればよく必ずしも直方体でなくても良い。また、第２の器具は、第１の器具と同一の屈折率を有する素材（例えば樹脂）であることが好ましい。
本実施の形態における評価用器具は、図５に示したような円柱状の第１の器具と、図６に示したような第２の器具とを含む。第１の器具は、Ｘ線ＣＴ装置での試験に用いられ、内部の複数の球の配置については、以下に述べる。一方、第２の器具は、図６の例ではほぼ直方体で、第１の器具を上面から収容可能な穴を有している。但し、少なくとも２側面が平面であればよく必ずしも直方体でなくても良い。また、第２の器具は、第１の器具と同一の屈折率を有する素材（例えば樹脂）であることが好ましい。
【0036】
第２の器具は、図７Ａに示すように、その穴に第１の器具を収納して、少なくとも２つの側面から、球が歪まない状態で光学的に観測できるようにするための器具である。図７Ａでも球は歪んで見えていない。このため、第１の器具と第２の器具とは、光学的に一体となることが好ましい。また、円柱状の第１の器具が、第２の器具の穴の中で動くことは好ましくない。そのため、第２の器具の穴の内側面と、第１の器具の外側面とが接するような形態であってもよい。また、例えば取り扱いを容易にするため、第２の器具の穴の内側面と、第１の器具の外側面とに隙間を設ける場合には、図７Ｂに示すように、マーカ（図７Ｂでは黒三角形）などで位置合わせを行い、隙間に第１及び第２の器具と同じ屈折率のマッチングオイルを注入することで、第１の器具及び第２の器具の光学的な一体化を図ることが好ましい。
【0037】
【0038】
図８は、円柱状の第１の器具の中心軸（円柱の長軸。ここではＺ軸とする）上に球を配置した状態を示したものである。球によって作られるＸ線の影のいずれにも、他の球は配置されていない。また、いずれの回転角においても重ならずに光学的に観測可能である。しかしながら、Ｘ線ＣＴ装置の評価用器具として、測定領域内において球を可能な限り三次元的に分散配置したいという別の要求があり、図８に示す球の配置はＸ線ＣＴ装置の評価用器具としてはあまり適切ではない。
【0039】
また、少なくとも２個の球があれば、その間隔を測定して校正値と比較することにより上記Ｅテストを実施可能であるが、Ｘ線ＣＴ装置の三次元的な計測性能をより詳細に調べるためには２個では不十分である。例として、審議中の規格ではあるがISO/2CD 10360-11では、少なくとも８個とされている。
【0040】
そこで、８個の球を一個ずつ順に配置する場合の手順について説明する。円柱形の第１の器具の上下半分のそれぞれに４個配置すると仮定して、ここでは上半分の配置についてのみ説明する。
【0041】
図９に示すように、１番目の球を、上下の中間面１０１の直上、且つＺ軸上に配置する。２番目、３番目、４番目の球は、点線で示したＸＹ平面内で１２０度位相がずれたところに設置するものとする。
【0042】
図９の状態を横から見た図が図１０である。図１０において、球に接するＸ線は実線で示されている。球より右側にはＸ線による影ができる。この影の領域に２番目以降の球を配置できない。この球はＺ軸上に配置されているので、評価用器具を回転させたとき、同じ形状の影が３６０度にわたってできる。従って、図１０において、Ｘ線が円柱状の第１の器具から出射する高さである点線より下の領域には、２番目以降の球を設置できない。厳密には影がつくる軌跡は、高さの低い円柱形ではなく、上面の中央がへこんだような形状であり、へこんだ箇所には２番目以降の球を設置することは可能であるが、ここでは簡略化するため影の領域は円柱形であるものとする。
【0043】
２番目の球は、１番目の球が作る影の領域の直上に設置する。図１１に、２番目の球を配置した状態の側面図を示し、図１２に斜視図を示す。２番目の球は、１番目の球による影の領域１０２の上面１０３に載っている。２番目の球はＺ軸から離れた位置に配置する。離す距離も任意ではあるが、より広い測定領域を試験するという趣旨からすると、できるだけ離すことが望ましいことになる。配置位置のＺ軸に対する方位角は任意であるが、例えば以下の説明のため２番目の球を配置した方位を０°とする。また、この方位をＸ軸方向とする。
【0044】
図１３に、２番目の球によるＸ線の影の領域を示す。評価用器具が回転すると影の大きさは変化するが、最大の影ができるのは球がＸ線源に最も近づいたときであるので、図１３の状態で影が最大の状態となる。すなわち、点線以下の領域内には３番目以降の球を配置できない。
【0045】
図１４は、Ｘ線による１番目及び２番目の球の影の領域１０４を示しており、この領域１０４の上面１０５に３番目の球を配置する。また、図１５に示すように、ＸＹ平面内で、２番目の球から１２０度ずれた位置に配置する。なお、Ｚ軸からの距離は、ここでは２番目の球のＺ軸からの距離と同じとする。
【0046】
図１６に、３番目の球によるＸ線の影の領域を示す。第１の器具が回転すると影の大きさは変化するが、最大の影ができるのは球がＸ線源に最も近づいたときであるので、図１６の状態で影が最大の状態となる。すなわち、点線以下の領域内には４番目の球を配置できない。
【0047】
図１７は、Ｘ線による１番目乃至３番目の球の影の領域１０６を示しており、この領域１０６の上面１０７に４番目の球を配置する。また、図１８に示すように、ＸＹ平面内で、３番目の球から１２０度ずれた位置に配置する。なお、Ｚ軸からの距離は、ここでは２番目の球のＺ軸からの距離と同じとする。
【0048】
図１８からも分かるように、円柱状の第１の器具内において、４つの球は三次元的に分散配置されていることが分かる。また、図１８のような配置であれば、Ｚ軸を回転軸として回転させたとしても、全ての球のＺ座標値が異なっているので、いずれの回転角度でも全ての球を光学的に観測することができる。すなわち、条件３及び５は満たされている。
【0049】
また、図９乃至図１８で示した手順からすれば、円柱の中央部分から順に、円柱の側面ぎりぎり且つＸ線源側に球を配置した場合に生ずる影の第１の領域、影の第１の領域の上（又は下）であって円柱の側面ぎりぎり且つＸ線源側に球を配置した場合に生ずる影の第２の領域、影の第３の領域の上（又は下）であって円柱の側面ぎりぎり且つＸ線源側に球を配置した場合に生ずる影の第４の領域、といったように影の領域を作成すれば、影の領域毎に球配置面におけるＸＹ平面内ではどの位置にも球を配置することが可能である。分散配置ということであれば、Ｚ軸からの距離をランダムに変化させてもよい。
【0050】
なお、一般的に、球の可能な配置位置は、評価用器具の大きさ、球の大きさ、Ｘ線源と評価用器具の距離によって制限される。評価用器具の設計に当たっては、Ｘ線源と評価用器具の距離を予め決めなければならない。また配置可能な球の数も制限を受ける。例えば評価用器具のサイズが決まっていて、多くの球を配置したい場合には、小さい球を使わざるを得ない。
【0051】
少しでも大きな球、あるいは少しでも多くの球を配置したい場合、評価用器具の大きさと、評価用器具とＸ線源との距離とを考慮すると、配置に関する自由度が増す。上の例では、Ｘ線による球の影の領域を円柱形に近似していたが、実際はもっと複雑な形状であるので、それを利用してもよい。以下、影の領域について具体的に説明する。
【0052】
まず、図１９に示すように、円柱状の第１の器具に球が２つだけ封入された場合を考える。球のＺ座標値は同じである。すなわち、円柱の長軸に直交する平面であって当該円柱の上面に近い平面に２つの球が配置されている。但し、球の数「２」は一例である。図２０は、図１９の上面図であり、Ｘ線がこの図に示すような方向から照射された場合、それぞれの球の影にもう一方の球が入ることはない。一方、第１の器具を９０度回転させた図２１の場合、左側の球によってできたＸ線の影に右の球が入るため、この２つの球の配置は好ましくないように見える。しかしながら、図２２に示すように、Ｘ線源と検出器を結ぶ線から離れた位置に球を配置した場合、評価用器具の大きさ、球の大きさ、そしてＸ線源と評価用器具との位置関係によっては、Ｚ軸上の同じ高さに２つの球を配置しても、一方の球の影に他方の球が入ることはないということがあり得る。なお、これらの２つの球以外の球については、例えば円柱の下半分の領域に例えば上記方法で配置すれば良い。
【0053】
この状況を模式的に示したものが図２３であり、斜線部はＸ線による球の影を示している。Ｘ線ＣＴ装置のステージ上で第１の器具を回転させた場合、影は三次元的な軌跡を描くが、図が非常に複雑になるため、ここでは横方向から観測した場合を示している。１番目の球を配置し、次に２番目の球の配置を考える場合、この影以外の領域に２番目の球を配置する。また、２番目の球によってできる影の中に１番目の球が入ってもいけない。但し、影同士は重なってもよい。
【0054】
この状態を二次元的に示したものが図２４である。このように球を配置する度にそれによって作られる影を描き、その次の球は既に設置された全ての球によって作られる影のいずれにも触れない位置に設置することを繰り返すことにより、条件３を満たすことができるようになり、より多くの球を配置することが可能である。なお、条件５を満たすか否かは別である。
【0055】
なお、図２４では平面で説明したが、実際には三次元で検討する。１つの球が作る影の三次元的な軌跡がどのようなものかを図２５乃至図２７を用いて説明する。図２５に示すように、円柱に球が１つだけ封入され、回転ステージがある回転位相にある場合を考える。左下方からのＸ線は、球の右上に向かって影を作る。この影の中に別の球が入ってはいけない。回転位相が変わったときの様子を図２６に示す。但し、三次元での位置関係の把握を容易にするため、図２６では回転位相はそのままで、Ｘ線の照射方向を変えて描いている。右下から来たＸ線は、球の左上方に影を作る。
【0056】
第１の器具を一回転させると、影も一回転し、その軌跡は傘を逆さまにしたような形状になる。この軌跡の中に別の球が入ってはいけない。言い換えると、二つ目の球は、図２７に示すように、この軌跡を除いた部分のどこに配置しても良い。但し、条件５を満たすか否かは別である。
【0057】
条件３については、上で述べたようにＸ線源と第１の器具との位置関係、第１の器具の大きさ、球の大きさといった要因を考慮して球の実際の配置を決定することになる。一方、条件５のみを考慮するのであれば、例えば、配置する球の個数よりも多いマス目で、観測する各面を分割し、それぞれのマス目に２以上の球が入らないように球を配置する。図２８（ａ）に示すように、球が３つの例を考えて、第１の方向と、当該第１の方向と直交する第２の方向の２方向から円柱の側面を観測するものとする。第１の方向から見た場合、図２８（ｂ）に示すように、４つのマス目のうち３つにそれぞれ１つの球が入るように配置されている。また、第２の方向から見た場合、図２８（ｃ）に示すように、４つのマス目のうち３つにそれぞれ１つの球が入るように配置されている。このような場合には、条件５を満たしている。このようなマス目を用いる方法は一例に過ぎないが、Ｚ軸方向の座標値が異なっていれば、条件５を満たすのは容易である。
【0058】
なお、校正は、図２９に示すように、第１の器具を第２の器具の上面の穴に収容した状態で、第２の器具の２つの側面Ａ及びＢからカメラ３００で内部の球を撮影することで行われる。図２９では側面Ａ正面から撮影する場面を示しているが、側面Ｂ正面から撮影する場合には、カメラ３００を移動させてもよいが、第１及び第２の器具を載せているステージを回転させても良い。側面Ａから撮影された画像及び側面Ｂから撮影された画像は、情報処理装置２００で、側面Ａ及びＢの角度と、両方向から撮影された画像とから、内部の各球の三次元座標を演算する。これによって、校正がなされることになる。演算の具体的内容は、既知であるからここでは説明を省略する。
【0059】
なお、球の材質は、ルビー、セラミック、ガラスなどが好ましい。球の外装体（すなわち球以外の第１の器具及び第２の器具）の材質は、エポキシ樹脂等が好ましい。但し、これらの材質は一例に過ぎず、球についてはその外装体とのＸ透過率の差が大きく高精度な形状が得られるものであれば良い。また、第１の器具及び第２の器具の形成のしやすさから、他の樹脂などを採用しても良い。
【0060】
［実施の形態２］
第１の実施の形態では、ベースとなる第１の器具の形状が円柱状で、校正する場合に第１の器具と第２の器具とを組み合わせて直方体状に変形させていたが、本実施の形態では、ベースとなる第１の器具の形状が直方体状で、試験する場合に補助部材である第２の器具を用いて円柱状に変形させるものである。
第１の実施の形態では、ベースとなる第１の器具の形状が円柱状で、校正する場合に第１の器具と第２の器具とを組み合わせて直方体状に変形させていたが、本実施の形態では、ベースとなる第１の器具の形状が直方体状で、試験する場合に補助部材である第２の器具を用いて円柱状に変形させるものである。
【0061】
具体的には、図３０（ａ）に、ベースとなる第１の器具を示す。本実施の形態では、縦長の直方体であり、内部に条件３及び５を満たすように配置された複数の球が含まれる。この状態で、隣接する２側面から光学的に観測して球の位置を測定することで校正を行う。一方、図３０（ｂ）に、補助部材である第２の器具の例を示す。第２の器具は、第１の器具を包含する最小の円柱と第１の器具との差分である４つの部材に分かれている。そして、図３０（ｃ）に示すように、試験時には第２の器具それぞれを第１の器具のいずれかの側面に貼り付けることで円柱を形成するようになっている。本実施の形態における第１の器具と第２の器具とはＸ線透過率が同一または無視できる程度の差であればよく、第２の器具は透明でなくても良い。
【0062】
このように第１の器具及び第２の器具を導入することで、条件１乃至５を満たして校正及び試験を適切に行うことができるようになる。
【0063】
なお、隣り合う２側面から内部の球を光学的に観測できれば良いので、その観点から変形が可能である。すなわち、図３１（ａ）に示すように、第１の器具は、隣接する２側面のみ平面であり、残余の側面が円柱側面の一部となっている立体で、内部に条件３及び５を満たすように配置された複数の球が含まれる。この状態で、平面である２側面から光学的に観測することで校正を行う。一方、図３１（ｂ）に示すように、補助部材である第２の器具の例を示す。第２の器具は、第１の器具を包含する最小の円柱と第１の器具との差分である２つの部材に分かれている。そして、図３１（ｃ）に示すように、試験時には第２の器具それぞれを第１の器具の２つの側面のいずれかに貼り付けることで円柱を形成するようになっている。このような評価用器具でも、第１の実施の形態と同様に、校正及び試験に用いることができる。
【0064】
［製造方法について］
複数の球を内包する第１の器具については、例えば硬化した場合に透明になる樹脂で形成する。例えば、図３２（ａ）に示すように、型枠に１番目の球を配置すべき高さまで樹脂を流し込む。そして、樹脂が固まった後、樹脂の表面（斜線の面）上に１番目の球を配置する。その後、図３２（ｂ）に示すように、型枠に２番目の球を配置すべき高さまでさらに樹脂を流し込み、樹脂が固まった後、樹脂の表面（斜線の面）上に２番目の球を配置する。さらに、図３２（ｃ）に示すように、型枠に３番目の球を配置すべき高さまでさらに樹脂を流し込み、樹脂が固まった後に、樹脂の表面（斜線の面）上に３番目の球を配置する。その後は同様で、３つしか球を配置しない場合には、所定の高さ（例えば型枠の上縁）まで樹脂を流し込んで固まるようにする。これで第１の実施の形態における第１の器具が形成される。なお、第２の実施の形態における第１の器具については、図３２（ａ）乃至（ｃ）で示したような手順で作成された円柱から直方体を切り出すようにしても良い。この際、直方体以外の部分には球が含まれないようにする。
複数の球を内包する第１の器具については、例えば硬化した場合に透明になる樹脂で形成する。例えば、図３２（ａ）に示すように、型枠に１番目の球を配置すべき高さまで樹脂を流し込む。そして、樹脂が固まった後、樹脂の表面（斜線の面）上に１番目の球を配置する。その後、図３２（ｂ）に示すように、型枠に２番目の球を配置すべき高さまでさらに樹脂を流し込み、樹脂が固まった後、樹脂の表面（斜線の面）上に２番目の球を配置する。さらに、図３２（ｃ）に示すように、型枠に３番目の球を配置すべき高さまでさらに樹脂を流し込み、樹脂が固まった後に、樹脂の表面（斜線の面）上に３番目の球を配置する。その後は同様で、３つしか球を配置しない場合には、所定の高さ（例えば型枠の上縁）まで樹脂を流し込んで固まるようにする。これで第１の実施の形態における第１の器具が形成される。なお、第２の実施の形態における第１の器具については、図３２（ａ）乃至（ｃ）で示したような手順で作成された円柱から直方体を切り出すようにしても良い。この際、直方体以外の部分には球が含まれないようにする。
【0065】
このような方法では、樹脂の硬化に時間がかかるため製造に時間がかかるという問題がある。また、何度も樹脂を型枠に流し込むが、樹脂は通常２種類の液体を混合して作るため、何度も混合を行うことになり、混合の都度微妙に樹脂の組成が異なってしまい、結果として屈折率が一定にならず、樹脂の層が現れてしまうという問題もある。
【0066】
そこで、型枠内で球を所望の三次元位置に配置した上で、樹脂を一気に流し込む方法も考えられる。球を所望の三次元位置に配置するには、上部からつるすか、下から支柱で支える方法が考えられる。例えば、図３３（ａ）に示すように、土台上に、先端に球を所望の三次元位置に支持するための支柱を設置し、図３３（ｂ）に示すように、支柱の先端に球を置いた上で型枠をかぶせ、図３３（ｃ）に示すように、樹脂を一気に流し込む。このようにすれば、樹脂の層が現れることはなくなる。
【0067】
一方で、支柱を別途用意することになるので、その点が問題となる。支柱を樹脂と同じ材質にすれば、屈折率もＸ線透過率も同じであるが、実際は全く同一にはならない。Ｘ線透過率の差については無視できる程度であると考えられるが、屈折率の差により、支柱によって球が観測できないという問題が生じ得る。
【0068】
例えば、第１の方向から円柱状の第１の器具を観測した場合、図３４に示すような状態である場合を考える。この例では、３番目の球と４番目の球は、Ｚ軸に平行な直線上に並んでしまっている。しかしながら、３番目の球が、４番目の球のための支柱より手前にあるので、３番目の球は支柱に遮られることなく観測できている。
【0069】
一方、第２の方向から円柱状の第１の器具を観測した場合、図３５に示すような状態である場合がある。すなわち、１番目の球と２番目の球は、Ｚ軸に平行な直線上に並んでしまっており、２番目の球のための支柱が１番目の球より手前にあるので、１番目の球が支柱で遮られて観測できなくなっている。このような状態は好ましくない。
【0070】
よって、条件５には、支柱で球を支持するようにして球を配置する場合には、以下のような条件６が加えられる。
６．異なる２方向のいずれの方向からでも、複数の球のいずれもが、いずれの支柱にも遮られることなく光学的に観測可能であること
すなわち、図３６に示すように、１番目の球と２番目の球は、Ｚ軸に平行な直線上に並んでしまっているが、１番目の球は、２番目の球を支持する支柱より手前にあるので、全ての球を観測可能になっている。なお、支柱同士が重なっていてもそれは問題は無い。
６．異なる２方向のいずれの方向からでも、複数の球のいずれもが、いずれの支柱にも遮られることなく光学的に観測可能であること
すなわち、図３６に示すように、１番目の球と２番目の球は、Ｚ軸に平行な直線上に並んでしまっているが、１番目の球は、２番目の球を支持する支柱より手前にあるので、全ての球を観測可能になっている。なお、支柱同士が重なっていてもそれは問題は無い。
【0071】
条件６を満たすのであれば、樹脂の材質と支柱の材質とは異なっていても良い。但し、樹脂のＸ線透過率と支柱のＸ線透過率とが同一または無視できる程度の差でなければ、試験時に影響がある。すなわち、支柱を用いる場合には、支柱と樹脂のＸ線透過率が同一または無視できる程度の差であることも条件となる。
【0072】
［実施の形態１及び２の変形例］
第１の実施の形態において、第１の器具を上面の穴から収容できる直方体の第２の器具の２側面を、校正時にそのまま使用できるが、それらの面は必ずしも完全な平面ではない。平面からのずれは球の位置の校正に誤差を与える。そこで、図３７の上面図に示すように、測定に用いる２側面に、光学平面ガラスを近接させ、両者の隙間に、第１の器具及び第２の器具の素材（例えば樹脂）と同じ屈折率のマッチングオイルで満たす。そうすると、両者は光学的には一体となり、その観測面は平面度のよいガラスの表面となるので、より正確な校正を行うことができるようになる。
第１の実施の形態において、第１の器具を上面の穴から収容できる直方体の第２の器具の２側面を、校正時にそのまま使用できるが、それらの面は必ずしも完全な平面ではない。平面からのずれは球の位置の校正に誤差を与える。そこで、図３７の上面図に示すように、測定に用いる２側面に、光学平面ガラスを近接させ、両者の隙間に、第１の器具及び第２の器具の素材（例えば樹脂）と同じ屈折率のマッチングオイルで満たす。そうすると、両者は光学的には一体となり、その観測面は平面度のよいガラスの表面となるので、より正確な校正を行うことができるようになる。
【0073】
なお、第２の器具については校正時に用いる物であるから、図３８の上面図に示すように、第２の器具の２側面に光学平面ガラスを密着させて、それらを一体化させても良い。
【0074】
さらに、第２の実施の形態においても、直方体である第１の器具の隣接する２側面についても、校正時にそのまま使用できるが、それらの面は必ずしも完全な平面ではない。平面からのずれは球の位置の校正に誤差を与える。そこで、図３９の上面図に示すように、測定に用いる２側面に、光学平面ガラスを近接させ、両者の隙間に、第１の器具の素材（例えば樹脂）と同じ屈折率のマッチングオイルで満たす。そうすると、両者は光学的には一体となり、その観測面は平面度のよいガラスの表面となるので、より正確な校正を行うことができるようになる。
【0075】
［その他］
上では、校正及び試験に用いることができるＸ線ＣＴ装置の評価用器具を説明したが、例えば高精度のＸ線ＣＴ装置で校正した上で、普及型のＸ線ＣＴ装置で試験する場合には、試験のみであるから、校正についての条件は満たさなくても良い。すなわち、条件４及び５については満たさなくても良くなる。
上では、校正及び試験に用いることができるＸ線ＣＴ装置の評価用器具を説明したが、例えば高精度のＸ線ＣＴ装置で校正した上で、普及型のＸ線ＣＴ装置で試験する場合には、試験のみであるから、校正についての条件は満たさなくても良い。すなわち、条件４及び５については満たさなくても良くなる。
【0076】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上で述べた条件を満たすような第１及び第２の器具の他の形状を採用しても良い。
【0077】
特に、球の配置については、本願において図示した以外にも様々なパターンを採用可能である。特に、規則的に並べるのであれば、らせん曲線上に載せるような形態も考えられる。例えば、中央から徐々に回転半径が広がり且つ高さ方向（Ｚ軸方向）の増分が徐々に大きくなるようならせん曲線であれば、比較的容易に上で述べた条件３及び５を満たす配置が実現される。
【0078】
また、支柱を用いて球を配置する場合、一部の球についてのみ支柱で支持するようにしても良い。さらに、製造方法には、３Ｄプリンタを用いるようにしても良い。このようにすれば、球を配置する毎に樹脂を固めることなく、また、支柱を用いることなく製造することができるようになる。なお、８個の球を配置する例を述べているが、球の個数は３個以上であれば良い。
【0079】
以上述べた実施の形態をまとめると以下のようになる。
【0080】
本実施の形態の第１の態様に係るＸ線ＣＴ装置の評価用器具は、少なくとも隣接する２つの側面が平面である外形を有する第１の状態と円柱状の第２の状態とを実現可能である、Ｘ線ＣＴ装置の評価用器具であって、内部に複数の球を含む。そして、第１の状態で、複数の球が、２つの側面の各々から、互いに重なることなく光学的に観測可能であり、且つ、第２の状態で、円柱の長軸を中心として回転させた場合、いずれの回転角度においても、円柱に対して所定位置のＸ線源から放出されるいずれのＸ線も、２以上の球を通過することなく円柱を通過するように、複数の球が配置されている。
【0081】
このように複数の球を内包するような態様の評価用器具は、上で述べたような２つの状態を実現し且つ上で述べたような複数の球の配置を行うことで、校正及び試験の両方に用いることができるようになる。なお、複数の球の配置については、さらに器具内において分散配置を行うことが好ましく、１直線上に配置するのは避けた方が好ましい。また、２つの側面は垂直に接することが好ましい。
【0082】
なお、上記評価用器具は、上記複数の球を含む、円柱状の第１の器具と、第１の器具を収容可能で、少なくとも隣接する２つの側面が平面である第２の器具とを有するようにしても良い。例えば、第１の実施の形態のような態様である。
【0083】
さらに、上記第２の器具の少なくとも隣接する２つの側面に、透明な平板が付加されている場合もある。第２の器具の側面の平面性を改善するために、例えばガラス板を密着させるか、マッチングオイルを挟んで付加する。
【0084】
また、上記評価用器具は、複数の球を含み、少なくとも隣接する２つの側面が平面である第１の器具と、第１の器具の上記少なくとも隣接する２つの側面に貼り付けることで第１の器具の外形を円柱状にする第２の器具とを有するようにしても良い。例えば、第２の実施の形態のような態様である。
【0085】
このような態様においても、上記少なくとも隣接する２つの側面に透明な平板が付加されている場合もある。第１の器具の側面の平面性を改善するためである。
【0086】
また、複数の球の少なくともいずれかが支柱に支持されている場合には、上記２つの側面の各々からも、さらに複数の球のいずれもが支柱に遮ることなく光学的に観測可能であるように、複数の球が配置されるようにする。これによって、支柱を用いている場合でも校正を適切に行うことができるようになる。なお、支柱は、評価用器具のＸ線透過率と実質的に同じＸ線透過率を有する材質であることが好ましい。実質的に同じＸ線透過率又は同じＸ線透過率というのは、透過像において差が識別できない程度であれば該当するものとする。
【0087】
本実施の形態の第２の態様に係るＸ線ＣＴ装置の評価用器具は、Ｘ線ＣＴ装置の円柱状の評価器具であって、内部に複数の球を含む。そして、円柱の長軸を中心として回転させた場合、いずれの回転角度においても、円柱に対して所定位置のＸ線源から放出されるいずれのＸ線も、２以上の球を通過することなく評価用器具を通過するように、複数の球が配置されているものである。普及型のＸ線ＣＴ装置の試験に用いることができる。
【0088】
なお、第１の態様に係る円柱状の第１の器具を、第２の器具の収容部に位置を合わせて収容させて、上記２つの側面の各々から複数の球を観測して、観測結果から複数の球の各々の位置を決定するようにしても良い。この場合、収容部と評価用器具との隙間にマッチングオイルを注入しても良い。さらに、上記２つの側面の各々に透明な平板を付加するか又は上記２つの側面の各々にマッチングオイルを挟んで透明な平板を付加した後に、複数の球を観測するようにしても良い。
【0089】
また、第１又は第２の態様に係るＸ線ＣＴ装置の評価用器具において、円柱の長軸に直交する平面であって当該円柱の上半分又は下半分の領域に含まれる平面に複数の球のうちの２以上の球が配置され、複数の球のうち上記２以上の球以外の球を、円柱内において上記領域外の領域に配置するようにしても良い。このように簡易な方法にて複数の球を配置しても有効である。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】