Ｘ線ラインセンサおよびそれを用いたＸ線検査装置
【課題】連続的に流れてくるシート等の被検査物の内部検査を行うことができ、しかも、搬送中にシートが上下しても、あるいはＸ線透過方向への厚みが大きな被検査物でも、解像度が低下することがなく、高い感度でのＸ線検出が可能で、更には装置の取扱いが容易で安定した運用を実現できるＸ線ラインセンサを提供する。
【解決手段】Ｘ線の入射により蛍光を発生する材料からなる光変換部材２と、各一端部がそれぞれ光変換部材２に臨むように直線状に配列され、他端部は２次元状に束ねられた光ファイバ束３と、その光ファイバ束の他端部からの出射光を増強する光増強手段４と、その光増強手段４からの出射光を撮像する撮像手段６を備えた構成とすることで、単純に１ライン状に光ファイバを並べても光増強手段４の作用によって十分な光量を得ることを可能とし、撮像感度を高いものとする。
【解決手段】Ｘ線の入射により蛍光を発生する材料からなる光変換部材２と、各一端部がそれぞれ光変換部材２に臨むように直線状に配列され、他端部は２次元状に束ねられた光ファイバ束３と、その光ファイバ束の他端部からの出射光を増強する光増強手段４と、その光増強手段４からの出射光を撮像する撮像手段６を備えた構成とすることで、単純に１ライン状に光ファイバを並べても光増強手段４の作用によって十分な光量を得ることを可能とし、撮像感度を高いものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線ラインセンサと、そのＸ線ラインセンサを用いたＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の内部に異物や欠陥が存在するか否かを非破壊のもとに検査する装置として、従来、検査対象物品をコンベア等によって搬送するとともに、その搬送路を挟むようにＸ線発生装置とＸ線ラインセンサを対向配置したものが知られている。Ｘ線発生装置からのＸ線は、通常、スリット等を介在させることによってファンビーム状とされる。
【０００３】
このようなＸ線検査装置は、食品などに含まれる異物の有無を検査することに多用されている（例えば特許文献１参照）。このような食品用のＸ線検査装置は、例えば図９に模式的に示すように、上下方向にＸ線発生装置３０１とＸ線ラインセンサ３０２を対向配置するとともに、これらの間に被検査物Ｗを通過させるためにベルトコンベア３０３などの搬送装置を設けた構造が採用され、Ｘ線発生装置３０１とＸ線ラインセンサ３０２の間を被検査物Ｗが通過することにより、そのＸ線像が得られるようになっている。Ｘ線発生装置３０１とＸ線ラインセンサ３０２はＸ線防護箱３０４内に収容され、このＸ線防護箱３０４には、その内部に被検査物Ｗを搬入するための搬入口３０４ａと、当該Ｘ線防護箱３０４から被検査物Ｗを搬出するための搬出口３０４ｂが設けられており、これらの搬入口３０４ａおよび搬出口３０４ｂには、それぞれＸ線の外部への漏洩を防止するためのノレン（例えば鉛ノレン）３０５ａ，３０５ｂがそれぞれ設けられる。
【０００４】
また、この種のＸ線検査装置は、例えばシートの生産工程のように、連続して被検査物が流れてくる場合にその被検査物の欠陥等の有無を検査する検査工程にも適用される場合が多い。
【０００５】
例えばリチウム電池の内部に使用されるシートの内部欠陥はその安全性を確保するためには１０μｍ以下の欠陥を検知する必要があり、高解像度で撮影できるＸ線ラインセンサが必要となる。
【０００６】
Ｘ線ラインセンサを用いて高解像度で撮像する場合には、高速スキャンが必要なことに加えて画素サイズが小さくなることから、十分な感度を得にくい。例えば１０ｍ／分で被検査物が搬送されてくる場合、２０μｍの解像度で撮像しようとすれば、１２０μｓの露光時間しか許容されない。ちなみに、一般の２次元カメラ（光学カメラ）は３３ｍｓ程度の露光時間であることを考えると、上記の用途でのＸ線ラインセンサの露光時間はその１／３３０程度となり、この種の用途でのＸ線ラインセンサでは画素が小さいことと相まって、感度が低くなることは理解できる。
【０００７】
このようなＸ線ラインセンサの感度を向上させるために、従来、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方式と称されるＸ線ラインセンサが用いられる場合がある（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
ＴＤＩ方式によるＸ線ラインセンサは、１ラインのみで露光するのではなく、副走査方向、つまり、ラインセンサのラインの伸びる方向と直交する方向、に画素を並べ（実用に供されているものでは２００画素程度）、被検査物がラインセンサ上を移動する速度と同期してその移動方向、従ってラインセンサのラインの伸びる方向と直交する方向、にスキャンしながら画素の電荷を下流の画素に転送していくことで、１画素で得られる電荷を２００倍程度にし、見かけ上の感度を向上させるようなものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３９４４２号公報
【特許文献２】特開２００９−８５８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前記したＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサは、以下に示すような問題がある。 まず、Ｘ線透過方向への厚みのある被検査物や、シートが上下するような場合に像がぼけるという問題がある。すなわち、Ｘ線焦点からのＸ線は放射線状に広がっているため、Ｘ線発生装置とＸ線ラインセンサの間で、Ｘ線焦点に近い（Ｘ線ラインセンサから遠い）部分の像は、Ｘ線焦点から遠い部分の像よりも高速に進んでいるように観測される。これは、ラインセンサの副スキャン方向へのスキャン速度は一定であり、ある一定の高さでは被検査物の移動速度と一致するが、高さが異なると、これら両速度は一致しないためである。図１０に図解して示す。図１０において、Ｐ１，Ｐ２・・はＸ線ラインセンサの副走査方向への素子の並びを表し、ＦはＸ線焦点、Ｗは被検査物であるシートを表している。図１０（Ａ）は設定された位置（高さ）をシートＷが搬送されたときの概念図で、ＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサの副走査方向へのスキャン速度とＸ線像の移動速度が同期している状態を示している。これに対し図１０（Ｂ）は、シートＷの搬送路が上にずれたときの概念図で、シートＷが上記と同一速度で搬送されても、Ｘ線ラインセンサ上に投影する血管のＸ線像の移動速度が変化してしまい、そのために、Ｘ線ラインセンサの副走査方向へのスキャン速度とＸ線像の移動速度が同期していない状態を示している。このようにシートＷが上下すると、副走査方向へのスキャン速度との同期がずれてしまい、結果として欠陥像がぼけているように撮影されてしまう。
【００１１】
また、Ｘ線ラインセンサを被検査物の移動速度と同期させて副スキャン方向にスキャンする必要があるため、検査装置に被検査物の搬送速度を検知するセンサ（エンコーダなど）を設ける必要があるとともに、同期スキャン法の構築が必要となるなど、装置が複雑となる。また、Ｘ線焦点から実際の被検査物までの距離変動を許容できないことから、Ｘ線ラインセンサを用いた安定的な運用が困難となる。
【００１２】
一方、前記した従来の食品用のＸ線検査装置においては、Ｘ線防護箱の出入口に設けられてＸ線の漏洩を防止するための鉛ノレンが必要であるが、このような鉛ノレンは、特に包装前の生の食品を検査する場合に、その食品に直接的に鉛ノレンが触れることが食品安全性の観点から問題があった。また、鉛を含有していない、例えばタングステン含有ノレンが近年採用されることもあるが、ノレン自体が汚れやすく衛生上の点で問題がある。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、連続的に流れてくるシートなどの被検査物の内部検査を行うことのできるＸ線ラインセンサであって、搬送中にシートが上下しても、あるいはＸ線透過方向への厚みが大きな被検査物でも、解像度が低下することがなく、高い感度でのＸ線検出が可能で、かつ、装置の扱いを容易にし、安定した運用を実現することのできるＸ線ラインセンサの提供と、そのＸ線ラインセンサの特徴を活かして装置の簡素化を実現し、なおかつ衛生上の問題を解決した食品用Ｘ線検査装置の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線ラインセンサは、Ｘ線の入射により蛍光を発生する材料からなる光変換部材と、各一端部がそれぞれ上記光変換部材に臨むように直線状に配列されるとともに、他端部は２次元状に束ねられた光ファイバ束と、その光ファイバ束の他端部からの出射光を増強する光増強手段と、その光増強手段からの出射光を撮像する撮像手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１５】
ここで、本発明のＸ線ラインセンサにおいては、上記光増強手段としてイメージインテンシファイアを用いた構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１６】
また、本発明のＸ線ラインセンサにおいては、上記光ファイバ束の他端部は当該光ファイバ束の一端部の順と無関係にランダムに２次元状に束ねられ、その２次元状に束ねられた各光ファイバと、上記一端側の直線状に並べられた各光ファイバとの位置関係をあらかじめ記憶する記憶手段を備えている構成（請求項３）を採用することができる。
【００１７】
一方、本発明の食品用Ｘ線検査装置は、Ｘ線防護箱内に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線ラインセンサの間で、当該Ｘ線防護箱に設けられた出口および入口を貫通するように配置された搬送手段により被検査物を搬送することにより、被検査物を透過したＸ線を上記Ｘ線ラインセンサで検出し、その検出出力を用いて被検査物のＸ線透過像を構築するとともに、そのＸ線透過像を用いた画像処理により、被検査物中の正常／異常を判定する判定手段を備えた食品用Ｘ線検査装置において、上記Ｘ線ラインセンサとして請求項１または２に記載のＸ線ラインセンサが用いられ、かつ、上記Ｘ線防護箱の出口および入口には、被検査物に触れるＸ線遮蔽手段が設けられていないことによって特徴づけられる（請求項４）。
【００１８】
本発明は、シンチレータ等の入射Ｘ線を光に変換する材料からなる光変換部材から発生した光を、光ファイバ束によって光増強手段に導き、その光増強手段により増強された光を撮像手段によって撮像することで、課題を解決しようとするものである。
【００１９】
すなわち、シンチレータ等の光変換部材にＸ線が入射することによって発生する蛍光は、一端が当該光変換部材に臨むように直線状に配列された光ファイバ束のファイバに入射して光増強手段に導かれる。光増強手段は、例えばイメージインテンシファイアによって構成され、その光増強手段からの出射光をＣＣＤ等の撮像手段で撮像する。光ファイバ束の他端部は、光増強手段に各ファイバの光を入射させるため、この光増強手段の入射面に沿うように２次元状に束ねられる。
【００２０】
光増強手段として請求項２に係る発明のようにイメージインテンシファイアを用いた場合、イメージインテンシファイアは入射光量を１０万倍程度に増幅することができ、これを用いることによって１ラインであっても十分な光量が得られ、撮像感度を高いものとすることができる。
【００２１】
そして、本発明では、シンチレータ等の光変換部材によって変換された変換光を、イメージインテンシファイア等の手段によってそのまま増幅するのではなく、一端が直線状に並べられた光ファイバ束の一端に導いた後、その光ファイバ束の他端を２次元状に束ねて光増強手段に導くので、手段として例えばイメージインテンシファイアを用いる場合に、その口径を小さくすることができる。すなわち、例えば５００ｍｍのラインセンサを構築する場合、そのラインセンサの変換光をそのまま増幅する場合には極めて大口径のイメージインテンシファイアが必要となるが、一端を５００ｍｍにわたって一列に並べた光ファイバの他端を２次元状に束ねると直径数十ｍｍ程度に纏めることができ、その光を増幅するためには小口径のイメージインテンシファイアで足りる。これにより、Ｘ線ラインセンサの小型化を実現し、取扱い性を向上させることができる。
【００２２】
一端側を一列状に並べた光ファイバ束の他端を２次元状に束ねる手法として、請求項３に係る発明のように、相互に位置の関連性を持たせず、ランダムに２次元状に束ねるとともに、各光ファイバについて、相互の位置関係を記憶しておくように構成すると、センサの組立が容易となる。なお、各光ファイバの両端部の相互の位置関係の求め方は後述する。
【００２３】
一方、本発明の食品用異物検査装置は、本発明に係るＸ線ラインセンサの特徴を活かして、装置の簡素化を図ろうとするものであり、上記したように本発明のＸ線ラインセンサは感度を非常に高くすることができるため、解像度がそれほど要求されない食品用の異物検査装置においては、Ｘ線照射量を従来に比して大幅に少なくすることができる。すなわち、装置のＸ線防護箱に設けられた被検査物の出入口に鉛ノレン等のＸ線遮蔽手段をなくしても問題のないほどにＸ線照射量を落とすことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のＸ線ラインセンサによれば、従来のＸ線ラインセンサに比して、その感度を大幅に向上させることができるので、短い露光時間であっても鮮明に像を検出することができる。その結果、例えばシートの生産工過程のように、連続して被検査物が流され、その内部に微小な欠陥の有無を検出するような用途に十分に対応することができる。しかも、本発明のＸ線ラインセンサによると、ＴＤＩのように画素を副走査方向に並べることによる弊害をなくすることができる。すなわち、被検査物の上下変動により像がボケることがなく、また、厚みのある被検査物で像がボケることもない。また、被検査物の搬送速度を厳密に測定・ラインセンサスキャンと同期させるような複雑な機構も不要となり、安定した運用を実現することができ、装置の取扱いも容易である。
【００２５】
一方、本発明の食品検査用異物検査装置によると、従来に比して大幅に高い解像度を有するＸ線ラインセンサを用い、その感度を大幅に向上させているため、被検査物に照射するＸ線量を極めて少なくすることが可能となり、防護箱に設けられて被検査物を通過させるための搬送出入口に鉛ノレン等のＸ線遮蔽手段を設ける必要のないレベルにまでＸ線照射量を落とすことができ、これにより装置洗浄等のメンテナンスをより簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の模式的な分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における光ファイバ束のイメージインテンシファイア側の端部を四角形としたときのＣＣＤによる撮像結果の例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における光ファイバ束の直線端にある各光ファイバがＣＣＤで撮像した画像上のどの位置にあるのかを調査するための手法の説明図である。
【図４】図３の手法の過程で１本の光ファイバにマイクロスポットヘッドからの光を当てたときのＣＣＤの撮像結果と、その位置の求め方の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態における画像処理部内の位置メモリに格納される各光ファイバの位置情報の例の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサからの出力信号の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサをシート検査装置に適用した例を示す模式図である。
【図８】図１の本発明の実施の形態を食品用Ｘ線検査装置に適用した例の模式図である。
【図９】従来の食品用Ｘ線検査装置の構成例を示す模式図である。
【図１０】ＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサの問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成を表す模式的な分解斜視図である。
使用時にＸ線焦点Ｆに対向する最前方の位置にスリット１が配設され、そのスリット１の後段にシンチレータ２が設けられている。スリット１は要求される副走査方向解像度に応じたスリット幅の溝１ａが切られており、溝１ａ以外の部分ではＸ線は透過しないような仕組みとなっている。
【００２８】
シンチレータ２の後段には、光ファイバ束３が設けられている。この光ファイバ束３は、シンチレータ２に対向する側の端部は、スリット１の溝１ａに沿うように直線状に一列に並べられており、その反対側の端部は円形に纏められている。その円形に纏められた光ファイバ束の端部の後段にはイメージインテンシファイア４が配置されている。そして、その更に後段に、レンズ５を介してＣＣＤ６が配置されている。
ＣＣＤ６はＣＣＤドライブ７によって駆動制御され、また、ＣＣＤ６の出力は後述するように設定された画像処理部８に導入され、Ｘ線ラインセンサの出力として外部に出力される。
【００２９】
ここで、光ファイバ束３を構成する光ファイバとしては、通信用の高価なものではなく、照明用のφ０．１ｍｍ程度の安価なものでよい。この例では、φ０．１ｍｍの光ファイバを５１２０本用いている。また、イメージインテンシファイア４に対向して円形に纏められる側の各光ファイバの順は、シンチレータ２に対向して直線状に一列に並べられる側の順と無関係でよく、後述する設定により両端部の関係が画像処理部７に記憶される。
また、光ファイバ束３のイメージインテンシファイア４側の端部の纏め方を円形としたのは、イメージインテンシファイア４の形に合わせるためであり、ＣＣＤ６の形に合わせてもよく、その場合、四角形に纏めればよい。すなわち、光ファイバ束３のイメージインテンシファイア４側の端部の纏め方は、特に円形に限られるものではなく、要は１次元的な並びを２次元的な配列に変換し、イメージインテンシファイア４の口径を小さくできるような形とすれば足りる。
【００３０】
以上の構成において、Ｘ線焦点Ｆから出力されたＸ線はスリット１の溝１ａを通過してシンチレータ２に入射する。シンチレータ２に入射したＸ線はその線量に応じた蛍光を発光し、その発光した光は光ファイバ束３の直線配列端に入射し、他端側の円形に束ねられた端部にまで導かれる。光ファイバ束３の円形側の端部からの光はイメージインテンシファイア４に入射し、その光電子増倍効果によりおおよそ１０万倍程度にまでされたうえでイメージインテンシファイア４から出力される。その増幅後の光はレンズ５によって集光され、ＣＣＤ６の面上に結像し、このＣＣＤ６によりイメージインテンシファイア４の出射窓の光量分布が撮像される。イメージインテンシファイア４の出射窓の光量分布は、光ファイバ束３の直線側端部を経た円形側の端部での２次元分布に比例し、その光ファイバ束２の直線側端部に入射した光の分布はシンチレータ２に入射したＸ線量分布に比例するので、イメージインテンシファイア４の出射窓の２次元の光量分布を測定して光ファイバ束３の直線側端部での各光ファイバの配列順に並べ替えることにより、シンチレータ２に入射したＸ線量分布が判ることになる。
【００３１】
図２に、光ファイバ束３のイメージインテンシファイア４側の端部を四角形としたときの、イメージインテンシファイア４の出射窓の光量分布をＣＣＤ６で撮像した画像の例を示す。この図２において円形に現れているのが１本の光ファイバからの光量により輝度が変化する領域であり、この円形領域は横８０個、横６４個の計５１２０個あり、それぞれの輝度は、光ファイバ束３の直線端の各光ファイバに入射する光量に対応している。
【００３２】
なお、ＣＣＤ６の画素数としては、８０×６４の円形領域の光量分布が判別できればいいので、ＶＧＡ相当（６４０×４８０画素）があれば十分である。この程度の画素数としては、１０，０００フレーム／秒程度の高速カメラが市販されており、このカメラのＣＣＤデバイスを用いることができる。
【００３３】
次に、図２のように得られたＣＣＤ６による撮像結果を、シンチレータ２に入射したＸ線量分布に変換してＸ線ラインセンサによる検出結果として出力する手法について説明する。
【００３４】
一端が直線状に並べられた光ファイバ束３の他端は、前記したように一端側の直線状の配列順とは無関係に並べられているため、ＣＣＤ６により撮像した各円形領域と、直線状に並べられた各光ファイバとの位置関係を知る必要がある。この位置関係は、以下に示すように、製造時にジグを用いて調査・記憶される。
【００３５】
図３は光ファイバ束３の直線端にある各光ファイバがＣＣＤ６で撮像した画像上のどの位置にあるのかを調査するための手法の説明図である。この実施の形態のＸ線ラインセンサは、その製造過程において、光ファイバ束３の一端を直線状に、他端を円形に束ねた後、円形端側にイメージインテンシファイア４とレンズ５およびＣＣＤ６を配置しただけの状態、つまり直線端側にシンチレータ２およびスリット１を未だ配置してない状態で、ジグ１０を用いて上記の位置関係を求める。
【００３６】
ジグ１０は、光源１１と、ライトガイド１２、マイクロスポットヘッド１３、マイクロスポットヘッド移動機構１４、ジグ制御器１５を主体として構成されている。光源１１はハロゲンやＬＥＤなどの直流点灯の光源を用い、その出力光をライトガイド１２でマイクロスポットヘッド１３に導く。マイクロスポットヘッド１２は、その下面に光ファイバ束３を構成する各光ファイバの径よりも小さいスリットをカットしてある。
【００３７】
マイクロスポットヘッド１３は、マイクロスポットヘッド移動機構１４の駆動により光ファイバ束３の直線端に密着して移動するようになっている。ジグ制御器１５は、Ｘ線ラインセンサ内の画像処理部８とマイクロスポットヘッド移動機構１４を駆動制御する。
【００３８】
ジグ操作の開始指令を与えると、マイクロスポットヘッド移動機構１４は、マイクロスポットヘッド１３のスリットが、光ファイバ束３の直線端の列の最端部、例えば最も手前側の光ファイバの真上に位置するように移動させる。このとき、ジグ制御器１５は、Ｘ線ラインセンサ内の画像処理部８に、マイクロスポットヘッド１３が光ファイバ束３の直線端の上記の位置に存在することを伝える。画像処理部８では、ＣＣＤ６により撮像された画像を取り込み、図４に例示するように最も明るい輝度のスポットの中心位置（ｘ０，ｙ０）を求め、画像処理部８内の位置記憶メモリに記憶し、記憶完了の旨をジグ制御部１５に伝える。
【００３９】
次に、ジグ制御部１５からの指令により、マイクロスポットヘッド駆動機構１４を駆動してマイクロスポットヘッド１３のスリットが隣の光ファイバの真上に移動させ、その位置決めが完了すれば上記と同様にその旨を画像処理部８に伝える。画像処理部８では、同様にしてその時点で最も明るい輝度のスポットの中心位置（ｘ１，ｙ１）を求めて位置記憶メモリに記憶する。このような手順を順次繰り返し、全ての光ファイバ、すなわちこの例では５１２０本の光ファイバについて、それぞれにスポットを当てたときのＣＣＤ６による画像上でのスポットの中心位置を求めて記憶する。この動作により、画像処理部８内の位置記憶メモリ内に、光ファイバ束３の直線端に一列に並ぶ各光ファイバにそれぞれ対応する画像上の位置が順に記憶される。すなわち、図５に例示するように、光ファイバ束３の直線端の手前から奥にかけての各光ファイバについて、ＣＣＤ６の画像上での位置関係を表すリストが作成されて記憶される。
【００４０】
ここで、画像処理部８内の位置記憶メモリは、電源をＯＦＦにした状態でも記憶内用が保持できる不揮発性メモリ、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなど、で構成されており、例えば出荷時に一度位置合わせを行えばよい。
【００４１】
以上のようにして位置合わせを行った後、シンチレータ２とスリット１を取り付けることにより、図１に示した通りのＸ線ラインセンサが完成する。
【００４２】
完成したＸ線ラインセンサにおいては、ＣＣＤ６により撮像した画像の１フレームごとに、光ファイバ束３の直線端の順番と、画像上の位置のリストに基づいて、５１２０本の全ての光ファイバの輝度を算出する。それぞれの光ファイバの輝度がＸ線ラインセンサの１ライン分の出力データとなる。
【００４３】
この例におけるＸ線ラインセンサの出力の仕方として、次の２つの方法のいずれを採用してもよい。その第１の方法は、図５のリストに対応した画像上の位置の画素の輝度を順に光ファイバの輝度（換言すればラインセンサの素子出力）として出力する方法である。第２の方法は、図５のリストに対応した画像上の位置の画素とその近傍の画素の輝度を積算したものを、１つの光ファイバの輝度（ラインセンサの素子出力）として順に出力する方法である。この第２の方法の方が、輝度解像度が高くなることは言うまでもない。
【００４４】
図６に以上の本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサからの出力信号の例を示す。
ＣＣＤ６のフレームレートは、Ｘ線ラインセンサのスキャンレートと同一である。Ｘ線ラインセンサを例えば１２０μｓ／ラインで走査する場合には、ＣＣＤ６のフレームレートは１２０μｓ／フレームである。１フレーム分の画像を取得してから１ラインのデータ（５１２０データ）を前記した手法に基づいて算出して出力する。１ラインの各データ（５１２０データ）はそれよりも高速のピクセルクロックに同期して順番に出力される。図６の例では、ピクセルクロックはおおよそ６０ＭＨｚ程度であり、出力をＬＶＤＳなどの差動出力とすれば、ケーブルを介して容易に信号伝送が可能である。ＶＡＬＩＤ信号は１ライン分のデータが出力されているタイミングでＨになる信号である。このＸ線ラインセンサを使用するには、ＶＡＬＩＤがＨの期間、出力データをピクセルクロックと同期して取り込めばよい。
【００４５】
次に、以上の構成並びに動作からなる本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサを用いた検査装置の例について述べる。
【００４６】
図７は本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサをシート検査装置に適用した例である。図７において、Ｗは被検査物であるシートであり、搬送装置（図示略）によって水平方向に搬送される。その搬送路上にＸ線発生装置１０１が配置されており、下方に向けてＸ線を発生する。被検査物であるシートＷを挟んでＸ線発生装置１０１の鉛直直下に、上記した本発明に係るＸ線ラインセンサ１０２が配置されている。このＸ線ラインセンサ１０２の出力は検査部１０３に取り込まれ、シートＷに欠陥があるか否かの検査に供される。この検査の手法は、Ｘ線を用いた食品異物検査などで用いられる、異物や空洞の検知手法と同等の公知の手法を用いることができる。
【００４７】
検査部１０３での処理により欠陥が検地されると欠陥検知信号がＯＮとなり、その信号はマーカー１０４に送信される。マーカー１０４は、Ｘ線ラインセンサ１０２よりもシートＷの搬送方向下流側に配置されており、欠陥検知信号がＯＮとなったときにシートの表面に内部欠陥がある旨のマーキングを行う。なお、マークが付されたシートは検査装置の通過後、その部分のみ切り取られ、その切り取られた部分は製品として出荷されない。
【００４８】
このシート検査装置で用いるＸ線ラインセンサ１０２は、図１に示したものであって、ライン画素数５１２０画素、検出幅５１２ｍｍであり、走査方向の解像度は０．１ｍｍ／画素、図１で示したスリット１には２０μｍの溝１ａを切ってあるものとする。検知すべき欠陥は５０μｍであり、それには、走査方向の解像度を２０μｍ／画素程度にする必要があるため、シートＷをＸ線発生装置１０１側に近づけ、（Ｘ線発生装置の焦点とシート表面との距離）：（Ｘ線発生装置の焦点とＸ線ラインセンサとの距離）＝１．５とする。これにより、走査方向の解像度は２０μｍ／画素となる。
【００４９】
なお、Ｘ線発生装置１０１としては、焦点は解像度に対して十分に小さいこと、Ｘ線発生装置の焦点とＸ線ラインセンサとの距離において均一なＸ線量が得られるようなものであることが前提である。
【００５０】
シートＷの搬送方向（副走査方向）の解像度はＸ線ラインセンサ１０１に２０μｍのスリットが刻まれているので、シートＷの搬送速度に応じてＸ線ラインセンサ１０１をスキャンすれば２０μｍの解像度が得られる。すなわち、
スキャンレート（Ｈｚ）＝１秒間でシートが進む距離（μｍ）÷２０μｍ
＝１０（ｍ／分）÷６０（分／秒）×１，０００，０００（ｍ ／μｍ）÷２０（μｍ）
＝８，３３０（１／秒）＝８，３３０Ｈｚ
であり、１ラインのスキャン時間＝１６０μｓである。
【００５１】
Ｘ線ラインセンサ１０２はこの時間のみ露光するので、図１におけるイメージインテンシファイア４を挿入しない場合には、十分な感度が得られない。イメージインテンシファイア４でシンチレータ２（同じく図１参照）からの蛍光を１０万程度に増幅することができるので、イメージインテンシファイアを有さないセンサの露光時間に換算すると、１６０μｓ×１００，０００＝１６秒程度の露光時間をとった場合と等価の感度が得られる。
【００５２】
ちなみに、比較例として、ＴＤＩ方式のラインセンサを使用した場合について考えると、ＴＤＩ方式のラインセンサはおおよそ２００段のＣＣＤ画素で時間換算するので、露光時間は１６０μｓ×２００＝０．０３２秒程度ということになる
【００５３】
ここで、一般に、露光時間を長くすればするほど、ノイズの少ない感度のよい画像が得られることが知られており、従って上記の露光時間の換算値の時間が長いほど良好な画像が得られることになる。すなわち、本発明に係るＸ線ラインセンサは、ＴＤＩ方式のラインセンサに比して飛躍的に良好な画像が得られることになる。
【００５４】
図７に示したシート検査装置は、前記したように走査方向（Ｘ線ラインセンサ１０１のライン方向）と副走査方向（シートＷの搬送方向）それぞれに２０μｍの解像度で、シートＷをＸ線透視した良好な画像を得ることができ、これを検査部１０３で処理することにより、シートＷ内の欠陥検査を実現できる。しかも、ＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサのように、副走査方向への画素の並びがなく、１２０μｓの間に欠陥のＸ線像が画素上に投影されれば撮像できるので、シートＷが上下に移動しても画像のぼけは生じない。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサを用いた他の検査装置の例について述べる。図８はその模式図であり、Ｘ線発生装置２０１の鉛直下方にＸ線ラインセンサ２０２が対向配置され、これらの間に、被検査物Ｗを搬送するためのコンベア２０３が配置されている。Ｘ線発生装置２０１およびＸ線ラインセンサ２０２は、図９に示した従来のものと同様にＸ線防護箱２０４内に収容されており、このＸ線防護箱２０４には、被検査物Ｗを通過させるための搬入口２０４ａと搬出口２０４ｂが形成されている。
【００５６】
この食品用のＸ線検査装置の特徴は、Ｘ線ラインセンサ２０２として図１に示した本発明に係るＸ線ラインセンサを採用している点と、Ｘ線防護箱２０４の搬入口２０４ａと搬出口２０４ｂに、ノレンが取り付けられていない点である。
【００５７】
図９に示した従来のこの種の食品用Ｘ線検査装置においては、そこに用いられている従来のＸ線ラインセンサの感度がそれほど良好でないために、食品内の画像を得るためにはＸ線発生装置からのＸ線量を多くする必要がある。例えば管電圧５０ｋＶ、管電流１ｍＡのＸ線管からの照射を行っている。
【００５８】
このようなＸ線量では、鉛ノレンがない場合、搬入口、搬出口から１００μＳｖ／ｈのＸ線漏洩が確認されている。鉛ノレンを取り付けることにより、Ｘ線漏洩は０．２μＳｖ／ｈ程度で収まる。１．３ｍＳｖ／３カ月のＸ線を浴びると人体に影響があると言われ、法令でも限度を１．３ｍＶ／３カ月と定めている。これを時間換算すると、最大限に見積もって３カ月の間で１日１６時間、３０日間労働すると、おおよそ２．５μＳｖ／ｈ程度となる。つまり、食品業界に納入するＸ線検査装置は、装置のどの部分でも２．５μＳｖ／ｈ以下となるようにしなければならないことになる。図９に示した従来のＸ線線検査装置において、鉛ノレンを取り外したときのＸ線漏洩が、前記したように１００μＳｖ／ｈであるということは、基準の４０倍を越える漏洩ということになる。
【００５９】
翻って図８に示した本発明の実施の形態である食品用のＸ線検査装置に用いられている図１に例示した本発明に係るＸ線ラインセンサ２０２は、前記したように通常のＸ線ラインセンサに比べて最大１０万倍程度感度がよくなるので、照射するＸ線も非常に少なくすることができる。図９の従来装置で鉛ノレンを取り外したときのＸ線漏洩が基準の４０倍であることに鑑みると、鉛ノレンが存在しない図８の装置で基準を満たすには１／４０の照射Ｘ線量でよいことになるが、より安全性を確保するために１／２００程度の線量を照射することにする。
【００６０】
Ｘ線発生装置２０１から放射するＸ線量は管電流に比例するので、従来、２ｍＡで使用しているところを、管電流１０μＡ程度で１／２００の照射線量となる。照射されるＸ線量が１／２００となっても、本発明に係るＸ線ラインセンサは、その内部のイメージインテンシファイアの光電子増倍率を調整することによって、検査可能な画像を得ることができるので、検査機能と鉛ノレンの取り外しとを両立させることができる。
【００６１】
なお、一般に食品内の異物サイズはφ０．５ｍｍ程度であるので、この図８で用いるＸ
線ラインセンサの画素数としては５００〜１０００画素（ファイバ本数）程度、画素サイズ（ファイバ径）φ０．２〜０．５ｍｍ程度でよく、図１におけるスリット１を設ける必要もない。
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線ラインセンサと、そのＸ線ラインセンサを用いたＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の内部に異物や欠陥が存在するか否かを非破壊のもとに検査する装置として、従来、検査対象物品をコンベア等によって搬送するとともに、その搬送路を挟むようにＸ線発生装置とＸ線ラインセンサを対向配置したものが知られている。Ｘ線発生装置からのＸ線は、通常、スリット等を介在させることによってファンビーム状とされる。
【０００３】
このようなＸ線検査装置は、食品などに含まれる異物の有無を検査することに多用されている（例えば特許文献１参照）。このような食品用のＸ線検査装置は、例えば図９に模式的に示すように、上下方向にＸ線発生装置３０１とＸ線ラインセンサ３０２を対向配置するとともに、これらの間に被検査物Ｗを通過させるためにベルトコンベア３０３などの搬送装置を設けた構造が採用され、Ｘ線発生装置３０１とＸ線ラインセンサ３０２の間を被検査物Ｗが通過することにより、そのＸ線像が得られるようになっている。Ｘ線発生装置３０１とＸ線ラインセンサ３０２はＸ線防護箱３０４内に収容され、このＸ線防護箱３０４には、その内部に被検査物Ｗを搬入するための搬入口３０４ａと、当該Ｘ線防護箱３０４から被検査物Ｗを搬出するための搬出口３０４ｂが設けられており、これらの搬入口３０４ａおよび搬出口３０４ｂには、それぞれＸ線の外部への漏洩を防止するためのノレン（例えば鉛ノレン）３０５ａ，３０５ｂがそれぞれ設けられる。
【０００４】
また、この種のＸ線検査装置は、例えばシートの生産工程のように、連続して被検査物が流れてくる場合にその被検査物の欠陥等の有無を検査する検査工程にも適用される場合が多い。
【０００５】
例えばリチウム電池の内部に使用されるシートの内部欠陥はその安全性を確保するためには１０μｍ以下の欠陥を検知する必要があり、高解像度で撮影できるＸ線ラインセンサが必要となる。
【０００６】
Ｘ線ラインセンサを用いて高解像度で撮像する場合には、高速スキャンが必要なことに加えて画素サイズが小さくなることから、十分な感度を得にくい。例えば１０ｍ／分で被検査物が搬送されてくる場合、２０μｍの解像度で撮像しようとすれば、１２０μｓの露光時間しか許容されない。ちなみに、一般の２次元カメラ（光学カメラ）は３３ｍｓ程度の露光時間であることを考えると、上記の用途でのＸ線ラインセンサの露光時間はその１／３３０程度となり、この種の用途でのＸ線ラインセンサでは画素が小さいことと相まって、感度が低くなることは理解できる。
【０００７】
このようなＸ線ラインセンサの感度を向上させるために、従来、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方式と称されるＸ線ラインセンサが用いられる場合がある（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
ＴＤＩ方式によるＸ線ラインセンサは、１ラインのみで露光するのではなく、副走査方向、つまり、ラインセンサのラインの伸びる方向と直交する方向、に画素を並べ（実用に供されているものでは２００画素程度）、被検査物がラインセンサ上を移動する速度と同期してその移動方向、従ってラインセンサのラインの伸びる方向と直交する方向、にスキャンしながら画素の電荷を下流の画素に転送していくことで、１画素で得られる電荷を２００倍程度にし、見かけ上の感度を向上させるようなものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３９４４２号公報
【特許文献２】特開２００９−８５８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前記したＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサは、以下に示すような問題がある。 まず、Ｘ線透過方向への厚みのある被検査物や、シートが上下するような場合に像がぼけるという問題がある。すなわち、Ｘ線焦点からのＸ線は放射線状に広がっているため、Ｘ線発生装置とＸ線ラインセンサの間で、Ｘ線焦点に近い（Ｘ線ラインセンサから遠い）部分の像は、Ｘ線焦点から遠い部分の像よりも高速に進んでいるように観測される。これは、ラインセンサの副スキャン方向へのスキャン速度は一定であり、ある一定の高さでは被検査物の移動速度と一致するが、高さが異なると、これら両速度は一致しないためである。図１０に図解して示す。図１０において、Ｐ１，Ｐ２・・はＸ線ラインセンサの副走査方向への素子の並びを表し、ＦはＸ線焦点、Ｗは被検査物であるシートを表している。図１０（Ａ）は設定された位置（高さ）をシートＷが搬送されたときの概念図で、ＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサの副走査方向へのスキャン速度とＸ線像の移動速度が同期している状態を示している。これに対し図１０（Ｂ）は、シートＷの搬送路が上にずれたときの概念図で、シートＷが上記と同一速度で搬送されても、Ｘ線ラインセンサ上に投影する血管のＸ線像の移動速度が変化してしまい、そのために、Ｘ線ラインセンサの副走査方向へのスキャン速度とＸ線像の移動速度が同期していない状態を示している。このようにシートＷが上下すると、副走査方向へのスキャン速度との同期がずれてしまい、結果として欠陥像がぼけているように撮影されてしまう。
【００１１】
また、Ｘ線ラインセンサを被検査物の移動速度と同期させて副スキャン方向にスキャンする必要があるため、検査装置に被検査物の搬送速度を検知するセンサ（エンコーダなど）を設ける必要があるとともに、同期スキャン法の構築が必要となるなど、装置が複雑となる。また、Ｘ線焦点から実際の被検査物までの距離変動を許容できないことから、Ｘ線ラインセンサを用いた安定的な運用が困難となる。
【００１２】
一方、前記した従来の食品用のＸ線検査装置においては、Ｘ線防護箱の出入口に設けられてＸ線の漏洩を防止するための鉛ノレンが必要であるが、このような鉛ノレンは、特に包装前の生の食品を検査する場合に、その食品に直接的に鉛ノレンが触れることが食品安全性の観点から問題があった。また、鉛を含有していない、例えばタングステン含有ノレンが近年採用されることもあるが、ノレン自体が汚れやすく衛生上の点で問題がある。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、連続的に流れてくるシートなどの被検査物の内部検査を行うことのできるＸ線ラインセンサであって、搬送中にシートが上下しても、あるいはＸ線透過方向への厚みが大きな被検査物でも、解像度が低下することがなく、高い感度でのＸ線検出が可能で、かつ、装置の扱いを容易にし、安定した運用を実現することのできるＸ線ラインセンサの提供と、そのＸ線ラインセンサの特徴を活かして装置の簡素化を実現し、なおかつ衛生上の問題を解決した食品用Ｘ線検査装置の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線ラインセンサは、Ｘ線の入射により蛍光を発生する材料からなる光変換部材と、各一端部がそれぞれ上記光変換部材に臨むように直線状に配列されるとともに、他端部は２次元状に束ねられた光ファイバ束と、その光ファイバ束の他端部からの出射光を増強する光増強手段と、その光増強手段からの出射光を撮像する撮像手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１５】
ここで、本発明のＸ線ラインセンサにおいては、上記光増強手段としてイメージインテンシファイアを用いた構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１６】
また、本発明のＸ線ラインセンサにおいては、上記光ファイバ束の他端部は当該光ファイバ束の一端部の順と無関係にランダムに２次元状に束ねられ、その２次元状に束ねられた各光ファイバと、上記一端側の直線状に並べられた各光ファイバとの位置関係をあらかじめ記憶する記憶手段を備えている構成（請求項３）を採用することができる。
【００１７】
一方、本発明の食品用Ｘ線検査装置は、Ｘ線防護箱内に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線ラインセンサの間で、当該Ｘ線防護箱に設けられた出口および入口を貫通するように配置された搬送手段により被検査物を搬送することにより、被検査物を透過したＸ線を上記Ｘ線ラインセンサで検出し、その検出出力を用いて被検査物のＸ線透過像を構築するとともに、そのＸ線透過像を用いた画像処理により、被検査物中の正常／異常を判定する判定手段を備えた食品用Ｘ線検査装置において、上記Ｘ線ラインセンサとして請求項１または２に記載のＸ線ラインセンサが用いられ、かつ、上記Ｘ線防護箱の出口および入口には、被検査物に触れるＸ線遮蔽手段が設けられていないことによって特徴づけられる（請求項４）。
【００１８】
本発明は、シンチレータ等の入射Ｘ線を光に変換する材料からなる光変換部材から発生した光を、光ファイバ束によって光増強手段に導き、その光増強手段により増強された光を撮像手段によって撮像することで、課題を解決しようとするものである。
【００１９】
すなわち、シンチレータ等の光変換部材にＸ線が入射することによって発生する蛍光は、一端が当該光変換部材に臨むように直線状に配列された光ファイバ束のファイバに入射して光増強手段に導かれる。光増強手段は、例えばイメージインテンシファイアによって構成され、その光増強手段からの出射光をＣＣＤ等の撮像手段で撮像する。光ファイバ束の他端部は、光増強手段に各ファイバの光を入射させるため、この光増強手段の入射面に沿うように２次元状に束ねられる。
【００２０】
光増強手段として請求項２に係る発明のようにイメージインテンシファイアを用いた場合、イメージインテンシファイアは入射光量を１０万倍程度に増幅することができ、これを用いることによって１ラインであっても十分な光量が得られ、撮像感度を高いものとすることができる。
【００２１】
そして、本発明では、シンチレータ等の光変換部材によって変換された変換光を、イメージインテンシファイア等の手段によってそのまま増幅するのではなく、一端が直線状に並べられた光ファイバ束の一端に導いた後、その光ファイバ束の他端を２次元状に束ねて光増強手段に導くので、手段として例えばイメージインテンシファイアを用いる場合に、その口径を小さくすることができる。すなわち、例えば５００ｍｍのラインセンサを構築する場合、そのラインセンサの変換光をそのまま増幅する場合には極めて大口径のイメージインテンシファイアが必要となるが、一端を５００ｍｍにわたって一列に並べた光ファイバの他端を２次元状に束ねると直径数十ｍｍ程度に纏めることができ、その光を増幅するためには小口径のイメージインテンシファイアで足りる。これにより、Ｘ線ラインセンサの小型化を実現し、取扱い性を向上させることができる。
【００２２】
一端側を一列状に並べた光ファイバ束の他端を２次元状に束ねる手法として、請求項３に係る発明のように、相互に位置の関連性を持たせず、ランダムに２次元状に束ねるとともに、各光ファイバについて、相互の位置関係を記憶しておくように構成すると、センサの組立が容易となる。なお、各光ファイバの両端部の相互の位置関係の求め方は後述する。
【００２３】
一方、本発明の食品用異物検査装置は、本発明に係るＸ線ラインセンサの特徴を活かして、装置の簡素化を図ろうとするものであり、上記したように本発明のＸ線ラインセンサは感度を非常に高くすることができるため、解像度がそれほど要求されない食品用の異物検査装置においては、Ｘ線照射量を従来に比して大幅に少なくすることができる。すなわち、装置のＸ線防護箱に設けられた被検査物の出入口に鉛ノレン等のＸ線遮蔽手段をなくしても問題のないほどにＸ線照射量を落とすことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のＸ線ラインセンサによれば、従来のＸ線ラインセンサに比して、その感度を大幅に向上させることができるので、短い露光時間であっても鮮明に像を検出することができる。その結果、例えばシートの生産工過程のように、連続して被検査物が流され、その内部に微小な欠陥の有無を検出するような用途に十分に対応することができる。しかも、本発明のＸ線ラインセンサによると、ＴＤＩのように画素を副走査方向に並べることによる弊害をなくすることができる。すなわち、被検査物の上下変動により像がボケることがなく、また、厚みのある被検査物で像がボケることもない。また、被検査物の搬送速度を厳密に測定・ラインセンサスキャンと同期させるような複雑な機構も不要となり、安定した運用を実現することができ、装置の取扱いも容易である。
【００２５】
一方、本発明の食品検査用異物検査装置によると、従来に比して大幅に高い解像度を有するＸ線ラインセンサを用い、その感度を大幅に向上させているため、被検査物に照射するＸ線量を極めて少なくすることが可能となり、防護箱に設けられて被検査物を通過させるための搬送出入口に鉛ノレン等のＸ線遮蔽手段を設ける必要のないレベルにまでＸ線照射量を落とすことができ、これにより装置洗浄等のメンテナンスをより簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の模式的な分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における光ファイバ束のイメージインテンシファイア側の端部を四角形としたときのＣＣＤによる撮像結果の例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における光ファイバ束の直線端にある各光ファイバがＣＣＤで撮像した画像上のどの位置にあるのかを調査するための手法の説明図である。
【図４】図３の手法の過程で１本の光ファイバにマイクロスポットヘッドからの光を当てたときのＣＣＤの撮像結果と、その位置の求め方の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態における画像処理部内の位置メモリに格納される各光ファイバの位置情報の例の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサからの出力信号の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサをシート検査装置に適用した例を示す模式図である。
【図８】図１の本発明の実施の形態を食品用Ｘ線検査装置に適用した例の模式図である。
【図９】従来の食品用Ｘ線検査装置の構成例を示す模式図である。
【図１０】ＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサの問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成を表す模式的な分解斜視図である。
使用時にＸ線焦点Ｆに対向する最前方の位置にスリット１が配設され、そのスリット１の後段にシンチレータ２が設けられている。スリット１は要求される副走査方向解像度に応じたスリット幅の溝１ａが切られており、溝１ａ以外の部分ではＸ線は透過しないような仕組みとなっている。
【００２８】
シンチレータ２の後段には、光ファイバ束３が設けられている。この光ファイバ束３は、シンチレータ２に対向する側の端部は、スリット１の溝１ａに沿うように直線状に一列に並べられており、その反対側の端部は円形に纏められている。その円形に纏められた光ファイバ束の端部の後段にはイメージインテンシファイア４が配置されている。そして、その更に後段に、レンズ５を介してＣＣＤ６が配置されている。
ＣＣＤ６はＣＣＤドライブ７によって駆動制御され、また、ＣＣＤ６の出力は後述するように設定された画像処理部８に導入され、Ｘ線ラインセンサの出力として外部に出力される。
【００２９】
ここで、光ファイバ束３を構成する光ファイバとしては、通信用の高価なものではなく、照明用のφ０．１ｍｍ程度の安価なものでよい。この例では、φ０．１ｍｍの光ファイバを５１２０本用いている。また、イメージインテンシファイア４に対向して円形に纏められる側の各光ファイバの順は、シンチレータ２に対向して直線状に一列に並べられる側の順と無関係でよく、後述する設定により両端部の関係が画像処理部７に記憶される。
また、光ファイバ束３のイメージインテンシファイア４側の端部の纏め方を円形としたのは、イメージインテンシファイア４の形に合わせるためであり、ＣＣＤ６の形に合わせてもよく、その場合、四角形に纏めればよい。すなわち、光ファイバ束３のイメージインテンシファイア４側の端部の纏め方は、特に円形に限られるものではなく、要は１次元的な並びを２次元的な配列に変換し、イメージインテンシファイア４の口径を小さくできるような形とすれば足りる。
【００３０】
以上の構成において、Ｘ線焦点Ｆから出力されたＸ線はスリット１の溝１ａを通過してシンチレータ２に入射する。シンチレータ２に入射したＸ線はその線量に応じた蛍光を発光し、その発光した光は光ファイバ束３の直線配列端に入射し、他端側の円形に束ねられた端部にまで導かれる。光ファイバ束３の円形側の端部からの光はイメージインテンシファイア４に入射し、その光電子増倍効果によりおおよそ１０万倍程度にまでされたうえでイメージインテンシファイア４から出力される。その増幅後の光はレンズ５によって集光され、ＣＣＤ６の面上に結像し、このＣＣＤ６によりイメージインテンシファイア４の出射窓の光量分布が撮像される。イメージインテンシファイア４の出射窓の光量分布は、光ファイバ束３の直線側端部を経た円形側の端部での２次元分布に比例し、その光ファイバ束２の直線側端部に入射した光の分布はシンチレータ２に入射したＸ線量分布に比例するので、イメージインテンシファイア４の出射窓の２次元の光量分布を測定して光ファイバ束３の直線側端部での各光ファイバの配列順に並べ替えることにより、シンチレータ２に入射したＸ線量分布が判ることになる。
【００３１】
図２に、光ファイバ束３のイメージインテンシファイア４側の端部を四角形としたときの、イメージインテンシファイア４の出射窓の光量分布をＣＣＤ６で撮像した画像の例を示す。この図２において円形に現れているのが１本の光ファイバからの光量により輝度が変化する領域であり、この円形領域は横８０個、横６４個の計５１２０個あり、それぞれの輝度は、光ファイバ束３の直線端の各光ファイバに入射する光量に対応している。
【００３２】
なお、ＣＣＤ６の画素数としては、８０×６４の円形領域の光量分布が判別できればいいので、ＶＧＡ相当（６４０×４８０画素）があれば十分である。この程度の画素数としては、１０，０００フレーム／秒程度の高速カメラが市販されており、このカメラのＣＣＤデバイスを用いることができる。
【００３３】
次に、図２のように得られたＣＣＤ６による撮像結果を、シンチレータ２に入射したＸ線量分布に変換してＸ線ラインセンサによる検出結果として出力する手法について説明する。
【００３４】
一端が直線状に並べられた光ファイバ束３の他端は、前記したように一端側の直線状の配列順とは無関係に並べられているため、ＣＣＤ６により撮像した各円形領域と、直線状に並べられた各光ファイバとの位置関係を知る必要がある。この位置関係は、以下に示すように、製造時にジグを用いて調査・記憶される。
【００３５】
図３は光ファイバ束３の直線端にある各光ファイバがＣＣＤ６で撮像した画像上のどの位置にあるのかを調査するための手法の説明図である。この実施の形態のＸ線ラインセンサは、その製造過程において、光ファイバ束３の一端を直線状に、他端を円形に束ねた後、円形端側にイメージインテンシファイア４とレンズ５およびＣＣＤ６を配置しただけの状態、つまり直線端側にシンチレータ２およびスリット１を未だ配置してない状態で、ジグ１０を用いて上記の位置関係を求める。
【００３６】
ジグ１０は、光源１１と、ライトガイド１２、マイクロスポットヘッド１３、マイクロスポットヘッド移動機構１４、ジグ制御器１５を主体として構成されている。光源１１はハロゲンやＬＥＤなどの直流点灯の光源を用い、その出力光をライトガイド１２でマイクロスポットヘッド１３に導く。マイクロスポットヘッド１２は、その下面に光ファイバ束３を構成する各光ファイバの径よりも小さいスリットをカットしてある。
【００３７】
マイクロスポットヘッド１３は、マイクロスポットヘッド移動機構１４の駆動により光ファイバ束３の直線端に密着して移動するようになっている。ジグ制御器１５は、Ｘ線ラインセンサ内の画像処理部８とマイクロスポットヘッド移動機構１４を駆動制御する。
【００３８】
ジグ操作の開始指令を与えると、マイクロスポットヘッド移動機構１４は、マイクロスポットヘッド１３のスリットが、光ファイバ束３の直線端の列の最端部、例えば最も手前側の光ファイバの真上に位置するように移動させる。このとき、ジグ制御器１５は、Ｘ線ラインセンサ内の画像処理部８に、マイクロスポットヘッド１３が光ファイバ束３の直線端の上記の位置に存在することを伝える。画像処理部８では、ＣＣＤ６により撮像された画像を取り込み、図４に例示するように最も明るい輝度のスポットの中心位置（ｘ０，ｙ０）を求め、画像処理部８内の位置記憶メモリに記憶し、記憶完了の旨をジグ制御部１５に伝える。
【００３９】
次に、ジグ制御部１５からの指令により、マイクロスポットヘッド駆動機構１４を駆動してマイクロスポットヘッド１３のスリットが隣の光ファイバの真上に移動させ、その位置決めが完了すれば上記と同様にその旨を画像処理部８に伝える。画像処理部８では、同様にしてその時点で最も明るい輝度のスポットの中心位置（ｘ１，ｙ１）を求めて位置記憶メモリに記憶する。このような手順を順次繰り返し、全ての光ファイバ、すなわちこの例では５１２０本の光ファイバについて、それぞれにスポットを当てたときのＣＣＤ６による画像上でのスポットの中心位置を求めて記憶する。この動作により、画像処理部８内の位置記憶メモリ内に、光ファイバ束３の直線端に一列に並ぶ各光ファイバにそれぞれ対応する画像上の位置が順に記憶される。すなわち、図５に例示するように、光ファイバ束３の直線端の手前から奥にかけての各光ファイバについて、ＣＣＤ６の画像上での位置関係を表すリストが作成されて記憶される。
【００４０】
ここで、画像処理部８内の位置記憶メモリは、電源をＯＦＦにした状態でも記憶内用が保持できる不揮発性メモリ、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなど、で構成されており、例えば出荷時に一度位置合わせを行えばよい。
【００４１】
以上のようにして位置合わせを行った後、シンチレータ２とスリット１を取り付けることにより、図１に示した通りのＸ線ラインセンサが完成する。
【００４２】
完成したＸ線ラインセンサにおいては、ＣＣＤ６により撮像した画像の１フレームごとに、光ファイバ束３の直線端の順番と、画像上の位置のリストに基づいて、５１２０本の全ての光ファイバの輝度を算出する。それぞれの光ファイバの輝度がＸ線ラインセンサの１ライン分の出力データとなる。
【００４３】
この例におけるＸ線ラインセンサの出力の仕方として、次の２つの方法のいずれを採用してもよい。その第１の方法は、図５のリストに対応した画像上の位置の画素の輝度を順に光ファイバの輝度（換言すればラインセンサの素子出力）として出力する方法である。第２の方法は、図５のリストに対応した画像上の位置の画素とその近傍の画素の輝度を積算したものを、１つの光ファイバの輝度（ラインセンサの素子出力）として順に出力する方法である。この第２の方法の方が、輝度解像度が高くなることは言うまでもない。
【００４４】
図６に以上の本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサからの出力信号の例を示す。
ＣＣＤ６のフレームレートは、Ｘ線ラインセンサのスキャンレートと同一である。Ｘ線ラインセンサを例えば１２０μｓ／ラインで走査する場合には、ＣＣＤ６のフレームレートは１２０μｓ／フレームである。１フレーム分の画像を取得してから１ラインのデータ（５１２０データ）を前記した手法に基づいて算出して出力する。１ラインの各データ（５１２０データ）はそれよりも高速のピクセルクロックに同期して順番に出力される。図６の例では、ピクセルクロックはおおよそ６０ＭＨｚ程度であり、出力をＬＶＤＳなどの差動出力とすれば、ケーブルを介して容易に信号伝送が可能である。ＶＡＬＩＤ信号は１ライン分のデータが出力されているタイミングでＨになる信号である。このＸ線ラインセンサを使用するには、ＶＡＬＩＤがＨの期間、出力データをピクセルクロックと同期して取り込めばよい。
【００４５】
次に、以上の構成並びに動作からなる本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサを用いた検査装置の例について述べる。
【００４６】
図７は本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサをシート検査装置に適用した例である。図７において、Ｗは被検査物であるシートであり、搬送装置（図示略）によって水平方向に搬送される。その搬送路上にＸ線発生装置１０１が配置されており、下方に向けてＸ線を発生する。被検査物であるシートＷを挟んでＸ線発生装置１０１の鉛直直下に、上記した本発明に係るＸ線ラインセンサ１０２が配置されている。このＸ線ラインセンサ１０２の出力は検査部１０３に取り込まれ、シートＷに欠陥があるか否かの検査に供される。この検査の手法は、Ｘ線を用いた食品異物検査などで用いられる、異物や空洞の検知手法と同等の公知の手法を用いることができる。
【００４７】
検査部１０３での処理により欠陥が検地されると欠陥検知信号がＯＮとなり、その信号はマーカー１０４に送信される。マーカー１０４は、Ｘ線ラインセンサ１０２よりもシートＷの搬送方向下流側に配置されており、欠陥検知信号がＯＮとなったときにシートの表面に内部欠陥がある旨のマーキングを行う。なお、マークが付されたシートは検査装置の通過後、その部分のみ切り取られ、その切り取られた部分は製品として出荷されない。
【００４８】
このシート検査装置で用いるＸ線ラインセンサ１０２は、図１に示したものであって、ライン画素数５１２０画素、検出幅５１２ｍｍであり、走査方向の解像度は０．１ｍｍ／画素、図１で示したスリット１には２０μｍの溝１ａを切ってあるものとする。検知すべき欠陥は５０μｍであり、それには、走査方向の解像度を２０μｍ／画素程度にする必要があるため、シートＷをＸ線発生装置１０１側に近づけ、（Ｘ線発生装置の焦点とシート表面との距離）：（Ｘ線発生装置の焦点とＸ線ラインセンサとの距離）＝１．５とする。これにより、走査方向の解像度は２０μｍ／画素となる。
【００４９】
なお、Ｘ線発生装置１０１としては、焦点は解像度に対して十分に小さいこと、Ｘ線発生装置の焦点とＸ線ラインセンサとの距離において均一なＸ線量が得られるようなものであることが前提である。
【００５０】
シートＷの搬送方向（副走査方向）の解像度はＸ線ラインセンサ１０１に２０μｍのスリットが刻まれているので、シートＷの搬送速度に応じてＸ線ラインセンサ１０１をスキャンすれば２０μｍの解像度が得られる。すなわち、
スキャンレート（Ｈｚ）＝１秒間でシートが進む距離（μｍ）÷２０μｍ
＝１０（ｍ／分）÷６０（分／秒）×１，０００，０００（ｍ ／μｍ）÷２０（μｍ）
＝８，３３０（１／秒）＝８，３３０Ｈｚ
であり、１ラインのスキャン時間＝１６０μｓである。
【００５１】
Ｘ線ラインセンサ１０２はこの時間のみ露光するので、図１におけるイメージインテンシファイア４を挿入しない場合には、十分な感度が得られない。イメージインテンシファイア４でシンチレータ２（同じく図１参照）からの蛍光を１０万程度に増幅することができるので、イメージインテンシファイアを有さないセンサの露光時間に換算すると、１６０μｓ×１００，０００＝１６秒程度の露光時間をとった場合と等価の感度が得られる。
【００５２】
ちなみに、比較例として、ＴＤＩ方式のラインセンサを使用した場合について考えると、ＴＤＩ方式のラインセンサはおおよそ２００段のＣＣＤ画素で時間換算するので、露光時間は１６０μｓ×２００＝０．０３２秒程度ということになる
【００５３】
ここで、一般に、露光時間を長くすればするほど、ノイズの少ない感度のよい画像が得られることが知られており、従って上記の露光時間の換算値の時間が長いほど良好な画像が得られることになる。すなわち、本発明に係るＸ線ラインセンサは、ＴＤＩ方式のラインセンサに比して飛躍的に良好な画像が得られることになる。
【００５４】
図７に示したシート検査装置は、前記したように走査方向（Ｘ線ラインセンサ１０１のライン方向）と副走査方向（シートＷの搬送方向）それぞれに２０μｍの解像度で、シートＷをＸ線透視した良好な画像を得ることができ、これを検査部１０３で処理することにより、シートＷ内の欠陥検査を実現できる。しかも、ＴＤＩ方式のＸ線ラインセンサのように、副走査方向への画素の並びがなく、１２０μｓの間に欠陥のＸ線像が画素上に投影されれば撮像できるので、シートＷが上下に移動しても画像のぼけは生じない。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態のＸ線ラインセンサを用いた他の検査装置の例について述べる。図８はその模式図であり、Ｘ線発生装置２０１の鉛直下方にＸ線ラインセンサ２０２が対向配置され、これらの間に、被検査物Ｗを搬送するためのコンベア２０３が配置されている。Ｘ線発生装置２０１およびＸ線ラインセンサ２０２は、図９に示した従来のものと同様にＸ線防護箱２０４内に収容されており、このＸ線防護箱２０４には、被検査物Ｗを通過させるための搬入口２０４ａと搬出口２０４ｂが形成されている。
【００５６】
この食品用のＸ線検査装置の特徴は、Ｘ線ラインセンサ２０２として図１に示した本発明に係るＸ線ラインセンサを採用している点と、Ｘ線防護箱２０４の搬入口２０４ａと搬出口２０４ｂに、ノレンが取り付けられていない点である。
【００５７】
図９に示した従来のこの種の食品用Ｘ線検査装置においては、そこに用いられている従来のＸ線ラインセンサの感度がそれほど良好でないために、食品内の画像を得るためにはＸ線発生装置からのＸ線量を多くする必要がある。例えば管電圧５０ｋＶ、管電流１ｍＡのＸ線管からの照射を行っている。
【００５８】
このようなＸ線量では、鉛ノレンがない場合、搬入口、搬出口から１００μＳｖ／ｈのＸ線漏洩が確認されている。鉛ノレンを取り付けることにより、Ｘ線漏洩は０．２μＳｖ／ｈ程度で収まる。１．３ｍＳｖ／３カ月のＸ線を浴びると人体に影響があると言われ、法令でも限度を１．３ｍＶ／３カ月と定めている。これを時間換算すると、最大限に見積もって３カ月の間で１日１６時間、３０日間労働すると、おおよそ２．５μＳｖ／ｈ程度となる。つまり、食品業界に納入するＸ線検査装置は、装置のどの部分でも２．５μＳｖ／ｈ以下となるようにしなければならないことになる。図９に示した従来のＸ線線検査装置において、鉛ノレンを取り外したときのＸ線漏洩が、前記したように１００μＳｖ／ｈであるということは、基準の４０倍を越える漏洩ということになる。
【００５９】
翻って図８に示した本発明の実施の形態である食品用のＸ線検査装置に用いられている図１に例示した本発明に係るＸ線ラインセンサ２０２は、前記したように通常のＸ線ラインセンサに比べて最大１０万倍程度感度がよくなるので、照射するＸ線も非常に少なくすることができる。図９の従来装置で鉛ノレンを取り外したときのＸ線漏洩が基準の４０倍であることに鑑みると、鉛ノレンが存在しない図８の装置で基準を満たすには１／４０の照射Ｘ線量でよいことになるが、より安全性を確保するために１／２００程度の線量を照射することにする。
【００６０】
Ｘ線発生装置２０１から放射するＸ線量は管電流に比例するので、従来、２ｍＡで使用しているところを、管電流１０μＡ程度で１／２００の照射線量となる。照射されるＸ線量が１／２００となっても、本発明に係るＸ線ラインセンサは、その内部のイメージインテンシファイアの光電子増倍率を調整することによって、検査可能な画像を得ることができるので、検査機能と鉛ノレンの取り外しとを両立させることができる。
【００６１】
なお、一般に食品内の異物サイズはφ０．５ｍｍ程度であるので、この図８で用いるＸ
線ラインセンサの画素数としては５００〜１０００画素（ファイバ本数）程度、画素サイズ（ファイバ径）φ０．２〜０．５ｍｍ程度でよく、図１におけるスリット１を設ける必要もない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線の入射により蛍光を発生する材料からなる光変換部材と、各一端部がそれぞれ上記光変換部材に臨むように直線状に配列されるとともに、他端部は２次元状に束ねられた光ファイバ束と、その光ファイバ束の他端部からの出射光を増強する光増強手段と、その光増強手段からの出射光を撮像する撮像手段を備えてなるＸ線ラインセンサ。
【請求項２】
上記光増強手段がイメージインテンシファイアであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ラインセンサ。
【請求項３】
上記光ファイバ束の他端部は当該光ファイバ束の一端部の順と無関係に２次元状に束ねられ、その２次元状に束ねられた各光ファイバと、上記一端側の直線状に並べられた各光ファイバとの位置関係を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線ラインセンサ。
【請求項４】
Ｘ線防護箱内に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線ラインセンサの間で、当該Ｘ線防護箱に設けられた出口および入口を貫通するように配置された搬送手段により被検査物を搬送することにより、被検査物を透過したＸ線を上記Ｘ線ラインセンサで検出し、その検出出力を用いて被検査物のＸ線透過像を構築するとともに、そのＸ線透過像を用いた画像処理により、被検査物中の正常／異常を判定する判定手段を備えた食品用Ｘ線検査装置において、
上記Ｘ線ラインセンサとして請求項１、２または３に記載のＸ線ラインセンサが用いられ、かつ、上記Ｘ線防護箱の出口および入口には、被検査物に触れるＸ線遮蔽手段が設けられていないことを特徴とする食品用Ｘ線検査装置。
【請求項１】
Ｘ線の入射により蛍光を発生する材料からなる光変換部材と、各一端部がそれぞれ上記光変換部材に臨むように直線状に配列されるとともに、他端部は２次元状に束ねられた光ファイバ束と、その光ファイバ束の他端部からの出射光を増強する光増強手段と、その光増強手段からの出射光を撮像する撮像手段を備えてなるＸ線ラインセンサ。
【請求項２】
上記光増強手段がイメージインテンシファイアであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ラインセンサ。
【請求項３】
上記光ファイバ束の他端部は当該光ファイバ束の一端部の順と無関係に２次元状に束ねられ、その２次元状に束ねられた各光ファイバと、上記一端側の直線状に並べられた各光ファイバとの位置関係を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線ラインセンサ。
【請求項４】
Ｘ線防護箱内に互いに対向して配置されたＸ線発生装置とＸ線ラインセンサの間で、当該Ｘ線防護箱に設けられた出口および入口を貫通するように配置された搬送手段により被検査物を搬送することにより、被検査物を透過したＸ線を上記Ｘ線ラインセンサで検出し、その検出出力を用いて被検査物のＸ線透過像を構築するとともに、そのＸ線透過像を用いた画像処理により、被検査物中の正常／異常を判定する判定手段を備えた食品用Ｘ線検査装置において、
上記Ｘ線ラインセンサとして請求項１、２または３に記載のＸ線ラインセンサが用いられ、かつ、上記Ｘ線防護箱の出口および入口には、被検査物に触れるＸ線遮蔽手段が設けられていないことを特徴とする食品用Ｘ線検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１７２９９３（Ｐ２０１２−１７２９９３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２１２２（Ｐ２０１１−３２１２２）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]