フラットパネル検出器の解像度について
2021年8月23日 | クリスチャン・ジュシェデ
最適なフラットパネル検出器を探す際、最高の解像度だけがすべてではありません。クリスチャン・ジュシェデ氏は、なぜ100µmではなく139µmまたは150µmの画素ピッチにこだわるのか、そして最適なものを選ぶ際に考慮すべき点について解説します。
最適なフラットパネル検出器を探す際、最高の解像度だけがすべてではありません。当社の高エネルギー・高解像度CTシステムYXLON FF85 CTでは、2種類の検出器アレイをご用意しています。これらのアレイがお客様の用途に最適な理由、そしてなぜ当社が100µmではなく139µmまたは150µmの画素ピッチにこだわっているのかをご説明したいと思います。
お客様のご要望に応じて、以下の選択肢があります。
検出器4343HEは、側面に配置された電子回路と完全シールド構造により、最大600kVまで使用可能な高エネルギーバージョンです。画素ピッチは139µm、画素マトリックスは3072×3072です。フル解像度では毎秒4フレーム、ビニングモードでは毎秒15フレームのフレームレートを実現しています。有効領域は約43×43cmです。
検出器4343Nは、4343CT検出器と同じ技術を採用しています。 YXLON FF35 CTとYXLON FF20 CTシステム。画素ピッチは150 µm、画素マトリックスは2880 x 2880です。4343Nの大きな利点は、電子回路の感度と線形性が大幅に向上し、フレームレートが大幅に向上したことです。4343HEの4フレーム/秒に対し、4343Nはフル解像度で15フレーム/秒となり、はるかに高速です。内部シールドのため、現在450 kVまでしか利用できません。
共通理解のために：
ピクセルピッチとは、あるピクセルの中心点から隣接するピクセルの中心点までの距離のことです。この距離が小さいほど、画像の解像度が高くなります。
ピクセルマトリックスとは、検出器に含まれるピクセルの配置と数を指します。ピクセル数が多いほど、解像度が高くなります。
ビニングモードを使用すると、ピクセルは2×2のピクセルブロックに統合されます。この方法により、信号対雑音比が向上し、フレームレートが速くなり、データ量が減少します。結果として、解像度は低下します。フレームとは、検出器によって撮影される個々の画像のことです。したがって、1秒間に取得するフレーム数が多いほど、検出器とCTシステムの動作速度が速くなります。
計算してみましょう。
従来のCTシステムでは、画素ピッチ200µmの検出器が使用されていましたが、200µmの解像度では今日の要求を満たせないことは誰も否定できません。現在では、400mm×400mmの検出器で100µmの解像度を求める声が多く聞かれます。しかしながら、CTユーザーの検査および後処理作業においては、139µmと150µmが現状で最適な解像度であると確信しています。
ご覧ください：
例えば、200 µmの画素ピッチを持つ検出器と2048 x 2048の画素マトリックスを用いたピストンのCTスキャン1件のファイルサイズは16 GBです。画素ピッチを150 µmまで下げると、2880 x 2880の画素マトリックスで既に46 GBのCTファイルサイズになります。100 µmの検出器と4096 x 4096の画素では、CTファイルサイズは134 GBになります。
512 GB RAM を搭載した PC を使用していると仮定します。これは既にかなり高性能です。検査対象部品が大きいため水平走査範囲を拡張する必要がある場合、200 µm 検出器ではファイルサイズが 107 GB に増加し、150 µm ピクセルピッチの検出器では 307 GB のスキャンデータとなり、100 µm では既に 857 GB の CT ファイルサイズになります。つまり、512 GB の PC 構成では、4096 x 4096 ピクセルの 100 µm 検出器を使用した単純な水平走査範囲の拡張はもはや不可能です。再構成アルゴリズムによってはデータが再構成される可能性はありますが、フル解像度で開いたり、欠陥検出などの分析を実行したりすることはできません。100 µm 検出器を使用した単純な走査範囲の拡張では、データサイズが大きすぎます。 100 µm検出器とスキャンフィールド拡張を使用する場合にこれらの問題を回避するには、ビニングモードを使用できます。しかし、その場合、画素ピッチは200 µmとなり、これは10年以上前の最先端技術です。
さらに、垂直走査領域を2倍に拡張する必要がある場合、200 µm検出器ではファイルサイズが214 GB、150 µm検出器では614 GB、100 µm検出器では1.7 TBになります。1 TBのメモリ（1024 GB RAM）を搭載したPCでも、VGSTUDIO MAXなどでファイルを開いて欠陥検出を行うことは不可能です。また、走査領域を3倍に拡張すると、100 µmピクセルピッチ検出器で約2.5 TBになります。走査領域の拡張はもちろん、一般的に、フル解像度で大型部品を検査するには、この容量では到底足りません。
1024GBのRAMを搭載したメモリでは、139µmまたは150µmのピクセルピッチが最適な解像度であることが明らかになります。なぜなら、すべてのスキャンフィールド拡張が可能であり、CTシステムのフル解像度を使用できるからです。
多孔質の自動車用鋳造部品
-> YXLON UX20へお越しください
リチウムイオン電池（LIB）、ROIスキャン
→当社のブログ記事「品質管理における新たな課題」をご覧ください
鋳造ローターに見られる気孔（フラウンホーファーIFAM提供）
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AMPower社提供の3Dプリント製ヒップカップ
→ 「積層造形」のページをご覧ください
車のヘッドライト -> YXLON FF85 CT をご覧ください
エアバッグカバー -> YXLON FF35 CTをご覧ください
結論：
CTシステムを購入し、どの検出器アレイが要件に最適かを評価する際には、必ずしも最高解像度が必要というわけではありません。CTシステムのすべての機能が、検査対象部品すべてにおいて最適な結果を得るために、可能な限り柔軟に連携して動作する必要があることを念頭に置いてください。
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