JP2008224448A - Ｘ線検査方法およびｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物の所定の検査エリアを選択的に高速に検査することができるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線を出力する走査型Ｘ線源１０と、複数のＸ線センサ２３が取り付けられ、回転軸２１を中心に回転するセンサベース２２と、センサベース２２の回転角やＸ線センサ２３からの画像データの取得を制御するための画像取得制御機構３０等を備える。走査型Ｘ線源１０は、各Ｘ線センサ２３について、Ｘ線が検査対象２０の所定の検査エリアを透過して各Ｘ線センサ２３に対して入射するように設定されたＸ線の放射の起点位置の各々に、Ｘ線源のＸ線焦点位置を移動させてＸ線を放射する。画像制御取得機構３０はＸ線センサ２３が検出した画像データを取得し、演算部７０はその画像データに基づき検査エリアの画像の再構成を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線検査方法およびＸ線検査装置に関する。特に、Ｘ線照射を用いて対象物を検査するための撮影方法であって、Ｘ線検査方法、Ｘ線検査装置に適用しうる技術に関する。

近年、サブミクロンの微細加工技術によりＬＳＩ（Large-Scale Integration）の高集積化が進み、従来複数のパッケージに分かれていた機能をひとつのＬＳＩに積め込むことができるようになった。従来のＱＦＰ（Quad Flat Package）やＰＧＡ（Pin Grid Array）では、ワンパッケージに必要な機能を組み込むことによるピン数の増加に対応できなくなったため、最近では、特に、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）パッケージのＬＳＩが使用される。また、携帯電話機などの超小型化が必要なものでは、ピン数がそれほど必要なくてもＢＧＡパッケージが使用されている。

ＬＳＩのＢＧＡやＣＳＰパッケージは超小型化には大いに貢献する反面、半田部分等がアセンブリ後には外観からは目に見えないという特徴がある。そこで、ＢＧＡやＣＳＰパッケージを実装したプリント基板等を検査する際は、検査対象品にＸ線を照射して得られた透過画像を分析することで、品質の良否判定が行なわれてきた。

たとえば、特許文献１では、透過Ｘ線を検出するのにＸ線平面センサを用いることで、鮮明なＸ線画像を得ることができるＸ線断層面検査装置が開示されている。

また、特許文献２では、Ｘ線の照射角度を任意に選択して傾斜三次元Ｘ線ＣＴにおける画像の再構成を行なうための方法が開示されている。

また、特許文献３では、平行Ｘ線検出手段で取得したＸ線画像に基づいて二次元的な検査を実施し、傾斜Ｘ線検出手段にて取得したＸ線画像に基づいて三次元的な検査を行なうことで、双方の検査を高速に行なうことができるＸ線検査装置が開示されている。

また、特許文献４では、電子部品の接続部の断面画像を作成し、分析システムによって自動的に接続部の欠陥を識別して位置を捜し、接続部の工程特性を決定する自動ラミノグラフシステムが開示されている。
特開２０００−４６７６０号公報 特開２００３−３４４３１６号公報 特開２００６−１６２３３５号公報 特公平６−１００４５１号公報

しかしながら、上述した従来のＸ線検査に関するＸ線撮影技術では、再構成できる検査エリアの面積を大きくすると、撮像および３Ｄ化（再構成）演算に時間を要する。たとえば、上述したようなプリント基板等を検査するためには、その検査対象の全体ではなく、複数の特定の部分の画像を得られればよい場合が多い。このような場合において、検査対象について検査をしたい部分が飛び地状に配置されているときに、その全体を包含する面積（または体積）を検査対象としうるＸ線検出機を用意するのは、装置の大型化や演算負荷の増加等の観点から効率的でない。

また、検査エリアを変更させるのに撮像系あるいは検査対象ワークを動かす必要があり、可動部分が増える。このため、コスト、保守性や信頼性に問題がある場合がある。

あるいは、検査すべき対象の面積が大きい場合（たとえば、ガラス基板）であって検査エリアを変更する際は、ワーク側をＸ−Ｙ方向に動かしたり、３６０度回転させたりすることが困難な場合がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、検査対象物の所定の検査エリアを選択的に高速に検査することができるＸ線検査装置およびこのようなＸ線撮影方法を利用したＸ線検査方法を提供することである。

この発明の他の目的は、可動部分を削減して、低コストで、保守性や信頼性に優れたＸ線検査装置およびこのようなＸ線撮影方法を利用したＸ線検査方法を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、検査対象物を移動させることなく、大面積の検査対象物を検査することが可能なＸ線検査装置およびこのようなＸ線撮影方法を利用したＸ線検査方法を提供することである。

本発明の１つの局面に従うと、Ｘ線照射によって対象物を透過したＸ線を複数の検出面で検出する受光部を備えたＸ線検査装置を用いたＸ線検査方法であって、対象物の検査部分を指定するステップと、複数の検出面について、Ｘ線が検査部分を透過して各検出面に対して入射するように設定されたＸ線の放射の起点位置の各々に、Ｘ線源のＸ線焦点位置を移動させて、Ｘ線を発生させるステップと、各検出面において検査部分を透過したＸ線の強度分布を検出するステップと、検出した強度分布のデータに基づき、検査部分の画像データを再構成するステップとを備える。

好ましくは、Ｘ線を発生させるステップは、Ｘ線を検出するための複数の検出面をそれぞれ指定するステップと、複数の検出面の各々から対応する起点位置に向かう直線上に、検査部分が存在するように、Ｘ線源の連続面であるターゲット面上において起点位置の各々を設定するステップと、各起点位置にＸ線源の電子ビームを照射する照射位置を変更することで、Ｘ線焦点位置を移動させて、Ｘ線を発生させるステップとを含む。

好ましくは、起点位置の各々を決定するステップは、検出面と検査部分とを結ぶ直線と、ターゲット面との交点を起点位置として決定するステップを含む。

好ましくは、Ｘ線を発生させるステップは、電子ビームを偏向させて照射位置を変更するステップを含む。

好ましくは、検査部分を指定するステップは、検査済みの検査部分から、ターゲット面より対象物へ向かう方向に沿って移動した位置に、今回検査する検査部分を指定するステップを含む。

本発明の他の局面に従うと、Ｘ線によって対象物を透過したＸ線を複数の検出面で検出する受光部を備えるＸ線検査装置であって、複数の検出面を有する検出手段と、Ｘ線の出力処理を制御するための出力制御手段とを備え、出力制御手段は、対象物の検査部分を指定する指定手段と、複数の検出面について、Ｘ線が対象物の検査部分を透過して各検出面に対して入射するようにＸ線の放射の起点位置の各々を設定する起点設定手段とを含み、各起点位置にＸ線源のＸ線焦点位置を移動させて、Ｘ線を発生させるＸ線出力手段と、複数の検出面で検出した、検査部分を透過したＸ線の強度分布のデータに基づき、検査部分の画像データを再構成する再構成手段とをさらに備える。

好ましくは、Ｘ線出力手段は、Ｘ線源の電子ビームを偏向させ、電子ビームを照射する照射位置を変更することでＸ線焦点位置を移動させる手段を含む。

好ましくは、検出手段は、所定の軸を中心とする円周上に複数の検出面が配置された回転台と、軸を中心として回転台を回転させる回転手段とを含む。

好ましくは、複数の検出面は、対象物に対して垂直な軸を中心とする円周上に配置される。

好ましくは、複数の検出面は、対象物に対して垂直な軸を中心とする、半径の異なる複数の円周上に配置される。

好ましくは、検出手段は、各検出面を、垂直な軸を中心とする円の半径方向に自在に移動させる手段を含む。

好ましくは、検出手段は、対象物に対し垂直な軸と検出面とがなす傾斜角を制御するための検出面制御手段を含む。

本発明に係るＸ線検査方法およびＸ線検査装置によれば、検査対象物の所定の検査エリアを選択的に高速に検査することができる。

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。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについては詳細な説明は繰り返さない。

（１．本発明の構成）
図１は、本発明に係るＸ線検査装置１００の概略ブロック図である。

図１を参照して、本発明に係るＸ線検査装置１００について説明する。ただし、以下で記載されている構成、寸法、形状、その他の相対配置などは、特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線を出力する走査型Ｘ線源１０と、複数のＸ線センサ２３が取り付けられ、回転軸２１を中心に回転する回転台であるセンサベース２２とを備える。また、走査型Ｘ線源１０とセンサベース２２との間には検査対象２０が配置される。さらに、Ｘ線検査装置１００は、センサベース２２の回転軸周りの回転角やＸ線センサ２３からの画像データの取得を制御するための画像取得制御機構３０と、ユーザからの指示入力等を受け付けるための入力部４０と、測定結果等を外部に出力するための出力部５０とを備える。また、Ｘ線検査装置１００は、走査Ｘ線源制御機構６０と、演算部７０と、メモリ９０とをさらに備える。このような構成において、演算部７０は、メモリ９０に格納された図示しないプログラムを実行して各部を制御し、また、所定の演算処理を実施する。

走査型Ｘ線源１０は、走査Ｘ線源制御機構６０によって制御され、検査対象２０に対しＸ線を照射する。

図２は、走査型Ｘ線源１０の構成を示す断面図である。
図２を参照して、走査型Ｘ線源１０においては、電子ビーム制御部６２によって制御された電子銃１５から、タングステンなどのターゲット１１に対し電子ビーム１６が照射される。そして、電子ビーム１６がターゲットに衝突した場所（Ｘ線焦点位置１７）からＸ線１８が発生し、放射（出力）される。なお、電子ビーム系は、真空容器９の中に収められている。真空容器９の内部は、真空ポンプ１４によって真空に保たれており、電子銃１５から高圧電源１３によって加速された電子ビーム１６が発射される。

走査型Ｘ線源１０においては、偏向ヨーク１２によって電子ビーム１６を偏向することにより、電子ビーム１６がターゲット１１に衝突する場所を任意に変更することができる。たとえば、偏向ヨーク１２によって偏向された電子ビーム１６ａはターゲット１１に衝突し、Ｘ線焦点位置１７ａからＸ線１８ａが出力される。また、同様に、偏向ヨーク１２によって偏向された電子ビーム１６ｂはターゲット１１に衝突し、Ｘ線焦点位置１７ｂからＸ線１８ｂが出力される。なお、本願発明において、走査型Ｘ線源１０は透過型であり、また、後に説明するように、検査対象物の検査対象部分に応じて設定されるＸ線の放射の起点となるべき位置（以下、「Ｘ線の放射の起点位置」と呼ぶ）からＸ線を発生させるにあたり、その位置の設定の自由度を高めることができるよう、リング状ではなく、連続面のターゲットであることが望ましい。また、以下の説明では、特に位置を区別して記載しない場合は、総称として、単にＸ線焦点位置１７と示す。

なお、Ｘ線焦点位置を、上述したＸ線の放射の各起点位置に移動させるには、たとえば、Ｘ線源自体の位置を、その都度、機械的に移動させることも可能である。ただし、図２に示すような構成であれば、Ｘ線焦点位置を、Ｘ線の放射の起点位置に移動させるにあたり、一定の範囲内であれば、Ｘ線源を機械的に移動させることを必要とせず、保守性や信頼性に優れたＸ線検査装置を実現できる。なお、Ｘ線源を複数個設けておき、起点位置に応じて、切り替えて使用することも可能である。

図１に戻って、走査Ｘ線源制御機構６０は、電子ビームの出力を制御する電子ビーム制御部６２を含む。電子ビーム制御部６２は、演算部７０から、Ｘ線焦点位置、Ｘ線エネルギー（管電圧、管電流）の指定をうける。Ｘ線エネルギーは、検査対象の構成によって異なる。

検査対象２０は、走査型Ｘ線源１０とＸ線センサ２３（センサベース２２）との間に配置される。検査対象２０は、Ｘ−Ｙ−Ｚステージで任意の位置に移動するようにしてもよいし、ベルトコンベアのように一方向に移動することにより検査のための位置に配置するようにしてもよい。検査対象がプリント実装基板のように小さい場合、走査型Ｘ線源１０とセンサベース２２とは固定で検査対象を移動させるが、ガラス基板など検査対象が大面積で、検査対象側を任意に移動させることが困難な場合は、走査型Ｘ線源１０とセンサベース２２との相対的な位置は固定したまま、走査型Ｘ線源１０およびセンサベース２２を移動させてもよい。

Ｘ線センサ２３は、走査型Ｘ線源１０から出力され、検査対象２０を透過したＸ線を検出して画像化する２次元センサである。たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、Ｉ．Ｉ．（Image Intensifier）管などである。本願発明では、センサベース２２に複数のＸ線センサを配置することから、スペース効率のよいＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）が望ましい。また、インライン検査で使うことができるように高感度であることが望ましく、ＣｄＴｅを使った直接変換方式のＦＰＤであることが特に望ましい。なお、以下の説明では、特にセンサを区別して記載しない場合は、総称として、単にＸ線センサ２３と示す。

センサベース２２においては、走査型Ｘ線源１０側の回転台の円周上に複数のＸ線センサ２３が取り付けられている。また、センサベース２２は、回転台の回転軸２１を中心に回転することができる。実際には、回転可能な範囲は１回転以下でよく、たとえば、センサベース２２の円周上に、Ｎ個のＸ線センサが配置されていた場合、隣り合うＸ線センサとセンサベース回転中心のなす角度が３６０／Ｎ程度回転すればよい。もちろん、前式は一具体例に過ぎず、回転角度はこの式に縛られるものではない。センサベース２２の回転角はセンサ（図示しない）によって知ることができ、入力部４０を介して演算部７０に取り込むことができる。

また、センサベース２２は、拡大率を調整するために上下に昇降できることが望ましい。この場合、センサベース２２の上下方向の位置をセンサ（図示しない）により知ることができ、入力部４０を介して演算部７０に取り込むことができる。また、センサベース２２を上下に昇降すると、Ｘ線センサ２３に入射するＸ線の角度が変わるため、Ｘ線センサ２３のセンサベース２２に対する傾斜角度を制御できるようにしておくのが望ましい。

画像取得制御機構３０は、演算部７０より指定された角度にセンサベースを回転するよう制御するための回転角制御部３２と、演算部７０から指定されたＸ線センサ２３の画像データを取得するための画像データ取得部３４とを含む。なお、演算部７０から指定されるＸ線センサは１個でも複数でもかまわない。

入力部４０は、ユーザの入力を受け付けるための操作入力機器である。
出力部５０は、演算部７０で構成されたＸ線画像等を表示するためのディスプレイである。

すなわち、ユーザは、入力部４０を介して様々な入力を実行することができ、演算部７０の処理によって得られる種々の演算結果が出力部５０に表示される。出力部５０に表示される画像は、ユーザによる目視の良否判定のために出力されてもよいし、あるいは、後で説明する良否判定部７８の良否判定結果として出力されてもよい。

演算部７０は、走査Ｘ線源制御部７２と、画像取得制御部７４と、３Ｄ画像再構成部７６と、良否判定部７８と、ステージ制御部８０と、Ｘ線焦点位置計算部８２と、撮像条件設定部８４とを含む。

走査Ｘ線源制御部７２は、Ｘ線焦点位置、Ｘ線エネルギーを決定し、走査Ｘ線源制御機構６０に指令を送る。

画像取得制御部７４は、センサベース２２の回転角、画像を取得するＸ線センサ２３を決定し、画像取得制御機構３０に指令を送る。また、画像取得制御機構３０から、画像データを取得する。

３Ｄ画像再構成部７６は、画像取得制御部７４により取得された複数の画像データから３次元データを再構成する。

良否判定部７８は、３Ｄ画像再構成部７６により再構成された３Ｄの画像データあるいは、透視データをもとに検査対象の良否を判定する。たとえば、半田ボールの形状を認識し、当該形状が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定する等により良否判定を行なう。なお、良否判定を行なうアルゴリズム、あるいは、アルゴリズムへの入力情報は、検査対象によって異なるため撮像条件情報９４から入手する。

ステージ制御部８０は、検査対象２０を移動させる機構（図示しない）を制御する。
Ｘ線焦点位置計算部８２は、検査対象物２０のある検査エリアを検査する際に、その検査エリアに対するＸ線焦点位置や照射角などを計算する。なお、詳細は後述する。

撮像条件設定部８４は、検査対象２０に応じて、走査型Ｘ線源１０からＸ線を出力する際の条件を設定する。たとえば、Ｘ線管に対する印加電圧、撮像時間等である。

メモリ９０は、Ｘ線焦点位置計算部８２によって計算されたＸ線焦点位置が格納されるＸ線焦点位置情報９２と、撮像条件設定部８４によって設定された撮像条件や、良否判定を行なうアルゴリズムなどが格納される撮像条件情報９４とを含む。なお、メモリ９０は、データを蓄積することができればよく、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）等の記憶装置により構成される。

図３は、センサベース２２を走査型Ｘ線源１０側から見た図である。特に、図３（ａ）はＸ線センサ２３を同一半径で配置した図であり、図３（ｂ）はＸ線センサ２３を異なる半径で配置した図である。

図３を参照して、センサベース２２について説明する。
センサベース２２には、Ｘ線センサ２３にデータ処理などを行なう機構部品を複合化したＸ線センサモジュール２５が複数取り付けられている。たとえば、図３（ａ）に示すように、Ｘ線センサ２３がセンサベース回転中心を中心とする円の同一半径上にあるように、Ｘ線センサモジュール２５を配置してもよいし、図３（ｂ）に示すように、異なる半径の円周上に配置されてもよい。また、センサベース２２の中心にもセンサモジュール２５が配置されることが望ましい。さらに、Ｘ線センサモジュール２５は、スライダ２４を介して、半径方向に自由に移動できるように制御されることが望ましい。これにより、検査対象の様々な角度から見た撮像データを取得することができる。

図４は、Ｘ線センサモジュール２５を示した側面図である。なお、Ｘ線センサ２３については、Ｘ線受光部２６側から見た図も併せて示す。

図４を参照して、Ｘ線センサモジュール２５について説明する。
Ｘ線センサモジュール２５は、Ｘ線を電気信号に変換するＸ線受光部２６と、電気信号をデータ化し、データケーブル２７を通じて画像データ取得部３４にデータを送信するデータ処理部２９とを備える。なお、Ｘ線センサモジュール２５には、電源ケーブル２８を介して外部より電力が供給される。また、Ｘ線センサモジュール２５は、スライダ２４を介して半径方向に自由に移動させることができるが、位置を固定していてもよい。

Ｘ線センサ２３は、センサベース２２に対して、一定角度（センサ傾斜角α）傾いている。図４では、センサ傾斜角αは固定であるが、画像取得制御機構３０からの制御により角度調整できるようになっていても構わない。

Ｘ線センサモジュール２５は、センサベース２２に複数取り付けられるが、それぞれは着脱可能である。したがって、故障したＸ線センサモジュールのみを交換するということができる。

図５は、撮像系を横から見た概念図である。
図５を参照して、撮像系について説明する。なお、図５においては、Ｘ線センサ２３ａ，２３ｂは、対向する位置関係にあれば、どのＸ線センサ２３であってもよい。また、図５では、Ｘ線センサ２３ａ、２３ｂは、センサベース２２に対し、それぞれ一定角度（センサ傾斜角αＡ，αＢ）傾いている。

図５では、ワーク（検査エリア）１３０はセンサベース２２の回転軸上にある。ワーク１３０を撮像する際には、走査型Ｘ線源１０からＸ線センサ２３に対して出力されるＸ線の焦点位置（電子ビームの照射位置）の設定されるべき位置（Ｘ線の放射の起点位置）が決められる。たとえば、Ｘ線センサ２３ａに対するＸ線焦点位置１７ａは、Ｘ線センサ２３ａのセンサ中心１４０とワーク（検査エリア）１３０の中心を結ぶ直線と走査型Ｘ線源１０のターゲット面との交点に設定される。なお、センサ中心１４０には、ワークの透視像１４２が検出される。すなわち、Ｘ線の放射の起点位置は、対応するＸ線センサの検出面について、Ｘ線がワークを透過して、この検出面に対して入射するように設定される。したがって、Ｘ線センサ２３ａのセンサ中心１４０とワーク１３０の中心とＸ線焦点位置１７ａとが一直線上に並ぶことが望ましいが、検出面の一定範囲内にＸ線が入射する限り、このような配置に限定されるわけではない。言い換えると、Ｘ線センサの各々から対応する起点位置に向かう直線上にワークが存在するように、ターゲット面の起点位置が各々設定される。

ここで、Ｘ線センサ２３とＸ線焦点位置１７とを結ぶ直線と走査型Ｘ線源１０のターゲット面のなす角を照射角θとする。たとえば、Ｘ線センサ２３ａ，２３ｂに対しては、照射角θＡ，θＢとする。なお、各照射角を特に区別しない場合は、単に照射角θと示す。

図５の示すように、ワークがセンサベースの回転中心の鉛直線上に存在する場合は、全てのＸ線センサ２３に関する照射角θは全て等しくなる。本願発明では、ワークをセンサベースの回転中心にする必要はないので、各照射角は全て等しいとは限らない。

図６は、撮像系を上から見た概念図である。
図６を参照して、さらに撮像系について説明する。なお、Ｘ線センサ２３ａと２３ｂとの位置関係およびＸ線センサ２３ｃと２３ｄとの位置関係は対向する位置にあれば、どのＸ線センサ２３であってもよい。また、図６では、Ｘ線センサ２３ａと２３ｂを結ぶ直線とＸ線センサ２３ｃと２３ｄとを結ぶ直線とは直交しているものとする。

ここで、ワーク１３０の中心とＸ線センサ２３の中心とを結ぶ直線とＸ線センサ２３のなす角度を撮像角βとする。たとえば、Ｘ線センサ２３ａ〜２３ｄに対しては、撮像角βＡ〜βＤとなる。なお、各撮像角を特に区別しない場合は、単に撮像角βと示す。

ワーク１３０がセンサベース２２の中心の鉛直線上にある場合は、撮像角は全てのＸ線センサ２３で等しくなる。しかし、図６で示すように、ワーク１３０が鉛直線上にない場合は、撮像角は等しくならない。

図７は、左右方向に位置が異なる検査エリアを撮像する際のイメージを示した、撮像系を横から見た概念図である。

図７を参照して、左右方向に位置が異なる検査エリアを撮像する際のＸ線焦点位置について例を挙げて説明する。なお、図７において、走査型Ｘ線源１０のターゲット面から検査対象２０までの距離をＺ１、検査対象２０からＸ線センサ２３の中心までの距離をＺ２、センサベース２２の半径（センサベース２２の回転軸からＸ線センサ２３の中心まで）をＬとする。

たとえば、センサベース２２の回転軸上にある検査エリア１３２をＣＴ撮像（再構成）したい場合は、Ｘ線センサ２３ａに対するＸ線焦点位置はＡ０と設定され、Ｘ線センサ２３ｂに対するＸ線焦点位置はＢ０と設定される。

同様に、検査エリア１３２を左右方向に移動させた位置にある検査エリア１３４の場合は、Ｘ線センサ２３ａに対するＸ線焦点位置はＡ１と設定され、Ｘ線センサ２３ｂに対するＸ線焦点位置はＢ１と設定される。

図８は、検査エリアに対する走査型Ｘ線源のＸ線焦点位置のイメージを示した、撮像系を上から見た概念図である。

図８を参照して、図７で示した検査エリアに対するＸ線焦点位置について、さらに説明する。

センサベース２２の回転軸上にある検査エリア１３２のＸ線センサ２３ａに対するＸ線焦点位置はＡ０である。ここで、検査エリア１３２の各Ｘ線センサ２３に対するＸ線焦点位置は、センサベース２２の回転中心の鉛直線上と走査型Ｘ線源１０のターゲット面とが交わる点を中心とする円状の軌跡（図８において、Ｘ線焦点位置の軌跡ＸＡ０）となる。

また、検査エリア１３２を同一水平平面内で移動させた位置にある検査エリア１３４のＸ線センサ２３ａに対するＸ線焦点位置はＡ１である。Ｘ線焦点位置Ａ１は、Ｘ線センサ２３ａの中心と検査エリア１３４の中心とを結ぶ直線と走査型Ｘ線源１０のターゲット面とが交わる点である。なお、検査エリア１３４の各Ｘ線センサ２３に対するＸ線焦点位置の軌跡ＸＡ１の中心１３５と検査エリア１３４との距離ｄは、図７で説明した検査対象２０とターゲット面、Ｘ線センサとの距離Ｚ１，Ｚ２を用いて、ｄ＝Ｓ／（Ｚ２／Ｚ１）と表わされる。ただし、Ｓは検査エリア１３２と検査エリア１３４との距離である。

図９は、左右方向および高さ方向に位置が異なる、検査エリアを撮像する際のイメージを示した、撮像系を横から見た概念図である。

図９を参照して、左右方向および高さ方向に位置が異なる、検査エリアを撮像する際のＸ線焦点位置について例を挙げて説明する。

検査エリア１３６，１３８は左右方向だけでなく、高さ方向についても座標が異なる。検査エリア１３６のＸ線センサ２３ａ，２３ｂに対するＸ線焦点位置はＡ２，Ｂ２であり、検査エリア１３８のＸ線センサ２３ａ，２３ｂに対するＸ線焦点位置はＡ３，Ｂ３である。

ここで、Ｘ線センサに投影される際の拡大率は、ターゲット面から検査エリアの中心までの高さに反比例する。このため、ターゲット面から検査エリアの中心までの高さが異なる検査エリア１３６と１３８とは、Ｘ線センサ２３に投影される際の拡大率が異なる。しかし、再構成された像の大きさは異なっても、検査の妨げになることはなく、また、検査エリア同士の比較、あるいは、合成の際は、再構成された像を画像処理で拡大率の補正を行なえばよい。

図１０は、検査エリアとＸ線焦点位置情報との対応関係を示す図である。特に、図１０（ａ）は再構成の対象となる再構成領域内の検査エリアを示す図であり、図１０（ｂ）は各検査エリアに対する、ＣＴアルゴリズムにより再構成に必要な情報を含むＸ線焦点位置情報を示す図である。なお、ＣＴアルゴリズムについては後述する。

図１０を参照して、検査エリアとＸ線焦点位置情報について説明する。
図１０（ａ）に示すように、再構成領域は、検査エリアＳ０，…，Ｓ８，…のようにボクセルの領域に分割することができる。この各検査エリアに対し、画像の再構成に必要な情報を表わした表が、図１０（ｂ）に示すＸ線焦点位置情報である。

Ｘ線焦点位置情報では、検査エリア２００と、各Ｘ線センサ２３に割り当てられた名前を示すセンサ名２０２と、センサ傾斜角２０４と、センサ撮像角２０６と、焦点位置２０８と、照射角２１０と、センサ配置角２１２とが対応付けられている。また、各検査エリアに対し、センサベースを回転させたときの再構成に必要な情報も対応付けられている。なお、センサ配置角については後述する。

Ｘ線焦点位置は、ある検査エリアを撮像する際の各Ｘ線センサに対する電子ビームの照射位置を示し、また、センサ傾斜角、センサ撮像角、照射角、センサ配置角は、撮像されたデータから画像を再構成する際の計算で用いられる。これらは、予め計算されていてもよいし、Ｘ線センサへＸ線を照射する度に計算するようにしてもよい。

たとえば、センサベースが回転していない場合の検査エリアＳ０を撮像する場合、まず、走査型Ｘ線源において、電子ビームを偏向し、電子ビームを照射する位置をＸ線焦点位置Ａ０に移動させる。そして、対応するＸ線センサＡの撮像データを取得する。同様にして、次に、照射位置をＸ線焦点位置Ｂ０に移動させ、対応するＸ線センサＢの撮像データを取得する。これを、Ｘ線センサの数だけ繰り返す。また、撮像枚数を増やすため、センサベースを回転させる場合は、センサベースの回転角に応じて電子ビームの照射位置を移動させて撮像する。

図１１は、センサ配置角とセンサベース基準角を説明するための図である。特に、図１１（ａ）はセンサベースの回転前を示す図であり、図１１（ｂ）はセンサベースをθｓ回転した後を示す図である。

図１１を参照して、センサ配置角とセンサベース基準角について説明する。
図１１（ａ）に示すように、センサベース２２には、Ｘ線センサ２３同士の位置関係を示す際の基準となるセンサベース基準軸１４０が定められている。

ここで、Ｘ線センサ２３とセンサベース基準軸１４０とのなす角をセンサ配置角γとする。たとえば、Ｘ線センサＢ，Ｃに対しては、センサ配置角γＢ，γＣとなる。なお、各センサ配置角を特に指定しない場合は、単にセンサ配置角γと示す。

図１１（ｂ）に示すように、センサベース２２において基準座標軸１４２とセンサベース基準軸１４０とのなす角をセンサベース基準角θｓとする。

以上のような構成のＸ線検査装置１００を用いて、次節で述べるＸ線検査処理を行なう。

（２．Ｘ線検査処理の流れ）
図１２は、Ｘ線検査装置１００のＸ線検査処理の概略を示すフローチャートである。

図１２を参照して、Ｘ線検査処理の概略を説明する。なお、ステップＳ１００〜１０４の詳細については後述する。また、このフローチャートは、Ｘ線検査処理の一例に過ぎず、たとえば、ステップを入れ替えて実行するなどしてもよい。

まず、ステップＳ１００において、検査エリアを設定し、Ｘ線焦点位置情報を算出する。検査エリアは、ユーザが入力部４０を介して任意に設定してもかまわないし、予め設定された検査エリアの情報を参照しても構わない。ここでは、検査エリアを複数設定することもできる。そして、演算部７０は、Ｘ線焦点位置情報を算出する。

次いで、ステップＳ１０２において、Ｘ線焦点位置情報に基づき、撮像を行なう。ここでは、各Ｘ線センサ２３に対する全ての撮像処理を完了してからステップＳ１０４の処理に進む場合や、撮像された画像データを順次ステップＳ１０４の処理に進める、ステップＳ１０２と１０４とを並行に行なう場合がある。

続いて、ステップＳ１０４において、ＣＴアルゴリズムに従い、撮像された複数のデータから三次元再構成空間に逆投影して再構成データを生成し、ＣＴ画像を得る。

そして、ステップＳ１０６において、再構成データをもとに検査を行なう。なお、検査は、再構成データをディスプレイなどに表示させてユーザが行なう場合や、再構成データから自動的に判断する場合などがある。

最後に、ステップＳ１０８において、演算部７０は、ステップＳ１００で設定した全ての検査エリアの撮像が終了したかどうかを判定する。全ての検査エリアの撮像を終了していないと判断すれば（ステップＳ１０８において、ＮＯ）、ステップＳ１１０において、撮像する検査エリアを、設定された次の検査エリアに変更し、ステップＳ１０２の処理に戻る。

全ての検査エリアの撮像を終了したと判断すれば（ステップＳ１０８において、ＹＥＳ）、Ｘ線検査処理を終了する。

図１３は、図１２のステップＳ１００における処理を説明するためのフローチャートである。

図１３を参照して、図１２のステップＳ１００における処理の詳細について説明する。
ステップＳ１２０において、入力部４０は、ユーザによる検査エリアの設定を受け付ける。そして、Ｘ線焦点位置計算部８２に検査エリアの場所（たとえば、位置座標）を与える。

次いで、ステップＳ１２２において、入力部４０は、ユーザによる撮像枚数の設定を受け付ける。そして、Ｘ線焦点位置計算部８２に撮像枚数を与える。撮像枚数は、検査対象、検査項目により撮像条件設定部８４が自動的に設定する場合や、ユーザが任意に設定する場合がある。なお、本実施の形態では、撮像枚数は、センサベースの円周上に取り付けられたＸ線センサの数の整数倍とする。

続いて、ステップＳ１２４において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、設定された撮像枚数が、センサベースの円周上に取り付けられたＸ線センサの数より多いかどうかを判定する。

撮像枚数がＸ線センサの数よりも多いと判断すれば（ステップＳ１２４において、ＹＥＳ）、ステップＳ１２６において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、センサベースを回転する際のセンサベース基準角を計算する。

ここで、Ｘ線センサ２３がｎ個であって、撮像枚数がｎ×ｍ（ただし、ｍは２以上の整数）枚の場合、ｍ個のセンサベース基準角を計算する。具体的には、センサベース基準角は、０度、３６０／ｎ／ｍ度、…、（３６０／ｎ／ｍ）×ｘ度（ｘ＝１，…，ｍ−１）である。

たとえば、ｎ＝１８、ｍ＝１０の場合を例に挙げる。この場合、撮像枚数は１８×１０＝１８０枚である。また、２番目のセンサベース基準角は、３６０／１８／１０＝２度であり、最後のセンサベース基準角は、（３６０／１８／１０）×９＝１８度である。

一方、撮像枚数がＸ線センサの数よりも少ないと判断すれば（ステップＳ１２４において、ＮＯ）、ステップＳ１２８の処理に進む。

ステップＳ１２８において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、センサベース基準角に対する各Ｘ線センサに関する情報を計算する。具体的には、次のような計算を行なう。

ステップＳ１４０において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、各Ｘ線センサに対応するＸ線焦点位置を計算する。たとえば、Ｘ線センサ中心と検査エリア中心とを結ぶ直線と、ターゲット面との交点をＸ線焦点位置とする。

次いで、ステップＳ１４２において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、Ｘ線焦点位置に基づき、センサ照射角を計算する。

そして、ステップＳ１４４において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、Ｘ線焦点位置に基づき、センサ撮像角を計算する。

以上のようにして、Ｘ線焦点位置情報が計算される。なお、本実施の形態において、センサ傾斜角α、センサ配置角γは予め設定されているため、Ｘ線焦点位置ごとに、再計算する必要はない。

続いて、ステップＳ１３０において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、全てのセンサベース基準角に対して計算が終了したかどうかを判定する。

全てのセンサベース基準角に対して計算が終了していないと判断すれば（ステップＳ１３０において、ＮＯ）、ステップＳ１２８の処理に戻る。

一方、全てのセンサベース基準角に対して計算が終了したと判断すれば(ステップＳ１３０において、ＹＥＳ）、ステップＳ１３２において、Ｘ線焦点位置計算部８２は、焦点位置に関する計算結果をＸ線焦点位置情報９２に格納し記憶する。

以上のようにして、Ｘ線焦点位置計算部８２はＸ線焦点位置情報を計算する処理を行なう。

図１４は、図１２のステップＳ１０２における処理を説明するためのフローチャートである。

図１４を参照して、図１２のステップＳ１０２における処理の詳細について説明する。
まず、ステップＳ１５０において、走査Ｘ線源制御部７２は、Ｘ線焦点位置情報９２を参照する。

次いで、ステップＳ１５２において、走査Ｘ線源制御部７２は、電子ビーム制御部６２に対し、Ｘ線センサに対応するＸ線焦点位置に電子ビームの照射位置を変更する制御をおこなうよう走査型Ｘ線源１０に指示する。

続いて、ステップＳ１５４において、画像取得制御部７４は、画像データ取得部３４に対し、検査エリアを透過したＸ線を検出したＸ線センサから撮像データを取得するよう指示する。

そして、ステップＳ１５６において、画像取得制御部７４は、センサベース基準角に対応する撮像データを全て取得したかどうかを判定する。

全て取得していないと判断すれば（ステップＳ１５６において、ＮＯ）、ステップＳ１５２の処理に戻る。

全て取得したと判断すれば（ステップＳ１５６において、ＹＥＳ）、ステップＳ１５８において、画像取得制御部７６は、全てのセンサベース基準角に対する撮像データを取得したかを判定する。

全てのセンサベース基準角に対して撮像データを取得していないと判断すれば（ステップＳ１５８において、ＮＯ）、ステップＳ１６０において、画像取得制御部７４は、回転角制御部３２に対し、センサベース２２を未だ回転させていないセンサベース基準角になるように回転する制御を行なうよう指示し、ステップＳ１５２の処理に進む。

一方、全てのセンサベース基準角に対して撮像データを取得したと判断すれば（ステップＳ１５８において、ＹＥＳ）、撮像処理を終了する。

図１５は、図１２のステップＳ１０４における処理を説明するためのフローチャートである。

図１５を参照して、図１２のステップＳ１０４における処理（ＣＴアルゴリズム）の詳細について説明する。

まず、ステップＳ１７０において、３Ｄ画像再構成部７６は、取得した撮像データから投影データ（吸収係数画像）を計算する。

ここで、投影データについて簡単に説明する。
一般的に、Ｘ線が検査対象物を透過する場合、Ｘ線量は、検査対象物を構成する部品等のそれぞれが有する固有のＸ線吸収係数に相当する分だけ、以下の式（１）に示すような指数関数で示されるように減衰する。

Ｉ＝Ｉ_０Ｅｘｐ（−μＬ） …（１）
ただし、Ｌは透過経路長、μはＸ線吸収係数、Ｉ_０はＸ線空気データ値、ＩはＸ線センサ撮像データである。なお、Ｘ線空気データ値は、検査対象物を置かずに撮像されたＸ線センサの撮像データであり、一般に白画像と呼ばれる。

式（１）により、次の式（２）で計算される投影データ（μＬ）を求める。
μＬ＝ｌｏｇ（Ｉ_０／Ｉ） …（２）
また、投影データ、あるいは、投影データを計算する前のＸ線撮像データに対して、各種補正を行なう場合もある。たとえば、ノイズを除去するためにメディアンフィルタをかけたり、Ｘ線センサで画素ごとに特性・感度が異なる場合にはキャリブレーションを行なったりする。

次いで、ステップＳ１７２において、３Ｄ画像再構成部７６は、ステップＳ１７０で計算した複数の投影データから画像データの再構成を行なう。再構成方法としては、「ディジタル画像処理」（監修：ディジタル画像処理編集委員会、発行所：財団法人画像情報教育振興協会（ＣＧ−ＡＲＴＳ協会）、第２版、２００６年３月発行）の１４９頁から１５４頁で示されているように、フーリエ変換法など様々な手法が提案されている。本実施の形態では、再構成方法としてコンボリュージョン逆投影法を用いる。これは、ボケを低減するために投影データにＳｈｅｐｐ−Ｌｏｇａｎなどのフィルタ関数をコンボリュージョンして逆投影する方法である。

ここで、逆投影について簡単に説明する。
図１６は、逆投影について説明するための図である。

図１６を参照して、再構成領域３０２のボクセルデータＳ_０を逆投影する場合を例にあげて説明する。

この場合、Ｘ線源３００とボクセルデータＳ_０とを結ぶ直線とＸ線センサ３０４の交わる点（Ｘ線センサ３０４の画素）Ｐ_０の投影データの値をボクセルデータＳ_０の値とする。この際、ボクセルの位置（座標）によってＸ線強度が異なるため、撮像データを、センサ傾斜角、センサ撮像角、照射角、センサ配置角、センサベース基準角を基にＦＤＫ法のような強度補正を行なってもよい。また、画素Ｐ_０を求める際は、Ｘ線焦点位置情報９２に格納された情報や、図７で示したような、ターゲット面から検査対象までの距離Ｚ１、検査対象からＸ線センサの中心までの距離Ｚ２の値により幾何学的に算出できる。

図１５に戻って、最後にステップＳ１７４において、３Ｄ画像再構成部７６は、全ての撮像データに対する処理が完了したかどうかを判定する。

完了していないと判断すれば（ステップＳ１７４において、ＮＯ）、ステップＳ１７０の処理に戻る。

一方、完了したと判断すれば（ステップＳ１７４において、ＹＥＳ）、処理を終了する。

以上のように、本発明に係るＸ線検査装置によれば、検査対象物について任意の検査エリアを設定し、その限られたエリアだけについて画像を再構成することができる。これにより、撮像・再構成に時間を要しないため、検査時間を短くすることができる。

また、本発明に係るＸ線検査装置によれば、検査対象物を移動させることなく、検査エリアを変更することができる。これにより、稼動部を少なくすることができるため、コスト面、保守性、信頼性に優れている。また、検査対象物を移動させることが困難な場合であっても、再構成演算することができる。

また、本発明に係るＸ線検査装置によれば、センサベースを回転させて検査エリアの撮像を行なうことができる。これにより、撮像枚数を増やすことができ、高精度の画像を再構成することも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係るＸ線検査装置１００の概略ブロック図である。 走査型Ｘ線源１０の構成を示す断面図である。 センサベース２２を走査型Ｘ線源１０側から見た図である。 Ｘ線センサモジュール２５を示した側面図である。 撮像系を横から見た概念図である。 撮像系を上から見た概念図である。 左右方向に位置が異なる検査エリアを撮像する際のイメージを示した、撮像系を横から見た概念図である。 検査エリアに対する走査型Ｘ線源のＸ線焦点位置のイメージを示した、撮像系を上から見た概念図である。 左右方向および高さ方向に位置が異なる、検査エリアを撮像する際のイメージを示した、撮像系を横から見た概念図である。 検査エリアとＸ線焦点位置情報との対応関係を示す図である。 センサ配置角とセンサベース基準角を説明するための図である。 Ｘ線検査装置１００のＸ線検査処理の概略を示すフローチャートである。 図１２のステップＳ１００における処理を説明するためのフローチャートである。 図１２のステップＳ１０２における処理を説明するためのフローチャートである。 図１２のステップＳ１０４における処理を説明するためのフローチャートである。 逆投影について説明するための図である。

符号の説明

１０ 走査型Ｘ線源、１１ ターゲット、１２ 偏向ヨーク、１３ 高圧電源、１４ 真空ポンプ、１５ 電子銃、１６ 電子ビーム、１７ Ｘ線焦点位置、１８ Ｘ線、２０ 検査対象、２２ センサベース、２３ Ｘ線センサ、２４ スライダ、２５ Ｘ線モジュール、２６ Ｘ線受光部、２７ データケーブル、２８ 電源ケーブル、２９ データ処理部、３０ 画像取得制御機構、３２ 回転角制御部、３４ 画像データ取得部、４０ 入力部、５０ 出力部、６０ 走査Ｘ線源制御機構、６２ 電子ビーム制御部、７０ 演算部、７２ 走査Ｘ線源制御部、７４ 画像取得制御部、７６ ３Ｄ画像再構成部、７８ 良否判定部、８０ ステージ制御部、８２ Ｘ線焦点位置計算部、８４ 撮像条件設定部、９０ メモリ、９２ Ｘ線焦点位置情報、９４ 撮像条件情報、１００ Ｘ線検査装置。

Claims (12)

1. Ｘ線照射によって対象物を透過したＸ線を複数の検出面で検出する受光部を備えたＸ線検査装置を用いたＸ線検査方法であって、
   前記対象物の検査部分を指定するステップと、
   前記複数の検出面について、前記Ｘ線が前記検査部分を透過して各前記検出面に対して入射するように設定された前記Ｘ線の放射の起点位置の各々に、Ｘ線源のＸ線焦点位置を移動させて、前記Ｘ線を発生させるステップと、
   各前記検出面において前記検査部分を透過した前記Ｘ線の強度分布を検出するステップと、
   前記検出した強度分布のデータに基づき、前記検査部分の画像データを再構成するステップとを備える、Ｘ線検査方法。
2. 前記Ｘ線を発生させるステップは、
   前記Ｘ線を検出するための複数の検出面をそれぞれ指定するステップと、
   前記複数の検出面の各々から対応する前記起点位置に向かう直線上に、前記検査部分が存在するように、前記Ｘ線源の連続面であるターゲット面上において前記起点位置の各々を設定するステップと、
   各前記起点位置に前記Ｘ線源の電子ビームを照射する照射位置を変更することで、前記Ｘ線焦点位置を移動させて、前記Ｘ線を発生させるステップとを含む、請求項１記載のＸ線検査方法。
3. 前記起点位置の各々を決定するステップは、前記検出面と前記検査部分とを結ぶ直線と、前記ターゲット面との交点を前記起点位置として決定するステップを含む、請求項２記載のＸ線検査方法。
4. 前記Ｘ線を発生させるステップは、前記電子ビームを偏向させて前記照射位置を変更するステップを含む、請求項２記載のＸ線検査方法。
5. 前記検査部分を指定するステップは、検査済みの検査部分から、前記ターゲット面より前記対象物へ向かう方向に沿って移動した位置に、今回検査する検査部分を指定するステップを含む、請求項１記載のＸ線検査方法。
6. Ｘ線によって対象物を透過したＸ線を複数の検出面で検出する受光部を備えるＸ線検査装置であって、
   前記複数の検出面を有する検出手段と、
   前記Ｘ線の出力処理を制御するための出力制御手段とを備え、
   前記出力制御手段は、
   前記対象物の検査部分を指定する指定手段と、
   前記複数の検出面について、前記Ｘ線が前記対象物の検査部分を透過して各前記検出面に対して入射するように前記Ｘ線の放射の起点位置の各々を設定する起点設定手段とを含み、
   各前記起点位置にＸ線源のＸ線焦点位置を移動させて、前記Ｘ線を発生させるＸ線出力手段と、
   複数の前記検出面で検出した、前記検査部分を透過したＸ線の強度分布のデータに基づき、前記検査部分の画像データを再構成する再構成手段とをさらに備える、Ｘ線検査装置。
7. 前記Ｘ線出力手段は、前記Ｘ線源の電子ビームを偏向させ、前記電子ビームを照射する照射位置を変更することで前記Ｘ線焦点位置を移動させる手段を含む、請求項６記載のＸ線検査装置。
8. 前記検出手段は、
   所定の軸を中心とする円周上に前記複数の検出面が配置された回転台と、
   前記軸を中心として前記回転台を回転させる回転手段とを含む、請求項６に記載のＸ線検査装置。
9. 前記複数の検出面は、前記対象物に対して垂直な軸を中心とする円周上に配置される、請求項６に記載のＸ線検査装置。
10. 前記複数の検出面は、前記対象物に対して垂直な軸を中心とする、半径の異なる複数の円周上に配置される、請求項６に記載のＸ線検査装置。
11. 前記検出手段は、各前記検出面を、前記垂直な軸を中心とする円の半径方向に自在に移動させる手段を含む、請求項９または１０に記載のＸ線検査装置。
12. 前記検出手段は、前記対象物に対し垂直な軸と前記検出面とがなす傾斜角を制御するための検出面制御手段を含む、請求項６記載のＸ線検査装置。

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