JP2005098867A

JP2005098867A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2005098867A
Application number: JP2003333635A
Authority: JP
Inventors: Taketo Kishi; 武人岸
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP4178399B2

Abstract

【課題】試料上で断層像を得るべき部位を、Ｘ線光軸上で、かつ、試料の回転軸上に直感的に位置決めすることのできる傾斜型のＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線光軸Ｌと試料Ｗの回転軸Ｒとが直交しない撮像系を有するＸ線ＣＴ装置において、試料ステージ３上の試料Ｗを回転させつつＸ線を照射して得られる試料のＸ線透過データを取り込み，複数回分のＸ線透過データの内容を含んだＸ線透視画像を構築する位置決め用画像形成手段５２を設け、その位置決め用画像形成手段５２による画面上で、試料Ｗ上の断層像を得ようとする部位が中心に位置し、かつ、楕円状の軌跡の中心に位置するように試料ステージ３を位置決めすることにより、その部位をＸ線光軸Ｌ上で、かつ、回転軸Ｒ上に容易に位置させることを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は産業用のＸ線ＣＴ装置に関し、更に詳しくは、Ｘ線源からのＸ線光軸と、試料ステージの回転軸とが直交しない撮像系を備えたＸ線ＣＴ装置に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、Ｘ線源とＸ線検出器の間に試料を搭載して回転を与え、かつ、３次元方向に移動させることのできる試料ステージが配置され、その試料ステージ上に試料を搭載して回転を与えながらＸ線を照射し、微小回転角度ごとに試料のＸ線透過データを取り込み、その取り込んだＸ線透過データを用いて、試料ステージの回転軸に直交する平面に沿った試料断層像を再構成する。

このような産業用のＸ線ＣＴ装置においては、通常、Ｘ線源からのＸ線光軸と試料ステージの回転軸とが直交するような位置関係のもとに、Ｘ線源と回転テーブルが配置される（例えば特許文献１参照）。

ところで、例えば回路基板など、偏平な試料をその偏平方向に沿った面でスライスした断層像を得ようとする場合、図４に模式的に示すように、Ｘ線源４１とＸ線検出器４２を対向配置し、その間に回転軸ＲがＸ線光軸Ｌに直交するような位置関係で試料ステージ４３を設けた構成においては、試料Ｗの偏平方向の寸法に起因してＸ線源４１と試料Ｗとの距離を接近させることができず、これによってＸ線透視倍率を大きくするには限界が生じる。

このようなことから、近年、特に回路基板上に搭載されている各種電子部品や半田の接合状況等を検査するためのＸ線ＣＴ装置として、Ｘ線源からのＸ線光軸と回転テーブルの回転軸とを直交させない、いわゆる傾斜型のＸ線ＣＴ装置が開発されつつある。この傾斜型のＸ線ＣＴ装置においては、図５に模式的に示すように、試料ステージ４３の試料搭載面は上記と同様に水平方向に沿わせ、その回転軸Ｒを鉛直軸（ｚ軸）に沿わせるのであるが、Ｘ線源４１からのＸ線光軸Ｌは、試料ステージ４３の回転軸Ｒに対して直交しない斜め方向とし、そのＸ線源４１に対向してＸ線検出器４２を配置している。この構成によると、Ｘ線源４１は図示のように試料Ｗに対してより接近させることが可能となり、透視倍率を大きくすることができると同時に、試料Ｗ上に多数の半田ボール等が並んで存在している場合においても、その透視像が重なりにくく、Ｘ線量が少なくてすむなどの利点がある。

ところで、Ｘ線ＣＴ装置においては、一般に、試料上で断層像を得るべきスライス面に沿う領域のＸ線透過データが必要であることは言うまでもないが、コーン状に広がりを持つＸ線源を用いたＸ線ＣＴ装置においても、そのＸ線光軸からある程度以上離れた領域では、試料が回転軸の回りを１回転したときにＸ線が照射されなくなったり、Ｘ線透過データに含まれる歪みも多くなる。このようなことから、可能な限りＸ線光軸上にスライスすべき面が位置するように試料を位置決めした状態で、Ｘ線透過データを採取することが望ましい。また、得られる断層像は試料の回転軸を中心としたものとなるため、例えば回路基板上の特定の素子の近傍の断層像を得ようとする場合には、その素子が試料の回転軸上に位置するように位置決めした状態でＸ線透過データを採取することが望ましい。

Ｘ線光軸と試料の回転軸とが直交する図４に示したＸ線ＣＴ装置によれば、Ｘ線透過データを採取する前に、Ｘ線検出器４２の出力に基づく試料のＸ線透視像から、例えばスライス面に相当する部位が視野中心に位置していることによって、Ｘ線光軸上にスライスすべき面が位置していることを直感的に把握することができる。また、断層像を得ようとする素子などが試料の回転軸上に位置しているか否かについても、試料ステージ上の実物から直感的な把握が可能である。

しかしながら、Ｘ線光軸と試料の回転軸とが直交しない図５に示した傾斜型のＸ線ＣＴ装置によると、以上のような直感的な把握はできない。すなわち、例えば回路基板等を試料として、その表面の半田ボール等の近傍の断層像を得ようとする場合、上述したように、その半田ボールがＸ線光軸Ｌ上に位置し、かつ、試料の回転軸Ｒ上に位置している状態でＸ線透過データを採取することが望ましいのであるが、Ｘ線検出器４２の出力に基づく試料ＷのＸ線透視像上で目的とする半田ボールの像を画面中心にくるように試料ステージ４３を位置決めしても、それが回転軸Ｒ上に位置しているとは限らず（後述する図２参照）、図４に示したような構成のＸ線ＣＴ装置のような直感的な把握は困難である。

また、傾斜型のＸ線ＣＴ装置によれば、試料を横方向（回転軸であるｚ軸に直交する方向）から見た透視画像が得られないために、断層像のｚ方向への再構成中心および再構成領域を直感的に設定できないという問題がある。
特開２００２−３５７５６７号公報

本発明は、傾斜型のＸ線ＣＴ装置における上記した実情に鑑みてなされたもので、その第１の課題は、試料上で断層像を得るべき部位を、Ｘ線光軸上で、かつ、試料の回転軸上に直感的に位置決めすることが容易な傾斜型のＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
また、第２の課題は、試料の回転軸（ｚ軸）方向の再構成中心および再構成領域を容易に設定することのできる傾斜型のＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

上記した第１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、Ｘ線源とＸ線検出器の間に、試料を搭載して回転させるための回転駆動機構および試料を３次元的に移動させる移動機構を備えた試料ステージが配置され、その試料ステージ上の試料を回転させつつＸ線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだ試料のＸ線透過データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を再構成する断層像再構成演算手段を備えるとともに、上記試料ステージの回転軸が上記Ｘ線からのＸ線光軸と直交しない位置関係で配置されてなるＸ線ＣＴ装置において、上記試料ステージ上の試料を回転させつつＸ線を照射して得られる試料のＸ線透過データを取り込み、その複数回分のＸ線透過データの内容を含んだＸ線透視画像を構築して表示器に表示する位置決め用画像形成手段を備えていることによって特徴づけられる。

以上の請求項１に係る発明によると、試料を回転させつつＸ線透過データを取り込み、その複数回分の内容を含んだ画像を構築する位置決め用画像形成手段により形成された画像は、試料の回転中心に位置する部位を中心として、その周辺の部位の軌跡が楕円状に現れたものとなる。従って、断層像を得ようとする素子等が、その画像の中心で楕円状の軌跡の中心に位置するように試料を３次元方向に位置決めするだけで、その素子等がＸ線光軸上で、かつ、試料の回転軸上に位置していることを直感的に把握することができる。

一方、上記した第２の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、上記と同様に、Ｘ線源とＸ線検出器の間に、試料を搭載して回転させるための回転駆動機構および試料を３次元的に移動させる移動機構を備えた試料ステージが配置され、その試料ステージ上の試料を回転させつつＸ線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだ試料のＸ線透過データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を再構成する断層像再構成演算手段を備えるとともに、上記試料ステージの回転軸が上記Ｘ線からのＸ線光軸と直交しない位置関係で配置されてなるＸ線ＣＴ装置において、上記試料ステージ上の試料を回転させつつ取り込んだＸ線透過データを用いて再構成した複数の断層像を用いて、その各断層像に直交する平面に沿った縦断層像を構築して表示器に表示する縦断層像再構成演算手段を備えるとともに、その縦断層像上で、表示すべき断層像の上記回転軸方向への位置または領域を指定する指定手段を有し、上記断層像再構成演算手段は、その指定された位置または領域に対応する断層像を表示器に表示するように構成されていることによって特徴づけられる。

以上の請求項２に係る発明においては、すでに再構成した断層像をもとにして縦断層像を構築し、その縦断層像上でｚ軸方向への再構成中心および領域を指定することにより、その指定に対応する断層像を表示器に表示するので、横方向から見た透視像を得られない傾斜型のＸ線ＣＴ装置であっても、縦断層像上で試料の回転軸方向への位置ないしは領域を容易に設定することができる。

請求項１に係る発明によれば、試料ステージ上の試料に回転を与えてＸ線透過データを取り込むことにより、試料の回転軸の中心が明確に判る画像が形成され、断層像を得ようとする部位を直感的にＸ線光軸上で、かつ、試料の回転中心軸上に位置決めすることができる。

また、請求項２に係る発明によると、横方向からの試料の透視画像が得られないために断層像を再構成すべきｚ軸方向への中心と領域の設定が不可能であったＸ線ＣＴ装置において、縦断層像からｚ軸方向への再構成中心と領域の設定が可能となった。

傾斜型のＸ線ＣＴ装置でありながら、所望の部位の断層像を得るのに適した試料の位置決めが容易な、換言すれば現時点においてどの部分の断層画像が再構成されるのかを直感的に把握することができ、しかも、試料の回転軸方向への再構成中心および領域を設定することのできるＸ線ＣＴ装置を実現した。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例の構成図であり、機械的構成を表す模式図と主要な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。

Ｘ線源１はそのＸ線光軸Ｌを斜め上方に向かうように配置されており、そのＸ線源１に対向してＸ線検出器２が配置されている。そして、これらのＸ線源１とＸ線検出器２の間に試料ステージ３が配置されている。

試料ステージ３は、その試料搭載面３ａが水平面に沿うように配置され、その試料搭載面３ａ上に載せられた試料Ｗを、鉛直方向（ｚ軸方向）に沿った回転軸Ｒを中心として回転させるための回転機構３１と、そのｚ軸を含む互いに直交する３軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）方向に移動させるための移動機構３２を備えている。

Ｘ線検出器２の出力、つまりＸ線透過データは、画像取り込み回路４を介して演算装置５に取り込まれる。演算装置５は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体とするものであって、インストールされているプログラムに従った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図で示している。

演算装置５に取り込まれたＸ線透過データは、透視像形成部５１、位置決め用画像形成部５２、断層像再構成演算部５３において、それぞれの画像に形成ないしは再構成され、表示器６に表示される、また、断層像再構成演算部５３により再構成された断層像は、縦断層像再構成演算部５４によって縦断層像に再々構成され、表示器６に表示される。これらの画像の形成ないしは再構成等は、キーボードやマウス等からなる操作部７から指令を付与することによって実行される。また、この操作部７の操作により、試料ステージ３の回転機構３１および移動機構３２を駆動制御することができる。

以上の演算装置５の各部のうち、透視像形成部５１はＸ線検出器２の各画素データを表示器６の画素に対応させてＸ線透視像を形成するものであって、位置決め用画像形成部５２は、Ｘ線検出器２からの各画素データを例えばリカーシブフィルタを掛けたうえで上記と同様に表示器６に表示するものであり、従って、この位置決め用画像形成部５２により形成される画像は、試料ステージ３を回転させつつＸ線検出器２の出力を取り込んだ場合、試料Ｗの各部位がその軌跡に沿って残像のように残った画像となる。Ｘ線光軸Ｌと試料ステージ３の回転軸Ｒが直交していないので、その軌跡は楕円状となる。

また、断層像再構成演算部５３は、試料Ｗを回転させつつ、その微小回転角度ごとに取り込んだＸ線透過データを再構成して、回転軸（ｚ軸）に直交する平面（ｘ−ｙ平面）に沿った断層像を構築する。そして、縦断層像再構成演算部５４では、断層像再構成演算部５３により作られた複数の断層像をもとにして、その各断層像に直交する例えばｘ−ｚ平面に沿った断層像、つまり縦断層像を再構成する。

さて、以上の実施例を用いて例えば回路基板上の任意の半田ボール等の断層像を得ようとする場合、まず、以下の手順によって試料ステージ３上の試料Ｗを位置決めする。
すなわち、試料Ｗを試料ステージ３の試料搭載面３ａの載せた状態で、回転機構３１を駆動することによって試料Ｗを回転させつつＸ線を照射し、そのときのＸ線検出器２の出力を位置決め用画像形成部５２に取り込み、リカーシブフィルタを掛けたＸ線透視像を構築して表示器６に表示する。その画像は、前記したように試料Ｗ上に各部の回転軌跡が楕円状に残像のように現れた画像となるが、断層像を得ようとする半田ボール等が表示器６の画面の中心において楕円状の軌跡の中心に位置するように移動機構３２によって試料Ｗを位置決めする。これにより、その半田ボール等がＸ線光軸Ｌ上で、しかも試料Ｗの回転軸Ｒ上に位置した状態となる。

図２（Ａ）に示すように、試料Ｗである回路基板の表面側に半田ボールＷａと回路素子Ｗｂが、裏面側には他の素子Ｗｃが搭載されているとし、その試料ＷがＸ線光軸Ｌと回転軸Ｒに対して図示の位置関係であるとすると、単なる透視画像では同図（Ｂ）に示すように、半田ボールＷａと素子Ｗｃとが重畳した状態となるが、位置決め用画像形成部５２による画像では、同図（Ｃ）に示すように、半田ボールＷａの像が画面中央において楕円状の軌跡の中心に位置した状態となり、素子Ｗｃはそれとは異なる中心を持つ楕円状の軌跡を描く。従って、半田ボールＷａの近傍の断層像を得ようとする場合には、位置決め用画像形成部５２により形成された画像が図２（Ｃ）に示す通りとなるように試料ステージ３を位置決めすることにより、簡単に最適な位置決めが可能となる。また、図２（Ｃ）のような画像が得られている場合には、半田ボールＷａがＸ線光軸Ｌ上で、かつ、回転軸Ｒ上に位置していることを直感的に把握することができる。

以上の位置決めが終了した後、試料Ｗを回転させてＸ線透過データを取り込む。断層像再構成演算部５３では、そのデータを用いて試料Ｗの断層像を、例えば透過データが得られているｚ軸方向のすべての領域にわたって再構成する。その再構成されたｘ−ｙ平面に沿った多数の断層像は縦断層像再構成演算部５４に取り込まれ、縦断層像層像再構成演算部５４では、ｚ軸を中心とした試料Ｗの縦断層像、例えばｘ−ｚ平面でスライスした縦断層像を構築して表示器６に表示する。例えば図２（Ａ）に示した試料Ｗでは図３（Ａ）に示すような縦断層像が得られる。この縦断層像が得られたときに、オペレータが操作部７の操作によって図示のような線状のカーソルＣなどでｚ軸方向への位置を指定し、あるいは領域を設定すると、断層像再構成演算部５３では、先に再構成した多数の断層像のなかから、設定されたｚ軸方向の位置でスライスした図３（Ｂ）に例示するような断層像を表示し、あるいは設定された領域に対応する複数の断層像を順次表示器６に表示する。

以上の本発明の実施例によると、試料Ｗ上の特定部位の断層像を得るための位置決めを直感的に行うことができるとともに、回転軸（ｚ軸）方向のどの位置の断層像を表示させるのかを、極めて簡単な作業のもとに行うことができる。

なお、以上の実施例においては、位置決め用画像形成部５２の具体的なソフト構成として、リカーシブフィルタを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、過去に取り込んだ複数回分の画像データの内容を含んだ画像を表示するソフトウエアであれば任意のものを採用し得ることは勿論である。

本発明の実施例の構成図であり、機械的構成を表す模式図と主要な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。本発明の実施例における位置決め用画像形成部５２の作用説明図で、（Ａ）は試料ステージ３上に載せられている試料Ｗの位置を模式的に表す説明図であり、（Ｂ）はその（Ａ）に示す状態で得られるＸ線透視画像の説明図で、（Ｃ）は同じく（Ａ）に示す状態で得られる位置決め用画像形成部５２による画像の説明図である。本発明の実施例における縦断層像再構成演算部５４の作用説明図で、（Ａ）はその縦断層像再構成演算部５４により再構成された縦断層像の説明図で、（Ｂ）は（Ａ）に示すようにｚ軸方向への位置を指定したときに表示される断層像の説明図である。従来のＸ線光軸と試料の回転軸とが直交する撮像系を有するＸ線ＣＴ装置で回路基板等の偏平な試料の偏平方向に沿った断層像を得ようとする際にＸ線源と試料とを接近させることができないことを説明する図である。傾斜型のＸ線ＣＴ装置の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３試料ステージ
３１回転機構
３２移動機構
４画像取り込み回路
５演算装置
５１透視像形成部
５２位置決め用画像形成部
５３断層像再構成演算部
５４縦断層像再構成演算部
６表示器
７操作部
Ｗ試料

Claims

Ｘ線源とＸ線検出器の間に、試料を搭載して回転させるための回転駆動機構および試料を３次元的に移動させる移動機構を備えた試料ステージが配置され、その試料ステージ上の試料を回転させつつＸ線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだ試料のＸ線透過データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を再構成する断層像再構成演算手段を備えるとともに、上記試料ステージの回転軸が上記Ｘ線からのＸ線光軸と直交しない位置関係で配置されてなるＸ線ＣＴ装置において、
上記試料ステージ上の試料を回転させつつＸ線を照射して得られる試料のＸ線透過データを取り込み、その複数回分のＸ線透過データの内容を含んだＸ線透視画像を構築して表示器に表示する位置決め用画像形成手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
Ｘ線源とＸ線検出器の間に、試料を搭載して回転させるための回転駆動機構および試料を３次元的に移動させる移動機構を備えた試料ステージが配置され、その試料ステージ上の試料を回転させつつＸ線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだ試料のＸ線透過データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を再構成する断層像再構成演算手段を備えるとともに、上記試料ステージの回転軸が上記Ｘ線からのＸ線光軸と直交しない位置関係で配置されてなるＸ線ＣＴ装置において、
上記試料ステージ上の試料を回転させつつ取り込んだＸ線透過データを用いて再構成した複数の断層像を用いて、その各断層像に直交する平面に沿った縦断層像を構築して表示器に表示する縦断層像再構成演算手段を備えるとともに、その縦断層像上で、表示すべき断層像の上記回転軸方向への位置または領域を指定する指定手段を有し、上記断層像再構成演算手段は、その指定された位置または領域に対応する断層像を表示器に表示するように構成されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。