JP2006343193A

JP2006343193A - Ｘ線透視装置

Info

Publication number: JP2006343193A
Application number: JP2005168424A
Authority: JP
Inventors: Takatsugu Kushibiki; 敬嗣櫛引
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】オペレータの勘や経験に頼ることなく、現在の透視位置を直感的に確実に把握することができ、また、一連の簡単な操作により透視位置の設定や倍率変更、加えて回転ないしは傾動を含むマニピュレータ制御を行うことのできるＸ線透視装置を提供する。
【解決手段】ステージ３上の被写体Ｗを撮影する光学カメラ３０を設け、その光学カメラ３０による被写体Ｗの外観像Ｗｏ上でマーカーＭを移動させ、かつ、その移動による指令内容を透視位置の変更／透視範囲（倍率）の変更、加えて回転角度および傾動角度の変更のいずれかに設定する入力手段２６を設け、その入力手段の操作によるマーカーの移動により指定された透視位置・透視範囲（倍率）・回転角度・傾動角度が得られるように、ステージ３等を自動的に駆動制御することで、現在の透視位置を直感的に把握し、簡単な操作により被写体Ｗ上の意図する位置の意図する倍率のＸ線透視像を得ることを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば回路基板等の工業製品の内部欠陥等の有無を非破壊のもとに観察する産業用のＸ線透視装置に関する。

産業用のＸ線透視装置においては、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に被写体を搭載するためのステージが配置され、その被写体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出して、線量を画素の濃度値に変換してＸ線透視画像としてモニタ画面に表示する構成が一般的である。装置のオペレータは、このＸ線透視画像に対して目視や適切な画像処理を行うことにより、被写体の内部に欠陥がないか否か等を検査している。被写体は半導体基板やアルミ鋳物等であって、基板と部品との半田接合箇所の状態や、アルミ鋳物内部の空洞の有無などが検査の対象となる。

この種のＸ線透視装置におけるＸ線源、ステージ、およびＸ線検出器をシステム上統合したものはマニピュレータと通称される。このマニピュレータを制御すること、つまりこれら３者の相対的位置関係を制御することで、被写体の観察部位や拡大・縮小倍率を変えることができる。また、ステージとＸ線検出器とを相対的に回転させる回転機構や、更にはＸ線検出器の視野方向とステージとを相対的に傾動させることにより、ステージ上の被写体の透視方向を変更する、いわゆる傾動機構を備え、これらの機構をもマニピュレータ制御に含むものも知られている（例えば特許文献１参照）。

装置のオペレータは、マニピュレータ制御用の入力機器を操作することで、被写体上の意図する部位のＸ線透視像を所要の拡大・縮小率のもとに表示させる。入力機器としては、ジョイスティックやマウスなどのポインティングデバイスが用いられるのが一般的である。
特開２００３−２７９５０２号公報

ところで、以上のような従来のＸ線透視装置によると、モニタに表示される透視画像が被写体中のどの部位であるのかが判りにくく、マニピュレータ操作はオペレータの勘や経験に頼らざるを得ない。また、透視位置のほかに透視倍率を設定する必要もあって操作が煩雑になり、あるいは加えて回転や傾動操作が必要であれば更に操作が煩雑となることも相まって、場合によっては目標とするＸ線透視画像を得るのに多大な時間を消費してしまうこともあるという問題がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、オペレータの勘や経験に頼ることなく、現在の透視位置を直感的に確実に把握することができ、また、一連の簡単な操作により透視位置の設定や倍率変更を行うことができ、あるいは加えて同じく一連の操作によって回転ないしは傾動を含むマニピュレータ制御を行うことのできるＸ線透視装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線透視装置は、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に被写体を搭載するためのステージが設けられ、これらのＸ線源、Ｘ線検出器およびステージの３者のＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向への相対的位置関係を変更すべく当該３者のうちの少なくともいずれかを移動させる移動機構を備え、その３者の位置関係によって定まる透視位置並びに倍率のもとに被写体のＸ線透視像を表示するＸ線透視装置において、上記ステージ上の被写体を撮影する光学カメラと、その光学カメラの出力に基づく被写体の外観像を表示する表示手段と、その表示手段により表示された被写体の外観像上でマーカーを移動させ、かつ、そのマーカーの移動による指令内容を、透視位置の変更および透視範囲の変更のいずれかに設定する入力手段と、その入力手段の操作によるマーカーの移動により指定された透視位置および透視範囲のＸ線透視像が得られるように、当該入力手段によるマーカーの移動に連動して上記移動機構を駆動制御する制御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）。

ここで、本発明においては、上記Ｘ線検出器とステージを相対回転させてＸ線透視像を回転させる回転機構を備えたＸ線透視装置にあっては、請求項２に係る発明のように、上記入力手段は、上記マーカーの移動による指令内容に透視像の回転も含むように構成され、上記制御手段は、マーカーの移動により透視像の回転が指令されたときに、その指令に基づいて上記回転機構を駆動制御するように構成することができる。

また、本発明においては、上記ステージ上の被写体の透視方向を変更すべく、上記Ｘ線検出器の視野方向とステージとを相対的に傾動させる傾動機構を備えたＸ線透視装置にあっては、請求項３に係る発明のように、上記入力手段は、上記マーカーの移動による指令内容に透視方向の変更も含むように構成され、上記制御手段は、マーカーの移動により透視方向の変更が指令されたときに、その指令に基づいて上記傾動機構を駆動制御するように構成することもできる。

本発明は、ステージ上の被写体を光学カメラで撮影してその外観像を表示し、その外観像上でマーカーを移動させることによって、透視位置および透視範囲（透視倍率）を指定することを可能とし、また、請求項２または３に係る発明においては、それに加えて、マーカーの移動により透視像の回転または透視方向の変更の指定を行うことを可能とし、課題を解決するものである。

すなわち、請求項１に係る発明においては、ステージ上の被写体を撮影した外観像上でマーカーを移動させることにより、透視位置（中心）と透視範囲（倍率）を指定することができ、そのマーカー移動に連動して移動機構が自動的に駆動制御されて、指定通りの透視位置並びに透視範囲のＸ線透視像が得られる。

また、請求項２または３に係る発明においては、それに加えて、透視像の回転または透視方向の変更についても、被写体の外観像上でのマーカーの移動により指定することにより、回転機構または傾動機構がその指定に連動して自動的に駆動制御され、指定通りの透視像の回転または透視方向の変更が行われる。

本発明によれば、被写体の外観像が表示され、入力手段の操作によりその外観像上でマーカーを移動させることによって透視位置と透視範囲を指定することができるので、オペレータは直感的に透視位置と透視倍率を設定することができ、従来の透視画像をみながら試行錯誤的にマニピュレータ制御のための操作を行っていたことに比して、意図する透視画像をより素早く表示させることが可能となる。

また、請求項２または３に係る発明のように、透視像の回転や透視方向の変更のための操作に関しても、外観像上のマーカーの移動操作によって指定可能とすることにより、統一された操作により全てのマニピュレータ制御が可能となり、意図する透視像を表示するための操作をより簡素化することができる。

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。
図１は本発明の実施の形態の構成図であり、機械的構成を表す模式図とシステム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に対向してその上方にＸ線検出器２が配置されており、これらの間に被写体Ｗを搭載するためのステージ３が配置されている。ステージ３は、ｘｙｚ移動機構１１の駆動によってＸ線光軸Ｌに沿うｚ軸方向と、そのｚ軸方向に直交する平面上で互いに直交するｘ，ｙ軸方向の合計３軸方向に移動させることができる。また、このステージ３は、回転機構１２の駆動によりｚ軸に沿った軸の回りに回転させることができる。

Ｘ線検出器２は２次元の検出器であって、このＸ線検出器２は、傾動機構１３の駆動により、Ｘ線源１を中心として円弧状に移動させることができ、この検出器２の移動により、Ｘ線源１からのＸ線光軸Ｌに対するＸ線検出器２の受光面の角度が変化し、これにより被写体Ｗの透視方向が変化する。

前記したｘｙｚ移動機構１１、回転機構１２および傾動機構１３は、それぞれｘｙｚ移動機構駆動回路２１、回転機構駆動回路２２および傾動機構駆動回路２３からの駆動信号によって駆動制御される。これらのｘｙｚ移動機構駆動回路２１、回転機構駆動回路２２および傾動機構駆動回路２３は、コンピュータ２４の制御下に置かれている。

Ｘ線検出器２の出力はキャプチャーボード等の画像データ取込回路２５を介してコンピュータ２３に取り込まれる。コンピュータ２４には入力機器２６が接続されているとともに、被写体ＷのＸ線透視像および後述する外観像を表示するための表示器２７が接続されている。

入力機器２６は、図２にその構成例を示すように、ジョイスティック２６ａと確定ボタン２６ｂによって構成されている。この入力機器２６は、ジョイスティック２６ａと確定ボタン２６ｂをハード的に構成してもよいし、あるいは図２のような表示を表示器２７の画面上で行い、マウス等のポインティングデバイスで該当位置をクリックすることによって入力するように構成してもよい。

Ｘ線検出器２に隣接して例えばＣＣＤカメラ等の光学カメラ３０が設けられており、この光学カメラ３０は、例えば図１に示すようにＸ線源１、Ｘ線検出器２およびステージ３の相互の位置関係並びに姿勢が基準とする位置にある状態で、Ｘ線検出器２からの出力に基づく被写体ＷのＸ線透視像とほぼ同じ領域の外観像を撮影することができるようにその位置並びに撮影倍率が設定されている。この光学カメラ３０の出力は、前記したＸ線検出器２用の画像データ取込回路２５とは別の画像データ取込回路３１を介してコンピュータ２４に取り込まれる。

コンピュータ２４では、画像データ取込回路２５を介して取り込んだＸ線検出器２からの出力に基づく被写体ＷのＸ線透視像と、画像データ取込回路３１を介して取り込んだ光学カメラ３０からの出力に基づく被写体Ｗの外観像とを、表示器２７の同じ画面上に表示する。この表示器２７による表示例を図３に示す。この例では、被写体ＷのＸ線透視像Ｗｘと外観像Ｗｏとが互いにほぼ同じ大きさの領域に表示されている。

外観像Ｗｏには、マーカーＭと、透視位置並びに範囲を表す矩形の枠Ｆとが重畳して表示されており、このマーカーＭは前記した入力機器２６のジョイスティック２６ａの操作によって外観像Ｗｏ上で移動させることができるとともに、このマーカーＭの移動による指令の内容は、確定ボタン２６ｂの操作によって変更することができ、これらの操作の組み合わせによって被写体Ｗの透視位置や透視範囲（倍率）、並びに透視像の回転や透視方向の変更を指定することができる。

つまり、マーカーＭは以下に示す「状態１」〜「状態５」のいずれかを保持しており、以下に示すように確定ボタン２６ｂの操作によって他の状態に遷移する。

「状態１」は初期状態で、透視位置を設定することのできる状態であり、この状態１においてジョイスティック２６ａを操作してマーカーＭを移動させて確定ボタン２６ｂを操作することにより、「状態２」〜「状態５」のいずれかに遷移する。遷移先は確定ボタン２６ｂを操作した時点におけるマーカーＭの位置に依存する。すなわち、図４（Ａ）に示すように、枠Ｆの外側にマーカーＭが位置している状態で確定ボタン２６ｂを操作すると「状態２」に遷移し、同図（Ｂ）に示すように、枠Ｆの頂点上にマーカーＭが位置している状態で確定ボタン２６ｂを操作すると「状態３」に遷移する。また、同図（Ｃ）に示すように、枠Ｆの辺上にマーカーＭが位置している状態で確定ボタン２６ｂを操作すると「状態４」に遷移し、同図（Ｄ）に示すように、枠Ｆの内側にマーカーＭが位置している状態で確定ボタン２６ｂを操作することによって「状態５」に遷移する。そして、「状態４」〜「状態５」において確定ボタン２６ｂを操作することによって、「状態１」に戻る。透視位置・範囲を表す枠Ｆが移動後のマーカーＭを中心とした位置に移動する。

「状態２」は透視範囲（倍率）を設定することのできる状態であり、この状態２においては、図５に示すように、状態１で確定した透視位置の中心Ｍ′と、この状態２における移動後のマーカーＭの位置とを半径とする円Ｃに内接する正方形の枠Ｆが描画される。換言すれば、それまでの枠Ｆの大きさが変化する。

「状態３」は透視範囲の回転させることのできる状態であり、この状態３においては、図６に示すように、枠Ｆの頂点上に位置しているマーカーＭを円Ｃに沿って移動させることにより、枠Ｆが回転する。

「状態４」は透視方向を変化させることのできる状態、つまり傾動機構１３によりＸ線検出器２を傾動させることのできる状態であり、図７に示すように、枠Ｆの一辺Ｆ１にマーカーＭを位置させた状態で、その辺に直交する方向に当該マーカーＭを移動させることにより、その辺Ｆ１がマーカーＭに追随して移動し、枠Ｆの形が正方形から長方形に変化する。これは、Ｘ線検出器２の傾動により、その視野範囲が外観像Ｗｏ上では長方形となることを表すものである。

「状態５」は、状態４までに設定した枠Ｆを平行移動させることのできる状態であり、同じ倍率、同じ回転角度、同じ透視方向を保ちながら、透視位置を変化させることができる。

次に、以上の本発明の実施の形態を用いて、ステージ３上の被写体Ｗの意図する位置を意図する倍率のもとに、意図する回転角度で、意図する方向から透視するための操作手順について述べる。図８は状態２〜状態５のいずれかの命令における、マニピュレータを制御するためのフローチャートである。

まず、表示器２７に表示されている外観像Ｗｏ上のマーカーＭをジョイスティック２６ａの操作により枠Ｆの外に移動させて確定ボタン２６ｂを操作することにより、枠Ｆがその移動後のマーカーＭを中心とする位置に移動して透視範囲の中心位置がを決定すると同時に、マーカーＭは状態２となる。次に、マーカーＭを移動させて確定ボタン２６ｂを操作することにより、移動前のマーカーＭの位置を中心とし、移動後のマーカーＭの位置を頂点とする正方形の枠Ｆの大きさが変化して透視範囲（倍率）が確定すると同時に、マーカーＭは状態１となる。

透視画像を回転させる場合には、状態１で枠Ｆの頂点上で確定ボタン２６ｂを操作することで状態３にし、マーカーＭを枠Ｆに外接する円Ｃ（図５参照）に沿って移動させることによって枠Ｆが回転し、所要の角度となったところで確定ボタン２６ｂを操作する。これにより回転角度が確定し、状態１に戻る。

透視方向を変更する場合には、状態１において枠Ｆの辺上で確定ボタン２６ｂを操作することで状態４にし、マーカーＭをその一辺に直交する方向に移動させる。これにより、その辺がマーカーＭの移動に連動して移動し、枠Ｆが正方形から長方形に変わる。所望の長方形の状態で確定ボタン２６ｂを操作することにより、傾動角度が確定すると同時に、状態１に戻る。

また、回転角度および傾動角度、並びに枠Ｆの大きさ（倍率）を維持したまま、透視位置を変化させる必要がある場合には、マーカーＭを現在の枠Ｆの内側に移動させた状態で確定ボタン２６ｂを操作することによって、マーカーＭを状態５とし、その状態でマーカーＭを所要の位置にまで移動させて確定ボタン２６ｂを操作する。これにより、枠Ｆは大きさ・姿勢（回転角度）・形状（傾動角度）を維持したままマーカーＭを中心とする位置にまで移動するとともに、状態１に戻る。

以上の操作により透視の中心位置、範囲（倍率）、回転角度および傾動角度の設定が終了し、その旨を入力することにより、その設定内容に従ってマニピュレータ制御が実行される（図８）。すなわち、ステージ３のｘ，ｙ，ｚ方向への位置と、回転角度、およびＸ線検出器２の傾動角度が設定内容と一致するように、コンピュータ２４はｘｙｚ移動機構駆動回路２１、回転機構駆動回路２２、および傾動機構駆動回路２３に対して制御命令送信し、ｘｙｚ移動機構１１、回転機構１２、および傾動機構１３を自動的に駆動制御する。

ここで、外観像Ｗｏ上での枠Ｆの大きさの変更による透視倍率の変更の具体的手順について述べると、まず、図９（Ａ）に示すように、外観像Ｗｏ上の枠Ｆのサイズｘ₀，ｙ₀をステージ３上での実サイズｘ₁，ｙ₁に変換する。これは、光学カメラ３０による撮影倍率を一定もしくは既知としておくことによって容易に変換できる。

次に、図９（Ｂ）に示すように、実サイズ枠Ｆの実サイズｘ₁，ｙ₁とＸ線検出器２のサイズ（受光面の有効サイズ）Ｘ₀，Ｙ₀の比ｘ₁：Ｘ₀，ｙ₁：Ｙ₀を計算する。Ｘ線検出器２の受光面が正方形であるとすると、これらは同じ値となる。

次いでＸ線源１とステージ３との距離Ｚ₁と、Ｘ線源１とＸ線検出器２との距離Ｚ₂の比Ｚ₁：Ｚ₂が、上記の比ｘ₁：Ｘ₀（またはｙ₁：Ｙ₀）と一致するようにステージ３のｚ方向（Ｘ線光軸方向）への位置を決定する。

また、回転角度については、図１０に示すように、外観像Ｗｏ上でのｘ軸に対する枠Ｆの一辺の角度θを求め、それと同じ角度θだけステージ３を回転させればよい。

更に、傾動角度については、図１１（Ａ）に示すように、正方形の枠Ｆ′の一辺にマーカーＭを位置させた状態で移動することによって長方形の枠Ｆとしたときの枠Ｆの伸び量ｐ₀を実寸法ｐ₁に換算するとともに、同図（Ｂ）に示すように、その時点におけるＸ線源１とステージ３とのＸ線光軸Ｌ方向への距離Ｚ₃とから、ψ＝ｔａｎ^-1 （ｐ₁／Ｚ₃）によって求められるψだけＸ線検出器２を傾動させる。

以上の本発明の実施の形態によると、光学カメラ３０で撮影された被写体Ｗの外観像Ｗｏ上で、入力機器２６の操作によってマーカーＭを移動させることにより、透視位置と透視範囲、加えて回転角度と傾動角度を設定することができ、その設定に応じてコンピュータ２４が自動的にマニピュレータ制御を行うので、従来のようにオペレータの勘や経験に頼ることなく、極めて簡単な一連の操作によって意図する透視像を得ることができ、オペレータの労力の軽減と所要時間の短縮化を図ることができる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態における入力機器２６の構成例の説明図である。本発明の実施の形態における表示器２７による被写体のＸ線透視像と外観像の表示例の説明図である。本発明の実施の形態におけるマーカーＭの外観像上での位置と、確定ボタンを操作することによる状態の変化との関係の説明図である。本発明の実施の形態におけるマーカーＭが状態２にあるときの入力機器の操作により、透視範囲を変更する際の説明図である。本発明の実施の形態におけるマーカーＭが状態３にあるときの入力機器の操作により、回転角度を変化させる際の説明図である。本発明の実施の形態におけるマーカーＭが状態４にあるときの入力機器の操作により、透視方向を変化させる際の説明図である。本発明の実施の形態により透過位置、倍率、回転角度、および透視方向を設定する手順を表すフローチャートである。本発明の実施の形態において、外観像上での枠Ｆの大きさからステージの位置を決定する際の手順の説明図である。本発明の実施の形態において、外観像上での枠Ｆの回転角度からステージの回転角度を決定する際の手順の説明図である。本発明の実施の形態において、外観像上での枠Ｆの形状からＸ線検出器の傾動角度を決定する際の手順の説明図である。

符号の説明

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３ステージ
１１ｘｙｚ移動機構
１２回転機構
１３傾動機構
２４コンピュータ
２５，３１画像データ取込回路
２６入力機器
２６ａジョイスティック
２６ｂ確定ボタン
２７表示器
３０光学カメラ
Ｆ枠
Ｍマーカー
Ｗ被写体
ＷｘＸ線透視像
Ｗｏ外観像

Claims

互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に被写体を搭載するためのステージが設けられ、これらのＸ線源、Ｘ線検出器およびステージの３者のＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向への相対的位置関係を変更すべく当該３者のうちの少なくともいずれかを移動させる移動機構を備え、その３者の位置関係によって定まる透視位置並びに倍率のもとに被写体のＸ線透視像を表示するＸ線透視装置において、
上記ステージ上の被写体を撮影する光学カメラと、その光学カメラの出力に基づく被写体の外観像を表示する表示手段と、その表示手段により表示された被写体の外観像上でマーカーを移動させ、かつ、そのマーカーの移動による指令内容を、透視位置の変更および透視範囲の変更のいずれかに設定する入力手段と、その入力手段の操作による外観像上でのマーカーの移動により指定された透視位置および透視範囲のＸ線透視像が得られるように、当該入力手段によるマーカーの移動に連動して上記移動機構を駆動制御する制御手段を備えていることを特徴とするＸ線透視装置。
上記Ｘ線検出器とステージを相対回転させてＸ線透視像を回転させる回転機構を備え、上記入力手段は、上記マーカーの移動による指令内容に透視像の回転も含むように構成され、上記制御手段は、マーカーの移動により透視像の回転が指令されたときに、その指令に基づいて上記回転機構を駆動制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視装置。
上記ステージ上の被写体の透視方向を変更すべく、上記Ｘ線検出器の視野方向とステージとを相対的に傾動させる傾動機構を備え、上記入力手段は、上記マーカーの移動による指令内容に透視方向の変更も含むように構成され、上記制御手段は、マーカーの移動により透視方向の変更が指令されたときに、その指令に基づいて上記傾動機構を駆動制御することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線透視装置。