JP2014212011A - Ｘ線源、ｘ線装置、及び構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線装置用のＸ線源のアパーチャーユニットに生じる熱を発散させる技術を提供する。【解決手段】電子源とターゲット１４との間に配置され、電子を加速させつつ所定の位置に集束する導電子部材１５Ａと、導電子部材１５Ａにより集束される電子の一部を制限するアパーチャー部１６ａが形成されたアパーチャーユニット１６とを備え、アパーチャーユニット１６は、電子がターゲット１４へ向かう第１方向と交差する第２方向に沿って外側に延出し、ハウジング２７と接触する延出部を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、Ｘ線源、Ｘ線装置、及び構造物の製造方法に関するものである。

物体の内部の情報を非破壊で取得する装置として、物体にＸ線を照射するＸ線源を有し、その物体を透過した透過Ｘ線を検出する検出装置を備えるＸ線装置が知られている。このようなＸ線装置に用いられるＸ線源として、例えば、下記特許文献１に開示されたものが知られている。

特開２００５−１７４７１５号公報

上記Ｘ線源においては、電子の集束位置に開口部を有する領域制限体を設けている。領域制限体により電子の一部を遮断することで電子のスポット径を極小化している。しかしながら、上記領域制限体は、遮断電子の一部を遮断するため発熱してしまう。

本発明の態様は、領域制限体に生ずる熱を効率的に発散させることができるＸ線源、Ｘ線装置、及び構造物の製造方法を目的としている。

本発明の第１の態様に従えば、電子源とターゲットとの間に配置され、所定の位置に前記電子を集束する電子光学系と、前記電子光学系により集束される前記電子一部を制限する開口が形成されたアパーチャーユニットと、を備え、前記アパーチャーユニットは、前記電子が前記ターゲットへ向かう第１方向と交差する第２方向に沿って外側に延出する延出部を含むＸ線源が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様のＸ線源を備え、前記Ｘ線源で発生したＸ線を物体に照射して前記物体を通過した透過Ｘ線を検出するＸ線装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報を作成する設計工程と、前記設計情報に基づいて前記構造物を作成する成形工程と、作成された前記構造物の形状を第２の態様のＸ線装置を用いて計測する測定工程と、前記測定工程で取得した形状情報と前記設計情報とを比較する検査工程と、を含む構造物の製造方法が提供される。

本発明によれば、領域制限体に生ずる熱を効率的に発散させることができる。

第１実施形態に係るＸ線装置の一例を示す概略構成図。 第１実施形態に係るＸ線源の概略構成を示す断面図。 第１実施形態に係るＸ線源における射出部の近傍の構成を示す図。 第１実施形態に係るＸ線源の要部構成を示す拡大断面図。 第２実施形態に係る構造物製造システムの一例を示すブロック構成図。 第２実施形態に係る構造物製造システムにおける処理の流れを示したフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。
また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、各実施形態及び変形例で引用したＸ線源及び検出装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは垂直に交わる。Ｘ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｙ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るＸ線装置１の一例を示す概略構成図である。

Ｘ線装置１は、測定物ＳにＸ線を照射して、その測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出する。Ｘ線は、例えば波長１ｐｍ〜３０ｎｍ程度の電磁波である。Ｘ線は、約５０ｋｅＶの超軟Ｘ線、約０．１〜２ｋｅＶの軟Ｘ線、約２〜２０ｋｅＶのＸ線、及び約２０〜１００ｋｅＶの硬Ｘ線の少なくとも一つを含む。

本実施形態において、Ｘ線装置１は、測定物ＳにＸ線を照射して、その測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出して、その測定物Ｓの内部の情報（例えば、内部構造）を非破壊で取得するＸ線ＣＴ検査装置を含む。本実施形態において、測定物Ｓは、例えば機械部品、電子部品その他の産業用部品を含む。Ｘ線ＣＴ検査装置は、産業用部品にＸ線を照射して、その産業用部品を検査する産業用Ｘ線ＣＴ検査装置を含む。

図１に示すように、Ｘ線装置１は、Ｘ線を射出するＸ線源２と、Ｘ線源２からのＸ線が照射される測定物Ｓを保持して移動可能なステージ装置３と、Ｘ線源２から射出され、ステージ装置３に保持された測定物Ｓを通過したＸ線（透過Ｘ線）の少なくとも一部を検出する検出装置４と、Ｘ線装置１全体の動作を制御する制御装置５とを備えている。

また、Ｘ線装置１は、Ｘ線源２から射出されるＸ線が進行する内部空間ＳＰを形成するチャンバ部材６を備えている。本実施形態において、Ｘ線源２、ステージ装置３、及び検出装置４は、内部空間ＳＰに配置される。

チャンバ部材６は、支持面ＦＲ上に配置される。支持面ＦＲは、工場等の床面を含む。
チャンバ部材６は、複数の脚部６Ｓに支持される。チャンバ部材６は、脚部６Ｓを介して、支持面ＦＲ上に配置される。脚部６Ｓにより、チャンバ部材６の下面と、支持面ＦＲとは離れる。すなわち、チャンバ部材６の下面と支持面ＦＲとの間に空間が形成される。なお、チャンバ部材６の下面の少なくとも一部と支持面ＦＲとが接触してもよい。

本実施形態において、チャンバ部材６は、鉛を含む。チャンバ部材６は、内部空間ＳＰのＸ線が、チャンバ部材６の外部空間ＲＰに漏出することを抑制する。

Ｘ線源２は、測定物ＳにＸ線を照射する。Ｘ線源２は、Ｘ線を射出する射出部７を有する。Ｘ線源２は、点Ｘ線源を形成する。本実施形態において、射出部７は、点Ｘ線源を含む。Ｘ線源２は、測定物Ｓに円錐状のＸ線（所謂、コーンビーム）を照射する。Ｘ線源２は、射出するＸ線の強度を調整可能である。測定物ＳのＸ線吸収特性に基づいて、Ｘ線源２から射出されるＸ線の強度が調整されてもよい。なお、Ｘ線源２から射出されるＸ線が拡がる形状は、円錐状に限らず、例えば扇状のＸ線（所謂、ファンビーム）でもよい。なお、Ｘ線源２から射出されるＸ線が、射出される方向（Ｚ軸方向）において一定の線状のＸ線（所謂、ペンシルビーム）でもよい。

本実施形態において、Ｘ線源２からのＸ線の少なくとも一部は、内部空間ＳＰにおいてＺ軸方向に進行する。射出部７は、＋Ｚ方向を向いている。射出部７から射出されたＸ線の少なくとも一部は、内部空間ＳＰにおいて、＋Ｚ方向に進行する。すなわち、本実施形態において、Ｘ線の照射方向は、Ｚ軸方向である。

本実施形態において、Ｘ線源２とステージ装置３と検出装置４とは、Ｚ軸方向に配置される。ステージ装置３は、Ｘ線源２の＋Ｚ側に配置される。検出装置４は、ステージ装置３の＋Ｚ側に配置される。

本実施形態において、Ｘ線装置１は、Ｘ線源２、ステージ装置３、及び検出装置４を支持する支持部材８を備えている。支持部材８は、チャンバ部材６の内部空間ＳＰに配置される。支持部材８は、内部空間ＳＰの底面６Ｔに配置される。支持部材８の位置は、内部空間ＳＰにおいて、実質的に固定される。支持部材８は、Ｘ線源２とステージ装置３と検出装置４とを一緒に支持する。

支持部材８の熱膨張係数は、チャンバ部材６の熱膨張係数よりも小さい。支持部材８は、少なくともチャンバ部材６よりも熱変形し難い。

本実施形態において、支持部材８は、低熱膨張材料によって形成されている。本実施形態において、支持部材８は、例えばインバー（invar）を含む。インバーは、ニッケル約３６％程度、鉄約６４％程度の合金である。

本実施形態において、支持部材８は、１つの部材で構成される。なお、支持部材８が、複数の部材の組み合わせでもよい。

ステージ装置３は、内部空間ＳＰにおいて移動可能である。ステージ装置３は、内部空間ＳＰのうち、射出部７よりも＋Ｚ側の空間で移動可能である。ステージ装置３は、支持部材８上において移動可能である。本実施形態において、ステージ装置３は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。ステージ装置３は、駆動システム９の作動により移動可能である。駆動システム９の作動により、ステージ装置３に保持された測定物Ｓは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。駆動システム９は、例えばリニアモータ、ボイスコイルモータなどのローレンツ力により作動するモータを含む。なお、駆動システム９が、ピエゾ素子を含んでもよい。例えば、駆動システム９は、ピエゾ素子を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺの少なくとも一つの方向にステージ装置３（測定物Ｓ）を移動させてもよい。

ステージ装置３の少なくとも一部は、射出部７と対向可能である。ステージ装置３は、保持した測定物Ｓを、射出部７と対向する位置に配置可能である。ステージ装置３は、射出部７から射出されたＸ線が通過する経路上に、測定物Ｓを配置可能である。ステージ装置３は、射出部７から射出されたＸ線の照射範囲内に、測定物Ｓを配置可能である。

検出装置４は、内部空間ＳＰにおいて、Ｘ線源２及びステージ装置３よりも＋Ｚ側に配置される。検出装置４の位置は、内部空間ＳＰにおいて、実質的に固定される。なお、検出装置４が移動可能でもよい。ステージ装置３は、内部空間ＳＰのうち、Ｘ線源２と検出装置４との間の空間を移動可能である。

検出装置４は、測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を含むＸ線源２からのＸ線が入射する入射面１０を有するシンチレータ部１１と、シンチレータ部１１において発生した光を受光する受光部１２とを有する。検出装置４の入射面１０は、ステージ装置３に保持された測定物Ｓと対向可能である。

シンチレータ部１１は、Ｘ線が当たることによって、そのＸ線とは異なる波長の光を発生させるシンチレーション物質を含む。受光部１２は、光電子倍増管を含む。光電子倍増管は、光電効果により光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電管を含む。受光部１２は、シンチレータ部１１において発生した光を増幅し、電気信号に変換して出力する。

検出装置４は、シンチレータ部１１を複数有する。シンチレータ部１１は、ＸＹ平面内において複数配置される。シンチレータ部１１は、アレイ状に配置される。受光部１２は、複数のシンチレータ部１１のそれぞれに接続されるように、複数配置される。なお、検出装置４は、入射するＸ線を、光に変換せずに、直接電気信号に変換してもよい。

図２は、本実施形態に係るＸ線源２の概略構成を示す断面図であり、図３は、Ｘ線源２における射出部７の近傍の構成を示す図である。図４は、Ｘ線源２の要部構成を示す拡大断面図である。
図２に示すように、Ｘ線源２は、電子を放出する電子源であるフィラメント１３と、電子の衝突又は電子の透過によりＸ線を発生するターゲット１４と、電子をターゲット１４に導く導電子部材１５と、ターゲット１４に向かう電子の一部を制限するアパーチャーユニット１６と、を備えている。

導電子部材１５は、フィラメント１３とターゲット１４との間に配置され、フィラメント１３からの電子を所定の位置に集束する。アパーチャーユニット１６は、導電子部材１５により電子が集束される位置またはその近傍に配置され、集束位置に集まる電子の一部を制限する。

また、Ｘ線源２は、フィラメント１３、導電子部材１５及びアパーチャーユニット１６を収容する外装本体１７を有する。フィラメント１３及び導電子部材１５は、外装本体１７の内部空間に収容される。なお、Ｘ線源２とは別の装置がフィラメント１３を有してもよい。

本実施形態において、外装本体１７は、複数の部材から構成されている。外装本体１７は、＋Ｚ軸方向における先端側に設けられたハウジング２７を含む。ハウジング２７は、ターゲット１４及びアパーチャーユニット１６を保持する保持部材としての機能を兼ねるとともに、外装本体１７の一部を構成するものである。

外装本体１７の内部空間は、実質的に真空に保たれている。本実施形態においては、外装本体１７の内部空間は、真空装置２Ａと接続されている。真空装置２Ａは、内部空間の空気を外に排出するためのポンプを含む。

また、本実施形態においては、Ｘ線源２は、外装本体１７の温度を一定に保つための冷却装置２Ｂを含む。冷却装置２Ｂにより、特に、ターゲット１４、導電子部材１５及びアパーチャーユニット１６から生ずる発熱量を効率よく吸収するので、外装本体１７の温度上昇が抑えられる。なお、外装本体１７の温度を一定に保つための冷却装置とターゲット１４の温度を一定に保つための冷却装置とは別の装置でもよい。また、冷却装置が、ターゲット１４の内部に設けられた流路に温度調整された流体（液体もしくは空気）を導入する装置を含む（図３参照）。すなわち、ターゲット１４の内部に設けられた流路に温度調整された液体もしくは空気を導入することによってターゲット１４の温度を一定に保ってもよい。

フィラメント１３は、例えばタングステンを含む。フィラメント１３は、コイル状に巻かれている。フィラメント１３に電流が流れ、その電流によってフィラメント１３が加熱されると、フィラメント１３から電子（熱電子）が放出される。フィラメント１３の先端は、尖っている。フィラメント１３の尖った部分から電子が放出される。

ターゲット１４は、例えばタングステンを含み、電子の衝突又は電子の透過によりＸ線を発生する。本実施形態において、Ｘ線源２は、所謂、透過型である。本実施形態において、ターゲット１４は、電子の通過により、Ｘ線を発生する。

ターゲット１４とフィラメント１３の間は、所定の電位差を有している。例えば、１６０ＫｅＶや２２５ＫｅＶに相当する電位差が付与される。ターゲット１４を陽極とし、フィラメント１３を陰極として、ターゲット１４とフィラメント１３との間に電圧が加えられると、フィラメント１３から飛び出した熱電子が、ターゲット（陽極）１３に向かって加速し、ターゲット１４に照射される。これにより、ターゲット１４からＸ線が発生する。本実施形態においては、ターゲット１４に照射される熱電子のうち９９．９％は熱に変換し、０.１％がＸ線に変換される。

導電子部材１５は、フィラメント１３とターゲット１４との間において、フィラメント１３からの電子の通路の周囲の少なくとも一部に配置される。本実施形態において、複数の導電子部材１５が、フィラメント１３とターゲット１４との間に配置されている。導電子部材１５は、例えば集束レンズ及び対物レンズ等の電子レンズ、若しくは偏光器を含む。また、導電子部材１５は、ターゲット１４での収差を低減する部材でもよい。導電子部材１５は、例えば、光軸上の非点収差を補正するスティグメータでもよい。導電子部材１５は、フィラメント１３からの電子を集束させてターゲット１４に導く。導電子部材１５は、ターゲット１４の一部の領域（Ｘ線焦点）に電子を衝突させる。

本実施形態において、アパーチャーユニット１６は、導電子部材１５により集束した電子束のうち、外周部分の電子を遮蔽する。アパーチャーユニット１６を介してターゲット１４において電子が衝突する領域（部分）の寸法（スポットサイズ）は、十分に小さい。これにより導電子部材１５で集束し切れなかった電子を遮蔽することで、０．３マイクロメートル程度のスポットサイズの電子線束を形成することができる。本実施形態において、ターゲット１４において電子が衝突する領域である射出部７は、実質的に点Ｘ線源を構成する。

図３に示すように、本実施形態において、ターゲット１４に最も近い導電子部材１５（以下、導電子部材１５Ａと称す場合もある）は、例えば電子レンズから構成される。
導電子部材１５Ａは、コイル部１８とヨーク部１９とを含む。コイル部１８は、例えば銅線を巻回することで構成されたものである。ヨーク部１９は、例えば軟鉄などの透磁率の高い材料から構成されたものである。

ヨーク部１９は、Ｘ線の照射方向であるＺ軸方向に交差するＸＹ平面における断面が実質的に円形であり、貫通孔２０が形成された円筒状の形状を有する。なお、このターゲットの形状は、他にもターゲット１４に向かって該円形の径が小さくなるテーパー状をなす円錐形状を有していても良い。ヨーク部１９には、Ｚ軸方向に沿って貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、フィラメント１３からの電子をターゲット１４に導くためのものである。

本実施形態において、冷却装置２Ｂは、ヨーク部１９の−Ｚ方向側に設けられた流路４０に温度調整された流体（例えば、水）を導入する。

貫通孔２０は、Ｚ軸方向から視た場合、円形である。
導電子部材１５Ａは、貫通孔２０の中心軸方向に一致するＺ軸方向に沿って貫通孔２０を介して電子をターゲット１４へと導く。本実施形態において、導電子部材１５（１５Ａ）は、フィラメント１３とターゲット１４とを結ぶ仮想線と実質的に平行な方向（フィラメント１３からの電子の通路と実質的に平行な方向）がＺ軸方向に一致する。以下の説明において、フィラメント１３とターゲット１４とを結ぶ仮想線と実質的に平行な方向を適宜、導電子部材１５（１５Ａ）の中心軸（中心光軸）方向、と称する。

本実施形態において、貫通孔２０のターゲット１４側の端部にアパーチャーユニット１６が装着されている。アパーチャーユニット１６は、開口が形成され、電子線が通過するためのアパーチャー部１６ａを有する。

アパーチャーユニット１６は、比較的熱伝導性が高い材料、例えば、真鍮、タングステン合金、銅などから構成されている。本実施形態において、１つの部材から構成されているが、アパーチャー部１６ａの開口を形成するためのダイヤフラムとその他の部位とは別部材から構成されていてもよい。

また、アパーチャー部１６ａと貫通孔２５は、共通のＺ軸方向に延びるように開口が形成されている。なお、アパーチャー部１６ａおよび貫通孔２５はＺ軸方向から視た場合、それぞれ円形である。

貫通孔２０を通過した電子の一部は、アパーチャー部１６ａにより入射した電子の一部がターゲット１４側に通過することを制限する。

本実施形態において、アパーチャー部１６ａは、導電子部材１５Ａによる集束位置に集まる電子の一部を制限するダイヤフラム（絞り）としての機能を有する。アパーチャー部１６ａは、導電子部材１５で集束しきれなかった電子、すなわち中心軸から離れた位置に集束する電子を遮蔽する。

アパーチャーユニット１６は、円筒状からなる本体部２３と、本体部２３の径方向に沿って外側に延びる延出部２４とを含む。アパーチャーユニット１６は、本体部２３の一部が貫通孔２０に挿入されることでヨーク部１９に支持される。なお、この延出部２４はヨーク部１９に形成された貫通孔２０の径よりも大きい径を有していればよい。好ましくは、開口の中心を中心として電子線の伝搬方向に対して垂直な面内で放射状に延設された形状を有していたほうが良い。しかしながら、本発明では、図３で示すＹ方向のみ延設された形状やＹ方向のみ延設された形状であってもよい。

本体部２３の外径は、貫通孔２０の内径と同等若しくはそれよりも小さい。本体部２３の外面には、周方向の全域に亘って、例えばゴムリングや樹脂材料から構成されたシール部材２６が設けられている。シール部材２６は、本体部２３と貫通孔２０との隙間を密閉することで、貫通孔２０の内部空間を実質的に真空に保持する。

延出部２４は、電子がターゲット１４に向かう方向であるＺ軸方向（第１方向）と交差する方向であるＸ方向及びＹ方向（第２方向）に沿って本体部２３から延びている。本実施形態において、延出部２４は、Ｚ軸方向から視て、本体部２３の全周に亘って鍔状に設けられている。

延出部２４は、Ｚ軸方向において、アパーチャーユニット１６（本体部２３）における上記アパーチャー部１６ａの形成位置に設けられている。延出部２４は、ハウジング２７の内面に対向する第１の面２４ａと、該第１の面２４ａとＺ方向において反対の第２の面２４ｂと、これら第１の面２４ａ及び第２の面２４ｂをつなぐ第３の面２４ｃと、を含む。延出部２４における第３の面２４ｃは、ハウジング２７の内面に接触する接触部分（以下、接触部分２４ｃと称す場合もある）を構成する。

ハウジング２７は、＋Ｚ方向に向かって内径が狭まる円錐状の本体２７ａと、本体２７ａの−Ｚ方向側に連結され、ヨーク部１９に固定される固定部２７ｂと、本体２７ａの＋Ｚ方向側に連結され、延出部２４の＋Ｚ方向側の面（第１の面２４ａ）に対向するとともにアパーチャーユニット１６を間接的に支持する支持部２７ｃと、を含む。

本体２７ａは、コイル部１８の外形に応じた内面形状を有している。本体２７ａの内面は、＋Ｚ軸方向に向かうにつれて本体部２３の中心軸に近づくテーパー形状を呈している。

延出部２４の第１の面２４ａは、例えば、Ｏリングなどのシール部材（第１封止部材）２８が設けられるシール部材配置領域（封止部材配置領域）２８ａを含む。シール部材２８は、アパーチャーユニット１６における電子の通過領域を真空状態に保持する。

実施形態において、延出部２４は、ハウジング２７に接触する面積を増大させる機能を有しているが、延出部２４は必ず、直接ハウジング２７に接触していなくてもよい。後述のように熱伝導層３０を介在させても良い。また、延出部２４は、本体部２３から少なくとも封止部材配置領域２８ａよりも外側まで延びる長さを有していればよい。

図３に示すように、接触部分２４ｃは、Ｚ方向における厚さが電子の通過領域である本体部２３の中心軸からの距離が離間するにつれて薄くなるテーパー形状を有している。一方、ハウジング２７における延出部２４との接触部分２７´は、Ｚ方向における厚さが本体部２３の中心軸からの距離が離間するにつれて厚くなる逆テーパー形状を有している。

延出部２４は、接触部分２４ｃがペースト状の熱伝導層３０を介してハウジング２７に接触する。本実施形態において、熱伝導層３０は、延出部２４の接触部分２４ｃとハウジング２７の接触部分２７´との間に配置されている。

熱伝導層３０は、図４に示すように、シート状の樹脂層３０ａと、該樹脂層３０ａに混ぜ込まれた熱伝導性粒子３０ｂと、を含む。樹脂層３０ａは、例えばアクリル樹脂又はシリコン樹脂である。また、熱伝導性粒子３０ｂは、延出部２４よりも熱伝導性が高い金属から構成される。

ターゲット１４は、ハウジング２７の支持部２７ｃと対向する位置に配置される。ターゲット１４は、ターゲット保持部３１を介してハウジング２７に取り付けられる。ターゲット保持部３１は、ハウジング２７の本体２７ａの外面に設けられた保持部２９に支持される。保持部２９とターゲット保持部３１との間には、例えば、Ｏリングなどのシール部材３２ａが設けられている。シール部材３２ａは、保持部２９とターゲット保持部３１との接続部分の隙間を密閉することで、Ｘ線源２の内部空間を実質的に真空に保持する。

ターゲット保持部３１とハウジング２７の支持部２７ｃとの間には、例えば、Ｏリングなどのシール部材（第２封止部材）３２ｂが設けられている。シール部材３２ｂは、ハウジング２７とターゲット保持部３１との隙間を密閉することで、Ｘ線源２の内部空間を実質的に真空に保持する。シール部材３２ｂは、ターゲット１４、ターゲット保持部３１、ハウジング２７、及びアパーチャーユニット１６で囲まれた空間ＳＰ１を密閉状態に保持し、実質的に真空に保持する。空間ＳＰ１は、ターゲット１４に向かう電子が通過する領域である。

Ｘ線源２において、ターゲット１４に電子が照射されると、その電子のエネルギーのうち、一部のエネルギーが、Ｘ線となり、一部のエネルギーが、熱となる。ターゲット１４に対する電子の照射により、ターゲット１４、ターゲット１４の周囲の空間、及びターゲット１４の近傍に配置されている部材の温度が上昇する。

本実施形態において、Ｘ線源２は、ターゲット１４に向かう電子の一部をアパーチャーユニット１６のアパーチャー部１６ａで遮断することで、射出部７において実質的に点Ｘ線源を構成している。そのため、ターゲット１４に向かう電子の一部を遮蔽するアパーチャー部１６ａ及びアパーチャーユニット１６は、温度が大きく上昇する可能性がある。

アパーチャー部１６ａ及びアパーチャーユニット１６の温度が上昇すると、周辺のシール部材２６、３２ａ、３２ｂが熱により劣化する可能性がある。

本実施形態において、Ｘ線源２は、シール部材２６、３２ａ、３２ｂによって内部空間が実質的に真空に保持されているため、これらシール部材２６、３２ａ、３２ｂが劣化すると、内部空間に外気（酸素及び窒素）が入り込んでしまう可能性がある。このように、フィラメント１３で発生した電子が酸素原子や窒素原子と衝突することでエネルギーを失い、Ｘ線の発生効率が低下してしまう可能性がある。その結果、検出装置４の検出精度（検出精度、測定精度）が低下する可能性がある。

本実施形態において、アパーチャーユニット１６は、本体部２３の径方向に沿って外側に延びる延出部２４を有している。アパーチャー部１６ａは、電子を遮蔽することで温度が上昇する。アパーチャー部１６ａが形成された本体部２３は、アパーチャー部１６ａとともに温度が上昇する。延出部２４は、Ｚ軸方向において、アパーチャーユニット１６（本体部２３）における上記アパーチャー部１６ａの形成位置に設けられている。そのため、本体部２３の熱は、効率良く延出部２４へと拡散される。延出部２４が存在することにより、アパーチャーユニット１６の熱抵抗が低下する。したがって、アパーチャー部１６ａを形成するダイヤフラムで発生する熱を効率よく延出部２４に排出することができる。すなわち、ダイヤフラムが発した熱は、本体部２３を介して延出部２４側に拡散される。したがって、本実施形態では、例えばダイヤフラムにおいて電子を遮蔽することで熱が生じても、延出部２４に熱を拡散させることでアパーチャーユニット１６の温度上昇が抑制される。したがって、シール部材２６、３２ａ、３２ｂの劣化が抑制され、Ｘ線源２の内部空間を長期に亘って実質的に真空に保持することができる。よって、Ｘ線源２にてＸ線を効率よく発生させることができる。また、熱を効率的にハウジング２７に逃がし、ハウジング２７を介して外装本体１７に伝達できる。外装本体１７には、冷却装置２Ｂとの間で循環している流体の流路４０が形成されているので、ダイヤフラムで発生した熱が効率的に冷却装置２Ｂに伝搬する。したがって、電子光学系を保持するヨーク部１９やハウジング２７を含む外装本体１７が極度に加熱されないので、外装本体１７の熱膨張による変位を小さくすることができる。そのため、ハウジング２７に支持されているターゲット１４がダイヤフラムの発熱によって生ずる変位が少ないので、長時間にわたるＸ線の露光で測定対象の形状等を検出する検出装置４に対しては、その検出精度（検出精度、測定精度）の低下が抑制される。

また、本実施形態においては、延出部２４がＺ軸方向から視て本体部２３の全周に亘って設けられるので、本体部２３の全周方向に亘って熱を拡散させることでアパーチャー部１６ａの温度上昇が抑制される。また、延出部２４があることで、ハウジング２７と熱的に連通している面積が増えている。それゆえ、効率的にダイヤフラムの熱がハウジング２７に排出できる。

また、本実施形態において、延出部２４がハウジング２７に接触する接触部分２４ｃを有している。接触部分２４ｃは、ハウジング２７の内面に倣った形状を有する。したがって、アパーチャー部１６ａから延出部２４に拡散した熱は、接触部分２４ｃを介してハウジング２７に拡散される。そのため、アパーチャー部１６ａ及びアパーチャーユニット１６の温度上昇によって周辺のシール部材２６、３２ａ、３２ｂが劣化することを抑制できる。

また、本実施形態においては、接触部分２４ｃに熱伝導層３０が設けられているので、熱伝導層３０を介して延出部２４の熱をハウジング２７側に効率よく拡散させることができる。熱伝導層３０は、延出部２４よりも熱伝導性が高い金属から構成された熱伝導性粒子３０ｂを含むので、延出部２４の熱は熱伝導性粒子３０ｂによってハウジング２７側に効率よく拡散させることができる。

熱伝導層３０は、樹脂層３０ａを含むペースト状から構成されるものなので、延出部２４とハウジング２７との隙間に良好に入り込む。よって、熱伝導層３０は、例えば寸法公差により生じる延出部２４とハウジング２７との隙間を埋めた状態とすることができる。また、樹脂層３０ａは、ターゲット１４で発生するＸ線に対して所定の耐性を有する、例えばアクリル樹脂又はシリコン樹脂から構成されるので、Ｘ線が発生するターゲット１４の近傍において良好な耐性を得ることができる。

また、本実施形態において、冷却装置２Ｂは、ヨーク部１９の−Ｚ方向側に設けられた流路４０に温度調整された流体（例えば、水）を導入する。そのため、流路４０によりヨーク部１９及びヨーク部１９に設けられたアパーチャーユニット１６の温度上昇が抑制される。

なお、本実施形態において、熱伝導層３０は、ペースト状のものから構成されていたが、フィルム状の材料から構成されていてもよい。

なお、冷却装置は、ターゲット１４の温度が所定温度を超えないように、そのターゲット１４の温度調整をしてもよい。なお、本実施形態においては、Ｘ線源２が冷却装置２Ｂを備えているが、Ｘ線源２が冷却装置２Ｂを備えていなくてもよい。例えば、チャンバ部材６が冷却装置を備えてもよい。また、例えば、Ｘ線装置１が冷却装置を備えていなくてもよい。Ｘ線装置１とは別の装置が冷却装置を備えてもよい。

次に、本実施形態に係るＸ線装置１の動作の一例について説明する。検出において、ステージ装置３に測定物Ｓが保持される。制御装置５は、ステージ装置３を制御して、測定物ＳをＸ線源２と検出装置４との間に配置する。

制御装置５は、Ｘ線源２からＸ線を射出するために、フィラメント１３に電流を流す。
これにより、フィラメント１３が加熱され、フィラメント１３から電子が放出される。フィラメント１３から放出された電子は、アパーチャーユニット１６を介してターゲット１４に照射される。これにより、ターゲット１４からＸ線が発生する。

Ｘ線源２から発生したＸ線の少なくとも一部は、測定物Ｓに照射される。測定物ＳにＸ線源２からのＸ線が照射されると、その測定物Ｓに照射されたＸ線の少なくとも一部は、測定物Ｓを透過する。測定物Ｓを透過した透過Ｘ線は、検出装置４の入射面１０に入射する。検出装置４は、測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を検出する。検出装置４は、測定物Ｓを透過した透過Ｘ線に基づいて得られた測定物Ｓの像を検出する。検出装置４の検出結果は、制御装置５に出力される。

本実施形態において、制御装置５は、測定物ＳにおけるＸ線源２からのＸ線の照射領域を変えるために、測定物Ｓの位置を変えながら、その測定物ＳにＸ線源２からのＸ線を照射する。すなわち、制御装置５は、複数の測定物Ｓの位置ごとで、測定物ＳにＸ線源２からのＸ線を照射し、その測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を、検出装置４で検出する。

本実施形態において、制御装置５は、測定物Ｓを保持したステージ装置３（ステージ装置３のうち、測定物Ｓを保持する保持部）を回転して、Ｘ線源２に対する測定物Ｓの位置を変えることによって、測定物ＳにおけるＸ線源２からのＸ線の照射領域を変える。

すなわち、本実施形態において、Ｘ線が測定物Ｓに照射される期間の少なくとも一部において、ステージ装置３は、測定物ＳをθＹ方向に移動（回転）させる。制御装置５は、測定物Ｓを保持したステージ装置３（ステージ装置３のうち、測定物Ｓを保持する保持部）を回転させながら、その測定物ＳにＸ線を照射する。ステージ装置３の各位置（各回転角度）において測定物Ｓを通過した透過Ｘ線（Ｘ線透過データ）は、検出装置４に検出される。検出装置４は、各位置における測定物Ｓの像を取得する。

制御装置５は、検出装置４の検出結果から、測定物Ｓの内部構造を算出する。本実施形態において、制御装置５は、測定物Ｓの各位置（各回転角度）のそれぞれにおいて測定物Ｓを通過した透過Ｘ線（Ｘ線透過データ）に基づく測定物Ｓの像を取得する。すなわち、制御装置５は、測定物Ｓの像を複数取得する。

制御装置５は、測定物Ｓを回転させつつその測定物ＳにＸ線を照射することにより得られた複数のＸ線透過データ（像）に基づいて演算を行って、測定物Ｓの断層画像を再構成して、測定物Ｓの内部構造の三次元データ（三次元構造）を取得する。これにより、測定物Ｓの内部構造が算出される。測定物の断層画像の再構成方法としては、例えば、逆投影法、フィルタ補正逆投影法、及び逐次近似法が挙げられる。逆投影法及びフィルタ補正逆投影法に関しては、例えば、米国特許出願公開第２００２／０１５４７２８号に記載されている。また、逐次近似法に関しては、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０２２０９０８号に記載されている。

以上説明したように、本実施形態によれば、アパーチャーユニット１６が延出部２４を備えることでアパーチャー部１６ａの熱を外部に拡散させるようにしたので、アパーチャー部１６ａの温度上昇に起因するシール部材２６、３２ａ、３２ｂの劣化が抑制される。したがって、Ｘ線源２の内部空間を長期に亘って実質的に真空に保持されるので、Ｘ線源２がＸ線を効率よく発生させることでＸ線装置１の検出精度（検査精度、測定精度）の低下を抑制できる。例えば、Ｘ線装置１は、測定物Ｓの内部構造に関する情報を正確に取得することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

本実施形態においては、上述したＸ線装置（１など）を備えた構造物製造システムについて説明する。

図５は、本実施形態に係る構造物製造システム２００の一例を示すブロック構成図である。構造物製造システム２００は、上述の各実施形態で説明したＸ線装置（検査装置）１と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御システム１３０と、リペア装置１４０とを備える。本実施形態において、Ｘ線装置１は、構造物の形状に関する座標を測定する形状測定装置として機能する。制御システム１３０は、座標記憶部１３１及び検査部１３２を有する。

本実施形態においては、構造物製造システム２００は、自動車のドア部分、エンジン部品、ギア部品、及び回路基板を備える電子部品等の成形品を作成する。

本実施形態においては、構造物製造システム２００において、構造物の形状に関する設計情報が作成される設計工程と、設計情報に基づいて構造物が作成される成形工程と、作成された構造物の形状がＸ線装置により計測される測定工程と、測定工程で取得された形状情報と設計情報とが比較される検査工程とが行われる。

また、本実施形態においては、構造物製造システム２００において、検査工程の比較結果に基づいて、構造物の再加工が実施されるリペア工程が行われる。

設計工程において、設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作成する。設計装置１１０は、作成した設計情報を、成形装置１２０に送信する。設計情報は、成形装置１２０に入力される。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を、制御システム１３０に送信する。設計情報は、制御システム１３０の座標記憶部１３１に記憶される。

設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。

成形工程において、成形装置１２０は、構造物を作成する。成形装置１２０は、設計装置１１０からの設計情報に基づいて、構造物を作成する。成形工程において、鋳造、鍛造、及び切削の少なくとも一つが行われてもよい。

測定工程において、Ｘ線装置１は、作成された構造物の形状を測定する。Ｘ線装置１は、測定した座標を示す情報を制御システム１３０へ送信する。

検査工程において、検査部１３２は、測定工程で取得された形状情報と、設計工程で作成された設計情報とを比較する。制御システム１３０の座標記憶部１３１には、設計装置１１０から送信された設計情報が記憶されている。検査部１３２は、座標記憶部１３１から設計情報を読み出す。

検査部１３２は、Ｘ線装置１から送信された座標を示す情報から、作成された構造物を示す情報（形状情報）を作成する。検査部１３２は、Ｘ線装置１から送信された座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部１３１から読み出した設計情報とを比較する。検査部１３２は、比較結果に基づいて、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。
換言すれば、検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。

検査部１３２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１３２は、比較結果に基づいて、不良部位と修復量とを算出する。検査部１３２は、不良部位を示す情報と修復量を示す情報とをリペア装置１４０に送信する。

リペア工程において、リペア装置１４０は、制御システム１３０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づいて、構造物の不良部位を加工する。リペア工程において、構造物の再加工が実施される。リペア工程において、成形工程が再実行される。

図６は、構造物製造システム２００における処理の流れを示したフローチャートである。

設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。

次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて構造物を作成する（ステップＳ１０２）。

次に、Ｘ線装置１は、構造物の形状に関する座標を計測する（ステップＳ１０３）。

次に，制御システム１３０の検査部１３２は、Ｘ線装置１によって作成された構造物の形状情報と、設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成された否かを検査する（ステップＳ１０４）。

次に、制御システム１３０の検査部１３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

作成された構造物が良品である場合（ステップＳ１０５においてＹＥＳと判断された場合）、構造物製造システム２００は、その処理を終了する。

作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ１０５においてＮＯと判断された場合）、制御システム１３０の検査部１３２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。

作成された構造物が修復できる場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳと判断された場合）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。

作成された構造物が修復できない場合（ステップＳ１０６においてＮＯと判断された場合）、構造物製造システム２００は、その処理を終了する。

以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、Ｘ線装置１が構造物の座標を正確に測定できるため、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

また、構造物製造システム２００は、Ｘ線装置１を用いて、構造物の欠陥の検出のみならず、構造物の内部の情報を非破壊で取得する非破壊検査を行うことができる。また、構造物製造システム２００は、Ｘ線装置１を用いて、構造物の外形の寸法を計測することができる。また、構造物製造システム２００は、Ｘ線装置１を用いて、リバースエンジニアリングを行うことができる。

なお、上述の各実施形態においては、Ｘ線装置がＸ線源を有することとしたが、Ｘ線源がＸ線装置に対する外部装置でもよい。換言すれば、Ｘ線源がＸ線装置の少なくとも一部を構成しなくてもよい。

また、上述の各実施形態は、例えば米国特許出願公開第２００５／０２５４６２１号、米国特許第７２３３６４４号等に開示されているような、複数のＸ線源を備えたＸ線装置にも適用できる。

また、上述の各実施形態は、例えば米国特許出願公開第２００７／６８５９８５号、米国特許出願公開第２００１／８０２４６８号等に開示されているような、被検物を回転させる回転軸に沿って、被検物を順次移動させるヘリカル方式のＸ線装置にも適用できる。

また、上述の各実施形態は、米国特許出願公開第２０１０／０２２０８３４号に開示されているような、被検物中を進む際にＸ線に生じるわずかな偏向を評価する位相コントラスト方式のＸ線装置にも適用できる。

また、上述の各実施形態は、例えば米国特許出願公開第２００９／０００３５１４号、米国特許出願公開第２００７／０２３０６５７号等に開示されているような、ベルトコンベアーで手荷物を移動し、Ｘ線により手荷物の含有物を明らかにするようなＸ線装置にも適用することができる。

１…Ｘ線装置、２…Ｘ線源、３…ステージ装置、４…検出装置、１３…フィラメント、１４…ターゲット、１５，１５Ａ…導電子部材、１６…アパーチャーユニット、１６ａ…アパーチャー部、１７…外装本体、２７…ハウジング、２８…シール部材（第１封止部材）、３０…熱伝導層、３０ａ…樹脂層、３０ｂ…熱伝導性粒子、３１…ターゲット保持部、３２ａ，３２ｂ…シール部材、２００…構造物製造システム、Ｓ…測定物

Claims (15)

1. 電子源とターゲットとの間に配置され、所定の位置に前記電子を集束する電子光学系と、
   前記電子光学系により収束される前記電子の一部を制限する開口が形成されたアパーチャーユニットと、を備え、
   前記アパーチャーユニットは、前記電子が前記ターゲットへ向かう第１方向と交差する第２方向に沿って外側に延出する延出部を含むことを特徴とするＸ線源。
2. 前記延出部は、前記第１方向から視て、前記アパーチャーユニットの外面の全周に亘って設けられることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
3. 前記電子光学系及び前記アパーチャーユニットを収容する外装本体の少なくとも一部を構成するハウジングを備え、
   前記延出部は、前記ハウジングに接触する接触部分を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線源。
4. 前記接触部分は、前記第１方向における厚さが前記電子の通過領域からの距離に応じて薄くなるテーパー形状を有し、
   前記ハウジングの前記延出部との接触部分は、前記第１方向における厚さが前記電子の通過領域からの距離に応じて厚くなる逆テーパー形状を有することを特徴とする請求項３に記載のＸ線源。
5. 前記延出部は、前記接触部分が熱伝導層を介して前記ハウジングに接触することを特徴とする請求項３又は４に記載のＸ線源。
6. 前記熱伝導層は、樹脂層と、前記樹脂層に混ぜ込まれ、前記延出部よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のＸ線源。
7. 前記樹脂層は、アクリル樹脂又はシリコン樹脂であることを特徴とする請求項６に記載のＸ線源。
8. 前記延出部は、前記第１方向において、前記アパーチャーユニットにおける前記開口が形成された位置に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のＸ線源。
9. 前記電子光学系は、前記第１方向と平行な中心光軸を有し、
   前記開口は、前記中心光軸から離れた位置に収束する前記電子を遮蔽することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線源。
10. 前記アパーチャーユニットは、前記延出部と前記ハウジングとの間に、前記電子が伝播する領域を密閉状態に保持するための第１封止部材が設けられる封止部材配置領域を有し、
    前記延出部は、少なくとも前記封止部材配置領域よりも外側の領域まで延出することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載のＸ線源。
11. 前記ハウジングの前記第１方向の延長線上には、前記ターゲットを設置するためのターゲット保持部が備えられ、
    前記ターゲット、前記ターゲット保持部、前記ハウジング、及び前記アパーチャーユニットで囲まれた空間を密閉状態に保持するための第２封止部材が設けられている請求項３〜７のいずれか一項に記載のＸ線源。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のＸ線源を備え、
    前記Ｘ線源で発生したＸ線を物体に照射して前記物体を通過した透過Ｘ線を検出することを特徴とするＸ線装置。
13. 構造物の形状に関する設計情報を作成する設計工程と、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作成する成形工程と、
    作成された前記構造物の形状を請求項１２に記載のＸ線装置を用いて計測する測定工程と、
    前記測定工程で取得した形状情報と前記設計情報とを比較する検査工程と、を含むことを特徴とする構造物の製造方法。
14. 前記検査工程の比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を実施するリペア工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の構造物の製造方法。
15. 前記リペア工程は、前記成形工程を再実行する工程であることを特徴とする請求項１４に記載の構造物の製造方法。

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