JP2015021784A - 二次元画像検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる二次元画像検出システムを提供する。【解決手段】安定した焦点サイズのＸ線管３を用いて、Ｘ線管３の焦点サイズφ[μｍ]から設定条件を割り出す。焦点サイズφ[μｍ]およびφ≰ｂ／２から最小撮影サイズｂ[μｍ]を設定し、設定された最小撮影サイズｂ[μｍ]，Ｘ線検出器４の画素ピッチｄ[μｍ]およびｂε／ｄ≧５から、拡大率εを設定する。【選択図】図１

Description

この発明は、二次元アレイ検出器で検出された光または放射線に基づく二次元画像を検出する二次元画像検出システムに係り、特に、微小サイズの被検体を拡大して撮影または透視する微小観察用に供する二次元アレイ検出器の技術に関する。

二次元画像検出システムは非破壊検査装置などに用いられる。非破壊検査装置で使用する被検体としては、実装基板、多層基板のスルーホール／パターン／はんだ接合部、パレット上に配置された集積回路（IC: Integrated Circuit）のような実装前の電子部品、金属などの鋳物、ビデオデッキのような成型品などがある。

近年、デバイスの集積化のためにＩＣ同士を積み上げる三次元実装が本格的に導入される見込みである。しかし、三次元実装の要素部品であるウェハバンプや、シリコンからなる基板に貫通孔を有して当該貫通孔に電極を挿入したシリコン貫通電極（TSV: Through-Silicon Via）に関する非破壊検査技術はまだ確立されておらず、非破壊で良否を判定することができる手段が開発現場や生産現場で求められている。

バンプのような金属の非破壊検査を行うにはＸ線による透視撮影やＸ線ＣＴが挙げられる。Ｘ線ＣＴの場合には、二次元アレイ検出器で検出されたＸ線に基づく二次元画像を再構成して三次元画像を作成することができる。したがって、Ｘ線ＣＴでは内部の構造を３次元で観察することができ、欠陥の場所を正確に判別することができる。その一方で、再構成に必要な枚数の二次元画像を取得するのに時間がかかり、再構成の演算を行うのにも時間がかかり、合計の検査時間がかかるという欠点もある。

それに対して、Ｘ線による透視撮影では欠陥部分の３次元的な形状はわからないが、検査時間がＸ線ＣＴに比べ格段に短く、多数の製品の検査には有効である。これらの２つの方式で現在共通して用いられている手法が、被検体をＸ線管（線源）などの発生源に接近させた拡大撮影である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０３０６１号公報

しかしながら、数μｍレベルの欠陥を見つけるための拡大撮影におけるシステムの構成条件（設定条件）は不明確であるのが現状である。現在、一般的に流通しているマイクロバンプのサイズは２０μｍであり、このバンプの中に４μｍ以上のボイド（欠損）の検出が求められている。このようなサイズのバンプやボイドを撮影または透視するＸ線透視撮影装置は現在開発途上である。また、そのような微細観察を行う上でのＸ線管の管球の焦点サイズ，ピクセルサイズ（画素サイズ），拡大率の設定条件が不明確である。焦点サイズが小さいほど優れた分解能が得られ、焦点サイズが１μｍを切る（１μｍ未満）ような管球も存在する。しかし、そのような微小焦点サイズの管球は動作が不安定であり、ある程度の焦点サイズ（例えば焦点サイズ≧１μｍ）の管球でも微細観察が可能なシステムが必要である。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる二次元画像検出システムを提供することを目的とする。

発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。

すなわち、微小サイズの被検体を拡大して撮影または透視するには、分解能（画像解像度）が高ければ高いほど良く、例えば微小サイズのバンプやボイドを観察することができるが、実際の分解能はＸ線源（Ｘ線管球など）の性能に依存する。言い換えれば、Ｘ線源の焦点サイズが微小でなければ分解能の向上を見込むことができない。そこで、発想を変えて焦点サイズ以外のパラメータに着目してみた。

上述したように焦点サイズは小さければ小さいほど分解能を向上させることができるが、焦点サイズが小さすぎると発生源（Ｘ線の場合には線源であるＸ線管の管球）の動作が不安定となる。そこで、動作が不安定とならない焦点サイズの発生源を用いた場合に、焦点サイズから拡大率などの設定条件を割り出すことに着目してみた。

下記の知見を得るに至った経緯について、図４〜図７を参照して説明する。図４は、Ｘ線透視撮影による拡大撮影における画像のボケを表した模式図であり、図５は、拡大率に対するボケの割合の収束を表したグラフであり、図６は、（２）式の条件の限界値である拡大率６２．５倍，ピクセル（画素）ピッチ５０μｍで、焦点サイズを変化させたときの断面プロファイル（シミュレーション）であり、図７は、（４）式の条件の限界値における直径２０μｍバンプの断面プロファイル（シミュレーション）である。

図４に示すように、被検体Ｏのサイズをｒ０とし，（二次元アレイ）検出器上への被検体Ｏの投影像のサイズをｒ１とし，焦点サイズをφとし，ボケの大きさをａとし，拡大率をεとし，線源Ｓ・被検体Ｏ間の距離（SOD: Source Object Distance）をＳＯＤとし、線源Ｓ・検出器Ｄ間の距離（SID: Source Image Distance）をＳＩＤとする。拡大率εは、ε＝ＳＩＤ／ＳＯＤで表され、ｒ１＝ε・ｒ０の関係が成立する。また、相似の関係により、ａ：（ＳＩＤ−ＳＯＤ）＝φ：ＳＯＤが成立する。よって、ボケの割合ａ／ｒ１は、下記（１）式のように表される。
ａ／ｒ１＝φ／ｒ０・（１−１／ε）→φ／ｒ０ （ε→∞）
→０ （ε→１） …（１）

上記（１）式から明らかなように、十分大きな拡大率（ε→∞）での撮影画像では、ボケの割合ａ／ｒ１は焦点サイズ／被検体Ｏのサイズ（＝φ／ｒ０）に収束する。逆に拡大率εを１に近づける（ε→１）ような近接照射（検出器Ｄを被検体Ｏに近づけた状態での撮影）ではボケを小さくすることができ、焦点サイズφが大きくでもボケの小さい画像が得られることになる。図５に示すように、拡大率が１０倍程度でボケの割合は既に殆ど収束している。逆に、近接照射によるボケの割合における縮小は５倍程度以下の拡大率で顕著になる。

直径２０μｍバンプ中の直径４μｍボイドを検出する上での１つ目の条件として、４μｍボイドをバンプ径（バンプの直径）が占めるピクセル数（画素数）は少なくとも５[pixel]以上必要である。画素を一方向に並べたとして、ボイドの中心を５[pixel]の画素における中央画素とする。

画素数が３[pixel]の場合には、中央画素以外には隣接する画素しか存在しない。したがって、隣接する画素の画素値がノイズ等により変動して、その結果、当該隣接する画素をボイドとして認識しない可能性があり、場合によっては中央画素のみしかボイドを判定することができなくなってしまう恐れがある。これに対して、画素数が５[pixel]の場合には、中央画素以外には隣接する画素の他にも、当該隣接する画素にさらに隣接する画素（両端の画素）が存在する。したがって、たとえ両端の画素の画素値がノイズ等により変動して当該両端の画素をボイドとして認識しなかったとしても、ボイドを判定する際には中央画素以外にも隣接する画素をも使用することができる。以上の理由により、ウェハバンプ検査装置に使用されるボイド判定では少なくとも５[pixel]以上の画素数が必要である。

これにより、直径２０μｍバンプ中の直径４μｍボイドを検出する上での１つ目の条件として、画素ピッチをｄ[μｍ]とすると、下記（２）式に示す拡大率εおよび画素ピッチｄを用いた条件が得られる。
４ε／ｄ≧５ … （２）

図６に示すように、上記（２）式の条件の限界値である拡大率６２．５倍，ピクセル（画素）ピッチ５０μｍ（すなわち４ε／５０≧５→ε≧６２．５）で、焦点サイズを変化させたときの断面プロファイル（シミュレーション）を作成する。ボイドの検出（判定）については、閾値を用いて２値化してボイドの領域を決定する方式で行うので、図６に示す断面プロファイルで、ボイドの部分で画素値が山（極値）になっている必要がある。図６から明らかなように焦点サイズが２μmを越えるとボイドの判定が困難になることが予想される。

これにより、焦点サイズについて、下記（３）式に示す条件を定めた。
φ≦２[μｍ] … （３）

次に、近接照射（検出器Ｄを被検体Ｏに近づけた状態での撮影）における設定条件を定める。上記（１）式においてφ（１−１／ε）を、拡大率の違いによるボケの変化を含めた有効焦点サイズと捉えることができる。これにより近接照射における焦点サイズφの条件を拡大率εの関数として定めることができる。上記（３）式を有効焦点サイズに拡張すると下記（４）式が得られる。
φ（１−１／ε）≦２[μｍ]
∴φ≦２[μｍ]・ε／（ε−１） … （４）

図７に示すように、上記（４）式の条件の限界値における直径２０μｍバンプの断面プロファイル（シミュレーション）を作成する。表１に各条件の対応表を示す。

ＳＩＤ（線源Ｓ・検出器Ｄ間の距離）を６０ｃｍに固定し、ＳＯＤ（線源Ｓ・被検体Ｏ間の距離）を変化させて拡大率を変えている。拡大率εは、ε＝ＳＩＤ／ＳＯＤで表されるので、ＳＩＤを６０ｃｍに固定した場合には、拡大率εおよびＳＯＤは、ε＝６０［ｃｍ］／ＳＯＤ［ｃｍ］の関係が成立する。一方、焦点サイズφおよび拡大率εは、上記（４）式の条件の限界値として、φ＝２[μｍ]・ε／（ε−１）の関係が成立する。さらに、拡大率εおよび画素ピッチ（ピクセルピッチ）ｄは、上記（２）式の条件の限界値として、４ε／ｄ＝５の関係が成立する。このように、ＳＩＤを６０ｃｍに固定してＳＯＤを変化させて作成された近接照射のシミュレーションにおける拡大率，焦点サイズおよびピクセルピッチの対応表が表１となる。

図７から、表１のいずれの条件でも断面プロファイルはほぼ一致し、ボイドの両サイドに谷（極値）が残っているので、上記（４）式の条件が正しいことがわかる。また、被検体と検出器とを数ｍｍ以内に互いに近づけて近接照射を行うことにより、表１のように、非常に大きな焦点サイズ（拡大率ε＝１．００５のときに焦点サイズφ＝４０２μｍ）の管球を用いた撮影でも直径４μｍボイドの検出（判定）が可能になることがわかる。

上記（２）式〜（４）式は、直径４μｍボイドを検出する設定条件の割り出しである。最小撮影サイズをｂ[μｍ]と一般化した場合には、下記（５）式〜（７）式に一般化した設定条件を割り出すことができると考えられる。

すなわち、最小撮影サイズを、４μｍ→ｂ[μｍ]と一般化すると、１つ目の条件として上記（２）式は下記（５）式に一般化することができると考えられる。一方、直径４μｍボイドを検出する場合に、検出された４μｍボイドの半分の２μｍ以下が焦点サイズとすると、最小撮影サイズｂ[μｍ] の半分の２μｍ以下が焦点サイズと一般化することができると考えられる。その結果、上記（３）式は下記（６）式に一般化することができると考えられる。よって、１つ目の条件として、下記（５）式および（６）式の関係が成立すると考えられる。
ｂε／ｄ≧５ … （５）
φ≦ｂ／２ … （６）

一方、近接照射における設定条件（２つ目の条件）として、上述したように上記（２）式は下記（５）式に一般化することができると考えられる。一方、有効焦点サイズに拡張すると、上記（６）式の右辺にε／（１−ε）の項が乗算されて、結果的に上記（４）式は下記（７）式に一般化することができると考えられる。よって、２つ目の条件として、（５）式および下記（７）式の関係が成立すると考えられる。
ｂε／ｄ≧５ … （５）
φ≦ｂ／２・ε／（１−ε） … （７）

以上のシミュレーションから、上記（５）式〜（７）式に一般化する。すると、１つ目の条件として、上記（５）式および（６）式の関係が成立するように設定条件を割り出すと、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる知見を得た。一方で、２つ目の条件として、上記（５）式および（７）式の関係が成立するように設定条件を割り出すと、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる知見を得た。

このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。
すなわち、この発明に係る二次元画像検出システム（前者の発明）は、光または放射線を発生する発生源と、当該光または当該放射線を電荷情報に変換することで光または放射線を検出する検出素子を二次元アレイ状に配列して構成された二次元アレイ検出器とを備え、当該二次元アレイ検出器で検出された光または放射線に基づく二次元画像を検出する二次元画像検出システムであって、最小撮影サイズをｂ[μｍ]とし，前記発生源，被検体および前記二次元アレイ検出器の距離によって決定される拡大率をεとし，前記二次元アレイ検出器の画素ピッチをｄ[μｍ]とし，前記発生源の焦点サイズをφ[μｍ]とした場合に、
ｂε／ｄ≧５
φ≦ｂ／２
の関係が成立するように、前記焦点サイズに基づいて前記最小撮影サイズを設定するとともに、設定された最小撮影サイズに基づいて前記拡大率を設定することことを特徴とするものである。

［作用・効果］この発明に係る二次元画像検出システム（前者の発明）によれば、従来の分解能（画像解像度）のパラメータから設定条件を割り出す発想を変えて、安定した焦点サイズの発生源を用いた場合に、発生源の焦点サイズφ[μｍ]から設定条件を割り出す。焦点サイズφ[μｍ]およびφ≦ｂ／２（上記（６）式）から最小撮影サイズｂ[μｍ]を設定することができ、設定された最小撮影サイズｂ[μｍ]，二次元アレイ検出器の画素ピッチｄ[μｍ]およびｂε／ｄ≧５（上記（５）式）から、拡大率εを設定することができる。よって、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源を用いた場合において、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。その結果、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる。

また、前者の発明とは別のこの発明に係る二次元画像検出システム（後者の発明）は、光または放射線を発生する発生源と、当該光または当該放射線を電荷情報に変換することで光または放射線を検出する検出素子を二次元アレイ状に配列して構成された二次元アレイ検出器とを備え、当該二次元アレイ検出器で検出された光または放射線に基づく二次元画像を検出する二次元画像検出システムであって、最小撮影サイズをｂ[μｍ]とし，前記発生源，被検体および前記二次元アレイ検出器の距離によって決定される拡大率をεとし，前記二次元アレイ検出器の画素ピッチをｄ[μｍ]とし，前記発生源の焦点サイズをφ[μｍ]とした場合に、
ｂε／ｄ≧５
φ≦ｂ／２・ε／（ε−１）
の関係が成立するように、前記焦点サイズに基づいて前記最小撮影サイズおよび前記拡大率を設定することを特徴とするものである。

［作用・効果］この発明に係る二次元画像検出システム（後者の発明）によれば、前者の発明と同様に、従来の分解能（画像解像度）のパラメータから設定条件を割り出す発想を変えて、安定した焦点サイズの発生源を用いた場合に、発生源の焦点サイズφ[μｍ]から設定条件を割り出す。後者の発明の場合には、最小撮影サイズｂ[μｍ]を設定する際に、拡大率εをも同時に設定する。すなわち、拡大率εの違いによるボケの変化を含めた有効焦点サイズに拡張すると、焦点サイズφ[μｍ]，拡大率εおよびφ≦ｂ／２・ε／（ε−１）（上記（７）式）とともに、最小撮影サイズｂ[μｍ]，二次元アレイ検出器の画素ピッチｄ[μｍ]およびｂε／ｄ≧５（上記（５）式）から、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。よって、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源を用いた場合において、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。その結果、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる。また、上記（５）式および（７）式から、拡大率εを限りなく“１”に近づけることも可能で、近接照射における設定条件をも割り出すことができる。このように近接照射の設定条件の明確化により、大きな焦点サイズでも必要な分解能が得られる。

これらの発明に係る二次元画像検出システム（前者および後者の発明）において、上述した二次元アレイ検出器の一例は、放射線を電荷情報に直接に変換する直接変換膜を有していることである。後述する間接変換膜を有した二次元アレイ検出器では放射線の反応位置（放射線による発光位置）と蛍光体が光を捕えた位置とでズレが生じる。これに対して、直接変換膜を有した二次元アレイ検出器では、放射線の反応位置から、電子・ホール（正孔）からなる電荷が、電荷情報を収集する収集電極（画素電極）に向かってドリフトするので、間接変換膜を有した二次元アレイ検出器よりも優れた位置分解能を得ることができる。よって、直接変換膜を有した二次元アレイ検出器では、ボケを小さくすることができる。

また、これらの発明に係る二次元画像検出システム（前者および後者の発明）において、上述した二次元アレイ検出器の他の一例は、放射線を光に一旦に変換して、一旦に変換された当該光を電荷情報に変換することで、放射線を電荷情報に間接的に変換する間接変換膜を有していることである。間接変換膜を有した二次元アレイ検出器では、上述した直接変換膜を有した二次元アレイ検出器よりもノイズを低減させることができる。よって、間接変換膜を有した二次元アレイ検出器では、低線量の放射線で高画質の画像を得ることができる。

この発明に係る二次元画像検出システム（前者の発明）によれば、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源を用いた場合において、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。その結果、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる。
この発明に係る二次元画像検出システム（後者の発明）によれば、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源を用いた場合において、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。その結果、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる。近接照射の設定条件の明確化により、大きな焦点サイズでも必要な分解能が得られる。

実施例に係る二次元画像検出システムの概略構成図およびブロック図である。 実施例に係るＸ線検出器の概略断面図である。 実施例に係るＸ線検出器の等価回路図である。 Ｘ線透視撮影による拡大撮影における画像のボケを表した模式図である。 拡大率に対するボケの割合の収束を表したグラフである。 （２）式の条件の限界値である拡大率６２．５倍，ピクセル（画素）ピッチ５０μｍで、焦点サイズを変化させたときの断面プロファイル（シミュレーション）である。 （４）式の条件の限界値における直径２０μｍバンプの断面プロファイル（シミュレーション）である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る二次元画像検出システムの概略構成図およびブロック図であり、図２は、実施例に係るＸ線検出器の概略断面図であり、図３は、実施例に係るＸ線検出器の等価回路図である。本実施例では、放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、発生源としてマイクロフォーカス管のＸ線管を例に採って説明し、非破壊検査装置に用いられる二次元画像検出システムを例に採って説明する。

図１に示すように、二次元画像検出システム１は、被検体Ｏを載置するステージ２と、そのステージ２を間に挟んで互いに対向するように配置されたＸ線管３およびＸ線検出器４とを備えている。本実施例では、Ｘ線管３は、上述したようにマイクロフォーカス管のＸ線管で構成されており、コーンビーム状にＸ線を照射する。Ｘ線検出器４の具体的な構成については後述する。Ｘ線管３は、この発明における発生源に相当し、Ｘ線検出器４は、この発明における二次元アレイ検出器に相当する。

その他に、二次元画像検出システム１は、図１に示すように、ステージ２を３軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）方向に移動させるステージ駆動機構５を備えている。ステージ駆動機構５のモータ（図示省略）を駆動させることで、水平面（ｘｙ平面）上にステージ２を移動させ、当該水平面に直交し、Ｘ線管３とＸ線検出器４とを結ぶ鉛直軸（ｚ軸）方向にステージ２を移動させることが可能である。このように移動させることで、観察位置を変更する、あるいは拡大率を変更することができる。

その他に、二次元画像検出システム１は、Ｘ線検出器４で検出された複数の二次元画像に基づいて画像処理を行う画像処理部６と、これらを統括制御するコントローラ７と、画像処理部６で画像処理が行われた画像を出力（モニタに表示出力あるいはプリンタに印刷出力）する画像出力部８と、設定条件を割り出す条件割り出し部９とを備えている。

画像処理部６は、複数の二次元画像を積算してフレーム平均を行うことで、ノイズを低減させた二次元画像を取得する。このように取得された二次元画像を出力することで撮影する。もちろん、複数の二次元画像を画像出力部８のモニタ（図示省略）に逐次にリアルタイムに表示出力することで透視を行ってもよいし、複数の二次元画像を再構成して三次元画像を作成するＸ線ＣＴを行ってもよい。

Ｘ線ＣＴの場合には、ステージ２が鉛直軸心周りに回転しながら、Ｘ線管３からＸ線を照射してステージ２に載置された被検体Ｏを透過したＸ線をＸ線検出器４が検出する。Ｘ線ＣＴで近接照射を行う場合には、鉛直軸（ｚ軸）方向からラミノ角傾いた斜め方向からＸ線を照射することでステージ２の大きさの制約を受けることなくＸ線管３を被検体Ｏに近接させることができる。その他にも、Ｘ線ＣＴの場合には、ステージ２の周りをＸ線管３およびＸ線検出器４が回転しながらＸ線を照射してもよいし、ステージ２の向きを一定に固定した状態でステージ２を円軌道上に移動させつつ、それに同期してＸ線検出器４が同心円の円軌道上を移動しながらＸ線を照射してもよい。

画像処理部６やコントローラ７や条件割り出し部９は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。条件割り出し部９の具体的な機能については後述する。

Ｘ線検出器４は、図２に示すように、アクティブマトリックス基板１１と、Ｘ線を電荷情報に直接に変換する直接変換膜からなるＸ線感応型の半導体１２と、バイアス電圧印加用の共通電極１３とを備えている。アクティブマトリックス基板１１は、図３に示すように、Ｘ線の入射面側に複数の収集電極（「画素電極」とも呼ばれている）４１を形成し、各収集電極４１で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路４２を配設して構成されている。各収集電極４１についてはＸ線検出有効エリアＳＡ内で２次元状マトリックス配列で設定している。Ｘ線感応型の半導体１２は、この発明における直接変換膜に相当する。

図３に示すようにアクティブマトリクス基板１は、上述したように収集電極（画素電極）４１を形成し、蓄積・読み出し用電気回路４２を配設している。蓄積・読み出し用電気回路４２は、コンデンサ４２Ａやスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）４２Ｂおよびゲート線４２ａ，データ線４２ｂなどからなり、各収集電極４１毎に１個のコンデンサ４２Ａおよび１個のＴＦＴ４２Ｂが対応付けて接続されている。収集電極（画素電極）４１，コンデンサ４２ＡおよびＴＦＴ４２Ｂは、この発明における検出素子に相当する。

また、アクティブマトリックス基板１１の蓄積・読み出し用電気回路４２の周囲にはゲートドライバ４３と電荷電圧変換型増幅器４４とマルチプレクサ４５とＡ／Ｄ変換器４６とを配設して接続している。これらのゲートドライバ４３、電荷電圧変換型増幅器４４、マルチプレクサ４５、Ａ／Ｄ変換器４６は、アクティブマトリックス基板１１とは別基板で接続されている。なお、ゲートドライバ４３、電荷電圧変換型増幅器４４、マルチプレクサ４５、Ａ／Ｄ変換器４５の一部または全部を、アクティブマトリックス基板１１（図２を参照）に内蔵してもよい。

Ｘ線検出器４は、「フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）」とも呼ばれている。Ｘ線検出器４は、Ｘ線を電荷情報に変換することでＸ線を検出する検出素子（収集電極（画素電極）４１，コンデンサ４２ＡおよびＴＦＴ４２Ｂ）を二次元アレイ状に配列して構成されている。

Ｘ線検出器４によってＸ線を検出する際には、バイアス供給電源（図示省略）からバイアス電圧を、バイアス電圧給電用のリード線（図示省略）を介してバイアス電圧印加用の共通電極１３に印加する。バイアス電圧を印加した状態で、Ｘ線の入射に伴ってＸ線感応型の半導体１２で電荷を生成する。この生成された電荷を収集電極４１で一旦収集する。蓄積・読み出し用電気回路４２によって、収集された電荷を各収集電極４１毎のＸ線検出信号として取り出す。

具体的には、収集電極４１で収集された電荷がコンデンサ４２Ａに一旦蓄積される。そして、ゲートドライバ４３からゲート線４２ａを介して読み出し信号を各ＴＦＴ４２Ｂのゲートに順に与える。読み出し信号を与えることで、読み出し信号が与えられたＴＦＴ４２ＢがＯＦＦからＯＮに移行する。その移行したＴＦＴ４２Ｂのソースに接続されたデータ線４２ｂがマルチプレクサ４５によって順に切り換え接続されるのにしたがって、コンデンサ４２Ａに蓄積された電荷を、ＴＦＴ４２Ｂからデータ線４２ｂを介して読み出す。読み出された電荷を電荷電圧変換型増幅器４４で増幅して、マルチプレクサ４５によって各収集電極４１毎のＸ線検出信号としてＡ／Ｄ変換器４６に送り出してアナログ値からディジタル値に変換する。

さらに、Ａ／Ｄ変換器４６でのディジタル値を、画像処理部６（図１を参照）に送り込んで、二次元画像等を出力する。２次元状マトリックス配列の各収集電極４１は、二次元画像の各画素に対応する電極にそれぞれ対応している。Ｘ線検出信号を取り出すことで、Ｘ線検出有効エリアＳＡに投影されるＸ線の二次元強度分布に応じた二次元画像を作成することができる。つまり、Ｘ線検出器４は、Ｘ線検出有効エリアＳＡに投影されるＸ線の二次元強度分布を検出することができる二次元アレイ検出器である。

このようにして、本実施例のＸ線検出器４は、Ｘ線を電荷情報に直接に変換する直接変換膜からなるＸ線感応型の半導体１２を有している。間接変換膜を有した二次元アレイ検出器では放射線（本実施例ではＸ線）では放射線（Ｘ線）の反応位置（放射線による発光位置）と蛍光体が光を捕えた位置とでズレが生じる。これに対して、直接変換膜を有した二次元アレイ検出器（Ｘ線検出器４）では、放射線（Ｘ線）の反応位置から、電子・ホール（正孔）からなる電荷が、電荷情報を収集する収集電極（画素電極）４１に向かってドリフトするので、間接変換膜を有した二次元アレイ検出器よりも優れた位置分解能を得ることができる。よって、直接変換膜を有した二次元アレイ検出器（Ｘ線検出器４）では、ボケを小さくすることができる。

なお、Ｘ線感応型の半導体１２は、ＣｄＴｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＨｇＩ_２，ＰｂＩ_２，ＰｂＯ，ＢｉＩ_３，ＴｌＢｒ，Ｓｅ，Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ、もしくはこれらを含む混合の結晶物で形成されている。半導体として、ＣｄＴｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＨｇＩ_２，ＰｂＩ_２，ＰｂＯ，ＢｉＩ_３，ＴｌＢｒ，ＧａＡｓを用いたものは、高感度でノイズ耐性の大きな検出器を得ることができる。Ｓｅを用いたものは、均一で大面積の検出器を容易に得ることができる。Ｓｉ，ＩｎＰを用いたものは、高エネルギー分解能の検出器を得ることができる。

次に、条件割り出し部９の具体的な機能について説明する。二次元画像検出システム１の出荷時あるいは据え付け時に、二次元画像検出システム１に備えられているＸ線管３の管球の焦点サイズφ[μｍ]から設定条件を割り出すように条件割り出し部９を設定する。１つ目の条件として、上記（５）式および（６）式から、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εの設定条件を割り出す。撮影あるいは透視する度に、条件割り出し部９から割り出された、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εの設定条件に対応するようにコントローラ７に当該設定条件を送り込み、コントローラ７は、当該設定条件に対応するようにステージ駆動機構５を制御して、ステージ２を移動させる。割り出された拡大率εに合致した位置にまでステージ２を移動させたら、当該位置にて撮影あるいは透視を行う。

上述した１つ目の条件以外にも、近接照射を行う場合には、２つ目の条件として、上記（５）式および（７）式から、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εの設定条件を割り出す。撮影あるいは透視する度に、条件割り出し部９から割り出された、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εの設定条件に対応するようにコントローラ７に当該設定条件を送り込み、コントローラ７は、当該条件に対応するようにステージ駆動機構５を制御して、ステージ２を移動させる。割り出された拡大率εに合致した位置にまでステージ２を移動させたら、当該位置にて撮影あるいは透視を行う。

ここでは、二次元画像検出システム１の出荷時あるいは据え付け時に、Ｘ線管３の管球の焦点サイズφ[μｍ]から設定条件を割り出すように条件割り出し部９を設定したら当該設定条件は不変であるとしたが、これに限定されない。例えば、安定した焦点サイズφ[μｍ]のＸ線管３を用いた場合においても、使用の都度、上記（５）式および（６）式から、あるいは上記（５）式および（７）式から、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εの設定条件を再度割り出すようにしてもよい。

上述の二次元画像検出システム１によれば、従来の分解能（画像解像度）のパラメータから設定条件を割り出す発想を変えて、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源（本実施例ではＸ線管３）を用いた場合において、発生源（Ｘ線管３）の焦点サイズφ[μｍ]から設定条件を割り出す。焦点サイズφ[μｍ]およびφ≦ｂ／２（上記（６）式）から最小撮影サイズｂ[μｍ]を設定することができ、設定された最小撮影サイズｂ[μｍ]，二次元アレイ検出器（本実施例ではＸ線検出器４）の画素ピッチｄ[μｍ]およびｂε／ｄ≧５（上記（５）式）から、拡大率εを設定することができる。よって、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源（Ｘ線管３）を用いた場合において、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。その結果、微小サイズの被検体Ｏを拡大して安定して撮影または透視することができる。

また、最小撮影サイズｂ[μｍ]を設定する際に、拡大率εをも同時に設定してもよい。すなわち、拡大率εの違いによるボケの変化を含めた有効焦点サイズに拡張すると、焦点サイズφ[μｍ]，拡大率εおよびφ≦ｂ／２・ε／（ε−１）（上記（７）式）とともに、最小撮影サイズｂ[μｍ]，二次元アレイ検出器（Ｘ線検出器４）の画素ピッチｄ[μｍ]およびｂε／ｄ≧５（上記（５）式）から、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。よって、安定した焦点サイズφ[μｍ]の発生源（Ｘ線管３）を用いた場合において、最小撮影サイズｂ[μｍ]および拡大率εを設定することができる。その結果、微小サイズの被検体を拡大して安定して撮影または透視することができる。また、上記（５）式および（７）式から、拡大率εを限りなく“１”に近づけることも可能で、近接照射における設定条件をも割り出すことができる。このように近接照射の設定条件の明確化により、大きな焦点サイズでも必要な分解能が得られる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、放射線はＸ線であって、Ｘ線を検出するＸ線検出器を例に採って説明したが、Ｘ線以外の放射線（α線、β線、γ線）を検出する放射線検出器、あるいは光を検出する光検出器にも適用することができる。

（２）上述した実施例では、放射線（実施例ではＸ線）を電荷情報に直接に変換する直接変換膜を有した二次元アレイ検出器（実施例ではＸ線検出器）であったが、放射線を光に一旦に変換して、一旦に変換された当該光を電荷情報に変換することで、放射線を電荷情報に間接的に変換する間接変換膜を有した二次元アレイ検出器に適用してもよい。例えば、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）あるいは蛍光体（例えばＣｓＩやＮａＩなど）と、光感応型の半導体あるいはフォトダイオードとを組み合わせた間接変換膜を有した二次元アレイ検出器を使用する。間接変換膜を有した二次元アレイ検出器では、上述した直接変換膜を有した二次元アレイ検出器よりもノイズを低減させることができる。よって、間接変換膜を有した二次元アレイ検出器では、低線量の放射線で高画質の画像を得ることができる。

（３）上述した実施例では、基板（実施例ではアクティブマトリックス基板）上に半導体（実施例ではＸ線感応型の半導体）を形成し、当該半導体の上に共通電極１３を形成した構造の二次元アレイ検出器であったが、放射線や光に対して透過性を有する支持基板（例えば、ガラスやセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ）やシリコン）に共通電極を形成し、当該共通電極に半導体を形成した構造と、検出素子などの読み出しパターンを形成した構造の対向基板とを画素毎に電気的に接続した二次元アレイ検出器であってもよい。また、支持基板をグラファイト基板のような導電性材料で形成する場合には、共通電極を省略することができる。

（４）上述した実施例では、微小の焦点サイズ（例えば数μｍ以下）のＸ線を出力するマイクロフォーカス管のＸ線管であったが、必ずしも微小の焦点サイズのＸ線を出力するＸ線管に限定されない。上述した表１のように、非常に大きな焦点サイズ（φ＝４０２μｍ）のＸ線を出力するＸ線管に適用することもできる。

以上のように、この発明は、マイクロフォーカス管のＸ線管を備え、非破壊検査装置に用いられる二次元画像検出システムに適している。

３ … Ｘ線管
４ … Ｘ線検出器
１２ … （Ｘ線感応型の）半導体
４１ … 収集電極（画素電極）
４２Ａ … コンデンサ
４２Ｂ … ＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）
ｂ … 最小撮影サイズ
ε … 拡大率
ｄ … 画素ピッチ
φ … 焦点サイズ
Ｏ … 被検体

Claims (4)

1. 光または放射線を発生する発生源と、
   当該光または当該放射線を電荷情報に変換することで光または放射線を検出する検出素子を二次元アレイ状に配列して構成された二次元アレイ検出器と
   を備え、当該二次元アレイ検出器で検出された光または放射線に基づく二次元画像を検出する二次元画像検出システムであって、
   最小撮影サイズをｂ[μｍ]とし，前記発生源，被検体および前記二次元アレイ検出器の距離によって決定される拡大率をεとし，前記二次元アレイ検出器の画素ピッチをｄ[μｍ]とし，前記発生源の焦点サイズをφ[μｍ]とした場合に、
   ｂε／ｄ≧５
   φ≦ｂ／２
   の関係が成立するように、前記焦点サイズに基づいて前記最小撮影サイズを設定するとともに、設定された最小撮影サイズに基づいて前記拡大率を設定する、二次元画像検出システム。
2. 光または放射線を発生する発生源と、
   当該光または当該放射線を電荷情報に変換することで光または放射線を検出する検出素子を二次元アレイ状に配列して構成された二次元アレイ検出器と
   を備え、当該二次元アレイ検出器で検出された光または放射線に基づく二次元画像を検出する二次元画像検出システムであって、
   最小撮影サイズをｂ[μｍ]とし，前記発生源，被検体および前記二次元アレイ検出器の距離によって決定される拡大率をεとし，前記二次元アレイ検出器の画素ピッチをｄ[μｍ]とし，前記発生源の焦点サイズをφ[μｍ]とした場合に、
   ｂε／ｄ≧５
   φ≦ｂ／２・ε／（ε−１）
   の関係が成立するように、前記焦点サイズに基づいて前記最小撮影サイズおよび前記拡大率を設定する、二次元画像検出システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の二次元画像検出システムにおいて、
   前記二次元アレイ検出器は、前記放射線を前記電荷情報に直接に変換する直接変換膜を有している、二次元画像検出システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の二次元画像検出システムにおいて、
   前記二次元アレイ検出器は、前記放射線を光に一旦に変換して、一旦に変換された当該光を前記電荷情報に変換することで、前記放射線を前記電荷情報に間接的に変換する間接変換膜を有している、二次元画像検出システム。

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