JP2015078950A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、死角を低減して検査精度を高めたＸ線検査を行うことが可能なＸ線検査装置を提供する。【解決手段】 透過型Ｘ線源１０から放出されたＸ線５を、コリメータ１５に設置された複数のスリット１０４ａ、１０４ｂにより複数のファンビームＸ線１０６ａ、１０６ｂに成形し、それぞれが検体１０８を透過させることにより複数のＸ線透過像を、複数の検出部１１０ａ、１１０ｂで検出するＸ線検査装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、商品や荷物等の内部を検査する非破壊検査等に適用されるＸ線検査装置に関する。

近年、インライン検査の手法を採用することによって、各種検体の検査処理能力を高めた放射線検査装置が公知である。このような検査装置において、異物、異常部位を正確かつ高速に検出するために、搬送方向においてＸ線源とＸ線検出器をそれぞれ複数配置し、一度の検査シーケンスで２方向からのＸ線透過像を取得するＸ線検査装置が提案されている。

特許文献１には、一対のＸ線源とＸ線検出器とからなる検査装置を、検体の搬送方向に２組併設したＸ線検査装置が開示されている。

この様に複数の方向からＸ線検査を行うことにより、１方向からの検査では死角となるような部分で見逃す可能性の有る異物についても、一度の検査シーケンスで検出が可能となる。

しかしながら、検体の搬送方向に複数のＸ線源を備えたＸ線検査装置においては、複数のＸ線源から放出する複数のＸ線束の品質を揃えること、において改善が求められていた。また、検体の搬送方向に複数のＸ線源を備えたＸ線検査装置においては、検査シーケンスにおいて連続にＸ線を照射する場合、Ｘ線検査装置のエネルギー利用効率を改善することで、省電力化することが求められる場合があった。

これらの問題を解決する手段として、１つのＸ線源に対し、一対のスリットを配置したコリメータを備えるＸ線検査装置が提案されている。特許文献２には、Ｘ線源と、複数のスリットを備えたコリメータと、かかる複数のスリットに対応してそれぞれが配置された複数の検出器と、を備えたＸ線検査装置が記載されている。特許文献２には、このような構成により、複数の検出器のそれぞれに向けてファンビームＸ線をそれぞれ照射可能とすることが開示されている。

特開平１０−２６７８６７号公報 特表平１０−５１３２６５号公報

参考例として、反射型Ｘ線源２０と、搬送方向Ｄｔに沿って配置された一対のスリット１０４ａ、１０４ｂと、搬送方向Ｄｔに沿って配置された一対の検出部と、を備えた従来のＸ線検査装置２００を図６（ａ）に示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）に記載のＸ線検査装置を断面Ｂ−Ｂ’からみた断面模式図である。

本参考例のＸ線検査装置２００においては、検出部１１０ａ、１１０ｂ毎に、観測されるみかけの焦点サイズが異なるという問題が生じる場合があった。本願明細書において、検出部がＸ線像として検出する焦点サイズを「みかけの焦点サイズ」と称する。

反射型Ｘ線源２０においては、電子放出源３から放出された電子線束２が反射型ターゲット２０３に衝突し、焦点１０２の法線Ｎｆから離れた方向にＸ線が取出される。この時、コリメータ１５のスリット１０４ａ、１０４ｂによって成形されたファンビームＸ線１０６ａ、１０６ｂのように、法線Ｎｆに対する取出し方向が異なると、ファンビームＸ線１０６ａ、１０６ｂ各々に対応するみかけの焦点サイズが一致しない。ファンビームＸ線１０６ｂのみかけの焦点サイズに比べて、法線Ｎｆに近いファンビームＸ線１０６ａのみかけの焦点サイズが大きくなる。

また、本発明に係る放射線検査装置の焦点は、電子放出源からターゲットに照射された電子線束の焦点により実質的に規定される。従って、本願明細書においては、これ以降、ターゲット上に電子線束により規定され有限の焦点径を有する電子線焦点を焦点と称する。

また、本願明細書においては、取出し角とは焦点１０２の法線Ｎｆを基準として、焦点１０２からスリットを通過して取出されるファンビームＸ線の中心軸方向の成す角度を取出し角と称する。

みかけの焦点サイズの取出し角依存性について、図３（ａ）、（ｃ）を用いて説明する。図３（ａ）は、図８（ａ）に記載の反射型Ｘ線源２０の反射型ターゲット２０３の周辺を拡大した参考例の部分拡大図である。

本参考例において、Ｘ線取り出し中心方向と反射型ターゲット２０３の傾斜面の角度をφ、電子線束照射幅をＷとした時、Ｘ線取り出し中心方向からみた焦点サイズはＷ×ｔａｎφとなる。φは反射型ターゲットにおいて通常１０°〜２０°程度であるため、焦点サイズは電子線束照射幅Ｗの０．１８〜０．３６倍程度の小さなサイズとなる。

Ｘ線取り出し中心方向に対してθ（反時計回り方向を正の方向とする）だけ傾いた方向へ取出されたファンビームＸ線の焦点サイズはＷ／ｃｏｓφ×ｓｉｎ（φ−θ）となる。そのため、図３（ｃ）の破線が示すように、θが正の領域のファンビームＸ線１０６ｂについては、Ｘ線取り出し中心方向よりも焦点サイズが小さくなるのに対し、θが負の領域のファンビームＸ線１０６ａについては、逆に焦点サイズが大きくなる。

従って、本参考例においては、Ｘ線検出器１１０ｂで得られた検査画像は鮮明であるのに対し、Ｘ線検出器１１０ａで得られた検査画像は相対的に不明瞭となり、その結果、検出精度が低下してしまうという課題があった。

この影響を小さくするために、Ｘ線１０６ａ、１０６ｂの搬送方向Ｄｔに平行な方向に沿った開き角を小さくすることが考えられる。しかしながら、このような配置をとるＸ線検査装置においては、複数方向からのＸ線検査で得られる検査画像間での差異も小さくなり、死角部の検出が困難となるため、やはり検出精度が低下してしまうという課題が生じた。

本発明のＸ線検査装置は、電子線束を放出する電子放出源と、前記電子線束が照射される照射面及び前記照射面に対向した放出面を有し、前記放出面から前記電子放出源と対向する側にＸ線を放出するターゲットとからなる透過型Ｘ線源と、複数のスリットが形成され、前記透過型Ｘ線源から放出されたＸ線を、前記スリットを通過させることによりファンビームＸ線に成形するコリメータと、前記複数のスリットのそれぞれを通過したファンビームＸ線が照射される位置に配置され、検体を透過したファンビームＸ線の強度を検出する複数の検出部と、前記検体を前記コリメータと前記検出部の間において、前記複数のスリットのそれぞれを通過したファンビームＸ線が順次照射されるように前記検体を搬送する搬送部と、を備えることを特徴とする。

本発明のＸ線検査装置によれば、複数のファンビームＸ線を利用しても、それらの照射方向による焦点サイズの差異を、従来よりも小さくすることが可能となるため、検査精度を損なうことなく、エネルギー効率が低下を抑制することが可能となる。

第１の実施形態のＸ線検査装置の一例を示す模式図である。 第１の実施形態のターゲット７の周辺部の部分拡大図である。 ターゲット種毎の放出角度依存性を説明する模式図（ａ）反射型ターゲット、（ｂ）ターゲット、および、（ｃ）ターゲット種毎の焦点サイズの放出角度依存性示すグラフである。 第２の実施形態のＸ線検査装置の一例を示す模式図である。 第３の実施形態のＸ線検査装置の一例を示す模式図（ａ）と、断面模式図（ｂ）である。 本発明に適用可能な一対のスリットの実施形態（ａ）と変形例（ｂ）、（ｃ）と、搬送方向との関係を示す模式図である。 参考例の一対のスリット（ａ）、（ｂ）と搬送方向との関係を示す模式図である。 反射型Ｘ線源を適用した参考例のＸ線検査装置を示す模式図（ａ）と、断面模式図（ｂ）である。

本発明のＸ線検査装置に含まれる実施形態を図１〜図７を用いて説明する。本発明のＸ線検査装置を適用可能な破壊検査としては、検体中に存在する欠陥、異物、異常部位等の検出、あるいは、欠品等の有無を、透過Ｘ線の像コントラストとして検出する製品検査が含まれる。

＜第１の実施形態＞
図１および、図２は、本発明のＸ線検査装置１の第１の実施形態を示す模式図である。本実施形態のＸ線検査装置１は、図１に示すように、透過型のターゲット７を備えた透過型Ｘ線源１０と、一対のスリット１０４ａ、１０４ｂを備えたコリメータと、搬送部と、一対の検出部１１０ａ、１１０ｂと、を備えている。

まず、透過型Ｘ線源１０について、図１、図２を用いて説明する。透過型Ｘ線源１０は、図１に示すように、電子放出源３と、電子放出源３に対向して配置されたターゲット７とを少なくとも備えている。電子放出源３と、ターゲット７とはそれぞれ真空容器に収納され、ターゲット７は、真空容器の開口部に接続されることにより透過型Ｘ線源１０の端窓を構成している。

電子放出源３は、電子放出機構を有するものでも良く、ＣＮＴ、Ｓｐｉｎｄｔ等の冷陰極電子源、または、フィラメント型、含侵型等の熱陰極電子源が用いられる。

電子放出源３から放出された電子線束２は、図２に示すように、ターゲット７の照射面４に照射されて焦点１０２を形成する。焦点１０２で発生したＸ線は、焦点からターゲット７を透過して、Ｘ線１０６として電子放出源３と対向する側（真空容器の外部）に放出される。

本実施形態においては、図２に示すように、ターゲット７は、ターゲット層７０とターゲット層を支持する透過基材７１とで構成されている。ターゲット層７０は、Ｘ線発生効率や耐熱性等が良いタングステン、レニウム、モリブデン、タンタル等の重金属元素を少なくとも含有する。また、ターゲット層７０は、電子ビーム侵入長の０．５倍以上２倍程度の層厚をとることによりターゲット層自身の吸収による自己減衰を抑制して、ターゲット層の外に取り出される放射線発生の発生効率を高めることが可能となる。ターゲット層７０の層厚は、０．５μｍ〜１０μｍが採用される。

透過基材７１は、放熱性や、Ｘ線透過性の良い材料が好ましく、例えば、ダイヤモンドやベリリウム等の軽元素材料等がある。また、Ｘ線の減衰の抑制や、放熱性、真空保持性能の確保等から、透過基材７１の基材厚は０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度が採用される。

次に、本実施形態のＸ線検査装置１を構成する、透過型Ｘ線源１０と、コリメータ１５と、搬送部１０７と、検出部１１０ａ、１１０ｂと、の相互の配置関係について説明する。

まず、図１に示すように、透過型Ｘ線源１０のターゲット７の放出面６の側において、放出面６に対向するように、一対のスリット１０４ａ、１０４ｂを有したコリメータ１５が配置されている。透過型Ｘ線源１０からは、一対のスリット１０４ａ、１０４ｂの両方を通過するような、円錐状又は放射角を有するファン形状のＸ線が放出される。一対のスリット１０４ａ、１０４ｂを通過したＸ線は、検体のうち関心部位の大きさより大きい照射範囲となるファン角と、検体の関心部位の大きさより十分小さな照射範囲となる放射角とを有するファン形状となる。

コリメータ１５が放出面６と対向する側と反対側に、検体を所定の搬送方向Ｄｔに移動させることが可能な搬送部１０７が配置されている。搬送部１０７は、検体をコリメータ１５と検出部１１０ａ、１１０ｂの間において、スリット１０４ａ、１０４ｂのそれぞれを通過したファンビームＸ線が順次照射されるように前検体を搬送する。

所定の搬送方向Ｄｔと一対のスリット１０４ａ、１０４ｂとは、後述する相互の幾何学的関係を満たしている。また、透過型Ｘ線源１０の焦点１０２から一対のスリット１０４ａ、１０４ｂのそれぞれを通過する延長上であって、焦点１０２からの距離において搬送部１０７より遠方側に、一対の検出部１１０ａ、１１０ｂが配置されている。

コリメータ１５は、一つの透過型Ｘ線源から放出された放射線５を一対のファンビームＸ線１０６ａ、１０６ｂのそれぞれに成形し分離する。一対の検出部１１０ａ、１１０ｂは、同一の検体を透過したファンビームＸ線の強度を検出し、強度に応じた電気信号を出力する。画像処理部（不図示）は、検出部１１０ａ、１１０ｂから出力された電気信号に基き、同一の検体を被写体とする２つのＸ線透過像を形成する。２つの透過像には、一対のスリット１０４ａ、１０４ｂと焦点１０２との位置関係に基づく視差情報を含有させることが可能となる。

次に、視差情報を含む２つのＸ線透過像を得るために必要な、一対のスリットの配置関係に関して図１、図６、図７を用いて説明する。

本発明のＸ線検査装置１に適用可能な、コリメータ１５のスリットの配置関係を図６の各図に示す。スリット１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ長手方向と短手方向とを有する細長い形状で、本実施形態では、長方形である。スリット１０４ａ、１０４ｂは、同じ形状であることが好ましい。図６（ａ）に示された実施形態において、一対のスリット１０４ａ、１０４ｂは、搬送方向Ｄｔに沿って、互いに重なる部分を有して配列され、同一直線上には配列されていない。本実施形態においては、一対のスリット１０４ａ、１０４ｂは、互いに非平行な関係にあり、各スリットの長手方向の長さも互いに異なっている。

図６（ｂ）に記載の一対のスリット１０４ａ、１０４ｂは、図６（ａ）に記載の実施形態の変形例であって、搬送方向Ｄｔと交差する方向において互いに平行であり、スリットの長手方向の長さが等しい点において図６（ａ）に示した実施形態と相違する。

図６（ｃ）に示す実施形態は、図６（ｂ）に示す実施形態の変形例である。図６（ｂ）のスリット１０４ａ、１０４ｂのそれぞれが搬送方向Ｄｔに対して傾斜しているのに対して、図６（ｃ）のスリット１０４ａ、１０４ｂのそれぞれは搬送方向Ｄｔに対して垂直な方向に長手方向を向いて配置されている点が相違する。

上記のとおり、複数のスリットの配置関係において、「搬送方向における重なり方」、「非同一直線上」の２つの条件が成す技術的意義について、図７を用いて説明する。

図７（ａ）に示す第一の参考例のように、一対のスリット２０４ａ、２０４ｂが同一直線上に存在する形態においては、複数のスリットに対応して検出される複数の透過像に視差情報が含まれておらず、死角を低減する効果を得ることができない。また、図７（ｂ）に示す第二の参考例のように、搬送方向Ｄｔに沿って互いに重なっている部分を有しない場合は、複数の透過像に検体の像情報に重複した情報が含まれておらず、第一の参考例と同様にして死角を低減する効果を得ることができない。

従って、コリメータ１５において、少なくも２つのスリットは、搬送部１０７の搬送方向Ｄｔに沿って互いに重なる部分を有し、かつ、スリットの長手方向が互いに同一直線上に存在しないように、配列されることが必要となる。

なお、コリメータ１５は、鉛、タングステン、モリブデン等の重金属を用いることができるが、材料はこれに限定されない。

次に、透過型Ｘ線源１０と複数のスリットを有するコリメータ１５とを備えたＸ線検査装置において、ファンビームＸ線１０６ａ、１０６ｂのみかけの焦点サイズの差異について図３（ｂ）、図３（ｃ）を用いて説明する。

図３（ｂ）は、本発明のＸ線検査装置１で搭載された透過型Ｘ線源１０のターゲット７の周辺図である。電子線束２がターゲット７に照射され焦点１０２からＸ線を放出する。ターゲット７は、反射型ターゲット２０７とは異なり、本実施形態のように、電子線束２を電子線照射面４に対して垂直に入射するよう配置をとることが可能である。透過型Ｘ線源１０では、ターゲット７を透過したＸ線を利用する。

電子線束照射幅をＤとした時、Ｘ線取り出し中心方向から見たみかけの焦点サイズはＤである。これに対し、Ｘ線取り出し中心方向に対して角度θ（反時計回り方向を正の方向とする）［°］傾いた方向へ放出されたＸ線のみかけの焦点サイズはＤ×ｃｏｓθとなる。

そのため、図３（ｃ）の実線と破線と比較から明らかなように、ターゲット７を備えた第１の実施形態のＸ線検査装置１のみかけの焦点サイズの変化は、反射型ターゲット２０７を備えた参考例のＸ線検査装置２に比べて小さい。従って、透過型タＸ線源１０を備えたＸ線検査装置１のみかけの焦点サイズのバラツキが低減することが可能である。

図３（ｂ）に示す実施例において、Ｄ＝１ｍｍ、Ｘ線取出し中心方向に対する角度θを−２０°〜＋１０°とした場合、角度θ（０°、＋１０°、−２０°）に対するみかけの焦点サイズは、それぞれ、１．０ｍｍ、０．９７ｍｍ、０．９４ｍｍとなる。この結果、本実施例において、みかけの焦点サイズの変化率は、ΔΨｅｔ／Ψｅｔ（０°）＝（１．０−０．９４）／１．０から得られ約６％となる。

一方、図３（ａ）に示す参考例において、Ｗ＝２．８ｍｍ、φ＝２０°、度θを−２０°〜＋１０°とした場合、角度θ（０°、＋１０°、−２０°）に対するみかけの焦点サイズは、それぞれ、１．０２ｍｍ、０．５２ｍｍ、１．９２ｍｍとなる。この結果、本参考例において、みかけの焦点サイズの変化率は、ΔΨｅｒ／Ψｅｒ（０°）＝（１．９２−０．５２）／１．０２から得られ約１３７％となる。

以上の結果から、図１に示すＸ線検査装置１は、図８に示す参考例のＸ線検査装置２００に比べて、Ｘ線の取り出し方向の違いによる焦点サイズの差異が低減される効果が得られることが判る。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明のＸ線検査装置１の第２の実施形態の一例について説明する図である。

本実施形態は、スリット１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃのそれぞれが、図６（ｂ）のように、搬送方向Ｄｔに対して互いに平行に長手方向を向けてある。かかるスリットのそれぞれに対応して、成形されたファンビームＸ線１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃのそれぞれが、検出部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに向けて照射される。

本実施形態は、搬送方向Ｄｔの上流側から下流側に向かう方向において、配列されたスリットの数が３個である点、該方向に配列されたＸ線検出部の配置数を３箇所とした点において、第１の実施形態と相違する。

この様な構成により、一連の検査シーケンスにおいて、ファンビームＸ線の照射方向を一層増加したＸ線検査が可能となり、異物等の検出精度を更に向上させることが可能である。

また、第２の実施形態では、３つのスリットと３つの検出部で構成した例を示したが、これに限定されるものではなく、スリット、検出部の配置数を４以上とする変形例も本発明の実施形態に含まれる。

＜第３の実施形態＞
図５（ａ）は、本発明のＸ線検査装置１の第３の実施形態の一例について説明する図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）中の断面Ａ−Ａ’におけるコリメータ１５の拡大模式図である。

本実施形態は、搬送方向Ｄｔと焦点１０２の中心とにより規定される仮想平面において、照射面４を、搬送方向Ｄｔと平行な配置としている点において第１の実施形態に対して相違する。さらに、少なくとも２つのスリット１０４ａ、１０４ｂは、焦点１０２の中心から搬送部１０７に垂らした仮想垂線Ｎｉに対して互いに対称な位置に配置されている点において第１の実施形態に対して相違する。なお、搬送方向Ｄｔと焦点１０２の中心とにより規定される仮想平面は、図５（ａ）においてｘ−ｙ平面に一致する。

一対の検出部１１０ａ、１１０ｂのそれぞれが、焦点１０２と一対のスリット１０４ａ、１０４ｂのそれぞれとを結ぶ延長上に配置する点は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、一対の検出部１１０ａ、１１０ｂのそれぞれにより検出される２つ透過Ｘ線像において、焦点サイズを等しくすることが可能となる。この結果、本実施形態のＸ線撮影装置は、高品質なサブトラクション画像を得ることが可能となるため、第１の実施形態に比較して、より一層確実に死角の影響を低減し、あるいは、より微小な異物等の検出が可能なＸ線検査を行うことが可能となる。

１ Ｘ線検査装置
２ 電子線束
３ 電子放出源
４ 照射面
５ 放出線
６ 放出面
７ ターゲット
１０ 透過型Ｘ線源
１０２ 焦点
１０４ａ スリット１
１０４ｂ スリット２
１５ コリメータ
１０６ａ スリット１を通過したファンビームＸ線
１０６ｂ スリット２を通過したファンビームＸ線
１０７ 搬送部
１０８ 検体
１０９ 異物
１１０ａ スリット１を通過したファンビームＸ線を受光する検出部
１１０ｂ スリット２を通過したファンビームＸ線を受光する検出部
Ｄｔ 搬送方向

Claims (6)

1. 電子線束を放出する電子放出源と、前記電子線束が照射される照射面及び前記照射面に対向した放出面を有し、前記放出面から前記電子放出源と対向する側にＸ線を放出するターゲットとからなる透過型Ｘ線源と、
   複数のスリットが形成され、前記透過型Ｘ線源から放出されたＸ線を、前記スリットを通過させることによりファンビームＸ線に成形するコリメータと、
   前記複数のスリットのそれぞれを通過したファンビームＸ線が照射される位置に配置され、検体を透過したファンビームＸ線の強度を検出する複数の検出部と、
   前記検体を前記コリメータと前記検出部の間において、前記複数のスリットのそれぞれを通過したファンビームＸ線が順次照射されるように前記検体を搬送する搬送部と、
   を備えることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 前記複数のスリットのうち少なくとも２つのスリットは、前記搬送部の搬送方向において重なる部分を有し、互いに同一直線上に存在しないことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記２つのスリットは、互いに平行であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 前記２つのスリットのそれぞれは、前記搬送方向に対して垂直な向きに、長手方向を有していることを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線検査装置。
5. 前記照射面に形成される焦点は、所定の焦点サイズを有し、
   前記搬送方向と前記焦点の中心とにより規定される仮想平面において、前記照射面は、前記搬送方向と平行であり、
   前記２つのスリットは、前記中心から前記搬送部に垂らした仮想垂線に対して互いに対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のＸ線検査装置。
6. 前記照射面は、前記搬送方向と交差する方向に対して平行であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線検査装置。

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