JP2019057415A - 荷電粒子線装置、ｘ線装置および構造物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子線のスポット径を所望のサイズに制御することができる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】荷電粒子線装置２は、荷電粒子線を第１方向に加速する加速管２４と、加速管２４の周囲に配置された第１コイル２３１ａと、加速管の周囲に配置され、少なくとも一部が第１コイル２３１ａに対して第１方向に関して異なる位置に備えられた第２コイル２３１ｂと、第１コイル２３１ａの電流および第２コイル２３１ｂの電流を個別に制御可能な制御部５１とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子線装置、Ｘ線装置および構造物の製造方法に関する。

従来から、複数に分割されたソレノイドコイルを加速管の周囲に備えた電子線の加速装置が知られている（たとえば特許文献１）。しかしながら、荷電粒子線のスポット径を制御して小さくすることが困難である。

実開平２−１０１５００号公報

第１の態様によると、荷電粒子線装置は、荷電粒子線を第１方向に加速する加速管と、前記加速管の周囲に配置された第１コイルと、前記加速管の周囲に配置され、少なくとも一部が前記第１コイルに対して前記第１方向に関して異なる位置に備えられた第２コイルと、前記第１コイルの電流および前記第２コイルの電流を個別に制御可能な制御部とを有する。
第２の態様によると、Ｘ線装置は、第１の態様の記載の荷電粒子線装置と、前記荷電粒子線装置から放射され、被測定物を通過したＸ線を検出する検出部と、前記被測定物に対して前記荷電粒子線装置および前記検出部を相対的に移動させる移動部とを備える。
第３の態様によると、構造物の製造方法は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、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して形状情報を取得し、前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する。

本実施の形態に係るＸ線装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るＸ線源の要部構成を模式的に示すブロック図である。 部分電子光学部によって生成された磁界を模式的に示す図である。 記憶部に記憶される電流値情報の一例を模式的に示す図である。 第１の実施の形態のＸ線装置が行う動作を説明するフローチャートである。 第１の実施の形態の変形例に係るＸ線源の要部構成を模式的に示すブロック図である。 第２の実施の形態に係るＸ線源の要部構成を模式的に示すブロック図である。 第２の実施の形態のＸ線装置が行う動作を説明するフローチャートである。 第３の実施の形態に係るＸ線源の要部構成を模式的に示すブロック図である。 変形例に係る荷電粒子線装置の要部構成を模式的に示すブロック部である。 第４の実施の形態に係る構造物製造システムの要部構成を模式的に示すブロック図である。 第４の実施の形態の構造物製造システムが行う動作を説明するフローチャートである。

−第１の実施の形態−
図面を参照しながら、第１の実施の形態による荷電粒子線装置として、Ｘ線を放射するＸ線源を備えるＸ線装置を例に挙げて説明を行う。Ｘ線装置は、被測定物にＸ線を照射して、被測定物を透過した透過Ｘ線を検出することにより、被測定物の内部情報（たとえば内部構造の画像）等を、被測定物を破壊することなく取得する。機械部品や電子部品等の産業用部品を対象とするＸ線装置は、産業用Ｘ線ＣＴ検査装置と呼ばれる。

図１は本実施の形態によるＸ線装置１００の構成の一例を示す図である。なお、説明の都合上、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標系を図示の通りに設定する。
Ｘ線装置１００は、筐体１、Ｘ線源２、載置部３、検出器４および制御装置５を備えている。筐体１は、その下面が工場等の床面に実質的に平行（水平）となるように配置される。筐体１の内部には、Ｘ線源２と、載置部３と、検出器４とが収容される。筐体１は、Ｘ線が筐体１の外部に漏洩しないようにするため、Ｘ線遮蔽材料を含む。なお、Ｘ線遮蔽材料として鉛を含む。

Ｘ線源２は、制御装置５による制御に応じて、図１に示す出射点Ｐを頂点としてＺ軸に平行な光軸Ｚｒに沿って、Ｚ軸＋方向へ向けて円錐状に広がるＸ線（いわゆるコーンビーム）を放射する。この出射点Ｐは後述するＸ線源２の内部を伝搬する電子線の焦点位置と一致する。すなわち、光軸Ｚｒは、Ｘ線源２の電子線の焦点位置である出射点Ｐと、後述する検出器４の撮像領域の中心とを結ぶ軸である。なお、Ｘ線源２は円錐状のＸ線を放射するものに代えて、扇状のＸ線（いわゆるファンビーム）や線状のＸ線（いわゆるペンシルビーム）を放射してもよい。Ｘ線源２は、たとえば約５０ｅＶの超軟Ｘ線、約０．１〜２ｋｅＶの軟Ｘ線、約２〜２０ｋｅＶのＸ線および約２０〜数ＭｅＶの硬Ｘ線の少なくとも１つを照射する。本実施の形態では、Ｘ線源２から放射されるＸ線は、幅広い波長すなわち光子エネルギーを有する多色線である。なお、Ｘ線源２の詳細については説明を後述する。

載置部３は、被測定物Ｓが載置される載置台３１と、回転駆動部３２、Ｘ軸移動部３３、Ｙ軸移動部３４およびＺ軸移動部３５からなるマニピュレータ部３６とを備え、Ｘ線源２よりもＺ軸＋側に設けられている。載置台３１は、回転駆動部３２により回転可能に設けられる。後述するように、回転駆動部３２による回転軸ＹｒがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動する際に、載置台３１はともに移動する。回転駆動部３２は、たとえば電動モータ等によって構成され、後述する制御装置５により制御されて駆動した電動モータが発生する回転力によって、載置台３１を回転させる。載置台３１の回転軸Ｙｒは、Ｙ軸に平行、かつ、載置台３１の中心を通過する。Ｘ軸移動部３３、Ｙ軸移動部３４およびＺ軸移動部３５は、制御装置５により制御されて、載置台３１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ移動させる。Ｚ軸移動部３５は、制御装置５により制御されて、Ｘ線源２から被測定物Ｓまでの距離が、撮影される画像における被測定物Ｓの拡大率に応じた距離となるように載置台３１をＺ軸方向に移動させる。

図１に示す検出器４は、載置台３１よりもＺ軸＋側に設けられている。すなわち、載置台３１は、Ｚ軸方向において、Ｘ線源２と検出器４との間に設けられる。検出器４は、ＸＹ平面に平行な入射面４１を有する。Ｘ線源２から放射され、載置台３１上に載置された被測定物Ｓを透過した透過Ｘ線を含むＸ線は入射面４１に入射する。検出器４は、公知のシンチレーション物質を含むシンチレータ部と、シンチレータ部から放出された光を受光する受光部等とによって構成される。シンチレータ部の入射面４１に入射したＸ線は光エネルギーに変換され、その光エネルギーは上記の受光部で電気エネルギーに変換されて電気信号となり、制御装置５へ出力される。なお、検出器４は、入射するＸ線を光エネルギーに変換することなく、電気信号に直接変換して出力するものであってもよい。検出器４は、シンチレータ部と受光部とがそれぞれ複数の画素として分割された構造を有しており、シンチレータ部と受光部との複数の画素は、互いに対応するように２次元的に配列されている。これにより、Ｘ線源２から放射され、被測定物Ｓを通過したＸ線の強度分布を一括で取得できるので、検出器４の入射面の広さに応じて、１回の撮影で被測定物Ｓの全体または被測定物Ｓの検査したい領域の投影像を任意の倍率で取得することができる。

制御装置５は、マイクロプロセッサやその周辺回路等を有しており、不図示の記憶媒体（たとえばフラッシュメモリ等）に予め記憶されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、Ｘ線装置１００の各部を制御する。制御装置５は、Ｘ線源２の動作を制御する電子線制御部５１、マニピュレータ部３６の駆動動作を制御する載置台制御部５２、検出器４から出力された電気信号に基づいて被測定物ＳのＸ線投影画像データを生成する画像生成部５３、およびマニピュレータ部３６を制御する。制御装置５は、被測定物Ｓに対して異なる方向から投影して得られた複数の投影画像データに基づいて、公知の画像再構成処理方法を用いることで、被測定物Ｓの再構成画像を生成する画像再構成部５４を備える。画像再構成処理により、被測定物Ｓの内部構造（断面構造）である断面画像データや３次元データが生成される。なお、断面画像データとは、ＺＸ平面と平行な面内における被測定物Ｓの構造データを含む。画像再構成処理としては、逆投影法、フィルタ補正逆投影法、逐次近似法等がある。制御装置５は、不揮発性の記憶媒体である記憶部５５を備える。

図２は、本実施の形態のＸ線源２の断面構造を模式的に示す図である。Ｘ線源２は、電子線発生部２１と、ターゲット２２と、電子光学部２３と、加速管２４とを備える。ターゲット２２と、電子光学部２３と、加速管２４とは、たとえば軟鉄や純鉄等の磁性体からなるボディ部２５に収容される。
電子線発生部２１は、フィラメント２１０と、ウェネルト電極２１１と、ウェネルト電源２１２と、引出電極２１３と、第１電源２１４とを備える電子銃である。なお、本実施の形態では、電子線発生部２１として熱電子銃を例に挙げて説明するが、電子線発生部２１はこれに限定されるものではなく、電界放出電子銃でもよい。ウェネルト電源２１２は、制御装置５の電子線制御部５１からの制御信号に基づいて、フィラメント２１０に対する負のバイアス電圧をウェネルト電極２１１に印加する。フィラメント２１０は、たとえばタングステンを含む材料により形成され、その先端がターゲット２２へ向けて先鋭化した円錐形状となるように形成される。フィラメント２１０には、フィラメント２１０を加熱するための加熱用電源回路２１７が接続されている。電子線制御部５１は、加熱用電源回路２１７を制御して、フィラメント２１０に電流を流すことにより、フィラメント２１０を加熱する。なお、フィラメント２１０に電流を流して直接加熱する代わりに、フィラメント２１０を加熱するためのヒータを設けても良い。

加熱用電源回路２１７によりフィラメント２１０に通電してフィラメント２１０を加熱した状態で、ウェネルト電極２１１により負の電圧を掛けることで、フィラメント２１０から放射される電子線の広がりが抑制され、引出電極２１３にフィラメント２１０に対して正の電位を与えることでフィラメント２１０の先端から加速管２４に向けて電子線（熱電子）が引き出される。さらに、ウェネルト電極２１１には、先にも説明したように、フィラメント２１０に対する負のバイアス電圧が印加されるので、それにより生じる電界によって、フィラメント２１０の先端から放出される電子線は集束され発散が抑制される。ターゲット２２は、たとえばタングステンを含む金属材料により形成され、フィラメント２１０の先端から放出された電子線の衝突または電子線の進行の変化によりＸ線を発生するＸ線発生部として機能する。なお、図２においては、本実施の形態によるＸ線源２は透過型Ｘ線源により構成される場合を示しているが、Ｘ線源２は反射型Ｘ線源であってもよい。

引出電極２１３は、電子線の進行方向においてウェネルト電極２１１の下流側に配置される。第１電源２１４は、フィラメント２１０と引出電極２１３とに電気的に接続され、制御装置５の電子線制御部５１からの制御信号に基づいて、フィラメント２１０に対する正の電圧を引出電極２１３に印加する。ただし、引出電極２１３の電位はグランド電位よりは負の電位となるように調整されている。第１電源２１４が引出電極２１３に正の高電圧（引出電圧）を印加することにより、フィラメント２１０の表面には強電界が形成される。

加速管２４は、多数の導体筒が電子線の伝搬方向、すなわちＺ軸方向に並び、隣り合う導体筒同士が異符号に帯電するように高周波電圧が印加された、たとえばヴィデレー型リニアックや、円盤装荷導波管や、アルバレ型リニアック等の線形加速器である。電子線発生部２１から射出された電子線は、加速管２４の入射端２４１から加速管２４内部に伝播し、加速管２４の内部において隣り合う導体筒の間に電子線が到達した際に電場の作用を受ける。これにより、電子線は、加速管２４において隣り合う導体筒の間を通過するたびに加速される。加速管２４で加速された電子線は出射端２４２から出射しターゲット２２へ向けて伝搬する。

電子光学部２３は、電子線を集束する電磁レンズであり、磁界の作用を利用してフィラメント２１０から出射された電子線を集束させる。これにより、電子線はターゲット２２の微小な領域（Ｘ線焦点）に衝突する。電子光学部２３は、電子線制御部５１からの制御により通電されて磁界を生成する磁界発生部であるソレノイド型コイルにより構成される。電子光学部２３は、加速管２４の外部にその周囲を囲んで配置される。電子光学部２３は、複数の部分電子光学部２３１を有し、それぞれの部分電子光学部２３１はＺ軸方向、すなわち電子線が伝搬する方向に順次配置される。すなわち、加速管２４の外部にその周囲を囲むように、複数のコイルがＺ軸方向に関して異なる位置に配置される。図２においては、ｎ個の部分電子光学部２３１が配置された場合を例示しているが、部分電子光学部２３１の個数は２個以上であれば良く、３個以上であるとより好ましい。

複数の部分電子光学部２３１のそれぞれには、電流を供給する複数の電源部２３２が電気的に接続される。電子線制御部５１の制御により、複数の部分電子光学部２３１のそれぞれに供給する電流は個別に調節（制御）できる。図２に示す例では、部分電子光学部２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、…、２３１ｎ−１、２３１ｎにはそれぞれに対応して設けられた電源部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、…、２３２ｎ−１、２３２ｎから電流が供給される。電源部２３２から部分電子光学部２３１のそれぞれに供給される電流値は、電子線制御部５１によって個別に制御される。すなわち、電子線制御部５１は、部分電子光学部２３１ａの電流を制御する第１制御、部分電子光学部２３１ｂの電流を制御する第２制御、および部分電子光学部２３１ｎの電流を制御する第ｎ制御を行う。

電子線制御部５１により、電源部２３２から部分電子光学部２３１に供給する電流の制御が個別に行われることにより、部分電子光学部２３１ごとに生成される磁界の状態（たとえば磁束密度）を個別に設定することができる。すなわち、部分電子光学部２３１に供給する電流の大きさや方向を変化させることで部分電子光学部２３１により生成される磁界の磁束密度分布を変化させることができる。
図３は、部分電子光学部２３１ａと２３１ｂとにより生成されるＺ軸方向の磁界の一例を模式的に示す。具体的には、図３（ａ）におけるＬ１は、部分電子光学部２３１ａと部分電子光学部２３１ｂとで、それぞれに生成される磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが、方向が互いに逆で異なる強さ（図３（ａ）では、磁界Ｂ１は−方向で大きく、磁界Ｂ２は＋方向で小さく）の場合を示す。このように磁界Ｂ１および磁界Ｂ２を発生させた場合、部分電子光学部２３１ａを伝搬するときと、部分電子光学部２３１ｂを通過するときとで、電子線には異なる方向に異なる強さの力が作用するので、電子線の集束状態をより高精度に制御することができる。

電子線制御部５１は、部分電子光学部２３１ａと２３１ｂとに対して供給する電流の方向と大きさの組み合わせを変えることにより、部分電子光学部２３１ａおよび部分電子光学部２３１ｂのそれぞれにより生成される磁界の方向や強さを変更する。たとえば、電子線制御部５１は、図３（ｂ）に示すＬ２のように、部分電子光学部２３１ａによる磁界Ｂ１は＋側方向に中程度、部分電子光学部２３１ｂにより磁界Ｂ２は−側方向に中程度にそれぞれ生成する。この結果、電子線の集束状態を、図３（ａ）のＬ１に示すような磁界の状態の場合とは異なるように制御することができる。すなわち、図３（ａ）の場合と図３（ｂ）の場合とで、ターゲット２２に衝突する際の電子線のスポット径が異なるように制御することが可能となる。

電子線のスポット径を所望の大きさにするために部分電子光学部２３１のそれぞれに必要な供給電流の方向と大きさは、電子線発生部２１から射出される電子線のエネルギーの大きさに依存する。従って、予め試験等を行い、その結果により、電子線のエネルギーの大きさ基づいて、部分電子光学部２３１のそれぞれに供給する電流の方向と大きさを設定し、記憶部５５に記憶する。この場合、記憶部５５は、射出される電子線のエネルギーの方向および大きさと、それぞれの部分電子光学部２３１に対する電流値とを、たとえばテーブル形式によって関連付けされた電流値情報として記憶する。

図４に、記憶部５５に記憶される電流値情報の一例を模式的に示す。図４は、電子線のエネルギーに関する情報は、電子線の所望スポット径、ターゲット２２に供給する電流、電子線の所望集束角を含む場合を例に挙げる。なお、電子線のエネルギーに関する情報としては、上記の全てが含まれている必要はなく、少なくとも１つが含まれればよい。また、電子エネルギーに関する情報として、たとえばフィラメント２１０へ供給する電流や、ウェネルト電極２１１に印加する電圧を含んでも良い。

図４においては、たとえば電子線の所望スポット径をＲ１、ターゲット２２に供給する電流をＱ１、所望集束角をφ１にする場合の、それぞれの部分電子光学部２３１ａ〜２３１ｎに供給する電流値がＩ１１、Ｉ１２、…、Ｉ１ｎであり、電子線の所望スポット径をＲ２、ターゲット２２に供給する電流をＱ２、所望集束角をφ２にする場合の、それぞれの部分電子光学部２３１ａ〜２３１ｎに供給する電流値がＩ２１、Ｉ２２、…、Ｉ２ｎである場合を表す。なお、実際には、電子線のエネルギーの大きさ、所望スポット径、所望集束角と電流値との関係についての情報として、図４に示す２組の組み合わせよりも多くの組み合わせが記憶部５５に記憶されている。

電子線制御部５１は、電子線発生部２１に電子線の射出を指示する際に、記憶部５５に記憶された電流値情報を参照して、部分電子光学部２３１のそれぞれに供給する電流の値を決定する。電子線制御部５１は、それぞれの電源部２３２に対して、各電源部２３２に電気的に接続されている部分電子光学部２３１に、電子線制御部５１が決定した電流値の電流を供給させる。
なお、被測定物Ｓに対してＸ線を照射しながら、被測定物Ｓが所定の角度だけ回転するごとにＸ線投影画像データを取得する際に、電子線制御部５１は、上記の電流値情報に記憶されている部分電子光学部２３１のそれぞれに供給する電流値の比を保持したまま、電流値を微調整することができる。これにより、電子線の集束状態を微調整することができ、その結果、ターゲット２２における電子線の所望スポット径を微調整して、検出器４にて検出される被測定物ＳのＸ線投影像の鮮鋭度を調整することが可能となる。

図５に示すフローチャートを参照しながら、第１の実施の形態のＸ線装置１００の動作を説明する。図５に示す各処理は、制御装置５でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、メモリ（不図示）に格納されており、制御装置５により起動され、実行される。
ステップＳ１においては、電子線制御部５１は、電子線発生部２１から射出する電子線のエネルギーの大きさを決定しステップＳ２へ進む。ステップＳ２においては、電子線制御部５１は、決定した電子線のエネルギーに基づいて記憶部５５に記憶された電流値情報を参照して、部分電子光学部２３１のそれぞれに対して供給する電流値を決定し、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、電子線制御部５１は、発生させる電子線のエネルギーに基づいて、電子線発生部２１のウェネルト電源２１２および第１電源２１４に対して電圧の印加を行わせる。電子線制御部５１は、それぞれの電源部２３２に対して、ステップＳ２において決定された電流値を部分電子光学部２３１に供給させて、電子線を集束させてターゲット２２に衝突させ、ターゲットからＸ線を射出させてステップＳ４へ進む。射出されたＸ線は被測定物Ｓを透過して検出器４に入射する。ステップＳ４では、画像生成部５３は、検出器４から出力された電子信号に基づいてＸ線投影画像データを生成してステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、所定角度ごとの被測定物ＳのＸ線投影画像データが全て生成されたか否かを判定する。被測定物ＳのＸ線投影画像データが全て生成された場合には、ステップＳ５が肯定判定されてステップＳ６へ進む。生成されていない被測定物ＳのＸ線投影画像データが存在する場合には、ステップＳ５が否定判定されてステップＳ４へ戻る。ステップＳ６では、画像再構成部５４は、生成された複数の被測定物ＳのＸ線投影画像データに対して画像再構成処理を施すことにより、被測定物Ｓの３次元データを生成して処理を終了する。

なお、電子線のスポット径を小さく絞り込むためには、非点収差や球面収差を小さくすることが有効である。そのために、複数の部分電子光学部２３１のうち、少なくとも１個を、収差を補正するための補正コイルとして用いる。たとえば、非点収差を補正するための補正コイルは、スティグメータと呼ばれる。
図６にこの場合のＸ線源２の断面構造を模式的に示す。Ｘ線源２においては、加速管２４の出射端２４２側（Ｚ軸方向＋側）に部分電子光学部２３１ａ（図２参照）に代えて補正コイル２３３を配置している。Ｘ線源２において、補正コイル２３３以外の構成については、図２に示すＸ線源２と同様の構成を有する。なお、補正コイル２３３は、部分電子光学部２３１ｂ〜２３１ｎ−１の何れかに代えて配置されていればよい。加速管２４の出射端２４２よりも入射端２４１に近い側（Ｚ軸方向−側）の部分電子光学部２３１ｎに代えて配置されてもよいし、加速管２４の入射端２４１よりも出射端２４２に近い側（Ｚ軸方向＋側）の部分電子光学部２３１ｎに代えて配置されてもよい。また、補正コイル２３３が複数個設けられても良い。

補正コイル２３３には、電子線制御部５１により制御された電源部２３２ａから電流が供給される。補正コイル２３３に供給する電流値は、試験、シミュレーション等に基づいて、補正コイル２３３が生成する磁界により補正対象とする収差が減少するように設定される。補正コイル２３３に供給する電流値は補正情報として、電子線の所望スポット径ごとに関連付けされて、たとえばテーブル形式にて予め記憶部５５に記憶される。電子線制御部５１は、電子線のスポット径を変更する場合には、補正情報を参照して補正コイル２３３に供給する電流値を決定し、電源部２３２ａに対して補正コイル２３３に供給する電流の供給を行わせる。

以上で説明した第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）Ｘ線源２には、加速管２４の周囲にＺ軸方向に順次配置された、部分電子光学部２３１（２３１ａ）および部分電子光学部２３１（２３１ｂ）と、部分電子光学部２３１ａの電流および部分電子光学部２３１ｂの電流を個別に制御可能な電子線制御部５１が設けられる。これにより、複数の部分電子光学部２３１のそれぞれにより生成される磁界の状態を制御することが可能になり、電子線の集束度合、すなわちスポット径を制御することができる。これにより、所望のエネルギーを有するＸ線を放射させることが可能になる。

（２）電子線制御部５１は、電子線のエネルギーの大きさに基づいて、第１制御と第２制御とを行う。これにより、複数の部分電子光学部２３１のそれぞれにより生成される磁界を制御して、電子線のスポット径を所望の大きさに制御することが可能になる。

（３）記憶部５５は、電子線のエネルギーの大きさと、部分電子光学部２３１のそれぞれの電流との関係を記憶する。これにより、所望のスポット径を有する電子線を得るのに適した電流を部分電子光学部２３１に供給することができる。

（４）電子線制御部５１は、第１制御と第２制御とによって、部分電子光学部２３１ａと部分電子光学部２３１ｂとがそれぞれ生成する磁界の方向を互いに逆向きにし、また、それぞれの磁界を異なる強さとすることができる。これにより、部分電子光学部２３１ごとに電子線に対して異なる力を作用させられるので、電子線のスポット径を容易に制御することができる。

−第２の実施の形態−
図面を参照して、第２の実施の形態のＸ線装置について説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、Ｘ線源は電子線発生部からの電子線が伝搬する方向を変化させるための偏向用コイル（アライナ）を備える点で、第１の実施の形態とは異なる。

図７は、第２の実施の形態のＸ線源２の断面構造を模式的に示す図である。本実施の形態では、出射端２４２側（Ｚ軸方向＋側）に配置された２個の部分電子光学部２３１ａ、２３１ｂ（図２参照）に代えて２個の偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂを備える偏向器２３４を配置している。偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂのそれぞれは、電子線をＸ方向に偏向するＸ用コイルと、Ｙ方向に偏向するＹ用コイルにより構成される。偏向用コイル２３４ａおよび２３４ｂは、たとえばトロイダル型コイルや、サドル型コイルであり、電源部２３２ａ、２３２ｂから電流の供給を受けて磁界を発生し、電子線の伝搬方向、すなわち電子線のＸＹ平面上における電子線の位置を変化させる。

複数の部分電子光学部２３１ｃ〜２３１ｎは、第１の実施の形態の部分電子光学部２３１ｃ〜２３１ｎと同様の構成を有する。部分電子光学部２３１ｃ〜２３１ｎには、電子線制御部５１により、第１の実施の形態の場合と同様にして、電源部２３２ｃ〜２３２ｎから供給される電流が制御される。
電子線制御部５１は、発生させる電子線のエネルギーの大きさに基づいて偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂに供給する電流を決定する。偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂに供給する電流値は、試験、シミュレーション等に基づいて設定される、なお、電子線制御部５１は、Ｘ線源２から射出され検出器４に入射したＸ線に基づいて画像生成部５３により生成されたＸ線投影画像データを用いて、偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂに供給する電流を決定してもよい。この場合、電子線制御部５１は、載置台３１が所定の角度回転するごとに画像生成部５３により生成される複数のＸ線投影画像データを比較して、比較結果に基づいて、偏向器２３４に供給する電流の供給の要否を決定する。たとえば、被測定物Ｓの近傍に、固定された物体である位置基準を配置する。すなわち、位置基準は載置台３１とともに回転しない指標である。複数のＸ線投影画像データ間における位置基準に相当する信号位置が変位した場合には、電子線制御部５１は、Ｘ線の伝播方向が変動したと判断し、Ｘ線投影画像データにおける位置基準に相当する信号位置の変位量に基づいて、偏向器２３４に供給する供給する電流値を決定する。２個の偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂにそれぞれ供給される電流値は、たとえば電子線の偏向を開始させる位置である偏向支点の位置が加速管２４の出射端２４２となるように、試験、シミュレーション等の結果に基づいて設定され、予め記憶部５５に記憶されている。電子線の偏向支点を加速管２４の出射端２４２とすることにより、加速管２４から出射した電子線はボディ部２５内の他の部材等に衝突することなくターゲット２２に到達することができる。

図８に示すフローチャートを参照しながら、第２の実施の形態のＸ線装置１００の動作を説明する。図８に示す各処理は、制御装置５でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、メモリ（不図示）に格納されており、制御装置５により起動され、実行される。
ステップＳ１１（電子線のエネルギー決定）からステップＳ１４（Ｘ線投影画像データ生成）までの各処理は、図５のフローチャートにおけるステップＳ１（電子線のエネルギー決定）からステップＳ４（Ｘ線投影画像データ生成）までの各処理と同様である。ステップＳ１５においては、電子線制御部５１は、載置台３１が所定の角度回転するごとに画像生成部５３により生成される複数のＸ線投影画像データを比較して、ステップＳ１６へ進む。なお、ステップＳ１５において複数のＸ線投影画像データが生成されていない場合には、載置台３１の回転角度を異ならせた状態でステップＳ１４の処理を再度行い、Ｘ線投影画像データを生成する。

ステップＳ１６では、電子線制御部５１は、ステップＳ１５における比較結果に基づいて、偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂに供給する電流の供給の要否を決定する。偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂに供給する電流の供給が必要な場合、すなわちＸ線投影画像データに含まれる位置基準に相当する信号位置の変位量が所定の閾値以上である場合には、ステップＳ１６が肯定判定されてステップＳ１７へ進む。なお、変位量は、載置台３１の所定の回転角度ごと、すなわち時間的に異なるタイミングで生成された複数のＸ線投影画像データを比較して得られるので、位置基準に相当する信号位置の時間的な変位を示す量である。また、所定の閾値は、Ｘ線投影画像データを取得する際に許容されるアーチファクトによって決定される。すなわち、所定の閾値以上の場合には、生成されるＸ線投影画像データにおいて、被測定物Ｓの像がぼけたり、アーチファクトが目立つ等の画質の低下が生じる。ステップＳ１７では、電子線制御部５１は、位置基準に相当する信号位置の変位量に基づいて、偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂへ供給する電流値を決定し、ステップＳ１８へ進む。一方、偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂに供給する電流の供給が不要な場合、すなわちＸ線投影画像データに含まれる位置基準に相当する信号位置の変位量が所定の閾値を下回る場合には、ステップＳ１６が否定判定されてステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８（全てのＸ線投影画像データが生成されたか否かの判定）およびステップＳ１９（被測定物Ｓの３次元データの生成）の処理は、図５のフローチャートにおけるステップＳ５およびステップＳ６の処理とそれぞれ同様である。なお、ステップＳ１８において否定判定された場合には、処理はステップＳ１４に戻る。

以上で説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られる作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
Ｘ線源２が偏向器２３４を備えることにより、ターゲット２２上における電子線の位置が変位することを抑制できる。これにより、ターゲット２２から発生するＸ線が検出器４に入射する際の入射位置が変位することを抑制し、高画質のＸ線投影画像データを生成することができる。
偏向器２３４は、加速管２４の入射端２４１よりも出射端２４２に近い側に配置される。これにより、偏向器２３４により電子線のＸＹ平面上での位置の制御が容易になる。
なお、偏向器２３４の個数（組数）が、電子線の調整の自由度に相当する。たとえば、本実施の形態のように、Ｘ線源２が１個（１組）の偏向器２３４を備える場合には、ターゲット２２上での電子線の位置のみを調整することができる。Ｘ線源２が２個（２組）の偏向器２３４を備える場合には、各偏向コイルに適切な励磁電流比にて電流を供給することにより、電子線の偏向支点も固定することができる。たとえば、偏向支点をターゲット２２から離れた位置となるように励磁電流比を制御すると、電子線を急激に曲げることなくターゲット２２上の所望の位置に到達させることができる。この結果、電子線が急激に曲がることによる収差の増大を抑制し、ターゲット２２上での電子線のスポット径の増大を抑制することができる。

なお、上述した第２の実施の形態では、偏向器２３４が２個の偏向用コイル２３４ａ、２３４ｂを有する場合を例に挙げたが、１個の偏向用コイルを有しても良いし、３個以上の偏向用コイルを有しても良い。
また、偏向器２３４は加速管２４の出射端２４２側に設けられるものに限られず、加速管２４の入射端２４１側、たとえば部分電子光学部２３１ｎに代えて偏向器２３４が設けられて良い。この場合、偏向器２３４に供給する電流値を小さくし、偏向器２３４の発熱を抑制することができる。また、加速管２４の入射端２４１と出射端２４２との間、たとえば部分電子光学部２３１ｃ〜２３１ｎ−１の何れかに代えて偏向器２３４が設けられても良い。
また、図２に示すＸ線源２が上述した偏向器２３４を有する場合を例に挙げて説明したが、図６に示すＸ線源２が偏向器２３４を有するものであってもよい。この場合にも、電子線制御部５１は偏向器２３４に対して上記と同様の制御を適用することができる。

−第３の実施の形態−
図面を参照して、第３の実施の形態のＸ線装置について説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、Ｘ線源が備える複数の部分電子光学部は、電子線の伝搬方向に沿って互いに磁性体によって隔離される点で、第１の実施の形態とは異なる。

図９は、第３の実施の形態のＸ線源２の断面構造を模式的に示す図である。本実施の形態では、Ｘ線源２は、図２に示す第１の実施の形態にて説明した構成に加えて、たとえば軟鉄や純鉄等の磁性体からなる隔離部材２３５を有する。本実施の形態においては、Ｚ軸方向に関して、部分電子光学部２３１と隔離部材２３５とが交互に配置される。すなわち、部分電子光学部２３１ａと部分電子光学部２３１ｂとは隔離部材２３５ａにより互いに隔離され、部分電子光学部２３１ｂと部分電子光学部２３１ｃとは隔離部材２３５ｂにより互いに隔離され、…、部分電子光学部２３１ｎ−１と部分電子光学部２３１ｎとは隔離部材２３５ｎ−１により互いに隔離される。

図９に示すように、複数の部分電子光学部２３１のそれぞれは、隔離部材２３５に両側から挟まれるか、あるいは部分電子光学部２３１ａや２３１ｎのように隔離部材２３５とボディ部２５の一部とに両側から挟まれる。このため、隔離部材２３５やボディ部２５がヨークとして機能し、部分電子光学部２３１で生成された磁界を、加速管２４を伝搬する電子線により効果的に作用させることができる。これにより、部分電子光学部２３１に供給する電流値をより小さくすることが可能となる。

第３の実施の形態のＸ線装置１００が行う処理は、図５のフローチャートに示す第１の実施の形態のＸ線装置１００が行う処理と同様である。
なお、上記の説明では、第１の実施の形態のＸ線源２に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２の実施の形態のＸ線源２に適用してよい。この場合、第３の実施の形態のＸ線装置１００は、図８のフローチャートに示す第２の実施の形態のＸ線装置１００が行う処理と同様の処理を行う。

以上で説明した第３の実施の形態によれば、第１や第２の実施の形態により得られる作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
部分電子光学部２３１は、磁性体である隔離部材２３５によってＺ軸方向に関して互いに隔離される。したがって、部分電子光学部２３１へ電流値を抑えて、部分電子光学部２３１に発生する熱量を抑制することができる。これにより、部分電子光学部２３１で発生した熱により部分電子光学部２３１のコイルの部材を接着するために用いられている樹脂の劣化を抑制できる。

以上、第１〜第３の実施の形態においては、電子線を発生させる電子線発生部２１を例に挙げて説明したが、この例に限定されない。たとえば、イオン等の他の荷電粒子線を発生させる荷電粒子線装置に、第１〜第３の実施の形態において説明した各種の構成を適用することができる。
また、上述した第１〜第３の実施の形態においては、荷電粒子線装置としてのＸ線源２を備えるＸ線装置１００を例に挙げて説明したが、この例に限定されない。荷電粒子線装置は、たとえば電子ビーム加工機等が備える電子ビームの発生装置であってもよい。図１０にこの場合の荷電粒子線装置６の断面構造を模式的に示す。図２に示す第１の実施の形態のＸ線源２の場合と異なり、荷電粒子線装置６はターゲット２２を備えない。他の構成については、荷電粒子線装置６は、図２に示すＸ線源２と同様の構成を備える。なお、荷電粒子線装置６は、図６に示す補正コイル２３３や、図７に示す偏向用コイル２３４や、図９に示す隔壁部材２３５を備えてよい。

−第４の実施の形態−
図面を参照して、本発明の実施の形態による構造物製造システムを説明する。本実施の形態の構造物製造システムは、たとえば自動車のドア部分、エンジン部分、ギア部分および回路基板を備える電子部品等の成型品を作成する。

図１１は本実施の形態による構造物製造システム４００の構成の一例を示すブロック図である。構造物製造システム４００は、第１〜第３の実施の形態や変形例にて説明したＸ線装置１００と、設計装置４１０と、成形装置４２０と、制御システム４３０と、リペア装置４４０とを備える。

設計装置４１０は、構造物の形状に関する設計情報を作成する設計処理を行う。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報である。設計情報は成形装置４２０および後述する制御システム４３０に出力される。成形装置４２０は設計装置４１０により作成された設計情報を用いて構造物を作成、成形する成形処理を行う。この場合、成形装置４２０は、鋳造、鍛造および切削のうち少なくとも１つを行うものについても本発明の一態様に含まれる。

Ｘ線装置１００は、成形装置４２０により成形された構造物の形状を測定する測定処理を行う。Ｘ線装置１００は、構造物を測定した測定結果である構造物の座標を示す情報（以後、形状情報と呼ぶ）を制御システム４３０に出力する。制御システム４３０は、座標記憶部４３１と、検査部４３２とを備える。座標記憶部４３１は、上述した設計装置４１０により作成された設計情報を記憶する。

検査部４３２は、成形装置４２０により成形された構造物が設計装置４１０により作成された設計情報に従って成形されたか否かを判定する。換言すると、検査部４３２は、成形された構造物が良品か否かを判定する。この場合、検査部４３２は、座標記憶部４３１に記憶された設計情報を読み出して、設計情報とＸ線装置１００から入力した形状情報とを比較する検査処理を行う。検査部４３２は、検査処理としてたとえば設計情報が示す座標と対応する形状情報が示す座標とを比較し、検査処理の結果、設計情報の座標と形状情報の座標とが一致している場合には設計情報に従って成形された良品であると判定する。設計情報の座標と対応する形状情報の座標とが一致していない場合には、検査部４３２は、座標の差分が所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内であれば修復可能な不良品と判定する。

修復可能な不良品と判定した場合には、検査部４３２は、不良部位と修復量とを示すリペア情報をリペア装置４４０へ出力する。不良部位は設計情報の座標と一致していない形状情報の座標であり、修復量は不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分である。リペア装置４４０は、入力したリペア情報に基づいて、構造物の不良部位を再加工するリペア処理を行う。リペア装置４４０は、リペア処理にて成形装置４２０が行う成形処理と同様の処理を再度行う。

図１２に示すフローチャートを参照しながら、構造物製造システム４００が行う処理について説明する。
ステップＳ１０１では、設計装置４１０は設計処理により構造物の形状に関する設計情報を作成してステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、成形装置４２０は成形処理により、設計情報に基づいて構造物を作成、成形してステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３においては、Ｘ線装置１００は測定処理を行って、構造物の形状を計測し、形状情報を出力してステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、検査部４３２は、設計装置４１０により作成された設計情報とＸ線装置１００により測定され、出力された形状情報とを比較する検査処理を行って、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、検査処理の結果に基づいて、検査部４３２は成形装置４２０により成形された構造物が良品か否かを判定する。構造物が良品である場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致する場合には、ステップＳ１０５が肯定判定されて処理を終了する。構造物が良品ではない場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致しない場合には、ステップＳ１０５が否定判定されてステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０では、検査部４３２は構造物の不良部位が修復可能か否かを判定する。不良部位が修復可能ではない場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲を超えている場合には、ステップＳ１０６が否定判定されて処理を終了する。なお、所定範囲は、構造物の加工精度の範囲であり、設計図および図面に記載の寸法精度から決定される。不良部位が修復可能な場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲内の場合には、ステップＳ１０６が肯定判定されてステップＳ１０７へ進む。この場合、検査部４３２はリペア装置４４０にリペア情報を出力する。ステップＳ１０７においては、リペア装置４４０は、入力したリペア情報に基づいて、構造物に対してリペア処理を行ってステップＳ１０３へ戻る。なお、上述したように、リペア装置４４０は、リペア処理にて成形装置４２０が行う成形処理と同様の処理を再度行う。

以上で説明した第４の実施の形態による構造物製造システム４００においては、以下の作用効果が得られる。
（１）Ｘ線装置１００は、設計装置４１０の設計処理に基づいて成形装置４２０により作成された構造物の形状情報を取得する測定処理を行い、制御システム４３０の検査部４３２は、測定処理にて取得された形状情報と設計処理にて作成された設計情報とを比較する検査処理を行う。したがって、構造物の欠陥の検査や構造物の内部の情報を非破壊検査によって取得し、構造物が設計情報の通りに作成された良品であるか否かを判定できるので、構造物の品質管理に寄与する。

（２）リペア装置４４０は、検査処理の比較結果に基づいて、構造物に対して成形処理を再度行うリペア処理を行うようにした。したがって、構造物の不良部分が修復可能な場合には、再度成形処理と同様の処理を構造物に対して施すことができるので、設計情報に近い高品質の構造物の製造に寄与する。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

２…Ｘ線源、３…載置部、４…検出器、
５…制御装置、６…荷電粒子線装置、２１…電子線発生部、
２２…ターゲット、２３…電子光学部、５１…電子線制御部、
５２…載置台制御部、５３…画像生成部、５４…画像再構成部、
５５…記憶部、１００…Ｘ線装置、２３１…部分電子光学部、
２３２…電源部、２３３…補正コイル、２３４…偏向器、
２３５…隔離部材、４００…構造物製造システム、４１０…設計装置、
４２０…成形装置、４３０…制御システム、４３２…検査部、
４４０…リペア装置

Claims (14)

1. 荷電粒子線を第１方向に加速する加速管と、
   前記加速管の周囲に配置された第１コイルと、
   前記加速管の周囲に配置され、少なくとも一部が前記第１コイルに対して前記第１方向に関して異なる位置に備えられた第２コイルと、
   前記第１コイルの電流および前記第２コイルの電流を個別に制御可能な制御部とを有する荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制御部は、前記荷電粒子線のエネルギーの大きさに基づいて、前記第１コイルの電流の制御と前記第２コイルの電流の制御とを行う荷電粒子線装置。
3. 請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記荷電粒子線のエネルギーの大きさと、前記第１コイルの電流と、前記第２コイルの電流との関係を記憶する記憶部を備える荷電粒子線装置。
4. 請求項２または３に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制御部は、前記第１コイルの電流を制御することによって前記第１コイルが生成する磁界の方向と、前記第２コイルの電流を制御することによって前記第２コイルが生成する磁界の方向とを、互いに逆方向にする荷電粒子線装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１コイルおよび第２コイルの一方は、前記荷電粒子線が伝搬する方向を変化させる偏向用コイルであり、
   前記荷電粒子線は、前記加速管の入射端から前記加速管の内部に入射して前記加速管の出射端から出射し、
   前記偏向用コイルは、前記加速管の前記出射端よりも前記入射端に近い側に配置される荷電粒子線装置。
6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１コイルおよび第２コイルの一方は、前記荷電粒子線が伝搬する方向を変化させる偏向用コイルであり、
   前記荷電粒子線は、前記加速管の入射端から前記加速管の内部に入射して前記加速管の出射端から出射し、
   前記偏向用コイルは、前記加速管の前記入射端よりも前記出射端に近い側に配置される荷電粒子線装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１コイルおよび第２コイルの一方は、前記荷電粒子線の非点収差を補正する補正用コイルである荷電粒子線装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記加速管は、線形加速管である荷電粒子線装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１コイルと前記第２コイルとは、磁性体によって前記第１方向に関して互いに隔離される荷電粒子線装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の荷電粒子線装置において、
    前記加速管により加速された前記荷電粒子線によって照射されることにより、Ｘ線を放射するＸ線発生部をさらに備える荷電粒子線装置。
11. 請求項１０に記載の荷電粒子線装置と、
    前記荷電粒子線装置から放射され、被測定物を通過したＸ線を検出する検出部を備えるＸ線装置。
12. 構造物の形状に関する設計情報を作成し、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、
    作成された前記構造物の形状を、請求項１１に記載のＸ線装置を用いて計測して形状情報を取得し、
    前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する構造物の製造方法。
13. 請求項１２に記載の構造物の製造方法において、
    前記形状情報と前記設計情報との比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を行う構造物の製造方法。
14. 請求項１３に記載の構造物の製造方法において、
    前記構造物の再加工は、前記設計情報に基づいて前記構造物の作成を再度行う構造物の製造方法。
    
    
    

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