JP2020139829A - Three-dimensional image generation device and coefficient calculation method for three-dimensional image generation device - Google Patents

Three-dimensional image generation device and coefficient calculation method for three-dimensional image generation device Download PDF

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Abstract

To generate a three-dimensional image of a test object by using X-rays generated from the test object.SOLUTION: A three-dimensional image generation device includes: an irradiation section configured to irradiate a test object with an excitation beam; an X-ray detector configured to detect X-ray emitted from the test object irradiated with the excitation beam; an inclination calculation section configured to calculate an inclination of a surface of the test object from an output of the X-ray detector; and a three-dimensional image generation section configured to generate a three-dimensional image of the test object by using the inclination information obtained by the inclination calculation section by using the three-dimensional reconstruction.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、励起ビームが照射された被検物から生じるX線を検出して、当該被検物の表面の傾き情報を算出し、三次元再構成により被検物の三次元画像を生成する三次元画像生成装置、及び、三次元画像生成装置に用いられる演算式の係数算出方法に関するものである。 The present invention detects X-rays generated from a test object irradiated with an excitation beam, calculates inclination information on the surface of the test object, and generates a three-dimensional image of the test object by three-dimensional reconstruction. The present invention relates to a three-dimensional image generator and a method for calculating a coefficient of an arithmetic expression used in the three-dimensional image generator.

従来、特許文献1に示すように、走査電子顕微鏡に複数の二次電子検出器を設け、これら複数の二次電子検出器の出力信号の差分値から被検物表面の傾きを求め、これを積分することによって被検物表面の三次元形状を得るものが考えられている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, a plurality of secondary electron detectors are provided in a scanning electron microscope, and the inclination of the surface of the test object is obtained from the difference values of the output signals of the plurality of secondary electron detectors. It is considered to obtain the three-dimensional shape of the surface of the test object by integrating.

特開昭63−218804号公報JP-A-63-218804

一方で、本願発明者は、被検物から生じる二次電子ではなく、被検物に励起ビームを照射して得られるX線を検出することにより、被検物の三次元画像を生成することを検討した。そして、後述する鋭意検討の結果、本発明に係る三次元画像生成装置がなされたのであり、その課題は、被検物から生じるX線を用いて被検物の三次元画像を生成することである。 On the other hand, the inventor of the present application generates a three-dimensional image of the test object by detecting X-rays obtained by irradiating the test object with an excitation beam instead of secondary electrons generated from the test object. It was investigated. Then, as a result of diligent studies described later, a three-dimensional image generation device according to the present invention was made, and the problem is to generate a three-dimensional image of the test object using X-rays generated from the test object. is there.

すなわち本発明に係る三次元画像生成装置は、励起ビームを被検物に照射する照射部と、前記励起ビームが照射された前記被検物から生じるX線を検出するX線検出器と、前記X線検出器の出力から前記被検物の表面の傾きに関する情報を算出する傾き算出部と、前記傾き算出部により得られた傾き情報を用いて三次元再構成により前記被検物の三次元画像を生成する三次元画像生成部とを備えることを特徴とする。 That is, the three-dimensional image generator according to the present invention includes an irradiation unit that irradiates an object with an excitation beam, an X-ray detector that detects X-rays generated from the object irradiated with the excitation beam, and the above. A tilt calculation unit that calculates information on the surface tilt of the test object from the output of the X-ray detector, and a three-dimensional reconstruction of the test object using the tilt information obtained by the tilt calculation unit. It is characterized by including a three-dimensional image generation unit that generates an image.

このようなものであれば、傾き算出部がX線検出器の出力から被検物の表面の傾きに関する情報を算出し、三次元画像生成部が傾き算出部により得られた傾き情報を用いて三次元再構成により被検物の三次元画像を生成するので、被検物から生じるX線を用いて被検物の三次元画像を生成することができる。 In such a case, the inclination calculation unit calculates information on the inclination of the surface of the test object from the output of the X-ray detector, and the three-dimensional image generation unit uses the inclination information obtained by the inclination calculation unit. Since the three-dimensional image of the test object is generated by the three-dimensional reconstruction, the three-dimensional image of the test object can be generated by using the X-rays generated from the test object.

初めに座標系を図1のように定義する。電子線などの励起ビームを被検物表面に入射させる時、励起ビームの照射位置を原点として、励起ビームの照射方向と略一致する方向にZ軸を考え、Z軸と垂直な平面としてXY平面を想定する。一般的には水平面がXY平面となることが多いと考えられる。 First, the coordinate system is defined as shown in FIG. When an excitation beam such as an electron beam is incident on the surface of an object, the Z axis is considered in a direction substantially coincident with the irradiation direction of the excitation beam with the irradiation position of the excitation beam as the origin, and the XY plane is set as a plane perpendicular to the Z axis. Is assumed. Generally, it is considered that the horizontal plane is often the XY plane.

励起ビームの照射位置における被検物表面の接平面は、XY平面に対して、任意の方向に傾斜角度θ傾いているとする。このとき、XY平面に対して取出し角度ψの向きに設置したX線検出器で観測されるX線の強度は、少なくとも傾斜角度θの関数であり、以下の式(1)に示すように、二つの関数EとDの積の形で書くことができる。 It is assumed that the tangent plane of the surface of the test object at the irradiation position of the excitation beam is tilted by an inclination angle θ in an arbitrary direction with respect to the XY plane. At this time, the intensity of X-rays observed by the X-ray detector installed in the direction of the extraction angle ψ with respect to the XY plane is at least a function of the inclination angle θ, and as shown in the following equation (1), It can be written in the form of the product of two functions E and D.

なお、X線検出器とZ軸とを含む平面をXZ平面とする。すなわち、X線検出器の検出位置を、Z軸に沿ってXY平面上に投影した点は、X軸上にあると仮定する。 The plane including the X-ray detector and the Z axis is defined as the XZ plane. That is, it is assumed that the point where the detection position of the X-ray detector is projected on the XY plane along the Z axis is on the X axis.

ここで、Eは、発生するX線強度の比率を表す関数であり、Dは、被検物中を通過するX線が吸収される減衰率(正確には減衰率の比率)を表す関数である。また、I(0)は、被検物表面の接平面がXY平面と平行な図2A(a)の時、すなわちθ=0の時のX線検出器の出力である。よって関数Eと関数Dは、θ=0の時を基準として、そこからの変化を比率として表す関数である。 Here, E is a function representing the ratio of the generated X-ray intensity, and D is a function representing the attenuation rate (more accurately, the ratio of the attenuation rate) at which the X-rays passing through the test object are absorbed. is there. Further, Im (0) is the output of the X-ray detector when the tangent plane of the surface of the test object is parallel to the XY plane in FIG. 2A (a), that is, when θ = 0. Therefore, the function E and the function D are functions that represent the change from the time when θ = 0 as a ratio.

上記の式(1)において、発生するX線強度の比率を表す関数Eについて考察する。
被検物表面の接平面がXY平面から傾斜角度θ傾くと、発生するX線強度が変化する。この際、被検物表面の傾斜方向とは無関係に、発生するX線強度は傾斜角度θ(のスカラー値)に支配される。よって、発生するX線強度の比率(θ=0の時に対する比率)を表す関数Eは、傾斜角度θの関数E(θ)となる。
In the above equation (1), the function E representing the ratio of the generated X-ray intensities will be considered.
When the tangent plane of the surface of the test object is tilted by an inclination angle θ from the XY plane, the generated X-ray intensity changes. At this time, the generated X-ray intensity is governed by the inclination angle θ (scalar value) regardless of the inclination direction of the surface of the test object. Therefore, the function E representing the ratio of the generated X-ray intensities (ratio to the time when θ = 0) is the function E (θ) of the inclination angle θ.

次に、接平面の傾斜角度θの変化と、関数E(θ)の関係について考察する。
被検物表面に入射させる励起ビームが直径dの円形断面を有する場合を例に説明を続ける。被検物表面の接平面がXY平面と平行な図2A(a)の場合(θ=0の場合、接平面に対して励起ビームが直角に入射する場合)、被検物表面上では直径dの円形領域が励起ビームによって照射される。
Next, the relationship between the change in the inclination angle θ of the tangent plane and the function E (θ) will be considered.
The case where the excitation beam incident on the surface of the test object has a circular cross section having a diameter d will be described as an example. In the case of FIG. 2A (a) in which the tangent plane of the surface of the test object is parallel to the XY plane (when θ = 0, the excitation beam is incident at right angles to the tangent plane), the diameter d on the surface of the test object. The circular region of is illuminated by the excitation beam.

しかしながら、被検物表面が図2A(b)のようにXY平面から傾斜角度θだけ傾くと、長径がd/cosθ、短径がdとなる楕円領域が励起ビームの照射領域となる。したがって、接平面の傾斜角度θが大きくなるほど、楕円の長径が長くなり、被検物表面上で励起ビームに照射される面積が増えることになる。このため、励起ビームによって被検物に供給されるエネルギーは、単位面積当たりの強度として考えると、傾斜角度θの増加と共に単調に減少することになる。そして、接平面の傾斜角度θがπ/2に達すると、楕円形状の長径が無限大となるので、励起ビームの単位面積あたりのエネルギーはゼロとなる。これは、励起ビーム自体が被検物によって遮蔽されるために、照射される励起ビームが届かなくなることに相当する。 However, when the surface of the test object is tilted by the inclination angle θ from the XY plane as shown in FIG. 2A (b), the elliptical region having the major axis d / cos θ and the minor axis d becomes the irradiation region of the excitation beam. Therefore, as the inclination angle θ of the tangent plane becomes larger, the major axis of the ellipse becomes longer, and the area irradiated by the excitation beam on the surface of the test object increases. Therefore, the energy supplied to the test object by the excitation beam decreases monotonically as the inclination angle θ increases, considering the intensity per unit area. Then, when the inclination angle θ of the tangent plane reaches π / 2, the major axis of the elliptical shape becomes infinite, so that the energy per unit area of the excitation beam becomes zero. This corresponds to the fact that the excited beam to be irradiated cannot reach because the excitation beam itself is shielded by the test object.

したがって、発生するX線強度の比率を表す関数E(θ)は、接平面の傾斜角度がθ=0の時に極大値E(0)=1となり、接平面の傾斜角度θの絶対値の増加に対して単調に減少し、θ=±π/2においてE(±π/2)=0となる関数でなくてはならない。すなわち、関数E(θ)は、接平面の傾斜角度θに対する偶関数である。 Therefore, the function E (θ) representing the ratio of the generated X-ray intensity has a maximum value E (0) = 1 when the inclination angle of the tangent plane is θ = 0, and the absolute value of the inclination angle θ of the tangent plane increases. It must be a function that decreases monotonically with respect to E (± π / 2) = 0 at θ = ± π / 2. That is, the function E (θ) is an even function with respect to the inclination angle θ of the tangent plane.

また、接平面の傾斜角度θの絶対値の増加に対して、関数E(θ)が単調に減少する割合や、傾斜角度θに対する関数E(θ)の変化の仕方などは、X線を発生する元素によって変化する。これは、X線の発生量が、励起ビームなどから供給されるエネルギーに対して非線形であり、かつ、その程度が元素毎に異なるからである。加えて、被検物表面に照射された励起ビームのエネルギーは、その全てが被検物内部に侵入するわけではなく、一部は反射されることにも注意しなくてはならない。すなわち、接平面の傾斜角度θが増えるほど、反射される励起ビームのエネルギー割合も増えるからである。しかも、この傾斜角度θに対する反射エネルギー割合の変化は、元素毎に異なることが知られている。このため、発生するX線強度の比率を表す関数E(θ)は、少なくとも「X線を発生する元素で決まる材料固有の係数であるm1」を含めなくてはならない。 In addition, X-rays are generated depending on the rate at which the function E (θ) decreases monotonically with respect to the increase in the absolute value of the tilt angle θ of the tangent plane, and how the function E (θ) changes with respect to the tilt angle θ. It changes depending on the element to be used. This is because the amount of X-rays generated is non-linear with respect to the energy supplied from the excitation beam and the like, and the degree thereof differs for each element. In addition, it should be noted that not all of the energy of the excitation beam applied to the surface of the test object penetrates inside the test object, and some of it is reflected. That is, as the inclination angle θ of the tangent plane increases, the energy ratio of the reflected excitation beam also increases. Moreover, it is known that the change in the ratio of reflected energy with respect to the inclination angle θ differs for each element. Therefore, the function E (θ) representing the ratio of the generated X-ray intensities must include at least "m1 which is a material-specific coefficient determined by the element that generates X-rays".

以上の考察をまとめると、式(1)において発生するX線強度の比率を表す関数Eは、傾斜角度θの関数であり、かつ、X線を発生する元素で決まる材料固有の係数であるm1を有する関数E(m1,θ)となる。また傾斜角度θの境界条件として、θ=0の時に極大値E(m1,0)=1となり、θの絶対値の増加に対して単調に減少し、θ=±π/2においてE(m1,±π/2)=0となる関数でなくてはならない。なお、材料固有の係数であるm1は、より詳細な理論検討から元素毎に解析的に導き出しても良いし、モンテカルロ法などの周知のシミュレーション技術を用いて数値解析しても良い。または後述の方法によって実験的に決定しても良い。 Summarizing the above considerations, the function E representing the ratio of the X-ray intensity generated in the equation (1) is a function of the inclination angle θ and is a material-specific coefficient determined by the element that generates the X-ray m1. It becomes a function E (m1, θ) having. As a boundary condition for the inclination angle θ, the maximum value E (m1,0) = 1 when θ = 0, and it decreases monotonically with the increase of the absolute value of θ, and E (m1) at θ = ± π / 2. , ± π / 2) = 0. The material-specific coefficient m1 may be analytically derived for each element from a more detailed theoretical study, or may be numerically analyzed using a well-known simulation technique such as the Monte Carlo method. Alternatively, it may be determined experimentally by the method described later.

以上のような条件を満たす関数E(m1,θ)の具体的な例としては、以下の式(2)を用いることができる。 As a specific example of the function E (m1, θ) satisfying the above conditions, the following equation (2) can be used.

m1の具体的な値としては、0〜2程度の実数となる。例えばW(タングステン)やAu(金)などの元素のM線を利用する場合0.8に近い値を取る。一方、Ni(ニッケル)やTi(チタン)などの元素では、K線を利用する場合には0.5程度の値を取るが、L線を利用する場合には0.8を超える値となる。 The specific value of m1 is a real number of about 0 to 2. For example, when using the M line of an element such as W (tungsten) or Au (gold), the value is close to 0.8. On the other hand, for elements such as Ni (nickel) and Ti (titanium), the value is about 0.5 when the K line is used, but exceeds 0.8 when the L line is used. ..

この様にして被検物内部で発生したX線は、物質に対する透過力が大きいので、被検物中を通過して直線的に進み、X線検出器に到達して検出される。しかし透過力が大きいとはいっても、被検物中を通過するX線は吸収を受けて減衰する。しかも被検物中を通過する距離に対して、指数関数的に(急激に)減衰することが知られている。従って、式(1)におけるX線が吸収される減衰率を表す関数Dについては、被検物中をX線が通過する距離についての考察が必要となる。 Since the X-rays generated inside the test object have a large penetrating power to the substance in this way, they pass through the test object and travel linearly, reach the X-ray detector, and are detected. However, even though the penetrating power is large, the X-rays passing through the test object are absorbed and attenuated. Moreover, it is known that it decays exponentially (rapidly) with respect to the distance it passes through the test object. Therefore, regarding the function D representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed in the equation (1), it is necessary to consider the distance through which the X-rays pass through the test object.

まず、被検物表面の接平面がXY平面と平行な時、すなわちθ=0の時に、X線が単位深さにおいて発生した図2B(a)のような場合を考える。図2B(a)は励起ビームが照射された位置を中心としたXZ平面の断面図である。被検物内部の深さが1となる位置で発生したX線は、距離L=cosecψだけ被検物中を通過した後、XY平面に対して取出し角度ψの向きに設置したX線検出器に達する。この時にX線検出器が検出するX線強度は、以下の式(3)となる。 First, consider the case shown in FIG. 2B (a) in which X-rays are generated at a unit depth when the tangent plane of the surface of the test object is parallel to the XY plane, that is, when θ = 0. FIG. 2B (a) is a cross-sectional view of the XZ plane centered on the position where the excitation beam is irradiated. X-rays generated at a position where the depth inside the test object is 1, pass through the test object for a distance L 0 = cosec ψ, and then are installed in the direction of the extraction angle ψ with respect to the XY plane. Reach the vessel. The X-ray intensity detected by the X-ray detector at this time is given by the following equation (3).

ここで、I(0)は、単位深さにおいて発生したX線の強度である(強度の比率ではない)。また、m2は、被検物中を通過するX線が指数関数的に減衰する度合いを決定する係数であり、少なくともX線を発生する元素とX線を吸収する元素とで決まる材料固有の係数である。 Here, I o (0) is the intensity of X-rays generated at a unit depth (not the ratio of intensities). Further, m2 is a coefficient that determines the degree of exponential decay of X-rays passing through the test object, and is a material-specific coefficient determined by at least an element that generates X-rays and an element that absorbs X-rays. Is.

次に図2B(a)の状態と図2B(b)の状態とを比較する。図2B(b)は、被検物表面の接平面が、XY平面に対してY軸回りに時計方向に回転して、θだけ傾斜している状態である。図2B(b)では、発生したX線が被検物中を進む距離がLだけ短くなることがわかる。この短くなる距離Lは、接平面の傾斜角度θのY軸成分θと、X線検出器の取出し角度ψに依存する。 Next, the state of FIG. 2B (a) and the state of FIG. 2B (b) are compared. FIG. 2B (b) shows a state in which the tangent plane of the surface of the test object is rotated clockwise with respect to the XY plane and is inclined by θ y . In FIG. 2B (b), it can be seen that the distance generated X-rays proceeds with a test substance in is shortened by L 1. This shortened distance L 1 depends on the Y-axis component θ y of the inclination angle θ of the tangent plane and the extraction angle ψ of the X-ray detector.

同様に、被検物表面の接平面がY軸回りに反時計方向に回転した図2C(a)の状態を考えると、発生したX線が被検物中を進む距離がLだけ長くなることがわかる。この長くなる距離Lも、接平面の傾斜角度θのY軸成分θと、X線検出器の取出し角度ψに依存する。 Similarly, given the state of FIG. 2C which tangential plane of the surface of the test object is rotated counterclockwise about the Y axis (a), the distance generated X-rays proceeds with a test substance in becomes longer by L 2 You can see that. This increasing distance L 2 also depends on the Y-axis component θ y of the inclination angle θ of the tangent plane and the extraction angle ψ of the X-ray detector.

よって、式(1)におけるX線が吸収される減衰率を表す関数Dは、接平面の傾斜角度θのY軸成分θの関数D(θ)となる。また、X線検出器の取出し角度ψにも依存するので、取出し角度ψを含む関数D(θ,ψ)となる。ここで最も注意が必要なのは、接平面の傾斜角度θと、そのY軸成分θの区別である。すなわち式(1)において発生するX線強度の比率を表す関数Eは、傾斜角度θの関数であり、傾斜角度θの方向は問わない。一方、式(1)においてX線が吸収される減衰率を表す関数Dは、傾斜角度θのY軸成分θの関数である。例えば、図2B(a)の状態からX軸周りにθだけ接平面が回転した場合を考えてみると、発生するX線強度の比率はE(m1,0)からE(m1,θ)へと減少するが、X線が吸収される減衰率は変化しない。θ=0のままだからである。 Therefore, the function D representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed in the equation (1) is a function D (θ y ) of the Y-axis component θ y of the inclination angle θ of the tangent plane. Further, since it depends on the extraction angle ψ of the X-ray detector, the function D (θ y , ψ) including the extraction angle ψ is obtained. The most important thing to pay attention to here is the distinction between the inclination angle θ of the tangent plane and its Y-axis component θ y . That is, the function E representing the ratio of the X-ray intensities generated in the equation (1) is a function of the inclination angle θ, and the direction of the inclination angle θ does not matter. On the other hand, the function D representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed in the equation (1) is a function of the Y-axis component θ y of the inclination angle θ. For example, considering the case where the tangent plane is rotated by θ x around the X-axis from the state of FIG. 2B (a), the ratio of the generated X-ray intensity is from E (m1, 0) to E (m1, θ x). ), But the attenuation rate at which X-rays are absorbed does not change. This is because θ y = 0 remains.

次に、接平面の傾斜角度θのY軸成分θの変化と、関数D(θ、ψ)との関係について考察する。
図2B(a)の状態はθ=0、したがってθ=θ=0の状態である。この時、式(1)の左辺I(θ)はθ=0の時のX線検出器の出力であるから、右辺のI(0)に一致する。また、発生するX線強度の比率を表す関数Eは、E(m1,0)=1としたので、X線が吸収される減衰率を表す関数Dは、D(0,ψ)=1とすれば良い。
Next, the relationship between the change in the Y-axis component θ y of the inclination angle θ of the tangent plane and the function D (θ y , ψ) will be considered.
The state of FIG. 2B (a) is θ = 0, and therefore θ y = θ x = 0. In this case, consistent because it is the left side I m (theta) is the output of the X-ray detector when the theta = 0 in formula (1), the right side of I m (0). Further, since the function E representing the ratio of the generated X-ray intensity is E (m1,0) = 1, the function D representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed is D (0, ψ) = 1. Just do it.

次に、被検物表面の接平面が、XY平面に対してY軸回りに時計方向にθ(θは正の値)だけ傾斜した場合には、図2B(b)のように発生したX線が被検物中を進む距離がLだけ短くなる。この距離Lは、θの増加と共に単調に増加するので、X線が吸収される減衰率を表す関数D(θ、ψ)も単調に増加する。そして、θの最大値π/2に到達すると、被検物中で発生したX線は、減衰することなくX線検出器へと到達する。この時、X線が吸収される減衰率を表す関数Dは、D(π/2,ψ)=exp(m2・cosecψ)で無くてはならない。そうすると、式(1)は式(3)を考慮して、以下の式(4)に示すように減衰項を含まない式とできる。 Next, when the tangent plane of the surface of the test object is tilted clockwise by θ yy is a positive value) with respect to the XY plane, it occurs as shown in FIG. 2B (b). distance the X-ray travels specimen in is shortened by L 1. Since this distance L 1 increases monotonically as θ y increases, the function D (θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed also monotonically increases. Then, when the maximum value of θ y is reached, π / 2, the X-rays generated in the test object reach the X-ray detector without being attenuated. At this time, the function D representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed must be D (π / 2, ψ) = exp (m2 · cosec ψ). Then, the equation (1) can be an equation that does not include the attenuation term as shown in the following equation (4) in consideration of the equation (3).

なお、以上の議論は関数Dの境界条件を定めるために考察した結果であり、実際には、θ=θ=π/2であるので、E(m1,π/2)=0となるから、I(π/2)=0となる。 The above discussion is the result of consideration for determining the boundary condition of the function D. In reality, θ = θ y = π / 2, so E (m1, π / 2) = 0. , Im (π / 2) = 0.

次に、被検物表面の接平面が、XY平面に対してY軸回りに反時計方向にθ(θは負の値)だけ傾斜した場合には、図2C(a)のように発生したX線が被検物中を進む距離がLだけ長くなる。この距離Lは、θの減少(絶対値の増加)と共に単調に増加するので、X線が吸収される減衰率を表す関数D(θ,ψ)は単調に減少する。そして、θ=−ψに達した図2C(b)の状態では、発生したX線が被検物によって遮蔽された状態となるので、X線検出器に届くX線強度は概ねゼロとなる。よって、D(−ψ,ψ)=0とすべきである。 Next, when the tangent plane of the surface of the test object is tilted counterclockwise by θ yy is a negative value) with respect to the XY plane, as shown in FIG. 2C (a). distance generated X-rays proceeds with a test substance in becomes longer by L 2. Since this distance L 2 increases monotonically as θ y decreases (absolute value increases), the function D (θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed decreases monotonically. Then, in the state of FIG. 2C (b) when θ y = −ψ is reached, the generated X-rays are shielded by the test object, so that the X-ray intensity reaching the X-ray detector is almost zero. .. Therefore, D (−ψ, ψ) = 0 should be set.

以上の考察をまとめると、式(1)において被検物中を通過するX線が吸収される減衰率(正確には減衰率の比率)を表す関数Dは、傾斜角度θのY軸成分θの関数である。また、X線が通過する距離はX線検出器の取出し角度ψにも依存するので、取出し角度ψを含む関数となる。さらに式(3)の定義からわかるように、「被検物中を通過するX線が指数関数的に減衰する度合いを決定する係数」m2を有する関数D(m2,θ,ψ)となる。またθの境界条件として、θ=−ψの時に最小値D(m2,−ψ,ψ)=0となり、θの増加に対して単調に増加して、θ=0の時にD(m2,0,ψ)=1となる関数でなくてはならない。さらにθの増加と共に単調増加を続け、θ=π/2に達するとD(m2,π/2,ψ)=exp(m2・cosecψ)となる関数である。ここで、m2およびψは正の値をとるので、exp(m2・cosecψ)>1であり、D(m2,π/2,ψ)は、1よりも大きい有限の値となる。 Summarizing the above considerations, in Eq. (1), the function D representing the attenuation rate (more accurately, the ratio of the attenuation rate) at which X-rays passing through the test object are absorbed is the Y-axis component θ of the inclination angle θ. It is a function of y . Further, since the distance through which the X-ray passes depends on the extraction angle ψ of the X-ray detector, it is a function including the extraction angle ψ. Further, as can be seen from the definition of Eq. (3), the function D (m2, θ y , ψ) has “a coefficient that determines the degree of exponential decay of X-rays passing through the test object” m2. .. As boundary condition of θ y, θ y = minimum value D when the -ψ (m2, -ψ, ψ) = 0 , and the monotonically increasing with increasing theta y, D when theta y = 0 It must be a function such that (m2,0, ψ) = 1. Further continued to increase monotonically with increasing theta y, it reaches the θ y = π / 2 D ( m2, π / 2, ψ) = a become function exp (m2 · cosecψ). Here, since m2 and ψ take positive values, exp (m2 · cosec ψ)> 1 and D (m2, π / 2, ψ) is a finite value larger than 1.

なお、材料固有の係数であるm2は、より詳細な理論検討から元素毎に解析的に導きだしても良いし、モンテカルロ法などの周知のシミュレーション技術を用いて数値解析しても良い。または後述の方法によって実験的に決定しても良い。 The material-specific coefficient m2 may be analytically derived for each element from a more detailed theoretical study, or may be numerically analyzed using a well-known simulation technique such as the Monte Carlo method. Alternatively, it may be determined experimentally by the method described later.

以上のような条件を満たす関数D(m2,θ,ψ)の具体的な例としては、以下の式(5)を用いることができる。 As a specific example of the function D (m2, θ y , ψ) satisfying the above conditions, the following equation (5) can be used.

m2の具体的な値としては、0〜2程度の実数となる。例えばW(タングステン)やAu(金)などの元素のM線を利用する場合0.9に近い値を取る。一方、Ni(ニッケル)やTi(チタン)などの元素では、K線を利用する場合には0.3程度の値を取るが、L線を利用する場合には1.0を超える値となる。 The specific value of m2 is a real number of about 0 to 2. For example, when using the M line of an element such as W (tungsten) or Au (gold), the value is close to 0.9. On the other hand, for elements such as Ni (nickel) and Ti (titanium), the value is about 0.3 when using the K line, but exceeds 1.0 when using the L line. ..

本発明の三次元画像生成装置は、図3に示すように、前記励起ビームを挟んで対向しており、その検出方向がY軸に直交するように設けられた第1のX線検出器及び第2のX線検出器を備え、前記傾き算出部は、前記第1及び第2のX線検出器の出力I 、I の比を用いて、前記回転角度(前記傾斜角度θのY軸成分)θを算出することが望ましい。 As shown in FIG. 3, the three-dimensional image generator of the present invention has a first X-ray detector and a first X-ray detector which are opposed to each other with the excitation beam interposed therebetween and whose detection direction is orthogonal to the Y axis. a second X-ray detector, the inclination calculation unit, using the ratio of the output I m 1, I m 2 of said first and second X-ray detector, the rotational angle (the tilt angle θ It is desirable to calculate the Y-axis component) θ y .

式(1)を2つのX線検出器の出力I 、I について書き直すと、以下となる。 Rewriting the output I m 1, I m 2 of the formula (1) Two X-ray detector, is as follows.

両者の比を取ると、以下の式(6)に示すように、傾斜角度θを消去できる。 By taking the ratio of the two, the inclination angle θ can be eliminated as shown in the following equation (6).

この式(6)を解いて、Y軸周りの回転角度(傾斜角度θのY軸成分)θを求める。そのためには、X線が吸収される減衰率を表す関数D(m2,θ,ψ)を定める必要があるが、実験結果などに合致するような関数を用意すればよい。 This equation (6) is solved to obtain the rotation angle (Y-axis component of the inclination angle θ) θ y around the Y-axis. For that purpose, it is necessary to define a function D (m2, θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed, but a function that matches the experimental results may be prepared.

式(6)が成立するのは、−ψ<θ<ψの範囲だけである。傾斜角度θが大きくなって、傾き角度θがX線取り出し角度ψを超えると、被検物がX線を遮蔽するためにX線検出器の出力が得られないからである。このような場合には、後述する発明を利用する。
なお、式(6)においては、2つのX線検出器の取り出し角を同一としているが、異なる取り出し角ψ≠ψであっても良い。
Equation (6) holds only in the range of −ψ <θ y <ψ. This is because when the tilt angle θ becomes large and the tilt angle θ y exceeds the X-ray extraction angle ψ, the output of the X-ray detector cannot be obtained because the test object blocks the X-rays. In such a case, the invention described later is used.
In the equation (6), the extraction angles of the two X-ray detectors are the same, but different extraction angles ψ 1 ≠ ψ 2 may be used.

また、本発明の三次元画像生成装置は、図4に示すように、前記第1及び第2のX線検出器と互いに直交する方向に設けられた第3のX線検出器をさらに備え、前記傾き算出部は、前記第1又は第2のX線検出器の出力と前記第3のX線検出器の出力との比を用いて、前記傾斜角度θのX軸成分θを算出することが望ましい。 Further, as shown in FIG. 4, the three-dimensional image generator of the present invention further includes a third X-ray detector provided in a direction orthogonal to the first and second X-ray detectors. The inclination calculation unit calculates the X-ray component θ x of the inclination angle θ by using the ratio of the output of the first or second X-ray detector to the output of the third X-ray detector. Is desirable.

式(1)を直交する2つのX線検出器の出力I 、I について書き直すと、以下となる。 Rewriting the output I m 1, I m 3 of the two X-ray detector which is orthogonal equation (1), it becomes less.

両者の比を取ると、以下の式(7)に示すように、傾斜角度θを消去できる。 By taking the ratio of the two, the inclination angle θ can be eliminated as shown in the following equation (7).

上記の式(6)などを用いてY軸周りの回転角度θが既知の場合、式(7)を解いてX軸周りの回転角度θを求めることができる。X線が吸収される減衰率を表す関数D(m2,θ,ψ)は、上記の式(6)と同じ関数を利用すればよい。
式(7)が成立するのは、−ψ<θ<90degの範囲であるので、上記の式(6)を用いた場合よりも広い傾斜角度θの範囲に対応できるという効果がある。
When the rotation angle θ y around the Y-axis is known using the above equation (6) or the like, the rotation angle θ x around the X-axis can be obtained by solving the equation (7). As the function D (m2, θ x , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed, the same function as in the above equation (6) may be used.
Since the equation (7) holds in the range of −ψ <θ x <90 deg, there is an effect that it can correspond to a range of a wider inclination angle θ than when the above equation (6) is used.

さらに、後述するように4つ目のX線検出器(第4のX線検出器)を追加すれば、−90deg<θ<90degの範囲に対応できる。この際、式(7)の左辺において比を取るX線検出器は以下のように選択するのが良い。
第1のX線検出器の出力I と第2のX線検出器I の出力の大きい方を式(7)の分母に選択する。
第3のX線検出器の出力I と第4のX線検出器I の出力の大きい方を式(7)の分子に選択する。
Further, if a fourth X-ray detector (fourth X-ray detector) is added as described later, the range of −90 deg <θ x <90 deg can be supported. At this time, the X-ray detector that takes the ratio on the left side of the equation (7) should be selected as follows.
An output I m 1 of the first X-ray detector a second larger output of the X-ray detector I m 2 selects the denominator of Equation (7).
The larger output of the third X-ray detector Im 3 and the output of the fourth X-ray detector Im 4 are selected as the numerator of the formula (7).

本発明の三次元画像生成装置は、前記励起ビームを挟んで対向して設けられた第1のX線検出器及び第2のX線検出器と、前記励起ビームを挟んで対向し、前記第1及び第2のX線検出器と互いに直交する方向に設けられた第3のX線検出器及び第4のX線検出器とを備え、前記傾き算出部は、2次元的に走査された前記励起ビームの各照射位置における前記4つのX線検出器の出力を用いて、前記各照射位置における法線ベクトルを算出するものであり、前記三次元画像生成部は、各照射位置における法線ベクトルを積分して前記被検物の三次元画像を生成することが望ましい。 The three-dimensional image generator of the present invention faces the first X-ray detector and the second X-ray detector provided so as to sandwich the excitation beam, and faces the first X-ray detector. The first and second X-ray detectors are provided with a third X-ray detector and a fourth X-ray detector provided in directions orthogonal to each other, and the inclination calculation unit is two-dimensionally scanned. The output of the four X-ray detectors at each irradiation position of the excitation beam is used to calculate the normal vector at each irradiation position, and the three-dimensional image generation unit calculates the normal at each irradiation position. It is desirable to integrate the vectors to generate a three-dimensional image of the test object.

具体的に傾き算出部は、第1のX線検出器又は第2のX線検出器の何れか一方の出力と、前記第3のX線検出器又は第4のX線検出器の何れか一方の出力と、傾きに関する幾何学的な関係式とを用いて、前記各照射位置における法線ベクトルを算出することが望ましい。 Specifically, the inclination calculation unit includes the output of either the first X-ray detector or the second X-ray detector, and either the third X-ray detector or the fourth X-ray detector. It is desirable to calculate the normal vector at each irradiation position using one of the outputs and the geometric relational expression regarding the inclination.

式(1)を直交する4つのX線検出器について書き直すと、以下となる。 Equation (1) can be rewritten for the four orthogonal X-ray detectors as follows.

また、幾何学的な関係から、以下の式(9)が成立する。 Further, from the geometrical relationship, the following equation (9) holds.

上記の通り、3つの未知数θ,θ,θに対して、少なくとも3つの式が成立するので、これを解くことにより、全ての未知数θ,θ,θを決定できる。 As described above, the three unknowns theta x, theta y, relative theta, since at least three equations is satisfied, by solving this, all unknowns theta x, theta y, a theta can be determined.

また、法線ベクトルN=(N,N,N)は、以下の式により求めることができる。 Further, the normal vector N = (N x , N y , N z ) can be obtained by the following equation.

であるので、簡単に求めることができる。 Therefore, it can be easily obtained.

式(8x)(8y)及び式(9)を解くためには、X線が吸収される減衰率を表す関数D(m2,θ,ψ)に加えて、発生するX線強度の比率を表す関数E(m1,θ)を定める必要があるが、実験結果などに合致するような関数を用意すればよい。 In order to solve the equations (8x) (8y) and (9), in addition to the function D (m2, θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays are absorbed, the ratio of the generated X-ray intensity is calculated. It is necessary to determine the function E (m1, θ) to be represented, but it is sufficient to prepare a function that matches the experimental results.

また、4つのX線検出器の出力から、以下のように選択するのが良い。
第1のX線検出器の出力と第2のX線検出器の出力との大きい方を式(8y)に選択する。
第3のX線検出器の出力と第4のX線検出器の出力との大きい方を式(8x)に選択する。
In addition, it is preferable to select from the outputs of the four X-ray detectors as follows.
The larger of the output of the first X-ray detector and the output of the second X-ray detector is selected in the equation (8y).
The larger of the output of the third X-ray detector and the output of the fourth X-ray detector is selected in the equation (8x).

ここで、出力が大きい方とは、減衰距離が短い方のX線検出器である。すなわちSN比が高い出力を選択できるので、より高精度の計算が可能となる。このように4つのX線検出器の出力を選択することで、任意の傾きに対して、直交する2方向のX線検出器の出力を得ることができるので、−90deg<θ,θ,θ<90degの範囲に対応でき、検出可能な角度を大きく広げることができる。
なお、式(8x)(8y)においては、4つのX線検出器の取り出し角ψを同一としているが、X線検出器毎に異なる取り出し角としても良い。
Here, the one with the larger output is the X-ray detector with the shorter attenuation distance. That is, since an output having a high SN ratio can be selected, more accurate calculation becomes possible. By selecting the outputs of the four X-ray detectors in this way, the outputs of the X-ray detectors in two directions orthogonal to each other can be obtained. Therefore, −90 deg <θ x , θ y. , Θ <90 deg, and the detectable angle can be greatly expanded.
In the equations (8x) and (8y), the extraction angles ψ of the four X-ray detectors are the same, but different extraction angles may be used for each X-ray detector.

本発明において、傾き算出部が、前記4つのX線検出器の出力を用いて、前記各照射位置における法線ベクトルを算出するものであり、前記三次元画像生成部が、各照射位置における法線ベクトルを積分して前記被検物の三次元画像を生成する場合には、以下のように構成することが望ましい。
つまり、三次元画像生成部は、前記第1及び第2のX線検出器の出力が所定値に満たない領域、又は、前記第3及び第4のX線検出器の出力が所定値に満たない領域を除外して前記積分を行うことが望ましい。
In the present invention, the tilt calculation unit calculates the normal vector at each irradiation position using the outputs of the four X-ray detectors, and the three-dimensional image generation unit calculates the normal vector at each irradiation position. When the line vector is integrated to generate a three-dimensional image of the test object, it is desirable to configure it as follows.
That is, in the three-dimensional image generator, the output of the first and second X-ray detectors is less than the predetermined value, or the output of the third and fourth X-ray detectors is less than the predetermined value. It is desirable to exclude the non-existent region and perform the above integration.

第1及び第2のX線検出器の出力I ,I が所定値に満たない場合には、Y軸周りの傾き角度θを求めることが困難になる(或いは、計算はできても精度が悪い)。また、第3及び第4のX線検出器の出力I ,I が所定値に満たない場合には、X軸周りの傾き角度θを求めることが困難になる。よって、これらの条件を満たす点については、積分処理から除外する。 When the output I m 1, I m 2 of the first and second X-ray detector is less than a predetermined value, it is difficult to determine the inclination angle theta y around the Y axis (or calculation can But the accuracy is poor). Further, when the output of the third and fourth X-ray detector I m 3, I m 4 is less than a predetermined value, it is difficult to determine the inclination angle theta x around the X-axis. Therefore, points that satisfy these conditions are excluded from the integration process.

前記傾き算出部は、前記励起ビームの各照射位置において前記被検物に含まれる元素毎に個別の法線ベクトルを算出し、各元素に対応した個別の法線ベクトルに重み付けをして加算した合成法線ベクトルを算出するものであることが望ましい。このとき、三次元画像生成部は、合成法線ベクトルを積分して前記被検物の三次元画像を生成する。 The inclination calculation unit calculates an individual normal vector for each element contained in the test object at each irradiation position of the excitation beam, and weights and adds the individual normal vector corresponding to each element. It is desirable to calculate the composite normal vector. At this time, the three-dimensional image generation unit integrates the composite normal vector to generate a three-dimensional image of the test object.

本発明の三次元画像生成装置を適用することができるX線分析装置は、被検物から発生するX線をX線検出器で検出し、特性X線又は蛍光X線のスペクトルから被検物に含有される元素の定性分析又は定量分析を行う分析装置である。すなわち、M個の元素からなる被検物では、各元素の強度分布を2次元的に取得することができ、上述した各X線検出器からX線画像をM個計測できる。そこで、各元素に対して、法線ベクトルN(x,y)(i=1〜M)が所定の手法により計算できるので、合成法線ベクトルN(x,y)は、以下の式により求めることができる。 An X-ray analyzer to which the three-dimensional image generator of the present invention can be applied detects X-rays generated from a test object with an X-ray detector, and detects the test object from the spectrum of characteristic X-rays or fluorescent X-rays. It is an analyzer that performs qualitative analysis or quantitative analysis of the elements contained in. That is, in a test object composed of M elements, the intensity distribution of each element can be obtained two-dimensionally, and M X-ray images can be measured from each of the above-mentioned X-ray detectors. Therefore, since the normal vector N (x, y) i (i = 1 to M) can be calculated for each element by a predetermined method, the synthetic normal vector N (x, y) can be calculated by the following formula. Can be sought.

ここで、Wは、i番目の元素に対する重みである。なお、重みWは、元素の含有率に応じて決定しても良い。また、重みWは、含有率が最も高い元素についてのみ1として、他の元素に対してはゼロとしても良い。
このように合成法線ベクトルを求めることにより、複数の元素からなり、その成分割合が場所により異なる被検物であっても、正しい三次元再構成結果が得られる。また、所定の元素からなる被検物の上に、異なる元素からなる異物が部分的に付着したような場合であっても、正しい三次元再構成結果が得られる。
Here, Wi is a weight for the i-th element. Incidentally, the weight W i may be determined according to the content of the element. Further, the weight Wi may be set to 1 only for the element having the highest content, and may be set to zero for other elements.
By obtaining the synthetic normal vector in this way, a correct three-dimensional reconstruction result can be obtained even if the test object is composed of a plurality of elements and the component ratio differs depending on the location. Further, even when a foreign substance composed of a different element is partially adhered on a test object composed of a predetermined element, a correct three-dimensional reconstruction result can be obtained.

励起ビームの2次元的な走査方向や走査範囲は、任意で良い。例えば、図5のように、4つのX線検出器の配置から定まるX,Y軸に対して、Z軸周りにα=45度回転した座標系X’,Y’軸を設定し、X’,Y’軸に沿って2次元的に正方形の範囲を走査して良い。X,Y軸とX’,Y’軸との間の相互座標変換は、公知の回転座標変換式を用いて容易に変換できる。 The two-dimensional scanning direction and scanning range of the excitation beam may be arbitrary. For example, as shown in FIG. 5, a coordinate system X', Y'axis rotated by α = 45 degrees around the Z axis is set with respect to the X and Y axes determined by the arrangement of four X-ray detectors, and X' A square area may be scanned two-dimensionally along the Y'axis. Mutual coordinate conversion between the X and Y axes and the X'and Y'axis can be easily performed using a known rotating coordinate conversion formula.

例えば、被検物表面の法線ベクトルN(x,y)=(N,N,N)は、X,Y軸に対する法線ベクトルであるが、N’=Ncosα−Nsinα、N’=Nsinα+Ncosαと変換して、X’,Y’軸から見た法線ベクトルN(x’、y’)=(Nx’,Ny’,N)を直ちに計算できる。 For example, the normal vector N (x, y) = (N x , N y , N z ) on the surface of the test object is a normal vector with respect to the X and Y axes, but N x '= N x cos α-N. Converted to y sin α, N y '= N x sin α + N y cos α, and the normal vector N (x', y') = (N x' , N y' , N z ) seen from the X', Y'axes. Can be calculated immediately.

一般的に、X線検出器の出力を画像表示する場合には、2次元的な走査方向X’,Y’軸を基準として縦横の関係を表示するのが望ましい。一方、X線検出器の出力から被検物表面の法線ベクトルを求める場合には(式(1)等を利用するので)、X,Y軸を用いる必要がある。ここに、X,Y軸は励起ビームを挟んで対向する2つのX線検出器を結ぶ方向であり、X’,Y’軸とは一致しているとは限らない。上記のように両座標軸間の座標変換式を用いればよい。 Generally, when displaying an image of the output of an X-ray detector, it is desirable to display the vertical-horizontal relationship with reference to the two-dimensional scanning directions X'and Y'axis. On the other hand, when obtaining the normal vector of the surface of the test object from the output of the X-ray detector (since equation (1) and the like are used), it is necessary to use the X and Y axes. Here, the X and Y axes are directions connecting two X-ray detectors facing each other with the excitation beam in between, and do not always coincide with the X'and Y'axes. As described above, the coordinate conversion formula between both coordinate axes may be used.

なお、励起ビームの2次元的な走査を行う場合には、走査位置に応じたX線検出器の出力補正が必要になる場合がある。X線検出器の有効検出面積が小さい場合は、このような補正は必要ない。しかし、検出感度を高める目的で有効検出面積が大きいX線検出器を用いる場合には、励起ビームの操作位置に応じて、X線検出器の出力を補正しなくてはならない。
これは、励起ビームが照査される位置とX線検出器との距離に応じて、X線検出器の有効検出領域を臨む立体角が三次元的に変化するからである。すなわち、励起ビームが照査された位置が、X線検出器に近くなるほど、立体角が大きくなる。立体角が大きくなると、その位置で発生し四方八方へ均一に広がるX線のうち、X線検出器に届く有効X線が増えることになるので、検出されるX線強度も高くなる。
補正方法は、以下のように行えばよい。すなわちXY平面に平行に(励起ビームに直交する方向に)単元素からなる平面の被検物を設置する。この状態で所定の面積を励起ビームで二次元的に走査し、各点におけるX線出力を記録する。被検物の形状は平面であるので、励起ビームのスキャン位置に応じて、各点からX線検出器までの距離に対するX線検出器の出力の変化を知ることができる。通常、それは距離に比例するので、比例係数を最小二乗法などにより決定すればよい。
When two-dimensional scanning of the excitation beam is performed, it may be necessary to correct the output of the X-ray detector according to the scanning position. If the effective detection area of the X-ray detector is small, such correction is not necessary. However, when an X-ray detector having a large effective detection area is used for the purpose of increasing the detection sensitivity, the output of the X-ray detector must be corrected according to the operating position of the excitation beam.
This is because the solid angle facing the effective detection region of the X-ray detector changes three-dimensionally according to the distance between the position where the excitation beam is checked and the X-ray detector. That is, the closer the position where the excitation beam is examined to the X-ray detector, the larger the solid angle. As the solid angle increases, the number of effective X-rays that reach the X-ray detector out of the X-rays that are generated at that position and spread uniformly in all directions increases, so the detected X-ray intensity also increases.
The correction method may be performed as follows. That is, a plane subject made of a single element is placed parallel to the XY plane (in the direction orthogonal to the excitation beam). In this state, a predetermined area is two-dimensionally scanned with an excitation beam, and the X-ray output at each point is recorded. Since the shape of the test object is flat, it is possible to know the change in the output of the X-ray detector with respect to the distance from each point to the X-ray detector according to the scan position of the excitation beam. Normally, it is proportional to the distance, so the proportionality coefficient may be determined by the least squares method or the like.

ところで、大面積のX線検出器を用いる場合には、X線の検出効率は高くなるが、いろいろな向きに飛び出したX線の平均的な値を計測することになる。このような場合であっても、X線検出器の出力から被検物接平面の傾きを求める方法や、そのために必要な材料定数等の定数を求める方法、および傾きを積分して三次元形状を計算する方法は全く同じとなる。単に、X線検出器内の1点を代表検出位置として取り扱えばよい。例えば、X線検出器において被検物に近い側の端部と、遠い側の端部では、X線の取出し角度ψが変化する。しかしながら、両者の中央位置を代表検出位置として、あたかもこの位置に点検出型のX線検出器があるかのように取り扱えば良い。代表検出位置は幾何学的な中央位置でも良いし、面積中心位置(面積が均等となる位置)、角度中心位置(角度が1/2となる点)など、任意に定めればよい。 By the way, when a large-area X-ray detector is used, the detection efficiency of X-rays is high, but the average value of X-rays projected in various directions is measured. Even in such a case, the method of finding the slope of the object tangent plane from the output of the X-ray detector, the method of finding constants such as the material constants required for that, and the method of integrating the slopes to create a three-dimensional shape. The method of calculating is exactly the same. Simply, one point in the X-ray detector may be treated as a representative detection position. For example, in the X-ray detector, the X-ray extraction angle ψ changes between the end on the side closer to the test object and the end on the far side. However, the central position of both may be used as the representative detection position, and the X-ray detector may be treated as if there is a point detection type X-ray detector at this position. The representative detection position may be a geometric center position, or may be arbitrarily determined such as an area center position (a position where the area is even) and an angle center position (a point where the angle is halved).

また、本発明に係る三次元画像生成装置の係数算出方法は、上述した三次元画像生成装置における係数m1、m2の算出方法であって、検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器を配置し、2つ以上の異なる既知角度に形状既知の被検物を傾斜又は回転させた状態のそれぞれにおいて前記2つのX線検出器により得られた出力を用いて係数m1、m2を算出する。 Further, the coefficient calculation method of the three-dimensional image generator according to the present invention is the calculation method of the coefficients m1 and m2 in the three-dimensional image generator described above, and the two X-ray detectors so that the detection directions are orthogonal to each other. The coefficients m1 and m2 are calculated using the outputs obtained by the two X-ray detectors in a state where the test object having a known shape is tilted or rotated at two or more different known angles. ..

図6、図7に示すように、被検物表面の接平面がY軸周りにのみ回転(傾斜)することにより、θ=0となり、検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器(上記においては例えば第1のX線検出器及び第3のX線検出器)の出力は、以下となる。 As shown in FIGS. 6 and 7, the tangent plane of the surface of the test object rotates (inclines) only around the Y axis, so that θ x = 0 and two X-ray detections are performed so that the detection directions are orthogonal to each other. The output of the device (for example, the first X-ray detector and the third X-ray detector in the above) is as follows.

2つ以上の異なる回転角度θに対する第3のX線検出器の出力I がわかっているから、発生するX線強度の比率を表す関数E(m1,θ)に関連した材料固有の係数m1を式(10)から決定することができ、関数E(m1,θ)を定めることができる。なお、図6は、θ=30deg,θ=0degの例であり、図7は、θ=15deg,θ=0degの例である。 Since two or more different rotation angle theta output of the third X-ray detector relative y I m 3 has been found, the function E which represents the ratio of the X-ray intensity generated (m1, theta) material-specific in relation to The coefficient m1 can be determined from the equation (10), and the function E (m1, θ) can be determined. Note that FIG. 6 is an example of θ y = 30 deg and θ x = 0 deg, and FIG. 7 is an example of θ y = 15 deg and θ x = 0 deg.

さらに、同時に記録した第1のX線検出器の出力は、式(11)に式(10)を代入して、 Further, the output of the first X-ray detector recorded at the same time is obtained by substituting the equation (10) into the equation (11).

と書けるので、被検物中を通過するX線が吸収される減衰率を表す関数D(m2,θ,ψ)に関連した材料固有の係数m2を式(12)から決定することができ、関数D(m2,θ,ψ)を定めることができる。 Therefore, the material-specific coefficient m2 related to the function D (m2, θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays passing through the test object are absorbed can be determined from Eq. (12). , The function D (m2, θ y , ψ) can be defined.

この際、平面状の被検物を回転(傾斜)させる回数は、関数E(θ)またはD(θ,ψ)に含まれる(未定)係数の数以上であれば良い。平面状の被検物を回転(傾斜)させる回数が(未定)係数の数を超える場合には、最小二乗法などを用いて(未定)係数を決定すれば良い。なお、未定係数の数は、関数E(θ)またはD(θ,ψ)を、どのように定めるのかによって変わるが、式(1)を At this time, the number of times the planar test object is rotated (tilted) may be equal to or greater than the number of (undecided) coefficients included in the function E (θ) or D (θ y , ψ). When the number of times the flat object is rotated (tilted) exceeds the number of (undecided) coefficients, the (undecided) coefficient may be determined by using the least squares method or the like. The number of undetermined coefficients varies depending on how the function E (θ) or D (θ y , ψ) is determined, but the equation (1) is used.

とした場合には、材料固有の係数m1,m2の各1個が未定係数となる。加えて、XY平面に対するX線検出器の観測値I(0)も未定係数としても良い。ただし、I(0)を定める場合には、θ=θ=0となる状態、すなわち平面状の被検物がXY平面と平行な状態(励起ビームに直交する状態)で計測を行ったほうがよい。 In the case of, each one of the material-specific coefficients m1 and m2 becomes an undetermined coefficient. In addition, the observed value Im (0) of the X-ray detector with respect to the XY plane may also be an undetermined coefficient. However, when Im (0) is determined, the measurement is performed in a state where θ x = θ y = 0, that is, a state in which the planar object is parallel to the XY plane (a state orthogonal to the excitation beam). It is better to do it.

また、平面状の被検物が励起ビームに直交する状態では、4つのX線検出器の出力が同一となる。
このことを利用して、被検物の回転角度の原点を定めることも可能である。すなわち、平面状の被検物に対して、4つのX線検出器の出力が同じなるように傾きを調整し、その姿勢を被検物回転角度の原点とすればよい。
Further, when the planar test object is orthogonal to the excitation beam, the outputs of the four X-ray detectors are the same.
Utilizing this, it is also possible to determine the origin of the rotation angle of the test object. That is, the inclination may be adjusted so that the outputs of the four X-ray detectors are the same with respect to the flat object, and the posture may be the origin of the object rotation angle.

さらに、励起ビームをXY平面内の所定範囲で走査させて、各走査位置から発生したX線を順次記録しても良い。全走査位置に対応する記録結果を平均化すれば、ランダムノイズなどの計測ノイズの影響を排除できる。 Further, the excitation beam may be scanned in a predetermined range in the XY plane, and the X-rays generated from each scanning position may be sequentially recorded. By averaging the recording results corresponding to all scanning positions, the influence of measurement noise such as random noise can be eliminated.

励起ビームを走査する場合には、被検物の形状が未知であってもかまわない。4つのX線検出器の出力が同一であれば、その位置における被検物の接平面はXY平面と平行な状態だからである。4つのX線検出器の出力が同一となる位置を探索してから、被検物を回転(傾斜)させ、その位置におけるX線検出器の出力を利用すれば良い。 When scanning the excitation beam, the shape of the test object may be unknown. This is because if the outputs of the four X-ray detectors are the same, the tangent plane of the test object at that position is parallel to the XY plane. After searching for a position where the outputs of the four X-ray detectors are the same, the test object may be rotated (tilted) and the output of the X-ray detectors at that position may be used.

このことを応用すると、形状が未知の被検物であっても、少なくともXY平面に対するX線検出器の観測値I(0)は常に(被検物を回転させるまでもなく)計測可能であることがわかる。すなわち、励起ビームをXY平面内の所定範囲で走査させて、4つのX線検出器の出力が同一となる位置を探索すればよい。式(13)より直ちにXY平面に対するX線検出器の観測値I(0)を計算できる。複数の位置での平均値を取れば、ランダムノイズなどの計測ノイズの影響を排除できるので、さらに好都合である。 By applying this, even if the object has an unknown shape, at least the observed value Im (0) of the X-ray detector with respect to the XY plane can always be measured (without rotating the object). It turns out that there is. That is, the excitation beam may be scanned in a predetermined range in the XY plane to search for a position where the outputs of the four X-ray detectors are the same. From equation (13), the observed value Im (0) of the X-ray detector with respect to the XY plane can be calculated immediately. Taking the average value at a plurality of positions is more convenient because the influence of measurement noise such as random noise can be eliminated.

別の応用例として、例えば、円柱形状の被検物を用いた場合にその稜線を求めることができる。直径などの形状が未知であった場合でも、円筒面の稜線上においては、その接平面はXY平面と平行となるので、4つのX線検出器の出力が同一となる。したがって、4つのX線検出器の出力が同一となる位置を探索すれば、円筒面の稜線を求めることができる。 As another application example, for example, when a cylindrical test object is used, its ridgeline can be obtained. Even if the shape such as the diameter is unknown, the tangent plane is parallel to the XY plane on the ridgeline of the cylindrical surface, so that the outputs of the four X-ray detectors are the same. Therefore, the ridgeline of the cylindrical surface can be obtained by searching for a position where the outputs of the four X-ray detectors are the same.

さらに、本発明に係る三次元画像生成装置の係数算出方法は、上述した三次元画像生成装置における係数m1、m2の算出方法であって、検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器を配置し、円柱形状の被検物を前記励起ビームと直交する方向であって、一方のX線検出器の検出方向に向かう方向にその軸方向を設けて設置し、前記励起ビームを走査させて、各走査位置において前記2つのX線検出器により得られた出力を用いて係数m1、m2を算出することを特徴とする。 Further, the coefficient calculation method of the three-dimensional image generator according to the present invention is the calculation method of the coefficients m1 and m2 in the above-mentioned three-dimensional image generator, and the two X-ray detectors so that the detection directions are orthogonal to each other. Is arranged, and a cylindrical test object is installed with its axial direction provided in a direction orthogonal to the excitation beam and in a direction toward the detection direction of one X-ray detector, and the excitation beam is scanned. Therefore, the coefficients m1 and m2 are calculated using the outputs obtained by the two X-ray detectors at each scanning position.

この方法であれば、円柱の円周方向に見た各点での接平面(図8参照)は、上述した算出方法と同じ状況(Y軸周りに回転した平面)を確保できるので、被検物を傾けるような手間無く、-90deg〜90degの広い角度範囲に渡って、多数の角度に対する結果を一度の測定で取得でき、材料固有の係数m1,m2などを高精度に決定できる。また、広い角度範囲に渡る多数の角度に対するE(m1,θ)、D(m2,θ,ψ)の値を取得できるので、角度θに対するE(m1,θ)、D(m2,θ,ψ)の参照テーブルを用意できる。よって、E(m1,θ)、D(m2,θ,ψ)の具体的な関数を仮定する必要がない。 With this method, the tangent plane (see FIG. 8) at each point in the circumferential direction of the cylinder can secure the same situation as the above-mentioned calculation method (plane rotated around the Y axis), so that the test is performed. Results for a large number of angles can be obtained in a single measurement over a wide angle range of -90 deg to 90 deg without the trouble of tilting an object, and material-specific coefficients m1 and m2 can be determined with high accuracy. Further, since the values of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ) for a large number of angles over a wide angle range can be obtained, E (m1, θ) and D (m2, θ y ) for the angle θ can be obtained. , Ψ) reference table can be prepared. Therefore, it is not necessary to assume specific functions of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ).

また、円柱形状の被検物の円周方向の座標が同じ点について、X線検出器の出力を平均化して処理することが望ましい。円柱の円周方向座標が同じであれば、軸方向(Y軸方向)に異なる位置であっても、Y軸周りの傾きθは同一となる。すなわち、同じ測定条件が満たされているので、平均化すれば計測ノイズ等の影響を排除できる。 Further, it is desirable to average the output of the X-ray detector and process the points having the same circumferential coordinates of the cylindrical test object. If the circumferential coordinates of the cylinder are the same, the inclination θ y around the Y axis will be the same even if the positions are different in the axial direction (Y axis direction). That is, since the same measurement conditions are satisfied, the influence of measurement noise and the like can be eliminated by averaging.

以上に述べた本発明によれば、被検物から生じるX線を用いて被検物の三次元画像を生成することができる。 According to the present invention described above, a three-dimensional image of a test object can be generated using X-rays generated from the test object.

本発明の座標系の定義を示す図である。It is a figure which shows the definition of the coordinate system of this invention. E(m1,θ)及びD(m2,θ,ψ)の導出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the derivation of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ). E(m1,θ)及びD(m2,θ,ψ)の導出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the derivation of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ). E(m1,θ)及びD(m2,θ,ψ)の導出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the derivation of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ). Y軸周りの回転角度θの算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the rotation angle θ y about the Y axis. X軸周りの回転角度θの算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the rotation angle θ x around the X axis. X線検出器の配置から決まるXY軸に対してZ軸周りに45度回転したX’Y’軸を示す図である。It is a figure which shows the XY'axis rotated 45 degrees around the Z axis with respect to the XY axis determined by the arrangement of the X-ray detector. 係数m1、m2の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the coefficient m1 and m2. 係数m1、m2の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the coefficient m1 and m2. 係数m1、m2の別の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another calculation method of coefficients m1 and m2. 本発明の一実施形態に係る3次元画像生成装置の全体模式図である。It is an overall schematic diagram of the 3D image generation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 三次元再構成の例(タングステンW、直径1mmの円柱)を示す図である。It is a figure which shows the example of three-dimensional reconstruction (tungsten W, a cylinder with a diameter of 1 mm). 三次元再構成の例(タングステンW、直径1mmの円柱)を示す図である。It is a figure which shows the example of three-dimensional reconstruction (tungsten W, a cylinder with a diameter of 1 mm). 平均化処理を行わない場合の第3のX線検出器の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the 3rd X-ray detector when the averaging process is not performed. 平均化処理を行った場合の第3のX線検出器の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the 3rd X-ray detector when the averaging process is performed. 平均化処理を行った場合の第1のX線検出器の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the 1st X-ray detector when the averaging process is performed.

以下、本発明の一実施形態に係る三次元画像生成装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the three-dimensional image generator according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<全体構成>
本実施形態の三次元画像生成装置100は、図9に示すように、励起ビームEBを被検物Sに照射する照射部2と、励起ビームEBが照射された被検物Sから生じるX線を検出する4つのX線検出器31〜34と、4つのX線検出器31〜34の出力から被検物Sの表面の傾きに関する情報を算出する傾き算出部4と、傾き算出部4により得られた傾き情報を用いて三次元再構成により被検物の三次元画像を生成する三次元画像生成部5とを備えている。なお、X線検出器3の個数は4つに限られず、1つ以上を備えていれば良い。本実施形態の傾き算出部4及び三次元画像生成部5は、CPU、内部メモリ、入出力インターフェース、AD変換器、キーボードやマウスなどの入力手段、ディスプレイなどを有するコンピュータから構成されている。
<Overall configuration>
As shown in FIG. 9, the three-dimensional image generator 100 of the present embodiment has an irradiation unit 2 that irradiates the test object S with the excitation beam EB and X-rays generated from the test object S irradiated with the excitation beam EB. The tilt calculation unit 4 and the tilt calculation unit 4 calculate information on the surface tilt of the test object S from the outputs of the four X-ray detectors 31 to 34, and the four X-ray detectors 31 to 34. It is provided with a three-dimensional image generation unit 5 that generates a three-dimensional image of a test object by three-dimensional reconstruction using the obtained tilt information. The number of X-ray detectors 3 is not limited to four, and one or more X-ray detectors may be provided. The tilt calculation unit 4 and the three-dimensional image generation unit 5 of the present embodiment are composed of a computer including a CPU, an internal memory, an input / output interface, an AD converter, input means such as a keyboard and a mouse, and a display.

以下、各部について説明する。 Each part will be described below.

照射部2は、励起ビームEBとして電子線を被検物Sに照射する電子銃21と、電子銃21からの励起ビームEBを二次元的に走査する走査部22とを有している。 The irradiation unit 2 includes an electron gun 21 that irradiates the test object S with an electron beam as the excitation beam EB, and a scanning unit 22 that two-dimensionally scans the excitation beam EB from the electron gun 21.

4つのX線検出器31〜34は、励起ビームEBを挟んで対向して設けられた第1のX線検出器31及び第2のX線検出器32と、励起ビームEBを挟んで対向し、第1及び第2のX線検出器31、32と互いに直交する方向に設けられた第3のX線検出器33及び第4のX線検出器34とからなる。 The four X-ray detectors 31 to 34 face each other with the excitation beam EB sandwiched between the first X-ray detector 31 and the second X-ray detector 32 provided so as to face each other with the excitation beam EB interposed therebetween. , The first and second X-ray detectors 31 and 32 are composed of a third X-ray detector 33 and a fourth X-ray detector 34 provided in a direction orthogonal to each other.

傾き算出部4は、2次元的に走査された励起ビームEBの各照射位置における4つのX線検出器31〜34の出力を用いて、各照射位置における傾き情報(具体的には法線ベクトル)を算出するものである。 The tilt calculation unit 4 uses the outputs of the four X-ray detectors 31 to 34 at each irradiation position of the two-dimensionally scanned excitation beam EB, and tilt information (specifically, a normal vector) at each irradiation position. ) Is calculated.

具体的に傾き算出部4は、以下の式(1)を用いて、被検物Sの表面の傾きに関する情報を算出する。 Specifically, the inclination calculation unit 4 calculates information on the inclination of the surface of the test object S by using the following equation (1).

ここで、θは、励起ビームEBの照射位置における被検物Sの接平面と、励起ビームEBの照射方向であるZ軸に直交するXY平面とのなす傾斜角度である(図1参照)。
ψは、XY平面に対するX線検出器31〜34のX線取り出し角度である(図1参照)。
θは、X線検出器31、32の検出方向と励起ビームEBの照射方向(Z軸)とを含む平面に直交する方向をY軸として、Y軸周りの回転角度(接平面の傾斜角度θのY軸成分)である(図3参照)。なお、接平面の傾斜角度θのX軸成分をθとする(図4参照)。
E(m1,θ)は、発生するX線強度の比率を表す関数であり、D(m2,θ,ψ)は、被検物S中を通過するX線が吸収される減衰率の比率を表す関数である。
m1は、X線を発生する元素で決まる材料固有の係数であり、m2は、少なくともX線を発生する元素とX線を吸収する元素とで決まる材料固有の係数である。
(0)は、被検物の表面がXY平面と平行な場合に対するX線検出器31〜34の出力である。
Here, θ is an inclination angle formed by the tangent plane of the test object S at the irradiation position of the excitation beam EB and the XY plane orthogonal to the Z axis which is the irradiation direction of the excitation beam EB (see FIG. 1).
ψ is the X-ray extraction angle of the X-ray detectors 31 to 34 with respect to the XY plane (see FIG. 1).
θ y is a rotation angle around the Y axis (inclination angle of the tangent plane) with the direction orthogonal to the plane including the detection directions of the X-ray detectors 31 and 32 and the irradiation direction (Z axis) of the excitation beam EB as the Y axis. (Y-axis component of θ) (see FIG. 3). The X-axis component of the inclination angle θ of the tangent plane is θ x (see FIG. 4).
E (m1, θ) is a function representing the ratio of the generated X-ray intensity, and D (m2, θ y , ψ) is the ratio of the attenuation rate at which the X-ray passing through the test object S is absorbed. Is a function that represents.
m1 is a material-specific coefficient determined by an element that generates X-rays, and m2 is a material-specific coefficient that is determined by at least an element that generates X-rays and an element that absorbs X-rays.
Im (0) is the output of the X-ray detectors 31 to 34 when the surface of the test object is parallel to the XY plane.

ここで、Imの具体例としては、式(2)および式(5)を用いた以下の式である。 Here, specific examples of Im are the following equations using the equations (2) and (5).

より詳細には、傾き算出部4は、第1のX線検出器31又は第2のX線検出器32の何れか一方の出力(以下の式(8y))と、第3のX線検出器33又は第4のX線検出器34の何れか一方の出力(以下の式(8x))と、傾きに関する幾何学的な関係式(以下の式(9))とを用いて、各照射位置におけるθ,θ,θを算出する。 More specifically, the tilt calculation unit 4 has the output of either the first X-ray detector 31 or the second X-ray detector 32 (the following equation (8y)) and the third X-ray detection. Each irradiation is performed using the output of either the device 33 or the fourth X-ray detector 34 (the following formula (8x)) and the geometric relational expression regarding the inclination (the following formula (9)). Calculate θ x , θ y , and θ at the position.

そして、傾き算出部4は、以下の式を用いて、各照射位置における法線ベクトルN=(N,N,N)を算出する。 Then, the slope calculation unit 4 calculates the normal vector N = (N x , N y , N z ) at each irradiation position using the following equation.

三次元画像生成部5は、傾き算出部4により得られた各照射位置における法線ベクトルN=(N,N,N)を積分して三次元再構成して、被検物Sの三次元画像を生成する。 The three-dimensional image generation unit 5 integrates the normal vector N = (N x , N y , N z ) at each irradiation position obtained by the inclination calculation unit 4 and reconstructs the three-dimensional object S. Generate a three-dimensional image of.

ここで、第1及び第2のX線検出器31、32の出力I ,I が所定値に満たない場合には、Y軸周りの傾き角度θを求めることが困難になる(或いは、計算はできても精度が悪い)。また、第3及び第4のX線検出器33、34の出力I ,I が所定値に満たない場合には、X軸周りの傾き角度θを求めることが困難になる。 Here, if the output I m 1, I m 2 of the first and second X-ray detector 31, 32 is less than the predetermined value, it is difficult to determine the inclination angle theta y around the Y axis (Alternatively, the calculation is possible but the accuracy is poor). Also, if the output I m 3, I m 4 of the third and fourth X-ray detector 33, 34 is less than the predetermined value, it is difficult to determine the inclination angle theta x around the X-axis.

このため、三次元画像生成部5は、第1及び第2のX線検出器31、32の出力I 、I が所定値に満たない領域、又は、第3及び第4のX線検出器33、34の出力I 、I が所定値に満たない領域を除外して積分処理(三次元再構成)を行うこともできる。 Therefore, the three-dimensional image generating unit 5, a region where the output I m 1, I m 2 of the first and second X-ray detector 31, 32 is less than a predetermined value, or the third and fourth X it is also possible to output I m 3, I m 4 line detector 33 performs the integration process by excluding an area less than the predetermined value (3D reconstruction).

図10には、タングステンWの直径1mmの円柱を三次元再構成した例を示している。この例では、4つのX線検出器3〜34の出力I 〜I が所定値以上の場合であり、全ての領域に対して積分処理を行った三次元再構成結果である。 FIG. 10 shows an example in which a cylinder of tungsten W having a diameter of 1 mm is three-dimensionally reconstructed. In this example, the output I m 1 ~I m 4 of the four X-ray detectors 3 to 34 is not less than a predetermined value, a three-dimensional reconstruction result of the integration process for every region.

一方、図11も、タングステンWの直径1mmの円柱を三次元再構成した例であるが、4つのX線検出器3〜34の出力I 〜I が所定値に満たない領域が有り、当該領域を除外して積分処理を行った三次元再構成結果である。 On the other hand, FIG. 11 also, although an example in which three-dimensional reconstruction of the cylinder diameter 1mm tungsten W, a region where the output I m 1 ~I m 4 of the four X-ray detectors 3 to 34 is less than a predetermined value Yes, this is the result of three-dimensional reconstruction in which the region is excluded and the integration process is performed.

<係数m1,m2の算出方法>
次に、上記式(1)の係数m1、m2の算出方法の一例について説明する。
係数m1、m2の算出方法は、互いの検出方向が直交する方向(図6ではX軸方向及びY軸方向)に配置した少なくとも2つのX線検出器(図6では、第1のX線検出器31及び第3のX線検出器33)を配置し、2つ以上の異なる既知角度に形状既知の被検物を傾斜又は回転させた状態のそれぞれにおいて2つのX線検出器31、33により得られた出力I 、I を用いて係数m1、m2を算出する。
<Calculation method of coefficients m1 and m2>
Next, an example of the calculation method of the coefficients m1 and m2 of the above formula (1) will be described.
The calculation method of the coefficients m1 and m2 is as follows: At least two X-ray detectors (first X-ray detector in FIG. 6) arranged in directions in which the detection directions are orthogonal to each other (X-ray direction and Y-axis direction in FIG. 6). A device 31 and a third X-ray detector 33) are arranged, and two X-ray detectors 31 and 33 are used in a state in which a test object having a known shape is tilted or rotated at two or more different known angles. The coefficients m1 and m2 are calculated using the obtained outputs Im 1 and Im 3 .

図6、図7に示すように、被検物表面の接平面がY軸周りにのみ回転(傾斜)することにより、θ=0となり、検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器(第1のX線検出器31及び第3のX線検出器33)の出力I 、I は、以下となる。なお、図6は、θ=30deg,θ=0degの例であり、図7は、θ=15deg,θ=0degの例である。 As shown in FIGS. 6 and 7, the tangent plane of the surface of the test object rotates (inclines) only around the Y axis, so that θ x = 0 and two X-ray detections are performed so that the detection directions are orthogonal to each other. The outputs Im 1 and Im 3 of the device (first X-ray detector 31 and third X-ray detector 33) are as follows. Note that FIG. 6 is an example of θ y = 30 deg and θ x = 0 deg, and FIG. 7 is an example of θ y = 15 deg and θ x = 0 deg.

2つ以上の異なる回転角度θに対する第3のX線検出器の出力I がわかっているから、発生するX線強度の比率を表す関数E(m1,θ)に関連した材料固有の係数m1を式(10)から決定することができ、関数E(m1,θ)を定めることができる。 Since two or more different rotation angle theta output of the third X-ray detector relative y I m 3 has been found, the function E which represents the ratio of the X-ray intensity generated (m1, theta) material-specific in relation to The coefficient m1 can be determined from the equation (10), and the function E (m1, θ) can be determined.

さらに、同時に記録した第1のX線検出器の出力I は、 Further, the output I m 1 of the first X-ray detectors simultaneously recorded,

と書けるので、被検物中を通過するX線が吸収される減衰率を表す関数D(m2,θ,ψ)に関連した材料固有の係数m2を式(12)から決定することができ、関数D(m2,θ,ψ)を定めることができる。 Therefore, the material-specific coefficient m2 related to the function D (m2, θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays passing through the test object are absorbed can be determined from Eq. (12). , The function D (m2, θ y , ψ) can be defined.

この際、平面状の被検物を回転(傾斜)させる回数は、関数E(θ)またはD(θ,ψ)に含まれる(未定)係数の数以上であれば良い。平面状の被検物を回転(傾斜)させる回数が(未定)係数の数を超える場合には、最小二乗法などを用いて(未定)係数を決定すれば良い。なお、未定係数の数は、関数E(θ)またはD(θ,ψ)を、どのように定めるのかによって変わるが、式(1)を At this time, the number of times the planar test object is rotated (tilted) may be equal to or greater than the number of (undecided) coefficients included in the function E (θ) or D (θ y , ψ). When the number of times the flat object is rotated (tilted) exceeds the number of (undecided) coefficients, the (undecided) coefficient may be determined by using the least squares method or the like. The number of undetermined coefficients varies depending on how the function E (θ) or D (θ y , ψ) is determined, but the equation (1) is used.

とした場合には、材料固有の係数m1,m2の各1個が未定係数となる。加えて、XY平面に対するX線検出器の観測値I(0)も未定係数としても良い。ただし、I(0)を定める場合には、θ=θ=0となる状態、すなわち平面状の被検物がXY平面と平行な状態(励起ビームに直交する状態)で計測を行ったほうがよい。 In the case of, each one of the material-specific coefficients m1 and m2 becomes an undetermined coefficient. In addition, the observed value Im (0) of the X-ray detector with respect to the XY plane may also be an undetermined coefficient. However, when Im (0) is determined, the measurement is performed in a state where θ x = θ y = 0, that is, a state in which the planar object is parallel to the XY plane (a state orthogonal to the excitation beam). It is better to do it.

また、平面状の被検物が励起ビームに直交する状態では、4つのX線検出器31〜34の出力I 〜I が同一となる(式(13))。このことを利用して、被検物の回転角度の原点を定めることも可能である。すなわち、平面状の被検物に対して、4つのX線検出器31〜34の出力I 〜I が同じなるように傾きを調整し、その姿勢を被検物回転角度の原点とすればよい。 In a state where flat specimen is perpendicular to the excitation beam, the output I m 1 ~I m 4 of the four X-ray detectors 31 to 34 are the same (Formula (13)). Utilizing this, it is also possible to determine the origin of the rotation angle of the test object. That is, the plane shape of the test object, the four output I m 1 of the X-ray detector 31 to 34 ~I m 4 adjusts the inclination such that the same becomes the origin of the object rotation angle posture thereof And it is sufficient.

さらに、励起ビームをXY平面内の所定範囲で走査させて、各照射位置から発生したX線を順次記録しても良い。全照射位置に対応する記録結果を平均化すれば、ランダムノイズなどの計測ノイズの影響を排除できる。 Further, the excitation beam may be scanned in a predetermined range in the XY plane, and the X-rays generated from each irradiation position may be sequentially recorded. By averaging the recording results corresponding to all irradiation positions, the influence of measurement noise such as random noise can be eliminated.

励起ビームを走査する場合には、被検物の形状が未知であってもかまわない。4つのX線検出器31〜34の出力I 〜I が同一であれば、その位置における被検物の接平面はXY平面と平行な状態だからである。4つのX線検出器31〜34の出力I 〜I が同一となる位置を探索してから、被検物を回転(傾斜)させ、その位置におけるX線検出器31〜34の出力I 〜I を利用すれば良い。 When scanning the excitation beam, the shape of the test object may be unknown. If four output I m 1 of the X-ray detector 31 to 34 ~I m 4 are the same, the tangent plane of the object at that position is because parallel to the XY plane. Four output I m 1 ~I m 4 of the X-ray detector 31 to 34 is to search the position at which the same rotates the test object (slope), the X-ray detector 31 to 34 in that position may be utilized output I m 1 ~I m 4.

このことを応用すると、形状が未知の被検物であっても、少なくともXY平面に対するX線検出器の観測値I(0)は常に(被検物を回転させるまでもなく)計測可能であることがわかる。すなわち、励起ビームをXY平面内の所定範囲で走査させて、4つのX線検出器31〜34の出力I 〜I が同一となる位置を探索すればよい。式(13)より直ちにXY平面に対するX線検出器の観測値I(0)を計算できる。複数の位置での平均値を取れば、ランダムノイズなどの計測ノイズの影響を排除できるので、さらに好都合である。 By applying this, even if the object has an unknown shape, at least the observed value Im (0) of the X-ray detector with respect to the XY plane can always be measured (without rotating the object). It turns out that there is. That is, the excitation beam by scanning in a predetermined range in the XY plane, may be searching for a position where the four output I m 1 ~I m 4 of the X-ray detector 31 to 34 is the same. From equation (13), the observed value Im (0) of the X-ray detector with respect to the XY plane can be calculated immediately. Taking the average value at a plurality of positions is more convenient because the influence of measurement noise such as random noise can be eliminated.

別の応用例として、例えば、円柱形状の被検物を用いた場合にその稜線を求めることができる。直径が未知であった場合でも、円筒面の稜線上においては、その接平面はXY平面と平行となるので、4つのX線検出器の出力が同一となる。したがって、4つのX線検出器の出力が同一となる位置を探索すれば、円筒面の稜線を求めることができる。 As another application example, for example, when a cylindrical test object is used, its ridgeline can be obtained. Even if the diameter is unknown, the tangent plane is parallel to the XY plane on the ridgeline of the cylindrical surface, so that the outputs of the four X-ray detectors are the same. Therefore, the ridgeline of the cylindrical surface can be obtained by searching for a position where the outputs of the four X-ray detectors are the same.

また、係数m1、m2の算出方法の別の例として以下としてもよい。
この係数m1、m2の算出方法は、図8に示すように、検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器(上記の例では、第1のX線検出器31及び第3のX線検出器33)を配置し、円柱形状の被検物を励起ビームと直交する方向であって、一方のX線検出器(図8では、第3のX線検出器33)の検出方向に向かう方向(Y軸方向)にその中心軸方向を設けて設置し、電子線EBを走査させて、各照射位置において2つのX線検出器31、32により得られた出力I 、I を用いて係数m1、m2を算出する。
Further, as another example of the calculation method of the coefficients m1 and m2, the following may be performed.
As shown in FIG. 8, the calculation method of the coefficients m1 and m2 is as follows: two X-ray detectors (in the above example, the first X-ray detector 31 and the third X) so that the detection directions are orthogonal to each other. A line detector 33) is arranged so that the columnar object is orthogonal to the excitation beam and is in the detection direction of one X-ray detector (third X-ray detector 33 in FIG. 8). toward the direction (Y axis direction) laid with its center axis direction, by scanning the electron beam EB, the output I m 1 obtained by the two X-ray detectors 31, 32 at each irradiation position, I m The coefficients m1 and m2 are calculated using 3 .

この方法であれば、円柱の円周方向に見た各点での接平面(図8参照)は、上述した算出方法と同じ状況(Y軸周りに回転した平面)を確保できるので、被検物を傾けるような手間無く、-90deg〜90degの広い角度範囲に渡って、多数の角度に対する結果を一度の測定で取得でき、材料固有の係数m1,m2などを高精度に決定できる。また、広い角度範囲に渡る多数の角度に対するE(m1,θ)、D(m2,θ,ψ)の値を取得できるので、角度θに対するE(m1,θ)、D(m2,θ,ψ)の参照テーブルを用意できる。よって、E(m1,θ)、D(m2,θ,ψ)の具体的な関数を仮定する必要がない。 With this method, the tangent plane (see FIG. 8) at each point in the circumferential direction of the cylinder can secure the same situation as the above-mentioned calculation method (plane rotated around the Y axis), so that the test is performed. Results for a large number of angles can be obtained in a single measurement over a wide angle range of -90 deg to 90 deg without the trouble of tilting an object, and material-specific coefficients m1 and m2 can be determined with high accuracy. Further, since the values of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ) for a large number of angles over a wide angle range can be obtained, E (m1, θ) and D (m2, θ y ) for the angle θ can be obtained. , Ψ) reference table can be prepared. Therefore, it is not necessary to assume specific functions of E (m1, θ) and D (m2, θ y , ψ).

また、円柱形状の被検物の円周方向の座標が同じ点について、X線検出器の出力を平均化して処理することが望ましい。円柱の円周方向座標が同じであれば、軸方向(Y軸方向)に異なる位置であっても、Y軸周りの回転角度(傾斜)θは同一となる。すなわち、同じ測定条件が満たされているので、平均化すれば計測ノイズ等の影響を排除できる。 Further, it is desirable to average the output of the X-ray detector and process the points having the same circumferential coordinates of the cylindrical test object. If the circumferential coordinates of the cylinder are the same, the rotation angle (inclination) θ y around the Y axis is the same even if the positions are different in the axial direction (Y axis direction). That is, since the same measurement conditions are satisfied, the influence of measurement noise and the like can be eliminated by averaging.

図12に、平均化処理を行わない場合の第3のX線検出器33の測定結果を示す。横軸に示すY軸周りの回転角度(傾斜)θの各位置における第3のX線検出器33の出力を○印でプロットしている。計測ノイズが非常に大きいことがわかる。 FIG. 12 shows the measurement result of the third X-ray detector 33 when the averaging process is not performed. The output of the third X-ray detector 33 at each position of the rotation angle (tilt) θ y around the Y axis shown on the horizontal axis is plotted with a circle. It can be seen that the measurement noise is very large.

図13に、軸方向(Y軸方向)に平均化処理を行った場合の第3のX線検出器33の測定結果を示す。計測ノイズが大幅に削減できることがわかる。この測定結果に対して最小二乗法を用いて式(10)のE(m1,θ)をフィッティング(回帰)した結果を点線で示す。両者は完全に一致していることがわかる。すなわち、発生するX線強度の比率を表す関数E(m1,θ)として、式(2)に示す関数を用いることの妥当性が確認できる。 FIG. 13 shows the measurement result of the third X-ray detector 33 when the averaging process is performed in the axial direction (Y-axis direction). It can be seen that the measurement noise can be significantly reduced. The result of fitting (regressing) E (m1, θ y ) of the equation (10) using the least squares method is shown by a dotted line. It can be seen that the two are in perfect agreement. That is, the validity of using the function shown in Eq. (2) can be confirmed as the function E (m1, θ) representing the ratio of the generated X-ray intensities.

また、図14に、平均化処理を行った場合の第1のX線検出器31の測定結果を示す。また、図13の測定結果で求めた発生するX線強度の比率を表す関数E(m1,θ)を点線で示す。図13と図14は同時に測定されたデータであるので、発生するX線強度は同一となる。図14に丸印で示す測定結果(第1のX線検出器の31の測定結果)に対して、最小二乗法を用いて式(12)のD(m2,θ,ψ)をフィッティング(回帰)する。実際に観測されるX線強度の比率(相対値)は、関数E(m1,θ)と関数D(m2,θ,ψ)の積となるので、これを実線で図14に示す。こちらも測定結果に良く一致していることがわかる。すなわち、被検物中を通過するX線が吸収される減衰率を表す関数D(m2,θ,ψ)として、式(5)に示す関数を用いることの妥当性が確認できる。 Further, FIG. 14 shows the measurement result of the first X-ray detector 31 when the averaging process is performed. Further, the function E (m1, θ y ) representing the ratio of the generated X-ray intensities obtained from the measurement result of FIG. 13 is shown by a dotted line. Since FIGS. 13 and 14 are data measured at the same time, the generated X-ray intensities are the same. Fitting D (m2, θ y , ψ) of equation (12) to the measurement result (measurement result of 31 of the first X-ray detector) shown by a circle in FIG. 14 using the least squares method ( Regression). The ratio (relative value) of the X-ray intensity actually observed is the product of the function E (m1, θ) and the function D (m2, θ y , ψ), which is shown by a solid line in FIG. It can be seen that this also agrees well with the measurement results. That is, the validity of using the function shown in Eq. (5) can be confirmed as the function D (m2, θ y , ψ) representing the attenuation rate at which X-rays passing through the test object are absorbed.

<本実施形態の効果>
本実施形態の三次元画像生成装置100によれば、傾き算出部4が4つのX線検出器31〜34の出力から被検物の表面の傾きに関する情報を算出し、三次元画像生成部5が傾き算出部4により得られた傾き情報(具体的には法線ベクトル)を用いて三次元再構成により被検物の三次元画像を生成するので、被検物から生じるX線を用いて被検物の三次元画像を生成することができる。
<Effect of this embodiment>
According to the three-dimensional image generation device 100 of the present embodiment, the inclination calculation unit 4 calculates information on the inclination of the surface of the test object from the outputs of the four X-ray detectors 31 to 34, and the three-dimensional image generation unit 5 Generates a three-dimensional image of the test object by three-dimensional reconstruction using the slope information (specifically, the normal vector) obtained by the slope calculation unit 4, so that X-rays generated from the test object are used. A three-dimensional image of the test object can be generated.

この際、傾き情報を積分して3次元画像を生成しているので、励起ビームを2次元的な走査して得たX線画像の各画素の位置において、被検物表面のZ軸方向の相対的な高さを知ることができる。そこで、被検物表面の凹凸などを、任意の方向に沿った断面形状として計測することができ、段差の高さを測ることが容易に実現できる。さらに、断面形状の良し悪しや「表面粗さ」や「うねり」といった表面形状の評価も可能となる。 At this time, since the tilt information is integrated to generate a three-dimensional image, the position of each pixel of the X-ray image obtained by two-dimensionally scanning the excitation beam is in the Z-axis direction of the surface of the test object. You can know the relative height. Therefore, the unevenness of the surface of the test object can be measured as a cross-sectional shape along an arbitrary direction, and the height of the step can be easily measured. Furthermore, it is possible to evaluate the quality of the cross-sectional shape and the surface shape such as "surface roughness" and "waviness".

また本実施形態の三次元画像生成装置100では、複数の元素に対して個別のX線画像を取得できるので、各画素の位置における元素の違いを識別できる。この結果、被検物の凹凸が、異物(被検物とは含有元素がことなる物質)の付着によるものなのか、表面に生じた欠陥やキズなのかを確実に判定できる。さらに異物の種類が識別できることから、異物が付着した原因を推定することも可能となる。従来から知られている「複数の二次電子検出器を用いて三次元画像を生成する装置」では、被検物の凹凸は確認できても、元素の違いを識別できないので、異物かキズかの判定すらできない。 Further, in the three-dimensional image generation device 100 of the present embodiment, since individual X-ray images can be acquired for a plurality of elements, the difference between the elements at the positions of each pixel can be identified. As a result, it is possible to reliably determine whether the unevenness of the test object is due to the adhesion of a foreign substance (a substance whose contained element is different from that of the test object), or whether it is a defect or scratch on the surface. Furthermore, since the type of foreign matter can be identified, it is possible to estimate the cause of the foreign matter adhering. With the conventionally known "device that generates a three-dimensional image using multiple secondary electron detectors", even if the unevenness of the test object can be confirmed, the difference in elements cannot be identified, so it is a foreign substance or a scratch. I can't even judge.

<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、前記実施形態では、4つのX線検出器を用いた構成であったが、1つ以上のX線検出器を有するものであればよい。 For example, in the above-described embodiment, four X-ray detectors are used, but any X-ray detector may be used as long as it has one or more X-ray detectors.

また、傾き算出部4は、励起ビームの各照射位置において被検物に含まれる元素毎に個別の法線ベクトルを算出し、各元素に対応した個別の法線ベクトルに重み付けをして加算した合成法線ベクトルを算出するものであってもよい。このとき、三次元画像生成部5は、合成法線ベクトルを積分して被検物の三次元画像を生成する。 Further, the inclination calculation unit 4 calculates an individual normal vector for each element contained in the test object at each irradiation position of the excitation beam, and weights and adds the individual normal vector corresponding to each element. It may be the one that calculates the composite normal vector. At this time, the three-dimensional image generation unit 5 integrates the composite normal vector to generate a three-dimensional image of the test object.

具体的に傾き産出部4は、各元素に対して、法線ベクトルN(x,y)(i=1〜M)を算出し、合成法線ベクトルN(x,y)は、以下の式により求める。 Specifically, the slope producing unit 4 calculates the normal vector N (x, y) i (i = 1 to M) for each element, and the synthetic normal vector N (x, y) is as follows. Obtained by the formula.

ここで、Wは、i番目の元素に対する重みである。なお、重みWは、元素の含有率に応じて決定しても良い。また、重みWは、含有率が最も高い元素についてのみ1として、他の元素に対してはゼロとしても良い。
このように合成法線ベクトルを求めることにより、複数の元素からなり、その成分割合が場所により異なる被検物であっても、正しい三次元再構成結果が得られる。また、所定の元素からなる被検物の上に、異なる元素からなる異物が部分的に付着したような場合でもあっても、正しい三次元再構成結果が得られる。
Here, Wi is a weight for the i-th element. Incidentally, the weight W i may be determined according to the content of the element. Further, the weight Wi may be set to 1 only for the element having the highest content, and may be set to zero for other elements.
By obtaining the synthetic normal vector in this way, a correct three-dimensional reconstruction result can be obtained even if the test object is composed of a plurality of elements and the component ratio differs depending on the location. Further, even in the case where a foreign substance composed of a different element is partially adhered on the test object composed of a predetermined element, a correct three-dimensional reconstruction result can be obtained.

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。 In addition, various embodiments may be modified or combined as long as it does not contradict the gist of the present invention.

100・・・三次元画像生成装置
S ・・・被検物
2 ・・・照射部
EB ・・・励起ビーム
31 ・・・第1のX線検出器
32 ・・・第2のX線検出器
33 ・・・第3のX線検出器
34 ・・・第4のX線検出器
4 ・・・傾き算出部
5 ・・・三次元画像生成部
100 ・ ・ ・ Three-dimensional image generator S ・ ・ ・ Subject 2 ・ ・ ・ Irradiation part EB ・ ・ ・ Excitation beam 31 ・ ・ ・ First X-ray detector 32 ・ ・ ・ Second X-ray detector 33 ・ ・ ・ Third X-ray detector 34 ・ ・ ・ Fourth X-ray detector 4 ・ ・ ・ Tilt calculation unit 5 ・ ・ ・ Three-dimensional image generation unit

Claims (12)

励起ビームを被検物に照射する照射部と、
前記励起ビームが照射された前記被検物から生じるX線を検出するX線検出器と、
前記X線検出器の出力から前記被検物の表面の傾きに関する情報を算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部により得られた傾き情報を用いて三次元再構成により前記被検物の三次元画像を生成する三次元画像生成部とを備える、三次元画像生成装置。
An irradiation part that irradiates the test object with an excitation beam,
An X-ray detector that detects X-rays generated from the subject irradiated with the excitation beam, and
An inclination calculation unit that calculates information on the inclination of the surface of the test object from the output of the X-ray detector,
A three-dimensional image generation device including a three-dimensional image generation unit that generates a three-dimensional image of the test object by three-dimensional reconstruction using the inclination information obtained by the inclination calculation unit.
前記励起ビームの照射位置における前記被検物の接平面と、前記励起ビームの照射方向であるZ軸に直交するXY平面とのなす傾斜角度をθとし、
前記XY平面に対する前記X線検出器のX線取り出し角度をψとし、
前記X線検出器の検出方向と前記励起ビームの照射方向(Z軸)とを含む平面に直交する方向をY軸として、前記Y軸周りの回転角度(前記接平面の傾斜角度θのY軸成分)をθとすると、
前記傾き算出部は、以下の式(1)を用いて、前記被検物の表面の傾きに関する情報を算出する、請求項1記載の三次元画像生成装置。
ここで、E(m1,θ)は、発生するX線強度の比率を表す関数であり、D(m2,θ,ψ)は、前記被検物中を通過するX線が吸収される減衰率の比率を表す関数である。また、m1は、X線を発生する元素で決まる材料固有の係数であり、m2は、少なくともX線を発生する元素とX線を吸収する元素とで決まる材料固有の係数である。また、I(0)は、前記被検物の表面がXY平面と平行な場合に対するX線検出器の出力である。
Let θ be the inclination angle formed by the tangent plane of the test object at the irradiation position of the excitation beam and the XY plane orthogonal to the Z axis which is the irradiation direction of the excitation beam.
Let ψ be the X-ray extraction angle of the X-ray detector with respect to the XY plane.
The rotation angle around the Y axis (the Y axis of the inclination angle θ of the tangent plane) is defined as the direction orthogonal to the plane including the detection direction of the X-ray detector and the irradiation direction (Z axis) of the excitation beam. If the component) is θ y ,
The three-dimensional image generation device according to claim 1, wherein the inclination calculation unit calculates information on the inclination of the surface of the test object by using the following formula (1).
Here, E (m1, θ) is a function representing the ratio of the generated X-ray intensity, and D (m2, θ y , ψ) is the attenuation at which the X-ray passing through the test object is absorbed. It is a function that expresses the ratio of rates. Further, m1 is a material-specific coefficient determined by an element that generates X-rays, and m2 is a material-specific coefficient that is determined by at least an element that generates X-rays and an element that absorbs X-rays. Further, Im (0) is the output of the X-ray detector when the surface of the test object is parallel to the XY plane.
前記傾き算出部は、前記式(2)の発生するX線強度の比率を表す関数E(m1,θ)として、前記接平面の傾斜角度θに対する偶関数であり、θ=0において極大値E(m1,0)=1となり、傾斜角度θの絶対値の増加に対して単調に減少し、θ=±π/2においてE(m1,±π/2)=0となる関数を用いて、前記被検物の表面の傾きに関する情報を算出する、請求項2記載の三次元画像生成装置。 The inclination calculation unit is an even function with respect to the inclination angle θ of the tangent plane as a function E (m1, θ) representing the ratio of the X-ray intensity generated by the equation (2), and is a maximum value E at θ = 0. (M1,0) = 1, and it decreases monotonically with the increase of the absolute value of the inclination angle θ, and E (m1, ± π / 2) = 0 at θ = ± π / 2, using a function. The three-dimensional image generation device according to claim 2, which calculates information regarding the inclination of the surface of the test object. 前記傾き算出部は、前記式(2)の前記被検物中を通過するX線が吸収される減衰率の比率を表す関数D(m2,θ,ψ)として、前記接平面の傾斜角度θのY軸成分θに対して、θ=−ψにおいてD(m2,−ψ,ψ)=0となり、θの増加に対して単調に増加して、θ=0においてD(m2,0,ψ)=1となり、θ=π/2においてD(m2,π/2,ψ)=A(Aは1よりも大きい有限の値)となる関数を用いて、前記被検物の表面の傾きに関する情報を算出する、請求項2記載の三次元画像生成装置。 The inclination calculation unit is an inclination angle of the tangent plane as a function D (m2, θ y , ψ) representing the ratio of the attenuation rate at which X-rays passing through the test object of the equation (2) are absorbed. relative theta of Y-axis component θ y, θ = D in -ψ (m2, -ψ, ψ) = 0 , and the monotonically increasing with increasing theta y, in θ y = 0 D (m2 , 0, ψ) = 1, and at θ y = π / 2, D (m2, π / 2, ψ) = A (A is a finite value greater than 1). The three-dimensional image generator according to claim 2, which calculates information regarding the inclination of the surface of the above. 前記励起ビームを挟んで対向しており、その検出方向がY軸に直交するように設けられた第1のX線検出器及び第2のX線検出器を備え、
前記傾き算出部は、前記第1及び第2のX線検出器の出力の比を用いて、前記回転角度θを算出する、請求項1乃至4の何れか一項に記載の三次元画像生成装置。
It is provided with a first X-ray detector and a second X-ray detector which are opposed to each other with the excitation beam in between and are provided so that the detection direction is orthogonal to the Y axis.
The three-dimensional image according to any one of claims 1 to 4, wherein the inclination calculation unit calculates the rotation angle θ y by using the ratio of the outputs of the first and second X-ray detectors. Generator.
前記第1及び第2のX線検出器と互いに直交する方向に設けられた第3のX線検出器をさらに備え、
前記傾き算出部は、前記第1又は第2のX線検出器の出力と前記第3のX線検出器の出力との比を用いて、前記傾斜角度のX軸成分θを算出する、請求項5記載の三次元画像生成装置。
Further, a third X-ray detector provided in a direction orthogonal to the first and second X-ray detectors is provided.
The inclination calculation unit calculates the X-ray component θ x of the inclination angle by using the ratio of the output of the first or second X-ray detector to the output of the third X-ray detector. The three-dimensional image generator according to claim 5.
前記励起ビームを挟んで対向して設けられた第1のX線検出器及び第2のX線検出器と、
前記励起ビームを挟んで対向し、前記第1及び第2のX線検出器と互いに直交する方向に設けられた第3のX線検出器及び第4のX線検出器とを備え、
前記傾き算出部は、2次元的に走査された前記励起ビームの各照射位置における前記4つのX線検出器の出力を用いて、前記各照射位置における法線ベクトルを算出するものであり、
前記三次元画像生成部は、各照射位置における法線ベクトルを積分して前記被検物の三次元画像を生成する、請求項1乃至6の何れか一項に記載の三次元画像生成装置。
A first X-ray detector and a second X-ray detector provided so as to face each other across the excitation beam,
It is provided with a third X-ray detector and a fourth X-ray detector that face each other with the excitation beam in between and are provided in a direction orthogonal to the first and second X-ray detectors.
The inclination calculation unit calculates a normal vector at each irradiation position by using the outputs of the four X-ray detectors at each irradiation position of the excitation beam scanned two-dimensionally.
The three-dimensional image generation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the three-dimensional image generation unit integrates normal vectors at each irradiation position to generate a three-dimensional image of the test object.
前記傾き算出部は、第1のX線検出器又は第2のX線検出器の何れか一方の出力と、前記第3のX線検出器又は第4のX線検出器の何れか一方の出力と、傾きに関する幾何学的な関係式とを用いて、前記各照射位置における法線ベクトルを算出する、請求項7記載の三次元画像生成装置。 The inclination calculation unit includes the output of either the first X-ray detector or the second X-ray detector, and the output of either the third X-ray detector or the fourth X-ray detector. The three-dimensional image generator according to claim 7, wherein a normal vector at each irradiation position is calculated using an output and a geometric relational expression relating to inclination. 前記三次元画像生成部は、前記第1及び第2のX線検出器の出力が所定値に満たない領域、又は、前記第3及び第4のX線検出器の出力が所定値に満たない領域を除外して前記積分を行う、請求項7又は8記載の三次元画像生成装置。 In the three-dimensional image generator, the output of the first and second X-ray detectors is less than a predetermined value, or the output of the third and fourth X-ray detectors is less than a predetermined value. The three-dimensional image generator according to claim 7 or 8, wherein the integration is performed excluding a region. 前記傾き算出部は、前記被検物の表面の傾きに関する情報として、前記励起ビームの各照射位置において前記被検物に含まれる元素毎に個別の法線ベクトルを算出し、各元素に対応した個別の法線ベクトルに重み付けをして加算した合成法線ベクトルを算出するものである、請求項1乃至9の何れか一項に記載の三次元画像生成装置。 The inclination calculation unit calculates an individual normal vector for each element contained in the examination object at each irradiation position of the excitation beam as information regarding the inclination of the surface of the examination object, and corresponds to each element. The three-dimensional image generation apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein a composite normal vector obtained by weighting and adding individual normal vectors is calculated. 請求項2乃至4の何れか一項に記載の三次元画像生成装置における係数m1、m2の算出方法であって、
検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器を配置し、
2つ以上の異なる既知角度に形状既知の被検物を傾斜又は回転させた状態のそれぞれにおいて前記2つのX線検出器により得られた出力を用いて係数m1、m2を算出する方法。
The method for calculating the coefficients m1 and m2 in the three-dimensional image generator according to any one of claims 2 to 4.
Two X-ray detectors are placed so that the detection directions are orthogonal to each other.
A method of calculating coefficients m1 and m2 using the outputs obtained by the two X-ray detectors in a state where a test object having a known shape is tilted or rotated at two or more different known angles.
請求項2乃至4の何れか一項に記載の三次元画像生成装置における係数m1、m2の算出方法であって、
検出方向が互いに直交するように2つのX線検出器を配置し、
円柱形状の被検物を前記励起ビームと直交する方向であって、一方のX線検出器の検出方向に向かう方向にその軸方向を設けて設置し、
前記励起ビームを走査させて、各走査位置において前記2つのX線検出器により得られた出力を用いて係数m1、m2を算出する方法。
The method for calculating the coefficients m1 and m2 in the three-dimensional image generator according to any one of claims 2 to 4.
Two X-ray detectors are placed so that the detection directions are orthogonal to each other.
A cylindrical test object is installed with its axial direction provided in a direction orthogonal to the excitation beam and in a direction toward the detection direction of one of the X-ray detectors.
A method in which the excitation beam is scanned and the coefficients m1 and m2 are calculated using the outputs obtained by the two X-ray detectors at each scanning position.
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