JP3576391B2 - Ｘ線ラインセンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物、例えば精密電子部品の接合部を透過したＸ線により得られるＸ線透光画像に基づいて接合部の接合状態などの検査を行うのに使用されるＸ線ラインセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の用途に用いられるＸ線検査装置は、図１２に示すように、対象物２における接合状態などを検査すべき箇所に、Ｘ線管などのＸ線源１からＸ線３を照射して、その対象物２を透過したＸ線３をＸ線−蛍光変換部４で蛍光７に変換し、さらに、蛍光７を光電変換部８で電荷、つまり電気信号に変換して画像化する構成になっている。光電変換部８としては主としてＣＣＤエリアセンサが用いられており、Ｘ線−蛍光変換部４としては、ガラス基板上にＸ線蛍光物質を塗布したものが一般に用いられている。
【０００３】
図１３は、Ｘ線−蛍光変換部４におけるガラス基板上に塗着したＸ線蛍光物質９の断面形状を示し、円形で示してるのはＸ線蛍光物質９の粒子９ａである。Ｘ線３を照射することによりＸ線蛍光物質９から発生する蛍光７は、隣接する粒子９ａ間でのクロストークにより、互いの蛍光７が干渉し合って像がぼけたり、像の細かい部分が消失したりして、分解能の低下を引き起こす。この分解能の低下は、Ｘ線−蛍光変換部４の感度を上げることを目的としてＸ線蛍光物質９の膜厚を大きくすればするほど顕著にあらわれる。また、このようなＸ線検査装置では、センサ感度を上げることを目的としてＸ線−蛍光変換部４と光電変換部８との間に増幅器を設ける場合があるが、この増幅器自体が高分解能でないため、増幅器による分解能の低下が発生する。
【０００４】
そこで、高感度、且つ高分解能なＸ線検査装置を得るために、図１４に示すように、Ｘ線蛍光物質９を柱状構造に成膜したＸ線−蛍光変換部４が多く使用されている。このＸ線−蛍光変換部４は、基板１０の表面に凸状部１１が光電変換部８の画素に対応させた格子状の配置で形成され、この基板１０の凹凸面となった表面にＸ線蛍光物質９を蒸着などの成膜手段により堆積させることにより、画素に対応した柱状構造を有するＸ線蛍光物質９が得られる。
【０００５】
この柱状構造のＸ線蛍光物質９は、同一水平面上において隣接する凸状部１１と凹状部１２とに各々対応する箇所が時間的なずれをもって形成されるから、Ｘ線蛍光物質９における凸状部１１と凹状部１２とに各々対応する箇所の間には光学的な界面を有する。したがって、図１４のＸ線−蛍光変換部４のＸ線蛍光物質９は、厚みを大きく形成して高感度を得られるようにしても、光の拡散が少ないことから分解能の低下を招かないものとなる。ここで、Ｘ線−蛍光変換部４のＸ線蛍光物質９の凹凸は、ＣＣＤエリアセンサからなる光電変換部８の画素に対応して形成しているので、これが検査装置自体の分解能となる。現在実用化されている分解野は２５μｍ程度である。
【０００６】
従来、画像の細かい部分を検査するために、上記の２５μｍ以下の分解能を必要とする場合には、マイクロフォーカスＸ線管を用いて画像を拡大して検査している。これを、Ｘ線による画像拡大の説明図である図１６（ａ），（ｂ）を参照しながら説明すると、Ｘ線管１ａ，１ｂから放射状に発射されるＸ線３は、直進性が非常に強いため、Ｘ線管１ａ，１ｂと対象物２との距離Ｌ１を固定して、対象物２とＸ線−蛍光変換部４との距離Ｌ２を長く設定すると、Ｘ線−蛍光変換部４上の画像は大きなサイズとなる、つまり拡大画像となる。ところが、このとき問題となるのは、Ｘ線管１ａ，１ｂの焦点サイズによる像のぼけである。（ａ）の焦点サイズの大きなＸ線管１ａおよび（ｂ）は焦点サイズの小さなＸ線管１ｂからそれぞれ発射して検査対象物２の同一点を通ったＸ線３は、Ｘ線−蛍光変換部４上のΔｕ１，Δｕ２の各範囲に存在することになり、焦点サイズに大小に応じてサイズ分だけ画像がぼける。したがって、画像を良好に拡大するためには、（ｂ）のような焦点サイズの小さいマイクロフォーカスＸ線管１ｂを使用して、画像をぼけが大きくならないように拡大する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＸ線−蛍光変換部４では、高感度を得るために、図１４に示すＸ線蛍光物質９の膜厚Ｄを１００ 〜５００ μｍ程度に設定する必要があるが、このＸ線蛍光物質９を１００ 〜５００ μｍの膜厚に成膜するには、その成膜工程を順に示した図１５（ａ）〜（ｄ）のように、成膜工程を複数回繰り返しながら薄膜を重ねるように形成する必要がある。そのため、Ｘ線蛍光物質９を所定の膜厚Ｄに形成する成膜工程に時間がかかり過ぎ、生産性が悪いという問題がある。
【０００８】
また、従来では、２５μｍ以下の分解能が必要な精密検査を行う場合、上述のようにマイクロフォーカスＸ線管を用いているが、このマイクロフォーカスＸ線管は５００ 万円〜２０００万円程度の非常に高価なものであり、これが設備費の増大の要因になっている。さらに、１０μｍ 以下の画面分解能を必要する場合には、対象物２とＸ線−蛍光変換部４とをその距離Ｌ２が可及的に小さくなるよう近接させている。これにより、図１６に示した画像ボケΔｕ１，Δｕ２がほぼゼロとなり、焦点サイズとは無関係に精密検査が可能となる。しかしながら、その場合には、図１７に示すように、Ｘ線３が対象物２を透過する際に発生する散乱Ｘ線３ａがＸ線−蛍光変換部４に入射することにより、画面分解能の低下を引き起こす。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、Ｘ線を高効率で蛍光に変換して高いセンサ感度を得られるとともに高分解能を有するＸ線ラインセンサを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、前記撮像部は、複数の撮像素子が前記Ｘ線の入射方向に対向して直線状に配置されてなり、前記Ｘ線−蛍光変換部は、所定の溝幅の溝部が一定間隔で平行に形成された基板の表面に、Ｘ線を蛍光に変換するＸ線蛍光物質が所定の膜厚に成膜して形成されているとともに、前記Ｘ線蛍光物質の成膜方向が前記撮像素子の配列方向および前記Ｘ線の入射方向に対し共に直交するよう配置して前記撮像部に対設されている。
【００１１】
このＸ線ラインセンサは、Ｘ線蛍光物質が基板における溝部を有する凹凸面上に成膜されるから、溝部上のＸ線蛍光物質と溝部以外の箇所のＸ線蛍光物質との間に光学的な界面を有する。したがって、Ｘ線−蛍光変換部は、厚みを大きく形成しても、クロストークによる分解能の低下を防止できる。また、撮像部が撮像素子を直線状に配置した構成になっているので、高い分解能を得ることを目的としてＸ線−蛍光変換部を検査対象物に接近して配置しても、撮像素子の配置方向以外の散乱Ｘ線の影響を除外できる。これらにより、このＸ線ラインセンサは高い分解能を得ることがてきる。
【００１２】
また、Ｘ線蛍光物質におけるＸ線の入射方向の厚みは、基板の厚みそのものであって、基板の形状によって任意の大きな値に設定してＸ線を高い変換効率で蛍光に変換できる。しかも、Ｘ線−蛍光変換部の作製に際してのＸ線蛍光物質の基板に対する成膜方向は、Ｘ線の入射方向の厚みに対し垂直な方向であり、Ｘ線蛍光物質の成膜による膜厚は、少なくとも撮像素子のサイズと基板の凹凸の深さとの和の値を有する小さな値でよく、僅かな成膜時間で形成することができる。
【００１３】
上記発明において、対象物を透過したＸ線のうちの撮像素子に対向するもの以外を遮断するＸ線遮蔽部材を、前記対象物とＸ線−蛍光変換部との間に配置し、前記撮像素子に対し垂直な方向の蛍光を集光して前記撮像素子に対し垂直に入射させる光学系からなる蛍光集光部を、前記Ｘ線−蛍光変換部と撮像部との間に配置した構成とすることが好ましい。
【００１４】
これにより、Ｘ線遮蔽部材が、Ｘ線−蛍光変換部に入射させるＸ線を撮像素子の形状に対応するよう規制するので、撮像素子の配置方向に対し同一面上の直交方向への画像信号のクロストークを防止でき、分解能を低下を防げる。また、Ｘ線−蛍光変換部が撮像素子のサイズよりも大きな形状であっても、撮像素子に入射しない方向に向かう蛍光を蛍光集光部が集光して撮像素子に集光させるので、センサ感度が向上する。
【００１５】
上記構成における光学系の蛍光集光部に代えて、光ファイバーからなる蛍光集光部を用いることもできる。これにより、光学系の蛍光集光部を用いる場合と同様に、撮像素子に入射しない方向に向かう蛍光を集光して撮像素子に集光させることができ、センサ感度が向上する。
【００１６】
第２の発明は、対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、前記撮像部は、複数の撮像素子が直線状に配置されてなり、前記Ｘ線−蛍光変換部は、Ｘ線を蛍光に変換するＸ線蛍光物質と、蛍光を反射する蛍光反射物質とがそれぞれ所定の膜厚で交互に成膜されてなるとともに、前記Ｘ線蛍光物質と前記蛍光反射物質の膜厚が、前記撮像素子の配列方向の幅の１／５〜１／６であり、前記Ｘ線蛍光物質と前記蛍光反射物質の成膜方向が前記撮像素子の配列方向に対し平行で、且つ前記Ｘ線の入射方向に対し直交するよう配置して前記撮像部に対設されている。
【００１７】
このＸ線ラインセンサは、Ｘ線の入射方向に沿ったＸ線蛍光物質の厚みは、成膜方向の膜厚ではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、入射Ｘ線を高効率で蛍光に変換できる大きな値に設定しても、Ｘ線蛍光物質の成膜方向の膜厚は小さいので、成膜に時間を要しない。しかも、Ｘ線−蛍光変換部の構造上から、実際に必要なサイズの数倍の大きさの領域を用いてＸ線蛍光物質による薄膜と蛍光反射物質による薄膜とを交互に形成し、これを切断して分割することにより、複数個のＸ線−蛍光変換部を同時に得ることも可能であり、その場合には１個当たりの作製時間を大幅に短縮することができる。また、Ｘ線蛍光物質の各薄膜でそれぞれ発生した蛍光は、両側の蛍光反射物質の薄膜により互いに干渉することなく撮像素子に入射されるので、高い画面分解能とセンサ感度を得ることができる。さらに、蛍光反射物質による薄膜の膜厚を撮像素子のサイズより小さくできるので、その場合には、Ｘ線−蛍光変換部を撮像素子に配列方向に対し位置合わせすることなく配置できる利点がある。
【００１８】
上記発明における蛍光反射物質に代えて、Ｘ線を透過させることなく吸収するＸ線吸収物質を用いた構成とすることもできる。これにより、蛍光に変換できないＸ線をＸ線吸収物質が吸収するので、不要な散乱Ｘ線などを減少させて撮像部に到達するのを阻止できるので、撮像部のＸ線によるダメージを減少させることができる。
【００１９】
第３の発明は、対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、前記撮像部は、複数の撮像素子が直線状に配置されてなり、前記Ｘ線−蛍光変換部は、両面が粗面である薄膜を複数層に重ねて形成されてなるとともに、その成膜方向が前記撮像素子の配列方向に対し平行で、且つ前記Ｘ線の入射方向に対し直交するよう配置して前記撮像部に対設されている。
【００２０】
このＸ線ラインセンサは、各Ｘ線蛍光物質の薄膜が、それらの両面が粗面であることによって光学的な界面を有しているため、クロストークによる分解能の低下を防止でき、高い画面分解能を得られる。また、Ｘ線−蛍光変換部におけるＸ線の入射方向に沿ったＸ線蛍光物質の厚みは、成膜方向の膜厚ではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、この一辺のサイズは、入射Ｘ線を高い変換効率で蛍光に変換可能な大きな値に設定しても、各Ｘ線蛍光物質による薄膜の膜厚はそれぞれ小さいので、成膜に時間を要しない。
【００２１】
上記の各発明において、Ｘ線−蛍光物質における撮像素子との対向面を除く面に蛍光反射膜を形成した構成とすることが好ましい。これにより、Ｘ線蛍光物質に発生した蛍光のうちの撮像素子以外の方向へ進む蛍光を、蛍光反射部で反射させて最終的に撮像素子へ向けて入射させることができるから、Ｘ線蛍光物質で発生した蛍光を無駄なく撮像素子に入射させて極めて感度の高いＸ線ラインセンサを得ることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの要部の斜視図であり、Ｘ線−蛍光変換部１３と撮像部１４との位置関係を示している。また、図２（ａ），（ｂ）はＸ線−蛍光変換部１３の作製過程を示す斜視図である。Ｘ線−蛍光変換部１３は、図２（ａ）に示すように、基板１７の表面に、分解能に相当する溝幅ｅの溝部１８と、この溝部１８間に位置するレール部１９とを、交互で且つ互いに平行な配置で形成され、この基板１７における溝部１８とレール部１９とを有する凹凸面上に、図２（ｂ）に実線で示すように、Ｘ線３が照射されると蛍光７を発するＸ線蛍光物質９が、蒸着またはスパッタリングなどの成膜手段により所定の膜厚ｄに形成されて構成されている。
【００２４】
上記基板１７としては、溝部１８およびレール部１９を微細ピッチで加工して高分解能化を達成するために、シリコン基板やガラス基板などの微細加工可能なものが適している。また、Ｘ線蛍光物質９としては、ヨウ化セシウム ＣｓＩ（ＴＩ），ＣＳＩ （Ｎａ） やガドリウム加工物〔Ｇｄ２Ｏ２Ｓ Ｔｂ）などの物質が用いられる。このＸ線−蛍光変換部１３は、基板１７における溝部１８とレール部１９とによる凹凸面上にＸ線蛍光物質９を成膜しているので、その基板１７の凹凸に従った界面を有するＸ線蛍光物質９の層が形成される。この界面で互いに区画されている個々のＸ線蛍光物質９をＸ線蛍光物質エレメントと称することができる。
【００２５】
撮像部１４は、光電変換を行う複数の撮像素子２０を直線状に配列した構成を有し、例えば、ＣＣＤラインセンサなどが用いられる。ここで、撮像素子２０のサイズがこのラインセンサ自体の分解能に相当し、上記基板１７の溝部１８は撮像素子２０のサイズに相当する溝幅ｅに形成されている。
【００２６】
この撮像部１４にＸ線−蛍光変換部１３を組み合わせる場合、図２（ｂ）の実線で示すように、基板１７の溝部１８およびレール部１９上に所定の膜厚ｄのＸ線蛍光物質９を形成したＸ線−蛍光変換部１３を、同図に２点鎖線で示すように、９０°回動させて倒置した配置としたのちに、図１に示すように撮像部１４に対向配置する。この配置としたことにより、Ｘ線−蛍光変換部１３のＸ線蛍光物質９の成膜方向Ｕは、撮像部１４の撮像素子２０の配列方向Ｖおよび撮像部１４へのＸ線３の入射方向Ｗに対して共に垂直な方向となる。このとき、Ｘ線−蛍光変換部１３の溝部１８とレール部１９とによる凹凸の幅は各撮像素子２０の幅と対応しており、Ｘ線−蛍光変換部１３の凹凸を各撮像素子２０に１対１に対応するよう配置してある。これにより、Ｘ線−蛍光変換部１３で発生した蛍光を各撮像素子２０で電気信号に変換することができる。すなわち、このＸ線ラインセンサでは、撮影対象物を透過してきたＸ線３が、Ｘ線−蛍光変換部１３におけるＸ線蛍光物質９の凹凸のサイズに相当する分解能の光画像に変換されたのちに、そのままの分解能で撮像部１４により画像信号に変換される。
【００２７】
ところで、Ｘ線−蛍光変換部１３において入射Ｘ線３を高効率で蛍光７に変換するためには、Ｘ線３の入射方向Ｗに沿ったＸ線蛍光物質９の厚みＨが重要な要素となり、この厚みＨが大きいほどＸ線３の吸収率が高くなって蛍光７の発光強度が強くなる。この実施形態のＸ線−蛍光変換部１３におけるＸ線蛍光物質９の厚みＨは、基板１７の厚みＨそのものであって、基板１７の形状によって任意の値に設定できるものである。Ｘ線蛍光物質９の成膜方向Ｕは上記厚みＨに垂直な方向であり、そのＸ線蛍光物質９の成膜による膜厚ｄは、少なくとも撮像素子２０のサイズと基板１７の凹凸の深さとの和の値に設定すればよく、例えば２０〜３０μｍ程度あればよい。したがって、僅かな成膜時間で所要の厚みＨを有するＸ線蛍光物質９を形成することができる。これに対し従来の装置では、Ｘ線３の入射方向に沿ったＸ線蛍光物質９の厚みを成膜により形成しているので、膜厚が１００ 〜５００ μｍ程度の成膜を行う必要があった。
【００２８】
また、この実施の形態では、撮像部１４は複数の撮像素子２０を一列に配列した構成になっている。したがって、１０μｍ以下の画面分解能を得ることを目的として対象物２とＸ線−蛍光変換部１３とを可及的に近接させた場合に、Ｘ線３が対象物を通過する際に発生する散乱Ｘ線３ａがＸ線−蛍光変換部１３に入射しても、図３に示すように、撮像部１４の撮像素子２０への影響がなくなる。
【００２９】
なお、上記実施の形態において、基板１７の凹凸の幅を撮像部１４の分解能のサイズよりも小さく形成するのが可能な場合には、基板１７をその凹凸の幅が撮像部１４の分解能のサイズに対し１／５程度になるよう設定して形成する。この基板１７にＸ線蛍光物質９を成膜して形成したＸ線−蛍光変換部１３は、その凹凸が撮像部１４の撮像素子２０に１対１に対応するよう配置する必要がなく、Ｘ線−蛍光変換部１３の蛍光７が撮像素子２０に入射するよう対向させて配置するだけでよい。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
図４は本発明の第２の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの要部の斜視図を示す。Ｘ線−蛍光変換部２１は、Ｘ線３を蛍光７に変換するＸ線蛍光物質９による薄膜と、蛍光７を反射する蛍光反射物質２２とによる薄膜とを交互に形成した構成になっている。Ｘ線蛍光物質９と蛍光反射物質２２とによる各々の薄膜の膜厚ｆ，ｇは、撮像素子２０のサイズｊよりも小さく、好ましくは１／５〜１／６程度に設定する。これにより、このＸ線−蛍光変換部２１は、撮像部１４に対設するに際してＸ線蛍光物質９と撮像素子２０との位置合わせをする必要がなく、成膜方向ｋが撮像素子２０の配列方向ｖに対し平行になるように配置するだけでよい。
【００３１】
このＸ線ラインセンサは、第１の実施の形態と同様に、Ｘ線３の入射方向Ｗに沿ったＸ線蛍光物質９の厚みＨは、成膜方向ｋの膜厚ｆではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、入射Ｘ線３を高効率で蛍光７に変換できる値に任意に設定することが可能である。また、Ｘ線蛍光物質９の各薄膜でそれぞれ発生した蛍光７は、両側の蛍光反射物質２２の薄膜により互いに干渉することなく撮像素子２０に入射されるので、高い画面分解能を得ることができる。
【００３２】
なお、この実施の形態のＸ線ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部２１の作製に際しては、実際に必要なサイズの数倍の大きさの領域を用いてＸ線蛍光物質９による薄膜と蛍光反射物質２２による薄膜とを交互に形成し、これを切断して分割することにより、複数個のＸ線−蛍光変換部２１を同時に得ることが可能であるから、１個当たりの作製時間を短縮することができる。
【００３３】
また、図４の構成において、蛍光反射物質２２による薄膜に代えて、Ｘ線を吸収するＸ線吸収材の薄膜を形成してもよい。このような構成としたＸ線−蛍光変換部は、蛍光に変換できないＸ線をＸ線吸収材が吸収するので、不要な散乱Ｘ線３ａなどを減少させて撮像部１４に到達するのを阻止できるから、撮像部１４のＸ線によるダメージを減少させることができる。
【００３４】
〔第３の実施の形態〕
図５は本発明の第３の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの要部の斜視図を示す。このＸ線ラインセンサのＸ線−蛍光変換部２３は、Ｘ線３を蛍光７に変換するＸ線蛍光物質９による薄膜のみを複数層に重ねるように形成した構成になっている。図６はＸ線蛍光物質９の薄膜内においてＸ線３を変換して発生した蛍光７の光学説明図で、このＸ線蛍光物質９の薄膜は、その１枚の膜厚ｆにおける両側表面が粗面部９ｂに形成されて、内部９ｃに比較して光の透過率が低い状態になっている。このようなＸ線蛍光物質９の薄膜を重ねて形成していることにより、各Ｘ線蛍光物質９の薄膜の各間に粗面部９ｂによる光学的な界面をもつＸ線−蛍光変換部２３となる。このＸ線−蛍光変換部２３は、各薄膜の積層方向ｋが撮像素子２０の配列方向ｖと平行になるよう配置される。
【００３５】
このＸ線−蛍光変換部２３は、各Ｘ線蛍光物質９の薄膜の各間に粗面部９ｂによる光学的な界面をもつこと、および各Ｘ線蛍光物質９の薄膜の膜厚ｆが、図５から明らかなように、撮像素子２０のサイズよりも小さく設定されていることとにより、このＸ線ラインセンサにより得られる画像信号は撮像素子２０のサイズに相当する高い画面分解能をもつ。
【００３６】
また、この実施の形態のＸ線−蛍光変換部２３においても、Ｘ線３の入射方向Ｗに沿ったＸ線蛍光物質９の厚みＨは、成膜方向ｋの膜厚ｆではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、この一辺のサイズは、入射Ｘ線３を高い変換効率で蛍光７に変換できる任意の値に設定することが可能である。したがって、この実施の形態のＸ線ラインセンサにおいても、高分解能の画像を得られるだけでなく、Ｘ線３の蛍光７への変換効率を高くすることができる。
【００３７】
〔第４の実施の形態〕
図７（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係るＸ線ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部２４の斜視図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示す。このＸ線−蛍光変換部２４は、第１の実施の形態で示したＸ線−蛍光変換部１３と同一構成における２面に、アルミニウムなどの金属の膜を蒸着またはスパッタリングなどにより成膜することにより、蛍光反射部２７が形成されている。
【００３８】
この蛍光反射部２７は、撮像部１４との対向面を除く５面の全てに形成してもよい。また、第２および第３の実施の形態で示したＸ線−蛍光変換部２１，２３と同一構成の各６面のうちの撮像部１４との対向面を除く面に蛍光反射部２７を形成した構成としてもよい。
【００３９】
このＸ線−蛍光反射部２７は、Ｘ線３の照射によりＸ線蛍光物質９に発生した蛍光７のうちの撮像素子２０以外の方向へ進む蛍光７を、蛍光反射部２７で反射させて最終的に撮像素子２０へ向けて入射させる。そのため、Ｘ線蛍光物質９で発生した蛍光７を無駄なく撮像素子２０に入射させることができので、極めてセンサ感度の高いＸ線ラインセンサを得ることが可能となる。
【００４０】
〔第５の実施の形態〕
図８は本発明の第５の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す斜視図、図９は図８のＢ−Ｂ線断面図である。このＸ線ラインセンサは、第１の実施の形態で示したと同一のＸ線−蛍光変換部１３および撮像部１４の他に、Ｘ線遮蔽部材２８と蛍光集光部２９とを備えている。Ｘ線遮蔽部材２８は、撮像部１４の全ての撮像素子２０を包含できる形状を有するＸ線通過孔３０が板状体に穿孔されており、Ｘ線通過孔３０が各撮像素子２０に対応するよう位置決めして設置されている。蛍光集光部２９は、Ｘ線−蛍光変換部１３からの蛍光７を各撮像素子２０に対し上方から垂直に入射するように集光する光学素子である。
【００４１】
つぎに、このＸ線ラインセンサの作用について説明する。対象物２を透過したＸ線３のうちのＸ線遮蔽部材２８のＸ線通過孔３０を通過したもののみがＸ線−蛍光変換部１３に照射され、それ以外のＸ線３はＸ線遮蔽部材２８で遮蔽されてＸ線−蛍光変換部１３への照射を阻止される。したがって、Ｘ線−蛍光変換部１３のＸ線蛍光物質９には、全ての撮像素子２０に対向する平面上の面積に対応する箇所にのみＸ線３が照射される。この照射されたＸ線３はＸ線−蛍光変換部１３によって蛍光７に変換されるが、この蛍光７の進む方向は定まっておらず、あらゆる方向に進む。通常は、発生した蛍光７のうちの撮像素子２０に入射したものだけが画像信号に変換されるが、その変換される蛍光７はＸ線−蛍光変換部１３で発生した蛍光７の一部であり、その他の蛍光７はセンサ感度に寄与することなく消失してしまう。先の第４の実施の形態で示した蛍光反射部２７を有するＸ線−蛍光変換部２４は、蛍光７が撮像素子２０に入射せずに消失するのを防止できるものであるが、蛍光７の消失を完全に防止できない。この点について、以下に説明する。
【００４２】
図１０は、Ｘ線−蛍光変換部１３と撮像素子２０との位置関係をＸ線源１から見た概略平面図である。基板１７に形成されたＸ線蛍光物質９の層は、基板１７の溝部１８とレール部１９とからなる凹凸形状がそのまま反映した形状になっている。これに対して撮像素子２０は直線状に配置されているため、Ｘ線源１側から見てＸ線蛍光物質９が撮像素子２０上を完全にカバーするためには、撮像素子２０の膜厚ｄが少なくとも撮像素子２０のサイズと基板１７の溝部１８の深さの和に設定されている必要がある。したがって、基板１７のレール部１９上に成膜されたＸ線蛍光物質９の先端部分は撮像素子２０に対しはみ出した状態で対向することになり、このＸ線蛍光物質９の部分から発光する蛍光７はセンサ感度に寄与できないことになる。そこで、図９に示すように、蛍光集光部２９は、撮像素子２０に入射しない方向に向かう蛍光７を集光して撮像素子２０に集光させることにより、センサ感度を向上させる。
【００４３】
一方、Ｘ線遮蔽部材２８は、Ｘ線−蛍光変換部１３に入射させるＸ線３を撮像素子２０の形状に対応するよう規制することにより、撮像素子２０の配置方向ｖに対し直交方向への画像信号のクロストークを防止して、分解能の低下を防止するよう機能する。これらにより、このＸ線ラインセンサは、Ｘ線−蛍光変換部１３から発光した蛍光７を効率よく電気信号に変換することができるから、高感度となる。なお、この実施の形態において、第４の実施の形態で示したＸ線−蛍光変換部２４を用いれば、センサ感度をさらに向上させることができる。
【００４４】
〔第６の実施の形態〕
図１１は本発明の第６の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す縦断面図である。このＸ線ラインセンサは、第５の実施の形態のＸ線ラインセンサにおける光学系からなる蛍光集光部２９に代えて、光ファイバー３２からなる蛍光集光部３１を用いてＸ線−蛍光変換部１３からの蛍光７を撮像素子２０上に結像させるようにしたものである。このＸ線ラインセンサにおいても、Ｘ線−蛍光変換部１３から発光した蛍光７を効率よく電気信号に変換することができるから、高感度となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明のＸ線ラインセンサによれば、Ｘ線蛍光物質が光学的な界面を有する形状に形成されたＸ線−蛍光変換部を備えているので、高感度を得ることを目的としてＸ線蛍光物質の厚みを大きく形成しながらもクロストークによる分解能の低下を防止できる。また、Ｘ線蛍光物質におけるＸ線の入射方向の厚みを、成膜方向とは異なる方向に設定するようにしたので、Ｘ線を高い変換効率で蛍光に変換できる構成としながらも、Ｘ線蛍光物質を僅かな成膜時間で形成することができる。撮像部が撮像素子を直線状に配置した構成になっているので、高い分解能を得ることを目的としてＸ線−蛍光変換部を検査対象物に接近して配置しても、撮像素子の配置方向以外の散乱Ｘ線の影響を除外できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す要部の斜視図。
【図２】（ａ），（ｂ）は同上ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部の作製過程を工程順に示す斜視図。
【図３】同上ラインセンサの光学説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す要部の斜視図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す要部の斜視図。
【図６】同上ラインセンサの光学説明図。
【図７】（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係るＸ線ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部の斜視部、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面部。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す斜視図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図。
【図１０】同上ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部と撮像素子との位置関係を示す平面図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの縦断面図。
【図１２】本発明の対象となるＸ線検査装置の全体構成を示すブロック構成図。
【図１３】Ｘ線蛍光物質内での分解能の低下の発生を示す光学説明図。
【図１４】従来のＸ線検査装置におけるＸ線−蛍光変換部の斜視図。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は同上Ｘ線−蛍光変換部の作製過程を工程順に示した縦断面図。
【図１６】Ｘ線画像の拡大の光学説明図。
【図１７】従来のＸ線検査装置の光学説明図。
【符号の説明】
２ 対象物
３ Ｘ線
７ 蛍光
９ Ｘ線蛍光物質
１３ Ｘ線−蛍光変換部
１４ 撮像部
１７ 基板
１８ 溝部
２０ 撮像素子
２１ Ｘ線−蛍光変換部
２２ 蛍光反射物質
２４ Ｘ線−蛍光変換部
２７ 蛍光反射部
２８ Ｘ線遮蔽部材
２９，３１ 蛍光集光部
３２ 光ファイバ−
ｕ 成膜方向
ｖ 配列方向
ｗ 入射方向
ｅ 溝幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物、例えば精密電子部品の接合部を透過したＸ線により得られるＸ線透光画像に基づいて接合部の接合状態などの検査を行うのに使用されるＸ線ラインセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の用途に用いられるＸ線検査装置は、図１２に示すように、対象物２における接合状態などを検査すべき箇所に、Ｘ線管などのＸ線源１からＸ線３を照射して、その対象物２を透過したＸ線３をＸ線−蛍光変換部４で蛍光７に変換し、さらに、蛍光７を光電変換部８で電荷、つまり電気信号に変換して画像化する構成になっている。光電変換部８としては主としてＣＣＤエリアセンサが用いられており、Ｘ線−蛍光変換部４としては、ガラス基板上にＸ線蛍光物質を塗布したものが一般に用いられている。
【０００３】
図１３は、Ｘ線−蛍光変換部４におけるガラス基板上に塗着したＸ線蛍光物質９の断面形状を示し、円形で示してるのはＸ線蛍光物質９の粒子９ａである。Ｘ線３を照射することによりＸ線蛍光物質９から発生する蛍光７は、隣接する粒子９ａ間でのクロストークにより、互いの蛍光７が干渉し合って像がぼけたり、像の細かい部分が消失したりして、分解能の低下を引き起こす。この分解能の低下は、Ｘ線−蛍光変換部４の感度を上げることを目的としてＸ線蛍光物質９の膜厚を大きくすればするほど顕著にあらわれる。また、このようなＸ線検査装置では、センサ感度を上げることを目的としてＸ線−蛍光変換部４と光電変換部８との間に増幅器を設ける場合があるが、この増幅器自体が高分解能でないため、増幅器による分解能の低下が発生する。
【０００４】
そこで、高感度、且つ高分解能なＸ線検査装置を得るために、図１４に示すように、Ｘ線蛍光物質９を柱状構造に成膜したＸ線−蛍光変換部４が多く使用されている。このＸ線−蛍光変換部４は、基板１０の表面に凸状部１１が光電変換部８の画素に対応させた格子状の配置で形成され、この基板１０の凹凸面となった表面にＸ線蛍光物質９を蒸着などの成膜手段により堆積させることにより、画素に対応した柱状構造を有するＸ線蛍光物質９が得られる。
【０００５】
この柱状構造のＸ線蛍光物質９は、同一水平面上において隣接する凸状部１１と凹状部１２とに各々対応する箇所が時間的なずれをもって形成されるから、Ｘ線蛍光物質９における凸状部１１と凹状部１２とに各々対応する箇所の間には光学的な界面を有する。したがって、図１４のＸ線−蛍光変換部４のＸ線蛍光物質９は、厚みを大きく形成して高感度を得られるようにしても、光の拡散が少ないことから分解能の低下を招かないものとなる。ここで、Ｘ線−蛍光変換部４のＸ線蛍光物質９の凹凸は、ＣＣＤエリアセンサからなる光電変換部８の画素に対応して形成しているので、これが検査装置自体の分解能となる。現在実用化されている分解野は２５μｍ程度である。
【０００６】
従来、画像の細かい部分を検査するために、上記の２５μｍ以下の分解能を必要とする場合には、マイクロフォーカスＸ線管を用いて画像を拡大して検査している。これを、Ｘ線による画像拡大の説明図である図１６（ａ），（ｂ）を参照しながら説明すると、Ｘ線管１ａ，１ｂから放射状に発射されるＸ線３は、直進性が非常に強いため、Ｘ線管１ａ，１ｂと対象物２との距離Ｌ１を固定して、対象物２とＸ線−蛍光変換部４との距離Ｌ２を長く設定すると、Ｘ線−蛍光変換部４上の画像は大きなサイズとなる、つまり拡大画像となる。ところが、このとき問題となるのは、Ｘ線管１ａ，１ｂの焦点サイズによる像のぼけである。（ａ）の焦点サイズの大きなＸ線管１ａおよび（ｂ）は焦点サイズの小さなＸ線管１ｂからそれぞれ発射して検査対象物２の同一点を通ったＸ線３は、Ｘ線−蛍光変換部４上のΔｕ１，Δｕ２の各範囲に存在することになり、焦点サイズに大小に応じてサイズ分だけ画像がぼける。したがって、画像を良好に拡大するためには、（ｂ）のような焦点サイズの小さいマイクロフォーカスＸ線管１ｂを使用して、画像をぼけが大きくならないように拡大する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＸ線−蛍光変換部４では、高感度を得るために、図１４に示すＸ線蛍光物質９の膜厚Ｄを１００ 〜５００ μｍ程度に設定する必要があるが、このＸ線蛍光物質９を１００ 〜５００ μｍの膜厚に成膜するには、その成膜工程を順に示した図１５（ａ）〜（ｄ）のように、成膜工程を複数回繰り返しながら薄膜を重ねるように形成する必要がある。そのため、Ｘ線蛍光物質９を所定の膜厚Ｄに形成する成膜工程に時間がかかり過ぎ、生産性が悪いという問題がある。
【０００８】
また、従来では、２５μｍ以下の分解能が必要な精密検査を行う場合、上述のようにマイクロフォーカスＸ線管を用いているが、このマイクロフォーカスＸ線管は５００ 万円〜２０００万円程度の非常に高価なものであり、これが設備費の増大の要因になっている。さらに、１０μｍ 以下の画面分解能を必要する場合には、対象物２とＸ線−蛍光変換部４とをその距離Ｌ２が可及的に小さくなるよう近接させている。これにより、図１６に示した画像ボケΔｕ１，Δｕ２がほぼゼロとなり、焦点サイズとは無関係に精密検査が可能となる。しかしながら、その場合には、図１７に示すように、Ｘ線３が対象物２を透過する際に発生する散乱Ｘ線３ａがＸ線−蛍光変換部４に入射することにより、画面分解能の低下を引き起こす。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、Ｘ線を高効率で蛍光に変換して高いセンサ感度を得られるとともに高分解能を有するＸ線ラインセンサを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、前記撮像部は、複数の撮像素子が前記Ｘ線の入射方向に対向して直線状に配置されてなり、前記Ｘ線−蛍光変換部は、所定の溝幅の溝部が一定間隔で平行に形成された基板の表面に、Ｘ線を蛍光に変換するＸ線蛍光物質が所定の膜厚に成膜して形成されているとともに、前記Ｘ線蛍光物質の成膜方向が前記撮像素子の配列方向および前記Ｘ線の入射方向に対し共に直交するよう配置して前記撮像部に対設されている。
【００１１】
このＸ線ラインセンサは、Ｘ線蛍光物質が基板における溝部を有する凹凸面上に成膜されるから、溝部上のＸ線蛍光物質と溝部以外の箇所のＸ線蛍光物質との間に光学的な界面を有する。したがって、Ｘ線−蛍光変換部は、厚みを大きく形成しても、クロストークによる分解能の低下を防止できる。また、撮像部が撮像素子を直線状に配置した構成になっているので、高い分解能を得ることを目的としてＸ線−蛍光変換部を検査対象物に接近して配置しても、撮像素子の配置方向以外の散乱Ｘ線の影響を除外できる。これらにより、このＸ線ラインセンサは高い分解能を得ることがてきる。
【００１２】
また、Ｘ線蛍光物質におけるＸ線の入射方向の厚みは、基板の厚みそのものであって、基板の形状によって任意の大きな値に設定してＸ線を高い変換効率で蛍光に変換できる。しかも、Ｘ線−蛍光変換部の作製に際してのＸ線蛍光物質の基板に対する成膜方向は、Ｘ線の入射方向の厚みに対し垂直な方向であり、Ｘ線蛍光物質の成膜による膜厚は、少なくとも撮像素子のサイズと基板の凹凸の深さとの和の値を有する小さな値でよく、僅かな成膜時間で形成することができる。
【００１３】
上記発明において、対象物を透過したＸ線のうちの撮像素子に対向するもの以外を遮断するＸ線遮蔽部材を、前記対象物とＸ線−蛍光変換部との間に配置し、前記撮像素子に対し垂直な方向の蛍光を集光して前記撮像素子に対し垂直に入射させる光学系からなる蛍光集光部を、前記Ｘ線−蛍光変換部と撮像部との間に配置した構成とすることが好ましい。
【００１４】
これにより、Ｘ線遮蔽部材が、Ｘ線−蛍光変換部に入射させるＸ線を撮像素子の形状に対応するよう規制するので、撮像素子の配置方向に対し同一面上の直交方向への画像信号のクロストークを防止でき、分解能を低下を防げる。また、Ｘ線−蛍光変換部が撮像素子のサイズよりも大きな形状であっても、撮像素子に入射しない方向に向かう蛍光を蛍光集光部が集光して撮像素子に集光させるので、センサ感度が向上する。
【００１５】
上記構成における光学系の蛍光集光部に代えて、光ファイバーからなる蛍光集光部を用いることもできる。これにより、光学系の蛍光集光部を用いる場合と同様に、撮像素子に入射しない方向に向かう蛍光を集光して撮像素子に集光させることができ、センサ感度が向上する。
【００１６】
第２の発明は、対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、前記撮像部は、複数の撮像素子が直線状に配置されてなり、前記Ｘ線−蛍光変換部は、Ｘ線を蛍光に変換するＸ線蛍光物質と、蛍光を反射する蛍光反射物質とがそれぞれ所定の膜厚で交互に成膜されてなるとともに、前記Ｘ線蛍光物質と前記蛍光反射物質の膜厚が、前記撮像素子の配列方向の幅の１／５〜１／６であり、前記Ｘ線蛍光物質と前記蛍光反射物質の成膜方向が前記撮像素子の配列方向に対し平行で、且つ前記Ｘ線の入射方向に対し直交するよう配置して前記撮像部に対設されている。
【００１７】
このＸ線ラインセンサは、Ｘ線の入射方向に沿ったＸ線蛍光物質の厚みは、成膜方向の膜厚ではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、入射Ｘ線を高効率で蛍光に変換できる大きな値に設定しても、Ｘ線蛍光物質の成膜方向の膜厚は小さいので、成膜に時間を要しない。しかも、Ｘ線−蛍光変換部の構造上から、実際に必要なサイズの数倍の大きさの領域を用いてＸ線蛍光物質による薄膜と蛍光反射物質による薄膜とを交互に形成し、これを切断して分割することにより、複数個のＸ線−蛍光変換部を同時に得ることも可能であり、その場合には１個当たりの作製時間を大幅に短縮することができる。また、Ｘ線蛍光物質の各薄膜でそれぞれ発生した蛍光は、両側の蛍光反射物質の薄膜により互いに干渉することなく撮像素子に入射されるので、高い画面分解能とセンサ感度を得ることができる。さらに、蛍光反射物質による薄膜の膜厚を撮像素子のサイズより小さくできるので、その場合には、Ｘ線−蛍光変換部を撮像素子に配列方向に対し位置合わせすることなく配置できる利点がある。
【００１８】
上記発明における蛍光反射物質に代えて、Ｘ線を透過させることなく吸収するＸ線吸収物質を用いた構成とすることもできる。これにより、蛍光に変換できないＸ線をＸ線吸収物質が吸収するので、不要な散乱Ｘ線などを減少させて撮像部に到達するのを阻止できるので、撮像部のＸ線によるダメージを減少させることができる。
【００１９】
第３の発明は、対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、前記撮像部は、複数の撮像素子が直線状に配置されてなり、前記Ｘ線−蛍光変換部は、両面が粗面である薄膜を複数層に重ねて形成されてなるとともに、その成膜方向が前記撮像素子の配列方向に対し平行で、且つ前記Ｘ線の入射方向に対し直交するよう配置して前記撮像部に対設されている。
【００２０】
このＸ線ラインセンサは、各Ｘ線蛍光物質の薄膜が、それらの両面が粗面であることによって光学的な界面を有しているため、クロストークによる分解能の低下を防止でき、高い画面分解能を得られる。また、Ｘ線−蛍光変換部におけるＸ線の入射方向に沿ったＸ線蛍光物質の厚みは、成膜方向の膜厚ではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、この一辺のサイズは、入射Ｘ線を高い変換効率で蛍光に変換可能な大きな値に設定しても、各Ｘ線蛍光物質による薄膜の膜厚はそれぞれ小さいので、成膜に時間を要しない。
【００２１】
上記の各発明において、Ｘ線−蛍光物質における撮像素子との対向面を除く面に蛍光反射膜を形成した構成とすることが好ましい。これにより、Ｘ線蛍光物質に発生した蛍光のうちの撮像素子以外の方向へ進む蛍光を、蛍光反射部で反射させて最終的に撮像素子へ向けて入射させることができるから、Ｘ線蛍光物質で発生した蛍光を無駄なく撮像素子に入射させて極めて感度の高いＸ線ラインセンサを得ることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの要部の斜視図であり、Ｘ線−蛍光変換部１３と撮像部１４との位置関係を示している。また、図２（ａ），（ｂ）はＸ線−蛍光変換部１３の作製過程を示す斜視図である。Ｘ線−蛍光変換部１３は、図２（ａ）に示すように、基板１７の表面に、分解能に相当する溝幅ｅの溝部１８と、この溝部１８間に位置するレール部１９とを、交互で且つ互いに平行な配置で形成され、この基板１７における溝部１８とレール部１９とを有する凹凸面上に、図２（ｂ）に実線で示すように、Ｘ線３が照射されると蛍光７を発するＸ線蛍光物質９が、蒸着またはスパッタリングなどの成膜手段により所定の膜厚ｄに形成されて構成されている。
【００２４】
上記基板１７としては、溝部１８およびレール部１９を微細ピッチで加工して高分解能化を達成するために、シリコン基板やガラス基板などの微細加工可能なものが適している。また、Ｘ線蛍光物質９としては、ヨウ化セシウム ＣｓＩ（ＴＩ），ＣＳＩ （Ｎａ） やガドリウム加工物〔Ｇｄ２Ｏ２Ｓ Ｔｂ）などの物質が用いられる。このＸ線−蛍光変換部１３は、基板１７における溝部１８とレール部１９とによる凹凸面上にＸ線蛍光物質９を成膜しているので、その基板１７の凹凸に従った界面を有するＸ線蛍光物質９の層が形成される。この界面で互いに区画されている個々のＸ線蛍光物質９をＸ線蛍光物質エレメントと称することができる。
【００２５】
撮像部１４は、光電変換を行う複数の撮像素子２０を直線状に配列した構成を有し、例えば、ＣＣＤラインセンサなどが用いられる。ここで、撮像素子２０のサイズがこのラインセンサ自体の分解能に相当し、上記基板１７の溝部１８は撮像素子２０のサイズに相当する溝幅ｅに形成されている。
【００２６】
この撮像部１４にＸ線−蛍光変換部１３を組み合わせる場合、図２（ｂ）の実線で示すように、基板１７の溝部１８およびレール部１９上に所定の膜厚ｄのＸ線蛍光物質９を形成したＸ線−蛍光変換部１３を、同図に２点鎖線で示すように、９０°回動させて倒置した配置としたのちに、図１に示すように撮像部１４に対向配置する。この配置としたことにより、Ｘ線−蛍光変換部１３のＸ線蛍光物質９の成膜方向Ｕは、撮像部１４の撮像素子２０の配列方向Ｖおよび撮像部１４へのＸ線３の入射方向Ｗに対して共に垂直な方向となる。このとき、Ｘ線−蛍光変換部１３の溝部１８とレール部１９とによる凹凸の幅は各撮像素子２０の幅と対応しており、Ｘ線−蛍光変換部１３の凹凸を各撮像素子２０に１対１に対応するよう配置してある。これにより、Ｘ線−蛍光変換部１３で発生した蛍光を各撮像素子２０で電気信号に変換することができる。すなわち、このＸ線ラインセンサでは、撮影対象物を透過してきたＸ線３が、Ｘ線−蛍光変換部１３におけるＸ線蛍光物質９の凹凸のサイズに相当する分解能の光画像に変換されたのちに、そのままの分解能で撮像部１４により画像信号に変換される。
【００２７】
ところで、Ｘ線−蛍光変換部１３において入射Ｘ線３を高効率で蛍光７に変換するためには、Ｘ線３の入射方向Ｗに沿ったＸ線蛍光物質９の厚みＨが重要な要素となり、この厚みＨが大きいほどＸ線３の吸収率が高くなって蛍光７の発光強度が強くなる。この実施形態のＸ線−蛍光変換部１３におけるＸ線蛍光物質９の厚みＨは、基板１７の厚みＨそのものであって、基板１７の形状によって任意の値に設定できるものである。Ｘ線蛍光物質９の成膜方向Ｕは上記厚みＨに垂直な方向であり、そのＸ線蛍光物質９の成膜による膜厚ｄは、少なくとも撮像素子２０のサイズと基板１７の凹凸の深さとの和の値に設定すればよく、例えば２０〜３０μｍ程度あればよい。したがって、僅かな成膜時間で所要の厚みＨを有するＸ線蛍光物質９を形成することができる。これに対し従来の装置では、Ｘ線３の入射方向に沿ったＸ線蛍光物質９の厚みを成膜により形成しているので、膜厚が１００ 〜５００ μｍ程度の成膜を行う必要があった。
【００２８】
また、この実施の形態では、撮像部１４は複数の撮像素子２０を一列に配列した構成になっている。したがって、１０μｍ以下の画面分解能を得ることを目的として対象物２とＸ線−蛍光変換部１３とを可及的に近接させた場合に、Ｘ線３が対象物を通過する際に発生する散乱Ｘ線３ａがＸ線−蛍光変換部１３に入射しても、図３に示すように、撮像部１４の撮像素子２０への影響がなくなる。
【００２９】
なお、上記実施の形態において、基板１７の凹凸の幅を撮像部１４の分解能のサイズよりも小さく形成するのが可能な場合には、基板１７をその凹凸の幅が撮像部１４の分解能のサイズに対し１／５程度になるよう設定して形成する。この基板１７にＸ線蛍光物質９を成膜して形成したＸ線−蛍光変換部１３は、その凹凸が撮像部１４の撮像素子２０に１対１に対応するよう配置する必要がなく、Ｘ線−蛍光変換部１３の蛍光７が撮像素子２０に入射するよう対向させて配置するだけでよい。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
図４は本発明の第２の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの要部の斜視図を示す。Ｘ線−蛍光変換部２１は、Ｘ線３を蛍光７に変換するＸ線蛍光物質９による薄膜と、蛍光７を反射する蛍光反射物質２２とによる薄膜とを交互に形成した構成になっている。Ｘ線蛍光物質９と蛍光反射物質２２とによる各々の薄膜の膜厚ｆ，ｇは、撮像素子２０のサイズｊよりも小さく、好ましくは１／５〜１／６程度に設定する。これにより、このＸ線−蛍光変換部２１は、撮像部１４に対設するに際してＸ線蛍光物質９と撮像素子２０との位置合わせをする必要がなく、成膜方向ｋが撮像素子２０の配列方向ｖに対し平行になるように配置するだけでよい。
【００３１】
このＸ線ラインセンサは、第１の実施の形態と同様に、Ｘ線３の入射方向Ｗに沿ったＸ線蛍光物質９の厚みＨは、成膜方向ｋの膜厚ｆではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、入射Ｘ線３を高効率で蛍光７に変換できる値に任意に設定することが可能である。また、Ｘ線蛍光物質９の各薄膜でそれぞれ発生した蛍光７は、両側の蛍光反射物質２２の薄膜により互いに干渉することなく撮像素子２０に入射されるので、高い画面分解能を得ることができる。
【００３２】
なお、この実施の形態のＸ線ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部２１の作製に際しては、実際に必要なサイズの数倍の大きさの領域を用いてＸ線蛍光物質９による薄膜と蛍光反射物質２２による薄膜とを交互に形成し、これを切断して分割することにより、複数個のＸ線−蛍光変換部２１を同時に得ることが可能であるから、１個当たりの作製時間を短縮することができる。
【００３３】
また、図４の構成において、蛍光反射物質２２による薄膜に代えて、Ｘ線を吸収するＸ線吸収材の薄膜を形成してもよい。このような構成としたＸ線−蛍光変換部は、蛍光に変換できないＸ線をＸ線吸収材が吸収するので、不要な散乱Ｘ線３ａなどを減少させて撮像部１４に到達するのを阻止できるから、撮像部１４のＸ線によるダメージを減少させることができる。
【００３４】
〔第３の実施の形態〕
図５は本発明の第３の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの要部の斜視図を示す。このＸ線ラインセンサのＸ線−蛍光変換部２３は、Ｘ線３を蛍光７に変換するＸ線蛍光物質９による薄膜のみを複数層に重ねるように形成した構成になっている。図６はＸ線蛍光物質９の薄膜内においてＸ線３を変換して発生した蛍光７の光学説明図で、このＸ線蛍光物質９の薄膜は、その１枚の膜厚ｆにおける両側表面が粗面部９ｂに形成されて、内部９ｃに比較して光の透過率が低い状態になっている。このようなＸ線蛍光物質９の薄膜を重ねて形成していることにより、各Ｘ線蛍光物質９の薄膜の各間に粗面部９ｂによる光学的な界面をもつＸ線−蛍光変換部２３となる。このＸ線−蛍光変換部２３は、各薄膜の積層方向ｋが撮像素子２０の配列方向ｖと平行になるよう配置される。
【００３５】
このＸ線−蛍光変換部２３は、各Ｘ線蛍光物質９の薄膜の各間に粗面部９ｂによる光学的な界面をもつこと、および各Ｘ線蛍光物質９の薄膜の膜厚ｆが、図５から明らかなように、撮像素子２０のサイズよりも小さく設定されていることとにより、このＸ線ラインセンサにより得られる画像信号は撮像素子２０のサイズに相当する高い画面分解能をもつ。
【００３６】
また、この実施の形態のＸ線−蛍光変換部２３においても、Ｘ線３の入射方向Ｗに沿ったＸ線蛍光物質９の厚みＨは、成膜方向ｋの膜厚ｆではなく、成膜を行う領域の一辺のサイズであり、この一辺のサイズは、入射Ｘ線３を高い変換効率で蛍光７に変換できる任意の値に設定することが可能である。したがって、この実施の形態のＸ線ラインセンサにおいても、高分解能の画像を得られるだけでなく、Ｘ線３の蛍光７への変換効率を高くすることができる。
【００３７】
〔第４の実施の形態〕
図７（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係るＸ線ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部２４の斜視図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示す。このＸ線−蛍光変換部２４は、第１の実施の形態で示したＸ線−蛍光変換部１３と同一構成における２面に、アルミニウムなどの金属の膜を蒸着またはスパッタリングなどにより成膜することにより、蛍光反射部２７が形成されている。
【００３８】
この蛍光反射部２７は、撮像部１４との対向面を除く５面の全てに形成してもよい。また、第２および第３の実施の形態で示したＸ線−蛍光変換部２１，２３と同一構成の各６面のうちの撮像部１４との対向面を除く面に蛍光反射部２７を形成した構成としてもよい。
【００３９】
このＸ線−蛍光反射部２７は、Ｘ線３の照射によりＸ線蛍光物質９に発生した蛍光７のうちの撮像素子２０以外の方向へ進む蛍光７を、蛍光反射部２７で反射させて最終的に撮像素子２０へ向けて入射させる。そのため、Ｘ線蛍光物質９で発生した蛍光７を無駄なく撮像素子２０に入射させることができので、極めてセンサ感度の高いＸ線ラインセンサを得ることが可能となる。
【００４０】
〔第５の実施の形態〕
図８は本発明の第５の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す斜視図、図９は図８のＢ−Ｂ線断面図である。このＸ線ラインセンサは、第１の実施の形態で示したと同一のＸ線−蛍光変換部１３および撮像部１４の他に、Ｘ線遮蔽部材２８と蛍光集光部２９とを備えている。Ｘ線遮蔽部材２８は、撮像部１４の全ての撮像素子２０を包含できる形状を有するＸ線通過孔３０が板状体に穿孔されており、Ｘ線通過孔３０が各撮像素子２０に対応するよう位置決めして設置されている。蛍光集光部２９は、Ｘ線−蛍光変換部１３からの蛍光７を各撮像素子２０に対し上方から垂直に入射するように集光する光学素子である。
【００４１】
つぎに、このＸ線ラインセンサの作用について説明する。対象物２を透過したＸ線３のうちのＸ線遮蔽部材２８のＸ線通過孔３０を通過したもののみがＸ線−蛍光変換部１３に照射され、それ以外のＸ線３はＸ線遮蔽部材２８で遮蔽されてＸ線−蛍光変換部１３への照射を阻止される。したがって、Ｘ線−蛍光変換部１３のＸ線蛍光物質９には、全ての撮像素子２０に対向する平面上の面積に対応する箇所にのみＸ線３が照射される。この照射されたＸ線３はＸ線−蛍光変換部１３によって蛍光７に変換されるが、この蛍光７の進む方向は定まっておらず、あらゆる方向に進む。通常は、発生した蛍光７のうちの撮像素子２０に入射したものだけが画像信号に変換されるが、その変換される蛍光７はＸ線−蛍光変換部１３で発生した蛍光７の一部であり、その他の蛍光７はセンサ感度に寄与することなく消失してしまう。先の第４の実施の形態で示した蛍光反射部２７を有するＸ線−蛍光変換部２４は、蛍光７が撮像素子２０に入射せずに消失するのを防止できるものであるが、蛍光７の消失を完全に防止できない。この点について、以下に説明する。
【００４２】
図１０は、Ｘ線−蛍光変換部１３と撮像素子２０との位置関係をＸ線源１から見た概略平面図である。基板１７に形成されたＸ線蛍光物質９の層は、基板１７の溝部１８とレール部１９とからなる凹凸形状がそのまま反映した形状になっている。これに対して撮像素子２０は直線状に配置されているため、Ｘ線源１側から見てＸ線蛍光物質９が撮像素子２０上を完全にカバーするためには、撮像素子２０の膜厚ｄが少なくとも撮像素子２０のサイズと基板１７の溝部１８の深さの和に設定されている必要がある。したがって、基板１７のレール部１９上に成膜されたＸ線蛍光物質９の先端部分は撮像素子２０に対しはみ出した状態で対向することになり、このＸ線蛍光物質９の部分から発光する蛍光７はセンサ感度に寄与できないことになる。そこで、図９に示すように、蛍光集光部２９は、撮像素子２０に入射しない方向に向かう蛍光７を集光して撮像素子２０に集光させることにより、センサ感度を向上させる。
【００４３】
一方、Ｘ線遮蔽部材２８は、Ｘ線−蛍光変換部１３に入射させるＸ線３を撮像素子２０の形状に対応するよう規制することにより、撮像素子２０の配置方向ｖに対し直交方向への画像信号のクロストークを防止して、分解能の低下を防止するよう機能する。これらにより、このＸ線ラインセンサは、Ｘ線−蛍光変換部１３から発光した蛍光７を効率よく電気信号に変換することができるから、高感度となる。なお、この実施の形態において、第４の実施の形態で示したＸ線−蛍光変換部２４を用いれば、センサ感度をさらに向上させることができる。
【００４４】
〔第６の実施の形態〕
図１１は本発明の第６の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す縦断面図である。このＸ線ラインセンサは、第５の実施の形態のＸ線ラインセンサにおける光学系からなる蛍光集光部２９に代えて、光ファイバー３２からなる蛍光集光部３１を用いてＸ線−蛍光変換部１３からの蛍光７を撮像素子２０上に結像させるようにしたものである。このＸ線ラインセンサにおいても、Ｘ線−蛍光変換部１３から発光した蛍光７を効率よく電気信号に変換することができるから、高感度となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明のＸ線ラインセンサによれば、Ｘ線蛍光物質が光学的な界面を有する形状に形成されたＸ線−蛍光変換部を備えているので、高感度を得ることを目的としてＸ線蛍光物質の厚みを大きく形成しながらもクロストークによる分解能の低下を防止できる。また、Ｘ線蛍光物質におけるＸ線の入射方向の厚みを、成膜方向とは異なる方向に設定するようにしたので、Ｘ線を高い変換効率で蛍光に変換できる構成としながらも、Ｘ線蛍光物質を僅かな成膜時間で形成することができる。撮像部が撮像素子を直線状に配置した構成になっているので、高い分解能を得ることを目的としてＸ線−蛍光変換部を検査対象物に接近して配置しても、撮像素子の配置方向以外の散乱Ｘ線の影響を除外できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す要部の斜視図。
【図２】（ａ），（ｂ）は同上ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部の作製過程を工程順に示す斜視図。
【図３】同上ラインセンサの光学説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す要部の斜視図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す要部の斜視図。
【図６】同上ラインセンサの光学説明図。
【図７】（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係るＸ線ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部の斜視部、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面部。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るＸ線ラインセンサを示す斜視図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図。
【図１０】同上ラインセンサにおけるＸ線−蛍光変換部と撮像素子との位置関係を示す平面図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態に係るＸ線ラインセンサの縦断面図。
【図１２】本発明の対象となるＸ線検査装置の全体構成を示すブロック構成図。
【図１３】Ｘ線蛍光物質内での分解能の低下の発生を示す光学説明図。
【図１４】従来のＸ線検査装置におけるＸ線−蛍光変換部の斜視図。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は同上Ｘ線−蛍光変換部の作製過程を工程順に示した縦断面図。
【図１６】Ｘ線画像の拡大の光学説明図。
【図１７】従来のＸ線検査装置の光学説明図。
【符号の説明】
２ 対象物
３ Ｘ線
７ 蛍光
９ Ｘ線蛍光物質
１３ Ｘ線−蛍光変換部
１４ 撮像部
１７ 基板
１８ 溝部
２０ 撮像素子
２１ Ｘ線−蛍光変換部
２２ 蛍光反射物質
２４ Ｘ線−蛍光変換部
２７ 蛍光反射部
２８ Ｘ線遮蔽部材
２９，３１ 蛍光集光部
３２ 光ファイバ−
ｕ 成膜方向
ｖ 配列方向
ｗ 入射方向
ｅ 溝幅
Claims (7)
- 対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、
前記撮像部は、複数の撮像素子が前記Ｘ線の入射方向に対向して直線状に配置されてなり、
前記Ｘ線−蛍光変換部は、所定の溝幅の溝部が一定間隔で平行に形成された基板の表面に、Ｘ線を蛍光に変換するＸ線蛍光物質が所定の膜厚に成膜して形成されているとともに、前記Ｘ線蛍光物質の成膜方向が前記撮像素子の配列方向および前記Ｘ線の入射方向に対し共に直交するよう配置して前記撮像部に対設されていることを特徴とするＸ線ラインセンサ。 - 対象物を透過したＸ線のうちの撮像素子に対向するもの以外を遮断するＸ線遮蔽部材を、前記対象物とＸ線−蛍光変換部との間に配置し、前記撮像素子に対し垂直な方向の蛍光を集光して前記撮像素子に対し垂直に入射させる光学系からなる蛍光集光部を、前記Ｘ線−蛍光変換部と撮像部との間に配置した請求項１に記載のＸ線ラインセンサ。
- 光学系の蛍光集光部に代えて、光ファイバーからなる蛍光集光部を用いた請求項２に記載のＸ線ラインセンサ。
- 対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、
前記撮像部は、複数の撮像素子が直線状に配置されてなり、
前記Ｘ線−蛍光変換部は、Ｘ線を蛍光に変換するＸ線蛍光物質と、蛍光を反射する蛍光反射物質とがそれぞれ所定の膜厚で交互に成膜されてなるとともに、前記Ｘ線蛍光物質と前記蛍光反射物質の膜厚が、前記撮像素子の配列方向の幅の１／５〜１／６であり、前記Ｘ線蛍光物質と前記蛍光反射物質の成膜方向が前記撮像素子の配列方向に対し平行で、且つ前記Ｘ線の入射方向に対し直交するよう配置して前記撮像部に対設されていることを特徴とするＸ線ラインセンサ。 - 蛍光反射物質に代えて、Ｘ線を透過させることなく吸収するＸ線吸収物質を用いた請求項４に記載のＸ線ラインセンサ。
- 対象物を透過したＸ線を蛍光に変換するＸ線−蛍光変換部と、前記蛍光を電荷に変換して画像信号を得る撮像部とを備えたＸ線ラインセンサにおいて、
前記撮像部は、複数の撮像素子が直線状に配置されてなり、
前記Ｘ線−蛍光変換部は、両面が粗面である薄膜を複数層に重ねて形成されてなるとともに、その成膜方向が前記撮像素子の配列方向に対し平行で、且つ前記Ｘ線の入射方向に対し直交するよう配置して前記撮像部に対設されていることを特徴とするＸ線ラインセンサ。 - Ｘ線−蛍光変換部における撮像素子との対向面を除く面に蛍光反射膜が形成されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のＸ線ラインセンサ。
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