JP3664713B2 - Ｘ線検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線吸収像を取得する検出装置に関し、特に１次元検出器を用いて２次元画像を生成するようにしたＸ線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス部品や自動車部品などについて細かい欠陥を正確に検査するためのＸ線検出装置には、イメージングインテンシファイアなどの精密で高価な２次元ディテクタが用いられてきた。
これに対して、Ｘ線検出素子を線状に並べたラインディテクタは、検出素子が並んだ線上におけるＸ線吸収状態を一挙に観察することができる上比較的安価であるので、要求精度が多少緩い検査などにはよく用いられる。
【０００３】
Ｘ線ラインディテクタでも特にイオンチャンバ型のものは、Ｘ線の入射角が大きくなるに従って感度が低下し、素子が並ぶラインに垂直な方向に数度以下で入射するＸ線に対してしか安定した感度を有しない。このため、Ｘ線ラインディテクタはＸ線源に対向する位置に相対的に固定して利用される。
したがって、たとえば図９に示すように、Ｘ線源とディテクタの間に設けたベルトコンベヤ上を移動してくる物のＸ線透過像を連続的に撮影して平面像に変換して内容検査をしたり、図１０に示すように、Ｘ線源とディテクタを一体に組み付けた構造体を対象物を挟んで移動させながらＸ線写真撮影して合成し２次元画像として観察する方法があった。
【０００４】
また、マイクロフォーカスＸ線源を用いて半導体ボードなどを検査する検査装置がある。
線量はＸ線源からの距離の２乗に反比例するので、マイクロフォーカスＸ線源に大面積の２次元ディテクタを用いると、画面の中央と端部でＸ線源からの距離が異なるため受入線量に差が生じて、撮影像はＸ線吸収像を正確に反映しない。また、検査角度を変えるときには固定した被検査物に対してＸ線源のＸ線放射方向を変化させる必要があるが、Ｘ線源から検出器までの距離が異なると受入線量が変わり像倍率も変わるため、検出器を直線上で移動させては正しい観察をすることができない。
【０００５】
そこで、小型の２次元検出器を使って、検査角度を変えるときにはＸ線照射軸に追従して２次元検出器の位置と姿勢を調整するようにしたものが利用される。この装置は、２次元検出器がＸ線源からの距離を変えないように、Ｘ線の焦点位置付近を中心とする球面上で位置調整できるようにする機構を備えている。
しかし、マイクロフォーカスＸ線源の照射軸に従って小型２次元検出器の位置と姿勢を調整するようにした検査装置は、たとえばＸ線照射軸を６０度傾けるために数１０秒もかかるというように、検査に時間を要していた。
【０００６】
なお、マイクロフォーカスＸ線源は点光源と見なすことができるので、被検査物の位置を調整することにより自在にＸ線像の拡大縮小ができる。小型２次元検出器を使ったマイクロフォーカスＸ線源利用検査装置では、ステージにセットした被検査物をＸ線源側に近づけ小型２次元検出器で小縮尺の映像を生成し、この映像を観察しながらステージを操作して詳細に観察する位置を確認し、観察位置が決まったら被検査物を検出器側に近づけて精査することができる。
さらに、ラインディテクタをＸ線源の照射面上で往復動させて必要な大きさのＸ線像にする方法も考えられるが、平面的な２次元ディテクタを用いた検査装置と同様に、Ｘ線照射面の中央部で線量の多いことを反映して中央部で明るく端部で暗い映像になって正確な観察ができない。また、Ｘ線源と対象物の距離を変えるときにも画面の中央と端部で拡大率が異なることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１０１９１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、より安価なラインディテクタと簡単な機構を用いて、マイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射によるＸ線像において画面の中央と端部で線量や拡大倍率の差異が小さいＸ線検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線検出装置は、ラインディテクタを案内する機構を備えて、ラインディテクタをその軸に垂直の方向に移動させることができるようにして、ラインディテクタを往復動させて対象物のＸ線透過平面画像を生成することを特徴とする。このとき、ラインディテクタを走査して得られるＸ線透過像を走査ごとに更新することによりほぼリアルタイムに動く動画にすることができる。
さらに、検出素子の可測Ｘ線入射角がＸ線放射源を挟む姿勢を維持しながらＸ線放射源からほぼ等距離になるようにラインディテクタを弧状に移動するようにすることが好ましい。
【００１０】
Ｘ線源で発生するＸ線は、放射軸から所定の角度内ではＸ線発生点からほぼ等方的に放射される。したがって、Ｘ線源のＸ線放射密度が極端に減少しない領域内では、ラインディテクタを移動して測定した線状のＸ線透過像を繋ぎ合わせることにより平面的なＸ線像とすることができる。
なお、半導体ラインディテクタはＸ線入射角に依存しないので、Ｘ線源とセンサ列の角度が大きくなってもＸ線の検出ができるが、イオンチャンバ方式のラインディテクタは、素子列に対して垂直方向の入射角が数度以上大きければ感度が低下して正確な測定ができない。
したがって、ラインディテクタを検出素子列に対して垂直の方向に移動して測定することにより、従来の平面ディテクタを使用する検査装置より遙かに広い領域に亘る良好な２次元Ｘ線透過像を容易にかつ低廉に生成させることができる。
【００１１】
本発明のＸ線検出装置のラインディテクタは、検出素子列に入射する方向をいつもＸ線発生点の方向に向けながら、Ｘ線発生点付近を中心とした円の弧に沿って移動するように構成したので、従来のＸ線検出装置におけるようなラインディテクタをＸ線源に対して相対的に固定したものと等価な機能を有し、ラインディテクタが移動する間もＸ線源と検出器の距離が一定であって検出器に入射するＸ線量が一定になる。
【００１２】
なお、Ｘ線ラインディテクタがＸ線放射に対して角度を持っていると、単位長当たりに入射するＸ線量が減少するため、Ｘ線照射量や透過量を正しく反映した画像にならない。しかし、ラインディテクタを弧状に移動するようにして検出素子とＸ線源の距離を等しくすると、ディテクタの位置によらず同じ低減率を持ったＸ線量を測定することになるので、試料のＸ線透過量を正しく反映したＸ線画像を得ることができる。
なお、ラインディテクタの移動は、Ｘ線源の特性に従ってＸ線強度がほぼ等方的とみることができる放射角範囲内に限ることが好ましい。
【００１３】
また、イオンチャンバ式ラインディテクタは、入射方向に対する依存性があるので、Ｘ線量の測定値はさらに不正確になる。
イオンチャンバ式ラインディテクタを使用する場合、ラインディテクタが短ければ、ディテクタ内部にＸ線入射角に対応して入射幅が順次大きくなるような仕切りを備えて、各ディテクタチャンネルに入射するＸ線量を調整して感度を平均化することが可能である。しかし、ラインディテクタが長くてＸ線入射角が２０度を超える程度になる場合は、Ｘ線入射面を内側に湾曲させた弓形に構成したものを使用することが好ましい。弓形ラインディテクタは、ディテクタの中央と端部の検出素子でＸ線源の距離が極端に変わらないようにすることができる。弓形ラインディテクタは入射Ｘ線密度が検出素子の位置により変化しないため、イオンチャンバ式に限らず、半導体式のものにとってもよい効果がある。
なお、１本以上の短いラインディテクタをそれぞれ中心とＸ線源を結ぶ直線に垂直に配置することにより、擬似的に弓形ラインディテクタと同じ機能を持たせることができる。
【００１４】
検出器案内機構は、ラインディテクタをＸ線検出素子列がＸ線放射源に向くように支える駒部材と、この駒部材が係合する弓形の案内部材と、ラインディテクタを軸に垂直の方向に駆動する駆動機構からなり、駒部材を弧状に案内してラインディテクタをＸ線放射源からほぼ等距離を維持しながら移動できるようにすることができる。
案内部材を湾曲したポールとし、駒部材をこのポールにはまって移動する鞘とすることができる。
また、案内部材を湾曲したリニアガイドとし、駒部材をリニアガイドに係合するスライダとしてもよい。
【００１５】
また、検出器案内機構は案内溝と溝に沿って移動する駒部材であってもよい。案内溝は、ラインディテクタのＸ線検出素子列がＸ線放射源に向いた姿勢を維持しながらＸ線放射源からほぼ等距離を維持して弧状に移動するように形成され、駒部材は、ラインディテクタを取り付けて案内溝に沿って移動する。駆動機構が、ラインディテクタを軸に対して垂直の方向に移動させると、ラインディテクタはＸ線放射源からほぼ等距離を維持しながら移動する。
【００１６】
なお、Ｘ線放射源を極小の焦点を形成するマイクロフォーカスＸ線源とすれば、鮮明な画像を得ることができる。
さらに、試料搭載するステージをＸ線放射源とラインディテクタを結ぶ線に沿って移動させることにより画像の倍率を調整することができる。
【００１７】
本発明のＸ線検出装置は、比較的安価なラインディテクタを利用して、広い範囲に亘ってＸ線量がほぼ均一なＸ線透過像を平面像として生成することができる。また、得られたＸ線透過像は面の位置による拡大倍率の偏差が小さく、より正確に試料のＸ線透過状態を表現している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明のＸ線検出装置を詳細に説明する。
図１は本実施例のＸ線検出装置の概念図、図２はディテクタの駆動部の構造を説明する一部断面図、図３はディテクタ駆動部の別態様を示す斜視図、図４はディテクタ駆動部のさらに別態様を示す斜視図、図５と図６は構成要素の位置関係を説明する図面、図７と図８はディテクタを駆動する方法の例を説明する図面である。
【００１９】
本実施例のＸ線検出装置は、図１に示すように、Ｘ線源１と、試料２を載せるステージ３と、Ｘ線透過量を測定するＸ線検出部４と、測定信号を処理して結果を表示する画像処理端末５から構成される。
画像処理装置５はディスプレー６とキーボード７を備えたパソコン８であってもよい。
【００２０】
本発明の主要部はＸ線検出部４にあり、Ｘ線検出部はＸ線検出素子列１１をＸ線源１の方向に向けたままＸ線検出素子列に垂直の方向にラインディテクタ１２を往復動させて、試料２のＸ線透過像を２次元画像として取得する。
本実施例のＸ線検出装置は、Ｘ線源１のＸ線放射点近傍を中心とする円周に沿って内側に湾曲させたリニアガイド１３と、このリニアガイドに沿って移動するスライド１４をラインディテクタ１２の両端位置にそれぞれ備え、スライド１４の上面にＸ線検出素子列１１が垂直上方に向くようにラインディテクタ１２を固定する。
【００２１】
さらに、ラインディテクタ１２の中央付近に駆動機構１５が設けられている。駆動機構１５は、ラインディテクタ１２に連結した駒１７を駆動モータ１８で正逆転するボールねじ１６で移動させるもので、ラインディテクタの向きが位置によって変化するのでユニバーサルジョイント１９を介して接続され、さらに位置によって駒１７とジョイント１９の距離が変化するので距離調整機構２０を用いている。
【００２２】
距離調整機構は、図２に示すように、ジョイント１９のボールに固定されたガイド棒２１を駒１７に垂直に固定された鞘ガイド２２に出し入れ可能に組み合わせたものである。駒１７の底部にブレード２３が設けられていて、ブレードが床に固定された案内溝２４に嵌合して、ボールねじ１６が回転すると駒１７が姿勢を一定に維持しながら移動し、Ｘ線検出素子列１１面の向きをリニアガイド１３の規制に従いながらラインディテクタ１２を移動させることができる。
【００２３】
Ｘ線量は線源からの距離の２乗に反比例するので正確なＸ線透過像を生成するためには、画面中でＸ線源と検出器の距離が変化しないことが重要である。本実施例のＸ線検出装置は、ラインディテクタ１２を移動させてもＸ線放射点からの距離をほぼ等しく維持するため、ラインディテクタに入射する放射Ｘ線強度が変化せず、良好なＸ線透過像を形成することができる。
また、ラインディテクタは大型の２次元ディテクタと比較すると著しく安価であるので、ラインディテクタを用いてＸ線観察をする本実施例の装置は、同じ大きさの領域についてＸ線観察する場合にきわめて経済的に構成することができる。
【００２４】
図３は、図１におけるような直線状のラインディテクタを弧状に運動させるのに代えて、弓状のラインディテクタを直線状に運動させるようにしたものである。２本の直線状のリニアガイド２６が設けられ、スライダ２７がマウントしている。２個のスライダ２７には弓形のラインディテクタ２５が湾曲した内側を上に向けて跨っていて、ラインディテクタ２５の内側にはＸ線検出素子列２８が設けられている。ラインディテクタ２５のほぼ中央には、図１と同じような駆動機構１５が設けられている。駆動機構１５は、ボールねじ１６とこれに嵌められた駒１７とボールねじを回転させる駆動モータ１８を備える。
【００２５】
弓形ラインディテクタ２５を軸に対して垂直に駆動しても、ラインディテクタ２５の高さは変わらないので、図１のような複雑な距離調整機構は不要で、梁２９などで駒１７に弓形ラインディテクタ２５を固定して姿勢が変化しないようにすればよい。
この方法でも図１に示した直線ラインディテクタを弧状に動かすようにしたＸ線検出器と同じ作用効果を得ることができる。本装置ではラインディテクタの形状が複雑になるが、これを移動させる駆動機構は直線運動すればよいので構造が単純になる。
【００２６】
なお、リニアガイドは２個に限らず１個あるいは３個以上であってもよいことはいうまでもない。さらに、駆動機構はラインディテクタのほぼ中央に設けたが、ラインディテクタを往復動させることができればどの位置に設けてもよい。さらに、ラインディテクタを直接把持して駆動するのではなく、リニアガイドのスライドを駆動するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、図４に示すように、ラインディテクタ自体をＸ線源のＸ線放射点近傍を中心とする円周に沿って内側に湾曲させて弓形のラインディテクタ２５とし、この弓形ラインディテクタ２５を図１に示したものと同じ駆動機構で軸に対して垂直の方向に、かつＸ線放射点からの距離をほぼ一定に保持するため円弧状に、往復動させるようにしてもよい。このような機構を用いることにより、ラインディテクタのＸ線検出素子は、Ｘ線放射点を中心とする球の表面に沿って運動することになるので、ラインディテクタ中の素子の位置やラインディテクタの往復運動中のディテクタの位置の如何に係わらず、常にＸ線放射点から等しい位置に居ることができる。
なお、１個または複数の短い直線状のラインディテクタを円弧に沿って、それぞれが中心とＸ線源を結ぶ直線に垂直になるように配置することにより、弓形ラインディテクタとほぼ同様の機能を持たせることも可能である。
【００２８】
また、弓形ラインディテクタ２５を弧状に案内するガイドは、図１に示すリニアガイドを利用することができるが、図４に示したように、Ｘ線放射点近傍を中心とする円周に沿って湾曲させた円弧状のポール３０を両端固定し、このポールに移動可能な鞘３１を嵌めて、この鞘３１にラインディテクタ２５を固定しＸ線検出面をＸ線放射点に向けた状態で往復動するように案内するものであってもよい。このような案内機構は簡単な構造であるので安価に構成することができる。
【００２９】
図５は構成要素の位置関係を説明する正面図、図６は同じ側面図である。
ラインディテクタ２５は、図５にみられるようにＸ線源１に対する距離が等しい円周に沿って位置して、Ｘ線検出素子列の面２８のどの部分もＸ線源１と結ぶ直線に対して垂直になるように配置される。
また、ラインディテクタ２５は、図６に示すように、Ｘ線がほぼ均等に照射する角度範囲内で、Ｘ線検出素子列の検出可能角度θ内にＸ線源１が含まれるような姿勢を保ちながらＸ線源からの距離を保持して往復動して、２次元Ｘ線透過像を生成する。この検出可能角度θは通常ほぼ数度とされ、この範囲外から入射するＸ線については測定精度が劣化する。
試料２はステージ３に搭載されて、観察する位置に従って画面上水平方向に位置調整できるようになっている。また、Ｘ線観察像の倍率を変化させるためには、ステージ３をＸ線放射軸に沿って上下に位置調整すればよい。
【００３０】
図７は、ラインディテクタを案内する別のガイド機構を概念的に説明する斜視図である。
図７の検出器は、ラインディテクタ２５の両端位置に案内溝３２を備えた側板３３，３４を設ける。案内溝はＸ線放射点に対する距離が変化しないように弧状に形成され、案内溝にはラインディテクタ２５の端が固定された駒が嵌って、駒が移動しても駒の姿勢が溝に案内されるためラインディテクタ２５のＸ線検出素子がＸ線源の方向を向くようになっている。
ラインディテクタ２５は、前記した各種の駆動機構により軸に垂直の方向に駆動されるが、図７に示す駆動機構を用いてもよい。図７に示した駆動機構は、ラインディテクタ２５を固定した駒３５に連結されたベルト３６を駆動プーリ３７、従動プーリ３８、遊動プーリ３９と掛け回したもので、駆動モータ４０によりディテクタ２５に垂直の方向に往復動させる。
【００３１】
また、図８は別の駆動機構を示す部分断面図である。図８の駆動機構は、円弧状の案内ポール３０に係合する鞘３１にボール４１が嵌り込むような案内溝４２を固定し、ボール４１を押し引きしてラインディテクタ２５を揺動させるものである。案内溝４２にはボール４１が抜けないようにスリットの入った蓋４３が設けられている。また、ボール４１にはネジ棒４４が繋がっており、壁に固定された雌ネジ４５に嵌合している。雌ネジ４５は駆動モータ４７により正転逆転方向に駆動される駆動歯車４６が係合して、ネジ棒４４を押し引きするようになっている。
この駆動機構によれば、ラインディテクタ２５の位置により駒３１の高さが変化しても、ボール４１を水平に押し引きするだけで案内ポール３０に沿ってラインディテクタを往復動させることができる。
【００３２】
このような弓形ラインディテクタを用いたＸ線検出器によれば、ラインディテクタ２５のどの検出素子がどのような位置にあっても、Ｘ線放射点からの距離がほぼ同じになるので、試料が無いときに入射すべきＸ線がほぼ同じ強度を持つことになる。したがって、試料を透過する放射線量を広い領域について２次元平面に展開して測定し正しく評価することができる。
【００３３】
また、本実施例のＸ線検出装置によって得られた全画像と、その一部を選択して拡大した部分画像を一緒にモニタ画面に表示するようにすると、現在の被写体の全容と詳しく見たい位置の拡大像を同時に視認することができ、観察したい部分の探索やその部分の姿勢などの確認をすることができる。
さらに、ラインディテクタのスキャンスピードを上げて、取得した画像を順次更新することによって、擬似的にリアルタイムモニターが可能となるので、従来２次元センサで実施されていたリアルタイム観察を、さらに大きな範囲で行うことができるようになる。
マイクロフォーカスＸ線源を用いたＸ線検出装置では、従来、被検体である半導体ボードなどについて観察方向を変えるときにはディテクタを数１０秒以上かけて移動させなければならなかったが、本実施例のＸ線検出装置ではディテクタを固定したままで観察することができる。また観察部分の拡大倍率もステージをＸ線発生部とディテクタの間でＸ線放射軸方向に移動するだけで変更することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によって、より安価なラインディテクタと簡単な機構を用いて構成する安価なＸ線検出装置によって、マイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射によるＸ線透過像において画面の中央と端部で線量や拡大倍率の差異が小さい良好な検査画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線検出装置の１実施例の構成を説明する概念図である。
【図２】本実施例におけるディテクタ駆動部の構造を説明する一部断面図である。
【図３】本実施例に使用する別のディテクタ駆動部を示す斜視図である。
【図４】本実施例に使用するさらに別のディテクタ駆動部を示す斜視図である。
【図５】本実施例における構成要素の位置関係を説明する正面図である。
【図６】本実施例における構成要素の位置関係を説明する側面図である。
【図７】本実施例に使用する別のディテクタ駆動部を示す斜視図である。
【図８】本実施例に使用するさらに別のディテクタ駆動部の一部詳細を示す断面図である。
【図９】従来のＸ線検出装置の例を示す概念図である。
【図１０】従来のＸ線検出装置の別の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ 試料
３ ステージ
４ Ｘ線検出部
５ 画像処理端末
６ ディスプレー
７ キーボード
８ パソコン
１１ Ｘ線検出素子列
１２ ラインディテクタ
１３ リニアガイド
１４ スライド
１５ 駆動機構
１６ ボールねじ
１７ 駒
１８ 駆動モータ
１９ ユニバーサルジョイント
２０ 距離調整機構
２１ ガイド棒
２２ 鞘ガイド
２３ ブレード
２４ 案内溝
２５ 弓形ラインディテクタ
２６ リニアガイド
２７ スライダ
２８ Ｘ線検出素子列面
２９ 梁
３０ ポール
３１ 鞘
３２ 案内溝
３３，３４ 側板
３５ 駒
３６ ベルト
３７ 駆動プーリ
３８ 従動プーリ
３９ 遊動プーリ
４０ 駆動モータ
４１ ボール
４２ 案内溝
４３ 蓋
４４ ネジ棒
４５ 雌ネジ
４６ 駆動歯車
４７ 駆動モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線吸収像を取得する検出装置に関し、特に１次元検出器を用いて２次元画像を生成するようにしたＸ線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス部品や自動車部品などについて細かい欠陥を正確に検査するためのＸ線検出装置には、イメージングインテンシファイアなどの精密で高価な２次元ディテクタが用いられてきた。
これに対して、Ｘ線検出素子を線状に並べたラインディテクタは、検出素子が並んだ線上におけるＸ線吸収状態を一挙に観察することができる上比較的安価であるので、要求精度が多少緩い検査などにはよく用いられる。
【０００３】
Ｘ線ラインディテクタでも特にイオンチャンバ型のものは、Ｘ線の入射角が大きくなるに従って感度が低下し、素子が並ぶラインに垂直な方向に数度以下で入射するＸ線に対してしか安定した感度を有しない。このため、Ｘ線ラインディテクタはＸ線源に対向する位置に相対的に固定して利用される。
したがって、たとえば図９に示すように、Ｘ線源とディテクタの間に設けたベルトコンベヤ上を移動してくる物のＸ線透過像を連続的に撮影して平面像に変換して内容検査をしたり、図１０に示すように、Ｘ線源とディテクタを一体に組み付けた構造体を対象物を挟んで移動させながらＸ線写真撮影して合成し２次元画像として観察する方法があった。
【０００４】
また、マイクロフォーカスＸ線源を用いて半導体ボードなどを検査する検査装置がある。
線量はＸ線源からの距離の２乗に反比例するので、マイクロフォーカスＸ線源に大面積の２次元ディテクタを用いると、画面の中央と端部でＸ線源からの距離が異なるため受入線量に差が生じて、撮影像はＸ線吸収像を正確に反映しない。また、検査角度を変えるときには固定した被検査物に対してＸ線源のＸ線放射方向を変化させる必要があるが、Ｘ線源から検出器までの距離が異なると受入線量が変わり像倍率も変わるため、検出器を直線上で移動させては正しい観察をすることができない。
【０００５】
そこで、小型の２次元検出器を使って、検査角度を変えるときにはＸ線照射軸に追従して２次元検出器の位置と姿勢を調整するようにしたものが利用される。この装置は、２次元検出器がＸ線源からの距離を変えないように、Ｘ線の焦点位置付近を中心とする球面上で位置調整できるようにする機構を備えている。
しかし、マイクロフォーカスＸ線源の照射軸に従って小型２次元検出器の位置と姿勢を調整するようにした検査装置は、たとえばＸ線照射軸を６０度傾けるために数１０秒もかかるというように、検査に時間を要していた。
【０００６】
なお、マイクロフォーカスＸ線源は点光源と見なすことができるので、被検査物の位置を調整することにより自在にＸ線像の拡大縮小ができる。小型２次元検出器を使ったマイクロフォーカスＸ線源利用検査装置では、ステージにセットした被検査物をＸ線源側に近づけ小型２次元検出器で小縮尺の映像を生成し、この映像を観察しながらステージを操作して詳細に観察する位置を確認し、観察位置が決まったら被検査物を検出器側に近づけて精査することができる。
さらに、ラインディテクタをＸ線源の照射面上で往復動させて必要な大きさのＸ線像にする方法も考えられるが、平面的な２次元ディテクタを用いた検査装置と同様に、Ｘ線照射面の中央部で線量の多いことを反映して中央部で明るく端部で暗い映像になって正確な観察ができない。また、Ｘ線源と対象物の距離を変えるときにも画面の中央と端部で拡大率が異なることになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１０１９１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、より安価なラインディテクタと簡単な機構を用いて、マイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射によるＸ線像において画面の中央と端部で線量や拡大倍率の差異が小さいＸ線検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線検出装置は、ラインディテクタを案内する機構を備えて、ラインディテクタをその軸に垂直の方向に移動させることができるようにして、ラインディテクタを往復動させて対象物のＸ線透過平面画像を生成することを特徴とする。このとき、ラインディテクタを走査して得られるＸ線透過像を走査ごとに更新することによりほぼリアルタイムに動く動画にすることができる。
さらに、検出素子の可測Ｘ線入射角がＸ線放射源を挟む姿勢を維持しながらＸ線放射源からほぼ等距離になるようにラインディテクタを弧状に移動するようにすることが好ましい。
【００１０】
Ｘ線源で発生するＸ線は、放射軸から所定の角度内ではＸ線発生点からほぼ等方的に放射される。したがって、Ｘ線源のＸ線放射密度が極端に減少しない領域内では、ラインディテクタを移動して測定した線状のＸ線透過像を繋ぎ合わせることにより平面的なＸ線像とすることができる。
なお、半導体ラインディテクタはＸ線入射角に依存しないので、Ｘ線源とセンサ列の角度が大きくなってもＸ線の検出ができるが、イオンチャンバ方式のラインディテクタは、素子列に対して垂直方向の入射角が数度以上大きければ感度が低下して正確な測定ができない。
したがって、ラインディテクタを検出素子列に対して垂直の方向に移動して測定することにより、従来の平面ディテクタを使用する検査装置より遙かに広い領域に亘る良好な２次元Ｘ線透過像を容易にかつ低廉に生成させることができる。
【００１１】
本発明のＸ線検出装置のラインディテクタは、検出素子列に入射する方向をいつもＸ線発生点の方向に向けながら、Ｘ線発生点付近を中心とした円の弧に沿って移動するように構成したので、従来のＸ線検出装置におけるようなラインディテクタをＸ線源に対して相対的に固定したものと等価な機能を有し、ラインディテクタが移動する間もＸ線源と検出器の距離が一定であって検出器に入射するＸ線量が一定になる。
【００１２】
なお、Ｘ線ラインディテクタがＸ線放射に対して角度を持っていると、単位長当たりに入射するＸ線量が減少するため、Ｘ線照射量や透過量を正しく反映した画像にならない。しかし、ラインディテクタを弧状に移動するようにして検出素子とＸ線源の距離を等しくすると、ディテクタの位置によらず同じ低減率を持ったＸ線量を測定することになるので、試料のＸ線透過量を正しく反映したＸ線画像を得ることができる。
なお、ラインディテクタの移動は、Ｘ線源の特性に従ってＸ線強度がほぼ等方的とみることができる放射角範囲内に限ることが好ましい。
【００１３】
また、イオンチャンバ式ラインディテクタは、入射方向に対する依存性があるので、Ｘ線量の測定値はさらに不正確になる。
イオンチャンバ式ラインディテクタを使用する場合、ラインディテクタが短ければ、ディテクタ内部にＸ線入射角に対応して入射幅が順次大きくなるような仕切りを備えて、各ディテクタチャンネルに入射するＸ線量を調整して感度を平均化することが可能である。しかし、ラインディテクタが長くてＸ線入射角が２０度を超える程度になる場合は、Ｘ線入射面を内側に湾曲させた弓形に構成したものを使用することが好ましい。弓形ラインディテクタは、ディテクタの中央と端部の検出素子でＸ線源の距離が極端に変わらないようにすることができる。弓形ラインディテクタは入射Ｘ線密度が検出素子の位置により変化しないため、イオンチャンバ式に限らず、半導体式のものにとってもよい効果がある。
なお、１本以上の短いラインディテクタをそれぞれ中心とＸ線源を結ぶ直線に垂直に配置することにより、擬似的に弓形ラインディテクタと同じ機能を持たせることができる。
【００１４】
検出器案内機構は、ラインディテクタをＸ線検出素子列がＸ線放射源に向くように支える駒部材と、この駒部材が係合する弓形の案内部材と、ラインディテクタを軸に垂直の方向に駆動する駆動機構からなり、駒部材を弧状に案内してラインディテクタをＸ線放射源からほぼ等距離を維持しながら移動できるようにすることができる。
案内部材を湾曲したポールとし、駒部材をこのポールにはまって移動する鞘とすることができる。
また、案内部材を湾曲したリニアガイドとし、駒部材をリニアガイドに係合するスライダとしてもよい。
【００１５】
また、検出器案内機構は案内溝と溝に沿って移動する駒部材であってもよい。案内溝は、ラインディテクタのＸ線検出素子列がＸ線放射源に向いた姿勢を維持しながらＸ線放射源からほぼ等距離を維持して弧状に移動するように形成され、駒部材は、ラインディテクタを取り付けて案内溝に沿って移動する。駆動機構が、ラインディテクタを軸に対して垂直の方向に移動させると、ラインディテクタはＸ線放射源からほぼ等距離を維持しながら移動する。
【００１６】
なお、Ｘ線放射源を極小の焦点を形成するマイクロフォーカスＸ線源とすれば、鮮明な画像を得ることができる。
さらに、試料搭載するステージをＸ線放射源とラインディテクタを結ぶ線に沿って移動させることにより画像の倍率を調整することができる。
【００１７】
本発明のＸ線検出装置は、比較的安価なラインディテクタを利用して、広い範囲に亘ってＸ線量がほぼ均一なＸ線透過像を平面像として生成することができる。また、得られたＸ線透過像は面の位置による拡大倍率の偏差が小さく、より正確に試料のＸ線透過状態を表現している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明のＸ線検出装置を詳細に説明する。
図１は本実施例のＸ線検出装置の概念図、図２はディテクタの駆動部の構造を説明する一部断面図、図３はディテクタ駆動部の別態様を示す斜視図、図４はディテクタ駆動部のさらに別態様を示す斜視図、図５と図６は構成要素の位置関係を説明する図面、図７と図８はディテクタを駆動する方法の例を説明する図面である。
【００１９】
本実施例のＸ線検出装置は、図１に示すように、Ｘ線源１と、試料２を載せるステージ３と、Ｘ線透過量を測定するＸ線検出部４と、測定信号を処理して結果を表示する画像処理端末５から構成される。
画像処理装置５はディスプレー６とキーボード７を備えたパソコン８であってもよい。
【００２０】
本発明の主要部はＸ線検出部４にあり、Ｘ線検出部はＸ線検出素子列１１をＸ線源１の方向に向けたままＸ線検出素子列に垂直の方向にラインディテクタ１２を往復動させて、試料２のＸ線透過像を２次元画像として取得する。
本実施例のＸ線検出装置は、Ｘ線源１のＸ線放射点近傍を中心とする円周に沿って内側に湾曲させたリニアガイド１３と、このリニアガイドに沿って移動するスライド１４をラインディテクタ１２の両端位置にそれぞれ備え、スライド１４の上面にＸ線検出素子列１１が垂直上方に向くようにラインディテクタ１２を固定する。
【００２１】
さらに、ラインディテクタ１２の中央付近に駆動機構１５が設けられている。駆動機構１５は、ラインディテクタ１２に連結した駒１７を駆動モータ１８で正逆転するボールねじ１６で移動させるもので、ラインディテクタの向きが位置によって変化するのでユニバーサルジョイント１９を介して接続され、さらに位置によって駒１７とジョイント１９の距離が変化するので距離調整機構２０を用いている。
【００２２】
距離調整機構は、図２に示すように、ジョイント１９のボールに固定されたガイド棒２１を駒１７に垂直に固定された鞘ガイド２２に出し入れ可能に組み合わせたものである。駒１７の底部にブレード２３が設けられていて、ブレードが床に固定された案内溝２４に嵌合して、ボールねじ１６が回転すると駒１７が姿勢を一定に維持しながら移動し、Ｘ線検出素子列１１面の向きをリニアガイド１３の規制に従いながらラインディテクタ１２を移動させることができる。
【００２３】
Ｘ線量は線源からの距離の２乗に反比例するので正確なＸ線透過像を生成するためには、画面中でＸ線源と検出器の距離が変化しないことが重要である。本実施例のＸ線検出装置は、ラインディテクタ１２を移動させてもＸ線放射点からの距離をほぼ等しく維持するため、ラインディテクタに入射する放射Ｘ線強度が変化せず、良好なＸ線透過像を形成することができる。
また、ラインディテクタは大型の２次元ディテクタと比較すると著しく安価であるので、ラインディテクタを用いてＸ線観察をする本実施例の装置は、同じ大きさの領域についてＸ線観察する場合にきわめて経済的に構成することができる。
【００２４】
図３は、図１におけるような直線状のラインディテクタを弧状に運動させるのに代えて、弓状のラインディテクタを直線状に運動させるようにしたものである。２本の直線状のリニアガイド２６が設けられ、スライダ２７がマウントしている。２個のスライダ２７には弓形のラインディテクタ２５が湾曲した内側を上に向けて跨っていて、ラインディテクタ２５の内側にはＸ線検出素子列２８が設けられている。ラインディテクタ２５のほぼ中央には、図１と同じような駆動機構１５が設けられている。駆動機構１５は、ボールねじ１６とこれに嵌められた駒１７とボールねじを回転させる駆動モータ１８を備える。
【００２５】
弓形ラインディテクタ２５を軸に対して垂直に駆動しても、ラインディテクタ２５の高さは変わらないので、図１のような複雑な距離調整機構は不要で、梁２９などで駒１７に弓形ラインディテクタ２５を固定して姿勢が変化しないようにすればよい。
この方法でも図１に示した直線ラインディテクタを弧状に動かすようにしたＸ線検出器と同じ作用効果を得ることができる。本装置ではラインディテクタの形状が複雑になるが、これを移動させる駆動機構は直線運動すればよいので構造が単純になる。
【００２６】
なお、リニアガイドは２個に限らず１個あるいは３個以上であってもよいことはいうまでもない。さらに、駆動機構はラインディテクタのほぼ中央に設けたが、ラインディテクタを往復動させることができればどの位置に設けてもよい。さらに、ラインディテクタを直接把持して駆動するのではなく、リニアガイドのスライドを駆動するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、図４に示すように、ラインディテクタ自体をＸ線源のＸ線放射点近傍を中心とする円周に沿って内側に湾曲させて弓形のラインディテクタ２５とし、この弓形ラインディテクタ２５を図１に示したものと同じ駆動機構で軸に対して垂直の方向に、かつＸ線放射点からの距離をほぼ一定に保持するため円弧状に、往復動させるようにしてもよい。このような機構を用いることにより、ラインディテクタのＸ線検出素子は、Ｘ線放射点を中心とする球の表面に沿って運動することになるので、ラインディテクタ中の素子の位置やラインディテクタの往復運動中のディテクタの位置の如何に係わらず、常にＸ線放射点から等しい位置に居ることができる。
なお、１個または複数の短い直線状のラインディテクタを円弧に沿って、それぞれが中心とＸ線源を結ぶ直線に垂直になるように配置することにより、弓形ラインディテクタとほぼ同様の機能を持たせることも可能である。
【００２８】
また、弓形ラインディテクタ２５を弧状に案内するガイドは、図１に示すリニアガイドを利用することができるが、図４に示したように、Ｘ線放射点近傍を中心とする円周に沿って湾曲させた円弧状のポール３０を両端固定し、このポールに移動可能な鞘３１を嵌めて、この鞘３１にラインディテクタ２５を固定しＸ線検出面をＸ線放射点に向けた状態で往復動するように案内するものであってもよい。このような案内機構は簡単な構造であるので安価に構成することができる。
【００２９】
図５は構成要素の位置関係を説明する正面図、図６は同じ側面図である。
ラインディテクタ２５は、図５にみられるようにＸ線源１に対する距離が等しい円周に沿って位置して、Ｘ線検出素子列の面２８のどの部分もＸ線源１と結ぶ直線に対して垂直になるように配置される。
また、ラインディテクタ２５は、図６に示すように、Ｘ線がほぼ均等に照射する角度範囲内で、Ｘ線検出素子列の検出可能角度θ内にＸ線源１が含まれるような姿勢を保ちながらＸ線源からの距離を保持して往復動して、２次元Ｘ線透過像を生成する。この検出可能角度θは通常ほぼ数度とされ、この範囲外から入射するＸ線については測定精度が劣化する。
試料２はステージ３に搭載されて、観察する位置に従って画面上水平方向に位置調整できるようになっている。また、Ｘ線観察像の倍率を変化させるためには、ステージ３をＸ線放射軸に沿って上下に位置調整すればよい。
【００３０】
図７は、ラインディテクタを案内する別のガイド機構を概念的に説明する斜視図である。
図７の検出器は、ラインディテクタ２５の両端位置に案内溝３２を備えた側板３３，３４を設ける。案内溝はＸ線放射点に対する距離が変化しないように弧状に形成され、案内溝にはラインディテクタ２５の端が固定された駒が嵌って、駒が移動しても駒の姿勢が溝に案内されるためラインディテクタ２５のＸ線検出素子がＸ線源の方向を向くようになっている。
ラインディテクタ２５は、前記した各種の駆動機構により軸に垂直の方向に駆動されるが、図７に示す駆動機構を用いてもよい。図７に示した駆動機構は、ラインディテクタ２５を固定した駒３５に連結されたベルト３６を駆動プーリ３７、従動プーリ３８、遊動プーリ３９と掛け回したもので、駆動モータ４０によりディテクタ２５に垂直の方向に往復動させる。
【００３１】
また、図８は別の駆動機構を示す部分断面図である。図８の駆動機構は、円弧状の案内ポール３０に係合する鞘３１にボール４１が嵌り込むような案内溝４２を固定し、ボール４１を押し引きしてラインディテクタ２５を揺動させるものである。案内溝４２にはボール４１が抜けないようにスリットの入った蓋４３が設けられている。また、ボール４１にはネジ棒４４が繋がっており、壁に固定された雌ネジ４５に嵌合している。雌ネジ４５は駆動モータ４７により正転逆転方向に駆動される駆動歯車４６が係合して、ネジ棒４４を押し引きするようになっている。
この駆動機構によれば、ラインディテクタ２５の位置により駒３１の高さが変化しても、ボール４１を水平に押し引きするだけで案内ポール３０に沿ってラインディテクタを往復動させることができる。
【００３２】
このような弓形ラインディテクタを用いたＸ線検出器によれば、ラインディテクタ２５のどの検出素子がどのような位置にあっても、Ｘ線放射点からの距離がほぼ同じになるので、試料が無いときに入射すべきＸ線がほぼ同じ強度を持つことになる。したがって、試料を透過する放射線量を広い領域について２次元平面に展開して測定し正しく評価することができる。
【００３３】
また、本実施例のＸ線検出装置によって得られた全画像と、その一部を選択して拡大した部分画像を一緒にモニタ画面に表示するようにすると、現在の被写体の全容と詳しく見たい位置の拡大像を同時に視認することができ、観察したい部分の探索やその部分の姿勢などの確認をすることができる。
さらに、ラインディテクタのスキャンスピードを上げて、取得した画像を順次更新することによって、擬似的にリアルタイムモニターが可能となるので、従来２次元センサで実施されていたリアルタイム観察を、さらに大きな範囲で行うことができるようになる。
マイクロフォーカスＸ線源を用いたＸ線検出装置では、従来、被検体である半導体ボードなどについて観察方向を変えるときにはディテクタを数１０秒以上かけて移動させなければならなかったが、本実施例のＸ線検出装置ではディテクタを固定したままで観察することができる。また観察部分の拡大倍率もステージをＸ線発生部とディテクタの間でＸ線放射軸方向に移動するだけで変更することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によって、より安価なラインディテクタと簡単な機構を用いて構成する安価なＸ線検出装置によって、マイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射によるＸ線透過像において画面の中央と端部で線量や拡大倍率の差異が小さい良好な検査画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線検出装置の１実施例の構成を説明する概念図である。
【図２】本実施例におけるディテクタ駆動部の構造を説明する一部断面図である。
【図３】本実施例に使用する別のディテクタ駆動部を示す斜視図である。
【図４】本実施例に使用するさらに別のディテクタ駆動部を示す斜視図である。
【図５】本実施例における構成要素の位置関係を説明する正面図である。
【図６】本実施例における構成要素の位置関係を説明する側面図である。
【図７】本実施例に使用する別のディテクタ駆動部を示す斜視図である。
【図８】本実施例に使用するさらに別のディテクタ駆動部の一部詳細を示す断面図である。
【図９】従来のＸ線検出装置の例を示す概念図である。
【図１０】従来のＸ線検出装置の別の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ 試料
３ ステージ
４ Ｘ線検出部
５ 画像処理端末
６ ディスプレー
７ キーボード
８ パソコン
１１ Ｘ線検出素子列
１２ ラインディテクタ
１３ リニアガイド
１４ スライド
１５ 駆動機構
１６ ボールねじ
１７ 駒
１８ 駆動モータ
１９ ユニバーサルジョイント
２０ 距離調整機構
２１ ガイド棒
２２ 鞘ガイド
２３ ブレード
２４ 案内溝
２５ 弓形ラインディテクタ
２６ リニアガイド
２７ スライダ
２８ Ｘ線検出素子列面
２９ 梁
３０ ポール
３１ 鞘
３２ 案内溝
３３，３４ 側板
３５ 駒
３６ ベルト
３７ 駆動プーリ
３８ 従動プーリ
３９ 遊動プーリ
４０ 駆動モータ
４１ ボール
４２ 案内溝
４３ 蓋
４４ ネジ棒
４５ 雌ネジ
４６ 駆動歯車
４７ 駆動モータ
Claims (10)
- 軸に沿って検出素子列を備えたラインディテクタと固定したＸ線放射源を備え、該ラインディテクタと該Ｘ線放射源の間に設けたステージに搭載した対象物をＸ線透過像に基づいて検査するＸ線検出装置であって、検出器案内機構を備えて、該検出器案内機構が前記ラインディテクタをその軸に垂直の方向に往復動させて測定することにより前記対象物のＸ線透過平面画像を生成するものにおいて、前記ラインディテクタを走査して得られるＸ線透過画像を走査ごとに更新して動画化することを特徴とするＸ線検出装置。
- 前記検出器案内機構が前記Ｘ線放射源を前記検出素子の可測Ｘ線入射角内に見込むような姿勢を維持しながら該Ｘ線放射源から等距離になるように前記ラインディテクタを弧状に移動させることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出装置。
- 前記ラインディテクタが前記移動方向に対して垂直の方向に湾曲して前記Ｘ線放射源から等距離になるような弓形に構成されることを特徴とする請求項１または２記載のＸ線検出装置。
- 前記ラインディテクタは１個以上備えられていて、該ラインディテクタがそれぞれ中心と前記Ｘ線放射源を結ぶ直線に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１または２記載のＸ線検査装置。
- 前記検出器案内機構が、前記ラインディテクタを前記Ｘ線検出素子列が前記Ｘ線放射源に向くように支える駒部材と、該駒部材が係合する弓形の案内部材と、該ラインディテクタを駆動する駆動機構からなり、前記駒部材を弧状に案内して前記ラインディテクタを前記Ｘ線放射源から等距離を維持しながら移動できるようにすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＸ線検出装置。
- 前記案内部材がポールであり、前記駒部材が該ポールに係合する鞘であることを特徴とする請求項５記載のＸ線検出装置。
- 前記案内部材が湾曲したリニアガイドであり、前記駒部材が該リニアガイドに係合するスライダであることを特徴とする請求項５記載のＸ線検出装置。
- 前記検出器案内機構が、前記ラインディテクタの前記Ｘ線検出素子列が前記Ｘ線放射源に向いた姿勢を維持しながら該Ｘ線放射源から等距離を維持して弧状に移動するように案内する案内溝と、前記ラインディテクタを係合させて前記案内溝に沿って移動する駒部材と、前記ラインディテクタを軸に対して垂直の方向に移動させる駆動機構からなり、前記ラインディテクタを前記Ｘ線放射源から等距離を維持しながら移動できるようにすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＸ線検出装置。
- 前記Ｘ線放射源がマイクロフォーカスＸ線源であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＸ線検出装置。
- 前記ステージを前記Ｘ線放射源と前記ラインディテクタを結ぶ線に沿って移動させることにより画像の倍率を調整することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のＸ線検出装置。
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