JP5580220B2 - 放射線検査装置、放射線検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、放射線源と被検体との位置関係を変えることで撮像条件を変化させながら、放射線源から射出されて被検体を透過した放射線を検出して、被検体の透過像を撮像する放射線検査装置および放射線検査方法に関するものである。

特許文献１では、電子部品が半田付けされたプリント基板において半田付けの状態の良否を検査するために放射線検査装置が用いられている。この放射線検査装置は、Ｘ線を射出するＸ線源とＸ線を検出するＸ線検出器との間に、被検体であるプリント基板を支持するテーブルを配置した構成を備えており、Ｘ線源から射出されて被検体を透過した放射線をＸ線検出器により検出して透過像を撮像する。そして、この透過像から求められる被検体の断層画像に基づいて、半田付けの状態の良否が検査される。

また、特許文献１の放射線検査装置では、被検体を支持するテーブルが可動に構成されており、Ｘ線源と被検体との位置関係を変えて、被検体の透過像の撮像条件を変化できるようになっている。つまり、被検体の断層画像を求めるためには、互いに異なる方向から被検体を撮像した複数の透過像が必要となる。そこで、特許文献１の放射線検査装置は、Ｘ線源と被検体との位置関係を変えて撮像条件を変化させながら、各撮像条件毎に被検体の透過像を撮像することで、互いに異なる方向から被検体を撮像した複数の透過像を求めている。

特開２０１０−１４５３５９号公報

ところで、上述のような部品検査装置では、撮像条件を変えて透過像を撮像する度に、被検体は放射線に被曝することとなる。したがって、撮像条件の数が多いと、撮像条件毎に実施される撮像の回数が多くなり、被検体の被曝負荷が過大になってしまうという問題があった。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、被検体の断層画像を求めるために必要となる撮像条件の数を抑えて撮像回数を減らし、被検体の被曝負荷を軽減することを可能とする技術の提供を目的とする。

本発明にかかる放射線検査装置は、放射線を射出する放射線源、基板および電子部品を有する被検体を支持する支持手段、および放射線源から射出されて被検体を透過した放射線を検出して被検体の透過像を撮像する放射線撮像手段を備え、被検体と放射線源との位置関係を変えることで、被検体の透過像を撮像する際の撮像条件が可変であるとともに、被検体の透過像を撮像した結果から被検体を含む検査対象範囲の断層画像を示す断層画像情報を求める放射線検査装置であって、上記目的を達成するために、検査対象範囲のうち、被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から断層画像情報が推定可能な第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となる複数の撮像条件を設定する制御手段をさらに備え、制御手段は、被検体と放射線源との位置関係を変えながら、設定した複数の撮像条件のそれぞれで被検体の透過像を撮像して、当該撮像結果から第２領域の断層画像情報を求めるとともに、被検体の部材配置情報から第１領域のうち空気および基板が存在する領域の放射線減衰率をゼロと推定して第１領域の断層画像情報を推定することで、検査対象範囲の断層画像情報を求めることを特徴としている。

また、この発明にかかる放射線検査方法は、放射線源から射出されて基板および電子部品を有する被検体を透過した放射線を検出して被検体の透過像を撮像する際の撮像条件が、被検体と放射線源との位置関係を変えることで可変であるとともに、被検体の透過像を撮像した結果から被検体を含む検査対象範囲の断層画像を示す断層画像情報を求める放射線検査方法であって、上記目的を達成するために、検査対象範囲のうち、被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から断層画像情報が推定可能な第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となる複数の撮像条件を設定する第１工程と、被検体と放射線源との位置関係を変えながら、第１工程で設定した複数の撮像条件のそれぞれで被検体の透過像を撮像して、当該撮像結果から第２領域の断層画像情報を求めるとともに、被検体の部材配置情報から第１領域のうち空気および基板が存在する領域の放射線減衰率をゼロと推定して第１領域の断層画像情報を推定することで、検査対象範囲の断層画像情報を求める第２工程とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（放射線検査装置、放射線検査方法）では、被検体を含む検査対象範囲の断層画像を示す断層画像情報が求められる。このとき、検査対象範囲の一部の領域（第１領域）については、被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から、例えば空気が存在するのみである等を判断することができ、その結果、当該第１領域の断層画像情報を推定することができる。そこで、この発明は、第１領域の断層画像情報については、透過像の撮像結果から求めるのではなく、部材配置情報から推定することとし、透過像の撮像結果から断層画像情報を求める領域を第１領域以外の領域に限定している。つまり、撮像条件は、検査対象範囲のうち第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となるものについて設定され、こうして設定された各撮像条件で透過像が撮像される。このように、この発明では、上記第２領域の断層画像情報を求めるために必要なものに撮像条件を限定することで、撮像条件の数を抑えて撮像回数を減らし、被検体の被曝負荷を軽減することが可能となっている。

このとき、放射線検査装置および放射線検査方法は、第２領域の断層画像情報を求めるために必要となる上記撮像条件を算出する構成を備えておいても良い。ただし、撮像条件の算出については、例えば後述する撮像条件算出装置等の外部装置で別途行っておき、放射線検査装置および放射線検査方法は外部装置で算出された撮像条件を、透過像の撮像のために設定するだけであっても良い。

また、被検体は、基板と当該基板に半田付けされた電子部品とで構成されている場合には、電子部品および基板の配置を示す情報を部材配置情報として用いることができる。

また、被検体の光学写真を撮像する光学撮像手段をさらに備え、制御手段は、光学撮像手段が撮像した光学写真から、電子部品および基板の配置を示す情報を部材配置情報として求めるとともに、当該部材配置情報から複数の撮像条件を求めるように構成しても良い。このように構成された放射線検査装置は、自ら備える光学撮像手段の撮像結果から部材配置情報を求めることができる。したがって、放射線検査装置のユーザーからしてみれば、例えば、部材配置情報を放射線検査装置に設定するための手間が必要なくなり、部品検査のための作業の効率化が可能となる。

また、放射線減衰率の分布を断層画像情報として求める放射線検査装置においては、制御手段は、検査対象範囲のうち空気および基板が存在する領域を第１領域とするとともに、第１領域の放射線減衰率をゼロと推定するように構成しても良い。

また、この発明にかかる撮像条件算出装置は、被検体と放射線源との位置関係を変えることで撮像条件を変化させつつ放射線源から射出されて被検体を透過した放射線を検出して被検体の透過像を撮像するとともに、当該撮像結果から被検体を含む検査対象範囲の断層画像を示す断層画像情報を求める部品検査装置で用いられる撮像条件を、算出する撮像条件算出装置であって、上記目的を達成するために、検査対象範囲のうち、被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から断層画像情報が推定可能な第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となる複数の撮像条件を算出することを特徴としている。

このように構成された発明（撮像条件算出装置）では、被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から断層画像情報が推定可能な第１領域以外の第２領域を対象として、撮像条件を求めている。つまり、撮像条件は、検査対象範囲のうち第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となるものについて求められる。こうして、この発明では、上記第２領域の断層画像情報を求めるために必要なものに撮像条件を限定することで、撮像条件の数を抑えて、被検体の被曝負荷を軽減することが可能となっている。

被検体の断層画像を求めるために必要となる撮像条件の数を抑えて撮像回数を減らし、被検体の被曝負荷を軽減することが可能となる。

本発明にかかる放射線撮像装置を搭載した部品検査装置の概略構成を示す模式図である。 図１の部品検査装置が備える電気的構成を示すブロック図である。 被検体と検査対象範囲の関係を模式的に例示する部分断面図である。 Ｘ線撮像装置で実行されるＸ線撮像動作の一例を示す模式図である。 透過像からＸ線減衰率の分布を求める方法についての説明図である。 Ｘ線入射角度θで被検体に入射させたＸ線の透過像を撮像するＸ線検出部のセンサー面の様子を模式的に示す図である。 Ｘ線撮像条件の組み合わせを求めるにあたってモデリング演算処理部が実行する演算を説明するための説明図である。 Ｘ線撮像装置およびコントローラーが行う動作を示すフローチャートである。

図１は本発明にかかる放射線撮像装置を搭載した部品検査装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１の部品検査装置が備える電気的構成を示すブロック図である。なお、図１および後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が適宜示されている。また、各座標軸の矢印方向を正方向とし、矢印と反対方向を負方向とする。

部品検査装置１は、基板Ｗ（ワーク）に電子部品を接続する半田の状態を主に検査するものである。この部品検査装置１は、部品検査を実行する各機能部を収容し、Ｘ線を遮蔽するハウジング１１を備えており、ハウジング１１の搬入口１１１から搬入されてきた基板Ｗに対して各機能部が協働して検査を行なうとともに、検査を終了した基板Ｗを搬出口１１２から外部へ搬出する。

図１に示すように、ハウジング１１内の下方には、ＸＹ
駆動テーブル３が配置されている。このＸＹ駆動テーブル３は、その表面に基板Ｗを支持しつつ、ＸＹ駆動機構３１からの駆動力を受けてＸＹ面内を移動可能に構成されている。したがって、ＸＹ駆動テーブル３は、ハウジング１１のＹ軸方向正側（図１右側）の搬入口１１１まで移動して基板Ｗを受け取ったり、部品検査のためにハウジング１１の略中央に基板Ｗを位置決めしたり（図１に示す状態）、ハウジング１１のＹ軸方向負側（図１左側）の搬出口１１２まで検査済み基板Ｗを運んだりといった動作を行なうことができる。

また、この部品検査装置１は、光学撮像による検査を行なう光学撮像装置５（図２）と、Ｘ線（放射線）撮像による検査を行なうＸ線撮像装置７（図２）とを具備する。図１に示すように、光学撮像装置５は、照明５１、ミラー５３および光学カメラ５５より構成される。照明５１は、上部が開口したドーム形状を有しており、ハウジング１１の略中央にある基板ＷをＺ軸方向正側（図１上側）から囲んで、当該基板Ｗに対して光を照射する。ミラー５３は、照明５１の開口５１１の上方に配置されており、照明５１により照らされた基板Ｗの姿を写す。そして、光学カメラ５５はミラー５３に写った像を撮像して、この撮像結果をコントローラー１００（図２）へと出力する。こうして、光学撮像装置５が撮像した映像に基づいて、コントローラー１００は、電子部品の端子の前面側に存在する半田（いわゆるフロントフィレット）の状態を確認する。

一方、Ｘ線撮像装置７は、Ｘ線放射部７１およびＸ線検出部７３（Ｘ線カメラ）を備える。Ｘ線放射部７１はハウジング１１の略中央にある基板ＷのＺ軸方向正側（図１上側）に配置されており、Ｘ線源７１１が発生したＸ線をＺ軸方向負側（図１下側）へ放射する。一方、Ｘ線検出部７３は、基板ＷのＺ方向負側に配置されている。このＸ線検出部７３は、Ｘ線ＣＣＤ(Charge Coupled Device)等で構成されたセンサー面を有しており、このセンサー面に入射したＸ線を検出する。このように、Ｘ線放射部７１とＸ線検出部７３は、部品検査位置の基板Ｗを挟むように配置されており、Ｘ線放射部７１から放射されたＸ線は、部品検査位置の基板Ｗを透過した後にＸ線検出部７３に入射する。そして、Ｘ線検出部７３は、Ｘ線を検出した結果をコントローラー１００（図２）へと出力する。こうして、被検体（基板Ｗ、電子部品ＥＰ、および基板Ｗに電子部品ＥＰを接続する半田ＳＬ（図３））の透過像がＸ線検出部７３により撮像されて、コントローラー１００に出力される。そして、コントローラー１００は、この透過像から被検体の断層画像を再構成するとともに、この断層画像に基づいて、電子部品の端子の背面側に存在する半田（いわゆる、ヒールフィレット）の状態を確認する。

ちなみに、被検体の断層画像を再構成するためには、互いに異なる方向から被検体を撮像した複数の透過像が必要となる。そこで、Ｘ線撮像装置７は、Ｘ線源７１１と被検体との位置関係を変えて、被検体へのＸ線の入射角度を変化させながら、各入射角度で被検体の透過像を撮像する。具体的には、ＸＹ駆動テーブル３によってＸＹ面内で基板ＷをＹ方向のみならずＸ方向に移動させることで、Ｘ線放射部のＸ線源７１１と基板Ｗの相対位置を変化させ、これに応じて、Ｘ線源７１１から基板Ｗへ向かうＸ線と基板Ｗとの角度を変化させる。そして、所望の角度でＸ線が入射する位置に基板Ｗを位置決めしてＸ線撮像を行う動作を、各入射角度で実行する。このとき、基板Ｗを透過したＸ線をＸ線検出部７３で確実に検出するためには、基板Ｗの移動に応じてＸ線検出部７３も移動させる必要がある。そこで、このＸ線撮像装置７では、Ｘ線検出部７３をＸＹ面内で移動させるＸＹ駆動機構７７が備えられている。

続いて図２を用いて、コントローラー１００の動作の詳細について説明する。コントローラー１００は、コントローラー１００で実行される制御動作を統括的に管理するために、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等で構成された装置制御演算処理部１０１を備える。また、コントローラー１００は、ＸＹ駆動機構３１、７７（図１）の駆動源である各モーターを制御するモーター制御部１０２を備える。つまり、ＸＹ駆動機構３１、７７は、モーター制御部１０２からの指令に応じて、ＸＹ駆動テーブル３やＸ線検出部７３を移動して位置決めする。さらに、コントローラー１００は、光学撮像装置５およびＸ線撮像装置７それぞれの撮像制御を行う不図示の撮像装置制御部と、光学撮像装置５およびＸ線撮像装置７の撮像結果を処理するために、画像処理部１０３および検査判定処理部１０４を備える。この画像処理部１０３は、光学撮像装置５およびＸ線撮像装置７の撮像結果を受信して、例えばＸ線撮像結果の再構成等に必要な演算処理を当該撮像結果に施す。そして、検査判定処理部１０４は、画像処理部１０３による処理を経た撮像結果に基づいて、半田の状態の良否を判定する。

ところで、上述のとおり、Ｘ線撮像装置７は、ＸＹ駆動テーブル３の位置を変えることで、被検体へ入射するＸ線の入射角度を変化させて、各入射角度で被検体の透過像を撮像する。換言すれば、Ｘ線撮像装置７は、複数のＸ線撮像条件（Ｘ線入射角度）の間で撮像条件を変化させながら、各Ｘ線撮像条件で被検体の透過像を撮像するものである。そして、コントローラー１００は、これらＸ線撮像条件で撮像された複数の透過像から、被検体の断層画像を再構成する。そこで、コントローラー１００は、被検体の断層画像の再構成に必要となる複数のＸ線撮像条件を演算により求めるモデリング演算処理部１０５を備える。なお、上述のとおり、被検体へのＸ線の入射角度は、被検体を支持するＸＹ駆動テーブル３を移動・位置決めすることで調整されるとともに、当該Ｘ線入射角度でのＸ線撮像は、Ｘ線検出部７３を被検体の位置に応じて移動させることで行われる。そこで、モデリング演算処理部１０５は、被検体へのＸ線の入射角度に併せて、当該入射角度に対応するＸＹ駆動テーブル３の位置およびＸ線検出部７３の位置をＸ線撮像条件として求める。

また、コントローラー１００は、被検体を構成する各部材（基板Ｗ、電子部品ＥＰ等（図３））の配置を示す部材配置情報を記憶する配置情報記憶部１０６をさらに備える。この部材配置情報は、被検体を構成する各部材の配置、より具体的には形状・寸法・位置関係を示す情報であり、被検体の設計情報等から得ることができる。そして、モデリング演算処理部１０５は、この部材配置情報に基づいて複数のＸ線撮像条件を求めるものである。なお、この動作の詳細については後述する。

以上が、部品検査装置１の概略構成である。続いて、部品検査装置１で実行されるＸ線撮像の詳細について説明する。このＸ線撮像は、被検体を含む検査対象範囲ＴＲの断層画像を求めるために実行される（図３）。図３は、被検体と検査対象範囲の関係を模式的に例示する部分断面図である。図３に示すように、被検体は、基板Ｗの上面に複数の電子部品ＥＰを半田ＳＬにより実装した構成を備える。また、検査対象範囲ＴＲは被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬに外接する直方体形状を有しており、ＸＹ面内において、基板Ｗと同じ幅および奥行きを有するとともに、Ｚ方向において、基板Ｗの底面から最も背の高い電子部品ＥＰの上面にまで到る厚みを有している。そして、上述したとおり、Ｘ線撮像装置７は、Ｘ線源７１１と基板Ｗの相対位置を変化させることで、Ｘ線源７１１から基板Ｗの被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを透過するＸ線が、基板Ｗとなす角度（Ｚ軸となす角度のＸＺ平面へのＹ方向投影角θｘ、Ｚ軸となす角度のＹＺ平面へのＸ方向投影角θｙ）を変化させながらＸ線撮像を実行する（図４）。

図４は、Ｘ線撮像装置で実行されるＸ線撮像動作の一例を示す模式図である。同図では、４つの基板Ｗ（検査対象範囲ＴＲ）と４つのＸ線検出部７３が示されているが、これは基板ＷおよびＸ線検出部７３が４つずつあることを示すものではなく、基板ＷおよびＸ線検出部７３が図４で示された各位置に少なくとも移動可能であることを示している。また、同図では、基板Ｗの位置ＰwおよびＸ線検出部７３の位置Ｐcには座標(θx,θy)が併記されている。ここで、位置Ｐw（θx,θy）は、Ｘ軸方向に角度θxでかつＹ軸方向に角度θyの入射角でＸ線が基板Ｗ（の中心）に入射する基板Ｗの位置を示している。また、位置Ｐc（θx,θy）は、位置Ｐc（θx,θy）にある基板Ｗを透過したＸ線を検出するＸ線検出部７３の位置を示しており、位置Ｐc（θx,θy）にあるＸ線検出部７３は、位置Ｐw（θx,θy）にある基板ＷとＸ線源７１１と略一直線に並ぶ。なお、図４では、Ｙ軸方向の角度を０°に固定して、Ｘ軸方向の角度を変化させた場合が示されている。

これらＸ線源７１１、基板ＷおよびＸ線検出部７３が満たす位置関係の詳細について説明すると、次のとおりである。位置Ｐw（θx、０°）の基板Ｗの底面の中央からＸ線源７１１までのＸ方向の距離をｄwとし、位置Ｐw（θx、０°）の基板Ｗの底面からＸ線源７１１までのＺ方向への距離をＨとする。また、位置Ｐc（θx、０°）のＸ線検出部７３（のセンサー面）の中央からＸ線源７１１までのＸ方向の距離をｄcとし、位置Ｐc（θx、０°）のＸ線検出部７３（のセンサー面）からＸ線源７１１までのＺ方向への距離をＤとする。

そして、入射角度θxで被検体（基板Ｗ）にＸ線を入射させて、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの透過像を撮像するために、基板ＷおよびＸ線検出部７３は、次式
ｔａｎ（θx)＝ｄw／Ｈ＝ｄc／Ｄ …式１
を満たしている。つまり、式１を満たすように基板ＷおよびＸ線検出部７３をＸＹ面内で移動させることで、入射角度θxを変化させながら、被検体（基板Ｗおよび電子部品ＥＰ）の透過像が撮像される。なお、ここでは、Ｘ軸方向にＸ線入射角度θxを変化させた場合について説明したが、Ｘ線撮像装置７は、Ｙ軸方向にも同様にＸ線入射角度θyを変化させながら、被検体の透過像を撮像可能である。

こうして、Ｘ線入射角度θ（＝θx、θy）を変化させながら、Ｘ線検出部７３により撮像した複数の透過像から、検査対象範囲ＴＲの断層画像が求められる。具体的には、この断層画像は、Ｘ線源７１１から射出されてＸ線検出部７３により検出されるまでに、Ｘ線が減衰した割合から求められる。すなわち、Ｘ線検出部７３により撮像された透過像は、Ｘ線源７１１から射出された後に減衰したＸ線を検出したものである。このときＸ線が減衰する原因としては、Ｘ線源７１１からＸ線検出部７３までの距離によるものと、被検体を透過することによるものとがある。具体的には、次のとおりである。

Ｘ線は距離の二乗で減衰するため、Ｘ線源７１１からＸ線検出部７３の間に被検体がなくとも、Ｘ線検出部７３は、減衰率γ（＝１／Ｒ^２）で減衰したＸ線を検出することとなる。ここで、距離Ｒは、Ｘ線源７１１からＸ線検出部７３までの距離であり、Ｒ＝Ｄ／ｃｏｓ（θ）で与えられる。そして、Ｘ線源７１１からＸ線検出部７３の間に被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬがある場合には、Ｘ線検出部７３は、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを透過することでさらに減衰したＸ線を検出することとなる。そこで、画像処理部１０３は、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを含む検査対象範囲ＴＲにおけるＸ線減衰率μ（放射線減衰率）の分布を、Ｘ線検出部７３が撮像した透過像から求めて（図５）、検査対象範囲ＴＲの断層画像を再構成する。

図５は、透過像からＸ線減衰率の分布を求める方法についての説明図である。この方法は、検査対象範囲ＴＲを複数の微小立方体Ｃ(k)に仮想的に分割して、各微小立方体Ｃ(k)のＸ線減衰率を求めるものである。同図に示す例では、入射角度θで検査対象範囲ＴＲに入射したＸ線は、微小立方体Ｃ(115)、Ｃ(k+1)、Ｃ(225)を透過した後に、Ｘ線検出部７３により検出される。このとき、Ｘ線検出部７３の検出値（輝度値）をＭ(θx)とすると、次式
Ｍ(θx)＝γ・exp｛−μ(115)×ｔ−μ(k+1) ×ｔ−μ(225) ×ｔ｝ …式２
が成立する。ここで、ｔは、Ｘ線の入射方向における各微小立方体Ｃ(k)の厚みであり、演算によって予め求められて、画像処理部１０３に記憶されている。式２の両辺の自然対数をとると、
ln｛Ｍ(θx)｝＝ln(γ)−μ(115) ×ｔ−μ(k+1) ×ｔ−μ(225) ×ｔ …式３
と、各微小立方体Ｃ(k)のＸ線減衰率μ(k)に関する一次方程式が得られる。そして、例えば、−４５°≦θ≦４５°の範囲で、Ｘ線の入射角度θを変えながら、各Ｘ線入射角度θで被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの透過像を撮像することで、１回の撮像毎に式３と同様の一次方程式を順次得ることができる。

なお、図５では、Ｘ線検出部７３のセンサー面の中心に入射するＸ線（同図の破線矢印）を検出し、この検出値Ｍ(θ)から一次方程式を得る場合を例示している。ただし、Ｘ線源７１１からは放射状にＸ線が射出されるため、Ｘ線検出部７３のセンサー面の中心以外にも、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを透過したＸ線が入射する。しかも、Ｘ線検出部７３のセンサー面７３１は、ＸＹ面内で二次元的に並ぶ複数の画素を有しているため、その中心以外でも被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを透過したＸ線を検出できる（図６）。図６は、Ｘ線入射角度θで被検体に入射させたＸ線の透過像を撮像するＸ線検出部のセンサー面の様子を模式的に示す図である。図６に示すように、センサー面７３１は、その中心位置（０、０）で検出値Ｍ(θ、０、０)（図５のＭ(θ)に相当）を検出するとともに、中心以外の位置（α、β）でも検出値Ｍ（θ、α、β）を検出する。したがって、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの透過像を１回撮像する度に、複数の画素それぞれについて式３と同様の一次方程式を得ることができる。なお、以下では、Ｘ線入射角度θでＸ線を入射させて被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの透過像を撮像した際に、センサー面７３１の位置（α、β）の画素で検出した検出値をＭ（θ、α、β）と表すこととする。

図５および図６に関する上記説明をまとめると、センサー面７３１の画素数をＮp個とすると、１回の撮像で式３と同様の一次方程式をＮp個得ることができる。さらに、Ｘ線入射角度θをＮf回変化させて、Ｎf枚の透過像を撮像することで、式３と同様の一次方程式をＮp×Ｎf個得ることができる。そして、これらＮp×Ｎf個の一次方程式からなる連立方程式を解くことで、各微小立方体Ｃ(k)のＸ線減衰率を求めて、検査対象範囲ＴＲにおけるＸ線減衰率μ(k)の分布を断層画像として求めることができる。

ところで、図２を用いて上述したとおり、コントローラー１００が有する配置情報記憶部１０６には、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを構成する各部材の形状・寸法・位置を示す部材配置情報が記憶されている。そして、この部材配置情報を参照することで、複数の微小立方体Ｃ(k)の一部については、透過像を撮像せずともそのＸ線減衰率μ(k)を求めることが可能である。

つまり、図３から判るように、検査対象範囲ＴＲには、電子部品ＥＰや基板Ｗが配置されていない範囲、すなわち空気のみが存在する範囲ＴＲaが存在する。そして、このような範囲ＴＲaのＸ線減衰率μはゼロと推定できる。さらに、基板Ｗ（プリント基板）が配置された領域ＴＲwのＸ線減衰率μもゼロと推定できる。そして、このようにＸ線減衰率μを推定可能な範囲ＴＲa、ＴＲwが検査対象範囲ＴＲのどこに存在するかは、部材配置情報から求めることが可能である。

そこで、この実施形態では、これら領域ＴＲa、ＴＲw（第１領域）のＸ線減衰率μは推定値（ゼロ）であるとして取り扱い、当該領域ＴＲa、ＴＲwのＸ線減衰率μをＸ線撮像により求めることはしない。そして、領域ＴＲa、ＴＲw以外の領域（第２領域）のＸ線減衰率μについてのみ、Ｘ線撮像により求め、これによってＸ線撮像の枚数Ｎfを抑制している。具体的には、領域ＴＲa、ＴＲw以外の領域のＸ線減衰率μを求めるために必要となる複数のＸ線撮像条件を、モデリング演算処理部１０５が算出する（図７）。

図７は、Ｘ線撮像条件の組み合わせを求めるにあたってモデリング演算処理部が実行する演算を説明するための説明図であり、具体的には、同演算で用いられる式が示されている。まず、モデリング演算処理部１０５は、Ｘ線入射角度θを例えば１°毎に変化させながら各Ｘ線入射角度θで被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの透過像を撮像した場合に得られる、Ｘ線減衰率μに関する一次方程式を求める。より具体的に説明すると、検査対象範囲ＴＲをｍ個の微小立方体Ｃ(k)に分割し、これらｍ個の微小立方体Ｃ(k)のＸ線減衰率μ(k)に関してｎ個の一次方程式を求める。こうして得られる連立方程式は、図７の式４に示すように行列によって表現できる。ここで、図７のＡ(n,m)はｎ行ｍ列の行列を示す。続いて、モデリング演算処理部１０５は、部材配置情報から値がゼロと推定できる各Ｘ線減衰率μにゼロを代入するとともに、当該Ｘ線減衰率μを含む行を連立方程式の上側に集める（式５）。ここでは、μ(221)、μ(222)、μ(223)等にゼロが代入されるとともに、これらμ(221)、μ(222)、μ(223)等を含む行が連立方程式の上側に集められている。

ここで、式５の連立方程式が解を持つ場合、ｎ行の中からｍ行を抽出することによって、ｍ×ｍの正則な行列を１あるいはそれ以上得ることができる。そこで、モデリング演算処理部１０５は、次のようにして、式５の連立方程式を構成するｎ個の一次方程式から、正則行列を構成するｍ個の一次方程式を抽出する。まず、モデリング演算処理部１０５は、ｎ個の一次方程式からｍ個の一次方程式を抽出する全ての組み合わせを求める。ここで、ｎ個の式からｍ個の式を抽出する組み合わせは、ｎＣｍ｛＝ｎ×（ｎ−１）×…×（ｎ−ｍ＋１）／ｍ×（ｍ−１）×…×１｝で与えられる。したがって、ｍ個の一次方程式からなる連立方程式（式６）がｎＣｍ通り得られることとなる。なお、図７の式６に対して矢印付きで記載されたｍ×ｍ、ｍ×１の表記は、それぞれの矢印先が表記の大きさの行列であることを表したものである。

そして、モデリング演算処理部１０５は、ｎＣｍ通りの連立方程式それぞれについて、当該連立方程式を示す行列Ａ(m,m)の行列式｜Ａ(m,m)｜を算出するとともに、｜Ａ(m,m)｜＜δを満たす連立方程式を除外する。ここで、δはゼロに近い整数である。つまり、モデリング演算処理部１０５は、行列式がゼロに近い連立方程式は解を有さない（正則でない）として除外する。続いて、モデリング演算処理部１０５は、残った連立方程式それぞれについて、式６の右辺において互いに異なる入射角度θがいくつ存在するかを調べる。つまり、異なる入射角度θが多いほど、これらの入射角度θそれぞれで被検体の透過像を撮像する必要が生じ、その結果、透過像の撮像枚数Ｎfが多くなる。そこで、モデリング演算処理部１０５は、右辺において異なる入射角度θの数が最小である連立方程式を求める。

そして、モデリング演算処理部１０５は、こうして求められた連立方程式の右辺に存在する各入射角度θと、当該入射角度θに対応するＸＹ駆動テーブル３の位置およびＸ線検出部７３の位置をＸ線撮像条件として求めて、設定する。こうして、Ｎf通りのＸ線撮像条件が設定されることとなる。そして、Ｘ線撮像装置７は、こうして設定されたＮf通りのＸ線撮像条件で、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの透過像を撮像する（図８）。

図８は、Ｘ線撮像装置およびコントローラーが行う動作を示すフローチャートである。モデリング演算処理部１０５は、Ｘ線撮像条件を算出するためのプログラムを読み込んで（ステップＳ１０１）、配置情報記憶部１０６に記憶される部材配置情報に基づいて、Ｎf通りのＸ線撮像条件を算出して設定する（ステップＳ１０２）。なお、この算出動作は、図７を用いて説明したとおりである。

そして、部品検査装置１は、設定された複数のＸ線撮像条件でＸ線撮像を行うべく、ステップＳ１０３からステップＳ１０８を実行する。まず、ステップＳ１０３で部品検査装置１に被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬ（ワーク）が搬入されるとともに、ステップＳ１０４で撮像枚数Ｊに１が代入される。そして、Ｎf通りのＸ線撮像条件のうちＪ枚目（ここでは１枚目）の撮像に対応するＸ線撮像条件が示す位置に、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを支持するＸＹ駆動テーブル３およびＸ線検出部７３を移動させて、Ｘ線撮像が行われる（ステップＳ１０６）。このＸ線撮像が終了すると、ステップＳ１０７で撮像枚数Ｊが１だけインクリメントされるとともに（Ｊ＝Ｊ＋１）、続くステップＳ１０８で撮像枚数ＪがＮfより大きいか否かが判断される。

ステップＳ１０８で「ＮＯ」と判断された場合は、ステップＳ１０５に戻る。そして、（Ｊ＋１）枚目の撮像に対応するＸ線撮像条件が示す位置に、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを支持するＸＹ駆動テーブル３およびＸ線検出部７３を移動させて、Ｘ線撮像が行われるとともに（ステップＳ１０６）、撮像枚数Ｊをインクリメントする（ステップＳ１０７）といった動作が繰り返される。

ステップＳ１０８で「ＹＥＳ」と判断された場合は、Ｎf通りのＸ線撮像条件のそれぞれでＸ線撮像が完了したとして、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、検査対象範囲ＴＲの断層画像が画像処理部１０３によって再構成される。具体的には、Ｘ線減衰率μが推定できる領域ＴＲa、ＴＲwについては当該推定値がＸ線減衰率μとして求められるとともに、検査対象範囲ＴＲのうち領域ＴＲa、ＴＲw以外の領域についてはＮf枚の透過像からＸ線減衰率μが求められる。こうして、検査対象範囲ＴＲ全域におけるＸ線減衰率μの分布が求められて、検査対象範囲ＴＲの断層画像が再構成される。そして、ステップＳ１１０では、検査判定処理部１０４がこの断層画像に基づいて、半田付けの状態の良否を判定し、続くステップＳ１１１では、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬが部品検査装置１の外部へと搬出される。

以上のように、上記実施形態では、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを含む検査対象範囲ＴＲの断層画像を示す断層画像情報（Ｘ線減衰率μ）が求められる。このとき、検査対象範囲ＴＲの一部の領域ＴＲa、ＴＲw（第１領域）については、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬを構成する各部材（基板Ｗおよび電子部品ＥＰ）の配置を示す部材配置情報から、例えば空気が存在するのみである等を判断することができ、その結果、当該領域ＴＲa、ＴＲwの断層画像情報を推定することができる。そこで、この実施形態は、領域ＴＲa、ＴＲwの断層画像情報については、透過像の撮像結果から求めるのではなく、部材配置情報から推定することとし、透過像の撮像結果から断層画像情報を求める領域を領域ＴＲa、ＴＲw以外の領域に限定している。つまり、Ｘ線撮像条件は、検査対象範囲ＴＲのうち領域ＴＲa、ＴＲwを除いた領域（第２領域）の断層画像情報を求めるために必要となるものについて設定され、こうして設定された各Ｘ線撮像条件で透過像が撮像される。このように、この実施形態では、領域ＴＲa、ＴＲwを除いた領域（第２領域）の断層画像情報を求めるために必要なものにＸ線撮像条件を限定することで、Ｘ線撮像条件の数Ｎfを抑えて、被検体Ｗ、ＥＰ、ＳＬの被曝負荷を軽減することが可能となっている。

以上のように、本実施形態では、部品検査装置１が本発明の「放射線検査装置」に相当し、Ｘ線撮像装置７が本発明の「放射線撮影装置」に相当し、Ｘ線が本発明の「放射線」に相当し、Ｘ線源７１１が本発明の「放射線源」に相当し、基板Ｗおよびこれに半田付けされた電子部品ＥＰが本発明の「被検体」に相当し、ＸＹ駆動テーブル３が本発明の「支持手段」に相当し、Ｘ線検出部７３が本発明の「放射線撮像手段」に相当し、Ｘ線撮像条件が本発明の「撮像条件」に相当し、検査対象範囲ＴＲが本発明の「検査対象範囲」に相当し、領域ＴＲa、ＴＲwが本発明の「第１領域」に相当し、検査対象範囲ＴＲから領域ＴＲa、ＴＲwを除いた領域が本発明の「第２領域」に相当し、コントローラー１００が本発明の「制御手段」あるいは「撮像条件算出装置」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。例えば、上記実施形態では、Ｘ線撮像装置７は、Ｘ線撮像条件を算出する撮像条件算出装置としての機能をコントローラー１００に内蔵していた。しかしながら、撮像条件算出装置としての機能をＸ線撮像装置７とは異なる外部装置で実現しても良い。この場合、Ｘ線撮像条件の算出については外部装置で別途行っておき、Ｘ線撮像装置７は、外部装置で算出されたＸ線撮像条件を透過像の撮像のために、例えばコントローラー１００等に設定するだけの機能を備えておけば良い。

また、上記実施形態では、部材配置情報を被検体Ｗ、ＥＰの設計情報等から得ていた。しかしながら、部品検査装置１が備える光学撮像装置５が被検体Ｗ、ＥＰを撮像した光学写真から、コントローラー１００が部材配置情報を求めるように構成しても良い。このように構成された部品検査装置１は、自ら備える光学撮像装置５の撮像結果から部材配置情報を求めることができる。したがって、部品検査装置１のユーザーからしてみれば、例えば、部材配置情報を部品検査装置１に設定するための手間が必要なくなり、部品検査のための作業の効率化が可能となる。

また、検査対象範囲ＴＲを分割する複数の微小立方体Ｃ(k)の形状や大きさ等についても適宜変更できる。すなわち、例えば、微小立方体Ｃ(k)の大きさは、断層画像に求められる分解能に応じて適宜変更すれば良い。具体的には、半田付けの状態の良否を的確に判断するためには、基板Ｗと電子部品ＥＰとの接続部分（つまり、半田ＳＬの部分）については高い分解能で断層画像を求めることが好適であるため、微小立方体Ｃ(k)の大きさを小さく設定する一方、電子部品ＥＰが存在しない部分については、それほど高い分解能が必要ないため、微小立方体Ｃ(k)の大きさを大きく設定しても良い。

また、上記実施形態では、空気、基板Ｗが存在する領域ＴＲa,ＴＲwのＸ線減衰率μを、部材配置情報から推定していた。しかしながら、その他の領域についても部材配置情報からＸ線減衰率μを推定できる場合もある。その場合には、領域ＴＲa,ＴＲwのＸ線減衰率μについても部材配置情報から推定するように構成しても良い。

１…部品検査装置
１００…コントローラー
１０３…画像処理部
１０４…検査判定処理部
３…ＸＹ駆動テーブル
５…光学撮像装置
７…Ｘ線検査装置
７１１…Ｘ線源
７３…Ｘ線検出部
７３１…センサー面
Ｗ…基板
ＥＰ…電子部品
ＳＬ…半田
ＴＲ…検査対象範囲

Claims (3)

1. 放射線を射出する放射線源、基板および電子部品を有する被検体を支持する支持手段、および前記放射線源から射出されて前記被検体を透過した放射線を検出して前記被検体の透過像を撮像する放射線撮像手段を備え、前記被検体と前記放射線源との位置関係を変えることで、前記被検体の透過像を撮像する際の撮像条件が可変であるとともに、前記被検体の透過像を撮像した結果から前記被検体を含む検査対象範囲の断層画像を示す断層画像情報を求める放射線検査装置であって、
   前記検査対象範囲のうち、前記被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から断層画像情報が推定可能な第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となる複数の撮像条件を設定する制御手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記被検体と前記放射線源との位置関係を変えながら、設定した前記複数の撮像条件のそれぞれで前記被検体の透過像を撮像して、当該撮像結果から前記第２領域の断層画像情報を求めるとともに、前記被検体の前記部材配置情報から前記第１領域のうち空気および前記基板が存在する領域の放射線減衰率をゼロと推定して前記第１領域の断層画像情報を推定することで、前記検査対象範囲の断層画像情報を求めることを特徴とする放射線検査装置。
2. 前記被検体の光学写真を撮像する光学撮像手段をさらに備え、前記制御手段は、前記光学撮像手段が撮像した光学写真から、前記電子部品および前記基板の配置を示す情報を前記部材配置情報として求めるとともに、当該部材配置情報から前記複数の撮像条件を求める請求項１に記載の放射線検査装置。
3. 放射線源から射出されて基板および電子部品を有する被検体を透過した放射線を検出して前記被検体の透過像を撮像する際の撮像条件が、前記被検体と前記放射線源との位置関係を変えることで可変であるとともに、前記被検体の透過像を撮像した結果から前記被検体を含む検査対象範囲の断層画像を示す断層画像情報を求める放射線検査方法であって、
   前記検査対象範囲のうち、前記被検体を構成する各部材の配置を示す部材配置情報から断層画像情報が推定可能な第１領域を除いた第２領域の断層画像情報を求めるために必要となる複数の撮像条件を設定する第１工程と、
   前記被検体と前記放射線源との位置関係を変えながら、前記第１工程で設定した前記複数の撮像条件のそれぞれで前記被検体の透過像を撮像して、当該撮像結果から前記第２領域の断層画像情報を求めるとともに、前記被検体の前記部材配置情報から前記第１領域のうち空気および前記基板が存在する領域の放射線減衰率をゼロと推定して前記第１領域の断層画像情報を推定することで、前記検査対象範囲の断層画像情報を求める第２工程と
   を備えたことを特徴とする放射線検査方法。

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