JP6471151B2

JP6471151B2 - Ｘ線検査システム及びそのようなｘ線検査システムを用いて試験対象物を回転する方法

Info

Publication number: JP6471151B2
Application number: JP2016518765A
Authority: JP
Inventors: メッケ，アンドレアス; スポルディング，ヤン; クライン，アクセル
Original assignee: Yxlon International GmbH
Current assignee: Yxlon International GmbH
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2034-10-21
Also published as: EP3060903B1; KR102252257B1; GB2534509A; WO2015058855A1; JP2016533481A; US10209204B2; KR20160100295A; EP3060903A1; HK1225790A1; US20160238541A1; GB2534509B; DE112014004817A5; CN105765375A

Description

本発明は、Ｘ線源と、検出器と、それらの間に配され、試験対象物を固定することができる回転テーブルとを備えたＸ線検査システム、及び、そのようなＸ線検査システムにおいて試験対象物を回転させる方法に関する。

Ｘ線検査システムでは、試験対象物が、実際の（物理的な）軸を用いて、撮像要素のＸ線源と検出器との間を移動させられることが知られている。また、所望の画像部分を得るために、Ｘ線源及び検出器との両方を移動させることも極めて一般的である。既知の解決アプローチでは、試験対象物の検査対象領域が特定の照射角により観測されることになる場合において、該領域が中央に位置していない、又は、必要な傾斜軸又は回転軸の要求される領域に少なくとも位置していないと、問題が生じる。

このために、２つの解決アプローチが存在する。
・試験対象物を掴みなおす、すなわち、関心領域を回転軸の中心へと手動で動かす。
・対応する方向における自由度を高めるために、さらなる軸を追加する。

しかしながら、これらの方法には、例えば、時間消費の増加、軸の複雑性の増加、一定に保たれた設置空間を備えている検査容積の減少のような決定的な欠点がある。

上述の操作と、角度に依存する操作に付随する問題とは、ＤＸＲ（デジタルＸ線撮影）及びＣＴ（コンピュータ断層撮影）の両方のための、並びにラミノグラフィーのための全てのＸ線システムに関連する。この問題は、解像度要件が増すにつれて深刻になっていく。したがって、例えば、非常に高解像度のＣＴシステムの場合には、ＣＴ品質を決定する回転軸の中心に試験対象物を運び込むため、決定的な回転軸上において追加のＸＹ位置決めテーブルが用いられる。

したがって、本発明の目的は、わずかな設置スペースで、かつ、とりわけ比較的少ないユーザとの相互作用により、最大限の自由度を必要とするＸ線検査システム及び方法を提供することにある。

上記目的は、請求項１の特徴を備えた物品により達成される。本発明に係るＸ線検査システムを用いて、以下により詳細に説明されるように、本発明に係る回転方法のうち１つを実行することが可能である。請求項１に述べられる部分及び移動可能性により、本発明に係る該方法を簡便に実行することが可能になる。

本発明の有利な発展形態は、前記回転テーブルが、Ｚ軸に沿って移動可能であることを提供する。したがって、高さが可変である試験対象物の検査もまた実行することが可能である。

本発明のさらなる有利な発展形態は、前記回転テーブルが、ＸＹ平面と平行に、特にＸ軸と平行に延びている傾斜軸回りに傾斜させられ得ることを提供する。したがって、試験対象物を通過するＸ線の取り得る最も好適な軌道を選択することが可能である。

本発明のさらなる有利な発展形態は、前記Ｘ線源が、前記検出器と併せて、前記回転テーブル回りに回転可能である、及び／又は、前記回転テーブルに対して、ＸＹ平面と平行に移動可能である、及び／又は、Ｚ軸と平行に移動可能である、及び／又は、ＸＹ平面と平行に、特にＸ軸と平行に延びている傾斜軸回りに傾斜可能であることを提供する。したがって、試験対象物の移動の代わりに、又は試験対象物の移動に加えて、撮像システムを移動させることも可能であり、その結果、検査の柔軟性が向上する。

上記目的は、請求項５の特徴を備えた方法によっても達成される。回転テーブルがＸＹ位置決めテーブルに固定されているため、Ｘ軸とＹ軸とが複合させられているように振舞うことが可能であり、その結果、回転テーブルが円軌道上を移動する。仮想回転軸を実現するためには、回転テーブルの回転角が、Ｘ軸及びＹ軸と所定の関係にて位置決め又は移動させられることが必要である。このために、回転軸はマスターとして規定され、Ｘ軸及びＹ軸の２つの軸は、２つの該関係に示されるように、回転軸の回転角に対応して位置決めされる。

同様に、上記目的は、請求項６の特徴を備えた方法によって達成される。この方法は、直前に記載した請求項５に係る方法とは、試験対象物を移動させる代わりに撮像要素であるＸ線源及び検出器を移動させるという点においてのみ異なる。それらの関係は、回転テーブル及び位置決めテーブルによる試験対象物の複合移動の場合における関係に相当する。

本発明の有利な発展形態は、前述の移動が行われる前に、前記回転テーブルがＺ方向に移動させられると共にＸ方向と平行に延びている傾斜軸回りに傾斜させられ、その結果、前記試験対象物内に存在する関心領域が、前述の傾斜運動及び並進運動の前後において、座標系内の同じ位置に存在することを提供する。これにより、試験対象物の場合には、試験対象物内の任意の所望の地点において、試験対象物の検査を所望の位置合わせがされた軸回りに行うことが可能になる。そのため、ユーザは所望のパラメータを個別に決定して、可能な限り最良の結果を達成することができる。

本発明のさらなる利点及び詳細は、以下に示す図面に表される実施形態の例を参照して説明される。

技術水準に係る方法を表す概略図。本発明に係るＸ線検査システムを表す簡略図。仮想回転軸を示す概略図。可変傾斜角を備えた方法を表す概略図。固定可能な地点に関する方法を表す概略図。

図１は、技術水準により既知である方法を示す。試験対象物２は、Ｘ線検査システム内に配置されている。Ｘ線検査システムは、Ｘ線源１と、検出器３とを備えている。これらの間には、回転テーブル４が配置されており、該回転テーブル４は、そのテーブル面に対して垂直に延びている回転軸５を備えており、該回転軸５はＺ軸に相当する。回転テーブル４上には、位置決めテーブル６が取り付けられており、該位置決めテーブル６は、その上に配置された試験対象物が、該テーブル面すなわちＸＹ平面内にて変位することを可能にする。Ｘ軸は、検出器３の表面に対して平行であり、図１では、該テーブル面内で縦方向に延びている。その結果、Ｙ軸は、該テーブル面内において横方向に延びている。Ｘ線管１はファンビーム７を放射し、該ファンビーム７の中心ビーム８は、検出器３の中心に衝突する。中心ビーム８は、Ｙ軸に相当する。

試験対象物２は、回転テーブル４上の中央でない位置に、すなわち回転軸５の外側に配置されている。しかしながら、可能な限り最良の試験対象物２の画像を取得するため、該試験対象物２は回転運動の中心に配置されている必要がある。そのため、位置決めテーブル６上に配置された試験対象物は、位置決めテーブル６を用いて、回転テーブル４の回転軸５上に位置するようになるまでＸ方向及びＹ方向に変位させられる（図１の下部を参照）。ここでは、試験対象物２の回転は、その回転軸５回りの回転テーブル４の回転によって行われ、試験対象物２の任意の回転位置において、中心ビーム８が該試験対象物２中を通過する。前述の標準的なＣＴスキャン方法では、個々の投影画を取得するために試験対象物２がファンビーム７内にて回転させられて、該投影画は適切なソフトウェアを用いて断層写真に変換される。試験対象物２が回転している間に、試験対象物２が全ての投影画内において完全に表されていることは、品質にとって決定的である。特に、非常に高倍率の分野では、回転中心内に、すなわち回転テーブル４の回転軸５上に関心領域を移動させることは、非常に煩雑である。

以下に説明する解決アプローチは、ＤＸＲ及びＣＴからの例を参照して示されるが、ラミノグラフィーの分野においても同様にして用いることができる。該アプローチは、普遍的な解決手段を表しており、Ｘ線検査設備の多くの領域において用いることができる。

図２は、本発明に係るＸ線検査システムを示す。該システムは、図１に関して上述したＸ線検査システムに広く相当する。これらの違いは、回転テーブル４が位置決めテーブル６上に配置されており、図１に関して説明したように逆になってはいないことである。加えて、本発明に係るＸ線検査システムはまた、昇降装置１０及び傾斜軸９も備えている（図５参照）。

本発明に係る解決アプローチは、これらの軸を、互いにそれらの共通の位置決めが新たな「仮想」軸の移動距離を表すような関係にすることにある。より良く理解するために、この方法は、ＣＴのＸ線機械の「仮想回転軸」を参照して表される。

回転テーブル４が位置決めテーブル６に（ＸＹ平面における直線運動が可能な状態で）固定されているものと仮定すると、ここでは該回転テーブル４は、Ｘ軸とＹ軸とが複合させられているように振舞うことが可能であり、その結果、回転テーブル４が円軌道上を移動する。

仮想回転軸を実現するため、ここでは回転テーブル４の回転角をＸ軸及びＹ軸との所定の関係に位置決めする又は移動させることが必要になる。このために、回転軸５はマスターとして定義され、Ｘ軸及びＹ軸の２つは、回転軸５の回転角に対応して位置決めさせられる。本発明によれば、これについての関係は、以下の通りである。

Ｘ＝Ｒ × ｃｏｓ（φ−φ₀）＋Ｘ₀
Ｙ＝Ｒ × ｓｉｎ（φ−φ₀）＋Ｙ₀

ここで、
Ｘは、Ｘ軸の新たな目標値であり、
Ｘ₀は、仮想軸カップリングの開始時におけるＸ軸の開始値であり、
Ｙは、Ｙ軸の新たな目標値であり、
Ｙ₀は、仮想軸カップリングの開始時におけるＹ軸の開始値であり、
Ｒは、前記回転軸と新たな仮想回転軸との間の距離であり、
φは、前記回転軸の実際の角度であり、
φ₀は、仮想軸カップリングの開始時における前記回転軸の開始値である。

ここで、この種の結合により、Ｘ／Ｙ平面における任意の所望の地点の回りに回転することが可能になる。もっとも、図３に概略的に示されるように、そのＸ軸及びＹ軸の絶対移動距離の限界は超えないものとする。

以降の検査方法については、上記の結果生じた新たな仮想回転軸は、実際の回転軸のように振舞う。すなわち、例えば測定範囲拡張（ＤＸＲ）又はＣＴ検査方法（ヘリカルＣＴ等）のようなＸ線検査において使用される方法を、制限なく使用し続けることができる。

前述の装置以外では、回転テーブル４の代わりに、撮像要素である検出器３及びＸ線源１がまた、試験対象物２回りに回転する又はＸＹ方向に移動させられる。

仮想回転軸の方法の変換は、修正形態において、任意の所望の傾斜地点を用いた視野角の方法として容易に実現することができる。利点としては、Ｘ軸の操作中に焦点−対象物の距離が固定されることが挙げられる。

図４（ＸＹ平面を表す）は、その上部に、標準的な場合を示す。すなわち、試験対象物２の関心地点の周囲の領域が、様々な視野角において検査される。このために、該地点は、回転テーブル４の回転軸５内に位置している必要がある。このとき、回転テーブル４により、様々な視野角において関心地点を観察することが可能である。関心地点は、回転テーブル４の回転軸５内に位置していることが重要である。そうでない場合には、著しく拡大した場合に、関心地点の周囲の領域が検出器３の視野外に移動することになる。

図４の下図は、Ｘ軸の任意の地点の回りに傾斜し得ることを示す。回転軸５がＸ軸及びＹ軸と重なることにより、後者が回転テーブル４の回転中心の位置していない時にも関心地点を検査し得る。このために、上述のような同様の方法が用いられる。本図では、関心地点は、中心ビーム８内に位置決めされている。この位置及び回転テーブル４の実際の軸の位置より、値Ｒ（上記参照）を決定し得ると共に、仮想回転軸を「有効に」することが可能になる。これにより、関心地点を任意の所望の視野角にて検査し得る。したがって、新たな回転角が設定されるとすぐに、前述の数学的関係に従いＸ軸及びＹ軸がそれぞれ自動的に位置決めされる。

試験対象物２をＺ方向に（検出器３に対して）移動させることがさらに可能であるため、平面状の試験対象物２の場合には、任意の所望の地点にてＸＹ平面に対して垂直な軸回りに傾斜することが可能になる。このことは、図５を参照して説明される。

回転テーブル４の追加の傾斜軸９により（あるいは、これは検出器−放射線の幾何学的配置の傾斜運動によっても可能である）、Ｚ軸に沿って回転テーブル４を移動させる昇降装置１０と併せて、試験対象物２の場合に、関心領域１１として表される任意の所望の地点において、任意の所望の地点における軸回りに傾斜することが可能になる。平面矩形状の試料が試験対象物２として回転テーブル４の中心上に載置されていると仮定すると、上述の方法により、Ｘ軸に沿って、Ｚ軸と併せて、試料の任意の地点をＺ軸回りに回転させ得る。追加の傾斜軸９と共に、さらなる回転軸が形成されるが、このとき該回転軸はＸ方向に形成される。すなわち、このとき任意の地点をＸ軸回りに回転させることがさらに可能である。そのため、ここでは、Ｘ及びＺ回りの全ての視野角にて、試料内の地点の周囲の関心領域１１の検査を実行するための最大限の自由度が存在する。

原理的には、該座標系における任意の所望の位置合わせが可能である。

１Ｘ線源
２試験対象物
３検出器
４回転テーブル
５回転軸
６位置決めテーブル
７ファンビーム
８中心ビーム
９傾斜軸
１０昇降装置
１１関心領域

Claims

Ｘ線源（１）と、検出器（３）と、それらの間に配され、試験対象物（２）を固定することができる回転テーブル（４）とを備えた、Ｘ線を用いた撮像法を使用するＸ線検査システムであって、前記回転テーブル（４）は、位置決めテーブル（６）上に配されており、前記位置決めテーブル（６）は、前記Ｘ線源（１）と前記検出器（３）との間をＸＹ平面と平行に移動可能であり、前記ＸＹ平面は、ＸＺ平面と平行に延びている前記検出器（３）の表面に垂直であり、前記回転テーブル（４）は、Ｚ軸回りに回転可能である、Ｘ線検査システムにおいて、試験対象物（２）を回転させる方法であって、
前記試験対象物（２）は、前記回転テーブル（４）に固定されており、前記回転テーブル（４）が前記Ｚ軸回りに回転させられると同時に、前記位置決めテーブル（６）がＸＹ平面において移動させられ、前記回転テーブル（４）の回転角φは、前記位置決めテーブル（６）のＸ位置及びＹ位置に対して以下の関係を有している、方法：

Ｘ＝Ｒ × ｃｏｓ（φ−φ₀）＋Ｘ₀
Ｙ＝Ｒ × ｓｉｎ（φ−φ₀）＋Ｙ₀

ここで、
Ｘは、Ｘ軸の新たな目標値であり、
Ｘ₀は、仮想軸カップリングの開始時におけるＸ軸の開始値であり、
Ｙは、Ｙ軸の新たな目標値であり、
Ｙ₀は、仮想軸カップリングの開始時におけるＹ軸の開始値であり、
Ｒは、前記回転軸（５）と新たな仮想回転軸との間の距離であり、
φは、前記回転軸（５）の実際の角度であり、
φ₀は、仮想軸カップリングの開始時における前記回転軸（５）の開始値である。
Ｘ線源（１）と、検出器（３）と、それらの間に配され、試験対象物（２）を固定することができる回転テーブル（４）とを備えた、Ｘ線を用いた撮像法を使用するＸ線検査システムであって、前記回転テーブル（４）は、位置決めテーブル（６）上に配されており、前記位置決めテーブル（６）は、前記Ｘ線源（１）と前記検出器（３）との間をＸＹ平面と平行に移動可能であり、前記ＸＹ平面は、ＸＺ平面と平行に延びている前記検出器（３）の表面に垂直であり、前記回転テーブル（４）は、Ｚ軸回りに回転可能である、Ｘ線検査システムにおいて、試験対象物（２）を回転させる方法であって、
前記試験対象物（２）は、前記回転テーブル（４）に固定されており、前記Ｘ線源（１）は、前記検出器（３）と併せて、前記Ｚ軸と平行な回転軸回りに前記試験対象物（２）回りに回転させられると同時に、ＸＹ平面と平行に移動させられ、前記回転テーブル（４）の回転角φは、前記位置決めテーブル（６）のＸ位置及びＹ位置に対して以下の関係を有している、方法：

Ｘ＝Ｒ × ｃｏｓ（φ−φ₀）＋Ｘ₀
Ｙ＝Ｒ × ｓｉｎ（φ−φ₀）＋Ｙ₀

ここで、
Ｘは、Ｘ軸の新たな目標値であり、
Ｘ₀は、仮想軸カップリングの開始時におけるＸ軸の開始値であり、
Ｙは、Ｙ軸の新たな目標値であり、
Ｙ₀は、仮想軸カップリングの開始時におけるＹ軸の開始値であり、
Ｒは、前記回転軸（５）と新たな仮想回転軸との間の距離であり、
φは、前記回転軸（５）の実際の角度であり、
φ₀は、仮想軸カップリングの開始時における前記回転軸（５）の開始値である。
前述の移動が行われる前に、前記回転テーブル（４）がＺ方向に移動させられると共にＸ方向と平行に延びている傾斜軸（９）回りに傾斜させられ、その結果、前記試験対象物（２）内に存在する関心領域（１１）が、前述の傾斜運動及び並進運動の前後において、座標系内の同じ位置に存在する、請求項１又は２に記載の方法。
前記回転テーブル（４）が、Ｚ軸に沿って移動可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記回転テーブル（４）が、ＸＹ平面と平行に延びている傾斜軸（９）回りに傾斜させられ得る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記回転テーブル（４）が、Ｘ軸と平行に延びている傾斜軸（９）回りに傾斜させられ得る、請求項５に記載の方法。
前記Ｘ線源（１）が、前記検出器（３）と併せて、前記回転テーブル（４）回りに回転可能である、及び／又は、前記回転テーブル（４）に対して、ＸＹ平面と平行に移動可能である、及び／又は、Ｚ軸と平行に移動可能である、及び／又は、ＸＹ平面と平行に延びている傾斜軸（９）回りに傾斜可能である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
前記Ｘ線源（１）が、Ｘ軸と平行に延びている傾斜軸（９）回りに傾斜可能である、請求項７に記載の方法。