JP6622260B2 - ３次元撮像装置、３次元撮像方法および３次元撮像プログラム - Google Patents

Description

本発明は、３次元撮像装置、３次元撮像方法および３次元撮像プログラムに関する。

従来、Ｘ線等の放射線によって撮像された複数の透過画像を再構成することによって３次元撮像を行う３次元ＣＴ等の技術が知られている。このような３次元撮像においては、一般的に、撮像対象を通る回転軸の周りで放射線発生器と放射線検出器とが相対的に回転する機構を利用して複数の角度で画像を撮像する。このような３次元撮像においては、一般に、回転軸を中心とした回転体（２個の円錐を底面で結合したような形状）の領域が再構成可能領域（視野領域）とされる。従って、回転軸に垂直な切断面においては、回転軸を中心とした円形または多角形の領域が再構成可能領域とされる。

１個の回転軸に関する撮像において、当該再構成可能領域の外側の３次元情報は得られないため、当該外側についての情報が必要であれば、複数の回転軸についての撮像が必要になる。特許文献１においては、切断面内で１個の再構成可能領域の大きさよりも大きい被写体の断層像を得るため、再構成可能領域を円形と見なし、円形に内接する正方形を切断面上で並べ、各正方形についての再構成を行うことで大きい被写体の断層像を得る構成が開示されている。

特開２００６−３１２２号公報

１個の回転軸に関する撮像で得られた再構成可能領域よりも広い領域の検査対象を検査する場合、複数個の回転軸に関する撮像が必要になるため、回転軸の数が増えるほど撮像に時間がかかってしまう。
本発明は、上記の問題を解決するものであり、撮像に必要な時間を短縮化することを目的とする。

上記の目的を達成するため、３次元撮像装置は、回転軸周りの回転角が異なる複数の撮像位置で前記回転軸に対して傾斜または直交した方向に出力された放射線によって撮像対象を撮像可能であるとともに、回転軸の位置を回転軸に垂直な方向に変化させることが可能な撮像機構と、それぞれの回転軸について撮像された画像による再構成演算を回転軸に垂直な方向に切断した切断面において、再構成演算による再構成可能領域に内接する複数の正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に並べる正六角形配置部と、正六角形の中心を回転軸として複数の撮像位置で撮像対象を撮像する撮像部と、回転軸毎の撮像画像に基づいて再構成演算を実行する再構成演算部と、を備える。

すなわち、切断面上での再構成可能領域は、回転軸を中心とした回転対称性のある円形（または多角形）となる。一方、同一の円に内接する正六角形と正方形とを比較すると、正六角形は正方形よりも平面を効率的に（少ない数で）埋めることができる。従って、切断面に正六角形を並べ、当該正六角形の中心を回転軸として３次元像構造解析のための撮像を行うと、多くの場合、正方形を並べた場合よりも少ない撮像回数で検査対象の広い領域をカバーする撮像を行うことができる。この結果、撮像に必要な時間を短縮化することができる。

ここで、撮像機構は、回転軸周りの回転角が異なる複数の撮像位置で回転軸に対して傾斜または直交した方向に出力された放射線によって撮像対象を撮像可能であるとともに、回転軸の位置を回転軸に垂直な方向に変化させることが可能であればよい。すなわち、撮像機構は、回転軸を中心とした異なる回転位置で複数回の撮像を行うことが可能であり、当該撮像の再構成演算により、当該回転軸の周りの所定範囲内の３次元像を再構成することができればよい。また、撮像機構は、回転軸の位置を選択することが可能であり、選択した各回転軸について回転軸周りの異なる撮像位置での撮像を行うことで、広い領域についての再構成演算を実施可能であればよい。

撮像機構は放射線発生器と放射線検出器とを含み、放射線の照射範囲に撮像対象を配置可能である。撮像機構において、回転軸に対して放射線発生器と放射線検出器とが回転するように構成されるが、これらの回転は相対的であれば良い。従って、放射線発生器と放射線検出器と撮像対象の少なくとも１個において移動や回転が可能であることによって回転角が異なる複数の撮像位置で撮像が行われればよい。

複数の撮像位置は、複数の撮像位置での撮像画像に基づいて再構成演算が行われることによって撮像対象の３次元再構成が行われるように設定されていれば良く、回転軸周りの回転角が一定の間隔で複数回の回転が行われることで得られた撮像位置であることが好ましい。なお、再構成可能領域に内接する正六角形を想定するためには、撮像回数は６回以上であることが好ましく、６回以上で多数回であるほど高精度の撮像を行うことができる。放射線は、検査対象を透過する放射線であればよく、Ｘ線やガンマ線等を利用可能である。

回転軸の位置を回転軸に垂直な方向に変化させるための構成としては、種々の構成を採用可能であり、例えば、撮像対象がセットされるＸ−Ｙステージの可動平面（Ｘ−Ｙ平面）を回転軸に垂直な平面に向ける構成等が挙げられる。むろん、移動は相対的であるため、放射線発生器と放射線検出器との少なくとも一方が２次元的に移動可能であっても良い。

正六角形配置部は、撮像対象を回転軸に垂直な方向に仮想的に切断した切断面上において、１個の回転軸周りの撮像によって再構成可能な再構成可能領域に内接する正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に複数個並べることができればよい。すなわち、正六角形配置部は、撮像対象を回転軸に垂直な方向に仮想的に切断した切断面上で、再構成可能領域を想定し、当該切断面上で正六角形を並べる。

切断面は撮像対象を通る平面であれば良く、３次元構造の解析を行うべき位置で撮像対象を切断する面であることが好ましい。再構成可能領域は、再構成演算によって形成される３次元再構成画像から検査対象の像が得られる領域であれば良い。３次元撮像装置においては、切断面上に並べられた正六角形内の再構成画像に基づいて検査対象の検査等の解析が行われれば良く、再構成可能領域は、正六角形を定義するために利用される。

従って、再構成可能領域の全域で高精度に再構成可能であることが必須というわけではなく、その形状も仮想的な形状であって良い。例えば、回転軸周りの撮像位置は有限の個数であるため、切断面上の再構成可能領域は多角形に近い形状となるが、円形と見なされても良い。また、再構成可能領域の端部（円形であれば周に近い部分）において像が不鮮明になることや、アーチファクトの影響を受けることも想定し得るため、再構成可能領域の境界が再構成画像から厳密に定義されなくてもよく、撮像機構の幾何学配置等から仮想的に再構成可能領域が決められても良いし、予め決められた固定の領域が想定されても良い。

再構成可能領域に内接する正六角形は、実際に再構成可能領域が定義され、当該領域に内接する正六角形が算出されることによって定義されても良いし、再構成可能領域に内接する正六角形のサイズが特定されることによって定義されても良い。後者の例としては、例えば、撮像機構は、矩形の有効撮像範囲の一辺が切断面に平行な放射線検出器を備え、正六角形の一辺は、切断面に平行な有効撮像範囲の一辺の長さを撮像倍率で除した長さの１／２である構成が挙げられる。

すなわち、放射線検出器の矩形の有効撮像範囲内の画像で再構成演算が行われ、その一辺が切断面に平行であるとすれば、当該一辺の長さを撮像倍率で除することにより、切断面上で撮像される範囲を推定することができる。切断面上で撮像される範囲は、再構成可能領域となるため、放射線検出器の有効撮像範囲を撮像倍率で除した値は、再構成可能領域の全長（円形であれば直径）と見なすことができる。そこで、当該値を１／２にすれば、再構成可能領域に内接する正六角形の一辺を定義することが可能になる。

正六角形が決められれば、切断面上で辺を共有して隣接した状態で正六角形を並べることにより、効率的に平面を埋めることができ、正方形と比較して少ない数の回転軸を設定して撮像対象の撮像を行うことが可能になる。

撮像部は、正六角形の中心を回転軸として複数の撮像位置で撮像対象を撮像することができればよい。すなわち、撮像部は、撮像機構を制御し、各回転軸について複数の撮像位置で撮像を行うことで、３次元再構成を行うことが可能な画像を撮像できれば良い。また、再構成演算部は、回転軸毎の撮像画像に基づいて再構成演算を実行することができればよい。再構成演算の結果は、種々の用途に利用可能であり、検査対象の検査、例えば、ボイドの有無に基づく良否判定等に利用可能である。

３次元撮像装置のブロック図である。 図２Ａは撮像機構による撮像を示す図であり、図２Ｂは再構成可能領域を示す図である。 図３Ａは再構成可能領域に内接する正六角形および正方形を示す図であり、図３Ｂは再構成可能領域の大きさを示す図である。 Ｘ線検査処理のフローチャートである。 図５Ａは正六角形の配置を示す図、図５Ｂは正方形の配置を示す図である。 図６Ａ、図６Ｂは正六角形と正方形の配置効率を比較するグラフである。 図７Ａは撮像対象の配置例を示す図であり、図７Ｂは撮像対象に重ねられたマスクの例を示す図である。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）３次元撮像装置の構成：
（２）Ｘ線検査処理：
（３）他の実施形態：

（１）３次元撮像装置の構成：
図１は本発明の一実施形態にかかる３次元撮像装置の概略ブロック図である。３次元撮像装置は、撮像機構１０と制御部２０とを備えている。撮像機構１０は、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２とＸ−Ｙステージ１３とを備えている。撮像機構１０は、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２とＸ−Ｙステージ１３とを所定の相対位置関係とすることが可能である。Ｘ−Ｙステージ１３には撮像対象Ｗ（基板上のＢＧＡの半田バンプ等）を含む基板Ｐ等をセットし、２次元平面（Ｘ−Ｙ平面）方向に移動させることができる。従って、撮像機構１０は、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２と撮像対象Ｗを所定の相対位置関係とした状態で撮像対象ＷにＸ線を照射させることができる。

Ｘ線発生器１１は、Ｘ線を出力するＸ線出力部１１ａを備えており、所定の強度でＸ線を撮像対象Ｗに照射することができる。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線の強度を検出するＸ線検出面１２ａを備えており、撮像対象Ｗを透過したＸ線の透過量を反映したＸ線画像を撮像することができる。すなわち、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線検出面１２ａの各位置におけるＸ線の透過量の画像を示すＸ線画像データ２６ｂを生成する。なお、本実施形態においてＸ線検出面１２ａは長方形であり、その一辺はＸ−Ｙ平面と平行である。

本実施形態において撮像対象Ｗを含む基板Ｐは図示しない搬送機構によって所定の平面に沿って搬送される。すなわち、未検査の撮像対象Ｗを含む基板Ｐが所定の平面に沿って搬入されてＸ−Ｙステージ１３にセットされ、Ｘ線による撮像および検査が行われた後に再度搬送機構によって基板Ｐが搬出される。本実施形態において撮像機構１０は、Ｘ−Ｙステージ１３と図示しない回転機構を備えており、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１２と撮像対象Ｗとの相対位置関係を変化させることができる。すなわち、撮像機構１０は、Ｘ−Ｙステージ１３によって、Ｘ線の照射範囲内で撮像対象ＷをＸ−Ｙ平面に沿って２次元的に移動させることが可能であるとともに、図示しない回転機構は、Ｘ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとの少なくとも１個の位置を移動させる移動機構を備えており、再構成演算を実施するためのＸ線画像を取得できるように撮像対象ＷとＸ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとの相対位置関係を調整可能である。

図２Ａは、Ｘ線が撮像対象Ｗに照射される様子を示す模式図であり、同図においては、横方向がＸ−Ｙ平面に平行な方向であり、上下方向がＸ−Ｙ平面に垂直なＺ方向である。同図２Ａにおいては、撮像対象Ｗが半田バンプである例を示しており、図２Ａには撮像対象Ｗを含む基板Ｐ（図示せず）上のチップＣとその周囲に存在するＸ線発生器１１のＸ線出力部１１ａおよびＸ線検出器１２のＸ線検出面１２ａを模式的に示している。

本実施形態において、撮像機構１０は、撮像対象ＷとＸ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａの相対的な位置関係が回転軸Ａに対して回転するように、撮像対象ＷとＸ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとの少なくとも１個を移動させる。すなわち、撮像機構１０は、図２Ａに示すように、Ｘ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとが回転軸Ａに対して実質的に回転方向Ｒ、Ｒ'のように回転するように位置を変更させることができる。例えば、Ｘ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとの双方が回転移動されても良いし、Ｘ線出力部１１ａが固定され、その出力範囲においてＸ線検出面１２ａと撮像対象Ｗが回転されても良いし、Ｘ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとが固定されＸ線出力部１１ａの出力範囲において撮像対象Ｗが回転されてもよい。撮像対象Ｗが回転される場合、Ｘ−Ｙステージ１３は、図２Ａにおいて実線で示す位置にＸ線出力部１１aとＸ線検出面１２ａとを固定した状態でＺ軸に平行な回転軸Ａで撮像対象Ｗが回転する構成となる。

各部の相対位置関係がどのように変動するとしても、Ｘ線出力部１１ａは、所定の立体角の範囲にＸ線を出力可能であり、撮像対象Ｗを通るＸ線の光軸は回転軸Ａに対して所定角度だけ傾斜している。さらに、撮像機構１０においては、Ｘ線の出力方向が回転軸Ａに傾斜した状態で、回転軸Ａの周りの回転角が異なる複数の撮像位置で撮像が行われる。図２Ａに示す実線と破線は、回転角が１８０°異なる２カ所の撮像位置を模式的に示している。

次に制御部２０について説明する。制御部２０は、発生器制御部２１と検出器制御部２２と撮像機構制御部２３と入力部２４と出力部２５とメモリ２６とＣＰＵ２７とを備えている。メモリ２６はデータを記憶可能な記憶媒体であり、プログラムデータ２６ａとＸ線画像データ２６ｂとが記憶される。ＣＰＵ２７は、プログラムデータ２６ａを読み出して実行することにより、後述する各種処理のための演算を実行する。なお、メモリ２６はデータを記憶することができればよく、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ，ＨＤＤ等種々の記憶媒体を採用可能である。

撮像機構制御部２３は、撮像対象ＷのＸ線画像を撮像する撮像位置となるように、撮像対象ＷとＸ線出力部１１ａとＸ線検出面１２ａとの少なくとも１個の位置を調整する。発生器制御部２１は、Ｘ線発生器１１を制御し、Ｘ線発生器１１から撮像対象Ｗに対してＸ線を照射させる。検出器制御部２２は、Ｘ線検出器１２が検出したＸ線の強度、すなわち透過量の画像を示すＸ線画像データ２６ｂを取得する。Ｘ線画像データ２６ｂは複数の画素の階調値によって構成される画像データであり、各画素の階調値はＸ線検出器１２が検出したＸ線の強度を示す。検出器制御部２２は、Ｘ線検出器１２からＸ線画像データ２６ｂを取得し、メモリ２６に記憶する。出力部２５は撮像対象ＷのＸ線画像や検査結果等を表示するディスプレイであり、入力部２４は利用者の入力を受け付ける操作入力機器である。

ＣＰＵ２７は、撮像対象Ｗの良否判定を行うために、プログラムデータ２６ａに基づいて正六角形配置部２７ａと撮像部２７ｂと再構成演算部２７ｃとの各機能を実行する。撮像部２７ｂは、回転軸Ａの周りの複数の撮像位置で撮像対象Ｗを撮像する機能をＣＰＵ２７に実行させるプログラムモジュールである。すなわち、ＣＰＵ２７は、撮像部２７ｂの処理により、発生器制御部２１，検出器制御部２２，撮像機構制御部２３に対して所定の指示を出力し、再構成演算を実行するためのＸ線画像データ２６ｂを取得する処理をＣＰＵ２７に実行させる。

図２Ａに示す例であれば、ＣＰＵ２７は、回転軸Ａの周りの回転角（ある撮像位置を基準とした場合における回転角）を一定間隔で変化させ（例えば、１２回撮像するなら３０°の間隔で変化させ）、各回転角において撮像が行われるように撮像機構１０を制御する。なお、本実施形態においては、後に詳述するように回転軸ＡがＸ−Ｙ平面内で異なる位置に設定され得る。

再構成演算部２７ｃは、回転軸Ａ毎の撮像画像に基づいて再構成演算を実行する機能をＣＰＵ２７に実行させるプログラムモジュールである。すなわち、本実施形態においてＣＰＵ２７は、Ｘ線画像データ２６ｂを参照して各回転軸Ａについて撮像された各画像を取得し、各回転軸Ａについて再構成演算を行って、撮像対象Ｗの３次元撮像装置を取得する。

再構成演算は、撮像対象Ｗの３次元構造を再構成することができれば良く、種々の処理を採用可能である。例えば、フィルタ補正逆投影法を採用可能である。この処理においてＣＰＵ２７は、まず、同一の回転軸Ａについて撮像された複数のＸ線画像のいずれかに対してフーリエ変換を実施し、フーリエ変換で得られた結果に対して周波数空間でフィルタ補正関数を乗じる。さらに、この結果に対して逆フーリエ変換を実施することで、フィルタ補正を行った画像を取得する。なお、このフィルタ補正関数は、画像のエッジを強調するための関数等を採用可能である。

続いて、フィルタ補正後の画像を、それが投影された軌跡に沿って３次元空間へ逆投影する。すなわち、Ｘ線検出器１２のＸ線検出面１２ａにおけるある位置の像に対応する軌跡は、Ｘ線発生器１１の焦点とこの位置とを結ぶ直線であるので、この直線上に画像を逆投影する。以上の逆投影を、同一の回転軸Ａについて撮像された複数のＸ線画像のすべてについて行うと、３次元空間上で撮像対象Ｗが存在する部分のＸ線吸収係数分布が強調され、撮像対象Ｗの３次元形状を示す再構成情報が得られる。

以上のような再構成演算において、同一の回転軸Ａについて撮像された複数のＸ線画像のそれぞれにおける逆投影結果が重なる部分が再構成演算による再構成可能領域となる。図２Ａにおいては、ハッチングによって再構成可能領域Ｚｃを示している。図２Ｂは、再構成可能領域Ｚｃを抜き出して斜視図によって模式的に示した図である。図２Ｂに示すように再構成可能領域Ｚｃは、高さが異なり底面が一致する円錐を底面で向かい合わせて接合したような形状である。なお、再構成可能領域Ｚｃの形状は、回転軸Ａ周りの撮像回数が増えるほど円錐に近づき、現実的には多角錘に近いが、ここでは、再構成可能領域Ｚｃは円錐であるとする。

１個の回転軸Ａに関する複数回の撮像により、図２Ｂに示すような再構成可能領域Ｚｃの範囲について３次元撮像画像を得ることができる。従って、回転軸Ａ（Ｚ軸）に垂直な方向に切断した切断面を想定すると、当該切断面上での再構成可能領域Ｚｃは、円形（または多角形）と考えることができる。図２Ｂにおいては、再構成可能領域Ｚｃ内で最も直径が大きくなるＺ軸方向の位置Ｚ１で切断が行われた場合における切断面上の再構成可能領域Ｚｃを再構成可能領域Ｚｃ１として示している。図２Ｂから明らかなように、切断面上の再構成可能領域Ｚｃの大きさは、Ｚ軸方向の位置Ｚ１（切断位置）が変化することに応じて変動し得る。

ＣＰＵ２７は、撮像機構１０において回転軸Ａの周りの複数の撮像位置で撮像されたＸ線画像に基づいて再構成演算を実行するが、撮像対象Ｗが広い範囲に分布している場合、１個の回転軸Ａの周りの撮像では全ての撮像対象Ｗを網羅できない場合がある。例えば、図２Ｂに示す位置Ｚ１における撮像対象Ｗの断層像が解析される場合において、図２Ｂに示す再構成可能領域Ｚｃ１よりも広い範囲に撮像対象Ｗが分布していれば、１個の回転軸Ａの周りの撮像では全ての撮像対象Ｗを網羅できない。

この場合、ＣＰＵ２７は、複数の位置に回転軸Ａを設定し、複数個の回転軸Ａについて複数回の撮像を行うことになることによって全ての撮像対象Ｗを網羅することになる。従って、同一の撮像対象Ｗに対して、少ない数の回転軸を設定すれば、回転軸の数が多い場合と比較して短い時間で撮像対象Ｗの撮像を完了することができる。

そこで、本実施形態においては、正六角形を利用して回転軸Ａの位置を設定することにより、少ない数の回転軸Ａで撮像対象Ｗを網羅する。正六角形配置部２７ａは、撮像対象Ｗを回転軸Ａに垂直な方向に仮想的に切断した切断面上において、１個の回転軸の周りの撮像によって再構成可能な再構成可能領域Ｚｃに内接する正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に複数個並べる機能をＣＰＵ２７に実行させるプログラムモジュールである。

すなわち、ＣＰＵ２７は、撮像対象Ｗの断層像を取得する切断面を、回転軸Ａに垂直な方向に仮想的に設定する。本実施形態において当該切断面はＸ−Ｙ平面に平行であるとともに撮像対象Ｗを通る面である。また、ＣＰＵ２７は、当該切断面上の再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正方形ではなく、当該再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形を仮想的に設定する。本実施形態においてＣＰＵ２７は、正六角形の一辺ｒを特定されることによって正六角形を設定する。なお、正六角形の一辺ｒは、再構成可能領域Ｚｃ１の直径の１／２であり、当該一辺ｒの算出の詳細は後述する。

図３Ａは、再構成可能領域Ｚｃ１をＺ軸に平行な方向から眺めた状態を示しており、再構成可能領域Ｚｃ１の周を円形で示している。この再構成可能領域Ｚｃ１の直径を２ｒとすると、破線で示すように再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形の一辺はｒである。一方、図３Ａにおいては、再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正方形を一点鎖線で示している。図３Ａから明らかなように同一の再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形と正方形とで比較すると、正六角形の面積の方が大きい。従って、当該正六角形と正方形とを切断面上に並べた場合、多くの場合、正六角形の方が効率的に切断面を埋めることができる。

そこで、ＣＰＵ２７は、再構成可能領域Ｚｃ１の直径の１／２を一辺ｒとする正六角形を想定し、当該正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に並べることにより、切断面に沿って広がる撮像対象Ｗを網羅するような正六角形の仮想的な配置を特定する。

本実施形態において、ＣＰＵ２７は、撮像部２７ｂの処理により、正六角形配置部２７ａの処理で特定された正六角形の配置に基づいて各正六角形の中心を特定し、回転軸Ａの位置とする。そして、ＣＰＵ２７は、撮像部２７ｂの処理により、各回転軸Ａのそれぞれについて、回転軸Ａの周りの複数の撮像位置で撮像を行う。従って、本実施形態においては、正方形によって切断面を埋めた場合と比較して、回転軸Ａの位置の数が少なくても、撮像対象Ｗを網羅できる可能性が高い。このため、多くの場合において、撮像に必要な時間を短縮化することができる。

良否判定部２７ｄは、撮像対象Ｗの断層像に基づいて検査範囲を特定し、撮像対象Ｗの良否を判定する機能をＣＰＵ２７に実行させるプログラムモジュールである。すなわち、ＣＰＵ２７は、良否判定部２７ｄの処理により、再構成演算部２７ｃの処理によって取得された再構成情報を参照し、当該再構成情報に基づいて、撮像対象ＷをＺ軸に垂直な方向に切断した切断面の断層像を取得する。そして、ＣＰＵ２７は、断層像と所定の判定条件（例えば、ボイドの有無やボイドの大きさ、形状、位置等による良否の基準を示す条件）とを比較し、判定条件に基づいて良否を判定する。

（２）Ｘ線検査処理：
図４は、Ｘ線検査処理を示すフローチャートである。撮像部２７ｂの処理によりＣＰＵ２７は、基板の撮像対象Ｗを撮像できる位置にＸ−Ｙステージ１３を移動させる（ステップＳ１００）。すなわち、ＣＰＵ２７は、図示しない基板の設計情報等に基づいて基板上での撮像対象Ｗを特定し、撮像対象Ｗを検査の際の初期位置に移動させる。

次に、ＣＰＵ２７は、正六角形配置部２７ａの機能により、検査領域を取得する（ステップＳ１０５）。検査領域は、検査対象となる撮像対象Ｗが含まれる領域であり、１個以上の回転軸Ａに関する撮像によって網羅されるべき領域である。撮像対象Ｗは、種々の手法で取得されて良く、例えば、上述の設計情報等に基づいて撮像対象Ｗが含まれる領域が検査領域として取得されても良いし、Ｘ線検出器１２等によってＺ軸方向から撮像対象Ｗが撮像された画像が出力部２５に表示された状態で、利用者が当該画像から入力部２４によって検査領域を指定しても良く、種々の構成を採用可能である。なお、本実施形態において、検査領域は矩形である。

次に、ＣＰＵ２７は、正六角形配置部２７ａの機能により、撮像条件を取得する（ステップＳ１１０）。当該撮像条件には、Ｘ線発生器１１によるＸ線の出力強度等を指定する制御情報、Ｘ線検出器１２における有効撮像範囲等を示す仕様情報、撮像機構１０における可動部の位置を指定する位置情報等が含まれる。これらの撮像条件のうち、予め決められている情報はメモリ２６に予め記憶されており、ＣＰＵ２７は、メモリ２６を参照して各情報を取得する。

一方、撮像条件のうち、可変の情報には予めデフォルト値が設定されているが、利用者が入力部２４によって入力して所望の値にしても良い。例えばＸ線画像における撮像倍率は、可変の値であり、利用者によって入力可能であっても良い。撮像倍率は、Ｘ−Ｙステージ１３をＺ軸方向に変化させることが可能な機構等によって実現可能であり、この場合、Ｚ軸方向の位置の入力などによって間接的に撮像倍率が入力されても良いし、撮像倍率自体が直接的に入力されても良い。

なお、撮像倍率は、（撮像対象ＷのＸ線画像の大きさ／撮像対象Ｗの大きさ）であり、例えば、Ｘ線出力部１１ａの焦点とＸ線検出面１２ａの中央を通る直線（光軸）上でのＸ線出力部１１ａからＸ線検出面１２ａまでの距離（図２Ａに示すａ＋ｂ）を、同一直線上でのＸ線出力部１１ａから回転軸Ａまでの距離（図２Ａに示すａ）で除した値によって算出される。また、有効撮像範囲は、矩形のＸ線検出面１２ａにおいてＸ線画像を撮像可能な実行撮像領域の大きさであり、２辺の大きさで定義される。

本実施形態においては、Ｘ−Ｙ平面に平行な辺である横方向の辺と当該横方向に垂直な縦方向の辺の大きさによって有効撮像範囲が定義される。有効撮像範囲の単位は各種の単位で特定されて良く、長さの単位（ｍｍ等）であってもよいし、ドット数等であっても良い。有効撮像範囲がドット数で表現される場合、ドット数とドットピッチ（μｍ／ｄｏｔ等）とを乗じることで長さの単位に変換可能である。

次に、ＣＰＵ２７は、正六角形配置部２７ａの機能により、撮像倍率と有効撮像範囲に基づいて正六角形の一辺の長さを取得する（ステップＳ１１５）。本実施形態において正六角形の一辺は、撮像機構１０が備えるＸ線検出面１２ａにおける切断面に平行な方向の有効撮像範囲を撮像倍率で除した大きさの１／２である。すなわち、本実施形態におけるＸ線検出面１２ａの有効撮像範囲は長方形であるとともに横方向（切断面に平行な方向）の長さが縦方向の長さより長い。この有効撮像範囲において、再構成可能領域Ｚｃの大きさを実質的に規定するのは、横方向の有効撮像範囲の長さである。

図３Ｂは、回転軸周りに回転するＸ線出力部１１ａおよびＸ線検出面１２ａの組を複数の回転位置について示し、Ｚ軸に平行な方向から眺めた図である。図３Ｂにおいては、３カ所の回転位置について示しており、各回転位置においてＸ線出力部１１ａからＸ線検出面１２ａに達するＸ線の範囲を一点鎖線で示している。これらのＸ線の範囲の中で、重複する範囲は上述の逆投影で投影軌跡が重なる範囲であり、再構成可能領域Ｚｃ１に相当する。Ｘ線出力部１１ａおよびＸ線検出面１２ａの組が多数であれば、重複する範囲は図３Ｂにおいて破線で示す円に近づき、当該円の範囲が再構成可能領域Ｚｃ１であると見なすことができる。

図３Ｂにおいて、横方向の有効撮像範囲の長さはＨｄである。そして、上述のように撮像倍率は、Ｘ線出力部１１ａからＸ線検出面１２ａまでの距離（図２Ａに示すａ＋ｂ）を、同一直線上でのＸ線出力部１１ａから回転軸Ａまでの距離（図２Ａに示すａ）で除した値である。従って、ＣＰＵ２７が横方向の有効撮像範囲の長さＨｄを、撮像倍率（ａ＋ｂ）／ａで除することにより、撮像対象Ｗの切断面上での再構成可能領域Ｚｃ１の直径Ｄ１を取得することができる。そこで、ＣＰＵ２７が直径Ｄ１の１／２を取得すれば、再構成可能領域Ｚｃ１の半径ｒを取得することができる。当該半径ｒは、再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形の一辺であるため、以上の処理により、正六角形の一辺の長さｒを取得したことになる。

次に、ＣＰＵ２７は、正六角形配置部２７ａおよび撮像部２７ｂの機能により、検査領域Ｚｒの一つの角と頂点が一致し、検査領域Ｚｒの辺と一辺が一致する正六角形に対して他の正六角形を詰めて並べ、検査領域Ｚｒを内包する正六角形の配置を取得する（ステップＳ１２０）。

図５Ａは、矩形の検査領域Ｚｒの角に対して正六角形Ｈｅｘの頂点を一致させ、検査領域Ｚｒの辺と正六角形Ｈｅｘの一辺とを一致させ、検査領域Ｚｒを内包するように正六角形Ｈｅｘを詰めて並べた状態を示している。なお、図５Ａにおいては、検査領域Ｚｒを破線、正六角形Ｈｅｘを実線によって示している。このような配置は、検査領域Ｚｒに対して正六角形Ｈｅｘを仮想的に並べることによって取得されても良いし、検査領域Ｚｒおよび正六角形Ｈｅｘの大きさに基づいて演算によって算出されても良い。

演算によって正六角形Ｈｅｘの配置を取得する手法としては、種々の手法が採用可能であるが、例えば、検査領域Ｚｒの角Ｔｒに基づいて角に存在する正六角形Ｈｅｘの中心Ｈｒ１の位置を算出し、当該中心Ｈｒ１から正六角形の各辺に対して垂直な方向に２ｒの距離にある位置（例えば、ｊ方向に２ｒの距離にある位置であれば図５ＡのＨｒ２）を算出する処理を、検査領域Ｚｒの内部に新たな位置を算出できなくなるまで繰り返し、検査領域Ｚｒの内部に存在する位置を正六角形の中心とする構成によって実現可能である。すなわち、このようにして配置された正六角形の最外周に着目すると、図５Ａに示すように、正六角形の最外周の内側に検査領域Ｚｒが含まれており、内包されているといえる。

なお、図５Ｂは、一辺ｒの正六角形が内接する円形に内接する正方形Ｓｑｕ（一辺２^-1/2ｒ）について、検査領域Ｚｒの角と頂点が一致し、検査領域Ｚｒの辺と一辺が一致する正方形を基準として検査領域Ｚｒを内包する正方形の配置を取得した例である。図５Ａと図５Ｂとで比較すると、同一の大きさの検査領域Ｚｒを内包するために並べられた正六角形の総数は１７個であり、正方形の総数は２０個である。従って、図５Ａおよび図５Ｂで示された例においては、正六角形の方が正方形よりも少ない数で検査領域Ｚｒを内包していることになる。

図６Ａおよび図６Ｂは、同一の大きさの再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形と正方形とのそれぞれによって、縦横の長さが同一である矩形の検査領域を内包するために必要な正六角形および正方形の数（総視野数）を示す図である。図６Ａは、検査領域サイズ（大きさ）を横軸、総視野数を縦軸にして示すグラフであり、再構成可能領域Ｚｃ１の半径（正六角形の一辺と等しい）を１としてサイズを規定している。従って、検査領域サイズ１０は、検査領域の縦横の長さが再構成可能領域Ｚｃ１の半径の１０倍であることを示している。また、図６Ａにおいては、正方形を配置した場合の総視野数を破線、正六角形を配置した場合の総視野数を実線によって示している。

図６Ｂにおいては、（正方形の総視野数／正六角形の総視野数）を％表記で示した図であり、横軸は図６Ａと同様である。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、検査領域サイズのほぼ全域に渡って、正六角形によって得られる総視野数は正方形によって得られる総視野数よりも少ない。以上のように、同一の大きさの再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形と正方形とを比較すると、正六角形においては、正方形よりも少ない数で検査領域を内包可能な配置を生成することができる。

以上のようにして正六角形による配置が取得されると、ＣＰＵ２７は、検査領域Ｚｒに正六角形を重ねて表示する（ステップＳ１２５）。すなわち、ＣＰＵ２７は、出力部２５に制御信号を出力し、ステップＳ１０５において取得された検査領域Ｚｒに対してステップＳ１２０で取得された配置の通りに正六角形を並べて表示する。例えば、ＣＰＵ２７は、出力部２５に図５Ａのような画像を表示する。むろん、ここでも、Ｚ軸方向から撮像対象Ｗが撮像された画像が重ねて表示されていても良い。なお、この際、ＣＰＵ２７は、出力部２５に、撮像条件の再入力、検査領域の再入力、撮像の開始のいずれかを選択するための選択肢が表示される。

次に、ＣＰＵ２７は、撮像条件の再入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。すなわち、ＣＰＵ２７は、利用者が入力部２４を操作して出力部２５に表示された撮像条件の再入力を選択した場合には、撮像条件の再入力を受け付けたと判定する。ステップＳ１３０において、撮像条件の再入力を受け付けたと判定された場合、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１１０以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１３０において、撮像条件の再入力を受け付けたと判定されない場合、ＣＰＵ２７は、検査領域の再入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１３５）。すなわち、ＣＰＵ２７は、利用者が入力部２４を操作して出力部２５に表示された検査領域の再入力を選択した場合には、検査領域の再入力を受け付けたと判定する。ステップＳ１３５において、検査領域の再入力を受け付けたと判定された場合、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１０５以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１３５において、検査領域の再入力を受け付けたと判定されない場合、ＣＰＵ２７は、正六角形の中心を回転軸の位置に設定する（ステップＳ１４０）。すなわち、ＣＰＵ２７は、ステップＳ１２０で取得された切断面上での正六角形の配置に基づいて正六角形の中心を特定し、回転軸Ａの位置に設定する。図５Ａに示す例であれば、位置Ｈｒ１，Ｈｒ２に加え、図５Ａに示された全ての正六角形の中心が回転軸Ａの位置として設定される。

次に、ＣＰＵ２７は、撮像部２７ｂの機能により、ＣＴ撮像処理を実行する（ステップＳ１４５）。すなわち、ＣＰＵ２７は、撮像部２７ｂの処理により、発生器制御部２１，検出器制御部２２，撮像機構制御部２３に対して所定の指示を出力し、ステップＳ１４０で設定された回転軸Ａの中の一つを選択する。そして、ＣＰＵ２７は、選択された回転軸Ａに対して傾斜した角度でＸ線が撮像対象Ｗに照射されるように、Ｘ線発生器１１、Ｘ線検出器１２等の配置を調整する。さらに、ＣＰＵ２７は、撮像部２７ｂの処理により、発生器制御部２１に対して所定の指示を出力してＸ線発生器１１に所定の出力でＸ線を出力させ、検出器制御部２２に対して所定の指示を出力してＸ線検出器１２によってＸ線画像データ２６ｂを取得する。

さらに、ＣＰＵ２７は、以上のようにＸ線画像データ２６ｂを撮像する処理を、回転軸Ａを中心とした回転を行った後の複数の撮像位置で実行し、複数の撮像位置で撮像したＸ線画像データ２６ｂをメモリ２６に記録する。以上のようにして１個の回転軸Ａについての撮像が終了すると、ＣＰＵ２７は、未撮影の回転軸Ａを選択し、新たに選択された回転軸Ａについての撮像を行う。そして、ステップＳ１４０で設定された全ての回転軸Ａについて撮像が行われるまで、以上の処理を繰り返す。

次に、ＣＰＵ２７は、再構成演算部２７ｃの処理により、再構成演算処理を実行する（ステップＳ１５０）。再構成演算は、撮像対象Ｗの３次元構造を再構成することができれば良く、種々の処理を採用可能であり、ＣＰＵ２７は、例えば、フィルタ補正逆投影法によって再構成情報を取得する。ＣＰＵ２７は、ステップＳ１４０で設定された各回転軸Ａについて当該再構成情報の取得処理を行う。この結果、図５Ａに示すような切断面上の検査領域Ｚｒ内の再構成情報が不足なく網羅された状態となる。

以上のようにして検査領域Ｚｒ内の再構成情報が取得されると、ＣＰＵ２７は、良否判定部２７ｄの処理により、良否判定処理を行う（ステップＳ１５５）。すなわち、ＣＰＵ２７は、良否判定部２７ｄの処理により、検査領域Ｚｒ内の再構成情報から撮像対象Ｗの再構成情報を抽出し、所定の判定条件に基づいて良否を判定する。
なお、上記の実施形態は、上記回転軸Ａに対してＸ線出力部１１ａの焦点とＸ線検出面１２ａの中央を通る直線（光軸）が斜めに交わる傾斜型ＣＴであるが、当該回転軸Ａと光軸との交差角は種々の値を採用可能である。例えば、特許文献１に開示されたように、回転軸に対してＸ線の光軸が直交する直交型ＣＴであってもよい。

（３）他の実施形態：
以上の実施形態は本発明を実施するための一例であり、切断面上に正六角形を配置し、正六角形の中心を回転軸とする限りにおいて、他にも種々の実施形態を採用可能である。例えば、検査対象はＢＧＡにおけるバンプ以外にも各種の対象が想定され、メッキによって充填されたスルーホールや、Ｃ4方式で利用されるバンプ等であっても良いし、リード部品を実装するためのはんだ等であっても良い。また、良否判定のための処理は種々の手法が採用されてよく、例えば、バンプの形状やボイドと検査対象の重心との距離等に基づいて良否判定が行われてもよい。

さらに、ＣＰＵ２７が正六角形配置部２７ａによって正六角形を配置する際の処理は、上述の処理以外にも種々の処理を採用可能である。例えば、ＣＰＵ２７が、正六角形配置部２７ａの機能により、切断面上で詰めて並べられた正六角形と、切断面上に配置された撮像対象Ｗとを重ね、撮像部２７ｂの機能により、撮像対象を内包する正六角形を選択し、選択された正六角形の中心を回転軸とする構成であっても良い。

すなわち、ＣＰＵ２７は、再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形が２次元的に隙間なく配置されたマスクを仮想的に生成する。そして、切断面上に正六角形のマスクを配置し、切断面に配置された撮像対象Ｗを重ねれば、撮像対象Ｗを含む正六角形の中心を回転軸Ａとすれば良いことが分かる。図７Ａは、チップＣ内に含まれる撮像対象Ｗであるバンプを模式的に示した図である。図７Ａにおいては、直方体のチップＣの最も広い面が切断面と平行である状態が想定されおり、撮像対象Ｗは切断面上に図７Ａに示すように配置されていると見なすことができる。

図７Ｂは、切断面上に配置された撮像対象Ｗと、再構成可能領域Ｚｃ１に内接する正六角形のマスクＭｋとを重ねて示す図である。このように、切断面上に配置された撮像対象ＷとマスクＭｋとを重ねれば、マスクＭｋ内に撮像対象Ｗが存在する正六角形のみにおいて中心を回転軸Ａとした撮像を実施すれば良いことが判明する。

そこで、ＣＰＵ２７は、自動または手動により、マスクＭｋから中心を回転軸Ａとすべき正六角形を抽出する。自動で正六角形を抽出する場合、ＣＰＵ２７は、チップＣの設計情報や、撮像対象Ｗを含むＸ線画像等に基づいて撮像対象Ｗの切断面上での位置を特定する。また、ＣＰＵ２７は、マスクＭｋを構成する正六角形のそれぞれについて、周の位置を特定し、周の内側に撮像対象Ｗが含まれるか否かを判定する。そして、周の内側に撮像対象Ｗが含まれる正六角形を特定し、当該正六角形の中心を回転軸Ａの位置として取得する。

一方、手動で正六角形を抽出する場合、ＣＰＵ２７は、図７Ｂに示すようなマスクＭｋと撮像対象Ｗとが重ねられた画像を出力部２５に表示させる。そして、ＣＰＵ２７は、利用者が入力部２４を操作して実施する正六角形の選択を受け付ける。正六角形の選択は、残すべき正六角形の選択であっても良いし、マスクＭｋから除去すべき正六角形の選択であっても良い。いずれにしても、ＣＰＵ２７は、選択によって特定された正六角形の中心を回転軸Ａの位置として取得する。なお、手動による選択によれば、撮像対象Ｗと類似の像であるが撮像対象ではない物体や、検査する必要のない撮像対象Ｗが存在する場合に、これらを除外することが容易になる。

図７Ｂにおいては、マスクＭｋから除外された正六角形をハッチングによって例示している。以上のような処理によれば、検査領域を定義することなく正六角形の配置を決定することが可能である。また、撮像対象Ｗが切断面上で任意の形状に配置されていても、最低限の個数の正六角形の配置を容易に取得することが可能になる。

１０…撮像機構、１１…Ｘ線発生器、１１ａ…Ｘ線出力部、１２…Ｘ線検出器、１２ａ…Ｘ線検出面、１３…Ｘ−Ｙステージ、２０…制御部、２１…発生器制御部、２２…検出器制御部、２３…撮像機構制御部、２４…入力部、２５…出力部、２６…メモリ、２６ａ、２７ｂ…撮像部、２７ｃ…再構成演算部、２７ｄ…良否判定部

Claims (6)

1. 回転軸周りの回転角が異なる複数の撮像位置で前記回転軸に対して傾斜または直交した方向に出力された放射線によって撮像対象を撮像可能であるとともに、前記回転軸の位置を前記回転軸に垂直な方向に変化させることが可能な撮像機構と、
   前記撮像対象を前記回転軸に垂直な方向に仮想的に切断した切断面上において、１個の前記回転軸周りの撮像によって再構成可能な再構成可能領域に内接する正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に複数個並べる正六角形配置部と、
   前記正六角形の中心を前記回転軸として前記複数の撮像位置で前記撮像対象を撮像する撮像部と、
   前記回転軸毎の撮像画像に基づいて再構成演算を実行する再構成演算部と、
   を備える３次元撮像装置。
2. 前記撮像機構は、長方形の有効撮像範囲の一辺が前記切断面に平行な放射線検出器を備え、
   前記正六角形の一辺は、前記切断面に平行な前記有効撮像範囲の一辺の長さを撮像倍率で除した長さの１／２である、
   請求項１に記載の３次元撮像装置。
3. 前記正六角形配置部は、
   前記切断面上の矩形の検査領域に対して、前記検査領域の一つの角と頂点が一致し、前記矩形の辺と一辺が一致する前記正六角形に対して他の前記正六角形を詰めて並べ、
   前記撮像部は、
   前記矩形を内包する前記正六角形の中心を前記回転軸とする、
   請求項１または請求項２のいずれか記載の３次元撮像装置。
4. 前記正六角形配置部は、
   前記切断面上で詰めて並べられた前記正六角形と、前記切断面上に配置された前記撮像対象とを重ね、
   前記撮像部は、
   前記撮像対象を内包する前記正六角形を選択し、選択された前記正六角形の中心を前記回転軸とする、
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の３次元撮像装置。
5. 回転軸周りの回転角が異なる複数の撮像位置で前記回転軸に対して傾斜または直交した方向に出力された放射線によって撮像対象を撮像可能であるとともに、前記回転軸の位置を前記回転軸に垂直な方向に変化させることが可能な撮像機構を利用する３次元撮像方法であって、
   前記撮像対象を前記回転軸に垂直な方向に仮想的に切断した切断面上において、１個の前記回転軸周りの撮像によって再構成可能な再構成可能領域に内接する正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に複数個並べる正六角形配置工程と、
   前記正六角形の中心を前記回転軸として前記複数の撮像位置で前記撮像対象を撮像する撮像工程と、
   前記回転軸毎の撮像画像に基づいて再構成演算を実行する再構成演算工程と、
   を含む３次元撮像方法。
6. 回転軸周りの回転角が異なる複数の撮像位置で前記回転軸に対して傾斜または直交した方向に出力された放射線によって撮像対象を撮像可能であるとともに、前記回転軸の位置を前記回転軸に垂直な方向に変化させることが可能な撮像機構を制御するコンピュータに、
   前記撮像対象を前記回転軸に垂直な方向に仮想的に切断した切断面上において、１個の前記回転軸周りの撮像によって再構成可能な再構成可能領域に内接する正六角形を、辺を共有して隣接した状態で仮想的に複数個並べる正六角形配置機能と、
   前記正六角形の中心を前記回転軸として前記複数の撮像位置で前記撮像対象を撮像する撮像機能と、
   前記回転軸毎の撮像画像に基づいて再構成演算を実行する再構成演算機能と、
   を実現させる３次元撮像プログラム。