JPH0827245B2

JPH0827245B2 - Ｘ線撮像方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0827245B2
Application number: JP63130108A
Authority: JP
Inventors: 千弥喜安; 隆典二宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH01301154A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、材質の異なる複数の物質が重なったＸ線透
過画像を検出し、その中の特定材質の部分を観察あるい
は検査する際に好適な、Ｘ線撮像方法およびその装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

Ｘ線透過画像は、対象物にＸ線を照射して透過したＸ
線の強度を２次元的に検出したものである。通常、Ｘ線
の像をフィルムによって直接撮影する方法や、蛍光板に
当たって発光した蛍光を間接的に撮影する方法が用いら
れるほか、イメージインテンシファイアを用いてＸ線の
像を光の像に変換した後、テレビカメラ等で撮像して電
気信号として検出する方法が用いられる。

このＸ線透過画像を用いると、外側から直接見えない
部分でも検出できる。しかし、その反面物質が３次元的
に重なって存在する場合には、すべて同一画像上で重な
って検出されるため、透過画像だけでは、重なった部分
の識別が困難になることが多かった。このようなＸ線透
過画像において、光子エネルギーが異なる複数のＸ線で
検出を行い、それらを処理して特定部分の像を抽出し、
観察を容易にする方法が、特開昭57-61937号公報に記載
されている。

いま、第２図のようなモデルで、Ｘ線の透過を考え
る。厚さｘの物質X19と厚さｙの物質Y20が重なった対象
に、強度I₀のＸ線ａおよびＸ線ｂが照射され、透過Ｘ線
強度I_aおよびI_bを得たとする。ここでＸ線ａおよびＸ線
ｂは、光子エネルギーが異なる２つのＸ線である。上記
従来技術では、単波長のＸ線を照射することを想定し、
Ｘ線ａに対する物質X19,物質Y20のＸ線吸収係数を
μ_Xa，μ_Yaとし、同様にＸ線ｂに対する物質X19,物質Y2
0のＸ線吸収係数をμ_Xb，μ_Ybとする。たとえば、第３
図は、鉛とタングステンについてＸ線吸収係数とＸ線の
光子エネルギーの関係を表したグラフであるが、鉛を物
質X19、タングステンを物質Y20とし、Ｘ線ａおよびｂを
第３図のように仮定すると、μ_Xa，μ_Xb，μ_Ya，μ_Ybは
同図に示すようにそれぞれ異なる定数となる。このと
き、 I_a＝I₀exp（−μ_Xaｘ−μ_Yaｙ） ……（１） I_b＝I₀exp（−μ_Xbｘ−μ_Ybｙ） ……（２）が成り立つ。これをｘについて解くと、となる。これは、物質X19の厚さを表している。したが
って、Ｘ線ａおよびＸ線ｂを用いて２枚のＸ線透過画像
を検出し、対応するすべての点について上記の演算を行
えば、物質X19のみの厚さを表す像を検出することがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は単波長のＸ線を照射することを想定
し、Ｘ線の物質透過による線質変化は無視していた。と
ころが、実際のＸ線透過画像検出において単波長のＸ線
が利用されることはまれであり、照射Ｘ線は、一定の範
囲で連続した光子エネルギースペクトルを持つ。このよ
うな場合には、Ｘ線は物質透過によって線質が変化する
ため、Ｘ線吸収係数を定数とした（１），（２）式は成
り立たない。すなわち、Ｘ線ａがエネルギー束密度ψ_0a
（Ｅ）で表される光子エネルギースペクトルを持つと
き、（１）式に相当する式は次のように書ける。

ここで、Ｅは光子エネルギーであり、μ_X（Ｅ），μ
_Y（Ｅ）は、光子エネルギーがＥであるＸ線に対する物
質X19および物質X20のＸ線吸収係数である。したがっ
て、このような場合に、（３）式に基づいた処理を行う
と誤差が生じ、物質X19およびY20の正確な厚さ算出は困
難であった。

この誤差を解消する方法として、（３）式のようにｘ
をln（I_a／I₀）とln（I_a／I₀）に関して２次式で記述す
るのではなく、より高次の多項式で記述しようとする方
法が、アイ・イー・イー・イートランザクションズ
オンヌクリアーサイエンス，エヌエス27,No.2（1
980年）第961頁から第968頁（IEEE Trans.Nucl.Sci.,NS
-27,No.2（1980）PP961-968）において述べられてい
る。しかしこの方法は、２次または３次の多項式で近似
を行おうとするものであって、非線形性が大きい場合に
は、必ずしも精度良い結果が得られると限らない。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、複数の物質が
異なったＸ線透過画像から特定の物質の像を高精度に分
離検出して、観察やその後の処理を容易にするＸ線撮像
方法及びその装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、Ｘ線透過画像をもとに、はんだ
付け部を分離検出することによって、はんだ付け部を高
精度に検査することを可能とするＸ線撮像方法及びその
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため以下の手段を用い
る。

（１）Ｘ線を発生するＸ線管の管電圧の調節と、Ｘ線
へのフィルターの挿入によって、照射Ｘ線の光子エネル
ギースペクトルを変化させ、それらを対象物に照射して
複数のＸ線透過画像を検出する。

（２）光子エネルギースペクトルが異なる複数のＸ線
を照射して、透過Ｘ線強度の検出値がそれぞれ得られた
とき、それらが対象物中の特定物質の透過距離とどのよ
うに対応しているかを、種々の検出値の組合せに対して
あらかじめ求めておく。そして、その対応関係を数値テ
ーブルに記録しておく。

（３）複数のＸ線で実際に得られた検出値の組に対応
する特定材質のＸ線透過距離を、数値テーブルを参照し
て算出する。

（４）上記（３）の処理を検出画像の全点で行うこと
により、特定材質の厚さを表す像を分離検出する。

〔作用〕

上記手段では、透過Ｘ線の強度と透過距離の関係は、
前記（３）式のような式によらず数値テーブルによって
表現される。したがって、その関係が多項式等によって
解析的には表せない場合であっても、関係を表現するこ
とが可能である。そして、テーブルの刻み幅を細かくと
れば、精度を十分上げることができる。そのため、Ｘ線
の線質が物質の透過によって変化することも考慮して、
実際の現象に正確に対応した数値でテーブルを作成して
おくことにより、線質の変化に起因する誤差の発生を防
ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明のＸ線撮像方法を実施する装置の一
実施例を示す図である。この実施例は、たとえば回路基
板において、基板内部の配線導体がタングステンなどの
金属で形成され、その上に、はんだ付部が存在する場合
において、両者が重なって検出されるＸ線透過画像から
はんだ像を分離検出する際に好適な装置である。第４図
は、対象となる回路基板の一例を示したもので、第５図
はその断面図である。本対象では、セラミック基板21上
にICチップ22が微小なはんだ付部24で接続されている。
はんだの主成分は、通常鉛である。セラミック基板21内
には、多層の配線パターン27や、それらを接続するスル
ーホール26が存在し、タングステンやモリブデン金属が
配線導体として用いられている。この回路基板のＸ線透
過画像においては、第６図に一例を示すように、Ｘ線の
減衰が大きいはんだ付部24とスルーホール26の像が重な
って検出される。そのため、はんだ像28の識別が困難に
なり、特にスルーホール像29と重なった部分ではボイド
25などの形状欠陥の確認は難しい。本実施例はこのよう
な対象に対し、はんだ像を分離検出してはんだ付部の観
察や検査を有効に行うための装置である。

第１図に示すように検出対象３は試料ステージ４上に
置かれ、ステージ駆動回路11により駆動・位置決めされ
る。Ｘ線源１で発生されたＸ線は、フィルター２を経て
検出対象３に照射される。Ｘ線源１としてμ−focus型
を用いると微小な対象物を拡大検出する上で有利であ
る。照射Ｘ線の光子エネルギースペクトルは、Ｘ線制御
回路９で調節される管電圧と、フィルター切替回路10が
駆動するモーター８で切り替えられるフィルター２で選
択される。

第７図は、管電圧90KV,タングステン板フィルター0.1
mm厚としたときのＸ線a30と、管電圧110KV,鉛板フィル
ター0.2mm厚としたときのＸ線b31の光子エネルギースペ
クトルを示したものである。鉛とタングステンのＸ線吸
収係数の特性を一緒に示してあるが、物質のＸ線吸収係
数にはここに見られるような吸収端と呼ばれる不連続点
が存在する。そのため、鉛とタングステンが重なったＸ
線画像においてＸ線吸収の差を利用して両者を分離しよ
うとする場合、この吸収端の前後の光子エネルギーを持
つ２つのＸ線で検出すると、検出値の差を大きくとるこ
とができる。よって分離検出の処理精度を向上させる上
で有利である。ところでこのとき、鉛やタングステンを
フィルターとして利用すれば、Ｘ線吸収係数の特性によ
り第７図のように鉛およびタングステンの吸収端以下の
光子エネルギーを中心としたＸ線が選択できる。また、
吸収端がない場合に比べ、スペクトルの端を狭くするこ
とができる。以上の理由により、対象物の材質に鉛また
はタングステンが含まれ、これらを分離する目的で検出
を行うときには、鉛が含まれるときには鉛板フィルター
を、タングステンが含まれるときにはタングステン板フ
ィルターを用いると有利である。以上を考慮して、本実
施例では２種のＸ線の選択に前記の条件を用いた。

Ｘ線透過画像の検出及び処理の手順は、全体制御部14
により制御される。全体制御部14は、制御手順をプログ
ラムしたマイクロコンピュータで構成される。第８図に
その制御手順を示す。全体制御部14は、まずＸ線制御回
路９とフィルター切替回路10を作動させてＸ線ａを選択
し、検出対象３に照射する。対象を透過したＸ線は、Ｘ
線グリッド５により散乱Ｘ線が除かれた後、イメージイ
ンテンシファイア６とテレビカメラ７の組合せによる検
出部で画像として検出される。そして増幅器12で増幅さ
れ、さらに全体制御部14の指令でAD変換器13で変換さ
れ、画像メモリ15aに記憶される。次に同様の手順でＸ
線ｂにより画像が検出され、画像メモリ15bに記憶され
る。次に全体制御部14は、画像分離処理部16を起動す
る。画像分離処理部16は処理手順をプログラムしたマイ
クロコンピュータで構成され、画像メモリ15a及び15bに
記憶された画像をもとに参照テーブル17を用いながらは
んだ像の分離処理を行う。なおこの部分は、全体制御部
14とマイクロコンピュータを共用することも可能であ
る。

画像分離処理部16における処理の内容を以下で説明す
る。第２図に示したモデルにおいて、物質Ｘを鉛、物質
Ｙをタングステンとして考える。強度I₀のＸ線ａ及びｂ
を照射したとき、透過Ｘ線強度I_a及びI_bを得たとする。
このとき、I_aとI_bを与える鉛の厚さｘとタングステンの
厚さｙの値は１通りしか存在しない。そこで種々のI_aと
I_bの組合せに対応する鉛の厚さｘをあらかじめ求めてお
けば、検出されたI_a，I_bよりｘを算出することができ
る。そこでI_aとI_bに対応するｘの値を記録するため、第
９図に示す数値テーブルを作成しておく。このとき、I_a
及びI_bが透過距離に対して指数関数的に減衰することを
考慮し、精度向上のため−ln（I_a／I₀）と−ln（I_b／
I₀）に関して、たとえば１から５までを0.1刻みで分割
して作成する。第１図の参照テーブル17は画像分離処理
部16のマイクロコンピュータで読み出し可能なメモリに
よって構成し、この数値テーブルをあらかじめ記憶させ
ておく。画像分離処理部16の処理手順を第10図に示す。
まず画像メモリ15a及び15bから対応する画素の値i_aとi_b
を読み出し、−ln（i_a／I₀）と−ln（i_b／I₀）を計算す
る。そして、参照テーブル17のデータを補間して対応す
るｘの値を計算する。補間は、たとえば次のように行
う。テーブルに記録された点の中から自分に最も近い４
点を取ったとき、その値が第11図のようにA,B,C,Dであ
ったとする。ここでテーブルに記録した格子状のサンプ
リング点の間隔を１とおき、α，βを第11図のように定
めたとすると、求める値ｘは線形な補間によってｘ＝Ａ（１−α）（１−β）＋Ｂα（１−β）＋Ｃ（１
−α）β＋Ｄαβ ……（５）のように求められる。以上の処理を画像メモリ15a及び1
5b上の（Ｎ×Ｍ）画素について順次行い、画像メモリ15
c上の対応する点に結果を書き込むと、鉛を材質とする
はんだの像が得られる。

次にここで、参照テーブル17の数値の設定法について
述べる。実際にはこの数値を実験的に計測することは困
難であるため、計算機シミュレーションによって設定す
る方法が実用的である。まず第１段階として、照射され
るＸ線ａのスペクトルψ_0a（Ｅ）を求める。これにはま
ず、管電圧E₀で決まるＸ線源のスペクトルψ（Ｅ）をKr
amersの論理式で近似し、 ψ（Ｅ）＝Ｋ（E₀−Ｅ） ……（６）とする。ここでＫは定数、E₀は管電圧、Ｅは光子エネル
ギーである。すると、タングステンの吸収係数をμ
_W（Ｅ）としフィルター厚さをｔとして、Ｘ線ａのスペ
クトルは、 ψ_0a（Ｅ）＝ψ（Ｅ）exp（−μ_W（Ｅ）ｔ）……（７）となる。次に第２段階として、照射Ｘ線ψ_0a（Ｅ）が厚
さｘの鉛と厚さｙのタングステンを透過した後の透過Ｘ
線強度I_aを、ｘとｙの種々の組合せに対して次のように
計算する。

計算機による実際の計算では、光子エネルギーＥを微小
区間に分割して次のように数値計算を行う。

ここでμ_Pb（Ｅ），μ_W（Ｅ）は、鉛とタングステンの
光子エネルギーＥのＸ線に対する吸収係数である。さて
ここで透過Ｘ線強度I_aと照射Ｘ線強度I_0a の比、I_a／I_0aをｘとｙの関数として表示すると、第12
図（ａ）のような曲面35aができる。同様にＸ線ｂにつ
いて計算を行うと、第12図（ｂ）のような曲面35bが得
られる。計算機による数値計算でこの曲面をx,yの関数
として求めるためには、xy平面を格子状の区面に分割
し、各格子点の値を計算し、それを折れ線で連結して曲
面を近似すればよい。第３段階では、この２つの曲面よ
り任意のI_a／I_0aとI_b／I_0bの値の組に対応するｘとｙの
組を算出する。第12図（ａ）において、ある特定のI_a／
I_0aに対応するｘとｙの組は曲線36a上に存在する。同様
に特定のI_b／I_0bに対応するｘとｙの組は、第12図
（ｂ）の曲線36b上に存在する。この２つの曲線はxy平
面上では１点37で交差する。この点がI_a，I_bに対応する
ｘとｙの唯一の組を表している。以上の第３段階の演算
を数値的に種々のI_a，I_bについて行い、得られたｘの値
をテーブルに登録していくことにより、参照テーブルを
作成することができる。以上で述べた数値計算による設
定方法は、光子エネルギーを微小区間に分割してＸ線透
過のシミュレーションを行うものであるため、透過に伴
う線質の変化も考慮することができる。

以上で述べた手順により画像メモリ15cには、はんだ
像が得られる。これをモニタ等に表示して観察すること
により、はんだ付検査を高精度に行うことが可能にな
る。また、この画像を欠陥認識アルゴリズムを持った処
理装置に入力すれば、はんだ欠陥の自動検査システムを
構成することができる。

以上の第１の実施例は、管電圧の制御とフィルターの
切り替えを同時に行ってＸ線を選択するものであるが、
この方法はＸ線選択の自由度が比較的大きいので、照射
Ｘ線を最適なスペクトルに近づけやすい。その結果、２
つのＸ線による検出値の差を大きくとれるため、分離処
理精度を上げられる点が有利である。

第13図に第２の実施例を示す。フィルター切替回路10
などのフィルター切替手段を持たないこと以外は、第１
の実施例と同一である。本実施例では、照射Ｘ線の選択
は管電圧の調節のみによって行われる。機械的なフィル
ター切替機構が不要になるため、構造が簡単になるとい
う利点がある。

第14図に第３の実施例を示す。本実施例は、管電圧の
切り替えを行わずにＸ線の選択をフィルターのみによっ
て行うこと以外は、第１の実施例と同一である。照射Ｘ
線の切り替えにおいて管電圧を変化させる必要がないた
め、Ｘ線源の定常動作が可能であり、管電圧切り替えに
伴う焦点調節も不要となる。そのため、Ｘ線発生の安定
性，再現性が向上する点が有利である。

第15図に第４の実施例を示す。本実施例は、Ｘ線グリ
ッド５のかわりにスリット38a,bを使用し、検出器にCCD
ラインセンサ39を用いる点が第１の実施例と異なる。ス
リット38a,bには、Ｘ線をさえぎるように鉛などの金属
を使用する。本実施例では、対象に照射されるＸ線がス
リット38aによって細い帯状に絞られ、またスリット38b
により検出器へ入射する不要なＸ線も除かれるため、散
乱Ｘ線の影響を大幅に減少させることができる。そのた
め、高精度な検出が可能になるという効果がある。本実
施例では、試料ステージ４が検出対象３をスリット38a,
bと垂直な方向に走査し、スリット38a,bと平行に設置さ
れたCCDラインセンサ39がそれに同期して検出を行うこ
とにより画像を検出する。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、複数の物質が重
なって検出されたＸ線透過画像から、特定の材質の像を
高精度に分離検出することができる。これを用いた場
合、Ｘ線透過画像中の特定の部分を選択的に検出できる
ため、観察や検査が容易になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線撮像方法を実施する装置の一実施
例を示す構成図、第２図はＸ線透過のモデルを示す図、
第３図は鉛とタングステンのＸ線吸収係数と照射Ｘ線の
光子エネルギーの関係を説明した図、第４図は回路基板
の一例を示す斜視図、第５図は第４図の回路基板の断面
図、第６図はＸ線透過画像の検出例を示す模式図、第７
図は照射Ｘ線の光子エネルギースペクトルと、鉛とタン
グステンのＸ線吸収係数の特性を示すグラフ、第８図は
全体制御部で制御される制御手順を示した図、第９図は
数値テーブルの説明図、第10図は画像分離処理部におい
て処理される処理手順を示した図、第11図は参照テーブ
ルの補間法の説明図、第12図はシミュレーションによる
テーブルの設定法を説明する図、第13図から第15図まで
は本発明の他の実施例を示す構成図である。１……Ｘ線源、２……フィルター、３……検出対象、４
……試料ステージ、５……Ｘ線グリッド、６……イメー
ジインテンシファイア、７……テレビカメラ、９……Ｘ
線制御回路、10……フィルター切替回路、11……ステー
ジ駆動回路、14……全体制御部、15a,b,c……画像メモ
リ、16……画像分離処理部、17……参照テーブル、18…
…分離画像、21……セラミック基板、22……ICチップ、
24……はんだ付部、26……スルーホール、28……はんだ
像、29……スルーホール像、34……補間結果、38a,b…
…スリット、39……CCDラインセンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を用いて対象物を撮像する方法であっ
て、光子エネルギースペクトルが異なる複数のＸ線を対象物
に照射し、前記対象物を透過した前記複数のＸ線の透過Ｘ線強度に
基づく透過Ｘ線画像を検出し、該検出した複数のＸ線の透過Ｘ線画像と、予め求めた前
記対象物中の特定物質に対する前記複数のＸ線の透過Ｘ
線強度と透過距離との関係から、前記特定物質のＸ線透
過距離を求め、該求めた特定物質のＸ線透過距離に基づいて前記透過Ｘ
線画像から前記特定物質の像を分離して検出することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項２】Ｘ線を用いてはんだ付け部を有する試料を
撮像する方法であって、光子エネルギースペクトルが異なる複数のＸ線を前記試
料に照射し、該試料を透過した前記複数のＸ線の透過Ｘ線強度に基づ
く透過Ｘ線画像を検出し、該検出した複数のＸ線の透過Ｘ線画像と、予め求めた前
記試料のはんだ付け部のはんだに対する前記複数のＸ線
の透過Ｘ線強度と透過距離との関係から、前記はんだ付
け部のＸ線透過距離を求め、該求めた特定物質のＸ線透過距離に基づいて前記透過Ｘ
線画像から前記はんだ付け部のはんだの像を分離して検
出することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項３】前記光子エネルギースペクトルが異なる複
数のＸ線を、Ｘ線を発生するＸ線源の管電圧を制御する
ことにより選択することを特徴とする請求項１または２
の何れかに記載のＸ線撮像方法。
【請求項４】前記光子エネルギースペクトルが異なる複
数のＸ線を、Ｘ線を発生するＸ線源と前記対象物との間
に挿入したフィルタにより選択することを特徴とする請
求項１または２の何れかに記載のＸ線撮像方法。
【請求項５】前記フィルタが鉛により構成されているこ
とを特徴とする請求項４記載のＸ線撮像方法。
【請求項６】Ｘ線を発生するＸ線源と、該Ｘ線源で発生させた光子エネルギースペクトルが異な
る複数のＸ線を対象物に照射するＸ線照射手段と、前記対象物を透過した前記Ｘ線による前記対象物のＸ線
像を検出するＸ線像検出手段と、予め求めた前記対象物中の特定物質に対する前記複数の
Ｘ線の透過Ｘ線強度と透過距離との関係のデータを記憶
しておくデータ記憶手段と、前記Ｘ線撮像手段で検出した前記対象物のＸ線像と、前
記データ記憶手段に記憶した前記対象物中の特定物質に
対する前記複数のＸ線の透過Ｘ線強度と透過距離との関
係とに基づいて、前記透過Ｘ線画像から前記特定物質の
像を分離して検出する画像処理手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項７】Ｘ線を発生するＸ線源と、該Ｘ線源で発生させた光子エネルギースペクトルが異な
る複数のＸ線をはんだ付け部を有する試料に照射するＸ
線照射手段と、前記試料を透過した前記Ｘ線による前記試料のＸ線像を
検出するＸ線像検出手段と、予め求めた前記試料のはんだ付け部のたはんだに対する
前記複数のＸ線の透過Ｘ線強度と透過距離との関係のデ
ータを記憶しておくデータ記憶手段と、前記Ｘ線撮像手段で検出した前記試料のＸ線像と、前記
データ記憶手段に記憶した前記試料のはんだ付け部のた
はんだに対する前記複数のＸ線の透過Ｘ線強度と透過距
離との関係とに基づいて、前記透過Ｘ線画像から前記は
んだ付け部のはんだの像を分離して検出する画像処理手
段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項８】前記Ｘ線源が、管電圧の切換が可能である
ことを特徴とする請求項６又は７の何れかに記載のＸ線
撮像装置。
【請求項９】前記Ｘ線照射手段が切り替え可能なフィル
ター部を備え、前記Ｘ線現で発生させたＸ線から光子エ
ネルギースペクトルが異なる複数のＸ線を選択して透過
させ、前記対象物に照射することを特徴とする請求項６
又は７の何れかに記載のＸ線撮像装置。