KR101773160B1 - 촬상 장치 및 촬상 방법 - Google Patents

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사토시 누마자와
시게키 타카하시
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Abstract

촬상 장치 및 촬상 방법이 제공된다. 촬상 장치는 광선을 조사하는 조사부, 상대적으로 이동하는 촬상 대상물을 투과하는 상기 광선을 검출하여, 촬상 이미지를 생성하는 검출기, 상기 조사부와 상기 촬상 대상물 사이에 개재된 부호화 마스크, 상기 검출기로부터 얻어진 상기 촬상 이미지를 복호화하는 이미지 복호부 및 상기 화상 복호부로부터 얻어진 2장 이상의 복호화 이미지를 이동하는 거리 정보를 이용하여 합성하는 이미지 합성부를 포함한다.

Description

촬상 장치 및 촬상 방법{IMAGING APPARATUS AND IMAGING METHOD}
본 발명은 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.
반도체 생산 현장에서 반도체 내부를 검사하는 비파괴 검사 방법으로 X선 조사에 의한 반도체 내부의 촬상이 이루어지고 있다.
특허 문헌 1에 기재되어있는 감지 장치는 이동하는 촬상 대상물을 투과한 X선을 라인 카메라로 촬상 하여, 가늘고 긴 선 모양의 이미지 데이터를 조합하여 촬상 대상물 전체의 촬상 화상을 얻는 것이 기재되어 있다. 촬영한 이미지를 더 밝게 촬상하기 위해서는, X선 조사량을 증가시킬 필요가 있지만, X선 조사량을 증가 시키면 촬상 대상물에 손상을 초래할 위험이 있다.
또한 조사하는 X선은 포인트 소스가 아닌 포인트 스프레드 (Point Spread, 점 확산) 함수로 정의되는 수 μm에서 수백 μm 정도의 확산을 가진다. 따라서 촬상 이미지에 흐림이 생긴다. 흐림 억제로써, 미세한 구멍을 마스크에 형성한 것을 광선 소스와 대상물 사이에 삽입하는, 이른바 핀홀 카메라가 알려져 있다. 그러나 촬상 대상물의 X 선 조사량이 매우 줄어들어 어두운 촬상 이미지가 된다. 상술 한 바와 같이, 라인 카메라로 핀홀을 이용하여 흐림을 억제하고, 더욱 밝은 영상 이미지를 얻는 것은 곤란하다.
이를 해결하는 방법으로, 핀홀과 같은 흐림 억제 효과를 얻으면서 적은 조사량으로 촬상 대상물을 밝게 촬상하는 방법으로써 부호화 마스크를 광선과 물체 사이에 삽입하여 촬상한 후 복호화하여 대상물의 촬상 이미지를 얻는 것으로 알려져 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).
[특허 문헌 1]일본 특허공개공보 특표 2014-535035 호
[비 특허 문헌 1] E. E. Fenimore and T. M Cannon 'Coded aperture imaging with uniformity redundant arrays "1978 1Feb Vol. 17 No. 3 Applied Optics
그러나, 비 특허 문헌 1에서는 부호화 마스크를 삽입하여 촬상 대상물 전체를 촬상해야 할 필요가 있어 촬상 대상물 전체를 촬상 가능한 카메라 설치하면 촬상 장치 비용이 상승할 수 있다.
특허 문헌 1의 검출 장치에 부호화 마스크를 이용한 경우, 합성 이전 길쭉한 선 모양의 촬상 이미지는 부호화 정보가 손실되어, 부호화된 이미지의 복호가 불가능하고, 처음의 의미있는 촬상 이미지를 얻을 수 없다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 종래에 비해 선명하고 밝은 영상 이미지를 저렴한 비용으로 쉽게 얻을 수 있는 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치는 광선을 조사하는 조사부, 상대적으로 이동하는 촬상 대상물을 투과하는 상기 광선을 검출하여, 촬상 이미지를 생성하는 검출기, 상기 조사부와 상기 촬상 대상물 사이에 개재된 부호화 마스크, 상기 검출기로부터 얻어진 상기 촬상 이미지를 복호화하는 이미지 복호부 및 상기 화상 복호부로부터 얻어진 2장 이상의 복호화 이미지를 이동하는 거리 정보를 이용하여 합성하는 이미지 합성부를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 이동하는 거리 정보는 이동 방향의 화소수를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 이미지 합성부는 상기 복호화 이미지의 각각을, 기준이 되는 상기 복호화 이미지에 대하여 이동하는 거리만큼 비켜서 겹침으로써 합성할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 부호화 마스크는, 균일 중복 배열 또는 수정 균일 중복 배열을 포함하는 부호화 패턴으로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 방법은, 조사부로부터, 상기 조사부와 촬상 대상물의 사이에 삽입되는 부호화 마스크를 통해 광선을 조사하는 단계, 검출부가 상대적으로 이동하는 상기 촬상 대상물을 투과하는 상기 광선을 검출하는 단계, 이미지 복호부가 상기 검출부로부터 얻어진 부호화된 촬상 화상을 복호화하는 이미지 복호화 단계 및 이미지 합성부가 상기 이미지 복호부로부터 얻어진 2장 이상의 복호화 이미지를 이동한 거리의 정보를 이용하여 합성하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치의 촬상 개념을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치가 사용하는 부호화 마스크 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치의 촬상 대상물의 이동 방향과 판정기의 판정 간의 관계를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 촬상 화상을 합성하는 과정을 설명하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치의 촬상 대상물의 이동 방향과 판정 장치의 판정 및 보정을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치가 합성 이미지를 얻기까지의 과정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태는 촬상에 이용되는 광선원이 X선원이며, 촬상 대상물이 반도체 적층 칩, 액정 패널 등으로, 반도체 비파괴 검사를 실시하는 경우의 예에 대해 설명한다.
[촬상 장치(1)에 있어서의 촬상의 개략적인 설명]
우선, 촬상 장치(1)에 있어서의 촬상을 개략적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치(1)가 촬상 이미지를 촬상 개념을 나타내는 개념도이다.
촬상 장치(1)는, 촬상 부분에 조사부(10) 부호화 마스크(11-1), 이동대(13-1), 검출기 (14)를 포함하여 구성된다. 촬상 대상물(12)은 이동대(13-1) 상에 고정되고, 이동대(13-1)의 이동에 따라 도 1의 x 축 방향으로 진행한다. 즉 촬상 대상물(12)는 검출기(14)에 대해 상대적으로 이동한다. 조사부(10)는 부호화 마스크(11-1)를 통해 촬상 대상물(12)의 이동 방향에 수직인 면에 대하여 X선을 조사한다. 검출기(14)는 부호화 마스크(11-1)를 통해 촬상 대상물(12)을 투과한 X 선량을 검출하여 촬상 데이터를 생성한다.
검출기(14)는 촬상 대상물(12)이 도 1의 x 축 방향으로 이동할 때마다, 상기 촬상 데이터를 생성한다.
[촬상 장치(1)의 각 처리 블록의 설명]
다음으로, 상술한 촬상 장치(1)의 각 처리 블록에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 촬상 장치(1)의 촬상 처리, 이미지 합성 처리, 제어 처리의 각 구성을 나타내는 블록도이다.
촬상 장치(1)는 상술한 조사부(10), 부호화 마스크(11-1), 이동대(13-1), 검출기(14) 이외에 부호화 마스크 구동부(11-2), 이동대 구동부(13-2), 위치 검출부(13-3)를 포함하여 구성되고, 또한 촬상 제어부(15), 이미지 처리부(16) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.
촬상 제어부(15)는 조사 제어부(20), 부호화 마스크 제어부(21), 이동대 제어부(23), 검출기 제어부(24)를 포함하여 구성되어 촬상부의 제어를 실시한다.
이미지 처리부(16)는 저장부(31), 이미지 합성부(32) 이미지 복호부(33), 이미지 유지부(34)를 포함하여 구성되고, 촬상한 이미지 데이터의 처리를 실시한다.
조사부(10)는 조사 제어부(20)에서 조사 각도 (도 1의 θ), 조사하는 X 선 에너지 등의 X 선 조사에 관한 제어 정보를 취득하여 조사부(10) 내부에 있는 X 선 조사 부분으로부터 원하는 X 선을 조사한다. 조사부(10)가 조사하는 X선의 조사면은 촬상 대상물(12)의 이동 방향에 대하여 수직인 면(도 1의 yz 평면)이다.
또한 조사부(10)는 조사 제어부(20)로부터 취득한 촬상 배율에 관한 제어 정보를 이용하여 조사부(10)의 구동부를 구동하여, 조사부(10)의 X 선 조사 부분을 도 1의 z축 방향으로 구동한다.
조사부(10)가 조사하는 X 선은 반도체 검사 등으로 사용되는 경우, 예를 들어, 조사 각도θ는 120도 정도, 조사 에너지는 수 keV에서 100keV이다.
조사부(10)는 일반적으로 대상 기재(전자가 충돌하면 X 선을 방출하는 재질), 존 플레이트(X 선을 평행화 또는 수렴시키는 부재)를 가지고 있어, X 선을 조사하는 경우 단순히 텅스텐 등의 대상 기재에 전자를 충돌시켜 발생한 X 선을 그대로 이용하는 것이 아니라, 존 플레이트를 이용하여 X 선 확산 각도와 X 선 조사 분포를 조정한다.
부호화 마스크(11-1)는 X 선을 통과하는 부분(마스크가 없는 영역)과 X 선이 통과하지 않는 부분 (마스크 영역)을 포함하여 구성되고, 조사부(10)와 촬상 대상물(12) 사이에, 조사부(10)의 X 선 조사 부분 바로 아래에 삽입된다. 부호화 마스크(11-1)에는, 예를 들어 균일 중복 배열 코드(uniformly redundant array code) 또는 수정 균일 중복 배열 코드(modified uniformly redundant array code)를 주기적으로 반복한 부호화 패턴을 이용한다. 부호화 패턴에 대해서는 이하에서 설명한다.
부호화 마스크 구동부(11-2)는 촬상 배율 등의 설정에 따라 부호화 마스크 제어부(21)로부터 공급되는 부호화 마스크(11-1)의 설치 위치에 관한 제어 정보를 취득하고, 부호화 마스크(11-1)를 도 1의 z 축 방향으로 구동한다.
또한 부호화 마스크 구동부(11-2)는 부호화 마스크 제어부(21)로부터 공급되는 부호화 마스크 (11-1)의 유무 등에 관한 제어 정보를 취득하고, 부호화 마스크(11-1)를 도 1의 x 축 방향으로 구동한다. 부호화 마스크(11-1)를, 조사부(10)와 촬상 대상물(12) 사이의 X 선 조사 영역에서 일시적으로 퇴피시키는 것으로, 검출기(14) 또는 조사부(10)의 보정을 실시할 수 있다.
부호화 마스크(11-1)는, 실리콘 기판 상에 금도금 처리를 함으로써 형성된다. 이로써, 실리콘에 금도금된 패턴 부분은 X 선이 투과하지 않고, 실리콘 만의 패턴 부분은 X 선이 통과하게 된다. 금도금 처리를 한 패턴 부분이 X 선을 차단하여 통과하지 않도록 하기 위하여, 10 이상의 고 종횡비(마스크 크기에 대한 마스크 두께의 비율)가 이 요구되지만, LIGA 프로세스(LIthographie Galvanoformung Abformung, X 선을 이용한 포토 리소그래피와 전해 도금의 형성에 의한 미세 가공) 등의 도금 처리에 의해 제작할 수 있다.
촬상 대상물(12)은 공기에 의한 흡착, 정전 흡착 또는 지그에 의해 이동대(13-1)에 고정된다.
이동대 구동부(13-2)는 이동대 제어부(23)로부터 촬상 대상물(12)의 촬상 위치 조정 등에 관한 제어 정보를 취득하여, 이동대 구동부(13-2)를 구동하고 이동대(13-1)에 고정된 촬상 대상물(12)을 도 1의 y 축 방향 또는 도 1의 z 축 방향으로 이동하여, 촬상 대상물(12)의 촬상 위치를 조정한다.
이동대 구동부(13-2)는, 이동대 제어부(23)로부터 진행 방향, 진행 속도 등의 제어 정보를 취득하여 이동대 구동부(13-2)를 구동하고, 이동대(13-1)에 고정된 촬상 대상물(12)을 도 1의 x 축 방향으로 진행시킨다. 촬상 대상물(12)의 진행 속도는 예를 들어, 촬상 대상물(12)이 검출기(14)의 검출면의 1화소에 상당하는 거리를 진행하는 동안, 검출기(14)가 1 회 검출하는 것과 같이, 검출기(14)가 단위 시간에 검출하는 횟수(프레임 레이트) 등으로부터 산출되는 속도이다.
이동대 구동부(13-2)는, 예를 들면 벨트 컨베이어를 포함하여 구성된다.
이동대(13-1)의 위치 검출부(13-3)는 이동대(13-1)에 고정된 촬상 대상물(12)이 도 1의 x 축 방향으로 진행함에 따라 촬상 대상물(12)의 위치 정보를 취득하고 이동대 제어부(23)에 출력한다. 촬상 대상물(12)의 위치 정보는 검출기(14)의 검출 타이밍과, 이미지 합성부(32)의 합성 처리에 사용된다.
위치 검출부(13-3)는 예를 들어, 리니어 엔코더를 포함하여 구성된다.
검출기(14)는 검출기 제어부(24)로부터 검출 타이밍 신호를 취득하고, 부호화 마스크(11-1)를 통해 촬상 대상물(12)을 투과하여 검출기(14)에 도달한 X 선의 선량을 감지하고, 전기 신호로 변환하여 촬상 데이터를 생성한다. 이 촬상 데이터는 부호화 마스크(11-1)의 부호화 패턴에 의해 부호화 된 부호화 이미지이다.
검출기(14)는 X 선 선량을 전기 신호로 변환하는 검출 센서를 포함하여 구성된다. 검출기(14)의 검출 센서는, 예를 들어 평면 패널 센서와 이미지 증폭기(image intensifier) 등일 수 있다. 검출기(14)는 부호화 이미지를 이미지 유지부(34)에 출력한다.
촬상 제어부(15)는 조사 제어부(20), 부호화 마스크 제어부(21), 이동대 제어부(23) 검출기 제어부(24)를 포함하여 구성되며, 앞서 기술한 바와 같이, 촬상에 필요한 조사부(10)의 위치 또는 X 선 조사 타이밍, 부호화 마스크(11-1)의 위치, 이동대(13-1)의 초기 위치와, 촬상 대상물(12)의 진행, 검출기(14)의 X 선 검출 타이밍 등의 일련의 제어를 실시한다.
이미지 처리부(16)는 이미지 유지부(34), 이미지 복호부(33), 이미지 합성부(32), 저장부(31)를 포함하여 구성되어, 이미지 유지부(34)에 의한 부호화 이미지의 유지, 이미지 복호부(33)에 의한 부호화된 이미지의 복호화, 이미지 합성부(32)에 의한 복호화 이미지의 합성 및 저장부(31)에 의한 합성 이미지의 저장 등의 처리를 포함한 일련의 이미지 처리를 실시한다.
이미지 유지부(34)는 검출기(14)로부터 부호화 이미지를 취득하고, 내부의 저장부에 취득한 부호화 이미지를 기록하여 저장한다. 또한 이미지 유지부(34)는 상기 저장부에 저장한 부호화 이미지를 이미지 복호부(33)에 출력한다.
이미지 복호부(33)는 이미지 유지부(34)로부터 부호화 이미지를 취득하고, 취득한 부호화 이미지를 부호화 패턴에 대응하는 복호화 패턴과 컨볼루션(합성곱)함으로써 복호화 이미지를 생성한다. 복호화 패턴 및 복호화 방법에 대하여는 이하에서 설명한다. 또한 이미지 복호부(33)는 복호화된 이미지 데이터를 이미지 합성부(32)에 출력한다.
이미지 합성부(32)는 위치 검출부(13-3)로부터 이동대 제어부(23)를 통해 촬상 대상물(12)의 위치 정보를 취득하고 이미지 복호부(33)에서 여러 장의 복호화 이미지를 취득하여, 상기 위치 정보를 이용하여 상기 복수 개의 복호화 이미지를 합성한다. 복호화 이미지 합성에 대해서는 이하에서 설명한다.
상술한 바와 같이, 이미지 합성부(32)가 여러 개의 복호화 이미지의 화소 값을 적산하여 합성 이미지를 생성함으로써, 합성되지 않은 이미지보다 밝고 선명한 합성 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 복호부(33)는 합성 이미지를 저장부(31)에 기록하여 저장한다.
제어부(30)는 촬상 제어부(15)를 통한 촬상 처리 제어 및 이미지 처리부(16)를 통한 이미지 처리를 제어한다.
또한 제어부(30)는, 예를 들어 외부 입력 단자를 포함하여 구성되고, 배율, 분해능 등의 정보를 외부에서 입력되는 외부 신호로부터 취득한다.
제어부(30)는 상기 외부로부터 입력된 배율 등의 정보에 기초하여, 촬상 제어부(15)에 대하여 촬상을 위한 제어 정보를 출력한다.
[부호화 패턴에 대하여]
부호화 마스크(11-1)에서 사용하는 부호화 패턴에 대해 설명한다. 부호화 패턴은, 균일 중복 배열(Uniformly Redundant Array, URA), 수정 균일 중복 배열(Modified URA)에 정의된 코드 패턴을 이용한다.
도 3은 균일 중복 배열 코드 A의 일례를 나타내는 행렬이다. 균일 중복 배열 코드 A의 "1"의 부분이 X 선을 통과하는 부분이며,"0 "의 부분이 X 선이 통과하지 않는 부분이다.
균일 중복 배열 코드 A는 다음으로 정의된다.
A(i, j) = 0 (단, i = 0)
A(i, j) = 1 (단, i ≠ 0)
A(i, j) = 1 (단, Cr(i) Cs(j) = 1)
A(i, j) = 0 (단, 상기 이외의 경우)
여기서, r 및 s는 차가 2인 소수이다.
또한 Cr(i)는 다음으로 정의된다.
Cr(i) = 1 (단, 1 x <r 인 정수 x에 대해 i = Mod(r) x ^ 2)
Cr(i) = 0 (단, 상기 이외의 경우)
여기서, Mod(N) K는 정수 K를 정수 N으로 나눈 나머지(Modulo)를 나타낸다. x ^ 2는 x의 계승을 나타낸다.
r = 7, s = 5 일 때, 균일 중복 배열 코드 A는 도 3의 세로 7 열 가로 5 열 코드가 되고, 부호화 마스크(11-1)는 균일 중복 배열 코드 A를 주기적으로 반복한 부호화 패턴을 사용한다.
[복호화 패턴 및 복호화 방법에 대하여]
복호화 방법에 대해 설명한다. 복호화는, 복호화 패턴 G를 부호화 이미지 P와 컨볼루션(합성곱)하여 복호화 이미지 Ｏ를 얻는다.
Ｏ(i, j) = P * G
복호화 패턴 G는 부호화 패턴에 이용한 균일 중복 배열 코드 A에 대응하는 복호화 패턴이다.
복호화 패턴 G는, 균일 중복 배열 코드 A에 기초하여, 다음에서 구할 수 있다.
G(i, j) = + 1 (단, A(i, j) = 1)
G(i, j) = - 1 (단, A(i, j) = 0)
[복호화 이미지 합성에 대하여]
복호화 이미지 합성에 대하여 설명한다.
도 4는 검출기(14)가 촬상 대상물(12)이 진행할 때마다 촬상하는 상태를 나타내는 이미지도이다. 촬상 부분(12-1)은 촬상 대상물(12) 중 흑점으로 표시된 촬상되는 위치를 나타내고 있다. 또한 촬상 이미지 좌표(14-1)는 검출기(14)의 검출 센서가 검출한 촬상 이미지 좌표이고, 촬상 이미지 좌표(14-1) 내에서 촬상 부분(12-1)이 촬상되는 경우의 이미지를 나타내고 있다.
도 4(a)는 시간 t에서 촬상 대상물(12)의 촬상 처리를 나타낸다. 위치 (i, j)는 I 축과 J 축이 구성하는 2 차원 좌표이며, 촬상 이미지 좌표(14-1)에 있어서 촬상 부분(12-1)이 촬상되는 화소의 좌표 값을 나타내고 있다.
도 4(b)는 시간 t + Δt에서 촬상 대상물(12)의 촬상 처리를 나타낸다. 위치 (i-1, j)는 I 축과 J 축이 구성하는 2 차원 좌표이며, 촬상 이미지 좌표(14-1)에 있어서 촬상 부분(12-1)이 촬상되는 화소의 좌표 값을 나타내고 있다.
시간 t로부터 시간 t + Δt 까지의 사이에, 촬상 대상물(12)은 예를 들어, 검출기(14)의 검출 센서의 한 개 화소 분의 거리를 x 축 방향으로 진행하고 있다.
따라서 촬상 부분(12-1)은 촬상 이미지 좌표(14-1) 위를 촬상 대상물(12)의 진행 방향(x 축 방향)에, 1 화소 분(여기에서는 1 화소 분의 길이를 촬상 이미지 좌표의 1 좌표로 한다.) 진행하고, I 축의 마이너스 방향으로 진행한다.
여기에서 x 축 방향과, I 축 방향의 정부가 반대로 되는 것은, x 축이 촬상 대상물(12)의 진행 방향을 나타내는 것에 대하여, I 축이 촬상 대상물 (12)의 촬상 방향을 나타내기 위해서이다.
도 5는 촬상 이미지를 합성하는 과정을 설명하는 개념도이다.
도 5(a)는 검출기(14)가 촬상한 촬상 이미지 좌표(14-1)를 촬상 순으로 시계열에 늘어놓은 상태의 이미지를 나타내고 있다. 촬상 이미지 좌표(14-1)의 각각은, 촬상 부분(12-1)이 촬상되는 좌표 값이 1 화소 씩 I 축의 마이너스 방향으로 어긋나있다.
도 5(b)는 촬상 이미지 좌표(14-1)의 각각을 촬영한 시계열 순으로 한 화소씩 비켜놓으면서 포갠 상태의 이미지를 나타낸다. 도 5(b)는 그림의 이해를 돕도록 포개어 놓은 상태의 이미지가 J 축 방향으로 어긋나 있지만, 포개어 놓은 상태를 명확하게 하기 위해서이고, 실제로는 J 축 방향으로는 어긋나 있지 않다.
도 5(c)는 촬상 이미지 좌표(14-1)를 촬상한 시계열 순으로 한 화소씩 비켜놓으면서 포갠 것에 의해 합성된 이미지(14-10)가 생성된다. 합성된 이미지(14-10) 상에, 촬상 이미지 좌표(14-1) 각각의 촬상 부분(12-1)의 화소가 겹쳐 합성된 합성 이미지 부분(12-10)이 표시되어있다.
도 2로 돌아가서 이미지 합성부(32)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 시간 t에서, 복호화 이미지 ＯA와 시간 t + Δt에서, 복호화 이미지 OB의 합성 이미지 OC를 산출한다.
OC (i, j, t) = OA (i, j, t) + OB (i-1, j, t + Δt)
여기서, 시간 t + Δt에서, 복호화 이미지 OB의 I 축 좌표가 1 좌표 적은 것은, 시간 Δt 사이에 촬상 대상물(12)가 도 4의 x 축 방향으로 1 좌표 진행했기 때문에 상대적으로 도 4의 I 축 방향으로 1 좌표 감소했기 때문이다.
이미지 합성부(32)는 시간 t에서 복호화 이미지로부터, 시간 Δt마다 촬상한 N 개의 복호 이미지를 모두 합성하여 합성 이미지를 산출한다.
[수학식 1]
Figure 112016066329850-pat00001
여기서 ON(i, j, t)는, 위치 (i, j)에서 N 개의 복호화 이미지를 이용한 합성 이미지의 화상 데이터이다. Ok (i, j, t)는 위치 (i, j)에서의 시간 t의 복호화 이미지이다.
[촬상으로부터 이미지 취득까지의 동작의 설명]
계속해서, 도 7을 이용하여 촬상으로부터 이미지 취득까지의 과정을 설명한다.
도 7은 촬상 장치(1)가 촬상 대상물(12)을 촬상하여 촬상 대상물(12)의 합성 사진을 얻기까지의 처리를 나타내는 흐름도이다.
우선, 제어부(30)는 외부에서 입력된 또는 내부의 촬상 대상물(12)의 촬상 배율, 촬상 분해능에 관한 정보로부터, 원하는 영상을 위해 조사하는 X 선의 에너지, 조사 각도, 촬상 대상물(12)을 진행시키는 속도, 촬상하는 이동 거리, 촬상 횟수 등의 설정을 한다.
조사부(10)는 제어부(30), 조사 제어부(20)를 통해 조사하는 X 선의 에너지, 조사 각도 등의 정보를 취득하고, 이 정보에 대응하는 위치에서 원하는 X 선을 조사할 준비를 한다(단계 S10).
이동대 구동부(13-2)는 제어부(30)에서 얻은, 이동대(13-1)의 이동 속도 등의 정보를 이용하여 원하는 속도로 이동대 13-1를 이동하고, 촬상 대상물(12)을 진행시킬 준비를 한다(단계 S10).
촬상 대상물(12)은 이동대(13-1) 상에 흡착 또는 지그에 의해 이동대(13-1)에 고정된다(단계 S10).
이어서, 부호화 마스크(11-1)는, 조사부(10)와 촬상 대상물(12)의 사이에 삽입된다(단계 S11).
그리고 이동대 제어부(23)는 이동대 구동부(13-2)를 구동시켜 촬상 대상물(12)을 원하는 속도로 진행시킨다(단계 S12).
이 때, 이동대 제어부(23)는 위치 검출부(13-3)가 취득한 촬상 대상물(12)의 위치 정보를 검출기 제어부(24)에 출력한다. 검출기 제어부(24)는 촬상 대상물(12)이 검출기(14)에서 감지되는 위치까지 진행했는지 여부를 상기 위치 정보를 이용하여 판단한다(단계 S13).
검출기 제어부(24)는 촬상 대상물(12)이 검출기(14)로 검출되는 위치까지 진행하면, 촬상 대상물((12)의 촬상을 개시하는 트리거 신호를 출력하고 (단계 S13의 Yes), 검출기 제어부 내부에 저장된 촬상 횟수를 초기화한다(단계 S14).
검출기(14)는 검출기 제어부(24)로부터 트리거 신호를 수신하면, 부호화 마스크(11-1)를 통해 촬상 대상물(12)을 투과한 X 선 강도를 검출하여 전기 신호로 변환하고, 부호화 이미지를 취득한다(단계 S15).
검출기 제어부(24)는 위치 검출부(13-3)로부터 이동대 제어부(23)를 통해 얻어진 촬상 대상물(12)의 위치 정보로부터, 촬상 대상물(12)이 검출기(14)에서 검출되는 위치까지 진행하지 않다고 판단한 경우(단계 S13 No), 단계 S12로 돌아온다.
검출기 (14)는 취득한 부호화 이미지를 이미지 유지부(34)에 출력한다(단계 S16).
검출기 제어부(24)는 검출기(14)가 부호화 이미지를 얻으면, 검출기 제어부(24)의 내부에 저장된 촬상 횟수를 증가시키고, 이동대 구동부(13-2)는 검출기(14)가 부호화 이미지를 얻으면 이동대 (13-1)를 이동시켜 촬상 대상물(12)을 소정의 거리만큼 진행시킨다(단계 S17). 이러한 촬상과 촬상의 사이에 촬상 대상물(12)이 진행한 거리가, 후술하는 합성 이미지를 생성할 때의 정보로 사용된다.
이미지 유지부(34)는 검출기(14)의 부호화 이미지 취득 횟수가 원하는 횟수(여기서는 N 회)에 이르렀는지 판단한다(단계 S18).
검출기(14)의 부호화 이미지 취득 횟수가 N 회에 도달하면(단계 S18의 Yes), 이미지 유지부(34)는 유지한 부호화 이미지를 이미지 복호부(33)에 출력하고 이미지 복호부(33)는 부호화 이미지를 복호화한다(단계 S19).
이미지 유지부(34)는 검출기(14)로부터 부호화 이미지를 취득한 횟수가, 원하는 횟수에 도달하지 않았으면(단계 S16 No) 단계 S15로 돌아가서 원하는 횟수에 도달할 때까지 검출기(14)에서 부호화 이미지를 얻는다.
이미지 복호부(33)는 복호화 이미지을 이미지 합성부(32)에 출력하고, 이미지 합성부(32)는 복호화 이미지로부터 합성 이미지를 생성한다(단계 S20).
[복호화 이미지 합성 시의 방향 편차 보정에 대하여]
복호화 이미지 합성 시의 방향 편차 보정에 대해 설명한다. 복호화 이미지 합성 시 방향 편차는, 이동대(13-1)의 이동 방향과, 검출기(14)의 I 축이 반드시 평행이 아닌 어긋난 상태에서 촬상되기 때문에 발생한다. 이 편차를 보정하여 보다 선명한 합성 이미지를 생성할 수 있다.
도 6(a)는 촬상 대상물(12)이 이동대(13-1)의 이동 방향(x 축 방향)과, 검출기(14)의 I 축이 평행하지 않고 어긋난 상태에서 촬상된 상태의 이미지도를 나타낸다.
도 6(a)에서 촬상 이미지 좌표(14-1)는, 이해를 돕기 위해 검출기(14)가 xz 평면 상에서 기울어져 설치되어 있는 것처럼 보이지만 실제로는 검출기(14)는 이동대(13-1)와 평행한 면 (xy 평면) 상에서, x 축과 I 축이 평행하지 않고 기울어진 상태로 설치되어 있는 경우를 나타낸다.
도 6(b)는 도 6(a)의 촬상 이미지 좌표(14-1)를 확대한 그림이다. 도 6(b)의 14-3은 촬상 대상물(12) 중 촬상 부분(그림 6(a)의 12-1)이 촬상 이미지 좌표(14-1)에서 좌표를 위치를 이동하는 상태를 나타내고 있다.
도 6(c)는 도 6(b)의 촬상 대상물(12) 중 촬상 부분(12-1)(도 6(b)의 14-3)의 부근을 확대한 그림이다. 촬상 부분(12-1)이 촬상 이미지 좌표 상의 위치 (i, j) (i-1, j), (i, j-1) (i-1, j-1)로 둘러싸인 영역 안으로 이동하였다. 각도 α는 0에서 π / 2까지의 값을 갖는, x 축 방향 및 I 축 방향 편차의 양이다.
x 축 방향 및 I 축 방향 편차가 각도 α 인 경우, 촬상 대상물(12)이 x 축 방향으로 N 이동했을 때, 촬상 이미지 좌표는 I 축 방향으로 (-N * cosα), J 축 방향으로 (-N * sinα) 만큼 이동한다. 이로 인해, 이미지 합성부(32)는 다음과 같이 방향 편차를 보정하여 합성 이미지 OCC를 산출한다.
OCC (i, j, t) = OA (i, j, t) + OB (i-cosα, j-sinα, t + Δt)
여기에서 OA와 OB는 각각 시간 t와 시간 t + Δt에서의, 복호화 이미지이다.
이미지 합성부(32)는 시간 t에서 복호화 이미지로부터, 시간 Δt마다 촬상한 N 개의 복호화 이미지를 전부 합성하여 합성 이미지 ON을 산출한다.
[수학식 2]
Figure 112016066329850-pat00002
여기서 ON (i, j, t)는 위치 (i, j)에서, N 개의 복호화 이미지를 이용한 합성 이미지의 이미지 데이터이다. Ok (i, j, t)는 위치 (i, j)의 시간 t의 복호화 이미지이다. α는 이동대(13-1)가 진행하는 x 축 방향과 촬상 이미지 좌표(14-1)의 I 축 방향의 편차의 양이다.
이미지 합성부(32)는 또한 (i-cosα) 또는 (j-sinα)는 반드시 정수가 되는 것은 아니기 때문에, 합성 이미지 있어서는 주변 화소 보간을 실시한다.
도 6(C)에서 위치 (i-cosα, j-sinα)는, 촬상 이미지 좌표 상의 위치 (i, j) (i-1, j), (i, j-1) (i-1, j-1)로 둘러싸인 영역 내에 위치하는 경우, 위치 (i * cosα, j * (1-sinα))에서, 복호화 이미지 O(i-cosα, j-sinα)를 예를 들어, 다음과 같이 보간하여 산출한다.
[수학식 3]
Figure 112016066329850-pat00003
여기서 O (i, j) O (i-1, j) O (i, j-1) O (i-1, j-1)는, 각각 촬상 이미지 상의 위치 (i, j) (i-1, j), (i, j-1), (i-1, j-1)의 복호화 이미지이다. α는 x 축 방향 및 I 축 방향의 방향 편차량이다. 또한, w1에서 w4는 보간할 때의 무게(웨이트) 양이며, 예를 들면, w1 = 1, w2 = 1 / √ {(1-cosα) ^ 2 + (sinα) ^ 2}, w3 = 1 / √ {(cosα) ^ 2+ (1-sinα) ^ 2}, w4 = 1 / √ {(1-cosα) ^ 2 + (1-sinα) ^ 2}로 산출된다.
여기서, 방향 편차량은 처음부터 방향 편차량을 검출하여 구하는 일정량으로 다루고 있다. 방향 편차량의 검출은 예를 들어, 제어부(30)가 촬상 대상물(12)을 고정하기 전에 이동대(13-1)를 원하는 속도로 구동하고, 이동대(13-1) 상에 지정한 정점이 검출기(14)의 판정 센서 상의 좌표에 어떻게 이동하고 있는지에 대한 정보를 취득하여 검출 할 수 있다.
이 때, 이미지 합성부(32)는 이동대 제어부(23)로부터, 이동대(13-1)의 이동 방향 (도 6(b)의 x 축 방향)과 검출기(14)의 촬상 좌표 방향 (도 6 (b) I 축 방향)의 방향 편차량을 취득하고, 방향 편차량을 이용하여 복호화된 이미지의 중첩 방향을 보정한다.
여기서 이미지 합성부(32)는 각 복호화 이미지의 화소 값을 가산하려고 할 때, 좌표 위치가 정수 값이 되지 않는 경우에는 그 좌표 위치의 화소 값을 그 좌표를 둘러싼 주변의 화소 데이터를 보간하여 산출한다.
이상에서 설명한 실시예는 모두 본 발명의 실시예를 예시적으로 나타내는 것으로 본 발명이 이에 제한되지 않으며, 다른 다양한 변형 태양 및 변경 태양으로 실시될 수 있다.
예를 들어, 이동대(13-1)의 이동 방향(도 6(b)의 x 축 방향)과 검출기(14)의 촬상 좌표 방향(도 6(b) I 축 방향)의 방향 편차량은 하나의 촬상 대상물의 촬상에 대하여 일정한 값으로 되어있지만, 복수의 촬상 대상물의 촬상에 대하여 일정한 값이어도 좋고, 방향 편차량을 시간에 의존하는 함수여도 좋다.
이동대(13-1)는 일정 속도로 이동해도 좋고, 이동대(13-1)는 일정 거리를 이동할 때마다 정지하여, 이동대(13-1)가 정지한 상태에서 검출기(14)가 검출하도록 하여도 좋다
또한 이미지 합성부(32)는 복수의 화상 데이터를 합성할 때, 가중 가산을 행하여도 좋다. 이미지 데이터를 분할하여, 각각의 영역에 가중치(웨이트)를 중첩하여 가산할 수 있으며, 예를 들어 조사부(10)의 바로 아래에 위치하는 부분은 큰 웨이트로 가산하고 조사부(10)로부터 떨어진 부분은 작은 웨이트로 가산할 수도 있다.
또한 이미지 복호부(33)는 부호화 이미지를 이미지 유지부(34)로부터 여러 장 한꺼번에 취득하여 복호화 하여도 좋고, 부호화 이미지를 이미지 유지부 (34)로부터 한 장씩 취득하여 복호화할 수도 있다.
상술 한 실시예에서, 부호화 마스크(11-1)를 이용하여 촬상한 후 복호화하고, 복호화 이미지를 겹쳐서 합성하는 것으로, 합성 이미지가 명료해진다. 고해상도의 촬상 이미지를 얻고자 하는 경우에도 촬상 횟수를 증가시키지 않고 선명한 촬상 이미지를 쉽게 얻을 수 있다.
상술한 실시예에서 이미지 합성 처리를 컴퓨터로 실현하도록 하여도 좋다. 이 경우, 이 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록하여, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 로드하여 실행함으로써 실현하여도 좋다.
또한, 여기서 말하는 「컴퓨터 시스템」은 OS나 주변기기 등의 하드웨어를 포함한다. 또한 "컴퓨터 판독 가능한 기록 매체"는 플렉서블 디스크, 광 자기 디스크, ROM, CD-ROM 등의 기억 매체, 컴퓨터 시스템에 내장된 하드 디스크 등의 저장 장치를 말한다.
또한 "컴퓨터 판독 가능한 기록 매체"는 인터넷 등의 네트워크 또는 전화 회선 등의 통신 회선을 통해 프로그램을 송신하는 경우의 통신선과 같이, 단시간 동안 동적으로 프로그램을 유지하는 것, 이 경우 서버와 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리처럼 일정 시간 프로그램을 보유하고 있는 것도 포함 할 수 있다.
또한 상기 프로그램은 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것으로도 좋고, 또한 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것으로서도 좋고, FPGA (Field Programmable Gate Array) 등 프로그래머블 로직 디바이스를 이용하여 실현되는 것이어도 좋다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 촬상 장치 10: 조사부
11-1: 부호화 마스크 11-2: 부호화 마스크 구동부
12: 촬상 대상물 13-1: 이동대
13-2: 이동대 구동부 13-3: 위치 검출부
14: 검출기 14-1: 촬상 이미지 좌표
15: 촬상 제어부 16: 화상 처리부
20: 조사 제어부 21: 부호화 마스크 제어부
23: 이동대 제어부 24: 검출기 제어부
30: 제어부 31: 저장부
32: 이미지 합성부 33: 이미지 복호부
34: 화상 유지부

Claims (5)

  1. 광선을 조사하는 조사부;
    촬상 대상물을 적재하여 일 방향으로 연속적으로 이동시키는 이동대;
    상기 일 방향으로 연속적으로 이동하는 촬상 대상물을 투과하는 상기 광선을 검출하여, 촬상 이미지를 생성하는 검출기;
    상기 조사부와 상기 촬상 대상물 사이에 개재된 부호화 마스크;
    상기 검출기로부터 얻어진 상기 촬상 이미지를 복호화하는 이미지 복호부; 및
    상기 이미지 복호부로부터 얻어지고, 상기 일 방향으로 적어도 일부가 중첩된 2장 이상의 복호화 이미지를 이동하는 거리 정보를 이용하여 합성하는 이미지 합성부를 포함하는 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이동하는 거리 정보는 이동 방향의 화소수를 포함하는 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 합성부는 상기 복호화 이미지의 각각을, 기준이 되는 상기 복호화 이미지에 대하여 이동하는 거리만큼 비켜서 겹침으로써 합성하는 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 부호화 마스크는, 균일 중복 배열 또는 수정 균일 중복 배열을 포함하는 부호화 패턴으로 형성되는 촬상 장치.
  5. 조사부로부터, 상기 조사부와 일 방향으로 연속적으로 이동하는 촬상 대상물의 사이에 삽입되는 부호화 마스크를 통해 광선을 조사하는 단계;
    검출부가 상기 일 방향으로 연속적으로 이동하는 상기 촬상 대상물을 투과하는 상기 광선을 검출하는 단계;
    이미지 복호부가 상기 검출부로부터 얻어진 부호화된 촬상 화상을 복호화하는 이미지 복호화 단계; 및
    이미지 합성부가 상기 이미지 복호부로부터 얻어지고, 상기 일 방향으로 적어도 일부가 중첩된 2장 이상의 복호화 이미지를 이동한 거리의 정보를 이용하여 합성하는 단계를 포함하는 촬상 방법.
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