JP4987321B2 - Ｘ線検査装置およびｘ線検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線検査装置およびＸ線検査方法に関する。

一般に、Ｘ線検査装置は被検体を透過したＸ線による被検体内部および表面の透過像をもとに検査を行うものである。

このようなＸ線検査装置としては、Ｘ線を発生するＸ線源とＸ線フィルム、Ｘ線イメージインテンシファイアあるいはＸ線ＣＣＤカメラなどのＸ線二次元検出器とで被検体を挟み込み、被検体の透過像を得るものがある。また、特殊なＸ線検査装置として、Ｘ線源からのＸ線を被検体表面に照射し、そこから放たれる蛍光Ｘ線あるいは散乱Ｘ線を二次元的に検出して被検体表面の元素分布分析を行うものがある（たとえば特許文献１および２参照）。
特開２０００−５５８４２号公報 特開２００３−３２９６２２号公報

Ｘ線検査装置においては、厚さ数１０ｃｍ程度の金属板表面を１０μｍ程度の空間分解能で検査をする場合、Ｘ線透過検査では高エネルギー且つ高強度のＸ線が１０μｍ以下のＸ線焦点から発生するＸ線源が必要となる。このような場合、Ｘ線源において大電力密度の電子がＸ線を発生する金属ターゲットに吸収されるため、熱衝撃に対する金属ターゲットの耐久性に問題があり、実現が困難である。したがって検査に必要なＸ線強度と空間分解能の両立ができないことが課題であった。

また、蛍光Ｘ線あるいは散乱Ｘ線を利用する検査装置においては、Ｘ線源の形状、大きさの制限を受けるため、使用できるＸ線源強度、個数に限界が生じ、被検体表面への照射Ｘ線強度が制限される。これに伴って、蛍光および散乱Ｘ線強度も制限を受ける。このため、検出に必要なＸ線強度を確保することが困難である点が課題であった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、Ｘ線によって高い空間分解能で被検体の表面形状を検査できるようにすることを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明は、Ｘ線検査装置において、真空容器と、前記真空容器に収められた、電子を放出する複数のリング状の電子エミッタと、前記電子エミッタから放出されて所定の電圧で加速された電子が所定の電子衝突領域に衝突すると所定のＸ線照射領域に向かうＸ線を放出する、前記真空容器に収められ、前記複数のリング状の電子エミッタのそれぞれに対して設けられた複数のリング状のＸ線ターゲットと、前記Ｘ線ターゲットから放出されたＸ線が前記Ｘ線照射領域に配置された被検体に照射されたときに前記被検体から放たれるＸ線が通過する反射Ｘ線コリメータと、前記反射Ｘ線コリメータを通過したＸ線を検出するＸ線二次元検出器と、前記電子エミッタと前記Ｘ線ターゲットの対にそれぞれ前記所定の電圧を印加して、前記複数のリング状の電子エミッタに互いに時間差をつけてそれぞれパルス的に電子を放出させる電源と、を有し、前記複数のリング状の電子エミッタおよび前記複数のリング状のＸ線ターゲットは、前記真空容器の円筒軸を中心として配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、Ｘ線検査方法において、電子を、真空容器の円筒軸を中心とする複数のリング状の電子エミッタから順次パルス状に放出する電子放出工程と、前記電子放出工程で放出された電子を所定の電圧で加速する電子加速工程と、前記電子加速工程で加速された電子を、前記複数のリング状の電子エミッタにそれぞれ対応して前記真空容器の円筒軸を中心に設けられた複数のリング状のＸ線ターゲットに衝突させ、所定のＸ線照射領域に向かうＸ線を放出させるＸ線放出工程と、前記Ｘ線放出工程で放出されたＸ線を前記Ｘ線照射領域に配置された被検体に照射する照射工程と、前記被検体から放たれるＸ線を反射Ｘ線コリメータによって所定の方向にコリメートするコリメート工程と、前記コリメート工程で前記所定の方向にコリメートされたＸ線を検出するＸ線二次元検出工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線によって高い空間分解能で被検体の表面形状を検査できる。

本発明に係るＸ線検査装置の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る実施形態１のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

このＸ線検査装置は、Ｘ線源１、コリメータ２、Ｘ線二次元検出器３および遮蔽体４から構成されている。

Ｘ線源１は真空容器５を有している。真空容器５は、円筒状の外筒５ａと、外筒５ａよりも径が小さく、円筒５ａと軸を同じくする円筒状の内筒５ｂと、外筒５ａと内筒５ｂの底部をつなぐドーナツ状の２枚の円板５ｃで囲まれる真空空間を有している。真空容器５の内部には、リング状の電子エミッタ６、および、リング状のＸ線ターゲット７が収められている。電子エミッタ６およびＸ線ターゲット７は、いずれも真空容器５の円筒軸を中心とし、その円筒軸方向に所定の間隔で配置されている。Ｘ線ターゲット７の一つの表面は、真空容器５の円筒軸を中心とする円錐面の一部である。Ｘ線ターゲット７は円板５ｃの近傍に配置されている。

円板５ｃの近傍には、真空容器５の円筒軸を中心とする円形内だけにＸ線を透過させる入射Ｘ線コリメータ１０が設けられている。また、真空容器５の一部は遮蔽体４で覆われていて、Ｘ線が入射Ｘ線コリメータ１０以外の部分に放出されないようになっている。

電子エミッタ６には、高電圧線１３を介して電源２０が接続されており、Ｘ線ターゲット７に対して負電位が印加できるようになっている。

内筒５ｂの内側には、真空容器５の円筒軸方向が円板５ｃとほぼ同じ位置に、反射Ｘ線コリメータ２が配設されている。また、Ｘ線二次元検出器３がその上方に配設されている。Ｘ線二次元検出器３は、画像信号線１４を介して、外部モニタ２１などに接続されている。

電子エミッタ６からリング状に電子８が放出されると、電子エミッタ６とＸ線ターゲット７の間に印加された電圧によって電子８は加速し、Ｘ線ターゲット７に衝突する。加速した電子８がＸ線ターゲット７に衝突することにより、Ｘ線９が発生する。

Ｘ線ターゲット７から発生したＸ線９は入射Ｘ線用コリメータ１０を通過し、円板５ｃと対向する位置のＸ線照射面１１に照射される。このとき、Ｘ線照射面１１に照射されたＸ線９は、リング状ターゲット７の各点から発生したＸ線がＸ線照射面１１に集中するため、照射Ｘ線強度は高強度となる。また、リング状のＸ線ターゲット７の全体に電子８が衝突するようにすれば、Ｘ線ターゲット７の受ける単位面積あたりの熱衝撃を緩和することができる。このため、リング状エミッタ６から発生する電子８の全個数を増加することができ、発生するＸ線強度をさらに高くすることができる。

Ｘ線が照射されたＸ線照射面１１からは、散乱および蛍光Ｘ線１２が発生し、反射Ｘ線コリメータ２を通過した散乱および蛍光Ｘ線１２のみがＸ線二次元検出器３に入射し、Ｘ線信号として検出される。このとき、Ｘ線二次元検出器３に入射した散乱および蛍光Ｘ線１２はＸ線照射面１１の凹凸などの表面状態により強度が変化する。このため、Ｘ線二次元検出器３で検出したＸ線信号を画像化すると、Ｘ線照射面１１の凹凸などの表面状態を観測することができる。

表面状態変化の空間分解能はコリメータ２の穴径に依存するため、高分解能検査をする場合はコリメータ２の穴径を小さくする。コリメータ２の穴径を小さくすると、コリメータ２を通過するＸ線量が減少し検出感度が低下する。したがって、高分解能高感度検査を行うためには照射Ｘ線の強度を高くする必要がある。

本実施形態によれば、リング状のＸ線ターゲット７を用いるために、Ｘ線ターゲットの熱負荷を大きくすることなく照射Ｘ線強度を高めることができ、高分解能高感度表面検査が可能となる。

なお、Ｘ線ターゲット７および電子エミッタ６の形状は、Ｘ線ターゲット７の受ける単位面積あたりの熱衝撃を緩和できれば、リング状以外でもよい。

［実施形態２］
図２は、本発明に係る実施形態２のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

本実施形態のＸ線検査装置は、複数組のリング状のエミッタ６とリング状のＸ線ターゲット７を備えている。複数のリング状電子エミッタ６からの電子放出に時間差をつけ、１つの電子エミッタ６からの電子放出はパルス的である。このため、放出される電子８を受けるリング状のＸ線ターゲット７の熱衝撃もパルス的になる。したがって、Ｘ線ターゲット７の平均的な熱入力は低くなる。このため、パルス的に発生する電子８の全個数を増加することが可能となり、照射Ｘ線強度を高くすることができる。

このように、本実施形態のＸ線検査装置によって、照射Ｘ線強度を高めることができるため、高分解能高感度表面検査が可能となる。

［実施形態３］
図３は、本発明に係る実施形態３のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

本実施形態のＸ線検査装置は、実施形態１の反射Ｘ線コリメータの代わりに、ピンホールコリメータ１５を用いる。本実施形態のＸ線検査装置は、Ｘ線照射面１１を物面、Ｘ線二次元検出器３を像面としたピンホールカメラと同様のものであり、簡易な構成での表面二次元検査が可能となる。

［実施形態４］
図４は、本発明に係る実施形態４のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図である。

本実施形態のＸ線検査装置は、実施形態３のＸ線検査装置に、ピンホールコリメータ１５の位置を移動する駆動機構１６を追加したものである。駆動機構１６によって、ピンホールコリメータ１５は、Ｘ線照射面１１からＸ線二次元検出器３に向かう軸方向に移動できるようになっている。

図５は、ピンホールコリメータ１５の位置と像の大きさの関係を示す模式図である。ピンホールコリメータ１５が図５（ａ）の位置にある場合を基準として、図５（ｂ）のようにピンホールコリメータ１５がＸ線照射面１１（物面）に近づくと、Ｘ線二次元検出器３のＸ線が入射する面（像面）に映る像は大きくなる。反対に、図５（ｃ）のようにピンホールコリメータ１５がＸ線二次元検出器３に近づくと、Ｘ線二次元検出器３のＸ線が入射する面に映る像は小さくなる。

本実施形態のＸ線検査装置では、ピンホールコリメータの１５の位置を変化させることで、物面からピンホールコリメータ１５までの距離とピンホールコリメータ１５から像面までの距離の比が変化する。すなわち、検出したＸ線照射面１１の表面像の拡大、縮小が可能となる。

［実施形態５］
図６は、本発明に係る実施形態５のＸ線検査装置の断面図である。

本実施形態のＸ線検査装置は、実施形態３とＸ線検査装置のピンホールコリメータ１５の代わりにテーパー状コリメータ１９を用いる。テーパー状コリメータ１９は、散乱および蛍光Ｘ線１２が通過する方向に所定の厚みを有していて、散乱および蛍光Ｘ線１２が通過する部分には、軸を同じくする円錐が頂点部分で結合した形状の穴が貫通している。

図７は、コリメータの形状とコリメートされたＸ線および漏洩Ｘ線の関係を模式的に示す断面図である。

表面状態検査の空間分解能はコリメータの穴径によって決まる。図７（ａ）のように、コリメータとして、薄い板に貫通孔を開けた薄い板厚のコリメータ１７を用いた場合には、Ｘ線強度が大きいとＸ線を十分に遮蔽することができない場合がある。この場合には、コリメータの穴径に依存した空間分解能を確保することができない。また、図７（ｂ）のように、コリメータの穴径を一定のまま板厚を厚くした厚い板厚のコリメータ１８を用いると、必要なＸ線までもが遮蔽され、検出感度が低下する。

本実施形態のＸ線検査装置では、図７（ｃ）のようにコリメータの貫通部をテーパー状としたことで、必要なＸ線を通過させたまま、コリメータの厚さを厚くすることができる。このため、不要な漏洩Ｘ線を遮蔽し、検査に必要なＸ線だけを検出することができ、高分解能高感度検査が可能となる。

なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。

本発明に係る実施形態１のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図。 本発明に係る実施形態２のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図。 本発明に係る実施形態３のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図。 本発明に係る実施形態４のＸ線検査装置であって、（ａ）は一部断面斜視図、（ｂ）は縦断面図。 ピンホールコリメータの位置と像の大きさの関係を示す模式図。 本発明に係る実施形態５のＸ線検査装置の縦断面図。 コリメータの形状とコリメートされたＸ線および漏洩Ｘ線の関係を模式的に示す断面図。

符号の説明

１…Ｘ線源、２…コリメータ、３…Ｘ線二次元検出器、４…遮蔽体、５…真空容器、５ａ…外筒、５ｂ…内筒、５ｃ…円板、６…電子エミッタ、７…Ｘ線ターゲット、８…電子、９…Ｘ線、１０…入射Ｘ線用コリメータ、１１…Ｘ線照射面、１２…散乱および蛍光Ｘ線、１３…高電圧線、１４…画像信号線、１５…ピンホールコリメータ、１６…ピンホールコリメータ駆動機構、１７…薄い板厚のコリメータ、１８…厚い板厚のコリメータ、１９…テーパー状コリメータ、２０…電源、２１…外部モニタ

Claims (6)

1. 真空容器と、
   前記真空容器に収められた、電子を放出する複数のリング状の電子エミッタと、
   前記電子エミッタから放出されて所定の電圧で加速された電子が所定の電子衝突領域に衝突すると所定のＸ線照射領域に向かうＸ線を放出する、前記真空容器に収められ、前記複数のリング状の電子エミッタのそれぞれに対して設けられた複数のリング状のＸ線ターゲットと、
   前記Ｘ線ターゲットから放出されたＸ線が前記Ｘ線照射領域に配置された被検体に照射されたときに前記被検体から放たれるＸ線が通過する反射Ｘ線コリメータと、
   前記反射Ｘ線コリメータを通過したＸ線を検出するＸ線二次元検出器と、
   前記電子エミッタと前記Ｘ線ターゲットの対にそれぞれ前記所定の電圧を印加して、前記複数のリング状の電子エミッタに互いに時間差をつけてそれぞれパルス的に電子を放出させる電源と、
   を有し、前記複数のリング状の電子エミッタおよび前記複数のリング状のＸ線ターゲットは、前記真空容器の円筒軸を中心として配置されていることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 前記反射Ｘ線コリメータは、前記被検体側の表面に入射したＸ線を完全に遮蔽可能な厚さの板に前記板の板厚方向を軸として前記Ｘ線二次元検出器およびその反対方向に向かって広がった２つの円錐形が結合した形状のピンホールを設けたものであることを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
3. 前記反射Ｘ線コリメータを移動させるコリメータ駆動手段を有することを特徴とする請求項２記載のＸ線検査装置。
4. 電子を、真空容器の円筒軸を中心とする複数のリング状の電子エミッタから順次パルス状に放出する電子放出工程と、
   前記電子放出工程で放出された電子を所定の電圧で加速する電子加速工程と、
   前記電子加速工程で加速された電子を、前記複数のリング状の電子エミッタにそれぞれ対応して前記真空容器の円筒軸を中心に設けられた複数のリング状のＸ線ターゲットに衝突させ、所定のＸ線照射領域に向かうＸ線を放出させるＸ線放出工程と、
   前記Ｘ線放出工程で放出されたＸ線を前記Ｘ線照射領域に配置された被検体に照射する照射工程と、
   前記被検体から放たれるＸ線を反射Ｘ線コリメータによって所定の方向にコリメートするコリメート工程と、
   前記コリメート工程で前記所定の方向にコリメートされたＸ線を検出するＸ線二次元検出工程と、
   を有することを特徴とするＸ線検査方法。
5. 前記反射Ｘ線コリメータは、前記被検体側の表面に入射したＸ線を完全に遮蔽可能な厚さの板に前記板の板厚方向を軸としてＸ線二次元検出器およびその反対方向に向かって広がった２つの円錐形が結合した形状のピンホールを設けたものであることを特徴とする請求項４記載のＸ線検査方法。
6. 前記反射Ｘ線コリメータを移動させる工程をさらに有することを特徴とする請求項４または請求項５記載のＸ線検査方法。

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