JP2009063387A - Ｘ線断層撮像装置およびｘ線断層撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータ断層撮像方法による正確な再構成画像を、簡単な構成により得る。
【解決手段】複数の被検査体３の投影データよりその被検査体３の内部構造データを再構成するＸ線断層撮像装置であって、Ｘ線源１と、被検査体３の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段４と、Ｘ線源１のＸ線焦点１ａと二次元検出手段４との間に配置され、被検査体３を載置してＸ線源１から出射されたＸ線により形成される円錐の底面の中心とＸ線焦点を結ぶ線分とほぼ平行な回転軸Ｒ２を中心に、設定された角度変位で回転する回転機構と、回転軸Ｒ２に対し、被検査体３をその回転軸Ｒ２を中心線とする所定角度の頂角を持つ仮想円錐の円錐面１０に接した状態に把持する把持手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線等を用いて被検査体の内部構造データを検査するＸ線断層撮像装置およびＸ線断層撮像方法に関する。

従来、半導体素子等の研究開発分野などでは、微小被検査体内部に存在するひび割れや断線等を検査するため非破壊三次元分析が要求されている。その手法の一つとして、Ｘ線によるコンピュータ断層撮像装置（以下、Ｘ線断層撮像装置と称する。）を用いる方法がある。

Ｘ線断層撮像装置は、例えば、Ｘ線源（Ｘ線管等から構成されるＸ線発生装置）と、このＸ線源よりＸ線焦点を経て被検査体に円錐状（コーンビーム状）に照射されて透過したＸ線を検出する二次元検出手段と、この二次元検出手段との間に被検査体を載置するとともにＸ線焦点からこの検出手段の検出面に降ろした垂線に直交する回転軸を備え、設定に基づく角度変位で回転する回転基台部を有する。このようなＸ線断層撮像装置において、Ｘ線源より被検査体にＸ線を照射し、被検査体の透過Ｘ線投影像を二次元検出手段により撮像しディジタル化された各角度位相毎の複数の画像データとして処理し、これら各画像データより内部構造データを再構成することによって、被検査体内部の検査および観察等を行い易くする。このような断層撮像処理を、シングルスキャンコーンビームＣＴ（computerizing [computed] tomography）法ともいう。

図１に、従来のＸ線断層撮像装置における、被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（１）を示す。図１に示す例は、Ｘ線管１のＸ線焦点１ａと二次元検出器２との間に配置され、Ｘ線焦点１ａから二次元検出器２の検出面に降ろした垂線に直交する回転軸Ｒ１を中心に設定された角度変位で回転する回転手段（図示略）上に被検査体３が載置された状態（上面模式図）である（例えば、特許文献１を参照）。被検査体３の投影拡大率は、再構成計算された画像の空間分解能に大きく寄与する。被検査体３は、ＩＣチップや基板等の偏平薄型（平板状、薄板状）である。

図１において、Ｘ線焦点１ａから被検査体３までの距離をｄＯＦ、Ｘ線焦点１ａから二次元検出器２までの距離をｄＦＤとしたとき、その拡大率はｄＦＤ／ｄＯＦで求まる。しかし、図１に示すように、被検査体３の形状が偏平薄型であった場合、被検査体３とＸ線焦点１ａとの距離が離れているので、小さな拡大率しか得られない。

そこで、図２に示すように、被検査体３の回転軸Ｒ２が、Ｘ線管１から出射されたＸ線が形成するＸ線焦点１ａを頂点とする円錐の底面の中心と該Ｘ線焦点１ａを結ぶ線分Ｌ１とほぼ平行となるように配置する。また、二次元検出器２を、Ｘ線焦点１ａから二次元検出器２へ降ろした垂線が回転軸Ｒ２と角度π／２−Θをなす位置関係を保ちつつ、被検査体３を透過したＸ線が二次元検出器２で検出される位置に配置する。このようにした場合、Ｘ線焦点１ａから偏平薄型（平板状）の被検査体３までの距離ｄＯＦを極小にできる。

しかしながら、このように二次元検出器２をＸ線焦点１ａから二次元検出器２へ降ろした垂線が回転軸Ｒ２と角度π／２−Θをなす面内に配置すると、再構成計算の前に得られた投影データをΘ度射影変換し、あたかもΘ＝０度の面内に二次元検出器２が存在したかのようなデータへ変換する手間が生じる。この変換作業はサンプリング作業や重み付け係数処理等を伴い、それによって初期の投影データから欠落する情報があることが予想され好ましいものではない。

そこで、予めΘ度射影変換した状態を作ることを考える。つまり、図２に示す二次元検出器２の位置からΘ度回転（旋回）させた位置に二次元検出器４を配置する。図３に、このときの被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係を示す。シングルスキャンコーンビームＣＴ法を応用した斜角Ｘ線断層撮像方法においては、平板状の被検査体３は、ミッドプレーン（Ｘ線焦点１ａを含み被検査体３の回転軸Ｒ２と直交する平面）ＭＤと平行な面に載置され、回転軸Ｒ２を中心に所定角度毎に回転（旋回）する。図中の被検査体３−１，３−２は、被検査体３を１８０度回転した状態の断面を模式的に表したものである。

図３に示す斜角Ｘ線断層撮像方法の特徴は、Ｘ線焦点１からの各距離の比ｄＦＤ／ｄＯＦの値を、平板状の被検査体３の面積のいかんによらず大きくできる点、つまり投影観察の拡大率をかせげることが大きな利点である。

特開２００７−１０１２４７号公報

しかしながら、産業用途のＸ線断層撮像装置では、通常シングルスキャンコーンビームＣＴ法が適用される。つまり、コーン（円錐）ビーム投影は多数のファンビーム投影から成り立っているという考え方に基づいた、Feldkamp等が提案する近似的な３次元ＣＴ画像再構成アルゴリズムが採用されている。図３において、ミッドプレーンＭＤから離れるに従って徐々に被検査体３の断層画像は正確性を欠いていくのだが、この現象はP.Grangeat等が提唱するShadow zone（Mathematical Framework of Cone Beam 3D Reconstruction Via The First Derivative of The Radon Transform）によっても説明される。

被検査体３が回転するシングルスキャン方式の産業用途Ｘ線断層撮像装置では、図４に示すように、被検査体３の回転軸Ｒ２を中心とした半径ｄＯＦ／２のミッドプレーンＭＤ上の円軌道を周回する同じく半径ｄＯＦ／２の球（もしくは円）の集合体によって除外される部位が、理論的に厳密な再構成計算が不可能と言われる被検査体領域（＝シャドーゾーン６）である。図３および図４に示す２つの円５Ａ，５Ｂは、シャドーゾーン６の境界域水平断面を表している。

図３では省略しているが、Ｘ線焦点１ａは物理的な厚さのあるターゲット（図示略）の内側、すなわち開放型Ｘ線管１の真空側にあって従来の斜角Ｘ線断層撮像方法では被検査体３の関心部位（R.O.I：Region of interest)３ａが、図３に示すようにシャドーゾーン境界である円５Ａ，５Ｂからはずれてシャドーゾーン側へはみ出す傾向が強い。またR.O.Iに対するＸ線焦点の幾何学的座標が、R.O.Iの表裏両面方向を交替的に透視観察する位置関係ではなく、常に表裏どちらか片面側から透視観察する投影データのみが取得されることになるので正確な非破壊断層画像を得ることができない。R.O.Iに対するＸ線焦点の幾何学的座標がR.O.Iの表裏両面方向を交替的に透視観察する位置関係とは、一例として図１において、被検査体３を該被検査体３の主面（R.O.I）が回転軸Ｒ１と平行になるように載置した場合に相当する。なおターゲットの構造については、一例として本出願人が先に出願した特開２００６−２５８６６８号公報を参照されたい。

Feldkampの近似的な計算法によると、シャドーゾーン領域の被検査体３の投影もすべて逆投影時に計算処理されるので、得られた被検査体３の関心部位３ａの再構成画像は非常に正確性を欠いたものとなる。一例として、従来方式による代表的なＢＧＡ（Ball Grid Array）のサンプル断層画像を、図１５（ａ）に掲載する。図１５（ａ）に示すサンプル断層画像は、図３に示した被検査体３の関心部位３ａ断面方向に沿った再構成計算結果である。この画像は、ＢＧＡのボール状の電気的接合部（バンプ）はアーチファクト（画像に現れる目的情報以外の二次元的障害陰影、装置のガタなどによって発生する擬似画像）の影響が大きく判読は不可能である。

斯かる点に鑑み、この発明は、Ｘ線等を利用したコンピュータ断層撮像方法による正確な再構成画像を、簡単な構成により得ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の被検査体の投影データより被検査体の内部構造データを再構成するＸ線断層撮像装置であって、Ｘ線源と、被検査体の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段と、Ｘ線源のＸ線焦点と二次元検出手段との間に配置され、被検査体を載置してＸ線源から出射されたＸ線により形成される円錐の底面の中心とＸ線焦点を結ぶ線分とほぼ平行な回転軸を中心に、設定された角度変位で回転する回転機構とを備える。さらに、当該被検査体を、回転軸に対し、その回転軸を中心線とする所定角度の頂角を持つ仮想円錐の円錐面にほぼ接する状態に把持する把持手段を備える。

上記構成によれば、回転軸に対して被検査体の主面が垂直とならないように所定の傾きをつけて把持することにより、被検査体をＸ線源に近接可能にし、拡大率を向上させる。さらに、被検査体がシャドーゾーンの領域に入るのを回避する。

本発明によれば、Ｘ線等を利用したコンピュータ断層撮像方法による正確な再構成画像を、簡単な構成により得ることができる。

以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料及びその量、処理時間および寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係なども概略的なものである。

以下、本発明の一実施形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る、被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（４）を示す模式図（水平方向断面図）である。図中に破線で示した２つの円５Ａ，５Ｂは、図４に示したシャドーゾーン６の境界域水平断面を表している。本実施形態は、極薄平板状の被検査体３の回転軸Ｒ２とその被検査体３の主面が垂直にならないようにして、被検査体３を後述する第２回転軸部４５に把持した例である。被検査体３は、ＩＣチップや基板等の偏平薄型（平板状、薄板状）であり、例えば１５ｍｍ角の厚さ２．５ｍｍ程度である。なお、大きさおよび厚さの寸法はこの例に限られない。

図５において、Ｘ線管１は例えばコーンビーム状のＸ線を発生するＸ線源として機能する。Ｘ線管１は、例えば開放型のＸ線管１を使用しており、図示しないターゲット上のＸ線焦点１ａを頂点とし、その中心軸（Ｘ線により形成される円錐の回転軸）が図示しないカソードから放出される電子流と略同軸（光軸主線方向)上にある円錐形状に照射野を形成する。このＸ線管１から被検査体３全体にＸ線を照射し、照射されるＸ線により被検査体３の投影像の撮像を行い、この被検査体３の透過Ｘ線を、二次元検出手段として機能する二次元検出器４で検出し投影像を得る。ターゲットおよびカソードについては、一例として本出願人が先に出願した特開２００６−２５８６６８号公報（図１０等）を参照されたい。

このＸ線管１から照射されるＸ線は、例えば焦点サイズ約１μｍ以下の極小のＸ線焦点１ａ（マイクロフォーカス）を形成するよう構成されている。Ｘ線の焦点サイズは、Ｘ線断層撮像装置の分解能を決定する大きな要素であるため、この数値が小さいほど、より被検査体内部の微少サイズの損傷等を観察でき好ましい。

二次元検出器４は、例えばフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）より構成され、Ｘ線管１のＸ線焦点１ａから下ろした線分が二次元検出器４のほぼ中心に照射されるよう、二次元検出器４の駆動機構により、左右上下（ＸＹＺ方向）への動きを調節することができる。

ＦＰＤについては、一例として特開平６−３４２０９８号公報（以下、「文献１」という。）に開示されているようなものがある。このＦＰＤは、被写体を透過したＸ線を光導電層で吸収してＸ線強度に応じた電荷を発生させ、その電荷量を画素毎に検知するものである。文献１に開示された方式のＦＰＤでは、Ｘ線量を画素毎の電荷量に直接変換するため、ＦＰＤでの鮮鋭性の劣化が少なく、鮮鋭性に優れた画像が得られる。その他の方式のＦＰＤの例としては、例えば特開平９−９００４８号公報に開示されているように、Ｘ線を増感紙等の蛍光体層に吸収させて蛍光を発生させ、その蛍光の強度を光電変換素子で検知するものなどがある。

蛍光の検知手段としては他に、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣ−ＭＯＳ（Complementary-Metal OＸide Semiconductor）センサを用いる方法などもある。このように、本例の二次元検出器４は、被検査体３の透過Ｘ線を検出し画素毎に処理して画像信号を得られるものであればよい。

極薄平板状の被検査体３は、頂点をＸ線焦点１ａとし、かつ、被検査体３の回転軸Ｒ２を中心線とする頂角θ度の仮想円錐１０の円錐面を接平面とした状態に載置される。すなわち、被検査体３を、回転軸Ｒ２に対し、該回転軸Ｒ２を中心線とする所定角度θの頂角を持つ仮想円錐１０の円錐面にほぼ接する状態に把持する。把持手段の例については後述する。仮想円錐１０の頂点はミッドプレーンＭＤと回転軸Ｒ２との交点である。

また、Ｘ線管１のＸ線焦点１ａと二次元検出器２との間に、被検査体３を載置してＸ線管１から出射されたＸ線により形成される円錐の底面の中心とＸ線焦点１ａを結ぶ線分Ｌ１とほぼ平行な回転軸Ｒ２を中心に、設定された角度変位で回転する回転機構を設ける。回転機構については、後に詳述する。この回転機構を、被検査体３の回転軸Ｒ２を中心に所定角度ピッチ毎に回転させながら、被検査体３の透過Ｘ線を二次元検出器４で撮像し投影データを取得する。図中の被検査体３−１，３−２は、仮想円錐１０の円錐面に接するように載置された被検査体３を１８０度回転した状態の断面を模式的に表したものである。

図５に示す例において、仮想円錐１０の頂角の角度θは１１０度〜１５０度（１１０°＜θ≦１５０°）の間であることが望ましい。というのは頂角の角度θが小さいと、水平方向断面（Ｘ線焦点１ａと回転軸Ｒ２を含む平面）において、被検査体３の関心部位３ａ（R.O.I）がシャドーゾーン６側にはみ出す領域が大きくなるからである。また、頂角の角度θが大き過ぎる場合には、同様にシャドーゾーンへはみ出しがちであって、しかもR.O.Iに対するＸ線焦点の幾何学的座標が、R.O.Iの表裏両面方向を交替的に透視観察する好適な位置関係ではなく、常に表裏どちらか片面側から透視観察する投影データのみが取得されることになるので、正確な非破壊断層画像を得ることができない。

次に、図６〜図９を参照して、図５の構成を実現するＸ線断層撮像装置の一実施形態について説明する。図６は、一実施形態に係るＸ線断層撮像装置の外観斜視図である。また図７は、一実施形態に係る第１回転機構と第２回転機構の連結部分を含む概略斜視図である。また図８は、一実施形態に係る被検査体把持手段の一例の説明図である。また図９は、一実施形態に係る被検査体把持手段の他の例の説明図である。

図６に示すように、定盤８４上に、Ｘ線管１、主検出器としての二次元検出器２、斜角Ｘ線断層撮像用の二次元検出器４が設置されている。二次元検出器４の検出面は、主検出器である二次元検出器２の検出面にほぼ垂直な平面内にあって、二次元検出器２の検出面に直交する回転軸（回転軸Ｒ２とほぼ平行な軸）を中心にほぼ９０度回転した姿勢である。また、二次元検出器２および二次元検出器４は、それぞれに駆動機構２Ａおよび駆動機構４Ａを備え、後述する制御部等の指示に従い、定盤８４の主面内（水平方向）の移動、定盤８４に対して垂直方向への移動、さらに定盤８４に垂直な軸を回転中心として各二次元検出器を煽る（回転させる）ことができる。なお、本実施形態における二次元検出器４は、必ずしも回転機構を備えていなくてもよい。

Ｘ線管１から出射するＸ線のＸ線焦点１ａより照射される円錐状Ｘ線ビーム（コーンビーム）に対して投影データを取得する前に、二次元検出器４を本出願人が先に出願した特開２００７−１０１２４７号公報で記述したようなキャリブレーションを行う必要がある。このキャリブレーションは従来装置において実施されていた操作であり、主検出器である二次元検出器２に対するキャリブレーションと全く同じプロセスである。

また、図６において、Ｘ線断層撮像装置は、回転手段３２および第１回転軸部３６を含む第１回転機構３１と、第２回転軸部４５を含むとともに平板状の被検査体３が固定される第２回転機構４１を有し、第１回転機構３１の回転手段３２の駆動力を第２回転機構４１へ伝達する機構となっている。

次に、図７を参照して、上記の第１回転機構３１、第２回転機構４１およびその連結部分を含む構造について説明する。

図７に示すように、第１回転機構３１は主に回転手段３１、空気軸受け３３、カップリング部（自在継手）３４、ねじ歯車３５、第１回転軸部３６より構成される。また、第２回転機構４１は主にねじ歯車４２、カップリング部（自在継手）４３、空気軸受け４４、第２回転軸部４５、連結部材４６、締結部４７から構成される。

本実施形態では、９０度交差した第１回転機構３１と第２回転機構４１の互いの回転軸を、ねじ歯車３５およびねじ歯車４２を使用して連結することにより、第１回転機構３１の回転手段３２の駆動力を第２回転機構４１へ伝達するようにしている。採用したねじ歯車３５，４２の捩れ角は４５度であり、ＪＩＳ２級以上の精度を備えバックラッシュを無視できる。

また、図７に示した例では、第２回転機構４１は、連結部材４６により第１回転機構３１と連結している。連結部材４６の２箇所の締結部４７（１カ所は図示せず）および２箇所のカップリング部３４，４３を解除することにより、第１回転機構３１に連結された第２回転機構４１の取り外しが容易に行えるような構造としてある。連結部４７における連結手段として、例えばネジ手段が考えられるが、他の手段を用いて連結してもよい。

また、本実施形態では主直立回転軸の回転手段３２として、高分解能なＡＣサーボモータを搭載している。再構成計算手段あるいは方法としては、例えば［佐々木徹、福田安志著「分散メモリ型マルチプロセッサシステムを用いた三次元Ｘ線ＣＴ像の再構成」、情報処理学会、ｐｐ１６８１］に紹介された手段等を用いることができる。

このような構成により、主検出器である二次元検出器２と平行な回転軸を中心として回転する回転手段３２の駆動力を、第１回転軸部３６から、二次元検出器２に対して垂直な回転軸を中心に回転する第２回転部４５に伝達することができる。また、連結部材４６の２箇所の締結部４７および２箇所のカップリング部３４，４３を解除することにより、第１回転機構３１に連結された第２回転機構４１の取り外しが容易に行えるので、被検査体３の形状に応じて使用する回転機構を切り替えて適切なＸ線断層撮像方法を選択できる。

ここで、被検査体３を、第２回転機構４１の第２回転軸部４５先端に固定するための被検査体把持手段について説明する。

図８に、被検査体把持手段（被検査体把持治具）の一例を示す。図８に示した被検査体把持手段２０は、二次元検出器４の検出面およびミッドプレーンＭＤに垂直な断面において、第２回転軸部４５先端に直結される樹脂製スイベルステージを応用した例を示している。スイベルステージ（ゴニオステージと呼ばれることもある）は、仮想の回転中心があり、そこを中心に円弧を描いて動くステージである。スイベルステージは、例えば第２回転軸部４５と直結して固定された第１ステージ２１と、第１ステージに形成された円弧（凹部）と同様の円弧（凸部）が形成され第１ステージ上を自由に旋回できる第２ステージ２２と、被検査体３を把持する把持部２３よりなる。なお、第２回転軸部４５も樹脂製とすることが望ましい。

被検査体把持手段としてスイベルステージを使用することにより、図示しないつまみ部を回して微細な角度調整が可能である。また、スイベルステージを樹脂材料で形成することにより、Ｘ線の透過量が増え、二次元検出器にて良好な投影像を得ることができる。このスイベルステージによって把持された極薄平板形状（基板など）の被検査体３は、頂角θが１１０度〜１５０度の仮想円錐に接しながら被検査体３の回転軸Ｒ２を中心に所定角度毎に回転（旋回）する。

図９は、被検査体把持手段（被検査体把持治具）の他の例を示す。図９に示した例は、二次元検出器４の検出面およびミッドプレーンＭＤに垂直な断面において、接着剤を用いて第２回転軸部４５先端に被検査体３を直結した例を示している。接着剤を用いることにより、第２回転軸部４５先端に被検査体３を極めて簡単に直結できる。

なお、その他、被検査体把持手段として、極簡単にねじ締結や両面テープ等を使用して、所定の姿勢に把持するようにしてもよい。

以上説明したように本実施形態によると、産業用途のＸ線断層撮像装置において、平板形状の被検査体３を仮想円錐１０の円錐面に接する姿勢に載置し、被検査体３の所定角度変位ごとの投影像を撮像して内部構造データの再構成計算を行うようしたので、被検査体３の関心部位３ａ（R.O.I）をシャドーゾーン６（図３，図４参照）から外して、被検査体３を撮像することができる。

また被検査体３が形成する仮想円錐１０の頂角の角度θを適切に選択することにより、R.O.Iに対するＸ線焦点の幾何学的座標が、R.O.Iの表裏両面方向を被検査体３が回転するに従って交替的に透視観察できる位置関係となって、正確な非破壊断層画像を得る為に好適な投影データを収集することが可能となる。

ここで、R.O.Iの表裏両面方向を被検査体３が回転するに従って交替的に透視観察する位置関係を詳述する。図５において関心部位３a（R.O.I）を含み且つ図５に表わされた水平方向断面と直交する平面（波線表示）をＸ線焦点１ａの方向へ延長したとき、Ｘ線焦点１ａはその平面より僅かに被検査体３側へ食い込んでいる。つまり、図５に示すようにＸ線焦点１ａが上記平面（波線表示）の左側に位置する。このとき、被検査体３が３−２の姿勢へ回転移動した際は、Ｘ線焦点１ａは上記平面（R.O.I）に対して被検査体３の正面側に位置し、R.O.I表面が観察される。一方、被検査体３が３−１の姿勢へ回転移動した際は、Ｘ線焦点１ａは上記平面（R.O.I）に対して被検査体３と明らかに反対側に位置し、R.O.I裏面が観察される。このように３−２の姿勢の被検査体３関心部位３ａを含み図５の水平断面と直交する平面に対し、Ｘ線焦点１ａが僅かでも被検査体３側へ食いこむ光学的座標関係が得られることがその必要条件である。この条件を満たせば被検査体３が回転し３−２の姿勢から３−１の姿勢へと回転移動する間に必ずR.O.Iの表裏両面方向を交替的に透視観察することとなる。

さらに平板状の被検査体３の関心部位３ａが、Ｘ線焦点１ａと二次元検出器４を結ぶ直線とほぼ平行となって一直線に重なることのない、関心部位平面上に凝集する吸収係数の高い特定部位（例えばＢＧＡのボール状電気的接合部など）を個々に透視する多くの角度位相の投影データを取得できるので、Ｘ線の透過率が低くなることによって生じる不正確な投影データを減少させる効果がある。

これらにより、従来諦められていた近似的計算法の欠点、つまりシャドーゾーン内にある被検査体３から取得した投影データを再構成計算した結果は正確性を欠いたものになるという欠点（背景技術欄を参照）を修正できる。さらに、本実施形態では、被検査体３および二次元検出器４の配置を変更するのみで足り、近似的計算法そのものには何ら改良が不要であることから、容易に実施することができる。

また、図６の主検出器である二次元検出器２と略９０度で交差する斜角撮影用の二次元検出器４の検出面により、Ｘ線焦点１ａから二次元検出器２の検出面に降ろした垂線（光軸主線）と略平行で着脱可能な斜角撮像用の第２回転機構４１に載置された被検査体３の投影データを取得する。このようにしたことにより、Ｘ線管１に被検査体３を近接させることができるので、偏平薄型である被検査体３の投影拡大率ｄＦＤ／ｄＯＦは従来のＸ線断層撮像装置に比べ圧倒的に大きくなる。その結果、再構成計算された画像の空間分解能を向上させることができる。

また、図５に示すように斜角撮影用の二次元検出器４の姿勢が、図２に示したθ＝０度なので、再構成計算を行う前に投影データのサンプリングや重み付けを伴った射影変換をする必要性はなく、計算ノイズを低減するのでデータの欠落も生じない。

また着脱可能な第２回転機構４１の設定された角度ごとに間欠的に回転駆動する動力は、第１回転機構３１の回転手段３２の回転方向を、ねじ歯車３５とねじ歯車４２を組み合わせて９０度変換することにより上記回転手段３２の動力を流用することができる。ねじ歯車は、従動側が無負荷で例えば空気軸受けであるような場合には好適である。また、ねじ歯車を高歯仕様として噛み合い率をかせぎ、さらに研削工程で歯面形状精度を向上させれば、事実上、歯車伝達に付きまとうバックラッシュの影響を無視できる。

次に、本発明の他の実施形態について、図１０〜図１３を参照して説明する。
本実施形態は、上述した実施形態においてＸ線管１を水平面内でＸ線焦点１ａをほぼ回転中心にして所定の角度回転させた場合の例である。図１０〜図１３において、図１〜図９に対応する部分には同一符号を付している。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る、被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（５）を示す模式図（水平方向断面図）である。また図１１は、図１０に示した被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係を示す概略斜視図である。図１０に破線で示した２つの円５Ａ，５Ｂは、図４に示したシャドーゾーン６の境界域水平断面を表している。

図１０および図１１において、Ｘ線管１は、Ｘ線焦点１ａ付近のターゲットがミッドプレーンＭＤとほぼ直交する断面における仮想円錐１０の母線と平行をなすよう、ミッドプレーンＭＤとほぼ平行なＸ線焦点１ａ近傍の直線を回転軸としてΦ度回転した姿勢である。すなわち、回転軸Ｒ２を中心線とする仮想円錐１０の頂角の角度をθ度としたとき、ミッドプレーンＭＤおよび二次元検出器４の検出面とほぼ垂直な平面において、Ｘ線管１が、Ｘ線焦点１ａを通り上記ミッドプレーンＭＤおよび二次元検出器４の検出面とほぼ垂直な平面にほぼ垂直な直線を回転中心として、Φ度（Φ＝（π−θ）／２）回転した姿勢である。このような幾何学的関係を守れば、図１０および図１１のように、被検査体３の関係部位（R.O.I）３ａがシャドーゾーン６から離脱する確率が高くなる。

また、角度αは、Ｘ線焦点１ａと被検査体３の回転軸Ｒ２を含む平面上の、Ｘ線焦点１ａと二次元検出器４の検出面を結ぶ任意の線分とミッドプレーンＭＤとがなす角度である。図中、角度αｍｉｎは、Ｘ線焦点１ａと二次元検出器４の検出面のミッドプレーンＭＤから最も近い有効検出位置４ｎを結ぶ線分とミッドプレーンＭＤとがなす角αである。また、角度αｍａｘは、Ｘ線焦点１ａと二次元検出器４の検出面のミッドプレーンＭＤから最も離れた有効検出位置４ｆを結ぶ線分とミッドプレーンＭＤとがなす角αである。この実施形態における被検査体３の投影データを取得する角度αの範囲は ５°≦α＜４５°が好適である。また、角度αｃｅｎｔｅｒは、二次元検出器４の検出面中央４ｃとＸ線焦点１ａを結ぶ線分とミッドプレーンＭＤとがなす角αであり、１５°≦α＜３５°の範囲が好適である。

図１２は、図６に示した実施形態のＸ線断層撮像装置において、Ｘ線管１を定盤８４の主面と平行な面内において、Ｘ線焦点１ａをほぼ回転中心にして所定の角度Φ回転させた状態を示している。Ｘ線管１をΦ度回転させることにより、Ｘ線管１の向きが二次元検出器４の方を向く。つまり、Ｘ線管１をΦ度回転させることで、Ｘ線管１から出射される円錐状のＸ線の照視野のより中央部が二次元検出器４に照射されるようになる。これにより、円錐状の照視野のより中央部を利用して被検査体３の投影像を取得できるので、より正確な投影データが得られる。

また、Ｘ線管１の角度をΦ度回転させることにより、Ｘ線管１のＸ線焦点１ａと被検査体３との距離をさらに近づけられるので、投影像の拡大率をさらに大きくできる。

次に、Ｘ線管１を回転させる方法について、図１３のＸ線断層撮像装置の概略側面図を参照して説明する。図１３において、簡潔性を高めるために二次元検出器４や第２回転機構４１は省略してある。

図１３において、振動除去機能を備えた定盤８４に、Ｘ線管１、二次元検出器２、この二次元検出器２の駆動機構２Ａ、第１回転機構３１などが載置されている。Ｘ線管１と第１回転機構３１は、レール６６に沿って定盤８４の主面上を移動可能であり、Ｘ線管１についてはレール６７によってさらに微妙な位置決めを可能にしている。また、二次元検出器２は、レール８１に沿って定盤８４の主面上を移動可能になっている。なお、図１３に示す例は、通常のシングルスキャンコーンビームＣＴの例となっているが、被検査体３の回転軸が異なるだけで、その他は上述した実施形態のＸ線断層撮像装置と同様である。

Ｘ線管１は、例えば円錐形状（コーンビーム状）のＸ線を発生する周知のマイクロフォーカスＸ線源であり、Ｘ線管１から被検査体３に対し円錐形状のＸ線を出射し被検査体３全体にＸ線を照射する。図１３に示されるように、このＸ線管１本体は、前部筐体１ｂと後部筐体１ｃがヒンジ５５により連結された構成とされ、Ｘ線焦点近傍のＬ字状ブラケット５７とＸ線管１の重量重心１ｄの直下かつブラケット５７水平面上に設けられたＶブロック５８とによって定盤８４上に支持されている。Ｌ字状ブラケット５７の水平部分とその下側に配置された下部プレート５６により二重プレート機構を構成している。

また、Ｖブロック５８はブラケット５７上の回動支点６１を軸に回動可能なＶブロック受け台６０に弾性体５９を介して載置される。このようにブラケット５７と重心１ｄの直下にＶブロック５８を置くことにより、Ｘ線管１のカソード（図示略）の位置出しが容易となるばかりでなく、ヒンジ５５による連結を解除し真空を解除してカソードを交換する際、Ｘ線管１の後部筐体１ｃを弾性力で支持するので、カソード座標調整などの精密な機械作業が水平置の姿勢でも容易となる。Ｘ線管１本体連結部のヒンジ５５の回転軸とＶブロック受け台６０の回動支点６１は略同軸上に配置されている。

Ｘ線管１をＸ線焦点１ａ近傍のミッドプレーンと二次元検出器４の両方に略平行な回転軸中心にΦ度旋回させる方法として、図中Ｘ線管１を支持する二重プレートの 下部プレート５６側の高圧空気注入口５１からＸ線管１の荷重に見合った高圧空気を２つのプレート間に注入し、その荷重をキャンセルしながら２つのプレート（下部プレート５６、ブラケット５７）が締結される互いの角度を調節する機構でもよい。

上述した斜角Ｘ線断層撮像方法ではない通常のＸ線断層撮像方法においても、提案した撮像方法は有効であり、ミッドプレーンを離れた被検査体３の関心部位３ａ（R.O.I）の正確な非破壊検査が可能である。

Ｘ線管１からＸ線を照射し、円錐状のビーム５０を回転基台６２に載置された被検査体３に照射する。回転基台６２は、第１回転機構３１の一構成要素であり、被検査体３を載置しながら回転手段３２の駆動力により被検査体３を回転させる。Ｘ線焦点１ａから出射された円錐状のビーム５０の中心線（光軸主線）は、二次元検出器２の検出面とほぼ直交する。このような配置関係において、被検査体３の回転軸（Ｚ軸）と中心線を等しくする仮想円錐の円錐面に接するような角度に被検査体３を載置（把持）する。

ここで図１３に波線で示した円５Ａ，５Ｂは、シャドーゾーンの境界域垂直断面を表している。図４にも示したようにシャドーゾーンの境界（円５Ａ，５Ｂ）は、Ｘ線焦点１ａと交わり被検査体３の回転軸（Ｚ軸）と直交するミッドプレーン上をその直径（焦点と回転軸間の距離）を持つ円（球）が被検査体回転軸の周りを旋回することによって描かれる立体によって表される。

図１３に示すように、回転軸に対して仮想円錐の円錐面に接するように被検査体３が把持されれば、その関心部位（R.O.I）に対するＸ線焦点の幾何学的座標が、R.O.Iの表裏両面方向を被検査体３の回転に従って交替的に透視観察できる位置関係となって、正確な非破壊断層画像を得る為に好適な投影データを収集することが可能となる。また一直線に重なることのない、関心部位平面上に凝集する吸収係数の高い特定部位（例えばＢＧＡのボール状電気的接合部など）を個々に透視する多くの角度位相の投影データを取得できるので、Ｘ線の透過率が低くなることによって生じる不正確な投影データを減少させる効果がある。言い換えれば相対的に弱い強度の線源であっても良好なコントラストの投影データを数多く収集することが可能となる。

このように、仮想円錐の円錐面に接するような角度に被検査体３を載置（把持）することにより、ミッドプレーンを離れた被検査体３の関心部位（R.O.I）３ａの正確な非破壊検査が可能である。ただし、拡大率については二次元検出器４を用いた斜角Ｘ線断層撮像方法のほうが有利である。いずれの撮像方法を利用するかは、拡大率や第２回転機構４１を取り付ける作業時間等を考慮して適宜選択するとよい。

次に、図１４のフローチャートを参照して、上述した実施形態のＸ線断層撮像装置による撮像処理例を説明する。図１４において、まず、被検査体３の形状が偏平薄型か否かを判定する（ステップＳ１）。ここで被検査体３が偏平薄型でない場合は、第１回転機構３１に被検査体３を載置する従来手法を用いて、撮像処理を行う（ステップＳ２）。

ステップＳ１の判断処理において、被検査体３が偏平薄型である場合、第２回転機構４１を第１回転機構３１に締結し（図７参照）、被検査体３が仮想円錐１０の円錐面に接するよう第２回転機構４１へ載置する（ステップＳ３）。

続いて、二重プレート間５６,５７に高圧空気を流し、Ｘ線管１をΦ度回転させる（ステップＳ４）。

そして、二次元検出器４をキャリブレーション後、被検査体３の設定された角度変位ごとの投影データを取得する（ステップＳ５）。

得られた投影データを再構成計算機へ転送し（ステップＳ６）、内部構造データを再構成する。

図１５は、上述の実施形態におけるＸ線断層撮像方法によるＢＧＡの断層画像例を示し、（ａ）は従来方式による断層画像、（ｂ）は本発明による断層画像である。既に述べたように、図１５（ａ）に示す従来の撮像方法によるＢＧＡの断層画像は、画像の上下部分がぼけてしまい電気的接合部（バンプ）の詳細は観察不可能である。一方、図１５（ｂ）に示す本発明による断層画像は、図１５（ａ）と同一部位のＢＧＡ断層画像であるが、アーチファクトに影響されることなく、電気的接合部（バンプ）の右上と左下に亀裂があることが詳細に認識できる。

以上説明した実施形態では、被検査体３が十分小さい場合は、必ずしもＸ線管１をΦ度傾けなくとも、被検査体３を仮想円錐に接する形に把持するのみで提案の効果が得られる。一方、平板形状の被検査体３の面積が一定以上である場合、Ｘ線管１をΦ度傾けると被検査体３の関心部位（R.O.I）３ａがシャドーゾーンを離脱する確率は高くなり、かつ、その投影が二次元検出器４に映る範囲がミッドプレーンに近寄り、図５に示した角度αは小さく設定できる。ここでこの実施形態の撮像方法により取得した投影データにFeldkamp等の近似的再構成計算法を適用する場合、より正確な計算結果を得ることができる。

被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（１）を示す模式図である。 被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（２）を示す模式図である。 被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（３）を示す模式図である。 シャドーゾーンの説明図である。 本発明の一実施形態に係る、被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（４）を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るＸ線断層撮像装置の外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る第１回転機構と第２回転機構の連結部分を含む概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る被検査体把持手段（１）の説明図である。 本発明の一実施形態に係る被検査体把持手段（２）の説明図である。 本発明の他の実施形態に係る、被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（５）を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る、被検査体とＸ線管および二次元検出器の位置関係（６）を示す概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るＸ線断層撮像装置の概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るＸ線断層撮像装置の概略側面図である。 本発明の他の実施形態に係る撮像処理例を示すフローチャートである。 ＢＧＡの断層画像例を示し、（ａ）は従来方式による断層画像、（ｂ）は本発明による断層画像である。

符号の説明

１…Ｘ線管、１ａ…Ｘ線焦点、２…二次元検出器、３…被検査体、４…二次元検出器、６…シャドーゾーン、１０…仮想円錐、２０…被検査体把持手段、３１…第１回転機構、３１…回転手段、３２…回転手段、３３…空気軸受け、３４…カップリング部、３５…ねじ歯車、３６…第１回転軸部、４１…第２回転機構、４２…ねじ歯車、４３…カップリング部、４４…空気軸受け、４５…第２回転軸部、４６…連結部材、４７…締結部、５０…コーン（円錐）ビーム、５１…高圧空気注入口、５６…下部プレート、５７…ブラケット（上部プレート）、９１…Ｘ線制御部、９２〜９４…機構制御部、９５…制御操作卓、９６…投影像記憶部、９７…再構成計算機、９８…再構成結果表示装置

Claims (7)

1. 複数の被検査体の投影データより前記被検査体の内部構造データを再構成するＸ線断層撮像装置であって、
   Ｘ線源と、
   被検査体の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段と、
   前記Ｘ線源のＸ線焦点と前記二次元検出手段との間に配置され、前記被検査体を載置して前記Ｘ線源から出射されたＸ線により形成される円錐の底面の中心と前記Ｘ線焦点を結ぶ線分とほぼ平行な回転軸を中心に、設定された角度変位で回転する回転機構と、
   前記被検査体を、前記回転軸に対し、前記回転軸を中心線とする所定角度の頂角を持つ仮想円錐の円錐面にほぼ接する状態に把持する把持手段と、
   を備えるＸ線断層撮像装置。
2. 前記被検査体は平板状である
   請求項１に記載のＸ線断層撮像装置。
3. 前記二次元検出手段の検出面は、前記Ｘ線焦点を含み前記回転軸とほぼ直交するミッドプレーンに対してほぼ垂直、かつ、前記Ｘ線焦点と前記回転軸を含む平面とほぼ垂直である、
   請求項２に記載のＸ線断層撮像装置。
4. 前記仮想円錐の頂角の角度は、前記被検査体を前記角度変位で回転させて、前記二次元検出手段により前記被検査体の表裏両面方向を交替的に透視観察できる所定の範囲である、
   請求項３に記載のＸ線断層撮像装置。
5. 前記回転軸を中心線とする前記仮想円錐の頂角の角度をθ度としたとき、
   前記仮想円錐の頂角の角度θは、１１０°＜θ≦１５０°である
   請求項４に記載のＸ線断層撮像装置。
6. 前記ミッドプレーンおよび前記二次元検出手段の検出面とほぼ垂直な平面において、前記Ｘ線源が、前記Ｘ線焦点を通り前記ミッドプレーンおよび前記二次元検出手段の検出面とほぼ垂直な平面にほぼ垂直な直線を回転中心として、（π−θ）／２度回転している、
   請求項４に記載のＸ線断層撮像装置。
7. Ｘ線源と、被検査体の透過Ｘ線を撮像する二次元検出手段と、前記Ｘ線源のＸ線焦点と前記二次元検出手段との間に配置され、前記被検査体を載置して前記Ｘ線源から出射されたＸ線により形成される円錐の底面の中心と前記Ｘ線焦点を結ぶ線分とほぼ平行な回転軸を中心に、設定された角度変位で回転する回転機構と、を備えるＸ線断層撮像装置によるＸ線断層撮像方法であって、
   前記被検査体を、前記回転軸に対し、前記回転軸を中心線とする所定角度の頂角を持つ仮想円錐の円錐面にほぼ接する状態に固定するステップと、
   前記回転軸を中心に設定された角度変位で前記被検査体を回転させ、前記被検査体の投影データを取得するステップと、
   各角度変位の被検査体の投影データより前記被検査体の内部構造データを再構成するステップと、
   を含むＸ線断層撮像方法。