(57)【要約】【課題】Ｘ線検査装置において、高い空間分解能で、金属表面などの形状の検査を可能とする。【解決手段】被検体１のＸ線照射部３０にＸ線６を照射して被検体１の表面形状の検査を行なうＸ線検査装置である。Ｘ線照射部３０に原Ｘ線６を照射するＸ線源２と、原Ｘ線６の照射に応じてＸ線照射部３０の各部分から放出される二次Ｘ線（散乱Ｘ線７または蛍光Ｘ線）を検出するように、Ｘ線照射部３０に対向して互いに間隔をおいて配置され、二次元的Ｘ線強度分布を検出する複数のＸ線検出器４と、Ｘ線照射部３０とＸ線検出器４との間に配置され、Ｘ線検出器４それぞれに到達する二次Ｘ線７の見込み角を抑制する複数の抑制手段（たとえばコリメータ３）と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体のＸ線照射部に原Ｘ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査装置において、
前記Ｘ線照射部に原Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部の各部分から放出される二次Ｘ線を検出するように、前記Ｘ線照射部に対向して互いに間隔をおいて配置され、二次元的Ｘ線強度分布を検出する複数のＸ線検出器と、
前記Ｘ線照射部とＸ線検出器との間に配置され、前記Ｘ線検出器それぞれに到達する前記二次Ｘ線の見込み角を抑制する複数の抑制手段と、
を有すること、を特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
前記抑制手段はコリメータであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記抑制手段はＸ線結像光学素子であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
被検体のＸ線照射部に原Ｘ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査装置において、
原Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記原Ｘ線を前記Ｘ線照射部に集光するＸ線集光光学素子と、
前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部から放出される二次Ｘ線を検出するように、前記Ｘ線照射部に対向して配置されたＸ線検出器と、
前記Ｘ線源、Ｘ線集光光学素子およびＸ線検出器を、前記被検体に対して相対的に、かつ前記被検体に沿って移動させる移動機構と、
を有すること、を特徴とするＸ線検査装置。
【請求項５】
前記二次Ｘ線は散乱Ｘ線であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
前記二次Ｘ線は蛍光Ｘ線であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＸ線検査装置。
【請求項７】
前記Ｘ線源はパルスＸ線源であって、前記Ｘ線検出器はパルスイベント計測あるいは同期検出を行なうものであること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＸ線検査装置。
【請求項８】
前記被検体の表面凹凸を検査する被検体表面凹凸モニタをさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のＸ線検査装置。
【請求項９】
前記Ｘ線源は複数個あって、これら複数のＸ線源が同時に原Ｘ線を照射可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のＸ線検査装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線源は複数個あって、これら複数のＸ線源が異なる特性Ｘ線を照射可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のＸ線検査装置。
【請求項１１】
被検体のＸ線照射部にＸ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査方法において、
前記Ｘ線照射部に対向して原Ｘ線を照射するＸ線源を配置し、
前記Ｘ線照射部に対向して複数のＸ線検出器を互いに間隔をおいて配置し、
前記Ｘ線照射部とＸ線検出器との間に、前記複数のＸ線検出器それぞれから前記Ｘ線照射部を見込む見込み角を抑制する複数の抑制手段を配置し、
前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部の各部分から放出される二次Ｘ線を前記複数のＸ線検出器によって二次元的に検出すること、
を特徴とするＸ線検査方法。
【請求項１２】
被検体のＸ線照射部にＸ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査方法において、
前記Ｘ線照射部に対向して原Ｘ線を照射するＸ線源を配置し、
前記原Ｘ線を前記Ｘ線照射部に集光するＸ線集光光学素子を配置し、
前記Ｘ線照射部に対向してＸ線検出器を配置し、
前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部から放出される二次Ｘ線を前記Ｘ線検出器によって検出し、
前記Ｘ線源、Ｘ線集光光学素子およびＸ線検出器を、前記被検体に対して相対的に、かつ前記被検体に沿って移動させて、前記Ｘ線検出器による二次Ｘ線の検出を繰り返すこと、
を特徴とするＸ線検査方法。
【請求項１３】
前記Ｘ線源、Ｘ線集光光学素子およびＸ線検出器に取り付けられた表面凹凸モニタによって前記Ｘ線照射部の表面の凹凸を検出するステップを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載のＸ線検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属などの被検体の表面検査などに好適なＸ線検査装置およびＸ線検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＸ線検査装置として、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なうもので知られている。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（原Ｘ線）を被検体表面に照射し、そこから放たれる二次Ｘ線（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なうものが知られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−５５８４２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したＸ線検査装置においては、たとえば数１０ｃｍ程度の厚さをもつ金属板表面の１０μｍ程度の傷などを検査する場合、Ｘ線透過検査では高いエネルギーでかつ光子数の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、金属ターゲットの熱衝撃による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線光子数と空間分解能の両立ができないことが課題であった。
【０００４】
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てＸ線源と被検体の間の距離をある距離以下に短縮することができないため、被検体表面への照射Ｘ線光子数が制限され、これにともない蛍光および散乱Ｘ線光子数も制限を受ける。このため、検出に必要なＸ線光子数を確保するためにコリメータ径を大きくする必要があり、コリメータ径により決まる空間分解能の確保が困難な点が課題であった。
【０００５】
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、高い空間分解能で金属表面などの形状の検査が可能なＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するものであって、本発明の一つの態様は、被検体のＸ線照射部に原Ｘ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査装置において、前記Ｘ線照射部に原Ｘ線を照射するＸ線源と、前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部の各部分から放出される二次Ｘ線を検出するように、前記Ｘ線照射部に対向して互いに間隔をおいて配置され、二次元的Ｘ線強度分布を検出する複数のＸ線検出器と、前記Ｘ線照射部とＸ線検出器との間に配置され、前記Ｘ線検出器それぞれに到達する前記二次Ｘ線の見込み角を抑制する複数の抑制手段と、を有すること、を特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一つの態様は、被検体のＸ線照射部に原Ｘ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査装置において、原Ｘ線を照射するＸ線源と、前記原Ｘ線を前記Ｘ線照射部に集光するＸ線集光光学素子と、前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部から放出される二次Ｘ線を検出するように、前記Ｘ線照射部に対向して配置されたＸ線検出器と、前記Ｘ線源、Ｘ線集光光学素子およびＸ線検出器を、前記被検体に対して相対的に、かつ前記被検体に沿って移動させる移動機構と、を有すること、を特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明の他の一つの態様は、被検体のＸ線照射部にＸ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査方法において、前記Ｘ線照射部に対向して原Ｘ線を照射するＸ線源を配置し、前記Ｘ線照射部に対向して複数のＸ線検出器を互いに間隔をおいて配置し、前記Ｘ線照射部とＸ線検出器との間に、前記複数のＸ線検出器それぞれから前記Ｘ線照射部を見込む見込み角を抑制する複数の抑制手段を配置し、前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部の各部分から放出される二次Ｘ線を前記複数のＸ線検出器によって二次元的に検出すること、を特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の他の一つの態様は、被検体のＸ線照射部にＸ線を照射して被検体の表面形状の検査を行なうＸ線検査方法において、前記Ｘ線照射部に対向して原Ｘ線を照射するＸ線源を配置し、前記原Ｘ線を前記Ｘ線照射部に集光するＸ線集光光学素子を配置し、前記Ｘ線照射部に対向してＸ線検出器を配置し、前記原Ｘ線の照射に応じて前記Ｘ線照射部から放出される二次Ｘ線を前記Ｘ線検出器によって検出し、前記Ｘ線源、Ｘ線集光光学素子およびＸ線検出器を、前記被検体に対して相対的に、かつ前記被検体に沿って移動させて、前記Ｘ線検出器による二次Ｘ線の検出を繰り返すこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い空間分解能で、金属表面などの形状の検査が可能なＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るＸ線検査装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
まず、図１を用いて本発明に係るＸ線検査装置の第１の実施形態を説明する。Ｘ線源２は複数個（図１では２個）が被検体１の近くに配置され、それぞれからＸ線（原Ｘ線）６が被検体１のＸ線照射部３０に照射されるように配置されている。被検体１のＸ線照射部３０に対向して複数の微細管８を有するコリメータ３が配置され、微細管８を通してＸ線照射部３０を見込む位置それぞれにＸ線二次元検出器４が配置されている。Ｘ線源２およびＸ線二次元検出器４の外側は遮蔽体５で覆われている。
【００１３】
このように構成された本実施の形態において、まず、複数のＸ線源２からＸ線６が被検体１のＸ線照射部３０に二次元的に照射される。被検体１のＸ線照射部３０に照射されたＸ線６の一部は被検体１の表面あるいは内部で散乱し、散乱Ｘ線７が放たれる。被検体１から放たれた散乱Ｘ線７の一部は、複数個の微細管８が開けられたコリメータ３を通過した後、Ｘ線二次元検出器４に入射し、ここでＸ線量が二次元的に検出される。
【００１４】
このとき、被検体１、コリメータ３およびＸ線二次元検出器４の位置関係を図１に示すように配置し、コリメータ径、コリメータ厚さ、被検体１とコリメータ３の間の距離およびコリメータ３とＸ線二次元検出器４の間の距離を適当な値とすることで、被検体１の表面全体を一様に、ある空間分解能でコリメータ３が見込むこととなる。また、被検体１の表面形状（たとえば凹凸）により散乱Ｘ線７の光子数が変化するので、Ｘ線二次元検出器４には被検体１の表面形状の情報が二次元的に映し出されることとなる。
【００１５】
本実施の形態によれば、Ｘ線二次元検出器４に被検体１の表面形状の情報が二次元的に映し出されるので、被検体１の表面形状の検査をすることができる。
【００１６】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係るＸ線検査装置の第２の実施形態を、図２を用いて説明する。なお第１の実施形態と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。
【００１７】
本実施形態の構成は図１とほぼ同様であるが、ここで特徴的なことは、複数のＸ線源２のターゲット金属９固有の特性Ｘ線１０を利用すること、被検体１表面から放たれる蛍光Ｘ線１１を利用すること、およびエネルギー弁別型Ｘ線二次元検出器１２を用いることである。
【００１８】
このように構成された本実施の形態において、まず、複数のＸ線源２から特性Ｘ線１０が被検体１の表面に二次元的に照射される。被検体１に照射された特性Ｘ線１０の一部は被検体１の表面に吸収され、そこから蛍光Ｘ線１１が放たれる。被検体１の表面から放たれた蛍光Ｘ線１１の一部は複数個の微細管８が開けられたコリメータ３を通過した後、Ｘ線二次元検出器４に入射し、ここでＸ線量が二次元的に検出される。以降の作用は第１の実施形態と同様であるが、蛍光Ｘ線１１は図１の散乱Ｘ線７に比べて、被検体１の表面形状の細かい変化に対して強度応答が敏感であることが特徴である。これにより、被検体１の深さ方向の分解能の高い表面形状の検査をすることができる。
【００１９】
［第３の実施形態］
次に、本発明に係るＸ線検査装置の第３の実施形態を、図３を用いて説明する。なお第１または第２の実施形態と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。
【００２０】
本実施形態では、複数のＸ線源２のうちの一つ（あるいはいくつかあるいは全て）から発生したＸ線６をフレネルゾーンプレートなどのＸ線集光光学素子１４に入射し、Ｘ線６を集光して被検体１の表面に微小ポイント照射するように構成されている。被検体１に照射されたＸ線６の一部は被検体１の表面あるいは内部で散乱し、散乱Ｘ線７が放たれる。被検体１から放たれた散乱Ｘ線７の一部はＸ線検出器１３に入射し、ここでＸ線量が検出される。
【００２１】
この実施形態では、Ｘ線源２、Ｘ線検出器１３、Ｘ線集光光学素子１４、遮蔽体５などを含むＸ線検査装置を一体で、被検体１に対して相対的に被検体１に沿って移動（走査）させる移動機構（図示せず）が設けられている。この移動機構により、検査装置の位置をＸ線６の集光径程度ずつ移動させて、そのつど同様に散乱Ｘ線量を検出する。この操作を連続して行ない、検査装置を移動（走査）した範囲の散乱Ｘ線量を比較することで被検体１表面の形状変化を検知することができる。このとき、Ｘ線集光光学素子１４により集光されたＸ線６の集光径は、第１の実施形態のＸ線検査装置で得られる空間分解能より小さくすることが可能である。したがって、より高い空間分解能の表面形状変化を検出することができる。
【００２２】
［第４の実施形態］
次に、本発明に係るＸ線検査装置の第４の実施形態を、図４を用いて説明する。なお第１ないし第３の実施形態と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。
【００２３】
本実施形態は、図１に示した構成に発振器１５、パルス電源１６、時間分解検出器１７（あるいは同期検出器１８）が付加された構成をとっている。このように構成された本実施の形態において、まず、ある繰り返し周波数に設定された発振器１５からのパルス信号により、パルス電源１６が駆動し、複数のＸ線源２からＸ線６がパルス状に被検体１に照射される。以降、Ｘ線二次元検出器４により被検体１から放たれた散乱Ｘ線７を検出する作用までは第１の実施形態と同様である。
【００２４】
Ｘ線二次元検出器４において検出されたＸ線量は、時間分解検出器１７により二次元でしかも時間分解計測（パルスイベント計測）をされる。あるいは、発振器１５と同期をとった同期検出器１８によりパルス成分のみが同期検出される。また、Ｘ線６をパルス状に発生するため、Ｘ線源２の電流ピーク値は直流時に比べて高く設定することができるようになる。したがって、照射Ｘ線のパルスピーク値も直流時よりも高くなるため、散乱Ｘ線７のパルスピーク値も同様に高いものとなる。
【００２５】
本実施の形態によれば、高いパルスピーク値をもつ散乱Ｘ線７をパルスイベント計測することができるので、たとえば放射線環境下などでのＳＮ比（信号／ノイズ比）の高い検査が可能となる。また、Ｘ線６の繰り返し周波数と同期した散乱Ｘ線のみの検出が可能となるため、他の周波数成分をもつノイズ環境下（たとえば放射線環境下）でのＳＮ比の高い検査が可能となる。
【００２６】
［第５の実施形態］
次に、図５を用いて第５の実施形態を説明する。本実施形態は、第１の実施形態（図１）の構成において、Ｘ線二次元検出器４の前面に設置されたコリメータ３の代わりに、Ｘ線結像光学素子１９を設置して、被検体１の表面像をＸ線二次元検出器４に結像する構成としたものである。前記コリメータ３は、ピンホールカメラの原理によって、被検体表面の画像を得るものであるが、第５の実施の形態においては、被検体１からのＸ線信号を効率良く、Ｘ線二次元検出器４に導くことが可能となり、空間分解能の確保と信号となるＸ線光子数の確保が可能となる。
【００２７】
また、被検体１とＸ線結像光学素子１９とＸ線二次元検出器４との間隔を調整することにより、被検体１のＸ線画像の拡大率を変えることが可能となり、縮小撮影によって広い領域を荒く検査するケースや、拡大撮影によって狭い領域を高分解能で検査するケースを任意に選択することが可能となる。
【００２８】
［第６の実施形態］
次に、本発明に係るＸ線検査装置の第６の実施形態を、図６を用いて説明する。
【００２９】
本実施形態は、Ｘ線照射・検出装置２０と、これに一体に形成された表面凹凸モニタ２１とから構成されている。Ｘ線照射・検出装置２０は、たとえば前述の第１ないし第５の実施形態のいずれかのＸ線検出装置である。表面凹凸モニタ２１は、たとえば表面とセンサまでの距離を測光するためのレーザー光２２を投光する投光部２３と、表面からの反射光を受光する受光部２４を有する変位センサである。表面凹凸モニタ２１から得られた表面凹凸状態は、データ処理によってＸ線照射・検出装置２０により得られた散乱、蛍光Ｘ線量の補正に供される。
【００３０】
このように構成された本実施形態において、表面凹凸モニタ２１により、被検体１とＸ線照射・検出装置２０までの距離を計測することにより、その距離による検出Ｘ線量の誤差を補正することが可能となる。これにより、より正確な表面状態の計測が可能となる。
【００３１】
［第７の実施形態］
次に、本発明に係るＸ線検査装置の第７の実施形態を図７を用いて説明する。なお第６の実施形態と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。
【００３２】
本実施形態は、Ｘ線照射・検出装置２０、二次元走査型表面凹凸モニタ２５から構成されている。二次元走査型表面凹凸モニタ２５は、変位センサを二次元的に走査する機構を有する。Ｘ線照射・検出装置２０の進行方向に二次元走査型表面凹凸モニタ２５を設置し、予め被検体１の表面状態を計測しておくことにより、その距離に応じて、データ処理によってＸ線照射・検出装置２０により得られた散乱、蛍光Ｘ線量の補正をリアルタイムに行なうことが可能であり、より正確な表面状態のリアルタイム計測が可能となる。
【００３３】
［第８の実施形態］
次に、本発明に係るＸ線検査装置の第８の実施形態を説明する。この実施形態は第２の実施形態（図２）の変形例であって、第２の実施形態と類似するが、複数のＸ線源２のいくつかあるいは全てのターゲットを異なる金属材質としたことに特徴がある。このように構成された本実施の形態においては、異なるターゲット金属固有の特性Ｘ線１０を複数種類得ることができ、これらを被検体１に照射することができる。また、蛍光Ｘ線のエネルギーは被検体１の材質により決まる。したがって、被検体１の材質（蛍光Ｘ線１１）に適した特性Ｘ線１０を選んで被検体１に照射することで、複数の材質の被検体１の表面形状検査をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るＸ線検査装置の第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明に係るＸ線検査装置の第２の実施形態の縦断面図である。
【図３】本発明に係るＸ線検査装置の第３の実施形態の縦断面図である。
【図４】本発明に係るＸ線検査装置の第４の実施形態の縦断面図である。
【図５】本発明に係るＸ線検査装置の第５の実施形態の縦断面図である。
【図６】本発明に係るＸ線検査装置の第６の実施形態を示す図であって、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）の投光部および受光部を下方から見た斜視図である。
【図７】本発明に係るＸ線検査装置の第７の実施形態を示す図であって、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）の投光部および受光部を下方から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…被検体、２…Ｘ線源、３…コリメータ、４…Ｘ線二次元検出器、５…遮蔽体、６…Ｘ線、７…散乱Ｘ線、８…微細管、９…ターゲット金属、１０…特性Ｘ線、１１…蛍光Ｘ線、１２…エネルギー弁別型Ｘ線二次元検出器、１３…Ｘ線検出器、１４…Ｘ線集光光学素子、１５…発振器、１６…パルス電源、１７…時間分解検出器、１８…同期検出器、１９…Ｘ線結像光学素子、２０…Ｘ線照射・検出装置、２１…表面凹凸モニタ、２２…レーザー光、２３…投光部、２４…受光部、２５…二次元走査型表面凹凸モニタ、３０…Ｘ線照射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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