(57)【要約】【課題】被検査体の立体形状を精度良く把握するための画像データを簡易な構成で取得することができる被検査体の検査装置を提供する。【解決手段】外観検査装置において、第１ラインセンサ〜第３ラインセンサは、第１走査ライン１３０〜第３走査ライン１３４のそれぞれの映像を各々が走査する。パターン照明源は、基板の被検査面に斜め方向から光を照射して被検査面に検査パターンを形成させる。解析ユニットは、基板を走査して得られた画像データを利用して、位相シフト法により被検査面の高さを検査する。第１ラインセンサ〜第３ラインセンサ、およびパターン照明源は、第１走査ライン１３０〜第３走査ライン１３４の数をｎ、第１走査ライン１３０〜第３走査ライン１３４の間隔をａ、副走査方向における検査パターンの周期をＰｖとしたときに、ｎ×ａ＝Ｐｖとなるよう走査ラインの間隔および検査パターンの周期が設定されている。【選択図】図４
2010107250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の被検査面と同一平面上において互いに平行に延在する複数の走査ラインのそれぞれの映像を各々が走査する複数のライン状のセンサ列と、
前記複数の走査ラインと被検査体とを相対的に副走査方向に移動させる移動手段と、
被検査体の被検査面に斜め方向から光を照射して、前記複数の走査ラインに対して角度をもって直線的に延在する縞がその延在方向の垂直方向に周期的に配置された縞パターンを被検査面に形成させる照明源と、
縞パターンが形成された被検査体を走査して得られた画像データを利用して、位相シフト法により被検査面の高さを検査する検査手段と、
を備え、
前記複数のライン状のセンサ列、および前記照明源は、前記複数の走査ラインの数をｎ、前記複数の走査ラインの間隔をａ、副走査方向における縞パターンの周期をＰｖとしたときに、ｎ×ａ＝Ｐｖとなるよう走査ラインの間隔および縞パターンの周期が設定されていることを特徴とする被検査体の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は被検査体の検査装置に関し、特に、被検査体の被検査面上において延在する走査ラインの映像をライン状のセンサ列によって走査する被検査体の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば基板などの被検査体を撮像した画像データを利用して、被検査体の検査を実施する装置が知られている。しかし、被検査体の被検査面を垂直に見た映像をそのまま撮像しても、被検査面の高さ方向の形状を把握することは困難である。このため、例えば、回転運動により検査面へのスリット光の投光位置を変位させるスリット照明源によって、基板の検査面に斜め方向からスリット光を投光じ、検査面から垂直上方に向かう反射光をラインセンサによって検知する走査ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２２６３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の特許文献に記載される技術では、基板の移動速度にスリット光の変位速度を精度良く合わせる必要がある。一方、基板などの被検査体の立体形状を把握する技術のニーズは高く、簡易な構成とすることによる装置の低コスト化が強く望まれている。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査体の立体形状を精度良く把握するための画像データを簡易な構成で取得することができる被検査体の検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の被検査体の検査装置は、被検査体の被検査面と同一平面上において互いに平行に延在する複数の走査ラインのそれぞれの映像を各々が走査する複数のライン状のセンサ列と、複数の走査ラインと被検査体とを相対的に副走査方向に移動させる移動手段と、被検査体の被検査面に斜め方向から光を照射して、複数の走査ラインに対して角度をもって直線的に延在する縞がその延在方向の垂直方向に周期的に配置された縞パターンを被検査面に形成させる照明源と、縞パターンが形成された被検査体を走査して得られた画像データを利用して、位相シフト法により被検査面の高さを検査する検査手段と、を備える。複数のライン状のセンサ列、および照明源は、複数の走査ラインの数をｎ、複数の走査ラインの間隔をａ、副走査方向における縞パターンの周期をＰｖとしたときに、ｎ×ａ＝Ｐｖとなるよう走査ラインの間隔および縞パターンの周期が設定されている。
【０００６】
この態様によれば、パターン形成領域に固定された検査パターンを形成させることにより、被検査面に対して固定された検査パターンを形成させることなく被検査体の高さ方向の位置を求めることが可能になる。このため、検査パターンの変位速度と被検査体の移動速度を精度良く合わせるための構成が必要なくなり、簡易な構成で被検査体の立体形状を精度良く把握することが可能となる。なお、ライン状のセンサ列は、ラインセンサであってもよく、また、エリアセンサに含まれるライン状のセンサ列であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明係る被検査体の検査装置によれば、被検査体の立体形状を精度良く把握するための画像データを簡易な構成で取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る外観検査装置１０の構成を示す。外観検査装置１０は、メインユニット１２と試験ユニット１４を備える。試験ユニット１４の下部には、被検査体である基板１が把持される支持台２２が設けられる。試験ユニット１４の上部には、走査ヘッド１６およびリニアガイド等のガイド１８が設けられている。走査ヘッド１６は、ステッピングモータ２０が作動することにより水平に移動する。ガイド１８は、走査ヘッド１６を支持すると共に、走査ヘッド１６の移動時に走査ヘッド１６を案内する。
【００１０】
走査ヘッド１６は照明ユニット３０、レンズ３２、およびラインセンサユニット３４を有する。これらの部材はフレーム３６上に固定されている。照明ユニット３０は、後述の側方照明源、パターン照明源、ハーフミラーなどを内蔵する。基板１から垂直上方への反射光はハーフミラーでレンズ３２へ導かれ、レンズ３２を通過した後、一次元ＣＣＤセンサであるラインセンサユニット３４へ入力される。ラインセンサユニット３４はライン単位に基板１を撮像してその画像データ５４を出力する。ラインセンサユニット３４は、後述するように複数のラインセンサを有する。
【００１１】
メインユニット１２は、本装置全体を統括的に制御するもので、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた外観検査機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００１２】
メインユニット１２は、ヘッド制御ユニット４０、メモリ制御ユニット４２、メモリ４４、解析ユニット４６、および判定基準記憶部４８を有する。ヘッド制御ユニット４０は、照明制御クロック５０を照明ユニット３０へ供給することにより、側方照明源およびパターン照明源の点灯を制御する。また、ヘッド制御ユニット４０は、モータ制御信号５２をステッピングモータ２０に供給することにより、走査ヘッド１６の移動を制御する。また、ヘッド制御ユニット４０は、試験開始信号５６をメモリ制御ユニット４２へ出力することにより、メモリ制御ユニット４２による画像データ５４の書き込み開始を制御する。
【００１３】
メモリ制御ユニット４２は、メモリ４４への画像データ５４の書き込みを制御する。解析ユニット４６は、走査と並行して、または走査完了後にメモリ４４から外観検査用の画像データおよび高さ測定用の画像データを読み出す。判定基準記憶部４８には判定基準が予め保持されている。解析ユニット４６は、読み出したこれらの画像データを解析し、判定基準記憶部４８に予め記録された判定基準に照らして、基板１における部品の実装状態の合否を判定する。
【００１４】
図２は、第１の実施形態に係る試験ユニット１４の斜視図であり、図３は、第１の実施形態に係る試験ユニット１４を主走査方向に見た模式図である。以下、図２および図３の双方に関連して試験ユニット１４の構成について詳述する。
【００１５】
照明ユニット３０は、側方照明源１０２、アクリルシート１０４、ハーフミラー１０８、およびパターン照明源１２２を有する。側方照明源１０２は、走査ヘッド１６の移動方向の垂直方向に延在するように一対設けられている。アクリルシート１０４は、一対の側方照明源１０２の各々の下方にそれぞれ配置されている。
【００１６】
ふたつの側方照明源１０２はそれぞれＬＥＤ（発光ダイオード）群１２０をもち、検査中の基板１の表面へ効率的に側方光を投ずるよう傾斜がつけられている。アクリルシート１０４には、側方照明源１０２からの側方光を拡散する作用がある。側方照明源１０２は点光源であるＬＥＤの集合体であるため、拡散作用がないと、スポット的な光が画像データへ写り込んで検査精度に悪影響を及ぼす懸念があるからである。ハーフミラー１０８は、被検査面である基板１の表面から垂直上方に向かう反射光をラインセンサユニット３４に向けて反射する。
【００１７】
ラインセンサユニット３４は、各々が５０００個〜１００００個の撮像素子によるライン状のセンサ列によって構成される第１ラインセンサ１５０、第２ラインセンサ１５２、および第３ラインセンサ１５４を有する。第１ラインセンサ１５０、第２ラインセンサ１５２、および第３ラインセンサ１５４は、間隔ｃを隔てて主走査方向に平行に伸びるよう配置される。なお、ラインセンサユニット３４に代えて、エリアセンサが用いられてもよい。この場合、エリアセンサによって撮像された画像のうち、エリアセンサに含まれる、間隔ｃを隔てて主走査方向に平行に伸びるライン状のセンサ列によって撮像された部分の画像を用いて基板２の検査を実施する。
【００１８】
第１走査ライン１３０、第２走査ライン１３２、および第３走査ライン１３４は、基板１の被検査面と同一平面上において互いに平行に延在する直線として定義される。第１ラインセンサ１５０は、基板１の表面に対し垂直な方向から見た第１走査ライン１３０の映像を走査する。第２ラインセンサ１５２は、基板１の表面に対し垂直な方向から見た第２走査ライン１３２の映像を走査する。第３ラインセンサ１５４は、基板１の表面に対し垂直な方向から見た第３走査ライン１３４の映像を走査する。以下、第１走査ライン１３０、第２走査ライン１３２、および第３走査ライン１３４を必要に応じて「走査ライン群」と総称する。また、これら走査ラインの向く方向を「主走査方向」といい、基板１の被検査面と平行且つ主走査方向と垂直な方向を「副走査方向」という。
【００１９】
ヘッド制御ユニット４０は、ステッピングモータ２０にモータ制御信号５２を供給することにより、走査ヘッド１６を副走査方向に移動させる。これにより、第１走査ライン１３０、第２走査ライン１３２、および第３走査ライン１３４が基板１の被検査面上を副走査方向に移動する。したがって、ガイド１８、ステッピングモータ２０、およびヘッド制御ユニット４０は、ラインセンサユニット３４による走査タイミング間において、基板１に対して第１走査ライン１３０、第２走査ライン１３２、および第３走査ライン１３４を副走査方向に移動させることにより基板１と相対的に移動させる移動手段として機能する。
【００２０】
パターン照明源１２２は、光源１２４、パターンフィルタ１２６、および拡大光学系１２８を有する。パターンフィルタ１２６は、投影される像が縞パターンを形成するよう光源１２４が発する光に周期的な光強度を持たせる。光源１２４はＬＥＤが採用される。なお、光源１２４に他の種類の光源が採用されてもよいことは勿論である。
【００２１】
パターン照明源１２２は、走査ライン群の各々の走査ラインの一部を含むパターン形成領域１４０に対して固定された検査パターンを形成するよう、基板１の被検査面に斜め方向から光を照射する。このときパターン照明源１２２は、走査ライン群の各走査ラインに対し角度を持って直線的に延在する縞がその延在方向の垂直方向に周期的に配置された縞パターンを、検査パターンとしてパターン形成領域１４０に形成する。
【００２２】
ここで、図４に関連して、パターン照明源１２２によって形成される縞パターンについて説明する。図４は、第１の実施形態に係るパターン照明源１２２によって形成される縞パターンと走査ライン群との関係を示す図である。図４において、斜めのラインは縞パターンにおける照度の低い部分を示す。
【００２３】
パターン照明源１２２は、副走査方向に対して角度θをもって直線的に延在する縞によって構成される縞パターンをパターン形成領域１４０に形成する。第１の実施形態では、パターン照明源１２２は、θが４５度の縞パターンを形成する。ただし、パターン照明源１２２は、θがゼロ度より大きく９０度以下の他の角度の縞パターンを形成してもよい。
【００２４】
以下、走査ライン群の走査ライン数をｎ、走査ライン間隔をａとする。また、副走査方向における縞パターンの周期間隔をＰｖとする。第１の実施形態では走査ライン数は３本であるため、ｎ＝３となる。第１ラインセンサ１５０〜第３ラインセンサ１５４、およびパターン照明源１２２は、ｎ×ａ＝Ｐｖとなるよう走査ラインの間隔および検査パターンの周期間隔が設定されている。走査ラインの間隔および検査パターンの周期間隔をこのように設定することで、第１ラインセンサ１５０〜第３ラインセンサ１５４によって同じタイミングで走査され得られた画像データを利用して、位相シフト法を用いて基板１に実装される部品の高さなどを検査することが可能となる。なお、縞パターンの縞の間隔をパターン間隔Ｐｒとした場合、Ｐｒ＝Ｐｖ×ｓｉｎθとなる。このため、上述の式は、ｎ×ａ＝Ｐｒ／ｓｉｎθと表すこともできる。
【００２５】
図５は、第１の実施形態に係る外観検査装置１０の検査手順を示すフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、ユーザによってスタートボタン（図示せず）が押されたときに開始する。
【００２６】
ユーザによってスタートボタンが押されると、ヘッド制御ユニット４０は、スタート位置に走査ヘッド１６を移動する（Ｓ１０）。スタート位置に走査ヘッド１６が移動されると、ヘッド制御ユニット４０は、側方照明源１０２を点灯させた均一照明下でラインセンサユニット３４に走査ライン群を走査させる（Ｓ１２）。均一照明下での走査ライン群の走査を終了すると、ヘッド制御ユニット４０は、側方照明源１０２を消灯させ、パターン照明源１２２によって縞パターンを形成させた状態でラインセンサユニット３４に走査ライン群を走査させる（Ｓ１４）。
【００２７】
こうして均一照明下および縞パターン形成下の双方でのラインセンサユニット３４による走査を完了すると、ヘッド制御ユニット４０は、ステッピングモータ２０を作動させて、所定間隔だけ走査ヘッド１６を副走査方向に進行させる（Ｓ１６）。このＳ１２〜Ｓ１６の工程を一走査工程という。
【００２８】
一走査工程を終了すると、ヘッド制御ユニット４０は、予め入力された基板１の副走査方向の長さを利用して走査ヘッド１６がエンド位置に到達したか否かを判定する（Ｓ１８）。エンド位置に到達していない場合（Ｓ１８のＮ）、Ｓ１２に移行して走査ヘッド１６がエンド位置に到達するまで繰り返し一走査工程を実行する。
【００２９】
このように繰り返し一走査工程を実行することにより、ラインセンサユニット３４は、位相をずらした縞パターンが投影された基板２の画像を撮像する。具体的には、本実施形態では、ラインセンサユニット３４は等間隔に平行に並んだ３本のラインセンサを有する。このため、ラインセンサユニット３４は、この一走査工程を繰り返し実行することによって、縞パターンの位相を１２０度ずつずらした画像を３つ取得する。このように位相をずらした縞パターンが投影された被検査体の画像を取得することで、位相シフト法による部品高さの検査が可能となる。
【００３０】
走査ヘッド１６がエンド位置に到達した場合（Ｓ１８のＹ）、解析ユニット４６は、均一照明時に撮像された画像データを解析し、判定基準記憶部４８に保持された判定基準に照らすことにより、基板１に実装される部品の位置ずれや欠品、実装部品の間違いなどの存否に関する総合検査を実行する（Ｓ２０）。
【００３１】
また、解析ユニット４６は、縞パターン形成時に撮像された画像データを解析し、位相シフト法を利用して、基板１に実装された部品の高さを算出する。位相シフト法を利用した部品高さの算出方法は公知であるため説明を省略する。解析ユニット４６は、算出された各部品の高さを、判定基準記憶部４８に保持された部品の高さに関する判定基準に照らすことにより、基板との間に異物が挟まって電子部品の足が浮いているか、またはハンダが充分に塗布されているかなどの高さ検査も総合判定の一部として実施する。外観検査装置１０は、ディスプレイおよびこのディスプレイへの表示を制御する表示制御部（図示せず）を有している。総合検査を終了すると、表示制御部は、総合検査結果をディスプレイに表示する（Ｓ２２）。
【００３２】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るパターン照明源１２２によって形成される縞パターンと走査ライン群との関係を示す図である。図６において、破線は縞パターンにおける照度の低い部分を示す。
【００３３】
パターン照明源１２２は、副走査方向に対して直角に延在する縞によって構成される縞パターンをパターン形成領域１４０に形成する。したがって、上述の式においてθ＝９０度となり、パターン間隔Ｐｒ＝副走査方向周期間隔Ｐｖとなる。したがって、このような縞パターンでは、ｎ×ａ＝Ｐｒとなるよう走査ライン間隔ａおよびパターン間隔Ｐｒが設定されている。
【００３４】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る外観検査装置にて用いられるエリアセンサ２００を示す図である。第３の実施形態では、ラインセンサユニット３４に代えてエリアセンサ２００が用いられる。その点以外は、第３の実施形態に係る外観検査装置の構成は第１の実施形態と同様である。
【００３５】
エリアセンサ２００は、格子状に並んだ画素２０２を有する。解析ユニット４６は、画素２０２のうちｎ×ａ＝Ｐｖとなる走査ライン間隔ａを隔てた走査ラインの映像を撮像する画素列２０４によって撮像された映像を、エリアセンサ２００によって撮像され得られた画像データの中から抽出する。ユーザは、マウスやキーボードなどの入力機器を用いてメインユニット１２に走査ラインの位置および数を入力することが可能となっている。解析ユニット４６は、こうして入力された走査ラインの位置および数を取得し、その走査ラインの映像を撮像する画素列２０４を特定する。このようにエリアセンサ２００を用いても、ラインセンサで撮像する場合と同様に複数の走査ラインの映像を同時に撮像することが可能となり、位相シフト法を用いて効率的に基板１の検査を実行することが可能となる。
【００３６】
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
【００３７】
ある変形例では、走査ヘッド１６を副走査方向に移動させる代わりに、支持台２２を副走査方向に移動させる。これによっても、基板１と走査ライン群とを副走査方向に相対的に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態に係る外観検査装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る試験ユニットの斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る試験ユニットを主走査方向に見た模式図である。
【図４】第１の実施形態に係るパターン照明源によって形成される縞パターンと走査ライン群との関係を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る外観検査装置の検査手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態に係るパターン照明源によって形成される縞パターンと走査ライン群との関係を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る外観検査装置にて用いられるエリアセンサを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板、  １０  外観検査装置、  １６  走査ヘッド、  ３０  照明ユニット、  ３４  ラインセンサユニット、  ４０  ヘッド制御ユニット、  ４２  メモリ制御ユニット、  ４４  メモリ、  ４６  解析ユニット、  ４８  判定基準記憶部、  １２２  パターン照明源、  １２４  光源、  １２６  パターンフィルタ、  １２８  拡大光学系、  １３０  第１走査ライン、  １３２  第２走査ライン、  １３４  第３走査ライン、  １４０  パターン形成領域、  １５０  第１ラインセンサ、  １５２  第２ラインセンサ、  １５４  第３ラインセンサ。  
【図１】
2010107250.tif 000003
【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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