(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１方向に並ぶ複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査装置であって、
前記検査対象物を載せる透明なテーブルと、
前記テーブルの上面に載せられた前記検査対象物に対して、前記テーブルの下面から光の強度が周期的に変化する光パターンを照射する光照射部と、
前記光パターンが照射された前記検査対象物を、前記テーブルの下面から撮影する撮像部と、
前記撮像部で撮影された前記検査対象物の画像を処理して、前記検査対象物の表面の３次元形状を表すデータであって、ＸＹ平面における各位置（ｘ、ｙ）における、前記テーブルの上面からの距離を示す表面形状データを生成する画像処理部と、
前記画像処理部で生成された前記表面形状データにより表されるＸＹ平面において、前記検査対象物における前記複数の突起部それぞれが含まれる領域を特定し、特定された各領域において、前記テーブルの上面からの距離を示す値の代表値を決定する代表値決定部と、
前記複数の突起部それぞれにおける前記代表値の分布が予め設定された基準を満たしているかを判定する判定部と備える、検査装置。
【請求項２】
前記光照射部は、前記検査対象物へ照射させる前記光パターンにおける前記強度変化の位相を変化させる位相変化部を含み、
前記撮像部は、位相の異なる複数の光パターンが照射された前記検査対象物をそれぞれ撮影し、
前記画像処理部は、前記撮像部が撮影した、位相が異なる複数の画像に現れるパターンにより、位相シフト法を用いて前記検査対象物の高さ情報を計算して前記表面形状データを生成する、請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記代表値決定部は、前記突起部において前記テーブルの上面からの距離が周りより小さくなっている領域に含まれる点を代表点とし、当該代表点の前記テーブルの上面からの距離を前記代表値とする、請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記代表値決定部は、前記突起部において前記突起部表面が前記テーブルの上面に接している領域に含まれる点を代表点とし、当該代表点の前記テーブルの上面からの距離を前記代表値とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記代表値決定部は、前記突起部における、前記テーブルの上面からの距離の平均値を計算し、当該平均値を前記突起部の前記代表値とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記判定部は、複数の突起部における前記代表値の最大値と最小値の差を平坦度として計算し、当該平坦度と予め設定された基準値とを比較することにより、前記判定を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項７】
前記判定部は、さらに、前記表面形状データから前記複数の突起部間の距離を計算し、当該距離が予め設定された基準を満たしているかをさらに判定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記表面形状データで表される前記複数の突起部を支える本体の形状が、予め設定された基準を満たしているかをさらに判定する、請求項１〜７のいずれか1項
に記載の検査装置。
【請求項９】
前記判定部は、さらに、前記テーブルの上面に対する、前記複数の突起部の傾斜角度を
前記表面形状データから計算し、当該傾斜角度が予め設定された基準を満たしているかをさらに判定する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１０】
少なくとも１方向に並ぶ複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査方法であって、
透明なテーブルの上面に載せられた前記検査対象物に対して、前記テーブルの下面から光の強度が周期的に変化する光パターンを照射する光照射工程と、
前記光パターンが照射された前記検査対象物を、前記テーブルの下面から撮影する撮像工程と、
コンピュータが、前記撮像工程で撮影された前記検査対象物の画像を処理して、前記検査対象物の表面の３次元形状を表すデータであって、ＸＹ平面における各位置（ｘ、ｙ）における、前記テーブルの上面からの距離を示す表面形状データを生成する画像処理工程と、
前記コンピュータが、前記画像処理工程で生成された前記表面形状データにより表されるＸＹ平面において、前記複数の突起部それぞれが含まれる領域を特定し、特定された各領域において、前記テーブルの上面からの距離を示す値の代表値を決定する代表値決定工程と、
前記コンピュータが、前記複数の突起部における前記代表値の分布が予め設定された基準を満たしているかを判定する判定工程とを含む、検査方法。
【請求項１１】
少なくとも１方向に並ぶ複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査プログラムであって、
前記検査対象物を載せる透明なテーブルと、
前記テーブルの上面に載せられた前記検査対象物に対して、前記テーブルの下面から光の強度が周期的に変化する光パターンを照射する光照射部と、
前記光パターンが照射された前記検査対象物を、前記テーブルの下面から撮影する撮像部と、
前記撮像部で撮影された前記検査対象物の画像を処理して、前記検査対象物の表面の３次元形状を表すデータであって、ＸＹ平面における各位置（ｘ、ｙ）における、前記テーブルの上面からの距離を示す表面形状データを生成する画像処理部とを備える測定装置から、前記表面形状データを受け付ける入力処理と、
前記表面形状データにより表されるＸＹ平面において、前記複数の突起部それぞれが含まれる領域を特定し、特定された各領域において、前記テーブルの上面からの距離を示す値の代表値を決定する代表値決定処理と、
前記複数の突起部における前記代表値の分布が予め設定された基準を満たしているかを判定する判定処理とをコンピュータに実行させる、検査プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複数の端子を備える電子部品等のような、複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品等の検査対象物の形状を測定して良否を判定する形状検査装置が種々提案されている。例えば、レーザ変位センサにより検査対象物の表面にレーザ光を走査させ、検査対象物の表面の起伏を測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置によれば、検査対象物の形状を広範囲にわたって測定する場合、検査対象物の表面の検査範囲に対してレーザ光を走査し、レーザ変位センサと測定スポットとの間の距離変化によって検査対象物の変形を検出して良否判定が行われる。
【０００３】
上記のレーザによる形状検査装置では、検査対象物の表面全体にわたってレーザ光を走査する必要があるため、検査対象物の表面情報を取得するのに時間がかかることとなる。そこで、強度は周期的に変化する光を検査対象物に当てて撮影した画像から、検査対象物の表面形状データを生成する、パターン投影法を用いた形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この装置によれば、検査対象物の広範囲な面情報を画像により瞬間的に取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９８２２号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、電子部品の生産ラインにおける検査のように、大量の検査対象物を連続して検査する場合等は、計測および判定にかかる時間のさらなる短縮が要求される。また、例えば、電子機器の端子の形状検査のように、複雑で細かい形状の良否判定をする場合には、検査精度および検査速度の双方の向上が要求される。そのため、本発明は、複数の突起部を備える検査対象物を迅速に検査することができる、検査装置、検査プログラムまたは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】
本願に開示の検査装置は、少なくとも１方向に並ぶ複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査装置であって、前記検査対象物を載せる透明なテーブルと、前記テーブルの上面に載せられた前記検査対象物に対して、前記テーブルの下面から光の強度が周期的に変化する光パターンを照射する光照射部と、前記光パターンが照射された前記検査対象物を、前記テーブルの下面から撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影された前記検査対象物の画像を処理して、前記検査対象物の表面の３次元形状を表す表面形状データを生成する画像処理部と、前記画像処理部で生成された前記表面形状データにより表される前記検査対象物における前記複数の突起部それぞれにおいて、前記テーブルの上面に対する位置を示す値の代表値を決定する代表値決定部と、前記複数の突起部それぞれにおける前記代表値の分布が予め設定された基準を満たしているかを判定する判定部と備える。
【０００７】
上記構成においては、透明なテーブルの上面に載せられた検査対象物を、下面から光パターンを照射した状態で、下面から撮影した画像を元に表面形状データが生成される。そのため、表面形状データが表す検査対象物の表面の３次元形状は、テーブルの上面を基準として捕らえることができる。代表値決定部は、これを利用して、複数の突起部それぞれについて、テーブルの上面に対する相対位置を示す値の代表値を決定する。判定部は、各突起部の代表点のテーブル上面からの距離の分布が所定基準を満たすか否かを判定する。これにより、検査対象物における複数の突起部の形成度合いの良否を、簡単な処理で判定することができる。このように、透明なテーブル越しのパターン投影および撮影と、テーブル上面を基準とした代表点決定および判定により、簡単な処理で、迅速な判定が可能になる。
【０００８】
上記検査装置において、前記光照射部は、前記検査対象物へ照射させる前記光パターンにおける前記強度変化の位相を変化させる位相変化部を含み、前記撮像部は、位相の異なる複数の光パターンが照射された前記検査対象物をそれぞれ撮影し、前記画像処理部は、前記撮像部が撮影した、位相が異なる複数の画像に現れるパターンにより、位相シフト法を用いて前記検査対象物の高さ情報を計算して前記表面形状データを生成する態様であってもよい。
【０００９】
上記検査装置において、前記代表値決定部は、前記突起部において前記テーブルの上面からの距離が周りより小さくなっている領域に含まれる点を代表点とし、当該代表点の前記テーブルの上面からの距離を前記代表値としてもよい。
【００１０】
上記検査装置において、前記代表値決定部は、前記突起部において前記突起部表面が前記テーブルの上面に接している領域に含まれる点を代表点とし、当該代表点の前記テーブルの上面からの距離を前記代表値としてもよい。
【００１１】
上記検査装置において、前記代表値決定部は、前記突起部における、前記テーブルの上面からの距離の平均値を計算し、当該平均値を前記突起部の前記代表値としてもよい。
【００１２】
上記検査装置において、前記判定部は、複数の突起部における前記代表値の分布において、最大値と最小値の差を平坦度として計算し、当該平坦度と予め設定された基準値とを比較することにより、前記判定を行う態様であってもよい。
【００１３】
上記検査装置において、前記判定部は、さらに、前記表面形状データから前記複数の突起部間の距離を計算し、当該距離が予め設定された基準を満たしているかをさらに判定してもよい。
【００１４】
上記検査装置において、前記判定部は、前記表面形状データで表される前記複数の突起部を支える本体の形状が、予め設定された基準を満たしているかをさらに判定する態様であってもよい。
【００１５】
上記検査装置において、前記判定部は、さらに、前記テーブルの上面に対する、前記複数の突起部の傾斜角度を前記表面形状データから計算し、当該傾斜角度が予め設定された基準を満たしているかをさらに判定してもよい。
【００１６】
本願開示の検査方法は、少なくとも１方向に並ぶ複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査方法であって、透明なテーブルの上面に載せられた前記検査対象物に対して、前記テーブルの下面から光の強度が周期的に変化する光パターンを照射する光照射工程と、前記光パターンが照射された前記検査対象物を、前記テーブルの下面から撮影する撮像工程と、コンピュータが、前記撮像工程で撮影された前記検査対象物の画像を処理して、前記検査対象物の表面の３次元形状を表す表面形状データを生成する画像処理工程と、前記コンピュータが、前記画像処理工程で生成された前記表面形状データにより表される前記複数の突起部それぞれにおいて、前記テーブルの上面に対する位置を示す値の代表値を決定する代表値決定工程と、前記コンピュータが、前記複数の突起部における前記代表値の分布が予め設定された基準を満たしているかを判定する判定工程とを含む。
【００１７】
本願開示の検査プログラムは、少なくとも１方向に並ぶ複数の突起部を備える検査対象物を検査する検査プログラムであって、前記検査対象物を載せる透明なテーブルと、前記テーブルの上面に載せられた前記検査対象物に対して、前記テーブルの下面から光の強度が周期的に変化する光パターンを照射する光照射部と、前記光パターンが照射された前記検査対象物を、前記テーブルの下面から撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影された前記検査対象物の画像を処理して、前記検査対象物の表面の３次元形状を表す表面形状データを生成する画像処理部とを備える測定装置から、前記表面形状データを受け付ける入力処理と、前記表面形状データにより表される前記複数の突起部それぞれにおいて、前記テーブルの上面に対する突起部の位置を示す値の代表値を決定する代表値決定処理と、前記複数の突起部における前記代表値の分布が予め設定された基準を満たしているかを判定する判定処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１８】
本願開示によれば、複数の突起部を備える検査対象物を迅速に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態にかかる検査装置の構成の概略を示す図
【図２】図１における測定部のさらに詳細な構成例を示す図
【図３】検査対象物への縞状の光パターンの投影および撮影の様子を模式的に表した図
【図４】検査対象物の３次元測定をする処理の一例を示すフローチャート
【図５】位置（ｚ、ｙ）における明るさの位相変化を表すグラフ
【図６】コンピュータ１構成の一例を示す機能ブロック図
【図７】検査処理の一例を示すフローチャート
【図８】検査対象物の例を示す図
【図９】端子における試料面からの距離ｈの分布の一例を示すヒストグラム
【図１０】端子における代表点を例を示す図
【図１１】検査対象物の３次元測定をする処理の他の一例を示すフローチャート
【図１２】端子の傾斜角判定の例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
［検査システムの構成］
図１は、第１の実施形態にかかる検査装置の構成の概略を示す図である。図１に示す検査装置１００は、検査対象物の形状を測定する測定部５と、測定部５を制御する制御部４と、測定部５および制御部４へ接続されるコンピュータ１と備える。コンピュータ１には、モニタ２並びに入力デバイス３（マウス３ａおよびキーボード３ｂ）が接続されている。図１に示す検査装置１００は、検査対象物の形状を測定し、形状の良否を判定する装置である。測定部５が制御部４による制御されて検査対象物の表面形状を測定し、コンピュータ１が測定データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定し、結果（検査結果）を保存または出力する。例えば、電子部品の生産ラインにおいて、完成した電子部品の形状の良否を判定するのに検査装置１００を用いることができる。以下、検査装置１００が電子部品の形状判定に用いられる場合について説明するが、検査装置１００の検査対象物は電子部品に限られない。
【００２２】
図２は、図１の測定部５のさらに詳細な構成例を示す図である。図２に示す例では、測定部５は、投影プロジェクタ２１（光照射部の一例）、撮像部２２、テーブル１２およびテーブル１２を動かす駆動部１３を備える。テーブル１２は透明のガラス板であり、測定部５の筐体の上面に設けられる。テーブル１２に上面に検査対象物Ａが載せられる。テーブル１２の下には、投影プロジェクタ２１および撮像部２２が設けられる。投影プロジェクタ２１は、テーブル１２の下面から縞模様の光パターンを検査対象物Ａへ照射する。撮像部２２は、テーブル１２の下面から検査対象物Ａに投影された光パターンを撮影する。
【００２３】
図２に示す検査装置１００は、３次元形状の取得に、三角測量に分類される格子投影法を用いる。縞模様の光パターンを、検査対象物Ａに投影した場合、縞模様は検査対象物Ａの形状にあわせて変形するので、その検査対象物Ａの画像における縞模様の変形量を測定することで形状を測定することができる。以下、検査装置１００の各部について、詳細に説明する。  テーブル１２の上面は、検査対象物Ａを設置する面（以下、試料面１２ａと称する）である。ここでは、試料面１２ａ内で互いに直行する軸をＸＹ軸とし、試料面１２ａに垂直な軸をＺ軸とする。駆動部１３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にテーブル１２を移動させるＸＹ駆動部１３と、Ｚ軸方向にテーブル１２を移動させるＺ駆動部１３とを備えてもよい。また、テーブル１２の移動させる構成に換えて、投影プロジェクト２１および撮像部２２を移動させる構成にすることもできる。
【００２４】
投影プロジェクタ２１は、試料面１２ａの向こう側の検査対象物Ａに、光の強度が周期的に変化する縞状の光パターンを照射するユニットである。そのため、投影プロジェクタ２１では、光源６、集光レンズ７、グリッド８、テレセントリックレンズ９、１０が順に並べて配置される。
【００２５】
光源６には、例えば、コストの観点からＬＥＤが好ましく用いられる。光源６には、その他、ハロゲンランプ、レーザ光源等を用いることができる。集光レンズ７は、光源６の光を集光し平行光に近づける。グリッド８は、この平行光に近い光を、強度が周期的に変化する縞状の光にする。
【００２６】
グリッド８は、例えば、正弦波または余弦波のパターンを有するフィルムを備える。フィルムとして、例えば、波長が５０μｍ〜５００μｍ程度の正弦波パターンの格子フィルムを用いることができる。
【００２７】
なお、グリッドの格子パターンは、明および暗の２種類の強度が交互に現れる格子パターンでもよいし、明から暗、暗から明への変化に余弦波または正弦波に相当する光の強弱を持たせるパターンであってもよい。このように余弦波または正弦波の強度変化を有する光を検査対象物Ａへ投影することで、撮像部２２で撮影する全ての画素で高さ解析を行うことができる。また、光パターンは、多重の輪の模様でもよいし市松模様でもよい。
【００２８】
また、光パターンを生成する手段は、上記のフィルムに限られない。例えば、液晶パネルを用いて、強度が周期的に変化する縞状の光パターンを生成することもできる。
【００２９】
また、グリッド８にステッピングモータを設けることにより、光パターンの縞の位置を移動（シフト）させることができる。ステッピングモータによるグリッド８の駆動は、例えば、制御部４からの信号により制御される。例えば、制御部４または測定部５に、マイクロステッピングモータを駆動するマイクロステッピングドライバを設けることができる。マイクロステッピングドライバを用いることにより、高分解能の光パターンシフトが可能になる。なお、コンピュータ１は、制御部４に対してグリッド８の駆動条件の設定をすることができる。
【００３０】
グリッド８を通った、縞状の光パターンは、テレセントリックレンズユニット１１を通って、試料面１２ａ上の検査対象物Ａに照射される。テレセントリックレンズユニット１１は、テレセントリックレンズ９、１０によりテレセントリック光学系を形成している。テレセントリックレンズ９、１０により形成されるテレセントリック光学系は、像側テレセントリック光学系、物体側テレセントリック光学系、または両側テレセントリック光学系とすることができる。例えば、両側テレセントリック光学系の場合は、物体側、像側とも主交線がレンズ光軸Ｋに平行になるように、テレセントリックレンズ９、１０が配置される。
【００３１】
テレセントリックレンズユニット１１を出た光による像では、被写深度内で、被写体寸法が変化しにくい。すなわち、テレセントリックレンズユニット１１から出た光における縞の間隔は、光進行方向においてほとんど変化しない。そのため、後段における、光パターン照射され検査対象物Ａの画像の処理において、縞の間隔変化を補正する処理が不要になる。
【００３２】
撮像部２２は、ＣＣＤカメラ１５、テレセントリックレンズユニット１７を備える。テレセントリックレンズユニット１７は、テレセントリックレンズ１６、１８を含む。ＣＣＤカメラ１５は、縞状の光パターンが照射された検査対象物Ａを撮影する。なお、撮像装置は、ＣＣＤカメラ１５に限られず、例えば、ＣＭＯＳセンサ、ラインセンサ等を用いることもできる。ＣＣＤカメラ１５は、テレセントリックレンズユニット１７を通った光による画像を撮影するので、縞間隔の補正が不要な画像が得ることができる。
【００３３】
このように、本実施形態の測定部５は、光源６、グリッド８、テレセントリックレンズユニット１１を含む投影プロジェクタ２１と、ＣＣＤカメラ１５、テレセントリックレンズユニット１７を含む撮像部２２とを組み合わせ構成なので、水平分解能および高さ分解能が数ミクロンレベルの高分解能の３次元情報を取得することが可能になる。そのため、上記の測定部５により、例えば、電子部品の端子等の評価に適した３次元形状データ（表面形状データ）を得ることができる。  なお、測定部５の構成は、図２に示す構成に限られない。例えば、異なる方向から光パターンを照射する複数の投影プロジェクタを備える構成であってもよい。また、撮像部２２は、必ずしもテレセントリック光学系を用いる必要はない。例えば、撮像部２２は、光進行方向において幅が広がっていく光パターンを照射することで、投影面を広くとることもできる。また、撮像部２２は、グリッドを投影面に対して傾けることなく光パターンを投影するアオリ投影をする構成であってもよい。
【００３４】
［表面形状データの計算例］
次に、格子投影法を用いて検査対象物Ａの表面形状データを計算する方法について説明する。図３は、測定部５における検査対象物Ａへの縞状の光パターンの投影および撮影の様子を模式的に表した図である。図３（ａ）に示すように、投影プロジェクタ２１からは、矢印Ｄ方向において強度が周期的に変化する縞状の光パターンが検査対象物Ａへ照射される。図３（ｂ）は、縞状パターンの一例を示す図である。試料面においては、Ｙ軸方向において周期的に強度が変化する縞状の模様が投影される。検査対象物Ａの表面においては、検査対象物Ａの表面形状に応じて縞状の模様は変形する。図３（ｃ）は、撮像部２２で撮影される画像の一例を示す図である。検査対象物Ａの表面形状に合わせて縞模様が変形している様子が画像に表れる。縞模様の変形量ｘと検査対象物Ａの高さｈとの関係は、試料面１２ａに対する光の投影各をαとすると、ｈ＝ｘ／ｔａｎαで計算される（図３（ｄ））。
【００３５】
ここで、さらに高精度に測定を行うために位相解析には位相シフト法を適用することができる。位相シフト法による測定では、投影プロジェクタ２１が投影する縞模様を１／４周期づつシフトさせ４枚の縞画像を撮影し、位相解析を行う。
【００３６】
図４は、図１および図２に示す検査装置１００が、位相シフト法を用いて検査対象物Ａの３次元測定をする処理の一例を示すフローチャートである。図４に示す例では、検査対象物Ａを試料面１２ａにセットすると（Ｓ１）、測定部５において、縞模様（格子パターン）の光がテーブル１２の下から検査対象物Ａへ照射される。これにより、格子パターンが検査対象物Ａへ投影される。この格子パターンが投影された検査対象物Ａの画像が撮像部２２によりテーブル１２の下面から撮影される（Ｓ２）。ここでは、光の強度が余弦波に相当する変化を示す縞模様の光が照射される場合を説明する。この撮影された画像には、検査対象物Ａの表面形状に応じて変形した縞模様が写っている。また、投影プロジェクタ２１は、余弦波の縞模様を１／４周期ずつシフトさせた光をそれぞれ投影し、撮像部２２は、４枚の位相が１／４周期ずつシフトした縞模様の画像を撮影する。ここで、測定部５で撮影された画像のデータは、コンピュータ１の画像処理部（後述）へ送られる。コンピュータ１の画像処理部は、前記画像のデータを処理することで、位相解析を行う（Ｓ３）。位相解析では、画像中の各画素の位置（座標（ｘ、ｙ））において投影された光パターンの位相θを計算する。位置（ｘ、ｙ）における明るさは、下記式（１）で表される。
【００３７】
【数１】
0005385703.tif 000002
【００３８】
ａは、その位置での縞の明るさの振幅を示す係数であり、ｂは、その位置での明るさのオフセット量bを示す係数である。図５は上記式（１）を表すグラフである。図５に示すように、４枚の画像上の同じ位置（ｘ、ｙ）での明るさはＩ0、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3は、下記式（２）で表される。
【００３９】
【数２】
0005385703.tif 000003
【００４０】
したがって、（ｘ、ｙ）における位相θは、下記式（３）により計算することができる。
【００４１】
【数３】
0005385703.tif 000004
【００４２】
上記式（３）に示す位相θは、係数ａ、ｂによらない。このように、縞の明るさの振幅a項と明るさのオフセット量b項が計算式上でキャンセルされる為、外乱光の影響を受けにくく、高精度な測定が可能になる。そのため、位相シフト法を用いることにより、電子部品の端子の形状検査のような細かい検査に適した精度の測定が可能になる。
【００４３】
このようにして各位置（ｘ、ｙ）の位相θが計算される。位相θが等しい点を結んで得られる線（等位相線）には、図３（ｃ）に示した縞模様と同様に、検査対象物Ａの形状に応じた変計量が現れる。そのため、各位置における位相θの変形量（位相差）を計算し（
図５のＳ４）、この位相差を高さ単位に変換する（Ｓ５）ことにより、各位置における検査対象物Ａの高さを示す値が得られる。すなわち、検査対象物Ａの表面の３次元形状を示すデータが得られる。
【００４４】
なお、処理Ｓ４において、各位置の位相θが検査対象物Ａによりどの程度変化しているかを示す位相差を計算する際には、予めコンピュータ１に記録された基準位相データを用いる。例えば、検査対象物Ａが置かれていない試料面１２ａに同じ余弦波の縞模様を投影した場合の画像を予め撮影し、試料面１２ａにおける各位置の位相θを示すデータを算出して、基準位相データとして記録することができる。コンピュータ１は、この試料面１２ａの各位置の位相θを表す基準位相データと、検査対象物Ａを置いた場合の各位置の位相θを表すデータとの差を計算することにより、位相差を計算することができる。各位置の位相差は、検査対象物Ａの表面と試料面１２ａとの距離（高さ）に応じた値であるので、高さを示すデータに変換することができる（Ｓ５）。
【００４５】
本実施形態では、検査対象物Ａがテーブル１２の上面に置かれた状態で光パターンの投影および撮影がなされるので、テーブル１２の上面からの浮き量を、高さ情報として求めることができる。そのため、例えば、テーブル１２の上面を実装基板に仮定して、電子部品の実装時の浮き量を判定することが可能になる。
【００４６】
以上のとおり、位相シフト法では、検査対象物Ａへ照射される光パターンにおける強度変化の位相を異ならせて、それぞれの位相に対応する複数の画像のデータを取得する。この複数の画像の同じ位置（ｘ、ｙ）における明るさを用いて、その位置（ｘ、ｙ）に投射された光パターンの位相θを求め、この位相θを基に三角測量の原理を用いて高さを計算する。
【００４７】
なお、位相シフト法を用いた高さ情報を取得方法は、上記例に限られない。例えば、撮影する画像は４枚に限られない。３枚撮影すれば位相θの計算は可能であるし、４枚以上の画像を撮影して精度を高めることもできる。また、位相θの計算に用いる上記式（１）〜（３）も一例であり、その他の式を用いて位相θを計算することができる。
【００４８】
このようにして位相シフト法を用いて得られた、検査対象物Ａの表面の３次元形状を示すデータを、コンピュータ１が処理することで、検査対象物Ａの検査が実行される（Ｓ６）。
【００４９】
[コンピュータの構成]
図６は、この検査処理を実行するためのコンピュータ１構成の一例を示す機能ブロック図である。図６に示す構成では、コンピュータ１は、判定部１０１、代表値決定部１０２、画像処理部１０３、計測部１０４、ユーザインタフェース部（ＵＩ部）１０５を備えている。これらの機能部は、例えば、コンピュータ１のプロセッサがメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより実現される。なお、処理を高速に実行する観点から、例えば、画像処理部１０３の機能は、コンピュータ１のプロセッサとは別に設けられた画像データ処理専用のハードウエア（画像処理ボード）で実現する構成とすることもできる。このようなハードウエアの例として、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＶＰＵ(Visual Processing Unit)、ジオメトリエンジン、その他のＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等が挙げられる。
【００５０】
画像処理部１０３は、撮像部２２で撮影された画像を受け取り、検査対象物Ａの３次元形状を示すデータを生成する。表面形状データは、例えば、ＸＹ平面における各位置（ｘ、ｙ）における高さ（例えば、試料面１２ａからの距離）を示す値で表される。画像処理部１０３は、例えば、撮像部２２から送られた画像データに対して、図４の位相解析（Ｓ３）、位相差計算（Ｓ４）、高さ単位変換（Ｓ５）の処理を実行することにより、表面形状データを生成することができる。画像処理部１０３は、生成された表面形状データをコンピュータ１上のメモリに保存して、代表値決定部１０２および判定部１０１が使用可能な状態とすることができる。
【００５１】
代表値決定部１０２は、画像処理部１０で生成された表面形状データにより表される検査対象物Ａが有する複数の突起部それぞれについて、テーブル１２の上面（試料面１２ａ）に対する突起部の位置を示す値の代表値を決定する。ここで、検査対象物Ａが、例えば、複数の端子が付いた電子部品であり、当該電子部品を基板へ実装した場合に基板に全ての端子が確実に接するか否かを判定する場合に、代表値決定部１０２の突起部ごとの試料面１２ａに対する位置の代表値を判定に用いることで迅速な判定が可能になる。また、試料面１２ａに対する相対位置を突起部間で比較することができるので、試料面１２ａを基準として複数の突起部の形成位置のばらつきの程度を判定することが可能になる。
【００５２】
代表値は、例えば、試料面１２ａからの距離の代表値であってもよいし、試料面１２ａから距離に加えて、ＸＹ方向の情報が含まれていてもよい。また、突起部表面のある一点を代表点として、代表点の座標を代表値としてもよいし、突起部表面の試料面１２ａからの距離の平均のように、統計的に計算された値を代表値としてもよい。
【００５３】
なお、代表値決定部１０２は、表面形状データにおいて突起部それぞれが含まれる領域を示す領域データを用いて、各突起部の大まかな領域を特定し、各領域についてデータ解析を実行して突起部ごとの代表値を決定することができる。この各突起部を含む領域を示す領域データは、例えば、ＣＡＤデータなど検査対象物の設計データから取得することもできるし、ユーザからの突起部の位置の入力により取得することもできる。
【００５４】
例えば、表面形状データが、ＸＹ平面における各位置（ｘ、ｙ）の試料面１２ａからの距離を示す画像データである場合、領域データは、ＸＹ平面において各突起部が配置される領域を表すデータとすることできる。この場合、例えば、テンプレートマッチングのようなパターン認識処理により画像データまたは領域データを、画像データで表される各突起部が領域データの各領域に入るように調整（アライメント）してもよい。
【００５５】
代表値決定部１０２は、突起部ごとに、試料面１２ａと突起部表面との相対位置の代表値を決定する。代表値決定部１０２は、例えば、突起部内での試料面１２ａと距離の分布を用いて代表値を計算することができる。具体的には、各突起部について、試料面１２ａと距離の突起部内での分布に基づいて突起部内の代表点の座標を決定し、代表点における試料面１２ａとの距離を代表値とすることができる。代表点の決定においては、代表値決定部１０２は、突起部において試料面１２ａからの距離が周りよりも小さくなっている領域または突起部表面が試料面１２ａに接している領域に含まれる点を代表点とすることができる。一例として、代表値決定部１０２は、このような領域の重心、または中心となる点の座標を計算し、この座標を代表点とすることができる。あるいは、突起部における、試料面１２ａと突起部表面との距離の分布のうち、最も頻度（度数）の高い距離の領域から代表点を決定することもできる。さらに、代表点を決めないで、突起部における、試料面１２ａと突起部表面との距離の平均値、中間値などを代表値として算出することもできる。このように、ここで計算される代表値は、突起部表面の試料面１２ａからの離れ量を、突起部ごとに表す値となる。
【００５６】
判定部１０１は、代表値決定部１０２で決定された各突起部の代表値を用いて、複数の突起部の形状の良否を判定する。判定部１０１は、例えば、各突起部の代表値から、複数の突起部どうしの相対位置関係を示す値、あるいは、試料面１２ａに対する位置関係を示す値を計算する。判定部１０１は、この計算した値が、所定の範囲内であるか否かにより良否を判定することができる。判定部１０１の判定の基準となる前記所定の範囲を示すデータは、予めコンピュータ１のメモリに記録されることが好ましい。あるいは、ＵＩ部１０５を介して良否判定の基準となる値の範囲をユーザから受け付けることもできる。
【００５７】
複数の突起部の相対位置関係を示す値および複数の突起部の試料面１２ａに対する位置関係を示す値は、各突起部の代表値により算出することができる。例えば、複数の突起部の代表値の最大値と最小値との差、平均値、分散等、の代表値の分布を示す値により、複数の突起部の相対位置関係が示される。また、複数の突起部における代表値の平均、中間値などにより、複数の突起部の試料面１２ａに対する位置関係が示される。
【００５８】
ＵＩ部１０５は、ユーザとコンピュータ１との情報のやりとりを可能にするインターフェース部である。ＵＩ部１０５は、例えば、判定部１０１による判定結果をモニタ２へ出力したり、入力デバイス３を介してユーザから測定部５の制御指示や判定部１０１の判定条件の指示等を受け付けたりする。
【００５９】
計測部１０４は、制御部４に対して、測定開始指示、測定終了指示、測定条件等を示す制御信号を出力する。また、計測部１０４は、ＵＩ部１０５を介して入力されたユーザの指示に基づいて、制御部４を制御することができる。
【００６０】
［検査処理例１］
次に、代表値決定部１０２および判定部１０１の動作例を説明する。図７は、代表値決定部１０２および判定部１０１による検査処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、一例として、検査対象物Ａが、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すような複数の端子３２ａ〜３２ｅを有する電子部品３０である場合について説明する。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す電子部品３０は、本体３１の側面に複数の端子３２ａ〜３２ｅを備え、これらの端子３２ａ〜３２ｅは、屈曲して底面より下に延びている。電子部品３０は、例えば、ＦＰＣのコネクタでよく見られる構造である。このような電子部品３０を基板へ実装した場合、端子３２ａ〜３２ｅの下面が基板に接続される。そのため、端子３２ａ〜３２ｅの下面の高さは揃っていることが求められる。そこで、本実施形態では、この揃い度合いを判定する処理が実行される。
【００６１】
図８（ｂ）は、検査対象物Ａである電子部品３０が、端子３２ａ〜３２ｅを下にした状態でテーブル１２の試料面１２ａに置かれた様子を側面から見た図である。端子（３２ａ〜）３２ｅおよび端子３２ｆが試料面１２ａに接している。図８（ｃ）は、テーブル１２に置かれた電子部品３０をテーブル１２の下面から見た図である。このように、突起部である端子３２ａ〜３２ｅにより電子部品３０がテーブル１２上に支持された状態で測定を行うことで、実装状態に近い状態での検査が可能になる。
【００６２】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示す状態の電子部品３０に、投影プロジェクタ２１により光パターンが投影され、撮像部２２により撮影される。撮影された画像は、画像処理部１０３により処理され、電子部品３０の下側の表面形状を示す表面形状データが生成される。
【００６３】
図７のＳ６１において、代表値決定部１０２は、画像処理部１０３が生成したこの表面形状データを入力する。代表値決定部１０２は、画像処理部１０で生成された表面形状データにより表される電子部品３０の複数の端子３２ａ〜３２ｅそれぞれについて、試料面１２ａから端子の表面までの距離ｈの代表値を決定する（Ｓ６２）。
【００６４】
代表値決定部１０２は、例えば、突起部それぞれが含まれる領域を示す領域データを参照し、表面形状データ中の各突起部の領域について、試料面１２ａからの距離ｈを基に代表値を決定する。図８（ｂ）における点線で囲まれた領域Ｒａ〜Ｒｆは、領域データで示される各突起部の領域を示している。ここでは、代表値決定部１０２が、一例として、各端子において、試料面１２ａからの距離ｈが最小となる領域の中から代表点の座標を決定する処理を説明する。図８（ｄ）は、図８（ｂ）の端子３２ｅが試料面１２ａに接する部分を拡大した図である。図８（ｄ）に示す例では、端子３２ｅの表面の一部が試料面１２ａに接している。ここで、測定部５による高さ方向測定の分解能をΔｋとすると、試料面１２ａからの距離ｈがΔｋより小さい領域Ｒ１、Ｒ２では、表面形状データ上では、距離ｈはすべて同じ値（ここではｈ＝０）になる。図９は、端子３２ｅにおける距離ｈの分布の一例を示すヒストグラムである。図９に示すヒストグラムにおいて、距離ｈ＝０が最小であるので、代表値決定部１０２は、距離ｈ＝０である領域から、代表点を選ぶ。図１０（ａ）は、端子３２ｅにおける距離ｈ＝０である領域Ｒと、代表点Ｄ１の例を示す図である。代表値決定部１０２は、例えば、距離ｈ＝０である領域Ｒの重心の座標を計算する。この重心の座標が代表点Ｄ１となる。
【００６５】
なお、ここでは、代表値決定部１０２は、距離ｈが最小の領域から代表点を選んでいるが、代表点の選択はこれに限定されない。例えば、試料面１２ａからの距離ｈが所定値より小さい領域（例えば、図９に示すＷ）から代表点を選ぶこともできる。また、最も度数が高い距離ｈから代表点を選ぶこともできる。また、試料面１２ａからの距離ｈが所定の範囲内である領域Ｒ３における距離ｈの平均値を計算し、この平均値を代表値としてもよい。図１０（ｂ）に示す領域Ｒ３は、試料面１２ａからの距離ｈが所定の範囲内である領域の例である。このように、領域Ｒ３における距離ｈの平均値を代表値とすることができる。
【００６６】
代表値決定部１０２は、全ての端子３２ａ〜３２ｅについて、それぞれ代表点の座標を計算する。判定部１０１は、それらの代表点の距離ｈの分布を計算する（図７のＳ６３）。ここでは、分布の一例として、判定部１０１は、端子３２ａ〜３２ｅの平坦度（コプラナリティ）を計算する。平坦度は、例えば、端子３２ａ〜３２ｅの代表点における距離ｈの最大値と最小値との差で表される。判定部１０１は、平坦度が、所定の範囲内か否かにより、良否を判定することができる（Ｓ６４）。これにより、迅速な判定処理が可能になる。
【００６７】
［検査処理例２］
図１１は、代表値決定部１０２および判定部１０１による他の検査処理の一例を示すフローチャートである。図１１において、Ｓ６１〜Ｓ６４の処理は、図７におけるＳ６１〜Ｓ６４と同様に実行される。Ｓ６５において、代表値決定部１０２は、各端子３２ａ〜３２ｅにおいて、エッジ検出を行い、エッジを基準にして代表点の座標を決定する。図１０（ｃ）は、検出したエッジおよび代表点の例を示す図である。エッジ検出は、例えば、表面形状データにおいて、距離ｈの変化が激しい部分（不連続が線状に連なるところ）を検出する処理である。エッジ検出により端子３２ａ〜３２ｅの輪郭が検出されると、代表値決定部１０２は、例えば、図１０（ｃ）に示すように、端子幅Ｍの中心線上であって、端子の先端から所定の距離Ｌにある点Ｄ２の座標を計算し、代表点の座標とする。
【００６８】
判定部１０１は、端子３２ａ〜３２ｅのピッチを計算する（Ｓ６６）。例えば、判定部１０１は、各端子３２ａ〜３２ｅについて、端子の代表点と隣の端子と代表点との距離（っピッチ）を計算する。判定部１０１は、ピッチが所定の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ６７）。
【００６９】
判定部１０１は、さらに、Ｓ６７におけるピッチ判定結果と、Ｓ６４における平坦度判定結果に基づき総合判定をする（Ｓ６８）。例えば、判定部１０１は、ピッチおよび平坦度のいずれも所定の範囲内である場合はＯＫ、すくなくともいずれか一方が所定範囲外であればＮＧと判定することができる。これにより、平坦度に加え、ピッチも考慮した判定が可能になる。なお、ピッチおよび平坦度それぞれの判定結果をそのまま出力することもできる。
【００７０】
以上、図１１を参照して、平坦度に加えて、ピッチも判定する動作例を説明したが、判定項目はこれらに限られない。以下に、その他の判定項目の例を説明する。
【００７１】
［傾斜角の判定］
判定部１０１は、表面形状データが示す各突起部表面の試料面１２ａに対する傾斜を計算し、計算した傾斜が所定の基準を満たすか否かをさらに判定することもできる。判定部１０１は、例えば、エッジ検出により、表面形状データ各突起部の輪郭（エッジ）を求め、この輪郭を基準にして突起部内の少なくとも２点を選択し、これらの選択した点を結ぶ線の試料面１２ａに対する角度を計算することができる。
【００７２】
ここで、一例として、図１２（ａ）に示すような形状の端子３２ｆの傾斜の計算例を説明する。図１２（ａ）は、試料面１２ａに垂直な面（ＸＺ平面）における端子３２ｆの断面形状を示しており、図１２（ｂ）は、３次元データの端子３２ｆを含む領域（ＸＹ平面における領域）において検出された端子３２ｆのエッジＥｆの例を示す図である。図１２（ｂ）に示す例では、端子３２ｆのＸＹ平面における形状として矩形のエッジＥｆが検出されている。判定部１０１は、端子３２ｆの幅方向に２等分する線上であって、端子３２ｆの先端から所定の距離Ｌ１にある点Ｐ２と、この線上であって点Ｐ２からさらに所定距離Ｌ２離れた位置にある点Ｐ１とを選択する。判定部１０１は、表面形状データから点Ｐ１、Ｐ２における高さ情報も含めた３次元座標を取得する。判定部１０１は、点Ｐ１、Ｐ２の３次元座標を結ぶ線と試料面１２ａとの角度θを計算する。判定部１０１は、この角度θが予め設定された基準範囲を超えるか否かにより良否を判定する。
【００７３】
［本体のずれ、変形量の判定］
判定部１０１は、表面形状データで表される複数の端子３２ａ〜３２ｅを支える本体３１の形状が、予め設定された基準を満たしているかをさらに判定することもできる。例えば、判定部１０１は、３次元形状データの示す、本体３１の試料面１２ａに対向する表面の各点における試料面１２ａからの距離が所定の範囲内にあるか否かを判定する。具体的には、判定部１０１は、予め決められた基準面の各点における試料面１２ａとの距離と、本体３１の各点における試料面１２ａからの距離との差を計算し、当該差が閾値を越える点の数、差の値などが所定の範囲内か否かを判断することができる。
【００７４】
なお、３次元形状データのうち本体３１の領域を決定する処理は、上記の突起部の領域を決定する処理と同様にすることができる。
【００７５】
以上、本実施形態によれば、上記のコンピュータ１の検査処理により、例えば、電子部品における端子の平坦度判定のように、精密な判定を迅速に実行するができる。そのため、検査装置１００を電子機器の生産ラインにおける電子部品の端子形状判定に用いることができる。
【００７６】
また、測定器として、上記測定部５に代表される、格子投影法を用いた３次元形状測定器を用いることで、電子部品の端子の検査に適した３次元測定を行うことできる。例えば、格子投影法を用いることにより、非接触での測定が可能である。また、１回の撮影動作で測定対象領域全体を含む画像を取得する、面測定によりデータを取得するので、レーザ等を用いた走査型の測定装置に比べて速い測定が可能になる。
【００７７】
さらに、位相シフトを用いることで、高さ情報を効率よく迅速に処理し、高精度の解析結果を得ることができる。以上のとおり、本実施形態によれば、例えば、電子機器の生産ラインにおける検査に適した構造の測定器および計算処理が提供される。
【００７８】
なお、本発明の適用範囲は、上記実施形態に限られない。例えば、検査対象物は、電子部品に限定されない。また、上記実施形態では、測定器として、格子投影法を用いた３次元形状測定器を用いた場合を説明したが、測定器は、例えば、上記以外のパターン投影法（例えば、グレースケールのパターンやカラーパターン等を投影する方法）や、モアレ、焦点法、ステレオ法、その他の方法にを用いた３次元測定器であってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１      コンピュータ
２      モニタ
３      入力デバイス
４      制御部
５      測定部
６      光源
７      集光レンズ
８      グリッド
９      テレセントリックレンズ
１０    画像処理部
１１    テレセントリックレンズユニット
１２    テーブル
１２ａ  試料面
１３    駆動部
１５    カメラ
１６    テレセントリックレンズ
１７    テレセントリックレンズユニット
２１    投影プロジェクタ
２２    撮像部
３０    電子部品
３１    本体
３２ａ-３２ｅ   端子
１００  検査装置
１０１ 判定部
１０２ 代表値決定部
１０３ 画像処理部
１０４  計測部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005385703.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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