(57)【要約】【課題】発光ダイオードを用いて移動する対象物上の所定領域の画像を精度よく取得する。【解決手段】画像取得装置１は、対象物９を連続的に移動するコンベア２、および、コンベア２の上方に設けられたヘッド部３を備える。ヘッド部３は、フラッシュ光を出射するＬＥＤ３１、対象物９にフラッシュ光を導くとともに対象物９からの光が入射する顕微鏡３２、および、顕微鏡３２により所定の倍率で結像された対象物９の像を電気信号に変換する撮像デバイス３３を有する。画像取得装置１では、コンベア２により移動する対象物９に対してパルス幅が１０μ秒以下のフラッシュ光がＬＥＤ３１から出射され、対象物９上の検査領域の画像が取得される。これにより、ＬＥＤ３１を用いて移動する対象物９上の検査領域の画像を精度よく取得することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物上の所定領域の画像を取得する画像取得装置であって、
撮像デバイスと、
前記撮像デバイスに対して対象物を相対的に移動する移動機構と、
パルス幅が１０マイクロ秒以下のフラッシュ光を対象物に向けて照射する発光ダイオードと、
前記フラッシュ光に由来する対象物からの光を前記撮像デバイスへと導き、前記撮像デバイス上に前記対象物上の所定領域の像を形成する顕微鏡と、
前記発光ダイオードの発光と前記撮像デバイスによる撮像とを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像取得装置であって、
対象物の前記撮像デバイスに対する相対的な移動速度が、毎秒５０ミリメートル以上１０メートル以下であることを特徴とする画像取得装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像取得装置であって、
前記発光ダイオードが前記フラッシュ光を出射する周期が１／３００秒以下であることを特徴とする画像取得装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像取得装置であって、
前記制御部が、前記フラッシュ光の前記パルス幅を変更することを特徴とする画像取得装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像取得装置であって、
前記制御部が、対象物の前記撮像デバイスに対する相対的な移動速度に基づいて前記フラッシュ光の前記パルス幅を変更することを特徴とする画像取得装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像取得装置であって、
前記制御部が、対象物に応じて前記フラッシュ光の光量を変更することを特徴とする画像取得装置。
【請求項７】
請求項４に記載の画像取得装置であって、
前記顕微鏡の倍率が可変であり、
前記制御部が、前記顕微鏡の前記倍率に基づいて前記フラッシュ光の前記パルス幅を変更することを特徴とする画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物上の所定領域の画像を取得する画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板やガラス基板（以下、「基板」という。）上の所定の検査領域の画像を取得して、基板上のパターンを検査することが行われている。また、近年では、移動する基板上の検査領域の画像を、ストロボ光源からのフラッシュ光を利用して取得する画像取得装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このような画像取得装置では、一般的には、キセノンランプがストロボ光源として利用される。
【０００３】
なお、特許文献３では、ストロボ光源として複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用したデジタルカメラにおいて、所定の時間内において複数のＬＥＤを順次点灯することにより各ＬＥＤに負担をかけることなく所望の点灯状態を実現する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１２３０１６号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６２３３号公報
【特許文献３】特開２００１−２１５５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＬＥＤはキセノンランプに比べて制御が容易かつ光強度が安定していることが知られている。上記の画像取得装置においてキセノンランプに替えてＬＥＤをストロボ光源として利用する場合、定格電流を供給して得られるＬＥＤからのフラッシュ光では、撮像に必要な光量を得ることができず、画像を精度よく取得することができない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、発光ダイオードを用いて移動する対象物上の所定領域の画像を精度よく取得することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、対象物上の所定領域の画像を取得する画像取得装置であって、撮像デバイスと、前記撮像デバイスに対して対象物を相対的に移動する移動機構と、パルス幅が１０マイクロ秒以下のフラッシュ光を対象物に向けて照射する発光ダイオードと、前記フラッシュ光に由来する対象物からの光を前記撮像デバイスへと導き、前記撮像デバイス上に前記対象物上の所定領域の像を形成する顕微鏡と、前記発光ダイオードの発光と前記撮像デバイスによる撮像とを制御する制御部とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像取得装置であって、対象物の前記撮像デバイスに対する相対的な移動速度が、毎秒５０ミリメートル以上１０メートル以下である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像取得装置であって、前記発光ダイオードが前記フラッシュ光を出射する周期が１／３００秒以下である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像取得装置であって、前記制御部が、前記フラッシュ光の前記パルス幅を変更する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像取得装置であって、前記制御部が、対象物の前記撮像デバイスに対する相対的な移動速度に基づいて前記フラッシュ光の前記パルス幅を変更する。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像取得装置であって、前記制御部が、対象物に応じて前記フラッシュ光の光量を変更する。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の画像取得装置であって、前記顕微鏡の倍率が可変であり、前記制御部が、前記顕微鏡の前記倍率に基づいて前記フラッシュ光の前記パルス幅を変更する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし７の発明では、発光ダイオードを用いて撮像デバイスに対して相対的に移動する対象物上の所定領域の画像を精度よく取得することができる。
【００１４】
また、請求項３の発明では、短い周期にて所定領域の画像を取得することができ、請求項４の発明では、発光ダイオードを用いることにより容易にパルス幅を変更することができる。
【００１５】
また、請求項５の発明では、相対的な移動速度に合わせつつ所望の解像度にて画像を取得することができ、請求項７の発明では、撮像倍率に合わせつつ所望の解像度にて画像を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】
【００１６】
図１は本発明の一の実施の形態に係る画像取得装置１の構成を示す図である。画像取得装置１は、紙幣等の印刷物、半導体チップ等の工業用部品、あるいは、半導体基板やガラス基板等の各種基板等の対象物上の所定の領域の画像を取得するためのものであり、取得された画像は検査や当該対象物に対する処理（例えば、プリント配線基板上における半導体チップのボンディング等）に利用される。
【００１７】
画像取得装置１は、対象物９を図１中のＹ方向へと連続的に移動するコンベア２、コンベア２の上方に設けられたヘッド部３、および、画像取得装置１の各構成に接続された制御部４を備える。コンベア２は、それぞれがＸ方向を向く複数のシャフト２１をＹ方向に所定の間隔にて配列して有する。各シャフト２１にはローラ２２が取り付けられ、複数のローラ２２に接するように環状のベルト２３（図１中では、ベルト２３の一部のみを図示している。）が設けられる。複数のシャフト２１の一部はモータ２４に接続されて回転し、ベルト２３上に載置された対象物９は、モータ２４の回転速度に応じて（＋Ｙ）方向に連続的に移動する。モータ２４の回転軸にはエンコーダ２５が取り付けられ、エンコーダ２５の出力は制御部４へと出力される。
【００１８】
ヘッド部３は、フラッシュ光を出射する発光ダイオード３１（以下、「ＬＥＤ３１」という。）を有し、ＬＥＤ３１からのフラッシュ光は顕微鏡３２が有するハーフミラー３２１により折り返されて対象物９上へと導かれる。フラッシュ光の対象物９からの反射光は顕微鏡３２により取り込まれ、撮像デバイス３３上に対象物９の像が結ばれる。撮像デバイス３３は、複数の受光素子を２次元に配列して有し、撮像デバイス３３から対象物９の画像データが制御部４に出力される。なお、顕微鏡３２は図示省略のレンズ群を有し、顕微鏡３２の倍率は可変とされる。所定の倍率において顕微鏡３２の対象物９側の開口数（ＮＡ）は、例えば、０．２とされ、撮像デバイス３３側の開口数は０．０２とされる。
【００１９】
次に、画像取得装置１が、対象物９上の所定領域の画像を取得する動作について説明する。以下の説明において、対象物９上には複数の検査対象の領域（以下、「検査領域」という。）が周期的に設定され、一定の倍率にて各検査領域の画像を取得するものとする。対象物９上における複数の検査領域の位置は制御部４にて予め記憶されている。
【００２０】
検査領域の画像を取得する際には、まず、駆動されるコンベア２上において（−Ｙ）側に対象物９が載置され、（＋Ｙ）方向へと連続的に移動を開始する。そして、エンコーダ２５からの出力が制御部４へと出力されることにより、対象物９のヘッド部３に対する移動速度が検出される。本実施の形態では、例えば、毎秒１００ミリメートル（ｍｍ）の一定の速度にて対象物９が連続的に移動する。また、対象物９の搬送経路上においてヘッド部３の（−Ｙ）側には、対象物９の通過を検出するセンサ２６が取り付けられ、センサ２６からの出力により制御部４にて対象物９の位置が特定される。これにより、制御部４では対象物９上の各検査領域がヘッド部３の撮像位置へと到達する正確な時刻が求められる。
【００２１】
続いて、対象物９がヘッド部３の下方へと到達し、対象物９上の（＋Ｙ）側の検査領域（以下、「第１検査領域」という。）がヘッド部３による撮像位置へと近づくと、撮像デバイス３３の電子シャッタがＯＮとされる（すなわち、撮像デバイス３３の各受光素子での電荷の蓄積が開始される）。そして、対象物９上の第１検査領域がヘッド部３の撮像位置へと到達すると、ＬＥＤ３１からパルス幅が５マイクロ秒（μ秒）のフラッシュ光が対象物９に向けて照射される。なお、本実施の形態では、フラッシュ光のパルス幅は予め決定されている。
【００２２】
このとき、フラッシュ光の強度はＬＥＤ３１に供給される電流に依存し、供給電流は、例えば、ＬＥＤ３１を連続点灯する際における定格電流の数倍の１アンペア（Ａ）とされ、対象物９上の第１検査領域に照射されるフラッシュ光の積算光量が所定の量となるようにパルス幅に応じて決定される。フラッシュ光の対象物９からの反射光は顕微鏡３２により撮像デバイス３３へと導かれ、撮像デバイス３３上に対象物９上の第１検査領域の像が所定の倍率にて形成される。フラッシュ光の照射後、撮像デバイス３３の電子シャッタがＯＦＦとされ、第１検査領域の画像が取得される。以下の説明において、単に「フラッシュ光」という場合は、パルス幅に応じて決定された（定格電流以上の）電流がＬＥＤ３１に供給されることにより出射される高強度のフラッシュ光を意味するものとする。
【００２３】
ここで、前述のように対象物９は毎秒１００ｍｍにて移動し、フラッシュ光が照射される間に対象物９は０．５マイクロメートル（μｍ）だけ移動するため、撮像デバイス３３にて取得される画像では、０．５μｍのぶれが生じる。言い換えれば、画像取得装置１では１画素に対応する対象物９上の正方形領域の１辺の長さ（以下、「解像度」という。）が０．５μｍ以上の画像が取得可能とされる。実際には、顕微鏡３２の倍率に応じて、０．５μｍの解像度またはこれより粗い解像度の画像が取得される。以下の説明では、取得可能な画像の解像度の最小値を限界解像度という。
【００２４】
第１検査領域の画像が取得されると、第１検査領域から（−Ｙ）側に２００μｍだけ離れた第２検査領域の画像が取得される。具体的には、第２検査領域がヘッド部３による撮像位置へと近づくと、撮像デバイス３３の電子シャッタがＯＮとされる。そして、第２検査領域がヘッド部３による撮像位置へと到達すると同時に、ＬＥＤ３１からパルス幅が５μ秒のフラッシュ光が出射されて第２検査領域の画像が取得される。このとき、第２検査領域に対するフラッシュ光の照射は直前のフラッシュ光の照射から１／５００秒経過後に行われる。続いて、第２検査領域に対するフラッシュ光の照射から１／５００秒経過後にフラッシュ光がさらに照射され、第２検査領域から（−Ｙ）側に２００μｍだけ離れた第３検査領域の画像が取得される。すなわち、画像取得装置１では、ＬＥＤ３１から１／５００秒の周期にてフラッシュ光が出射され、対象物９上において２００μｍの周期にて形成された各検査領域の画像が取得される。対象物９上の全ての検査領域の画像が取得されると、画像取得動作が終了する。
【００２５】
以上のように、図１の画像取得装置１では、コンベア２により移動する対象物９に対してパルス幅が５μ秒のフラッシュ光がＬＥＤ３１から出射され、ＬＥＤ３１の発光に同期して撮像デバイス３３による撮像が制御されて対象物９上の検査領域の画像が取得される。ここで、一般的な発光ダイオードにおいて、連続点灯の際の定格電流にて５μ秒だけフラッシュ光を出射した場合には、対象物９上に照射される光の量が少ないため撮像デバイス３３の受光素子に十分な電荷が蓄積されず、対象物９上の検査領域の画像を適切に取得することができない。これに対し、画像取得装置１におけるＬＥＤ３１には、定格電流以上の電流が入力されるため、５μ秒間の短い時間であっても対象物９上に撮像に必要な光量が付与される。これにより、ＬＥＤ３１を用いて撮像デバイス３３に対して移動する対象物９上の検査領域の画像を精度よく取得することができる。
【００２６】
上記動作例では５μ秒のパルス幅のフラッシュ光を出射する場合について述べたが、ＬＥＤ３１では、一般的なキセノンランプを用いて可能とされる１０μ秒以下のパルス幅のフラッシュ光の出射を同様に実現することができる。このような場合、発光時間が極めて短いため、ＬＥＤ３１の温度が破損に繋がる温度（例えば、１３５度）まで上昇しないことが確認されている。したがって、一般的な発光ダイオードでは放熱板を設けることにより熱による破損を抑制して一定の寿命が確保されるが、画像取得装置１のＬＥＤ３１では放熱板を省略することも可能である。また、１０μ秒のパルス幅のフラッシュ光を出射するキセノンランプを利用した場合に、０．５μｍ〜１００μｍの解像度の画像が主に取得されるが、キセノンランプに替えてＬＥＤ３１を利用する場合でも、同様の範囲の解像度（限界解像度）の画像を取得することができ、この場合、対象物９は撮像デバイス３３に対して毎秒５０ｍｍ以上１０ｍ以下の移動速度にて移動する。
【００２７】
なお、１０μ秒以下のＬＥＤの点灯は、ＬＥＤの通常のパルス点灯における点灯時間に比べて非常に短い時間であるため、ＬＥＤにパルス点灯用の定格電流が決められている場合であっても、この定格電流を超える（例えば、定格電流の数倍の）電流をＬＥＤに供給することも可能であり、画像取得という点からはＬＥＤに可能な限り大電流が供給されることが好ましい。
【００２８】
また、一般的に、キセノンランプでは１／３００秒の周期にてフラッシュ光を出射することが限界となるが、上記動作例において１／５００秒の周期にてフラッシュ光を出射する場合について述べたように、ＬＥＤ３１では１／３００秒以下の周期であってもフラッシュ光を出射することが可能である。これにより、画像取得装置１ではキセノンランプを用いる場合よりも短い周期にて検査領域の画像を取得することができる。なお、実際には１／１０００秒以下の周期であってもフラッシュ光の出射が可能である。
【００２９】
次に、画像取得装置１による画像取得動作の他の例について説明する。本動作例における画像取得装置１では、異なる種類の複数の対象物９に対してそれぞれ異なる限界解像度にて検査領域の画像が取得される。詳細には、一の種類の対象物（以下、「第１対象物」という。）９がコンベア２により一定速度にて移動し、第１対象物９に対して設定された限界解像度に合わせて制御部４により顕微鏡３２の倍率が変更される。そして、顕微鏡３２の倍率（および対象物９の移動速度）に基づいてＬＥＤ３１からのフラッシュ光のパルス幅が決定される。第１対象物９上の検査領域がヘッド部３の撮像位置へと到達すると、決定されたパルス幅にてフラッシュ光が出射され、第１対象物９上の検査領域の画像が設定された限界解像度にて取得される。
【００３０】
続いて、他の種類の対象物（以下、「第２対象物」という。）９がコンベア２により同じ速度にて移動し、第２対象物９に対して設定された第１対象物９とは異なる限界解像度に合わせて顕微鏡３２の倍率が変更される。制御部４では顕微鏡３２の倍率に基づいてＬＥＤ３１からのフラッシュ光のパルス幅が決定される。例えば、第２対象物９に対する限界解像度が、第１対象物９に対する限界解像度の１．５倍である（すなわち、１．５倍粗い）場合には、第１対象物９における条件と比較して、顕微鏡３２の倍率が１／（１．５）倍にされるとともに、フラッシュ光のパルス幅が１．５倍とされる。そして、第２対象物９上の検査領域が撮像位置へと到達すると、決定されたパルス幅にてフラッシュ光が出射され、第２対象物９上の検査領域の画像が設定された限界解像度にて取得される。
【００３１】
以上のように、本動作例における画像取得装置１では、制御部４が顕微鏡３２の倍率に基づいてフラッシュ光のパルス幅を変更する。ここで、キセノンランプを利用する場合に、フラッシュ光のパルス幅を変更するには複雑な回路を設ける必要があるが、画像取得装置１では発光ダイオードを用いることにより容易にパルス幅を変更することができるとともに、撮像倍率を合わせつつ所望の解像度にて画像を取得することが実現される。
【００３２】
次に、画像取得装置１による画像取得動作のさらに他の例について説明する。本動作例における画像取得装置１では、異なる種類の複数の対象物９が、例えば、コンベア２上で施される処理に合わせて異なる速度にてコンベア２により移動しつつ、検査領域の画像が取得される。なお、顕微鏡３２の倍率および取得される検査領域の画像の解像度は一定とされる。
【００３３】
詳細には、一の種類の対象物（以下、「第３対象物」という。）９がコンベア２上に載置されると、第３対象物９が一定の速度にて移動する。そして、第３対象物９の移動速度（および所望の解像度）に基づいてＬＥＤ３１からのフラッシュ光のパルス幅が決定され、第３対象物９上の検査領域の画像が所望の解像度にて取得される。
【００３４】
続いて、第３対象物９とは異なる種類の対象物（以下、「第４対象物」という。）９がコンベア２上に載置され、第４対象物９に施される処理の種類に応じて減速した回転速度にてモータ２４が回転し、第４対象物９が第３対象物９より遅い速度にて移動する。制御部４では、第３対象物９の移動速度に基づいてＬＥＤ３１からのフラッシュ光のパルス幅が決定される。例えば、第４対象物９の移動速度が、第３対象物９の移動速度の０．８倍である場合には、第３対象物９における条件と比較して、フラッシュ光のパルス幅は１／（０．８）倍とされる。そして、第４対象物９上の検査領域が撮像位置へと到達すると、決定されたパルス幅にてフラッシュ光が出射され、第４対象物９上の検査領域の画像が第３対象物９の場合と同じ解像度にて取得される。
【００３５】
以上のように、本動作例における画像取得装置１では、制御部４が対象物９の移動速度に基づいてフラッシュ光のパルス幅を変更する。これにより、対象物９の移動速度が異なる場合等であっても、対象物９の移動速度に合わせつつ所望の解像度にて安定して画像を取得することができる。なお、コンベア２のモータ２４の回転速度が制御部４により制御されてもよく、この場合も、モータ２４の回転速度から求められる対象物９の移動速度に基づいてフラッシュ光のパルス幅が変更される。
【００３６】
また、画像取得装置１では、制御部４により対象物９に応じてフラッシュ光の光量が変更されてもよく、この場合、変更後の光量に合わせてＬＥＤ３１への供給電流およびフラッシュ光のパルス幅が決定され、対象物９上の検査領域の画像が適切に取得される。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００３８】
上記の異なる限界解像度にて画像を取得する動作例、および、異なる速度にて移動する対象物９の画像を取得する動作例においても、１つの対象物９上に複数の検査領域が存在する場合には、ＬＥＤ３１から１／３００秒以下の周期にてフラッシュ光が出射され、短い周期にて画像が取得されてもよい。
【００３９】
上記実施の形態では、固定された撮像デバイス３３に対して対象物９が移動するが、固定された対象物９に対して撮像デバイス３３を移動する移動機構が設けられてもよい。すなわち、撮像デバイス３３に対する対象物９の移動は相対的なものでよい。
【００４０】
上記実施の形態における顕微鏡３２は、フラッシュ光の対象物９からの反射光を撮像デバイス３３へと導くが、対象物９の種類によっては、照射されるフラッシュ光のうちの対象物９を透過した光が撮像デバイス３３へと導かれてもよい。すなわち、顕微鏡３２はフラッシュ光に由来する対象物９からの光を撮像デバイス３３へと導くのであれば、いかなるものであってもよい。また、画像取得装置の設計によっては、撮像デバイス３３にメカニカルシャッタが設けられてもよい。
【００４１】
また、画像取得装置１では、短時間の間に１０μ秒以下のフラッシュ光を非常に短い周期で対象物９に照射することにより（いわゆる、バースト点灯）、対象物９上に照射される光の量を増すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】画像取得装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    画像取得装置
２    コンベア
４    制御部
９    対象物
３１    ＬＥＤ
３２    顕微鏡
３３    撮像デバイス
【図１】
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