(57)【要約】      （修正有）【課題】検査装置において、投射ユニットにより、より細かい縞パターンであって、コントラストが高い縞パターンを被検査体に投射することができる液晶表示素子の位置決定方法を提供する。【解決手段】検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法は、投射ユニットの液晶表示素子に対して電圧が印加された液晶と電圧が印加されていない液晶とにより矩形波の縞パターンを基準平面に投射した状態で、液晶表示素子を回転させ、電圧が印加された液晶からなる領域に対応する像の輝度及び電圧が印加されていない液晶からなる領域に対応する像の輝度のうち、回転に応じて基準状態の輝度から減少する輝度が最小値になるときの回転角度になるように、液晶表示素子の位置を決定する。【選択図】図８
2019090647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形形状の撮像領域を有するカメラユニットと、
照明光の所定の偏光状態の光を反射し、前記所定の偏光状態とは異なる偏光状態の光を透過する光分離部材、
複数の画素の各々を構成する液晶が２次元状に配置された矩形形状の表示領域を有し、前記液晶に対する電圧の印加の有無により、前記光分離部材で反射した光又は前記光分離部材を透過した光が前記液晶を透過したときに、当該光の偏光状態を変化させるか否かが決定され、前記液晶を出射した前記光が前記光分離部材に再度入射する液晶表示素子、及び、
前記液晶表示素子から出射し、前記光分離部材を透過した光又は前記光分離部材で反射した光を投射領域に投射する投射光学系を含む投射ユニットと、
を有し、
前記カメラユニットの前記撮像領域の各辺に対して前記投射ユニットの前記投射領域の各辺が傾いて配置され、且つ、前記投射領域が前記撮像領域を内包するように構成された検査装置において、
前記投射ユニットの前記液晶表示素子の表示領域に少なくとも電圧が印加された液晶からなる領域と電圧が印加されていない液晶からなる領域とを形成して基準面の前記投射領域に前記表示領域の像を投射した状態で、前記液晶表示素子を、所定の基準状態から、当該液晶表示素子の表示領域が同一平面上に位置するように回転させ、
前記カメラユニットで前記基準面を撮像して、前記電圧が印加された液晶からなる領域に対応する像の輝度、及び、前記電圧が印加されていない液晶からなる領域に対応する像の輝度を計測して前記液晶表示素子の前記基準状態からの回転角度と対応付けて記憶し、
前記電圧が印加された液晶からなる領域に対応する像の輝度及び前記電圧が印加されていない液晶からなる領域に対応する像の輝度のうち、前記回転に応じて前記基準状態の輝度から減少する輝度が最小値になるときの回転角度になるように、前記液晶表示素子の位置を決定する
ことを特徴とする検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法。
【請求項２】
前記液晶表示素子の前記表示領域、前記投射領域及び前記投射光学系の主面が、シャインプルーフの原理の条件を維持するように、前記液晶表示素子を回転させることを特徴とする請求項１に記載の検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法。
【請求項３】
前記液晶表示素子は、ＬＣＯＳであることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法。
【請求項４】
前記光分離部材は偏光ビームスプリッタであり、
当該偏光ビームスプリッタの光分離面は、Ｐ偏光及びＳ偏光の光のいずれか一方を透過し、他方を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、様々な機器に電子回路基板が実装されるようになってきているが、この種の電子回路基板が実装される機器においては、小型化、薄型化等が常に課題になっており、この点から、電子回路基板の実装の高密度化を図ることが要求されている。このような電子回路基板のハンダの塗布状態、電子部品の実装状態等を検査する検査装置においては、高さ情報の取得に対して、その精密性から位相シフト法が用いられることが多い。位相シフト法では、長周期の縞パターンと短周期の縞パターンを用いて高さ情報を取得するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０５３０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被検査体の高さ情報の取得のために縞パターンを投射する投射ユニットを、カメラユニットの矩形形状の撮像領域の対角線方向に配置した場合、投射ユニットの投射領域が矩形形状であることから、縞パターンの倍率が大きくなってしまい、高さ情報の取得の精度が確保できないという課題があった。また、撮像領域と投射領域の方向を合わせて倍率を小さくするために、単に、投射ユニットの投射領域を４５°回転させただけでは、投射された縞パターンのコントラストが低くなってしまうという課題もあった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、検査装置において、投射ユニットにより、より細かい縞パターンであって、コントラストが高い縞パターンを被検査体に投射することができる液晶表示素子の位置決定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】
前記課題を解決するために、本発明に係る検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法は、矩形形状の撮像領域を有するカメラユニットと、照明光の所定の偏光状態の光を反射し、前記所定の偏光状態とは異なる偏光状態の光を透過する光分離部材、複数の画素の各々を構成する液晶が２次元状に配置された矩形形状の表示領域を有し、前記液晶に対する電圧の印加の有無により、前記光分離部材で反射した光又は前記光分離部材を透過した光が前記液晶を透過したときに、当該光の偏光状態を変化させるか否かが決定され、前記液晶を出射した前記光が前記光分離部材に再度入射する液晶表示素子、及び、前記液晶表示素子から出射し、前記光分離部材を透過した光又は前記光分離部材で反射した光を投射領域に投射する投射光学系を含む投射ユニットと、を有し、前記カメラユニットの前記撮像領域の各辺に対して前記投射ユニットの前記投射領域の各辺が傾いて配置され、且つ、前記投射領域が前記撮像領域を内包するように構成された検査装置において、前記投射ユニットの前記液晶表示素子の表示領域に少なくとも電圧が印加された液晶からなる領域と電圧が印加されていない液晶からなる領域とを形成して基準面の前記投射領域に前記表示領域の像を投射した状態で、前記液晶表示素子を、所定の基準状態から、当該液晶表示素子の表示領域が同一平面上に位置するように回転させ、前記カメラユニットで前記基準面を撮像して、前記電圧が印加された液晶からなる領域に対応する像の輝度、及び、前記電圧が印加されていない液晶からなる領域に対応する像の輝度を計測して前記液晶表示素子の前記基準状態からの回転角度と対応付けて記憶し、前記電圧が印加された液晶からなる領域に対応する像の輝度及び前記電圧が印加されていない液晶からなる領域に対応する像の輝度のうち、前記回転に応じて前記基準状態の輝度から減少する輝度が最小値になるときの回転角度になるように、前記液晶表示素子の位置を決定することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法は、前記液晶表示素子の前記表示領域、前記投射領域及び前記投射光学系の主面が、シャインプルーフの原理の条件を維持するように、前記液晶表示素子を回転させることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法において、前記液晶表示素子は、ＬＣＯＳであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る検査装置の投射ユニットにおける液晶表示素子の位置決定方法において、前記光分離部材は偏光ビームスプリッタであり、当該偏光ビームスプリッタの光分離面は、Ｐ偏光及びＳ偏光の光のいずれか一方を透過し、他方を反射するように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投射ユニットにより、より細かい縞パターンであって、コントラストが高い縞パターンを被検査体に投射することができるので、この投射ユニットを有する検査装置において取得される被検査体の高さ情報の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像ユニットの構成を示す説明図である。
【図３】投射ユニットの一部を拡大した断面図である。
【図４】縞パターンによる高さ情報の測定方法を示す説明図である。
【図５】カメラユニットの撮像領域と投射ユニットの液晶表示素子の表示領域及び投射領域との関係を示す説明図である。
【図６】基準状態からの液晶表示素子の回転角度と、電圧が印加された液晶及び電圧が印加されていない液晶の像の輝度との関係を示すグラフである。
【図７】液晶表示素子の回転角度と縞パターンのコントラストとの関係を示す説明図である。
【図８】検査装置における液晶表示素子の位置決定方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を用いて本実施形態に係る検査装置１０の構成について説明する。この検査装置１０は、被検査体１２を撮像して得られる被検査体画像データを使用して被検査体１２を検査する装置である。被検査体１２は例えば、ハンダが塗布されている電子回路基板である。検査装置１０は、ハンダの塗布状態の良否を被検査体画像データに基づいて判定する。
【００１３】
検査装置１０は、被検査体１２を保持するための検査テーブル１４と、被検査体１２を照明し撮像する撮像ユニット２０と、検査テーブル１４に対し撮像ユニット２０を移動させるＸＹステージ１６と、撮像ユニット２０及びＸＹステージ１６の作動を制御し、被検査体１２の検査を実行するための制御ユニット３０と、を含んで構成される。なお説明の便宜上、図１に示すように、検査テーブル１４の被検査体配置面をＸＹ平面とし、その配置面に垂直な方向（すなわち撮像ユニット２０を構成するカメラユニット２１による撮像方向（カメラユニット２１の光学系の光軸方向））をＺ方向とする。
【００１４】
撮像ユニット２０は、ＸＹステージ１６の移動テーブル（図示せず）に取り付けられており、ＸＹステージ１６によりＸ方向及びＹ方向のそれぞれに移動可能である。ＸＹステージ１６は例えばいわゆるＨ型のＸＹステージである。よってＸＹステージ１６は、Ｙ方向に延びるＹ方向ガイドに沿って移動テーブルをＹ方向に移動させるＹ駆動部と、Ｙ方向ガイドをその両端で支持しかつ移動テーブルとＹ方向ガイドとをＸ方向に移動可能に構成されている２本のＸ方向ガイドとＸ駆動部と、を備える。なおＸＹステージ１６は、撮像ユニット２０をＺ方向に移動させるＺ移動機構をさらに備えてもよいし、撮像ユニット２０を回転させる回転機構をさらに備えてもよい。検査装置１０は、検査テーブル１４を移動可能とするＸＹステージをさらに備えてもよく、この場合、撮像ユニット２０を移動させるＸＹステージ１６は省略されてもよい。また、Ｘ駆動部及びＹ駆動部には、リニアモータやボールねじを用いることができる。
【００１５】
撮像ユニット２０は、被検査体１２の検査面（基板面）に対して垂直方向（Ｚ軸方向）から撮像するカメラユニット２１と、照明ユニット２２と、投射ユニット２３と、を含んで構成される。本実施形態に係る検査装置１０においては、カメラユニット２１、照明ユニット２２、及び投射ユニット２３は、一体の撮像ユニット２０として構成されていてもよい。この一体の撮像ユニット２０において、カメラユニット２１、照明ユニット２２、及び投射ユニット２３の相対位置は固定されていてもよいし、各ユニットが相対移動可能に構成されていてもよい。また、カメラユニット２１、照明ユニット２２、及び投射ユニット２３は別体とされ、別々に移動可能に構成されていてもよい。
【００１６】
カメラユニット２１は、対象物の２次元画像を生成する撮像素子２１ａと、その撮像素子に画像を結像させるための光学系（例えばレンズ）２１ｂとを含む。このカメラユニット２１は例えばＣＣＤカメラである。カメラユニット２１の最大視野は、検査テーブル１４の被検査体載置区域よりも小さくてもよい。この場合、カメラユニット２１は、複数の部分画像に分割して被検査体１２の全体を撮像する。制御ユニット３０は、カメラユニット２１が部分画像を撮像するたびに次の撮像位置へとカメラユニット２１が移動されるようＸＹステージ１６を制御する。制御ユニット３０は、部分画像を合成して被検査体１２の全体画像データを生成する。
【００１７】
なお、カメラユニット２１は、２次元の撮像素子に代えて、１次元画像を生成する撮像素子を備えてもよい。この場合、カメラユニット２１により被検査体１２を走査することにより、被検査体１２の全体画像データを取得することができる。
【００１８】
照明ユニット２２は、カメラユニット２１による撮像のための照明光を被検査体１２の表面に投射するよう構成されている。照明ユニット２２は、カメラユニット２１の撮像素子２１ａにより検出可能である波長域から選択された波長または波長域の光を発する１つまたは複数の光源を備える。照明光は可視光には限られず、紫外光やＸ線等を用いてもよい。光源が複数設けられている場合には、各光源は異なる波長の光（例えば、赤色、青色、及び緑色）を異なる投光角度で被検査体１２の表面に投光するよう構成される。
【００１９】
本実施形態に係る検査装置１０において、照明ユニット２２は、被検査体１２の検査面に対し斜め方向から照明光を投射する側方照明源であって、本実施形態では、上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃを備えている。なお、本実施形態に係る検査装置１０においては、側方照明源２２ａ、２２ｂ、２２ｃはそれぞれリング照明源であり、カメラユニット２１の光軸を包囲し、被検査体１２の検査面に対し斜めに照明光を投射するように構成されている。これらの側方照明源２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各々は、複数の光源が円環状に配置されて構成されていてもよい。また、側方照明源である上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃは、それぞれ、検査面に対して異なる角度で照明光を投射するように構成されている。
【００２０】
投射ユニット２３は、被検査体１２の検査面にパターンを投射する。パターンが投射された被検査体１２は、カメラユニット２１により撮像される。検査装置１０は、撮像された被検査体１２のパターン画像データ（被検査体１２にパターンが投射された状態でカメラユニット２１により撮像された画像データ）に基づいて被検査体の検査面の高さマップを作成する。制御ユニット３０は、投射パターンに対するパターン画像データの局所的な不一致を検出し、その局所的な不一致に基づいてその部位の高さ情報を取得する。つまり、投射パターンに対する撮像パターンの変化が、検査面上の高さ変化に対応する。
【００２１】
投射パターンは、明線と暗線とが交互に周期的に繰り返される１次元の縞パターンであることが好ましい。投射ユニット２３は、被検査体１２の検査面に対し斜め方向から縞パターンを投射するよう配置されている。被検査体の検査面における高さの非連続は、パターン画像データにおいてパターンのずれとして表れる。よって、パターンのずれ量から高さ差を求めることができる。例えば、サインカーブに従って明るさが変化する縞パターンを用いるＰＭＰ（Ｐｈａｓｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙ）法により制御ユニット３０は高さマップを作成する。ＰＭＰ法においては縞パターンのずれ量がサインカーブの位相差に相当する。
【００２２】
投射ユニット２３は、パターン形成装置と、パターン形成装置を照明するための光源装置と、パターンを被検査体１２の検査面に投射するための投射光学系と、を含んで構成される。パターン形成装置は例えば、液晶ディスプレイ等のように所望のパターンを動的に生成しうる可変パターニング装置であってもよいし、ガラスプレート等の基板上にパターンが固定的に形成されている固定パターニング装置であってもよい。パターン形成装置が固定パターニング装置である場合には、固定パターニング装置を移動させる移動機構を設けるか、あるいはパターン投射用の投射光学系に調整機構を設けることにより、パターンの投射位置を可変とすることが好ましい。また、投射ユニット２３は、異なるパターンをもつ複数の固定パターニング装置を切替可能に構成されていてもよい。
【００２３】
本実施の形態に係る投射ユニット２３において、パターン形成装置は、図３に示すように、光分離部材であり、光分離面２３ｂを有する偏光ビームスプリッタ２３ａ及び反射型の液晶表示素子２３ｃを有して構成されている。なお、反射型の液晶表示素子２３ｃとしては、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）が用いられている（以降の説明では強誘電性のＬＣＯＳが用いられているものとして説明する）。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、光源装置から放射された照明光は、図示しないコリメートレンズで略平行光に変換されて偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂは、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。そのため、光分離面２３ｂに入射した照明光のうちＰ偏光の光は光分離面２３ｂを透過するが、Ｓ偏光の光は反射して、液晶表示素子２３ｃに入射する。
【００２５】
液晶表示素子２３ｃであるＬＣＯＳは、反射層（電極）の上に、複数の画素の各々を構成する液晶が２次元状に配置された液晶層を有して構成されている。画素を構成する液晶は、電圧が印加されているときは、当該液晶を透過する光に対して１／４波長板として作用する性質を有しており、また、当該液晶を透過した光は反射層で反射されて再度当該液晶を透過して液晶層から出射する。
【００２６】
投射ユニット２３が、上述した構成の場合、一般的には、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで分離されて液晶表示素子２３ｃに入射する偏光方向の光（本実施形態においてはＳ偏光の光）に対し、液晶層において画素を構成する液晶に電圧が印加されているときは、当該液晶に入射した光は、反射層で反射して液晶層から出射するときにその光を９０°偏光する（Ｐ偏光に変換する）ように、偏光ビームスプリッタ２３ａと液晶表示素子２３ｃが配置されている。したがって、上述した構成の場合、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで反射されたＳ偏光の光は、液晶層において画素を構成する液晶のうち、電圧が印加された液晶に入射したときは、Ｐ偏光の光に変換されて液晶層から出射する。一方、画素を構成する液晶に電圧が印加されていないときは、当該液晶に入射したＳ偏光の光は、液晶層から出射するときに、Ｓ偏光の光のままで出射する。なお、以降の説明において、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで分離されて液晶表示素子２３ｃに入射したときに、電圧が印加された液晶において、当該光を９０°偏光させるように構成された、偏光ビームスプリッタ２３ａと液晶表示素子２３ｃの配置状態を「基準状態」と呼ぶ。
【００２７】
液晶表示素子２３ｃから出射した光は、再度偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂに入射するが、このとき、液晶表示素子２３ｃの液晶層において画素を構成する液晶のうち、電圧が印加されてない液晶に入射した光は液晶表示素子２３ｃを出射したときもＳ偏光の光であるため、光分離面２３ｂで反射するが、電圧が印加されている液晶に入射してＰ偏光に変換されて液晶表示素子２３ｃを出射した光は、光分離面２３ｂを透過して図示しない投射光学系に入射する。投射光学系は、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂを透過したＰ偏光の光を被検査体２０に投射することにより、この投射光学系で設定された倍率で、液晶表示素子２３ｃの表示領域の像（表示領域を構成する個々の画素である液晶の状態）を被検査体１２に投射する。
【００２８】
以上より、液晶表示素子２３ｃの液晶層において画素を構成する液晶の各々に対して、電圧を印加する・印可しないを制御することにより、電圧が印加された画素に対しては明るい像（明線）として、また、電圧が印加されない画素に対しては暗い像（暗線）として（換言すると、液晶表示素子２３ｃの表示領域（例えば、液晶層の表面とする）の像として）、投射光学系を介して被検査体１２に投射することができる。
【００２９】
なお、以上の説明においては、偏向ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂが、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するものとして説明したが、逆の構成でもよい。また、液晶表示素子２３ｃの液晶層において画素を構成する液晶に電圧を印加したときに入射した光を９０°偏光し、電圧を印加していないときに偏光しないものとして説明したが、逆の構成でもよい。また、図３（ａ）に示すように、光源装置から放射された照明光を偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで反射させて液晶表示素子２３ｃに照射し、この液晶表示素子２３ｃから出射した光をビーム偏光スプリッタ２３ａの光分離面２３ｂを透過させて投射光学系に入射させるように構成した場合について説明したが、偏向ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂを透過した光を液晶表示素子２３ｃに入射させ、液晶表示素子２３ｃを出射した光を光分離面２３ｂで反射させるように構成してもよい。
【００３０】
図２に示すように、投射ユニット２３は、カメラユニット２１の周囲に複数設けられていてもよい。複数の投射ユニット２３は、それぞれ異なる投射方向から被検査体１２にパターンを投射するよう配置される。このようにすれば、検査面における高さ差によって影となりパターンが投射されない領域を小さくすることができる。
【００３１】
また、以上の説明では、撮像ユニット２０を固定し、ＸＹステージ１６により被検査体１２をＸＹ方向に移動させるように構成した場合について説明したが、被検査体１２を固定し、撮像ユニット２０をＸＹ方向に移動させるように構成してもよい。
【００３２】
図１に示す制御ユニット３０は、本装置全体を統括的に制御するもので、ハードウエアとしては、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現され、ソフトウエアとしてはメモリにロードされた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。
【００３３】
図１には、制御ユニット３０の構成の一例が示されている。制御ユニット３０は、検査制御部３１と記憶部であるメモリ３５とを含んで構成される。検査制御部３１は、高さ測定部３２と検査データ処理部３３と検査部３４とを含んで構成される。また、検査装置１０は、ユーザまたは他の装置からの入力を受け付けるための入力部３６と、検査に関連する情報を出力するための出力部３７とを備えており、入力部３６及び出力部３７はそれぞれ制御ユニット３０に接続されている。入力部３６は例えば、ユーザからの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段や、他の装置との通信をするための通信手段を含む。出力部３７は、ディスプレイやプリンタ等の公知の出力手段を含む。
【００３４】
検査制御部３１は、入力部３６からの入力及びメモリ３５に記憶されている検査関連情報に基づいて、検査のための各種制御処理を実行するよう構成されている。検査関連情報には、被検査体１２の２次元画像データ、被検査体１２の高さマップ、及び基板検査データが含まれる。検査に先立って、検査データ処理部３３は、すべての検査項目に合格することが保証されている被検査体１２の２次元画像データ及び高さマップを使用して基板検査データを作成する。検査部３４は、作成済みの基板検査データと、検査されるべき被検査体１２の２次元画像データ及び高さマップとに基づいて検査を実行する。
【００３５】
基板検査データは基板の品種ごとに作成される検査データである。基板検査データはいわば、その基板に塗布されたハンダごとの検査データの集合体である。各ハンダの検査データは、そのハンダに必要な検査項目、各検査項目についての画像データ上の検査区域である検査ウインドウ、及び各検査項目について良否判定の基準となる検査基準を含む。検査ウインドウは各検査項目について１つまたは複数設定される。例えばハンダの塗布状態の良否を判定する検査項目においては通常、その部品のハンダ塗布領域の数と同数の検査ウインドウがハンダ塗布領域の配置に対応する配置で設定される。また、被検査体画像データに所定の画像処理をした画像データを使用する検査項目については、その画像処理の内容も検査データに含まれる。
【００３６】
検査データ処理部３３は、基板検査データ作成処理として、その基板に合わせて検査データの各項目を設定する。例えば検査データ処理部３３は、その基板のハンダレイアウトに適合するように各検査ウインドウの位置及び大きさを各検査項目について自動的に設定する。検査データ処理部３３は、検査データのうち一部の項目についてユーザの入力を受け付けるようにしてもよい。例えば、検査データ処理部３３は、ユーザによる検査基準のチューニングを受け入れるようにしてもよい。検査基準は高さ情報を用いて設定されてもよい。
【００３７】
検査制御部３１は、基板検査データ作成の前処理として被検査体１２の撮像処理を実行する。この被検査体１２はすべての検査項目に合格しているものが用いられる。撮像処理は上述のように、照明ユニット２２により被検査体１２を照明しつつ撮像ユニット２０と検査テーブル１４との相対移動を制御し、被検査体１２の部分画像を順次撮像することにより行われる。被検査体１２の全体がカバーされるように複数の部分画像が撮像される。検査制御部３１は、これら複数の部分画像を合成し、被検査体１２の検査面全体を含む基板全面画像データを生成する。検査制御部３１は、メモリ３５に基板全面画像データを記憶する。
【００３８】
また、検査制御部３１は、高さマップ作成のための前処理として、投射ユニット２３により被検査体１２にパターンを投射しつつ撮像ユニット２０と検査テーブル１４との相対移動を制御し、被検査体１２のパターン画像を分割して順次撮像する。投射されるパターンは好ましくは、ＰＭＰ法に基づきサインカーブに従って明るさが変化する縞パターンである。検査制御部３１は、撮像した分割画像を合成し、被検査体１２の検査面全体のパターン画像データを生成する。検査制御部３１は、メモリ３５にパターン画像データを記憶する。なお、全体ではなく検査面の一部についてパターン画像データを生成するようにしてもよい。
【００３９】
高さ測定部３２は、パターン画像データ上のパターンの像に基づいて被検査体１２の検査面全体の高さマップを作成する。高さ測定部３２はまず、パターン画像データと基準パターン画像データ（基準面にパターンを投射した状態でカメラユニット２１により撮像された画像データ）との局所的な位相差を画像データ全体について求めることにより、被検査体１２の検査面の位相差マップを求める。高さ測定部３２は、高さ測定の基準となる基準面と位相差マップとに基づいて被検査体１２の高さマップを作成する。基準面は例えば、検査される電子回路基板の基板表面である。基準面は必ずしも平面ではなくてもよく、基板の反り等の変形が反映された曲面であってもよい。
【００４０】
高さ測定部３２は、具体的には、パターン画像データの各画素と、当該画素に対応する基準パターン画像データの画素とで縞パターンの位相差を求める。高さ測定部３２は、位相差を高さ情報に換算する。高さ情報への換算は、当該画素近傍における局所的な縞幅を用いて行われる。パターン画像データ上の縞幅が場所により異なるのを補償するためである。検査面上での位置により投射ユニット２３からの距離が異なるために、基準パターンの縞幅が一定であっても、検査面のパターン投射領域の一端から他端へと線形に縞幅が変化してしまうからである。高さ測定部３２は、換算された高さ情報と基準面とに基づいて基準面からの高さ情報を取得し、被検査体１２の高さマップを作成する。
【００４１】
検査制御部３１は、被検査体１２の高さマップが有する高さ情報を被検査体１２の２次元画像データの各画素に対応づけることにより、高さ分布を有する被検査体画像データを作成してもよい。検査制御部３１は、高さ分布付き被検査体画像データに基づいて被検査体１２の３次元モデリング表示を行うようにしてもよい。また、検査制御部３１は、２次元の被検査体画像データに高さ分布を重ね合わせて出力部３７に表示してもよい。例えば、被検査体画像データを高さ分布により色分け表示するようにしてもよい。
【００４２】
以下に、このような検査装置１０において、投射ユニット２３によりパターンを投射して高さ情報を取得する方法について説明する。
【００４３】
まず、縞パターンを用いたＰＭＰ法による高さ情報の取得方法について説明する。縞パターン投射領域の１つの計測点に着目すると、空間的に位相の開始位置をずらしながら縞パターンを投射したときに（言い換えれば、縞の反復する方向に縞パターンを走査したときに）、その計測点の明るさは周期的に変動する。色や反射率等の計測点の表面特性に応じて計測点ごとに平均の明るさは異なるものの、どの計測点においても縞パターンに対応する周期的な明るさ変動が生じる。よって、計測点を例えば最も明るくするときの縞パターンの位相がその計測点の高さ情報を表すことになる。一般化すれば、周期的明るさ変動の初期位相が各計測点の高さ情報を与えると言える。
【００４４】
このような縞パターンによる特性を用いて、ＰＭＰ法による高さ情報の取得方法は、周期の異なる少なくとも２種のパターンを使用して高さ情報を取得する。長周期（つまり太い縞）の第１パターンにより大まかな高さ情報（ラフ高さ）を取得し、短周期（細い縞）の第２パターンで精密な高さ情報を取得する。上述したようにＰＭＰ法は位相に基づき高さ情報を取得するので、高さ差が大きく縞が１周期以上ずれてしまうと高さ情報を一意に特定することができない。第１パターンを併用してラフ高さを求めておくことにより、第２パターンを投射したときに縞が１周期以上ずれている場合にも高さ情報を一意に特定することが可能となる。
【００４５】
このように複数の異なるパターンでそれぞれ高さ情報を取得し、それらの結果を総合して高さマップを求める場合には、一般にパターンごとに個別的に投射し撮像することになると考えられる。ＰＭＰ法では原理的に１種の縞パターンについて位相の開始位置をずらして少なくとも３回、典型的には４回の撮像が必要とされている。縞パターンが正弦波であることに対応して各計測点の明るさ変動も正弦波となる。縞のピッチは既知であるから、明るさの平均値、振幅、及び初期位相が明らかとなれば明るさ変動を表す正弦波が特定される。
【００４６】
少なくとも３枚の撮像画像データから計測点の明るさの測定値を得ることにより、明るさの平均値、振幅、及び初期位相の３つの変数を決定することができる。また、１つの縞パターンを、９０度ずつ位相の開始位置をずらして４回撮像したときのある画素の輝度をそれぞれＩ０〜Ｉ３とすると、その画素にあたる計測点の初期位相φはｔａｎ（φ）＝（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ２−Ｉ０）で表されることが知られている。縞パターンのピッチをＰとすると縞パターンのずれ量はＰ×（φ／２π）で求められる。パターンの投射角度を用いてパターンずれ量からその位置の高さ情報を取得することができる。
【００４７】
長周期の第１パターン及び短周期の第２パターンからなる２種のパターンを用いれば少なくとも６回または８回の撮像をすることになる。１つの被検査体１２を検査するために、複数の部分領域を撮像して全体画像データを得るようにしている。
【００４８】
図４において、（ａ）に示すように、基準平面Ｓに対して投射ユニット２３により縞パターンを投射してカメラユニット２１で撮像した画像データから得られる位相を（ｃ）に示し、（ｂ）に示すように、この基準平面Ｓ上に物体Ｏを載置した状態で同じ縞パターンを投射して撮像した画像データから得られる位相を（ｄ）に示すと、物体Ｏの高さはこれらの位相のずれ量（位相差＝測定した位相−基準平面の位相）から算出することができる。この位相差はカメラユニット２１で撮像した画像データの画素ごとに計算することができ、画素ごとに求められた位相差に係数を乗算することで、その画素に対応した位置の高さが算出される。この係数は、例えば、ｔａｎ（投射角度）×縞ピッチ／２πで求められる。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、本実施形態の撮像ユニット２０を構成するカメラユニット２１の撮像領域（視野）Ｒｃは矩形形状を有している。また、投射ユニット２３の液晶表示素子２３ｃの表示領域Ｒｓも矩形領域を有しており、その結果、この表示領域Ｒｓの投射領域Ｒｐも矩形領域となる。なお、図５は、左側に矩形領域Ｒｃ，Ｒｓ，Ｒｐが正方形である場合を示し、右側に矩形領域Ｒｃ，Ｒｓ，Ｒｐが長方形である場合を示している。
【００５０】
本実施形態に係る検査装置１０は、図５に示すように、カメラユニット２１の撮像領域（視野）Ｒｃに対して、投射ユニット２３（液晶表示素子２３ｃの表示領域Ｒｓ）を、矩形形状の撮像領域Ｒｃの対角線方向に配置している。なお、図５においては、１台の投射ユニット２３を示しているが、撮像領域Ｒｃのいずれか一つの対角線方向に対向するように２台の投射ユニット２３を配置してもよいし、撮像領域Ｒｃの２つの対角線のそれぞれに対して４台の投射ユニット２３を配置してもよいし、撮像領域Ｒｃを囲むように３台の投射ユニット２３を配置してもよい。
【００５１】
図５（ａ）から明らかなように、カメラユニット２１の矩形形状の撮像領域Ｒｃの対角線方向に投射ユニット２３を配置すると、上述した偏光ビームスプリッタ２３ａと液晶表示素子２３ｃが基準状態にあるときは、この投射ユニット２３の矩形形状の投射領域Ｒｐの各辺は、矩形形状の撮像領域Ｒｃの各辺に対して斜めになるように配置される（図５（ａ）では、撮像領域Ｒｃの各辺に対して投射領域Ｒｐの各辺が４５°傾いた場合を示している）。そのため、撮像領域Ｒｃの全ての領域に対して、投射ユニット２３の液晶表示素子２３ｃの表示領域Ｒｓの像を投射しようとすると、投射領域Ｒｐは、少なくとも撮像領域Ｒｃに外接する矩形としなければならず（換言すると、投射領域Ｒｐが撮像領域Ｒｃを内包する）、投射領域Ｒｐの面積は撮像領域Ｒｃの面積の倍以上となってしまう。すなわち、投射ユニット２３の投射光学系の倍率を大きくする必要がある。投射光学系の倍率を大きくすると、液晶表示素子２３ｃの表示領域Ｒｓに形成された縞パターンのピッチが拡大されて投射領域Ｒｐに投射されるので、被検査体１２上に投射される縞パターンのピッチを十分細くすることができない。また、投射された縞パターンをカメラユニット２１で撮像することにより被検査体１２の高さ情報を取得するが、投射光学系の倍率が高くなると、投射された縞パターンのコントラストが低下するので、取得される高さ情報の精度が低くなってしまう。
【００５２】
そこで、本実施形態に係る検査装置１０では、図３（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、投射ユニット２３の液晶表示素子２３ｃを回転させることにより、矩形形状の撮像領域Ｒｃの各辺と、矩形形状の投射領域Ｒｐの各辺とが略同一方向を向くように配置する。具体的には、液晶表示素子２３ｃの表示領域Ｒｓを回転させることにより、投射領域Ｒｐを回転させる。図３（ｂ）では、基準状態の表示領域をＲｓとして示し、回転させた後の表示領域をＲｓ′として示している。また、液晶表示素子２３ｃの表示領域Ｒｓと同一平面上に投射した偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂをＲｒとして示している。矩形形状の撮像領域Ｒｃと投射領域Ｒｐの各辺が略同一方向を向くと、撮像領域Ｒｃと投射領域Ｒｐの面積は略同一でよいことになり、投射光学系の倍率を低くすることができる。そのため、被検査体１２上に投射される縞パターンのピッチを十分細くすることができ、またコントラストも向上させることができる。
【００５３】
なお、投射ユニット２３の液晶表示素子２３ｃの表示面（表示領域Ｒｓ）と、表示面（表示領域Ｒｓ）に形成された縞パターンが投射された投射面（投射領域Ｒｐ）と、投射光学系の主面とは平行に配置されていない。したがって、投射面（投射領域Ｒｐ）においてピントの合った縞パターンを投射するために、投射ユニット２３における表示面、投射面及び投射光学系の主面は、シャインプルーフの原理の条件を満たすように配置されている。ここで、図５（ｂ）に示すように表示領域Ｒｓを回転させるときに、投射ユニット２３全体を回転させるとシャインプルーフの原理の条件を満たさなくなってしまう。また、投射ユニット２３全体を回転させると、光源装置等の位置が変わるため、撮像ユニット２０をコンパクトに構成できなくなる可能性がある。
【００５４】
したがって、本実施形態に係る検査装置１０においては、シャインプルーフの原理の条件を維持するために、液晶表示素子２３ｃを、表示面（表示領域Ｒｓ）が同一平面上に位置するようにしながら回転させる（表示面（表示領域Ｒｓ）の法線方向に延びる所定の軸を中心に回転させる）ように構成されている。液晶表示素子２３ｃを回転させたとしても、表示面（表示領域Ｒｓ）が同一平面上にあれば、シャインプルーフの原理の条件を維持することができる。
【００５５】
図６は、液晶表示素子２３ｃの画素に対応する液晶に、電圧を印加したとき（電圧オンのとき）と電圧を印加しなかったとき（電圧オフのとき）の輝度の値であって、基準状態のときの液晶表示素子２３ｃの角度を０°として、液晶表示素子２３ｃを基準状態から回転させたときの、カメラユニット２１で撮像した画像データの回転角度に応じた輝度を示している。なお、回転角度が０°のときは、図５（ａ）に示すように、撮像領域Ｒｃの各辺に対して投射領域Ｒｐの各辺が４５°傾いて配置されているものとする。
【００５６】
なお、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光はその偏光方向が９０°異なっているため、液晶表示素子２３ｃを基準状態（０°）から４５°回転させると、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで反射したＳ偏光の光は、液晶表示素子２３ｃに対してはＰ偏光の光となる。液晶表示素子２３ｃは、Ｐ偏光の光に対しては、液晶に電圧が印加されているときは、当該液晶に入射したＰ偏光の光は、液晶層から出射するときに、Ｐ偏光の光のままで出射し、液晶に電圧が印加されていないときは、液晶層から出射するときに、Ｓ偏光の光に変換されて出射するように構成されている。なお、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂは回転していないため、液晶層から出射したＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２３ａに対してはＳ偏光の光であり、液晶層から出射したＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２３ａに対してはＰ偏光の光である。したがって、液晶表示素子２３ｃが４５°回転されているときは、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで反射して液晶表示素子２３ｃに入射するＳ偏光の光は、電圧が印可された液晶においては、Ｓ偏光の光として再度偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂに入射してこの光分離面２３ｂで反射され、電圧が印加されていない液晶においては、Ｐ偏光の光として再度変更ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂに入射してこの光分離面２３ｂを透過して、投射光学系により投射面に投射される。すなわち、液晶表示素子２３ｃの回転角度が４５°のときは、０°のときに対して、電圧が印加されたときと電圧が印可されないときの液晶による偏光方向の変換の作用が反対となる。
【００５７】
したがって、図６から明らかなように、基準状態のとき（液晶表示素子２３ｃの回転角度が０°のとき）に、電圧が印加されている液晶からはＰ偏光の光が出射し、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂを透過して投射光学系により被検査体１２に対して明るい像（縞パターンの白の部分）として投射されるが、液晶表示素子２３ｃの回転角度が４５°に近づくと、電圧が印加されている液晶からはＳ偏光の光が出射するため、偏光ビームスプリッタ２３ａの光分離面２３ｂで反射されて投射光学系には入射しないので、被検査体１２に対して暗い像（縞パターンの黒の部分）として投射される。同様に、電圧が印加されていない液晶からは、回転角度が０°のときはＳ偏光の光が出射し、回転角度が４５°に近づくとＰ偏光の光が出射するため、被検査体１２に対しては、回転角度が０°のときは暗い像（縞パターンの黒の部分）として投射され、回転角度が４５°に近づくと明るい像（縞パターンの白の部分）として投射されることとなる。
【００５８】
図７に、液晶表示素子２３ｃの回転角度と、投射された縞パターンのコントラストとの関係を示す。なお、コントラストはＭＴＦ（Modulation Transfer Function）値として示す。図７から明らかなように、液晶表示素子２３ｃの回転角度が４５°のときよりも、さらに回転させた５３°の方がＭＴＦ値が高くなっている（コントラストがよくなっている）ことがわかる。このように、ＭＴＦ値が高くなる状態は、図６から明らかなように、電圧が印加されていない（電圧がオフ）の液晶における輝度（縞パターンの白の部分の輝度）が最大値になる回転角度ではなく、電圧が印加されている（電圧がオン）の液晶における輝度（縞パターンの黒の部分の輝度）が最小値になる回転角度である。換言すると、電圧が印加された（電圧がオンの）液晶に対応する像の輝度及び電圧が印加されていない（電圧がオフの）液晶に対応する像の輝度のうち、回転に応じて基準状態の輝度から減少する輝度の最小値に対応する回転角度になるように、液晶表示素子２３ｃの位置を設定すると、コントラストが向上する。
【００５９】
図５（ｃ）に示すように、液晶表示素子２３ｃの回転角度が４５°を超えると、投射領域Ｒｐは４５°のときよりも若干大きくなるため、投射光学系の倍率は高くなるが、コントラストがより高くなるため、被検査体１２の高さ情報の精度を向上させることができる。
【００６０】
なお、図５では、カメラユニット２１の撮像領域Ｒｃと投射ユニット２３の投射領域Ｒｃ（表示領域Ｒｓ）の両方が、正方形の場合と長方形の場合について示しているが、いずれか一方が正方形で他方が長方形の場合も同様である。
【００６１】
それでは、図８を用いて、液晶表示素子２３ｃの位置決定方法（回転角度を決定する方法）について説明する。なお、検査テーブル１４上には、被検査体１２の代わりに基準となる平面（例えばグレーチャートであって、以下「基準平面」と呼ぶ）を配置しておくものとする。また、液晶表示素子２３ｃの表示面に表示される縞パターンは、白い縞と黒い縞が階段状に変化する矩形波であるとする。矩形波の縞パターンは線幅が太いため、正弦波より輝度の最小値を求めるのが容易である。上述した基準状態においては、電圧が印加された（電圧オンの）液晶（画素）が白色となり、電圧が印可されていない（電圧オフの）液晶（画素）が黒色となる。また、液晶表示素子２３ｃの位置（回転角度）は、作業者が手動で回転させる場合について説明するが、液晶表示素子２３ｃを回転させるアクチュエータを設け、制御ユニット３０によりアクチュエータの作動を制御するように構成してもよい。
【００６２】
まず、作業者は、液晶表示素子２３ｃを、上述した基準状態（回転角度θ＝０°）に設定する（ステップＳ１００）。なお、基準状態は、上述したように、矩形形状の撮像領域Ｒｃの各辺に対して、矩形形状の投射領域Ｒｐの各辺が４５°傾いて配置されている。そして、制御ユニット３０は、投射ユニット２３の作動を制御して、液晶表示素子２３ｃの表示面に矩形波の縞パターンを形成し、基準平面に対してこの矩形波の縞パターンを投射し、カメラユニット２１で撮像する（ステップＳ１１０）。制御ユニット３０は、カメラユニット２１で撮像された画像データから、電圧オンの液晶に対応する像の輝度、及び、電圧オフの液晶に対応する像の輝度を取得し（ステップＳ１２０）、取得された輝度とそのときの回転角度θを対応づけてメモリ３５に記憶する（ステップＳ１３０）。なお、回転角度θは、作業者が入力部３６から入力してもよいし、液晶表示素子２３ｃに角度検出器を設け、制御ユニット３０が角度検出器から取得するようにしてもよい。
【００６３】
次に、作業者は、液晶表示素子２３ｃを、現在の位置から所定の角度Δθだけ回転させ（ステップＳ１４０）、回転させた後の回転角度θが９０°以上であるか否かを判断する（ステップＳ１５０）。液晶表示素子２３ｃを９０°回転させた状態は、表示面に表示するパターンを９０°回転させることにより、基準状態に戻るからである。作業者が、液晶表示素子２３ｃの回転角度θが９０°より小さいと判断した場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、作業者は、ステップＳ１１０に戻って処理を繰り返す。作業者が、液晶表示素子２３ｃの回転角度θが９０°以上であると判断した場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、制御ユニット３０は、メモリに記憶されている輝度（電圧が印加された液晶からなる領域に対応する像の輝度及び電圧が印加されていない液晶からなる領域に対応する像の輝度）のうち、液晶表示素子２３ｃの回転に応じて基準状態の輝度から減少する輝度の最小値に対応する回転角度（これを「最適角度」と呼ぶ）を、液晶表示素子２３ｃの位置として決定し、メモリ３５に記憶するか出力部３７に出力する（ステップＳ１６０）。なお、液晶表示素子２３ｃの回転をアクチュエータで行うように構成されている場合は、制御ユニット３０はアクチュエータの作動を制御して、液晶表示素子２３ｃの回転角度を、最適角度に設定する。
【００６４】
本実施形態においては、図６等に示すように、電圧オンの輝度の最小値に対応する角度を液晶表示素子２３ｃの回転角度として決定し、液晶表示素子２３ｃを決定された回転角度に設定する。図６の場合、液晶表示素子２３ｃの回転角度（最適角度）は５３°に設定することが望ましい。
【００６５】
なお、上述した構成の場合、液晶表示素子２３ｃの回転角度は、おおよそ２０°から６０°の間であるため、ステップＳ１００における液晶表示素子２３ｃの回転角度の初期値を２０°に設定し、ステップＳ１５０の輝度計測終了の判断をするための回転角度を６０°に設定してもよい。
【００６６】
本実施形態に係る検査装置１０において、投射ユニット２３の液晶表示素子２３ｃの基準状態からの回転角度を以上の処理により決定すると、投射ユニット２３により投射される縞パターンの投射領域（Ｒｐ）の面積を可能な限り狭くする（投射ユニット２３の投射光学系の倍率を低くする）ことにより、より細かい縞パターンであって、コントラストが高い縞パターンを被検査体１２に投射することができるので、この投射ユニット２３を有する検査装置１０において測定される被検査体１２の高さ情報の精度を向上させることができる。
【００６７】
投射ユニット２３において、偏光ビームスプリッタ２３ａを固定した状態で液晶表示素子２３ｃを回転させる（表示面（表示領域Ｒｓ）が同一平面上に位置するようにしながら回転させる）と、基準状態にあるとき（回転角度が０°のとき）と回転角度が４５°のときで、液晶表示素子２３ｃの表示面の状態（液晶層の液晶の電圧の印加の有無の状態）と投射領域に投射される像の輝度との関係が逆になる。具体的には、回転角度が０°のときの白色の像（明線）は、回転角度が４５°のときは黒色の像（暗線）となり、回転角度が０°のときの黒色の像（暗線）は、回転角度が４５°のときは白色の像（明線）となる。したがって、回転角度が０°のときに投射領域Ｒｐに投射される縞パターンと同一の縞パターンを、回転角度が４５°のときに投射するときは、白と黒の領域を反転させる（電圧がオンの領域はオフにし、電圧がオフの領域はオンにする（中間の電圧値があるときは、中心値に対して反転させる））ことが必要である。
【００６８】
上述した構成のＬＣＯＳを用いた液晶表示素子２３ｃの場合、液晶層を構成する液晶は、電圧に応じて配向角度（動的スイッチング角度）が変化するが、電圧が印加されたときの理想的な角度は４５°である。しかし、実際には、４５°にならない場合があり、また、この角度は温度に依存する。これにより、図６に示すように、電圧がオンのときとオフのときとで、輝度のピークが異なる。そのため、本実施形態に係る液晶表示素子２３ｃの位置決定方法により液晶表示素子２３ｃを最適角度に決定することにより、カメラユニット２１で撮像されるパターン画像データのコントラストを高くして、このパターン画像データから算出される高さ情報の精度を高くすることができる。
【００６９】
なお、以上の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
１０  検査装置
２１  カメラユニット
２３  投射ユニット
２３ａ  偏光ビームスプリッタ（光分岐素子）
２３ｃ  液晶表示素子
【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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