(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装抵抗器が搭載されたプリント基板上の抵抗器におけるピーク温度を測定するための熱分析を用いるサーモグラフの分解能評価方法であって、
略同一平面上に、赤外線放射率が高い第１の領域と、前記第１の領域に隣接し赤外線放射率が低い第２の領域とが隣接して形成されたチャートを準備し、
前記チャートを測定温度まで昇温して赤外線サーモグラフで前記第１の領域と前記第２の領域とをその境界を挟んで撮像し、
撮像したデータを処理して位置と応答との関係を求めることにより得られた温度分布のステップ応答実測値とステップ応答理論値との違いを利用して、サーモグラフ用のレンズの分解能を評価する
ことを特徴とするサーモグラフの分解能評価方法。
【請求項２】
略同一平面上に、赤外線放射率が高い第１の領域と、前記第１の領域に隣接し赤外線放射率が低い第２の領域とからなるパターンにより形成されたチャートを準備し、
前記チャートを測定温度まで昇温して赤外線サーモグラフで前記第１の領域と前記第２の領域とをその境界を挟んで撮像し、
撮像したデータをコルトマンの式により補正することでＭＴＦを推定する
ことを特徴とするサーモグラフの分解能評価方法。
【請求項３】
さらに、格子縞模様パターンを用いて、推定した前記ＭＴＦが正しいか検証するステップであって、
測定のデータは縦軸をＣ（０）において０から１までに正規化し、
比較用の計算値として、前記格子縞模様パターンの２次元離散フーリエ変換処理を行い、空間周波数領域にパターン変換し、
各空間周波数フィルタ伝達関数の積算を行い、
離散フーリエ逆変換処理を行って温度値空間領域での０から１に正規化された温度分布に戻した値として比較することで、レンズでＭＴＦ、ＳＷＲＦ測定値を利用した波形計算値と実測値との一致を評価することを特徴とする請求項２に記載のサーモグラフの分解能評価方法。
【請求項４】
昇温させる前記測定温度は、５０℃以上である請求項１から３までのいずれか１項に記載のサーモグラフの分解能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線放射を検出して温度を測定する機器の解像度を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高密度化が進み、加えて自動車の分野ではＥＣＵの高温環境下での使用が増加したこともあり、電子部品に求められる温度管理方法が厳しくなってきている。高温環境には比較的強いと言われている抵抗器も例外ではない。
【０００３】
表面実装抵抗器では、抵抗器で発生する熱の放熱割合は９割以上が端子部からの伝導によるプリント基板経由であり、抵抗器表面から周囲空間への熱伝達と輻射による放熱は僅か１割に満たない。このため、表面実装抵抗器では、使用温度環境を主たる放熱経路であり、部品と基板の境界である端子部の温度で規定するのが好ましい。
【０００４】
また、熱により破壊される部分は主としてホットスポットと呼ばれる発熱部であるため、故障解析などではホットスポット部の位置及び温度を正確に把握する技術が求められている。
【０００５】
（熱電対による測定）
部品の温度を測定する方法としては、熱電対で測定する方法がある。しかしながら、測定点が小さくなればなるほど測定誤差が大きくなってしまい、精度の良い測定は困難であった。具体的には、微小な熱電対を測定点に載置することが困難であり、熱結合させることはさらに難しい。また、熱電対の線部に熱が逃げてしまい温度が低下してしまったり、集中熱抵抗という問題が生じたりする等の問題がある。
【０００６】
（赤外線サーモグラフによる測定）
部品等における各部の温度を簡便に正確に測定する方法の１つとして、赤外線サーモグラフ法による測定方法がある。赤外線サーモグラフによれば、測定対象物から出ている赤外線放射エネルギーを検出し、見かけの温度に変換して温度分布を求めるものである。より詳細には、赤外線放射エネルギーを集光レンズにより集光し、検知器により検知した信号を電気的に処理する等により、温度に変換することができる。
【０００７】
このように、赤外線サーモグラフ法は、基板表面を広く観測しその温度等を確認する用途に適している（非特許文献１）。チャート紙を用いてレンズの測定を行う技術も開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３５０２８５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】防衛省規格Ｃ  ０２１３Ｂ（平成５年３月２２日制定、平成１９年６月１４日改正）（１−４１ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１２に示すように、部品、例えば抵抗器１００の抵抗体１０１におけるホットスポット１０５を測定しようとすると、ホットスポット１０５の直径は１００μｍ以下であることが多く、０．８ｍｍ×１．６ｍｍ程度の抵抗器１００においては、その温度測定位置が不確定になる上に、測定された温度の精度は空間的分解能に関係するため、どの程度の空間分解能が必要であるかを予め知ることが重要である。すなわち、表面実装抵抗器の表面ホットスポット（表面で最も高温になる部分）のような微小領域の温度を測定しようとすると高い解像度が要求される。そこで、通常のレンズを、より高拡大率のレンズに交換し、空間的な分解能を向上する方法を採る必要がある。
【００１１】
しかしながら、高拡大レンズを用いた場合には、その空間分解能と温度ピーク（またはディップ）検出能力の間には大きな開きがあり、正確な測定ができず、温度が正しく測定できていることを確認することが難しかった。
【００１２】
例えば、熱コントラストのあるチャート（測定用テストパターンを作り込んだ平板状の物体）が作製しにくいという問題もある。
【００１３】
例えば、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）とよばれる、レンズ（または検出系）のコントラストの再現性評価を空間周波数特性として表現した指標がある。しかしながら、同じレンズを使用した光学系でありながら、可視光のレンズでは使用されていたが、赤外線サーモグラフ（赤外線放射温度計）に関する報告はない。
【００１４】
また、光学的コントラストは白と黒との解像度として把握されるが、赤外線的コントラストは、高温部／低温部のコントラストで表現する必要がある。しかしながら、熱は物質の持つ熱伝導度に比例して高い部分から低い部分へ移動するため、温度の高温部／低温部のコントラストをつくり出しそのまま維持することが難しい。
【００１５】
また、サーモグラフは絶対基準が無く測定値が曖昧であるという問題がある。
赤外線サーモグラフ法による観察では、多くの場合、既知の温度測定結果との比較から温度を推定しているに過ぎない。従って、温度の値を測定する測定器としては信頼性が低く、特に微小領域の温度を測定する場合には、前述のＭＴＦの問題がある。さらに、温度を校正するために非特許文献１のようなスリット法を用いた場合でも測定が不確かなままであった。
【００１６】
例えば、上記非特許文献１では、熱源の前にスリットをおいて熱源の高温部とスリットの低温部分のコントラストを作り出して測定をしている。これにより高温部と低温部のコントラストを作り出せて実際の温度は測定できる。しかしながら、高温部は赤外線が通過する開口部となっており、格子縞模様を作ろうとすると、精度良く開口させた格子縞を作成することは難しい。また、回折効果から余分な「にじみ」（ラインスプレッドファンクション）が発生したり、高温部とスリット部の間に距離があるため双方に焦点を合わせることが困難であったりという問題があった。また、解像度を上げるためレンズの拡大率が上がるほど焦点距離が短くなり焦点のズレが大きくなるという問題もある。フォーカスのずれを無くすためにスリット面と高温面の間隔を狭めると、熱源との間隔が狭くなるためスリットの温度が上昇してきてしまいコントラストが確保できなくなってしまうという問題があった。
【００１７】
また、特許文献１では、チャート紙を用いてレンズの測定を行う方法とシステムが開示されている、しかしこの測定システムは、白と黒のコントラスト（エッジ）が形成されるように紙に印刷して作製したチャート紙を用いて可視光を測定しようとするものであり、白と黒とで赤外線放射的に差異がないため赤外線領域では使用できない。このように、光学的なコントラストのチャート紙であれば細かなパターンを一枚に容易に作り込むことができるが、温度差のコントラストを作り込むことはできなかった。
【００１８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、微小領域の温度測定を行う場合において、例えば１枚のチャートに、温度差のコントラストを観測できるパターンを作り込むことができる技術を提供することを目的とする。さらに、簡便に赤外線サーモグラフの解像度を測定することができる技術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】
【００１９】
本発明の一観点によれば、略同一平面上に、赤外線放射率が高い第１の領域と、前記第１の領域に隣接し赤外線放射率が低い第２の領域とからなるパターンを有することを特徴とするサーモグラフの分解能評価用パターンが提供される。
【００２０】
また、本発明は、略同一平面上に、赤外線放射率が高い第１の領域と、前記第１の領域に隣接し赤外線放射率が低い第２の領域とが隣接して形成されたチャートを準備し、前記チャートを測定温度まで昇温して赤外線サーモグラフで前記第１の領域と前記第２の領域とをその境界を挟んで撮像し、撮像したデータを処理して位置と応答との関係を求め、サーモグラフ用のレンズの分解能を評価することを特徴とするサーモグラフの分解能評価方法である。
【００２１】
また、本発明は、略同一平面上に、赤外線放射率が高い第１の領域と、前記第１の領域に隣接し赤外線放射率が低い第２の領域とからなるパターンにより形成されたチャートを準備し、前記チャートを測定温度まで昇温して赤外線サーモグラフで前記第１の領域と前記第２の領域とをその境界を挟んで撮像し、撮像したデータをコルトマンの式により補正することでＭＴＦを推定することを特徴とするサーモグラフの分解能評価方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、赤外線サーモグラフの解像度を精度良く評価する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】赤外線サーモグラフ装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図２】０．２ｍｍ幅のみに高温部を持つ理想的の温度分布（ステップ入力）に対して、様々なカットオフ空間周波数（ｆｃ）をもつガウシャンフィルタを通過させた場合の出力応答を計算した例を示す図である。
【図３Ａ】本実施の形態によるステップ応答の測定技術を示す図であり、レンズの分解測定用のパターンを含む分解能測定系の斜視図である。
【図３Ｂ】本実施の形態によるステップ応答の測定技術を示す図であり、レンズの分解能を測定するための測定パターンの断面図である。
【図４】サーモグラフのステップ応答のレンズ依存を示す図である。
【図５Ａ】測定用ストライプパターンであり、ｆｂとして、０．１２５、０．２５、０．５、１、２、４、８、１６ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍの８種を作製した様子を示す図である。
【図５Ｂ】コルトマンの補正によりＳＷＲＦをＭＴＦに変換する様子を示す図である。
【図６】図５Ａ，Ｂの測定結果を示す図である。
【図７】市松模様の格子縞パターン例を示す図である。
【図８】様々な大きさの市松模様をＬＴＣＣ上に形成し、実測値と波形合成値とを比較した結果を示す図である。
【図９】本実施の形態による処理の流れの一例を示す図である。
【図１０Ａ】下図は、１６０８ｍｍサイズ面実装抵抗器の斜視図である。上図は、各種のレンズを用いた場合の温度の位置依存性の実測値を示す図である。
【図１０Ｂ】ガウシャンフィルタの通過計算値の温度の位置依存性を示す計算値であり、２５μｍレンズにて測定した結果を真値と仮定し、この真値（２次元温度分布画像）を様々な半波長を持つガウシャンフィルタを通過させた場合の計算結果を示す図である。
【図１１】市松模様のパターンの変形例である同心円状パターンの一例を示す図である。
【図１２】抵抗器などの部品における表面ホットスポットを測定する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書において、解像度とは、拡大率とＭＴＦによる低下分を含んだものである。
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフの分解能の評価用パターン及び赤外線サーモグラフの分解能の評価方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
本実施の形態では、サーモグラフ法測定の指標となるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）を容易に推定し、最小何μｍ四方のみが高温（低温）の被写体のピーク（またはディップ）温度が正確に測定できるかを判断するための測定パターン及び測定方法を提供する。さらに、測定パターンを使用した測定方法から得られた結果を適切な関数を用いた変換を行うことで理論計算値に近い観察結果を得ることができる。
【００２７】
赤外線放射率が高い材料と、前記材料よりも赤外線放射率が低い材料を用いて、規則正しい繰り返しパターンを構成形成したサーモグラフ用分解能測定パターンを用いて、前記分解能測定パターン全体を加熱して温度上昇をさせ、赤外線サーモグラフ法で撮像して、それらの撮像のコントラストから測定系の分解能限界を読み取り、正弦波の再現率に換算する式により、その測定系のＭＴＦを測定する。そして適切な演算を用いることで測定精度の高い赤外線サーモグラフ法による温度測定を可能にする。
【００２８】
図１は、赤外線サーモグラフ装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、赤外線サーモグラフ装置１は、測定対象から放射される光を集光する集光レンズ３と、集光された光から赤外線を検知するＣＣＤなどの受光素子を含む検知部５と、検知された赤外線のエネルギーを温度に換算する処理等を行う処理部７と、温度に基づいて赤外線熱画像を表示等する出力部９とを有している。
【００２９】
以下、赤外線サーモグラフ法について詳細に説明する。赤外線サーモグラフ法は、赤外線の放射を検出し、非接触で温度が観察できる便利な方法であるが、実際には以下のように大きな問題がある。
【００３０】
例えば、集光レンズ３を交換して空間的な分解能を向上させただけでは、実際の測定精度を向上することができないことである。ここで注意しなければならないのは、ＣＣＤ素子の１画素に相当する面積が例えば１００μｍ四方となる近接拡大レンズを用いると、１００μｍ四方のみ高温になっているような部分の温度は正確に測定できないということである。その理由は、精度の劣化の原因が、当然考えられる画素と被測定部分との位置ずれの影響に起因するものだけではなく、レンズの解像度特性（ＭＴＦ）等の要因にもよるからである。
【００３１】
従って、測定にあたっては、一般に言われるように、最小測定範囲のさらに１／２〜１／４の拡大率を持つ近接拡大レンズが必要であり、そのうえで、どれだけ微小な面積まで、温度が正確に測定できるか、すなわち、測定精度を予め何らかの方法で確認しておく必要がある。
【００３２】
測定精度の確認方法としては、ある広さ（幅）のみに高温部を持つ（理想的）物体の温度測定を前提として、赤外線サーモグラフによる測定データから光学系の解像度特性（ＭＴＦ）を、解像度の高いレンズを用いたときの測定を、例えばガウシャンフィルタのカットオフ周波数（半波長値）を変えたときの高域成分の欠如として近似して確認することができる。
【００３３】
ＭＴＦを持ち測定値が曖昧であるサーモグラフ装置の検証を行うために、測定値を比較する基準として、ＭＴＦについて、ステップ応答波形理論値に既知の関数であるガウス関数を用いたフィルタ（以下、「ガウシャンフィルタ」と称する。）を通過させた波形を用いて比較を行った。
【００３４】
レンズを含め、測定系としてのＭＴＦの評価指標にガウシャンフィルタのカットオフ空間周波数を用いている理由は、ガウシャンフィルタが、最も良く知られているローパスフィルタとしての減衰特性が急峻な理想的なフィルタであるからである。但し、ガウシャンフィルタ以外のフィルタを用いても良い。
【００３５】
また、本実施の形態では、サーモグラフ法の拡大率を高めるために拡大レンズを使用している。以下においては、例えば、２００μｍ四方が１画素に相当する赤外線サーモグラフのレンズを２００μｍレンズ（通常）と称し、２５μｍ四方を１画素に拡大する近接拡大レンズを２５μｍレンズと称する。
【００３６】
図２は、０．２ｍｍ幅の領域のみに高温部を持つ理想的の温度分布（ステップ入力）に対して、１０〜５００の様々なカットオフ空間周波数（ｆｃ）をもつガウシャンフィルタを通過させた場合の出力応答を計算した例を示す図である。尚、カットオフ空間周波数ｆｃは、一般的には空間周波数ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍで示されるが、ここでは、比較しやすいように、レンズの表記である１ピクセルの大きさにあわせてｆｃの半波長μｍを使用した。
【００３７】
図２に示すように、ｆｃが低くなる（半波長が長くなる）と測定精度が低下し境界が検出しにくくなるとともに、ステップ入力値に比較しての測定のピークが低下していくことがわかる。このことより、赤外線サーモグラフ法においては、拡大率の低いレンズを使用した場合、微小な発熱点の温度を測定できていないことを理論的に示している。ここでは、２５μｍ以下である必要があることが示される。
【００３８】
以上の理論的考察を踏まえて、以下において、赤外線サーモグラフの分解能の評価用パターン及び赤外線サーモグラフの分解能の評価方法について具体的に説明する。
【００３９】
まず、以下に、本発明について行われた発明者の考察について説明する。
【００４０】
赤外線を発する物体の赤外線の放射強度は、物体（表面）の温度に強く依存する（温度Ｔの４乗）が、一方で放射は表面の赤外線放射率にも依存することが知られている。表面温度測定においては表面の放射率の影響を受けないように黒体と呼ばれる黒色のスプレーを表面に吹き付けるのが一般的である。
【００４１】
発明者は、材料等に依存する表面の放射率の違いに着目し、実際の温度ではなく赤外線放射的にコントラストを発生する材料を用いてパターンを作製することで各レンズのステップ応答実測値を取得し、赤外線サーモグラフ法のレンズの解像度を評価することに想到した。
【００４２】
赤外線放射率の高い絶縁体やソルダレジスト等は高温に観測されるが、Ａｕ、Ｃｕ等の金属表面は放射率が低いので実際には絶縁体部分と同じ温度であっても温度は低く観測される。
【００４３】
例えば５０℃などの測定目的とする温度におけるチャートの測定時において、測定対象とする基板全体を測定したい温度まで加熱することで、温度観測値の差を作り出すことができる。このように、コントラストを明確に作り出すために、チャートが変質・破損しない程度までであるが温度を上昇させることが好ましい。また、チャート等を加熱等により昇温させた状態で、チャートを赤外線サーモグラフによる測定を行うことで、加熱時の温度を精度良く評価することができる。
【００４４】
コントラストを明確にすることができるチャートについて以下に説明する。
【００４５】
セラミックスや樹脂材料は赤外線放射率が高いため、温度を高く観測する材料として適している。赤外線放射率の高い絶縁体としては、セラミックやガラス等の金属酸化物、樹脂、炭素などが好ましい。ガラスエポキシ、ベークライト等の樹脂、ＰＥＥＫ、ＡＢＳ、ＰＥＮ等のエンジニアリングプラスチック、ＬＴＣＣ、ＳｉＯ２等のセラミックス、ガラスや木材等は赤外線放射率が高く使用可能である。
【００４６】
ところで、使用時の耐熱性、入手しやすさ、パターン作製工程への適用しやすさ等を考慮すれば、電子部品等の基板として使用できるＳｉ基板、ガラス（サファイア）基板、ガラスエポキシ、ＬＴＣＣ、ガラスがより好ましい。
【００４７】
尚、これらの高赤外線放射率材料は、基板・バルクとしての使用に制限されない。基板として金属の板を使用し、その上に高赤外線放射率材料を形成しても良い。その場合の形成方法は、既知の方法のうちから選択すれば良く、印刷、スプレーコート、ディップコート、スピンコート、ロールコート等、材料に適した形成方法を選択すればよい。一例としては、金属板上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術により所定のパターンを成形し、カーボンペーストまたはソルダレジストを印刷形成するようにしても良い。
【００４８】
一方、金属光沢のある表面をもつ材料では、内部で自由に動く電子が邪魔をするため赤外線放射率が低く、温度が低く測定される。
【００４９】
このような低赤外線放射率材料として、表面が平滑で金属光沢を持つ材料であれば良く、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔなどの一般的な金属のほかにも、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｈ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎなどの金属や、真鍮、ニッケル合金、ニクロム、ステンレス等の合金を使用することができる。
【００５０】
これらの材料を用いる際に、表面を酸化させないようにし、研磨された状態であることがより好ましい。これらのうちでも、扱いやすさ、形成しやすさ、低い放射率から、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、真鍮などがより好ましい。或いは、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどでも良い。
【００５１】
低赤外線放射率材料の形成方法も特に限定されず、既知のプロセスが使用できる、例えば、溶射、スパッタ、蒸着等の物理的形成方法、ゾルゲル法、電解めっき法、無電解めっき法、ＣＶＤ、ナノ粒子塗布焼成、レジネート印刷焼成等の化学的方法をとることができる。
【００５２】
尚、低赤外線放射率材料に樹脂やガラス成分が含まれる方法（厚膜印刷方法等）では放射率の高い材料が含まれてしまうため、赤外線放射的なコントラストを付けることが難しくなってしまい好ましくない。
【００５３】
以上のように、本実施の形態による測定用のパターンでは、赤外線放射率の高い基板またはレジスト部等と、赤外線放射率の低い金属露出部等との間に赤外線放射率的に鋭利な境界（エッジ）を確保することが好ましい。鋭利なエッジが観測できるパターンであれば、特にその形状に制限されず、また、放射率の高い材料、低い材料の形成方法、およびその形成順にも制限されない。特に、測定したい温度への加熱により鋭利なエッジが形成されることが好ましい。
【００５４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。図３Ａ、図３Ｂは、本実施の形態によるステップ応答の測定技術を示す図であり、図３Ａはレンズの分解測定用のパターンを含む分解能測定系の一例を示す斜視図であり、図３Ｂはレンズの分解能を測定するための測定パターンの断面図である。
【００５５】
図３Ａ、図３Ｂに示すように、測定パターンが形成されたＰＣＢ．製の基板１５が、ホットプレートなどの加熱手段１１上に載せられている。基板１５には、互いに隣接する領域に、例えばソルダレジストなどの赤外線放射率の高い材料からなるレジスト層１７と、Ｃｕ金属などの赤外線放射率の低い材料からなる金属層１９が形成され、それらの境界位置にはエッジ２１が形成されている。基板１５にＣｕ金属層１９を形成し、それらの境界位置をエッジ２１としても同様に使用できる（図示無し）。
【００５６】
以下に、測定パターンの形成方法の例と、測定パターンを用いた評価方法の例について説明する。
【００５７】
１）フォトリソグラフィー工程とエッチング工程とを用いて、ガラスエポキシ製のプリント基板１５のＣｕ箔を取り除き、分解能測定用のパターンを形成する。Ｃｕパターンには酸化防止のためＡｕフラッシュめっきを形成した。
【００５８】
次に、パターンの一部にソルダレジストを印刷塗布し、金属層１９とソルダレジスト層１７とが表面方向に隣接した構造を有する最小単位のテストパターンを作製した。パターン幅及びパターン長さは、レンズの拡大率の１０倍以上とするため、１０ｍｍ×１０ｍｍとした。
【００５９】
２）加熱手段１１の一例として示すホットプレート上に、パターンが形成された基板１５を載せて密着させ、基板１５の全体の温度を周囲温度より＋５０度上昇させた。熱により、基板１５が反ってしまう場合には、基板１５の周囲を枠またはおもり等で抑えて密着性を保つようにすると良い。
【００６０】
３）赤外線サーモグラフ装置１に集光レンズ３を装着し、基板１５のパターン境界部（エッジ）２１を撮像してその温度分布を測定する。測定するレンズを変えて測定される温度分布と位置をプロットしてステップ応答を測定した。
【００６１】
図４は、サーモグラフステップ応答のレンズ依存を示す図である。レンズは、２５μｍレンズ、１００μｍレンズ、２００μｍレンズの３種のレンズを使用し、温度分布画像を撮像した。
【００６２】
４）赤外線放射率の高い部分と赤外線放射率の低い部分との境界を図４に示すようにグラフ化した。横軸は位置であり、縦軸は応答度（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）である。図４に示すように、被測定物である基板１５の条件をふくめ、集光レンズ３（と測定距離Ｌ）以外の条件が同じであっても、レンズの条件に依存して測定値は大きく異なることが確認できた。
【００６３】
その中でも、高拡大率の２５μｍレンズを用いた場合には測定データが理想状態の波形に近く、赤外線放射率の差が温度差として測定できていることがわかる。低拡大率の２００μｍレンズの測定データでは境界のエッジがぼやけてしまい、ステップ応答が測定できていない。温度を精度良く測定するためには拡大率の高いレンズ、例えば、２５μｍレンズが必要であることが確認できた。
【００６４】
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態による赤外線サーモグラフの分解能の評価用パターン及び赤外線サーモグラフの分解能の評価方法に用いる測定用のパターンとして、赤外線放射率の高い基板またはレジスト部等と、赤外線放射率の低い金属露出部等との間に、加熱などにより赤外線放射率的に鋭利な境界（エッジ）を確保できるパターンを用いることで、簡単な測定用パターンにより、赤外線サーモグラフの分解能を精度良く評価することができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）ストライプパターン実測
本発明の第２の実施の形態は、コントラスト法を利用して、赤外線サーモグラフにおけるＭＴＦ、ＳＷＲＦを求めるものである。
【００６６】
本実施の形態による測定パターン形成技術を用いることで、熱的に微細なラインアンドスペースを観測できるパターンを基板上に作り出すことができる。従って、光学的な方法と同様にしてＭＴＦ、ＳＷＲＦを求めることができる。
【００６７】
矩形波レスポンス法ＳＷＲＦ（Ｓｑｕａｒｅ  Ｗａｖｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の微細測定パターンを作り出し、理論値と比較することにより、ガウシャンフィルタのカットオフ周波数を簡易的にＭＴＦの指標として計算することで容易に正確なＭＴＦを導き出すことができる。
【００６８】
具体的には、ＳＷＲＦ測定パターンからＭＴＦを正確に測定するには、以下のような手法が用いられる。
【００６９】
例えば、空間周波数がＡμｍ／ｃｙｃｌｅｓのＭＴＦを知りたい場合、最低次の４つの間隔を持つバーコード状のチャートが必要である。コルトマンの式を使用して矩形波から正弦波に補正をするためには、高次の高調波に対応する項が必要になる、４項以上が望ましくそれ以下だと精度に問題が生じる、より高次であると計算が複雑になる。そこで、計算を単純化するために４項とした。また、細かなパターンを作る上でも４次項程度までが望ましい。
【００７０】
すなわち、基本周波数（波長）Ａμｍの他に、それぞれ第３、第５、第７の高調波に対応するＡ／３μｍ、Ａ／５μｍ、Ａ／７μｍのチャートである。ＭＴＦは正弦波状にコントラストが変化する場合の伝達関数であるのに対して、チャートで測定できるのは矩形波状にコントラストが変化する場合の応答であるＳＷＲＦであるため、図５Ｂ（ａ）、（ｂ）に示すように、コルトマンの補正によりＳＷＲＦをＭＴＦに変換する。
【００７１】
【数１】
0006396092.tif 000002
【００７２】
補正に際し、実際にはｋ＝∞までの加算はできないので、ここでは、以下の式（２）のように、最低限必要とされる第４項までの展開を使用する。
【００７３】
ＭＴＦ（ｆｂ）≒（π／４）｛ＳＷＲＦ（ｆｂ）＋ＳＷＲＦ（３ｆｂ）／３−ＳＷＲＦ（５ｆｂ）／５＋ＳＷＲＦ（７ｆｂ）／７｝        （式２）
【００７４】
一例として、絶縁基板に金属めっき（領域２７）で描かれるストライプパターンは、上記を考慮して図５Ａ（ｂ）のように、ベースであるＡμｍに対して、その第３、第５、第７高調波用の４種のラインアンドスペースの縞を一組としたものを使用した。一組のストライプの最も左が空間周波数の基本波ｆｂに相当するラインアンドスペースをもっている。ラインアンドスペース縞Ｌμｍと空間周波数ｆｂ  ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍの関係は、Ｌ＝１０００／（２ｆｂ）である。ラインアンドスペースのＬは、ＸμｍレンズのＭＴＦを求めたければ、Ｘμｍ以上から１０Ｘμｍ付近まで複数用意する。
【００７５】
例えば１００μｍレンズのＭＴＦを求めたければ、Ｌは１００μｍ以上から１ｍｍ付近までの範囲で複数選択する必要がある。Ｌの最大値と最小値の間を何分割するかは要求されるＭＴＦの精度に依存する。
【００７６】
図５Ａ（ａ）に示すように、この縞模様の組を、異なる空間周波数ｆｂごとに複数（この例では１）から８）まで）描いて測定用ストライプパターンとする。
そして、以下のような処理を行う。
【００７７】
ベース基板としてＬＴＣＣ基板（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼成セラミックス基板）を使用し、Ｃｕをスパッタリング法により一方の表面の全面に形成した後でフォトリソグラフィーによりパターンを形成し、２重量％過硫酸アンモニウム溶液でエッチングを行うことで、ＬＴＣＣ基板上に分解能測定用のストライプパターンを形成した。
【００７８】
Ｃｕは、耐久性も考慮して、１５０ｎｍ厚となるよう形成した。Ｃｕ層の厚みは、金属光沢が出る程度であれば特に限定されない。フラックス、防錆材、ソルダレジストなどは、赤外線放射率が大きく変化してしまうため塗布しないほうが好ましい。温度を＋１００℃とした他は第１の実施の形態と同様に測定を行った。
【００７９】
図５Ａ（ａ）に示すように、測定用ストライプパターンでは、ｆｂとして、０．１２５、０．２５、０．５、１、２、４、８、１６  ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍの８種を作製した。それぞれラインアンドスペースでいうと４０００μｍ、２０００μｍ、１０００μｍ、５００μｍ、２５０μｍ、１２５μｍ、６２．５μｍ、３１．２５μｍ、に対応する。
【００８０】
２５μｍレンズの測定において、測定データの縦軸を正規化し、ＳＷＲＦとＭＴＦを求めた結果と、先に計算したガウシャンフィルタのグラフとを重ねて比較を行うと、図６に示すように、理想ステップ入力を、ｆｃ半波長が７５μｍ（レンズの分解能２５μｍの３倍の長さ）のガウシャンフィルタを通過させた応答とずれる部分もあるがカットオフ周波数はほぼ一致していた。したがって、空間周波数伝達関数はｆｃの３倍とカットオフ周波数のガウシャンフィルタとおくことが妥当性である。
【００８１】
以上の結果、２５μｍレンズで測定した精度の良い測定結果より、ＳＷＲＦ、ＭＴＦとも、ガウシャンフィルタによるシミュレーション結果とほぼ一致し、このことから、本実施の形態による測定パターンは、ＳＷＲＦ、ＭＴＦを精度良く推定することができるパターンであることがわかる。
【００８２】
（第３の実施の形態）既知の格子縞
次に、市松模様による検証技術について説明する。本実施の形態では、様々な大きさの市松模様をＬＴＣＣ上に形成し、実測値と波形合成値とを比較した。
【００８３】
図７（ａ）、（ｂ）に示す市松模様の格子縞パターンは、以下のようにして作成することができる。
【００８４】
１）ベース基板としてＬＴＣＣ基板（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ：低温焼成セラミックス基板）を使用し、Ｃｕをスパッタで全面に厚さ１５０ｎｍとなるよう形成した後でフォトリソグラフィーによりパターン形成を行い、２重量％過硫酸アンモニウム溶液でＣｕをエッチングする。次いで、Ａｕフラッシュめっきを５ｎｍ程度形成してＬＴＣＣ基板上に分解能測定用の格子縞模様パターンを形成した。室温から＋１００℃とした他は第１の実施の形態と同様に、図７（ｃ）の符号Ｌ１で示す方向に測定を行った。領域２８が、絶縁基板に金属めっきで描かれるパターンである。
【００８５】
格子縞のピッチは２５μｍ，５０μｍ，１００μｍ，２００μｍ，３００μｍ，４００μｍ，５００μｍ，６００μｍ，７００μｍ，８００μｍ，９００μｍ，１０００μｍピッチにして形成した。
【００８６】
１−１）測定のデータは縦軸をＣ（０）において０から１までに正規化した。
１−２ａ）比較用の計算値として、格子縞模様パターン（０から１に正規化された理想的な温度分布）の２次元離散フーリエ変換処理をおこない、空間周波数領域に変換した後、
１−２ｂ）各空間周波数フィルタ伝達関数の積算（空間領域ではたたみこみ演算）を行ってから
１−２ｃ）離散フーリエ逆変換処理を行って空間領域での０から１に正規化された温度分布に戻した値として比較を行った。
【００８７】
使用する各空間周波数フィルタ伝達関数は、それぞれのレンズに応じた、ＭＴＦ（ｆｂ）と、ＳＷＲＦ（ｆｂ）と、第２の実施形態で推定したカットオフ周波数をもつガウシャンフィルタのＧ（ｆｂ）を使用した。
【００８８】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すとおり、１−２ａ）で計算したＭＴＦ、ＳＷＲＦを、１−２ｂ）で計算した値と比較すると、２５μｍ、１００μｍ、２００μｍのすべてのレンズでＭＴＦ、ＳＷＲＦ測定値を利用した波形計算値と実測値がほぼ一致することが確認できた。ただし、１−２ａ）で計算したＭＴＦ、ＳＷＲＦを、１−２ｂ）で計算した値と比較すると、３倍ｆｃのガウシャンフィルタを通過させた値は空間周波数が高くなるにつれて振幅が小さくなる傾向にあり、ガウシャンフィルタでは高周波数成分が低く見積もられすぎであることがわかった。
【００８９】
図８に示すように、様々な大きさの市松模様をＬＴＣＣ上に形成し、実測値と波形合成値とを比較した（図７（ｃ））。
【００９０】
図８は、異なるレンズを用いた測定結果であり、測定の値と計算値とを比較すると、２５μｍ、１００μｍ、３００μｍのすべてのレンズで、ＭＴＦ、ＳＷＲＦ測定値を利用した波形計算値と実測値が傾向としてはほぼ一致したが、２５μｍのレンズでは、値自体もほぼ一致した。このように、市松模様のパターンを用いると、各拡大率のレンズで、ほぼ正しいと考えられるＭＴＦを求めることができる。さらに、値の一致をみることで、適切なレンズを推定することができる。
【００９１】
図９は、本実施の形態による処理の流れの一例を示す図である。図９に示すように、ます、処理を開始し（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ１において赤外線放射率の異なる材料で作成したチャートを準備する。ステップＳ２において、チャート全体を昇温して赤外線サーモグラフで撮像する。ステップＳ３において、撮像したデータを処理してＭＴＦを推定するか測定する。ステップＳ４は任意の処理であるが、ステップＳ４において、既知物（またはパターン、例えば市松模様のパターン）を用いて、ステップＳ３のＭＴＦが正しいか検証する。
【００９２】
以上の処理は、処理部において、コンピュータプログラムにより自動的に行うようにしても良い。
【００９３】
（第４の実施の形態）
次に、１６０８ｍｍサイズ面実装抵抗器におけるホットスポット実測例について説明する。図１０Ａ、Ｂの下図は、１６０８ｍｍサイズ面実装抵抗器の斜視図である。
【００９４】
まず、実際の１６０８ｍｍサイズの角形チップ抵抗器（長手方向１．６ｍｍ×幅方向０．８ｍｍの抵抗器３１）を評価基板３３にはんだ付けにより実装し、黒体スプレーを吹き付け、抵抗器３１に電流を流して印加電力が０．２５Ｗとなるように自己発熱させた。
【００９５】
その表面のホットスポット３５を２５μｍレンズ、１００μｍレンズ、２００μｍレンズにて測定した場合の結果を実測値とした。図１０Ａの上図が、各種のレンズを用いた場合の温度の位置依存性の実測値を示す図であり、図１０Ｂは、ガウシャンフィルタの通過計算値の温度の位置依存性を示す計算値であり、２５μｍレンズにて測定した結果を真値と仮定し、この真値（２次元温度分布画像）を様々な半波長を持つガウシャンフィルタを通過させた場合の計算結果である。両者を比較した結果、実測値と、２５μｍレンズで取得したデータを２次元離散フーリエ変換し、ガウシャンフィルタを掛けた後で逆変換処理した計算値と、を比較すると、１００μｍレンズでの実測値は半波長３００μｍ弱の、２００μｍレンズでの実測値は半波長６００μｍのガウシャンフィルタを通過させた場合に相当することが確認できた。
【００９６】
このことから、プリント基板のパターン金属露出部と絶縁部の放射率の違いを利用した温度分布のステップ応答実測値と、ガウシャンフィルタステップ応答理論値を比較するという手法を用いれば、抵抗器メーカー、電子機器メーカーであれば、手持ちの赤外線サーモグラフと拡大レンズを組み合わせた測定系で、どの程度の微小面積までのピーク温度を正確に測定できるか精度良く推定することが可能である。
【００９７】
（第５の実施の形態）
以下に、市松模様のパターンの変形パターンについて説明する。図１１に示すように、赤外線放射率の異なるドーナツ状の領域が同心円に配置されている。例えば、絶縁基板上に金属からなる領域２９が同心円状に形成されている。市松模様では水平方向、垂直方向の測定のみが可能であるが、同心円パターンを用いて中心を固定すれば、角度方向に対して柔軟な測定が可能になる。レンズの評価の一つとして、中心部分と周辺部分の解像度の差があるが、それに対応することが可能になる。
【００９８】
赤外線放射率の違う材料で赤外線的コントラストが出るように配置したパターンを基板上に形成し、基板全体の温度を上昇させることで、放射率の違いが鮮明に画像に表れ、現実には作れない高温と低温のくっきりした境界をもつ微細画像を測定観測上で得ることができる。
【００９９】
また、そのパターンを用いて測定した測定値に適切な関数のフィルタを掛けて変換した値が、有限要素法を用いて計算したシミュレーション値と良く一致することが確認でき、本発明パターンの測定値が真値に近い値として測定できることが確認された。
【０１００】
本実施の形態に依れば、放射の違いから温度測定値の違いとして測定できるため、同一面にエッジのある温度差を作り出すことができるため、光学的ＭＴＦ測定と同様に微細なパターンのみならず、同心円形状、放射状、格子縞模様等必要とする様々な形状のパターンを簡便に作り出すことが可能である。
【０１０１】
本実施の形態では基板にめっき、塗布をしての形成であるが、赤外線放射率の高い材料と赤外線放射率の低い材料を薄板上に加工して材質を重ね合わせた形状や、赤外線放射率の高い基板上に赤外線放射率の低い金属インクを塗布するということも可能である。
【０１０２】
また、上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【０１０３】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、赤外線サーモグラフィの評価装置として利用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…赤外線サーモグラフ装置、３…集光レンズ、５…検知部、７…処理部、９…出力部、１１…加熱手段、１５…基板、１７…赤外線放射率の高い材料、１９…赤外線放射率の低い材料、２１…エッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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