(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１と、その凸レンズの前焦点に置いた被検査物体形状写出手段と、前記凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に置いた形状識別手段とを有する形状欠陥等の検査装置であって、前記装置は前記形状識別手段を前焦点とする凸レンズＬ２の後焦点面に撮影手段を備え、前記被検査物体形状写出手段の画像を読みだし、前記形状識別手段に重ね合わせ、光学的に差分または排他的論理和をとることにより被検査基板等の形状欠陥等の形状の異状を検出することを特徴とする形状欠陥等の検査装置。
【請求項２】
前記形状識別手段は、参照形状の光回折パタ−ンを基準（参照）の光回折パタ−ンとして搭載した光学フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の形状欠陥等の検査装置。
【請求項３】
前記光学フィルタは光導電プラスチックホログラム（ＰＰＨ）乾板に参照物体形状の光回折パタ−ンを投影して作成した光フィルタであることを特徴とする請求項２に記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項４】
前記被検査物体形状写出手段は、ＣＣＤカメラで撮影した画像を写し出すための液晶ディスプレイであり、前記形状識別手段は液晶ディスプレイであり、さらに読み出し手段はレーザ光であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の形状欠陥等の検出装置を使用して形状欠陥等の検査を行う検査方法において、参照基板等の参照物体画像と被検査基板等の欠陥をも含んだ被検査物体画像とを重ね合わせ、光学的に差分または排他的論理和をとることにより被検査基板等の形状欠陥等の形状の異状を検出することを特徴とする形状欠陥等の検査方法。
【請求項６】
請求項１〜４に記載の形状欠陥等の検出装置を使用して形状欠陥等の検査を行う検査方法において、参照基板等の参照物体の光回折パターンと被検査物体の光回折パターンとを光学的に差分または排他的論理和を取ることにより、形状欠陥等を検出することを特徴とする形状欠陥等の検査方法。
【請求項７】
平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１と、その凸レンズの前焦点に置いた被検査物体形状写出手段と、前記凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に置いた形状識別手段とを有する形状欠陥等の検査装置であって、前記被検査物体形状写出手段は空間光変調器であり、さらに前記空間光変調器に画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を前記凸レンズを通して前記形状識別手段に写しだし、形状識別手段でフィルタリングした像を撮影する撮影手段（カメラ）とを備えていることを特徴とする形状欠陥等の検出装置。
【請求項８】
前記被検査物体形状写出手段は、空間光変調器（ＳＬＭ）であり、前記形状識別手段は液晶ディスプレイであり、さらに読み出し手段は平行レーザ光束から作りだした可干渉性光束であることを特徴とする請求項７に記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項９】
前記形状識別手段として多重マッチトフィルタ（ＰＰＨ）を使用し、前記多重マッチトフィルタに参照物体形状画像を搭載する手段と、前記空間光変調器に画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を前記凸レンズを通して前記多重マッチトフィルタでフィルタリングし、その結果を撮影する撮影手段メラと、参照画像と被識別画像の一致度を判定するための相関光検出光学系と、参照物体形状フィルタとなる多重マッチトフィルタ作成用の参照光照射光学系とを備えていることを特徴とする請求項７に記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項１０】
前記多重マッチトフィルタは、光導電プラスチックホログラム乾板に参照物体形状の光回折パタ−ンを投影して作成したことを特徴とする請求項９に記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項１１】
前記多重マッチトフィルタは、位相型多重マッチトフィルタを光りフィルタとし、位相共役結晶とともに用いることを特徴とする請求項９に記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項１２】
前記請求項９〜１１に記載の形状欠陥等の検出装置を用いて形状欠陥を検出する方法において、参照基板等の参照物体の光回折パタ−ン群を液晶ディスプレイまたは多重マッチトフィルタあるいは位相共役結晶に記録投射したものを光学フィルタとし、それに被検査物体形状を空間光変調器または液晶ディスプレイ等から投影して形状欠陥等を検出することを特徴とする形状欠陥等の検出方法。
【請求項１３】
平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１と、その凸レンズの前焦点に置いた被検査物体形状写出手段と、前記凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に置いた形状識別手段とを有する形状欠陥等の検査装置であって、前記被検査物体形状写出手段は空間光変調器（ＳＬＭ）であり、前記形状識別手段は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、さらに、前記空間光変調器に参照物体形状画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を前記凸レンズを通して前記液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に投影する手段と、前記光学系と平行に配置され凸レンズの前焦点に置いた空間光変調器（ＳＬＭ）と、前記空間光変調器に被検査物体形状画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を位相共役結晶で逆位相光として反射し前記液晶ディスプレイに写し出す位相共役結晶逆位相反射手段と、液晶ディスプレイからの画像情報を逆フーリエ変化して撮影するＣＣＤカメラとを備えていることを特徴とする形状欠陥等の検出装置。
【請求項１４】
光学的差分または排他的論理和を実現するために位相共役結晶を用いることを特徴とする請求項１３に記載の形状欠陥等の検出装置。
【請求項１５】
前記請求項１４に記載に形状欠陥等の検出装置を用いて形状欠陥等を検出する方法であって、光導電プラスチックホログラム（ＰＰＨ）乾板に参照物体形状の光回折パタ−ンを投影して作成した光フィルタの後ろに、位相共役結晶を置き、物体光が位相共役光として照射光路を逆進する光学系を欠陥形状識別に用いることを特徴とする形状欠陥等の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を用いた形状欠陥等の検査方法およびその装置に関するものであり、特に、多項目のプリント基板表面の欠陥（例えば、パタ−ンの欠け、断線、短絡、銅残り（金鍍金の欠損）、金鍍金の変色、レジストのピンホ−ル、付着、剥がれ、異物付着等）、また、実装基板上での部品欠落、極性反転、品名相違、取付異状、などの欠陥を、光学的処理により迅速、かつ、自動的に検出することができる形状欠陥等の検査方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学パタ−ン認識または光学的な画像認識の方法または装置は被識別画像が所要の目的である参照画像と比較して、正確な画像であるか否かを両者の光回折パタ−ンを実時間的に比較・照合して光相関信号光の強さから識別するものである。従来方法は光相関法としてジョイント・フ−リエ変換相関法が多く用いられる。その方法は参照画像と被識別画像を同じ画面上において、それに可干渉性レ−ザ光を照射して、フ−リエ変換レンズの後焦点面に出現する光回折パタ−ンの干渉画像を写真乾板または空間光変調器（ＳＬＭと略記する）上に撮り、現像した乾板またはＳＬＭに可干渉性平行光を照射して、逆フ−リエ変換レンズの後焦点面上で得られる相関信号光の強さが或る閥値を越えた強度のとき、被識別画像と参照画像の一致度が高いという識別判定手段をとっている。
従って、被識別画像と参照画像がわずかに異なるプリント基板等の欠陥検査法等の場合には、相関信号光の閥値判定では微妙な欠陥あるいは被検査形状中の数少ない欠陥は識別できない。そのため、プリント基板等に含まれる欠陥検査にはジョイント・フ−リエ変換相関法は利用できない。
【０００３】
ここで、上記ジョイント・フ−リエ変換相関法や通常のマッチトフィルタ法での相関信号光の強さを欠陥検査に用いる場合、欠陥の識別ができないことの理由を更に詳細に述べる。
１）欠陥検査にジョイントフ−リエ変換相関法を用いる場合の不都合
被検査物体の形状と標準（参照）物体の形状との間の非常に些細な違いはジョイント・フ−リエ変換相関法ではその形状の違いを検出できない。その理由は、ジョイント・フ−リエ変換法では、被識別信号光の中に同一形状を識別したという相関光が現れるだけで、異なる形状であっても、すなわち参照形状と比べてその極く一部だけが異なる形状であっても、相関信号光の強さは殆ど変わらず、信号光中には欠陥が或ることが明確に現れないという欠点がある。従って、プリント基板等での欠陥検査法としてはジョイント・フ−リエ変換法は不適である。
２）マッチトフィルタ法の相関光強度から欠陥検査をしようとする不都合
非常に小さな欠陥、すなわち、形状の相違点が非常に小さいとき、形状識別結果を表す相関光の強度レベルの変化が少なくて、相関信号光の強さ、すなわち、物体光としての光回折パタ−ンが再生させた参照光の強さ、にはその違いが現れにくい。
３）光学的欠陥検査の可能性
形状の些細な違いや小さな欠陥はジョイント・フ−リエ変換相関法の相関光の強度からは識別できない。また、マッチトフィルタ法での相関光の強度からも小さな欠陥は通常は識別出来難い。従って、被検査物体の光回折パタ−ンがマッチトフィルタに照射されたとき、欠陥部分だけの光回折パタ−ンをフィルタを透過させて識別するしか、その方法がないと考えられる。
すなわち、参照形状と全く同じ形の被検査物体のフ−リエ変換像がマッチトフィルタに重なると、被検査物体のフ−リエ変換光は参照光側に回折されて、物体光としてフィルタを透過する光量がすくなくなる。欠陥部分のフ−リエ変換光はそのままフィルタを透過する。従って、フィルタの後に設置された凸レンズの逆フ−リエ変換面には欠陥部分が強い強度で現れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板や実装基板等の欠陥検査法、あるいは、格子基板の検査法などには、従来、目視によるか、またＣＣＤカメラ等で被検査物体画像を取り込み、その画像を標準形状画像または参照画像とディジタル画像処理により比較して、欠陥を検出することが行われている。欠陥の自動検査法としては画像のディジタル処理比較法が優れている。しかし、その方法には以下の様な欠点がある。すなわち、（１）多数の画像を比較する場合には画像処理に時間がかかり高速実時間検査が困難である、（２）被検査物体を正確に位置決めして比較画像を常に一定位置に取り込む必要がある、（３）複数検査物体を同時並列に検査することが困難である、等々の欠点がある。
最先端の差分法を用いたディジタル画像識別法でも５μｍ以上のサイズの欠陥の６インチウエハ上の外観検査に１４ｍｉｎ程度の時間がかかるのが現状である。
【０００５】
そこで、  本発明は、被検査物体の位置が上下、左右にずれていても複数欠陥項目を光速度で比較検査して欠陥を検出できとともに、複数画像を持つ複数の被検査物体を同時に欠陥検査することができる光学系を用いた形状欠陥等の検査方法および装置を提供することにより、上記従来の検査法の欠点を解決することを目的とする。本方法または装置によって検出できる欠陥としては、例えば、プリント基板表面に存在する、パタ−ンの欠け、断線、短絡、銅残り（金鍍金の欠損）、金鍍金の変色、レジストのピンホ−ル、付着、剥がれ、異物付着、等多項目の欠陥、さらに実装基板では、部品欠落、極性反転、品名相違、取付異状などがある。
【０００６】
この技術の原理や手順を簡単に述べるとつぎのようになる。
１）プリント基板の欠陥検査：（１）平行レ−ザ光束中の凸レンズの前焦点面に複数形状群を入れるとその光回折パタ−ンはレンズの後焦点面で光軸中心になって現れる。（２）そこで、レンズの前焦点面と後焦点面に空間光変調器（ＳＬＭ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を置き、それにＣＣＤカメラを繋いで前焦点面には被検査物体を映し出し、後焦点面には参照物体の光回折パタ−ン群を映し出す。（３）後焦点面で光軸中心に現れた参照物体の標準形状群の光回折パタ−ン群からつくられたＬＣＤ遮光マスクあるいはホログラフィック遮光マスク等によって被検査物体の光回折フィルタを透過した被検査物体の光回折パタ−ンを逆フ−リエ変換レンズで集めれば、逆フ−リエ変換レンズの後焦点面に欠陥部分だけの画像が基板上の位置と点対象の位置に明かるい像として観測される。（４）検査結果の欠陥部を表す画像はＣＣＤカメラで取り込まれ、パ−ソナルコンピュ−タＰＣのディスプレイ上にビデオレ−トで表示されると共に欠陥信号が表示される。
２）実装基板の外観検査：基本的にはプリント基板についての方法と同じである。
３）特に、実装基板の外観検査で、多重マッチトフィルタを用いて、識別結果を相関信号光で出力させるときには、すなわち、（１）外観検査項目に応じた各識別フィ−ルドごとに自己相関光を出力させて検査するときには、（２）識別の結果得られた自己相関信号光群をＬＣＤ上に映し出し、（３）そこに参照物体の自己相関信号光群を照射すると、（４）被検査相関光群のうち、フィルタ遮光出来なかった参照相関信号光が画面上に現れて、欠落等の欠陥部分が強い光点となって欠陥項目と位置が同時に直ちに画像上で表示される。（５）すなわち、参照の自己相関信号配置と被検査自己相関信号光配置の光学的自動差し引きにより、欠陥があるか正常化を知らせるシステムが構成される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１と、その凸レンズの前焦点に置いた被検査物体形状写出手段と、前記凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に置いた形状識別手段とを有する形状欠陥等の検査装置であって、前記装置は前記形状識別手段を前焦点とする凸レンズＬ２の後焦点面に撮影手段を備え、前記被検査物体形状写出手段の画像を読みだし、前記形状識別手段に重ね合わせ、光学的に差分または排他的論理和をとることにより被検査基板等の形状欠陥等の形状の異状を検出することを特徴とする形状欠陥等の検査装置である。
また、前記形状識別手段は、参照形状の光回折パタ−ンを基準（参照）の光回折パタ−ンとして搭載した光学フィルタであることを特徴とする形状欠陥等の検査装置である。
また、前記光学フィルタは光導電プラスチックホログラム（ＰＰＨ）乾板に参照物体形状の光回折パタ−ンを投影して作成した光フィルタであることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記被検査物体形状写出手段は、ＣＣＤカメラで撮影した画像を写し出すための液晶ディスプレイであり、前記形状識別手段は液晶ディスプレイであり、さらに読み出し手段はレーザ光であることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記記載の形状欠陥等の検出装置を使用して形状欠陥等の検査を行う検査方法において、参照基板等の参照物体画像と被検査基板等の欠陥をも含んだ被検査物体画像とを重ね合わせ、光学的に差分または排他的論理和をとることにより被検査基板等の形状欠陥等の形状の異状を検出することを特徴とする形状欠陥等の検査方法である。
また、前記に記載の形状欠陥等の検出装置を使用して形状欠陥等の検査を行う検査方法において、参照基板等の参照物体の光回折パターンと被検査物体の光回折パターンとを光学的に差分または排他的論理和を取ることにより、形状欠陥等を検出することを特徴とする形状欠陥等の検査方法である。
また、平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１と、その凸レンズの前焦点に置いた被検査物体形状写出手段と、前記凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に置いた形状識別手段とを有する形状欠陥等の検査装置であって、前記被検査物体形状写出手段は空間光変調器であり、さらに前記空間光変調器に画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を前記凸レンズを通して前記形状識別手段に写しだし、形状識別手段でフィルタリングした像を撮影する撮影手段（カメラ）とを備えていることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記被検査物体形状写出手段は、空間光変調器（ＳＬＭ）であり、前記形状識別手段は液晶ディスプレイであり、さらに読み出し手段は平行レーザ光束から作りだした可干渉性光束であることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記形状識別手段として多重マッチトフィルタ（ＰＰＨ）を使用し、前記多重マッチトフィルタに参照物体形状画像を搭載する手段と、前記空間光変調器に画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を前記凸レンズを通して前記多重マッチトフィルタでフィルタリングし、その結果を撮影する撮影手段メラと、参照画像と被識別画像の一致度を判定するための相関光検出光学系と、参照物体形状フィルタとなる多重マッチトフィルタ作成用の参照光照射光学系とを備えていることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記多重マッチトフィルタは、光導電プラスチックホログラム乾板に参照物体形状の光回折パタ−ンを投影して作成したことを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。 また、前記多重マッチトフィルタは、位相型多重マッチトフィルタを光りフィルタとし、位相共役結晶とともに用いることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記記載の形状欠陥等の検出装置を用いて形状欠陥を検出する方法において、参照基板等の参照物体の光回折パタ−ン群を液晶ディスプレイまたは多重マッチトフィルタあるいは位相共役結晶に記録投射したものを光学フィルタとし、それに被検査物体形状を空間光変調器または液晶ディスプレイ等から投影して形状欠陥等を検出することを特徴とする形状欠陥等の検出方法である。
また、平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１と、その凸レンズの前焦点に置いた被検査物体形状写出手段と、前記凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に置いた形状識別手段とを有する形状欠陥等の検査装置であって、前記被検査物体形状写出手段は空間光変調器（ＳＬＭ）であり、前記形状識別手段は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、さらに、前記空間光変調器に参照物体形状画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を前記凸レンズを通して前記液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に投影する手段と、前記光学系と平行に配置され凸レンズの前焦点に置いた空間光変調器（ＳＬＭ）と、前記空間光変調器に被検査物体形状画像を映し出す画像プロジェクタと、前記空間光変調器の画像を読みだす手段と、前記読みだした画像を位相共役結晶で逆位相光として反射し前記液晶ディスプレイに写し出す位相共役結晶逆位相反射手段と、液晶ディスプレイからの画像情報を逆フーリエ変化して撮影するＣＣＤカメラとを備えていることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、光学的差分または排他的論理和を実現するために位相共役結晶を用いることを特徴とする形状欠陥等の検出装置である。
また、前記に記載に形状欠陥等の検出装置を用いて形状欠陥等を検出する方法であって、光導電プラスチックホログラム（ＰＰＨ）乾板に参照物体形状の光回折パタ−ンを投影して作成した光フィルタの後ろに、位相共役結晶を置き、物体光が位相共役光として照射光路を逆進する光学系を欠陥形状識別に用いることを特徴とする形状欠陥等の検出方法である。
【０００８】
【実施の形態】
以下本発明の実施形態を説明する。
まず、本技術の原理およびそれを使用した欠陥検出方法を説明すると、図１（イ）、（ロ）は本発明の原理を説明する図であり、図２はその原理に使用するフローチャートである。
図１（イ）において、平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を置き、前焦点面Ｐ０に被参照物体形状写出手段、例えば被参照物体画像用の空間光変調器（ＳＬＭ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を置く。まず、後焦点面Ｐ１に置かれた液晶ディスプレイＬＣＤに参照物体形状の光回折パタ−ンを映し出して、これを形状識別手段である形状識別フィルタとする。凸レンズＬ１の前焦点面Ｐ０に置いた空間光変調器（ＳＬＭ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に被検査物体形状を投影し、読み出し手段（レーザ光）で読み出すと凸レンズＬ１の後焦点面で被検査物体の光回折パタ−ンが生じ、後焦点面Ｐ１の液晶ディスプレイＬＣＤ（形状識別手段）上で参照形状の光回折パタ−ンに重なり、被検査物体の光回折パタ−ンのうち参照物体の光回折パタ−ンと一致するものは遮断されて、形状識別フィルタを透過できなくなる。
【０００９】
被検査物体に欠陥が有れば正常な形状の光回折パターンは遮断され、欠陥の光回折パタ−ンだけが後焦点面Ｐ１の形状識別フィルタを透過するから、図１（ロ）に示すように、それを形状識別用フィルタ設置位置を前焦点として設置された凸レンズＬ２の後焦点面Ｐ２で観測すれば、欠陥部分だけが輝いて見える。そこで、検査結果の欠陥部を表す画像をＣＣＤカメラ等で取り込むことで、パ−ソナルコンピュ−タＰＣディスプレイ上にビデオレ−トで表示されると共に欠陥信号が表示される。なお、結像光強度を或るしきい値で切って欠陥部分の画像を鮮明化することも可能である。
【００１０】
これを図２に示すフローチャートに基づいて説明すると、
ステップ１で、標準基板からの参照画像を取り込み、ステップ２でレンズＬ１による画像のフーリエ変換を行い、ステップ３で後焦点面Ｐ１上の液晶ディスプレイ上に写し出し参照画像の形状識別用フィルタを構成する。即ち、このステップ３で参照物体形状の光回折パタ−ンを映し出しておく。また、ステップ４で空間光変調器（ＳＬＭ）または被検査物体画像用（ＬＣＤ）から被検査物体の被検査画像を読み出し手段（レーザ光）で読み出し、ステップ５で凸レンズＬ１による画像のフーリエ変換を行い、これをステップＳ３の後焦点面Ｐ１の参照画像の形状識別用フィルタに重ねあわせる。ここで、欠陥の光回折パタ−ンだけは形状識別フィルタを透過するから、ステップ６で、それを識別フィルタ設置位置を前焦点として設置された凸レンズＬ２で逆フーリエ変換を行うと欠陥部分だけが輝いて見えることになり、それをステップ７で画像として取り込む。こうして被検査物体の存在する欠陥の位置を形状とを検出する。
なお、参照物体形状群の光回折パタ−ン（光回折画像群）を形状識別用フィルタＬＣＤ上に得るには、平行レ−ザ光束中に置かれた凸レンズの前焦点面に参照物体画像を置けばレンズの後焦点面で光回折パタ−ン群が現れるからそれを投影してＬＣＤに映し出しても良いし、コンピュ−タで作成した光回折パタ−ン群を識別フィルタ用ＬＣＤに映し出しても良い。
【００１１】
以下上記原理を用いた具体的検査方法および検査装置について説明する。
（１）識別フィルタ用ＬＣＤを被検査物体像の投影に用いる場合
被検査物体像の投影にＬＣＤを用いる場合についての検査法あるいは検査装置の具体例を図３に示す。
図３に従って更に具体的に検査装置を説明すると次のようになる。なお、図２と共通する部材には同一符号を使用する。
図３中において、ＬＣＤ１は凸レンズＬ１の前焦点面Ｐ０に配置され被検査物体（基板）を写し出す液晶ディスプレイ、Ｌ１は液晶ディスプレイＬＣＤ１を前焦点とし液晶ディスプレイＬＣＤ２を後焦点とする凸レンズ、ＬＣＤ２は参照基板を写し出し形状識別用フィルタの機能を持つ液晶ディスプレイ、Ｌ２は液晶ディスプレイＬＣＤ２を前焦点とした凸レンズ、Ｐ２は凸レンズＬ２の後焦点面であり、これらは、図１（ロ）に示す構成に対応している。
液晶ディスプレイＬＣＤ１には被検査基板Ｐ３をＣＣＤカメラ８で写しテレビまたはビデオ６で画像とした画像情報を写しだす。また参照物体（基板）Ｐ４をレンズ１０でフーリエ変換した像をＣＣＤカメラ９で撮りこみ、テレビまたはビデオ７で画像とした情報を蓄積するとともに液晶ディスプレイＬＣＤ２に写しだして形状識別用フィルタとする。また、図中１はレーザ光源、２、３は平行光を得るための凸レンズ、４は撮影手段としてのＣＣＤカメラ、５はパソコン、１０は凸レンズであり、これらは図示のような光学系を構成している。
【００１２】
上記構成からなる検査装置を用いた欠陥識別を図４のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１１で標準基板（参照基板）を配置し、ステップＳ１２で標準基板からの参照画像を凸レンズ１０によるフーリエ変換を行い、ステップＳ１３でこれをＣＣＤカメラ９で撮影し、ステップＳ１４でテレビまたはビデオ７で参照画像とし、ステップＳ１５で液晶ディスプレイＬＣＤ２にフーリエ変換パターンを投影し、形状識別用フィルタを形成する。また、ステップＳ１７で被検査基板を配置し、ステップＳ１８でその画像をＣＣＤカメラ８で取込み、ステップＳ１９で液晶ディスプレイＬＣＤ１に投影する。そしてレーザ光源１から発射されたレーザ光によって液晶ディスプレイＬＣＤ１上の画像を読み出し、ステップＳ２０で凸レンズＬ１でフーリエ変換し、液晶ディスプレイＬＣＤ２に投影する。この結果ステップＳ１６で凸レンズＬ１の後焦点面Ｐ１で被検査物体の光回折パタ−ンと参照基板の光回折パタ−ンが重なり、形状識別用フィルタによる差分演算が行われる。その画像をステップＳ２１で凸レンズＬ２により逆フーリエ変換し、ステップＳ２２で欠陥の形状と位置を取込み、それを撮影手段であるＣＣＤカメラ４で撮影して、ステップＳ２３でパソコンディスプレイ５上に表示する。
ステップＳ１６において、被検査物体に欠陥が有れば、その時の画像を液晶ディスプレイＬＣＤ２の設置位置を前焦点として設置された凸レンズＬ２の後焦点面Ｐ２で観測すれば、欠陥部分だけが輝いて見える。そしてこの検査結果の欠陥部を表す画像をＣＣＤカメラ４で取り込むことで、パ−ソナルコンピュ−タ５のディスプレイ上にビデオレ−トで表示されると共に欠陥信号が表示される。
【００１３】
つぎに、ＳＬＭを被検査物体像の投影に用いる場合の具体的構成を図５を参照して説明する。
被検査物体像を投影するとき、凸レンズ２４の後焦点面（凸レンズＬ１の前焦点面Ｐ０）に置かれる被検査画像にＳＬＭを用いる場合には、ＳＬＭの後ろには偏光ビ−ムスプリッタＰＢＳが置かれ、ＳＬＭの前側には画像プロジェク２３が置かれて、ＣＣＤカメラ３１から取り込まれた被識別物体の画像がＳＬＭの書き込み側に投影されるように配置される。可干渉性レ−ザ平行光束は偏光ビームスプリッタＰＢＳを通り、偏光面を調整されて、ＳＬＭの読み出し側に投射される。ＣＣＤカメラ３１を通してプロジェクタ２３からＳＬＭに投影された被識別画像はレ−ザ光で読みだされ、凸レンズＬ１でフ−リエ変換されて形状識別用フィルタとしての液晶ディスプレイＬＣＤ上に投影される。
【００１４】
図５を参照して更に具体的に検査装置を説明すると次のようになる。
レ−ザ光源２１から出る可干渉性レ−ザ光の光軸上にミラ−２２、画像プロジェクタ２３、投影凸レンズ２４、空間光変調器（ＳＬＭ）、偏光ビ−ムスプリッタＰＢＳ、凸レンズＬ１、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、凸レンズＬ２、ＣＣＤカメラ２５がこの順番に並べられている。被検査物体を撮影するＣＣＤカメラ３１によって取り込まれた被検査物体の画像は画像プロジェクタ２３から投影レンズ２４を通して空間光変調器ＳＬＭの書き込み側に正確に投影されるようになっている。偏光ビ−ムスプリッタＰＢＳは空間光変調器ＳＬＭにできる限り近寄せてあり、空間光変調器ＳＬＭは凸レンズＬ１の前焦点面Ｐ０に設置される。液晶ディスプレイＬＣＤは、凸レンズＬ１の後焦点面でもあり同時に凸レンズＬ２の前焦点面でもあるＰ１面に設置されている。また、凸レンズＬ２の後焦点面にはＣＣＤカメラ２５が配置され、ＣＣＤカメラ２５の光電面は凸レンズＬ２の後焦点面Ｐ２にある。なお、光学系は１本の光学レ−ル上にセットされていてもよい。
【００１５】
さて、液晶ディスプレイＬＣＤ上には前述した装置と同様に参照回折パターンが標準基板をもとに写し出されている。液晶ディスプレイの結晶面はこの参照回折パターンのように配向が変わり、参照パターンの形で遮光が行われる。ミラ−２２はレ−ル上の載物台上にあり、この載物台にはミラ−２８が載せられており、レ−ザ光は空間光変調器ＳＬＭ上の画像情報を読みだすための可干渉性光束として１／２波長板（λ／２）２７を通り、凹レンズ２８と凸レンズ２９によって平行に拡大されてミラ−３０で反射され、偏光ビ−ムスプリッタＰＢＳを通って、空間光変調器ＳＬＭの読み出し側に照射される。ＣＣＤカメラ３１から取り込まれた被検査物体の画像は画像プロジェクタ２３を介してＳＬＭの書き込み側に投影される。この投影図が、偏光ビ−ムスプリッタＰＢＳを通って空間光変調器ＳＬＭの読み出し側に照射されるレ−ザ光によって読みだされ、凸レンズＬ１によってフ−リエ変換される。フーリエ変換された光回折パタ−ン群は液晶ディスプレイＬＣＤ上の参照回折パタ−ンでフィルタリングされる。この時、被検査物体に欠陥があれば、欠陥部の光回折パタ−ンのみが参照回折パターンを写し出している液晶ディスプレイＬＣＤを透過する。その透過した光回折パタ−ンは凸レンズＬ２によって逆フ−リエ変換されて後焦点面Ｐ２上のＣＣＤカメラ２５によって検出されるから、結像画像をあるしきい値で切るなどして欠陥部分だけを他に比べて明るい画像として検出・表示する。なお検査結果の欠陥部を表す画像はパーソナルコンピュータＰＣ３２のディスプレイ上にビデオレ−トで表示されるようにしてもよい。なお、図５に示す装置の検査方法は、基本的には図３に示す装置と同様であり、その検査方法のフローチャートは前述した図４と同じであるので説明は省略する。
【００１６】
次に、多重マッチトフィルタを欠陥識別に用いる場合についての装置構成について図６に基づいて説明する。
図６は凸レンズＬ１の後焦点Ｐ１面に多重マッチトフィルタＰＰＨを液晶ディスプレイＬＣＤの代わりに設置して、欠陥検査を行う。
多重マッチトフィルタには参照物体（基板）の基本的な形状パタ−ンが検査されるよう各形状構成パタ−ンが分離されて検査アルゴリズムとして搭載される。多重マッチトフィルタＰＰＨに被検査物体（基板）の回折光群が当たると識別信号として各構成形状ごとの参照光群が再生されて、参照光照射光軸上で多重マッチトフィルタＰＰＨを前焦点面として設置された凸レンズＬ３によって収束されて凸レンズＬ３の後焦点面Ｐ３上に自己相関光群が出現する。また、多重マッチトフィルタＰＰＨによって妨げられなかった被検査物体の回折光と多重マッチトフィルタＰＰＨによって弱められて通過した回折光群は凸レンズＬ２によって逆フ−リエ変換されて後焦点面Ｐ２上に像を結ぶ。後焦点面Ｐ２上でのこれらの像は参照基板の参照画像は光度が弱く、欠陥画像は光度が強く、出現する。従って、後焦点面Ｐ２上で被検査物体の欠陥画像が識別される。短絡や異物付着などは差分で容易に検出されるが、部分欠落の検出は多少検出に困難を伴う。例えば、被識別基板上の欠落した分は焦点面Ｐ３上の自己相関光群中の欠落分となるから、被検査基板の自己相関光群をＰ３面上でＣＣＤカメラ５４で撮影して、これをＬＣＤ上に映し出してフィルタとし、正常の参照基板の自己相関光を照射してＬＣＤ上で引き算することによって、被検査基板上の欠落分が光点として現れる。なお、凸レンズＬ３、焦点面Ｐ３、ＣＣＤカメラ５４によって相関光検出光学系を構成しており、また、図中のハーフミラー５１、１／２波長板５２、ミラー５３は多重マッチトフィルタを作成するときに用いる参照光を照射するための参照光照射光学系を構成する。多重マッチトフィルタＰＰＨは参照基板が異なるごとに短時間で作成できるようにセットされている。検査に当たってはハーフミラー５１、１／２波長板５２、ミラー５３を含んだ参照光照射光学系には、図６の場合光を入れず遮光されている。
【００１７】
次に、位相型多重マッチトフィルタを光フィルタとし、位相共役結晶と共に用いる場合の装置構成について図７を参照して説明する。
この装置では、位相共役結晶を用いて被検査形状を含む光波の逆位相光を発生させ、それを参照形状光波と合わせて、光学的に排他的論理和を達成する。
図７に示される凸レンズＬ１の後焦点Ｐ１面に、多重マッチトフィルタとしてＰＰＨ乾板のように画像情報が透明プラスチックの厚みの変化として記録される位相型の画像記録光学フィルタを置き、多重マッチトフィルタの再生用参照光も位相共役結晶を用いて逆位相参照光にして照射し、欠陥検査を行う。
図６で述べたと同じように図７中のハ−フミラ−７０を透過してミラー７１で反射された参照光と、ＣＣＤカメラ７８でとりこまれＳＬＭから読みだされた参照形状の光回折パタ−ンを物体光として、ＰＰＨ位相型マッチトフィルタが作られる。なお、このときの識別参照形状は基準の基板の形状そのものを用いる。すなわち、検査アルゴリズムとして、参照基板の基本的な形状パタ−ンから各形状構成パタ−ンを分離して検査アルゴリズムとして搭載する必要は無い。さて、作成された多重マッチトフィルタに、図７に示すように設置された位相共役結晶から生ずる逆位相の参照光を照射する。これによってＰＰＨから逆位相の参照形状が再生される。この逆位相光参照形状とＣＣＤカメラ７７で取り込まれＳＬＭから照射される被検査基板からの形状光がＰ２面上で排他的論理和としてとられ、Ｐ２の後ろで欠陥部分だけがＣＣＤカメラ６５で撮影される。
【００１８】
なお、相関光を識別に使う場合は次のように行われる。上記多重マッチトフィルタを欠陥識別に用いる場合のところで述べたように、多重マッチトフィルタには参照基板の基本的な形状パタ−ンが検査されるよう各形状構成パタ−ンが分離されて検査アルゴリズムとして搭載される。さて、多重マッチトフィルタに被検査基板の回折光群が当たると識別信号として参照光群が再生されて、参照光照射光軸上で多重マッチトフィルタＰＰＨを前焦点面として設置された凸レンズＬ３によって収束されて凸レンズＬ３の後焦点面Ｐ３上に自己相関光群が出現する。被識別基板上の欠落した分はＰ３面上の自己相関光群中の欠落分となるから、被検査基板の自己相関光群をＰ３面上でＣＣＤカメラ７５で撮影して、これをＬＣＤ上に映し出してフィルタとし、正常の参照基板の自己相関光を照射してＬＣＤ上で引き算することによって、被検査基板上の欠落分が光点として現れる。
図６のミラー５３に代えて位相共役結晶７４を用いて構成した、ハーフミラー７１、１／２波長板７２、凸レンズ７３を含めた光学系は、多重マッチトフィルタ作成用または逆位相物体光再生用の参照光照射光学系を構成している。なお、レンズＬ３、焦点面Ｐ３、ＣＣＤカメラによって相関光検出光学系を構成する。参照光照射光学系で作り出された参照光と参照基板の映像をフーリエ変換した画像を物体光として、多重マッチトフィルタがホログラムとして作成される。位相共役結晶７４をミラーに代えて、符号７２、７３、７４を含んだ光学系で参照光を構成すると参照光はホログラム作成時と逆位相になる。即ち、ハーフミラー７１、１／２波長板７２、凸レンズ７３、位相共役結晶７４は参照光を逆位相にするための働きをし、逆位相光でマッチトフィルタＰＰＨを照射するとＬ２の方向に逆位相の参照光が再生され、これと被検査画像とが差分されて欠陥だけが画像として残る。
【００１９】
上記図６、図７の装置による欠陥識別法のフローチャートを図８に示す。図８中点線枠で囲まれた手順は図７に示す装置に用いる場合であり、二重線枠で囲まれた手順は図６に示す装置に用いるものであり、それ以外は共通の手順である。また、括弧内の符号は図７のものである。
図８において、ステップＳ３１で標準基板（参照基板）から参照画像をとり込み、ステップＳ３３でプロジェクタ４３（６３）によるＳＬＭ側への参照画像を投影する。ステップＳ３４でＳＬＭから可干渉性標準画像を読み出し、ステップＳ３５で凸レンズＬ１によるフーリエ変換を行い、ステップＳ３６でＰＰＨ乾板への参照画像の投影を行う（即ちこのステップＳでＰＰＨ多重マッチトフィルタを作成する）。また、ステップＳ３８で被検査基板の画像をＣＣＤカメラ５６（７７）で取込み、ステップＳ３９でプロジェクタによるＳＬＭへ書き込みを行い、ステップＳ４０で可干渉性被検査画像を読み出し、ステップＳ４１で凸レンズＬ１によるフーリエ変換を行い、ステップＳ３７で前述したＰＰＨ多重マッチトフィルタに被検査基板の光回折パターンを写して、ＰＰＨ多重マッチトフィルタによる光差分または排他的論理和を演算し、その画像をステップＳ４２で凸レンズＬ２により逆フーリエ変換し、ステップＳ４３で欠陥の形状と位置を取込み、それをステップＳ４４でディスプレイ上に表示する。
【００２０】
ステップＳ３７において、被検査物体に欠陥が有れば、その時の画像を多重マッチトフィルタＰＰＨの設置位置を前焦点として設置された凸レンズＬ２の後焦点面Ｐ２で観測すれば、欠陥部分だけが輝いて見える。そしてこの検査結果の欠陥部を表す画像をＣＣＤカメラ４５（６５）で取り込むことで、パ−ソナルコンピュ−タ５５（７６）のディスプレイ上にビデオレ−トで表示されると共に欠陥信号が表示される。
なお、多重マッチトフィルタを欠陥識別に用いる検査装置では、ステップＳ３１とステップＳ３３との間にステップＳ３２による識別アルゴリズムを搭載することもでき、さらにステップＳ３７で演算された画像はステップＳ４５で光相関演算結果の参照光軸上への相関信号として出現し、これをステップＳ４４でディスプレイ上に表示することができる。
また位相型多重マッチトフィルタを光フィルタとし、位相共役結晶と共に用いる検査装置の場合には、ステップＳ３６でＰＰＨ乾板にレーザの逆位相参照光をあてることになる。
【００２１】
次に、位相共役結晶と位相型ＳＬＭを検査に用いる場合の装置構成について図９を参照して説明する。
図９に、位相型ＳＬＭと位相共役結晶を用いて光学的に２つの画像の排他的論理和をとって、欠陥検査を行うための概略図を示す。また、図１０には図９に示す欠陥識別の方法についてのフロ−チャ−トを示す。
レ−ザ光源８１から出る可干渉性レ−ザ光の光軸上にミラ−８２、画像プロジェクタ８４、投影レンズ８４、空間光変調器（ＳＬＭ）、偏光ビ−ムスプリッタＰＢＳ、凸レンズＬ１、液晶ディスプレイＬＣＤ、凸レンズＬ２、ＣＣＤカメラ８６がこの順番に並べられている。これと全く同じ光学系が、画像プロジェクタ９２から凸レンズ９３）まで対称に並んでいる。ただし、下段の光学系ではＣＣＤカメラ８６の代わりに位相共役結晶９４がＰ２面上に設置されている。ミラ−８２からミラ−８７を通り、１／２波長板（λ／２）８８を通って、凹レンズ８９と凸レンズ９０によって平行に拡大されてミラー９１を通り、偏光ビームスプリッタＰＢＳを通って、ＳＬＭの読み出し側に照射される光学系と同じ光学系が対象に設置され、可干渉性レ−ザ光はミラ−８３、ミラー９５を通ってＳＬＭに照射さている。ＣＣＤカメラ１０１からの被検査基板の画像は画像プロジェクタ８４で投影され、ＣＣＤカメラ１０２からの参照基板の画像は画像プロジェクタ９２で投影される。位相共役結晶９４で反射された参照基板画像は下側ＰＢＳで反射され、逆位相の参照基板画像光が上側ＰＢＳで反射されて、被検査基板の画像光と重なって光学的に排他的論理和がＣＣＤカメラ８６の画像として得られる。
【００２２】
図１０に図９に示す装置による欠陥検出方法のフローチャートを示す。
図において、ステップＳ５１でＣＣＤカメラ１０１により標準基板（参照基板）から参照画像をとり込み、ステップＳ５２で画像プロジェクタ８４によるＳＬＭ側への参照画像を投影する。ステップＳ５３でＳＬＭから可干渉性標準画像を読み出し、ステップＳ５４で凸レンズＬ１によるフーリエ変換を行う。またステップＳ５５で被検査基板の画像をＣＣＤカメラ１０２で取込み、ステップＳ５６で画像プロジェクタ９２によるＳＬＭへ書き込みを行い、ステップＳ５７で可干渉性被検査画像を読み出し、ステップＳ５８で凸レンズＬ１によるフーリエ変換を行い、さらにステップＳ５９で凸レンズＬ２による逆フーリエ変換を行い、ステップＳ６０で位相共役結晶による逆位相画像光を発生させ、ステップＳ６１でそれを凸レンズＬ２によるフーリエ変換をおこない、さらにステップＳ６２で凸レンズＬ１による逆フーリエ変換を行い、ステップＳ６３で二つのＰＢＳによる被検査画像の位相共役画像の搬送を行い、ステップＳ５４で凸レンズＬ１によるフーリエ変換を行いステップＳ６４で凸レンズＬ２による逆フーリエ変換を行い、ステップＳ６５で２画像の排他的論理和演算を行う。その結果をステップＳ  ８６で画像として取込み、ステップＳ６７で表示する。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定することなく、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００２４】
【発明の効果】
以上、詳述してきたように本発明は、斬新な光アナログ法を用いたプリント基板等の外観検査法であり、従来のディジタル画像処理法では不可能である、異なる検査項目を並列高速に、しかも被検査物体を厳しい位置きめをせずに実時間的に欠陥検査を自動的に行うことを可能にする。また、本発明は、異なる種類の欠陥の並列検査法として、光回折パタ−ン群を光速度で並列識別して、欠陥部分だけを画像上に並列に瞬時に表示することができる。また、本発明は、異なる欠陥の複数の検査項目を識別するための光アナログ識別のアルゴリズムを短時間にインスト−ルを可能にする。また、本発明は、実装基板の外観検査においても、光アナログ計算機法で複数の検査項目を並列に行うという独創的な手法である、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  レンズの前焦点面上の複数の開口による光回折パターンの図であり、（イ）、（ロ）は本発明の原理を説明図であって、レンズＬ１の前焦点面にある複数の開口から光回折パターンはＬ１の後焦点面で光軸中心に重なって現れる様子を示している。
【図２】  その原理に使用するフローチャートである。
【図３】  被検査物体像の投影にＬＣＤを用いる場合についての検査法あるいは検査装置の具体例を図３に示す。
【図４】  検査装置を用いて欠陥識別を行うフローチャートである。
【図５】  ＳＬＭを被検査物体像の投影に用いる場合の具体的構成図である。
【図６】  多重マッチトフィルタを欠陥識別に用いる場合についての装置構成図である。
【図７】  位相型多重マッチトフィルタを光フィルタとし、位相共役結晶と共に用いる場合の装置構成図である。
【図８】  図６、図７の装置により欠陥識別を行うためのフローチャートであるる。
【図９】  位相共役結晶と位相型ＳＬＭを検査に用いる場合の装置構成図である。
【図１０】  図９に示す装置による欠陥検出方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１        レーザ光源
２、３    平行光を得るための凸レンズ
４        ＣＣＤカメラ
５        パソコン
１０      凸レンズ
Ｌ１      凸レンズ
Ｐ１      凸レンズＬ１の後焦点面
Ｐ０      凸レンズＬ１の前焦点面
ＬＣＤ    液晶ディスプレイ
ＳＬＭ    空間変調器
【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】
0003934351.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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