(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電子基板上方から照射し、該電子基板からの反射光を受光計測して、該電子基板上の形状パターンを抽出するパターン面自動抽出方法であって、
表面に方向性のある凹凸を有する上記電子基板に対して、光を照射し、複数の異なる方向から該光の前記電子基板からの反射光を計測して複数の画像データを得、該複数の画像データにおいて該反射光の光量が変化する上記電子基板上の凹凸領域をパターン面として認識する、
ことを特徴とするパターン面自動抽出方法。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン面自動抽出方法において、
前記計測した複数の画像データに対して、前記電子基板上の同じ位置での画像データ間の差分画像を生成し、前記差分画像におけるヒストグラムを２つに分割する閾値を求め、導出された該閾値を用いて前記差分画像から上記電子基板上の凹凸領域を抽出し、パターン面を自動的に認識する、
ことを特徴とするパターン面自動抽出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパターン面自動抽出方法において、
前記電子基板に照射する光の照射方向を法線方向とする平面上において、上記光の反射光を受光して計測する第１の計測を行うとともに、上記平面上の上記光の照射軸に対して前記第１の計測位置と対称ではない位置にて、上記光の前記電子基板からの反射光を計測する第２の計測を行う、
ことを特徴とするパターン面自動抽出方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のパターン面自動抽出方法において、
前記反射光を受光して計測する計測部を備え、該計測部または前記電子基板を移動または回転させて前記反射光を計測する、
ことを特徴とするパターン面自動抽出方法。
【請求項５】
電子基板上の検査対象の形状を計測する形状計測装置において、
光を前記電子基板上に照射する照射部と、
前記電子基板からの反射光を受光して計測する計測部と、
前記電子基板上の検査対象に関するパターン面を抽出する抽出部と、を備え、
前記照射部は、表面に方向性のある凹凸を有する上記電子基板に対して、光を照射し、
前記計測部は、複数の異なる方向から前記光の電子基板からの反射光を計測して複数の画像データを得、
前記抽出部は、上記複数の画像データにおいて上記反射光の光量が変化する上記電子基板上の凹凸領域をパターン面として認識する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の形状計測装置において、
前記抽出部は、前記計測された複数の画像データに対して、前記電子基板上の同じ位置での画像データ間の差分画像を生成し、前記差分画像におけるヒストグラムを２つに分割する閾値を求め、導出された該閾値を用いて前記差分画像から上記電子基板上の凹凸領域を抽出し、パターン面を自動的に認識する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の形状計測装置において、
前記電子基板に照射する光の照射方向を法線方向とする平面上において、該光の反射光を受光して計測する第１の計測部と、
上記平面上の上記光の照射軸に対して上記第１の計測部の位置と対称ではない位置にて、該光の前記電子基板からの反射光を計測する第２の計測部と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の形状計測装置において、
前記計測部または前記電子基板を移動または回転させて前記反射光を計測する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれかに記載の形状計測装置において、
前記抽出したパターン面の位置及び高さを用いて、前記電子基板の近似面を自動生成する電子基板近似面生成部と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１０】
請求項５から請求項９のいずれかの一項に記載の形状計測装置において、
前記抽出したパターン面の位置及び高さを用いて、前記電子基板の近似面を生成して、前記電子基板上の検査対象を認識する検査対象認識部と、を備えた、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１１】
請求項５から請求項１０のいずれかに記載の形状計測装置において、
前記電子基板面からの検査対象の形状高さを求める形状計測部を備え、
前記形状計測部は、上記抽出したパターン面上に基板面高さ計測領域（以下、基準領域と称す）を設定し、前記基準領域の位置及び高さデータを用いて前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記形状計測部は、前記電子基板の画像を格子状に分割し、該分割された各格子領域内に基準領域を設け、該基準領域の位置及び高さデータを導出する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の形状計測装置において、
前記形状計測部は、上記電子基板の画像を格子状に分割した後、該格子領域内にパターン面が存在する場合、前記格子領域の中心位置に前記基準領域を設定し、該基準領域の高さデータを前記格子領域内のパターン面高さの平均値とする、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の形状計測装置において、
前記形状計測部は、上記電子基板の画像を格子状に分割した後、該分割した格子領域内にパターン面が存在する場合、該パターン面に対して距離変換を行ってスケルトン（骨格）を生成し、該パターン面の幅の長さ（距離値）に応じて上記基準領域を設定する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記形状計測部は、検査対象を取り囲むような前記基準領域を３点選択し、該３点の基準領域の位置及び高さデータより擬似平面を構成して、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記形状計測部は、検査対象を取り囲むような前記基準領域を４点以上選択し、選択された該基準領域の位置及び高さデータより擬似曲面を構成して、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１７】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記形状計測部は、前記生成された電子基板の近似面を用いて、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測する、
ことを特徴とする形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理により電子基板の状態を検査する基板検査方法に関するもので、特に電子基板上に塗布されたはんだや実装部品に対して、それらの形状や状態を調べる基板検査に用いるパターン面自動抽出方法およびそれを用いた形状計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子基板上に実装部品が搭載される前に、電子基板に塗布されたはんだの印刷状態を求め、それらの状態から自動的に印刷の良否を判定する基板検査装置がある。この基板検査装置では、電子基板上に塗布されているはんだの印刷状態を２次元画像データや３次元画像データとして取り込み，良否の判定を行う。
【０００３】
２次元画像データを用いた良否判定方法としては、図１に示すようなＣＣＤラインセンサにより２次元画像を取得し、はんだのかすれやにじみ等の判定を行う方法がある。
一方、３次元画像データを用いた良否判定方法としては、図２に示すようなレーザ光源を用いた光学式物体検出方法やスリット光を用いた光切断法などにより３次元画像を取得し、はんだ形状に関する判定を行う方法がある。
【０００４】
この中で、はんだ形状に関する計測を行うときに用いる３次元画像の計測方法の一つとして図２に示すレーザ光源を用いた方法がある。計測原理としては、光源４から照射された入射光２０は、まずミラー５を介してはんだ３に照射される。この反射光２１をミラー６で集光し、ミラー５を介して受光部分７で受光される。そして、反射光を受光部分７で受け取った位置を用いて三角測量法により３次元画像情報を得ることができる。
【０００５】
図３は三角測量の原理図である。レーザ光源Ｌより垂直入射された入射光２０は検査対象８がない場合、点線の光路を辿り位置ｘ1で受光され、検査対象８がある場合は実線の光路を辿り位置x2で受光されるものとする。この時、受光位置x1、x2の位置検出を行い、その位置から三角測量法を用いて高さＨを導出することができる。
【０００６】
受光位置ｘ1、受光位置ｘ2の位置検出に用いられる半導体光センサとしてＰＳＤ（Position Sensitive Detector）がある。このセンサは入力光の位置に比例したアナログ信号を出力する位置検出デバイスである。このＰＳＤからの出力信号ＩａとＩｂより、計測位置（ｘ、ｙ）における反射光量を示す輝度値Ｂ（ｘ、ｙ）と対象物の高さH（ｘ、ｙ）は式（１）、式（２）より求められる。
【０００７】
【数１】
0003850282.tif 000002
【数２】
0003850282.tif 000003
上記方法を電子基板全面に行うことにより、前記電子基板全体の計測データである表面形状データ及び輝度データを作成する。
前記方法により得られた表面形状データを用いて、はんだの印刷状態検査を行う。
【０００８】
特開平４−２０８８０３号公報では、部品が実装されていない領域３点を選び、その領域３点の基板の傾き情報を用いて基板平面を近似し、その近似平面の高さを高さ閾値として表面形状データを２値化する。そして、前記２値化画像より各部品の大きさ、実装位置、傾きを求め、予め用意している標準値と比較することにより実装状態の良否を判定する方法が示されている。
【０００９】
また、特願２０００−２２７７９０では、基板領域を分割し、ヒストグラム処理等により各分割領域における基板高さを求め、近似曲面を生成する。そして、近似曲面の高さと表面形状データを用いてサブトラクション処理により検査対象領域を決定し、前記検査対象領域に対し、中心座標、面積、体積、傾き、及び主軸等の特徴量を算出する方法が示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平４−２０８８０３号公報では基板の傾き情報を計測する検査領域の設定法を自動的に行う方法は示されておらず、数千点以上の検査領域を手動で行うとなると設定時間に1日かかることもあり，効率的な問題があった。
【００１１】
さらに、電子基板表面上に研磨痕等の凹凸が方向性を持って存在している場合、その凹凸は回折格子の役割を果たし、主として基板表面への照射光を回折してしまうため、ある角度での基板からの反射光の強度が強くなり、その結果、計測される反射光の強度が基板表面の凹凸方向と受光部との位置関係、及び受光部の計測角度に応じて変動する。さらに、反射光の強度が弱く計測される場合においては、式（１）の輝度値Ｂ（ｘ、ｙ）が小さいために、式（２）から電流値Ｉａ（ｘ、ｙ）の変動が高さ計測値H（ｘ、ｙ）に与える影響が強くなり、電流値Ｉａ（ｘ、ｙ）のノイズレベルが高さ計測データに与える影響が強くなることが考えられる。
【００１２】
このために、特願２０００−２２７７９０では検査領域の高さ閾値の導出方法が、高さ計測データのヒストグラムを生成し閾値を求める方法であるため、特に低輝度領域において、高さ計測データがノイズの影響を強く受けるので、高さ計測データのヒストグラムのみを用いて該閾値を導出することは困難となるという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、電子基板表面上の検査対象に関する形状パターンを自動的に抽出するパターン面自動抽出方法、及びそれを用いて電子基板表面の検査対象の形状及び高さを計測する形状計測装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために、本発明の請求項１に記載のパターン面自動抽出方法は、光を電子基板上方から照射し、該電子基板からの反射光を受光計測して、該電子基板上の形状パターンを抽出するパターン面自動抽出方法であって、表面に方向性のある凹凸を有する上記電子基板に対して、光を照射し、複数の異なる方向から該光の前記電子基板からの反射光を計測して複数の画像データを得、該複数の画像データにおいて該反射光の光量が変化する上記電子基板上の凹凸領域をパターン面として認識するものである。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載のパターン面自動抽出方法は、請求項１に記載のパターン面自動抽出方法において、前記計測した複数の画像データに対して、前記電子基板上の同じ位置での画像データ間の差分画像を生成し、前記差分画像におけるヒストグラムを２つに分割する閾値を求め、導出された該閾値を用いて前記差分画像から上記電子基板上の凹凸領域を抽出し、パターン面を自動的に認識するものである。
【００１６】
本発明の請求項３に記載のパターン面自動抽出方法は、請求項１または請求項２に記載のパターン面自動抽出方法において、前記電子基板に照射する光の照射方向を法線方向とする平面上において、上記光の反射光を受光して計測する第１の計測を行うとともに、上記平面上の上記光の照射軸に対して前記第１の計測位置と対称ではない位置にて、上記光の前記電子基板からの反射光を計測する第２の計測を行うものである。
【００１７】
本発明の請求項４に記載のパターン面自動抽出方法は、請求項１または請求項２に記載のパターン面自動抽出方法において、前記反射光を受光して計測する計測部を備え、該計測部または前記電子基板を移動または回転させて前記反射光を計測するものである。
【００１８】
また、本発明の請求項５に記載の形状計測装置は、電子基板上の検査対象の形状を計測する形状計測装置において、光を前記電子基板上に照射する照射部と、前記電子基板からの反射光を受光して計測する計測部と、前記電子基板上の検査対象に関するパターン面を抽出する抽出部と、を備え、前記照射部は、表面に方向性のある凹凸を有する上記電子基板に対して、光を照射し、前記計測部は、複数の異なる方向から前記光の電子基板からの反射光を計測して複数の画像データを得、前記抽出部は、上記複数の画像データにおいて上記反射光の光量が変化する上記電子基板上の凹凸領域をパターン面として認識するものである。
【００１９】
本発明の請求項６に記載の形状計測装置は、請求項５に記載の形状計測装置において、前記抽出部は、前記計測された複数の画像データに対して、前記電子基板上の同じ位置での画像データ間の差分画像を生成し、前記差分画像におけるヒストグラムを２つに分割する閾値を求め、導出された該閾値を用いて前記差分画像から上記電子基板上の凹凸領域を抽出し、パターン面を自動的に認識するものである。
【００２０】
本発明の請求項７に記載の形状計測装置は、請求項５または請求項６に記載の形状計測装置において、前記電子基板に照射する光の照射方向を法線方向とする平面上において、該光の反射光を受光して計測する第１の計測部と、上記平面上の上記光の照射軸に対して上記第１の計測部の位置と対称ではない位置にて、該光の前記電子基板からの反射光を計測する第２の計測部と、を備えたものである。
【００２１】
本発明の請求項８に記載の形状計測装置は、請求項５または請求項６に記載の形状計測装置において、前記計測部または前記電子基板を移動または回転させて前記反射光を計測するものである。
【００２２】
本発明の請求項９に記載の形状計測装置は、請求項５から請求項８のいずれかに記載の形状計測装置において、前記抽出したパターン面の位置及び高さを用いて、前記電子基板の近似面を自動生成する電子基板近似面生成部と、を備えたものである。
【００２３】
本発明の請求項１０に記載の形状計測装置は、請求項５から請求項９のいずれかの一項に記載の形状計測装置において、前記抽出したパターン面の位置及び高さを用いて、前記電子基板の近似面を生成して、前記電子基板上の検査対象を認識する検査対象認識部と、を備えたものである。
【００２４】
本発明の請求項１１に記載の形状計測装置は、請求項５から請求項１０のいずれかに記載の形状計測装置において、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを求める形状計測部を備え、前記形状計測部は、上記抽出したパターン面上に基準領域を設定し、前記基準領域の位置及び高さデータを用いて前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測するものである。
【００２５】
本発明の請求項１２に記載の形状計測装置は、請求項１１に記載の形状計測装置において、前記形状計測部は、前記電子基板の画像を格子状に分割し、該分割された各格子領域内に基準領域を設け、該基準領域の位置及び高さデータを導出するものである。
【００２６】
本発明の請求項１３に記載の形状計測装置は、請求項１２に記載の形状計測装置において、前記形状計測部は、上記電子基板の画像を格子状に分割した後、該格子領域内にパターン面が存在する場合、前記格子領域の中心位置に前記基準領域を設定し、該基準領域の高さデータを前記格子領域内のパターン面高さの平均値とするものである。
【００２７】
本発明の請求項１４に記載の形状計測装置は、請求項１２に記載の形状計測装置において、前記形状計測部は、上記電子基板の画像を格子状に分割した後、該分割した格子領域内にパターン面が存在する場合、該パターン面に対して距離変換を行ってスケルトン（骨格）を生成し、該パターン面の幅の長さ（距離値）に応じて上記基準領域を設定するものである。
【００２８】
本発明の請求項１５に記載の形状計測装置は、請求項１１に記載の形状計測装置において、前記形状計測部は、検査対象を取り囲むような前記基準領域を３点選択し、該３点の基準領域の位置及び高さデータより擬似平面を構成して、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測するものである。
【００２９】
本発明の請求項１６に記載の形状計測装置は、請求項１１に記載の形状計測装置において、前記形状計測部は、検査対象を取り囲むような前記基準領域を４点以上選択し、選択された該基準領域の位置及び高さデータより擬似曲面を構成して、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測するものである。
【００３０】
本発明の請求項１７に記載の形状計測装置は、請求項１１に記載の形状計測装置において、前記形状計測部は、前記生成された電子基板の近似面を用いて、前記電子基板面からの検査対象の形状高さを計測するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態１を、図面を参照して説明する。
図４は本発明に係るパターン面抽出方法を示す概念図、図５と図６は抽出したパターン面上への基準領域を自動設定する方法を示す概念図である。図７は計測した画像から２値化処理によりパターン面を抽出するまでの処理フローチャート、図８と図９はパターン面抽出後の２値化画像からはんだ高さ計測までの処理フローチャート、図１０ははんだ高さを計測する工程における処理フローチャートである。また、図１２は本実施の形態１による形状計測装置の構成を示すブロック図である。
【００３２】
図１２において、４１は光を電子基板に照射する照射部、４２は電子基板からの反射光を計測する計測部、４３は計測部４２により計測された画像データをもとに電子基板上の検査対象に関する形状パターンを抽出するパターン面抽出部、４４は抽出したパターン面の位置や高さデータを用いて、電子基板の近似面を生成する近似面生成部、４５は上記パターン面の位置や高さデータ、及び近似面に基づいて検査対象を認識する検査対象認識部、４６は計測部やパターン面抽出部の出力により、検査対象の形状高さを算出する形状計測部である。
【００３３】
上記のような構成を有する形状計測装置は、以下のような動作フローに基づいて検査対象の形状高さを計測する。
すなわち、照射部４１は光を電子基板に照射し、計測部４２はその光の基板面からの反射光を受光して計測した輝度画像データを出力し、そしてパターン面抽出部４３は複数の前記画像データを比較して、受光光量が変化する範囲をパターン面として抽出する。また、基板近似面生成部４４は上記抽出したパターン面の位置や高さデータを用いて、基板の近似面を生成し、検査対象認識部４５はさらに前記パターン面の位置や高さ、及び近似面を用いて、検査対象を認識する。一方、形状計測部４６はパターン面抽出部４３の結果に基づいて、パターン面上に基準領域を設定し、基準領域を用いて基板の擬似曲面（もしくは平面）を構成して、計測部４２で得た検査対象の高さと擬似曲面の高さとの差を取ることにより、検査対象の形状高さを得ることができる。
【００３４】
次に、パターン面抽出部４３に用いられているパターン自動抽出方法、及び形状計測部４６における基準領域の設定、及び形状高さの計測の詳細について説明する。
一般に基板製造工程において、電子基板表面の平坦化と表面の活性化によるはんだの接着性向上のために電子基板表面は研磨されている。エポキシ樹脂やポリイミド樹脂やフェノール樹脂等の樹脂をベースとする電子基板である場合、前記電子基板表面には方向性を持った研磨痕が生じ、光源を用いて３次元画像を計測する場合、電子基板表面の凹凸方向と反射光の受光方向が異なる条件において、前記電子基板のパターン面からの反射光量が少なくなり、輝度値が低い輝度画像が得られることが確認されている。
【００３５】
上記の現象、及びその現象を用いてパターン面を抽出する方法を、図４を用いて説明する。
上記現象は、主として基板表面の方向性を持つ凹凸が回折格子の役割を果たし、基板表面への照射光の回折現象を引き起こすため、基板表面からの反射光の強度が角度に対する強い指向性を持ち、受光部と該凹凸方向との位置関係に応じて強度の異なる反射光が受光されることにより生じていると考えられる。
【００３６】
この時、例えば、受光部が凹凸方向に配置される場合、照射光の回折のため基板からの反射光の強度は強い指向性を持っているので、受光角度によって反射光の強度は大きく変動し、また受光部が該凹凸方向と垂直に近い方向に配置される場合には、反射光は拡散反射光と見なすことができるため、反射光の強度は角度によって大きく変動しない。
【００３７】
従って、受光部が該凹凸方向に配置されている場合、且つ反射光の強度が強くなる角度が受光部の計測範囲内であれば、輝度画像は明るくなる。一方、受光部が該凹凸方向に配置されている場合でも、反射光の強度が強くなる角度が受光部の計測範囲外であれば輝度画像は暗くなる。このため、電子基板に対して異なる位置関係にある受光部毎の計測結果は、同じ計測位置でも受光方向が異なると明るさの異なる輝度画像が生成される。ここでいう凹凸方向は、凹凸が生じている方向であり、図４（ａ）に示す方向である。
【００３８】
図４は基板表面からの反射光と受光部との位置関係の一例を示した図である。図４（ａ）は、電子基板２と受光部７との位置関係の一例を示した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の受光部Ｍ１で計測される基板画像を示し、受光方向は拡散反射光が計測される方向である。図４（ｃ）は、図４（ａ）の受光部Ｍ２で計測される基板画像を示し、受光方向は照射光が回折した反射光を計測する方向である。ただし、図４（ａ）は、反射光の強度が強くなる角度が受光部Ｍ２の受光範囲外であり輝度値が低い場合を示している。もし、前記反射光の強度が強くなる角度が受光部Ｍ２の受光範囲内にあるときは、受光部Ｍ２で計測される輝度値が高くなる。
【００３９】
上記現象は、反射光量が多い銅箔面やパターン面で顕著に現れているため、この現象を利用することにより、上記例のように輝度が高い図４（ｂ）と輝度が低い図４（ｃ）を比較し、銅箔面やパターン面の領域を抽出することができる。
【００４０】
この比較方法の一つとしては、輝度データが異なる２つの輝度画像（図４（ｂ）、図４（ｃ））について、基板上の同じ位置での輝度値の差分画像（図４（ｄ））を生成する。そして、前記差分画像について、ヒストグラム処理による可変閾値や固定閾値を求めて２値化処理を行うことによりパターン面を抽出する。
【００４１】
以下に図７から図１０のフローチャートを用いて、電子基板の計測からはんだ高さ計測を行うまでの処理プロセスについて説明する。
図７は計測した基板画像から２値化処理によりパターン面を抽出するまでの一例における処理フローチャートである。
まず、ステップＳ１０では、前述した図２に示すように、光源からの反射光量を計測して計測データを得る、基板計測方法により電子基板を計測し反射光量を示す輝度画像を取得する。
【００４２】
ステップＳ２０では、電子基板に対する受光部の位置を９０°変えて、再度前記電子基板表面を計測し輝度画像を取得する。但し、受光部が電子基板に対して図４のようにＸＹ受光方向に配置されている場合については、再度輝度画像を取得する必要はなく、図４のＸ受光方向上に配置された計測部からのデータにより作成される輝度画像と図４のＹ受光方向上に配置された計測部からのデータにより作成される輝度画像の２組の画像を取得する。
【００４３】
ステップＳ３０では、ステップＳ２０において計測した輝度画像と最初に計測した輝度画像について、差分画像を作成するために画像データ上での基板の位置を合わせる。この方法を図４を用いて説明する。
前記電子基板を計測した輝度画像Ｂ（図４（ｃ））と輝度画像Ａ（図４（ｂ））について、図４に示すように基準位置Ｓ１とＳ２とを基準として、輝度画像Ｂでの電子基板上のある座標が輝度画像Ａでの電子基板上の同じ座標となるようにアフィン変換を用いて輝度画像Ｂを座標変換する。
このアフィン変換は、基準位置Ｓ１とＳ２とにより平行移動量，回転角度，及び拡大縮小量を導出し、それらの値から座標変換を行う線形多項式を求め、その線形多項式より輝度画像Bの各座標での平行移動量と回転角度を計算する方法である。
このようなアフィン変換などの座標変換方法を用いることにより、受光方向を移動したときに得られる２枚の画像間の位置ずれを補正することができる。
【００４４】
ステップＳ４０では、ステップＳ３０において位置合わせが行われた２枚の画像について、差分画像を生成する。
輝度画像Ａと、ステップＳ３０において座標変換を行われた輝度画像Ｂとについて、電子基板上の同じ位置での輝度値の差を計算することにより、電子基板の差分画像（図４（ｄ））を生成することができる。
ステップＳ５０では、ステップＳ４０で取得した差分画像中のパターン面とそれ以外の領域とに分離する閾値を導出する。
【００４５】
まず、差分画像におけるヒストグラムを作成する。差分画像について、輝度画像間における輝度データに差がある領域では画素値が大きくなり、輝度画像間における輝度データに差がない領域では画素値は小さくなるので、前記ヒストグラムを２つに分割することにより、輝度データに差がある凹凸領域を抽出することができる。
【００４６】
ただし、ヒストグラムを閾値ｔで２つのクラス（ｔ以上とｔ未満）に分割する場合、２つのクラス間の分離を最も良くするために、２つのクラス間分散が最大となる閾値ｔを求める判別分析方法がある。この判別分析方法を用いて、差分画像をもとに作成したヒストグラムについて、クラス間分散が最大となる画素値を閾値として求める。
そして、ステップＳ６０では、ステップＳ５０において導出された前記閾値を用いて２値化処理を行いパターン面を抽出する。
【００４７】
以上のステップを踏むことにより、パターン面のみを抽出することができる。
次に、パターン面上に基準領域を設定する方法について説明する。
図８と図９は、ステップＳ１０からＳ６０において抽出された２値化画像を用いて、検査の基準となる基板面高さや基板面からのはんだ高さ等のはんだ計測を行う際の基準面の設定を行うフローを示す図である。
【００４８】
図８は電子基板領域を格子状に分割し、格子領域の中心位置に基板面高さ計測領域を設定する方法による、基準面の設定を行うフローを示した図である。図９は電子基板領域を格子状に分割し、パターン面について距離変換を行いスケルトンを生成し、スケルトンの距離値に応じて基準領域を設置する方法による、基準面の設定を行うフローを示した図である。
図８と図９とでは、共通なステップは同じステップ番号として記述するものとし、異なるステップについてはその都度示すこととする。
【００４９】
ステップＳ７０では、ステップＳ６０において取得した２値化画像を任意の格子状に分割する。
ステップＳ８０では、ステップＳ７０において格子状に分割された領域について、パターン面が存在しているかどうかを確認する。
この確認方法としては、格子領域中において、ステップＳ６０の２値化成分が存在していることを確認することによって行われる。
【００５０】
基準領域（基板面高さ計測領域）をパターン面に設定する方法について、格子中心点に基準領域を設定し、格子領域内のパターン面画像データの平均値を基準領域の画像データとする方法（ステップＳ９１）と、格子領域内のパターン面画像について距離変換を行いスケルトンを生成し、距離値に応じて基準領域を設定する方法（ステップＳ９２）とがある。
【００５１】
図８のステップＳ９１とステップＳ１００とでは、格子中心点に基準領域を設定し、格子領域内のパターン面画像データの平均値を基準領域の画像データとする。ステップＳ９１の処理を図５に示す。
図５（ａ）に示すように、電子基板のパターン面抽出後の２値化画像を格子状に分割し、パターン面が存在している格子領域の中心位置に基準領域３１を設定する。ここで、図５（ｂ）は図５（ａ）において領域Ｒ１を示した図である。ここで、基準領域の大きさは各格子領域を超えない大きさに設定される。
【００５２】
ステップＳ１００では、ステップＳ９１により設定された基準領域の画像データを格子領域内のパターン面の画像データの平均値とする。
このとき、基準領域の画像データは、パターン面の画像データの平均値のみでなく画像データのメディアンや最頻値等を用いても求めることができる。
【００５３】
ステップＳ１１０では、ステップＳ８０により求められたパターン面が存在しない格子と、ステップＳ１００により求められた基準領域とを合わせて、電子基板画像を再構成する。
ステップＳ１２０では、ステップＳ９１において設定した基準領域を用いてはんだ高さ計測を行う。はんだ高さ計測方法については後に示すものとする。
【００５４】
また、図９において、図８とはステップＳ８０まで同じ処理過程を有するため、それに関する説明を省略する。
図９のステップＳ９２では、抽出したパターン面についてスケルトン（骨格）を生成する。
【００５５】
まず、抽出したパターン面に対して距離変換を行う。距離変換とは、画素値が“０”と“１”の２値化画像において、画素値が“１”の図形領域から“０”の画素領域までの最短距離を求める処理であり、“０”画素領域からの距離が遠くなるほど、距離変換後の画素値は高い値となる。この距離変換後の距離画像について、極大値の集合がスケルトンである。
【００５６】
上記のようにして、抽出したパターン面についてスケルトンを生成する。
そして、ステップＳ９５よりスケルトンの画素値（距離値）に応じて、パターン面上に基準領域を設定する。
なお、基準領域の画像データは、パターン面の画像データの平均値、メディアンや最頻値等を用いて求めることができる。
【００５７】
ステップＳ１１０では、ステップＳ９２により求められた距離画像とステップＳ８０よりパターン面以外の領域とを合わせて、電子基盤画像を再構成する。
ステップＳ１２０では、ステップＳ９５において設定した基準領域を用いてはんだ高さ計測を行う。
【００５８】
以上のように、図８、図９のフローチャートでは、パターン面のみを抽出した電子基板画像を用いて、基板面の近似高さを導出するときに用いる基準領域の設定プロセスを示した。
【００５９】
以下では、ステップＳ１２０における、形状計測部４６においてはんだ高さ計測について図１０を用いて説明する。
図１０は、ステップＳ１２０において行われるはんだ高さ計測処理のフローチャートであり、基準領域が自動的にパターン面上に設定された画像を用いて、基準領域の高さを用いて擬似曲面を構成し、基板平面高さを近似的に求めることにより、基板面からのはんだ高さを導出する流れを示す一実施例である。
【００６０】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１０において計測された画像データ（以下Ｐ１）とステップＳ１１０により基準領域が設定されている電子基板画像（以下Ｐ２）を用いることにより、検査対象はんだ近傍での基準領域を探す。
【００６１】
この方法としては、まず、ＣＡＤデータ、ガーバデータ等の設計情報や図１１に示すような高さ補間により生成される基準面を用いて、はんだ領域を認識し、中心位置ｈ（ｘ、ｙ）を求める。
そして、電子基板画像Ｐ２上において求めた中心位置ｈ（ｘ、ｙ）からの距離が短く、検査対象のはんだを取り囲むような位置の基準領域を選択する。
ただし、基準面を生成する場合においては、正確に高さを導出する必要がないために、基板の反りの影響を考えながらも、ある程度広い領域の近似面を基準面とする。
【００６２】
ステップＳ１４０では、選ばれた数点の基準領域より擬似曲面を構成する。擬似平面を構成するには基準領域３点必要であり、擬似曲面では４点以上必要となる。この数点の基準領域の位置（ｘ、ｙ）、画像データｚにより多次元方程式を解くことにより擬似曲面を構成する。
ステップＳ１５０では、検査対象はんだの位置における基板面高さを計算する。すなわち、ステップＳ１４０により導出された擬似平面上の検査対象はんだの位置における基板面高さを導出する。
【００６３】
ステップＳ１６０では、ステップＳ１５０において導出した基板面近似高さとオフセットを加えた高さを高さ閾値とし、ステップＳ１０で計測した画像データ（電子基板画像Ｐ１）中の検査対象はんだの高さデータとの差をとることにより、基板面からのはんだ高さを導出することができる。
以上のような流れにより、基準領域を用いて擬似曲面（平面）を構成し基板面からのはんだ高さを計測することができる。
【００６４】
このように、本実施の形態１によるパターン面自動抽出方法、及びそれを用いた形状計測装置では、電子基板からの反射光を複数の位置から測定して得た、複数の電子基板画像データを用いて、反射光の光量が異なる領域をパターン面として認識し、ヒストグラム処理により閾値を自動的に決定して２値化処理を行うことでパターン面のみを自動抽出するので、反射光量が少なく、計測される電子基板画像のみではパターン面を高精度に抽出することができない場合においても、パターン面を自動抽出することが可能となる。さらに、パターン面自動抽出後の画像を格子状に分割し、基板面高さ計測領域（基準領域）をパターン面上に自動的に設置することにより、基板面高さを近似する平面や曲面を導出して電子基板表面からの検査対象の高さを自動計測することができる。
【００６５】
なお、上記の基準領域の設定方法において，格子領域全体を基準領域とみなして、はんだ高さ計測を行うこともできる。この方法では、検査対象の近傍での基準領域の高さを基板面高さとすることにより、簡略的に基板面からのはんだ高さを計測することができる。
【００６６】
また、本実施の形態１において電子基板表面の方向性のある凹凸の方向と反射光の受光方向との位置関係を変えるために、電子基板に対する受光方向の位置を９０°変えたが、１８０°の整数倍の角度以外の任意の回転角度で回転を行なっても、同様の効果を得ることができる。
【００６７】
さらに、以上のように基準領域を用いて基板面近似を行うのではなく、図１１に示すように、パターン面抽出後の電子基板画像についてパターン面以外の領域の高さを周囲のパターン面の位置や高さを用いて補完することもできる。
【００６８】
図１１は、パターン面以外の基準面高さの補間方法の一例を示し、はんだ領域の基準面の高さ補間を示す図である。
この方法では、まずパターン面抽出後の２値化画像よりはんだ領域（パターン面以外の領域）を認識する。そして、はんだ領域の基準面の高さを周囲のパターン面の高さを用いて、線形補間や２次補間、高次補間というような高さ補間を行い、はんだ領域の基準面高さを求める。そして、生成した基準面高さを用いて、パターン面抽出前の高さ画像と比較することにより、基板面からのはんだ高さを計測することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、検査対象をはんだとし、はんだ高さ計測について示したが、本発明ははんだ以外にも実装部品などの基板面からの高さ計測にも用いても同様な効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に係るパターン面自動抽出方法によれば、複数の異なる方向から計測し得られた電子基板画像データを比較することにより、反射光量が変化する領域を検出しパターン面と認識するため、パターン面のみを高精度に抽出することができるという効果を有する。
【００７１】
また、本発明の請求項２に係るパターン面自動抽出方法によれば、複数の異なる方向から計測し得られた電子基板画像データについて差分画像を生成し、その差分画像に対するヒストグラム処理により導出される閾値を用いて、差分画像における反射光量が変化する領域をパターン面として認識するため、パターン面抽出後に自動的にパターン面を認識することができるという効果を有する。
【００７２】
本発明の請求項３に係るパターン面自動抽出方法によれば、反射光を異なる方向から計測し、それら複数の異なる方向からの画像データを得ることにより、パターン面を抽出するために必要な画像データを一度に計測することができるという効果がある。
【００７３】
本発明の請求項４に係るパターン面自動抽出方法によれば、計測部若しくは電子基板を移動または回転することにより、計測部が電子基板に対して一方向にしか設定されていない場合においても、電子基板と計測部の位置関係を変えることができるので、電子基板からの反射光を異なる方向から計測でき、パターン面を抽出するために必要な画像データを計測することができるという効果がある。
【００７４】
本発明の請求項５に係る形状計測装置によれば、照射部、計測部、及びパターン面抽出部を備えて、異なる方向から計測し得られた複数の電子基板の画像データを比較することにより、反射光量が変化する領域を検出しパターン面と認識するため、パターン面からの反射光量が弱く、ヒストグラム処理により導出される閾値を用いてパターン面を認識することが困難である場合においても、パターン面のみを高精度に認識することができるという効果を有する。
【００７５】
本発明の請求項６に係る形状計測装置によれば、パターン面抽出部は、複数の異なる方向から計測し得られた電子基板の画像データについて差分画像を生成し、その差分画像に対するヒストグラム処理により導出される閾値を用いて、差分画像における反射光量の変化する領域をパターン面として認識するため、パターン面抽出後に自動的にパターン面を認識することができるという効果を有する。
【００７６】
本発明の請求項７に係る形状計測装置によれば、反射光を異なる方向から計測し、それら複数の異なる方向から画像データを得ることにより、パターン面を抽出するために必要な画像データを一度に計測することができるという効果を有する。
【００７７】
本発明の請求項８に係る形状計測装置によれば、計測部若しくは電子基板が移動または回転するので、計測部が電子基板に対して一方向にしか設定されていない場合においても、電子基板と計測部の位置関係を変えることができるので、電子基板からの反射光を異なる方向から計測でき、パターン面を抽出するために必要な画像データを計測することができるという効果がある。
【００７８】
本発明の請求項９に係る形状計測装置によれば、照射部、計測部、及びパターン面抽出部以外に、電子基板近似面生成部を設置することにより、パターン面抽出後の電子基板画像において、基板面の近似面を自動的に生成することができるという効果がある。
【００７９】
本発明の請求項１０に係る形状計測装置によれば、照射部や、計測部、パターン面抽出部、電子基板近似面生成部以外に、検査対象認識部を設置することにより、抽出したパターン面の位置及び高さ情報を用いて、電子基板表面上の検査対象の位置及び大きさを認識することができるという効果がある。
本発明の請求項１１に係る形状計測装置によれば、基準領域を設定し、基準領域の高さを用いて電子基板面高さを近似的に求め、検査対象の高さを導出する形状計測部を設置することにより、基板面からの検査対象高さを高精度に計測することができるという効果がある。
【００８０】
本発明の請求項１２に係る形状計測装置によれば、電子基板の画像を格子状に分割するようにしたので、等間隔で基準領域を設定することができるという効果がある。
【００８１】
本発明の請求項１３に係る形状計測装置によれば、基板面高さ計測領域（基準領域）を格子領域の中心位置のみで現すことにより、基板面高さを導出する際に取り扱うデータ量を減らすことができ、かつ検査対象の高さ計測を自動的に行うことができるという効果がある。
【００８２】
本発明の請求項１４に係る形状計測装置によれば、認識したパターン面の距離画像を用いることにより、パターン面の幅に応じて基準領域を設定することができるため、検査対象の高さ計測を自動的に行うことができるという効果がある。
【００８３】
また、本発明の請求項１５、請求項１６に係る形状計測装置によれば、基準領域の位置と高さを用いて擬似平面もしくは曲面を構成し、前記電子基板面高さを近似的に求めるようにしたので、基板面からの検査対象高さを高精度に計測することができるという効果がある。
【００８４】
本発明の請求項１７に係る形状計測装置によれば、基板近似面を電子基板面高さとして用いるようにしたので、簡単に検査対象の形状高さを自動的に求めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の基板検査装置におけるラインセンサ方式の概略図である。
【図２】従来の基板検査装置におけるレーザ方式の概略図である。
【図３】三角測量の原理図である。
【図４】受光方向と反射方向との位置関係による反射光量の違いの一例を示した図である。
【図５】（ａ）は画像領域を格子状に区切り、格子領域中心位置に基準領域を設定した図、（ｂ）は図５（ａ）一部の拡大図である。
【図６】（ａ）は画像領域を格子状に区切り、スケルトンの距離値から基準領域を設定した図、（ｂ）は図６（ａ）一部の拡大図である。
【図７】基板撮像からパターン面抽出までフローチャートである。
【図８】基準領域を用いてパターン面抽出からはんだ高さ計測までのフローチャートである。
【図９】スケルトンを用いてパターン面抽出からはんだ高さ計測までのフローチャートである。
【図１０】ステップ１２０のはんだ高さ計測において擬似平面より求められる基板面高さを用いてはんだ高さを算出するフローチャートである。
【図１１】パターン面以外の領域の高さを用いて補完するイメージ図であり、（ａ）はパターン領域抽出後の画像、（ｂ）は一次補完後の画像である。
【図１２】本実施の形態１による形状計測装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ラインセンサ
２  電子基板
３  はんだ
４  光源
５、６  ミラー
７  受光部
８  検査対象
９  結像レンズ
１０  表面の凹凸
１１  銅箔面・パターン面
１２  拡大図
１３  スケルトン（骨格）
１４  パターン面抽出後の２値化画像でのはんだ領域
２０  入射光
２１  反射光
３０  格子線
３１  基準領域
４０  形状計測装置
４１  照射部
４２  計測部
４３  パターン面抽出部
４４  基板近似面生成部
４５  検査対象認識部
４６  形状計測部
Ｒ  受光センサ
Ｄ  反射方向
Ｓ  基準位置
Ｌ  レーザ光源
Ｈ  対象物の高さ
ｒ１(ｘ,ｙ,ｚ)  対象物がある状態での反射位置
ｒ２(ｘ,ｙ,+Ｈ)  対象物がない状態での反射位置
Ｉａ、Ｉｂ  受光部からの出力信号
ｘ1、ｘ2  受光位置
【図１】
0003850282.tif 000004
【図２】
0003850282.tif 000005
【図３】
0003850282.tif 000006
【図４】
0003850282.tif 000007
【図５】
0003850282.tif 000008
【図６】
0003850282.tif 000009
【図７】
0003850282.tif 000010
【図８】
0003850282.tif 000011
【図９】
0003850282.tif 000012
【図１０】
0003850282.tif 000013
【図１１】
0003850282.tif 000014
【図１２】
0003850282.tif 000015