外観検査装置及び外観検査方法
【課題】被検査体の高さを少ない撮像回数で求める。
【解決手段】外観検査装置１０は、周期的に明るさが変化する第１縞パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する。外観検査装置１０は、第１縞パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２縞パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する。外観検査装置１０は、第２縞パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、第１縞パターン及び第２縞パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める。
【解決手段】外観検査装置１０は、周期的に明るさが変化する第１縞パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する。外観検査装置１０は、第１縞パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２縞パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する。外観検査装置１０は、第２縞パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、第１縞パターン及び第２縞パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は外観検査装置及び外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外観検査用画像と高さ測定用画像を用いてハンダの塗布状態の良否を判定する外観検査装置が記載されている。この装置は、クリームハンダの塗布エリアの面積と高さからクリームハンダの体積を求め、適正な塗布量であるかどうかを検査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、物体の三次元形状を測定するための方法として、撮像方向とは異なる方向からシート状の光をあてて撮影したときの光のずれ量から高さを求める光切断法が知られている。この方法で高さを求めることができるのは光が当たっている部分だけであるから、物体の全体にわたって高さ分布を求めるには照射位置を変えながら多数回撮影しなければならない。このため、撮影に時間がかかり、物体全体の高さ分布を迅速に得るのは難しい。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、被検査体の高さを少ない撮像回数ですみやかに求めることのできる外観検査装置及び外観検査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】
本発明の一態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置である。この装置は、被検査体にパターンを投射するための投射部と、該パターンが投射された被検査体を撮像するための撮像部と、撮像された画像に基づいて被検査体の表面の高さを求める高さ測定部と、を備える。前記投射部は、周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第１周期パターンの位相が互いに異なる複数の第１投影画像を撮像する。前記投射部は、第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第２周期パターンの位相が互いに異なる複数の第２投影画像を撮像する。前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、第１周期パターン及び第２周期パターンのそれぞれに対応する周期的明るさ変動の既知の関係とに基づいて演算する。
【０００７】
本発明の別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査方法である。この方法は、周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する第１撮像ステップと、前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する第２撮像ステップと、前記第２周期パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、前記第１周期パターン及び前記第２周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップと、を含む。
【０００８】
本発明の更に別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置である。この装置は、第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンと、前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンと、を被検査体に投射するための投射部と、第１周期パターンを被検査体に投射したときの第１画像と、第１周期パターンを第１撮画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの第２画像と、第２周期パターンを被検査体に投射したときの第３画像と、を撮像するための撮像部と、第２周期パターンを第３画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求める演算部と、を備える。
【０００９】
本発明の更に別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体を検査するために該被検査体の表面の高さを求める方法である。この方法は、第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンを被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第１変調パターンを第１画像として撮像する第１撮像ステップと、前記第１周期パターンを前記第１撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第２変調パターンを第２画像として撮像する第２撮像ステップと、前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第３変調パターンを第３画像として撮像する第３撮像ステップと、前記第２周期パターンを前記第３撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求めるステップと、を含む。
【００１０】
なお、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検査体の高さを少ない撮像回数で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る外観検査装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る投射ユニットを模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る投射パターン補正を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る被検査体画像の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る高さマップの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る検査処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の好ましい一実施例に係る各計測点の初期位相を求める方法を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る高さ測定処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る外観検査装置１０を模式的に示す図である。外観検査装置１０は、被検査体１２を撮像して得られる被検査体画像を使用して被検査体１２を検査する。被検査体１２は例えば、多数の電子部品が実装されている電子回路基板である。外観検査装置１０は、電子部品の実装状態の良否を被検査体画像に基づいて判定する。この検査は通常、各部品に対し複数の検査項目について行われる。検査項目とはすなわち良否判定を要する項目である。検査項目には例えば、部品そのものの欠品や位置ずれ、極性反転などの部品配置についての検査項目と、ハンダ付け状態や部品のリードピンの浮きなどの部品と基板との接続部についての検査項目とが含まれる。
【００１４】
外観検査装置１０は、被検査体１２を保持するための検査テーブル１４と、被検査体を照明し撮像する撮像ユニット１６と、検査テーブル１４に対し撮像ユニット１６を移動させるＸＹステージ１８と、撮像ユニット１６及びＸＹステージ１８を制御するための制御ユニット２０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１６による撮像方向）をＺ方向とする。
【００１５】
撮像ユニット１６は、ＸＹステージ１８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１８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１８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１８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リニアモータと、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リニアモータと、を備える。なおＸＹステージ１８は、撮像ユニット１６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１６を回転させる回転機構をさらに備えてもよい。外観検査装置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１６を移動させるＸＹステージ１８は省略されてもよい。
【００１６】
撮像ユニット１６は、カメラユニット２２と、照明ユニット２４と、投射ユニット２６と、を含んで構成される。一実施例においては、カメラユニット２２、照明ユニット２４、及び投射ユニット２６は一体の撮像ユニット１６として構成されていてもよい。この一体の撮像ユニット１６において、カメラユニット２２、照明ユニット２４、及び投射ユニット２６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２２、照明ユニット２４、及び投射ユニット２６は別体とされ、別々に移動可能に構成されていてもよい。
【００１７】
カメラユニット２２は、対象物の２次元画像を生成する撮像素子と、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）とを含む。カメラユニット２２は例えばＣＣＤカメラである。カメラユニット２２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２２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２０は、カメラユニット２２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２２が移動されるようＸＹステージ１８を制御する。制御ユニット２０は、部分画像を合成して被検査体１２の全体画像を生成する。
【００１８】
なお、カメラユニット２２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２２により被検査体１２を走査することにより、被検査体１２の全体画像を取得することができる。
【００１９】
照明ユニット２４は、カメラユニット２２による撮像のための照明光を被検査体１２の表面に投光するよう構成されている。照明ユニット２４は、カメラユニット２２の撮像素子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。
【００２０】
一実施例においては、照明ユニット２４は、被検査体１２の検査面（すなわち撮像ユニット１６に対向する面）に垂直に照明光を投射する落射照明源２４ａと、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２４ｂと、を備えてもよい。落射照明源２４ａ及び側方照明源２４ｂはそれぞれリング照明源であってもよい。すなわち、落射照明源２４ａは、カメラユニット２２の光軸を包囲するリング照明源であり、被検査体１２の検査面に対し実質的に垂直に照明光を投射するようカメラユニット２２の近傍に配置されている。側方照明源２４ｂは、カメラユニット２２の光軸を包囲するリング照明源であり、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落射照明源２４ａよりも外側に配置されている。
【００２１】
図１に示されるように、落射照明源２４ａは１つのリング照明源を含み、側方照明源２４ｂは複数（図においては２つ）のリング照明源を含んでもよい。例えば、落射照明源２４ａは青色照明源であり、側方照明源２４ｂは緑色照明源及び赤色照明源であってもよい。なお、これとは異なり、落射照明源２４ａが複数の照明源を含み、側方照明源２４ｂが１つの照明源を含んでもよい。あるいは、落射照明源２４ａ及び側方照明源２４ｂのそれぞれが赤色照明源、青色照明源、及び緑色照明源を含んでもよい。
【００２２】
図１においては参考のため、落射照明源２４ａから投射され被検査体１２の検査面で反射してカメラユニット２２に投影される光束を破線の矢印で示している。また、側方照明源２４ｂ及び投射ユニット２６からの投射も同様に破線の矢印で示している。なお、図示される実施例においては落射照明源２４ａと側方照明源２４ｂとの間に投射ユニット２６が設けられているが、投射ユニット２６の配置はこれに限られず、例えば側方照明源２４ｂの外側に投射ユニット２６が設けられてもよい。
【００２３】
投射ユニット２６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２２により撮像される。外観検査装置１０は、撮像された被検査体１２のパターン画像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２０は、投射パターンに対するパターン画像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を求める。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。
【００２４】
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２６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影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、縞パターン画像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。一実施例においては、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２０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。
【００２５】
投射ユニット２６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と、パターンを被検査体１２の検査面に投影するための光学系と、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影用の光学系に調整機構を設けることにより、パターンの投影位置を可変とすることが好ましい。また、投射ユニット２６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。
【００２６】
投射ユニット２６は、カメラユニット２２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２６は、それぞれ異なる投射方向から被検査体１２にパターンを投影するよう配置されている。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影されない領域を小さくすることができる。
【００２７】
一実施例においては３つの投射ユニット２６がカメラユニット２２の周囲に設けられてもよい。例えば、図示されるように第１投射ユニット２６ａに対向して第２投射ユニット２６ｂが配置され、第１投射ユニット２６ａと第２投射ユニット２６ｂとの中間にカメラユニット２２が配置される。第３投影ユニット（図示せず）は、第１投射ユニット２６ａ及び第２投射ユニット２６ｂの配置面（図１の紙面）の面外に配置される。例えば第３投影ユニットは、第１投射ユニット２６ａ及び第２投射ユニット２６ｂの配置面に垂直でカメラユニット２２の光軸を含む面に沿って配置される。各投射ユニットはカメラユニット２２から等距離に配置される。
【００２８】
第１投射ユニット２６ａ及び第２投射ユニット２６ｂが南北方向から被検査体１２にパターンを投影するとしたら、第３投影ユニットは東（または西）から被検査体１２にパターンを投影するということである。このように少なくとも３つの投射ユニット２６を配置することにより、基板に実装された電子部品による死角を実質的になくすことができる。第３投影ユニットは、基板表面からの高さが所定値を超える実装部品がある場合に被検査体１２を撮像するようにしてもよい。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る投射ユニット２６の構成を模式的に示す図である。投射ユニット２６は、光源４２、パターン形成装置４４、及び投影光学系４６を含んで構成される。光源４２は例えば白色のＬＥＤ光源である。パターン形成装置４４は反射型の液晶ディスプレイである。パターン形成装置４４は透過型のデバイスであってもよい。投影光学系４６は少なくとも１つの投影レンズを含み、パターン形成装置４４に形成されたパターンを被検査体１２に結像させる。
【００３０】
光源４２から出射された照明ビーム４８は、パターン形成装置４４によりパターンが付与される。パターンが付与された照明ビームは投影光学系４６により投影ビーム５０として被検査体１２に投射される。投影ビーム５０は例えば、パターン形成装置４４に形成された正弦波状の反射率分布を持つ縞パターンに対応する照度分布をもつ縞パターンを有する。図示されるように投影ビーム５０は、明線５２と暗線５４とが周期的に繰り返され、明るさすなわち照度が正弦波状の分布をもつ１次元の縞パターンである。パターン形成装置４４は表示する縞パターンを制御ユニット２０により制御可能である。例えば、縞パターンの縞ピッチ、及び被検査体１２における投影位置が制御される。つまり正弦波状パターンの周期及び位相が制御される。
【００３１】
なお投射ユニット２６は、パターン形成装置４４によりグレイスケールで縞パターンを直接形成して被検査体の表面に結像させる方式には限られない。例えば、白黒の二値的な格子パターンを照明して得られる投影ビームに敢えて焦点ボケを与えたり、あるいは格子パターンによる回折効果を利用することで擬似的に正弦波状の縞パターンを得るというような古典的な方法を用いてもよい。
【００３２】
パターン形成装置４４は、投射ユニット２６の光学特性に起因する照明ビーム４８または投影ビーム５０の断面における照度の不均一性を補正するようにしてもよい。パターン形成装置４４は、被検査体１２に投射されるべき縞パターンに、不均一性を補正するための補正パターンを重ね合わせて得られる補正済縞パターンを形成するようにしてもよい。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態に係る投射パターンの補正を模式的に示す図である。図３の右側に投射ユニット２６の光学特性の不均一性５６を示し、中央に補正済縞パターン５８を示し、左側に補正済の投影ビーム６０を示す。投射ユニット２６の不均一性５６は例えば、パターン形成装置４４にパターンを形成しないときの投影ビーム５０の照度分布である。図示される一例においては、中心部が相対的に明るく、周辺部が相対的に暗い分布である。よって、この不均一性を打ち消すように、中心部が相対的に暗く、周辺部が相対的に明るい補正済縞パターン５８をパターン形成装置４４に形成する。このようにすれば、照度分布の不均一性が補正され局所的な平均照度が全体的に均一化された規則的な縞パターン６０を得ることができる。
【００３４】
パターン形成装置４４は例えば、基板上に直接液晶素子が形成されているいわゆるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）型の反射デバイスであってもよい。ＬＣＯＳ型のデバイスは液晶素子の背後に必要な配線やスイッチ等が作り込まれており液晶素子が密に配列されている。このため高解像度のパターンを投影することが可能となり好ましい。
【００３５】
この場合、パターン形成装置４４は、各反射要素が投影ビーム５０にもたらす明るさが互いに逆位相となる１組の縞パターンを交互にまたは所定のタイミングで形成することが好ましい。逆位相の縞パターンは各反射要素の制御量が互いに逆向きで等しい。よって、逆位相の縞パターンを同程度の頻度で形成することにより、経時的に制御量の平均を概ねゼロとし一方向への偏りをなくすことができる。
【００３６】
制御ユニット２０は、この１組の縞パターンのうち一方のみをカメラユニット２２で撮像し、他方は撮像しないように撮像ユニット１６を制御してもよい。制御ユニット２０は、撮像されないほうの縞パターンをパターン形成装置４４に形成しているときに、次の部分画像を撮像するための撮像位置に撮像ユニット１６に対し被検査体１２を相対移動するよう撮像ユニット１６及びＸＹステージ１８を制御してもよい。また、制御ユニット２０は、撮像されないほうの縞パターンをパターン形成装置４４に形成しているときに、検査制御部２８または高さ測定部３２での演算処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、ＬＣＯＳ型デバイスを用いることによる制御上の要求と、検査スループットの向上との両立を図ることができる。
【００３７】
図１に示す制御ユニット２０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。
【００３８】
図１には、制御ユニット２０の構成の一例が示されている。制御ユニット２０は、検査制御部２８とメモリ３０とを含んで構成される。検査制御部２８は、高さ測定部３２と検査データ処理部３４と検査部３６とを含んで構成される。また、外観検査装置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３８と、検査に関連する情報を出力するための出力部４０とを備えており、入力部３８及び出力部４０はそれぞれ制御ユニット２０に接続されている。入力部３８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４０は、ディスプレイやプリンタ等の公知の出力手段を含む。
【００３９】
検査制御部２８は、入力部３８からの入力及びメモリ３０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、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３４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３６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次元画像及び高さマップとに基づいて検査を実行する。
【００４０】
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、その基板に実装された部品ごとの検査データの集合体である。各部品の検査データは、その部品に必要な検査項目、各検査項目についての画像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。例えば部品のハンダ付けの良否を判定する検査項目においては通常、その部品のハンダ付け領域の数と同数の検査ウィンドウがハンダ付け領域の配置に対応する配置で設定される。また、被検査体画像に所定の画像処理をした画像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。
【００４１】
検査データ処理部３４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３４は、その基板の部品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３４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３４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。
【００４２】
検査制御部２８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２４により被検査体１２を照明しつつ撮像ユニット１６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影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影される。検査制御部２８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を生成する。検査制御部２８は、メモリ３０に基板全面画像を記憶する。
【００４３】
また、検査制御部２８は、高さマップ作成のための前処理として、投射ユニット２６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１６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影する。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２８は、撮影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を生成する。検査制御部２８は、メモリ３０にパターン画像を記憶する。なお、全体ではなく検査面の一部についてパターン画像を生成するようにしてもよい。
【００４４】
高さ測定部３２は、撮像パターン画像上のパターン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、撮像パターン画像と基準パターン画像との局所的な位相差を画像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。基準パターン画像とは、投射ユニット２６により投射されたパターン画像（つまり投射ユニット２６に内蔵されているパターン形成装置が生成した画像）である。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。
【００４５】
高さ測定部３２は、具体的には、撮像パターン画像の各画素と、当該画素に対応する基準パターン画像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、位相差を高さに換算する。高さへの換算は、当該画素近傍における局所的な縞幅を用いて行われる。撮像パターン画像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２６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影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、換算された高さと基準面とに基づいて基準面からの高さを求め、被検査体１２の高さマップを作成する。
【００４６】
検査制御部２８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を作成してもよい。検査制御部２８は、高さ分布付き被検査体画像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２８は、２次元の被検査体画像に高さ分布を重ね合わせて出力部４０に表示してもよい。例えば、被検査体画像を高さ分布により色分け表示するようにしてもよい。図４は、被検査体画像の一例であり、図５は、図４に示される被検査体画像の高さ分布をグレースケールで表示したものである。
【００４７】
図６は、本発明の一実施形態に係る検査処理を説明するためのフローチャートである。外観検査装置１０は、作成済みの基板検査データを用いて検査対象の電子回路基板の検査を行う。まず外観検査装置１０は、基板全面画像を作成する（Ｓ１０）。基板全面画像は、上述のように基板検査データ作成の前処理として説明した方法と同様にして作成される。すなわち、外観検査装置１０は、撮像ユニット１６により電子回路基板を分割して撮影し、得られた画像を合成する。このようにして、外観検査装置１０は、撮像ユニット１６に対向する電子基板の全面の２次元画像である基板全面画像を作成する。基板全面画像は図４に示される画像と同様の画像である。
【００４８】
次に、外観検査装置１０は、基板全面高さマップを作成する（Ｓ１１）。基板全面高さマップは、上述の方法と同様にして作成される。すなわち、外観検査装置１０は、撮像ユニット１６により電子回路基板にパターンを投射しつつ分割して撮影する。得られた分割画像から基板全体のパターン画像を合成する。外観検査装置１０は、撮像ユニット１６に対向する電子回路基板の全面の高さマップをパターン画像に基づいて作成する。基板全面高さマップは、例えば図５に示される形式で外観検査装置１０の表示部に表示される。
【００４９】
外観検査装置１０は、基板全面画像に基板検査データを適用してその基板の検査を実行する（Ｓ１２）。外観検査装置１０は、基板全面画像に基板検査データを適用することにより、各検査項目に必要な検査ウインドウを基板全面画像上に設定する。検査項目によっては、基板全面画像に画像処理をして得られる専用の画像を用いて検査する場合もある。この場合、外観検査装置１０は、基板検査データに基づいてその専用画像上に検査ウインドウを設定する。外観検査装置１０は、検査ウインドウごとに検査基準に従って各検査項目の良否を判定する。
【００５０】
検査基準は高さについてのしきい値であってもよい。すなわち外観検査装置１０は、基板全面高さマップから得られる検査ウインドウ内の高さ分布に基づいて良否を判定してもよい。高さ情報を検査基準に用いることにより、２次元画像からは判定が必ずしも容易ではない検査項目について精度よく判定し得る。例えば、電子部品のリードの浮きを簡単なアルゴリズムで精度よく判定することができる。リードピンが基板表面に接続されずに上方に浮いているか否かを上方から撮像した２次元画像により識別することは必ずしも容易ではない。本実施形態によればリードピン背面の高さを測定することができるので、浮きの有無を精度よく判別することができる。外観検査装置１０は、検査結果を出力して処理を終了する。
【００５１】
なお、基板全面画像を作成してから基板全面高さマップを作成する代わりに、基板全面高さマップを先に作成するようにしてもよい。また、外観検査装置１０は、基板全面画像と基板全面高さマップとを並行して作成してもよい。この場合、被検査体１２のある部分領域に対し照明ユニット２４及び投射ユニット２６の照明及びパターン投射のもとで順次撮像したうえで次の部分領域の撮像のための撮像ユニット１６と検査テーブル１４との相対移動がなされるように、撮像ユニット１６及びＸＹステージ１８が制御されてもよい。また、外観検査装置１０は、被検査体１２の全体ではなく一部の領域について２次元画像及び高さマップを作成し、その領域について検査をするようにしてもよい。
【００５２】
本発明の一実施形態に係る高さ測定方法について更に詳しく説明する。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。
【００５３】
本発明の一実施形態に係る高さ測定方法は、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を求める。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を求め、短周期（細い縞）の第２パターンで精密な高さを求める。上述のようにＰＭＰ法は位相に基づき高さを求めるので、高さ差が大きく縞が１周期以上ずれてしまうと高さを一意に特定することができない。第１縞パターンを併用して高さを求めておくことにより、第２縞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を一意に特定することが可能となる。
【００５４】
ところが、このように複数の異なるパターンでそれぞれ高さを測定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。
【００５５】
少なくとも３枚の撮像画像から計測点の明るさ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ｌ０乃至ｌ３とすると、その画素にあたる計測点の初期位相φはｔａｎ（φ）＝（ｌ３−ｌ１）／（ｌ２−ｌ０）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を求めることができる。
【００５６】
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を得るようにしている。また、１つの部分領域は複数の投射ユニット２６のそれぞれで撮像される。例えば１０個の部分領域をそれぞれ３つの投射ユニットで撮像するとしたら、１０＊３＊６（または８）＝１８０（または２４０）回の撮像を要することになる。こうして、１回の検査に要する撮像回数は多くなりがちである。撮像回数が検査所要時間に与える影響は大きい。
【００５７】
そこで、本発明の一実施形態においては、あるパターンを用いて高さを求める際に、そのパターンで少なくとも３回撮像する代わりに、少なくとも１枚の画像を他のパターンを投射したときの画像を利用して推定する。あるパターンを用いて高さを求める際に他のパターンを投射したときの画像のもつ輝度情報を共用することにより撮像回数を低減する。
【００５８】
一実施例においては、外観検査装置１０は、被検査体１２の高さ計測点を含む投射領域に、空間的に周期的に明るさが変化する第１周期パターンを投射し、その計測点の明るさを測定する第１測定ステップと、第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンをその投射領域に投射し、高さ計測点の明るさを測定する第２測定ステップと、を実行する。
【００５９】
外観検査装置１０は、第１及び第２の周期パターンの少なくとも一方に対応する計測点明るさ変動の位相を、第１測定ステップ及び第２測定ステップの測定結果と、第１及び第２の周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップを実行する。外観検査装置１０は、各計測点の明るさ変動の位相に基づいて各計測点の高さ情報を求める高さ情報演算ステップを実行する。既知の関係を用いることにより、第１及び第２の周期パターンの一方を投射したときの位相演算に他方の周期パターンによる測定結果を共用することが可能となる。
【００６０】
なお必要に応じて、外観検査装置１０は、第１及び第２の周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第３周期パターンを投射領域に投射し、高さ計測点の明るさを測定する第３測定ステップを実行してもよい。同様にして、各周期パターンに対応する明るさ変動の既知の関係から１つの周期パターンを投射したときの位相演算に他の周期パターンによる測定結果を共用するようにしてもよい。
【００６１】
高さ計測点の明るさ測定は例えば、パターン投射領域を撮像することにより行う。第１測定ステップは、第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する第１撮像ステップを含んでもよい。第２測定ステップは、第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する第２撮像ステップを含んでもよい。周期パターンは例えば９０度ずつまたは１２０度ずつというように等しい量ずつ位相をずらして（すなわち例えば１／４周期ずつまたは１／３周期ずつパターンの反復する方向にパターンを空間的に移動させて）被検査体１２に投射してもよい。以降の演算処理で適宜調整することとすれば、必ずしも等しい量ずつずらさなくてもよい。
【００６２】
一実施例においては、第１及び第２の周期パターンは、共通の周期関数で表されるパターンであってもよい。その周期関数のパラメタを異ならせることにより、第１周期パターンと第２周期パターンとを異ならせてもよい。２つの周期パターンは少なくとも互いに周期を異ならせてもよく、例えば一方の周期は他方の周期の少なくとも２倍より大きくてもよく、好ましくは例えば１０倍より大きくてもよい。２つの周期パターンはさらに明るさの振幅及び平均値の少なくとも一方が互いに異なっていてもよい。
【００６３】
第１周期パターンの周期が第２周期パターンの周期よりも大きい場合には、外観検査装置１０は、被検査体１２の高さ計測点の第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第１撮像ステップで得られた複数の第１投影画像における当該計測点の明るさに基づき演算してもよい。この場合、外観検査装置１０は、第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相については上述のように既知の関係を利用して第１投影画像及び第２投影画像から求めてもよい。こうして、外観検査装置１０は、第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相と第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相とに基づいて当該計測点の高さを求めてもよい。
【００６４】
一実施例においては、第１周期パターンに対応する各計測点の明るさ変動と第２周期パターンに対応する明るさ変動との既知の関係は、第１周期パターンの平均強度と第２周期パターンの平均強度とが関連付けられていることを含んでもよい。２つのパターンの平均強度が関連付けられていることにより、それぞれのパターンを投射したときの計測点の明るさを関係づけることができる。
【００６５】
好ましくは、第１周期パターンの平均強度と第２周期パターンの平均強度とが実質的に等しくてもよい。そのために、外観検査装置１０は、少なくともパターンの周期を変更可能である可変パターン形成装置を含む投射ユニットを備えることが好ましく、この投射ユニットは、各パターンに対し共通の光源及び光学系を有することが好ましい。可変パターン形成装置は、縞パターンの縞ピッチを変更可能に構成されていることが好ましい。この構成により、縞パターンの縞ピッチのみを変更し同一の投射条件でパターンを投射することができる。こうして、パターンの周期を変更したときに少なくとも明るさの平均値は維持されると考えられる。図１及び図２に示す投射ユニット２６及びパターン形成装置４４は、このように構成された投射ユニット及び可変パターン形成装置の一例である。
【００６６】
また、上述の既知の関係は、第１周期パターンが投射されたときの計測点の明るさの振幅と第２周期パターンのそれとが関連付けられていることを含んでもよい。好ましくは、第１周期パターンと第２周期パターンとで各計測点の明るさの振幅が実質的に等しくてもよい。例えば投射ユニット及び可変パターン形成装置によって、２つのパターンが投射されたときの明るさの振幅についても２つのパターンで等しくなるように各パターンの周期を調整することも可能である。
【００６７】
図７は、本発明の好ましい一実施例に係る各計測点の初期位相を求める方法を説明するための図である。図７の左側には縞幅の大きい第１縞パターンを位相をずらしつつ投射したときのある計測点（ｘ，ｙ）における周期的な明るさ変動ｌ（ｘ，ｙ）を示し、図７の右側には縞幅の小さい第２縞パターンについての同一計測点（ｘ，ｙ）の明るさ変動ｍ（ｘ，ｙ）を示している。第１縞パターン及び第２縞パターンはともに図２に示す正弦波の縞パターンであり、縞幅のみが異なる。投射ユニット２６の光学性能により、図７に示されるように、被検査体１２に投射されたときの明るさの振幅は、縞幅の小さい第２縞パターンのほうが小さくなっている。
【００６８】
この実施例では９０度ずつ（つまり１／４周期ずつ）縞パターンを被検査体１２に相対的に移動させてパターン投射領域を順次撮像する。こうして得られた複数の画像それぞれにおける計測点（ｘ，ｙ）に相当する画素の輝度を計測点（ｘ，ｙ）の明るさとする。上述のように第１縞パターンについての各計測点の位相φ（ｘ，ｙ）は、ｔａｎ（φ）＝（ｌ３−ｌ１）／（ｌ２−ｌ０）により求めることが可能である。ｌ０、ｌ１、ｌ２、ｌ３はそれぞれ第１縞パターンを０度、９０度、１８０度、２７０度の位相で投射したときの各計測点に相当する画素の輝度である。同様にして、第２縞パターンについての各計測点の位相θ（ｘ，ｙ）は、ｔａｎ（θ）＝（ｍ３−ｍ１）／（ｍ２−ｍ０）により求めることが可能である。ｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３はそれぞれ第２縞パターンを０度、９０度、１８０度、２７０度の位相で投射したときの各計測点に相当する画素の輝度である。
【００６９】
第１縞パターン及び第２縞パターンのそれぞれについて明るさの平均値が一定であり、かつ第１縞パターンと第２縞パターンとで明るさの平均値が等しいことから、
（ｌ０＋ｌ２）／２＝（ｌ１＋ｌ３）／２＝（ｍ０＋ｍ２）／２＝（ｍ１＋ｍ３）／２
なる関係が成立する。よって、
ｌ３＝ｌ０−ｌ１＋ｌ２
ｍ２＝ｌ０＋ｌ２−ｍ０
ｍ３＝ｌ０＋ｌ２−ｍ１
が導かれる。
【００７０】
したがって、ｔａｎ（φ）及びｔａｎ（θ）はそれぞれ、
ｔａｎ（φ）＝（ｌ０＋ｌ２−２ｌ１）／（ｌ２−ｌ０）
ｔａｎ（θ）＝（ｌ０＋ｌ２−２ｍ１）／（ｌ０＋ｌ２−２ｍ０）
により求めることができる。すなわち、図７において実線の丸で示すようにｌ０、ｌ１、ｌ２、ｍ０、ｍ１の５つの測定値から第１縞パターン及び第２縞パターンのそれぞれについての位相φ、θを求めることができる。破線の丸で示すｌ３、ｍ２、ｍ３は測定の必要がない。合計８回の撮像でｌ０、ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３のすべてを測定する代わりに、５回の撮像で２つのパターンの両方について位相を求めることができる。これは、従来考え得る最小の撮像回数である６回より更に少ない回数である。さらに第１縞パターン及び第２縞パターンの明るさ振幅が等しければ、ｍ１を省略してｌ０、ｌ１、ｌ２、ｍ０の４回の撮像で２つの位相を求めることも可能であろう。
【００７１】
ここで、撮像する画像は、縞パターンの位相が互いに逆位相である１組の画像を含むことが好ましい。つまり、縞パターンを半周期ずらして撮像した画像を含むことが好ましい。このようにすれば、上記の関係式のように明るさの平均値を２つの測定輝度の単純平均で簡単に表すことができる。
【００７２】
また、第１縞パターンの縞ピッチは被検査体１２に想定される部品高さの最大値よりも大きく設定されることが好ましい。このようにすれば、被検査体１２の最大の高さの実装部品によって生じる縞パターンのずれ量を１周期以内に収めることができる。よって、ｔａｎ（φ）から位相φを一意に決定することができる。
【００７３】
縞パターンは必ずしも正弦波状に変化する縞パターンでなくてもよい。位相を異ならせて複数回撮像して得られた計測点の明るさに基づいて明るさ変動の周期関数が決定される周期パターンであればよい。周期の異なる少なくとも２つの周期パターンについて明るさ変動の既知の関係を利用することにより、上記の好ましい実施例と同様にして合計の撮像回数を少なくすることが可能である。
【００７４】
図８は、本発明の一実施形態に係る高さ測定処理を説明するためのフローチャートである。外観検査装置１０の投射ユニット２６は、第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１縞パターンを被検査体１２の投射領域に投射する。カメラユニット２２は、被検査体１２の表面形状（例えば実装部品による基板面との段差）により変調された第１変調パターンを第１画像Ｌ０として撮像する（Ｓ３０）。画像Ｌ０の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｌ０（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｌ０は制御ユニット２０のメモリ３０に記憶される。
【００７５】
投射ユニット２６は第１縞パターンを第１画像Ｌ０とは異なる位相で被検査体１２に投射する。投射ユニット２６は例えば、第１画像Ｌ０とは９０度位相をずらして同一の投射領域に第１縞パターンを投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第２変調パターンを第２画像Ｌ１として撮像する（Ｓ３２）。画像Ｌ１の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｌ１（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｌ１はメモリ３０に記憶される。
【００７６】
投射ユニット２６は第１縞パターンを第１画像Ｌ０及び第２画像Ｌ１とは異なる位相で被検査体１２に投射する。投射ユニット２６は第２画像Ｌ１からさらに９０度位相をずらして同一の投射領域に第１縞パターンを投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第３変調パターンを第３画像Ｌ２として撮像する（Ｓ３４）。画像Ｌ２の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｌ２（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｌ２はメモリ３０に記憶される。
【００７７】
投射ユニット２６は、第１縞パターンよりも狭い縞ピッチをもつ第２縞パターンを第１縞パターンと同一の投射条件で同一の投射領域に投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第４変調パターンを第４画像Ｍ０として撮像する（Ｓ３６）。画像Ｍ０の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｍ０（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｍ０はメモリ３０に記憶される。
【００７８】
投射ユニット２６は第２縞パターンを第４画像Ｍ０とは異なる位相で被検査体１２に投射する。投射ユニット２６は第４画像Ｍ０とは９０度位相をずらして同一の投射領域に第２縞パターンを投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第５変調パターンを第５画像Ｍ１として撮像する（Ｓ３８）。画像Ｍ１の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｍ１（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｍ１はメモリ３０に記憶される。
【００７９】
制御ユニット２０はすべての投射ユニット２６によりその投射領域が撮像されたか否かを判定する（Ｓ４０）。まだその領域がすべての投射ユニット２６を用いて撮像されていない場合には（Ｓ４０のＮ）、次の投射ユニット２６を使用して第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１の撮像を繰り返す。なお、本実施例では南北方向の２つの投射ユニット２６ａ、２６ｂを使用して撮像し、もう１つの投射ユニットは必要に応じて使用するようにしてもよい。
【００８０】
使用すべきすべての投射ユニット２６を用いた撮像が完了した場合には（Ｓ４０のＹ）、制御ユニット２０は被検査体１２の全体の撮影が完了したか否かを判定する（Ｓ４２）。まだ撮影されていない領域がある場合には（Ｓ４２のＮ）、次の投射領域について上記のように撮像を繰り返す。次の投射領域への移動中に、画像Ｌ１、画像Ｍ０、画像Ｍ２のうち少なくとも１つの逆位相のパターンをパターン形成装置に形成してもよい。この逆位相のパターンは撮像されない。
【００８１】
被検査体１２の全体の撮影が完了した場合には（Ｓ４２のＹ）、制御ユニット２０の高さ測定部３２は第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１に基づいて被検査体１２の高さマップを作成する（Ｓ４４）。高さマップ作成処理は、第２縞パターンを第４画像Ｍ０及び第５画像Ｍ１とは異なる位相で被検査体１２に投射したときの計測点における明るさを、第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１における当該計測点の明るさから求めることを含む。また、高さマップ作成処理は、第１縞パターンを第１画像Ｌ０乃至第３画像Ｌ２とは異なる位相で被検査体１２に投射したときの計測点における明るさを、第１画像Ｌ０乃至第３画像Ｌ２における当該計測点の明るさから求めることを含む。
【００８２】
例えば上述のように、第４画像Ｍ０とは逆位相で第２縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第１縞パターンと第２縞パターンとで平均強度が等しいことを利用して第１画像Ｌ０、第３画像Ｌ２、第４画像Ｍ０から求める。第５画像Ｍ１と逆位相で第２縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第１縞パターンと第２縞パターンとで平均強度が等しいことを利用して第１画像Ｌ０、第３画像Ｌ２、第５画像Ｍ０から求める。また、第２画像Ｌ１と逆位相で第１縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第１画像Ｌ０、第２画像Ｌ１、第３画像Ｌ２から求める。
【００８３】
高さ測定部３２は、第１縞パターンによる第１位相マップと、第２縞パターンによる第２位相マップとを第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１に基づいて求める。これらの位相マップは各計測点の位相情報からなる。この位相情報は各計測点の相対的な高さ情報を表す。上述のように高さ測定部３２は、基板の表面位置の高さと各計測点の相対高さとから基板表面に対する各計測点の高さを求める。
【００８４】
本実施例では複数の投射ユニット２６を使用して同一の計測点の撮像をしているから、高さ測定部３２は、位相マップを作成する際にいずれかの投射ユニットによる測定値を最も適切な値として計測点ごとに選択してもよい。例えば、ある投射ユニットを使用したときの画像においてその計測点を表す画素の輝度が飽和している場合には、その飽和画素を他の投射ユニットを使用したときの画像における対応画素に置き換えてもよい。また、その計測点付近の局所的な平均の明るさ及び振幅が投射パターンから基準を超えて乖離している場合にも、その計測点を表す画素を他の投射ユニットを使用したときの対応画素に置き換えてもよい。
【００８５】
また、高さ測定部３２は、いずれの投射ユニットによる測定値が適切であるか判別することができない場合には、周囲の計測点の測定値に基づいてその計測点の測定値を補間するようにしてもよい。例えば、複数の投射ユニットを使用したときの測定値のばらつきが大きい場合には、高さ測定部３２は、いずれの投射ユニットによる測定値も適切でないと判定してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０ 外観検査装置、 １２ 被検査体、 １４ 検査テーブル、 １６ 撮像ユニット、 １８ ＸＹステージ、 ２０ 制御ユニット、 ２２ カメラユニット、 ２４ 照明ユニット、 ２６ 投射ユニット、 ２８ 検査制御部、 ３０ メモリ、 ３２ 高さ測定部、 ３４ 検査データ処理部、 ３６ 検査部、 ３８ 入力部、 ４０ 出力部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は外観検査装置及び外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外観検査用画像と高さ測定用画像を用いてハンダの塗布状態の良否を判定する外観検査装置が記載されている。この装置は、クリームハンダの塗布エリアの面積と高さからクリームハンダの体積を求め、適正な塗布量であるかどうかを検査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、物体の三次元形状を測定するための方法として、撮像方向とは異なる方向からシート状の光をあてて撮影したときの光のずれ量から高さを求める光切断法が知られている。この方法で高さを求めることができるのは光が当たっている部分だけであるから、物体の全体にわたって高さ分布を求めるには照射位置を変えながら多数回撮影しなければならない。このため、撮影に時間がかかり、物体全体の高さ分布を迅速に得るのは難しい。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、被検査体の高さを少ない撮像回数ですみやかに求めることのできる外観検査装置及び外観検査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】
本発明の一態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置である。この装置は、被検査体にパターンを投射するための投射部と、該パターンが投射された被検査体を撮像するための撮像部と、撮像された画像に基づいて被検査体の表面の高さを求める高さ測定部と、を備える。前記投射部は、周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第１周期パターンの位相が互いに異なる複数の第１投影画像を撮像する。前記投射部は、第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第２周期パターンの位相が互いに異なる複数の第２投影画像を撮像する。前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、第１周期パターン及び第２周期パターンのそれぞれに対応する周期的明るさ変動の既知の関係とに基づいて演算する。
【０００７】
本発明の別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査方法である。この方法は、周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する第１撮像ステップと、前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する第２撮像ステップと、前記第２周期パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、前記第１周期パターン及び前記第２周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップと、を含む。
【０００８】
本発明の更に別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置である。この装置は、第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンと、前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンと、を被検査体に投射するための投射部と、第１周期パターンを被検査体に投射したときの第１画像と、第１周期パターンを第１撮画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの第２画像と、第２周期パターンを被検査体に投射したときの第３画像と、を撮像するための撮像部と、第２周期パターンを第３画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求める演算部と、を備える。
【０００９】
本発明の更に別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体を検査するために該被検査体の表面の高さを求める方法である。この方法は、第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンを被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第１変調パターンを第１画像として撮像する第１撮像ステップと、前記第１周期パターンを前記第１撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第２変調パターンを第２画像として撮像する第２撮像ステップと、前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第３変調パターンを第３画像として撮像する第３撮像ステップと、前記第２周期パターンを前記第３撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求めるステップと、を含む。
【００１０】
なお、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検査体の高さを少ない撮像回数で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る外観検査装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る投射ユニットを模式的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る投射パターン補正を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る被検査体画像の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る高さマップの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る検査処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の好ましい一実施例に係る各計測点の初期位相を求める方法を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る高さ測定処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る外観検査装置１０を模式的に示す図である。外観検査装置１０は、被検査体１２を撮像して得られる被検査体画像を使用して被検査体１２を検査する。被検査体１２は例えば、多数の電子部品が実装されている電子回路基板である。外観検査装置１０は、電子部品の実装状態の良否を被検査体画像に基づいて判定する。この検査は通常、各部品に対し複数の検査項目について行われる。検査項目とはすなわち良否判定を要する項目である。検査項目には例えば、部品そのものの欠品や位置ずれ、極性反転などの部品配置についての検査項目と、ハンダ付け状態や部品のリードピンの浮きなどの部品と基板との接続部についての検査項目とが含まれる。
【００１４】
外観検査装置１０は、被検査体１２を保持するための検査テーブル１４と、被検査体を照明し撮像する撮像ユニット１６と、検査テーブル１４に対し撮像ユニット１６を移動させるＸＹステージ１８と、撮像ユニット１６及びＸＹステージ１８を制御するための制御ユニット２０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１６による撮像方向）をＺ方向とする。
【００１５】
撮像ユニット１６は、ＸＹステージ１８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１８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１８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１８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リニアモータと、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リニアモータと、を備える。なおＸＹステージ１８は、撮像ユニット１６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１６を回転させる回転機構をさらに備えてもよい。外観検査装置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１６を移動させるＸＹステージ１８は省略されてもよい。
【００１６】
撮像ユニット１６は、カメラユニット２２と、照明ユニット２４と、投射ユニット２６と、を含んで構成される。一実施例においては、カメラユニット２２、照明ユニット２４、及び投射ユニット２６は一体の撮像ユニット１６として構成されていてもよい。この一体の撮像ユニット１６において、カメラユニット２２、照明ユニット２４、及び投射ユニット２６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２２、照明ユニット２４、及び投射ユニット２６は別体とされ、別々に移動可能に構成されていてもよい。
【００１７】
カメラユニット２２は、対象物の２次元画像を生成する撮像素子と、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）とを含む。カメラユニット２２は例えばＣＣＤカメラである。カメラユニット２２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２２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２０は、カメラユニット２２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２２が移動されるようＸＹステージ１８を制御する。制御ユニット２０は、部分画像を合成して被検査体１２の全体画像を生成する。
【００１８】
なお、カメラユニット２２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２２により被検査体１２を走査することにより、被検査体１２の全体画像を取得することができる。
【００１９】
照明ユニット２４は、カメラユニット２２による撮像のための照明光を被検査体１２の表面に投光するよう構成されている。照明ユニット２４は、カメラユニット２２の撮像素子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。
【００２０】
一実施例においては、照明ユニット２４は、被検査体１２の検査面（すなわち撮像ユニット１６に対向する面）に垂直に照明光を投射する落射照明源２４ａと、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２４ｂと、を備えてもよい。落射照明源２４ａ及び側方照明源２４ｂはそれぞれリング照明源であってもよい。すなわち、落射照明源２４ａは、カメラユニット２２の光軸を包囲するリング照明源であり、被検査体１２の検査面に対し実質的に垂直に照明光を投射するようカメラユニット２２の近傍に配置されている。側方照明源２４ｂは、カメラユニット２２の光軸を包囲するリング照明源であり、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落射照明源２４ａよりも外側に配置されている。
【００２１】
図１に示されるように、落射照明源２４ａは１つのリング照明源を含み、側方照明源２４ｂは複数（図においては２つ）のリング照明源を含んでもよい。例えば、落射照明源２４ａは青色照明源であり、側方照明源２４ｂは緑色照明源及び赤色照明源であってもよい。なお、これとは異なり、落射照明源２４ａが複数の照明源を含み、側方照明源２４ｂが１つの照明源を含んでもよい。あるいは、落射照明源２４ａ及び側方照明源２４ｂのそれぞれが赤色照明源、青色照明源、及び緑色照明源を含んでもよい。
【００２２】
図１においては参考のため、落射照明源２４ａから投射され被検査体１２の検査面で反射してカメラユニット２２に投影される光束を破線の矢印で示している。また、側方照明源２４ｂ及び投射ユニット２６からの投射も同様に破線の矢印で示している。なお、図示される実施例においては落射照明源２４ａと側方照明源２４ｂとの間に投射ユニット２６が設けられているが、投射ユニット２６の配置はこれに限られず、例えば側方照明源２４ｂの外側に投射ユニット２６が設けられてもよい。
【００２３】
投射ユニット２６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２２により撮像される。外観検査装置１０は、撮像された被検査体１２のパターン画像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２０は、投射パターンに対するパターン画像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を求める。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。
【００２４】
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２６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影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、縞パターン画像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。一実施例においては、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２０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。
【００２５】
投射ユニット２６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と、パターンを被検査体１２の検査面に投影するための光学系と、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影用の光学系に調整機構を設けることにより、パターンの投影位置を可変とすることが好ましい。また、投射ユニット２６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。
【００２６】
投射ユニット２６は、カメラユニット２２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２６は、それぞれ異なる投射方向から被検査体１２にパターンを投影するよう配置されている。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影されない領域を小さくすることができる。
【００２７】
一実施例においては３つの投射ユニット２６がカメラユニット２２の周囲に設けられてもよい。例えば、図示されるように第１投射ユニット２６ａに対向して第２投射ユニット２６ｂが配置され、第１投射ユニット２６ａと第２投射ユニット２６ｂとの中間にカメラユニット２２が配置される。第３投影ユニット（図示せず）は、第１投射ユニット２６ａ及び第２投射ユニット２６ｂの配置面（図１の紙面）の面外に配置される。例えば第３投影ユニットは、第１投射ユニット２６ａ及び第２投射ユニット２６ｂの配置面に垂直でカメラユニット２２の光軸を含む面に沿って配置される。各投射ユニットはカメラユニット２２から等距離に配置される。
【００２８】
第１投射ユニット２６ａ及び第２投射ユニット２６ｂが南北方向から被検査体１２にパターンを投影するとしたら、第３投影ユニットは東（または西）から被検査体１２にパターンを投影するということである。このように少なくとも３つの投射ユニット２６を配置することにより、基板に実装された電子部品による死角を実質的になくすことができる。第３投影ユニットは、基板表面からの高さが所定値を超える実装部品がある場合に被検査体１２を撮像するようにしてもよい。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る投射ユニット２６の構成を模式的に示す図である。投射ユニット２６は、光源４２、パターン形成装置４４、及び投影光学系４６を含んで構成される。光源４２は例えば白色のＬＥＤ光源である。パターン形成装置４４は反射型の液晶ディスプレイである。パターン形成装置４４は透過型のデバイスであってもよい。投影光学系４６は少なくとも１つの投影レンズを含み、パターン形成装置４４に形成されたパターンを被検査体１２に結像させる。
【００３０】
光源４２から出射された照明ビーム４８は、パターン形成装置４４によりパターンが付与される。パターンが付与された照明ビームは投影光学系４６により投影ビーム５０として被検査体１２に投射される。投影ビーム５０は例えば、パターン形成装置４４に形成された正弦波状の反射率分布を持つ縞パターンに対応する照度分布をもつ縞パターンを有する。図示されるように投影ビーム５０は、明線５２と暗線５４とが周期的に繰り返され、明るさすなわち照度が正弦波状の分布をもつ１次元の縞パターンである。パターン形成装置４４は表示する縞パターンを制御ユニット２０により制御可能である。例えば、縞パターンの縞ピッチ、及び被検査体１２における投影位置が制御される。つまり正弦波状パターンの周期及び位相が制御される。
【００３１】
なお投射ユニット２６は、パターン形成装置４４によりグレイスケールで縞パターンを直接形成して被検査体の表面に結像させる方式には限られない。例えば、白黒の二値的な格子パターンを照明して得られる投影ビームに敢えて焦点ボケを与えたり、あるいは格子パターンによる回折効果を利用することで擬似的に正弦波状の縞パターンを得るというような古典的な方法を用いてもよい。
【００３２】
パターン形成装置４４は、投射ユニット２６の光学特性に起因する照明ビーム４８または投影ビーム５０の断面における照度の不均一性を補正するようにしてもよい。パターン形成装置４４は、被検査体１２に投射されるべき縞パターンに、不均一性を補正するための補正パターンを重ね合わせて得られる補正済縞パターンを形成するようにしてもよい。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態に係る投射パターンの補正を模式的に示す図である。図３の右側に投射ユニット２６の光学特性の不均一性５６を示し、中央に補正済縞パターン５８を示し、左側に補正済の投影ビーム６０を示す。投射ユニット２６の不均一性５６は例えば、パターン形成装置４４にパターンを形成しないときの投影ビーム５０の照度分布である。図示される一例においては、中心部が相対的に明るく、周辺部が相対的に暗い分布である。よって、この不均一性を打ち消すように、中心部が相対的に暗く、周辺部が相対的に明るい補正済縞パターン５８をパターン形成装置４４に形成する。このようにすれば、照度分布の不均一性が補正され局所的な平均照度が全体的に均一化された規則的な縞パターン６０を得ることができる。
【００３４】
パターン形成装置４４は例えば、基板上に直接液晶素子が形成されているいわゆるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）型の反射デバイスであってもよい。ＬＣＯＳ型のデバイスは液晶素子の背後に必要な配線やスイッチ等が作り込まれており液晶素子が密に配列されている。このため高解像度のパターンを投影することが可能となり好ましい。
【００３５】
この場合、パターン形成装置４４は、各反射要素が投影ビーム５０にもたらす明るさが互いに逆位相となる１組の縞パターンを交互にまたは所定のタイミングで形成することが好ましい。逆位相の縞パターンは各反射要素の制御量が互いに逆向きで等しい。よって、逆位相の縞パターンを同程度の頻度で形成することにより、経時的に制御量の平均を概ねゼロとし一方向への偏りをなくすことができる。
【００３６】
制御ユニット２０は、この１組の縞パターンのうち一方のみをカメラユニット２２で撮像し、他方は撮像しないように撮像ユニット１６を制御してもよい。制御ユニット２０は、撮像されないほうの縞パターンをパターン形成装置４４に形成しているときに、次の部分画像を撮像するための撮像位置に撮像ユニット１６に対し被検査体１２を相対移動するよう撮像ユニット１６及びＸＹステージ１８を制御してもよい。また、制御ユニット２０は、撮像されないほうの縞パターンをパターン形成装置４４に形成しているときに、検査制御部２８または高さ測定部３２での演算処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、ＬＣＯＳ型デバイスを用いることによる制御上の要求と、検査スループットの向上との両立を図ることができる。
【００３７】
図１に示す制御ユニット２０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。
【００３８】
図１には、制御ユニット２０の構成の一例が示されている。制御ユニット２０は、検査制御部２８とメモリ３０とを含んで構成される。検査制御部２８は、高さ測定部３２と検査データ処理部３４と検査部３６とを含んで構成される。また、外観検査装置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３８と、検査に関連する情報を出力するための出力部４０とを備えており、入力部３８及び出力部４０はそれぞれ制御ユニット２０に接続されている。入力部３８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４０は、ディスプレイやプリンタ等の公知の出力手段を含む。
【００３９】
検査制御部２８は、入力部３８からの入力及びメモリ３０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、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３４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３６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次元画像及び高さマップとに基づいて検査を実行する。
【００４０】
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、その基板に実装された部品ごとの検査データの集合体である。各部品の検査データは、その部品に必要な検査項目、各検査項目についての画像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。例えば部品のハンダ付けの良否を判定する検査項目においては通常、その部品のハンダ付け領域の数と同数の検査ウィンドウがハンダ付け領域の配置に対応する配置で設定される。また、被検査体画像に所定の画像処理をした画像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。
【００４１】
検査データ処理部３４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３４は、その基板の部品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３４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３４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。
【００４２】
検査制御部２８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２４により被検査体１２を照明しつつ撮像ユニット１６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影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影される。検査制御部２８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を生成する。検査制御部２８は、メモリ３０に基板全面画像を記憶する。
【００４３】
また、検査制御部２８は、高さマップ作成のための前処理として、投射ユニット２６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１６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影する。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２８は、撮影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を生成する。検査制御部２８は、メモリ３０にパターン画像を記憶する。なお、全体ではなく検査面の一部についてパターン画像を生成するようにしてもよい。
【００４４】
高さ測定部３２は、撮像パターン画像上のパターン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、撮像パターン画像と基準パターン画像との局所的な位相差を画像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。基準パターン画像とは、投射ユニット２６により投射されたパターン画像（つまり投射ユニット２６に内蔵されているパターン形成装置が生成した画像）である。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。
【００４５】
高さ測定部３２は、具体的には、撮像パターン画像の各画素と、当該画素に対応する基準パターン画像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、位相差を高さに換算する。高さへの換算は、当該画素近傍における局所的な縞幅を用いて行われる。撮像パターン画像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２６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影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、換算された高さと基準面とに基づいて基準面からの高さを求め、被検査体１２の高さマップを作成する。
【００４６】
検査制御部２８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を作成してもよい。検査制御部２８は、高さ分布付き被検査体画像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２８は、２次元の被検査体画像に高さ分布を重ね合わせて出力部４０に表示してもよい。例えば、被検査体画像を高さ分布により色分け表示するようにしてもよい。図４は、被検査体画像の一例であり、図５は、図４に示される被検査体画像の高さ分布をグレースケールで表示したものである。
【００４７】
図６は、本発明の一実施形態に係る検査処理を説明するためのフローチャートである。外観検査装置１０は、作成済みの基板検査データを用いて検査対象の電子回路基板の検査を行う。まず外観検査装置１０は、基板全面画像を作成する（Ｓ１０）。基板全面画像は、上述のように基板検査データ作成の前処理として説明した方法と同様にして作成される。すなわち、外観検査装置１０は、撮像ユニット１６により電子回路基板を分割して撮影し、得られた画像を合成する。このようにして、外観検査装置１０は、撮像ユニット１６に対向する電子基板の全面の２次元画像である基板全面画像を作成する。基板全面画像は図４に示される画像と同様の画像である。
【００４８】
次に、外観検査装置１０は、基板全面高さマップを作成する（Ｓ１１）。基板全面高さマップは、上述の方法と同様にして作成される。すなわち、外観検査装置１０は、撮像ユニット１６により電子回路基板にパターンを投射しつつ分割して撮影する。得られた分割画像から基板全体のパターン画像を合成する。外観検査装置１０は、撮像ユニット１６に対向する電子回路基板の全面の高さマップをパターン画像に基づいて作成する。基板全面高さマップは、例えば図５に示される形式で外観検査装置１０の表示部に表示される。
【００４９】
外観検査装置１０は、基板全面画像に基板検査データを適用してその基板の検査を実行する（Ｓ１２）。外観検査装置１０は、基板全面画像に基板検査データを適用することにより、各検査項目に必要な検査ウインドウを基板全面画像上に設定する。検査項目によっては、基板全面画像に画像処理をして得られる専用の画像を用いて検査する場合もある。この場合、外観検査装置１０は、基板検査データに基づいてその専用画像上に検査ウインドウを設定する。外観検査装置１０は、検査ウインドウごとに検査基準に従って各検査項目の良否を判定する。
【００５０】
検査基準は高さについてのしきい値であってもよい。すなわち外観検査装置１０は、基板全面高さマップから得られる検査ウインドウ内の高さ分布に基づいて良否を判定してもよい。高さ情報を検査基準に用いることにより、２次元画像からは判定が必ずしも容易ではない検査項目について精度よく判定し得る。例えば、電子部品のリードの浮きを簡単なアルゴリズムで精度よく判定することができる。リードピンが基板表面に接続されずに上方に浮いているか否かを上方から撮像した２次元画像により識別することは必ずしも容易ではない。本実施形態によればリードピン背面の高さを測定することができるので、浮きの有無を精度よく判別することができる。外観検査装置１０は、検査結果を出力して処理を終了する。
【００５１】
なお、基板全面画像を作成してから基板全面高さマップを作成する代わりに、基板全面高さマップを先に作成するようにしてもよい。また、外観検査装置１０は、基板全面画像と基板全面高さマップとを並行して作成してもよい。この場合、被検査体１２のある部分領域に対し照明ユニット２４及び投射ユニット２６の照明及びパターン投射のもとで順次撮像したうえで次の部分領域の撮像のための撮像ユニット１６と検査テーブル１４との相対移動がなされるように、撮像ユニット１６及びＸＹステージ１８が制御されてもよい。また、外観検査装置１０は、被検査体１２の全体ではなく一部の領域について２次元画像及び高さマップを作成し、その領域について検査をするようにしてもよい。
【００５２】
本発明の一実施形態に係る高さ測定方法について更に詳しく説明する。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。
【００５３】
本発明の一実施形態に係る高さ測定方法は、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を求める。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を求め、短周期（細い縞）の第２パターンで精密な高さを求める。上述のようにＰＭＰ法は位相に基づき高さを求めるので、高さ差が大きく縞が１周期以上ずれてしまうと高さを一意に特定することができない。第１縞パターンを併用して高さを求めておくことにより、第２縞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を一意に特定することが可能となる。
【００５４】
ところが、このように複数の異なるパターンでそれぞれ高さを測定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。
【００５５】
少なくとも３枚の撮像画像から計測点の明るさ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ｌ０乃至ｌ３とすると、その画素にあたる計測点の初期位相φはｔａｎ（φ）＝（ｌ３−ｌ１）／（ｌ２−ｌ０）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を求めることができる。
【００５６】
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を得るようにしている。また、１つの部分領域は複数の投射ユニット２６のそれぞれで撮像される。例えば１０個の部分領域をそれぞれ３つの投射ユニットで撮像するとしたら、１０＊３＊６（または８）＝１８０（または２４０）回の撮像を要することになる。こうして、１回の検査に要する撮像回数は多くなりがちである。撮像回数が検査所要時間に与える影響は大きい。
【００５７】
そこで、本発明の一実施形態においては、あるパターンを用いて高さを求める際に、そのパターンで少なくとも３回撮像する代わりに、少なくとも１枚の画像を他のパターンを投射したときの画像を利用して推定する。あるパターンを用いて高さを求める際に他のパターンを投射したときの画像のもつ輝度情報を共用することにより撮像回数を低減する。
【００５８】
一実施例においては、外観検査装置１０は、被検査体１２の高さ計測点を含む投射領域に、空間的に周期的に明るさが変化する第１周期パターンを投射し、その計測点の明るさを測定する第１測定ステップと、第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンをその投射領域に投射し、高さ計測点の明るさを測定する第２測定ステップと、を実行する。
【００５９】
外観検査装置１０は、第１及び第２の周期パターンの少なくとも一方に対応する計測点明るさ変動の位相を、第１測定ステップ及び第２測定ステップの測定結果と、第１及び第２の周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップを実行する。外観検査装置１０は、各計測点の明るさ変動の位相に基づいて各計測点の高さ情報を求める高さ情報演算ステップを実行する。既知の関係を用いることにより、第１及び第２の周期パターンの一方を投射したときの位相演算に他方の周期パターンによる測定結果を共用することが可能となる。
【００６０】
なお必要に応じて、外観検査装置１０は、第１及び第２の周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第３周期パターンを投射領域に投射し、高さ計測点の明るさを測定する第３測定ステップを実行してもよい。同様にして、各周期パターンに対応する明るさ変動の既知の関係から１つの周期パターンを投射したときの位相演算に他の周期パターンによる測定結果を共用するようにしてもよい。
【００６１】
高さ計測点の明るさ測定は例えば、パターン投射領域を撮像することにより行う。第１測定ステップは、第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する第１撮像ステップを含んでもよい。第２測定ステップは、第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する第２撮像ステップを含んでもよい。周期パターンは例えば９０度ずつまたは１２０度ずつというように等しい量ずつ位相をずらして（すなわち例えば１／４周期ずつまたは１／３周期ずつパターンの反復する方向にパターンを空間的に移動させて）被検査体１２に投射してもよい。以降の演算処理で適宜調整することとすれば、必ずしも等しい量ずつずらさなくてもよい。
【００６２】
一実施例においては、第１及び第２の周期パターンは、共通の周期関数で表されるパターンであってもよい。その周期関数のパラメタを異ならせることにより、第１周期パターンと第２周期パターンとを異ならせてもよい。２つの周期パターンは少なくとも互いに周期を異ならせてもよく、例えば一方の周期は他方の周期の少なくとも２倍より大きくてもよく、好ましくは例えば１０倍より大きくてもよい。２つの周期パターンはさらに明るさの振幅及び平均値の少なくとも一方が互いに異なっていてもよい。
【００６３】
第１周期パターンの周期が第２周期パターンの周期よりも大きい場合には、外観検査装置１０は、被検査体１２の高さ計測点の第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第１撮像ステップで得られた複数の第１投影画像における当該計測点の明るさに基づき演算してもよい。この場合、外観検査装置１０は、第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相については上述のように既知の関係を利用して第１投影画像及び第２投影画像から求めてもよい。こうして、外観検査装置１０は、第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相と第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相とに基づいて当該計測点の高さを求めてもよい。
【００６４】
一実施例においては、第１周期パターンに対応する各計測点の明るさ変動と第２周期パターンに対応する明るさ変動との既知の関係は、第１周期パターンの平均強度と第２周期パターンの平均強度とが関連付けられていることを含んでもよい。２つのパターンの平均強度が関連付けられていることにより、それぞれのパターンを投射したときの計測点の明るさを関係づけることができる。
【００６５】
好ましくは、第１周期パターンの平均強度と第２周期パターンの平均強度とが実質的に等しくてもよい。そのために、外観検査装置１０は、少なくともパターンの周期を変更可能である可変パターン形成装置を含む投射ユニットを備えることが好ましく、この投射ユニットは、各パターンに対し共通の光源及び光学系を有することが好ましい。可変パターン形成装置は、縞パターンの縞ピッチを変更可能に構成されていることが好ましい。この構成により、縞パターンの縞ピッチのみを変更し同一の投射条件でパターンを投射することができる。こうして、パターンの周期を変更したときに少なくとも明るさの平均値は維持されると考えられる。図１及び図２に示す投射ユニット２６及びパターン形成装置４４は、このように構成された投射ユニット及び可変パターン形成装置の一例である。
【００６６】
また、上述の既知の関係は、第１周期パターンが投射されたときの計測点の明るさの振幅と第２周期パターンのそれとが関連付けられていることを含んでもよい。好ましくは、第１周期パターンと第２周期パターンとで各計測点の明るさの振幅が実質的に等しくてもよい。例えば投射ユニット及び可変パターン形成装置によって、２つのパターンが投射されたときの明るさの振幅についても２つのパターンで等しくなるように各パターンの周期を調整することも可能である。
【００６７】
図７は、本発明の好ましい一実施例に係る各計測点の初期位相を求める方法を説明するための図である。図７の左側には縞幅の大きい第１縞パターンを位相をずらしつつ投射したときのある計測点（ｘ，ｙ）における周期的な明るさ変動ｌ（ｘ，ｙ）を示し、図７の右側には縞幅の小さい第２縞パターンについての同一計測点（ｘ，ｙ）の明るさ変動ｍ（ｘ，ｙ）を示している。第１縞パターン及び第２縞パターンはともに図２に示す正弦波の縞パターンであり、縞幅のみが異なる。投射ユニット２６の光学性能により、図７に示されるように、被検査体１２に投射されたときの明るさの振幅は、縞幅の小さい第２縞パターンのほうが小さくなっている。
【００６８】
この実施例では９０度ずつ（つまり１／４周期ずつ）縞パターンを被検査体１２に相対的に移動させてパターン投射領域を順次撮像する。こうして得られた複数の画像それぞれにおける計測点（ｘ，ｙ）に相当する画素の輝度を計測点（ｘ，ｙ）の明るさとする。上述のように第１縞パターンについての各計測点の位相φ（ｘ，ｙ）は、ｔａｎ（φ）＝（ｌ３−ｌ１）／（ｌ２−ｌ０）により求めることが可能である。ｌ０、ｌ１、ｌ２、ｌ３はそれぞれ第１縞パターンを０度、９０度、１８０度、２７０度の位相で投射したときの各計測点に相当する画素の輝度である。同様にして、第２縞パターンについての各計測点の位相θ（ｘ，ｙ）は、ｔａｎ（θ）＝（ｍ３−ｍ１）／（ｍ２−ｍ０）により求めることが可能である。ｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３はそれぞれ第２縞パターンを０度、９０度、１８０度、２７０度の位相で投射したときの各計測点に相当する画素の輝度である。
【００６９】
第１縞パターン及び第２縞パターンのそれぞれについて明るさの平均値が一定であり、かつ第１縞パターンと第２縞パターンとで明るさの平均値が等しいことから、
（ｌ０＋ｌ２）／２＝（ｌ１＋ｌ３）／２＝（ｍ０＋ｍ２）／２＝（ｍ１＋ｍ３）／２
なる関係が成立する。よって、
ｌ３＝ｌ０−ｌ１＋ｌ２
ｍ２＝ｌ０＋ｌ２−ｍ０
ｍ３＝ｌ０＋ｌ２−ｍ１
が導かれる。
【００７０】
したがって、ｔａｎ（φ）及びｔａｎ（θ）はそれぞれ、
ｔａｎ（φ）＝（ｌ０＋ｌ２−２ｌ１）／（ｌ２−ｌ０）
ｔａｎ（θ）＝（ｌ０＋ｌ２−２ｍ１）／（ｌ０＋ｌ２−２ｍ０）
により求めることができる。すなわち、図７において実線の丸で示すようにｌ０、ｌ１、ｌ２、ｍ０、ｍ１の５つの測定値から第１縞パターン及び第２縞パターンのそれぞれについての位相φ、θを求めることができる。破線の丸で示すｌ３、ｍ２、ｍ３は測定の必要がない。合計８回の撮像でｌ０、ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３のすべてを測定する代わりに、５回の撮像で２つのパターンの両方について位相を求めることができる。これは、従来考え得る最小の撮像回数である６回より更に少ない回数である。さらに第１縞パターン及び第２縞パターンの明るさ振幅が等しければ、ｍ１を省略してｌ０、ｌ１、ｌ２、ｍ０の４回の撮像で２つの位相を求めることも可能であろう。
【００７１】
ここで、撮像する画像は、縞パターンの位相が互いに逆位相である１組の画像を含むことが好ましい。つまり、縞パターンを半周期ずらして撮像した画像を含むことが好ましい。このようにすれば、上記の関係式のように明るさの平均値を２つの測定輝度の単純平均で簡単に表すことができる。
【００７２】
また、第１縞パターンの縞ピッチは被検査体１２に想定される部品高さの最大値よりも大きく設定されることが好ましい。このようにすれば、被検査体１２の最大の高さの実装部品によって生じる縞パターンのずれ量を１周期以内に収めることができる。よって、ｔａｎ（φ）から位相φを一意に決定することができる。
【００７３】
縞パターンは必ずしも正弦波状に変化する縞パターンでなくてもよい。位相を異ならせて複数回撮像して得られた計測点の明るさに基づいて明るさ変動の周期関数が決定される周期パターンであればよい。周期の異なる少なくとも２つの周期パターンについて明るさ変動の既知の関係を利用することにより、上記の好ましい実施例と同様にして合計の撮像回数を少なくすることが可能である。
【００７４】
図８は、本発明の一実施形態に係る高さ測定処理を説明するためのフローチャートである。外観検査装置１０の投射ユニット２６は、第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１縞パターンを被検査体１２の投射領域に投射する。カメラユニット２２は、被検査体１２の表面形状（例えば実装部品による基板面との段差）により変調された第１変調パターンを第１画像Ｌ０として撮像する（Ｓ３０）。画像Ｌ０の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｌ０（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｌ０は制御ユニット２０のメモリ３０に記憶される。
【００７５】
投射ユニット２６は第１縞パターンを第１画像Ｌ０とは異なる位相で被検査体１２に投射する。投射ユニット２６は例えば、第１画像Ｌ０とは９０度位相をずらして同一の投射領域に第１縞パターンを投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第２変調パターンを第２画像Ｌ１として撮像する（Ｓ３２）。画像Ｌ１の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｌ１（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｌ１はメモリ３０に記憶される。
【００７６】
投射ユニット２６は第１縞パターンを第１画像Ｌ０及び第２画像Ｌ１とは異なる位相で被検査体１２に投射する。投射ユニット２６は第２画像Ｌ１からさらに９０度位相をずらして同一の投射領域に第１縞パターンを投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第３変調パターンを第３画像Ｌ２として撮像する（Ｓ３４）。画像Ｌ２の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｌ２（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｌ２はメモリ３０に記憶される。
【００７７】
投射ユニット２６は、第１縞パターンよりも狭い縞ピッチをもつ第２縞パターンを第１縞パターンと同一の投射条件で同一の投射領域に投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第４変調パターンを第４画像Ｍ０として撮像する（Ｓ３６）。画像Ｍ０の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｍ０（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｍ０はメモリ３０に記憶される。
【００７８】
投射ユニット２６は第２縞パターンを第４画像Ｍ０とは異なる位相で被検査体１２に投射する。投射ユニット２６は第４画像Ｍ０とは９０度位相をずらして同一の投射領域に第２縞パターンを投射する。カメラユニット２２は被検査体１２の表面形状により変調された第５変調パターンを第５画像Ｍ１として撮像する（Ｓ３８）。画像Ｍ１の各画素の輝度が対応する計測点（ｘ，ｙ）の明るさｍ１（ｘ，ｙ）を表す。画像Ｍ１はメモリ３０に記憶される。
【００７９】
制御ユニット２０はすべての投射ユニット２６によりその投射領域が撮像されたか否かを判定する（Ｓ４０）。まだその領域がすべての投射ユニット２６を用いて撮像されていない場合には（Ｓ４０のＮ）、次の投射ユニット２６を使用して第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１の撮像を繰り返す。なお、本実施例では南北方向の２つの投射ユニット２６ａ、２６ｂを使用して撮像し、もう１つの投射ユニットは必要に応じて使用するようにしてもよい。
【００８０】
使用すべきすべての投射ユニット２６を用いた撮像が完了した場合には（Ｓ４０のＹ）、制御ユニット２０は被検査体１２の全体の撮影が完了したか否かを判定する（Ｓ４２）。まだ撮影されていない領域がある場合には（Ｓ４２のＮ）、次の投射領域について上記のように撮像を繰り返す。次の投射領域への移動中に、画像Ｌ１、画像Ｍ０、画像Ｍ２のうち少なくとも１つの逆位相のパターンをパターン形成装置に形成してもよい。この逆位相のパターンは撮像されない。
【００８１】
被検査体１２の全体の撮影が完了した場合には（Ｓ４２のＹ）、制御ユニット２０の高さ測定部３２は第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１に基づいて被検査体１２の高さマップを作成する（Ｓ４４）。高さマップ作成処理は、第２縞パターンを第４画像Ｍ０及び第５画像Ｍ１とは異なる位相で被検査体１２に投射したときの計測点における明るさを、第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１における当該計測点の明るさから求めることを含む。また、高さマップ作成処理は、第１縞パターンを第１画像Ｌ０乃至第３画像Ｌ２とは異なる位相で被検査体１２に投射したときの計測点における明るさを、第１画像Ｌ０乃至第３画像Ｌ２における当該計測点の明るさから求めることを含む。
【００８２】
例えば上述のように、第４画像Ｍ０とは逆位相で第２縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第１縞パターンと第２縞パターンとで平均強度が等しいことを利用して第１画像Ｌ０、第３画像Ｌ２、第４画像Ｍ０から求める。第５画像Ｍ１と逆位相で第２縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第１縞パターンと第２縞パターンとで平均強度が等しいことを利用して第１画像Ｌ０、第３画像Ｌ２、第５画像Ｍ０から求める。また、第２画像Ｌ１と逆位相で第１縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第１画像Ｌ０、第２画像Ｌ１、第３画像Ｌ２から求める。
【００８３】
高さ測定部３２は、第１縞パターンによる第１位相マップと、第２縞パターンによる第２位相マップとを第１画像Ｌ０乃至第５画像Ｍ１に基づいて求める。これらの位相マップは各計測点の位相情報からなる。この位相情報は各計測点の相対的な高さ情報を表す。上述のように高さ測定部３２は、基板の表面位置の高さと各計測点の相対高さとから基板表面に対する各計測点の高さを求める。
【００８４】
本実施例では複数の投射ユニット２６を使用して同一の計測点の撮像をしているから、高さ測定部３２は、位相マップを作成する際にいずれかの投射ユニットによる測定値を最も適切な値として計測点ごとに選択してもよい。例えば、ある投射ユニットを使用したときの画像においてその計測点を表す画素の輝度が飽和している場合には、その飽和画素を他の投射ユニットを使用したときの画像における対応画素に置き換えてもよい。また、その計測点付近の局所的な平均の明るさ及び振幅が投射パターンから基準を超えて乖離している場合にも、その計測点を表す画素を他の投射ユニットを使用したときの対応画素に置き換えてもよい。
【００８５】
また、高さ測定部３２は、いずれの投射ユニットによる測定値が適切であるか判別することができない場合には、周囲の計測点の測定値に基づいてその計測点の測定値を補間するようにしてもよい。例えば、複数の投射ユニットを使用したときの測定値のばらつきが大きい場合には、高さ測定部３２は、いずれの投射ユニットによる測定値も適切でないと判定してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０ 外観検査装置、 １２ 被検査体、 １４ 検査テーブル、 １６ 撮像ユニット、 １８ ＸＹステージ、 ２０ 制御ユニット、 ２２ カメラユニット、 ２４ 照明ユニット、 ２６ 投射ユニット、 ２８ 検査制御部、 ３０ メモリ、 ３２ 高さ測定部、 ３４ 検査データ処理部、 ３６ 検査部、 ３８ 入力部、 ４０ 出力部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置であって、
被検査体にパターンを投射するための投射部と、該パターンが投射された被検査体を撮像するための撮像部と、撮像された画像に基づいて被検査体の表面の高さを求める高さ測定部と、を備え、
前記投射部は、周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第１周期パターンの位相が互いに異なる複数の第１投影画像を撮像し、
前記投射部は、第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第２周期パターンの位相が互いに異なる複数の第２投影画像を撮像し、
前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、第１周期パターン及び第２周期パターンのそれぞれに対応する周期的明るさ変動の既知の関係とに基づいて演算することを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記既知の関係は、第１周期パターンの平均強度と第２周期パターンの平均強度とが等しいことを含むことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記複数の第１投影画像は、第１周期パターンの位相が互いに逆位相である１組の画像を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記第１周期パターンの周期は前記第２周期パターンの周期よりも大きく、
前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を前記複数の第１投影画像における当該計測点の明るさに基づき演算し、第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相と第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相とに基づいて当該計測点の高さを求めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項５】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査方法であって、
周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する第１撮像ステップと、
前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する第２撮像ステップと、
前記第２周期パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、前記第１周期パターン及び前記第２周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップと、を含むことを特徴とする外観検査方法。
【請求項６】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置であって、
第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンと、前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンと、を被検査体に投射するための投射部と、
第１周期パターンを被検査体に投射したときの第１画像と、第１周期パターンを第１撮画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの第２画像と、第２周期パターンを被検査体に投射したときの第３画像と、を撮像するための撮像部と、
第２周期パターンを第３画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求める演算部と、を備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項７】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体を検査するために該被検査体の表面の高さを求める方法であって、
第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンを被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第１変調パターンを第１画像として撮像する第１撮像ステップと、
前記第１周期パターンを前記第１撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第２変調パターンを第２画像として撮像する第２撮像ステップと、
前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第３変調パターンを第３画像として撮像する第３撮像ステップと、
前記第２周期パターンを前記第３撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求めるステップと、を含むことを特徴とする高さ測定方法。
【請求項１】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置であって、
被検査体にパターンを投射するための投射部と、該パターンが投射された被検査体を撮像するための撮像部と、撮像された画像に基づいて被検査体の表面の高さを求める高さ測定部と、を備え、
前記投射部は、周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第１周期パターンの位相が互いに異なる複数の第１投影画像を撮像し、
前記投射部は、第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第２周期パターンの位相が互いに異なる複数の第２投影画像を撮像し、
前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、第１周期パターン及び第２周期パターンのそれぞれに対応する周期的明るさ変動の既知の関係とに基づいて演算することを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記既知の関係は、第１周期パターンの平均強度と第２周期パターンの平均強度とが等しいことを含むことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記複数の第１投影画像は、第１周期パターンの位相が互いに逆位相である１組の画像を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記第１周期パターンの周期は前記第２周期パターンの周期よりも大きく、
前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を前記複数の第１投影画像における当該計測点の明るさに基づき演算し、第１周期パターンによる周期的明るさ変動の位相と第２周期パターンによる周期的明るさ変動の位相とに基づいて当該計測点の高さを求めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項５】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査方法であって、
周期的に明るさが変化する第１周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第１投影画像を撮像する第１撮像ステップと、
前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第２投影画像を撮像する第２撮像ステップと、
前記第２周期パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第１投影画像及び第２投影画像における当該計測点の明るさと、前記第１周期パターン及び前記第２周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップと、を含むことを特徴とする外観検査方法。
【請求項６】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置であって、
第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンと、前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンと、を被検査体に投射するための投射部と、
第１周期パターンを被検査体に投射したときの第１画像と、第１周期パターンを第１撮画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの第２画像と、第２周期パターンを被検査体に投射したときの第３画像と、を撮像するための撮像部と、
第２周期パターンを第３画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求める演算部と、を備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項７】
基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体を検査するために該被検査体の表面の高さを求める方法であって、
第１平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第１周期パターンを被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第１変調パターンを第１画像として撮像する第１撮像ステップと、
前記第１周期パターンを前記第１撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第２変調パターンを第２画像として撮像する第２撮像ステップと、
前記第１平均強度に関連付けられた第２平均強度を持ち前記第１周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第２周期パターンを前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第３変調パターンを第３画像として撮像する第３撮像ステップと、
前記第２周期パターンを前記第３撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第１画像乃至第３画像における当該計測点の明るさと、前記第１平均強度と第２平均強度との関係とに基づいて求めるステップと、を含むことを特徴とする高さ測定方法。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５３０１５（Ｐ２０１２−５３０１５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７９４６（Ｐ２０１０−１９７９４６）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（５９５０３９０１４）株式会社サキコーポレーション (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（５９５０３９０１４）株式会社サキコーポレーション (31)
【Ｆターム（参考）】
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