JP2003014657A - 周期性パターンの検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デルタ配列された周期性パターンを有する検
査対象物の各パターン間の面積のズレを容易に検査でき
るようにする。 【解決手段】 デルタ配列された周期性パターンを有す
る検査対象物（シャドウマスク）を撮像してパターン画
像を入力し（ステップ１）、パターン画像上の各パター
ン（孔）について面積を測定し（ステップ２）、各面積
をそれぞれ輝度値に変換して設定した画素をデルタ配列
して面積画像を作成し（ステップ３）、面積画像におい
て輝度情報がない画素の輝度値を、周囲の画素の輝度値
で補間して検査対象画像を作成し（ステップ４）、該画
像を基に目視又は自動で検査する（ステップ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周期性パターンの
検査方法及び装置、特にカラーテレビのブラウン管に用
いられるシャドウマスク等のように、基板に光透過性を
有するパターンがデルタ配列により周期的に形成されて
いる製品における、該パターンの面積のズレやそのムラ
を検出する際に適用して好適な、周期性パターンの検査
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単位となる微小なパターンが繰り返し配
列されている周期性パターンを有する工業製品として
は、カラーテレビのブラウン管に用いられるシャドウマ
スク等がある。このような周期性パターンを有するシャ
ドウマスクでは、個々のパターンは設計値に基づいて所
定の形と面積（大きさ）を持つと共に、その周囲に存在
するパターンに対して、図１０にイメージを示すように
各パターンの中心が正三角形の各頂点に一致するように
繰り返すデルタ配列となっている。

【０００３】このような個々のパターンの面積（大き
さ）は、試料全面（全体）において、（１）場所に関係
なく常に同じ面積になるようにする、あるいは（２）試
料内の場所によって徐々に変化させる（例えば、中心か
ら周囲に向かっていくに従って面積が大きくなるように
する）等の、所定の配列規則に従って形成されているも
のがある。

【０００４】このような工業製品を製造した場合、設計
値に対する個々のパターンの面積の狂い（面積ズレ）に
関して以下の検査をする必要がある。（１）限度レベル
を超えた面積のズレが１つのパターンでも発生している
場合は欠陥とする。（２）個々のパターンについての評
価では限度レベル内で正常とみなせる面積ズレであって
も、それがある範囲内の複数のパターンに集中して局所
的に発生している場合は欠陥とする。なお、後者の局所
的な発生の検出は、個々のパターンについては限度レベ
ル内であっても、各パターンの面積には多少のバラツキ
があることから、全体として見た場合に生じている各パ
ターンの面積の不均一性（ムラ）を検査することを意味
している。

【０００５】上述したような各パターン間の面積のズレ
や不均一性の検査には、（１）検査員が検査対象物（工
業製品）を直接目で見て全面検査する目視検査、（２）
検査対象物に対していくつかの代表領域を決めて、その
領域を撮像装置により画像入力し、代表領域に含まれる
パターンに関してのみ面積を画像処理により測定して検
査する一部自動検査、（３）検査対象物の全面（全体）
を画像入力し、全てのパターンについて個々の面積を測
定して検査する全面自動検査がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）の目視検査には検査員によって個人差がある上
に、見逃しが生じ易く、（２）の一部自動検査には検査
時間が短いという利点があるものの、代表領域内だけの
検査なので、それ以外の領域のパターンに発生した欠陥
が検査できない。又、（３）の全面自動検査には、全面
を検査するために検査時間が非常に長くなってしまう上
に、面積が試料内の場所（領域）によって徐々に変化す
るタイプの検査対象物では、各パターン間の面積と、そ
のズレの限度レベルが領域毎に異なっているため、測定
した面積データに対する検査員による検査が必要になる
が、パターンの数が多くなった場合には、この検査を行
おうとしても事実上できないという問題がある。

【０００７】更に、自動検査における共通の問題とし
て、１つ１つのパターンでは限度レベル以内の面積ズレ
が局所的に集中して発生している前記ムラ欠陥を検出す
ることができない。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、検査対象物全体について個々のパタ
ーンに生じている面積のズレ欠陥を容易に検査できる上
に、許容範囲内のズレが局所的に集中して生じている面
積のムラ欠陥をも容易に検査することができる周期性パ
ターンの検査方法及び装置を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、各パターンが
デルタ配列された周期性パターンを有する検査対象物を
撮像してパターン画像を入力し、入力されたパターン画
像上の各パターンについて面積を測定し、測定された各
パターンの面積をそれぞれ輝度値に変換し、変換された
各輝度値を一定数の画素を単位とする単位画素にそれぞ
れ設定し、各輝度値がそれぞれ設定された設定単位画素
を、前記各パターンの配列順序に対応付けてデルタ配列
した面積画像を作成し、作成された面積画像から、隣接
する設定単位画素間に存在する輝度情報がない無設定単
位画素に、周囲近傍の設定単位画素の輝度値により補間
した輝度値を設定して検査対象画像を作成し、作成され
た検査対象画像に基づいて面積ズレやそのムラを検査す
ることにより、前記課題を解決したものである。

【００１０】本発明は、又、各パターンがデルタ配列さ
れた周期性パターンを有する検査対象物を撮像してパタ
ーン画像を入力する撮像手段と、入力されたパターン画
像上の各パターンについて面積を測定する手段と、測定
された各パターンの面積をそれぞれ輝度値に変換する手
段と、変換された各輝度値を一定数の画素を単位とする
単位画素にそれぞれ設定する手段と、各輝度値がそれぞ
れ設定された設定単位画素を、前記各パターンの配列順
序に対応付けてデルタ配列して面積画像を作成する手段
と、作成された面積画像から、デルタ配列された設定単
位画素間に存在する輝度情報がない無設定単位画素に、
周囲近傍の設定単位画素の輝度値により補間した輝度値
を設定して検査対象画像を作成する手段と、作成された
検査対象画像に基づいて面積ズレやそのムラを検査する
手段とを備えたことにより、同様に前記課題を解決した
ものである。

【００１１】即ち、本発明においては、パターン画像上
のデルタ配列された各パターンの面積を輝度値に変換し
た面積画像を作成するとともに、デルタ配列故に生じて
しまう輝度情報が無い単位画素に対しては、その輝度値
を周囲近傍に設定されている輝度値により補間すること
により検査対象画像を作成し、作成された該画像の輝度
値の変化に基づいて面積のズレを検出するようにしたの
で、無設定単位画素に対しても適切な輝度値を設定する
ことができることから、面積のズレ欠陥やムラ欠陥を確
実に検査することが可能となる。特に、輝度情報が無い
状態のままでは、輝度差が大きすぎて自動検査が出来な
かったが、補間設定することにより出来るようになり、
目視検査でも見易くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る一実施形態の検査装
置の要部を示す、ブロック図を含む概略斜視図である。

【００１４】本実施形態の検査装置は、検査対象物Ｗを
載置するステージ１０と、該ステージ１０の上方に配置
され、該対象物Ｗを撮像して検査画像を入力するＣＣＤ
カメラ（撮像手段）１２と、該カメラ１２を、図示しな
い駆動部により移動させる際にＸ方向に案内するＸ軸ガ
イド１４と、該ガイド１４と共にＹ方向に案内するＹ軸
ガイド１６と、これら各ガイド１４及び１６により案内
して上記カメラ１２を検査対象物Ｗに対して矢印で示す
ＸＹ方向に走査しながら、該対象物Ｗを撮像する際にカ
メラ１２を制御するカメラコントローラ１８とを含む画
像入力部２０を備えていると共に、上記ＣＣＤカメラ１
２により撮像して入力される検査画像を処理する画像処
理部２２と、該画像処理部２２や上記カメラコントロー
ラ１８等の装置全体を制御する装置制御部２４とを備え
ている。

【００１５】本実施形態の検査装置は、その全体の概要
を図２に示すように、大別して検査処理部２６、ヒュー
マンインターフェイス部２８及びマシンインターフェイ
ス部３０を備え、且つ、これら各部２６〜３０に含まれ
る各機能部の動作全体を前記装置制御部２４により制御
するようになっている。そして、上記検査処理部２６
は、機能部として前記画像入力部２０と、該画像入力部
２０により入力された画像データを処理する前記画像処
理部２２を含み、同様にヒューマンインターフェイス部
２８は上記画像処理部２２により処理された結果等を表
示する情報表示部３２と、オペレータとの間で情報のや
り取りを行なう対人操作部３４を、マシンインターフェ
イス部３０は対象物を搬送するベルトコンベア（図示せ
ず）等の外部機械との間で情報のやり取りを行なう機械
連動部３６をそれぞれ含んでおり、これら各機能部２６
〜３０等は、前記装置制御部２４により動作全体が管理
されるようになっている。

【００１６】これら各機能部について詳述すると、以上
の各機能部２６〜３０の動作を管理する装置制御部２４
としては、専用装置、汎用シーケンサ、パーソナルコン
ピュータ等が利用できる。又、画像入力部２０が有する
ＣＣＤカメラ１２としては、エリアセンサカメラやライ
ンセンサカメラを利用することができ、又、撮像手段と
しては、これ以外に撮像管等を利用することもできる。

【００１７】又、画像処理部２２としては、専用画像処
理装置やパーソナルコンピュータ等が利用できる。又、
情報表示部３２は、オペレータに対して検査進行状況、
検査結果、集計結果、過去の検査結果の履歴等を提示し
たり、撮像した画像や処理途中の画像あるいは処理後の
画像を表示する機能を有し、これにはＣＲＴモニタ、液
晶モニタ、ＬＥＤアレイ等が利用できる。

【００１８】又、対人操作部３４は、（１）オペレータ
からの検査に必要な入力操作を受け付ける、（２）被検
査物の特徴（サイズ等）を設定する、（３）画像処理部
２２の調整値（フィルタサイズ等）を設定する、（４）
画像入力部２０の調整値（シャッタースピード等）を設
定する等の機能を有し、これには機械式ボタン、タッチ
パネル、キーボード、マウス等が利用できる。

【００１９】又、機械連動部３６は、自動検査時の外部
機器との同期、例えば画像入力部２０への検査対象物の
供給終了タイミング等をとったり、検査結果によって検
査対象の物流装置へ命令（検査対象の選別振分け指示、
検査部への供給停止）等を発行する機能を有し、これに
はＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４２２、ＧＰＩＢ（General
Purpose Interface Bus）、ＬＡＮ（イーサーネッ
ト）、パラレルＩ／Ｏ、リレー等が利用できる。

【００２０】本実施形態の検査装置では、前記画像処理
部２２において、各パターンがデルタ配列された周期性
パターンを有する検査対象物Ｗを前記ＣＣＤカメラ１２
により撮像して入力したパターン画像に対して、該パタ
ーン画像上の各パターンについて面積を測定（算出）す
る手段と、測定された各パターンの面積をそれぞれ輝度
値に変換する手段と、変換された各輝度値を一定数の画
素を単位とする単位画素（ここでは１画素）にそれぞれ
設定する手段と、各輝度値がそれぞれ設定された各設定
単位画素を、前記各パターンの配列順序に対応付けてデ
ルタ配列して面積画像を作成する手段と、作成された面
積画像から、デルタ配列された設定単位画素間に存在す
る輝度情報がない無設定単位画素に、周囲近傍の設定単
位画素の輝度値により補間した輝度値を設定して検査対
象画像を作成する手段と、作成された検査対象画像に基
づいて面積ズレを検査する手段が、それぞれソフトウェ
アにより構築されている。

【００２１】次に、本実施形態の作用を、図３に示した
フローチャートに従って説明する。

【００２２】まず、前記図１に示したように、ステージ
１０上の周期性パターンを有する検査対象物Ｗに対して
ＣＣＤカメラ１２を走査して該対象物Ｗの全体を撮像し
てパターン画像を入力する（ステップ１）。なお、ここ
では対象物Ｗが、前述したデルタ配列に従って貫通孔
（パターン）が形成されているシャドウマスクである。
そのため、前記ステージ１０内に設置されている裏面照
明（図示せず）を使用して透過光像として開口パターン
を撮像する。図４は、このシャドウマスクを撮像して得
られたパターン画像のイメージを示す。但し、この図で
は、便宜上、パターンを、丸に網点を付して示してあ
る。

【００２３】次いで、入力されたパターン画像上の各パ
ターン（シャドウマスクの貫通孔に対応する）について
面積を測定する（ステップ２）。ここでは、パターン毎
にその面積を測定する。具体的には、以下のような画像
処理により面積が測定できる。

【００２４】即ち、予め試料に応じて実験的に求めてお
いた閾値を用いて、入力された前記パターン画像を２値
化し、個々のパターンを構成する画素を２値画像のＯＮ
の画素になるように変換する。このように、２値化した
画像のＯＮの画素をラベリング処理し、同一のラベリン
グがされた個々のパターンを構成する画素数を求め、そ
れを面積とする。図５には、シャドウマスクＷを撮像し
て得られた前記図４に示したパターン画像上について、
各パターンと面積Ａ〜Ｊとの対応関係のイメージを示し
た。

【００２５】次いで、上記のようにパターン画像の各パ
ターンについて面積の測定が終了した後、面積を輝度値
とする画素（単位画素）をパターン画像に合せてデルタ
配列に並べて面積画像の作成を行う（ステップ３）。図
６は、パターン画像上の各パターンについてアルファベ
ットの大文字で表わした面積を、輝度値を表わす対応す
る小文字ａ〜ｊに変換して設定した面積画像であるとす
る。

【００２６】この図６では、１つの矩形が１画素（単位
画素）に対応しており、前記図５に示した個々のパター
ンについて求めた面積を、それぞれ１つの画素（単位画
素）の輝度値に設定するとともに、各設定画素をパター
ン画像における各パターンと同じ配列順に並べて図６の
ような面積画像を作成する。この場合の輝度値は２５６
階調、即ち８ビットだけでなく、精度に応じて１６ビッ
トで表示しても、浮動小数点で取り扱うようにしてもよ
い。

【００２７】この図６に示されるように、パターンに対
応する各設定画素（単位画素）はデルタ配列されている
ため、隣接する設定画素間には輝度情報がない無設定画
素（白抜きで示す）が存在している。なお、各パターン
は、前記図１０に示したデルタ配列になっているため、
厳密には上下方向のパターン間距離Ａと左右方向のパタ
ーン間距離Ｂは異なるが、上記面積画像に対しては１：
１の間隔で設定している。このようにしても大局的な面
積のズレを検査するムラ検査に影響はない。

【００２８】次いで、輝度情報がない上記無設定画素に
は、その輝度値を周囲４近傍（端部では３近傍）の画素
の輝度値により補間して設定する（スラップ４）。図７
は、この補間処理のイメージを示し、無設定の各画素に
は、同図に併記した計算により求める×１〜×６の輝度
値を設定し、図８のような検査対象画像を作成する。

【００２９】上記ステップ４の補間処理により作成した
検査対象画像を基に目視検査か自動検査を行なう（ステ
ップ５）。即ち、この画像を前記情報表示部３２のモニ
タに表示すると、個別のパターンの欠陥はもとより、面
積ズレに方向性がある場合はスジとなって、局所的に集
中する場合にはムラとなって現われるため、該モニタ上
で目視により確認することができる。

【００３０】又、面積ズレを自動検査する場合には、前
記図８に相当する検査対象画像から強調画像を作成し、
該強調画像に対して予め実験的に設定されている閾値で
２値化し、面積ズレ判定画像を作成する（いずれも図示
せず）。

【００３１】上記強調処理には、検出したい欠陥（ム
ラ）の形状に応じた空間フィルタが用いられる。欠陥が
縦スジの場合であれば図９（Ａ）に示すような空間フィ
ルタを使用して各画素の輝度値を処理する。このフィル
タを構成する各要素は、それぞれ画素に対応し、数字は
対応する各画素の輝度値に乗ずる係数である。具体的に
は、このフィルタの中心要素を注目画素に一致させた際
の各画素の輝度値に、対応する要素の各係数をそれぞれ
乗算し、その合計を中心に位置する注目画素の画素値に
設定し直すという処理を、縦方向Ａ画素分を単位に前記
面積画像全体に対して実行する。縦方向の大きさＡや、
横方向の０の数Ｂは、検出したい欠陥に応じて予め実験
的に決めて適切に設定しておく。

【００３２】図９（Ｂ）は、横スジ強調用の空間フィル
タであり、同図（Ａ）の前記縦スジ強調用のものを９０
°回転した構成になっている。又、図示は省略するが、
面積のズレに方向性が無いシミ状のムラを抽出するため
に、シミ強調用の空間フィルタも用いられる。これは、
ムラの形状に応じて適切な構成のものを用意する必要が
あるが、一例としては上記図５（Ａ）と（Ｂ）のフィル
タを組み合わせた構成のものを利用できる。

【００３３】以上のように、前記面積ズレ判定画像を作
成することにより、該判定画像中に対象とする２値化さ
れた画素が存在するか否かにより自動検査が可能とな
る。

【００３４】以上詳述した如く、本実施形態によれば、
試料（検査対象物）全面にわたる各パターンの面積デー
タをベースとする濃淡画像である検査対象画像を作成
し、それをモニタに表示することにより、面積ズレの目
視検査が可能となる。

【００３５】又、作成された検査対象画像に対して空間
フィルタを適用して面積ズレの自動検査を行う場合に
は、縦方向や横方向に延びるスジ状の面積ズレ欠陥は元
より、面積の許容レベル内のズレを、面積画像における
濃淡のムラとして捉えることができるので、該面積画像
に対して、例えば本出願人が特開平６−２２９７３６に
おいて既に提案しているような、２次微分の空間フィル
タを使用する「周期性パターンにおける開口面積のムラ
を検査するアルゴリズム」を適用することにより、局所
的に発生している面積ムラの自動検査をも行うことが可
能となる。このように面積ムラを自動検査する場合で
も、同時に面積画像をモニタ上で目視検査することによ
り、検査員による面積データの検証も可能となる。

【００３６】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は前記実施形態に示したものに限られるもの
でなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。

【００３７】例えば、パターンの面積の測定方法は前記
の例に限定されず、グレー画像から面積を高い精度で測
定する既知の画像処理アルゴリズムを利用してもよく、
又、実際にグレー画像からサブピクセルの精度で面積を
測定することができる市販の装置を使用してもよい。

【００３８】又、前記実施形態では、面積画像を構成す
る単位画素が１画素である場合を示したが、一定の数を
単位としていれば特に限定されず、１つの面積を複数画
素を単位として変換するようにしてもよい。

【００３９】又、無設定画素の輝度値を、周囲４近傍の
画素で補間する場合を示したが、１２近傍であってもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
周期性パターンを有する検査対象物全体について、各パ
ターンの面積のズレ欠陥を容易に検査することができる
上に、許容範囲内のズレが局所的に生じている面積のム
ラ欠陥をも容易に検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態の検査装置の要部を示
す、ブロック図を含む概略斜視図

【図２】本実施形態の検査装置全体の概要を示すブロッ
ク図

【図３】本実施形態の作用を示すフローチャート

【図４】シャドウマスクの一部のイメージを示す部分平
面図

【図５】パターン画像と各パターンの面積との関係のイ
メージを示す説明図

【図６】面積画像のイメージの一例を示す説明図

【図７】図６の面積画像における輝度値の補間処理のイ
メージを示す説明図

【図８】面積画像から作成される検査対象画像のイメー
ジの一例を示す説明図

【図９】縦スジ強調用と横スジ強調用の各空間フィルタ
の例を示す説明図

【図１０】デルタ配列のイメージを示す説明図

【符号の説明】 １０…ステージ １２…ＣＣＤカメラ １４…Ｘ軸ガイド １６…Ｙ軸ガイド １８…カメラコントローラ ２０…画像入力部 ２２…画像処理部 ２４…装置制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牛草 昌人 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA58 BB02 BB22 CC25 DD06 FF04 JJ02 JJ03 JJ26 MM23 PP03 PP15 QQ00 QQ04 QQ24 QQ31 QQ32 QQ38 SS02 SS03 2G051 AA73 AB02 CA03 CD03 DA01 EA11 EA12 EB01 ED07 ED30 FA01 2G086 EE03 EE10 EE12 5B057 AA01 BA02 CA12 CA16 CE03 CE06 DA03 DC04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各パターンがデルタ配列された周期性パタ
   ーンを有する検査対象物を撮像してパターン画像を入力
   し、 入力されたパターン画像上の各パターンについて面積を
   測定し、 測定された各パターンの面積をそれぞれ輝度値に変換
   し、 変換された各輝度値を一定数の画素を単位とする単位画
   素にそれぞれ設定し、 各輝度値がそれぞれ設定された設定単位画素を、前記各
   パターンの配列順序に対応付けてデルタ配列した面積画
   像を作成し、 作成された面積画像から、隣接する設定単位画素間に存
   在する輝度情報がない無設定単位画素に、周囲近傍の設
   定単位画素の輝度値により補間した輝度値を設定して検
   査対象画像を作成し、 作成された検査対象画像に基づいて面積ズレやそのムラ
   を検査することを特徴とする周期性パターンの検査方
   法。
2. 【請求項２】前記各パターンの面積の測定を、入力され
   たパターン画像を所定の閾値で２値化し、２値化後の個
   々のパターンに対応する画素の数に基づいて行うことを
   特徴とする請求項１に記載の周期性パターンの検査方
   法。
3. 【請求項３】前記検査対象画像を空間フィルタにより強
   調処理して強調画像を作成し、該強調画像に基づいて検
   査することを特徴とする請求項１に記載の周期性パター
   ンの検査方法。
4. 【請求項４】前記デルタ配列が、各パターンの中心が正
   三角形の各項点に実質的に一致する配列であることを特
   徴とする請求項１に記載の周期性パターンの検査方法。
5. 【請求項５】各パターンがデルタ配列された周期性パタ
   ーンを有する検査対象物を撮像してパターン画像を入力
   する撮像手段と、 入力されたパターン画像上の各パターンについて面積を
   測定する手段と、 測定された各パターンの面積をそれぞれ輝度値に変換す
   る手段と、 変換された各輝度値を一定数の画素を単位とする単位画
   素にそれぞれ設定する手段と、 各輝度値がそれぞれ設定された設定単位画素を、前記各
   パターンの配列順序に対応付けてデルタ配列して面積画
   像を作成する手段と、 作成された面積画像から、デルタ配列された設定単位画
   素間に存在する輝度情報がない無設定単位画素に、周囲
   近傍の設定単位画素の輝度値により補間した輝度値を設
   定して検査対象画像を作成する手段と、 作成された検査対象画像に基づいて面積ズレやそのムラ
   を検査する手段とを備えていることを特徴とする周期性
   パターンの検査装置。