JP2511620B2 - 光学的撮像表面検査装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的撮像表面検査装
置に関し、特にダイナミツクアナログ−デイジタルスレ
シヨルド処理手段を用いて、表面にある画像パターンに
よつて反射された光に関するアナログ信号をデイジタル
化することにより、画像パターンを正確に表すデイジタ
ル信号を発生するようにした光学的撮像表面検査装置に
適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】光学的撮像装置は実際的な応用範囲が広
く、その内には材料表面の欠陥又は特定の輪郭を検査す
るようなものが含まれている。この種の光学的撮像装置
は通常検査しようとする表面において反射できるような
照射光源、反射光を合焦させる結像レンズ及び当該合焦
された反射光のパターンを検出してこれに対応するアナ
ログ信号を出力する光学的検出装置を含んでいる。この
アナログ信号はさらに処理及び分析するためにデイジタ
ル化される場合がある。

【０００３】照射光源は通常白色光を放射する装置でな
り、白色光は固定された角度で検査される表面に照射さ
れる。光検出器は表面に対して同じ相対受光角度に位置
決めされ、表面は照射光源及び光検出器の固定位置に対
して相対的に移動される。光が照射された表面部分から
反射された光は結像レンズによつて光検出器に設けられ
ている検出素子上に合焦される。

【０００４】光検出器はその主要な機能として光線検出
機能を有する。ここで「検出」の語は一般的には光線を
測定することである。特定な場合には光のエネルギーを
測定できるパラメータに変換することである。通常この
パラメータは例えば電圧又は電流のような電気量であ
り、検出器から出力されたアナログ信号によつて表わさ
れる。理想的には検出器は広いダイナミツクレンジに亘
つてリニアな伝達特性を呈する。しかしながら実際上は
ダイナミツクレンジの下端部分がノイズによつて制限さ
れることがあり、かつ上端部分が飽和によつて制限され
る。

【０００５】通常ビデオカメラは光学的表面検査装置に
おける光検出器として用いられる。カメラの検出素子は
検査する表面からの反射光を検出して検出光の大きさに
比例したアナログビデオ信号を出力する。信号はパルス
列を構成し、パルス列の各パルスは検出された反射光部
分を表す。この信号の白及び黒レベルはそれぞれ表面の
反射領域及び非反射領域を表す信号部分に対応する。

【０００６】理論的には照射された表面に急激な変化が
あれば瞬時に応答して階段的な変化を表すビデオ信号を
出力するものと考える。しかしながら実際上は照射され
た表面を表しているカメラの合成アナログ信号はカメラ
内の増幅器の応答時間、カメラ内の検出素子の解像度の
制限及び表面から反射された反射光のグレイスケール効
果のために信号変化が傾斜する。測定している表面上の
特定のパターンを正確に表すような信号を発生するため
には、スレシヨルドレベルとしてアナログビデオ信号を
デイジタル化できるようなレベルを選択する必要があ
る。通常スレシヨルドレベルは表面の物理的特性を最も
正確にデイジタル的に表現するものを得るように選択さ
れる。続いてこのスレシヨルドレベルはアナログビデオ
信号を形成しているすべてのパルス列に適用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらアナログ
ビデオ信号に含まれているすべてのパルスをデイジタル
化するために固定のスレシヨルドレベルを用いることは
多くの欠点がある。第１にアナログビデオ信号に含まれ
ている各パルスの振幅は、主反射光が検出された特定の
表面部分の近傍にある背景反射光によつて大きくなる。
かくしてアナログ信号はこの背景反射光によつて正方向
にオフセツトされ、オフセツト量は背景光に対応する。
この背景反射光、すなわち黒レベルはスレシヨルドレベ
ルを背景反射光量だけオフセツトすることによりデイジ
タルビデオ信号から除去することができる。しかしなが
ら背景レベルは検査表面の位置によつて変化し、実際上
アナログビデオ信号内の各個別のパルスですら変化する
おそれがあり、検査表面上の画像パターンによつて反射
される光を正しく表現していないようなパルスになつて
いる。アナログビデオ信号に含まれているこれらのパル
ス列に対して固定スレシヨルドレベルを適用すれば、こ
のことはリアルタイムで変化する背景レベルを補正しな
い結果になる。

【０００８】第２に、検査表面の類似の輪郭部分によつ
て反射された白色光のレベルは同じにはなり得ない。こ
の反射の変化の程度は照射光源の出力に変動が生じた
り、パターンの類似輪郭部分の反射率に変動が生じたり
することにより引き起こされ得る。選択されたスレシヨ
ルドレベル以下に低下した振幅を有する弱いビデオ信号
パルスはこれを識別できないのでデイジタル化もできな
い。従つてビデオパルス列に固定スレシヨルドレベルを
適用すれば、検査表面を不正確にデイジタル表現する結
果になる。

【０００９】第３に、ビデオカメラは与えられた照射レ
ベルに対して同じアナログ信号を出力しない場合があ
る。ビデオカメラ検出素子の感度が低く、又はビデオカ
メラ電荷増幅器からの出力が低いと、ビデオ信号レベル
が低くなる場合がある。このようにビデオカメラ構成要
素に非直線性があると、検査表面の類似の部分について
ピーク値が変化するようなアナログ信号でなるパルスが
生じ得る。これらのパルス列に固定のスレシヨルドレベ
ルが適用されると、このピーク値の変動を補償しない結
果になる。

【００１０】上述の問題の１つに基づいてデイジタル撮
像が不均一になると、これらの問題の１つ以上が存在す
るような場合にはデイジタル画像上に累積的に悪影響が
生じ得る。これらの各問題によつて生じた悪影響が適切
に特性化され得るならば、プログラムされた可変スレシ
ヨルドをアナログビデオ信号に含まれるパルス列に適用
できる。しかしながら特性化された効果は時間と共に変
化するおそれがあるので、プログラムされたスレシヨル
ドは適切な補正係数を提供し得ず、逆に結果として得ら
れるデイジタル画像をさらに一段と劣化させるおそれが
ある。

【００１１】そこで背景反射光、表面各部の反射特性及
びビデオカメラの機能的な能力において生ずる実時間的
な変動を補償するようなダイナミツクスレシヨルド処理
技術を実用化することによつて表面の画像を正しく表現
させ得るような光学的撮像表面検査装置が必要である。
本発明はこの必要性を実現しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、表面１４上の画像パターン１２に
ある欠陥を検出する光学的撮像表面検査装置１０におい
て、検査表面１４に光を照射する光源１６と、検査表面
１４から反射される光を検出してパルス列を有するアナ
ログビデオ信号２６を出力し、アナログビデオ信号２６
内のパルスの振幅がビデオカメラ２０によつて検出され
た光の光量に対応するようになされたビデオカメラ２０
と、（１）ビデオ信号２６を、画像パターン１２の周囲
にある背景表面領域によつて反射される光を表す黒レベ
ル信号成分と、画像パターンによつて反射された光を表
す白レベル信号成分とに分離する分離手段３０と、
（２）白レベル信号内のパルスのピーク振幅を検出して
各パルスについて検出された最も高い電圧に対応する振
幅を有する可変ピーク電圧を出力する検出手段４２と、
（３）可変ピーク電圧の固定比率を選択することにより
可変スレシヨルド電圧レベルを供給する固定比率選択手
段４４と、（４）白レベル信号成分が検出手段及び選択
手段を通過する際の所要時間と等しい時間だけビデオ信
号の白レベル信号を遅延させる遅延手段３８と、（５）
可変スレシヨルド電圧レベルを遅延された白レベル信号
成分と比較することによりスキヤンされる画像パターン
のデイジタル出力表現信号を供給するアナログ−デイジ
タル比較手段３６とを有するダイナミツクスレシヨルド
処理回路２２と、ダイナミツクスレシヨルド処理回路２
２から供給される画像パターンのデイジタル表現信号を
後処理することにより画像パターンの欠陥を識別する手
段とを設けるようにする。

【００１３】

【作用】本発明は、画像パターン１２の欠陥を検出する
ために表面１４の画像パターン１２を検査する装置及び
方法を提供する。検査する表面が部分的に照射光源によ
つて照射されかつビデオカメラ２０によつてスキヤンさ
れる。ビデオカメラ２０は表面からの反射光を検出して
対応するアナログビデオ信号を出力する。ビデオ信号は
画像パターンの反射光を表す信号に含まれる各パルスに
ついて可変のスレシヨルドレベルを用いてデイジタル化
される。その後デイジタル化されたビデオ信号は後処理
されて検査パターンの欠陥を決定する。本発明は光を反
射するような画像パターン１２をもつた表面１４を検査
するために用いることができるが、エツチングされた導
電性プリント回路配線でなる反射パターンをもつような
プリント配線基板を検査するために用いても有用であ
る。

【００１４】装置は照射光源１６、ビデオカメラ２０、
ダイナミツクスレシヨルド処理回路２２及び基準メモリ
２４に格納されているデイジタル表現の画像パターンを
有するダイナミツクスレシヨルド回路の出力を比較する
手段を含む。照射光源は検出表面上に白色光を照射する
ために用いられる。ビデオカメラ２０は表面をスキヤン
し、表面の位置が光源１６及びビデオカメラ２０に対し
て変更したとき、表面によつて反射される光を検出す
る。画像パターン１２及び画像パターンの周囲の背景表
面領域によつて反射された光の光量を表すアナログ信号
が、当該光が表面をスキヤンしたときビデオカメラ２０
によつて出力されてダイナミツクスレシヨルド処理回路
２２に送出される。

【００１５】ダイナミツクスレシヨルド処理回路２２は
アナログビデオ信号を検査されるべき画像パターン１２
のデイジタル表現に変換する。アナログビデオ信号は先
ず背景表面によつて反射された光を表す黒レベル信号成
分及び画像パターン１２によつて反射される光を表す白
レベル信号成分に分離する。続いて白レベル信号成分は
ビデオ増幅回路３２に導入され、このビデオ増幅回路３
２が当該信号成分が予定の選択値以下に低下したとき信
号を増幅する。ビデオ増幅回路３２の出力はピーク検出
回路４２に送られ、ピーク検出回路４２は白レベル信号
パルス列において順次続く各パルスのピーク電圧を検出
し、各パルスについて検出された最も高い電圧に対応す
る振幅を有する可変ピーク電圧を出力する。

【００１６】可変ピーク電圧はダイナミツクスレシヨル
ド処理回路２２のデイジタル−アナログ掛算器１２６を
駆動する。デイジタル−アナログ掛算器に対する外部デ
イジタル入力は可変ピーク電圧の所定比率の電圧を可変
スレシヨルド電圧として選択する手段を提供する。また
この入力はスレシヨルド電圧をピークが検出され得ない
ような最小値にセツトする。デイジタル−アナログ掛算
器１２６は可変スレシヨルド電圧を出力し、この可変ス
レシヨルド電圧が当該最小電圧又は検出されたピーク電
圧の所定比率の値のいずれかである。

【００１７】アナログ−デイジタル比較回路３６はデイ
ジタル−アナログ掛算器１２６によつて出力される可変
スレシヨルド電圧を遅延された白レベル信号成分の対応
するセグメントと比較する。

【００１８】比較はスキヤンされる画像パターンのデイ
ジタル表現を生ずる。続いて比較器１２６の出力は後処
理されることによりスキヤンされるパターンの欠陥を識
別する。

【００１９】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００２０】本発明によれば、光学的撮像検査装置及び
方法は、表面上の画像を表すアナログビデオ信号がダイ
ナミツクアナログ−デイジタルスレシヨルド処理技術を
用いてデイジタル化されるような場合に適用される。デ
イジタル化処理をする間にアナログビデオ信号に適用さ
れたスレシヨルドは検査される画像の特徴を表す信号内
の各パルスについて可変される。

【００２１】本発明によつて構成された検査装置のブロ
ツクダイヤグラムが図１に符号１０によつて示されてい
る。検査装置１０は表面１４上の画像パターン１２を検
査するために用いられる。装置は回路カードにエツチン
グされたプリント回路配線を欠陥（例えば回路の断線又
は短絡、若しくはプリントが弱い回路配線）を検査する
ために特に有用であるが、当該装置は一般的に非反射表
面上にある反射パターンを検査する場合に広く適用し得
る。装置は照射光源１６、光学的合焦レンズ１８、ビデ
オカメラ２０、ダイナミツクアナログ−デイジタルスレ
シヨルド処理回路２２及び基準メモリ２４で構成されて
いる。

【００２２】光源１６は市販の白色光源を用い得る。光
源は白色光ビームを検査表面に供給し、表面の上方位置
に固定角度で位置決めされている。またビデオカメラ２
０は市販のユニツト、例えばカリフオルニア州マイルピ
タスのフエアチヤイルド・ウエストン社によつて製造さ
れている型番ＣＡＭ１５００を用い得る。ビデオカメラ
２０は同じように表面１４の上方位置に同じ固定角度で
位置決めされ、これにより光源１６によつて放射されか
つ表面上の画像パターン１２によつて反射された光がビ
デオカメラ２０のレンズに向かうように設定されてい
る。光学的合焦レンズ１８は表面及びビデオカメラ２０
の間に位置決めされることにより、カメラレンズ上に反
射光を集光できるようになされている。

【００２３】光源１６、光学的合焦レンズ１８及びビデ
オカメラ２０の位置は互いに相対的に固定されかつ表面
１４に対して可動できるようになされている。この構成
は表面の照射位置を連続的にスキヤンできるような構造
になつており、これにより画像パターン１２を表すアナ
ログビデオ信号が連続的に処理されかつデイジタル化さ
れ得る。表面１４が照射光源１６、光学的合焦レンズ１
８及びビデオカメラ２０下を移動できるようになされて
おり、すなわちこれらの３つの要素が表面上方をユニツ
トとして移動できるようになされている。これに代え、
（１）表面及び（２）カメラ、レンズ及び光源のユニツ
トの両方が相対的に可動することにより面全体をスキヤ
ンできるようにしても良い。これらのどの構成において
も、ビデオカメラはスキヤンされる画像パターン１２を
表す連続的なアナログビデオ信号２６を出力する。ビデ
オ信号２６の振幅は画像パターンがスキヤンされたとき
変化し、かつどの時点においても画像パターンと当該画
像パターンの周囲の背景表面領域とによつて反射される
光の光量を表わしている。アナログビデオ信号２６はパ
ルス列を有し、パルス列の各パルスは画像パターンによ
つて反射された光を表す白レベル信号成分と、背景表面
領域によつて反射される光を表す黒レベル信号成分とで
なる。

【００２４】ビデオカメラ２０から出力されるアナログ
ビデオ信号２６はその後の処理をするダイナミツクスレ
シヨルド処理回路２２に導入される。ダイナミツクスレ
シヨルド処理回路２２はアナログ信号を処理して画像パ
ターン１２のデイジタル表現信号を出力する。このデイ
ジタル表現信号は後処理されてスキヤンされている画像
パターン内の欠陥を識別する。

【００２５】図２はダイナミツクスレシヨルド処理回路
２２を構成している回路のブロツクダイヤグラムを示
す。図２に示すように、先ずアナログビデオ信号２６が
高速ビデオバツフア回路２８に導入され、この高速ビデ
オバツフア回路２８がダイナミツクスレシヨルド処理回
路２２をビデオカメラ２０の電子回路に整合させてい
る。次にバツフアされたアナログビデオ信号はその黒レ
ベル信号成分を黒レベル除去回路３０によつて除去さ
れ、ビデオ増幅回路３２によつて増幅される。自動利得
調整回路３４が選択的に動作されることにより黒レベル
信号成分を除去されたアナログビデオ信号をその振幅が
所定のレベル以下になつたとき増幅される。後述するよ
うに、この所定のレベルは手動で選択できる。

【００２６】増幅されたアナログビデオ信号は、ビデオ
増幅回路３２から送出された後３つの処理系統に分か
れ、当該分かれた各ビデオ信号はアナログビデオ信号を
デイジタルビデオ信号に変換するアナログ比較回路３６
に集められる。第１にアナログ信号はアナログ遅延回路
３８に導入され、このアナログ遅延回路３８が信号を数
ピクセル分（すなわちナノ秒）だけ遅延させる。この遅
延は比較回路３６においてアナログビデオ信号パルスと
当該アナログビデオ信号パルスの振幅によつて決められ
る可変スレシヨルドレベルとを同時に比較できるように
するために必要である。第２に増幅されたビデオ信号は
第２のバツフア回路４０を介してピーク検出回路４２に
与えられ、ピーク検出回路４２は増幅されたビデオ信号
パルスの個別ピークを決定する。続いて個別ピークレベ
ルのある比率がプログラマブルデイジタル−アナログ変
換回路４４によつて選択される。変換回路４４の出力は
可変スレシヨルドレベルになり、比較回路３６において
遅延されたアナログビデオ信号と比較される。比較回路
は当該比較の結果得られるデイジタルビデオ信号４６を
出力する。第３に増幅されたアナログビデオ信号がリセ
ツト回路４８に導入され、このリセツト回路４８はピー
ク検出回路４２をリセツトすると共に、後述する理由の
ために、比較回路３６をアナログビデオ信号のパルスと
パルスの間は処理できないようにする。

【００２７】図３〜図６は図２のダイナミツクアナログ
−デイジタルスレシヨルド処理回路２２の詳細構成を４
つの図面に分けて図面相互間の接続図と共に示す。図３
〜図６に示す回路要素全体において、電源は直流＋５
〔Ｖ〕、＋15〔Ｖ〕及び−15〔Ｖ〕の固定直流電源レベ
ルの電源が供給される。この電圧レベルは図示するよう
に回路要素に供給される。

【００２８】図３〜図６に示すように、黒レベル信号成
分及び白レベル信号成分を有するアナログビデオ信号２
６は、高速ビデオケーブル駆動回路５６及び側路コンデ
ンサ５８及び６０を有する高速ビデオバツフア回路２８
に導入される。好適な実施例においてケーブル駆動回路
５６は、ハリスによつて製造された型番ＨＡ５００２で
なり、これが 400〔mA〕の出力電流を処理できる。ケー
ブル駆動回路５６は図３のスレシヨルド処理回路の残る
他の構成要素をビデオカメラ２０内の電子回路に対して
バツフアすなわち整合接続する手段になる。側路用コン
デンサ５８及び６０は 0.1〔μＦ〕の値をもつ。特に必
要がなければ、図３において用いられているすべての側
路用コンデンサは 0.1〔μＦ〕に選定される。

【００２９】次にバツフアされたアナログビデオ信号は
黒レベル除去回路３０を通過され、この黒レベル除去回
路３０において黒レベル信号成分がアナログビデオ信号
から除去されて白レベル信号成分だけが送出される。白
レベル信号成分は高速スパイク又はパルス、一般に 100
〔nsec〕から 100〔μ sec〕の幅をもつパルスでなるパ
ルス列によつて表わされ、黒レベルは正の直流オフセツ
トによつて表わされる。黒レベル除去回路、 100〔Ω〕
の入力抵抗６２を有する差動回路、側路用コンデンサ６
４、一対のダイオード６６及び６８、及び一対の抵抗７
０及び７２を有する。ダイオードは共にシヨツトキー型
ダイオード、例えば型番１Ｎ５８１７である。ダイオー
ド６８は逆方向バイアスされ、 8.2〔ｋΩ〕の並列抵抗
７０に並列に接続されている。ダイオード６８は、バツ
フアされたアナログビデオ信号が回路３０を通過すると
き、抵抗７０の両端に電荷を発生させることにより効果
的に黒レベル信号成分を除去する。ダイオード６６は順
方向バイアスされて白レベル信号成分を 220〔Ω〕の抵
抗値を有する抵抗７２を通じて接地にクランプする。

【００３０】アナログビデオ信号の残る白レベル信号成
分はビデオ増幅回路３２に導入され、そのビデオ増幅回
路が自動利得制御回路３４によつて部分的に制御され
る。これらの２つの回路は一緒に動作してアナログ信号
の弱いビデオパルスを増幅することによりさらに後段の
処理をすることができるようにする。ビデオ増幅回路は
演算増幅器７４、抵抗７６及び７８、コンデンサ８０、
８２、８４、８６及び８８を有する。演算増幅器７４は
例えば型番ＬＭ６３６４のような高速増幅器でなる。抵
抗７６及び７８はそれぞれ１〔ｋΩ〕及び１００〔ｋ
Ω〕の値に選定されている。演算増幅器７４のゲインは
１＋１／１００、すなわち１．０１である。コンデンサ
８０は２００〔ｐＦ〕の値に選定され、コンデンサ８６
は４７０〔ｐＦ〕に選定されている。コンデンサ８２、
８４及び８８はすべて０．１〔μＦ〕の側路用コンデン
サでなる。

【００３１】自動利得制御回路３４はアナログビデオ信
号の白レベル信号成分の振幅をブーストして所定の電圧
レベル以下に低下させるようになされている。当該所定
の電圧レベルが可変抵抗９０によつて設定され、その可
変抵抗９０の抵抗値は 100〔ｋΩ〕にまで可変され得
る。高速比較器９２（例えば型式ＬＭ３１９でなる）が
その非反転入力に抵抗９４を介して可変抵抗９０の出力
端に接続される。比較器９２の反転入力端は抵抗９６を
介して黒レベル除去回路３０の出力端に接続される。抵
抗９４及び９６は共に 4.7〔ｋΩ〕の抵抗でなる。１
〔ｋΩ〕の抵抗９８は比較器９２に対する＋15〔Ｖ〕の
直流電源を比較器の出力との間に接続されている。コン
デンサ１００及び１０２は自動利得制御回路に対する側
路用コンデンサでなる。

【００３２】比較器９２の出力は、黒レベル除去回路３
０の出力が可変抵抗９０によつて設定される電圧レベル
以下に低下したとき論理「Ｈ」になる。通常このレベル
は約２〔Ｖ〕に設定される。比較器出力が論理「Ｈ」に
なると、アナログスイツチ１０４（例えば型式ＳＤ５０
０１）が駆動される。駆動スイツチ１０４は実質上ビデ
オ増幅回路３２の抵抗７８の両端に５００〔Ω〕の抵抗
１０６を並列に接続する。ビデオ増幅回路３２の演算増
幅器７４のゲインはこれにより約１から３に変更され
る。かくしてアナログビデオ信号の白レベル信号成分の
振幅が所定レベル以下に低下したときはいつでも自動利
得制御回路３４が信号を３倍程度に増幅し、これにより
後段の処理を実行できるようになされている。

【００３３】ビデオ増幅回路３２の出力は演算増幅器７
４から得られる。この出力信号はその黒レベル成分を除
去してなる増幅された（又は自動利得制御回路が動作し
ていなければ増幅なしの）アナログビデオ信号を表す。
この信号は同時に（１）アナログ遅延回路３８（図
５）、（２）バツフア回路４０及びピーク検出回路４２
（図５）、及び（３）リセツト回路４８（図４）に同時
に導入される。

【００３４】上述の第１の径路に関して、ビデオ増幅回
路３２の出力は駆動トランジスタ１０８（例えば２Ｎ２
２２２トランジスタでなる）を通じて遅延デバイス１１
０（図５）に導入される。好適な実施例の場合、遅延デ
バイス１１０は型番５０７００のタツプ選択プログラマ
ブル遅延ラインでなる。遅延デバイス１１０の入力及び
出力は、遅延デバイスの入力及び出力インピーダンスを
整合させるために、それぞれ 500〔Ω〕の抵抗１１２及
び１１４を通じて接地に接続されている。遅延デバイス
１１０の出力はアナログ遅延回路３８の出力として、ア
ナログ比較回路３６（図６）に対する入力の１になる。

【００３５】上述の第２の径路に関して、ビデオ増幅回
路３２の出力は高速ビデオバツフア回路４０（図５）に
導入される。バツフア回路４０はバツフア回路２３と同
様にして、高速ビデオケーブル駆動回路１１６及び側路
用コンデンサ１１８及び１２０を有する。次にバツフア
回路４０の出力はピーク検出回路４２に導入される。ピ
ーク検出回路４２はダイオード１２２及びコンデンサ１
２４を有する。ダイオード１２２（例えば型番１Ｎ５８
１１でなる）はバツフア回路４０の出力がコンデンサを
充電できるようになされ、好適な実施例の場合このコン
デンサは 100〔ｐＦ〕の値を有する。これによりコンデ
ンサ１２４はバツフア回路４０を通過するアナログビデ
オ信号のピーク振幅値に充電される。

【００３６】上述のように、アナログビデオ信号内の各
パルスについてのピーク電圧レベルのある比率がスレシ
ヨルドレベルとして用いられる。このスレシヨルドレベ
ルはアナログ比較回路３６（図６）において遅延回路３
８（図５）の遅延アナログビデオ信号と比較される。ピ
ーク検出回路４２の出力は乗算プログラマブルデイジタ
ル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２６を駆動するために
用いられ、このアナログデイジタル変換器１２６はピー
ク検出出力のある比率として与えられたパルスに対する
スレシヨルドレベルを出力する。比率はマイクロプロセ
ツサからの８ビツトの制御信号を用いて選定され、マイ
クロプロセツサはＤＡＣ１２６の入力の比率がスレシヨ
ルドレベルとしての出力となるような比率を決定する。

【００３７】好適な実施例の場合に用いられるＤＡＣ１
２６は変換入力信号を必要とする７５２３ＤＡＣでな
る。かくして変換増幅器１２８及び１３０（共にＬＭ６
３６４増幅回路でなる）は（１）ピーク検出回路４２及
びＤＡＣ１２６の出力間、及び（２）ＤＡＣ１２６及び
アナログ比較回路３６間の信号径路に置かれる。かくし
て比較回路３６において比較されるアナログ信号の極性
はピーク検出回路４２において検出される極性と同じに
なり、増幅回路１２８によつて反転されかつ増幅器１３
０によつて再反転される。

【００３８】各反転増幅器１２８及び１３０の周囲の回
路は従来から知られているように、増幅器を駆動及び安
定化するようになされている。増幅回路１２８の周辺回
路について、コンデンサ１３２及び１３４が側路用コン
デンサとなり、抵抗１３６、１３８及び１４０がそれぞ
れ 100〔ｋΩ〕、 200〔ｋΩ〕及び 200〔ｋΩ〕の値に
選定されている。回路周辺増幅器１３０について、コン
デンサ１４２、１４４、１４６は側路用コンデンサでな
り、コンデンサ１４８は12〔ｐＦ〕の値に選定されてい
る。

【００３９】アナログ遅延回路３８によつて遅延される
アナログビデオ信号出力はピーク振幅の選択された比率
すなわちプログラマブルＤＡＣ回路４４によつて出力さ
れる選択されたスレシヨルドとアナログ比較回路３６の
比較器１５０において比較される。比較器１５０は型番
ＬＭ３１１の演算増幅比較回路が望ましく、この比較回
路はこの比較動作に基づいてビデオ信号のデイジタル表
現信号を出力する。

【００４０】遅延されたアナログビデオ信号をアナログ
波形の順次続く各パルスについて特定されたスレシヨル
ドと比較器１５０が比較できるようにするため、ピーク
検出回路４２は順次のパルスの間でリセツトされる必要
がある。本発明のこのリセツトの特徴はリセツト回路４
８によつて達成される。またリセツト回路４８の出力
は、アナログ比較回路３６をこれらの順次のパルスの間
でデイスエーブルして、アナログ比較回路３６のデイジ
タル出力端に電気的ノイズが影響を与えることのないよ
うにするために用いられる。

【００４１】ピーク検出回路４２がリセツトされるレベ
ルは他のプログラマブルデイジタル−アナログ変換器１
５２（５７５３ＤＡＣでなる）によつて決定される。Ｄ
ＡＣ１５２への入力は、−15〔Ｖ〕の直流電源及び側路
用コンデンサ１５６に接続された10〔ｋΩ〕の可変抵抗
１５４を用いて約−５〔Ｖ〕に設定される。この−５
〔Ｖ〕の入力の比率はマイクロプロセツサからの外部８
ビツト指令によつてＤＡＣ１５２によつて出力されるよ
うに選択される。またＤＡＣ１２６の場合と同じよう
に、ＤＡＣ１５２はＤＡＣ１５２の負出力を正電圧に反
転するために反転増幅回路１５８（ＬＭ６３６４でな
る）を必要とする。側路用コンデンサ１６０及び１６
２、並びに12〔ｐＦ〕のコンデンサ１６４が反転増幅器
１５８に電気的に接続されている。

【００４２】反転増幅器１５８の正出力は、ピーク検出
回路４２がアナログビデオ波形の順次続くパルスの間で
リセツトされることになる電圧レベルを表わしている。
この出力は 4.7〔ｋΩ〕の抵抗１６６を介してＬＭ３１
１比較器１６８の非反転入力端に 与えられる。比較器
１６８の反転入力はビデオ増幅回路３２の出力を１Ｎ５
８１１のシヨツトキーバリヤダイオード１７０を介して
向ける。１〔ｋΩ〕の抵抗１７２は比較器１６８の反転
入力を接地に接続する。

【００４３】比較器１６８の出力は、ダイオード１７０
を通るアナログビデオ信号の振幅が比較器に入力される
プログラムされたリセツトレベル以下に立ち下がつたと
き、論理「Ｈ」になる。

【００４４】この論理「Ｈ」出力はリセツト回路４８の
一部を構成するフリツプフロツプ回路１７４に与えられ
ることにより、ピーク検出回路４２をリセツトすると共
に、一時的にアナログ比較回路３６をデイスイネーブル
状態にする。入力接続されたフリツプフロツプ回路１７
４（型番７４２２１）及び１７６（型番７４ＬＳ７４）
はリセツト信号の正の立上りに対して僅かな遅延を与え
ることにより、ピーク検出回路４２がすべてのビデオパ
ルスがＤＡＣ１２６を通過し終わる前にはリセツトされ
ないようになされている。フリツプフロツプ回路１７４
及び１７６の周辺の種々の回路要素について、抵抗１７
８は４．７〔ｋΩ〕の値に選定され、抵抗１８０及び１
８２は共に１〔ｋΩ〕の抵抗に選定され、コンデンサ１
８４は２２０〔ｐＦ〕の値に選定されている。

【００４５】フリツプフロツプ回路１７６の出力は、
（１）オープンコレクタ又はトランジスタ１８６（７４
ＬＳ０６でなる）を通じて与えられることにより、ＳＤ
５００１型のアナログスイツチ１８８を駆動するように
なされ、このスイツチ１８８はコンデンサ１２４を接地
することによつてピーク検出器をリセットし、また
（２）第２のフリツプフロツプ回路対に与えられ、この
第２のフリツプフロツプ回路対が比較回路３６を一時的
にデイスイネーブル状態にする。第２のフリツプフロツ
プ回路対は互いにカスコード接続されたフリツプフロツ
プ回路１９０（型式７４２２１でなる）及びフリツプフ
ロツプ回路１９２（型式７４ＬＳ７４でなる）を有し、
これにより比較回路３６はピーク検出回路４２がリセツ
トされたときデイスイネーブル状態になる。このとき比
較回路をデイスイネーブル状態にするのは、リセツト信
号によつて回路内に導入される僅かな発振のために必要
である。リセツト回路４８は最後に 1.4〔ｋΩ〕の抵抗
１９４、 140〔ｐＦ〕のコンデンサ１９６及びバイパス
コンデンサ１９８を含む回路素子でなる。

【００４６】アナログ比較回路３６は、遅延アナログビ
デオ信号内の各パルスが当該同じパルスについて検出さ
れたピークレベルの選択比率（すなわち可変スレシヨル
ドレベル）と比較される場所である。かくして回路３６
の比較器１５０の出力はこの可変スレシヨルドレベルを
超えるアナログビデオ信号の位置を表すデイジタル信号
になる。

【００４７】上述のように、ピーク検出回路をリセツト
すると、このことは比較器１５０のデイジタル出力に影
響を与える回路内に発振を生ずる。かくして比較回路１
５０の出力は７４ＬＳ０６トランジスタ２００を通じて
ＤＴＬＮＡＮＤゲート２０２の一方の入力に与えられ
る。１〔ｋΩ〕の抵抗２０４及び２０６はトランジスタ
２００の入力及び出力に＋５〔Ｖ〕の直流電圧を接続す
る。ＮＡＮＤゲート２０２の他の入力は、ピーク検出リ
セツト信号がフリツプフロツプ回路１９０及び１９２を
介してリセツトすると同時にリセツト回路によつて論理
「Ｌ」に駆動され、これによりアナログ比較回路３６の
出力をデイスイネーブル状態にする。従つてピーク検出
器が再度駆動されたとき、フリツプフロツプ回路１９２
に接続されたＮＡＮＤゲート入力が論理「Ｈ」レベルに
駆動され、これにより比較器１５０のデイジタル出力が
ＮＡＮＤゲートを通過してアナログデイジタルスレシヨ
ルド処理回路３６の出力として送出する。続いてこのデ
イジタル出力はさらに処理される。

【００４８】図１に示すような本発明の好適な実施例に
おいて、ダイナミツクスレシヨルド処理回路２２のデイ
ジタル出力は検査される画像パターンの周知の良好なデ
イジタル表現を含む基準メモリ２４と比較される。検査
される画像パターンが付着されているボードはこの比較
結果に基づいて拒絶又は許容判定され得る。

【００４９】従つてダイナミツクスレシヨルド処理を用
いた光学的撮像表面検出装置が好適な実施例について説
明された。しかしながら本発明の開示の精神について好
適な実施例の当該開示は例示のためだけになされたもの
であり、種々の変形が本発明の精神及び特徴から逸脱す
ることなく実施され得るものであることが理解される。

【００５０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、アナログ
ビデオ信号から背景表面の反射光に対応する黒レベル信
号成分とは分離して得た画像パターンの反射光に対応す
る白レベル信号成分について、当該白レベル信号成分内
のパルスのピーク振幅を検出し、当該検出結果に基づい
て得た可変スレシヨルド電圧レベルを用いて白レベル信
号成分をデイジタル表現信号に変換するようにしたこと
により、画像パターンを高い精度で表現できるデイジタ
ル信号を容易に得ることができる。図７に図１のアナロ
グビデオ信号波形の１例が示されている。本発明が対象
とする表面検査においては検査表面からの反射レベルＲ
の間に欠陥部によるスパイクＤが信号波形に現れる。こ
のスパイクの振幅はまちまちであるから表面反射レベル
の平均値などをスレシヨルドとしたのでは欠陥部をとら
えることができないことがある。またこの波形は黒レベ
ル成分を含み白レベルはその上にある。黒レベルは表面
検査のための有意情報を持たないので除去され、図８の
波形となる。本発明によりスレシヨルドは表面反射レベ
ル波形の各パルス毎に個別に設定されるので、図９に示
すように直前のパルスに比べて有意な大きさのスパイク
が検出される。図１０にこの結果得られるディジタルビ
デオ波形を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の原理によつて構成された光学的
検査装置を示すブロツクダイヤグラムである。

【図２】図２は図１の光学的検査装置のダイナミツクス
レシヨルド処理回路を示すブロツクダイヤグラムであ
る。

【図３】図３は図４〜図５と共に、図２のダイナミツク
スレシヨルド処理回路の詳細構成を示す接続図である。

【図４】図４は図３、図５及び図６と共に、図２のダイ
ナミツクスレシヨルド処理回路の詳細構成を示す接続図
である。

【図５】図５は図３、図４及び図６と共に、図２のダイ
ナミツクスレシヨルド処理回路の詳細構成を示す接続図
である。

【図６】図６は図３〜図５と共に、図２のダイナミツク
スレシヨルド処理回路の詳細構成を示す接続図である。

【図７】図７はアナログビデオ信号の波形図である。

【図８】図８はアナログビデオ信号から黒レベル信号成
分を除去した波形図である。

【図９】図９は図８の波形にダイナミツクスレシヨルド
を重ねて示した波形図である。

【図１０】図１０は図９のスレシヨルドで図８のアナロ
グビデオ信号をサンプルしたデイジタルビデオ信号の波
形図である。

【符号の説明】

１０……検査装置、１２……画像パターン、１４……表
面、１６……光源、１８……光学合焦レンズ、２０……
ビデオカメラ、２２……ダイナミツクスレシヨルド処理
回路、２４……基準メモリ、２８……バツフア回路、３
０……黒レベル除去回路、３２……ビデオ増幅回路、３
４……自動利得制御回路、３６……比較回路、３８……
アナログ遅延回路、４０……バツフア回路、４２……ピ
ーク検出回路、４４……プログラマブルデイジタル／ア
ナログ変換回路、４８……リセツト回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノーマン・アール・リテンハウス アメリカ合衆国、ニユーヨーク州13760、 エンデイコツト、サラー・レーン 1062 番地 (72)発明者 ペーター・ジヨセフ・ヤブロンスキー アメリカ合衆国、ニユーヨーク州13732、 アパラチン、ハイランド・ドライブ 23 番地 (56)参考文献 特開 昭62−11984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−122903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−149806（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−143012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−46573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−95779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−150277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−10966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−149511（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100575（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−281875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−218277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−230767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−60494（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査表面上の高反射率の部分及び低反射率
   の部分より成るパターンにある欠陥を検出する光学的撮
   像表面検査装置において、 検査表面に光を照射する光源と、 検査表面から反射される光を検出して高反射率部分を表
   す白レベル信号成分及び該高反射率部分の周囲にある背
   景領域を表す黒レベル信号成分を有するアナログビデオ
   信号を出力し、上記アナログビデオ信号の振幅がビデオ
   カメラによつて検出された光の光量に対応するようにな
   されたビデオカメラと、 （１）上記ビデオ信号から、上記背景領域によつて反射
   される光を表す黒レベル信号成分を除去して、上記パタ
   ーンの高反射率部分によつて反射された光を表す白レベ
   ル信号成分を分離する分離手段と、 （２）上記白レベル信号成分を表すパルスのピーク振幅
   を検出して各パルス毎に検出された最も高い電圧に対応
   する振幅を有するピーク電圧を保持するピーク保持手段
   と、 （３）上記分離された白レベル信号成分の振幅が所定の
   値に減少したときに上記ピーク保持手段をリセットする
   リセット手段と、 （４）上記可変ピーク電圧の所定の比率を選択すること
   により可変スレシヨルド電圧レベルを供給する比率選択
   手段と、 （５）上記白レベル信号成分が上記ピーク保持手段及び
   上記比率選択手段を通過する際の 所要時間と等しい時
   間だけ上記ビデオ信号の上記白レベル信号を遅延させる
   遅延手段と、 （６）上記可変スレシヨルド電圧レベルを上記遅延され
   た白レベル信号成分と比較することによりスキヤンされ
   る画像パターンのデイジタル出力表現信号を供給するア
   ナログ−デイジタル比較手段と を有するダイナミツクスレシヨルド処理回路と、 上記ダイナミツクスレシヨルド処理回路から供給される
   上記画像パターンのデイジタル表現信号を後処理するこ
   とにより上記画像パターンの欠陥を識別する手段と を具えることを特徴とする光学的撮像表面検査装置。
2. 【請求項２】さらに、 表面を連続的にスキヤンすることにより画像パターンを
   表すアナログビデオ信号を連続的に処理し、デイジタル
   化し、かつ後処理する手段を具えることを特徴とする請
   求項１に記載の光学的撮像表面検査装置。
3. 【請求項３】上記ビデオ信号を上記黒及び白レベル信号
   成分に分離する上記分離手段は単一のダイオード−コン
   デンサ回路を有することを特徴とする請求項１に記載の
   光学的撮像表面検査装置。
4. 【請求項４】さらに、 上記入力手段及び上記分離手段の中間に設けられた第１
   の高速ビデオバツフア回路と、 上記分離手段及び上記ピーク保持手段の中間に設けられ
   た第２の高速ビデオバツフア回路とを具えることを特徴
   とする請求項１に記載の光学的撮像表面検査装置。
5. 【請求項５】さらに、 上記白レベル信号成分が予定の値以下に低下したとき上
   記白レベル信号成分を増幅する利得制御手段を具えるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光学的撮像表面検査装
   置。
6. 【請求項６】検査表面上の高反射率の部分及び低反射率
   の部分より成るパターンにある欠陥を検出する光学的撮
   像表面検査方法において、 検査表面に光を照射するステップと、 検査表面から反射される光を検出して高反射率部分を表
   す白レベル信号成分及び該高反射率部分の周囲にある背
   景領域を表す黒レベル信号成分を有するアナログビデオ
   信号を出力するステップと、 （１）上記ビデオ信号から、上記背景領域によつて反射
   される光を表す黒レベル信号成分を除去して、上記パタ
   ーンの高反射率部分によつて反射された光を表す白レベ
   ル信号成分を分離するステップと、 （２）上記白レベル信号成分を表すパルスのピーク振幅
   を検出して各パルス毎に検出された最も高い電圧に対応
   する振幅を有するピーク電圧を保持するステップと、 （３）上記分離された白レベル信号成分の振幅が所定の
   値に減少したときに上記保持されたピーク電圧をリセッ
   トするステップと、 （４）上記ピーク電圧の所定の比率を選択することによ
   り可変スレシヨルド電圧レベルを供給するステップと、 （５）上記白レベル信号成分について上記可変スレシヨ
   ルド電圧レベルを供給するまでに要する時間と等しい時
   間だけ上記ビデオ信号の上記白レベル信号を遅延させる
   ステップと、 （６）上記可変スレシヨルド電圧レベルを上記遅延され
   た白レベル信号成分と比較することによりスキヤンされ
   る画像パターンのデイジタル出力表現信号を供給するス
   テップとを具えることを特徴とする光学的撮像表面検査
   方法。
7. 【請求項７】さらに、 スキヤンされる画像パターンを後処理することによりパ
   ターン内の欠陥を識別するステツプを具えることを特徴
   とする請求項６に記載の欠陥検出方法。