JP2523989B2 - 配線パタ―ン検査装置 - Google Patents

配線パタ―ン検査装置

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JP2523989B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、プリント基板やホトマスク等における配線
パターンの不良を検査するための配線パターン検査装置
に関するものである。
従来の技術 プリント基板への電子部品実装の高密度化に伴い、配
線パターンの細密化が進んでいる。従来、プリント基板
等の不良検査は人間による目視検査が行われてきたが、
配線パターンの細密化により検査精度を維持しつつ長時
間検査作業を続けることが困難になってきており、検査
の自動化が要望されている。
配線パターンの欠陥検査方式として、ジェー.エル.
シー.サンツやエー.ケー.ジェイン(J.L.C.Sanz and
A.K.jain,"Machine vision techniques for inspectio
n of printed wiring boards and thinck-film circuit
s,"J.Opt.Soc.Amer.,vo13,no.9,pp.1465-1482,Sept.198
6)らにより多くの方式が紹介されており、特にデザイ
ンルール法あるいは比較法に分類される方式が数多く提
案されている。これらの方式は長短があるが、中でも将
来有望な興味深い方式として、ジェー・アール・マンデ
ビル(J.R.Mandeville,"Novel Method for analysis of
printed circuit images,"IBM J.Res.Develop.,vol.2
9,no.1,pp.73-86,Jan.1985)があり、2値画像データを
収縮あるいは膨張させた後細線化し、配線パターンの欠
陥を検出する方式で、以下に従来例として説明する。第
10図に、欠陥検出処理の手順を示す。同図(a)〜
(d)は欠落性欠陥の検出手順、同図(e)〜(h)は
突出性欠陥の検出手順を示している。
先ず欠落性欠陥の検出方法について図を参照しながら
説明する。(a)は欠陥画像を示しており、b点及びc
点は線幅不足及び断線で致命的欠陥として検出し、a点
は欠陥として検出しないものとする。第1の手順として
(b)では、画像を所定サイズ収縮(侵食)することに
よりb点の連結を遮断する。第2の手順として(c)で
は1画素幅までパターンを細線化する。第3の手順とし
て(d)では3×3局所領域(図中□で示される位置)
において細線化画像の連結性を判定し、b点及びc点を
断線として検出する。なお前記3×3局所領域の連結判
定により端子部と配線パターンの接合部(図中○で示さ
れる位置)も特徴点として検出できることを示してい
る。
次に突出性欠陥の検出方法について図を参照しながら
説明する。(e)は欠陥画像を示しており、b点及びc
点を線幅異常及びショートで致命的欠陥として検出し、
a点は欠陥として検出しないものとする。第1の手順と
して(f)では、画像を所定サイズ膨張することにより
b点に新たな連結を発生させる。第2の手順として
(g)では1画素幅までパターンを細線化する。第3の
手順として(h)では3×3局所領域(図中□で示され
る位置)において細線化画像の連結性を判定し、b点及
びc点を分岐点すなわちショートとして検出する。以上
の手順によって線幅太り、断線及びショートが検出でき
る。
発明が解決しようとする課題 2値画像を収縮及び膨張することにより、欠陥の特徴
を助長した後細線化し、3×3局所領域における連結判
定により欠陥を検出する方式について説明した。この方
式は配線パターンの設計ルールを巧妙に利用し、確実に
欠陥を検出できるもので有望な方式といえよう。
しかし、収縮や膨張処理で欠陥の特徴を助長するため
に、線幅不足と断線あるいは線幅太りとショートの分類
ができない。また、違反線幅の設定が複数の場合、画像
の収縮、膨張及び細線化処理プロセスが複数必要とな
り、装置化する際にハードウェアの負担が大きくなるな
どの課題がある。
本発明は上記課題に鑑み、同一プリント基板に複数種
の線幅の配線パターンが存在しても誤報のない検査を行
なうとともに、線幅検査だけでなく断線、ショート等の
欠陥を認識することができ、多様な欠陥検査ができる配
線パターン検査装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の技術的解決手段は、
プリント基板上に形成された配線パターンを光学的に検
知し光電変換する画像入力手段と、前記画像入力手段か
らの濃淡画像信号を2値画像信号に変換する2値化手段
と、パターンを背景側から1画素ずつ消去する第1から
第nの細線化手段と、前記第1から第nの細線化手段に
おいて消去する画素の位置を各細線化手段に対し指定す
る第1から第nの消去位置判定手段と、細線化により消
去した画素位置に距離ラベルを与える第1から第nの距
離ラベル付け手段と、前記第nの細線化手段より得られ
る細線化画像の芯線に沿って、前記第nの距離ラベル付
け手段から得られる距離ラベルを参照し配線パターンの
線幅を測る測長手段と、細線化画像の芯線と前記測長手
段による測長値からパターンの端点を検出する端点検出
手段と、細線化画像の芯線から配線パターンの分岐を検
出する分岐検出手段とから構成したものである。
作用 本発明は、第1にプリント基板上に形成された配線パ
ターンを光電変換して得られる濃淡画像を2値化し、2
値化画像に対し、細線化及び距離ラベル付けを行い細線
化画像と距離画像に変換し、細線化画像の芯線に沿って
距離ラベルを参照して測長値を得るため、特定の線幅の
検査に限らず複数の配線パターンの線幅を容易に検査で
きる。
第2に細線化により消去する画素の位置としてパター
ンの4連結エッジまたは8連結エッジ位置を指定し、細
線化の反復毎にエッジの連結を所定の順序で切り替える
ため、消去した位置に距離ラベルを与えることにより、
簡易な構成で誤差の小さい距離画像を得ることができ
る。
第3に所定の細線化の反復において、消去する画素の
位置を前記4連結エッジまたは8連結エッジと異なる位
置に変更して指定するため、消去した画素位置に対して
さらに誤差に小さい距離値を与えることができ、配線パ
ターンの芯線位置で正確なパターン幅の測定が行える。
第4に、細線化画像の分岐や端点等の特徴を抽出し、
配線パターンの線幅異常と断線やショートとを識別する
ため多様な検査が可能となる。
実施例 以下、第1図を参照しながら本発明の一実施例につい
て説明する。
第1図は本発明の一実施例における配線パターン検査
装置のブロック構成図である。第1図において、101は
プリント基板、102は104のリング状のライトガイドなど
の拡散照明装置と103のCCDカメラのような撮像装置を備
えた画像入力手段、105は濃淡画像を2値画像に変換す
る2値化手段、106、107及びは配線パターンの構成画素
を外側から1画素ずつ消去する細線化手段、108及び109
は前記細線化手段の画素の消去位置を検出する消去位置
判定手段、110及び111は前記消去位置判定で消去位置と
判定された画素の距離値を参照し、注目画素位置に新た
な距離ラベルを与える距離ラベル付け手段、112は第n
の細線化手段107からの細線化画像と第nの距離ラベル
付け手段111からの距離画像を用いて配線パターンの欠
陥を検出する欠陥検出手段、113は細線化画像の芯線に
沿って距離ラベルを参照し配線パターンの線幅を測定す
る測長手段、114は細線化画像の芯線と前記測長手段に
よる測長値からパターンの端点を検出する端点検出手
段、115は細線化画像の芯線から配線パターンの分岐を
検出する分岐検出手段を示す。
上記構成において、以下その動作について説明する。
プリント基板101上に形成された配線パターンを、リン
グ状ライトガイドなどの拡散照明装置104で照明し、CCD
カメラなどの撮像装置103を備えた画像入力手段102で濃
淡画像として入力する。本実施例では撮像装置として1
次元のCCDセンサカメラを用いた例を示す。2値化手段1
02では、画像入力手段102で得られた濃淡画像を所定の
閾値と比較し、配線パターン部を1、基材部を0とする
2値画像に変換する。第1から第nの細線化手段106〜1
07は、2値化手段105からの2値画像を用いて、配線パ
ターンを背景側から1画素ずつ消去する(1から0に変
換する)処理をn回繰り返し、細線化画像に変換する。
このとき第1から第nの消去位置判定手段108〜109は対
応する第1から第nの細線化手段において消去すべき画
素位置を検出し、n回の細線化でパターンを削っていく
位置と順序を制御する。第1から第nの距離ラベル付け
手段110〜111は、前記消去位置判定手段の判定結果と、
注目画素の距離値を参照し、後述する手順にしたがって
注目画素の距離ラベルを更新する。欠陥検出手段112
は、測長手段113と端点検出手段画像114と分岐検出手段
115で構成し、前記細線化画像と距離画像を用いて、線
幅違反、断線、ショート等の欠陥の特徴を抽出するもの
である。測長手段113は細線化画像の芯線に沿って距離
画像を参照し、配線パターンの線幅を測長し規定の線幅
に違反する位置を検出する。また端点検出手段114は細
線化画像の芯線の終端位置を検出し、その位置の線幅の
測長値を参照し配線パターンの断線を検出する。さらに
分岐検出手段115は細線化画像の芯線の分岐位置を検出
する。上記構成において第1から第nの消去位置判定手
段108、109を設けたのは、第1から第nの距離ラベル付
け手段によって得られる距離画像の性質を制御するため
である。すなわち第1から第nの距離ラベル付け手段11
0、111は、第1から第nの細線化と同時に画素を消去し
た位置に細線化の反復番号nを与えるものであり、細線
化による画素消去の順番によって得られる距離画像の性
質が決定される。例えば第1から第nの消去位置判定手
段において、画素の消去位置としてパターンの4連結エ
ッジ位置を指定すれば、得られる距離画像は8近傍距離
(chess-board distance)画像となり、画素の消去位置
としてパターンの8連結エッジ位置を指定すれば、得ら
れる距離画像は4近傍距離(city-block distance)画
像となる。第1から第nの消去位置判定手段は画素の消
去位置を細線化の反復毎に、所定の順序にしたがってエ
ッジの連結状態を4連結と8連結で切り替えて、ユーク
リッド距離との誤差を抑制することを目的とする。さら
に前記第1から第nの消去位置判定手段のうち、特定の
消去位置判定手段において、消去すべき位置を前記4連
結エッジ位置または8連結エッジと異なる位置に変更し
て指定し、得られる距離値をパターン境界からの最小値
となるようにしたものである。
次に第1から第nの細線化手段106〜107及び第1から
第nの消去位置判定手段108〜109における画信号処理に
ついて第2図、第3図、第4図及び第5図を参照しなが
ら説明する。
第2図は1回の細線化手段の画信号処理の一実施例を
示す図である。第2図において、220は前段の細線化手
段からの2値画像の入力端子、221は細線化画像の出力
端子、222は画素消去位置の判定信号の出力端子、201は
細線化回路、240は消去位置判定回路、202はエッジ検出
回路、203は消去位置補正回路、231、232、233及び234
は細線化処理の3×3走査窓、203及び204は消去位置の
補正判定を行なうための3×3走査窓、206、207、20
8、及び209は3×3領域の画素の値と消去位置判定回路
240からの判定信号を用いて注目画素の消去判定を行な
うためのルックアップテーブル(以下LUTと略記す
る)、223はエッジ検出回路の注目画素、210、211、212
及び213は細線化処理206〜209において消去する画素を
制御する消去判定信号を示す。
以下第2図における信号処理の動作について説明す
る。端子220からの入力画像は、まず注目位置223及びそ
の8近傍のレジスタで構成される3×3走査窓により走
査され、消去位置判定回路240に入力される。消去位置
判定回路240においては、まずエッジ検出回路202により
注目位置がパターンの境界点である場合1、境界点でな
い場合0のエッジ画像に変換する。第3図を用いてエッ
ジ検出回路202の動作を説明する。第3図は前記3×3
走査窓のデータの配置を示す図である。同図に示すよう
に注目画素223のデータをd0、その8近傍のデータをd1
〜d8とすると、4連結エッジは 8連結エッジは の論理でエッジ画像に変換できる。ただし・は論理積
を、は否定を示す。消去位置補正回路203は、前記エ
ッジ画像と入力画像を用いて、細線化で消去する画素位
置を前記4連結エッジまたは8連結エッジ位置から補正
するが、先ず消去判定を行わずにn回の細線化によって
8角形距離画像を得る方法について説明する。第1から
第nの消去位置判定手段において、4連結エッジの消去
と8連結エッジの消去を交互に繰り返し、画素を消去し
た位置に細線化の反復番号nを与えると8角形距離画像
が得られる。これにより4近傍距離や8近傍に比べて、
正方格子空間とユークリッド空間との距離の歪を緩和す
ることができる。8角形距離は特定の方向(例えば水
平、垂直、45度方向)については比較的正確な値となる
が、その間の方向の距離はユークリッド空間で定義され
た距離に比べ誤差が発生する。消去位置補正回路203は
この誤差を抑制することを目的としており、第1から第
nまでの間の細線化の特定の反復において前記4連結エ
ッジあるいは8連結エッジで指定した消去位置を変更す
る。以下に消去位置補正回路203の動作について第2図
及び第4図を参照しながら説明する。第2図においてエ
ッジ検出回路202で検出したエッジ画像を3×3走査窓2
05によって走査する。同時に入力画像の同じ位置を3×
3走査窓204によって走査する。そして前記2つの走査
窓204及び205の2つの3×3パターンを参照し、注目位
置を消去する位置かどうかを判定する。第4図は消去位
置を4連結エッジまたは8連結エッジから変更して指定
する場合の入力画像とエッジ画像の組合せを示す図であ
る。消去する位置を変更する第1の例は、4連結エッジ
を消去する反復において、入力画像が同図(a)に示す
パターンであり、かつ同じ位置のエッジ画像が同図
(b)に示すいずれかのパターンであるとき、注目位置
は消去しないため、エッジ画像の注目位置(3×3窓の
中央)を0に変更し消去候補から取り下げる。消去する
位置を変更する第2の例は、8連結エッジを消去する反
復において、入力画像が同図(a)に示すパターンであ
り、かつ同じ位置のエッジ画像が同図(c)に示すいず
れかのパターンであるとき、注目位置は消去する必要が
あるため、エッジ画像の注目位置(3×3窓の中央)を
1に変更し消去候補として取り上げる。説明の都合上図
示は省略したが、第4図のパターン以外に3とおりの回
転対称パターンについても同様の消去位置の変更を施す
ものである。消去位置判定手段における判定手段の具体
例を以下に示す。例えば第1から第10までの消去位置判
定の順序は、 上記手順において、検出するエッジの連結が4の場合は
4連結エッジ、8の場合は8連結エッジを示す。また消
去位置の補正について、○の場合エッジ位置から変更
し、×の場合はエッジ位置をそのまま消去候補位置とす
ることを示している。
消去判定信号210は、細線化の走査窓231の画信号と同
時に細線化のLUT206に入力され、LUTにおいては消去判
定信号がオンで、かつ注目位置を消去してもパターンの
連結性が保存される場合に、注目画素を消去する。消去
判定信号210は、タイミングを合わせるためにラインメ
モリとシフトレジスタを用いて遅延され、消去判定信号
211、212及び213が走査窓232〜234のデータと同時にLUT
207〜209へ入力され、LUT206と同様の判定が行われる。
これら一連の処理は図示しないCCDセンサの画素クロッ
クに同期して1画素ずつシフトしながら行われる。以下
にLUT206〜209における画素の消去判定について説明す
る。LUT206〜209は消去判定信号210〜213がオンのとき
3×3走査窓231〜234におけるビットパターンから注目
位置を消去するかどうかを判定する。注目画素を消去す
る場合には0を出力し、注目画素を保存する場合には1
を出力する。第1から第nの細線化手段は、第2図の細
線化回路をn段カスケード接続し、パターンの連結性を
保持しながら背景側から1画素ずつパターンを細めてい
く。細線化における画素の消去判定は、3×3窓の注目
画素を消去してもパターンが切断されず連結性が保存さ
れる場合に注目を消去するものである。しかし2画素幅
のパターンに対しては、連結性の判定だけでは1回の窓
走査によってパターンが消滅してしまうため、1回の細
線化における画素消去を通常複数回のサブサイクルにわ
けて、1つのサブサイクルでは削る方向を限定すること
によりパターンの消滅をふせぐ。このような手法は並列
型細線化処理とよばれ、「細線化法についての諸考
察」、信学会PRL研資、PRL75-66(1975-12)に詳しく記
載されているので詳細な説明は省略する。本実施例は、
1回の細線化を上下左右4方向から削るサブサイクルに
分けた例で、第5図にLUT206〜209に登録するパターン
の一例を示す。第5図はLUT206〜209に登録する消去可
能なパターンの例である。消去判定信号と3×3窓のデ
ータをアドレスとして同図(a)〜(d)の順に、LUT2
06〜209に判定結果を登録しておく。判定結果は注目画
素を消去する場合に0、注目画素を保存する場合に1を
登録する。
次に第1から第nの距離ラベル付け110、111の処理手
順を説明する。距離ラベル付け手段は、端子221からの
細線化画信号と端子222からの消去判定信号及び前段ま
での距離画像から、注目位置に付与する距離ラベルの値
を判定する。以下第6図を参照しながら、距離ラベル付
けの判定動作を説明する。第6図は第nの距離ラベル付
けの判定動作を示すフローチャートである。なお第1の
距離ラベル付け手段に入力される距離画像は、2値化手
段105からの2値画信号が0の場合に距離ラベル0、1
の場合に距離ラベル1とする距離画像が入力されるもの
とする。まずステップ601の判定で注目位置が消去候補
位置である場合すなわち消去判定信号がオンの場合、ス
テップ603の処理へ進み、距離ラベルの更新は行わず、
注目位置の距離ラベルの値をそのまま保存する。これに
対し601の判定において、注目位置が消去候補位置でな
い場合すなわち消去判定信号がオフの場合、さらにステ
ップ602の判定へ進む。ステップ602においては、第(n
−1)までの距離ラベル付けにより、注目位置に値nの
距離ラベルが付いているかどうかを判定し、距離ラベル
がnの場合にステップ604の処理へ進みその値を(n+
1)に更新し、距離ラベルがn以外の値の場合、603の
処理へ進みその値を保存する。以上の手順により、入力
2値画像が値1から(n+1)までの距離ラベルの付い
た距離画像に変換される。上記手順においてステップ60
4において距離ラベル(n+1)を与えるのは細線化の
芯線位置に距離ラベルを与えるためである。
第7図に上記処理によって得られる距離画像を示す。
第7図において○印で示す位置は細線化画像の芯線位置
である。測長手段113はこの芯線位置に沿ってパターン
の幅を測定する処理である。以下第7図を用いて測長手
段113の具体的処理について説明する。第7図に示す距
離画像の各画素の距離ラベルは、その位置から最も近い
エッジ位置までの距離を示す。したがって、細線化の芯
線位置の距離値とその近傍画素の距離値の和が、その芯
線位置と配線パターンの線幅を示す。本実施例では次の
演算式によって線幅の測長値Wを決定する。注目位置の
距離値をD0、注目位置の近傍8画素の距離値をDi(i=
1〜8)、画像入力の分解能をσとすると、 ただしint[*]は、*の小数以下を切り捨てることを
示す。例えば第7図の画素位置701においては測長値W
=5σとなる。測長手段113においては前記測長値W
と、プリント基板の設計上決められた最小の線幅W0とを
比較し、W<W0となる位置を最小線幅違反として検出す
る。なお測長値Wと比較する基準値として、線幅の上限
値W1も設定し、W0≦W<W1に違反する位置を線幅違反と
して検出してもよい。さらに第2の線幅の下限値W2及び
上限値W3を設定し(ただしW2>w1)、W2≦W<W3に違反
する位置も線幅違反として検出することにより複数種類
の線幅の検査も可能となる。いま最小線幅W0=6σと設
定すると第7図の画素位置701は線幅違反位置として検
出される。
次に端点検出手段114の具体的処理について第8図を
用いて説明する。第8図は細線化による芯線の端点を検
出する際の検出パターンを示す。同図(a)〜(c)に
おいて回転対称及び鏡面対称は図示を省略した。端点検
出の判定は以下の手順で行なう。第nの細線化手段107
からの細線化画像を3×3窓で走査し、窓内のビットパ
ターンが第8図(a)〜(d)のいずれかのパターンに
一致するとき、断線候補位置とする。これらの処理は第
2図に示した窓走査処理、LUTと同様の構成で実現でき
る。いま注目位置が断線候補位置の場合、その位置の線
幅の測長値とプリント配線パターンの端子幅とを比較す
る。前記端子幅の最小値をWtとすると、測長手段113か
らの測長値WがW<Wtのとき断線位置として検出する。
次に分岐検出手段115の具体的処理について第8図を
参照しながら説明する。第9図は細線化による芯線の分
岐点を検出する際の検出パターンを示す。同図において
回転対称及び鏡面対称は図示を省略した。分岐検出は前
記端点検出手段114の処理構成と同様に第nの細線化手
段107からの細線化画像を3×3窓で走査し、窓内のビ
ットパターンが第9図(a)〜(m)のいずれかのパタ
ーンに一致するとき、分岐位置として検出する。配線パ
ターンの芯線の分岐はショートの欠陥特徴を表わすもの
で、欠陥位置として検出する。
発明の効果 本発明の効果としては、プリント基板の2値画像デー
タに対し、細線化の消去候補画素を検出し、各回の細線
化で消去する画素を細線化の反復毎に4連結エッジ及び
8連結エッジと切り替えることにより、細線化と同時に
距離ラベルを与える結果、8角形距離画像を得ることが
でき、簡易な構成で水平、垂直、斜め方向の配線パター
ンの線幅を精度よく検査できる。また前記消去候補画素
の位置を細線化の特定の反復時に4連結または8連結エ
ッジ位置から変更することにより、パターンのエッジか
らの距離を正確に反映した距離画像が得られ、パターン
の全方向に正確な測長が行える。また欠陥検出手段にお
いて、細線化画像の芯線位置の距離値に基づく線幅測長
値と任意の線幅しきい値とを直接比較でき、容易に線幅
検査が行える。また欠陥検出手段において、芯線位置の
線測長値に対し比較する線幅しきい値を複数設けること
により、同一プリント基板に複種類の線幅の配線パター
ンが存在しても誤報のない検査が行える。さらに欠陥検
査手段において細線化画像の芯線の端点、分岐検出を行
うため、線幅検査だけでなく断線、ショート等の欠陥を
認識することができ多様な欠陥検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における配線パターン検査装
置のブロック結線図、第2図は同装置の要部である細線
化手段及び消去位置判定手段の信号処理のブロック結線
図、第3図は同3×3走査窓の画素配置を示す図、第4
図は同消去位置の変更を施すパターンを示す図、第5図
は同細線化LUTにおいて消去するパターンを示す図、第
6図は同距離ラベル付け手順を示すフロー図、第7図は
同距離画像を示す図、第8図は同端点検出のビットパタ
ーンを示す図、第9図は同分岐検出のビットパターンを
示す図、第10図は従来の配線パターン検査装置における
欠陥検出手順を示す図である。 102……画像入力手段、103……撮像装置、104……照明
装置、105……2値化手段、106……第1の細線化手段、
107……第nの細線化手段、108……第1の消去位置判定
手段、109……第nの消去位置判定手段、110……第1の
距離ラベル付け手段、111……第nの距離ラベル付け手
段、112……欠陥検出手段、113……測長手段、114……
端点検出手段、115……分岐検出手段。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プリント基板上に形成された配線パターン
    を光学的に検知し、光電変換する画像入力手段と、前記
    画像入力手段からの濃淡画像を2値画像に変換する2値
    化手段と、配線パターンを構成する画素を背景側から1
    画素ずつ消去する第1から第nの細線化手段と、パター
    ンの4連結エッジまたは8連結エッジを検出し前記第1
    から第nの細線化により消去する画素の位置として4連
    結エッジまたは8連結エッジを指定する第1から第nの
    消去位置判定手段と、前記細線化による画素消去と同時
    に消去位置に距離ラベルを与える第1から第nの距離ラ
    ベル付け手段と、前記第1から第nの細線化手段により
    得られる細線化画像の芯線に沿って、前記距離ラベルを
    参照し配線パターンの線幅を測定する測長手段と、細線
    化画像の芯線と前記測長手段による測長値からパターン
    の端点を検出する端点検出手段と、細線化画像の芯線か
    ら配線パターンの分岐を検出する分岐検出手段を具備す
    る配線パターン検査装置。
  2. 【請求項2】第1から第nの消去位置判定手段は、所定
    の消去位置判定手段において消去すべき画素の位置を、
    パターンの4連結エッジまたは8連結エッジと異なる位
    置に変更して指定することを特徴とする請求項1記載の
    配線パターン検査装置。
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