JP3004794B2 - 表面検査用カメラ機構及び表面検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査効率が高く、かつ
高解像度の検査を行うことができる表面検査用カメラ機
構及び表面検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的大領域でかつ高精細の検査
を行う技術として、ＣＣＤラインセンサーカメラを用い
て検査物体の表面を検査する技術が知られており、プリ
ント配線基板検査を初め各分野でよく用いられている。
ところで、このような検査物体表面の検査においては、
昨今の高精細化要求と高速化要求に対応して複数台のカ
メラを用いることがしばしば行われている。しかしなが
ら、複数台のカメラを一列にならべて多用する際には各
カメラ自体の幅が特定幅よりも小さくならないので、あ
る一定以上に解像度を上げることが困難であるという問
題点があった。即ち、従来の検査用カメラ機構で解像度
を上げようとすると、例えば図１のように検査面からの
光の線の一部しか写し撮ることができず、図中のｂ１、
ｃ１の部分はカメラに写し撮ることができないという問
題点があった。これを解決する方法としては、カメラを
多数回ジグザグにスキャンして全領域を検査する方法が
あるが、効率が非常に悪いという問題点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の検査
用カメラの問題点に鑑み、検査効率が高く、かつ高解像
度の検査を行うことができる表面検査用カメラ機構及び
表面検査方法を提供することを目的としてなされたもの
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、各カメラの幅より小
さい幅の光学ミラーを一列に配列し、隣接する光学ミラ
ーの検査面からの光の反射角度を変え、そしてその反射
光を写し撮ることができるようにカメラを配置すること
により検査効率の向上と高解像度を達成できることを見
い出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。

【０００５】すなわち、本発明は、カメラの幅よりも小
さい幅の光学ミラーが複数枚一列に配列され、かつ検査
物体の表面からの光の反射角度が隣接する光学ミラー毎
に変えられている光学ミラー群と、その光学ミラー群に
検査物体の表面からの光が反射されて進行方向が変えら
れた光を写し撮るカメラを、光学ミラーの配列方向に隣
接する各光学ミラーの幅のほぼ中点間距離ずつずらし
て、かつ光学ミラー群の各光学ミラーから反射される光
を写し撮ることができる位置に複数台配置されているカ
メラ群とからなることを特徴とする表面検査用カメラ機
構を提供するものである。

【０００６】また、本発明は、カメラの幅よりも小さい
幅の光学ミラーが複数枚一列に配列され、かつ検査物体
の表面からの光の反射角度が隣接する光学ミラー毎に変
えられている光学ミラー群に、検物体の表面からの光を
反射させて光の進行方向を変え、カメラが光学ミラーの
配列方向に隣接する各光学ミラーの幅のほぼ中点間距離
ずつずらして、かつ光学ミラー群の各光学ミラーから反
射される光を写し撮ることができる位置に複数台配置さ
れているカメラ群によりその光を写し撮り、検査物体又
は光学ミラー群を移動させながら検査物体の表面を検査
することを特徴とする表面検査方法を提供するものであ
る。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
検査用カメラ機構の光学ミラー群は、カメラの幅よりも
小さい幅の光学ミラーを複数枚一列に配列しているもの
であることが必要である。本発明の検査用カメラ機構の
光学ミラー群を構成する光学ミラーは、検査物体の表面
に照射されて、その検査物体の表面で反射、透過あるい
は散乱することにより検査物体の表面から発した一定幅
の光線を反射させ、その光線をカメラに写し撮らせるこ
とができる機能を有するものであれば、特に限定される
ものではなく、種々の光学ミラーを用いることができ
る。このような光学ミラーとしては、例えば平面状の光
学ミラー、湾曲状の光学ミラーなどが挙げられるが平面
状の光学ミラーが好ましい。また、光学ミラー群を構成
する各光学ミラーは、同種の光学ミラーでも異種の光学
ミラーでも良いが、同種の光学ミラーが好ましい。

【０００８】光学ミラー群を構成している各光学ミラー
の幅はカメラ群を構成している各カメラの幅よりも小さ
いことが必要である。各光学ミラーの幅は、各カメラの
幅よりも小さければ適宜選択して定めることができる
が、各カメラの幅の１／ｎ（ここでｎは２以上の整数で
ある。）であることが好ましく、特にｎが２〜５である
ものが本発明のカメラ機構を小型にすることができるの
で好ましい。また光学ミラー群を構成する各光学ミラー
の幅は同一であることが好ましいが異なるものであって
もよい。各光学ミラー幅が異なるものを使用する場合
は、カメラ群を構成する各カメラとして解像力が異なる
ものを使用したりあるいは光学ミラーとカメラの光路を
異なるものにする必要がある。さらに、光学ミラーの数
は、検査面に照射する光の線幅に応じて適宜定めればよ
いが、通常２〜１００個、好ましくは２〜２０個、特に
好ましくは２〜１０個が用いられる。

【０００９】光学ミラー群は、上記光学ミラーが複数枚
一列に配置されているが、その列は直線でもジグザグで
も曲線でもよいが、直線が好ましい。また、光学ミラー
群は、検査物体の表面と各光学ミラーの反射面との間の
光路がそれぞれ同一であるように各光学ミラーを一列に
配列させることが光量を一致させることができるので好
ましい。従って、検査物体の表面からの光が線状光であ
る場合は、各光学ミラーの反射面を一致させて線状にす
ることが好ましい。なお、一列に配置されている光学ミ
ラー群の隣接する各光学ミラーは、必ずしも密接してい
る必要はなく、間隔をあけて離れていても良いが、密接
している方が好ましい。また、光学ミラー群と検査物体
の表面との距離は、特に限定されるものではなく、適宜
選定して決めれば良いが、通常１〜３０cmの範囲であ
る。

【００１０】本発明の光学ミラー群は、検査物体の表面
からの光の反射角度が隣接する光学ミラー毎に変えられ
ている。光学ミラー群による光の反射角度は、特に限定
されるものではないが、通常０〜９０度である。隣接す
る光学ミラーの反射角度の差は、隣接するカメラにその
反射光を写し撮ることができるものであれば、特に限定
されるものではなく、通常０〜１８０度であり、好まし
くは０〜９０度である。

【００１１】本発明の検査用カメラ機構のカメラ群は、
カメラ群を構成する各カメラが、光学ミラーの配列方向
に隣接する各光学ミラーの幅のほぼ中点間距離ずつずら
して配置されていることが必要である。カメラ群を構成
する各カメラは、解像力が同じものが好ましいが、異な
るものでもよい。また、各カメラの幅は同一であるもの
が好ましいが異なるものでもよい。カメラの数は、光学
ミラーの数に応じて適宜選定すればよく、通常２〜１０
０個、好ましくは２〜２０個、特に好ましくは２〜１０
個が用いられる。

【００１２】本発明の検査用カメラ機構によりカメラに
写し撮られた光はカメラの中に内蔵されているＣＣＤラ
インセンサーに検知され、その映像信号をコンピュータ
ーに送り画像処理されることにより、検査物体の表面の
表面状態を検査することができる。この画像処理として
は、例えばモニター画面上に検査物体の表面を写し出さ
せるものや検査物体の表面の傷などを数値化してその数
値を表示するものなどが挙げられる。

【００１３】カメラ群の配置形態は、各カメラが光学ミ
ラーの配列方向に隣接する各光学ミラーの幅のほぼ中点
間距離ずつずらして配置されているものであれば種々の
形態をとることができる。なお、隣接する各光学ミラー
の幅の中点間距離とは、隣接している一方の光学ミラー
の幅の中点と他方の光学ミラーの幅の中点との間の距離
をいう。カメラの幅が隣接する各光学ミラーの幅のほぼ
中点間距離よりも大きい場合には、隣接する各カメラは
光学ミラーの配列方向に一直線状に並んで配置されるの
ではなく、ずらして配置されている。

【００１４】このようにカメラの幅に規制されることな
くカメラを配置することにより、検査物体の表面からの
光を写し撮ることができる。具体的には、例えば図１の
ｂ１、ｃ１部分の光も写し撮ることができる。このよう
な形態としては、例えば図２及び図３などの形態が挙げ
られるが、図４のように同じ幅のカメラを光学ミラーの
配列方向に一列に配列しているカメラ列を複数列配置
し、その各カメラ列が光学ミラーの配列方向に隣接する
光学ミラーの幅のほぼ中点間距離ずつずれている形態
が、カメラを固定しやすいので好ましい。

【００１５】このような形態のカメラ群の各カメラは、
光学ミラー群の各光学ミラーから反射される光を写し撮
ることができる位置に配置していることが必要である。
カメラ群の各カメラは、光学ミラー群の各光学ミラーか
ら反射される光を写し撮ることができるものであり、光
学ミラー群が検査物体の表面からの光の反射角度が隣接
する光学ミラー毎に変えられているので、隣接する各カ
メラは、光学ミラーの反射角度に応じてずれて配置され
ていれば良い。また、各カメラと各光学ミラーとの距離
は、各カメラの解像度に応じて適宜選定すれば良いが、
通常１〜３０cmの範囲である。

【００１６】本発明の表面検査用カメラ機構を用いて検
査物体の表面を検査するためには、検査物体の表面から
発する光の光源が必要である。この光源は、検査物体の
表面に当たり反射光を生じさせる光源であってもよく、
透過光あるいは散乱光であっても良い。この光源から発
する光の形状は、特に限定されるものではなく、種々の
形状の光が用いられるが、特定の幅を有する線状光が好
ましい。本発明の表面検査用カメラ機構により検査物体
の表面を検査する場合、その検査効率を向上させるた
め、その検査面に一定幅の光線を照射し、その光線を検
査面上に少しずつ移動させるか、あるいはその光線は固
定して検査物体を移動させて一定幅の検査面を検査する
方法が採られる。従って、本発明の表面検査用カメラ機
構は、光学ミラー群の移動機構か、あるいは検査物体の
移動機構を設けていることが好ましく、特に光学ミラー
群の移動機構又は検査物体の移動機構が各種モーターに
より移動できるものが好ましい。また、これらの移動速
度は、一定速度にすることが好ましい。なお、光学ミラ
ー群を移動させる場合は、光源及びカメラ群も光学ミラ
ー群の移動に伴い移動させることが好ましい。

【００１７】

【作用】本発明は、本発明の光学ミラー群は、検物体の
表面からの光を反射させて光の進行方向を変えることが
できるものであり、また、光学ミラー群がカメラの幅よ
りも小さい幅の光学ミラーが複数枚一列に配列され、か
つ検査物体の表面からの光の反射角度が隣接する光学ミ
ラー毎に変えられているので、各光学ミラーによる反射
光の進行方向を変えることができる。

【００１８】一方、本発明のカメラ群は、カメラが光学
ミラーの配列方向に隣接する各光学ミラーの幅のほぼ中
点間距離ずつずらして、かつ光学ミラー群の各光学ミラ
ーから反射される光を写し撮ることができる位置に複数
台配置されているので、進行方向を変えられた反射光を
そのカメラ群により写し撮ることができる。さらに、検
査物体又は光学ミラー群を移動させながらカメラ群によ
り検査物体の表面を逐次写し撮ることにより、検査物体
の表面を検査することができる。本発明は、上記作用に
より、例えば図中のｂ１、ｃ１の部分の光をカメラに写
し撮るために、検査面からの光の線を直接カメラに写し
撮るのではなく、検査面からの光を光学ミラーに反射さ
せて、その反射光をカメラで写し撮ることができる。

【００１９】本発明によれば、広い幅の検査光を高解像
度で一度に検知できるので極めて効率良くプリント配線
基板などの検査面の検査を行うことができる。従って、
本発明の表面検査用カメラ機構は、光学ミラー群を検査
物体の表面を端から端まで一回移動させるだけで、ある
いは光学ミラー群を固定して検査物体の表面を端から端
まで一回移動させるだけで、検査物体の表面全体を検査
することができるが、この移動を２回以上繰り返して検
査物体の表面の全体を検査しても良い。この２回以上の
移動を繰り返して検査する方法は、一回の移動だけでは
検査物体の表面の全体を検査出来ないときに行われるも
のであり、２回目以降の移動は、検査していない検査物
体の表面を検査するために行われる。この移動を２回以
上繰り返して検査すると、解像度をさらに上げることが
できるので、高解像度を必要とする場合は、好ましい
が、効率的には移動回数は少ない方が好ましい。なお、
この移動を２回以上繰り返す場合は、検査物体の表面の
端から端まで移動し、次いで逆方向に検査物体の表面の
端から端まで移動すること、即ち往復移動することによ
り、効率良く検査できるので、好ましい。本発明の表面
検査用カメラ機構により検査物体の表面を検査する場
合、各カメラで写し撮る検査物体表面が重複するときが
あるが、この重複を除く操作をすれば良い。

【００２０】

【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。ただし、本発明はこれらの例によって何ら
限定されるものではない。図４は本発明の表面検査用カ
メラ機構の光学ミラー群の一実施例を示す斜視図であ
る。光学ミラーａから光学ミラーｃ"までが一列に配列
されており、各光学ミラーの反射面３と検査面２は同一
距離に平行に配置されている。

【００２１】光学ミラーａは検査面ａ１からの光を反射
し、光学ミラーｂは検査物体の表面ｂ１からの光を反射
し、そして順次光学ミラーｃ、ａ'、ｂ'、ｃ'、ａ"、
ｂ"、ｃ"はそれぞれ検査物体の表面ｃ１、ａ２、ｂ２、
ｃ２、ａ３、ｂ３、ｃ３からの光を反射する。また、こ
の光学ミラー群により反射された光は、カメラＡからカ
メラＣ"により写し撮られる。すなわち光学ミラーａで
反射された光はカメラＡで写し撮られ、光学ミラーｂで
反射された光はカメラＢで写し撮られ、そして順次光学
ミラーｃ、ａ'、ｂ'、ｃ'、ａ"、ｂ"、ｃ"で反射された
光はそれぞれカメラＣ、Ａ'、Ｂ'、Ｃ'、Ａ"、Ｂ"、Ｃ"
で写し撮られる。従って光学ミラーａ、ａ'、ａ"は反射
角がそれぞれ同一になるように配置されており、光学ミ
ラーｂ、ｂ'、ｂ"は反射角がそれぞれ同一になるように
配置されており、また、光学ミラーｃ、ｃ'、ｃ"はそれ
ぞれ反射角が同一になるように配置されている。つま
り、反射角が異なるように配列された隣接する光学ミラ
ーａ、ｂ、ｃが一つのセットになり、その光学ミラーの
セットが繰り返し配列されている状態になっている。

【００２２】このように配列されている結果、３列の各
カメラ列は検査物体の表面の１／３ずつを写し撮ること
を担当しており、カメラ列全体で検査物体の表面からの
光の全体を写し撮ることができる。カメラＢは、光学ミ
ラーａと光学ミラーｂの各幅の中点と中点との間の距離
だけ、カメラＢのレンズの中心点とカメラＡのレンズの
中心点がずれるように配置されている。またカメラＣ
は、光学ミラーｂと光学ミラーｃの各幅の中点と中点と
の間の距離だけ、カメラＣのレンズの中心点とカメラＡ
のレンズの中心点がずれるように配置されている。従っ
てカメラＡ、Ａ'、Ａ"が一列に配置されているカメラ列
ＡとカメラＢ、Ｂ'、Ｂ"が一列に配置されているカメラ
列Ｂは光学ミラーａと光学ミラーｂの各幅の中点間距離
ずらして配置されている。カメラ列ＢとカメラＣ、
Ｃ'、Ｃ"が一列に配置されているカメラ列Ｃは光学ミラ
ーｂと光学ミラーｃの各幅の中点間距離ずらして配置さ
れている。図中、光学ミラーは、全て同じ幅であり、カ
メラも全て同じ幅であるので、カメラ列Ａ、Ｂ、Ｃはそ
れぞれ各光学ミラーの幅ずつずれていることになる。な
お、各光学ミラーの幅は、異なっていてもよい。

【００２３】また、ここで使用されているカメラ列Ａ、
Ｂ、Ｃと光学ミラー群の反射面３との距離はそれぞれ同
一に配置されており、各カメラ列のカメラの解像力は全
て同一である。従って図６のようにカメラ列Ａ、Ｂ、Ｃ
を側面から見ると丁度光学ミラーの中心に対し扇型状に
配置され、かつ使われるレンズも同仕様のものでレンズ
と光学ミラー中心との距離も同一になる。

【００２４】次に検査物体の表面から出る光がカメラ群
に写し撮られる状態を図６に基づいて説明する。光源か
ら発せられた線状の光４は、検査物体２の検査物体の表
面５（図４における検査面ａ１に当たる）に入射角αで
当たり、反射角αで反射される。次いで光学ミラーａに
入射角βであたり、反射角βで全反射されカメラＡに入
射し、検知される。また、検査物２の隣接する検査物体
の表面５（図４における検査物体の表面ｂ１に当たる）
に入射角αで入射した線状の光４は反射角αで反射さ
れ、次いで光学ミラーｂで全反射されカメラＢに入射し
検知される。同様に、検査物体２のさらに隣接する検査
物体の表面５（図４における検査物体の表面ｃ１に当た
る）に入射角αで入射した線状の光４は反射角αで反射
され、次いで光学ミラーｃで全反射され、カメラＣに入
射され検知される。なお、図６には図示されていない
が、光学ミラーａの背後には光学ミラーａと同じ反射角
になるように光学ミラーａ'、ａ"が配置され、光学ミラ
ーａと同様な機能で働き、反射光をカメラＡ'、Ａ"に入
射させ検知させる。また光学ミラーｂ'、ｂ"及びｃ'、
ｃ"もそれぞれ光学ミラーｂ及びｃの背後に配置され同
様な働きをする。

【００２５】以上のカメラ機構により、検査物体の表面
から出てくる光の全部をカメラに写し撮ることができ
る。従ってこのときの解像度は図１の図の３倍の解像度
を達成することができる。また検査物体の表面５への入
射光、反射光は一定に保たれたままであり、その後の光
の光路は完全に光学ミラーにより全反射されているため
カメラに入ってきた光は、同一光量であり、あたかもカ
メラを詰めて並べたときと同じ光量を得ることができ
る。従ってカメラの感度には、全く悪影響を与えること
がない。

【００２６】次に、図７は本発明の表面検査方法におい
て、検査物体の表面全体を光学ミラー群及びカメラ群の
１往復の移動により検査する場合の光学ミラー群及びカ
メラ群の移動に伴って移動する検査物体の表面上の撮影
区域の軌跡を示したものである。まず、検査物体の表面
を光学ミラー群を構成している光学ミラーの数の倍数に
分割区域を想定し、その一つ飛ばしの分割区域に光を当
て、その一つ飛ばしの分割区域を、光学ミラー群及びカ
メラ群を移動させることにより検査物体の端から端まで
検知して、次に検査していない区域を矢印のように反対
に移動させることにより、検査物体の表面全体を検査す
ることができる。なお、図に基づく上記の説明は、検査
面での正反射光による検査用カメラ機構の場合である
が、本発明の表面検査用カメラ機構においては検査物体
の表面からの先が検査面の透過光でも散乱光でも同様に
適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の表面検査用カメラ機構によれ
ば、広い幅の検査光を高解像度で一度に検知できるので
極めて効率良くプリント配線基板などの検査面の検査を
行うことができる。また、本発明の表面検査用カメラ機
構の光学ミラー群又は検査物体を２回以上移動させるこ
とにより、より効率的に高解像度で検査面を検査するこ
とができる。従って、本発明の検査用カメラ機構は実用
上、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の検査用カメラ機構の一実施例を
示す側面図である。

【図２】図２は、本発明の表面検査用カメラ機構の一実
施例のカメラ群の配置を示す平面図である。

【図３】図３は、本発明の表面検査用カメラ機構の一実
施例のカメラ群の配置を示す平面図である。

【図４】図４は、本発明の表面検査用カメラ機構の一実
施例の光学ミラー群と検査面を示す斜視図である。

【図５】図５は、本発明の表面検査用カメラ機構の一実
施例の光学ミラー群とカメラ群を示す斜視図である。

【図６】図６は、図４及び図５に示す本発明の表面検査
用カメラ群の一実施例の側面図である。

【図７】図７は、本発明の表面検査方法において、検査
物体の表面全体を光学ミラー群及びカメラ群の１往復の
移動により検査する場合の光学ミラー群及びカメラ群の
移動に伴って移動する検査物体の表面上の撮影区域の軌
跡の一例を示したものである。

【符号の説明】

１ カメラ ２ 検査物体 ３ 光学ミラーの反射面 ４ 線状の光 ５ 検査物体の表面 ６ 分割区域 ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ
３ 検査物体の表面 ａ、ａ'、ａ"、ｂ、ｂ'、ｂ"、ｃ、ｃ'、ｃ" 光学ミラ
ー Ａ、Ａ'、Ａ"、Ｂ、Ｂ'、Ｂ"、Ｃ、Ｃ'、Ｃ" カメラ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カメラの幅よりも小さい幅の光学ミラーが
   複数枚一列に配列され、かつ検査物体の表面からの光の
   反射角度が隣接する光学ミラー毎に変えられている光学
   ミラー群と、その光学ミラー群に検査物体の表面からの
   光が反射されて進行方向が変えられた光を写し撮るカメ
   ラが光学ミラーの配列方向に隣接する各光学ミラーの幅
   のほぼ中点間距離ずつずらして、かつ光学ミラー群の各
   光学ミラーから反射される光を写し撮ることができる位
   置に複数台配置されているカメラ群とからなることを特
   徴とする表面検査用カメラ機構。
2. 【請求項２】光学ミラーの幅がカメラの幅の１／ｎ（こ
   こにおいてｎは２以上の整数）である請求項１記載の表
   面検査用カメラ機構。
3. 【請求項３】カメラ群が、同じ幅のカメラが光学ミラー
   の配列方向に一列に配列されているカメラ列を複数列配
   置されたものであり、その各カメラ列が光学ミラーの配
   列方向に隣接する各光学ミラーの幅のほぼ中点間距離ず
   つずれている請求項１又は２記載の表面検査用カメラ機
   構。
4. 【請求項４】光学ミラー群が、反射角度が異なる複数枚
   の光学ミラーを一列に配列した光学ミラーセットを繰り
   返し一列に配列したものである請求項２又は３記載の表
   面検査用カメラ機構。
5. 【請求項５】カメラの幅よりも小さい幅の光学ミラーが
   複数枚一列に配列され、かつ検査物体の表面からの光の
   反射角度が隣接する光学ミラー毎に変えられている光学
   ミラー群に、検査物体の表面からの光を反射させて光の
   進行方向を変え、カメラが光学ミラーの配列方向に隣接
   する各光学ミラーの幅のほぼ中点間距離ずつずらして、
   かつ光学ミラー群の各光学ミラーから反射される光を写
   し撮ることができる位置に複数台配置されているカメラ
   群によりその光を写し撮り、検査物体又は光学ミラー群
   を移動させながら検査物体の表面を検査することを特徴
   とする表面検査方法。
6. 【請求項６】検査物体又は光学ミラー群の移動が１往復
   することにより、検査物体の表面全体を検査する請求項
   ５記載の表面検査方法。