JP3139398U

JP3139398U - 表面撮影装置

Info

Publication number: JP3139398U
Application number: JP2007009257U
Authority: JP
Inventors: 健金子
Original assignee: 株式会社金子電器製作所
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2017-11-30

Abstract

【課題】撮像カメラとしてエリアカメラを使用し、レンズ系に実体顕微鏡を適用し、個々の欠陥を高精度で撮影し得る構成において、撮影効率を向上させる。
【解決手段】表面撮影装置は、直線状又は帯状に光を出す光源と、光源から出た直線状又は帯状の光を被写体の表面部分にほぼ垂直に導き、かつ被写体で反射された光を光源の方向とほぼ直交する方向に導く光分離手段と、光分離手段が導く被写体で反射された光に基づいて被写体の表面部分の直線状又は帯状領域を撮影する撮影手段とを備えてなるものである。
【選択図】図１

Description

本考案は、プリント配線基板などの表面検査をするためにその表面を撮影する表面撮影装置に関するものである。

従来、特許文献１において示されるような、被検査物の表面における欠陥が凸状であるのか又は凹状であるのかを判定する表面検査方法が知られている。この特許文献１においては、撮像カメラの光軸と同軸の落射照明を行いながら撮像カメラで被検査物の表面を撮像し、その画像から欠陥の有無を判定し、また被検査物に対し斜め方向一方向からコリメートされた光を斜光照明により照射して撮像カメラで被検査物の表面を撮像し、その画像から欠陥が凸状か凹状かを判定するものである。つまり、落射照明により被検査物の表面を撮影すると、凸状あるいは凹状の欠陥は落射照明からの光が散乱することで反射光がほとんどなく、その欠陥が暗い画像として撮影されるものである。また、斜光照明により被検査物の表面を検査すると、凸状の欠陥と凹状の欠陥とで影の形成される方向が異なることにより、欠陥の形状を判定するものである。
特開２００５−２７４２５６号公報

ところで、上記特許文献１のものにあっては、被検査物の表面の凸状あるいは凹状の欠陥を個々に撮影して、凹凸を判定する構成である。具体的には、撮像カメラとしてエリアカメラを使用し、レンズ系に実体顕微鏡を適用し、個々の欠陥を高精度で撮影し得るように構成している。しかしながらこのような構成にあっては、例えば多層プリント配線基板において、基板全域を広範囲に撮影する場合、一度の撮影範囲が非常に狭い範囲に制限されるため、撮影能率が上がらないものであった。そのため、被検査物の表面の特定の領域ではなく、その表面全域を検査するに際しては、撮影の開始から完了までに長時間を要することになった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本考案の表面撮影装置は、直線状又は帯状に光を出す光源と、光源から出た直線状又は帯状の光を被写体の表面部分にほぼ垂直に導き、かつ被写体で反射された光を光源の方向とほぼ直交する方向に導く光分離手段と、光分離手段が導く被写体で反射された光に基づいて被写体の表面部分の直線状又は帯状領域を撮影する撮影手段とを備えてなることを特徴とする。

このような構成によれば、光源が出す直線状又は帯状の光を、光分離手段が被写体に導き、かつ被写体で反射された光を撮影手段に導くので、撮影手段は、被写体の表面部分の直線状又は帯状の領域を撮影するものである。したがって、被写体の表面部分の撮影効率を向上させることが可能になる。

被写体の表面部分にある凹部の内部までを明瞭に撮影するためには、撮影手段が撮影する被写体の表面部分の直線状又は帯状領域に集中するように光を照射する第二の光源をさらに備えてなるものが好ましい。

以上の構成において、光分離手段としては、ビームスプリッタ及びハーフミラーが挙げられる。

本考案は、以上説明したような構成であり、光源が出す直線状又は帯状の光を、光分離手段が被写体に導き、かつ被写体で反射された光を撮影手段に導くので、撮影手段は、被写体の表面部分の直線状又は帯状の領域を撮影することができ、被写体の表面部分の撮影効率を向上させることができる。

以下、本考案の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態の表面撮影装置は、例えば被写体である多層プリント配線基板（以下、基板と称する）１の表面撮影用のもので、撮影した表面の画像から表面にあけられた凹部又は穴の形状及び位置を検査する検査装置の一部を構成するものである。すなわち、表面撮影装置は、図１及び図２に示すように、基板１の幅と少なくとも同じ幅で線状又は帯状に光を出す第一光源２、第一光源２から出た直線状又は帯状の光を基板１の表面部分にほぼ垂直に導き、かつ基板１で反射された光を光源の方向とほぼ直交する方向に導く光分離手段たるビームスプリッタ３、ビームスプリッタ３が導く基板１で反射された光に基づいて基板１の表面部分の直線状又は帯状領域を撮影する撮影手段である複数のブロックカメラ４からなるカメラ部５、及びカメラ部５が撮影する基板１の表面部分の直線状又は帯状領域に集中するように光を照射する第二光源６からなる撮影本体７と、基板１を取り外し可能に固定し得る撮影台８と、撮影台８と撮影本体７とを相対移動させる移動手段（図示しない）とを備えるものである。この実施形態にあっては、撮影台８が、撮影本体７に対して移動し得る構成とする。この実施形態においては、光分離手段としてビームスプリッタ３を使用して、同軸落射による撮影を可能にしている。

第一光源２は、例えば複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなるＬＥＤアレイからなり、ビームスプリッタ３に向かって線状又は帯状の光を照射する。すなわち、第一光源２は、撮影台８に固定された基板１の表面とほぼ平行に光を出すもので、その波長は基板に応じて設定するものである。

ビームスプリッタ３は、直角三角柱からなる直角プリズム二本を、直角三角形の斜辺に対応する傾斜面を貼り合わせ面として貼り合わせて形成するものである。貼り合わせ面には、例えば誘電体多層膜が設けてある。誘電体多層膜は、高屈折率と低屈折率との誘電体膜を、１／４波長の光学膜厚で交互に積層して形成したものである。そして、ビームスプリッタ３は、第一光源２から出た光を基板１の方向に導く、つまり貼り合わせ面で光を反射させて基板１の表面に垂直に導くとともに、基板１の表面で反射した反射光を、本来の光学像以外にできる像、いわゆるゴーストなどを発生させることなく透過させてカメラ部５に導くものである。

カメラ部５は、複数のブロックカメラ４を組み合わせてなり、撮影する可能性のある基板１の最大幅に応じて、ブロックカメラ４を複数台組み合わせて構成されるものである。カメラ部５は、基板１により反射し、ビームスプリッタ３を透過した光が入射するように、ビームスプリッタ３の上方に光軸を一致させて配置されている。ブロックカメラ４は、ラインセンサを使用して、あらかじめ設定した領域（エリア）単位で基板１の表面を撮影するのではなく、ラインセンサによってある長さの基板１の表面を撮影しえるものである。カメラ部５を構成するそれぞれのブロックカメラ４としては、特許第３３８５００２号に開示される検出ユニットを採用するものであってよい。具体的には、それぞれのブロックカメラ４は、以下の構成である。

ブロックカメラ４は、図３に示すように、第一検出部１０と第二検出部１１とを備えている。第一検出部１０は、光学プリズムを組み合わせて構成した第一光学素子１２、第一結像レンズ１３、及び第一ラインセンサ１４を備えてなり、同様にして、第二検出部１１は第二光学素子１５、第二結像レンズ１６、及び第二ラインセンサ１７を備えている。なお、この実施形態においては、検出部が二個のものを説明するが、ラインセンサの解像度や大きさ等によって三個以上で構成するものであってもよい。

図３においては、構成の理解を容易にするために各要素を支持する機構は図示を省略している。また、図３において、第一光学素子１２と第二光学素子１５とは同じ構成を有し、第二光学素子１５は、第一光学素子１２を光軸Ｚ（同図に矢印で示す）の回りに反時計方向に９０°回転したものと同じである。

図４は、第一光学素子１２の構成を理解しやすくするために、図３の第一光学素子１２、基板１の表面における撮影領域の部分である部分撮影ラインＯＬ１、第一ラインセンサ１４を光軸Ｚの回りに反時計方向に約３０°回転した図である。第一光学素子１２は、底角が４５°の二等辺三角形の底面を有する三角柱の第一、第二及び第三プリズム２１，２２，２３から構成されている。なお、第一〜第三プリズム２１〜２３の底角は４５°に限定されるものではない。第一、第二及び第三プリズム２１，２２，２３はすべて同一の形状及び寸法を有する。第一、第二及び第三プリズム２１，２２，２３において、並行する等辺ではさまれた直交する２つの面をそれぞれ第１主面２１ａ，２２ａ，２３ａ及び第２主面２１ｂ，２２ｂ，２３ｂとする。また並行する底辺ではさまれた面をそれぞれ斜面２１ｃ，２２ｃ，２３ｃとする。第一プリズム２１の第１主面２１ａは第二プリズム２２の第１主面２２ａに接合されている。第二プリズム２２の第２主面２２ｂは第三プリズム２３の第１主面２３ａに接合されている。第一プリズム２１の第２主面２１ｂを基板１の部分撮影ラインＯＬ１に対向させ、第三プリズム２３の第２主面２２ｂを部分撮影ラインＯＬ１とは反対の方向におかれた第一ラインセンサ１４に対向させている。第三プリズム２３と第一ラインセンサ１４の間に第一結像レンズ１３が置かれている。

部分撮影ラインＯＬ１上の被撮影領域３０を矢印で表し、その光学像３１が第一ラインセンサ１４上に形成される過程を説明する。ビームスプリッタ３を介した同軸落射による光で照明された被撮影領域３０の反射光は、ビームスプリッタ３を通過した後、第一プリズム２１の第２主面２１ｂに入射し、第一プリズム２１の斜面２１ｃで矢印３２のように反射する。斜面２１ｃからの反射光は第１主面２１ａから第二プリズム２２の第１主面２２ａに入射し、その斜面２２ｃで矢印３３のように反射する。第二プリズム２２の斜面２２ｃからの反射光はその第２主面２１ｂから第三プリズム２３の第１主面２３ａに入射し、その斜面２３ｃで矢印３４のように反射する。矢印３４のように反射した光は第三プリズム２３の第２主面２３ｂから出射し、結像レンズ１３を経て第一ラインセンサ１４上に結像し、光学像３１を形成する。光学像３１と被撮影領域３０とを比較すると、両者の空間位置において、光学像３１は被撮影領域３０に対して時計方向に９０°回転している。

同様にして図３の第二検出部１１においては、光学像３５は被撮影領域３０に対して反時計方向に９０°回転している。その結果、部分撮影ラインＯＬ１，ＯＬ２上の被撮影領域３０の光学像はそれぞれ時計方向及び反時計方向に９０°回転して光学像３１，３５となる。

このような構成のブロックカメラ４を例えば四個用いてカメラ部５を構成した場合、光学像３１，３５と同様の光学像が二台目〜四台目のブロックカメラ４においても得られる。その結果、それぞれのブロックカメラ４で得られる部分撮影ラインＯＬ１，ＯＬ２の光学像３１，３５は、それぞれのブロックカメラ４内のラインセンサ１４，１７により、向きが互い違いになるように結像する。こうして得られた光学像３１，３５をそれぞれのブロックカメラ４の順に対応させて整列し連続させることにより、被撮影領域３０における撮影ラインの光学像を形成することができる。

第二光源６は、第一光源２と同じ光源を光源ユニット６１，６２として、例えば二個対向配置した構成である。この第二光源６は、それぞれの光源ユニット６１，６２から出る光が、第一光源２からビームスプリッタ３により分離されて基板１に照射される光に、基板１表面において重畳するように照射方向を調整されている。すなわち第二光源６は、直線状又は帯状の光を、それぞれの光源ユニット６１，６２が基板１の表面のほぼ一直線上に集中するように、間隔をあけて配置されるものである。この第二光源６については、それぞれの光源ユニット６１，６２の基板１に対する角度を変更し得るように構成することが好ましい。このような構成にすることにより、基板１の種類に応じて、光源ユニット６が出す光の照射角度を変えることができ、撮影精度を向上させることができる。

このような構成において、第一光源２を点灯すると、光はビームスプリッタ３で反射されて基板１の表面を直線状又は帯状に照らして到達する。したがって、基板１の表面の直線状又は帯状部分、つまり被撮影領域３０のみが照明されてその部分だけが撮影可能になる。この場合に、ビームスプリッタ３により同軸落射を実現しているので、照明部分以外は撮影対象とはならない。そして、撮影台８を被撮影領域３０に対して垂直で基板１に平行な方向つまり奥行き方向に移動させ、基板１の全表面を撮影するものである。したがって、領域単位で基板１の表面を撮影する場合に比べて、撮影能率を高くすることができる。

ここで、撮影する対象を、基板１にあけられた微小な穴４０とした場合を説明する。撮影は、穴４０が正しい形状にあいているか否か、及び正しい位置にあいているか否かを検査するためになされるものである。穴４０は、図５に示すように、基板１を構成する絶縁板４１に銅箔４２が貼られた表面から、銅箔４３が貼られた裏面に達するもので、その断面形状を倒立円錐台、つまり表面の開口４４の内径が底面４５の内径よりも大きい形状とするものである。

第一光源２が出す光は、ビームスプリッタ３により反射されて穴４０の垂直上方から穴４０に対して照射されるものとなる。したがって、第一光源２の出す光は、穴４０の内側面４６を照明するとともに底面４５まで達する。この時、第二光源６が出す光が、基板１の表面に対して斜め上方から穴４０に対して照射され、穴４０の内側面４６に、第二光源６が出す光が照射されて、穴４０内部がほぼ均一な明るさに照明される。

カメラ部５は、第一光源２を出てビームスプリッタで反射した光の光軸、つまり基板１表面に対して垂直な光軸と光軸を一致させているので、穴４０の内部で反射した光がビームスプリッタ３を介してカメラ部５に入射する。したがって、カメラ部５は、穴４０をその直上から照明の方向に一致して穴４０の撮影をすることができる。しかも、一度の撮影で、直線又は帯状の被撮影領域３０を撮影して、その中に含まれる多数の穴４０の形状を撮影するものであるので、相互の穴４０の位置をも正確に撮影することができ、穴４０の良否判断を容易にすることができる。

そして、このような穴４０は、カメラ部５が、上述したように、被撮影領域３０の撮影ラインの光学像を撮影するものであるので、複数の穴４０の画像を一度に撮影することができる。しかも、撮影台８がカメラ部５を含む撮影本体７に対して移動することにより、撮影ライン単位で基板１の表面全体を迅速に撮影することができる。

なお、上記実施形態においては、ビームスプリッタ３の上方にカメラ部５を配置したものを説明したが、第一光源２の上方のように、ビームスプリッタ３の上方以外の位置にカメラ部５を配置するものであってよい。具体的には、ビームスプリッタ３の上方に鏡あるいは直角プリズムを配置し、ビームスプリッタ３を通過してきた光を水平方向に反射させてカメラ部５に入射するように構成するものである。

また、ビームスプリッタ３は、一本で構成することが好ましいが、ブロックカメラ４一台の撮影可能長さに対応させたものを、ブロックカメラ４の台数分接続することにより構成するものであってもよい。また、ビームスプリッタ３に代えて、ハーフミラーをしようするものであってもよい。このハーフミラーにあっても、一枚で構成するものであってもよいし、複数枚で構成するものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本考案の実施形態の構成を側面から見た状態で模式的に示す側面図。同実施形態の構成を模式的に示す後方から見た斜視図同実施形態のブロックカメラの構成を示す斜視図。同実施形態のブロックカメラの第一検出部の構成を示す斜視図。同実施形態の基板に設けられる穴の平面図及び断面図。

符号の説明

１…多層プリント配線基板
２…第一光源
３…ビームスプリッタ
４…ブロックカメラ
５…カメラ部

Claims

直線状又は帯状に光を出す光源と、
光源から出た直線状又は帯状の光を被写体の表面部分にほぼ垂直に導き、かつ被写体で反射された光を光源の方向とほぼ直交する方向に導く光分離手段と、
光分離手段が導く被写体で反射された光に基づいて被写体の表面部分の直線状又は帯状領域を撮影する撮影手段とを備えてなる表面撮影装置。
撮影手段が撮影する被写体の表面部分の直線状又は帯状領域に集中するように光を照射する第二の光源をさらに備えてなる請求項１記載の表面撮影装置。
光分離手段が、ビームスプリッタである請求項１又は２記載の表面撮影装置。
光分離手段が、ハーフミラーである請求項１又は２記載の表面撮影装置。