JP3203851B2

JP3203851B2 - 実装済みプリント基板の検査装置

Info

Publication number: JP3203851B2
Application number: JP00810593A
Authority: JP
Inventors: 省郎持田; 知博木村; 修山田; 裕司小野; 秀範永田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH06213635A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、実装済みプリント基板
の検査装置に関するものであり、特に細く絞った微小ビ
ーム光を実装済みプリント基板に照射し、その反射光を
三角測量の原理を用いて検出することで、実装部品の位
置ずれ、欠品、はんだ不良などを検査せんとするもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、実装済みプリント基板の部品の位
置ずれ、欠品、はんだ不良等の検査には、三角測量の原
理を用いて、細く絞ったビーム光を実装済みプリント基
板に照射しその反射光を検出する、非接触方式が用いら
れている。

【０００３】以下、図面を参照しながら従来の技術につ
いて説明する。図１３は、従来の実装済みプリント基板
の検査装置の一例を示したものである。なお、これより
全ての図中の光は光軸により代表している。図１３にお
いて、７０は実装済みプリント基板７６に照射する微小
ビーム光を発生するための光源である。７１は前記微小
ビーム光を平行光束にするためのコリメートレンズ系で
ある。７２は前記平行光束を偏向するためのポリゴンミ
ラーである。７５はポリゴンミラー７２によって偏向さ
れた前記平行光束を実装済みプリント基板７６に垂直照
射するための投影レンズ系である。７４はポリゴンミラ
ーにより偏向された前記平行光束を前記投影レンズ系７
５に導くためのミラーである。７７、７８、７９、８０
は実装済みプリント基板７６からの反射光を集光するた
めの受光レンズ系である。８１、８２、８３、８４は受
光レンズ系７７、７８、７９、８０により集光された前
記反射光の受光位置を測定するための光電変換素子であ
る。７３はポリゴンモーターで、ポリゴンミラー７２を
回転させて、前記微小ビーム光の実装済みプリント基板
７６上のビーム照射位置を変えるものである。８５は実
装済みプリント基板７６を光学的走査にともなって矢印
ｙ方向に移動させるためのテーブルである。８６は回転
することによりテーブル８５を移動させるボールネジで
ある。８７はボールネジ８６を回転させるためのモータ
ーである。８８はテーブル８５を案内するための案内レ
ールである。

【０００４】以上のように構成された実装済みプリント
基板の検査装置について、その動作を説明する。光源７
０より発生した微小ビーム光は、コリメートレンズ系７
１により平行光束となり、ポリゴンミラー７２、ミラー
７４により偏向され、投影レンズ系７５を通過後、実装
済みプリント基板７６上に垂直照射される。ポリゴンミ
ラー７２はポリゴンモータ７３により回転駆動され、ポ
リゴンミラー７２の回転にともない、前記微小ビーム光
は実装済みプリント基板７６上を矢印ｘ方向に走査す
る。

【０００５】そして、実装済みプリント基板７６からの
前記微小ビーム光の反射光は、４方向に用意された受光
レンズ系７７、７８、７９、８０により集光され、実装
済みプリント基板７６上の前記微小ビーム光走査位置の
高さに応じた光電変換素子８１、８２、８３、８４上の
位置に照射される。その照射位置を光電変換素子８１、
８２、８３、８４の電気的出力から検出し、三角測量の
原理により実装済みプリント基板の形状が測定される。
また、モーター８７、ボールネジ８６、案内レール８８
により、テーブル８５を走査方向に対して垂直な矢印ｙ
方向に移動させることにより、実装済みプリント基板７
６の全面の３次元形状が測定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、測定対象物の高さが同じであっても、走査
位置が変化すると、反射光の受光角や光電変換素子上の
反射光の集光位置が変化する。この現象を図１４を用い
て説明する。図１４は、図１３の矢印ｙ方向の側面図を
示すものであり、走査位置がＡ〜Ｂへと変化したした時
のそれぞれの光電変換素子上での反射光の受光位置ａ〜
ｂを示したものである。ただし、ミラー７４は説明し易
くするために省略してある。図１４を見ても明らかなよ
うに、走査位置が変化すると同一の高さ面を計測してい
るにもかかわらず、光電変換素子上での反射光の受光位
置や集光位置が大きく変化することが分かる。

【０００７】このため光電変換素子８１、８２、８３、
８４は高さ計測に必要な反射光の受光範囲に加え、走査
位置の変化による反射光の受光位置変化をカバーするた
めの受光範囲が必要となり、広範囲を同時に測定するた
めには、広い受光面積を持った光電変換素子が必要とな
る。一般的に光電変換素子は、受光面積が拡大すると応
答速度が悪くなる特性を持っており、このため、高速度
に広範囲の測定対象物の３次元形状を計測することは困
難となる。

【０００８】また、走査位置により受光位置が変化する
現象により、走査位置による高さ補正が必要となる。そ
のため光電変換素子や処理回路から構成されるセンサー
自体が持つ分解能を高さ計測のみに使うことができず、
精度面で悪くなる。

【０００９】さらに、受光角が走査位置により変化する
ため、走査位置により三角測量の特性、例えば死角（表
面の凹凸により反射光が遮られ、三角測量ができない部
分）の状態が変わる等の問題点がある。

【００１０】そこで、本発明は、これらの問題点を解決
し、高速、高精度かつ広範囲に測定対象物の形状の影響
を受けることなく、検査対象となる実装済みプリント基
板の３次元形状を取得し、検査する装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の実装済みプリント基板検査装置は、検査す
べき実装済みプリント基板上に照射するビーム光を発生
する光源と、前記光源から発生した前記ビーム光が前記
実装済みプリント基板上を走査するために、前記ビーム
光を偏向する偏向手段と、前記偏向手段により偏向され
た前記ビーム光を前記実装済みプリント基板に対して略
垂直に照射する投光レンズ系と、前記投光レンズ系によ
り、前記実装済みプリント基板上に垂直に照射したビー
ム光の照射位置から拡散する反射光のうち、前記ビーム
光の走査位置の変化に関わらず、垂直に照射されるビー
ム光の光軸に対する方向ベクトルが一定の反射光を受光
するとともに、実装済みプリント基板に対して互いに垂
直に、かつ前記走査方向に垂直な方向に関して互いに平
行になるように反射光を導く複数の光路補正手段と、前
記複数の光路補正手段を通過後の複数の反射光を、互い
に平行に前記偏向手段に導く受光レンズ系と、前記偏向
手段により偏向された反射光を受光し、その光量を前記
実装済みプリント基板上の前記ビーム光照射位置の高さ
に応じた電気的出力に変換する複数の光電変換手段とを
備えたものである。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、実装済みプリント基板に対
して略垂直に微小ビーム光を照射し、その微小ビーム光
照射位置から互いに異なる複数の方向に拡散する反射光
を、微小ビーム光の照射位置に関わらず、測定対象物の
高さに応じた光電変換手段上の位置で受光する。したが
って、光電変換手段の受光面積を拡大することなく、ま
た、走査位置による三角測量の特性変化を起こすことな
く、多方向より高速、高精度かつ広範囲に測定対象物の
３次元形状を取得することができる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は一実施例における実装済みプリ
ント基板の検査装置を示すものである。図１において、
１は実装済みプリント基板６上に照射する微小ビーム光
を発生するための光源である。２は光源１からの微小ビ
ーム光を集光し平行光束にするためのコリメートレンズ
系である。３は前記平行光束を偏向し、かつ、実装済み
プリント基板６からの反射光を偏向するためのポリゴン
ミラーである。４はポリゴンミラー３を回転駆動させる
ポリゴンモーターである。５はポリゴンミラー３により
偏向された前記平行光束を集光し、実装済みプリント基
板６に対して略垂直に照射する投光ｆθレンズである。
６は検査対象の実装済みプリント基板である。

【００１４】７、８、９、１０は実装済みプリント基板
６上の前記微小ビーム光照射位置からの反射光を４方向
から受光し、反射光をそれぞれ、受光ｆθレンズ１１、
１２、１３、１４に導くために、反射光の光路を補正す
る光路補正光学系である。受光ｆθレンズ１１、１２、
１３、１４は、光路補正光学系７、８、９、１０を通過
してきた反射光をポリゴンミラー３に導くためのもので
ある。１５、１６、１７、１８は受光ｆθレンズ１１、
１２、１３、１４を通り、ポリゴンミラー３により偏向
された反射光を集光するためのＰＳＤ（半導体位置検出
素子）用レンズである。１９、２０、２１、２２はＰＳ
Ｄ用レンズ１５、１６、１７、１８により集光された反
射光を受光するＰＳＤであり、受光位置に応じた電気的
出力をする。

【００１５】２３は実装済みプリント基板６上の前記微
小ビーム光照射位置からの反射光のうち、投光光軸に沿
って、投光ｆθレンズ５、ポリゴンミラー３をとおり戻
ってきた実装済みプリント基板６に対して垂直方向の反
射光を偏向するトンネルミラーである。２４はトンネル
ミラー２３により偏向された反射光を集光するためのレ
ンズである。２５は前記垂直方向以外からの反射光を遮
断する絞りである。２６は前記垂直方向の反射光を受光
し、受光光量を電気的出力に変換するフォトダイオード
である。

【００１６】２７は実装済みプリント基板６を固定する
ためのテーブルである。２８は回転することによりテー
ブル２７を副走査方向（矢印ｙ方向）に移動させるボー
ルネジである。２９はボールネジ２８を回転させるボー
ルネジモーターである。３０はテーブル２７を案内する
ための案内レールである。以上のように構成された実装
済みプリント基板検査装置についてその動作を説明す
る。

【００１７】光源１から発生した微小ビーム光は、コリ
メートレンズ系２により平行光束となり、トンネルミラ
ー２３の穴空き部分を通過後、ポリゴンミラー３により
偏向され、投光ｆθレンズ５により集光され微小ビーム
光照射光軸として実装済みプリント基板６上に略垂直に
照射される。この際、光源１より発生した微小ビーム光
は、ポリゴンモータ４により回転駆動されるポリゴンミ
ラー３の回転にともない、実装済みプリント基板６上を
図中の主走査方向（矢印ｘ方向）を走査する。そして、
実装済みプリント基板６上の走査位置から拡散する反射
光は、光路補正光学系７、８、９、１０によって、受光
ｆθレンズ１１、１２、１３、１４へと導かれる。

【００１８】光路補正光学系７、８、９、１０は、実装
済みプリント基板６上の照射位置から拡散する反射光の
うち、前記微小ビーム光の走査位置の変化に関わらず、
前記微小ビーム光照射光軸と反射光光軸のなす角度（以
下、倒れ角）が略一定で、かつ、反射光軸を前記微小ビ
ーム光照射光軸に対して垂直な平面に投影した時の走査
方向となす角度（以下、割付角）とが略一定の反射光、
つまり方向ベクトルが略一定の反射光を受光する。そし
て、走査位置の変化に関わらず、主走査方向（矢印ｘ方
向）の位置に対して微小ビーム光照射光軸と略同位置で
受光ｆθレンズ１１、１２、１３、１４へ略垂直に入射
させる。

【００１９】これらの光路補正光学系７、８、９、１０
の一例としては、例えば図２に示すミラー、およびプリ
ズムを使用したものが考えられる。ここで図２（Ａ）は
主走査方向（ｘ方向）から見た光路補正光学系９の構成
図であり、図２（Ｂ）は副走査方向（ｙ方向）から見た
光路補正光学系９の構成図である。以下その構成と動作
を説明する。

【００２０】実装済みプリント基板６からの反射光は、
ミラー３１によって副走査方向に対して略垂直に偏向さ
れ、プリズム３３に入射する。この時プリズム３３は、
主走査方向の走査幅ａからｄの全域にわたって、例えば
走査位置がｂからｃに変化しても、ｂからｃまでの走査
方向の距離ｄｘがｂ１からｃ１までの距離ｄｘ１と略等
しくなるように反射光を偏向する。プリズム３３を通過
後の反射光は、走査方向に対して垂直になっていないた
め、プリズム３３を通過後の反射光をミラー３４及びミ
ラー３５により、走査方向に対して略垂直に偏向すると
ともに、走査方向に対して微小ビーム光照射光軸と略同
位置で受光ｆθレンズ１３に略垂直に入射するように走
査方向に変位させる。

【００２１】このとき微小ビーム照射位置から受光ｆθ
レンズ１３の入射位置までの光路長は走査位置によって
異なるので、光軸方向の反射光が集光する位置が異な
る。すなわちＰＳＤが受光する反射光の像サイズが走査
位置により異なるので、正しく計測できない場合が生じ
る。このためプリズム３３は、走査幅ａからｄの全域に
わたって、例えば走査位置がｂ位置のときに受光ｆθレ
ンズ１３のｂ２からみた見かけ上の反射光の発光点まで
の距離と、走査位置がｃ位置のときに受光ｆθレンズ１
３のｃ２からみた見かけ上の反射光の発光点までの距離
とが略等しくなるように、反射光を偏向することが好ま
しい。

【００２２】シリンドリカルレンズ３２、３６は、ＰＳ
Ｄ２１の受光する反射光の光量を増やすために、副走査
方向に拡散する反射光を集光するためのレンズである。
本実施例では測定対象物の高さが変化した時、受光ｆθ
レンズ１３の副走査方向の入射位置がその高さに応じて
変化するが、受光ｆθレンズ１３を通過後の反射光は高
さ変化に関わらず、常に副走査方向に対して略垂直にな
るように、シリンドリカルレンズの焦点距離を調整して
ある。しかしながら、別の方法として、高さが変化して
も、反射光が受光ｆθレンズに常に略垂直に入射するよ
うに、シリンドリカルレンズの焦点距離を調整しても差
し支えない。この２通りについては、ＰＳＤ上の集光状
態や、高さ変化に対するＰＳＤ上の受光位置の変化状態
が最適になるような方法を選択すればよい。

【００２３】図３は光路補正光学系の他の構成例を示し
たものである。ミラー３１、プリズム３３、ミラー３
４、ミラー３５の機能は上記構成と同じである。しかし
ながら上記図２の構成では、ミラー３３、ミラー３４を
平行に配置することが難しいため、走査位置の変化によ
り副走査方向の受光ｆθレンズへの入射位置が異なる。
そこで、走査位置が変化しても、副走査方向の受光ｆθ
レンズ入射位置が同じになるようにするために、シリン
ドリカルレンズ３２、３６を光軸中心に回転させてい
る。

【００２４】以下、シリンドリカルレンズ３２、３６の
具体的な回転方法を述べる。シリンドリカルレンズ３６
が回転していない状態で、走査位置が変化しても、副走
査方向のシリンドリカルレンズ３６の反射光の入射位置
がずれないように、シリンドリカルレンズ３２を光軸
（Ａ）中心に回転させる。このままでは、シリンドリカ
ルレンズ３６に入射する反射光が副走査方向に対して垂
直でないため、受光ｆθレンズには垂直に入射しない。
そこで、反射光が受光ｆθレンズに略垂直に入射するよ
うにシリンドリカルレンズ３６を光軸（Ｂ）中心に回転
させる。以上のように、シリンドリカルレンズ３２、３
６を回転させることで、走査位置が変化しても副走査方
向の受光ｆθレンズ入射位置が同じになるようにするこ
とができる。

【００２５】図４は光路補正光学系のその他の構成例を
示すものであり、副走査方向から見た光路補正光学系９
の構成図である。３枚のプリズム３７、３８、３９の組
合せで図２の光路補正光学系と同様の機能を持たせるこ
とができる。この場合、２枚組ミラーを用いていないた
め、走査位置の変化による副走査方向のずれは生じず、
したがって、シリンドリカルレンズを光軸中心に回転さ
せる必要はない。

【００２６】また上記図２から図４の構成では、投光ｆ
θレンズと受光ｆθレンズを別々にしているが、投光ｆ
θレンズ５と受光ｆθレンズ１１、１２、１３、１４を
一体化して１つのｆθレンズとすることも可能である。
一体化することでｆθレンズの製造コストを抑えること
ができ、組立後の調整も投光、受光ｆθレンズ別々に行
うのではなく、同時に簡単に調整することができる。さ
らに、投光ｆθレンズまたは受光ｆθレンズを走査方向
にのみ曲率を持ったシリンドリカルｆθレンズとするこ
とも可能である。この場合、４つの受光ｆθレンズは同
時に製造することができ、製造コストを抑えることがで
きる。

【００２７】光路補正光学系９は以上のような構成とな
っているため、走査位置の変化に関わらず、方向ベクト
ルが一定の反射光のみを、走査方向に対して微小ビーム
光照射光軸と略同位置で受光ｆθレンズ１３に略垂直に
入射させる。受光ｆθレンズ１３は投光ｆθレンズ５と
同一の形状であるため、反射光は投光の微小ビーム光と
同一の経路をたどりポリゴンミラー３に導かれる。そし
て、ポリゴンミラー３により偏向され、微小ビーム光の
走査位置の変化に関わらず、プリント基板６上の前記微
小ビーム光照射位置の高さに応じた、ＰＳＤ２１上の位
置に反射光の像が結像される。他の光路補正光学系７、
８、１０も同様であり、それぞれ、光路補正光学系７、
８、１０が受光する反射光は、受光ｆθレンズ１１、１
２、１４及びＰＳＤ用レンズ１５、１６、１８、を通
り、ＰＳＤ１９、２０、２２に導かれる。

【００２８】このように実装済みプリント基板６からの
反射光は、微小ビーム光照射位置の高さに応じたＰＳＤ
上の位置に結像されるので、この時のＰＳＤ１９、２
０、２１、２２からの電気的出力を用いて微小ビーム光
照射位置の高さを求める。これらの４方向に配置された
ＰＳＤ１９、２０、２１、２２により測定されたデータ
に対して、後に述べる選択等の処理を行い、測定対象物
の表面状態に関わらず、正しい高さを計測することがで
きる。

【００２９】前記微小ビーム光照射位置より、前記微小
ビーム光照射光軸方向（略垂直方向）へ反射する反射光
は、投光ｆθレンズ５、ポリゴンミラー３、トンネルミ
ラー２３、レンズ２４、絞り２５を介してフォトダイオ
ード２６に導かれる。この際、垂直方向への反射光は、
投光ｆθレンズ５、レンズ２４により集光され、この集
光された反射光をフォトダイオード２６が受光する。ま
た、レンズ２４とフォトダイオード２６の間に設けられ
ている絞り２５により前記微小ビーム光照射光軸方向の
反射光以外の光は遮断される。したがって、前記微小ビ
ーム光照射位置より前記微小ビーム光照射光軸方向へ反
射する反射光の光量のみが正しく計測できる。

【００３０】本実施例によれば、４つのＰＳＤ１９、２
０、２１、２２で１つの計測点に対して４方向より４つ
の輝度データおよび高さデータが取得できる。４つの輝
度データの選択処理方法としては、４つのデータの最大
値を求める方法などがある。高さデータの選択処理方法
としては、例えば、計測精度を保証できないデータを取
り除き、残りのデータの平均を取る方法や、残りのデー
タ数が多い場合は、最大レベルのデータと最小レベルの
データを取り除き、残りのデータの平均を取る方法など
がある。フォトダイオード２６は、実装済みプリント基
板６からの垂直方向への反射光を受光するので、はんだ
面の傾きが緩やかな時やはんだが付いていない時は、垂
直方向の反射光が多くなるので出力は大きくなり、逆
に、はんだ面の傾きが急な時には、垂直方向の反射光が
少なくなるので出力は小さくなる。このため、ＰＳＤの
出力が小さくはんだ面の高さを正しく測定できない場合
は、フォトダイオード２６の輝度情報を参照することが
できる。

【００３１】そして、選択処理された高さおよび輝度情
報と、予め基準となる実装済みプリント基板から得られ
て記憶されている高さおよび輝度情報を比較して、実装
済みプリント基板の実装状態の良否を検査することがで
きる。

【００３２】図５は、光源１からコリメートレンズ系２
を通して照射した微小ビーム光の反射光を、受光ｆθレ
ンズを通してさらにポリゴンミラー３にて偏向する場合
の受光範囲を示すものである。上記実施例で示したよう
に、光源１からポリゴンミラー３までの微小ビーム光の
光軸と、実装済みプリント基板６の垂線とが９０゜をな
すように光源１を配置したときの受光範囲を点線で示し
ており、同じく６０゜をなすように配置したときの受光
範囲を実線で示している。

【００３３】角度が９０゜の場合、ポリゴンミラーは走
査方向に対してａ１からｂ１までの反射光を受光するこ
とになるが、ａ１からｂ１までの反射光の光量ではＰＳ
Ｄの性能を十分に満足できない場合がある。角度を９０
゜よりも小さい６０゜にすると、９０゜の時に比べ走査
方向に対してａ２からｂ２までの多くの反射光を受光で
き、ＰＳＤの性能を満足できる光量が確保できる。投光
光軸を鋭角にすることは、走査範囲（−θ〜＋θ）の反
射角度全体に渡り言えることである。

【００３４】図６は、上記実施例のポリゴンミラー３の
回転軸の位置をずらして配置したものである。コリメー
トレンズ系２を通過後の平行光束が、ポリゴンミラー３
の回転角に関わらず、ポリゴンミラーの反射面に均等に
当たるようにオフセットしている。つまり、ポリゴンミ
ラーの回転角が−θの時の反射面積ｄｘ１と、＋θの時
の反射面積ｄｘ２とが等しくなるように、ポリゴンミラ
ーの回転軸をａからｂにオフセットしている。平行光束
がポリゴンミラーの反射面に均等に当たることで、反射
面を有効に使用でき、また、ポリゴンミラーの反射面の
焼き付きを防ぐことができる。

【００３５】ポリゴンミラーの回転軸をオフセットする
と、ポリゴンミラーの回転角が−θの時と＋θの時で
は、実装済みプリント基板に対して垂直方向の反射光の
走査方向の受光光量に違いが生じ、−θの時の方が光量
が少なくなる。光量が少なくなると、フォトダイオード
の性能が十分に発揮できない恐れがある。

【００３６】そこで図７に示すように、投光ｆθレンズ
５を主走査方向（ｘ方向）に平行にオフセットし、回転
角が±θの時で受光光量に違いがないように−θの時の
光量を増やしている。

【００３７】すなわち、回転角が＋θの時はポリゴンミ
ラーの反射面全面で反射光を受光できる。つまり、ａ〜
ｂまでの反射光を受光できる。しかしながら、投光ｆθ
レンズ５をオフセットしない状態では、回転角が−θの
ときは投光ｆθレンズの先端で反射光の一部がカットさ
れ、ｃ〜ｄまでの反射光しか受光できず、回転角が−θ
の方が受光光量が少なくなる。そこで、投光ｆθレンズ
の対称軸を走査方向にｄｘだけオフセットすると、ｃ〜
ｅまでの反射光を受光できるようになる。

【００３８】また、同様な理由で、受光ｆθレンズ１
１，１２，１３，１４を通過後の反射光に対しても、受
光ｆθレンズを走査方向にオフセットし、ポリゴンミラ
ーの回転角が±θの時に受光光量に違いがないようにで
きる。

【００３９】図８は、上記実施例における受光部の構成
図である。上記図１の構成と異なる箇所は、ポリゴンミ
ラー３とＰＳＤ用レンズ１５、１６、１７、１８の間の
光路上にＡＯ素子（音響光学素子）４０、４１、４２、
４３と、実装済みプリント基板の主走査方向における走
査位置を示す走査位置信号を受け、ＡＯ素子に対して走
査位置補正信号を出力する走査位置補正回路４４、４
５、４６、４７とを設け、反射光の光路を補正するよう
にした点である。

【００４０】反射光の光路を補正する理由について図９
を用いて説明する。ポリゴンミラー３が回転すると、反
射位置がａからｂに移動する。このため同じ高さを走査
しているときでも、走査位置によりＰＳＤ１９の受光位
置がａ１からｂ１に移動する。また、４方向に用意され
た光路変換部の組立誤差や精度などにより各光路変換部
ごとに性能が異なり、走査方向のＰＳＤの受光位置が光
路変換部ごとに異なる。ＰＳＤ受光位置が走査方向に移
動することで、移動量に応じた大きさのＰＳＤを用いな
ければならず、ＰＳＤの受光面積が大きくなる。ＰＳＤ
の受光面積が大きくなると、周波数特性が悪くなり、ま
た、ＰＳＤの中央部と両端部とでは性能が異なり補正が
必要となる。

【００４１】そこで、ポリゴンミラーで偏向後の反射光
の光路を走査位置に応じて補正する手段を４方向の反射
光の光路ごとに設けてやる。この手段がＡＯ素子であ
る。図１０に示すように走査位置補正回路４４は、現在
の主走査方向（ｘ方向）の走査位置を示す走査位置信号
ａを受けると、走査位置補正信号ｂをＡＯ素子４０に出
力する。ＡＯ素子４０はこの信号を受け、走査位置にか
かわらず走査方向の位置が同じになるように反射光の光
路を補正する。

【００４２】以上ように、図１の実装済みプリント基板
検査装置にＡＯ素子を設け、走査位置にかかわらず、常
に同じ位置でＰＳＤが反射光を受光できるように、光路
を補正してやることで、ＰＳＤの性能を向上させること
ができる。

【００４３】上記ＡＯ素子に代えて、図１１に示すよう
に、ＰＳＤ用レンズ１５、１６、１７、１８と、ＰＳＤ
１９、２０、２１、２２とを走査位置に応じて移動させ
るＰＳＤ受光部駆動装置４８、４９、５０、５１を設け
て、走査位置の変化にかかわらずＰＳＤの受光位置が同
じになるように、ＰＳＤ受光部を移動させてもよい。

【００４４】図１２は実装済みプリント基板の検査装置
を副走査方向から見た図であり、投光ｆθレンズと受光
ｆθレンズの焦点距離を変えて構成したものである。投
光と受光で異なる焦点距離のｆθレンズを用いるために
は、微小ビーム光が投光ｆθレンズに入射する角度と、
反射光が受光ｆθレンズから出る角度が等しくなければ
ならない。つまり、以下の式を満たさねばならない。

【００４５】ｆ１／ｄｘ１＝ｆ２／ｄｘ２ただしｆ１：投光ｆθレンズの焦点距離ｆ２：受光ｆθレンズをｆ２ｄｘ１：投光の走査距離ｄｘ２：ｄｘ１に対応する光路変換部を通過後の距離したがって、光路変換部のプリズムもｄｘ２＝ｆ２／ｆ１＊ｄｘ１となるように反射光を偏向するプリズムを用いる。ま
た、受光ｆθレンズのｚ方向の位置も反射光がポリゴン
ミラーに入射できるようにｄｚだけ移動させる。この構
成によれば、投光ｆθレンズ５を受光ｆθレンズ１２に
比べて小さく構成することができ、コストを下げること
ができる。

【００４６】以上のように本実施例では反射光を４方向
から測定したが、さらに本実施例で用いた光路補正光学
系、受光ｆθレンズ、ＰＳＤ用レンズ、ＰＳＤを増やす
ことにより、４方向以上からも反射光を測定することが
できる。また、本実施例では、三角測量の走査位置によ
る特性の変化を起こすことがないように、走査位置の変
化に関わらず、方向ベクトルが一定の反射光のみを取り
出してその光路を補正したが、微小ビーム光照射光軸と
なす角度（倒れ角）が一定の反射光だけ取り出してその
光路を補正するようにしても差し支えない。さらに、本
実施例で用いたトンネルミラーの代わりにハーフミラー
を用いても差し支えない。

【００４７】また、本実施例においては、回転軸方向に
長い長尺ポリゴンミラーを用いているが、ポリゴンを長
尺化することで、光路補正光学系の配置構成に余裕がで
き、光路補正光学系の数を増やし４方向以上からも反射
光を計測することができる。さらに、光路変換部の各光
学部品の副走査方向（ポリゴン長手方向）の長さを長く
できるので、反射光の副走査方向の光量を増やすことが
できるので、ＰＳＤの受光光量が増え検査精度を上げる
ことができる。

【００４８】またポリゴンミラーの回転軸がプリント基
板に対して垂直（重力方向に平行）ではなく、プリント
基板と平行（重力に垂直）になるように回転軸を設置し
ている。回転軸をプリント基板に対して垂直に設置する
と、回転軸の振れを少なくすることができるが、本実施
例では、回転軸を両側から軸受けしているので、長尺の
ポリゴンミラーをプリント基板に対して水平に置いて
も、回転軸の振れを小さく抑えることができ、微小ビー
ム光をプリント基板に照射するために微小ビーム光を偏
向するミラーが少なくてすみ、構成がコンパクトにな
る。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明の実装済みプリント
基板の検査装置によれば、光電変換素子の受光面積を拡
大することなく、また、三角測量の走査位置による特性
の変化を起こす事なく、各計測点に対して多方向より、
高速、高精度かつ広範囲に測定対象物の三次元形状を取
得することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における実装済みプリント基
板検査装置の斜視図

【図２】同装置の光路補正光学系の構成図

【図３】同装置の他の光路補正光学系の構成図

【図４】同装置のその他の光路補正光学系の構成図

【図５】同装置の投光部の説明図

【図６】同装置の投光部の他の構成図

【図７】同装置の投光部のその他の構成図

【図８】同装置の受光部の他の構成図

【図９】同装置の受光部の動作説明図

【図１０】同装置の受光部の他の構成における動作説明
図

【図１１】同装置の受光部のその他の構成図

【図１２】同装置の投光系・受光系の他の構成図

【図１３】従来の実装済みプリント基板の検査装置の斜
視図

【図１４】同装置の動作説明図

【符号の説明】

１光源２コリメートレンズ系３ポリゴンミラー４ポリゴンモーター５投光ｆθレンズ６実装済みプリント基板７、８、９、１０光路補正光学系１１、１２、１３、１４受光ｆθレンズ１５、１６、１７、１８ＰＳＤ用レンズ１９、２０、２１、２２ＰＳＤ２３トンネルミラー２４レンズ２５絞り２６フォトダイオード３１、３４、３５ミラー３２シリンドリカルレンズ３３、３７、３８、３９プリズム３６シリンドリカルレンズ４０、４１、４２、４３ＡＯ素子４４、４５、４６、４７走査位置補正回路４８、４９、５０、５１ＰＳＤ受光部駆動装置７０光源７１コリメートレンズ系７２ポリゴンミラー７４ミラー７５投影レンズ系７６実装済みプリント基板７７、７８、７９、８０受光レンズ系８１、８２、８３、８４光電変換素子

フロントページの続き (72)発明者小野裕司香川県高松市寿町２丁目２番10号松下寿電子工業株式会社内 (72)発明者永田秀範香川県高松市寿町２丁目２番10号松下寿電子工業株式会社内 (56)参考文献特開平４−5508（ＪＰ，Ａ) 特開平４−352287（ＪＰ，Ａ) 特開平２−259503（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−254003（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−138991（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01N 21/84 - 21/958 G02B 26/10 H05K 3/34 H05K 13/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検査すべき実装済みプリント基板上に照
射するビーム光を発生する光源と、前記光源から発生した前記ビーム光が前記実装済みプリ
ント基板上を走査するために、前記ビーム光を偏向する
偏向手段と、前記偏向手段により偏向された前記ビーム光を前記実装
済みプリント基板に対して略垂直に照射する投光レンズ
系と、前記投光レンズ系により、前記実装済みプリント基板上
に垂直に照射したビーム光の照射位置から拡散する反射
光のうち、前記ビーム光の走査位置の変化に関わらず、
垂直に照射されるビーム光の光軸に対する方向ベクトル
が一定の反射光を受光するとともに、実装済みプリント
基板に対して互いに垂直に、かつ前記走査方向に垂直な
方向に関して互いに平行になるように反射光を導く複数
の光路補正手段と、前記複数の光路補正手段を通過後の複数の反射光を、互
いに平行に前記偏向手段に導く受光レンズ系と、前記偏向手段により偏向された反射光を受光し、その光
量を前記実装済みプリント基板上の前記ビーム光照射位
置の高さに応じた電気的出力に変換する複数の光電変換
手段とを備えた実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項２】偏向手段にポリゴンミラーを用いること
を特徴とする請求項１記載の実装済みプリント基板の検
査装置。
【請求項３】ポリゴンミラーの回転軸が重力と垂直と
なるようにポリゴンミラーを配置することを特徴とする
請求項２記載の実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項４】プリズムにより走査方向に対して垂直に
反射光を偏向する光路補正手段であることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の実装済みプリント基板
の検査装置。
【請求項５】走査位置の変化に関わらず、受光レンズ
系に入射する反射光の見かけ上の発光点までの距離を１
個あるいは複数個のプリズムにより一定にする光路補正
手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項６】光路補正手段に、走査方向と垂直な方向
の光を集光するシリンドリカルレンズを用いることを特
徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の実装済みプリ
ント基板の検査装置。
【請求項７】走査位置の変化により走査方向と垂直な
方向に関して、反射光の第２のレンズ系入射位置がずれ
ることを、シリンドリカルレンズを光軸回りに回転させ
ることにより補正することを特徴とする請求項６記載の
実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項８】光源から照射するビーム光の前記偏向手
段における反射角を鋭角とすることを特徴とする請求項
１〜７のいずれかに記載の実装済みプリント基板の検査
装置。
【請求項９】ポリゴンミラーの回転軸を、オフセット
することを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の
実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項１０】投光レンズ系または受光レンズ系にｆ
θレンズを用い、ポリゴンミラーをオフセットすること
に応じて、前記ｆθレンズの対象軸を走査方向にオフセ
ットすることを特徴とする請求項９記載の実装済みプリ
ント基板の検査装置。
【請求項１１】投光レンズ系と受光レンズ系とを一体
のｆθレンズにしたことを特徴とする請求項１〜１０の
いずれかに記載の実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項１２】投光レンズ系または受光レンズ系をシ
リンドリカルｆθレンズとすることを特徴とする請求項
１〜１１のいずれかに記載の実装済みプリント基板の検
査装置。
【請求項１３】ビーム光の実装済みプリント基板上で
の走査位置に応じて、光電変換手段に入射する反射光の
光路を補正するため、偏向手段と光電変換手段との間の
反射光の光路上に、音響光学素子（ＡＯ素子）を配置し
たことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の
実装済みプリント基板の検査装置。
【請求項１４】ビーム光の実装済みプリント基板上で
の走査位置に応じて、光電変換手段に入射する反射光の
光路を補正するため、前記光電変換手段を移動させるこ
とを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の実装
済みプリント基板の検査装置。
【請求項１５】投光レンズ系と受光レンズ系とに互い
に焦点距離の異なるｆθレンズを用いることを特徴とす
る請求項１〜１４のいずれかに記載の実装済みプリント
基板の検査装置。