JP3354131B2 - 物品表面検査用照明 - Google Patents

物品表面検査用照明

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JP3354131B2 JP2000172725A JP2000172725A JP3354131B2 JP 3354131 B2 JP3354131 B2 JP 3354131B2 JP 2000172725 A JP2000172725 A JP 2000172725A JP 2000172725 A JP2000172725 A JP 2000172725A JP 3354131 B2 JP3354131 B2 JP 3354131B2
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95684—Patterns showing highly reflecting parts, e.g. metallic elements

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物品表面の視覚検
査に関し、更に特定すれば、ボール・グリッド・アレイ
基板、リード・フレームおよびプリント回路ボードの自
動光学検査用照明に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プリント回路ボード（ＰＣＢ）上の電気
回路、ボール・グリッド・アレイ基板（ＢＧＡ）レティ
クル、半導体およびその他の類似物品というような物品
の実質的に平坦なパターン化表面を、その自動光学測定
の間に照明するために用いる装置および方法は、当技術
分野では公知である。
【０００３】ＰＣＢ上の電子回路やＢＧＡのような物品
の平坦なパターン化表面の自動光学検査の間、基板は、
ＣＣＤまたはＴＤＩカメラのようなセンサ直下で物品を
搬送しながら、強度が高くスペクトルが広い照明によっ
て照明される。従来より、センサは、表面を走査したグ
レイ・レベル画像を捕獲する。物品表面上に現れる種々
の物質は、各々、異なる反射特性を有し、異なる強度レ
ベルで照明を反射する。例えば、導体を形成する銅、導
体上の様々な金属めっき、および基板自体は、各々、異
なる反射特性を有する。画像における反射強度を検知
し、自動的に処理および分析し、表面上のパターンにお
ける欠陥の存在を判定する。
【０００４】検査対象の電子回路表面は、ほぼ平坦では
あるが、全体的に表面形態の凹凸（ｔｏｐｏｇｒａｐｈ
ｉｃａｌ ｒｅｌｉｅｆ）がある。これらは、導体の断
面形状およびその表面の微細構造の双方によるものであ
る。通常、非常に強度が高い照明を用い、検査対象物品
の表面上に立体角で入射させて、表面形態の凹凸の好ま
しくない影響を緩和する。
【０００５】以下の特許は、プリント回路ボード（ＰＣ
Ｂ）上の電気回路、ボール・グリッド・アレイ基板（Ｂ
ＧＡ）、リード・フレーム、レティクル、および半導体
というような実質的に平坦なパターン化物品表面の検査
用高強度照明における技術的現状を代表するものと考え
られる。
【０００６】カラサキ（Ｋａｒａｓａｋｉ）の米国特許
第４，４２１，４１０号は、プリント配線ボード上に配
した半反射ミラーを備えた照明装置について記載する。
集中光をミラーから反射させ、ボード表面に対して実質
的に垂直な角度で配線ボード上に導き、光ファイバから
発する拡散光を同時に大きな入射光で表面上に導く。表
面上のラインの画像をミラーを介してセンサに伝達す
る。
【０００７】チャドウィック（Ｃｈａｄｗｉｃｋ）の米
国特許第４，８７７，３２６号は、検査対象品目の表面
のある領域に、疑似ランベルト照明を合焦し供給する高
強度照明装置について記載する。この照明装置は、半反
射ミラー、第１および第２および第３楕円柱状反射器、
ならびに全て互いに平行な長軸を有する第１、第２およ
び第３ランプを含む。反射器の２つおよび光源の２つを
互いに離間し、大きな入射角の合焦光で表面を照明す
る。半反射ミラー、第３反射器、および第３ランプは、
表面に垂直な軸に沿って合焦光を反射し、第１および第
２反射器間のギャップを埋める。各ランプは反射器のひ
とつの焦点に位置し、照明領域は反射器の第２の焦点に
位置する。第１、第２および第３反射器の長手方向端部
に、第４および第５平面反射器を備え、更にそこから反
射し半反射ミラーを通過した光を検知することによっ
て、照明領域を撮像するセンサを備えている。
【０００８】オーボテック社（Ｏｒｂｏｔｅｃｈ Ｌｔ
ｄ．）名義のイスラエル特許第８１４５０号は、米国特
許第４，８７７，３２６号に記載されている構造と同様
の高強度照明装置について記載するが、光ファイバを通
じて供給する光を採用し、事実上米国特許第４，８７
７，３２６号に記載されている装置の開口率よりもはる
かに小さい開口率を有する。
【０００９】カツィール（Ｋａｔｚｉｒ）の米国特許第
５，０５８，９８２号は、ビーム・スプリッタ・キュー
ブ、ならびに第１、第２および第３楕円柱状反射器を備
え、その２つが互いに離間した、高強度反射装置につい
て記載する。光ファイバを通じて受光した光が、各反射
器の焦点に供給される。各反射器の第２の焦点が検査対
象面のある領域を照明するように反射器が配向される。
第３照明装置および集光レンズが設けられ、ビーム・ス
プリッタを介した光を、検査対象表面上に、それに垂直
な軸に沿って導くように配向する。ビーム・スプリッタ
・キューブを介して表面から反射した光を受光するよう
に、センサを配向する。
【００１０】カツィールの米国特許第５，１５３，６６
８号は、物品の表面上における検査対象エリアを照明す
る照明装置について記載しており、この場合、照明は、
表面に垂直な光軸を中心とした立体角にわたって実質的
に円対称となるように構成される。照明装置間のギャッ
プを介して表面を撮像するセンサを備えている。
【００１１】コソ（Ｋｏｓｏ）の米国特許第４，８０
１，８１０号は、約半分の楕円柱から成り、プリント回
路ボードの表面を照明するために用いる、楕円反射器に
ついて記載する。楕円柱の軸は、プリント回路ボードの
表面に対して傾斜している。反射器の下において、楕円
の焦点にランプを配し、一方、照明する領域を他の焦点
に配置する。撮像システムが、反射器内に形成した開口
を通じて、照明領域を撮像する。
【００１２】オーボテック社が製造販売し、同時係属中
のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ９８／００２８５（未公開）
に記載されているＩｎｓｐｉｒｅTM自動光学システムに
採用されている照明装置は、検査対象物品の表面に向け
て広い連続照明角にわたって光を放出する第１光源を備
えた高強度照明装置であり、連続照明角の一部を遮断
し、２つの別個の照明部分を形成する遮断素子を有す
る。第２光源を用いて、遮断素子によって遮断した領域
に照明を供給する。集光光学部品を備え、物品上で照明
を集光する。法線に対して第１の角度で照明を供給し、
法線に対して第２の角度で物品の照明領域を撮像する撮
像センサを備えている。検査対象表面に垂直な撮像軸に
沿って検査表面を撮像するシステムは、通常、少なくと
も３つの別個の照明源を用いている。強い立体角照明を
供給するため３つ未満の照明源を用いるシステムでは、
表面に対して垂直でない角度に配向した軸に沿って表面
を撮像する。
【００１３】加えて、照明対象表面に対して垂直な軸に
沿って検査対象表面を照明し撮像する従来のシステム
は、ビーム分割装置によって画像を捕獲するが、望まし
くない収差を画像に導入する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】概して言えば、本発明
は、２つの光源が互いに立体照明角を与え、その空間的
な均一性が調節可能な、パターン化物品の自動光学検査
用高強度照明を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施形態
の一形態は、２つの独立した調節可能な照明源を用い、
ある立体角で物品の表面上の領域に照明を供給する。少
なくとも１つの照明源の軸は、表面に対して実質的に垂
直である。好ましくは、撮像軸が表面に対して実質的に
垂直なセンサによって、照明領域を撮像する。
【００１６】本発明の好適な実施形態の別の形態によれ
ば、検査対象領域の上に位置する箇所に開口を形成した
反射表面を含む第１照明装置によって、検査対象物品の
ある領域を照明する。開口を通じて補足照明を前述の領
域に与え、開口を通じて反射してきた光を検知すること
によって、センサが検査対象領域を撮像する。
【００１７】本発明の好適な実施形態の更に別の形態に
よれば、立体照明角で物品の表面を照明して１ラインを
照明し、照明した領域を撮像するセンサを備え、センサ
までの途中にビーム・スプリッタまたは部分反射ミラー
を配することによって、その領域からの反射光の透過を
回避するようにした、撮像システムを提供する。
【００１８】好ましくは、表面に対して垂直な撮像軸に
沿って、部分的に反射する平面ミラーを配する。部分的
に反射する平面ミラーを照明が透過し、表面に垂直な軸
に沿って照明を供給する。表面から反射した光は、部分
的に反射するミラーで反射し表面を撮像するためセンサ
に入射する。
【００１９】本発明の好適な実施形態の更に別の形態に
よれば、自動光学検査の間、物品の表面に沿った直線領
域を照明する照明装置を提供する。この照明装置は、多
数の照明源から広い角度の照明を供給するように構成し
てある。少なくとも１つの照明源が、表面に対して実質
的に垂直な軸に沿って照明を供給する。その光源からの
照明は、直線領域に対して実質的にコリニア（ｃｏｌｉ
ｎｅａｒ）である収差の軸に沿って照明に収差を導入す
る光学素子を通過させることによって、照明した直線状
領域に沿って照明を不鮮明にする。
【００２０】本発明の好適な実施形態の別の形態は、広
い照明角度で、基板の表面に沿った直線状領域を照明す
る照明装置を提供する。照明は、複数の光源によって供
給し、第１の照明源は、物品の表面に対して実質的に垂
直な軸に沿って照明を供給する。第１光源が供給する照
明に収差を導入するように構成した光学アセンブリに、
第１の照明源が供給する照明を通過させる。この収差
は、照明する直線状領域に対して実質的にコリニアであ
る軸に沿って配向される。好ましくは、撮像センサを設
け、少なくとも部分的に物品の表面に対して垂直な軸に
沿って直線状照明領域を撮像する。
【００２１】本発明の更に別の形態によれば、自動光学
検査の間に、物体の表面の領域を撮像するための実質的
にテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）な撮像
システムを提供する。このシステムは、相互に重複する
領域の複数の画像を捕獲するように同時に動作する複数
のレンズおよびセンサを備えている。好ましくは、いず
れの画素を撮像する場合でも、その最大角度は、表面に
対する法線から約５°未満、好ましくは３．７°未満と
して、撮像する。センサの少なくとも１つの撮像経路
は、好ましくは、他のセンサの撮像経路内のウェスト
（ｗａｉｓｔ）に隣接する領域に位置する折曲ミラーに
よって折り曲げられる。
【００２２】本発明の別の形態によれば、自動的にパタ
ーン化物品を検査する検査システムが提供される。第１
スペクトル範囲における照明を物品の一表面上に供給
し、第１範囲から区別可能な第２スペクトル領域におけ
る照明を物品の反対側の面上に供給する。センサを用い
て、第１スペクトル範囲内における反射光の強度を検知
すると共に、第２スペクトル範囲における透過光の強度
を検知する。第１スペクトル範囲内における反射光強度
に基づいて、物品の表面上にあるパターンを検査する。
第２スペクトル範囲内における透過光に基づいて、物品
内にある望ましい開口および望ましくない開口の存在お
よびパターンを検査する。
【００２３】したがって、本発明の好適な実施形態によ
れば、物品の表面上のある位置に対して、ある角度の弧
をなす少なくとも１つの反射器と、第１および第２光源
とを備え、第１および第２光源が、各々光出力を供給
し、前述の角度内にある物品の表面上の位置に入射する
ように第１および第２光源双方からの光出力を導き、光
出力の少なくとも一方が反射器で反射する照明システム
を提供する。
【００２４】更に、本発明の好適な実施形態によれば、
反射器には、光透過性領域を形成し、第１および第２光
源のうちの第１のものからの光出力がそれを通過するこ
とを可能とする。好ましくは、光透過性領域は、反射器
内に形成した開口である。好ましくは、照明システム
は、更に、第１および第２光源のうちの第１のものと開
口との間に配置され、第１および第２光源のうちの第１
のものの光出力を導き開口を通過させる光学素子を含
む。加えて、光学素子は、少なくとも１つの反射面を含
む。
【００２５】あるいは、照明システムは、光学素子と物
品の表面上の位置との間を通る光路に沿って配され、物
品の表面上の当該位置から反射した光を光センサに導く
光学アセンブリを含むことも可能である。好ましくは、
光学アセンブリは、開口を通過して物品の表面上の前記
位置に導かれる、第１および第２光源のうちの第１のも
のの光出力に対して全体的に透過性を有し、物品の表面
上の前記位置から反射した光に対して全体的に反射性を
有する。
【００２６】更に、照明システムは、第１および第２光
源のうちの第２のものと反射器との間に配され、第１お
よび第２光源のうちの第２のものの光出力を反射器上に
導く反射面を備えることも可能である。
【００２７】加えて、本発明の好適な実施形態によれ
ば、少なくとも１つの反射器は、楕円形反射器であり、
第１および第２光源のうちの第２のもの、および物品の
表面上の前記位置が、各々、楕円形反射器の焦点または
その付近に位置する。好ましくは、少なくとも１つの反
射器は、２つの離間した反射器を含み、これらが一体と
なって楕円の一部を形成する。離間した反射器は、好ま
しくは、開口によって分離される。あるいは、第１およ
び第２光源は、独立して制御可能な光源とすることも可
能である。
【００２８】また、本発明の好適な実施形態によれば、
第１の長手方向軸に沿って延び、内部に長手方向軸に沿
って延びる軸方向開口を有する円筒形反射器と、第１の
長手方向軸に対してほぼ平行な第２の長手方向軸に沿っ
て延び、円筒形反射器を照明するように構成した第１の
細長光源（細長い光源）であって、第１および第２の長
手方向軸に対してほぼ平行な第３の長手方向軸に全体的
に沿った面上に、第１の細長光源からの光を導くように
した第１の細長光源と、第１、第２および第３長手方向
軸に対してほぼ平行な第４長手方向軸に沿って延びる第
２の細長光源であって、第３の長手方向軸に全体的に沿
った面上に、軸方向開口を通じて該第２の細長光源から
の光を導くように、円筒形反射器の軸方向開口に対して
配置した第２の細長光源と、第２の細長光源と前記面と
の間にある光路に沿って配され、第２の細長光源から前
記面に光を通過させ、前記面から光センサに光を反射す
るように動作する光学素子とを含む照明システムを提供
する。
【００２９】更に、本発明の好適な実施形態によれば、
第１の細長光源は、細長発光素子と、第１、第２、第３
および第４の長手方向軸に対してほぼ平行な第５の長手
方向軸に沿って延びかつ細長発光素子からの光を円筒形
反射器上に反射するように動作する細長反射器とを備え
る。
【００３０】本発明の好適な実施形態による更に別の好
適な実施形態によれば、少なくとも２本の光源の長手方
向の光源軸に沿って延びる少なくとも２つの細長光源で
あって、各々、少なくとも２本の光源の長手方向軸に対
してほぼ平行な長手方向照明軸に全体的に沿った面を照
明するように配置した少なくとも２つの細長光源と、少
なくとも２つの細長光源の少なくとも１つの間にある光
路に沿って配置してあり、収差を有する光学素子であっ
て、少なくとも２つの細長光源の少なくとも１つからの
光を、長手方向照明軸に沿って不鮮明にするように動作
する光学素子とを含む照明システムを提供する。
【００３１】また、本発明の別の好適な実施形態によれ
ば、物体を照明するように構成した光源と、物体によっ
て反射した光源からの光を複数の受光部上において撮像
する複数のレンズであって、該複数のレンズの物理的サ
イズと複数の受光部の間隔が、当該複数のレンズが単一
面内に全て入ることができないようになされている複数
のレンズと、複数のレンズと複数の受光部との間にある
光路に沿って配置され、複数のレンズのそれぞれと複数
の受光部の対応するそれぞれとの間の異なる物理的分離
にも拘らず、複数のレンズのそれぞれと複数の受光部の
対応するそれぞれとの間の光路が実質的に同一となるよ
うに構成した折曲光学部品とを含む照明システムを提供
する。
【００３２】更に、本発明の好適な実施形態によれば、
複数のレンズは、実質的に同一の焦点距離を有する。加
えて、あるいは、代わりに、複数のレンズは、物体上に
おいて少なくとも部分的に重複する領域を撮像する。
【００３３】更に、本発明の好適な実施形態によれば、
反射構造を有する基板を照明するように構成した第１お
よび第２光源であって、相互に区別可能な波長スペクト
ルを有する光出力を供給する第１および第２光源と、基
板から反射した第１光源からの光を受光すると共に、基
板を透過した第２光源からの光を受光する少なくとも１
つの受光部とを含む検査デバイスを提供する。
【００３４】更に、本発明の好適な実施形態によれば、
物品の表面上における領域を照明する照明装置を含む撮
像装置を提供する。複数のセンサを複数の擬似テレセン
トリック・レンズと関連付けられ、これらのセンサおよ
びレンズが、照明される領域の相互に重複する部分を同
時に撮像するように構成する。好ましくは、前述の部分
の各部を撮像する主光線は、法線から±１０°未満だけ
ずれ、更に好ましくは、法線から３．５°以下だけずれ
ている。本発明は、図面と関連付けた以下の詳細な説明
から、一層良く理解され認められよう。
【００３５】
【発明の実施の形態】これより、本発明の好適な実施形
態にしたがって構成し動作する照明および撮像システム
１０の簡略構成図である図１、および図１のシステムの
簡略側面図である図２を参照する。照明および撮像シス
テム１０は、通常、自動光学検査システムの一部を形成
する。この自動光学検査システムは、好ましくは同時係
属中のイスラエル特許出願第１３１０９２号に記載され
ているように、ハードウエアで実行する第１画像処理サ
ブシステム、および本願と同時に出願した同時係属中の
イスラエル特許出願に記載されているように、ソフトウ
エアで実行する第２画像処理サブシステムを備える。
【００３６】図１の照明および撮像システムは、電気回
路のような物品の平面上にあるパターンの検査に用いる
ことができる。このような電気回路は、例えば、プリン
ト回路ボード、ボール・グリッド・アレイ基板、マルチ
・チップ・モジュールおよび半導体を含む。図１のシス
テムを用いて検査可能な物品のその他の例としては、レ
ティクル、リード・フレーム、および例えば、医療用イ
ンプラント上において見ることができるような、細密彫
刻およびエッチングを施した金属基板が含まれる。ここ
でのパターン化物品に対する引用は、適切なパターン化
物品であればそのいずれをも含むものとする。
【００３７】照明および撮像システム１０は、検査対象
のパターン化物品の表面１２の一部を照明するように動
作することが好ましい。第１反射器１４は、実質的に楕
円形の断面を有する円筒部分で形成することが好まし
く、表面１２上の位置１３に対して好ましくは約±２４
°の円弧を形成するように、表面１２に対して配向して
ある。位置１３は、第１反射器１４の第１焦点またはそ
の付近にある。反射器１４は、中央に配した光透過領
域、好ましくは、開口１６を含み、これは位置１３の上
にある。
【００３８】第１照明装置１８が、第１反射器１４の第
２焦点またはその付近に位置し、第１反射器１４上に照
明を導き、そこからの照明を位置１３で表面１２上に導
き、表面１２の直線状の照明部分２０を形成するように
構成し、配置してある。第１照明装置１８は、ドイツ国
のショット社（Ｓｃｈｏｔｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ）から入手可能なマイクロ光ファイバ８０本の束を含
むことが好ましい。これらを扇状に開き、好ましくは１
ｍｍ×１００ｍｍの寸法を有する光ファイバ発光体を形
成する。第１照明装置１８には、ハロゲン投影ランプを
備えることが好ましい。
【００３９】好ましくは、図１に示すように、第１照明
装置１８が放出する照明を折り曲げるように動作する平
面折曲ミラー２２を、反射器１４と第１照明装置１８と
の間に配する。
【００４０】第２反射器２４は、好ましくは、断面が実
質的に楕円形の円筒の一部で形成し、開口１６の上に位
置するように配置構成し、反射器２４の第１焦点が直線
状照明部分２０またはその付近に位置するようにする。
【００４１】第２照明装置２６は、第１照明装置１８の
強度とは独立してその強度を調節可能であることが好ま
しく、反射器２４の第２焦点に設け、第２反射器２４に
照明を導き、第２反射器２４からの照明を開口１６を通
じて直線状照明領域２０上に導くように配置してある。
第２反射器２４および第２照明装置２６は、好ましく
は、第２照明装置２６からの照明が開口１６よりも多少
広くなるように構成し配置する。その結果、照明の立体
角は、その一部が照明装置１８から得られ、更にその一
部が照明装置２６から得られることによって、全角度範
囲を満たすことになる。
【００４２】開口１６を通じて直線状照明領域２０を撮
像するように、少なくとも１つ、そして好ましくは３つ
の撮像センサ３０を配置する。図４から図６を参照しな
がら以下で更に詳しく説明するが、擬似テレセントリッ
ク撮像光学部品（ｑｕａｓｉ−ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ
ｉｍａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）３２を設けることが
好ましい。センサ３０は、ＣＣＤまたはＴＤＩセンサと
すればよく、イーストマン・コダック社（Ｅａｓｔｍａ
ｎ Ｋｏｄａｋ）から入手可能なＫＬＩ２１０３赤、緑
および青センサ・ユニットとすることが好ましい。これ
らのセンサは、多色画像を獲得し、直線状照明領域２０
内に赤、緑および青スペクトルに対する反射強度を出力
するように動作することが好ましい。好ましくは、走査
方向３４に反射器１４の下で搬送するステージ（図示せ
ず）上にパターン化表面１２を位置付け、センサ３０が
直線状照明領域２０を撮像する。
【００４３】光学素子４０は、好ましくは光学的に平面
状で、光透過性が高い平面平行板であり、好ましくは第
２反射器２４と長さがほぼ等しく、開口１６と第２反射
器２４との間に配し、光路を形成する。光路の一部は、
表面１２に垂直な軸４２に沿って延び、これに沿ってセ
ンサ３０が直線状照明領域２０を撮像する。好ましく
は、光学素子４０は、表面１２の面に対して４５°の角
度に配し、部分的に銀めっきした表面４４をその下面上
に備えている。光学素子４０は、第２照明装置２６から
受信した光を、反射器２４を経由して、直線状照明領域
２０上に伝達し、直線状照明領域２０から反射した光
を、センサ３０に導く。
【００４４】これまでの論述から、本発明は、２つの別
個に調節可能な照明源のみを用いて、ワークピースの直
線状領域に立体角の強い照明を供給することは、容易に
認められよう。第１照明装置１８および第２照明装置２
６は、各々、軸４２に沿って配向した照明を供給する。
照明装置２６によって得られる立体照明角は、照明装置
１８によって得られる照明のそれよりも狭い。
【００４５】本発明特有の特徴は、光学素子４０が２つ
の異なる機能を果たすことである。第１に、これは直線
状照明領域２０から受光した光を、ほぼ収差なく、セン
サ３０上に反射する。第２に、反射器２４からこれを透
過して直線状照明領域２０に伝達される光に収差を導入
する。この収差は、直線状照明領域２０の長手方向に対
して垂直であり、反射器２４からの照明に所望のスミア
リング（ｓｍｅａｒｉｎｇ）を生成する。所望のスミア
リングの範囲は、適切な配向、ならびに反射器２４およ
び表面１２に対する光学素子４０の厚さによって制御す
る。
【００４６】次に図３を参照する。これは、本発明の好
適な実施形態にしたがって、多数のレンズを用いて相互
に重複する領域を同時に撮像する擬似セントリック撮像
システムの簡略構成図である。
【００４７】プリント回路ボード、ボール・グリッド・
アレイ基板、リード・フレーム、レティクル、ならびに
その他のエッチングおよび彫刻面ボードにおいて一般に
存在するような、非平面形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）
を有する表面の自動光学検査システムでは、高度のテレ
セントリック性（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）を有
する撮像システムを採用することが一般的には望まし
い。テレセントリック撮像システムとは、無限遠に入射
ひとみを有する光学システムのことである。テレセント
リック撮像システムでは、撮像対象表面上の各点から発
する主要光線は、光学システムの光軸に対して実質的に
平行である。したがって、表面上の点全てが、同じ配景
で視認可能である。高度のテレセントリック性を得るた
めには、光学システムにおけるレンズの前要素（ｆｒｏ
ｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）が、通常、少なくともその視野
と同じ位の大きさとされる。
【００４８】従来の撮像システムでは、高度のテレセン
トリック性を得るには、通常、非常に大きく高価なレン
ズを採用して領域全体を撮像するか、あるいは複数の小
型で安価なレンズを採用し、個々の小さなレンズが各々
比較的小さな領域を撮像し、複数のレンズが協働して領
域全体を撮像する。
【００４９】先に説明した、テレセントリック・レンズ
の物理的なサイズに対する要件のために、従来の多数の
テレセントリック・レンズ構成では、個々のレンズを互
いに離間し、互いに重複しない領域を撮像している。し
たがって、従来のテレセントリック撮像システムでは、
表面全体を撮像するためには、多数回の通過で表面を走
査するか、あるいは多数の行のテレセントリック・レン
ズを互い違いに配する必要があった。図３に見られるよ
うに、擬似テレセントリック撮像システム３１０は、本
発明の好適な実施形態にしたがって構成し配列した多数
のレンズを用い、互いに重複する領域を同時に撮像しよ
うとするものである。
【００５０】擬似テレセントリック撮像システム３１０
は、少なくとも２つの、そして好ましくは３つ以上のＲ
ＧＢセンサ・ユニット３３２、３３４および３３６を含
み、これらが一体となってセンサ３０（図１）を構成す
る。図示の好適な配列では、３つのセンサ３３２、３３
４および３３６の各々は、表面１２（図１）に沿って、
互いに重複する視認領域３５２、３５４および３５６の
対応する１つを、それと関連する各レンズ３６２、３６
４および３６６を介して、同時に視認するように動作す
る。好ましくは、レンズ３６２、３６４および３６６
は、Ｍｉｃｒｏｓｉｍａｒ １２０ｍｍ、Ｆ５．６レン
ズである。
【００５１】センサ３３２、３３４および３３６、なら
びにレンズ３６２、３６４および３６６は、重複する視
認領域３５２、３５４および３５６が直線状照明領域２
０（図１）と交差するように、配列することが好まし
い。直線状照明領域２０に沿って位置する視認領域３５
２、３５４および３５６の部分のみを、センサ３３２、
３３４および３３６が撮像することは容易に認められよ
う。
【００５２】図３の構造を説明するために、図４も追加
して参照する。図４は、擬似テレセントリック撮像シス
テム３１０の簡略光学図である。図では、光線４００が
ある角度に広がるように示すが、この角度は、図示の簡
略化および明確化のために、誇張してある。本発明のよ
うな擬似テレセントリック撮像システムでは、それぞれ
の視認領域３５２、３５４および３５６の部分からの、
センサ３３２、３３４および３３６に到達する主光線の
表面１２（図１）に対して垂直な光軸４２（図１）から
の最大偏向角は、±５°未満、更に好ましくは±３．７
°以下である。
【００５３】テレセントリック・レンズ３６２、３６４
および３６６の各々は、それぞれの参照番号４６２、４
６４および４６６で示す、それぞれの取り付け具によっ
て保持し、表面１２ならびにセンサ４３２、４３４およ
び４３６から等しい光学的距離に位置することが好まし
い。通常、レンズ３６２、３６４および３６６は、それ
らの各取り付け具と併せると、それぞれの視認領域３５
２、３５４および３５６よりも大きくなる。
【００５４】相互に重複する視認領域３５２、３５４お
よび３５６の同時視認を行い、レンズ３６２、３６４お
よび３６６を収容するために、第１平面折曲レンズ４７
０を、テレセントリック・レンズ３６４と視認領域３５
４との間に介装することが好ましい。平面折曲レンズ４
７０は、視認領域３５４の完全なビューが得られるよう
に十分大きいことが好ましく、それぞれのレンズ３６２
および３６６に入射する光線４７２および４７６の中間
に位置し、相互に重複する視認領域３５２および３５６
のそれらのビューに干渉しないように配置する。
【００５５】図５を参照する。これは、平面パターン化
物品５１２上の直線状照明領域を照明し撮像する照明お
よび撮像システム５１０の簡略側面図である。図５の実
施形態は、図１から図４の実施形態に対する代案であ
り、好適な実施形態であると考えられる。照明および撮
像システム５１０は、図１および図２を参照しながら先
に説明したのと同じ照明システムと組み合わせた擬似テ
レセントリック撮像を採用することが好ましい。
【００５６】照明および撮像システム５１０は、好まし
くは、第１反射器５１４を含む。第１反射器５１４は、
実質的に楕円形の断面を有する円筒の一部で形成するこ
とが好ましく、表面５１２上の位置５１３に対して好ま
しくは角度約±２４°の円弧を形成するように、物品の
表面５１２に対して配向する。位置５１３は、反射器５
１４の第１焦点またはその付近に位置するように構成す
る。第１反射器５１４は、中央に配した光透過領域、好
ましくは、開口５１６を含み、これは位置５１３の上に
ある。
【００５７】第１照明装置５１８が、第１反射器５１４
の第２焦点またはその付近に位置し、第１反射器５１４
上に照明を導き、そこからの照明を位置５１３で表面５
１２上に導き、表面５１２の直線状照明部分５２０を形
成するように構成し配置してある。第１照明装置５１８
は、図１を参照しながら先に説明したように、照明装置
１８と同様に構成し配置することが好ましい。好ましく
は、第１照明装置５１８が放出する照明を折り曲げるよ
うに動作する、平面折曲ミラー５２２を、反射器５１４
および第１照明装置５１８の間に配する。
【００５８】第２反射器５２４は、実質的に楕円形の断
面を有する円筒の一部で形成することが好ましく、開口
５１６の上に位置するように配置構成し、反射器５２４
の第１焦点が直線状照明部分５２０またはその付近に位
置するようにする。
【００５９】第２照明装置５２６は、第１照明装置５１
８の強度とは独立してその強度を調節可能であることが
好ましく、反射器５２４の第２焦点に設け、第２反射器
５２４に照明を導き、第２反射器５２４からの照明を開
口５１６を通じて直線状照明領域５２０上に導くように
配置してある。第２反射器５２４および第２照明装置５
２６は、好ましくは、第２照明装置５２６からの照明が
開口５１６よりも多少広くなるように構成し配列する。
【００６０】好ましくは、開口５１６を通じて直線状照
明領域５２０を撮像するように、３つの撮像センサ５３
０（その内２つのみを示す）を配置する。センサ５３０
は、ＣＣＤまたはＴＤＩセンサとすればよく、イースト
マン・コダックから入手可能なＫＬＩ２１０３赤、緑お
よび青センサ・ユニットとすることが好ましい。これら
のセンサは、多色画像を獲得し、直線状照明領域２０内
に赤、緑および青スペクトルに対する反射強度を出力す
るように動作することが好ましい。
【００６１】光学素子５４０は、好ましくは光学的に平
面状の光透過性が高い平面平行板であり、開口５１６と
第２反射器５２４との間に配し、光路を形成する。この
光路の一部は、表面５１２に垂直な軸５４２に沿って延
び、これに沿ってセンサ５３０が直線状照明領域５２０
を撮像する。好ましくは、光学素子５４０は、表面５１
２の面に対して４５°の角度に配し、部分的に銀めっき
した表面５４４をその下面上に備えている。光学素子５
４０は、第２照明装置５２６から受信した光を、反射器
５２４を経由して、直線状照明領域５２０上に伝達し、
直線状照明領域５２０から反射した光をセンサ５３０に
導く。
【００６２】各センサ５３０は、好ましくは、擬似テレ
セントリック撮像レンズ５５８と関連付ける。各センサ
５３０は、直線状照明領域５２０の相互に重複する部分
を同時に撮像するように動作する。
【００６３】破線で示す第１光路５８２に沿って第１平
面折曲ミラー５８０を配置する。第１光路５８２は、直
線状照明領域５２０から第１レンズ５５８を通って第１
センサ５３０に達する。実線で示す第２光路５８６に内
に第２平面折曲ミラー５８４を配置する。第２光路５８
６は、直線状照明領域５２０および第２センサ５３０間
を、第２レンズ５５８を通過して延びている。第３平面
折曲ミラー（図５では見えない）を、光路５８６により
隠されている第３光路（図５では見えない）内に配置す
る。第３光路は、直線状照明領域５２０および第３セン
サ５３０間を、第３レンズ５５８を通過して延びてい
る。線形照明領域５２０および第３センサ５３０は双方
とも図５では見えない。
【００６４】尚、第２平面折曲ミラー５８０は、直線状
照明領域５２０の第２部分の完全なビューが得られるよ
うに十分に大きいことが好ましく、第１および第３レン
ズ５５８それぞれに入射する光路の中間に位置し、直線
状照明領域５２０の相互に重複する部分のそれらのビュ
ーに干渉しないように配置する。
【００６５】加えて、第１、第２および第３ミラーの位
置が異なるにも拘らず、第１、第２および第３レンズ５
５８を通過するそれぞれの光路は、各々、それぞれのセ
ンサ５３０から等しい光学的距離に位置し、各レンズ５
５８は、直線状照明領域５２０から等しい光学的距離に
位置する。
【００６６】次に、図６を参照する。この図は、本発明
の好適な実施形態にしたがい、相互に区別可能なスペク
トル領域において照明を用い、開口を有するパターン化
物体を撮像する撮像システム６１０の簡略描画図であ
る。ここでは、撮像システム６１０に特に適しているリ
ード・フレームの検査を参照しながら撮像システム６１
０について説明する。撮像システム６１０は、リード・
フレームの検査における使用に限定される訳ではなく、
開口、ボイド（空隙）およびスルーホールを特徴とする
適当なパターン化表面であれば、あらゆるものを光学的
に検査するため総合的に用いられる。
【００６７】リード・フレームは、通常、複数のリード
６１２を有し、これらのリードは、ある幅および高さ寸
法を有し、通常、適当なプレス加工、彫刻またはエッチ
ング・プロセスによって形成され、通常金属コーティン
グで被覆されている。通常のリード・フレームは、銅で
形成され、その上の様々な箇所に銀および金を用いてコ
ーティングが施されている。リード６１２全体が光学的
に検査され、リードの各々が分離６１４だけ互いに分離
しており、ブリッジ６１６によって接続されている隣接
リード対がないことが判定される。
【００６８】リード６１２の深さ寸法のため、ならびに
一般にリード・フレームを製造するために用いるプレ
ス、彫刻およびエッチング・プロセスの結果である隣接
リード間の非垂直エッジの存在のために、リード６１２
間の領域６１８における反射光の強度は、通常、リード
の水平領域から反射する光の強度よりも遥かに少ない。
したがって、ブリッジ６１６から反射する光の強度は、
隣接するリード間に分離６１４を有する領域の特性と同
様に、非常にゼロに近いと考えられる。
【００６９】本発明の好適な実施形態では、照明装置を
設け、１つ以上のスペクトル領域においてリード６１２
の第１側６４０を照明することが好ましい。これによっ
て、リード・フレーム上に共存する物質の組み合わせを
容易に検出することができる。例えば、第１照明装置６
４２は、実質的に赤および緑の照明を供給するように構
成することが好ましい。一般に、これらを共に用いる
と、銅、金および銀の領域を容易に識別することができ
る。
【００７０】好ましくは第１照明装置６４２のスペクト
ル範囲とは区別可能なスペクトル範囲において発光する
第２照明装置を設け、リード６１２の第２側６４４を照
明する。例えば、第２照明装置６４６は、実質的に青の
照明、または不可視スペクトルにおける照明を第２側６
４４に供給するように構成する。
【００７１】好ましくは、第１側６４０の部分を視認す
るためにセンサ６５０を設け、第１照明装置６４２およ
び第２照明装置６４６が発したスペクトル範囲の各々に
おける光強度を別個に検知するように動作させる。この
ように、センサ６５０は、第１照明装置６４２により供
給され第１側６４０によって反射された光の強度を検知
し、第２照明装置６４６により供給され、リード６１２
内およびその間に位置する開口を通過する光、例えば分
離６１４を透過する光、を別個に検知するように動作す
る。
【００７２】第１照明装置６４２が供給する光の反射の
スペクトルは、第２照明装置６４６が供給する光のスペ
クトルから区別可能であるので、リード６１２内および
その間におけるボイドおよび開口の存在を示す出力を供
給すると同時に、リードを検査して、反射光を分析する
ことによって検出可能な欠陥、例えばリード６１２上の
コーティングにおける欠陥の発見が可能となる。
【００７３】明確化のために別個の実施形態の文脈で記
載した本発明の種々の特徴は、単一の実施形態において
組み合わせても得られることは認められよう。逆に、簡
略化のために単一の実施形態の文脈で記載した本発明の
種々の特徴は、別個に、または適当なあらゆる組み合わ
せでも得ることができる。本発明の範囲は、これまでに
記載したものに限定される訳ではなく、逆に、前述の説
明を読むことによって当業者に想起され、従来技術には
なかった、本発明の変更や変形も含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態にしたがって構成し動
作する、照明および撮像システムの簡略構成図である。
【図２】図１に示す照明および撮像システムの簡略側面
図である。
【図３】多数のレンズを用いて相互に重複する領域を同
時に撮像する、本発明の好適な実施形態による擬似テレ
セントリック撮像システムの簡略構成図である。
【図４】図３に示す擬似テレセントリック撮像システム
の簡略光線図である。
【図５】図３および図１に示す形式の擬似テレセントリ
ック撮像システムの好適な実施形態の簡略側面図であ
る。
【図６】区別可能なスペクトル領域において照明を用
い、ボイドを有するパターン化物品を撮像する、本発明
の好適な実施形態による撮像システムの簡略描画図であ
る。
【符号の説明】
１０ 照明および撮像システム １２ 表面 １４ 第１反射器 １６ 開口 １８ 第１照明装置 ２０ 直線状照明領域 ２２ 平面折曲ミラー ２４ 第２反射器 ２６ 第２照明装置 ３０ 撮像センサ ３２ 擬似テレセントリック撮像光学部品 ３４ 走査方向 ４０ 光学素子 ４２ 軸 ４４ 部分的に銀めっきした表面 ３１０ 擬似テレセントリック撮像システム ３３２、３３４、３３６ ＲＧＢセンサ・ユニット ３５２、３５４、３５６ 視認領域 ３６２、３６４、３６６ テレセントリック・レンズ ４６２、４６４、４６６ 取り付け具 ４７０ 第１平面折曲レンズ ５１０ 照明および撮像システム ５１２ 平面パターン化物品 ５１４ 第１反射器 ５１６ 開口 ５１８ 第１照明装置 ５２０ 直線状照明領域 ５２２ 平面折曲ミラー ５２４ 第２反射器 ５２６ 第２照明装置 ５３０ 撮像センサ ５４０ 光学素子 ５４２ 軸 ５４４ 部分的に銀めっきした表面 ５５８ 擬似テレセントリック撮像レンズ ５８０ 第１平面折曲ミラー ５８２ 第１光路 ５８４ 第２平面折曲ミラー ５８６ 第２光路 ６１０ 撮像システム ６１２ リード ６１４ 分離 ６１６ ブリッジ ６４０ 第１側 ６４２ 第１照明装置 ６４４ 第２側 ６４６ 第２照明装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−167456（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−34346（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−156460（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82386（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−218952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−103548（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−297021（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−105852（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01B 11/00 - 11/30

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物品の表面上のある位置に対して、ある
    角度の弧をなす反射器と、 第１および第２光源と、を備え、 前記第１および第２光源がそれぞれ光出力を提供し、 該第１および第２光源双方からの光出力が、前記角度内
    にある物品の前記表面上の前記位置に入射するように導
    かれ、 前記第１光源からの光出力が通過できるように前記反射
    器に光透過性領域を形成し、 前記反射器は、前記第２光源からの光出力を反射する照
    明システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の照明システムにおいて、
    前記光透過性領域が、前記反射器に形成した開口である
    照明システム。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の照明システムであって、
    前記第１および第２光源のうちの前記第１のものと前記
    開口との間に配置され前記第１および第２光源のうちの
    前記第１のものの光出力を前記開口を通過させるよう導
    く光学素子を更に備える照明システム。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の照明システムにおいて、
    前記光学素子が少なくとも１つの反射面を含む照明シス
    テム。
  5. 【請求項５】 請求項３記載の照明システムであって、
    前記光学素子と物品の表面上の前記位置との間を通る光
    路に沿って配され物品の表面上の前記位置から反射した
    光を光センサに導く光学アセンブリを更に備える照明シ
    ステム。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の照明システムにおいて、
    前記光学アセンブリは、前記開口を通過して物品の表面
    上の前記位置に導かれる、前記第１および第２光源のう
    ちの前記第１のものの前記光出力に対して全体的に透過
    性であり、物品の表面上の前記位置から反射した光に対
    しては全体的に反射性である照明システム。
  7. 【請求項７】 請求項３記載の照明システムであって、
    前記第１および第２光源のうちの第２のものと前記反射
    器との間に配され前記第１および第２光源のうちの前記
    第２のものの光出力を前記反射器上に導く反射面を更に
    備える照明システム。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の照明システムにおいて、
    前記反射器が、楕円形反射器であり、前記第１および第
    ２光源のうちの第２のもの、および物品の表面上の前記
    位置が、各々、前記楕円形反射器の焦点に位置する照明
    システム。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の照明システムにおいて、
    前記反射器が、２つの離間した反射器から成り、これら
    が一体となって楕円の一部を形成する照明システム。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項記載の
    照明システムにおいて、前記第１および第２光源が独立
    して制御可能な光源である照明システム。
  11. 【請求項１１】 第１の長手方向軸に沿って延び、かつ
    該長手方向軸に沿って延びる軸方向開口を有する円筒形
    反射器と、 前記第１の長手方向軸に対してほぼ平行な第２の長手方
    向軸に沿って延び、前記円筒形反射器を照明するように
    構成した第１の細長光源であって、前記第１および第２
    の長手方向軸に対してほぼ平行な第３の長手方向軸に全
    体的に沿った面上に、前記第１の細長光源からの光を導
    くようにした第１の細長光源と、 前記第１、第２および第３の長手方向軸に対してほぼ平
    行な第４の長手方向軸に沿って延びる第２の細長光源で
    あって、前記第３の長手方向軸に全体的に沿った前記面
    上に、前記軸方向開口を通じて前記第２の細長光源から
    の光を導くように、前記円筒形反射器の前記軸方向開口
    に対して配置した第２の細長光源と、 前記第２の細長光源と前記面との間にある光路に沿って
    配され、前記第２の細長光源から前記面に光を通過さ
    せ、前記面から光センサに光を反射するように動作する
    光学素子と、 を備える照明システム。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の照明システムにおい
    て、前記第１の細長光源が、細長発光素子と、前記第
    １、第２、第３および第４の長手方向軸に対してほぼ平
    行な第５の長手方向軸に沿って延び、前記細長発光素子
    からの光を前記円筒形反射器上に反射するように動作す
    る細長反射器とを備える照明システム。
  13. 【請求項１３】 少なくとも２本の光源の長手方向の光
    源軸に沿って延びる少なくとも２つの細長光源であっ
    て、各々、前記少なくとも２本の光源長手方向軸に対し
    てほぼ平行な長手方向照明軸に全体的に沿った面を照明
    するように配置した少なくとも２つの細長光源と、 前記少なくとも２つの細長光源の少なくとも１つの光路
    内に配置され、収差を有する光学素子であって、前記少
    なくとも２つの細長光源の前記少なくとも１つからの光
    を、前記長手方向照明軸に沿って不鮮明にするように動
    作する光学素子と、 を備える照明システム。
  14. 【請求項１４】 物体を照明するように配置した光源
    と、 複数のレンズであって、該複数のレンズの各レンズが、
    少なくとも部分的に重なり合う前記物体の複数の部分の
    うちの一つの部分により、複数の受光部のうちの一つの
    受光部上へ反射される前記光源からの光を撮像するとと
    もに、該複数のレンズが単一の面内にすべて入ることが
    できないように該複数のレンズの物理的サイズおよび前
    記複数の受光部の間隔が設定されている、複数のレンズ
    と、 前記複数のレンズおよび前記複数の受光部のうちの、少
    なくとも一つのレンズおよび各少なくとも一つの受光部
    に関連する光路に沿って配置された折曲光学部品であっ
    て、前記複数のレンズのうちの前記少なくとも一つのレ
    ンズと前記複数の受光部のうちの対応する受光部との間
    の光路のそれぞれの長さが実質的に同一となるように当
    該折曲光学部品、前記複数のレンズおよび前記複数の受
    光部が構成されている、折曲光学部品と、 を備える照明システム。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の照明システムにおい
    て、前記複数のレンズが実質的に同一の焦点距離を有す
    る照明システム。
  16. 【請求項１６】 請求項１４および１５のいずれかに記
    載の照明システムにおいて、前記複数のレンズが前記物
    体上において少なくとも部分的に重複する領域を撮像す
    る照明システム。
  17. 【請求項１７】 物体のある領域を照明するよう配置さ
    れた光源と、 前記物体の前記領域により反射された前記光源からの光
    を複数の受光部上において撮像する複数のレンズであっ
    て、該複数のレンズの物理的サイズと該複数の受光部の
    間隔とが、該複数のレンズが単一面内にすべて入ること
    ができないようになされている、複数のレンズと、 前記複数のレンズの中からの少なくとも一つのレンズお
    よび前記複数の受光部の中からの少なくとも一つの受光
    部に関連した光路に沿って配置された折曲光学部品であ
    って、該折曲光学部品、前記複数のレンズおよび前記複
    数の受光器の配置が、前記複数のレンズおよび前記複数
    の受光器が全体的に共通でない光路に沿って前記物体の
    前記領域により反射された前記光源からの光を撮像する
    ようになされており、前記複数のレンズのうちの前記少
    なくとも一つのレンズと前記複数の受光部のうちの対応
    する受光部との間の共通でない光路の長さが略同一であ
    る、折曲光学部品と、 備える撮像システム。
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