JP3580493B2

JP3580493B2 - 走査ヘッドおよびそれを利用可能な外観検査方法および装置

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Publication number: JP3580493B2
Application number: JP2000244686A
Authority: JP
Inventors: 吉宏秋山; 行雄岩野
Original assignee: Saki Corp
Current assignee: Saki Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: CN1243970C; US20020021496A1; US6560024B2; JP2002055060A; CN1337576A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走査ヘッドおよび外観検査技術に関する。この発明はとくに、被試験体を走査して情報を取得するヘッドと、それを利用可能な被試験体の外観検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２１世紀を目前に控え、ＩＴがバイオ技術と並んで新しい世紀の様相を世界規模で規定することは確実な情勢である。ＩＴ分野では、「ドッグイヤー」ということばで象徴されるほど商品のサイクルが短く、開発期間短縮と開発コスト低減が、かつて経験したことがないほどの重要性をもって、企業存亡の鍵を握っている。
【０００３】
ＩＴブームを支えるハードウエアは、インフラとしてのインターネットと、端末としてのＰＣ、ＰＤＡ、携帯電話などの情報機器に大別することができる。後者、すなわち各種端末が爆発的に普及した背景には、技術革新による商品の小型化と低価格化の寄与するところが大きく、それらを高集積度設計が支えている。
【０００４】
高集積度設計を実現する要素には、各種設計ツールの充実、半導体技術の進歩のほかに、高密度実装技術が挙げられる。高密度実装のポイントは、製造技術および検査技術にある。従来、部品実装後のプリント基板（以下単に「基板」という）の検査に、接触型の試験を行うＩＣＴ（インサーキットテスタ）などが利用されたが、最近の実装密度の高さでは接触型の検査装置による対応が困難になり、非接触型、とくに画像認識技術を用いた外観検査装置の需要が伸びている。
【０００５】
外観検査に画像認識技術を用いるという考え方自体は非常に古くから知られている。しかし、コンパクトな基板でも数百から千を超える部品が実装されていることが多い今日の状況下、検査画像に求められる解像度は非常に高い。例えば２０ミクロン前後の解像度を考える場合、部品の実装に比べて、検査のための時間が非常に大きくなり、これが激烈な商品開発競争にあって、非常に大きな足かせになりつつある。
【０００６】
こうした状況下、本出願人は先に、特開平８−２５４５００号公報において、ラインセンサを搭載した外観検査装置を提案した。この装置は、当時一般的であった側方照明源のほかに落射照明源を設け、試験項目に応じてこれらの切替を行っている。その趣旨は以下のとおりである。
【０００７】
いま、図１を被検査体である基板１とする。図２（ａ）、図２（ｂ）はそれぞれ側方光６ａと落射光６ｂの効果を示す。図２（ａ）のごとく、側方光６ａの反射光８ａは、部品２の水平面については斜め上方へ向かい、ハンダ４が正しく盛られた傾斜部分については一部が垂直上方へ向かう。一方、図２（ｂ）のごとく、落射光６ｂの反射光８ｂは、部品２の水平面においてほぼ全反射し、垂直上方へ向かうが、前記の傾斜部分についてはそうならない。
【０００８】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ側方光６ａ、落射光６ｂにより、基板１の垂直上方に設けられたＣＣＤセンサによって得られた画像を示す。図３（ａ）のごとく側方光６ａによれば、コピーマシンのような画像が得られ、部品のリード部分のブリッジ、すなわちハンダが複数のリードをショートさせる実装不良や部品の極性マークの判定が比較的容易である。一方、図３（ｂ）のごとく落射光６ｂによれば、強いコントラスト画像が得られ、立体物の輪郭部分やハンダの傾斜部分が黒く写る。したがって、部品の位置ずれや欠品の他、ハンダが正しく部品の電極やリードに付いているかどうかの判定が比較的容易になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
外観検査装置に対する需要は増加しているとはいえ、前述の検査速度はこの分野の一般的な課題である。また、画像認識の精度に対する要望は当然厳しくなる一方である。
【００１０】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理速度と検査精度という、本来二律背反的な要望を満たすことの可能な外観検査技術およびそのための要素技術の提供にある。本発明の別の目的は、前述の本出願人による提案技術をさらに改良して提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、走査ヘッドに関する。この走査ヘッドは、三次元形状を有する被検査体を走査するもので、被検査体の検査面に垂直上方から投光する落射照明源と、前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、前記落射照明源と前記被検査体に間挿された、レンズ面および非レンズ面を有するレンチキュラーシートとを含む。このレンチキュラーシートは、前記レンズ面が前記被検査体に対向し、かつそのレンズ溝の方向と前記一次元センサの走査方向が略直交するよう配置されている。「検査面に垂直上方から投光する」とは、検査面にほぼ入射角ゼロで投光するという意味、「検査面から垂直上方へ向かう反射光」とは、ほぼ出射角ゼロで反射する光を指す。すなわち、落射光と反射光は、ほぼ同一の軸に沿う。なお、「落射」ということばは、厳密には入射角ゼロの状態をいうが、本明細書では装置の実態に即し、入射角ゼロを中心として、ある程度の幅をもっていてもよいとする。
【００１２】
落射照明源は、例えば一次元的な形状を有し、前記一次元センサと平行に置かれる。一次元センサはＣＣＤセンサ、その他任意の画像取得センサである。
「一次元センサの走査方向」は、通常そのセンサの長手方向で、そのセンサと検査面の相対運動の方向とは一般に垂直である。以下この相対運動の方向を本明細書では「駆動方向」とよび、走査方向と区別する。「レンズ」は一般にシリンドリカルレンズであるが、本発明において同等の効果をもつものであればそれ以外でも差し支えない。
【００１３】
この態様によれば、前記レンズ面において前記落射照明源からの光が屈折し、前記検査面に対して垂直に進む成分がそれ以外の成分に比べて優位になるような設定が可能である。その結果、落射光による検査をより精度よく行うことができる。
【００１４】
前記レンチキュラーシートは、前記非レンズ面において、前記レンズ溝のそれぞれと正対する位置に線状の遮光材が付されていてもよい。この場合、後述のごとく、前記検査面に対して垂直に進む光の成分以外の成分をカットする作用が生じる。したがって、落射光による検査精度改善に寄与する。
【００１５】
本発明の別の態様も走査ヘッドに関する。この走査ヘッドは前述のものと比べ、非レンズ面の構造が異なる。すなわち、非レンズ面には、前記被検査体に向かう光の拡散を抑制するために入射光に対してスリットとして作用する遮光材が付されている。この場合も前述の効果が得られる。
【００１６】
本発明のさらに別の態様も走査ヘッドに関する。この態様では、レンチキュラーシートは両面がレンズ構造をもつ。主レンズ面が前記被検査体に対向し、かつそのレンズ溝の方向と前記一次元センサの走査方向が略直交する。一方、副レンズ面は前記落射照明源に対向し、その面を形成する各レンズは前記主レンズ面を形成する各レンズに正対するよう構成される。さらに、主レンズ面のレンズ溝に対向する副レンズ面のレンズ境界部に線状の遮光材が付されている。この構成により、実施の形態でも後述するが、一般に前述の効果がさらに高まる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、外観検査装置に関する。この装置は、走査ヘッドと、その走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットとを含む。走査ヘッドは、落射照明源と、検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知して画像データを生成する一次元センサと、前述の、またはそれに類するレンチキュラーシートとを含む。一方、メインユニットは、前記走査ヘッドと前記被試験体の相対運動を制御するヘッド制御ユニットと、前記画像データを所定の合否判断基準に照らし、検査項目ごとに合否を判定する解析ユニットとを含む。この装置によれば、落射光を用いる試験（以下単に「落射試験」ともいう）を効果的に実施することができる。
【００１８】
本発明のさらに別の態様は、走査ヘッドに関する。この走査ヘッドは、検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、前記検査面の垂直上方に、前記一次元センサの走査方向に沿うように配置された落射照明源と、前記検査面の斜め上方に、前記一次元センサの走査方向に沿うように配置された側方照明源とを有する。前記落射照明源は、前記検査面の垂直上方に前記一次元センサの走査方向に沿うように配置され、かつ所定の幅をもち、その幅の中央部を帯状に貫通する第１の領域とそれ以外の第２の領域がそれぞれ独立に点灯制御可能に構成されていてもよい。この構成では、落射試験の際には第１のみ、または第１と第２両方の領域を点灯し、側方照明を用いる試験（以下単に「側方試験」ともいう）の際には、第２の領域を補助光として点灯することができる。
【００１９】
前記第１の領域は、その領域からの照明による前記反射光が最大値付近に収まる、落射試験における理想領域であってもよい。落射光で得るべき画像は、コントラストの高い反射光画像である。いま、一次元センサは検査面の垂直上方に向かう反射光を検出するよう配置されているから、落射光も垂直上方から投じられれば、コントラストの高い画像が得られる。しかし、ここでは落射照明源に幅を持たせているので、その中央付近からの投光ではこうした現象になっても、縁からの投光では、むしろ側方照明に近い現象になることがある。したがって、検知された画像がハイコントラストになるような前記中央部分を「落射試験における理想領域」として第１の領域と定める。このことから逆に、第２の領域を側方試験時に点灯し、側方照明を補強する用途が生じる。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は、外観試験方法に関する。この方法は、第１の試験モードを選択する工程と、第１の試験モードにおいて、前記被検査体の検査面の垂直上方に設けられた落射照明源から落射光を投じて前記検査面をライン単位で走査する工程と、第１の試験モードにおける前記走査の間、前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知し、前記検査面の画像データをライン単位で生成する工程と、第２の試験モードを選択する工程と、第２の試験モードにおいて、前記検査面の斜め上方に設けられた側方照明源からの側方光と前記落射照明源のうちその中央部を除く領域を点灯させることによって得られる補強光とを同時に投じて前記検査面をライン単位で走査する工程と、第２の試験モードにおける前記走査の間、前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知し、前記検査面の画像データをライン単位で生成する工程とを含む。
【００２１】
第１の試験モードは例えば落射試験、第２の試験モードは例えば側方試験である。この態様では、前記補強光により、側方試験の精度を高めることができる。また、落射照明源の一部が補強光の供給元とて兼用されるため、コストメリット、実装メリットが得られる。
【００２２】
なお、前記第１の試験モードと第２の試験モードを前記ライン単位でインタリーブして行い、前記第１の試験モードにおける前記画像データと前記第２の試験モードにおける前記画像データを一度の走査で形成してもよい。この場合、当然ながら試験時間が短縮できる。
【００２３】
以上の構成要素の任意の組合せ、装置として表現されたものを方法やシステムに置き換えたもの、その逆の態様なども本発明として有効である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図４は、実施の形態に係る外観検査装置１０の構成を示す。この装置は、被検査体の検査面をラインセンサで走査して画像を形成し、画像認識によって部品実装状態の合否を判定するものである。ラインセンサによる走査方向と垂直に走査ヘッドを駆動することで順次ラインごとの画像がえられ、走査ヘッドの一次元運動で検査が完了する。外観検査装置の別のタイプとして、検査面を二次元的に移動させて停止し、これを繰り返してつぎつぎにスポット撮影をするものもあるが、その場合、一般に機構系が複雑になり、検査時間も長い場合が多い。その点で、この実施の形態の一次元センサを用いる形態は有利である。
【００２５】
図４のごとく、外観検査装置１０は、メインユニット１２と試験ユニット１４を備える。試験ユニット１４の下部には支持台２２が設けられ、被検査体である基板１が把持されている。試験ユニット１４の上部には、走査ヘッド１６と、それを駆動するステッピングモータ２０と、走査ヘッド１６を支持するリニアガイド等のガイド１８が設けられている。
【００２６】
走査ヘッド１６は照明ユニット３０、レンズ３２およびラインセンサ３４を有する。これらの部材はフレーム３６上に固定されている。照明ユニット３０は、後述の落射照明源、側方照明源、ハーフミラーなどを内蔵する。基板１から垂直上方への反射光はハーフミラーでレンズ３２へ導かれ、レンズ３２を通過した後、一次元ＣＣＤセンサであるラインセンサ３４へ入力される。ラインセンサ３４はライン単位に基板１を走査してその画像データ５４を出力する。
【００２７】
メインユニット１２は、本装置全体を統括的に制御するもので、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた外観検査機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２８】
メインユニット１２のヘッド制御ユニット４０はまず、照明制御信号５０を照明ユニット３０へ出力し、試験の内容に応じて異なる点灯状態を実現する。ヘッド制御ユニット４０はさらに、モータ制御信号５２をモータ２０へ、試験開始信号５６をメモリ制御ユニット４２へそれぞれ出力する。モータ制御信号５２によってモータ２０のステップ制御がなされ、検査の開始に際し、走査ヘッド１６が基板１の端部へ移動する。以下、この位置を「スタート位置」という。以降、１ライン走査されるたびにモータ制御信号５２によって走査ヘッド１６が１ライン分進行する。一方、試験開始信号５６を参照し、メモリ制御ユニット４２はメモリ４４への画像データ５４の書込を制御し、以降、画像データ５４がライン単位で記録されていく。
【００２９】
解析ユニット４６は、走査と並行して、または走査完了後にメモリ４４から画像データ５４を読み出し、判定基準記憶部４８に予め記録された判定基準に照らして、検査項目ごとに合否を判断する。検査項目として、落射試験による部品の位置ずれ、欠品、ハンダのヌレの判定など、および側方試験によるハンダブリッジの有無、実装部品の間違い、極性の反転の判定などがある。例えば、落射試験によるハンダヌレの判定は、図１０でも示すとおり、部品の電極のまわりに一様に暗い部分が生じれば合格、電極から離れたところに暗い丸が生じれば不合格とすることができる。後者の場合、ハンダが電極に載らず、基板１のランドに低い山状で溶けずに残っている可能性が高い。いずれにしても、判定基準記憶部４８には予め検査すべき基板１の部品実装について、合否に関する判断基準または基準画像が記録され、実際にラインセンサ３４で取得された画像にそれらの基準または画像を適用して合否判定が行われる。
【００３０】
図５は試験ユニット１４の斜視図、図６は試験ユニット１４を走査方向１１０から見た模式図である。照明ユニット３０は落射照明源１００と側方照明源１０２を有し、これらがハーフミラー１０８を取り囲んでいる。落射照明源１００とハーフミラー１０８にはレンチキュラーシート１０６が間挿され、落射光はレンチキュラーシート１０６、ハーフミラー１０８を通過して基板１の検査面へ入射角がほぼゼロで投じられる。側方照明源１０２の下にはアクリルシート１０４が設けられる。この実施の形態では落射照明源１００に幅をもたせており、基板１が反ったときでも入射角がゼロになるような落射光成分が存在するよう配慮している。
【００３１】
図６のごとく、落射照明源１００は中央からふたつのサブ基板１００ａ、１００ｂに分かれ、それぞれ走査方向１１０に３列のＬＥＤ（発光ダイオード）群１２０をもつ。これらのサブ基板１００ａ、１００ｂは微妙に内側を向け合う形で接続され、それぞれのＬＥＤ群１２０が効率的に検査中のライン１１２へ落射光を投ずる配置とされている。一方、ふたつの側方照明源１０２はそれぞれ４列のＬＥＤ群１２０をもち、落射照明源１００同様、前記ライン１１２へ効率的に側方光を投ずるよう傾斜がつけられている。前記ライン１１２からの反射光はハーフミラー１０８で反射し、レンズ３２へ向けられる。これを図５で示せば、落射照明源１００内のある点Ｐからの落射光Ｌ１は基板１上の点Ｑ付近で反射し、反射光Ｌ２がハーフミラー１０８で再度反射し、その反射光Ｌ３がレンズ３２へ入射する。なお、落射照明源１００の中央に近い２列のＬＥＤ群１２０と、それ以外の４列のＬＥＤ群１２０は、それぞれ独立に点灯制御可能なよう、図示しない電源が別系統になっている。
【００３２】
アクリルシート１０４は、側方照明源１０２からの側方光を拡散する。側方照明源１０２は点光源であるＬＥＤの集合体であるため、拡散作用がないと、スポット的な光が画像データへ写り込んで検査精度に悪影響を及ぼす懸念がある。一方、レンチキュラーシート１０６は、図９から図１１でその意義を詳述するごとく、走査方向１１０について落射光を基板１に垂直な成分に絞り込むよう作用する。なお、落射光に関する拡散作用はレンチキュラーシート１０６によって実現される。
【００３３】
図５または図６の状態で１ライン分の画像データが取り込まれると、走査ヘッド１６はガイド１８によって駆動方向１１４へ１ライン分送り出される。以降同様の処理を繰り返すことにより、基板１全面にわたる画像データが取得される。
【００３４】
図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ、レンチキュラーシート１０６の異なる形態を示す。図７（ａ）の例では、レンチキュラーシート１０６はレンズ面１３０を基板１側、非レンズ面１３２を落射照明源１００側に向けた状態で照明ユニット３０のハウジングによって把持される。この例では、レンズ面１３０はシリンドリカルレンズの連続体、非レンズ面１３２は平面またはそれと同等な面である。
【００３５】
図７（ｂ）の例もほぼ同様であるが、非レンズ面１３２にストライプ状の遮光材１３４が塗布されている。遮光材１３４はレンズ面１３０を構成する複数のレンズの溝に対向する位置にも設けられている。この構成は、図７（ａ）の構成よりも落射光を調整する効果がいくぶん高い。
【００３６】
図７（ｃ）の例では、レンチキュラーシート１０６は両面にレンズが形成され、基板１側が主レンズ面１３６、落射照明源１００側が副レンズ面１３８である。主レンズ面１３６は副レンズ面１３８に比べ、各レンズのシリンダー径の幾分大きく、主レンズ面１３６と副レンズ面１３８のレンズは一対一で正対する。さらに、副レンズ面１３８の各レンズの境界部分は落射照明源１００方向へ隆起するよう形成され、その部分に遮光材１３４が塗布されている。本出願人による実験の結果によれば、図７（ｃ）の例において落射光を揃える効果が最も高く、かつ落射光に対する開口率の面でも大きな問題は認められなかった。
【００３７】
なお、これらのレンチキュラーシート１０６同等の構成は特開平１０−３００９０９号公報に示されるが、当該公報その他レンチキュラーレンズを利用する一般的な構成とは逆に、光路下流側にレンズ面または主たるレンズ面を配置している。
【００３８】
図８は、図７（ｃ）のレンチキュラーシート１０６の一部を拡大し、落射光の光路とともに示す。落射光は種々の方向へ拡散しており、副レンズ面１３８に対して比較的大きな入射角をもつ光Ｌ１０、Ｌ１２を含む。こうした光Ｌ１０、Ｌ１２は副レンズ面１３８における屈折と主レンズ面１３６における屈折を経ることにより、同図のごとく基板１に対する入射角がゼロに近づく。一方、レンチキュラーシート１０６による屈折を経ても入射角がゼロに近づかないような光Ｌ１４の経路は予め遮光材１３４で塞がれている。
【００３９】
図９は、レンチキュラーシート１０６がない場合の不都合を説明する図である。いま、落射照明源１００と基板１に話を限る。落射照明源１００からの落射光は、検査中のライン１１２上に投ずる成分のみが画像データの形成に関与する。したがって、この事実のみから、駆動方向１１４については落射光が基板１に対してほぼ垂直に投じられているということができる。しかし、走査方向１１０では事情が異なる。すなわち、同図のごとく、走査方向１１０については落射照明源１００の任意の箇所を起点とする任意の方向の光がライン１１２へ到達する。すなわち、走査方向１１０については本質的に落射光が実現されていない。
【００４０】
いま基板１上に、異なる方向に実装されたふたつのチップ部品１４０、１４２を考える。第１の部品１４０は、その両電極を結ぶ方向が走査方向１１０に直交するよう実装されている。第２の部品１４２は、その両電極を結ぶ方向が走査方向１１０と一致するよう実装されている。落射試験を行うと、第１の部品１４０については、それが正しく実装されている場合、ハンダの斜面や部品の傾斜部分からの反射光がラインセンサ３４へほとんど到達しなくなり、図１０に示すごとく、第１の部品１４０を取り巻く暗い画像領域１５０が発生する。
【００４１】
一方、第２の部品１４２については、それが正しく実装されていても、図１１に示すごとく、第２の部品１４２を取り巻く暗い画像領域１５０が比較的明るい領域１５２によって分断され、合否判定に支障をきたすことが本発明者によって認識された。これは前述のごとく、走査方向１１０については落射光が実現されず、いろいろな方向からの光が混在するため、ハンダの斜面や部品の傾斜部分でも十分にラインセンサ３４へ反射光を返してしまうことによる。換言すれば、明るい領域１５２には、落射照明源１００がその長手方向に沿ってそのまま写り込んでしまうのである。
【００４２】
実施の形態では、そうした知見をもとにレンチキュラーシート１０６を採用する。レンチキュラーシート１０６を落射照明源１００と基板１に間挿し、かつそのレンズ溝の方向が走査方向１１０とほぼ垂直になるよう調整することにより、図８で説明した光路調整効果によって図１１に示す問題が解消される。このことは実験によって確認されている。
【００４３】
実施の形態の別の考慮は、照明の強度についてなされている。図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、それぞれ落射試験時、側方試験時に点灯させるＬＥＤ群１２０を斜線で示している。まず落射試験の際、落射照明源１００全体が点灯され、落射光１６０が基板１の垂直上方から投じられる。落射照明源１００に駆動方向の幅を持たせることで基板１の反りまたはたわみに対応している。
【００４４】
一方、側方試験の際、側方照明源１０２全体を点灯して側方光１６２を投ずると同時に、落射照明源１００の外側の合計４列のＬＥＤ群１２０を点灯させ、補助光１６４を投じている。図２（ａ）、図２（ｂ）からもわかるとおり、落射照明源１００と側方照明源１０２が同等の明るさの場合、ラインセンサ３４に検知される側方光６ａからの反射光８ａは、落射光６ｂからの反射光８ｂよりも暗い。そこでこれを補償する趣旨であるが、図１２（ｂ）のごとく、落射照明源１００の中央寄りの領域（以下「第１の領域」という）は点灯させない。第１の領域からの光はほぼ理想的な落射光１６０となり、側方試験にも拘わらず、落射試験同様の画像が得られ、試験の目的が達成できないためである。このことから逆に、第１の領域は、落射試験において理想的な落射光を投ずる範囲と規定できる。なお、補助光１６４は側方光１６２と異なる角度から投じられるため、側方試験で本来的に望ましい状態、すなわち撮影部の全周囲から均一に光を照射する状態に近づく。
【００４５】
いま、落射照明源１００から基板１までの距離を１００ｍｍ程度、レンチキュラーシート１０６から基板１までの距離を７０ｍｍ程度とすると、基板１の状態その他の状況にもよるが、ある実験では第１の領域は走査ラインの真上から±２〜３°であった。この実施の形態では、余裕を見て第１の領域をいくぶん大きめにとり、落射照明源１００の中央２列分のＬＥＤ群１２０を消している。
【００４６】
図１３、図１４は、補強光１６４の意義を説明する図である。図１３のごとく、表面実装タイプのＩＣ２００を考える。実装後、ＩＣ２００のピン２０２間には、残留したハンダフラックス（以下単に「残留フラックス」という）２０６や実装不良であるハンダブリッジ２０４がある。残留フラックス２０６もピン２０２間にかかる場合が多く、検査ではハンダブリッジ２０４のみを正しく不合格として判定する必要がある。この検査は側方試験の一項目として行われる。
【００４７】
図１４は、側方試験の際ラインセンサ３４で検知される光量を、残留フラックス２０６およびハンダブリッジ２０４について模式的に示す。残留フラックス２０６からの反射光に起因する光量の範囲２２２と、ハンダブリッジ２０４からの反射光に起因する光量の範囲２２０は、同図のごとく、側方光１６２のみの場合は比較的近い。一方、側方光１６２に補助光１６４を追加した場合、残留フラックス２０６に関する光量の範囲２２２はほとんど変化しないが、ハンダブリッジ２０４に関する光量の範囲２２０は大きいほうへシフトする。本発明者が見いだしたこの性質により、検査のためのダイナミックレンジが増し、両者の識別精度を高めることができる。以上が実施の形態に加えられた第２の配慮であり、フラックスを洗浄することの少ない最近の実装現場では重要な検査技術となる。
【００４８】
図１５は、以上の構成による外観検査装置１０の検査手順を示すフローチャートである。ここではまず、落射試験で基板１全体の画像データを取得し、つづいて側方試験で同様に画像データを取得し、検査を実施する例を示す。
【００４９】
同図のごとく、まず画像形成の回数を示すカウンタｎがゼロに設定され（Ｓ１０）、第１モードである落射試験モードが選択され、走査ヘッド１６がスタート位置へ送られる（Ｓ１２）。落射試験モードの選択に伴い、ヘッド制御ユニット４０によって落射照明源１００が点灯状態、側方照明源１０２が消灯状態におかれる。
【００５０】
つづいて、ラインセンサ３４により最初の１ラインの走査が実施され（Ｓ１４）、その画像データ５４がメモリ４４へ書き込まれる（Ｓ１６）。つづいて、ヘッド制御ユニット４０により走査ヘッド１６が駆動方向へ１ライン分送られ（Ｓ１８）、予め入力されていた基板１に関する情報に従い、その位置が走査のエンド位置、すなわち基板１の終了端であるか否かが判定される（Ｓ２０）。エンド位置でない限り（Ｓ２０のＮ）、ラインの走査、メモリ４４への書込、走査ヘッド１６の進行（Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８）が繰り返され、基板１全体の落射試験による画像が得られる。
【００５１】
基板１全体の画像が得られたとき、走査ヘッド１６はエンド位置に到達し（Ｓ２０のＹ）、カウンタｎがインクリメントされ（Ｓ２２）、このｎが２になったか否かが判定される（Ｓ２４）。いま、まだｎは１であるから処理はＳ２６へ進み、第２モードである側方試験モードが選択され、走査ヘッド１６がスタート位置へ戻される（Ｓ２６）。側方試験モードの選択に伴い、落射照明源１００の中央部分、すなわち第１の領域が消灯状態におかれ、それ以外の落射照明源１００の領域、すなわち第２の領域が点灯状態におかれ、さらに側方照明源１０２が点灯状態におかれる。つづいて、スタート位置を起点としてラインの走査、メモリ４４への書込、走査ヘッド１６の進行（Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８）が繰り返され、基板１全体の側方試験による画像が得られる。画像全体が得られると走査ヘッド１６はエンド位置に到達し（Ｓ２０のＹ）、カウンタｎがインクリメントされる（Ｓ２２）。このｎは２になっているため、処理はＳ２４のＹからＳ２８へ進む。
【００５２】
Ｓ２８では、各項目に関する検査が行われる。解析ユニット４６はメモリ４４から落射試験時に得られた画像を読み出して落射試験項目を検査し、つづいて側方試験時に得られた画像を読み出して側方試験項目を検査する。合否判定のための基準その他の情報は判定基準記憶部４８から読み出され、利用される。検査が終わると結果が表示され（Ｓ３０）、一連の処理を終える。なお、合否は表示だけでなくメモリ４４へ記録してもよいし、すべての項目に合格した場合は結果を表示しないなど、運用上いろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。また、第１モードとして先に側方試験を行い、第２モードとして後から落射試験を行ってもなんら差し支えはない。画像データ５４の取得と検査をできる限り並行して行ってもよいことは当然である。
【００５３】
落射光の点灯と側方光および補助光の点灯をインターリーブして行い、基板１上を走査ヘッド１６が一回のみ移動する間に落射試験用と側方試験用の両方の画像を個別かつ一度に形成することもできる。そのために、外観検査装置１０による画像解像度は十分に高く、前記画像をそれぞれ１ラインおきに取得しても十分検査目的に耐えなければならない。
【００５４】
図１６は、スタート位置である第１ラインを含む奇数ラインを落射試験用に設定し、偶数ラインを側方試験用に設定するインターリーブ方式による検査の手順を示す。
【００５５】
まず、第１モードである落射試験モードが選択され、走査ヘッド１６がスタート位置へ送られる（Ｓ５０）。つづいて、第１ラインの走査が実施され（Ｓ５２）、その画像データ５４がメモリ４４へ書き込まれる（Ｓ５４）。走査ヘッド１６が駆動方向へ１ライン分送られ（Ｓ５６）、その位置が走査のエンド位置であるか否かが判定される（Ｓ５８）。エンド位置でなければ（Ｓ５８のＮ）、側方試験モードへ切替が行われ（Ｓ６０）、側方光と補助光のもと、第２ラインの走査、メモリ４４への書込、走査ヘッド１６の進行（Ｓ５２、Ｓ５４、Ｓ５６）が行われる。走査ヘッド１６がエンド位置にくるまでＳ５２からＳ６０の処理は繰り返され、奇数ラインの画像は落射光によって形成される一方、偶数ラインの画像は側方光および補助光によって形成される。
【００５６】
走査ヘッド１６がエンド位置にくれば、処理はＳ５８のＹからＳ６０へ進み、図１５同様、各項目に関する検査（Ｓ６０）と結果の表示（Ｓ６２）が行われ、一連の処理を終える。
【００５７】
インターリーブ方式によれば、当然ながら検査時間の短縮が実現する。また、一枚の基板１について走査ヘッド１６を一回だけ駆動方向へ移動すればよいため、製造ラインへの外観検査装置１０の組込みにも有利である。その場合、例えば走査ヘッド１６の側を固定式にして基板１の支持台２２をコンベアにすることにより、製造ラインを流れる基板１をそのまま検査することができる。
【００５８】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そうした変形例をいくつか挙げる。
【００５９】
実施の形態では、被検査体として基板１を考えたが、外観検査装置１０の適用はそれには限られない。例えば、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）タイプのＬＳＩのピンの検査をはじめ、落射試験と側方試験の組合せに意味のある検査に広く適用できる。
【００６０】
実施の形態では、側方照明源１０２を落射照明源１００と平行に２組設けたが、これを３組や４組、またはそれ以上にしてもよい。例えば４組の場合、図５の側方照明源１０２の長手方向の端部付近に新たな側方照明源１０２を設け、４組の側方照明源１０２が検査すべきラインを取り囲むよう配置してもよい。いずれにしても、より多くの側方光が確保できることは一般に好ましい。
【００６１】
実施の形態では、レンチキュラーシート１０６に黒いストライプ状の遮光材を設けたが、これはその形態に限らず、スリット的に作用し、同様の効果を得る任意の構成であればよい。同様に、アクリルシート１０４は拡散効果のある他の素材であってもよい。
【００６２】
実施の形態では、落射照明源１００および側方照明源１０２をＬＥＤ群１２０によって実現したが、これは蛍光灯その他の手段で実現してもよい。ただし、インターリーブ方式で用いる場合は、一般に点灯と消灯が十分に速い素子を利用すべきであり、ＬＥＤ群１２０はその要件を満たす。ＬＥＤ群１２０は一般に、寿命の面でも蛍光灯に比べて相当有利である。
【００６３】
実施の形態では、落射照明源１００、側方照明源１０２のＬＥＤ群１２０をそれぞれ６列、４列としたが、当然これらの数字に限定されない。一般に、落射照明源１００、側方照明源１０２とも、走査方向１１０に沿って配列されたｍ列のＬＥＤ群１２０を含み、第１の領域をそれらのうち中央寄りのｎ列（ｎ＜ｍ）の発光ダイオード群によって形成されていればよいが、本発明において同等の効果を有する別の構成であってもなんら差し支えはない。
【００６４】
実施の形態では、補強光を投ずるとき、理想的な落射光を投ずる領域、すなわち第１の領域のＬＥＤ群１２０を消した。他の方法として、側方試験の際、第１の領域からの光を遮る部材を間挿してもよい。透光と遮光を比較的速く、かつ機構部材の移動を伴わずに実現する方法として、例えば液晶パネルを間挿し、第１の領域に対応する部分の透過性を制御してもよい。
【００６５】
実施の形態では落射照明源１００と側方照明源１０２を別構成としたが、一体構成としてもよい。落射照明源１００と側方照明源１０２の間に空隙がある必要はなく、ハーフミラー１０８からレンズ３２へ向かう光路が確保できる限りいろいろな設計が可能である。
【００６６】
落射照明源１００の中で第１の領域だけ異なる点灯制御になることを望まない場合、側方試験の際に落射照明源１００全体を弱く点灯させる方法もある。「弱く点灯」とは、落射試験のときの明るさに比べて暗く点灯させることを意味する。とくに落射照明源１００の幅がある程度大きい場合、弱い点灯でも補強光として有用な場合が多い。
【００６７】
図４はメインユニット１２と試験ユニット１４を一体的に描いたが、これらは別々の場所に存在してもよい。たとえば、試験ユニット１４は工場の製造ラインに組み込み、メインユニット１２は試験ユニット１４と任意のネットワークで結ばれた解析センターその他の組織におかれてもよい。試験ユニット１４をユーザ側におき、メインユニット１２を解析センターにおき、ユーザから解析業務を請け負うビジネスモデルも成立する。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、外観検査の精度を高めることができ、場合により、検査時間も短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被検査体の例である基板の外観図である。
【図２】図２（ａ）、図２（ｂ）はそれぞれ、側方試験における側方光、落射試験における落射光およびそれらの反射光の方向を示す図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれ、側方試験、落射試験において得られる画像の例を示す図である。
【図４】実施の形態に係る外観検査装置の全体構成図である。
【図５】実施の形態に係る試験ユニットの詳細斜視図である。
【図６】照明ユニットを含む走査ユニットの側面図である。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ、照明ユニットに組み込まれたレンチキュラーシートの構造図である。
【図８】図７（ｃ）のレンチキュラーシートとそれを通過する落射光を示す図である。
【図９】落射照明源からの落射光が基板上のふたつの実装部品へ投じられる様子を示す図である。
【図１０】駆動方向に沿って実装された部品を落射光で撮影した画像を示す図である。
【図１１】走査方向に沿って実装された部品を落射光で撮影した画像を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）、図１２（ｂ）はそれぞれ、落射試験、側方試験の際の照明の点灯または消灯状態を示す図である。
【図１３】残留フラックスおよびハンダブリッジのある、実装されたＩＣの斜視図である。
【図１４】側方試験の際、残留フラックスおよびハンダブリッジからの反射光の強さを示す図である。
【図１５】落射試験と側方試験を別々に行う手順を示すフローチャートである。
【図１６】落射試験と側方試験をインタリーブして行う手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１基板、１０外観検査装置、１２メインユニット、１４試験ユニット、１６走査ヘッド、３０照明ユニット、３４ラインセンサ、４０ヘッド制御ユニット、４２メモリ制御ユニット、４４メモリ、４６解析ユニット、５４画像データ、１００落射照明源、１０２側方照明源、１０４アクリルシート、１０６レンチキュラーシート、１０８ハーフミラー、１１０走査方向、１１４駆動方向、１２０ＬＥＤ群、１３０レンズ面、１３２非レンズ面、１３４遮光材、１３６主レンズ面、１３８副レンズ面、１６０落射光、１６２側方光、１６４補助光、２２０ハンダブリッジからの反射光の光量領域、２２２残留フラックスからの反射光の光量領域。

Claims

三次元形状を有する被検査体を走査するヘッドであって、
前記被検査体の検査面に垂直上方から投光する落射照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、
前記落射照明源と前記被検査体に間挿された、レンズ面および非レンズ面を有するレンチキュラーシートとを含み、
前記レンチキュラーシートは、前記レンズ面が前記被検査体に対向し、かつそのレンズ溝の方向と前記一次元センサの走査方向が略直交するよう配置されたことを特徴とする走査ヘッド。
前記レンチキュラーシートは、前記非レンズ面において、前記レンズ溝のそれぞれと正対する位置に線状の遮光材が付されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ヘッド。
三次元形状を有する被検査体を走査するヘッドであって、
前記被検査体の検査面に垂直上方から投光する落射照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、
前記落射照明源と前記被検査体に間挿された、レンズ面および非レンズ面を有するレンチキュラーシートとを含み、
前記レンチキュラーシートは、前記レンズ面が前記被検査体に対向し、かつそのレンズ溝の方向と前記一次元センサの走査方向が略直交するよう配置され、
前記非レンズ面には、前記被検査体に向かう光の拡散を抑制するために入射光に対してスリットとして作用する遮光材が付されたことを特徴とする走査ヘッド。
三次元形状を有する被検査体を走査するヘッドであって、
前記被検査体の検査面に垂直上方から投光する落射照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、
前記落射照明源と前記被検査体に間挿された、主レンズ面および副レンズ面を有するレンチキュラーシートとを含み、
前記主レンズ面は前記被検査体に対向し、かつそのレンズ溝の方向と前記一次元センサの走査方向が略直交し、
前記副レンズ面は前記落射照明源に対向し、その面を形成する各レンズは前記主レンズ面を形成する各レンズに正対するよう構成され、
前記主レンズ面のレンズ溝に対向する前記副レンズ面のレンズ境界部に線状の遮光材が付されていることを特徴とする走査ヘッド。
前記走査ユニットはさらに、前記被検査体に斜め方向から投光する側方照明源を含み、前記落射照明源と前記側方照明源は、選択的に点灯可能に構成された請求項１から４のいずれかに記載の走査ヘッド。
前記落射照明源は、前記検査面の垂直上方に前記一次元センサの走査方向に沿うように配置され、かつ所定の幅をもち、その幅の中央部を帯状に貫通する第１の領域とそれ以外の第２の領域がそれぞれ独立に点灯制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の走査ヘッド。
三次元形状を有する被検査体の外観を検査する装置であって、
前記被検査体を走査する走査ヘッドと、
その走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットとを含み、
前記走査ヘッドは、
前記被検査体の検査面に垂直上方から投光する落射照明源と、
前記被検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知して画像データを生成する一次元センサと、
前記落射照明源と前記被検査体に間挿され、そのレンズ面が前記被検査体に対向し、その非レンズ面には前記被検査体へ投じられる光の拡散を抑制するために入射光に対してスリットとして作用する遮光材が付されたレンチキュラーシートとを含み、
前記メインユニットは、
前記走査ヘッドと前記被試験体の相対運動を制御するヘッド制御ユニットと、
前記画像データを所定の合否判断基準に照らし、検査項目ごとに合否を判定する解析ユニットと、
を含むことを特徴とする外観検査装置。
三次元形状を有する被検査体を走査するヘッドであって、
前記被検査体の検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、
前記検査面の垂直上方に、前記一次元センサの走査方向に沿うように配置された落射照明源と、
前記検査面の斜め上方に、前記一次元センサの走査方向に沿うように配置された側方照明源とを有し、
前記落射照明源は所定の幅をもち、その幅の中央部を帯状に貫通する第１の領域とそれ以外の第２の領域がそれぞれ独立に点灯制御可能に構成されていることを特徴とする走査ヘッド。
前記第１の領域は、その領域からの照明による前記反射光が最大値付近に収まる、落射試験における理想領域であることを特徴とする請求項８に記載の走査ヘッド。
前記落射照明源は、前記走査方向に沿って配列されたｍ列の発光ダイオード群を含み、
前記第１の領域は、それらｍ列のうち中央寄りのｎ列（ｎ＜ｍ）の発光ダイオード群によって形成されることを特徴とする請求項８、９のいずれかに記載の走査ヘッド。
三次元形状を有する被検査体の外観を検査する装置であって、
前記被検査体を走査する走査ヘッドと、
その走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットとを含み、
前記走査ヘッドは、
前記被検査体の検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知して画像データを生成する一次元センサと、
前記検査面の垂直上方に、前記一次元センサの走査方向に沿うように配置された落射照明源と、
前記検査面の斜め上方に、前記走査方向に沿うように配置された側方照明源とを有し、
前記落射照明源は所定の幅をもち、その幅の中央部を帯状に貫通する第１の領域とそれ以外の第２の領域がそれぞれ独立に点灯制御可能に構成されており、
前記メインユニットは、
前記走査ヘッドの点灯、および前記走査ヘッドと前記被検査体の相対運動を制御するヘッド制御ユニットと、
前記画像データのメモリへの格納を制御するメモリ制御ユニットと、
前記メモリへ格納された画像データを所定の合否判断基準に照らし、検査項目ごとに合否を判定する解析ユニットと、
を含むことを特徴とする外観検査装置。
前記ヘッド制御ユニットは、第１の試験モードにおいて前記落射照明源を点灯状態におく一方、第２の試験モードにおいて前記側方照明源および前記落射照明源のうち前記第２の領域を点灯状態におき、かつ第１の領域を消灯状態におくことを特徴とする請求項１１に記載の外観検査装置。
前記ヘッド制御ユニットは、前記第１の試験モードと前記第２の試験モードをインタリーブして前記落射照明源および側方照明源の点灯および消灯を繰り返し切り替え、
前記メモリ制御ユニットは、前記メモリへの画像データの書込をインタリーブして前記第１の試験モードにて得られるべき画像データと前記第２の試験モードにて得られるべき画像データとを個別に前記メモリ内へ形成することを特徴とする請求項１１に記載の外観検査装置。
前記ヘッド制御ユニットは、第１の試験モードにおいて前記落射照明源を点灯状態におく一方、第２の試験モードにおいて前記側方照明源を点灯状態におき、かつ前記落射照明源を弱い点灯状態におくことを特徴とする請求項１１に記載の外観検査装置。
前記走査ヘッドはさらに、前記落射照明源と前記被検査体に間挿されたレンチキュラーシートを含み、
前記レンチキュラーシートは、そのレンズ面が前記被検査体に対向し、かつそのレンズ溝の方向と前記一次元センサの走査方向が略直交するよう配置されたことを特徴とする請求項８から１４のいずれかに記載の外観検査装置。
三次元形状を有する被検査体の外観を検査する方法であって、
第１の試験モードを選択する工程と、
第１の試験モードにおいて、前記被検査体の検査面の垂直上方に設けられた落射照明源から落射光を投じて前記検査面をライン単位で走査する工程と、
第１の試験モードにおける前記走査の間、前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知し、前記検査面の画像データをライン単位で生成する工程と、
第２の試験モードを選択する工程と、
第２の試験モードにおいて、前記検査面の斜め上方に設けられた側方照明源からの側方光と前記落射照明源のうちその中央部を除く領域を点灯させることによって得られる補強光とを同時に投じて前記検査面をライン単位で走査する工程と、
第２の試験モードにおける前記走査の間、前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知し、前記検査面の画像データをライン単位で生成する工程と、
を含むことを特徴とする外観検査方法。
前記第１の試験モードの走査の工程は、レンズ面が前記被検査体に対向し、かつレンズ溝の方向と前記走査方向が略直交するよう配置されたレンチキュラーシートを通して前記落射光の方向を揃える処理工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の外観検査方法。
前記第１の試験モードと第２の試験モードを前記ライン単位でインタリーブして行い、
前記第１の試験モードにおける前記画像データと前記第２の試験モードにおける前記画像データを一度の走査で形成することを特徴とする請求項１６、１７のいずれかに記載の外観検査方法。