JP4014571B2 - 印刷はんだ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象物である、はんだが印刷されたプリント基板に光を偏向走査させて変位量を測定して、その測定からはんだ等の形状を検査する印刷はんだ検査装置に係り、特に複数光を用いて偏向を効率良く行いながら検査できる技術に関する。

一般的に形状を測定するのに変位測定装置が用いられる。その変位測定装置としては、三角測量の原理に基づき、測定対象物の対象面の変位を測定するものが知られている（例えば、特許文献１）。図１８は特許文献１のものを変形した変位測定装置の構成を示す斜視図である。図１８に示す変位測定装置は、投光系５１（光走査装置）と、受光系５５とで略構成されている。

投光系５１は、光源５２、偏向器５３、レンズ５４で測定対象物６０を照射するよう概略構成されている。光源５２は、例えばレーザダイオード等で構成され、偏向器５３に対しビームを出射する。偏向器５３としては、図１８の例では、ポリゴンミラーが採用されている。ポリゴンミラーは、円盤状の周囲に複数の鏡面部５３ａを有し、その回転によって光源５２から入射されたビームを偏向させ、少なくとも測定対象物を含む所望の走査対象範囲（図１９で示すＨ）を走査する。このポリゴンミラーからなる偏向器５３では、一つの鏡面で１つのビームにより走査対象範囲を１回片道走査する。レンズ５４は、偏向器５３により扇形に走査されるビームを、平行になるように収束させる。

受光系５５は、集光レンズアレイ５６、結像レンズ５７、受光素子５８（ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ））で構成されている。集光レンズアレイ５６は、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数（図１８では６個）の集光レンズ部５６ａ〜５６ｆが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。各集光レンズ部５６ａ〜５６ｆは、その光軸に直交する面が球面状に形成され、測定光を光軸廻りに均等に絞り込むことができるレンズである。

結像レンズ５７は、照射点Ｓの走査幅より大きい径を有し、集光レンズアレイ５６からのビームを収束して、受光素子５８の受光面５８ａ上に結像させる。

このような変位測定装置は、測定対象物６０のＺ軸方向の変位量を偏向器５３によるＸ軸方向に走査（主走査）されたビームで得る。この時、測定台６１をＹ軸方向に移動させる（副走査）ことにより、Ｘ−Ｙの二次元の位置における各照射点ＳのＺ方向の変位量を得ることができる。この結果、三次元の距離データを得られ、例えば、印刷されたはんだの形状の測定が可能となる。印刷はんだ検査装置は、このように測定したデータから形状を再生して、予め準備されたレファレンスの形状データとを比較して、良否判定を行っている。

そして、上述した従来の光走査装置（投光系５１）では、図１９（ａ）〜（ｃ）に示すように、偏向器５３としてのポリゴンミラーが、その回転に際して各鏡面部５３ａに入射されたビームを所望の走査対象範囲Ｈで走査する。

特開２０００−９７６３１号公報（段落〔００２８〕−〔００３３〕、図４）

しかしながら、上記変位測定装置では、１鏡面で走査対象範囲を１偏向走査（１主走査）を行っているが１つの鏡面部５３ａでの偏向角（１鏡面の回転で偏向できる角度の範囲）の全てを利用することができない。このため、図１９（ｄ），（ｅ）に示すように、１つの鏡面部５３ａで偏向走査されるビームが、対象面６０ａに係る走査対象範囲Ｈから外れて、次の鏡面部５３ａによって偏向走査されるビームが次の走査対象範囲Ｈ内に至るまでの間隔が開き、ビームの走査が断続的になるという問題点があった。また、主走査毎に測定対象物の次の走査対象範囲へ副走査を行うが、その副走査の移動速度をビームの主走査速度に合わせて遅くせざるを得ないという問題があった。

これを解決する一つの方法に、ポリゴンミラーの鏡面を必要な偏光方向に合わせて細かくして多数備えるようにすることも考えられるが、ポリゴンミラーの製造上の精度に限界がある。しかも、所望の走査幅を得るためには、ポリゴンミラーの複数の鏡面部に一定の幅を持たせる必要があり、これを多面化すれば、偏向器のサイズが大きくなり、結果として装置のサイズアップになる。

本発明の目的は、偏向器による偏向角を有効利用することによって走査の効率を上げ、検査速度を改善した印刷はんだ検査装置を提供することである。そして、その偏向器の有効利用を図り、走査の効率をよくするための達成手段として、複数の光をそれぞれ異なる入射角で偏向器に入射させるようにする。例えば、上記のように１つの光で１つの鏡面で所定の走査対象範囲を主走査するときに鏡面の５０％しか利用できない場合に、他の光を用いて残りの鏡面の５０％を利用して走査対象範囲を主走査できるように、上記１つの光と異なった角度で偏向器へ入射させる。そしてその主走査する毎に副走査すれば検査装置全体としての効率をよくできる。

一方で、このように複数の光を使って走査効率を良くしようとすると、今度は、複数の光のもつ特性の差異により誤差がでてくる。例えば、１つの光による主走査の測定値と他の光の主走査による測定値との間で誤差がでてききて印刷はんだの形状検査に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、本発明のさらなる目標は、測定の精度を維持しつつ、複数の光の走査による走査効率の改善、強いては検査速度の改善を図る技術の提供である。言い換えれば、複数の光で走査効率を改善しつつ、その複数の光の特性差による測定値への影響を防止する技術の提供である。

請求項１に記載の発明は、はんだが印刷されたプリント基板の所定の走査対象範囲に亘って光を出射して走査する投光部（３）と、前記プリント基板からの反射光を受光する受光部（８）とを有し、前記はんだの印刷状態を検査する印刷はんだ検査装置において、
前記投光部は、２本の光を出射する光発生部（１）と、前記２本の光を異なった入射角で受けて、前記対象範囲方向に偏向させて、前記プリント基板の前記走査対象範囲を順次走査するＮ個の鏡面を有し、回転するポリゴンミラー（４）とを備え、
前記投光部は、該ポリゴンミラーの前記Ｎ個の各鏡面を回転する方向に２つの領域に分けて、前記２本の光をそれぞれ別個の前記領域に入射させることによって、該ポリンゴンミラーによって偏向された前記２本の光は交互に該ポリゴンミラーの１鏡面がその中心軸に対して占有する角度の半分の回転毎に順次に前記走査対象範囲を走査する構成を備えた。

請求項２に記載の発明は、はんだが印刷されたプリント基板の所定の走査対象範囲に亘って光を出射して走査する投光部（３）と、前記プリント基板からの反射光を受光する受光部（８）とを有し、前記はんだの印刷状態を検査する印刷はんだ検査装置において、
前記投光部は、Ｍ本の光を出射する光発生部（１）と、前記Ｍ本の光を異なった入射角で受けて、前記対象範囲方向に偏向させて、前記プリント基板の前記走査対象範囲を順次走査するＮ個の鏡面を有し、回転するポリゴンミラー（４）とを備え、
前記投光部は、該ポリゴンミラーの前記Ｎ個の各鏡面を回転する方向にＭ個の領域に分けて、前記Ｍ本の光をそれぞれ別個の前記領域に入射させることによって、該ポリンゴンミラーによって偏向された前記Ｍ本の光は交互に該ポリゴンミラーの３６０度／［ＮＭ］の回転毎に順次に前記走査対象範囲を走査する構成を備えた。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ポリゴンミラーがほぼ３６０度／［ＮＭ］回転する毎に、前記投光部と前記プリント基板とを前記走査の方向と直交する方向に相対的に移動させることによって副走査を行う副走査部（１０４）と、前記受光部が、前記ポリゴンミラーによる主走査及び副走査部による副走査のタイミングに応じて出力する受光量及び受光位置に応じて出力する電気信号を基に、前記プリント基板上の印刷はんだの形状を再生する形状再生部（１０５）を備えた。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記光発生部は、その出射するＭ本の光が、同一偏光方向であって、前記プリント基板の走査される面においてほぼ同一のパワーになるようにされている構成とした。

請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記受光部から出力される電気信号から印刷はんだの形状を再生する形状再生部（１０５）と、走査されている光を検出してＭ個の光の各照射位置の違いからＭ本の光のいずれであるかを識別した信号を生成する走査光検出部（１０７）と、前記偏光器によりＭ本の光を順次投光されたときに、前記Ｍ本の光の特性の違いによる前記受光部による受光量への影響を、予め補正用データを投光する光に対応して記憶しておき、前記受光部から前記形状再生部へ入力される前記電気信号の大きさを、前記走査光検出部からの前記識別した信号に対応する前記補正用データを読み出して補正させる補正部（１０８）とを備えた。

請求項６に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記受光部から出力される電気信号を所定のしきい値で比較して２値化して、２値化したデータから印刷はんだの形状を再生する形状再生部（１０５）と、走査されている光を検出してＭ個の光の各照射位置の違いからＭ本の光のいずれであるかを識別した信号を生成する走査光検出部（１０７）と、前記ポリゴンミラーによりＭ本の光を順次投光されたときに、前記Ｍ本の光の特性の違いによる前記受光器による受光量への影響を、予め補正用データを投光する光に対応して記憶しておき、前記しきい値を、前記走査光検出部からの前記識別した信号に対応する前記補正用データを読み出して補正させる補正部（１０８）とを備えた。

請求項１又は２に記載の発明によれば、偏向器であるポリゴンミラーが、２本又はＭ本の光を異なった入射角で受けて、順次走査する構成であるから、走査の速度は２倍又はＭ倍早くなる。

請求項３に記載の発明によれば、主走査毎に、副走査し、主走査をを効率良くできることから副走査の移動速度も早くして、印刷はんだの形状を再生できる構成なので、印刷はんだ検査装置全体の検査速度を改善できる。

請求項４に記載の発明によれば、前記光発生部が出射するＭ本の光は、同一偏光方向であって、前記プリント板の走査される面においてほぼ同一のパワーになるように構成されているので、検査対象である印刷はんだ面において、Ｍ本の光の特性の内、パワーと偏向による測定への影響を防止して精度よく測定できる。

請求項５又は６に記載の発明によれば、補正部により、前記Ｍ本の光の違いによる前記反射光への影響を、予め補正用データを投光する光に対応して記憶しておき、前記形状再生部へ入力される電気信号或いは２値化する際のしきい値を前記補正用データで補正する構成としたので、複数の光の違いによる検査への影響を防止できる。

以上説明したように、本発明に係る変位測定装置によれば、測定対象物に照射される２つの光（ビーム）を判別し、この判別結果に基づいて最適な補正データにより各種補正をビーム毎に行うことができる。

本発明は、複数の光（以下、光、或いはビームと言うことがあるが同じものである。）を用いて偏向器による走査の効率をよくして、印刷はんだの検査速度アップを図ろうという技術に関するするものである。先ず、［形態１]で、その発明の構成について説明し、次にその複数の光の光学的特性の差による測定値への悪影響を防止する技術について［形態２］及び［形態３］で説明する。形態１で説明する技術は、測定する前に複数の光の光学的特性の一致を図ろうという技術であり、形態２で説明する技術は、複数の光の光学的特性の違いを測定後に後発的に電気的に補正しようとする技術である。

［形態１］
図１は、本発明の構成（形態３の構成を含む）の機能を模式的に示す図である。図中の太い線は光路を示す線である。実際は、光はビームであるが、図１では、光路を理解するために単線で単純化して示している。

図１において、投光部３は、光発生部１、照射部２、偏向器４及び収束レンズ（ｆθレンズとも言われる。）５等で構成される。図１の光発生部１は、２つの光を出射する例を示す。光発生部１では、この例では、光源１ａが１つのレーザ半導体（ＬＤ）を含んで構成され１つの光を出力し、その光を受けた分岐部１ｂが２つの光に分岐している。分岐部１ｂは、光の一部を通過して他の一部の光を反射するハーフミラーと、反射された他の一部の光（ビームＡとなる）をさらに反射するミラーとを備えている。複数Ｍ本の光を出す場合は、分岐部１ｂがその数だけ必要になるか、光源をＭ個揃えても良い。

照射部２は、光発生部１からの２つの光をミラー２ａ、２ｂで受けて、ビームＢ及びビームＡを互いにほぼ角度βで交差する角度で偏向器４に入射させる。偏向器４は、この例ではＮ角形の辺にＮ個の鏡面を配し回転可能に支持されているポリゴンミラーである。ここで、角度βはほぼ３６０度／Ｎである。

これらビームＡとビームＢの入射角、ポリゴンミラー、及びその回転角度との関係を説明する。偏向器４が、図１の実線の回転位置にあるとき、ビームＡは、偏向器４の鏡面の端付近で反射し、反射したビームＡ（１）は、主走査の終点の位置（図１で収束レンズ５の下段）し、最終的には走査対象範囲Ｈ内の検査対象であるプリント基板１０の一方側に投光されている。そのときビームＢは、偏向器４の鏡面の中央付近で反射し、反射したビームＢ（１）は、主走査の開始点の位置（図１で収束レンズ５の上段）し、最終的には走査対象範囲であるプリント基板１０の他方側に投光されている。ここで、ミラーを３６０度／２Ｎの角度だけ図１の回転方向に回転したとき、つまり図１で偏向器４が点線の位置に回転したとき、ビームＡは、偏向器４の鏡面の中央付近で反射し、反射したビームＡ（２）（点線）は、主走査の開始点の位置（図１で収束レンズ５の上段）し、最終的には走査対象範囲であるプリント基板１０の他方側に投光されている。そのときビームＢは、偏向器４の鏡面の端付近で反射し、反射したビームＢ（２）（点線）は、主走査の終点に位置（図１で収束ミラー５の上段）し、最終的には走査対象範囲Ｈであるプリント基板１０の一方側に投光されている。図１の偏向器４が実線の位置からβ／２回転して点線の位置にくるまでの間は、ビームＢ（１）からビームＢ（２）にかけて主走査方向に走査され、走査対象範囲Ｈにあるプリント基板１０上を走査する。この間、ビームＡ（１）からビームＡ（２）にかけては、走査対象範囲Ｈ外を走査している。偏向器４の回転が図１の点線からさらにβ／２回転すると、今度は、ビームＡ（２）からビームＡ（１）にかけて走査対象範囲Ｈを走査し、ビームＢ（２）からビームＢ（１）にかけては走査対象範囲Ｈ外になる。上記ビームＢ（１）〜（２）の間の偏向角、ビームＡ（２）〜（１）の間の偏向角は、ほぼβである。上記のようにβ／２、つまり偏向器４の鏡面が中心軸に対して占有する角度βの半分で１主走査できる。さらに言い換えると１鏡面で２主走査できるので効率的である。

なお、上記説明で角度を説明するのに「ほぼ」と表現しているが、実際の角度は、主走査と次の主走査の間には副走査する必要があること、走査対象範囲Ｈに対して余裕のある走査をする必要があること等を考慮して決められるためである。図１の走査対象範囲Ｈは、検査対象物を少なくとも含む範囲である。一般的には、プリント板１０を含むが、プリンント板が大きく、その中の一部に印刷はんだ箇所が搭載されているような場合は、その印刷はんだ箇所は走査対象範囲Ｈに含み、プリント板の一部が範囲外になることもある。

上記は、２つのビームで説明したが、Ｍ本（Ｍは２以上）のビームを使った場合は、ほぼ３６０度／ＮＭの角度毎に主走査することが可能である。その場合は、Ｍ本のビームを互いに隣接する光同士の入射角度の差をほぼ（３６０度／Ｎ）の（Ｍ―１）倍の角度にするとともに、それらのビームの入射の位置を、１鏡面を走査方向にＭ個に分割したそれぞれの領域に１つのビームが入るよう等間隔の位置にして入射することが必要になる。

収束レンズ５は、ｆθレンズで構成され、偏向器４によって扇状に走査されるビームＡ、Ｂを平行ビームにして、プリント基板上に投光する。

副走査部１０４は、前記偏向器４が１主走査する毎に、それがポリゴンミラーであれば、ほぼβ／２角度回転する毎に、投光部３と検査対象であるプリント基板１０との関係を主走査する方向と直交する方向に相対的に移動させることによって、次に主走査する箇所をずらす。図１の副走査部１０４は、見やすいようにプリント基板１０のところに設けられているが、プリント基板１０を固定して投光部３や受光部８の方のセンサー関係を一体に構成して、そちらを動かす。なお、副走査部１０４は、プリント基板１０を支持し、前記偏向器４が１走査する毎に、偏向器４によって主走査される方向とは直交する方向に移動するようにさせてもよい。

集光レンズアレイ６は、互いに等しい焦点距離を有する複数の小レンズを主走査方向に配列したものであって、その小レンズは、その光軸が直交する面が球面状にされ、プリント基板１０からの反射光を光軸周りに均等に絞り込んで結像レンズ７へ入射させる。結像レンズ７は、受光部８の受光面に結像させる。

受光部８は、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であって、プリント基板１０からの反射光を結象された位置及びその光量（パワー、或いは強度とも言われる。）を検出する。その検出して得られた光量（受光量）をその位置における受光量の大きさに応じた大きさをもつ電気信号として出力する（受光量や電気信号をまとめて、測定値と言うことがある。）。

形状再生部１０５は、データ変換部１０５ａで、受光部８からの得られたアナログの電気信号を所定のしきい値と比較しすることによって２値化（「０、１」又は「Ｌ、Ｈ」）してデジタル的な信号に変換する。そして、その２値化した値からはんだ領域を抽出し、プリント基板１０上の印刷はんだの形状についての面積、或いは体積等を求める。また、プリント基板１０上の構造部分、例えば、はんだ部分、レジスト部分、パッド部分等に識別する。

又、上記データ変換部１０５ａにおける２値化処理は、受光部８からの受光量（パワー）に基づいて、受光量の少ないはんだ箇所およびレジストギャップと、受光量の多いレジストおよび配線パターンとを区別するために、あるしきい値（パラメータとして記憶している。）をもって２値化する。

２値化によって抽出されたはんだおよびレジストギャップは、受光部８からの変位量に基づいて、基準の変位量を識別点として、その識別点以下の変位量の少ないレジストギャップを除去し、識別点以上のはんだのみの領域を抽出する。

この形状再生部１０５は、このように２値化された値により求められた上記レジストおよび配線パターンの領域における変位量の平均値を、高さの基準値として求める。そして、形状再生手段１０５は、上記はんだ領域における変位量と高さの基準値との差からはんだの高さを求め、その高さとはんだのみの領域（面積）からはんだの体積を算出する。

判定部１０６は、はんだ箇所の位置におけるはんだ量を表す面積或いは体積等のデータを予めレファレンスとして記憶しておき、、形状再生部１０５が算出した同一はんだ箇所における面積や体積と比較し、良否判定を行う。

測定制御部１００は、全体を統一的に管理コントロールし、これにより主走査制御部１０１がミラー駆動部１０２に対して所定タイミングで制御する。ミラー駆動部１０２は、モータからなり偏向器４を回転させる。副走査制御部部１０３は、偏向器４が角度β／２の回転毎にタイミング信号を副走査部１０４に送ってプリント基板１０を移動させ、て副走査させる。表示部１０９は、操作、入力、測定値の視認等を行うためのものである。

識別用ミラー９、走査光検出部１０７，補正部１０８は、ビームＡとビームＢの光学的特性の差異による測定結果への影響を無くすために補正するものであって、詳しくは［形態３］で後記するので、ここでは説明を省略する。

本発明では、投光部３において、偏向器４の１鏡面で角度β／２毎に回転して２回の主走査を行うことができるので、副走査部１０４の副走査の移動速度も２倍早くなり、全体として高速の検査が達成できた。例えば、実装のもので、偏向器４が１５角形で１５面の鏡面を有する装置で、１つの光源で鏡面の利用効率が４３パーセントの効率であったものが８６％にすることができた。

次に、投光部３における、一連の主走査についての動作を図１２〜図１７を用いてより詳細に説明する。これらの図では図１と違って、ハーフミラー２Ａ及びミラー２Ｂによって、ビームＡとビームＢが作られている。図１２において、ハーフミラー２Ａによって偏向器（ポリゴンミラー）４に入射されたビームＡは、走査対象の対象面１０ａに係る走査対象範囲Ｈ内にある。また、ミラー２Ｂによって偏向器４に入射されたビームＢは、走査対象範囲Ｈから外れている。この場合には、ビームＡの反射光が受光部８の受光面８ａに結像される。

次いで、図１３に示すように、偏向器４を徐々に（角度β／２以下）回転させることによってビームＡが走査対象範囲Ｈ内を主走査される。この際、偏向器４によってビームＢは走査対象範囲Ｈから外れて拡散されている。すなわち、引き続きビームＡの反射光が受光部８の受光面８ａに結像される。

次いで、図１４に示すように、偏向器４の回転角度がほぼ角度β／２に近くなってくると、ビームＡが走査対象範囲Ｈ内をさらに主走査されるが、偏向器４によってビームＢは走査対象範囲Ｈの手前に照射される。

なお、図１２において、走査対象範囲Ｈの奥側にて、ビームＢが照射される光路に配された検出用ミラー９が、ビームＢの照射光を反射させて走査光検出部１０７に向けて照射させる。走査光検出部１０７は、ビームＢが走査対象範囲Ｈの奥側にあることが検知され、そのタイミングからビームＢの主走査位置が認識できる。

次いで、図１５に示すように、偏向器４のβ／２の角度以上の回転によりビームＡが走査対象範囲Ｈから外れる。そして、副走査部１０４が、対象面１０ａを主走査する方向と直交する方向に移動させる。その新たな走査対象範囲Ｈ内をビームＢが主走査する。そしてビームＢの反射光が受光部８の受光面８ａに結像される。

次いで、図１６に示すように、偏向器４がさらに（β／２＋Δα＜β）の角度だけ回転することによって、ビームＢで走査対象範囲Ｈ内が主走査される。この際、ビームＡは、走査対象範囲Ｈから外れて拡散されている

次いで、図１７に示すように、偏向器４の回転角度がβに近くになるにまでビームＢが走査対象範囲Ｈ内をさらに主走査される。ビームＡは、走査対象範囲Ｈの手前に照射される。

なお、図１５において、走査対象範囲Ｈの奥側にて、ビームＡの照射光が、検出用ミラー９によって反射されて、走査光検出部１０７に向けて照射されることにより、ビームＡが走査対象範囲Ｈに奥側にあることが検知され、そのタイミングからの経時時間でビームＡの走査位置が認識できる。以下、偏向器４の回転に伴って上記図１２〜図１７の動作が繰り返される（主走査と副走査とが繰り返される）。

上述した投光部３では、照射部２のハーフミラー２Ａ及びミラー２Ｂにてほぼβだけ入射角の異なる２つのビームＡ，Ｂを出射し、偏向器４にて各ビームＡ，Ｂをそれぞれ偏向させて所望の走査対象範囲Ｈで走査し、収束レンズ５にて走査する各ビームＡ，Ｂを平行にする。これにより、偏向器４による一走査分の偏向動作中で一方のビームＡ（Ｂ）が走査対象範囲Ｈから外れるときに他方のビームＢ（Ａ）が走査対象範囲Ｈ内で走査されるので、偏向器４の偏光角を有効に走査に利用できる。

図１０は、図１を実装に合わせて表現した構成例である。照射手段２は、図１２のものと同じである。照射手段２からから照射された２つの照射光が、異なる二つの入射角で偏向器４に出射される。各照射光は、偏向器４によりそれぞれ屈曲され、所定のストロークで走査される。走査された照射光は収束レンズ５に入射され、平行に移動するビームとなり、対象面１０ａ上に照射点Ｓを形成する。照射光は照射点Ｓごとに反射又は散乱し、その反射，散乱光（測定光）は受光部８側へ入射する。

照射点Ｓは走査されて、集光レンズアレイ６の一端にある集光レンズ部６ａに対向する位置に移動する。照射点Ｓからの測定光は、集光レンズ部６ａによってほぼ平行なビームとなって収束する。収束された測定光は、結像レンズ７の光軸に対し角度のある状態で結像レンズ７に入射される。

結像レンズ部７は、集光レンズ部６ａに入射された測定光の向きを変え、受光面８ａの走査幅方向の一端側の位置に測定光を結像させる。照射点Ｓからの測定光は、側方（図１０中Ｘ方向）からみても、集光レンズ部６ａによってほぼ平行に収束され、結像レンズ部７によって受光部８の受光面８ａ上に結像される。

このため、受光部８の受光面８ａには、照射点Ｓの高さに正確に対応した位置に点状の像Ｋ（結像点）が形成され、その位置に対応した電気信号（電流）が電極から出力される。そして、上記偏向器４によるプリント基板１０上の照射点Ｓを走査することで、受光部８の受光面８ａに結像される像Ｋの位置がプリント基板１０の高さに応じて変わる。

このように、照射点Ｓが集光レンズ部６ａに対向する範囲内で移動すると、受光面８ａ上の像Ｋの位置は、受光面８ａの走主査幅Ｗの一端側から他端側に移動することになる。

そして、プリント基板１０上の照射点Ｓの走査に伴って、照射点Ｓが高さ（Ｚ）方向に移動すると、受光部８の受光面８ａ上の像Ｋがずれて，その位置に対応する電気信号が出力される。そして、この電気信号から移動した照射点Ｓの基準面からの高さが検出され、基の照射点Ｓの高さとの差（変位）が判る。これらは形状再生部１０５で処理される。

このようにして、プリント基板１０のＺ軸方向の変位量をＸ軸方向（主走査方向）に走査されたビームで得ることができる。また、副走査部１０４が投光部３及び受光部８等のセンサ部分をプリント基板１０が支持されている測定台６１に対してＹ軸方向（副走査方向）に移動させることにより、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元の距離データを得ることができる。これらはデータは、形状再生部１０５で生成される。

［形態１における複数の光による影響］
ここで、投光部３が２つのビームで同一のプリント基板１０の形状を測定しようとしたとき、２つのビームの光学的特性の違いが測定値に表れるので、形状の良否判定に影響することが問題となる。図２は、その２つのビームＡとＢによって測定したデータの影響を、プリント基板１０上のレジスト部分、はんだ部、マット部分等の識別にどのように影響するかをモデル的に表したものである。図２（ａ）と（ｂ）は、ビームＡとＢのそれぞれで測定されたデータであり、いずれの横軸もそれぞれの受光部８で受けた受光量（パワー）を表し、縦軸が同一受光量における度数を示すものである。このデータは、例えば、はんだ箇所、レジスト箇所、パッド箇所の識別に利用できるデータである。

図２（ａ）と（ｂ）とでは、はんだ箇所、レジスト箇所、パッドの各部の位置がずれているが、これらの大きな理由は、ビームＡとＢとのパワーに違いがあることと、偏光が異なることであった。特に前者は、横軸位置を直接的にずらしてしまう。後者は、図２の受光量（強度）―度数で示される波形の形状に違いが出て、結果としてずれてしまう。したがって、上記形状再生部１０５で図２のようにはんだとレジストの識別点ＸＡを設けて区別してはんだ箇所を抽出しようとしても、ビームＡでは、識別できるが、ビームＢでは、識別できない。図２は、ビームＡだけ、或いはビームＢだけで単純化して説明しているが、上記したように、実際は、ビームＡとＢとでは、交互に副走査毎に主走査され、それらが合成されて検査に利用されるので、より複雑な問題になる。

この２つのビームの光学的特性の違いによる検査への影響を防止する技術が、次に説明する形態２又は形態３で説明する技術である。

［形態２］
本形態２は、上記２つの光、例えばビームＡ及びビームＢの光学的特性の差異を投光部３、特に光発生部１で無くそうというものである。特に、ここで対象とする光学的特性は、パワーと偏光である。図３に形態２の全体構成を示してあり、その内の形態２に特に関与する要部として、図１に対して、光発生部１に、ビームＢをビームＡと同じ偏光にするための偏光手段１ｄと、ビームＡとＢのパワーがプリント基板１０の表面で同じになるよう調整するための可変手段１ｃ（偏光機能も含む。）を備えている。これの詳細説明を図４を用いて行う。図５，図６は、その変形例である。

図４において、ＬＤ光源１ａのビームは、パワーがａで、直交する偏光の成分、Ｐ成分又はＳ成分のみを有するものとする。ＬＤ光源１ａからのビームは、コリメータレンズ１ｅによって平行光にされる。ここで可変手段１ｃはλ／２波長板（以下、λ／２波長板１ｃと言うことがある。）であってＰ成分又はＳ成分のみのビームをＰ成分とＳ成分の双方を有するビームにする。分岐手段1ｂａは偏光ビームスプリッタであって、Ｐ成分を通過し、Ｓ成分を反射する。通過したＰ成分は、偏光手段１ｄ（これもλ／２波長板で、以下、λ／２波長板１ｄと言うことがある。）でＳ成分に変更される。このような構成で、λ／２波長板１ｃの通過時のＳ成分とＰ成分のパワー比Ｓ／Ｐ＝ｒとすると、分岐手段１ｂａの通過（反射）後のビームＡ及びＢのパワーは、次の式で示される。

ビームＡ（Ｓ成分）：ｒ×ａ／（１＋ｒ）
ビームＢ（Ｐ成分をλ／２波長板１ｄで変更したＳ成分）：（１−ｑ）×ａ／（１＋ｒ）
ここで、ｑは、λ／２波長板１ｄの損失である。

このような構成において、次のような調整を行う。
分岐手段１ｂａの出力後のＰ成分をλ／２波長板１ｄを回転させてＳ成分のみに調整する。この調整は、λ／２波長板１ｄから反射されるＰ成分のパワーを測定して、その値が０になるように回転させることで行われる。
その後、λ／２波長板１ｃを回転させて比率ｒを可変して、プリント基板１０の代わりにパワーメータを置いて、ビームＡとＢのパワーが同じになるように調整する。つまり、ｒ＝１−ｑになるように調整する。

なお、上記のようにプリント基板１０の位置で、ビームＡとＢのパワーを同じくする理由は、途中介在するミラー１ｂｂ、偏向器４、収束レンズ５等の偏光特性によるロスがあるから、それを考慮した調整方法である。

図５は、図４の変形例であるが、図４の分岐手段１ｂａの前にあったλ／２波長板１ｃを止め、λ／２波長板１ｆを分岐手段１ｂａ後のビームＡ側に持ってきたものである。この場合、分岐手段１ｂａは、偏光に関係なく単に分岐するもの、例えば、ハーフミラーでもよい。

図５の場合は、λ／２波長板１ｆとλ／２波長板１ｄとで分岐手段１ｂａからそれぞれ受けたビームＡとビームＢをそれぞれＳ偏光に変換する。そのとき、いずれかパワーの少ない方、例えばビームＢであれば、λ／２波長板１ｄを回転させてビームＢの全てをＳ偏光にする。その後、λ／２波長板１ｆを回転させてビームＡのパワーをプリント基板１０の位置で測定して、ビームＢと同じパワーになるように調整する。したがって、λ／２波長板１ｆは、分岐手段１ｂａから受けたビームの一部をＰ偏光として反射してロスすることにより、パワーを調整することになる。

図６は、２つのＬＤ光源１ａａ、１ａｂを持った例を示す図である。ＬＤ光源１ａａ、１ａｂそれぞれからの光は、それぞれコリメータレンズ１ｅａ、１ｅｂで平行光にされ、さらにλ／２波長板１ｄ、１ｇによって、Ｓ偏光に変換されビームＡ、Ｂとして出力される。パワーの調整は、図４と同じように、パワーが少ない方がビームＢであれば、λ／２波長板１ｄを回転させてビームＢの全てをＳ偏光にし、λ／２波長板１ｇを回転させてビームＡのパワーをプリント基板１０の位置で測定して、ビームＢと同じパワーになるように調整する。

上記の方法により、２つのビームのパワーと偏光にかかる差異を少なくすることができるので受光部８における測定値の差異も少なくなる。したがって、上記図２で説明したように、プリント基板１０の各部の識別、或いは形状再生部１０５における面積、体積の算出誤差への影響を防止できる。

［形態３］
上記したように、２つの光で走査したときに、それらの光学的特性の差異による影響で測定値にも差異がでる可能性がある。形態３では、投光部３は、図１のままで、２つの光の光学的特性の差異による影響を測定値側で補正しようとする技術を説明する。その構成は、図１における構成の中で、識別用ミラー９、走査光検出部１０７，補正部１０８は、波形再生部１０５（データ変換部１０５ａを含む）によって、例えば、ビームＡとビームＢの光学的特性の差異による影響を受けた測定結果を補正する構成としている。

なお、本出願人が、出願している特願２００３−１９５００６においても補正しているが、この場合の補正は、２つの光の光路の違いによる補正であり、本発明の場合は、２つの光が持っている特性に起因した補正である。

図１を用いて、補正の概要を説明し、その後に各部の詳細を説明する。図１の識別用ミラー９は、主走査の光が２つの光のうちいずれの光かを区別するためのものであり、主走査が走査対象範囲Ｈからわずかに外れた位置に配置され、少なくともいずか一方の光だけを走査光検出部１０７へ反射する。走査光検出部１０７は、識別用ミラー９からの反射光を受けて２値化し、例えばビームＡによる走査時間をＨとし、ビームＢによる走査時間はＬとするパルス状のタイミング信号を生成する。そして、補正部１０８は、走査光検出部１０７からの信号を受けて、主走査する光がビームＡ又はビームＢに応じて、データ変換部１０５ａに対して、受光部８から受けた電気信号を補正させるなり、或いは上記したデータ変換部１０５ａにおける２値化する際に用いるしきい値を補正させるなりして、形状再生部１０５における処理結果にビームＡとビームＢによる差異を生じさせないようにする。

識別用ミラー９の例を図１１に示す。図１１では、識別用ミラー９は、検出用ミラー９ａ及びナイフエッジ９ｂで構成されている。図１１（ａ）に示すように、片道走査される各ビームの終点側となる上記走査対象範囲Ｈの奥側に検出用ミラー９ａが配されている。走査対象範囲Ｈから奥側に外れたビームは、検出用ミラー９ａで折り返され、波形整形のためのナイフエッジ９ｂを前面に配置された走査光検出部（フォトダイオードを有する。）１０７に照射される。ナイフエッジ９ｂを設けることにより、走査光が横切るスピードにより電気信号に変換したときの信号波形（以下、タイミング信号という。）を急峻にすることができる。これにより、各ビームが走査対象範囲Ｈの奥側にあることが検知され、そのタイミング信号の時間位置に対応して走査が終了した各ビームを認識できる。なお、図１１（ｂ）に示すように、検出用ミラー９ａを終点側に限らず、始点側に設置することも可能である。この場合では、各ビームが走査対象範囲Ｈの手前で検知される。つまりタイミング信号からは、走査を開始する各ビームを認識できる。

各ビームの検出をさらに詳しく説明するための図が図８ａ、図８ｂ及び図９ａ、図９ｂである。偏向器４で偏光されるときの各ビームの位置は図８ａに示すように幾らか走査方向にオフセットされており（ずれており）、この光が検出用ミラー９ａで反射され、走査光検出部１０７内の受光手段１０７ａで検出され、増幅手段１０７ｂで増幅される。そのときの検出用ミラー９ａに出入りする各ビームの様子（図８ａの一点鎖線で囲んだ部分）を示したのが図８ｂである。

図８ｂでは、ビームＡ及びＢの照射位置による違いによって、検出用ミラー９ａで反射されて受光手段１０７ａにより受光される光の領域として、ビームＡのみの領域Ｆ１、ビームＡ，Ｂの領域Ｆ２、ビームＢのみの領域Ｆ３が存在することを示す。
そこで、受光手段１０７ａとしては、２つの受光面を有している。この２つの受光面として、ビームＡのみの領域Ｆ１からのビームＡを受光している受光検出部１０７ａａ（不図示）、ビームＡ，Ｂの領域Ｆ２からのビームＡ，Ｂを受光している受光検出部１０７ａｂ（不図示）で構成される。この組み合わせは上記に限ることなく、領域Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の光の任意の二組を検出できればよい。

走査光検出部１０７は、さらに受光検出部１０７ａａと受光検出部１０７ａｂとの出力から上記したビームＡによる主走査かビームＢによる主走査かを識別できるタイミング信号を生成する。図９ａに、走査光検出部１０７で、受光検出部１０７ａａからのビームＡに基づくタイミング信号と受光検出部１０７ａｂからのビームＡ，Ｂに基づくタイミング信号を受けて判別した結果、つまり走査する各ビームの識別結果を示す。図９ｂには、ビームＡ（領域Ｆ１）、とビームＡ、Ｂ（領域Ｆ２）を用いて判別したときの判別結果を示す。上記いずれの例でも、判別結果であるタイミング信号は、ＨレベルでビームＢを示し、ＬレベルでビームＡを示している。図９ａ，ｂの判別結果は、受光検出部１０７ａａと受光検出部１０７ａｂからの各タイミング信号を各種論理素子で構成した論理回路で生成できる。

補正部１０８は、走査光検出部１０７の出力を受けてビームＡに対する測定値の補正、ビームＢに対する測定値の補正指示を形状再生部１０５に対して行う。このとき、必ずしも両方の指示は必要なく、最小限、一方のビームに対する補正を指示すればよい。補正は、あくまで、一方のビームにおける測定値を他方のビームの測定値に合わせるためである。したがって、補正部１０８は、補正に必要な補正データを予め記憶する記憶手段１０８ａを有している（図７）。

補正手段１０８が補正指示する主な内容は、次のものがある。上記では、「測定値を補正する。」と述べてきたが、下記のように、測定値には受光量、しきい値で２値化される値も測定値に含まれるものとする。

受光部８が受けた受光量の利得、オフセットを補正する。
図７にその補正する回路例を示す。
例えば、ビームＡの受光量がビームＢの受光量に比べ小さい場合は、補正手段１０８は、上記タイミング信号がＬレベルの時間帯において、データ変換部１０５ａに対して、データ変換する前に、ビームＡのときの電気信号の増幅器Ｌの利得をビームＢ側の電気信号の利得に比べ受光量の差に応じて増大させる。つまり、図７において、タイミング信号のＬレベルによりスイッチＢ（Ｌ側）を介して補正利得可変値Ａを基に抵抗Ｒを可変して利得をあげる。

又、ビームＡの受光量のその分布が、ビームＢの受光量に比べ受光量の分布に比べて受光量が多い方へシフトしている場合は、図９ｂにおけるタイミング信号がＬレベルの時間帯において、増幅器Ｌの入力に上記シフトにあったシフト量だけ下方へビームＡ側の電気信号の大きさをシフトさせる。つまり、図７において、タイミング信号のＬレベルによりスイッチＡ（Ｌ側）を介して補正オフセット値Ａを増幅器Ｌに与えて電気信号をオフセットする。この上記のような補正に必要な利得（図２の補正オフセット値Ａ，Ｂ）、シフト量（図７の補正利得値Ａ、Ｂ）は、図１においてプリント板１０の代わりに基準となるプリント板を置いて、校正してみることにより、予め知ることができるので、その校正時の値に基づいて上記タイミング信号で読み出せるようにして記憶手段１０８ａに記憶しておくことで達成できる。なお、上記の利得補正及びオフセット補正の双方を行うこともできる。

データ変換時の２値化のしきい値の補正。
データ変換部１０５ａにおける上記データ変換時の２値化は一般に比較器で受光部８からの受光量の大きさに応じた電気信号としきい値と比較して行われる。しかしビームＡとＢの光学的特性、中でもパワーや偏光の違いにより、受光部８の受光量がビームAによる場合と、ビームＢによる場合とで異なり、強いては、同じしきい値で２値化すると一方が２値化され、他方が２値化されない場合がでてくる。そのため、後の判定部１０６での判定結果によりミス判断がされかねない。そこで補正が必要になる。この補正の仕方は、図７で説明したオフセットと同じであり説明を省略する。なお、２値化の場合は、図７の増幅器Ｌが上記比較器として動作する。そして、抵抗Ｒが無限大にされ増幅器Ｌの利得は最大に設定される。

ここで、再び図２に戻って説明する。図２は、説明のためビームＡ又はビームＢ単体で測定した例であり、はんだとレジストの識別点が、ＸＡ―ＸＢだけずれている。実際は、主走査、副走査毎にビームＡとビームＢが交互に測定され、それらがまとめられて形状が求められる。しかし、上記したように形状再生部１０５の入力時点で、図９ｂのタイミング信号に応じて、同じ対象であればビームＡとビームＢのそれぞれによる受光量（それに基づく電気信号の大きさ）の差がなくなるように補正がされるので、はんだとレジストの識別点をＸＡ＝ＸＢとできるので、誤判定を防止できる。つまり、この後にはんだ箇所の面積、体積（形状）を計算するが、はんだ箇所のデータにレジストについてのデータが混在して誤った計算をすることを防止できる。

形態１についての機能ブロックを示す図である。 投光部の２つのビームの光学的特性の差異による検査装置への影響を説明する図である。 形態２についての機能ブロックを説明する図である。 形態２の光発生部の変形例を示す図である。 形態２の光発生部の変形例を示す図である。 形態２の光発生部の変形例を示す図である。 形態３における補正を説明する図である。 形態３における走査されるビームの検出の仕方を説明する図である。 形態３における走査されるビームの検出の仕方を説明する図である。 形態３においてビームを識別したタイミング信号の生成方法を説明する図である。 形態３においてビームを識別したタイミング信号の他の生成方法を説明する図である。 本発明の図１に係る形態１の他の例を示す図で、一連の動作を説明するための図である。 図１０における２つビームの走査を説明するとともに、２つの光の検出を説明するための図である。。 図１０の２つのビームによる走査を説明するための図である。 図１０の２つのビームによる走査を説明するための図である。 図１０の２つのビームによる走査を説明するための図である。 図１０の２つのビームによる走査を説明するための図である。 図１０の２つのビームによる走査を説明するための図である。 図１０の２つのビームによる走査を説明するための図である。 従来技術の投光部の構成を示す斜視図である。 図１８の投光部における走査を説明する図である。

符号の説明

３ 投光部、 ５ 収束レンズ、 ６ 集光レンズアレイ、 ７ 結像レンズ、 ９ 識別用ミラー、 Ｈ 測定対象範囲、 Ｓ 照射点。

Claims (6)

1. はんだが印刷されたプリント基板の所定の走査対象範囲に亘って光を出射して走査する投光部（３）と、前記プリント基板からの反射光を受光する受光部（８）とを有し、前記はんだの印刷状態を検査する印刷はんだ検査装置において、
   前記投光部は、２本の光を出射する光発生部（１）と、前記２本の光を異なった入射角で受けて、前記対象範囲方向に偏向させて、前記プリント基板の前記走査対象範囲を順次走査するＮ個の鏡面を有し、回転するポリゴンミラー（４）とを備え、
   前記投光部は、該ポリゴンミラーの前記Ｎ個の各鏡面を回転する方向に２つの領域に分けて、前記２本の光をそれぞれ別個の前記領域に入射させ、該ポリンゴンミラーによって偏向された前記２本の光は交互に該ポリゴンミラーの１鏡面がその中心軸に対して占有する角度の半分の回転毎に順次に前記走査対象範囲を走査する構成を備えたことを特徴とする印刷はんだ検査装置。
2. はんだが印刷されたプリント基板の所定の走査対象範囲に亘って光を出射して走査する投光部（３）と、前記プリント基板からの反射光を受光する受光部（８）とを有し、前記はんだの印刷状態を検査する印刷はんだ検査装置において、
   前記投光部は、Ｍ本の光を出射する光発生部（１）と、前記Ｍ本の光を異なった入射角で受けて、前記対象範囲方向に偏向させて、前記プリント基板の前記走査対象範囲を順次走査するＮ個の鏡面を有し、回転するポリゴンミラー（４）とを備え、
   前記投光部は、該ポリゴンミラーの前記Ｎ個の各鏡面を回転する方向にＭ個の領域に分けて、前記Ｍ本の光をそれぞれ別個の前記領域に入射させることによって、該ポリンゴンミラーによって偏向された前記Ｍ本の光は交互に該ポリゴンミラーの３６０度／［ＮＭ］の回転毎に順次に前記走査対象範囲を走査する構成を備えたことを特徴とする印刷はんだ検査装置。
3. 前記ポリゴンミラーがほぼ３６０度／［ＮＭ］回転する毎に、前記投光部と前記プリント基板とを前記走査の方向と直交する方向に相対的に移動させることによって副走査を行う副走査部（１０４）と、前記受光部が、前記ポリゴンミラーによる主走査及び副走査部による副走査のタイミングに応じて出力する受光量及び受光位置に応じて出力する電気信号を基に、前記プリント基板上の印刷はんだの形状を再生する形状再生部（１０５）を備えた請求項２に記載の印刷はんだ検査装置。
4. 前記光発生部は、その出射するＭ本の光が、同一偏光方向であって、前記プリント基板の走査される面においてほぼ同一のパワーになるようにされていることを特徴とする請求項２又は３に記載の印刷はんだ検査装置。
5. 前記受光部から出力される電気信号から印刷はんだの形状を再生する形状再生部（１０５）と、Ｍ個の光の各照射位置の違いから走査されている光を検出してＭ本の光のいずれであるかを識別した信号を生成する走査光検出部（１０７）と、前記ポリゴンミラーによりＭ本の光を順次投光されたときに、前記Ｍ本の光の特性の違いによる前記受光部による受光量への影響を、予め補正用データを投光する光に対応して記憶しておき、前記受光部から前記形状再生部へ入力される前記電気信号の大きさを、前記走査光検出部からの前記識別した信号に対応する前記補正用データを読み出して補正させる補正部（１０８）とを備えた請求項２又は３に記載の印刷はんだ検査装置。
6. 前記受光部から出力される電気信号を所定のしきい値で比較して２値化して、２値化したデータから印刷はんだの形状を再生する形状再生部（１０５）と、Ｍ個の光の各照射位置の違いから走査されている光を検出してＭ本の光のいずれであるかを識別した信号を生成する走査光検出部（１０７）と、前記ポリゴンミラーによりＭ本の光を順次投光されたときに、前記Ｍ本の光の特性の違いによる前記受光器による受光量への影響を、予め補正用データを投光する光に対応して記憶しておき、前記しきい値を、前記走査光検出部からの前記識別した信号に対応する前記補正用データを読み出して補正させる補正部（１０８）とを備えた請求項２又は３に記載の印刷はんだ検査装置。

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