JP5239275B2 - 欠陥検出方法および欠陥検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物を撮像した画像を処理することで、被検査物の傷やシミ等によって前記撮像画像に低コントラストで表示される欠陥を、精度よくかつ自動的に検出する欠陥検出方法及び装置に関する。

フレキシブルプリント基板の配線封止面の異物や傷の欠陥検出では、画像処理手法の一つであるフィルタ処理を用いて欠陥検出を行っている。すなわち、異物や傷がある被検査物を撮像すると、その撮像画像において異物や傷の部分は周囲に比べて輝度が異なる。但し、その輝度の差は小さいため、つまり低コントラストであるため、フィルタを用いて輝度差を強調して欠陥検出を行っていた。

このような欠陥検出方法として、検査対象点の周囲の８点の画素データを用いて検出する８近傍点隣接比較方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１では、検査対象点を挟んで配置される左右、上下、斜め方向の隣接する８点のうち、検査対象点との比較に用いるのに最適な２点（左右の２点、もしくは上下の２点、もしくは各斜め方向の２点のうちのいずれか）を選択し、その平均値と検査対象点の輝度データを比較して欠陥の有無を判断していた。そして、比較に最適な２点の選択は、２点の輝度データを比較し、その２点の輝度データが等しい場合は比較に最適な２点であると判断していた。

但し、特許文献１の手法では、基板の隅部側に存在する欠陥を精度良く検出することができなかった。例えば基板の四隅部では、検査対象点を挟んで配置される２点のうちの一方が基板外に配置され、他方が基板内に配置されるため、輝度データが等しい２点が存在しない。このため、比較に最適な２点を選択することができず、疑似欠陥が発生したり、検査範囲対象外と判断されてしまい、隅部の欠陥検出を精度よく行うことができなかった。

そこで、本出願人は、このような課題を解決するために、検査対象点と、その周囲に配置された複数の比較対象点との輝度値の差をそれぞれ求め、各輝度値差データのうち、値が最小のものを検査対象点の欠陥強調値とする欠陥検出方法を提案している（特許文献２参照）

特開２００４−２８８３６号公報 特開２００７−８６０５６号公報

しかしながら、各特許文献１，２に記載されたいずれの方法においても、比較対象となる画素の部分に、被検査物と同じ輝度の欠陥が存在した場合、例えば検査対象点と比較対象点を結ぶライン上に線欠陥が存在した場合には、その欠陥は検出されない。
一方、前記検査対象点を通り、かつ、いずれの比較対象点も通らない線欠陥は検出される。
すなわち、前記各方法では、同じコントラストの線欠陥が存在しても、ある角度の場合は検出され、ある角度の場合は検出されず、検出感度にムラが生じる問題点があった。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、被検査物の欠陥検出の感度を向上することができる欠陥検出方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の欠陥検出方法は、被検査物を撮像した撮像画像に対して欠陥強調処理を行う欠陥強調処理工程と、前記欠陥強調処理工程で得られた各画素の欠陥強調値に基づいて欠陥を検出する欠陥検出工程とを有し、前記欠陥強調処理工程は、前記撮像画像において検査対象画素を順次選定する検査対象画素選定工程と、選定された検査対象画素の中心から所定距離離れた比較対象画素を検査対象画素の周囲に複数配置し、これらの比較対象画素を複数の比較対象画素群に分けて設定する比較対象画素群設定工程と、比較対象画素群に含まれる各比較対象画素の輝度値と、前記検査対象画素の輝度値との差である輝度差データを求め、それらの輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を比較対象画素群毎に求める最小輝度差算出工程と、比較対象画素群毎に算出された最小輝度差のうち、値が最大となる最小輝度差を前記検査対象画素の欠陥強調値とする欠陥強調値算出工程とを備えることを特徴とする。

なお、検査対象画素および比較対象画素は、例えば、被検査物を撮像したＣＣＤカメラの撮像画素単位で設定すればよい。
本発明では、欠陥強調処理工程において、選定された検査対象画素の輝度値と、その周囲に複数配置された比較対象画素の輝度値との差である輝度差データを求め、各輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を選択して前記検査対象画素の欠陥強調値としているので、検査対象画素を含み、かつ、比較対象画素は含まない欠陥、例えば面状のシミ欠陥を検出できる。
すなわち、検査対象画素部分に欠陥がなく、周囲の画素と輝度差が無い場合には、前記最小輝度差は非常に小さい値になる。また、検査対象画素に欠陥があっても、その欠陥がいずれかの比較対象画素部分まで広がっている場合には、その欠陥部分に含まれる検査対象画素および比較対象画素の輝度差は殆ど無いため、前記最小輝度差も非常に小さい値になる。
一方、検査対象画素に欠陥が存在し、かつ、周囲の比較対象画素には欠陥が無い場合、つまりシミ欠陥が比較対象画素で囲まれるエリア内に納まっている場合には、検査対象画素の輝度値は、いずれの比較対象画素の輝度値とも差があるため、最小輝度差も比較的大きな値になる。これにより、比較対象画素で囲まれるエリア内に納まる大きさのシミ欠陥が存在する場合に、最小輝度差は比較的大きな値となり、欠陥が強調されることになる。

また、本発明では、前記複数の比較対象画素を、複数の比較対象画素群に分けているので、シミ欠陥のほかに線欠陥も検出できる。すなわち、複数の比較対象画素の少なくとも一つと、検出対象画素とに重なる線欠陥がある場合、その線欠陥上の各画素の輝度値の差は小さいため、前記最小輝度差も小さな値となり、欠陥を検出することができない。
一方、本発明のように、複数の比較対象画素を、複数の比較対象画素群に分け、各比較対象画素群毎に最小輝度差を算出している場合、各比較対象画素の位置が異なるため、一方の比較対象画素群の比較対象画素に線欠陥が重なってその線欠陥を検出できなくても、他の比較対象画素群の比較対象画素は前記線欠陥と重ならず、その線欠陥を検出できる。
このため、複数の比較対象画素群で算出された各最小輝度差の最大値を、検査対象画素の欠陥強調値とすれば、シミ欠陥および線欠陥の両方の欠陥を強調できる。特に、線欠陥は、いずれかの比較対象画素群で検出できなくても、他の比較対象画素群で検出できるため、線欠陥の角度による検出感度のムラは生じず、検出感度を向上することができる。
また、本発明では、シミ欠陥および線欠陥の両方を同時に検出できるため、シミ欠陥検出フィルタと線欠陥検出フィルタとを別々に用意して検出する場合に比べて、欠陥検出時間も短縮できる。

本発明の欠陥検出方法において、前記比較対象画素群設定工程は、前記複数の比較対象画素として、４×ｎ個（ｎは２以上の整数）の比較対象画素を選定し、これらの比較対象画素を、検査対象画素を中心とする円周方向において９０度間隔で配置された４個の比較対象画素毎に選択して各比較対象画素群を設定することが好ましい。

なお、４×ｎ個の比較対象画素の具体的な個数は、検査対象画素および比較対象画素間の距離に基づいて設定すればよく、通常は、８個、１２個、１６個のいずれかに設定すればよい。
また、検査対象画素および比較対象画素の距離は、検出対象となるシミ欠陥の大きさに基づいて設定すればよく、通常は、各画素間の距離を４〜４０画素程度、例えば７画素にすればよい。

さらに、比較対象画素は、検査対象画素の周囲に円周上にかつ等間隔に配置することが好ましい。すなわち、各比較対象画素および検査対象画素を結ぶ線分と、その比較対象画素に隣接する他の比較対象画素および検査対象画素を結ぶ線分とがなす角度が、各比較対象画素において同一であることが好ましい。
従って、例えば、８個の比較対象画素が設けられている場合には、検査対象画素を中心とする円周方向に４５度間隔で配置すればよい。この場合、検査対象画素を中心とする円周方向に１つおきに選択した４つの検査対象画素つまり９０度間隔で配置された４つの検査対象画素により第１比較対象画素群を構成し、これらの第１比較対象画素群に含まれない他の４つの検査対象画素により第２比較対象画素群を構成すればよい。
同様に、１２個の比較対象画素が設けられている場合には、検査対象画素を中心とする円周方向に３０度間隔で配置すればよい。この場合、検査対象画素を中心とする円周方向に２つおきに選択した４つの検査対象画素つまり９０度間隔で配置された４つの検査対象画素により第１〜３の比較対象画素群をそれぞれ構成すればよい。
同様に、１６個の比較対象画素が設けられている場合には、検査対象画素を中心とする円周方向に２２．５度間隔で配置すればよい。この場合、検査対象画素を中心とする円周方向に３つおきに選択した４つの検査対象画素つまり９０度間隔で配置された４つの検査対象画素により第１〜４の比較対象画素群をそれぞれ構成すればよい。

検査対象画素を中心とする円周方向に９０度間隔に配置された４つの比較対象画素により各比較対象画素群を構成しているので、最小限の数の比較対象画素でシミ欠陥の有無を検出できるとともに、ある比較対象画素群において検査対象画素を挟んで点対称位置に配置された２つの比較対象画素を通る線欠陥があり、その線欠陥を検出できない場合でも、他の比較対象画素群によって前記線欠陥を確実に検出することができる。

本発明の欠陥検出方法において、前記比較対象画素群設定工程は、前記複数の比較対象画素として、検査対象画素を中心とする円周方向において４５度間隔で配置された８個の比較対象画素を選定し、これらの８個の比較対象画素を、検査対象画素を中心とする円周方向において９０度間隔で配置された４個の比較対象画素毎に選択して第１比較対象画素群および第２比較対象画素群を設定してもよい。
例えば、検査対象画素を挟んで上下および左右に設けられた４つの比較対象画素によって第１比較対象画素群を構成し、検査対象画素を挟んで右斜め上、右斜め下、左斜め上、左斜め下に設けられた４つの比較対象画素によって第２比較対象画素群を構成すればよい。
４個の比較対象画素を備える２つの比較対象画素群を設定すれば、最小限の比較対象画素によってシミ欠陥および線欠陥を検出できる。このため、フィルタによる欠陥検出処理も短時間で行うことができる。

本発明の欠陥検出方法において、前記最小輝度差算出工程は、欠陥部分の輝度が、周囲の輝度よりも高くなる明欠陥を検出する場合には、前記検査対象画素の輝度値から比較対象画素の輝度値を引いて輝度差データを求め、それらの輝度差データの最小輝度差を求め、欠陥部分の輝度が、周囲の輝度よりも低くなる暗欠陥を検出する場合には、前記比較対象画素の輝度値から検査対象画素の輝度値を引いて輝度差データを求め、それらの輝度差データの最小輝度差を求めることが好ましい。

本発明においては、検査対象画素の輝度値から比較対象画素の輝度値を引いて求めた各輝度差データの最小値を前記検査対象画素の明欠陥用の欠陥強調値とし、比較対象画素の輝度値から検査対象画素の輝度値を引いて求めた各輝度差データの最小値を前記検査対象画素の暗欠陥用の欠陥強調値としているので、明欠陥および暗欠陥を精度良く検出できる。

この際、前記欠陥検出工程は、前記検査対象画素での欠陥強調値を所定の閾値と比較して欠陥候補画素を抽出し、その欠陥候補画素によって構成される欠陥候補領域の特徴量から欠陥内容を判別することが好ましい。
なお、欠陥候補領域は、互いに隣接する欠陥候補画素をまとめて一つの欠陥候補領域と設定すればよい。
また、欠陥候補領域の特徴量としては、例えば、欠陥候補として切り出した領域の面積と、平均輝度、最大輝度に基づいて判別すればよい。

本発明においては、欠陥部分の面積や、平均輝度、最大輝度等の特徴量によって欠陥内容を評価判別しているので、欠陥を客観的に評価でき、例えば欠陥のランク付けも容易に行うことができ、不良品を容易に判定できる。

本発明の欠陥検出装置は、被検査物を撮像した撮像画像に対して欠陥強調処理を行う欠陥強調処理手段と、前記欠陥強調処理手段で得られた各画素の欠陥強調値に基づいて欠陥を検出する欠陥検出手段とを有し、前記欠陥強調処理手段は、前記撮像画像において検査対象画素を順次選定する検査対象画素選定手段と、選定された検査対象画素の中心から所定距離離れた比較対象画素を検査対象画素の周囲に複数配置し、これらの比較対象画素を複数の比較対象画素群に分けて設定する比較対象画素群設定手段と、比較対象画素群に含まれる各比較対象画素の輝度値と、前記検査対象画素の輝度値との差である輝度差データを求め、それらの輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を比較対象画素群毎に求める最小輝度差算出手段と、比較対象画素群毎に算出された最小輝度差のうち、値が最大となる最小輝度差を前記検査対象画素の欠陥強調値とする欠陥強調値算出手段とを備えることを特徴とする。
この欠陥検出装置においても、前記欠陥検出方法と同様の作用効果を奏することができる。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る欠陥検出装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の欠陥検出装置は、フレキシブル基板や、液晶パネル（ＴＦＴパネル）、半導体ウェハなどの被検査物１の欠陥を検出するものである。被検査物１は、ＸＹステージ２上に載置され、平面的に移動可能に構成されている。
欠陥検出装置は、顕微鏡４、ＣＣＤカメラ５、コンピュータ装置６、表示装置７を備えていえる。

顕微鏡４は、被検査物１を拡大してＣＣＤカメラ５で撮影するために設けられており、被検査物１の欠陥を検出するために十分な倍率を有するものが用いられている。
ＣＣＤカメラ５は、顕微鏡４を介して被検査物１を撮影する撮像手段である。
コンピュータ装置６は、ＣＣＤカメラ５を制御し、被検査物１を検出する画像処理手段である。表示装置７は、コンピュータ装置６に接続された液晶ディスプレイなどの表示装置である。

コンピュータ装置６は、画像入力手段６０と、欠陥強調処理手段６１と、欠陥抽出手段６２と、欠陥判別手段６３とから構成されている。

コンピュータ装置６の画像入力手段６０には、ＣＣＤカメラ５で撮像された取込画像の画像データが入力される。その取込画像は図示しない記憶手段に記憶される。従って、画像入力手段６０によってＣＣＤカメラ５を用いて検査対象を撮像する画像取得工程（撮像工程）が実施される。

欠陥強調処理手段６１は、取得した画像に対して欠陥強調処理を行う欠陥強調処理工程を実施するものであり、検査対象画素選定手段６１１と、比較対象画素群設定手段６１２と、最小輝度差算出手段６１３と、欠陥強調値算出手段６１４とを備える。

検査対象画素選定手段６１１は、撮像画像において検査対象画素を順次選定する検査対象画素選定工程を実施するものである。
比較対象画素群設定手段６１２は、選定された検査対象画素の中心から所定距離離れた比較対象画素を検査対象画素の周囲に複数配置し、これらの比較対象画素を複数の比較対象画素群に分けて設定する比較対象画素群設定工程を実施するものである。
最小輝度差算出手段６１３は、比較対象画素群に含まれる各比較対象画素の輝度値と、前記検査対象画素の輝度値との差である輝度差データを求め、それらの輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を比較対象画素群毎に求める最小輝度差算出工程を実施するものである。
欠陥強調値算出手段６１４は、比較対象画素群毎に算出された最小輝度差のうち、値が最大となる最小輝度差を前記検査対象画素の欠陥強調値とする欠陥強調値算出工程を実施するものである。

なお、欠陥には、他の画素部分に対して輝度値が高い明欠陥と、輝度値が低い暗欠陥とがある。このため、本実施形態の欠陥強調値算出手段６１４は、明欠陥用の欠陥強調値と、暗欠陥用の欠陥強調値とをそれぞれ別々に算出するように構成されている。

欠陥抽出手段６２は、欠陥強調処理手段６１で処理された結果を所定の閾値と比較して欠陥候補を抽出する。なお、閾値としては、明欠陥閾値と、暗欠陥閾値とが設定され、明欠陥強調結果を明欠陥閾値と比較することで明欠陥領域が抽出され、暗欠陥強調結果を暗欠陥閾値と比較することで暗欠陥領域が抽出される。
また、欠陥強調処理手段６１で処理された画像に対し、メディアンフィルタなどを適用してノイズ除去処理を行ってから、欠陥抽出手段６２による欠陥候補抽出処理を実行してもよい。

欠陥判別手段６３は、抽出した各欠陥領域の面積、平均輝度、最大輝度などに基づいて欠陥のランクを評価し、今回の検査対象がどの欠陥ランクに該当するかを分類する欠陥判別処理を実行する。

次に、本発明の実施の形態による欠陥検出装置の動作について説明する。
図２はこの実施の形態の欠陥検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。図２に示す動作はコンピュータ装置６上で実行されるプログラムにより実現されている。

まず、被検査物１がＸＹステージ２にセットされると、コンピュータ装置６の画像入力手段６０は、被検査物１の画像をＣＣＤカメラ５で撮影し、その撮影データの画像を取り込む画像取得工程（撮像工程）を行う（ＳＴ１）。このとき撮影データは、図示しないＡ／Ｄ変換器により、例えば、４０９６階調（１２ビット）のデジタルデータとして、コンピュータ装置６に取り込まれる。
なお、被検査物１が液晶パネルなどの表示パネルの場合、表示パネル上に特定の画像パターンを表示させ、欠陥を検出しやすいようにしてもよい。例えば、暗欠陥を検出しやすいように全画面を白表示する全白画面パターン、明欠陥を検出しやすいように全画面を黒表示する全黒画面パターン、中間調の画面パターン等があり、検出したい欠陥種類に応じて適宜設定すればよい。

次に、欠陥強調処理手段６１は、取得された画像に対して欠陥を強調する欠陥強調処理工程を行う（ＳＴ２）。この欠陥強調処理工程ＳＴ２は、低コントラストの欠陥はそのままでは検出が難しいために、画像の中の欠陥のみを強調する処理を行うものである。欠陥強調処理工程ＳＴ２は、図３に示す処理フローで実施される。

欠陥強調処理手段６１は、まず、検査対象画素選定手段６１１により、検査対象となる検査対象画素を選定する検査対象画素選定工程を実行する（ＳＴ２１）。
本実施形態では、ＣＣＤカメラ５の各撮像画素単位で対象画素を選定するようにされている。

次に、欠陥強調処理手段６１は、比較対象画素群設定手段６１２により、比較対象画素群設定工程を実行する（ＳＴ２２）。
すなわち、比較対象画素群設定手段６１２は、図４に示すように、検査対象画素Ｏを中心とする円周方向に８個の比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を設定し、さらに、これらの比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を２つの比較対象画素群に分けて設定している。

本実施形態では、各比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８は、検査対象画素Ｏを中心とする円周方向に４５度間隔で配置される。
具体的には、検査対象画素Ｏを挟んで上下（縦方向）に比較対象画素Ｓ１，Ｓ５が配置され、検査対象画素Ｏを挟んで左右（横方向）に比較対象画素Ｓ７，Ｓ３が配置されている。また、検査対象画素Ｏを挟んで斜め方向（右斜め上から左斜め下方向）に比較対象画素Ｓ２，Ｓ６が配置され、検査対象画素Ｏを挟んで斜め方向（左斜め上から右斜め下方向）に比較対象画素Ｓ８，Ｓ４が配置されている。
そして、各比較対象画素Ｓ１およびＳ５、比較対象画素Ｓ２およびＳ６、比較対象画素Ｓ３およびＳ７、比較対象画素Ｓ４およびＳ８は、検査対象画素Ｏを中心とした点対称位置に設定されている。

なお、検査対象画素Ｏと比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の距離は、検出対象となるシミ欠陥の大きさに応じて設定される。すなわち、本実施形態では、検査対象画素Ｏと比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８との輝度差で欠陥を強調するため、シミ欠陥は比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８で囲まれるエリア内に納まる大きさでなければ検出できない。従って、検出したいシミ欠陥の大きさによって、前記検査対象画素Ｏと比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の距離を設定すればよい。
本実施形態では、検査対象画素Ｏから約７画素離れた位置に略円形状に各比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を配置している。

そして、比較対象画素群設定手段６１２は、これらの比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を、２つの比較対象画素群に分けて設定する。すなわち、円周方向に１つおきとなる比較対象画素Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７により第１の比較対象画素群を設定し、残りの比較対象画素Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８により第２の比較対象画素群を設定する。

次に、欠陥強調処理手段６１は、最小輝度差算出手段６１３により、各比較対象画素群ごとに比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を１画素ずつ選択し、選択した画素の輝度値と検査対象画素Ｏの輝度値との差である輝度差データを求め、それらの輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を求める最小輝度差算出工程を実行する（ＳＴ２３）。

具体的には、最小輝度差算出手段６１３は、まず第１の比較対象画素群の各画素を順次１画素ずつ選択しながら、検査対象画素Ｏの輝度値から各比較対象画素Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７の輝度値を引いて輝度差データＦを求める。すなわち、検査対象画素Ｏの輝度値を「Ｏ」、比較対象画素Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７の各輝度値を「Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７」とした際に、以下の式１〜４を用いて輝度差データＦ１，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７を算出する。

Ｆ１＝Ｏ−Ｓ１ （式１）
Ｆ３＝Ｏ−Ｓ３ （式２）
Ｆ５＝Ｏ−Ｓ５ （式３）
Ｆ７＝Ｏ−Ｓ７ （式４）

次に、最小輝度差算出手段６１３は、以下の式５を用いて、第１の比較対象画素群の各輝度差データＦ１，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７のうち、値が最小となる最小輝度差Ｄ１を求める。
Ｄ１＝Ｍｉｎ（Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７） （式５）

次に、最小輝度差算出手段６１３は、第２の比較対象画素群の各画素を順次１画素ずつ選択しながら、検査対象画素Ｏの輝度値から各比較対象画素Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８の輝度値を引いて輝度差データＦを求める。すなわち、検査対象画素Ｏの輝度値を「Ｏ」、比較対象画素Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８の各輝度値を「Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８」とした際に、以下の式６〜９を用いて輝度差データＦ２，Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８を算出する。
さらに、最小輝度差算出手段６１３は、以下の式１０を用いて、第２の比較対象画素群の各輝度差データＦ２，Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８のうち、値が最小となる最小輝度差Ｄ２を求める。

Ｆ２＝Ｏ−Ｓ２ （式６）
Ｆ４＝Ｏ−Ｓ４ （式７）
Ｆ６＝Ｏ−Ｓ６ （式８）
Ｆ８＝Ｏ−Ｓ８ （式９）
Ｄ２＝Ｍｉｎ（Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６，Ｆ８） （式１０）

次に、欠陥強調処理手段６１は、欠陥強調値算出手段６１４により、第１および第２の比較対象画素群ごとに算出した最小輝度差Ｄ１，Ｄ２のうち、値が大きいものを検査対象画素Ｏの位置の欠陥強調値とする欠陥強調処理工程を実行する（ＳＴ２４）。

なお、上記の式１〜４，式６〜９は、背景（周囲の画素）よりも明るい明欠陥を強調するための計算式であり、検査対象画素Ｏの輝度値から比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の輝度値Ｓ１〜Ｓ８を引いて輝度差データＦ１〜Ｆ８を求めていた。
これに対し、背景よりも暗い暗欠陥を強調する場合には、逆に比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の輝度値Ｓ１〜Ｓ８から検査対象画素Ｏの輝度値を引いて輝度差データＦ１〜Ｆ８を求めればよい。具体的には次の式１１〜１８を用いて輝度差データＦ１〜Ｆ８を求めればよい。

Ｆ１＝Ｓ１−Ｏ （式１１）
Ｆ３＝Ｓ３−Ｏ （式１２）
Ｆ５＝Ｓ５−Ｏ （式１３）
Ｆ７＝Ｓ７−Ｏ （式１４）
Ｆ２＝Ｓ２−Ｏ （式１５）
Ｆ４＝Ｓ４−Ｏ （式１６）
Ｆ６＝Ｓ６−Ｏ （式１７）
Ｆ８＝Ｓ８−Ｏ （式１８）

欠陥強調処理手段６１は、図３に示すように、取得した画像の全体にわたって欠陥強調処理が済んだか否かを判断し（ＳＴ２５）、処理済みでない場合には、検査対象画素Ｏを移動させて別の検査対象画素Ｏを選定し（ＳＴ２１）、比較対象画素群設定工程ＳＴ２２、最小輝度差算出工程ＳＴ２３、欠陥強調値算出工程ＳＴ２４を行う。すなわち、検査対象画素ＯをＣＣＤカメラ５の撮像画素単位に設定しているため、検査対象画素Ｏを撮像画素毎に順次移動して各工程ＳＴ２１〜２４を順次行えばよい。

一方、ＳＴ２５において処理済みであった場合には、欠陥強調処理手段６１は、各画素毎に算出した欠陥強調値による欠陥強調画像を生成する（ＳＴ２６）。すなわち、明欠陥用の欠陥強調値により明欠陥強調画像を生成し、暗欠陥用の欠陥強調値により暗欠陥強調画像を生成する。なお、欠陥強調処理手段６１は、明欠陥あるいは暗欠陥のいずれか一方の欠陥強調値しか算出していない場合には、算出した欠陥強調値による欠陥強調画像のみを生成する。
以上により欠陥強調処理工程ＳＴ２が終了する。

欠陥強調処理工程ＳＴ２が終了すると、図２に示すように、欠陥強調処理手段６１の欠陥抽出手段６２は、欠陥強調処理工程ＳＴ２で得られた欠陥強調画像に対して、欠陥を切り出す閾値を設定し、欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出工程を実行する（ＳＴ３）。
すなわち、欠陥抽出手段６２は、明欠陥強調画像が生成されている場合には明欠陥を切り出す閾値を設定し、暗欠陥強調画像が生成されている場合には暗欠陥を切り出す閾値を設定し、各欠陥強調画像から各欠陥候補の領域を切り出す。この際、欠陥抽出手段６２は、明欠陥強調結果に対しては明欠陥閾値以上の領域を明欠陥領域として検出し、暗欠陥強調結果に対しては暗欠陥閾値以上の領域を暗欠陥領域として検出する。
ここで、各閾値は、画像の状況に合わせて最適な値を設定すればよい。例えば、欠陥強調画像の平均値と、その標準偏差を求め、以下の式で閾値を設定してもよい。

明欠陥閾値 wslevel＝avr（明）＋α1・σ（明）＋β1
暗欠陥閾値 bslevel＝avr（暗）＋α2・σ（暗）＋β2

ここで、avr（明）、avr（暗）は各欠陥強調画像の平均値、σ（明）、σ（暗）は各欠陥強調画像の標準偏差、α1，α2，β1，β2は任意の数で検査対象となる画像の状況で適宜決定される。
また、各欠陥強調画像には負になる部分も存在しているが、その負になる部分は、明欠陥強調では暗欠陥の成分、暗欠陥強調では明欠陥の成分であるので、平均値や標準偏差を計算する場合には、負の値を省いて計算している。

次に、欠陥判別手段６３は、強調画像から抽出された明欠陥抽出画像と、暗欠陥抽出画像に対し、Ｂｌｏｂ処理を行い、欠陥候補として切り出した領域の面積と、平均輝度、最大輝度を求め、これらの特徴量から欠陥のランクを分類する欠陥判別工程を実施する（ＳＴ４）。
欠陥判別手段６３で求められた欠陥ランクは、表示装置７に表示され、検査員は被検査物１の欠陥ランクを容易に把握することができる。

次に、本実施形態による検出感度を確認するために、疑似欠陥画像に対して本手法を適用した検証結果について説明する。なお、比較例として、上記比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の各輝度値と検査対象画素Ｏの輝度値との差を求め、それらの輝度差データの最小値を欠陥強調値とする手法つまり複数の比較対象画素群を設けずに欠陥強調値を求める手法による検証結果についても説明する。

図５は疑似欠陥画像１００である。疑似欠陥画像１００は、９５０×９５０画素のサイズであり、疑似欠陥として線欠陥を描画したものである。具体的には、背景よりも明るい明欠陥１０１と、背景よりも暗い暗欠陥１０２とを描画した。各明欠陥１０１、暗欠陥１０２の線の幅は４画素である。なお、明欠陥１０１、暗欠陥１０２は、放射線状にかつ交互に描画した。また、明欠陥１０１には、同心円状に描画したものも加えている。
また、各フィルタの距離設定（検査対象画素Ｏと比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８との距離設定）は３１画素とし、検出対象は暗欠陥成分とした。

図６は、疑似欠陥画像１００に対して、比較例の暗欠陥強調フィルタを適用した暗欠陥強調画像１１０である。比較例の暗欠陥強調フィルタは、検査対象画素Ｏの周囲に比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を設定し、各比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の輝度値から検査対象画素Ｏの輝度値を引き、その最小値を欠陥強調値とするフィルタである。
このため、暗欠陥強調画像１１０では、検査対象画素Ｏと、各比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８とが線欠陥上に配置されると、その輝度差データの最小値は非常に小さくなり、欠陥でない部分と同じような結果になる。このため、暗欠陥強調画像１１０において、上下方向、左右方向、斜め４５度方向の線欠陥は、欠陥を適切に強調することができず、線欠陥を検出することができない。

図７は、本実施形態の手法による暗欠陥強調用のフィルタを適用した暗欠陥強調画像１２０である。本実施形態のように、第１および第２の比較対象画素群ごとに最小輝度差Ｄ１，Ｄ２を求め、いずれか大きい値のものを欠陥強調値とすれば、比較例では検出できなかった線欠陥（上下方向、左右方向、斜め４５度方向の線欠陥）も強調され、確実に検出することができる。
すなわち、第１の比較対象画素群においては、検査対象画素Ｏに対して比較対象画素Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７が上下左右に配置されているため、上下方向および左右方向の線欠陥は検出できないが、斜め４５度位置には比較対象画素が設定されていないため、斜め４５度方向の線欠陥は確実に強調できる。
一方、第２の比較対象画素群においては、検査対象画素Ｏに対して比較対象画素Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８が斜め４５度方向に配置されているため、斜め４５度方向の線欠陥は検出できないが、上下左右位置には比較対象画素が設定されていないため、上下方向および左右方向の線欠陥は確実に強調できる。
従って、各比較対象画素群における最小輝度差Ｄ１，Ｄ２の値が大きいものを選択することで、それぞれの比較対象画素群で検出された線欠陥が合成され、疑似欠陥として描画した様々な角度の線欠陥を検出できることを検証できた。

本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）欠陥強調処理手段６１は、検査対象画素Ｏの周囲に複数の上記比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を配置し、かつ、これらの上記比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を２つの比較対象画素群に分けて設定し、前記検査対象画素Ｏの輝度値と、各比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の輝度値との差を求め、比較対象画素群ごとに輝度差データが最も小さい最小輝度差Ｄ１，Ｄ２を算出し、これらの最小輝度差Ｄ１，Ｄ２のうち、値が大きいものを検査対象画素Ｏの欠陥強調値としている。
このため、各比較対象画素群において最小輝度差を求めることで、各比較対象画素群において、前記検査対象画素Ｏを含み、かつ、比較対象画素で囲まれる領域内にあるシミ欠陥と、各検査対象画素Ｏおよびいずれかの比較対象画素を通る線欠陥以外の線欠陥とを強調することができる。
そして、各比較対象画素群は、比較対象画素の位置が互いに異なるため、一方の比較対象画素群では強調できない線欠陥も、他方の比較対象画素群において強調できるため、各比較対象画素群の最小輝度差のうち、値が大きいものを検査対象画素Ｏの欠陥強調値とすることで、シミ欠陥および線欠陥を強調して検出することができる。
このため、本実施形態では、線欠陥の角度によって検出できたり、できなかったりすることが無く、欠陥の検出感度を向上できる。
その上、シミ欠陥および線欠陥の両方を同時に検出できるため、シミ欠陥検出用フィルタによるシミ欠陥検出処理と、線欠陥検出用フィルタによる線欠陥検出処理とをそれぞれ別々に行う場合に比べて、欠陥検出処理時間も短縮することができる。

（２）検査対象画素Ｏと比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の距離を適宜設定することで、強調可能なシミ欠陥の大きさを設定できるので、検出したいサイズのシミ欠陥を容易にかつ高精度に検出できる。

（３）本実施形態では、欠陥強調値は、検査対象画素Ｏの輝度値と、比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の輝度値との差で算出され、検査対象画素Ｏおよび比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８間にある点の輝度値は利用されていない。このため、シミ欠陥が、比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８で囲まれるエリアよりも小さく、かつ検査対象画素Ｏを含むものであれば、欠陥のサイズがある程度変化しても、従来の検査員の目視による判定と同様に欠陥を検出できる。このため、検査対象画素Ｏおよび比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の距離サイズはあまり細かく設定する必要が無く、容易に設定できる。

（４）各比較対象画素群における最小輝度差Ｄ１，Ｄ２を求めて欠陥強調値とし、この欠陥強調値が所定の閾値以上の場合に、欠陥候補と認定しているので、欠陥の誤検出を低減することができる。

（５）さらに、最小輝度差算出手段６１３においては、明欠陥強調値を算出する式と、暗欠陥を算出する式とをそれぞれ別々に設定しているので、明欠陥や暗欠陥の欠陥部分をそれぞれ精度良く強調することができ、欠陥抽出手段６２で明欠陥用の閾値と、暗欠陥用の閾値とでそれぞれ抽出することで、明欠陥および暗欠陥の両方を簡単にかつ精度良く検出することができる。このため、各種の欠陥を簡単な処理で効率的に検出することができる。

（６）欠陥判別手段６３により、抽出された欠陥のランクを分類できるので、欠陥の客観的なランク付けを短時間に行うことができ、検査者は欠陥の度合いを容易に判断でき、良品かどうかの判定を短時間で容易にすることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限らない。
例えば、欠陥を強調するためのフィルタにおける検査対象画素Ｏと比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８との距離は、前記実施形態のものに限らず、検出対象となるシミ欠陥の大きさに応じて設定すればよい。

また、様々な欠陥サイズに対応するために、検査対象画素Ｏおよび比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８の距離を異ならせた複数のフィルタを用意し、これらのフィルタを同じ画像に適用して各サイズの欠陥強調画像を取得し、それらの欠陥強調画像の同じ位置の画素の強調値を比較して最大となる値を選択し、１枚に合成して欠陥強調画像としてもよい。このような構成によれば、複数のサイズのシミ欠陥や線欠陥をまとめてかつ容易に検出することができる。

さらに、前記実施形態では、８個の比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を設け、これらの比較対象画素Ｓ１〜Ｓ８を２つの比較対象画素群に分けて設定していたが、欠陥強調フィルタとしては、前記実施形態のものに限らない。
例えば、図８に示すように、１２個の比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４を設け、検査対象画素Ｏを中心とする円周方向において９０度間隔で配置された各比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４毎に比較対象画素群を構成して、３つの比較対象画素群を設けた欠陥強調フィルタを用いてもよい。

さらに、図９に示すように、１６個の比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４４を設け、検査対象画素Ｏを中心とする円周方向において９０度間隔で配置された各比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４４毎に比較対象画素群を構成して、４つの比較対象画素群を設けた欠陥強調フィルタを用いてもよい。

また、前記実施形態や図８，９に示す変形例では、各比較対象画素群には４つの比較対象画素を配置し、これらの比較対象画素は互いに円周方向に９０度間隔で配置されていたが、各比較対象画素の間隔は９０度間隔のものに限定されない。但し、４つの比較対象画素を設けて９０度間隔に配置すれば、各比較対象画素を等間隔に配置でき、欠陥を効率的に検出できる。

さらに、前記実施形態や図８，９に示す変形例では、各比較対象画素群には４つの比較対象画素を配置していたが、図１０に示すように、１６個の比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２８を設け、検査対象画素Ｏを中心とする円周方向において１つおきに配置された各比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２８毎に比較対象画素群を構成し、それぞれ８個の比較対象画素を有する２つの比較対象画素群を設定してもよい。
この場合、各比較対象画素群において各比較対象画素Ｓ１１〜Ｓ１８、Ｓ２１〜Ｓ２８は４５度間隔で配置されるため、９０度間隔で配置される前記実施形態などに比べると、検出できる線欠陥の幅寸法が小さくなる。つまり、線欠陥を検出する場合には、線欠陥が各比較対象画素間の隙間を通る必要がある。このため、４５度間隔で比較対象画素が配置されると、それらの隙間を通る線欠陥の幅寸法も小さくなる。従って、検出する線欠陥の幅寸法を制限する場合には、図１０のようなフィルタを利用すればよい。

なお、比較対象画素の数は、特に検査対象画素Ｏと比較対象画素との距離に応じて設定すればよい。すなわち、検査対象画素Ｏと比較対象画素との距離を大きくした場合には、各比較対象画素同士の間隔が広がるため、比較対象画素を適宜増やして欠陥を適切に検出できるようにすることが好ましい。
但し、比較対象画素が増えると、その分、処理に時間が掛かるため、比較対象画素の数は、８，１２，１６個のいずれかが好ましい。

また、前記実施形態では、欠陥判別手段６３で欠陥部分の面積などに基づいて欠陥ランクを判別していたが、他の方法・手順で欠陥を判別してもよい。要するに、欠陥判別手段６３は、欠陥強調処理手段６１で強調された欠陥に基づいてそれが欠陥に該当するか否かを判断できるものであればよい。

本発明は、被検査物１の撮像画像に、周囲と輝度差がある部分があれば検出できる。このため、本発明は、フレキシブル基板などにおける異物欠陥検出や、被検査物表面の傷や汚れの検出や、各種表示装置の輝度シミ欠陥や色シミ欠陥の検出等に広く利用できる。

本発明の実施の形態による欠陥検出装置の構成図。 同欠陥検出装置の動作を説明するためのフローチャート。 欠陥強調処理工程の動作を説明するためのフローチャート。 撮像画像に対する検査対象画素および比較対象画素の配置例を示す図。 本実施形態で検出される疑似欠陥画像の例を示す図。 比較例による欠陥強調画像の例を示す図。 本発明による欠陥強調画像の例を示す図。 欠陥強調フィルタの変形例を示す図。 欠陥強調フィルタの他の変形例を示す図。 欠陥強調フィルタの他の変形例を示す図。

符号の説明

１…被検査物、２…ＸＹステージ、４…顕微鏡、５…ＣＣＤカメラ、６…コンピュータ装置、７…表示装置、６０…画像入力手段、６１…欠陥強調処理手段、６２…欠陥抽出手段、６３…欠陥判別手段、６１１…検査対象画素選定手段、６１２…比較対象画素群設定手段、６１３…最小輝度差算出手段、６１４…欠陥強調値算出手段。

Claims (5)

1. 被検査物を撮像した撮像画像に対して欠陥強調処理を行う欠陥強調処理工程と、
   前記欠陥強調処理工程で得られた各画素の欠陥強調値に基づいて欠陥を検出する欠陥検出工程とを有し、
   前記欠陥強調処理工程は、
   前記撮像画像において検査対象画素を順次選定する検査対象画素選定工程と、
   選定された検査対象画素の中心から所定距離離れた比較対象画素を検査対象画素の周囲に複数配置し、前記比較対象画素を複数の比較対象画素群に分けて設定する比較対象画素群設定工程と、
   比較対象画素群に含まれる各比較対象画素の輝度値と、前記検査対象画素の輝度値との差である輝度差データを求め、前記輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を比較対象画素群毎に求める最小輝度差算出工程と、
   比較対象画素群毎に算出された最小輝度差のうち、値が最大となる最小輝度差を前記検査対象画素の欠陥強調値とする欠陥強調値算出工程とを備え、
   前記比較対象画素群設定工程は、
   前記複数の比較対象画素として、４×ｎ個（ｎは２以上の整数）の比較対象画素を選定し、
   前記比較対象画素を、前記検査対象画素を中心とする円周方向において９０度間隔で配置された４個の比較対象画素毎に選択して各比較対象画素群を設定することを特徴とする欠陥検出方法。
2. 請求項１に記載の欠陥検出方法において、
   前記比較対象画素群設定工程は、
   前記複数の比較対象画素として、検査対象画素を中心とする円周方向において４５度間隔で配置された８個の比較対象画素を選定し、
   前記８個の比較対象画素を、検査対象画素を中心とする円周方向において９０度間隔で配置された４個の比較対象画素毎に選択して第１比較対象画素群および第２比較対象画素群を設定することを特徴とする欠陥検出方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の欠陥検出方法において、
   前記最小輝度差算出工程は、
   欠陥部分の輝度が、周囲の輝度よりも高くなる明欠陥を検出する場合には、前記検査対象画素の輝度値から比較対象画素の輝度値を引いて輝度差データを求め、前記輝度差データの最小輝度差を求め、
   欠陥部分の輝度が、周囲の輝度よりも低くなる暗欠陥を検出する場合には、前記比較対象画素の輝度値から検査対象画素の輝度値を引いて輝度差データを求め、前記輝度差データの最小輝度差を求めることを特徴とする欠陥検出方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の欠陥検出方法において、
   前記欠陥検出工程は、前記検査対象画素での欠陥強調値を所定の閾値と比較して欠陥候補画素を抽出し、前記欠陥候補画素によって構成される欠陥候補領域の特徴量から欠陥内容を判別することを特徴とする欠陥検出方法。
5. 被検査物を撮像した撮像画像に対して欠陥強調処理を行う欠陥強調処理手段と、
   前記欠陥強調処理手段で得られた各画素の欠陥強調値に基づいて欠陥を検出する欠陥検出手段とを有し、
   前記欠陥強調処理手段は、
   前記撮像画像において検査対象画素を順次選定する検査対象画素選定手段と、
   選定された検査対象画素の中心から所定距離離れた比較対象画素を検査対象画素の周囲に複数配置し、前記比較対象画素を複数の比較対象画素群に分けて設定する比較対象画素群設定手段と、
   比較対象画素群に含まれる各比較対象画素の輝度値と、前記検査対象画素の輝度値との差である輝度差データを求め、前記輝度差データのうち、値が最小となる最小輝度差を比較対象画素群毎に求める最小輝度差算出手段と、
   比較対象画素群毎に算出された最小輝度差のうち、値が最大となる最小輝度差を前記検査対象画素の欠陥強調値とする欠陥強調値算出手段とを備え、
   前記比較対象画素群設定手段は、
   前記複数の比較対象画素として、４×ｎ個（ｎは２以上の整数）の比較対象画素を選定し、
   前記比較対象画素を、検査対象画素を中心とする円周方向において９０度間隔で配置された４個の比較対象画素毎に選択して各比較対象画素群を設定することを特徴とする欠陥検出装置。

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