JP5443303B2 - Appearance inspection apparatus and appearance inspection method - Google Patents
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Description
この発明は外観検査装置及び外観検査方法に関する。 The present invention relates to an appearance inspection apparatus and an appearance inspection method.
特許文献1には、外観検査用画像と高さ測定用画像を用いてハンダの塗布状態の良否を判定する外観検査装置が記載されている。この装置は、クリームハンダの塗布エリアの面積と高さからクリームハンダの体積を求め、適正な塗布量であるかどうかを検査する。 Patent Document 1 describes an appearance inspection apparatus that determines the quality of solder application using an appearance inspection image and a height measurement image. This apparatus calculates | requires the volume of cream solder from the area and height of the application area | region of cream solder, and test | inspects whether it is an appropriate application quantity.
ところで、物体の三次元形状を測定するための方法として、撮像方向とは異なる方向からシート状の光をあてて撮影したときの光のずれ量から高さを求める光切断法が知られている。この方法で高さを求めることができるのは光が当たっている部分だけであるから、物体の全体にわたって高さ分布を求めるには照射位置を変えながら多数回撮影しなければならない。このため、撮影に時間がかかり、物体全体の高さ分布を迅速に得るのは難しい。 By the way, as a method for measuring the three-dimensional shape of an object, a light cutting method is known in which a height is obtained from a shift amount of light when a sheet-like light is applied from a direction different from the imaging direction. . Since the height can be obtained by this method only in the portion where the light hits, in order to obtain the height distribution over the entire object, it is necessary to photograph many times while changing the irradiation position. For this reason, it takes time to shoot and it is difficult to quickly obtain the height distribution of the entire object.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、被検査体の高さを少ない撮像回数ですみやかに求めることのできる外観検査装置及び外観検査方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an appearance inspection apparatus and an appearance inspection method capable of promptly obtaining the height of an object to be inspected with a small number of imaging.
本発明の一態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置である。この装置は、被検査体にパターンを投射するための投射部と、該パターンが投射された被検査体を撮像するための撮像部と、撮像された画像に基づいて被検査体の表面の高さを求める高さ測定部と、を備える。前記投射部は、周期的に明るさが変化する第1周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第1周期パターンの位相が互いに異なる複数の第1投影画像を撮像する。前記投射部は、第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第2周期パターンの位相が互いに異なる複数の第2投影画像を撮像する。前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第2周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第1投影画像及び第2投影画像における当該計測点の明るさと、第1周期パターン及び第2周期パターンのそれぞれに対応する周期的明るさ変動の既知の関係とに基づいて演算する。 One embodiment of the present invention is an appearance inspection apparatus that inspects an object to be inspected based on the height of the surface of the object to be inspected that includes a substrate and components mounted on the substrate. The apparatus includes a projection unit for projecting a pattern onto an object to be inspected, an imaging unit for imaging the object to be inspected on which the pattern is projected, and a height of a surface of the object to be inspected based on the captured image. A height measuring unit for obtaining the height. The projection unit projects a first periodic pattern whose brightness periodically changes onto the object to be inspected with a plurality of different phases, and the imaging unit includes a plurality of first projection images whose phases of the first periodic pattern are different from each other. Image. The projection unit projects a second periodic pattern whose brightness changes with a period different from the first periodic pattern onto the object to be inspected with a plurality of different phases, and the imaging unit has phases of the second periodic pattern different from each other. A plurality of second projection images are captured. The height measuring unit determines the phase of periodic brightness fluctuations according to the second period pattern of the height measurement point of the object to be inspected, the brightness of the measurement point in the first projection image and the second projection image, and the first period. The calculation is performed based on the known relationship of the periodic brightness variation corresponding to each of the pattern and the second periodic pattern.
本発明の別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査方法である。この方法は、周期的に明るさが変化する第1周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第1投影画像を撮像する第1撮像ステップと、前記第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第2投影画像を撮像する第2撮像ステップと、前記第2周期パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第1投影画像及び第2投影画像における当該計測点の明るさと、前記第1周期パターン及び前記第2周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップと、を含む。 Another aspect of the present invention is an appearance inspection method for inspecting an object to be inspected based on the height of the surface of the object to be inspected comprising a substrate and components mounted on the substrate. In this method, a first imaging step of projecting a first periodic pattern whose brightness periodically changes onto an object to be inspected with a plurality of different phases to capture a plurality of first projection images, and the first periodic pattern, A second imaging step of projecting a second periodic pattern whose brightness changes in different periods onto the object to be inspected at a plurality of different phases and capturing a plurality of second projected images; and a target corresponding to the second periodic pattern The phase of the brightness fluctuation at the measurement point of the inspection object is determined based on the brightness fluctuation corresponding to each of the brightness of the measurement point in the first projection image and the second projection image and each of the first periodic pattern and the second periodic pattern. And a phase calculation step obtained based on a known relationship.
本発明の更に別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体の表面の高さに基づいて該被検査体を検査する外観検査装置である。この装置は、第1平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第1周期パターンと、前記第1平均強度に関連付けられた第2平均強度を持ち前記第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンと、を被検査体に投射するための投射部と、第1周期パターンを被検査体に投射したときの第1画像と、第1周期パターンを第1撮画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの第2画像と、第2周期パターンを被検査体に投射したときの第3画像と、を撮像するための撮像部と、第2周期パターンを第3画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第1画像乃至第3画像における当該計測点の明るさと、前記第1平均強度と第2平均強度との関係とに基づいて求める演算部と、を備える。 Yet another aspect of the present invention is an appearance inspection apparatus that inspects an object to be inspected based on the height of the surface of the object to be inspected that includes a substrate and components mounted on the substrate. The apparatus has a first periodic pattern having a first average intensity and a periodic brightness change, and a second average intensity associated with the first average intensity and having a brightness different from the first periodic pattern. A projection unit for projecting a second periodic pattern having a varying length onto the object to be inspected, a first image when the first periodic pattern is projected onto the object to be inspected, and a first captured image of the first periodic pattern. An imaging unit for imaging the second image when projected onto the object to be inspected with a phase different from the above, and the third image when projecting the second periodic pattern onto the object to be inspected, and a second periodic pattern The brightness at the measurement point when projected onto the object to be inspected with a phase different from that of the third image is the brightness of the measurement point in the first to third images, the first average intensity, and the second average intensity. And a calculation unit obtained based on the relationship.
本発明の更に別の態様は、基板と該基板に実装されている部品とを備える被検査体を検査するために該被検査体の表面の高さを求める方法である。この方法は、第1平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第1周期パターンを被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第1変調パターンを第1画像として撮像する第1撮像ステップと、前記第1周期パターンを前記第1撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第2変調パターンを第2画像として撮像する第2撮像ステップと、前記第1平均強度に関連付けられた第2平均強度を持ち前記第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンを前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第3変調パターンを第3画像として撮像する第3撮像ステップと、前記第2周期パターンを前記第3撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第1画像乃至第3画像における当該計測点の明るさと、前記第1平均強度と第2平均強度との関係とに基づいて求めるステップと、を含む。 Yet another embodiment of the present invention is a method for determining the height of a surface of an object to be inspected in order to inspect the object to be inspected comprising a substrate and a component mounted on the substrate. In this method, a first periodic pattern having a first average intensity and periodically changing brightness is projected onto an object to be inspected, and the first modulation pattern modulated by the surface shape of the object to be inspected is used as a first image. A first imaging step for imaging and the first periodic pattern are projected onto the object to be inspected at a phase different from that of the first imaging step, and a second modulation pattern modulated by the surface shape of the object to be inspected is second. A second imaging step of imaging as an image, and a second periodic pattern having a second average intensity associated with the first average intensity and having a brightness that changes in a period different from the first periodic pattern on the object to be inspected A third imaging step of projecting and imaging a third modulation pattern modulated by the surface shape of the object to be inspected as a third image, and the second periodic pattern in a phase different from that of the third imaging step. Obtaining the brightness at the measurement point when projected onto the body based on the brightness of the measurement point in the first to third images and the relationship between the first average intensity and the second average intensity; including.
なお、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 In addition, what converted the expression of this invention between the method, an apparatus, a system, a computer program, a data structure, a recording medium, etc. is also effective as an aspect of this invention.
本発明によれば、被検査体の高さを少ない撮像回数で求めることができる。 According to the present invention, the height of the object to be inspected can be obtained with a small number of imaging.
図1は、本発明の一実施形態に係る外観検査装置10を模式的に示す図である。外観検査装置10は、被検査体12を撮像して得られる被検査体画像を使用して被検査体12を検査する。被検査体12は例えば、多数の電子部品が実装されている電子回路基板である。外観検査装置10は、電子部品の実装状態の良否を被検査体画像に基づいて判定する。この検査は通常、各部品に対し複数の検査項目について行われる。検査項目とはすなわち良否判定を要する項目である。検査項目には例えば、部品そのものの欠品や位置ずれ、極性反転などの部品配置についての検査項目と、ハンダ付け状態や部品のリードピンの浮きなどの部品と基板との接続部についての検査項目とが含まれる。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an appearance inspection apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The appearance inspection apparatus 10 inspects the inspection object 12 using an inspection object image obtained by imaging the inspection object 12. The device under test 12 is, for example, an electronic circuit board on which a large number of electronic components are mounted. The appearance inspection apparatus 10 determines the quality of the mounting state of the electronic component based on the inspected object image. This inspection is usually performed for a plurality of inspection items for each part. An inspection item is an item that requires pass / fail judgment. The inspection items include, for example, inspection items for component placement such as missing parts, misalignment, and polarity reversal of the components themselves, and inspection items for the connection part between the component and the board, such as soldered state and lead pin floating of the component. Is included.
外観検査装置10は、被検査体12を保持するための検査テーブル14と、被検査体を照明し撮像する撮像ユニット16と、検査テーブル14に対し撮像ユニット16を移動させるXYステージ18と、撮像ユニット16及びXYステージ18を制御するための制御ユニット20と、を含んで構成される。なお説明の便宜上、図1に示すように、検査テーブル14の被検査体配置面をXY平面とし、その配置面に垂直な方向(すなわち撮像ユニット16による撮像方向)をZ方向とする。 The appearance inspection apparatus 10 includes an inspection table 14 for holding the inspection object 12, an imaging unit 16 that illuminates and images the inspection object, an XY stage 18 that moves the imaging unit 16 relative to the inspection table 14, and an imaging And a control unit 20 for controlling the unit 16 and the XY stage 18. For convenience of explanation, as shown in FIG. 1, the inspected object arrangement surface of the inspection table 14 is an XY plane, and a direction perpendicular to the arrangement surface (that is, an imaging direction by the imaging unit 16) is a Z direction.
撮像ユニット16は、XYステージ18の移動テーブル(図示せず)に取り付けられており、XYステージ18によりX方向及びY方向のそれぞれに移動可能である。XYステージ18は例えばいわゆるH型のXYステージである。よってXYステージ18は、Y方向に延びるY方向ガイドに沿って移動テーブルをY方向に移動させるYリニアモータと、Y方向ガイドをその両端で支持しかつ移動テーブルとY方向ガイドとをX方向に移動可能に構成されている2本のX方向ガイドとXリニアモータと、を備える。なおXYステージ18は、撮像ユニット16をZ方向に移動させるZ移動機構をさらに備えてもよいし、撮像ユニット16を回転させる回転機構をさらに備えてもよい。外観検査装置10は、検査テーブル14を移動可能とするXYステージをさらに備えてもよく、この場合、撮像ユニット16を移動させるXYステージ18は省略されてもよい。 The imaging unit 16 is attached to a moving table (not shown) of the XY stage 18 and can be moved in the X direction and the Y direction by the XY stage 18. The XY stage 18 is, for example, a so-called H-type XY stage. Therefore, the XY stage 18 supports the Y linear motor that moves the moving table in the Y direction along the Y direction guide extending in the Y direction, the Y direction guide at both ends thereof, and the moving table and the Y direction guide in the X direction. Two X-direction guides and an X linear motor configured to be movable are provided. The XY stage 18 may further include a Z moving mechanism that moves the imaging unit 16 in the Z direction, or may further include a rotation mechanism that rotates the imaging unit 16. The appearance inspection apparatus 10 may further include an XY stage that allows the inspection table 14 to move. In this case, the XY stage 18 that moves the imaging unit 16 may be omitted.
撮像ユニット16は、カメラユニット22と、照明ユニット24と、投射ユニット26と、を含んで構成される。一実施例においては、カメラユニット22、照明ユニット24、及び投射ユニット26は一体の撮像ユニット16として構成されていてもよい。この一体の撮像ユニット16において、カメラユニット22、照明ユニット24、及び投射ユニット26の相対位置は固定されていてもよいし、各ユニットが相対移動可能に構成されていてもよい。また、カメラユニット22、照明ユニット24、及び投射ユニット26は別体とされ、別々に移動可能に構成されていてもよい。 The imaging unit 16 includes a camera unit 22, an illumination unit 24, and a projection unit 26. In one embodiment, the camera unit 22, the illumination unit 24, and the projection unit 26 may be configured as an integrated imaging unit 16. In the integrated imaging unit 16, the relative positions of the camera unit 22, the illumination unit 24, and the projection unit 26 may be fixed, or each unit may be configured to be relatively movable. In addition, the camera unit 22, the illumination unit 24, and the projection unit 26 may be separate and configured to be separately movable.
カメラユニット22は、対象物の2次元画像を生成する撮像素子と、その撮像素子に画像を結像させるための光学系(例えばレンズ)とを含む。カメラユニット22は例えばCCDカメラである。カメラユニット22の最大視野は、検査テーブル14の被検査体載置区域よりも小さくてもよい。この場合、カメラユニット22は、複数の部分画像に分割して被検査体12の全体を撮像する。制御ユニット20は、カメラユニット22が部分画像を撮像するたびに次の撮像位置へとカメラユニット22が移動されるようXYステージ18を制御する。制御ユニット20は、部分画像を合成して被検査体12の全体画像を生成する。 The camera unit 22 includes an image sensor that generates a two-dimensional image of an object, and an optical system (for example, a lens) for forming an image on the image sensor. The camera unit 22 is, for example, a CCD camera. The maximum field of view of the camera unit 22 may be smaller than the inspection object placement area of the inspection table 14. In this case, the camera unit 22 divides the image into a plurality of partial images and images the entire inspection object 12. The control unit 20 controls the XY stage 18 so that the camera unit 22 is moved to the next imaging position every time the camera unit 22 captures a partial image. The control unit 20 synthesizes the partial images to generate an entire image of the inspection object 12.
なお、カメラユニット22は、2次元の撮像素子に代えて、1次元画像を生成する撮像素子を備えてもよい。この場合、カメラユニット22により被検査体12を走査することにより、被検査体12の全体画像を取得することができる。 Note that the camera unit 22 may include an image sensor that generates a one-dimensional image instead of the two-dimensional image sensor. In this case, the entire image of the inspection object 12 can be acquired by scanning the inspection object 12 with the camera unit 22.
照明ユニット24は、カメラユニット22による撮像のための照明光を被検査体12の表面に投光するよう構成されている。照明ユニット24は、カメラユニット22の撮像素子により検出可能である波長域から選択された波長または波長域の光を発する1つまたは複数の光源を備える。照明光は可視光には限られず、紫外光やX線等を用いてもよい。光源が複数設けられている場合には、各光源は異なる波長の光(例えば、赤色、青色、及び緑色)を異なる投光角度で被検査体12の表面に投光するよう構成される。 The illumination unit 24 is configured to project illumination light for imaging by the camera unit 22 onto the surface of the inspection object 12. The illumination unit 24 includes one or a plurality of light sources that emit light having a wavelength or wavelength range selected from a wavelength range that can be detected by the imaging element of the camera unit 22. The illumination light is not limited to visible light, and ultraviolet light, X-rays, or the like may be used. When a plurality of light sources are provided, each light source is configured to project light of different wavelengths (for example, red, blue, and green) onto the surface of the inspection object 12 at different projection angles.
一実施例においては、照明ユニット24は、被検査体12の検査面(すなわち撮像ユニット16に対向する面)に垂直に照明光を投射する落射照明源24aと、被検査体12の検査面に対し斜め方向から照明光を投射する側方照明源24bと、を備えてもよい。落射照明源24a及び側方照明源24bはそれぞれリング照明源であってもよい。すなわち、落射照明源24aは、カメラユニット22の光軸を包囲するリング照明源であり、被検査体12の検査面に対し実質的に垂直に照明光を投射するようカメラユニット22の近傍に配置されている。側方照明源24bは、カメラユニット22の光軸を包囲するリング照明源であり、被検査体12の検査面に対し斜めに照明光を投射するよう落射照明源24aよりも外側に配置されている。 In one embodiment, the illumination unit 24 includes an epi-illumination source 24 a that projects illumination light perpendicularly to the inspection surface of the inspection object 12 (that is, the surface facing the imaging unit 16), and the inspection surface of the inspection object 12. On the other hand, a side illumination source 24b that projects illumination light from an oblique direction may be provided. Each of the epi-illumination source 24a and the side illumination source 24b may be a ring illumination source. In other words, the epi-illumination source 24 a is a ring illumination source that surrounds the optical axis of the camera unit 22, and is disposed in the vicinity of the camera unit 22 so as to project illumination light substantially perpendicular to the inspection surface of the inspection object 12. Has been. The side illumination source 24b is a ring illumination source that surrounds the optical axis of the camera unit 22, and is disposed outside the epi-illumination source 24a so as to project illumination light obliquely with respect to the inspection surface of the inspection object 12. Yes.
図1に示されるように、落射照明源24aは1つのリング照明源を含み、側方照明源24bは複数(図においては2つ)のリング照明源を含んでもよい。例えば、落射照明源24aは青色照明源であり、側方照明源24bは緑色照明源及び赤色照明源であってもよい。なお、これとは異なり、落射照明源24aが複数の照明源を含み、側方照明源24bが1つの照明源を含んでもよい。あるいは、落射照明源24a及び側方照明源24bのそれぞれが赤色照明源、青色照明源、及び緑色照明源を含んでもよい。 As shown in FIG. 1, the epi-illumination source 24a may include one ring illumination source, and the side illumination source 24b may include a plurality (two in the figure) of ring illumination sources. For example, the epi-illumination source 24a may be a blue illumination source, and the side illumination source 24b may be a green illumination source and a red illumination source. Unlike this, the epi-illumination source 24a may include a plurality of illumination sources, and the side illumination source 24b may include one illumination source. Alternatively, each of the epi-illumination source 24a and the side illumination source 24b may include a red illumination source, a blue illumination source, and a green illumination source.
図1においては参考のため、落射照明源24aから投射され被検査体12の検査面で反射してカメラユニット22に投影される光束を破線の矢印で示している。また、側方照明源24b及び投射ユニット26からの投射も同様に破線の矢印で示している。なお、図示される実施例においては落射照明源24aと側方照明源24bとの間に投射ユニット26が設けられているが、投射ユニット26の配置はこれに限られず、例えば側方照明源24bの外側に投射ユニット26が設けられてもよい。 In FIG. 1, for reference, a light beam projected from the epi-illumination source 24a, reflected by the inspection surface of the inspection object 12 and projected onto the camera unit 22 is indicated by a broken-line arrow. Further, the projections from the side illumination source 24b and the projection unit 26 are similarly indicated by broken arrows. In the illustrated embodiment, the projection unit 26 is provided between the epi-illumination source 24a and the side illumination source 24b. However, the arrangement of the projection unit 26 is not limited to this, for example, the side illumination source 24b. The projection unit 26 may be provided on the outer side.
投射ユニット26は、被検査体12の検査面にパターンを投射する。パターンが投射された被検査体12は、カメラユニット22により撮像される。外観検査装置10は、撮像された被検査体12のパターン画像に基づいて被検査体の検査面の高さマップを作成する。制御ユニット20は、投射パターンに対するパターン画像の局所的な不一致を検出し、その局所的な不一致に基づいてその部位の高さを求める。つまり、投射パターンに対する撮像パターンの変化が、検査面上の高さ変化に対応する。 The projection unit 26 projects a pattern onto the inspection surface of the inspection object 12. The inspected object 12 on which the pattern is projected is imaged by the camera unit 22. The appearance inspection apparatus 10 creates a height map of the inspection surface of the inspection object based on the imaged pattern image of the inspection object 12. The control unit 20 detects a local mismatch of the pattern image with respect to the projection pattern, and obtains the height of the part based on the local mismatch. That is, the change of the imaging pattern with respect to the projection pattern corresponds to the height change on the inspection surface.
投射パターンは、明線と暗線とが交互に周期的に繰り返される1次元の縞パターンであることが好ましい。投射ユニット26は、被検査体12の検査面に対し斜め方向から縞パターンを投影するよう配置されている。被検査体の検査面における高さの非連続は、縞パターン画像においてパターンのずれとして表れる。よって、パターンのずれ量から高さ差を求めることができる。一実施例においては、サインカーブに従って明るさが変化する縞パターンを用いるPMP(Phase Measurement Profilometry)法により制御ユニット20は高さマップを作成する。PMP法においては縞パターンのずれ量がサインカーブの位相差に相当する。 The projection pattern is preferably a one-dimensional stripe pattern in which bright lines and dark lines are alternately and periodically repeated. The projection unit 26 is disposed so as to project a fringe pattern from an oblique direction with respect to the inspection surface of the inspection object 12. The height discontinuity on the inspection surface of the object to be inspected appears as a pattern shift in the fringe pattern image. Therefore, the height difference can be obtained from the pattern shift amount. In one embodiment, the control unit 20 creates a height map by a PMP (Phase Measurement Profilometry) method using a fringe pattern whose brightness changes according to a sine curve. In the PMP method, the amount of deviation of the fringe pattern corresponds to the phase difference of the sine curve.
投射ユニット26は、パターン形成装置と、パターン形成装置を照明するための光源と、パターンを被検査体12の検査面に投影するための光学系と、を含んで構成される。パターン形成装置は例えば、液晶ディスプレイ等のように所望のパターンを動的に生成しうる可変パターニング装置であってもよいし、ガラスプレート等の基板上にパターンが固定的に形成されている固定パターニング装置であってもよい。パターン形成装置が固定パターニング装置である場合には、固定パターニング装置を移動させる移動機構を設けるか、あるいはパターン投影用の光学系に調整機構を設けることにより、パターンの投影位置を可変とすることが好ましい。また、投射ユニット26は、異なるパターンをもつ複数の固定パターニング装置を切替可能に構成されていてもよい。 The projection unit 26 includes a pattern forming device, a light source for illuminating the pattern forming device, and an optical system for projecting the pattern onto the inspection surface of the inspection object 12. For example, the pattern forming apparatus may be a variable patterning apparatus that can dynamically generate a desired pattern such as a liquid crystal display, or a fixed patterning in which a pattern is fixedly formed on a substrate such as a glass plate. It may be a device. When the pattern forming apparatus is a fixed patterning apparatus, the projection position of the pattern can be made variable by providing a moving mechanism for moving the fixed patterning apparatus or by providing an adjustment mechanism in the optical system for pattern projection. preferable. The projection unit 26 may be configured to be able to switch between a plurality of fixed patterning devices having different patterns.
投射ユニット26は、カメラユニット22の周囲に複数設けられていてもよい。複数の投射ユニット26は、それぞれ異なる投射方向から被検査体12にパターンを投影するよう配置されている。このようにすれば、検査面における高さ差によって影となりパターンが投影されない領域を小さくすることができる。 A plurality of projection units 26 may be provided around the camera unit 22. The plurality of projection units 26 are arranged so as to project patterns onto the inspection object 12 from different projection directions. In this way, it is possible to reduce an area where a pattern is not projected due to a shadow due to a height difference on the inspection surface.
一実施例においては3つの投射ユニット26がカメラユニット22の周囲に設けられてもよい。例えば、図示されるように第1投射ユニット26aに対向して第2投射ユニット26bが配置され、第1投射ユニット26aと第2投射ユニット26bとの中間にカメラユニット22が配置される。第3投影ユニット(図示せず)は、第1投射ユニット26a及び第2投射ユニット26bの配置面(図1の紙面)の面外に配置される。例えば第3投影ユニットは、第1投射ユニット26a及び第2投射ユニット26bの配置面に垂直でカメラユニット22の光軸を含む面に沿って配置される。各投射ユニットはカメラユニット22から等距離に配置される。 In one embodiment, three projection units 26 may be provided around the camera unit 22. For example, as shown in the drawing, the second projection unit 26b is disposed to face the first projection unit 26a, and the camera unit 22 is disposed between the first projection unit 26a and the second projection unit 26b. The third projection unit (not shown) is arranged out of the plane of arrangement of the first projection unit 26a and the second projection unit 26b (the sheet of FIG. 1). For example, the third projection unit is arranged along a plane that is perpendicular to the arrangement plane of the first projection unit 26 a and the second projection unit 26 b and includes the optical axis of the camera unit 22. Each projection unit is arranged at an equal distance from the camera unit 22.
第1投射ユニット26a及び第2投射ユニット26bが南北方向から被検査体12にパターンを投影するとしたら、第3投影ユニットは東(または西)から被検査体12にパターンを投影するということである。このように少なくとも3つの投射ユニット26を配置することにより、基板に実装された電子部品による死角を実質的になくすことができる。第3投影ユニットは、基板表面からの高さが所定値を超える実装部品がある場合に被検査体12を撮像するようにしてもよい。 If the first projection unit 26a and the second projection unit 26b project the pattern onto the inspection object 12 from the north-south direction, the third projection unit projects the pattern onto the inspection object 12 from the east (or west). . By arranging at least three projection units 26 in this way, it is possible to substantially eliminate blind spots caused by electronic components mounted on the board. The third projection unit may pick up an image of the inspected object 12 when there is a mounted component whose height from the substrate surface exceeds a predetermined value.
図2は、本発明の一実施形態に係る投射ユニット26の構成を模式的に示す図である。投射ユニット26は、光源42、パターン形成装置44、及び投影光学系46を含んで構成される。光源42は例えば白色のLED光源である。パターン形成装置44は反射型の液晶ディスプレイである。パターン形成装置44は透過型のデバイスであってもよい。投影光学系46は少なくとも1つの投影レンズを含み、パターン形成装置44に形成されたパターンを被検査体12に結像させる。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the projection unit 26 according to an embodiment of the present invention. The projection unit 26 includes a light source 42, a pattern forming device 44, and a projection optical system 46. The light source 42 is, for example, a white LED light source. The pattern forming device 44 is a reflective liquid crystal display. The pattern forming apparatus 44 may be a transmissive device. The projection optical system 46 includes at least one projection lens, and forms an image of the pattern formed on the pattern forming apparatus 44 on the inspection object 12.
光源42から出射された照明ビーム48は、パターン形成装置44によりパターンが付与される。パターンが付与された照明ビームは投影光学系46により投影ビーム50として被検査体12に投射される。投影ビーム50は例えば、パターン形成装置44に形成された正弦波状の反射率分布を持つ縞パターンに対応する照度分布をもつ縞パターンを有する。図示されるように投影ビーム50は、明線52と暗線54とが周期的に繰り返され、明るさすなわち照度が正弦波状の分布をもつ1次元の縞パターンである。パターン形成装置44は表示する縞パターンを制御ユニット20により制御可能である。例えば、縞パターンの縞ピッチ、及び被検査体12における投影位置が制御される。つまり正弦波状パターンの周期及び位相が制御される。 The illumination beam 48 emitted from the light source 42 is given a pattern by the pattern forming device 44. The illumination beam provided with the pattern is projected onto the object 12 as a projection beam 50 by the projection optical system 46. The projection beam 50 has, for example, a fringe pattern having an illuminance distribution corresponding to the fringe pattern having a sinusoidal reflectance distribution formed in the pattern forming device 44. As illustrated, the projection beam 50 is a one-dimensional fringe pattern in which a bright line 52 and a dark line 54 are periodically repeated, and brightness, that is, illuminance has a sinusoidal distribution. The pattern forming device 44 can control the stripe pattern to be displayed by the control unit 20. For example, the stripe pitch of the stripe pattern and the projection position on the inspection object 12 are controlled. That is, the cycle and phase of the sine wave pattern are controlled.
なお投射ユニット26は、パターン形成装置44によりグレイスケールで縞パターンを直接形成して被検査体の表面に結像させる方式には限られない。例えば、白黒の二値的な格子パターンを照明して得られる投影ビームに敢えて焦点ボケを与えたり、あるいは格子パターンによる回折効果を利用することで擬似的に正弦波状の縞パターンを得るというような古典的な方法を用いてもよい。 The projection unit 26 is not limited to a method in which the pattern forming device 44 directly forms a stripe pattern in gray scale and forms an image on the surface of the object to be inspected. For example, a focal beam is intentionally given to the projection beam obtained by illuminating a black and white binary grating pattern, or a pseudo sine wave fringe pattern is obtained by using a diffraction effect by the grating pattern. Classical methods may be used.
パターン形成装置44は、投射ユニット26の光学特性に起因する照明ビーム48または投影ビーム50の断面における照度の不均一性を補正するようにしてもよい。パターン形成装置44は、被検査体12に投射されるべき縞パターンに、不均一性を補正するための補正パターンを重ね合わせて得られる補正済縞パターンを形成するようにしてもよい。 The pattern forming device 44 may correct non-uniformity in illuminance in the cross section of the illumination beam 48 or the projection beam 50 due to the optical characteristics of the projection unit 26. The pattern forming apparatus 44 may form a corrected fringe pattern obtained by superimposing a correction pattern for correcting nonuniformity on the fringe pattern to be projected on the inspection object 12.
図3は、本発明の一実施形態に係る投射パターンの補正を模式的に示す図である。図3の右側に投射ユニット26の光学特性の不均一性56を示し、中央に補正済縞パターン58を示し、左側に補正済の投影ビーム60を示す。投射ユニット26の不均一性56は例えば、パターン形成装置44にパターンを形成しないときの投影ビーム50の照度分布である。図示される一例においては、中心部が相対的に明るく、周辺部が相対的に暗い分布である。よって、この不均一性を打ち消すように、中心部が相対的に暗く、周辺部が相対的に明るい補正済縞パターン58をパターン形成装置44に形成する。このようにすれば、照度分布の不均一性が補正され局所的な平均照度が全体的に均一化された規則的な縞パターン60を得ることができる。 FIG. 3 is a diagram schematically showing correction of a projection pattern according to an embodiment of the present invention. 3 shows the non-uniformity 56 of the optical characteristics of the projection unit 26, the corrected fringe pattern 58 at the center, and the corrected projection beam 60 at the left side. The non-uniformity 56 of the projection unit 26 is, for example, the illuminance distribution of the projection beam 50 when no pattern is formed on the pattern forming device 44. In the illustrated example, the distribution is relatively bright at the center and relatively dark at the periphery. Therefore, the corrected fringe pattern 58 is formed in the pattern forming apparatus 44 so that the central portion is relatively dark and the peripheral portion is relatively bright so as to cancel out this non-uniformity. In this way, it is possible to obtain a regular fringe pattern 60 in which the nonuniformity of the illuminance distribution is corrected and the local average illuminance is uniformed as a whole.
パターン形成装置44は例えば、基板上に直接液晶素子が形成されているいわゆるLCOS(Liquid Crystal On Silicon)型の反射デバイスであってもよい。LCOS型のデバイスは液晶素子の背後に必要な配線やスイッチ等が作り込まれており液晶素子が密に配列されている。このため高解像度のパターンを投影することが可能となり好ましい。 For example, the pattern forming apparatus 44 may be a so-called LCOS (Liquid Crystal On Silicon) type reflection device in which a liquid crystal element is directly formed on a substrate. In the LCOS type device, necessary wirings and switches are formed behind the liquid crystal element, and the liquid crystal elements are densely arranged. Therefore, it is possible to project a high resolution pattern, which is preferable.
この場合、パターン形成装置44は、各反射要素が投影ビーム50にもたらす明るさが互いに逆位相となる1組の縞パターンを交互にまたは所定のタイミングで形成することが好ましい。逆位相の縞パターンは各反射要素の制御量が互いに逆向きで等しい。よって、逆位相の縞パターンを同程度の頻度で形成することにより、経時的に制御量の平均を概ねゼロとし一方向への偏りをなくすことができる。 In this case, it is preferable that the pattern forming apparatus 44 alternately or at a predetermined timing form a set of fringe patterns in which the brightness brought about by the reflecting elements to the projection beam 50 is in opposite phases. In the antiphase fringe pattern, the control amounts of the reflecting elements are equal in opposite directions. Therefore, by forming the antiphase fringe pattern with the same frequency, the average of the control amount can be made almost zero over time and the deviation in one direction can be eliminated.
制御ユニット20は、この1組の縞パターンのうち一方のみをカメラユニット22で撮像し、他方は撮像しないように撮像ユニット16を制御してもよい。制御ユニット20は、撮像されないほうの縞パターンをパターン形成装置44に形成しているときに、次の部分画像を撮像するための撮像位置に撮像ユニット16に対し被検査体12を相対移動するよう撮像ユニット16及びXYステージ18を制御してもよい。また、制御ユニット20は、撮像されないほうの縞パターンをパターン形成装置44に形成しているときに、検査制御部28または高さ測定部32での演算処理を実行するようにしてもよい。このようにすれば、LCOS型デバイスを用いることによる制御上の要求と、検査スループットの向上との両立を図ることができる。 The control unit 20 may control the imaging unit 16 so that only one of the set of stripe patterns is imaged by the camera unit 22 and the other is not imaged. The control unit 20 moves the object 12 to be inspected relative to the imaging unit 16 to the imaging position for imaging the next partial image when the non-imaged stripe pattern is formed in the pattern forming device 44. The imaging unit 16 and the XY stage 18 may be controlled. In addition, the control unit 20 may execute the arithmetic processing in the inspection control unit 28 or the height measuring unit 32 when the fringe pattern that is not imaged is formed in the pattern forming device 44. In this way, it is possible to achieve both control requirements and improvement of inspection throughput by using the LCOS type device.
図1に示す制御ユニット20は、本装置全体を統括的に制御するもので、ハードウエアとしては、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現され、ソフトウエアとしてはメモリにロードされた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。 The control unit 20 shown in FIG. 1 controls the entire apparatus as a whole. The hardware is realized by a CPU, memory, or other LSI of any computer, and the software is loaded into the memory. It is realized by a program or the like, but here, functional blocks realized by their cooperation are drawn. Accordingly, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof.
図1には、制御ユニット20の構成の一例が示されている。制御ユニット20は、検査制御部28とメモリ30とを含んで構成される。検査制御部28は、高さ測定部32と検査データ処理部34と検査部36とを含んで構成される。また、外観検査装置10は、ユーザまたは他の装置からの入力を受け付けるための入力部38と、検査に関連する情報を出力するための出力部40とを備えており、入力部38及び出力部40はそれぞれ制御ユニット20に接続されている。入力部38は例えば、ユーザからの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段や、他の装置との通信をするための通信手段を含む。出力部40は、ディスプレイやプリンタ等の公知の出力手段を含む。 FIG. 1 shows an example of the configuration of the control unit 20. The control unit 20 includes an inspection control unit 28 and a memory 30. The inspection control unit 28 includes a height measuring unit 32, an inspection data processing unit 34, and an inspection unit 36. In addition, the appearance inspection apparatus 10 includes an input unit 38 for receiving input from a user or another device, and an output unit 40 for outputting information related to the inspection. The input unit 38 and the output unit 40 are each connected to the control unit 20. The input unit 38 includes, for example, input means such as a mouse and a keyboard for receiving input from the user, and communication means for communicating with other devices. The output unit 40 includes known output means such as a display and a printer.
検査制御部28は、入力部38からの入力及びメモリ30に記憶されている検査関連情報に基づいて、検査のための各種制御処理を実行するよう構成されている。検査関連情報には、被検査体12の2次元画像、被検査体12の高さマップ、及び基板検査データが含まれる。検査に先立って、検査データ処理部34は、すべての検査項目に合格することが保証されている被検査体12の2次元画像及び高さマップを使用して基板検査データを作成する。検査部36は、作成済みの基板検査データと、検査されるべき被検査体12の2次元画像及び高さマップとに基づいて検査を実行する。 The inspection control unit 28 is configured to execute various control processes for inspection based on the input from the input unit 38 and the inspection related information stored in the memory 30. The inspection related information includes a two-dimensional image of the inspection object 12, a height map of the inspection object 12, and substrate inspection data. Prior to the inspection, the inspection data processing unit 34 creates the substrate inspection data using the two-dimensional image and the height map of the inspection object 12 that are guaranteed to pass all inspection items. The inspection unit 36 performs an inspection based on the generated substrate inspection data and the two-dimensional image and height map of the inspection object 12 to be inspected.
基板検査データは基板の品種ごとに作成される検査データである。基板検査データはいわば、その基板に実装された部品ごとの検査データの集合体である。各部品の検査データは、その部品に必要な検査項目、各検査項目についての画像上の検査区域である検査ウインドウ、及び各検査項目について良否判定の基準となる検査基準を含む。検査ウインドウは各検査項目について1つまたは複数設定される。例えば部品のハンダ付けの良否を判定する検査項目においては通常、その部品のハンダ付け領域の数と同数の検査ウィンドウがハンダ付け領域の配置に対応する配置で設定される。また、被検査体画像に所定の画像処理をした画像を使用する検査項目については、その画像処理の内容も検査データに含まれる。 The board inspection data is inspection data created for each type of board. The board inspection data is a collection of inspection data for each component mounted on the board. The inspection data of each part includes an inspection item necessary for the part, an inspection window that is an inspection area on the image for each inspection item, and an inspection standard that is a criterion for pass / fail judgment for each inspection item. One or a plurality of inspection windows are set for each inspection item. For example, in an inspection item for determining whether or not a part is soldered, the same number of inspection windows as the number of soldering areas of the part are usually set in an arrangement corresponding to the arrangement of the soldering areas. In addition, for inspection items that use an image that has been subjected to predetermined image processing on the object image, the contents of the image processing are also included in the inspection data.
検査データ処理部34は、基板検査データ作成処理として、その基板に合わせて検査データの各項目を設定する。例えば検査データ処理部34は、その基板の部品レイアウトに適合するように各検査ウインドウの位置及び大きさを各検査項目について自動的に設定する。検査データ処理部34は、検査データのうち一部の項目についてユーザの入力を受け付けるようにしてもよい。例えば、検査データ処理部34は、ユーザによる検査基準のチューニングを受け入れるようにしてもよい。検査基準は高さ情報を用いて設定されてもよい。 The inspection data processing unit 34 sets each item of inspection data according to the board as the board inspection data creation process. For example, the inspection data processing unit 34 automatically sets the position and size of each inspection window for each inspection item so as to match the component layout of the board. The inspection data processing unit 34 may accept user input for some items of the inspection data. For example, the inspection data processing unit 34 may accept tuning of inspection standards by the user. The inspection standard may be set using height information.
検査制御部28は、基板検査データ作成の前処理として被検査体12の撮像処理を実行する。この被検査体12はすべての検査項目に合格しているものが用いられる。撮像処理は上述のように、照明ユニット24により被検査体12を照明しつつ撮像ユニット16と検査テーブル14との相対移動を制御し、被検査体12の部分画像を順次撮影することにより行われる。被検査体12の全体がカバーされるように複数の部分画像が撮影される。検査制御部28は、これら複数の部分画像を合成し、被検査体12の検査面全体を含む基板全面画像を生成する。検査制御部28は、メモリ30に基板全面画像を記憶する。 The inspection control unit 28 executes an imaging process for the object to be inspected 12 as a pre-process for creating board inspection data. As this inspected object 12, one that passes all inspection items is used. As described above, the imaging process is performed by sequentially taking partial images of the inspection object 12 by controlling the relative movement between the imaging unit 16 and the inspection table 14 while illuminating the inspection object 12 by the illumination unit 24. . A plurality of partial images are photographed so that the entire inspection object 12 is covered. The inspection control unit 28 synthesizes the plurality of partial images and generates a whole substrate image including the entire inspection surface of the inspection object 12. The inspection control unit 28 stores the entire board image in the memory 30.
また、検査制御部28は、高さマップ作成のための前処理として、投射ユニット26により被検査体12にパターンを投射しつつ撮像ユニット16と検査テーブル14との相対移動を制御し、被検査体12のパターン画像を分割して順次撮影する。投射されるパターンは好ましくは、PMP法に基づきサインカーブに従って明るさが変化する縞パターンである。検査制御部28は、撮影した分割画像を合成し、被検査体12の検査面全体のパターン画像を生成する。検査制御部28は、メモリ30にパターン画像を記憶する。なお、全体ではなく検査面の一部についてパターン画像を生成するようにしてもよい。 In addition, the inspection control unit 28 controls the relative movement between the imaging unit 16 and the inspection table 14 while projecting a pattern onto the inspection object 12 by the projection unit 26 as pre-processing for creating a height map. The pattern image of the body 12 is divided and photographed sequentially. The projected pattern is preferably a stripe pattern whose brightness changes according to a sine curve based on the PMP method. The inspection control unit 28 combines the captured divided images and generates a pattern image of the entire inspection surface of the inspection object 12. The inspection control unit 28 stores the pattern image in the memory 30. Note that the pattern image may be generated for a part of the inspection surface instead of the whole.
高さ測定部32は、撮像パターン画像上のパターンに基づいて被検査体12の検査面全体の高さマップを作成する。高さ測定部32はまず、撮像パターン画像と基準パターン画像との局所的な位相差を画像全体について求めることにより、被検査体12の検査面の位相差マップを求める。基準パターン画像とは、投射ユニット26により投射されたパターン画像(つまり投射ユニット26に内蔵されているパターン形成装置が生成した画像)である。高さ測定部32は、高さ測定の基準となる基準面と位相差マップとに基づいて被検査体12の高さマップを作成する。基準面は例えば、検査される電子回路基板の基板表面である。基準面は必ずしも平面ではなくてもよく、基板の反り等の変形が反映された曲面であってもよい。 The height measuring unit 32 creates a height map of the entire inspection surface of the inspection object 12 based on the pattern on the captured pattern image. First, the height measuring unit 32 obtains a phase difference map of the inspection surface of the inspection object 12 by obtaining a local phase difference between the captured pattern image and the reference pattern image for the entire image. The reference pattern image is a pattern image projected by the projection unit 26 (that is, an image generated by a pattern forming device built in the projection unit 26). The height measurement unit 32 creates a height map of the object 12 to be inspected based on a reference plane serving as a reference for height measurement and a phase difference map. The reference surface is, for example, the substrate surface of the electronic circuit board to be inspected. The reference surface is not necessarily a flat surface, and may be a curved surface reflecting deformation such as warpage of the substrate.
高さ測定部32は、具体的には、撮像パターン画像の各画素と、当該画素に対応する基準パターン画像の画素とで縞パターンの位相差を求める。高さ測定部32は、位相差を高さに換算する。高さへの換算は、当該画素近傍における局所的な縞幅を用いて行われる。撮像パターン画像上の縞幅が場所により異なるのを補償するためである。検査面上での位置により投射ユニット26からの距離が異なるために、基準パターンの縞幅が一定であっても、検査面のパターン投影領域の一端から他端へと線形に縞幅が変化してしまうからである。高さ測定部32は、換算された高さと基準面とに基づいて基準面からの高さを求め、被検査体12の高さマップを作成する。 Specifically, the height measuring unit 32 obtains the phase difference of the fringe pattern between each pixel of the captured pattern image and the pixel of the reference pattern image corresponding to the pixel. The height measuring unit 32 converts the phase difference into a height. Conversion to height is performed using a local stripe width in the vicinity of the pixel. This is to compensate for the fact that the stripe width on the captured pattern image varies depending on the location. Since the distance from the projection unit 26 differs depending on the position on the inspection surface, the stripe width linearly changes from one end to the other end of the pattern projection area on the inspection surface even if the stripe width of the reference pattern is constant. Because it will end up. The height measuring unit 32 obtains the height from the reference surface based on the converted height and the reference surface, and creates a height map of the device under test 12.
検査制御部28は、被検査体12の高さマップが有する高さ情報を被検査体12の2次元画像の各画素に対応づけることにより、高さ分布を有する被検査体画像を作成してもよい。検査制御部28は、高さ分布付き被検査体画像に基づいて被検査体12の3次元モデリング表示を行うようにしてもよい。また、検査制御部28は、2次元の被検査体画像に高さ分布を重ね合わせて出力部40に表示してもよい。例えば、被検査体画像を高さ分布により色分け表示するようにしてもよい。図4は、被検査体画像の一例であり、図5は、図4に示される被検査体画像の高さ分布をグレースケールで表示したものである。 The inspection control unit 28 creates an inspection object image having a height distribution by associating the height information of the height map of the inspection object 12 with each pixel of the two-dimensional image of the inspection object 12. Also good. The inspection control unit 28 may perform three-dimensional modeling display of the inspection object 12 based on the inspection object image with height distribution. Further, the inspection control unit 28 may superimpose the height distribution on the two-dimensional object image and display it on the output unit 40. For example, the inspected object image may be displayed in different colors according to the height distribution. FIG. 4 is an example of the inspection object image, and FIG. 5 is a gray scale display of the height distribution of the inspection object image shown in FIG.
図6は、本発明の一実施形態に係る検査処理を説明するためのフローチャートである。外観検査装置10は、作成済みの基板検査データを用いて検査対象の電子回路基板の検査を行う。まず外観検査装置10は、基板全面画像を作成する(S10)。基板全面画像は、上述のように基板検査データ作成の前処理として説明した方法と同様にして作成される。すなわち、外観検査装置10は、撮像ユニット16により電子回路基板を分割して撮影し、得られた画像を合成する。このようにして、外観検査装置10は、撮像ユニット16に対向する電子基板の全面の2次元画像である基板全面画像を作成する。基板全面画像は図4に示される画像と同様の画像である。 FIG. 6 is a flowchart for explaining inspection processing according to an embodiment of the present invention. The appearance inspection apparatus 10 inspects an electronic circuit board to be inspected using the generated board inspection data. First, the appearance inspection apparatus 10 creates an entire substrate image (S10). The entire board image is created in the same manner as described above as the preprocessing for creating the board inspection data. That is, the appearance inspection apparatus 10 divides and shoots the electronic circuit board with the imaging unit 16 and synthesizes the obtained images. In this way, the appearance inspection apparatus 10 creates a whole board image that is a two-dimensional image of the whole electronic board facing the imaging unit 16. The entire substrate image is the same as the image shown in FIG.
次に、外観検査装置10は、基板全面高さマップを作成する(S11)。基板全面高さマップは、上述の方法と同様にして作成される。すなわち、外観検査装置10は、撮像ユニット16により電子回路基板にパターンを投射しつつ分割して撮影する。得られた分割画像から基板全体のパターン画像を合成する。外観検査装置10は、撮像ユニット16に対向する電子回路基板の全面の高さマップをパターン画像に基づいて作成する。基板全面高さマップは、例えば図5に示される形式で外観検査装置10の表示部に表示される。 Next, the appearance inspection apparatus 10 creates a substrate whole surface height map (S11). The entire board height map is created in the same manner as described above. That is, the appearance inspection apparatus 10 divides and shoots images while projecting a pattern onto the electronic circuit board by the imaging unit 16. A pattern image of the entire substrate is synthesized from the obtained divided images. The appearance inspection apparatus 10 creates a height map of the entire surface of the electronic circuit board facing the imaging unit 16 based on the pattern image. The entire board height map is displayed on the display unit of the appearance inspection apparatus 10 in the format shown in FIG. 5, for example.
外観検査装置10は、基板全面画像に基板検査データを適用してその基板の検査を実行する(S12)。外観検査装置10は、基板全面画像に基板検査データを適用することにより、各検査項目に必要な検査ウインドウを基板全面画像上に設定する。検査項目によっては、基板全面画像に画像処理をして得られる専用の画像を用いて検査する場合もある。この場合、外観検査装置10は、基板検査データに基づいてその専用画像上に検査ウインドウを設定する。外観検査装置10は、検査ウインドウごとに検査基準に従って各検査項目の良否を判定する。 The appearance inspection apparatus 10 applies the substrate inspection data to the entire substrate image and inspects the substrate (S12). The appearance inspection apparatus 10 sets the inspection window necessary for each inspection item on the entire substrate image by applying the substrate inspection data to the entire substrate image. Depending on the inspection item, an inspection may be performed using a dedicated image obtained by performing image processing on the entire substrate image. In this case, the appearance inspection apparatus 10 sets an inspection window on the dedicated image based on the substrate inspection data. The appearance inspection apparatus 10 determines pass / fail of each inspection item according to the inspection standard for each inspection window.
検査基準は高さについてのしきい値であってもよい。すなわち外観検査装置10は、基板全面高さマップから得られる検査ウインドウ内の高さ分布に基づいて良否を判定してもよい。高さ情報を検査基準に用いることにより、2次元画像からは判定が必ずしも容易ではない検査項目について精度よく判定し得る。例えば、電子部品のリードの浮きを簡単なアルゴリズムで精度よく判定することができる。リードピンが基板表面に接続されずに上方に浮いているか否かを上方から撮像した2次元画像により識別することは必ずしも容易ではない。本実施形態によればリードピン背面の高さを測定することができるので、浮きの有無を精度よく判別することができる。外観検査装置10は、検査結果を出力して処理を終了する。 The inspection criterion may be a threshold for height. In other words, the appearance inspection apparatus 10 may determine pass / fail based on the height distribution in the inspection window obtained from the entire board height map. By using the height information as an inspection standard, it is possible to accurately determine an inspection item that is not always easy to determine from a two-dimensional image. For example, the floating of the lead of the electronic component can be accurately determined with a simple algorithm. It is not always easy to identify whether or not the lead pin floats upward without being connected to the substrate surface by a two-dimensional image captured from above. According to the present embodiment, since the height of the back surface of the lead pin can be measured, it is possible to accurately determine the presence or absence of floating. The appearance inspection apparatus 10 outputs the inspection result and ends the process.
なお、基板全面画像を作成してから基板全面高さマップを作成する代わりに、基板全面高さマップを先に作成するようにしてもよい。また、外観検査装置10は、基板全面画像と基板全面高さマップとを並行して作成してもよい。この場合、被検査体12のある部分領域に対し照明ユニット24及び投射ユニット26の照明及びパターン投射のもとで順次撮像したうえで次の部分領域の撮像のための撮像ユニット16と検査テーブル14との相対移動がなされるように、撮像ユニット16及びXYステージ18が制御されてもよい。また、外観検査装置10は、被検査体12の全体ではなく一部の領域について2次元画像及び高さマップを作成し、その領域について検査をするようにしてもよい。 Instead of creating the substrate whole surface height map after creating the substrate whole surface image, the substrate whole surface height map may be created first. Further, the appearance inspection apparatus 10 may create the entire substrate image and the entire substrate height map in parallel. In this case, the imaging unit 16 and the inspection table 14 for imaging the next partial area after sequentially imaging a partial area of the inspection object 12 under illumination and pattern projection of the illumination unit 24 and the projection unit 26. The imaging unit 16 and the XY stage 18 may be controlled so as to be moved relative to each other. Further, the appearance inspection apparatus 10 may create a two-dimensional image and a height map for a part of the area to be inspected instead of the whole object 12 and inspect the area.
本発明の一実施形態に係る高さ測定方法について更に詳しく説明する。縞パターン投射領域の1つの計測点に着目すると、空間的に位相をずらしながら縞パターンを投射したときに(言い換えれば、縞の反復する方向に縞パターンを走査したときに)、その計測点の明るさは周期的に変動する。色や反射率等の計測点の表面特性に応じて計測点ごとに平均の明るさは異なるものの、どの計測点においても縞パターンに対応する周期的な明るさ変動が生じる。よって、計測点を例えば最も明るくするときの縞パターンの位相がその計測点の高さ情報を表すことになる。一般化すれば、周期的明るさ変動の初期位相が各計測点の高さ情報を与えると言える。 The height measuring method according to an embodiment of the present invention will be described in more detail. Focusing on one measurement point in the stripe pattern projection area, when the stripe pattern is projected while spatially shifting the phase (in other words, when the stripe pattern is scanned in the direction in which the stripe repeats), the measurement point The brightness varies periodically. Although the average brightness differs for each measurement point according to the surface characteristics of the measurement point such as color and reflectance, periodic brightness fluctuations corresponding to the fringe pattern occur at any measurement point. Therefore, for example, the phase of the fringe pattern when the measurement point is brightest represents the height information of the measurement point. In general, it can be said that the initial phase of the periodic brightness fluctuation gives the height information of each measurement point.
本発明の一実施形態に係る高さ測定方法は、周期の異なる少なくとも2種のパターンを使用して高さを求める。長周期(つまり太い縞)の第1パターンにより大まかな高さを求め、短周期(細い縞)の第2パターンで精密な高さを求める。上述のようにPMP法は位相に基づき高さを求めるので、高さ差が大きく縞が1周期以上ずれてしまうと高さを一意に特定することができない。第1縞パターンを併用して高さを求めておくことにより、第2縞パターンを投射したときに縞が1周期以上ずれている場合にも高さを一意に特定することが可能となる。 The height measurement method according to an embodiment of the present invention obtains the height using at least two types of patterns having different periods. A rough height is obtained from a first pattern having a long period (that is, a thick stripe), and a precise height is obtained from a second pattern having a short period (a thin stripe). As described above, since the PMP method obtains the height based on the phase, the height cannot be uniquely specified if the height difference is large and the fringes are shifted by one cycle or more. By obtaining the height in combination with the first fringe pattern, the height can be uniquely specified even when the fringes are shifted by one cycle or more when the second fringe pattern is projected.
ところが、このように複数の異なるパターンでそれぞれ高さを測定しそれらの結果を総合して高さマップを求める場合には、一般にパターンごとに個別的に投射し撮像することになると考えられる。PMP法では原理的に1種の縞パターンについて位相をずらして少なくとも3回、典型的には4回の撮像が必要とされている。縞パターンが正弦波であることに対応して各計測点の明るさ変動も正弦波となる。縞のピッチは既知であるから、明るさの平均値、振幅、及び初期位相が明らかとなれば明るさ変動を表す正弦波が特定される。 However, when the height is measured with a plurality of different patterns and the result is combined to obtain a height map, it is generally considered that each pattern is individually projected and imaged. In principle, the PMP method requires imaging at least three times, typically four times, with respect to one type of fringe pattern with the phase shifted. Corresponding to the fringe pattern being a sine wave, the brightness fluctuation at each measurement point is also a sine wave. Since the pitch of the fringes is known, a sine wave representing a variation in brightness is specified if the average value, amplitude, and initial phase of brightness are clarified.
少なくとも3枚の撮像画像から計測点の明るさ測定値を得ることにより、明るさの平均値、振幅、及び初期位相の3つの変数を決定することができる。また、1つの縞パターンを90度ずつ位相をずらして4回撮像したときのある画素の輝度をそれぞれl0乃至l3とすると、その画素にあたる計測点の初期位相φはtan(φ)=(l3−l1)/(l2−l0)で表されることが知られている。縞パターンのピッチをPとすると縞パターンのずれ量はP*(φ/2π)で求められる。パターンの投射角度を用いてパターンずれ量からその位置の高さを求めることができる。 By obtaining the brightness measurement value of the measurement point from at least three captured images, it is possible to determine the three variables of brightness average value, amplitude, and initial phase. Also, assuming that the luminance of a pixel when a single fringe pattern is imaged four times with a phase shift of 90 degrees is l 0 to l 3 , the initial phase φ of the measurement point corresponding to that pixel is tan (φ) = ( It is known that l 3 −l 1 ) / (l 2 −l 0 ). When the pitch of the fringe pattern is P, the amount of deviation of the fringe pattern is obtained by P * (φ / 2π). The height of the position can be obtained from the pattern deviation amount using the projection angle of the pattern.
2種のパターンを用いれば少なくとも6回または8回の撮像をすることになる。1つの被検査体12を検査するために、複数の部分領域を撮像して全体画像を得るようにしている。また、1つの部分領域は複数の投射ユニット26のそれぞれで撮像される。例えば10個の部分領域をそれぞれ3つの投射ユニットで撮像するとしたら、10*3*6(または8)=180(または240)回の撮像を要することになる。こうして、1回の検査に要する撮像回数は多くなりがちである。撮像回数が検査所要時間に与える影響は大きい。 If two types of patterns are used, at least 6 times or 8 times of images are taken. In order to inspect one object 12 to be inspected, a plurality of partial areas are imaged to obtain an entire image. One partial area is imaged by each of the plurality of projection units 26. For example, if 10 partial areas are each imaged by 3 projection units, 10 * 3 * 6 (or 8) = 180 (or 240) imaging is required. Thus, the number of imaging required for one inspection tends to increase. The influence of the number of imaging operations on the time required for inspection is large.
そこで、本発明の一実施形態においては、あるパターンを用いて高さを求める際に、そのパターンで少なくとも3回撮像する代わりに、少なくとも1枚の画像を他のパターンを投射したときの画像を利用して推定する。あるパターンを用いて高さを求める際に他のパターンを投射したときの画像のもつ輝度情報を共用することにより撮像回数を低減する。 Therefore, in one embodiment of the present invention, when a height is obtained using a certain pattern, an image obtained by projecting another pattern on at least one image is used instead of capturing at least three times with the pattern. Use and estimate. When obtaining the height using a certain pattern, the number of times of imaging is reduced by sharing the luminance information of the image when another pattern is projected.
一実施例においては、外観検査装置10は、被検査体12の高さ計測点を含む投射領域に、空間的に周期的に明るさが変化する第1周期パターンを投射し、その計測点の明るさを測定する第1測定ステップと、第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンをその投射領域に投射し、高さ計測点の明るさを測定する第2測定ステップと、を実行する。 In one embodiment, the appearance inspection apparatus 10 projects a first periodic pattern whose brightness periodically changes periodically onto a projection area including the height measurement point of the object 12 to be inspected. A first measurement step for measuring brightness and a second measurement for projecting a second periodic pattern whose brightness changes with a period different from the first periodic pattern to the projection area and measuring the brightness at the height measurement point And step.
外観検査装置10は、第1及び第2の周期パターンの少なくとも一方に対応する計測点明るさ変動の位相を、第1測定ステップ及び第2測定ステップの測定結果と、第1及び第2の周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップを実行する。外観検査装置10は、各計測点の明るさ変動の位相に基づいて各計測点の高さ情報を求める高さ情報演算ステップを実行する。既知の関係を用いることにより、第1及び第2の周期パターンの一方を投射したときの位相演算に他方の周期パターンによる測定結果を共用することが可能となる。 The appearance inspection apparatus 10 determines the phase of the measurement point brightness variation corresponding to at least one of the first and second periodic patterns, the measurement results of the first measurement step and the second measurement step, and the first and second periods. A phase calculation step is performed based on the known relationship of brightness fluctuations corresponding to each of the patterns. The appearance inspection apparatus 10 executes a height information calculation step for obtaining height information of each measurement point based on the phase of brightness variation at each measurement point. By using a known relationship, it is possible to share the measurement result of the other periodic pattern for phase calculation when one of the first and second periodic patterns is projected.
なお必要に応じて、外観検査装置10は、第1及び第2の周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第3周期パターンを投射領域に投射し、高さ計測点の明るさを測定する第3測定ステップを実行してもよい。同様にして、各周期パターンに対応する明るさ変動の既知の関係から1つの周期パターンを投射したときの位相演算に他の周期パターンによる測定結果を共用するようにしてもよい。 If necessary, the appearance inspection apparatus 10 projects a third periodic pattern whose brightness changes with a period different from the first and second periodic patterns onto the projection area, and measures the brightness of the height measurement point. A third measurement step may be performed. Similarly, the measurement results of other periodic patterns may be shared for phase calculation when one periodic pattern is projected from the known relationship of brightness fluctuations corresponding to each periodic pattern.
高さ計測点の明るさ測定は例えば、パターン投射領域を撮像することにより行う。第1測定ステップは、第1周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第1投影画像を撮像する第1撮像ステップを含んでもよい。第2測定ステップは、第2周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第2投影画像を撮像する第2撮像ステップを含んでもよい。周期パターンは例えば90度ずつまたは120度ずつというように等しい量ずつ位相をずらして(すなわち例えば1/4周期ずつまたは1/3周期ずつパターンの反復する方向にパターンを空間的に移動させて)被検査体12に投射してもよい。以降の演算処理で適宜調整することとすれば、必ずしも等しい量ずつずらさなくてもよい。 The brightness measurement of the height measurement point is performed, for example, by imaging the pattern projection area. The first measurement step may include a first imaging step in which the first periodic pattern is projected onto the object to be inspected with a plurality of different phases to capture a plurality of first projection images. The second measurement step may include a second imaging step in which the second periodic pattern is projected onto the object to be inspected with a plurality of different phases to capture a plurality of second projection images. The periodic pattern is shifted in phase by an equal amount, for example 90 degrees or 120 degrees (ie, the pattern is spatially moved in the direction in which the pattern repeats, for example, by 1/4 period or 1/3 period). You may project on the to-be-inspected object 12. FIG. If adjustment is appropriately made in the subsequent arithmetic processing, it is not always necessary to shift by an equal amount.
一実施例においては、第1及び第2の周期パターンは、共通の周期関数で表されるパターンであってもよい。その周期関数のパラメタを異ならせることにより、第1周期パターンと第2周期パターンとを異ならせてもよい。2つの周期パターンは少なくとも互いに周期を異ならせてもよく、例えば一方の周期は他方の周期の少なくとも2倍より大きくてもよく、好ましくは例えば10倍より大きくてもよい。2つの周期パターンはさらに明るさの振幅及び平均値の少なくとも一方が互いに異なっていてもよい。 In one embodiment, the first and second periodic patterns may be patterns represented by a common periodic function. The first periodic pattern and the second periodic pattern may be made different by changing the parameters of the periodic function. The two periodic patterns may be at least different in period, for example, one period may be at least twice as long as the other period, and preferably greater than 10 times, for example. The two periodic patterns may further differ from each other in at least one of brightness amplitude and average value.
第1周期パターンの周期が第2周期パターンの周期よりも大きい場合には、外観検査装置10は、被検査体12の高さ計測点の第1周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第1撮像ステップで得られた複数の第1投影画像における当該計測点の明るさに基づき演算してもよい。この場合、外観検査装置10は、第2周期パターンによる周期的明るさ変動の位相については上述のように既知の関係を利用して第1投影画像及び第2投影画像から求めてもよい。こうして、外観検査装置10は、第1周期パターンによる周期的明るさ変動の位相と第2周期パターンによる周期的明るさ変動の位相とに基づいて当該計測点の高さを求めてもよい。 When the period of the first periodic pattern is larger than the period of the second periodic pattern, the appearance inspection apparatus 10 determines the phase of the periodic brightness fluctuation due to the first periodic pattern at the height measurement point of the inspection object 12, You may calculate based on the brightness of the said measurement point in the some 1st projection image obtained at the 1st imaging step. In this case, the appearance inspection apparatus 10 may obtain the phase of the periodic brightness variation by the second periodic pattern from the first projection image and the second projection image using the known relationship as described above. In this way, the appearance inspection apparatus 10 may obtain the height of the measurement point based on the phase of the periodic brightness fluctuation due to the first periodic pattern and the phase of the periodic brightness fluctuation due to the second periodic pattern.
一実施例においては、第1周期パターンに対応する各計測点の明るさ変動と第2周期パターンに対応する明るさ変動との既知の関係は、第1周期パターンの平均強度と第2周期パターンの平均強度とが関連付けられていることを含んでもよい。2つのパターンの平均強度が関連付けられていることにより、それぞれのパターンを投射したときの計測点の明るさを関係づけることができる。 In one embodiment, the known relationship between the brightness fluctuation at each measurement point corresponding to the first periodic pattern and the brightness fluctuation corresponding to the second periodic pattern is the average intensity of the first periodic pattern and the second periodic pattern. May be associated with the average intensity of. By associating the average intensities of the two patterns, the brightness of the measurement point when each pattern is projected can be related.
好ましくは、第1周期パターンの平均強度と第2周期パターンの平均強度とが実質的に等しくてもよい。そのために、外観検査装置10は、少なくともパターンの周期を変更可能である可変パターン形成装置を含む投射ユニットを備えることが好ましく、この投射ユニットは、各パターンに対し共通の光源及び光学系を有することが好ましい。可変パターン形成装置は、縞パターンの縞ピッチを変更可能に構成されていることが好ましい。この構成により、縞パターンの縞ピッチのみを変更し同一の投射条件でパターンを投射することができる。こうして、パターンの周期を変更したときに少なくとも明るさの平均値は維持されると考えられる。図1及び図2に示す投射ユニット26及びパターン形成装置44は、このように構成された投射ユニット及び可変パターン形成装置の一例である。 Preferably, the average intensity of the first periodic pattern and the average intensity of the second periodic pattern may be substantially equal. Therefore, it is preferable that the appearance inspection apparatus 10 includes a projection unit including at least a variable pattern forming apparatus capable of changing the pattern cycle, and the projection unit has a common light source and optical system for each pattern. Is preferred. The variable pattern forming apparatus is preferably configured to be able to change the stripe pitch of the stripe pattern. With this configuration, it is possible to project the pattern under the same projection conditions by changing only the stripe pitch of the stripe pattern. Thus, it is considered that at least the average brightness value is maintained when the pattern period is changed. The projection unit 26 and the pattern forming apparatus 44 shown in FIGS. 1 and 2 are examples of the projection unit and the variable pattern forming apparatus configured as described above.
また、上述の既知の関係は、第1周期パターンが投射されたときの計測点の明るさの振幅と第2周期パターンのそれとが関連付けられていることを含んでもよい。好ましくは、第1周期パターンと第2周期パターンとで各計測点の明るさの振幅が実質的に等しくてもよい。例えば投射ユニット及び可変パターン形成装置によって、2つのパターンが投射されたときの明るさの振幅についても2つのパターンで等しくなるように各パターンの周期を調整することも可能である。 Further, the above-described known relationship may include that the brightness amplitude of the measurement point when the first periodic pattern is projected is associated with that of the second periodic pattern. Preferably, the brightness amplitude of each measurement point may be substantially equal between the first periodic pattern and the second periodic pattern. For example, it is also possible to adjust the period of each pattern so that the brightness amplitude when the two patterns are projected is equal in the two patterns by the projection unit and the variable pattern forming device.
図7は、本発明の好ましい一実施例に係る各計測点の初期位相を求める方法を説明するための図である。図7の左側には縞幅の大きい第1縞パターンを位相をずらしつつ投射したときのある計測点(x,y)における周期的な明るさ変動l(x,y)を示し、図7の右側には縞幅の小さい第2縞パターンについての同一計測点(x,y)の明るさ変動m(x,y)を示している。第1縞パターン及び第2縞パターンはともに図2に示す正弦波の縞パターンであり、縞幅のみが異なる。投射ユニット26の光学性能により、図7に示されるように、被検査体12に投射されたときの明るさの振幅は、縞幅の小さい第2縞パターンのほうが小さくなっている。 FIG. 7 is a diagram for explaining a method for obtaining the initial phase of each measurement point according to a preferred embodiment of the present invention. The left side of FIG. 7 shows a periodic brightness fluctuation l (x, y) at a certain measurement point (x, y) when the first fringe pattern having a large stripe width is projected while shifting the phase. On the right side, the brightness fluctuation m (x, y) at the same measurement point (x, y) for the second stripe pattern with a small stripe width is shown. Both the first stripe pattern and the second stripe pattern are the sinusoidal stripe patterns shown in FIG. 2, and only the stripe width is different. Due to the optical performance of the projection unit 26, as shown in FIG. 7, the brightness amplitude when projected onto the inspection object 12 is smaller in the second stripe pattern having a smaller stripe width.
この実施例では90度ずつ(つまり1/4周期ずつ)縞パターンを被検査体12に相対的に移動させてパターン投射領域を順次撮像する。こうして得られた複数の画像それぞれにおける計測点(x,y)に相当する画素の輝度を計測点(x,y)の明るさとする。上述のように第1縞パターンについての各計測点の位相φ(x,y)は、tan(φ)=(l3−l1)/(l2−l0)により求めることが可能である。l0、l1、l2、l3はそれぞれ第1縞パターンを0度、90度、180度、270度の位相で投射したときの各計測点に相当する画素の輝度である。同様にして、第2縞パターンについての各計測点の位相θ(x,y)は、tan(θ)=(m3−m1)/(m2−m0)により求めることが可能である。m0、m1、m2、m3はそれぞれ第2縞パターンを0度、90度、180度、270度の位相で投射したときの各計測点に相当する画素の輝度である。 In this embodiment, the pattern projection region is sequentially imaged by moving the fringe pattern relative to the inspection object 12 by 90 degrees (that is, by 1/4 period). The brightness of the pixel corresponding to the measurement point (x, y) in each of the plurality of images thus obtained is defined as the brightness of the measurement point (x, y). As described above, the phase φ (x, y) of each measurement point for the first stripe pattern can be obtained by tan (φ) = (l 3 −l 1 ) / (l 2 −l 0 ). . l 0 , l 1 , l 2 , and l 3 are the luminances of pixels corresponding to the respective measurement points when the first fringe pattern is projected at a phase of 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, respectively. Similarly, the phase θ (x, y) of each measurement point for the second stripe pattern can be obtained by tan (θ) = (m 3 −m 1 ) / (m 2 −m 0 ). . m 0 , m 1 , m 2 , and m 3 are the luminances of pixels corresponding to the measurement points when the second stripe pattern is projected at a phase of 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, respectively.
第1縞パターン及び第2縞パターンのそれぞれについて明るさの平均値が一定であり、かつ第1縞パターンと第2縞パターンとで明るさの平均値が等しいことから、
(l0+l2)/2=(l1+l3)/2=(m0+m2)/2=(m1+m3)/2
なる関係が成立する。よって、
l3=l0−l1+l2
m2=l0+l2−m0
m3=l0+l2−m1
が導かれる。
Since the average value of the brightness is constant for each of the first stripe pattern and the second stripe pattern, and the average value of the brightness is equal between the first stripe pattern and the second stripe pattern,
(L 0 + l 2 ) / 2 = (l 1 + l 3 ) / 2 = (m 0 + m 2 ) / 2 = (m 1 + m 3 ) / 2
This relationship is established. Therefore,
l 3 = l 0 -l 1 + l 2
m 2 = l 0 + l 2 −m 0
m 3 = l 0 + l 2 -m 1
Is guided.
したがって、tan(φ)及びtan(θ)はそれぞれ、
tan(φ)=(l0+l2−2l1)/(l2−l0)
tan(θ)=(l0+l2−2m1)/(l0+l2−2m0)
により求めることができる。すなわち、図7において実線の丸で示すようにl0、l1、l2、m0、m1の5つの測定値から第1縞パターン及び第2縞パターンのそれぞれについての位相φ、θを求めることができる。破線の丸で示すl3、m2、m3は測定の必要がない。合計8回の撮像でl0、l1、l2、l3、m0、m1、m2、m3のすべてを測定する代わりに、5回の撮像で2つのパターンの両方について位相を求めることができる。これは、従来考え得る最小の撮像回数である6回より更に少ない回数である。さらに第1縞パターン及び第2縞パターンの明るさ振幅が等しければ、m1を省略してl0、l1、l2、m0の4回の撮像で2つの位相を求めることも可能であろう。
Therefore, tan (φ) and tan (θ) are respectively
tan (φ) = (l 0 + l 2 −2l 1 ) / (l 2 −l 0 )
tan (θ) = (l 0 + l 2 −2m 1 ) / (l 0 + l 2 −2m 0 )
It can ask for. That is, as shown by solid circles in FIG. 7, the phases φ and θ for the first and second fringe patterns are determined from the five measured values of l 0 , l 1 , l 2 , m 0 , and m 1. Can be sought. L 3 , m 2 , and m 3 indicated by broken-line circles do not need to be measured. Instead of measuring all of l 0 , l 1 , l 2 , l 3 , m 0 , m 1 , m 2 , m 3 in a total of 8 imaging, the phase for both two patterns in 5 imaging Can be sought. This is a smaller number of times than 6 which is the minimum number of times of imaging that can be conventionally considered. Furthermore, if the brightness amplitudes of the first stripe pattern and the second stripe pattern are equal, m 1 can be omitted and two phases can be obtained by imaging four times of l 0 , l 1 , l 2 , and m 0. I will.
ここで、撮像する画像は、縞パターンの位相が互いに逆位相である1組の画像を含むことが好ましい。つまり、縞パターンを半周期ずらして撮像した画像を含むことが好ましい。このようにすれば、上記の関係式のように明るさの平均値を2つの測定輝度の単純平均で簡単に表すことができる。 Here, the image to be captured preferably includes a set of images in which the phases of the fringe patterns are opposite to each other. That is, it is preferable to include an image captured by shifting the fringe pattern by a half cycle. In this way, the average value of brightness can be easily expressed by the simple average of the two measured luminances as in the above relational expression.
また、第1縞パターンの縞ピッチは被検査体12に想定される部品高さの最大値よりも大きく設定されることが好ましい。このようにすれば、被検査体12の最大の高さの実装部品によって生じる縞パターンのずれ量を1周期以内に収めることができる。よって、tan(φ)から位相φを一意に決定することができる。 Moreover, it is preferable that the fringe pitch of the first fringe pattern is set to be larger than the maximum value of the component height assumed for the inspection object 12. In this way, the amount of deviation of the stripe pattern caused by the mounting component with the maximum height of the device under test 12 can be kept within one cycle. Therefore, the phase φ can be uniquely determined from tan (φ).
縞パターンは必ずしも正弦波状に変化する縞パターンでなくてもよい。位相を異ならせて複数回撮像して得られた計測点の明るさに基づいて明るさ変動の周期関数が決定される周期パターンであればよい。周期の異なる少なくとも2つの周期パターンについて明るさ変動の既知の関係を利用することにより、上記の好ましい実施例と同様にして合計の撮像回数を少なくすることが可能である。 The fringe pattern does not necessarily have to be a sinusoidal fringe pattern. Any periodic pattern in which the periodic function of the brightness variation is determined based on the brightness of the measurement point obtained by imaging a plurality of times with different phases may be used. By utilizing the known relationship of brightness fluctuations for at least two periodic patterns having different periods, the total number of imaging operations can be reduced in the same manner as in the preferred embodiment described above.
図8は、本発明の一実施形態に係る高さ測定処理を説明するためのフローチャートである。外観検査装置10の投射ユニット26は、第1平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第1縞パターンを被検査体12の投射領域に投射する。カメラユニット22は、被検査体12の表面形状(例えば実装部品による基板面との段差)により変調された第1変調パターンを第1画像L0として撮像する(S30)。画像L0の各画素の輝度が対応する計測点(x,y)の明るさl0(x,y)を表す。画像L0は制御ユニット20のメモリ30に記憶される。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the height measurement process according to the embodiment of the present invention. The projection unit 26 of the appearance inspection apparatus 10 projects a first fringe pattern having a first average intensity and periodically changing brightness on a projection area of the inspection object 12. The camera unit 22 captures a first modulation pattern modulated by (step between the substrate surface by eg mounted parts) surface shape of the inspection object 12 as a first image L 0 (S30). The brightness l 0 (x, y) of the measurement point (x, y) corresponding to the luminance of each pixel of the image L 0 is represented. The image L 0 is stored in the memory 30 of the control unit 20.
投射ユニット26は第1縞パターンを第1画像L0とは異なる位相で被検査体12に投射する。投射ユニット26は例えば、第1画像L0とは90度位相をずらして同一の投射領域に第1縞パターンを投射する。カメラユニット22は被検査体12の表面形状により変調された第2変調パターンを第2画像L1として撮像する(S32)。画像L1の各画素の輝度が対応する計測点(x,y)の明るさl1(x,y)を表す。画像L1はメモリ30に記憶される。 Projection unit 26 that projects to the device under test 12 at a different phase with a first fringe pattern first image L 0. Projection unit 26 is, for example, the first image L 0 projecting the first fringe pattern to the same projection area by shifting the phase by 90 degrees. The camera unit 22 captures a second modulation pattern modulated by the surface shape of the inspection object 12 as the second image L 1 (S32). The brightness l 1 (x, y) of the measurement point (x, y) corresponding to the luminance of each pixel of the image L 1 is represented. Image L 1 is stored in the memory 30.
投射ユニット26は第1縞パターンを第1画像L0及び第2画像L1とは異なる位相で被検査体12に投射する。投射ユニット26は第2画像L1からさらに90度位相をずらして同一の投射領域に第1縞パターンを投射する。カメラユニット22は被検査体12の表面形状により変調された第3変調パターンを第3画像L2として撮像する(S34)。画像L2の各画素の輝度が対応する計測点(x,y)の明るさl2(x,y)を表す。画像L2はメモリ30に記憶される。 Projection unit 26 that projects to the device under test 12 at a different phase from the first image L 0 and the second image L 1 a first fringe pattern. Projection unit 26 projects a first fringe pattern to the same projection area by shifting the further 90 ° phase from the second image L 1. The camera unit 22 captures the third modulation pattern modulated by the surface shape of the inspection object 12 as a third image L 2 (S34). The brightness l 2 (x, y) of the measurement point (x, y) corresponding to the luminance of each pixel of the image L 2 is represented. Image L 2 is stored in the memory 30.
投射ユニット26は、第1縞パターンよりも狭い縞ピッチをもつ第2縞パターンを第1縞パターンと同一の投射条件で同一の投射領域に投射する。カメラユニット22は被検査体12の表面形状により変調された第4変調パターンを第4画像M0として撮像する(S36)。画像M0の各画素の輝度が対応する計測点(x,y)の明るさm0(x,y)を表す。画像M0はメモリ30に記憶される。 The projection unit 26 projects the second stripe pattern having a narrower stripe pitch than the first stripe pattern onto the same projection area under the same projection conditions as the first stripe pattern. The camera unit 22 captures the fourth modulation pattern modulated by the surface shape of the inspection object 12 as the fourth image M 0 (S36). The brightness m 0 (x, y) of the measurement point (x, y) corresponding to the luminance of each pixel of the image M 0 is represented. The image M 0 is stored in the memory 30.
投射ユニット26は第2縞パターンを第4画像M0とは異なる位相で被検査体12に投射する。投射ユニット26は第4画像M0とは90度位相をずらして同一の投射領域に第2縞パターンを投射する。カメラユニット22は被検査体12の表面形状により変調された第5変調パターンを第5画像M1として撮像する(S38)。画像M1の各画素の輝度が対応する計測点(x,y)の明るさm1(x,y)を表す。画像M1はメモリ30に記憶される。 Projection unit 26 that projects to the device under test 12 at a different phase with a second fringe pattern fourth image M 0. Projection unit 26 projects a second fringe pattern at the same projection area by shifting the phase by 90 degrees and the fourth image M 0. The camera unit 22 captures a fifth modulation pattern modulated by the surface shape of the inspection object 12 as the fifth image M 1 (S38). The brightness m 1 (x, y) of the measurement point (x, y) corresponding to the luminance of each pixel of the image M 1 is represented. Image M 1 is stored in the memory 30.
制御ユニット20はすべての投射ユニット26によりその投射領域が撮像されたか否かを判定する(S40)。まだその領域がすべての投射ユニット26を用いて撮像されていない場合には(S40のN)、次の投射ユニット26を使用して第1画像L0乃至第5画像M1の撮像を繰り返す。なお、本実施例では南北方向の2つの投射ユニット26a、26bを使用して撮像し、もう1つの投射ユニットは必要に応じて使用するようにしてもよい。 The control unit 20 determines whether or not the projection area has been imaged by all the projection units 26 (S40). If it is not already captured by using the area of all projection units 26 (S40 of N), repeating the first captured image L 0 to fifth image M 1 using the following projection unit 26. In this embodiment, imaging may be performed using two projection units 26a and 26b in the north-south direction, and the other projection unit may be used as necessary.
使用すべきすべての投射ユニット26を用いた撮像が完了した場合には(S40のY)、制御ユニット20は被検査体12の全体の撮影が完了したか否かを判定する(S42)。まだ撮影されていない領域がある場合には(S42のN)、次の投射領域について上記のように撮像を繰り返す。次の投射領域への移動中に、画像L1、画像M0、画像M2のうち少なくとも1つの逆位相のパターンをパターン形成装置に形成してもよい。この逆位相のパターンは撮像されない。 When imaging using all the projection units 26 to be used is completed (Y in S40), the control unit 20 determines whether imaging of the entire inspection object 12 is completed (S42). When there is an area that has not been shot yet (N in S42), the imaging is repeated as described above for the next projection area. During the movement to the next projection region, at least one antiphase pattern of the image L 1 , the image M 0 , and the image M 2 may be formed in the pattern forming apparatus. This antiphase pattern is not imaged.
被検査体12の全体の撮影が完了した場合には(S42のY)、制御ユニット20の高さ測定部32は第1画像L0乃至第5画像M1に基づいて被検査体12の高さマップを作成する(S44)。高さマップ作成処理は、第2縞パターンを第4画像M0及び第5画像M1とは異なる位相で被検査体12に投射したときの計測点における明るさを、第1画像L0乃至第5画像M1における当該計測点の明るさから求めることを含む。また、高さマップ作成処理は、第1縞パターンを第1画像L0乃至第3画像L2とは異なる位相で被検査体12に投射したときの計測点における明るさを、第1画像L0乃至第3画像L2における当該計測点の明るさから求めることを含む。 If the entire imaging of the device under test 12 is completed (S42 of Y), the high of the device under test 12 based on the height measurement unit 32 first image L 0 to fifth image M 1 of the control unit 20 A map is created (S44). In the height map creation process, the brightness at the measurement point when the second fringe pattern is projected onto the inspected object 12 with a phase different from that of the fourth image M 0 and the fifth image M 1 is represented by the first image L 0 to L 0. and determining from the brightness of the measuring point of the fifth image M 1. Further, in the height map creation process, the brightness at the measurement point when the first fringe pattern is projected onto the object 12 to be inspected with a phase different from that of the first image L 0 to the third image L 2 is obtained. 0 to and determining from the brightness of the measurement points in the third image L 2.
例えば上述のように、第4画像M0とは逆位相で第2縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第1縞パターンと第2縞パターンとで平均強度が等しいことを利用して第1画像L0、第3画像L2、第4画像M0から求める。第5画像M1と逆位相で第2縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第1縞パターンと第2縞パターンとで平均強度が等しいことを利用して第1画像L0、第3画像L2、第5画像M0から求める。また、第2画像L1と逆位相で第1縞パターンを投射したときの計測点の明るさを、第1画像L0、第2画像L1、第3画像L2から求める。 For example, as described above, the brightness of the measurement point when the fourth image M 0 and projecting the second fringe pattern in opposite phase, utilizing the average intensity between the first fringe pattern and the second fringe pattern is equal to Then, it is obtained from the first image L 0 , the third image L 2 , and the fourth image M 0 . The first image L 0 is obtained by using the brightness of the measurement point when the second stripe pattern is projected in the opposite phase to the fifth image M 1 using the fact that the average intensity is equal between the first stripe pattern and the second stripe pattern. , From the third image L 2 and the fifth image M 0 . Moreover, the brightness of the measurement point when the first fringe pattern is projected in the opposite phase to the second image L 1 is obtained from the first image L 0 , the second image L 1 , and the third image L 2 .
高さ測定部32は、第1縞パターンによる第1位相マップと、第2縞パターンによる第2位相マップとを第1画像L0乃至第5画像M1に基づいて求める。これらの位相マップは各計測点の位相情報からなる。この位相情報は各計測点の相対的な高さ情報を表す。上述のように高さ測定部32は、基板の表面位置の高さと各計測点の相対高さとから基板表面に対する各計測点の高さを求める。 The height measuring unit 32 obtains a first phase map based on the first fringe pattern and a second phase map based on the second fringe pattern based on the first image L 0 to the fifth image M 1 . These phase maps consist of phase information at each measurement point. This phase information represents the relative height information of each measurement point. As described above, the height measuring unit 32 obtains the height of each measurement point relative to the substrate surface from the height of the surface position of the substrate and the relative height of each measurement point.
本実施例では複数の投射ユニット26を使用して同一の計測点の撮像をしているから、高さ測定部32は、位相マップを作成する際にいずれかの投射ユニットによる測定値を最も適切な値として計測点ごとに選択してもよい。例えば、ある投射ユニットを使用したときの画像においてその計測点を表す画素の輝度が飽和している場合には、その飽和画素を他の投射ユニットを使用したときの画像における対応画素に置き換えてもよい。また、その計測点付近の局所的な平均の明るさ及び振幅が投射パターンから基準を超えて乖離している場合にも、その計測点を表す画素を他の投射ユニットを使用したときの対応画素に置き換えてもよい。 In the present embodiment, since the same measurement point is imaged using a plurality of projection units 26, the height measurement unit 32 most appropriately determines the measurement value of any one of the projection units when creating the phase map. As a correct value, it may be selected for each measurement point. For example, when the brightness of a pixel representing the measurement point is saturated in an image when a certain projection unit is used, the saturated pixel may be replaced with a corresponding pixel in the image when another projection unit is used. Good. In addition, even when the local average brightness and amplitude near the measurement point deviate from the projection pattern beyond the reference, the pixel that represents the measurement point is a corresponding pixel when another projection unit is used May be replaced.
また、高さ測定部32は、いずれの投射ユニットによる測定値が適切であるか判別することができない場合には、周囲の計測点の測定値に基づいてその計測点の測定値を補間するようにしてもよい。例えば、複数の投射ユニットを使用したときの測定値のばらつきが大きい場合には、高さ測定部32は、いずれの投射ユニットによる測定値も適切でないと判定してもよい。 Further, when the height measurement unit 32 cannot determine which measurement value by the projection unit is appropriate, the height measurement unit 32 interpolates the measurement value of the measurement point based on the measurement value of the surrounding measurement point. It may be. For example, when the variation in measured values when using a plurality of projection units is large, the height measuring unit 32 may determine that the measured values by any projection unit are not appropriate.
10 外観検査装置、 12 被検査体、 14 検査テーブル、 16 撮像ユニット、 18 XYステージ、 20 制御ユニット、 22 カメラユニット、 24 照明ユニット、 26 投射ユニット、 28 検査制御部、 30 メモリ、 32 高さ測定部、 34 検査データ処理部、 36 検査部、 38 入力部、 40 出力部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Appearance inspection apparatus, 12 Inspected object, 14 Inspection table, 16 Imaging unit, 18 XY stage, 20 Control unit, 22 Camera unit, 24 Illumination unit, 26 Projection unit, 28 Inspection control part, 30 Memory, 32 Height measurement Part, 34 inspection data processing part, 36 inspection part, 38 input part, 40 output part.
Claims (7)
被検査体にパターンを投射するための投射部と、該パターンが投射された被検査体を撮像するための撮像部と、撮像された画像に基づいて被検査体の表面の高さを求める高さ測定部と、を備え、
前記投射部は、周期的に明るさが変化する第1周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第1周期パターンの位相が互いに異なる複数の第1投影画像を撮像し、
前記投射部は、第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射し、前記撮像部は、第2周期パターンの位相が互いに異なる複数の第2投影画像を撮像し、
前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第2周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を、第1投影画像及び第2投影画像における当該計測点の明るさと、第1周期パターン及び第2周期パターンのそれぞれに対応する周期的明るさ変動の既知の関係とに基づいて演算することを特徴とする外観検査装置。 An appearance inspection apparatus that inspects the object to be inspected based on the height of the surface of the object to be inspected comprising a substrate and a component mounted on the substrate,
A projection unit for projecting a pattern onto the inspection object, an imaging unit for imaging the inspection object on which the pattern is projected, and a height for obtaining the height of the surface of the inspection object based on the captured image A measuring unit,
The projection unit projects a first periodic pattern whose brightness periodically changes onto the object to be inspected with a plurality of different phases, and the imaging unit includes a plurality of first projection images whose phases of the first periodic pattern are different from each other. Image
The projection unit projects a second periodic pattern whose brightness changes with a period different from the first periodic pattern onto the object to be inspected with a plurality of different phases, and the imaging unit has phases of the second periodic pattern different from each other. Capturing a plurality of second projection images;
The height measuring unit determines the phase of periodic brightness fluctuations according to the second period pattern of the height measurement point of the object to be inspected, the brightness of the measurement point in the first projection image and the second projection image, and the first period. An appearance inspection apparatus that performs calculation based on a known relationship between periodic brightness fluctuations corresponding to each of a pattern and a second periodic pattern.
前記高さ測定部は、被検査体の高さ計測点の第1周期パターンによる周期的明るさ変動の位相を前記複数の第1投影画像における当該計測点の明るさに基づき演算し、第1周期パターンによる周期的明るさ変動の位相と第2周期パターンによる周期的明るさ変動の位相とに基づいて当該計測点の高さを求めることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の外観検査装置。 The period of the first periodic pattern is greater than the period of the second periodic pattern;
The height measuring unit calculates a phase of periodic brightness variation based on a first periodic pattern of a height measurement point of the object to be inspected based on brightness of the measurement point in the plurality of first projection images, 4. The height of the measurement point is obtained based on a phase of periodic brightness fluctuation caused by the periodic pattern and a phase of periodic brightness fluctuation caused by the second periodic pattern. 5. Visual inspection equipment.
周期的に明るさが変化する第1周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第1投影画像を撮像する第1撮像ステップと、
前記第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンを異なる複数の位相で被検査体に投射して複数の第2投影画像を撮像する第2撮像ステップと、
前記第2周期パターンに対応する被検査体の計測点の明るさ変動の位相を、第1投影画像及び第2投影画像における当該計測点の明るさと、前記第1周期パターン及び前記第2周期パターンのそれぞれに対応する明るさ変動の既知の関係とに基づいて求める位相演算ステップと、を含むことを特徴とする外観検査方法。 A visual inspection method for inspecting an object to be inspected based on a height of a surface of the object to be inspected comprising a substrate and a component mounted on the substrate,
A first imaging step of projecting a first periodic pattern, the brightness of which periodically changes, onto the object to be inspected at a plurality of different phases and capturing a plurality of first projection images;
A second imaging step of projecting a plurality of second projection images by projecting a second periodic pattern whose brightness changes with a period different from that of the first periodic pattern onto a test object with a plurality of different phases;
The phase of the brightness fluctuation at the measurement point of the inspection object corresponding to the second periodic pattern, the brightness of the measurement point in the first projection image and the second projection image, the first periodic pattern, and the second periodic pattern And a phase calculation step that is obtained based on a known relationship of brightness fluctuations corresponding to each of the visual inspection methods.
第1平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第1周期パターンと、前記第1平均強度に関連付けられた第2平均強度を持ち前記第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンと、を被検査体に投射するための投射部と、
第1周期パターンを被検査体に投射したときの第1画像と、第1周期パターンを第1撮画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの第2画像と、第2周期パターンを被検査体に投射したときの第3画像と、を撮像するための撮像部と、
第2周期パターンを第3画像とは異なる位相で被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第1画像乃至第3画像における当該計測点の明るさと、前記第1平均強度と第2平均強度との関係とに基づいて求める演算部と、を備えることを特徴とする外観検査装置。 An appearance inspection apparatus that inspects the object to be inspected based on the height of the surface of the object to be inspected comprising a substrate and a component mounted on the substrate,
The first periodic pattern having the first average intensity and the brightness periodically changing, and the second average intensity associated with the first average intensity and the brightness changing at a different period from the first periodic pattern. A projection unit for projecting the second periodic pattern onto the object to be inspected;
The first image when the first periodic pattern is projected onto the object to be inspected, the second image when the first periodic pattern is projected onto the object under inspection with a phase different from that of the first captured image, and the second periodic pattern An imaging unit for imaging a third image when projected onto the object to be inspected;
The brightness at the measurement point when the second periodic pattern is projected onto the object to be inspected with a phase different from that of the third image, the brightness of the measurement point in the first image to the third image, and the first average intensity An appearance inspection apparatus comprising: a calculation unit that is obtained based on a relationship with the second average intensity.
第1平均強度を持ち周期的に明るさが変化する第1周期パターンを被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第1変調パターンを第1画像として撮像する第1撮像ステップと、
前記第1周期パターンを前記第1撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第2変調パターンを第2画像として撮像する第2撮像ステップと、
前記第1平均強度に関連付けられた第2平均強度を持ち前記第1周期パターンとは異なる周期で明るさが変化する第2周期パターンを前記被検査体に投射し、該被検査体の表面形状により変調された第3変調パターンを第3画像として撮像する第3撮像ステップと、
前記第2周期パターンを前記第3撮像ステップとは異なる位相で前記被検査体に投射したときの計測点における明るさを、前記第1画像乃至第3画像における当該計測点の明るさと、前記第1平均強度と第2平均強度との関係とに基づいて求めるステップと、を含むことを特徴とする高さ測定方法。 A method for determining the height of the surface of the object to be inspected in order to inspect the object to be inspected comprising a substrate and a component mounted on the substrate,
A first periodic pattern having a first average intensity and periodically changing in brightness is projected onto an object to be inspected, and a first modulation pattern modulated by the surface shape of the object to be inspected is imaged as a first image. Imaging step;
A second imaging step of projecting the first periodic pattern onto the object to be inspected with a phase different from that of the first imaging step, and capturing a second modulation pattern modulated by the surface shape of the object to be inspected as a second image. When,
A second periodic pattern having a second average intensity associated with the first average intensity and having a brightness that changes in a period different from the first periodic pattern is projected onto the object to be inspected, and the surface shape of the object to be inspected A third imaging step of imaging the third modulation pattern modulated by the third image as a third image;
The brightness at the measurement point when the second periodic pattern is projected onto the object to be inspected with a phase different from that of the third imaging step is the brightness of the measurement point in the first to third images. And a step of obtaining based on a relationship between the first average intensity and the second average intensity.
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