JP6507653B2 - 検査装置及び検査装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体にパターン画像を投影した状態で撮像した画像を用いて当該物体の検査を行う検査装置に関する。

従来より、画像を用いて物体の３次元形状を計測する手法が研究されている。例えば、アクティブ三角測量法やアクティブステレオ法と呼ばれる手法は、プロジェクタにより物体にパターン画像（縞パターンやドットパターンなど）を投影した状態で撮像を行い、物体表面の凹凸に依存して生じるパターンや輝度の変化を解析することで、物体の３次元情報を取得する技術である。アクティブ三角測量法の例として、位相シフト法、空間コード化法などが実用化されている。

これらの方法においては、物体で反射した光が周囲に存在する他の物体の計測精度を低下させるという現象が生じることがある。この現象について図１２を参照して説明する。図１２は、撮像装置２００とプロジェクタ２０１を用いた計測系を示している。プロジェクタ２０１から所定のパターンをもつ光２０１Ｌを物体２０２に投影し、物体２０２の表面に映る投影パターンを撮像装置２００で撮像する。このとき、物体２０２の表面凹凸による投影パターンの歪みは、撮像装置２００で撮像した画像の輝度変化となって現れる。よって、画像の輝度変化を基に、プロジェクタ２０１と物体２０２の表面上の点と撮像装置２００の位置関係を特定し、物体２０２の表面の高さ（３次元位置）を推定することができる。

しかしながら、図１２に示すように、物体２０２の近傍に背の高い物体２０３が存在すると、プロジェクタ２０１の光２０１Ｌが物体２０３の側面で鏡面反射又は拡散反射し、その反射光２０３Ｌが物体２０２の表面を照らしてしまうことがある。そうすると、物体２０２の表面から撮像装置２００に到達する光の中に、プロジェクタ２０１の光２０１Ｌの反射光（１次反射光）２０１Ｒだけでなく、物体２０３からの光２０３Ｌの反射光（２次反射光）２０３Ｒも含まれることとなる。この２次反射光２０３Ｒは、物体２０２の表面上の投影パターンにノイズとして重畳されるため、投影パターンの解析に悪影響を与え、計測誤差を生じさせてしまうのである。本明細書では、他の物体で反射した光に起因する２次反射を生じ得る物体（例えば図１２の物体２０２）を「２次反射物体」と呼び、２次反射の原因となる反射光を生じる物体（例えば物体２０３）を「原因物体」と呼ぶ。また、このような２次反射に起因する投影パターンの輝度変化を「２次反射ノイズ」と呼ぶ。

２次反射ノイズへの対処として、特許文献１では、２以上の方向からパターン画像を照射し、各方向の計測精度（信頼度）に基づいて、影ディフェクト、スペキュラーディフェクトなどが除去された計測値を選別することで、より正確な表面形状の測定を行う方法が提案されている。しかしながら、この従来方法は、複数の方向での計測結果を組み合わせてノイズの影響を低減しようとする方法にすぎず、２次反射ノイズの発生を根本的に解決するものではない。したがって、どの方向からパターン画像を照射しても２次反射が発生するような環境（例えば、周囲に背の高い物体が多数存在する場合など）の場合には、従来方法では、２次反射ノイズの影響を除去することが難しい。

特開２０１２−１１２９５２号公報

本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、物体にパターン画像を投影した状態で撮像した画像を用いて当該物体の検査を行う検査装置において、２次反射ノイズを抑制し、信頼性の高い計測及び検査を可能にするための技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明では、以下の構成を採用する。すなわち、本発明に係る検査装置は、撮像装置と、前記撮像装置の視野内にパターン画像を投影する投影装置と、前記投影装置からパターン画像を投影した状態で前記撮像装置によって撮像された画像を用いて、前記撮像装置の視野内に含まれる１つ以上の物体の検査を行う情報処理装置と、前記撮像装置及び前記投影装置を制御する制御装置と、を有する。前記撮像装置の視野内に、他の物体の反射面で反射した光に起因する２次反射を生じ得る２次反射物体が存在する場合に、前記制御装置は、前記２次反射物体が前記撮像装置の視野内の中心位置にくるように、前記撮像装置の視野内の前記２次反射物体の位置を変更した後、前記反射面に光が当たらないように前記投影装置から投影するパターン画像の投影範囲を当該視野の中心の所定の範囲に変更し、投影範囲が変更されたパターン画像を投影した状態で前記撮像装置により前記２次反射物体を撮像する制御を行う。

この構成によれば、撮像装置の視野内に２次反射物体が存在する場合に、２次反射の原因となる原因物体の反射面に光（パターン画像）が当たらないようにパターン画像の投影範囲が変更される。したがって、２次反射ノイズの発生を抑え、物体上の投影パターンを正確に撮像（観測）することができ、物体の計測及び検査の精度を向上することができる。

検査の対象となる複数の物体の内から２次反射物体を特定するための情報を含む検査プログラムを記憶する記憶装置をさらに有し、前記制御装置は、前記検査プログラムに基づいて、前記撮像装置の視野内に２次反射物体が存在するか否かを判断することが好ましい。このような検査プログラムを予め作成し検査装置に設定しておくことで、視野内の２次反射物体の検出を簡単かつ正確に行うことができ、計測及び検査の処理時間の短縮と精度向上を図ることができる。

また、前記検査プログラムは、２次反射物体を撮像するときの撮像条件の情報を含んでおり、前記制御装置は、前記撮像条件の情報に基づいて、前記２次反射物体を撮像するときに投影するパターン画像の投影範囲の変更を行うことも好ましい。このように、２次反射物体それぞれの撮像条件も予め検査装置に設定しておくことで、２次反射を抑制するための投影範囲の変更制御を簡単かつ正確に行うことができ、計測及び検査の処理時間の短縮と精度向上を図ることができる。

検査装置が、投影範囲が互いに異なる複数のパターン画像のデータを予め記憶するパターン画像記憶部をさらに有し、前記撮像装置の視野内に前記２次反射物体が存在する場合に、前記制御装置は、前記パターン画像記憶部に記憶された前記複数のパターン画像の中から、前記２次反射物体を投影範囲に含むが前記反射面を投影範囲に含まないパターン画像を選択し、前記投影装置から投影するパターン画像を前記選択したパターン画像へと変更することが好ましい。パターン画像のデータを予め用意しておくことで、（その都度パターン画像を生成するのに比べて）パターン画像の切り替え処理を簡単化することができる。

例えば、視野の中心に２次反射物体がある場合と、視野の端に２次反射物体がある場合とでは、パターン画像の投影範囲を変えなければならない。とはいえ、視野内の位置ごとに別々のパターン画像を用意するとなると、パターン画像の数が膨大となる。また、パターン画像記憶部に多くの記憶容量を確保しなければならず、装置のコストアップを招く。そこで、前記制御装置は、前記２次反射物体が前記撮像装置の視野内の所定位置にくるように、前記撮像装置の視野内の前記２次反射物体の位置を変更した後、投影範囲が変更されたパターン画像を投影した状態で前記撮像装置により前記２次反射物体を撮像する制御を行う。このように２次反射物体を視野内の所定位置に合わせるようにすれば、サイズ違いや形状違いのパターン画像を用意するだけで足り、位置違いのパターン画像は用意する必要がない。言い換えると、サイズや形状がほぼ同じ２次反射物体に対しては同じパターン画像を共通に使用できる。したがって、予め用意しておくパターン画像の数を大幅に減らすことができ、パターン画像記憶部の記憶容量の削減も可能となる。この構成は、投影装置に予め登録可能なパターン画像の数に制限がある場合に特に有効である。

前記所定位置は、前記撮像装置の視野の中心である。撮像装置の視野の中心は、撮像装置の光学系の収差が最も小さい。また、通常は投影装置の投影中心を撮像装置の視野の中
心あたりに合わせるので、撮像装置の視野の中心は投影パターンの歪み（投影装置の光学系の収差による歪）も最小となる。したがって、２次反射物体を撮像装置の視野の中心に合わせて投影及び撮像を行うことで、計測及び検査の精度をより一層向上することが期待できる。

前記撮像装置の視野内に前記２次反射物体が存在する場合に、前記制御装置は、前記２次反射物体又は前記反射面の位置及びサイズの情報に基づき、前記２次反射物体を投影範囲に含むが前記反射面を投影範囲に含まないパターン画像を生成し、前記投影装置から投影するパターン画像を前記生成したパターン画像へと変更することが好ましい。この構成によれば、２次反射物体と反射面の位置及びサイズに応じて最適な投影範囲を実現することができ、計測及び検査の精度の向上を期待できる。また、２次反射物体ないし撮像視野を物理的に動かす必要がないので、処理時間の短縮を図ることができる。

前記検査装置は、基板上の部品を検査する基板検査装置に好ましく適用できる。この場合、例えばチップ部品やＩＣなどの物体が検査の対象となる。本発明によれば、検査対象の部品の周囲に２次反射の原因物体（例えばコネクタ部品のような背の高い物体）が存在したとしても、２次反射ノイズの発生を抑えて、信頼性の高い部品計測及び部品検査が可能となる。

なお、本発明は、上記手段ないし機能の少なくとも一部を含む検査装置又は基板検査装置として捉えることができる。また、本発明は、上記手段ないし機能の少なくとも一部を含む検査装置又は基板検査装置と、検査装置又は基板検査装置の動作を定義する検査プログラムを作成するティーチング装置と、を有する検査システムとして捉えることもできる。また、本発明は、検査装置の制御方法や検査方法や、その方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムや、当該プログラムを非一時的に記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体として捉えることもできる。上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、物体にパターン画像を投影した状態で撮像した画像を用いて当該物体の検査を行う検査装置において、２次反射ノイズを抑制し、信頼性の高い計測及び検査を行うことができる。

基板検査システムのハードウェア構成を示す模式図。 ティーチング処理の流れを示すフローチャート。 第１実施形態における計測及び検査の流れを示すフローチャート。 第１実施形態における計測及び検査の流れを示す図。 第１実施形態におけるパターン画像の例。 第２実施形態における計測及び検査の流れを示すフローチャート。 第２実施形態における計測及び検査の流れを示す図。 第３実施形態における計測及び検査の流れを示すフローチャート。 第３実施形態における計測及び検査の流れを示す図。 第４実施形態における計測及び検査の流れを示すフローチャート。 第４実施形態における計測及び検査の流れを示す図。 ２次反射ノイズについて説明する図。 パターン画像を投影して撮像される位相画像の例。

本発明は、物体にパターン画像を投影した状態で撮像した画像を用いて当該物体の検査を行う検査装置において、２次反射ノイズを抑制し、信頼性の高い計測及び検査を実現するための技術に関する。本発明は、アクティブ三角測量法やアクティブステレオ法による
３次元計測を利用した検査装置に適用でき、特に、ＦＡ（ファクトリー・オートメーション）分野や自動車分野で用いられる検査装置に好ましく適用することができる。ＦＡ分野の検査としては、画像センサ（３次元ロボットビジョン、３次元デジタイザ、産業用イメージセンサなど）を用いた外観検査、文字検査、位置決め検査、不良品検査などを例示できる。また自動車分野の検査としては、形状測定センサを用いたタイヤ形状検査などを例示できる。

以下この発明を実施するための好ましい形態として、本発明をＦＡ分野の基板検査装置に適用した例を詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている装置の構成や動作は一例であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
（基板検査システムのハードウェア構成）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る基板検査システムの全体構成について説明する。図１は基板検査システムのハードウェア構成を示す模式図である。基板検査システムは、撮像した画像を用いてプリント基板上の部品やはんだの状態を検査する基板検査装置１と、基板検査装置１が検査時に使用する検査プログラムを作成するティーチング装置２とを備える。この基板検査装置１は、表面実装ラインにおける基板外観検査（例えば、リフロー後の部品浮き検査など）に好ましく利用されるものである。

基板検査装置１は、主な構成として、ステージ１０、計測ユニット１１、制御装置１２、情報処理装置１３、表示装置１４、記憶装置（データベース）３を備える。計測ユニット１１は、撮像装置（イメージセンサ）１１０、照明装置１１１、投影装置（プロジェクタ）１１２を有している。

ステージ１０は、基板１５を保持し、検査対象物体となる部品１５０やはんだ１５１を撮像装置１１０の視野に位置合わせするための機構である。図１に示すようにステージ１０に平行にＸ軸とＹ軸をとり、ステージ１０と垂直にＺ軸をとった場合、ステージ１０は少なくともＸ方向とＹ方向の２軸の並進が可能である。撮像装置１１０は、光軸がＺ軸と平行になるように配置されており、ステージ１０上の基板１５を鉛直上方から撮像する。撮像装置１１０で撮像された画像データは情報処理装置１３に取り込まれる。

照明装置１１１（１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ）は、基板１５に対し異なる色（波長）の照明光（赤色光ＲＬ，緑色光ＧＬ，青色光ＢＬ）を照射する照明手段である。図１は照明装置１１１のＸＺ断面を模式的に示したものであり、実際には、同じ色の光を全方位（Ｚ軸回りの全方向）から照明可能なように照明装置１１１は円環状又はドーム形状を呈している。投影装置１１２は、基板１５に対し所定のパターンをもつパターン画像ＰＬを投影するパターン投影手段である。投影装置１１２は、照明装置１１１の中腹に設けられた開口を通してパターン画像ＰＬを投射する。投影装置１１２の数は一つでもよいが、パターン画像ＰＬの死角をなくすために複数の投影装置１１２を設けるとよい。本実施形態では、異なる方位（対角の位置）に２つの投影装置１１２を配置している。投影装置１１２としては、デジタルミラーデバイスを用いた方式のＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタを好ましく利用できる。ＤＬＰプロジェクタは投影パターンを変更可能だからである。照明装置１１１と投影装置１１２はいずれも撮像装置１１０で基板１５を撮影するときに用いられる照明系であるが、照明装置１１１はカラーハイライト照明法による形状計測に用いられる照明であり、投影装置１１２はアクティブ三角測量法による形状計測に用いられる照明である。

制御装置１２は、基板検査装置１の動作を制御する制御手段であり、ステージ１０の移動制御、照明装置１１１の点灯制御、投影装置１１２の点灯制御やパターン・光量の変更
、撮像装置１１０の撮像制御などを担っている。

情報処理装置１３は、撮像装置１１０から取り込まれた画像データを用いて、部品１５０やはんだ１５１に関する各種の計測値を取得したり、部品１５０の電極や基板上のランド（パッド）に対するはんだ接合の状態を検査する機能を有する装置である。表示装置１４は、情報処理装置１３で得られた計測値や検査結果を表示する装置である。記憶装置３は、基板検査装置１で使用される検査プログラム、基板検査装置１で得られたデータ（画像、計測結果、検査結果など）などが格納されるデータベースである。検査プログラムとは、基板検査装置１の動作を定義するソフトウェアであり、制御装置１２及び情報処理装置１３で実行される各種のコンピュータプログラムと、それらのコンピュータプログラムが利用する各種のパラメータデータとを含んでいる。検査プログラムのパラメータデータには、例えば、基板上に存在する部品の情報（品番、位置、サイズなど）、撮像条件（照明装置１１１と投影装置１１２の設定値など）、検査エリア（視野）と撮像する順番、部品ごとの検査項目、判定基準値（良／不良を判定するための閾値や値域など）などが定義されている。また、検査プログラムのパラメータデータには、２次反射ノイズの影響を受ける部品（２次反射物体）を特定する情報、当該部品を撮像するときの撮像条件に関する情報なども定義されている。検査プログラムは、検査に先立ちティーチング装置２によって作成され、記憶装置３に登録される（この作業をティーチングと呼ぶ）。

制御装置１２と情報処理装置１３はいずれも、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスクドライブなど）、入力装置（キーボード、マウス、タッチパネルなど）を有する汎用のコンピュータにより構成することができる。また、ティーチング装置２も、例えば、ＣＰＵ、メモリ、補助記憶装置、入力装置を有する汎用のコンピュータにより構成することができる。なお、図１では、制御装置１２と情報処理装置１３と表示装置１４とティーチング装置２と記憶装置３を別のブロックで示したが、これらは別体の装置で構成してもよいし、単一の装置で構成してもよい。

（位相シフト法）
アクティブ三角測量法には大別して時間コード化法と空間コード化法とがあり、時間コード化法には光切断法、位相シフト法などがある。本実施形態では一例として位相シフト法について説明する。

位相シフト法とは、パターン画像を物体表面に投影したときのパターンの歪みを解析することにより物体表面の三次元情報（高さ情報）を計測する手法の一つである。具体的には、投影装置１１２を用いて、所定のパターン（例えば輝度が正弦波状に変化する縞状パターン）を基板に投影した状態で撮像装置１１０で撮影を行う。そうすると、図１３に示すように、物体表面には、その凹凸に応じたパターンの歪みが現れる。この処理を、パターン画像の輝度変化の位相を変化させながら複数回（例えば４回）繰り返すことで、図１３に示すように輝度特徴の異なる複数枚の画像（以下、位相画像と呼ぶ）が得られる。各画像の同一画素の明るさ（輝度）は縞状パターンの変化と同一の周期で変化するはずであるから、各画素の明るさの変化に対して正弦波を当てはめることで、各画素の位相が分かる。そして、所定の基準位置（テーブル表面、基板表面など）の位相に対する位相差を求めることで、その基準位置からの距離（高さ）を算出することができる。

このように、位相シフト法では、複数枚の画像間での輝度の周期的変化に基づいて物体表面の高さを推定する。したがって、図１２で説明したような２次反射ノイズが発生すると、縞状パターンの位相を正確に検出することが困難となり、計測精度の低下を招いてしまう。そこで、本実施形態の基板検査装置１では、撮像装置の視野内に２次反射ノイズの影響を受ける可能性のある部品（２次反射物体）が存在する場合には、パターン画像の投影範囲を制限することで、２次反射ノイズの原因となる部品（原因物体）に光が当たらな
いようにする。これにより２次反射ノイズの発生を抑え、計測精度の低下を防ぐ。

以下では、２次反射ノイズ対策に関わる処理として、（１）ティーチングの処理と（２）位相シフトによる計測及び検査の処理について具体的に説明する。なお、本実施形態の基板検査システムではカラーハイライト照明法を利用した計測及び検査も行われるが、それらについては公知の手法を利用できるため説明を省略する。また、ティーチング処理の前（例えば基板検査装置１の製造時や装置設置時など）に、撮像装置１１０の視野位置の調整やフォーカスの調整、、投影装置１１２のメモリへのパターン画像の書き込み、投影装置１１２の分解能・フォーカス・光量・投影位置の調整、通常（標準）の撮像条件の設定などが行われているものとする。

（１）ティーチング
図２は、ティーチング処理の流れを示すフローチャートである。

ティーチング用のサンプル基板を基板検査装置１のステージ１０にセットし、ティーチング装置２に対しティーチング処理の開始（検査プログラム作成開始）の指示を入力すると、図２の処理が開始される。サンプル基板としては、検査対象物体となる部品等がすべて正しい状態で実装された良品基板を用いるとよい。各検査対象物体の正解の高さ・位置を検査プログラムに登録するためである。また、２次反射ノイズが発生し得る部品をもれなく検出するためである。

ステップＳ２００では、制御装置１２が、ステージ１０を制御し、サンプル基板上の検査エリアを撮像装置１１０の視野内に移動させる。ステップＳ２０１では、制御装置１２が照明装置１１１を全点灯し（又は、投影装置１１２からパターンのない均一白色光を投影し）、撮像装置１１０に撮像させる（ここで取得された画像を以後「パターンなし画像」と呼ぶ）。次にステップＳ２０２では、制御装置１２が、投影装置１１２に縞状パターンのパターン画像を投影させ、撮像装置１１０に位相画像を撮像させる。このとき、縞状パターンの位相を変化させながら複数枚（例えば４枚）の位相画像が撮像される。ステップＳ２０１及びステップＳ２０２で得られたパターンなし画像及び位相画像は、ティーチング装置２に取り込まれる。

ティーチング装置２は、基板上に存在する複数の検査対象物体のそれぞれに対し、検査ウィンドウを設定する（ステップＳ２０３）。検査ウィンドウは、検査対象物体の位置及びサイズを特定するための情報であり、例えば、検査対象物体の外接矩形などで定義される。検査ウィンドウの設定は、基板のＣＡＤ情報を参照して自動で設定してもよいし、作業者が手動で設定してもよい。手動設定の場合は、基板のパターンなし画像を画面表示し、マウスなどを利用して画像上で検査ウィンドウの領域指定をできるようにすると、操作が簡便である。検査対象物体の典型は部品であるが、部品以外の物体（例えば、電極などの部品の一部、ランド、はんだ、配線など）を検査対象物体に設定してもよい。その後、ティーチング装置２が、各検査対象物体に対し、検査パラメータ（検査項目、判定基準値など）を設定する（ステップＳ２０４）。検査パラメータの設定については従来のティーチングと同じであるため説明を割愛する。

続いて、２次反射抑制用のティーチングが実施される。まずステップＳ２０５において、検査ウィンドウを設定した複数の検査対象物体のなかに、２次反射物体が存在するか否かを判断し、検出された２次反射物体に対してフラグを付ける処理を行う。ステップＳ２０５の処理は、ティーチング装置２が自動で検出・設定する処理でもよいし、作業者が目視で検出し手動設定する処理でもよい。自動検出の方法としては、ステップＳ２０２で取得した位相画像における投影パターンの信頼度、鮮明度、輝度を評価する方法や、その位相画像から算出した高さ情報のばらつき、誤差を評価する方法などを用いることができる
。あるいは、基板のＣＡＤ情報から各物体の高さ及び位置関係を取得し、投影パターンの入射角、物体の高さ、物体間の距離に基づく幾何学的な計算により、２次反射物体を検出することもできる。一方、手動設定の場合は、基板のパターンなし画像を画面表示し、マウスなどを利用して画面上で２次反射物体を選択できるようにすればよい。

続いて、ティーチング装置２は、フラグが付された２次反射物体に対し（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、２次反射抑制用の撮像条件を設定する（ステップＳ２０７）。本実施形態では、検査時に「２次反射物体を撮像装置１１０の視野中心に移動し、２次反射物体を包含する領域にのみパターン画像を投影して撮像する」という処理を行うため、撮像条件としては、少なくとも、２次反射物体を撮像するときの視野位置を定義する条件と、パターン画像の投影範囲（又は投影サイズ）を定義する条件とが設定される。なお、画像中に複数の２次反射物体が存在する場合は、それぞれの２次反射物体に対し個別に２次反射抑制用の撮像条件を設定してもよいし、近接する複数の２次反射物体を１つのグループとして、グループ単位で２次反射抑制用の撮像条件を設定してもよい。

以上で、ステップＳ２００で設定した検査エリアに対するティーチングが終了する。基板のサイズが撮像装置１１０の視野よりも大きい場合には、検査エリアを変更してステップＳ２００〜Ｓ２０７の処理を繰り返す（ステップＳ２０８）。例えば、基板のサイズが２１０ｍｍ×２１０ｍｍで、撮像装置１１０の視野が３０ｍｍ×３０ｍｍの場合には、７×７＝４９の検査エリアに対しティーチングが行われる。最後に、ティーチング装置２が検査プログラムを記憶装置３に格納し、処理を終了する（ステップＳ２０９）。なお、基板上の全ての検査対象物体に対する設定が完了した後、検査時の撮像回数やステージ１０の移動距離を最小とするように、検査時の検査エリアの位置及びそのスキャン順を最適化する処理を行ってもよい。

（２）位相シフトによる計測及び検査
図３のフローチャートを参照して、基板検査装置１における検査処理の一例を説明する。図３は、第１実施形態における位相シフトによる計測及び検査の流れを示している。これらの処理は、情報処理装置１３及び制御装置１２が検査プログラムに従ってステージ１０、撮像装置１１０、照明装置１１１、投影装置１１２を制御することにより実施される。

検査対象となる基板がステージ１０上に搬入されると、制御装置１２は、基板上のフィデューシャルマークに基づき基板の位置調整を行った後（ステップＳ３００）、最初の検査エリアを撮像装置１１０の視野に合わせる（ステップＳ３０１）。図４の（１）は、視野４１内の基板を模式的に示している。この例では、視野４１内に２つのチップ部品４２ａ、４２ｂと背の高いコネクタ部品４３が含まれている。

まずは視野（検査エリア）４１の全体を撮像するため、制御装置１２は、投影装置１１２の投影パターンを「通常パターン画像」に設定する（ステップＳ３０２）。通常パターン画像とは、撮像装置１１０の視野４１の略全体に縞状パターンを投影するための画像である。図４の（２）は通常パターン画像を投影したときの視野の状態の例である。

図５に、投影装置１１２から投影可能なパターン画像の種類を模式的に示す。本実施形態では、投影装置１１２のメモリ（パターン画像記憶部）５０内に、通常パターン画像５１に加え、サイズ違いの５種類の２次反射抑制パターン画像５２〜５６の、計６種類のデータが格納されている。２次反射抑制パターン画像５２、５３、５４、５５、５６は、それぞれ、視野４１の中心の２ｍｍ×２ｍｍ、４ｍｍ×４ｍｍ、６ｍｍ×６ｍｍ、８ｍｍ×８ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲に縞状パターンを投影するための画像である。つまり、２次反射抑制パターン画像５２〜５６は、パターン画像の投影範囲を視野４１の一部分
に制限した画像である。なお、図５では、各投影サイズについて１枚の画像のみ示しているが、実際には、各投影サイズについて位相の異なる複数枚（例えば４枚）の画像が用意される。また、計測レンジを拡大するために、パターンの周期を変えた画像を用意してもよい。

ステップＳ３０３では、制御装置１２は、投影装置１１２から投影する通常パターン画像５１の位相を切り替えながら、撮像装置１１０に撮像させる。これにより、複数枚の位相画像が得られる（ステップＳ３０３で取得した位相画像を「通常位相画像」と呼ぶ）。取得した位相画像のデータは情報処理装置１３に取り込まれる。ステップＳ３０４では、情報処理装置１３が、ステップＳ３０３で得られた通常位相画像データを用いて各画素の輝度変化の位相を解析することで、各画素の高さを計算する。計算された高さ情報は、基板表面からの高さ（Ｚ位置）を画素値で表現した画像データ（高さデータと呼ぶ）の形式で保存される。図４の（３）は高さデータの一例を示す。基板表面が黒色（画素値：０）で示され、基板表面からの高さが大きくなるほど明るく（画素値が大きく）なる。

次に、制御装置１２は、検査プログラムを参照して、現在の視野４１内に２次反射物体のフラグが付された検査対象物体が存在するか否かを判断する（ステップＳ３０５）。２次反射物体が存在した場合、制御装置１２は、検査プログラム内の２次反射抑制用の撮像条件に従って、当該２次反射物体を撮像装置１１０の視野中心に移動し（ステップＳ３０６）、投影装置１１２の投影パターンを適切な「２次反射抑制パターン画像」に変更する（ステップＳ３０７）。

例えば、コネクタ部品４３の右側面が反射面となり、投影装置１１２からの光がチップ部品４２ａの上面に反射され、チップ部品４２ａに２次反射ノイズが発生しているとする。その場合、図４の（４）に示すように、チップ部品４２ａの中心が視野４１の中心に一致するようチップ部品４２ａを移動し、図４の（５）に示すように、チップ部品４２ａにのみ縞状パターンが当たるように投影範囲を制限する。チップ部品４２ａのサイズが例えば２ｍｍ×５ｍｍであれば、その部品サイズよりも投影サイズが大きい２次反射抑制パターン画像５４〜５６のいずれかが用いられる。ただし、２次反射ノイズの原因であるコネクタ部品４３の反射面（右側面）には縞状パターンが当たらないようにする。

そして、ステップＳ３０８において、制御装置１２は、投影装置１１２から投影する２次反射抑制パターン画像の位相を切り替えながら、撮像装置１１０に撮像させ、複数枚の位相画像を取得する（ステップＳ３０８で取得した位相画像を「２次反射抑制位相画像」と呼ぶ）。取得した位相画像データは情報処理装置１３に取り込まれる。ステップＳ３０９では、情報処理装置１３が、ステップＳ３０８で得られた２次反射抑制位相画像データを用いてステップＳ３０４と同様の処理を行い、２次反射物体の部分の高さデータを生成する。このとき、２次反射抑制位相画像データに不足している情報（例えば、基板表面の高さ情報、２次反射物体周辺の高さ情報など）は、通常位相画像データから抽出された情報を利用するとよい。視野４１内に他にも２次反射物体が存在する場合はステップＳ３０６〜Ｓ３０９の処理が繰り返され、各２次反射物体の高さデータが取得される。図４の（６）は２次反射物体の高さデータの一例である。

ステップＳ３１０では、情報処理装置１３が、ステップＳ３０４で生成した視野全体の高さデータと、ステップＳ３０９で生成した２次反射物体の高さデータとを合成する。合成方法としては、視野全体の高さデータ中の該当部分のデータを２次反射物体の高さデータに置き換える方法、視野全体の高さデータ中の該当部分のデータと２次反射物体の高さデータの平均又は重み付け平均を求める方法など、どのような画像合成方法を用いてもよい。これにより、図４の（７）に示すように、２次反射ノイズが抑制された高さデータを得ることができる。

ステップＳ３０１〜Ｓ３１０の処理を基板上のすべての検査エリアに対し実行した後（ステップＳ３１１）、情報処理装置１３は、ステップＳ３１０で得られた合成後の高さデータを用いて、各検査対象物体の検査（例えば、部品浮き、はんだフィレット不良など）を行い、結果を出力する（ステップＳ３１２）。以上で１つの基板に対する計測及び検査処理が完了する。

（本実施形態の利点）
本実施形態の構成によれば、撮像装置１１０の視野４１内に２次反射物体（例：チップ部品４２ａ）が存在する場合に、２次反射の原因となる原因物体（例：コネクタ部品４３）の反射面に光が当たらないようにパターン画像の投影範囲が変更される。したがって、２次反射ノイズの発生を抑え、検査対象物体上の投影パターンを正確に撮像（観測）することができ、検査対象物体の計測及び検査の精度を向上することができる。

また本実施形態では、投影装置１１２のパターン画像記憶部５０のなかに複数種類のパターン画像のデータを予め用意しておくので、（その都度パターン画像を生成するのに比べて）パターン画像の切り替え処理を簡単化することができる。

さらに、２次反射物体を視野中心に移動して２次反射抑制用の撮像を行うので、サイズや形状がほぼ同じ物体に対して同じ２次反射抑制パターン画像を共通に使用でき、予め用意しておくパターン画像の数を大幅に減らすことができる。通常、投影装置１１２に内蔵されているパターン画像記憶部（メモリ）５０の記憶容量は限られているので、パターン画像の数（データ容量）を減らすことができるのは実用上のメリットが大きい。しかも、視野中心は、撮像装置１１０の光学系の収差が最も小さいとともに、投影パターンの歪み（投影装置１１２の光学系の収差による歪）も最も小さいので、計測及び検査の精度をより一層向上することが期待できる。

なお、本実施形態では視野中心に２次反射物体を移動したが、本発明の範囲はこれに限定されない。２次反射物体が撮像装置１１０の視野内の所定位置にくるように２次反射物体を移動した後、投影及び撮像を行うようにすれば、少なくとも、２次反射ノイズの抑制、パターン画像の切り替え処理の簡単化、パターン画像の共通化の作用効果を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、２次反射物体を視野中心に移動して撮像したのに対し、第２実施形態は、２次反射物体の視野内位置は変えずに、２次反射物体の位置及びサイズに合わせて適切な投影範囲をもつパターン画像を生成し投影する点に特徴がある。基板検査システムの基本構成は第１実施形態のものと同様であるため、以下では、本実施形態に特有の構成及び動作を主に説明する。

図６及び図７を参照して、第２実施形態における位相シフトによる計測及び検査の流れを説明する。図６は計測及び検査の流れを示すフローチャートであり、図７は計測及び検査の流れを示す模式図である。

まず、第１実施形態と同様に、通常パターン画像を用いて視野全体を撮像し、通常位相画像に基づき視野全体の高さデータを計算する（図６のステップＳ３００〜Ｓ３０４、図７の（１）〜（３））。

その後、制御装置１２は、検査プログラムを参照して、現在の視野４１内に２次反射物体のフラグが付された検査対象物体が存在するか否かを判断する（ステップＳ３０５）。
２次反射物体が存在した場合、制御装置１２は、検査プログラム内の２次反射抑制用の撮像条件に従って、当該２次反射物体の撮像に用いる２次反射抑制パターン画像を生成する（ステップＳ６００）。２次反射抑制用の撮像条件としては、２次反射物体の位置及びサイズの情報（例えば、２次反射物体を包含する矩形（近接する複数の２次反射物体を１つのグループとして一緒に撮像する場合には、グループに属する複数の２次反射物体を包含する矩形）の左上点と右下点の座標値）が与えられる。そして、制御装置１２は、生成した２次反射抑制パターン画像のデータを投影装置１１２のメモリに書き込み、投影装置１１２の投影パターンを変更する（ステップＳ６０１）。これ以降の処理（ステップＳ３０８〜Ｓ３１２）は、第１実施形態の処理と同じである。

本実施形態の構成によれば、図７の（４）に示すように、チップ部品４２ａの視野内位置はそのままで、２次反射物体（チップ部品４２ａ）を投影範囲に含むが原因物体（コネクタ部品４３）の反射面は投影範囲から外れるような２次反射抑制パターン画像が自動生成され、投影される。したがって、２次反射ノイズの発生を抑え、検査対象物体上の投影パターンを正確に撮像（観測）することができ、検査対象物体の計測及び検査の精度を向上することができる。

また本実施形態では、２次反射物体の位置及びサイズに応じて最適な投影範囲を実現することができるため、ノイズの発生を可及的に抑え、計測及び検査の精度のさらなる向上を期待できる。しかも、２次反射物体の視野内位置を変更する必要がないので、ステージ移動などの物理的な駆動を減らすことができ、処理時間の短縮を図ることができる。

なお、本実施形態では検査時に２次反射抑制パターン画像を生成したが、ティーチング時にあらかじめ２次反射物体ごとの２次反射抑制パターン画像を生成し記憶しておいてもよい。投影装置１１２内のパターン画像記憶部（メモリ）に十分な記憶容量がある場合には、投影装置１１２にあらかじめ全てのパターン画像のデータを書き込んでおけばよい。投影装置１１２の記憶容量が十分でない場合は、記憶装置３内又は情報処理装置１３の補助記憶装置内のパターン画像記憶部にパターン画像のデータを格納しておき、必要なときに必要なパターン画像のデータを、制御装置１２が読み込み使用すればよい。

＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態について説明する。視野内に２次反射物体が存在する場合に、第１及び第２実施形態では、通常パターン画像を用いた視野全体の撮像と、２次反射抑制パターン画像を用いた２次反射物体の撮像とを実行した。これに対し、第３実施形態では、通常パターン画像の代わりに、原因物体の反射面に光が当たらないような投影範囲をもつ２次反射抑制パターン画像を用いて視野全体を撮像する点に特徴がある。基板検査システムの基本構成は第１実施形態のものと同様であるため、以下では、本実施形態に特有の構成及び動作を主に説明する。

図８及び図９を参照して、第３実施形態における位相シフトによる計測及び検査の流れを説明する。図８は計測及び検査の流れを示すフローチャートであり、図９は計測及び検査の流れを示す模式図である。

まず、第１実施形態と同様に、検査対象となる基板を搬入し、最初の検査エリアを撮像装置１１０の視野に合わせる（図８のステップＳ３００〜Ｓ３０１、図９の（１））。制御装置１２は、検査プログラムを参照して、現在の視野４１内に２次反射物体のフラグが付された検査対象物体が存在するか否かを判断する（ステップＳ８００）。２次反射物体が存在しない場合（ステップＳ８００；ＮＯ）、制御装置１２は、投影装置１１２の投影パターンを通常パターン画像に設定する（ステップＳ８０１）。

一方、２次反射物体が存在する場合（ステップＳ８００；ＹＥＳ）、制御装置１２は、検査プログラム内の２次反射抑制用の撮像条件を基に２次反射抑制パターン画像を生成する（ステップＳ８０２）。本実施形態では、２次反射抑制用の撮像条件として、原因物体であるコネクタ部品４３の反射面の位置及びサイズの情報（例えば、反射面に光を当てないために投影範囲から除外すべき矩形領域の左上点と右下点の座標値）が与えられる。また、２次反射抑制パターン画像としては、図９の（２）に示すように、通常パターン画像の投影範囲から原因物体（コネクタ部品４３）の反射面を含む部分９０を除いた投影範囲をもつ画像が生成される。制御装置１２は、生成した２次反射抑制パターン画像のデータを投影装置１１２のメモリに書き込み、投影装置１１２の投影パターンを２次反射抑制パターン画像に設定する（ステップＳ８０３）。

その後、ステップＳ８０１又はＳ８０３で設定されたパターン画像を用いて位相画像の撮像が行われ（ステップＳ８０４）、情報処理装置１３にて高さデータが計算される（ステップＳ８０５）。これ以降の処理（ステップＳ３１１〜Ｓ３１２）は第１実施形態の処理と同じである。

本実施形態の構成によれば、図９の（２）に示すように、視野４１内に２次反射物体（チップ部品４２ａ）が存在する場合、反射面を含む部分９０に光が当たらないような投影範囲をもつ２次反射抑制パターン画像が自動生成され、投影される。したがって、２次反射ノイズの発生を抑え、検査対象物体上の投影パターンを正確に撮像（観測）することができ、検査対象物体の計測及び検査の精度を向上することができる。

また本実施形態では、反射面以外の領域にはパターン画像が投影されるため、パターン画像の投影範囲を最大限大きくすることができる。これにより、１回の投影及び撮像で計測できる物体の数を可及的に大きくすることができ（例えば、図９（２）、（３）の例では１回の投影及び撮像で視野内の全ての物体の高さデータを取得できる。）、第１及び第２実施形態に比べて撮像回数の削減ならびに処理時間の短縮を図ることができる。

なお、本実施形態では検査時に２次反射抑制パターン画像を生成したが、ティーチング時にあらかじめ検査エリアごとの２次反射抑制パターン画像を生成し記憶しておいてもよい。投影装置１１２内のパターン画像記憶部（メモリ）に十分な記憶容量がある場合には、投影装置１１２にあらかじめ全てのパターン画像のデータを書き込んでおけばよい。投影装置１１２の記憶容量が十分でない場合は、記憶装置３内又は情報処理装置１３の補助記憶装置内のパターン画像記憶部にパターン画像のデータを格納しておき、必要なときに必要なパターン画像のデータを、制御装置１２が読み込み使用すればよい。

＜第４実施形態＞
次に本発明の第４実施形態について説明する。視野内に２次反射物体が存在する場合に、第１〜第３実施形態ではパターン画像の投影範囲を変更し２次反射ノイズを抑制したのに対し、第４実施形態は、パターン画像の投影位置を再設定することで２次反射ノイズを抑制する点に特徴がある。基板検査システムの基本構成は第１実施形態のものと同様であるため、以下では、本実施形態に特有の構成及び動作を主に説明する。

図１０及び図１１を参照して、第４実施形態における位相シフトによる計測及び検査の流れを説明する。図１０は計測及び検査の流れを示すフローチャートであり、図１１は計測及び検査の流れを示す模式図である。

まず、第１実施形態と同様に、通常パターン画像を用いて視野全体を撮像し、通常位相画像に基づき視野全体の高さデータを計算する（図１０のステップＳ３００〜Ｓ３０４、図１１の（１）〜（３））。

その後、制御装置１２は、検査プログラムを参照して、現在の視野４１内に２次反射物体のフラグが付された検査対象物体が存在するか否かを判断する（ステップＳ３０５）。２次反射物体が存在した場合、制御装置１２は、検査プログラム内の２次反射抑制用の撮像条件に従って、ステージ１０を制御し、当該２次反射物体を２次反射が起こらない位置に移動する（ステップＳ１０００）。具体的には、図１１の（４）に示すように、２次反射物体（チップ部品４２ａ）は投影範囲に含まれるが、２次反射の原因となる原因物体（コネクタ部品４３）の反射面は投影範囲から外れるように、パターン画像の投影位置を再設定する。本実施形態では、撮像装置１１０の視野４１とパターン画像の投影範囲とが略一致し、且つ、両者は一緒に移動するため、「パターン画像の投影位置」は「視野位置」と言い換えることもできる。このとき２次反射抑制用の撮像条件としては、２次反射物体を撮像するときの視野位置の情報が与えられる。パターン画像の投影位置を再設定した後、制御装置１２は、図１１の（５）に示すように、投影装置１１２から通常パターン画像を投影して２次反射物体の位相画像を撮像する（ステップＳ１００１）。これ以降の処理（ステップＳ３０９〜Ｓ３１２、図１１の（６）〜（７））は、第１実施形態の処理と同じである。

本実施形態の構成によれば、撮像装置１１０の視野４１内に２次反射物体（例：チップ部品４２ａ）が存在する場合に、２次反射の原因となる原因物体（例：コネクタ部品４３）の反射面に光が当たらないようにパターン画像の投影位置（視野位置）が変更される。したがって、２次反射ノイズの発生を抑え、検査対象物体上の投影パターンを正確に撮像（観測）することができ、検査対象物体の計測及び検査の精度を向上することができる。

また本実施形態では、第１〜第３実施形態のようにパターン画像を変更する必要がないため、パターン画像記憶部の記憶容量が小さい投影装置や、パターン画像が変更できないタイプの投影装置を用いることができるという利点もある。

＜他の実施形態＞
上記の実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では位相シフト法を用いたが、パターン画像を投影した状態で物体を撮像するという工程を含む方法であれば位相シフト法以外の方法に対しても本発明を好ましく適用することができる。また、上記実施形態では本発明を基板検査に適用した例を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限らず、例えば、ＦＡ分野や自動車分野で用いられる検査装置に好ましく適用することができる。

１：基板検査装置、２：ティーチング装置、３：記憶装置
１０：ステージ、１１：計測ユニット、１２：制御装置、１３：情報処理装置、１４：表示装置、１５：基板
４１：視野、４２ａ，４２ｂ：チップ部品、４３：コネクタ部品
５０：パターン画像記憶部、５１：通常パターン画像、５２〜５６：２次反射抑制パターン画像
９０：反射部品の反射面を含む部分
１１０：撮像装置、１１１：照明装置、１１１Ｂ：青色光源、１１１Ｇ：緑色光源、１１１Ｒ：赤色光源、１１２：投影装置
１５０：部品、１５１：はんだ
２００：撮像装置、２０１：プロジェクタ、２０１Ｌ：パターン光、２０１Ｒ：１次反射光、２０２：物体、２０３：背の高い物体、２０３Ｌ：反射光、２０３Ｒ：２次反射光
ＲＬ：赤色光、ＢＬ：青色光、ＧＬ：緑色光、ＰＬ：パターン画像

Claims (10)

1. 撮像装置と、
   前記撮像装置の視野内にパターン画像を投影する投影装置と、
   前記投影装置からパターン画像を投影した状態で前記撮像装置によって撮像された画像を用いて、前記撮像装置の視野内に含まれる１つ以上の物体の検査を行う情報処理装置と、
   前記撮像装置及び前記投影装置を制御する制御装置と、を有し、
   前記撮像装置の視野内に、他の物体の反射面で反射した光に起因する２次反射を生じ得る２次反射物体が存在する場合に、
   前記制御装置は、前記２次反射物体が前記撮像装置の視野内の中心位置にくるように、前記撮像装置の視野内の前記２次反射物体の位置を変更した後、前記反射面に光が当たらないように前記投影装置から投影するパターン画像の投影範囲を当該視野の中心の所定の範囲に変更し、投影範囲が変更されたパターン画像を投影した状態で前記撮像装置により前記２次反射物体を撮像する制御を行う
   ことを特徴とする検査装置。
2. 検査の対象となる複数の物体の内から２次反射物体を特定するための情報を含む検査プログラムを記憶する記憶装置をさらに有し、
   前記制御装置は、前記検査プログラムに基づいて、前記撮像装置の視野内に２次反射物体が存在するか否かを判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検査プログラムは、２次反射物体を撮像するときの撮像条件の情報を含んでおり、
   前記制御装置は、前記撮像条件の情報に基づいて、前記２次反射物体を撮像するときに投影するパターン画像の投影範囲の変更を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
4. 投影範囲が互いに異なる複数のパターン画像のデータを予め記憶するパターン画像記憶部をさらに有し、
   前記撮像装置の視野内に前記２次反射物体が存在する場合に、
   前記制御装置は、前記パターン画像記憶部に記憶された前記複数のパターン画像の中から、前記２次反射物体を投影範囲に含むが前記反射面を投影範囲に含まないパターン画像を選択し、前記投影装置から投影するパターン画像を前記選択したパターン画像へと変更する
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記撮像装置の視野内に前記２次反射物体が存在する場合に、
   前記制御装置は、前記２次反射物体又は前記反射面の位置及びサイズの情報に基づき、前記２次反射物体を投影範囲に含むが前記反射面を投影範囲に含まないパターン画像を生成し、前記投影装置から投影するパターン画像を前記生成したパターン画像へと変更することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記検査装置は、基板上の部品を検査する基板検査装置である
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の検査装置。
7. 撮像装置と、前記撮像装置の視野内にパターン画像を投影する投影装置と、前記投影装置からパターン画像を投影した状態で前記撮像装置によって撮像された画像を用いて、前記撮像装置の視野内に含まれる１つ以上の物体の検査を行う情報処理装置と、前記撮像装置及び前記投影装置を制御する制御装置と、を有する検査装置と、
   前記検査装置の動作を定義する検査プログラムを作成するティーチング装置と、
   を有する検査システムであって、
   前記ティーチング装置は、他の物体の反射面で反射した光に起因する２次反射を生じ得る２次反射物体を特定するための情報と、２次反射物体を撮像するときの撮像条件の情報とを含む検査プログラムを作成し、
   前記撮像装置の視野内に、他の物体の反射面で反射した光に起因する２次反射を生じ得る２次反射物体が存在する場合に、前記制御装置は、前記２次反射物体が前記撮像装置の視野内の中心位置にくるように、前記撮像装置の視野内の前記２次反射物体の位置を変更した後、前記検査プログラムに基づいて、前記反射面に光が当たらないように前記投影装置から投影するパターン画像の投影範囲を当該視野の中心の所定の範囲に変更し、投影範囲が変更されたパターン画像を投影した状態で前記撮像装置により前記２次反射物体を撮像する制御を行う
   ことを特徴とする検査システム。
8. 撮像装置と、前記撮像装置の視野内にパターン画像を投影する投影装置と、を有する検査装置の制御方法であって、
   前記撮像装置の視野内に、他の物体の反射面で反射した光に起因する２次反射を生じ得る２次反射物体が存在する場合に、前記２次反射物体が前記撮像装置の視野内の中心位置にくるように、前記撮像装置の視野内の前記２次反射物体の位置を変更した後、前記反射面に光が当たらないように前記投影装置から投影するパターン画像の投影範囲を当該視野の中心の所定の範囲に変更するステップと、
   投影範囲が変更されたパターン画像を投影した状態で前記撮像装置により前記２次反射物体を撮像するステップと、
   前記撮像装置によって撮像された画像を用いて前記２次反射物体の検査を行うステップと、を含む
   ことを特徴とする検査装置の制御方法。
9. 前記検査装置は、検査の対象となる複数の物体の内から２次反射物体を特定するための情報を含む検査プログラムを記憶する記憶装置をさらに有しており、
   前記検査プログラムに基づいて、前記撮像装置の視野内に２次反射物体が存在するか否かの判断が行われる
   ことを特徴とする請求項８に記載の検査装置の制御方法。
10. 前記検査プログラムは、２次反射物体を撮像するときの撮像条件の情報を含んでおり、
    前記撮像条件の情報に基づいて、前記２次反射物体を撮像するときに投影するパターン画像の投影範囲の変更が行われる
    ことを特徴とする請求項９に記載の検査装置の制御方法。

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