JPH06221821A - 実装済みプリント基板の検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小ビーム光をポリゴンミラーにより偏向し
て、実装済みプリント基板上を走査し、その反射光を受
光して基板の表面形状を検査する検査装置に関し、ポリ
ゴンミラーのジッターの影響を受けることなく検査でき
る様にする。 【構成】 ポリゴンミラー３は、実装済みプリント基板
の表面形状を検査する計測部５１を有する。ポリゴンミ
ラー３により偏向された光源３７からの微小ビーム光が
集光される走査線４０上に、スリット４１及び光電変換
素子４２を配置する。ポリゴンミラー３の各面ごとに、
光電変換素子４２に微小ビーム光が入射されるので、ポ
リゴンミラー３の回転速度を検出し、その回転速度に応
じて、基板の表面形状をサンプルすべきタイミングを示
す信号を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、細く絞った微小ビーム
光を実装済みプリント基板に照射し、その反射光を検出
することで、実装部品の位置ずれ、欠品、はんだ不良な
どを検査せんとする実装済みプリント基板の検査装置に
関するものであり、特に微小ビーム光をポリゴンミラー
により偏向して基板上を走査する装置において、ポリゴ
ンミラーのジッターを補正する構成に特徴を有するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、実装済みプリント基板の部品の位
置ずれ、欠品、はんだ不良等の検査には、三角測量の原
理を用いて、細く絞ったビーム光を実装済みプリント基
板に照射しその反射光を検出する非接触方式が用いられ
ている。従来の実装済みプリント基板の検査装置におい
ては、光源から発生した微小ビーム光をポリゴンミラー
で偏向して基板上を走査し、基板上の微小ビーム光の照
射位置からの反射光を光電変換素子にて受光して、表面
形状を検査するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のポリゴンミ
ラーを用いた検査装置においては、微小ビーム光の走査
にともなって、複数の位置で光電変換素子の出力をサン
プルして、基板形状を取得している。しかしポリゴンミ
ラーにジッターがあると、実際の微小ビーム光の走査位
置と、光電変換素子の出力をサンプルを取得する間隔と
が異ならないようにジッターを補正する必要がある。

【０００４】そこで、本発明はポリゴンミラーを使用し
た実装済みプリント基板の検査装置において、ポリゴン
ミラーの回転ムラの影響を受けることのないジッター補
正部を構成することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の実装済みプリント基板の検査装置は、第１
のビーム光をポリゴンミラーを用いて偏向し、検査すべ
き実装済みプリント基板上を走査するとともに、前記第
１のビーム光の前記基板上の照射位置からの反射光を受
光して基板の表面形状を取得する実装済みプリント基板
の検査装置において、前記ポリゴンミラーに第２のビー
ム光を照射するとともに、前記第２のビーム光を集光さ
せる投光部と、前記ポリゴンミラーにより偏向された前
記投光部からの第２のビーム光が集光する走査線上に配
置され、前記ポリゴンミラーの各面ごとに電気的出力を
得る光電変換手段と、前記光電変換手段の出力から前記
ポリゴンミラーの各面間の回転所用時間を検出すること
により、ポリゴンミラーの回転速度を検出し、その回転
速度に応じたタイミングで、前記実装済みプリント基板
上からの前記反射光の検出を指示する信号を作成する回
路手段とを備えたことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】上記ジッター補正部の構成によれば、ポリゴン
ミラーがジッターを起こしても、ポリゴンミラーの回転
速度に合った時間間隔でサンプルクロックを発生するこ
とができ、ポリゴンミラーの回転ムラの影響を受けるこ
となく、常に、正確な走査位置座標の高さデータを取得
できる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。本発明が適用される実装済みプリント
基板の検査装置としては図１に示すものがある。図１に
おいて、１は実装済みプリント基板６上に照射する微小
ビーム光を発生するための光源である。２は光源１から
の微小ビーム光を集光し平行光束にするためのコリメー
トレンズ系である。３は前記平行光束を偏向し、かつ、
実装済みプリント基板６からの反射光を偏向するための
ポリゴンミラーである。４はポリゴンミラー３を回転駆
動させるポリゴンモーターである。５はポリゴンミラー
３により偏向された前記平行光束を集光し、実装済みプ
リント基板６に対して略垂直に照射する投光ｆθレンズ
である。６は検査対象の実装済みプリント基板である。

【０００８】７、８、９、１０は実装済みプリント基板
６上の前記微小ビーム光照射位置からの反射光を４方向
から受光し、反射光をそれぞれ、受光ｆθレンズ１１、
１２、１３、１４に導くために、反射光の光路を補正す
る光路補正光学系である。受光ｆθレンズ１１、１２、
１３、１４は、光路補正光学系７、８、９、１０を通過
してきた反射光をポリゴンミラー３に導くためのもので
ある。１５、１６、１７、１８は受光ｆθレンズ１１、
１２、１３、１４を通り、ポリゴンミラー３により偏向
された反射光を集光するためのＰＳＤ（半導体位置検出
素子）用レンズである。１９、２０、２１、２２はＰＳ
Ｄ用レンズ１５、１６、１７、１８により集光された反
射光を受光するＰＳＤであり、受光位置に応じた電気的
出力を発生する。

【０００９】２３は実装済みプリント基板６上の前記微
小ビーム光照射位置からの反射光のうち、投光光軸に沿
って、投光ｆθレンズ５、ポリゴンミラー３をとおり戻
ってきた実装済みプリント基板６に対して垂直方向の反
射光を偏向するトンネルミラーである。２４はトンネル
ミラー２３により偏向された反射光を集光するためのレ
ンズである。２５は前記垂直方向以外からの反射光を遮
断する絞りである。２６は前記垂直方向の反射光を受光
し、受光光量を電気的出力に変換するフォトダイオード
である。

【００１０】２７は実装済みプリント基板６を固定する
ためのテーブルである。２８は回転することによりテー
ブル２７を副走査方向（矢印ｙ方向）に移動させるボー
ルネジである。２９はボールネジ２８を回転させるボー
ルネジモーターである。３０はテーブル２７を案内する
ための案内レールである。以上のように構成された実装
済みプリント基板検査装置についてその動作を説明す
る。

【００１１】光源１から発生した微小ビーム光は、コリ
メートレンズ系２により平行光束となり、トンネルミラ
ー２３の穴空き部分を通過後、ポリゴンミラー３により
偏向され、投光ｆθレンズ５により集光され微小ビーム
光照射光軸として実装済みプリント基板６上に略垂直に
照射される。この際、光源１より発生した微小ビーム光
は、ポリゴンモータ４により回転駆動されるポリゴンミ
ラー３の回転にともない、実装済みプリント基板６上を
図中の主走査方向（矢印ｘ方向）を走査する。そして、
実装済みプリント基板６上の走査位置から拡散する反射
光は、光路補正光学系７、８、９、１０によって、受光
ｆθレンズ１１、１２、１３、１４へと導かれる。

【００１２】光路補正光学系７、８、９、１０は、実装
済みプリント基板６上の照射位置から拡散する反射光の
うち、前記微小ビーム光の走査位置の変化に関わらず、
前記微小ビーム光照射光軸と反射光光軸のなす角度（以
下、倒れ角）が略一定で、かつ、反射光軸を前記微小ビ
ーム光照射光軸に対して垂直な平面に投影した時の走査
方向となす角度（以下、割付角）とが略一定の反射光、
つまり方向ベクトルが略一定の反射光を受光する。そし
て、走査位置の変化に関わらず、主走査方向（矢印ｘ方
向）の位置に対して微小ビーム光照射光軸と略同位置で
受光ｆθレンズ１１、１２、１３、１４へ略垂直に入射
させ、さらに、走査位置が変化しても、反射光の受光ｆ
θレンズの副走査方向（矢印ｙ方向）の入射位置が変化
しないように、反射光を導く。

【００１３】受光ｆθレンズ１３は投光ｆθレンズ５と
同一の形状であるため、反射光は投光の微小ビーム光と
同一の経路をたどりポリゴンミラー３に導かれる。そし
て、ポリゴンミラー３により偏向され、微小ビーム光の
走査位置の変化に関わらず、プリント基板６上の前記微
小ビーム光照射位置の高さに応じた、ＰＳＤ２１上の位
置に反射光の像が結像される。他の光路補正光学系７、
８、１０も同様であり、それぞれ、光路補正光学系７、
８、１０が受光する反射光は、受光ｆθレンズ１１、１
２、１４及びＰＳＤ用レンズ１５、１６、１８、を通
り、ＰＳＤ１９、２０、２２に導かれる。

【００１４】このように実装済みプリント基板６からの
反射光は、微小ビーム光照射位置の高さに応じたＰＳＤ
上の位置に結像されるので、この時のＰＳＤ１９、２
０、２１、２２からの電気的出力を用いて微小ビーム光
照射位置の高さを求める。これらの４方向に配置された
ＰＳＤ１９、２０、２１、２２により測定されたデータ
に対して、後に述べる選択等の処理を行い、測定対象物
の表面状態に関わらず、正しい高さを計測することがで
きる。

【００１５】前記微小ビーム光照射位置より、前記微小
ビーム光照射光軸方向（略垂直方向）へ反射する反射光
は、投光ｆθレンズ５、ポリゴンミラー３、トンネルミ
ラー２３、レンズ２４、絞り２５を介してフォトダイオ
ード２６に導かれる。この際、垂直方向への反射光は、
投光ｆθレンズ５、レンズ２４により集光され、この集
光された反射光をフォトダイオード２６が受光する。ま
た、レンズ２４とフォトダイオード２６の間に設けられ
ている絞り２５により前記微小ビーム光照射光軸方向の
反射光以外の光は遮断される。したがって、前記微小ビ
ーム光照射位置より前記微小ビーム光照射光軸方向へ反
射する反射光の光量のみが正しく計測できる。

【００１６】このように４つのＰＳＤ１９、２０、２
１、２２で１つの計測点に対して４方向より４つの輝度
データおよび高さデータが取得できる。４つの輝度デー
タの選択処理方法としては、４つのデータの最大値を求
める方法などがある。高さデータの選択処理方法として
は、例えば、計測精度を保証できないデータを取り除
き、残りのデータの平均を取る方法や、残りのデータ数
が多い場合は、最大レベルのデータと最小レベルのデー
タを取り除き、残りのデータの平均を取る方法などがあ
る。

【００１７】またフォトダイオード２６は、実装済みプ
リント基板６からの垂直方向への反射光を受光するの
で、はんだ面の傾きが緩やかな時やはんだが付いていな
い時は、垂直方向の反射光が多くなるので出力は大きく
なり、逆に、はんだ面の傾きが急な時には、垂直方向の
反射光が少なくなるので出力は小さくなる。このため、
ＰＳＤの出力が小さくはんだ面の高さを正しく測定でき
ない場合は、フォトダイオード２６の輝度情報を参照す
ることができる。

【００１８】そして、選択処理された高さおよび輝度情
報と、予め基準となる実装済みプリント基板から得られ
て記憶されている高さおよび輝度情報を比較して、実装
済みプリント基板の実装状態の良否を検査することがで
きる。

【００１９】以上の様に、光源から発した微小ビーム光
をポリゴンミラーを用いて偏向し、実装済みプリント基
板上を走査するとともに、前記基板上から反射した光を
取り出して前記ポリゴンミラーで偏向して受光部に導く
検査装置においては、ポリゴンミラーのジッターを補正
する必要があり、以下本発明の実施例として、上記実装
済みプリント基板の検査装置に適用したジッター補正部
の構成について説明する。

【００２０】図２は本発明の一実施例におけるジッター
補正部の構成を示すものであり、図において、３７は微
小ビーム光を発生するための光源であり、図１の光源１
とは異なるものである。３８は光源３７からの前記微小
ビーム光を平行光束にするためのコリメートレンズ系で
ある。３９は平行光束を微小スッポト光に集光するため
の集光レンズ系である。３は集光レンズ系３９を通過後
の微小ビーム光を偏向する図１に示すポリゴンミラーで
あり、微小ビーム光の集光位置は円弧状の走査線４０上
に沿って走査する。４はポリゴンミラー３を回転駆動さ
せる図１のポリゴンモーターである。

【００２１】４１は図１における光源１が実装済みプリ
ント基板６の走査を開始する前に、光源３７からの微小
ビーム光が入射するような走査線４０上の位置に設置し
たスリットである。４２はスリット４１を通過後の微小
ビーム光を検出し、ポリゴンミラーの１面の回転時間を
計測する面間時間計測用光電変換素子であり、例えばフ
ォトダイオードがこの役割を果たす。４６は図１におけ
る微小ビーム光が実装済みプリント基板６の計測開始位
置に対応するように走査線４０上におかれたスリットで
ある。４７はスリット４６を通過後の微小ビーム光を検
出し、実装済みプリント基板の走査開始位置を検出する
走査開始位置検出用光電変換素子であり、例えばフォト
ダイオードがこの役割を果たす。４３、４８は光電変換
素子４２、４７からの電流信号を電圧信号に変換するＩ
／Ｖ変換回路である。４４、４９は４３、４８より得ら
れる電圧信号を基準電圧４５、５０と比較し、０もしく
は１のデジタル信号に変換するコンパレータである。５
１は実施例１に述べた計測部である。

【００２２】以上のように構成した実装済みプリント基
板検査装置におけるポリゴンミラーのジッター補正部つ
いてその動作を説明する。光源３７から発生した微小ビ
ーム光は、コリメートレンズ系３８により平行光束とな
り、集光レンズ系３９により走査線４０上に集光される
微小スポット光となる。ポリゴンミラー３はポリゴンモ
ーター４により回転駆動され、集光レンズ系３９を通過
後の微小ビーム光を回転しながら偏向し、走査線４０上
を矢印ｘ方向に走査する。

【００２３】ポリゴンミラー３の回転にともない、まず
始めに、面間時間計測用光電変換素子４２に微小スポッ
ト光は入射する。そして、面間時間計測用光電変換素子
４２から出力された電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路４３で
電流電圧変換され電圧信号となり、コンパレーター４４
で基準電圧４５と比較され、基準電圧４５より小さけれ
ば０、大きければ１のデジタル信号として出力され、ポ
リゴンミラー３の各面間の時間を計測する面間時間計測
信号ｂとなる。

【００２４】次に、微小スポット光は走査開始位置検出
用光電変換素子４７に入射する。そして、走査開始位置
検出用光電変換素子４７から出力された電流信号は、Ｉ
／Ｖ変換回路４８で電流電圧変換され電圧信号となり、
コンパレーター４９で基準電圧５０と比較され、基準電
圧５０より小さければ０、大きければ１のデジタル信号
として出力され、走査開始位置を示す走査開始信号ｃと
なる。

【００２５】また、ポリゴンモーター４からは１回転ご
とに回転角の原点を示すｚ相信号ａが出力される。

【００２６】以上の装置により出力された、ｚ相信号
ａ、面間時間計測信号ｂ、走査開始信号ｃの関係を図３
に示す。まず、ｚ相信号ａがポリゴンミラーが１回転す
るごとに１パルス出力される。この信号を回転角の原点
とする。次に、ポリゴンミラーが回転すると各反射面ご
とに、面間時間計測信号ｂが１パルス出力され、その後
に走査開始信号ｃが出力される。本実施例ではポリゴン
ミラーの面数は６面であるから、ポリゴンミラーが１回
転すると、ｚ相信号ａが１パルス、面間時間計測信号ｂ
が６パルス、走査開始信号が６パルス出力される。ま
た、各面は後述するサンプルクロックで分割されてお
り、サンプルクロックｄの間隔は後述する基準クロック
ｅのサンプル間隔クロック数で決められている。

【００２７】次に、これらの信号を用いて計測用のサン
プルクロックを発生する回路を図４に示す。計測用のサ
ンプルクロックとは、サンプルクロックが発生すること
により、走査座標を１つ進め、高さ計測を指示するもの
である。

【００２８】まず、ｚ相信号ａによりポリゴンミラーの
反射面を表す面番号カウンター５２の値を０にリセット
する。そして、面間時間計測用光電変換素子４２に微小
ビーム光が入射すると、面間時間計測信号ｂが得られ、
この面間時間計測信号ｂを面番号カウンター５２に入力
し、面間時間計測信号ｂが１パルス入力する度に面番号
カウンター５２の値が１つずつ加算さする。これにより
面番号カウンター５２は、現在走査に使われているポリ
ゴンミラーの面番号を出力する。

【００２９】また、面間時間計測信号ｂは面間時間カウ
ンター５３の値を０にリセットする。その後、面間時間
カウンター５３は基準クロック発振器５４からの基準ク
ロックｅが１パルス入力するごとに、面間時間カウンタ
ー５３の値を１つずつ加算する。そして、新たに面間時
間計測信号ｂが入力すると、前回の面間時間計測信号ｂ
から今回の面間時間計測信号ｂまでの基準クロック発振
器５４のパルス数が、面間時間計測カウンター５３に接
続されたラッチ回路５５によりホールドされる。これに
より、前回の面間時間計測信号と今回の面間時間計測信
号の間の基準クロック発振器５４の基準パルス数（面間
時間パルス数）が得られる。

【００３０】一方、面間時間計測信号ｂは、再び面間時
間計測カウンター５３をリセットし、同様の動作を繰り
返す。次にラッチ回路５５にホールドされた面間時間計
測カウンター５３の値（面間時間パルス数）と面番号カ
ウンター５２の値とは、ポリゴンミラー３のアドレスと
してデコーダー５６に入力される。デコーダー５６に
は、まえもって面番号と面間時間とに対応した速度パタ
ーンが書き込まれており、デコーダー５６は面番号と面
間時間との和から速度パターンを出力する。例えば、面
番号１で面間時間が基準発振器１００１パルス〜１０１
０パルスの場合は速度パターンがＡ、面番号１で面間時
間が基準発振器１０１１パルス〜１０２０パルスの場合
は速度パターンがＢというように速度パターンを決めて
おく。こうすることによって、デコーダー５６の入力デ
ータ数（面番号と面間時間との和）より出力データ数
（速度パターン）が少なくなり、次に述べるサンプル間
隔記憶ＲＯＭ５８のメモリサイズを小さくすることがで
きる。なお、サンプル間隔記憶ＲＯＭ５８のメモリに制
限がない場合、デコーダー５６を省いて面間時間を直接
サンプルク間隔記憶ＲＯＭ５８に入力しても差し支えな
い。

【００３１】面間時間計測信号ｂはサンプル番号カウン
ター５７をリセットし、サンプルクロックが入力するご
とに、サンプル番号カウンター５７の値が１つずつ加算
される。このようにして、サンプル番号カウンター５７
は走査１ライン中何番目のサンプルクロック（座標）ま
で進んだかを出力する。サンプル間隔記憶ＲＯＭ５８に
はある座標から次の座標を計測するまでの時間が座標ご
とにあらかじめ記録されており、座標番号をサンプル間
隔記憶ＲＯＭ５８に入力すると、次の座標までの時間を
出力する。ここでは座標番号は、速度パターン番号と面
番号とサンプル番号との和で表され、次の座標を計測す
るまでの時間は基準クロックのクロック数（サンプル間
隔クロック数Ｎ）で表されている。つまり、速度パター
ン番号、面番号、サンプル番号をアドレスとしてサンプ
ル間隔記憶ＲＯＭ５８に入力すると、次のサンプルクロ
ックまでのサンプル間隔クロック数が出力される。サン
プル間隔記憶ＲＯＭ５８から出力されたサンプル間隔ク
ロック数は、次の減算カウンター５９に入力される。

【００３２】減算カウンター５９では、基準クロック発
振器５４から基準クロックが１パルス入力するごとにサ
ンプル間隔クロック数の値を１つずつ減算し、この値が
０になるとボロー信号としてサンプルクロックが出力さ
れ、計測を指示する。そして、このサンプルクロックは
サンプル番号カウンター５７に入力される。減算カウン
ター５９は減算カウンター制御回路６０で動作が制御さ
れている。減算カウンター制御回路６０に走査開始信号
ｃが入力すると、減算制御カウンター６０は動作開始信
号を減算カウンター５９に出力し、動作開始を指示す
る。終了サンプル番号記憶回路６１には、走査１ライン
の最後のサンプル番号の値が記入されており、減算カウ
ンター制御回路６０でサンプル番号カウンター５７の値
と終了サンプル番号記憶回路６１の値を比較し、現在の
サンプル番号と終了サンプル番号が等しくなると動作終
了信号を減算カウンター５９に出力し、減算カウンター
５９の動作を停止する。つまり、走査範囲外では減算カ
ウンター５９の動作を止め、サンプルクロックの発生を
止めている。

【００３３】以上ように、図１の実装済みプリント基板
検査装置にジッター補正部を設け、ポリゴンミラーの回
転速度に合った時間間隔でサンプルクロックを発生する
ことで、ポリゴンミラーの回転ムラの影響を受けること
なく、常に、正確な走査位置座標の高さデータを取得で
きる。

【００３４】なお、走査開始位置検出用光電変換素子４
７で、走査開始位置と面間時間の両方を計測するように
し、面間時間検出用光電変換素子４２を取り除いても差
し支えない。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、微小ビーム光を
ポリゴンミラーを用いて実装済みプリント基板上を走査
したり、または実装済みプリント基板に照射した反射光
をポリゴンミラーにより偏向して受光部に導びいたりす
る実装済みプリント基板の検査装置において、前記光源
とは別の光源から照射した微小ビーム光を前記ポリゴン
ミラーにより偏向して、前記微小ビーム光の走査線上に
配置した受光手段によりポリゴンミラーの回転速度を検
出し、回転速度に応じて基板表面形状のサンプルを指示
する信号を作成するジッター補正部を構成した。

【００３６】このようにポリゴンミラーの回転速度に合
った時間間隔でサンプルクロックを発生することで、ポ
リゴンミラーの回転ムラの影響を受けることなく、常
に、正確な走査位置座標の高さデータを取得できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される実装済みプリント基板検査
装置の一構成図

【図２】本発明の実装済みプリント基板の検査装置の一
実施例におけるジッター補正部の構成図

【図３】同ジッター補正部のタイミングチャート

【図４】同ジッター補正部のブロック図

【符号の説明】

１ 光源 ２ コリメートレンズ系 ３ ポリゴンミラー ４ ポリゴンモーター ５ 投光ｆθレンズ ６ 実装済みプリント基板 ７、８、９、１０ 光路補正光学系 １１、１２、１３、１４ 受光ｆθレンズ １５、１６、１７、１８ ＰＳＤ用レンズ １９、２０、２１、２２ ＰＳＤ ２３ トンネルミラー ２４ レンズ ２５ 絞り ２６ フォトダイオード ４１、４６ スリット ４２ 面間時間計測用光電変換素子（フォトダイオー
ド） ４３、４８ Ｉ／Ｖ変換回路 ４４、４９ コンパレーター ４５、５０ 基準電圧 ４７ 走査開始位置検出用光電変換素子（フォトダイオ
ード） ５１ 計測部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 裕司 香川県高松市寿町２丁目２番10号 松下寿 電子工業株式会社内 (72)発明者 永田 秀範 香川県高松市寿町２丁目２番10号 松下寿 電子工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のビーム光をポリゴンミラーを用い
   て偏向し、検査すべき実装済みプリント基板上を走査す
   るとともに、前記第１のビーム光の前記基板上の照射位
   置からの反射光を受光して基板の表面形状を取得する実
   装済みプリント基板の検査装置において、 前記ポリゴンミラーに第２のビーム光を照射するととも
   に、前記第２のビーム光を集光させる投光部と、 前記ポリゴンミラーにより偏向された前記投光部からの
   第２のビーム光が集光する走査線上に配置され、前記ポ
   リゴンミラーの各面ごとに電気的出力を得る光電変換手
   段と、 前記光電変換手段の出力から前記ポリゴンミラーの各面
   間の回転所用時間を検出することにより、ポリゴンミラ
   ーの回転速度を検出し、その回転速度に応じたタイミン
   グで、前記実装済みプリント基板上からの前記反射光の
   検出を指示する信号を作成する回路手段とを備えたこと
   を特徴とする実装済みプリント基板の検査装置。