JPH0634325A - 回路基板パターンの寸法計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、回路基板およびその上に形成
されたパターンの寸法を高精度かつ高速に自動計測する
ことである。 【構成】回路基板をいくつかの領域に分割して拡大検出
し、各検出画像より算出された被計測対象部分の画像上
の位置と、各画像検出した際の回路基板の位置の計測値
と、画像を構成する画素寸法の計測値から総合的に回路
基板上のパターンの位置関係および寸法を自動算出す
る。 【効果】画像処理によって一定の手順および基準で被計
測対象部分を抽出し、寸法を算出するので、再現性がよ
く高精度の計測が可能であるとともに、短時間での計測
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板の寸法および
基板上のパターンの配置と寸法を自動計測する方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回路基板の寸法やパターンの配
置、寸法計測は、光学顕微鏡を使用した目視作業によっ
て主に行われてきた。具体的には、顕微鏡の視野の中に
水平または垂直方向の細い直線（マーカー）を設け、こ
れが基板の切断端やパターンの輪郭線に一致するよう
に、まず、回路基板を移動させる。つぎに、この時の回
路基板の位置を、これを固定し支持する移動ステージの
位置として読み、このような作業を順次繰り返すことに
よって、各計測点における回路基板の位置の差として、
各計測点間の寸法、あるいは配置関係を算出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の計測方法は、目
視によって輪郭を認識し、被計測対象点の個数分だけマ
ーカーを合せる作業が伴うため、作業に多くの時間がか
かり、また作業者の技量によって精度が一定しなかった
りする問題がある。また、作業者にかかる負担が大きい
ため、作業者の疲労によって精度が落ちるという問題も
ある。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑み、回路基板の寸
法およびパターンの寸法と配置を自動的かつ高速、高精
度に計測する方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
を解決するため、ＴＶカメラで拡大撮像した対象物の画
像から画像処理によって被計測対象部分を自動的に抽出
して、その位置を算出し、これをもとに被計測対象部分
の寸法を算出する。

【０００６】

【作用】本発明方法および装置では、画像処理によって
一定の手順および基準で被計測対象部分を抽出し、寸法
を算出するので、再現性がよく高精度の計測が可能であ
るとともに、短時間での計測が可能である。

【０００７】

【実施例】被計測対象の回路基板は、年々大型化と高密
度化が同時に進行し、一つの画像としてその全体を検出
し、画像処理する方法では、十分な精度が得られないば
かりか、データ量が大きく、画像メモリ等のハードウェ
ア規模が大きくなって装置が高価になったり、画像処理
時間がかかったりする問題を生じる。

【０００８】そこで、本発明による寸法計測方法では、
対象物の画像は、複数の被計測対象部分をそれぞれに含
む複数の画像に分割して検出し、画像内で計測された被
計測対象部分の位置と、各分割画像の撮像位置関係から
被計測対象部分の寸法を算出する。また、被計測対象部
分の画像からの自動抽出は、画像内のパターンの１つの
輪郭から基準となる点を検出し、前記基準点座標と設計
値に基づいて被計測対象部分の概略位置を決定し、これ
を始点としてパターンを探索することを基本とする。

【０００９】以下、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００１０】図１は本発明方法を実現する装置の一構成
例である。

【００１１】画像検出器は、水銀灯などの光源１１、光
学フィルタ１２，１５、半透過型ミラー１３、ＴＶカメ
ラ１６からなる。光源１１から照射された照明光は光学
フィルタ１２および半透過型ミラー１３を介して、被計
測対象物である回路基板１４を照明する。ＴＶカメラ１
６は、回路基板１４からの反射光を半透過型ミラー１３
と光学フィルタ１５を介して撮像し、検出信号は一定速
度のクロック信号でサンプリングされディジタル信号に
変換されて、濃淡データとして画像処理装置１７内のメ
モリに一旦記憶される。画像処理装置１７は後述する方
法で画像処理し、被計測対象部分の位置が算出される。
回路基板１４は、その位置を制御および検出可能なＸＹ
ステージ１８上に固定されている。制御装置１９は装置
全体を制御し、ＸＹステージ１８を移動させながら、画
像処理装置１７に対して画像検出と画像処理を実行さ
せ、各画像から得られた位置とステージ位置計測器２０
から得られたＸＹステージ１８の位置から、後述する方
法で、回路基板１４の各被計測対象部分の寸法を算出す
る。

【００１２】上記光学フィルタ１２，１５および半透過
型ミラー１３は、被計測対象がコントラスト良く検出で
きるよう、適切なものを選択して使用する。例えば、セ
ラミック基板など光を拡散する基板上の金属パターンを
計測対象とする場合は、光学フィルタ１２，１５に偏光
板を、半透過型ミラー１３にハーフミラーを使用し、照
明光の偏光方向と検出光の偏光方向を直交させ、偏光検
出とすれば、金属パターン部分を暗く、他を明るく検出
できる。また、プリント基板など有機系樹脂上の金属パ
ターンを計測対象とする場合は、光学フィルタ１２に例
えば４５０ｎｍ程度を中心透過波長とするバンドパスフ
ィルタを、光学フィルタ１５には、例えば５５０ｎｍ以
上の波長の光を透過する色ガラスフィルタを、半透過型
ミラー１３には、例えば５００ｎｍ未満の波長の光を反
射し、５００ｎｍ以上を透過するダイクロイックミラー
を使用して、蛍光検出すれば、金属パターン部分を暗
く、他を明るく検出できる。また、光学フィルタ１２，
１５に色ガラスフィルタを用いて、対象物の持つ色の違
いを利用して検出画像のコントラストを向上させても良
いし、また、ＮＤフィルタを用いて単に検出光量の調整
を行っても良い。本発明方法および装置では、画像の検
出方法は、被検出対象をコントラスト良く検出できるも
のであればなんでも良く、また、ＴＶカメラ以外の２次
元画像検出器を撮像装置として用いても良い。さらに、
光学的手段以外にも、Ｘ線、電子線など、いかなる２次
元画像検出方法を用いても良い。画像検出の際の倍率、
すなわち１検出画素の大きさは、要求される精度に従っ
て決定される。

【００１３】画像処理装置１７としては、画像全体の濃
淡データを記憶する画像メモリを含むものであれば、そ
の処理に関しては、マイクロプロセッサによるソフトウ
ェアにより行うもの、あるいは一部または全部をハード
ウェアで行うもの等、どんな構成のものでも良い。ま
た、制御装置１９は、例えばマイクロプロセッサを中心
とするコンピュータシステムで、被計測対象部分の設計
位置や画素寸法などの情報を格納した記憶装置２１が接
続されている。ステージ位置計測器２０としては、ガラ
ス板上に等ピッチの縞状のパターンを形成し、それを光
学的に読み取るリニアスケールや、レーザ光の反射光の
干渉を用いるレーザ測長器など、要求される測定精度に
よって選択し、使用する。

【００１４】次に、本発明方法の計測手順および装置の
動作について説明する。

【００１５】例えば、図２に示すような基板の外形寸法
ａ１，ａ２とパターン寸法ｂ１，ｂ２、パターン位置ｃ
１，ｃ２を計測する場合ついて説明する。

【００１６】ＸＹステージ１８によって回路基板を移動
させ、４つのコーナーについてそれぞれ画像を検出し、
後述する方法で各部分の画像上の位置を求める。例え
ば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの画像上の座標（単位：画素）がそ
れぞれ（ｉＡ，ｊＡ），（ｉＢ，ｊＢ），（ｉＣ，ｊ
Ｃ），（ｉＤ，ｊＤ）、各コーナのＸＹステージの座標
（単位：ｍｍ）を（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），
（ｘ３，ｙ３），（ｘ４，ｙ４）とし、ｉ方向、ｊ方向
の検出画素の大きさをｐｘ，ｐｙ（単位：ｍｍ）とする
と、複数の画像にまたがった寸法、例えばａ１は、

【００１７】

【数１】

【００１８】同一画像内の寸法、例えばｂ１は、

【００１９】

【数２】

【００２０】と算出できる。他の寸法も同様に算出でき
る。ｐｘ，ｐｙは予め計測しておき、記憶装置２１に記
憶させておく。ｉ方向とｘ方向、ｊ方向とｙ方向はそれ
ぞれ互いに平行になるようにＴＶカメラ１６の方向およ
びＸＹステージ１８の移動方向を一致させる。

【００２１】最後に、各検出画像における被計測対象部
分の位置の検出方法について説明する。図３は画像処理
の流れ図である。

【００２２】まず、画像処理装置１７は、入力した画像
の全部あるいは被計測対象部分を含む一部領域の濃淡デ
ータの濃淡値の頻度分布すなわちヒストグラムを取り、
それをもとに２値化のしきい値を決定する。

【００２３】次に、図４に示すように、回路基板の外側
にある点から回路基板に向かう方向に沿って１画素ずつ
データを調べ、濃淡データが上記しきい値より大きくな
る（または小さくなる）最初の画素を始点として決定
し、パターンの輪郭追跡を行う。輪郭追跡は、図５に示
すように注目画素の近傍の８画素（または４画素）につ
いて直前の注目画素の隣から右回りまたは左回りに１画
素ずつ調べ、濃淡データがしきい値より大きくなる（ま
たは小さくなる）最初の画素を次の注目画素とし、注目
画素の座標を配列に記憶する、という処理を繰り返すこ
とによって行う。

【００２４】次に、図６に示すように、輪郭の折線近似
を行い、水平からの傾きのずれがある基準値より小さい
部分と、垂直からの傾きのずれがある基準値より小さい
部分それぞれの延長線の交点を仮コーナーとする。これ
を、被計測対象部分の画像内の位置を決定する際の基準
とする。すなわち、各被計測対象部分に対応させてあら
かじめ記憶装置２１に記憶しておいた、仮コーナーから
の距離に基づいて、画像内の計測範囲を決定し、計測を
行う。例えば、被計測対象部分が基板の端面や配線パタ
ーンなど直線の場合、これを含む長方形の計測ウインド
ウ３０を上記した方法で画像内に設定し、この範囲で輪
郭線の直線近似を行い、直線の計測ウィンドウ３０に含
まれる部分の中点３１の座標を被計測対象部分の画像内
の位置として決定する。また、被計測対象部分が円形の
場合、上記した方法で仮コーナーより決定された１点を
含むパターンの、例えば重心３２を被計測対象部分の画
像内の位置、また面積から直径３３を決定する。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、画像処理によって一定
の手順および基準で被計測対象部分を抽出し、寸法を算
出するので、再現性がよく高精度の計測が可能であると
ともに、短時間での計測が可能である。

【００２６】また、被計測対象を分割拡大検出している
ため、全体を高分解能に一括検出する場合と比較して、
容易に高精度な計測を実現することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例の構成図である。

【図２】計測対象の回路基板の一例を示す図である。

【図３】画像処理の流れを示す図である。

【図４】画像処理の様子を示す図である。

【図５】輪郭追跡を説明する図である。

【図６】画像内の位置の決定法を説明する図である。

【符号の説明】

１１…光源、 １２…光学フィルタ、 １３…半透過型ミラー、 １４…回路基板、 １５…光学フィルタ、 １６…ＴＶカメラ、 １７…画像処理装置、 １８…ＸＹステージ、 １９…制御装置、 ２０…ステージ位置計測器、 ２１…記憶装置、 ３０…計測ウィンドウ、 ３１…中点、 ３２…重心、 ３３…直径。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板上の被計測対象部分をそれぞれに
   含む複数の画像に分割して回路基板の２次元画像を検出
   し、各検出画像内の被計測対象部分の位置を算出し、画
   像内で計測された被計測対象部分の位置を予め計測され
   た検出画像の画素の大きさに基づいて長さの単位に変換
   し、変換された位置と各分割画像の撮像位置関係から被
   計測対象部分の寸法を算出することを特徴とする回路基
   板パターンの寸法計測方法。
2. 【請求項２】請求項１において、被計測対象部分の画像
   内での位置の算出は、画像内のパターンの１つの輪郭か
   ら基準となる点を検出し、上記基準点座標と予め記憶さ
   れた設計値に基づいて被計測対象部分の概略位置を決定
   し、上記概略位置近傍のパターンから被計測対象部分の
   位置を算出することを特徴とする回路基板パターンの寸
   法計測方法。
3. 【請求項３】回路基板を支持しその位置を移動制御可能
   なステージ機構と、ステージ機構を位置を計測する手段
   と、回路基板一部を画像を拡大検出する検出手段と、検
   出された画像から特定位置範囲にあるパターンの画像内
   における位置を検出する画像処理手段と、上記ステージ
   機構の位置計測手段の計測値と上記画像処理手段の位置
   検出値から回路基板上の特定部分の算出し出力する手段
   からなることを特徴とする回路基板パターンの寸法計測
   装置。