JPH11295051A - 共焦点顕微鏡装置及びその方法 - Google Patents
共焦点顕微鏡装置及びその方法Info
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- JPH11295051A JPH11295051A JP6233498A JP6233498A JPH11295051A JP H11295051 A JPH11295051 A JP H11295051A JP 6233498 A JP6233498 A JP 6233498A JP 6233498 A JP6233498 A JP 6233498A JP H11295051 A JPH11295051 A JP H11295051A
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Abstract
(57)【要約】
本発明は光学的手段とイメージ処理技術の組み合わせを
用いた、物体の高さ及び体積の測定方法及び装置であ
る。本方法は、物体の同じ視野を見る異なる物体距離を
有する複数のイメージング経路からなる。イメージ処理
技術を用いて、種々のイメージング経路から捕捉された
イメージの特徴部分のフォーカシングの程度を判定す
る。物体の特徴部分の高さは種々のイメージのフォーカ
シングの程度の差によって判定される。物体の体積はそ
の特徴部分の高さから計算される。
用いた、物体の高さ及び体積の測定方法及び装置であ
る。本方法は、物体の同じ視野を見る異なる物体距離を
有する複数のイメージング経路からなる。イメージ処理
技術を用いて、種々のイメージング経路から捕捉された
イメージの特徴部分のフォーカシングの程度を判定す
る。物体の特徴部分の高さは種々のイメージのフォーカ
シングの程度の差によって判定される。物体の体積はそ
の特徴部分の高さから計算される。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は物体の高さ及び体積の測定
技術、より具体的には光学イメージングによってプリン
ト回路板上の特徴部分の高さを測定する技術に関する。
技術、より具体的には光学イメージングによってプリン
ト回路板上の特徴部分の高さを測定する技術に関する。
【０００２】
【背景】非接触手段を用いた高さ及び体積の測定を必要
とするアプリケーションは多い。たとえば、面実装プリ
ント回路板組み立て過程における最初の段階ははんだパ
ッドへのはんだペーストの印刷である。この場合、はん
だパッドに堆積されるはんだペーストの量は組み立て後
のプリント回路板の完全性にとって重要である。はんだ
の量が不適正である場合、不十分なはんだジョイントが
できる。はんだペーストが多すぎると隣接するパッド間
にブリッジが発生する。はんだペーストが少な過ぎる場
合は接触不良が発生する。他の例では、ワイヤボンディ
ングを用いて半導体のダイのボンディングパッドからの
ワイヤがリードフレームのリードに接続される。この過
程ではワイヤループの高さ及びボールの高さの測定が必
要である。
とするアプリケーションは多い。たとえば、面実装プリ
ント回路板組み立て過程における最初の段階ははんだパ
ッドへのはんだペーストの印刷である。この場合、はん
だパッドに堆積されるはんだペーストの量は組み立て後
のプリント回路板の完全性にとって重要である。はんだ
の量が不適正である場合、不十分なはんだジョイントが
できる。はんだペーストが多すぎると隣接するパッド間
にブリッジが発生する。はんだペーストが少な過ぎる場
合は接触不良が発生する。他の例では、ワイヤボンディ
ングを用いて半導体のダイのボンディングパッドからの
ワイヤがリードフレームのリードに接続される。この過
程ではワイヤループの高さ及びボールの高さの測定が必
要である。
【０００３】はんだペースト等の物体の高さ及び体積を
オンラインで測定する既存の方法の多くは堆積物上のい
くつかのポイントをサンプリングすることに依存してい
ることがわかる。サンプリング測定では有効なプロセス
制御を行なうための十分なデータ及び情報は得られな
い。一方、はんだペーストの堆積全体にわたる詳細な測
定は時間がかかり、オフラインでしか実施できない。ワ
イヤボンディングのアプリケーションにおけるワイヤル
ープ及びボールの高さの測定の場合、焦点合わせに依存
する手操作の手法が一般的に用いられいる。この手法は
自動化が困難であり、その性質上低速である。
オンラインで測定する既存の方法の多くは堆積物上のい
くつかのポイントをサンプリングすることに依存してい
ることがわかる。サンプリング測定では有効なプロセス
制御を行なうための十分なデータ及び情報は得られな
い。一方、はんだペーストの堆積全体にわたる詳細な測
定は時間がかかり、オフラインでしか実施できない。ワ
イヤボンディングのアプリケーションにおけるワイヤル
ープ及びボールの高さの測定の場合、焦点合わせに依存
する手操作の手法が一般的に用いられいる。この手法は
自動化が困難であり、その性質上低速である。
【０００４】レーザ構造化光法及び共焦点走査レーザ顕
微鏡法が物体の高さと体積を測定する２つの一般的な方
法である。レーザ構造化光法は、レーザラインプロジェ
クタを用いてはんだペースト上に精密に集束された光ス
トリップを投射する。この光ストリップの元の軸からの
変位が観察される。三角測量法の原理に基づいて、この
光ストリップの変位を用いて物体の高さが計算される。
微鏡法が物体の高さと体積を測定する２つの一般的な方
法である。レーザ構造化光法は、レーザラインプロジェ
クタを用いてはんだペースト上に精密に集束された光ス
トリップを投射する。この光ストリップの元の軸からの
変位が観察される。三角測量法の原理に基づいて、この
光ストリップの変位を用いて物体の高さが計算される。
【０００５】走査共焦点光光学顕微鏡法では、レーザビ
ームのフォーカシングを測定して物体の高さを判定す
る。走査共焦点光光学顕微鏡法を用いてはんだペースト
の堆積全体を測定することができる。しかし、この方法
は時間がかかり、オフラインでしか適用できない。
ームのフォーカシングを測定して物体の高さを判定す
る。走査共焦点光光学顕微鏡法を用いてはんだペースト
の堆積全体を測定することができる。しかし、この方法
は時間がかかり、オフラインでしか適用できない。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、それぞれが異なるイメージ距
離に設定された複数のイメージング経路を用いて、共通
の視野を通して物体の複数のイメージを獲得する方法を
提供する。それぞれのイメージング経路にイメージセン
サが取り付けられ、物体のイメージを獲得する。複数の
イメージング経路は種々のイメージ距離に設定され、従
って対応する物体距離は互いに異なっている。種々のイ
メージング経路に取り付けられたイメージセンサに現わ
れるイメージは物体空間において種々の高さに焦点合わ
せされる。これら複数のイメージング経路によって対応
する数の高さの平面が物体空間内に作成される。種々の
高さを有する物体の特徴部分が特定のイメージング経路
に種々のピントの合っている程度（以下、合焦度と称す
る）をもって現われる。ある特定のイメージ経路のあら
かじめ設定された物体距離の範囲内に位置する物体の特
徴部分は、そのイメージセンサ上に焦点合わせされて現
われる。本発明によれば、物体の特徴部分の高さは、種
々のイメージング経路によって獲得されたイメージの合
焦度に従って計算される。複数のイメージング経路のイ
メージセンサからフレームグラバによって獲得されたイ
メージの合焦度を、イメージ処理技術を用いて測定す
る。複数のイメージング経路及びイメージセンサから集
められた可変の合焦度を用いて、物体の特徴部分の高さ
及び体積を計算する。
離に設定された複数のイメージング経路を用いて、共通
の視野を通して物体の複数のイメージを獲得する方法を
提供する。それぞれのイメージング経路にイメージセン
サが取り付けられ、物体のイメージを獲得する。複数の
イメージング経路は種々のイメージ距離に設定され、従
って対応する物体距離は互いに異なっている。種々のイ
メージング経路に取り付けられたイメージセンサに現わ
れるイメージは物体空間において種々の高さに焦点合わ
せされる。これら複数のイメージング経路によって対応
する数の高さの平面が物体空間内に作成される。種々の
高さを有する物体の特徴部分が特定のイメージング経路
に種々のピントの合っている程度（以下、合焦度と称す
る）をもって現われる。ある特定のイメージ経路のあら
かじめ設定された物体距離の範囲内に位置する物体の特
徴部分は、そのイメージセンサ上に焦点合わせされて現
われる。本発明によれば、物体の特徴部分の高さは、種
々のイメージング経路によって獲得されたイメージの合
焦度に従って計算される。複数のイメージング経路のイ
メージセンサからフレームグラバによって獲得されたイ
メージの合焦度を、イメージ処理技術を用いて測定す
る。複数のイメージング経路及びイメージセンサから集
められた可変の合焦度を用いて、物体の特徴部分の高さ
及び体積を計算する。
【０００７】また、本発明は、光学系、イメージ処理装
置及びX-Yスキャナを有する装置の実施例を開示する。
本発明で開示する光学系は対物レンズを共通とする複数
のビームスプリッタを用いて作成された複数のイメージ
ング経路を含む。この対物レンズは物体と複数のビーム
スプリッタの間内に配置される。複数のビームスプリッ
タはイメージを複数の経路に分割する。それぞれのイメ
ージ経路には電荷結合デバイスCCDセンサ等のイメージ
センサが設けられる。この光学手段の複数イメージセン
サはイメージ処理装置に接続され、そこにおいてフレー
ムグラバを用いてイメージをデジタル化してイメージ処
理及び分析を行なう。これらのイメージにイメージ処理
技術を適用して、着目する特徴部分を同定し、それぞれ
のイメージの合焦度を判定し、高さ情報を計算し、あら
かじめ記憶しておいた基準に照らして合否の判定を行な
う。X-Yスキャナは、大きな領域をカバーするさいに光
学系及びイメージ処理装置と併用される。X-Yスキャナ
は、単一の視野より大きな領域をカバーするように、本
発明の光学系あるいは物体を移動させる。
置及びX-Yスキャナを有する装置の実施例を開示する。
本発明で開示する光学系は対物レンズを共通とする複数
のビームスプリッタを用いて作成された複数のイメージ
ング経路を含む。この対物レンズは物体と複数のビーム
スプリッタの間内に配置される。複数のビームスプリッ
タはイメージを複数の経路に分割する。それぞれのイメ
ージ経路には電荷結合デバイスCCDセンサ等のイメージ
センサが設けられる。この光学手段の複数イメージセン
サはイメージ処理装置に接続され、そこにおいてフレー
ムグラバを用いてイメージをデジタル化してイメージ処
理及び分析を行なう。これらのイメージにイメージ処理
技術を適用して、着目する特徴部分を同定し、それぞれ
のイメージの合焦度を判定し、高さ情報を計算し、あら
かじめ記憶しておいた基準に照らして合否の判定を行な
う。X-Yスキャナは、大きな領域をカバーするさいに光
学系及びイメージ処理装置と併用される。X-Yスキャナ
は、単一の視野より大きな領域をカバーするように、本
発明の光学系あるいは物体を移動させる。
【０００８】
【実施例】図１に示すように、本発明の一実施例は、複
数のイメージング経路３、７、９、１２を形成するため
の、対物レンズ１及び複数のビームスプリッタ２、４、
１１が含まれる。それぞれのイメージング経路はイメー
ジセンサ５、８、１０及び１３を有する。イメージセン
サ５、８、１０及び１３はフレームグラバ１４に接続さ
れ、それぞれのイメージをホストコンピュータ１５等の
イメージ処理装置が読み取り、処理することができるよ
うにしている。イメージング経路３、７、９及び１２は
それぞれ物体６を含む共通の視野１６上の異なる物体距
離で焦点合わせするようにあらかじめ定められている。
この物体空間内に複数のイメージング経路３、７、９及
び１２によって対応する数の高さ平面３１、３２、３３
及び３４（図３参照）が作成される。対物レンズ１、複
数のビームスプリッタ及び複数のイメージセンサは、全
体として光学系２００として知られる光遮蔽ケーシング
に収容されている。
数のイメージング経路３、７、９、１２を形成するため
の、対物レンズ１及び複数のビームスプリッタ２、４、
１１が含まれる。それぞれのイメージング経路はイメー
ジセンサ５、８、１０及び１３を有する。イメージセン
サ５、８、１０及び１３はフレームグラバ１４に接続さ
れ、それぞれのイメージをホストコンピュータ１５等の
イメージ処理装置が読み取り、処理することができるよ
うにしている。イメージング経路３、７、９及び１２は
それぞれ物体６を含む共通の視野１６上の異なる物体距
離で焦点合わせするようにあらかじめ定められている。
この物体空間内に複数のイメージング経路３、７、９及
び１２によって対応する数の高さ平面３１、３２、３３
及び３４（図３参照）が作成される。対物レンズ１、複
数のビームスプリッタ及び複数のイメージセンサは、全
体として光学系２００として知られる光遮蔽ケーシング
に収容されている。
【０００９】複数のイメージング経路３、７、８及び１
２に設けられたイメージセンサ５、８、１０及び１３か
ら獲得されたイメージ４０、４１、４２及び４３（図６
参照）がフレームグラバ１４によってデジタル化され、
ホストコンピュータ１５に送られる。イメージ４０、４
１、４２及び４３にはイメージ輝度補正が加えられる。
これはビームスプリッタ２、４及び１１の影響によって
各イメージが異なる輝度を有するためである。ビームス
プリッタは入射するイメージを２つの経路に分割し、従
って分割されたイメージの輝度を低下させる。イメージ
輝度補正法は種々のイメージの平均輝度を公称値に等し
くする。しきい値−輝度変換法等の雑音除去技術を用い
て背景雑音を除去することができる。かくして、イメー
ジの補正と雑音の除去が行なわれた後、物体の特徴部分
４５が評価される。
２に設けられたイメージセンサ５、８、１０及び１３か
ら獲得されたイメージ４０、４１、４２及び４３（図６
参照）がフレームグラバ１４によってデジタル化され、
ホストコンピュータ１５に送られる。イメージ４０、４
１、４２及び４３にはイメージ輝度補正が加えられる。
これはビームスプリッタ２、４及び１１の影響によって
各イメージが異なる輝度を有するためである。ビームス
プリッタは入射するイメージを２つの経路に分割し、従
って分割されたイメージの輝度を低下させる。イメージ
輝度補正法は種々のイメージの平均輝度を公称値に等し
くする。しきい値−輝度変換法等の雑音除去技術を用い
て背景雑音を除去することができる。かくして、イメー
ジの補正と雑音の除去が行なわれた後、物体の特徴部分
４５が評価される。
【００１０】図１において、物体６は、物体６を移動し
てその種々の部分を光学系２００の対物レンズ１の下に
位置決めできるように、X-Y走査機構２０２上に配置さ
れている。そうする代わりに、X-Y走査機構２０２を光
学系２００に取り付けて、物体６は固定した状態として
おくこともできる。かくして、物体６を走査するため、
光学系２００がX-Y走査機構２０２によって動かされ
る。
てその種々の部分を光学系２００の対物レンズ１の下に
位置決めできるように、X-Y走査機構２０２上に配置さ
れている。そうする代わりに、X-Y走査機構２０２を光
学系２００に取り付けて、物体６は固定した状態として
おくこともできる。かくして、物体６を走査するため、
光学系２００がX-Y走査機構２０２によって動かされ
る。
【００１１】物体の特徴部分４５の合焦度が、複数のイ
メージング経路３、７、９及び１２から獲得されたすべ
てのイメージ４０、４１、４２及び４３（図６参照）に
ついて計算される。物体の特徴部分４５はイメージ４
０、４１、４２及び４３のうちの１つにおいて他に比べ
てより高い度合で焦点合わせされていることがわかる。
この物体の特徴部分４５の高さは、それが焦点合わせさ
れたイメージ経路の高さ平面に従ってクラス分けされ
る。この手順が物体のすべての特徴部分に適用され、従
ってすべての特徴部分の高さが計算される。
メージング経路３、７、９及び１２から獲得されたすべ
てのイメージ４０、４１、４２及び４３（図６参照）に
ついて計算される。物体の特徴部分４５はイメージ４
０、４１、４２及び４３のうちの１つにおいて他に比べ
てより高い度合で焦点合わせされていることがわかる。
この物体の特徴部分４５の高さは、それが焦点合わせさ
れたイメージ経路の高さ平面に従ってクラス分けされ
る。この手順が物体のすべての特徴部分に適用され、従
ってすべての特徴部分の高さが計算される。
【００１２】本発明に用いる光学系の設計の一例を開示
する。対物レンズ１は有限共役イメージング用に設計さ
れており、選択された波長帯域での歪みについて適切に
補正されている。対物レンズ１をモデル化するのに、薄
肉レンズモデルが使用される。レンズの基本式は次の通
りである。 1/u1 + 1/v1 = 1/f （１） ここで、u1は第１のイメージング経路３の物体距離、v1
は対応するイメージ距離、fは対物レンズ１の実効焦点
距離である。
する。対物レンズ１は有限共役イメージング用に設計さ
れており、選択された波長帯域での歪みについて適切に
補正されている。対物レンズ１をモデル化するのに、薄
肉レンズモデルが使用される。レンズの基本式は次の通
りである。 1/u1 + 1/v1 = 1/f （１） ここで、u1は第１のイメージング経路３の物体距離、v1
は対応するイメージ距離、fは対物レンズ１の実効焦点
距離である。
【００１３】式 （１）を再編成することによって次式
を得る。 v1 = fu1/(u1 - f') （２）
を得る。 v1 = fu1/(u1 - f') （２）
【００１４】第２のイメージング経路７は物体距離u1 -
δ、３２で焦点を結ぶ。δは高さ分解能であり、v
2は、以下のような、第２のイメージング経路７の対応
するイメージ距離である。 v2 = f(u1 - δ)/(u1 - δ - f) （３）
δ、３２で焦点を結ぶ。δは高さ分解能であり、v
2は、以下のような、第２のイメージング経路７の対応
するイメージ距離である。 v2 = f(u1 - δ)/(u1 - δ - f) （３）
【００１５】n番目のイメージング経路については、物
体距離はu1 - (n - 1)δであり、vnはn番目のイメージ
ング経路のイメージ距離である。 vn = f{u1 - (n - 1)δ}/{u1 - (n - 1)δ - f} （４）
体距離はu1 - (n - 1)δであり、vnはn番目のイメージ
ング経路のイメージ距離である。 vn = f{u1 - (n - 1)δ}/{u1 - (n - 1)δ - f} （４）
【００１６】式（４）を使って、それぞれのイメージン
グ経路のイメージセンサはvnに配置される。媒体の長さ
が異なることにより、イメージ距離に適切な補正を行な
うも必要である。イメージング経路の中には空気よりガ
ラス媒体を多く含むものがある。
グ経路のイメージセンサはvnに配置される。媒体の長さ
が異なることにより、イメージ距離に適切な補正を行な
うも必要である。イメージング経路の中には空気よりガ
ラス媒体を多く含むものがある。
【００１７】異なるイメージング経路３、７、９及び１
２にそれぞれ配置されたセンサ５、８、１０及び１３に
よって獲得されたイメージ４０、４１、４２及び４３を
I1、I2、I3、…、Inとする。高さがu1 + δ/2からu1 -
δ/2の間であるイメージ特徴部分については、イメージ
I1上で焦点が合っていることがわかる。同様に、高さが
u1 - (n - 1)δ + δ/2からu1 - (n - 1)δ - δ/2の間
であるイメージ特徴部分はイメージIn上で焦点が合って
いることがわかる。
２にそれぞれ配置されたセンサ５、８、１０及び１３に
よって獲得されたイメージ４０、４１、４２及び４３を
I1、I2、I3、…、Inとする。高さがu1 + δ/2からu1 -
δ/2の間であるイメージ特徴部分については、イメージ
I1上で焦点が合っていることがわかる。同様に、高さが
u1 - (n - 1)δ + δ/2からu1 - (n - 1)δ - δ/2の間
であるイメージ特徴部分はイメージIn上で焦点が合って
いることがわかる。
【００１８】図２に示すように、本発明で測定可能な高
さの分解能は、光学系の被写界深度に相関する。光学系
の被写界深度２０（D）は次式によって与えられる。 D(u) = 2uafc(u - f)/{a2f2 - c2(u - f)2} （５） ここで、u=物体距離２４、a=開口径２１、f=実効焦点距
離、c=最小錯乱円２３、である。図２は薄肉レンズモデ
ルに関する光学系の被写界深度の影響を示す。最小錯乱
円２３、c、はイメージセンサ５、８、１０及び１３の
ピクセルサイズによって決まる。この光学系の所望の被
写界深度２０、D、は開口径２１、a、と対物レンズ１の
実効焦点距離、f、を変化させることによって設計する
ことができる。
さの分解能は、光学系の被写界深度に相関する。光学系
の被写界深度２０（D）は次式によって与えられる。 D(u) = 2uafc(u - f)/{a2f2 - c2(u - f)2} （５） ここで、u=物体距離２４、a=開口径２１、f=実効焦点距
離、c=最小錯乱円２３、である。図２は薄肉レンズモデ
ルに関する光学系の被写界深度の影響を示す。最小錯乱
円２３、c、はイメージセンサ５、８、１０及び１３の
ピクセルサイズによって決まる。この光学系の所望の被
写界深度２０、D、は開口径２１、a、と対物レンズ１の
実効焦点距離、f、を変化させることによって設計する
ことができる。
【００１９】物体からなるイメージに含まれる物体の特
徴部分は、さまざまなイメージ処理技術によって抽出さ
れる。当業者には、特徴抽出のために、領域セグメンテ
ーション、エッジ検出及びラベリングといったイメージ
処理技術が使用できる。しきい値−輝度変換法を使用す
る例を以下に説明する。変換後のイメージ中のピクセル
素の輝度Ioutは、元のイメージ中の輝度Iinがしきい値T
未満である場合０に設定され、このしきい値より大きい
輝度は変換後のイメージ中に保存される。数学的には、
抽出された特徴部分からなる変換イメージIoutは次のよ
うに表わされる。 Iout = 0；Iin ＜ Tの場合 Iout = Iin ；Iin ≧ Tの場合
徴部分は、さまざまなイメージ処理技術によって抽出さ
れる。当業者には、特徴抽出のために、領域セグメンテ
ーション、エッジ検出及びラベリングといったイメージ
処理技術が使用できる。しきい値−輝度変換法を使用す
る例を以下に説明する。変換後のイメージ中のピクセル
素の輝度Ioutは、元のイメージ中の輝度Iinがしきい値T
未満である場合０に設定され、このしきい値より大きい
輝度は変換後のイメージ中に保存される。数学的には、
抽出された特徴部分からなる変換イメージIoutは次のよ
うに表わされる。 Iout = 0；Iin ＜ Tの場合 Iout = Iin ；Iin ≧ Tの場合
【００２０】しきい値−輝度変換法は図４で説明され
る。しきい値Tは部分的にはイメージの背景雑音のレベ
ルによって決まり、具体的なイメージングシステムに合
わせて手動で選択することができる。しきい値−輝度変
換イメージにおいては、ゼロ輝度のピクセルは背景とし
て取り扱われ、群を成す非ゼロ輝度のピクセルは物体の
特徴部分４５として取り扱われる。
る。しきい値Tは部分的にはイメージの背景雑音のレベ
ルによって決まり、具体的なイメージングシステムに合
わせて手動で選択することができる。しきい値−輝度変
換イメージにおいては、ゼロ輝度のピクセルは背景とし
て取り扱われ、群を成す非ゼロ輝度のピクセルは物体の
特徴部分４５として取り扱われる。
【００２１】本発明の一側面によれば、物体の特定の特
徴部分４５の最良焦点面を判定してその物体の高さを判
定することができる。イメージ処理技術に精通する者に
とっては、物体のある特徴部分がイメージ面上で焦点が
あっているかどうかを判定する方法は多数存在する。焦
点判定のためのイメージ処理技術については、参考文献
（International Journal of Computer Vision、Vol.
1、223-237ページ（1987年）のEric Krotkov著“Focusi
ng及びCarnegie Mellon University TachnicalReport,
CMU-R1-TR-83-14（1983年）のJ. F. Schlag、A. C. San
derson、G. P.Neumann, F. C. Wimberly著“Implementa
tion of Automatic Focusing Algorithms for A Comput
er Vision System with Camera Control）が良い説明を
与えてくれるだろう。本発明にはこれらの技術を用いる
ことができる。
徴部分４５の最良焦点面を判定してその物体の高さを判
定することができる。イメージ処理技術に精通する者に
とっては、物体のある特徴部分がイメージ面上で焦点が
あっているかどうかを判定する方法は多数存在する。焦
点判定のためのイメージ処理技術については、参考文献
（International Journal of Computer Vision、Vol.
1、223-237ページ（1987年）のEric Krotkov著“Focusi
ng及びCarnegie Mellon University TachnicalReport,
CMU-R1-TR-83-14（1983年）のJ. F. Schlag、A. C. San
derson、G. P.Neumann, F. C. Wimberly著“Implementa
tion of Automatic Focusing Algorithms for A Comput
er Vision System with Camera Control）が良い説明を
与えてくれるだろう。本発明にはこれらの技術を用いる
ことができる。
【００２２】物体の特徴部分の合焦度を判定する技術の
一例を以下に開示する。わかりやすくするため、ここで
は物体としてはんだペーストを用いて説明する。物体６
の物体特徴部分に焦点が合っている場合、その物体特徴
部分４５の面積は最小になり、輝度エネルギーは最大に
なる。物体特徴部分４５の面積は群を成す非ゼロの輝度
を有するピクセルの総和を求めることによって計算され
る。物体特徴部分４５の総輝度エネルギーはその物体特
徴部分に属するピクセルの輝度の総和を求めることによ
って計算される。複数のイメージ４０、４１、４２及び
４３を形成する複数のイメージング経路３、７、９及び
１２が存在するため、これら２つのパラメータ、すなわ
ち面積及び輝度エネルギー、がすべてのイメージ、I1、
I2、I3、…、In、４０、４１、４２及び４３、について
計算される。物体の特徴部分４５はn番目のイメージ面
上で面積が最小、輝度エネルギーが最大であるとき、イ
メージIn上に焦点合わせされているものと考えられる。
一例を以下に開示する。わかりやすくするため、ここで
は物体としてはんだペーストを用いて説明する。物体６
の物体特徴部分に焦点が合っている場合、その物体特徴
部分４５の面積は最小になり、輝度エネルギーは最大に
なる。物体特徴部分４５の面積は群を成す非ゼロの輝度
を有するピクセルの総和を求めることによって計算され
る。物体特徴部分４５の総輝度エネルギーはその物体特
徴部分に属するピクセルの輝度の総和を求めることによ
って計算される。複数のイメージ４０、４１、４２及び
４３を形成する複数のイメージング経路３、７、９及び
１２が存在するため、これら２つのパラメータ、すなわ
ち面積及び輝度エネルギー、がすべてのイメージ、I1、
I2、I3、…、In、４０、４１、４２及び４３、について
計算される。物体の特徴部分４５はn番目のイメージ面
上で面積が最小、輝度エネルギーが最大であるとき、イ
メージIn上に焦点合わせされているものと考えられる。
【００２３】物体のラベルｋが付けられた特徴部分４５
の面積及び輝度エネルギーの計算は、次のように公式化
することができる。 A(k, n) = Σ [In(x, y)≧Tの場合１、 xy∈k In(x, y)＜Tの場合０] （６） S(k, n) = Σ In(x, y) xy∈k （７） ここでA(k, n)はイメージIn中の物体の特徴部分kの面積
である。 S(k, n)はイメージIn中の物体の特徴部分kの
輝度エネルギーである。 最良焦点面(k) = nのイメージすべてについてmax{A(k, n)} 、かつmin{S(k, n )} （８）
の面積及び輝度エネルギーの計算は、次のように公式化
することができる。 A(k, n) = Σ [In(x, y)≧Tの場合１、 xy∈k In(x, y)＜Tの場合０] （６） S(k, n) = Σ In(x, y) xy∈k （７） ここでA(k, n)はイメージIn中の物体の特徴部分kの面積
である。 S(k, n)はイメージIn中の物体の特徴部分kの
輝度エネルギーである。 最良焦点面(k) = nのイメージすべてについてmax{A(k, n)} 、かつmin{S(k, n )} （８）
【００２４】図６は、物体の特徴部分の最良焦点面の判
定の一例を示す。この具体例においては、４つのイメー
ジング経路の対応するセンサから４つのイメージ４０、
４１、４２及び４３が獲得される。式（８）を使って、
物体の特徴部分４５はイメージI3上に焦点合わせされて
いることがわかる。従って、この物体の特徴部分４５の
高さはu3と近似される。
定の一例を示す。この具体例においては、４つのイメー
ジング経路の対応するセンサから４つのイメージ４０、
４１、４２及び４３が獲得される。式（８）を使って、
物体の特徴部分４５はイメージI3上に焦点合わせされて
いることがわかる。従って、この物体の特徴部分４５の
高さはu3と近似される。
【００２５】図５には物体の特徴部分の高さを測定し体
積を計算する手順の全体を示す。ステップ９８はこの手
順の始まりである。ステップ１００において、イメージ
が獲得されホスト処理装置１５のメモリに記憶される。
ステップ１０２において雑音除去アルゴリズム及び輝度
の正規化等の前処理が適用される。このようなアルゴリ
ズムの１つが前述したしきい値−輝度変換法である。ス
テップ１０４において、エッジ検出等の特徴部分抽出ア
ルゴリズムを適用して、物体の特徴部分４５のエッジが
検出される。ステップ１０６において、物体の特徴部分
４５の合焦度が、種々のイメージング経路３、７、９及
び１２から獲得された種々のイメージ４０、４１、４２
及び４３のすべてについて計算される。ステップ１０８
において、種々のイメージ４０、４１、４２及び４３か
らの合焦度度値を用いて各特徴部分４５の高さが計算さ
れる。ステップ１１０において、物体６の体積を計算す
ることができる。
積を計算する手順の全体を示す。ステップ９８はこの手
順の始まりである。ステップ１００において、イメージ
が獲得されホスト処理装置１５のメモリに記憶される。
ステップ１０２において雑音除去アルゴリズム及び輝度
の正規化等の前処理が適用される。このようなアルゴリ
ズムの１つが前述したしきい値−輝度変換法である。ス
テップ１０４において、エッジ検出等の特徴部分抽出ア
ルゴリズムを適用して、物体の特徴部分４５のエッジが
検出される。ステップ１０６において、物体の特徴部分
４５の合焦度が、種々のイメージング経路３、７、９及
び１２から獲得された種々のイメージ４０、４１、４２
及び４３のすべてについて計算される。ステップ１０８
において、種々のイメージ４０、４１、４２及び４３か
らの合焦度度値を用いて各特徴部分４５の高さが計算さ
れる。ステップ１１０において、物体６の体積を計算す
ることができる。
【００２６】物体６が光学系２００の視野より大きい場
合、上記の手順を物体６の種々の領域について繰り返す
ことができる。光学系２００あるいは物体６の何れかを
X-Y走査機構２０２によって移動することができる。従
って、本発明を用いて、物体６の大きな領域の高さを計
算することができる。
合、上記の手順を物体６の種々の領域について繰り返す
ことができる。光学系２００あるいは物体６の何れかを
X-Y走査機構２０２によって移動することができる。従
って、本発明を用いて、物体６の大きな領域の高さを計
算することができる。
【００２７】本発明において、イメージングのための光
はレーザである必要はない。さらに、図１に示すよう
に、イメージングセンサ（たとえばCCD）に向かう光の
遮蔽にピンホールを必要としない。このようにして、光
学的・機械的に比較的簡単な装置を用いてプリント回路
板アセンブリ等の物体の特徴部分の高さを判定すること
ができる。
はレーザである必要はない。さらに、図１に示すよう
に、イメージングセンサ（たとえばCCD）に向かう光の
遮蔽にピンホールを必要としない。このようにして、光
学的・機械的に比較的簡単な装置を用いてプリント回路
板アセンブリ等の物体の特徴部分の高さを判定すること
ができる。
【図１】本発明のブロック図。
【図２】薄肉レンズモデルを用いた光学系の被写界深度
の影響を示す図。
の影響を示す図。
【図３】物体空間内の異なる高さ平面に焦点合わせされ
た光学系の複数のイメージング経路を示す図。
た光学系の複数のイメージング経路を示す図。
【図４】しきい値−輝度変換法を用いた特徴部分抽出を
示す図。
示す図。
【図５】本発明の動作手順を示すフローチャート。
【図６】物体の特徴部分に対する最良焦点面の判定の一
例を示す図。
例を示す図。
１：対物レンズ ２, ４, １１：ビームスプリッタ ３, ７, ９, １２：イメージング経路 ５, ８, １０, １３：イメージセンサ ６：物体 １４：フレームグラバ １５：ホストコンピュータ １６：視野 ２０：光学系の被写界深度 ２１：開口径 ２３：最小錯乱円 ２４：物体距離 ３１, ３２, ３３, ３４：高さ平面 ４０, ４１, ４２, ４３：イメージ ４５：物体の特徴部分 ９８, １００, １０２, １０４, １０６, １０８, １１
０：本発明の方法のステップ ２００：光学系 ２０２：X-Y走査機構
０：本発明の方法のステップ ２００：光学系 ２０２：X-Y走査機構
Claims (10)
- 【請求項１】物体（６）の表面からの物体光をビームス
プリッタシステム（２、４、１１）に方向付け、前記ビ
ームスプリッタシステム（２、４、１１）より遠くに焦
点を合わせるレンズ（１）と、 前記レンズ（１）によって前記表面から方向づけられた
光を分割して複数のビーム経路を得るビームスプリッタ
システム（２、４、１１）であって、前記ビームスプリ
ッタシステム（２、４、１１）はその表面及びレンズ
（１）から来る前記物体光を繰り返し分割して複数の光
路を得る複数のビームスプリッタ（２、４、１１）を有
し、それぞれのビームスプリッタは入射する光を枝別れ
させるビームスプリッタシステムと、 それぞれが前記ビームスプリッタシステム（２、４、１
１）から異なる光路上に送出されて前記表面のイメージ
を形成する光を検出する複数の光検出器（５、８、１
０、１３）であって、前記光検出器（５、８、１０、１
３）上で前記イメージの種々の合焦度を得るために前記
光路は前記レンズ（１）から前記光検出器（5、８、１
０、１３）までの間の種々の光路長を有する複数の光検
出器と、 前記光検出器（５、８、１０、１３）上の合焦度の差に
基づいて前記物体（６）の表面の地形値を判定する処理
装置（１５）とを設け、物体（６）の表面上の変異を判
定する装置。 - 【請求項２】前記ビームスプリッタ（２、４、１１）は
縦続配列され、前記縦続配列中の順序においてひとつの
ビームスプリッタの次に位置するビームスプリッタは、
前記ひとつのビームスプリッタからの光を分割すること
を特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】前記光検出器（５、８、１０、１３）はそ
れぞれ複数のピクセルを有することを特徴とする請求項
１から請求項２の何れかに記載の装置。 - 【請求項４】前記光検出器（５、８、１０、１３）は電
荷結合素子（CCD）であることを特徴とする請求項１か
ら請求項３の何れかに記載の装置。 - 【請求項５】前記表面を照射する光源を有することを特
徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の装置。 - 【請求項６】平面から隆起した複数の特徴部分を有する
前記表面の領域を、前記特徴部分を同時に照射すること
ができ、また前記処理装置が前記特徴部分の高さの変異
を判定しうるように照射する光源を有することを特徴と
する請求項１から請求項５の何れかに記載の装置。 - 【請求項７】前記イメージの一部を前記検出器（５、
８、１０、１２）から遮断するためのピンホールを使用
しないことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか
に記載の装置。 - 【請求項８】前記光検出器（５、８、１０、１２）はそ
れぞれ対応する光路からのイメージの変異を検出するた
めの複数のピクセルを含み、前記処理装置（１５）は前
記光検出器（５、８、１０、１２）によって検出された
各イメージ中の変異を判定し、前記光検出器（５、８、
１０、１２）によって検出された各イメージ中の変異及
び前記イメージ間での変異に基づいて前記表面の地形値
を判定することを特徴とする請求項１から請求項７の何
れかに記載の装置。 - 【請求項９】物体６の表面からの物体光を、種々の光路
に分割すべき視野であって前記同じ視野を光の分割に用
いられるビームスプリッタシステム（２、４、１１）よ
りも遠方に焦点合せする視野として方向付けるステップ
と、 前記ビームスプリッタシステム（２、４、１１）を用い
て、前記視野に対応する前記表面からの光を繰り返し分
割して複数の光路を得るステップと、 それぞれの異なる光路上を送出されて前記表面の前記視
野のイメージを形成する光を検出するステップであっ
て、前記光路は前記検出に用いらる前記光検出器（５、
８、１０、１２）上へ焦点合わせして種々の合焦度を得
るために異なる光路長を有するステップと、 前記光検出器（５、８、１０、１２）上の合焦度の差に
基づいて前記物体（６）の前記表面の地形値を判定する
ステップとを設けた物体の表面の形状の変異を判定する
方法。 - 【請求項１０】各光路からのイメージの変異の差を検出
して当該光路中のイメージの変異を計算し、各イメージ
中の変異及びイメージ間の変異に基づいて前記表面の地
形値を判定するステップを含むことを特徴とする請求項
９に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6233498A JPH11295051A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 共焦点顕微鏡装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6233498A JPH11295051A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 共焦点顕微鏡装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295051A true JPH11295051A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=13197140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6233498A Pending JPH11295051A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 共焦点顕微鏡装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11295051A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005114290A1 (de) * | 2004-05-17 | 2005-12-01 | Schott Ag | Verfahren zur vermessung topographischer strukturen auf bauelementen |
| US8110790B2 (en) | 2005-11-16 | 2012-02-07 | Accu-Sort Systems, Inc. | Large depth of field line scan camera |
| KR101181395B1 (ko) | 2012-04-24 | 2012-09-19 | 나노스코프시스템즈 (주) | 다중 검출 공초점 현미경 |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP6233498A patent/JPH11295051A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005114290A1 (de) * | 2004-05-17 | 2005-12-01 | Schott Ag | Verfahren zur vermessung topographischer strukturen auf bauelementen |
| US8110790B2 (en) | 2005-11-16 | 2012-02-07 | Accu-Sort Systems, Inc. | Large depth of field line scan camera |
| KR101181395B1 (ko) | 2012-04-24 | 2012-09-19 | 나노스코프시스템즈 (주) | 다중 검출 공초점 현미경 |
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