JP6894280B2 - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査体の外観を検査するための検査方法、及びこの検査方法を用いた検査装置に関する。

近年では、様々な機器に電子回路基板が実装されるようになってきているが、この種の電子回路基板が実装される機器においては、小型化、薄型化等が常に課題になっており、この点から、電子回路基板の実装の高密度化を図ることが要求されている。このような電子回路基板のハンダの塗布状態、電子部品の実装状態等を検査する検査装置においては、その精密性から位相シフト法が用いられる。位相シフト法では、長周期の縞パターンと短周期の縞パターンを用いて高さを測定するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−０５３０１５号公報

しかしながら、上述したような長周期の縞パターンと短周期の縞パターンを投影した画像により高さを求める方法では、画像の撮像回数（高さを算出するための画像の枚数）が多くなり、検査のスループットが悪化するという課題があった。また、被検査体が明るい物体である場合、長周期の縞パターンを投影して撮像するとサチュレーションが発生しやすく、サチュレーションが発生した場合は再度撮像を行う必要があり、その場合、画像の撮像回数はその分増えるという課題もあった。より少ない撮像回数で高精度な高さ情報を求める手法も考案されているが、検査のスループットを向上させるために、撮像回数の更なる削減が要求されている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、少ない撮像回数で高精度な高さ情報を取得することができる検査方法、及びこの検査方法を用いた検査装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る検査方法は、短周期の縞パターンが投影された被検査体の画像である短周期測定画像を取得するステップと、長周期の縞パターンに同期した固定パターンが投影された被検査体の画像である固定測定画像を取得するステップと、前記固定測定画像から、前記固定パターンの像の位置を検出するステップと、前記長周期の縞パターンが投影された基準平面の画像であって、予め取得されている長周期基準画像に基づいて、前記像の位置の位相である長周期位相を決定するステップと、前記短周期の縞パターンが投影された基準平面の画像であって、予め取得されている短周期基準画像に基づいて、前記像の位置の位相である短周期位相を決定するステップと、前記像の位置ごとに、前記長周期位相と、前記短周期位相とから、前記被検査体の高さを算出するステップと、を有することを特徴とする。

このような本発明に係る検査方法において、前記固定パターンは、ドットである。

また、このような本発明に係る検査方法において、前記固定パターンの像の位置を検出するステップは、前記固定測定画像を複数の領域に分割し、前記領域ごとに当該領域に含まれる前記像の位置を検出することが好ましい。

また、このような本発明に係る検査方法は、前記固定パターンの像の位置を検出するステップの前に、前記固定測定画像を２値化するステップを有することが好ましい。

また、このような本発明に係る検査方法において、前記固定測定画像を２値化するステップは、前記短周期測定画像の輝度情報に基づいて、２値化の閾値を決定することが好ましい。

また、本発明に係る検査装置は、被検査体に対してパターンを投射する投射ユニットと、前記パターンが投射された前記被検査体の画像を取得するカメラユニットと、前記画像を記憶する記憶部と、上述した検査方法により前記被検査体の高さを算出する制御ユニットと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、少ない撮像回数で高精度な高さ情報を取得することができる。

検査装置の構成を説明するための説明図である。 基準平面の位相と測定した位相との関係を説明する説明図である。 縞パターンと固定パターンの関係を説明する説明図である。 検査方法のフローチャートである。 固定パターンの像の位置を検出する方法を説明する説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施形態に係る検査装置１０の構成について説明する。この検査装置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を検査する装置である。被検査体１２は例えば、ハンダが塗布されている電子回路基板である。検査装置１０は、ハンダの塗布状態の良否を被検査体画像に基づいて判定する。

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１２を照明し撮像する撮像ユニット２０と、検査テーブル１４に対し撮像ユニット２０を移動させるＸＹステージ１６と、撮像ユニット２０及びＸＹステージ１６の作動を制御し、被検査体１２の検査を実行するための制御ユニット３０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２０を構成するカメラユニット２１による撮像方向（カメラユニット２１の光学系の光軸方向））をＺ方向とする。

撮像ユニット２０は、ＸＹステージ１６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１６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１６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１６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駆動部と、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駆動部と、を備える。なおＸＹステージ１６は、撮像ユニット２０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２０を回転させる回転機構をさらに備えてもよい。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２０を移動させるＸＹステージ１６は省略されてもよい。また、Ｘ駆動部及びＹ駆動部には、リニアモータやボールねじを用いることができる。

撮像ユニット２０は、被検査体１２の検査面（基板面）に対して垂直方向（Ｚ軸方向）から撮像するカメラユニット２１と、照明ユニット２２と、投射ユニット２３と、を含んで構成される。本実施形態に係る検査装置１０においては、カメラユニット２１、照明ユニット２２、及び投射ユニット２３は一体の撮像ユニット２０として構成されていてもよい。この一体の撮像ユニット２０において、カメラユニット２１、照明ユニット２２、及び投射ユニット２３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２１、照明ユニット２２、及び投射ユニット２３は別体とされ、別々に移動可能に構成されていてもよい。

カメラユニット２１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。このカメラユニット２１は例えばＣＣＤカメラである。カメラユニット２１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２１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３０は、カメラユニット２１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２１が移動されるようＸＹステージ１６を制御する。制御ユニット３０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。

なお、カメラユニット２１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２１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。

照明ユニット２２は、カメラユニット２１による撮像のための照明光を被検査体１２の表面に投射するよう構成されている。照明ユニット２２は、カメラユニット２１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。

本実施形態に係る検査装置１０において、照明ユニット２２は、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であって、本実施形態では、上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃを備えている。なお、本実施形態に係る検査装置１０において、側方照明源である上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃはそれぞれリング照明源であり、カメラユニット２１の光軸を包囲し、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に構成されている。これらの側方照明源である上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃの各々は、複数の光源が円環状に配置されて構成されていてもよい。また、側方照明源である上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃは、それぞれ、検査面に対して異なる角度で照明光を投射するように構成されている。

投射ユニット２３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２１により撮像される。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３０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。

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２３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１２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。例えば、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３０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。

投射ユニット２３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２３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。

投射ユニット２３は、カメラユニット２１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２３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。

図１に示す制御ユニット３０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。

図１には、制御ユニット３０の構成の一例が示されている。制御ユニット３０は、検査制御部３１と記憶部であるメモリ３５とを含んで構成される。検査制御部３１は、高さ測定部３２と検査データ処理部３３と検査部３４とを含んで構成される。また、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３６と、検査に関連する情報を出力するための出力部３７とを備えており、入力部３６及び出力部３７はそれぞれ制御ユニット３０に接続されている。入力部３６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３７は、ディスプレイやプリンタ等の公知の出力手段を含む。

検査制御部３１は、入力部３６からの入力及びメモリ３５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３３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３４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。

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、その基板に塗布されたハンダごとの検査データの集合体である。各ハンダの検査データは、そのハンダに必要な検査項目、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。例えばハンダの塗布状態の良否を判定する検査項目においては通常、その部品のハンダ塗布領域の数と同数の検査ウインドウがハンダ塗布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。

検査データ処理部３３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３３は、その基板のハンダ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３３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３３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。

検査制御部３１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２２により被検査体１２を照明しつつ撮像ユニット２０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像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像される。検査制御部３１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３１は、メモリ３５に基板全面画像を記憶する。

また、検査制御部３１は、高さマップ作成のための前処理として、投射ユニット２３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２０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像する。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３１は、撮像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３１は、メモリ３５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。

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２３により投射されたパターン画像（つまり投射ユニット２３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。

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２３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。

検査制御部３１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３１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３１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３７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。

以下に、このような検査装置１０において、投射ユニット２３によりパターンを投射して高さを測定する方法について説明する。

まず、縞パターンを用いたＰＭＰ法による従来の高さ測定方法について説明する。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。

このような縞パターンによる特性を用いて、従来の高さ測定方法は、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。上述したように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。

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。

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〜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。

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２３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り、撮像回数が検査所要時間に与える影響は大きい。

そこで、本実施形態においては、ＰＭＰ法のうち長周期のパターン（太い縞である第１パターン）に同期した固定パターンを用いた三角測量法により大まかな高さを求め、ＰＭＰ法のうち短周期の縞パターン（細い縞である第２パターン）で精密な高さを求めることで撮像回数の低減を実現している。ここで、三角測量法は投射ユニット２３から被検査体１２に固定パターンを投射し、カメラユニット２１で撮像した画像から、基準平面のときにある固定パターンの像からのずれ量に基づいて高さを求める方法である。なお、固定パターンは、チェッカー、矩形波、ドット等を用いることができるが、以降の説明ではドットであるとして説明する。

図２において、（ａ）に示すように、基準平面Ｓに対して投射ユニット２３により縞パターンを投射してカメラユニット２１で撮像した画像から得られる位相を（ｃ）に示し、（ｂ）に示すように、この基準平面Ｓ上に物体Ｏを載置した状態で同じ縞パターンを投射して撮像した画像から得られる位相を（ｄ）に示すと、物体Ｏの高さはこれらの位相のずれ量（位相差＝測定した位相−基準平面の位相）から算出することができる。この位相差はカメラユニット２１で撮像した画像の画素ごとに計算することができ、画素ごとに求められた位相差に係数を乗算することで、その画素に対応した位置の高さが算出される。この係数は、例えば、ｔａｎ（投射角度）×縞ピッチ／２πで求められる。

ここで、図３に示すように、縞パターンＰｔを用いる代わりに、この縞パターンＰｔと同期した固定パターンであるドットパターンＰｄを用いる場合を考える。「同期」とは、縞パターンＰｔにおける所定の位相の位置に、ドットパターンＰｄのドット（固定パターン）が配置されていることをいう。図２を用いて説明したように、縞パターンＰｔを用いて基準平面Ｓとその基準平面Ｓに載置された物体Ｏを撮像した場合、位相差Δφは、測定した位相φと基準平面の位相φ０から次式（１）で求められる。

Δφ ＝ φ − φ０ （１）

一方、ドットパターンＰｄのドットを、縞パターンＰｔの位相０の位置に形成した場合、基準平面Ｓ又は物体Ｏの表面に投影されたドットの像の位相（測定した位相）φは０となるため、カメラユニット２１で撮像されたドットの像の位置における位相差Δφ′は、次式（２）となる。

Δφ′ ＝ ０ − φ０ ＝ −φ０ （２）

縞パターンＰｔを用いた場合は、カメラユニット２１で撮像された画像の画素ごとに位相差を求め、その高さを算出できたことにくらべ、ドットパターンＰｄを用いた場合は、ドットが形成された位置の位相差及び高さしか求めることができないが、ドットの移動量（基準平面Ｓの画像におけるドットの位置と測定された画像におけるドットの位置の差）等を計算する必要がなく、基準平面Ｓに対する縞パターンＰｔの画像を用いて、撮像された画像におけるドットの像の位置から、式（２）を用いて、直接位相差を求めることができる。すなわち、縞パターンＰｔを上述した長周期の縞パターンとし、ドットパターンＰｄを、この長周期の縞パターンに同期させる（例えば、縞パターンの位相＝０の位置にドットを形成する）ことにより、ドットパターンＰｄを被検査体１２に投影して撮像した画像は、ＰＭＰ法において長周期のパターンを投影して取得した画像と同じ扱いをすることができる。しかも、上述したように、ＰＭＰ法においては、位相差を求めるために長周期のパターンの位相をずらして少なくとも３回の撮像が必要になるが、このドットパターンＰｄを用いると、１回の撮像で、ドットの像がある位置の位相差を求めることができる。したがって、１つの視野領域に対して短周期のパターンによる測定に３回の撮像が必要であったとしても、合計４回の撮像で、ＰＭＰ法と同等の精度の高さ測定を行うことができる。

ここで、所定の位置（ドットの像が検出された位置）のドットパターンと長周期の縞パターンが投射された基準平面の画像とにより求められた位相差をΔφｗとし、短周期の縞パターンの画像から求められた位相差（基準平面の画像と測定された画像から求められた位相差）をφｆとし、長周期の縞パターンと短周期の縞パターンの縞ピッチの比をＮとすると、ドットの像が検出された位置の高さｈは、次式（３）で求められる。但し、Ｒｏｕｎｄ（）は、小数点以下を切り捨てる関数である。

ｈ ＝ Ｒｏｕｎｄ（（Ｎ×Δφｗ−Δφｆ）／２π）×２π＋Δφｆ （３）

なお、ＰＭＰ法と同様に、ドットパターン（長周期の縞パターン）による測定結果が、短周期の縞パターンのピッチの半分以上ずれると（位相にするとπずれると）、正しい結果を得ることができなくなる。しかしながら、電子回路基板のハンダの塗布状態の検査等においては、基板の表面とハンダ部分とでは大きな高低差はなく（すなわち、なだらかな湾曲を有する平面に細かな物体が存在する形状の対象物に対しては）、本方法により、十分な精度の高さを測定することができる。

それでは、図４を用いて、具体的な測定方法について説明する。なお、投射ユニット２３で投射するパターンは、長周期の縞パターン、この長周期の縞パターンに同期したドットパターン（固定パターン）、及び、短周期の縞パターンである。また、以降の説明では、１つの視野領域に対する測定処理について説明するが、被検査体１２が複数の視野領域に跨がる場合は、それぞれの視野領域に対して以下の処理が実行される。

まず、測定前の前準備を行う。例えば、入力部３６から前準備の処理の実行命令が入力されると、制御ユニット３０は、投射ユニット２３により短周期の縞パターンを基準平面に投射し、その画像（短周期基準画像）をカメラユニット２１で撮像し、メモリ３５に記憶する（ステップＳ１００）。次に、制御ユニット３０は、投射ユニット２３により長周期の縞パターンを基準平面に投射し、その画像（長周期基準画像）をカメラユニット２１で撮像し、メモリ３５に記憶して（ステップＳ１１０）、この前準備の処理を終了する。なお、基準平面としては、部品の搭載されていない基板を検査テーブル１４にセットしてもよいし、基準平面となる専用の部材を検査テーブル１４にセットしてもよい。

次に、検査テーブル１４に被検査体１２を載置して検査（測定）を行う。例えば、入力部３６から検査の処理の実行命令が入力されると、制御ユニット３０は、投射ユニット２３により短周期の縞パターンを被検査体１２に投射してカメラユニット２１でその画像（短周期測定画像）を取得し、メモリ３５に記憶する（ステップＳ２００）。なお、このステップＳ２００では、上述したように、１つの視野領域に対して縞パターンをシフトした少なくとも３枚の画像を取得する。次に、制御ユニット３０は、投射ユニット２３によりドットパターンを被検査体１２に投射してカメラユニット２１でその画像（固定測定画像）を取得し、メモリ３５に記憶する（ステップＳ２１０）。上述したように、ドットパターンの画像は、１つの視野領域に対して１回の撮像でよい。

制御ユニット３０は、メモリ３５から短周期測定画像を読み出し、この短周期測定画像から位相計算を行う（ステップＳ２２０）。上述したように、被検査体１２に対して短周期の縞パターンを投射したときの撮像は、位相をシフトさせて少なくとも３回の撮像が行われる。これらの撮像における位相のシフトと被検査体１２に投影される低周期の縞パターンが正弦波の場合の輝度の関係は、次式（４）で表される。なお、この式（４）において、ｖは輝度を示し、Ａは被検査体１２の明るさに依存した振幅を示し、Ｃはカメラユニット２１や環境輝度に依存した明るさのオフセットを示し、Ｂは求めたい位相を示し、λは位相のシフト量を示し、ｘはシフト回数を示す。

ｖ ＝ Ａ×ｓｉｎ（λ×ｘ＋Ｂ）＋Ｃ （４）

制御ユニット３０は、メモリ３５から固定測定画像を読み出し、短周期の縞パターンの輝度情報、すなわち、上述した式（４）の振幅Ａ及びオフセットＣにより決定される閾値に基づいて、この固定測定画像の２値化を行う（ステップＳ２３０）。ここで、閾値は、例えば、Ｃ又はＣ−Ａ／２とすることができる。低周期測定画像の輝度情報（低周波測定画像を撮像するために投射された低周波の縞パターンの輝度情報）に基づいて固定画像を２値化することにより、被検査体１２の輝度や色に関わらず、安定したドット像を検出することができる。また、制御ユニット３０は、この２値化された固定測定画像に対してノイズ低減フィルタを実行し、ノイズの除去を行う（ステップＳ２４０）。

また、制御ユニット３０は、２値化され、さらにノイズが除去された固定測定画像において、ドット像の位置を検出する（ステップＳ２５０）。この固定測定画像からドット像を検出する方法としては、テンプレートマッチングやラベリングのアルゴリズムを用いることができるが、シーケンシャルな処理であるため、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等で実装しずらく、現実的には、撮像やカメラユニット２１の移動（視野領域の変更）の時間よりも、検出の時間が長くなってしまう場合がある。

そこで、本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、固定測定画像を複数のグリッド（領域）に分割し、それぞれのグリッド内でドット像を検出しその位置を求めるように構成されている。このような構成とすると、グリッドごとに独立して走査することができるので、グリッドの数だけ並列化でき、ＧＰＵ等を用いて高速に処理することができる。なお、グリッドは、ドット像の大きさ分だけ隣接するグリッドとオーバーラップさせることより、正確に検出することができる。また、ドット像の位置は、図５（ｂ）に示すように、輝度のある位置のｘ方向の最大値（ｘｍａｘ）及び最小値（ｘｍｉｎ）と、ｙ方向の最大値（ｙｍａｘ）及び最小値（ｙｍｉｎ）と、を求め、これらの値から次式（５）、（６）によりドット像の中心座標（ｘ′，ｙ′）を求めることができる。

ｘ′ ＝ （ｘｍｉｎ＋ｘｍａｘ）／２ （５）
ｙ′ ＝ （ｙｍｉｎ＋ｙｍａｘ）／２ （６）

そして、制御ユニット３０は、以上のようにして固定測定画像におけるドット像の位置（中心座標）が求まると、メモリ３５から長周期基準画像を読み出し、この位置と長周期基準画像から、当該位置の位相を取得する（ステップＳ２６０）。取得方法については上述した通りである。この長周期基準画像から求められた位相により、グリッドごとの大まかな高さ（ラフ高さ）を算出することができる。

ここで、図５（ａ）に示すように、ドット像を検出することができ、大まかな高さが分かるグリッドと、ドット像を検出することができず、大まかな高さが分からないグリッドとが存在する。そのため、高さの分からないグリッドについては、周辺のグリッドの大まかな高さからそのグリッドの高さを決定することによりラフ高さを伝搬させる（ステップＳ２７０）。最後に、制御ユニット３０は、上述した式（３）に基づいて、ラフ高さと短周期画像から求められる位相とを結合することにより、ドット像の位置の詳細な高さを算出する（ステップＳ２８０）。なお、上述した式（３）から明らかなように、ラフ高さの算出においては、Ｒｏｕｎｄ関数により小数点以下が切り捨てられることにより、長周期パターンから求められる位相差が丸められるため、ドット像が多少変形していても、最終的に求められる高さの精度に影響を与えることがない。

以上のように、本実施形態に係る検査方法を用いると、一つの視野領域に対して、固定パターンを投射した１回の撮像と、短周期パターンを投射した状態で位相をシフトしながら撮像する３回の合計４回の撮像で、高精度な高さ情報を取得することができるので、精度を維持しながら検査のスループットを向上させることができる。また、固定パターンをドットパターンとすることで、固定測定画像をグリッドに分割してＧＰＵ等を用いた並列処理を行うことができるので、更にスループットを向上させることができる。なお、短周期の縞パターンを投射した撮像の回数（シフトの回数）は４回以上としてもよい。

１０ 検査装置
２１ カメラユニット
２３ 投射ユニット
３０ 制御ユニット

Claims (5)

1. 短周期の縞パターンが投影された被検査体の画像である短周期測定画像を取得するステップと、
   長周期の縞パターンに同期した固定パターンが投影された被検査体の画像である固定測定画像を取得するステップと、
   前記固定測定画像から、前記固定パターンの像の位置を検出するステップと、
   前記長周期の縞パターンが投影された基準平面の画像であって、予め取得されている長周期基準画像に基づいて、前記像の位置の位相である長周期位相を決定するステップと、
   前記短周期の縞パターンが投影された基準平面の画像であって、予め取得されている短周期基準画像に基づいて、前記像の位置の位相である短周期位相を決定するステップと、
   前記像の位置ごとに、前記長周期位相と、前記短周期位相とから、前記被検査体の高さを算出するステップと、を有し、
   前記固定パターンは、ドットであることを特徴とする検査方法。
2. 前記固定パターンの像の位置を検出するステップは、前記固定測定画像を複数の領域に分割し、前記領域ごとに当該領域に含まれる前記像の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記固定パターンの像の位置を検出するステップの前に、前記固定測定画像を２値化するステップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の検査方法。
4. 前記固定測定画像を２値化するステップは、前記短周期測定画像の輝度情報に基づいて、２値化の閾値を決定することを特徴とする請求項３に記載の検査方法。
5. 被検査体に対してパターンを投射する投射ユニットと、
   前記パターンが投射された前記被検査体の画像を取得するカメラユニットと、
   前記画像を記憶する記憶部と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の検査方法により前記被検査体の高さを算出する制御ユニットと、を有することを特徴とする検査装置。

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