JPS58134372A - パタ−ン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、検査対象パターンの良否を判定するパターン
検査装置に関するものである。

第１閣《姉．＠は１それでれテンプレートマッチング方
一式と称される従来のパターン検査装置の原理ｌ！明閣
である０岡贈において、ｌと１′はそれｆれ検査対象パ
ターン１２〜８はそれぞれ十印で示されたサンプリング
ポイント、である。

第１ｆＷ（ａ）において、検査対象パターンｌが文字の
８であったとする。このとき、図示せざるテンプレート
を用いて、サンプリングポイント２〜８を図示の如く定
め、各ｌインドにおけるパターンの有無を検査する。例
えばパターン有ならば論珈１％バ身−ン無ならば論ｇｊ
ＡＯとし、２〜８の各ポイントにおける検査結果をコー
ド化し箋そのコードから検査対象パターンが既知のどの
パターンに分類されるかを認識するのである。

第１図（−においては、ポイント２〜８の何れにおいて
も検査結果は有（論理１）であり、この場合、検査対象
パターンｌは□文字の８であるト戴議する。第１図ら）
においては、ポイント８のみがパターン無（論理０）で
、この場合は、文字の０のパターンであると予め判定の
アルボリス人を定めておき、それに従ってＯと認識する
。

このようなテンプレートマツチングによるパターン検査
方式は、吟味すべき情報が圧縮されてぃて少ない（サン
プリングポイントにおけるパターンの有無のみ）こと、
吟味した結果によるパターンのクラス分けが容易である
こと％噂の利点があり、０ＣＲ（光学文字読取器）のよ
うに、検査対象となる未知のパ身−ンを、標＊（！ｌｔ
知）パターンの中のどれに相当するものかを判定して分
−すれば足りるというようなパターン１ＩＩＩｌｉ装置
に用いれば有効であることが知られている〇 しかしながら、テンプレートマツチング法をパターン検
査装置に応用すると１いくつかの問題点が出て（る０そ
の一つは、パターンの良否検査に験ては、サンプリング
ポイントを拡祭した窓領域を考え、ｌＩＩ愈領域内にパ
ターンが存在するか否かで判定すると、類似ではあるが
不良のパターンを良品と誤判定すると云う致命的な欠陥
があることである。なぜなら１ば、パターンが存在する
か否かという２１１−択一の′□木式では１意領域内に
パターンが存在しなかったと□きは不良と判定するが、
パターンが存在したけれども１その大きさが良品と興な
っていた場合には、不良と判定することができないから
である。

一般に印刷されているようなパターンでは、愈ｇＡ域に
占めるパターン部分の面・積が、場所により□大きく異
なるなど、それぞれの窓領域において１パタ一ン部分に
特徴（この場合１間１１＃□の大小）があるので、この
特徴を抽出して計測しな□ければ正しいパターン検査は
出来ない。

本発明は、上述のような従来の技術的事情にかんがみな
されたものであり、従って本□発明の目的□は、テンプ
レートマツチング法の原鴫にのっとりながら、それを発
展させて、一般の印刷パターンなどをも正しく検査する
ことのできるパターン検査装置を提供することにある。

本発明の概要は次の如くである。本発明においては、先
ず検査対象パターンを二次元逐次走査要充電変換装置（
例えば工業用テレビカメラ）を用い撮像して得られる時
系列の電気信号□を処理してパターンの良否を判定する
ものであるが（テレビカメラの視野内に、複数（一般に
は！１）の窓領域を電気的手段などにより設□定し、各
窓領域からみたパターン部分の特徴を量的に抽出する。

他方、゛各章領域毎に上限および下限のしきい値範囲を
設定しておき１抽出された待機量がその範囲内にあれば
論１１１％なければ−１［６の如く判定する（これを−
次判定という）０次に窓領域の幾つかをグループにまと
め１各グループについて１属する各愈領域毎の一次判定
結果の集合を、予め設定上である一次Ｎ！１テーブル（
これは良品であるパターンについて１同様に視費を窓領
域に分けて各領域毎に得られた一次判定結果のグループ
毎の集会を予め求めておき、テーブル化したものである
）と比較照会し１それにより実否の判定（これを二次判
定という）を行なう・この二次判定をすべてのグループ
について行ない、その結果によってパターンの真否を総
合的に判定する・ なお、上記の二次判定で不良と判定されたグループにつ
いては必要に応じ一次の１ｌ１１１として相関ｍｌ！を
行なう。ｓｓｅ判定きいうのは次のようなものである。

検査対象パターンが鳥品であっても、カメラ視社内で所
定の位置からずれていたりすると、予め定められた窓領
域を通して抽出された特徴量が所定のしきい値範囲内に
収まらないことがあり＼その結果、−軟判定結果は不良
と出る０しかし１パターンは少し隣りへずれただけなの
であるから、所定の窓領域を通して検出された特徴量と
１その誇りの窓領域を通して検出された特徴量との相関
をとれば（この場合、相関とは加算、減算など）、得ら
れた相関量は所定のしきい値範囲内に収まり一次判定結
果は良と出る。このような考え方に立って、関連のある
適当な窓領域の組合せを定め、その開で各特徴量の演算
加工（飼えば加算）を行ない、加工結果について一次判
定（これを相関−次判定と云う）を行なう。相関−軟判
定結果の集合を、予め設定されていヤ、相関−次判定テ
ーブル（先きの一次判定テーブソ同様にして予め求めて
おく）と比較照合することにより、相関二次判定を行な
い、その結果により良否を判定する。

以−Ｆ説明したように、本発明においては、−次判定、
二次判定のはかに、必要に応じて相関判定を行なうこと
により検査対象パターンの良否を判定している。なお、
窓領域の形状、大きさ等については、検査対象パターン
に従って任意適宜に定めるもので一長方形などに限るも
のではない。また窓領域を通して抽出する特徴量として
も、室領Ｊｄ内ツバターン部分の面積のほか、パターン
部分の周囲長１その他を用いうろことは勿論である。

次に図を参照して本発明の実施例を説明するＯｊｌ［Ｉ
（ａ）は１事発明における窓領域の設定例を示す説明図
であり、第２図（ｂ）は検査対象パターンの一例の説明
図であり１第２１１１（Ｃ）は窓領域を通して見たパタ
ーンの説明図である。

これらの図におりて、２１〜２７はそれぞれ短１！１形
の窓領域であり、ｈｏは検査層重のパターン（文字の８
）であ−。１１１２ｇ（ｃ）に見られるように、窓領域
２１〜２７のそれｆれを通して１パターン′□”− ２０の一部分が見られる。

第３ｍは窓領域の他の設定例を示す説明図である◇ｑｍ
においては−ｊｌＺ図（１）、に示したのと同じ窓領域
２１〜２７の外側に、３１〜３６の各窓領域を、また内
側に、４１〜４８の各窓領域を設定しており、パターン
の配置がずれた場合などにおいて、中央の窓領域（２１
＋２７）と外側または内側の惣領域の間で相関をとるこ
とが可能な構成になっている。

第４図は本発明の一実施例を示すブロック図である　同
図において、５０は検査対象パターン、５１は工業用テ
レビカメラ（ＩＴＶカメラ）％５２は２賛化・画素分割
回路、５３１５３’はそれでれ特徴抽出回路、５４ｅ５
４’はそれｆれ計数回路１！ｓ３は計数値記憶回路、５
６は一次判定回路％５７は二次判定回路、５８は相関判
定要否回路、５．９は相関演算回路、６０は相関−次判
定回路、６１−は相間二次判定回路、６２は総合判定回
路、６３はｗｅ域発生回路、６４は制御回路、６５は設
定値記憶回路、６６はキーボード１である。

次に動作の概要を説明する。先ず対象パターン５０をＩ
ＴＶ力ｙう５１により撮像して得られる時系列の電気信
号を２値化・画素分割回路５２において２値化し、かつ
画素（ドツト）に分割する◎這當は、−両面分の電気信
号を水平Ｘ軸方向に３２０個、垂直Ｙ軸方向に２４０個
、全体で、約７萬７千個位のドツトに分割する＠特徴抽
出１路５３は一分割回路５２からのドツト信号を受け、
その時機を抽出する。例えば特徴が単に面積の大小であ
ったとすると、ドツト信号の白なら白、黒なら黒に着目
してそのドツト信号白の部分の横方肉水平崩査時の長さ
くドツトのＷｋ）を次の計数回路ｓ４で計数してゆくこ
とにより面積が求まる。

（つ會り長さの集会により面積を求める）。５３′は面
積以外の別な特徴を抽出する回路、例えば白と黒の境界
層を検出する場合だとすると、その塊昇点を抽出する回
路であり一次の計数回路５４′によってｍｌＦ点の数を
針数することによりＪＩＩ界長が求會る・なお窓領域発
生回路６３から発生される窓領域信号の制御のもとに計
数回路５４．５４’はＳｔ−動作を行なうので、針歇結
果は、各窓領域について抽出された特徴量ということに
なり、これが窓領域の番号と時機１Ｉｉｌｉ１１１に整
層されて記憶回路ｓＳに一旦記憶される。室領域発生回
路６３は、キーボード６６から設定値記憶回路６５に入
力されたデータをもとに編集された任意の形状の多数の
窓領域を表わす信号を発生し出力することができる。

さてＩＴＶカメラ５１による１フイールドの走査が完了
すると、各窓領域毎の特徴データの計測および記憶が完
了するので、これらの特徴データをもとに、以下の回路
５６〜６５により、対象パターンの良否を判定する。

記憶回路５５から続出された各窓領域毎の特徴データは
、−軟判定回路５６において、各窓領域毎、特徴毎に設
定された上限設定値αｉｊ１下限設定値βｉｊ（但し、
ｉは特徴の種類を表わし、ｊは窓領域の番号を示す）と
比較され、上限と下限の範囲（シきい値範囲）内Ｉ５・
あるか否かの一次判定がなされる。特徴項目ｉｉついて
の判定処理動作を具体的に説明する。　　　′　　　　
゛−一次定１路ｔＩ６は、特徴項目量（例えば面積なら
ｒｋＪ積の大小）についての窓領域ｊにおけるデータＤ
ｉｊが上ｉｌＷ＆定値町ｊ１下限設定値βｉｊの範囲内
にあるか否かを関ぺで一次判定を行なうが、これを全窓
領域について実施する〇−一次判定結果、上下限しきい
値の範囲内にあれば６ｍｉ、範囲外にあれば論理０と表
わされる０なお上下限しきい値は、窓領域毎、４１徽項
目毎に適切なものを選択することが可能であり、これら
のしきい蝕データはキーボード６６から人力されて設定
値記憶−路６５に記憶されているので、−軟判定回路Ｓ
６はこれを読出して使用する０ 一般に検査層重パターンは、Ｎ個（Ｎは任意の整数）の
小パターンから構成されると考えて良いことが多いので
、各窓領域はＮ個の小パターンに層比するようにＮ個の
グループにまとめられる。

例えば検査対象パ゛ターンが「Ａ　Ｂ　ＣＤＪであった
とすれば、これは４□′−の小パターン（各文字がそれ
ぞれ小パターンを１−成する）から成るものと嶌え：：
、 る。なお小パターン”は、必ずしも１文字単位、１ｗＪ
形単位で構成されるものではなく、複数文字単位で構成
されるときもある。

グループ化された電値域書号の組合せはキーボード６６
を用いて人力され設定値記憶回路６５に記憶される。二
次判定回路５７は、グループ化された窓−域番号の組合
せを記憶回路６５から続出し、これに従って一次判定回
路５６からの各窓領域毎の一次判定結果をグループに分
ける。次に二次判定（ロ）路５７は、グループ分けされ
た一次判定回路５６を電設定値記憶回路６５から読出し
た一次判定テーブルと比較照合することにより１グルー
プとしての良否を判定する。なお−次判定テーブルは、
対象パターン毎に予め求めて設定値記憶回路６５に記憶
させておくものである。

１３図に示したように設定された窓領域を用い１数字の
８（第２図６）と７をそれぞれ対象パターンとしたとき
の一次判定テーブルを第ｓ図にボす。

対象パターンが数字の８であるときは、−次判定テーブ
ルは、窓領域査号の順に配列されたコード化データＣ１
１１１１１１”・・・・・０〕であり、数字の７である
ときは（１１１００００・・・・・・０〕であることが
第４図から理解されるであろう。

二次判定回路５７による二次判定操作は全グループにつ
いて行なわれる。グループとしての二次判定が不良（Ｎ
Ｇ）であったときは、相関判定要否回路ｓ８において相
関判定の要否を決める０相関判定要否回路ｓ８は１予め
設定されているＩｋ々の条件に従って、成る場合には相
関判定要と決定し、成る場合には１それには及ばない（
つまり否）と決定する・相関判定要となったときには、
相関演算１ｉｉｎｓｓが〜設定された窓領域の組合せ（
この組合せに関するデータはやはり記憶回路６Ｂから読
出して得る）について１抽出された特徴データの演算（
例えば窓領域２１のデータと窓領域３１のデータとを加
算）を行ない、その結果を新データＤＣ１ｙとして出力
する。

演算により得られた新データＤ　Ｃｊｋは相関−軟判定
回路６０へ送られ、ここで、設定値記憶回路６ｓより請
出された上ＩＩ設定値αＣｊｋと下限設定値声Ｃｊｋの
範囲内にあるか否かの相関−次判定がなされ１範固内に
あれば論理１１範囲外であれば論理Ｏが出力される。か
かる相関−次判定処理は指定された全ての窓領域の組合
せについて行なわれる。

次に相関二次判定回路６１では１回路６０からの相関−
次判定結果と、設定値記憶回路６５から続出した相関−
次判定テーブルとを比較照合することにより相関二次判
−を行なし・−一致していれば当該グループの当該特徴
項目についての判定は良となる◎ １１１３図に示した如く設定された窓領域を用い１散字
の８が、第２図０に示した窓領域との相鮒位置から、若
干上方へずれた場合に求められる相関−次判定テーブル
を一例として１１６図に示す。

１１６図において、パターン８が少し上へずれたため、
愈餉城２１単独では特徴抽出量が少なく１データは論Ｉ
ＩＩになることができないで論ＭＯにとどまっており、
他方、窓領域２１と３１の特徴量の和により、ようやく
データ゛は論ＩＩＩになっていることが゛理解されるで
あろ）う。窓領域２４％２７についてもそれぞれ同じこ
とが云える。相関−次判定テーブルも予めこれを求めて
苓−ボード６６によって設定値記憶ｆｉｌ１６５に記憶
しておくものであることは１先に説明した一次判定テー
ブルの場合と同じである＠ 以上により結ＮＳ奪領域を遥して直接計測した特徴量デ
ータによる二次、判定処理と、計測データを加工して得
られる相関演算データによる相関二次判定回路を行ない
１千のどちらか一方で結果が良品と出れば％総会判定−
１６８２は良品という判定結果を出力することになる。

１１７１１に電電４閣に示した実施例の動作概要を−１
１８８１に動作の詳細をそれぞれ流れ図として示した・
なお第８にでは箋窓領域のことを単にウィンドと表寓し
ている◎ 以上に述べた実施例の説明では電電領域の形状を長方形
として親御したが１そのほか四角１五角麺％ｎ負多角形
、円形、環形等、任意の形状で、１ あってよく１特に轡＊、対電パターンが文字でなくＥ形
であるような場合には、それに適した形状の窓領域を選
択することが大切である。

また前記実施例の説明では、相関判定処理を、行なうＳ
％相関二次判定時に、相間−次判定結果だけを用いて行
なうように説明したが、相関−次判定結果のほかに、−
次判定結果を参照して行なうこともある０１！た１相関
演算として加算の剥を説明したが、パターン条件によっ
て４［や比をとるとメリットが出るケースもある０次に
前記実施例では特徴項目ｉだけの相関をとったが、ノシ
ターンの条件によっては異なる特徴項目同志の相関をと
ると着るしいメリットがあることもある。このようなケ
ースの動作７１：Ｉ−チャートを＠９１ｉＨに示す０尚
、以上の説明では特徴項目として面一と境界長について
説明したが、交点・端点・弧丘点・斜Ｉｓ−々の局ｉ！
面情報を採用できる０以上、述べたように本装置では％
青電パターンによって窓領域の形状、位置、敵等の条件
、各種しきい値、相関条件、各稙判定条件等がキーボー
ド入力により自由に記憶囲路に設定できる様になってい
る。従って、従来ノシターン検査装置１ｔ４１対象パタ
ーンによってハードやアルゴリズムが着るしく異なり量
産性に乏しかったが、本装置で＆ま検査増電となるパタ
ーンの変更に屑する適応力を著しく高くしており、従っ
て量産可能な構成となっている０ 次に本発明の効果について述べるＯ Φ　窓領域が１１ｅ来のようにパターン成分が存在する
場所だけでなく％１１３ｉｄにおし１て３１〜４８に示
したように一パターンの存在しない餉域にも設定で會る
・従って従来不可能であった〔検査パ＊　−ンーｊｋ＆
パターン＋α〕のような場合に対しても容易に不良は不
良と判定できる。

■　各窓領域における判定が１特徴項目毎、窓領域毎に
独立した上下限しきい値をもってなされるので、廖領域
内でのパターンの有無だけでなく、パターンの大きさ変
化や影状毅化を定量的に判定することができ、パターン
のわずかの麦化に対しても判定精度を着るしく高度化す
ることができる。

また、増電パターンが部位によって密度が異なるような
場合にも、しきい値調節によりパターンに応じた検査糖
度をうろことができる。

■　窓領域をグループ化し、グループ毎に独立して判定
することができるので、良品サンプルでの部位によるバ
ラツキ（微小位置ずれや濃度変化）があったときにもム
ダバネ（良品を不良品と見誤る）が少なくなる。

■　パターンの良否“判定に、計測したデータだけを用
いるのでなく、興なる窓領域間での相関゛演算データを
も用いることによりパターンを高精度に、かつ安定に検
査で門る。とくに良品賃ンフルにおいて部位や搬送条件
等により計測値の絶対値が変化することが比較的多い場
合がある。このようなときは計測値を上下限値で比較す
る方式ではムダバネが多いか、もしくは不良検出率が悪
くなる。しかし１このような条件下でも「異なる窓領域
の計測値の相屑比が一定」であったり、゛「異なる窓領
域の計測値の合計が一定」であったり、「異なる窓領域
の計測値の麺をとるとパターンの変化が明確にｄる」な
どの関係が存在することが多いから、このような条件ｉ
″：：癲用高精度の検査を行うこと途できる。゛　　　
　　　　　□■　相関二次判定を行うとき１相闘−沃判
定の結果だけを良品のそれと焦合するだけでなく、先に
も述べたように、相関判定が行なわれる条件下での良品
の一次判定結果をも複合してチェックすると−より一層
厳書な判定が行なわれる。とくに、対象サンプルの位置
ずれがあったときにも、ムダバネなく、高精度にパター
ンの検査ができる。

０１Ｎ間をとる場合に同一の特徴だけでなく、他の特徴
（Ｍｌじ窓領域であってもよい）データとの相関を関ぺ
ると着るしい効釆をうろことができる場合がある・例え
ば汚れ検査のように向−と周囲長着との相関をとると良
・不良の差が明確になる◎ ■　窓領域の形状を実質的に任意とすることにより、種
々の対象パターンに適用でき、かつ、窓領域の数を減ら
しうるので高速に判定することができる。

■　計測特徴項ｉ１Ｆとして局！Ｉ函情報を採用するこ
とによりパターンの微少欠は等の変化も高精度に抽出で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１ｍ１（荀１旬は従来のパターン検査装置の原理１ｍ
！明図、１Ｇ２Ｗｔｉ（旬は窓領域の設定例を示す説明
図、１１１２Ｗ山）はパターンの一例の説明図、第２Ｗ
Ｊ（Ｃ）は宮領域を通して見たパターンの説明ｗＪ％第
３ｍは５ｍ１ｔ城の他の設定例を示す説明ｗＪ箋、第４
ｗＪは本発明の一実施例を示すブロック図、第５図は一
次判定結果ブ、ルの説明ｗＪ１第６図は相関−次判定テ
ーブルの一例を示す説明図、第７ｗＡは第４ＷＪに示ｔ
た実施鉤の動作概要を示す流れｗＪＳ第８図は同じく動
作の詳細を示す流れ図−第９Ｗｉは他の動作−例を示す
流れ図、である。 符号説明 １．１・・・・・・パターン、２〜８・川・・サンプリ
ングポイント、２０・・・・・・対象パターン、２１〜
４７・・曲電餉ｍ、ｓｏ・・・・・・対象パターン％５
１・・・・・・ＩＴＶ、１メラ、５２・・・・・・２値
化・−素分割一＠ｓ　５３ｅ５３’・・・・・・特徴抽
出−路、５４．５４’曲・・計数回路、５５・・・・・
・計赦麺記憶−路、５６・・曲−次判定回路、５７・・
・・・・二次判定囲路、５８・・曲相闘判定要否回路、
５９・・・・・・相闘漉算−路、６ｏ・・曲相関−次判
定１ｇＩ絡−６１・・・・・相関二次判定回路、６２・
・曲総合判定−路１６３・・・・・・窓領域発生−路、
６４・・・・・・制御−路、６！Ｓ・・・・・・設定値
記憶−路、６６・・・・・・キーボード 代理人　弁理士　並　木　紹　夫　　　・代理人　弁理
士　松　崎　　　　清 ２２− 第１図 （ｌＬ＋　　　　　　　　　　ｔｂ＞ 第２図 （＾ｌ　　　　　　　１１１１ 第　、）　図 ＩＧ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）検査対象パターンの光学像を走査して時系列の電気
   信号を出力する二次元逐次走査形光電変換装置と１該変
   換装置から得られた前記電気信号を画素分割し２曽化し
   て出力する２値化回路と１前記充電変換装置の視驚内に
   ＊ｔ−の窓領域を設定する手段と、各窓領域に対応する
   前記２健化出力から各電値域内での検査対象パターンの
   成る特徴量を計測する手段と１計測されも各特徴量が所
   定のしきい値範囲内にあるか否かによって各奪領域内で
   の検査対象パターンの良否を判定する一次判定手段と、
   前記窓領域をグループにまとめ、各グループ毎に、属す
   る窓領域の一次判定手段の集合東予め設定された一次判
   定テーブルと比較照合することにより良・否を判定する
   二次判定手段と、を有して成り、該二次判定結果から検
   査層重パターンの良否を判定するようにしたことを特徴
   とするへターン倹量餉筐◇ ２、特許請求の範囲第１項に記載のパターン検査装置に
   おいて１各惣領域毎に計測された前記特徴量を複数の窓
   領域間で相関演算する手段と１かくして得られた相関演
   算結果が所定のしきい値範囲内にあるか否かにより相関
   −次判定を行なう手段と１相関−次判定結果の集合を予
   め設定された相関−次判定テーブルと比較照合すること
   により相関二次判定を行なう手段と、を有して成る相関
   演算・判定手段を備え１前記二次判定結果が否と出たと
   き、前記相関演算・判定手段を起動し、相間二次判定の
   結果から検査対象パターンの良否を判定するようにした
   ことを特徴とするパターン検査装置・