JP2003524158A - 振動の影響を受けずにビデオ捕獲を行う検査装置 - Google Patents

振動の影響を受けずにビデオ捕獲を行う検査装置

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JP2003524158A
JP2003524158A JP2001550697A JP2001550697A JP2003524158A JP 2003524158 A JP2003524158 A JP 2003524158A JP 2001550697 A JP2001550697 A JP 2001550697A JP 2001550697 A JP2001550697 A JP 2001550697A JP 2003524158 A JP2003524158 A JP 2003524158A
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スクネス，ティモシー，エー．
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Abstract

(57)【要約】 振動の影響を受けずにビデオ捕獲を行う検査装置を提供する。 【解決手段】半田ペースト検査装置（２００）に、増強された振動の影響を受けない対策を提供する方法と装置が開示される。この方法と装置は、数個のイメージを素早く獲得する多数の産業に使用することができる。その方法は、データがアレー（図１０，３２，１００）から連続的に読まれる前に、フレーム転送ＣＣＤアレー（図３，３２，図１０，１００）上に少なくとも３つのイメージ（図５，３３，図７，３５，図９，３７；１１１，１１３，１１５；１３１，１３３，１３５）を捕獲することを含む。本方法は、多数のイメージに拡張できる。さらに、マスクされたメモリ領域（３４，１０４）は、フレーム転送ＣＣＤアレー（３２，１００）のイメージ領域（３０，１０２）より大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 この発明は、物体の表面から反射される光の光学的計測を用いて、物体の表面
の輪郭を測定することに関する。特に、この発明は、そのような光学的計測のた
めに、表面プロフィルメトリ（表面粗さの測定；surface profilometry）におい
て使用される、イメージを取得する方法および装置に関する。本発明は、回路基
板の組立工程の間に、電気回路板上に設けられた半田ペーストを検査するのに特
に有用である。
【０００２】 発明の背景 分離した電子部品と同様に電子集積回路を搭載する回路基板は、よく知られて
いる。回路基板の基体には、予め決められた導体通路と、集積回路チップ、抵抗
器またはコンデンサのような電子部品のリード線を受け止めるためのパッドが用
意されている。回路基板の組立の工程において、半田ペーストの塊は基体の上の
適切な位置に設けられる。半田ペーストは、通常、基体の上にスクリーンを置き
、スクリーンの開口を通して半田ペーストを塗り、スクリーンの表面からはみ出
る余分な半田ペーストを拭き取り、基体からスクリーンを取り除くことによって
、基体に設けられる。回路基板の電子部品は、それから、好ましくは摘んで設置
する機械（pick and place machine）を用いて、前記基体上に位置付けられる。
この時、電子部品のリード線は、それらの適切な半田ペーストの塊の上に置かれ
る。回路基板は、全ての部品が基体に位置付けられた後、半田ペーストを溶かす
ために炉の中を通される。、これにより、部品と基体との間に機械的接続と同様
に電気的接続が形成される。
【０００３】 半田ペーストの塊のサイズおよびそれらが基体上に置かれるべき精密さは、電
子工業における小型化の増進と共に、ますます小さく、また厳しくなってきてい
る。半田ペーストの塊の高さは、直径２００ミクロンほどに小さく、高さは１０
０ミクロン程である。半田ペーストの塊の高さは、時々、設計された高さの１パ
ーセント以内と計測されなければならない。２つの隣接した半田ペーストの塊の
それぞれの中心間の間隔は、３００ミクロンほどの小ささである。半田ペースト
の塊が小さ過ぎると、電子部品のリード線と回路基板基体のパッドとの間で、電
気接続がうまくいかない結果になる可能性がある。逆に、半田ペーストの塊が大
き過ぎると、部品のリード線間が橋渡しされて短絡接続が起きる結果になる可能
性がある。
【０００４】 １つの回路基板を製造するのに、数千ドルさらには数万ドルもの費用がかかる
ことがある。組立工程の終了後の回路板の検査では、半田ペーストの位置付けや
部品のリード線接続のエラーが検出されるが、しばしば、欠陥のある基板の救済
策は、基板の廃棄になる。従って、回路基板が組み立て工程中に検査され、不適
切な半田ペーストの位置付けが基体の上に電子部品が置かれる前に検出されるこ
とが肝要である。そのような、工程中の半田検査は、高価な部品がまだ回路基板
上に置かれていないので、廃棄にかかる費用を削減する。
【０００５】 半田ペーストの検査の間に測定される１つの重要な特徴は、それぞれの半田の
塊の高さである。一度半田の高さが分かり、半田層の境界線が位置付けられると
、ペースト層の体積もまた計算される。半田の塊の高さを測定する１つの方法は
、フェーズプロフィルメトリ（phase profilometry）として知られる技術を使う
ことによるものである。いくつかのタイプのフェーズプロフィルメトリには、興
味のある物体の上に、光のパターンを少なくとも３つのフェーズ（phases）で投
写してそれらのイメージを取得し、それから該３つの取得されたイメージの関数
として該物体の表面の輪郭を計算するものがある。３つまたはそれ以上のイメー
ジを使用するフェーズプロフィルメトリの１つの特定の方法および装置は、「表
面プロフィルメトリの方法および装置」と名付けられた米国特許第４，６４１，
９７２号の中で開示されている。しかしながら、該４，６４１，９７２号特許の
方法および装置は、システムの振動に影響を受けやすい。そのような影響によっ
て、該４，６４１，９７２号特許の中で開示されているシステムは、大きな振動
環境の中での工業的応用に不適切なものとなる。
【０００６】 それぞれの投写パターンに連続して露光されている間、表面の特徴部（例えば
半田の塊）が既知の位置に実質的にあるという前提で、プロフィルメトリシステ
ムが成り立つとき、振動を免れることは、該プロフィルメトリシステムにとって
非常に重要である。自動化された電子機器組立ラインは、しばしば比較的大きな
振動を発生する。ペーストを設置した後であって部品を配置する前に、すぐに半
田ペーストを検査できるように、組立ラインの中に、半田ペースト検査機械を設
けることが一般に所望されている。しかしながら、半田ペースト検査機械と他の
機械の近接は、振動を導き、半田ペースト検査に悪影響を及ぼすことがある。例
えば、（半田の塊のような）回路基板の表面の特徴部が振動するとき、該特徴部
は、最初に投写された光のパターンでイメージ形成されたときはある場所に現れ
、引き続いて投写された光のパターンでイメージ形成されたときは別の場所に現
れる。そして、その結果得られる表面の高さマップにエラーが生ずる。
【０００７】 それゆえ、表面プロフィルメトリの分野にとって、連続して取得されるイメー
ジ間の制御されない変位を最小にすることが重要である。仮に、全ての必要なイ
メージを約１ｍ（ミリ）秒かそれ以下で取得することができたら、それらのイメ
ージは、実際、ほとんどの工業環境における振動に影響を受けないであろう。そ
のことは、表面の振動が１ｍ秒でははっきりと感知できるほどに伝搬しないとい
う事実によってもたらされる。
【０００８】 光学的検査のために電子的にイメージを取得する１つの方法は、フレーム転送
電荷結合装置（ＣＣＤ）アレーを使うものである。フランスのトンプソン−シー
エスエフ セミコンダクタ スペコフィクス（Thompson-CSF Semiconducteurs S
pecofiques）から提供されているModel THX 7887Aは、そのような装置の１つで
ある。フレーム転送ＣＣＤアレーは、メモリ領域とイメージ領域とを含む感光性
の半導体装置であり、メモリ領域に蓄積されたイメージが読み出される一方で、
他のイメージが該イメージ領域に捕獲される。これらの従来のアレーは２つのイ
メージをすばやく獲得できるように構成されてはいるが、それらは、進歩したシ
ステムにおいて必要とされる３つのイメージを獲得することはできない。
【０００９】 このため、検査装置とそれに関連する方法には、実質的に振動に影響を受けな
い工業的なプロフィルメトリシステムを提供するために、約１ｍ秒の周期以内で
３つもしくはそれ以上の連続したイメージを取得することができるようにする必
要がある。
【００１０】 発明の要約 半田ペースト検査装置に、増強された振動の影響を受けない対策を提供する方
法と装置が開示される。この方法と装置は、数個のイメージを素早く獲得する多
数の産業に使用することができる。その方法は、データがアレーから連続的に読
まれる前に、フレーム転送ＣＣＤアレー上に少なくとも３つのイメージを捕獲す
ることを含む。本方法は、多数のイメージに拡張できる。さらに、マスクされた
メモリ領域は、フレーム転送ＣＣＤアレーのイメージ領域より大きくすることが
できる。
【００１１】 図面の簡単な説明 図１は、新しい半田ペースト検査装置の概略図である。 図２は、フレーム転送ＣＣＤアレーからイメージを獲得し、読出す方法のブロ
ック図である。 図３は、従来のフレーム転送ＣＣＤアレーの概略図である。 図４は、図３のアレーを用いて３つのフリンジ（縞）パターンを取得する方法
のブロック図である。 図５〜図９は、図４に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転
送ＣＣＤアレーを示す。 図１０は、フレーム転送ＣＣＤアレーの概略図である。 図１１は、３つのフリンジパターンの映像を取得する方法のブロック図である
。 図１２〜図１６は、図１１に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレ
ーム転送ＣＣＤアレーの状態を説明する図である。 図１７は、従来のフレーム転送ＣＣＤアレーで３つのフリンジパターンのイメ
ージを取得する方法のブロック図である。 図１８〜図２３は、図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送
ＣＣＤアレーの状態を説明する図である。
【００１２】 詳細な説明 図１は、半田ペースト検査装置２００の概略図である。装置２００は、有用な
本発明の一実施形態の単に一例の典型的なペースト検査装置にすぎない。当業者
は、本発明の一実施形態が他のタイプの検査装置でも有用であり、そのような実
施形態が容易に予期できることを認識するであろう。
【００１３】 装置２００は、プロセッサ２０２とセンサ装置２０１を含む。センサ装置２０
１は投写器２０３と、イメージ形成装置２０６を含む。投写器２０３は、照明器
２１０，グレーティング（grating）２１２，および光学装置２１４を含む。照
明器２１０は、パルス化されたレーザや閃光ランプのような、短期間の光パルス
を供給できるいかなる光源であってもよい。グレーティング２１２は、それを通
る光にあるパターンを与え、光学装置２１４は回路基板２１８上の特徴部２１６
に、前記パターン化された光を収束する。イメージ形成装置２０６は、フレーム
転送ＣＣＤアレー２２０に特徴部２１６のイメージを収束する光学装置２１９を
含んでいる。プロセッサ２０２は、回路基板２１８上の特徴部２０６を照射する
ために、投写器２０３をトリガするように、投写器２０３に結合されている。セ
ンサ装置２０１は、特徴部２１６に異なるフェーズのパターン化されたイメージ
を投写するのに適した構成にされている。
【００１４】 センサ装置２０１は、多数のパターンに露光されている間に、特徴部２１６の
イメージを取得できる構成にされている。この結果、取得された各イメージは、
異なるフェーズに相当することになる。ＣＣＤアレー２２０は、取得されたイメ
ージを表すデータをプロセッサ２０２に提供し、該プロセッサ２０２は該取得さ
れたイメージに基づいて特徴部２１６の高さマップを計算する。高さマップは、
体積の計算やブリッジの検出のような、多くの検査基準に役立つ。
【００１５】 図２は、フレーム転送ＣＣＤを利用した１つの方法を示すブロック図である。 フレーム転送ＣＣＤアレーは、イメージセンサとして、またアナログ蓄積装置
としての働きをする。イメージは、（図３に示されているように）イメージ領域
３０上に露光され、該露光により形成された電荷は、１列につき約０．８μ（マ
イクロ）秒でマスクされたメモリ領域３４へ垂直に電子的にシフトされる。第１
のイメージ領域を構成する多数のピクセルから、全ての電荷が一旦メモリ領域に
シフトされると、次の露光が開始できる。その方法は、図２のブロック１０で開
始し、このブロックでは、（図３に示されているように）ＣＣＤアレー３２の感
光性領域３０が、しばらくの間露光される。ここで使用される光は、紫外部から
赤外部までの電磁波エネルギを意味する。ＣＣＤアレー３２中のピクセルの感光
性の２次元アレーは、露光により電荷パケットを生成する。ＣＣＤアレー３２は
また、光からマスクされるメモリ領域３４も含んでいる。好ましくは、イメージ
領域は１０２４×１０２４ピクセル、メモリ領域は１０２４×１０２４ピクセル
である。ブロック１４では、消灯されるか、機械的シャッターによって、余分な
光がＣＣＤアレー３２のイメージ領域に達するのを妨げられる。ブロック１６で
は、イメージ領域内およびメモリ領域内に蓄積されたイメージの各ラインが１ラ
イン下にシフトするように、クロック信号φIとφMが、メモリ領域とイメージ領
域にも供給される。一度に１ラインづつイメージ領域３０をシフトする過程にお
いて、イメージ領域３０の先頭のラインは、リセットされるか、“黒レベル（bl
ack Level）”ピクセルで満たされる。さらに、ＣＣＤメモリ領域３４の一番下
のラインは、水平シフトレジスタ３６の中に転送される。ブロック１８では、水
平シフトレジスタ３６の内容がビデオ増幅器３８に直列的に読み出される。ブロ
ック２０では、イメージの全てのラインがメモリ領域に蓄積されたかどうか、ま
た、メモリ領域の内容が全て読み出されたかをチェックする。それらがなされて
いない場合は、ブロック１６に戻る。しかし、イメージ領域の全てのラインがメ
モリ領域に蓄積されたら、制御はブロック１０に戻り、そこでイメージ領域がも
う一度露光される。
【００１６】 典型的な水平シフトレジスタクロックφHの周期は、商業上利用可能な装置と
しては、約５０ナノ秒である。水平シフトレジスタから１つのイメージを表す１
，０２４ピクセルを連続して読み出すのに、約５１μ秒かかる。さらに、典型的
なメモリ領域クロックφMと、イメージ領域クロックφIは、約８００ナノ秒であ
る。従って、一度全イメージ形成期間が終了すると、メモリ領域からビデオデー
タをクロックで読み出し、イメージ領域をメモリ領域にシフトさせるのに約５３
ｍ秒かかる。１つのイメージに５３ｍ秒要することは、３またはそれ以上のイメ
ージを１ｍ秒で処理するという目標よりも著しく長く、そのような従来の方法は
、データ取得に振動の影響を受けやすい。
【００１７】 図４は、従来のフレーム転送ＣＣＤ装置を用いて、３組のフリンジパターンイ
メージを取得する方法のブロック図である。この方法はブロック４０で始まり、
（図５に示されているように）ＣＣＤアレーのイメージ領域がφRSTを用いてリ
セットされる。このリセットによって、システムのリセットの間に蓄積された望
ましくない電荷が放電されることになる。ブロック４１では、照明器は、イメー
ジ領域３０を最初のフリンジパターンイメージに露光すべく、発光される。興味
のある表面を照明する他の方法も使用されることができる。例えば、ＣＣＤアレ
ーを覆う機械的シャッタもまた、アレーを一様な光源をもつ照明に露光すること
ができる。この露光されたイメージは、代表的な半田ペーストイメージとして、
図５に符号３３で示されている。斜線４４は、正弦フリンジ（sinusoidal fring
es）が半田ペースト層を横切る所で歪められている該正弦フリンジのピークを表
す。好ましくは、照明期間は約２０μ秒である。図４を参照すると、この方法は
ブロック４２に移り、そこでは高速イメージ転送が、イメージ領域３０からメモ
リ領域３４へ電荷パケットを転送するために、φIとφMをＨ回クロッキング（cl
ocking）することにより実行される。Ｈは図３に示されており、好ましくは１０
２４である。この高速転送には約８００μ秒かかる。また、この高速転送は、使
用されるＣＣＤアレーの最大クロック速度により制限される。ブロック４２の結
果は図６に示されており、ここでは、取得されたイメージがＣＣＤアレー３２の
マスクされたメモリ領域３４へ転送される。そして、メモリ領域３４は第１のフ
リンジパターンイメージをホールドし、イメージ領域３０はリセットされる。
【００１８】 図４を参照すると、ブロック４３では、照明器がイメージ領域３０を第２のフ
リンジパターンイメージに露光するために再度パルス化される。これにより、第
２のフリンジパターンイメージがイメージ領域３０にホールドされ、第１のフリ
ンジパターンイメージは、マスクされたメモリ領域３４にまだホールドされてい
る。ブロック４３は好ましくは約２０μ秒かかり、その結果、符号３５を付けら
れた第２のイメージが、図７に示されているように、イメージ中に蓄積される。
イメージ３５中のフリンジがイメージ３３中のフリンジに関してシフトされてい
ることに注意をするべきである。そのフェーズシフトは好ましくは１２０°
であるが、他のシフトも使用することができる。図４を参照すると、該方法はブ
ロック４５に進む。ここでは、電荷パケットを水平シフトレジスタ３６からシフ
トし、その後１回につきイメージとメモリ領域を１ラインシフトダウンするとい
う以前に説明した処理が行われる。ブロック４５は、第１のフリンジパターンイ
メージが水平シフトレジスタ３６から読み出され、第２のフリンジパターンイメ
ージがメモリ領域３４に蓄積されるまで続けられる。これには、図２に関して上
述したように、約５３ｍ秒かかる。図８は、ブロック４５が完了した時の結果を
示す。ブロック４５が完了すると、ブロック４７で照明器が再度発光され、第３
のイメージがＣＣＤアレー３２のイメージ領域３０中に取得される。この最後の
処理には約２０μ秒かかり、ブロック５２の結果は、符号３７が付けられた第３
のイメージとして図９に示されている。イメージ３７中のフリンジはイメージ３
５のそれに関して１２０°シフトされていることに注意すべきである。ブロ
ック４９では、ＣＣＤアレー３２の全部の内容が繰り返しシフトダウンされ、イ
メージ３５と３７の両方が読み出されてしまうまでシフトレジスタ３６から読ま
れる。ブロック５１では、３つのイメージ３３，３５，３７が、イメージ化され
た特徴部の高さマップを計算するのに使用される。代表的な時間が表１に下記の
ように示されている。
【００１９】
【表１】
【００２０】 図４に示されている方法を要約すると、全３組のフリンジパターンイメージは
約５４ｍ秒で取得される。第２および第３のフリンジパターンイメージを読み出
すのにさらに約１０６ｍ秒かかる。しかし、振動に対するシステムの不感を決定
する１つの重要なパラメータは、全３組のフリンジパターンイメージに対する取
得時間である。勿論、５４ｍ秒は、前記のように、約１ｍ秒以下でイメージを取
得する目標には遅すぎる。
【００２１】 図４に示される方法の実行のために必要な種々の時間の検討により、イメージ
領域３０からメモリ領域３４への高速イメージ転送が、１つのイメージの全電荷
パケットを水平シフトレジスタ３６から読み出す速さの約６０倍であることが明
らかになった。このように、全３組のフリンジパターンイメージの取得時間を劇
的に減少させることは、従来のフレーム転送ＣＣＤアレーアーキテクチャを図１
０に示されているものに変えることにより実現される。
【００２２】 図１０は、本発明の一実施形態によるＣＣＤフレーム転送アレー１００の概略
図である。ＣＣＤアレー１００は、イメージ領域１０２，メモリ領域１０４，お
よび水平シフトレジスタ１０６を含む。イメージ領域１０２とメモリ領域１０４
は理想的な幅を有するが、メモリ領域１０４は領域１０２の２倍の高さ（Ｈ）を
持つことに注意すべきである。好ましくは、ＨとＷは各１０２４である。メモリ
領域１０４は、複数の完全に取得されたイメージを蓄積することができる。
【００２３】 図１１は、３以上のフリンジパターンイメージを素早く取得する方法である。
該方法はブロック１０８で始まり、そこではＣＣＤアレー１００のイメージ領域
１０２が信号φRSTを用いてリセットされる。ブロック１１０では、照明器がイ
メージ領域１０２を第１のフリンジパターンに露光するべく発光される。ブロッ
ク１１０の結果は図１２に示されている。ここでは、第１のイメージ１１１がＣ
ＣＤアレー１００のイメージ領域１０２に蓄積されている状態が示されている。
図１１を参照すると、イメージ１１１が取得された後、制御はブロック１１２へ
進む。ここでは、高速のイメージ転送が、φIおよびφMを共に１，０２４個クロ
ッキングすることにより実行され、第１のフリンジパターンのイメージ１１１が
メモリ領域１０４の上半分に転送される。この転送は、好ましい実施形態では、
約８００μ秒かかる。ブロック１１２の結果は、図１３に示されている。イメー
ジ１１１がメモリ領域１０４の上半分に一度転送されると、制御はブロック１１
４に移る。ここでは、イメージ領域１０２は、他のフリンジパターンイメージに
露光される。好ましくは、ブロック１１４において、イメージ領域１０２が露光
される前に、リセットが、イメージ１１１を取得する以前にイメージ領域１０２
を正確な状態に置くために、行われる。ブロック１１４は、この実施形態では、
約２０μ秒かかる。ブロック１１４の結果は、図１４に示されている。ここでは
、第２のフリンジパターンイメージ１１３がＣＣＤアレー１００のイメージ領域
１０２に蓄積される。第２のイメージ１１３が取得されると、制御はブロック１
１６に進む。ここでは、高速イメージ転送がφIおよびφMを共に１，０２４個ク
ロッキングすることにより実行され、第１のフリンジパターンイメージ１１１が
メモリ領域１０４の下半分へ転送されると同時に、第２のフリンジパターンイメ
ージ１１３がメモリ領域１０４の上半分に転送される。ブロック１１６の高速転
送には、本実施形態では、約８００μ秒かかる。ブロック１１６の結果は図１５
に示されている。この図は、ＣＣＤアレー１００のメモリ領域１０４に蓄積され
る第１および第２のフリンジパターンイメージ１１１，１１３を示す。ブロック
１１６が実行されると、制御はブロック１１８へ移行する。ここでは、イメージ
領域のリセットが、第３のフリンジパターンイメージ１１５を取得するために、
イメージ領域１０２が再度露光される前に実行される。ブロック１１８は、好ま
しくは、実行のために、２０μ秒かかり、図１６に示されているように、イメー
ジ蓄積される。ブロック１２０では、イメージ１１１、１１３，おおび１１５は
、１回に１ラインずつ読み出され、全３イメージが読み出されてしまうまで、シ
フトレジスタ１０６から読まれる。ブロック１２１では、３つのイメージが特徴
部の高さマップを計算するために使用される。図１１に示されている方法の種々
のステップに対する実行の要約が表２に以下のように示されている。
【００２４】
【表２】
【００２５】 表２に示される全イメージ取得時間は、重要な改良を示しており、１ｍ秒の前
記目標にかなり近づいており、穏やかな振動の環境下では十分である。
【００２６】 商業的に利用されているフレーム転送ＣＣＤアレー（図３参照）上に３つのフ
リンジパターンイメージを素早く捕獲する方法が、図１７に示されている。該方
法は、イメージ領域３０がリセットされるブロック１２９で開始する。ブロック
１３０では、照明器が従来のＣＣＤアレー３２のイメージ領域３０を第１のフリ
ンジパターンイメージ１３１に露光するために発光される。このステップは、一
般的に、約２０秒かかる。第１のフリンジパターンイメージ１３１が取得される
と、制御は１３２へ移行する。ここでは、高速イメージ転送がφＩおよびφＭを
共に５１２個クロッキングすることにより実行され、第１のフリンジパターンイ
メージ１３１が長さＨ／２のフレーム転送ＣＣＤアレー３２のメモリ領域３４に
シフトダウンされる。ブロック１３２の結果は図１８に示されており、ここでは
、第１のフリンジパターンイメージ１３１の下半分がメモリ領域３４の上半分に
転送される。この転送には、約４００μ秒かかる。
【００２７】 図１７を参照すると、ブロック１３２に記述されている高速転送の完了後、制
御はイメージ領域３０がリセットされるブロック１３８へ移る。ここでは、リセ
ットクロックラインφRSTをクロッキングすることにより行われ、イメージ領域
３０中の全てのデータがクリアされるが、メモリ領域３４中のデータはクリアさ
れない。イメージ領域がブロック１３８で一旦リセットされると、第１のフリン
ジパターンイメージ１３１の一部のみがメモリ領域の上半分に存在することにな
る。この段階は、図１９に示されている。事実上、第１のフリンジパターンイメ
ージの上半分が消去される。このリセットステップは約２μ秒かかる。図１７を
参照すると、リセットの完了後に、制御はブロック１４０に移行し、ここで、照
明器は該イメージ領域を第２のフリンジパターンイメージ１３３に露光するため
に再度発光される。このイメージ取得に約２０μ秒かかる。ブロック１４０の結
果は図２０に示されている。第２のフリンジパターンイメージ１３３が取得され
ると、他の高速転送がφIおよびφMを共にクロッキングすることにより実行され
、ブロック１４２に示されているように、第２のフリンジパターンイメージをそ
の半分すなわちＨ／２の長さだけシフトダウンする。この時点で、第１のフリン
ジパターンの下半分がメモリ領域３４の下部になり、第２のフリンジパターン１
３３の下半分がメモリ領域３４の上半分になる。この転送には、約４００μ秒か
かり、その結果は図２１に示されている。ブロック１４２の高速転送が完了する
と、フレーム転送ＣＣＤアレー３２のイメージ領域３０はφRST をクロッキング
することによりリセットされ、第２のフリンジパターンイメージの上半分が実質
的に消去される。第２のリセットの結果は、図２２に示されている。ブロック１
４４が完了すると、制御はブロック１４６に移行し、ここで、イメージ領域３０
は第３のフリンジパターンイメージ１３５に露光される。これには、約１００μ
秒かかり、その結果は図２３に示されている。ブロック１４８では、３つのイメ
ージの全てがＣＣＤアレー３２から読まれる。イメージ化された特徴部の高さマ
ップは、イメージ１３１，１３３および１３５に基づいてブロック１５０で計算
される。
【００２８】 色々なステップのサンプル時間は、以下に表３で示されている。
【００２９】
【表３】
【００３０】 図１７に示されている方法が実行された後では、サイズＷ×Ｈ／２の３つのフ
リンジパターンイメージが、従来のフレーム転送ＣＣＤアレーを用いて約１ｍ秒
の時間スパン以内に捕獲されることになる。最後の３つのフリンジパターンイメ
ージは、幅が１，０２４ピクセル、高さが５１２ピクセルのサイズである。これ
は、上記した振動の影響を受けないものを提供するという時間の目標を満足して
いる。フリンジパターンイメージは、それから、Ｗ×Ｈ／２のサイズの３つのフ
リンジパターンイメージの全てが読み出されるまで、イメージおよびメモリ領域
を１回に１ラインずつシフトダウンし、クロッキングすることによって、電荷パ
ケットが水平シフトレジスタから読み出される。
【００３１】 本発明の方法を正しく実行するためには、フレーム転送ＣＣＤアレー３２は、
以前に蓄積装置またはメモリ３４に転送されたデータを乱すことなくイメージ領
域３０をリセット（イメージ空間３０の非同期リセット）できるようにするべき
である。イメージ領域が第１および第２のフリンジパターンイメージに露光され
た後には、これらのイメージは共にメモリ領域３４内にある。該イメージは、次
の露光が起きる前に、第１および第２のフリンジイメージパターンの上半分から
クリアされるべきである。イメージ領域を非同期にリセットする能力がない場合
に、イメージ領域をクリアする唯一の方法は全部のイメージをメモリ領域内に完
全にシフトすることである。これは、第１のフリンジパターンイメージをメモリ
領域から“押し出す（pushing）”という逆効果を起こすであろう。
【００３２】 本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本発明の精
神および範囲を逸脱することなしに、種々の変更が形態および細部においてでき
ることを認識するであろう。例えば、本発明は３つのイメージを取得することに
関連して記述されたが、商業的に利用できるフレーム転送ＣＣＤアレーで、３つ
のイメージ以上を素早く捕獲するように拡張可能である。また、例えば、高速に
４つのイメージを連続的に捕獲するために、高速イメージ転送ステップは、イメ
ージ領域のリセット動作の前に、第１の３つのイメージを、Ｈ／３だけシフトす
る。これにより、Ｗ×Ｈ／３のサイズの４つのイメージを素早く捕獲できるよう
になる。
【００３３】 さらに、本発明は、前記したある機能を達成するために、特定の信号を使用す
ることに限定されないことを当業者は理解するべきである。例えば、前記したの
と実質的に同じ原理で動作する他のＣＣＤフレーム転送アレーが本発明に同様に
適用できる。最後に、本発明の方法と装置は、例えば、高速で移動する物体の高
速写真のような、限定された時間内に多数のイメージの取得を必要とする目的に
も利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 新しい半田ペースト検査装置の概略図である。
【図２】 フレーム転送ＣＣＤアレーからイメージを獲得し、読出す方法のブロック図で
ある。
【図３】 従来のフレーム転送ＣＣＤアレーの概略図である。
【図４】 図３のアレーを用いて３つのフリンジ（縞）パターンを取得する方法のブロッ
ク図である。
【図５】 図４に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレー
を示す。
【図６】 図４に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレー
を示す。
【図７】 図４に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレー
を示す。
【図８】 図４に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレー
を示す。
【図９】 図４に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレー
を示す。
【図１０】 フレーム転送ＣＣＤアレーの概略図である。
【図１１】 図１１は、３つのフリンジパターンの映像を取得する方法のブロック図である
。
【図１２】 図１１に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレ
ーの状態を説明する図である。
【図１３】 図１１に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレ
ーの状態を説明する図である。
【図１４】 図１１に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレ
ーの状態を説明する図である。
【図１５】 図１１に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレ
ーの状態を説明する図である。
【図１６】 図１１に示される方法を実行する間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレ
ーの状態を説明する図である。
【図１７】 図１７は、従来のフレーム転送ＣＣＤアレーで３つのフリンジパターンのイメ
ージを取得する方法のブロック図である。
【図１８】 図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレーの状態
を説明する図である。
【図１９】 図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレーの状態
を説明する図である。
【図２０】 図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレーの状態
を説明する図である。
【図２１】 図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレーの状態
を説明する図である。
【図２２】 図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレーの状態
を説明する図である。
【図２３】 図１７に示される方法の間の様々な段階でのフレーム転送ＣＣＤアレーの状態
を説明する図である。
【符号の説明】
２００……半田ペースト検査装置、２０１……センサ装置、２０２……プロセ
ッサ、２０３……投写器、２０６……イメージ形成装置、２１０……照明器、２
１２……グレーティング（grating）、２１４……光学装置、２１６……特徴部
、２１８……回路基板、２１９……光学装置、２２０……フレーム転送ＣＣＤア
レー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｅ 5/335 Ｋ Ｆターム(参考） 2F065 AA24 AA53 BB05 CC26 DD14 FF06 FF42 HH07 HH12 JJ03 JJ09 JJ26 LL30 NN01 QQ12 QQ24 QQ37 2G051 AA65 AB07 AB20 BC03 CA03 CB01 EA12 EA14 EA30 ED01 5B047 AA12 BB04 BC14 BC23 CA04 CA23 DC13 5C022 AA01 AB15 AB64 AC52 AC69 5C024 CY25 EX13 EX31 GY03

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フレーム転送ＣＣＤアレーを用いて少なくとも２つのイメージ
    を取得する方法であって、該方法は、 ａ）対象物を照明し、アレーのイメージ空間上に第１のイメージを取得すること
    、 ｂ）前記第１のイメージの少なくとも一部を前記アレーのメモリ領域にシフトす
    ること、 ｃ）前記アレーのイメージ領域をリセットすること、および、 ｄ）前記対象物を照明し、前記アレーのイメージ空間上に第２のイメージを取得
    することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも２つのイメージが約１ｍ（ミリ）秒以内に取得され
    る請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 対象物の高さが、少なくとも２つのイメージに基づいて計算さ
    れる請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 請求項３の方法を実行する半田ペースト検査装置。
  5. 【請求項５】 請求項１の方法を実行する半田ペースト検査装置。
  6. 【請求項６】 前記照明が可視スペクトル内である請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 フレーム転送ＣＣＤアレーが、 高さ（Ｈ）および幅（Ｗ）をもつイメージ空間と、 該イメージ空間から電荷パケットを受信するように適合されたマスクされたメ
    モリ空間からなり、 該マスクされたメモリ空間が、該イメージ空間の幅（Ｗ）と同じ幅を有し、該
    イメージ空間の高さ（Ｈ）の整数倍であるメモリ高さを持つフレーム転送ＣＣＤ
    アレー。
  8. 【請求項８】 表面特徴部上の少なくとも３つのフリンジパターンイメージを
    取得する方法であって、該方法が、 フレーム転送ＣＣＤアレー内に、少なくとも第１、第２、および第３のフリン
    ジパターンイメージを連続的に取得すること、および、 その際に、いかなるデータがＣＣＤアレーから読み出される以前に、全てのイ
    メージが取得される方法。
  9. 【請求項９】 全てのイメージが約１ｍ秒以内に取得される請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 幅Ｗと高さＨのイメージ空間とメモリ空間とをもつフレーム
    転送ＣＣＤアレーで、特徴部の３つのフリンジパターンイメージを取得する方法
    であって、 該方法が、 ａ）第１のフリンジパターンで特徴部を露光し、該イメージ空間上にその第１の
    イメージを取得すること、 ｂ）Ｈ／２の長さに相当する距離だけ第１のイメージをシフトすること、 ｃ）前記アレーのイメージ領域をリセットすること、 ｄ）第２のフリンジパターンで前記特徴部を露光し、前記イメージ空間上にその
    第２のイメージを取得すること、 ｅ）Ｈ／２の長さに相当する距離だけ第２のイメージをシフトすること、 ｆ）前記アレーのイメージ領域をリセットすること、 ｇ）第３のフリンジパターンで前記特徴部を露光し、前記イメージ空間上にその
    第３のイメージを取得すること、および、 ｈ）前記アレーから、前記第１、第２、および第３のイメージをシフトすること
    からなる方法。
  11. 【請求項１１】 第１、第２および第３のイメージの各々が、実質的に、Ｗ×
    Ｈ／２のサイズをもつ請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 前記ステップａ）からｈ）が、約２ｍ秒の時間周期内に行わ
    れる請求項１０の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ステップａ）からｈ）が、約１ｍ秒の時間周期内に行わ
    れる請求項１２の方法。
  14. 【請求項１４】 特徴部の高さが、前記第１、第２、および第３のイメージに
    基づいて計算される請求項１０の方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１０の方法を実行する半田ペースト検査装置。
  16. 【請求項１６】 前記メモリ領域とイメージ領域が、実質的に同じサイズであ
    る請求項１０の方法。
  17. 【請求項１７】 イメージ領域とメモリ領域とを有するフレーム転送ＣＣＤア
    レーで、表面特徴部上の少なくとも３つのビデオイメージを捕獲する方法であっ
    て、該方法が、 ａ）表面特徴部上に照明を投写するために、照明光源を励起すること、 ｂ）前記イメージ領域中にイメージを取得すること、 ｃ）前記イメージ領域の高さの割合に等しい量だけ前記イメージ領域およびメモ
    リ領域の内容を転送すること、 ｄ）前記ＣＣＤアレーのイメージ領域をリセットすること、 ｅ）ステップａ）からｃ）までを前記割合の逆数に等しい回数繰り返し、ステッ
    プａ）からｃ）までの各繰り返しの間にステップｄ）を実行することからなり、 前記割合の逆数が、１より大きい整数である方法。
  18. 【請求項１８】 前記メモリ領域とイメージ領域が実質的に同じサイズである
    請求項１７の方法。
  19. 【請求項１９】 幅Ｗと高さＨを持つイメージ空間と、幅Ｗと高さ２Ｈを持つ
    メモリ空間を有するフレーム転送ＣＣＤアレーで、特徴部の３つのフリンジパタ
    ーンイメージを取得する方法であって、該方法が、 ａ）第１の光フリンジパターンで前記特徴部を露光し、その第１のイメージを前
    記イメージ空間上に取得することと、 ｂ）第１のイメージを前記メモリ空間に完全にシフトすることと、 ｃ）第２の光フリンジパターンで前記特徴部を露光し、その第２のイメージを前
    記イメージ空間上に取得することと、 ｄ）第２のイメージを前記メモリ空間に完全にシフトすることと、 ｅ）第３の光フリンジパターンで前記特徴部を露光し、その第３のイメージを前
    記イメージ空間上に取得することと、 ｆ）前記第１、第２および第３のイメージを、前記アレーからシフトすることか
    らなる方法。
  20. 【請求項２０】 表面上の特徴物の高さを測定する光学装置であって、 該装置が、 前記特徴部上に光パターンを３度投写し、各投写が前記光パターンの異なるフ
    ェーズを有する、前記特徴部の上に光パターンを連続的に投写する投写装置と、 各イメージが前記異なるフェーズの１つに相当する前記特徴部の３つのイメー
    ジを取得する手段と、 前記３つのイメージの関数として前記特徴部の高さを計算するプロセッサとか
    らなる装置。
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