JP5890953B2

JP5890953B2 - 検査装置

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Publication number: JP5890953B2
Application number: JP2013202854A
Authority: JP
Inventors: 健史新井; 有以三宅
Original assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Current assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: JP2014130130A

Description

本発明は、新規な検査装置に関する。

検査装置の１例として、はんだ印刷検査装置を挙げることができる。
はんだ印刷検査装置に関して、例えば特許文献１では、２次元画像を取得するために赤（以下、「R」という。）、緑（以下、「G」という。）、青（以下、「B」という。）のLED光を用い、３次元画像を取得するためにレーザ光を用いている。LED光、レーザ光に対し、それぞれ撮像領域を撮像素子に用意し走査させることにより、２次元画像、３次元画像を同時に取得し２次元画像、３次元画像について同時に検査を行っている。

特許文献１のはんだ印刷検査装置を実現する手段の一つとして、特許文献２のライン照明装置を用いることができる。このライン照明装置は、２次元画像取得用のR，G，Bの各色を、撮像素子の撮像領域に対応した撮像対象の撮像範囲に対しR，G，Bの色同士が干渉しないように照射している。

上述したように、特許文献１では、撮像対象の撮像範囲にそれぞれ照明光を照射しなければならない。そのため、特許文献２の照明装置を用い、撮像対象の撮像範囲のそれぞれに照明光を照射している。それらの照明光は、互いに干渉することのないよう、光学系を用いて集光されライン光となっている。

特開２０１１−０８９９３９号公報特開２０１１−１４５２２９号公報

しかしながら、上述した従来の検査装置では、はんだ印刷検査装置の照明の指向性から、照射面にて、ソルダーレジストの切欠き部分のエッジにて、明るさによっては、パッドやはんだと識別が困難な領域が発生する場合があり、はんだ量の計測が不安定となる。

また、LEDライン照明、リング照明の双方において、はんだ撮像時に、はんだからにじみ出てきたフラックスの表面において、はんだであるかはんだでないか識別が困難な領域が発生する場合がある。

上記の識別が困難な領域が画像処理のノイズ成分となる問題とは別に、レベラー処理された基板の検査について、通常のリング照明や、ライン照明、垂直落射照明では、銀色のパッドと銀色のはんだで同じような明るさと色相に撮像されてしまい、識別が困難な領域が発生する場合がある。この場合、はんだ量の計測が困難になるという問題点がある。

はんだ印刷検査装置では、ソルダーレジストの切欠き部分のエッジやフラックスのにじみの存在は検査対象の製品特性上必ず存在し、レベラー処理された基板でのはんだ量の計測の必要性もある。

一方、特許文献１では、照明の照射方式が、撮像対象の撮像範囲にほかの色（波長）の照明光が干渉しない様に、かつ照射死角を少なくするため、ライン形状の照明光を前後の2方向からの照射としている。しかし、ライン形状の2方向からの照射光の場合、完全な全周照射とはならず、前後照明のつなぎ目付近で、局所的だが照射死角が発生してしまうという問題点がある。

また、カラー画像を撮像する中で、撮像対象の反射率が部分的に異なるために、識別が困難な領域が発生する場合があり、または暗くて映らない部分が発生する場合がある。この対策として、露光時間を変えて2回以上撮像し、暗い部分もしくは識別が困難な領域を補完する手法がある。しかし、この手法では2回以上の走査時間がかかる上に、照明照度、露光時間の切り替え作業が必要となり、撮像タクトがかかってしまうという問題点がある。

また、従来、偏光画像と無偏光画像の双方を取得しようとする場合、偏光した状態の画像取得と偏光しない状態の画像取得では、光学系の切り替え作業が必要となり、切り替え作業と切り替えた前後での2倍以上の撮像時間、操作時間により撮像タクトがかかってしまうという問題点がある。

なお、偏光画像とは、照明の偏光子の偏光方向と撮像レンズの検光子の偏光方向が垂直な関係の条件にて撮像した画像である。また、無偏光画像とは、照明の偏光子の偏光方向と撮像レンズの検光子の偏光方向が垂直な関係の条件以外、または、照明と撮像レンズのいずれか片方もしくは両方に偏光子もしくは検光子を使用しない条件で撮像した画像である。

そのため、このような課題を解決する、新規な検査装置の開発が望まれている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、新規な検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の検査装置は、撮像対象に光を照射する照明装置と、前記光の照射に基づく、前記撮像対象からの反射光を、受光する撮像装置と、前記撮像装置の中に存在し、前記反射光を受光する撮像素子と、を有し、前記撮像対象の２次元画像、３次元画像のいずれかまたは双方を取得する検査装置において、前記撮像素子に撮像領域を設け、前記撮像領域は前記反射光を受光し、前記撮像領域の上にバンドパスフィルタを設けることを特徴とする。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明の検査装置は、撮像対象に光を照射する照明装置と、前記光の照射に基づく、前記撮像対象からの反射光を、受光する撮像装置と、前記撮像装置の中に存在し、前記反射光を受光する撮像素子と、を有し、前記撮像対象の２次元画像、３次元画像のいずれかまたは双方を取得する検査装置において、前記撮像素子に撮像領域を設け、前記撮像領域は前記反射光を受光し、前記撮像領域の上にバンドパスフィルタを設けるので、新規な検査装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る検査装置の１例である、はんだ印刷検査装置の全体構成を示す斜視図である。２次元用撮像領域及び３次元用撮像領域が設定されている撮像素子を示す図である。本発明の検査装置における、LED光の偏光照明光学系を示す図である。本発明の検査装置における、レーザ光の偏光照明光学系を示す図である。はんだに含まれる透明物質または半透明物質に起因する識別困難領域に対する適用例を説明する写真と図である。基板上に設けたソルダーレジストの厚さが急激に変化する場所に、発生する場合がある識別困難領域に対する適用例を説明する写真と図である。部品を実装するための金属の表面と、はんだの表面との間で発生する場合がある識別困難領域に対する適用例を説明する写真と図である。走査用のライン形状をした撮像領域をCMOSセンサ上に設けた図である。ライン形状の照明光を前後2方向から照射している図である。ガラスウィンドウ上に、複数波長のバンドパスフィルタをコーティングした図である。図１０のガラスウィンドウを、バンドパスフィルタが各撮像領域を覆うように、設置した図である。他の撮像領域に干渉しても良い照射方式が可能となり、撮像視野の全面を照射する全周照射方式にすることができる、ことを説明する図である。 R1,G1,B1の照明グループと、R2,G2,B2の照明グループに対応させた撮像領域を有する撮像素子の図である。照明装置と実験結果を示す図である。 R1,G1,B1の照明グループと、R2,G2,B2の照明グループに対応させた撮像領域を有する撮像素子の図である。照明装置と撮像対象の間に偏光子を設置し、撮像レンズと撮像対象との間に検光子を設置する装置の図である。 1度の走査で偏光した画像のデータと偏光していない画像のデータを同時に取得できる撮像素子の図である。本発明の検査装置の１例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
まず、検査装置にかかる第１の発明を実施するための形態について説明する。
本発明の検査装置は、撮像対象に光を照射する照明装置と、前記光の照射に基づく、前記撮像対象からの反射光を、受光する撮像装置と、前記撮像装置の中に存在し、前記反射光を受光する撮像素子と、を有し、前記撮像対象の２次元画像、３次元画像のいずれかまたは双方を取得する検査装置において、前記照明装置と前記撮像対象の間に偏光子を設置し、前記撮像対象と前記撮像装置の間に検光子を設置し、前記２次元画像、前記３次元画像のいずれかまたは双方における、識別困難領域の発生を抑制する検査装置である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る検査装置の１例である、はんだ印刷検査装置の全体構成を示す斜視図である。このはんだ印刷検査装置１は、撮像対象である基板１００に印刷されているクリーム半田（以下、「はんだ」という）の２次元測定及び３次元測定を行って、はんだを検査する機能を備えている。はんだ印刷検査装置１は、照明装置２、撮像装置３、制御装置４、テーブル５等を備えている。

照明装置２は、２つの３次元用ライン照明装置１０ａ，１０ｂ及び６つの２次元用ライン照明装置２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂを備えている。撮像装置３は、白黒画像を撮像するカメラ５０と撮像レンズ６０を備えている。カメラ５０は、ＣＭＯＳセンサの撮像素子５１を備えている。制御装置４は、画像処理制御部７０を備えている。画像処理制御部７０は、３次元用ライン照明装置１０ａ用の３次元撮像領域用画像メモリ７１ａ、３次元用ライン照明装置１０ｂ用の３次元撮像領域用画像メモリ７１ｂ、２次元用ライン照明装置２０ａ，２０ｂ用の２次元撮像領域用画像メモリ７２、２次元用ライン照明装置３０ａ，３０ｂ用の２次元撮像領域用画像メモリ７３、２次元用ライン照明装置４０ａ，４０ｂ用の２次元撮像領域用画像メモリ７４を備えている。テーブル５は、Ｘ軸テーブル８０、Ｘ軸用モータ８１、Ｙ軸テーブル８２、Ｙ軸用モータ８３を備えている。

２次元用ライン照明装置は、撮像対象である基板１００に光を照射する。２次元用ライン照明装置２０ａ，２０ｂは、カメラ５０と撮像レンズ６０により構成される光学系を挟むような形で配置され、２次元用ライン照明装置２０ａの２次元用ライン照明光２１ａと２次元用ライン照明装置２０ｂの２次元用ライン照明光２１ｂが、それぞれ上方向から斜め下方向に投光することで、基板１００上に２次元用ライン照明光跡２１が生じる。２次元用ライン照明装置３０ａ，３０ｂ及び２次元用ライン照明装置４０ａ，４０ｂも同様に配置され投光することで、基板１００上に２次元用ライン照明光跡３１，４１が生じる。
２次元用ライン照明装置２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂのそれぞれと基板１００の間には偏光子が設置されている（図示していない）。

２次元用ライン照明装置２０ａ，２０ｂには、例えば赤色系の光源を採用し、２次元用ライン照明装置３０ａ，３０ｂには、例えば緑色系の光源を採用し、２次元用ライン照明装置４０ａ，４０ｂには、例えば青色系の光源を採用する。

３次元用ライン照明装置は、撮像対象である基板１００に光を照射する。３次元用ライン照明装置１０ａ，１０ｂは、カメラ５０と撮像レンズ６０により構成される光学系を挟むような形で配置され、それぞれが上方向から斜め下方向に投光することで、３次元用ライン照明光１１ａ，１１ｂが発生し、基板１００上に３次元用ライン照明光跡１２ａ，１２ｂが生じる。
３次元用ライン照明装置１０ａ，１０ｂのそれぞれと基板１００の間には偏光子が設置されている（図示していない）。

３次元用ライン照明装置１０ａ，１０ｂには、基板１００の色相に応じて赤色系の光源、あるいは青色系・緑色系の光源を採用する。

撮像装置３は、照射光に基づく、基板１００からの反射光を受光する。また、撮像素子５１は、撮像装置３の中に存在し、反射光を受光する。基板１００上に生じた２次元用ライン照明光跡２１，３１，４１及び３次元用ライン照明光跡１２ａ，１２ｂを、撮像レンズ６０を通してカメラ５０の撮像素子５１上に投影する。
基板１００と撮像装置３の間には、検光子が設置されている（図示していない）。

撮像素子５１は、図２に示すように、撮像領域を任意に設定することができ、２次元用ライン照明光跡２１，３１，４１を撮像するための２次元用撮像領域５３，５４，５５及び３次元用ライン照明光跡１２ａ，１２ｂを撮像するための３次元用撮像領域５２ａ，５２ｂの５つの領域が設定されている。２次元用撮像領域５３，５４，５５は、その撮像幅が１画素であり、ラインセンサカメラと同等と見なすことができる。３次元用撮像領域５２ａ，５２ｂは、その撮像幅が最大測定高さを規定することになるので比較的大きな値が設定され、通常４０〜５０画素程度ある。

以上の光学系・照明系構成で、Ｘ軸テーブル８０を一定ピッチ動かしカメラ５０で画像を撮像、さらにＸ軸テーブル８０を一定ピッチ動かしカメラ５０で画像を撮像、という動作を繰り返していく。以上の動作の間、２次元用撮像領域からの出力を、それぞれ対応する２次元撮像領域用画像メモリ７２，７３，７４に蓄積していくことで面画像を得ることができる。合わせて、３次元用撮像領域からの面画像出力を、それぞれに対応する３次元撮像領域用画像メモリ７１ａ，７１ｂに蓄積していく。

また、面画像が多数集積した３次元撮像領域用画像メモリ７１ａ，７１ｂから、測定対象面の凹凸状態を再現することができ、よって３次元はんだ検査を実施することができる。

すなわち、はんだ上の３次元用ライン照明光跡１２ａ，１２ｂと基板１００上の３次元用ライン照明光跡１２ａ，１２ｂは、はんだの高さ分だけ位置がずれたように撮像される。３次元用ライン照明光１１ａ，１１ｂの基板１００の上面からの取り付け角度をθとすると、はんだのずれ量にｔａｎθを掛けることではんだの高さを測定することができる。さらに、３次元用ライン照明光跡１２ａ，１２ｂの長さ方向に直交する方向も同様に求めることで、はんだの体積を測定することができる。

以上のように、カメラ５０と撮像レンズ６０という光学系に２次元検査用と３次元検査用の区別はなく、またＸ軸テーブル８０を一定ピッチ動かしカメラ５０で画像を撮像、という動作を繰り返す撮像走査を１回実施するだけで２次元画像と３次元画像の採取、及び２次元検査と３次元検査の実施が可能となり、はんだ印刷検査装置１の構造面および動作面で２次元検査と３次元検査が完全に融合する。
なお、検査装置は、撮像対象の２次元画像、３次元画像の双方を取得する場合に限定されない。検査装置は、撮像対象の２次元画像、３次元画像のいずれか一方のみを取得することもできる。

本発明の検査装置における、LED光の偏光照明光学系を、図３を用いて説明する。照明装置側に、偏光子である偏光フィルタを取り付け、照明光を偏光する。偏光子を透過した光は、偏光子の透過軸方向に振動する直線偏光になる。一方、撮像レンズ側に、検光子である偏光フィルタを取り付け、照明装置から照射された偏光が撮像対象で反射し、反射した偏光が検光子に達する際に、反射した偏光の振動方向が検光子の透過軸と垂直になるように、すなわちクロスするように取り付ける。

本発明の検査装置における、レーザ光の偏光照明光学系を、図４を用いて説明する。通常のレーザ光は光の振動方向が揃っている。その振動方向は、ライン光の方向に対し任意に設定できる。図４は、レーザライン光の方向に対し、垂直方向にレーザ光が振動している図である。撮像レンズ側の検光子である偏光フィルタの透過軸を、図４のレーザ光の振動方向に対し垂直の関係になるように、すなわちクロスするように取り付ける。このように、レーザ光の偏光照明光学系では、LED光の偏光照明光学系と同様にする。
なお、レーザ光の振動方向とレーザライン光の方向の関係は、固定して設定してある。そのため、レーザ光の振動方向と、撮像レンズ側の検光子の透過軸との関係を調整し、その後に、その撮像レンズ側の検光子の透過軸の方向に対し、LED照明装置側の偏光子の透過軸の方向を調整する。

ここで、本発明の検査装置について、適用例を説明する。
本発明の検査装置は、２次元画像、３次元画像のいずれかまたは双方における、識別困難領域の発生を抑制する検査装置である。
識別困難領域としては、はんだに含まれる透明物質または半透明物質に起因する識別困難領域、また、基板上に設けたソルダーレジストの厚さが急激に変化する場所に、発生する場合がある識別困難領域、また、部品を実装するための金属の表面と、はんだの表面との間で発生する場合がある識別困難領域のいずれかを含む。

以下に、適用例を具体的に説明する。
図５を用いて、はんだに含まれる透明物質または半透明物質に起因する識別困難領域に対する適用例を説明する。
本発明の検査装置の偏光照明光学系により、フラックス等のはんだに含まれる透明物質または半透明物質に起因する識別困難領域を消去することが出来る。無偏光照明光学系の場合、識別困難領域は白くなり、はんだ上で白色シルク印刷やバーコードシールといった白い部分と画像処理上同じように見える領域となり、画像処理の情報としてノイズ成分となっている。図５におけるCの領域が識別困難領域である。この識別困難領域を除去する従来方法としては、撮像カメラの露光時間を変化させ、複数回画像を取得し補間する方法などがあるが、複数回画像を取得しなければならないという問題点がある。本発明の検査装置では、一度の撮像で識別困難領域のない画像を取得することができるため、検査タクトの短縮や、画像処理の簡易化が可能である。

図６を用いて、基板上に設けたソルダーレジストの厚さが急激に変化する場所に、発生する場合がある識別困難領域に対する適用例を説明する。
ソルダーレジストという透明物質または半透明物質の切欠き部分のエッジ、すなわちソルダーレジストの厚さが急激に変化する場所に識別困難領域が発生する場合がある。図６におけるDの領域が識別困難領域である。この識別困難領域も、上述の適用例と同様に画像処理の情報としてノイズ成分となる。本発明の検査装置の偏光照明光学系においては、識別困難領域を消去できる。これにより、画像処理の情報としてノイズ成分が生じるのを防止できる。

図７を用いて、部品を実装するための金属の表面と、はんだの表面との間で発生する場合がある識別困難領域に対する適用例を説明する。
従来の検査装置の無偏光照明光学系では、はんだレベラー処理された基板のはんだ検査において、部品を実装するための金属の表面と、はんだの表面との間で識別困難領域が発生する場合がある。なお、はんだレベラー処理された基板とは、プリント基板上のソルダーレジストがかかっていない銅箔部分の表面に、リフロー済みはんだをコーティングする表面処理を行った基板である。

本発明の検査装置の偏光照明光学系では、リフロー済みはんだがコーティングされた艶のある銀色パッド部分の反射光は強度が低下し、印刷後のはんだは反射光の強度が低下しない。そのため、本発明の検査装置では、銀色パッドは黒色に撮像され、はんだは灰色に撮像される。これにより、銀色パッドとはんだの明るさに画像処理に十分な差が生じ、識別が可能となる。

図７のAの領域とBの領域は、ともにはんだである。従来の無偏光照明光学系の場合、はんだからの反射光と銀色パッドからの反射光は明るさと色相が近くなるため、白黒画像処理、カラー画像処理の両方式においても正確な識別が困難であり、また、Bの領域のように、にじんだはんだなどは完全に銀色パッドと見た目上同化してしまう場合もある。
本発明の検査装置の偏光照明光学系から得られる画像は、はんだ部分では無偏光照明光学系と同等な反射光がえられ、銀色パッド部分では反射光が大部分カットされるために、明るさに差が生じ、画像認識が容易となる。

２次元画像取得用の照明装置は、上述したLED光の照明装置に限定されるものではない。このほか２次元画像取得用の照明装置としては、RGBのそれぞれの波長をもつレーザ光源の照明装置や、カラーフィルタでRGBに分光された白色光源（3波長蛍光灯やハロゲンランプなどの可視光波長の内RGBの波長成分を持つ光源）を使用した照明装置などを採用することができる。

３次元画像取得用の照明装置は、上述したレーザ光の照明装置に限定されるものではない。このほか３次元画像取得用の照明装置としては、レーザ変位計や、位相シフト照明装置などを採用することができる。

偏光子は、上述した偏光フィルタに限定されるものではない。このほか偏光子としては、反射層と透過層を縞状に持つハーフミラーなどを採用することができる。

検光子は、上述した偏光フィルタに限定されるものではない。このほか検光子としては、反射層と透過層を縞状に持つハーフミラーなどを採用することができる。

識別困難領域は、上述した、はんだに含まれる透明物質または半透明物質に起因する識別困難領域、または、基板上に設けたソルダーレジストの厚さが急激に変化する場所に、発生する場合がある識別困難領域、または、部品を実装するための金属の表面と、はんだの表面との間で発生する場合がある識別困難領域に限定されるものではない。このほか識別困難領域としては、光沢が出るような糖衣コーティングをされた錠剤の識別、光沢のあるカプセル剤の印字の識別、または糖衣の剥離による露出した錠剤内部との識別において、発生する場合がある識別困難領域などがある。

本発明の検査装置の用途としては、上述したはんだ印刷検査装置に限定されるものではない。このほか検査装置の用途としては、実装後基板外観検査装置、錠剤検査装置などがある。ここで、錠剤検査装置は、錠剤の識別困難領域を除去できるため文字認識に最適である。

以上のことから、本発明を実施するための形態によれば、撮像対象に光を照射する照明装置と、前記光の照射に基づく、前記撮像対象からの反射光を、受光する撮像装置と、前記撮像装置の中に存在し、前記反射光を受光する撮像素子と、を有し、前記撮像対象の２次元画像、３次元画像のいずれかまたは双方を取得する検査装置において、前記照明装置と前記撮像対象の間に偏光子を設置し、前記撮像対象と前記撮像装置の間に検光子を設置することにより、前記２次元画像、前記３次元画像のいずれかまたは双方における、識別困難領域の発生を抑制することができる。
なお、本発明は上述の発明を実施するための形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

つぎに、検査装置にかかる第２の発明を実施するための形態について説明する。
本発明の検査装置は、撮像素子に撮像領域を設け、前記撮像領域は反射光を受光し、前記撮像領域の上にバンドパスフィルタを設ける検査装置である。

ここで、本発明の検査装置について、適用例を説明する。
最初の適用例の検査装置は、３つの撮像領域を有する、２次元画像用の撮像領域グループが存在し、前記３つの撮像領域の上に、前記３つの撮像領域にそれぞれ対応する３つのバンドパスフィルタを設け、前記３つのバンドパスフィルタは、それぞれ赤、緑、青の波長のみを透過する検査装置である。

以下に、適用例を具体的に説明する。
特許文献１においては、撮像素子のCMOSセンサ上に複数の撮像領域を設けている。同時に複数波長の２次元画像や３次元画像を取得する場合、図８のような走査用のライン形状をした撮像領域をCMOSセンサ上に設けている。２次元画像を取得するためにRGBの異なる照明光を撮像対象に照射し、RGB用の撮像領域で反射光を受光している。３次元画像を取得するためにレーザ光を撮像対象に照射し、レーザ用の撮像領域で反射光を受光している。

RGBを個別の撮像領域で走査するための照明において、RGB合成時のカラーバランスが崩れないようにするため、または、照射対象の色ごとの反射特性を正確に把握するためには、他の波長の照明光が撮像領域に干渉するのを防がなければならず、照射位置や照射形状の制限があった。

照明の照射方式は、撮像領域にほかの色（波長）の照明光が干渉しない様に、かつ照射死角を少なくするため、図９のようにライン形状の照明光を前後2方向から照射している。ライン形状の2方向からの照射光の場合、完全な全周照射とはならず、前後照明のつなぎ目付近で、局所的だが照射死角が発生してしまう問題点がある。

本発明の検査装置においては、図１０に示すように、CMOSセンサのサイズと同じか、またはCMOSセンサのサイズより大きいガラスウィンドウ上に、複数波長のバンドパスフィルタ、すなわちCMOSセンサ上の各波長の照明の撮像領域を覆うように、異なるバンドパス帯のバンドパスフィルタをコーティングし、各撮像領域を覆うようにバンドパスフィルタを図１１のように設置する。

２次元画像用の照明としては、RGB混合光または白色光を用いた。RGB混合光では、R（622.5nm），G（525nm），B（465nm）の波長を有するLEDを用いた。白色光では、可視光範囲の波長を有するLEDを用いた。３次元画像用の照明としては、レーザ光（665nm,または406nm）を用いた。

RGB混合光または白色光の２次元画像用の照明装置には、撮像対象との間にバンドパスフィルタを設置した。バンドパスフィルタとしては、レーザ光（665nm）を用いる場合はショートパスフィルタ（650nm以下）を設置し、レーザ光（406nm）を用いる場合はロングパスフィルタ（430nm以上）を設置した。

２次元画像用のバンドパスフィルタで透過する波長の範囲は、RGBそれぞれR（622.5nm±10nm），G（525nm±10nm），B（465nm±10nm）とした。３次元画像用のバンドパスフィルタで透過する波長の範囲は、レーザ光（665nm,または406nm）に対応させて、665nm±15nm,または406nm±15nmとした。

バンドパスフィルタで透過と不透過の切り分けが出来ることを条件として、透過させたい波長のバンドパスフィルタとその波長範囲の照明とCMOSセンサ上の撮像領域を用意することにより照射方法や、明るさ、色などを変えた条件の照明光を1度の走査で撮像することが可能で、互いの照明光が混ざり合っていても個別の色の画像情報を取得することができる。

1つのCMOSセンサ上に撮像領域ごとに透過するバンドパスフィルタを置くことにより、従来のRGB照明における、照射位置や照射形状の制限の問題点を解消することができる。

CMOSセンサのすぐ手前でバンドパスを行うため、各撮像領域に必要な波長の光だけを受光させることが出来るため、図１２のように他の撮像領域に干渉しても良い照射方式が可能となり、指向性の高い集光したライン光ではなく、撮像視野の全面を照射する全周照射方式にすることができる。その結果、照射死角をなくすことが出来る。

カラーフィルタではなく、バンドパスフィルタを使用する理由としては、カラーフィルタは、R全般（GやBは透過させない）または、G全般（RやBを透過させない）、B全般（GやRは透過させない）という具合に、透過対象波長がバンドパスフィルタに比べ2倍以上広い。そのため、RGB用にカラーフィルタをそれぞれ用意した場合でも、透過波長帯が50nm以上あり、それぞれの色の透過領域がオーバ-ラップしてしまい、RとG（もしくはGとB）の中間波長の光が干渉してしまう。また、本実施例ではLEDの他に、赤や青紫のような可視光レーザを使用するためそれらを識別するためには、同色でありながら透過波長帯を10〜20nmしかもたないバンドパスフィルタにてのみ行える。また、狙い透過波長の透過率をカラーフィルタに対し高く製作することが出来る。

つぎの適用例の検査装置は、３つの撮像領域を有する、２次元画像用の撮像領域グループが、複数存在し、前記３つの撮像領域の上に、前記３つの撮像領域にそれぞれ対応する３つのバンドパスフィルタを設け、前記３つのバンドパスフィルタは、それぞれ赤、緑、青の波長のみを透過し、複数の前記撮像領域グループに使用する前記バンドパスフィルタの透過波長は、前記撮像領域グループ相互間で異なる検査装置である。
また、この検査装置は、複数の撮像領域グループに対応する照明装置が存在し、個々の前記照明装置は、明るさが相互に異なる検査装置である。

以下に、適用例を具体的に説明する。
カラー画像を撮像する中で物質の反射率が異なるために、識別が困難な領域が発生したり、暗くて映らない部分が発生したりする。これらを解消しようと、たとえば識別が困難な領域の発生を防ごうと撮像感度や照明照度を下げると、暗く映らない場所が、撮像感度や照明照度の変更前に比べて、増加してしまう。その逆もあり、暗い部分を明るく撮像しようと、撮像感度を上げたり照明照度を上げたりすると、識別が困難な領域が増加してしまう。

この対策として、露光時間を変えて2回以上撮像し、暗い部分もしくは識別が困難な領域を補完する手法がある。しかし、この手法では2回以上の走査時間がかかる上に、照明照度、露光時間の切り替え作業が必要となり、撮像タクトがかかってしまうという問題点がある。

そこで、本発明の検査装置では、R1,G1,B1の照明光からなる照明グループ1と、少し波長をシフトしたR2,G2,B2の照明光からなる照明グループ2を用意する。R1,G1,B1の照明装置、およびR2,G2,B2の照明装置には、撮像対象との間に、それぞれバンドパスフィルタを設置する。それぞれのバンドパスフィルタの中心波長は、R1（618nm），G1（522nm），B1（444nm），およびR2（640nm），G2（544nm），B2（466nm）である。また、それぞれのバンドパスフィルタで透過する波長の範囲は中心波長±10nmである。

撮像素子の撮像領域は、図１３に示すように、R1,G1,B1の照明グループ1と、R2,G2,B2の照明グループ2に対応させたものを作製する。各撮像領域の上に設置するバンドパスフィルタの中心波長と透過する波長の範囲は、照明装置側の対応するバンドパスフィルタの中心波長と透過する波長の範囲と同じである。

例えば、照明グループ1の照明光の明るさを所定の値に設定して、基準明るさ画像を撮像し、照明グループ2の照明光の明るさを、照明グループ1より明るく、または暗く映るように設定する。この結果、1度の走査で基準明るさ画像と、識別が困難な領域または暗くて映らない部分を補間する画像のデータが取得できる。

バンドパスフィルタでなく、カラーフィルタを用いた場合では、例えばR1(618nm)とR2(640nm)の波長の違いが識別できないため、異なる2種類の画像を取得することはできない。

図１４に、照明装置と実験結果を示す。
図１４（Ａ）の照明装置には、R1、G1、B1のグループのLEDとR2、G2、B2のグループのLEDがリング状に実装されている。R1とR2、G1とG2、B1とB2の各同色のLEDどうしは、波長を20nm以上ずれるようにバンドパスフィルタを用い照射させている。R1、G1、B1は、画像の識別が困難な領域の発生を防止するために暗めの照明ボリュームにして照射している。R2、G2、B2は、ラインのエッジをシャープに撮像するために明るめの照明ボリュームにして照射している。

図１４（Ｂ）は撮像素子の前に設置するフィルタをR1撮像領域にはR1用に、G1撮像領域にはG1用に、B1撮像領域にはB1用に、R2撮像領域にはR2用に、G2撮像領域にはG2用に、B2撮像領域B2用に、それぞれ透過波長帯を合わせたバンドパスフィルタを設置し撮像した場合の画像であり、代表としてR1とR2を表示した。

図１４（Ｃ）は撮像素子の前に設置するフィルタをカラーフィルタにした場合である。（Ｂ）の場合、R1とR2の波長の差20nmにおいて、バンドパスフィルタを使用し、それぞれの透過波長帯を透過し、それ以外を不透過にできているため、暗めの画像と明るめの画像を切り分けられている。（Ｃ）は、カラーフィルタを使用しているためR1撮像領域、R2撮像領域共にR1とR2の両方の光が受光され同じ明るさとなってしまい、暗めの画像、明るめの画像の切り分けが出来ていない。

つぎの適用例の検査装置は、３つの撮像領域を有する、２次元画像用の撮像領域グループが、複数存在し、前記３つの撮像領域の上に、前記３つの撮像領域にそれぞれ対応する３つのバンドパスフィルタを設け、前記３つのバンドパスフィルタは、それぞれ赤、緑、青の波長のみを透過し、複数の前記撮像領域グループに使用する前記バンドパスフィルタの透過波長は、前記撮像領域グループ相互間で異なる検査装置である。
また、この検査装置は、複数の撮像領域グループに対応する照明装置が存在し、個々の前記照明装置から撮像対象に照射される光は、偏光の振動方向が相互に異なる検査装置である。ここで、一部の照明装置は、撮像対象との間に偏光子を設置しない場合がある。

以下に、適用例を具体的に説明する。
従来、偏光画像と無偏光画像の双方を取得しようとする場合、偏光した状態の画像取得と偏光しない状態の画像取得では、光学系の切り替え作業が必要となり、切り替え作業と切り替えた前後での2倍以上の撮像時間、操作時間により撮像タクトがかかってしまうという問題点がある。

撮像素子の撮像領域は、図１５に示すように、R1,G1,B1の照明グループ1と、R2,G2,B2の照明グループ2に対応させたものを作製する。各撮像領域の上に設置するバンドパスフィルタの中心波長と透過する波長の範囲は、照明装置側の対応するバンドパスフィルタの中心波長と透過する波長の範囲と同じである。

図１６に示すように、R1,G1,B1の照明装置およびR2,G2,B2の照明装置には、撮像対象との間に、それぞれ偏光子を設置する。また、撮像レンズと撮像対象との間に検光子を設置する。
R1,G1,B1の照明装置の偏光子の透過軸を設定する。例えば、R1,G1,B1の照明装置から照射された偏光が撮像対象で反射し、反射した偏光が検光子に達する際に、反射した偏光の振動方向が検光子の透過軸と垂直になるように設定する。
R2,G2,B2の照明装置の偏光子の透過軸を設定する。例えば、R2,G2,B2の照明装置から照射された偏光が撮像対象で反射し、反射した偏光が検光子に達する際に、反射した偏光の振動方向が検光子の透過軸と平行になるように設定する。
また、R2,G2,B2の照明装置に偏光子を設置しない場合もある。

本発明の検査装置によれば、図１７に示すように、撮像素子は、1度の走査で偏光した画像のデータと偏光していない画像のデータを同時に取得できる。
偏光した画像は、反射した偏光の振動方向が検光子の透過軸と垂直になるように、偏光子を設定した場合に取得できる。
偏光していない画像は、反射した偏光の振動方向が検光子の透過軸と平行になるように、偏光子を設定した場合に取得できる。また、偏光していない画像は、照明装置に偏光子を設置しない場合に取得できる。

なお、本発明の検査装置は、図１６の検査装置に限定されない。撮像レンズを対象にして、向かい合う２つの照明装置を２組設けてもよい。向かい合う２つの照明装置をR1,G1,B1の照明装置とし、残る２つの照明装置をR2,G2,B2の照明装置とする。これにより、照射死角の少ない画像データを取得できる。
本発明の検査装置の照明装置は、図１６のようなスポット照明装置に限定されない。全周照明装置を採用してもよい。

偏光した画像からは、はんだに含まれる透明物質または半透明物質に起因する識別困難領域、基板上に設けたソルダーレジストの厚さが急激に変化する場所に発生する場合がある識別困難領域、部品を実装するための金属の表面とはんだの表面との間で発生する場合がある識別困難領域などの発生が抑制された画像が取得できる。

偏光していない画像からは、位置決め用に設けられたパッド表面など、周辺の基板基材とのコントラストを出すために光らせる必要がある場所の画像を取得でき、位置決めなどをすることができる。

本発明の検査装置の１例を図１８に示す。装置の左右に位置するレーザ光照明装置の偏光子（図示していない）の透過軸方向と検光子の透過軸方向を垂直の関係にする。その検光子の透過軸方向と装置の中央下方に位置するRGB照明装置の偏光子の透過軸方向を垂直の関係にする。その結果、２次元画像用光学系、３次元画像用光学系は共に偏光照明光学系となる。また、撮像装置の内部の撮像素子の前に、複数波長バンドパスフィルタを設置し、混合波長光から特定の波長の光を取り出し撮像する。なお、本発明の検査装置は、この例に限定されない。
また、図１８の光切断法のほかに、光を利用して高さを計測する他のレーザ式変位センサや位相シフト法においても同様の効果が得られる。

バンドパスフィルタで透過する波長の範囲は、中心波長±10nmの範囲内にあることが好ましい。また、透過する波長の範囲は、中心波長±5nmの範囲内にあることがさらに好ましい。

バンドパスフィルタで透過する波長の範囲が中心波長±10nmの範囲内にあると、同色の照明でも波長をずらすことにより、明暗や偏光無偏光などを切り分けて撮像することが出来るという利点がある。透過する波長の範囲が中心波長±5nmの範囲内にあると、この効果がより顕著になる。

本発明の検査装置の用途としては、上述したはんだ印刷検査装置に限定されるものではない。このほか検査装置の用途としては、実装後基板外観検査装置、錠剤検査装置などがある。

以上のことから、本発明を実施するための形態によれば、撮像素子に撮像領域を設け、前記撮像領域は反射光を受光し、前記撮像領域の上にバンドパスフィルタを設けることにより、新規な検査装置を提供することができる。

なお、本発明は上述の発明を実施するための形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１はんだ印刷検査装置、２照明装置、３撮像装置、４制御装置、５テーブル、１０ａ，１０ｂ３次元用ライン照明装置、２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ２次元用ライン照明装置、２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ２次元用ライン照明光、２１，３１，４１２次元用ライン照明光跡、１１ａ，１１ｂ３次元用ライン照明光、１２ａ，１２ｂ３次元用ライン照明光跡、５０カメラ、６０撮像レンズ、７０画像処理制御部、７１ａ，７１ｂ３次元撮像領域用画像メモリ、７２，７３，７４２次元撮像領域用画像メモリ、８０Ｘ軸テーブル、８１Ｘ軸用モータ、８２Ｙ軸テーブル、８３Ｙ軸用モータ、１００基板

Claims

撮像対象に光を照射する照明装置と、
前記光の照射に基づく、前記撮像対象からの反射光を、受光する撮像装置と、
前記撮像装置の中に存在し、前記反射光を受光する撮像素子と、を有し、
前記撮像対象の２次元画像、または、前記撮像対象の２次元画像及び３次元画像を取得する検査装置において、
前記撮像素子に撮像領域を設け、
前記撮像領域は前記反射光を受光し、
前記撮像領域の上にバンドパスフィルタを設け、
３つの前記撮像領域を有する、前記２次元画像用の撮像領域グループが、複数存在し、
前記３つの撮像領域の上に、前記３つの撮像領域にそれぞれ対応する３つの前記バンドパスフィルタを設け、
前記３つのバンドパスフィルタは、それぞれ赤、緑、青の波長のみを透過し、
複数の前記撮像領域グループに使用する前記バンドパスフィルタの透過波長は、前記撮像領域グループ相互間で異なり、
前記撮像対象の２次元画像及び３次元画像を取得する検査装置においては、前記撮像素子に前記３次元画像用の撮像領域が存在する
ことを特徴とする検査装置。