特開 2017-20959 三次元計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-20959(P2017-20959A)

(43)【公開日】2017年1月26日

(54)【発明の名称】三次元計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/02 20060101AFI20170105BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20170105BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/02 H

   G01B11/25 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2015-140225(P2015-140225)

(22)【出願日】2015年7月14日

(71)【出願人】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111095

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 光男

(72)【発明者】

【氏名】大山 剛

(72)【発明者】

【氏名】坂井田 憲彦

(72)【発明者】

【氏名】間宮 高弘

(72)【発明者】

【氏名】石垣 裕之

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA24

2F065AA53

2F065CC26

2F065DD06

2F065DD14

2F065FF04

2F065FF44

2F065HH06

2F065HH07

2F065HH14

2F065JJ19

2F065JJ26

2F065LL41

2F065QQ23

2F065QQ24

2F065QQ26

2F065QQ31

(57)【要約】

【課題】位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、より高精度な計測をより短時間で実現することのできる三次元計測装置を提供する。
【解決手段】基板検査装置１は、プリント基板２に対し所定の光パターンを照射する２つの照明装置４Ａ，４Ｂと、光パターンの照射された部分を撮像するカメラ５と、各種画像処理や演算処理等を行う制御装置６とを備えている。そして、第１照射装置４Ａの第１光パターンの下で第１撮像処理を実行した後、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了を待つことなく、第２照射装置４Ｂの第２光パターンの下で第２撮像処理を実行可能とする。第２光パターンに係る計測では、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、画像データ上の各画素の輝度値から定まるゲイン又はオフセットの値とを利用して、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像した２通りの画像データを基に位相シフト法により高さ計測を行う。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の光を発する第１光源、及び、該第１光源からの光を縞状の光強度分布を有する第１光パターンに変換する第１格子を有し、該第１光パターンを第１位置から被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
前記第１格子の移送又は切替を制御し、前記第１照射手段から照射する前記第１光パターンの位相を第１所定数通りに変化させる第１格子制御手段と、
所定の光を発する第２光源、及び、該第２光源からの光を縞状の光強度分布を有する第２光パターンに変換する第２格子を有し、該第２光パターンを前記第１位置とは異なる第２位置から被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
前記第２格子の移送又は切替を制御し、前記第２照射手段から照射する前記第２光パターンの位相を前記第１所定数通りよりも少ない第２所定数通りに変化させる第２格子制御手段と、
前記第１光パターン又は第２光パターンの照射された前記被計測物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１所定数通りに位相変化させた前記第１光パターンを照射して行われる前記第１所定数回の撮像処理のうちの１回分である第１撮像処理、又は、前記第２所定数通りに位相変化させた前記第２光パターンを照射して行われる前記第２所定数回の撮像処理のうちの１回分である第２撮像処理のうちの一方の撮像処理を実行した後、該一方の撮像処理に係る前記第１格子又は前記第２格子の移送又は切替処理の完了を待つことなく、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理を実行可能な構成であって、
前記画像処理手段は、
前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な第１計測手段と、
前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、前記画像データ上の各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値とを利用して、前記被計測物の三次元計測を実行可能な第２計測手段と、
前記両光パターンのうちの一方の光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、前記両計測手段のうち該一方の光パターンに係る計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該一方の光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、前記両光パターンのうちの他方の光パターンに係る計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得する計測値取得手段とを備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【請求項2】

前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。

【請求項3】

前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。

【請求項4】

前記第２所定数が２の場合において、
２通りに位相変化させた前記第２光パターンの相対位相関係をそれぞれ０、γとしたときの２通りの画像データの各画素の輝度値をそれぞれＶ₀、Ｖ₁とした場合に、
前記第２計測手段は、三次元計測を行うに際し、
下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。
Ｖ₀＝Ａsinθ＋Ｂ ・・・（１）
Ｖ₁＝Ａsin（θ＋γ）＋Ｂ ・・・（２）
Ａ＝ＫＢ ・・・（３）
但し、γ≠０、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｋ：比例定数。

【請求項5】

γ＝１８０°としたことを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。

【請求項6】

γ＝９０°としたことを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。

【請求項7】

予めキャリブレーションにより算出した前記ゲイン及びオフセットの関係を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項8】

前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項9】

前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項10】

前記計測値取得手段は、前記第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、前記第１計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項11】

前記第１撮像処理の終了と同時に、該第１撮像処理に係る前記第１格子の移送又は切替処理を開始可能とすると共に、
前記第１格子の移送又は切替処理の終了と同時に、前記第１撮像処理を開始可能とし、
前記第１格子の移送又は切替処理の実行中に、前記第２撮像処理を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項12】

少なくとも前記第２格子の移送又は切替処理を、前記第１格子の移送又は切替処理と同時に行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項13】

前記被計測物が、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の三次元計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位相シフト法を利用して三次元計測を行う三次元計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、プリント基板上に電子部品を実装する場合、まずプリント基板上に配設された所定の電極パターン上にクリーム半田が印刷される。次に、該クリーム半田の粘性に基づいてプリント基板上に電子部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることで半田付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前段階においてクリーム半田の印刷状態を検査する必要があり、かかる検査に際して三次元計測装置が用いられることがある。

【0003】

近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次元計測装置が種々提案されており、例えば位相シフト法を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている。

【0004】

該位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、所定の光を発する光源と、該光源からの光を正弦波状（縞状）の光強度分布を有する光パターンに変換する格子との組み合わせからなる照射手段により、光パターンを被計測物（この場合クリーム半田）に照射する。そして、基板上の点を真上に配置した撮像手段を用いて観測する。撮像手段としては、レンズ及び撮像素子等からなるＣＣＤカメラ等が用いられる。

【0005】

上記構成の下、撮像手段により撮像された画像データ上の各画素の光の強度（輝度）Ｉは下式（Ｕ１）で与えられる。

【0006】

Ｉ＝ｆ・sinφ＋ｅ ・・（Ｕ１）
但し、ｆ：ゲイン、ｅ：オフセット、φ：光パターンの位相。

【0007】

ここで、上記格子を移送又は切換制御することにより、光パターンの位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋９０°、φ＋１８０°、φ＋２７０°）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ₀、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃をもつ画像データを取り込み、下記式（Ｕ２）に基づいてｆ（ゲイン）とｅ（オフセット）をキャンセルし、位相φを求める。

【0008】

φ＝tan^-1[(Ｉ₁−Ｉ₃)／(Ｉ₂−Ｉ₀)] ・・（Ｕ２）
そして、この位相φを用いて、三角測量の原理に基づき被計測物上の各座標（Ｘ，Ｙ）における高さ（Ｚ）が求められる。

【0009】

しかしながら、上記照射手段を１箇所だけに設けた構成では、被計測物上に光パターンが照射されない影の部分が生じ得るため、該影部分の適正な計測が行えないおそれがある。

【0010】

これに鑑み、従来より、計測精度の向上等を図るため、光パターンを２方向から照射し計測を行う技術が知られている。さらに、近年では、計測時間の短縮化等を図るため、第１照射手段から第１光パターンを照射して行われる複数回の撮像処理のうちの１回分である第１撮像処理を行った後、第２照射手段から第２光パターンを照射して行われる複数回の撮像処理のうちの１回分である第２撮像処理を行い、両撮像処理の終了後に、両照射手段の移送又は切替処理を同時に行う技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１３−１２４９３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、上記のとおり、位相シフト法を利用した従来の三次元計測装置においては、照射する光パターンの位相を４段階（又は３段階）に変化させ、４通り（又は３通り）の画像を撮像する必要がある。従って、２方向から光パターンを照射する場合には、１つの計測対象範囲に関しそれぞれ４回（又は３回）ずつ、計８回（又は６回）の撮像が必要となり、撮像時間が増大するおそれがあった。

【0013】

通常、カメラ等による撮像は、強い照明の下でより短時間に行う方が機械的振動の影響が小さくなることから、比較的短時間（例えば２ｍｓｅｃ）で行われる。一方、照射手段における格子の移送は、振動等を避けるため比較的長い時間（例えば２０ｍｓｅｃ）をかけて行われる。また、格子として液晶格子等を用いた場合でも、その切替制御には上記同様、比較的長い時間を要する。

【0014】

従って、上記特許文献１の構成の下、所定の計測対象範囲につき、２つの光パターンの下で撮像する回数を合計８回（各光パターンにつき４回ずつ）、１回の撮像にかかる時間をそれぞれ［２ｍｓｅｃ］、１回の格子の移送等にかかる時間をそれぞれ［２０ｍｓｅｃ］と仮定した場合には、図１０に示すように、所定の計測対象範囲に係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間は、〔第１撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第２撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第１格子及び第２格子の移送等に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＝合計［７６ｍｓｅｃ］となる。

【0015】

また、一枚のプリント基板上に計測対象範囲が多数設定されているような場合には、該一枚のプリント基板の計測に要する時間はさらにその数倍となる。そのため、計測時間のさらなる短縮化が求められる。

【0016】

尚、上記課題は、必ずしもプリント基板上に印刷されたクリーム半田等の高さ計測に限らず、他の三次元計測装置の分野においても内在するものである。

【0017】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、より高精度な計測をより短時間で実現することのできる三次元計測装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

【0019】

手段１．所定の光を発する第１光源、及び、該第１光源からの光を縞状の光強度分布を有する第１光パターンに変換する第１格子を有し、該第１光パターンを第１位置から被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
前記第１格子の移送又は切替を制御し、前記第１照射手段から照射する前記第１光パターンの位相を第１所定数（例えば「３」又は「４」）通りに変化させる第１格子制御手段と、
所定の光を発する第２光源、及び、該第２光源からの光を縞状の光強度分布を有する第２光パターンに変換する第２格子を有し、該第２光パターンを前記第１位置とは異なる第２位置から被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
前記第２格子の移送又は切替を制御し、前記第２照射手段から照射する前記第２光パターンの位相を前記第１所定数通りよりも少ない第２所定数（例えば「２」又は「３」）通りに変化させる第２格子制御手段と、
前記第１光パターン又は第２光パターンの照射された前記被計測物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記第１所定数通りに位相変化させた前記第１光パターンを照射して行われる前記第１所定数回の撮像処理のうちの１回分である第１撮像処理、又は、前記第２所定数通りに位相変化させた前記第２光パターンを照射して行われる前記第２所定数回の撮像処理のうちの１回分である第２撮像処理のうちの一方の撮像処理を実行した後、該一方の撮像処理に係る前記第１格子又は前記第２格子の移送又は切替処理の完了を待つことなく（移送又は切替処理の開始前を含む）、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理を実行可能な構成であって、
前記画像処理手段は、
前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な第１計測手段と、
前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、前記画像データ上の各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値とを利用して、前記被計測物の三次元計測を実行可能な第２計測手段と、
前記両光パターンのうちの一方の光パターン（例えば第１光パターン）の照射により計測可能な領域に関しては、前記両計測手段のうち該一方の光パターンに係る計測手段の計測結果（例えば第１計測手段の計測結果）を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該一方の光パターンの照射により計測困難な領域（輝度の不足した領域あるいは適切な高さデータが得られない領域など)に関しては、前記両光パターンのうちの他方の光パターン（例えば第２光パターン）に係る計測手段の計測結果（例えば第２計測手段の計測結果）を該領域に係る計測値として取得する計測値取得手段とを備えていることを特徴とする三次元計測装置。

【0020】

上記手段１によれば、光パターンを２方向から照射することにより、被計測物に光パターンが照射されない影の部分が生じないようにすることができる。そして、両光パターンのうち、例えば第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、該第１光パターンに係る第１計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得する一方、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得することにより、データの欠落部分のない計測データを取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。

【0021】

さらに、本手段では、第１光パターンの下での１回分の第１撮像処理、又は、第２光パターンの下での１回分の第２撮像処理のうちの一方の撮像処理（例えば第１撮像処理）を実行した後、該一方の撮像処理に係る格子の移送等の完了を待つことなく、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理（例えば第２撮像処理）を実行可能な構成となっている。

【0022】

このように、一方の格子の移送等の完了を待つことなく、他方の格子の下での撮像、ひいては該撮像後の格子の移送等を行うことで、比較的長い時間を要する２つの格子の移送処理を一部で重複して行うことが可能となる。結果として、所定の計測対象範囲に係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間を短縮することができる。

【0023】

加えて、本手段では、第２光パターンの照射に基づく計測を行う際には、所定の撮像条件により定まるゲインＡ及びオフセットＢの関係〔例えばＡ＝Ｋ（比例定数）×Ｂ〕と、画像データ上の各画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ）から定まる、該画素（ｘ，ｙ）に係るゲインＡ（ｘ，ｙ）又はオフセットＢ（ｘ，ｙ）の値とを利用して、被計測物の三次元計測を行う構成となっている。

【0024】

つまり、少なくとも２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像された少なくとも２通りの画像データを取得しさえすれば、位相シフト法による三次元計測が可能となる。結果として、第２光パターンの下で撮像すべき画像数（撮像回数）が、第１光パターンの下で撮像すべき画像数より少なくて済む。

【0025】

例えば４通り（又は３通り）に位相変化させた第１光パターンの照射に基づき４通り（又は３通り）の画像を撮像すると共に、２通りに位相変化させた第２光パターンの照射に基づき２通りの画像を撮像する場合には、撮像回数が計６回（又は５回）となり、撮像時間が減少する。

【0026】

従って、従来技術に比べ、総合的な撮像回数が少なくて済み、撮像時間を短縮することができる。結果として、より高精度な計測をより短時間で実現することが可能となる。

【0027】

尚、光源から照射された光は、まず格子を通過する際に減衰され、次に被計測物にて反射する際に減衰され、最後に撮像手段においてＡ／Ｄ変換（アナログ−デジタル変換）される際に減衰された上で、画像データの各画素の輝度値として取得される。

【0028】

従って、撮像手段により撮像された画像データの各画素の輝度値は、光源の明るさ（輝度）、光源から照射された光が格子を通過する際の減衰率、光が被計測物にて反射する際の反射率、撮像手段においてＡ／Ｄ変換（アナログ−デジタル変換）される際の変換効率等を掛け合わせることにより表現することができる。

【0029】

例えば、光源（均一光）の明るさ：Ｌ
格子の透過率：Ｇ＝αsinθ＋β
α，βは任意の定数。

【0030】

被計測物上の座標 (x,y)における反射率：Ｒ(x,y)
撮像手段（撮像素子）の各画素の変換効率：Ｅ
被計測物上の座標(x,y)に対応する画像上の画素の輝度値：Ｖ(x,y)
被計測物上の座標(x,y)における光パターンのゲイン：Ａ(x,y)
被計測物上の座標(x,y)における光パターンのオフセット：Ｂ(x,y)
とした場合には、下記式（Ｆ１）で表すことができる。

【0031】

【数1】

【0032】

ここで、ゲインＡ(x,y)は、「sinθ＝1」の光による輝度値Ｖ(x,y)_MAXと、「sinθ＝−1」の光による輝度値Ｖ(x,y)_MINとの差から表すことができるので、
例えば、格子がθ＝０の時の透過率（＝平均透過率）：Ｇθ₌₀
格子がθ＝π／２の時の透過率（＝最大透過率）：Ｇθ₌π_/2
格子がθ＝−π／２の時の透過率（＝最小透過率）：Ｇθ_=-π_/2
とした場合には、下記式（Ｆ２）で表すことができる。

【0033】

【数2】

【0034】

また、オフセットＢ(x,y)は、「sinθ＝0」の光における輝度値Ｖ(x,y)であって、「sinθ＝1」の光による輝度値Ｖ(x,y) _MAXと、「sinθ＝−1」の光による輝度値Ｖ(x,y) _MINとの平均値であるので、下記式（Ｆ３）で表すことができる。

【0035】

【数3】

【0036】

つまり、輝度値の最大値Ｖ(x,y)_MAX、最小値Ｖ(x,y)_MIN、平均値Ｖ(x,y)_AVはそれぞれ下記式（Ｆ４）、（Ｆ５）、（Ｆ６）で表すことができ、図４のグラフに示すような関係となる。

【0037】

【数4】

【0038】

図４から見てとれるように、所定の座標(x,y)における輝度値の最大値Ｖ(x,y)_MAXと輝度値の最少値Ｖ(x,y)_MINの平均値Ｖ(x,y)_AVがオフセットＢ(x,y)となり、該オフセットＢ(x,y)と最大値Ｖ(x,y)_MAXとの差、及び、該オフセットＢ(x,y)と最少値Ｖ(x,y)_MINとの差がそれぞれゲインＡ(x,y)となる。

【0039】

また、輝度値Ｖ(x,y)は、光源の明るさＬ又は反射率Ｒ(x,y)に比例して変化するため、例えば反射率Ｒが半分となる座標位置では、ゲインＡやオフセットＢの値も半分となる。

【0040】

次に上記式（Ｆ２）、（Ｆ３）を下記式（Ｆ２´）、（Ｆ３´）とした上で、両者を合わせて整理すると、下記式（Ｆ７）が導き出せる。

【0041】

【数5】

【0042】

さらに、上記式（Ｆ７）をＡ(x,y)について解くと、下記式（Ｆ８）となり、図５に示すグラフのように表すことができる。

【0043】

【数6】

【0044】

つまり、光源の明るさＬ又は反射率Ｒ(x,y)の一方を固定して他方を変化させた場合には、オフセットＢ(x,y)が増減すると共に、該オフセットＢ(x,y)に比例してゲインＡ(x,y)も増減することとなる。かかる式（Ｆ８）により、ゲインＡ又はオフセットＢの一方が分かれば、他方を求めることができる。ここで、比例定数Ｋは、光源の明るさＬや反射率Ｒとは無関係に、格子の透過率Ｇにより定まる。つまり、下記の手段２，３のように換言することができる。

【0045】

尚、上記特許文献１に記載されているように、互いに波長成分（ＲＧＢ成分）の異なる２つの光パターンを同時に照射し、これらが照射された被計測物からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な構成とすれば、第１撮像処理と第２撮像処理とを同時に行うことができ、計測時間をさらに短縮することは可能となるが、かかる構成では、上記各光成分毎に分離して撮像可能なカメラとして、例えば各波長域に対応する複数のダイクロイックミラー及び撮像部を備えたカラーカメラや、各画素毎に撮像可能な波長域が異なる単板式カラーカメラ等を用いる必要があり、計測装置が非常に高価になるおそれがある。また、ＲＧＢ各成分の光パターンごとに被計測物での反射率などが異なるため、被計測物の色の種類によっては、各光パターンによって計測精度が異なってくるおそれがある。

【0046】

手段２．前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

【0047】

ゲインＡとオフセットＢとが相互に一義的に定まる関係であれば、例えばゲインＡとオフセットＢとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインＡからオフセットＢ、或いは、オフセットＢからゲインＡを求めることが可能となる。

【0048】

手段３．前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

【0049】

ゲインとオフセットとが比例関係であれば、例えばＡ＝Ｋ×Ｂ＋Ｃ〔但し、Ｃ：カメラの暗電流（オフセット）〕のような関係式で表すことができ、ゲインＡからオフセットＢ、或いは、オフセットＢからゲインＡを求めることが可能となる。ひいては下記の手段４のような構成とすることができる。

【0050】

手段４．前記第２所定数が２の場合において、
２通りに位相変化させた前記第２光パターンの相対位相関係をそれぞれ０、γとしたときの２通りの画像データの各画素の輝度値をそれぞれＶ₀、Ｖ₁とした場合に、
前記第２計測手段は、三次元計測を行うに際し、
下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを算出することを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0051】

Ｖ₀＝Ａsinθ＋Ｂ ・・・（１）
Ｖ₁＝Ａsin（θ＋γ）＋Ｂ ・・・（２）
Ａ＝ＫＢ ・・・（３）
但し、γ≠０、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｋ：比例定数。

【0052】

上記手段４によれば、上記式（３）を上記式（１）に代入することにより、下記式（４）を導き出すことができる。

【0053】

Ｖ₀＝ＫＢsinθ＋Ｂ ・・・（４）
これをオフセットＢについて解くと、下記式（５）を導き出すことができる。

【0054】

Ｂ＝Ｖ₀／（Ｋsinθ＋１） ・・・（５）
また、上記式（３）を上記式（２）に代入することにより、下記式（６）を導き出すことができる。

【0055】

Ｖ₁＝ＫＢsin（θ＋γ）＋Ｂ ・・・（６）
上記式（６）を上記式（５）に代入し、下記［数７］に示すように整理していくと、下記式（７）を導き出すことができる。

【0056】

【数7】

【0057】

ここで、「Ｖ₀cosγ−Ｖ₁＝ａ」、「Ｖ₀sinγ＝ｂ」、「（Ｖ₀−Ｖ₁）／Ｋ＝ｃ」と置くと、上記式（７）は下記式（８）のように表すことができる。

【0058】

ａsinθ＋ｂcosθ＋ｃ＝０ ・・・（８）
ここで、下記［数８］に示すように、上記式（８）を位相θについて解いていくと、下記［数９］に示す下記式（９）を導き出すことができる。

【0059】

【数8】

【0060】

【数9】

【0061】

従って、上記手段４における『下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを算出すること』とあるのは、『下記式（９）に基づき位相θを算出すること』と換言することができる。勿論、位相θを得るアルゴリズムは、上記式（９）に限定されるものではなく、上記式（１）、（２）、（３）の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。

【0062】

尚、上述したカメラの暗電流Ｃ等を考慮すれば、計測精度のさらなる向上を図ることができる。

【0063】

手段５．γ＝１８０°としたことを特徴とする手段４に記載の三次元計測装置。

【0064】

上記手段５によれば、位相が１８０°異なる２通りの第２光パターンの下で２回の撮像を行うこととなる。

【0065】

上記式（２）においてγ＝１８０°とすることで下記式（１０）が導き出される。

【0066】

Ｖ₁＝Ａsin（θ＋１８０°）＋Ｂ
＝−Ａsinθ＋Ｂ ・・・（１０）
そして、上記式（１），（１０）から下記式（１１）を導き出すことができ、これをオフセットＢについて解くと、下記式（１２）を導き出すことができる。

【0067】

Ｖ₀＋Ｖ₁＝２Ｂ ・・・（１１）
Ｂ＝（Ｖ₀＋Ｖ₁）／２ ・・・（１２）
さらに、上記式（１２）を上記式（３）に代入することにより、下記式（１３）を導き出すことができる。

【0068】

Ａ＝ＫＢ
＝Ｋ（Ｖ₀＋Ｖ₁）／２ ・・・（１３）
また、上記式（１）を「sinθ」について整理すると、下記式（１´）のようになる。

【0069】

sinθ＝（Ｖ₀−Ｂ）／Ａ ・・・（１´）
そして、上記式（１´）に、上記式（１２），（１３）を代入することにより、下記式（１４）を導き出すことができる。

【0070】

sinθ＝｛Ｖ₀−（Ｖ₀＋Ｖ₁）／２｝／｛Ｋ（Ｖ₀＋Ｖ₁）／２｝
＝（Ｖ₀−Ｖ₁）／Ｋ（Ｖ₀＋Ｖ₁） ・・・（１４）
ここで、上記式（１４）を位相θについて解くと、下記式（１５）を導き出すことができる。

【0071】

θ＝sin^-1［（Ｖ₀−Ｖ₁）／Ｋ（Ｖ₀＋Ｖ₁）］ ・・・（１５）
つまり、位相θは、既知の輝度値Ｖ₀，Ｖ₁及び定数Ｋにより特定することができる。

【0072】

このように、上記手段５によれば、比較的簡単な演算式に基づいて位相θを求めることができ、被計測物の三次元計測を行うに際し、さらなる処理の高速化が可能となる。

【0073】

手段６．γ＝９０°としたことを特徴とする手段４に記載の三次元計測装置。

【0074】

上記手段６によれば、位相が９０°異なる２通りの第２光パターンの下で２回の撮像を行うこととなる。

【0075】

上記式（２）においてγ＝９０°とすることで下記式（１６）が導き出される。

【0076】

Ｖ₁＝Ａsin（θ＋９０°）＋Ｂ
＝Ａcosθ＋Ｂ ・・・（１６）
上記式（１６）を「cosθ」について整理すると、下記式（１７）のようになる。

【0077】

cosθ＝（Ｖ₁−Ｂ）／Ａ ・・・（１７）
また、上記式（１）を「sinθ」について整理すると、上述したように下記式（１´）のようになる。

【0078】

sinθ＝（Ｖ₀−Ｂ）／Ａ ・・・（１´）
次に上記式（１´）、（１７）を下記式（１８）に代入すると下記式（１９）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２０）が導き出される。

【0079】

sin²θ＋cos²θ＝１ ・・・（１８）
｛（Ｖ₀−Ｂ）／Ａ｝²＋｛（Ｖ₁−Ｂ）／Ａ｝²＝１ ・・・（１９）
（Ｖ₀−Ｂ）²＋（Ｖ₁−Ｂ）²＝Ａ² ・・・（２０）
そして、上記式（２０）に対し上記式（３）を代入すると下記式（２１）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２２）が導き出される。

【0080】

（Ｖ₀−Ｂ）²＋（Ｖ₁−Ｂ）²＝Ｋ²Ｂ² ・・・（２１）
（２−Ｋ²）Ｂ²−２（Ｖ₀＋Ｖ₁）Ｂ＋Ｖ₀²Ｖ₁²＝０ ・・・（２２）
ここで、上記式（２２）をオフセットＢについて解くと、下記式（２３）を導き出すことができる。

【0081】

【数10】

【0082】

つまり、オフセットＢは、既知の輝度値Ｖ₀，Ｖ₁及び定数Ｋにより特定することができる。

【0083】

また、下記式（２４）に上記式（１´）、（１７）を代入すると下記式（２５）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２６）が導き出される。

【0084】

tanθ＝sinθ／cosθ ・・・（２４）
＝｛（Ｖ₀−Ｂ）／Ａ｝／｛（Ｖ₁−Ｂ）／Ａ｝ ・・・（２５）
＝（Ｖ₀−Ｂ）／（Ｖ₁−Ｂ） ・・・（２６）
そして、上記式（２６）を位相θについて解くと、下記式（２７）を導き出すことができる。

【0085】

θ＝tan^-1｛（Ｖ₀−Ｂ）／（Ｖ₁−Ｂ）｝ ・・（２７）
つまり、位相θは、上記式（２３）を用いることにより、既知の輝度値Ｖ₀，Ｖ₁及び定数Ｋにより特定することができる。

【0086】

このように、上記手段６によれば、「tan^-1」を用いた演算式に基づいて位相θを求めることができるため、−１８０°〜１８０°の３６０°の範囲で高さ計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。

【0087】

手段７．予めキャリブレーションにより算出した前記ゲイン及びオフセットの関係を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0088】

例えば基準板に対し３通り又は４通りに位相変化させた光パターンを照射し、これらの下で撮像した３通り又は４通りの画像データに基づき各画素におけるゲインＡ及びオフセットＢを特定し、上記式（３）から定数Ｋを決定しておく。これにより、上記手段７によれば、各画素においてより精度の良い高さ計測を行うことができる。

【0089】

手段８．前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0090】

上記手段８によれば、上記手段７と同様の作用効果が奏される。上述したとおり、ゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）は、光源の明るさＬや反射率Ｒとは無関係に、格子の透過率Ｇにより定まる。そのため、第１格子と第２格子が同一のものであれば、第１照射手段に係るゲイン及びオフセットの関係と、第２照射手段に係るゲイン及びオフセットの関係は同じものとなる。これを利用することにより、上記手段７のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。

【0091】

手段９．前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0092】

例えば上記式（１２）等を用いて画像データの全画素についてオフセットＢを求め、その中でオフセットＢの値が一致する画素の輝度値Ｖを抽出し、そのヒストグラムを作成する。そして、そのヒストグラムから輝度値の最大値Ｖ_MAXと最小値Ｖ_MINを決定する。

【0093】

上述したとおり、輝度値の最大値Ｖ_MAXと最少値Ｖ_MINの平均値がオフセットＢとなり、最大値Ｖ_MAXと最少値Ｖ_MINの差の半分がゲインＡとなる。これを基に、上記式（３）から定数Ｋを決定することができる。これにより、上記手段９によれば、上記手段７のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。

【0094】

手段１０．前記計測値取得手段は、前記第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、前記第１計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得することを特徴とする手段１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0095】

第１撮像処理の実行回数は、第２撮像処理の実行回数よりも多く、これに基づく第１計測手段の計測結果は、第２計測手段の計測よりも計測精度が高くなる。これを踏まえ、上記手段１０によれば、計測精度の高い第１計測手段の計測結果を主として用いる一方、一部のデータ欠落部分に関しては、第２計測手段の計測結果を用いることで、全体としては計測精度が高くかつデータの欠落部分が少ない計測データを取得することができる。

【0096】

手段１１．前記第１撮像処理の終了と同時に、該第１撮像処理に係る前記第１格子の移送又は切替処理を開始可能とすると共に、
前記第１格子の移送又は切替処理の終了と同時に、前記第１撮像処理を開始可能とし、
前記第１格子の移送又は切替処理の実行中に、前記第２撮像処理を実行可能に構成されていることを特徴とする手段１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0097】

上記手段１１によれば、所定の計測対象範囲に係る全ての第１撮像処理を最短で終了することができる。また、第２撮像処理の実行回数は第１撮像処理の実行回数よりも少ないため、第１格子の移送又は切替処理の実行中（第１撮像処理と第１撮像処理との間）に第２撮像処理を実行する構成とすることにより、所定の計測対象範囲に係る全ての第１撮像処理が終了するまでの間に、全ての第２撮像処理も終了させることができる。結果として、上記手段１等の作用効果をさらに高め、計測時間のさらなる短縮化を図ることができる。

【0098】

手段１２．少なくとも前記第２格子の移送又は切替処理を、前記第１格子の移送又は切替処理と同時に行うことを特徴とする手段１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0099】

仮に両照射手段のうちの一方の照射手段の格子を移送等する間に、他方の照射手段から光パターンを照射して撮像を行う構成となっている場合には、アクチュエータ等により格子を移送する際の機械的振動や、格子を構成する液晶シャッタ等を切替制御する際に発生し得る電気的ノイズの影響を受け、計測誤差等が生じるおそれもある。

【0100】

これに対し、本手段１２によれば、第１撮像処理の実行中に、第２照射手段の第２格子の移送等が行われないため、第１計測手段に係る計測精度の低下抑制を図ることができる。

【0101】

尚、上記手段１２の構成の下では、第１照射手段の第１格子の移送又は切替処理中に第２撮像処理が行われ得るが、上述したように、第２計測手段による計測は、もともと第１計測手段による計測よりも計測精度が低いことから、仮に上記計測誤差等が発生した場合でも、計測結果に与える影響は、第１計測手段の計測結果に与える影響よりも小さくなる。

【0102】

特に、上記手段１０，１１の構成の下では、第２計測手段の計測結果が、第１計測手段の計測結果のデータ欠落部分を補完する補完データとなるため、計測精度が低下しても、計測データ全体に与える影響は極めて小さい。

【0103】

手段１３．前記被計測物が、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする手段１乃至１２のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0104】

上記手段１３によれば、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプの高さ計測等を行うことができる。ひいては、クリーム半田又は半田バンプの検査において、その計測値に基づいてクリーム半田又は半田バンプの良否判定を行うことができる。従って、かかる検査において、上記各手段の作用効果が奏されることとなり、精度よく良否判定を行うことができる。結果として、半田印刷検査装置又は半田バンプ検査装置における検査精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0105】

【図1】基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。

【図2】基板検査装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】カメラ及び照明装置の処理動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図4】光源の明るさ又は反射率と輝度値との関係を示すグラフである。

【図5】ゲインとオフセットの関係を示すグラフである。

【図6】各データ区間に含まれる輝度値の数の分布を表した分布表である。

【図7】各データ区間に含まれる輝度値の数の分布を表したヒストグラムである。

【図8】別の実施形態におけるカメラ及び照明装置の処理動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図9】（ａ）〜（ｃ）は、カメラの露光及びデータ転送に係る処理動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図10】従来のカメラ及び照明装置の処理動作を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0106】

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態における三次元計測装置を具備する基板検査装置１を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、基板検査装置１は、被計測物としてのクリーム半田が印刷されてなるプリント基板２を載置するための載置台３と、プリント基板２の表面に対し斜め上方から所定の光パターンを照射するための２つの照明装置（第１照射手段としての第１照明装置４Ａ、及び、第２照射手段としての第２照明装置４Ｂ）と、プリント基板２上の光パターンの照射された部分を撮像するための撮像手段としてのカメラ５と、基板検査装置１内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置６とを備えている。

【0107】

載置台３には、モータ１５，１６が設けられており、該モータ１５，１６が制御装置６により駆動制御されることによって、載置台３上に載置されたプリント基板２が任意の方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）へスライドさせられるようになっている。

【0108】

第１照明装置４Ａは、所定の光を発する第１光源４Ａａと、該第１光源４Ａａからの光を正弦波状（縞状）の光強度分布を有する第１光パターンに変換するための第１格子を形成する第１液晶格子４Ａｂとを備えており、プリント基板２に対し、斜め上方から複数通りに（本実施形態では４分の１ピッチずつ）位相変化する縞状の第１光パターンを照射可能となっている。ここで、第１液晶格子４Ａｂにおける格子態様を切替制御する機構が第１格子制御手段に相当する。

【0109】

同様に、第２照明装置４Ｂは、所定の光を発する第２光源４Ｂａと、該第２光源４Ｂａからの光を正弦波状（縞状）の光強度分布を有する第２光パターンに変換するための第２格子を形成する第２液晶格子４Ｂｂとを備えており、プリント基板２に対し、斜め上方から複数通りに（本実施形態では２分の１ピッチずつ）位相変化する縞状の第２光パターンを照射可能となっている。ここで、第２液晶格子４Ｂｂにおける格子態様を切替制御する機構が第２格子制御手段に相当する。

【0110】

より詳しくは、各照明装置４Ａ，４Ｂにおいて、光源４Ａａ，４Ｂａから発せられた光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを介して投影レンズに導かれる。そして、投影レンズからプリント基板２に対し縞状の光パターンが照射される。

【0111】

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂは、一対の透明基板間に液晶層が形成されると共に、一方の透明基板上に配置された共通電極と、これと対向するように他方の透明基板上に複数並設された帯状電極とを備え、駆動回路により、各帯状電極にそれぞれ接続されたスイッチング素子（薄膜トランジスタ等）をオンオフ制御し、各帯状電極に印加される電圧を制御することにより、各帯状電極に対応する各格子ラインの光透過率が切替えられ、光透過率の高い「明部」と、光透過率の低い「暗部」とからなる縞状の格子パターンを形成する。そして、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを介してプリント基板２上に照射される光は、回折作用に起因したボケ等により、正弦波状の光強度分布を有する光パターンとなる。

【0112】

尚、本実施形態において、各照明装置４Ａ，４Ｂは、各光パターンが、矩形状のプリント基板２の一対の辺と平行にＸ軸方向に沿って照射されるよう設定されている。つまり、光パターンの縞が、Ｘ軸方向に直交し、かつ、Ｙ軸方向に平行に照射される。

【0113】

また、各照明装置４Ａ，４Ｂは、カメラ５の撮像方向である略鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って視た平面視（Ｘ−Ｙ平面）において、プリント基板２を挟んで相対向する位置に配置されている。ここで、第１照明装置４Ａが配置された位置が本実施形態における第１位置に相当し、第２照明装置４Ｂが配置された位置が第２位置に相当する。

【0114】

カメラ５は、レンズや撮像素子等からなる。撮像素子としては、ＣＭＯＳセンサを採用している。勿論、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばＣＣＤセンサ等を採用してもよい。カメラ５によって撮像された画像データは、該カメラ５内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置６に入力され、後述する画像データ記憶装置２４に記憶される。そして、制御装置６は、該画像データを基に、後述するような画像処理や検査処理等を実施する。かかる意味で、制御装置６は本実施形態における画像処理手段を構成する。

【0115】

次に、制御装置６の電気的構成について説明する。図２に示すように、制御装置６は、基板検査装置１全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１（以下、「ＣＰＵ等２１」という）、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される「入力手段」としての入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置２３、カメラ５により撮像された画像データを記憶するための画像データ記憶装置２４、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置２５、各種情報を予め記憶しておく設定データ記憶装置２６を備えている。なお、これら各装置２２〜２６は、ＣＰＵ等２１に対し電気的に接続されている。

【0116】

次に、基板検査装置１よるプリント基板２の検査手順について詳しく説明する。はじめに、光パターンのばらつき（位相分布）を把握するためのキャリブレーションを行う。

【0117】

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂでは、各帯状電極に接続された各トランジスタの特性（オフセットやゲイン等）のばらつきにより、上記各帯状電極に印加される電圧にもばらつきが生じるため、同じ「明部」や「暗部」であっても、各帯状電極に対応する各ラインごとに光透過率（輝度レベル）がばらつくこととなる。その結果、被計測物上に照射される光パターンも正弦波状の理想的な光強度分布とならず、三次元計測結果に誤差が生じるおそれがある。

【0118】

そこで、予め光パターンのばらつき（位相分布）を把握しておく、いわゆるキャリブレーション等が行われる。

【0119】

キャリブレーションの手順としては、まずプリント基板２とは別に、高さ位置０、かつ、平面をなす基準面を用意する。基準面は、計測対象たるクリーム半田と同一色となっている。すなわち、クリーム半田と光パターンの反射率が等しくなっている。

【0120】

続いて上記基準面に対し光パターンを照射すると共に、これをカメラ５により撮像することで、各座標の輝度値を含んだ画像データを得る。本実施形態では、キャリブレーションを行う際には、光パターンの位相を９０°ずつシフトさせ、各光パターンの下で撮像された４通りの画像データを取得する。

【0121】

そして、制御装置６は、上記４通りの画像データから各画素（座標）における光パターンの位相θを算出し、これをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置２６に記憶する。

【0122】

さらに本実施形態では、第２液晶格子４Ｂｂに関して、上記４通りの画像データから各画素における光パターンのゲインＡ及びオフセットＢ、並びに両者の関係を特定し、これをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置２６に記憶する。従って、設定データ記憶装置２６が本実施形態における記憶手段を構成する。

【0123】

ここで、ゲインＡ及びオフセットＢを算出する手順についてより詳しく説明する。４通りの画像データの各画素における輝度値（Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃）と、ゲインＡ及びオフセットＢとの関係は、下記式（Ｈ１）、（Ｈ２）、（Ｈ３）、（Ｈ４）により表すことができる。

【0124】

【数11】

【0125】

そして、４通りの画像データの輝度値（Ｖ₀，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃）を加算し、上記式（Ｈ１）、（Ｈ２）、（Ｈ３）、（Ｈ４）を下記［数１２］に示すように整理すると、下記式（Ｈ５）を導き出すことができる。

【0126】

【数12】

【0127】

また、上記式（Ｈ１）、（Ｈ３）から、下記式（Ｈ６）を導き出すことができる。

【0128】

【数13】

【0129】

また、上記式（Ｈ２）、（Ｈ４）から、下記式（Ｈ７）を導き出すことができる。

【0130】

【数14】

【0131】

そして、下記［数１５］に示すように、上記式（Ｈ６）、（Ｈ７）を下記式（Ｈ８）に代入し、整理していくと、下記式（Ｈ９）を導き出すことができる。

【0132】

【数15】

【0133】

さらに、上記式（Ｈ５）、（Ｈ９）から導き出された下記式（Ｈ１０）を基にゲインＡ及びオフセットＢの比例定数Ｋを算出する。

【0134】

【数16】

【0135】

そして、上記のように算出された各画素における光パターンのゲインＡ、オフセットＢ、及び、比例定数Ｋをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置２６に記憶する。勿論、比例定数Ｋのみをキャリブレーションデータとして記憶する構成としてもよい。

【0136】

次に、各検査エリアごとに行われる検査ルーチンについて、図３のタイミングチャートを参照して詳しく説明する。この検査ルーチンは、制御装置６（ＣＰＵ等２１）にて実行されるものである。

【0137】

制御装置６は、まずモータ１５，１６を駆動制御してプリント基板２を移動させ、カメラ５の視野をプリント基板２上の所定の検査エリア（計測対象範囲）に合わせる。なお、検査エリアは、カメラ５の視野の大きさを１単位としてプリント基板２の表面を予め分割しておいた中の１つのエリアである。

【0138】

続いて、制御装置６は、両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを切替制御し、該両液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂに形成される第１格子及び第２格子の位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。

【0139】

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切換設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴａ１にて、位相「０°」の第１光パターンの下で１回目の第１撮像処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１光源４Ａａを発光させ、第１光パターンの照射を開始すると共に、カメラ５を駆動制御して、該第１光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。かかる第１撮像処理の手順は、後述する２〜４回目の第１撮像処理においても同様である。

【0140】

そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ２において、１回目の第１撮像処理を終了する。つまり、第１光パターンの照射を終了すると共に、該第１光パターンに係る１回目の撮像を終了する。ここで、カメラ５により撮像された画像データは、画像データ記憶装置２４へ転送され記憶される（以下同様）。

【0141】

同時に、制御装置６は、タイミングＴａ２にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「９０°」の位置へ切替える処理を開始する。

【0142】

次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切換途中であるタイミングＴａ３にて、位相「０°」の第２光パターンの下で１回目の第２撮像処理を開始する。具体的には、第２照明装置４Ｂの第２光源４Ｂａを発光させ、第２光パターンの照射を開始すると共に、カメラ５を駆動制御して、該第２光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。かかる第２撮像処理の手順は、後述する２回目の第２撮像処理においても同様である。

【0143】

そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ４において、１回目の第２撮像処理を終了する。つまり、第２光パターンの照射を終了すると共に、該第２光パターンに係る１回目の撮像を終了する。

【0144】

次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴａ２）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ５において、該切替処理を終了する。

【0145】

第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ５にて位相「９０°」の第１光パターンの下で２回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ６において、２回目の第１撮像処理を終了する。

【0146】

２回目の第１撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ６にて両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「９０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。また、第２照明装置４Ｂの第２液晶格子４Ｂｂに形成される第２格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第２光パターンの位相が２分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。

【0147】

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ７にて位相「１８０°」の第１光パターンの下で３回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ８において、３回目の第１撮像処理を終了する。

【0148】

同時に、制御装置６は、タイミングＴａ８にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「１８０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「２７０°」の位置へ切替える処理を開始する。

【0149】

次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切換途中であるタイミングＴａ９にて、位相「１８０°」の第２光パターンの下で２回目の第２撮像処理を開始する。そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ１０において、２回目の第２撮像処理を終了する。

【0150】

次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴａ８）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ１１において、該切替処理を終了する。

【0151】

第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ１２にて位相「２７０°」の第１光パターンの下で４回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ１２において、４回目の第１撮像処理を終了する。

【0152】

このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、４通りに位相変化させた第１光パターンの下で撮像された４画面分の画像データ、及び、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像された２画面分の画像データの合計６画面分の画像データが取得される。

【0153】

そして、制御装置６は、まず第１光パターンの下で取得した４通りの画像データを基に、位相シフト法により高さ計測（三次元計測）を行う第１計測処理を実行する。かかる第１計測処理を実行する機能により本実施形態における第１計測手段が構成される。

【0154】

詳しくは、制御装置６は、位相シフト法により、上記４通りの画像データ（各画素の輝度値）から各画素に係る第１光パターンの位相θ₁を算出する。

【0155】

ここで、上記４通りの画像データの各画素に係る輝度値Ｖ₁₀，Ｖ₁₁，Ｖ₁₂，Ｖ₁₃は、下記式（Ｈ１´）、（Ｈ２´）、（Ｈ３´）、（Ｈ４´）により表すことができる。

【0156】

【数17】

【0157】

上記式（Ｈ１´）、（Ｈ２´）、（Ｈ３´）、（Ｈ４´）を位相θ₁について解くと、下記式（Ｈ１１）を導き出すことができる。

【0158】

【数18】

【0159】

続いて、制御装置６は、上記のように算出された各画素の位相θ₁と、上記設定データ記憶装置２６に記憶したキャリブレーションデータ（キャリブレーションに基づく各画素の位相）とを比較して、同一の位相を有する画素のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各画素（ｘ，ｙ）に係る高さデータ（ｚ）を算出し、かかる高さデータ（ｚ）を演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0160】

例えば、被計測画素（ｘ，ｙ）における実測値（位相）が「１０°」であった場合、該「１０°」の値が、キャリブレーションにより記憶したデータ上のどの位置にあるかを検出する。ここで、被計測画素（ｘ，ｙ）よりも３画素隣りに「１０°」が存在していれば、それは光パターンの縞が３画素ずれたことを意味する。そして、光パターンの照射角度と、光パターンの縞のズレ量を基に、三角測量の原理により、被計測画素（ｘ，ｙ）の高さデータ（ｚ）を求めることができる。

【0161】

但し、上記第１計測処理により得られた計測データのうち、第１光パターンが十分に照射されず該第１計測処理により計測困難な領域（画素）に関しては、データの欠落部分となる。

【0162】

続いて、制御装置６は、上記データの欠落部分を補完する処理を実行する。具体的には、まず上記第１計測処理の計測結果を基に、該第１計測処理により計測困難であった領域（データの欠落部分）を特定する。次に、かかる領域に関して、第２光パターンの下で取得した上記２通りの画像データを基に、位相シフト法により高さ計測（三次元計測）を行う第２計測処理を実行する。かかる第２計測処理を実行する機能により本実施形態における第２計測手段が構成される。

【0163】

詳しくは、制御装置６は、位相シフト法により、上記２通りの画像データ（各画素の輝度値）と、上記設定データ記憶装置２６に記憶したキャリブレーションデータ（キャリブレーションに基づく各画素の比例定数Ｋ）とを基に、各画素に係る第２光パターンの位相θ₂を算出する。

【0164】

ここで、上記２通りの画像データの各画素に係る輝度値Ｖ₂₀，Ｖ₂₁とした場合、各画素に係る第２光パターンの位相θ₂は、上記式（１５）に基づき、下記式（Ｈ１２）により表すことができる。

【0165】

θ₂＝sin^-1［（Ｖ₂₀−Ｖ₂₁）／Ｋ（Ｖ₂₀＋Ｖ₂₁）］ ・・・（Ｈ１２）
但し、Ｋ：比例定数。

【0166】

続いて、制御装置６は、上記第１計測処理と同様、上記のように算出された各画素の位相θ₂と、上記設定データ記憶装置２６に記憶したキャリブレーションデータ（キャリブレーションに基づく各画素の位相）とを比較して、同一の位相を有する画素のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各画素（ｘ，ｙ）に係る高さデータ（ｚ）を算出し、かかる高さデータ（ｚ）を演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0167】

そして、上記第２計測処理の終了後、制御装置６は、上記第１計測処理により得られた計測データ（計測値）と、第２計測処理により得られた計測データ（計測値）とを合成する合成処理を行う。これにより、第１計測処理により得られた計測データのデータ欠落部分が補完された、所定の検査エリア全域の各画素について漏れのない計測データが完成する。従って、かかる合成処理により、本実施形態における計測値取得手段が構成される。

【0168】

次に、制御装置６は、このように得られた所定の検査エリアの計測データに基づいて、基準面より高くなったクリーム半田の印刷範囲を検出し、この範囲内での各部位の高さを積分することにより、印刷されたクリーム半田の量を算出する。

【0169】

続けて、制御装置６は、このようにして求めたクリーム半田の位置、面積、高さ又は量等のデータを、予め設定データ記憶装置２６に記憶されている基準データと比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、その検査エリアにおけるクリーム半田の印刷状態の良否を判定する。

【0170】

かかる処理が行われている間に、制御装置６は、モータ１５，１６を駆動制御してプリント基板２を次の検査エリアへと移動せしめ、以降、上記一連の処理が、全ての検査エリアで繰り返し行われることで、プリント基板２全体の検査が終了する。

【0171】

以上詳述したように、本実施形態によれば、光パターンを２方向から照射することにより、プリント基板２に光パターンが照射されない影の部分が生じないようにすることができる。そして、両光パターンのうち、第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、該第１光パターンに係る計測精度の高い第１計測処理の計測結果を該領域に係る計測値として取得する一方、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測処理の計測結果を該領域に係る計測値として取得することにより、全体としては計測精度が高くかつデータの欠落部分のない計測データを取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。

【0172】

また、本実施形態では、第２光パターンの照射に基づく計測を行う際には、所定の撮像条件により定まるゲインＡ及びオフセットＢの関係〔例えばＡ＝Ｋ（比例定数）×Ｂ〕と、画像データ上の各画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ）から定まる、該画素（ｘ，ｙ）に係るゲインＡ（ｘ，ｙ）又はオフセットＢ（ｘ，ｙ）の値とを利用することにより、２通りに位相変化させた光パターンの下で撮像した２通りの画像データを基に位相シフト法により高さ計測を行うことができる。

【0173】

これにより、本実施形態においては、所定の検査エリアにつき、４通りに位相変化させた第１光パターンの下で４回の第１撮像処理を実行し、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で２回の第２撮像処理を実行すればよいため、撮像回数が計６回となる。従って、各光パターンにつき４回ずつ計８回の撮像を必要とする従来技術に比べて、全体の撮像回数が少なくて済み、撮像時間を短縮することができる。結果として、より高精度な計測をより短時間で実現することが可能となる。

【0174】

さらに、本実施形態では、第１光パターンの下での１回分の第１撮像処理を実行した後、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理の途中で、第２光パターンの下での１回分の第２撮像処理を実行可能な構成となっている。

【0175】

これにより、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間を短縮することができる。例えば、本実施形態において、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、〔第１撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第１液晶格子４Ａｂの切替処理に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＝合計［６８ｍｓｅｃ］となる。

【0176】

加えて、本実施形態では、少なくとも所定の検査エリアに係るデータ取得が行われている間（上記一連の撮像処理が行われている間）、プリント基板２が停止されており、カメラ５とプリント基板２との位置関係が固定されている。つまり、撮像中におけるカメラ５とプリント基板２との位置関係が変化しないため、検査エリアの狭小化等を防止することができる。結果として、本実施形態のように多数の検査エリアが設定されるプリント基板２の計測において、計測時間の短縮化を図ることができる。

【0177】

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、第１実施形態と同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0178】

上記第１実施形態では、各画素における光パターンのゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）を、予めキャリブレーションにより求める構成となっているが、これに代えて、第２実施形態では、第２光パターンのゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）を、実測時に撮像した前記２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像した２通りの画像データを基に求める構成となっている。

【0179】

その手順としては、まず上記式（１２）を用いて画像データの全画素についてオフセットＢを求める。次に、その中でオフセットＢの値が一致する画素の輝度値Ｖ（＝Ａsinθ＋Ｂ）を抽出し、そのヒストグラムを作成する。その一例を図６，７の表に示す。但し、図６，７はゲインＡを「１」、オフセットＢを「０」とした場合を例示している。図６は、輝度値Ｖを「０．１」幅のデータ区間に区切って、そのデータ区間に含まれる輝度値の数を表した分布表であり、図７は、それをプロットしたヒストグラムである。

【0180】

そして、このヒストグラムを基に輝度値の最大値Ｖ_MAXと最小値Ｖ_MINを決定する。「sinθ」の特性を利用することにより、上記ヒストグラムにおいて発生する２つのピークをそれぞれ輝度値の最大値Ｖ_MAXと最小値Ｖ_MINとして決定することができる。図６，７に示す例では、輝度値Ｖが「−１．０〜−０．９」及び「０．９〜１．０」のデータ区間に入る輝度値Ｖの個数がそれぞれ「５１」となり、ここが２つのピークとなる。

【0181】

続いて、輝度値の最大値Ｖ_MAXと最少値Ｖ_MINを基にゲインＡ及びオフセットＢを算出する。上述したとおり、輝度値の最大値Ｖ_MAXと最少値Ｖ_MINの平均値がオフセットＢとなり、最大値Ｖ_MAXと最少値Ｖ_MINの差の半分がゲインＡとなる。つまり、図７に示すように、２つのピークの中間値がオフセットＢとなり、２つのピークの幅の半分がゲインＡとなる。

【0182】

このようにして得たゲインＡとオフセットＢの値を基に比例定数Ｋを決定することができる〔上記式（３）参照〕。従って、比例定数Ｋを決定する上記一連の処理機能により本実施形態における関係把握手段が構成される。

【0183】

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。また、上記第１実施形態のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。

【0184】

尚、本実施形態では、位相が１８０°異なる２通りの第２光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に、画像データの全画素について比例定数Ｋ等を求める構成となっているが、これに限らず、例えば位相が９０°異なる２通りの第２光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に比例定数Ｋ等を求める構成としてもよい。また、画像データの全画素ではなく、被計測画素の周辺など画像データの一部の範囲において、比例定数Ｋ等を求める構成としてもよい。

【0185】

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、第１実施形態と同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0186】

本実施形態では、各検査エリアごとに行われる検査ルーチンが上記第１実施形態と異なる。本実施形態に係る検査ルーチンについて、図８のタイミングチャートを参照して詳しく説明する。

【0187】

制御装置６は、まずモータ１５，１６を駆動制御してプリント基板２を移動させ、カメラ５の視野をプリント基板２上の所定の検査エリア（計測対象範囲）に合わせる。

【0188】

続いて、制御装置６は、両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを切替制御し、該両液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂに形成される第１格子及び第２格子の位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。

【0189】

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切換設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴｂ１にて、位相「０°」の第２光パターンの下で１回目の第２撮像処理を開始し、所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ２において、１回目の第２撮像処理を終了する。

【0190】

かかる第２撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ２にて、位相「０°」の第１光パターンの下で１回目の第１撮像処理を開始し、所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ３において、１回目の第１撮像処理を終了する。

【0191】

かかる第１撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ３にて両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「９０°」の位置へ切替える処理を開始する。また、第２照明装置４Ｂの第２液晶格子４Ｂｂに形成される第２格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第２光パターンの位相が２分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。

【0192】

次に、制御装置６は、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の開始（タイミングＴｂ３）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ４において、該切替処理を終了する。

【0193】

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ４にて位相「９０°」の第１光パターンの下で２回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ５において、２回目の第１撮像処理を終了する。

【0194】

同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ５にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「９０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。

【0195】

次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴｂ５）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ６において、該切替処理を終了する。

【0196】

第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ６にて位相「１８０°」の第１光パターンの下で３回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ７において、３回目の第１撮像処理を終了する。

【0197】

同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ７にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「１８０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「２７０°」の位置へ切替える処理を開始する。

【0198】

次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴｂ７）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ８において、該切替処理を終了する。

【0199】

第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ８にて位相「２７０°」の第１光パターンの下で４回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ９において、４回目の第１撮像処理を終了する。

【0200】

かかる第１撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ９にて、位相「１８０°」の第２光パターンの下で２回目の第２撮像処理を開始し、所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ１０において、２回目の第２撮像処理を終了する。

【0201】

このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、４通りに位相変化させた第１光パターンの下で撮像された４画面分の画像データ、及び、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像された２画面分の画像データの合計６画面分の画像データが取得される。

【0202】

以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間を短縮することができる。例えば、本実施形態において、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、〔第１撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第１液晶格子４Ａｂの切替処理に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＋〔第２撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×２回〕＝合計［７２ｍｓｅｃ］となる。

【0203】

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

【0204】

（ａ）上記実施形態では、三次元計測装置を、プリント基板２に印刷形成されたクリーム半田の高さを計測する基板検査装置１に具体化したが、これに限らず、例えば基板上に印刷された半田バンプや、基板上に実装された電子部品など、他のものの高さを計測する構成に具体化してもよい。

【0205】

（ｂ）上記実施形態では、光源４Ａａ，４Ｂａからの光を縞状の光パターンに変換するための格子を、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂにより構成すると共に、これを切替制御することにより、光パターンの位相をシフトさせる構成となっている。これに限らず、例えば格子部材をピエゾアクチュエータ等の移送手段により移送させ、光パターンの位相をシフトさせる構成としてもよい。

【0206】

（ｃ）上記実施形態では、第１計測処理において、位相が９０°ずつ異なる４通りの第１光パターンの下で撮像された４通りの画像データを基に、位相シフト法により三次元計測を行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相が１２０°ずつ異なる３通りの第１光パターンの下で撮像された３通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。つまり、第１光パターンの下での撮像回数である「第１所定数」は、少なくとも位相シフト法により三次元計測を実行可能な数であれば良い。

【0207】

（ｄ）上記実施形態では、第２計測処理において、位相が１８０°異なる２通りの光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。これに代えて、例えば位相が９０°異なる２通りの光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。かかる場合、上記式（２３），（２７）を用いることにより、２通りの画像データ上の各画素における輝度値Ｖ₂₀，Ｖ₂₁と、既知の比例定数Ｋを利用して、各画素における第２光パターンの位相θ₂を算出することができる。

【0208】

かかる構成によれば、「tan^-1」を用いた演算式に基づいて位相θ₂を求めることができるため、−１８０°〜１８０°の３６０°の範囲で高さ計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。

【0209】

勿論、この他にも、上記式（１）、（２）、（３）の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。位相θ₂を得る一般式としては、上記式（９）が一例に挙げられる〔［数９］参照〕。

【0210】

（ｅ）上記実施形態では、第２計測処理において、位相が異なる２通りの光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっているが、第２光パターンの下での撮像回数は、これに限定されるものではない。つまり、第２光パターンの下での撮像回数である「第２所定数」は、少なくとも第１光パターンの下での撮像回数である「第１所定数」よりも少ない数であれば良い。例えば第１光パターンによる計測時において、４通りの位相の第１光パターンの下で撮像された４通りの画像データを基に高さ計測を行う構成となっている場合には、第２光パターンによる計測時において、３通りの位相の第２光パターンの下で撮像された３通りの画像データを基に、ゲインＡとオフセットＢとの関係（比例定数Ｋ）を利用して高さ計測を行う構成としてもよい。かかる場合においても、従来に比べれば、比較的簡単な演算式に基づいて第２光パターンの位相θ₂を求めることができ、処理の高速化が可能となる。

【0211】

（ｆ）上記第１実施形態では、位相が９０°異なる４通りの光パターンの下で撮像された４通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相の異なる３通りの光パターンの下で撮像された３通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成としてもよい。

【0212】

また、キャリブレーションを行う際に、光源の輝度を変えて複数回行う構成としてもよい。かかる構成とすれば、下記式（２８）に示すようなカメラ５の暗電流（オフセット）Ｃまで求めることができる。

【0213】

Ａ＝ＫＢ＋Ｃ ・・・（２８）
但し、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｃ：カメラの暗電流（オフセット）、Ｋ：比例定数。

【0214】

あるいは、ゲインＡとオフセットＢとの関係は、式として求めることなく、ゲインＡとオフセットＢとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインＡからオフセットＢあるいはオフセットＢからゲインＡを求めることが可能に構成しても良い。

【0215】

また、キャリブレーションに代えて、第１計測処理において用いる上記４通りの第１光パターンの下で撮像された４通りの画像データを利用してゲインＡとオフセットＢとの関係（比例定数Ｋ）を求めても良い。従って、かかる処理を行う機能により本実施形態における関係把握手段が構成されることとなる。

【0216】

（ｇ）第１撮像処理及び第２撮像処理の実行順序や、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の実行タイミングなど、検査ルーチンは上記第１実施形態（図３参照）や第３実施形態（図８参照）に限定されるものではなく、第１撮像処理や第２撮像処理の実行回数等に応じて種々の組み合わせが可能である。

【0217】

例えば上記第１実施形態では、１回目の第２撮像処理が終了した後、所定時間経過後（例えば１１ｍｓｅｃ後）に両液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を同時に開始する構成となっているが、これに限らず、例えば第２撮像処理の終了と同時に又は所定時間経過後（例えば４ｍｓｅｃ後）に第２液晶格子４Ｂｂの切替処理を単独で開始する構成としてもよい。つまり、第１液晶格子４Ａｂの切替処理と第２液晶格子４Ｂｂの切替処理の一部が重複して行われると共に、第２液晶格子４Ｂｂの切替処理中に２回目の第１撮像処理が行われる構成としてもよい。但し、第１計測処理の計測精度の低下抑制を図る上では、上記第１実施形態のように、第２液晶格子４Ｂｂの切替処理が、第１液晶格子４Ａｂの切替処理と同時に行われることが好ましい。

【0218】

（ｈ）上記実施形態では、計測精度の高い第１計測処理の計測結果を主として用いる一方、一部のデータ欠落部分に関しては、第２計測処理の計測結果で補完することで、全体としては計測精度が高くかつデータの欠落部分が少ない計測データを取得する構成となっているが、これに限らず、第２計測処理の計測結果を主として用いる一方、一部のデータ欠落部分に関して、第１計測処理の計測結果で補完する構成としてもよい。

【0219】

また、上記実施形態では、第１計測処理により計測困難であった領域に関してのみ、第２計測処理を実行する構成となっているが、これに限らず、所定の検査エリアのうち、第２光パターンの下で取得した２通りの画像データを基に三次元計測可能な領域すべてにおいて第２計測処理を実行し、そこから第１計測処理により計測困難であった領域に対応するデータを抽出する構成としてもよい。

【0220】

（ｉ）上記実施形態では、カメラ５の撮像処理について「撮像」としか記載していないが、より詳しくは、実質的な撮像にあたる露光処理と、撮像したデータの転送処理とに分けられる。

【0221】

従って、カメラ５として、一般のＣＣＤカメラ等を用いた場合には、露光中にデータ転送を行うことができないため、上記第３実施形態のように第１撮像処理及び第２撮像処理を連続して行う場合には、図９（ａ）に示す例のように、露光処理とデータ転送処理とを交互に繰り返すこととなる。

【0222】

これに対し、カメラ５として、ＣＭＯＳカメラや、データ転送中に露光可能な機能を持ったＣＣＤカメラ等を用いた場合には、露光処理とデータ転送処理とを一部で重複して行うことができるため、撮像時間ひいては計測時間の短縮化を図ることができる。

【0223】

具体的に、露光時間が転送時間よりも短く設定されている場合には、図９（ｂ）に示す例のように、第１の露光により取得した第１のデータ転送中に、第２の露光が終了しないぎりぎりのタイミングで、該第２の露光を開始すれば、第１の露光により取得したデータの消失を防止しつつ、第１撮像処理及び第２撮像処理に要する撮像時間を極力短くすることができる。

【0224】

一方、露光時間が転送時間よりも長く設定されている場合には、図９（ｃ）に示す例のように、第１の露光の終了直後に第２の露光を開始すれば、第１撮像処理及び第２撮像処理に要する撮像時間を極力短くすることができる。

【0225】

（ｊ）上記実施形態では、照明装置４Ａ，４Ｂが、カメラ５の撮像方向である略鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って視た平面視（Ｘ−Ｙ平面）において、プリント基板２を挟んで相対向する位置に、プリント基板２を中心に平面視等間隔で配置されている。これに限らず、照明装置４Ａ，４Ｂの配置は、各光パターンが照射されない影の部分が生じないよう、プリント基板２の構成等に応じて任意に設定可能である。

【0226】

例えば上記実施形態では、各光パターンが、矩形状のプリント基板２の一対の辺と平行にＸ軸方向に沿って照射される。つまり、光パターンの縞が、Ｘ軸方向に直交し、かつ、Ｙ軸方向に平行に照射される構成となっている。これに限らず、例えば光パターンの縞が、矩形状のプリント基板２やカメラ５の撮像視野（検査エリア）の各辺に対し斜め（例えば平面視斜め４５度）に交差するように照射される構成としてもよい。

【0227】

（ｋ）上記実施形態では、各光パターンの周期（縞ピッチ）について特に言及していないが、各光パターンの周期を異ならせた構成としてもよい。例えば第１光パターンを第１周期（例えば６００μｍ）の光パターンとすると共に、第２光パターンを前記第１周期よりも長い第２周期（例えば８００μｍ）の光パターンとしてもよい。このように周期の短い第１光パターンと、周期の長い第２光パターンとを組合わせて計測を行うようにすれば、長い周期の第２光パターンを利用するメリットである計測可能な高さレンジを大きくできること、及び、周期の短い第１光パターンを利用するメリットである分解能の高い高精度な計測を実現できることの双方の効果を得ることができる。結果として、広ダイナミックレンジで高分解能の計測を行うことができ、より高精度な計測を実現することができる。

【0228】

ここで、１種類１方向のみならず、同種（同周期）の光パターンを複数方向から照射する構成としてもよい。例えば、上記実施形態のように相対向して配置される第１照明装置４Ａ及び第２照明装置４Ｂを２組備え、該４つの照明装置４Ａ，４Ｂを、プリント基板２を中心に９０°間隔で配置した構成としてもよい。

【0229】

但し、かかる構成では、第１光パターン又は第２光パターンのいずれか一方しか照射されない領域が生じてしまうおそれもある。

【0230】

これに対し、例えば第１照明装置４Ａ及び第２照明装置４Ｂをそれぞれ２つずつ備えると共に、該第１照明装置４Ａ及び第２照明装置４Ｂがプリント基板２を中心に９０°間隔で交互に配置される構成、つまり２つの第１照明装置４Ａが相対向するように配置されると共に、２つの第２照明装置４Ｂが相対向するように配置された構成としてもよい。

【0231】

かかる構成により、第１光パターン又は第２光パターンのいずれか一方しか照射されない領域が生じる割合を極力減らすことができる。結果として、より精度の高い計測を行うことができる。

【符号の説明】

【0232】

１…基板検査装置、２…プリント基板、４Ａ…第１照明装置、４Ａａ…第１光源、４Ａｂ…第１液晶格子、４Ｂ…第２照明装置、４Ｂａ…第２光源、４Ｂｂ…第２液晶格子、５…カメラ、６…制御装置、２４…画像データ記憶装置、２５…演算結果記憶装置、２６…設定データ記憶装置、Ａ…ゲイン、Ｂ…オフセット、Ｋ…比例定数。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】