特開 2017-96866 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2017-96866(P2017-96866A)

(43)【公開日】2017年6月1日

(54)【発明の名称】三次元計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20170428BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/25 H

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2015-231661(P2015-231661)

(22)【出願日】2015年11月27日

(11)【特許番号】特許第6062523号(P6062523)

(45)【特許公報発行日】2017年1月18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】梅村 信行

(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】奥田 学

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA53

2F065CC01

2F065CC26

2F065DD03

2F065FF04

2F065GG04

2F065HH06

2F065LL28

2F065MM02

2F065QQ21

2F065QQ31

2F065QQ42

(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、計測精度の飛躍的な向上を図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の表面に対し斜め上方から所定の縞パターンを投影する照明装置４と、プリント基板２上の縞パターンの投影された部分を撮像するカメラ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制御装置６とを備えている。そして、プリント基板２に投影された縞パターンを移動させると共に、該移動する縞パターンを複数回に分けて撮像し、該撮像された一連の画像データの各画素の輝度値を画素毎に加算して、その平均値を算出する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の光を発する光源と、該光源からの光を所定の縞パターンに変換する格子と、該格子を移動可能な駆動手段とを有し、前記縞パターンを被計測物に対し投影可能な投影手段と、
前記縞パターンの投影された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記投影手段及び前記撮像手段を制御し、光強度分布の異なる複数の画像データを取得可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された複数の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、
前記画像取得手段は、
前記複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、
前記格子を移動する移動処理を実行すると共に、
前記格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において連続して撮像を行う撮像処理を実行する、
又は、
前記格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において複数回に分けて撮像を行う撮像処理を実行し、該撮像結果を画素毎に加算若しくは平均する処理を実行することを特徴とする三次元計測装置。

【請求項2】

前記格子の移動処理の開始と同時又は移動処理中に前記撮像処理を開始し、該格子の移動処理の停止と同時又は移動処理中に前記撮像処理を終了す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】

前記所定の縞パターンは、非正弦波状の光強度分布を有する縞パターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。

【請求項4】

前記格子は、光を透過する透光部と、光を遮る遮光部とが交互に並ぶ配置構成となってい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。

【請求項5】

前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板であること、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする請求項１乃至４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】

近年では、光を用いた非接触式の三次元計測装置が種々提案されている。中でも、位相シフト法を用いた三次元計測装置がよく知られている。

【0004】

位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、所定の投影手段により被計測物に対し所定の縞パターンを投影する。投影手段は、所定の光を発する光源と、該光源からの光を縞パターンに変換する格子とを備えてなる。

【0005】

上記格子は、光を透過する透光部と、光を遮る遮光部とが交互に並ぶように配置された構成となっている。

【0006】

そして、被計測物の真上に配置した撮像手段を用いて被計測物上に投影された縞パターンを撮像する。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。

【0007】

ここで、上記格子を介して変換した矩形波状の光強度分布を有する縞パターンを、ピントをずらして被計測物に投影することにより、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンとして投影する技術が従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0008】

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。

【0009】

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

【0010】

そして、上記格子を移動制御して、縞パターンの位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋９０°、φ＋１８０°、φ＋２７０°）にシフトさせ、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順次取り込み、下記式（Ｕ２）に基づいて位相φを求める。

【0011】

φ＝tan^-1[(Ｉ₁−Ｉ₃)／(Ｉ₂−Ｉ₀)] ・・（Ｕ２）
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）を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００７−８５８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、ピントを合わせる場合とは異なり、縞パターンのピントのずれ具合を所望の状態に維持管理することは非常に難しく、被測定物上に投影される縞パターンの光強度分布（波形）が崩れやすく、正弦波状の光強度分布とならないおそれがある。

【0014】

また、被計測物との相対位置関係によって縞パターンのピントのずれ具合も異なるため、被計測物との相対位置関係が変化すると、縞パターンの光強度分布（波形）も変化してしまうおそれがある。

【0015】

さらに、ピントをずらして投影するため、テレセントリック光学系を用いて縞パターンを投影することもできない。

【0016】

結果として、三次元計測における計測精度の低下が懸念される。

【0017】

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。

【0018】

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、計測精度の飛躍的な向上を図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】

【0019】

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。

【0020】

手段１．所定の光を発する光源と、該光源からの光を所定の縞パターンに変換する格子と、該格子を移動可能な駆動手段とを有し、前記縞パターンを被計測物（例えばプリント基板）に対し投影可能な投影手段と、
前記縞パターンの投影された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記投影手段及び前記撮像手段を制御し、光強度分布の異なる複数の画像データを取得可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された複数の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、
前記画像取得手段は、
前記複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、
前記格子を移動する移動処理を実行すると共に、
前記格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において連続して撮像（露光）を行う撮像処理を実行する、
又は、
前記格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において複数回に分けて撮像（露光）を行う撮像処理を実行し、該撮像結果（撮像された複数の画像データの各画素の輝度値）を画素毎に加算若しくは平均する処理を実行することを特徴とする三次元計測装置。

【0021】

上記手段１によれば、被計測物に投影された所定の縞パターン（例えば矩形波状の光強度分布を有する縞パターン）を移動させると共に、該移動する縞パターンを連続して撮像する、又は、複数回に分けて撮像し該撮像結果を画素毎に加算若しくは平均する。

【0022】

これにより、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な光強度分布の異なる複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、単に所定の縞パターンを投影し撮像した場合よりも、理想的な正弦波により近い光強度分布を有する画像データを取得することが可能となる。

【0023】

ここで「正弦波状」とは、「正弦波のような形をした」という意味であり、単に「正弦波状」といった場合には、理想的な「正弦波」のみならず、「正弦波」に近似したものを含む（後述する「矩形波」など他の「非正弦波」についても同様）。

【0024】

また、上記「所定の縞パターン」には、「正弦波状の光強度分布を有する縞パターン」も含まれる。つまり、理想的な「正弦波」ではない、正弦波に近似した光強度分布を有する縞パターンを投影し、理想的な正弦波により近い光強度分布を有する画像データを取得する構成としてもよい。

【0025】

本手段によれば、ピントを合わせた状態で縞パターンを投影したとしても、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得することができる。ピントを合わせた状態で縞パターンを投影することが可能となることで、縞パターンの光強度分布（波形）を維持しやすくなる。さらには、テレセントリック光学系を用いた縞パターンの投影も可能となる。

【0026】

結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測精度の飛躍的な向上を図ることができる。

【0027】

尚、上記「移動処理」における格子の移動動作は、格子が連続して移動する連続動作であってもよいし、格子が間欠的に移動する（所定量ずつ移動する）間欠動作であってもよい。

【0028】

また、上記「格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において連続して撮像を行う（又は複数回に分けて撮像を行う）撮像処理」を実行することには、格子の移動開始前の停止中に撮像処理を開始する場合や、格子の移動停止後の停止中に撮像処理を終了する場合なども含まれる。したがって、例えば格子の停止中に撮像処理を開始した後、格子の移動を開始し、該格子の移動が停止した後、該撮像処理を終了する構成としてもよい。

【0029】

手段２．前記格子の移動処理の開始と同時又は移動処理中に前記撮像処理を開始し、該格子の移動処理の停止と同時又は移動処理中に前記撮像処理を終了することを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

【0030】

上記手段２によれば、所定期間中に撮像される縞パターンの位置（位相）が常に変化することとなる。これにより、一部に移動していない縞パターンのデータが含まれる場合よりも、理想的な正弦波により近い光強度分布を有する画像データを取得することが可能となる。結果として、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

【0031】

手段３．前記所定の縞パターンは、非正弦波状の光強度分布を有する縞パターンであることを特徴とする手段１又は２に記載の三次元計測装置。

【0032】

尚、上記「非正弦波」とは、例えば「矩形波」、「台形波」、「三角波」、「のこぎり波」など、「正弦波」ではない所定の波を意味する。

【0033】

一般に、非正弦波状（例えば矩形波状）の光強度分布を有する縞パターンを投影し三次元計測を行うよりも、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンを投影し三次元計測を行う方が計測精度が良い。

【0034】

しかし、上述したように、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンを投影手段により生成することは非常に難しく、機械的構成を複雑化するおそれがある。

【0035】

この点、本手段３によれば、投影手段の機械的構成を複雑化することなく、正弦波ではない非正弦波状（例えば矩形波状）の光強度分布を有する縞パターンを投影しつつも、比較的簡単な制御処理や演算処理等により、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得することができる。結果として、機械的構成の複雑化を抑制し、ひいては製造コストの抑制を図ることができる。

【0036】

手段４．前記格子は、光を透過する透光部と、光を遮る遮光部とが交互に並ぶ配置構成となってい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。

【0037】

上記手段４によれば、上記手段３と同様の作用効果が奏される。本手段のような２値的な格子を用いることにより、少なくとも輝度が最大かつ一定となる平坦なピーク部分（以下、「明部」という）と、輝度が最小かつ一定となる平坦なピーク部分（以下、「暗部」という）とを有した光強度分布の縞パターンを投影することができる。つまり、矩形波状又は台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影することができる。

【0038】

通常、格子を通過する光は完全な平行光ではなく、透光部及び遮光部の境界部における回折作用等に起因して、縞パターンの「明部」と「暗部」の境界部には中間階調域が生じ得るため、完全な矩形波にはならない。

【0039】

ここで、格子における透光部及び遮光部の配置間隔など、構成によっても異なるが、「明部」と「暗部」の境界部における中間階調域の輝度勾配が急峻な場合には、矩形波状の光強度分布を有する縞パターンとなり、中間階調域の輝度勾配が緩やかな場合には、台形波状の光強度分布を有する縞パターンとなる。

【0040】

手段５．前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板であること、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。

【0041】

上記手段５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】

【0042】

【図1】基板検査装置を模式的に示す概略構成図である。

【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】プリント基板上に投影された縞パターンの態様を模式的に示した図である。

【図4】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5】第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１〜Ｘ８）における光強度分布を示す表である。

【図6】第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ９〜Ｘ１６）における光強度分布を示す表である。

【図7】第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１７〜Ｘ２４）における光強度分布を示す表である。

【図8】第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ２５〜Ｘ３２）における光強度分布を示す表である。

【図9】第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ３３〜Ｘ３６）における光強度分布を示す表である。

【図10】第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１〜Ｘ１０）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図11】第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１１〜Ｘ２０）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図12】第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ２１〜Ｘ３０）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図13】第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ３１〜Ｘ３６）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図14】第１のシミュレーションに係る縞パターンの光強度分布を表したグラフである。

【図15】図１０〜図１３の（ａ）に示す理想的な正弦波の光強度分布を表したグラフである。

【図16】図１０〜図１３の（ｂ）に示す各種平均値をプロットしたグラフである。

【図17】図１０〜図１３の（ｃ）に示す各種平均値と理想値との差をプロットしたグラフである。

【図18】第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１〜Ｘ８）における光強度分布を示す表である。

【図19】第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ９〜Ｘ１６）における光強度分布を示す表である。

【図20】第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１７〜Ｘ２４）における光強度分布を示す表である。

【図21】第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ２５〜Ｘ３２）における光強度分布を示す表である。

【図22】第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ３３〜Ｘ３６）における光強度分布を示す表である。

【図23】第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１〜Ｘ１０）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図24】第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ１１〜Ｘ２０）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図25】第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ２１〜Ｘ３０）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図26】第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）は撮像素子のＸ軸方向（座標Ｘ３１〜Ｘ３６）における理想的な正弦波の光強度分布を示す表であり、（ｂ）は各画素における輝度値の各種平均値を示す表であり、（ｃ）は理想値と各種平均値との差を示す表である。

【図27】第２のシミュレーションに係る縞パターンの光強度分布を表したグラフである。

【図28】図２３〜図２６の（ａ）に示す理想的な正弦波の光強度分布を表したグラフである。

【図29】図２３〜図２６の（ｂ）に示す各種平均値をプロットしたグラフである。

【図30】図２３〜図２６の（ｃ）に示す各種平均値と理想値との差をプロットしたグラフである。

【図31】（ａ）〜（ｄ）は、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。

【発明を実施するための形態】

【0043】

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、計測対象たるクリーム半田Ｋ（図３参照）が印刷されてなる被計測物としてのプリント基板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縞パターン（縞状の光パターン）を投影する投影手段としての照明装置４と、プリント基板２上の縞パターンの投影された部分を撮像する撮像手段としてのカメラ５と、照明装置４やカメラ５の駆動制御など基板検査装置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。制御装置６は、本実施形態における画像取得手段及び画像処理手段を構成する。

【0044】

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）へスライドするようになっている。

【0045】

照明装置４は、所定の光を発する光源４ａや、該光源４ａからの光を縞パターンに変換する格子板４ｂを備え、制御装置６により駆動制御される。ここで、光源４ａから発せられた光は集光レンズ（図示略）に導かれ、そこで平行光にされた後、格子板４ｂを介して投影レンズ（図示略）に導かれ、プリント基板２に対し縞パターンとして投影されることとなる。

【0046】

尚、集光レンズや投影レンズなど、照明装置４の光学系にテレセントリック光学系を用いた構成としてもよい。プリント基板２は、検査エリアを移動する際に高さ位置が微妙に変化してしまうおそれがある。テレセントリック光学系を用いれば、このような変化に影響を受けることなく、精度良く計測を行うことができる。

【0047】

格子板４ｂは、光を透過する直線状の透光部と、光を遮る直線状の遮光部とが、光源４ａの光軸と直交する所定方向に交互に並んだ配置構成となっている。これにより、プリント基板２に対し、矩形波状又は台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影することができる。図３に示すように、本実施形態では、縞の方向がＸ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な縞パターンが投影される。

【0048】

通常、格子板４ｂを通過する光は完全な平行光でなく、透光部及び遮光部の境界部における回折作用等に起因して、縞パターンの「明部」及び「暗部」の境界部に中間階調域が生じ得るため、完全な矩形波にはならない。但し、図３では、簡略化のため、中間階調域を省略し、明暗２値の縞模様で縞パターンを図示している。

【0049】

ここで、格子板４ｂにおける透光部及び遮光部の配置間隔など、構成によっても異なるが、「明部」と「暗部」の境界部における中間階調域の輝度勾配が急峻な場合には、矩形波状の光強度分布を有する縞パターンとなり（図１４参照）、中間階調域の輝度勾配が緩やかな場合には、台形波状の光強度分布を有する縞パターンとなる（図２７参照）。

【0050】

さらに、照明装置４は、格子板４ｂを移動するモータ等の駆動手段（図示略）を備えている。制御装置６は、該駆動手段を駆動制御することにより、光源４ａの光軸と直交する前記所定方向へ格子板４ｂを一定速度で連続移動する移動処理を行うことができる。これにより、プリント基板２に対し縞パターンがＸ軸方向に沿って移動していくように投影することができる。

【0051】

カメラ５は、レンズや撮像素子等を備えてなる。本実施形態では、撮像素子としてＣＣＤセンサを採用している。本実施形態の撮像素子は、例えばＸ軸方向（水平方向）に５１２画素、Ｙ軸方向（垂直方向）に４８０画素の分解能を有する。

【0052】

カメラ５は、制御装置６により駆動制御される。より詳しくは、制御装置６は、格子板４ｂの駆動手段に設けられたエンコーダ（図示略）からの信号に基づいて、格子板４ｂを移動するタイミングと、カメラ５により画像を取り込むタイミングとの同期をとりながら撮像処理を行う。

【0053】

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演算処理等を実施する。

【0054】

ここで、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、タッチパネル等で構成される「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など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、設計データなどの各種情報を予め記憶しておくための設定データ記憶装置２６などを備えている。尚、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。

【0055】

次に、基板検査装置１によってプリント基板２の各検査エリアごとに行われる検査ルーチンについて図４を参照して詳しく説明する。図４は、カメラ５及び照明装置４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。

【0056】

かかる検査ルーチンは、制御装置６（ＣＰＵ等２１）にて実行されるものである。本実施形態では、各検査エリアについて、それぞれ４回の画像取得処理を行うことにより、光強度分布の異なる４通りの画像データを取得する。

【0057】

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（撮像範囲）をプリント基板２上の所定の検査エリアに合わせる。尚、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。

【0058】

続いて、制御装置６は、照明装置４を駆動制御し、格子板４ｂの位置を第１の初期設定位置（例えば位相「０°」の位置）に設定して、１回目の画像取得処理を開始する。尚、格子板４ｂの初期設定位置は、４回の画像取得処理においてそれぞれ異なり、初期設定位置における縞パターンの位相がそれぞれ９０°ずつ（４分の１ピッチずつ）ずれるように設定されている。

【0059】

１回目の画像取得処理が開始されると、制御装置６は、所定のタイミングＭ１にて照明装置４の光源４ａを発光させ、縞パターンの投影を開始すると同時に、格子板４ｂの移動処理を開始する。これにより、検査エリアに投影される縞パターンがＸ軸方向に沿って一定速度で連続移動する。

【0060】

また、制御装置６は、カメラ５を駆動制御し、所定のタイミングＮ１にて撮像処理を開始する。但し、本実施形態では、格子板４ｂの移動処理の開始タイミングＭ１と、カメラ５による撮像処理の開始タイミングＮ１とが同時となるように設定されている。

【0061】

撮像処理が開始されると、その実行期間中、複数回に分けてカメラ５による撮像（露光）が行われる。より詳しくは、縞パターンが所定量Δｘ（例えば縞パターンの位相１０°に相当する距離）移動される毎、つまり所定時間Δｔが経過する毎にプリント基板２を撮像する。ここで、所定時間Δｔが経過する毎にカメラ５により撮像された画像データは、随時、画像データ記憶装置２４へ転送され記憶される。

【0062】

そして、制御装置６は、タイミングＭ１から所定時間経過後のタイミングＭ２において、格子板４ｂの移動処理を終了すると共に、縞パターンの投影を終了する。また、制御装置６は、タイミングＮ１から所定時間経過後のタイミングＮ２において、カメラ５による撮像処理を終了する。但し、本実施形態では、格子板４ｂの移動処理の終了タイミングＭ２と、カメラ５による撮像処理の終了タイミングＮ２とが同時となるように設定されている。

【0063】

カメラ５による撮像処理が終了すると、制御装置６は、該撮像処理により得られた撮像結果を基に所定の演算処理を実行する。より詳しくは、撮像処理において撮像された一連の画像データ（縞パターンが所定量Δｘ移動される毎に撮像された複数の画像データ）の各画素の輝度値を画素毎に加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。これにより、正弦波状の光強度分布を有する画像データが取得される。

【0064】

そして、制御装置６は、上記平均処理により取得した画像データを演算結果記憶装置２５に記憶して、１回目の画像取得処理を終了する。

【0065】

一方、制御装置６は、１回目の画像取得処理の終了後、又は、１回目の画像取得処理に係る上記平均処理の実行中に、照明装置４を駆動制御し、格子板４ｂの位置を第２の初期設定位置（例えば第１の初期設定位置から縞パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「９０°」の位置）に設定する。

【0066】

その後、制御装置６は、２回目の画像取得処理を開始する。尚、２回目の画像取得処理の手順は、上記１回目の画像取得処理と同様であるため、その詳細な説明は省略する（３回目及び４回目の画像取得処理についても同様）。

【0067】

制御装置６は、２回目の画像取得処理によって、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得すると、これを演算結果記憶装置２５に記憶し、該２回目の画像取得処理を終了する。

【0068】

制御装置６は、２回目の画像取得処理の終了後、又は、２回目の画像取得処理に係る上記平均処理の実行中に、照明装置４を駆動制御し、格子板４ｂの位置を第３の初期設定位置（例えば第２の初期設定位置から縞パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置）に設定して、３回目の画像取得処理を開始する。

【0069】

制御装置６は、３回目の画像取得処理によって、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得すると、これを演算結果記憶装置２５に記憶し、該３回目の画像取得処理を終了する。

【0070】

制御装置６は、３回目の画像取得処理の終了後、又は、３回目の画像取得処理に係る上記平均処理の実行中に、照明装置４を駆動制御し、格子板４ｂの位置を第４の初期設定位置（例えば第３の初期設定位置から縞パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「２７０°」の位置）に設定して、４回目の画像取得処理を開始する。

【0071】

制御装置６は、４回目の画像取得処理によって、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得すると、これを演算結果記憶装置２５に記憶し、該４回目の画像取得処理を終了する。

【0072】

このように、上記４回の画像取得処理を行うことにより、光強度分布の異なる４通りの画像データが取得される。これにより、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンの位相を９０°ずつシフトさせ撮像した４通りの画像データと同様の画像データを取得することができる。

【0073】

続いて、制御装置６は、上記のように取得した４通りの画像データ（各画素の輝度値）を基に、背景技術においても説明した公知の位相シフト法により三次元計測（高さ計測）を行い、かかる計測結果を演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0074】

次に、制御装置６は、三次元計測結果（各座標における高さデータ）に基づき、クリーム半田Ｋの良否判定処理を行う。具体的に、制御装置６は、上記のように得られた検査エリアの計測結果に基づいて、基準面より高くなったクリーム半田Ｋ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Ｋの量を算出する。

【0075】

続いて、制御装置６は、このようにして求めたクリーム半田Ｋ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（ガーバデータなど）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Ｋの印刷状態の良否を判定する。

【0076】

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。

【0077】

以下、本実施形態に係る基板検査装置１の作用効果をシミュレーションにより検証した結果を示す。まず、矩形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影した場合におけるシミュレーション（第１のシミュレーション）の結果について図５〜図１７を参照して説明する。

【0078】

本シミュレーションでは、撮像素子のＸ軸方向３６画素分を１周期とし、「明部」と「暗部」の境界部に２画素分の中間階調域（輝度勾配）が存在する矩形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影し、該縞パターンを所定時間Δｔが経過する毎に１画素分（縞パターンの位相１０°分）ずつＸ軸方向に移動させた。

【0079】

図５〜図９は、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（横軸：座標Ｘ１〜Ｘ３６）と、時間経過（縦軸：時間ｔ１〜ｔ３６）と共に変化する縞パターンの輝度値との関係を示した表である。つまり、所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向における光強度分布を示す表である。但し、輝度が最大となる「明部」の輝度値を「１」、輝度が最小となる「暗部」の輝度値を「０」と仮定してシミュレーションを行っている。

【0080】

尚、図５〜図９には、縞パターンの１周期分（Ｘ軸方向に３６画素分）しか示されていないが、実際には複数周期の縞パターンがＸ軸方向に連続して存在する。つまり、座標Ｘ１〜Ｘ３６の範囲に示された光強度分布が繰り返し存在する。

【0081】

図５〜図９に示すとおり、撮像タイミングｔ１においては、座標Ｘ２〜Ｘ１７の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、座標Ｘ２０〜Ｘ３５の範囲が輝度値「０」の「暗部」となっている。また、「明部」と「暗部」の境界部にあたる座標Ｘ３６、Ｘ１と、座標Ｘ１８、Ｘ１９には、それぞれ輝度値が除変する２画素分の中間階調域が存在する。つまり、撮像タイミングｔ１における縞パターンの光強度分布は、図１４のグラフのようになる。

【0082】

そして、撮像タイミングｔ１より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２においては、座標Ｘ３〜Ｘ１８の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、座標Ｘ２１〜Ｘ３６の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。さらに、撮像タイミングｔ２より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３においては、座標Ｘ４〜Ｘ１９の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、座標Ｘ２２〜Ｘ１の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。

【0083】

このように、縞パターンの光強度分布が所定時間Δｔ経過する毎に１画素分ずつ図５〜図９の右方向へ移動していく。

【0084】

次に理想的な正弦波の光強度分布を有する縞パターンと比較しつつ検証する。図１０〜図１３の（ａ）は、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（座標Ｘ１〜Ｘ３６）と、理想的な正弦波の光強度分布（理想値）との関係を示した表である。ここでは、撮像タイミングｔ１における上記矩形波状の光強度分布を有する縞パターンと周期、振幅及び位相が同一となる理想的な正弦波の光強度分布を示している。撮像タイミングｔ１における理想的な正弦波は、図１５に示すグラフのようになる。

【0085】

図１０〜図１３の（ｂ）は、撮像タイミングｔ１にて撮像された画像データを中心に前後所定時間内に撮像された複数の画像データ（各画素毎の輝度値）について平均処理を行った結果（平均値）を、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（横軸：座標Ｘ１〜Ｘ３６）毎に示した表である。

【0086】

より詳しくは、図１０〜図１３の（ｂ）では、最上段に比較例として、平均処理を行わない場合の撮像タイミングｔ１にて撮像された画像データ（各画素毎の輝度値）をそのまま示している。

【0087】

上から２段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後１個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３６〜ｔ２にて撮像された３個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した３コ平均値が示されている。

【0088】

上から３段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後２個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３５〜ｔ３にて撮像された５個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した５コ平均値が示されている。

【0089】

上から４段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後３個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３４〜ｔ４にて撮像された７個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した７コ平均値が示されている。

【0090】

上から５段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後４個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３３〜ｔ５にて撮像された９個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した９コ平均値が示されている。

【0091】

上から６段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後５個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３２〜ｔ６にて撮像された１１個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した１１コ平均値が示されている。

【0092】

上から７段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後６個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３１〜ｔ７にて撮像された１３個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した１３コ平均値が示されている。

【0093】

そして、図１０〜図１３の（ｂ）に示す上記各平均値をそれぞれプロットすると、図１６に示すグラフのようになる。

【0094】

また、図１０〜図１３の（ｃ）は、図１０〜図１３の（ａ）に示した各理想値と図１０〜図１３の（ｂ）に示した各平均値の差を、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（横軸：座標Ｘ１〜Ｘ３６）毎に示した表である。

【0095】

より詳しくは、図１０〜図１３の（ｃ）では、最上段に比較例として、平均処理を行わない場合の撮像タイミングｔ１にて撮像された画像データ（各画素毎の輝度値）と各理想値との差を示している。

【0096】

上から２段目には、上記各３コ平均値と各理想値との差が示されている。上から３段目には、上記各５コ平均値と各理想値との差が示されている。上から４段目には、上記各７コ平均値と各理想値との差が示されている。上から５段目には、上記各９コ平均値と各理想値との差が示されている。上から６段目には、上記各１１コ平均値と各理想値との差が示されている。上から７段目には、上記各１３コ平均値と各理想値との差が示されている。

【0097】

そして、図１０〜図１３の（ｃ）に示す上記各値をそれぞれプロットすると、図１７に示すグラフのようになる。また、図１３（ｃ）の右端には、撮像素子のＸ軸方向における各画素（座標Ｘ１〜Ｘ３６）毎に示された上記各平均値の平均と、各平均値の最大値が示されている。

【0098】

図１３（ｃ）の右端、図１６，１７等を見てわかるとおり、３コ平均値よりも５コ平均値、５コ平均値よりも７コ平均値といったように、平均個数が増加するにしたがって理想の正弦波（理想値）との誤差が減少していき、１３コ平均値が最も誤差が小さくなっている。従って、本シミュレーションにおいては、１３コ平均値を用いて位相シフト法による三次元計測を行うことがより好ましい。

【0099】

次に、台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影した場合におけるシミュレーション（第２のシミュレーション）の結果について図１８〜図３０を参照して説明する。

【0100】

本シミュレーションでは、撮像素子のＸ軸方向３６画素分を１周期とし、「明部」と「暗部」の境界部に１２画素分の中間階調域（輝度勾配）が存在する台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影し、該縞パターンを所定時間Δｔが経過する毎に１画素分（縞パターンの位相１０°分）ずつＸ軸方向に移動させた。

【0101】

図１８〜図２２は、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（横軸：座標Ｘ１〜Ｘ３６）と、時間経過（縦軸：時間ｔ１〜ｔ３６）と共に変化する縞パターンの輝度値との関係を示した表である。つまり、所定時間経過毎の撮像素子のＸ軸方向における光強度分布を示す表である。但し、輝度が最大となる「明部」の輝度値を「１」、輝度が最小となる「暗部」の輝度値を「０」と仮定してシミュレーションを行っている。

【0102】

尚、図１８〜図２２には、縞パターンの１周期分（Ｘ軸方向に３６画素分）しか示されていないが、実際には複数周期の縞パターンがＸ軸方向に連続して存在する。つまり、座標Ｘ１〜Ｘ３６の範囲に示された光強度分布が繰り返し存在する。

【0103】

図１８〜図２２に示すとおり、撮像タイミングｔ１においては、座標Ｘ７〜Ｘ１２の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、座標Ｘ２５〜Ｘ３０の範囲が輝度値「０」の「暗部」となっている。また、「明部」と「暗部」の境界部にあたる座標Ｘ３１〜Ｘ６と、座標Ｘ１３〜Ｘ２４には、それぞれ輝度値が除変する１２画素分の中間階調域が存在する。つまり、撮像タイミングｔ１における縞パターンの光強度分布は、図２７のグラフのようになる。

【0104】

そして、撮像タイミングｔ１より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２においては、座標Ｘ８〜Ｘ１３の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、座標Ｘ２６〜Ｘ３１の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。さらに、撮像タイミングｔ２より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３においては、座標Ｘ９〜Ｘ１４の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、座標Ｘ２７〜Ｘ３２の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。

【0105】

このように、縞パターンの光強度分布が所定時間Δｔ経過する毎に１画素分ずつ図１８〜図２２の右方向へ移動していく。

【0106】

次に理想的な正弦波の光強度分布を有する縞パターンと比較しつつ検証する。図２３〜図２６の（ａ）は、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（座標Ｘ１〜Ｘ３６）と、理想的な正弦波の光強度分布（理想値）との関係を示した表である。ここでは、撮像タイミングｔ１における上記台形波状の光強度分布を有する縞パターンと周期、振幅及び位相が同一となる理想的な正弦波の光強度分布を示している。撮像タイミングｔ１における理想的な正弦波は、図２８に示すグラフのようになる。

【0107】

図２３〜図２６の（ｂ）は、撮像タイミングｔ１にて撮像された画像データを中心に前後所定時間内に撮像された複数の画像データ（各画素毎の輝度値）について平均処理を行った結果（平均値）を、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（横軸：座標Ｘ１〜Ｘ３６）毎に示した表である。

【0108】

より詳しくは、図２３〜図２６の（ｂ）では、最上段に比較例として、平均処理を行わない場合の撮像タイミングｔ１にて撮像された画像データ（各画素毎の輝度値）をそのまま示している。

【0109】

上から２段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後１個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３６〜ｔ２にて撮像された３個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した３コ平均値が示されている。

【0110】

上から３段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後２個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３５〜ｔ３にて撮像された５個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した５コ平均値が示されている。

【0111】

上から４段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後３個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３４〜ｔ４にて撮像された７個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した７コ平均値が示されている。

【0112】

上から５段目には、撮像タイミングｔ１を中心に前後４個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３３〜ｔ５にて撮像された９個の画像データ（各画素毎の輝度値）を平均した９コ平均値が示されている。

【0113】

そして、図２３〜図２６の（ｂ）に示す上記各平均値をそれぞれプロットすると、図２９に示すグラフのようになる。

【0114】

また、図２３〜図２６の（ｃ）は、図２３〜図２６の（ａ）に示した各理想値と図２３〜図２６の（ｂ）に示した各平均値の差を、撮像素子のＸ軸方向における各画素の座標位置（横軸：座標Ｘ１〜Ｘ３６）毎に示した表である。

【0115】

より詳しくは、図２３〜図２６の（ｃ）では、最上段に比較例として、平均処理を行わない場合の撮像タイミングｔ１にて撮像された画像データ（各画素毎の輝度値）と各理想値との差を示している。

【0116】

上から２段目には、上記各３コ平均値と各理想値との差が示されている。上から３段目には、上記各５コ平均値と各理想値との差が示されている。上から４段目には、上記各７コ平均値と各理想値との差が示されている。上から５段目には、上記各９コ平均値と各理想値との差が示されている。

【0117】

そして、図２３〜図２６の（ｃ）に示す上記各値をそれぞれプロットすると、図３０に示すグラフのようになる。また、図２６（ｃ）の右端には、撮像素子のＸ軸方向における各画素（座標Ｘ１〜Ｘ３６）毎に示された上記各平均値の平均と、各平均値の最大値が示されている。

【0118】

図２６（ｃ）の右端、図２９，３０を見てわかるとおり、理想の正弦波（理想値）との誤差は、５コ平均値が最も小さくなっている。従って、本シミュレーションにおいては、５コ平均値を用いて位相シフト法による三次元計測を行うことがより好ましい。

【0119】

但し、他の３コ平均値や７コ平均値、９コ平均値に関しても、本シミュレーションにおける５コ平均値と比べて理想値との差が若干大きいというだけで、十分に理想的な正弦波に近いものであるため、これらを用いて三次元計測を行ったとしても精度の良い計測を行うことは可能である。

【0120】

以上詳述したように、本実施形態によれば、プリント基板２に投影された矩形波状又は台形波状の光強度分布を有する縞パターンを移動させると共に、該移動する縞パターンを複数回に分けて撮像し、該撮像された一連の画像データの各画素の輝度値を画素毎に加算して、その平均値を算出する。

【0121】

これにより、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な光強度分布の異なる複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、単に矩形波状又は台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影し撮像した場合よりも、理想的な正弦波により近い光強度分布を有する画像データを取得することが可能となる。

【0122】

また、本実施形態によれば、ピントを合わせた状態で縞パターンを投影したとしても、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得することができる。ピントを合わせた状態で縞パターンを投影することが可能となることで、縞パターンの光強度分布（波形）を維持しやすくなる。

【0123】

結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測精度の飛躍的な向上を図ることができる。

【0124】

さらに、本実施形態によれば、機械的構成を複雑化することなく、正弦波ではない矩形波状又は台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影しつつも、比較的簡単な制御処理や演算処理等により、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得することができる。結果として、機械的構成の複雑化を抑制し、ひいては製造コストの抑制を図ることができる。

【0125】

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。

【0126】

（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Ｋ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。

【0127】

（ｂ）上記実施形態では、位相シフト法による三次元計測を行う上で、縞パターンの初期位相が９０°ずつ異なる４通りの画像データを取得する構成となっているが、位相シフト回数及び位相シフト量は、これらに限定されるものではない。位相シフト法により三次元計測可能な他の位相シフト回数及び位相シフト量を採用してもよい。

【0128】

例えば位相が１２０°（又は９０°）ずつ異なる３通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよいし、位相が１８０°（又は９０°）ずつ異なる２通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよい。

【0129】

（ｃ）上記実施形態では、矩形波状又は台形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影して、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得する構成となっている。

【0130】

これに限らず、例えば三角波状やのこぎり波状など、他の非正弦波状の光強度分布を有する縞パターンを投影して、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得する構成としてもよい。勿論、可能であれば、中間階調域（輝度勾配）が存在しない矩形波状の光強度分布を有する縞パターンを投影し、正弦波状の光強度分布を有する画像データを取得する構成としてもよい。

【0131】

また、理想的な正弦波ではない、正弦波に近似した（正弦波状の）光強度分布を有する縞パターンを投影し、理想的な正弦波により近い光強度分布を有する画像データを取得する構成としてもよい。

【0132】

（ｄ）投影手段の構成は、上記実施形態に係る照明装置４に限定されるものではない。

【0133】

例えば上記実施形態では、光源４ａからの光を縞パターンに変換する格子として格子板４ｂを採用している。

【0134】

これに限らず、例えば、格子として液晶パネルを採用してもよい。液晶パネルは、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、光透過率の高い透光部と、光透過率の低い遮光部とが交互に並ぶ格子パターンを形成する。そして、これら透光部及び遮光部の位置を切替制御することにより格子の移動処理を行うことができる。

【0135】

また、液晶パネルに代えて、デジタルミラーデバイスを用いたＤＬＰ（登録商標）を格子として採用してもよい。

【0136】

（ｅ）上記実施形態では、透光部と遮光部とが交互に並ぶ２値的な格子（格子板４ｂ）を採用しているが、これに限らず、例えば格子板や液晶パネルに３段階以上に透過率が異なる多値的な格子パターンが形成された構成としてもよい
（ｆ）上記実施形態では、格子板４ｂの移動処理の開始タイミングＭ１と、カメラ５による撮像処理の開始タイミングＮ１とが同時となるように設定されると共に、格子板４ｂの移動処理の終了タイミングＭ２と、カメラ５による撮像処理の終了タイミングＮ２とが同時となるように設定されている。

【0137】

これに限らず、図３１（ａ）に示すように、格子板４ｂの移動開始（開始タイミングＭ１）後にカメラ５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該格子板４ｂの移動停止（終了タイミングＭ２）前にカメラ５による撮像処理を終了する（終了タイミングＮ２）構成としてもよい。

【0138】

また、図３１（ｂ）に示すように、格子板４ｂの移動開始（開始タイミングＭ１）前にカメラ５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該格子板４ｂの移動停止（終了タイミングＭ２）と同時又はその前にカメラ５による撮像処理を終了する（終了タイミングＮ２）構成としてもよい。

【0139】

また、図３１（ｃ）に示すように、格子板４ｂの移動開始（開始タイミングＭ１）と同時又はその後にカメラ５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該格子板４ｂの移動停止（終了タイミングＭ２）後にカメラ５による撮像処理を終了する（終了タイミングＮ２）構成としてもよい。

【0140】

また、図３１（ｄ）に示すように、格子板４ｂの移動開始（開始タイミングＭ１）前にカメラ５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該格子板４ｂの移動停止（終了タイミングＭ２）後にカメラ５による撮像処理を終了する（終了タイミングＮ２）構成としてもよい。

【0141】

（ｇ）上記実施形態では、各画像取得処理において、モータ等の駆動手段により格子板４ｂを一定速度で連続移動する移動処理を行う構成となっている。格子板４ｂの駆動手段は、モータ等のように格子板４ｂを連続移動するものに限らず、例えばピエゾ素子等のように格子板４ｂを間欠移動（所定量ずつ移動）するものを採用してもよい。

【0142】

ピエゾ素子等の駆動手段により格子板４ｂの移動処理を行う場合には、例えば１回の移動処理が１回の間欠移動動作により行われる構成としてもよいし、所定量ずつ複数回の間欠移動動作により行われる構成としてもよい。

【0143】

また、上記実施形態では、１回の画像取得処理ごとに格子板４ｂが停止する構成となっているが、４回の画像取得処理が行われる間、連続して格子板４ｂが移動動作を行う構成としてもよい。

【0144】

（ｈ）上記実施形態では、各画像取得処理において、格子板４ｂの移動中に複数回に分けて撮像（露光）を行い、該撮像された一連の画像データの各画素の輝度値を画素毎に加算して、その平均値を算出する構成となっている。

【0145】

これに限らず、平均値を算出する処理を省略し、一連の画像データの各画素の輝度値を画素毎に加算した加算データ（画像データ）を基に三次元計測を行う構成としてもよい。

【0146】

また、各画像取得処理において、格子板４ｂの移動中に連続して撮像（露光）を行い、該撮像された画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。

【0147】

尚、一般に撮像素子が受光した光量（受光量）が多いほど、より計測に適した画質の良い画像、つまりノイズや量子化誤差の影響が小さい画像を得ることができる。しかし、撮像（露光）時間が長いと、撮像素子が飽和レベルに達してしまい、画像がいわゆる「白飛び」してしまう。これに対し、上記実施形態のように格子板４ｂの移動中に撮像（露光）を複数回に分けて繰り返し行い、画素毎に輝度値を加算することで、飽和させることなく、受光量のより多い画像を得ることができる。

【0148】

一方、撮像素子が飽和レベルに達しない範囲であれば、格子板４ｂの移動中に連続して撮像（露光）を行う方が処理負担が少ない。

【0149】

（ｉ）上記実施形態では、カメラ５の撮像素子としてＣＣＤセンサを採用しているが、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳセンサ等を採用してもよい。

【0150】

尚、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、上記実施形態のように格子板４ｂの移動中に撮像（露光）を複数回に分けて行う場合には、その間にデータ転送（読出）を行う必要がある。

【0151】

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、撮像（露光）とデータ転送とを一部で重複して行うことができるため、計測時間の短縮化を図ることができる。

【符号の説明】

【0152】

１…基板検査装置、２…プリント基板、４…照明装置、４ａ…光源、４ｂ…格子板、５…カメラ、６…制御装置、２４…画像データ記憶手段。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【手続補正書】

【提出日】2016年11月7日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の光を発する光源と、該光源からの光を所定の縞パターンに変換する格子と、該格子を移動可能な駆動手段とを有し、前記縞パターンを被計測物に対し投影可能な投影手段と、
前記縞パターンの投影された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記投影手段及び前記撮像手段を制御し、光強度分布の異なる複数の画像データを取得可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された複数の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、
前記画像取得手段は、
前記複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、
前記格子を移動する移動処理を実行すると共に、
前記格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において複数回に分けて撮像を行う撮像処理を実行し、該撮像結果を画素毎に加算若しくは平均する処理を実行することを特徴とする三次元計測装置。

【請求項2】

所定の光を発する光源と、該光源からの光を所定の縞パターンに変換する格子と、該格子を移動可能な駆動手段とを有し、前記縞パターンを被計測物に対し投影可能な投影手段と、
前記縞パターンの投影された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記投影手段及び前記撮像手段を制御し、光強度分布の異なる複数の画像データを取得可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された複数の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、
前記画像取得手段は、
前記複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、
前記格子を移動する移動処理を実行すると共に、
前記格子の移動期間中の所定期間において連続して撮像を行う撮像処理を実行する、
又は、
前記格子の移動期間中の所定期間において複数回に分けて撮像を行う撮像処理を実行し、該撮像結果を画素毎に加算若しくは平均する処理を実行するものであり、
前記所定期間は、前記格子が位相３０°相当分以上、位相１３０°相当分以下移動する期間であることを特徴とする三次元計測装置。

【請求項3】

前記格子の移動処理の開始と同時又は移動処理中に前記撮像処理を開始し、該格子の移動処理の停止と同時又は移動処理中に前記撮像処理を終了することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。

【請求項4】

前記所定の縞パターンは、非正弦波状の光強度分布を有する縞パターンであ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。

【請求項5】

前記格子は、光を透過する透光部と、光を遮る遮光部とが交互に並ぶ配置構成となっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。

【請求項6】

前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板であること、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0020】

手段１．
手段１−１．所定の光を発する光源と、該光源からの光を所定の縞パターンに変換する格子と、該格子を移動可能な駆動手段とを有し、前記縞パターンを被計測物（例えばプリント基板）に対し投影可能な投影手段と、
前記縞パターンの投影された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記投影手段及び前記撮像手段を制御し、光強度分布の異なる複数の画像データを取得可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された複数の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、
前記画像取得手段は、
前記複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、
前記格子を移動する移動処理を実行すると共に、
前記格子の移動期間中と少なくとも一部が重なる所定期間において複数回に分けて撮像（露光）を行う撮像処理を実行し、該撮像結果（撮像された複数の画像データの各画素の輝度値）を画素毎に加算若しくは平均する処理を実行することを特徴とする三次元計測装置。
手段１−２．所定の光を発する光源と、該光源からの光を所定の縞パターンに変換する格子と、該格子を移動可能な駆動手段とを有し、前記縞パターンを被計測物に対し投影可能な投影手段と、
前記縞パターンの投影された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記投影手段及び前記撮像手段を制御し、光強度分布の異なる複数の画像データを取得可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された複数の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、
前記画像取得手段は、
前記複数の画像データのうちの１つの画像データを取得する上で、
前記格子を移動する移動処理を実行すると共に、
前記格子の移動期間中の所定期間において連続して撮像（露光）を行う撮像処理を実行する、
又は、
前記格子の移動期間中の所定期間において複数回に分けて撮像（露光）を行う撮像処理を実行し、該撮像結果（撮像された複数の画像データの各画素の輝度値）を画素毎に加算若しくは平均する処理を実行するものであり、
前記所定期間は、前記格子が位相３０°相当分以上、位相１３０°相当分以下移動する期間であることを特徴とする三次元計測装置。