特許 6189984 三次元計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6189984

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】三次元計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20170821BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20170821BHJP

   H05K 3/34 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/25 H

   G01B11/24 K

   H05K3/34 512B

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-24318(P2016-24318)

(22)【出願日】2016年2月12日

(65)【公開番号】特開2017-142188(P2017-142188A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2017年1月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】二村 伊久雄

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００６−５１６７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２２２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５０３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７８２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２４２３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４７３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｈ０５Ｋ ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の光を被計測物に対し照射可能な照射手段と、
少なくとも上下方向へ変位可能に設けられた撮像素子と、該撮像素子に対し前記所定の光の照射された前記被計測物上の所定領域の像を結像させる両側テレセントリック光学系とを有した撮像手段と、
前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを相対移動可能な移動手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を基に前記被計測物上の所定の計測対象について三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備えた三次元計測装置であって、
前記所定の光の下で前記被計測物上の所定領域に係る撮像を行う少なくとも前段階において、該所定領域の高さを計測可能な計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づき、該所定領域に係る撮像を行う際には、該所定領域と前記撮像素子との間が所定距離となるように、前記撮像素子の高さ位置を調整可能な調整手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

【請求項2】

前記計測手段は、
前記所定の光の下で前記被計測物上の所定領域に係る撮像を行う少なくとも前段階において、該所定領域の傾きを計測可能に構成され、
前記調整手段は、
前記計測手段の計測結果に基づき、該所定領域に係る撮像を行う際には、前記撮像素子の傾きが該所定領域の傾きに合わせた傾きとなるように、前記撮像素子の傾きを調整可能に構成されてい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】

前記撮像素子を傾けた場合における各画素の水平方向への位置ずれ量を基に、前記撮像手段により撮像された画像を補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。

【請求項4】

前記移動手段により、前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを所定方向に沿って相対的に往復移動させ、
その往路において、前記被計測物上の所定領域に係る前記計測手段による計測を実行し、
その復路において、該所定領域に係る前記調整手段による調整、及び、前記所定の光の下で撮像を実行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。

【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、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。例えば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としては、例えば被計測物を移動する移動機構と、該被計測物に対し縞状のパターン光を照射する照射装置と、該パターン光の照射された被計測物を撮像する撮像装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。撮像装置は、レンズや撮像素子等からなる。

【0005】

かかる三次元計測装置においては、照射装置及び撮像装置からなる計測ヘッドに対し被計測物を相対移動することにより、被計測物上における光強度分布がパターン光の所定位相分ずつ異なる複数の画像データを取得することができる。そして、これら複数の画像データを基に位相シフト法により被計測物の三次元計測を行うことができる。

【0006】

例えば被計測物上における光強度分布がパターン光の位相９０°分ずつ異なる４通りの画像データを取得した場合、当該４通りの画像データにおける被計測物上の所定の座標位置の輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃は、それぞれ下記式（１）、（２）、（３）、（４）により表すことができる。

【0007】

Ｉ₀＝αsinθ＋β ・・・（１）
Ｉ₁＝αsin（θ＋９０°）＋β ＝αcosθ＋β ・・・（２）
Ｉ₂＝αsin（θ＋１８０°）＋β＝−αsinθ＋β ・・・（３）
Ｉ₃＝αsin（θ＋２７０°）＋β＝−αcosθ＋β ・・・（４）
但し、 α：ゲイン、β：オフセット、θ：パターン光の位相。

【0008】

上記式（１）、（２）、（３）、（４）を位相θについて解くと、下記式（５）を導き出すことができる。

【0009】

θ＝tan^-1｛（Ｉ₀−Ｉ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₃）｝ ・・（５）
そして、上記のように算出された位相θ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。

【0010】

しかしながら、プリント基板等の被計測物に反り等がある場合には、被計測物全体を合焦範囲内に収めることが困難となり、一部ピントの合わない画像データが取得されてしまうため、計測精度が低下するおそれがある。

【0011】

これに対し、近年では、被計測物と撮像装置との間が一定となるように、照射装置及び撮像装置からなる計測ヘッドを高さ方向（Ｚ軸方向）へ相対移動させ調整する技術も見受けられる（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１２−２４７３７５号公報

【特許文献2】特表２００６−５１６７１９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、引用文献２のように、計測ヘッド全体を高さ方向へ相対移動する場合には、計測ヘッド自体を移動するにしても、被計測物を載置したテーブル側を移動するにしても、いずれにしても重量のあるものを上下動する構成となるため、細やかな動きや素早い動きが難しく、計測精度や計測速度の低下が懸念される。また、計測ヘッド全体やテーブル全体を動かす大掛かりな機構が必要となり、装置が大型化するおそれもある。

【0014】

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三次元計測に限らず、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。勿論、位相シフト法に限られる問題ではない。

【0015】

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元計測を行うにあたり、計測精度の向上等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】

【0016】

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。

【0017】

手段１．所定の光（例えば縞状のパターン光など）を被計測物（例えばプリント基板など）に対し照射可能な照射手段と、
少なくとも上下方向（光軸方向）へ変位可能に設けられた撮像素子と、該撮像素子に対し前記所定の光の照射された前記被計測物上の所定領域の像を結像させる両側テレセントリック光学系とを有した撮像手段と、
前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを相対移動可能な移動手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を基に前記被計測物上の所定の計測対象（例えばクリーム半田など）について三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備えた三次元計測装置であって、
前記所定の光の下で前記被計測物上の所定領域に係る撮像を行う少なくとも前段階において、該所定領域の高さ（例えばベース基板の高さ）を計測可能な計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づき、該所定領域に係る撮像を行う際には、該所定領域と前記撮像素子との間が所定距離（所定領域が合焦範囲内に収まる距離）となるように、前記撮像素子の高さ位置を調整可能な調整手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

【0018】

上記手段１によれば、被計測物上の所定領域（撮像領域）に合わせて撮像素子の高さ位置を調整しながら撮像していくため、常にピントの合った画像を取得することが可能となる。結果として、被計測物に反り等がある場合においても、被計測物全体を合焦範囲内に収めること（被計測物全体についてピントの合った画像を取得すること）が可能となり、計測精度の向上を図ることができる。

【0019】

特に、本手段においては、撮像素子のみを上下動させることで、被計測物と撮像素子との距離を一定に保つように構成されている。これにより、高さ調整（Ｚ軸補正）に係る機構を従来に比べ極めてコンパクトにすることができる。また、細やかで素早い動きが可能となり、計測精度や計測速度を著しく向上させることができる。

【0020】

さらに、両側テレセントリック光学系を利用した上で高さ調整を行っているため、撮像素子の高さ方向への位置変化や、被計測物の表面の高さ変化などに起因した倍率への影響も抑えることができる。

【0021】

手段２．前記計測手段は、
前記所定の光の下で前記被計測物上の所定領域に係る撮像を行う少なくとも前段階において、該所定領域の傾きを計測可能に構成され、
前記調整手段は、
前記計測手段の計測結果に基づき、該所定領域に係る撮像を行う際には、前記撮像素子の傾き（姿勢）が該所定領域の傾きに合わせた傾きとなるように、前記撮像素子の傾きを調整可能に構成されていることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

【0022】

被計測物に反り等があり、被計測物上の所定領域（撮像領域）が傾いている場合には、撮像手段の視野全体を合焦範囲内に収めることが困難となるおそれがある。かかる不具合に対応しようとした場合、従来では、被計測物の反り等に合わせて撮像手段（撮像装置）全体を傾け、視野全体にピントを合わせる必要がある。

【0023】

しかしながら、撮像手段全体を傾けた場合には、撮像手段の視野がずれる（所定領域から外れてしまう）おそれがある。また、重量のある撮像手段全体を姿勢制御する構成となるため、細やかな動きや素早い動きが難しく、計測精度や計測速度の低下が懸念される。また、撮像手段全体を動かす大掛かりな機構が必要となり、装置が大型化するおそれもある。

【0024】

この点、上記手段２によれば、被計測物上の所定領域（撮像領域）に合わせて撮像素子の傾きを調整しながら撮像していくため、被計測物上の所定領域が傾いている場合であっても、常に撮像手段の視野全体にピントの合った画像を取得することが可能となる。結果として、被計測物に反り等がある場合においても、被計測物全体を合焦範囲内に収めること（被計測物全体についてピントの合った画像を取得すること）が可能となり、計測精度の向上を図ることができる。

【0025】

特に、本手段においては、撮像素子のみを傾き調整する構成となっているため、傾き調整に係る機構を従来に比べ極めてコンパクトにすることができる。また、細やかで素早い動きが可能となり、計測精度や計測速度を著しく向上させることができる。

【0026】

さらに、両側テレセントリック光学系を利用した上で傾き調整を行っているため、撮像素子の傾き等に起因した倍率への影響も抑えることができる。

【0027】

手段３．前記撮像素子を傾けた場合における各画素の水平方向への位置ずれ量を基に、前記撮像手段により撮像された画像を補正する補正手段を備えたことを特徴とする手段２に記載の三次元計測装置。

【0028】

撮像素子を基準姿勢（水平姿勢）から傾けた場合、各画素の水平方向における位置がずれるため、撮像素子の各画素と、これに対応する被計測物上の座標位置との位置関係にもずれが生じる。そのため、この状態で撮像した画像を基に三次元計測を行った場合には、計測精度が低下するおそれがある。

【0029】

これに対し、上記手段３によれば、撮像素子を傾けた場合における各画素の水平方向への位置ずれにより生じる画像データのずれを演算処理でソフト的に補正し、計測精度の低下抑制を図ることができる。

【0030】

尚、本手段では、両側テレセントリック光学系を用いており、撮像素子が受光する光が光軸と平行な光であるため、撮像素子の傾き量を把握すれば、簡単な計算式で正確に画素の水平ずれ量を求めることができる。ひいては、撮像素子の各画素が被計測物上のどの座標位置に対応するかを容易に把握することができる。結果として、制御処理の負荷軽減を図ることができる。

【0031】

手段４．前記移動手段により、前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを所定方向に沿って相対的に往復移動させ、
その往路において、前記被計測物上の所定領域に係る前記計測手段による計測を実行し、
その復路において、該所定領域に係る前記調整手段による調整、及び、前記所定の光の下で撮像を実行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。

【0032】

上記手段４によれば、被計測物上の全ての領域に関して、計測手段による計測を同一方向の流れ（往路）の中で実行でき、かつ、所定の光の下で撮像を同一方向の流れ（復路）の中で実行できるため、移動方向が異なることに起因した計測誤差等を低減し、計測精度（位置精度）の向上を図ることができる。

【0033】

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。

【0034】

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三次元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】

【0035】

【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】プリント基板の断面図である。

【図3】カメラの概略構成図である。

【図4】撮像素子の概略構成図である。

【図5】基板検査装置の概略構成を示すブロック図である。

【図6】プリント基板の反りと合焦範囲との関係を示す図である。

【図7】撮像素子の傾き調整を説明するための模式図である。

【図8】（ａ）は、基準姿勢から傾いた状態の撮像素子を示す図であり、（ｂ）は、画像データの水平ずれ補正を説明するための模式図である。

【図9】時間経過と共に変化するカメラの撮像範囲と、プリント基板上の座標位置との関係を説明するための模式図である。

【図10】時間経過と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板上の各座標位置における照射光の態様を説明するための対応表である。

【図11】複数の画像データの座標位置を位置合せした状態を模式的に示した表である。

【図12】プリント基板上の各座標位置に係る各種データを各種カテゴリーごとに整理して並べ替えた状態を模式的に示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず被計測物としてのプリント基板の構成について詳しく説明する。

【0037】

図２に示すように、プリント基板１は、平板状をなし、ガラスエポキシ樹脂等からなるベース基板２に、銅箔からなる電極パターン３が設けられている。さらに、所定の電極パターン３上には、クリーム半田４が印刷形成されている。このクリーム半田４が印刷された領域を「半田印刷領域」ということにする。半田印刷領域以外の部分を「背景領域」と総称するが、この背景領域には、電極パターン３が露出した領域（記号Ａ）、ベース基板２が露出した領域（記号Ｂ）、ベース基板２上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｃ）、及び、電極パターン３上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｄ）が含まれる。なお、レジスト膜５は、所定配線部分以外にクリーム半田４がのらないように、プリント基板１の表面にコーティングされるものである。

【0038】

次に、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の構成について詳しく説明する。図１は、基板検査装置１０を模式的に示す概略構成図である。

【0039】

基板検査装置１０は、プリント基板１を移動可能な移動手段としてのコンベア１３と、プリント基板１の表面に対し斜め上方から各種光を照射する照射手段としての照明装置１４と、該各種光の照射されたプリント基板１を撮像する撮像手段としてのカメラ１５と、コンベア１３や照明装置１４、カメラ１５の駆動制御など基板検査装置１０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１６（図５参照）とを備えている。

【0040】

コンベア１３には、図示しないモータ等の駆動手段が設けられており、該モータが制御装置１６により駆動制御されることによって、コンベア１３上に載置されたプリント基板１をＸ軸方向（図１の左右方向）に沿って水平移動することができる。

【0041】

そして、計測時には、プリント基板１をＸ軸方向右向きに定速で連続移動させる。これにより、Ｘ軸方向におけるカメラ１５の撮像範囲（視野）Ｗは、プリント基板１に対し逆方向（Ｘ軸方向左向き）に相対移動していくこととなる。

【0042】

照明装置１４及びカメラ１５は計測ヘッド１２として一体化されている。計測ヘッド１２は、図示しない駆動手段により、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向（図１の奥行方向）に沿って水平移動可能に設けられている。

【0043】

そして、プリント基板１をＸ軸方向右向きに連続移動しながら、プリント基板１のＹ軸方向所定範囲Ｖ（Ｙ軸方向におけるカメラ１５の撮像範囲（視野）Ｖ：図３参照）に係るＸ軸方向全範囲の計測が終了すると、プリント基板１を逆方向（Ｘ軸方向左向き）に移動させ、初期位置に戻す。同時に、計測ヘッド１２をＹ軸方向に沿って所定量移動させる。その後、上記同様に、プリント基板１をＸ軸方向右向きに連続移動しながら、プリント基板１のＸ軸方向全範囲の計測を行う。このように、計測ヘッド１２をＹ軸方向に順次ずらしながら、プリント基板１のＸ軸方向全範囲の計測を行うことにより、プリント基板１全域の計測を行うことができる。

【0044】

照明装置１４は、９つの照明（第１照明１４Ａ〜第９照明１４Ｉ）を備えている。第１照明１４Ａ〜第９照明１４Ｉは、それぞれ公知のものであるため、図面を用いた詳細な説明は省略する。

【0045】

このうち、第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂは、所定のパターン光を照射するものである。第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂは、所定の光を発する光源や、該光源からの光をパターン光に変換する液晶光学シャッタなどを備えている。

【0046】

ここで、光源から発せられた光は集光レンズに導かれ、そこで平行光にされた後、液晶光学シャッタを介して投影レンズに導かれ、縞状のパターン光として照射されることとなる。液晶光学シャッタを使用することによって、理想的な正弦波に近い光強度分布を有するパターン光を生成することができ、三次元計測の計測分解能が向上する。

【0047】

本実施形態では、縞の方向がプリント基板１の移動方向（Ｘ軸方向）と直交するＹ軸方向に平行なパターン光が照射される。これにより、プリント基板１に対し、その移動方向に沿って縞状（正弦波状）の光強度分布を有するパターン光が照射されることとなる。本実施形態においては、このパターン光がクリーム半田４などを三次元計測するための計測光となる。

【0048】

但し、第１照明１４Ａから照射されるパターン光と、第２照明１４Ｂから照射されるパターン光とでは、その輝度が異なる。詳しくは、第１照明１４Ａのパターン光の輝度は、「暗部」となる上記「背景領域」に対応した比較的明るい第１輝度に設定されている。一方、第２照明１４Ｂのパターン光の輝度は、「明部」となる上記「半田印刷領域」に対応した、前記第１輝度よりも暗い第２輝度に設定されている。

【0049】

第３照明１４Ｃ及び第４照明１４Ｄは、全範囲において光強度が一定の赤色均一光を照射可能に構成されている。但し、上記同様、第３照明１４Ｃからは上記第１輝度の赤色均一光が照射され、第４照明１４Ｄからは上記第２輝度の赤色均一光が照射される構成となっている。

【0050】

第５照明１４Ｅ及び第６照明１４Ｆは、全範囲において光強度が一定の緑色均一光を照射可能に構成されている。但し、上記同様、第５照明１４Ｅからは上記第１輝度の緑色均一光が照射され、第６照明１４Ｆからは上記第２輝度の緑色均一光が照射される構成となっている。

【0051】

第７照明１４Ｇ及び第８照明１４Ｈは、全範囲において光強度が一定の青色均一光を照射可能に構成されている。但し、上記同様、第７照明１４Ｇからは上記第１輝度の青色均一光が照射され、第８照明１４Ｈからは上記第２輝度の青色均一光が照射される構成となっている。

【0052】

第９照明１４Ｉは、スリット光（シート状のレーザ光）を照射可能に構成されている。本実施形態においては、このスリット光がプリント基板１の高さ計測（反り計測）を行うための計測光となる。

【0053】

尚、上記第１照明１４Ａ〜第９照明１４Ｉのうち、第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈに関しては、制御装置１６により切替制御が行われる。詳しくは、所定の順序に従い所定時間経過毎に第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈを順次切替え、所定のタイミングに所定の光いずれか１つ（パターン光又は均一光）を照射可能に構成されている。第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈから照射される各種光は、Ｘ軸方向におけるカメラ１５の撮像範囲Ｗのうち、コンベア１３の計測時移動方向下流側の所定範囲（以下、「第１撮像範囲Ｗ１」という）に対し投影される。

【0054】

一方、第９照明１４Ｉは、プリント基板１の連続移動中、スリット光を途切れることなく連続照射する。かかるスリット光は、カメラ１５の撮像範囲Ｗのうち、コンベア１３の計測時移動方向上流側の所定範囲（以下、「第２撮像範囲Ｗ２」に対し投影される。

【0055】

カメラ１５は、図３に示すように、撮像素子１７や両側テレセントリック光学系１８等から構成され、その光軸１９が鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って設定されている。本実施形態では、撮像素子１７としてＣＣＤイメージセンサを採用している。

【0056】

また、カメラ１５には、矩形平板状をなす撮像素子１７の４つの各コーナー部を個別に上下動可能なアクチュエータ（図示略）が設けられている。これにより、撮像素子１７は上下方向に変位可能となると共に、その姿勢（傾き）を調整可能に構成されている。但し、撮像素子１７は、通常、水平方向に沿った基準姿勢（水平姿勢）で維持されている。

【0057】

撮像素子１７は、図４に示すように、第１撮像範囲Ｗ１に対応する第１撮像領域Ｋ１と、第２撮像範囲Ｗ２に対応する第２撮像領域Ｋ２の２つの領域に区分けされている。そして、第１撮像領域Ｋ１により、パターン光又は均一光が照射される第１撮像範囲Ｗ１の像が撮像され、第２撮像領域Ｋ２により、スリット光が照射される第２撮像範囲Ｗ２の像が撮像される。

【0058】

両側テレセントリック光学系１８は、物体側レンズ３１、開口絞り３２、像側レンズ３３等を一体に備えた両側テレセントリックレンズにより構成されている。

【0059】

物体側レンズ３１は、プリント基板１からの反射光を集光するものであり、物体側で光軸１９と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。

【0060】

像側レンズ３３は、物体側レンズ３１から開口絞り３２を透過した光を撮像素子１７の受光面に結像させるためのものであり、像側で光軸１９と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。

【0061】

開口絞り３２は、物体側レンズ３１の後側焦点の位置かつ像側レンズ３３の前側焦点の位置に配置されている。

【0062】

カメラ１５によって撮像された画像データは、該カメラ１５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１６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１６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。

【0063】

次に、制御装置１６の電気的構成について図５を参照して詳しく説明する。図５は、基板検査装置１０の概略を示すブロック図である。

【0064】

図５に示すように、制御装置１６は、基板検査装置１０全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１、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１５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、該画像データに基づいて得られた三次元計測結果など、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置２５などを備えている。尚、これら各装置２２〜２５は、ＣＰＵ及び入出力インターフェース２１に対し電気的に接続されている。

【0065】

画像データ記憶装置２４は、撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１に対応する第１データ記憶領域と、第２撮像領域Ｋ２に対応する第２データ記憶領域とを備えている。

【0066】

次に、基板検査装置１０にて実行される三次元計測処理等の各種処理について詳しく説明する。

【0067】

制御装置１６は、プリント基板１のＹ軸方向所定範囲Ｖに係る計測が開始されると、コンベア１３を駆動制御してプリント基板１を定速で連続移動する。また、制御装置１６は、コンベア１３に設けられた図示しないエンコーダからの信号に基づいて、照明装置１４及びカメラ１５を駆動制御する。

【0068】

そして、プリント基板１が所定量Δｘ移動される毎、つまり所定時間Δｔが経過する毎に、カメラ１５による撮像処理が行われる。本実施形態では、前記所定量Δｘが、第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂから照射されるパターン光の位相π／８分（２２．５°分）に相当する距離に設定されている。また、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１が、パターン光の位相２π分（３６０°分）に相当する長さに設定されている。

【0069】

一方、所定の撮像処理の終了時から次の撮像処理が開始されるまでの間においては、次の撮像処理の対象となるプリント基板１上の所定領域の高さや傾きに合わせて撮像素子１７の高さや傾きを調整する処理が行われる。かかる撮像素子１７の調整処理の詳細については後述する。

【0070】

所定時間Δｔが経過する毎にカメラ１５（撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１及び第２撮像領域Ｋ２）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（第１データ記憶領域及び第２データ記憶領域）へ転送され記憶される。

【0071】

より詳しくは、プリント基板１が所定量Δｘ移動される毎、つまり所定時間Δｔが経過する毎に、第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈから照射される光が所定の順序で切替えられ、いずれかの光がカメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内に投影される。そして、これがカメラ１５（撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１）により撮像され、画像データ記憶装置２４（第１データ記憶領域）に記憶される。

【0072】

同時に、第９照明１４Ｉから照射されたスリット光がカメラ１５の第２撮像範囲Ｗ２内に投影される。そして、これがカメラ１５（撮像素子１７の第２撮像領域Ｋ２）により撮像され、画像データ記憶装置２４（第２データ記憶領域）に記憶される。

【0073】

但し、撮像素子１７の調整処理により、撮像素子１７が傾いている場合には、カメラ１５（撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１及び第２撮像領域Ｋ２）により撮像された画像データに対し所定の補正処理が行われた上で、かかる補正後の画像データが画像データ記憶装置２４（第１データ記憶領域及び第２データ記憶領域）に記憶される。かかる画像データの補正処理の詳細については後述する。

【0074】

そして、制御装置１６は、適宜、画像データ記憶装置２４の第１データ記憶領域に記憶された画像データ（第１撮像範囲Ｗ１の画像データ）を基に、位相シフト法による三次元計測や輝度画像による計測を行い、画像データ記憶装置２４の第２データ記憶領域に記憶された画像データ（第２撮像範囲Ｗ２の画像データ）を基に、プリント基板１の高さ計測（反り計測）を行うこととなる。

【0075】

ここで、まずプリント基板１の高さ計測（反り計測）について説明する。かかる高さ計測は、スリット光を用いた公知の光切断法により行われるものであり、画像データ記憶装置２４の第２データ記憶領域に新たに画像データが記憶される毎（所定時間Δｔが経過する毎）に順次実行される。

【0076】

制御装置１６は、画像データ記憶装置２４の第２データ記憶領域に記憶された画像データを基に、プリント基板１上に投影されたスリット光と、所定の基準位置（例えばプリント基板１に反り等がない場合にスリット光が投影される位置）とのずれ量を算出する。ここで、仮にプリント基板１の所定の座標位置における高さ位置が基準高さ位置と異なる場合には、カメラ１５の第２撮像範囲Ｗ２に投影されるスリット光の位置がＸ軸方向にずれることとなる。

【0077】

続いて、これを基に三角測量の原理により、プリント基板１の各座標位置における基準高さ位置からのＺ軸方向（高さ方向）へのずれ量を算出し、これをプリント基板１上の各座標位置の相対的な高さデータとして演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0078】

このようにして、プリント基板１が所定量Δｘ移動される毎に、スリット光の投影される位置も相対移動していき、プリント基板１上の各座標位置の高さデータが順次記憶されていく。

【0079】

また、プリント基板１上の各座標位置の高さデータが求まることにより、プリント基板１上の所定領域の傾きも算出することができる。従って、スリット光を照射する第９照明１４Ｉ、これを撮像するカメラ１５（撮像素子１７の第２撮像領域Ｋ２）、撮像された画像データを記憶する画像データ記憶装置２４（第２データ記憶領域）、並びに、プリント基板１の高さ計測（傾き計測を含む）を行う制御装置１６の機能により、本実施形態における計測手段が構成されることとなる。

【0080】

次に、所定の撮像処理の終了時から次の撮像処理が開始されるまでの間に行われる撮像素子１７の調整処理について詳しく説明する。

【0081】

制御装置１６は、まず上記高さ計測の結果（プリント基板１上の各座標位置の高さデータ）を基に、次の撮像処理の対象となるプリント基板１上の所定領域（次の撮像タイミングにおいて撮像範囲Ｗ内に存在するプリント基板１上の所定領域）内の各座標位置における高さデータを抽出する。

【0082】

続いて、制御装置１６は、次の撮像タイミングにおいてカメラ１５の光軸１９と交差するプリント基板１上の所定の座標位置の高さと、撮像素子１７の中心位置の高さとの高低差が予め設定した設定値（所定距離）となるように、撮像素子１７の高さ位置を調整する（図６参照）。図６は、プリント基板１の反りと合焦範囲との関係を示す図である。本実施形態では、撮像素子１７の中心位置が、プリント基板１に対する合焦範囲の上限Ｇａと合焦範囲の下限Ｇｂとの中間に位置するように前記設定値が設定されている。

【0083】

次に、制御装置１６は、撮像素子１７の傾きが次の撮像処理の対象となるプリント基板１上の所定領域の傾きに合わせた傾きとなるように、撮像素子１７の傾きを調整する（図７参照）。具体的には、プリント基板１上の所定領域内の各座標位置における高さと、該座標位置に対応する撮像素子１７の各画素の高さとの高低差が予め設定した上記設定値となるように調整する。

【0084】

そして、高さ調整及び傾き調整の完了後、所定のタイミングでプリント基板１上の所定領域に係る撮像処理が実行される。従って、撮像素子１７を変位可能なアクチュエータや、これを制御して高さ調整や傾き調整を行う制御装置１６の機能により、本実施形態における調整手段が構成されることとなる。

【0085】

ここで、上記撮像素子１７の傾き調整が行われた場合に行われる画像データの補正処理について詳しく説明する。具体的には、撮像素子１７が傾いている場合に、各画素の水平方向への位置ずれにより生じる画像データのずれ（撮像素子１７の各画素と、これに対応するプリント基板１上の座標位置との位置関係のずれ）を補正する処理が行われる。かかる補正処理を行う機能により本実施形態における補正手段が構成される。

【0086】

例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、基準姿勢（水平姿勢）にある撮像素子１７をＸ軸方向中央部１７ａのＹ軸方向を軸心としてγだけ傾けた場合には、Ｘ軸方向一端部における水平ずれ量Ｘ₁は、下記式（ａ）により導き出すことができる。

【0087】

Ｘ₁＝Ｚ₁tan（γ/２）・・・（ａ）
但し、Ｚ₁：Ｘ軸方向一端部と中央部１７ａとの高低差（Ｘ軸方向両端部の高低差の半分）。

【0088】

ここで、例えばγ＝１°とし、Ｚ₁＝０．５ｍｍ（Ｘ軸方向両端部の高低差を１ｍｍ）とした場合、tan（γ/２）＝０．００８７となるため、Ｘ軸方向一端部にある画素の水平ずれ量Ｘ₁は４μｍとなる。

【0089】

尚、かかる水平ずれ量は、その都度、計算により算出する構成としてもよいし、予め撮像素子１７と傾斜角との対応関係を表した数表やテーブルデータを作成しておき、これを基に把握する構成としてもよい。勿論、水平ずれ量Ｘ₁を算出する演算式も上記式（ａ）に限定されるものではなく、他の演算式を用いて算出する構成としてもよい。

【0090】

次に、照明装置１４の第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈから照射される光と、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１（撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１）において撮像されるプリント基板１との関係について具体例を挙げ詳しく説明する。

【0091】

図９は、時間経過と共に相対移動するカメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１と、プリント基板１上の座標位置との関係を説明するための模式図である。図１０は、時間経過と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板１の各座標位置における照射光の態様（パターン光の位相や均一光の色など）を説明するための対応表である。

【0092】

図９，１０に示すように、所定の撮像タイミングｔ１においては、プリント基板１に対し、第１照明１４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１のうち、その移動方向（Ｘ軸方向）における座標Ｐ１〜Ｐ１７に相当する範囲が位置する。

【0093】

つまり、撮像タイミングｔ１においては、第１輝度のパターン光が照射されたプリント基板１表面の座標Ｐ１〜Ｐ１７の範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像されることとなる。具体的には、プリント基板１に照射されたパターン光の位相が座標Ｐ１７で「０°」、座標Ｐ１６で「２２．５°」、座標Ｐ１５で「４５°」、・・・、座標Ｐ１で「３６０°」といった、パターン光の位相が各座標Ｐ１〜Ｐ１７ごとに「２２．５°」ずつずれた画像データが取得される。

【0094】

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、プリント基板１に対し、第３照明１４Ｃから第１輝度の赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ２〜Ｐ１８に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。なお、図１０中の各座標位置において「Ｒ」とあるのは、該位置に照射された光が「第１輝度の赤色均一光」であることを指す。

【0095】

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、プリント基板１に対し、第２照明１４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ３〜Ｐ１９に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0096】

撮像タイミングｔ３より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４においては、プリント基板１に対し、第４照明１４Ｄから第２輝度の赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ４〜Ｐ２０に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。なお、図１０中の各座標位置において「ｒ」とあるのは、該位置に照射された光が「第２輝度の赤色均一光」であることを指す。

【0097】

撮像タイミングｔ４より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５においては、プリント基板１に対し、第１照明１４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ５〜Ｐ２１に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0098】

撮像タイミングｔ５より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ６においては、プリント基板１に対し、第５照明１４Ｅから第１輝度の緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ６〜Ｐ２２に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。なお、図１０中の各座標位置において「Ｇ」とあるのは、該位置に照射された光が「第１輝度の緑色均一光」であることを指す。

【0099】

撮像タイミングｔ６より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ７においては、プリント基板１に対し、第２照明１４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ７〜Ｐ２３に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0100】

撮像タイミングｔ７より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ８においては、プリント基板１に対し、第６照明１４Ｆから第２輝度の緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ８〜Ｐ２４に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。なお、図１０中の各座標位置において「ｇ」とあるのは、該位置に照射された光が「第２輝度の緑色均一光」であることを指す。

【0101】

撮像タイミングｔ８より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ９においては、プリント基板１に対し、第１照明１４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ９〜Ｐ２５に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0102】

撮像タイミングｔ９より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１０においては、プリント基板１に対し、第７照明１４Ｇから第１輝度の青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ１０〜Ｐ２６に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。なお、図１０中の各座標位置において「Ｂ」とあるのは、該位置に照射された光が「第１輝度の青色均一光」であることを指す。

【0103】

撮像タイミングｔ１０より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１１においては、プリント基板１に対し、第２照明１４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ１１〜Ｐ２７に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0104】

撮像タイミングｔ１１より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１２においては、プリント基板１に対し、第８照明１４Ｈから第２輝度の青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ１２〜Ｐ２８に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。なお、図１０中の各座標位置において「ｂ」とあるのは、該位置に照射された光が「第２輝度の青色均一光」であることを指す。

【0105】

撮像タイミングｔ１２より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１３においては、プリント基板１に対し、第１照明１４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ１３〜Ｐ２９に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0106】

撮像タイミングｔ１３より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１４においては、第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈからいずれの光も照射されない。但し、第９照明１４Ｉから照射されたスリット光を撮像するため、カメラ１５による撮像処理は通常通り行われる。

【0107】

撮像タイミングｔ１４より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１５においては、プリント基板１に対し、第２照明１４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の第１撮像範囲Ｗ１内には、プリント基板１の座標Ｐ１５〜Ｐ３１に相当する範囲が位置し、該範囲が撮像素子１７の第１撮像領域Ｋ１により撮像される。

【0108】

撮像タイミングｔ１５より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１６においては、第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈからいずれの光も照射されない。但し、第９照明１４Ｉから照射されたスリット光を撮像するため、カメラ１５による撮像処理は通常通り行われる。

【0109】

撮像タイミングｔ１６より所定時間Δｔが経過したタイミングにおいては、再び上記撮像タイミングｔ１における処理と同様の処理が行われる。以後、上記撮像タイミングｔ１〜ｔ１６の処理と同様の処理が繰り返し行われる。

【0110】

このようにして、プリント基板１の所定の座標位置（例えば座標Ｐ１７）に係る全てのデータが取得されると、上記各画像データの座標位置を位置合せする（各画像データの相互間の座標系を合せる）位置合せ処理を実行する（図１１参照）。図１１は、撮像タイミングｔ１〜ｔ１６において取得した複数の画像データの座標位置を位置合せした状態を模式的に示した表である。

【0111】

続いて、複数の画像データの同一座標位置に係る各種データを各座標位置ごとにまとめた上で、予め設定したグループ（カテゴリー）ごとに整理して、演算結果記憶装置２５に記憶する（図１２参照）。図１２は、図１１に示したプリント基板１の各座標位置に係る各種データを、予め設定したグループごとに整理して並べ替えた状態を模式的に示した表である。但し、図１２では、プリント基板１の座標Ｐ１７に係る部分のみを例示している。

【0112】

本実施形態では、プリント基板１の各座標位置につき、第１輝度のパターン光の下で撮像され、該パターン光の位相が９０°ずつずれた４通りのデータからなる第１グループデータ、第２輝度のパターン光の下で撮像され、該パターン光の位相が９０°ずつずれた４通りのデータからなる第２グループデータ、第１輝度の赤・緑・青の各色成分の均一光の下で撮像された３色の色成分の輝度データからなる第３グループデータ、第２輝度の赤・緑・青の各色成分の均一光の下で撮像された３色の色成分の輝度データからなる第４グループデータに分けて記憶される。

【0113】

次に、制御装置１６は、上記各グループデータに基づき、該グループに対応した各種処理を実行する。

【0114】

より詳しくは、第１グループデータに基づき、背景技術でも示した公知の位相シフト法により各座標毎の三次元計測を行う。そして、該処理を各座標毎に繰り返すことで、プリント基板１全体の三次元データ（以下、第１三次元データという）を算出し、演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0115】

同様に、第２グループデータに基づき、公知の位相シフト法により各座標毎の三次元計測を行う。そして、該処理を各座標毎に繰り返すことで、プリント基板１全体の三次元データ（以下、第２三次元データという）を算出し、演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0116】

ここで位相シフト法によりプリント基板１の三次元データを算出する機能により本実施形態における画像処理手段（三次元計測手段）が構成される。

【0117】

また、第３グループデータに基づき、赤・緑・青の各色成分を有したプリント基板１全体のカラー画像データ（以下、第１カラー画像データという）を生成し、演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0118】

同様に、第４グループデータに基づき、赤・緑・青の各色成分を有したプリント基板１全体のカラー画像データ（以下、第２カラー画像データという）を生成し、演算結果記憶装置２５に記憶する。

【0119】

続いて、上記各カラー画像データの各画素の色情報を判別して各種計測対象領域の抽出を行う。例えば、第２カラー画像データから「白色」の画素の範囲を半田印刷領域として抽出し、第１カラー画像データから「赤色」の画素の範囲を電極パターン３の露出した電極領域（背景領域）として抽出し、「緑色」の画素の範囲をベース基板２又はレジスト膜５の露出した基板領域（背景領域）として抽出する。

【0120】

次に、制御装置１６は、上記のように得られた計測結果を基にクリーム半田４の印刷状態の良否判定を行う。具体的には、高さ基準面より所定長以上、高くなったクリーム半田４の印刷範囲が検出され、この範囲内の部位の体積が算出される。そして、該体積が予め設定した基準値と比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、該クリーム半田４の印刷状態の良否が判定される。

【0121】

上記判定処理が行われる際、本実施形態では、第２カラー画像データから抽出した半田印刷領域に関しては、第１三次元データの値が採用され、高さ基準面となる背景領域に関しては、第２三次元データの値が採用される。

【0122】

以上詳述したように、本実施形態では、位相シフト法による三次元計測を目的として、連続移動するプリント基板１に対し縞状の光強度分布を有するパターン光が照射され、該パターン光の照射されたプリント基板１が所定量移動する毎にカメラ１５により撮像される。これにより、照射されたパターン光の位相が９０°ずつ異なる４通りの画像データが取得される。そして、これらの画像データを基にクリーム半田４等の三次元計測が行われる。

【0123】

その際、本実施形態では、プリント基板１上の所定領域（撮像領域）に合わせて撮像素子１７の高さ位置や傾きを調整しながら撮像していくため、常にピントの合った画像を取得することが可能となる。結果として、プリント基板１に反り等がある場合においても、プリント基板１全体を合焦範囲内に収めること（プリント基板１全体についてピントの合った画像を取得すること）が可能となり、計測精度の向上を図ることができる。

【0124】

特に、本実施形態では、撮像素子１７のみを変位させることで、高さ調整や傾き調整を行う構成となっている。このため、高さ調整や傾き調整に係る機構を極めてコンパクトにすることができる。また、細やかで素早い動きが可能となり、計測精度や計測速度を著しく向上させることができる。

【0125】

さらに、両側テレセントリック光学系を利用した上で高さ調整や傾き調整を行っているため、撮像素子１７の位置変化や、プリント基板１の表面の高さ変化などに起因した倍率への影響も抑えることができる。

【0126】

加えて、本実施形態では、撮像素子１７を傾けた場合に、各画素の水平方向への位置ずれにより生じる画像データのずれを演算処理でソフト的に補正する構成となっているため、計測精度の低下抑制を図ることができる。

【0127】

特に、本実施形態では、両側テレセントリック光学系１８を用いており、撮像素子１７が受光する光が光軸１９と平行な光であるため、撮像素子１７の傾き量を把握すれば、簡単な計算式で正確に画素の水平ずれ量を求めることができる。ひいては、撮像素子１７の各画素がプリント基板１上のどの座標位置に対応するかを容易に把握することができる。結果として、制御処理の負荷軽減を図ることができる。

【0128】

また、本実施形態では、プリント基板１を連続移動させつつ、カメラ１５（撮像素子１７）のＸ軸方向上流側（図１左側）に位置する第２撮像領域Ｋ２により、スリット光が照射される第２撮像範囲Ｗ２の像を撮像してプリント基板１の高さ計測（反り計測）を行い、Ｘ軸方向下流側（図１右側）に位置する第１撮像領域Ｋ１により、パターン光が照射される第１撮像範囲Ｗ１の像を撮像してクリーム半田４等の三次元計測を行う構成となっている。

【0129】

これにより、プリント基板１を連続移動させつつ、撮像素子１７を合焦範囲へ調整しながらクリーム半田４等の三次元計測を目的とした撮像を行うことができ、計測効率の向上を図ることができる。また、Ｙ軸方向におけるプリント基板１の幅とカメラ１５の撮像範囲との関係によっては、プリント基板１を往復動させることなく、一方向へ連続移動させるだけで、プリント基板１全体の三次元計測を行うことができる。さらに、プリント基板１の高さ計測（反り計測）を行うための撮像と、クリーム半田４等の三次元計測を行うための撮像の両方を一度に行うことができ、撮像処理の簡素化を図ることができる。

【0130】

また、本実施形態では、単一（同一光学系）のカメラ１５により得られた画像データを基に、プリント基板１の高さ計測（反り計測）やクリーム半田４等の三次元計測を行う構成となっている。これにより、複数の撮像機構（カメラ）を別々に設けた構成などと比べ、位置精度を向上させることができる（画像データを画素単位で一致させ、同一座標系で取り扱うことが容易となる）と共に、装置の小型化や簡素化を図ることができる。

【0131】

また、本実施形態では、位相シフト法による三次元計測を目的として第１輝度のパターン光の下で複数回の撮像が行われる合間に、位相シフト法による三次元計測を目的とした第２輝度のパターン光の下での複数回の撮像や、輝度画像データを取得することを目的とした第１輝度及び第２輝度の各色成分の均一光の下での撮像が行われる。

【0132】

つまり、上記位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間を延ばすことなく、該三次元計測用の画像データの取得に加え、該三次元計測とは異なる他の用途に用いる画像データを別途取得することができる。

【0133】

結果として、複数種類の計測を組み合せて行うことが可能となり、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測効率の低下を抑制しつつ、計測精度の向上等を図ることができる。

【0134】

また、照射光の輝度を替え、半田印刷領域（明部）に適した輝度による撮像と、背景領域（暗部）に適した輝度による撮像とを別々に行うことで、プリント基板１上の各部位の明暗の違いに基づく様々な不具合の発生を抑制することができる。

【0135】

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。

【0136】

（ａ）上記実施形態では、三次元計測装置を、プリント基板１に印刷形成されたクリーム半田４の三次元計測を行う基板検査装置１０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、他のものの三次元計測を行う構成に具体化してもよい。

【0137】

（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、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。

【0138】

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。

【0139】

（ｃ）計測ヘッド１２（照明装置１４及びカメラ１５）とプリント基板１を相対移動させる構成（移動手段）は、上記実施形態に限定されるものではない。

【0140】

例えば上記実施形態では、コンベア１３によりプリント基板１をＸ軸方向右向きに連続移動しながら、プリント基板１のＹ軸方向所定範囲Ｖに係るＸ軸方向全範囲の計測が終了すると、プリント基板１を逆方向（Ｘ軸方向左向き）に移動させ、初期位置に戻すと共に、計測ヘッド１２をＹ軸方向に沿って所定量移動させ、その後、再度、プリント基板１をＸ軸方向右向きに連続移動しながら、プリント基板１のＸ軸方向全範囲の計測を行うといった構成となっている。

【0141】

これに限らず、例えば計測ヘッド１２が移動不能に固定された構成の下、プリント基板１を載置可能なステージと、該ステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能な駆動手段とを備え、計測ヘッド１２とプリント基板１を相対移動させる構成としてもよい。

【0142】

逆に、プリント基板１が移動不能に固定される構成の下、計測ヘッド１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成することにより、計測ヘッド１２とプリント基板１を相対移動させる構成としてもよい。

【0143】

また、計測ヘッド１２とプリント基板１を相対移動させず停止した状態で各種計測を行う構成としてもよい。例えばプリント基板１を間欠移動させ、プリント基板１上の所定領域を順次、カメラ１５の撮像範囲に停止させながら各種計測を行う構成としてもよい。

【0144】

（ｄ）各照明から照射される光の種類など、照射手段に係る構成は上記実施形態の照明装置１４に限定されるものではない。

【0145】

例えば上記実施形態では、パターン光を照射する第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂのみならず、第３照明１４Ｃなど、均一光を照射する複数の均一光照明を備えた構成となっているが、これに限らず、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な画像データを取得するだけであれば、第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂだけを備えた構成としてもよい。勿論、第１照明１４Ａ又は第２照明１４Ｂのいずれか一方のみを備えた構成としてもよい。

【0146】

（ｅ）上記実施形態では、第９照明１４Ｉからプリント基板１に対しスリット光を照射し、これをカメラ１５により撮像した画像データを基に公知の光切断法によりプリント基板１の高さ計測（傾き計測を含む）を行う構成となっている。

【0147】

プリント基板１の高さ計測に係る構成は、これに限定されるものではない。例えば第９照明１４Ｉからレーザポインタを照射したり、第１照明１４Ａ等から照射されるパターン光（クリーム半田４等の三次元計測用のパターン光）よりも縞の周期が粗いパターン光を照射して高さ計測を行うなど、光切断法とは異なる他の計測方法を採用してもよい。但し、計測効率を低下させないためには、光切断法など、プリント基板１を連続的に高速移動しながら比較的容易に高さを求めることができる計測方法を採用することが好ましい。

【0148】

（ｆ）上記実施形態では、第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂからプリント基板１に対し縞状のパターン光を照射し、位相シフト法によりクリーム半田４等の三次元計測を行う構成となっている。これに限らず、例えば空間コード法やモアレ法など、他の三次元計測法を採用することとしてもよい。但し、クリーム半田４など小さな計測対象を計測する場合には、位相シフト法など、計測精度の高い計測方法を採用することがより好ましい。

【0149】

（ｇ）上記実施形態では、プリント基板１を連続移動させつつ、カメラ１５（撮像素子１７）のＸ軸方向上流側（図１左側）に位置する第２撮像領域Ｋ２により、スリット光が照射される第２撮像範囲Ｗ２の像を撮像してプリント基板１の高さ計測を行い、Ｘ軸方向下流側（図１右側）に位置する第１撮像領域Ｋ１により、パターン光が照射される第１撮像範囲Ｗ１の像を撮像してクリーム半田４等の三次元計測を行う構成となっている。

【0150】

これに限らず、位相シフト法による三次元計測を目的としたプリント基板１上の所定領域に係る撮像を行う少なくとも前段階において、該所定領域の高さ計測を行う構成であれば、他の構成を採用してもよい。

【0151】

例えば、プリント基板１を往復移動させつつ、その往路において、スリット光のみ照射して高速でプリント基板１の高さ計測（反り計測）を行い、その復路において、前記高さ計測の結果を基に、撮像素子１７を合焦範囲へ調整しつつクリーム半田４等の三次元計測を目的とした撮像を行う構成としてもよい。

【0152】

また、プリント基板１の高さ計測を行うための照射手段及び撮像手段を、位相シフト法による三次元計測を行うための照射手段及び撮像手段（照明装置１４及びカメラ１５）とは別に備えた構成としてもよい。

【0153】

（ｈ）上記実施形態では特に言及していないが、プリント基板１の高さ計測（反り計測）は、プリント基板１のベース基板２や電極パターン３の高さを計測する構成としてもよいし、クリーム半田４を含むプリント基板１全体の高さを計測する構成としてもよい。

【0154】

但し、プリント基板１のベース基板２や電極パターン３の高さのみでなく、クリーム半田４を含むプリント基板１全体の高さを計測することがより好ましい。これにより、その後の撮像素子１７の調整時に合焦範囲の上限Ｇａも考慮した調整が可能になる。

【0155】

（ｉ）上記実施形態では、プリント基板１の各座標位置における基準高さ位置からのＺ軸方向（高さ方向）へのずれ量を算出し、これをプリント基板１上の各座標位置の相対的な高さデータとして演算結果記憶装置２５に記憶する構成となっている。

【0156】

これに限らず、プリント基板１の高さ計測は、プリント基板１の絶対高さを計測する構成としてもよいし、所定の基準（例えばカメラ１５の両側テレセントリック光学系１８）に対するプリント基板１の相対高さを計測する構成としてもよい。

【0157】

（ｊ）プリント基板１の高さ計測（反り計測）において、所定の分解能を超える解像度で計測が可能である場合には、クリーム半田４等の三次元計測時の次数を特定するための情報として利用することも可能となるため、三次元計測における高さのダイナミックレンジを拡大することも可能になる。

【0158】

（ｋ）上記実施形態では、撮像素子１７の４つの各コーナー部を個別に上下動可能なアクチュエータを備えた構成となっているが、撮像素子１７の高さ調整及び傾き調整を行う構成はこれに限定されるものではない。例えば所定の回動軸を中心に撮像素子１７を回動させることにより傾き調整を行う機構を設けると共に、該機構を上下動させることにより高さ調整を行う機構を設けた構成としてもよい。

【0159】

また、高さ調整や傾き調整の方法は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、高さ調整と傾き調整を段階に行っているが、高さ調整及び傾き調整を同時に行う構成としてもよい。

【0160】

また、傾き調整を行わず、撮像素子１７が基準姿勢を維持したまま合焦範囲に収まるように高さ調整のみを行う構成としてもよい。

【0161】

（ｌ）上記実施形態では、カメラ１５の撮像素子１７としてＣＣＤイメージセンサを採用しているが、撮像素子１７はこれに限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等を採用してもよい。

【0162】

また、上記実施形態では、１つの撮像素子１７の領域を区分けすることにより、第１撮像領域Ｋ１と第２撮像領域Ｋ２とを備えた構成となっているが、これに限らず、例えば１枚の回路基板上に設けられた複数の撮像素子をそれぞれ、第１撮像領域Ｋ１と第２撮像領域Ｋ２として割り当てた構成としてもよい。少なくとも単一（同一光学系）のカメラ１５であれば、上記実施形態の作用効果と同様の作用効果が得られる。

【0163】

（ｍ）上記実施形態では、カラー画像データ（輝度画像データ）を、各種計測対象領域の抽出処理を行うために利用しているが、これに代えて又は加えて、他の用途に使用してもよい。例えば、三次元計測により得られた三次元データに対しカラー画像データをマッピングする構成としてもよい。かかる構成とすれば、被計測物の濃淡を表現することができ、三次元画像の質感を高めることができる。その結果、被計測物の形状を瞬時に把握することが容易となり、確認作業に要する時間を著しく軽減させることができる。

【符号の説明】

【0164】

１…プリント基板、４…クリーム半田、１０…基板検査装置、１３…コンベア、１４…照明装置、１４Ａ〜１４Ｉ…照明、１５…カメラ、１６…制御装置、１７…撮像素子、１８…両側テレセントリック光学系、２４…画像データ記憶装置、３１…物体側レンズ、３２…開口絞り、３３…像側レンズ、Ｇａ…合焦範囲の上限、Ｇｂ…合焦範囲の下限、Ｋ１…第１撮像領域、Ｋ２…第２撮像領域、Ｗ…撮像範囲、Ｗ１…第１撮像範囲、Ｗ２…第２撮像範囲。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】