JP2013124938A - 三次元計測装置 - Google Patents

Abstract

【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、計測精度の向上を図ると共に、計測時間の短縮化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に対し縞状の光パターンを照射する照射装置４Ａ，４Ｂと、これを撮像するカメラ５と、撮像データを基に三次元計測を行う制御装置６とを備えている。照射装置４Ａ，４Ｂは、光源４Ａａ，４Ｂａと、その光を縞状の光パターンに変換する格子を形成する液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂとを備えている。制御装置６は、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、その終了と同時に液晶シャッタ４Ａｂの格子切替を開始し、当該格子切替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撮像処理を実行し、その終了と同時に、液晶シャッタ４Ｂｂの格子切替を開始し、当該格子切替の完了を待つことなく、次の第１撮像処理を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、三次元計測装置に関するものである。

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ハンダが印刷される。次に、該クリームハンダ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ハンダ付けが行われる。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ハンダ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。

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。

当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、当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（この場合プリント基板）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。この場合、画面上の計測対象点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。

Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ
［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により与えられる位相］
ここで、上記格子を移送又は切替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＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて変調分αを求める。

α＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２）｝
この変調分αを用いて、プリント基板上のクリームハンダ等の計測対象点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ、もって計測対象の三次元形状、特に高さが計測される。

しかしながら、上記照射手段が１つだけでは、被計測物（計測対象）に光パターンが照射されない影の部分が生じ得るため、当該影部分の適正な計測が行えないおそれがある。

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も提案されている。

かかる場合、従来では、第１照射手段の格子を順次移送し（又は切替え）ながら、複数通りに位相変化させた第１の光パターンの下で所定の計測対象範囲（撮像範囲）に係る１組の画像データ（例えば４通りの画像データ）を全て撮像した後に、第２照射手段の格子を順次移送等しながら、複数通りに位相変化させた第２の光パターンの下で当該計測対象範囲に係る１組の画像データを全て撮像する構成となっていた。

これに対し、近年では、第１照射手段の格子を移送等する間に、第２照射手段から第２光パターンを照射して撮像を行う一方、第２照射手段の格子を移送等する間に、第１照射手段から第１光パターンを照射して撮像を行うことを交互に繰り返すことにより、計測時間の短縮化を図る技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２７６６０７号公報

しかしながら、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、照明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、格子として液晶シャッタ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。

従って、上記特許文献１のように第１照射手段の格子の移送等と、第２照射手段の格子の移送等とを交互に行う構成の下、例えば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回の格子の移送にかかる時間をそれぞれ［２０ｍｓｅｃ］と仮定した場合には、図５に示すように、所定の計測対象範囲に係る全ての処理が終了するまでに、〔第１格子の移送時間［２０ｍｓ］＋第２格子の移送時間［２０ｍｓ］〕×４回＝合計［１６０ｍｓｅｃ］といった比較的長い計測時間を要することとなる。

さらに、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場合には、当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。

なお、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ハンダ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。

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、計測精度の向上を図ると共に、計測時間の短縮化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。

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。

手段１．所定の光を発する第１光源、及び、当該第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、当該第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複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、当該第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、当該第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複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、
複数通りに位相変化させた前記第１光パターン又は第２光パターンの照射に基づき取得した複数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画像処理手段とを備え、
前記位相の異なる複数通りの第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、又は、前記位相の異なる複数通りの第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撮像処理のうちの一方の撮像処理を実行し、
前記一方の撮像処理の終了後に、当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を開始し、
前記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としたことを特徴とする三次元計測装置。

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ることを極力防止することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。

また、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を実行し、当該一方の撮像処理の終了後に、当該一方の撮像処理に係る格子の移送等を開始し、当該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を実行可能な構成となっている。

つまり、前記位相の異なる複数通りの第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撮像処理を実行し、前記第１撮像処理の終了後に、前記第１格子の移送又は切替処理を開始し、前記第１格子の移送又は切替処理の完了を待つことなく、前記位相の異なる複数通りの第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撮像処理を実行し、前記第２撮像処理の終了後に、前記第２格子の移送又は切替処理を開始し、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、前記第１撮像処理を実行可能な構成となっている。

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、ひいては当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つき、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までに要する時間を短縮することができる。

手段２．前記両撮像処理のうちの一方の撮像処理の終了と同時に、当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を開始すると共に、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理を開始可能としたことを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

上記手段２によれば、前記第１撮像処理の終了と同時に、前記第１格子の移送又は切替処理を開始すると共に、前記第２撮像処理を開始し、前記第２撮像処理の終了と同時に、前記第２格子の移送又は切替処理を開始すると共に、前記第１撮像処理を開始可能となる。結果として、上記手段１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。

例えば、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回の格子の移送又は切替にかかる時間をそれぞれ［２０ｍｓｅｃ］と仮定した場合、本手段において、所定の計測対象範囲に係る全ての処理を終了するまでに必要な時間は、第１光パターン照射時の撮像時間［２ｍｓ］＋〔第２光パターン照射時の撮像時間［２ｍｓ］＋第２格子の移送時間［２０ｍｓ］〕×４回＝合計［９０ｍｓｅｃ］となる。つまり、第１格子及び第２格子の移送等を交互に行う上記特許文献１の構成に比べて、［７０ｍｓｅｃ（約４４％）］の短縮が可能となる。

手段３．少なくとも前記各撮像処理が行われている間、前記撮像手段と前記被計測物との位置関係が固定されてい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。

上記手段３によれば、撮像中における撮像手段と被計測物の位置関係が変化しないため、計測対象範囲の狭小化等を防止することができる。結果として、多数の計測対象範囲が設定されるプリント基板など、被計測物全体の計測にかかる計測時間の短縮化を図ることができる。

手段４．前記第１光パターンを第１周期の光パターンとすると共に、前記第２光パターンを前記第１周期とは異なる（例えば第１周期よりも長い）第２周期の光パターンとした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。

上記手段４によれば、長い周期の光パターン（例えば第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、周期の短い光パターン（例えば第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。

基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。 基板検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 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。 （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。 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。

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ハンダの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。制御装置６が本実施形態における画像処理手段を構成する。

第１照明装置４Ａは、所定の光を発する第１光源４Ａａと、当該第１光源４Ａａ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ための第１格子を形成する第１液晶シャッタ４Ａｂとを備えており、プリント基板２に対し、斜め上方から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、液晶シャッタ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。

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、当該第２光源４Ｂａ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ための第２格子を形成する第２液晶シャッタ４Ｂｂとを備えており、プリント基板２に対し、斜め上方から４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、液晶シャッタ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。

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、液晶シャッタ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。このように、各照明装置４Ａ，４Ｂに液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂを使用することによって、縞状の光パターンを作成した場合に、その照度が理想的な正弦波に近いものが得られ、これにより、三次元計測の計測分解能が向上する。また、光パターンの位相シフトの制御を電気的に行うことができ、制御系のコンパクト化を図ることができる。

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。

また、両照明装置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。

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。

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。

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、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による撮像に基づく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。

以下、制御装置６にて実行される三次元計測処理の手順について図３のタイミングチャートを参照して詳しく説明する。

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。

併せて、制御装置６は、両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂを切替制御し、当該両液晶シャッタ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に設定する。

第１格子及び第２格子の切替設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴ１にて、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、当該第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。

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Ｔ２において、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、当該第１光パターンに係る１回目の撮像を終了する。尚、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。

続けて、制御装置６は、前記第１撮像処理の終了と同時に、タイミングＴ２にて第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、当該第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。

これと同時に、制御装置６は、タイミングＴ２にて第１照明装置４Ａの第１液晶シャッタ４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１液晶シャッタ４Ａｂに形成される第１格子の位置を前記基準位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチ（π／２）分ずれる第２の位置へ切替設定する。

そして、制御装置６は、前記第２撮像処理の開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴ３において、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、当該第２光パターンに係る１回目の撮像を終了する。

また、制御装置６は、前記第２撮像処理の終了と同時に、タイミングＴ３にて第２照明装置４Ｂの第２液晶シャッタ４Ｂｂの切替処理を開始する。具体的には、第２液晶シャッタ４Ｂｂに形成される第２格子の位置を前記基準位置から、第２光パターンの位相が４分の１ピッチ（π／２）分ずれる第２の位置へ切替設定する。

そして、制御装置６は、前記第１液晶シャッタ４Ａｂの切替処理の開始から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴ４において、当該切替処理を終了する。

同様に、制御装置６は、前記第２液晶シャッタ４Ｂｂの切替処理の開始から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴ５において、当該切替処理を終了する。以後、上記タイミングＴ１〜Ｔ５の処理と同様の処理が複数回繰り返し行われる。

つまり、前記第１液晶シャッタ４Ａｂの切替処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴ４にて、上記１回目の第１撮像処理時よりも４分の１ピッチずれた第１光パターンの下で２回目の第１撮像処理を開始し、そこから２ｍｓｅｃ経過後のタイミングＴ５にて、当該２回目の第１撮像処理を終了する。

また、制御装置６は、前記第２液晶シャッタ４Ｂｂの切替処理の終了、及び、前記２回目の第１撮像処理の終了と同時に、タイミングＴ５にて、上記２回目の第２撮像処理時よりも４分の１ピッチずれた第２光パターンの下で２回目の第２撮像処理を開始する。

このように、上記一連の処理を４回繰り返すことにより、所定の検査エリアにつき三次元計測を行う上で必要な全ての画像データ（本実施形態では４画面分ずつ、合計８画面分の画像データ）を取得することができる。

そして、制御装置６は、４通りに位相変化させた各光パターンの照射に基づき取得した４通りの画像データを基に、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高さ計測（三次元計測）を行う。

このようにして得られた各検査エリア毎の計測データは、制御装置６の演算結果記憶装置２５に格納される。そして、当該検査エリア毎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ハンダの印刷範囲が検出され、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ハンダの量が算出される。そして、このようにして求めたクリームハンダの位置、面積、高さ又は量等のデータが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され、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ハンダの印刷状態の良否が判定される。

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。

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ることを極力防止することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。

また、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、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を実行し、当該一方の撮像処理の終了と同時に、当該一方の撮像処理に係る液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を開始し、当該切替処理の完了を待つことなく、両撮像処理のうちの他方の撮像処理を実行する構成となっている。

このように、一方の液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の完了を待つことなく、他方の液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂの下での撮像、ひいては当該撮像後の液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を行うことで、比較的長い時間を要する２つの液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を一部で重複して行うことが可能となる。

これにより、所定の検査エリアにつき、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までに要する時間を短縮することができ、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。

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］＋〔第２撮像処理に要する時間［２ｍｓ］＋第２格子の切替えに要する時間［２０ｍｓ］〕×４回＝合計［９０ｍｓｅｃ］となる。

さらに、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（上記各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。

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。

（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ハンダ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ハンダバンプや、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。

（ｂ）上記実施形態の位相シフト法では、光パターンの位相を４分の１ピッチずつ変化させる構成となっているが、これに限らず、光パターンの位相を３分の１ピッチずつ変化させる構成としてもよい。

（ｃ）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、液晶シャッタ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。

（ｄ）上記実施形態では、光源４Ａａ，４Ｂａの波長について特に言及していないが、各光源４Ａａ，４Ｂａの波長を異ならせた構成としてもよい。例えば第１光源４Ａａを第１の波長成分（赤色成分）を有する光を発する光源とすると共に、第２光源４Ｂａを第２の波長成分（緑色成分）を有する光を発する光源としてもよい。

（ｅ）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。

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４（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。

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。

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４（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、当該第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。

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４（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。

（ｆ）上記実施形態では、第１撮像処理の終了と同時に第２撮像処理を開始する構成となっているが、これに限らず、例えば第１撮像処理が終了した後、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）経過後に第２撮像処理を開始する構成としてもよい。

同様に、上記実施形態では、第１撮像処理（第２撮像処理）の終了と同時に第１液晶シャッタ４Ａｂ（第２液晶シャッタ４Ｂｂ）の切替処理を開始する構成となっているが、これに限らず、例えば第１撮像処理が終了した後、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）経過後に第１液晶シャッタ４Ａｂの切替処理を開始する構成としてもよい。

（ｇ）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。

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、当該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。

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。

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、当該第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。

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。

（ｈ）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。

（ｉ）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。

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液晶シャッタ、４Ｂ…第２照明装置、４Ｂａ…第２光源、４Ｂｂ…第２液晶シャッタ、５…カメラ、６…制御装置。

Claims (4)

1. 所定の光を発する第１光源、及び、当該第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、当該第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複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、当該第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、当該第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複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、
   複数通りに位相変化させた前記第１光パターン又は第２光パターンの照射に基づき取得した複数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画像処理手段とを備え、
   前記位相の異なる複数通りの第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、又は、前記位相の異なる複数通りの第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撮像処理のうちの一方の撮像処理を実行し、
   前記一方の撮像処理の終了と同時に、当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を開始し、
   前記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としたことを特徴とする三次元計測装置。
2. 前記両撮像処理のうちの一方の撮像処理の終了と同時に、当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を開始すると共に、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理を開始可能としたことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
3. 少なくとも前記各撮像処理が行われている間、前記撮像手段と前記被計測物との位置関係が固定されてい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。
4. 前記第１光パターンを第１周期の光パターンとすると共に、前記第２光パターンを前記第１周期とは異なる第２周期の光パターンとした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。

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