JP6259806B2

JP6259806B2 - 三次元計測装置

Info

Publication number: JP6259806B2
Application number: JP2015251053A
Authority: JP
Inventors: 信行梅村; 大山　剛; 剛大山; 憲彦坂井田; 二村　伊久雄; 伊久雄二村
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: WO2017110146A1; CN108139206A; CN108139206B; DE112016005990T5; TWI613416B; TW201734406A; JP2017116368A

Description

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。

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。

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。

位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、所定の照射手段により被計測物に対し所定の縞パターンを照射する。照射手段は、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。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。

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照射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。

上記構成の下、カメラ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。

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。

そして、例えば被計測物を連続移動させつつ、縞パターンの位相を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（例えば、特許文献１参照）。

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。

一般に、位相シフト法を用いる三次元計測装置においては、計測精度を高めるため、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンを照射する。しかし、精度の良い正弦波状の光強度分布を有する縞パターンを照射することは非常に難しい。

これに対し、近年では、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照射することにより、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンとして照射する技術も見受けられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−２４７３７５号公報特開２００７−８５８６２号公報

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、被測定物上に照射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。

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。

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

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。

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。

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。

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）に対し照射可能な照射手段と、
前記縞パターンの照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
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、
前記照射手段から照射される縞パターンとの相対位置関係（位相）が異なる前記被計測物に係る複数の画像データ（前記被計測物上の各座標位置における光強度分布が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、正弦波の光強度分布を有する縞パターンが照射されていることを前提として下式（Ｕ１）で求められる前記複数の画像データ上の各画素の光の輝度Ｉの関係を利用して位相φを求め高さを演算する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、
前記画像取得手段が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、
前記被計測物の相対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、該撮像結果を前記被計測物上の各座標位置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三次元計測装置。
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

上記手段１によれば、照射手段及び撮像手段と被計測物とを相対移動させると共に、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）が照射された被計測物を、複数回に分けて撮像し該撮像結果を被計測物上の各座標位置毎に加算若しくは平均する。

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、縞パターンとの相対位置関係（光強度分布）が異なる被計測物に係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照射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。

本手段によれば、ピントを合わせた状態で縞パターンを照射したとしても、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照射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照射も可能となる。

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。

尚、上記「被計測物の相対移動」に係る移動動作は、被計測物が連続して相対移動する連続動作であってもよいし、被計測物が間欠的に相対移動する（所定量ずつ相対移動する）間欠動作であってもよい。

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。

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照射し三次元計測を行うよりも、正弦波の光強度分布を有する縞パターンを照射し三次元計測を行う方が計測精度が良い。

しかし、上述したように、正弦波の光強度分布を有する縞パターンを照射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。

この点、本手段１によれば、照射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照射しつつも、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。

手段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）に対し照射可能な第１照射手段と、
前記縞パターンとは異なる第２の光である均一光を前記被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
前記各種光の照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記各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、
前記第１照射手段から照射される縞パターンとの相対位置関係が異なる前記被計測物に係る複数の画像データ（前記被計測物上の各座標位置における光強度分布が異なる複数の画像データ）を取得可能な第１画像取得手段と、
前記第１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、正弦波の光強度分布を有する縞パターンが照射されていることを前提として下式（Ｕ１）で求められる前記複数の画像データ上の各画素の光の輝度Ｉの関係を利用して位相φを求め高さを演算する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第１画像処理手段（三次元計測手段）と、
前記第１画像取得手段が前記複数の画像データのうちの所定の画像データを取得する際に行われる所定の撮像処理が実行された後、次の画像データの取得に係る撮像処理が実行されるまでの間に、前記第２照射手段から照射された前記第２の光の下で撮像される前記被計測物に係る画像データを取得可能な第２画像取得手段と、
前記第２画像取得手段により取得された画像データに基づき、所定の処理を実行する第２画像処理手段（特定処理実行手段）とを備え、
前記第１画像取得手段が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、
前記被計測物の相対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）を前記被計測物上の各座標位置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り、
前記第２画像取得手段による同一波長の均一光による撮像が複数回行われることを特徴とする三次元計測装置。
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

上記手段２によれば、上記手段１と同様の作用効果が奏される。さらに、本手段では、上記位相シフト法による三次元計測を目的とした複数回の撮像処理が行われる合間に、第２照射手段から照射された第２の光の下で被計測物の撮像が行われる。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、当該三次元計測用の画像データの取得に加え、当該三次元計測とは異なる他の用途に用いる画像データ（特定処理実行手段により所定の処理を実行するための画像データ）を別途取得することができる。

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。

ここで、上記「第２照射手段（第２の光）」を複数種類備えた構成としてもよい。そして、第１画像取得手段により取得される複数の画像データが全て撮像されるまでの間に、これら複数種類の光を切替えて照射可能な構成としてもよい。かかる構成により、複数種類の用途に用いる画像データを別途取得することができ、上記作用効果をさらに高めることができる。尚、複数種類の光には、均一光（光強度が一定の光）は勿論のこと、例えば輝度の異なる２種類の均一光など、輝度の異なる同種の光も含まれる。

輝度の異なる複数種類の光を照射することにより、被計測物上の各部位の明暗の違いに基づく各種不具合の発生を抑制することができる。例えば、被計測物としてのプリント基板上のクリーム半田の印刷部分の周囲（以下、背景領域という）の色は様々である。これは、ガラスエポキシ樹脂やレジスト膜に種々の色が使用されるためである。そして、例えば黒色などの比較的暗い色の背景領域では、撮像手段による撮像に基づく画像データのコントラストが小さくなってしまう。つまり、画像データ上、上記縞パターンの明暗の差（輝度差）が小さくなってしまうのである。そのため、背景領域の高さの計測が困難となるおそれがある。本来であれば基板上に印刷されたクリーム半田の高さをより高精度で計測するためには、その基板内に高さ基準を採ることが望ましい。しかしながら、背景領域を高さ基準面として適正に利用できないため、その基板内に高さ基準を採ることができないといった不具合を生じるおそれがある。

そこで、例えば縞パターンの輝度を替え、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い、高さ基準を適切に計測することにより、上記不具合の発生を抑制することができる。

また、「第２の光」として均一光を照射すれば、輝度画像データを取得することが可能となる。ひいては当該輝度画像データを基に、例えば上記三次元計測により得られた三次元データに対しマッピングを行うことや、計測領域の抽出を行うこと等が可能となるため、さらなる計測精度の向上等を図ることができる。
尚、上記「被計測物の相対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、被計測物の相対移動開始前の停止中に撮像処理を開始する場合や、被計測物の相対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。例えば被計測物の相対移動停止中に撮像処理を開始した後、被計測物の相対移動を開始し、該被計測物の相対移動が停止した後、該撮像処理を終了する構成としてもよい。

手段３．前記第１画像取得手段が前記複数の画像データのうちの所定の画像データを取得する際に行われる所定の撮像処理が実行された後、次の画像データの取得に係る撮像処理が実行されるまでの間が複数回あり、
各回毎に前記第２画像取得手段による同一波長の均一光による撮像が行われることを特徴とする手段２に記載の三次元計測装置。
手段４．前記位相シフト法においては、前記縞パターンの位相を、φ＋０、φ＋９０°、φ＋１８０°、φ＋２７０°の４段階にシフトさせ、これらに対応する光の輝度Ｉ ₀ 、Ｉ ₁ 、Ｉ ₂ 、Ｉ ₃ を求め、下式（Ｕ２）に基づいて位相φを求め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。
φ＝tan ^-1 [(Ｉ ₁ −Ｉ ₃ )／(Ｉ ₂ −Ｉ ₀ )] ・・・（Ｕ２）

手段５．前記移動手段は、前記被計測物を連続移動させるもの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。

上記手段５によれば、例えば連続移動する被計測物に対し所定の縞パターンが照射され、被計測物が所定量（例えば縞パターンの位相９０°分に相当する距離）移動する毎に、上記撮像処理（所定期間連続して撮像する処理又は複数回に分けて撮像する処理）が行われる。結果として、被計測物を停止させることなく連続移動させつつ、三次元計測等を行うことができるため、計測効率の向上、ひいては生産効率の向上等を図ることができる。

また、撮像期間中（所定期間中）に撮像される被計測物上の各座標位置における縞パターンの相対位置（位相）が常に変化することとなるため、一部に相対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。

但し、被計測物が間欠的に相対移動する間欠動作を行う場合であっても、例えば被計測物の相対移動の開始と同時又は相対移動中に前記撮像処理を開始し、該被計測物の相対移動の停止と同時又は相対移動中に前記撮像処理を終了する構成とすれば、本手段と同様の作用効果が奏される。

手段６．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５のいずれかに記載の三次元計測装置。

上記手段６によれば、上記手段６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照射することができる。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照射することができる。

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。

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。

手段７．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６のいずれかに記載の三次元計測装置。

上記手段７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。

基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。プリント基板の断面図である。基板検査装置の電気的構成を示すブロック図である。プリント基板上に照射された縞パターンの態様を模式的に示した図である。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。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１〜ｔ１５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ４６〜Ｘ６０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１〜ｔ１５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ３１〜Ｘ４５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１〜ｔ１５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１６〜Ｘ３０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１〜ｔ１５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１〜Ｘ１５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１６〜ｔ３０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ４６〜Ｘ６０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１６〜ｔ３０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ３１〜Ｘ４５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１６〜ｔ３０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１６〜Ｘ３０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１６〜ｔ３０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１〜Ｘ１５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ３１〜ｔ４５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ４６〜Ｘ６０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ３１〜ｔ４５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ３１〜Ｘ４５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ３１〜ｔ４５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１６〜Ｘ３０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ３１〜ｔ４５）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１〜Ｘ１５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ４６〜ｔ６０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ４６〜Ｘ６０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ４６〜ｔ６０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ３１〜Ｘ４５）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ４６〜ｔ６０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１６〜Ｘ３０）との関係を説明するための対応表である。プリント基板が縞パターンの１／４周期（位相９０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ４６〜ｔ６０）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、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１〜Ｘ１５）との関係を説明するための対応表である。撮像タイミングｔ１〜ｔ１５にて撮像され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。撮像タイミングｔ１６〜ｔ３０にて撮像され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。撮像タイミングｔ３１〜ｔ４５にて撮像され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。撮像タイミングｔ４６〜ｔ６０にて撮像され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。プリント基板の各座標位置に係る各種データを各種カテゴリー（第１位相グループ、第２位相グループ）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。プリント基板の各座標位置に係る各種データを各種カテゴリー（第３位相グループ、第４位相グループ）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。プリント基板の各座標位置に係る各種データを各種カテゴリー（赤色グループ、緑色グループ、青色グループ、近赤外色グループ）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。第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎のプリント基板上（位相０°〜１１４°相当位置）における光強度分布を示す表である。第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎のプリント基板上（位相１２０°〜２３４°相当位置）における光強度分布を示す表である。第１のシミュレーションにおける所定時間経過毎のプリント基板上（位相２４０°〜３５４°相当位置）における光強度分布を示す表である。第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相０°〜９０°相当位置）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）は各座標位置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。第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相９６°〜１８６°相当位置）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）は各座標位置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。第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相１９２°〜２８２°相当位置）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）は各座標位置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。第１のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相２８８°〜３５４°相当位置）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）は各座標位置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。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３２〜図３５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３２〜図３５の（ｂ）に示す各種平均値をプロットしたグラフである。図３２〜図３５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。第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎のプリント基板上（位相０°〜１１４°相当位置）における光強度分布を示す表である。第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎のプリント基板上（位相１２０°〜２３４°相当位置）における光強度分布を示す表である。第２のシミュレーションにおける所定時間経過毎のプリント基板上（位相２４０°〜３５４°相当位置）における光強度分布を示す表である。第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相０°〜９０°相当位置）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）は各座標位置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。第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相９６°〜１８６°相当位置）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）は各座標位置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。第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相１９２°〜２８２°相当位置）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）は各座標位置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。第２のシミュレーションに関する表であって、（ａ）はプリント基板上（位相２８８°〜３５４°相当位置）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）は各座標位置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。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４３〜図４６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４３〜図４６の（ｂ）に示す各種平均値をプロットしたグラフである。図４３〜図４６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。（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。

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。

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。

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。

基板検査装置１０は、プリント基板１を搬送する搬送手段（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所定の光を照射する照明装置１４と、該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３参照）とを備えている。制御装置１６は、本実施形態における画像取得手段（第１画像取得手段、第２画像取得手段）や画像処理手段（第１画像処理手段、第２画像処理手段）を構成する。

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が所定方向（図１右方向）へ定速で連続搬送される。これにより、カメラ１５の撮像範囲Ｗは、プリント基板１に対し逆方向（図１左方向）へ相対移動していくこととなる。

照明装置１４は、５つの照明を備え、照射される光が制御装置１６により切替制御される。具体的には、縞パターン（縞状のパターン光）を照射可能な第１照明１４Ａと、全範囲において光強度が一定の赤色均一光を照射可能な第２照明１４Ｂと、全範囲において光強度が一定の緑色均一光を照射可能な第３照明１４Ｃと、全範囲において光強度が一定の青色均一光を照射可能な第４照明１４Ｄと、全範囲において光強度が一定の近赤外色均一光を照射可能な第５照明１４Ｅとを備えている。このうち、第１照明１４Ａが所定の縞パターンを照射する照射手段（第１照射手段）を構成し、他の第２照明１４Ｂ〜第５照明１４Ｅがそれぞれ第２の光として所定の均一光を照射する第２照射手段を構成する。

第１照明１４Ａ〜第５照明１４Ｅは、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。例えば第１照明１４Ａは、所定の光を発する光源や、該光源からの光を縞パターンに変換する格子板を備えている。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、格子板を介して投影レンズに導かれ、縞パターンとして照射されることとなる。

尚、上記公知の構成に加え、集光レンズや投影レンズなど、第１照明１４Ａ等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１は、コンベア１３により搬送され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。

また、格子板は、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１に対し、その搬送方向に沿って縞状（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照射することができる。

図４に示すように、本実施形態では、縞の方向がプリント基板１の搬送方向（Ｘ方向）と直交する縞パターンが照射される。すなわち、搬送されるプリント基板１上において搬送方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に平行な縞パターンが照射される。

通常、格子板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４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。

ここで、格子板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３６参照）、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４７参照）。

カメラ１５は、レンズや撮像素子等を備え、その光軸がコンベア１３上に載置されたプリント基板１に垂直な方向（Ｚ方向）に沿って設定されている。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。

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。

次に、制御装置１６の電気的構成について図３を参照して詳しく説明する。図３は、基板検査装置１０の概略を示すブロック図である。

図３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、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。

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。

制御装置１６は、コンベア１３を駆動制御してプリント基板１を定速で連続搬送する。そして、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。

より詳しくは、プリント基板１が所定量Δｘ搬送される毎、つまり所定時間Δｔが経過する毎に、所定の順序で照明装置１４から照射される光を切替えると共に、該光の照射されたプリント基板１をカメラ１５により撮像する。所定時間Δｔが経過する毎にカメラ１５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。

尚、本実施形態では、前記所定量Δｘが、第１照明１４Ａから照射される縞パターンの位相６°相当分の距離に設定されている。また、プリント基板１の搬送方向（Ｘ方向）におけるカメラ１５の撮像範囲Ｗが縞パターンの１周期（位相３６０°）相当分の長さに設定されている。勿論、所定量Δｘやカメラ１５の撮像範囲Ｗは、これに限定されるものではなく、これより長くてもよいし、短くてもよい。

ここで、照明装置１４から照射される光と、カメラ１５により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。

図５は、時間経過と共に相対移動するカメラ１５の撮像範囲Ｗ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６〜２１は、プリント基板１が縞パターンの１周期（位相３６０°）相当分の距離を移動する間において、時間経過（ｔ１〜ｔ６０）と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板１上の各座標位置における照射光の態様（縞パターンの位相や均一光の色）、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置（Ｘ１〜Ｘ６０）との関係を説明するための対応表である。

尚、プリント基板１上における搬送方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）については、プリント基板１のＹ方向全範囲がカメラ１５の撮像範囲内に含まれ、Ｘ方向の同一座標位置におけるＹ方向の各座標位置については照射光の種類及び態様に違いはない。

また、カメラ１５と照明装置１４の位置関係は固定されているため、照明装置１４から照射される縞パターンの位相は、撮像素子の各座標Ｘ１〜Ｘ６０に対し固定されている。例えば撮像素子の座標Ｘ６０で「０°」、座標Ｘ５９で「６°」、座標Ｘ５８で「１２°」、・・・、座標Ｘ１で「３５４°」となる。一方、搬送されるプリント基板１上の各座標位置（例えば座標Ｐ６０）においては、後述するように時間経過（ｔ１〜ｔ６０）と共に縞パターンの位相が「６°」ずつ変化していく。但し、図６〜２１で示される縞パターンの位相は、高さ位置「０」かつ平面をなす基準面に照射された場合を想定したものである。

図６〜図９に示すように、撮像タイミングｔ１においては、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１〜Ｐ６０に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

ここから所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２〜Ｐ６１に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３〜Ｐ６２に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４〜Ｐ６３に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５〜Ｐ６４に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ６（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ６〜Ｐ６５に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ７（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ７〜Ｐ６６に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ８（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ８〜Ｐ６７に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ９（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ９〜Ｐ６８に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１０（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１０〜Ｐ６９に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１１（図６〜図９参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１１〜Ｐ７０に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１２（図６〜図９参照）においては、第２照明１４Ｂから赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１２〜Ｐ７１に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図６〜図９中の各座標位置において「Ｒ１」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１３（図６〜図９参照）においては、第３照明１４Ｃから緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１３〜Ｐ７２に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図６〜図９中の各座標位置において「Ｇ１」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１４（図６〜図９参照）においては、第４照明１４Ｄから青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１４〜Ｐ７３に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図６〜図９中の各座標位置において「Ｂ１」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１５（図６〜図９参照）においては、第５照明１４Ｅから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１５〜Ｐ７４に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図６〜図９中の各座標位置において「ＮＩＲ１」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１６（図１０〜図１３参照）においては、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１６〜Ｐ７５に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１７（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１７〜Ｐ７６に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１８（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１８〜Ｐ７７に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１９（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ１９〜Ｐ７８に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２０（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２０〜Ｐ７９に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２１（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２１〜Ｐ８０に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２２（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２２〜Ｐ８１に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２３（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２３〜Ｐ８２に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２４（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２４〜Ｐ８３に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２５（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２５〜Ｐ８４に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２６（図１０〜図１３参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２６〜Ｐ８５に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２７（図１０〜図１３参照）においては、第２照明１４Ｂから赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２７〜Ｐ８６に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１０〜図１３中の各座標位置において「Ｒ２」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２８（図１０〜図１３参照）においては、第３照明１４Ｃから緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２８〜Ｐ８７に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１０〜図１３中の各座標位置において「Ｇ２」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２９（図１０〜図１３参照）においては、第４照明１４Ｄから青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ２９〜Ｐ８８に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１０〜図１３中の各座標位置において「Ｂ２」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３０（図１０〜図１３参照）においては、第５照明１４Ｅから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３０〜Ｐ８９に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１０〜図１３中の各座標位置において「ＮＩＲ２」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３１（図１４〜図１７参照）においては、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３１〜Ｐ９０に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３２（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３２〜Ｐ９１に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３３（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３３〜Ｐ９２に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３４（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３４〜Ｐ９３に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３５（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３５〜Ｐ９４に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３６（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３６〜Ｐ９５に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３７（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３７〜Ｐ９６に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３８（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３８〜Ｐ９７に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３９（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ３９〜Ｐ９８に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４０（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４０〜Ｐ９９に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４１（図１４〜図１７参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４１〜Ｐ１００に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４２（図１４〜図１７参照）においては、第２照明１４Ｂから赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４２〜Ｐ１０１に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１４〜図１７中の各座標位置において「Ｒ３」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４３（図１４〜図１７参照）においては、第３照明１４Ｃから緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４３〜Ｐ１０２に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１４〜図１７中の各座標位置において「Ｇ３」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４４（図１４〜図１７参照）においては、第４照明１４Ｄから青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４４〜Ｐ１０３に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１４〜図１７中の各座標位置において「Ｂ３」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４５（図１４〜図１７参照）においては、第５照明１４Ｅから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４５〜Ｐ１０４に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１４〜図１７中の各座標位置において「ＮＩＲ３」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４６（図１８〜図２１参照）においては、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４６〜Ｐ１０５に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４７（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４７〜Ｐ１０６に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４８（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４８〜Ｐ１０７に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４９（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ４９〜Ｐ１０８に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５０（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５０〜Ｐ１０９に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５１（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５１〜Ｐ１１０に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５２（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５２〜Ｐ１１１に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５３（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５３〜Ｐ１１２に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５４（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５４〜Ｐ１１３に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５５（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５５〜Ｐ１１４に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５６（図１８〜図２１参照）においては、再度、第１照明１４Ａから縞パターンが照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５６〜Ｐ１１５に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５７（図１８〜図２１参照）においては、第２照明１４Ｂから赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５７〜Ｐ１１６に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１８〜図２１中の各座標位置において「Ｒ４」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５８（図１８〜図２１参照）においては、第３照明１４Ｃから緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５８〜Ｐ１１７に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１８〜図２１中の各座標位置において「Ｇ４」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５９（図１８〜図２１参照）においては、第４照明１４Ｄから青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ５９〜Ｐ１１８に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１８〜図２１中の各座標位置において「Ｂ４」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。

さらに所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ６０（図１８〜図２１参照）においては、第５照明１４Ｅから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ（Ｘ１〜Ｘ６０）には、プリント基板１上の座標Ｐ６０〜Ｐ１１９に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図１８〜図２１中の各座標位置において「ＮＩＲ４」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。

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Ｐ６０）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２２〜図２５参照）。かかる処理を実行する機能が本実施形態における位置合せ手段を構成する。図２２〜図２５は、撮像タイミングｔ１〜ｔ６０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。

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２６〜図２８参照）。図２６〜図２８は、図２２〜図２５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２６〜図２８では、プリント基板１の座標Ｐ６０に係る部分のみを例示している。

図２６〜図２８に示すように、本実施形態では、７つのグループに分けられる。詳しくは、第１位相グループ［θ］、第２位相グループ［θ＋９０°］、第３位相グループ［θ＋１８０°］、第４位相グループ［θ＋２７０°］、赤色グループ［Ｒ］、緑色グループ［Ｇ］、青色グループ［Ｂ］、近赤外色グループ［ＮＩＲ］に分けて整理される。

第１位相グループ［θ］は、撮像タイミングｔ１〜ｔ１１において撮像された位相０°〜位相６０°（位相が６°ずつ異なる位相６０°相当分）の範囲における１１個の輝度値からなる（図２６参照）。

第２位相グループ［θ＋９０°］は、撮像タイミングｔ１６〜ｔ２６において撮像された位相９０°〜位相１５０°（位相が６°ずつ異なる位相６０°相当分）の範囲における１１個の輝度値からなる（図２６参照）。

第３位相グループ［θ＋１８０°］は、撮像タイミングｔ３１〜ｔ４１において撮像された位相１８０°〜位相２４０°（位相が６°ずつ異なる位相６０°相当分）の範囲における１１個の輝度値からなる（図２７参照）。

第４位相グループ［θ＋２７０°］は、撮像タイミングｔ４６〜ｔ５６において撮像された位相２７０°〜位相３３０°（位相が６°ずつ異なる位相６０°相当分）の範囲における１１個の輝度値からなる（図２７参照）。

赤色グループ［Ｒ］は、撮像タイミングｔ１２，ｔ２７，ｔ４２，ｔ５７において赤色均一光の下で撮像された４個の輝度値（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）からなる（図２８参照）。

緑色グループ［Ｇ］は、撮像タイミングｔ１３，ｔ２８，ｔ４３，ｔ５８において緑色均一光の下で撮像された４個の輝度値（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）からなる（図２８参照）。

青色グループ［Ｂ］は、撮像タイミングｔ１４，ｔ２９，ｔ４４，ｔ５９において青色均一光の下で撮像された４個の輝度値（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）からなる（図２８参照）。

近赤外色グループ［ＮＩＲ］は、撮像タイミングｔ１５，ｔ３０，ｔ４５，ｔ６０において近赤外色均一光の下で撮像された４個の輝度値（ＮＩＲ１，ＮＩＲ２，ＮＩＲ３，ＮＩＲ４）からなる（図２８参照）。

上記グループ分けが終了すると、制御装置１６は、上記各位相グループに含まれる１１個の輝度値を加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。そして、制御装置１６は、前記平均処理により取得した値を演算結果記憶装置２５に記憶する。

これにより、プリント基板１の各座標位置ごとにそれぞれ４通りの輝度値（各位相グループの輝度平均値）を取得することができる。結果として、プリント基板１全体についての光強度分布の異なる４通りの画像データを取得することができる。尚、上記構成により、ここで取得される４通りの画像データは、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となる。

続いて、制御装置１６は、上記のように取得した４通りの画像データ（各座標の４通りの輝度値）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。主として、かかる処理を実行する機能により本実施形態における第１画像処理手段（三次元計測手段）が構成される。

また、制御装置１６は、上記グループ分けが終了すると、上記各色グループに含まれる４個の輝度値を加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。そして、制御装置１６は、前記平均処理により取得した値を演算結果記憶装置２５に記憶する。

そして、制御装置１６は、上記のように取得した各値を基に、赤・緑・青・近赤外色の各色成分を有したプリント基板１全体の輝度画像データ（以下、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。主として、かかる処理を実行する機能により本実施形態における第２画像処理手段（特定処理実行手段）が構成される。

続いて、上記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「白色」の画素の範囲を半田印刷領域として抽出し、「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。

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、制御装置１６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４の量を算出する。

続いて、制御装置１６は、このようにして求めたクリーム半田４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、クリーム半田４の印刷状態の良否を判定する。

以下、本実施形態に係る基板検査装置１０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照射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２９〜図３９を参照して説明する。

本シミュレーションでは、「明部」と「暗部」の境界部に位相「６°」相当分の中間階調域（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照射した。

図２９〜図３１は、プリント基板１上の各座標位置と、時間経過（撮像タイミングｔ１〜ｔ１１）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、所定時間経過毎のプリント基板１上の光強度分布を示す表である。ここでは輝度が最大となる「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。

尚、以下同様であるが、図２９〜図３９において、横軸として示した位相値は、プリント基板１上の各座標位置を示すものであり、本シミュレーションにおいて基準とする撮像タイミングｔ６でプリント基板１（基準面）に照射される縞パターンの各位相に対応するプリント基板１上の位置を指す。

図２９〜図３１に示すとおり、撮像タイミングｔ６においては、位相「６°」位置〜位相「１７４°」位置の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、位相「１８６°」位置〜位相「３５４°」位置の範囲が輝度値「０」の「暗部」となっている。また、「明部」と「暗部」の境界部にあたる位相「１８０°」位置と、位相「０°」位置には、それぞれ輝度値が除変する位相「６°」相当分の中間階調域が存在する。つまり、撮像タイミングｔ６における縞パターンの光強度分布は、図３６のグラフのようになる。

そして、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、位相「１２°」位置〜位相「１８０°」位置の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、位相「１９２°」位置〜位相「０°」位置の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。さらに、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、位相「１８°」位置〜位相「１８６°」位置の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、位相「１９８°」位置〜位相「６°」位置の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。

このように、縞パターンの光強度分布が所定時間Δｔ経過する毎に位相「６°」相当分ずつ図２９〜図３１の右方向へ移動していく。

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３２〜図３５の（ａ）は、プリント基板１上の各座標位置と、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ｔ６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ｔ６における理想的な正弦波は、図３７に示すグラフのようになる。

図３２〜図３５の（ｂ）は、撮像タイミングｔ６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（プリント基板１上の同一座標位置に係る複数の輝度値）について平均処理を行った結果（平均値）を、プリント基板１上の各座標位置毎に示した表である。

より詳しくは、図３２〜図３５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ｔ６にて撮像された画像データ（１個の輝度値）をそのまま示している。

上から２段目には、撮像タイミングｔ６を中心に前後１個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ５〜ｔ７にて撮像された３個の画像データ（プリント基板１上の同一座標位置に係る３個の輝度値）を平均した３コ平均値が示されている。

上から３段目には、撮像タイミングｔ６を中心に前後２個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ４〜ｔ８にて撮像された５個の画像データ（プリント基板１上の同一座標位置に係る５個の輝度値）を平均した５コ平均値が示されている。

上から４段目には、撮像タイミングｔ６を中心に前後３個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ３〜ｔ９にて撮像された７個の画像データ（プリント基板１上の同一座標位置に係る７個の輝度値）を平均した７コ平均値が示されている。

上から５段目には、撮像タイミングｔ６を中心に前後４個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ２〜ｔ１０にて撮像された９個の画像データ（プリント基板１上の同一座標位置に係る９個の輝度値）を平均した９コ平均値が示されている。

上から６段目には、撮像タイミングｔ６を中心に前後５個ずつ、すなわち撮像タイミングｔ１〜ｔ１１にて撮像された１１個の画像データ（プリント基板１上の同一座標位置に係る１１個の輝度値）を平均した１１コ平均値が示されている。

そして、図３２〜図３５の（ｂ）に示す上記各平均値をそれぞれプロットすると、図３８に示すグラフのようになる。

また、図３２〜図３５の（ｃ）は、図３２〜図３５の（ａ）に示した各理想値と図３２〜図３５の（ｂ）に示した各平均値の差を、プリント基板１上の各座標位置毎に示した表である。

より詳しくは、図３２〜図３５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ｔ６にて撮像された画像データ（１個の輝度値）と各理想値との差を示している。

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。

そして、図３２〜図３５の（ｃ）に示す上記各値をそれぞれプロットすると、図３９に示すグラフのようになる。また、図３５（ｃ）の右端には、プリント基板１上の各座標位置毎に示された上記各値の平均と、各値の最大値が示されている。

図３５（ｃ）の右端、図３８，３９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、１１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、１１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。

次に、台形波状の光強度分布を有する縞パターンを照射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４０〜図５０を参照して説明する。

本シミュレーションでは、「明部」と「暗部」の境界部に位相「７８°」相当分の中間階調域（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照射した。

図４０〜図４２は、プリント基板１上の各座標位置と、時間経過（撮像タイミングｔ１〜ｔ１１）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、所定時間経過毎のプリント基板１上の光強度分布を示す表である。ここでは輝度が最大となる「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。

尚、以下同様であるが、図４０〜図５０において、横軸として示した位相値は、プリント基板１上の各座標位置を示すものであり、本シミュレーションにおいて基準とする撮像タイミングｔ６でプリント基板１（基準面）に照射される縞パターンの各位相に対応するプリント基板１上の位置を指す。

図４０〜図４６に示すとおり、撮像タイミングｔ６においては、位相「４２°」位置〜位相「１３８°」位置の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、位相「２２２°」位置〜位相「３１８°」位置の範囲が輝度値「０」の「暗部」となっている。また、「明部」と「暗部」の境界部にあたる位相「１４４°」位置〜位相「２１６°」位置と、位相「３２４°」位置〜位相「３６°」位置には、それぞれ輝度値が除変する位相「７８°」相当分の中間階調域が存在する。つまり、撮像タイミングｔ６における縞パターンの光強度分布は、図４７のグラフのようになる。

そして、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、位相「４８°」位置〜位相「１４４°」位置の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、位相「２２８°」位置〜位相「３２４°」位置の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。さらに、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、位相「５４°」位置〜位相「１５０°」位置の範囲が輝度値「１」の「明部」となり、位相「２３４°」位置〜位相「３３０°」位置の範囲が輝度値「０」の「暗部」となる。

このように、縞パターンの光強度分布が所定時間Δｔ経過する毎に位相「６°」相当分ずつ図４０〜図４２の右方向へ移動していく。

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４３〜図４６の（ａ）は、プリント基板１上の各座標位置と、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ｔ６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ｔ６における理想的な正弦波は、図４８に示すグラフのようになる。

図４３〜図４６の（ｂ）は、撮像タイミングｔ６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（プリント基板１上の同一座標位置に係る複数の輝度値）について平均処理を行った結果（平均値）を、プリント基板１上の各座標位置毎に示した表である。

より詳しくは、図４３〜図４６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ｔ６にて撮像された画像データ（１個の輝度値）をそのまま示している。

そして、図４３〜図４６の（ｂ）に示す上記各平均値をそれぞれプロットすると、図４９に示すグラフのようになる。

また、図４３〜図４６の（ｃ）は、図４３〜図４６の（ａ）に示した各理想値と図４３〜図４６の（ｂ）に示した各平均値の差を、プリント基板１上の各座標位置毎に示した表である。

より詳しくは、図４３〜図４６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ｔ６にて撮像された画像データ（１個の輝度値）と各理想値との差を示している。

そして、図４３〜図４６の（ｃ）に示す上記各値をそれぞれプロットすると、図５０に示すグラフのようになる。また、図４６（ｃ）の右端には、プリント基板１上の各座標位置毎に示された上記各値の平均と、各値の最大値が示されている。

図４６（ｃ）の右端、図４９，５０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、１１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、１１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。

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行う上で必要な４通りの画像データのうちの１つの画像データを取得する際には、連続搬送されるプリント基板１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照射する。そして、プリント基板１が所定量搬送される毎に撮像された複数回分の画像データの輝度値をプリント基板１の各座標位置毎に加算して、その平均値を算出する。

これにより、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照射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。

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照射したとしても、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照射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、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照射しつつも、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。

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１に印刷形成されたクリーム半田４の高さを計測する基板検査装置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。

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。

（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照射して、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。

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照射して、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照射し、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。

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照射し、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。

（ｄ）照射手段の構成は、上記実施形態に係る照明装置１４（第１照明１４Ａ〜第５照明１４Ｅ）に限定されるものではない。

例えば上記実施形態では、第１照明１４Ａにおいて、光源からの光を縞パターンに変換する格子として格子板を採用している。

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。

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。

また、上記実施形態では、縞パターンを照射する第１照明１４Ａのみならず、均一光を照射する第２照明１４Ｂ〜第５照明１４Ｅ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だけを備えた構成としてもよい。

（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）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、コンベア１３によりプリント基板１を連続移動することにより、照明装置１４及びカメラ１５とプリント基板１との位置関係を相対移動させる構成となっているが、これに限らず、照明装置１４及びカメラ１５からなる計測ヘッドを動かし、プリント基板１との位置関係を相対移動させる構成としてもよい。

（ｇ）コンベア１３に限らず、他の移動手段を採用してもよい。また、プリント基板１を連続移動するのではなく、間欠移動する構成としてもよい。

尚、プリント基板１を間欠移動させる場合には、例えば図５１（ａ）に示すように、プリント基板１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１５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該プリント基板１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１５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。

これに代えて、図５１（ｂ）に示すように、プリント基板１の移動開始（開始タイミングＭ１）前にカメラ１５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該プリント基板１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１５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。

また、図５１（ｃ）に示すように、プリント基板１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１５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該プリント基板１の移動停止（終了タイミングＭ２）後にカメラ１５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。

また、図５１（ｄ）に示すように、プリント基板１の移動開始（開始タイミングＭ１）前にカメラ１５による撮像処理を開始し（開始タイミングＮ１）、該プリント基板１の移動停止（終了タイミングＭ２）後にカメラ１５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。

（ｈ）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必要な４通りの画像データのうちの１つの画像データを取得する際に行われる各撮像処理において、プリント基板１が所定量搬送される毎に撮像された複数回分（例えば撮像タイミングｔ１〜ｔ１１）の画像データの輝度値をプリント基板１の各座標位置毎に加算して、その平均値を算出する構成となっている。

これに限らず、平均値を算出する処理を省略し、複数回分の画像データの輝度値をプリント基板１の各座標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。

また、プリント基板１の移動中（例えば撮像タイミングｔ１〜ｔ１１）において連続して縞パターンを照射する構成としてもよい。さらに、これを連続して撮像（露光）し、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。

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プリント基板１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。

一方、撮像素子が飽和レベルに達しない範囲であれば、プリント基板１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。

（ｉ）上記実施形態では、カメラ１５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。

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プリント基板１が所定量搬送される毎に撮像（露光）を行う場合には、その間にデータ転送（読出）を行う必要がある。

これに対し、カメラ１５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、プリント基板１の連続搬送に適しており、計測時間の短縮化を図ることができる。

（ｊ）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。

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〜１４Ｅ…照明、１５…カメラ、１６…制御装置、２４…画像データ記憶装置、２５…演算結果記憶装置、Ｗ…撮像範囲。

Claims

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を有し、前記縞パターンを被計測物に対し照射可能な照射手段と、
前記縞パターンの照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
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、
前記照射手段から照射される縞パターンとの相対位置関係が異なる前記被計測物に係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、正弦波の光強度分布を有する縞パターンが照射されていることを前提として下式（Ｕ１）で求められる前記複数の画像データ上の各画素の光の輝度Ｉの関係を利用して位相φを求め高さを演算する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、
前記画像取得手段が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、
前記被計測物の相対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、該撮像結果を前記被計測物上の各座標位置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三次元計測装置。

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
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を有し、前記縞パターンを被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
前記縞パターンとは異なる第２の光である均一光を前記被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
前記各種光の照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記各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、
前記第１照射手段から照射される縞パターンとの相対位置関係が異なる前記被計測物に係る複数の画像データを取得可能な第１画像取得手段と、
前記第１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、正弦波の光強度分布を有する縞パターンが照射されていることを前提として下式（Ｕ１）で求められる前記複数の画像データ上の各画素の光の輝度Ｉの関係を利用して位相φを求め高さを演算する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第１画像処理手段と、
前記第１画像取得手段が前記複数の画像データのうちの所定の画像データを取得する際に行われる所定の撮像処理が実行された後、次の画像データの取得に係る撮像処理が実行されるまでの間に、前記第２照射手段から照射された前記第２の光の下で撮像される前記被計測物に係る画像データを取得可能な第２画像取得手段と、
前記第２画像取得手段により取得された画像データに基づき、所定の処理を実行する第２画像処理手段とを備え、
前記第１画像取得手段が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、
前記被計測物の相対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、該撮像結果を前記被計測物上の各座標位置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り、
前記第２画像取得手段による同一波長の均一光による撮像が複数回行われることを特徴とする三次元計測装置。

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
前記第１画像取得手段が前記複数の画像データのうちの所定の画像データを取得する際に行われる所定の撮像処理が実行された後、次の画像データの取得に係る撮像処理が実行されるまでの間が複数回あり、
各回毎に前記第２画像取得手段による同一波長の均一光による撮像が行われることを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
前記位相シフト法においては、前記縞パターンの位相を、φ＋０、φ＋９０°、φ＋１８０°、φ＋２７０°の４段階にシフトさせ、これらに対応する光の輝度Ｉ₀、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃を求め、下式（Ｕ２）に基づいて位相φを求め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。

φ＝tan^-1[(Ｉ₁−Ｉ₃)／(Ｉ₂−Ｉ₀)] ・・・（Ｕ２）
前記移動手段は、前記被計測物を連続移動させるもの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。
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５のいずれかに記載の三次元計測装置。
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６のいずれかに記載の三次元計測装置。