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WO2017010110A1 - 三次元計測装置 - Google Patents

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Publication number
WO2017010110A1
WO2017010110A1 PCT/JP2016/050553 JP2016050553W WO2017010110A1 WO 2017010110 A1 WO2017010110 A1 WO 2017010110A1 JP 2016050553 W JP2016050553 W JP 2016050553W WO 2017010110 A1 WO2017010110 A1 WO 2017010110A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measurement
light pattern
imaging
light
offset
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/050553
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大山　剛
憲彦 坂井田
間宮　高弘
裕之 石垣
Original Assignee
Ckd株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ckd株式会社 filed Critical Ckd株式会社
Priority to CN201680025912.1A priority Critical patent/CN107532891B/zh
Priority to DE112016003188.2T priority patent/DE112016003188B4/de
Publication of WO2017010110A1 publication Critical patent/WO2017010110A1/ja
Priority to US15/867,821 priority patent/US10139220B2/en

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    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30152—Solder

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus that performs three-dimensional measurement using a phase shift method.
  • cream solder is first printed on a predetermined electrode pattern disposed on the printed circuit board.
  • an electronic component is temporarily fixed on the printed circuit board based on the viscosity of the cream solder.
  • the printed circuit board is guided to a reflow furnace, and soldering is performed through a predetermined reflow process.
  • a three-dimensional measuring device is sometimes used for such inspection.
  • the object to be measured (in this case, cream solder) is irradiated by the irradiation means.
  • the imaging means which has arrange
  • the imaging means a CCD camera or the like including a lens and an imaging element is used.
  • I f ⁇ sin ⁇ + e (U1)
  • f gain
  • e offset
  • ⁇ phase of the light pattern
  • the phase of the light pattern is changed, for example, in four stages ( ⁇ + 0, ⁇ + 90 °, ⁇ + 180 °, ⁇ + 270 °) by moving or switching the grating, and intensity distributions I 0 , I 1 , corresponding to these are changed.
  • Image data having I 2 and I 3 is captured, f (gain) and e (offset) are canceled based on the following equation (U2), and the phase ⁇ is obtained.
  • a shadow portion that is not irradiated with the light pattern may be generated on the object to be measured, so that there is a possibility that proper measurement of the shadow portion cannot be performed.
  • the phase of the light pattern to be irradiated is changed in four steps (or three steps), and four (or three) images are taken. There is a need to. Therefore, when irradiating light patterns from two directions, it is necessary to perform imaging 8 times (or 6 times), 4 times (or 3 times) for each measurement target range, which may increase the imaging time. was there.
  • imaging by a camera or the like is performed in a relatively short time (for example, 2 msec) because the influence of mechanical vibration becomes smaller when performed in a shorter time under strong illumination.
  • the transfer of the grating in the irradiation means is performed over a relatively long time (for example, 20 msec) in order to avoid vibration and the like.
  • the switching control takes a relatively long time as described above.
  • the number of times of imaging under two light patterns for a predetermined measurement target range is 8 times in total (4 times for each light pattern).
  • each time [2 msec] and the time required for one grid transfer or the like is [20 msec]
  • the time required for measuring the one printed circuit board is further several times that time. Therefore, further shortening of the measurement time is required.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to perform three-dimensional measurement capable of realizing higher-precision measurement in a shorter time when performing three-dimensional measurement using the phase shift method. To provide an apparatus.
  • Means 1 A first light source that emits predetermined light; and a first grating that converts the light from the first light source into a first light pattern having a striped light intensity distribution, the first light pattern being a first position.
  • a first irradiation means capable of irradiating the object to be measured from First grating control that controls the transfer or switching of the first grating and changes the phase of the first light pattern irradiated from the first irradiation means in a first predetermined number (for example, “3” or “4”).
  • a second irradiation means capable of irradiating the object to be measured from a second position different from the position;
  • a second predetermined number (for example, “2” or “3”) that controls the transfer or switching of the second grating and causes the phase of the second light pattern irradiated from the second irradiation means to be smaller than the first predetermined number of phases.
  • Second lattice control means for changing Imaging means capable of imaging reflected light from the object to be measured irradiated with the first light pattern or the second light pattern; Image processing means capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured by a phase shift method based on image data picked up by the image pickup means; A first imaging process that is one of the first predetermined number of imaging processes performed by irradiating the first light pattern whose phase has been changed in accordance with the first predetermined number, or the second predetermined number After performing one imaging process of the second imaging process, which is one of the second predetermined number of imaging processes performed by irradiating the second light pattern whose phase is changed in the way, Without waiting for the completion of the transfer or switching process of the first grid or the second grid related to one imaging process (including before the start of the transfer or switching process), the other imaging process of the two imaging processes is performed.
  • the image processing means includes First measurement means capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured based on the first predetermined number of image data acquired by the first predetermined number of times of the first imaging process; Based on the second predetermined number of image data acquired by the second predetermined number of times of the second imaging processing, the relationship between the gain and offset determined by a predetermined imaging condition and the luminance value of each pixel on the image data Second measurement means capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured using a gain or offset value relating to the pixel determined from Regarding the region that can be measured by irradiation of one of the two light patterns (for example, the first light pattern), the measurement result (for example, the first of the two light patterns) of the measuring unit related to the one light pattern.
  • First measurement means capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured based on the first predetermined number of image data acquired by the first predetermined number of times of the first imaging process
  • Second measurement means capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured using a gain or offset
  • Measurement result of the measuring means is acquired as a measurement value related to the area, and an area that is difficult to measure due to the irradiation of the one light pattern (an area where luminance is insufficient or an area where appropriate height data cannot be obtained, etc.)
  • the measurement value of the measurement unit for example, the measurement result of the second measurement unit
  • the other light pattern for example, the second light pattern
  • a three-dimensional measuring apparatus comprising an acquisition unit.
  • the above means 1 by irradiating the light pattern from two directions, it is possible to prevent a shadow portion where the light pattern is not irradiated on the object to be measured. And about the area
  • one of the first imaging process under the first light pattern or the second imaging process for one time under the second light pattern (for example, the first imaging process)
  • the phase shift method it is possible to perform three-dimensional measurement by the phase shift method as long as at least two types of image data captured under the second light pattern whose phase has been changed in at least two ways are acquired.
  • the number of images to be imaged under the second light pattern (number of times of imaging) may be smaller than the number of images to be imaged under the first light pattern.
  • four (or three) images are captured based on irradiation of a first light pattern whose phase is changed in four ways (or three ways), and based on irradiation of a second light pattern whose phase is changed in two ways.
  • the number of times of imaging is 6 (or 5) in total, and the imaging time is reduced.
  • the total number of times of imaging can be reduced, and the imaging time can be shortened. As a result, more accurate measurement can be realized in a shorter time.
  • the light emitted from the light source is first attenuated when passing through the grating, then attenuated when reflected by the object to be measured, and finally A / D converted (analog-digital converted) by the imaging means. Is obtained as the luminance value of each pixel of the image data.
  • the luminance value of each pixel of the image data captured by the imaging means is the brightness (luminance) of the light source, the attenuation rate when the light emitted from the light source passes through the grating, and the light is reflected by the object to be measured. It can be expressed by multiplying the reflectivity when performing the conversion, the conversion efficiency when performing A / D conversion (analog-digital conversion) in the imaging means, and the like.
  • the brightness of the light source (uniform light):
  • L Transmittance of lattice: G ⁇ sin ⁇ + ⁇ ⁇ and ⁇ are arbitrary constants.
  • Reflectance at coordinates (x, y) on the measurement object R (x, y) Conversion efficiency of each pixel of the imaging means (imaging device): E The luminance value of the pixel on the image corresponding to the coordinate (x, y) on the object to be measured: V (x, y) Gain of light pattern at coordinates (x, y) on the measurement object: A (x, y) Offset of light pattern at coordinates (x, y) on the measurement object: B (x, y) In this case, it can be expressed by the following formula (F1).
  • F2 ⁇ / 2
  • the maximum value V (x, y) MAX , the minimum value V (x, y) MIN , and the average value V (x, y) AV of the luminance value are expressed by the following equations (F4), (F5), and (F6), respectively.
  • the relationship is as shown in the graph of FIG.
  • y) AV becomes an offset B (x, y), the difference between the offset B (x, y) and the maximum value V (x, y) MAX , and the offset B (x, y) and the minimum value V ( x, y)
  • the difference from MIN is the gain A (x, y).
  • the luminance value V (x, y) changes in proportion to the brightness L or the reflectance R (x, y) of the light source, for example, at the coordinate position where the reflectance R is halved, the gain A and the offset The value of B is also halved.
  • the offset B (x, y) increases and decreases and the offset B (x, y)
  • the gain A (x, y) also increases / decreases. If one of the gain A and the offset B is known from the equation (F8), the other can be obtained.
  • the proportionality constant K is determined by the transmittance G of the grating irrespective of the brightness L and the reflectance R of the light source. That is, the following means 2 and 3 can be used in other words.
  • two light patterns having different wavelength components are simultaneously irradiated, and reflected light from the object to be measured irradiated with these light patterns is emitted for each light component.
  • the configuration allows separate imaging, the first imaging process and the second imaging process can be performed at the same time, and the measurement time can be further reduced.
  • a color camera equipped with a plurality of dichroic mirrors corresponding to each wavelength region and an imaging unit, or a single-plate color camera having a different wavelength region that can be imaged for each pixel, etc. must be used There is a risk that the measuring device becomes very expensive.
  • the reflectance of the object to be measured is different for each RGB light pattern, the measurement accuracy may be different depending on the light pattern depending on the color type of the object to be measured.
  • the relationship between the gain A and the offset B is uniquely determined, for example, by creating a numerical table or table data representing the relationship between the gain A and the offset B, the offset B from the gain A or the offset
  • the gain A can be obtained from B.
  • Means 3 The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the gain and the offset are proportional to each other.
  • the gain A can be obtained from B. As a result, it can be set as the following means 4.
  • Means 4 In the case where the second predetermined number is 2, When the luminance values of the respective pixels of the two types of image data when the relative phase relationship of the second light pattern changed in two ways is 0 and ⁇ , respectively, are V 0 and V 1 , respectively, When the second measuring means performs three-dimensional measurement, The three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 1 to 3, wherein a phase ⁇ satisfying a relationship of the following formulas (1), (2), and (3) is calculated.
  • V 0 Asin ⁇ + B (1)
  • V 1 Asin ( ⁇ + ⁇ ) + B (2)
  • A KB (3)
  • calculating phase ⁇ satisfying the relationship of the following formulas (1), (2), (3)” in the above means 4 means “calculating the phase ⁇ based on the following formula (9).
  • the algorithm for obtaining the phase ⁇ is not limited to the above equation (9), and any other configuration may be adopted as long as the relationship of the above equations (1), (2), and (3) is satisfied. May be.
  • the measurement accuracy can be further improved.
  • the imaging is performed twice under the two second light patterns whose phases are different by 180 °.
  • the following formula (11) can be derived from the above formulas (1) and (10).
  • the following formula (12) can be derived.
  • phase ⁇ sin ⁇ 1 [(V 0 ⁇ V 1 ) / K (V 0 + V 1 )] (15) That is, the phase ⁇ can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K.
  • the phase ⁇ can be obtained based on a relatively simple arithmetic expression, and it is possible to further speed up the processing when performing the three-dimensional measurement of the measurement object.
  • the imaging is performed twice under the two second light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the offset B can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K.
  • phase ⁇ tan ⁇ 1 ⁇ (V 0 ⁇ B) / (V 1 ⁇ B) ⁇ (27) That is, the phase ⁇ can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K by using the above equation (23).
  • the phase ⁇ can be obtained based on the arithmetic expression using “tan ⁇ 1 ”, so that the height can be measured in the range of 360 ° from ⁇ 180 ° to 180 °.
  • the measurement range can be made larger.
  • Means 7 The three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 1 to 6, further comprising storage means for storing the relationship between the gain and offset calculated in advance by calibration.
  • the reference plate is irradiated with light patterns whose phases are changed in three or four ways, and the gain A and the offset B in each pixel are specified based on the three or four kinds of image data captured under these patterns.
  • a constant K is determined from Equation (3).
  • Means 8 Means 1 to 1, further comprising a relation grasping means for grasping a relation between the gain and the offset based on the first predetermined number of image data acquired by the first predetermined number of times of the first imaging process.
  • the three-dimensional measuring apparatus according to any one of 6.
  • the same effect as that of the means 7 is achieved.
  • the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) is determined by the transmittance G of the grating irrespective of the brightness L and reflectance R of the light source. Therefore, if the first grating and the second grating are the same, the relationship between the gain and offset related to the first irradiation unit and the relationship between the gain and offset related to the second irradiation unit are the same. By utilizing this, it is possible to omit the labor of calibration as in the means 7, and it is possible to further shorten the measurement time.
  • Means 9 Means 9 to characterized by comprising relationship grasping means for grasping the relationship between the gain and the offset based on the second predetermined number of image data acquired by the second predetermined number of times of the second imaging processing.
  • relationship grasping means for grasping the relationship between the gain and the offset based on the second predetermined number of image data acquired by the second predetermined number of times of the second imaging processing.
  • the offset B is obtained for all the pixels of the image data using the above equation (12) and the like, the luminance value V of the pixel having the same value of the offset B is extracted, and the histogram is created. Then, the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value are determined from the histogram.
  • the average value of the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value is the offset B, and the half of the difference between the maximum value V MAX and the minimum value V MIN is the gain A.
  • the constant K can be determined from the above equation (3).
  • the measurement value acquisition unit acquires a measurement result of the first measurement unit as a measurement value related to the region with respect to a region that can be measured by the irradiation of the first light pattern, and the irradiation of the first light pattern.
  • the measurement result of the second measurement means related to the other second light pattern is acquired as a measurement value related to the area, and the three-dimensional data according to any one of means 1 to 9 Measuring device.
  • the number of executions of the first imaging process is greater than the number of executions of the second imaging process, and the measurement result of the first measurement unit based on this is higher in measurement accuracy than the measurement of the second measurement unit.
  • the measurement result of the first measurement means with high measurement accuracy is mainly used, while the data result of the second measurement means is used as a whole for some data missing portions. Can acquire measurement data with high measurement accuracy and few missing data.
  • Means 11 Simultaneously with the end of the first imaging process, it is possible to start the transfer or switching process of the first grid according to the first imaging process, Simultaneously with the end of the transfer or switching process of the first grid, it is possible to start the first imaging process,
  • the three-dimensional measurement apparatus according to any one of means 1 to 10, wherein the second imaging process can be executed during the transfer or switching process of the first lattice.
  • all the first imaging processes related to the predetermined measurement target range can be completed in the shortest time.
  • the second imaging process is performed during the first grid transfer or switching process (between the first imaging process and the first imaging process). With the configuration in which the imaging process is executed, all the second imaging processes can be ended before all the first imaging processes related to the predetermined measurement target range are completed. As a result, the operational effects of the means 1 and the like can be further enhanced, and the measurement time can be further shortened.
  • Means 12 The three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 1 to 11, wherein at least the transfer or switching process of the second grating is performed simultaneously with the transfer or switching process of the first grating.
  • the grating is transferred by an actuator or the like. Measurement errors and the like may occur due to the influence of mechanical vibration at the time and electrical noise that may occur when switching control of a liquid crystal shutter or the like constituting the lattice.
  • the present means 12 since the second grating of the second irradiation means is not transferred during the execution of the first imaging process, the measurement accuracy related to the first measuring means is suppressed from being lowered. be able to.
  • the second imaging process can be performed during the transfer or switching process of the first grating of the first irradiation means.
  • the measurement by the second measuring means is originally performed. Since the measurement accuracy is lower than the measurement by the first measurement means, even if the measurement error or the like occurs, the influence on the measurement result is smaller than the influence on the measurement result of the first measurement means.
  • the measurement result of the second measurement means becomes complementary data that complements the missing data portion of the measurement result of the first measurement means.
  • the effect on the entire measurement data is very small.
  • Means 13 The three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 1 to 12, wherein the object to be measured is cream solder printed on a printed circuit board or solder bumps formed on a wafer substrate.
  • the above means 13 it is possible to measure the height of cream solder printed on a printed circuit board or solder bumps formed on a wafer substrate. As a result, in the inspection of cream solder or solder bumps, the quality of cream solder or solder bumps can be determined based on the measured values. Therefore, in such an inspection, the effect of each means described above is exhibited, and the quality determination can be performed with high accuracy. As a result, it is possible to improve the inspection accuracy in the solder printing inspection apparatus or the solder bump inspection apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a substrate inspection apparatus 1 including a three-dimensional measurement apparatus according to the present embodiment.
  • the substrate inspection apparatus 1 includes a mounting table 3 for mounting a printed circuit board 2 on which cream solder as an object to be measured is printed, and a predetermined angle from above on the surface of the printed circuit board 2.
  • first illumination device 4A as a first illumination device and second illumination device 4B as a second illumination device
  • a camera 5 as an image pickup means for picking up the imaged portion
  • a control device 6 for performing various controls, image processing, and arithmetic processing in the substrate inspection apparatus 1.
  • the mounting table 3 is provided with motors 15 and 16, and the motors 15 and 16 are driven and controlled by the control device 6, so that the printed circuit board 2 mounted on the mounting table 3 can move in any direction ( X-axis direction and Y-axis direction).
  • the first illuminating device 4A is a first light source 4Aa that emits predetermined light, and a first light for converting light from the first light source 4Aa into a first light pattern having a sinusoidal (stripe) light intensity distribution.
  • the mechanism for switching and controlling the lattice mode in the first liquid crystal lattice 4Ab corresponds to the first lattice control means.
  • the second illumination device 4B converts the second light source 4Ba emitting predetermined light and the light from the second light source 4Ba into a second light pattern having a sinusoidal (stripe) light intensity distribution.
  • the second liquid crystal lattice 4Bb that forms the second lattice of the second stripe, and the stripe-shaped second that changes in phase with respect to the printed circuit board 2 in a plurality of ways from the diagonally upper side (in a half pitch in this embodiment).
  • the light pattern can be irradiated.
  • the mechanism for switching and controlling the lattice mode in the second liquid crystal lattice 4Bb corresponds to the second lattice control means.
  • each of the lighting devices 4A and 4B light emitted from the light sources 4Aa and 4Ba is guided to a pair of condensing lenses by an optical fiber, and is converted into parallel light there.
  • the parallel light is guided to the projection lens through the liquid crystal gratings 4Ab and 4Bb. Then, a striped light pattern is irradiated onto the printed circuit board 2 from the projection lens.
  • the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb have a liquid crystal layer formed between a pair of transparent substrates, a plurality of common electrodes arranged on one transparent substrate, and a plurality of liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb arranged on the other transparent substrate so as to face each other.
  • a switching circuit thin film transistor or the like connected to each band electrode is controlled to be turned on and off by a drive circuit, and a voltage applied to each band electrode is controlled to correspond to each band electrode.
  • the light transmittance of each lattice line is switched to form a striped lattice pattern composed of a “bright portion” having a high light transmittance and a “dark portion” having a low light transmittance.
  • the light irradiated onto the printed circuit board 2 through the liquid crystal gratings 4Ab and 4Bb becomes a light pattern having a sinusoidal light intensity distribution due to blur caused by diffraction action.
  • each lighting device 4A, 4B is set so that each light pattern is irradiated along the X-axis direction in parallel with the pair of sides of the rectangular printed board 2. That is, the stripes of the light pattern are irradiated perpendicular to the X-axis direction and parallel to the Y-axis direction.
  • the lighting devices 4A and 4B are opposed to each other across the printed circuit board 2 in a plan view (XY plane) viewed along a substantially vertical direction (Z-axis direction) that is an imaging direction of the camera 5. Is arranged.
  • the position where the first illumination device 4A is arranged corresponds to the first position in the present embodiment
  • the position where the second illumination device 4B is arranged corresponds to the second position.
  • the camera 5 includes a lens, an image sensor, and the like.
  • a CMOS sensor is used as the image sensor.
  • the imaging device is not limited to this, and a CCD sensor or the like may be employed, for example.
  • Image data captured by the camera 5 is converted into a digital signal inside the camera 5, input to the control device 6 in the form of a digital signal, and stored in an image data storage device 24 described later. Then, the control device 6 performs image processing, inspection processing, and the like, which will be described later, based on the image data. In this sense, the control device 6 constitutes image processing means in the present embodiment.
  • the control device 6 includes a CPU and input / output interface 21 (hereinafter referred to as “CPU etc. 21”) that controls the entire substrate inspection apparatus 1, a keyboard, a mouse, or a touch panel.
  • An input device 22 as an “input means”, a display device 23 as a “display means” having a display screen such as a CRT or a liquid crystal, an image data storage device 24 for storing image data captured by the camera 5, and various calculation results Is provided with a calculation result storage device 25 and a setting data storage device 26 for storing various information in advance.
  • These devices 22 to 26 are electrically connected to the CPU 21 or the like.
  • the voltages applied to the strip electrodes also vary. Even in the “dark part”, the light transmittance (luminance level) varies for each line corresponding to each strip electrode. As a result, the light pattern irradiated onto the object to be measured does not have a sinusoidal ideal light intensity distribution, and an error may occur in the three-dimensional measurement result.
  • a height reference plane 0 and a flat reference plane are prepared.
  • the reference surface has the same color as the cream solder to be measured. That is, the reflectances of the cream solder and the light pattern are equal.
  • the light pattern is irradiated onto the reference plane, and this is imaged by the camera 5 to obtain image data including the luminance value of each coordinate.
  • the phase of the light pattern is shifted by 90 °, and four types of image data captured under each light pattern are acquired.
  • control device 6 calculates the phase ⁇ of the light pattern at each pixel (coordinate) from the above four types of image data, and stores this in the setting data storage device 26 as calibration data.
  • the gain A and the offset B of the light pattern in each pixel and the relationship between the two are specified from the above four image data, and this is used as calibration data as a setting data storage device. 26. Accordingly, the setting data storage device 26 constitutes a storage unit in the present embodiment.
  • proportional constant K of the gain A and the offset B is calculated based on the following formula (H10) derived from the above formulas (H5) and (H9).
  • the gain A, the offset B, and the proportionality constant K of the light pattern in each pixel calculated as described above are stored in the setting data storage device 26 as calibration data.
  • the proportionality constant K may be stored as calibration data.
  • This inspection routine is executed by the control device 6 (CPU 21 or the like).
  • the control device 6 first drives and controls the motors 15 and 16 to move the printed circuit board 2 and adjusts the field of view of the camera 5 to a predetermined inspection area (measurement target range) on the printed circuit board 2.
  • the inspection area is one area in which the surface of the printed circuit board 2 is divided in advance with the size of the field of view of the camera 5 as one unit.
  • control device 6 switches and controls the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb of both the illumination devices 4A and 4B, and the positions of the first lattice and the second lattice formed in the both liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb are set to predetermined reference positions. (Position of phase “0 °”).
  • the control device 6 starts the first imaging process for the first time under the first light pattern having the phase “0 °” at a predetermined timing Ta1.
  • the first light source 4Aa of the first illuminating device 4A emits light, and the irradiation of the first light pattern is started, and the camera 5 is driven and controlled, and the inspection area portion irradiated with the first light pattern Starts imaging.
  • the procedure of the first imaging process is the same in the first to fourth imaging processes described later.
  • control apparatus 6 complete
  • the image data captured by the camera 5 is transferred to and stored in the image data storage device 24 (the same applies hereinafter).
  • the control device 6 starts the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab of the first lighting device 4A at the timing Ta2. Specifically, the position of the first grating formed in the first liquid crystal grating 4Ab is shifted from the reference position (the position of the phase “0 °”) by the phase “90 ° where the phase of the first light pattern is shifted by a quarter pitch. The process of switching to the position “is started.
  • the control device 6 starts the second imaging process for the first time under the second light pattern with the phase “0 °” at the timing Ta3 during the switching of the first liquid crystal lattice 4Ab.
  • the second light source 4Ba of the second illuminating device 4B is caused to emit light, and irradiation of the second light pattern is started, and the camera 5 is driven and controlled so that the inspection area portion irradiated with the second light pattern is irradiated.
  • the procedure of the second imaging process is the same in the second second imaging process described later.
  • control apparatus 6 finishes the 2nd imaging process of the 1st time in the timing Ta4 after predetermined time (2 msec in this embodiment) progress after imaging start. That is, the irradiation of the second light pattern is finished, and the first imaging related to the second light pattern is finished.
  • control device 6 ends the switching process at a timing Ta5 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed since the start of the switching process (timing Ta2) of the first liquid crystal lattice 4Ab.
  • the control device 6 starts the second first imaging process under the first light pattern with the phase “90 °” at the timing Ta5, At timing Ta6 after the elapse of time (2 msec in the present embodiment), the second first imaging process ends.
  • the control device 6 starts switching processing of the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb of both the lighting devices 4A and 4B at the timing Ta6.
  • the phase of the first light pattern is shifted by a quarter pitch from the position of the phase “90 °” at the position of the first grating formed in the first liquid crystal grating 4Ab of the first lighting device 4A.
  • the process of switching to the “180 °” position is started.
  • the phase of the second light pattern is shifted by a half pitch from the reference position (position of phase “0 °”) as the position of the second grating formed in the second liquid crystal grating 4Bb of the second illumination device 4B.
  • the process of switching to the “180 °” position is started.
  • the control device 6 starts the third first imaging process under the first light pattern with the phase “180 °” at the timing Ta7, At timing Ta8 after the elapse of time (2 msec in the present embodiment), the third first imaging process is terminated.
  • the control device 6 starts the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab of the first lighting device 4A at the timing Ta8. Specifically, the position of the first grating formed in the first liquid crystal grating 4Ab is shifted from the position of phase “180 °” to the position of phase “270 °” in which the phase of the first light pattern is shifted by a quarter pitch. Start the process of switching.
  • control device 6 starts the second imaging process for the second time under the second light pattern with the phase “180 °” at the timing Ta9 during the switching of the first liquid crystal lattice 4Ab. And the control apparatus 6 complete
  • control device 6 ends the switching process at a timing Ta11 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed from the start of the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab (timing Ta8).
  • the control device 6 starts the fourth first imaging process under the first light pattern with the phase “270 °” at the timing Ta12, At timing Ta12 after the elapse of time (2 msec in this embodiment), the fourth first imaging process is terminated.
  • image data for four screens captured under the first light pattern whose phase has been changed in four ways, and second light whose phase has been changed in two ways.
  • Image data for a total of 6 screens of image data for 2 screens imaged under the pattern is acquired.
  • control apparatus 6 performs the 1st measurement process which performs height measurement (three-dimensional measurement) by a phase shift method based on four types of image data first acquired under the 1st light pattern.
  • the function of executing the first measurement process constitutes the first measurement unit in the present embodiment.
  • control device 6 calculates the phase ⁇ 1 of the first light pattern associated with each pixel from the above four image data (the luminance value of each pixel) by the phase shift method.
  • the luminance values V 10 , V 11 , V 12 , and V 13 relating to the respective pixels of the four types of image data are represented by the following formulas (H1 ′), (H2 ′), (H3 ′), and (H4 ′).
  • H1 ′ the luminance values
  • H2 ′ the luminance values
  • H3 ′ the luminance values
  • H4 ′ the luminance values
  • control device 6 compares the phase ⁇ 1 of each pixel calculated as described above with the calibration data (phase of each pixel based on calibration) stored in the setting data storage device 26.
  • the amount of displacement of pixels having the same phase is calculated, and based on the principle of triangulation, height data (z) relating to each pixel (x, y) in the inspection area is calculated, and the height data (z) Is stored in the calculation result storage device 25.
  • the measured value (phase) at the pixel to be measured (x, y) is “10 °”
  • the position where the value of “10 °” is on the data stored by calibration is detected.
  • the height data (z) of the pixel to be measured (x, y) can be obtained based on the irradiation angle of the light pattern and the amount of deviation of the stripe of the light pattern.
  • an area (pixel) that is not sufficiently irradiated with the first light pattern and is difficult to measure by the first measurement process becomes a missing part of the data.
  • the control device 6 executes a process for complementing the missing portion of the data. Specifically, first, based on the measurement result of the first measurement process, an area (data missing portion) that is difficult to measure by the first measurement process is specified. Next, a second measurement process for performing height measurement (three-dimensional measurement) by the phase shift method is executed for the region based on the two types of image data acquired under the second light pattern. The function of executing the second measurement process constitutes the second measurement unit in the present embodiment.
  • control device 6 uses the phase shift method to calculate the two types of image data (the luminance value of each pixel) and the calibration data stored in the setting data storage device 26 (the proportional constant of each pixel based on the calibration). Based on (K), the phase ⁇ 2 of the second light pattern relating to each pixel is calculated.
  • the phase ⁇ 2 of the second light pattern relating to each pixel is represented by the following equation (15) based on the above equation (15): H12).
  • ⁇ 2 sin ⁇ 1 [(V 20 ⁇ V 21 ) / K (V 20 + V 21 )] (H12)
  • K proportionality constant
  • the control device 6 calculates the phase ⁇ 2 of each pixel calculated as described above and the calibration data (each pixel based on calibration) stored in the setting data storage device 26.
  • the phase shift of pixels having the same phase is calculated, and the height data (z) for each pixel (x, y) in the inspection area is calculated based on the principle of triangulation.
  • the height data (z) is stored in the calculation result storage device 25.
  • the control device 6 synthesizes the measurement data (measurement value) obtained by the first measurement process and the measurement data (measurement value) obtained by the second measurement process. Perform the synthesis process. Thereby, measurement data with no omission is completed for each pixel in the entire predetermined inspection area, in which the missing data portion of the measurement data obtained by the first measurement process is complemented. Therefore, the measurement value acquisition means in the present embodiment is configured by such synthesis processing.
  • control device 6 detects the cream solder printing range higher than the reference surface based on the measurement data of the predetermined inspection area thus obtained, and the height of each part within this range. Is integrated to calculate the amount of cream solder printed.
  • control device 6 compares and determines the data such as the position, area, height or amount of the cream solder thus obtained with reference data stored in the setting data storage device 26 in advance. Whether the printed state of the cream solder in the inspection area is good or bad is determined depending on whether or not the result is within the allowable range.
  • control device 6 drives and controls the motors 15 and 16 to move the printed circuit board 2 to the next inspection area. Thereafter, the above series of processing is performed in all inspection areas. By being repeatedly performed, the inspection of the entire printed circuit board 2 is completed.
  • the present embodiment it is possible to prevent a shadow portion from being irradiated with the light pattern from being generated on the printed board 2 by irradiating the light pattern from two directions. And about the area
  • A K (proportional constant) ⁇ B
  • the first imaging process is executed four times under the first light pattern whose phase is changed in four ways for the predetermined inspection area, and the second light whose phase is changed in two ways. Since it is only necessary to execute the second imaging process twice under the pattern, the total number of imaging is six. Therefore, the total number of times of imaging can be reduced and the imaging time can be shortened as compared with the prior art that requires 8 times in total for each light pattern. As a result, more accurate measurement can be realized in a shorter time.
  • the second light pattern is changed during the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab of the first illumination device 4A.
  • the second imaging process for one time can be executed at the bottom.
  • the printed circuit board 2 is stopped during data acquisition related to at least a predetermined inspection area (while the series of imaging processes are performed), and the camera 5 and the print are printed.
  • the positional relationship with the substrate 2 is fixed. That is, since the positional relationship between the camera 5 and the printed circuit board 2 during imaging is not changed, it is possible to prevent the inspection area from being narrowed. As a result, the measurement time can be shortened in the measurement of the printed circuit board 2 in which a large number of inspection areas are set as in the present embodiment.
  • the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) of the light pattern in each pixel is obtained in advance by calibration.
  • the offset B is obtained for all the pixels of the image data using the above equation (12).
  • FIGS. 6 and 7 illustrate the case where the gain A is “1” and the offset B is “0”.
  • FIG. 6 is a distribution table that divides the luminance value V into data sections having a width of “0.1” and represents the number of luminance values included in the data section.
  • FIG. 7 is a histogram in which the values are plotted. .
  • the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value are determined.
  • two peaks generated in the histogram can be determined as the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance values, respectively.
  • the number of luminance values V that fall within the data section where the luminance value V is “ ⁇ 1.0 to ⁇ 0.9” and “0.9 to 1.0” is “51”, respectively.
  • the number of luminance values V that fall within the data section where the luminance value V is “ ⁇ 1.0 to ⁇ 0.9” and “0.9 to 1.0” is “51”, respectively.
  • two peaks are two peaks.
  • the gain A and the offset B are calculated based on the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance values.
  • the average value of the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value is the offset B
  • the half of the difference between the maximum value V MAX and the minimum value V MIN is the gain A. That is, as shown in FIG. 7, the intermediate value between the two peaks is the offset B, and half of the width of the two peaks is the gain A.
  • the proportionality constant K can be determined based on the gain A and offset B values obtained in this way [see the above formula (3)]. Therefore, the above-described series of processing functions for determining the proportionality constant K constitutes the relationship grasping means in this embodiment.
  • the same operational effects as those of the first embodiment are exhibited. Further, the labor of calibration as in the first embodiment can be omitted, and the measurement time can be further shortened.
  • the proportional constant K and the like are obtained for all the pixels of the image data based on the two types of image data captured under the two second light patterns whose phases are different by 180 °.
  • the present invention is not limited to this.
  • the proportional constant K or the like may be obtained based on two types of image data captured under two types of second light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the proportional constant K or the like may be obtained not in all the pixels of the image data but in a partial range of the image data such as around the pixel to be measured.
  • the inspection routine performed for each inspection area is different from that in the first embodiment.
  • the inspection routine according to the present embodiment will be described in detail with reference to the timing chart of FIG.
  • the control device 6 first drives and controls the motors 15 and 16 to move the printed circuit board 2 and adjusts the field of view of the camera 5 to a predetermined inspection area (measurement target range) on the printed circuit board 2.
  • control device 6 switches and controls the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb of both the illumination devices 4A and 4B, and the positions of the first lattice and the second lattice formed in the both liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb are set to predetermined reference positions. (Position of phase “0 °”).
  • the control device 6 starts the second imaging process for the first time under the second light pattern having the phase “0 °” at the predetermined timing Tb1, and for a predetermined time.
  • the timing Tb2 after elapse (in this embodiment, 2 msec), the first second imaging process is terminated.
  • the control device 6 starts the first imaging process for the first time under the first light pattern with the phase “0 °” at the timing Tb2, and is performed for a predetermined time (this embodiment).
  • the first imaging process for the first time is finished at timing Tb3 after elapse of 2 msec).
  • the control device 6 starts the switching process of the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb of both the lighting devices 4A and 4B at the timing Tb3.
  • the position of the first grating formed in the first liquid crystal grating 4Ab of the first lighting device 4A is set to a quarter of the phase of the first light pattern from the reference position (phase “0 °” position).
  • the process of switching to the position of the phase “90 °” that shifts the pitch is started.
  • the phase of the second light pattern is shifted by a half pitch from the reference position (position of phase “0 °”) as the position of the second grating formed in the second liquid crystal grating 4Bb of the second illumination device 4B.
  • the process of switching to the “180 °” position is started.
  • control device 6 ends the switching process at a timing Tb4 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed from the start of the switching process of the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb (timing Tb3).
  • the control device 6 starts the first imaging process for the second time under the first light pattern with the phase “90 °” at the timing Tb4, At timing Tb5 after elapse of time (2 msec in the present embodiment), the second first imaging process is ended.
  • the control device 6 starts the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab of the first lighting device 4A at the timing Tb5. Specifically, the phase of the first light pattern is shifted by a quarter pitch from the position of the phase “90 °” at the position of the first grating formed in the first liquid crystal grating 4Ab of the first lighting device 4A. The process of switching to the “180 °” position is started.
  • control device 6 ends the switching process at a timing Tb6 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed from the start of the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab (timing Tb5).
  • the control device 6 starts the third first imaging process under the first light pattern with the phase “180 °” at the timing Tb6, and starts the predetermined period from the start of imaging. At timing Tb7 after the elapse of time (2 msec in this embodiment), the third first imaging process is terminated.
  • the control device 6 starts the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab of the first lighting device 4A at the timing Tb7. Specifically, the phase of the first light pattern is shifted by a quarter pitch from the position of the phase “180 °” at the position of the first grating formed in the first liquid crystal grating 4Ab of the first lighting device 4A. The process of switching to the “270 °” position is started.
  • control device 6 ends the switching process at a timing Tb8 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed from the start of the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab (timing Tb7).
  • the control device 6 starts the fourth first imaging process under the first light pattern with the phase “270 °” at the timing Tb8, At timing Tb9 after the elapse of time (2 msec in this embodiment), the fourth first imaging process ends.
  • the control device 6 starts the second imaging process for the second time under the second light pattern having the phase “180 °” at the timing Tb9, and is performed for a predetermined time (this embodiment). 2 msec), the second imaging process for the second time is finished at timing Tb10 after elapse.
  • image data for four screens captured under the first light pattern whose phase has been changed in four ways, and second light whose phase has been changed in two ways.
  • Image data for a total of 6 screens of image data for 2 screens imaged under the pattern is acquired.
  • the time required until all imaging processes (final imaging process) related to a predetermined inspection area are completed is shortened. be able to.
  • the three-dimensional measuring device is embodied as the substrate inspection device 1 that measures the height of the cream solder printed on the printed circuit board 2, but is not limited thereto, for example, printing on the substrate You may embody in the structure which measures the height of other things, such as the solder bump made and the electronic component mounted on the board
  • the grating for converting the light from the light sources 4Aa and 4Ba into the striped light pattern is constituted by the liquid crystal gratings 4Ab and 4Bb, and the light pattern is controlled by switching this.
  • the phase is shifted.
  • the grating member may be transferred by a transfer unit such as a piezo actuator to shift the phase of the light pattern.
  • the present invention is not limited to this.
  • a configuration may be adopted in which three-dimensional measurement is performed based on three types of image data captured under three types of first light patterns whose phases are different by 120 °.
  • the “first predetermined number” that is the number of times of imaging under the first light pattern may be a number that allows at least three-dimensional measurement by the phase shift method.
  • the second measurement process is configured to perform three-dimensional measurement based on two types of image data captured under two types of light patterns that are 180 degrees out of phase.
  • a configuration may be used in which three-dimensional measurement is performed based on two types of image data captured under two types of light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the luminance values V 20 and V 21 at each pixel on the two types of image data and the known proportionality constant K are used to obtain the first value at each pixel.
  • the phase ⁇ 2 of the two light pattern can be calculated.
  • the phase ⁇ 2 can be obtained based on an arithmetic expression using “tan ⁇ 1 ”, the height can be measured in the range of 360 ° from ⁇ 180 ° to 180 °, and the measurement range is increased. Can be larger.
  • the second measurement process is configured to perform three-dimensional measurement based on two types of image data captured under two types of light patterns having different phases.
  • the number of times of imaging under the light pattern is not limited to this. That is, the “second predetermined number” that is the number of times of imaging under the second light pattern may be a number smaller than at least the “first predetermined number” that is the number of times of imaging under the first light pattern.
  • the second light when the measurement is performed using the first light pattern, if the height measurement is performed based on four types of image data captured under the first light pattern having four phases, the second light During measurement using a pattern, height measurement is performed using the relationship between a gain A and an offset B (proportional constant K) based on three types of image data captured under a second light pattern having three phases. It is good also as composition which performs. Even in such a case, the phase ⁇ 2 of the second light pattern can be obtained based on a relatively simple arithmetic expression as compared with the conventional case, and the processing speed can be increased.
  • a gain A and an offset B proportional constant K
  • the calibration is performed based on four types of image data captured under four types of light patterns whose phases are different by 90 °.
  • calibration may be performed based on three types of image data captured under three types of light patterns having different phases.
  • a configuration may be adopted in which the luminance of the light source is changed and the calibration is performed a plurality of times. With this configuration, the dark current (offset) C of the camera 5 as shown in the following formula (28) can be obtained.
  • A KB + C (28) However, A: Gain, B: Offset, C: Dark current (offset) of the camera, K: Proportional constant.
  • the relationship between the gain A and the offset B is not obtained as an equation, but by creating a numerical table or table data that represents the relationship between the gain A and the offset B, the gain A can be gained from the offset B or the offset B. You may comprise so that A can be calculated
  • the relationship grasping means in the present embodiment is configured by the function of performing such processing.
  • the inspection routine such as the execution order of the first imaging process and the second imaging process, and the execution timing of the switching process of the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb, is the same as in the first embodiment (see FIG. 3) or the third embodiment (see FIG. 8), and various combinations are possible depending on the number of executions of the first imaging process and the second imaging process.
  • the switching process between the liquid crystal lattices 4Ab and 4Bb is started at the same time after a predetermined time has elapsed (for example, after 11 msec).
  • the switching process of the second liquid crystal lattice 4Bb may be started independently at the end of the second imaging process or after a lapse of a predetermined time (for example, after 4 msec). That is, a part of the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab and the part of the switching process of the second liquid crystal lattice 4Bb are overlapped, and the second first imaging process is performed during the switching process of the second liquid crystal lattice 4Bb. It is good also as a structure.
  • the switching process of the second liquid crystal lattice 4Bb may be performed simultaneously with the switching process of the first liquid crystal lattice 4Ab as in the first embodiment. preferable.
  • the measurement result of the first measurement process with high measurement accuracy is mainly used.
  • a part of missing data is measured by complementing the measurement result of the second measurement process as a whole.
  • the measurement result of a 2nd measurement process is mainly used,
  • 1st measurement is performed about a part of missing data part It is good also as a structure complemented with the measurement result of a process.
  • the said embodiment although it becomes the structure which performs a 2nd measurement process only about the area
  • the imaging process of the camera 5 is only described as “imaging”, but more specifically, it is divided into an exposure process corresponding to substantial imaging and a transfer process of captured data.
  • the first imaging process and the second imaging process are continuously performed as in the third embodiment.
  • the exposure process and the data transfer process are alternately repeated as in the example shown in FIG.
  • the exposure process and the data transfer process may be partially overlapped. Therefore, the imaging time and thus the measurement time can be shortened.
  • the second data is transferred during the first data transfer acquired by the first exposure as in the example shown in FIG. 9B. If the second exposure is started at the very timing when the exposure is not completed, the imaging time required for the first imaging process and the second imaging process is made as short as possible while preventing the loss of data acquired by the first exposure. can do.
  • the first imaging is performed if the second exposure is started immediately after the end of the first exposure, as in the example shown in FIG. 9C.
  • the imaging time required for the process and the second imaging process can be shortened as much as possible.
  • the illumination devices 4A and 4B sandwich the printed circuit board 2 in a plan view (XY plane) viewed along the substantially vertical direction (Z-axis direction) that is the imaging direction of the camera 5. Are arranged at equal intervals in plan view with the printed circuit board 2 as the center.
  • the arrangement of the lighting devices 4A and 4B is not limited to this, and can be arbitrarily set according to the configuration of the printed circuit board 2 or the like so as not to cause a shadow portion that is not irradiated with each light pattern.
  • each light pattern is irradiated along the X-axis direction in parallel with the pair of sides of the rectangular printed board 2. That is, the stripes of the light pattern are irradiated perpendicularly to the X-axis direction and parallel to the Y-axis direction. For example, the stripes of the light pattern are irradiated so as to intersect each side of the imaging visual field (inspection area) of the rectangular printed board 2 or the camera 5 obliquely (for example, obliquely 45 degrees in plan view). It is good also as a structure.
  • the period (stripe pitch) of each light pattern is not particularly mentioned, but the structure of each light pattern may be different.
  • the first light pattern may be a light pattern having a first period (for example, 600 ⁇ m)
  • the second light pattern may be a light pattern having a second period (for example, 800 ⁇ m) longer than the first period.
  • the measurable height which is an advantage of using the second light pattern with a long period. It is possible to obtain both effects that the range can be increased and that high-precision measurement with high resolution, which is a merit of using the first light pattern with a short cycle, can be realized. As a result, high resolution measurement can be performed with a wide dynamic range, and more accurate measurement can be realized.
  • first lighting device 4A and the second lighting device 4B are provided, and the first lighting device 4A and the second lighting device 4B are alternately arranged at intervals of 90 ° around the printed circuit board 2.
  • the two first illumination devices 4A may be arranged to face each other, and the two second illumination devices 4B may be arranged to face each other.

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Abstract

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

Description

三次元計測装置
　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、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。
　該位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、所定の光を発する光源と、該光源からの光を正弦波状（縞状）の光強度分布を有する光パターンに変換する格子との組み合わせからなる照射手段により、光パターンを被計測物（この場合クリーム半田）に照射する。そして、基板上の点を真上に配置した撮像手段を用いて観測する。撮像手段としては、レンズ及び撮像素子等からなるＣＣＤカメラ等が用いられる。
　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。
　Ｉ＝ｆ・sinφ＋ｅ　　・・（Ｕ１）
　但し、ｆ：ゲイン、ｅ：オフセット、φ：光パターンの位相。
　ここで、上記格子を移送又は切換制御することにより、光パターンの位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋９０°、φ＋１８０°、φ＋２７０°）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ0、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3をもつ画像データを取り込み、下記式（Ｕ２）に基づいてｆ（ゲイン）とｅ（オフセット）をキャンセルし、位相φを求める。
　φ＝tan-1[(Ｉ1－Ｉ3)／(Ｉ2－Ｉ0)]　・・（Ｕ２）
　そして、この位相φを用いて、三角測量の原理に基づき被計測物上の各座標（Ｘ，Ｙ）における高さ（Ｚ）が求められる。
　しかしながら、上記照射手段を１箇所だけに設けた構成では、被計測物上に光パターンが照射されない影の部分が生じ得るため、該影部分の適正な計測が行えないおそれがある。
　これに鑑み、従来より、計測精度の向上等を図るため、光パターンを２方向から照射し計測を行う技術が知られている。さらに、近年では、計測時間の短縮化等を図るため、第１照射手段から第１光パターンを照射して行われる複数回の撮像処理のうちの１回分である第１撮像処理を行った後、第２照射手段から第２光パターンを照射して行われる複数回の撮像処理のうちの１回分である第２撮像処理を行い、両撮像処理の終了後に、両照射手段の移送又は切替処理を同時に行う技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３－１２４９３７号公報
　しかしながら、上記のとおり、位相シフト法を利用した従来の三次元計測装置においては、照射する光パターンの位相を４段階（又は３段階）に変化させ、４通り（又は３通り）の画像を撮像する必要がある。従って、２方向から光パターンを照射する場合には、１つの計測対象範囲に関しそれぞれ４回（又は３回）ずつ、計８回（又は６回）の撮像が必要となり、撮像時間が増大するおそれがあった。
　通常、カメラ等による撮像は、強い照明の下でより短時間に行う方が機械的振動の影響が小さくなることから、比較的短時間（例えば２ｍｓｅｃ）で行われる。一方、照射手段における格子の移送は、振動等を避けるため比較的長い時間（例えば２０ｍｓｅｃ）をかけて行われる。また、格子として液晶格子等を用いた場合でも、その切替制御には上記同様、比較的長い時間を要する。
　従って、上記特許文献１の構成の下、所定の計測対象範囲につき、２つの光パターンの下で撮像する回数を合計８回（各光パターンにつき４回ずつ）、１回の撮像にかかる時間をそれぞれ［２ｍｓｅｃ］、１回の格子の移送等にかかる時間をそれぞれ［２０ｍｓｅｃ］と仮定した場合には、図１０に示すように、所定の計測対象範囲に係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間は、〔第１撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第２撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第１格子及び第２格子の移送等に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＝合計［７６ｍｓｅｃ］となる。
　また、一枚のプリント基板上に計測対象範囲が多数設定されているような場合には、該一枚のプリント基板の計測に要する時間はさらにその数倍となる。そのため、計測時間のさらなる短縮化が求められる。
　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、より高精度な計測をより短時間で実現することのできる三次元計測装置を提供することにある。
　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、該第１光源からの光を縞状の光強度分布を有する第１光パターンに変換する第１格子を有し、該第１光パターンを第１位置から被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
　前記第１格子の移送又は切替を制御し、前記第１照射手段から照射する前記第１光パターンの位相を第１所定数（例えば「３」又は「４」）通りに変化させる第１格子制御手段と、
　所定の光を発する第２光源、及び、該第２光源からの光を縞状の光強度分布を有する第２光パターンに変換する第２格子を有し、該第２光パターンを前記第１位置とは異なる第２位置から被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
　前記第２格子の移送又は切替を制御し、前記第２照射手段から照射する前記第２光パターンの位相を前記第１所定数通りよりも少ない第２所定数（例えば「２」又は「３」）通りに変化させる第２格子制御手段と、
　前記第１光パターン又は第２光パターンの照射された前記被計測物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
　前記撮像手段により撮像された画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
　前記第１所定数通りに位相変化させた前記第１光パターンを照射して行われる前記第１所定数回の撮像処理のうちの１回分である第１撮像処理、又は、前記第２所定数通りに位相変化させた前記第２光パターンを照射して行われる前記第２所定数回の撮像処理のうちの１回分である第２撮像処理のうちの一方の撮像処理を実行した後、該一方の撮像処理に係る前記第１格子又は前記第２格子の移送又は切替処理の完了を待つことなく（移送又は切替処理の開始前を含む）、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理を実行可能な構成であって、
　前記画像処理手段は、
　前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な第１計測手段と、
　前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、前記画像データ上の各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値とを利用して、前記被計測物の三次元計測を実行可能な第２計測手段と、
　前記両光パターンのうちの一方の光パターン（例えば第１光パターン）の照射により計測可能な領域に関しては、前記両計測手段のうち該一方の光パターンに係る計測手段の計測結果（例えば第１計測手段の計測結果）を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該一方の光パターンの照射により計測困難な領域（輝度の不足した領域あるいは適切な高さデータが得られない領域など)に関しては、前記両光パターンのうちの他方の光パターン（例えば第２光パターン）に係る計測手段の計測結果（例えば第２計測手段の計測結果）を該領域に係る計測値として取得する計測値取得手段とを備えていることを特徴とする三次元計測装置。
　上記手段１によれば、光パターンを２方向から照射することにより、被計測物に光パターンが照射されない影の部分が生じないようにすることができる。そして、両光パターンのうち、例えば第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、該第１光パターンに係る第１計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得する一方、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得することにより、データの欠落部分のない計測データを取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。
　さらに、本手段では、第１光パターンの下での１回分の第１撮像処理、又は、第２光パターンの下での１回分の第２撮像処理のうちの一方の撮像処理（例えば第１撮像処理）を実行した後、該一方の撮像処理に係る格子の移送等の完了を待つことなく、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理（例えば第２撮像処理）を実行可能な構成となっている。
　このように、一方の格子の移送等の完了を待つことなく、他方の格子の下での撮像、ひいては該撮像後の格子の移送等を行うことで、比較的長い時間を要する２つの格子の移送処理を一部で重複して行うことが可能となる。結果として、所定の計測対象範囲に係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間を短縮することができる。
　加えて、本手段では、第２光パターンの照射に基づく計測を行う際には、所定の撮像条件により定まるゲインＡ及びオフセットＢの関係〔例えばＡ＝Ｋ（比例定数）×Ｂ〕と、画像データ上の各画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ）から定まる、該画素（ｘ，ｙ）に係るゲインＡ（ｘ，ｙ）又はオフセットＢ（ｘ，ｙ）の値とを利用して、被計測物の三次元計測を行う構成となっている。
　つまり、少なくとも２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像された少なくとも２通りの画像データを取得しさえすれば、位相シフト法による三次元計測が可能となる。結果として、第２光パターンの下で撮像すべき画像数（撮像回数）が、第１光パターンの下で撮像すべき画像数より少なくて済む。
　例えば４通り（又は３通り）に位相変化させた第１光パターンの照射に基づき４通り（又は３通り）の画像を撮像すると共に、２通りに位相変化させた第２光パターンの照射に基づき２通りの画像を撮像する場合には、撮像回数が計６回（又は５回）となり、撮像時間が減少する。
　従って、従来技術に比べ、総合的な撮像回数が少なくて済み、撮像時間を短縮することができる。結果として、より高精度な計測をより短時間で実現することが可能となる。
　尚、光源から照射された光は、まず格子を通過する際に減衰され、次に被計測物にて反射する際に減衰され、最後に撮像手段においてＡ／Ｄ変換（アナログ－デジタル変換）される際に減衰された上で、画像データの各画素の輝度値として取得される。
　従って、撮像手段により撮像された画像データの各画素の輝度値は、光源の明るさ（輝度）、光源から照射された光が格子を通過する際の減衰率、光が被計測物にて反射する際の反射率、撮像手段においてＡ／Ｄ変換（アナログ－デジタル変換）される際の変換効率等を掛け合わせることにより表現することができる。
　例えば、光源（均一光）の明るさ：Ｌ
　　　　　格子の透過率：Ｇ＝αsinθ＋β
　　　　　　　　　　　　　α，βは任意の定数。
　　　　　被計測物上の座標 (x,y)における反射率：Ｒ(x,y)
　　　　　撮像手段（撮像素子）の各画素の変換効率：Ｅ
　　　　　被計測物上の座標(x,y)に対応する画像上の画素の輝度値：Ｖ(x,y)
　　　　　被計測物上の座標(x,y)における光パターンのゲイン：Ａ(x,y)
　　　　　被計測物上の座標(x,y)における光パターンのオフセット：Ｂ(x,y)
とした場合には、下記式（Ｆ１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ゲインＡ(x,y)は、「sinθ＝1」の光による輝度値Ｖ(x,y)MAXと、「sinθ＝－1」の光による輝度値Ｖ(x,y)MINとの差から表すことができるので、
　例えば、格子がθ＝０の時の透過率（＝平均透過率）：Ｇθ=0
　　　　　格子がθ＝π／２の時の透過率（＝最大透過率）：Ｇθ=π/2
　　　　　格子がθ＝－π／２の時の透過率（＝最小透過率）：Ｇθ=-π/2
とした場合には、下記式（Ｆ２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、オフセットＢ(x,y)は、「sinθ＝0」の光における輝度値Ｖ(x,y)であって、「sinθ＝1」の光による輝度値Ｖ(x,y) MAXと、「sinθ＝－1」の光による輝度値Ｖ(x,y) MINとの平均値であるので、下記式（Ｆ３）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　つまり、輝度値の最大値Ｖ(x,y)MAX、最小値Ｖ(x,y)MIN、平均値Ｖ(x,y)AVはそれぞれ下記式（Ｆ４）、（Ｆ５）、（Ｆ６）で表すことができ、図４のグラフに示すような関係となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図４から見てとれるように、所定の座標(x,y)における輝度値の最大値Ｖ(x,y)MAXと輝度値の最少値Ｖ(x,y)MINの平均値Ｖ(x,y)AVがオフセットＢ(x,y)となり、該オフセットＢ(x,y)と最大値Ｖ(x,y)MAXとの差、及び、該オフセットＢ(x,y)と最少値Ｖ(x,y)MINとの差がそれぞれゲインＡ(x,y)となる。
　また、輝度値Ｖ(x,y)は、光源の明るさＬ又は反射率Ｒ(x,y)に比例して変化するため、例えば反射率Ｒが半分となる座標位置では、ゲインＡやオフセットＢの値も半分となる。
　次に上記式（Ｆ２）、（Ｆ３）を下記式（Ｆ２´）、（Ｆ３´）とした上で、両者を合わせて整理すると、下記式（Ｆ７）が導き出せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　さらに、上記式（Ｆ７）をＡ(x,y)について解くと、下記式（Ｆ８）となり、図５に示すグラフのように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　つまり、光源の明るさＬ又は反射率Ｒ(x,y)の一方を固定して他方を変化させた場合には、オフセットＢ(x,y)が増減すると共に、該オフセットＢ(x,y)に比例してゲインＡ(x,y)も増減することとなる。かかる式（Ｆ８）により、ゲインＡ又はオフセットＢの一方が分かれば、他方を求めることができる。ここで、比例定数Ｋは、光源の明るさＬや反射率Ｒとは無関係に、格子の透過率Ｇにより定まる。つまり、下記の手段２，３のように換言することができる。
　尚、上記特許文献１に記載されているように、互いに波長成分（ＲＧＢ成分）の異なる２つの光パターンを同時に照射し、これらが照射された被計測物からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な構成とすれば、第１撮像処理と第２撮像処理とを同時に行うことができ、計測時間をさらに短縮することは可能となるが、かかる構成では、上記各光成分毎に分離して撮像可能なカメラとして、例えば各波長域に対応する複数のダイクロイックミラー及び撮像部を備えたカラーカメラや、各画素毎に撮像可能な波長域が異なる単板式カラーカメラ等を用いる必要があり、計測装置が非常に高価になるおそれがある。また、ＲＧＢ各成分の光パターンごとに被計測物での反射率などが異なるため、被計測物の色の種類によっては、各光パターンによって計測精度が異なってくるおそれがある。
　手段２．前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
　ゲインＡとオフセットＢとが相互に一義的に定まる関係であれば、例えばゲインＡとオフセットＢとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインＡからオフセットＢ、或いは、オフセットＢからゲインＡを求めることが可能となる。
　手段３．前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
　ゲインとオフセットとが比例関係であれば、例えばＡ＝Ｋ×Ｂ＋Ｃ〔但し、Ｃ：カメラの暗電流（オフセット）〕のような関係式で表すことができ、ゲインＡからオフセットＢ、或いは、オフセットＢからゲインＡを求めることが可能となる。ひいては下記の手段４のような構成とすることができる。
　手段４．前記第２所定数が２の場合において、
　２通りに位相変化させた前記第２光パターンの相対位相関係をそれぞれ０、γとしたときの２通りの画像データの各画素の輝度値をそれぞれＶ0、Ｖ1とした場合に、
　前記第２計測手段は、三次元計測を行うに際し、
　下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを算出することを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。
　Ｖ0＝Ａsinθ＋Ｂ　　　　　　・・・（１）
　Ｖ1＝Ａsin（θ＋γ）＋Ｂ　　・・・（２）
　Ａ＝ＫＢ　　　　　　　　　　・・・（３）
　但し、γ≠０、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｋ：比例定数。
　上記手段４によれば、上記式（３）を上記式（１）に代入することにより、下記式（４）を導き出すことができる。
　Ｖ0＝ＫＢsinθ＋Ｂ　　　・・・（４）
　これをオフセットＢについて解くと、下記式（５）を導き出すことができる。
　Ｂ＝Ｖ0／（Ｋsinθ＋１）　　・・・（５）
　また、上記式（３）を上記式（２）に代入することにより、下記式（６）を導き出すことができる。
　Ｖ1＝ＫＢsin（θ＋γ）＋Ｂ　　・・・（６）
　上記式（６）を上記式（５）に代入し、下記［数７］に示すように整理していくと、下記式（７）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、「Ｖ0cosγ－Ｖ1＝ａ」、「Ｖ0sinγ＝ｂ」、「（Ｖ0－Ｖ1）／Ｋ＝ｃ」と置くと、上記式（７）は下記式（８）のように表すことができる。
　ａsinθ＋ｂcosθ＋ｃ＝０　　・・・（８）
　ここで、下記［数８］に示すように、上記式（８）を位相θについて解いていくと、下記［数９］に示す下記式（９）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　従って、上記手段４における『下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを算出すること』とあるのは、『下記式（９）に基づき位相θを算出すること』と換言することができる。勿論、位相θを得るアルゴリズムは、上記式（９）に限定されるものではなく、上記式（１）、（２）、（３）の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。
　尚、上述したカメラの暗電流Ｃ等を考慮すれば、計測精度のさらなる向上を図ることができる。
　手段５．γ＝１８０°としたことを特徴とする手段４に記載の三次元計測装置。
　上記手段５によれば、位相が１８０°異なる２通りの第２光パターンの下で２回の撮像を行うこととなる。
　上記式（２）においてγ＝１８０°とすることで下記式（１０）が導き出される。
　Ｖ1＝Ａsin（θ＋１８０°）＋Ｂ
　　　＝－Ａsinθ＋Ｂ　　・・・（１０）
　そして、上記式（１），（１０）から下記式（１１）を導き出すことができ、これをオフセットＢについて解くと、下記式（１２）を導き出すことができる。
　Ｖ0＋Ｖ1＝２Ｂ　　・・・（１１）
　Ｂ＝（Ｖ0＋Ｖ1）／２　・・・（１２）
　さらに、上記式（１２）を上記式（３）に代入することにより、下記式（１３）を導き出すことができる。
　Ａ＝ＫＢ
　　＝Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）／２　・・・（１３）
　また、上記式（１）を「sinθ」について整理すると、下記式（１´）のようになる。
　sinθ＝（Ｖ0－Ｂ）／Ａ　・・・（１´）
　そして、上記式（１´）に、上記式（１２），（１３）を代入することにより、下記式（１４）を導き出すことができる。
　sinθ＝｛Ｖ0－（Ｖ0＋Ｖ1）／２｝／｛Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）／２｝
　　　　＝（Ｖ0－Ｖ1）／Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）　・・・（１４）
　ここで、上記式（１４）を位相θについて解くと、下記式（１５）を導き出すことができる。
　θ＝sin-1［（Ｖ0－Ｖ1）／Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）］　・・・（１５）
　つまり、位相θは、既知の輝度値Ｖ0，Ｖ1及び定数Ｋにより特定することができる。
　このように、上記手段５によれば、比較的簡単な演算式に基づいて位相θを求めることができ、被計測物の三次元計測を行うに際し、さらなる処理の高速化が可能となる。
　手段６．γ＝９０°としたことを特徴とする手段４に記載の三次元計測装置。
　上記手段６によれば、位相が９０°異なる２通りの第２光パターンの下で２回の撮像を行うこととなる。
　上記式（２）においてγ＝９０°とすることで下記式（１６）が導き出される。
　Ｖ1＝Ａsin（θ＋９０°）＋Ｂ
　　　＝Ａcosθ＋Ｂ　・・・（１６）
　上記式（１６）を「cosθ」について整理すると、下記式（１７）のようになる。
　cosθ＝（Ｖ1－Ｂ）／Ａ　・・・（１７）
　また、上記式（１）を「sinθ」について整理すると、上述したように下記式（１´）のようになる。
　sinθ＝（Ｖ0－Ｂ）／Ａ　・・・（１´）
　次に上記式（１´）、（１７）を下記式（１８）に代入すると下記式（１９）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２０）が導き出される。
　sin2θ＋cos2θ＝１　・・・（１８）
　｛（Ｖ0－Ｂ）／Ａ｝2＋｛（Ｖ1－Ｂ）／Ａ｝2＝１　・・・（１９）
　（Ｖ0－Ｂ）2＋（Ｖ1－Ｂ）2＝Ａ2　・・・（２０）
　そして、上記式（２０）に対し上記式（３）を代入すると下記式（２１）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２２）が導き出される。
　（Ｖ0－Ｂ）2＋（Ｖ1－Ｂ）2＝Ｋ2Ｂ2　　・・・（２１）
　（２－Ｋ2）Ｂ2－２（Ｖ0＋Ｖ1）Ｂ＋Ｖ0 2Ｖ1 2＝０　・・・（２２）
　ここで、上記式（２２）をオフセットＢについて解くと、下記式（２３）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　つまり、オフセットＢは、既知の輝度値Ｖ0，Ｖ1及び定数Ｋにより特定することができる。
　また、下記式（２４）に上記式（１´）、（１７）を代入すると下記式（２５）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２６）が導き出される。
　tanθ＝sinθ／cosθ　・・・（２４）
　　　＝｛（Ｖ0－Ｂ）／Ａ｝／｛（Ｖ1－Ｂ）／Ａ｝　・・・（２５）
　　　＝（Ｖ0－Ｂ）／（Ｖ1－Ｂ）　　　・・・（２６）
　そして、上記式（２６）を位相θについて解くと、下記式（２７）を導き出すことができる。
　θ＝tan-1｛（Ｖ0－Ｂ）／（Ｖ1－Ｂ）｝　・・（２７）
　つまり、位相θは、上記式（２３）を用いることにより、既知の輝度値Ｖ0，Ｖ1及び定数Ｋにより特定することができる。
　このように、上記手段６によれば、「tan-1」を用いた演算式に基づいて位相θを求めることができるため、－１８０°～１８０°の３６０°の範囲で高さ計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。
　手段７．予めキャリブレーションにより算出した前記ゲイン及びオフセットの関係を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
　例えば基準板に対し３通り又は４通りに位相変化させた光パターンを照射し、これらの下で撮像した３通り又は４通りの画像データに基づき各画素におけるゲインＡ及びオフセットＢを特定し、上記式（３）から定数Ｋを決定しておく。これにより、上記手段７によれば、各画素においてより精度の良い高さ計測を行うことができる。
　手段８．前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
　上記手段８によれば、上記手段７と同様の作用効果が奏される。上述したとおり、ゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）は、光源の明るさＬや反射率Ｒとは無関係に、格子の透過率Ｇにより定まる。そのため、第１格子と第２格子が同一のものであれば、第１照射手段に係るゲイン及びオフセットの関係と、第２照射手段に係るゲイン及びオフセットの関係は同じものとなる。これを利用することにより、上記手段７のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。
　手段９．前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
　例えば上記式（１２）等を用いて画像データの全画素についてオフセットＢを求め、その中でオフセットＢの値が一致する画素の輝度値Ｖを抽出し、そのヒストグラムを作成する。そして、そのヒストグラムから輝度値の最大値ＶMAXと最小値ＶMINを決定する。
　上述したとおり、輝度値の最大値ＶMAXと最少値ＶMINの平均値がオフセットＢとなり、最大値ＶMAXと最少値ＶMINの差の半分がゲインＡとなる。これを基に、上記式（３）から定数Ｋを決定することができる。これにより、上記手段９によれば、上記手段７のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。
　手段１０．前記計測値取得手段は、前記第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、前記第１計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得することを特徴とする手段１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。
　第１撮像処理の実行回数は、第２撮像処理の実行回数よりも多く、これに基づく第１計測手段の計測結果は、第２計測手段の計測よりも計測精度が高くなる。これを踏まえ、上記手段１０によれば、計測精度の高い第１計測手段の計測結果を主として用いる一方、一部のデータ欠落部分に関しては、第２計測手段の計測結果を用いることで、全体としては計測精度が高くかつデータの欠落部分が少ない計測データを取得することができる。
　手段１１．前記第１撮像処理の終了と同時に、該第１撮像処理に係る前記第１格子の移送又は切替処理を開始可能とすると共に、
　前記第１格子の移送又は切替処理の終了と同時に、前記第１撮像処理を開始可能とし、
　前記第１格子の移送又は切替処理の実行中に、前記第２撮像処理を実行可能に構成されていることを特徴とする手段１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。
　上記手段１１によれば、所定の計測対象範囲に係る全ての第１撮像処理を最短で終了することができる。また、第２撮像処理の実行回数は第１撮像処理の実行回数よりも少ないため、第１格子の移送又は切替処理の実行中（第１撮像処理と第１撮像処理との間）に第２撮像処理を実行する構成とすることにより、所定の計測対象範囲に係る全ての第１撮像処理が終了するまでの間に、全ての第２撮像処理も終了させることができる。結果として、上記手段１等の作用効果をさらに高め、計測時間のさらなる短縮化を図ることができる。
　手段１２．少なくとも前記第２格子の移送又は切替処理を、前記第１格子の移送又は切替処理と同時に行うことを特徴とする手段１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。
　仮に両照射手段のうちの一方の照射手段の格子を移送等する間に、他方の照射手段から光パターンを照射して撮像を行う構成となっている場合には、アクチュエータ等により格子を移送する際の機械的振動や、格子を構成する液晶シャッタ等を切替制御する際に発生し得る電気的ノイズの影響を受け、計測誤差等が生じるおそれもある。
　これに対し、本手段１２によれば、第１撮像処理の実行中に、第２照射手段の第２格子の移送等が行われないため、第１計測手段に係る計測精度の低下抑制を図ることができる。
　尚、上記手段１２の構成の下では、第１照射手段の第１格子の移送又は切替処理中に第２撮像処理が行われ得るが、上述したように、第２計測手段による計測は、もともと第１計測手段による計測よりも計測精度が低いことから、仮に上記計測誤差等が発生した場合でも、計測結果に与える影響は、第１計測手段の計測結果に与える影響よりも小さくなる。
　特に、上記手段１０，１１の構成の下では、第２計測手段の計測結果が、第１計測手段の計測結果のデータ欠落部分を補完する補完データとなるため、計測精度が低下しても、計測データ全体に与える影響は極めて小さい。
　手段１３．前記被計測物が、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする手段１乃至１２のいずれかに記載の三次元計測装置。
　上記手段１３によれば、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプの高さ計測等を行うことができる。ひいては、クリーム半田又は半田バンプの検査において、その計測値に基づいてクリーム半田又は半田バンプの良否判定を行うことができる。従って、かかる検査において、上記各手段の作用効果が奏されることとなり、精度よく良否判定を行うことができる。結果として、半田印刷検査装置又は半田バンプ検査装置における検査精度の向上を図ることができる。
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。 光源の明るさ又は反射率と輝度値との関係を示すグラフである。 ゲインとオフセットの関係を示すグラフである。 各データ区間に含まれる輝度値の数の分布を表した分布表である。 各データ区間に含まれる輝度値の数の分布を表したヒストグラムである。 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。 （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、被計測物としてのクリーム半田が印刷されてなるプリント基板２を載置するための載置台３と、プリント基板２の表面に対し斜め上方から所定の光パターンを照射するための２つの照明装置（第１照射手段としての第１照明装置４Ａ、及び、第２照射手段としての第２照明装置４Ｂ）と、プリント基板２上の光パターンの照射された部分を撮像するための撮像手段としてのカメラ５と、基板検査装置１内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置６とを備えている。
　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。
　第１照明装置４Ａは、所定の光を発する第１光源４Ａａと、該第１光源４Ａａからの光を正弦波状（縞状）の光強度分布を有する第１光パターンに変換するための第１格子を形成する第１液晶格子４Ａｂとを備えており、プリント基板２に対し、斜め上方から複数通りに（本実施形態では４分の１ピッチずつ）位相変化する縞状の第１光パターンを照射可能となっている。ここで、第１液晶格子４Ａｂにおける格子態様を切替制御する機構が第１格子制御手段に相当する。
　同様に、第２照明装置４Ｂは、所定の光を発する第２光源４Ｂａと、該第２光源４Ｂａからの光を正弦波状（縞状）の光強度分布を有する第２光パターンに変換するための第２格子を形成する第２液晶格子４Ｂｂとを備えており、プリント基板２に対し、斜め上方から複数通りに（本実施形態では２分の１ピッチずつ）位相変化する縞状の第２光パターンを照射可能となっている。ここで、第２液晶格子４Ｂｂにおける格子態様を切替制御する機構が第２格子制御手段に相当する。
　より詳しくは、各照明装置４Ａ，４Ｂにおいて、光源４Ａａ，４Ｂａから発せられた光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを介して投影レンズに導かれる。そして、投影レンズからプリント基板２に対し縞状の光パターンが照射される。
　液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂは、一対の透明基板間に液晶層が形成されると共に、一方の透明基板上に配置された共通電極と、これと対向するように他方の透明基板上に複数並設された帯状電極とを備え、駆動回路により、各帯状電極にそれぞれ接続されたスイッチング素子（薄膜トランジスタ等）をオンオフ制御し、各帯状電極に印加される電圧を制御することにより、各帯状電極に対応する各格子ラインの光透過率が切替えられ、光透過率の高い「明部」と、光透過率の低い「暗部」とからなる縞状の格子パターンを形成する。そして、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを介してプリント基板２上に照射される光は、回折作用に起因したボケ等により、正弦波状の光強度分布を有する光パターンとなる。
　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、各照明装置４Ａ，４Ｂは、カメラ５の撮像方向である略鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って視た平面視（Ｘ－Ｙ平面）において、プリント基板２を挟んで相対向する位置に配置されている。ここで、第１照明装置４Ａが配置された位置が本実施形態における第１位置に相当し、第２照明装置４Ｂが配置された位置が第２位置に相当する。
　カメラ５は、レンズや撮像素子等からなる。撮像素子としては、ＣＭＯＳセンサを採用している。勿論、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばＣＣＤセンサ等を採用してもよい。カメラ５によって撮像された画像データは、該カメラ５内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置６に入力され、後述する画像データ記憶装置２４に記憶される。そして、制御装置６は、該画像データを基に、後述するような画像処理や検査処理等を実施する。かかる意味で、制御装置６は本実施形態における画像処理手段を構成する。
　次に、制御装置６の電気的構成について説明する。図２に示すように、制御装置６は、基板検査装置１全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１（以下、「ＣＰＵ等２１」という）、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される「入力手段」としての入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置２３、カメラ５により撮像された画像データを記憶するための画像データ記憶装置２４、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置２５、各種情報を予め記憶しておく設定データ記憶装置２６を備えている。なお、これら各装置２２～２６は、ＣＰＵ等２１に対し電気的に接続されている。
　次に、基板検査装置１よるプリント基板２の検査手順について詳しく説明する。はじめに、光パターンのばらつき（位相分布）を把握するためのキャリブレーションを行う。
　液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂでは、各帯状電極に接続された各トランジスタの特性（オフセットやゲイン等）のばらつきにより、上記各帯状電極に印加される電圧にもばらつきが生じるため、同じ「明部」や「暗部」であっても、各帯状電極に対応する各ラインごとに光透過率（輝度レベル）がばらつくこととなる。その結果、被計測物上に照射される光パターンも正弦波状の理想的な光強度分布とならず、三次元計測結果に誤差が生じるおそれがある。
　そこで、予め光パターンのばらつき（位相分布）を把握しておく、いわゆるキャリブレーション等が行われる。
　キャリブレーションの手順としては、まずプリント基板２とは別に、高さ位置０、かつ、平面をなす基準面を用意する。基準面は、計測対象たるクリーム半田と同一色となっている。すなわち、クリーム半田と光パターンの反射率が等しくなっている。
　続いて上記基準面に対し光パターンを照射すると共に、これをカメラ５により撮像することで、各座標の輝度値を含んだ画像データを得る。本実施形態では、キャリブレーションを行う際には、光パターンの位相を９０°ずつシフトさせ、各光パターンの下で撮像された４通りの画像データを取得する。
　そして、制御装置６は、上記４通りの画像データから各画素（座標）における光パターンの位相θを算出し、これをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置２６に記憶する。
　さらに本実施形態では、第２液晶格子４Ｂｂに関して、上記４通りの画像データから各画素における光パターンのゲインＡ及びオフセットＢ、並びに両者の関係を特定し、これをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置２６に記憶する。従って、設定データ記憶装置２６が本実施形態における記憶手段を構成する。
　ここで、ゲインＡ及びオフセットＢを算出する手順についてより詳しく説明する。４通りの画像データの各画素における輝度値（Ｖ0，Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）と、ゲインＡ及びオフセットＢとの関係は、下記式（Ｈ１）、（Ｈ２）、（Ｈ３）、（Ｈ４）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　そして、４通りの画像データの輝度値（Ｖ0，Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）を加算し、上記式（Ｈ１）、（Ｈ２）、（Ｈ３）、（Ｈ４）を下記［数１２］に示すように整理すると、下記式（Ｈ５）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　また、上記式（Ｈ１）、（Ｈ３）から、下記式（Ｈ６）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　また、上記式（Ｈ２）、（Ｈ４）から、下記式（Ｈ７）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　そして、下記［数１５］に示すように、上記式（Ｈ６）、（Ｈ７）を下記式（Ｈ８）に代入し、整理していくと、下記式（Ｈ９）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　さらに、上記式（Ｈ５）、（Ｈ９）から導き出された下記式（Ｈ１０）を基にゲインＡ及びオフセットＢの比例定数Ｋを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　そして、上記のように算出された各画素における光パターンのゲインＡ、オフセットＢ、及び、比例定数Ｋをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置２６に記憶する。勿論、比例定数Ｋのみをキャリブレーションデータとして記憶する構成としてもよい。
　次に、各検査エリアごとに行われる検査ルーチンについて、図３のタイミングチャートを参照して詳しく説明する。この検査ルーチンは、制御装置６（ＣＰＵ等２１）にて実行されるものである。
　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。
　続いて、制御装置６は、両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを切替制御し、該両液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂに形成される第１格子及び第２格子の位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。
　液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切換設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴａ１にて、位相「０°」の第１光パターンの下で１回目の第１撮像処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１光源４Ａａを発光させ、第１光パターンの照射を開始すると共に、カメラ５を駆動制御して、該第１光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。かかる第１撮像処理の手順は、後述する２～４回目の第１撮像処理においても同様である。
　そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ２において、１回目の第１撮像処理を終了する。つまり、第１光パターンの照射を終了すると共に、該第１光パターンに係る１回目の撮像を終了する。ここで、カメラ５により撮像された画像データは、画像データ記憶装置２４へ転送され記憶される（以下同様）。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴａ２にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「９０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切換途中であるタイミングＴａ３にて、位相「０°」の第２光パターンの下で１回目の第２撮像処理を開始する。具体的には、第２照明装置４Ｂの第２光源４Ｂａを発光させ、第２光パターンの照射を開始すると共に、カメラ５を駆動制御して、該第２光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。かかる第２撮像処理の手順は、後述する２回目の第２撮像処理においても同様である。
　そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ４において、１回目の第２撮像処理を終了する。つまり、第２光パターンの照射を終了すると共に、該第２光パターンに係る１回目の撮像を終了する。
　次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴａ２）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ５において、該切替処理を終了する。
　第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ５にて位相「９０°」の第１光パターンの下で２回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ６において、２回目の第１撮像処理を終了する。
　２回目の第１撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ６にて両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「９０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。また、第２照明装置４Ｂの第２液晶格子４Ｂｂに形成される第２格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第２光パターンの位相が２分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ７にて位相「１８０°」の第１光パターンの下で３回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ８において、３回目の第１撮像処理を終了する。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴａ８にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「１８０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「２７０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切換途中であるタイミングＴａ９にて、位相「１８０°」の第２光パターンの下で２回目の第２撮像処理を開始する。そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ１０において、２回目の第２撮像処理を終了する。
　次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴａ８）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ１１において、該切替処理を終了する。
　第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ１２にて位相「２７０°」の第１光パターンの下で４回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ１２において、４回目の第１撮像処理を終了する。
　このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、４通りに位相変化させた第１光パターンの下で撮像された４画面分の画像データ、及び、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像された２画面分の画像データの合計６画面分の画像データが取得される。
　そして、制御装置６は、まず第１光パターンの下で取得した４通りの画像データを基に、位相シフト法により高さ計測（三次元計測）を行う第１計測処理を実行する。かかる第１計測処理を実行する機能により本実施形態における第１計測手段が構成される。
　詳しくは、制御装置６は、位相シフト法により、上記４通りの画像データ（各画素の輝度値）から各画素に係る第１光パターンの位相θ1を算出する。
　ここで、上記４通りの画像データの各画素に係る輝度値Ｖ10，Ｖ11，Ｖ12，Ｖ13は、下記式（Ｈ１´）、（Ｈ２´）、（Ｈ３´）、（Ｈ４´）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　上記式（Ｈ１´）、（Ｈ２´）、（Ｈ３´）、（Ｈ４´）を位相θ1について解くと、下記式（Ｈ１１）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　続いて、制御装置６は、上記のように算出された各画素の位相θ1と、上記設定データ記憶装置２６に記憶したキャリブレーションデータ（キャリブレーションに基づく各画素の位相）とを比較して、同一の位相を有する画素のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各画素（ｘ，ｙ）に係る高さデータ（ｚ）を算出し、かかる高さデータ（ｚ）を演算結果記憶装置２５に記憶する。
　例えば、被計測画素（ｘ，ｙ）における実測値（位相）が「１０°」であった場合、該「１０°」の値が、キャリブレーションにより記憶したデータ上のどの位置にあるかを検出する。ここで、被計測画素（ｘ，ｙ）よりも３画素隣りに「１０°」が存在していれば、それは光パターンの縞が３画素ずれたことを意味する。そして、光パターンの照射角度と、光パターンの縞のズレ量を基に、三角測量の原理により、被計測画素（ｘ，ｙ）の高さデータ（ｚ）を求めることができる。
　但し、上記第１計測処理により得られた計測データのうち、第１光パターンが十分に照射されず該第１計測処理により計測困難な領域（画素）に関しては、データの欠落部分となる。
　続いて、制御装置６は、上記データの欠落部分を補完する処理を実行する。具体的には、まず上記第１計測処理の計測結果を基に、該第１計測処理により計測困難であった領域（データの欠落部分）を特定する。次に、かかる領域に関して、第２光パターンの下で取得した上記２通りの画像データを基に、位相シフト法により高さ計測（三次元計測）を行う第２計測処理を実行する。かかる第２計測処理を実行する機能により本実施形態における第２計測手段が構成される。
　詳しくは、制御装置６は、位相シフト法により、上記２通りの画像データ（各画素の輝度値）と、上記設定データ記憶装置２６に記憶したキャリブレーションデータ（キャリブレーションに基づく各画素の比例定数Ｋ）とを基に、各画素に係る第２光パターンの位相θ2を算出する。
　ここで、上記２通りの画像データの各画素に係る輝度値Ｖ20，Ｖ21とした場合、各画素に係る第２光パターンの位相θ2は、上記式（１５）に基づき、下記式（Ｈ１２）により表すことができる。
　θ2＝sin-1［（Ｖ20－Ｖ21）／Ｋ（Ｖ20＋Ｖ21）］　・・・（Ｈ１２）
　但し、Ｋ：比例定数。
　続いて、制御装置６は、上記第１計測処理と同様、上記のように算出された各画素の位相θ2と、上記設定データ記憶装置２６に記憶したキャリブレーションデータ（キャリブレーションに基づく各画素の位相）とを比較して、同一の位相を有する画素のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各画素（ｘ，ｙ）に係る高さデータ（ｚ）を算出し、かかる高さデータ（ｚ）を演算結果記憶装置２５に記憶する。
　そして、上記第２計測処理の終了後、制御装置６は、上記第１計測処理により得られた計測データ（計測値）と、第２計測処理により得られた計測データ（計測値）とを合成する合成処理を行う。これにより、第１計測処理により得られた計測データのデータ欠落部分が補完された、所定の検査エリア全域の各画素について漏れのない計測データが完成する。従って、かかる合成処理により、本実施形態における計測値取得手段が構成される。
　次に、制御装置６は、このように得られた所定の検査エリアの計測データに基づいて、基準面より高くなったクリーム半田の印刷範囲を検出し、この範囲内での各部位の高さを積分することにより、印刷されたクリーム半田の量を算出する。
　続けて、制御装置６は、このようにして求めたクリーム半田の位置、面積、高さ又は量等のデータを、予め設定データ記憶装置２６に記憶されている基準データと比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、その検査エリアにおけるクリーム半田の印刷状態の良否を判定する。
　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。
　以上詳述したように、本実施形態によれば、光パターンを２方向から照射することにより、プリント基板２に光パターンが照射されない影の部分が生じないようにすることができる。そして、両光パターンのうち、第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、該第１光パターンに係る計測精度の高い第１計測処理の計測結果を該領域に係る計測値として取得する一方、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測処理の計測結果を該領域に係る計測値として取得することにより、全体としては計測精度が高くかつデータの欠落部分のない計測データを取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。
　また、本実施形態では、第２光パターンの照射に基づく計測を行う際には、所定の撮像条件により定まるゲインＡ及びオフセットＢの関係〔例えばＡ＝Ｋ（比例定数）×Ｂ〕と、画像データ上の各画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ）から定まる、該画素（ｘ，ｙ）に係るゲインＡ（ｘ，ｙ）又はオフセットＢ（ｘ，ｙ）の値とを利用することにより、２通りに位相変化させた光パターンの下で撮像した２通りの画像データを基に位相シフト法により高さ計測を行うことができる。
　これにより、本実施形態においては、所定の検査エリアにつき、４通りに位相変化させた第１光パターンの下で４回の第１撮像処理を実行し、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で２回の第２撮像処理を実行すればよいため、撮像回数が計６回となる。従って、各光パターンにつき４回ずつ計８回の撮像を必要とする従来技術に比べて、全体の撮像回数が少なくて済み、撮像時間を短縮することができる。結果として、より高精度な計測をより短時間で実現することが可能となる。
　さらに、本実施形態では、第１光パターンの下での１回分の第１撮像処理を実行した後、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理の途中で、第２光パターンの下での１回分の第２撮像処理を実行可能な構成となっている。
　これにより、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間を短縮することができる。例えば、本実施形態において、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、〔第１撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第１液晶格子４Ａｂの切替処理に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＝合計［６８ｍｓｅｃ］となる。
　加えて、本実施形態では、少なくとも所定の検査エリアに係るデータ取得が行われている間（上記一連の撮像処理が行われている間）、プリント基板２が停止されており、カメラ５とプリント基板２との位置関係が固定されている。つまり、撮像中におけるカメラ５とプリント基板２との位置関係が変化しないため、検査エリアの狭小化等を防止することができる。結果として、本実施形態のように多数の検査エリアが設定されるプリント基板２の計測において、計測時間の短縮化を図ることができる。
　〔第２実施形態〕
　以下、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、第１実施形態と同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　上記第１実施形態では、各画素における光パターンのゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）を、予めキャリブレーションにより求める構成となっているが、これに代えて、第２実施形態では、第２光パターンのゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）を、実測時に撮像した前記２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像した２通りの画像データを基に求める構成となっている。
　その手順としては、まず上記式（１２）を用いて画像データの全画素についてオフセットＢを求める。次に、その中でオフセットＢの値が一致する画素の輝度値Ｖ（＝Ａsinθ＋Ｂ）を抽出し、そのヒストグラムを作成する。その一例を図６，７の表に示す。但し、図６，７はゲインＡを「１」、オフセットＢを「０」とした場合を例示している。図６は、輝度値Ｖを「０．１」幅のデータ区間に区切って、そのデータ区間に含まれる輝度値の数を表した分布表であり、図７は、それをプロットしたヒストグラムである。
　そして、このヒストグラムを基に輝度値の最大値ＶMAXと最小値ＶMINを決定する。「sinθ」の特性を利用することにより、上記ヒストグラムにおいて発生する２つのピークをそれぞれ輝度値の最大値ＶMAXと最小値ＶMINとして決定することができる。図６，７に示す例では、輝度値Ｖが「－１．０～－０．９」及び「０．９～１．０」のデータ区間に入る輝度値Ｖの個数がそれぞれ「５１」となり、ここが２つのピークとなる。
　続いて、輝度値の最大値ＶMAXと最少値ＶMINを基にゲインＡ及びオフセットＢを算出する。上述したとおり、輝度値の最大値ＶMAXと最少値ＶMINの平均値がオフセットＢとなり、最大値ＶMAXと最少値ＶMINの差の半分がゲインＡとなる。つまり、図７に示すように、２つのピークの中間値がオフセットＢとなり、２つのピークの幅の半分がゲインＡとなる。
　このようにして得たゲインＡとオフセットＢの値を基に比例定数Ｋを決定することができる〔上記式（３）参照〕。従って、比例定数Ｋを決定する上記一連の処理機能により本実施形態における関係把握手段が構成される。
　本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。また、上記第１実施形態のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。
　尚、本実施形態では、位相が１８０°異なる２通りの第２光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に、画像データの全画素について比例定数Ｋ等を求める構成となっているが、これに限らず、例えば位相が９０°異なる２通りの第２光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に比例定数Ｋ等を求める構成としてもよい。また、画像データの全画素ではなく、被計測画素の周辺など画像データの一部の範囲において、比例定数Ｋ等を求める構成としてもよい。
　〔第３実施形態〕
　以下、第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、第１実施形態と同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、各検査エリアごとに行われる検査ルーチンが上記第１実施形態と異なる。本実施形態に係る検査ルーチンについて、図８のタイミングチャートを参照して詳しく説明する。
　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。
　続いて、制御装置６は、両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂを切替制御し、該両液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂに形成される第１格子及び第２格子の位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。
　液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切換設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴｂ１にて、位相「０°」の第２光パターンの下で１回目の第２撮像処理を開始し、所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ２において、１回目の第２撮像処理を終了する。
　かかる第２撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ２にて、位相「０°」の第１光パターンの下で１回目の第１撮像処理を開始し、所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ３において、１回目の第１撮像処理を終了する。
　かかる第１撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ３にて両照明装置４Ａ，４Ｂの液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「９０°」の位置へ切替える処理を開始する。また、第２照明装置４Ｂの第２液晶格子４Ｂｂに形成される第２格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、第２光パターンの位相が２分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　次に、制御装置６は、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の開始（タイミングＴｂ３）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ４において、該切替処理を終了する。
　液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ４にて位相「９０°」の第１光パターンの下で２回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ５において、２回目の第１撮像処理を終了する。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ５にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「９０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴｂ５）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ６において、該切替処理を終了する。
　第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ６にて位相「１８０°」の第１光パターンの下で３回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ７において、３回目の第１撮像処理を終了する。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ７にて第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂの切替処理を開始する。具体的には、第１照明装置４Ａの第１液晶格子４Ａｂに形成される第１格子の位置を位相「１８０°」の位置から、第１光パターンの位相が４分の１ピッチずれる位相「２７０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　次に、制御装置６は、第１液晶格子４Ａｂの切替処理の開始（タイミングＴｂ７）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ８において、該切替処理を終了する。
　第１液晶格子４Ａｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ８にて位相「２７０°」の第１光パターンの下で４回目の第１撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ９において、４回目の第１撮像処理を終了する。
　かかる第１撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｂ９にて、位相「１８０°」の第２光パターンの下で２回目の第２撮像処理を開始し、所定時間（本実施形態では２ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｂ１０において、２回目の第２撮像処理を終了する。
　このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、４通りに位相変化させた第１光パターンの下で撮像された４画面分の画像データ、及び、２通りに位相変化させた第２光パターンの下で撮像された２画面分の画像データの合計６画面分の画像データが取得される。
　以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間を短縮することができる。例えば、本実施形態において、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、〔第１撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×４回〕＋〔第１液晶格子４Ａｂの切替処理に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＋〔第２撮像処理に要する時間［２ｍｓ］×２回〕＝合計［７２ｍｓｅｃ］となる。
　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半田の高さを計測する基板検査装置１に具体化したが、これに限らず、例えば基板上に印刷された半田バンプや、基板上に実装された電子部品など、他のものの高さを計測する構成に具体化してもよい。
　（ｂ）上記実施形態では、光源４Ａａ，４Ｂａからの光を縞状の光パターンに変換するための格子を、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂにより構成すると共に、これを切替制御することにより、光パターンの位相をシフトさせる構成となっている。これに限らず、例えば格子部材をピエゾアクチュエータ等の移送手段により移送させ、光パターンの位相をシフトさせる構成としてもよい。
　（ｃ）上記実施形態では、第１計測処理において、位相が９０°ずつ異なる４通りの第１光パターンの下で撮像された４通りの画像データを基に、位相シフト法により三次元計測を行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相が１２０°ずつ異なる３通りの第１光パターンの下で撮像された３通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。つまり、第１光パターンの下での撮像回数である「第１所定数」は、少なくとも位相シフト法により三次元計測を実行可能な数であれば良い。
　（ｄ）上記実施形態では、第２計測処理において、位相が１８０°異なる２通りの光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。これに代えて、例えば位相が９０°異なる２通りの光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。かかる場合、上記式（２３），（２７）を用いることにより、２通りの画像データ上の各画素における輝度値Ｖ20，Ｖ21と、既知の比例定数Ｋを利用して、各画素における第２光パターンの位相θ2を算出することができる。
　かかる構成によれば、「tan-1」を用いた演算式に基づいて位相θ2を求めることができるため、－１８０°～１８０°の３６０°の範囲で高さ計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。
　勿論、この他にも、上記式（１）、（２）、（３）の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。位相θ2を得る一般式としては、上記式（９）が一例に挙げられる〔［数９］参照〕。
　（ｅ）上記実施形態では、第２計測処理において、位相が異なる２通りの光パターンの下で撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっているが、第２光パターンの下での撮像回数は、これに限定されるものではない。つまり、第２光パターンの下での撮像回数である「第２所定数」は、少なくとも第１光パターンの下での撮像回数である「第１所定数」よりも少ない数であれば良い。例えば第１光パターンによる計測時において、４通りの位相の第１光パターンの下で撮像された４通りの画像データを基に高さ計測を行う構成となっている場合には、第２光パターンによる計測時において、３通りの位相の第２光パターンの下で撮像された３通りの画像データを基に、ゲインＡとオフセットＢとの関係（比例定数Ｋ）を利用して高さ計測を行う構成としてもよい。かかる場合においても、従来に比べれば、比較的簡単な演算式に基づいて第２光パターンの位相θ2を求めることができ、処理の高速化が可能となる。
　（ｆ）上記第１実施形態では、位相が９０°異なる４通りの光パターンの下で撮像された４通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相の異なる３通りの光パターンの下で撮像された３通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成としてもよい。
　また、キャリブレーションを行う際に、光源の輝度を変えて複数回行う構成としてもよい。かかる構成とすれば、下記式（２８）に示すようなカメラ５の暗電流（オフセット）Ｃまで求めることができる。
　Ａ＝ＫＢ＋Ｃ　　　　　　　　　　・・・（２８）
　但し、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｃ：カメラの暗電流（オフセット）、Ｋ：比例定数。
　あるいは、ゲインＡとオフセットＢとの関係は、式として求めることなく、ゲインＡとオフセットＢとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインＡからオフセットＢあるいはオフセットＢからゲインＡを求めることが可能に構成しても良い。
　また、キャリブレーションに代えて、第１計測処理において用いる上記４通りの第１光パターンの下で撮像された４通りの画像データを利用してゲインＡとオフセットＢとの関係（比例定数Ｋ）を求めても良い。従って、かかる処理を行う機能により本実施形態における関係把握手段が構成されることとなる。
　（ｇ）第１撮像処理及び第２撮像処理の実行順序や、液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理の実行タイミングなど、検査ルーチンは上記第１実施形態（図３参照）や第３実施形態（図８参照）に限定されるものではなく、第１撮像処理や第２撮像処理の実行回数等に応じて種々の組み合わせが可能である。
　例えば上記第１実施形態では、１回目の第２撮像処理が終了した後、所定時間経過後（例えば１１ｍｓｅｃ後）に両液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂの切替処理を同時に開始する構成となっているが、これに限らず、例えば第２撮像処理の終了と同時に又は所定時間経過後（例えば４ｍｓｅｃ後）に第２液晶格子４Ｂｂの切替処理を単独で開始する構成としてもよい。つまり、第１液晶格子４Ａｂの切替処理と第２液晶格子４Ｂｂの切替処理の一部が重複して行われると共に、第２液晶格子４Ｂｂの切替処理中に２回目の第１撮像処理が行われる構成としてもよい。但し、第１計測処理の計測精度の低下抑制を図る上では、上記第１実施形態のように、第２液晶格子４Ｂｂの切替処理が、第１液晶格子４Ａｂの切替処理と同時に行われることが好ましい。
　（ｈ）上記実施形態では、計測精度の高い第１計測処理の計測結果を主として用いる一方、一部のデータ欠落部分に関しては、第２計測処理の計測結果で補完することで、全体としては計測精度が高くかつデータの欠落部分が少ない計測データを取得する構成となっているが、これに限らず、第２計測処理の計測結果を主として用いる一方、一部のデータ欠落部分に関して、第１計測処理の計測結果で補完する構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、第１計測処理により計測困難であった領域に関してのみ、第２計測処理を実行する構成となっているが、これに限らず、所定の検査エリアのうち、第２光パターンの下で取得した２通りの画像データを基に三次元計測可能な領域すべてにおいて第２計測処理を実行し、そこから第１計測処理により計測困難であった領域に対応するデータを抽出する構成としてもよい。
　（ｉ）上記実施形態では、カメラ５の撮像処理について「撮像」としか記載していないが、より詳しくは、実質的な撮像にあたる露光処理と、撮像したデータの転送処理とに分けられる。
　従って、カメラ５として、一般のＣＣＤカメラ等を用いた場合には、露光中にデータ転送を行うことができないため、上記第３実施形態のように第１撮像処理及び第２撮像処理を連続して行う場合には、図９（ａ）に示す例のように、露光処理とデータ転送処理とを交互に繰り返すこととなる。
　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９（ｂ）に示す例のように、第１の露光により取得した第１のデータ転送中に、第２の露光が終了しないぎりぎりのタイミングで、該第２の露光を開始すれば、第１の露光により取得したデータの消失を防止しつつ、第１撮像処理及び第２撮像処理に要する撮像時間を極力短くすることができる。
　一方、露光時間が転送時間よりも長く設定されている場合には、図９（ｃ）に示す例のように、第１の露光の終了直後に第２の露光を開始すれば、第１撮像処理及び第２撮像処理に要する撮像時間を極力短くすることができる。
　（ｊ）上記実施形態では、照明装置４Ａ，４Ｂが、カメラ５の撮像方向である略鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って視た平面視（Ｘ－Ｙ平面）において、プリント基板２を挟んで相対向する位置に、プリント基板２を中心に平面視等間隔で配置されている。これに限らず、照明装置４Ａ，４Ｂの配置は、各光パターンが照射されない影の部分が生じないよう、プリント基板２の構成等に応じて任意に設定可能である。
　例えば上記実施形態では、各光パターンが、矩形状のプリント基板２の一対の辺と平行にＸ軸方向に沿って照射される。つまり、光パターンの縞が、Ｘ軸方向に直交し、かつ、Ｙ軸方向に平行に照射される構成となっている。これに限らず、例えば光パターンの縞が、矩形状のプリント基板２やカメラ５の撮像視野（検査エリア）の各辺に対し斜め（例えば平面視斜め４５度）に交差するように照射される構成としてもよい。
　（ｋ）上記実施形態では、各光パターンの周期（縞ピッチ）について特に言及していないが、各光パターンの周期を異ならせた構成としてもよい。例えば第１光パターンを第１周期（例えば６００μｍ）の光パターンとすると共に、第２光パターンを前記第１周期よりも長い第２周期（例えば８００μｍ）の光パターンとしてもよい。このように周期の短い第１光パターンと、周期の長い第２光パターンとを組合わせて計測を行うようにすれば、長い周期の第２光パターンを利用するメリットである計測可能な高さレンジを大きくできること、及び、周期の短い第１光パターンを利用するメリットである分解能の高い高精度な計測を実現できることの双方の効果を得ることができる。結果として、広ダイナミックレンジで高分解能の計測を行うことができ、より高精度な計測を実現することができる。
　ここで、１種類１方向のみならず、同種（同周期）の光パターンを複数方向から照射する構成としてもよい。例えば、上記実施形態のように相対向して配置される第１照明装置４Ａ及び第２照明装置４Ｂを２組備え、該４つの照明装置４Ａ，４Ｂを、プリント基板２を中心に９０°間隔で配置した構成としてもよい。
　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、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。
　１…基板検査装置、２…プリント基板、４Ａ…第１照明装置、４Ａａ…第１光源、４Ａｂ…第１液晶格子、４Ｂ…第２照明装置、４Ｂａ…第２光源、４Ｂｂ…第２液晶格子、５…カメラ、６…制御装置、２４…画像データ記憶装置、２５…演算結果記憶装置、２６…設定データ記憶装置、Ａ…ゲイン、Ｂ…オフセット、Ｋ…比例定数。

Claims (13)

  1. 　所定の光を発する第１光源、及び、該第１光源からの光を縞状の光強度分布を有する第１光パターンに変換する第１格子を有し、該第１光パターンを第１位置から被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
    　前記第１格子の移送又は切替を制御し、前記第１照射手段から照射する前記第１光パターンの位相を第１所定数通りに変化させる第１格子制御手段と、
    　所定の光を発する第２光源、及び、該第２光源からの光を縞状の光強度分布を有する第２光パターンに変換する第２格子を有し、該第２光パターンを前記第１位置とは異なる第２位置から被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
    　前記第２格子の移送又は切替を制御し、前記第２照射手段から照射する前記第２光パターンの位相を前記第１所定数通りよりも少ない第２所定数通りに変化させる第２格子制御手段と、
    　前記第１光パターン又は第２光パターンの照射された前記被計測物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
    　前記撮像手段により撮像された画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
    　前記第１所定数通りに位相変化させた前記第１光パターンを照射して行われる前記第１所定数回の撮像処理のうちの１回分である第１撮像処理、又は、前記第２所定数通りに位相変化させた前記第２光パターンを照射して行われる前記第２所定数回の撮像処理のうちの１回分である第２撮像処理のうちの一方の撮像処理を実行した後、該一方の撮像処理に係る前記第１格子又は前記第２格子の移送又は切替処理の完了を待つことなく、前記両撮像処理のうちの他方の撮像処理を実行可能な構成であって、
    　前記画像処理手段は、
    　前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な第１計測手段と、
    　前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、前記画像データ上の各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値とを利用して、前記被計測物の三次元計測を実行可能な第２計測手段と、
    　前記両光パターンのうちの一方の光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、前記両計測手段のうち該一方の光パターンに係る計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該一方の光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、前記両光パターンのうちの他方の光パターンに係る計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得する計測値取得手段とを備えていることを特徴とする三次元計測装置。
  2. 　前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
  3. 　前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
  4. 　前記第２所定数が２の場合において、
    　２通りに位相変化させた前記第２光パターンの相対位相関係をそれぞれ０、γとしたときの２通りの画像データの各画素の輝度値をそれぞれＶ0、Ｖ1とした場合に、
    　前記第２計測手段は、三次元計測を行うに際し、
    　下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。
    　Ｖ0＝Ａsinθ＋Ｂ　　　　　　・・・（１）
    　Ｖ1＝Ａsin（θ＋γ）＋Ｂ　　・・・（２）
    　Ａ＝ＫＢ　　　　　　　　　　・・・（３）
    　但し、γ≠０、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｋ：比例定数。
  5. 　γ＝１８０°としたことを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。
  6. 　γ＝９０°としたことを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。
  7. 　予めキャリブレーションにより算出した前記ゲイン及びオフセットの関係を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
  8. 　前記第１所定数回の第１撮像処理により取得した前記第１所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
  9. 　前記第２所定数回の第２撮像処理により取得した前記第２所定数通りの画像データを基に、前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
  10. 　前記計測値取得手段は、前記第１光パターンの照射により計測可能な領域に関しては、前記第１計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得し、かつ、該第１光パターンの照射により計測困難な領域に関しては、他方の第２光パターンに係る第２計測手段の計測結果を該領域に係る計測値として取得することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。
  11. 　前記第１撮像処理の終了と同時に、該第１撮像処理に係る前記第１格子の移送又は切替処理を開始可能とすると共に、
    　前記第１格子の移送又は切替処理の終了と同時に、前記第１撮像処理を開始可能とし、
    　前記第１格子の移送又は切替処理の実行中に、前記第２撮像処理を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。
  12. 　少なくとも前記第２格子の移送又は切替処理を、前記第１格子の移送又は切替処理と同時に行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。
  13. 　前記被計測物が、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の三次元計測装置。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10726574B2 (en) 2017-04-11 2020-07-28 Dolby Laboratories Licensing Corporation Passive multi-wearable-devices tracking
CN108181324A (zh) * 2018-01-05 2018-06-19 佛山职业技术学院 一种基于机器视觉的木板表面检测方法
JP7062447B2 (ja) * 2018-01-19 2022-05-06 キヤノン株式会社 放射線撮影装置、転送制御方法及びプログラム
WO2019177066A1 (ja) 2018-03-16 2019-09-19 日本電気株式会社 ３次元形状計測装置、３次元形状計測方法、プログラム及び記録媒体
JP7090447B2 (ja) * 2018-03-22 2022-06-24 株式会社キーエンス 画像処理装置
JP7178426B2 (ja) * 2018-12-28 2022-11-25 ヤマハ発動機株式会社 三次元計測装置、及び、ワーク作業装置
JP7000380B2 (ja) * 2019-05-29 2022-01-19 Ckd株式会社 三次元計測装置及び三次元計測方法
TWI741304B (zh) * 2019-05-30 2021-10-01 國立清華大學 足底形貌及壓力量測系統
JP7030079B2 (ja) * 2019-06-12 2022-03-04 Ckd株式会社 三次元計測装置及び三次元計測方法
WO2020263054A1 (ko) * 2019-06-28 2020-12-30 주식회사 고영테크놀러지 대상체의 3차원 형상을 결정하기 위한 장치 및 방법
US11639846B2 (en) 2019-09-27 2023-05-02 Honeywell International Inc. Dual-pattern optical 3D dimensioning
US11450083B2 (en) * 2019-09-27 2022-09-20 Honeywell International Inc. Dual-pattern optical 3D dimensioning
CN111521374B (zh) * 2020-03-19 2022-08-02 富联裕展科技(深圳)有限公司 探测装置、质检设备、质检方法及可读存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009115612A (ja) * 2007-11-06 2009-05-28 Panasonic Electric Works Co Ltd ３次元形状計測装置及び３次元形状計測方法
JP2010243438A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Nikon Corp 三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法
JP2012053015A (ja) * 2010-09-03 2012-03-15 Saki Corp:Kk 外観検査装置及び外観検査方法
JP2013124937A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Ckd Corp 三次元計測装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101190122B1 (ko) * 2008-10-13 2012-10-11 주식회사 고영테크놀러지 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법
JP4715944B2 (ja) * 2009-04-03 2011-07-06 オムロン株式会社 三次元形状計測装置、三次元形状計測方法、および三次元形状計測プログラム
DE102010029091B4 (de) * 2009-05-21 2015-08-20 Koh Young Technology Inc. Formmessgerät und -verfahren
US8878929B2 (en) * 2009-05-27 2014-11-04 Koh Young Technology Inc. Three dimensional shape measurement apparatus and method
TWM395155U (en) * 2010-08-10 2010-12-21 Logistic Technology Co Ltd Dynamic composition image sampling apparatus
WO2012030622A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-08 Dolby Laboratories Licensing Corporation Ambient black level
JP5597774B2 (ja) * 2010-12-29 2014-10-01 コー・ヤング・テクノロジー・インコーポレーテッド 基板検査方法
US8780359B2 (en) * 2012-04-30 2014-07-15 Apple Inc. Optical base plate alignment
WO2013176482A1 (ko) * 2012-05-22 2013-11-28 주식회사 고영테크놀러지 3차원 형상 측정장치의 높이 측정 방법
US20140198185A1 (en) 2013-01-17 2014-07-17 Cyberoptics Corporation Multi-camera sensor for three-dimensional imaging of a circuit board
JP2014228486A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 インスペック株式会社 三次元プロファイル取得装置、パターン検査装置及び三次元プロファイル取得方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009115612A (ja) * 2007-11-06 2009-05-28 Panasonic Electric Works Co Ltd ３次元形状計測装置及び３次元形状計測方法
JP2010243438A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Nikon Corp 三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法
JP2012053015A (ja) * 2010-09-03 2012-03-15 Saki Corp:Kk 外観検査装置及び外観検査方法
JP2013124937A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Ckd Corp 三次元計測装置

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