CN107532889A

CN107532889A - 三维测量装置

Info

Publication number: CN107532889A
Application number: CN201680024062.3A
Authority: CN
Inventors: 今枝昭弘; 大山刚; 坂井田宪彦
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: CN107532889B; JP6027204B1; TW201713919A; TWI607198B; WO2017061131A1; JP2017072385A

Abstract

本发明提供三维测量装置，能够在利用相移法进行三维测量时保持所需的测量精度的同时提高测量速度。基板检查装置(1)包括：从斜上方向印刷基板(2)的表面照射预定的光图案的照明装置(4)；拍摄印刷基板(2)上的照射了光图案的部分的相机(5)；以及实施基板检查装置(1)内的各种控制、图像处理、运算处理的控制装置(6)。控制装置(6)对于包含满足预定的判断条件的膏状焊料的检查区域，通过四次拍摄方式获取图像数据来执行高精度的三维测量，对于除此之外的检查区域，通过两次拍摄方式获取图像数据来短时间内执行三维测量。

Description

三维测量装置

技术领域

本发明涉及利用相移法进行三维测量的三维测量装置。

背景技术

一般来说，在印刷基板上安装电子部件的情况下，首先在配置于印刷基板上的预定的电极图案上印刷膏状焊料。接着，基于该膏状焊料的粘性在印刷基板上临时固定电子部件。之后，所述印刷基板被导入回流炉，通过经过预定的回流工序进行焊接。最近，在被导入回流炉的前一阶段，需要检查膏状焊料的印刷状态，在进行该检查时，有时使用三维测量装置。

近年来，提出了各种使用光的所谓非接触式的三维测量装置，例如提出了与使用相移法的三维测量装置有关的技术。

在利用该相移法的三维测量装置中，通过由发出预定的光的光源和将来自该光源的光转换为具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的光图案的光栅组合构成的照射单元，将光图案照射至印刷基板(被测量物)。并且，使用配置于正上方的拍摄单元观察基板上的点。作为拍摄单元，使用由透镜及拍摄元件等构成的CCD(电荷耦合器件)相机等。

在上述构成之下，由拍摄单元拍摄的图像数据上的各像素的光的强度(亮度)I由下式(U1)给出。

其中，f：增益、e：偏移、光图案的相位。

这里，通过移送或切换控制上述光栅，使光图案的相位例如以四阶段变化，获取具有与它们对应的强度分布I₀、I₁、I₂、I₃的图像数据，基于下式(U2)取消f(增益)和e(偏移)，求出相位

然后，使用该相位角基于三角测量的原理求出印刷基板上的各坐标(X，Y)上的高度(Z)(例如参照专利文献1)。

对于此，近年来，提出了代替上述四次拍摄方式使光图案的相位以三阶段变化、并根据三组图像数据获取相位的三次拍摄方式(例如参照专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开平5-280945号公报；

专利文献2：日本专利文献特开2002-81924号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

然而，四次拍摄方式由于基于更多的图像数据进行测量，因此虽然能够进行高精度的测量，但是测量(尤其是获取图像数据等)需要时间。相反，三次拍摄方式测量时间变短，但是对于相对尺寸小的膏状焊料(测量对象)存在测量精度不够的情况。

因此，在检查包含需要高精度测量的相对尺寸小的膏状焊料的印刷基板等时，由于测量需要大量的时间。

例如，当假设对于预定的测量区域(拍摄区域)一次拍摄所需的时间分别为“10毫秒”、切换一次光栅等所需的时间分别为“20毫秒”时，完成预定的测量区域涉及的所有拍摄处理(最后的拍摄处理)所需的时间是，在四次拍摄方式的情况下，如图8的(a)所示，成为〔拍摄处理所需时间“10毫秒”×四次〕+〔光栅的切换等所需时间“20毫秒”×三次〕＝合计“100毫秒”。另一方面，在三次拍摄方式的情况下，如图8的(b)所示，成为〔拍摄处理所需时间“20毫秒”×三次〕+〔光栅的切换等所需时间“20毫秒”×两次〕＝合计“70毫秒”。

当然，在一张印刷基板上设定有多个测量区域的情况下，测量该一张印刷基板所需的时间分别变成其几倍。

此外，上述问题不一定限于印刷在印刷基板上的膏状焊料等的高度测量，在其他的三维测量装置领域也是存在的。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供当利用相移法进行三维测量时能够保持必要的测量精度的同时提高测量速度的三维测量装置。

用于解决问题的手段

以下，针对适于解决上述问题的各技术方案分项进行说明。另外，根据需要对相应的技术方案标记特有的作用效果。

技术方案1.一种三维测量装置，其特点在于，包括：

照射单元，所述照射单元能够向被测量物(例如印刷基板等)照射具有条纹状的光强度分布的光图案；

拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄被照射了所述光图案的所述被测量物上的预定的测量区域(测量区域)；

图像获取单元，所述图像获取单元构成为控制所述照射单元和所述拍摄单元，使所述光图案的相位变化成多组，能够获取在该各光图案之下分别拍摄的所述测量区域涉及的多组图像(图像数据)，并且能够根据所述测量区域将对所述测量区域应该获取(拍摄)的图像数量进行变更；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够根据由所述图像获取单元获取的图像通过相移法对所述测量区域内的测量对象(例如膏状焊料等)执行三维测量，

所述图像获取单元

在所述测量区域内包含满足预定的判断条件的所述测量对象的情况下，获取在第一预定数量组(例如四组)的相位下照射光图案来拍摄的所述第一预定数量组的图像，

在所述测量区域内不包含满足所述判断条件的所述测量对象的情况下，获取在比所述第一预定数量少的第二预定数量组(例如三组)的相位下照射光图案来拍摄的所述第二预定数量组的图像。

一般地，由三维测量装置测量的印刷基板上印刷有大小不同的各种膏状焊料，其种类和配置根据各测量区域而异。也就是说，即使是包含需要高精度测量的相对尺寸小的膏状焊料的印刷基板，也有可能存在不需要高精度测量的测量区域。

尽管如此，以往对于设定在印刷基板上的所有测量区域通过预先设定的相同的拍摄方式(例如当进行高精度的测量时为四次拍摄方式、当不太需要测量精度要且在较短时间内进行测量时为三次拍摄方式)统一进行测量。

与此相对，根据上述技术方案1，对于包含满足预定的判断条件(例如大小小于预定值)的测量对象的测量区域，能够根据第一预定数量组(例如四组)的图像执行更高精度的三维测量，另一方面，对于除此之外的测量区域，根据比所述第一预定数量少的第二预定数量组(例如三组)的图像在更短时间执行三维测量。

其结果是，当利用相移法进行三维测量时，能够对满足预定的判断条件的测量对象(需要高精度测量的测量对象)保持所需的测量精度，并且提高测量速度。

此外，上述“预定的判断条件”包括测量对象的大小小于预定值(例如“面积”、“体积”、“周长”或“短边长度”小于预定值)、测量对象属于预定的属性(例如安装在作为测量对象的膏状焊料上的部件的种类为预定的种类)等。此外，能够基于预先存储于预定的存储单元的被测量物涉及的设计数据(格伯数据(Gerber数据)等)进行判断在测量区域内是否包含有满足预定的判断条件的测量对象。

技术方案2.在技术方案1所述的三维测量装置中，其特点在于，在所述图像获取单元获取了所述第一预定数量组(例如四组)的图像的情况下，所述图像处理单元对于所述测量区域内的满足所述判断条件的所述测量对象，根据所述第一预定数量组的图像通过相移法进行三维测量，

对于所述测量区域内的不满足所述判断条件的测量对象，根据所述第二预定数量组(例如三组)的图像通过相移法进行三维测量。

根据上述技术方案2，对于不满足预定的判断条件的测量对象(不太需要测量精度的测量对象)，能够根据更少的图像在更短时间进行三维测量。其结果是，能够进一步提高测量速度。

另外，能够使在获取第一预定数量组(例如四组)的图像的情况下的关于“不满足预定的判断条件的测量对象”的测量精度、和当根据在第二预定数量组(例如三组)的相位照射光图案来拍摄的第二预定数量组的图像进行三维测量时的关于“不满足预定的判断条件的测量对象”的测量精度相等。

技术方案3.在技术方案1或2所述的三维测量装置中，其特点在于，包括条件设定单元，所述条件设定单元能够根据外部操作设定所述判断条件。

根据上述技术方案3，能够任意设定预定的判断条件，从而能够提高便利性和普遍性。

技术方案4.在技术方案3所述的三维测量装置中，其特点在于，包括预定时间显示单元，所述预定时间显示单元能够显示在由所述条件设定单元设定的所述判断条件下测量所述被测量物所需的预定时间。

根据上述技术方案4，为了找到满足操作者所需的测量时间和测量精度的最佳的判断条件，不需要提前多次实际操作三维测量装置。其结果是，能够提高便利性。

技术方案5.在技术方案1至4中任一项所述的三维测量装置中，其特点在于，所述图像获取单元在所述测量区域内包含满足所述判断条件的所述测量对象的情况下，获取在作为所述第一预定数量组的四组或三组相位下照射光图案来拍摄的四组或三组图像，在所述测量区域内不包含满足所述判断条件的所述测量对象的情况下，获取在作为所述第二预定数量组的两组相位下照射光图案来拍摄的两组图像。

根据上述技术方案5，对于不满足预定的判断条件的测量对象(不太需要测量精度的测量对象)，能够根据更少的图像在更短时间内进行三维测量。其结果是，能够进一步提高测量速度。

技术方案6.在技术方案1至4中任一个所述的三维测量装置中，其特点在于，所述图像获取单元在所述测量区域内包含满足所述判断条件中的特定条件的所述测量对象的情况下，获取作为所述第一预定数量组以四组相位照射光图案来拍摄的四组图像，在所述测量区域内包含满足所述判断条件的所述测量对象、但不包含满足所述特定条件的所述测量对象的情况下，获取作为所述第一预定数量组以三组相位照射光图案来拍摄的三组图像，在所述测量区域内不包含满足所述判断条件的所述测量对象情况下，获取作为所述第二预定数量组以两组相位照射光图案来拍摄的两组图像。

根据上述技术方案6，除了上述技术方案5的作用效果之外，能够更精细地对应测量对象的差异，从而能够进一步提高测量速度。

进一步，在上述技术方案2的构成下的技术方案6中，如果构成为“在所述图像获取单元获取了四组图像的情况下，所述图像处理单元对于所述测量区域内的满足所述特定条件的所述测量对象，根据四组图像通过相移法进行三维测量，对于所述测量区域内的不满足所述特定条件而满足所述判断条件的所述测量对象，根据三组图像通过相移法进行三维测量，对于所述测量区域内的不满足所述判断条件的测量对象，根据两组图像通过相移法进行三维测量，在所述图像获取单元获取了三组图像的情况下，所述图像处理单元对于所述测量区域内的满足所述判断条件的所述测量对象，根据三组图像通过相移法进行三维测量，对于所述测量区域内的不满足所述判断条件的测量对象，根据两组图像通过相移法进行三维测量”，则能够进一步提高测量精度。

技术方案7.在技术方案5或6所述的三维测量装置中，其特点在于，所述图像处理单元利用通过预定的拍摄条件决定的增益和偏移的关系和根据所述图像上的各像素的亮度值决定的该像素涉及的增益或偏移的值，由此能够根据两组图像通过相移法执行三维测量。

根据上述技术方案7，利用通过预定的拍摄条件决定的增益A和偏移B的关系(例如A＝K(比例常数)×B)和根据图像上的各像素(x，y)的亮度值V(x，y)决定的、该像素(x，y)涉及的增益A(x，y)或偏移B(x，y)的值，由此能够根据两组图像通过相移法进行三维测量。

由此，与需要四组或三组图像的现有技术相比，能够显著缩短测量时间。

一般上述“照射单元”构成为具有发出预定的光的光源、以及将来自该光源的光转换为具有条纹状的光强度分布的光图案的光栅，能够向被测量物照射该光图案。

并且，从光源照射的光首先在通过光栅时被衰减，接着由被测量物(测量对象)反射时被衰减，最后在拍摄单元中被A/D转换(逻辑-数字转换)时被衰减之后作为图像的各像素的亮度值被获取。

因此，通过拍摄单元拍摄的图像的各像素的亮度值能够通过将光源的亮度(亮度)、从光源照射的光通过光栅时的衰减率、光由被测量物反射时的反射率、在拍摄单元中被A/D转换(逻辑-数字转换)时的转换效率等相乘来表现。

例如，光源(均匀光)的亮度：L

光栅的透过率：G＝αsinθ+β

α，β为任意的常数。

在被测量物上的坐标(x，y)的反射率为R(x，y)、

拍摄单元(拍摄元件)的各像素的转换效率为E、

与被测量物上的坐标(x，y)对应的图像上的像素的亮度值为V(x，y)、

被测量物上的坐标(x，y)中的光图案的增益为A(x，y)、

被测量物上的坐标(x，y)中的光图案的偏移为B(x，y)的情况下，能够以下式(F1)表示。

[数式1]

V(x，y)＝L×G×R(x，y)×E

＝A(x，y)sinθ+B(x，y)···(F1)

这里，增益A(x，y)能够根据基于“sinθ＝1”的光的亮度值V(x，y)_MAX与基于“sinθ＝-1”的光的亮度值V(x，y)_MIN之差来表示，因此

例如，在设为

光栅为θ＝0时的透过率(＝平均透过率)：G_θ＝0

光栅为θ＝π/2时的透过率(＝最大透过率)：G_θ＝π/2

光栅为θ＝-π/2时的透过率(＝最小透过率)：G_θ＝-π/2

的情况下能够以下式(F2)表示。

[数式2]

A(x，y)＝{(L×G_θ＝π/2×R(x，y)×E)-(L×G_θ＝-x/2×R(x，y)×E)}/2

＝{(L×R(x，y)×E)×(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2))/2···(F2)

另外，偏移B(x，y)是“sinθ＝0”的光的亮度值V(x，y)，并且是基于“sinθ＝1”的光的亮度值V(x，y)_MAX和基于“sinθ＝-1”的光的亮度值V(x，y)_MIN的平均值，因此能够以下式(F3)表示。

[数式3]

B(x，y)＝L×G_θ＝0×R(x，y)×E

＝{(L×G_θ＝π/2×R(x，y)×E)+(L×G_θ＝-π/2×R(x，y)×E)}/2

＝{(L×R(x，y)×E)×(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)}/2···(F3)

即，亮度值的最大值V(x，y)_MAX、最小值V(x，y)_MIN、平均值V(x，y)_AV能够分别以下式(F4)、(F5)、(F6)表示，成为如图3的曲线图所示的关系。

[数式4]

V(x，y)_MAx＝(L×G_9＝π/2×R(x，y)×E)＝B(x，y)+A(x，y)···(F4)

V(x，y)_MIN＝(L×G_θ＝-x/2×R(x，y)×E)＝B(x，y)-A(x，y)···(F5)

V(x，y)_AV＝(L×R(x，y)×E)×(G_θ＝π/2+G_θ＝-x/2)/2＝B(x，y)···(F6)

由图3可知，预定的坐标(x，y)的亮度值的最大值V(x，y)_MAX和亮度值的最小值V(x，y)_MIN的平均值V(x，y)_AV为偏移B(x，y)，该偏移B(x，y)与最大值V(x，y)_MAX之差、以及该偏移B(x，y)与最小值V(x，y)_MIN之差分别为增益A(x，y)。

另外，亮度值V(x，y)由于与光源的亮度L或反射率R(x，y)成比例变化，因此例如在反射率R成为一半的坐标位置，增益A和偏移B的值也成为一半。

接着，在使上式(F2)、(F3)成为下式(F2′)、(F3′)之后，若将两者相加整理，则导出下式(F7)。

[数式5]

2A(x，y)/(G_θ＝π/2 G_θ＝-π/2)＝(L×R(x，y)×E)···(F2′)

2B(x，y)/(G_θ＝x/2+G_θ＝-π/2)＝(L×R(x，y)×E)···(F3′)

2A(x，y)/(G_θ＝x/2-G_θ＝-π/2)＝2B(x，y)/(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)···(F7)

并且，若针对A(x，y)求解上式(F7)，则成为下式(F8)，能够如图4所示的曲线图那样表示。

[数式6]

A(x，y)＝B(x，y)×π(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2)/(G_θ＝π/2+G_θ＝-x/2)

＝K×B(x，y)···(F8)

其中，比例常数K＝(G_θ＝π/2-G_θ＝-x/2)/(G_θ＝x/2+G_θ＝-π/2)

即，在将光源的亮度L或反射率R(x，y)的一者固定而使另一者变化的情况下，随着偏移B(x，y)增加或减少，增益A(x，y)也与该偏移B(x，y)成比例地增加或减少。根据该式(F8)，如果知道增益A或偏移B的一者，则能够求出另一者。这里，比例常数K与光源的亮度L和反射率R无关，由光栅的透过率G来决定。即，能够如下述的技术方案8、9那样表述。

技术方案8.在技术方案7所述的三维测量装置中，其特点在于，所述增益和偏移的关系是所述增益和所述偏移彼此唯一确定的关系。

如果增益A和偏移B是彼此唯一确定的关系，则例如通过创建表示增益A和偏移B的关系的数表或表数据，能够由增益A求出偏移B，或者由偏移B求出增益A

技术方案9.在技术方案7所述的三维测量装置中，其特点在于，所述增益和偏移的关系是所述增益和所述偏移成比例的关系。

如果增益和偏移是比例关系，则例如能够以A＝K×B+C(其中，C：相机的暗电流(偏移))那样的关系式表示，能够由增益A求出偏移B或者由偏移B求出增益A。进而，能够成为下述的技术方案10那样的构成。

技术方案10.在技术方案7至9中任一个所述的三维测量装置中，其特点在于，在所述两组图像涉及的光图案的相对相位关系分别为0、γ时的该两组图像的各像素的亮度值分别为V₀、V1的情况下，

所述图像处理单元求出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位θ，基于该相位θ进行三维测量。

V₀＝A sinθ+B……(1)

V₁＝A sin(θ+γ)+B……(2)

A＝KB……(3)

其中，γ≠0，A：增益，B：偏移，K：比例常数。

根据上述技术方案10，通过将上式(3)代入到上式(1)，能够导出下式(4)。

V₀＝KBsinθ+B……(4)

如果针对偏移B求解上式，则能够导出下式(5)。

B＝V₀/(Ksinθ+1)……(5)

另外，通过将上式(3)代入到上式(2)，则能够导出下式(6)。

V₁＝KBsin(θ+γ)+B……(6)

如果将上式(6)代入到上式(5)，如下述[数式7]所示那样整理，则能够导出下式(7)。

[数式7]

V₁＝K×{V₀/(K sinθ+1)}sin(θ+γ)+{V₀/(K sinθ+1))V₁×(K sinθ+1)＝K V₀sin(θ+γ)+V₀

＝K V₀{sinθcosγ+sinγcosθ}+V₀-V₁K sinθ+KV₀cosγsinθ+K V₀sin γcosθ+V₀-V₁＝0

K(V₀cosγ-V₁)sinθ+K V₀sinγcosθ+(V₀-V₁)＝0

(V₀cosγ-V₁)sinθ+V₀sinγcosθ+(V₀-V₁)/K＝0···(7)

这里，如果设置为“V₀cosγ-V₁＝a”、“V₀sinγ＝b”、“(V₀-V₁)/K＝c”，则上式(7)能够如下式(8)那样表示。

asinθ+bcosθ+c＝0……(8)

这里，如下述[数式8]所示，如果针对相位θ求解上式(8)，则能够导出下述[数式9]所示的下式(9)。

[数式8]

b²-b²sin²θ＝c²+2ac sinθ+a²sin²θ

(a²+b²)sin²θ+2ac sinθ+c²＝0

[数式9]

其中，a＝V₀cos_γ-V₁

b＝V₀sinγ

c＝(V₀-V₁)/K

因此，上述技术方案10中的“求出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位θ，并基于该相位θ进行三维测量”可以说成“基于下式(9)求出相位θ，并基于该相位θ进行三维测量”。当然，得到相位θ的算法不限于上式(9)，如果满足上式(1)、(2)、(3)的关系，则也可以采用其他的构成。

此外，如果考虑上述的相机的暗电流C等，则能够进一步提高测量精度。

技术方案11.在技术方案10所述的三维测量装置中，其特点在于，γ＝180°。

根据上述技术方案11，能够根据在相位相差180°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像进行三维测量。

在上式(2)中，通过设定为γ＝180°，能导出下式(10)。

V₁＝Asin(θ+180°)+B

＝-Asinθ+B……(10)

并且，根据上式(1)、(10)能够导出下式(11)，如果针对偏移B求解下式(11)，则能够导出下式(12)。

V₀+V₁＝2B……(11)

B＝(V₀+V₁)/2……(12)

并且，通过将上式(12)代入到上式(3)，能够导出下式(13)。

A＝KB

＝K(V₀+V₁)/2……(13)

此外，如果针对“sinθ”整理上式(1)，则变为下式(1′)。

sinθ＝(V₀-B)/A……(1′)

并且，通过将上式(12)、(13)代入到上式(1′)，则能够导出下式(14)。

sinθ＝{V₀-(V₀+V₁)/2}/{K(V₀+V₁)/2}

＝(V₀-V₁)/K(V₀+V₁)……(14)

这里，如果针对相位θ求解上式(14)，则能够导出下式(15)。

θ＝sin^-1[(V₀-V₁)/K(V₀+V₁)]……(15)

即，相位θ能够根据已知的亮度值V₀、V₁和常数K确定。

如此，根据上述技术方案11，能够基于比较简单的运算式求出相位角θ，当进行被测量物的三维测量时，能够进一步加快处理。

技术方案12.在技术方案10所述的三维测量装置中，其特点在于，γ＝90°。

根据上述技术方案12，根据在相位相差90°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像进行三维测量。

在上式(2)中，通过设定为γ＝90°，导出下式(16)。

V₁＝Asin(θ+90°)+B

＝Acosθ+B……(16)

如果针对“cosθ”整理上式(16)，则变为下式(17)。

cosθ＝(V₁-B)/A……(17)

此外，如果针对“sinθ”整理上式(1)，则如上所述变为下式(1′)。

sinθ＝(V₀-B)/A……(1′)

接着，如果将上述式(1′)、(17)代入到下式(18)，则变为下式(19)，并且通过进一步整理下式(19)，导出下式(20)。

sin²θ+cos²θ＝1……(18)

{(V₀-B)/A}²+{(V₁-B)/A}²＝1……(19)

(V₀-B)²+(V₁-B)²＝A²……(20)

并且，如果向上式(20)代入上式(3)，则变为下式(21)，并且通过进一步整理下式(21)，导出下式(22)。

(V₀-B)²+(V₁-B)²＝K²B²……(21)

(2-K²)B²-2(V₀+V₁)B+V₀ ²V₁ ²＝0……(22)

这里，如果针对偏移B求解上式(22)，则能够导出下式(23)。

[数式10]

其中，B＞0

即，偏移B能够根据已知的亮度值V₀、V₁和常数K确定。

另外，如果在下式(24)代入上式(1′)、(17)，则变为下式(25)，并且通过进一步整理该式(25)，导出下式(26)。

tanθ＝sinθ/cosθ……(24)

＝{(V₀-B)/A}/{(V₁-B)/A}……(25)

＝(V₀-B)/(V₁-B)……(26)

并且，如果针对相位θ求解上式(26)，则能够导出下式(27)。

θ＝tan^-1{(V₀-B)/(V₁-B)}……(27)

即，相位θ能够通过使用上式(23)，根据已知的亮度值V₀、V₁和常数K来确定。

如此，根据上述技术方案12，由于能够基于使用“tan-¹”的运算式求出相位θ，因此能够在-180°～180°的360°的范围进行三维测量，能够进一步增大测量区域。

技术方案13.在技术方案7至12中的任一个所述的三维测量装置中，其特点在于，包括关系掌握单元，所述关系掌握单元用于预先掌握所述增益和偏移的关系。

作为关系掌握单元例如可以举出预先通过校准来掌握增益和偏移的关系的构成。例如，向基准板照射相位变化成三组或四组的光图案，基于这些光图案之下分别拍摄的三组或四组图像确定各像素中的增益A和偏移B，根据上式(3)决定常数K。根据该构成，能够在各像素中进行更精确的测量。

此外，作为关系掌握单元例如可以举出根据单独进行测量时(实测时)拍摄的图像掌握增益和偏移的关系的构成。根据该构成，能够省略校准的工时，可以进一步缩短测量时间。

这里，上述“单独进行测量时拍摄的图像”中，例如不仅包含在相位变化成四组或三组的光图案之下分别拍摄的四组或三组图像，还包含在相位变化成两组的光图案之下分别拍摄的两组图像。

此外，当根据在相位变化成两组的光图案之下分别拍摄的两组图像掌握增益和偏移的关系时，例如使用上式(12)等针对图像的所有像素求出偏移B，提取其中偏移B值一致的像素的亮度值V，创建其直方图。并且，根据该直方图决定亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN。

如上所述，亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN的平均值为偏移B，最大值V_MAX和最小值V_MIN之差的一半为增益A。基于此，能够根据上式(3)决定常数K。

技术方案14.在技术方案1至13中任一个所述的三维测量装置中，其特点在于，所述测量对象是印刷在作为所述被测量物的印刷基板上的膏状焊料，或者是形成在作为所述被测量物的晶圆基板上的焊料凸起。

根据上述技术方案14，能够进行印刷在印刷基板上的膏状焊料、或者形成在晶圆基板上的焊料凸起的高度测量等。进而，在膏状焊料或焊料凸起的检查中，能够基于该测量值进行膏状焊料或焊料凸起的好坏判断。因此，在该检查中，能够获得上述各技术方案的作用效果，可准确地进行好坏判断。其结果是，能够提高焊料印刷检查装置或焊料凸起检查装置的检查精度。

附图说明

图1是示意性地示出基板检查装置的简要立体图。

图2是示出基板检查装置的电构成的框图。

图3是示出光源的亮度或反射率与亮度值的关系的曲线图。

图4是示出增益与偏移的关系的曲线图。

图5是示出条件设定画面的图。

图6是示出检查例程的流程图。

图7是示出用于说明膏状焊料和检查区域的配置关系等的印刷基板的一实施例的示意图。

图8的(a)～(c)是用于说明相机和照明装置的处理动作的时序图。

图9是表示各数据区间所包含的亮度值的数量的分布的分布表。

图10是表示各数据区间所包含的亮度值的数量的分布的直方图。

图11是示出在另一个实施方式中的条件设定画面的图。

图12是示出在另一个实施方式中的条件设定画面的图。

具体实施方式

第一个实施方式

以下，参照附图来说明一个实施方式。图1是示意性地示出具备本实施方式中的三维测量装置的基板检查装置1的简要构成图。如该图所示，基板检查装置1包括：放置台3，用于放置作为被测量物的印刷基板2，在印刷基板2上印刷有作为测量对象的膏状焊料；照明装置4，作为照射单元从斜上方向印刷基板2的表面照射预定的光图案；相机5，作为拍摄单元用于拍摄印刷基板2上的照射光图案的部分(也就是说来自该部分的反射光)；控制装置6，用于实施照明装置4和相机5的驱动控制等在基板检查装置1内的各种控制和图像处理、运算处理。控制装置6构成本实施方式中的图像获取单元和图像处理单元。

在放置台3上设置有马达15、16，通过由控制装置6驱动控制该马达15、16，由此使放置于放置台3上的印刷基板2向任意的方向(X轴方向和Y轴方向)滑动。

照明装置4包括发出预定的光的光源4a、以及将来自该光源4a的光转换为具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的光图案的液晶光栅4b，能够从斜上方向印刷基板2照射相位变化成多组的条纹状的光图案。

更具体地说，在照明装置4中，从光源4a发出的光通过光纤被引导至一对聚光透镜，在那里成为平行光。该平行光经由液晶光栅4b被引导至投影透镜。然后，从投影透镜向印刷基板2照射条纹状的光图案。

液晶光栅4b在一对透明基板之间形成液晶层，并且包括配置于一个透明基板上的共同电极、以及以与该共同电极对置的方式在另一个透明基板上并列设置多个的带状电极，通过驱动电路对与各带状电极分别连接的开关元件(薄膜晶体管等)进行接通断开控制，通过控制施加给各带状电极的电压，切换与各带状电极对应的各光栅线的透光率，形成由透光率高的“明部”和透光率低的“暗部”构成的条纹状的光栅图案。并且，经由液晶光栅4b照射到印刷基板2上的光由于因衍射作用引起的模糊等而成为具有正弦波状的光强度分布的光图案。此外，液晶光栅4b中的光栅样式由控制装置6(光栅控制单元)进行切换控制。

相机5由透镜和拍摄元件等构成。作为拍摄元件，采用了CMOS传感器。当然，拍摄元件不限于此，例如也可以采用CCD传感器等。

由相机5拍摄的图像数据在该相机5内部被转换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置6，并存储于后述的图像数据存储装置24中。并且，控制装置6基于该图像数据实施后述的图像处理和检查处理等。

接着，对控制装置6的电构成进行说明。如图2所示，控制装置6包括：执行基板检查装置1整体的控制的CPU和输入输出接口21(以下称为“CPU等21”)；由键盘和鼠标、触摸面板等构成的作为“输入单元”的输入装置22；具有CRT或液晶等显示屏幕的作为“显示单元”的显示装置23；用于存储由相机5拍摄的图像数据的图像数据存储装置24；用于存储各种运算结果的运算结果存储装置25；用于预先存储Gerber数据(设计数据)、后述的校准数据等各种信息的设定数据存储装置26。此外，这些各装置22～26与CPU等21电连接。

接着，详细说明基板检查装置1对印刷基板2的检查顺序。首先，说明开始检查印刷基板2之前进行的校准。校准是为了掌握光图案的波动(相位分布)的。

在液晶光栅4b中，由于与各带状电极连接的各晶体管的特性(偏移、增益等)的偏差，施加给上述各带状电极的电压也会产生偏差，因此即使是相同的“明部”和“暗部”，透光率(亮度级别)也会针对与各带状电极对应的各行而产生偏差。其结果是，照射到被测量物上的光图案也不会成为正弦波状的理想的光强度分布，三维测量结果有可能会产生误差。

因此，预先掌握光图案的波动(相位分布)，进行所谓的校准等。

作为校准的顺序，首先与印刷基板2分开地，准备高度位置0且形成平面的基准面。基准面与作为测量对象的膏状焊料成为同一颜色。也就是说，光图案的反射率与膏状焊料相等。

接着，通过对上述基准面照射光图案的同时由相机5拍摄该反射光，得到包括各坐标的亮度值的图像数据。在本实施方式中，在进行校准时，使光图案的相位每90°进行变换，获取在各光图案下分别拍摄的四组图像数据。

并且，控制装置6根据上述四组图像数据算出各像素(坐标)中的光图案的相位θ，将该相位θ作为校准数据存储于设定数据存储装置26。

进一步，在本实施方式中，根据上述四组图像数据确定各像素中的光图案的增益A和偏移B、以及两者的关系(参照图3、4)，将这些作为校准数据存储于设定数据存储装置26。

这里，更详细说明算出增益A和偏移B的顺序。四组图像数据的各像素中的亮度值(V₀、V₁、V₂、V₃)与增益A和偏移B的关系可以由下式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)表示。

[数式11]

V₀＝A sinθ+B···(H1)

V₁＝A sin(θ+90°)+B＝A cosθ+B···(H2)

V₂＝A sin(θ+180°)+B＝-A sinθ+B···(H3)

V_a＝A sin(θ+270°)+B＝-A cosθ+B···(H4)

并且，若将四组图像数据的亮度值(V₀，V₁，V₂，V₃)相加，并如下述[数式12]所示那样整理上式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)，则能够导出下式(H5)。

[数式12]

V₀+V₁+V₂+V₃＝(A sinθ+B)+(A cosθ+B)+(-A sinθ+B)+(-A cosθ+B)

＝4B

B＝(V₀+V₁+V₂+V₃)/4···(H5)

另外，能够根据上式(H1)、(H3)导出下式(H6)。

[数式13]

根据v₀-V₂＝2 A sinθ

sinθ＝(V₀-V₂)/2A···(H6)

另外，能够根据上式(H2)、(H4)导出下式(H7)。

[数式14]

根据V₁-V₃＝2 A cosθ

cosθ＝(V₁-V₃)/2A···(H7)

并且，如下述[数式15]所示，若将上式(H6)、(H7)代入到下式(H8)进行整理，则能够导出下式(H9)。

[数式15]

1＝sin²θ+cos²θ···(H8)

1＝{(V₀-V₂)/2A}²+{(V₁-V₃)/2A}²

4A²＝(V₀-V₂)²+(V₁-V₃)²

其中，A＞0

进一步，基于从上式(H5)、(H9)导出的下式(H10)算出增益A和偏移B的比例常数K。

[数式16]

并且，将如上述那样算出的各像素中的光图案的增益A、偏移B以及比例常数K作为校准数据存储于设定数据存储装置26。当然，也可以成为仅将比例常数K作为校准数据而存储的构成。因此，由用于决定比例常数K的上述一连串的处理功能构成本实施方式中的关系掌握单元。

此外，在本实施方式中，为基于在相位有90°不同的四组光图案之下分别拍摄的四组图像数据进行校准的构成，但是不限于此，例如也可以为基于在相位不同的三组的光图案之下分别拍摄的三组图像数据进行校准的构成。

另外，也可以为在进行校准时改变光源的亮度进行多次的构成。如果成为该构成，则能够求出下式(28)所示那样的相机5的暗电流(偏移)C。

A＝KB+C……(28)

其中，A：增益、B：偏移、C：相机的暗电流(偏移)、K：比例常数。

或者，增益A与偏移B的关系不作为式子求出，也可以构成为通过创建表示增益A与偏移B的关系的数表和表数据，能够根据增益A求出偏移B或者根据偏移B求出增益A。

另外，代替校准，在另外进行测量时(实测时)，也可以为以下构成：利用在相位变化为四组(或三组)的光图案之下分别拍摄的四组(或三组)图像数据来求出增益A与偏移B的关系(比例常数K)。

接着，说明在开始检查印刷基板2之前进行的条件设定处理。条件设定处理用于预先设定预定的判断条件，所述预定的判断条件用于在作为图像获取单元的控制装置6决定针对各检查区域(测量区域)所要获取(拍摄)的图像数据数(拍摄次数)时参照。因此，通过执行该条件设定处理的控制装置6的功能(包括输入装置22、显示装置23)构成本实施方式中的条件设定单元。

如后面所述，在本实施方式中，当在检查区域内包含有满足这里设定的判断条件的膏状焊料时，获取在相位变化成作为第一预定数量组的四组的光图案之下分别拍摄的四组图像数据，另一方面，当在检查区域内未包含满足所述判断条件的膏状焊料时，获取在相位变化成作为第二预定数量组的两组的光图案之下分别拍摄的两组图像数据。

本实施方式中的条件设定处理通过显示于显示装置23上的条件设定画面230(参照图5)来进行。在条件设定画面230上设置有可以作为判断条件而设定的多个项目栏。

更具体地说，设置有可以将安装在膏状焊料上的电子部件为预定种类作为一个判断条件设定的“属性”项目栏231、可以将膏状焊料的体积小于预定值作为一个判断条件设定的“体积”项目栏232、可以将膏状焊料的面积小于预定值作为一个判断条件设定的“面积”项目栏233、可以将膏状焊料的周长小于预定值作为一个判断条件设定的“周长”项目栏234、可以将膏状焊料的短边长度小于预定值作为一个判断条件设定“短边长度”项目栏235。

在各项目栏231～235中，设置有用于选择该项目的复选框236。在本实施方式中构成为，例如可以同时选择诸如“属性”和“体积”的多个项目。但是，在本实施方式中构成为，当选择多个项目(条件)时，如果满足任一项目，则满足判断条件(所谓“或”条件)。当然，代替此，也可以构成为满足多个项目(条件)的全部时为满足判断条件(所谓“与”条件)。

在“属性”项目栏231中，作为成为判断条件的电子部件的种类举出了SOP(SmallOutline Package：小外形封装)、SOJ(Small Outline J-leaded：小型J引脚)、SOT(SmallOutline Transistor：小外形晶体管)、QFP(Quad Flat Package：四方扁平封装)、PLCC(Plastic leaded chip carrier：塑料式引线芯片载体)、BGA(Ball grid array：球栅阵列)。当然，成为判断条件的电子部件的种类不限于此，例如也可以将LGA(Land gridarray：平面栅格阵列)等其他种类设定为判断条件。

另外，在“属性”项目栏231中，对应于电子部件的各种类，设置有用于选择这些种类的复选框237。这里，在复选框237打钩所选择的预定种类的电子部件设定为判断条件之一，并存储在设定数据存储装置26。

此外，通过在“属性”项目栏231的复选框236上打钩来选择该“属性”项目，各种类的复选框237才可以输入(可以选择)打钩。另外，在本实施方式中构成为，例如可以同时选择诸如“SOP”和“SOJ”的多个种类。但是，在本实施方式中，当选择了多个种类(条件)时，如果满足任一种类，则满足判断条件(所谓“或”条件)。

另一方面，在“体积”、“面积”、“周长”以及“短边长度”的各项目栏232～235中，设置有用于输入成为判断条件的数值的输入栏238。这里，将输入栏238中输入的数值设定为判断条件之一，并存储在设定数据存储装置26。此外，通过在分别对应的各项目栏232～235的复选框236上打钩来选择该项目，各输入栏238才可以输入(可以选择)数值。

例如，这里，当将〔“体积”小于“1mm³”〕作为判断条件设定时，在检查区域内包含〔“体积”小于“1mm³”〕的膏状焊料的情况下，通过四次拍摄方式获取图像数据，另一方面，在检查区域内未包含〔“体积”小于“1mm³”〕的膏状焊料的情况下，通过两次拍摄方式获取图像数据。

接着，参照图6的流程图详细说明针对各检查区域进行的检查例程。该检查例程由控制装置6(CPU等21)执行。

控制装置6首先驱动控制马达15、16使印刷基板2移动，将相机5的视野与印刷基板2上的预定的检查区域吻合。此外，检查区域是以相机5的视野的大小作为一个单位而预先分割印刷基板2的表面之中的一个区域。

并且，在步骤S101中，判断在该检查区域内是否包含有满足在上述条件设定处理中设定的预定的判断条件(例如体积小于预定值)的膏状焊料。这里的判断参照预先存储的Gerber数据来进行。

在Gerber数据中，例如存储有设置在印刷基板2上的焊盘、以及印刷在该焊盘上的理想的膏状焊料的位置、大小、形状等，并且存储有这些焊盘、膏状焊料所属的电子部件的种类等。

这里，在检查区域内包含满足所述判断条件的膏状焊料的情况下，转移到步骤S102，对于该检查区域，通过四次拍摄方式获取图像数据。也就是说，获取在四组相位照射光图案来拍摄的四组图像数据。

更具体地说，控制装置6首先将照明装置4的液晶光栅4b进行切换控制，并将形成在该液晶光栅4b上的光栅的位置设定为预定的基准位置(相位“0°”的位置)。

如果液晶光栅4b的切换设定完成，则控制装置6在预定的定时Ta1开始在相位“0°”的光图案之下的第一次拍摄处理(参照图8的(a)。

具体而言，使照明装置4的光源4a发光并开始照射光图案，同时驱动控制相机5来开始拍摄照射该光图案的检查区域部分。该拍摄处理的顺序在后述的第二～第四次的拍摄处理中也相同。

然后，控制装置6在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中为10毫秒(msec))之后的定时Ta2结束第一次的拍摄处理。也就是说，光图案的照射结束的同时，该光图案涉及的第一次拍摄结束。这里，由相机5拍摄的图像数据被传送到图像数据存储装置24并存储(以下相同)。

同时，控制装置6在定时Ta2开始照明装置4的液晶光栅4b的切换处理。具体而言，开始将形成在液晶光栅4b上的光栅的位置从基准位置(相位“0°”的位置)切换到光图案的相位偏移四分之一间距的相位“90°”的位置的处理。

然后，控制装置6在从液晶光栅4b的切换处理开始(定时Ta2)经过预定时间(在本实施方式中为20毫秒)之后的定时Ta3结束该切换处理。

与液晶光栅4b的切换处理结束的同时，控制装置6在定时Ta3开始相位“90°”的光图案之下的第二次拍摄处理，并在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中为10毫秒)之后的定时Ta4结束第二次拍摄处理。

与第二次的拍摄处理结束的同时，控制装置6在定时Ta4开始照明装置4的液晶光栅4b的切换处理。具体而言，开始将形成在照明装置4的液晶光栅4b上的光栅的位置从相位“90°”的位置切换到光图案的相位偏移四分之一间距的相位“180°”的位置的处理。

与液晶光栅4b的切换处理结束的同时，控制装置6在定时Ta5开始相位“180°”的光图案之下的第三次拍摄处理，并在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中为10毫秒)之后的定时Ta6结束第三次拍摄处理。

同时，控制装置6在定时Ta6开始照明装置4的液晶光栅4b的切换处理。具体而言，开始将形成在液晶光栅4b上的光栅的位置从相位“180°”的位置切换到光图案的相位偏移四分之一间距的相位“270°”的位置的处理。

接着，控制装置6在从液晶光栅4b的切换处理开始(定时Ta6)经过预定时间(在本实施方式中为20毫秒)之后的定时Ta7结束该切换处理。

与液晶光栅4b的切换处理结束的同时，控制装置6在定时Ta7开始相位“270°”的光图案之下的第四次拍摄处理，并在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中为10毫秒)之后的定时Ta8结束第四次拍摄处理。

如此，通过进行上述一连串的拍摄处理，获取在相位变化成四组的光图案之下分别拍摄的四个画面的图像数据。

另一方面，在步骤S101中，当判断在检查区域内未包含满足所述判断条件的膏状焊料时，转到步骤S103，对于该检查区域，通过两次拍摄方式获取图像数据。也就是说，获取在两组相位下照射光图案来拍摄的两组图像数据。

更具体地说，控制装置6首先对照明装置4的液晶光栅4b进行切换控制，并将形成在该液晶光栅4b上的光栅的位置设定为预定的基准位置(相位“0°”的位置)。

如果液晶光栅4b的切换设定结束，则控制装置6在预定的定时Tc1开始相位“0°”的光图案之下的第一次拍摄处理(参照图8的(c))。

具体而言，使照明装置4的光源4a发光并开始照射光图案，同时驱动控制相机5来开始拍摄照射该光图案的检查区域部分。该拍摄处理的顺序在后述的第二次的拍摄处理中也是同样的。

然后，控制装置6在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中为10毫秒)之后的定时Tc2结束第一次拍摄处理。也就是说，光图案的照射结束的同时，该光图案涉及的第一次拍摄结束。这里，由相机5拍摄的图像数据被传送到图像数据存储装置24并存储(以下相同)。

同时，控制装置6在定时Tc2开始照明装置4的液晶光栅4b的切换处理。具体而言，开始将形成在液晶光栅4b上的光栅的位置从基准位置(相位“0°”的位置)切换到光图案的相位偏移二分之一间距的相位“180°”的位置的处理。

然后，控制装置6在从液晶光栅4b的切换处理开始(定时Tc2)经过预定时间(在本实施方式中为20毫秒)之后的定时Tc3结束该切换处理。

液晶光栅4b的切换处理结束的同时，控制装置6在定时Tc3开始相位“180°”的光图案之下的第二次拍摄处理，并在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中为10毫秒)之后的定时Tc4结束第二次拍摄处理。

如此，通过进行上述一连串的拍摄处理，获取在相位变化成两组的光图案之下分别拍摄的两个画面的图像数据。

这里举出具体例进行说明。例如在图7中例示的印刷基板2中，对应于安装作为预定的判断条件的BGA、SOP、QFP等电子部件的相对尺寸小的焊盘(省略图示)，印刷有相对尺寸小的膏状焊料Js，并且对应于安装电阻、电容、晶体管等电子部件的相对尺寸大的焊盘(省略图示)，印刷有相对尺寸大的膏状焊料Jb。

因此，在该印刷基板2中，对于仅包含满足预定的判断条件的相对尺寸小的膏状焊料Js的检查区域W1、以及包含满足所述判断条件的相对尺寸小的膏状焊料Js和不满足所述判断条件的相对尺寸大的膏状焊料Jb的检查区域W2，通过四次拍摄方式获取图像数据。另一方面，对于不包含满足所述判断条件的相对尺寸小的膏状焊料Js而仅包含不满足所述判断条件的相对尺寸大的膏状焊料Jb的检查区域W3、W4，通过两次拍摄方式获取图像数据。

然后，在步骤S104中，控制装置6根据在上述步骤S102或步骤S103中获取的图像数据通过相移法进行三维测量(高度测量)。

首先，对在步骤S102中获取的四组图像数据的情况进行说明。控制装置6通过相移法根据上述四组图像数据(各像素的亮度值)算出各像素涉及的光图案的相位θ₁。

这里，上述四组图像数据的各像素涉及的亮度值V₁₀、V₁₁、V₁₂、V₁₃能够由下式(H1′)、(H2′)、(H3′)、(H4′)表示。

[数式17]

V₁₀＝A sinθ₁+B···(H1′)

V₁₁＝A sin(θ₁+90°)+B＝A cosθ₁+B···(H2′)

v₁₂＝A sin(θ₁+180°)+B＝-A sinθ₁+B···(H3′)

V₁₃＝A sin(θ₁+270°)+B＝-A cosθ₁+B···(H4′)

其中，A：增益，B：偏移。

如果针对相位θ₁求解上式(H1′)、(H2′)、(H3′)、(H4′)，则能够导出下式(H11)。

[数式18]

θ₁＝tan^-1{(V₁₀-V₁₂)/(V₁₁-V₁₃)}··(H11)

接着，控制装置6比较如上述那样算出的各像素的相位θ₁和存储于上述设定数据存储装置26的校准数据(基于校准的各像素的相位)，算出具有相同相位的像素的偏移量，基于三角测量原理，算出检查区域的各像素(x，y)涉及的高度数据(z)，并将该高度数据(z)存储于运算结果存储装置25。

例如，当被测量像素(x，y)中的实测值(相位)为“10°”时，检测该“10°”的值在通过校准所存储的数据上位于哪个位置。这里，如果与被测量像素(x，y)相隔三个像素的旁边存在“10°”，则意味着光图案的条纹偏移了三个像素。并且，能够基于光图案的照射角度和光图案的条纹的偏移量，通过三角测量原理，求出被测量像素(x，y)的高度数据(z)。

接着，对在步骤S103中获取的两组图像数据的情况进行说明。控制装置6通过相移法并基于上述两组图像数据(各像素的亮度值)和存储于上述设定数据存储装置26的校准数据(基于校准的各像素的比例常数K)，算出各像素涉及的光图案的相位θ₂。

这里，当上述两组的图像数据的各像素涉及的亮度值为V₂₀、V₂₁时，各像素涉及的光图案的相位θ₂，能够基于上式(15)，由下式(H12)来表示。

θ₂＝sin^-1[(V₂₀-V₂₁)/K(V₂₀+V₂₁)]……(H12)

其中，K：比例常数。

接着，与上述同样地，控制装置6比较如上述那样算出的各像素的相位θ₂和存储于上述设定数据存储装置26的校准数据(基于校准的各像素的相位)，算出具有相同相位的像素的偏移量，基于三角测量原理，算出检查区域的各像素(x，y)涉及的高度数据(z)，并将该高度数据(z)存储于运算结果存储装置25。

接着，在步骤S105中，控制装置6基于上述步骤S104的三维测量结果(各坐标中的高度数据)，进行膏状焊料的好坏判断处理。具体地，控制装置6基于如上述那样得到的检查区域的测量结果，检测比基准面高的膏状焊料的印刷范围，通过对该范围内的各部位的高度进行积分，算出被印刷的膏状焊料的量。

接着，控制装置6将如上求出的膏状焊料的位置、面积、高度或量等数据与预先存储于设定数据存储装置26的基准数据(Gerber数据等)进行比较判断，根据该比较结果是否处于允许范围内来判断该检查区域中的膏状焊料的印刷状态的好坏。

在进行该处理的期间，控制装置6驱动控制马达15、16，将印刷基板2移动至下一个检查区域，之后，在全部的检查区域中反复进行上述一连串的处理，由此印刷基板2整体的检查结束。

如以上详述的那样，根据本实施方式，对于包含满足预定的判断条件(例如，大小小于预定值)的膏状焊料的检查区域，通过四次拍摄方式获取图像数据，以高精度执行三维测量，另一方面，对于除此之外的检查区域，通过两次拍摄方式获取图像数据，由此能够在短时间内执行三维测量。

其结果是，在利用相移法进行三维测量时，使满足预定的判断条件的膏状焊料(需要高精度测量的膏状焊料)保持所需的测量精度的同时，能够实现测量速度的提高。

另外，在本实施方式中，对于不包含满足预定的判断条件的膏状焊料的检查区域，利用通过预定的拍摄条件确定的增益A和偏移B的关系(例如，A＝K(比例常数)×B)和根据图像数据上的各像素(x，y)的亮度值V(x，y)确定的、该像素(x，y)涉及的增益A(x，y)或偏移B(x，y)的值，基于通过两次拍摄方式获取的图像数据通过相移法进行高度测量。

由此，能够进一步缩短预定的检查区域涉及的所有拍摄处理(最后的拍摄处理)结束为止所需的时间。如图8的(c)所示，在两次拍摄方式的情况下，预定的检查区域涉及的所有拍摄处理结束为止所需的时间是，拍摄处理所需的时间(10毫秒)×2次+液晶光栅4b的切换处理所需的时间(20毫秒)×1次＝40毫秒(合计)。

第二实施方式

以下，参照附图说明第二实施方式。此外，对于与第一个实施方式相同的构成部分，标注相同符号，省略其详细说明。

在上述第一个实施方式中，构成为预先通过校准(在相位变化成四组的光图案之下分别拍摄的四组图像数据)来求出各像素中的光图案的增益A和偏移B的关系(比例常数K)，但是取而代之，在第二实施方式中，构成为通过两次拍摄方式另外进行测量时(实测时)，基于在相位变化成两组的光图案之下分别拍摄的两组图像数据来求出光图案的增益A和偏移B的关系(比例常数K)。

作为其顺序，首先使用上式(12)对图像数据的所有像素求出偏移B。接着，在其中抽出偏移B的值一致的像素的亮度值V(＝Asinθ+B)，创建其直方图。该一例表示在图9、10的表格中。然而，图9、10例示出将增益A设为“1”、偏移B设为“0”的情况。图9是将亮度值V划分为“0.1”幅度的数据区间并表示该数据区间所包含的亮度值的数量的分布表，图10是绘制该数量的直方图。

并且，根据该直方图决定亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN。通过利用“sinθ”的特性，能够决定在上述直方图中产生的两个峰值分别作为亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN。在图9、10所示的例子中，亮度值V进入“-1.0～-0.9”和“0.9～1.0”的数据区间的亮度值V的个数分别为“51”，这里为两个峰值。

接着，基于亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN算出增益A和偏移B。如上所述，亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN的平均值为偏移B，最大值V_MAX和最小值V_MIN之差的一半为增益A。即，如图9所示，两个峰值的中间值为偏移B，两个峰值的宽度的一半为增益A。

能够基于这样得到的增益A和偏移B的值决定比例常数K(参照上式(3))。因此，通过决定比例常数K的上述一连串的处理功能构成本实施方式中的关系掌握单元。

根据本实施方式，能够获取与上述第一个实施方式相同的作用效果。另外，能够省略如上述第一个实施方式那样的校准的工时，可进一步缩短测量时间。

此外，在本实施方式中，构成为基于在相位相差180°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像数据针对图像数据的所有像素求出比例常数K等，但是不限于此，例如也可以构成为基于在相位相差90°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像数据求出比例常数K等。另外，也可以构成为不是图像数据的所有像素而在被测量像素的周边等图像数据的一部分范围求出比例常数K等。

此外，不限于上述实施方式的记载内容，例如也可以如下实施。当然，下面没有例示的其他应用例、变更例也是可能的。

(a)在上述实施方式中，三维测量装置体现在测量印刷形成于印刷基板2上的膏状焊料的高度的基板检查装置1，但是不限于此，例如也可以体现在测量基板上印刷的焊料凸起、在基板上安装的电子部件等其他物体的高度的构成。

(b)在上述实施方式中，构成为通过液晶光栅4b构成用于将来自光源4a的光转换为条纹状的光图案的光栅并且切换控制该光栅，由此变换光图案的相位。但是不限于此，例如也可以构成为由压电执行器等移送单元移送光栅部件，来变换光图案的相位。

(c)在上述实施方式中，构成为，对于包含满足预定的判断条件的膏状焊料的检查区域，根据在相位各相差90°的四组光图案之下分别拍摄的四组图像数据进行三维测量，对于不包含满足所述判断条件的膏状焊料的检查区域，根据在相位相差180°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像数据进行三维测量。

但是不限于此，例如也可以构成为，对于包含满足预定的判断条件的膏状焊料的检查区域，根据在相位各相差90°的四组光图案之下分别拍摄的四组图像数据进行三维测量，对于不包含满足所述判断条件的膏状焊料的检查区域，根据在相位各相差120°(或90°)的三组光图案之下分别拍摄的三组图像数据进行三维测量。

另外，也可以构成为，对于包含满足预定的判断条件的膏状焊料的检查区域，根据在相位各相差120度(或90°)的三组光图案之下分别拍摄的三组图像数据进行三维测量，对于不包含满足所述判断条件的膏状焊料的检查区域，根据在相位相差180°(或90°)的两组光图案之下分别拍摄的两组图像数据进行三维测量。

当然，相位移位量不限于上述例示的各种移位量，也可以采用能够通过相移法进行三维测量的其他移位量。

(d)在上述实施方式中，构成为如对于包含满足预定的判断条件的膏状焊料的检查区域通过四次拍摄方式进行三维测量、对于不包含满足所述判断条件的膏状焊料的检查区域通过两次拍摄方式进行三维测量的那样将拍摄方式切换成两个阶段，但是不限于此，也可以构成为将拍摄方式切换成三个阶段。

例如也可以构成为，使用图11所示的条件设定画面330，在检查区域内包含满足预定的判断条件(例如图11中的中等精度测量栏331中设定的条件)中的特定条件(例如图11中的高精度测量栏332中设定的条件)的膏状焊料的情况下，通过四次拍摄方式(在四组相位下照射光图案进行拍摄)获取四组图像数据，在检查区域内包含满足所述判断条件的膏状焊料、但不包含满足所述特定条件的膏状焊料的情况下，通过三次拍摄方式(在三组相位下照射光图案进行拍摄)获取三组图像数据，在检查区域内不包含满足所述判断条件的膏状焊料的情况下，通过两次拍摄方式(在两组相位下照射光图案进行拍摄)获取两组图像数据。

例如，这里将〔“体积”小于“2mm³”〕设定为“判断条件”并将〔“体积”小于“1mm³”〕设定为“特定条件”时，在检查区域内包含〔“体积”小于“1mm³”〕的膏状焊料情况下，通过四次拍摄方式获取图像数据，在检查区域内包含满足〔“体积”小于“2mm³”〕的膏状焊料、但不包含满足〔“体积”小于“1mm³”〕的膏状焊料的情况下，通过三次拍摄方式获取图像数据，在检查区域内不包含满足〔“体积”小于“2mm³”〕的膏状焊料的情况下，通过两次拍摄方式获取图像数据。

(e)在上述实施方式中，构成为，对于包含满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Js)和包含不满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Jb)两者的检查区域(例如图7的检查区域W2)，在获取在相位不同的四组光图案之下分别拍摄的四组图像数据的情况下，该检查区域内的两种膏状焊料(例如图7的膏状焊料Js、Jb)均根据四组图像数据进行三维测量。

但是不限于此，例如也可以构成为，对于包含满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Js)和包含不满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Jb)两者的检查区域(例如图7的检查区域W2)，在获取在相位不同的四组光图案之下分别拍摄的四组图像数据的情况下，对于在该检查区域内满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Js)，根据四组图像数据进行三维测量，对于在该检查区域内不满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Jb)，根据拍摄的四组图像数据中的两组或三组图像数据进行三维测量。

根据这样的构成，对于不满足预定的判断条件的膏状焊料(不太需要测量精度的膏状焊料)，可以根据更少的图像数据在短时间内进行三维测量。其结果，能够进一步提高测量速度。

另外，能够使获取四组图像数据时的对“不满足预定的判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Jb)”的测量精度、根据通过两次或三次拍摄方式获取的两组或三组图像数据进行三维测量时的对“不满足预定的判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Jb)”的测量精度相等。

当然，对于包含满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Js)和包含不满足判断条件的膏状焊料(例如图7的膏状焊料Jb)两者的检查区域(例如图7的检查区域W2)，在获取在相位不同的三组光图案之下分别拍摄的三组图像数据的情况下也可以为同样的构成。

另外，也可以构成为如下，在将上述(d)中例示的拍摄方式切换为三个阶段的构成下、通过四次拍摄方式获取四组图像数据的情况下，对于在检查区域内的满足特定条件(例如〔“体积”小于“1mm³”〕)的膏状焊料，根据四组图像数据通过相移法进行三维测量，对于在检查区域内的不满足所述特定条件而满足判断条件(例如〔“体积”小于“2mm³”〕)的膏状焊料，根据所获取的四组图像数据中的三组图像数据通过相移法进行三维测量，对于在检查区域内的不满足所述判断条件的膏状焊料，根据所获取的四组图像数据中的两组图像数据通过相移法进行三维测量，在通过三次拍摄方式获取三组图像数据的情况下，对于在检查区域内的满足所述判断条件的膏状焊料，根据三组图像数据通过相移法进行三维测量，对于在检查区域内的不满足所述判断条件的膏状焊料，根据所获取的三组图像数据中的两组图像数据通过相移法进行三维测量。

(f)在上述实施方式中，构成为通过条件设定画面230设定判断条件，但是条件设定单元的构成不限于此。

例如也可以为使通过图12所示的条件设定画面350设定判断条件的构成。在条件设定画面350中，可以通过使滑动条351向左右滑动来变更作为判断条件的膏状焊料的体积值。此外，滑动条351是模仿显示在显示装置23上的滑动条的图像，可以通过触摸面板操作。

这里，对于包含小于操作滑动条351来设定的预定值的体积的膏状焊料的检查区域，通过四次拍摄方式进行三维测量，对于不包含小于所述预定值的体积的膏状焊料的检查区域，通过两次拍摄方式进行三维测量。

在图12中，例如如果将滑动条351移动到右端，则作为判断条件的膏状焊料的体积值变为最大值。也就是说，印刷基板2上的所有膏状焊料成为满足判断条件，对于所有的检查区域，要通过四次拍摄方式进行三维测量。另一方面，如果将滑动条351移动到左端，则作为判断条件的膏状焊料的体积值变为最小值。也就是说，印刷基板2上的所有膏状焊料成为不满足判断条件，对于所有的检查区域，要通过两次拍摄方式进行三维测量。

另外，在条件设定画面350中，设置有能够显示在操作滑动条351设定的判断条件(预定的体积值)下测量印刷基板2所需的预定时间的预定时间显示部352(预定时间显示单元)。在这里显示的预定时间基于操作滑动条351来设定的判断条件和Gerber数据算出。

例如，在图8所示的例子中，完成一个检查区域相关的所有拍摄处理所需的时间是，在四次拍摄方式的情况下为100毫秒(0.100秒)，在两次拍摄方式的情况下为40毫秒(0.040秒)。

因此，如果在印刷基板2上设定的检查区域的数量为N个，则获取一张印刷基板2的所有范围的图像数据所需的时间，在对所有的检查区域通过四次拍摄方式获取图像数据的情况下为100×N(毫秒)。另一方面，在对所有的检查区域通过两次拍摄方式获取图像数据的情况下为40×N(毫秒)。

另外，在包含小于操作滑动条351来设定的预定值的体积的膏状焊料的检查区域的数量为N1(个)、不包含小于所述预定值的体积的膏状焊料的检查区域的数量为N2(个)的情况下，获取一张印刷基板2的所有范围的图像数据所需的时间为100×N1(毫秒)+40×N2(毫秒)。

进一步，也可以构成为将包含驱动马达15、16来使印刷基板2从预定的检查区域移动到下一个检查区域的移动时间的时间作为预定时间显示在预定时间显示部352。

(g)在上述实施方式中，构成为，在两次拍摄方式中，根据在相位相差180°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像数据进行三维测量。取而代之，例如也可以构成为根据在相位相差90°的两组光图案之下分别拍摄的两组图像数据进行三维测量。在该情况下，通过使用上式(23)、(27)能够利用两组图像数据上的各像素的亮度值V₂₀、V₂₁和已知的比例常数K算出各像素处的光图案的相位θ₂。

根据该构成，能够基于使用“tan^-1”的运算式求出相位θ₂，因此能够在-180°～180°的360°范围内测量高度，能够使测量范围更大。

当然，除此之外，只要满足上式(1)、(2)、(3)的关系，也可以采用其他构成。作为获得相位θ₂的通式例举了上式(9)(参照[数式9])。

符号说明

1…基板检查装置、2…印刷基板、4…照明装置、4a…光源、4b…液晶光栅、5…相机、6…控制装置、23…显示装置、24…图像数据存储装置、25…运算结果存储装置、26…设定数据存储装置、230…条件设定画面、A…增益、B…偏移、K…比例常数、Js、Jb…膏状焊料、W1～W4…检查区域。

Claims

1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

照射单元，所述照射单元能够向被测量物照射具有条纹状的光强度分布的光图案；

拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄被照射所述光图案的所述被测量物上的预定的测量区域；

图像获取单元，所述图像获取单元构成为控制所述照射单元和所述拍摄单元，使所述光图案的相位变化成多组，能够获取在该各光图案之下分别拍摄的所述测量区域涉及的多组图像，并且能够根据所述测量区域将对所述测量区域应该获取的图像数量进行变更；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够根据由所述图像获取单元获取的图像通过相移法对所述测量区域内的测量对象执行三维测量，

所述图像获取单元

在所述测量区域内包含满足预定的判断条件的所述测量对象的情况下，获取在第一预定数量组的相位下照射光图案来拍摄的所述第一预定数量组的图像，

在所述测量区域内不包含满足所述判断条件的所述测量对象的情况下，获取在比所述第一预定数量少的第二预定数量组的相位下照射光图案来拍摄的所述第二预定数量组的图像。

2.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，

在所述图像获取单元获取了所述第一预定数量组的图像的情况下，

所述图像处理单元

对于所述测量区域内的满足所述判断条件的所述测量对象，根据所述第一预定数量组的图像通过相移法进行三维测量，

对于所述测量区域内的不满足所述判断条件的测量对象，根据所述第二预定数量组的图像通过相移法进行三维测量。

3.如权利要求1或2所述的三维测量装置，其特征在于，

包括条件设定单元，所述条件设定单元能够根据外部操作设定所述判断条件。

4.如权利要求3所述的三维测量装置，其特征在于，

包括预定时间显示单元，所述预定时间显示单元能够显示在由所述条件设定单元设定的所述判断条件下测量所述被测量物所需的预定时间。

5.如权利要求1至4中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，

所述图像获取单元

在所述测量区域内包含满足所述判断条件的所述测量对象的情况下，获取在作为所述第一预定数量组的四组或三组相位下照射光图案来拍摄的四组或三组图像，

在所述测量区域内不包含满足所述判断条件的所述测量对象的情况下，获取在作为所述第二预定数量组的两组相位下照射光图案来拍摄的两组图像。

6.如权利要求1至5中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，

所述测量对象是印刷在作为所述被测量物的印刷基板上的膏状焊料，或者是形成在作为所述被测量物的晶圆基板上的焊料凸起。