CN108139208A - 三维测量装置 - Google Patents

Abstract

提供三维测量装置，当利用相移法进行三维测量时，能够显著地提高测量精度。基板检查装置(1)包括：照明装置(4)，从斜上方向印刷基板(2)的表面投影预定的条纹图案；相机(5)，拍摄印刷基板(2)上的投影了条纹图案的部分；以及控制装置(6)，实施基板检查装置(1)内的各种控制和图像处理、运算处理。并且，将光栅板(4b)移动到预定位置，使其暂时停止，并且在包含该光栅板(4b)的停止期间和该停止期间开始前的光栅板(4b)的移动期间的一部分的预定期间分多次拍摄投影到印刷基板(2)的条纹图案，针对各像素将该拍摄的一连串的图像数据的各像素的亮度值相加，算出其平均值。

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非接触式的三维测量装置。其中，已知有使用相移法的三维测量装置。

在利用相移法的三维测量装置中，通过预定的投影单元向被测量物投影预定的条纹图案。投影单元具备发出预定的光的光源以及将来自该光源的光变换为条纹图案的光栅而构成。

上述光栅成为透过光的透光部和遮住光的遮光部配置为交替排列的构成。

并且，使用配置在被测量物的正上方的拍摄单元来拍摄投影到被测量物上的条纹图案。作为拍摄单元，使用由透镜和拍摄元件等构成的CCD相机等。

在上述构成之下，由相机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、条纹图案的相位。

并且，以往，如图28所示，使光栅间歇移动，使条纹图案的相位例如以各90°变化4组并且每当光栅停止时拍摄条纹图案。由此，能够获取具有在相位不同的各条纹图案之下拍摄的强度分布I₀、I₁、I₂、I₃的图像数据，进而能够基于下式(U2)求出相位

使用该相位基于三角测量的原理能够求出被测量物上的各坐标(X，Y)中的高度(Z)。

一般来说，在使用相移法的三维测量装置中，为了提高测量精度，投影具有正弦波状的光强度分布的条纹图案。但是，投影具有精度好的正弦波状的光强度分布的条纹图案非常难。

与此相对，近年来，也看到如下的技术：通过将经由光栅变换的具有矩形波状的光强度分布的条纹图案错开焦点而投影到被测量物，由此作为具有正弦波状的光强度分布的条纹图案投影(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-85862号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，与对焦的情况不同，要将条纹图案的焦点错位情况维持管理为所期望的状态非常难，投影到被测定物上的条纹图案的光强度分布(波形)容易凌乱，有可能不会成为正弦波状的光强度分布。

另外，条纹图案的焦点错位情况也会根据与被测量物的相对位置关系而不同，因此一旦与被测量物的相对位置关系发生变化，则条纹图案的光强度分布(波形)也可能会发生变化。

进一步，由于错开焦点投影，因此也无法使用远心光学系统来投影条纹图案。

结果，担心三维测量中的测量精度下降。

另外，上述问题不限于在印刷基板上印刷的膏状焊料等的高度测量，在其他的三维测量装置的领域中也是存在的。

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显著地提高测量精度的三维测量装置。

用于解决问题的手段

下面，关于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附记特有的作用效果。

技术方案1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

投影单元，所述投影单元具有发出预定的光的光源、将来自该光源的光变换为预定的条纹图案的光栅以及能够移动该光栅的驱动单元，并且能够将所述条纹图案投影到被测量物(例如，印刷基板)；

拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄投影了所述条纹图案的所述被测量物；

图像获取单元，所述图像获取单元控制所述投影单元和所述拍摄单元，能够获取光强度分布不同的多个图像数据；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述图像获取单元获取的多个图像数据通过相移法执行所述被测量物的三维测量，

所述图像获取单元

在获取所述多个图像数据中的一个图像数据时，

执行将所述光栅移动到预定位置并使其暂时停止的处理，

并且在至少包含所述光栅的停止期间、以及该停止期间开始前的光栅的移动期间的一部分和/或该停止期间结束后的光栅的移动期间的一部分的预定期间执行连续进行拍摄(曝光)的拍摄处理，

或者，

在至少包含所述光栅的停止期间、以及该停止期间开始前的光栅的移动期间的一部分和/或该停止期间结束后的光栅的移动期间的一部分的预定期间执行分多次进行拍摄(曝光)的拍摄处理，并执行将该拍摄结果(被拍摄的多个图像数据的各像素的亮度值)针对各像素相加或平均的处理。

根据上述技术方案1，不仅仅是间歇移动的光栅的停止期间，其之前和/或其之后的移动期间的一部分也包含在拍摄期间(预定期间)。并且，在该拍摄期间连续拍摄停止中和移动中的条纹图案，或者分多次进行拍摄，并将该拍摄结果针对各像素相加或平均。由此，能够获取一部分包含移动中的条纹图案的数据的图像数据。

其结果是，能够在获取利用相移法进行三维测量时所需要的光强度分布不同的多个图像数据中的一个图像数据时，与只是投影预定的条纹图案(例如具有矩形波状的光强度分布的条纹图案)并仅在停止期间拍摄的情况相比，能够获取具有更接近理想的正弦波的光强度分布的图像数据。

这里，“正弦波状”是指“呈正弦波的形状”，在简单称为“正弦波状”的情况下，不仅是指理想的“正弦波”，还包括近似于“正弦波”的波形(关于后述的“矩形波”等其他的“非正弦波”也是一样的)。

另外，上述“预定的条纹图案”也包含“具有正弦波状的光强度分布的条纹图案”。即，也可以构成为投影具有非理想的“正弦波”、近似于正弦波的光强度分布的条纹图案，获取具有更接近于理想的正弦波的光强度分布的图像数据。

根据本技术方案，即使在对焦的状态下投影条纹图案，也能够获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。由于能够在对焦的状态下投影条纹图案，因此容易维持条纹图案的光强度分布(波形)。并且，也能够使用远心光学系统进行条纹图案的投影。

结果，当利用相移法进行三维测量时，能够显著地提高测量精度。

另外，以往，如图28所示，构成为在与光栅的移动处理完成同时(或移动处理完成后)开始拍摄处理，在与拍摄处理结束同时(或拍摄处理结束后)开始光栅的移动处理。

并且，通常，光栅的移动为了避开振动等而需要较长的时间进行，因此缩短光栅的移动期间是有限的。

与此相对，根据本技术方案，构成为不用等待光栅的移动处理完成而开始拍摄处理和/或不用等待拍摄处理完成而开始光栅的移动处理。由此，能够缩短光栅的停止期间，实现测量的高速化。

另外，从缩短光栅的停止期间的观点来看，在不将光栅的停止期间开始前的光栅的移动期间包含在拍摄期间的情况下，即在仅将停止期间结束后的光栅的移动期间的一部分包含在拍摄期间的情况下，优选与光栅的移动处理完成(光栅的停止处理开始)同时开始拍摄处理。同样地，在不将光栅的停止期间结束后的光栅的移动期间包含在拍摄期间的情况下，即在仅将停止期间开始前的光栅的移动期间的一部分包含在拍摄期间的情况下，优选与拍摄处理完成同时开始光栅的移动处理。

技术方案2.如技术方案1所述的三维测量装置，其特征在于，所述预定期间(拍摄期间)的长度被设定为小于等于所述光栅的一次移动期间(光栅移动一次相位变换量相当量的期间)的长度。

随着拍摄期间所包含的光栅的移动期间的比例增加，能够减少与理想的正弦波之间的误差，但是在超过移动预定的相位变换量相当量(例如相位90°相当量)的期间进行拍摄的情况下，图像数据的光强度分布有可能偏离理想的正弦波。与此相对，根据本技术方案，能够抑制测量精度的下降。

技术方案3.如技术方案1或2所述的三维测量装置，其特征在于，所述预定的条纹图案是具有非正弦波状的光强度分布的条纹图案。

另外，上述“非正弦波”例如是指“矩形波”、“梯形波”、“三角波”、“锯齿波”等非“正弦波”的预定波。

一般来说，与投影具有非正弦波状(例如矩形波状)的光强度分布的条纹图案并进行三维测量相比，对于投影具有正弦波状的光强度分布的条纹图案进行三维测量，测量精度好。

但是，如上所述，通过投影单元生成具有正弦波状的光强度分布的条纹图案非常难，有可能使机械构成复杂化。

在这方面，根据本技术方案3，不会使投影单元的机械构成复杂化，即使投影具有不是正弦波的非正弦波状(例如矩形波状)的光强度分布的条纹图案，能够通过比较简单的控制处理和运算处理等获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。结果，能够抑制机械构成的复杂化，进而抑制制造成本。

技术方案4.如技术方案1至3中任一个所述的三维测量装置，其特征在于，所述光栅为透过光的透光部和遮住光的遮光部交替排列的配置构成。

根据上述技术方案4，起到与上述技术方案3相同的作用效果。通过使用本技术方案这样的两值的光栅，能够投影至少具有亮度最大且恒定的平坦的峰部分(以下称为“明部”)和亮度最小且恒定的平坦的峰部分(以下称为“暗部”)的光强度分布的条纹图案。即，能够投影具有矩形波状或梯形波状的光强度分布的条纹图案。

通常，通过光栅的光不是完全的平行光，由于透光部和遮光部的边界部的衍射作用等，在条纹图案的“明部”和“暗部”的边界部可产生中间灰度区域，因此不会成为完全的矩形波。

这里，根据光栅中的透光部和遮光部的配置间隔等构成而不同，但是在“明部”和“暗部”的边界部的中间灰度区域的亮度斜率陡峭的情况下，成为具有矩形波状的光强度分布的条纹图案，在中间灰度区域的亮度斜率缓和的情况下，成为具有梯形波状的光强度分布的条纹图案。

技术方案5.如技术方案1至4中任一个所述的三维测量装置，其特征在于，所述被测量物是印刷有膏状焊料的印刷基板或者是形成有焊料凸起的晶片基板。

根据上述技术方案5，能够进行印刷到印刷基板的膏状焊料或者形成于晶片基板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，能够基于其测量值进行膏状焊料或焊料凸起的好坏判断。因此，在所述检查中，起到了上述各技术方案的作用效果，能够高精度地进行好坏判断。结果，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是示意性地表示基板检查装置的简要构成图。

图2是表示基板检查装置的电气构成的框图。

图3是示意性地表示投影到印刷基板上的条纹图案的形态的图。

图4是用于说明相机以及照明装置的处理动作的时序图。

图5是表示在第一模拟中每经过预定时间拍摄元件在X轴方向(坐标X1～X12)上的光强度分布的表。

图6是表示在第一模拟中每经过预定时间拍摄元件在X轴方向(坐标X13～X24)上的光强度分布的表。

图7是表示在第一模拟中每经过预定时间拍摄元件在X轴方向(坐标X25～X36)上的光强度分布的表。

图8是与第一模拟有关的表，图8的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X1～X10)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图8的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图8的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图9是与第一模拟有关的表，图9的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X11～X20)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图9的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图9的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图10是与第一模拟有关的表，图10的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X21～X30)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图10的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图10的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图11是与第一模拟有关的表，图11的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X31～X36)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图11的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图11的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图12是表示第一模拟涉及的条纹图案的光强度分布的曲线图。

图13是表示图8～图11的(a)所示的理想的正弦波的光强度分布的曲线图。

图14是绘制了图8～图11的(b)所示的各种平均值的曲线图。

图15是绘制了图8～图11的(c)所示的各种平均值与理想值之差的曲线图。

图16是表示在第二模拟中每经过预定时间拍摄元件在X轴方向(坐标X1～X12)上的光强度分布的表。

图17是表示在第二模拟中每经过预定时间拍摄元件在X轴方向(坐标X13～X24)上的光强度分布的表。

图18是表示在第二模拟中每经过预定时间拍摄元件在X轴方向(坐标X25～X36)上的光强度分布的表。

图19是与第二模拟有关的表，图19的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X1～X10)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图19的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图19的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图20是与第二模拟有关的表，图20的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X11～X20)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图20的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图20的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图21是与第二模拟有关的表，图21的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X21～X30)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图21的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图21的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图22是与第二模拟有关的表，图22的(a)是表示拍摄元件在X轴方向(坐标X31～X36)上的理想的正弦波的光强度分布的表，图22的(b)是表示各像素中的亮度值的各种平均值的表，图22的(c)是表示理想值与各种平均值之差的表。

图23是表示第二模拟涉及的条纹图案的光强度分布的曲线图。

图24是表示图19～图22的(a)所示的理想的正弦波的光强度分布的曲线图。

图25是绘制了图19～图22的(b)所示的各种平均值的曲线图。

图26是绘制了图19～图22的(c)所示的各种平均值与理想值之差的曲线图。

图27的(a)～(b)是用于说明其他的实施方式中的相机和照明装置的处理动作的时序图。

图28是用于说明以往的相机和照明装置的处理动作的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明一个实施方式。图1是示意性地表示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K(参照图3)；作为投影单元的照明装置4，从斜上方向印刷基板2的表面投影预定的条纹图案(条纹状的光图案)；作为拍摄单元的相机5，用于拍摄印刷基板2上的投影了条纹图案的部分；以及控制装置6，用于实施照明装置4和相机5的驱动控制等基板检查装置1中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，使得放置于放置台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的光变换为条纹图案的光栅板4b，由控制装置6驱动控制。这里，从光源4a发出的光被引导至聚光透镜(省略图示)，在那里成为平行光之后，经由光栅板4b被引导至投影透镜(省略图示)，在印刷基板2投影为条纹图案。

另外，也可以构成为在聚光透镜或投影透镜等照明装置4的光学系统中使用远心光学系统。印刷基板2在检查区域移动时其高度位置有可能会发生微小变化。如果使用远心光学系统，则不会受这样的变化影响，能够高精度地进行测量。

光栅板4b成为透过光的直线状的透光部和遮住光的直线状的遮光部在与光源4a的光轴正交的预定方向上交替地排列的配置构成。由此，能够对印刷基板2投影具有矩形波状或梯形波状的光强度分布的条纹图案。如图3所示，在本实施方式中，被投影条纹的方向与X轴方向正交且与Y轴方向平行的条纹图案。

通常，通过光栅板4b的光不是完全的平行光，由于透光部和遮光部的边界部中的衍射作用等，在条纹图案的“明部”和“暗部”的边界部可产生中间灰度区域，因此不会成为完全的矩形波。但是，在图3中，为了简化，省略了中间灰度区域，以明暗两值的条纹图形图示了条纹图案。

这里，根据光栅板4b中的透光部及遮光部的配置间隔等构成而不同，在“明部”和“暗部”的边界部处的中间灰度区域的亮度斜率陡峭的情况下，成为具有矩形波状的光强度分布的条纹图案(参照图12)，在中间灰度区域的亮度斜率缓和的情况下，成为具有梯形波状的光强度分布的条纹图案(参照图23)。

进一步，照明装置4具备用于移动光栅板4b的压电元件等驱动单元(省略图示)。控制装置6通过对该驱动单元进行驱动控制，能够进行向与光源4a的光轴正交的所述预定方向移动光栅板4b的移动处理。由此，能够以条纹图案沿X轴方向使相位各变换90°(四分之一间距)的情况下间歇移动下去的方式投影到印刷基板2。

相机5具备透镜和拍摄元件等。在本实施方式中，作为拍摄元件采用了CCD传感器。本实施方式的拍摄元件例如在X轴方向(水平方向)上具有512像素的分辨率，在Y轴方向(垂直方向)上具有480像素的分辨率。

由相机5拍摄的图像数据在该相机5内部被变换为数字信号之后以数字信号的形式被输入到控制装置6，并存储于后述的图像数据存储装置24。并且，控制装置6基于该图像数据实施后述的图像处理和运算处理等。

这里，对控制装置6的电气构成进行说明。如图2所示，控制装置6具备：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、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或液晶等的显示画面的作为“显示单元”的显示装置23、用于存储由相机5拍摄的图像数据等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、以及用于预先存储设计数据等各种信息的设定数据存储装置26等。另外，这些各装置22～26与CPU等21电连接。

接着，参照图4来详细说明由基板检查装置1针对印刷基板2的各检查区域进行的检查例程。图4是用于说明相机5及照明装置4的处理动作的时序图。

该检查例程由控制装置6(CPU等21)执行。在本实施方式中，针对各检查区域分别进行4次图像获取处理，由此获取光强度分布不同的4组图像数据。

控制装置6首先驱动控制马达15、16来移动印刷基板2，将相机5的视野(拍摄范围)与印刷基板2上的预定的检查区域对位。另外，检查区域是将相机5的视野的大小作为1个单位并预先分割印刷基板2的表面之中的一个区域。

接着，控制装置6驱动控制照明装置4和相机5，将光栅板4b的位置移动到第一设定位置(例如相位“0°”的位置)，并开始第一次图像获取处理。另外，光栅板4b的设定位置被设定为在4次的图像获取处理中分别不同，设定位置中的条纹图案的相位分别相差90°(四分之一间距)。

当开始第一次图像获取处理时，控制装置6在预定的时刻N1使照明装置4的光源4a发光，开始条纹图案的投影，同时开始由相机5的拍摄处理。但是，在该时间点，光栅板4b还处于移动过程中。在光栅板4b的移动过程中，被投影到检查区域的条纹图案沿X轴方向以一定速度连续移动。

当拍摄处理开始时，在预定的拍摄期间，分多次进行相机5的拍摄(曝光)。更具体地说，每当条纹图案移动预定量Δx(例如相当于条纹图案的相位10°的距离)时，即每当经过预定时间Δt时，拍摄印刷基板2。这里，每当经过预定时间Δt时由相机5拍摄的图像数据随时传送给图像数据存储装置24并存储。

之后，控制装置6在预定的时刻M1停止光栅板4b的移动处理，另一方面继续拍摄处理。

然后，控制装置6在从时刻N1经过预定时间后的时刻N2熄灭照明装置4的光源4a，结束条纹图案的投影，并且结束相机5的拍摄处理。

另外，控制装置6在从时刻M1经过预定时间后的时刻M2结束光栅板4b的移动处理。但是，在本实施方式中，光栅板4b的移动处理的开始时刻M2和相机5的拍摄处理的结束时刻N2被设定为相同。

当相机5的拍摄处理结束时，控制装置6基于通过该拍摄处理得到的拍摄结果执行预定的运算处理。更具体地说，执行将在拍摄处理中拍摄的一连串图像数据(每当条纹图案移动预定量Δx而拍摄的多个图像数据)的各像素的亮度值针对各像素相加并算出其平均值的平均处理。由此，获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。

并且，控制装置6将通过上述平均处理获取的图像数据存储在运算结果存储装置25，结束第一次图像获取处理。

另一方面，控制装置6在第一次图像获取处理结束之后或者第一次图像获取处理涉及的上述平均处理的执行过程中驱动控制照明装置4和相机5，将光栅板4b的位置移动到第二设定位置(例如从第一设定位置起条纹图案的相位偏移四分之一间距的相位“90°”的位置)，并且开始第二次图像获取处理。

另外，第二次图像获取处理的顺序与上述第一次图像获取处理相同，因此省略其详细说明(关于第三次和第四次图像获取处理也同样)。

控制装置6当通过第二次图像获取处理获取到具有正弦波状的光强度分布的图像数据时，将其存储于运算结果存储装置25，结束该第二次图像获取处理。

控制装置6在结束第二次图像获取处理之后或者第二次图像获取处理涉及的上述平均处理执行过程中，驱动控制照明装置4和相机5，将光栅板4b的位置移动到第三设定位置(例如从第二设定位置起条纹图案的相位偏移四分之一间距的相位“180°”的位置)，并且开始第三次图像获取处理。

控制装置6当通过第三次图像获取处理获取到具有正弦波状的光强度分布的图像数据时，将其存储于运算结果存储装置25，结束该第三次图像获取处理。

控制装置6在结束第三次图像获取处理之后或者第三次图像获取处理涉及的上述平均处理执行过程中，驱动控制照明装置4和相机5，将光栅板4b的位置移动到第四设定位置(例如从第三设定位置起条纹图案的相位偏移四分之一间距的相位“270°”的位置)，并且开始第四次图像获取处理。

控制装置6当通过第四次图像获取处理获取到具有正弦波状的光强度分布的图像数据时，将其存储于运算结果存储装置25，结束该第四次图像获取处理。

这样，通过进行上述四次图像获取处理，能够获取光强度分布不同的四组图像数据。由此，能够获取与将具有正弦波状的光强度分布的条纹图案的相位各改变90°而拍摄的四组图像数据同样的图像数据。

接着，控制装置6基于如上所述获取的四组图像数据(各像素的亮度值)通过在背景技术中也说明的公知的相移法进行三维测量(高度测量)，将所述测量结果存储于运算结果存储装置25。

接着，控制装置6基于三维测量结果(各坐标中的高度数据)进行膏状焊料K的好坏判定处理。具体地说，控制装置6基于如上所述得到的检查区域的测量结果检测比基准面高的膏状焊料K的印刷范围，对在该范围内的各部位的高度进行积分，由此算出被印刷的膏状焊料K的量。

接着，控制装置6将如此求出的膏状焊料K的位置、面积、高度或量等的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)进行比较判定，根据该比较结果是否处于容许范围内，来判定该检查区域中的膏状焊料K的印刷状态的好坏。

在进行所述处理的期间，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，以后上述一连串的处理在全部的检查区域中反复进行，由此结束印刷基板2整体的检查。

下面，示出通过模拟验证本实施方式涉及的基板检查装置1的作用效果的结果。首先，参照图5～图15来说明投影具有矩形波状的光强度分布的条纹图案的情况下的模拟(第一模拟)的结果。

在本模拟中，将拍摄元件的X轴方向36像素大小作为一个周期，投影在“明部”和“暗部”的边界部存在2像素大小的中间灰度区域(亮度斜率)的具有矩形波状的光强度分布的条纹图案，每当经过预定时间Δt时，使该条纹图案通过光栅板4b的移动处理在X轴方向上移动1像素大小(条纹图案的相位10°大小)。

图5～图7是表示拍摄元件的X轴方向上的各像素的坐标位置(横轴：坐标X1～X36)和与随着时间经过(纵轴：时间t(-8)～t(4))一起变化的条纹图案的亮度值的关系的表。即，是表示每经过预定时间时拍摄元件在X轴方向上的光强度分布的表。但是，将亮度为最大的“明部”的亮度值假定为“1”，将亮度为最小的“暗部”的亮度值假定为“0”，进行模拟。

另外，在图5～图7中仅示出条纹图案的一个周期大小(在X轴方向上36像素大小)，但是实际上在X轴方向上连续存在多个周期的条纹图案。即，坐标X1～X36的范围表示的光强度分布反复存在。并且，图5～图7将光栅板4b的移动结束时刻M1作为基准时t(0)示出，从纵轴的时间t(-8)到时间t(0)表示光栅板4b的移动期间的光强度分布，从纵轴的时间t(0)到时间t(4)表示光栅板4b的停止期间的光强度分布。

如图5～图7所示，在时间t(-8)，坐标X2～X17的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X20～X35的范围为亮度值“0”的“暗部”。另外，在相当于“明部”和“暗部”的边界部的坐标X36、X1和坐标X18、X19分别存在亮度值渐变的2像素大小的中间灰度区域。

并且，在从时间t(-8)经过了预定时间Δt的时间t(-7)，坐标X3～X18的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X21～X36的范围为亮度值“0”的“暗部”。进一步，在从时间t(-7)经过了预定时间Δt的时间t(-6)，坐标X4～X19的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X22～X1的范围为亮度值“0”的“暗部”。

这样，在光栅板4b的移动期间，条纹图案的光强度分布每经过预定时间Δt向图5～图7的右方向移动1像素大小。并且，在光栅板4b停止之后(时间t(0)～t(4))，条纹图案的光强度分布不变化。具体地说，在时间t(0)～t(4)，坐标X10～X25的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X28～X7的范围为亮度值“0”的“暗部”。另外，在相当于“明部”和“暗部”的边界部的坐标X26、X27和坐标X8、X9分别存在亮度值渐变的2像素大小的中间灰度区域。即，在光栅板4b的停止期间(时间t(0)等)中的条纹图案的光强度分布如图12的曲线那样。

接着，与具有理想的正弦波的光强度分布的条纹图案进行比较并验证。图8～图11的(a)是表示拍摄元件在X轴方向上的各像素的坐标位置(坐标X1～X36)与理想的正弦波的光强度分布(理想值)的关系的表。这里，示出了周期、振幅及相位与作为预定的拍摄期间(预定时间Δt的五次)而设定的拍摄期间[t(-3～1)]、拍摄期间[t(-2～2)]、拍摄期间[t(-1～3)]、拍摄期间[t(0～4)]的具有上述矩形波状的光强度分布的条纹图案相同的理想的正弦波的光强度分布。与各拍摄期间对应的理想的正弦波分别如图13所示的曲线那样。

图8～图11的(b)是针对拍摄元件在X轴方向上的各像素的坐标位置(横轴：坐标X1～X36)表示对于在拍摄期间[t(-3～1)]、拍摄期间[t(-2～2)]、拍摄期间[t(-1～3)]、拍摄期间[t(0～4)]拍摄的多个图像数据(各像素的亮度值)进行平均处理的结果(平均值)的表。

更具体地说，在图8～图11的(b)中，在最下层作为比较例，示出了将在不包含光栅板4b的移动期间的仅停止期间的拍摄期间[t(0～4)]、即时间t(0)、t(1)、t(2)、t(3)、t(4)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

在从下面起第二层，示出了将在拍摄期间[t(-1～3)]、即时间t(-1)、t(0)、t(1)、t(2)、t(3)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

在从下面起第三层，示出了将在拍摄期间[t(-2～2)]、即时间t(-2)、t(-1)、t(0)、t(1)、t(2)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

在从下面起第四层，示出了将在拍摄期间[t(-3～1)]、即时间t(-3)、t(-2)、t(-1)、t(0)、t(1)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

并且，如果分别绘制图8～图11的(b)所示的上述各平均值，则成为图14所示的曲线。

另外，图8～图11的(c)是针对拍摄元件在X轴方向上的各像素的坐标位置(横轴：坐标X1～X36)表示图8～图11的(a)所示的各理想值与图8～图11的(b)所示的各平均值之差的表。

更具体地说，在图8～图11的(c)中，在最下层作为比较例，示出了在拍摄期间[t(0～4)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。

在从下面起第二层，示出了在拍摄期间[t(-1～3)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。在从下面起第三层，示出了在拍摄期间[t(-2～2)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。在从下面起第四层，示出了在拍摄期间[t(-3～1)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。

并且，如果分别绘制图8～图11的(c)所示的上述各值，则成为如图15所示的曲线。另外，在图11(c)的右端针对各拍摄期间示出了针对拍摄元件在X轴方向上的各像素(坐标X1～X36)所示的上述各值的平均值和各值的最大值。

观察图11(c)的右端、图14、15等可知，如与拍摄期间[t(0～4)]相比为拍摄期间[t(-1～3)]、与拍摄期间[t(-1～3)]相比为拍摄期间[t(-2～2)]那样，随着拍摄期间所包含的移动期间増加，与理想的正弦波(理想值)的误差逐渐减少，拍摄期间[t(-3～1)]的情况下的误差最小。因此，在本模拟中，更优选使用在拍摄期间[t(-3～1)]拍摄的图像数据通过相移法进行三维测量。

接着，参照图16～图26来说明投影具有梯形波状的光强度分布的条纹图案的情况下模拟(第二模拟)的结果。

在本模拟中，将拍摄元件的X轴方向36像素大小作为一个周期，投影在“明部”和“暗部”的边界部存在12像素大小的中间灰度区域(亮度斜率)的具有梯形波状的光强度分布的条纹图案，每当经过预定时间Δt时，使该条纹图案通过光栅板4b的移动处理在X轴方向上移动1像素大小(条纹图案的相位10°大小)。

图16～图18是表示拍摄元件的X轴方向上的各像素的坐标位置(横轴：坐标X1～X36)和与随着时间经过(纵轴：时间t(-8)～t(4))一起变化的条纹图案的亮度值的关系的表。即，是表示每经过预定时间时拍摄元件在X轴方向上的光强度分布的表。但是，将亮度为最大的“明部”的亮度值假定为“1”，将亮度为最小的“暗部”的亮度值假定为“0”，进行模拟。

另外，在图16～图18中仅示出了条纹图案的一个周期大小(在X轴方向上36像素大小)，但是实际上在X轴方向上连续存在多个周期的条纹图案。即，坐标X1～X36的范围表示的光强度分布反复存在。另外，图16～图18是表示光栅板4b的移动完成时刻M1作为基准时t(0)的图，从纵轴的时间t(-8)到时间t(0)表示光栅板4b的移动期间的光强度分布，从纵轴的时间t(0)到时间t(4)表示光栅板4b的停止期间的光强度分布。

如图16～图18所示，在时间t(-8)，坐标X7～X12的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X25～X30的范围为亮度值“0”的“暗部”。另外，在相当于“明部”和“暗部”的边界部的坐标X31～X6和坐标X13～X24分别存在亮度值渐变的12像素大小的中间灰度区域。

并且，在从时间t(-8)经过了预定时间Δt的时间t(-7)，坐标X8～X13的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X26～X31的范围为亮度值“0”的“暗部”。进一步，在从时间t(-7)经过了预定时间Δt的时间t(-6)，坐标X9～X14的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X27～X32的范围为亮度值“0”的“暗部”。

这样，在光栅板4b的移动期间中，条纹图案的光强度分布每经过预定时间Δt时向图16～图18的右方向移动1像素大小。并且，在光栅板4b停止之后(时间t(0)～t(4))，条纹图案的光强度分布不变化。具体地说，在时间t(0)～t(4)，坐标X15～X20的范围为亮度值“1”的“明部”，坐标X33～X2的范围为亮度值“0”的“暗部”。另外，在相当于“明部”和“暗部”的边界部的坐标X21～X32和坐标X3～X14分别存在亮度值渐变的12像素大小的中间灰度区域。即，在光栅板4b停止期间中(时间t(0)等)的条纹图案的光强度分布成为如图23的曲线那样。

接着，与具有理想的正弦波的光强度分布的条纹图案进行比较并验证。图19～图22的(a)是表示拍摄元件在X轴方向上的各像素的坐标位置(坐标X1～X36)与理想的正弦波的光强度分布(理想值)的关系的表。这里，示出了周期、振幅及相位与作为预定的拍摄期间(预定时间Δt的5次)而设定的拍摄期间[t(-3～1)]、拍摄期间[t(-2～2)]、拍摄期间[t(-1～3)]、拍摄期间[t(0～4)]的具有上述梯形波状的光强度分布的条纹图案相同的理想的正弦波的光强度分布。与各拍摄期间对应的理想的正弦波分别如图24所示的曲线那样。

图19～图22的(b)是针对拍摄元件在X轴方向上的各像素的坐标位置(横轴：坐标X1～X36)表示对于在拍摄期间[t(-3～1)]、拍摄期间[t(-2～2)]、拍摄期间[t(-1～3)]、拍摄期间[t(0～4)]拍摄的多个图像数据(各像素的亮度值)进行平均处理的结果(平均值)的表。

更具体地说，在图19～图22的(b)中，在最下层作为比较例，示出了将在不包含光栅板4b的移动期间的仅停止期间的拍摄期间[t(0～4)]、即时间t(0)、t(1)、t(2)、t(3)、t(4)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

在从下面起第二层，示出了将在拍摄期间[t(-1～3)]、即时间t(-1)、t(0)、t(1)、t(2)、t(3)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

在从下面起第三层，示出了将在拍摄期间[t(-2～2)]、即时间t(-2)、t(-1)、t(0)、t(1)、t(2)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

在从下面起第四层，示出了将在拍摄期间[t(-3～1)]、即时间t(-3)、t(-2)、t(-1)、t(0)、t(1)分别拍摄的5个图像数据(各像素的亮度值)进行平均的平均值。

并且，如果分别绘制图19～图22的(b)所示的上述各平均值，则成为图25所示的曲线。

另外，图19～图22的(c)是针对拍摄元件在X轴方向上的各像素的坐标位置(横轴：坐标X1～X36)表示图19～图22的(a)所示的各理想值与图19～图22的(b)所示的各平均值之差的表。

更具体地说，在图19～图22的(c)中，在最下层作为比较例，示出了在拍摄期间[t(0～4)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。

在从下面起第二层，示出了在拍摄期间[t(-1～3)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。在从下面起第三层，示出了在拍摄期间[t(-2～2)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。在从下面起第四层，示出了在拍摄期间[t(-3～1)]拍摄的图像数据(各像素的亮度值)的各平均值与各理想值之差。

并且，如果分别绘制图19～图22的(c)所示的上述各值，则成为如图26所示的曲线。另外，在图22(c)的右端在各拍摄期间示出了针对拍摄元件在X轴方向上的各像素(坐标X1～X36)所示的上述各值的平均值和各值的最大值。

观察图22(c)的右端、图25、26等可知，如与拍摄期间[t(0～4)]相比为拍摄期间[t(-1～3)]、与拍摄期间[t(-1～3)]相比为拍摄期间[t(-2～2)]那样，随着拍摄期间所包含的移动期间增加，与理想的正弦波(理想值)之间的误差减少，在拍摄期间[t(-3～1)]的情况下误差最小。因此，在本模拟中，更优选使用在拍摄期间[t(-3～1)]拍摄的图像数据通过相移法进行三维测量。

如以上详述的那样，根据本实施方式，不仅仅是间歇移动的光栅板4b(条纹图案)的停止期间中，之前的移动期间中的一部分也包含在拍摄期间中。并且，在该拍摄期间分多次拍摄停止中和移动中的条纹图案，针对每个像素将该拍摄的一连串的图像数据的各像素的亮度值相加，算出其平均值。

由此，在获取通过相移法进行三维测量所需要的光强度分布不同的多个图像数据中的1个图像数据时，与仅仅投影具有矩形波状或梯形波状的光强度分布的条纹图案并仅在停止期间拍摄的情况相比，能够获取具有更接近理想的正弦波的光强度分布的图像数据。

另外，根据本实施方式，即使在对焦的状态下投影条纹图案，也能够获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。由于能够在对焦的状态下投影条纹图案，从而容易维持条纹图案的光强度分布(波形)。

结果，当利用相移法进行三维测量时，能够显著地提高测量精度。

进一步，根据本实施方式，能够在不使机械构成复杂化的情况下投影具有非正弦波的矩形波状或梯形波状的光强度分布的条纹图案，并且能够通过比较简单的控制处理和运算处理等获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。结果，能够抑制机械构成的复杂化，进而抑制制造成本。

此外，根据本实施方式，构成为不用等待光栅板4b的移动处理完成而开始拍摄处理，因此能够缩短光栅板4b的停止期间，实现测量的高速化。

另外，不限于上述实施方式的记载内容，例如也可以如下地实施。当然，以下未例示的其他的应用例、变更例也是理所当然可能的。

(a)在上述实施方式中，将三维测量装置体现为测量印刷基板2上印刷形成的膏状焊料K的高度的基板检查装置1，但是不限于此，例如也可以体现为测量基板上印刷的焊料凸起、基板上安装的电子部件等其他部件的高度的构成。

(b)在上述实施方式中，构成为在通过相移法进行三维测量时获取条纹图案的初始相位相差90°的4组图像数据，但是相位变换次数和相位变换量不限于此。也可以采用能够通过相移法进行三维测量的其他的相位变换次数和相位变换量。

例如，可以构成为获取相位相差120°(或90°)的3组图像数据进行三维测量，也可以构成为获取相位相差180°(或90°)的2组图像数据进行三维测量。

(c)在上述实施方式中，构成为投影具有矩形波状或梯形波状的光强度分布的条纹图案，获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。

不限于此，例如也可以构成为投影具有例如三角波状或锯齿波状等其他非正弦波状的光强度分布的条纹图案，获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。当然，如果可能的话，也可以构成为投影具有不存在中间灰度区域(亮度斜率)的矩形波状的光强度分布的条纹图案，获取具有正弦波状的光强度分布的图像数据。

另外，也可以构成为投影具有非理想的正弦波而近似于正弦波的(正弦波状的)光强度分布的条纹图案，获取具有更接近理想的正弦波的光强度分布的图像数据。

(d)投影单元的构成不限于上述实施方式涉及的照明装置4。

例如在上述实施方式中，作为将来自光源4a的光变换为条纹图案的光栅采用了光栅板4b。

不限于此，例如作为光栅也可以采用液晶面板。液晶面板在一对透明基板之间形成液晶层，并且具备配置在一个透明基板上的共同电极和以与其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，并控制施加给各带状电极的电压，由此切换与各带状电极对应的各光栅线的光透过率，形成光透过率高的透光部和光透过率低的遮光部交替排列的光栅图案。并且，通过切换控制这些透光部和遮光部的位置，能够进行光栅的移动处理。

另外，也可以代替液晶面板而采用使用了数字镜像设备的DLP(注册商标)作为光栅。

(e)在上述实施方式中，采用了透光部和遮光部交替排列的两值的光栅(光栅板4b)，但是不限于此，例如也可以构成为在光栅板或液晶面板上形成3级以上透过率不同的多值的光栅图案。

(f)在上述实施方式中，构成为在光栅板4b的移动完成(移动完成时刻M1)前开始由相机5的拍摄处理(拍摄开始时刻N1)，并与该拍摄处理结束(拍摄结束时刻N2)同时地开始光栅板4b的移动(移动开始时刻M2)。

不限于此，如图27(a)所示，也可以构成为与光栅板4b的移动完成(移动完成时刻M1)同时地开始由相机5的拍摄处理(拍摄开始时刻N1)，在该拍摄处理结束(拍摄结束时刻N2)之前开始光栅板4b的移动(移动开始时刻M2)。

另外，如图27(b)所示，也可以构成为在光栅板4b的移动完成(移动完成时刻M1)之前开始由相机5的拍摄处理(拍摄开始时刻N1)，在该拍摄处理结束(拍摄结束时刻N2)之前开始光栅板4b的移动(移动开始时刻M2)。

(g)在上述实施方式中，构成为通过压电元件等驱动单元来移动光栅板4b，但是驱动单元不限于此。例如，也可以构成为通过马达等来移动光栅板4b。

另外，在上述实施方式中，例如构成为一次移动处理(一次相位变换量相当量的移动)通过一次移动动作(连续动作)来进行，但是不限于此，也可以构成为通过预定量的多次移动动作来进行。

(h)在上述实施方式中，构成为在各图像获取处理的拍摄期间分多次进行拍摄(曝光)，针对各像素将该拍摄的一连串的图像数据的各像素的亮度值相加，算出其平均值。

不限于此，也可以构成为省略算出平均值的处理，基于将一连串的图像数据的各像素的亮度值针对各像素相加的相加数据(图像数据)进行三维测量。

另外，也可以构成为在各图像获取处理的拍摄期间连续进行拍摄(曝光)，基于该拍摄的图像数据进行三维测量。

另外，一般来说，拍摄元件接受的光量(受光量)越多，越能够得到更适于测量的画质好的图像、即噪声或量子化误差影响小的图像。但是，如果拍摄(曝光)时间长，则会导致拍摄元件达到饱和水平，图像成为所谓的“曝光过度”。与此相对，通过如上述实施方式那样在拍摄期间分多次反复进行拍摄(曝光)，通过针对各像素相加亮度值，由此能够不饱和地得到受光量更多的图像。

另一方面，只要拍摄元件是没有达到饱和水平的范围，则在拍摄期间连续进行拍摄(曝光)的处理负担少。

(i)在上述实施方式中，作为相机5的拍摄元件采用了CCD传感器，但是拍摄元件不限于此，例如也可以采用CMOS传感器等。

另外，在使用一般的CCD相机等的情况下，无法在曝光中进行数据传送，因此在如上述实施方式那样在拍摄期间分多次进行拍摄(曝光)的情况下，需要在这期间进行数据传送(读出)。

与此相对，作为相机5在使用CMOS相机或具有可在数据传送中曝光功能的CCD相机等的情况下，拍摄(曝光)和数据传送可以部分重复进行，因此能够缩短测量时间。

(j)在上述实施方式中，将预定时间Δt的5次量(相位50°相当量)设定为拍摄期间，但是拍摄期间不限于此。但是，为了抑制测量精度下降，优选拍摄期间的长度设定为小于等于光栅板4b的一次移动期间、即光栅板4b移动一次相位变换量相当量(例如在上述实施方式中相位90°相当量)的期间的长度。

如上所述，拍摄期间所包含的光栅板4b的移动期间的比例越大，越能够减少与理想的正弦波的误差，但是在超过移动预定的相位变换量相当量的期间进行拍摄的情况下，图像数据的光强度分布有可能偏离理想的正弦波。

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…光栅板、5…相机、6…控制装置、24…图像数据存储单元。

Claims (5)

1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

投影单元，所述投影单元具有发出预定的光的光源、将来自该光源的光变换为预定的条纹图案的光栅以及能够移动该光栅的驱动单元，并且能够将所述条纹图案投影到被测量物；

拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄投影了所述条纹图案的所述被测量物；

图像获取单元，所述图像获取单元控制所述投影单元和所述拍摄单元，能够获取光强度分布不同的多个图像数据；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述图像获取单元获取的多个图像数据通过相移法执行所述被测量物的三维测量，

所述图像获取单元

在获取所述多个图像数据中的一个图像数据时，

执行将所述光栅移动到预定位置并使其暂时停止的处理，

并且在至少包含所述光栅的停止期间、以及该停止期间开始前的光栅的移动期间的一部分和/或该停止期间结束后的光栅的移动期间的一部分的预定期间执行连续进行拍摄的拍摄处理，

或者，

在至少包含所述光栅的停止期间、以及该停止期间开始前的光栅的移动期间的一部分和/或该停止期间结束后的光栅的移动期间的一部分的预定期间执行分多次进行拍摄的拍摄处理，并执行将该拍摄结果针对各像素相加或平均的处理。

2.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，

所述预定期间的长度被设定为小于等于所述光栅的一次移动期间的长度。

3.如权利要求1或2所述的三维测量装置，其特征在于，

所述预定的条纹图案是具有非正弦波状的光强度分布的条纹图案。

4.如权利要求1至3中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，

所述光栅为透过光的透光部和遮住光的遮光部交替排列的配置构成。

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，

所述被测量物是印刷有膏状焊料的印刷基板或者是形成有焊料凸起的晶片基板。