JP7030079B2 - 三次元計測装置及び三次元計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、位相シフト法を利用して三次元計測を行う三次元計測装置及び三次元計測方法に関するものである。

一般に、プリント基板は、ガラスエポキシ樹脂からなるベース基板の上に電極パターンを具備し、表面がレジスト膜によって保護されている。かかるプリント基板上に電子部品を実装する場合、まず電極パターン上のレジスト膜による保護がされていない所定位置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、位相シフト法を利用した三次元計測装置が用いられることがある。

位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、所定の光を発する光源と、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、プリント基板）に照射する。そして、基板上の点を真上に配置した撮像手段を用いて観測する。撮像手段としては、レンズ及び撮像素子等からなるＣＣＤカメラ等が用いられる。

かかる構成の下、プリント基板に照射される光パターンの位相を複数通り（例えば４通り、３通り又は２通り）にシフトさせると共に、位相の異なる各光パターンの下で撮像を行い、複数通りの画像データを取得する。そして、これら複数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。

しかしながら、プリント基板上には明るい部位や暗い部位が存在すること、加えて通常は、撮像素子として単板式のカラーイメージセンサを使用することから、撮像素子の画素毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）いずれかのカラーフィルタが配置され、撮像可能な波長域が異なるため、撮像対象部位の色の影響によっても明暗が生じることとなる。

このような事情から、撮像素子の輝度ダイナミックレンジを超える明暗が生じ、明るすぎる部位や暗すぎる部位では、例えば上記のように取得された４つの画像データのうちの１つ又は２つの画像データについて、いわゆる「白飛び」や「黒つぶれ」が発生し、当該部位の高さ計測を行うことができないといった不具合が生じるおそれがあった。

これに鑑み、近年では、輝度が異なる２種類の光パターンを利用して計測を行う三次元計測装置も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

かかる三次元計測装置によれば、例えば第１輝度の光パターンを複数通りの位相で照射して得られた画像データに基づき、プリント基板上の検査対象領域（半田領域）に係る三次元計測を行うと共に、第２輝度の光パターンを複数通りの位相で照射して得られた画像データに基づき、プリント基板上の計測基準領域（背景領域）に係る三次元計測を行い、計測基準領域を高さ基準面として検査対象領域のクリーム半田の高さが計測されることとなる。

特開２００６－３００５３９号公報 特開２０１７－９４４２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段階若しくは２段階）に変化させ、これらに対応する光強度分布をもつ４通り（又は３通り若しくは２通り）の画像を撮像する必要がある。

従って、上記特許文献１，２に係る従来技術のように、輝度の異なる２種類の光パターンを切換えて計測を行う場合には、まず第１輝度の第１光パターンを照射し、その位相を４段階（又は３段階若しくは２段階）に変化させ、これらの下で４通り（又は３通り若しくは２通り）の画像を撮像した後、輝度を変えて、第２輝度の第２光パターンを照射し、その位相を４段階（又は３段階若しくは２段階）に変化させ、これらの下で４通り（又は３通り若しくは２通り）の画像を撮像するといったように、各輝度の光パターンの下でそれぞれ４回（又は３回若しくは２回）ずつ、２セット計８回（又は６回若しくは４回）の照射及び撮像が必要となり、計測時間が大幅に増大するおそれがあった。

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、計測の高速化を図ることのできる三次元計測装置及び三次元計測方法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．位相シフト法を利用して所定の被計測物（例えばプリント基板）の三次元計測を行うための三次元計測装置であって、
縞状の光強度分布を有する所定の光パターンを前記被計測物に対し照射可能な照射手段と、
前記照射手段から照射する前記光パターンの位相をＮ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる位相制御手段と、
前記光パターンの照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
Ｎ通りに位相変化させた前記光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に、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、
前記画像処理手段は、
前記Ｎ通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値を取得する処理と、
前記所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出する処理と、
前記２個以上Ｎ個未満の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成されていることを特徴とする三次元計測装置。

ここで、「白飛び」とは、画像データの所定の座標位置（画素）において、その輝度値が撮像手段の輝度ダイナミックレンジの上限値など所定の高輝度レベルを超え、明るさを適切に階調表現できていない状態を指す。

一方、「黒つぶれ」とは、画像データの所定の座標位置（画素）において、その輝度値が撮像手段の輝度ダイナミックレンジの下限値など所定の低輝度レベルを下回り、明るさ（暗さ）を適切に階調表現できていない状態を指す。

上記手段１によれば、被計測物に照射される光パターンの位相をＮ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させると共に、これら位相の異なる各光パターンの下で撮像を行い、Ｎ通りの画像データを取得する。

そして、これらＮ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に際し、画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出し、これを基に所定の座標位置における高さ計測を実行可能に構成されている。

つまり、所定の座標位置において、Ｎ個の輝度値のうちの一部が「白飛び」又は「黒つぶれ」していたとしても、「白飛び」又は「黒つぶれ」していない残りの２個以上Ｎ個未満の輝度値を利用して高さ計測を行うことが可能となる。

これにより、輝度ダイナミックレンジを拡大することができる。結果として、輝度条件を変えて複数回（複数セット）高さ計測を行う必要もないため、計測の高速化を図ることができる。加えて、データ欠落部分の少ない高さ計測データを取得することができ、計測精度の向上を図ることができる。

手段２．位相シフト法を利用して所定の被計測物（例えばプリント基板）の三次元計測を行うための三次元計測装置であって、
縞状の光強度分布を有する所定の光パターンを前記被計測物に対し照射可能な照射手段と、
前記照射手段から照射する前記光パターンの位相を９０°ずつ４通りに変化させる位相制御手段と、
前記光パターンの照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
４通りに位相変化させた前記光パターンの下で撮像し取得された４通りの画像データを基に、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、
前記画像処理手段は、
前記４通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係る４個の輝度値を取得する処理と、
前記所定の座標位置に係る４個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない３個以上の輝度値を抽出する処理と、
前記３個以上の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成されたことを特徴とする三次元計測装置。

上記手段２によれば、上記手段１と同様の作用効果が奏される。位相シフト法を利用した高さ計測を行う際に、高さ算出に用いる輝度値が４個又は３個の場合には、演算処理が容易となると共に、高精度の計測結果が得られやすくなる。結果として、本手段によれば、さらなる計測の高速化を図ると共に、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

手段３．位相シフト法を利用して所定の被計測物（例えばプリント基板）の三次元計測を行うための三次元計測装置であって、
縞状の光強度分布を有する第１光パターンを前記被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
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Ｎ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる第１位相制御手段と、
縞状の光強度分布を有する第２光パターンを前記被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
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Ｎ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる第２位相制御手段と、
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を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により取得された画像データを基に、前記被計測物に係る三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像処理手段は、
Ｎ通りに位相変化させた前記第１光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に第１高さ計測を実行可能に構成されると共に、
Ｎ通りに位相変化させた前記第２光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に第２高さ計測を実行可能に構成され、
前記第１高さ計測の計測結果、及び、前記第２高さ計測の計測結果を基に、前記被計測物に係る高さ計測データを算出する処理を実行可能に構成され、
前記第１高さ計測及び前記第２高さ計測を行う場合においてそれぞれ、
前記Ｎ通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値を取得する処理と、
前記所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出する処理と、
前記２個以上Ｎ個未満の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成され、
前記高さ計測データを算出する処理を行うにあたり、
前記第１高さ計測の計測結果を算出する際に用いた、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数と、
前記第２高さ計測の計測結果を算出する際に用いた、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数とに違いがある場合には、
その数が多い方の計測結果を前記高さ計測データとして取得する、又は、その数が多い方の計測結果に所定の重み付けを行い算出した結果を高さ計測データとして取得することを特徴とする三次元計測装置。

上記手段３によれば、上記手段１と同様の作用効果が奏される。特に本手段によれば、第１光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に第１高さ計測を実行すると共に、第２光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に第２高さ計測を実行し、これら両計測結果を基に被計測物に係る高さ計測データを算出する構成となっている。

加えて、上記両計測結果を基に被計測物に係る高さ計測データを算出する際に、各計測結果を算出する際に用いた白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数に違いがある場合（例えば一方が４個で他方が３個）には、その数が多い方の計測結果を高さ計測データとして取得する、又は、その数が多い方の計測結果に所定の重み付けを行い算出した結果を高さ計測データとして取得する構成となっている。

結果として、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値をより多く用いて計測を行うことができ、さらにデータ欠落部分の少ない高さ計測データを取得することが可能となり、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

手段４．前記画像処理手段は、
前記白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値であるか否かの判定を、前記画像データの各座標位置に係る輝度値について個々に行うことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。

上記手段４によれば、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値であるか否かの判定を容易かつ精度よく行うことができる。

手段５．前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。

上記手段５によれば、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、効率よくかつ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効率や検査精度の向上を図ることができる。

手段６．位相シフト法を利用して所定の被計測物（例えばプリント基板）の三次元計測を行うための三次元計測方法であって、
縞状の光強度分布を有する所定の光パターンを前記被計測物に対し照射する照射工程と、
前記光パターンの位相をＮ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる位相制御工程と、
前記光パターンの照射された前記被計測物を撮像する撮像工程と、
Ｎ通りに位相変化させた前記光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に、位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を行う画像処理工程とを備え、
前記画像処理工程において、
前記Ｎ通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値を取得する処理と、
前記所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出する処理と、
前記２個以上Ｎ個未満の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成されていることを特徴とする三次元計測方法。

上記手段６によれば、上記手段１と同様の作用効果が奏される。

基板検査装置を模式的に示す概略構成図である。 基板検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 光パターンの輝度値と撮像素子の輝度ダイナミックレンジとの関係を示すグラフであって、すべての輝度値が白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない状態を示す図である。 光パターンの輝度値と撮像素子の輝度ダイナミックレンジとの関係を示すグラフであって、一部の輝度値が白飛びしている状態を示す図である。 光パターンの輝度値と撮像素子の輝度ダイナミックレンジとの関係を示すグラフであって、一部の輝度値が黒つぶれしている状態を示す図である。 光パターンの輝度値と撮像素子の輝度ダイナミックレンジとの関係を示すグラフであって、一部の輝度値が白飛びしている状態を示す図である。 光パターンの輝度値と撮像素子の輝度ダイナミックレンジとの関係を示すグラフであって、一部の輝度値が黒つぶれしている状態を示す図である。 別の実施形態に係る基板検査装置を模式的に示す概略構成図である。 別の実施形態に係る検査ルーチンを示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態における三次元計測装置を具備する基板検査装置１を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、基板検査装置１は、計測対象となるクリーム半田が印刷されてなる被計測物としてのプリント基板２を載置するための載置台３と、プリント基板２の表面に対し斜め上方から所定の光パターンを照射するための照射手段としての照明装置４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。

照明装置４は、所定の光を発する光源４ａと、該光源４ａ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液晶格子４ｂ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（本実施形態では４分の１ピッチずつ「０°」、「９０°」、「１８０°」、「２７０°」）に位相変化する縞状の光パターンを照射可能となっている。ここで、液晶格子４ｂにおける格子態様を切替制御する機構が位相制御手段に相当する。

より詳しくは、照明装置４において、光源４ａ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４ｂ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４ｂ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４ｂ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、照明装置４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。

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、単板式のＣＭＯＳセンサを採用している。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全体の制御を司るマイクロコンピュータ２１、キーボードやマウス、タッチパネル等で構成される「入力手段」としての入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置２３、カメラ５により撮像され取得された画像データなどを記憶するための画像データ記憶装置２４、該画像データに基づいて得られた三次元計測結果など、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置２５、ガーバデータやキャリブレーションデータなどの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。

マイクロコンピュータ２１は、演算手段としてのＣＰＵ２１ａや、各種プログラムを記憶するＲＯＭ２１ｂ、演算データや入出力データなどの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２１ｃなどを備え、上記各装置２２～２６等と電気的に接続されている。そして、これら各装置２２～２６等との間で各種データや信号の入出力制御を行う機能を有する。

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４ｂ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座標位置（各画素）における光パターンの位相角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、上記４通りの画像データから各座標位置における光パターンのゲインＢ及びオフセットＡ、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。

ここで、ゲインＢ及びオフセットＡ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座標位置における輝度値（Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃）と、ゲインＢ及びオフセットＡとの関係は、下記式（１）、（２）、（３）、（４）により表すことができる。

また、上記式（１）、（２）、（３）、（４）は、下記式（１´）、（２´）、（３´）、（４´）と変換することができる。

そして、４通りの画像データの各座標位置における輝度値（Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃）を加算し、上記式（１）、（２）、（３）、（４）を下記［数３］に示すように整理すると、下記式（５）を導き出すことができる。

また、上記式（１）、（３）を下記［数４］に示すように整理すると、下記式（６）を導き出すことができる。

また、上記式（２）、（４）を下記［数５］に示すように整理すると、下記式（７）を導き出すことができる。

そして、下記［数６］に示すように、上記式（６）、（７）を下記式（８）に代入し、整理していくと、下記式（９）を導き出すことができる。

さらに、上記式（５）、（９）から導き出された下記式（１０）を基にゲインＢ及びオフセットＡの比例定数Ｋを算出する。

そして、上記のように算出された各座標位置における光パターンのゲインＢ、オフセットＡ、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。

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詳しく説明する。この検査ルーチンは、制御装置６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。

このように検査エリアの位置合せが終了すると、制御装置６は、照明装置４の液晶格子４ｂを切替制御し、該液晶格子４ｂに形成される格子パターンの位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。ここで、格子パターンの位置を切替える工程が本実施形態における位相制御工程を構成する（以下同様）。

液晶格子４ｂの切替設定が完了すると、制御装置６は、光源４ａを発光させ、所定の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、該光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。ここで光パターンを照射する工程が本実施形態における照射工程を構成し、これをカメラ５により撮像する工程が本実施形態における撮像工程を構成する（以下同様）。

そして、制御装置６は、所定時間（例えば２ｍｓｅｃ）経過後、光パターンの照射を終了すると共に、該光パターンに係る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）。

次に、制御装置６は、照明装置４の液晶格子４ｂを切替制御し、該液晶格子４ｂに形成される格子パターンの位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、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。

液晶格子４ｂの切替設定が完了すると、制御装置６は、光源４ａを発光させ、所定の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、該光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。

そして、制御装置６は、所定時間経過後、光パターンの照射を終了すると共に、該光パターンに係る２回目の撮像を終了する。

次に、制御装置６は、照明装置４の液晶格子４ｂを切替制御し、該液晶格子４ｂに形成される格子パターンの位置を位相「９０°」の位置から、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。

液晶格子４ｂの切替設定が完了すると、制御装置６は、光源４ａを発光させ、所定の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、該光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。

そして、制御装置６は、所定時間経過後、光パターンの照射を終了すると共に、該光パターンに係る３回目の撮像を終了する。

次に、制御装置６は、照明装置４の液晶格子４ｂを切替制御し、該液晶格子４ｂに形成される格子パターンの位置を位相「１８０°」の位置から、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。

液晶格子４ｂの切替設定が完了すると、制御装置６は、光源４ａを発光させ、所定の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、該光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。

そして、制御装置６は、所定時間経過後、光パターンの照射を終了すると共に、該光パターンに係る４回目の撮像を終了する。

このように、上記一連の画像取得処理を行うことにより、４通りに位相変化させた光パターンの下で撮像された４画面分の画像データが取得される。

そして、制御装置６は、このように取得した４通りの画像データを基に位相シフト法により該検査エリアに係る三次元計測を行う。かかる処理工程により本実施形態における画像処理工程が構成される。

より詳しくは、上記４通りの画像データにおける所定の座標位置について、該座標位置に係る４個の輝度値がすべて「白飛び」もしておらず、かつ、「黒つぶれ」もしていない場合には、従来同様、これらの４個の輝度値を基に、該座標位置に係る光パターンの位相θを算出する。

尚、ここで各画像データにおける所定の座標位置に係る輝度値が「白飛び」しているか否か、又は、「黒つぶれ」しているか否かの判定は、以下のように行うことができる。例えば輝度値が「０」～「２５５」で階調表現される構成の下、輝度値が黒つぶれ輝度レベルであるレベル「５」以下となっている場合に「黒つぶれ」と判定し、輝度値が白飛び輝度レベルであるレベル「２５０」以上となっている場合に「白飛び」と判定することができる。

図３に示すように、所定の座標位置に係る光パターンの位相Ｔを求める場合において、該座標位置に係る４個の輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃すべてが輝度ダイナミックレンジＬＧの範囲内にある場合、つまりカメラ５の撮像素子の白飛び輝度レベルＬ１よりも小さく、かつ、黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも大きい場合には、従来同様、これらの４個の輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃を基に、該座標位置に係る光パターンの位相Ｔを算出することができる。

ここで、上記４通りの画像データの各座標位置に係る輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃は、上記式（１）、（２）、（３）、（４）、ひいては上記式（１´）、（２´）、（３´）、（４´）により表すことができる。

そして、下記［数８］に示すように、上記式（１）、（２）、（３）、（４）を位相θについて解くと、下記式（１１）を導き出すことができる。

また、上記４通りの画像データにおける所定の座標位置について、該座標位置に係る４個の輝度値のうち、１つが「白飛び」している場合には、これを除く、「白飛び」していない３つの輝度値を基に、該座標位置に係る光パターンの位相θを算出する。

例えば図４に示すように、所定の座標位置に係る光パターンの位相Ｔを求める場合において、該座標位置に係る４個の輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃のうち、１つの輝度値Ｊ₀が「白飛び」している場合（白飛び輝度レベルＬ１よりも大きい場合）には、これを除く、「白飛び」していない（白飛び輝度レベルＬ１よりも小さい）３つの輝度値Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃を基に、該座標位置に係る光パターンの位相Ｔを算出する。

このようにすれば、光パターンの振幅の１５～５０％程度の範囲（図４参照）が、撮像素子の白飛び輝度レベルＬ１よりも大きくなっている場合においても光パターンの位相θの算出が可能となる。

同様に、上記４通りの画像データにおける所定の座標位置について、該座標位置に係る４個の輝度値のうち、１つが「黒つぶれ」している場合には、これを除く、「黒つぶれ」していない３つの輝度値を基に、該座標位置に係る光パターンの位相θを算出する。

例えば図５に示すように、所定の座標位置に係る光パターンの位相Ｔを求める場合において、該座標位置に係る４個の輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃のうち、１つの輝度値Ｊ₃が「黒つぶれ」している場合（黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも小さい場合）には、これを除く、「黒つぶれ」していない（黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも大きい）３つの輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂を基に、該座標位置に係る光パターンの位相Ｔを算出する。

このようにすれば、光パターンの振幅の１５～５０％程度の範囲（図５参照）が、撮像素子の黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも小さくなっている場合においても光パターンの位相θの算出が可能となる。

ここで、上記４通りの画像データの各座標位置に係る輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃のうち、例えば輝度値Ｉ₃が「白飛び」又は「黒つぶれ」している場合には、上記式（１）、（２）、（３）を下記［数９］に示すように整理することにより、オフセットＡを下記式（１２）により表すことができる。

そして、下記［数１０］に示すように、上記式（１´）、（２´）を基に、位相θについて解くと、下記式（１３）を導き出すことができる。

ここで上記４通りの画像データの各座標位置に係る輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃のうち、例えば輝度値Ｉ₁が「白飛び」又は「黒つぶれ」している場合には、下記［数１１］に示すように、上記式（１´）、（４´）を基に、位相θについて解くと、下記式（１４）を導き出すことができる。

ここで上記４通りの画像データの各座標位置に係る輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃のうち、例えば輝度値Ｉ₀が「白飛び」又は「黒つぶれ」している場合には、上記式（２´）、（４´）を下記［数１２］に示すように整理することにより、オフセットＡを下記式（１５）により表すことができる。

そして、下記［数１３］に示すように、上記式（３´）、（４´）を基に、位相θについて解くと、下記式（１６）を導き出すことができる。

ここで上記４通りの画像データの各座標位置に係る輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃のうち、例えば輝度値Ｉ₂が「白飛び」又は「黒つぶれ」している場合には、下記［数１４］に示すように、上記式（１´）、（２´）を基に、位相θについて解くと、下記式（１７）を導き出すことができる。

また、上記４通りの画像データにおける所定の座標位置について、該座標位置に係る４個の輝度値のうち、２つが「白飛び」している場合には、これを除く、「白飛び」していない２つの輝度値を基に、該座標位置に係る光パターンの位相θを算出する。

例えば図６に示すように、所定の座標位置に係る光パターンの位相Ｔを求める場合において、該座標位置に係る４個の輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃のうち、２つの輝度値Ｊ₀，Ｊ₁が「白飛び」している場合（白飛び輝度レベルＬ１よりも大きい場合）には、これを除く、「白飛び」していない（白飛び輝度レベルＬ１よりも小さい）２つの輝度値Ｊ₂，Ｊ₃を基に、該座標位置に係る光パターンの位相Ｔを算出する。

このようにすれば、光パターンの振幅の５０～８０％程度の範囲（図６参照）が、撮像素子の白飛び輝度レベルＬ１よりも大きくなっている場合においても光パターンの位相θの算出が可能となる。

同様に、上記４通りの画像データにおける所定の座標位置について、該座標位置に係る４個の輝度値のうち、２つが「黒つぶれ」している場合には、これを除く、「黒つぶれ」していない２つの輝度値を基に、該座標位置に係る光パターンの位相θを算出する。

例えば図７に示すように、所定の座標位置に係る光パターンの位相Ｔを求める場合において、該座標位置に係る４個の輝度値Ｊ₀，Ｊ₁，Ｊ₂，Ｊ₃のうち、２つの輝度値Ｊ₂，Ｊ₃が「黒つぶれ」している場合（黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも小さい場合）には、これを除く、「黒つぶれ」していない（黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも大きい）２つの輝度値Ｊ₀，Ｊ₁を基に、該座標位置に係る光パターンの位相Ｔを算出する。

このようにすれば、光パターンの振幅の５０～８０％程度の範囲（図７参照）が、撮像素子の黒つぶれ輝度レベルＬ２よりも小さくなっている場合においても光パターンの位相θの算出が可能となる。

ここで、仮に上記４通りの画像データの各座標位置に係る輝度値Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃のうち、２つの輝度値Ｉ₂，Ｉ₃が「白飛び」又は「黒つぶれ」している場合には、例えば特開２０１６－２１１９８６号公報（段落［００６４］～［００７７］参照）に記載された計算手法を用いることより、上記式（１）、（２）及び上記比例定数Ｋを基に、オフセットＡを下記式（１８）により表すことができる。

そして、下記［数１６］に示すように、上記式（１´）、（２´）を基に、位相θについて解くと、下記式（１９）を導き出すことができる。

続いて、制御装置６は、上記のように算出された各座標位置の位相θ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座標位置の位相）とを比較して、同一の位相を有する座標（画素）のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各座標（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、所定の座標（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、座標（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、座標（ｘ，ｙ）の高さデータ（ｚ）を求めることができる。

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各座標における高さデータに基づいて、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、プリント基板２に照射される光パターンの位相を４通りに変化させると共に、これら位相の異なる各光パターンの下で撮像を行い、４通りの画像データを取得する。

そして、これら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に際し、画像データ上の所定の座標位置に係る４個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上４個未満の輝度値を抽出し、これを基に所定の座標位置における高さ計測を実行可能に構成されている。

つまり、所定の座標位置において、４個の輝度値のうちの一部が「白飛び」又は「黒つぶれ」していたとしても、「白飛び」又は「黒つぶれ」していない残りの２個以上４個未満の輝度値を利用して高さ計測を行うことが可能となっている。

これにより、輝度ダイナミックレンジを拡大することができる。結果として、輝度条件を変えて複数回（複数セット）高さ計測を行う必要もないため、計測の高速化を図ることができる。加えて、データ欠落部分の少ない高さ計測データを取得することができ、計測精度の向上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。

図８は、本実施形態に係る基板検査装置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、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、カメラ５と、制御装置６とを備えている。

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（本実施形態では４分の１ピッチずつ「０°」、「９０°」、「１８０°」、「２７０°」）に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位相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（本実施形態では４分の１ピッチずつ「０°」、「９０°」、「１８０°」、「２７０°」）に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位相制御手段に相当する。

液晶格子４Ａｂ，４Ｂｂは、それぞれ上記第１実施形態に係る液晶格子４ｂと同様、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し、これらを介してプリント基板２上に照射される光は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、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。

次に、本実施形態に係る基板検査装置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。本実施形態では、上記第１実施形態にて説明したキャリブレーションの手順により、第１液晶格子４Ａｂ（第１光パターン）、及び、第２液晶格子４Ｂｂ（第２光パターン）について、それぞれキャリブレーションを行う。

さらに、第１液晶格子４Ａｂ及び第２液晶格子４Ｂｂそれぞれに関して、上記第１実施形態と同様の手順により、各画素における光パターンのゲインＢ及びオフセットＡ、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。

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９のフロー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に合わせる。

このように検査エリアの位置合せが終了すると、制御装置６は、まずステップＳ１において画像データ取得処理を実行する。

具体的に、制御装置６は、上記第１実施形態と同様に、第１照明装置４Ａを駆動制御して検査エリアへ第１光パターンを照射すると共に、該第１光パターンの位相を４分の１ピッチ（９０°）ずつ順次シフトさせる。合わせて、制御装置６は、カメラ５を駆動制御し、９０°ずつ位相の異なる第１光パターンが照射された検査エリアを順次撮像し、４画面分の画像データを取得する。

その後、制御装置６は、上記同様に、第２照明装置４Ｂを駆動制御して検査エリアへ第２光パターンを照射すると共に、該第２光パターンの位相を４分の１ピッチ（９０°）ずつ順次シフトさせる。合わせて、制御装置６は、カメラ５を駆動制御し、９０°ずつ位相の異なる第２光パターンが照射された検査エリアを順次撮像し、４画面分の画像データを取得する。

これにより、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、４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４画面分の画像データの合計８画面分の画像データが取得されることとなる。

次に、制御装置６は、ステップＳ２において高さデータ算出処理を実行する。詳しくは、制御装置６は、上記ステップＳ１にて第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、各座標位置（画素）毎に高さ計測（第１高さ計測）を行うと共に、上記ステップＳ１にて第２光パターンの下で取得した４通りの画像データを基に、各座標位置（画素）毎に高さ計測（第２高さ計測）を行う。

具体的には、まず上記第１実施形態と同様の手法により、各座標位置に関して、４個の輝度値すべてが「白飛び」等していない場合は、該４個の輝度値を基に位相θを算出し、１個の輝度値が「白飛び」等している場合には、残り３個の輝度値を基に位相θを算出し、２個の輝度値が「白飛び」等している場合には、残り２個の輝度値を基に位相θを算出する。

続いて、制御装置６は、上記のように算出された各座標位置（画素）の位相θ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、検査エリアの各座標（ｘ，ｙ）に係る高さデータ（ｚ）を算出する。

ここで、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算出された各座標位置の高さデータは「第１高さデータ」として演算結果記憶装置２５に記憶され、第２光パターンの下で取得した４通りの画像データを基に算出された各座標位置の高さデータは「第２高さデータ」として演算結果記憶装置２５に記憶される。

次に、制御装置６は、ステップＳ３において、上記ステップＳ２において算出した「第１高さデータ」及び「第２高さデータ」をそれぞれ所定の基準面（例えばクリーム半田が印刷されるランド等）を基準とした高さデータに変換する。

ここで、「第１高さデータ」を変換したデータは、「基準面基準第１高さデータ」として演算結果記憶装置２５に記憶され、「第２高さデータ」を変換したデータは、「基準面基準第２高さデータ」として演算結果記憶装置２５に記憶される。

次に、制御装置６は、ステップＳ４において、「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」とを統合する統合処理を行う。

本実施形態では、検査エリアの各座標（ｘ，ｙ）について、それぞれ「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」の平均値を、該座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ」として算出し、これを演算結果記憶装置２５に記憶する。

ここで本実施形態では、上記平均値を算出するに際し、「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」を単純に平均する構成となっている。

次に、制御装置６は、ステップＳ５において良否判定処理を行う。詳しくは、制御装置６は、上記ステップＳ４にて取得された検査エリアの各座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ（ｚ）」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。これにて該検査エリアに係る検査ルーチンが終了する。

そして、上記良否判定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（検査ルーチン）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、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。

加えて、本実施形態によれば、第１光パターンの下で撮像し取得された４通りの画像データを基に第１高さ計測を実行すると共に、第２光パターンの下で撮像し取得された４通りの画像データを基に第２高さ計測を実行し、これら両計測結果を基に検査エリアの各座標位置について高さ計測データを算出する構成となっている。

結果として、さらにデータ欠落部分の少ない高さ計測データを取得することが可能となり、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

例えば本実施形態において、第１光パターンの下で取得された４通りの画像データから所定の座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない４個の輝度値が取得できた場合、かつ、第２光パターンの下で取得された４通りの画像データから該座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない４個の輝度値が取得できた場合には、従来同様、高い計測精度で、該座標位置に係る「真の高さデータ」を取得することができる。

また、第１光パターン（又は第２光パターン）の下で取得された４通りの画像データから所定の座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない４個の輝度値が取得できた場合、かつ、第２光パターン（又は第１光パターン）の下で取得された４通りの画像データから該座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない３個又は２個の輝度値が取得できた場合には、従来では行われていなかった第２光パターン（又は第１光パターン）に係る該３個又は２個の輝度値を用いた高さ計測データの算出により、「真の高さデータ」の計測精度の向上を図ることができる。

但し、第１光パターン（又は第２光パターン）の下で取得された４通りの画像データから所定の座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない４個、３個又は２個の輝度値が取得できた場合、かつ、第２光パターン（又は第１光パターン）の下で取得された４通りの画像データから該座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない２個以上の輝度値が取得できなかった場合には、従来同様、第１光パターン（又は第２光パターン）に係る４個、３個又は２個の輝度値を用いて算出された高さ計測データを「真の高さデータ」として用いることとなる。

一方、第１光パターン（又は第２光パターン）の下で取得された４通りの画像データから所定の座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない３個の輝度値が取得できた場合、かつ、第２光パターン（又は第１光パターン）の下で取得された４通りの画像データから該座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない３個又は２個の輝度値が取得できた場合には、従来では行われていなかった第１光パターン（又は第２光パターン）に係る該３個の輝度値を用いた高さ計測データの算出、及び、第２光パターン（又は第１光パターン）に係る該３個又は２個の輝度値を用いた高さ計測データの算出により、従来ではデータ欠落部分となっていた該座標位置について「真の高さデータ」を取得することができる。

同様に、第１光パターンの下で取得された４通りの画像データから所定の座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない２個の輝度値が取得できた場合、かつ、第２光パターンの下で取得された４通りの画像データから該座標位置について「白飛び」又は「黒つぶれ」していない２個の輝度値が取得できた場合には、従来では行われていなかった第１光パターンに係る該２個の輝度値を用いた高さ計測データの算出、及び、第２光パターンに係る該２個の輝度値を用いた高さ計測データの算出により、従来ではデータ欠落部分となっていた該座標位置について「真の高さデータ」を取得することができる。

尚、上記各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）上記各実施形態では、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、例えば基板上に形成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）照射手段の構成は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、光源４ａ（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４ｂ（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）上記各実施形態では、位相が９０°ずつ異なる４通りの光パターンの下で撮像され取得された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を行う構成となっている。

これに限らず、光パターンの位相をＮ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させ、これら位相の異なるＮ通りの光パターンの下で撮像され取得されたＮ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構成となっていればよい。

例えば位相が１２０°ずつ異なる３通りの光パターンの下で撮像され取得された３通りの画像データを基に高さ計測を行う構成としてもよい。

但し、位相が９０°ずつ異なる４通りの光パターンの下で撮像され取得された４通りの画像データを基に高さ計測を行う構成の下、画像データ上の所定の座標位置に係る４個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない３個以上の輝度値を抽出し、これを基に所定の座標位置における高さ計測を実行可能な構成とすることが好ましい。

位相シフト法を利用した高さ計測を行う際に、高さ算出に用いる輝度値が４個又は３個の場合には、演算処理が容易となると共に、高精度の計測結果が得られやすくなる。このため、前記構成によれば、さらなる計測の高速化を図ると共に、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

一方、輝度ダイナミックレンジをより拡大するためには、Ｎ通り（Ｎは３以上の自然数）の画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上の輝度値を抽出し、該２個以上の輝度値を基に該座標位置における高さ計測を実行可能な構成となっている方が好ましい。

（ｄ）上記第２実施形態において、「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」とを統合する統合処理（ステップＳ４）では、検査エリアの各座標（ｘ，ｙ）について、それぞれ「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」とを単純に平均した平均値を、該座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ」として算出する構成となっている。

これに限らず、「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」の平均値を算出するに際し、例えば「基準面基準第１高さデータ」又は「基準面基準第２高さデータ」のいずれか一方が、「白飛び」等していない４個の輝度値を基に算出されたデータであり、他方が１個の輝度値が「白飛び」等し、残り３個の輝度値を基に算出されたデータである場合には、輝度値の数に応じた加重平均としてもよい。

このように、第１高さ計測の計測結果を算出する際に用いた、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数と、第２高さ計測の計測結果を算出する際に用いた、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数とに違いがある場合には、その数が多い方の計測結果を「真の高さデータ」として取得する、又は、その数が多い方の計測結果に所定の重み付けを行い算出した結果を「真の高さデータ」として取得する構成とすることが好ましい。

結果として、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値をより多く用いて計測を行うことができ、さらにデータ欠落部分の少ない「真の高さデータ」を取得することが可能となり、さらなる計測精度の向上を図ることができる。

（ｅ）上記ステップＳ４の統合処理において、「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」の平均値に代えて、例えば検査エリアの各座標（ｘ，ｙ）について、それぞれ「基準面基準第１高さデータ」又は「基準面基準第２高さデータ」のいずれか一方を選択して、これを該座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ」として算出する構成としてもよい。

ここで、上記いずれか一方の「基準面基準高さデータ」を選択する場合において、例えば上記ステップＳ１の画像データ取得処理にて、所定の座標（ｘ，ｙ）について、３個以上の輝度値が「白飛び」等してしまい、「基準面基準第１高さデータ」又は「基準面基準第２高さデータ」のいずれか一方しか高さデータを取得できなかった場合には、高さデータを取得できた方の「基準面基準高さデータ」を選択するようにしてもよい。

また、上記いずれか一方の「基準面基準高さデータ」を選択する場合において、例えば「基準面基準第１高さデータ」又は「基準面基準第２高さデータ」のいずれか一方が、「白飛び」等していない４個の輝度値を基に算出されたデータであり、他方が１個の輝度値が「白飛び」等し、残り３個の輝度値を基に算出されたデータである場合には、「白飛び」等していない輝度値の数が多い方の「基準面基準高さデータ」を選択する構成としてもよい。

つまり、一方が「白飛び」等していない３個の輝度値を基に算出されたデータであり、他方が「白飛び」等していない２個の輝度値を基に算出されたデータである場合には、「白飛び」等していない輝度値が３個の方の「基準面基準高さデータ」が選択されることとなる。

また、上記いずれか一方の「基準面基準高さデータ」を選択する場合において、所定の座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ」として、該座標（ｘ，ｙ）の周囲の座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ」を参酌して、適切な「基準面基準高さデータ」を選択する構成としてもよい。

また、ステップＳ４の統合処理において、上述した「基準面基準第１高さデータ」と「基準面基準第２高さデータ」の平均値を算出する処理や、「基準面基準第１高さデータ」又は「基準面基準第２高さデータ」の一方を選択する処理を組み合わせて、検査エリアの全ての座標（ｘ，ｙ）に係る「真の高さデータ」を取得する構成としてもよい。

（ｆ）撮像手段の構成は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、撮像素子としては、単板式のＣＭＯＳセンサを採用している。これに限らず、例えばＣＣＤセンサ等を採用してもよい。勿論、単板式のカラーイメージセンサに限定されるものではない。

上記「背景技術」に記載したような不具合は、単板式のカラーイメージセンサに限らず、単にプリント基板２上に明るい部位や暗い部位が存在するだけでも生じ得るものである。

１…基板検査装置、２…プリント基板、４…照明装置、４ａ…光源、４ｂ…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、Ｉ₀，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃…輝度値、Ａ…オフセット、Ｂ…ゲイン、Ｋ…比例定数、Ｌ１…白飛び輝度レベル、Ｌ２…黒つぶれ輝度レベル、ＬＧ…輝度ダイナミックレンジ。

Claims (6)

1. 位相シフト法を利用して所定の被計測物の三次元計測を行うための三次元計測装置であって、
   縞状の光強度分布を有する所定の光パターンを前記被計測物に対し照射可能な照射手段と、
   前記照射手段から照射する前記光パターンの位相をＮ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる位相制御手段と、
   前記光パターンの照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
   Ｎ通りに位相変化させた前記光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に、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、
   前記画像処理手段は、
   前記Ｎ通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値を取得する処理と、
   前記所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出する処理と、
   前記２個以上Ｎ個未満の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成されていることを特徴とする三次元計測装置。
2. 位相シフト法を利用して所定の被計測物の三次元計測を行うための三次元計測装置であって、
   縞状の光強度分布を有する所定の光パターンを前記被計測物に対し照射可能な照射手段と、
   前記照射手段から照射する前記光パターンの位相を９０°ずつ４通りに変化させる位相制御手段と、
   前記光パターンの照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
   ４通りに位相変化させた前記光パターンの下で撮像し取得された４通りの画像データを基に、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、
   前記画像処理手段は、
   前記４通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係る４個の輝度値を取得する処理と、
   前記所定の座標位置に係る４個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない３個以上の輝度値を抽出する処理と、
   前記３個以上の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成されたことを特徴とする三次元計測装置。
3. 位相シフト法を利用して所定の被計測物の三次元計測を行うための三次元計測装置であって、
   縞状の光強度分布を有する第１光パターンを前記被計測物に対し照射可能な第１照射手段と、
   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Ｎ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる第１位相制御手段と、
   縞状の光強度分布を有する第２光パターンを前記被計測物に対し照射可能な第２照射手段と、
   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Ｎ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる第２位相制御手段と、
   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を撮像可能な撮像手段と、
   前記撮像手段により取得された画像データを基に、前記被計測物に係る三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
   前記画像処理手段は、
   Ｎ通りに位相変化させた前記第１光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に第１高さ計測を実行可能に構成されると共に、
   Ｎ通りに位相変化させた前記第２光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に第２高さ計測を実行可能に構成され、
   前記第１高さ計測の計測結果、及び、前記第２高さ計測の計測結果を基に、前記被計測物に係る高さ計測データを算出する処理を実行可能に構成され、
   前記第１高さ計測及び前記第２高さ計測を行う場合においてそれぞれ、
   前記Ｎ通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値を取得する処理と、
   前記所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出する処理と、
   前記２個以上Ｎ個未満の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成され、
   前記高さ計測データを算出する処理を行うにあたり、
   前記第１高さ計測の計測結果を算出する際に用いた、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数と、
   前記第２高さ計測の計測結果を算出する際に用いた、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値の数とに違いがある場合には、
   その数が多い方の計測結果を前記高さ計測データとして取得する、又は、その数が多い方の計測結果に所定の重み付けを行い算出した結果を高さ計測データとして取得することを特徴とする三次元計測装置。
4. 前記画像処理手段は、
   前記白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない輝度値であるか否かの判定を、前記画像データの各座標位置に係る輝度値について個々に行う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。
5. 前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。
6. 位相シフト法を利用して所定の被計測物の三次元計測を行うための三次元計測方法であって、
   縞状の光強度分布を有する所定の光パターンを前記被計測物に対し照射する照射工程と、
   前記光パターンの位相をＮ通り（Ｎは３以上の自然数）に変化させる位相制御工程と、
   前記光パターンの照射された前記被計測物を撮像する撮像工程と、
   Ｎ通りに位相変化させた前記光パターンの下で撮像し取得されたＮ通りの画像データを基に、位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を行う画像処理工程とを備え、
   前記画像処理工程において、
   前記Ｎ通りの画像データを基に、該画像データ上の所定の座標位置に係るＮ個の輝度値を取得する処理と、
   前記所定の座標位置に係るＮ個の輝度値の中から、白飛びしておらずかつ黒つぶれしていない２個以上Ｎ個未満の輝度値を抽出する処理と、
   前記２個以上Ｎ個未満の輝度値を基に前記所定の座標位置における高さを計測する処理とを実行可能に構成されていることを特徴とする三次元計測方法。

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