KR100716131B1 - 3차원 계측장치, 필터 격자 줄무늬판 및 조명 수단 - Google Patents

Abstract

계측 대상물의 3차원 형상을 위상 시프트법을 이용하여 계측할 때, 계측에 필요한 시간의 단축을 도모할 수 있는 3차원 계측장치를 제공한다. 인쇄상태 검사장치(1)는 크림 솔더(H)가 인쇄되어 이루어지는 프린트 기판(K)을 재치하기 위한 테이블과, 프린트 기판(K)의 표면에 대해 위상이 다른 정현파 형상의 3개의 광 성분 패턴을 조사(照射)하기 위한 조사 수단을 구성하는 조명장치(3)와, 프린트 기판 (K) 상의 상기 조사된 부분을 촬상하기 위한 촬상 수단을 구성하는 ＣＣＤ카메라 (4)와, 프린트 기판(K)의 표면에 대해 백색광을 조사하기 위한 백색광 조명(L)과, 기준 높이를 측정하기 위한 레이저 포인터를 구비하고 있다. 제어장치(7)는 백색광 조명(L)의 조사에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 크림 솔더(H)가 존재하는 영역을 특정하고, 조명장치(3)조사에 의해 얻어지는 화상 데이터로부터 위상 시프트법을 이용하여 크림 솔더(H)의 높이를 연산한다.

Description

3차원 계측장치, 필터 격자 줄무늬판 및 조명 수단{THREE-DIMENSIONAL MEASURING INSTRUMENT, FILTER STRIPED PLATE, AND ILLUMINATING MEANS}

본 발명은 측정 대상물의 3차원 형상 등을 위상 시프트법을 이용하여 계측 하는 3차원 계측장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프린트 기판 상에 전자 부품을 실장하는 경우, 우선 프린트 기판 상에 설치된 소정의 전극 패턴 형상으로 크림 솔더(cream solder)가 인쇄된다. 다음에, 그 크림 솔더의 점성에 의거하여 프린트 기판 상에 전자 부품이 가(假)고정된다. 그 후, 상기 프린트 기판이 리플로우 노(爐)(reflow furnace)로 유도되고, 소정의 리플로우 공정을 거치는 것으로 납땜이 실행된다. 요즈음은, 리플로우 노에 유도되는 전 단계에 있어서 크림 솔더의 인쇄 상태를 검사할 필요가 있고, 이 검사를 할 때 3차원 계측장치가 이용되는 경우가 있다

근래, 광을 이용한 이른바 비(非) 접촉식의 3차원 계측장치가 여러 가지로 제안되고 있으며, 그 중에서도 위상 시프트법을 이용한 3차원 계측장치에 관한 기술이 제안되어 있다(일본국 특허청 공개공보 특개평11-211443호 공보, 일본국 특허청 특허공보 특허제2711042호 등).

상기 기술에 있어서의 3차원 계측장치에서는 ＣＣＤ카메라가 이용된다. 즉, 광원과 정현파 패턴의 필터의 조합으로 이루어지는 조사 수단에 의해, 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가지는 광 패턴을 측정 물체(이 경우, 프린트 기판)에 조사한다. 그리고, 기판 상의 점을 바로 위에 배치한 ＣＣＤ카메라를 이용하여 관측한다. 이 경우, 화면 상의 점 P의 광의 강도(I)는 아래식으로 주어진다.

I＝ｅ＋ｆㆍｃｏｓφ

(단, ｅ: 직류광 노이즈(오프셋 성분), ｆ: 정현파의 콘트라스트(반사율), φ: 물체의 요철에 따라 주어지는 위상)

이 때, 광 패턴을 이동시켜 위상을 4단계(φ＋0, φ＋π/2, φ＋π, φ＋3π/2)로 변화시키고, 이들에 대응하는 강도 분포(I0, I1, I2, I3)를 가지는 화상을 취입하여 하기 식에 의거하여 위치 정보 (θ)를 구한다.

θ＝ａｒｃｔａｎ{(Ｉ３－Ｉ１)／(Ｉ０－Ｉ２)}

이 위치 정보(θ)를 이용하여 프린트 기판(크림 솔더) 상의 점 P의 3차원 좌표(x, Y, Z)가 구해지고, 이것에 의해 크림 솔더의 3차원 형상, 특히 높이가 계측된다.

그런데, 상기 기술에 있어서의 3차원 계측장치에서는, 위상을 4단계로 변화시켜 각 단계에 대응하는 강도 분포를 가지는 4종류의 화상을 취득할 필요가 있다. 즉, 위상을 변화시킬 때마다 촬상을 행하지 않으면 안되고, 결과적으로 하나의 포인트에 관해 촬상을 4회 행할 필요가 있다. 이 때문에, 촬상에 시간을 요하게 되고, 더 나아가서는 계측 개시에서 종료까지의 시간이 길어져 버릴 우려가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 계측 대상물의 3차원 형 상을 위상 시프트법을 이용하여 계측할 때, 계측에 필요한 시간의 단축을 도모할 수 있는 3차원 계측장치를 제공하는 것을 주된 목적의 하나로 하고 있다.

본 발명에 관련된 3차원 계측장치는 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대해, 대략 균일하게 조사 가능한 균일 광 조명과, 적어도 상기 계측 대상물에 대해 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에 서로 다른 파장 성분을 가지고, 서로 상대 위상 관계가 다른 적어도 2개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 조사 수단과, 상기 균일 광이 조사된 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물로부터의 반사광을 촬상 가능하고, 또한 적어도 상기 광 성분 패턴이 조사된 계측 대상물로부터의 반사광을 각 광 성분마다 분리하여 촬상 가능한 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로 촬상된 균일 광에 의한 화상 데이터에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 영역 추출 수단과, 상기 촬상 수단으로 광 성분마다 촬상된 적어도 2종류의 화상 데이터에 의거하여, 적어도 상기 영역 추출 수단으로 존재 영역이 추출된 계측 대상물의 소정의 높이를 연산하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대해 균일 광 조명에 의해, 대략 균일 광이 조사된다.

그리고, 상기 대략 균일 광이 조사된 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물로부터의 반사광이 촬상 수단으로 촬상되는 것으로, 화상 데이터가 얻어진다. 이 화상 데이터에 기인하여, 영역 추출 수단으로 계측 대상물이 존재하는 영역이 추출된다. 이 경우, 계측 대상물과 비 계측 대상물의 반사의 정도의 상위(相違)에 의해, 계측 대상물의 영역을 확실히 특정할 수가 있다. 또한, 적어도 계측 대상물에 대해, 조사 수단에 의해 적어도 2개의 광 성분 패턴이 동시에 조사된다. 여기서, 각 광 성분 패턴은 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에, 서로 다른 파장 성분을 가지며, 서로 상대 위상 관계가 다르다. 그리고, 광 성분 패턴이 조사된 계측 대상물로부터의 반사광이 촬상 수단으로 각 광 성분마다 분리되어 촬상된다. 또, 상기 다른 상대 위상 관계 하에서 촬상 수단으로 촬상된 적어도 2종류의 화상 데이터에 의거하여, 연산 수단에서는 적어도 상기 계측 대상물의 소정의 높이가 연산된다. 따라서, 상대 위상 관계를 다르게 할 때마다 촬상을 행할 필요가 있던 종래 기술과는 달리, 각 광 성분마다, 다른 상대 위상 관계 하(下)마다 통합해서 촬상을 행할 수가 있다. 이 때문에, 하나의 포인트에 관해 조사 및 촬상에 필요한 시간이 현저히 단축되게 되며, 이것에 의해 계측에 필요한 시간의 비약적인 단축을 도모할 수가 있다. 아울러, 연산할 때에는 이미 계측 대상물의 영역이 추출, 특정되어 있다. 따라서, 비 계측 대상물을 고려한 보정 연산 등을 행할 필요가 없다. 그 결과, 연산의 간소화나, 보정을 위한 설비의 대형화, 복잡화의 방지 등을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 균일 광 조명은, 백색광을 조사 가능한 백색광 조명인 것이 바람직하다.

백색광 조명을 이용함으로써, 계측 대상물과 비 계측대상물에 다른 착색이 되어 있으면, 반사광의 상위가 휘도 뿐만 아니라 색차(色差)에 대해서도 나타나기 쉽다. 따라서, 영역 추출 수단으로 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출할 때에, 계측 대상물과 비 계측 대상물의 반사광의 휘도의 상위에 의해서도, 색차의 상위에 의해서도 계측 대상물의 영역을 확실하게 특정할 수가 있다.

또한, 본 발명에 관련된 3차원 계측장치는 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대해, 백색광을 조사 가능한 백색광 조명과, 적어도 상기 계측 대상물에 대해 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에, 서로 다른 파장 성분을 가지고, 서로 상대 위상 관계가 다른 적어도 3개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 조사 수단과, 상기 백색광이 조사된 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물로부터의 반사광을 촬상 가능하고, 또한 적어도 상기 광 성분 패턴이 조사된 계측 대상물로부터의 반사광을 각 광 성분마다 분리하여 촬상 가능한 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로 촬상된 백색광에 의한 화상 데이터에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 영역 추출 수단과, 상기 촬상 수단으로 광 성분마다 촬상된 적어도 3종류의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 영역 추출 수단으로 존재 영역이 추출된 계측 대상물의 소정의 높이를 연산하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 영역 추출 수단은 상기 계측 대상물과 상기 비 계측 대상물의 휘도의 차(差)에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 것이 바람직하다.

계측 대상물이 존재하는 영역이, 영역 추출 수단으로 화상 데이터로부터 계측 대상물과 비 계측 대상물의 휘도의 차에 의거하여 추출된다. 이 때문에, 계측 대상물이나 비 계측 대상물의 표면의 색에 관계없이 휘도를 비교하는 것 만의 비교적 용이한 처리에 의해 영역을 추출할 수가 있다.

또한, 상기 백색광 조명에 의한 상기 계측 대상물 및 상기 비 계측 대상물에의 조사 방향은, 상기 촬상 수단에 의한 상기 계측 대상물 및 상기 비 계측 대상물의 촬상 방향과 각도가 다른 것으로 하는 것이 바람직하다.

상기의 경우, 조사된 백색광의 반사 각도가 조사된 것의 표면 상태 등에 따라 다르게 된다. 이 때문에, 촬상 수단으로 촬상되는 반사광의 휘도가, 계측 대상물과 비 계측 대상물에서 다른 것을 이용하여, 보다 확실하게 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출할 수가 있다.

또, 상기 영역 추출 수단은 상기 계측 대상물과 비 계측 대상물의 색차에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 것이 바람직하다.

계측 대상물이 존재하는 영역이, 영역 추출 수단으로 화상 데이터로부터 계측 대상물과 비 계측 대상물의 색차에 의거하여 추출된다. 이 때문에, 계측 대상물이나 비 계측 대상물의 표면의 색을 비교하는 것만의 비교적 용이한 처리에 의해 영역을 추출할 수가 있다.

또한, 상기 조사 수단은 적어도 3개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능하고, 상기 연산 수단은 3종류의 화상 데이터에 의거하여 연산하는 것으로서, 상기 서로 다른 상대 위상 관계를 각각 α, 0, β로 했을 때, 상기 연산 수단은 상기 3종류의 화상 데이터에서 얻어지는 계측부의 휘도를 각각 동일 진폭 및 동일 오프셋 성분으로 환산한 V0, V1, V2 및 하기 식(1)에 의해 위치 정보(θ)를 구하고, 이 위 치 정보에 의거하여 상기 소정의 높이를 연산하는 것인 것이 바람직하다.

이 경우, 그다지 복잡하지 않은 수식에 의거하여 위치 정보(θ)를 구할 수 있고, 이 위치 정보(θ)에 의거하여 상기 소정의 높이를 연산할 수가 있다. 그 때문에, 3종류의 화상 데이터에 의거하여 계측 대상물의 소정의 높이를 구할 때에, 연산이 복잡하게 되어 버리는 것에 따른 지연이 발생하지 않는다

또한, 상기 서로 다른 파장 성분을 가지는 3개의 광 성분 패턴은 각각 적색, 녹색, 청색의 광 성분 패턴인 것이 바람직하다.

이 경우, 파장역이 오버랩되기 어렵고, 촬상 수단에 있어서 각 광 성분마다 비교적 용이하게 분리할 수 있다. 게다가, 비교적 용이하게 조사 수단을 구성할 수가 있다

또한, 상기 조사 수단은, 광원으로부터의 광을 소정의 파장 성분에 대해 줄무늬 형상으로 차광함과 동시에 나머지의 파장 성분에 대해 투광을 허용하는 필터 격자 줄무늬판을 이용하고, 서로 상대 위상 관계가 다른 각 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 필터 격자 줄무늬판 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

필터 격자 줄무늬판에 의해 소정의 파장 성분이 줄무늬 형상으로 차광되고, 나머지의 파장 성분이 투광을 허용받는다. 이 때문에, 예를 들면 복수의 필터 격자 줄무늬판을 조합한 경우에는, 각 광 성분만이 줄무늬 형상으로 투광을 허용받는다. 또한, 줄무늬 형상으로 투광된 광 성분은 정현파에 가까운 패턴을 형성하고, 이 광 성분 패턴은 서로 상대 위상 관계가 다르다. 따라서, 연산 수단에 의한 계측 대상물의 소정의 높이의 연산이 보다 정확하게 행해진다.

또한, 상기 조사 수단은 필터 격자 줄무늬판을 구비하고 있으며, 상기 필터 격자 줄무늬판은 1장의 판에 의해 구성되고, 광원으로부터의 광을 각각 소정의 파장 성분에만 대해 투광하는 영역이 줄무늬 형상으로 배열되며, 서로 상대 위상 관계가 다른 각 광 성분 패턴을 동시에 투광할 수 있는 것이 바람직하다.

필터 격자 줄무늬판에 의해, 소정의 파장 성분이 줄무늬 형상으로 투광된다. 이 때문에, 줄무늬 형상으로 투광된 소정의 파장 성분은 서로 상대 위상 관계가 다른 정현파에 가까운 광 성분 패턴을 형성한다. 따라서, 연산 수단에 의한 계측 대상물의 소정의 높이의 연산이 보다 정확하게 행해진다. 또한, 필터 격자 줄무늬판이 1장의 판으로 구성되어 있기 때문에 조명 수단을 비교적 용이하게 설계할 수 있어, 컴팩트화 및 코스트의 저감을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 조사 수단은 3개의 광 성분 패턴을 동시에 조사할 수 있으며, 상기 필터 격자 줄무늬판은 서로 파장 성분이 다른 제 1, 제 2, 제 3 파장 성분에 대해, 제 1 파장 성분만을 투광하는 제 1 영역과, 제 1 및 제 2 파장 성분만을 투광 하는 제 2 영역과, 제 2 및 제 3 파장 성분만을 투광하는 제 3 영역과, 제 3 파장 성분만을 투광하는 제 4 영역을 차례대로 줄무늬 형상으로 배열한 구성인 것이 바람직하다.

필터 격자 줄무늬판에 의해, 각 파장 성분이, 투광 가능한 줄무늬 형상의 영 역이 교대로 반복된다. 이 때문에, 4종류의 영역을 구성하는 것만으로 각 파장 성분마다 서로 상대 위상 관계가 다른 정현파에 가까운 광 성분 패턴을 확실히 형성할 수 있다. 또, 서로 상대 위상 관계가 다른 정현파에 가까운 광 성분 패턴을 형성할 수 있으면, 4종류 이상의 영역을 구성하도록 해도 좋다.

또한, 상기 제 1 영역은 적, 상기 제 2 영역은 황, 상기 제 3 영역은 시안, 상기 제 4 영역은 청으로 분류되어 있는 것이 바람직하다.

필터 격자 줄무늬판이 적, 황, 시안, 청의 순으로 줄무늬 형상으로 배열되어 있으면, 서로 다른 파장 성분을 가지는 3개의 광 성분 패턴으로서 적색, 녹색, 청색을 투광할 수 있다. 따라서, 파장역이 오버랩되기 어렵고 촬상 수단에 있어서 각 성분마다 비교적 용이하게 분리할 수 있다. 게다가, 비교적 용이하게 조사 수단을 구성할 수가 있다.

또한, 본 발명에 관련된 3차원 계측장치는 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대해, 대략 균일한 균일 파장 성분을 가지는 광과, 적어도 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에, 서로 상대 위상 관계가 다른 복수의 소정 파장 성분을 가지는 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 조사 수단과, 상기 조사 수단으로부터 조사된 계측 대상물로부터의 반사광을, 상기 균일 파장 성분 및 상기 복수의 소정 파장 성분의 각 광 성분마다 분리하여 촬상 가능한 촬상 수단과, 상기 촬상 수단으로 촬상된 균일 파장 성분에 대응하는 화상 데이터에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 영역 추출 수단과, 상기 촬상 수단으로 분리 촬상된 복수의 소정 파장 성분에 대응하는 화상 데이터에 의거하여, 적어도 상기 영역 추출 수단으로 존재 영역이 추출된 계측 대상물의 소정의 높이를 연산하는 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 계측 대상물에 대해, 조사 수단에 의해 대략 균일한 균일 파장 성분을 가지는 광과, 적어도 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에, 서로 상대 위상 관계가 다른 복수의 소정 파장 성분을 가지는 광 성분 패턴이 동시에 조사된다. 이 때문에, 하나의 조사 수단만으로 각 광 성분을 조사할 수 있고, 별도의 조명을 설치하는 것에 따른 장치의 대형화를 방지할 수 있다. 또한, 촬상 수단으로 균일 파장 성분 및 복수의 소정 파장 성분이 각 광 성분마다 분리되어 촬상되고, 1회의 촬상만으로 각 화상 데이터가 동시에 얻어진다. 그리고, 균일 파장 성분의 화상 데이터에 의거하여, 영역 추출 수단으로 계측 대상물이 존재하는 영역이 추출된다. 이 경우, 계측 대상물과 비 계측 대상물의 반사의 정도의 상위에 따라 계측 대상물의 영역을 확실하게 특정할 수가 있다. 상기 촬상 수단으로 분리 촬상된 복수의 소정 파장 성분에 대응하는 화상 데이터에 의거하여, 연산 수단에서는 적어도 상기 계측 대상물의 소정의 높이가 연산된다. 따라서, 상대 위상 관계를 다르게 할 때마다 촬상을 행할 필요가 있던 종래 기술과는 달리, 각 광 성분마다 다른 상대 위상 관계 하(下)마다 통합해서 촬상을 행할 수가 있다. 이 때문에, 하나의 포인트에 관하여 1회의 조사 및 촬상으로 필요한 화상 데이터를 얻을 수 있다. 따라서, 하나의 포인트에 필요한 시간의 현저한 단축이 도모되게 되고, 따라서, 계측에 필요한 시간의 비약적인 단축을 도모할 수가 있다. 아울러, 연산할 때에는, 이미 계측 대상물의 영역이 추출, 특정되어 있다. 따라서, 비 계측 대상물을 고려 한 보정 연산 등을 행할 필요가 없다. 그 결과, 연산의 간소화나 보정을 위한 설비의 대형화, 복잡화의 방지 등을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 균일 파장 성분의 파장 영역과 상기 복수의 소정 파장 성분의 파장 영역이 다른 것으로 하는 것이 바람직하다.

이 경우, 균일 파장 성분 및 복수의 소정 파장 성분을 각 광 성분마다 확실하게 분리하여 촬상 가능하다.

또한, 상기 광 성분 패턴은 대략 정현파 형상의 광 강도 분포를 가지는 것이 바람직하다.

이 경우, 보다 더 한층의 계측 정밀도의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 계측 대상물의 높이의 기준으로 되는 기준면의 높이를 측정하는 기준 높이 측정 수단을 설치하는 것이 바람직하다.

기준 높이 측정 수단에 의해 계측 대상물의 높이의 기준이 되는 기준면의 높이가 측정되기 때문에, 3차원 계측장치에 대한 계측 대상물의 높이 위치 관계 뿐만 아니라 계측 대상물 자체의 높이(두께)를 측정할 수가 있다.

또한, 상기 계측 대상물이 프린트 기판 상에 인쇄된 크림 솔더이고, 이 크림 솔더의 영역, 높이로부터 인쇄 상태의 양부(良否)를 판정하는 판정 수단을 설치하는 것이 바람직하다.

프린트 기판 상에 인쇄된 크림 솔더의 영역과 높이가 계측되고, 그 계측값에 의거하여 양부의 판정이 실행된다. 이 때문에, 크림 솔더의 계측에 있어서 상기 각 작용 효과가 달성되고, 게다가 정밀도 좋게 양부의 판정을 행할 수가 있다.

또한, 상기 계측 대상물이 프린트 기판 상에 설치된 솔더 범프(solder bump)이고, 이 솔더 범프의 영역, 높이로부터 솔더 범프의 형상의 양부를 판정하는 판정 수단을 설치하는 것이 바람직하다.

프린트 기판 상에 설치된 솔더 범프의 영역과 높이가 계측되고, 그 계측치에 의거하여 양부 판정이 행해진다. 이 때문에, 솔더 범프의 계측에 있어서 상기 각 작용 효과가 달성되고, 게다가 정밀도 좋게 양부 판정을 행할 수가 있다

또한, 본 발명에 관련된 필터 격자 줄무늬판은 3차원 계측장치에 이용되는 필터 격자 줄무늬판으로서 1장의 판상체로 이루어지며, 광원으로부터의 광을 소정의 파장 성분에 대해 줄무늬 형상으로 차광함과 동시에 나머지의 파장 성분에 대해 투광을 허용하고, 서로 상대 위상 관계가 다른 적어도 2개의 광 성분 패턴을 동시에 투광 가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 필터 격자 줄무늬판에 의해 소정의 파장 성분이 줄무늬 형상으로 투광된다. 이 때문에, 줄무늬 형상으로 투광된 소정의 파장 성분은 서로 상대 위상 관계가 다른 정현파에 가까운 광 성분 패턴을 형성한다. 또한, 1장의 판으로 적어도 2개의 광 성분 패턴을 동시에 투광 가능하기 때문에 3차원 계측장치를 비교적 용이하게 설계할 수 있어, 컴팩트화 및 코스트의 저감을 도모할 수가 있다. 또, 상기 3차원 계측장치는 「상기 어느 것인가의 발명에 관련된 3차원 계측장치」로 해도 좋다.

또한, 상기 필터 격자 줄무늬판은 3개의 광 성분 패턴을 동시에 투광하는 것으로서, 서로 파장 성분이 다른 제 1, 제 2, 제 3 파장 성분에 대하여 제 1 및 제 2 파장 성분만을 투광하는 제 1 영역과, 제 2 및 제 3 파장 성분만을 투광하는 제 2 영역을 차례대로 줄무늬 형상으로 배열한 구성인 것이 바람직하다.

이와 같이, 제 1, 제 2 영역을 차례대로 배열함으로써 제 1, 제 3 파장 성분이 위상이 다른 대략 정현파 형상의 광 성분 패턴으로서 투광할 수 있다. 또한, 제 2 파장 성분은 격자 줄무늬 전 영역에 걸쳐서 균일하게 되고, 줄무늬 형상의 광 성분 패턴에 더하여 균일한 광 조사를 동시에 행하는 것이 가능하다.

더욱이, 상기 필터 격자 줄무늬판에 있어서, 상기 제 1 영역은 황, 상기 제 2 영역은 시안으로 색 분류되어 있는 것이 바람직하다.

필터 격자 줄무늬판이 황, 시안의 순으로 줄무늬 형상으로 배열되어 있으면, 서로 다른 파장 성분을 가지는 2개의 광 성분 패턴으로서 적색, 청색을 투광할 수 있다. 따라서, 파장역이 오버랩하기 어려운 광 성분 패턴을 투광할 수 있다.

또한, 본 발명의 필터 격자 줄무늬판은 3차원 계측장치에 이용되는 필터 격자 줄무늬판으로서, 1장의 판상체로 이루어지며, 광원으로부터의 광을 소정의 파장 성분에 대해 줄무늬 형상으로 차광함과 동시에 나머지의 파장 성분에 대하여 투광을 허용하며, 서로 상대 위상 관계가 다른 적어도 3개의 광 성분 패턴을 동시에 투광 가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 필터 격자 줄무늬판에 의해 소정의 파장 성분이 줄무늬 형상에 투광된다. 이 때문에, 줄무늬 형상으로 투광된 소정의 파장 성분은 서로 상대 위상 관계가 다른 정현파에 가까운 광 성분 패턴을 형성한다. 또한, 1장의 판으로 적어도 3개의 광 성분 패턴을 동시에 투광 가능하기 때문에, 3차원 계측장치를 비교적 용이하게 설계할 수 있어, 컴팩트화 및 코스트의 저감을 도모할 수가 있다. 또한, 상기 3차원 계측장치는 「상기 어느 것인가의 발명에 관련된 3차원 계측장치」로 해도 좋다.

또한, 상기 필터 격자 줄무늬판은 3개의 광 성분 패턴을 동시에 투광하는 것으로서, 서로 파장 성분이 다른 제 1, 제 2, 제 3 파장 성분에 대하여 제 1 파장 성분만을 투광하는 제 1 영역과, 제 1 및 제 2 파장 성분만을 투광하는 제 2 영역과, 제 2 및 제 3 파장 성분만을 투광하는 제 3 영역과, 제 3 파장 성분만을 투광 하는 제 4 영역을 차례대로 줄무늬 형상으로 배열한 구성인 것이 바람직하다.

이와 같이, 제 1에서 제 4 영역을 차례대로 배열함으로써, 제 1, 제 2, 제 3 파장 성분이 위상이 다른 대략 정현파 형상의 광 성분 패턴으로서 투광 가능하다.

또한, 상기 제 1 영역은 적, 상기 제 2 영역은 황, 상기 제 3 영역은 시안, 상기 제 4 영역은 청으로 색 분류되어 있는 것이 바람직하다.

필터 격자 줄무늬판이 적, 황, 시안, 청의 순으로 줄무늬 형상으로 배열되어 있으면, 서로 다른 파장 성분을 가지는 3개의 광 성분 패턴으로서 적색, 녹색, 청색을 투광할 수 있다. 따라서, 파장역이 오버랩하기 어려운 광 성분 패턴을 투광할 수 있다.

또한, 3차원 계측장치로서는 상기 어느 것인가의 발명에 관련된 필터 격자 줄무늬판을 구비하는 것이 바람직하다

더욱이, 본 발명에 관련된 조명 수단은 상기 어느 것인가의 발명에 관련된 필터 격자 줄무늬판을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 필터 격자 줄무늬판을 구비함으로써, 서로 다른 파장 성분을 가지는 복수의 광 성분 패턴을 조사 가능한 조명 수단을 비교적 용이하게 설계할 수 있다.

도 1은 하나의 실시예에 있어서의 3차원 계측장치를 구비하는 인쇄 상태 검사 장치를 모식적으로 도시하는 개략 사시도.

도 2는 하나의 실시예에 있어서의 보다 상세한 3차원 계측장치의 구성을 모식적으로 도시하는 개략 구성도.

도 3은 상대 위상 관계가 다른 적, 녹, 청의 각 필터의 광 강도 분포의 하나의 예를 도시하는 그래프.

도 4는 다른 실시예에 있어서의 격자 줄무늬를 모식적으로 도시하는 평면도.

도 5의 (a)는 다른 형태에 있어서의 격자 줄무늬판의 각 색에 있어서의 투과율과 파장의 관계를 도시하는 그래프이고, (b)는 다른 형태에 있어서의 카메라의 감도와 파장의 관계를 도시하는 그래프.

도 6은 격자 줄무늬판의 투과광이 투영된 조사 에리어에 있어서의 각 파장마다의 휘도를 도시하는 그래프.

이하, 하나의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시예에 있어서의 3차원 계측장치를 구비하는 인쇄상태 검사장치(1)를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 동 그림에 도시하는 바와 같이, 인쇄상태 검사장치(1)는 계측 대상물으로서의 크림 솔더(H)가 인쇄되어 이루어지는 프린트 기판(K)을 재치 하기 위한 테이블(2)과 프린트 기판(K)의 표면에 대하여 경사진 윗쪽으로부터 소정의 광 성분 패턴을 조사하기 위한 조사 수단을 구성하는 조명장치(3)와, 프린트 기판(K) 상의 상기 조사된 부분을 촬상하기 위한 촬상 수단을 구성하는 ＣＣＤ카메라 (4)와 프린트 기판(K)의 표면에 대하여 백색광을 조사하기 위한 백색광 조명(L)과, 기준 높이를 측정하기 위한 도시하지 않은 레이저 포인터를 구비하고 있다. 또, 본 실시예에 있어서의 크림 솔더(H)는 프린트 기판(K) 상에 설치된 동박(銅箔)으로 이루어지는 전극 패턴 상에 인쇄 형성되어 있다.

테이블(2)에는 모터(5, 6)가 설치되어 있으며, 이 모터(5, 6)에 의해 테이블 (2) 상에 재치된 프린트 기판(K)이 임의의 방향(x축방향 및 Y축방향)으로 슬라이드되도록 되어 있다.

백색광 조명(L)은 프린트 기판(K)의 위쪽, 그리고 ＣＣＤ카메라(4)의 아래쪽에 설치되어 있다. 또, 백색광 조명(L)은 비교적 큰 직경의 링 형상을 이루고 있기 때문에, ＣＣＤ카메라(4)에 의한 프린트 기판(K)의 촬상을 방해하는 일은 없다. 또한, 백색광 조명(L)은 이 백색광 조명(L)의 중앙 방향, 경사진 아래쪽으로 백색광을 조사한다. 즉, 프린트 기판(K) 주위의 경사진 윗쪽으로부터 백색광이 조사되도록 되어 있다.

본 실시예에 있어서의 조명장치(3)로부터는 적, 녹, 청의 각각 위상이 다른 광 성분 패턴이 조사되도록 되어 있다. 보다 상세하게는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 조명장치(3)는 광원(11)과, 광원(11)으로부터의 광을 모으는 집광렌즈(12)와, 조사 렌즈(13)와, 양 렌즈(12, 13) 사이에 배치된 적, 녹, 청색의 필터 격자 줄무 늬판(14, 15, 16)을 구비하고 있다. 적색 필터 격자 줄무늬판(14)은 부위에 따라 적색의 정도가 정현파 형상(줄무늬 형상)으로 변화하고 있고, 적색의 성분에 대해서만 줄무늬 형상으로 차광(투광)시키고 다른 파장역의 전(全) 투광을 허용하도록 되어 있다. 또한, 녹색 필터 격자 줄무늬판(15)은 부위에 따라 녹색의 정도가 정현파 형상(줄무늬 형상)으로 변화하고 있고, 녹색의 성분에 대해서만 줄무늬 형상으로 차광(투광)시키고 다른 파장역의 전 투광을 허용하도록 되어 있다. 단, 그 정현파는 적색 필터 격자 줄무늬판(14)에 비해 위상이 소정 피치(본 실시예에서는 「π/2」) 어긋나 있다(도 3). 또, 청색 필터 격자 줄무늬판(16)은 부위에 따라 청색의 정도가 정현파 형상(줄무늬 형상)으로 변화하고 있고, 청색의 성분에 대해서만 줄무늬 형상으로 차광(투광)시키고 다른 파장역의 전 투광을 허용하도록 되어 있다. 단, 그 정현파는 상기 녹색 필터 격자 줄무늬판(15)에 비해 위상이 소정 피치(본 실시예에서는 「π/2」) 어긋나 있다(도 3 참조). 즉, 이들 적, 녹, 청색의 필터 격자 줄무늬판(14, 15, 16)은 서로 위상이 소정 피치 어긋난 상태로 맞서 있다(물론, 서로 이간되어 있어도 지장이 없다).

그리고, 광원(11)으로부터 방출된 광은 집광렌즈(12), 상기 각 색 필터 격자 줄무늬판(14, 15, 16) 및 조사 렌즈(12)를 거쳐 도 4에 도시하는 바와 같은 광 성분 패턴으로서 프린트 기판(K) 상에 조사되도록 되어 있다.

또한, 상기 ＣＣＤ카메라(4)는 제 1∼제 3 다이크로익 미러(21, 22, 23) 및 그들에 대응하는 제 1∼제 3 촬상부(24, 25, 26)를 구비하고 있다. 즉, 제 1 다이크로익 미러(21)는 소정의 파장역 내(적색광에 대응)의 광을 반사(그 이외의 파장 의 광을 투과)하고, 제 1 촬상부(24)는 그 반사광을 촬상한다. 또한, 제 2 다이크로익 미러(22)는 소정의 파장역 내(녹색광에 대응)의 광을 반사(그 이외의 파장의 광을 투과)하고, 제 2 촬상부(25)는 그 반사광을 촬상한다. 또, 제 3 다이크로익 미러(통상의 미러를 이용해도 좋다)(23)는 소정의 파장역 내(청색광에 대응)의 광을 반사(그 이외의 파장의 광을 투과)하고, 제 3 촬상부(26)는 그 반사광을 촬상한다. 또한, ＣＣＤ카메라(4)는 일반적인 칼라 촬상도 가능하게 되어 있다.

본 실시예에 있어서는 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 ＣＣＤ 카메라(4), 조명장치(3), 모터(5, 6) 및 백색광 조명(L)을 구동 제어함과 동시에, ＣＣＤ카메라(4)에 의해 촬상된 촬상 데이터에 의거하여 여러 가지 연산을 실행하기 위한 제어장치(7)가 설치되어 있다. 즉, 프린트 기판(K)이 테이블(2) 상에 재치되면, 제어장치(7)는 우선 모터(5, 6)를 구동 제어하여 소정의 위치에 이동시키고, 프린트 기판(K)을 초기 위치로 이동시킨다. 이 초기 위치는 예를 들면 ＣＣＤ카메라(4)의 시야의 크기를 1단위로 해서 프린트 기판(K)의 표면을 미리 분할해 둔 것 중의 하나의 위치이다.

또한, 제어장치(7)는 백색광 조명(L)을 구동 제어하여 백색광의 조사를 개시한다. 그러면, 백색광의 ＣＣＤ카메라 방향으로의 반사광은 평면인 프린트 기판(K)에서는 적고 어두워진다. 한편, 표면에 요철이 있는 크림 솔더(H)에서는 난반사에 의해 상기 반사광이 프린트 기판(K)보다도 많이 밝아진다. 이러한 조사가 실행되고 있는 동안에, 제어장치(7)는 ＣＣＤ카메라(4)를 구동 제어하여 검사 에리어 부분을 일제히 촬상하고, 칼라의 화상 데이터를 얻는다(제 1 촬상).

다음에, 조명장치(3)를 구동 제어하여 광 성분 패턴의 조사를 개시한다. 이 때, 광 성분 패턴에는 위상이 소정 피치에서 상위하는 복수의 파장역의 것이 포함되어 있기 때문에, 종래와 같이 위상을 소정 피치씩 시프트 시킨다는 처리를 필요로 하지 않는다. 더욱이, 이와 같이 하여 각 광 성분 패턴의 위상이 어긋난 일제 조사가 실행되고 있는 동안에, 제어장치(7)는 ＣＣＤ카메라(4)를 구동 제어하고, 이들 각 파장역마다(촬상부 24∼26)마다 검사 에리어 부분을 일제히 촬상하고, 각각 3화면 분량의 화상 데이터를 얻는다(제 2 촬상).

더욱이, 레이저 포인터를 구동 제어하고, 크림 솔더(H)의 높이를 구하기 위해, 검사 에리어 내의 기준 높이로서 후술하는 방법으로 선택된 부분의 높이를 측정한다.

그런데, 제어장치(7)는 화상 메모리를 구비하고 있고 화상 데이터를 순차 기억한다. 이 기억한 화상 데이터에 의거하여, 제어장치(7)는 각종 화상 처리를 행한다. 이러한 화상 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어장치(7)는 모터(5, 6)를 구동 제어하여 테이블(2)을 다음의 검사 에리어로 이동시킨다. 제어장치(7)는 여기서의 화상 데이터에 대해서도 화상 메모리에 격납한다. 한편, 화상 메모리에서의 화상 처리가 일단 종료한 경우, 이미 화상 메모리에는 다음의 화상 데이터가 기억되어 있기 때문에, 신속하게 제어장치(7)는 다음의 화상 처리를 행할 수가 있다. 즉, 검사는 한편으로 다음의 검사 에리어(m＋1번째)에의 이동 및 화상 입력을 행하고, 다른 한편으로는 m번째의 화상 처리 및 비교 판정을 행한다. 이후, 모든 검사 에리어에서의 검사가 완료될 때까지, 교대로 마찬가지의 상기 병행 처리가 반복 실시된 다. 이와 같이, 본 실시예의 인쇄상태 검사장치(1)에 있어서는, 제어장치(7)의 제어에 의해 검사 에리어를 이동하면서 순차 화상 처리를 행함으로써, 프린트 기판 (K) 상의 크림 솔더(H)의 인쇄 상태를 고속이고 또한 확실하게 검사할 수가 있도록 되어 있다.

다음에, 제어장치(7)가 행하는 화상 처리 및 연산 처리 및 비교 판정 처리에 대해 설명한다. 우선, 제 1 촬상에서 얻어진 화상 데이터를 이용하여, 크림 솔더 (H)가 인쇄된 솔더 영역이 추출된다. 즉, 제어장치(7)는 화상 데이터 중 휘도에 관한 데이터를 소정의 역치에 의해 2값화한다. 제 1 촬상에 의한 화상 데이터는 상술한 바와 같이, 솔더 영역은 밝고 그 이외의 영역은 어둡게 되어 있다. 이 때문에, 밝은 영역을 솔더 영역으로서 인식시킴으로써 솔더 영역 및 크림 솔더(H)가 인쇄되어 있지 않은 비 계측 대상물로서의 프린트 기판(K)면인 비 솔더 영역이 추출되도록 되어 있다.

여기서 추출된 비 솔더 영역 내에서, 기준 높이를 측정하는 부분이 제어장치 (7)에 의해 선택된다. 비 솔더 영역은 프린트 기판(K)면이고 평면을 이루고 있기 때문에, 레이더 포인터에 의해 용이하게 측정할 수가 있다.

다음에, 제어장치(7)는 제 2 촬상에서 얻어진 3화면의 화상 데이터를 이용하여 솔더 영역 내의 높이를 산출한다. 크림 솔더(H)에 투영된 광 패턴에 관하여 높이의 상위에 의거한 위상의 차이가 생긴다. 거기서, 제어장치(7)에서는 광 패턴의 위상이 소정 피치씩 어긋난 각 파장역에서의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법(줄무늬 주사법)의 원리에 의거하여 반사면의 높이를 산출하는 것이다.

즉, 각 화면 상의 점 P의 휘도는 각각 정현파를 도시하는 식으로 나타낼 수가 있다. 본 실시예와 같이 적색, 녹색, 청색의 상대 위상 관계를 각각 α, 0, β(단, α≠0, β≠0, α≠β)로 하고, 각 식의 진폭과 오프셋 성분을 가지런히 한 경우의 각 화면 상의 점 P의 휘도(V0, V1, V2)는 각각 아래식으로 주어진다.

Ｖ０＝Ａｓｉｎ(θ＋α)＋B ‥‥(2a)

Ｖ１＝Ａｓｉｎθ＋B ‥‥(2b)

Ｖ２＝Ａｓｉｎ(θ＋β)＋B ‥‥(2c)

(단, θ: 높이를 도출하기 위한 위치 정보, Ａ: 진폭, Ｂ: 오프셋 성분)

이들 식(2a)∼(2c)로부터 하기 식(2d)가 도출된다.

여기서, 본 실시예에서는 위상의 차이가 π/2 씩이기 때문에, α＝π/2, β＝-π/2 로 둘 수 있다. 그러면, 상기 식(2d)에서 하기 식(2e)이 도출된다.

ｔａｎθ＝(２Ｖ１－Ｖ０－Ｖ２)/(Ｖ０－Ｖ２) ‥‥(2e)

이 식(2e)으로부터 하기 식(2g)이 도출된다.

θ＝ａｒｃｔａｎ{(２Ｖ１－Ｖ０－Ｖ２)/(Ｖ０－Ｖ２)} ‥‥(2g)

이와 같이 연산된 위치 정보(θ)를 이용하여, 하기 식에 의거하여 솔더 영역 내의 점 P의 높이 Z를 구한다.

여기서, 조명장치(3)의 연직선과, 조명장치(3)로부터 점 P를 향하여 조사했 을 때의 조사 광선이 이루는 각을 ε로 하면, 해당 각 ε는, 아래식(3)에 의해 표현된다.

ε＝ｆ(θ＋2ｎπ) ‥‥(3)

그리고, 높이(Z)는 하기 식에 따라 도출된다.

Ｚ＝Ｌｐ－Ｌｐｃ/ｔａｎε＋Ｘｐ/ｔａｎε ‥‥(4)

(단, Ｌｐ: 조명장치(3)의 기준면으로부터의 높이, Ｌｐｃ: ＣＣＤ카메라(4)와 조명장치(3)의 Ｘ축 방향의 거리, Ｘｐ: 점 P의 Ｘ좌표)

이와 같이 하여 얻어지는 점 P의 높이 데이터는 촬상 화면의 화소(P)단위로 연산되고, 제어장치(7)의 메모리에 격납된다. 또한, 해당 각부의 데이터에 의거하여 솔더 영역 내에서의 각부의 높이를 적분함으로써, 인쇄된 크림 솔더(H)의 양이 산출된다. 그리고, 이와 같이 하여 구한 크림 솔더(H)의 위치, 면적, 높이 또는 양 등의 데이터가 미리 기억되어 있는 기준 데이터와 비교 판정되고, 이 비교 결과가 허용 범위 내에 있는지 여부에 따라, 그 검사 에리어에 있어서의 크림 솔더(H)의 인쇄 상태의 양부가 판정되는 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 다른 상대 위상 관계 하에 있어서 ＣＣＤ카메라(4)에 의한 제 1 촬상에 의거한 화상 데이터 및 제 2 촬상에 의거한 3종류의 화상 데이터에 의거하여, 크림 솔더(H)의 높이를 연산함하는 것으로 하였다. 따라서, 상대 위상 관계를 다르게 할 때마다 촬상을 행할 필요가 있던 종래 기술과는 달리, 각 광 성분마다, 다른 상대 위상 관계 하(下)마다 통합해서 촬상을 행할 수가 있다. 이 때문에, 하나의 포인트에 관하여 2회의 조사 및 2회의 촬 상을 행하면 되고, 조사 및 촬상에 필요한 시간의 현저한 단축이 도모되게 되고, 그 결과, 계측에 필요한 시간의 비약적인 단축을 도모할 수가 있다. 또한, 소정의 파장 성분의 광 성분 패턴을 조사했을 경우, 계측 대상물의 색조 등에 따라 반사율이 크게 상위한 경우가 있지만, 이러한 경우에서도 제 2 촬상이 행해지는 것에 의해 반사율에 의한 영향이 상쇄되게 된다. 그 결과, 계측의 정밀도의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 3종류 씩의 화상 데이터에 의거하여 크림 솔더(H)의 높이를 구할 수가 있는 것으로부터, 4회의 촬상 데이터에 의거하여 연산되었던 종래 기술에 비해, 종합적인 데이터수가 적어도 되며, 나아가서는 연산 시간의 현저한 단축을 도모할 수가 있다. 그 결과, 계측에 필요한 시간의 비약적인 단축을 도모할 수가 있다.

특히, 본 실시예에서는 그다지 복잡하지 않은 수식에 의거하여 위치 정보(θ)를 구할 수가 있고, 그 위치 정보(θ)에 의거하여 높이를 연산할 수가 있다. 그 때문에, 연산이 복잡하게 되어 버림에 따른 지연이 발생하지 않고, 상기 작용 효과가 확실하게 달성된다.

더욱이, 상기예에 있어서 조명장치(3)는 필터 격자 줄무늬판(14∼16)을 이용하여, 서로 상대 위상 관계가 다른 각 광 성분 패턴을 합성하여 조사 가능한 필터 격자 줄무늬판 기구를 구비하고 있다. 이 때문에, 액정을 사용하지 않아도 되는 만큼, 구성의 간소화를 도모할 수가 있다.

더욱이, 백색광 조명(L)을 크림 솔더(H)의 인쇄된 프린트 기판(K)에 경사진 위쪽으로부터 조사했을 때의 반사광의 휘도가, 솔더 영역과 비 솔더 영역에서 다르 다. 이 때문에, 크림 솔더(H)나 프린트 기판(K)의 표면의 색에 관계없이, 화상 데이터의 휘도를 비교하는 것만의 용이한 처리에 의해, 솔더 영역 및 비 솔더 영역을 추출할 수가 있다. 이 때문에, 연산할 때에는, 비 솔더 영역을 고려한 보정 연산 등을 행할 필요가 없다. 그 결과, 연산의 간소화나, 보정을 위한 설비의 대형화, 복잡화의 방지 등을 도모할 수가 있다.

또한, 제 2 촬상에 의한 화상 데이터로부터의 높이 산출은 솔더 영역에만 대하여 행해진다. 솔더 영역 내는 단일색이고 또한 제품마다의 색차도 거의 없다. 이 때문에, 적색, 청색, 황색의 3개의 반사광에 있어서 적절한 휘도가 얻어지지 않고 밸런스가 무너져서 높이를 산출할 수 없다고 하는 사태를 막을 수가 있다.

또, 상술한 실시예의 기재 내용에 한정되는 일 없이 예를 들면 다음과 같이 실시해도 좋다.

(a) 상기 실시예에서는, 조명 장치(7)는 적, 녹, 청색의 필터 격자 무늬판 (14, 15, 16)을 구비하고 있지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유리 등 1장의 투명한 판에 적(R), 황(Y), 시안(C), 청(B), 적(R), 황(Y), 시안(C), 청(B) ····의 순으로 일정 폭의 줄무늬를 인쇄(또는 도장)함으로써, 격자 줄무늬판(30)을 구성해도 좋다. 각 줄무늬의 색의 정도는 정현파 형상으로 변화시키지 않고 균일하게 되어 있다.

상세하게는, 각 줄무늬에는 특정한 파장만을 투광시키고 그 외의 파장을 차광하는 안료를 사용하고 있다. 즉, 도 5에 도시하는 바와 같이, 적(R)은 적색 성분의 파장만을 투광시킨다. 황(Y)은 황색 성분, 즉 적색 및 녹색 성분의 파장만을 투 광시킨다. 시안(C)은 시안 성분, 즉 녹색 및 청색 성분의 파장만을 투광시킨다. 청 (B)은 청색 성분의 파장만을 투광시킨다. 이 때, 적색, 녹색, 청색 성분에 있어서의 각 투광시키는 파장역은, ＣＣＤ카메라(4)의 적색, 녹색, 청색의 각각 감도가 높은 파장역과 거의 일치하는 것이 바람직하다.

각 줄무늬의 색의 배열이 적(R), 황(Y), 시안(C), 청(B)의 순이기 때문에, 적색, 녹색, 청색 성분의 파장마다 격자 줄무늬판(3O)을 투광하는 부분과 차광하는 부분이 소정 간격으로 반복된다. 이 때문에, 격자 줄무늬판(30)의 투과광이 조사 에리어에 투영되면, 조사 에리어의 각 파장마다의 휘도는, 도 6에 도시하는 바와 같이 대략 정현파 형상으로 된다. 또한, 적색, 녹색, 청색의 상대 위상 관계는 각각 -π/2, 0, π/2 로 된다. 따라서, 격자 줄무늬판(30)을 적용하는 것으로 높이를 산출하기 위한 광 패턴의 조사를 행할 수가 있다.

또, 격자 줄무늬판(30)에 사용하는 색의 수는 상기 4색 이상을 사용해도 좋고, 예를 들면 8색이어도 좋고, 10색이어도 좋고, 16색이어도 좋다.

또한, 1장의 격자 줄무늬판에 적, 녹, 청색의 인쇄(또는 도장)를 행함과 동시에 해당 인쇄(또는 도장)를 할 때에, 각 색의 위상이 서로 소정 피치 차이가 나도록 구성해도 좋다. 상기의 경우에는, 각 색의 색조가 반드시 정현파 형상으로 되지 않아도 좋고 직사각형 형상으로 되어 있어도 지장없다.

더욱이, 적, 녹, 청의 순으로 일정 폭의 줄무늬를 인쇄함으로써, 격자 줄무늬판을 구성해도 좋다. 이 경우에는, 조사 에리어의 각 파장마다의 휘도는 대략 정현파로 되고, 적, 녹, 청의 상대 위상 관계는 각각 -2π/3, 0, 2π/3 으로 된다.

(b) 상기 실시예에서는, 백색광 조명(L)을 경사진 윗쪽으로부터 조사했을 때의 반사광의 휘도에 의해, 솔더 영역 및 비 솔더 영역을 추출하고 있지만, 백색광을 윗쪽으로부터 조사했을 때의 반사광을 칼라 촬상하는 것으로, 크림 솔더(H)와 프린트 기판(K)의 색차에 의해 솔더 영역과 비 솔더 영역을 구별하도록 해도 좋다.

(c) 기준면의 높이 측정은, 레이저 포인터에 의한 측정으로 한정되는 것은 아니며, 별도의 측정 장치 등을 사용해도 좋다. 또한, 기준면의 높이 측정은 제 1 촬상 수단으로 추출된 비 측정물 영역에 대응하는 제 2 촬상 수단으로 얻어진 3개의 광 성분 패턴의 화상 영역에 대해, 위상 시프트법에 따라 기준면 높이를 측정해도 좋다. 이 경우에, 각 색마다의 반사율의 차이가 문제가 될 때에는, 어떤 보정 수단을 가하여 산출하면 된다. 예를 들면, 조명장치(3)와 동축 상에 하프 미러를 설치하고, 별도의 백색광을 조사하여 얻어지는 새로운 3화면의 화상 데이터를 추가하여 높이 산출을 행해도 좋다. 또한, 기준면의 높이 측정은 제 1 촬상 수단으로 추출된 비 측정물 영역에 대응하는 제 2 촬상 수단으로 얻어진 적어도 하나의 광 성분 패턴의 화상을 이용하고, 삼각측량의 원리에 의거하여 광 성분 패턴의 위치 변화를 높이 데이터로 변환하여 기준면 측정을 행해도 좋다.

(d) 상기 실시예에 있어서의 각 광 성분 패턴은 반드시 엄밀하게 적, 청, 녹으로 구별할 필요는 없다. 요컨대, 파장역이 다르다면 좋다는 취지로서, 황색(R G), 시안(청녹)색 등의 중간색을 가지는 광 성분 패턴이어도 좋다.

(e) 또한, 광 성분 패턴을 3개의 성분이 아니라 4개의 성분으로 하고, 제 2 촬상으로 4화면의 화상 데이터를 얻도록 해도 좋고, 이 4화면의 화상 데이터를 이 용하여 높이를 산출해도 좋다.

(f) 상기 실시예에서는 프린트 기판(K)에 인쇄 형성된 크림 솔더(H)의 높이 등을 계측하는 경우로 구체화하였지만, 그 밖에도 IC 패키지(예를 들면, 리드)에 인쇄 형성된 크림 솔더의 높이 등을 계측하는 경우에도 구체화할 수 있다. 더욱이, 다른 계측 대상물의 높이 등을 계측하는 경우에 구체화해도 좋다. 다른 계측 대상물로서는 기판 상에 인쇄된 인쇄물, 적층체 등을 들 수 있다.

(g) 또한, 상기 실시예를 솔더 범프의 검사 장치로 하여, 추출한 솔더 영역의 윤곽과 높이로부터 솔더 범프의 형상, 체적을 산출하고, 검사를 하는 경우에도 구체화할 수 있다. 이 경우, 솔더 범프의 형상이 구 형상이어도 양호하게 검사를 행할 수가 있다.

(h) 상기 실시예의 필터 격자 줄무늬판(14, 15, 16)이나 (a)의 격자 줄무늬판을 제조할 때에는, 인쇄 또는 도장을 실시해도 좋고, 다이크로익 필터로 대표되는 무기 필터를 줄무늬 형상으로 붙여도 좋고, 감광 필름에 복수 파장의 광 패턴을 조사해도 좋다.

(i) 상기 실시예에서는, 영역 추출용의 광으로 하여 백색광 조명(L)로부터 백색광을 조사하도록 되어 있다. 이에 대해, 특히 백색광으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 적, 청, 녹, 시안, 황 등의 어느 하나여도 좋다.

(j) 상기 실시예에서는, 인쇄상태 검사장치(1)는 백색광 조명(L) 및 조명장치(3)를 구비하고 있지만, 백색광 조명(L)을 생략함과 동시에 조명장치(3) 대신에 적, 녹, 청의 각각 위상이 다른 광 성분 패턴 및 자외선을 조사 가능한 조명 장치 를 설치해도 좋다. 즉, 이 조명 장치는 광원과 집광렌즈와 조사렌즈와 필터 격자 줄무늬판을 구비하고 있다. 광원은 적, 녹, 청색의 파장(백색광)에 더하여 자외선도 동시에 발광 가능하도록 되어 있다. 또한, 필터 격자 줄무늬판은 적, 녹, 청색의 각각의 파장에 대해 줄무늬 형상으로 차광(투광)시킴과 동시에, 자외선의 전 투광을 허용하도록 되어 있다. 또한 이 경우, ＣＣＤ카메라(4) 대신에 적, 녹, 청색의 파장역 및 자외선에 대하여 동시에 촬상하고, 각 파장역마다 분리한 화상 데이터를 얻을 수 있는 ＣＣＤ카메라가 채용된다.

이와 같은 구성으로 하는 것으로, 1회의 촬상을 행하는 것만으로 4개의 화상 데이터를 얻을 수가 있다. 그리고, 이들 4개의 화상 데이터 중, 자외선의 화상 데이터는 계측 대상물의 영역 추출에 이용할 수 있으며, 적, 녹, 청색의 각각의 파장역의 3화상 데이터는 높이 산출에 이용할 수 있다.

그 결과, 백색광 조명(L)을 설치할 필요가 없기 때문에, 소형이고 저비용인 인쇄 상태 검사 장치를 제공할 수 있다. 또한, 촬상도 1회로 좋기 때문에 처리의 고속화를 도모할 수가 있다.

또, 반드시 자외선에 한정되는 것은 아니고, 백색광 이외의 파장 영역이면 좋고, 예를 들면 적외선이어도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 측정 대상물의 3차원 형상 등을 위상 시프트법을 이용하여 계측하는 3차원 계측장치에 이용 가능하다.

Claims (26)

1. 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대하여, 대략 균일하게 조사(照射) 가능한 균일 광 조명과,

   적어도 상기 계측 대상물에 대하여 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에 서로 다른 파장 성분을 가지고, 서로 상대 위상 관계가 다른 적어도 2개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 조사 수단과,

   상기 균일 광이 조사된 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물로부터의 반사광을 촬상 가능하고, 또한 적어도 상기 광 성분 패턴이 조사된 계측 대상물로부터의 반사광을 각 광 성분마다 분리하여 촬상 가능한 촬상 수단과,

   상기 촬상 수단으로 촬상된 균일 광에 의한 화상 데이터에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 영역 추출 수단과,

   상기 촬상 수단으로 광 성분마다 촬상된 적어도 2종류의 화상 데이터에 의거하여, 적어도 상기 영역 추출 수단으로 존재 영역이 추출된 계측 대상물의 소정의 높이를 연산하는 연산 수단

   을 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 균일 광 조명은, 백색광을 조사 가능한 백색광 조명인 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
3. 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대하여, 백색광을 조사 가능한 백색광 조명과,

   적어도 상기 계측 대상물에 대하여, 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에 서로 다른 파장 성분을 가지고, 서로 상대 위상 관계가 다른 적어도 3개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 조사 수단과,

   상기 백색광이 조사된 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물로부터의 반사광을 촬상 가능하고, 또한 적어도 상기 광 성분 패턴이 조사된 계측 대상물로부터의 반사광을 각 광 성분마다 분리하여 촬상 가능한 촬상 수단과,

   상기 촬상 수단으로 촬상된 백색광에 의한 화상 데이터에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 영역 추출 수단과,

   상기 촬상 수단으로 광 성분마다 촬상된 적어도 3종류의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 영역 추출 수단으로 존재 영역이 추출된 계측 대상물의 소정의 높이를 연산하는 연산 수단

   을 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
4. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영역 추출 수단은, 상기 계측 대상물과 상기 비 계측 대상물의 휘도의 차(差)에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 영역 추출 수단은, 상기 계측 대상물과 상기 비 계측 대상물의 휘도의 차(差)에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하며,

   상기 백색광 조명에 의한 상기 계측 대상물 및 상기 비 계측 대상물에의 조사 방향은, 상기 촬상 수단에 의한 상기 계측 대상물 및 상기 비 계측 대상물의 촬상 방향과 각도가 다른 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
6. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영역 추출 수단은, 상기 계측 대상물과 비 계측 대상물의 색차에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
7. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조사 수단은, 적어도 3개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능하고,

   상기 연산 수단은, 3종류의 화상 데이터에 의거하여 연산하는 것으로서,

   상기 서로 다른 상대 위상 관계를 각각 α, 0, β로 했을 때, 상기 연산 수단은 상기 3종류의 화상 데이터에서 얻어지는 계측부의 휘도를 각각 동일 진폭 및 동일 오프셋 성분으로 환산한 V0, V1, V2, 및 하기 식(1)에 의해 위치 정보(θ)를 구하고, 그 위치 정보(θ)에 의거하여 상기 소정의 높이를 연산하는 것인 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.

   
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 서로 다른 파장 성분을 가지는 3개의 광 성분 패턴은 각각 적색, 녹색, 청색의 광 성분 패턴인 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
9. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 조사 수단은, 광원으로부터의 광을 소정의 파장 성분에 대해 줄무늬 형상으로 차광함과 동시에 나머지의 파장 성분에 대해 투광을 허용하는 필터 격자 줄무늬판을 이용하여, 서로 상대 위상 관계가 다른 각 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 필터 격자 줄무늬판 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
10. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조사 수단은, 필터 격자 줄무늬판을 구비하고 있고,

    상기 필터 격자 줄무늬판은, 1장의 판에 의해 구성되며,

    광원으로부터의 광을 각각 소정의 파장 성분에 대해서만 투광하는 영역이 줄무늬 형상으로 배열되고, 서로 상대 위상 관계가 다른 각 광 성분 패턴을 동시에 투광 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 조사 수단은, 3개의 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능하고,

    상기 필터 격자 줄무늬판은 서로 파장 성분이 다른 제 1, 제 2, 제 3 파장 성분에 대해, 제 1 파장 성분만을 투광하는 제 1 영역과, 제 1 및 제 2 파장 성분만을 투광하는 제 2 영역과, 제 2 및 제 3 파장 성분만을 투광하는 제 3 영역과, 제 3 파장 성분만을 투광하는 제 4 영역을 차례대로 줄무늬 형상으로 배열한 구성인 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 영역은 적, 상기 제 2 영역은 황, 상기 제 3 영역은 시안, 상기 제 4 영역은 청으로 색 분류되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
13. 계측 대상물 및 그 주위의 비 계측 대상물에 대하여, 대략 균일한 균일 파장 성분을 가지는 광과, 적어도 줄무늬 형상의 광 강도 분포를 가짐과 동시에, 서로 상대 위상 관계가 다른 복수의 소정 파장 성분을 가지는 광 성분 패턴을 동시에 조사 가능한 조사 수단과,

    상기 조사 수단으로부터 조사된 계측 대상물로부터의 반사광을, 상기 균일 파장 성분 및 상기 복수의 소정 파장 성분의 각 광 성분마다 분리하여 촬상 가능한 촬상 수단과,

    상기 촬상 수단으로 촬상된 균일 파장 성분에 대응하는 화상 데이터에 의거하여, 상기 계측 대상물이 존재하는 영역을 추출하는 영역 추출 수단과,

    상기 촬상 수단으로 분리 촬상된 복수의 소정 파장 성분에 대응하는 화상 데이터에 의거하여, 적어도 상기 영역 추출 수단으로 존재 영역이 추출된 계측 대상물의 소정의 높이를 연산하는 연산 수단

    을 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 균일 파장 성분의 파장 영역과 상기 복수의 소정 파장 성분의 파장 영역이 다른 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
15. 제 1 항 내지 제 3항 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광 성분 패턴은 대략 정현파 형상의 광 강도 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
16. 제 1 항 내지 제 3항 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 계측 대상물의 높이의 기준이 되는 기준면의 높이를 측정하는 기준 높이 측정 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
17. 제 1 항 내지 제 3항 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 계측 대상물이 프린트 기판 상에 인쇄된 크림 솔더이고, 그 크림 솔더의 영역, 높이로부터 인쇄 상태의 양부(良否)를 판정하는 판정 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
18. 제 1 항 내지 제 3항 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 계측 대상물이 프린트 기판 상에 설치된 솔더 범프이고, 그 솔더 범프의 영역, 높이로부터 솔더 범프의 형상의 양부를 판정하는 판정 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 3차원 계측장치.
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