TW201719112A - 三維測量裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種在進行利用移相法之三維測量時，可謀求快速提升測量精度之三維測量裝置。基板檢查裝置1具備：照明裝置4，對印刷基板2的表面從斜上方投影既定的條紋圖案；相機5，拍攝印刷基板2上被投影了條紋圖案的部分；及控制裝置6，在基板檢查裝置1內實施各種控制、影像處理、演算處理。而且，使被投影於印刷基板2的條紋圖案移動並將該移動的條紋圖案分成複數次拍攝，將該拍攝的一連串影像資料的各畫素的輝度值按畫素作加算，計算其平均值。

Description

三維測量裝置

本發明係有關一種利用移相法進行三維測量之三維測量裝置。

一般，在印刷基板上構裝電子零件的情況，首先於印刷基板上所配設之既定的電極圖案上印刷銲膏。接著，藉該銲膏的黏性使電子零件暫時接合於印刷基板上。之後，前述印刷基板被導引到迴銲爐，經過既定的迴銲工程以進行銲接。近來於被導引到迴銲爐的前階段有必要檢查銲膏的印刷狀態，進行如此的檢查時有使用三維測量裝置的情形。

近年來，提案有各種使用光的非接觸式的三維測量裝置。當中已知有使用移相法的三維測量裝置。

在使用移相法的三維測量裝置中，藉由既定的投影手段對被測量物投影既定的條紋圖案。投影手段係具備發出既定的光之光源與將源自該光源的光轉換成條紋圖案之格柵而成。

上述格柵係成為以使光透射的透光部和遮蔽光的遮光部交互排列的方式配置的構成。

接著，使用配置在被測量物正上的拍攝手段拍攝被投影於被測量物上的條紋圖案。在拍攝手段方面，使用由透鏡及拍攝元件等構成之CCD相機等。

此處，自昔就知悉藉由將經由上述格柵轉換的具有矩形波狀的光強度分布之條紋圖案以挪動焦點地投影於被測量物而當作具有正弦波狀的光強度分布的條紋圖案進行投影之技術(例如，參照專利文獻1)。

在上述構成下，藉拍攝手段所拍攝的影像資料上的各畫素之光強度(輝度)I係依下式(U1)求得。

I=f‧sinφ+e (U1)

其中，f：增益，e：偏移量(offset)，φ：條紋圖案的相位。

接著，控制上述格柵的移動，使條紋圖案的相位例如作4階段(φ+0，φ+90°，φ+180°，φ+270°)偏移，依序取入具有與此等對應的強度分布I₀、I₁、I₂、I₃之影像資料，依據下述式(U2)求出相位φ。

φ=tan^-1[(I₁-I₃)/(I₂-I₀)] (U2)

使用此相位φ，可依據三角測量原理求出在被測量物上的各座標(X，Y)之高度(Z)。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1 特開2007-85862號公報

然而，與對焦的情況不同，要將條紋圖案的焦點的偏移程度維持管理成所期望的狀態非常困難，投影在被測定物上的條紋圖案的光強度分布(波形)容易崩潰，而有無法成為正弦波狀的光強度分布之虞。

又，由於條紋圖案的焦點的偏移程度亦因與被測量物之相對位置關係而異，故當與被測量物之相對位置關係一變化時，會有導致條紋圖案的光強度分布(波形)亦變化之虞。

而且，因為挪動焦點進行投影，故亦無法使用遠心光學系投影條紋圖案。

結果，會有在三維測量中的測量精度降低之疑慮。

此外，上述課題未必限定被印刷於印刷基板上之銲膏等的高度測量，亦包含其他三維測量裝置的領域。

本發明係有鑒於上述情事而成者，其目的在於提供一種在進行利用移相法的三維測量時，可謀求快速提升測量精度之三維測量裝置。

以下，針對適合於解決上述課題之各手段分項作說明。此外，因應需求在對應的手段上附記特有之作用效果。

手段1.一種三維測量裝置，其特徵為具備：投影手段，具有發出既定的光之光源、將源自該光源的光轉換成既定的條紋圖案之格柵、及可移動該格柵的 驅動手段，且可將前述條紋圖案對被測量物(例如印刷基板)投影；拍攝手段，可拍攝被投影了前述條紋圖案的前述被測量物；影像取得手段，可控制前述投影手段及前述拍攝手段，取得光強度分布相異的複數個影像資料；及影像處理手段，基於藉前述影像取得手段所取得之複數個影像資料可利用移相法執行前述被測量物的三維測量，前述影像取得手段在取得前述複數個影像資料中的1個影像資料的前提下，係執行移動前述格柵之移動處理，並在和前述格柵的移動期間中至少一部分重疊的既定期間執行連續進行拍攝(曝光)的拍攝處理，或，在和前述格柵的移動期間中至少一部分重疊的既定期間執行分成複數次進行拍攝(曝光)的拍攝處理，執行將該拍攝結果(所拍攝之複數個影像資料的各畫素的輝度值)按各畫素加算或平均的處理。

依據上述手段1，使投影於被測量物之既定的條紋圖案(例如具有矩形波狀的光強度分布的條紋圖案)移動並連續拍攝該移動的條紋圖案，或分成複數次拍攝並將該拍攝結果按畫素作加算或平均。

藉此，於取得在利用移相法進行三維測量上所需的光強度分布相異的複數個影像資料當中的1個影像資料的前提下，與僅投影並拍攝既定的條紋圖案的情況相比，可取得具有更接近於理想的正弦波的光強度分布的影像資料。

此處所謂「正弦波狀」係意味著「呈正弦波般的形狀」，在僅提及「正弦波狀」的情況，不僅是理想的「正弦波」，亦包含與「正弦波」近似者(針對後述之「矩形波」等其他的「非正弦波」亦相同)。

又，上述「既定的條紋圖案」亦包含「具有正弦波狀的光強度分布的條紋圖案」。總之，亦可作成投影非理想的「正弦波」之具有近似於正弦波的光強度分布的條紋圖案，而取得具有更接近於理想的正弦波的光強度分布的影像資料之構成。

依據本手段，即便在對焦的狀態下投影條紋圖案，亦可取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料。因為可在對焦的狀態投影條紋圖案而變得易於維持條紋圖案的光強度分布(波形)。進而亦可使用遠心光學系投影條紋圖案。

結果，在進行利用了移相法的三維測量時，可謀求快速提升測量精度。

此外，上述「移動處理」之格柵的移動動作亦可為格柵連續移動的連續動作，亦可為格柵間歇移動(每次移動既定量)的間歇動作。

又，執行上述「在和格柵的移動期間中至少一部分重疊的既定期間連續進行拍攝的(或分成複數次進行拍攝)拍攝處理」係亦包含在格柵之移動開始前的停止中開始拍攝處理的情況、格柵之移動停止後的停止中結束拍攝處理的情況等。因此，亦可作成例如在格柵之停止中開始拍攝處理之後開始格柵之移動，並在該格柵之移動停止後結束該拍攝處理的構成。

手段2.如手段1之三維測量裝置，其中在前述格柵之移動處理開始的同時或移動處理中開始前述拍攝處理，在該格柵之移動處理停止的同時或移動處理中結束前述拍攝處理。

依據上述手段2，在既定期間中被拍攝之條紋圖案的位置(相位)始終變化。因此，比起含有一部份未移動的條紋圖案的資料之情況，可取得具有更接近於理想的正弦波的光強度分布的影像資料。結果，可謀求更提升測量精度。

手段3.如手段1或2之三維測量裝置，其中前述既定的條紋圖案係具有非正弦波狀的光強度分布的條紋圖案。

此外，上述所謂「非正弦波」是意味例如「矩形波」、「梯形波」、「三角波」、「鋸波」等之非「正弦波」之既定的波。

與一般投影具有非正弦波狀(例如矩形波狀)的光強度分布的條紋圖案進行三維測量者相比，以投影具有正弦波狀的光強度分布的條紋圖案進行三維測量者測量精度較佳。

然而，如上述，藉由投影手段來生成具有正弦波狀的光強度分布的條紋圖案非常困難，有機械構成複雜化之虞。

關於這點，依據本手段3，可在不使投影手段之機械構成複雜化之下，投影具有非正弦波的非正弦波狀(例如矩形波狀)的光強度分布的條紋圖案並藉由比 較簡單的控制處理或演算處理等，可取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料。結果，抑制機械構成的複雜化，進而可謀求抑制製造成本。

手段4.如手段1至3中任一者之三維測量裝置，其中前述格柵係成為使光透射的透光部與遮蔽光的遮光部交互排列之配置構成。

依據上述手段4，可獲得和上述手段3同樣的作用效果。藉由使用像本手段的二值的格柵，可投影具有至少輝度最大且成為一定的平坦的波峰部分(以下，稱為「明部」)和輝度最小且成為一定的平坦的波峰部分(以下，稱為「暗部」)的光強度分布的條紋圖案。總之，可投影具有矩形波狀或梯形波狀的光強度分布的條紋圖案。

通常，起因於通過格柵的光不是完全的平行光，在透光部及遮光部的交界部中之繞射作用等，在條紋圖案的「明部」及「暗部」的交界部可能產生中間階調區，故未成為完全的矩形波。

此處，在格柵之透光部及遮光部的配置間隔等雖亦因構成而異，但在「明部」和「暗部」的交界部中之中間階調區的輝度斜率急劇的情況，成為具有矩形波狀的光強度分布的條紋圖案，在中間階調區的輝度斜率和緩的情況，成為具有梯形波狀的光強度分布的條紋圖案。

手段5.如手段1至4中任一手段之三維測量裝置，其中前述被測量物係印刷有銲膏的印刷基板或形成有銲料凸塊的晶圓基板。

依據上述手段5，可進行印刷於印刷基板上的銲膏或形成於晶圓基板之銲料凸塊的高度測量等。而且，在銲膏或銲料凸塊的檢查中，依據其測量值可進行銲膏或銲料凸塊的良否判定。因此，在此檢查中，達成上述各手段的作用效果，可精度佳地進行良否判定。結果，可謀求提升在銲料印刷檢查裝置或銲料凸塊檢查裝置中之檢查精度。

1‧‧‧基板檢查裝置

2‧‧‧印刷基板

4‧‧‧照明裝置

4a‧‧‧光源

4b‧‧‧格柵板

5‧‧‧相機

6‧‧‧控制裝置

24‧‧‧影像資料記憶手段

圖1係示意地顯示基板檢查裝置之概略構成圖。

圖2係表示基板檢查裝置的電氣構成之方塊圖。

圖3係示意地顯示被投影於印刷基板上的條紋圖案之態樣圖。

圖4係用以說明相機及照明裝置的處理動作之時序圖。

圖5係顯示在第1模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X1~X8)的光強度分布表。

圖6係顯示在第1模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X9~X16)的光強度分布表。

圖7係顯示在第1模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X17~X24)的光強度分布表。

圖8係顯示在第1模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X25~X32)的光強度分布表。

圖9係顯示在第1模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X33~X36)的光強度分布表。

圖10係有關第1模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X1~X10)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中的輝度值的各種平均值的表，(c)為理想值和各種平均值之差的表。

圖11係有關第1模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X11~X20)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中的輝度值的各種平均值的表，(c)為表示理想值和各種平均值之差的表。

圖12係有關第1模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X21~X30)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中輝度值的各種平均值的表，(c)為表示理想值和各種平均值之差的表。

圖13係有關第1模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X31~X36)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中輝度值的各種平均值的表，(c)為表示理想值和各種平均值之差的表。

圖14係表示有關第1模擬的條紋圖案的光強度分布之圖表。

圖15係表示圖10~圖13的(a)所示之理想的正弦波的光強度分布之圖表。

圖16係繪製圖10~圖13的(b)所示之各種平均值的圖表。

圖17係繪製圖10~圖13的(c)所示之各種平均值和理想值之差的圖表。

圖18係顯示在第2模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X1~X8)的光強度分布表。

圖19係顯示在第2模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X9~X16)的光強度分布表。

圖20係顯示在第2模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X17~X24)的光強度分布表。

圖21係顯示在第2模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X25~X32)的光強度分布表。

圖22係顯示在第2模擬中每經過既定時間的拍攝元件之X軸方向(座標X33~X36)的光強度分布表。

圖23係有關第2模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X1~X10)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中的輝度值的各種平均值的表，(c)為表示理想值和各種平均值之差的表。

圖24係有關第2模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X11~X20)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中的輝度值的各種平均值的表，(c)為表示理想值和各種平均值之差的表。

圖25係有關第2模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X21~X30)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中的輝度值的各種平均值的表，(c)為理想值和各種平均值之差的表。

圖26係有關第2模擬的表，(a)為表示拍攝元件之X軸方向(座標X31~X36)中理想的正弦波的光強度分布表，(b)為表示各畫素中之輝度值的各種平均值的表，(c)為表示理想值和各種平均值之差的表。

圖27係表示有關第2模擬的條紋圖案的光強度分布的圖表。

圖28係表示圖23~圖26的(a)所示之理想的正弦波的光強度分布的圖表。

圖29係繪製圖23~圖26的(b)所示之各種平均值的圖表。

圖30係繪製圖23~圖26的(c)所示之各種平均值和理想值之差的圖表。

圖31(a)~(d)係用以說明在別的實施形態中的相機及照明裝置的處理動作之時序圖。

以下，針對一實施形態邊參照圖面邊做說明。圖1係示意地表示具備本實施形態中之三維測量裝置的基板檢查裝置1之概略構成圖。如同一圖所示，基板檢查裝置1具備：載置台3，用以載置印刷有測量對象的銲膏K(參照圖3)而成之作為被測量物的印刷基板2；作為投影手段的照明裝置4，對印刷基板2的表面從斜上方投影既定的條紋圖案(條紋狀的光圖案)；作為拍攝手段的相機5，拍攝印刷基板2上被投影了條紋圖案的部分；及控制裝置6，用以實施照明裝置4、相機5的驅動控制等之在基板檢查裝置1內的各種控制、影像處理、演算處理。控制裝置6係構成本實施形態中之影像取得手段及影像處理手段。

載置台3上設有馬達15、16，藉由該馬達15、16是受控制裝置6驅動控制，形成被載置於載置台3上的印刷基板2可朝任意方向(X軸方向及Y軸方向)滑動。

照明裝置4係具備發出既定的光之光源4a、將源自該光源4a的光轉換成條紋圖案之格柵板4b，且受控制裝置6驅動控制。此處，從光源4a發出的光被導引至集光透鏡(圖示省略)，在那被設為平行光後，經由格柵板4b被引導至投影透鏡(圖示省略)，再對印刷基板2投影條紋圖案。

此外，亦可作成在集光透鏡或投影透鏡等之照明裝置4的光學系使用遠心光學系的構成。印刷基板2會有在移動檢查區時高度位置發生微妙變化之虞。若使用遠心光學系，則可在不受此種變化影響下精度良好地進行測量。

格柵板4b係成為使光透射的直線狀的透光部與遮蔽光的直線狀的遮光部在和光源4a的光軸正交的既定方向交互地排列的配置構成。藉此，可對印刷基板2投影具有矩形波狀或梯形波狀的光強度分布的條紋圖案。如圖3所示，本實施形態中，會投影條紋方向是和X軸方向正交且和Y軸方向平行的條紋圖案。

通常，起因於通過格柵板4b的光不是完全的平行光，在透光部及遮光部的交界部中之繞射作用等，在條紋圖案的「明部」及「暗部」的交界部可能產生中間階調區，故未成為完全的矩形波。但圖3中為了簡化，省略中間階調區，以明暗二值的條紋花樣來圖示條紋圖案。

此處，格柵板4b中之透光部及遮光部的配置間隔等雖亦依構成而異，但在「明部」和「暗部」的 交界部中之中間階調區的輝度斜率急劇的情況，成為具有矩形波狀的光強度分布的條紋圖案(參照圖14)，在中間階調區的輝度斜率和緩的情況，成為具有梯形波狀的光強度分布的條紋圖案(參照圖27)。

再者，照明裝置4具備移動格柵板4b的馬達等之驅動手段(圖示省略)。控制裝置6係藉由驅動控制該驅動手段而可進行將格柵板4b以一定速度朝和光源4a的光軸正交的前述既定方向連續移動之移動處理。藉此，能以條紋圖案相對於印刷基板2沿著X軸方向移動的方式進行投影。

相機5具備透鏡、拍攝元件等。本實施形態中，採用CCD感測器作為拍攝元件。本實施形態的拍攝元件具有例如在X軸方向(水平方向)512畫素，Y軸方向(垂直方向)480畫素的解析度。

相機5係受控制裝置6驅動控制。更詳言之，控制裝置6係依據源自設於格柵板4b的驅動手段之編碼器(圖示省略)的信號，一邊使移動格柵板4b的時序和利用相機5取入影像的時序取同步一邊進行拍攝處理。

藉相機5所拍攝的影像資料係於該相機5內部轉換成數位信號之後，以數位信號的形式輸入控制裝置6，記憶在後述的影像資料記憶裝置24。然後，控制裝置6基於該影像資料，實施後述那樣的影像處理或演算處理等。

此處，針對控制裝置6之電氣的構成作說明。如圖2所示，控制裝置6具備：掌管基板檢查裝置1整體 的控制之CPU及輸入/輸出介面21(以下，稱為「CPU等21」)；鍵盤或滑鼠、觸控面板所構成之作為「輸入手段」的輸入裝置22；具有CRT或液晶等顯示畫面之作為「顯示手段」的顯示裝置23；用以記憶藉相機5所拍攝的影像資料等之影像資料記憶裝置24；用以記憶各種演算結果之演算結果記憶裝置25；及用以預先記憶設計資料等各種資訊之設定資料記憶裝置26。此外，此等各裝置22~26係與CPU等21電連接。

其次，針對藉由基板檢查裝置1按印刷基板2的各檢查區所進行的檢查程序，參照圖4並詳細說明。圖4係用以說明相機5及照明裝置4的處理動作之時序圖。

此種檢查程序係以控制裝置6(CPU等21)執行者。本實施形態中，針對各檢查區，藉由分別進行4次的影像取得處理，取得光強度分布相異的4種影像資料。

控制裝置6係首先對馬達15、16進行驅動控制使印刷基板2移動，使相機5的視野(拍攝範圍)對準印刷基板2上的既定的檢查區。此外，檢查區係以相機5的視野大小為1單位而將印刷基板2的表面預先分割當中的1個區。

接著，控制裝置6對照明裝置4進行驅動控制，將格柵板4b的位置設定成第1初期設定位置(例如相位「0°」的位置)，開始第1次的影像取得處理。此外，格柵板4b的初期設定位置係在4次的影像取得處理中分別不同，設定成在初期設定位置之條紋圖案的相位分別偏移90°(各4分之1間距)。

當第1次的影像取得處理一開始時，控制裝置6係於既定的時序M1使照明裝置4的光源4a發光，開始條紋圖案之投影並同時開始格柵板4b之移動處理。藉此，投影在檢查區的條紋圖案沿著X軸方向以一定速度連續移動。

又，控制裝置6對相機5進行驅動控制，在既定的時序N1開始拍攝處理。但是，本實施形態中，將格柵板4b的移動處理之開始時序M1與利用相機5的拍攝處理之開始時序N1設定為同時。

當拍攝處理一開始時，於其執行期間，中，分成複數次利用相機5進行拍攝(曝光)。更詳言之，條紋圖案每移動既定量△x(例如相當於條紋圖案的相位10°的距離)即每經過既定時間△t就拍攝印刷基板2。此處，每經過既定時間△t藉相機5所拍攝的影像資料係隨時朝影像資料記憶裝置24轉送並被記憶。

接著，控制裝置6係在從時序M1經過既定時間後的時序M2，結束格柵板4b之移動處理並結束條紋圖案之投影。又，控制裝置6係在從時序N1經過既定時間後的時序N2，結束利用相機5的拍攝處理。但是，本實施形態中，將格柵板4b的移動處理之結束時序M2與利用相機5的拍攝處理之結束時序N2設定為同時。

當利用相機5的拍攝處理一結束時，控制裝置6基於藉該拍攝處理所得之拍攝結果執行既定的演算處理。更詳言之，執行將於拍攝處理中拍攝的一連串影像資料(條紋圖案每移動既定量△x所拍攝的複數個影像 資料)的各畫素的輝度值按畫素作加算，計算其平均值的平均處理。藉此，取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料。

接著，控制裝置6係將藉上述平均處理所取得之影像資料記憶在演算結果記憶裝置25，結束第1次的影像取得處理。

另一方面，控制裝置6係於第1次的影像取得處理結束後，或在第1次的影像取得處理的上述平均處理執行中，對照明裝置4進行驅動控制，將格柵板4b的位置設定成第2初期設定位置(例如條紋圖案的相位從第1初期設定位置偏移4分之1間距的相位「90°」的位置)。

之後，控制裝置6開始第2次的影像取得處理。此外，第2次的影像取得處理的工序因為和上述第1次的影像取得處理相同，故省略其詳細說明(針對第3次及第4次的影像取得處理亦相同)。

控制裝置6係在藉由第2次的影像取得處理取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料後，將其記憶在演算結果記憶裝置25，結束該第2次的影像取得處理。

控制裝置6係在第2次的影像取得處理結束後，或在第2次的影像取得處理的上述平均處理執行中，對照明裝置4進行驅動控制，將格柵板4b的位置設定成第3初期設定位置(例如條紋圖案的相位從第2初期設定位置偏移4分之1間距的相位「180°」的位置)，開始第3次的影像取得處理。

控制裝置6係在藉由第3次的影像取得處理取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料後，將其記憶在演算結果記憶裝置25，結束該第3次的影像取得處理。

控制裝置6係在第3次的影像取得處理結束後，或在第3次的影像取得處理的上述平均處理執行中，對照明裝置4進行驅動控制，將格柵板4b的位置設定成第4初期設定位置(例如條紋圖案的相位從第3初期設定位置偏移4分之1間距的相位「270°」的位置)，開始第4次的影像取得處理。

控制裝置6係在藉由第4次的影像取得處理取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料後，將其記憶在演算結果記憶裝置25，結束該第4次的影像取得處理。

如此，藉由進行上述4次的影像取得處理取得光強度分布相異的4種影像資料。藉此，可取得和使具有正弦波狀的光強度分布的條紋圖案的相位各偏移90°並拍攝所得之4種影像資料同樣的影像資料。

接著，控制裝置6係基於按上述取得之4種影像資料(各畫素的輝度值)，利用在背景技術中亦做了說明的公知的移相法進行三維測量(高度測量)，將此種測量結果記憶在演算結果記憶裝置25。

其次，控制裝置6係基於三維測量結果(各座標中之高度資料)，進行銲膏K之良否判定處理。具體言之，控制裝置6係基於上述獲得之檢查區的測量結果， 檢出比基準面還高的銲膏K的印刷範圍，藉由積分在此範圍內的各部位之高度，計算被印刷的銲膏K的量。

接著，控制裝置6係將如此求得之銲膏K的位置、面積、高度或量等之資料，與預先記憶在設定資料記憶裝置26的基準資料(封面資料等)做比較判定，再按此比較結果是否位在容許範圍內來判定在其檢查區中之銲膏K的印刷狀態之良否。

在此種處理進行的期間，控制裝置6係驅動控制馬達15、16使印刷基板2朝下一檢查區移動，之後，藉由上述一連串處理在所有檢查區反復進行而結束印刷基板2整體的檢查。

以下，顯示本實施形態的基板檢查裝置1之作用效果藉由模擬所驗證之結果。首先，針對投影具有矩形波狀的光強度分布的條紋圖案的情況之模擬(第1模擬)結果參照圖5~圖17做說明。

在本模擬中，將拍攝元件的X軸方向36畫素份量設為1週期，投影在「明部」和「暗部」的交界部存在2畫素份量的中間階調區(輝度斜率)之具有矩形波狀的光強度分布的條紋圖案，使該條紋圖案每經過既定時間△t往X軸方向移動各1畫素份量(條紋圖案的相位10°份量)。

圖5~圖9係表示拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(橫軸：座標X1~X36)與和時間經過(縱軸：時間t1~t36)一起變化的條紋圖案的輝度值之關係表。亦即，表示每經過既定時間之拍攝元件在X軸方向之光強 度分布表。其中，假設輝度為最大的「明部」之輝度值是「1」，輝度為最小的「暗部」之輝度值是「0」而進行模擬。

此外，在圖5~圖9雖只顯示條紋圖案的1週期份量(在X軸方向的36畫素份量)，但實際上複數週期的條紋圖案在X軸方向連續存在。亦即，在座標X1~X36的範圍所示的光強度分布反復存在。

如圖5~圖9所示，於拍攝時序t1中，座標X2~X17的範圍是成為輝度值「1」的「明部」，座標X20~X35的範圍是成為輝度值「0」的「暗部」。又，在碰到「明部」與「暗部」之交界部的座標X36、X1和座標X18、X19，各自存在輝度值緩慢變化的2畫素份量的中間階調區。亦即，在拍攝時序t1中之條紋圖案的光強度分布係成為如圖14所示的圖表那樣。

而且，在從拍攝時序t1經過既定時間△t後的拍攝時序t2中，座標X3~X18的範圍是成為輝度值「1」的「明部」，座標X21~X36的範圍是成為輝度值「0」的「暗部」。再者，從拍攝時序t2經過既定時間△t後的拍攝時序t3中，座標X4~X19的範圍是成為輝度值「1」的「明部」，座標X22~X1的範圍是成為輝度值「0」的「暗部」。

如此，條紋圖案的光強度分布在每經過既定時間△t朝圖5~圖9的右方向移動各1畫素份量。

其次一邊和具有理想的正弦波的光強度分布的條紋圖案做比較一邊進行驗證。圖10~圖13的(a)係 表示拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(座標X1~X36)與理想的正弦波的光強度分布(理想值)之關係表。此處，表示在拍攝時序t1中具有上述矩形波狀的光強度分布的條紋圖案與週期、振幅及相位成為相同之理想的正弦波的光強度分布。在拍攝時序t1中之理想的正弦波係成為如圖15所示的圖表那樣。

圖10~圖13的(b)係將針對以於拍攝時序t1所拍攝的影像資料為中心於前後既定時間內拍攝的複數個影像資料(每各畫素的輝度值)進行平均處理後的結果(平均值)按拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(橫軸：座標X1~X36)作表示的表。

更詳言之，圖10~圖13的(b)中，在最上層的比較例方面，將未進行平均處理的情況下於拍攝時序t1所拍攝的影像資料(每各畫素的輝度值)照原樣顯示。

在從上面算起第2層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各1個，亦即，將於拍攝時序t36~t2所拍攝的3個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的3個平均值。

在從上面算起第3層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各2個，亦即，將於拍攝時序t35~t3所拍攝的5個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的5個平均值。

在從上面算起第4層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各3個，亦即，將於拍攝時序t34~t4所拍攝的7個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的7個平均值。

在從上面算起第5層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各4個，亦即，將於拍攝時序t33~t5所拍攝的9個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的9個平均值。

在從上面算起第6層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各5個，亦即，將於拍攝時序t32~t6所拍攝的11個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的11個平均值。

在從上面算起第7層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各6個，亦即，將於拍攝時序t31~t7所拍攝的13個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的13個平均值。

接著，將圖10~圖13的(b)所示之上述各平均值分別繪製後，成為如圖16所示的圖表那樣。

又，圖10~圖13的(c)係將圖10~圖13的(a)所示的各理想值與圖10~圖13的(b)所示的各平均值之差按拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(橫軸：座標X1~X36)作表示的表。

更詳言之，圖10~圖13的(c)中，在最上層的比較例方面，顯示未進行平均處理的情況下於拍攝時序t1所拍攝的影像資料(每各畫素的輝度值)和各理想值之差。

在從上面算起第2層，顯示上述各3個平均值和各理想值之差。在從上面算起第3層，顯示上述各5個平均值和各理想值之差。在從上面算起第4層，顯示上述各7個平均值和各理想值之差。在從上面算起第5層，顯示上述各9個平均值和各理想值之差。在從上面算起第6層，顯示上述各11個平均值和各理想值之差。在從上面算起第7層，顯示上述各13個平均值和各理想值之差。

接著，將圖10~圖13的(c)所示之上述各值分別繪製後，成為如圖17所示的圖表那樣。又，在圖13(c) 的右端，顯示按拍攝元件的在X軸方向之各畫素(座標X1~X36)所表示之上述各平均值的平均與各平均值的最大值。

觀察圖13(c)的右端、圖16、17等可知，像5個平均值與3個平均值相比、7個平均值與5個平均值相比這樣伴隨著平均個數増加，與理想的正弦波(理想值)之誤差持續減少，13個平均值成為誤差變最小。因此，在本模擬中，使用13個平均值進行利用移相法的三維測量是最佳。

其次，針對投影具有梯形波狀的光強度分布的條紋圖案之情況的模擬(第2模擬)結果，參照圖18~圖30做說明。

在本模擬中，將拍攝元件的X軸方向36畫素份量設為1週期，投影在「明部」和「暗部」的交界部存在12畫素份量的中間階調區(輝度斜率)之具有梯形波狀的光強度分布的條紋圖案，使該條紋圖案在每經過既定時間△t往X軸方向移動1畫素份量(條紋圖案的相位10°份量)。

圖18~圖22係表示拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(橫軸：座標X1~X36)與和時間經過(縱軸：時間t1~t36)一起變化的條紋圖案的輝度值之關係表。亦即，係表示每經過既定時間之拍攝元件的X軸方向之光強度分布表。其中，假設輝度為最大的「明部」之輝度值是「1」，輝度為最小的「暗部」之輝度值是「0」而進行模擬。

此外，在圖18~圖22雖只顯示條紋圖案的1週期份量(在X軸方向的36畫素份量)，但實際上複數週期的條紋圖案在X軸方向連續存在。亦即，在座標X1~X36的範圍所示之光強度分布反復存在。

如圖18~圖22所示，於拍攝時序t1中，座標X7~X12的範圍是成為輝度值「1」的「明部」，座標X25~X30的範圍是成為輝度值「0」的「暗部」。又，在碰到「明部」與「暗部」之交界部的座標X31~X6和座標X13~X24各自存在輝度值緩慢變化的12畫素份量的中間階調區。亦即，在拍攝時序t1中之條紋圖案的光強度分布係成為如圖27的圖表那樣。

而且，在從拍攝時序t1經過既定時間△t後的拍攝時序t2中，座標X8~X13的範圍是成為輝度值「1」的「明部」，座標X26~X31的範圍是成為輝度值「0」的「暗部」。再者，在從拍攝時序t2經過既定時間△t後的拍攝時序t3中，座標X9~X14的範圍是成為輝度值「1」的「明部」，座標X27~X32的範圍是成為輝度值「0」的「暗部」。

如此，條紋圖案的光強度分布是每經過既定時間△t朝圖18~圖22的右方向移動各1畫素份量。

其次一邊與具有理想的正弦波的光強度分布的條紋圖案做比較一邊進行驗證。圖23~圖26的(a)係顯示拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(座標X1~X36)與理想的正弦波的光強度分布(理想值)之關係表。此處，表示在拍攝時序t1中具有上述梯形波狀的光 強度分布的條紋圖案與週期、振幅及相位是成為相同之理想的正弦波的光強度分布。拍攝時序t1中之理想的正弦波係成為如圖28所示的圖表那樣。

圖23~圖26的(b)係將針對以於拍攝時序t1所拍攝的影像資料為中心於前後既定時間內拍攝的複數個影像資料(每各畫素的輝度值)進行平均處理後的結果(平均值)按拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(橫軸：座標X1~X36)作表示的表。

更詳言之，圖23~圖26的(b)中，在最上層的比較例方面，將未進行平均處理的情況下於拍攝時序t1所拍攝的影像資料(每各畫素的輝度值)照原樣顯示。

在從上面算起第2層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各1個，亦即，將於拍攝時序t36~t2所拍攝的3個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的3個平均值。

在從上面算起第3層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各2個，亦即，將於拍攝時序t35~t3所拍攝的5個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的5個平均值。

在從上面算起第4層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各3個，亦即，將於拍攝時序t34~t4所拍攝的7個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的7個平均值。

在從上面算起第5層，顯示以拍攝時序t1為中心前後各4個，亦即，將於拍攝時序t33~t5所拍攝的9個影像資料(每各畫素的輝度值)平均的9個平均值。

接著，將圖23~圖26的(b)所示的上述各平均值分別繪製後，成為如圖29所示的圖表那樣。

又，圖23~圖26的(c)係將圖23~圖26的(a)所示的各理想值與圖23~圖26的(b)所示的各平均值之差按拍攝元件的在X軸方向之各畫素的座標位置(橫軸：座標X1~X36)作表示的表。

更詳言之，圖23~圖26的(c)中，在最上層的比較例方面，顯示未進行平均處理的情況下於拍攝時序t1所拍攝的影像資料(每各畫素的輝度值)和各理想值之差。

在從上面算起第2層，顯示上述各3個平均值和各理想值之差。在從上面算起第3層，顯示上述各5個平均值和各理想值之差。在從上面算起第4層，顯示上述各7個平均值和各理想值之差。在從上面算起第5層，顯示上述各9個平均值和各理想值之差。

接著，將圖23~圖26的(c)所示之上述各值分別繪製後，成為如圖30所示的圖表那樣。又，在圖26(c)的右端，顯示按拍攝元件的在X軸方向之各畫素(座標X1~X36)所表示之上述各平均值的平均與各平均值的最大值。

觀察圖26(c)的右端、圖29、30可知，與理想的正弦波(理想值)之誤差係5個平均值變最小。因此，本模擬中，使用5個平均值進行利用移相法的三維測量是較佳。

其中，關於其他的3個平均值、7個平均值、9個平均值亦是，與本模擬中的5個平均值相比僅是理想值之差稍大就可足以接近於理想的正弦波者，故即便使用此等進行三維測量亦可進行精度佳的測量。

如以上所詳述，依據本實施形態，使被投影於印刷基板2的具有矩形波狀或梯形波狀的光強度分布的條紋圖案移動，並將該移動的條紋圖案分成複數次拍攝，將該拍攝的一連串影像資料的各畫素的輝度值按畫素作加算，計算其平均值。

藉此，於取得在利用移相法進行三維測量上所需的光強度分布相異的複數個影像資料當中的1個影像資料方面，與僅投影並拍攝具有矩形波狀或梯形波狀的光強度分布的條紋圖案的情況相比，可取得具有更接近於理想的正弦波的光強度分布的影像資料。

又，依據本實施形態，即便在對焦的狀態下投影條紋圖案，亦可取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料。因可在對焦的狀態投影條紋圖案而變得易於維持條紋圖案的光強度分布(波形)。

結果，在進行利用了移相法的三維測量時，可謀求快速提升測量精度。

再者，依據本實施形態，可在不使機械構成複雜化之下，投影具有非正弦波的矩形波狀或梯形波狀的光強度分布的條紋圖案並藉由較簡單的控制處理或演算處理等，可取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料。結果，抑制機械構成的複雜化，進而可謀求抑制製造成本。

此外，未受限於上述實施形態的記載內容，例如亦可按照以下那樣來實施。當然亦可為在以下未例示的其他應用例、變更例。

(a)上述實施形態中，雖將三維測量裝置具體化成測量被印刷形成於印刷基板2的銲膏K之高度的基板檢查裝置1，惟，不受此所限，亦可具體化成例如測量印刷於基板上的銲料凸塊或構裝於基板上的電子零件等之其他者的高度之構成。

(b)上述實施形態中，係成為在利用移相法進行三維測量上，取得條紋圖案的初期相位各差90°的4種影像資料之構成，但是相位偏移次數及相位偏移量係不受此等所限。亦可採用能藉由移相法進行三維測量的其他的相位偏移次數及相位偏所移量。

亦可作成例如取得相位各差120°(或90°)的3種影像資料以進行三維測量的構成，亦可作成取得相位各差180°(或90°)的2種影像資料以進行三維測量的構成。

(c)在上述實施形態中，成為投影具有矩形波狀或梯形波狀的光強度分布的條紋圖案而取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料之構成。

但不受此所限，亦可作成例如投影具有三角波狀或鋸波狀等之其他非正弦波狀的光強度分布的條紋圖案而取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料之構成。當然，若可能的話，亦可作成投影不存在中間階調區(輝度斜率)之具有矩形波狀的光強度分布的條紋圖案而取得具有正弦波狀的光強度分布的影像資料之構成。

又，亦可作成投影非理想的正弦波之具有近似於正弦波(正弦波狀的)光強度分布的條紋圖案而取 得具有更接近於理想的正弦波的光強度分布的影像資料之構成。

(d)投影手段的構成係不受限於上述實施形態的照明裝置4。

例如在上述實施形態中，採用格柵板4b作為將來自光源4a的光轉換成條紋圖案的格柵。

但不受此所限，例如，亦可採用液晶面板作為格柵。液晶面板具備有於一對的透明基板間形成液晶層並配置在一透明基板上之共通電極、及與其對向般地複數併列於另一透明基板上之帶狀電極，利用驅動電路對分別連接於各帶狀電極之切換元件(薄膜電晶體等)進行on-off控制，藉由控制施加於各帶狀電極之電壓而切換和各帶狀電極對應之各格柵線的透光率，形成由透光率高的透光部與透光率低的遮光部交互排列之格柵圖案。然後，藉由控制切換此透光部及遮光部的位置可進行格柵的移動處理。

又，亦可採用使用了數位微鏡裝置的DLP(註冊商標)作為格柵以取代液晶面板。

(e)上述實施形態中雖採用透光部和遮光部交互排列之二值的格柵(格柵板4b)，但不受此所限，亦可作成例如在格柵板或液晶面板形成3階段以上透射率相異的多值的格柵圖案之構成。

(f)上述實施形態中，將格柵板4b的移動處理之開始時序M1和利用相機5的拍攝處理之開始時序N1設為同時，並將格柵板4b的移動處理之結束時序M2和利用相機5的拍攝處理之結束時序N2設為同時。

但不受此所限，亦可作成如圖31(a)所示，在格柵板4b之移動開始(開始時序M1)後開始利用相機5的拍攝處理(開始時序N1)，在該格柵板4b之移動停止(結束時序M2)前結束利用相機5的拍攝處理(結束時序N2)的構成。

又，亦可作成如圖31(b)所示，在格柵板4b之移動開始(開始時序M1)前開始利用相機5的拍攝處理(開始時序N1)，在該格柵板4b之移動停止(結束時序M2)的同時或之前結束利用相機5的拍攝處理(結束時序N2)的構成。

又，亦可作成如圖31(c)所示，在格柵板4b之移動開始(開始時序M1)的同時或之後開始利用相機5的拍攝處理(開始時序N1)，在該格柵板4b之移動停止(結束時序M2)後結束利用相機5的拍攝處理(結束時序N2)的構成。

又，亦可作成如圖31(d)所示，在格柵板4b之移動開始(開始時序M1)前開始利用相機5的拍攝處理(開始時序N1)，在該格柵板4b之移動停止(結束時序M2)後結束利用相機5的拍攝處理(結束時序N2)的構成。

(g)上述實施形態中，成為於各影像取得處理中，利用馬達等之驅動手段進行將格柵板4b以一定速度連續移動的移動處理之構成。格柵板4b的驅動手段不限於像馬達等那樣將格柵板4b連續移動者，亦可採用例如像壓電元件等那樣使格柵板4b間歇移動(移動各既定量)者。

在藉由壓電元件等之驅動手段進行格柵板4b的移動處理之情況，亦可作成例如1次的移動處理是藉由1次的間歇移動動作來進行之構成，亦可作成各既定量藉由複數次的間歇移動動作來進行之構成。

又，上述實施形態中，係成為按1次的影像取得處理而停止格柵板4b之構成，但亦可作成於進行4次的影像取得處理的期間，格柵板4b連續進行移動動作的構成。

(h)上述實施形態中，成為在各影像取得處理中，於格柵板4b移動中分成複數次進行拍攝(曝光)，將該拍攝的一連串影像資料的各畫素之輝度值按畫素作加算，計算其平均值的構成。

但不受此所限，亦可作成省略計算平均值的處理，基於將一連串影像資料的各畫素的輝度值按各畫素加算後的加算資料(影像資料)進行三維測量之構成。

又，亦可作成於各影像取得處理中在格柵板4b移動中連續進行拍攝(曝光)，依據該拍攝的影像資料進行三維測量之構成。

此外，通常，拍攝手段所接收的光量(受光量)越多，越能獲得更適合於測量的良好畫質之影像，亦即雜訊、量子化誤差的影響小的影像。但當拍攝(曝光)時間一長，則拍攝手段達飽和程度，會造成影像所謂「過曝」的情形。對此，藉由如上述實施形態在格柵板4b移動中將拍攝(曝光)分成複數次反複進行，按各畫素加 算輝度值，可在不使之飽和下獲得有更多受光量的影像。

一方面，若是拍攝元件未達飽和程度的範圍，則於格柵板4b移動中連續地進行拍攝(曝光)者的處理負擔較少。

(i)上述實施形態中，採用CCD感測器作為相機5的拍攝元件，但拍攝元件係不受此所限定，例如亦可採用CMOS感測器等。

此外，在使用一般的CCD相機等之情況，因為在曝光中無法進行資料傳送，所以如同上述實施形態在格柵板4b移動中將拍攝(曝光)分成複數次進行的情況，有必要在其間進行資料轉送(讀出)。

對此，在相機5方面是使用CMOS相機或具有在資料傳送中可曝光之機能的CCD相機等之情況，因為可將拍攝(曝光)和資料傳送處理一部份重複進行，故可謀求縮短測量時間。

1‧‧‧基板檢查裝置

2‧‧‧印刷基板

3‧‧‧載置台

4‧‧‧照明裝置

4a‧‧‧光源

4b‧‧‧格柵板

5‧‧‧相機

6‧‧‧控制裝置

15、16‧‧‧馬達

Claims (5)

1. 一種三維測量裝置，其特徵為具備：投影手段，具有發出既定的光之光源、將源自該光源的光轉換成既定的條紋圖案之格柵、及可移動該格柵的驅動手段，且可將前述條紋圖案對被測量物投影；拍攝手段，可拍攝被投影了前述條紋圖案的前述被測量物；影像取得手段，可控制前述投影手段及前述拍攝手段，取得光強度分布相異的複數個影像資料；及影像處理手段，基於藉前述影像取得手段所取得之複數個影像資料可利用移相法執行前述被測量物的三維測量，前述影像取得手段在取得前述複數個影像資料中的1個影像資料方面，係執行移動前述格柵之移動處理，並在和前述格柵的移動期間中至少一部分重疊的既定期間執行連續進行拍攝的拍攝處理，或，在和前述格柵的移動期間中至少一部分重疊的既定期間執行分成複數次進行拍攝的拍攝處理，執行將該拍攝結果按各畫素加算或平均的處理。
2. 如請求項1之三維測量裝置，其中 在前述格柵之移動處理開始的同時或移動處理中開始前述拍攝處理，在該格柵之移動處理停止的同時或移動處理中結束前述拍攝處理。
3. 如請求項1或2之三維測量裝置，其中前述既定的條紋圖案係具有非正弦波狀的光強度分布之條紋圖案。
4. 如請求項1至3中任一項之三維測量裝置，其中前述格柵係成為使光透射的透光部與遮蔽光的遮光部交互排列之配置構成。
5. 如請求項1至4中任一項之三維測量裝置，其中前述被測量物係印刷有銲膏的印刷基板或形成有銲料凸塊的晶圓基板。