TWI396823B - 三維測量裝置 - Google Patents

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TWI396823B TW099101205A TW99101205A TWI396823B TW I396823 B TWI396823 B TW I396823B TW 099101205 A TW099101205 A TW 099101205A TW 99101205 A TW99101205 A TW 99101205A TW I396823 B TWI396823 B TW I396823B
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Hiroyuki Ishigaki
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Description

三維測量裝置
本發明係有關於三維測量裝置。
一般，將電子部件安裝於印刷基板上時，首先，在設置於印刷基板上之規定的電極圖案上，印刷焊錫膏。接著，根據該焊錫膏的粘性，將電子部件暫時固定於印刷基板上。然後，將上述印刷基板引導至回焊爐，經由規定的回焊步驟進行焊接。近來，在引導至回焊爐的前階段，必須檢查焊錫膏的印刷狀態，進行該檢查時，有時採用三維測量裝置。
近年來，提案有各種使用光之所謂的非接觸式三維測量裝置，例如，提案有利用移相法的三維測量裝置相關之技術。
在利用該移相法的三維測量裝置中，利用由光源和正弦波圖案的濾波器之組合構成的照射機構，對被測量物(此時為印刷基板)，照射具有正弦波狀(條紋狀)之光強度分布的光圖案。接著，採用設置於正上方的拍攝機構觀測基板上的點。拍攝機構可採用由透鏡和拍攝元件等構成的CCD照相機等。此時，畫面上的點P之光的強度I可以下式表示。
I=e+f‧cosψ
(其中，e表示直流光雜訊(偏移成分)，f表示正弦波的對比(反射率)，ψ表示藉由物體的凹凸賦予的相位)
此時，使光圖案移動，以使相位於例如4階段(ψ+0，ψ+π/2，ψ+π，ψ+3π/2)變化，而獲取具有對應於上述4階段之強度分布I0、I1、I2、I3的影像，並根據下述式求得調變分α。
α=arctan{(I3-I1)/(I0-I2)}
採用該調變分α，求出焊錫膏等測量對象上之點P的3維座標(X、Y、Z)，依此可測量測量對象的三維形狀，特別是高度。
然而，實際的測量對象有高的也有低的。例如，就焊錫膏而言，有薄膜狀者也有呈截頭錐狀而突起者。若配合此等測量對象中的最大高度，而擴大所照射之光圖案之條紋的間距，恐有導致解析力變粗，測量精度變差之虞。另一方面，藉由使條紋間距變窄，雖可提高精度，但有導致可測量的高度範圍不足(條紋數其外)之可能性。
於是，提案有例如在第1次的拍攝後，將拍攝元件與被測量物挪移該拍攝元件之畫素間距的半個間距分以進行第2次的拍攝，而獲得解析力更高的影像資料(例如，參照專利文獻1)。
另外，為了解決可測量之高度範圍不足的問題，亦提案有組合週期(條紋間距)短的光圖案與週期長的光圖案以進行測量的技術(例如，參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平6-6794號公報
專利文獻2：日本特開2005-98884號公報
然而，在組合上述習知技術，俾使可提高水平解析力，並且不會降低高度方向的解析力，而可擴大可測量的高度範圍時，必須分別在第1位置與從該第1位置偏移半畫素間距分之第2位置的兩個位置，將例如利用週期短的光圖案的第1測量與利用週期長的光圖案的第2測量各進行一次，總共進行4次的測量。
如上所述，在採用移相法的習知三維測量中，使相位變化於例如4階段時，必須取得具有與各階段對應之強度分布的4個影像資料。亦即，在每次的相位改變時，必須進行拍攝，每一處的測量位置，必須進行4次拍攝。因此，如上所述，在兩個部位分別進行利用2種光圖案的測量時，拍攝次數總共為16次。
因此，為了提高水平解析力，且擴大可測量的高度範圍，僅組合上述習知技術時，恐有因拍攝次數的增加而使整體的測量時間增加，進而導致測量效率降低之虞。
另外，上述課題未必限定於印刷在印刷基板上之焊錫膏等的高度測量，亦存在於其他三維測量裝置的領域。
本發明係有鑒於上述課題而開發者，其目的在於提供一種利用移相法進行三維測量時，可以更短的時間，實現更高精度的測量之三維測量裝置。
以下，針對適用於解決上述課題的各機構，分項進行說明。此外，依需要而於對應的機構附註特有的作用效果。
申請專利範圍第1項係一種三維測量裝置，其包括：照射機構，至少可對被測量物，切換具有條紋狀光強度分布且週期不同的複數光圖案而進行照射；拍攝機構，具有可對已照射上述光圖案之上述被測量物產生的反射光進行拍攝的拍攝元件；位移機構，使上述拍攝元件與上述被測量物的位置關係產生相對位移；以及影像處理機構，依據藉由上述拍攝機構所拍攝的影像資料，進行三維測量，三維測量裝置的特徵為上述影像處理機構包括：第1運算機構，依據在第1位置照射相位改變複數次之第1週期的第1光圖案而獲得的複數影像資料，利用移相法計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第1高度資料；第2運算機構，依據在從上述第1位置朝規定方向偏移半畫素分的第2位置，照射使比上述第1週期更長之第2週期的第2光圖案相位改變複數次而獲得的複數影像資料，利用移相法計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第2高度資料；以及資料置換機構，依據上述第2高度資料，特定上述各第1高度資料的條紋數後，將該第1高度資料的值置換成考量有該條紋數的值。
根據上述申請專利範圍第1項，依據在第1位置照射第1週期的第1光圖案而獲得的複數影像資料，利用移相法可計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第1高度資料。又，依據在從第1位置朝規定方向偏移半畫素分的第2位置，照射比上述第1週期更長之第2週期的第2光圖案而獲得的複數影像資料，利用移相法可計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第2高度資料。藉由合成此等資料，可生成超過拍攝元件的解析力之高解析力的影像資料(包含依每個座標排列有高度資料之測量資料等影像處理後的影像資料)，可進行更精密的三維測量。
再者，在申請專利範圍第1項中，依據藉由週期長的第2光圖案獲得的第2高度資料，可特定各第1高度資料的條紋數(對應於移相法之測量對象部的條紋)。然後，該第1高度資料的值可置換成考量有該條紋數的值。亦即，可獲得利用長週期之第2光圖案的優點之可測量的高度範圍得以變大、及利用短週期之第1光圖案的優點之解析力高的高精度測量得以實現之兩者的效果。結果，可提高水平解析力，並且不會降低高度方向的解析力，可擴大可測量的高度範圍。
又，此時，在申請專利範圍第1項中，在第1或第2位置進行的測量僅利用第1、第2光圖案中之任一者。即，由於不需要分別在兩個部位進行利用2種光圖案的測量，故可抑制拍攝次數，進而可抑制整體的測量時間的增加。結果，可以更短的時間，實現更高精度的測量。
此外，由於上述構成可藉由所謂的影像處理的軟體處理實現，所以不需要變更硬體面，可抑制製造成本的增加。
申請專利範圍第2項係如申請專利範圍第1項之三維測量裝置，其中上述第2位置係從上述第1位置斜移半畫素間距的位置。
根據上述申請專利範圍第2項，藉由第1位置的測量與第2位置的測量之2次測量，可獲得具有拍攝元件之解析力的4倍之解析力的影像資料。此外，斜移半畫素間距的位置係指，在影像資料中朝排列成格子狀之矩形畫素的對角線方向(相對於排列方向傾斜的方向)偏移半畫素分的位置。
申請專利範圍第3項係如申請專利範圍第2項的三維測量裝置，其中包括內插機構，其依據資料欠缺部分之周圍之至少考量有上述條紋數的第1高度資料，對資料欠缺部分進行內插。
於採用上述申請專利範圍第3項之構成的情況下，將第1高度資料與第2高度資料合成以作成高解析力的資料時，會產生資料的欠缺部分，但是根據本手段，可防止此種不良情形。
申請專利範圍第4項係如申請專利範圍第1至3項中任一項之三維測量裝置，其中具備補正機構，其依據考量有上述條紋數的第1高度資料，對上述第2高度資料的值進行補正。
根據上述申請專利範圍第4項，可依據考量有條紋數之更高精度的第1高度資料，對藉由第2運算手段得到之第2高度資料(實際測量資料)的值進行補正，故可更接近於真正的值。
申請專利範圍第5項係如申請專利範圍第4項之三維測量機構，其中上述補正機構判斷藉由上述第2運算機構計算之規定位置的第2高度資料的值是否有與該規定位置的周邊部位之考量有上述條紋數之第1高度資料的平均值在規定的誤差範圍內，在規定的誤差範圍內時，將考量有上述條紋數之第1高度資料的平均值用作為上述規定位置的第2高度資料的值，不在規定的誤差範圍內時，將藉由上述第2運算機構計算之第2高度資料的值用作為上述規定位置的第2高度資料的值。
如上所述，由於當規定位置的第2高度資料的值與該規定位置之周邊部位之考量有上述條紋數的第1高度資料的平均值在規定誤差範圍內時，可推斷上述規定位置及其附近的形狀為比較平緩地連續的形狀，因此，採用考量有條紋數之更高精度的第1高度資料的平均值作為最適值，較可獲得更接近於真正值的值。
另一方面，沒有在誤差範圍內時，可推斷上述規定位置及其附近的形狀為起伏較劇烈之不連續的形狀，所以將藉由第2運算機構計算之實際測量資料的第2高度資料的值保持原樣地用作為最適值，更可減小與真正值的誤差。
 (第1實施形態)
以下，參照圖式，說明一實施形態。
圖1為以模式方式顯示具備本實施形態之三維測量裝置之基板檢查裝置1的示意立體圖。如該圖所示，基板檢查裝置1具備有：載置台3，用以載置印刷有測量對象之焊錫膏而構成之作為被測量物的印刷基板2；作為照射機構之照明裝置4，用以從斜上方對印刷基板2的表面照射規定的光圖案；作為拍攝機構的CCD照相機5，用以拍攝印刷基板2上之上述已照射的部分；以及控制裝置6，用以實施基板檢查裝置1內的各種控制、影像處理、運算處理。控制裝置6構成本實施形態的影像處理機構。
照明裝置4具備週知的液晶光學快門，其可對印刷基板2，從斜上方照射相位每次改變4分之1間距的條紋狀光圖案。本實施形態中，光圖案被設定為與矩形印刷基板2的一對邊平行且沿著X軸方向照射。亦即，光圖案的條紋係以與X軸方向垂直，且與Y軸方向平行的方式照射。
另外，本實施形態的照明裝置4為可切換條紋間距(週期)不同的2種光圖案而照射之構成。更詳言之，切換成週期為2μm的第1光圖案、與其週期為第1光圖案的2倍之4μm的第2光圖案。本實施形態中，2μm相當於第1週期，4μm相當於第2週期。依此，如圖3所示，藉由第1光圖案，以將測量對象點設為例如「0±1(μm)」、「2±1(μm)」、「4±1(μm)」...之方式，將位於0μm～10μm(其中，10μm相當於1個條紋數以上的0μm)之範圍內的高度以「2(μm)」的刻度且誤差範圍為±1(μm)的精度進行測量。另一方面，藉由第2光圖案，以將測量對象點設為例如「0±2(μm)」、「4±2(μm)」、「8±2(μm)」...之方式，將位於0μm～20μm之範圍內的高度以「4(μm)」的刻度且誤差範圍為±2(μm)的精度進行測量。
此外，在照明裝置4中，來自未圖示之光源的光藉由光纖被引導至一對聚光透鏡，並於此成為平行光。該平行光經由液晶元件，被引導至設置於恆溫控制裝置內的投影透鏡。接著，從投影透鏡照射4個相位改變的圖案光。如上所述，藉由於照明裝置4採用液晶光學快門，作成條紋狀圖案光時，可獲得其照度接近於理想的正弦波的光，依此，三維測量的測量解析力得以提高。另外，可電性地進行圖案光之移相的控制，可達成控制系的小型(compact)化。
在載置台3上，設有作為位移機構的馬達15、16，該馬達15、16係藉由控制裝置6進行驅動控制，依此，可使載置於載置台3上的印刷基板2朝任意方向(X軸方向及Y軸方向)滑動。
CCD照相機5係由透鏡、拍攝元件等構成。拍攝元件採用CCD感測器。本實施形態的CCD照相機5生成例如具有於X軸方向512個畫素，於Y軸方向480個畫素之解析力的影像。
繼之，說明控制裝置6的電性構成。如圖2所示，控制裝置6具備有：用於進行基板檢查裝置1整體的控制的CPU及輸入輸出介面21；由鍵盤、滑鼠或觸控式面板構成之作為「輸入機構」的輸入裝置22；CRT、液晶等具有顯示畫面之作為「顯示機構」的顯示裝置23；用於記憶利用CCD照相機5之拍攝所產生的影像資料之影像資料記憶裝置24；用於記憶各種運算結果的運算結果記憶裝置25；及預先記憶有各種資訊的設定資料記憶裝置26。另外，此等裝置22～26係電性連接至CPU與輸入輸出介面21。
其次，說明藉由控制裝置6進行的三維測量的處理內容。
首先控制裝置6驅動控制馬達15、16以使印刷基板2移動，且使CCD照相機5的視野對準印刷基板2上之規定的檢查區域的第1位置。另外，檢查區域係以CCD照相機5之視野的大小作為1個單位而預先分割好印刷基板2之表面中的1個區域。
接著，控制裝置6驅動控制照明裝置4以開始進行第1光圖案(週期2μm)的照射，並且使該第1光圖案的相位每次移動4分之1間距以依序切換控制4種照射。另外，控制裝置6在以上述方式進行第1光圖案之移相之照明的期間，驅動控制CCD照相機5，並針對此等每個照射，拍攝檢查區域部分(第1位置)，而分別獲得4畫面分的影像資料。
控制裝置6根據所取得之4畫面分的各影像資料，進行各種影像處理，且依據先前技術中說明之週知的移相法，進行每個座標(畫素)的高度測量，而記憶作為第1高度資料。該處理構成本實施形態之第1運算機構的功能。
在進行該處理的期間，控制裝置6驅動控制馬達15、16以使印刷基板2從上述第1位置斜移半畫素間距，使CCD照相機5的視野對準印刷基板2上之規定之檢查區域的第2位置。再者，本實施形態中的各畫素係構成具有平行於X軸方向及Y軸方向的邊的正方形。亦即，斜移半畫素間距係指朝畫素的對角線方向僅移動該對角線距離的一半。
其後，控制裝置6驅動控制照明裝置4以開始進行週期比第1光圖案長之第2光圖案(週期4μm)的照射，並且使該第2光圖案的相位每次移動4分之1的間距以依序切換控制4種照射。再者，控制裝置6在以上述方式進行第2光圖案之移相之照明的期間，驅動控制CCD照相機5，針對此等每個照射，拍攝檢查區域部分(第2位置)，而分別獲得4畫面分的影像資料。
控制裝置6根據所取得之4畫面分的各影像資料，進行各種影像處理，且依據移相法，進行每個座標(畫素)的高度測量，而記憶作為第2高度資料。該處理係構成本實施形態之第2運算機構的功能。
接著，控制裝置6將第1位置的測量結果(第1高度資料)與第2位置的測量資料(第2高度資料)合成，進行匯整為該檢查區域之1個測量結果的影像處理。藉由該處理，可獲得與利用具有解析力為CCD照相機5之解析力之4倍的拍攝機構拍攝時相同的測量資料。以下，針對該影像處理進行詳細說明。
在此，針對例如CCD照相機5的解析力為每一拍攝視野4×4畫素之情況作說明。於此情況，在第1位置獲得之測量資料中的每個座標(畫素)的第1高度資料A1～A16係如圖4(a)那樣地記憶。同樣地，在第2位置獲得之測量資料中的每個座標(畫素)的第2高度資料B1～B16係圖4(b)那樣地記憶。圖4(a)、圖4(b)為以模式方式顯示資料排列的圖(關於圖5～圖8亦相同)。
此時，在合成處理中，首先如圖5所示那樣，作成在8×8方格上將上述第1高度資料A1～A16及第2高度資料B1～B16配置成棋盤圖案狀的資料。另外，圖5中的空欄部分在該階段為資料的欠缺部分。又，在圖5中，為使容易觀看，方便上添加散點圖案而呈棋盤圖案狀(關於圖6～圖8亦相同)。
然後，針對第1高度資料A1～A16，進行將該第1高度資料A1～A16的值置換成考量有條紋數的值之資料置換處理。該處理構成本實施形態之資料置換機構的功能。
更詳言之，如圖6所示，例如把焦點放在由圖中的粗框圍繞的第1高度資料A6，在此記憶有藉由第1位置的測量獲得的「4」的值。又，在與第1高度資料A6鄰接的周圍的4個第2高度資料B6、B7、B10、B11中，分別記憶有「16」、「12」、「16」、「12」。此外，雖然圖6中記載的僅為此等值，但實際上，與此等值同樣地，在其他位置亦記憶有各種高度資料(關於圖7、圖8亦相同)。
如由圖3的表可得知般，在作為第1高度資料獲得的值為「4(±1)μm」時，因條紋數的差異，焊錫膏(測量對象點)之真正高度的候補為「4(±1)μm」或「14(±1)μm」。亦即，若條紋數為1，實際的高度為“4(±1)μm”，若條紋數為2，實際的高度為“14(±1)μm”。此外，本實施形態中，為了方便說明，係以沒有焊錫膏(測量對象點)的高度超過20μm之情況進行說明。
另外，在此等候補值「4」或「14」中，進行該資料置換處理時，採用將接近該第1高度資料A6的周圍的第2高度資料B6、B7、B10、B11的平均「(16+12+16+12)/4=14」的值作為最適值。即，可特定移相法的條紋數。然後，將第1高度資料A6的值置換成考量有條紋數的值「14」。對各第1高度資料A1～A16同樣進行上述處理。
接著，根據考量有該條紋數的第1高度資料A1～A16，施行對第2高度資料B1～B16進行補正的補正處理。該處理構成本實施形態之補正機構的功能。
更詳言之，如圖7所示，例如把焦點放在由圖中的粗框圍繞的第2高度資料B11，在此記憶有藉由第2位置的測量獲得的「12」的值。另外，在與第2高度資料B11鄰接之周圍的4個第1高度資料A6、A7、A10、A11中，分別記憶有上述置換處理後的值「14」、「12」、「14」、「12」。
首先，計算它們周圍的4個第1高度資料A6、A7、A10，A11的平均值[(14+12+14+12)/4=13]。另外，判斷第2高度資料B11的值是否在該平均值之「±2」的誤差範圍內。
在此，於判斷在「±2」的誤差範圍內時，推斷與該第2高度資料B11對應的焊錫膏(測量對象點)及其附近的形狀為比較平緩地連續的形狀，採用該第1高度資料A6、A7、A10、A11的平均值作為第2高度資料B11的最適值。
另一方面，於判斷不在「±2」的誤差範圍內時，推斷與該第2高度資料B11對應的焊錫膏(測量對象點)及其附近的形狀為起伏較劇烈之不連續的形狀，將實際測量資料的第2高度資料B11的值原樣地用作為最適值。
接著，進行對資料欠缺部分(圖5中的空欄部分)的資料進行內插的資料內插處理。該處理構成本實施形態之內插機構的功能。
在資料內插處理中，如圖8所示那樣，根據在規定之資料欠缺部分的周圍鄰接設置之置換處理後的第1高度資料A1～A16、或補正處理後的第2高度資料B1～B16的各資料，計算平均值，用作為該資料欠缺部分的內插值。
當上述一系列的處理結束時，即完成具有與針對拍攝視野整體(檢查區域)從8×8畫素的拍攝影像資料獲得的測量資料相同精度的測量資料。
以此方式得到之每個檢查區域的測量資料被儲存於控制裝置6的運算結果記憶裝置25中。然後，根據該每個檢查區域的測量資料，檢測比基準面高之焊錫膏的印刷範圍，對該範圍內之各部位的高度進行積分，藉此計算所印刷之焊錫膏的量。接著，與以此方式求得之焊錫膏的位置、面積、高度或量等的資料預先儲存於設定資料記憶裝置26中的基準資料進行比較判斷，根據該比較結果是否有在容許範圍內，可判斷該檢查區域之焊錫膏的印刷狀態是否良好。
在進行該處理的期間，控制裝置6驅動控制馬達15、16，將印刷基板2移往下一個檢查區域，接著，在全部的檢查區域重複進行上述一系列的處理。
如上所述，在本實施形態的基板檢查裝置1中，利用控制裝置6的控制，一面移動檢查區域，一面依序進行影像處理，藉此進行包括印刷基板2上之焊錫膏的高度測量的三維測量，可高速且確實地檢查焊錫膏的印刷狀態。
如上述詳細說明，在本實施形態中，根據在第1位置照射週期2μm的第1光圖案而獲得的複數影像資料，利用移相法計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第1高度資料A1～A16。又，根據在從第1位置斜移半畫素的第2位置照射週期4μm的第2光圖案而獲得的複數影像資料，利用移相法計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第2高度資料B1～B16。藉由合成此等資料，可生成具有解析力為CCD照相機5之解析力的4倍之影像資料(測量資料)，可進行更精密的三維測量。
再者，本實施形態中，根據藉由長週期的第2光圖案獲得的第2高度資料B1～B16，可特定各第1高度資料A1～A16的條紋數。然後，第1高度資料A1～A16的值可置換成考量有該條紋數的適當值。亦即，可獲得利用長週期之第2光圖案的優點之可測量的高度範圍得以變大、及利用短週期之第1光圖案的優點之高解析力的高精度測量得以實現之兩者的效果。其結果，如圖9所示，可提高水平解析力，並且不會降低高度方向的解析力，而可擴大可測量的高度範圍。
此時，本實施形態中，在第1或第2位置進行的測量僅利用第1或第2光圖案的任一者。亦即，由於不需要在兩個部位分別進行利用2種光圖案的測量，所以可抑制拍攝次數，進而可抑制整體測量時間的增加。結果，可以更短的時間，實現更高精度的測量。
此外，由於上述構成可藉由影像處理的軟體處理而實現，故不需改變硬體面，即可抑制製造成本的增加。
再者，本實施形態中，依據在規定之資料欠缺部分的周圍鄰接設置之置換處理後的第1高度資料A1～A16、或補正處理後的第2高度資料B1～B16的各資料而計算平均值，用作為該資料欠缺部分的內插值以進行資料內插處理而構成。因此，當合成第1高度資料A1～A16與第2高度資料B1～B16以作成高解析力的資料時，可防止產生資料欠缺部分之不良情形發生。
本實施形態中，係根據因考量有條紋數之更高精度的第1高度資料A1～A16，施行對第2高度資料B1～B16進行補正的補正處理。因此，可使第2高度資料B1～B16的值更接近於真正值。
(第2實施形態)
以下，說明第2實施形態。但是，關於與上述第1實施形態重複的部分，則使用同一構件名稱、同一符號等以省略其說明，並且以下主要說明與第1實施形態不同的部分。本實施形態的三維測量中，控制裝置6先驅動控制馬達15、16以使印刷基板2移動，且使CCD照相機5的視野對準印刷基板2上之規定的檢查區域的第1位置。
接著，控制裝置6驅動控制照明裝置4以開始第1光圖案(週期2μm)的照射，並且使該第1光圖案的相位每次移動4分之1間距以依序切換控制4種照射。再者，控制裝置6在以上述方式進行第1光圖案之移相的照明期間，驅動控制CCD照相機5，並針對此等每個照射，拍攝檢查區域部分(第1位置)，而分別獲得4畫面分的影像資料。
控制裝置6依據所取得之4畫面分的各影像資料，進行各種影像處理，且依據在先前技術中說明之週知的移相法，進行每個座標(畫素)的高度測量，而記憶為第1高度資料。
在進行該處理的期間，控制裝置6驅動控制馬達15、16以使印刷基板2從上述第1位置朝X軸方向移動至偏移半畫素間距的位置，且使CCD照相機5的視野對準印刷基板2上之規定之檢查區域的第2位置。
接著，控制裝置6驅動控制照明裝置4以開始週期較長之第2光圖案(週期4μm)的照射，並且使該第2光圖案的相位每次移動4分之1間距以依序切換控制4種照射。另外，控制裝置6在以上述方式進行第2光圖案之移相的照明的期間，驅動控制CCD照相機5，並針對此等每個照射，拍攝檢查區域部分(第2位置)，而分別獲得4畫面分的影像資料。
控制裝置6根據所取得之4畫面分的各影像資料，進行各種影像處理，並根據移相法進行各座標(畫素)的高度測量，而記憶為第2高度資料。
在進行該處理的期間，控制裝置6驅動控制馬達15、16，以使印刷基板2移動到從上述第1位置斜移半畫素間距的位置，且使CCD照相機5的視野對準印刷基板2上規定的檢查區域的第3位置。
繼之，控制裝置6驅動控制照明裝置4以開始進行第1光圖案(週期2μm)的照射，且使該第1光圖案的相位每次移動4分之1間距以依次切換控制4種照射。接著，控制裝置6在以上述方式進行第1光圖案之移相之照明的期間，驅動控制CCD照相機5，針對每個照射，拍攝檢查區域部分(第3位置)，而分別獲得4畫面分的影像資料。
控制裝置6根據所取得之4畫面分的各影像資料，進行各種影像處理，且根據移相法，進行每個座標(畫素)的高度測量，而記憶為第3高度資料。
在進行該處理的期間，控制裝置6驅動控制馬達15、16，使印刷基板2移動到從上述第1位置朝Y軸方向偏移半畫素間距的位置，且使CCD照相機5的視野對準印刷基板2上規定的檢查區域的第4位置。
接著，控制裝置6驅動控制照明裝置4，以開始進行第2光圖案(週期4μm)的照射，且使該第2光圖案的相位每次移動4分之1間距，以依次切換控制4種照射。再者，控制裝置6在以上述方式進行第2光圖案之移相的照明的期間，驅動控制CCD照相機5，並針對此等每個照射，拍攝檢查區域部分(第4位置)，而分別獲得4畫面分的影像資料。
控制裝置6根據所取得的4畫面分的各影像資料，進行各種影像處理，且根據移相法，進行每個座標(畫素)的高度測量，而記憶為第4高度資料。
接著，控制裝置6將第1位置的測量結果(第1高度資料)、第2位置的測量結果(第2高度資料)、第3位置的測量結果(第3高度資料)及第4位置的測量結果(第4高度資料)合成，進行匯整為該檢查區域的1個測量結果的影像處理。以下，詳細說明該影像處理。
在此，針對例如CCD照相機5的解析力為每一拍攝視野4×4畫素的情形作說明。
此時，在合成處理中，首先，如圖10所示，製作將在第1～第4的各位置獲得之每個畫素的第1高度資料C1～C16、第2高度資料D1～D16、第3高度資料E1～E16、第4高度資料F1～F16配置於8×8方格上的資料。圖10中，為使容易觀看，方便上添加散點圖案而呈棋盤圖案狀(關於圖11、圖12亦相同)。
接著，針對第1高度資料C1～C16和第3高度資料E1～E16，進行將該第1高度資料C1～C16和第3高度資料E1～E16的值置換成考量有條紋數的值之資料置換處理。
更詳言之，如圖11所示，例如把焦點放在由圖中之粗框圍繞的第1高度資料C6，在此記憶有藉由在第1位置的測量獲得的「4」的值。又，在與第1高度資料C6鄰接的周圍的第2高度資料D5、D6和第4高度資料F2、F6中，分別記憶有「16」、「12」、「12」、「16」。另外，雖然圖11中記載的僅為此等值，但實際上，與此等值同樣地，在其他的位置亦記憶有各種高度資料(關於圖12亦相同)。
與上述實施形態相同，作為第1高度資料獲得的值為「4(±1)μm」時，因條紋數的差異，焊錫膏(測量對象點)之真正高度的候補為「4(±1)μm」或「14(±1)μm」。亦即，若條紋數為1，實際的高度為「4(±1)μm」，若條紋數為2，實際的高度為「14(±1)μm」。
另外，在此等候補值「4」或「14」中，進行該資料置換處理時，採用該第1高度資料C6的周圍的第2高度資料D5、D6和接近該第4高度資料F2、F6的平均「(16+12+12+16)/4=14」的值作為最適值。亦即，可特定移相法的條紋數。然後，將第1高度資料C6的值置換成考量有條紋數的值「14」。對各第1高度資料C1～C16和第3高度資料E1～E16同樣進行上述處理。
接著，根據考量有該條紋數的第1高度資料C1～C16和第3高度資料E1～E16，進行對第2高度資料D1～D16和第4高度資料F1～F16進行補正的補正處理。
更詳言之，如圖12所示，例如把焦點放在由圖中的粗框圍繞的第2高度資料D6，在此記憶有藉由在第2位置的測量獲得的「12」的值。另外，在與第2高度資料D6鄰接的周圍的第1高度資料C6、C7和第3高度資料E2、E6中，分別記憶有上述置換處理後的值「14」、「12」、「12」、「14」。
首先，計算其周圍的4個第1高度資料C6、C7和第3高度資料E2、E6的平均值[(14+12+12+14)/4=13]。接著，判斷第2高度資料D6的值是否與該平均值在“±2”的誤差範圍內。
在此，於判斷在“±2”的誤差範圍內時，與上述第1實施形態同樣地，將第1高度資料C6、C7和第3高度資料E2、E6的平均值原樣地用作為第2高度資料D6的最適值。
另一方面，於判斷不在“±2”的誤差範圍內時，與上述第1實施形態同樣地，將實際測量資料的第2高度資料D6的值原樣地用作為最適值。
當上述一系列的處理結束時，即完成具有與針對拍攝視野整體(檢查區域)從8×8畫素的拍攝影像資料獲得的測量資料相同精度的測量資料。
如上述詳細說明，根據本實施形態，可達到與上述第1實施形態同樣的作用效果。亦即，如圖13所示，可提高水平解析力，並且不會降低高度方向的解析力，而可擴大可測量的高度範圍。本實施形態中，由於在合成各種高度資料以作成高解析力的資料時，不會有產生資料欠缺部分的不良情形，因此不需實施對資料進行內插的資料內插處理。其結果，可獲得更接近於真正值的測量資料。
此外，並不限定於上述各實施形態的記載內容，例如亦可以下述方式實施。
(a)上述各實施形態中，係將三維測量裝置具體化成用以測量印刷形成於印刷基板2之焊錫膏的高度之基板檢查裝置1，惟不限定於此，例如亦可具體化成用以測量印刷於基板上的焊錫凸塊或安裝於基板上的電子零件等其他物件的高度之構成。
(b)上述各實施形態中，係例示將週期2μm的第1光圖案與週期4μm的第2光圖案組合，來測量高度達20μm為止之焊錫膏(測量對象部)之情況，然而各光圖案的週期或測量範圍當然不限定於此。例如，亦可為使第2光圖案的週期更長(例如6μm以上)，使第1光圖案的條紋數成為3條以上之構成。
(c)上述各實施形態中，係形成藉由使載置於載置台3上的印刷基板2移動，而使CCD照相機5(拍攝元件)與印刷基板2(被測量物)的位置關係發生相對位移之構成，但是，並不限定於此，亦可形成使CCD照相機5移動，使兩者相對位移之構成。
(d)上述各實施形態中，係採用CCD感測器(CCD照相機5)作為拍攝元件(拍攝機構)，但是拍攝元件並不限定於此。例如，亦可採用CMOS等。
又，上述各實施形態的CCD照相機5具有在X軸方向上512畫素，在Y軸方向上480畫素的解析力，但是水平解析力並未限定於此。本發明在水平解析力更低的系統中更可發揮功效。
(e)第2高度資料等的補正處理或資料欠缺部分的內插處理的順序並不限定於上述各實施形態，也可為藉由其他方法來進行。
1．．．基板檢查裝置
2．．．印刷基板
3．．．載置台
4．．．照明裝置
5．．．CCD照相機
6．．．控制裝置
15、16．．．馬達
A1～A16．．．第1高度資料
B1～B16．．．第2高度資料
21．．．CPU及輸入輸出介面
22．．．輸入裝置
23．．．顯示裝置
24．．．影像資料記憶裝置
25．．．運算結果記憶裝置
26．．．設定資料記憶裝置
圖1為以模式方式顯示一實施形態之基板檢查裝置的示意立體圖。
圖2為顯示基板檢查裝置之電性構成的方塊圖。
圖3為顯示各光圖案之解析力等的說明圖。
圖4(a)、(b)為顯示所測量之高度資料的資料排列的模式圖。
圖5為顯示所合成之第1高度資料和第2高度資料的資料排列的模式圖。
圖6為顯示資料置換處理的具體例的說明圖。
圖7為顯示補正處理的具體例的說明圖。
圖8為顯示內插處理的具體例的說明圖。
圖9為顯示各種高度資料相對於真正值之精度的說明圖。
圖10為顯示所合成之第1～第4高度資料的資料排列的模式圖。
圖11為顯示資料置換處理之具體例的說明圖。
圖12為顯示補正處理之具體例的說明圖。
圖13為顯示各種高度資料相對於真正值之精度的說明圖。

Claims (5)

  1. 一種三維測量裝置，其包括：照射機構，至少可對被測量物，切換具有條紋狀光強度分布且週期不同的複數光圖案而進行照射；拍攝機構，具有可對已照射上述光圖案之上述被測量物產生的反射光進行拍攝的拍攝元件；位移機構，使上述拍攝元件與上述被測量物的位置關係產生相對位移；以及影像處理機構，依據藉由上述拍攝機構所拍攝的影像資料，進行三維測量，三維測量裝置的特徵為上述影像處理機構包括：第1運算機構，依據在第1位置照射相位改變複數次之第1週期的第1光圖案而獲得的複數影像資料，利用移相法計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第1高度資料；第2運算機構，依據在從上述第1位置朝規定方向偏移半畫素分的第2位置，照射使比上述第1週期更長的第2週期的第2光圖案相位改變複數次而獲得的複數影像資料，利用移相法計算影像資料之每個畫素單位的高度資料作為第2高度資料；以及資料置換機構，依據上述第2高度資料，特定上述各第1高度資料的條紋數後，將該第1高度資料的值置換成考量有該條紋數的值。
  2. 如申請專利範圍第1項之三維測量裝置，其中上述第2位置係從上述第1位置斜移半畫素間距的位置。
  3. 如申請專利範圍第2項之三維測量裝置，其中具備內插機構，其依據資料欠缺部分之周圍之至少考量有上述條紋數的第1高度資料，對資料欠缺部分進行內插。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之三維測量裝置，其中具備補正機構，其依據考量有上述條紋數的第1高度資料，對上述第2高度資料的值進行補正。
  5. 如申請專利範圍第4項之三維測量裝置，其中上述補正機構判斷藉由上述第2運算機構計算之規定位置的第2高度資料的值是否有與該規定位置的周邊部位之考量有上述條紋數之第1高度資料的平均值在規定的誤差範圍內，在規定的誤差範圍內時，將考量有上述條紋數之第1高度資料的平均值用作為上述規定位置的第2高度資料的值，不在規定的誤差範圍內時，將藉由上述第2運算機構計算之第2高度資料的值用作為上述規定位置的第2高度資料的值。
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