WO2017061131A1 - 三次元計測装置 - Google Patents

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WO2017061131A1
WO2017061131A1 PCT/JP2016/055612 JP2016055612W WO2017061131A1 WO 2017061131 A1 WO2017061131 A1 WO 2017061131A1 JP 2016055612 W JP2016055612 W JP 2016055612W WO 2017061131 A1 WO2017061131 A1 WO 2017061131A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measurement
light pattern
determination condition
cream solder
image data
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/055612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
昭弘 今枝
大山　剛
憲彦 坂井田
Original Assignee
Ckd株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ckd株式会社 filed Critical Ckd株式会社
Priority to CN201680024062.3A priority Critical patent/CN107532889B/zh
Publication of WO2017061131A1 publication Critical patent/WO2017061131A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus that performs three-dimensional measurement using a phase shift method.
  • cream solder is first printed on a predetermined electrode pattern disposed on the printed circuit board.
  • an electronic component is temporarily fixed on the printed circuit board based on the viscosity of the cream solder.
  • the printed circuit board is guided to a reflow furnace, and soldering is performed through a predetermined reflow process.
  • a three-dimensional measuring device is sometimes used for such inspection.
  • a combination of a light source that emits predetermined light and a grating that converts light from the light source into a light pattern having a sinusoidal (stripe) light intensity distribution is irradiated onto the printed circuit board (object to be measured) by the irradiation means.
  • the imaging means which has arrange
  • the imaging means a CCD camera or the like including a lens and an imaging element is used.
  • I f ⁇ sin ⁇ + e (U1)
  • f gain
  • e offset
  • ⁇ phase of the light pattern
  • the phase of the light pattern is changed in, for example, four stages ( ⁇ + 0, ⁇ + 90 °, ⁇ + 180 °, ⁇ + 270 °) by transferring or switching the grating, and intensity distributions I 0 , I 1 , corresponding to these are changed.
  • Image data having I 2 and I 3 is captured, f (gain) and e (offset) are canceled based on the following equation (U2), and the phase ⁇ is obtained.
  • the four-time imaging method performs measurement based on more image data, high-accuracy measurement is possible, but measurement (particularly acquisition of image data) takes time.
  • the three-time imaging method shortens the measurement time, but the measurement accuracy may be insufficient for a relatively small size cream solder (measurement target).
  • the predetermined measurement is performed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve measurement speed while maintaining necessary measurement accuracy in performing three-dimensional measurement using the phase shift method. It is to provide a three-dimensional measuring apparatus.
  • Irradiation means capable of irradiating an object to be measured (for example, a printed board) with a light pattern having a striped light intensity distribution;
  • Imaging means capable of imaging a predetermined measurement region (measurement area) on the object to be measured irradiated with the light pattern;
  • An image acquisition means configured to change the number of images to be acquired (captured) for the measurement area according to the measurement area; Based on the image acquired by the image acquisition means, provided with an image processing means capable of performing three-dimensional measurement on a measurement target (for example, cream solder) in the measurement region by a phase shift method,
  • the image acquisition means includes When the measurement object satisfying a predetermined determination condition is included in the measurement region, the first predetermined number of images obtained by irradiating and imaging a light pattern with a first predetermined number (for example, four) of phases. Get an image, When the measurement target satisfying the determination condition is not included in the measurement region, the light pattern is irradiated and imaged with a second predetermined number (for example, three) of phases smaller than the first predetermined number.
  • a three-dimensional measuring apparatus that acquires the second predetermined number of images.
  • various types of cream solder having different sizes are printed on a printed circuit board measured by a three-dimensional measuring apparatus, and the types and arrangements thereof are different for each measurement region.
  • all the measurement areas set on the printed circuit board have the same preset imaging method (for example, four times imaging method and high measurement accuracy are required for high-precision measurement). If the measurement is performed in a shorter time, the measurement is performed uniformly by the three-time imaging method).
  • the measurement region including the measurement target that satisfies the predetermined determination condition is based on the first predetermined number (for example, four) of images. While highly accurate 3D measurement is performed, for other measurement areas, 3D measurement is performed in a short time based on a second predetermined number (for example, three) of images smaller than the first predetermined number. can do.
  • the measurement speed is improved while maintaining the measurement accuracy required for measurement objects (measurement objects that require high-accuracy measurement) that satisfy the predetermined criteria. Can be achieved.
  • the size of the measurement target is less than a predetermined value (for example, “area”, “volume”, “perimeter” or “short side length” is less than a predetermined value.
  • a predetermined attribute for example, the type of component mounted on the cream solder to be measured is a predetermined type. Whether or not a measurement target satisfying a predetermined determination condition is included in the measurement region is determined based on design data (gerber data or the like) related to the measurement object stored in advance in a predetermined storage unit. be able to.
  • the image processing means includes For the measurement target that satisfies the determination condition in the measurement region, based on the first predetermined number of images, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method, For the measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region, the measurement unit 1 performs three-dimensional measurement by a phase shift method based on the second predetermined number (for example, three) of images.
  • three-dimensional measurement can be performed in a short time on the basis of a smaller number of images for a measurement target that does not satisfy a predetermined determination condition (measurement target that does not require much measurement accuracy). As a result, the measurement speed can be further improved.
  • the light is measured with the measurement accuracy for the “measurement target that does not satisfy the predetermined determination condition” and the second predetermined number (for example, three types) of phases.
  • the measurement accuracy for “a measurement object that does not satisfy a predetermined determination condition” can be made equal.
  • Means 3 The three-dimensional measuring apparatus according to means 1 or 2, further comprising condition setting means capable of setting the determination condition based on an external operation.
  • the predetermined determination condition can be arbitrarily set, and convenience and versatility can be improved.
  • Means 4. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 3, further comprising a scheduled time display unit capable of displaying a scheduled time for measuring the object to be measured under the determination condition set by the condition setting unit.
  • the image acquisition means includes When the measurement target satisfying the determination condition is included in the measurement region, the first predetermined number of four or three types of images obtained by irradiating a light pattern with three or three phases are imaged. Get an image, When the measurement target that satisfies the determination condition is not included in the measurement area, two images obtained by irradiating a light pattern with two phases as the second predetermined number are acquired.
  • the three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 1 to 4, which is characterized.
  • the image acquisition means includes When the measurement target satisfying a specific condition among the determination conditions is included in the measurement region, four images captured by irradiating a light pattern with four phases as the first predetermined number Get When the measurement target that satisfies the determination condition is included in the measurement region, but the measurement target that satisfies the specific condition is not included, the first predetermined number of light is transmitted in three phases. Acquire three images captured by irradiating the pattern, When the measurement target that satisfies the determination condition is not included in the measurement area, two images obtained by irradiating a light pattern with two phases as the second predetermined number are acquired.
  • the three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 1 to 4, which is characterized.
  • the image processing means includes For the measurement object that satisfies the specific condition in the measurement region, based on four images, three-dimensional measurement is performed by the phase shift method, For the measurement object that does not satisfy the specific condition in the measurement region and satisfies the determination condition, based on three images, perform three-dimensional measurement by a phase shift method, For a measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region, based on two images, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method, In the case where the image acquisition means acquires three images, The image processing means includes For the measurement object that satisfies the determination condition in the measurement region, based on three images, three-dimensional measurement is performed by the phase shift method, For a measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region, if three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on two images, further improvement in measurement accuracy can be achieved.
  • the image processing means includes The relationship between gain and offset determined by predetermined imaging conditions, By using the gain or offset value related to the pixel determined from the luminance value of each pixel on the image, The three-dimensional measurement apparatus according to means 5 or 6, wherein the three-dimensional measurement by the phase shift method can be executed based on two kinds of images.
  • the measurement time can be drastically shortened as compared with the prior art that requires four or three images.
  • the “irradiation means” includes a light source that emits predetermined light and a grating that converts light from the light source into a light pattern having a striped light intensity distribution, and the light pattern is applied to an object to be measured. It is configured to be able to irradiate.
  • the light emitted from the light source is first attenuated when passing through the grating, then attenuated when reflected by the object to be measured (measurement object), and finally A / D conversion (analog- After being attenuated during digital conversion, it is acquired as the luminance value of each pixel of the image.
  • the luminance value of each pixel of the image captured by the imaging means is the brightness (luminance) of the light source, the attenuation rate when the light emitted from the light source passes through the grating, and the light is reflected by the object to be measured. It can be expressed by multiplying the reflectance at the time, the conversion efficiency at the time of A / D conversion (analog-digital conversion) in the imaging means, and the like.
  • the brightness of the light source (uniform light):
  • L Transmittance of lattice: G ⁇ sin ⁇ + ⁇ ⁇ and ⁇ are arbitrary constants.
  • Reflectance at coordinates (x, y) on the measurement object R (x, y) Conversion efficiency of each pixel of the imaging means (imaging device): E The luminance value of the pixel on the image corresponding to the coordinate (x, y) on the object to be measured: V (x, y) Gain of light pattern at coordinates (x, y) on the measurement object: A (x, y) Offset of light pattern at coordinates (x, y) on the measurement object: B (x, y) In this case, it can be expressed by the following formula (F1).
  • F2 ⁇ / 2
  • the maximum value V (x, y) MAX , the minimum value V (x, y) MIN , and the average value V (x, y) AV of the luminance value are expressed by the following equations (F4), (F5), and (F6), respectively.
  • the relationship is as shown in the graph of FIG.
  • y) AV becomes an offset B (x, y), the difference between the offset B (x, y) and the maximum value V (x, y) MAX , and the offset B (x, y) and the minimum value V ( x, y)
  • the difference from MIN is the gain A (x, y).
  • the luminance value V (x, y) changes in proportion to the brightness L or the reflectance R (x, y) of the light source, for example, at the coordinate position where the reflectance R is halved, the gain A and the offset The value of B is also halved.
  • the offset B (x, y) increases and decreases and the offset B (x, y)
  • the gain A (x, y) also increases / decreases. If one of the gain A and the offset B is known from the equation (F8), the other can be obtained.
  • the proportionality constant K is determined by the transmittance G of the grating irrespective of the brightness L and the reflectance R of the light source. In other words, the following means 8 and 9 can be used in other words.
  • Means 8 The three-dimensional measuring apparatus according to claim 7, wherein the relationship between the gain and the offset is a relationship in which the gain and the offset are uniquely determined from each other.
  • the relationship between the gain A and the offset B is uniquely determined, for example, by creating a numerical table or table data representing the relationship between the gain A and the offset B, the offset B from the gain A or the offset
  • the gain A can be obtained from B.
  • Means 9 The three-dimensional measuring apparatus according to claim 7, wherein the gain and the offset are in a proportional relationship between the gain and the offset.
  • the gain A can be obtained from B. As a result, it can be set as the following means 10.
  • the image processing means includes The three-dimensional measurement according to any one of means 7 to 9, wherein a phase ⁇ satisfying a relationship of the following formulas (1), (2), and (3) is obtained, and three-dimensional measurement is performed based on the phase ⁇ : apparatus.
  • V 0 Asin ⁇ + B (1)
  • V 1 Asin ( ⁇ + ⁇ ) + B (2)
  • A KB (3)
  • the phase ⁇ satisfying the relationship of the following formulas (1), (2), (3) in the above-mentioned means 10 and performing three-dimensional measurement based on the phase ⁇ means “the following formula ( In other words, the phase ⁇ is obtained based on 9) and three-dimensional measurement is performed based on the phase ⁇ ”.
  • the algorithm for obtaining the phase ⁇ is not limited to the above equation (9), and any other configuration may be adopted as long as the relationship of the above equations (1), (2), and (3) is satisfied. May be.
  • the measurement accuracy can be further improved.
  • the three-dimensional measurement is performed based on the two images captured under the two light patterns whose phases are different by 180 °.
  • the following formula (11) can be derived from the above formulas (1) and (10).
  • the following formula (12) can be derived.
  • phase ⁇ sin ⁇ 1 [(V 0 ⁇ V 1 ) / K (V 0 + V 1 )] (15) That is, the phase ⁇ can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K.
  • the phase ⁇ can be obtained based on a relatively simple arithmetic expression, and further processing speed can be increased when performing the three-dimensional measurement of the measurement target.
  • three-dimensional measurement is performed based on two images respectively captured under two light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the offset B can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K.
  • phase ⁇ tan ⁇ 1 ⁇ (V 0 ⁇ B) / (V 1 ⁇ B) ⁇ (27) That is, the phase ⁇ can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K by using the above equation (23).
  • the phase ⁇ can be obtained based on the arithmetic expression using “tan ⁇ 1 ”, so that three-dimensional measurement can be performed in a range of 360 ° from ⁇ 180 ° to 180 °.
  • the measurement range can be made larger.
  • Means 13 The three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 7 to 12, further comprising a relation grasping means for grasping a relation between the gain and the offset in advance.
  • Examples of the relationship grasping means include a configuration for grasping the relationship between the gain and the offset by calibration in advance.
  • the reference plate is irradiated with light patterns whose phases are changed in three or four ways, and the gain A and the offset B in each pixel are specified based on the three or four images picked up under these patterns.
  • a constant K is determined from Equation (3). According to such a configuration, it is possible to perform more accurate measurement at each pixel.
  • the relationship grasping means for example, a configuration for grasping the relationship between the gain and the offset based on an image captured at the time of measurement (measurement) performed separately can be given. According to such a configuration, the labor of calibration can be omitted, and the measurement time can be further shortened.
  • the “images taken at the time of separately performed measurement” include, for example, four or three images picked up under a light pattern whose phase has been changed in four or three ways, as well as two ways. Also included are two kinds of images taken under the light pattern whose phase is changed.
  • the average value of the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value is the offset B, and the half of the difference between the maximum value V MAX and the minimum value V MIN is the gain A.
  • the constant K can be determined from the above equation (3).
  • the measurement object is cream solder printed on a printed circuit board as the object to be measured, or a solder bump formed on a wafer substrate as the object to be measured.
  • the three-dimensional measuring device according to any one of the above.
  • the height of the solder paste printed on the printed circuit board or the solder bump formed on the wafer substrate can be measured.
  • the quality of cream solder or solder bumps can be determined based on the measured values. Therefore, in such an inspection, the effect of each means described above is exhibited, and the quality determination can be performed with high accuracy. As a result, it is possible to improve the inspection accuracy in the solder printing inspection apparatus or the solder bump inspection apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a substrate inspection apparatus 1 including a three-dimensional measurement apparatus according to the present embodiment.
  • the board inspection apparatus 1 includes a mounting table 3 for mounting a printed board 2 as an object to be measured on which a cream solder as a measurement target is printed, and a surface oblique to the surface of the printed board 2.
  • An illumination device 4 as an irradiating unit that irradiates a predetermined light pattern from above, and a camera 5 as an imaging unit for imaging a portion irradiated with the light pattern on the printed circuit board 2 (that is, reflected light from the portion).
  • a control device 6 for performing various controls, image processing, and arithmetic processing in the substrate inspection apparatus 1 such as drive control of the illumination device 4 and the camera 5.
  • the control device 6 constitutes an image acquisition unit and an image processing unit in the present embodiment.
  • the mounting table 3 is provided with motors 15 and 16, and the motors 15 and 16 are driven and controlled by the control device 6, so that the printed circuit board 2 mounted on the mounting table 3 can move in any direction ( X-axis direction and Y-axis direction).
  • the illumination device 4 includes a light source 4a that emits predetermined light, and a liquid crystal lattice 4b that converts light from the light source 4a into a light pattern having a sinusoidal (stripe) light intensity distribution.
  • a light source 4a that emits predetermined light
  • a liquid crystal lattice 4b that converts light from the light source 4a into a light pattern having a sinusoidal (stripe) light intensity distribution.
  • the light emitted from the light source 4a is guided to a pair of condensing lenses by an optical fiber, and is converted into parallel light there.
  • the parallel light is guided to the projection lens through the liquid crystal grating 4b. Then, a striped light pattern is irradiated onto the printed circuit board 2 from the projection lens.
  • the liquid crystal lattice 4b includes a liquid crystal layer formed between a pair of transparent substrates, a common electrode disposed on one transparent substrate, and a plurality of strips arranged in parallel on the other transparent substrate so as to face the common electrode.
  • Each of the grids corresponding to each band electrode by controlling on and off the switching elements (thin film transistors, etc.) connected to each band electrode by a drive circuit and controlling the voltage applied to each band electrode.
  • the light transmittance of the line is switched to form a striped lattice pattern composed of a “bright portion” having a high light transmittance and a “dark portion” having a low light transmittance.
  • the light irradiated on the printed circuit board 2 via the liquid crystal grating 4b becomes a light pattern having a sinusoidal light intensity distribution due to blur caused by diffraction action or the like.
  • the lattice mode of the liquid crystal lattice 4b is switched and controlled by the controller 6 (lattice control means).
  • the camera 5 includes a lens, an image sensor, and the like.
  • a CMOS sensor is used as the image sensor.
  • the imaging device is not limited to this, and a CCD sensor or the like may be employed, for example.
  • the image data picked up by the camera 5 is converted into a digital signal inside the camera 5, input to the control device 6 in the form of a digital signal, and stored in an image data storage device 24 described later. Then, the control device 6 performs image processing, inspection processing, and the like, which will be described later, based on the image data.
  • the control device 6 is an “input” composed of a CPU and input / output interface 21 (hereinafter referred to as “CPU etc. 21”) that controls the entire board inspection apparatus 1, a keyboard, a mouse, a touch panel, and the like.
  • An input device 22 as a “means”
  • a display device 23 as a “display means” having a display screen such as a CRT or a liquid crystal
  • an image data storage device 24 for storing image data captured by the camera 5, and various calculation results.
  • a calculation result storage device 25 for storing data and a setting data storage device 26 for storing various information such as Gerber data (design data) and calibration data described later are provided.
  • These devices 22 to 26 are electrically connected to the CPU 21 or the like.
  • the calibration is for grasping the variation (phase distribution) of the light pattern.
  • the voltages applied to the strip electrodes also vary. ", The light transmittance (luminance level) varies for each line corresponding to each strip electrode. As a result, the light pattern irradiated onto the object to be measured does not have a sinusoidal ideal light intensity distribution, and an error may occur in the three-dimensional measurement result.
  • a height reference plane 0 and a flat reference plane are prepared.
  • the reference surface has the same color as the cream solder to be measured. That is, the reflectances of the cream solder and the light pattern are equal.
  • the reference pattern is irradiated with a light pattern, and the reflected light is picked up by the camera 5 to obtain image data including the luminance value of each coordinate.
  • the phase of the light pattern is shifted by 90 °, and four types of image data captured under each light pattern are acquired.
  • control device 6 calculates the phase ⁇ of the light pattern at each pixel (coordinate) from the above four types of image data, and stores this in the setting data storage device 26 as calibration data.
  • the gain A and the offset B of the light pattern in each pixel and the relationship between them are specified from the above four types of image data (see FIGS. 3 and 4), and this is used as calibration data as a setting data storage device. 26.
  • proportional constant K of the gain A and the offset B is calculated based on the following formula (H10) derived from the above formulas (H5) and (H9).
  • the gain A, the offset B, and the proportionality constant K of the light pattern in each pixel calculated as described above are stored in the setting data storage device 26 as calibration data.
  • the proportionality constant K may be stored as calibration data. Therefore, the above-described series of processing functions for determining the proportionality constant K constitutes the relationship grasping means in this embodiment.
  • the calibration is performed based on the four types of image data captured under the four types of light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the calibration may be performed based on three types of image data captured under three different light patterns.
  • a configuration may be adopted in which the luminance of the light source is changed and the calibration is performed a plurality of times. With this configuration, the dark current (offset) C of the camera 5 as shown in the following formula (28) can be obtained.
  • A KB + C (28) However, A: Gain, B: Offset, C: Dark current (offset) of the camera, K: Proportional constant.
  • the relationship between the gain A and the offset B is not obtained as an equation, but by creating a numerical table or table data that represents the relationship between the gain A and the offset B, the gain A can be gained from the offset B or the offset B. You may comprise so that A can be calculated
  • a configuration may be used in which the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) is obtained.
  • condition setting process a predetermined determination condition to be referred to when the control device 6 serving as an image acquisition unit determines the number of image data (number of imaging) to be acquired (imaged) for each inspection area (measurement area) is set in advance. Is to do. Therefore, the condition setting means in the present embodiment is configured by the function of the control device 6 (including the input device 22 and the display device 23) that executes the condition setting process.
  • the light pattern whose phase is changed in four ways as the first predetermined number is used.
  • the light pattern having the phase changed in two ways as the second predetermined number It is the structure which acquires the two types of image data each imaged below.
  • the condition setting process in the present embodiment is performed via a condition setting screen 230 (see FIG. 5) displayed on the display device 23.
  • the condition setting screen 230 includes a plurality of item fields that can be set as determination conditions.
  • an “attribute” item field 231 that can be set as one of the determination conditions that the electronic component mounted on the cream solder is a predetermined type, the determination condition that the volume of the cream solder is less than the predetermined value "Volume” item column 232 that can be set as one of the above, "Area” item column 233 that can be set as one of the determination conditions that the area of the cream solder is less than a predetermined value, and the peripheral length of the cream solder is a predetermined value “Perimeter” item field 234 that can be set as one of the determination conditions, and “short side length” that can be set as one of the determination conditions that the short side length of the cream solder is less than a predetermined value
  • An item column 235 is provided.
  • a check box 236 for selecting the item is provided in each item column 231 to 235.
  • a plurality of items can be selected simultaneously, such as “attribute” and “volume”.
  • the determination condition is satisfied (so-called OR condition).
  • OR condition if any one of the items is satisfied, the determination condition is satisfied.
  • AND condition it may be configured to satisfy the determination condition by satisfying all of the plurality of items (conditions) (so-called AND condition).
  • check boxes 237 for selecting these types are provided corresponding to the types of electronic parts.
  • a predetermined type of electronic component selected by checking the check box 237 is set as one of the determination conditions and stored in the setting data storage device 26.
  • the check box 237 for each product type can only be entered (selectable) by checking the check box 236 in the “attribute” item column 231 and selecting the “attribute” item.
  • a plurality of types can be selected simultaneously, such as “SOP” and “SOJ”.
  • the determination condition is satisfied (a so-called OR condition).
  • each of the item fields 232 to 235 for “volume”, “area”, “peripheral length”, and “short side length” is provided with an input field 238 for inputting a numerical value as a determination condition.
  • the numerical value input in the input field 238 is set as one of the determination conditions and stored in the setting data storage device 26.
  • Each input column 238 can be numerically input (selectable) only by checking the check box 236 of each corresponding item column 232 to 235 and selecting the item.
  • the image data is acquired by the four-time imaging method, and the cream solder whose “volume” is less than “1 mm 3 ” is not included in the inspection area, the image data is acquired by the two-time imaging method. Will be acquired.
  • This inspection routine is executed by the control device 6 (CPU 21 or the like).
  • the control device 6 first drives and controls the motors 15 and 16 to move the printed circuit board 2 and adjusts the field of view of the camera 5 to a predetermined inspection area on the printed circuit board 2.
  • the inspection area is one area in which the surface of the printed circuit board 2 is divided in advance with the size of the field of view of the camera 5 as one unit.
  • step S101 it is determined whether or not cream solder satisfying the predetermined determination condition (for example, the volume is less than a predetermined value) set in the condition setting process is included in the inspection area. This determination is made with reference to pre-stored Gerber data.
  • the predetermined determination condition for example, the volume is less than a predetermined value
  • the Gerber data stores, for example, the lands provided on the printed circuit board 2 and the position, size, shape, etc. of ideal cream solder printed on the lands.
  • the type of electronic component to which it belongs is stored.
  • step S102 when cream solder satisfying the determination condition is included in the inspection area, the process proceeds to step S102, and image data is acquired for the inspection area by the four-time imaging method. That is, four types of image data obtained by irradiating a light pattern with four phases and capturing images are acquired.
  • control device 6 first switches and controls the liquid crystal lattice 4b of the illumination device 4, and sets the position of the lattice formed on the liquid crystal lattice 4b to a predetermined reference position (position of phase “0 °”). .
  • the control device 6 starts the first imaging process under a light pattern having a phase of “0 °” at a predetermined timing Ta1 (see FIG. 8A).
  • the light source 4a of the illuminating device 4 is caused to emit light and irradiation of the light pattern is started, and the camera 5 is driven and controlled to start imaging of the inspection area portion irradiated with the light pattern.
  • the procedure of the imaging process is the same in the second to fourth imaging processes described later.
  • control apparatus 6 finishes the 1st imaging process in the timing Ta2 after predetermined time (this embodiment 10 msec) progress after imaging start. That is, the irradiation of the light pattern is finished, and the first imaging related to the light pattern is finished.
  • the image data captured by the camera 5 is transferred to and stored in the image data storage device 24 (the same applies hereinafter).
  • the control device 6 starts the switching process of the liquid crystal lattice 4b of the illumination device 4 at the timing Ta2. Specifically, the process of switching the position of the grating formed on the liquid crystal grating 4b from the reference position (position of phase “0 °”) to the position of phase “90 °” in which the phase of the light pattern is shifted by a quarter pitch. To start.
  • the control device 6 ends the switching process at a timing Ta3 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed from the start of the switching process of the liquid crystal lattice 4b (timing Ta2).
  • the control device 6 starts the second imaging process under the light pattern having the phase “90 °” at the timing Ta3, and starts a predetermined time (in this embodiment, from the imaging start). At the timing Ta4 after elapse of 10 msec), the second imaging process is terminated.
  • the control device 6 starts the switching process of the liquid crystal lattice 4b of the illumination device 4 at timing Ta4. Specifically, the process of switching the position of the grating formed on the liquid crystal grating 4b of the illumination device 4 from the position of the phase “90 °” to the position of the phase “180 °” in which the phase of the light pattern is shifted by a quarter pitch. To start.
  • the control device 6 starts the third imaging process under the light pattern having the phase “180 °” at the timing Ta5, and starts the imaging for a predetermined time (in the present embodiment). At the timing Ta6 after elapse of 10 msec), the third imaging process is terminated.
  • the control device 6 starts switching processing of the liquid crystal lattice 4b of the illumination device 4 at timing Ta6. Specifically, the process of switching the position of the grating formed on the liquid crystal grating 4b from the position of the phase “180 °” to the position of the phase “270 °” in which the phase of the light pattern is shifted by a quarter pitch is started.
  • control device 6 ends the switching process at a timing Ta7 after a predetermined time (20 msec in the present embodiment) has elapsed since the start of the switching process of the liquid crystal lattice 4b (timing Ta6).
  • the control device 6 starts the fourth imaging process under the light pattern with the phase “270 °” at the timing Ta7, and starts the imaging for a predetermined time (in this embodiment). At the timing Ta8 after elapse of 10 msec), the fourth imaging process is terminated.
  • step S101 if it is determined in step S101 that cream solder satisfying the determination condition is not included in the inspection area, the process proceeds to step S103, and image data is acquired for the inspection area by the twice imaging method. . That is, two types of image data obtained by irradiating light patterns with two phases and capturing images are acquired.
  • control device 6 first switches and controls the liquid crystal lattice 4b of the illumination device 4, and sets the position of the lattice formed on the liquid crystal lattice 4b to a predetermined reference position (position of phase “0 °”). .
  • the control device 6 starts the first imaging process under a light pattern having a phase of “0 °” at a predetermined timing Tc1 (see FIG. 8C).
  • the light source 4a of the illuminating device 4 is caused to emit light and irradiation of the light pattern is started, and the camera 5 is driven and controlled to start imaging of the inspection area portion irradiated with the light pattern.
  • the procedure of the imaging process is the same in the second imaging process described later.
  • control apparatus 6 complete
  • the image data captured by the camera 5 is transferred to and stored in the image data storage device 24 (the same applies hereinafter).
  • the control device 6 starts the switching process of the liquid crystal lattice 4b of the illumination device 4 at the timing Tc2. Specifically, the process of switching the position of the grating formed on the liquid crystal grating 4b from the reference position (position of phase “0 °”) to the position of phase “180 °” in which the phase of the light pattern is shifted by a half pitch. To start.
  • control apparatus 6 complete
  • the control device 6 starts the second imaging process under the light pattern with the phase “180 °” at the timing Tc3, and starts the imaging for a predetermined time (in this embodiment). At the timing Tc4 after elapse of 10 msec), the second imaging process is terminated.
  • image data for two screens each captured under the light pattern whose phase is changed in two ways is acquired.
  • the printed circuit board 2 illustrated in FIG. 7 has a relatively small size corresponding to a relatively small land (not shown) on which electronic components such as BGA, SOP, and QFP, which are predetermined determination conditions, are mounted.
  • Cream solder Js is printed, and cream solder Jb having a relatively large size is printed corresponding to a relatively large land (not shown) on which electronic components such as resistors, capacitors, and transistors are mounted.
  • the inspection area W1 including only the relatively small cream solder Js satisfying the predetermined determination condition, the relatively small cream solder Js satisfying the determination condition, and the determination condition With respect to the inspection area W2 including the relatively large cream solder Jb that does not satisfy the above, image data is acquired by the four-time imaging method. On the other hand, the inspection areas W3 and W4 that do not include the relatively small cream solder Js that satisfies the determination condition and include only the relatively large cream solder Jb that does not satisfy the determination condition are imaged by the two-time imaging method. Data is acquired.
  • step S104 the control device 6 performs three-dimensional measurement (height measurement) by the phase shift method based on the image data acquired in step S102 or step S103.
  • the control device 6 calculates the phase ⁇ 1 of the light pattern associated with each pixel from the above four image data (the luminance value of each pixel) by the phase shift method.
  • the luminance values V 10 , V 11 , V 12 , and V 13 relating to the respective pixels of the four types of image data are represented by the following formulas (H1 ′), (H2 ′), (H3 ′), and (H4 ′).
  • H1 ′ the luminance values
  • H2 ′ the luminance values
  • H3 ′ the luminance values
  • H4 ′ the luminance values
  • control device 6 compares the phase ⁇ 1 of each pixel calculated as described above with the calibration data (phase of each pixel based on calibration) stored in the setting data storage device 26.
  • the amount of displacement of pixels having the same phase is calculated, and based on the principle of triangulation, height data (z) relating to each pixel (x, y) in the inspection area is calculated, and the height data (z) Is stored in the calculation result storage device 25.
  • the measured value (phase) at the pixel to be measured (x, y) is “10 °”
  • the position where the value of “10 °” is on the data stored by calibration is detected.
  • the height data (z) of the pixel to be measured (x, y) can be obtained based on the irradiation angle of the light pattern and the amount of deviation of the stripe of the light pattern.
  • the control device 6 uses the phase shift method to store the two types of image data (the luminance value of each pixel), the calibration data stored in the setting data storage device 26 (the proportional constant K of each pixel based on the calibration), and the like. Is used to calculate the phase ⁇ 2 of the light pattern associated with each pixel.
  • ⁇ 2 sin ⁇ 1 [(V 20 ⁇ V 21 ) / K (V 20 + V 21 )] (H12)
  • K proportionality constant
  • control device 6 compares the phase ⁇ 2 of each pixel calculated in this way with the calibration data (phase of each pixel based on calibration) stored in the setting data storage device 26 as described above. Then, the shift amount of the pixels having the same phase is calculated, the height data (z) relating to each pixel (x, y) of the inspection area is calculated based on the principle of triangulation, and the height data ( z) is stored in the calculation result storage device 25.
  • step S105 the control device 6 performs cream solder quality determination processing based on the three-dimensional measurement result (height data at each coordinate) in step S104. Specifically, the control device 6 detects the cream solder printing range higher than the reference surface based on the measurement result of the inspection area obtained as described above, and the height of each part within this range. Is integrated to calculate the amount of cream solder printed.
  • control device 6 compares the data such as the position, area, height or amount of the cream solder thus obtained with reference data (gerber data or the like) stored in the setting data storage device 26 in advance. Judgment is made, and whether or not the printing state of the cream solder in the inspection area is good or bad is determined depending on whether or not the comparison result is within an allowable range.
  • control device 6 drives and controls the motors 15 and 16 to move the printed circuit board 2 to the next inspection area. Thereafter, the above series of processing is performed in all inspection areas. By being repeatedly performed, the inspection of the entire printed circuit board 2 is completed.
  • image data is acquired by the four-time imaging method for the inspection area including cream solder that satisfies a predetermined determination condition (for example, the size is less than a predetermined value) with high accuracy.
  • a predetermined determination condition for example, the size is less than a predetermined value
  • three-dimensional measurement can be executed in a short time by acquiring image data by the two-time imaging method for other inspection areas.
  • the measurement speed is improved while maintaining the measurement accuracy required for cream solder (cream solder that requires high-accuracy measurement) that satisfies the predetermined criteria. Can be achieved.
  • the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) of the light pattern in each pixel is calibrated in advance (four images captured under four light patterns whose phases have been changed).
  • the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) of the light pattern is separately measured by the two-time imaging method ( In the actual measurement), the image data is obtained on the basis of two kinds of image data respectively captured under the light patterns whose phases are changed in two ways.
  • the offset B is obtained for all the pixels of the image data using the above equation (12).
  • FIGS. 9 and 10 exemplify a case where the gain A is “1” and the offset B is “0”.
  • FIG. 9 is a distribution table in which the luminance value V is divided into data sections having a width of “0.1” and the number of luminance values included in the data section is represented.
  • FIG. 10 is a histogram in which the luminance values are plotted. .
  • the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value are determined.
  • two peaks generated in the histogram can be determined as the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance values, respectively.
  • the number of luminance values V that fall within the data section where the luminance value V is “ ⁇ 1.0 to ⁇ 0.9” and “0.9 to 1.0” is “51”, respectively.
  • the luminance value V is “ ⁇ 1.0 to ⁇ 0.9” and “0.9 to 1.0” is “51”, respectively.
  • peaks are two peaks.
  • the gain A and the offset B are calculated based on the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance values.
  • the average value of the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value is the offset B
  • the half of the difference between the maximum value V MAX and the minimum value V MIN is the gain A. That is, as shown in FIG. 9, the intermediate value between the two peaks is the offset B, and half of the width of the two peaks is the gain A.
  • the proportionality constant K can be determined based on the gain A and offset B values obtained in this way [see the above formula (3)]. Therefore, the above-described series of processing functions for determining the proportionality constant K constitutes the relationship grasping means in this embodiment.
  • the same operational effects as those of the first embodiment are exhibited. Further, the labor of calibration as in the first embodiment can be omitted, and the measurement time can be further shortened.
  • the proportionality constant K and the like are obtained for all the pixels of the image data based on the two types of image data captured under two types of light patterns that are 180 degrees out of phase.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the proportional constant K or the like may be obtained based on two types of image data captured under two types of light patterns that are 90 ° out of phase. Further, the proportional constant K or the like may be obtained not in all the pixels of the image data but in a partial range of the image data such as the periphery of the pixel to be measured.
  • the three-dimensional measuring device is embodied as the substrate inspection device 1 that measures the height of the cream solder printed on the printed circuit board 2, but is not limited thereto, for example, printing on the substrate You may embody in the structure which measures the height of other things, such as the solder bump made and the electronic component mounted on the board
  • the grating for converting the light from the light source 4a into a striped light pattern is constituted by the liquid crystal grating 4b, and the phase of the light pattern is shifted by switching this. It has a configuration.
  • the grating member may be transferred by a transfer unit such as a piezo actuator to shift the phase of the light pattern.
  • the third order is based on the four image data captured under the four light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the original measurement is performed, and the inspection area not including the cream solder satisfying the determination condition is subjected to the three-dimensional measurement based on the two image data captured under the two light patterns whose phases are different by 180 °. It is configured to do.
  • three-dimensional measurement is performed based on four image data captured under four light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the third order is based on the three types of image data captured under three different light patterns whose phases are different by 120 ° (or 90 °). It is good also as a structure which performs original measurement.
  • the inspection area is three-dimensional based on three types of image data captured under three different light patterns whose phases are different by 120 ° (or 90 °).
  • the measurement is performed on the basis of two types of image data captured under two different light patterns whose phases are different by 180 ° (or 90 °). It is good also as a structure which performs three-dimensional measurement.
  • phase shift amount is not limited to the various shift amounts exemplified above, and other shift amounts that can be three-dimensionally measured by the phase shift method may be adopted.
  • the inspection area including the cream solder satisfying the predetermined determination condition is measured three-dimensionally by the four-time imaging method, and the inspection area not including the cream solder satisfying the determination condition is 2
  • the configuration is such that the imaging method is switched in two stages, such as performing three-dimensional measurement by the multiple imaging method, the configuration is not limited to this, and the imaging method may be switched in three steps.
  • a specific condition for example, a high condition in FIG. 11
  • predetermined determination conditions for example, a condition set in the medium accuracy measurement field 331 in FIG. 11
  • four types of image data are acquired by four-time imaging (by irradiating and imaging a light pattern with four phases). If the inspection area contains cream solder that satisfies the determination condition, but does not include cream solder that satisfies the specific condition, the three-time imaging method (irradiates the light pattern with three phases). If the cream solder satisfying the determination condition is not included in the inspection area, the two-time imaging method (with two phases) is acquired. By) for imaging irradiated pattern may obtain the image data of the two ways.
  • an inspection area (for example, FIG. 7) including both cream solder that satisfies the determination condition (for example, cream solder Js in FIG. 7) and cream solder that does not satisfy the determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7).
  • 7 inspection area W2 when four types of image data captured under four different light patterns having different phases are acquired, both cream solders in the inspection area (for example, cream solder Js in FIG. 7).
  • Jb) are configured to perform three-dimensional measurement based on four types of image data.
  • an inspection area for example, cream solder Js in FIG. 7 that includes both cream solder that satisfies the determination condition (for example, cream solder Js in FIG. 7) and cream solder that does not satisfy the determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7).
  • the inspection area W2 when four types of image data respectively captured under four light patterns with different phases are acquired, cream solder that satisfies the determination condition in the inspection area (for example, cream solder in FIG. 7)
  • three-dimensional measurement is performed based on the four types of image data, and for the cream solder that does not satisfy the determination condition in the inspection area (for example, cream solder Jb in FIG. 7), the four types of captured images are taken.
  • a configuration in which three-dimensional measurement is performed based on two or three types of image data among the data may be employed.
  • cream solder that does not satisfy a predetermined determination condition cream solder that does not require much measurement accuracy
  • three-dimensional measurement can be performed in a short time based on less image data.
  • the measurement speed can be further improved.
  • the measurement accuracy for “a cream solder that does not satisfy a predetermined determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7)” and two types acquired by two or three imaging methods can be made equivalent.
  • an inspection area (for example, inspection area W2 in FIG. 7) that includes both cream solder that satisfies the determination condition (for example, cream solder Js in FIG. 7) and cream solder that does not satisfy the determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7).
  • the same configuration can be obtained when three types of image data captured under three types of light patterns having different phases are acquired.
  • a specific condition in the examination area for example, ““ volume ”is“ For cream solder satisfying “less than 1 mm 3 ”
  • three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on the four kinds of image data, and the specific condition in the inspection area is not satisfied and the determination condition (for example,“ “volume”) For cream solder satisfying “less than“ 2 mm 3 ””)
  • the three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on three kinds of image data among the obtained four kinds of image data, and the determination condition in the inspection area is determined.
  • cream solder that does not satisfy the above three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on two of the acquired four types of image data.
  • the cream solder satisfying the determination condition in the inspection area is subjected to a three-dimensional measurement by the phase shift method based on the three types of image data, and in the inspection area.
  • the cream solder that does not satisfy the determination condition may be configured to perform three-dimensional measurement by a phase shift method based on two types of acquired image data.
  • the determination condition is set via the condition setting screen 230, but the configuration of the condition setting means is not limited to this.
  • the determination condition may be set via the condition setting screen 350 shown in FIG.
  • the volume value of the cream solder as the determination condition can be changed by sliding the slide bar 351 to the left and right.
  • the slide bar 351 is an image simulating a slide bar displayed on the display device 23 and can be operated via a touch panel.
  • the inspection area including the cream solder having a volume less than a predetermined value set by operating the slide bar 351
  • three-dimensional measurement is performed by the four-time imaging method, and the cream solder having a volume less than the predetermined value is not included.
  • three-dimensional measurement is performed by the two-time imaging method.
  • the volume value of the cream solder as the determination condition becomes the maximum value. That is, all cream solder on the printed circuit board 2 satisfies the determination condition, and three-dimensional measurement is performed by the four-time imaging method for all inspection areas.
  • the volume value of the cream solder as the determination condition becomes the minimum value. That is, all cream solders on the printed circuit board 2 do not satisfy the determination condition, and three-dimensional measurement is performed by the imaging method twice for all inspection areas.
  • condition setting screen 350 displays a scheduled time display unit 352 (scheduled time) that can display a scheduled time required for measurement of the printed circuit board 2 under a determination condition (predetermined volume value) set by operating the slide bar 351. Display means) is provided. The scheduled time displayed here is calculated based on the determination condition set by operating the slide bar 351 and the Gerber data.
  • a scheduled time display unit 352 (scheduled time) that can display a scheduled time required for measurement of the printed circuit board 2 under a determination condition (predetermined volume value) set by operating the slide bar 351. Display means) is provided. The scheduled time displayed here is calculated based on the determination condition set by operating the slide bar 351 and the Gerber data.
  • the time required to finish all the imaging processes related to one inspection area is 100 msec (0.100 sec) in the case of the four-time imaging method, and in the case of the two-time imaging method. Is 40 msec (0.040 sec).
  • the time required to acquire the image data of the entire range of one printed circuit board 2 is four times for all the inspection areas.
  • 100 ⁇ N (msec) is obtained.
  • 40 ⁇ N (msec) is obtained.
  • the number of inspection areas including cream solder having a volume less than a predetermined value set by operating the slide bar 351 is N1
  • the number of inspection areas not including cream solder having a volume less than the predetermined value is N2.
  • the time required to acquire the image data of the entire range of one printed circuit board 2 is 100 ⁇ N1 (msec) + 40 ⁇ N2 (msec).
  • the motors 15 and 16 may be driven so that the time including the moving time for moving the printed circuit board 2 from a predetermined inspection area to the next inspection area is displayed on the scheduled time display unit 352 as a scheduled time.
  • the two-time imaging method is configured to perform three-dimensional measurement based on two types of image data captured under two types of light patterns that are 180 degrees out of phase.
  • a configuration may be adopted in which three-dimensional measurement is performed based on two types of image data captured under two types of light patterns whose phases are different by 90 °.
  • the luminance values V 20 and V 21 at each pixel on the two kinds of image data and the known proportionality constant K are used, and the light at each pixel.
  • the phase ⁇ 2 of the pattern can be calculated.
  • the phase ⁇ 2 can be obtained based on an arithmetic expression using “tan ⁇ 1 ”, the height can be measured in the range of 360 ° from ⁇ 180 ° to 180 °, and the measurement range is increased. Can be larger.

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Abstract

位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることのできる三次元計測装置を提供する。基板検査装置１は、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制御装置６とを備えている。制御装置６は、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、４回撮像方式により画像データを取得し高精度に三次元計測を実行する一方、それ以外の検査エリアについては、２回撮像方式により画像データを取得することにより、短時間に三次元計測を実行する。

Description

三次元計測装置
　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に関するものである。
　一般に、プリント基板上に電子部品を実装する場合、まずプリント基板上に配設された所定の電極パターン上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三次元計測装置が用いられることがある。
　近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次元計測装置が種々提案されており、例えば位相シフト法を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている。
　該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、光パターンをプリント基板（被計測物）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。
　上記構成の下、撮像手段により撮像された画像データ上の各画素の光の強度（輝度）Ｉは下式（Ｕ１）で与えられる。
　Ｉ＝ｆ・sinφ＋ｅ　　・・（Ｕ１）
　但し、ｆ：ゲイン、ｅ：オフセット、φ：光パターンの位相。
　ここで、上記格子を移送又は切替制御することにより、光パターンの位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋９０°、φ＋１８０°、φ＋２７０°）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ0、Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3をもつ画像データを取り込み、下記式（Ｕ２）に基づいてｆ（ゲイン）とｅ（オフセット）をキャンセルし、位相φを求める。
　φ＝tan-1[(Ｉ1－Ｉ3)／(Ｉ2－Ｉ0)]　・・（Ｕ２）
　そして、この位相φを用いて、三角測量の原理に基づきプリント基板上の各座標（Ｘ，Ｙ）における高さ（Ｚ）が求められる（例えば、特許文献１参照）。
　これに対し、近年では、上述した４回撮像方式に代えて、光パターンの位相を３段階に変化させ、３通りの画像データから位相φを取得する３回撮像方式も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５－２８０９４５号公報 特開２００２－８１９２４号公報
　しかしながら、４回撮像方式は、より多くの画像データを基に計測を行うため、高精度な計測が可能である反面、計測（特に画像データの取得など）に時間がかかる。逆に、３回撮像方式は、計測時間が短くなる一方、比較的サイズの小さいクリーム半田（計測対象）について計測精度が不足する場合もある。
　そのため、高精度の計測を必要とする比較的サイズの小さいクリーム半田を含むプリント基板の検査などにおいては、計測により多くの時間を要していた。
　例えば、所定の計測領域（撮像領域）につき、１回の撮像にかかる時間をそれぞれ［１０ｍｓｅｃ］、１回の格子の切替等にかかる時間をそれぞれ［２０ｍｓｅｃ］と仮定した場合には、所定の計測領域に係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間は、４回撮像方式の場合、図８（ａ）に示すように、〔撮像処理に要する時間［１０ｍｓ］×４回〕＋〔格子の切替等に要する時間［２０ｍｓ］×３回〕＝合計［１００ｍｓｅｃ］となる。一方、３回撮像方式の場合には、図８（ｂ）に示すように、〔撮像処理に要する時間［１０ｍｓ］×３回〕＋〔格子の切替等に要する時間［２０ｍｓ］×２回〕＝合計［７０ｍｓｅｃ］となる。
　勿論、一枚のプリント基板上に計測領域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それぞれその数倍となる。
　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、必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることのできる三次元計測装置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．縞状の光強度分布を有する光パターンを被計測物（例えばプリント基板など）に対し照射可能な照射手段と、
　前記光パターンの照射された前記被計測物上の所定の計測領域（計測エリア）を撮像可能な撮像手段と、
　前記照射手段及び前記撮像手段を制御し、前記光パターンの位相を複数通りに変化させ、該各光パターンの下でそれぞれ撮像した前記計測領域に係る複数通りの画像（画像データ）を取得可能に構成されると共に、前記計測領域について取得（撮像）すべき画像数を前記計測領域に応じて変更可能な画像取得手段と、
　前記画像取得手段により取得された画像を基に、位相シフト法により前記計測領域内における計測対象（例えばクリーム半田など）について三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
　前記画像取得手段は、
　前記計測領域内に所定の判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、第１所定数通り（例えば４通り）の位相で光パターンを照射し撮像した前記第１所定数通りの画像を取得し、
　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第１所定数よりも少ない第２所定数通り（例えば３通り）の位相で光パターンを照射し撮像した前記第２所定数通りの画像を取得することを特徴とする三次元計測装置。
　一般に、三次元計測装置によって計測されるプリント基板上には、大きさの異なる種々のクリーム半田が印刷されており、その種類や配置は各計測領域ごとに様々である。つまり、高精度の計測を必要とする比較的サイズの小さいクリーム半田を含むプリント基板であっても、高精度の計測を必要としない計測領域は存在し得る。
　それにも拘らず、従来では、プリント基板上に設定された全ての計測領域について、予め設定された同一の撮像方式（例えば高精度の計測を行う場合には４回撮像方式、計測精度をそれほど必要とせず、より短い時間で計測を行う場合には３回撮像方式）によって画一的に計測を行っていた。
　これに対し、上記手段１によれば、所定の判定条件（例えば大きさが所定値未満）を満たす計測対象を含む計測領域については、第１所定数通り（例えば４通り）の画像を基により高精度に三次元計測を実行する一方、それ以外の計測領域については、前記第１所定数よりも少ない第２所定数通り（例えば３通り）の画像を基により短時間に三次元計測を実行することができる。
　結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、所定の判定条件を満たす計測対象（高精度の計測を必要とする計測対象）に必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることができる。
　尚、上記「所定の判定条件」には、計測対象の大きさが所定値未満であること（例えば「面積」、「体積」、「周囲長」又は「短辺長」が所定値未満であること）や、計測対象が所定の属性に属するものであること（例えば計測対象となるクリーム半田に対し実装される部品の品種が所定の品種であること）などが含まれる。尚、計測領域内に所定の判定条件を満たす計測対象が含まれているか否かの判定は、所定の記憶手段に予め記憶された被計測物に係る設計データ（ガーバデータ等）を基に行うことができる。
　手段２．前記画像取得手段が前記第１所定数通り（例えば４通り）の画像を取得した場合において、
　前記画像処理手段は、
　前記計測領域内における前記判定条件を満たす前記計測対象については、前記第１所定数通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
　前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、前記第２所定数通り（例えば３通り）の画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行うことを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
　上記手段２によれば、所定の判定条件を満たさない計測対象（計測精度をそれほど必要としない計測対象）については、より少ない画像を基により短時間で三次元計測を行うことができる。結果として、計測速度のさらなる向上を図ることができる。
　また、第１所定数通り（例えば４通り）の画像を取得した場合における「所定の判定条件を満たさない計測対象」についての計測精度と、第２所定数通り（例えば３通り）の位相で光パターンを照射し撮像した第２所定数通りの画像を基に三次元計測を行った場合における「所定の判定条件を満たさない計測対象」についての計測精度とを同等にすることができる。
　手段３．外部操作に基づき前記判定条件を設定可能な条件設定手段を備えていることを特徴とする手段１又は２に記載の三次元計測装置。
　上記手段３によれば、所定の判定条件を任意に設定することができ、利便性及び汎用性の向上を図ることができる。
　手段４．前記条件設定手段により設定した前記判定条件の下で前記被計測物の計測にかかる予定時間を表示可能な予定時間表示手段を備えていることを特徴とする手段３に記載の三次元計測装置。
　上記手段４によれば、作業者が求める計測時間や計測精度を満たす最適な判定条件を見付けるために、事前に何度も三次元計測装置を実際に稼働させる必要がない。結果として、利便性の向上を図ることができる。
　手段５．前記画像取得手段は、
　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、前記第１所定数通りとして４通り又は３通りの位相で光パターンを照射し撮像した４通り又は３通りの画像を取得し、
　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第２所定数通りとして２通りの位相で光パターンを照射し撮像した２通りの画像を取得す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、所定の判定条件を満たさない計測対象（計測精度をそれほど必要としない計測対象）については、より少ない画像を基により短時間で三次元計測を行うことができる。結果として、計測速度のさらなる向上を図ることができる。
　手段６．前記画像取得手段は、
　前記計測領域内に前記判定条件のうちの特定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、前記第１所定数通りとして４通りの位相で光パターンを照射し撮像した４通りの画像を取得し、
　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれているが、前記特定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第１所定数通りとして３通りの位相で光パターンを照射し撮像した３通りの画像を取得し、
　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第２所定数通りとして２通りの位相で光パターンを照射し撮像した２通りの画像を取得す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６によれば、上記手段５の作用効果に加え、さらに細かく計測対象の違いに対応することができ、さらなる計測速度の向上を図ることができる。
　さらに、上記手段２の構成下における手段６では、
　「前記画像取得手段が４通りの画像を取得した場合において、
　前記画像処理手段は、
　前記計測領域内における前記特定条件を満たす前記計測対象については、４通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
　前記計測領域内における前記特定条件を満たさずかつ前記判定条件を満たす前記計測対象については、３通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
　前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、２通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
　前記画像取得手段が３通りの画像を取得した場合において、
　前記画像処理手段は、
　前記計測領域内における前記判定条件を満たす前記計測対象については、３通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
　前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、２通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行うこと」とすれば、さらなる計測精度の向上を図ることができる。
　手段７．前記画像処理手段は、
　所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、
　前記画像上の各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値とを利用することにより、
　位相シフト法による三次元計測を、２通りの画像を基に実行可能としたことを特徴とする手段５又は６に記載の三次元計測装置。
　上記手段７によれば、所定の撮像条件により定まるゲインＡ及びオフセットＢの関係〔例えばＡ＝Ｋ（比例定数）×Ｂ〕と、画像上の各画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ）から定まる、該画素（ｘ，ｙ）に係るゲインＡ（ｘ，ｙ）又はオフセットＢ（ｘ，ｙ）の値とを利用することにより、２通りの画像を基に位相シフト法により三次元計測を行うことが可能となる。
　これにより、４通り又は３通りの画像を必要とする従来技術に比べて、計測時間を飛躍的に短縮することができる。
　一般に上記「照射手段」は、所定の光を発する光源、及び、該光源からの光を縞状の光強度分布を有する光パターンに変換する格子を有し、該光パターンを被計測物に対し照射可能に構成されている。
　そして、光源から照射された光は、まず格子を通過する際に減衰され、次に被計測物（計測対象）にて反射する際に減衰され、最後に撮像手段においてＡ／Ｄ変換（アナログ－デジタル変換）される際に減衰された上で、画像の各画素の輝度値として取得される。
　従って、撮像手段により撮像された画像の各画素の輝度値は、光源の明るさ（輝度）、光源から照射された光が格子を通過する際の減衰率、光が被計測物にて反射する際の反射率、撮像手段においてＡ／Ｄ変換（アナログ－デジタル変換）される際の変換効率等を掛け合わせることにより表現することができる。
　例えば、光源（均一光）の明るさ：Ｌ
　　　　　格子の透過率：Ｇ＝αsinθ＋β
　　　　　　　　　　　　　α，βは任意の定数。
　　　　　被計測物上の座標 (x,y)における反射率：Ｒ(x,y)
　　　　　撮像手段（撮像素子）の各画素の変換効率：Ｅ
　　　　　被計測物上の座標(x,y)に対応する画像上の画素の輝度値：Ｖ(x,y)
　　　　　被計測物上の座標(x,y)における光パターンのゲイン：Ａ(x,y)
　　　　　被計測物上の座標(x,y)における光パターンのオフセット：Ｂ(x,y)
とした場合には、下記式（Ｆ１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ゲインＡ(x,y)は、「sinθ＝1」の光による輝度値Ｖ(x,y)MAXと、「sinθ＝－1」の光による輝度値Ｖ(x,y)MINとの差から表すことができるので、
　例えば、格子がθ＝０の時の透過率（＝平均透過率）：Ｇθ=0
　　　　　格子がθ＝π／２の時の透過率（＝最大透過率）：Ｇθ=π/2
　　　　　格子がθ＝－π／２の時の透過率（＝最小透過率）：Ｇθ=-π/2
とした場合には、下記式（Ｆ２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、オフセットＢ(x,y)は、「sinθ＝0」の光における輝度値Ｖ(x,y)であって、「sinθ＝1」の光による輝度値Ｖ(x,y) MAXと、「sinθ＝－1」の光による輝度値Ｖ(x,y) MINとの平均値であるので、下記式（Ｆ３）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　つまり、輝度値の最大値Ｖ(x,y)MAX、最小値Ｖ(x,y)MIN、平均値Ｖ(x,y)AVはそれぞれ下記式（Ｆ４）、（Ｆ５）、（Ｆ６）で表すことができ、図３のグラフに示すような関係となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図３から見てとれるように、所定の座標(x,y)における輝度値の最大値Ｖ(x,y)MAXと輝度値の最少値Ｖ(x,y)MINの平均値Ｖ(x,y)AVがオフセットＢ(x,y)となり、該オフセットＢ(x,y)と最大値Ｖ(x,y)MAXとの差、及び、該オフセットＢ(x,y)と最少値Ｖ(x,y)MINとの差がそれぞれゲインＡ(x,y)となる。
　また、輝度値Ｖ(x,y)は、光源の明るさＬ又は反射率Ｒ(x,y)に比例して変化するため、例えば反射率Ｒが半分となる座標位置では、ゲインＡやオフセットＢの値も半分となる。
　次に上記式（Ｆ２）、（Ｆ３）を下記式（Ｆ２´）、（Ｆ３´）とした上で、両者を合わせて整理すると、下記式（Ｆ７）が導き出せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　さらに、上記式（Ｆ７）をＡ(x,y)について解くと、下記式（Ｆ８）となり、図４に示すグラフのように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　つまり、光源の明るさＬ又は反射率Ｒ(x,y)の一方を固定して他方を変化させた場合には、オフセットＢ(x,y)が増減すると共に、該オフセットＢ(x,y)に比例してゲインＡ(x,y)も増減することとなる。かかる式（Ｆ８）により、ゲインＡ又はオフセットＢの一方が分かれば、他方を求めることができる。ここで、比例定数Ｋは、光源の明るさＬや反射率Ｒとは無関係に、格子の透過率Ｇにより定まる。つまり、下記の手段８，９のように換言することができる。
　手段８．前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする手段７に記載の三次元計測装置。
　ゲインＡとオフセットＢとが相互に一義的に定まる関係であれば、例えばゲインＡとオフセットＢとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインＡからオフセットＢ、或いは、オフセットＢからゲインＡを求めることが可能となる。
　手段９．前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする手段７に記載の三次元計測装置。
　ゲインとオフセットとが比例関係であれば、例えばＡ＝Ｋ×Ｂ＋Ｃ〔但し、Ｃ：カメラの暗電流（オフセット）〕のような関係式で表すことができ、ゲインＡからオフセットＢ、或いは、オフセットＢからゲインＡを求めることが可能となる。ひいては下記の手段１０のような構成とすることができる。
　手段１０．前記２通りの画像に係る光パターンの相対位相関係をそれぞれ０、γとしたときの該２通りの画像の各画素の輝度値をそれぞれＶ0、Ｖ1とした場合に、
　前記画像処理手段は、
　下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを求め、該位相θに基づき三次元計測を行うことを特徴とする手段７乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。
　Ｖ0＝Ａsinθ＋Ｂ　　　　　　・・・（１）
　Ｖ1＝Ａsin（θ＋γ）＋Ｂ　　・・・（２）
　Ａ＝ＫＢ　　　　　　　　　　・・・（３）
　但し、γ≠０、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｋ：比例定数。
　上記手段１０によれば、上記式（３）を上記式（１）に代入することにより、下記式（４）を導き出すことができる。
　Ｖ0＝ＫＢsinθ＋Ｂ　　　・・・（４）
　これをオフセットＢについて解くと、下記式（５）を導き出すことができる。
　Ｂ＝Ｖ0／（Ｋsinθ＋１）　　・・・（５）
　また、上記式（３）を上記式（２）に代入することにより、下記式（６）を導き出すことができる。
　Ｖ1＝ＫＢsin（θ＋γ）＋Ｂ　　・・・（６）
　上記式（６）を上記式（５）に代入し、下記［数７］に示すように整理していくと、下記式（７）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、「Ｖ0cosγ－Ｖ1＝ａ」、「Ｖ0sinγ＝ｂ」、「（Ｖ0－Ｖ1）／Ｋ＝ｃ」と置くと、上記式（７）は下記式（８）のように表すことができる。
　ａsinθ＋ｂcosθ＋ｃ＝０　　・・・（８）
　ここで、下記［数８］に示すように、上記式（８）を位相θについて解いていくと、下記［数９］に示す下記式（９）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　従って、上記手段１０における『下記式（１）、（２）、（３）の関係を満たす位相θを求め、該位相θに基づき三次元計測を行うこと』とあるのは、『下記式（９）に基づき位相θを求め、該位相θに基づき三次元計測を行うこと』と換言することができる。勿論、位相θを得るアルゴリズムは、上記式（９）に限定されるものではなく、上記式（１）、（２）、（３）の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。
　尚、上述したカメラの暗電流Ｃ等を考慮すれば、計測精度のさらなる向上を図ることができる。
　手段１１．γ＝１８０°としたことを特徴とする手段１０に記載の三次元計測装置。
　上記手段１１によれば、位相が１８０°異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像した２通りの画像を基に三次元計測を行うこととなる。
　上記式（２）においてγ＝１８０°とすることで下記式（１０）が導き出される。
　Ｖ1＝Ａsin（θ＋１８０°）＋Ｂ
　　　＝－Ａsinθ＋Ｂ　　・・・（１０）
　そして、上記式（１），（１０）から下記式（１１）を導き出すことができ、これをオフセットＢについて解くと、下記式（１２）を導き出すことができる。
　Ｖ0＋Ｖ1＝２Ｂ　　・・・（１１）
　Ｂ＝（Ｖ0＋Ｖ1）／２　・・・（１２）
　さらに、上記式（１２）を上記式（３）に代入することにより、下記式（１３）を導き出すことができる。
　Ａ＝ＫＢ
　　＝Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）／２　・・・（１３）
　また、上記式（１）を「sinθ」について整理すると、下記式（１´）のようになる。
　sinθ＝（Ｖ0－Ｂ）／Ａ　・・・（１´）
　そして、上記式（１´）に、上記式（１２），（１３）を代入することにより、下記式（１４）を導き出すことができる。
　sinθ＝｛Ｖ0－（Ｖ0＋Ｖ1）／２｝／｛Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）／２｝
　　　　＝（Ｖ0－Ｖ1）／Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）　・・・（１４）
　ここで、上記式（１４）を位相θについて解くと、下記式（１５）を導き出すことができる。
　θ＝sin-1［（Ｖ0－Ｖ1）／Ｋ（Ｖ0＋Ｖ1）］　・・・（１５）
　つまり、位相θは、既知の輝度値Ｖ0，Ｖ1及び定数Ｋにより特定することができる。
　このように、上記手段１１によれば、比較的簡単な演算式に基づいて位相θを求めることができ、計測対象の三次元計測を行うに際し、さらなる処理の高速化が可能となる。
　手段１２．γ＝９０°としたことを特徴とする手段１０に記載の三次元計測装置。
　上記手段１２によれば、位相が９０°異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像した２通りの画像を基に三次元計測を行うこととなる。
　上記式（２）においてγ＝９０°とすることで下記式（１６）が導き出される。
　Ｖ1＝Ａsin（θ＋９０°）＋Ｂ
　　　＝Ａcosθ＋Ｂ　・・・（１６）
　上記式（１６）を「cosθ」について整理すると、下記式（１７）のようになる。
　cosθ＝（Ｖ1－Ｂ）／Ａ　・・・（１７）
　また、上記式（１）を「sinθ」について整理すると、上述したように下記式（１´）のようになる。
　sinθ＝（Ｖ0－Ｂ）／Ａ　・・・（１´）
　次に上記式（１´）、（１７）を下記式（１８）に代入すると下記式（１９）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２０）が導き出される。
　sin2θ＋cos2θ＝１　・・・（１８）
　｛（Ｖ0－Ｂ）／Ａ｝2＋｛（Ｖ1－Ｂ）／Ａ｝2＝１　・・・（１９）
　（Ｖ0－Ｂ）2＋（Ｖ1－Ｂ）2＝Ａ2　・・・（２０）
　そして、上記式（２０）に対し上記式（３）を代入すると下記式（２１）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２２）が導き出される。
　（Ｖ0－Ｂ）2＋（Ｖ1－Ｂ）2＝Ｋ2Ｂ2　　・・・（２１）
　（２－Ｋ2）Ｂ2－２（Ｖ0＋Ｖ1）Ｂ＋Ｖ0 2Ｖ1 2＝０　・・・（２２）
　ここで、上記式（２２）をオフセットＢについて解くと、下記式（２３）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　つまり、オフセットＢは、既知の輝度値Ｖ0，Ｖ1及び定数Ｋにより特定することができる。
　また、下記式（２４）に上記式（１´）、（１７）を代入すると下記式（２５）のようになり、さらにこれを整理することで、下記式（２６）が導き出される。
　tanθ＝sinθ／cosθ　・・・（２４）
　　　＝｛（Ｖ0－Ｂ）／Ａ｝／｛（Ｖ1－Ｂ）／Ａ｝　・・・（２５）
　　　＝（Ｖ0－Ｂ）／（Ｖ1－Ｂ）　　　・・・（２６）
　そして、上記式（２６）を位相θについて解くと、下記式（２７）を導き出すことができる。
　θ＝tan-1｛（Ｖ0－Ｂ）／（Ｖ1－Ｂ）｝　・・（２７）
　つまり、位相θは、上記式（２３）を用いることにより、既知の輝度値Ｖ0，Ｖ1及び定数Ｋにより特定することができる。
　このように、上記手段１２によれば、「tan-1」を用いた演算式に基づいて位相θを求めることができるため、－１８０°～１８０°の３６０°の範囲で三次元計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。
　手段１３．予め前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えていることを特徴とする手段７乃至１２のいずれかに記載の三次元計測装置。
　関係把握手段としては、例えば予めキャリブレーションによりゲイン及びオフセットの関係を把握する構成が挙げられる。例えば基準板に対し３通り又は４通りに位相変化させた光パターンを照射し、これらの下でそれぞれ撮像した３通り又は４通りの画像に基づき各画素におけるゲインＡ及びオフセットＢを特定し、上記式（３）から定数Ｋを決定しておく。かかる構成によれば、各画素においてより精度の良い計測を行うことができる。
　また、関係把握手段としては、例えば別途行った計測時（実測時）に撮像した画像を基にゲイン及びオフセットの関係を把握する構成が挙げられる。かかる構成によれば、キャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。
　ここで、上記「別途行った計測時に撮像した画像」には、例えば４通り又は３通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した４通り又は３通りの画像は勿論のこと、２通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した２通りの画像も含まれる。
　尚、２通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した２通りの画像を基にゲイン及びオフセットの関係を把握する場合には、例えば上記式（１２）等を用いて画像の全画素についてオフセットＢを求め、その中でオフセットＢの値が一致する画素の輝度値Ｖを抽出し、そのヒストグラムを作成する。そして、そのヒストグラムから輝度値の最大値ＶMAXと最小値ＶMINを決定する。
　上述したとおり、輝度値の最大値ＶMAXと最少値ＶMINの平均値がオフセットＢとなり、最大値ＶMAXと最少値ＶMINの差の半分がゲインＡとなる。これを基に、上記式（３）から定数Ｋを決定することができる。
　手段１４．前記計測対象は、前記被計測物としてのプリント基板に印刷されたクリーム半田であること、又は、前記被計測物としてのウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする手段１乃至１３のいずれかに記載の三次元計測装置。
　上記手段１４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、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精度の向上を図ることができる。
基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。 基板検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 光源の明るさ又は反射率と輝度値との関係を示すグラフである。 ゲインとオフセットの関係を示すグラフである。 条件設定画面を示す図である。 検査ルーチンを示すフローチャートである。 クリーム半田や検査エリアの配置関係等を説明するためのプリント基板の一態様例を示す模式図である。 （ａ）～（ｃ）は、カメラ及び照明装置の処理動作を説明するためのタイミングチャートである。 各データ区間に含まれる輝度値の数の分布を表した分布表である。 各データ区間に含まれる輝度値の数の分布を表したヒストグラムである。 別の実施形態における条件設定画面を示す図である。 別の実施形態における条件設定画面を示す図である。
　〔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、計測対象た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（すなわち当該部分からの反射光）を撮像するための撮像手段としてのカメラ５と、照明装置４やカメラ５の駆動制御など基板検査装置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。制御装置６は、本実施形態における画像取得手段及び画像処理手段を構成する。
　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、当該光源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。
　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、液晶格子４ｂにおける格子態様は制御装置６（格子制御手段）により切替制御される。
　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、ＣＭＯＳセンサを採用している。勿論、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばＣＣＤセンサ等を採用してもよい。
　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。
　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ＣＰＵ及び入出力インターフェース２１（以下、「ＣＰＵ等２１」という）、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により撮像された画像データを記憶するための画像データ記憶装置２４、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（設計データ）や後述するキャリブレーションデータなど各種情報を予め記憶しておくための設定データ記憶装置２６を備えている。なお、これら各装置２２～２６は、ＣＰＵ等２１に対し電気的に接続されている。
　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。まずはプリント基板２の検査を開始する前に行うキャリブレーションについて説明する。キャリブレーションは、光パターンのばらつき（位相分布）を把握するためのものである。
　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、その反射光をカメラ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それぞれ撮像された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画素（座標）における光パターンの位相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画素における光パターンのゲインＡ及びオフセットＢ、並びに両者の関係を特定し（図３，４参照）、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Ａ及びオフセットＢ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画素における輝度値（Ｖ0，Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）と、ゲインＡ及びオフセットＢとの関係は、下記式（Ｈ１）、（Ｈ２）、（Ｈ３）、（Ｈ４）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　そして、４通りの画像データの輝度値（Ｖ0，Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）を加算し、上記式（Ｈ１）、（Ｈ２）、（Ｈ３）、（Ｈ４）を下記［数１２］に示すように整理すると、下記式（Ｈ５）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　また、上記式（Ｈ１）、（Ｈ３）から、下記式（Ｈ６）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　また、上記式（Ｈ２）、（Ｈ４）から、下記式（Ｈ７）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　そして、下記［数１５］に示すように、上記式（Ｈ６）、（Ｈ７）を下記式（Ｈ８）に代入し、整理していくと、下記式（Ｈ９）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　さらに、上記式（Ｈ５）、（Ｈ９）から導き出された下記式（Ｈ１０）を基にゲインＡ及びオフセットＢの比例定数Ｋを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　そして、上記のように算出された各画素における光パターンのゲインＡ、オフセットＢ、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。勿論、比例定数Ｋのみをキャリブレーションデータとして記憶する構成としてもよい。従って、比例定数Ｋを決定する上記一連の処理機能により本実施形態における関係把握手段が構成される。
　尚、本実施形態では、位相が９０°異なる４通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された４通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相の異なる３通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された３通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成としてもよい。
　また、キャリブレーションを行う際に、光源の輝度を変えて複数回行う構成としてもよい。かかる構成とすれば、下記式（２８）に示すようなカメラ５の暗電流（オフセット）Ｃまで求めることができる。
　Ａ＝ＫＢ＋Ｃ　　　　　　　　　　・・・（２８）
　但し、Ａ：ゲイン、Ｂ：オフセット、Ｃ：カメラの暗電流（オフセット）、Ｋ：比例定数。
　あるいは、ゲインＡとオフセットＢとの関係は、式として求めることなく、ゲインＡとオフセットＢとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインＡからオフセットＢあるいはオフセットＢからゲインＡを求めることが可能に構成しても良い。
　また、キャリブレーションに代えて、別途行った計測時（実測時）に、４通り（又は３通り）に位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した４通り（又は３通り）の画像データを利用してゲインＡとオフセットＢとの関係（比例定数Ｋ）を求める構成としても良い。
　次に、プリント基板２の検査を開始する前に行う条件設定処理について説明する。条件設定処理は、画像取得手段としての制御装置６が各検査エリア（計測領域）について取得（撮像）すべき画像データ数（撮像回数）を決定する際に参照する所定の判定条件を事前に設定するためのものである。従って、この条件設定処理を実行する制御装置６の機能（入力装置２２や表示装置２３を含む）により本実施形態における条件設定手段が構成されることとなる。
　後述するように、本実施形態では、ここで設定された判定条件を満たすクリーム半田が検査エリア内に含まれている場合には、第１所定数通りとして４通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した４通りの画像データを取得する一方、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、第２所定数通りとして２通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した２通りの画像データを取得する構成となっている。
　本実施形態における条件設定処理は、表示装置２３に表示される条件設定画面２３０（図５参照）を介して行われる。条件設定画面２３０には、判定条件として設定可能な複数の項目欄が設けられている。
　より詳しくは、クリーム半田に対し実装される電子部品が所定品種であることを判定条件の１つとして設定可能な「属性」項目欄２３１、クリーム半田の体積が所定値未満であることを判定条件の１つとして設定可能な「体積」項目欄２３２、クリーム半田の面積が所定値未満であることを判定条件の１つとして設定可能な「面積」項目欄２３３、クリーム半田の周囲長が所定値未満であることを判定条件の１つとして設定可能な「周囲長」項目欄２３４、クリーム半田の短辺長が所定値未満であることを判定条件の１つとして設定可能な「短辺長」項目欄２３５が設けられている。
　各項目欄２３１～２３５には、その項目を選択するためのチェックボックス２３６が設けられている。本実施形態では、例えば「属性」及び「体積」といったように、同時に複数の項目を選択可能に構成されている。但し、本実施形態では、複数の項目（条件）を選択した場合には、いずれか１つの項目を満たせば、判定条件を満たす構成となっている（いわゆるＯＲ条件）。勿論、これに代えて、複数の項目（条件）すべてを満たすことが判定条件を満たす構成としてもよい（いわゆるＡＮＤ条件）。
　「属性」項目欄２３１には、判定条件となる電子部品の品種として、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＪ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｊ－ｌｅａｄｅｄ）、ＳＯＴ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＰＬＣＣ（Ｐｌａｓｔｉｃ　ｌｅａｄｅｄ　ｃｈｉｐ　ｃａｒｒｉｅｒ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）が挙げられている。勿論、判定条件となる電子部品の品種は、これらに限定されるものではなく、例えばＬＧＡ（Ｌａｎｄ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）など他の品種を判定条件として設定可能な構成としてもよい。
　また、「属性」項目欄２３１には、電子部品の各品種に対応して、これらの品種を選択するためのチェックボックス２３７が設けられている。ここでチェックボックス２３７にチェックを入れて選択した所定品種の電子部品が判定条件の１つとして設定され、設定データ記憶装置２６に記憶されることとなる。
　尚、各品種のチェックボックス２３７は、「属性」項目欄２３１のチェックボックス２３６にチェックを入れ、該「属性」項目を選択することによりはじめて、チェックを入力可能（選択可能）となる。また、本実施形態では、例えば「ＳＯＰ」及び「ＳＯＪ」といったように、同時に複数の品種を選択可能に構成されている。但し、本実施形態では、複数の品種（条件）を選択した場合には、いずれか１つの品種を満たせば、判定条件を満たす構成となっている（いわゆるＯＲ条件）。
　一方、「体積」、「面積」、「周囲長」及び「短辺長」の各項目欄２３２～２３５には、判定条件となる数値を入力するための入力欄２３８が設けられている。ここで入力欄２３８に入力した数値が判定条件の１つとして設定され、設定データ記憶装置２６に記憶されることとなる。尚、各入力欄２３８は、それぞれ対応する各項目欄２３２～２３５のチェックボックス２３６にチェックを入れ、該項目を選択することによりはじめて、数値入力可能（選択可能）となる。
　例えば、ここで『「体積」が「１ｍｍ3」未満』であることを判定条件として設定した場合には、『「体積」が「１ｍｍ3」未満』のクリーム半田が検査エリア内に含まれている場合、４回撮像方式により画像データが取得される一方、検査エリア内に『「体積」が「１ｍｍ3」未満』のクリーム半田が含まれていない場合には、２回撮像方式により画像データが取得されることとなる。
　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６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（ＣＰＵ等２１）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。
　そして、ステップＳ１０１において、この検査エリア内に、上記条件設定処理にて設定した所定の判定条件（例えば体積が所定値未満）を満たすクリーム半田が含まれているか否かを判定する。ここでの判定は、予め記憶されたガーバデータを参照して行われる。
　ガーバデータには、例えばプリント基板２上に設けられたランド、及び、該ランド上に印刷される理想的なクリーム半田の位置、大きさ、形状などが記憶されると共に、これらランドやクリーム半田が属する電子部品の品種などが記憶されている。
　ここで、検査エリア内に、前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれている場合には、ステップＳ１０２に移行し、かかる検査エリアについて４回撮像方式により画像データを取得する。すなわち４通りの位相で光パターンを照射し撮像した４通りの画像データを取得する。
　より詳しくは、制御装置６は、まず照明装置４の液晶格子４ｂを切替制御し、該液晶格子４ｂに形成される格子の位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。
　液晶格子４ｂの切替設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴａ１にて、位相「０°」の光パターンの下で１回目の撮像処理を開始する〔図８（ａ）参照〕。
　具体的には、照明装置４の光源４ａを発光させ、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。かかる撮像処理の手順は、後述する２～４回目の撮像処理においても同様である。
　そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ２において、１回目の撮像処理を終了する。つまり、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）。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴａ２にて照明装置４の液晶格子４ｂの切替処理を開始する。具体的には、液晶格子４ｂに形成される格子の位置を基準位置（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°」の位置へ切替える処理を開始する。
　そして、制御装置６は、液晶格子４ｂの切替処理の開始（タイミングＴａ２）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ３において、該切替処理を終了する。
　液晶格子４ｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ３にて位相「９０°」の光パターンの下で２回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ４において、２回目の撮像処理を終了する。
　２回目の撮像処理の終了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ４にて照明装置４の液晶格子４ｂの切替処理を開始する。具体的には、照明装置４の液晶格子４ｂに形成される格子の位置を位相「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°」の位置へ切替える処理を開始する。
　液晶格子４ｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ５にて位相「１８０°」の光パターンの下で３回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ６において、３回目の撮像処理を終了する。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴａ６にて照明装置４の液晶格子４ｂの切替処理を開始する。具体的には、液晶格子４ｂに形成される格子の位置を位相「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°」の位置へ切替える処理を開始する。
　次に、制御装置６は、液晶格子４ｂの切替処理の開始（タイミングＴａ６）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ７において、該切替処理を終了する。
　液晶格子４ｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴａ７にて位相「２７０°」の光パターンの下で４回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴａ８において、４回目の撮像処理を終了する。
　このように、上記一連の撮像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それぞれ撮像された４画面分の画像データが取得される。
　一方、ステップＳ１０１において、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれていないと判別された場合には、ステップＳ１０３に移行し、かかる検査エリアについて２回撮像方式により画像データを取得する。すなわち２通りの位相で光パターンを照射し撮像した２通りの画像データを取得する。
　より詳しくは、制御装置６は、まず照明装置４の液晶格子４ｂを切替制御し、該液晶格子４ｂに形成される格子の位置を所定の基準位置（位相「０°」の位置）に設定する。
　液晶格子４ｂの切替設定が完了すると、制御装置６は、所定のタイミングＴｃ１にて、位相「０°」の光パターンの下で１回目の撮像処理を開始する〔図８（ｃ）参照〕。
　具体的には、照明装置４の光源４ａを発光させ、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。かかる撮像処理の手順は、後述する２回目の撮像処理においても同様である。
　そして、制御装置６は、撮像開始から所定時間（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｃ２において、１回目の撮像処理を終了する。つまり、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）。
　同時に、制御装置６は、タイミングＴｃ２にて照明装置４の液晶格子４ｂの切替処理を開始する。具体的には、液晶格子４ｂに形成される格子の位置を基準位置（位相「０°」の位置）から、光パターンの位相が２分の１ピッチずれる位相「１８０°」の位置へ切替える処理を開始する。
　そして、制御装置６は、液晶格子４ｂの切替処理の開始（タイミングＴｃ２）から所定時間（本実施形態では２０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｃ３において、該切替処理を終了する。
　液晶格子４ｂの切替処理の完了と同時に、制御装置６は、タイミングＴｃ３にて位相「１８０°」の光パターンの下で２回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）経過後のタイミングＴｃ４において、２回目の撮像処理を終了する。
　このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、２通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像された２画面分の画像データが取得される。
　ここで具体例を挙げて説明する。例えば図７に例示するプリント基板２においては、所定の判定条件となるＢＧＡやＳＯＰ、ＱＦＰなどの電子部品が実装される比較的サイズの小さいランド（図示略）に対応して比較的サイズの小さいクリーム半田Ｊｓが印刷されると共に、抵抗やコンデンサ、トランジスタなどの電子部品が実装される比較的サイズの大きいランド（図示略）に対応して比較的サイズの大きいクリーム半田Ｊｂが印刷されている。
　従って、かかるプリント基板２においては、所定の判定条件を満たす比較的サイズの小さいクリーム半田Ｊｓのみが含まれる検査エリアＷ１、並びに、前記判定条件を満たす比較的サイズの小さいクリーム半田Ｊｓ及び前記判定条件を満たさない比較的サイズの大きいクリーム半田Ｊｂを含む検査エリアＷ２に関して、４回撮像方式により画像データが取得される。一方、前記判定条件を満たす比較的サイズの小さいクリーム半田Ｊｓを含まず、前記判定条件を満たさない比較的サイズの大きいクリーム半田Ｊｂのみを含む検査エリアＷ３，Ｗ４に関しては、２回撮像方式により画像データが取得される。
　そして、制御装置６は、ステップＳ１０４において、上記ステップＳ１０２又はステップＳ１０３にて取得した画像データを基に位相シフト法により三次元計測（高さ計測）を行う。
　まずステップＳ１０２において４通りの画像データを取得した場合について説明する。制御装置６は、位相シフト法により、上記４通りの画像データ（各画素の輝度値）から各画素に係る光パターンの位相θ1を算出する。
　ここで、上記４通りの画像データの各画素に係る輝度値Ｖ10，Ｖ11，Ｖ12，Ｖ13は、下記式（Ｈ１´）、（Ｈ２´）、（Ｈ３´）、（Ｈ４´）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　上記式（Ｈ１´）、（Ｈ２´）、（Ｈ３´）、（Ｈ４´）を位相θ1について解くと、下記式（Ｈ１１）を導き出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　続いて、制御装置６は、上記のように算出された各画素の位相θ1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、検査エリアの各画素（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、被計測画素（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、被計測画素（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、被計測画素（ｘ，ｙ）の高さデータ（ｚ）を求めることができる。
　次にステップＳ１０３において２通りの画像データを取得した場合について説明する。制御装置６は、位相シフト法により、上記２通りの画像データ（各画素の輝度値）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比例定数Ｋ）とを基に、各画素に係る光パターンの位相θ2を算出する。
　ここで、上記２通りの画像データの各画素に係る輝度値Ｖ20，Ｖ21とした場合、各画素に係る光パターンの位相θ2は、上記式（１５）に基づき、下記式（Ｈ１２）により表すことができる。
　θ2＝sin-1［（Ｖ20－Ｖ21）／Ｋ（Ｖ20＋Ｖ21）］　・・・（Ｈ１２）
　但し、Ｋ：比例定数。
　続いて、制御装置６は、上記同様、このように算出された各画素の位相θ2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、検査エリアの各画素（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。
　次に、制御装置６は、ステップＳ１０５において、上記ステップＳ１０４の三次元計測結果（各座標における高さデータ）に基づき、クリーム半田の良否判定処理を行う。具体的に、制御装置６は、上記のように得られた検査エリアの計測結果に基づいて、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。
　続いて、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（ガーバデータなど）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、所定の判定条件（例えば大きさが所定値未満）を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、４回撮像方式により画像データを取得し高精度に三次元計測を実行する一方、それ以外の検査エリアについては、２回撮像方式により画像データを取得することにより、短時間に三次元計測を実行することができる。
　結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、所定の判定条件を満たすクリーム半田（高精度の計測を必要とするクリーム半田）に必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることができる。
　また、本実施形態では、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、所定の撮像条件により定まるゲインＡ及びオフセットＢの関係〔例えばＡ＝Ｋ（比例定数）×Ｂ〕と、画像データ上の各画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ）から定まる、該画素（ｘ，ｙ）に係るゲインＡ（ｘ，ｙ）又はオフセットＢ（ｘ，ｙ）の値とを利用することにより、２回撮像方式により取得した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。
　これにより、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理（最後の撮像処理）が終了するまでに必要な時間をより短縮することができる。図８（ｃ）に示すように、２回撮像方式の場合、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、〔撮像処理に要する時間［１０ｍｓ］×２回〕＋〔液晶格子４ｂの切替処理に要する時間［２０ｍｓ］×１回〕＝合計［４０ｍｓｅｃ］となる。
　〔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。
　上記第１実施形態では、各画素における光パターンのゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）を、予めキャリブレーション（４通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した４通りの画像データ）により求める構成となっているが、これに代えて、第２実施形態では、光パターンのゲインＡ及びオフセットＢの関係（比例定数Ｋ）を、２回撮像方式により別途行った計測時（実測時）に、２通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した２通りの画像データを基に求める構成となっている。
　その手順としては、まず上記式（１２）を用いて画像データの全画素についてオフセットＢを求める。次に、その中でオフセットＢの値が一致する画素の輝度値Ｖ（＝Ａsinθ＋Ｂ）を抽出し、そのヒストグラムを作成する。その一例を図９，１０の表に示す。但し、図９，１０はゲインＡを「１」、オフセットＢを「０」とした場合を例示している。図９は、輝度値Ｖを「０．１」幅のデータ区間に区切って、そのデータ区間に含まれる輝度値の数を表した分布表であり、図１０は、それをプロットしたヒストグラムである。
　そして、このヒストグラムを基に輝度値の最大値ＶMAXと最小値ＶMINを決定する。「sinθ」の特性を利用することにより、上記ヒストグラムにおいて発生する２つのピークをそれぞれ輝度値の最大値ＶMAXと最小値ＶMINとして決定することができる。図９，１０に示す例では、輝度値Ｖが「－１．０～－０．９」及び「０．９～１．０」のデータ区間に入る輝度値Ｖの個数がそれぞれ「５１」となり、ここが２つのピークとなる。
　続いて、輝度値の最大値ＶMAXと最少値ＶMINを基にゲインＡ及びオフセットＢを算出する。上述したとおり、輝度値の最大値ＶMAXと最少値ＶMINの平均値がオフセットＢとなり、最大値ＶMAXと最少値ＶMINの差の半分がゲインＡとなる。つまり、図９に示すように、２つのピークの中間値がオフセットＢとなり、２つのピークの幅の半分がゲインＡとなる。
　このようにして得たゲインＡとオフセットＢの値を基に比例定数Ｋを決定することができる〔上記式（３）参照〕。従って、比例定数Ｋを決定する上記一連の処理機能により本実施形態における関係把握手段が構成される。
　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。また、上記第１実施形態のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。
　尚、本実施形態では、位相が１８０°異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された２通りの画像データを基に、画像データの全画素について比例定数Ｋ等を求める構成となっているが、これに限らず、例えば位相が９０°異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された２通りの画像データを基に比例定数Ｋ等を求める構成としてもよい。また、画像データの全画素ではなく、被計測画素の周辺など画像データの一部の範囲において、比例定数Ｋ等を求める構成としてもよい。
　尚、上記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、例えば基板上に印刷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）上記実施形態では、光源４ａ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）上記実施形態では、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、位相が９０°ずつ異なる４通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された４通りの画像データを基に三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、位相が１８０°ずつ異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。
　これに限らず、例えば所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、位相が９０°ずつ異なる４通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された４通りの画像データを基に三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、位相が１２０°（又は９０°）ずつ異なる３通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された３通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。
　また、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、位相が１２０°（又は９０°）ずつ異なる３通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された３通りの画像データを基に三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、位相が１８０°（又は９０°）ずつ異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。
　勿論、位相シフト量は、上記例示した各種シフト量に限定されるものではなく、位相シフト法により三次元計測可能な他のシフト量を採用してもよい。
　（ｄ）上記実施形態では、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、４回撮像方式により三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、２回撮像方式により三次元計測を行うといったように、撮像方式を２段階で切替える構成となっているが、これに限らず、撮像方式を３段階に切替える構成としてもよい。
　例えば図１１に示す条件設定画面３３０を用いて、検査エリア内に所定の判定条件（例えば図１１中の中精度計測欄３３１において設定される条件）のうちの特定条件（例えば図１１中の高精度計測欄３３２において設定される条件）を満たすクリーム半田が含まれている場合には、４回撮像方式（４通りの位相で光パターンを照射し撮像すること）により４通りの画像データを取得し、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれているが、前記特定条件を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、３回撮像方式（３通りの位相で光パターンを照射し撮像すること）により３通りの画像データを取得し、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、２回撮像方式（２通りの位相で光パターンを照射し撮像すること）により２通りの画像データを取得する構成としてもよい。
　例えば、ここで『「体積」が「２ｍｍ3」未満』であることを「判定条件」として設定し、『「体積」が「１ｍｍ3」未満』であることを「特定条件」として設定した場合には、『「体積」が「１ｍｍ3」未満』のクリーム半田が検査エリア内に含まれている場合、４回撮像方式により画像データが取得され、検査エリア内に『「体積」が「２ｍｍ3」未満』を満たすクリーム半田が含まれているが、『「体積」が「１ｍｍ3」未満』を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、３回撮像方式により画像データが取得され、検査エリア内に『「体積」が「２ｍｍ3」未満』を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、２回撮像方式により画像データが取得されることとなる。
　（ｅ）上記実施形態では、判定条件を満たすクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｓ）と、判定条件を満たさないクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｂ）の両者を含む検査エリア（例えば図７の検査エリアＷ２）について、位相の異なる４通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された４通りの画像データを取得した場合において、該検査エリア内における両クリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｓ，Ｊｂ）ともに、４通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。
　これに限らず、例えば判定条件を満たすクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｓ）と、判定条件を満たさないクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｂ）の両者を含む検査エリア（例えば図７の検査エリアＷ２）について、位相の異なる４通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された４通りの画像データを取得した場合において、該検査エリア内において判定条件を満たすクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｓ）については、４通りの画像データを基に三次元計測を行い、該検査エリア内において判定条件を満たさないクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｂ）については、撮像された４通りの画像データのうちの２通り又は３通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。
　かかる構成によれば、所定の判定条件を満たさないクリーム半田（計測精度をそれほど必要としないクリーム半田）については、より少ない画像データを基により短時間で三次元計測を行うことができる。結果として、計測速度のさらなる向上を図ることができる。
　また、４通りの画像データを取得した場合における「所定の判定条件を満たさないクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｂ）」についての計測精度と、２回又は３回撮像方式により取得した２通り又は３通りの画像データを基に三次元計測を行った場合における「所定の判定条件を満たさないクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｂ）」についての計測精度とを同等にすることができる。
　勿論、判定条件を満たすクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｓ）と、判定条件を満たさないクリーム半田（例えば図７のクリーム半田Ｊｂ）の両者を含む検査エリア（例えば図７の検査エリアＷ２）について、位相の異なる３通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された３通りの画像データを取得した場合においても同様の構成とすることができる。
　また、上記（ｄ）に例示した撮像方式を３段階に切替える構成の下、４回撮像方式により４通りの画像データを取得した場合において、検査エリア内における特定条件（例えば『「体積」が「１ｍｍ3」未満』）を満たすクリーム半田については、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い、検査エリア内における前記特定条件を満たさずかつ判定条件（例えば『「体積」が「２ｍｍ3」未満』）を満たすクリーム半田については、取得した４通りの画像データのうちの３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い、検査エリア内における前記判定条件を満たさないクリーム半田については、取得した４通りの画像データのうちの２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い、３回撮像方式により３通りの画像データを取得した場合において、検査エリア内における前記判定条件を満たすクリーム半田については、３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い、検査エリア内における前記判定条件を満たさないクリーム半田については、取得した３通りの画像データのうちの２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構成としてもよい。
　（ｆ）上記実施形態では、条件設定画面２３０を介して判定条件を設定する構成となっているが、条件設定手段の構成はこれに限定されるものではない。
　例えば図１２に示す条件設定画面３５０を介して判定条件を設定する構成としてもよい。条件設定画面３５０では、スライドバー３５１を左右にスライドさせることにより、判定条件となるクリーム半田の体積値を変更することができる。尚、スライドバー３５１とは、表示装置２３に表示されたスライドバーを模した画像であり、タッチパネルを介して操作することができる。
　ここで、スライドバー３５１を操作して設定した所定値未満の体積のクリーム半田を含む検査エリアについては、４回撮像方式により三次元計測を行い、前記所定値未満の体積のクリーム半田を含まない検査エリアについては、２回撮像方式により三次元計測を行うこととなる。
　図１２において、例えばスライドバー３５１を右端まで動かすと、判定条件となるクリーム半田の体積値は最大値となる。つまり、プリント基板２上の全てのクリーム半田が判定条件を満たすこととなり、全ての検査エリアについて４回撮像方式により三次元計測が行われることとなる。一方、スライドバー３５１を左端まで動かすと、判定条件となるクリーム半田の体積値は最小値となる。つまり、プリント基板２上の全てのクリーム半田が判定条件を満たさないこととなり、全ての検査エリアについて２回撮像方式により三次元計測が行われることとなる。
　また、条件設定画面３５０には、スライドバー３５１を操作して設定した判定条件（所定の体積値）の下でプリント基板２の計測にかかる予定時間を表示可能な予定時間表示部３５２（予定時間表示手段）が設けられている。ここに表示される予定時間は、スライドバー３５１を操作して設定した判定条件と、ガーバデータとを基に算出される。
　例えば図８に示した例において、１つの検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、４回撮像方式の場合は１００ｍｓｅｃ（０．１００ｓｅｃ）となり、２回撮像方式の場合は４０ｍｓｅｃ（０．０４０ｓｅｃ）となる。
　従って、プリント基板２上に設定される検査エリアの数をＮ個とすると、１枚のプリント基板２の全範囲の画像データを取得するまでに要する時間は、全ての検査エリアについて４回撮像方式により画像データを取得する場合には、１００×Ｎ（ｍｓｅｃ）となる。一方、全ての検査エリアについて２回撮像方式により画像データを取得する場合には、４０×Ｎ（ｍｓｅｃ）となる。
　また、スライドバー３５１を操作して設定した所定値未満の体積のクリーム半田を含む検査エリアの数がＮ１（個）で、前記所定値未満の体積のクリーム半田を含まない検査エリアの数がＮ２（個）である場合には、１枚のプリント基板２の全範囲の画像データを取得するまでに要する時間は、１００×Ｎ１（ｍｓｅｃ）＋４０×Ｎ２（ｍｓｅｃ）となる。
　さらに、モータ１５，１６を駆動してプリント基板２を所定の検査エリアから次の検査エリアへ移動する移動時間を含めた時間を予定時間として予定時間表示部３５２に表示する構成としてもよい。
　（ｇ）上記実施形態では、２回撮像方式において、位相が１８０°異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。これに代えて、例えば位相が９０°異なる２通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された２通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。かかる場合、上記式（２３），（２７）を用いることにより、２通りの画像データ上の各画素における輝度値Ｖ20，Ｖ21と、既知の比例定数Ｋを利用して、各画素における光パターンの位相θ2を算出することができる。
　かかる構成によれば、「tan-1」を用いた演算式に基づいて位相θ2を求めることができるため、－１８０°～１８０°の３６０°の範囲で高さ計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。
　勿論、この他にも、上記式（１）、（２）、（３）の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。位相θ2を得る一般式としては、上記式（９）が一例に挙げられる〔［数９］参照〕。
　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、２３…表示装置、２４…画像データ記憶手段、２５…演算結果記憶装置、２６…設定データ記憶装置、２３０…条件設定画面、Ａ…ゲイン、Ｂ…オフセット、Ｋ…比例定数、Ｊｓ，Ｊｂ…クリーム半田、Ｗ１～Ｗ４…検査エリア。

Claims (6)

  1. 　縞状の光強度分布を有する光パターンを被計測物に対し照射可能な照射手段と、
    　前記光パターンの照射された前記被計測物上の所定の計測領域を撮像可能な撮像手段と、
    　前記照射手段及び前記撮像手段を制御し、前記光パターンの位相を複数通りに変化させ、該各光パターンの下でそれぞれ撮像した前記計測領域に係る複数通りの画像を取得可能に構成されると共に、前記計測領域について取得すべき画像数を前記計測領域に応じて変更可能な画像取得手段と、
    　前記画像取得手段により取得された画像を基に、位相シフト法により前記計測領域内における計測対象について三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
    　前記画像取得手段は、
    　前記計測領域内に所定の判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、第１所定数通りの位相で光パターンを照射し撮像した前記第１所定数通りの画像を取得し、
    　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第１所定数よりも少ない第２所定数通りの位相で光パターンを照射し撮像した前記第２所定数通りの画像を取得することを特徴とする三次元計測装置。
  2. 　前記画像取得手段が前記第１所定数通りの画像を取得した場合において、
    　前記画像処理手段は、
    　前記計測領域内における前記判定条件を満たす前記計測対象については、前記第１所定数通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
    　前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、前記第２所定数通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
  3. 　外部操作に基づき前記判定条件を設定可能な条件設定手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
  4. 　前記条件設定手段により設定した前記判定条件の下で前記被計測物の計測にかかる予定時間を表示可能な予定時間表示手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の三次元計測装置。
  5. 　前記画像取得手段は、
    　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、前記第１所定数通りとして４通り又は３通りの位相で光パターンを照射し撮像した４通り又は３通りの画像を取得し、
    　前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第２所定数通りとして２通りの位相で光パターンを照射し撮像した２通りの画像を取得す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. 　前記計測対象は、前記被計測物としてのプリント基板に印刷されたクリーム半田であること、又は、前記被計測物としてのウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
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