CN107532891A - 三维测量装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种三维测量装置，当进行利用了相移法的三维测量时，能够以更短时间实现更高精度的测量。基板检查装置(1)包括：向印刷基板(2)照射预定的光图案的两个照明装置(4A、4B)；对被照射光图案部分进行拍摄的相机(5)；以及进行各种图像处理、运算处理等的控制装置(6)。并且，在第一照射装置(4A)的第一光图案下执行了第一拍摄处理后，不等待第一液晶栅格(4Ab)的切换处理的完成，能够在第二照射装置(4B)的第二光图案下执行第二拍摄处理。在第二光图案所涉及的测量中，利用通过预定的拍摄条件确定的增益与偏移的关系、以及根据图像数据上的各像素的亮度值确定的增益或者偏移的值，基于在相位变化为2组的第二光图案下拍摄的2组的图像数据，通过相移法进行高度测量。

Description

三维测量装置
技术领域
本发明涉及利用相移法进行三维测量的三维测量装置。
背景技术
通常当在印刷基板上安装电子部件时，首先在配设于印刷基板上的预定的电极图案上印刷膏状焊料。接着，基于该膏状焊料的粘性而在印刷基板上临时固定电子部件。之后，所述印刷基板被引导至回流炉，通过经过预定的回流工序进行焊接。最近，在被引导到回流炉的前一阶段需要检查膏状焊料的印刷状态，在该检查时有时使用三维测量装置。
近年来，提出了各种使用了光的所谓的非接触式的三维测量装置，提出了例如与使用相移法的三维测量装置相关的技术。
在利用了该相移法的三维测量装置中，通过将发出预定的光的光源以及栅格组合而成的照射单元，向被测量物(该情况下为膏状焊料)照射光图案，其中，所述栅格将来自该光源的光转换为具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的光图案。并且，使用配置在正上方的拍摄单元观测基板上的点。作为拍摄单元使用由镜头以及拍摄元件等构成的CCD相机等。
在上述构成下，由拍摄单元拍摄的图像数据上的各像素的光的强度(亮度)I通过下式(U1)给出。
在这里，f：增益，e：偏移，光图案的相位。
在这里，通过对上述栅格进行移送或者切换控制，使光图案的相位变化为例如4阶段取入具有与这些对应的强度分布I0、I1、I2、I3的图像数据，基于下式(U2)消去f(增益)和e(偏移)，求出相位
并且，使用该相位基于三角测量的原理求出被测量物上的各坐标(X，Y)上的高度(Z)。
但是，在仅在一个场所设置上述照射单元的构成中，由于可能在被测量物上产生未被照射光图案的影子的部分，有可能不能进行该影子部分的适当的测量。
鉴于此，以往已知以下技术，为了提高测量精度等，从两个方向照射光图案来进行测量。并且，在近些年来提出以下技术：为了缩短测量时间等，在进行第一拍摄处理之后，进行第二拍摄处理，在两次拍摄处理结束后，同时进行两个照射单元的移送或者切换处理(例如，参照专利文献1)，其中，第一拍摄处理是从第一照射单元照射第一光图案而进行的多次拍摄处理中的一次，第二拍摄处理是从第二照射单元照射第二光图案而进行的多次拍摄处理中的一次。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利文献特开2013-124937号公报。
发明内容
但是，如上述那样，在利用了相移法的以往的三维测量装置中，使要照射的光图案的相位在4个阶段(或者3个阶段)变化，需要拍摄4组(或者3组)图像。因此，在从两个方向照射光图案的情况下，关于一个测量对象范围分别需要各4次(或者3次)、合计8次(或者6次)的拍摄，有可能导致拍摄时间增长。
由相机等进行的拍摄在强照明下在越短时间进行越能够使得因机械振动的影响变小，因此通常以比较短时间(例如2msec，2毫秒)进行。另一方面，照射单元中的栅格的移送为了避免振动等而花比较长的时间(例如20msec)进行。另外，即使作为栅格而使用了液晶栅格等的情况下，在该切换控制中与上述同样地需要比较长的时间。
因此，在上述专利文献1的构成下，针对预定的测量对象范围，在将在两个光图案下拍摄的次数假定为合计8次(对各光图案各4次)、将在1次的拍摄中花费的时间分别假定为[2msec]、将在1次的栅格的移送等中花费的时间分别假定为[20msec]的情况下，如图10所示，到预定的测量对象范围涉及的所有的拍摄处理(最后的拍摄处理)结束为止需要的时间为〔第一拍摄处理所需的时间[2ms]×4次〕+〔第二拍摄处理所需的时间[2ms]×4次〕+〔第一栅格以及第二栅格的移送等所需要的时间[20ms]×3次〕＝合计[76msec]。
另外，当在一片印刷基板上设定有多个测量对象范围的情况下，在该一片印刷基板的测量上所需要的时间还变为其数倍。因此，要求进一步缩短测量时间。
此外，上述问题不一定限于测量印刷在印刷基板上的膏状焊料等的高度的情况，在其他的三维测量装置的领域中也是存在的。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供如下三维测量装置：在进行利用了相移法的三维测量时，能够以更短时间实现更高精度的测量。
用于解决问题的手段
以下，对适于解决上述问题的各方式分项进行说明。此外，根据需要在对应的方式上附记特有的作用效果。
方式1.一种三维测量装置，其特点在于，包括：
第一照射单元，所述第一照射单元具有第一光源和第一栅格，所述第一光源发出预定的光，所述第一栅格将来自该第一光源的光变换为具有条纹状的光强度分布的第一光图案，所述第一照射单元能够从第一位置向被测量物照射该第一光图案；
第一栅格控制单元，所述第一栅格控制单元对所述第一栅格的移送或者切换进行控制，并使从所述第一照射单元照射的所述第一光图案的相位变化为第一预定数量(例如“3”或者“4”)组；
第二照射单元，所述第二照射单元具有第二光源和第二栅格，所述第二光源发出预定的光，所述第二栅格将来自该第二光源的光变换成具有条纹状的光强度分布的第二光图案，所述第二照射单元能够从与所述第一位置不同的第二位置向被测量物照射该第二光图案；
第二栅格控制单元，所述第二栅格控制单元对所述第二栅格的移送或者切换进行控制，并使从所述第二照射单元照射的所述第二光图案的相位变换成比所述第一预定数量组少的第二预定数量(例如“2”或者“3”)组；
拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄来自照射了所述第一光图案或者第二光图案的所述被测量物的反射光；以及
图像处理单元，所述图像处理单元能够基于所述拍摄单元拍摄的图像数据通过相移法执行所述被测量物的三维测量，
所述三维测量装置是以下的构成：在执行第一拍摄处理或第二拍摄处理中的一个拍摄处理之后，不等待该一个拍摄处理所涉及的所述第一栅格或者所述第二栅格的移送或者切换处理的完成(包含移送或者切换处理的开始前)，而能够执行所述两拍摄处理中的另一个拍摄处理，所述第一拍摄处理是照射相位变化为所述第一预定数量组的所述第一光图案来进行的、所述第一预定数量次数的拍摄处理中的一次，所述第二拍摄处理是照射相位变化为所述第二预定数量组的所述第二光图案来进行的、所述第二预定数量次数的拍摄处理中的一次，
所述图像处理单元包括：
所述第一测量单元能够基于通过所述第一预定数量次数的第一拍摄处理来获取的所述第一预定数量组的图像数据，执行所述被测量物的三维测量；
第二测量单元，所述第二测量单元能够基于通过所述第二预定数量次数的第二拍摄处理来获取的所述第二预定数量组的图像数据，利用通过预定的拍摄条件确定的增益和偏移的关系、以及根据所述图像数据上的各像素的亮度值确定的该像素所涉及的增益或者偏移的值，执行所述被测量物的三维测量；以及
测量值获取单元，关于通过所述两光图案中的一个光图案(例如第一光图案)的照射而能够进行测量的区域，获取所述两测量单元中的该一个光图案所涉及的测量单元的测量结果(例如第一测量单元的测量结果)作为该区域涉及的测量值，并且关于通过该一个光图案的照射难以测量的区域(亮度不够的区域或者不能得到适当的高度数据的区域等)，获取所述两光图案中的另一个图案(例如第二光图案)所涉及的测量单元的测量结果(例如第二测量单元的测量结果)作为该区域所涉及的测量值。
根据上述方式1，通过从两个方向照射光图案，能够避免产生被测量物没有被照射光图案的影子的部分。并且，关于通过两光图案中的、例如第一光图案的照射能够测量的区域，获取该第一光图案涉及的第一测量单元的测量结果作为该区域涉及的测量值，另一方面，关于通过该第一光图案的照射难以测量的区域，获取另一方的第二光图案所涉及的第二测量单元的测量结果作为该区域所涉及的测量值，由此能够获得没有数据的缺失部分的测量数据。作为结果，能够实现测量精度的提高。
并且，在本方式中，为以下构成：在执行第一光图案下的一次的第一拍摄处理、或者第二光图案下的一次第二拍摄处理中的一个拍摄处理(例如第一拍摄处理)之后，不等待该一个拍摄处理所涉及的栅格的移送等的完成而能够执行所述两拍摄处理中的另一个拍摄处理(例如第二拍摄处理)。
如此，不等待一个栅格的移送等的完成而进行在另一个栅格下的拍摄、进而进行该拍摄后的栅格的移送等，由此，能够使需要比较长时间的两个栅格的移送处理的一部分重叠进行。作为结果，能够缩短到预定的测量对象范围所涉及的所有的拍摄处理(最后的拍摄处理)结束位置所需要的时间。
并且，在本方式中为以下构成：在进行基于第二光图案的照射的测量时，利用通过预定的拍摄条件确定的增益A和偏移B的关系〔例如A＝K(比例常数)×B〕、以及根据图像数据上的各像素(x，y)的亮度值V(x，y)确定的该像素(x，y)涉及的增益A(x，y)或者偏移B(x，y)的值，进行被测量物的三维测量。
即，只要获取在相位变换成至少两组的第二光图案下拍摄的至少两组图像数据，就能够基于相移法进行三维测量。作为结果，在第二光图案下应拍摄的图像数(拍摄次数)少于在第一光图案下应拍摄的图像数少即可。
在例如基于相位变化为4组(或者3组)的第一光图案的照射来拍摄4组(或者3组)图像、基于相位变化为2组的第二光图案的照射拍摄2组的图像的情况下，拍摄次数合计6次(或者5次)，拍摄时间减少。
因此，与以往技术相比，总拍摄次数少就能够完成，缩短拍摄时间。作为结果，能够以更短时间实现高精度的测量。
此外，从光源照射的光首先在通过栅格时衰减，接着在通过被测量物被反射时衰减，最后在拍摄单元中进行A/D转换(模拟-数字转换)时衰减之后，作为图像数据的各像素的亮度值而被获取。
因此，通过拍摄单元拍摄的图像数据的各像素的亮度值能够通过将光源的明亮度(亮度)、从光源照射的光通过栅格时的衰减率、光通过被测量物被反射时的反射率、在拍摄单元中进行A/D转换(模拟-数字转换)时的转换效率等相乘来描述。
例如，光源(均匀光)的明亮度：L
栅格的透过率：G＝αsinθ+β
α、β是任意的常数。
在设为
被测量物上的坐标(x，y)上的反射率：R(x，y)
拍摄单元(拍摄元件)的各像素的转换效率：E
与被测量物上的坐标(x，y)对应的图像上的像素的亮度值：V(x，y)
被测量物上的坐标(x，y)的光图案的增益：A(x，y)
被测量物上的坐标(x，y)的光图案的偏移：B(x，y)
的情况下，能够由下式(F1)表示。
[数式1]
V(x，y)＝L×G×R(x，y)×E
＝A(x，y)sinθ+B(x，y)…(F1)
在这里，增益A(x，y)由于能够根据基于“sinθ＝1”的光的亮度值V(x，y)MAX与基于“sinθ＝-1”的光的亮度值V(x，y)MIN的差表示，因此在例如设为
栅格θ＝0时的透过率(＝平均透过率)：Gθ＝0、
栅格θ＝π/2时的透过率(＝最大透过率)：Gθ＝π/2、
栅格θ＝-π/2时的透过率(＝最小透过率)：Gθ＝-π/2
的情况下，能够由下式(F2)表示。
[数式2]
A(x，y)＝{(L×Gθ＝π/2×R(x，y)×E)-(L×Gθ＝-π/2×R(x，y)×E)}/2
＝{(L×R(x，y)×E)×(Gθ-π/2-Gθ＝-π/2)}/2…(F2)
另外，偏移B(x，y)是“sinθ＝0”的光下的亮度值V(x，y)，由于是基于“sinθ＝1”的光的亮度值V(x，y)MAX与基于“sinθ＝-1”的光的亮度值V(x，y)MIN的平均值，因此能够由下式(F3)表示。
[数式3]
B(x，y)＝L×Gθ＝0×R(x，y)×E
＝{(L×Gθ＝π/2×R(x，y)×E)+(L×Gθ＝-π/2×R(x，y)×E)}/2
＝{(L×R(x，y)×E)×(Gθ-π/2+Gθ＝-π/2)}/2…(F3)
即，亮度值的最大值V(x，y)MAX、最小值V(x，y)MIN、平均值V(x，y)AV能够分别由下式(F4)、(F5)、(F6)表示，成为如图4的曲线图所示的关系。
[数式4]
V(x，y)MAX＝(L×Gθ＝π/2×R(x，y)×E)＝B(x，y)+A(x，y)…(F4)
V(x，y)MIN＝(L×Gθ＝-π/2×R(x，y)×E)＝B(x，y)-A(x，y)…(F5)
V(x，y)AV＝(L×R(x，y)×E)×Gθ＝π/2+Gθ＝-π/2)/2＝B(x，y)…(F6)
根据图4可知，预定的坐标(x，y)的亮度值的最大值V(x，y)MAX与亮度值的最小值V(x，y)MIN的平均值V(x，y)AV为偏移B(x，y)，该偏移B(x，y)与最大值V(x，y)MAX的差、以及该偏移B(x，y)与最小值V(x，y)MIN的差分别为增益A(x，y)。
另外，亮度值V(x，y)由于与光源的明亮度L或者反射率R(x，y)成比例地变化，因此在例如反射率R为一半的坐标位置，增益A、偏移B的值也为一半。
接着在将上述式(F2)、(F3)设为下式(F2’)、(F3’)的基础上，当将两者合并整理时，导出下式(F7)。
[数式5]
2A(x，y)/(Gθ＝π/2-Gθ＝-π/2)＝L×R(x，y)×E…(F2′)
2B(x，y)/(Gθ＝π/2+Gθ＝-π/2)＝L×R(x，y)×E…(F3′)
2A(x，y)/(Gθ＝π/2-Gθ＝-π/2)＝2B(x，y)/(Gθ＝π+Gθ＝-π/2)…(F4′)
并且，当针对A(x，y)求解上述式(F7)时，变为下式(F8)，能够如图5所示的曲线图那样表示。
[数式6]
A(x，y)＝B(x，y)×(Gθ＝π/2-Gθ＝-π/2)/(Gθ＝π/2+Gθ＝-π/2)
＝K×B(x，y)…(F8)
这里，比例常数K＝(Gθ＝π/2-Gθ＝-π/2)/(Gθ＝π/2+Gθ＝-π/2)
即，在使光源的明亮度L或者反射率R(x，y)的一者固定并使另一者变化的情况下，偏移B(x，y)进行增减，并且增益A(x，y)也与该偏移B(x，y)成比例地进行增减。通过该式(F8)，如果已知增益A或者偏移B中的一者，则能够求出另一者。这里，比例常数K与光源的明亮度L、反射率R无关，由栅格的透过率G确定。即，能够如下述的方式2、3那样换句话来表达。
此外，如上述专利文献1所记载的那样，如果设为同时照射波长分量(RGB分量)彼此不同的两个光图案、并能够按照各光分量对来自照射了这些光图案的被测量物的反射光进行分离并拍摄的构成，则能够同时进行第一拍摄处理与第二拍摄处理，还能够进一步缩短测量时间，但在该构成中，作为能够按照上述各光分量中的每个分离并拍摄的相机，需要使用：例如，具有与各波段对应的多个分色镜以及拍摄部的彩色相机、能够按照每个像素拍摄不同波段的单板式彩色相机等，测量装置有可能变得非常贵。另外，由于针对RGB每个分量的光图案在被测量物的反射率等不同，根据被测量物的颜色的种类，根据各光图案而测量精度有可能不同。
方式2.在方式1所记载的三维测量装置中，其特点在于，所述增益与偏移的关系是所述增益与所述偏移彼此唯一确定的关系。
如果增益A和偏移B是彼此唯一确定的关系，则例如通过生成表示增益A与偏移B的关系的数表、表数据，能够根据增益A求出偏移B、或者根据偏移B求出增益A。
方式3.在方式1所记载的三维测量装置中，其特点在于，所述增益与偏移的关系是所述增益与所述偏移成比例关系。
如果增益与偏移成比例关系，则能够通过例如A＝K×B+C〔这里，C：相机的暗电流(偏移)〕这样的关系式表示，能够根据增益A求出偏移B、或者根据偏移B求出增益A。进而，能够设为下述的方式4那样的构成。
方式4.在方式1至3中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，
在所述第二预定数量是2的情况下，
在将相位变化成2组的所述第二光图案的相对相位关系分别设为0、γ时的2组图像数据的各像素的亮度值分别设为V0、V1时，
所述第二测量单元在进行三维测量时，
计算出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位θ。
V0＝Asinθ+B…(1)
V1＝Asin(θ+γ)+B…(2)
A＝KB…(3)
这里，γ≠0，A：增益，B：偏移，K：比例常数。
根据上述方式4，通过将上述式(3)代入到上述式(1)，能够导出下式(4)。
V0＝KBsinθ+B……(4)
当针对偏移B求解该式时，能够导出下式(5)。
B＝V0/(Ksinθ+1)……(5)
另外，通过将上述式(3)代入到上述式(2)，能够导出下式(6)。
V1＝KBsin(θ+γ)+B……(6)
当将上述式(6)代入到上述式(5)、如下述[数式7]所示进行整理时，能够导出下式(7)。
[数式7]
V1＝K×{V0/(Ksinθ+1)}sin(θ+γ)+{V0/(Ksinθ+1)}
V1×(Ksinθ+1)＝KV0sin(θ+γ)+V0
＝KV0{sinθcosγ+sinγcosθ}+V0
-V1Ksinθ+KV0cosγsinθ+KV0sinγcosθ+V0-V1＝0
K(V0cosγ-V1)sinθ+KV0sinγcosθ+(V0-V1)＝0
(V0cosγ-V1)sin θ+V0sinγcosθ+(V0-V1)/K＝0…(7)
在这里，当设置为“V0cosγ-V1＝a”、“V0sinγ＝b”、“(V0-V1)/K＝c”」时，上述式(7)能够如下式(8)那样表示。
asinθ+bcosθ+c＝0……(8)
在这里，如下述[数式8]所示，当针对相位θ求解上述式(8)时，能够导出如下述[数式9]所示的下式(9)。
[数式8]
b2-b2sin2θ＝c2+2acsinθ+a2sin2θ
(a2+b2)sin2θ+2acsinθ+c2＝0
[数式9]
这里，a＝V0cosγ-V1
b＝V0sinγ
c＝(V0-V1)/K
因此，为上述方式4中的“计算满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位θ”换而言之能够为“基于下式(9)计算相位θ”。当然，得到相位θ的算法并不限于上述式(9)，只要是满足上述式(1)、(2)、(3)的关系，可以采用其他的构成。
此外，如果考虑上述的相机的暗电流C等，能够尝试进一步提高测量精度。
方式5.如方式4所述的三维测量装置，其特点在于，设为γ＝180°。
根据上述方式5，成为在相位相差180°的2组第二光图案下进行两次拍摄。
在上述式(2)中，通过设为γ＝180°来导出下式(10)。
V1＝Asin(θ+180°)+B
＝-Asinθ+B……(10)
并且，能够根据上述式(1)、(10)导出下式(11)，当对偏移B求解该式时，能够导出下式(12)。
V0+V1＝2B……(11)
B＝(V0+V1)/2……(12)
并且，通过将上述式(12)代入到上述式(3)，能够导出下式(13)。
A＝KB
＝K(V0+V1)/2……(13)
另外，当针对“sinθ”整理上述式(1)时，如下式(1’)所示。
sinθ＝(V0-B)/A……(1’)
并且，通过对上述式(1’)代入上述式(12)、(13)，能够导出下式(14)。
sinθ＝{V0-(V0+V1)/2}/{K(V0+V1)/2}
＝(V0-V1)/K(V0+V1)……(14)
在这里，当针对相位θ求解上述式(14)时，能够导出下式(15)。
θ＝sin-1[(V0-V1)/K(V0+V1)]……(15)
即，相位θ能够通过已知的亮度值V0、V1以及常数K确定。
如此，根据上述方式5，能够基于比较简单的运算式求出相位θ，在进行被测量物的三维测量时，能够进一步提高处理的速度。
方式6.如方式4所述的三维测量装置，其特点在于，设为γ＝90°。
根据上述方式6，成为在相位相差90°的2组第二光图案下进行两次拍摄。
在上述式(2)中，通过设为γ＝90°，能够导出下式(16)。
V1＝Asin(θ+90°)+B
＝Acosθ+B……(16)
当针对“cosθ”整理上述式(16)时，如下式(17)所示。
cosθ＝(V1-B)/A……(17)
另外，当针对“sinθ”整理上述式(1)时，如上述那样，变为下式(1’)。
sinθ＝(V0-B)/A……(1’)
接着，当将上述式(1’)、(17)代入到下式(18)时，变为下式(19)，通过进一步对其进行整理，能够导出下式(20)。
sin2θ+cos2θ＝1……(18)
{(V0-B)/A}2+{(V1-B)/A}2＝1……(19)
(V0-B)2+(V1-B)2＝A2……(20)
并且，当对上述式(20)代入上述式(3)时，如下式(21)所示，通过进一步对其整理，能够导出下式(22)。
(V0-B)2+(V1-B)2＝K2B2……(21)
(2-K2)B2-2(V0+V1)B+V0 2V1 2＝0……(22)
在这里，当针对偏移B求解上述式(22)时，能够导出下式(23)。
[数式10]
这里，B＞0
即，偏移B能够通过已知的亮度值V0、V1以及常数K确定。
另外，当对下式(24)代入上述式(1’)、(17)时，变为下式(25)，通过进一步对其进行整理，能够导出下式(26)。
tanθ＝sinθ/cosθ……(24)
＝{(V0-B)/A}/{(V1-B)/A}……(25)
＝(V0-B)/(V1-B)……(26)
并且，当针对相位θ求解上述式(26)时，能够导出下式(27)。
θ＝tan-1{(V0-B)/(V1-B)}……(27)
即，相位θ通过使用上述式(23)，能够根据已知的亮度值V0、V1以及常数K确定。
如上所述，根据上述方式6，由于能够基于使用了“tan-1”的运算式求出相位θ，因此能够在-180°～180°的360°的范围内进行高度测量，能够使测量范围更大。
方式7.如方式1至6中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，包括存储单元，所述存储单元预先存储通过校准计算出的所述增益和偏移的关系。
例如，针对基准板照射相位变化为3组或者4组的光图案，基于在这些光图案下拍摄的3组或者4组图像数据，确定各像素的增益A以及偏移B，并根据上述式(3)预先决定常数K。由此，根据上述方式7，能够在各像素进行精度更好的高度测量。
方式8.如方式1至6中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，包括关系把握单元，所述关系把握单元基于通过所述第一预定数量次数的第一拍摄处理来获取的所述第一预定数量组的图像数据，把握所述增益与偏移的关系。
根据上述方式8，能够起到与上述方式7同样的作用效果。如上述那样，增益A与偏移B的关系(比例常数K)与光源的明亮度L、反射率R无关地，根据栅格的透过率G确定。因此，如果第一栅格和第二栅格是相同的，则第一照射单元涉及的增益与偏移的关系和第二照射单元涉及的增益与偏移的关系是相同的。通过对其进行利用，能够省略如上述方式7那样的校准的工时，能够进一步缩短测量时间。
方式9.如方式1至6中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，包括关系把握单元，所述关系把握单元基于通过所述第二预定数量次数的第二拍摄处理来获取的所述第二预定数量组的图像数据，把握所述增益和偏移的关系。
例如，使用上述式(12)等，对图像数据的所有像素求出偏移B，从其中提取出偏移B的值一致的像素的亮度值V，并生成其直方图。并且，根据该直方图决定亮度值的最大值VMAX和最小值VMIN。
如上述那样，亮度值的最大值VMAX与最小值VMIN的平均值成为偏移B，最大值VMAX和最小值VMIN的差的一半为增益A。基于此，能够根据上述式(3)决定常数K。由此，根据上述方式9，能够省略如上述方式7那样的校准的工时，能够进一步缩短测量时间。
方式10.如方式1至9中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，所述测量值取得单元关于通过所述第一光图案的照射能够测量的区域，获取所述第一测量单元的测量结果作为该区域所涉及的测量值，并且，关于通过该第一光图案的照射而难以测量的区域，获取另一方的第二光图案所涉及的第二测量单元的测量结果作为该区域所涉及的测量值。
第一拍摄处理的执行次数比第二拍摄处理的执行次数多，基于此，第一测量单元的测量结果的测量精度比第二测量单元的测量结果的测量精度高。在此基础上，根据上述方式10，主要使用测量精度高的第一测量单元的测量结果，另一方面，关于一部分的数据缺失部分，使用第二测量单元的测量结果，由此，能够获取在整体上测量精度高并且数据的缺失部分少的测量数据。
方式11.如方式1至10中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，被构成为：能够与所述第一拍摄处理的结束同时地开始该第一拍摄处理所涉及的所述第一栅格的移送或者切换处理，能够与所述第一栅格的移送或者切换处理的结束同时地开始所述第一拍摄处理，在所述第一栅格的移送或者切换处理的执行过程中，能够执行所述第二拍摄处理。
根据上述方式11，能够在最短时间结束预定的测量对象范围所涉及的所有的第一拍摄处理。另外，由于第二拍摄处理的执行次数比第一拍摄处理的执行次数少，因此通过设为在第一栅格的移送或者切换处理的执行过程中(第一拍摄处理与第一拍摄处理之间)执行第二拍摄处理的构成，在直到预定的测量对象范围涉及的所有的第一拍摄处理结束为止的期间，能够使所有的第二拍摄处理也结束。作为结果，能够进一步提高上述方式1等的作用效果，并能够进一步缩短测量时间。
方式12.如方式1至10中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，至少将所述第二栅格的移送或者切换处理与所述第一栅格的移送或者切换处理同时地进行。
在假设为在移送两照射单元中的一个照射单元的栅格等期间从另一照射单元照射光图案并进行拍摄的构成的情况下，受到通过致动器等移送栅格时的机械的振动、在对构成栅格的液晶快门等进行切换控制时可能发生的电噪声的影响，有可能产生测量误差等。
与此相对，根据本方式12，由于在第一拍摄处理的执行过程中不进行第二照射单元的第二栅格的移送等，因此能够抑制第一测量单元所涉及的测量精度的降低。
此外，在上述单元12的构成下，能够在第一照射单元的第一栅格的移送或者切换处理过程中进行第二拍摄处理，但如上述那样，由于基于第二测量单元的测量与基于第一测量单元的测量相比原本就测量精度低，因此，即使在发生了上述测量误差等的情况下，对测量结果产生的影响小于对第一测量单元的测量结果产生的影响。
特别是，在上述方式10、11的构成下，第二测量单元的测量结果成为补充第一测量单元的测量结果的、数据缺失部分的补充数据，因此，即使测量精度降低，对测量数据整体产生的影响是极小的。
方式13.如方式1至12中任一项所述的三维测量装置，其特点在于，所述被测量物是被印刷到印刷基板上的膏状焊料、或者被形成在晶片基板上的焊点。
根据上述方式13，能够进行印刷到印刷基板的膏状焊料、或者形成在晶片基板上的焊点的高度测量等。进而，在膏状焊料或者焊点的检查中，能够基于该测量值进行膏状焊料或者焊点的好坏判定。因此，在该检查中，起到上述各方式的作用效果，能够高精度地进行好坏判定。作为结果，能够提高焊料印刷检查装置或者焊点检查装置中的检查精度。
附图说明
图1是示意性地示出基板检查装置的简略立体图；
图2是示出基板检查装置的电构成的框图；
图3是用于说明相机以及照明装置的处理动作的时序图；
图4是示出光源的明亮度或者反射率与亮度值之间的关系的曲线图；
图5是示出增益和偏移的关系的曲线图；
图6是表示各数据区间所包含的亮度值的数的分布的分布表；
图7是表示各数据区间所包含的亮度值的数的分布的直方图；
图8是用于说明其他的实施方式中的相机以及照明装置的处理动作的时序图；
图9的(a)～(c)是用于说明相机的曝光以及数据传送所涉及的处理动作的时序图；
图10是用于说明以往的相机以及照明装置的处理动作的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图对一个实施方式进行说明。图1是示意性地示出具备本实施方式中的三维测量装置的基板检查装置1的简略构成图。如该图所示，基板检查装置1包括：载置台3，该用于载置台3载置印刷基板2，在该印刷基板2上印刷有作为被测量物的膏状焊料；两个照明装置(作为第一照射单元的第一照明装置4A以及作为第二照射单元的第二照明装置4B)，该两个照明装置用于针对印刷基板2的表面从斜上方照射预定的光图案；作为拍摄单元的相机5，该拍摄单元用于对印刷基板2上的光图案所照射的部分进行拍摄；以及控制装置6，该控制装置6用于实施基板检查装置1内的各种控制、图像处理、运算处理。
在载置台3设置有马达15、16，该马达15、16被控制装置6驱动控制，由此，使载置在载置台3上的印刷基板2向任意的方向(X轴方向以及Y轴方向)滑动。
第一照明装置4A包括发出预定的光的第一光源4Aa以及第一液晶栅格4Ab，所述第一液晶栅格4Ab形成用于将来自该第一光源4Aa的光转换成具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的第一光图案的第一栅格，第一照明装置4A能够对印刷基板2从斜上方照射多组(在本实施方式中每四分之一间隔)发生相位变化的条纹状的第一光图案。在这里，对第一液晶栅格4Ab中的栅格样式进行切换控制的机构相当于第一栅格控制单元。
同样地，第二照明装置4B包括发出预定的光的第二光源4Ba以及第二液晶栅格4Bb，该第二液晶栅格4Bb形成用于将来自该第二光源4Ba的光转换成具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的第二光图案的第二栅格，该第二照明装置4B能够对印刷基板2从斜上方照射多组(在本实施方式中每二分之一间隔)进行了相位变化的条纹状的第二光图案。在这里，对第二液晶栅格4Bb中的栅格样式进行切换控制的机构相当于第二栅格控制单元。
更详细而言，在各照明装置4A、4B中，从光源4Aa、4Ba发出的光通过光纤被引导至一对聚光透镜，在那里成为平行光。该平行光经由液晶栅格4Ab、4Bb被引导至投影镜头。然后，从投影镜头对印刷基板2照射条纹状的光图案。
液晶栅格4Ab、4Bb在一对透明基板间形成液晶层，并具有配置在一个透明基板上的共用电极以及以与其对置的方式并列设置在另一个透明基板上的多个的带状电极，通过驱动电路控制与各带状电极分别连接的开关元件(薄膜晶体管等)的接通/断开，由此对施加到各带状电极的电压进行控制，从而切换与各带状电极对应的各栅格线的透光率，形成由透光率高的“亮部”和透光率低的“暗部”构成的条纹状的栅格图案。并且，经由液晶栅格4Ab、4Bb照射到印刷基板2上的光通过因衍射作用而引起的模糊等成为具有正弦波状的光强度分布的光图案。
此外，在本实施方式中，各照明装置4A、4B被设定为各光图案以与矩形状的印刷基板2的一对边平行地沿X轴方向照射。即，光图案的条纹与X轴方向正交，并且，被与Y轴方向平行地照射。
另外，各照明装置4A、4B在沿着作为相机5的拍摄方向的、大致铅垂方向(Z轴方向)观察的俯视(X-Y平面)中配置在隔着印刷基板2而相对置的位置。在这里，配置有第一照明装置4A的位置相当于本实施方式中的第一位置，配置有第二照明装置4B的位置相当于第二位置。
相机5包括镜头、拍摄元件等。作为拍摄元件采用CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，互补金属氧化物半导体)传感器。当然，拍摄元件并不限于此，例如可以采用CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)传感器等。由相机5拍摄的图像数据在该相机5内部被转换成数字信号，以数字信号的形式被输入到控制装置6，并被存储在后述的图像数据存储装置24中。并且，控制装置6基于该图像数据实施如后述的图像处理、检查处理等。在这个意义上，控制装置6构成本实施方式中的图像处理单元。
接着，对控制装置6的电构成进行说明。如图2所示，控制装置6包括对基板检查装置1整体的控制进行管理的CPU以及输入输出接口21(以下，称为“CPU等21”)；作为包括键盘、鼠标或者触摸面板的“输入单元”的输入装置22；作为具有CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)或液晶等的显示画面的“显示单元”的显示装置23；用于存储由相机5拍摄的图像数据的图像数据存储装置24；用于存储各种运算结果的运算结果存储装置25；以及预先存储各种信息的设定数据存储装置26。此外，这些各装置22～26相对于CPU等21被电连接。
接着，对基于基板检查装置1的印刷基板2的检查步骤进行详细说明。首先，进行用于把握光图案的偏差(相位分布)的校准。
在液晶栅格4Ab、4Bb中，由于与各带状电极连接的各晶体管的特性(偏移、增益等)的偏差，在施加到上述各带状电极的电压也产生偏差，因此即使是相同的“亮部”或“暗部”，按照与各带状电极对应的各线中的每个，透光率(亮度水平)存在偏差。其结果是，照射到被测量物上的光图案也不会成为正弦波状的理想的光强度分布，有可能在三维测量结果上产生误差。
因此，进行预先把握光图案的偏差(相位分布)的、所谓的校准等。
作为校准的步骤，首先与印刷基板2不同地准备高度位置0、且构成平面的基准面。基准面为与作为测量对象的膏状焊料相同颜色。即，膏状焊料与光图案的反射率相等。
接着，向上述基准面照射光图案，并通过相机5对其进行拍摄，得到包含了各坐标的亮度值的图像数据。在本实施方式中，在进行校准时，使光图案的相位每次变化90°，获取在各光图案的下拍摄的4组图像数据。
并且，控制装置6根据上述4组图像数据计算各像素(坐标)上的光图案的相位θ，将其作为校准数据存储在设定数据存储装置26。
并且，在本实施方式中，针对第二液晶栅格4Bb，根据上述4组图像数据确定各像素上的光图案的增益A与偏移B、以及两者的关系，并将其作为校准数据存储在设定数据存储装置26。因此，设定数据存储装置26构成本实施方式中的存储单元。
在这里，对计算增益A与偏移B的步骤更详细地进行说明。4组图像数据的各像素上的亮度值(V0、V1、V2、V3)以及增益A与偏移B之间的关系能够通过下式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)表示。
[数式11]
V0＝Asinθ+B…(H1)
V1＝Asin(θ+90°)+B＝Acosθ+B…(H2)
V2＝Asin(θ+180°)+B＝-Asinθ+B…(H3)
V3＝Asin(θ+270°)+B＝-Acosθ+B…(H4)
并且，当将4组图像数据的亮度值(V0、V1、V2、V3)相加而将上述式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)式如下述[数式12]整理时，能够导出下式(H5)。
[数式12]
V0+V1+V2+V3＝(Asinθ+B)+(Acosθ+B)
+(-Asinθ+B)+(-Acosθ+B)
＝4B
B＝(V0+V1+V2+V3)/4…(H5)
另外，根据上述式(H1)、(H3)能够导出下式(H6)。
[数13]
根据V0-V2＝2Asinθ
sinθ＝(V0-V2)/2A…(H6)
另外，根据上述式(H2)、(H4)能够导出下式(H7)。
[数式14]
根据V1-V3＝2Acosθ
cosθ＝(V1-V3)/2A…(H7)
并且，如下述[数式15]所示，将上述式(H6)、(H7)代入到下式(H8)进行整理时，能够导出下式(H9)。
[数式15]
1＝sin2θ+cos2θ…(H8)
1＝{(V0-V2)/2A}2+{(V1-V3)/2A}2
4A2＝(V0-V2)2+(V1-V3)2
这里，A＞0
并且，基于根据上述式(H5)、(H9)导出的下式(H10)，计算增益A与偏移B的比例常数K。
[数式16]
并且，将如上述那样计算出的各像素上的光图案的增益A、偏移B以及比例常数K作为校准数据存储在设定数据存储装置26中。当然，可以设为仅将比例常数K作为校准数据进行存储的构成。
接着，参照图3的时序图，详细说明针对各检查区域中的每个进行的检查例程。该检查例程是由控制装置6(CPU等21)执行的。
控制装置6首先对马达15、16进行驱动控制来使印刷基板2移动，使相机5的视野与印刷基板2上的预定的检查区域(测量对象范围)相匹配。此外，检查区域是以相机5的视野的大小为一个单位而预先对印刷基板2的表面进行分割得到的区域中的一个区域。
接着，控制装置6对两个照明装置4A、4B的液晶栅格4Ab、4Bb进行切换控制，将形成于该两个液晶栅格4Ab、4Bb的第一栅格以及第二栅格的位置设定在预定的基准位置(相位“0°”的位置)。
一旦液晶栅格4Ab、4Bb的切换设定完成，则控制装置6在预定的时刻Ta1，在相位“0°”的第一光图案下开始第一次的第一拍摄处理。具体地，使第一照明装置4A的第一光源4Aa发光，开始第一光图案的照射，并对相机5进行驱动控制，开始对照射了该第一光图案的检查区域部分的拍摄。该第一拍摄处理的步骤在后述的第二次至第四次的第一拍摄处理中也是同样的。
然后，控制装置6在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Ta2，结束第一次的第一拍摄处理。即，结束第一光图案的照射，并结束该第一光图案所涉及的第一次的拍摄。在这里，相机5所拍摄的图像数据被传送到图像数据存储装置24并被存储(以下相同)。
同时，控制装置6在时刻Ta2开始第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab的切换处理。具体地，开始以下处理：将形成于第一液晶栅格4Ab的第一栅格的位置从基准位置(相位“0°”的位置)向第一光图案的相位偏移四分之一间隔的、相位“90°”的位置进行切换。
接着，控制装置6在第一液晶栅格4Ab的切换中途的时刻Ta3，在相位“0°”的第二光图案下开始第一次的第二拍摄处理。具体地，使第二照明装置4B的第二光源4Ba发光，开始第二光图案的照射，并且对相机5进行驱动控制，开始对照射了该第二光图的检查区域部分的拍摄。该第二拍摄处理的步骤即使在后述的第二次的第二拍摄处理中也是同样的。
然后，控制装置6在从拍摄开始经过了预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Ta4，结束第一次的第二拍摄处理。即，结束第二光图案的照射，并结束该第二光图案所涉及的第一次的拍摄。
接着，控制装置6在从第一液晶栅格4Ab的切换处理的开始(时刻Ta2)经过预定时间(在本实施方式中是20msec)后的时刻Ta5，结束该切换处理。
与第一液晶栅格4Ab的切换处理的完成同时地，控制装置6在时刻Ta5在相位“90°”的第一光图案下开始第二次的第一拍摄处理，在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Ta6结束第二次的第一拍摄处理。
与第二次的第一拍摄处理的结束同时地，控制装置6在时刻Ta6，开始两个照明装置4A、4B的液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理。具体地，开始以下处理：将形成在第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab的第一栅格的位置从相位“90°”的位置向第一光图案的相位偏移了四分之一间隔的、相位“180°”的位置切换。另外，开始以下处理：将形成在第二照明装置4B的第二液晶栅格4Bb的第二栅格的位置从基准位置(相位“0°”的位置)向第二光图案的相位偏移了二分之一间隔的、相位“180°”的位置切换。
与液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理的完成同时地，控制装置6在时刻Ta7，在相位“180°”的第一光图案下开始第三次的第一拍摄处理，在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Ta8，结束第三次的第一拍摄处理。
同时，控制装置6在时刻Ta8开始第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab的切换处理。具体地，开始以下处理：将形成于第一液晶栅格4Ab的第一栅格的位置从相位“180°”的位置向第一光图案的相位偏移了四分之一间隔的、相位“270°”的位置切换。
接着，控制装置6在第一液晶栅格4Ab的切换中途的时刻Ta9，在相位“180°”的第二光图案下开始第二次的第二拍摄处理。然后，控制装置6在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Ta10，结束第二次的第二拍摄处理。
接着，控制装置6在从第一液晶栅格4Ab的切换处理的开始(时刻Ta8)经过预定时间(在本实施方式中是20msec)后的时刻Ta11，结束该切换处理。
与第一液晶栅格4Ab的切换处理的完成同时地，控制装置6在时刻Ta12在相位“270°”的第一光图案下开始第四次的第一拍摄处理，并在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Ta12结束第四次的第一拍摄处理。
如此，通过进行上述一系列的拍摄处理，获取在相位变化成4组的第一光图案下拍摄的4个画面量的图像数据、以及在相位变化成2组的第二光图案下拍摄的2个画面量的图像数据，获取这样的合计6个画面量的图像数据。
然后，控制装置6首先执行第一测量处理，该第一测量处理基于在第一光图案下获取的4组图像数据通过相移法进行高度测量(三维测量)。通过执行该第一测量处理的功能，构成本实施方式中的第一测量单元。
详细地，控制装置6通过相移法根据上述4组图像数据(各像素的亮度值)计算各像素涉及的第一光图案的相位θ1。
在这里，上述4组图像数据的各像素所涉及的亮度值V10、V11、V12、V13能够通过下式(H1’)、(H2’)、(H3’)、(H4’)表示。
[数式17]
V10＝Asinθ1+B…(H1′)
V11＝Asin(θ1+90°)+B＝Acosθ1+B…(H2′)
V12＝Asin(θ1+180°)+B＝-Asinθ1+B…(H3′)
V13＝Asin(θ1+270°)+B＝-Acosθ1+B…(H4′)
这里，A：增益、B：偏移。
针对相位θ1求解上述式(H1’)、(H2’)、(H3’)、(H4’)时，能够导出下式(H11)。
[数式18]
θ1＝tan-1{(V10-V12)/(V11-V13)}··(H11)
接着，控制装置6对如上述那样计算出的各像素的相位θ1和存储在上述设定数据存储装置26的校准数据(基于校准的各像素的相位)进行比较，计算具有相同相位的像素的偏移量，并基于三角测量的原理计算检查区域的各像素(x，y)所涉及的高度数据(z)，将该高度数据(z)存储到运算结果存储装置25。
例如，在被测量像素(x，y)上的实际测量值(相位)是“10°”的情况下，检测该“10°”的值位于通过校准而存储的数据上的哪个位置。在这里，如果在被测量像素(x，y)的相邻3个像素处存在“10°”，则其表示光图案的条纹偏移了3个像素。并且，能够基于光图案的照射角度和光图案的条纹的偏移量，通过三角测量的原理求出被测量像素(x，y)的高度数据(z)。
不过，在通过上述第一测量处理而得到的测量数据中，对于未被充分照射第一光图案而难以通过该第一测量处理测量的区域(像素)，成为数据的缺失部分。
接着，控制装置6执行补充上述数据的缺失部分的处理。具体地，首先基于上述第一测量处理的测量结果，确定通过该第一测量处理难以测量的区域(数据的缺失部分)。接着，针对该区域，执行第二测量处理，该第二测量处理基于在第二光图案下获取的上述2组图像数据，通过相移法进行高度测量(三维测量)。通过执行该第二测量处理的功能构成本实施方式中的第二测量单元。
详细地，控制装置6通过相移法，基于上述2组图像数据(各像素的亮度值)和存储在上述设定数据存储装置26的校准数据(基于校准的各像素的比例常数K)，计算各像素所涉及的第二光图案的相位θ2。
在这里，在将上述2组图像数据的各像素所涉及的亮度值设为V20、V21的情况下，各像素所涉及的第二光图案的相位θ2能够基于上述数式(15)，通过下式(H12)表示。
θ2＝sin-1[(V20-V21)/K(V20+V21)]……(H12)
这里，K：比例常数。
接着，控制装置6与上述第一测量处理同样地，对如上述那样计算出的各像素的相位θ2和存储在上述设定数据存储装置26的校准数据(基于校准的各像素的相位)进行比较，计算出具有相同相位的像素的偏移量，并基于三角测量的原理计算检查区域的各像素(x，y)所涉及的高度数据(z)，将该高度数据(z)存储在运算结果存储装置25中。
然后，在上述第二测量处理的结束后，控制装置6进行合成处理，该合成处理对通过上述第一测量处理得到的测量数据(测量值)和通过第二测量处理得到的测量数据(测量值)进行合成。由此，通过第一测量处理得到的测量数据的数据缺失部分被补充后的、针对预定的检查区域全部区域的各像素没有遗漏的测量数据完成。因此，通过该合成处理，构成本实施方式中的测量值获取单元。
接着，控制装置6基于这样得到的预定的检查区域的测量数据，检测从基准面变高后的膏状焊料的印刷范围，并对该范围内的各部位的高度进行积分，由此计算被印刷的膏状焊料的量。
接着，控制装置6将如此求出的膏状焊料的位置、面积、高度或者量等数据与预先存储在设定数据存储装置26中的基准数据进行比较判断，通过该比较结果是否处于允许范围内，来判断在该检查区域中的膏状焊料的印刷状态的好坏。
在进行该处理的期间，控制装置6对马达15、16进行驱动控制而使印刷基板2向下一检查区域移动，之后，通过在所有的检查区域重复进行上述一系列的处理，印刷基板2整体的检查结束。
如以上详细叙述的那样，根据本实施方式，通过从两个方向照射光图案，能够避免光图案没有被照射到印刷基板2而产生影子的部分。并且，关于两个光图案中的、通过照射第一光图案而能够测量的区域，获取该第一光图案涉及的测量精度高的第一测量处理的测量结果作为该区域所涉及的测量值，另一方面，关于通过该第一光图案的照射而难以测量的区域，获取另一方的第二光图案所涉及的第二测量处理的测量结果作为该区域所涉及的测量值，由此能够获取作为整体测量精度高并且没有数据的缺失部分的测量数据。作为结果，能够实现测量精度的提高。
另外，在本实施方式中，在进行基于第二光图案的照射的测量时，利用通过预定的拍摄条件而确定的增益A与偏移B的关系〔例如A＝K(比例常数)×B〕、以及根据图像数据上的各像素(x，y)的亮度值V(x，y)确定的该像素(x，y)所涉及的增益A(x，y)或者偏移B(x，y)的值，由此能够基于在相位变换成2组的光图案下所拍摄的2组图像数据，通过相移法进行高度测量。
由此，在本实施方式中，针对预定的检查区域，由于在相位变化成4组的第一光图案下执行四次第一拍摄处理、在相位变化成2组的第二光图案下执行两次第二拍摄处理即可，拍摄次数合计为6次。因此，与针对各光图案各4次、合计需要8次拍摄的现有技术相比，整体的拍摄次数少即可完成，能够缩短拍摄时间。作为结果，能够以更短时间实现更高精度的测量。
并且，在本实施方式中为以下构成：在执行第一光图案下的一次的第一拍摄处理后，在第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab的切换处理的中途，能够执行在第二光图案下的一次的第二拍摄处理。
由此，能够缩短预定的检查区域所涉及的所有的拍摄处理(最后的拍摄处理)到结束为止所需要的时间。例如，在本实施方式中，到结束预定的检查区域涉及的所有的拍摄处理为止所需要的时间为〔第一拍摄处理所需要的时间[2ms]×4次〕+〔第一液晶栅格4Ab的切换处理所需要的时间[20ms]×3次〕＝合计[68msec]。
并且，在本实施方式中，至少在进行预定的检查区域所涉及的数据获取的期间(进行上述一系列的拍摄处理的期间)，印刷基板2被停止，相机5与印刷基板2之间的位置关系被固定。即，由于拍摄中的相机5与印刷基板2之间的位置关系不发生变化，因此能够防止检查区域的狭小化等。作为结果，如本实施方式那样，在设定多个检查区域的印刷基板2的测量中，能够实现测量时间的缩短。
〔第二实施方式〕
以下，参照附图对第二实施方式进行说明。此外，对于与第一实施方式相同构成部分标注相同符号，并省略其详细的说明。
在上述第一实施方式中，成为通过预先校准来求出各像素中的光图案的增益A与偏移B的关系(比例常数K)的构成，但取而代之，在第二实施方式中，成为以下构成：基于实际测量时拍摄的、在相位变化成所述2组的第二光图案下拍摄的2组图像数据求出第二光图案的增益A与偏移B的关系(比例常数K)。
作为其步骤，首先使用上述式(12)对图像数据的所有像素求出偏移B。接着，在其中提取出偏移B的值一致的像素的亮度值V(＝Asinθ+B)，生成其直方图。在图6、7的表中示出其一例。在这里，图6、7例示了将增益A设为“1”、将偏移B设为“0”的情况。图6是将亮度值V划分为“0.1”宽度的数据区间，并表示包含在该数据区间的亮度值的数的分布表，图7是将其进行标绘而得的直方图。
然后，基于该直方图决定亮度值的最大值VMAX和最小值VMIN。通过利用sinθ的特性，能够将在上述直方图中产生的两个峰值分别决定为亮度值的最大值VMAX和最小值VMIN。在图6、7所示的例子中，亮度值V落入“-1.0～-0.9”以及“0.9～1.0”的数据区间的亮度值V的个数分别为“51”，此处为两个峰值。
接着，基于亮度值的最大值VMAX和最小值VMIN计算增益A和偏移B。如上述那样，亮度值的最大值VMAX和最小值VMIN的平均值为偏移B，最大值VMAX和最小值VMIN的差的一半为增益A。即，如图7所示，两个峰值的中间值为偏移B，两个峰值的宽度的一半为增益A。
能够基于如此得到的增益A与偏移B的值决定比例常数K〔参照上述式(3)〕。因此，通过决定比例常数K的上述一系列的处理功能构成本实施方式中的关系把握单元。
根据本实施方式，起到与上述第一实施方式同样的作用效果。另外，能够省略如上述第一实施方式那样的校准的工时，能够实现进一步的测量时间的缩短。
此外，在本实施方式中，成为以下构成：基于在相位相差180°的2组第二光图案下拍摄的2组图像数据，对图像数据的所有像素求出比例常数K等，但不限于此，例如可以设为以下构成：基于在相位相差90°的2组第二光图案下拍摄的2组图像数据求出例常数K等。另外，可以设为以下构成：不是图像数据的所有像素，而是在被测量像素的周边等图像数据的一部分的范围中求出比例常数K等。
〔第3实施方式〕
以下，参照附图对第3实施方式进行说明。此外，对于与第一实施方式相同构成部分标注相同符号，并省略其详细的说明。
在本实施方式中，按照各检查区域进行的检查例程与上述第一实施方式不同。关于本实施方式所涉及的检查例程，参照图8的时序图进行详细地说明。
控制装置6首先对马达15、16进行驱动控制来使印刷基板2移动，使相机5的视野与印刷基板2上的预定的检查区域(测量对象范围)相匹配。
接着，控制装置6对两个照明装置4A、4B的液晶栅格4Ab、4Bb进行切换控制，将形成在该两个液晶栅格4Ab、4Bb的第一栅格以及第二栅格的位置设定为预定的基准位置(相位“0°”的位置)。
一旦液晶栅格4Ab、4Bb的切换设定完成，则控制装置6在预定的时刻Tb1在相位“0°”的第二光图案下开始第一次的第二拍摄处理，在经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Tb2结束第一次的第二拍摄处理。
与该第二拍摄处理的结束同时地，控制装置6在时刻Tb2在相位“0°”的第一光图案下开始第一次的第一拍摄处理，在经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Tb3结束第一次的第一拍摄处理。
与该第一拍摄处理的结束同时地，控制装置6在时刻Tb3，开始两个照明装置4A、4B的液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理。具体地，开始将在第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab形成的第一栅格的位置从基准位置(相位“0°”的位置)向第一光图案的相位偏移了四分之一间隔的、相位“90°”的位置切换的处理。另外，开始将在第二照明装置4B的第二液晶栅格4Bb形成的第二栅格的位置从基准位置(相位“0°”的位置)向第二光图案的相位偏移了二分之一间隔的、相位“180°”的位置切换的处理。
接着，控制装置6在从液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理的开始(时刻Tb3)经过预定时间(在本实施方式中是20msec)后的时刻Tb4，结束该切换处理。
与液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理的完成同时地，控制装置6在时刻Tb4在相位“90°”的第一光图案下开始第二次的第一拍摄处理，在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Tb5结束第二次的第一拍摄处理。
同时，控制装置6在时刻Tb5开始第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab的切换处理。具体地，将在第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab形成的第一栅格的位置从相位“90°”的位置向第一光图案的相位偏移了四分之一间隔的、相位“180°”的位置切换的处理。
接着，控制装置6在从第一液晶栅格4Ab的切换处理的开始(时刻Tb5)经过预定时间(在本实施方式中是20msec)后的时刻Tb6，结束该切换处理。
与第一液晶栅格4Ab的切换处理的完成同时地，控制装置6在时刻Tb6在相位“180°”的第一光图案下开始第三次的第一拍摄处理，在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Tb7结束第三次的第一拍摄处理。
同时，控制装置6在时刻Tb7，开始第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab的切换处理。具体地，开始将在第一照明装置4A的第一液晶栅格4Ab形成的第一栅格的位置从相位“180°”的位置向第一光图案的相位偏移了四分之一间隔的、相位“270°”的位置切换的处理。
接着，控制装置6在从第一液晶栅格4Ab的切换处理的开始(时刻Tb7)经过预定时间(在本实施方式中是20msec)后的时刻Tb8，结束该切换处理。
与第一液晶栅格4Ab的切换处理的完成同时地，控制装置6在时刻Tb8在相位“270°”的第一光图案下开始第四次的第一拍摄处理，在从拍摄开始经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Tb9结束第四次的第一拍摄处理。
与该第一拍摄处理的结束同时地，控制装置6在时刻Tb9在相位“180°”的第二光图案下开始第二次的第二拍摄处理，在经过预定时间(在本实施方式中是2msec)后的时刻Tb10结束第二次的第二拍摄处理。
如上所述，通过进行上述一系列的拍摄处理，获取在相位变化为4组的第一光图案下拍摄的4画面量的图像数据、以及在相位变化为2组的第二光图案下拍摄的2画面量的图像数据，获取这样的合计6画面量的图像数据。
如以上详细叙述的那样，根据本实施方式，与上述第一实施方式同样地，能够缩短直到预定的检查区域所涉及的所有的拍摄处理(最后的拍摄处理)结束为止需要的时间。例如，在本实施方式中，直到结束预定的检查区域所涉及的所有的拍摄处理为止所需要的时间为〔第一拍摄处理所需要的时间[2ms]×4次〕+〔第一液晶栅格4Ab的切换处理所需要的时间[20ms]×3次〕+〔第二拍摄处理所需要的时间[2ms]×2次〕＝合计[72msec]。
此外，不限于上述实施方式的记载内容，例如可以如下来实施。当然，也可以是在以下没有例示出的其他应用例、变更例。
(a)在上述实施方式中，将三维测量装置具体化为测量在印刷基板2上印刷形成的膏状焊料的高度的基板检查装置1，但并不限于此，例如也可以具体化为测量在基板上印刷的焊点、在基板上安装的电子部件等其他的物体的高度的构成。
(b)在上述实施方式中，为以下构成：通过液晶栅格4Ab、4Bb构成用于将来自光源4Aa、4Ba的光转换为条纹状的光图案的栅格，并且通过对其进行切换控制，使光图案的相位变化。并不限于此，例如可以为以下构成：通过压电致动器等移送单元移送栅格部件，使光图案的相位变化。
(c)在上述实施方式中，为以下构成：在第一测量处理中，基于在相位各相差90°的4组第一光图案下拍摄的4组图像数据，通过相移法进行三维测量，但并不限于此，例如可以为以下构成：基于在相位各相差120°的3组第一光图案下拍摄的3组图像数据进行三维测量。即，作为在第一光图案下的拍摄次数的“第一预定数量”只要至少是能够通过相移法执行三维测量的数目即可。
(d)在上述实施方式中，为以下构成：在第二测量处理中，基于在相位相差180°的2组光图案下拍摄的2组图像数据，进行三维测量。取而代之，可以为以下构成：例如基于在相位相差90°的2组光图案下拍摄的2组图像数据，进行三维测量。在该情况下，通过使用上述数式(23)、(27)，并利用2组图像数据上的各像素的亮度值V20、V21和已知的比例常数K，能够计算出各像素的第二光图案的相位θ2。
根据该构成，由于能够基于使用了“tan-1”运算式求出相位θ2，因此能够在-180°～180°的360°的范围内进行高度测量，能够使测量范围更大。
当然，除此之外只要满足上述式(1)、(2)、(3)的关系，也可以采用其他的构成。作为得到相位θ2的一般式子，作为一个例子举出了上述式(9)〔参照[数式9]〕。
(e)在上述实施方式中，为以下构成：在第二测量处理中，基于在相位不同的2组光图案下拍摄的2组图像数据进行三维测量，但是，在第二光图案下的拍摄次数并不限于此。即，作为在第二光图案下的拍摄次数的“第二预定数量”只要至少是比作为在第一光图案下的拍摄次数的“第一预定数量”少的数目就可以。例如，当通过第一光图案测量时，成为基于在4组相位的第一光图案下拍摄4组图像数据进行高度测量的构成的情况下，当通过第二光图案测量时，可以设为基于在3组相位的第二光图案下拍摄的3组图像数据、利用增益A与偏移B的关系(比例常数K)进行高度测量的构成。即使在该情况下，与以往相比，能够基于比较简单的运算式求出第二光图案的相位θ2，能够使处理快速。
(f)在上述第一实施方式中，为以下构成：基于在相位相差90°的4组光图案下拍摄的4组图像数据进行校准，但并不限于此，例如可以设为以下构成：基于在相位不同的3组光图案下拍摄的3组图像数据进行校准。
另外，可以为在进行校准时改变光源的亮度进行多次的构成。如果设为该构成，能够求出如下式(28)所示的相机5的暗电流(偏移)C。
A＝KB+C……(28)
这里，A：增益，B：偏移，C：相机的暗电流(偏移)，K：比例常数。
或者，可以构成为：增益A与偏移B的关系不作为式子而求出，而通过生成表示增益A与偏移B之间的关系的数表、表数据，能够根据增益A求出偏移B、或者根据偏移B求出增益A。
另外，代替校准，可以：利用在第一测量处理中使用的上述4组第一光图案下拍摄的4组图像数据，求出增益A与偏移B之间的关系(比例常数K)。因此，通过进行该处理的功能，构成本实施方式中的关系把握单元。
(g)第一拍摄处理以及第二拍摄处理的执行顺序、液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理的执行时刻等检查例程不限于上述第一实施方式(参照图3)、第三实施方式(参照图8)，能够根据第一拍摄处理、第二拍摄处理的执行次数等进行各种组合。
例如，在上述第一实施方式中为以下构成：在第一次的第二拍摄处理结束后，在经过预定时间后(例如11msec后)，同时开始两个液晶栅格4Ab、4Bb的切换处理，但并不限于此，例如，可以为以下构成：在与第二拍摄处理的结束同时地、或者经过预定时间后(例如4msec后)，单独开始第二液晶栅格4Bb的切换处理。即，可以为以下构成：第一液晶栅格4Ab的切换处理与第二液晶栅格4Bb的切换处理的一部重叠地进行，并且在第二液晶栅格4Bb的切换处理中进行第二次的第一拍摄处理。不过，从抑制第一测量处理的测量精度的降低的观点考虑，如上述第一实施方式那样，第二液晶栅格4Bb的切换处理与第一液晶栅格4Ab的切换处理同时进行是优选的。
(h)在上述实施方式中，为以下构成：主要使用测量精度高的第一测量处理的测量结果，另一方面，关于一部分的数据缺失部分，以第二测量处理的测量结果进行补充，由此，作为整体获取测量精度高并且数据的缺失部分少的测量数据，但并不限于此，可以为以下构成：主要使用第二测量处理的测量结果，另一方面，关于一部分的数据缺失部分，以第一测量处理的测量结果进行补充。
另外，在上述实施方式中，为仅针对通过第一测量处理难以测量的区域执行第二测量处理的构成，但并不限于此，可以为以下构成：在预定的检查区域中的、能够基于在第二光图案下获取的2组图像数据进行三维测量的全部区域中执行第二测量处理，并从那里提取出与通过第一测量处理难以测量的区域对应的数据。
(i)在上述实施方式中，对于相机5的拍摄处理仅记载为“拍摄”，但更详细而言，被分为相当于实质的拍摄的曝光处理和所拍摄的数据的传送处理。
因此，在作为相机5而使用一般的CCD相机等的情况下，由于在曝光过程中无法进行数据传送，因此在如上述第3实施方式那样连续地进行第一拍摄处理以及第二拍摄处理的情况下，如图9的(a)所示的例子那样，交替地重复曝光处理和数据传送处理。
与此相对，在作为相机5而使用CMOS相机或具有在数据传送过程中能曝光的功能的CCD相机等的情况下，由于能够将曝光处理和数据传送处理在一部分上重叠地进行，因此能够缩短拍摄时间，进而缩短测量时间。
具体地，在曝光时间比传送时间设定得短的情况下，如图9的(b)所示的例子那样，如果在通过第一的曝光获得的第一数据的传送过程中，在第二曝光尚未结束的最大限度的时刻，开始该第二曝光，则能够防止由于第一曝光而获取的数据消失，并极力缩短第一拍摄处理以及第二拍摄处理所需要的拍摄时间。
另一方面，在曝光时间比传送时间设定得长的情况下，如图9的(c)所示的例子那样，如果在第一曝光的结束之后马上开始第二曝光，则能够极力缩短在第一拍摄处理以及第二拍摄处理所需要的拍摄时间。
(j)在上述实施方式中，在沿着作为相机5的拍摄方向的、大致铅垂方向(Z轴方向)观察的俯视下(X-Y平面)，在隔着印刷基板2相对置的位置、以印刷基板2为中心俯视下等间隔地配置有照明装置4A、4B。不限于此，照明装置4A、4B的配置在避免产生未被照射各光图案的影子的部分的情况下能够根据印刷基板2的构成等任意地设定。
例如，在上述实施方式中，各光图案与矩形状的印刷基板2的一对边平行地沿X轴方向照射。即，为以下构成：光图案的条纹与X轴方向正交并且与Y轴方向平行地照射。并不限于此，例如可以为以下构成：光图案的条纹以相对于矩形状的印刷基板2、相机5的拍摄视野(检查区域)的各边倾斜(例如俯视倾斜45度)地交叉的方式被照射。
(k)在上述实施方式中，对于各光图案的周期(条纹间距)没有特别言及，但可以设为使各光图案的周期不同的构成。例如可以将第一光图案设为第一周期(例如600μm)的光图案，并将第二光图案设为比所述第一周期长的第二周期(例如800μm)的光图案。如果如此将周期短的第一光图案和周期长的第二光图案组合来进行测量，则能够得到以下两种效果：作为利用长周期的第二光图案的优点能够增大可测量的高度范围、作为利用周期短的第一光图案的优点能够实现分辨率高的高精度的测量。作为结果，能够以更广的动态范围进行高分辨率的测量，能够实现更高精度的测量。
在这里，不仅是一个种类一个方向，可以设为从多个方向照射同种(相同周期)光图案的构成。例如，可以设为以下构成：具有两组如上述实施方式那样相对置地配置的第一照明装置4A以及第二照明装置4B，将该四个照明装置4A、4B以印刷基板2为中心以90°间隔配置。
然而，在该构成中，有可能产生仅是照射第一光图案或者第二光图案某一个的区域。
对此，例如，可以设为以下构成：分别具有第一照明装置4A以及第二照明装置4B各两个，该第一照明装置4A以及第二照明装置4B以印刷基板2为中心以90°间隔交替地配置，即两个第一照明装置4A以相对置的方式被配置，两个第二照明装置4B以相对置的方式被配置。
根据该构成，能够极力减少产生只被照射第一光图案或者第二光图案的某一个的区域的比例。作为结果，能够进行更高精度的测量。
符号说明
1…基板检查装置，2…印刷基板，4A…第一照明装置，4Aa…第一光源，4Ab…第一液晶栅格，4B…第二照明装置，4Ba…第二光源，4Bb…第二液晶栅格，5…相机，6…控制装置，24…图像数据存储装置，25…运算结果存储装置，26…设定数据存储装置，A…增益，B…偏移，K…比例常数。

Claims (13)

1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：
第一照射单元，所述第一照射单元具有第一光源和第一栅格，所述第一光源发出预定的光，所述第一栅格将来自该第一光源的光转换为具有条纹状的光强度分布的第一光图案，所述第一照射单元能够从第一位置向被测量物照射该第一光图案；
第一栅格控制单元，所述第一栅格控制单元对所述第一栅格的移送或者切换进行控制，并使从所述第一照射单元照射的所述第一光图案的相位变化为第一预定数量组；
第二照射单元，所述第二照射单元具有第二光源和第二栅格，所述第二光源发出预定的光，所述第二栅格将来自该第二光源的光转换成具有条纹状的光强度分布的第二光图案，所述第二照射单元能够从与所述第一位置不同的第二位置向被测量物照射该第二光图案；
第二栅格控制单元，所述第二栅格控制单元对所述第二栅格的移送或者切换进行控制，并使从所述第二照射单元照射的所述第二光图案的相位变换为第二预定数量组，所述第二预定数量组比所述第一预定数量组少；
拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄来自照射了所述第一光图案或者第二光图案的所述被测量物的反射光；以及
图像处理单元，所述图像处理单元能够基于所述拍摄单元拍摄的图像数据，通过相移法执行所述被测量物的三维测量，
所述三维测量装置是以下的构成：在执行第一拍摄处理或第二拍摄处理中的一个拍摄处理之后，能够不等待该一个拍摄处理所涉及的所述第一栅格或者所述第二栅格的移送或者切换处理的完成，就执行两个所述拍摄处理中的另一个拍摄处理，所述第一拍摄处理是照射相位变化为所述第一预定数量组的所述第一光图案来进行的、所述第一预定数量次数的拍摄处理中的一次，所述第二拍摄处理是照射相位变化为所述第二预定数量组的所述第二光图案来进行的、所述第二预定数量次数的拍摄处理中的一次，
所述图像处理单元包括：
第一测量单元，所述第一测量单元能够基于通过所述第一预定数量次数的第一拍摄处理来获取的所述第一预定数量组的图像数据，执行所述被测量物的三维测量；
第二测量单元，所述第二测量单元能够基于通过所述第二预定数量次数的第二拍摄处理来获取的所述第二预定数量组的图像数据，利用通过预定的拍摄条件确定的增益和偏移的关系、以及根据所述图像数据上的各像素的亮度值确定的该像素所涉及的增益或者偏移的值，执行所述被测量物的三维测量；以及
测量值获取单元，关于通过两个所述光图案中的一个光图案的照射能够进行测量的区域，获取两个所述测量单元中的该一个光图案所涉及的测量单元的测量结果作为该区域涉及的测量值，并且关于通过该一个光图案的照射难以测量的区域，获取所述两光图案中的另一个图案所涉及的测量单元的测量结果作为该区域所涉及的测量值。
2.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，
所述增益与偏移的关系是所述增益与所述偏移彼此之间唯一确定的关系。
3.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，
所述增益与偏移的关系是所述增益与所述偏移成比例关系。
4.如权利要求1至3中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
在所述第二预定数量是2的情况下，
在将相位变化成2组的所述第二光图案的相对相位关系分别设为0、γ时的、2组图像数据的各像素的亮度值分别设为V0、V1时，
所述第二测量单元在进行三维测量时，
计算出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位θ，
V0＝Asinθ+B……(1)
V1＝Asin(θ+γ)+B……(2)
A＝KB……(3)
这里，γ≠0，A：增益，B：偏移，K：比例常数。
5.如权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于，
设为γ＝180°。
6.如权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于，
设为γ＝90°。
7.如权利要求1至6中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
包括存储单元，所述存储单元预先存储通过校准计算出的所述增益和偏移的关系。
8.如权利要求1至6中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
包括关系把握单元，所述关系把握单元基于通过所述第一预定数量次数的第一拍摄处理来获取的所述第一预定数量组的图像数据，把握所述增益与偏移的关系。
9.如权利要求1至6中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
包括关系把握单元，所述关系把握单元基于通过所述第二预定数量次数的第二拍摄处理来获取的所述第二预定数量组的图像数据，把握所述增益和偏移的关系。
10.如权利要求1至9中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
所述测量值取得单元关于通过所述第一光图案的照射能够测量的区域，获取所述第一测量单元的测量结果作为该区域所涉及的测量值，并且，关于通过该第一光图案的照射难以测量的区域，获取另一方的第二光图案所涉及的第二测量单元的测量结果作为该区域所涉及的测量值。
11.如权利要求1至10中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
被构成为：
能够与所述第一拍摄处理的结束同时地开始该第一拍摄处理所涉及的所述第一栅格的移送或者切换处理，
能够与所述第一栅格的移送或者切换处理的结束同时地开始所述第一拍摄处理，
在所述第一栅格的移送或者切换处理的执行过程中，能够执行所述第二拍摄处理。
12.如权利要求1至11中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
至少将所述第二栅格的移送或者切换处理与所述第一栅格的移送或者切换处理同时地进行。
13.如权利要求1至12中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，
所述被测量物是被印刷到印刷基板上的膏状焊料、或者被形成在晶片基板上的焊点。
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