以下、一実施形態について、図面を参照� ��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機1を模式的に示す概� �構成図である。同図に示すように、基板検� �機1は、検査対象たるクリームハンダの印刷� ��れてなるプリント基板Kを載置するためのコ ンベア2と、プリント基板Kの表面に対し斜め� ��方から所定の光パターンを照射するための� ��射手段3と、プリント基板K上の前記照射さ� �た領域を撮像するための撮像手段を構成す� �CCDカメラ4とを備えている。なお、本実施形� ��におけるクリームハンダCは、プリント基板 K上に設けられた銅箔からなる電極パターン� �に印刷形成されている。また、電極パター� �上にはハンダメッキが施されている。さら� �、検査に際し、前記コンベア2は、プリント� ��板Kとともに水平方向(X軸方向及びY軸方向)� �スライドさせられるようになっている。

 ここで、照射手段3についてより詳しく説 明する。照射手段3は、LEDからなる光源11と、 光源11から照射される光を集める集光レンズ1 2と、液晶透過装置13と、液晶透過装置13を透� ��した光パターンを投影する投影レンズ14と� �備えている。

 本実施形態において、前記照射手段3は、 位相シフト法用の光パターンと、空間コード 化法用の光パターンとを切換えて照射できる ようになっている。より詳しくは、位相シフ ト法用の光パターンとは、照度(輝度)が一定� ��周期で正弦波状に変化する縞状の光パター� ��である。当該正弦波状に変化する縞状の光� ��ターンは、位相シフト法用の照射に際し、4 分の1ピッチづつ位相が変化させられる。

 また、空間コード化法用の光パターンと� ��、各撮像回毎に、最小周期の光パターンに� ��して、各回で異なる整数値を乗算した周期� ��明・暗が反転するパターンである。より詳� ��くは、前記位相シフト法用の縞状の光パタ� ��ンの1周期分を最小周期として、1回目は、� �記1周期内に明・暗が1回ずつ含まれるよう反 転するストライプ状の光パターンが照射され 、2回目は、その2倍の周期で明・暗が1回ずつ 含まれるよう反転するストライプ状の光パタ ーンが照射される。3回目は、さらにその倍(� ��記最小周期の4倍)の周期で明・暗が1回ずつ� ��まれるよう反転するストライプ状の光パタ� ��ンが照射される。

 このような光パターンの照射を実現する� ��め、本実施形態では、液晶透過装置13とし� �、次のような構成が採用されている。すな� �ち、図2に示すように、液晶透過装置13は、� �晶スリット板21と、後述する制御装置7の液� �制御部72からのパターン信号をデコードして 、前記液晶スリット板21のスリットパターン� ��変化するデコーダ22とを含んで構成されて� �る。液晶スリット板21の一方の表面には、同 図縦方向に分割された複数のアノード側透明 電極25a,25b,25c,・・・・25hが設けられており(� �称するときには「25」と表記する。また、図 は、あくまでも便宜的なものであり、実際に は、アノード側透明電極は多数本設けられて いる。)、これらに対し、デコーダ22から個別 的に電圧が印加され電力が与えられる。液晶 スリット板21の他方の表面には、単一かつ共� ��のカソード側透明電極26が形成されており� �この電極26は接地されている。電極25、26間� �充填される液晶としては、電圧が印加され� �ことによって遮光性となるもの、或いは、� �過性となるもの、のうちいずれかが用いら� �る。

 次に、かかる液晶透過装置13の光制御パ� �ーンについて説明する。上記のとおり、液� �透過装置13によって位相シフト法用の光制御 パターンと、空間コード化法用の光制御パタ ーンとが切換えられるようになっている。位 相シフト法用の光制御パターンとしては、図 3の位相シフト(S1)~位相シフト(S4)の光制御パ� �ーン例に示すように、光の透過率が階段状� �変化し、略正弦波を描くように光を透過す� �よう構成されている。そして、位相シフト(S 1)から位相シフト(S4)の順に光制御パターンが 切換えられるのに伴って、位相が90゜(π/2)ず� ��ずらされる。これにより、照射手段3からは 、一定の周期で略正弦波状に変化する縞状の 光パターンが照射されるようになっており、 上記のように位相がずらされるようにして4� �の照射が行われ、各照射毎に位相シフト法� �の撮像が行われるようになっている。

 また、空間コード化法用の光制御パター� ��としては、図3の空間コード(C1)~空間コード( C3)の光制御パターン例に示すように、光の透 過率が「0(最小)」と「4(最大)」との間で交互 に光を透過するよう構成されている。そして 、空間コード(C1)は、上記のように、位相シ� �ト(S1)~(S4)の光透過パターンの1周期分を1周期 (最小周期)として、前記1周期内に明(透光)・� ��(遮蔽)が1回ずつ含まれるよう反転するスト� ��イプ状の光制御パターンとされる。また、� ��間コード(C2)は、その2倍の周期で明・暗が1� ��ずつ含まれるよう反転するストライプ状の� ��制御パターンとされる。さらに、空間コー� ��(C3)は、さらにその倍[空間コード(C1)の4倍]� �周期で明・暗が1回ずつ含まれるよう反転す� ��ストライプ状の光制御パターンとされる。

 本実施形態において、位相シフト法によ� ��計測に際しては、各測定ポイント毎に、4回 の撮像が行われるのであるが、空間コード化 法による計測に際しては、後述するように、 そのときどきのクリームハンダの概略高さ情 報に基づいて、空間コード化法用の光パター ンの照射に基づく撮像回数が決定され、決定 された撮像回数での撮像及び照射が実行され る。より詳しくは、クリームハンダの概略高 さ情報に基づき、クリームハンダ(計測対象� �)が例えば0μm~100μm(但し、100μmは含まない;以 下同様)の範囲内にあると判断された場合に� �、第1態様での計測が行われるようになって� ��る。また、計測対象部が例えば100μm~200μm(� �し、200μmは含まない;以下同様)の範囲内にあ ると判断された場合には、第2態様での計測� �行われるようになっている。さらに、計測� �象部が例えば200μm~400μmの範囲内にあると判� ��された場合には、第3態様での計測が行われ るようになっている。尚、本実施形態では、 説明の便宜上、クリームハンダ(計測対象部)� ��高さが400μmを超えるケースはないものとし� ��説明することとしている。

 そして、第1態様での計測が行われる場合 には、空間コード化法用の撮像回数はゼロ回 とされる。従って、この場合には、位相シフ ト法のみによる計測が行われる。

 また、第2態様での計測が行われる場合に は、空間コード化法用の撮像回数は2回とさ� �る。この場合には、最小周期の空間コード(C 1)と、その2倍の周期の空間コード(C2)の光制� �パターンでの照射が行われる。

 さらに、第3態様での測定が行われる場合 には、空間コード化法用の撮像回数は3回と� �れる。この場合には、最小周期の空間コー� �(C1)と、その2倍の周期の空間コード(C2)と、� �らにその2倍の周期の空間コード(C3)の光制御 パターンでの照射が行われる。

 また、図1に示すように、前記照射手段3� �CCDカメラ4、コンベア2等を駆動制御するとと もに、CCDカメラ4により撮像された撮像デー� �に基づき種々の演算(計測)、及び、検査を実 行するための制御装置7が設けられている。� �なわち、プリント基板Kがコンベヤ2上の所定 位置に配置されると、制御装置7は、まず図� �しないモータ等を駆動制御して所定の位置� �移動させ、プリント基板Kを初期位置に移動� ��せる。この初期位置は、例えばCCDカメラ4の 視野の大きさを1単位としてプリント基板Kの� ��面を予め分割しておいた中の1つの位置であ る。また、制御装置7は、照射手段3を駆動制� ��して光パターンの照射を開始させると共に� ��位相シフト法用の光パターンを、位相を4分 の1ピッチずつシフトさせて4種類の照射を順� ��切換制御する。また、これとともに、必要� ��応じて空間コード化法用の光パターンの照� ��を実行する。さらに、このようにして光パ� ��ーンの照射が行われている間に、制御装置7 はCCDカメラ4を駆動制御して、これら各照射� �とに検査エリア部分を撮像し、それぞれ必� �な画像データ(位相シフト法用の画像データ� ��び空間コード化法用の画像データ)を得る。

 制御装置7は画像メモリを備えており、各 画像データを順次記憶する。当該記憶した画 像データに基づいて、制御装置7は各種画像� �理を行う。かかる画像処理が行われている� �に、制御装置7は、モータを駆動制御してコ� ��ベア2(プリント基板K)を次の検査エリアへと 移動せしめる。制御装置7は、ここでの画像� �ータについても画像メモリへ格納する。一� �、画像メモリでの画像処理が一旦終了した� �合、すでに画像メモリには次の画像データ� �記憶されているので、速やかに制御装置7は� ��の画像処理を行うことができる。つまり、� ��査は、一方で次なる検査エリア(n+1番目)へ� �移動及び画像入力を行い、他方ではn番目の� ��像処理及び計測・判定を行う。以降、全て� ��検査エリアでの検査が完了するまで、交互� ��同様の上記並行処理が繰り返し行われる。� ��のように、本実施形態の基板検査装置1にお いては、制御装置7の制御により検査エリア� �移動しながら、順次画像処理を行うことに� �り、プリント基板K上のクリームハンダの高� ��計測を含む三次元計測を行い、クリームハ� ��ダの印刷状態を高速かつ確実に検査するこ� ��ができるようになっている。

 上記のような制御を実現するべく、制御� ��置7は、メイン制御部71、液晶制御部72、光� �制御部73、及び、撮像制御手段としてのカメ ラ制御部74を具備している。液晶制御部72は� �上述した液晶透過装置13の光制御パターンを 主として制御する。また、光源制御部73は、� ��源11の点灯、消灯等を主として制御する。� �らに、カメラ制御部74は、上述のとおり、CCD カメラ4による検査エリア部分の撮像を制御� �る。また、カメラ制御部74は、撮像の実行以 外にも、プリント基板Kの設計データ、製造� �ータ等に基づき、クリームハンダの概略高� �情報を取得(読み取り)可能に構成されている 。そして、当該概略高さ情報に基づき、カメ ラ制御部74では、上記のとおり、空間コード� ��法用の光パターンの照射に基づくCCDカメラ4 による撮像回数が決定されるようになってい る。

 本実施形態では、上記概略高さ情報とし� ��、プリント基板Kのライブラリデータが取得 される(読み込まれる)ことに基づき、クリー� ��ハンダ(各計測対象部)のおおよその高さが� �られるようになっている。勿論、プリント� �板Kの設計データ、製造データとしては、ラ� ��ブラリデータに限られるものではなく、CAD� ��ータや、実装データ、或いは部品データ、� ��び、これらのうちの任意の組み合わせを採� ��することとしてもよい。

 さらに、メイン制御部71は、各制御部72~74 の各種制御を主として司るとともに、コンベ ア2を制御したり、撮像により得られた画像� �ータに基づき、画像処理及び計測(位相シフ� ��法による計測、空間コード化法による計測) ・判定を行ったりする。すなわち、メイン制 御部71は、本発明における第1演算手段、及び 、第2演算手段としても機能する。

 次に、メイン制御部71をはじめとする制� �装置7にて実行される三次元計測(基板検査)� �処理内容を、図4のフローチャートに基づい� ��説明する。図4は、所定検査エリアにおける 基板検査の処理内容の一例を示している。制 御装置7では、ステップS101において、該当す� ��プリント基板Kのライブラリデータを読み込 む。続くステップS102において、クリームハ� �ダ(計測対象部)のおおよその高さを得る。

 そして、得られた計測対象部のおおよそ� ��高さが0μm~100μmの範囲内にある場合には、� �テップS103に移行し、第1態様での計測を実行 する。第1態様での計測に際しては、図5に示� ��ように、空間コード化法用の撮像回数はゼ� ��回とされる。従って、この場合には、位相� ��フト法のみによる計測が行われる。すなわ� ��、上述した位相シフト(S1)~位相シフト(S4)の� ��制御パターンに基づいて、図5に示すような 位相シフト法(IS1)~位相シフト法(IS4)の4回の光 パターンの照射が行われ、各照射毎に位相シ フト法用の撮像が行われる。そして、背景技 術においても説明した公知の位相シフト法に よって、当該位相シフト法のみに基づいた、 計測対象部の高さ計測が行われる。

 また、得られた計測対象部のおおよその� ��さが100μm~200μmの範囲内にある場合には、ス テップS104に移行し、第2態様での計測を実行� ��る。第2態様での計測に際しては、空間コー ド化法用の撮像回数は2回とされる。この場� �には、最小周期の空間コード(C1)と、その2倍 の周期の空間コード(C2)の光制御パターンで� �照射が行われる。すなわち、図6に示すよう� ��空間コード化法(KC1)、空間コード化法(KC2)の 2回の光パターンの照射が行われ、各照射毎� �空間コード化法用の撮像が行われる。また� �当該撮像とは別に、位相シフト法(IS1)~位相� �フト法(IS4)の4回の光パターンの照射が行わ� �、各照射毎に位相シフト法用の撮像が行わ� �る。そして、先ずは空間コード化法に基づ� �て、計測対象部の空間コード番号が特定さ� �る。これにより位相シフト法の縞次数が特� �される。また、特定された縞次数に基づい� �、位相シフト法によって計測対象部の高さ� �測が行われる。

 また、得られた計測対象部のおおよその� ��さが200μm~400μmの範囲内にある場合には、ス テップS105に移行し、第3態様での計測を実行� ��る。第3態様での計測に際しては、空間コー ド化法用の撮像回数は3回とされる。この場� �には、最小周期の空間コード(C1)と、その2倍 の周期の空間コード(C2)と、さらにその倍の� �期の空間コード(C3)の光制御パターンでの照� ��が行われる。すなわち、図7に示すような空 間コード化法(KC1)、空間コード化法(KC2)及び� �間コード化法(KC3)の3回の光パターンの照射� �行われ、各照射毎に空間コード化法用の撮� �が行われる。また、当該撮像とは別に、位� �シフト法(IS1)~位相シフト法(IS4)の4回の光パ� �ーンの照射が行われ、各照射毎に位相シフ� �法用の撮像が行われる。そして、先ずは空� �コード化法に基づいて、計測対象部の空間� �ード番号が特定される。これにより位相シ� �ト法の縞次数が特定される。また、特定さ� �た縞次数に基づいて、位相シフト法によっ� �計測対象部の高さ計測が行われる。

 さて、上記ステップS103,104,105から移行し� ��、ステップS106においては、計測結果を判定 する。すなわち、前記各ステップS103~105での� ��測対象部の高さが予め定められた許容範囲� ��にあるか否かを判定する。そして、続くス� ��ップS107において、その判定結果を外部に出 力してその後の処理を一旦終了する。より詳 しくは、計測対象部の高さが予め定められた 許容範囲内にある場合には、OK(良)である旨� �出力し、計測対象部の高さが許容範囲内に� �い場合には、不良であるものとして、警告� �を発したり、一旦検査機の動作を停止した� �、モニタにその旨の表示を行ったりして、� �業者等に報知を促す。

 ここで、より具体的な事例を図8に基づい て説明する。上述のとおり、最終的な計測対 象部の高さは、位相シフト法により得られる 位相角θによって求められる。例えば、図8に 示すように、位相シフト法における正弦波の 1周期分が100μmに対応し、かつ、位相シフト� �により得られる位相角θが90゜であったとす� ��。すると、同図より、候補となる高さは、� ��25μm」、「125μm」、「225μm」、・・・とな� �。ここで、ライブラリデータによる計測対� �部のおおよその高さが100μm~200μmの範囲内に� ��ると推定された場合には、第2態様での計測 が行われる。つまり、この場合には、空間コ ード化法用の撮像回数は2回とされる[空間コ� ��ド化法(KC1)、空間コード化法(KC2)の2回の光� �ターンの照射が行われ、各照射毎に空間コ� �ド化法用の撮像が行われる]。そして、空間� ��ード化法で求められた空間コード番号が「0 」であれば(縞次数が0であれば)、実際の高さ は「25μm」であるとされ、空間コード番号が� ��2」であれば(縞次数が1であれば)、実際の高 さは「125μm」であるとされる。

 また、上記事例において位相シフト法に� ��り得られる位相角θが180゜であったとする� �すると、同図より、候補となる高さは、「50 μm」、「150μm」、「250μm」、・・・となる。 ここで、ライブラリデータによる計測対象部 のおおよその高さが100μm~200μmの範囲内にあ� �と推定された場合には、上記同様第2態様で� ��計測が行われ、空間コード化法用の撮像回� ��は2回とされる。そして、空間コード化法で 求められた空間コード番号が「0」又は「1」� ��あれば(縞次数が0又は2であれば)、実際の高 さは「50μm」であるとされ、空間コード番号� ��「2」又は「3」であれば(縞次数が1であれば )、実際の高さは「150μm」であるとされる。

 さらに、別の事例について説明する。例� ��ば、図9に示すように、位相シフト法におけ る正弦波の1周期分が100μmに対応し、かつ、� �相シフト法により得られる位相角θが270゜で あったとする。すると、同図より、候補とな る高さは、「75μm」、「175μm」、「275μm」、� ��375μm」・・・となる。ここで、ライブラリ� ��ータによる計測対象部のおおよその高さが2 00μm~400μmの範囲内にあると推定された場合に は、第3態様での計測が行われる。つまり、� �の場合には、空間コード化法用の撮像回数� �3回とされる[空間コード化法(KC1)、空間コー� ��化法(KC2)、空間コード化法(KC3)の3回の光パ� �ーンの照射が行われ、各照射毎に空間コー� �化法用の撮像が行われる]。そして、空間コ� ��ド化法で求められた空間コード番号が「1」 であれば(縞次数が0であれば)、実際の高さは 「75μm」であるとされ、空間コード番号が「3 」であれば(縞次数が1であれば)、実際の高さ は「175μm」であるとされ、空間コード番号が 「5」であれば(縞次数が2であれば)、実際の� �さは「275μm」であるとされ、空間コード番� �が「7」であれば(縞次数が3であれば)、実際� ��高さは「375μm」であるとされる。

 以上詳述したように、本実施形態によれ� ��、最終的には、位相シフト法により計測対� ��部の高さが計測されるのであるが、これに� ��だって、空間コード化法によって、計測対� ��部に対応する縞(縞次数)に相当する空間コ� �ド番号が、特定される。すなわち、縞次数� �特定された上で、計測対象部の高さが計測� �れる。そのため、空間コード化法のメリッ� �たる測定可能な高さレンジを大きくできる� �と、及び、位相シフト法のメリットたる高� �度な計測を実現することができること、の� �方の効果が奏される。

 また、本実施形態では、単に位相シフト� ��と空間コード化法とを組み合わせるという� ��術思想にとどまらず、ライブラリデータを� ��み込みんで、計測対象部のおおよその高さ� ��得ることとし、それによって、空間コード� ��法用の撮像回数を決定することとしている� ��より詳しくは、計測対象部のおおよその高� ��が0μm~100μmの範囲内にある場合には、第1態� ��(位相シフト法のみ)での計測を実行し、計� �対象部のおおよその高さが100μm~200μmの範囲� ��にある場合には、第2態様(位相シフト法+空� ��コード化法用の2回の撮像)での計測を実行� �、計測対象部のおおよその高さが200μm~400μm� ��範囲内にある場合には、第3態様(位相シフ� �法+空間コード化法用の3回の撮像)での計測� �実行することとした。このように、計測対� �部の高さがそれほど高くない場合には、空� �コード化法用の光パターンの照射に基づく� �像手段による撮像回数を、より少ないもの� �することができる。一方、計測対象部の高� �が高い場合には、空間コード化法用の光パ� �ーンの照射に基づく撮像手段による撮像回� �をそれに応じて多くすることで、高さレン� �に対応して、空間コード番号(位相シフト法� ��おける縞次数)を的確に特定することができ る。すなわち、そのときどきに取得される計 測対象部の高さ情報等に応じた最小限の最適 な撮像回数を決定することができ、ひいては 、総合的にも最小限の撮像回数で精度の高い 三次元計測を実現できる。結果として、計測 効率の向上を実現することができる。

 特に、本実施形態では、計測対象部のお� ��よその高さが0μm~100μmの範囲内にある場合� �は、空間コード化法用の光パターンの照射� �基づく撮像回数をゼロ回とし、位相シフト� �のみによって計測対象部の高さを計測する� �ととした。従って、より一層の計測効率の� �上を図ることができる。

 一方で、計測対象部のおおよその高さが1 00μm以上の場合には、空間コード化法用の互� ��に異なる光パターンの照射に基づく撮像回� ��を2回以上とすることとしている。このよう に、2回以上撮像されることで空間コード化� �用の画像データが2つ以上存在することとな� ��。これにより、位相シフト法のみでは複数� ��高さ候補が存在する場合でも、位相シフト� ��における縞次数をより的確に特定すること� ��でき、ひいては正確な計測を実現すること� ��できる。

 また、本実施形態では、単一の照射手段3 、単一のCCDカメラ4を用いることとしている� �換言すれば、位相シフト法用と空間コード� �法用とで異なる照射手段、撮像手段を用い� �くても済む。そのため、省スペース化を図� �ことができるとともに、コストの増大抑制� �図ることができる。また、本実施形態では� �照明手段3として、液晶スリット板21を有す� �液晶透過装置13を用いることで、位相シフト 法用の照射にも空間コード化法用の照射にも 対応することができる。そのため、上記作用 効果がより確実に奏される。

 なお、上述した実施の形態の記載内容に� ��定されることなく、例えば次のように実施� ��てもよい。

 (a)上記実施形態では、クリームハンダ(計 測対象部)の高さが400μmを超えるケースはな� �ものとして説明することとしている。これ� �対し、空間コード化法用の撮像回数をさら� �増大することで、400μmを超える場合であっ� �も、計測可能である。すなわち、上記実施� �態では、空間コード化法用の撮像回数の上� �が3回となっているが、4回以上撮像すること としても差し支えない。

 (b)上記実施形態では、特に言及していな� ��が、空間コード化法においては、明・暗の� ��界を特定することが重要となっている。そ� ��で、液晶透過装置13による光制御パターン� �明・暗を逆転させた光パターンを別途照射� �ることとしてもよい。このようにして第1の� ��ターン光と、その第1パターン光の照射領域 と陰の領域とを反転した第2パターン光とを� �射し、撮像するのである。図10に、第1パタ� �ン光を照射して得られる画像情報の一部を� �号Laで示し、第2パターン光を照射して得ら� �る画像情報の一部を符号Lbで示す。第1パタ� �ン光によって得られる画像情報Laの透光領域 に対応する照射領域の部分La1は、第2パター� �光を用いたときの画像情報Lbの遮光領域に対 応する部分Lb1となる。これらの画像情報La,Lb� ��明るさ、すなわち光強度が互いに交わる点� ��、明・暗の境界とすることで、光源11から� �光にムラが生じたり、外乱要因が存在した� �しても、それに影響されることなく、正確� �明・暗の境界を特定することができる。ひ� �ては、空間コード化法におけるより正確な� �算を実現することができる。

 (c)上記実施形態では、位相シフト法によ� ��撮像回数を4回としているが、撮像回数を3� �としてもよい(特開2002-81924号公報等参照)。

 (d)上記実施形態では、最小周期を100μmと� ��て計測することとしているが、これはあく� ��でも例示であって、かかる数値に拘泥され� ��ものではない。

 (e)上記実施形態では、クリームハンダを� ��測対象しているが、他の計測対象を計測す� ��こととしてもよい、他の計測対象としては� ��例えば、ハンダバンプ、電子部品等が挙げ� ��れる。

 (f)上記実施形態では、計測された高さが1 回でも範囲を逸脱する場合には、不良と判定 することとしたが、判定基準については何ら 限定されるものではない。例えば、複数エリ アにおいて逸脱する場合に不良と判定するこ ととしてもよいし、クリームハンダ全体の体 積が所定値以下の場合に不良と判定すること としてもよい。