(57)【要約】【課題】計測対象物の三次元形状を計測するに際し、計測に要する時間の短縮を図るとともに、計測精度の向上を図ることの可能な三次元計測装置を提供する。【解決手段】印刷状態検査装置１は、基準面に対して照明装置３により斜め上方から複数の光成分パターンを照射し、ＣＣＤカメラ４により撮像された画像から、位置座標毎の輝度を得る。そして、制御装置７は、各位置座標と光成分パターンの輝度の相互関係値とを対応させて基準テーブルに記憶する。さらに、クリームハンダＨの印刷されてなるプリント基板Ｋに対して、同様の光成分パターンを照射するとともに、計測位置座標における輝度の相互関係値を求める。計測位置座標における輝度の相互関係値から基準テーブルを参照し、基準面において輝度の相互関係値が同一の基準位置座標を取得する。基準位置座標及び計測位置座標に基づき、クリームハンダＨの高さを三角測量の原理により演算する。【選択図】      図１
2005337943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも計測対象物及び基準面に対し、位置により異なる光強度分布を有する光成分パターンを照射可能な照射手段と、
前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段にて、前記基準面からの反射光を撮像して得られた位置座標毎の輝度に関するデータと、
前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータとに基づき、
前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を求めることで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
少なくとも計測対象物及び基準面に対し、位置により異なる光強度分布を有する光成分パターンを照射可能な照射手段と、
前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段にて前記基準面からの反射光を撮像して得られた輝度に関するデータを位置座標毎に記憶するとともに、
前記撮像手段にて前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータを、前記基準面に関して記憶された前記輝度に関するデータと比較することで、
前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を選択決定し、
前記計測位置座標及び前記基準位置座標に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項３】
少なくとも計測対象物及び基準面に対し、位置により異なる光強度分布を有する少なくとも２つの光成分パターンを照射可能な照射手段と、
前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分パターン毎に撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段にて前記基準面からの反射光を撮像して得られた少なくとも１通りの輝度に関するデータを位置座標毎に記憶するとともに、
前記撮像手段にて前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータを、前記基準面に関して記憶された前記輝度に関するデータと比較することで、
前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を選択決定し、
前記計測位置座標及び前記基準位置座標に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項４】
少なくとも計測対象物及び基準面に対し、互いに異なる波長成分を有するとともに、位置により異なる光強度分布を有する少なくとも２つの光成分パターンを照射可能な照射手段と、
前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分毎に分離して撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段にて、前記基準面からの反射光を撮像して得られた位置座標毎の少なくとも１通りの輝度に関するデータと、
前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータとに基づき、
前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を求めることで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項５】
少なくとも計測対象物及び基準面に対し、互いに異なる波長成分を有するとともに、位置により異なる光強度分布を有する少なくとも２つの光成分パターンを照射可能な照射手段と、
前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分毎に分離して撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段にて前記基準面からの反射光を撮像して得られた少なくとも１通りの輝度に関するデータを位置座標毎に記憶するとともに、
前記撮像手段にて前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータを、前記基準面に関して記憶された前記輝度に関するデータと比較することで、
前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を選択決定し、
前記計測位置座標及び前記基準位置座標に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項６】
前記互いに異なる波長成分を有する光成分パターンは、赤色、緑色、青色、赤外線、紫外線のうちのいずれかであることを特徴とする請求項４または５に記載の三次元計測装置。
【請求項７】
前記輝度に関するデータは、少なくとも２通りの光成分パターンの輝度に基づき所定の四則演算により求められる光成分パターンの輝度の相互関係値であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項８】
前記相互関係値は、異なる光成分パターンの輝度の比であることを特徴とする請求項７に記載の三次元計測装置。
【請求項９】
前記演算手段は、少なくとも撮像手段にて得られる可能性のある前記各光成分パターンの各輝度と、前記相互関係値とを対応させた輝度相互関係テーブルを備えることを特徴とする請求項７または８に記載の三次元計測装置。
【請求項１０】
前記演算手段は、所定の基準テーブルに、前記各位置座標と、前記基準面から得られた前記相互関係値とを対応させて記憶し、
少なくとも前記計測位置座標を撮像して得られる可能性のある前記各光成分パターンの各輝度から前記基準テーブルの相互関係値に関するデータを参照可能な参照テーブルを備えるとともに、
前記計測位置座標における輝度に基づき、前記参照テーブル及び前記基準テーブルを順に参照することで、前記基準位置座標を取得することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１１】
前記光成分パターンは、縞状の光強度分布を有するとともに、
複数の前記光成分パターンを照射する場合には、前記各光成分パターンの前記光強度分布の位相が互いに異なっていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１２】
前記演算手段は、所定の基準テーブルに、前記各位置座標と、前記基準面から得られた輝度に関するデータとを対応させて記憶するとともに、
前記計測位置座標における輝度に関するデータに基づき、前記基準テーブルを参照することで前記基準位置座標を取得することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１３】
前記所定の基準テーブルは、前記輝度に関するデータの値をインデックスとし、前記データの値毎に位置座標を格納するものであることを特徴とする請求項１２に記載の三次元計測装置。
【請求項１４】
前記演算手段は、前記基準面と前記計測対象物との色合いの違い等による反射率の影響を補正するために、前記基準面及び前記計測対象物から得られた光成分毎の輝度に基づき、前記計測位置座標における輝度に関するデータを補正したうえで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１５】
前記照射手段は、前記計測対象物に対して、少なくとも前記輝度に関するデータを得るための前記光成分パターンの波長成分を全て含む全照射可能であり、
前記撮像手段は、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分毎に分離して撮像可能であるとともに、
前記演算手段は、前記基準面と前記計測対象物との色合いの違い等による反射率の影響を補正するために、前記計測対象物に対して全照射した際の反射光を撮像して得られる輝度に基づき、前記計測位置座標における輝度に関するデータを補正したうえで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１６】
前記照射手段は、光源からの光を、所定の波長成分について位置により異なる遮光率で遮るとともに、残りの波長成分について全面的に透光を許容するフィルタを用いて、互いに異なる波長成分を有する光成分パターンを同時に照射可能なフィルタ機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１７】
前記照射手段は、光源からの光を、互いに異なる波長成分を有し、位置により光強度分布の異なる光成分パターンに一旦分離した上で合成して照射可能な液晶プロジェクタ機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１８】
前記計測対象物がプリント基板上に印刷されたクリームハンダであり、該クリームハンダの少なくとも高さ、体積、形状または面積から印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１９】
前記計測対象物がプリント基板上に設けられたハンダバンプであり、該ハンダバンプの少なくとも高さ、体積、形状または面積からハンダバンプの形状の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の三次元計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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ハンダが印刷される。次に、該クリームハンダ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ハンダ付けが行われる。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ハンダ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。
【０００３】
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、中でも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（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記技術における三次元計測装置においては、光源と正弦波パターンのフィルタとの組み合わせからなる照射手段により、縞状の光強度分布を有する光成分パターンを測定物体（この場合プリント基板）に照射する。そして、基板上の点を真上に配置したＣＣＤカメラを用いて観測する。この場合、画面上の点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。
【０００５】
Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ
［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により与えられる位相］
このとき、光成分パターンを移動させて、位相を４段階（φ、φ＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて位置情報θを求める。
【０００６】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２）｝
この位置情報θを用いて、プリント基板（クリームハンダ）上の点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ、もってクリームハンダの三次元形状、特に高さが計測される。
【特許文献１】特許第２７１１０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、実際に照射される光成分パターンの光強度分布を理想的な正弦波にさせることは、極めて困難である。すなわち、実際の光成分パターンの光強度分布は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、崩れてしまうおそれがある。このような崩れた光成分パターンを照射する場合であっても、上記技術においては高さの演算を行う際に、各光成分パターンの光強度分布を理想的な正弦波とみなして計算するため、得られる高さに誤差が生じてしまうおそれがある。
【０００８】
また、実際には各光成分パターンの位相を正確にπ／２ずつ変化させられないおそれもある。この場合には、前記位置情報θを求める計算式が非常に複雑となる。このため、計測処理に時間が掛かってしまうといった問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、計測対象物の三次元形状を計測するに際し、計測に要する時間の短縮を図るとともに、計測精度の向上を図ることの可能な三次元計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的等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等を付記する。
【００１１】
手段１．少なくとも計測対象物及び基準面に対し、位置により異なる光強度分布を有する光成分パターンを照射可能な照射手段と、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段にて、前記基準面からの反射光を撮像して得られた位置座標毎の輝度に関するデータと、前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータとに基づき、前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を求めることで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００１２】
手段１によれば、少なくとも計測対象物及び基準面に対し、照射手段によって、位置により光強度分布の異なる光成分パターンが照射される。また、光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光が撮像手段によって撮像される。そして、演算手段によって、基準面における基準位置座標が求められることで、少なくとも計測対象物の高さが三角測量の原理により演算される。前記基準位置座標は、照射手段にて照射された光のうち、所定の計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準面上の位置座標である。このため、基準位置座標と計測位置座標とにおける反射光を撮像して得られた輝度に関するデータが、ほぼ一致することとなる。従って、基準面における位置座標毎の輝度に関するデータと、計測位置座標における輝度に関するデータとに基づき、基準位置座標を求めることが可能となる。さらに、基準面の各位置座標に対応してそれぞれ存在する輝度に関するデータを用いるため、光成分パターンの位置により異なる光強度分布を計算式で表現する必要が無い。このため、位置と光強度分布の関係を計算式から求めていた従来技術と異なり、計算式を用いることがなく、実際の光強度分布と理想的な光強度分布との違いによる計算誤差が生じることもない。従って、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じずに、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができるとともに、計測対象物の三次元形状の計測精度を向上させることができる。また、光成分パターンの光強度分布を計算式に当てはめないため、前記光強度分布が計算式で表現可能な分布でなくともよい。例えば、光強度分布が理想的な正弦波状の縞でなくてもよく、周期的に変化しなくてもよい。従って、光成分パターンを形成するための照射手段を比較的容易に構成できる。なお、「光成分パターン」は、所定の波長成分を有する光であってもよいし、複数の波長成分を有する光や白色光等であってもよい。また、「照射手段」は、１つの光成分パターンのみ照射可能なものであってもよいし、互いに異なる波長成分を有する複数の光成分パターンを照射可能なものであってもよい。
【００１３】
手段２．少なくとも計測対象物及び基準面に対し、位置により異なる光強度分布を有する光成分パターンを照射可能な照射手段と、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段にて前記基準面からの反射光を撮像して得られた輝度に関するデータを位置座標毎に記憶するとともに、前記撮像手段にて前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータを、前記基準面に関して記憶された前記輝度に関するデータと比較することで、前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を選択決定し、前記計測位置座標及び前記基準位置座標に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００１４】
手段２によれば、基本的に手段１と同様の作用効果が奏されるとともに、演算手段によって、基準面から得られた輝度に関するデータが位置座標毎に記憶されるようになっている。そして、所定の計測位置座標における輝度に関するデータが、基準面に関して記憶された輝度に関するデータと比較されることで、前記基準面の位置座標から、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標が選択決定される。すなわち、データ同士を比較し、位置座標を選択決定するだけであるため、基準位置座標を求めるためにそれほど複雑な計算式を用いる必要がない。従って、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じずに、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
【００１５】
手段３．少なくとも計測対象物及び基準面に対し、位置により異なる光強度分布を有する少なくとも２つの光成分パターンを照射可能な照射手段と、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分パターン毎に撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段にて前記基準面からの反射光を撮像して得られた少なくとも１通りの輝度に関するデータを位置座標毎に記憶するとともに、前記撮像手段にて前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータを、前記基準面に関して記憶された前記輝度に関するデータと比較することで、前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を選択決定し、前記計測位置座標及び前記基準位置座標に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００１６】
手段３によれば、基本的に手段２と同様の作用効果が奏されるとともに、照射手段によって少なくとも２つ光成分パターンが照射される。また、撮像手段によって、光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光が光成分パターン毎に撮像される。このため、位置座標毎に、少なくとも２つの光成分パターン毎の輝度が得られる。そして、演算手段によって、基準面から得られた少なくとも１通りの輝度に関するデータが記憶される。前記輝度に関するデータとして、１通りの輝度に関するデータを用いる場合であっても、複数の光成分パターンの輝度から前記輝度に関するデータを作成することで、ひとつの光成分パターンの輝度をそのまま用いるよりも、計測対象物や基準面の色や外乱等による影響を受けにくい。このため、計測精度のより一層の向上を図ることができる。また、複数通りの輝度に関するデータを用いる場合には、１通りの輝度データを用いる場合よりも、計測精度の更なる向上を図ることができる。なお、「少なくとも２つの光成分パターン」は、互いに異なる波長成分を有するものであってもよいし、位相や周期が異なる等によって、光強度分布が位置により異なっていれば、同じ波長成分を有するものでもよいし、それらが混在しても差し支えない。
【００１７】
手段４．少なくとも計測対象物及び基準面に対し、互いに異なる波長成分を有するとともに、位置により異なる光強度分布を有する少なくとも２つの光成分パターンを照射可能な照射手段と、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分毎に分離して撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段にて、前記基準面からの反射光を撮像して得られた位置座標毎の少なくとも１通りの輝度に関するデータと、前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータとに基づき、前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を求めることで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００１８】
手段４によれば、基本的に手段１と同様の作用効果が奏されるとともに、照射手段によって照射される光成分パターンは、少なくとも２つあり、互いに異なる波長成分を有するとともに、位置により異なる光強度分布を有している。また、撮像手段によって、光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光が光成分毎に分離して撮像される。このため、位置座標毎に、少なくとも２つの光成分パターン毎の輝度が得られる。そして、演算手段によって、基準面から得られた少なくとも１通りの輝度に関するデータと、計測位置座標における輝度に関するデータとに基づき、基準位置座標が求められる。前記輝度に関するデータとして、１通りの輝度に関するデータを用いる場合であっても、複数の光成分パターンの輝度から前記輝度に関するデータを作成することで、ひとつの光成分パターンの輝度をそのまま用いるよりも、計測対象物や基準面の色や外乱等による影響を受けにくい。このため、計測精度のより一層の向上を図ることができる。また、複数通りの輝度に関するデータを用いる場合には、１通りの輝度データを用いる場合よりも、計測精度の更なる向上を図ることができる。
【００１９】
手段５．少なくとも計測対象物及び基準面に対し、互いに異なる波長成分を有するとともに、位置により異なる光強度分布を有する少なくとも２つの光成分パターンを照射可能な照射手段と、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分毎に分離して撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段にて前記基準面からの反射光を撮像して得られた少なくとも１通りの輝度に関するデータを位置座標毎に記憶するとともに、前記撮像手段にて前記計測対象物からの反射光を撮像して得られた所定の計測位置座標における輝度に関するデータを、前記基準面に関して記憶された前記輝度に関するデータと比較することで、前記基準面において、前記照射手段にて照射された光のうち、前記計測位置座標へ照射された光線と同一の光線が照射された基準位置座標を選択決定し、前記計測位置座標及び前記基準位置座標に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００２０】
手段５によれば、基本的に手段２及び手段４と同様の作用効果が奏される。
【００２１】
手段６．前記互いに異なる波長成分を有する光成分パターンは、赤色、緑色、青色、赤外線、紫外線のうちのいずれかであることを特徴とする手段４または５に記載の三次元計測装置。
【００２２】
手段６によれば、各光成分パターンの波長域がオーバーラップしにくい。このため、撮像手段における光成分毎の分離を比較的容易に行うことができるとともに、比較的容易に照射手段を構成することができる。
【００２３】
手段７．前記輝度に関するデータは、少なくとも２通りの光成分パターンの輝度に基づき所定の四則演算により求められる光成分パターンの輝度の相互関係値であることを特徴とする手段３乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００２４】
手段７によれば、少なくとも２通りの光成分パターンの輝度に基づき所定の四則演算により求められる光成分パターンの輝度の相互関係値が、輝度に関するデータとして用いられる。このため、ひとつの光成分パターンの輝度をそのまま用いるよりも計測対象物や基準面の色や外乱等による影響を受けにくい。従って、計測精度のより一層の向上を図ることができる。
【００２５】
手段８．前記相互関係値は、異なる光成分パターンの輝度の比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。
【００２６】
手段８によれば、異なる光成分パターンの輝度の比が、相互関係値、すなわち、輝度に関するデータとして用いられる。このため、電圧の変化等により照射手段の光源の明るさが経時的に変化して、測定される輝度が変化してしまうような場合にも、輝度に関するデータの値が変わってしまうといった事態が抑制される。従って、計測対象物の三次元形状の計測精度をより向上させることができる。
【００２７】
手段９．前記演算手段は、少なくとも撮像手段にて得られる可能性のある前記各光成分パターンの各輝度と、前記相互関係値とを対応させた輝度相互関係テーブルを備えることを特徴とする手段７または８に記載の三次元計測装置。
【００２８】
手段９によれば、演算手段に備えられた輝度相互関係テーブルが用いられることで、四則演算することなく、前記輝度相互関係テーブルを参照するだけで、輝度から相互関係値が求められることとなる。このため、時間を要する演算が省略でき、計測に要する時間の一層の短縮を図ることができる。
【００２９】
手段１０．前記演算手段は、所定の基準テーブルに、前記各位置座標と、前記基準面から得られた前記相互関係値とを対応させて記憶し、少なくとも前記計測位置座標を撮像して得られる可能性のある前記各光成分パターンの各輝度から前記基準テーブルの相互関係値に関するデータを参照可能な参照テーブルを備えるとともに、前記計測位置座標における輝度に基づき、前記参照テーブル及び前記基準テーブルを順に参照することで、前記基準位置座標を取得する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。
【００３０】
手段１０によれば、演算手段によって、所定の基準テーブルに各位置座標と基準面から得られた輝度に関するデータとが対応させられて、記憶される。そして、計測位置座標における輝度に基づき参照テーブルが参照されることで、前記基準テーブルの相互関係値に関するデータが参照され、基準位置座標が求められる。このため、計測位置座標における相互関係値を求める演算に代えて、参照テーブルを参照すればよく、時間を要する演算が省略できる。従って、計測に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００３１】
手段１１．前記光成分パターンは、縞状の光強度分布を有するとともに、複数の前記光成分パターンを照射する場合には、前記各光成分パターンの前記光強度分布の位相が互いに異なっていることを特徴とする手段１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３２】
手段１１によれば、光成分パターンは、縞状の光強度分布を有し、複数の前記光成分パターンが照射される場合には、各光成分パターンの光強度分布の位相が互いに異なっている。このため、位置により各光成分パターンの輝度のバランスが変化することとなり、位置座標による輝度に関するデータの違いがより顕著に表れやすい。これにより、三次元計測の測定分解能が向上し、計測精度をより一層向上させることができる。なお、前記「位相が互いに異なっている」に代えて、「周期が互いに異なっている」としても、同様の作用効果が得られる。
【００３３】
手段１２．前記演算手段は、所定の基準テーブルに、前記各位置座標と、前記基準面から得られた輝度に関するデータとを対応させて記憶するとともに、前記計測位置座標における輝度に関するデータに基づき、前記基準テーブルを参照することで前記基準位置座標を取得することを特徴とする手段１乃至１１のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３４】
手段１２によれば、演算手段によって、各位置座標と、基準面から得られた輝度に関するデータとが対応させられて、所定の基準テーブルに記憶される。そして、計測位置座標における輝度に関するデータに基づき基準テーブルが参照されて、基準位置座標が取得される。このため、それほど複雑な計算式を用いる必要がなく、基準テーブルを参照するだけで基準位置座標が求められる。従って、計測に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００３５】
手段１３．前記所定の基準テーブルは、前記輝度に関するデータの値をインデックスとし、前記データの値毎に位置座標を格納するものであることを特徴とする手段１２に記載の三次元計測装置。
【００３６】
手段１３によれば、基準テーブルには、前記輝度に関するデータの値をインデックスとし、前記データの値毎に位置座標が格納されるようになっている。このため、基準位置座標を求める際に、位置座標をインデックスとしたテーブルを用いて位置座標毎に輝度に関するデータを確認するよりも、前記基準テーブルを用いて直接輝度に関するデータから位置座標を参照する方が、素早く処理を行うことができる。従って、計測に要する時間のより一層の短縮を図ることができる。
【００３７】
手段１４．前記演算手段は、前記基準面と前記計測対象物との色合いの違い等による反射率の影響を補正するために、前記基準面及び前記計測対象物から得られた光成分毎の輝度に基づき、前記計測位置座標における輝度に関するデータを補正したうえで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算す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。
【００３８】
手段１４によれば、前記演算手段によって、基準面及び計測対象物から得られた光成分毎の輝度に基づき、計測位置座標における輝度に関するデータが補正される。このため、所定の波長成分の光成分パターンを照射した場合、計測対象物の色合い等によって、計測対象物と基準面との反射率が大きく相違する場合があるが、かかる場合でも反射率による影響を補正により相殺することができる。その結果、計測の精度の向上を図ることができる。なお、「前記基準面及び前記計測対象物から得られた光成分毎の輝度に基づき」に代えて、「前記基準面とほぼ同一の反射率を有する補正体及び前記計測対象物から得られた光成分毎の輝度に基づき」としてもよい。補正体は、面状をなさず、凹凸のあるものでもよい。
【００３９】
手段１５．前記照射手段は、前記計測対象物に対して、少なくとも前記輝度に関するデータを得るための前記光成分パターンの波長成分を全て含む全照射可能であり、前記撮像手段は、前記光成分パターンの照射された計測対象物及び基準面からの反射光を光成分毎に分離して撮像可能であるとともに、前記演算手段は、前記基準面と前記計測対象物との色合いの違い等による反射率の影響を補正するために、前記計測対象物に対して全照射した際の反射光を撮像して得られる輝度に基づき、前記計測位置座標における輝度に関するデータを補正したうえで、少なくとも前記計測対象物の高さを三角測量の原理により演算す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。
【００４０】
手段１５によれば、照射手段によって、計測対象物に対して、前記輝度に関するデータを得るための照射とは別途に、光成分パターンの波長成分を全て含む全照射が行われる。そして、前記演算手段によって、前記全照射の際に計測対象物から得られた光成分毎の輝度に基づき、計測位置座標における輝度に関するデータが補正される。このため、所定の波長成分の光成分パターンを照射した場合、計測対象物の色合い等によって、計測対象物と基準面との反射率が大きく相違する場合があるが、かかる場合でも反射率による影響を補正により相殺することができる。その結果、計測の精度の向上を図ることができる。
【００４１】
手段１６．前記照射手段は、光源からの光を、所定の波長成分について位置により異なる遮光率で遮るとともに、残りの波長成分について全面的に透光を許容するフィルタを用いて、互いに異なる波長成分を有する光成分パターンを同時に照射可能なフィルタ機構を備えていることを特徴とする手段１乃至１５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００４２】
手段１６によれば、フィルタ機構が備えられており、互いに異なる波長成分を有する光成分パターンを同時に照射できる。このため、光成分毎に分離して撮像可能な撮像手段を用いる場合には、１回の照射によって複数の光成分毎の画像をまとめて撮像することができる。このため、１つのポイントに関し照射及び撮像に要する時間が著しく短縮でき、もって、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。また、照明装置を比較的簡素に構成することもできる。
【００４３】
手段１７．前記照射手段は、光源からの光を、互いに異なる波長成分を有し、位置により光強度分布の異なる光成分パターンに一旦分離した上で合成して照射可能な液晶プロジェクタ機構を備えていることを特徴とする手段１乃至１５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００４４】
手段１７によれば、基本的に、手段１６と同様の作用効果が奏される。また、光成分パターンの光強度分布を電気的に制御することができるとともに、適切な光強度分布とすることもできる。これにより、三次元計測の測定分解能が向上する。さらに、手段１５に記載の全照射を行なう場合にも、電気的に制御し、光強度分布を変更するだけでよい。かかる意味で、別途の全照射用の照明装置等を用意しなくても済むというメリットも生じる。
【００４５】
手段１８．前記計測対象物がプリント基板上に印刷されたクリームハンダであり、該クリームハンダの少なくとも高さ、体積、形状または面積から印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする手段１乃至１７のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００４６】
手段１８によれば、プリント基板上に印刷されたクリームハンダの領域と高さが計測される。また、その計測値から、体積、形状または面積の算出も可能となる。そして、判定手段によって、これら高さ、体積、形状または面積に基づいて良否判定が行われる。このため、クリームハンダの計測に際して上記各作用効果が奏され、しかも精度よく良否判定を行うことができる。
【００４７】
手段１９．前記計測対象物がプリント基板上に設けられたハンダバンプであり、該ハンダバンプの少なくとも高さ、体積、形状または面積からハンダバンプの形状の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする手段１乃至１７のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００４８】
手段１９によれば、プリント基板上に設けられたハンダバンプの領域と高さが計測される。また、その計測値から、体積、形状または面積の算出も可能となる。そして、判定手段によって、これら高さ、体積、形状または面積に基づいて良否判定が行われる。このため、ハンダバンプの計測に際して上記各作用効果が奏され、しかも精度よく良否判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置１を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、印刷状態検査装置１は、計測対象物としてのクリームハンダＨの印刷されてなるプリント基板Ｋを載置するためのテーブル２と、プリント基板Ｋの表面に対し斜め上方から所定の光成分パターンを照射するための照射手段を構成する照明装置３と、プリント基板Ｋ上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段を構成するＣＣＤカメラ４とを備えている。なお、本実施の形態におけるクリームハンダＨは、平面をなすプリント基板Ｋ上に設けられた銅箔からなる電極パターン上に印刷形成されている。また、プリント基板Ｋは、電極パターンの配線部分以外にクリームハンダＨがのらないように、レジストコーティングされている。
【００５０】
テーブル２には、モータ５，６が設けられており、該モータ５，６によって、テーブル２上に載置されたプリント基板Ｋ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。
【００５１】
本実施形態における照明装置３からは、赤、緑、青の光成分パターンが照射されるようになっている。より詳しくは、図２に示すように、照明装置３は、光源１１と、光源１１からの光を集める集光レンズ１２と、照射レンズ１３と、両レンズ１２，１３間に配設されたフィルタ機構を構成する赤、緑、青のフィルタ格子縞板１４，１５，１６とを備えている。赤色フィルタ格子縞板１４は、部位に応じて赤色の度合いが略正弦波状（縞状）に変化しており、赤色の成分についてのみ縞状に遮光（透光）させ他の波長域の全透光を許容するようになっている。また、緑色フィルタ格子縞板１５は、部位に応じて緑色の度合いが略正弦波状（縞状）に変化しており、緑色の成分についてのみ縞状に遮光（透光）させ他の波長域の全透光を許容するようになっている。青色フィルタ格子縞板１６は、部位に応じて青色の度合いが略正弦波状（縞状）に変化しており、青色の成分についてのみ縞状に遮光（透光）させ他の波長域の全透光を許容するようになっている。前記フィルタ格子縞板１４，１５，１６を通して照射される各光成分パターンの光強度分布は、略正弦波状の縞となる。また、各光成分パターンの縞は、互いに位相がずらされている。つまり、これら赤、緑、青色のフィルタ格子縞板１４，１５，１６は、互いに位相がずれた状態で張り合わされている（勿論、相互に離間していても差し支えない）。
【００５２】
そして、光源１１から放たれた光は、集光レンズ１２、前記各色フィルタ格子縞板１４，１５，１６、及び照射レンズ１３を経て縞状の光成分パターンとしてプリント基板Ｋ上に照射されるようになっている。
【００５３】
また、前記ＣＣＤカメラ４は、第１〜第３のダイクロイックミラー２１，２２，２３及びそれらに対応する第１〜第３の撮像部２４，２５，２６を備えている。すなわち、第１のダイクロイックミラー２１は、所定の波長域内（赤色光に対応）の光を反射（それ以外の波長の光を透過）し、第１の撮像部２４はその反射光を撮像する。また、第２のダイクロイックミラー２２は、所定の波長域内（緑色光に対応）の光を反射（それ以外の波長の光を透過）し、第２の撮像部２５はその反射光を撮像する。さらに、第３のダイクロイックミラー（通常のミラーを用いてもよい）２３は、所定の波長域内（青色光に対応）の光を反射（それ以外の波長の光を透過）し、第３の撮像部２６はその反射光を撮像する。なお、ＣＣＤカメラ４は、所定の画素数を有すると共に、画素毎に、１０２４階調で輝度レベルを認識可能になっている。
【００５４】
本実施形態においては、図１，２に示すように、前記ＣＣＤカメラ４、照明装置３、及び、モータ５，６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タに基づき種々の演算を実行するための演算手段を構成する制御装置７が設けられている。すなわち、プリント基板Ｋがテーブル２上に載置されると、制御装置７は、まずモータ５，６を駆動制御して所定の位置に移動させ、プリント基板Ｋを初期位置に移動させる。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の表面を予め分割しておいた中の１つの位置である。
【００５５】
また、制御装置７は、照明装置３を駆動制御して光成分パターンの照射を開始する。さらに、このようにして各光成分パターンの位相がずらされた一斉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、これら波長域毎に（撮像部２４〜２６ごとに）検査エリア部分を一斉に撮像し、３画面分の画像データとして光成分パターン毎の輝度データを得る。制御装置７は画像メモリを備えており、前記画像データを順次記憶する。この記憶した画像データに基づいて、制御装置７は各種画像処理を行う。
【００５６】
かかる画像処理が行われている間に、制御装置７は、モータ５，６を駆動制御してテーブル２を次の検査エリアへと移動せしめる。制御装置７は、ここでの画像データについても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリでの画像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには次の画像データが記憶されているので、速やかに制御装置７は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査は、一方で次なる検査エリア（ｍ＋１番目）への移動及び画像入力を行い、他方ではｍ番目の画像処理及び比較判定を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了するまで、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われる。このように、本実施の形態の印刷状態検査装置１においては、制御装置７の制御により検査エリアを移動しながら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板Ｋ上のクリームハンダＨの印刷状態を高速かつ確実に検査することができるようになっている。
【００５７】
さて、印刷状態検査装置１によって、クリームハンダＨの印刷状態を検査する手順を制御装置７の行う処理を含めて説明する。はじめに、高さの基準を定めるためのキャリブレーションを行う。図３は、キャリブレーションの手順を示すフローチャートである。まず、プリント基板Ｋとは別途に高さ位置０、かつ、平面をなす基準面を用意する。基準面は、計測対象物であるクリームハンダＨと同じ色をなしている。すなわち、クリームハンダＨと各光成分パターンの反射率が等しくなっている。そして、ステップＳ１１において、基準面に対して、光成分パターンの照射を行う。次に、ステップＳ１２において、制御装置７は、３画面分の画像データとして、各画素をそれぞれ所定の位置座標と対応させ、各位置座標における各光成分パターンの輝度を得る。図４（ａ）は、３画面分の画像データの一例であり、各光成分パターンの位置座標における輝度を示している。なお、本図では説明を簡単にするため、仮に１画面に記録される画素が７×３画素（位置座標２１箇所）、輝度が１から３までの３階調のみの場合を示している。
【００５８】
ステップＳ１３において、制御装置７は、前記輝度データから位置座標毎の各光成分パターンの輝度の相互関係を求める。本実施形態では、該相互関係値として、割り算により光成分パターンの輝度の比を算出する。より詳しくは、前記基準面を撮像して得た全ての位置座標（Ｘａ，Ｙｂ）における赤色の輝度Ｒ０と緑色の輝度Ｇ０との相互関係値Ｖ１０、緑色の輝度Ｇ０と青色の輝度Ｂ０との相互関係値Ｖ２０、青色の輝度Ｂ０と赤色の輝度Ｒ０との相互関係値Ｖ３０は、下式（１），（２），（３）により算出される。
【００５９】
Ｖ１０＝Ｒ０／Ｇ０    ・・・（１）
Ｖ２０＝Ｇ０／Ｂ０    ・・・（２）
Ｖ３０＝Ｂ０／Ｒ０    ・・・（３）
なお、輝度は１０２４階調で得られるため、各相互関係値Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０は、理論的には１０２４×１０２４通り弱となる（例えば、輝度の比が２／１０２４の場合と１／５１２の場合とでは相互関係値Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０は同一である。すなわち、図４（ａ）のように３階調の場合には、相互関係値Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０は、３×３通りでなく、１／１，２／２，３／３が重複するため、７通りの値が得られることとなる。）。
【００６０】
そして、ステップＳ１４において、各光成分パターンの相互関係が、赤と緑との相互関係値Ｖ１０に対する位置座標を示す第１テーブル、緑と青との相互関係値Ｖ２０に対する位置座標を示す第２テーブル、及び、青と赤との相互関係値Ｖ３０に対する位置座標を示す第３テーブルの３種類のテーブルに分けて記憶される。各テーブルには、相互関係値Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０の値をインデックスとして、当該値の等しい位置座標（Ｘａ，Ｙｂ）がまとめて格納されるようになっている。図４（ａ）に示す輝度Ｒ０，Ｇ０から算出された相互関係値Ｖ１０に基づき、第１テーブルに位置座標を格納すると、図４（ｂ）に示すようなテーブルが得られる。相互関係値Ｖ２０，Ｖ３０についてもそれぞれ位置座標の格納された第２テーブル、第３テーブルが得られる。これら３種類のテーブルを得て、キャリブレーションを終了する。
【００６１】
次に、図５に示すプリント基板Ｋの高さ計測処理を行う。まず、ステップＳ２１において、プリント基板Ｋに対して、照明装置３により前記キャリブレーション時と同様に光成分パターンの照射を行う。そして、ステップＳ２２において、前記プリント基板Ｋを撮像して得た３画面分の画像データから、計測位置座標ｈにおける赤色の輝度Ｒｈ、緑色の輝度Ｇｈ及び青色の輝度Ｂｈを得る。
【００６２】
続いて、ステップＳ２３において、前記キャリブレーション時と同様に、計測位置座標ｈにおける輝度データに基づき、各光成分パターンの輝度の相互関係を求める。より詳しくは、計測位置座標ｈにおける赤色の輝度Ｒｈと緑色の輝度Ｇｈとの相互関係値Ｖ１ｈ、緑色の輝度Ｇｈと青色の輝度Ｂｈとの相互関係値Ｖ２ｈ、青色の輝度Ｂｈと赤色の輝度Ｒｈとの相互関係値Ｖ３ｈは、下式（４），（５），（６）により算出される。
【００６３】
Ｖ１ｈ＝Ｒｈ／Ｇｈ    ・・・（４）
Ｖ２ｈ＝Ｇｈ／Ｂｈ    ・・・（５）
Ｖ３ｈ＝Ｂｈ／Ｒｈ    ・・・（６）
さらに、ステップＳ２４において、前記基準面の位置座標のうち、光成分パターンそれぞれに関して計測位置座標ｈにおける輝度の相互関係と同一の相互関係を有する候補座標を取得する。より詳しくは、算出された相互関係値Ｖ１ｈ，Ｖ２ｈ，Ｖ３ｈに基づき、第１〜第３テーブルを参照し、各テーブルから候補座標を取得する。すなわち、第１テーブルの相互関係値Ｖ１０の値のうち、相互関係値Ｖ１ｈと等しい値に対応して格納されている位置座標を全て取得する。同様に、相互関係値Ｖ２ｈに基づき第２テーブルから候補座標を取得し、相互関係値Ｖ３ｈに基づき第３テーブルから候補座標を取得する。
【００６４】
そして、ステップＳ２５において、前記取得した候補座標から各テーブルに共通する共通位置座標を基準位置座標ｊとして求める。該基準位置座標ｊは、照明装置３によって照射された光成分パターンのうち計測位置座標ｈに照射された光線と同一の光線が照射された基準面上の位置座標である。なお、複数の共通位置座標が得られる場合には、所定の条件付けを実施し、共通位置座標から基準位置座標ｊを選択決定する。例えば、本実施形態では、照射される各光成分パターンの光強度分布が略正弦波状の縞であるため、図６に示すように、複数の共通位置座標ｋが求められる場合がある。このような場合には、前記共通位置座標ｋのうち、計測位置座標ｈに交差し、縞に直交するライン上、かつ、縞の周期１サイクル内の位置座標が基準位置座標ｊとして決定される。
【００６５】
ステップＳ２６において、このように求められた基準位置座標ｊから計測位置座標ｈにおける高さを三角測量の原理に基づき演算する。ここで、前記三角測量の原理を用いた高さ演算方法について簡単に説明する。例えば、各光成分パターンの縞が、Ｘ軸方向に直交し、かつ、Ｙ軸方向に平行に照射される際に、計測位置座標ｈにおける高さＺを求める場合には、下式に基づいて計測位置座標ｈの高さＺを求める。図７に示すように、照明装置３の鉛直線と、照明装置３から計測位置座標ｈに向けて照射したときの照射光線とのなす角をεとすると、当該角εは、基準位置座標ｊのＸ座標Ｘｊに基づく関数式（７）により表される。
【００６６】
ε＝ｆ（Ｘｊ）            ・・（７）
そして、高さＺは、下式（８）に従って導き出される。
【００６７】
Ｚ＝Ｌｈ−Ｌｐｃ／ｔａｎε＋Ｘｈ／ｔａｎε  ・・（８）
（但し、Ｌｈ：照明装置３の基準面からの高さ、Ｌｐｃ：ＣＣＤカメラ４と照明装置３とのＸ軸方向の距離、Ｘｈ：計測位置座標ｈのＸ座標。）
このようにしてプリント基板Ｋの計測位置座標ｈにおける高さデータを得る。ステップＳ２２からステップＳ２５を繰り返すことで、検査エリア全体について位置座標毎の高さデータを得ることができる。得られた高さデータは、制御装置７のメモリに格納される。
【００６８】
さらに、制御装置７は、前述のようにして得られた高さデータに基づき、クリームハンダＨの印刷状態の判定処理を行う。各部の高さデータに基づいて、検査エリア内での基準面に対するハンダ領域の高さを積分することにより、印刷されたクリームハンダＨの体積、形状、面積等が算出される。そして、クリームハンダＨの高さ、体積、形状、面積等のデータが予め記憶されている基準データと比較判定され、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ハンダＨの印刷状態の良否が判定されるのである。
【００６９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、基準面の各光成分パターンの輝度の相互関係を位置座標毎に求め、位置座標毎のデータから直接、計測対象物であるプリント基板Ｋにおける各光成分パターンの輝度の相互関係と一致する基準位置座標ｊを求めることとした。このため、各光成分パターンの光強度分布を理想的な正弦波状の縞とみなして正弦波の計算式を用いていた従来技術と異なり、複雑な計算式を用いることがなく、実際の光強度分布と正弦波との違いによる計算誤差が生じることもない。従って、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じずに、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができるとともに、計測対象物の三次元形状の計測精度を向上させることができる。
【００７０】
また、各光成分パターンの光強度分布を計算式に当てはめないため、前記光強度分布が計算式で表現可能な分布でなくともよい。すなわち、光強度分布が理想的な正弦波状の縞でなくてもよく、正弦波が崩れたような波形でもよいし、周期的に変化しなくてもよい。従って、各光成分パターンを形成するために高精度なフィルタ格子縞板１４，１５，１６を用いる必要がなく、フィルタ格子縞板１４，１５，１６や照明装置３の設計の簡素化を図ることができる。
【００７１】
さらに、計測対称物の各計測位置座標ｈにおける各光成分パターンの相互関係と同一となる基準面の基準位置座標ｊを、第１〜第３テーブルを参照して得た候補座標から選択決定できる。このため、基準位置座標ｊを求めるためにそれほど複雑な計算式を用いる必要がない。そのため、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じずに、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
【００７２】
加えて、基準位置座標ｊを求めるために、３種類の光成分パターンの輝度の相互関係を用いている。このため、１種類の相互関係や、単なる輝度に基づき基準位置座標ｊを求める場合よりも、計測対象物の色や外乱等の影響を受けにくい。従って、計測精度のより一層の向上を図ることができる。
【００７３】
併せて、３種類の光成分パターンの波長成分が赤色、緑色、青色であるため、波長域がオーバーラップしにくい。このため、ＣＣＤカメラ４において光成分毎の分離を比較的容易に行うことができる。また、フィルタ格子縞板１４，１５，１６を比較的容易に構成することができる。
【００７４】
また、光成分パターンは、略正弦波状（縞状）の光強度分布をなし、互いに位相が異なっている。このため、位置により各光成分パターンの輝度のバランスが変化することとなり、位置座標による輝度の相互関係の違いがより顕著に表れやすい。これにより、三次元計測の測定分解能が向上し、計測精度をより一層向上させることができる。
【００７５】
さらに、各光成分パターンの相互関係として、輝度の比を相互関係値として用いている。このため、電圧の変化等により光源１１の明るさが経時的に変化して、測定される輝度が変化してしまうような場合にも、相互関係値が変わってしまうといった事態が抑制される。従って、計測対象物の三次元形状の計測精度をより向上させることができる。
【００７６】
加えて、照明装置３により複数の光成分パターンを１度に照射し、ＣＣＤカメラ４による複数の画面の画像データを１度の撮像することとした。このため、光成分パターン毎に撮像を行う必要がなく、１つのポイントに関して要する照射時間及び撮像時間が著しく短縮が図られることとなる。その結果、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
【００７７】
以上説明した実施の形態において、例えば、次のように構成の一部を適宜変更して実施することも可能である。勿論、以下において例示しない他の変更例も当然可能である。
【００７８】
（ａ）上記実施形態では、キャリブレーション時に用いる基準面と同じ色のクリームハンダＨを計測対象物としているが、基準面と異なる色（反射率）の計測対象物の三次元計測にも応用できる。例えば、基準面における輝度に基づき、計測位置座標ｈにおける輝度Ｒｈ，Ｇｈ，Ｂｈを補正して、該補正により得られた補正輝度Ｒｃ，Ｇｃ，Ｂｃに基づき各光成分パターンの輝度の相互関係を求めてもよい。前記補正輝度Ｒｃ，Ｇｃ，Ｂｃは、下式（１１）〜（１６）により求められる。
【００７９】
Ｒｒ＝Ｒ０ａ／Ｒｎ    ・・・（１１）
Ｇｒ＝Ｇ０ａ／Ｇｎ    ・・・（１２）
Ｂｒ＝Ｂ０ａ／Ｂｎ    ・・・（１３）
Ｒｃ＝Ｒｈ×Ｒｒ      ・・・（１４）
Ｇｃ＝Ｇｈ×Ｇｒ      ・・・（１５）
Ｂｃ＝Ｂｈ×Ｂｒ      ・・・（１６）
［但し、Ｒｒ，Ｇｒ，Ｂｒ：補正係数、Ｒｎ，Ｇｎ，Ｂｎ：計測対象物の計測エリアの輝度の平均値、Ｒ０ａ，Ｇ０ａ，Ｂ０ａ：計測対象物の計測エリアと同一エリアにおける基準面の輝度の平均値］
このようにして演算された補正輝度Ｒｃ，Ｇｃ，Ｂｃに基づき各光成分パターンの輝度の相互関係を求めることで、基準位置座標ｊを決定することができる。また、基準面の輝度の平均値Ｒ０ａ，Ｇ０ａ，Ｂ０ａに代えて、基準面とは別途の補正体を撮像して得た補正体の輝度の平均値を用いてもよい。なお、該補正体は、基準面と同色であればよく、平面をなしていなくても差し支えない。
【００８０】
（ｂ）さらに、基準面と異なる色（反射率）の計測対象物の三次元計測を行う際には、計測対象物に対して別途の照射を行って得た画像データを用いて、補正を行なってもよい。前記別途の照射には、少なくとも計測のために照射する光成分パターンの波長を全て含む全照射を行う。例えば、上記実施形態のような赤色、緑色、青色の光成分パターンを照射する場合には、白色の全照射を行う。計測対象物に関して、計測位置座標ｈにおける白色の全照射した際の輝度Ｒｗ，Ｇｗ，Ｂｗに基づき、光成分パターン照射時の輝度Ｒｈ，Ｇｈ，Ｂｈを補正してもよい。この場合、補正輝度Ｒｄ，Ｇｄ，Ｂｄは、下式（１７），（１８），（１９）により求められる。
【００８１】
Ｒｄ＝Ｒｈ／Ｒｗ×（Ｒｗ＋Ｇｗ＋Ｂｗ）      ・・・（１７）
Ｇｄ＝Ｇｈ／Ｇｗ×（Ｒｗ＋Ｇｗ＋Ｂｗ）      ・・・（１８）
Ｂｄ＝Ｂｈ／Ｂｗ×（Ｒｗ＋Ｇｗ＋Ｂｗ）      ・・・（１９）
このようにして演算された補正輝度Ｒｄ，Ｇｄ，Ｂｄに基づき各光成分パターンの輝度の相互関係を求めることで、基準位置座標ｊを決定することができる。
【００８２】
（ｃ）キャリブレーションの際には、全ての位置座標における輝度の相互関係を記憶するようになっているが、必ずしも全ての位置座標について記憶する必要はない。上記実施形態では、光成分パターンが縞状をなしているため、縞に直交する方向の所定の１列の位置座標に関してのみ記憶することとしてもよい。また、縞に平行な方向に関する輝度の相互関係を同一とみなすことで、全ての位置座標における輝度の相互関係を把握可能である。この場合、第１〜第３テーブルを参照して得られる位置座標を少なくすることができるため、キャリブレーション処理だけでなく、計測処理の高速化をも図ることができる。
【００８３】
（ｄ）上記実施形態では、計測位置座標ｈにおける相互関係値Ｖ１ｈ，Ｖ２ｈ，Ｖ３ｈを計算してから第１〜第３テーブルを参照しているが、当該計算に代えて別途のテーブル参照処理を行うことで、時間を要する演算が省略でき、さらなる計測処理の高速化を図ることができる。例えば、予め輝度と第１〜第３テーブルにおける相互関係値Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０の格納された相互関係番号との関係をテーブル化する。例えば、輝度Ｒｈ、Ｇｈと図４（ｂ）の第１テーブルの相互関係番号と対応させると図８のような高速化テーブルとなる。そして、計測位置座標ｈにおけるＲｈ，Ｇｈ，Ｂｈに基づき参照テーブルとして前記高速化テーブルを参照することで、第１〜第３テーブルにおける各相互関係番号が得られる。従って、計算することなく、第１〜第３テーブルが参照可能となる。
【００８４】
（ｅ）上記実施形態では、各光成分パターンの輝度の相互関係値として、２つの波長の輝度の比を用いているが、他の計算により相互関係値を求めても差し支えない。例えば、２つの波長の輝度を加算、減算または乗算した値を相互関係値としてもよい。特に、減算した値を相互関係値とする場合には、外乱光の影響をキャンセルすることができる。
【００８５】
（ｆ）また、輝度の相互関係は必ずしも３種類の相互関係を使用する必要はなく、１種類でもよいし、２種類または４種類以上使用してもよい。例えば、赤色の輝度Ｒｈと緑色の輝度Ｇｈとの相互関係値Ｖ１ｈのみから、基準位置座標ｊを求めてもよいし、相互関係値Ｖ１ｈ，Ｖ２ｈ，Ｖ３ｈと別途の相互関係値とから基準位置座標ｊを求めてもよい。
【００８６】
（ｇ）さらに、各光成分パターンの輝度の相互関係を用いず、輝度に基づき基準位置座標ｊを求めてもよい。
【００８７】
（ｈ）上記実施形態では、各光成分パターンは、互いに異なる波長成分を有しているが、同じ波長成分であっても、位置により光強度分布が異なるものであればよい。また、同じ波長成分を有する複数の光成分パターンを適用する場合には、光成分パターン毎に照射し、該照射のたびに撮像を行うことで、光成分パターン毎の撮像が可能となる。
【００８８】
（ｉ）光成分パターンの各波長域が、赤色、緑色、青色となっていることにより、同時に撮像しても、波長域毎の分離撮像が容易になっているが、別の分離撮像の容易な波長域を用いてもよい。例えば、赤外線、紫外線等でもよい。さらには、３つの光成分ではなく、２つ又は４つ以上の光成分を照射するようにしてもよい。
【００８９】
（ｊ）照明装置３によって照射される各光成分パターンは、互いに異なる相互関係が得られればよく、略正弦波に限定されない。例えば、三角波状、矩形波状、のこぎり波状、ランプ波状、また、位置に比例して輝度が変わるもの（例えば、徐々に明るくなるもの）でもよい。各波形は、崩れていても差し支えなく、周期が不正確でもよい。
【００９０】
（ｋ）また、上記実施形態の各光成分パターンは、互いに位相がずらされているが、これに限定されず、位置による光強度分布が互いに異なればよいのであって、例えば、位相に関係なく、周期が互いに異なるものでもよい。もちろん、決まった周期の無い光成分パターンであっても差し支えない。
【００９１】
（ｌ）フィルタ格子縞板１４，１５，１６は、上記実施形態に限定されず、複数の光成分パターンが照射できればよい。例えば、１枚のフィルタのみによって構成してもよい。また、フィルタ格子縞板１４，１５，１６に代えて、液晶素子を用いた液晶プロジェクタ機構を適用してもよい。この場合、光成分パターンの光強度分布を電気的に制御することができるとともに、適切な光強度分布とすることもできる。これにより、三次元計測の測定分解能が向上する。
【００９２】
（ｍ）上記実施形態では、基準面のデータを輝度の相互関係値をインデックスとして各位置座標を第１〜第３テーブルに格納しているが、位置座標をインデックスとして前記相互関係値を格納したテーブルとしてもよい。
【００９３】
（ｎ）上記実施形態ではプリント基板Ｋに印刷形成されたクリームハンダＨの高さ等を計測する場合に具体化したが、他にもＩＣパッケージ（例えばリード）に印刷形成されたクリームハンダの高さ等を計測する場合にも具体化できる。さらに、他の計測対象物の高さ等を計測する場合に具体化してもよい。他の計測対象物としては、基板上に印刷された印刷物、積層体等が挙げられる。
【００９４】
（ｏ）また、上記実施形態をハンダバンプの検査装置として、ハンダバンプの高さ、形状、体積を算出し、検査をする場合にも具体化できる。
【００９５】
（ｐ）さらに、印刷状態検査装置１を適用可能なプリント基板としては、所謂プリント基板のほか、半導体ウエハー、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、ＣＣＤ（charge Coupled Devices：電化結合素子）を含む。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】一実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】一実施の形態におけるより詳細な三次元計測装置の構成を模式的に示す概略構成図である。
【図３】キャリブレーションの処理を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）はキャリブレーション時の各光成分パターンの位置座標毎の輝度の一例を示す表であって、（ｂ）は（ａ）に示す赤色の輝度と緑色の輝度とに基づいて位置座標が格納された第１テーブルである。
【図５】高さ測定処理を示すフローチャートである。
【図６】複数の候補座標から基準位置座標を選択する場合を説明するための模式図である。
【図７】三角測量の原理を用いた高さ演算方法を説明するための照明装置や計測位置座標等の位置関係を示す図である。
【図８】別の形態において、輝度の相互関係に関して図４（ａ）の相互関係番号を用いてテーブル化した場合を示す高速化テーブルである。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は実際の光成分パターンの光強度分布である。
【符号の説明】
【００９７】
１…印刷状態検査装置、３…照明手段としての照明装置、４…撮像手段としてのＣＣＤカメラ、７…演算手段を構成する制御装置、１４，１５，１６…フィルタ機構を構成するフィルタ格子縞板、ｈ…計測位置座標、ｊ…基準位置座標、Ｈ…計測対象物としてのクリームハンダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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