三次元計測装置及び基板検査装置
【課題】三次元計測を行うにあたり、より高精度な計測をより短時間で実現することのできる三次元計測装置及び基板検査装置を提供する。
【解決手段】基板検査装置は、プリント基板に対し光を照射する照明装置と、プリント基板上の前記照射された部分を撮像するＣＣＤカメラと、各種制御を行う制御装置とを備えている。そして、検査対象領域が輝度飽和しない第１露光時間で第１撮像処理を行い、計測基準領域の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間で第２撮像処理を行う。続いて、検査対象領域に関しては、第１撮像処理により得た画像データの値を用い、計測基準領域に関しては、第１撮像処理により得た画像データの値と、第２撮像処理により得た画像データの値とを合算した値を用いた三次元計測用の画像データを作成し、当該三次元計測用の画像データに基づき、三次元計測を行う。
【解決手段】基板検査装置は、プリント基板に対し光を照射する照明装置と、プリント基板上の前記照射された部分を撮像するＣＣＤカメラと、各種制御を行う制御装置とを備えている。そして、検査対象領域が輝度飽和しない第１露光時間で第１撮像処理を行い、計測基準領域の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間で第２撮像処理を行う。続いて、検査対象領域に関しては、第１撮像処理により得た画像データの値を用い、計測基準領域に関しては、第１撮像処理により得た画像データの値と、第２撮像処理により得た画像データの値とを合算した値を用いた三次元計測用の画像データを作成し、当該三次元計測用の画像データに基づき、三次元計測を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置及び当該三次元計測装置を備える基板検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリント基板は、ガラスエポキシ樹脂からなるベース基板の上に電極パターンを具備し、表面がレジスト膜によって保護されている。前記プリント基板上に電子部品を実装する場合、まず電極パターン上のレジスト膜による保護がされていない所定位置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いる。例えば、位相シフト法を用いた三次元計測装置においては、照射手段によって、可視光を光源とした縞状の光強度分布を有する光パターンを対象物（この場合プリント基板）に照射する。そして、ＣＣＤカメラによって対象物を撮像し、得た画像から前記光パターンの縞の位相差を解析することで、クリームハンダの三次元形状、特に高さが計測される。
【０００４】
ところが、プリント基板上のクリームハンダの印刷部分の周囲（以下、背景領域という）の色は様々である。これは、ガラスエポキシ樹脂やレジスト膜に種々の色が使用されるためである。そして、例えば黒色などの比較的暗い色の背景領域では、ＣＣＤカメラによる撮像に基づく画像データのコントラストが小さくなってしまう。つまり、画像データ上、上記光パターンの明暗の差（輝度差）が小さくなってしまうのである。そのため、背景領域の高さの計測が困難となるおそれがある。本来であれば基板上に印刷されたクリームハンダの高さをより高精度で計測するためには、その基板内に高さ基準を採ることが望ましい。しかしながら、背景領域を高さ基準面として適正に利用できないため、その基板内に高さ基準を採ることができないといった不具合を生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、例えばハンダ印刷領域（明部）に適した露光時間（例えば１０ｍｓ）による撮像と、背景領域（暗部）に適した露光時間（例えば５０ｍｓ）による撮像とを別々に行い、高さ基準を適切に計測する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、画像データ上、対象物の明部に対応するエリア内の画素が輝度飽和しない程度の露光時間（例えば１０ｍｓ）で複数回撮像を行い、当該撮像により得た複数の画像データを合算することにより、ダイナミックレンジを拡大する技術なども提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３００５３９号公報
【特許文献２】特開平７−５０７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のように、ハンダ印刷領域（明部）用の撮像と、背景領域（暗部）用の撮像とを別々に行う構成では、所定の計測対象エリア（撮像エリア）の三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するまでに比較的長い時間を要するおそれがある。
【０００９】
仮にハンダ印刷領域を計測するのに最適な露光時間を１０ｍｓ、高さ基準を計測するのに最適な露光時間を５０ｍｓ、各画像データを転送するのに要するデータ転送時間を１６ｍｓと仮定した場合、上記特許文献１の構成では、ハンダ印刷領域用の撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＋背景領域用の撮像時間［５０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＝合計［９２ｍｓ］といった時間を要する。
【００１０】
また、上記特許文献２のように、対象物の明部に対応するエリア内の画素が輝度飽和しない程度の露光時間で複数回撮像を行う構成においては、撮像回数が著しく増加するおそれがある。このため、上記同様の条件の下では（撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］）×５回＝合計［１３０ｍｓ］といった、さらに長い時間を要することとなる。
【００１１】
また、一枚のプリント基板上に計測対象エリア（撮像エリア）が多数設定されている場合や、位相シフト法を利用した三次元計測などのように１回の三次元計測を行うにあたり３〜４回の撮像を必要とする場合には、一枚のプリント基板の計測に要する計測時間はさらにその数倍となる。
【００１２】
なお、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ハンダ等の高さ計測を行う場合に限らず、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。勿論、位相シフト法に限られる問題ではない。
【００１３】
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、三次元計測を行うにあたり、より高精度な計測をより短時間で実現することのできる三次元計測装置及び基板検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
手段１．検査対象となる第１エリア（例えばハンダ印刷領域）及び当該第１エリアの高さ計測の基準となる第２エリア（例えば背景領域）を有する計測対象物に対し、三次元計測用の光を照射可能な照射手段と、
前記光の照射された前記計測対象物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データに基づき、前記計測対象物の三次元計測を行う画像処理手段とを備えた三次元計測装置であって、
前記第１エリア又は前記第２エリアの一方である明部に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間（例えば１０ｍｓ）により撮像を行う第１撮像処理と、
前記第１エリア又は前記第２エリアの他方である暗部の計測に適した所定の露光時間（例えば５０ｍｓ）のうち、前記第１露光時間（例えば１０ｍｓ）で不足した分に相当する第２露光時間（例えば４０ｍｓ）により撮像を行う第２撮像処理と、
前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所と、前記第２撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所とを合成して、前記第１エリア及び前記第２エリアについて輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する画像作成処理と、
前記三次元計測用の画像データを基に三次元計測を行う三次元計測処理とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００１６】
上記「発明が解決しようとする課題」で述べたように、第１エリアの計測を目的とする撮像を行った場合、画像データ上、第２エリアにおいては、輝度が高すぎたり低すぎたりあるいは明暗の差（輝度差）が小さくなってしまうことがある。例えば、第２エリアの色が第１エリアに比べて暗い色である場合には、画像データ上の輝度差が比較的小さくなる。一方、第２エリアの色が第１エリアに比べて明るい色である場合には、画像データ上の輝度値が飽和するおそれがある。そのため、第２エリアを高さ基準面として、精度良く三次元計測を行うことができないおそれがある。
【００１７】
この点、本手段１では、明部に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間で撮像した画像データの輝度飽和していない箇所と、暗部の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間で撮像した画像データの輝度飽和していない箇所とを合成して、第１エリア及び第２エリアについて輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する。これにより、暗部に関しては、ダイナミックレンジを拡大したデータを基に三次元計測を適切に行うことができるとともに、明部に関しても、輝度飽和していないデータを基に三次元計測を適切に行うことができる。結果として、第２エリアの三次元計測を適切に行うことができ、ひいては当該第２エリアを高さ基準面として第１エリアの三次元計測を精度良く行うことができる。
【００１８】
さらに、本手段によれば、所定の計測対象エリアにつき、三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するまでに要する時間を短縮することができる。
【００１９】
例えば、明部（例えば第１エリア）に対応する箇所が輝度飽和しない露光時間を１０ｍｓ、暗部（例えば第２エリア）の計測に適した所定の露光時間を５０ｍｓ、各画像データを転送するのに要するデータ転送時間を１６ｍｓと仮定した場合、本手段において必要な時間は、第１露光時間に相当する第１撮像処理の撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＋第２露光時間に相当する第２撮像処理の撮像時間［４０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＝合計［８２ｍｓ］となる。つまり、第１エリアの計測を目的とする撮像及び第２エリアの計測を目的とする撮像をそれぞれ１回ずつ行う上記特許文献１の構成に比べて、本手段によれば、上記第１露光時間に相当する分の［１０ｍｓ（約１１％）］の短縮が可能となる。同様に、上記特許文献２の構成に比べては、［４８ｍｓ（約３７％）］の短縮となる。
【００２０】
結果として、本手段によれば、より高精度な計測をより短時間で実現できることとなる。
【００２１】
手段２．前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記明部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値（各画素の輝度値）を用い、
前記暗部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を用いることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
【００２２】
上記手段２によれば、三次元計測用の画像データを作成するに際し、例えば第１エリア及び第２エリア（明部及び暗部）の両エリアに関し、第１撮像処理により取得した画像データの値と、第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を採用した場合のように、明部に対応する箇所が輝度飽和してしまうことがない。一方、暗部に対応する箇所に関しては、暗部の計測に適した所定の露光時間（第１露光時間＋第２露光時間）で撮像された画像データの値と同様の値が得られる。
【００２３】
これにより、三次元計測処理に際し、明部に関しては、第１撮像処理により得た画像データの値を基に三次元計測（明部計測処理）が行われ、暗部に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値と、第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を基に三次元計測（暗部計測処理）が行われることとなる。
【００２４】
結果として、比較的簡単な処理で上記手段１の作用効果を実現することができる。
【００２５】
手段３．前記計測対象物に係る設計データを記憶する記憶手段を備え、
前記画像作成処理においては、前記設計データを基に、前記第１エリア及び前記第２エリアそれぞれについて、前記第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるかを選択することを特徴とする手段２に記載の三次元計測装置。
【００２６】
上記手段３によれば、三次元計測用の画像データを作成するに際し、予め記憶された設計データを基に、第１エリア及び第２エリアそれぞれについて、第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるのかを選択する構成となっている。これにより、例えば撮像手段によって撮像された画像データから抽出した各種情報を基に、いずれのデータを用いるのか選択する構成に比べ、処理手順の簡素化や処理速度の向上を図ることができる。結果として、計測時間のさらなる短縮を図ることができる。
【００２７】
なお、本手段によれば、例えば、第２エリアの色が第１エリアに比べて暗い色である場合には、第１エリアに関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値が用いられ、第２エリアに関しては、合算した値が用いられることとなる。
【００２８】
手段４．前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記第１撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値とを合算した値が輝度飽和しているか否かを各画素について判定し、
輝度飽和している場合には、当該画素に関して、前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度値を用い、
輝度飽和していない場合には、当該画素に関して、前記合算した値を用いることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
【００２９】
上記手段４によれば、上記手段２と同様の作用効果が奏される。加えて、本手段４によれば、暗部のみならず、明部に対応する箇所に関しても、上記合算した値が輝度飽和していない場合には、当該値を採用することができる。ＣＣＤ等の撮像素子のノイズは、受光量の平方根に依存するため、受光量が増えれば増えるほど、信号とノイズの差が大きくなり、より精度の高い画像データを取得することができる。結果として、より高精度の計測を行うことが可能となる。
【００３０】
手段５．位相の異なる光を複数通り照射して得られた複数通りの前記三次元計測用の画像データに基づき、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乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３１】
上記手段５の構成の下では、上記手段１等の作用効果がより奏功することとなる。位相シフト法を利用した三次元計測では、照射光の位相を複数通りに変化させ、各段階に対応する強度分布をもつ複数通りの画像データを取得する必要がある。つまり、位相を変化させる度に撮像を行わなければならず、所定の計測対象エリア（撮像エリア）につき、複数回の撮像を行う必要がある。このため、１回の撮像にかかる時間が長くなると、当該エリアの三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間はこの数倍となる。従って、１回の撮像にかかる時間が僅かな差であっても、全体として大きな差が生じることとなる。
【００３２】
手段６．前記計測対象物は、ベース基板に対して電極パターンが形成されたプリント基板であり、
前記第１エリアは、前記電極パターン上にハンダが印刷されたハンダ印刷領域であり、
前記第２エリアは、ハンダ印刷領域以外の背景領域に設けられ、前記電極パターン、前記ベース基板、前記電極パターン上を覆うレジスト膜、あるいは、前記ベース基板上を覆うレジスト膜の領域であることを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３３】
なお、ここで「ハンダが印刷されたハンダ印刷領域」は、クリームハンダを含むいわゆるハンダの領域、銀ペーストの領域、導電性接着剤の領域、バンプの領域などを含むものとする。
【００３４】
手段７．手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【００３５】
上記手段７のように、手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置を基板検査装置に備えることで、プリント基板の製造過程において不良品の検査を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施形態における基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】プリント基板の断面図である。
【図３】基板検査装置の概略を示すブロック図である。
【図４】検査対象領域及び計測基準領域を説明するための説明図である。
【図５】撮像ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
図２に示すように、プリント基板１は、平板状をなし（平面を備え）、ガラスエポキシ樹脂等からなるベース基板２に、銅箔からなる電極パターン３が設けられている。さらに、所定の電極パターン３上には、クリームハンダ４が印刷形成されている。このクリームハンダ４が印刷された領域を「ハンダ印刷領域」ということにする。ハンダ印刷領域以外の部分を「背景領域」と総称するが、この背景領域には、電極パターン３が露出した領域（記号Ａ）、ベース基板２が露出した領域（記号Ｂ）、ベース基板２上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｃ）、及び、電極パターン３上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｄ）が含まれる。なお、レジスト膜５は、所定配線部分以外にクリームハンダ４がのらないように、プリント基板１の表面にコーティングされるものである。本実施形態では、背景領域は黒色あるいは相対的に黒色に近い灰色となっている。
【００３９】
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８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８は、プリント基板１を載置するための載置台９と、プリント基板１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としての照明装置１０と、プリント基板１上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段としてのＣＣＤカメラ１１と、基板検査装置８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手段としての制御装置１２とを備えている。
【００４０】
前記載置台９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１２により駆動制御されることによって、載置台９上に載置されたプリント基板１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。
【００４１】
次に、制御装置１２の電気的構成について説明する。図３に示すように、制御装置１２は、基板検査装置８全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する表示装置２３、ＣＣＤカメラ１１による撮像に基づく画像データ等を記憶するための画像データ記憶装置２４、ＣＣＤカメラ１１による撮像に基づいてクリームハンダ４の高さや体積の計測を行う画像処理手段としての画像処理装置２５、及び、ガーバデータ等の設計データや検査結果等を記憶するための記憶手段としての記憶装置２６を備えている。なお、これら各装置２２〜２７は、ＣＰＵ及び入出力インターフェース２１（以下、ＣＰＵ等２１という）に対し電気的に接続されている。
【００４２】
ここで、プリント基板１上の検査領域等について説明する。計測対象物となるプリント基板１には、ガーバデータ等の設計データに基づき、検査領域などが設定される。例えば、図４（ａ）に示すように、クリームハンダ４の印刷されたハンダ印刷領域に対し、検査対象となる「第１エリア」としての検査対象領域３１（斜線を施して示した領域）が設定される。一方、図４（ｂ）に示すように、背景領域に対し、高さ計測の基準となる「第２エリア」としての計測基準領域３２（斜線を施して示した領域）が設定される。
【００４３】
また、プリント基板１には、検査視野（計測対象エリア）が予め設定され、この検査視野に合わせて載置台９上に載置されたプリント基板１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、この検査視野ごとに、照明装置１０による光パターンの照射及びＣＣＤカメラ１１による撮像がなされて、検査対象領域３１のクリームハンダ４の印刷状態が検査される。このとき、計測基準領域３２が高さ基準面として利用される。
【００４４】
次に、各検査視野ごとに行われる撮像ルーチンについて、図５のフローチャートに基づき説明する。この撮像ルーチンは、ＣＰＵ等２１にて実行されるものである。
【００４５】
ステップＳ１０１の第１撮像処理では、照明装置１０が点灯され、プリント基板１の表面に対し斜め上方から所定の光成分パターンが照射される。そして、ＣＰＵ等２１からの制御信号によりＣＣＤカメラ１１が照射部分を撮像する。ＣＣＤカメラ１１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。
【００４６】
なお、第１撮像処理における撮像は、画像データ上、明部となる検査対象領域３１に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間（本実施形態では１０ｍｓ）で行われる。
【００４７】
続くステップＳ１０２の第２撮像処理に関しても、ステップＳ１０１の第１撮像処理と同様、照明装置１０が点灯され、プリント基板１の表面に対し斜め上方から所定の光成分パターンが照射される。そして、ＣＰＵ等２１からの制御信号によりＣＣＤカメラ１１が照射部分を撮像する。ＣＣＤカメラ１１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。
【００４８】
但し、ステップＳ１０１の第１撮像処理とは異なり、第２撮像処理における撮像は、暗部となる計測基準領域３２の計測に適した所定の露光時間（本実施形態では５０ｍｓ）のうち、前記第１露光時間（１０ｍｓ）で不足した分に相当する第２露光時間（本実施形態では４０ｍｓ）で行われる。
【００４９】
ステップＳ１０３の画像作成処理では、ステップＳ１０１の第１撮像処理により取得した画像データと、ステップＳ１０２の第２撮像処理により取得した画像データとを合成して、検査対象領域３１及び計測基準領域３２について輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する。
【００５０】
より詳しくは、ガーバデータ等の設計データを基に、明部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、ステップＳ１０１の第１撮像処理により取得した画像データの値を用い、暗部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、ステップＳ１０１の第１撮像処理により取得した画像データと、ステップＳ１０２の第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いて、三次元計測用の画像データを作成する。
【００５１】
なお、以下の前提（１），（２）の下、２回の撮像による輝度値を単純加算したことによる輝度値の信頼性の低下はない。
【００５２】
（１）撮像により発生するノイズは、ほとんどが光ショットノイズ（真の光量に対する測定値のゆらぎ）であり、他のノイズ（暗電流やリードライトノイズなど）は無視できるものとする。光ショットノイズの標準偏差は、光子数の平方根に等しい。
【００５３】
（２）光ショットノイズは、撮像の回数に依存することはないものとする。例えば、２回撮像して単純加算した場合は、１回目の撮像の光子数と２回目の光子数を加算した数の平方根と（標準偏差が）等しくなるものとする。
【００５４】
そして、ここで作成された三次元計測用の画像データは、画像データ記憶装置２４に一旦記憶される。これにて、当該検査視野に係る撮像ルーチンが終了する。
【００５５】
その後、位相の異なる光成分パターンを複数通り（本実施形態では４回）照射して上記撮像ルーチンにより得られた複数通りの前記三次元計測用の画像データを基に、画像処理装置２５が、位相シフト法により検査対象領域３１及び計測基準領域３２の三次元計測処理（高さ計測）を行う。これにより、計測基準領域３２を高さ基準面として検査対象領域３１のクリームハンダ４の高さや体積が計測されることになる。
【００５６】
この計測値に基づいてＣＰＵ等２１は、クリームハンダ４の印刷状態を検査し、良／不良の判定を行って、その検査結果を、記憶装置２６へ記憶する。また、不良判定されたプリント基板１は、図示しない排出機構によって排出される。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態では、各検査視野ごとに行われる撮像ルーチンにおいて、明部となる検査対象領域（ハンダ印刷領域）３１に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間で第１撮像処理を行うとともに、暗部となる計測基準領域（背景領域）３２の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間で第２撮像処理を行う。
【００５８】
続いて、明部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値を用いるとともに、暗部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データと、第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いた三次元計測用の画像データを作成する。
【００５９】
そして、このように得られた複数通りの三次元計測用の画像データに基づき、検査対象領域３１に関しては、第１撮像処理により得た輝度飽和していない画像データの値を基に三次元計測が行われ、計測基準領域３２に関しては、当該計測基準領域３２の計測に適した所定の露光時間（第１露光時間＋第２露光時間）で撮像された画像データの値と同様の値を基に三次元計測が行われることとなる。つまり、計測基準領域３２に関しては、ダイナミックレンジを拡大したデータを基に三次元計測を適切に行うことができるとともに、検査対象領域３１に関しても、輝度飽和していないデータを基に三次元計測を適切に行うことができる。
【００６０】
結果として、計測基準領域３２の三次元計測を適切に行うことができ、ひいては当該計測基準領域３２を高さ基準面としてクリームハンダ４の三次元計測を精度良く行うことができる。
【００６１】
さらに、本実施形態によれば、各検査視野につき、三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するまでに要する時間を短縮することができる。
【００６２】
例えば、各画像データを転送するのに要するデータ転送時間を１６ｍｓと仮定した場合、本実施形態において必要な時間は、第１露光時間に相当する第１撮像処理の撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＋第２露光時間に相当する第２撮像処理の撮像時間［４０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＝合計［８２ｍｓ］の４倍となる。つまり、検査対象領域３１の計測を目的とする撮像及び計測基準領域３２の計測を目的とする撮像をそれぞれ１回ずつ行う上記特許文献１の構成に比べて、上記第１露光時間に相当する［１０ｍｓ］×４＝合計［４０ｍｓ］の短縮が可能となる。同様に、上記特許文献２の構成に比べて、［４８ｍｓ］×４＝合計［１９２ｍｓ］の短縮が可能となる。
【００６３】
結果として、本実施形態によれば、より高精度な計測をより短時間で実現できることとなる。
【００６４】
加えて、本実施形態では、三次元計測用の画像データを作成するに際し、予め記憶された設計データを基に、検査対象領域３１及び計測基準領域３２それぞれについて、第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるのかを選択する構成となっている。これにより、例えばＣＣＤカメラ１１により撮像された画像データから抽出した各種情報を基に、いずれのデータを用いるのか選択する構成に比べ、処理手順の簡素化や処理速度の向上を図ることができる。結果として、計測時間のさらなる短縮を図ることができる。
【００６５】
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。
【００６６】
（ａ）上記実施形態では、計測基準領域３２（背景領域）が検査対象領域３１（ハンダ印刷領域）よりも暗い、黒色あるいは相対的に黒色に近い灰色であるプリント基板１を計測する場合に具体化しているが、これに限らず、計測基準領域３２が検査対象領域３１よりも明るい、例えば背景領域が白色あるいは相対的に白色に近い灰色であるプリント基板１を計測する場合に具体化してもよい。かかる場合、検査対象領域３１よりも、計測基準領域３２における輝度が高くなりすぎて輝度飽和してしまうおそれが高いため、例えば明部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値を用いるとともに、暗部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データと、第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いた三次元計測用の画像データが作成されることとなる。
【００６７】
（ｂ）上記実施形態では、プリント基板１に印刷形成されたクリームハンダ４の高さ等を計測する場合に具体化したが、ウエハ基板や実装基板等の検査装置にも適用できる。例えば、ウエハ基板の場合には、酸化膜の表面を基準高さとして利用可能となり、ハンダバンプの高さ、形状、体積等を算出可能となる。
【００６８】
（ｃ）上記実施形態では、三次元計測方法として位相シフト法を採用しているが、これに代えて、例えばモアレ法など他の三次元計測方法を採用することもできる。
【００６９】
（ｄ）上記実施形態では、ガーバデータ等の設計データを基に予め、明部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値を用い、暗部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データと、第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いることが設定されている。
【００７０】
これに限らず、上記実施形態のように、位相シフト法による三次元計測を行うにあたり、複数回の撮像ルーチンを行う構成においては、例えば複数回の第１撮像処理により撮像された複数通りの画像データの各画素の輝度値のうち１つでも輝度飽和しているものがある場合には、第１撮像処理により取得した画像データの値に代えて、第２撮像処理により取得した画像データの値を用いる構成としてもよい。
【００７１】
また、例えば、第１撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値と、第２撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値とを合算した値が輝度飽和しているか否かを各画素について判定し、輝度飽和している場合には、当該画素に関して、第１撮像処理により取得した画像データの輝度値を用い、輝度飽和していない場合には、当該画素に関して、前記合算した値を用いて、三次元計測用の画像データを作成する構成としてもよい。
【００７２】
このようにすれば、暗部のみならず、明部に対応する箇所に関しても、上記合算した値が輝度飽和していない場合には、当該値を採用することができる。ＣＣＤ等の撮像素子のノイズは、受光量の平方根に依存するため、受光量が増えれば増えるほど、信号とノイズの差が大きくなり、より精度の高い画像データを取得することができる。結果として、より高精度の計測を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１…プリント基板、２…ベース基板、３…電極パターン、４…クリームハンダ、５…レジスト膜、８…基板検査装置、９…載置台、１０…照明装置、１１…ＣＣＤカメラ、１２…制御装置、２４…画像データ記憶装置、２５…画像処理装置、２６…記憶装置、３１…検査対象領域、３２…計測基準領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置及び当該三次元計測装置を備える基板検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリント基板は、ガラスエポキシ樹脂からなるベース基板の上に電極パターンを具備し、表面がレジスト膜によって保護されている。前記プリント基板上に電子部品を実装する場合、まず電極パターン上のレジスト膜による保護がされていない所定位置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いる。例えば、位相シフト法を用いた三次元計測装置においては、照射手段によって、可視光を光源とした縞状の光強度分布を有する光パターンを対象物（この場合プリント基板）に照射する。そして、ＣＣＤカメラによって対象物を撮像し、得た画像から前記光パターンの縞の位相差を解析することで、クリームハンダの三次元形状、特に高さが計測される。
【０００４】
ところが、プリント基板上のクリームハンダの印刷部分の周囲（以下、背景領域という）の色は様々である。これは、ガラスエポキシ樹脂やレジスト膜に種々の色が使用されるためである。そして、例えば黒色などの比較的暗い色の背景領域では、ＣＣＤカメラによる撮像に基づく画像データのコントラストが小さくなってしまう。つまり、画像データ上、上記光パターンの明暗の差（輝度差）が小さくなってしまうのである。そのため、背景領域の高さの計測が困難となるおそれがある。本来であれば基板上に印刷されたクリームハンダの高さをより高精度で計測するためには、その基板内に高さ基準を採ることが望ましい。しかしながら、背景領域を高さ基準面として適正に利用できないため、その基板内に高さ基準を採ることができないといった不具合を生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、例えばハンダ印刷領域（明部）に適した露光時間（例えば１０ｍｓ）による撮像と、背景領域（暗部）に適した露光時間（例えば５０ｍｓ）による撮像とを別々に行い、高さ基準を適切に計測する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、画像データ上、対象物の明部に対応するエリア内の画素が輝度飽和しない程度の露光時間（例えば１０ｍｓ）で複数回撮像を行い、当該撮像により得た複数の画像データを合算することにより、ダイナミックレンジを拡大する技術なども提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３００５３９号公報
【特許文献２】特開平７−５０７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のように、ハンダ印刷領域（明部）用の撮像と、背景領域（暗部）用の撮像とを別々に行う構成では、所定の計測対象エリア（撮像エリア）の三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するまでに比較的長い時間を要するおそれがある。
【０００９】
仮にハンダ印刷領域を計測するのに最適な露光時間を１０ｍｓ、高さ基準を計測するのに最適な露光時間を５０ｍｓ、各画像データを転送するのに要するデータ転送時間を１６ｍｓと仮定した場合、上記特許文献１の構成では、ハンダ印刷領域用の撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＋背景領域用の撮像時間［５０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＝合計［９２ｍｓ］といった時間を要する。
【００１０】
また、上記特許文献２のように、対象物の明部に対応するエリア内の画素が輝度飽和しない程度の露光時間で複数回撮像を行う構成においては、撮像回数が著しく増加するおそれがある。このため、上記同様の条件の下では（撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］）×５回＝合計［１３０ｍｓ］といった、さらに長い時間を要することとなる。
【００１１】
また、一枚のプリント基板上に計測対象エリア（撮像エリア）が多数設定されている場合や、位相シフト法を利用した三次元計測などのように１回の三次元計測を行うにあたり３〜４回の撮像を必要とする場合には、一枚のプリント基板の計測に要する計測時間はさらにその数倍となる。
【００１２】
なお、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ハンダ等の高さ計測を行う場合に限らず、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。勿論、位相シフト法に限られる問題ではない。
【００１３】
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、三次元計測を行うにあたり、より高精度な計測をより短時間で実現することのできる三次元計測装置及び基板検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
手段１．検査対象となる第１エリア（例えばハンダ印刷領域）及び当該第１エリアの高さ計測の基準となる第２エリア（例えば背景領域）を有する計測対象物に対し、三次元計測用の光を照射可能な照射手段と、
前記光の照射された前記計測対象物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データに基づき、前記計測対象物の三次元計測を行う画像処理手段とを備えた三次元計測装置であって、
前記第１エリア又は前記第２エリアの一方である明部に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間（例えば１０ｍｓ）により撮像を行う第１撮像処理と、
前記第１エリア又は前記第２エリアの他方である暗部の計測に適した所定の露光時間（例えば５０ｍｓ）のうち、前記第１露光時間（例えば１０ｍｓ）で不足した分に相当する第２露光時間（例えば４０ｍｓ）により撮像を行う第２撮像処理と、
前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所と、前記第２撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所とを合成して、前記第１エリア及び前記第２エリアについて輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する画像作成処理と、
前記三次元計測用の画像データを基に三次元計測を行う三次元計測処理とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【００１６】
上記「発明が解決しようとする課題」で述べたように、第１エリアの計測を目的とする撮像を行った場合、画像データ上、第２エリアにおいては、輝度が高すぎたり低すぎたりあるいは明暗の差（輝度差）が小さくなってしまうことがある。例えば、第２エリアの色が第１エリアに比べて暗い色である場合には、画像データ上の輝度差が比較的小さくなる。一方、第２エリアの色が第１エリアに比べて明るい色である場合には、画像データ上の輝度値が飽和するおそれがある。そのため、第２エリアを高さ基準面として、精度良く三次元計測を行うことができないおそれがある。
【００１７】
この点、本手段１では、明部に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間で撮像した画像データの輝度飽和していない箇所と、暗部の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間で撮像した画像データの輝度飽和していない箇所とを合成して、第１エリア及び第２エリアについて輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する。これにより、暗部に関しては、ダイナミックレンジを拡大したデータを基に三次元計測を適切に行うことができるとともに、明部に関しても、輝度飽和していないデータを基に三次元計測を適切に行うことができる。結果として、第２エリアの三次元計測を適切に行うことができ、ひいては当該第２エリアを高さ基準面として第１エリアの三次元計測を精度良く行うことができる。
【００１８】
さらに、本手段によれば、所定の計測対象エリアにつき、三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するまでに要する時間を短縮することができる。
【００１９】
例えば、明部（例えば第１エリア）に対応する箇所が輝度飽和しない露光時間を１０ｍｓ、暗部（例えば第２エリア）の計測に適した所定の露光時間を５０ｍｓ、各画像データを転送するのに要するデータ転送時間を１６ｍｓと仮定した場合、本手段において必要な時間は、第１露光時間に相当する第１撮像処理の撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＋第２露光時間に相当する第２撮像処理の撮像時間［４０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＝合計［８２ｍｓ］となる。つまり、第１エリアの計測を目的とする撮像及び第２エリアの計測を目的とする撮像をそれぞれ１回ずつ行う上記特許文献１の構成に比べて、本手段によれば、上記第１露光時間に相当する分の［１０ｍｓ（約１１％）］の短縮が可能となる。同様に、上記特許文献２の構成に比べては、［４８ｍｓ（約３７％）］の短縮となる。
【００２０】
結果として、本手段によれば、より高精度な計測をより短時間で実現できることとなる。
【００２１】
手段２．前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記明部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値（各画素の輝度値）を用い、
前記暗部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を用いることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
【００２２】
上記手段２によれば、三次元計測用の画像データを作成するに際し、例えば第１エリア及び第２エリア（明部及び暗部）の両エリアに関し、第１撮像処理により取得した画像データの値と、第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を採用した場合のように、明部に対応する箇所が輝度飽和してしまうことがない。一方、暗部に対応する箇所に関しては、暗部の計測に適した所定の露光時間（第１露光時間＋第２露光時間）で撮像された画像データの値と同様の値が得られる。
【００２３】
これにより、三次元計測処理に際し、明部に関しては、第１撮像処理により得た画像データの値を基に三次元計測（明部計測処理）が行われ、暗部に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値と、第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を基に三次元計測（暗部計測処理）が行われることとなる。
【００２４】
結果として、比較的簡単な処理で上記手段１の作用効果を実現することができる。
【００２５】
手段３．前記計測対象物に係る設計データを記憶する記憶手段を備え、
前記画像作成処理においては、前記設計データを基に、前記第１エリア及び前記第２エリアそれぞれについて、前記第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるかを選択することを特徴とする手段２に記載の三次元計測装置。
【００２６】
上記手段３によれば、三次元計測用の画像データを作成するに際し、予め記憶された設計データを基に、第１エリア及び第２エリアそれぞれについて、第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるのかを選択する構成となっている。これにより、例えば撮像手段によって撮像された画像データから抽出した各種情報を基に、いずれのデータを用いるのか選択する構成に比べ、処理手順の簡素化や処理速度の向上を図ることができる。結果として、計測時間のさらなる短縮を図ることができる。
【００２７】
なお、本手段によれば、例えば、第２エリアの色が第１エリアに比べて暗い色である場合には、第１エリアに関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値が用いられ、第２エリアに関しては、合算した値が用いられることとなる。
【００２８】
手段４．前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記第１撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値とを合算した値が輝度飽和しているか否かを各画素について判定し、
輝度飽和している場合には、当該画素に関して、前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度値を用い、
輝度飽和していない場合には、当該画素に関して、前記合算した値を用いることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
【００２９】
上記手段４によれば、上記手段２と同様の作用効果が奏される。加えて、本手段４によれば、暗部のみならず、明部に対応する箇所に関しても、上記合算した値が輝度飽和していない場合には、当該値を採用することができる。ＣＣＤ等の撮像素子のノイズは、受光量の平方根に依存するため、受光量が増えれば増えるほど、信号とノイズの差が大きくなり、より精度の高い画像データを取得することができる。結果として、より高精度の計測を行うことが可能となる。
【００３０】
手段５．位相の異なる光を複数通り照射して得られた複数通りの前記三次元計測用の画像データに基づき、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乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３１】
上記手段５の構成の下では、上記手段１等の作用効果がより奏功することとなる。位相シフト法を利用した三次元計測では、照射光の位相を複数通りに変化させ、各段階に対応する強度分布をもつ複数通りの画像データを取得する必要がある。つまり、位相を変化させる度に撮像を行わなければならず、所定の計測対象エリア（撮像エリア）につき、複数回の撮像を行う必要がある。このため、１回の撮像にかかる時間が長くなると、当該エリアの三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間はこの数倍となる。従って、１回の撮像にかかる時間が僅かな差であっても、全体として大きな差が生じることとなる。
【００３２】
手段６．前記計測対象物は、ベース基板に対して電極パターンが形成されたプリント基板であり、
前記第１エリアは、前記電極パターン上にハンダが印刷されたハンダ印刷領域であり、
前記第２エリアは、ハンダ印刷領域以外の背景領域に設けられ、前記電極パターン、前記ベース基板、前記電極パターン上を覆うレジスト膜、あるいは、前記ベース基板上を覆うレジスト膜の領域であることを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３３】
なお、ここで「ハンダが印刷されたハンダ印刷領域」は、クリームハンダを含むいわゆるハンダの領域、銀ペーストの領域、導電性接着剤の領域、バンプの領域などを含むものとする。
【００３４】
手段７．手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【００３５】
上記手段７のように、手段１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置を基板検査装置に備えることで、プリント基板の製造過程において不良品の検査を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施形態における基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】プリント基板の断面図である。
【図３】基板検査装置の概略を示すブロック図である。
【図４】検査対象領域及び計測基準領域を説明するための説明図である。
【図５】撮像ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
図２に示すように、プリント基板１は、平板状をなし（平面を備え）、ガラスエポキシ樹脂等からなるベース基板２に、銅箔からなる電極パターン３が設けられている。さらに、所定の電極パターン３上には、クリームハンダ４が印刷形成されている。このクリームハンダ４が印刷された領域を「ハンダ印刷領域」ということにする。ハンダ印刷領域以外の部分を「背景領域」と総称するが、この背景領域には、電極パターン３が露出した領域（記号Ａ）、ベース基板２が露出した領域（記号Ｂ）、ベース基板２上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｃ）、及び、電極パターン３上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｄ）が含まれる。なお、レジスト膜５は、所定配線部分以外にクリームハンダ４がのらないように、プリント基板１の表面にコーティングされるものである。本実施形態では、背景領域は黒色あるいは相対的に黒色に近い灰色となっている。
【００３９】
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８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８は、プリント基板１を載置するための載置台９と、プリント基板１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としての照明装置１０と、プリント基板１上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段としてのＣＣＤカメラ１１と、基板検査装置８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手段としての制御装置１２とを備えている。
【００４０】
前記載置台９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１２により駆動制御されることによって、載置台９上に載置されたプリント基板１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。
【００４１】
次に、制御装置１２の電気的構成について説明する。図３に示すように、制御装置１２は、基板検査装置８全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する表示装置２３、ＣＣＤカメラ１１による撮像に基づく画像データ等を記憶するための画像データ記憶装置２４、ＣＣＤカメラ１１による撮像に基づいてクリームハンダ４の高さや体積の計測を行う画像処理手段としての画像処理装置２５、及び、ガーバデータ等の設計データや検査結果等を記憶するための記憶手段としての記憶装置２６を備えている。なお、これら各装置２２〜２７は、ＣＰＵ及び入出力インターフェース２１（以下、ＣＰＵ等２１という）に対し電気的に接続されている。
【００４２】
ここで、プリント基板１上の検査領域等について説明する。計測対象物となるプリント基板１には、ガーバデータ等の設計データに基づき、検査領域などが設定される。例えば、図４（ａ）に示すように、クリームハンダ４の印刷されたハンダ印刷領域に対し、検査対象となる「第１エリア」としての検査対象領域３１（斜線を施して示した領域）が設定される。一方、図４（ｂ）に示すように、背景領域に対し、高さ計測の基準となる「第２エリア」としての計測基準領域３２（斜線を施して示した領域）が設定される。
【００４３】
また、プリント基板１には、検査視野（計測対象エリア）が予め設定され、この検査視野に合わせて載置台９上に載置されたプリント基板１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、この検査視野ごとに、照明装置１０による光パターンの照射及びＣＣＤカメラ１１による撮像がなされて、検査対象領域３１のクリームハンダ４の印刷状態が検査される。このとき、計測基準領域３２が高さ基準面として利用される。
【００４４】
次に、各検査視野ごとに行われる撮像ルーチンについて、図５のフローチャートに基づき説明する。この撮像ルーチンは、ＣＰＵ等２１にて実行されるものである。
【００４５】
ステップＳ１０１の第１撮像処理では、照明装置１０が点灯され、プリント基板１の表面に対し斜め上方から所定の光成分パターンが照射される。そして、ＣＰＵ等２１からの制御信号によりＣＣＤカメラ１１が照射部分を撮像する。ＣＣＤカメラ１１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。
【００４６】
なお、第１撮像処理における撮像は、画像データ上、明部となる検査対象領域３１に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間（本実施形態では１０ｍｓ）で行われる。
【００４７】
続くステップＳ１０２の第２撮像処理に関しても、ステップＳ１０１の第１撮像処理と同様、照明装置１０が点灯され、プリント基板１の表面に対し斜め上方から所定の光成分パターンが照射される。そして、ＣＰＵ等２１からの制御信号によりＣＣＤカメラ１１が照射部分を撮像する。ＣＣＤカメラ１１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。
【００４８】
但し、ステップＳ１０１の第１撮像処理とは異なり、第２撮像処理における撮像は、暗部となる計測基準領域３２の計測に適した所定の露光時間（本実施形態では５０ｍｓ）のうち、前記第１露光時間（１０ｍｓ）で不足した分に相当する第２露光時間（本実施形態では４０ｍｓ）で行われる。
【００４９】
ステップＳ１０３の画像作成処理では、ステップＳ１０１の第１撮像処理により取得した画像データと、ステップＳ１０２の第２撮像処理により取得した画像データとを合成して、検査対象領域３１及び計測基準領域３２について輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する。
【００５０】
より詳しくは、ガーバデータ等の設計データを基に、明部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、ステップＳ１０１の第１撮像処理により取得した画像データの値を用い、暗部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、ステップＳ１０１の第１撮像処理により取得した画像データと、ステップＳ１０２の第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いて、三次元計測用の画像データを作成する。
【００５１】
なお、以下の前提（１），（２）の下、２回の撮像による輝度値を単純加算したことによる輝度値の信頼性の低下はない。
【００５２】
（１）撮像により発生するノイズは、ほとんどが光ショットノイズ（真の光量に対する測定値のゆらぎ）であり、他のノイズ（暗電流やリードライトノイズなど）は無視できるものとする。光ショットノイズの標準偏差は、光子数の平方根に等しい。
【００５３】
（２）光ショットノイズは、撮像の回数に依存することはないものとする。例えば、２回撮像して単純加算した場合は、１回目の撮像の光子数と２回目の光子数を加算した数の平方根と（標準偏差が）等しくなるものとする。
【００５４】
そして、ここで作成された三次元計測用の画像データは、画像データ記憶装置２４に一旦記憶される。これにて、当該検査視野に係る撮像ルーチンが終了する。
【００５５】
その後、位相の異なる光成分パターンを複数通り（本実施形態では４回）照射して上記撮像ルーチンにより得られた複数通りの前記三次元計測用の画像データを基に、画像処理装置２５が、位相シフト法により検査対象領域３１及び計測基準領域３２の三次元計測処理（高さ計測）を行う。これにより、計測基準領域３２を高さ基準面として検査対象領域３１のクリームハンダ４の高さや体積が計測されることになる。
【００５６】
この計測値に基づいてＣＰＵ等２１は、クリームハンダ４の印刷状態を検査し、良／不良の判定を行って、その検査結果を、記憶装置２６へ記憶する。また、不良判定されたプリント基板１は、図示しない排出機構によって排出される。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態では、各検査視野ごとに行われる撮像ルーチンにおいて、明部となる検査対象領域（ハンダ印刷領域）３１に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間で第１撮像処理を行うとともに、暗部となる計測基準領域（背景領域）３２の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間で第２撮像処理を行う。
【００５８】
続いて、明部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値を用いるとともに、暗部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データと、第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いた三次元計測用の画像データを作成する。
【００５９】
そして、このように得られた複数通りの三次元計測用の画像データに基づき、検査対象領域３１に関しては、第１撮像処理により得た輝度飽和していない画像データの値を基に三次元計測が行われ、計測基準領域３２に関しては、当該計測基準領域３２の計測に適した所定の露光時間（第１露光時間＋第２露光時間）で撮像された画像データの値と同様の値を基に三次元計測が行われることとなる。つまり、計測基準領域３２に関しては、ダイナミックレンジを拡大したデータを基に三次元計測を適切に行うことができるとともに、検査対象領域３１に関しても、輝度飽和していないデータを基に三次元計測を適切に行うことができる。
【００６０】
結果として、計測基準領域３２の三次元計測を適切に行うことができ、ひいては当該計測基準領域３２を高さ基準面としてクリームハンダ４の三次元計測を精度良く行うことができる。
【００６１】
さらに、本実施形態によれば、各検査視野につき、三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するまでに要する時間を短縮することができる。
【００６２】
例えば、各画像データを転送するのに要するデータ転送時間を１６ｍｓと仮定した場合、本実施形態において必要な時間は、第１露光時間に相当する第１撮像処理の撮像時間［１０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＋第２露光時間に相当する第２撮像処理の撮像時間［４０ｍｓ］＋データ転送時間［１６ｍｓ］＝合計［８２ｍｓ］の４倍となる。つまり、検査対象領域３１の計測を目的とする撮像及び計測基準領域３２の計測を目的とする撮像をそれぞれ１回ずつ行う上記特許文献１の構成に比べて、上記第１露光時間に相当する［１０ｍｓ］×４＝合計［４０ｍｓ］の短縮が可能となる。同様に、上記特許文献２の構成に比べて、［４８ｍｓ］×４＝合計［１９２ｍｓ］の短縮が可能となる。
【００６３】
結果として、本実施形態によれば、より高精度な計測をより短時間で実現できることとなる。
【００６４】
加えて、本実施形態では、三次元計測用の画像データを作成するに際し、予め記憶された設計データを基に、検査対象領域３１及び計測基準領域３２それぞれについて、第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるのかを選択する構成となっている。これにより、例えばＣＣＤカメラ１１により撮像された画像データから抽出した各種情報を基に、いずれのデータを用いるのか選択する構成に比べ、処理手順の簡素化や処理速度の向上を図ることができる。結果として、計測時間のさらなる短縮を図ることができる。
【００６５】
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。
【００６６】
（ａ）上記実施形態では、計測基準領域３２（背景領域）が検査対象領域３１（ハンダ印刷領域）よりも暗い、黒色あるいは相対的に黒色に近い灰色であるプリント基板１を計測する場合に具体化しているが、これに限らず、計測基準領域３２が検査対象領域３１よりも明るい、例えば背景領域が白色あるいは相対的に白色に近い灰色であるプリント基板１を計測する場合に具体化してもよい。かかる場合、検査対象領域３１よりも、計測基準領域３２における輝度が高くなりすぎて輝度飽和してしまうおそれが高いため、例えば明部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値を用いるとともに、暗部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データと、第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いた三次元計測用の画像データが作成されることとなる。
【００６７】
（ｂ）上記実施形態では、プリント基板１に印刷形成されたクリームハンダ４の高さ等を計測する場合に具体化したが、ウエハ基板や実装基板等の検査装置にも適用できる。例えば、ウエハ基板の場合には、酸化膜の表面を基準高さとして利用可能となり、ハンダバンプの高さ、形状、体積等を算出可能となる。
【００６８】
（ｃ）上記実施形態では、三次元計測方法として位相シフト法を採用しているが、これに代えて、例えばモアレ法など他の三次元計測方法を採用することもできる。
【００６９】
（ｄ）上記実施形態では、ガーバデータ等の設計データを基に予め、明部である検査対象領域３１に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データの値を用い、暗部である計測基準領域３２に対応する箇所に関しては、第１撮像処理により取得した画像データと、第２撮像処理により取得した画像データとを合算した値を用いることが設定されている。
【００７０】
これに限らず、上記実施形態のように、位相シフト法による三次元計測を行うにあたり、複数回の撮像ルーチンを行う構成においては、例えば複数回の第１撮像処理により撮像された複数通りの画像データの各画素の輝度値のうち１つでも輝度飽和しているものがある場合には、第１撮像処理により取得した画像データの値に代えて、第２撮像処理により取得した画像データの値を用いる構成としてもよい。
【００７１】
また、例えば、第１撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値と、第２撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値とを合算した値が輝度飽和しているか否かを各画素について判定し、輝度飽和している場合には、当該画素に関して、第１撮像処理により取得した画像データの輝度値を用い、輝度飽和していない場合には、当該画素に関して、前記合算した値を用いて、三次元計測用の画像データを作成する構成としてもよい。
【００７２】
このようにすれば、暗部のみならず、明部に対応する箇所に関しても、上記合算した値が輝度飽和していない場合には、当該値を採用することができる。ＣＣＤ等の撮像素子のノイズは、受光量の平方根に依存するため、受光量が増えれば増えるほど、信号とノイズの差が大きくなり、より精度の高い画像データを取得することができる。結果として、より高精度の計測を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１…プリント基板、２…ベース基板、３…電極パターン、４…クリームハンダ、５…レジスト膜、８…基板検査装置、９…載置台、１０…照明装置、１１…ＣＣＤカメラ、１２…制御装置、２４…画像データ記憶装置、２５…画像処理装置、２６…記憶装置、３１…検査対象領域、３２…計測基準領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象となる第１エリア及び当該第１エリアの高さ計測の基準となる第２エリアを有する計測対象物に対し、三次元計測用の光を照射可能な照射手段と、
前記光の照射された前記計測対象物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データに基づき、前記計測対象物の三次元計測を行う画像処理手段とを備えた三次元計測装置であって、
前記第１エリア又は前記第２エリアの一方である明部に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間により撮像を行う第１撮像処理と、
前記第１エリア又は前記第２エリアの他方である暗部の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間により撮像を行う第２撮像処理と、
前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所と、前記第２撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所とを合成して、前記第１エリア及び前記第２エリアについて輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する画像作成処理と、
前記三次元計測用の画像データを基に三次元計測を行う三次元計測処理とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記明部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値を用い、
前記暗部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記計測対象物に係る設計データを記憶する記憶手段を備え、
前記画像作成処理においては、前記設計データを基に、前記第１エリア及び前記第２エリアそれぞれについて、前記第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるかを選択することを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記第１撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値とを合算した値が輝度飽和しているか否かを各画素について判定し、
輝度飽和している場合には、当該画素に関して、前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度値を用い、
輝度飽和していない場合には、当該画素に関して、前記合算した値を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
位相の異なる光を複数通り照射して得られた複数通りの前記三次元計測用の画像データに基づき、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乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記計測対象物は、ベース基板に対して電極パターンが形成されたプリント基板であり、
前記第１エリアは、前記電極パターン上にハンダが印刷されたハンダ印刷領域であり、
前記第２エリアは、ハンダ印刷領域以外の背景領域に設けられ、前記電極パターン、前記ベース基板、前記電極パターン上を覆うレジスト膜、あるいは、前記ベース基板上を覆うレジスト膜の領域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。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項１】
検査対象となる第１エリア及び当該第１エリアの高さ計測の基準となる第２エリアを有する計測対象物に対し、三次元計測用の光を照射可能な照射手段と、
前記光の照射された前記計測対象物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データに基づき、前記計測対象物の三次元計測を行う画像処理手段とを備えた三次元計測装置であって、
前記第１エリア又は前記第２エリアの一方である明部に対応する箇所が輝度飽和しない第１露光時間により撮像を行う第１撮像処理と、
前記第１エリア又は前記第２エリアの他方である暗部の計測に適した所定の露光時間のうち、前記第１露光時間で不足した分に相当する第２露光時間により撮像を行う第２撮像処理と、
前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所と、前記第２撮像処理により取得した画像データの輝度飽和していない箇所とを合成して、前記第１エリア及び前記第２エリアについて輝度飽和していない三次元計測用の画像データを作成する画像作成処理と、
前記三次元計測用の画像データを基に三次元計測を行う三次元計測処理とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記明部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値を用い、
前記暗部に対応する箇所に関しては、前記第１撮像処理により取得した画像データの値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの値とを合算した値を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記計測対象物に係る設計データを記憶する記憶手段を備え、
前記画像作成処理においては、前記設計データを基に、前記第１エリア及び前記第２エリアそれぞれについて、前記第１撮像処理により取得した画像データの値、又は、前記合算した値のいずれの値を用いるかを選択することを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記画像作成処理にて前記三次元計測用の画像データを作成するに際し、
前記第１撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値と、前記第２撮像処理により取得した画像データの各画素の輝度値とを合算した値が輝度飽和しているか否かを各画素について判定し、
輝度飽和している場合には、当該画素に関して、前記第１撮像処理により取得した画像データの輝度値を用い、
輝度飽和していない場合には、当該画素に関して、前記合算した値を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
位相の異なる光を複数通り照射して得られた複数通りの前記三次元計測用の画像データに基づき、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乃至４のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記計測対象物は、ベース基板に対して電極パターンが形成されたプリント基板であり、
前記第１エリアは、前記電極パターン上にハンダが印刷されたハンダ印刷領域であり、
前記第２エリアは、ハンダ印刷領域以外の背景領域に設けられ、前記電極パターン、前記ベース基板、前記電極パターン上を覆うレジスト膜、あるいは、前記ベース基板上を覆うレジスト膜の領域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。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元計測装置を備えたことを特徴とする基板検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２２０９３４（Ｐ２０１１−２２０９３４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２４０３（Ｐ２０１０−９２４０３）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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