表面形状測定装置
本発明は測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置に関する。本発明による表面形状測定装置は、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする。これにより、低コストの白黒カメラを利用してカラー２Ｄイメージが獲得でき、カラーカメラより処理速度が速い白黒カメラを利用することによって処理速度も向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面形状測定装置に関し、さらに詳しくは、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、コンピューター、携帯電話、ＰＤＡなどの普及で電子製品の需要が急増することによって、表面実装技術（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、以下、「ＳＭＴ」という）を利用した印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、以下、「ＰＣＢ」という）の重要性が増している。
【０００３】
ＳＭＴインラインシステムを構成する装備の中で、検査装備としてＰＣＢ基板の表面形状を撮影することができる表面形状測定装置が使われ、このような表面形状測定装置は、部品装着の異常、ソルダーの不良、回路の短絡などのＰＣＢ基板の製造の時に発生する異常を検出するのに使われる。
【０００４】
ＳＭＴインラインシステム上に配置されてＰＣＢ基板の表面形状を撮影する表面形状測定装置は、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）を使う形式とラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）を使う形式とに分類され、通常、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）を使う形式がよく用いられている。
【０００５】
一方、表面形状測定装置に使われているカラーカメラには、図１に示すようにそれぞれの画素に色フィルター（Ｂａｙｅｒ ｆｉｌｔｅｒ）が装着され、このような色フィルターは、それぞれの画素にＲｅｄ、ＧｒｅｅｎまたはＢｌｕｅのフィルターがお互いに隣接しないように配置される。
【０００６】
ここで、カラーカメラを利用してカラー映像を作るためには、すべての画素に対してＲ，Ｇ，Ｂの三つの色情報が必要であるが、実際のカラーカメラでは、一つの画素がＲ、ＧまたはＢの情報のみを持つようになる。したがって、図２に示すように、直接取得された固有の色情報以外の他の二つの色情報は、隣接する画素の色情報から補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）して得ることになる。図２はこのような補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）の一つの例を示したものである。このようなカラーカメラは、３Ｄイメージを獲得するための表面形状測定装置のモアレシステムにも適用されている。
【０００７】
モアレ縞を利用した３Ｄ測定は、一般的に格子（Ｇｒａｔｉｎｇ）を測定対象物に映写させた後、格子（Ｇｒａｔｉｎｇ）を一定の間隔で３回以上移動させながら映像を獲得して、測定しようとするポイントの明るさの変化を感知することで成り立つ。したがって、モアレ縞を利用する３Ｄ測定において重要な点の一つは、測定しようとするポイントまたは画素の明るさの変化をどのくらい正確に感知することができるかである。
【０００８】
一般に、モアレ縞を利用する方式の３Ｄソルダーの検査では、格子照明の光源として単色光を利用しにくい。例えば、光源にＢｌｕｅを使ってＲｅｄ系列であるＰＣＢの表面を測定する場合、ＰＣＢの表面はＲｅｄ成分の光だけ反射させるので、カメラはＰＣＢの表面から反射する光を感知することができないし、明るさの変化も感知することができない。したがって、Ｂｌｕｅ照明では、表面の色がＲｅｄ系列であるＰＣＢの３次元測定ができない。
【０００９】
したがって、色フィルターを利用したカラーカメラが適用されたモアレ３Ｄ方式の表面形状測定装置では、格子照明の光源として白色光を使うが、白色光を使っても各画素別にＲｅｄ、ＧｒｅｅｎまたはＢｌｕｅの中で一つの情報しか得ることができないので、６６．６６％の画素はＧｒｅｅｎまたはＢｌｕｅしか感知できず、３Ｄ測定結果を信頼することができなくなる。
【００１０】
一方、上記のような３Ｄ測定と同じく、２Ｄ測定でのカラーイメージの必要性はもっと重要である。そして２Ｄ／３Ｄ複合検査装備を利用した２Ｄ測定の場合にも、カラー映像情報は非常に重要である。
【００１１】
２Ｄ方式を利用したソルダー検査装備の場合、鉛ソルダーの正確な仕分けのためにサイド照明やトップ照明を利用したカラー映像は非常に重要である。しかし、ＰＣＢ表面の色相は非常に多様であり、甚だしくは一つのＰＣＢの内部でも、お互いに対照される色相が混在している場合も多数存在する。よって、白黒映像より情報量が３倍多いカラー映像では、２Ｄ映像だけでソルダーを抽出することは非常に有効である。
【００１２】
また、ＮＧ検査の時、大概の場合、２Ｄイメージと３Ｄイメージを検査者が直接目で見て最終のＮＧを決めるが、白黒２Ｄイメージの場合、ソルダーとパッドとの境界が曖昧な場合がたくさん存在するので、カラー２Ｄ映像を利用して検査者にとって明確な結論を導出することができるようにするのが重要である。
【００１３】
上記のように２Ｄ映像を利用する表面形状測定におけるカラーイメージの重要性にもかかわらず、カラーカメラは白黒カメラに比べてそのコストが高価であり、撮影速度も同一の解像度の場合、白黒カメラに比べて落ちるという短所がある。
【００１４】
したがって現実的には、２Ｄや３Ｄ方式の表面形状測定装置には白黒カメラが広く使われているのが実情である。また、モアレ縞を利用する３Ｄ装備の場合、カラーカメラが持つ短所、すなわち上述したところのように白色光を使っても３Ｄ測定結果の信頼度が下がるという点で、白黒カメラを使う場合が多い。
【００１５】
ところが、モアレ縞を利用する３Ｄ装備の場合、２Ｄ測定が可能な複合検査機の形態に構成され、３Ｄ測定の信頼度を高めて製造コストを抑えるために白黒カメラを設置するようになるが、２Ｄ測定の時に白黒２Ｄイメージが持つ問題点、すなわちソルダーとパッドとの境界が曖昧な場合には２Ｄ測定の効果が小さくなって、２Ｄ／３Ｄ複合検査装備としての有用性が小さくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みて提出されたもので、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達するために、測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする表面形状測定装置を提供する。
【００１８】
ここで、前記第１単色光は緑色光及び青色光のうちいずれか一つを含み、前記第２単色光は赤色光を含むことができる。
【００１９】
そして、前記制御部は、前記第２白黒イメージデータと、前記青色光及び前記緑色光のうちいずれか一つの照射によって獲得された前記第１白黒イメージデータとに基づいて前記青色光及び前記緑色光のうちの他の一つに対する第３白黒イメージデータを算出して、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記算出された第３白黒イメージデータを合成して前記合成カラーイメージを生成することができる。
【００２０】
ここで、前記制御部は、下記数学式、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａ＝ｎ×（Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａ）ｋ ＋ ｍ × （Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａ）ｐ（ここで、Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａは前記第１白黒イメージデータであり、Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａは前記第２白黒イメージデータであり、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａは第３白黒イメージデータであり、ｎ及びｋは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第１白黒イメージデータに付与される定数であり、ｍ及びｐは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第２白黒イメージデータに付与される定数である）によって前記第３白黒イメージデータを算出することができる。
【００２１】
一方、前記目的は本発明の他の実施形態により、測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１単色光及び前記第２単色光と相異なる色相の第３単色光を前記測定対象物の表面に照射する第３光源と；前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを合成して前記測定対象物の表面に対する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする表面形状測定装置によっても達成することができる。
【００２２】
ここで、前記第１単色光は青色光を含み、前記第２単色光は赤色光を含み、前記第３単色光は緑色光を含むことができる。
【００２３】
そして、前記制御部は、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを互いに対応するピクセルについてのＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して前記合成カラーイメージを生成することができる。
【００２４】
ここで、前記白黒カメラは、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）またはラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態にて設けることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定装置が提供される。これにより、低コストの白黒カメラを利用してカラー２Ｄイメージが獲得でき、カラーカメラより処理速度が速い白黒カメラを利用することによって処理速度も向上することができる。
【００２６】
また、モアレ縞を利用した２Ｄ及び３Ｄ検査装置に適用される場合、白黒カメラを利用しながらも２Ｄ測定の時にカラーイメージを獲得することができるようになって、２Ｄ及び３Ｄ検査装置の実用価値を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】カラーカメラに適用される色フィルター及びその補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を説明するための図面である。
【図２】カラーカメラに適用される色フィルター及びその補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を説明するための図面である。
【図３】本発明の第１実施形態による表面形状測定装置の構成の一つの例を示す図面である。
【図４】本発明の第１実施形態による表面形状測定装置によって獲得された第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータによって表現される白黒２Ｄイメージの例を示す図面である。
【図５】図４の第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して生成された合成カラーイメージの例を示す図面である。
【図６】本発明の第２実施形態による表面形状測定装置の構成の一つの例を示す図面である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：白黒カメラ
３１：第１光源
３２：第２光源
３３：第３光源
４０：制御部
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御して、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする表面形状測定装置に関する。
【００３０】
以下、添付された図面を参照して本発明に係る実施形態をさらに詳しく説明する。
【００３１】
図３は本発明の第１実施形態による表面形状測定装置の構成の一つの例を示す図面である。本発明の第１実施形態による表面形状測定装置の一例は、２Ｄ測定装置に適用されたものである。
【００３２】
図３を参照して説明すれば、本発明による表面形状測定装置は、第１光源３１、第２光源３２、白黒カメラ１０、及び制御部４０を含む。
【００３３】
第１光源３１は第１単色光を測定対象物１００の表面に照射し、第２光源３２は、第１光源３１が照射する第１単色光と相異なる色相の第２単色光を測定対象物１００の表面に照射する。ここで、本発明による表面形状測定装置の第１光源３１で照射される第１単色光は、一例として緑色光または青色光であり、第２光源３２で照射される第２単色光は、一例として赤色光である。
【００３４】
そして、第１光源３１及び第２光源３２は、トップ照明ＴＬ及び／またはサイド照明ＳＬの形態に設置される。図３では、一例として、第１光源３１及び第２光源３２をトップ照明ＴＬとサイド照明ＳＬとに適用している。すなわち、本発明の一例では、第１光源３１及び第２光源３２はトップ照明ＴＬ側にそれぞれ設けられ、また、第１光源３１及び第２光源３２はサイド照明ＳＬ側にもそれぞれ設けられる。これにより、測定対象物１００の形態に応じてトップ照明ＴＬやサイド照明ＳＬを適切に利用したり、トップ照明ＴＬとサイド照明ＳＬとの両方を利用することができる。
【００３５】
ここで、本発明による第１光源３１及び第２光源３２は、一例として、制御部４０の制御によって点滅するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の形態をとり、制御部４０の制御によって白黒カメラ１０の撮像に同期して点灯される。
【００３６】
白黒カメラ１０は、第１光源３１及び第２光源３２から照射されて測定対象物１００の表面から反射した第１単色光及び第２単色光を撮像する。そして、白黒カメラ１０は、第１単色光及び第２単色光に対して撮像された白黒イメージデータを制御部４０に伝達する。
【００３７】
以下、第１光源３１から第１単色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得された白黒イメージデータを第１白黒イメージデータと言い、第２光源３２から第２単色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得された白黒イメージデータを第２白黒イメージデータと定義して説明する。
【００３８】
制御部４０は、第１単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第１単色光に対応する第１白黒イメージデータが獲得されるように、第１光源３１及び白黒カメラ１０を制御する。また、制御部４０は、第２単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第２単色光に対応する第２白黒イメージデータが獲得されるように、第２光源３２及び白黒カメラ１０を制御する。
【００３９】
ここで、本発明による白黒カメラ１０は、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）またはラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態をとることができる。そして、白黒カメラ１０がエリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態をとる場合、制御部４０は、一つのＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）を撮影する時、第１光源３１から第１単色光が照射される状態で第１白黒イメージデータを獲得し、同一のＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）に対して第２光源３２から第２単色光が照射される状態で第２白黒イメージデータを獲得する。そして、制御部４０は、次のＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）に対しても同一の方法で第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得する方法で、測定対象物１００の表面全体に対する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得することができる。
【００４０】
また、本発明による白黒カメラ１０がラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態をとる場合、制御部４０は、一つのラインスキャンに対して第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得する方法で、測定対象物１００の表面全体に対する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得することができる。
【００４１】
上記のような方法で第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されると、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して測定対象物１００の表面に対する合成カラーイメージを生成する。
【００４２】
ここで、第１単色光が青色光で、第２単色光が赤色光であることを例にして、制御部４０が合成カラーイメージを生成する方法について説明すれば次のようである。
【００４３】
第１白黒イメージデータは、青色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で白黒カメラ１０によって撮像されたデータであり、第２白黒イメージデータは、赤色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で白黒カメラ１０によって撮像されたデータである。
【００４４】
この時、制御部４０は、第１白黒イメージデータを合成カラーイメージの生成のためのＲ，Ｇ，Ｂデータの中のＢｌｕｅデータと認識し、第２白黒イメージデータを合成カラーイメージの生成のためのＲｅｄデータと認識する。
【００４５】
そして、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータに基づいて、第３白黒イメージデータのＧｒｅｅｎデータを算出する。ここで、第３白黒イメージデータを算出する方法の一つの例は、下の［数学式１］の通りである。
【００４６】
［数学式１］
Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａ ＝ ｎ × （Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａ）ｋ ＋ ｍ × （Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａ）ｐ
ここで、Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａは第１白黒イメージデータであり、Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａは第２白黒イメージデータであり、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａは第３白黒イメージデータであり、ｎ及びｋは上記第３白黒イメージデータを算出するために上記第１白黒イメージデータに付与される定数であり、ｍ及びｐは上記第３白黒イメージデータを算出するために上記第２白黒イメージデータに付与される定数である。
【００４７】
上記のような方法ですべての画素に対して第３白黒イメージデータが算出されると、制御部４０は、第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを合成して合成カラーイメージを生成する。この時、制御部４０は、第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを互いに対応するピクセルに対するＲ，Ｇ，Ｂデータで処理することで、合成カラーイメージを生成することになる。
【００４８】
図４及び図５は、本発明による表面形状測定装置を利用して第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得し、これを利用して合成カラーイメージを生成した例を示す図面である。
【００４９】
図４を参照して説明すれば、図４（ａ）は、第１光源３１から第１単色光として青色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得した第１白黒イメージデータを白黒イメージで表示したものであり、図４（ｂ）は、第２光源３２から第２単色光として赤色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得した第２白黒イメージデータを白黒イメージで表示したものである。
【００５０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１単色光及び第２単色光がそれぞれ照射された状態で白黒カメラ１０を利用して撮像して第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得すれば、当該第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータは、色相に関する情報ではなく明るさに関する情報のみを持つようになる。
【００５１】
ここで、制御部４０は、［数学式１］のように第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して第３白黒イメージデータを算出し、３個の白黒イメージデータをカラーイメージに関するＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して合成することにより、図５のような合成カラーイメージが生成される。
【００５２】
図４及び図５に示すように、青色光または赤色光の照射によって獲得された白黒イメージではソルダーとパッドとの境界が明確ではないが、合成カラーイメージを生成するとソルダーとパッドとの境界が明確になることが分かる。
【００５３】
上記のような構成により、白黒カメラ１０によって獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することによって、低コストの白黒カメラ１０を設置しながらもカラーイメージが獲得できて、カラーカメラより処理速度が速い白黒カメラ１０を利用することによって処理速度も向上できる。
【００５４】
図６は、本発明の第２実施形態に係る表面形状測定装置の構成を示す図面である。本発明の第２実施形態は、表面形状測定装置が２Ｄ／３Ｄ測定装置のモアレシステムに適用された例である。
【００５５】
図６を参照して説明すれば、本発明の第２実施形態による表面形状測定装置は、３Ｄ光源部５０、白黒カメラ１０、第１光源３１、第２光源３２、及び制御部４０を含む。
【００５６】
３Ｄ光源部５０は、３Ｄ測定時に測定対象物１００の表面に光を照射する。ここで、本発明による３Ｄ光源部５０は、測定対象物１００が置かれる基準面（図示せず。理想的に、測定対象物１００がＰＣＢ基板の場合、ＰＣＢ基板の表面）で一定の間隔を挟んで配置される３Ｄ光源５１と、測定対象物１００と光源の間に配置されて格子縞が刻まれた投影格子５２とを含むことができる。
【００５７】
３Ｄ光源５１は白色光を発光するものが好ましく、小型軽量で価格が比較的安価な半導体レーザーと呼ばれるレーザーダイオードやハロゲン光源やＬＥＤ光源を用いることができる。そして、投影格子５２に近接するように投影格子５２と測定対象物１００の間には、投影格子５２を通った光を測定対象物１００に投影する投影レンズ５３を配置することができる。
【００５８】
投影格子５２には格子縞が形成されている。３Ｄ光源５１から放出された光は投影格子５２を通りながら格子縞の光に転換され、このような格子縞の光が測定対象物１００の表面から反射してモアレ縞を持つようになることで、測定対象物１００表面の３次元情報を得ることができる。
【００５９】
ここで、投影格子５２は格子移動部（図示せず）によって、光の透過方向に対して垂直方向に微小移動する。これにより、投影格子５２に形成された格子縞の位相遷移が可能になり、投影格子５２を通って測定対象物１００の表面で反射して白黒カメラ１０によって撮像されたモアレ縞によって、制御部４０が測定対象物１００の表面形状に対する３Ｄ情報を得るようになる。
【００６０】
一方、図６に示す表面形状測定装置によって２Ｄイメージを獲得する場合は、上記の第１実施形態に対応する。すなわち、制御部４０は、第１光源３１からの第１単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第１単色光に対応する第１白黒イメージデータが獲得されるように、第１光源３１及び白黒カメラ１０を制御する。また、制御部４０は、第２光源３２からの第２単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第２単色光に対応する第２白黒イメージデータが獲得されるように、第２光源３２及び白黒カメラ１０を制御する。
【００６１】
そして、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されると、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して測定対象物１００の表面に対する合成カラーイメージを生成する。ここで、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して第３白黒イメージデータを算出し、第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを合成して合成カラーイメージを生成する。この過程は上述した第１実施形態と同一である。
【００６２】
このように、モアレ縞を利用した２Ｄ／３Ｄ測定装置に白黒カメラ１０を設置しても、２Ｄの場合にカラーイメージを獲得し、３Ｄの場合にカラーイメージの獲得による色情報の損失なしに白黒の３Ｄイメージを得ることができるようになって、２Ｄ／３Ｄ測定装置の有用性を増加させることができる。
【００６３】
上記の実施形態では、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを白黒カメラ１０によって獲得し、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して第３白黒イメージデータを算出することを一つの例にした。
【００６４】
一方、本発明による表面形状測定装置は、第１単色光及び第２単色光と相異なる第３単色光を測定対象物１００の表面に照射する第３光源３３を含み、第３光源３３から第３単色光が照射された状態で白黒カメラ１０が測定対象物１００の表面を撮像して第３白黒イメージデータを獲得するように制御部４０を構成することもできる。
【００６５】
これによって、制御部４０は、第１単色光、第２単色光及び第３単色光のそれぞれに対応する第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを白黒カメラ１０によって獲得し、獲得された第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータをＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して合成カラーイメージを生成することができる。
【００６６】
図３及び図６の説明しない参照符号２０は、測定対象物１００から反射した光を白黒カメラ側に集光する集光レンズ２０である。
【００６７】
また、上記の本発明の第２実施形態では、２Ｄ／３Ｄ測定のための表面形状測定装置がモアレ方式を使う場合を一つの例にしている。それ以外にも、他の方式の３Ｄ測定装置における２Ｄ測定に、本発明による表面形状測定装置が適用できることは勿論である。
【００６８】
いくつかの実施形態を示して本発明を説明したが、本発明の属する技術分野の通常の知識を有する当業者ならば、本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態が変形できることが分かるであろう。発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定分野に適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面形状測定装置に関し、さらに詳しくは、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、コンピューター、携帯電話、ＰＤＡなどの普及で電子製品の需要が急増することによって、表面実装技術（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、以下、「ＳＭＴ」という）を利用した印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、以下、「ＰＣＢ」という）の重要性が増している。
【０００３】
ＳＭＴインラインシステムを構成する装備の中で、検査装備としてＰＣＢ基板の表面形状を撮影することができる表面形状測定装置が使われ、このような表面形状測定装置は、部品装着の異常、ソルダーの不良、回路の短絡などのＰＣＢ基板の製造の時に発生する異常を検出するのに使われる。
【０００４】
ＳＭＴインラインシステム上に配置されてＰＣＢ基板の表面形状を撮影する表面形状測定装置は、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）を使う形式とラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）を使う形式とに分類され、通常、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）を使う形式がよく用いられている。
【０００５】
一方、表面形状測定装置に使われているカラーカメラには、図１に示すようにそれぞれの画素に色フィルター（Ｂａｙｅｒ ｆｉｌｔｅｒ）が装着され、このような色フィルターは、それぞれの画素にＲｅｄ、ＧｒｅｅｎまたはＢｌｕｅのフィルターがお互いに隣接しないように配置される。
【０００６】
ここで、カラーカメラを利用してカラー映像を作るためには、すべての画素に対してＲ，Ｇ，Ｂの三つの色情報が必要であるが、実際のカラーカメラでは、一つの画素がＲ、ＧまたはＢの情報のみを持つようになる。したがって、図２に示すように、直接取得された固有の色情報以外の他の二つの色情報は、隣接する画素の色情報から補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）して得ることになる。図２はこのような補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）の一つの例を示したものである。このようなカラーカメラは、３Ｄイメージを獲得するための表面形状測定装置のモアレシステムにも適用されている。
【０００７】
モアレ縞を利用した３Ｄ測定は、一般的に格子（Ｇｒａｔｉｎｇ）を測定対象物に映写させた後、格子（Ｇｒａｔｉｎｇ）を一定の間隔で３回以上移動させながら映像を獲得して、測定しようとするポイントの明るさの変化を感知することで成り立つ。したがって、モアレ縞を利用する３Ｄ測定において重要な点の一つは、測定しようとするポイントまたは画素の明るさの変化をどのくらい正確に感知することができるかである。
【０００８】
一般に、モアレ縞を利用する方式の３Ｄソルダーの検査では、格子照明の光源として単色光を利用しにくい。例えば、光源にＢｌｕｅを使ってＲｅｄ系列であるＰＣＢの表面を測定する場合、ＰＣＢの表面はＲｅｄ成分の光だけ反射させるので、カメラはＰＣＢの表面から反射する光を感知することができないし、明るさの変化も感知することができない。したがって、Ｂｌｕｅ照明では、表面の色がＲｅｄ系列であるＰＣＢの３次元測定ができない。
【０００９】
したがって、色フィルターを利用したカラーカメラが適用されたモアレ３Ｄ方式の表面形状測定装置では、格子照明の光源として白色光を使うが、白色光を使っても各画素別にＲｅｄ、ＧｒｅｅｎまたはＢｌｕｅの中で一つの情報しか得ることができないので、６６．６６％の画素はＧｒｅｅｎまたはＢｌｕｅしか感知できず、３Ｄ測定結果を信頼することができなくなる。
【００１０】
一方、上記のような３Ｄ測定と同じく、２Ｄ測定でのカラーイメージの必要性はもっと重要である。そして２Ｄ／３Ｄ複合検査装備を利用した２Ｄ測定の場合にも、カラー映像情報は非常に重要である。
【００１１】
２Ｄ方式を利用したソルダー検査装備の場合、鉛ソルダーの正確な仕分けのためにサイド照明やトップ照明を利用したカラー映像は非常に重要である。しかし、ＰＣＢ表面の色相は非常に多様であり、甚だしくは一つのＰＣＢの内部でも、お互いに対照される色相が混在している場合も多数存在する。よって、白黒映像より情報量が３倍多いカラー映像では、２Ｄ映像だけでソルダーを抽出することは非常に有効である。
【００１２】
また、ＮＧ検査の時、大概の場合、２Ｄイメージと３Ｄイメージを検査者が直接目で見て最終のＮＧを決めるが、白黒２Ｄイメージの場合、ソルダーとパッドとの境界が曖昧な場合がたくさん存在するので、カラー２Ｄ映像を利用して検査者にとって明確な結論を導出することができるようにするのが重要である。
【００１３】
上記のように２Ｄ映像を利用する表面形状測定におけるカラーイメージの重要性にもかかわらず、カラーカメラは白黒カメラに比べてそのコストが高価であり、撮影速度も同一の解像度の場合、白黒カメラに比べて落ちるという短所がある。
【００１４】
したがって現実的には、２Ｄや３Ｄ方式の表面形状測定装置には白黒カメラが広く使われているのが実情である。また、モアレ縞を利用する３Ｄ装備の場合、カラーカメラが持つ短所、すなわち上述したところのように白色光を使っても３Ｄ測定結果の信頼度が下がるという点で、白黒カメラを使う場合が多い。
【００１５】
ところが、モアレ縞を利用する３Ｄ装備の場合、２Ｄ測定が可能な複合検査機の形態に構成され、３Ｄ測定の信頼度を高めて製造コストを抑えるために白黒カメラを設置するようになるが、２Ｄ測定の時に白黒２Ｄイメージが持つ問題点、すなわちソルダーとパッドとの境界が曖昧な場合には２Ｄ測定の効果が小さくなって、２Ｄ／３Ｄ複合検査装備としての有用性が小さくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みて提出されたもので、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達するために、測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする表面形状測定装置を提供する。
【００１８】
ここで、前記第１単色光は緑色光及び青色光のうちいずれか一つを含み、前記第２単色光は赤色光を含むことができる。
【００１９】
そして、前記制御部は、前記第２白黒イメージデータと、前記青色光及び前記緑色光のうちいずれか一つの照射によって獲得された前記第１白黒イメージデータとに基づいて前記青色光及び前記緑色光のうちの他の一つに対する第３白黒イメージデータを算出して、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記算出された第３白黒イメージデータを合成して前記合成カラーイメージを生成することができる。
【００２０】
ここで、前記制御部は、下記数学式、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａ＝ｎ×（Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａ）ｋ ＋ ｍ × （Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａ）ｐ（ここで、Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａは前記第１白黒イメージデータであり、Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａは前記第２白黒イメージデータであり、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａは第３白黒イメージデータであり、ｎ及びｋは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第１白黒イメージデータに付与される定数であり、ｍ及びｐは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第２白黒イメージデータに付与される定数である）によって前記第３白黒イメージデータを算出することができる。
【００２１】
一方、前記目的は本発明の他の実施形態により、測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１単色光及び前記第２単色光と相異なる色相の第３単色光を前記測定対象物の表面に照射する第３光源と；前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを合成して前記測定対象物の表面に対する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする表面形状測定装置によっても達成することができる。
【００２２】
ここで、前記第１単色光は青色光を含み、前記第２単色光は赤色光を含み、前記第３単色光は緑色光を含むことができる。
【００２３】
そして、前記制御部は、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを互いに対応するピクセルについてのＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して前記合成カラーイメージを生成することができる。
【００２４】
ここで、前記白黒カメラは、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）またはラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態にて設けることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定装置が提供される。これにより、低コストの白黒カメラを利用してカラー２Ｄイメージが獲得でき、カラーカメラより処理速度が速い白黒カメラを利用することによって処理速度も向上することができる。
【００２６】
また、モアレ縞を利用した２Ｄ及び３Ｄ検査装置に適用される場合、白黒カメラを利用しながらも２Ｄ測定の時にカラーイメージを獲得することができるようになって、２Ｄ及び３Ｄ検査装置の実用価値を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】カラーカメラに適用される色フィルター及びその補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を説明するための図面である。
【図２】カラーカメラに適用される色フィルター及びその補間（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法を説明するための図面である。
【図３】本発明の第１実施形態による表面形状測定装置の構成の一つの例を示す図面である。
【図４】本発明の第１実施形態による表面形状測定装置によって獲得された第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータによって表現される白黒２Ｄイメージの例を示す図面である。
【図５】図４の第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して生成された合成カラーイメージの例を示す図面である。
【図６】本発明の第２実施形態による表面形状測定装置の構成の一つの例を示す図面である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：白黒カメラ
３１：第１光源
３２：第２光源
３３：第３光源
４０：制御部
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御して、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部とを含むことを特徴とする表面形状測定装置に関する。
【００３０】
以下、添付された図面を参照して本発明に係る実施形態をさらに詳しく説明する。
【００３１】
図３は本発明の第１実施形態による表面形状測定装置の構成の一つの例を示す図面である。本発明の第１実施形態による表面形状測定装置の一例は、２Ｄ測定装置に適用されたものである。
【００３２】
図３を参照して説明すれば、本発明による表面形状測定装置は、第１光源３１、第２光源３２、白黒カメラ１０、及び制御部４０を含む。
【００３３】
第１光源３１は第１単色光を測定対象物１００の表面に照射し、第２光源３２は、第１光源３１が照射する第１単色光と相異なる色相の第２単色光を測定対象物１００の表面に照射する。ここで、本発明による表面形状測定装置の第１光源３１で照射される第１単色光は、一例として緑色光または青色光であり、第２光源３２で照射される第２単色光は、一例として赤色光である。
【００３４】
そして、第１光源３１及び第２光源３２は、トップ照明ＴＬ及び／またはサイド照明ＳＬの形態に設置される。図３では、一例として、第１光源３１及び第２光源３２をトップ照明ＴＬとサイド照明ＳＬとに適用している。すなわち、本発明の一例では、第１光源３１及び第２光源３２はトップ照明ＴＬ側にそれぞれ設けられ、また、第１光源３１及び第２光源３２はサイド照明ＳＬ側にもそれぞれ設けられる。これにより、測定対象物１００の形態に応じてトップ照明ＴＬやサイド照明ＳＬを適切に利用したり、トップ照明ＴＬとサイド照明ＳＬとの両方を利用することができる。
【００３５】
ここで、本発明による第１光源３１及び第２光源３２は、一例として、制御部４０の制御によって点滅するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の形態をとり、制御部４０の制御によって白黒カメラ１０の撮像に同期して点灯される。
【００３６】
白黒カメラ１０は、第１光源３１及び第２光源３２から照射されて測定対象物１００の表面から反射した第１単色光及び第２単色光を撮像する。そして、白黒カメラ１０は、第１単色光及び第２単色光に対して撮像された白黒イメージデータを制御部４０に伝達する。
【００３７】
以下、第１光源３１から第１単色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得された白黒イメージデータを第１白黒イメージデータと言い、第２光源３２から第２単色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得された白黒イメージデータを第２白黒イメージデータと定義して説明する。
【００３８】
制御部４０は、第１単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第１単色光に対応する第１白黒イメージデータが獲得されるように、第１光源３１及び白黒カメラ１０を制御する。また、制御部４０は、第２単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第２単色光に対応する第２白黒イメージデータが獲得されるように、第２光源３２及び白黒カメラ１０を制御する。
【００３９】
ここで、本発明による白黒カメラ１０は、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）またはラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態をとることができる。そして、白黒カメラ１０がエリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態をとる場合、制御部４０は、一つのＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）を撮影する時、第１光源３１から第１単色光が照射される状態で第１白黒イメージデータを獲得し、同一のＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）に対して第２光源３２から第２単色光が照射される状態で第２白黒イメージデータを獲得する。そして、制御部４０は、次のＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）に対しても同一の方法で第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得する方法で、測定対象物１００の表面全体に対する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得することができる。
【００４０】
また、本発明による白黒カメラ１０がラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態をとる場合、制御部４０は、一つのラインスキャンに対して第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得する方法で、測定対象物１００の表面全体に対する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得することができる。
【００４１】
上記のような方法で第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されると、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して測定対象物１００の表面に対する合成カラーイメージを生成する。
【００４２】
ここで、第１単色光が青色光で、第２単色光が赤色光であることを例にして、制御部４０が合成カラーイメージを生成する方法について説明すれば次のようである。
【００４３】
第１白黒イメージデータは、青色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で白黒カメラ１０によって撮像されたデータであり、第２白黒イメージデータは、赤色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で白黒カメラ１０によって撮像されたデータである。
【００４４】
この時、制御部４０は、第１白黒イメージデータを合成カラーイメージの生成のためのＲ，Ｇ，Ｂデータの中のＢｌｕｅデータと認識し、第２白黒イメージデータを合成カラーイメージの生成のためのＲｅｄデータと認識する。
【００４５】
そして、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータに基づいて、第３白黒イメージデータのＧｒｅｅｎデータを算出する。ここで、第３白黒イメージデータを算出する方法の一つの例は、下の［数学式１］の通りである。
【００４６】
［数学式１］
Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａ ＝ ｎ × （Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａ）ｋ ＋ ｍ × （Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａ）ｐ
ここで、Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａは第１白黒イメージデータであり、Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａは第２白黒イメージデータであり、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａは第３白黒イメージデータであり、ｎ及びｋは上記第３白黒イメージデータを算出するために上記第１白黒イメージデータに付与される定数であり、ｍ及びｐは上記第３白黒イメージデータを算出するために上記第２白黒イメージデータに付与される定数である。
【００４７】
上記のような方法ですべての画素に対して第３白黒イメージデータが算出されると、制御部４０は、第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを合成して合成カラーイメージを生成する。この時、制御部４０は、第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを互いに対応するピクセルに対するＲ，Ｇ，Ｂデータで処理することで、合成カラーイメージを生成することになる。
【００４８】
図４及び図５は、本発明による表面形状測定装置を利用して第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得し、これを利用して合成カラーイメージを生成した例を示す図面である。
【００４９】
図４を参照して説明すれば、図４（ａ）は、第１光源３１から第１単色光として青色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得した第１白黒イメージデータを白黒イメージで表示したものであり、図４（ｂ）は、第２光源３２から第２単色光として赤色光が照射された状態で白黒カメラ１０によって撮像されて獲得した第２白黒イメージデータを白黒イメージで表示したものである。
【００５０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１単色光及び第２単色光がそれぞれ照射された状態で白黒カメラ１０を利用して撮像して第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを獲得すれば、当該第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータは、色相に関する情報ではなく明るさに関する情報のみを持つようになる。
【００５１】
ここで、制御部４０は、［数学式１］のように第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して第３白黒イメージデータを算出し、３個の白黒イメージデータをカラーイメージに関するＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して合成することにより、図５のような合成カラーイメージが生成される。
【００５２】
図４及び図５に示すように、青色光または赤色光の照射によって獲得された白黒イメージではソルダーとパッドとの境界が明確ではないが、合成カラーイメージを生成するとソルダーとパッドとの境界が明確になることが分かる。
【００５３】
上記のような構成により、白黒カメラ１０によって獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することによって、低コストの白黒カメラ１０を設置しながらもカラーイメージが獲得できて、カラーカメラより処理速度が速い白黒カメラ１０を利用することによって処理速度も向上できる。
【００５４】
図６は、本発明の第２実施形態に係る表面形状測定装置の構成を示す図面である。本発明の第２実施形態は、表面形状測定装置が２Ｄ／３Ｄ測定装置のモアレシステムに適用された例である。
【００５５】
図６を参照して説明すれば、本発明の第２実施形態による表面形状測定装置は、３Ｄ光源部５０、白黒カメラ１０、第１光源３１、第２光源３２、及び制御部４０を含む。
【００５６】
３Ｄ光源部５０は、３Ｄ測定時に測定対象物１００の表面に光を照射する。ここで、本発明による３Ｄ光源部５０は、測定対象物１００が置かれる基準面（図示せず。理想的に、測定対象物１００がＰＣＢ基板の場合、ＰＣＢ基板の表面）で一定の間隔を挟んで配置される３Ｄ光源５１と、測定対象物１００と光源の間に配置されて格子縞が刻まれた投影格子５２とを含むことができる。
【００５７】
３Ｄ光源５１は白色光を発光するものが好ましく、小型軽量で価格が比較的安価な半導体レーザーと呼ばれるレーザーダイオードやハロゲン光源やＬＥＤ光源を用いることができる。そして、投影格子５２に近接するように投影格子５２と測定対象物１００の間には、投影格子５２を通った光を測定対象物１００に投影する投影レンズ５３を配置することができる。
【００５８】
投影格子５２には格子縞が形成されている。３Ｄ光源５１から放出された光は投影格子５２を通りながら格子縞の光に転換され、このような格子縞の光が測定対象物１００の表面から反射してモアレ縞を持つようになることで、測定対象物１００表面の３次元情報を得ることができる。
【００５９】
ここで、投影格子５２は格子移動部（図示せず）によって、光の透過方向に対して垂直方向に微小移動する。これにより、投影格子５２に形成された格子縞の位相遷移が可能になり、投影格子５２を通って測定対象物１００の表面で反射して白黒カメラ１０によって撮像されたモアレ縞によって、制御部４０が測定対象物１００の表面形状に対する３Ｄ情報を得るようになる。
【００６０】
一方、図６に示す表面形状測定装置によって２Ｄイメージを獲得する場合は、上記の第１実施形態に対応する。すなわち、制御部４０は、第１光源３１からの第１単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第１単色光に対応する第１白黒イメージデータが獲得されるように、第１光源３１及び白黒カメラ１０を制御する。また、制御部４０は、第２光源３２からの第２単色光が測定対象物１００の表面に照射される状態で第２単色光に対応する第２白黒イメージデータが獲得されるように、第２光源３２及び白黒カメラ１０を制御する。
【００６１】
そして、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されると、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して測定対象物１００の表面に対する合成カラーイメージを生成する。ここで、制御部４０は、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して第３白黒イメージデータを算出し、第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを合成して合成カラーイメージを生成する。この過程は上述した第１実施形態と同一である。
【００６２】
このように、モアレ縞を利用した２Ｄ／３Ｄ測定装置に白黒カメラ１０を設置しても、２Ｄの場合にカラーイメージを獲得し、３Ｄの場合にカラーイメージの獲得による色情報の損失なしに白黒の３Ｄイメージを得ることができるようになって、２Ｄ／３Ｄ測定装置の有用性を増加させることができる。
【００６３】
上記の実施形態では、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを白黒カメラ１０によって獲得し、第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータを利用して第３白黒イメージデータを算出することを一つの例にした。
【００６４】
一方、本発明による表面形状測定装置は、第１単色光及び第２単色光と相異なる第３単色光を測定対象物１００の表面に照射する第３光源３３を含み、第３光源３３から第３単色光が照射された状態で白黒カメラ１０が測定対象物１００の表面を撮像して第３白黒イメージデータを獲得するように制御部４０を構成することもできる。
【００６５】
これによって、制御部４０は、第１単色光、第２単色光及び第３単色光のそれぞれに対応する第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータを白黒カメラ１０によって獲得し、獲得された第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータをＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して合成カラーイメージを生成することができる。
【００６６】
図３及び図６の説明しない参照符号２０は、測定対象物１００から反射した光を白黒カメラ側に集光する集光レンズ２０である。
【００６７】
また、上記の本発明の第２実施形態では、２Ｄ／３Ｄ測定のための表面形状測定装置がモアレ方式を使う場合を一つの例にしている。それ以外にも、他の方式の３Ｄ測定装置における２Ｄ測定に、本発明による表面形状測定装置が適用できることは勿論である。
【００６８】
いくつかの実施形態を示して本発明を説明したが、本発明の属する技術分野の通常の知識を有する当業者ならば、本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態が変形できることが分かるであろう。発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、白黒カメラから獲得された白黒イメージデータを利用して合成カラーイメージを生成することができる表面形状測定分野に適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、
第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；
前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；
前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；
前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部と、を含むことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、
第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；
前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；
前記第１単色光及び前記第２単色光と相異なる色相の第３単色光を前記測定対象物の表面に照射する第３光源と；
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光を撮像する白黒カメラと；
前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを合成して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部と、を含むことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項３】
前記第１単色光は青色光を含み；
前記第２単色光は赤色光を含み；
前記第３単色光は緑色光を含むことを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記第１単色光は緑色光及び青色光のうちいずれか一つを含み；
前記第２単色光は赤色光を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第２白黒イメージデータと、前記青色光及び前記緑色光のうちいずれか一つの照射によって獲得された前記第１白黒イメージデータとに基づいて前記青色光及び前記緑色光のうちの他の一つに対する第３白黒イメージデータを算出して；
前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記算出された第３白黒イメージデータを合成して前記合成カラーイメージを生成することを特徴とする請求項４に記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、下記数学式、
Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａ ＝ ｎ × （Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａ）ｋ ＋ ｍ × （Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａ）ｐ
（ここで、Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａは前記第１白黒イメージデータであり、Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａは前記第２白黒イメージデータであり、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａは第３白黒イメージデータであり、ｎ及びｋは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第１白黒イメージデータに付与される定数であり、ｍ及びｐは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第２白黒イメージデータに付与される定数である）によって前記第３白黒イメージデータを算出することを特徴とする請求項５に記載の表面形状測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを互いに対応するピクセルについてのＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して前記合成カラーイメージを生成することを特徴とする請求項３または５に記載の表面形状測定装置。
【請求項８】
前記白黒カメラは、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）またはラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態にて設けられることを特徴とする請求項７に記載の表面形状測定装置。
【請求項１】
測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、
第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；
前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；
前記第１光源及び前記第２光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光及び前記第２単色光を撮像する白黒カメラと；
前記第１単色光及び前記第２単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光及び前記第２単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ及び第２白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ及び前記第２白黒イメージデータを利用して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部と、を含むことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
測定対象物の表面の２Ｄイメージを撮像する表面形状測定装置において、
第１単色光を前記測定対象物の表面に照射する第１光源と；
前記第１単色光と相異なる色相の第２単色光を前記測定対象物の表面に照射する第２光源と；
前記第１単色光及び前記第２単色光と相異なる色相の第３単色光を前記測定対象物の表面に照射する第３光源と；
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源から照射されて前記測定対象物の表面で反射した前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光を撮像する白黒カメラと；
前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光が前記測定対象物の表面にそれぞれ照射される状態で前記第１単色光、前記第２単色光及び前記第３単色光にそれぞれ対応する第１白黒イメージデータ、第２白黒イメージデータ及び第３白黒イメージデータが獲得されるように前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源及び前記白黒カメラを制御し、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを合成して前記測定対象物の表面に関する合成カラーイメージを生成する制御部と、を含むことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項３】
前記第１単色光は青色光を含み；
前記第２単色光は赤色光を含み；
前記第３単色光は緑色光を含むことを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記第１単色光は緑色光及び青色光のうちいずれか一つを含み；
前記第２単色光は赤色光を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第２白黒イメージデータと、前記青色光及び前記緑色光のうちいずれか一つの照射によって獲得された前記第１白黒イメージデータとに基づいて前記青色光及び前記緑色光のうちの他の一つに対する第３白黒イメージデータを算出して；
前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記算出された第３白黒イメージデータを合成して前記合成カラーイメージを生成することを特徴とする請求項４に記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、下記数学式、
Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａ ＝ ｎ × （Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａ）ｋ ＋ ｍ × （Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａ）ｐ
（ここで、Ｉ＿１ｓｔ＿ｄａｔａは前記第１白黒イメージデータであり、Ｉ＿２ｎｄ＿ｄａｔａは前記第２白黒イメージデータであり、Ｉ＿３ｒｄ＿ｄａｔａは第３白黒イメージデータであり、ｎ及びｋは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第１白黒イメージデータに付与される定数であり、ｍ及びｐは前記第３白黒イメージデータを算出するために前記第２白黒イメージデータに付与される定数である）によって前記第３白黒イメージデータを算出することを特徴とする請求項５に記載の表面形状測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１白黒イメージデータ、前記第２白黒イメージデータ及び前記第３白黒イメージデータを互いに対応するピクセルについてのＲ，Ｇ，Ｂデータで処理して前記合成カラーイメージを生成することを特徴とする請求項３または５に記載の表面形状測定装置。
【請求項８】
前記白黒カメラは、エリアスキャンカメラ（Ａｒｅａ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）またはラインスキャンカメラ（Ｌｉｎｅ−ｓｃａｎ ｃａｍｅｒａ）の形態にて設けられることを特徴とする請求項７に記載の表面形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５２１２５６（Ｐ２０１１−５２１２５６Ａ）
【公表日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１０４１３（Ｐ２０１１−５１０４１３）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００９／００１６１１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４２３９０
【国際公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（５１０３０６９７１）ペムトロンカンパニーリミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００９／００１６１１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４２３９０
【国際公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（５１０３０６９７１）ペムトロンカンパニーリミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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