高さ測定装置
【課題】簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができるようにする。
【解決手段】レーザ照射部１４によって、レーザスリット光を、測定対象物に対して照射し、エリアカメラ１８によって、測定対象物からのレーザスリット光の反射光を含む領域を撮像する。画像処理部３２によって、測定対象物の所定の移動量毎に撮像された複数の撮像画像の各々から、測定する高さ方向と直交する画素ラインの各々を抽出し、各画素ラインについて、該画素ラインの抽出結果の各々をフレーム順に並べて合成したプレーン画像を各々生成する。高さ測定部３４によって、測定対象物上の各位置について、プレーン画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなるプレーン画像に対する画素ラインの撮像画像上の高さに基づいて該位置の高さを測定する。
【解決手段】レーザ照射部１４によって、レーザスリット光を、測定対象物に対して照射し、エリアカメラ１８によって、測定対象物からのレーザスリット光の反射光を含む領域を撮像する。画像処理部３２によって、測定対象物の所定の移動量毎に撮像された複数の撮像画像の各々から、測定する高さ方向と直交する画素ラインの各々を抽出し、各画素ラインについて、該画素ラインの抽出結果の各々をフレーム順に並べて合成したプレーン画像を各々生成する。高さ測定部３４によって、測定対象物上の各位置について、プレーン画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなるプレーン画像に対する画素ラインの撮像画像上の高さに基づいて該位置の高さを測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ測定装置に係り、特に、測定対象物を撮像して、測定対象物の高さを測定する高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、短時間に且つ信頼性の高い測定をすることができるようにした３次元曲面形状の測定方法が知られている（特許文献１）。この測定方法では、複数の線状スリット光を被測定対象の全面に亘って同時に回転走査し、スリット光の回転走査角度を測定し、被測定対象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その点を一本乃至複数本のスリット光が通過した瞬間の回転走査角度又はそれに相当する値の中の１つをその画素の値とする画像を合成している。また、合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６０４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、スリット光を回転走査する構成、及び回転走査角度を検出する構成が必要となるため、装置構成が複雑となってしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができる高さ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】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明に係る高さ測定装置は、測定する高さの方向を法線とする平面上で、測定対象物を移動させる駆動手段と、照射方向を前記測定する高さの方向に対して傾斜させて、前記測定対象物の移動方向と交差する方向を長さ方向とする線状の光を、前記測定対象物に対して照射する光照射手段と、前記測定対象物からの前記線状の光の反射光を含む領域を撮像する撮像手段と、前記測定対象物の所定の移動量毎に前記撮像手段により撮像された複数の撮像画像の各々から、前記測定する高さの方向と直交する方向に画素が配列された画素列の各々を抽出し、各画素列について、該画素列の抽出結果の各々を撮像順に並べて合成した合成画像を各々生成する合成手段と、前記測定対象物上の各位置について、前記合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の撮像画像上の前記高さの方向の高さに基づいて該位置の高さを測定する高さ測定手段とを含んで構成されている。
【０００７】
本発明に係る高さ測定装置によれば、駆動手段によって、測定する高さの方向を法線とする平面上で、測定対象物を移動させる。また、光照射手段によって、線状の光を、測定対象物に対して照射し、撮像手段によって、測定対象物からの線状の光の反射光を含む領域を撮像する。
【０００８】
合成手段によって、測定対象物の所定の移動量毎に撮像手段により撮像された複数の撮像画像の各々から、測定する高さの方向と直交する方向に画素が配列された画素列の各々を抽出し、各画素列について、該画素列の抽出結果の各々を撮像順に並べて合成した合成画像を各々生成する。
【０００９】
そして、高さ測定手段によって、測定対象物上の各位置について、合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の撮像画像上の高さの方向の高さに基づいて該位置の高さを測定する。
【００１０】
このように、測定する高さ方向と直交する各画素列について、複数の撮像画像から抽出される画素列を撮像順に並べて合成した合成画像を生成し、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の高さに基づいて、該位置の高さを測定することにより、簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができる。
【００１１】
本発明に係る高さ測定装置は、合成画像の画素が表わす測定対象物上の位置を合わせるように、合成手段によって生成された合成画像の各々をずらして重ね合わせる画像移動手段を更に含み、高さ測定手段は、測定対象物上の各位置について、画像移動手段によって重ね合わされた合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対応する高さに基づいて該位置の高さを測定することができる。これによって、各合成画像から、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値を容易に抽出することができる。
【００１２】
また、この画像移動手段は、測定対象物が移動する平面と線状の光の照射方向とのなす角、及び画素サイズから求められる移動量だけ、隣接した合成画像に対して測定対象物の移動方向に移動させることにより、合成画像の画素が表わす測定対象物上の位置を合わせることができる。
【００１３】
上記の光照射手段は、直線性及び非拡散性を有する線状の光を測定対象物に対して照射することができる。
【００１４】
上記の高さ測定手段は、測定対象物上の注目位置に対応する、各合成画像の画素の輝度値の変化に基づいて、各合成画像に対する画素列の撮像画像上の高さから、輝度値が最大となる撮像画像上の高さを推定し、推定された撮像画像上の高さに対応する注目位置の高さを、測定結果とすることができる。これによって、精度よく高さを測定することができる。
【００１５】
上記の所定の移動量を、測定対象物が移動する平面と撮像手段による撮像方向とのなす角、及び画素サイズに基づいて定めることができる。
【００１６】
また、測定対象物が移動する平面と線状の光の照射方向とのなす角、及び該平面と撮像手段による撮像方向とのなす角を、同一とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の高さ測定装置によれば、測定する高さ方向と直交する各画素列について、複数の撮像画像から抽出される画素列を撮像順に並べて合成した合成画像を生成し、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の高さに基づいて、該位置の高さを測定することにより、簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】測定対象物、エリアカメラ、及びレーザ照射部を配置した様子を示すイメージ図である。
【図３】エリアカメラによる撮像が行われる毎に、測定対象物を移動させる様子を示すイメージ図である。
【図４】フレーム間の移動量を説明するための図である。
【図５】レーザスリット光が入射する位置の高さに応じて、エリアセンサへ入射する位置が変化する様子を示すイメージ図である。
【図６】（Ａ）複数フレームの撮像画像から各画素ラインを抽出する様子を示すイメージ、及び（Ｂ）同一の画素ラインを集めてプレーン画像を生成する様子を示すイメージ図である。
【図７】（Ａ）隣接するプレーン画像間のピッチを示すイメージ図、及び（Ｂ）複数のプレーン画像の各々をずらしながら重ね合わせた様子を示すイメージ図である。
【図８】プレーン画像に対応する画素ラインの高さと、注目位置に対応する画素の輝度値との関係を示したグラフである。
【図９】画像上の高さを実際の高さに変換する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る測定システムにおける高さ測定処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態に係る測定システムにおける撮像画像取得処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１２】ＢＧＡを撮像した撮像画像の例を示す図である。
【図１３】（Ａ）ボール頂点部の高さに対応する画素ラインのプレーン画像を示す図、及び（Ｂ）基板面の高さに対応する画素ラインのプレーン画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、測定対象物の３次元形状を測定する測定システムに本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る測定システム１０は、測定対象物である板状の電子部品を、駆動ステージに載せて水平面上（測定する高さの方向を法線とする平面上）で所定の移動方向に移動させる駆動部１２と、測定対象物に対して線状のレーザスリット光を、測定する高さ方向に対して斜めから照射するレーザ照射部１４と、測定対象物からの線状のレーザスリット光の反射光を含む領域を撮像するエリアカメラ１８と、エリアカメラ１８により撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物上の各位置の高さを測定して、３次元形状を測定し、表示装置２２に表示させるコンピュータ２０とを備えている。
【００２１】
図２に示すように、駆動ステージ１３上の面に対して、測定する高さ方向に対して傾斜させて、移動方向と直交する方向を長さ方向とするレーザスリット光を照射するように、レーザ照射部１４が設置されている。また、駆動ステージ１３上の面（測定対象物が移動する平面）とレーザスリット光の照射方向とのなす角（入射角）と、駆動ステージ１３上の面とエリアカメラ１８の撮像方向とのなす角とが同一になるように（例えば、θ＝４５°）、レーザ照射部１４及びエリアカメラ１８が設置されている。また、線状のレーザ光の反射光を含む領域が撮像されるようにエリアカメラ１８が配置されている。レーザ照射部１４及びエリアカメラ１８は固定され、また、測定対象物２４のみ移動させるように測定対象物２４が駆動部１２の駆動ステージ１３上に設置される。
【００２２】
なお、後述する処理を簡単にするために、上記のなす角θが４５°になるようにレーザ照射部１４及びエリアカメラ１８を設置しておくことが好ましいが、４５°に限定されるものではない。また、レーザスリット光の幅は、１ピクセル分であることが好ましい。
【００２３】
エリアカメラ１８は、２次元に配列された複数の画素の各々に入射された可視光に応じた信号を出力する複数の受光素子を備え、複数の受光素子から出力された信号をデジタル信号に変換して、カラー画像である撮像画像を生成する。
【００２４】
コンピュータ２０は、ＣＰＵ、後述する高さ測定処理ルーチンのプログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このコンピュータ２０をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、上記図１に示すように、コンピュータ２０は、駆動部１２による測定対象物２４の移動を制御する駆動制御部２８と、測定対象物２４の移動に応じてエリアカメラ１８による撮像を制御すると共にエリアカメラ１８から連続して出力される複数の撮像画像を取得する画像取得部３０と、複数の撮像画像に対して画像処理を行って、所定の高さとなる位置を表わしたプレーン画像を複数生成し、プレーン画像を重ね合わせる画像処理部３２と、重ね合わされた複数のプレーン画像から、測定対象物の各位置の高さを測定し、３次元形状を測定して表示装置２２に出力する高さ測定部３４とを備えている。なお、画像処理部３２が、合成手段及び画像移動手段の一例である。
【００２５】
駆動制御部２８は、図３に示すように、エリアカメラ１８による撮像が行われる毎に、予め決定された移動量分だけ測定対象物を移動させるように駆動部１２を制御する。ここで、移動量は、以下のように予め決定される。
【００２６】
まず、以下の（１）式から、画素サイズ（ピクセルサイズ）が得られる。
画素サイズ ＝ カメラの技術仕様よる画素の大きさ ／ レンズの倍率 ・・・（１）
【００２７】
画素サイズ（例えば、１２μｍ／ｐｉｘｅｌ）が得られると、図４に示すように、以下の（２）式に従って、オーバーラップ無しに全領域撮像するための、撮像間における測定対象物の移動量ａを算出する。
移動量ａ ＝ 画素サイズ ＊ ｃｏｓθ ・・・（２）
【００２８】
例えば、移動量が８μｍ（＝１２μｍ＊ｃｏｓ４５°）に決定される。なお、このときの高さの分解能は、８μｍである。
【００２９】
画像取得部３０は、駆動部１２による駆動が停止している時に、エリアカメラ１８による撮像を行うように制御する。撮像すべきフレーム枚数は、撮像する測定対象物の長さ及び撮像間の移動量に基づいて、決定される。
【００３０】
また、画像取得部３０は、例えば、Ａ／Ｄコンバータや画像データを記憶する画像メモリ等を備え、エリアカメラ１８から出力される複数の撮像画像を取得して保存する。
【００３１】
次に、本発明に係る実施の形態の原理について説明する。
【００３２】
上述したようにレーザ照射部１４とエリアカメラ１８とを設置し、測定対象物が設置された駆動ステージ１３を一定距離移動させながら、連続的に画像を取る。
【００３３】
ここで、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、測定する高さ方向に対して傾斜させた光を測定対象物に入射させると、入射された部分の高さに応じて、正反射した反射光のエリアカメラに入る位置が変わる。従って、得られた画像データの、測定する高さ方向に直交する方向の各画素ラインに入った光は、正反射した位置の実際の高さの情報を示している。そこで、上述したように連続撮像した撮像画像から、同一の画素ラインのみ抽出し並べ、プレーン画像を作ることで、その画素ラインに対応する高さとなる位置（ｘ、ｙ）を示す画像データが得られる。また、全画素ライン分のプレーン画像を作成し、ｘ軸ｙ軸が一致するようにずらして重ね合わせ、位置（ｘ,ｙ）に対応する各画素の輝度のピーク値を最小二乗法で求めると、ピーク点となるプレーン画像に対する画素列の高さから、位置（ｘ,ｙ）における高さを求めることができる。
【００３４】
以上より、本実施の形態では、画像処理部３２によって、以下に説明するように、複数の撮像画像に基づいて複数のプレーン画像を生成し、重ね合わせる。
【００３５】
まず、エリアカメラ１８を、測定する高さ方向に直交する方向を長さ方向とした複数のラインカメラの集合として考え、各ラインカメラが撮像したスリット画像として抽出する。例えば、エリアカメラ１８から取り込んだ複数の撮像画像（ｘ列ｙ行ｚ枚）から、各画素ライン毎に、図６（Ａ）に示すように同一画素ラインを抽出して集めて、図６（Ｂ）に示すようにフレーム順に並べて合成したプレーン画像（ｘ列ｚ行ｙ枚）を生成する。このプレーン画像が、対応する特定の高さの位置を表わした画像となる。
【００３６】
そして、測定対象物上の同一位置（ｘ、ｙ）を表わす画素が重なるように、図７（Ｂ）に示すように、全プレーン画像を、測定対象物の移動方向（ｙ軸方向）にずらして重ね合わせる。このとき、各プレーン画像の画素が表わす位置（ｘ、ｙ）を合わせるので、図７（Ａ）に示すように、隣接するプレーン画像に対して、測定対象物の移動方向に一定のピッチずつ遅らせる事になる。隣接するプレーン画像間のピッチは、撮像したときのフレーム間の測定対象物の移動量と、画素サイズとに基づいて、以下の（３）式に従って決定される。
プレーン画像間のピッチ［ｐｉｘｅｌ］ ＝ 移動量［μｍ］ ／ 画素サイズ［μｍ］
・・・（３）
【００３７】
なお、測定対象物上の各位置は、画素単位で定まる位置である。
【００３８】
以上説明したように、画像処理部３２は、画像処理を行うことにより、複数のプレーン画像を生成し、プレーン画像をずらして重ね合わせる。また、画像処理部３２は、３次元データ配列に、ずらして重ね合わされたプレーン画像の各画素の輝度値を、測定対象物上の各位置に対応させて格納し、保持する。
【００３９】
また、高さ測定部３４は、輝度値を保持した３次元データ配列から、測定対象物上の各位置（ｘ、ｙ）について、図８に示すように、位置（ｘ、ｙ）に対応する画素の輝度値を各々抽出して、抽出された輝度値の変化を、最小二乗法を用いたカーブフィットで近似し、各プレーン画像に対応する画素ラインの撮像画像上の高さから、最も輝度値が高くなる点ｚ’を推定する。なお、点ｚ’は、撮像画像上の高さ（プレーン画像に対応する撮像画像の画素ラインの高さ（測定する高さ方向の高さ））を表しているため、図９に示すように、以下の（４）式に従って、撮像画像上の高さz’から測定対象物上の実際の高さに変換して、点ｚ’に対応する高さを求める。この求められた点ｚ’に対応する高さを、位置（ｘ,ｙ）の高さの測定値とする。
実際の高さ = ｚ’ ＊ 画素サイズ ＊ ｓｉｎθ ・・・（４）
【００４０】
次に、本実施の形態に係る測定システム１０の作用について説明する。測定対象物として、板状の電子部品（例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ））が駆動ステージ１３上に設置される。また、コンピュータ２０に対して、画素サイズと、レーザスリット光の入射角及びエリアカメラ１８の撮像方向と水平面とのなす角である角度とがオペレータによって入力されると、上記（２）式に従って撮像毎の移動量が決定される。また、コンピュータ２０に対して、測定対象物の長さがオペレータによって入力されると、撮像すべきフレーム数が決定される。また、コンピュータ２０において、図１０に示す高さ測定処理ルーチンが実行される。
【００４１】
まず、ステップ１００において、複数の撮像画像を取得する。上記ステップ１００は、図１１に示す撮像画像取得処理ルーチンによって実現される。
【００４２】
ステップ１２０において、撮像する画像のフレーム番号を識別するための変数ｎを初期値の１に設定し、ステップ１２２において、エリアカメラ１８による撮像を行うように制御すると共に、エリアカメラ１８から出力される撮像画像を取得する。例えば、図１２に示すような、測定対象物であるＢＧＡにおけるボール頂点部と基板面とで反射されたレーザスリット光の反射光を撮像した撮像画像が得られる。
【００４３】
次のステップ１２４では、上記ステップ１２２で取得した撮像画像をビットマップ（ＢＭＰ）ファイルとしてメモリ（図示省略）に保存する。
【００４４】
そして、ステップ１２６において、予め決定された移動量分だけ測定対象物を移動させるように駆動部１２を制御して、測定対象物を移動量分だけ移動させる。次のステップ１２８では、変数ｎが、撮像すべきフレーム数を表わす定数Ｎ未満であるか否かを判定し、変数ｎが定数Ｎ未満である場合には、ステップ１３０で、変数ｎをインクリメントして、ステップ１２２へ戻る。一方、撮像すべきフレーム数分だけ撮像画像が撮像され、変数ｎが定数Ｎに到達した場合には、撮像画像取得処理ルーチンを終了する。
【００４５】
そして、測定処理ルーチンのステップ１０２において、上記ステップ１００で取得した複数の撮像画像の各々から、同一画素ラインを抽出して集め、フレーム順に並べて合成することにより、各画素ラインに対応するプレーン画像を各々生成する。例えば、図１３（Ａ）に示すような、ボール頂点部の高さに対応する画素ラインのプレーン画像や、図１３（Ｂ）に示すような、基板面の高さに対応する画素ラインのプレーン画像が生成される。
【００４６】
次のステップ１０４では、上記ステップ１０２で生成された複数のプレーン画像を、隣接するプレーン画像に対して所定ピッチだけ移動方向にずらして重ねあわせ、測定対象物上の同一位置を表わす画素が重なるようにする。また、ずらして重ね合わされた複数のプレーン画像に基づいて、３次元データ配列に、測定対象物上の各位置に対応して、各プレーン画像の画素の輝度値を格納して保持する。
【００４７】
そして、ステップ１０６において、測定対象物上の注目位置を設定し、ステップ１０８において、上記ステップ１０４で得られた３次元データ配列から、注目位置に対応する画素の輝度値の変化を抽出し、抽出された輝度値の変化をフィッティングして近似し、最も輝度値が高くなるピーク点を算出する。
【００４８】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８で算出されたピーク点から、ピーク点に対応する高さに変換し、注目位置の高さの測定値として記憶する。そして、ステップ１１２において、測定対象物上の対象範囲の全ての位置について、上記ステップ１０６〜１１０の処理を実行したか否かを判定し、これらの処理が実行されていない位置が存在する場合には、上記ステップ１０６へ戻り、測定対象物上の他の注目位置を設定する。一方、上記ステップ１１２で、測定対象物上の対象範囲の全ての位置について、上記の処理が実行され、高さが測定された場合には、ステップ１１４へ進み、上記ステップ１１０で計測された測定対象物上の各位置の高さを、測定対象物の３次元形状の計測結果として表示装置２２に出力し、表示装置２２に測定対象物の３次元形状を表示させて、測定処理ルーチンを終了する。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る測定システムによれば、撮像画像の各画素ラインについて、複数の撮像画像から抽出される同一の画素ラインをフレーム順に並べて合成したプレーン画像を生成し、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値が高くなるプレーン画像に対する画素ラインの高さに基づいて、該位置の高さを測定することにより、簡易な構成で、測定対象物上の各位置の高さ、すなわち３次元形状を精度よく測定することができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態では、測定対象物を一定量移動させる毎に、エリアカメラによる撮像を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、駆動ステージを動かしながら連続的に撮像を行って、所定フレーム数分の撮像画像を得るようにしてもよい。この場合には、フレーム間の移動量から、駆動ステージの速度とエリアカメラのフレームレートとを算出し、算出された速度で測定対象物を移動させると共に、算出された所定のフレームレートで連続撮像を行う。そして、測定対象物の長さに応じたフレーム数分撮像されると、撮像を終了すると共に、移動を終了させ、得られた各撮像画像をビットマップファイルで保存する。
【００５１】
また、測定対象物として、板状の電子部品を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。
【００５２】
また、測定対象物を水平面上に移動させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、測定する高さ方向を法線とする平面上で、測定対象物を所定方向に移動させるようにすればよい。この場合には、測定対象物が移動する平面とレーザスリット光の照射方向とのなす角、及び測定対象物が移動する平面とエリアカメラの撮像方向とのなす角が同一となるように構成すればよい。
【００５３】
また、レーザスリット光を照射する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、直線性及び非拡散性を有するスリット光であれば、他の種類の光を照射するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 測定システム
１２ 駆動部
１４ レーザ照射部
１８ エリアカメラ
２０ コンピュータ
２４ 測定対象物
２８ 駆動制御部
３０ 画像取得部
３２ 画像処理部
３４ 高さ測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ測定装置に係り、特に、測定対象物を撮像して、測定対象物の高さを測定する高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、短時間に且つ信頼性の高い測定をすることができるようにした３次元曲面形状の測定方法が知られている（特許文献１）。この測定方法では、複数の線状スリット光を被測定対象の全面に亘って同時に回転走査し、スリット光の回転走査角度を測定し、被測定対象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その点を一本乃至複数本のスリット光が通過した瞬間の回転走査角度又はそれに相当する値の中の１つをその画素の値とする画像を合成している。また、合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６０４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、スリット光を回転走査する構成、及び回転走査角度を検出する構成が必要となるため、装置構成が複雑となってしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができる高さ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】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明に係る高さ測定装置は、測定する高さの方向を法線とする平面上で、測定対象物を移動させる駆動手段と、照射方向を前記測定する高さの方向に対して傾斜させて、前記測定対象物の移動方向と交差する方向を長さ方向とする線状の光を、前記測定対象物に対して照射する光照射手段と、前記測定対象物からの前記線状の光の反射光を含む領域を撮像する撮像手段と、前記測定対象物の所定の移動量毎に前記撮像手段により撮像された複数の撮像画像の各々から、前記測定する高さの方向と直交する方向に画素が配列された画素列の各々を抽出し、各画素列について、該画素列の抽出結果の各々を撮像順に並べて合成した合成画像を各々生成する合成手段と、前記測定対象物上の各位置について、前記合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の撮像画像上の前記高さの方向の高さに基づいて該位置の高さを測定する高さ測定手段とを含んで構成されている。
【０００７】
本発明に係る高さ測定装置によれば、駆動手段によって、測定する高さの方向を法線とする平面上で、測定対象物を移動させる。また、光照射手段によって、線状の光を、測定対象物に対して照射し、撮像手段によって、測定対象物からの線状の光の反射光を含む領域を撮像する。
【０００８】
合成手段によって、測定対象物の所定の移動量毎に撮像手段により撮像された複数の撮像画像の各々から、測定する高さの方向と直交する方向に画素が配列された画素列の各々を抽出し、各画素列について、該画素列の抽出結果の各々を撮像順に並べて合成した合成画像を各々生成する。
【０００９】
そして、高さ測定手段によって、測定対象物上の各位置について、合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の撮像画像上の高さの方向の高さに基づいて該位置の高さを測定する。
【００１０】
このように、測定する高さ方向と直交する各画素列について、複数の撮像画像から抽出される画素列を撮像順に並べて合成した合成画像を生成し、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の高さに基づいて、該位置の高さを測定することにより、簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができる。
【００１１】
本発明に係る高さ測定装置は、合成画像の画素が表わす測定対象物上の位置を合わせるように、合成手段によって生成された合成画像の各々をずらして重ね合わせる画像移動手段を更に含み、高さ測定手段は、測定対象物上の各位置について、画像移動手段によって重ね合わされた合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対応する高さに基づいて該位置の高さを測定することができる。これによって、各合成画像から、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値を容易に抽出することができる。
【００１２】
また、この画像移動手段は、測定対象物が移動する平面と線状の光の照射方向とのなす角、及び画素サイズから求められる移動量だけ、隣接した合成画像に対して測定対象物の移動方向に移動させることにより、合成画像の画素が表わす測定対象物上の位置を合わせることができる。
【００１３】
上記の光照射手段は、直線性及び非拡散性を有する線状の光を測定対象物に対して照射することができる。
【００１４】
上記の高さ測定手段は、測定対象物上の注目位置に対応する、各合成画像の画素の輝度値の変化に基づいて、各合成画像に対する画素列の撮像画像上の高さから、輝度値が最大となる撮像画像上の高さを推定し、推定された撮像画像上の高さに対応する注目位置の高さを、測定結果とすることができる。これによって、精度よく高さを測定することができる。
【００１５】
上記の所定の移動量を、測定対象物が移動する平面と撮像手段による撮像方向とのなす角、及び画素サイズに基づいて定めることができる。
【００１６】
また、測定対象物が移動する平面と線状の光の照射方向とのなす角、及び該平面と撮像手段による撮像方向とのなす角を、同一とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の高さ測定装置によれば、測定する高さ方向と直交する各画素列について、複数の撮像画像から抽出される画素列を撮像順に並べて合成した合成画像を生成し、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の高さに基づいて、該位置の高さを測定することにより、簡易な構成で、測定対象物の高さを精度よく測定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】測定対象物、エリアカメラ、及びレーザ照射部を配置した様子を示すイメージ図である。
【図３】エリアカメラによる撮像が行われる毎に、測定対象物を移動させる様子を示すイメージ図である。
【図４】フレーム間の移動量を説明するための図である。
【図５】レーザスリット光が入射する位置の高さに応じて、エリアセンサへ入射する位置が変化する様子を示すイメージ図である。
【図６】（Ａ）複数フレームの撮像画像から各画素ラインを抽出する様子を示すイメージ、及び（Ｂ）同一の画素ラインを集めてプレーン画像を生成する様子を示すイメージ図である。
【図７】（Ａ）隣接するプレーン画像間のピッチを示すイメージ図、及び（Ｂ）複数のプレーン画像の各々をずらしながら重ね合わせた様子を示すイメージ図である。
【図８】プレーン画像に対応する画素ラインの高さと、注目位置に対応する画素の輝度値との関係を示したグラフである。
【図９】画像上の高さを実際の高さに変換する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る測定システムにおける高さ測定処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態に係る測定システムにおける撮像画像取得処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１２】ＢＧＡを撮像した撮像画像の例を示す図である。
【図１３】（Ａ）ボール頂点部の高さに対応する画素ラインのプレーン画像を示す図、及び（Ｂ）基板面の高さに対応する画素ラインのプレーン画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、測定対象物の３次元形状を測定する測定システムに本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る測定システム１０は、測定対象物である板状の電子部品を、駆動ステージに載せて水平面上（測定する高さの方向を法線とする平面上）で所定の移動方向に移動させる駆動部１２と、測定対象物に対して線状のレーザスリット光を、測定する高さ方向に対して斜めから照射するレーザ照射部１４と、測定対象物からの線状のレーザスリット光の反射光を含む領域を撮像するエリアカメラ１８と、エリアカメラ１８により撮像された撮像画像に基づいて、測定対象物上の各位置の高さを測定して、３次元形状を測定し、表示装置２２に表示させるコンピュータ２０とを備えている。
【００２１】
図２に示すように、駆動ステージ１３上の面に対して、測定する高さ方向に対して傾斜させて、移動方向と直交する方向を長さ方向とするレーザスリット光を照射するように、レーザ照射部１４が設置されている。また、駆動ステージ１３上の面（測定対象物が移動する平面）とレーザスリット光の照射方向とのなす角（入射角）と、駆動ステージ１３上の面とエリアカメラ１８の撮像方向とのなす角とが同一になるように（例えば、θ＝４５°）、レーザ照射部１４及びエリアカメラ１８が設置されている。また、線状のレーザ光の反射光を含む領域が撮像されるようにエリアカメラ１８が配置されている。レーザ照射部１４及びエリアカメラ１８は固定され、また、測定対象物２４のみ移動させるように測定対象物２４が駆動部１２の駆動ステージ１３上に設置される。
【００２２】
なお、後述する処理を簡単にするために、上記のなす角θが４５°になるようにレーザ照射部１４及びエリアカメラ１８を設置しておくことが好ましいが、４５°に限定されるものではない。また、レーザスリット光の幅は、１ピクセル分であることが好ましい。
【００２３】
エリアカメラ１８は、２次元に配列された複数の画素の各々に入射された可視光に応じた信号を出力する複数の受光素子を備え、複数の受光素子から出力された信号をデジタル信号に変換して、カラー画像である撮像画像を生成する。
【００２４】
コンピュータ２０は、ＣＰＵ、後述する高さ測定処理ルーチンのプログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このコンピュータ２０をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、上記図１に示すように、コンピュータ２０は、駆動部１２による測定対象物２４の移動を制御する駆動制御部２８と、測定対象物２４の移動に応じてエリアカメラ１８による撮像を制御すると共にエリアカメラ１８から連続して出力される複数の撮像画像を取得する画像取得部３０と、複数の撮像画像に対して画像処理を行って、所定の高さとなる位置を表わしたプレーン画像を複数生成し、プレーン画像を重ね合わせる画像処理部３２と、重ね合わされた複数のプレーン画像から、測定対象物の各位置の高さを測定し、３次元形状を測定して表示装置２２に出力する高さ測定部３４とを備えている。なお、画像処理部３２が、合成手段及び画像移動手段の一例である。
【００２５】
駆動制御部２８は、図３に示すように、エリアカメラ１８による撮像が行われる毎に、予め決定された移動量分だけ測定対象物を移動させるように駆動部１２を制御する。ここで、移動量は、以下のように予め決定される。
【００２６】
まず、以下の（１）式から、画素サイズ（ピクセルサイズ）が得られる。
画素サイズ ＝ カメラの技術仕様よる画素の大きさ ／ レンズの倍率 ・・・（１）
【００２７】
画素サイズ（例えば、１２μｍ／ｐｉｘｅｌ）が得られると、図４に示すように、以下の（２）式に従って、オーバーラップ無しに全領域撮像するための、撮像間における測定対象物の移動量ａを算出する。
移動量ａ ＝ 画素サイズ ＊ ｃｏｓθ ・・・（２）
【００２８】
例えば、移動量が８μｍ（＝１２μｍ＊ｃｏｓ４５°）に決定される。なお、このときの高さの分解能は、８μｍである。
【００２９】
画像取得部３０は、駆動部１２による駆動が停止している時に、エリアカメラ１８による撮像を行うように制御する。撮像すべきフレーム枚数は、撮像する測定対象物の長さ及び撮像間の移動量に基づいて、決定される。
【００３０】
また、画像取得部３０は、例えば、Ａ／Ｄコンバータや画像データを記憶する画像メモリ等を備え、エリアカメラ１８から出力される複数の撮像画像を取得して保存する。
【００３１】
次に、本発明に係る実施の形態の原理について説明する。
【００３２】
上述したようにレーザ照射部１４とエリアカメラ１８とを設置し、測定対象物が設置された駆動ステージ１３を一定距離移動させながら、連続的に画像を取る。
【００３３】
ここで、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、測定する高さ方向に対して傾斜させた光を測定対象物に入射させると、入射された部分の高さに応じて、正反射した反射光のエリアカメラに入る位置が変わる。従って、得られた画像データの、測定する高さ方向に直交する方向の各画素ラインに入った光は、正反射した位置の実際の高さの情報を示している。そこで、上述したように連続撮像した撮像画像から、同一の画素ラインのみ抽出し並べ、プレーン画像を作ることで、その画素ラインに対応する高さとなる位置（ｘ、ｙ）を示す画像データが得られる。また、全画素ライン分のプレーン画像を作成し、ｘ軸ｙ軸が一致するようにずらして重ね合わせ、位置（ｘ,ｙ）に対応する各画素の輝度のピーク値を最小二乗法で求めると、ピーク点となるプレーン画像に対する画素列の高さから、位置（ｘ,ｙ）における高さを求めることができる。
【００３４】
以上より、本実施の形態では、画像処理部３２によって、以下に説明するように、複数の撮像画像に基づいて複数のプレーン画像を生成し、重ね合わせる。
【００３５】
まず、エリアカメラ１８を、測定する高さ方向に直交する方向を長さ方向とした複数のラインカメラの集合として考え、各ラインカメラが撮像したスリット画像として抽出する。例えば、エリアカメラ１８から取り込んだ複数の撮像画像（ｘ列ｙ行ｚ枚）から、各画素ライン毎に、図６（Ａ）に示すように同一画素ラインを抽出して集めて、図６（Ｂ）に示すようにフレーム順に並べて合成したプレーン画像（ｘ列ｚ行ｙ枚）を生成する。このプレーン画像が、対応する特定の高さの位置を表わした画像となる。
【００３６】
そして、測定対象物上の同一位置（ｘ、ｙ）を表わす画素が重なるように、図７（Ｂ）に示すように、全プレーン画像を、測定対象物の移動方向（ｙ軸方向）にずらして重ね合わせる。このとき、各プレーン画像の画素が表わす位置（ｘ、ｙ）を合わせるので、図７（Ａ）に示すように、隣接するプレーン画像に対して、測定対象物の移動方向に一定のピッチずつ遅らせる事になる。隣接するプレーン画像間のピッチは、撮像したときのフレーム間の測定対象物の移動量と、画素サイズとに基づいて、以下の（３）式に従って決定される。
プレーン画像間のピッチ［ｐｉｘｅｌ］ ＝ 移動量［μｍ］ ／ 画素サイズ［μｍ］
・・・（３）
【００３７】
なお、測定対象物上の各位置は、画素単位で定まる位置である。
【００３８】
以上説明したように、画像処理部３２は、画像処理を行うことにより、複数のプレーン画像を生成し、プレーン画像をずらして重ね合わせる。また、画像処理部３２は、３次元データ配列に、ずらして重ね合わされたプレーン画像の各画素の輝度値を、測定対象物上の各位置に対応させて格納し、保持する。
【００３９】
また、高さ測定部３４は、輝度値を保持した３次元データ配列から、測定対象物上の各位置（ｘ、ｙ）について、図８に示すように、位置（ｘ、ｙ）に対応する画素の輝度値を各々抽出して、抽出された輝度値の変化を、最小二乗法を用いたカーブフィットで近似し、各プレーン画像に対応する画素ラインの撮像画像上の高さから、最も輝度値が高くなる点ｚ’を推定する。なお、点ｚ’は、撮像画像上の高さ（プレーン画像に対応する撮像画像の画素ラインの高さ（測定する高さ方向の高さ））を表しているため、図９に示すように、以下の（４）式に従って、撮像画像上の高さz’から測定対象物上の実際の高さに変換して、点ｚ’に対応する高さを求める。この求められた点ｚ’に対応する高さを、位置（ｘ,ｙ）の高さの測定値とする。
実際の高さ = ｚ’ ＊ 画素サイズ ＊ ｓｉｎθ ・・・（４）
【００４０】
次に、本実施の形態に係る測定システム１０の作用について説明する。測定対象物として、板状の電子部品（例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ））が駆動ステージ１３上に設置される。また、コンピュータ２０に対して、画素サイズと、レーザスリット光の入射角及びエリアカメラ１８の撮像方向と水平面とのなす角である角度とがオペレータによって入力されると、上記（２）式に従って撮像毎の移動量が決定される。また、コンピュータ２０に対して、測定対象物の長さがオペレータによって入力されると、撮像すべきフレーム数が決定される。また、コンピュータ２０において、図１０に示す高さ測定処理ルーチンが実行される。
【００４１】
まず、ステップ１００において、複数の撮像画像を取得する。上記ステップ１００は、図１１に示す撮像画像取得処理ルーチンによって実現される。
【００４２】
ステップ１２０において、撮像する画像のフレーム番号を識別するための変数ｎを初期値の１に設定し、ステップ１２２において、エリアカメラ１８による撮像を行うように制御すると共に、エリアカメラ１８から出力される撮像画像を取得する。例えば、図１２に示すような、測定対象物であるＢＧＡにおけるボール頂点部と基板面とで反射されたレーザスリット光の反射光を撮像した撮像画像が得られる。
【００４３】
次のステップ１２４では、上記ステップ１２２で取得した撮像画像をビットマップ（ＢＭＰ）ファイルとしてメモリ（図示省略）に保存する。
【００４４】
そして、ステップ１２６において、予め決定された移動量分だけ測定対象物を移動させるように駆動部１２を制御して、測定対象物を移動量分だけ移動させる。次のステップ１２８では、変数ｎが、撮像すべきフレーム数を表わす定数Ｎ未満であるか否かを判定し、変数ｎが定数Ｎ未満である場合には、ステップ１３０で、変数ｎをインクリメントして、ステップ１２２へ戻る。一方、撮像すべきフレーム数分だけ撮像画像が撮像され、変数ｎが定数Ｎに到達した場合には、撮像画像取得処理ルーチンを終了する。
【００４５】
そして、測定処理ルーチンのステップ１０２において、上記ステップ１００で取得した複数の撮像画像の各々から、同一画素ラインを抽出して集め、フレーム順に並べて合成することにより、各画素ラインに対応するプレーン画像を各々生成する。例えば、図１３（Ａ）に示すような、ボール頂点部の高さに対応する画素ラインのプレーン画像や、図１３（Ｂ）に示すような、基板面の高さに対応する画素ラインのプレーン画像が生成される。
【００４６】
次のステップ１０４では、上記ステップ１０２で生成された複数のプレーン画像を、隣接するプレーン画像に対して所定ピッチだけ移動方向にずらして重ねあわせ、測定対象物上の同一位置を表わす画素が重なるようにする。また、ずらして重ね合わされた複数のプレーン画像に基づいて、３次元データ配列に、測定対象物上の各位置に対応して、各プレーン画像の画素の輝度値を格納して保持する。
【００４７】
そして、ステップ１０６において、測定対象物上の注目位置を設定し、ステップ１０８において、上記ステップ１０４で得られた３次元データ配列から、注目位置に対応する画素の輝度値の変化を抽出し、抽出された輝度値の変化をフィッティングして近似し、最も輝度値が高くなるピーク点を算出する。
【００４８】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８で算出されたピーク点から、ピーク点に対応する高さに変換し、注目位置の高さの測定値として記憶する。そして、ステップ１１２において、測定対象物上の対象範囲の全ての位置について、上記ステップ１０６〜１１０の処理を実行したか否かを判定し、これらの処理が実行されていない位置が存在する場合には、上記ステップ１０６へ戻り、測定対象物上の他の注目位置を設定する。一方、上記ステップ１１２で、測定対象物上の対象範囲の全ての位置について、上記の処理が実行され、高さが測定された場合には、ステップ１１４へ進み、上記ステップ１１０で計測された測定対象物上の各位置の高さを、測定対象物の３次元形状の計測結果として表示装置２２に出力し、表示装置２２に測定対象物の３次元形状を表示させて、測定処理ルーチンを終了する。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る測定システムによれば、撮像画像の各画素ラインについて、複数の撮像画像から抽出される同一の画素ラインをフレーム順に並べて合成したプレーン画像を生成し、測定対象物上の位置に対応する画素の輝度値が高くなるプレーン画像に対する画素ラインの高さに基づいて、該位置の高さを測定することにより、簡易な構成で、測定対象物上の各位置の高さ、すなわち３次元形状を精度よく測定することができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態では、測定対象物を一定量移動させる毎に、エリアカメラによる撮像を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、駆動ステージを動かしながら連続的に撮像を行って、所定フレーム数分の撮像画像を得るようにしてもよい。この場合には、フレーム間の移動量から、駆動ステージの速度とエリアカメラのフレームレートとを算出し、算出された速度で測定対象物を移動させると共に、算出された所定のフレームレートで連続撮像を行う。そして、測定対象物の長さに応じたフレーム数分撮像されると、撮像を終了すると共に、移動を終了させ、得られた各撮像画像をビットマップファイルで保存する。
【００５１】
また、測定対象物として、板状の電子部品を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。
【００５２】
また、測定対象物を水平面上に移動させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、測定する高さ方向を法線とする平面上で、測定対象物を所定方向に移動させるようにすればよい。この場合には、測定対象物が移動する平面とレーザスリット光の照射方向とのなす角、及び測定対象物が移動する平面とエリアカメラの撮像方向とのなす角が同一となるように構成すればよい。
【００５３】
また、レーザスリット光を照射する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、直線性及び非拡散性を有するスリット光であれば、他の種類の光を照射するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 測定システム
１２ 駆動部
１４ レーザ照射部
１８ エリアカメラ
２０ コンピュータ
２４ 測定対象物
２８ 駆動制御部
３０ 画像取得部
３２ 画像処理部
３４ 高さ測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定する高さの方向を法線とする平面上で、測定対象物を移動させる駆動手段と、
照射方向を前記測定する高さの方向に対して傾斜させて、前記測定対象物の移動方向と交差する方向を長さ方向とする線状の光を、前記測定対象物に対して照射する光照射手段と、
前記測定対象物からの前記線状の光の反射光を含む領域を撮像する撮像手段と、
前記測定対象物の所定の移動量毎に前記撮像手段により撮像された複数の撮像画像の各々から、前記測定する高さの方向と直交する方向に画素が配列された画素列の各々を抽出し、各画素列について、該画素列の抽出結果の各々を撮像順に並べて合成した合成画像を各々生成する合成手段と、
前記測定対象物上の各位置について、前記合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の撮像画像上の前記高さの方向の高さに基づいて該位置の高さを測定する高さ測定手段と、
を含む高さ測定装置。
【請求項２】
前記合成画像の画素が表わす前記測定対象物上の位置を合わせるように、前記合成手段によって生成された合成画像の各々をずらして重ね合わせる画像移動手段を更に含み、
前記高さ測定手段は、前記測定対象物上の各位置について、前記画像移動手段によって重ね合わされた合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対応する高さに基づいて該位置の高さを測定する請求項１記載の高さ測定装置。
【請求項３】
前記画像移動手段は、前記測定対象物が移動する前記平面と前記線状の光の照射方向とのなす角、及び画素サイズから求められる移動量だけ、隣接した合成画像に対して前記測定対象物の移動方向に移動させることにより、前記合成画像の画素が表わす前記測定対象物上の位置を合わせる請求項２記載の高さ測定装置。
【請求項４】
前記光照射手段は、直線性及び非拡散性を有する線状の光を前記測定対象物に対して照射する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項５】
前記高さ測定手段は、前記測定対象物上の注目位置に対応する、各合成画像の画素の輝度値の変化に基づいて、各合成画像に対する画素列の前記撮像画像上の前記高さから、前記輝度値が最大となる前記撮像画像上の前記高さを推定し、前記推定された前記撮像画像上の前記高さに対応する前記注目位置の高さを、測定結果とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項６】
前記所定の移動量を、前記測定対象物が移動する前記平面と前記撮像手段による撮像方向とのなす角、及び画素サイズに基づいて定めた請求項１〜請求項５の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項７】
前記測定対象物が移動する前記平面と前記線状の光の照射方向とのなす角、及び該平面と前記撮像手段による撮像方向とのなす角を、同一とした請求項１〜請求項６の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項１】
測定する高さの方向を法線とする平面上で、測定対象物を移動させる駆動手段と、
照射方向を前記測定する高さの方向に対して傾斜させて、前記測定対象物の移動方向と交差する方向を長さ方向とする線状の光を、前記測定対象物に対して照射する光照射手段と、
前記測定対象物からの前記線状の光の反射光を含む領域を撮像する撮像手段と、
前記測定対象物の所定の移動量毎に前記撮像手段により撮像された複数の撮像画像の各々から、前記測定する高さの方向と直交する方向に画素が配列された画素列の各々を抽出し、各画素列について、該画素列の抽出結果の各々を撮像順に並べて合成した合成画像を各々生成する合成手段と、
前記測定対象物上の各位置について、前記合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対する画素列の撮像画像上の前記高さの方向の高さに基づいて該位置の高さを測定する高さ測定手段と、
を含む高さ測定装置。
【請求項２】
前記合成画像の画素が表わす前記測定対象物上の位置を合わせるように、前記合成手段によって生成された合成画像の各々をずらして重ね合わせる画像移動手段を更に含み、
前記高さ測定手段は、前記測定対象物上の各位置について、前記画像移動手段によって重ね合わされた合成画像の各々から該位置に対応する画素の輝度値を各々抽出し、抽出された輝度値が高くなる合成画像に対応する高さに基づいて該位置の高さを測定する請求項１記載の高さ測定装置。
【請求項３】
前記画像移動手段は、前記測定対象物が移動する前記平面と前記線状の光の照射方向とのなす角、及び画素サイズから求められる移動量だけ、隣接した合成画像に対して前記測定対象物の移動方向に移動させることにより、前記合成画像の画素が表わす前記測定対象物上の位置を合わせる請求項２記載の高さ測定装置。
【請求項４】
前記光照射手段は、直線性及び非拡散性を有する線状の光を前記測定対象物に対して照射する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項５】
前記高さ測定手段は、前記測定対象物上の注目位置に対応する、各合成画像の画素の輝度値の変化に基づいて、各合成画像に対する画素列の前記撮像画像上の前記高さから、前記輝度値が最大となる前記撮像画像上の前記高さを推定し、前記推定された前記撮像画像上の前記高さに対応する前記注目位置の高さを、測定結果とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項６】
前記所定の移動量を、前記測定対象物が移動する前記平面と前記撮像手段による撮像方向とのなす角、及び画素サイズに基づいて定めた請求項１〜請求項５の何れか１項記載の高さ測定装置。
【請求項７】
前記測定対象物が移動する前記平面と前記線状の光の照射方向とのなす角、及び該平面と前記撮像手段による撮像方向とのなす角を、同一とした請求項１〜請求項６の何れか１項記載の高さ測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１７５２８２（Ｐ２０１０−１７５２８２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５４３８（Ｐ２００９−１５４３８）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（０００１７０５５４）国際技術開発株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（０００１７０５５４）国際技術開発株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
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