３次元測定装置、３次元測定方法及びプログラム
【課題】適切な測定照度で測定対象物を３次元測定することができる３次元測定装置等の技術を提供する。
【解決手段】制御部は、投影部により縞が投影された測定対象物を撮像し、縞の位相が異なる合計４枚の画像を取得する（ステップ１０７〜１０９）。次に、制御部は、４枚の画像から各画素の輝度値を抽出して、位相シフト法により輝度値を各画素の高さへ変換する（ステップ１１０）。次に、制御部は、基板選択領域及び半田選択領域のそれぞれについて、高さの変換が不可とされた画素の割合（エラー率）を算出する（ステップ１１１）。制御部は、照明の照度を変化させて、ステップ１０７〜ステップ１１１の処理を繰り返す。制御部は、各照度での選択領域のエラー率に基づいて、投影部の最適な照度を決定する（ステップ１１４）。
【解決手段】制御部は、投影部により縞が投影された測定対象物を撮像し、縞の位相が異なる合計４枚の画像を取得する（ステップ１０７〜１０９）。次に、制御部は、４枚の画像から各画素の輝度値を抽出して、位相シフト法により輝度値を各画素の高さへ変換する（ステップ１１０）。次に、制御部は、基板選択領域及び半田選択領域のそれぞれについて、高さの変換が不可とされた画素の割合（エラー率）を算出する（ステップ１１１）。制御部は、照明の照度を変化させて、ステップ１０７〜ステップ１１１の処理を繰り返す。制御部は、各照度での選択領域のエラー率に基づいて、投影部の最適な照度を決定する（ステップ１１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフト法等を使用して測定対象物を３次元測定する３次元測定装置等の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配線基板等の測定対象物の品質を検査する方法として、測定対象物を撮像して得られた画像を解析して、測定対象物の品質を検査する方法が用いられている。２次元的な画像解析では、測定対象物の欠け、凹み等の高さ方向の欠陥検出が困難であるため、近年においては、３次元的な画像解析により測定対象物の３次元形状を測定して、測定対象物の品質を検査する方法が用いられるようになってきている。
【０００３】
画像解析により測定対象物の３次元形状を測定する方法として、光切断法の一種である位相シフト法（時間縞解析法）が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
位相シフト法の原理について説明する。位相シフト法では、まず、投影装置から正弦波状に輝度が変化する縞が測定対象物に投影される。測定対象物に投影される縞の位相は、所定の位相シフト量でシフトされる。位相シフトは、縞の位相が１周期分移動するまで複数回（最低３回、通常４回以上）繰り返される。縞の位相がシフトされると、撮像装置により、位相がシフトされる度に、縞が投影された測定対象物が撮像される。例えば、位相シフト量がπ／２［rad］である場合、０、π／２、π、３π／２と縞の位相がシフトされ、各位相で測定対象物の画像が撮像される。そして合計４枚の画像が取得される。
【０００５】
４回の位相シフトの場合、４枚の画像からそれぞれ画素の輝度値を抽出し、下記の式（１）に適用することにより、座標（ｘ、ｙ）での位相φ（ｘ、ｙ）を求めることができる。
φ（ｘ、ｙ）＝Ｔａｎ−１｛Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）−Ｉπ／２（ｘ、ｙ）｝／｛Ｉ０（ｘ、ｙ）−Ｉπ（ｘ、ｙ）｝・・・（１）
【０００６】
なお、Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）は、それぞれ、位相が０、π／２、π、３π／２である場合における、座標（ｘ、ｙ）に位置する画素の輝度値である。
【０００７】
位相φ（ｘ、ｙ）を求めることができれば、位相φ（ｘ、ｙ）に基づいて三角測量の原理により各座標での高さ情報を得て、測定対象物の３次元形状を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１７５５５４号公報（段落［０００３］〜［０００５］）
【特許文献２】特開２００９−２０４３７３号公報（段落[００２３]〜［００２７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
式（１）の右辺に示されているように、位相シフト法では、座標（ｘ、ｙ）における位相φ（ｘ、ｙ）を求める場合、その座標（ｘ、ｙ）に位置する画素の輝度値の差を求める必要がある。
【００１０】
ここで、例えば、投影装置の照明が暗すぎる場合、４枚の画像からそれぞれ抽出される輝度値の差が小さくなるため、式（１）により位相φ（ｘ、ｙ）を正確に算出することができない。結果として、正確に測定対象物の３次元形状を測定することができないという問題がある。
【００１１】
一方、投影装置の照明が明るすぎる場合、測定対象物に投影された縞の明るい部分に位置する画素の輝度値が撮像装置の認識範囲を超える等の理由により、正確に輝度値の差を算出することができない。従って、照明が暗い場合と同様に、正確に測定対象物の３次元形状を測定することができないという問題がある。
【００１２】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、適切な測定照度で測定対象物を３次元測定することができる３次元測定装置等の技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る３次元測定装置は、投影部と、撮像部と、制御部とを具備する。
前記投影部は、照度を変化可能な照明を有し、前記照明からの光により測定対象物に縞を投影し、前記測定対象物に投影される前記縞の位相をシフトする。
前記撮像部は、前記縞が投影された前記測定対象物の画像を撮像する。
前記制御部は、前記測定対象物に投影される前記縞の位相を前記投影部により複数回シフトさせて前記撮像部に複数の前記画像を撮像させ、撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出し、抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出し、前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出し、算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定する。
【００１４】
この３次元測定装置では、照明の照度を変化させて３次元測定におけるエラー率を照度毎に算出し、算出された照度毎のエラー率に基づいて、測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定することができる。従って、この３次元測定装置は、測定対象物に投影される縞の位相をシフトさせて測定対象物を３次元測定する際に、エラー率が小さい適切な測定照度で、測定対象物を３次元測定することができる。
【００１５】
上記３次元測定装置において、前記測定対象物は、第１の領域と、前記第１の領域とは前記エラー率が異なる第２の領域とを有していてもよい。
この場合、前記制御部は、前記第１の領域及び第２の領域の前記エラー率である第１のエラー率及び第２のエラー率を、前記照明の照度を変化させて前記照度毎に算出し、算出された照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率に基づいて、前記測定照度を決定してもよい。
【００１６】
これにより、エラー率が異なる複数の領域を有する測定対象物を３次元測定する際の適切な測定照度を決定することができる。
【００１７】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記照度毎に前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和を算出し、前記照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和に基づいて、前記測定照度を決定してもよい。
【００１８】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が、所定の閾値未満となる前記照度の範囲を判定し、前記照度の範囲の中間値を測定照度として決定してもよい。
【００１９】
これにより、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されてしまうことを避けることができる。
【００２０】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記照度の変化に対する、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和の変化率に基づいて、前記測定照度を決定してもよい。
【００２１】
これにより、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されてしまうことを避けることができる。
【００２２】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が最小となる照度を前記測定照度として決定してもよい。
【００２３】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち、少なくとも一方に重み係数を乗じて、第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち一方を優先させた上で、前記第１のエラー率及び第２のエラー率の和を算出してもよい。
【００２４】
これにより、測定対象物の複数の領域のうち、エラー率が重要となる領域についてエラー率を優先させた上で、エラー率の和を算出し、このエラー率の和に基づいて、測定照度を決定することができる。
【００２５】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された前記輝度値について、前記複数の画像間で同じ画素に対応する輝度値の差を算出し、算出された前記輝度値の差が第１の閾値未満であるかを判定し、前記輝度の差が前記第１の閾値未満となる前記画素の割合を前記エラー率として算出してもよい。
【００２６】
これにより、照明が暗過ぎて照明の照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００２７】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が第２の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記第２の閾値以上となる割合を前記エラー率として算出してもよい。
【００２８】
これにより、照明が明る過ぎて、照明の照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００２９】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が所定の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記閾値以上となる割合を前記エラー率として算出してもよい。
【００３０】
これにより、照明が明る過ぎて照明の照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００３１】
本発明の一形態に係る３次元測定方法は、光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影することを含む。
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像が撮像される。
撮像された前記複数の画像から輝度値が抽出される。
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率が算出される。
前記照明の照度を変化させて前記エラー率が前記照度毎に算出される。
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度が決定される。
【００３２】
本発明の一形態に係るプログラムは、３次元測定装置に、光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影するステップを実行させる。
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像を撮像するステップを実行させる。
撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出するステップを実行させる。
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出するステップを実行させる。
前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出するステップを実行させる。
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定するステップを実行させる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明の一形態によれば、適切な測定照度で測定対象物を３次元測定することができる３次元測定装置等の技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元測定装置を示す図である。
【図２】３次元測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】表示部の画面上に表示される基板の２次元画像の一例を示す図である。
【図４】基板に投影される縞の照射状態を示す図である。
【図５】エラー率を算出する際の処理を示すフローチャートである。
【図６】基板へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【図７】基板へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【図８】基板へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【図９】投影部の測定照度を決定する際の処理を示すフローチャートである。
【図１０】投影部の照度と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率との関係を示す図である。
【図１１】投影部の照度と、半田選択領域のエラー率と、基板選択領域のエラー率と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率の和との関係を示す図である。
【図１２】投影部の照度と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率との関係を示す図である。
【図１３】投影部の照度と、半田選択領域のエラー率と、基板選択領域のエラー率と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率の和との関係を示す図である。
【図１４】エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定する場合の処理を示すフローチャートである。
【図１５】エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定する場合の他の例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】
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３６】
［３次元測定装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る３次元測定装置１００を示す図である。図１に示すように、３次元測定装置１００は、測定対象物１を載置するステージ１０と、投影部２０と、撮像部１５と、２次元画像取得用の照明部１４と、制御部１６と、記憶部１７と、表示部１８と、入力部１９とを有する。
【００３７】
ステージ１０は、駆動によりステージ１０を移動させるステージ移動機構１１に連結されている。ステージ移動機構１１は、制御部１６に電気的に接続されており、制御部１６からの駆動信号に応じて、ステージ１０をＸＹＺ方向に移動させる。
【００３８】
投影部２０は、照度を変化可能な照明としての光源２１と、光源２１からの光を集光する集光レンズ２２と、集光レンズ２２により集光された光を回折する回折格子２３と、回折格子２３により回折された光を測定対象物１に投影する投影レンズ２４とを有する。
【００３９】
光源２１としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が挙げられるが、光源２１の種類は、特に限定されない。光源２１は、照度調整機構２５に電気的に接続されている。照度調整機構２５は、制御部１６の制御により、光源２１の照度を調整する。
【００４０】
回折格子２３は、複数のスリットを有しており、光源２１からの光を回折させて、正弦波状に輝度が変化する縞を測定対象物１に投影させる。回折格子２３には、スリットが形成された方向と直交する方向に回折格子２３を移動させる格子移動機構２６が設けられている。この格子移動機構２６は、制御部１６の制御に応じて、回折格子２３を移動させ、測定対象物１に投影される縞の位相をシフトさせる。なお、回折格子２３、格子移動機構２６の代わりに、格子状の縞模様を表示する液晶格子等が用いられても構わない。
【００４１】
２次元画像取得用の照明部１４は、表示部１８の画面上に表示される測定対象物１の２次元画像を撮像部１５により取得する際に、測定対象物１に対して光を照射する。この照明部１４は、環状の形状を有する上部照明１２及び下部照明１３の２つの照明を含む。
【００４２】
撮像部１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子と、測定対象物１からの光を撮像素子の撮像面に結像させる結像レンズ等の光学系とを含む。撮像部１５は、測定対象物１を３次元測定するために、投影部２０により正弦波状の縞が投影された測定対象物１を撮像する。また、撮像部１５は、表示部１８に表示される２次元画像を取得するために、２次元画像取得用の照明部１４により測定対象物１が照らされている状態で、測定対象物１を撮像する。
【００４３】
表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成され、制御部１６の制御に応じて、測定対象物１の２次元画像や３次元画像等を表示する。入力部１９は、キーボード、マウス、タッチパネル等により構成され、ユーザからの指示を入力する。
【００４４】
記憶部１７は、３次元測定装置１００の処理に必要な各種のプログラムが記憶されるＲＯＭ（Read Only memory）等の不揮発性のメモリと、制御部１６の作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access memory）等の揮発性のメモリとを有する。
【００４５】
制御部１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、記憶部１７に記憶された各種のプログラムに基づき、３次元測定装置１００を統括的に制御する。例えば、制御部１６は、照度調整機構２５を制御して、投影部２０の照度を調整したり、格子移動機構２６を制御して、測定対象物１に投影される縞の位相をシフトさせたりする。また、撮像部１５を制御して縞が投影された測定対象物１の画像を撮像したり、撮像された画像に基づいて位相シフト法により測定対象物１を３次元測定したりする。制御部１６の制御については、後に詳述する。
【００４６】
本実施形態では、測定対象物１の一例として、実装部品を半田付けするための半田が形成された基板１を例に挙げて説明する。ユーザは、３次元測定装置１００を用いて、基板１を３次元測定し、基板１上に形成された半田の印刷状態を検査する。
【００４７】
［動作説明］
次に、３次元測定装置１００の動作について説明する。
図２は、３次元測定装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、３次元測定装置１００の制御部１６は、ステージ移動機構１１を制御して、ステージ１０を基板１の受け取り位置まで移動させる。そして、基板受け渡し装置（図示せず）から、基板１を受け取り、ステージ１０を移動させて基板１を撮像位置まで移動させる（ステップ１０１）。
【００４９】
次に、制御部１６は、２次元画像用の照明部１４を発光させて基板１を照らし、照明部１４からの光により基板１が照らされている状態で、撮像部１５により基板１を撮像する（ステップ１０２）。これにより、制御部１６は、表示用の２次元画像を取得する。
【００５０】
２次元画像を取得すると、制御部１６は、取得された２次元画像を表示部１８の画面上に表示させる（ステップ１０３）。
【００５１】
図３は、このとき表示部１８の画面上に表示される２次元画像の一例を示す図である。
図３に示すように、測定対象物１としての基板１は、基板領域２（第１の領域）と、半田が形成された半田形成領域３（第２の領域）とを有している。
【００５２】
２次元画像が表示部１８に表示されると、ユーザは、表示部１８に表示された画像を見ながら、入力部１９を介して、基板領域２及び半田形成領域３の中から、それぞれ基板選択領域４及び半田選択領域５を指定する。
【００５３】
ここで、個々の半田形成領域３が微小な場合、半田形成領域３のみが選択されると、後に３次元測定におけるエラー率を算出する際の母数となる画素数が小さくなってしまう。そこで、半田形成領域３が微小な場合、ユーザは、半田形成領域３が密集している箇所において、複数の半田形成領域３を取り囲むようにして、半田選択領域５を指定してもよい。
【００５４】
再び図２を参照して、制御部１６は、表示部１８の画面上に基板１の２次元画像を表示させると、基板選択領域４及び半田選択領域５が指定されたかを判定する（ステップ１０４）。選択領域が指定された場合（ステップ１０４のＹＥＳ）、制御部１６は、入力部１９を介してユーザから照度の決定の指示が入力されたかを判定する（ステップ１０５）。
【００５５】
入力部１９を介して照度の決定の指示が入力された場合（ステップ１０５のＹＥＳ）、制御部１６は、照度調整機構２５を制御して、光源２１の照度を初期値（例えば、２０）に設定する（ステップ１０６）。光源２１の照度が初期値に設定されると、投影部２０により、基板１に縞が投影される。次に、制御部１６は、縞が投影された基板１の画像を撮像部１５により撮像する（ステップ１０７）。
【００５６】
次に、制御部１６は、格子移動機構２６を制御して回折格子２３を移動させることで、基板１に投影される縞の位相をπ／２［rad］シフトさせる（ステップ１０８）。縞の位相をシフトさせると、次に、制御部１６は、同じ照度で４枚の画像が撮像されたかを判定する（ステップ１０９）。
【００５７】
同じ照度で４枚の画像が撮像されていない場合（ステップ１０９のＮＯ）、制御部１６は、ステップ１０７へ戻り、縞が投影された基板１を撮像する。これにより、同じ照度で、それぞれ縞の位相が異なる合計４枚の画像が撮像される。
【００５８】
図４は、縞の照射状態を示す図である。図４には、左側から順番に縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合の縞の照射状態が示されている。
【００５９】
図２を参照して、同じ照度で４枚目の基板１の画像が撮像された場合（ステップ１０９のＹＥＳ）、制御部１６は、４枚の画像に基づいて、位相シフト法により、画像の各画素での高さを算出する（ステップ１１０）。
【００６０】
この場合、制御部１６は、４枚の画像から各画素（各座標（ｘ、ｙ））の輝度値を抽出し、以下の式（２）を適用することにより、各画素での位相φ（ｘ、ｙ）を算出する。そして、制御部１６は、算出された各画素での位相φ（ｘ、ｙ）に基づいて、３角測量の原理を利用して、各画素の高さを算出する。
【００６１】
なお、下記の式（２）は、上記した式（１）と同じであり、Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）は、それぞれ、縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合における各画素（各座標）の輝度値である。
φ（ｘ、ｙ）＝Ｔａｎ−１｛Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）−Ｉπ／２（ｘ、ｙ）｝／｛Ｉ０（ｘ、ｙ）−Ｉπ（ｘ、ｙ）｝・・・（２）
【００６２】
ここで、輝度値を高さに変換する際に、所定の条件下で、その画素では、位相φ（ｘ、ｙ）に基づく高さの変換が不可とされ、その画素は、エラーとされる。
【００６３】
各画素の輝度値を各座標の高さに変換すると、次に、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５のそれぞれについて、高さの変換が不可とされた画素の割合（エラー率）を算出する（ステップ１１１）。
【００６４】
なお、位相φ（ｘ、ｙ）に基づく高さへの変換が不可とされる条件や、高さへの変換が不可とされた画素の割合（エラー率）の算出方法についての詳細は、後述する。
【００６５】
エラー率を算出すると、次に、制御部１６は、現在の投影部２０の照度が最大値（例えば、２４０）であるかを判定する（ステップ１１２）。照度が最大値でない場合（ステップ１１２のＮＯ）、制御部１６は、照度を変更する（例えば、照度＋２０）（ステップ１１３）。
【００６６】
そして、制御部１６は、再びステップ１０７へ戻り、その変更された照度で縞が投影された基板１を撮像して、再び４枚の画像を撮像する。４枚の画像が撮像されると、位相シフト法により各画素（各座標）での高さが算出され、その照度でのエラー率が算出される。この一連の処理は、投影部２０の照度が最大となるまで繰り返される。
【００６７】
照度が最大値である場合（ステップ１１２のＹＥＳ）、制御部１６は、各照度での選択領域４、５におけるエラー率に基づいて、３次元測定における測定照度を決定する（ステップ１１４）。この場合、例えば、選択領域４、５のエラー率が最小となる照度が測定照度として決定される。なお、測定照度の決定方法についての詳細は、後述する。
【００６８】
測定照度が決定されると、制御部１６は、測定照度を記憶部１７に記憶する。照度が決定された場合、決定された照度を表示部１８に表示してもよい。これにより、ユーザは、その基板１を３次元測定するために最適な照度を視認することができる。
【００６９】
ユーザは、表示部１８に表示された照度を、入力部１９を介して３次元測定装置１００に入力して投影部２０の照度を設定する。測定照度が決定された場合、制御部１６は、決定された測定照度を自動的に設定しても構わない。
【００７０】
１枚目の基板１と同様の構成を有する２枚目以降の基板１については、決定された測定照度で投影部２０から基板１に縞が投影される。そして、この照度で撮像された４枚の画像に基づいて、基板１の３次元情報が算出され、基板１の３次元画像が表示部１８の画面上に表示される。ユーザは、表示部１８の画面上に表示された３次元画像を見て、基板１上に形成された半田の印刷状態を検査する。
【００７１】
図２の説明では、ユーザが表示部１８の画面上に表示された基板１の画像を見ながら基板選択領域４及び半田選択領域５を指定する場合について説明した。しかし、この処理は、制御部１６が自動的に実行してもよい。この場合、制御部１６は、ステップ１０３で取得された２次元画像を画像解析して、基板領域２と半田形成領域３を判定し、基板領域２及び半田形成領域３から基板選択領域４及び半田選択領域５を指定すればよい。
【００７２】
図２の説明では、投影部の照度の初期値を２０に設定し、照度を＋２０ずつ変化させて、最大値２４０まで変化させる場合について説明した。一方、最初は繰り返しのステップ幅を大きく設定し（例えば、＋５０）、エラー率が小さくなる付近に照度の初期値及び最大値を再設定して、ステップ幅を小さくしていく方法が用いられてもよい（例えば、＋５０→＋１０→＋１）。これにより、効率的かつ詳細に測定照度を決定することができる。
【００７３】
「エラー率の算出方法」
次に、図２のステップ１１０、１１１で説明した、位相φ（ｘ、ｙ）に基づく高さへの変換が不可（エラー）とされる条件や、高さへの変換が不可とされる画素の割合（エラー率）の算出方法について、詳細に説明する。
【００７４】
図５は、エラー率を算出する際の処理を示すフローチャートである。図６、図７及び図８は、基板１へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【００７５】
なお、図６は、投影部２０の照度が適切である場合の一例が示されている。図７は、投影部２０の照度が小さすぎる場合の一例が示されており、図８は、投影部２０の照度が大きすぎる場合の一例が示されている。
【００７６】
図５に示すように、制御部１６は、同じ照度で撮像された、縞の位相が異なる４枚の画像について、各画素（各座標（ｘ、ｙ））の輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）を抽出する（ステップ２０１）。
【００７７】
ここで、輝度値は、撮像された画像全体から抽出されてもよいし、基板選択領域４及び半田選択領域５の全体から抽出してもよい（図３参照）。
【００７８】
次に、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５内の１つの画素に対応する輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）を入力する（ステップ２０２）。
【００７９】
次に、制御部１６は、選択領域４、５内の１つの画素について、縞の位相が０である場合の画像（１枚目の画像）の輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）と、縞の位相がπである場合の画像（３枚目の画像）の輝度値Ｉπ（ｘ、ｙ）との差の絶対値を算出する（ステップ２０３）。同様にして、制御部１６は、選択領域４、５内の１つの画素について、縞の位相がπ／２である場合の画像（２枚目の画像）の輝度値Ｉπ／２（ｘ、ｙ）と、縞の位相が３π／２である場合の画像（４枚目の画像）の輝度値Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）との差の絶対値を算出する（ステップ２０４）。
【００８０】
次に、制御部１６は、輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）及び輝度値Ｉπ（ｘ、ｙ）の差の絶対値と、輝度値Ｉπ／２（ｘ、ｙ）及び輝度値Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）の差の絶対値との２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１未満であるかを判定する（ステップ２０５）。
【００８１】
ステップ２０５では、制御部１６は、２つの絶対値の両方の値が、第１の閾値Ｔｈ１未満であるかを判定している。第１の閾値Ｔｈ１は、例えば、１５とされる（図６〜図８参照）。
【００８２】
２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１未満である場合（ステップ２０５のＹＥＳ）、制御部１６は、その画素については、位相シフト法による高さへの変換を不可（エラー）とする（ステップ２０８）。そして、制御部１６は、次のステップ２０９へ進む。
【００８３】
一方、２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１以上である場合（ステップ２０５のＮＯ）、制御部１６は、次のステップ２０６へ進む。ステップ２０６では、制御部１６は、４つの輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上であるかを判定する。第２の閾値Ｔｈ２は、例えば、２５６とされる（図６、図７参照）。
【００８４】
４つの輝度値のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上である場合（ステップ２０６のＹＥＳ）、制御部１６は、輝度値に基づく高さへの変換を不可（エラー）として（ステップ２０８）、次のステップ２０９へ進む。
【００８５】
一方、４つの輝度値が全て第２の閾値Ｔｈ２未満である場合（ステップ２０６のＮＯ）、制御部１６は、輝度値に基づく高さへの変換を可として（ステップ２０７）、次のステップ２０９へ進む。
【００８６】
ステップ２０９では、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５内の全ての画素について、エラーか否かの判定がされたかを判定する。
【００８７】
基板選択領域４及び半田選択領域５について、未判定の画素が残っている場合（ステップ２０９のＮＯ）、制御部１６は、ステップ２０２へ戻り、ステップ２０２〜２０９の処理を繰り返す。
【００８８】
一方、基板選択領域４及び半田選択領域５に含まれる全ての画素について、判定が終了した場合（ステップ２０９のＹＥＳ）、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５のそれぞれについて、エラー率を算出する（ステップ２１０）。この場合、制御部１６は、基板選択領域４内でエラーとなった画素の数を、基板選択領域４全体の画素数で除算することで、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）を算出することができる。同様に、制御部１６は、半田選択領域５内でエラーとなった画素数を、半田選択領域５全体の画素数で除算することで、半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）を算出することができる。
【００８９】
ステップ２０１〜ステップ２１０の処理は、投影部２０の照度が変化される毎に実行され、これにより、照度毎に選択領域毎のエラー率が算出される。
【００９０】
図６を参照して、図６では、投影部２０の照度が適切な場合の一例が示されている。図６に示す実線は、Ｉ０（ｘ、ｙ）及びＩπ（ｘ、ｙ）の差の絶対値と、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）及びＩ３π／２（ｘ、ｙ）の差の絶対値のうち、何れか大きいほうの値を示している。なお、この実線は、４つの輝度値のうち少なくとも１つが、第２の閾値Ｔｈ２以上である場合には、輝度値が０とされる。
【００９１】
図６の実線で示すように、２つの絶対値のうち大きいほうの値が、全域で、第１の閾値Ｔｈ１（１５）以上とされている（ステップ２０５参照）。また、図６の実線で示すように、４つの輝度値が、全域で第２の閾値Ｔｈ２（２５６）未満とされている（ステップ２０６参照）。従って、図６に示す例では、投影部２０の照度が適切であり、輝度値の差が大きいことから、全域で、高さへの変換が可とされる（ステップ２０７参照）。なお、図６に示す例では、エラー率は、０％とされる。
【００９２】
図７を参照して、図７では、投影部２０の照度が小さすぎる場合の一例が示されている。図７の実線で示すように、２つの絶対値のうち大きいほうの値が、全域で、第１の閾値Ｔｈ１未満とされている（ステップ２０５参照）。従って、図７に示す例では、投影部２０の照度が小さすぎて、輝度値の差が小さいことから、全域で、高への変換が不可（エラー）とされる（ステップ２０８参照）。なお、図７に示す例では、エラー率は、１００％とされる。
【００９３】
図８を参照して、図８では、投影部２０の照度が大きすぎる場合の一例が示されている。図８の実線で示すように、Ａで示す範囲では、２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１以上とされている（ステップ２０５参照）。また、Ａで示す範囲では、４つの輝度値のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上でない（ステップ２０６参照）。従って、Ａに示す範囲に含まれる画素では、輝度値に基づく高さへの変換が可とされる（ステップ２０７参照）。
【００９４】
一方、Ｂに示す範囲では、４つの輝度値のうち、少なくとも１つが第２の閾値Ｔｈ２以上となる（ステップ２０６参照）。従って、Ｂに示す範囲に含まれる画素では、輝度値に基づく高さ方向への変換が不可とされる（ステップ２０８参照）。なお、４つの輝度値のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上となる場合には、撮像部１５による認識の範囲を超えることから、実線に示す輝度値は０とされている。
【００９５】
図５〜図８に示したように、本実施形態では、第１の閾値及び第２の閾値を用いることによって、照明が暗過ぎたり、明るすぎたりして照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００９６】
「投影部２０の照度の決定方法」
次に、図２のステップ１１４で説明した、投影部２０の測定照度の決定方法について詳細に説明する。
【００９７】
図９は、投影部２０の測定照度を決定する際の処理を示すフローチャートである。
図９に示すように、制御部１６は、照度毎に、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）と半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）との和を算出する。照度毎に、選択領域４、５のエラー率の和を算出すると、制御部１６は、エラー率の和が最小となる照度を、投影部２０の測定照度として決定する（ステップ３０２）。
【００９８】
図１０は、投影部２０の照度と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率との関係を示す図である。図１１は、投影部２０の照度と、半田選択領域５のエラー率と、基板選択領域４のエラー率と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率の和との関係を示す図である。
【００９９】
図１０及び図１１では、測定対象物１として、基板領域２が白色である基板１（白基板１）が用いられた場合の一例が示されている。
【０１００】
図１１に示すように、白基板１の場合、照度が８０のときにエラー率の和が４．０２％で最小となるから、この場合、測定照度として８０が選択される（ステップ３０２参照）。
【０１０１】
図１２は、投影部２０の照度と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率との関係を示す図である。図１３は、投影部２０の照度と、半田選択領域５のエラー率と、基板選択領域４のエラー率と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率の和との関係を示す図である。
【０１０２】
図１２及び図１３では、測定対象物１として、基板領域２が青色である基板１（青基板１）が用いられた場合の一例が示されている。
【０１０３】
図１３に示すように、青基板１の場合、照度が２４０のときにエラー率の和が４．８８で最小となるから、測定照度として、２４０が選択される（ステップ３０２参照）。
【０１０４】
このように、本実施形態に係る３次元測定装置１００では、白基板１及び青基板１で異なった測定照度が決定される。すなわち、本実施形態では、実際に測定対象物１のエラー率を算出して、エラー率に基づいて、測定照度を決定することができるので、基板１の種類（色）ごとにその種類に応じた適切な測定照度を決定することができる。
【０１０５】
図９のステップ３０１では、単純に２つの選択領域４、５のエラー率の和を算出する場合について説明した。一方、制御部１６は、基板選択領域４のエラー率及び半田選択領域５のエラー率うち、少なくとも一方に重み係数を乗じることで、一方のエラー率を優先させた上で、第１のエラー率及び第２のエラー率の和を算出してもよい。
【０１０６】
ここで、３次元測定における測定対象は、基板領域２ではなく、半田形成領域３であり、半田選択領域５におけるエラー率が測定精度に与える影響が大きい。また、３次元測定において基板領域２からデータを取得するのは、半田形成領域３の高さの基準を決定するためである。従って、基板領域２では、平面の高さの平均値や、傾きが求められる程度のデータが得られれば十分である。
【０１０７】
従って、重み係数が用いられる場合、典型的には、基板選択領域４のエラー率よりも半田選択領域５のエラー率が優先される。例えば、半田選択領域５：基板選択領域４で、重み係数の比率は、６：４、７：３等とされる。
【０１０８】
ところで、図１０及び図１１に示すように、測定対象物１が白基板１である場合、選択領域４、５のエラー率の和が最小となるのは、照度が８０のときである。一方、照度が１００の場合、基板選択領域４のエラー率が急激に大きくなり、それに応じて、選択領域４、５のエラー率の和も急激に大きくなる。従って、測定照度を８０として決定してしまうと、測定照度が少しでもずれた場合に、エラー率の和が急激に増加してしまう可能性がある。
【０１０９】
そこで、制御部１６は、エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定してもよい。
【０１１０】
図１４は、エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定する場合の処理を示すフローチャートである。
【０１１１】
図１４に示すように、制御部１６は、照度毎に、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）と半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）との和を算出する（ステップ４０１）。この場合、上記したように、制御部１６は、基板選択領域４のエラー率及び半田選択領域５のエラー率のうち、少なくとも一方に重み係数を乗じた上で、エラー率の和を算出してもよい。
【０１１２】
次に、制御部１６は、選択領域４、５のエラー率の和が所定の閾値Ｔｈ３（例えば、１５％）未満となる照度の範囲を判定する（ステップ４０２）。
【０１１３】
次に、制御部１６は、エラー率の和が閾値Ｔｈ３未満となる照度の範囲から、中間値を算出し、この中間値を測定照度として決定する（ステップ４０３）。
【０１１４】
例えば、測定対象物１が白基板１であり、図１０及び図１１に示すようなエラー率が算出された場合について説明する。この場合、選択領域４、５のエラー率の和が閾値Ｔｈ３（１５％）未満である照度の範囲は、４０〜８０である（ステップ４０２）。そして、この４０〜８０の照度の中間値は、６０であるので、測定照度は、６０であるとして決定される（ステップ４０３）。
【０１１５】
図１４に示す処理により、エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定することができる。
【０１１６】
一方、測定対象物１が青基板１であり、図１２及び図１３に示すようなエラー率が算出された場合について説明すると、選択領域４、５のエラー率の和が閾値Ｔｈ３（１５％）未満となる照度の範囲は、８０〜２４０である（ステップ４０２）。そして、この照度の範囲８０〜２４０の中間値は、１６０であるから、１６０が測定照度として決定される（ステップ４０３）。
【０１１７】
青基板１の場合、エラー率の和は、測定照度に対して単調減少である。しかしながら、照度をさらに上げたり、撮像部１５の露光時間を長くしたりした場合には、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率が共に上昇し、これによりエラー率の和が急激に増加する可能性がある。従って、白基板１の場合だけでなく、青基板１の場合にも、図１４に示す処理を実行することが有効である。
【０１１８】
以上の説明では、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されてしまうことを避ける方法の一つとして、エラー率の和が閾値Ｔｈ３未満となる照度の範囲の中間値を用いる場合について説明した。一方、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されることを避ける他の方法として、照度の変化に対する、エラー率の和の変化率を利用する形態が挙げられる。
【０１１９】
図１５は、エラー率の変化率を利用する場合の処理を示すフローチャートである。
【０１２０】
図１５に示すように、制御部１６は、照度毎に、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率の和を算出する（ステップ５０１）。次に、制御部１６は、エラー率の和が最小となる照度を判定する（ステップ５０２）。
【０１２１】
次に、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度（例えば、−２０）のエラー率の和との差を算出する。すなわち、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度と、その照度よりも１段階低い照度との間で、エラー率の和の差を算出する。
【０１２２】
そして、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度のエラー率の和との差が、所定の閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する（ステップ５０３）。閾値Ｔｈ４は、例えば、５％〜１０％程度とされる。
【０１２３】
エラー率の和の最小値と、１段階低い照度でのエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０３のＹＥＳ）、制御部１６は、次のステップ５０４へ進む。ステップ５０４では、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度（例えば、＋２０）のエラー率の和との差を算出する。すなわち、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度と、その照度よりも１段階高い照度との間で、エラー率の和の差を算出する。そして、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、１段階高い照度のエラー率の和との差が所定の閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１２４】
エラー率の和の最小値と、１段階高い照度でのエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満の場合（ステップ５０４のＹＥＳ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度として決定する（ステップ５０５）。
【０１２５】
ステップ５０３において、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度のエラー率の和との差が所定の閾値Ｔｈ４以上の場合（ステップ５０３のＮＯ）、制御部１６は、ステップ５０６へ進む。ステップ５０６では、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１２６】
エラー率の和の最小値と、１段階高い照度のエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０６のＮＯ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度として決定する（ステップ５０５）。
【０１２７】
一方、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０６のＹＥＳ）、制御部１６は、ステップ５０７へ進む。ステップ５０７では、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度（例えば、＋４０）のエラー率の和との差を算出する。そして、制御部１６は、１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１２８】
１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０７のＮＯ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度として決定する（ステップ５０５）。
【０１２９】
一方、１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０７のＹＥＳ）、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度を測定照度として決定する（ステップ５０８）。
【０１３０】
ステップ５０４において、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０４のＮＯ）、制御部１６は、ステップ５０９へ進む。ステップ５０９では、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度（例えば、−４０）のエラー率の和との差を算出する。そして、１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度のエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１３１】
１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０９のＮＯ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度とする（ステップ５０５）。
【０１３２】
一方、１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０９のＹＥＳ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度を測定照度とする（ステップ５１０）。
【０１３３】
図１４に示す処理により、照度の変化に対する、エラー率の和の変化率に基づいて、測定照度が決定されるので、エラー率が急激に変化するリスクがある値が測定照度として採用されてしまうことを回避することができる。
【０１３４】
［作用等］
以上説明したように、本実施系形態に係る３次元測定装置１００では、投影部２０の照度を変化させて３次元測定におけるエラー率を照度毎に算出し、算出された照度毎のエラー率に基づいて、測定対象物１を３次元測定するための測定照度を決定することができる。これにより、本実施形態に係る３次元測定装置１００では、測定対象物１を３次元測定する際に、エラー率が小さい（エラーでない有効な画素数が多い）適切な測定照度で、測定対象物１を３次元測定することができる。
【０１３５】
また、本実施形態では、実際に測定対象物１のエラー率を算出して、エラー率に基づいて、測定照度を決定することができるので、測定対象物１の種類ごとにその種類に応じた適切な測定照度を決定することができる。例えば、上記したように、白基板１及び青基板１でそれぞれ適切な測定照度を決定することができる。
【０１３６】
また、本実施形態では、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）及び半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）の２つのエラー率に基づいて、測定照度を決定することができる。このように、本実施形態では、測定対象物１がエラー率の異なる複数の領域を有する場合に、それぞれのエラー率に応じた適切な測定照度を決定することができる。
【０１３７】
［各種変形例］
以上の説明では、測定対象物１として、実装部品を半田付けするための半田が形成された基板１（白基板１、青基板１）を例に挙げて説明した。しかし、測定対象物１は、これに限られない。測定対象物１の他の例としては、実装部品を接着するための接着剤が形成された基板が挙げられる。また、配線パターンが形成された配線基板、ランドが形成された基板、ガラスが印刷された基板、蛍光体が印刷された基板等が挙げられる。また、ナノ銀インク、ポリイミドインク、カーボンナノチューブインク等のインクが印刷された基板、シルク印刷が施された基板、アルミニウム電極が形成されたガラス基板（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）として用いられる）等が挙げられる。
【０１３８】
上記した測定対象物１の他の例は、基板領域２（第１の領域）の他に、基板領域２とはエラー率が異なる領域（第２の領域）（例えば、接着剤、配線パターン、ランド、ガラス、インク等が形成された領域）を含む。３次元測定装置１００は、基板領域２から指定された基板選択領域４のエラー率と、基板領域２以外の領域から指定された選択領域のエラー率との２つのエラー率に基づいて、測定照度を決定することができる。
【０１３９】
以上の説明では、異なる２つのエラー率に基づいて測定照度を決定する場合について説明した。一方、３次元測定装置１００は、エラー率が異なる３つ以上の領域から指定された３以上の選択領領域のエラー率に基づいて、測定照度を決定しても構わない。
【０１４０】
以上の説明では、縞の位相を４回シフトさせ、４枚の画像を取得して位相シフト法を適用する場合について説明した。しかし、位相のシフト回数及び画像の枚数は、３以上であれば、本発明を適用することができる。
【０１４１】
制御部１６は、基板選択領域４のエラー率や、半田選択領域５のエラー率等を算出した場合に、表示部１８に、図１０〜図１３に示すようなグラフや表を表示してもよい。また、制御部１６は、測定照度を決定した場合に、その測定照度に対応する箇所をグラフや表中で強調表示する等の処理を実行してもよい。これにより、ユーザは、表示部１８に表示されたグラフや表を見て、容易に測定照度を認識することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
Ｉ０、Ｉπ／２、Ｉπ、Ｉ３π／２…輝度値
Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４…閾値
１…測定対象物（基板）
２…基板領域
３…半田形成領域
４…基板選択領域
５…半田選択領域
１５…撮像部
１６…制御部
２０…投影部
２１…光源
２２…集光レンズ
２３…回折格子
２４…投影レンズ
２５…照度調整機構
２６…格子移動機構
１００…３次元測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフト法等を使用して測定対象物を３次元測定する３次元測定装置等の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配線基板等の測定対象物の品質を検査する方法として、測定対象物を撮像して得られた画像を解析して、測定対象物の品質を検査する方法が用いられている。２次元的な画像解析では、測定対象物の欠け、凹み等の高さ方向の欠陥検出が困難であるため、近年においては、３次元的な画像解析により測定対象物の３次元形状を測定して、測定対象物の品質を検査する方法が用いられるようになってきている。
【０００３】
画像解析により測定対象物の３次元形状を測定する方法として、光切断法の一種である位相シフト法（時間縞解析法）が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
位相シフト法の原理について説明する。位相シフト法では、まず、投影装置から正弦波状に輝度が変化する縞が測定対象物に投影される。測定対象物に投影される縞の位相は、所定の位相シフト量でシフトされる。位相シフトは、縞の位相が１周期分移動するまで複数回（最低３回、通常４回以上）繰り返される。縞の位相がシフトされると、撮像装置により、位相がシフトされる度に、縞が投影された測定対象物が撮像される。例えば、位相シフト量がπ／２［rad］である場合、０、π／２、π、３π／２と縞の位相がシフトされ、各位相で測定対象物の画像が撮像される。そして合計４枚の画像が取得される。
【０００５】
４回の位相シフトの場合、４枚の画像からそれぞれ画素の輝度値を抽出し、下記の式（１）に適用することにより、座標（ｘ、ｙ）での位相φ（ｘ、ｙ）を求めることができる。
φ（ｘ、ｙ）＝Ｔａｎ−１｛Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）−Ｉπ／２（ｘ、ｙ）｝／｛Ｉ０（ｘ、ｙ）−Ｉπ（ｘ、ｙ）｝・・・（１）
【０００６】
なお、Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）は、それぞれ、位相が０、π／２、π、３π／２である場合における、座標（ｘ、ｙ）に位置する画素の輝度値である。
【０００７】
位相φ（ｘ、ｙ）を求めることができれば、位相φ（ｘ、ｙ）に基づいて三角測量の原理により各座標での高さ情報を得て、測定対象物の３次元形状を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１７５５５４号公報（段落［０００３］〜［０００５］）
【特許文献２】特開２００９−２０４３７３号公報（段落[００２３]〜［００２７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
式（１）の右辺に示されているように、位相シフト法では、座標（ｘ、ｙ）における位相φ（ｘ、ｙ）を求める場合、その座標（ｘ、ｙ）に位置する画素の輝度値の差を求める必要がある。
【００１０】
ここで、例えば、投影装置の照明が暗すぎる場合、４枚の画像からそれぞれ抽出される輝度値の差が小さくなるため、式（１）により位相φ（ｘ、ｙ）を正確に算出することができない。結果として、正確に測定対象物の３次元形状を測定することができないという問題がある。
【００１１】
一方、投影装置の照明が明るすぎる場合、測定対象物に投影された縞の明るい部分に位置する画素の輝度値が撮像装置の認識範囲を超える等の理由により、正確に輝度値の差を算出することができない。従って、照明が暗い場合と同様に、正確に測定対象物の３次元形状を測定することができないという問題がある。
【００１２】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、適切な測定照度で測定対象物を３次元測定することができる３次元測定装置等の技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る３次元測定装置は、投影部と、撮像部と、制御部とを具備する。
前記投影部は、照度を変化可能な照明を有し、前記照明からの光により測定対象物に縞を投影し、前記測定対象物に投影される前記縞の位相をシフトする。
前記撮像部は、前記縞が投影された前記測定対象物の画像を撮像する。
前記制御部は、前記測定対象物に投影される前記縞の位相を前記投影部により複数回シフトさせて前記撮像部に複数の前記画像を撮像させ、撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出し、抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出し、前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出し、算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定する。
【００１４】
この３次元測定装置では、照明の照度を変化させて３次元測定におけるエラー率を照度毎に算出し、算出された照度毎のエラー率に基づいて、測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定することができる。従って、この３次元測定装置は、測定対象物に投影される縞の位相をシフトさせて測定対象物を３次元測定する際に、エラー率が小さい適切な測定照度で、測定対象物を３次元測定することができる。
【００１５】
上記３次元測定装置において、前記測定対象物は、第１の領域と、前記第１の領域とは前記エラー率が異なる第２の領域とを有していてもよい。
この場合、前記制御部は、前記第１の領域及び第２の領域の前記エラー率である第１のエラー率及び第２のエラー率を、前記照明の照度を変化させて前記照度毎に算出し、算出された照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率に基づいて、前記測定照度を決定してもよい。
【００１６】
これにより、エラー率が異なる複数の領域を有する測定対象物を３次元測定する際の適切な測定照度を決定することができる。
【００１７】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記照度毎に前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和を算出し、前記照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和に基づいて、前記測定照度を決定してもよい。
【００１８】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が、所定の閾値未満となる前記照度の範囲を判定し、前記照度の範囲の中間値を測定照度として決定してもよい。
【００１９】
これにより、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されてしまうことを避けることができる。
【００２０】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記照度の変化に対する、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和の変化率に基づいて、前記測定照度を決定してもよい。
【００２１】
これにより、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されてしまうことを避けることができる。
【００２２】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が最小となる照度を前記測定照度として決定してもよい。
【００２３】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち、少なくとも一方に重み係数を乗じて、第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち一方を優先させた上で、前記第１のエラー率及び第２のエラー率の和を算出してもよい。
【００２４】
これにより、測定対象物の複数の領域のうち、エラー率が重要となる領域についてエラー率を優先させた上で、エラー率の和を算出し、このエラー率の和に基づいて、測定照度を決定することができる。
【００２５】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された前記輝度値について、前記複数の画像間で同じ画素に対応する輝度値の差を算出し、算出された前記輝度値の差が第１の閾値未満であるかを判定し、前記輝度の差が前記第１の閾値未満となる前記画素の割合を前記エラー率として算出してもよい。
【００２６】
これにより、照明が暗過ぎて照明の照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００２７】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が第２の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記第２の閾値以上となる割合を前記エラー率として算出してもよい。
【００２８】
これにより、照明が明る過ぎて、照明の照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００２９】
上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が所定の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記閾値以上となる割合を前記エラー率として算出してもよい。
【００３０】
これにより、照明が明る過ぎて照明の照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００３１】
本発明の一形態に係る３次元測定方法は、光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影することを含む。
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像が撮像される。
撮像された前記複数の画像から輝度値が抽出される。
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率が算出される。
前記照明の照度を変化させて前記エラー率が前記照度毎に算出される。
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度が決定される。
【００３２】
本発明の一形態に係るプログラムは、３次元測定装置に、光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影するステップを実行させる。
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像を撮像するステップを実行させる。
撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出するステップを実行させる。
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出するステップを実行させる。
前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出するステップを実行させる。
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定するステップを実行させる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明の一形態によれば、適切な測定照度で測定対象物を３次元測定することができる３次元測定装置等の技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元測定装置を示す図である。
【図２】３次元測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】表示部の画面上に表示される基板の２次元画像の一例を示す図である。
【図４】基板に投影される縞の照射状態を示す図である。
【図５】エラー率を算出する際の処理を示すフローチャートである。
【図６】基板へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【図７】基板へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【図８】基板へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【図９】投影部の測定照度を決定する際の処理を示すフローチャートである。
【図１０】投影部の照度と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率との関係を示す図である。
【図１１】投影部の照度と、半田選択領域のエラー率と、基板選択領域のエラー率と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率の和との関係を示す図である。
【図１２】投影部の照度と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率との関係を示す図である。
【図１３】投影部の照度と、半田選択領域のエラー率と、基板選択領域のエラー率と、基板選択領域及び半田選択領域のエラー率の和との関係を示す図である。
【図１４】エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定する場合の処理を示すフローチャートである。
【図１５】エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定する場合の他の例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】
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３６】
［３次元測定装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る３次元測定装置１００を示す図である。図１に示すように、３次元測定装置１００は、測定対象物１を載置するステージ１０と、投影部２０と、撮像部１５と、２次元画像取得用の照明部１４と、制御部１６と、記憶部１７と、表示部１８と、入力部１９とを有する。
【００３７】
ステージ１０は、駆動によりステージ１０を移動させるステージ移動機構１１に連結されている。ステージ移動機構１１は、制御部１６に電気的に接続されており、制御部１６からの駆動信号に応じて、ステージ１０をＸＹＺ方向に移動させる。
【００３８】
投影部２０は、照度を変化可能な照明としての光源２１と、光源２１からの光を集光する集光レンズ２２と、集光レンズ２２により集光された光を回折する回折格子２３と、回折格子２３により回折された光を測定対象物１に投影する投影レンズ２４とを有する。
【００３９】
光源２１としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が挙げられるが、光源２１の種類は、特に限定されない。光源２１は、照度調整機構２５に電気的に接続されている。照度調整機構２５は、制御部１６の制御により、光源２１の照度を調整する。
【００４０】
回折格子２３は、複数のスリットを有しており、光源２１からの光を回折させて、正弦波状に輝度が変化する縞を測定対象物１に投影させる。回折格子２３には、スリットが形成された方向と直交する方向に回折格子２３を移動させる格子移動機構２６が設けられている。この格子移動機構２６は、制御部１６の制御に応じて、回折格子２３を移動させ、測定対象物１に投影される縞の位相をシフトさせる。なお、回折格子２３、格子移動機構２６の代わりに、格子状の縞模様を表示する液晶格子等が用いられても構わない。
【００４１】
２次元画像取得用の照明部１４は、表示部１８の画面上に表示される測定対象物１の２次元画像を撮像部１５により取得する際に、測定対象物１に対して光を照射する。この照明部１４は、環状の形状を有する上部照明１２及び下部照明１３の２つの照明を含む。
【００４２】
撮像部１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子と、測定対象物１からの光を撮像素子の撮像面に結像させる結像レンズ等の光学系とを含む。撮像部１５は、測定対象物１を３次元測定するために、投影部２０により正弦波状の縞が投影された測定対象物１を撮像する。また、撮像部１５は、表示部１８に表示される２次元画像を取得するために、２次元画像取得用の照明部１４により測定対象物１が照らされている状態で、測定対象物１を撮像する。
【００４３】
表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成され、制御部１６の制御に応じて、測定対象物１の２次元画像や３次元画像等を表示する。入力部１９は、キーボード、マウス、タッチパネル等により構成され、ユーザからの指示を入力する。
【００４４】
記憶部１７は、３次元測定装置１００の処理に必要な各種のプログラムが記憶されるＲＯＭ（Read Only memory）等の不揮発性のメモリと、制御部１６の作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access memory）等の揮発性のメモリとを有する。
【００４５】
制御部１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、記憶部１７に記憶された各種のプログラムに基づき、３次元測定装置１００を統括的に制御する。例えば、制御部１６は、照度調整機構２５を制御して、投影部２０の照度を調整したり、格子移動機構２６を制御して、測定対象物１に投影される縞の位相をシフトさせたりする。また、撮像部１５を制御して縞が投影された測定対象物１の画像を撮像したり、撮像された画像に基づいて位相シフト法により測定対象物１を３次元測定したりする。制御部１６の制御については、後に詳述する。
【００４６】
本実施形態では、測定対象物１の一例として、実装部品を半田付けするための半田が形成された基板１を例に挙げて説明する。ユーザは、３次元測定装置１００を用いて、基板１を３次元測定し、基板１上に形成された半田の印刷状態を検査する。
【００４７】
［動作説明］
次に、３次元測定装置１００の動作について説明する。
図２は、３次元測定装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、３次元測定装置１００の制御部１６は、ステージ移動機構１１を制御して、ステージ１０を基板１の受け取り位置まで移動させる。そして、基板受け渡し装置（図示せず）から、基板１を受け取り、ステージ１０を移動させて基板１を撮像位置まで移動させる（ステップ１０１）。
【００４９】
次に、制御部１６は、２次元画像用の照明部１４を発光させて基板１を照らし、照明部１４からの光により基板１が照らされている状態で、撮像部１５により基板１を撮像する（ステップ１０２）。これにより、制御部１６は、表示用の２次元画像を取得する。
【００５０】
２次元画像を取得すると、制御部１６は、取得された２次元画像を表示部１８の画面上に表示させる（ステップ１０３）。
【００５１】
図３は、このとき表示部１８の画面上に表示される２次元画像の一例を示す図である。
図３に示すように、測定対象物１としての基板１は、基板領域２（第１の領域）と、半田が形成された半田形成領域３（第２の領域）とを有している。
【００５２】
２次元画像が表示部１８に表示されると、ユーザは、表示部１８に表示された画像を見ながら、入力部１９を介して、基板領域２及び半田形成領域３の中から、それぞれ基板選択領域４及び半田選択領域５を指定する。
【００５３】
ここで、個々の半田形成領域３が微小な場合、半田形成領域３のみが選択されると、後に３次元測定におけるエラー率を算出する際の母数となる画素数が小さくなってしまう。そこで、半田形成領域３が微小な場合、ユーザは、半田形成領域３が密集している箇所において、複数の半田形成領域３を取り囲むようにして、半田選択領域５を指定してもよい。
【００５４】
再び図２を参照して、制御部１６は、表示部１８の画面上に基板１の２次元画像を表示させると、基板選択領域４及び半田選択領域５が指定されたかを判定する（ステップ１０４）。選択領域が指定された場合（ステップ１０４のＹＥＳ）、制御部１６は、入力部１９を介してユーザから照度の決定の指示が入力されたかを判定する（ステップ１０５）。
【００５５】
入力部１９を介して照度の決定の指示が入力された場合（ステップ１０５のＹＥＳ）、制御部１６は、照度調整機構２５を制御して、光源２１の照度を初期値（例えば、２０）に設定する（ステップ１０６）。光源２１の照度が初期値に設定されると、投影部２０により、基板１に縞が投影される。次に、制御部１６は、縞が投影された基板１の画像を撮像部１５により撮像する（ステップ１０７）。
【００５６】
次に、制御部１６は、格子移動機構２６を制御して回折格子２３を移動させることで、基板１に投影される縞の位相をπ／２［rad］シフトさせる（ステップ１０８）。縞の位相をシフトさせると、次に、制御部１６は、同じ照度で４枚の画像が撮像されたかを判定する（ステップ１０９）。
【００５７】
同じ照度で４枚の画像が撮像されていない場合（ステップ１０９のＮＯ）、制御部１６は、ステップ１０７へ戻り、縞が投影された基板１を撮像する。これにより、同じ照度で、それぞれ縞の位相が異なる合計４枚の画像が撮像される。
【００５８】
図４は、縞の照射状態を示す図である。図４には、左側から順番に縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合の縞の照射状態が示されている。
【００５９】
図２を参照して、同じ照度で４枚目の基板１の画像が撮像された場合（ステップ１０９のＹＥＳ）、制御部１６は、４枚の画像に基づいて、位相シフト法により、画像の各画素での高さを算出する（ステップ１１０）。
【００６０】
この場合、制御部１６は、４枚の画像から各画素（各座標（ｘ、ｙ））の輝度値を抽出し、以下の式（２）を適用することにより、各画素での位相φ（ｘ、ｙ）を算出する。そして、制御部１６は、算出された各画素での位相φ（ｘ、ｙ）に基づいて、３角測量の原理を利用して、各画素の高さを算出する。
【００６１】
なお、下記の式（２）は、上記した式（１）と同じであり、Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）は、それぞれ、縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合における各画素（各座標）の輝度値である。
φ（ｘ、ｙ）＝Ｔａｎ−１｛Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）−Ｉπ／２（ｘ、ｙ）｝／｛Ｉ０（ｘ、ｙ）−Ｉπ（ｘ、ｙ）｝・・・（２）
【００６２】
ここで、輝度値を高さに変換する際に、所定の条件下で、その画素では、位相φ（ｘ、ｙ）に基づく高さの変換が不可とされ、その画素は、エラーとされる。
【００６３】
各画素の輝度値を各座標の高さに変換すると、次に、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５のそれぞれについて、高さの変換が不可とされた画素の割合（エラー率）を算出する（ステップ１１１）。
【００６４】
なお、位相φ（ｘ、ｙ）に基づく高さへの変換が不可とされる条件や、高さへの変換が不可とされた画素の割合（エラー率）の算出方法についての詳細は、後述する。
【００６５】
エラー率を算出すると、次に、制御部１６は、現在の投影部２０の照度が最大値（例えば、２４０）であるかを判定する（ステップ１１２）。照度が最大値でない場合（ステップ１１２のＮＯ）、制御部１６は、照度を変更する（例えば、照度＋２０）（ステップ１１３）。
【００６６】
そして、制御部１６は、再びステップ１０７へ戻り、その変更された照度で縞が投影された基板１を撮像して、再び４枚の画像を撮像する。４枚の画像が撮像されると、位相シフト法により各画素（各座標）での高さが算出され、その照度でのエラー率が算出される。この一連の処理は、投影部２０の照度が最大となるまで繰り返される。
【００６７】
照度が最大値である場合（ステップ１１２のＹＥＳ）、制御部１６は、各照度での選択領域４、５におけるエラー率に基づいて、３次元測定における測定照度を決定する（ステップ１１４）。この場合、例えば、選択領域４、５のエラー率が最小となる照度が測定照度として決定される。なお、測定照度の決定方法についての詳細は、後述する。
【００６８】
測定照度が決定されると、制御部１６は、測定照度を記憶部１７に記憶する。照度が決定された場合、決定された照度を表示部１８に表示してもよい。これにより、ユーザは、その基板１を３次元測定するために最適な照度を視認することができる。
【００６９】
ユーザは、表示部１８に表示された照度を、入力部１９を介して３次元測定装置１００に入力して投影部２０の照度を設定する。測定照度が決定された場合、制御部１６は、決定された測定照度を自動的に設定しても構わない。
【００７０】
１枚目の基板１と同様の構成を有する２枚目以降の基板１については、決定された測定照度で投影部２０から基板１に縞が投影される。そして、この照度で撮像された４枚の画像に基づいて、基板１の３次元情報が算出され、基板１の３次元画像が表示部１８の画面上に表示される。ユーザは、表示部１８の画面上に表示された３次元画像を見て、基板１上に形成された半田の印刷状態を検査する。
【００７１】
図２の説明では、ユーザが表示部１８の画面上に表示された基板１の画像を見ながら基板選択領域４及び半田選択領域５を指定する場合について説明した。しかし、この処理は、制御部１６が自動的に実行してもよい。この場合、制御部１６は、ステップ１０３で取得された２次元画像を画像解析して、基板領域２と半田形成領域３を判定し、基板領域２及び半田形成領域３から基板選択領域４及び半田選択領域５を指定すればよい。
【００７２】
図２の説明では、投影部の照度の初期値を２０に設定し、照度を＋２０ずつ変化させて、最大値２４０まで変化させる場合について説明した。一方、最初は繰り返しのステップ幅を大きく設定し（例えば、＋５０）、エラー率が小さくなる付近に照度の初期値及び最大値を再設定して、ステップ幅を小さくしていく方法が用いられてもよい（例えば、＋５０→＋１０→＋１）。これにより、効率的かつ詳細に測定照度を決定することができる。
【００７３】
「エラー率の算出方法」
次に、図２のステップ１１０、１１１で説明した、位相φ（ｘ、ｙ）に基づく高さへの変換が不可（エラー）とされる条件や、高さへの変換が不可とされる画素の割合（エラー率）の算出方法について、詳細に説明する。
【００７４】
図５は、エラー率を算出する際の処理を示すフローチャートである。図６、図７及び図８は、基板１へ投影される縞の位相が０、π／２、π、３π／２である場合それぞれについての、縞と垂直方向の輝度値をグラフ化した図である。
【００７５】
なお、図６は、投影部２０の照度が適切である場合の一例が示されている。図７は、投影部２０の照度が小さすぎる場合の一例が示されており、図８は、投影部２０の照度が大きすぎる場合の一例が示されている。
【００７６】
図５に示すように、制御部１６は、同じ照度で撮像された、縞の位相が異なる４枚の画像について、各画素（各座標（ｘ、ｙ））の輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）を抽出する（ステップ２０１）。
【００７７】
ここで、輝度値は、撮像された画像全体から抽出されてもよいし、基板選択領域４及び半田選択領域５の全体から抽出してもよい（図３参照）。
【００７８】
次に、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５内の１つの画素に対応する輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）を入力する（ステップ２０２）。
【００７９】
次に、制御部１６は、選択領域４、５内の１つの画素について、縞の位相が０である場合の画像（１枚目の画像）の輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）と、縞の位相がπである場合の画像（３枚目の画像）の輝度値Ｉπ（ｘ、ｙ）との差の絶対値を算出する（ステップ２０３）。同様にして、制御部１６は、選択領域４、５内の１つの画素について、縞の位相がπ／２である場合の画像（２枚目の画像）の輝度値Ｉπ／２（ｘ、ｙ）と、縞の位相が３π／２である場合の画像（４枚目の画像）の輝度値Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）との差の絶対値を算出する（ステップ２０４）。
【００８０】
次に、制御部１６は、輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）及び輝度値Ｉπ（ｘ、ｙ）の差の絶対値と、輝度値Ｉπ／２（ｘ、ｙ）及び輝度値Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）の差の絶対値との２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１未満であるかを判定する（ステップ２０５）。
【００８１】
ステップ２０５では、制御部１６は、２つの絶対値の両方の値が、第１の閾値Ｔｈ１未満であるかを判定している。第１の閾値Ｔｈ１は、例えば、１５とされる（図６〜図８参照）。
【００８２】
２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１未満である場合（ステップ２０５のＹＥＳ）、制御部１６は、その画素については、位相シフト法による高さへの変換を不可（エラー）とする（ステップ２０８）。そして、制御部１６は、次のステップ２０９へ進む。
【００８３】
一方、２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１以上である場合（ステップ２０５のＮＯ）、制御部１６は、次のステップ２０６へ進む。ステップ２０６では、制御部１６は、４つの輝度値Ｉ０（ｘ、ｙ）、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）、Ｉπ（ｘ、ｙ）、Ｉ３π／２（ｘ、ｙ）のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上であるかを判定する。第２の閾値Ｔｈ２は、例えば、２５６とされる（図６、図７参照）。
【００８４】
４つの輝度値のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上である場合（ステップ２０６のＹＥＳ）、制御部１６は、輝度値に基づく高さへの変換を不可（エラー）として（ステップ２０８）、次のステップ２０９へ進む。
【００８５】
一方、４つの輝度値が全て第２の閾値Ｔｈ２未満である場合（ステップ２０６のＮＯ）、制御部１６は、輝度値に基づく高さへの変換を可として（ステップ２０７）、次のステップ２０９へ進む。
【００８６】
ステップ２０９では、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５内の全ての画素について、エラーか否かの判定がされたかを判定する。
【００８７】
基板選択領域４及び半田選択領域５について、未判定の画素が残っている場合（ステップ２０９のＮＯ）、制御部１６は、ステップ２０２へ戻り、ステップ２０２〜２０９の処理を繰り返す。
【００８８】
一方、基板選択領域４及び半田選択領域５に含まれる全ての画素について、判定が終了した場合（ステップ２０９のＹＥＳ）、制御部１６は、基板選択領域４及び半田選択領域５のそれぞれについて、エラー率を算出する（ステップ２１０）。この場合、制御部１６は、基板選択領域４内でエラーとなった画素の数を、基板選択領域４全体の画素数で除算することで、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）を算出することができる。同様に、制御部１６は、半田選択領域５内でエラーとなった画素数を、半田選択領域５全体の画素数で除算することで、半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）を算出することができる。
【００８９】
ステップ２０１〜ステップ２１０の処理は、投影部２０の照度が変化される毎に実行され、これにより、照度毎に選択領域毎のエラー率が算出される。
【００９０】
図６を参照して、図６では、投影部２０の照度が適切な場合の一例が示されている。図６に示す実線は、Ｉ０（ｘ、ｙ）及びＩπ（ｘ、ｙ）の差の絶対値と、Ｉπ／２（ｘ、ｙ）及びＩ３π／２（ｘ、ｙ）の差の絶対値のうち、何れか大きいほうの値を示している。なお、この実線は、４つの輝度値のうち少なくとも１つが、第２の閾値Ｔｈ２以上である場合には、輝度値が０とされる。
【００９１】
図６の実線で示すように、２つの絶対値のうち大きいほうの値が、全域で、第１の閾値Ｔｈ１（１５）以上とされている（ステップ２０５参照）。また、図６の実線で示すように、４つの輝度値が、全域で第２の閾値Ｔｈ２（２５６）未満とされている（ステップ２０６参照）。従って、図６に示す例では、投影部２０の照度が適切であり、輝度値の差が大きいことから、全域で、高さへの変換が可とされる（ステップ２０７参照）。なお、図６に示す例では、エラー率は、０％とされる。
【００９２】
図７を参照して、図７では、投影部２０の照度が小さすぎる場合の一例が示されている。図７の実線で示すように、２つの絶対値のうち大きいほうの値が、全域で、第１の閾値Ｔｈ１未満とされている（ステップ２０５参照）。従って、図７に示す例では、投影部２０の照度が小さすぎて、輝度値の差が小さいことから、全域で、高への変換が不可（エラー）とされる（ステップ２０８参照）。なお、図７に示す例では、エラー率は、１００％とされる。
【００９３】
図８を参照して、図８では、投影部２０の照度が大きすぎる場合の一例が示されている。図８の実線で示すように、Ａで示す範囲では、２つの絶対値のうち、大きいほうの値が第１の閾値Ｔｈ１以上とされている（ステップ２０５参照）。また、Ａで示す範囲では、４つの輝度値のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上でない（ステップ２０６参照）。従って、Ａに示す範囲に含まれる画素では、輝度値に基づく高さへの変換が可とされる（ステップ２０７参照）。
【００９４】
一方、Ｂに示す範囲では、４つの輝度値のうち、少なくとも１つが第２の閾値Ｔｈ２以上となる（ステップ２０６参照）。従って、Ｂに示す範囲に含まれる画素では、輝度値に基づく高さ方向への変換が不可とされる（ステップ２０８参照）。なお、４つの輝度値のうち、少なくとも１つの値が第２の閾値Ｔｈ２以上となる場合には、撮像部１５による認識の範囲を超えることから、実線に示す輝度値は０とされている。
【００９５】
図５〜図８に示したように、本実施形態では、第１の閾値及び第２の閾値を用いることによって、照明が暗過ぎたり、明るすぎたりして照度が適切でない場合に、エラー率を適切に算出することができる。
【００９６】
「投影部２０の照度の決定方法」
次に、図２のステップ１１４で説明した、投影部２０の測定照度の決定方法について詳細に説明する。
【００９７】
図９は、投影部２０の測定照度を決定する際の処理を示すフローチャートである。
図９に示すように、制御部１６は、照度毎に、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）と半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）との和を算出する。照度毎に、選択領域４、５のエラー率の和を算出すると、制御部１６は、エラー率の和が最小となる照度を、投影部２０の測定照度として決定する（ステップ３０２）。
【００９８】
図１０は、投影部２０の照度と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率との関係を示す図である。図１１は、投影部２０の照度と、半田選択領域５のエラー率と、基板選択領域４のエラー率と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率の和との関係を示す図である。
【００９９】
図１０及び図１１では、測定対象物１として、基板領域２が白色である基板１（白基板１）が用いられた場合の一例が示されている。
【０１００】
図１１に示すように、白基板１の場合、照度が８０のときにエラー率の和が４．０２％で最小となるから、この場合、測定照度として８０が選択される（ステップ３０２参照）。
【０１０１】
図１２は、投影部２０の照度と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率との関係を示す図である。図１３は、投影部２０の照度と、半田選択領域５のエラー率と、基板選択領域４のエラー率と、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率の和との関係を示す図である。
【０１０２】
図１２及び図１３では、測定対象物１として、基板領域２が青色である基板１（青基板１）が用いられた場合の一例が示されている。
【０１０３】
図１３に示すように、青基板１の場合、照度が２４０のときにエラー率の和が４．８８で最小となるから、測定照度として、２４０が選択される（ステップ３０２参照）。
【０１０４】
このように、本実施形態に係る３次元測定装置１００では、白基板１及び青基板１で異なった測定照度が決定される。すなわち、本実施形態では、実際に測定対象物１のエラー率を算出して、エラー率に基づいて、測定照度を決定することができるので、基板１の種類（色）ごとにその種類に応じた適切な測定照度を決定することができる。
【０１０５】
図９のステップ３０１では、単純に２つの選択領域４、５のエラー率の和を算出する場合について説明した。一方、制御部１６は、基板選択領域４のエラー率及び半田選択領域５のエラー率うち、少なくとも一方に重み係数を乗じることで、一方のエラー率を優先させた上で、第１のエラー率及び第２のエラー率の和を算出してもよい。
【０１０６】
ここで、３次元測定における測定対象は、基板領域２ではなく、半田形成領域３であり、半田選択領域５におけるエラー率が測定精度に与える影響が大きい。また、３次元測定において基板領域２からデータを取得するのは、半田形成領域３の高さの基準を決定するためである。従って、基板領域２では、平面の高さの平均値や、傾きが求められる程度のデータが得られれば十分である。
【０１０７】
従って、重み係数が用いられる場合、典型的には、基板選択領域４のエラー率よりも半田選択領域５のエラー率が優先される。例えば、半田選択領域５：基板選択領域４で、重み係数の比率は、６：４、７：３等とされる。
【０１０８】
ところで、図１０及び図１１に示すように、測定対象物１が白基板１である場合、選択領域４、５のエラー率の和が最小となるのは、照度が８０のときである。一方、照度が１００の場合、基板選択領域４のエラー率が急激に大きくなり、それに応じて、選択領域４、５のエラー率の和も急激に大きくなる。従って、測定照度を８０として決定してしまうと、測定照度が少しでもずれた場合に、エラー率の和が急激に増加してしまう可能性がある。
【０１０９】
そこで、制御部１６は、エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定してもよい。
【０１１０】
図１４は、エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定する場合の処理を示すフローチャートである。
【０１１１】
図１４に示すように、制御部１６は、照度毎に、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）と半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）との和を算出する（ステップ４０１）。この場合、上記したように、制御部１６は、基板選択領域４のエラー率及び半田選択領域５のエラー率のうち、少なくとも一方に重み係数を乗じた上で、エラー率の和を算出してもよい。
【０１１２】
次に、制御部１６は、選択領域４、５のエラー率の和が所定の閾値Ｔｈ３（例えば、１５％）未満となる照度の範囲を判定する（ステップ４０２）。
【０１１３】
次に、制御部１６は、エラー率の和が閾値Ｔｈ３未満となる照度の範囲から、中間値を算出し、この中間値を測定照度として決定する（ステップ４０３）。
【０１１４】
例えば、測定対象物１が白基板１であり、図１０及び図１１に示すようなエラー率が算出された場合について説明する。この場合、選択領域４、５のエラー率の和が閾値Ｔｈ３（１５％）未満である照度の範囲は、４０〜８０である（ステップ４０２）。そして、この４０〜８０の照度の中間値は、６０であるので、測定照度は、６０であるとして決定される（ステップ４０３）。
【０１１５】
図１４に示す処理により、エラー率が急激に変化するリスクのある値を避けるようにして測定照度を決定することができる。
【０１１６】
一方、測定対象物１が青基板１であり、図１２及び図１３に示すようなエラー率が算出された場合について説明すると、選択領域４、５のエラー率の和が閾値Ｔｈ３（１５％）未満となる照度の範囲は、８０〜２４０である（ステップ４０２）。そして、この照度の範囲８０〜２４０の中間値は、１６０であるから、１６０が測定照度として決定される（ステップ４０３）。
【０１１７】
青基板１の場合、エラー率の和は、測定照度に対して単調減少である。しかしながら、照度をさらに上げたり、撮像部１５の露光時間を長くしたりした場合には、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率が共に上昇し、これによりエラー率の和が急激に増加する可能性がある。従って、白基板１の場合だけでなく、青基板１の場合にも、図１４に示す処理を実行することが有効である。
【０１１８】
以上の説明では、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されてしまうことを避ける方法の一つとして、エラー率の和が閾値Ｔｈ３未満となる照度の範囲の中間値を用いる場合について説明した。一方、エラー率が急激に変化するリスクのある値が測定照度として採用されることを避ける他の方法として、照度の変化に対する、エラー率の和の変化率を利用する形態が挙げられる。
【０１１９】
図１５は、エラー率の変化率を利用する場合の処理を示すフローチャートである。
【０１２０】
図１５に示すように、制御部１６は、照度毎に、基板選択領域４及び半田選択領域５のエラー率の和を算出する（ステップ５０１）。次に、制御部１６は、エラー率の和が最小となる照度を判定する（ステップ５０２）。
【０１２１】
次に、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度（例えば、−２０）のエラー率の和との差を算出する。すなわち、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度と、その照度よりも１段階低い照度との間で、エラー率の和の差を算出する。
【０１２２】
そして、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度のエラー率の和との差が、所定の閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する（ステップ５０３）。閾値Ｔｈ４は、例えば、５％〜１０％程度とされる。
【０１２３】
エラー率の和の最小値と、１段階低い照度でのエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０３のＹＥＳ）、制御部１６は、次のステップ５０４へ進む。ステップ５０４では、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度（例えば、＋２０）のエラー率の和との差を算出する。すなわち、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度と、その照度よりも１段階高い照度との間で、エラー率の和の差を算出する。そして、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、１段階高い照度のエラー率の和との差が所定の閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１２４】
エラー率の和の最小値と、１段階高い照度でのエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満の場合（ステップ５０４のＹＥＳ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度として決定する（ステップ５０５）。
【０１２５】
ステップ５０３において、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度のエラー率の和との差が所定の閾値Ｔｈ４以上の場合（ステップ５０３のＮＯ）、制御部１６は、ステップ５０６へ進む。ステップ５０６では、制御部１６は、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１２６】
エラー率の和の最小値と、１段階高い照度のエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０６のＮＯ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度として決定する（ステップ５０５）。
【０１２７】
一方、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０６のＹＥＳ）、制御部１６は、ステップ５０７へ進む。ステップ５０７では、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度（例えば、＋４０）のエラー率の和との差を算出する。そして、制御部１６は、１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１２８】
１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０７のＮＯ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度として決定する（ステップ５０５）。
【０１２９】
一方、１段階高い照度のエラー率の和と、２段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０７のＹＥＳ）、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度を測定照度として決定する（ステップ５０８）。
【０１３０】
ステップ５０４において、エラー率の和の最小値と、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階高い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０４のＮＯ）、制御部１６は、ステップ５０９へ進む。ステップ５０９では、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度（例えば、−４０）のエラー率の和との差を算出する。そして、１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度のエラー率の和との差が閾値Ｔｈ４未満であるかを判定する。
【０１３１】
１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４以上である場合（ステップ５０９のＮＯ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度を測定照度とする（ステップ５０５）。
【０１３２】
一方、１段階低い照度のエラー率の和と、２段階低い照度のエラー率の和との差が、閾値Ｔｈ４未満である場合（ステップ５０９のＹＥＳ）、制御部１６は、エラー率の和の最小値を与える照度よりも１段階低い照度を測定照度とする（ステップ５１０）。
【０１３３】
図１４に示す処理により、照度の変化に対する、エラー率の和の変化率に基づいて、測定照度が決定されるので、エラー率が急激に変化するリスクがある値が測定照度として採用されてしまうことを回避することができる。
【０１３４】
［作用等］
以上説明したように、本実施系形態に係る３次元測定装置１００では、投影部２０の照度を変化させて３次元測定におけるエラー率を照度毎に算出し、算出された照度毎のエラー率に基づいて、測定対象物１を３次元測定するための測定照度を決定することができる。これにより、本実施形態に係る３次元測定装置１００では、測定対象物１を３次元測定する際に、エラー率が小さい（エラーでない有効な画素数が多い）適切な測定照度で、測定対象物１を３次元測定することができる。
【０１３５】
また、本実施形態では、実際に測定対象物１のエラー率を算出して、エラー率に基づいて、測定照度を決定することができるので、測定対象物１の種類ごとにその種類に応じた適切な測定照度を決定することができる。例えば、上記したように、白基板１及び青基板１でそれぞれ適切な測定照度を決定することができる。
【０１３６】
また、本実施形態では、基板選択領域４のエラー率（第１のエラー率）及び半田選択領域５のエラー率（第２のエラー率）の２つのエラー率に基づいて、測定照度を決定することができる。このように、本実施形態では、測定対象物１がエラー率の異なる複数の領域を有する場合に、それぞれのエラー率に応じた適切な測定照度を決定することができる。
【０１３７】
［各種変形例］
以上の説明では、測定対象物１として、実装部品を半田付けするための半田が形成された基板１（白基板１、青基板１）を例に挙げて説明した。しかし、測定対象物１は、これに限られない。測定対象物１の他の例としては、実装部品を接着するための接着剤が形成された基板が挙げられる。また、配線パターンが形成された配線基板、ランドが形成された基板、ガラスが印刷された基板、蛍光体が印刷された基板等が挙げられる。また、ナノ銀インク、ポリイミドインク、カーボンナノチューブインク等のインクが印刷された基板、シルク印刷が施された基板、アルミニウム電極が形成されたガラス基板（ＴＦＴ（Thin Film Transistor）として用いられる）等が挙げられる。
【０１３８】
上記した測定対象物１の他の例は、基板領域２（第１の領域）の他に、基板領域２とはエラー率が異なる領域（第２の領域）（例えば、接着剤、配線パターン、ランド、ガラス、インク等が形成された領域）を含む。３次元測定装置１００は、基板領域２から指定された基板選択領域４のエラー率と、基板領域２以外の領域から指定された選択領域のエラー率との２つのエラー率に基づいて、測定照度を決定することができる。
【０１３９】
以上の説明では、異なる２つのエラー率に基づいて測定照度を決定する場合について説明した。一方、３次元測定装置１００は、エラー率が異なる３つ以上の領域から指定された３以上の選択領領域のエラー率に基づいて、測定照度を決定しても構わない。
【０１４０】
以上の説明では、縞の位相を４回シフトさせ、４枚の画像を取得して位相シフト法を適用する場合について説明した。しかし、位相のシフト回数及び画像の枚数は、３以上であれば、本発明を適用することができる。
【０１４１】
制御部１６は、基板選択領域４のエラー率や、半田選択領域５のエラー率等を算出した場合に、表示部１８に、図１０〜図１３に示すようなグラフや表を表示してもよい。また、制御部１６は、測定照度を決定した場合に、その測定照度に対応する箇所をグラフや表中で強調表示する等の処理を実行してもよい。これにより、ユーザは、表示部１８に表示されたグラフや表を見て、容易に測定照度を認識することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
Ｉ０、Ｉπ／２、Ｉπ、Ｉ３π／２…輝度値
Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４…閾値
１…測定対象物（基板）
２…基板領域
３…半田形成領域
４…基板選択領域
５…半田選択領域
１５…撮像部
１６…制御部
２０…投影部
２１…光源
２２…集光レンズ
２３…回折格子
２４…投影レンズ
２５…照度調整機構
２６…格子移動機構
１００…３次元測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照度を変化可能な照明を有し、前記照明からの光により測定対象物に縞を投影し、前記測定対象物に投影される前記縞の位相をシフトする投影部と、
前記縞が投影された前記測定対象物の画像を撮像する撮像部と、
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を前記投影部により複数回シフトさせて前記撮像部に複数の前記画像を撮像させ、撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出し、抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出し、前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出し、算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定する制御部と
を具備する３次元測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元測定装置であって、
前記測定対象物は、第１の領域と、前記第１の領域とは前記エラー率が異なる第２の領域とを有し、
前記制御部は、前記第１の領域及び第２の領域の前記エラー率である第１のエラー率及び第２のエラー率を、前記照明の照度を変化させて前記照度毎に算出し、算出された照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率に基づいて、前記測定照度を決定する
３次元測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記照度毎に前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和を算出し、前記照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和に基づいて、前記測定照度を決定する
３次元測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が、所定の閾値未満となる前記照度の範囲を判定し、前記照度の範囲の中間値を測定照度として決定する
３次元測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記照度の変化に対する、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和の変化率に基づいて、前記測定照度を決定する
３次元測定装置。
【請求項６】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が最小となる照度を前記測定照度として決定する
３次元測定装置。
【請求項７】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち、少なくとも一方に重み係数を乗じて、第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち一方を優先させた上で、前記第１のエラー率及び第２のエラー率の和を算出する
３次元測定装置。
【請求項８】
請求項１に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された前記輝度値について、前記複数の画像間で同じ画素に対応する輝度値の差を算出し、算出された前記輝度値の差が第１の閾値未満であるかを判定し、前記輝度の差が前記第１の閾値未満となる前記画素の割合を前記エラー率として算出する
３次元測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が第２の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記第２の閾値以上となる割合を前記エラー率として算出する
３次元測定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が所定の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記閾値以上となる割合を前記エラー率として算出する
３次元測定装置。
【請求項１１】
光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影し、
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像を撮像し、
撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出し、
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出し、
前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出し、
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定する
３次元測定方法。
【請求項１２】
３次元測定装置に、
光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影するステップと、
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像を撮像するステップと、
撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出するステップと、
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出するステップと、
前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出するステップと、
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定するステップと
を実行させるプログラム。
【請求項１】
照度を変化可能な照明を有し、前記照明からの光により測定対象物に縞を投影し、前記測定対象物に投影される前記縞の位相をシフトする投影部と、
前記縞が投影された前記測定対象物の画像を撮像する撮像部と、
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を前記投影部により複数回シフトさせて前記撮像部に複数の前記画像を撮像させ、撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出し、抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出し、前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出し、算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定する制御部と
を具備する３次元測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元測定装置であって、
前記測定対象物は、第１の領域と、前記第１の領域とは前記エラー率が異なる第２の領域とを有し、
前記制御部は、前記第１の領域及び第２の領域の前記エラー率である第１のエラー率及び第２のエラー率を、前記照明の照度を変化させて前記照度毎に算出し、算出された照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率に基づいて、前記測定照度を決定する
３次元測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記照度毎に前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和を算出し、前記照度毎の前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和に基づいて、前記測定照度を決定する
３次元測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が、所定の閾値未満となる前記照度の範囲を判定し、前記照度の範囲の中間値を測定照度として決定する
３次元測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記照度の変化に対する、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和の変化率に基づいて、前記測定照度を決定する
３次元測定装置。
【請求項６】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率の和が最小となる照度を前記測定照度として決定する
３次元測定装置。
【請求項７】
請求項３に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち、少なくとも一方に重み係数を乗じて、第１のエラー率及び前記第２のエラー率のうち一方を優先させた上で、前記第１のエラー率及び第２のエラー率の和を算出する
３次元測定装置。
【請求項８】
請求項１に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された前記輝度値について、前記複数の画像間で同じ画素に対応する輝度値の差を算出し、算出された前記輝度値の差が第１の閾値未満であるかを判定し、前記輝度の差が前記第１の閾値未満となる前記画素の割合を前記エラー率として算出する
３次元測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が第２の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記第２の閾値以上となる割合を前記エラー率として算出する
３次元測定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記縞の位相をシフトさせて撮像された前記複数の画像から抽出された、前記複数の画像間で同じ画素に対応する前記輝度値のうち、少なくとも１つの前記輝度値が所定の閾値以上であるかを判定し、前記輝度値が前記閾値以上となる割合を前記エラー率として算出する
３次元測定装置。
【請求項１１】
光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影し、
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像を撮像し、
撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出し、
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出し、
前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出し、
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定する
３次元測定方法。
【請求項１２】
３次元測定装置に、
光の照度を変化可能な照明からの光により測定対象物に縞を投影するステップと、
前記測定対象物に投影される前記縞の位相を複数回シフトさせて複数の画像を撮像するステップと、
撮像された前記複数の画像から輝度値を抽出するステップと、
抽出された前記輝度値に基づいて、前記測定対象物の３次元測定におけるエラー率を算出するステップと、
前記照明の照度を変化させて前記エラー率を前記照度毎に算出するステップと、
算出された前記照度毎の前記エラー率に基づいて、前記測定対象物を３次元測定するための測定照度を決定するステップと
を実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５９４１２（Ｐ２０１２−１５９４１２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７９４（Ｐ２０１１−１９７９４）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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