[发明专利]三维测量装置、三维测量方法及程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够使用相移法(phase shift method)等对测量对象进行三维测量的三维测量装置等的技术。

背景技术

至今，作为检查诸如配线基板的测量对象的质量的方法，已使用了分析对测量对象进行成像而获得的图像并检查测量对象的质量的方法。在二维图像分析中，难以检测测量对象中高度方向上的诸如裂痕和空腔的缺陷。由此，近来已使用通过三维图像分析来测量测量对象的三维形状并且检查测量对象的质量的方法。

作为通过图像分析来测量测量对象的三维形状的方法，作为一种光切断法的相移法(时间条纹分析法)被广泛使用(例如，见日本未审查专利申请公开第2010-175554号(第[0003]至[0005]段)以及日本未审查专利申请公开第2009-204373号(第[0023]至[0027]段))。

以下描述相移法的原理。根据相移法，首先，投射装置将亮度以正弦方式变化的条纹投射至测量对象。投射至测量对象的条纹的相位以预定相移量来改变。相位改变被重复多次(最少三次，通常四次以上)，直到条纹的相位移动了一个周期。当条纹的相位被改变时，成像装置在每次相位被改变时对条纹被投射至其上的测量对象进行成像。例如，当相移量为π/2[rad]时，条纹的相位以0、π/2、π和3π/2来改变，并且在各相位处拍摄测量对象的图像。从而共拍摄四个图像。

当相位被改变四次时，可通过从四个图像提取各像素的亮度值并将亮度值应用至以下等式(1)来计算坐标(x，y)处的相位φ(x，y)。

φ(x，y)＝Tan^-1{I_3π/2(x，y)-I_π/2(x，y)/{I₀(x，y)-I_π(x，y)}   ...(1)

在此等式中，I₀(x，y)、I_π/2(x，y)、I_π(x，y)和I_3π/2(x，y)分别为位于坐标(x，y)处的像素在相位为0、π/2、π和3π/2时的亮度值。

当相位φ(x，y)可被计算时，通过三角测量(triangulation)原理基于相位φ(x，y)来获取各坐标处的高度信息，并且可获得测量对象的三维形状。

发明内容

在相移法中，如等式(1)右侧所表达的，当计算坐标(x，y)处的相位φ(x，y)时，需要计算位于坐标(x，y)处的像素的亮度值之间的差值。

例如，当投射装置的照明装置太暗时，从四个图像提取的亮度值之间的差值减小，因此相位φ(x，y)不能正确地从等式(1)算出。结果，可能产生不能正确地测量测量对象的三维形状的问题。

相反地，当投射装置的照明装置太亮时，由于例如位于投射至测量对象的条纹的明亮部分中的像素的亮度值超过成像装置的识别范围的缘由，可能不能正确地算出亮度值之间的差值。因此，与投射装置的照明装置太暗的情况一样，可能产生不能正确地测量测量对象的三维形状的问题。

期望提供一种三维测量装置等的技术，能够使用适当的测量照度对测量对象进行三维测量。

根据本发明的实施方式，提供了一种三维测量装置，其包括投射单元、成像单元和控制单元。

投射单元包括能够改变照度的照明装置。投射单元利用来自照明装置的光将条纹投射至测量对象，并且改变被投射至测量对象的条纹的相位。

成像单元拍摄条纹被投射至其的测量对象的图像。

控制单元通过使投射单元多次改变被投射至测量对象的条纹的相位以使成像单元拍摄多个图像，从所拍摄的多个图像中提取亮度值，基于所提取的亮度值计算测量对象的三维测量中的错误率，通过改变照明装置的照度来针对各照度计算错误率，并且基于所计算的各照度的错误率来确定用于三维测量测量对象的测量照度。

三维测量装置可通过改变照明装置的照度来针对三维测量中的各照度计算错误率，并且可基于各照度的错误率来确定用于三维测量测量对象的测量照度。因此，当通过改变投射至测量对象的条纹的相位来对测量对象进行三维测量时，三维测量装置可使用适当的测量照度(在该测量照度处，所算出的错误率小)对测量对象进行三维测量。

在三维测量装置中，测量对象可包括第一区域和错误率不同于第一区域的错误率的第二区域。

在此情况下，控制单元通过改变照明装置的照度来针对各照度计算第一和第二错误率(分别为第一和第二区域的错误率)，并且基于所计算的各照度的第一和第二错误率来确定测量照度。