[發明專利]三維測量裝置、三維測量方法及程序

有效

• 申請號: 201210022624.4
• 申請日: 2012-02-01
• 公開（公告）號: CN102628678A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 木村匠
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及一種能夠使用相移法(phase?shift?method)等對測量對象進行三維測量的三維測量裝置等的技術。

背景技術

至今，作為檢查諸如配線基板的測量對象的質量的方法，已使用了分析對測量對象進行成像而獲得的圖像并檢查測量對象的質量的方法。在二維圖像分析中，難以檢測測量對象中高度方向上的諸如裂痕和空腔的缺陷。由此，近來已使用通過三維圖像分析來測量測量對象的三維形狀并且檢查測量對象的質量的方法。

作為通過圖像分析來測量測量對象的三維形狀的方法，作為一種光切斷法的相移法(時間條紋分析法)被廣泛使用(例如，見日本未審查專利申請公開第2010-175554號(第[0003]至[0005]段)以及日本未審查專利申請公開第2009-204373號(第[0023]至[0027]段))。

以下描述相移法的原理。根據相移法，首先，投射裝置將亮度以正弦方式變化的條紋投射至測量對象。投射至測量對象的條紋的相位以預定相移量來改變。相位改變被重復多次(最少三次，通常四次以上)，直到條紋的相位移動了一個周期。當條紋的相位被改變時，成像裝置在每次相位被改變時對條紋被投射至其上的測量對象進行成像。例如，當相移量為π/2[rad]時，條紋的相位以0、π/2、π和3π/2來改變，并且在各相位處拍攝測量對象的圖像。從而共拍攝四個圖像。

當相位被改變四次時，可通過從四個圖像提取各像素的亮度值并將亮度值應用至以下等式(1)來計算坐標(x，y)處的相位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)分別為位于坐標(x，y)處的像素在相位為0、π/2、π和3π/2時的亮度值。

當相位φ(x，y)可被計算時，通過三角測量(triangulation)原理基于相位φ(x，y)來獲取各坐標處的高度信息，并且可獲得測量對象的三維形狀。

發明內容

在相移法中，如等式(1)右側所表達的，當計算坐標(x，y)處的相位φ(x，y)時，需要計算位于坐標(x，y)處的像素的亮度值之間的差值。

例如，當投射裝置的照明裝置太暗時，從四個圖像提取的亮度值之間的差值減小，因此相位φ(x，y)不能正確地從等式(1)算出。結果，可能產生不能正確地測量測量對象的三維形狀的問題。

相反地，當投射裝置的照明裝置太亮時，由于例如位于投射至測量對象的條紋的明亮部分中的像素的亮度值超過成像裝置的識別范圍的緣由，可能不能正確地算出亮度值之間的差值。因此，與投射裝置的照明裝置太暗的情況一樣，可能產生不能正確地測量測量對象的三維形狀的問題。

期望提供一種三維測量裝置等的技術，能夠使用適當的測量照度對測量對象進行三維測量。

根據本發明的實施方式，提供了一種三維測量裝置，其包括投射單元、成像單元和控制單元。

投射單元包括能夠改變照度的照明裝置。投射單元利用來自照明裝置的光將條紋投射至測量對象，并且改變被投射至測量對象的條紋的相位。

成像單元拍攝條紋被投射至其的測量對象的圖像。

控制單元通過使投射單元多次改變被投射至測量對象的條紋的相位以使成像單元拍攝多個圖像，從所拍攝的多個圖像中提取亮度值，基于所提取的亮度值計算測量對象的三維測量中的錯誤率，通過改變照明裝置的照度來針對各照度計算錯誤率，并且基于所計算的各照度的錯誤率來確定用于三維測量測量對象的測量照度。

三維測量裝置可通過改變照明裝置的照度來針對三維測量中的各照度計算錯誤率，并且可基于各照度的錯誤率來確定用于三維測量測量對象的測量照度。因此，當通過改變投射至測量對象的條紋的相位來對測量對象進行三維測量時，三維測量裝置可使用適當的測量照度(在該測量照度處，所算出的錯誤率小)對測量對象進行三維測量。

在三維測量裝置中，測量對象可包括第一區域和錯誤率不同于第一區域的錯誤率的第二區域。

在此情況下，控制單元通過改變照明裝置的照度來針對各照度計算第一和第二錯誤率(分別為第一和第二區域的錯誤率)，并且基于所計算的各照度的第一和第二錯誤率來確定測量照度。