ビデオフレームレート可変焦点鏡を用いた三次元画像入力装置の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350137
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 石井 明 立命館大学, 理工学部, 教授 (90278490)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平井 慎一 立命館大学, 理工学部, 教授 (90212167) ; 佐貝 潤一 立命館大学, 理工学部, 教授 (30278494) ; 杉山 進 立命館大学, 理工学部, 教授 (20278493)
• Keywords: 可変焦点鏡 / 三次元画像 / 焦点調節 / 半田ボール / 合焦点法 / 等高線 / CSP / 外観検査

Research Abstract

可変焦点鏡の実用的な光学設計条件と駆動制御条件を明らかにし、三次元画像入力装置の開発研究を効率的に進めるため、第一段階として、既存技術により製作可能な、A1反射膜付き薄板ガラスを曲率可変の鏡面とし、その曲率を空気圧アクチュエータにより制御する可変焦点鏡を設計・製作し、これを組込んだ定倍率可変焦点画像入力装置を試作した。立ち上がり動作時間については空気圧アクチュエータの制約から0.5秒に止まったが、結像特性としては、100本/mmの解像力特性と、焦点移動1mmの範囲で倍率が一定(2×)な定倍率焦点調節特性が得られ、所期の目標を達成した。引続き第二段階として、第一段階の成果を踏まえ動作時間の短縮を図るため、ピエゾアクチュエータにより鏡面の曲率を加圧制御する方式を検討し、駆動周波数25Hz乃至30Hzで曲率制御して焦点移動1mmの範囲で定倍率焦点調節が可能な三次元画像入力装置を試作した。また本三次元画像入力方式の具体的な応用として、CSP (Chip size package)用半導体パッケージ基板の半田ボール格子配列(BGA)の外観検査を取り上げ、合焦点法(shape from focus)によるBGAの形状計測について検討を行った。具体的なBGAとしては、直径300μmの半田ボールを0.5mm間隔で、10mm角のパッケージ基板の周辺に総計208個配列したCSP基板のBGAを取り上げた。20μm間隔の焦点移動により得た50枚の画像から生成された三次元画像を基に、等合焦度画素の検出によって半田ボールの等高線図を生成(合焦度差分法)すると共に、半田ボールの高さを実用精度(<10μm)で計測することができた。今後、本計測ソフトウエアを上記定倍率可変焦点画像入力装置に組込み、可変焦点鏡の高性能化と平行して、本三次元画像入力技術の実用性について評価を進めて行く予定である。

Research Products

• [Publications] 石井 明: "可変焦点ミラーを用いた定倍率焦点調節機構の検討"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02講演論文集. 1A1-D01(1)-1A1-D01(2) (2002)
• [Publications] 石井 明: "可変焦点ミラーを用いた三次元画像入力システムの試作"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'02講演論文集. 1A1-D02-(1)-1A1-D02-(2) (2002)
• [Publications] Akira Ishii: "Constant-magnification focusing using a varifocal mirror and its application to 3-D imaging"Proc. SPIE. 4902. 238-245 (2002)
• [Publications] 石井 明: "定倍率可変焦点規構の検討"精密工学会第14回外観検査の自動化ワークショップ講演論文集. 101-106 (2002)
• [Publications] 水嶋伸介: "合焦度差分法を用いたBGA/CSP基板の平坦度測定"精密工学会第14回外観検査の自動化ワークショップ講演論文集. 113-117 (2002)
• [Publications] 藤谷洋平: "定倍率定位置結像用の可変焦点光学系の設計と評価"立命館大学理工学研究所紀要. 61(3月発行予定). (2003)