CN114930119A - 测定装置、检查装置、表面安装机 - Google Patents

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Abstract

测定装置(1)具备：投影仪(2)，向对象物(M)投影明度周期性变化的条纹图案光；照相机(3)，对投影到对象物的条纹图案光进行拍摄；及运算装置(7)，所述投影仪(2)将具有第一周期的第一条纹图案光(L1)、具有第二周期的第二条纹图案光(L2)和具有第三周期的第三条纹图案光(L3)分别投影于对象物(M)，其中，所述第一周期＜所述第二周期＜所述第三周期，所述照相机(3)对投影到对象物(M)的所述第一条纹图案光(L1)、所述第二条纹图案光(L2)和所述第三条纹图案光(L3)分别进行拍摄，所述运算装置(7)针对由所述照相机(3)拍摄到的所述第一条纹图案光(L1)的图像(G)、所述第二条纹图案光(L2)的图像(G)和所述第三条纹图案光(L3)的图像(G)，分别进行基于相移法的亮度(I)的相位解析，并基于所得到的相位解析结果来计算对象物(M)的高度(H)。

Description

测定装置、检查装置、表面安装机
技术领域
本说明书中所公开的技术涉及使用相移法来测定对象物的高度的测定装置。
背景技术
测定对象物的高度的方法之一是相移法。在相移法中，将亮度值周期性变化的条纹图案光相对于对象物错开相位地多次投影，取得多个图像。根据所得到的多个图像，推定像素的亮度值的相位，测定对象物的高度。在下述专利文献1、2中，公开了使用相移法的三维测定装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5780659号公报
专利文献2：日本特开2018-146476号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在相移法中，向对象物投影条纹图案光，并根据所得到的图像推定亮度的相位值来计算高度。向对象物投影的条纹图案光的周期越短，分辨率越高，因此高度的计算精度高。另一方面，周期越长，以照相机的焦平面为基准的有效深度越深。
分辨率和有效深度是所谓的折衷关系。因此，在使用一种条纹图案光的情况下，如果优先分辨率而提高高度的计算精度，则有效深度变浅。另外，如果优先有效深度，则分辨率降低，高度的计算精度降低。
本说明书中所公开的技术是鉴于上述课题而创作的，其课题在于，在使用相移法的对象物的高度测定装置中，通过使用周期不同的三种条纹图案光来进行高精度且高深度的测定。
用于解决课题的技术方案
一种测定装置，其中，具备：投影仪，向对象物投影明度周期性变化的条纹图案光；照相机，对投影到对象物的条纹图案光进行拍摄；及运算装置，所述投影仪将具有第一周期的第一条纹图案光、具有第二周期的第二条纹图案光和具有第三周期的第三条纹图案光分别投影于对象物，其中，所述第一周期＜所述第二周期＜所述第三周期，所述照相机对投影到对象物的所述第一条纹图案光、所述第二条纹图案光和所述第三条纹图案光分别进行拍摄，所述运算装置针对由所述照相机拍摄到的所述第一条纹图案光的图像、所述第二条纹图案光的图像和所述第三条纹图案光的图像分别进行基于相移法的亮度的相位解析，并基于所得到的相位解析结果来计算对象物的高度。
在本结构中，在对象物的高度的计算中使用周期不同的三种条纹图案光。分辨率和有效深度处于折衷的关系，通过第一周期(短周期)的条纹图案光，即使有效深度浅，也能够提高分辨率。因此，能够高精度地计算对象物的高度。另外，通过第二周期(中周期)和第三周期(长周期)的条纹图案光，即使分辨率低，也能够加深有效深度。
作为测定装置的一个实施方式，所述运算装置可以在对象物的高度的计算精度为高精度的情况下，使用根据针对拍摄所述第一条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第一相位值、根据针对拍摄所述第二条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第二相位值、和根据针对拍摄所述第三条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第三相位值，来计算对象物的高度。另外，也可以在对象物的高度的计算精度为低精度的情况下，使用根据针对拍摄所述第二条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第二相位值、和根据针对拍摄所述第三条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第三相位值，来计算对象物的高度。
在本结构中，通过使用第一相位值、第二相位值和第三相位值，能够高精度(深度浅)地计算对象物的高度。另外，通过使用第二相位值和第三相位值，能够以低精度(深度深)计算对象物的高度。
作为测定装置的一个实施方式，所述运算装置在对象物的高度的计算精度为高精度的情况下，参照所述第二相位值与所述第三相位值的相位差，对所述第一相位值进行相位展开，并且基于相位展开后的所述第一相位值来计算对象物的高度。
在该结构中，参照基于第二相位值和第三相位值的相位差的周期长的相位变化，对第一相位值进行相位展开。参照的相位越为长周期，越能够确定到高的相位阶次。因此，在不超过第一条纹图案光的有效深度的范围内，对于高精度的高度的计算，能够扩大可计算范围。
作为测定装置的一个实施方式，所述运算装置也可以在对象物的高度的计算精度为低精度的情况下，参照所述第二相位值与所述第三相位值的相位差，对所述第二相位值或所述第三相位值进行相位展开，并且基于相位展开后的所述第二相位值或所述第三相位值来计算对象物的高度。
在该结构中，参照基于第二相位值与第三相位值的相位差的周期长的相位变化，对第二相位值或第三相位值进行相位展开。参照的相位越为长周期，越能够确定到高的相位阶次。因此，在不超过第二条纹图案光或第三条纹图案光的有效深度的范围内，对于低精度的高度的计算，能够扩大可计算范围。
也可以是，将所述第一周期设为T1、所述第二周期设为T2、所述第三周期设为T3，2×T1≤T2，T2＜T3＜1.5×T2。
在该结构中，第三周期相对于第二周期的比率为1～1.5倍，能够根据第二相位值与第三相位值的相位差得到周期长的相位变化。因此，适合作为相位展开所使用的参照用的相位。
所述运算装置也可以根据拍摄所述第二周期的条纹图案光和所述第三周期的条纹图案光所得的图像的解析结果，判断使对象物的高度的计算精度为高精度还是低精度。
在该结构中，能够利用投影到对象物的条纹图案光的解析结果来选择对象物的高度的计算精度。
所述运算装置也可以选择低精度，并使用所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度，在计算出的对象物的高度为高度阈值以下的情况下，进一步选择高精度，并使用所述第一相位值、所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
在该结构中，在计算出的对象物的高度为高度阈值以下的情况下(对象物处于靠近焦平面的范围的情况下)，能够高精度地计算高度。
所述运算装置也可以使用所述第二相位值与所述第三相位值的相位差，对所述第二相位值或所述第三相位值进行相位展开，并且在相位展开后的所述第二相位值或所述第三相位值为相位阈值以下的情况下，选择高精度，并使用所述第一相位值、所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
也可以在相位展开后的所述第二相位值或所述第三相位值大于相位阈值的情况下，选择低精度，并使用所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
在该结构中，在第二相位值或第三相位值为相位阈值以下的情况下(对象物处于靠近焦平面的范围的情况下)，能够高精度地计算高度。另外，在第二相位值或第三相位值大于相位阈值的情况下(对象物远离焦平面的情况下)，能够低精度地计算高度。
所述运算装置也可以在所述解析处理中，除了相位解析以外，还针对由所述照相机拍摄到的所述第一条纹图案光的图像、所述第二条纹图案光的图像和所述第三条纹图案光的图像解析亮度的功率，并且在拍摄所述第一周期的条纹图案光所得的图像的亮度的功率为亮度阈值以上的情况下，在所述计算处理中执行所述高精度计算处理。
在该结构中，在拍摄第一周期的条纹图案光所得的图像的亮度的功率超过阈值的范围(能够得到为了针对第一周期的条纹图案进行相位解析所需的对比度的范围)内，能够高精度地计算对象物的高度。
所述运算装置也可以在拍摄所述第一周期的条纹图案光所得的图像的亮度的功率小于亮度阈值的情况下，将拍摄所述第二周期的条纹图案光和所述第三周期的条纹图案光所得的两个图像的亮度的功率与亮度阈值进行比较，在所述两个图像的亮度的功率为亮度阈值以上的情况下，在所述计算处理中，执行所述低精度计算处理。
在该结构中，在拍摄第二周期或第三周期的条纹图案光所得的图像的亮度的功率超过阈值的范围(能够得到为了针对第二周期、第三周期的条纹图案进行相位解析所需的对比度的范围)内，能够低精度地计算对象物的高度。
测定装置能够用于向印刷基板搭载电子元件的表面安装机。另外，能够用于印刷基板的检查装置。另外，也能够用于其他用途、装置。
发明效果
根据本说明书中所公开的技术，在使用相移法的对象物的高度测定装置中，通过使用周期不同的三种条纹图案光，能够进行高精度且高深度的测定。
附图说明
图1是测定装置的框图。
图2是表示条纹图案的图。
图3是表示图像的图。
图4是表示亮度与偏移量之间的关系的图。
图5是表示亮度与相位之间的关系的图。
图6是相位展开法的说明图。
图7是表示分辨率与有效深度之间的关系的图。
图8是表示波和相位值的图。
图9是表示计算顺序的图。
图10是表面安装机的俯视图。
图11是表示头单元的支承构造的图。
图12是表示计算顺序的图。
图13是表示计算顺序的图。
图14是检查装置的主视图。
具体实施方式
<实施方式1>
1.测定装置1的说明
如图1所示，测定装置1具备投影仪2、照相机3和数据处理装置4。
测定装置1对对象物M进行测定。测定装置1配置成投影仪2处于对象物M的上方，并且能够从斜上方相对于对象物M投影检测光。如图2所示，检测光是明度周期性变化的条纹图案光L。作为一例，条纹图案光L是明度以正弦波状变化的正弦波图案光。图2的“正弦波”示出了条纹图案光L的明度的变化。
照相机3处于对象物M的上方，并且以使摄像面朝下的状态配置。照相机3对投影到对象物M的条纹图案光L进行拍摄。
数据处理装置4具备图像处理部5、存储器6和运算装置7。对于图像处理部5，从照相机3输入图像G的数据。图像处理部5对图像G的数据进行数据处理，运算各像素Ps的亮度I(参照图3)。
运算装置7根据从图像处理部5输入的像素Ps的亮度I的数据，求出亮度I的相位值
Figure BDA0003726007430000071
并基于所求出的相位值
Figure BDA0003726007430000072
来计算对象物M的高度H。高度H是从基准面F的Z方向的距离。运算装置7在相位值
Figure BDA0003726007430000073
的运算中使用相移法。
2.相移法的测定原理
相移法是多次偏移条纹图案光L的相位来进行条纹图案光L相对于对象物M的投影和拍摄，并根据所得到的各图像G的亮度I来推定相位值
Figure BDA0003726007430000074
的方法。
拍摄条纹图案光L所得的图像G的像素Ps的亮度I(x，y)可以用公式1表示。其中，条纹图案光为正弦波，x、y为像素Ps的位置(坐标)。
【公式1】
Figure BDA0003726007430000075
另外，在公式1中，a是亮度振幅，
Figure BDA0003726007430000076
是条纹的相位值，b是背景亮度。
在使条纹图案光L的偏移量α变化为0、π/2、π、(3/2)π的情况下，将相位分别偏移后的各条纹图案光L的像素Ps的亮度I0～I3可以用以下的公式2表示。另外，使条纹图案光L偏移的方向是波的重复方向，即，在图2的情况下是X方向。
【公式2】
Figure BDA0003726007430000081
Figure BDA0003726007430000082
Figure BDA0003726007430000083
Figure BDA0003726007430000084
根据公式2，测定对象的条纹图案光(α＝0)的亮度I0的相位值
Figure BDA0003726007430000085
可以用以下的公式3表示。另外，亮度I0的功率P可以用以下的公式4表示(参照图4、5)。
【公式3】
Figure BDA0003726007430000086
【公式4】
Figure BDA0003726007430000087
亮度I0的相位值
Figure BDA0003726007430000088
与对象物M的高度H具有相关性，因此通过推定像素Ps的相位值
Figure BDA0003726007430000089
能够推定对象物M的高度
Figure BDA00037260074300000810
例如，预先实验性地求出相位值
Figure BDA00037260074300000811
和对象物M的高度H的数据，生成参照表，并保存于存储器6。能够使用参照表来求出对象物M的高度
Figure BDA00037260074300000812
另外，在上述中，使偏移量α变化为0、π/2、π、(3/2)π，但相位值
Figure BDA00037260074300000813
的推定只要至少存在不同的三个相位即可，偏移量α也可以是0、2π/3、4π/3。
3.相位展开
在相位值
Figure BDA0003726007430000091
在-π到π的范围内取值的情况下，
Figure BDA0003726007430000092
的值被限制在H(-π)到H(π)的范围。作为扩大高度H的可计算范围的方法之一，存在相位展开法。相位展开法是使用参照用的相位来确定相位值
Figure BDA0003726007430000093
的相位阶次k的方法。
图6示出了将作为高频条纹的周期T1的光用作测量用的条纹图案光，并将作为低频条纹的周期T2(T1＜T2)的光用作参照用的条纹图案光，来进行相位展开的情况。
Figure BDA0003726007430000094
是测量用条纹图案光(T1)的相位值，
Figure BDA0003726007430000095
是参照用条纹图案光(T2)的相位值。
在图6的例子中，与参照用的相位值
Figure BDA0003726007430000096
对应的是第五周期的相位值
Figure BDA0003726007430000097
所以相位值
Figure BDA0003726007430000098
的相位阶次k是“5”。
【公式5】
Figure BDA0003726007430000099
Figure BDA00037260074300000910
是相位展开后的相位值，
Figure BDA00037260074300000911
是通过相移法进行解析所得的相位值。
如上所述，通过使用参照用的相位，能够确定相位值
Figure BDA00037260074300000912
的相位阶次k，并使相位值
Figure BDA00037260074300000913
比从-π到π的范围扩大。因此，能够扩大
Figure BDA00037260074300000914
的可计算范围。
4.分辨率和有效深度
图7针对基于相移法的高度计算示出了分辨率与有效深度之间的关系。分辨率是可计算的最小间距。有效深度D是能够得到有效的对比度图像G的Z方向的范围(距基准面F的距离)。基准面F是照相机3的焦点一致的面(焦平面)。Z方向是高度方向(图1的上下方向)。
E是表示分辨率与有效深度之间的关系的特性曲线。Ea是周期Ta的条纹图案光的特性曲线，Eb是周期Tb的条纹图案光的特性曲线，Ec是周期Tc的条纹图案光的特性曲线。Da～Dc为各有效深度。另外，周期的大小关系为Ta＜Tb＜Tc。
周期T越短，分辨率越高，周期T越长，有效深度D越大。由于分辨率与有效深度存在折衷关系，所以兼顾分辨率和有效深度成为课题。
测定装置1从投影仪2向对象物M投影周期T不同的三个条纹图案光L1～L3(参照图8)。
通过短周期的条纹图案光L1，即使有效深度D浅，分辨率也高，能够高精度地计算高度H。另外，通过中周期和长周期的条纹图案光L2、L3，即使分辨率低且精度低，也能够加深有效深度D。因此，能够进行高精度且高深度的测定，能够兼顾高度H的计算精度和有效深度。
以下，参照图9详细地说明对象物M的高度计算方法。
图9所示的计算顺序由S10、S20、S30、S40、S90这五个步骤构成。
在S10中，执行拍摄处理。具体而言，执行如下处理：从投影仪2将条纹图案光L投影到对象物M，并利用照相机3对投影到对象物M的条纹图案光L进行拍摄。条纹图案光有L1～L3这三种，一边依次切换条纹图案光一边进行拍摄。
另外，测定装置1在亮度I的相位运算中使用相移法。因此，针对各条纹图案L1～L3，以偏移量α＝π/2使相位错开，进行四次拍摄。
如图8所示，三种条纹图案光L1～L3的周期T1～T3不同。周期T的大小关系为T1＜T2＜T3，第一条纹图案光L1的第一周期T1最短。第二条纹图案光L2的第二周期T2与第三条纹图案光L3的第三周期T3之差很小，通过合成两个条纹图案光L2、L3，能够生成长周期的条纹图案光L23，另外，波长λ的大小关系为λ1＜λ2＜λ3。
在S20中，利用图像处理部5和运算装置7进行拍摄到的图像G的解析处理。具体而言，在图像处理部5中，从拍摄到的图像G中提取一个像素Ps，并运算亮度值I。然后，在运算装置7中，使用相移法来推定亮度I的相位值
Figure BDA0003726007430000111
在S30中，利用运算装置7来判断是否对全部图像G完成了相位值
Figure BDA0003726007430000112
的运算。如果在S10中拍摄到的图像G之中存在未解析的图像G，则返回S10，从剩余的图像G中提取相同位置的像素Ps来进行图像G的解析。
通过反复进行S20的处理，由此针对在S10中拍摄到的各条纹图案光L1～L3的各图像G，以同一位置的像素Ps为对象来运算三个相位值
Figure BDA0003726007430000113
第一相位值
Figure BDA0003726007430000114
是第一条纹图案光L1的亮度I的相位值。第二相位值
Figure BDA0003726007430000115
是第二条纹图案光L2的亮度I的相位值。第三相位值
Figure BDA0003726007430000116
是第三条纹图案光L3的亮度I的相位值。
在对全部图像G结束了解析处理后，在S30中判定为是，并转移到S40。
在S40中，利用运算装置7执行计算处理。计算处理是基于在S20中进行的相位解析结果来计算对象物M的高度H的处理。计算处理包括S41～S45这五个步骤。
在S41中，利用运算装置7执行使用三个相位值
Figure BDA0003726007430000121
中的第二相位值
Figure BDA0003726007430000122
和第三相位值
Figure BDA0003726007430000123
来对第二相位值
Figure BDA0003726007430000124
进行相位展开的处理。
具体而言，如图8所示，首先根据第二相位值
Figure BDA0003726007430000125
和第三相位值
Figure BDA0003726007430000126
求出相位差Δ。相位差
Figure BDA0003726007430000127
然后，参照运算出的相位差Δ，对第二相位值
Figure BDA0003726007430000128
进行相位展开。由于两个周期T2、T3的差越小，得到的周期T越长，所以能够将第二相位值
Figure BDA0003726007430000129
的相位阶次k求出到高阶次。因此，能够扩大高度
Figure BDA00037260074300001210
的可计算范围。
周期T不同的两个波的合成波与单一波相比，能够得到没有波形的崩坏而精度高的正弦波，因此具有测定精度高这样的优点。
接着，在S42中，利用运算装置7执行低精度计算处理。具体而言，执行基于相位展开后的第二相位值
Figure BDA00037260074300001211
来计算对象物M的高度
Figure BDA00037260074300001212
的处理。然后，对象物M的高度
Figure BDA00037260074300001213
作为计算结果被存储于存储器6。由于
Figure BDA00037260074300001214
是基于与第一相位值
Figure BDA00037260074300001215
相比分辨率低的第二相位值
Figure BDA00037260074300001216
计算出的，因此
Figure BDA00037260074300001217
的计算精度与
Figure BDA00037260074300001218
的计算精度相比为低精度。
接着，在S43中，利用运算装置7进行将对象物M的高度
Figure BDA00037260074300001219
与高度阈值Ho进行比较的处理。高度阈值Ho用于判断对象物M是否收敛在第一条纹图案光L1的有效深度D1内。在图1中，“E”表示有效深度外。
在对象物M的高度
Figure BDA00037260074300001220
为高度阈值Ho以下的情况(有效深度内的情况)下，转移到S44。在S44中，利用运算装置7执行使用在S41中进行相位展开所得的第二相位值
Figure BDA0003726007430000131
来对第一相位值
Figure BDA0003726007430000132
进行相位展开的处理。之后，转移到S45。
在S45中，利用运算装置7执行高精度计算处理。具体而言，执行基于相位展开后的第一相位值
Figure BDA0003726007430000133
来计算对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000134
的处理。
在执行了S45的高精度计算处理的情况下，存储在存储器6的推定结果从在S42中计算出的
Figure BDA0003726007430000135
被覆盖为在S45中计算出的高度
Figure BDA0003726007430000136
覆盖是改写的意思。由于
Figure BDA0003726007430000137
是基于与第二相位值
Figure BDA0003726007430000138
和第三相位值
Figure BDA0003726007430000139
相比分辨率高的第一相位值
Figure BDA00037260074300001310
计算出的，所以
Figure BDA00037260074300001311
的计算精度与
Figure BDA00037260074300001312
的计算精度相比为高精度。
另一方面，在对象物M的高度
Figure BDA00037260074300001313
大于高度阈值Ho的情况(有效深度外的情况)下，不执行S44、S45的处理，在S42中计算出的值作为计算结果被保留。
在S90中，利用运算装置7进行判定是否对全部像素Ps结束了解析的处理。如果存在未结束解析的像素Ps，则转移到S20，提取下一个像素Ps来执行解析处理。
针对各像素Ps进行这样的处理，并针对对象物M计算各对象点的高度
Figure BDA00037260074300001314
然后，如果针对全部对象点(全部像素Ps)完成了运算，则在S90中判定为是，一系列的处理结束。
如以上所说明的那样，计算处理S40包括高精度计算处理S45和低精度计算处理S42。在靠近焦平面F的一部分范围(深度浅的范围)内，通过执行高精度计算处理S35，能够得到高精度的高度
Figure BDA00037260074300001315
另外，即使在远离焦平面F的范围(深度深的范围)内，通过使用低精度计算处理S42的计算结果，也能够得到低精度的高度
Figure BDA00037260074300001316
根据以上所述，能够进行包含在远离焦平面F的范围(深度深的范围)内的对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000141
的计算，并且在靠近焦平面F的一部分范围(深度浅的范围)内，能够高精度地计算对象物的高度
Figure BDA0003726007430000142
另外，在S44中进行第一相位值
Figure BDA0003726007430000143
的相位展开。因此，在第一条纹图案光L1的有效深度D1的范围内，能够扩大
Figure BDA0003726007430000144
的可计算范围。
另外，在S41中进行第二相位值
Figure BDA0003726007430000145
的相位展开。因此，在第二条纹图案光L2的有效深度D2的范围内，能够扩大
Figure BDA0003726007430000146
的可计算范围。
图10是具备测定装置1的表面安装机11的俯视图。表面安装机11具备测定装置1、基台31、搬运输送机32、头单元33、驱动部34和送料器35。搬运输送机32将作为作业对象的印刷基板W在基台31上沿X方向搬运。
驱动部34是使头单元33在基台31上沿平面方向(XY方向)移动的装置。
作为驱动部34，可以例示出以电动机为驱动源的双轴或三轴的滚珠丝杠机构等。送料器35是供给向印刷基板W安装的电子元件B的装置。
如图11所示，头单元33相对于支承构件38以能够滑动的方式被支承，并且具备多根安装头40。
安装头40相对于头单元33以能够进行升降操作的方式被支承。安装头40能够利用负压吸附保持电子元件B。
头单元33和安装头40起到将从送料器35供给的电子元件B在基台中央的作业位置处安装到印刷基板W的功能。
如图11所示，测定装置1搭载于头单元33。测定装置1使拍摄面朝下，对印刷基板W进行拍摄。测定装置1根据所得到的图像G来测定印刷基板W的各点的高度、搭载到印刷基板W上的电子元件E的高度。
根据测定结果，能够检查印刷基板W有无翘曲、电子元件E的搭载状态是否良好等印刷基板W的状态。这样，测定装置1能够用作印刷基板W的检查用。
<实施方式2>
图12是计算顺序的流程图。实施方式2的计算顺序由S10、S20、S30、S50、S90这五个步骤构成，相对于实施方式1的计算顺序，S50的计算处理不同。
在S10～S30中，与实施方式1的情况同样地，执行从投影仪2将三种条纹图案光L1～L3投影到对象物M并利用照相机3进行拍摄的处理。之后，进行从各条纹图案光L1～L3的图像G中提取同一像素Ps，并解析各像素Ps的亮度I的相位值
Figure BDA0003726007430000151
的处理。然后，在解析处理结束后，转移到S50，进行计算处理。
计算处理由S51～S55这五个步骤构成。
在S51中，运算装置7使用三个相位值
Figure BDA0003726007430000152
中的第二相位值
Figure BDA0003726007430000153
和第三相位值
Figure BDA0003726007430000154
来对第二相位值
Figure BDA0003726007430000155
进行相位展开。
在S52中，运算装置7将第二相位值
Figure BDA0003726007430000156
的相位阶次k与阶次阈值ko进行比较，判断相位阶次k是否为阶次阈值ko以下。阶次阈值ko用于判断对象物M是否收敛在第一条纹图案光L1的有效深度D1内，是将高度阈值Ho换算成相位阶次所得的值。
在相位阶次k为阶次阈值ko以下的情况下(S52：是)，转移到S53。在S53中，运算装置7使用在S51中进行了相位展开的第二相位值
Figure BDA0003726007430000161
对第一相位值
Figure BDA0003726007430000162
进行相位展开。之后，转移到S54。
在转移到S54后，运算装置7进行高精度计算处理。高精度计算处理是基于相位展开后的第一相位值
Figure BDA0003726007430000163
来计算对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000164
的处理。
另一方面，在相位阶次k大于阈值ko的情况下(S52：否)，转移到S55。在转移到S55后，运算装置7执行低精度计算处理。低精度计算处理是基于在S51中进行相位展开所得的第二相位值
Figure BDA0003726007430000165
来计算对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000166
的处理。
之后，在S90中，进行判定是否对全部像素Ps结束了解析的处理。如果存在未结束解析的像素Ps，则转移到S20，执行提取下一个像素Ps来解析相位的处理。
在对各像素Ps进行这样的处理，推定出全部对象点的高度
Figure BDA0003726007430000167
后，在S90中判断为是，一系列的处理结束。
实施方式2的计算处理S50与实施方式1同样地包括高精度计算处理S54和低精度计算处理S55。在靠近焦平面F的一部分范围(深度浅的范围)内，通过执行高精度计算处理S54，能够得到高精度的高度
Figure BDA0003726007430000168
另外，即使在远离焦平面f的范围(深度深的范围)内，通过执行低精度计算处理S5，也能够得到低精度的高度
Figure BDA0003726007430000169
根据以上所述，能够进行包含在远离焦平面F的范围(深度深的范围)内的对象物M的高度
Figure BDA00037260074300001610
的计算，并且在靠近焦平面F的一部分范围(深度浅的范围)内，能够高精度地计算对象物的高度
Figure BDA00037260074300001611
另外，在实施方式2中，在S52中，通过将第二相位值
Figure BDA00037260074300001612
的相位阶次k与阶次阈值ko进行比较，来判断执行高精度计算处理(S54)和低精度计算处理(S55)中的哪一个。除此以外，也可以将相位展开后的第二相位值
Figure BDA0003726007430000171
与相位阈值
Figure BDA0003726007430000172
进行比较来进行判断。相位阈值
Figure BDA0003726007430000173
是与高度阈值Ho对应的相位值。
在判断中使用了第二相位值
Figure BDA0003726007430000174
的情况下，具有能够进行高精度的判断这样的优点。另外，在使用了相位阶次k的情况下，由于阶次是整数，所以具有容易比较、计算负担小这样的优点。
<实施方式3>
图13是测定顺序的流程图。实施方式3的计算顺序由S10、S25、S30、S60、S90这五个步骤构成，相对于实施方式1的计算顺序，S25、S60的计算处理不同。
在S10中，与实施方式1的情况同样地，执行从投影仪2将三种条纹图案光L1～L3投影到对象物M并利用照相机3进行拍摄的处理。之后，转移到S25来执行解析处理，在解析处理中，针对在S10中拍摄到的各条纹图案光L1～L3的图像G，除了亮度I的相位值
Figure BDA0003726007430000175
的解析之外，还解析亮度I的功率P。功率P可以通过“公式4”求出。
以下，将第一条纹图案光L1的亮度I的功率设为P1。另外，将第二条纹图案光L2的亮度I的功率和第三条纹图案光L3的亮度I的功率分别设为P2、P3。然后，在解析处理结束后，转移到S60来进行计算处理。
S60的计算处理由S61～S67这七个步骤构成。在S61中，利用运算装置7执行使用三个相位值
Figure BDA0003726007430000176
中的第二相位值
Figure BDA0003726007430000177
和第三相位值
Figure BDA0003726007430000178
来对相位值
Figure BDA0003726007430000179
进行相位展开的处理。
在S62中，利用运算装置7将功率P1与亮度阈值Po进行比较，判断功率P1是否为亮度阈值Po以上。亮度阈值Po是为了维持测定精度所需的功率的下限值。
在功率P1为亮度阈值Po以上的情况下，转移到S63。在转移到S63后，运算装置7使用在S61中进行相位展开所得的第二相位值
Figure BDA0003726007430000181
来对第一相位值
Figure BDA0003726007430000182
进行相位展开。之后，转移到S64。
在转移到S64后，运算装置7执行高精度计算处理。高精度计算处理是基于相位展开后的第一相位值
Figure BDA0003726007430000183
来计算对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000184
的处理。
另一方面，在功率P1小于亮度阈值Po的情况下(S62：否)，转移到S65。在转移到S65后，运算装置7将功率P2、功率P3与亮度阈值Po进行比较，判断功率P2和功率P3是否为亮度阈值Po以上。
在功率P2和功率P3为亮度阈值Po以上的情况下(S65：是)，转移到S66。在转移到S66后，运算装置7执行低精度计算处理。低精度计算处理是基于相位展开后的第二相位值
Figure BDA0003726007430000185
来计算对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000186
的处理。
在功率P2、功率P3中的至少一方小于亮度阈值Po的情况下(S65：否)，转移到S67，将该像素Ps作为无效像素Ps进行处理。
之后，在S90中，进行判定是否对全部像素Ps结束了解析的处理。如果存在未结束解析的像素Ps，则转移到S20，执行提取下一个像素Ps来解析相位值
Figure BDA0003726007430000187
和功率P的处理。
在对各像素Ps进行这样的处理，推定出全部对象点的高度
Figure BDA0003726007430000188
后，在S90中判断为是，一系列的处理结束。
实施方式3的计算处理S60与实施方式1同样地包括高精度计算处理S64和低精度计算处理S66。在靠近焦平面F的一部分范围(深度浅的范围)内，通过执行高精度计算处理S64，能够得到高精度的高度
Figure BDA0003726007430000191
另外，即使在远离焦平面F的范围(深度深的范围)内，通过执行低精度计算处理S64，也能够得到低精度的高度
Figure BDA0003726007430000192
根据以上所述，能够进行包含在远离焦平面F的范围(深度深的范围)内的对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000193
的计算，并且在靠近焦平面F的一部分范围(深度浅的范围)内，能够高精度地计算对象物的高度
Figure BDA0003726007430000194
以上详细地对实施方式进行了说明，但是这些只不过是例示，并不限定请求保护的范围。请求保护的范围中所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。
(1)在实施方式1中，示出了将测定装置1用于表面安装机11的例子。测定装置1也可以用于检查装置100。检查装置100可以用于印刷基板的制造线。如图14所示，检查装置100可以是具备基台31、头单元33、使头单元33在基台31上沿双轴方向(XY方向)移动的驱动装置34的结构。测定装置1可以搭载于头单元33。可以用搭载于头单元33的测定装置1对印刷基本W进行拍摄，检查搭载于印刷基板W的电子元件B的高度。另外，也可以测定印刷基板W的各部的高度来检查基板W的翘曲等。另外，测定装置1无需一定是表面安装机11或检查装置100的一部分，也可以单独地使用。
(2)在实施方式1中，作为条纹图案光的一例，例示了正弦波，但只要是明度周期性变化的条纹状的光即可，无需一定是正弦波。例如，也可以是锯齿波。
(3)在实施方式1～3中，根据第二相位值
Figure BDA0003726007430000195
与第三相位值
Figure BDA0003726007430000196
的相位差Δ对第二相位值
Figure BDA0003726007430000197
进行相位展开。而且，根据相位展开后的第二相位值
Figure BDA0003726007430000198
对第一相位值
Figure BDA0003726007430000199
进行相位展开。然后，在高精度计算处理中，基于相位展开后的第一相位值
Figure BDA0003726007430000201
来推定对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000202
高精度计算处理只要是使用三个相位值
Figure BDA0003726007430000203
来推定对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000204
的方法，则可以是任何方法。
(4)在实施方式1～3中，根据第二相位值
Figure BDA0003726007430000205
与第三相位值
Figure BDA0003726007430000206
的相位差Δ对第二相位值
Figure BDA0003726007430000207
进行相位展开。然后，在低精度计算处理中，基于相位展开后的第二相位值
Figure BDA0003726007430000208
来推定对象物M的高度
Figure BDA0003726007430000209
低精度计算处理只要是使用两个相位值
Figure BDA00037260074300002010
来推定对象物M的高度
Figure BDA00037260074300002011
的方法，则可以是任何方法。
(5)在实施方式1～3中，根据第二相位值
Figure BDA00037260074300002012
与第三相位值
Figure BDA00037260074300002013
的相位差Δ对第二相位值
Figure BDA00037260074300002014
进行相位展开。然后，在低精度计算处理中，基于相位展开后的第二相位值
Figure BDA00037260074300002015
来推定对象物M的高度
Figure BDA00037260074300002016
除此以外，也可以根据相位差Δ对第三相位值
Figure BDA00037260074300002017
进行相位展开。然后，可以在低精度计算处理中，基于相位展开后的第三相位值
Figure BDA00037260074300002018
来推定对象物M的高度
Figure BDA00037260074300002019
Figure BDA00037260074300002020
是低分辨率的测定值。
标号说明
1 测定装置；
2 投影仪；
3 照相机；
5 图像处理部；
6 存储器；
7 运算装置；
11 表面安装机；
100 检查装置。

Claims (12)

1.一种测定装置，其中，具备：
投影仪，向对象物投影明度周期性变化的条纹图案光；
照相机，对投影到对象物的条纹图案光进行拍摄；及
运算装置，
所述投影仪将具有第一周期的第一条纹图案光、具有第二周期的第二条纹图案光和具有第三周期的第三条纹图案光分别投影于对象物，其中，所述第一周期＜所述第二周期＜所述第三周期，
所述照相机对投影到对象物的所述第一条纹图案光、所述第二条纹图案光和所述第三条纹图案光分别进行拍摄，
所述运算装置针对由所述照相机拍摄到的所述第一条纹图案光的图像、所述第二条纹图案光的图像和所述第三条纹图案光的图像分别进行基于相移法的亮度的相位解析，并基于所得到的相位解析结果来计算对象物的高度。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其中，
所述运算装置在对象物的高度的计算精度为高精度的情况下，使用根据针对拍摄所述第一条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第一相位值、根据针对拍摄所述第二条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第二相位值、和根据针对拍摄所述第三条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第三相位值，来计算对象物的高度，并且
在对象物的高度的计算精度为低精度的情况下，使用根据针对拍摄所述第二条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第二相位值、和根据针对拍摄所述第三条纹图案光所得的图像的亮度的相位解析而得到的第三相位值，来计算对象物的高度。
3.根据权利要求2所述的测定装置，其中，
所述运算装置在对象物的高度的计算精度为高精度的情况下，
参照所述第二相位值与所述第三相位值的相位差，对所述第一相位值进行相位展开，并且
基于相位展开后的所述第一相位值来计算对象物的高度。
4.根据权利要求2或3所述的测定装置，其中，
所述运算装置在对象物的高度的计算精度为低精度的情况下，
参照所述第二相位值与所述第三相位值的相位差，对所述第二相位值或所述第三相位值进行相位展开，并且
基于相位展开后的所述第二相位值或所述第三相位值来计算对象物的高度。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的测定装置，其中，
将所述第一周期设为T1、所述第二周期设为T2、所述第三周期设为T3，
2×T1≤T2，T2＜T3＜1.5×T2。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的测定装置，其中，
所述运算装置根据拍摄所述第二条纹图案光所得的图像和拍摄所述第三条纹图案光所得的图像的解析结果，判断使对象物的高度的计算精度为高精度还是低精度。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的测定装置，其中，
所述运算装置选择低精度，并使用所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度，在计算出的对象物的高度为高度阈值以下的情况下，
进一步选择高精度，并使用所述第一相位值、所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
8.根据权利要求2至6中任一项所述的测定装置，其中，
所述运算装置使用所述第二相位值与所述第三相位值的相位差，对所述第二相位值或所述第三相位值进行相位展开，
在相位展开后的所述第二相位值或所述第三相位值为相位阈值以下的情况下，选择高精度，并使用所述第一相位值、所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度，并且
在相位展开后的所述第二相位值或所述第三相位值大于相位阈值的情况下，选择低精度，并使用所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
9.根据权利要求2至6中任一项所述的测定装置，其中，
所述运算装置除了所述相位解析之外，还针对由所述照相机拍摄到的所述第一条纹图案光的图像、所述第二条纹图案光的图像和所述第三条纹图案光的图像解析亮度的功率，并且
在拍摄所述第一条纹图案光所得的图像的亮度的功率为亮度阈值以上的情况下，选择高精度，并使用所述第一相位值、所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
10.根据权利要求9所述的测定装置，其中，
所述运算装置在拍摄所述第一条纹图案光所得的图像的亮度的功率小于亮度阈值的情况下，将拍摄所述第二条纹图案光和所述第三条纹图案光所得的两个图像的亮度的功率与亮度阈值进行比较，在所述两个图像的亮度的功率为亮度阈值以上的情况下，
选择低精度，并使用所述第二相位值和所述第三相位值来计算对象物的高度。
11.一种表面安装机，具备权利要求1至10中任一项所述的测定装置。
12.一种检查装置，具备权利要求1至10中任一项所述的测定装置。
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