特許 7332792 測定装置、検査装置、表面実装機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-15

(45)【発行日】2023-08-23

(54)【発明の名称】測定装置、検査装置、表面実装機

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20230816BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022514948

(86)(22)【出願日】2020-04-16

(86)【国際出願番号】 JP2020016720

(87)【国際公開番号】W WO2021210128

(87)【国際公開日】2021-10-21

【審査請求日】2022-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田端 伸章

【審査官】續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２８１６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２４９６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３８０７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定装置であって、
対象物に明度が周期的に変化する縞パターン光を投影するプロジェクタと、
対象物に投影された縞パターン光を撮影するカメラと、
演算装置と、を備え、
前記プロジェクタは、第１周期＜第２周期＜第３周期として、前記第１周期を有する第１縞パターン光と、前記第２周期を有する第２縞パターン光と、前記第３周期を有する第３縞パターン光と、を対象物にそれぞれ投影し、
前記カメラは、対象物に対して投影された前記第１縞パターン光と、前記第２縞パターン光と、前記第３縞パターン光と、をそれぞれ撮影し、
前記演算装置は、
前記カメラにより撮影した前記第１縞パターン光の画像、前記第２縞パターン光の画像及び前記第３縞パターン光の画像について、それぞれ位相シフト法による輝度の位相解析を行い、得られた位相解析結果に基づいて、対象物の高さを算出し、
前記演算装置は、
対象物の高さの算出精度が高精度である場合、前記第１縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第１位相値と、前記第２縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第２位相値と、前記第３縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第３位相値とを用いて、対象物の高さを算出し、
対象物の高さの算出精度が低精度である場合、前記第２縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第２位相値と、前記第３縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第３位相値とを用いて、対象物の高さ算出する、測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、対象物の高さの算出精度が高精度である場合、
前記第２位相値と前記第３位相値の位相差を参照して、前記第１位相値を位相接続し、
位相接続後の前記第１位相値に基づいて、対象物の高さを算出する、測定装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、対象物の高さの算出精度が低精度である場合、
前記第２位相値及び前記第３位相値の位相差を参照して、前記第２位相値又は前記第３位相値を位相接続し、
位相接続後の前記第２位相値又は前記第３位相値に基づいて、対象物の高さを算出する、測定装置。

【請求項4】

請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記第１周期をＴ１、前記第２周期をＴ２、前記第３周期をＴ３として、
２×Ｔ１≦Ｔ２、Ｔ２＜Ｔ３＜１．５×Ｔ２である、測定装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４のうちいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、前記第２縞パターン光を撮影した画像と前記第３縞パターン光を撮影した画像の解析結果から、対象物の高さの算出精度を、高精度にするか低精度にするか、判断する、測定装置。

【請求項6】

請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、
低精度を選択し、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて対象物の高さを算出し、算出した対象物の高さが高さ閾値以下の場合、
更に高精度を選択し、前記第１位相値、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて対象物の高さを算出する、測定装置。

【請求項7】

請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、前記第２位相値と前記第３位相値の位相差を用いて、前記第２位相値又は前記第３位相値を位相接続し、
位相接続後の前記第２位相値又は前記第３位相値が位相閾値以下の場合、高精度を選択し、前記第１位相値、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて、対象物の高さを算出し、
位相接続後の前記第２位相値又は前記第３位相値が位相閾値より大きい場合、低精度を選択し、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて、対象物の高さを算出する、測定装置。

【請求項8】

請求項１～請求項５のうちいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、前記位相解析に加えて、前記カメラにより撮影した前記第１縞パターン光の画像、前記第２縞パターン光の画像及び前記第３縞パターン光の画像について、輝度のパワーを解析し、
前記第１縞パターン光を撮影した画像の輝度のパワーが輝度閾値以上である場合、高精度を選択し、前記第１位相値、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて、対象物の高さを算出する、測定装置。

【請求項9】

請求項８に記載の測定装置であって、
前記演算装置は、前記第１縞パターン光を撮影した画像の輝度のパワーが輝度閾値未満である場合、前記第２縞パターン光と前記第３縞パターン光を撮影した２つの画像の輝度のパワーを輝度閾値と比較し、前記２つの画像の輝度のパワーが輝度閾値以上である場合、
低精度を選択し、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて、対象物の高さを算出する、測定装置。

【請求項10】

請求項１～請求項９のうちいずれか一項に記載の測定装置を備えた表面実装機。

【請求項11】

請求項１～請求項９のうちいずれか一項に記載の測定装置を備えた検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示される技術は、位相シフト法を用いて、対象物の高さを測定する測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物の高さを測定する方法の一つに位相シフト法がある。位相シフト法は、輝度値が周期的に変化する縞パターン光を、対象物に対して位相をずらして複数回投影して、複数の画像を取得する。得られた複数の画像から、画素の輝度値の位相を推定して、対象物の高さを測定するものである。下記特許文献１、２には、位相シフト法を用いた３次元測定装置について開示がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５７８０６５９号公報

【0004】

【文献】特開２０１８－１４６４７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

位相シフト法は、対象物に縞パターン光を投影し、得られた画像から輝度の位相値を推定して高さを算出する。対象物に投影する縞パターン光の周期が短いほど、分解能が高くなることから高さの算出精度が高い。一方、周期が長い程、カメラのピント面を基準とした有効深度は深い。

【0006】

分解能と有効深度は、いわゆるトレードオフの関係である。そのため、１種類の縞パターン光を用いた場合、分解能を優先して、高さの算出精度を高くすると、有効深度が浅くなる。また、有効深度を優先すると、分解能が低下して、高さの算出精度が低下する。

【0007】

本明細書で開示される技術は、上記の課題に鑑みて創作されたものであって、位相シフト法を用いた対象物の高さ測定装置において、周期の異なる３種類の縞パターン光を用いることにより、高精度かつ高深度な測定を行うことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

測定装置であって、対象物に明度が周期的に変化する縞パターン光を投影するプロジェクタと、対象物に投影された縞パターン光を撮影するカメラと、演算装置と、を備え、前記プロジェクタは、第１周期＜第２周期＜第３周期として、前記第１周期を有する第１縞パターン光と、前記第２周期を有する第２縞パターン光と、前記第３周期を有する第３縞パターン光と、を対象物にそれぞれ投影し、前記カメラは、対象物に対して投影された前記第１縞パターン光と、前記第２縞パターン光と、前記第３縞パターン光と、をそれぞれ撮影し、前記演算装置は、前記カメラにより撮影した前記第１縞パターン光の画像、前記第２縞パターン光の画像及び前記第３縞パターン光の画像について、それぞれ位相シフト法による輝度の位相解析を行い、得られた位相解析結果に基づいて、対象物の高さを算出する。

【0009】

本構成では、対象物の高さの算出に、周期の異なる３種類の縞パターン光を使用する。分解能と有効深度はトレードオフの関係にあり、第１周期（短周期）の縞パターン光により、有効深度は浅くても、分解能を高くすることが出来る。そのため、対象物の高さを、高精度に算出できる。また、第２周期（中周期）と第３周期（長周期）の縞パターン光により、分解能は低くても、有効深度を深くすることが出来る。

【0010】

測定装置の一実施態様として、前記演算装置は、対象物の高さの算出精度が高精度である場合、前記第１縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第１位相値と、前記第２縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第２位相値と、前記第３縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第３位相値とを用いて、対象物の高さを算出してもよい。また、対象物の高さの算出精度が低精度である場合、前記第２縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第２位相値と、前記第３縞パターン光を撮影した画像についての輝度の位相解析から得られた第３位相値と、を用いて、対象物の高さ算出してもよい。

【0011】

本構成では、第１位相値と第２位相値と第３位相値を用いることで、対象物の高さを、高精度（深度が浅い）に算出することが出来る。また、第２位相値と第３位相値を用いることで、対象物の高さを低精度（深度が深い）で算出することが出来る。

【0012】

測定装置の一実施態様として、前記演算装置は、対象物の高さの算出精度が高精度である場合、前記第２位相値と前記第３位相値の位相差を参照して、前記第１位相値を位相接続し、位相接続後の前記第１位相値に基づいて、対象物の高さを算出する。

【0013】

この構成では、第２位相値と第３位相値の位相差による周期の長い位相変化を参照して第１位相値を位相接続する。参照する位相が長周期である程、高い位相次数まで特定できる。よって、第１縞パターン光の有効深度を超えない範囲で、高精度による高さの算出について、算出可能範囲を拡げることが出来る。

【0014】

測定装置の一実施態様として、前記演算装置は、対象物の高さの算出精度が低精度である場合、前記第２位相値及び前記第３位相値の位相差を参照して、前記第２位相値又は前記第３位相値を位相接続し、位相接続後の前記第２位相値又は前記第３位相値に基づいて、対象物の高さを算出してもよい。

【0015】

この構成では、第２位相値と第３位相値の位相差による周期の長い位相変化を参照して第２位相値又は第３位相値を位相接続する。参照する位相が長周期である程、高い位相次数まで特定できる。よって、第２縞パターン光又は第３縞パターン光の有効深度を超えない範囲で、低精度による高さの算出について、算出可能範囲を拡げることが出来る。

【0016】

前記第１周期をＴ１、前記第２周期をＴ２、前記第３周期をＴ３として、２×Ｔ１≦Ｔ２、Ｔ２＜Ｔ３＜１．５×Ｔ２でもよい。

【0017】

この構成では、第２周期に対する第３周期の比率は１～１．５倍であり、第２位相値と第３位相値の位相差から周期の長い位相変化を得ることが出来る。そのため、位相接続に使用する参照用の位相として好適である。

【0018】

前記演算装置は、前記第２周期の縞パターン光と前記第３周期の縞パターン光を撮影した画像の解析結果から、対象物の高さの算出精度を、高精度にするか低精度にするか、判断してもよい。

【0019】

この構成では、対象物に投影した縞パターン光の解析結果を利用して、対象物の高さの算出精度を選択することが出来る。

【0020】

前記演算装置は、低精度を選択し、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて対象物の高さを算出し、算出した対象物の高さが高さ閾値以下の場合、更に高精度を選択し、前記第１位相値、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて対象物の高さを算出してもよい。

【0021】

この構成では、算出した対象物の高さが高さ閾値以下の場合（対象物がピント面に近い範囲にある場合）は、高さを高精度に算出することが出来る。

【0022】

前記演算装置は、前記第２位相値と前記第３位相値の位相差を用いて、前記第２位相値又は前記第３位相値を位相接続し、位相接続後の前記第２位相値又は前記第３位相値が位相閾値以下の場合、高精度を選択し、前記第１位相値、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて、対象物の高さを算出してもよい。
位相接続後の前記第２位相値又は前記第３位相値が位相閾値より大きい場合、低精度を選択し、前記第２位相値及び前記第３位相値を用いて、対象物の高さを算出してもよい。

【0023】

この構成では、第２位相値又は第３位相値が位相閾値以下の場合（対象物がピント面に近い範囲にある場合）、高さを高精度に算出することが出来る。また、第２位相値又は第３位相値が位相閾値より大きい場合（対象物がピント面から離れている場合）、高さを低精度に算出することが出来る。

【0024】

前記演算装置は、前記解析処理において、位相解析に加えて、前記カメラにより撮影した前記第１縞パターン光の画像、前記第２縞パターン光の画像及び前記第３縞パターン光の画像について、輝度のパワーを解析し、前記第１周期の縞パターン光を撮影した画像の輝度のパワーが輝度閾値以上である場合、前記算出処理において、前記高精度算出処理を実行してもよい。

【0025】

この構成では、第１周期の縞パターン光を撮影した画像の輝度のパワーが閾値を超える範囲（第１周期の縞パターンについて位相解析を行うために必要なコントラストが得られる範囲）では、対象物の高さを高精度に算出することが出来る。

【0026】

前記演算装置は、前記第１周期の縞パターン光を撮影した画像の輝度のパワーが輝度閾値未満である場合、前記第２周期の縞パターン光と前記第３周期の縞パターン光を撮影した２つの画像の輝度のパワーを輝度閾値と比較し、前記２つの画像の輝度のパワーが輝度閾値以上である場合、前記算出処理において、前記低精度算出処理を実行してもよい。

【0027】

この構成では、第２周期又は第３周期の縞パターン光を撮影した画像の輝度のパワーが閾値を超える範囲（第２周期、第３周期の縞パターンについて位相解析を行うために必要なコントラストが得られる範囲）では、対象物の高さを低精度に算出することが出来る。

【0028】

測定装置は、プリント基板に電子部品を搭載する表面実装機に使用することが出来る。また、プリント基板の検査装置に使用することが出来る。また、他の用途、装置にも使用することが出来る。

【発明の効果】

【0029】

本明細書で開示される技術によれば、位相シフト法を用いた対象物の高さ測定装置において、周期の異なる３種類の縞パターン光を用いることにより、高精度かつ高深度な測定を可能とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】測定装置のブロック図

【図2】縞パターンを示す図

【図3】画像を示す図

【図4】輝度とシフト量の関係を示す図

【図5】輝度と位相の関係を示す図

【図6】位相接続法の説明図

【図7】分解能と有効深度の関係を示す図

【図8】波と位相値を示す図

【図9】算出シーケンスを示す図

【図10】表面実装機の平面図

【図11】ヘッドユニットの支持構造を示す図

【図12】算出シーケンスを示す図

【図13】算出シーケンスを示す図

【図14】検査装置の正面図

【発明を実施するための形態】

【0031】

＜実施形態１＞
１．測定装置１の説明
図１に示すように、測定装置１は、プロジェクタ２と、カメラ３と、データ処理装置４を備える。

【0032】

測定装置１は、対象物Ｍに対して測定を行う。測定装置１は、プロジェクタ２が、対象物Ｍの上方にあって、対象物Ｍに対して検出光を斜め上方から投影することができるように配置される。検出光は、図２に示すように、明度が周期的に変化する縞パターン光Ｌである。縞パターン光Ｌは、一例として、明度が正弦波状に変化する正弦波パターン光である。図２の「正弦波」は、縞パターン光Ｌの明度の変化を示している。

【0033】

カメラ３は、対象物Ｍの上方にあって、撮像面を下に向けた状態で配置されている。カメラ３は、対象物Ｍに投影された縞パターン光Ｌを撮影する。

【0034】

データ処理装置４は、画像処理部５と、メモリ６と、演算装置７を備える。画像処理部５は、カメラ３から画像Ｇのデータが入力される。画像処理部５は、画像Ｇのデータをデータ処理して、各画素Ｐｓの輝度Ｉを演算する（図３参照）。

【0035】

演算装置７は、画像処理部５から入力される画素Ｐｓの輝度Ｉのデータから、輝度Ｉの位相値φを求め、求めた位相値φに基づいて、対象物Ｍの高さＨを算出する。高さＨは、基準面ＦからのＺ方向の距離である。演算装置７は、位相値φの演算に、位相シフト法を用いる。

【0036】

２．位相シフト法の測定原理
位相シフト法は、対象物Ｍに対する縞パターン光Ｌの投影と撮影を、縞パターン光Ｌの位相を複数回シフトして行い、得られた各画像Ｇの輝度Ｉから位相値φを推定する方法である。

【0037】

縞パターン光Ｌを撮影した画像Ｇの画素Ｐｓの輝度Ｉ（ｘ、ｙ）は、数１式で表すことが出来る。ただし、縞パターン光は正弦波であり、ｘ、ｙは、画素Ｐｓの位置（座標）である。

【0038】

【数1】

【0039】

尚、数１において、ａは輝度振幅、φは縞の位相値、ｂは背景輝度である。
縞パターン光Ｌのシフト量αを０、π／２、π、（３／２）πと変化させた場合、位相をそれぞれシフトした各縞パターン光Ｌの画素Ｐｓの輝度Ｉ０～Ｉ３は、以下の数２式で表すことが出来る。尚、縞パターン光Ｌをシフトする方向は、波の繰り返し方向、つまり、図２の場合、Ｘ方向である。

【0040】

【数2】

【0041】

数式２より、測定対象の縞パターン光（α＝０）の輝度I0の位相値φは、以下の数３式で表すことが出来る。また、輝度I0のパワーPは、以下の数式４で表すことが出来る（図４、５を参照）。

【0042】

【数3】

【0043】

【数4】

【0044】

輝度I0の位相値φは、対象物Ｍの高さＨと相関性があることから、画素Ｐｓの位相値φを推定することで、対象物Ｍの高さＨ（φ）を推定することが出来る。例えば、位相値φと対象物Ｍの高さＨのデータを予め実験的に求め、参照テーブを作成し、メモリ６に保存する。参照デーブルを使用して、対象物Ｍの高さＨ（φ）を求めることが出来る。

【0045】

尚、上記では、シフト量αを０、π／２、π、（３／２）πと変化させたが、位相値φの推定は、少なくとも異なる３位相あればよく、シフト量αは０、２π／３、４π／３でもよい。

【0046】

３．位相接続
位相値φが－πからπの範囲で値を取る場合、Ｈ（φ）の値は、Ｈ（－π）からＨ（π）の範囲に制限される。高さＨの算出可能範囲を拡げる手法の一つに、位相接続法がある。位相接続法は、参照用の位相を用いて、位相値φの位相次数ｋを特定する方法である。

【0047】

図６は、計測用の縞パターン光として高周波の縞である周期Ｔ１の光を用い、参照用の縞パターン光として低周波の縞である周期Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）の光を用いて、位相接続を行った場合を示している。φａは計測用縞パターン光（Ｔ１）の位相値、φｂは参照用縞パターン光（Ｔ２）の位相値である。

【0048】

図６の例では、参照用の位相値φｂと対応するのは、５周期目の位相値φａであることから、位相値φａの位相次数ｋは「５」である。

【0049】

【数5】

【0050】

上記の通り、参照用の位相を用いることで、位相値φの位相次数ｋを特定し、位相値φａを、－πからπの範囲よりも、拡大することが出来る。そのため、Ｈ（φ）の算出可能範囲を拡大することが出来る。

【0051】

４．分解能と有効深度
図７は、位相シフト法による高さ算出について、分解能と有効深度との関係を示す。分解能は、算出可能な最小ピッチである。有効深度Ｄは、有効なコントラスト画像Ｇが得られるＺ方向の範囲（基準面Ｆからの距離）である。基準面Ｆはカメラ３の焦点が一致する面（ピント面）である。Ｚ方向は、高さ方向（図１の上下方向）である。

【0052】

Ｅは分解能と有効深度の関係を示す特性曲線である。Ｅａは周期Ｔａの縞パターン光の特性曲線、Ｅｂは周期Ｔｂの縞パターン光の特性曲線、Ｅｃは周期Ｔｃの縞パターン光の特性曲線である。Ｄａ～Ｄｃは各有効深度である。尚、周期の大小関係は、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃである。

【0053】

分解能は周期Ｔが短いほど高く、有効深度Ｄは周期Ｔが長いほど広い。分解能と有効深度は、トレードオフの関係があることから、両立させることが課題となっている。

【0054】

測定装置１は、プロジェクタ２から、対象物Ｍに対して、周期Ｔの異なる３つの縞パターン光Ｌ１～Ｌ３を投影する（図８参照）。

【0055】

短周期の縞パターン光Ｌ１により、有効深度Ｄは浅くても、分解能が高く、高さＨを高精度に算出することが出来る。また、中周期と長周期の縞パターン光Ｌ２、Ｌ３により、分解能は低く低精度でも、有効深度Ｄを深くすることが出来る。そのため、高精度かつ高深度な測定を行うことが出来、高さＨの算出精度と有効深度を両立させることが出来る。

【0056】

以下、対象物Ｍの高さ算出方法を、図９を参照して、詳しく説明する。
図９に示す算出シーケンスは、Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ９０の５つのステップから構成されている。

【0057】

Ｓ１０では、撮影処理が実行される。具体的には、プロジェクタ２から縞パターン光Ｌを対象物Ｍに投影し、対象物Ｍに投影した縞パターン光Ｌを、カメラ３で撮影する処理が実行される。縞パターン光は、Ｌ１～Ｌ３の３種があり、縞パターン光を順番に切り換えつつ、撮影が行われる。

【0058】

尚、測定装置１は、輝度Ｉの位相演算に位相シフト法を用いる。そのため、各縞パターンＬ１～Ｌ３について、シフト量α＝π／２として位相をずらして、４回の撮影が行われる。

【0059】

図８に示すように、３種の縞パターン光Ｌ１～Ｌ３は、周期Ｔ１～Ｔ３が異なっている。周期Ｔの大小関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であり、第１縞パターン光Ｌ１の第１周期Ｔ１が最も短い。第２縞パターン光Ｌ２の第２周期Ｔ２と第３縞パターン光Ｌ３の第３周期Ｔ３の差は僅かであり、２つの縞パターン光Ｌ２、Ｌ３を合成することで、長周期の縞パターン光Ｌ_２３を生成することが出来る、尚、波長λの大小関係は、λ１＜λ２＜λ３である。

【0060】

Ｓ２０では、画像処理部５及び演算装置７により、撮影した画像Ｇの解析処理が行われる。具体的には、画像処理部５にて、撮影した画像Ｇから一画素Ｐｓを抽出し、輝度値Ｉが演算される。そして、演算装置７にて、輝度Ｉの位相値φが、位相シフト法を用いて、推定される。

【0061】

Ｓ３０では、演算装置７により、全画像Ｇについて位相値φの演算が完了したか判断される。Ｓ１０で撮影した画像Ｇのうち、未解析の画像Ｇがあれば、Ｓ１０に戻り、残りの画像Ｇから同じ位置の画素Ｐｓを抽出して画像Ｇの解析が行われる。

【0062】

Ｓ２０の処理が、繰り返されることにより、Ｓ１０にて撮影した各縞パターン光Ｌ１～Ｌ３の各画像Ｇについて、同一位置の画素Ｐｓを対象に、３つの位相値φ１～φ３が演算される。

【0063】

第１位相値φ１は、第１縞パターン光Ｌ１の輝度Ｉの位相値である。第２位相値φ２は、第２縞パターン光Ｌ２の輝度Ｉの位相値である。第３位相値φ３は、第３縞パターン光Ｌ３の輝度Ｉの位相値である。

【0064】

全画像Ｇについて解析処理が終了する、Ｓ３０でＹＥＳ判定され、Ｓ４０に移行する。

【0065】

Ｓ４０では、演算装置７により、算出処理が実行される。算出処理は、Ｓ２０で行った位相解析結果に基づいて、対象物Ｍの高さＨを算出する処理である。算出処理は、Ｓ４１～Ｓ４５の５つのステップを含む。

【0066】

Ｓ４１では、演算装置７により、３つの位相値φ１～φ３のうち、第２位相値φ２と第３位相値φ３を用いて、第２位相値φ２を位相接続する処理が実行される。

【0067】

具体的には、図８に示すように、第２位相値φ２と第３位相値φ３から位相差Δをまず求める。位相差Δ＝φ２－φ３である。

【0068】

そして、演算した位相差Δを参照して、第２位相値φ２を位相接続する。２つの周期Ｔ２、Ｔ３の差が小さいほど、得られる周期Ｔは長いので、第２位相値φ２の位相次数ｋを高次数まで求めことが可能である。そのため、高さＨ（φ）の算出可能範囲を拡げることが出来る。

【0069】

周期Ｔの異なる２つの波の合成波は、単一波よりも、波形の崩れがなく、精度の高い正弦波が得られるので、測定精度が高いと言うメリットがある。

【0070】

次にＳ４２では、演算装置７により、低精度算出処理が実行される。具体的には、位相接続後の第２位相値φ'２に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を算出する処理が実行される。そして、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）は、算出結果として、メモリ６に記憶される。Ｈ_２（φ）は、第１位相値φ１に比べて、分解能の低い第２位相値φ２に基づいて算出されるため、Ｈ_２（φ）の算出精度は、Ｈ_１（φ）の算出精度よりも、低精度である。

【0071】

次にＳ４３では、演算装置７により、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を、高さ閾値Ｈｏと比較する処理が行われる。高さ閾値Ｈｏは、対象物Ｍが第１縞パターン光Ｌ１の有効深度Ｄ１内に収まっているか否かの判断用である。図１にて、「Ｅ」は有効深度外を示している。

【0072】

対象物Ｍの高さＨ_２（φ）が高さ閾値Ｈｏ以下の場合（有効深度内の場合）、Ｓ４４に移行する。Ｓ４４では、演算装置７により、Ｓ４１で位相接続をした第２位相値φ'２を用いて、第１位相値φ１を位相接続する処理が実行される。その後、Ｓ４５に移行する。

【0073】

Ｓ４５では、演算装置７により、高精度算出処理が実行される。具体的には、位相接続後の第１位相値φ'１に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_１（φ）を算出する処理が実行される。

【0074】

Ｓ４５の高精度算出処理が実行された場合、メモリ６に記憶された推定結果は、Ｓ４２で算出したＨ_２（φ）から、Ｓ４５で算出した高さＨ_１（φ）に上書きされる。上書きは、書き換える意味である。Ｈ_１（φ）は、第２位相値φ２及び第３位相値φ３に比べて、分解能の高い第１位相値φ１に基づいて算出されるため、Ｈ_１（φ）の算出精度は、Ｈ_２（φ）の算出精度よりも、高精度である。

【0075】

一方、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）が、高さ閾値Ｈｏよりも大きい場合（有効深度外の場合）、Ｓ４４、Ｓ４５の処理は実行されず、Ｓ４２で算出した値が、算出結果として、残される。

【0076】

Ｓ９０では、演算装置７により、全画素Ｐｓについて解析が終了したか、判定する処理が行われる。解析が終了していない画素Ｐｓがあれば、Ｓ２０に移行し、次の画素Ｐｓを抽出して解析処理が実行される。

【0077】

このような処理が、各画素Ｐｓについて行われ、対象物Ｍについて各対象点の高さＨ（φ）が算出される。そして、全対象点（全画素Ｐｓ）について、演算が完了すると、Ｓ９０でＹＥＳ判定され、一連の処理は終了する。

【0078】

以上説明したように、算出処理Ｓ４０は、高精度算出処理Ｓ４５と低精度算出処理Ｓ４２を含んでいる。ピント面Ｆに近い一部の範囲（深度の浅い範囲）では、高精度算出処理Ｓ３５を実行することで、高精度な高さＨ_１（φ）が得られる。また、ピント面Ｆから離れた範囲（深度の深い範囲）でも、低精度算出処理Ｓ４２の算出結果を用いることで、低精度な高さＨ_２（φ）が得られる。以上により、ピント面Ｆから離れた範囲（深度の深い範囲）に含まれる対象物Ｍの高さＨ（φ）の算出を可能としつつ、ピント面Ｆに近い一部の範囲（深度の浅い範囲）では、対象物の高さＨ（φ）を、高精度に算出することが出来る。

【0079】

また、Ｓ４４で第１位相値φ１の位相接続を行う。そのため、第１縞パターン光Ｌ１の有効深度Ｄ１の範囲内において、Ｈ_１（φ）の算出可能範囲を拡大することが出来る。

【0080】

また、Ｓ４１で第２位相値φ２の位相接続を行う。そのため、第２縞パターン光Ｌ２の有効深度Ｄ２の範囲内において、Ｈ_２（φ）の算出可能範囲を拡大することが出来る。

【0081】

図１０は、測定装置１を備えた表面実装機１１の平面図である。表面実装機１１は、測定装置１と、基台３１と、搬送コンベア３２と、ヘッドユニット３３と、駆動部３４と、フィーダ３５を備える。搬送コンベア３２は、作業対象のプリント基板Ｗを、基台３１上においてＸ方向に搬送する。

【0082】

駆動部３４は、ヘッドユニット３３を、基台３１上において、平面方向（ＸＹ方向）に移動させる装置である。

【0083】

駆動部３４としては、モータを駆動源とする２軸や３軸のボール螺子機構などを例示することが出来る。フィーダ３５は、プリント基板Ｗに実装する電子部品Ｂを供給する装置である。

【0084】

図１１に示すように、ヘッドユニット３３は、支持部材３８に対してスライド可能に支持されており、複数本の実装ヘッド４０を備えている。

【0085】

実装ヘッド４０は、ヘッドユニット３３に対して、昇降操作可能に支持されている。実装ヘッド４０は、電子部品Ｂを負圧による吸着保持することが出来る。

【0086】

ヘッドユニット３３及び実装ヘッド４０は、フィーダ３５から供給される電子部品Ｂを、基台中央の作業位置にて、プリント基板Ｗに実装する機能を果たす。

【0087】

測定装置１は、図１１に示すように、ヘッドユニット３３に搭載されている。測定装置１は、撮影面を下に向けており、プリント基板Ｗを撮影する。測定装置１は、得られた画像Ｇからプリント基板Ｗの各点の高さや、プリント基板Ｗ上に搭載された電子部品Ｅの高さを測定する。

【0088】

測定結果から、プリント基板Ｗの反りの有無や電子部品Ｅの搭載状態の良否など、プリント基板Ｗの状態を検査することが出来る。このように、測定装置１はプリント基板Ｗの検査用として使用することが出来る。

【0089】

＜実施形態２＞
図１２は算出シーケンスのフローチャート図である。実施形態２の算出シーケンスは、Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ５０、Ｓ９０の５つのステップから構成されており、実施形態１の算出シーケンスに対して、Ｓ５０の算出処理が異なっている。

【0090】

Ｓ１０～Ｓ３０では、実施形態１の場合と同様に、プロジェクタ２から３種類の縞パターン光Ｌ１～Ｌ３を対象物Ｍに投影し、カメラ３で撮影する処理が実行される。その後、各縞パターン光Ｌ１～Ｌ３の画像Ｇから同一画素Ｐｓを抽出し、各画素Ｐｓの輝度Ｉの位相値φ１～φ３を解析する処理が行われる。そして、解析処理が終了すると、Ｓ５０に移行して、算出処理が行われる。

【0091】

算出処理は、Ｓ５１～Ｓ５５の５つのステップから構成されている。
Ｓ５１では、演算装置７は、３つの位相値φ１～φ３のうち、第２位相値φ２と第３位相値φ３を用いて、第２位相値φ２を位相接続する。

【0092】

Ｓ５２では、演算装置７は、第２位相値φ２の位相次数ｋを次数閾値ｋｏと比較して、位相次数ｋが次数閾値ｋｏ以下か判断する。次数閾値ｋｏは、対象物Ｍが第１縞パターン光Ｌ１の有効深度Ｄ１内に収まっているか否かの判断用であり、高さの閾値Ｈｏを、位相次数に換算した値である。

【0093】

位相次数ｋが次数閾値ｋｏ以下の場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、Ｓ５３に移行する。Ｓ５３では、演算装置７は、Ｓ５１で位相接続をした第２位相値φ２を用いて、第１位相値φ１を位相接続する。その後、Ｓ５４に移行する。

【0094】

Ｓ５４に移行すると、演算装置７は高精度算出処理を行う。高精度算出処理は、位相接続後の第１位相値φ'１に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_１（φ）を算出する処理である。

【0095】

一方、位相次数ｋが閾値ｋｏよりも大きい場合（Ｓ５２：ＮＯ）、Ｓ５５に移行する。Ｓ５５に移行すると、演算装置７は低精度算出処理を実行する。低精度算出処理は、Ｓ５１にて位相接続した第２位相値φ'２に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を算出する処理である。

【0096】

その後、Ｓ９０では、全画素Ｐｓについて解析が終了したか、判定する処理が行われる。解析が終了していない画素Ｐｓがあれば、Ｓ２０に移行し、次の画素Ｐｓを抽出して位相を解析する処理が実行される。

【0097】

このような処理が各画素Ｐｓについて行われ、全対象点の高さＨ（φ）が推定されると、Ｓ９０でＹＥＳ判定され、一連の処理は終了する。

【0098】

実施形態２の算出処理Ｓ５０は、実施形態１と同様に、高精度算出処理Ｓ５４と低精度算出処理Ｓ５５を含んでいる。ピント面Ｆに近い一部の範囲（深度の浅い範囲）では、高精度算出処理Ｓ５４を実行することで、高精度な高さＨ_１（φ）が得られる。また、ピント面Ｆから離れた範囲（深度の深い範囲）でも、低精度算出処理Ｓ５を実行することで、低精度な高さＨ_２（φ）が得られる。以上により、ピント面Ｆから離れた範囲（深度の深い範囲）に含まれる対象物Ｍの高さＨ（φ）の算出を可能としつつ、ピント面Ｆに近い一部の範囲（深度の浅い範囲）では、対象物の高さＨ（φ）を、高精度に算出することが出来る。

【0099】

尚、実施形態２では、Ｓ５２にて、第２位相値φ２の位相次数ｋを次数閾値ｋｏと比較することにより、高精度算出処理（Ｓ５４）と低精度算出処理（Ｓ５５）のいずれを実行するのか判断した。これ以外にも、位相接続後の第２位相値φ'２を位相閾値φｏと比較して、判断してもよい。位相閾値φｏは、高さ閾値Ｈｏに対応する位相値である。

【0100】

判断に第２位相値φ２を用いた場合、精度の高い判断が出来るとメリットがある。また、位相次数ｋを用いた場合、次数は整数であるから、比較が容易であり、計算負担が小さいと言うメリットがある。

【0101】

＜実施形態３＞
図１３は、測定シーケンスのフローチャート図である。実施形態３の算出シーケンスは、Ｓ１０、Ｓ２５、Ｓ３０、Ｓ６０、Ｓ９０の５つのステップから構成されており、実施形態１の算出シーケンスに対して、Ｓ２５、Ｓ６０の算出処理が異なっている。

【0102】

Ｓ１０では、実施形態１の場合と同様に、プロジェクタ２から３種類の縞パターン光Ｌ１～Ｌ３を対象物Ｍに投影し、カメラ３で撮影する処理が実行される。その後、Ｓ２５に移行して解析処理が実行される、解析処理では、Ｓ１０で撮影した各縞パターン光Ｌ１～Ｌ３の画像Ｇについて、輝度Ｉの位相値φの解析に加えて、輝度ＩのパワーＰが解析される。パワーＰは「数式４」より、求めることが出来る。

【0103】

以下、第１縞パターン光Ｌ１の輝度ＩのパワーをＰ１とする。また、第２縞パターン光Ｌ２の輝度Ｉのパワーと、第３縞パターン光Ｌ３の輝度Ｉのパワーを、それぞれＰ２、Ｐ３とする。そして、解析処理が終了すると、Ｓ６０に移行して算出処理が行われる。

【0104】

Ｓ６０の算出処理は、Ｓ６１～Ｓ６７の７つのステップから構成されている。Ｓ６１では、演算装置７により、３つの位相値φ１～φ３のうち、第２位相値φ２と第３位相値φ３を用いて、位相値φ２を位相接続する処理が実行される。

【0105】

Ｓ６２では、演算装置７により、パワーＰ１を輝度閾値Ｐｏと比較して、パワーＰ１が輝度閾値Ｐｏ以上か判断する。輝度閾値Ｐｏは、測定精度を維持するために必要なパワーの下限値である。

【0106】

パワーＰ１が輝度閾値Ｐｏ以上の場合、Ｓ６３に移行する。Ｓ６３に移行すると、演算装置７は、Ｓ６１で位相接続をした第２位相値φ'２を用いて、第１位相値φ１を位相接続する。その後、Ｓ６４に移行する。

【0107】

Ｓ６４に移行すると、演算装置７は、高精度算出処理を実行する。高精度算出処理は、位相接続後の第１位相値φ'１に基づいて対象物Ｍの高さＨ_１（φ）を算出する処理である。

【0108】

一方、パワーＰ１が輝度閾値Ｐｏより小さい場合（Ｓ６２：ＮＯ）、Ｓ６５に移行する。Ｓ６５に移行すると、演算装置７は、パワーＰ２、パワーＰ３を輝度閾値Ｐｏと比較して、パワーＰ２及びパワーＰ３が輝度閾値Ｐｏ以上か判断する。

【0109】

パワーＰ２とパワーＰ３が輝度閾値Ｐｏ以上の場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、Ｓ６６に移行する。Ｓ６６に移行すると、演算装置７は、低精度算出処理を実行する。低精度算出処理は、位相接続後の第２位相値φ'２に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を算出する処理である。

【0110】

パワーＰ２、パワーＰ３のうち、少なくともいずれ一方が、輝度閾値Ｐｏ未満の場合（Ｓ６５：ＮＯ）、Ｓ６７に移行して、その画素Ｐｓを無効画素Ｐｓとして処理する。

【0111】

その後、Ｓ９０では、全画素Ｐｓについて解析が終了したか、判定する処理が行われる。解析が終了していない画素Ｐｓがあれば、Ｓ２０に移行し、次の画素Ｐｓを抽出して位相値φとパワーＰを解析する処理が実行される。

【0112】

このような処理が各画素Ｐｓについて行われ、全対象点の高さＨ（φ）が推定されると、Ｓ９０でＹＥＳ判定され、一連の処理は終了する。

【0113】

実施形態３の算出処理Ｓ６０は、実施形態１と同様に、高精度算出処理Ｓ６４と低精度算出処理Ｓ６６を含んでいる。ピント面Ｆに近い一部の範囲（深度の浅い範囲）では、高精度算出処理Ｓ６４を実行することで、高精度な高さＨ_１（φ）が得られる。また、ピント面Ｆから離れた範囲（深度の深い範囲）でも、低精度算出処理Ｓ６４を実行することで、低精度な高さＨ_２（φ）が得られる。以上により、ピント面Ｆから離れた範囲（深度の深い範囲）に含まれる対象物Ｍの高さＨ（φ）の算出を可能としつつ、ピント面Ｆに近い一部の範囲（深度の浅い範囲）では、対象物の高さＨ（φ）を、高精度に算出することが出来る。

【0114】

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

【0115】

（１）実施形態１では、測定装置１を表面実装機１１に使用した例を示した。測定装置１は、検査装置１００に使用してもよい。検査装置１００は、プリント基板の製造ラインに使用してもよい。検査装置１００は、図１４に示すように、基台３１と、ヘッドユニッ３３と、ヘッドユニット３３を基台３１上で二軸方向（ＸＹ方向）に移動させる駆動装置３４を備えた構成でもよい。測定装置１はヘッドユニット３３に搭載してもよい。ヘッドユニット３３に搭載した測定装置１でプリント基板Ｗを撮影して、プリント基板Ｗに搭載された電子部品Ｂの高さを検査してもよい。また、プリント基板Ｗの各部の高さを測定して、基板Ｗの反りなどを検査してもよい。また、測定装置１は、必ずしも表面実装機１１や検査装置１００の一部である必要はなく、単独で使用してもよい。

【0116】

（２）実施形態１では、縞パターン光の一例として、正弦波を例示したが、明度が周期的に変化する縞状の光であれば、必ずしも正弦波である必要はない。例えば、ノコギリ波でもよい。

【0117】

（３）実施形態１～３では、第２位相値φ２と第３位相値φ３の位相差Δから第２位相値φ２を位相接続した。更に、位相接続後の第２位相値φ'２から第１位相値φ１を位相接続した。そして、高精度算出処理にて、位相接続後の第１位相値φ'１に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_１（φ）を推定した。高精度算出処理は、３つの位相値φ１～φ３を用いて、対象物Ｍの高さＨ_１（φ）を推定するものであれば、どのような方法でもよい。

【0118】

（４）実施形態１～３では、第２位相値φ２と第３位相値φ３の位相差Δから第２位相値φ２を位相接続した。そして、低精度算出処理にて、位相接続後の第２位相値φ'２に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を推定した。低精度算出処理は、２つの位相値φ２、φ３を用いて、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を推定するものであれば、どのような方法でもよい。

【0119】

（５）実施形態１～３では、第２位相値φ２と第３位相値φ３の位相差Δから第２位相値φ２を位相接続した。そして、低精度算出処理にて、位相接続後の第２位相値φ'２に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_２（φ）を推定した。これ以外にも、位相差Δから第３位相値φ３を位相接続してもよい。そして、低精度算出処理にて、位相接続後の第３位相値φ'３に基づいて、対象物Ｍの高さＨ_３（φ）を推定してもよい。Ｈ_３（φ）は低分解能の測定値である。

【符号の説明】

【0120】

１ 測定装置
２ プロジェクタ
３ カメラ
５ 画像処理部
６ メモリ
７ 演算装置
１１ 表面実装機
１００ 検査装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】