特許 7174768 ３次元測定装置

(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】2022-11-09

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】３次元測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20221110BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20221110BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 K

G01B11/00 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020547739

(86)(22)【出願日】2018-09-27

(86)【国際出願番号】 JP2018036029

(87)【国際公開番号】W WO2020065850

(87)【国際公開日】2020-04-02

【審査請求日】2021-02-19

(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】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】田端 伸章

【審査官】梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１８０６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４６５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５３０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４４６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４２１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１７３８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９７９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４１２０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相シフト法により３次元情報を測定する第１測定部と、
光切断法により３次元情報を測定する第２測定部と、
前記第１測定部および前記第２測定部の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得する制御部と、を備え、
前記第１測定部は、前記測定対象の各位置における高さ情報を複数測定するように構成されており、
前記制御部は、前記測定対象の各位置ごとに、前記第１測定部の測定による複数の前記高さ情報と、前記第２測定部の測定による前記高さ情報と、に基づいて、１つの前記高さ情報を取得する、３次元測定装置。

【請求項2】

位相シフト法により３次元情報を測定する第１測定部と、
光切断法により３次元情報を測定する第２測定部と、
前記第１測定部および前記第２測定部の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１測定部の測定に基づいて、各位置における高さを示す高さ情報、および、各位置における前記高さ情報の信頼度を示す信頼度情報を取得し、前記第２測定部の測定に基づいて、前記高さ情報および前記信頼度情報を取得するとともに、前記第１測定部の測定による前記高さ情報および前記信頼度情報と、前記第２測定部の測定による前記高さ情報および前記信頼度情報と、に基づいて、１つの前記高さ情報を取得するように構成されている、３次元測定装置。

【請求項3】

位相シフト法により３次元情報を測定する第１測定部と、
光切断法により３次元情報を測定する第２測定部と、
前記第１測定部および前記第２測定部の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１測定部の測定結果による突起形状を、前記第２測定部の測定結果に基づいてノイズであるか構造物であるかを判断するように構成されている、３次元測定装置。

【請求項4】

前記第１測定部は、第１撮像部と、前記第１撮像部により撮像する第１測定パターンを投影する第１投影部とを含み、前記第１撮像部および前記第１投影部のうち一方は、基準面に対して垂直方向に光軸が配置され、前記第１撮像部および前記第１投影部のうち他方は、一方の光軸方向に対して傾斜した方向に光軸が配置されているとともに複数設けられており、
前記第２測定部は、前記基準面の垂直方向とは傾斜した方向に光軸が配置され、テレセントリック光学系を有する第２撮像部と、前記基準面に対して前記第２撮像部の光軸が正反射した方向の位置に配置され、前記第２撮像部により撮像するライン状の第２測定パターンを投影する第２投影部と、を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の３次元測定装置。

【請求項5】

前記第１測定部は、複数の方向から第１測定パターンを投影して３次元情報を測定するように構成されており、
前記制御部は、前記第１測定部の測定に基づいて、複数の前記高さ情報および前記信頼度情報を取得するとともに、前記第１測定部の測定による複数の前記高さ情報および複数の前記信頼度情報と、前記第２測定部の測定による前記高さ情報および前記信頼度情報と、に基づいて、１つの前記高さ情報を取得するように構成されている、請求項２に記載の３次元測定装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記第２測定部により測定した前記信頼度情報の信頼度が低い前記高さ情報を、前記第１測定部により測定した前記高さ情報により補完するように構成されている、請求項５に記載の３次元測定装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記第１測定部の第１測定パターンを投影する方向が前記測定対象により影となると推定される場合、影となる方向からの測定結果を除外して、前記高さ情報を補完するように構成されている、請求項６に記載の３次元測定装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１測定部の複数の測定による輝度差に基づいて、各位置における前記信頼度情報を取得するように構成されている、請求項２、５、６または７に記載の３次元測定装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記第２測定部の測定による輝度値に基づいて、各位置における前記信頼度情報を取得するように構成されている、請求項２、５、６、７または８に記載の３次元測定装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記第１測定部による測定の前に、前記第２測定部により測定を行い、前記第２測定部の測定結果に基づいて、前記第１測定部の測定高さ位置を調整する制御を行うように構成されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の３次元測定装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記第１測定部による測定の前に、前記第２測定部により測定を行い、前記第２測定部の測定結果に基づいて、前記測定対象の平面位置情報を取得し、前記第１測定部による測定の平面位置を調整する制御を行うように構成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の３次元測定装置。

【請求項12】

前記測定対象は、電子部品が実装された基板である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の３次元測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、３次元測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、３次元測定装置が知られている。このような３次元測定装置は、たとえば、特開２０００－１９３４３２号公報に開示されている。

【0003】

上記特開２０００－１９３４３２号公報には、ライン状のレーザ光を基準面に対して斜め方向から投影して撮像を行う光切断法により３次元形状を測定する測定部を備える３次元測定装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－１９３４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特開２０００－１９３４３２号公報の３次元測定装置では、ライン状のレーザ光を基準面に対して斜め方向から投影しているため、レーザ光が測定対象の３次元形状により影となる領域ができてしまう。このため、影の影響により、測定対象の３次元形状を精度よく測定することが困難であるという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、測定対象の３次元情報を精度よく測定することが可能な３次元測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の第１の局面による３次元測定装置は、位相シフト法により３次元情報を測定する第１測定部と、光切断法により３次元情報を測定する第２測定部と、第１測定部および第２測定部の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得する制御部と、を備え、第１測定部は、測定対象の各位置における高さ情報を複数測定するように構成されており、制御部は、前記測定対象の各位置ごとに、第１測定部の測定による複数の高さ情報と、第２測定部の測定による高さ情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得する。なお、位相シフト法は、正弦波状の光強度分布を有する等間隔の格子状の明暗パターン（縞パターン光）を測定対象に投影し、この明暗パターンの位置（位相）をシフトさせた複数の画像を撮像して、撮像した複数の画像における同一部分の画素値の差異に基づいて、測定対象の立体形状（高さ）を算出する方法である。また、光切断法は、ライン状の光を測定対象に投影し、画像を撮像して、画像内のラインの変形（視差）に基づいて、測定対象の立体形状（高さ）を算出する方法である。

【0008】

この発明の第１の局面による３次元測定装置では、上記のように構成することによって、測定対象を光切断法および位相シフト法の両方により測定するので、光切断法による光の照射が影になる位置でも、位相シフト法の測定により高さ情報を補完することができる。また、光切断法および位相シフト法による複数の方法により３次元情報を取得することができるので、３次元情報の取得精度を高めることができる。これらにより、測定対象の３次元情報を精度よく測定することができる。
この発明の第２の局面による３次元測定装置は、位相シフト法により３次元情報を測定する第１測定部と、光切断法により３次元情報を測定する第２測定部と、第１測定部および第２測定部の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得する制御部と、を備え、制御部は、第１測定部の測定に基づいて、各位置における高さを示す高さ情報、および、各位置における高さ情報の信頼度を示す信頼度情報を取得し、第２測定部の測定に基づいて、高さ情報および信頼度情報を取得するとともに、第１測定部の測定による高さ情報および信頼度情報と、第２測定部の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成されている。
この発明の第３の局面による３次元測定装置は、位相シフト法により３次元情報を測定する第１測定部と、光切断法により３次元情報を測定する第２測定部と、第１測定部および第２測定部の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得する制御部と、を備え、制御部は、第１測定部の測定結果による突起形状を、第２測定部の測定結果に基づいてノイズであるか構造物であるかを判断するように構成されている。

【0009】

上記第１～第３の局面による３次元測定装置において、好ましくは、第１測定部は、第１撮像部と、第１撮像部により撮像する第１測定パターンを投影する第１投影部とを含み、第１撮像部および第１投影部のうち一方は、基準面に対して垂直方向に光軸が配置され、第１撮像部および第１投影部のうち他方は、一方の光軸方向に対して傾斜した方向に光軸が配置されているとともに複数設けられており、第２測定部は、基準面の垂直方向とは傾斜した方向に光軸が配置され、テレセントリック光学系を有する第２撮像部と、基準面に対して第２撮像部の光軸が正反射した方向の位置に配置され、第２撮像部により撮像するライン状の第２測定パターンを投影する第２投影部と、を含む。このように構成すれば、測定対象が鏡面やガラス面などの反射面であったとしても、第２投影部から投影された第２測定パターンを正反射した方向の位置に配置された第２撮像部により確実に撮像することができる。また、第２撮像部は、テレセントリック光学系を有するため、測定対象の反射面により反射された第２測定パターンを光学系により変形させることなく平行に撮像することができる。これにより、反射面を有する測定対象でも３次元情報を精度よく測定することができる。また、第１測定部に、第１投影部または第１撮像部を複数設けることにより、第１測定パターンを投影する方向または撮像する方向を複数にすることができる。これにより、ある位置において、一方の方向からの投影では影ができる場合でも、他方の方向からの投影では影ができるのを抑制することができる。これにより、ある位置における３次元情報を確実に測定することができる。

【0010】

上記第２の局面による３次元測定装置では、制御部は、第１測定部の測定に基づいて、各位置における高さを示す高さ情報、および、各位置における高さ情報の信頼度を示す信頼度情報を取得し、第２測定部の測定に基づいて、高さ情報および信頼度情報を取得するとともに、第１測定部の測定による高さ情報および信頼度情報と、第２測定部の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成されている。これにより、第１測定部の測定による高さ情報と、第２測定部の測定による高さ情報とが大きく異なる場合でも、各々の信頼度情報に基づいて、より信頼度が高い１つの高さ情報を取得することができる。

【0011】

上記第２の局面による３次元測定装置において、好ましくは、第１測定部は、複数の方向から第１測定パターンを投影して３次元情報を測定するように構成されており、制御部は、第１測定部の測定に基づいて、複数の高さ情報および信頼度情報を取得するとともに、第１測定部の測定による複数の高さ情報および複数の信頼度情報と、第２測定部の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成されている。このように構成すれば、位相シフト法を用いた第１測定部により、複数の高さ情報を取得するので、より信頼度が高い１つの高さ情報を取得することができる。

【0012】

上記第１測定部が複数の方向から第１測定パターンを投影して３次元情報を測定する構成において、好ましくは、制御部は、第２測定部により測定した信頼度情報の信頼度が低い高さ情報を、第１測定部により測定した高さ情報により補完するように構成されている。このように構成すれば、光切断法を用いた第２測定部による測定において、影などの影響により信頼度が低くなる場合でも、位相シフト法を用いた第１測定部による測定により高さ情報を補完することができる。

【0013】

この場合、好ましくは、制御部は、第１測定部の第１測定パターンを投影する方向が測定対象により影となると推定される場合、影となる方向からの測定結果を除外して、高さ情報を補完するように構成されている。このように構成すれば、位相シフト法による複数の第１測定パターンの投影方向のうち、影の影響を受けて精度が低くなる投影方向による測定結果を除外することができるので、位相シフト法を用いた第１測定部により測定した複数の高さ情報から、光切断法を用いた第２測定部による高さ情報をより精度よく補完することができる。

【0014】

上記第２の局面による３次元測定装置において、好ましくは、制御部は、第１測定部の複数の測定による輝度差に基づいて、各位置における信頼度情報を取得するように構成されている。このように構成すれば、位相シフト法を用いた第１測定部による複数の測定による輝度差に基づいて信頼度情報を容易に取得することができる。

【0015】

上記第２の局面による３次元測定装置において、好ましくは、制御部は、第２測定部の測定による輝度値に基づいて、各位置における信頼度情報を取得するように構成されている。このように構成すれば、光切断法を用いた第２測定部による輝度値に基づいて信頼度情報を容易に取得することができる。

【0016】

上記第３の局面による３次元測定装置では、制御部は、第１測定部の測定結果による突起形状を、第２測定部の測定結果に基づいてノイズであるか構造物であるかを判断するように構成されている。これにより、第１測定部の位相シフト法の撮像により突起形状に現れる虚像を、第２測定部の光切断法によりノイズであると判断することができるので、ノイズを除去することにより、高さ情報をより精度よく取得することができる。

【0017】

上記第１～第３の局面による３次元測定装置において、好ましくは、制御部は、第１測定部による測定の前に、第２測定部により測定を行い、第２測定部の測定結果に基づいて、第１測定部の測定高さ位置を調整する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、光切断法を用いた第２測定部により測定した３次元情報に基づいて、測定対象の３次元形状に沿うように位相シフト法を用いた第１測定部による測定高さ位置を調整することができるので、画像のピントを合わせやすくすることができる。

【0018】

上記第１～第３の局面による３次元測定装置において、好ましくは、制御部は、第１測定部による測定の前に、第２測定部により測定を行い、第２測定部の測定結果に基づいて、測定対象の平面位置情報を取得し、第１測定部による測定の平面位置を調整する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、位相シフト法を用いた第１測定部により平面位置情報を取得する動作を省略することができるので、第１測定部において改めて平面位置情報を取得する場合に比べて、測定動作に要する時間が長くなるのを抑制することができる。

【0019】

上記第１～第３の局面による３次元測定装置において、好ましくは、測定対象は、電子部品が実装された基板である。このように構成すれば、電子部品が実装された基板の３次元情報を精度よく測定することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、上記のように、測定対象の３次元情報を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態による外観検査装置を示したブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態による外観検査装置の第２測定部を示した図である。

【図3】本発明の一実施形態による外観検査装置の第１測定部を示した図である。

【図4】本発明の一実施形態による外観検査装置の高さ情報の取得を説明するための図である。

【図5】本発明の一実施形態による外観検査装置の第２測定部による高さ測定を説明するための図である。

【図6】本発明の一実施形態による外観検査装置の第２測定部による高さ測定の信頼度を説明するための図である。

【図7】本発明の一実施形態による外観検査装置の第２測定部による高さ測定の信頼度の判定を説明するための図である。

【図8】本発明の一実施形態による外観検査装置の高さ情報のノイズの除去を説明するための図である。

【図9】本発明の一実施形態による外観検査装置の測定時の影領域を説明するための図である。

【図10】本発明の一実施形態による外観検査装置の測定時の影領域の判定を説明するための図である。

【図11】本発明の一実施形態による外観検査装置の測定時の影領域の測定結果の除外を説明するための図である。

【図12】本発明の一実施形態による外観検査装置の測定結果のグルーピングを説明するための図である。

【図13】本発明の一実施形態による外観検査装置の光切断法による測定結果の信頼度が低い場合の測定結果の統合を説明するための図である。

【図14】本発明の一実施形態による外観検査装置の光切断法による測定結果の信頼度が中くらいの場合の測定結果の統合を説明するための図である。

【図15】本発明の一実施形態による外観検査装置の測定結果に外れ値がある場合の測定結果の統合を説明するための図である。

【図16】本発明の一実施形態による外観検査装置の制御装置による３次元情報取得処理を説明するためのフローチャートである。

【図17】本発明の一実施形態による外観検査装置の制御装置による視野毎高さ情報合成処理の第１例を説明するためのフローチャートである。

【図18】本発明の一実施形態による外観検査装置の制御装置による視野毎高さ情報合成処理の第２例を説明するためのフローチャートである。

【図19】本発明の一実施形態による外観検査装置の制御装置による画像の統合処理を説明するためのフローチャートである。

【図20】本発明の一実施形態の第１変形例による外観検査装置の第２測定部を示した図である。

【図21】本発明の一実施形態の第２変形例による外観検査装置の第２測定部を示した図である。

【図22】本発明の一実施形態の第３変形例による外観検査装置の第１測定部を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0023】

図１～図１５を参照して、本発明の一実施形態による外観検査装置１００の構成について説明する。なお、外観検査装置１００は、請求の範囲の「３次元測定装置」の一例である。

【0024】

図１に示すように、本実施形態による外観検査装置１００は、基板製造プロセスにおける製造中または製造後のプリント基板（以下、「基板」という）１１０を検査対象として撮像し、基板１１０および基板１１０上の電子部品１１１（図２参照）に対する各種検査を行う装置である。外観検査装置１００は、電子部品１１１を基板１１０に実装して回路基板を製造するための基板製造ラインの一部を構成している。なお、基板１１０は、請求の範囲の「測定対象」の一例である。

【0025】

基板製造プロセスの概要としては、まず、配線パターンが形成された基板１１０上に、ハンダ印刷装置（図示せず）によって所定のパターンでハンダ（ハンダペースト）の印刷（塗布）が行われる（ハンダ印刷工程）。続いて、ハンダ印刷後の基板１１０に、表面実装機（図示せず）によって電子部品１１１が搭載（実装）される（実装工程）ことにより、電子部品１１１の端子部がハンダ上に配置される。その後、実装済み基板１１０がリフロー炉（図示せず）に搬送されてハンダの溶融および硬化（冷却）が行われる（リフロー工程）ことにより、電子部品１１１の端子部が基板１１０の配線に対して半田接合される。これにより、電子部品１１１が配線に対して電気的に接続された状態で基板１１０上に固定され、基板製造が完了する。

【0026】

外観検査装置１００は、たとえば、ハンダ印刷工程後の基板１１０上のハンダの印刷状態の検査や、実装工程後における電子部品１１１の実装状態の検査、または、リフロー工程後における電子部品１１１の実装状態の検査などに用いられる。したがって、外観検査装置１００は、基板製造ラインにおいて１または複数設けられる。ハンダの印刷状態としては、設計上の印刷位置に対する印刷位置ずれ、ハンダの形状、体積および高さ（塗布量）、ブリッジ（短絡）の有無などの検査が行われる。電子部品１１１の実装状態としては、電子部品１１１の種類および向き（極性）が適正か否か、電子部品１１１の設計上の実装位置に対する位置ずれの量が許容範囲内か、端子部の半田接合状態が正常か否かなどの検査が行われる。また、各工程間での共通の検査内容として、ゴミやその他の付着物などの異物の検出も行われる。

【0027】

図１に示すように、外観検査装置１００は、基板１１０を搬送するための基板搬送コンベア１０と、基板搬送コンベア１０の上方をＸＹ方向（水平方向）およびＺ方向（上下方向）に移動可能なヘッド移動機構２０と、ヘッド移動機構２０によって保持された第１測定部３０および第２測定部４０と、外観検査装置１００の制御を行う制御装置５０とを備えている。なお、制御装置５０は、請求の範囲の「制御部」の一例である。

【0028】

基板搬送コンベア１０は、基板１１０を水平方向に搬送するとともに、所定の検査位置で基板１１０を停止させて保持することが可能なように構成されている。また、基板搬送コンベア１０は、検査が終了した基板１１０を所定の検査位置から水平方向に搬送して、外観検査装置１００から基板１１０を搬出することが可能なように構成されている。

【0029】

ヘッド移動機構２０は、基板搬送コンベア１０の上方に設けられ、たとえばボールネジ軸とサーボモータとを用いた直交３軸（ＸＹＺ軸）ロボットにより構成されている。ヘッド移動機構２０は、これらのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の駆動を行うためのＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびＺ軸モータを備えている。これらのＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびＺ軸モータにより、ヘッド移動機構２０は、第１測定部３０および第２測定部４０を、基板搬送コンベア１０（基板１１０）の上方でＸＹ方向（水平方向）およびＺ方向（上下方向）に移動させることが可能なように構成されている。

【0030】

第１測定部３０は、位相シフト法により３次元情報を測定するように構成されている。第１測定部３０は、第１撮像部３１と、第１投影部３２とを備えている。この第１測定部３０がヘッド移動機構２０によって基板１１０の上方の所定位置に移動されるとともに、第１撮像部３１や第１投影部３２などを用いることによって、第１測定部３０が基板１１０および基板１１０上の電子部品１１１などの外観検査のための撮像を行うように構成されている。

【0031】

第１撮像部３１は、第１投影部３２により縞パターン光が照射された基板１１０を撮像するように構成されている。第１撮像部３１は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子を有している。第１撮像部３１は、略矩形形状の撮像領域において基板１１０を撮像可能なように構成されている。また、第１撮像部３１は、水平方向の基準面に対して垂直方向に光軸３１１が配置されている。つまり、第１撮像部３１は、基板１１０の上面の２次元画像を略垂直上方の位置から撮像するように構成されている。この第１撮像部３１により、第１投影部３２による照明光の下では、２次元画像が得られる。

【0032】

第１投影部３２は、複数設けられている。また、複数の第１投影部３２は、それぞれ、第１撮像部３１の光軸３１１方向に対して傾斜した方向から第１撮像部３１により撮像する第１測定パターンを投影するように構成されている。つまり、第１測定部３０は、複数の方向から第１測定パターンを投影して３次元情報を測定するように構成されている。第１投影部３２は、図３に示すように、上方からみて、第１撮像部３１の周囲を取り囲むように複数個（４個）配置されている。また、４個の第１投影部３２は、撮像中心（第１撮像部３１）から等距離の位置に、略等角度（略９０度）間隔で配列されている。４個の第１投影部３２は、Ａ１方向、Ａ２方向、Ａ３方向、Ａ４方向から、それぞれ、第１測定パターンを投影するように構成されている。また、第１投影部３２は、図１に示すように、それぞれ、第１撮像部３１の光軸３１１に対して斜め方向からから第１測定パターンを投影するように構成されている。また、第１投影部３２は、第１測定パターンとして、正弦波状の光強度分布を有する等間隔の格子状の明暗パターン（縞パターン光）を投影するように構成されている。また、第１投影部３２は、この明暗パターンの位置（位相）をシフトさせて投影するように構成されている。

【0033】

第２測定部４０は、光切断法により３次元情報を測定するように構成されている。第２測定部４０は、第２撮像部４１と、第２投影部４２とを備えている。この第２測定部４０がヘッド移動機構２０によって基板１１０の上方の所定位置に移動されるとともに、第２撮像部４１や第２投影部４２などを用いることによって、第２測定部４０が基板１１０および基板１１０上の電子部品１１１などの外観検査のための撮像を行うように構成されている。

【0034】

第２撮像部４１は、第２投影部４２によりライン状のパターン光が照射された基板１１０を撮像するように構成されている。第２撮像部４１は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子を有している。また、第２撮像部４１は、水平方向の基準面の垂直方向とは傾斜した方向に光軸が配置されている。また、第２撮像部４１は、図２に示すように、テレセントリック光学系４１１を有している。テレセントリック光学系４１１は、光軸に平行な光を第２撮像部４１に入射させるように構成されている。

【0035】

第２投影部４２は、水平方向の基準面に対して第２撮像部４１の光軸が正反射した方向の位置に配置されている。また、第２投影部４２は、第２撮像部４１により撮像するライン状の第２測定パターンを投影するように構成されている。また、第２投影部４２は、レーザ光を照射するように構成されている。また、第２投影部４２は、ライン上のレーザ光をテレセントリック（平行）に照射するように構成されている。第２投影部４２および第２撮像部４１は、ライン状のレーザ光を走査（移動）しながら、基板１１０を撮像するように構成されている。図２に示すように、第２投影部４２は、垂直方向に対して角度θだけ斜めに光軸が配置されている。また、第２撮像部４１は、垂直方向に対して第２投影部４２とは反対側に角度θだけ斜めに光軸が配置されている。これにより、電子部品１１１が鏡面で構成され、第２測定パターンが略全反射される場合でも、第２撮像部４１により第２測定パターンを撮像することが可能である。

【0036】

図１に示すように、制御装置５０は、外観検査装置１００の各部を制御するように構成されている。制御装置５０は、制御部５１と、記憶部５２と、画像処理部５３と、撮像制御部５４と、投影制御部５５と、モータ制御部５６とを含んでいる。

【0037】

制御部５１は、論理演算を実行するＣＰＵ（中央処理装置）などのプロセッサ、ＣＰＵを制御するプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および装置の動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などから構成されている。制御部５１は、ＲＯＭに記憶されているプログラムや、記憶部５２に格納されたソフトウェア（プログラム）に従って、画像処理部５３、撮像制御部５４、投影制御部５５およびモータ制御部５６を介して、外観検査装置１００の各部を制御するように構成されている。そして、制御部５１は、第１測定部３０および第２測定部４０を制御して、基板１１０に対する各種の外観検査を行う。

【0038】

記憶部５２は、各種データの記憶および制御部５１による読み出しが可能な不揮発性の記憶装置からなる。記憶部５２には、第１撮像部３１および第２撮像部４１によって撮像された撮像画像データ、基板１１０に実装される電子部品１１１の設計上の位置情報を定めた基板データ、基板１１０に実装される電子部品１１１の形状を定めた部品形状データベース、第１投影部３２および第２投影部４２が生成する投影パターン（第１測定パターンおよび第２測定パターン）の情報などが記憶されている。制御部５１は、第１測定部３０および第２測定部４０による３次元形状測定による３次元（立体形状）検査に基づいて、基板１１０上のハンダの検査や、基板１１０に実装された電子部品１１１の実装状態検査、および、完成状態の基板１１０の検査などを行う。

【0039】

画像処理部５３は、第１撮像部３１および第２撮像部４１によって撮像された撮像画像（撮像信号）を画像処理して、基板１１０の電子部品１１１や半田接合部（ハンダ）を認識（画像認識）するのに適した画像データを生成するように構成されている。

【0040】

撮像制御部５４は、制御部５１から出力される制御信号に基づいて、第１撮像部３１および第２撮像部４１から所定のタイミングで撮像信号の読み出しを行うとともに、読み出した撮像信号を画像処理部５３に出力するように構成されている。投影制御部５５は、制御部５１から出力される制御信号に基づいて、第１投影部３２および第２投影部４２による投影の制御を行うように構成されている。

【0041】

モータ制御部５６は、制御部５１から出力される制御信号に基づいて、外観検査装置１００の各サーボモータ（ヘッド移動機構２０のＸ軸モータ、Ｙ軸モータおよびＺ軸モータ、基板搬送コンベア１０を駆動するためのモータ（図示せず）など）の駆動を制御するように構成されている。また、モータ制御部５６は、各サーボモータのエンコーダ（図示せず）からの信号に基づいて、第１測定部３０、第２測定部４０および基板１１０などの位置を取得するように構成されている。

【0042】

ここで、本実施形態では、制御装置５０は、第１測定部３０および第２測定部４０の両方の測定結果に基づいて、測定対象の３次元情報を取得するように構成されている。

【0043】

具体的には、制御装置５０は、図４に示すように、第１測定部３０の測定に基づいて、各位置における高さを示す高さ情報、および、各位置における高さ情報の信頼度を示す信頼度情報を取得する。また、制御装置５０は、第２測定部４０の測定に基づいて、高さ情報および信頼度情報を取得する。そして、制御装置５０は、第１測定部３０の測定による高さ情報および信頼度情報と、第２測定部４０の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成されている。

【0044】

まず、制御装置５０は、第２測定部４０の光切断法により、光切断高さ情報を取得する。第２測定部４０は、所定のスキャン幅でレーザスキャンを行い、基板１１０全体の３次元情報を測定する。高さ情報は、各位置（画素に対応）毎に高さに関する数値情報を含んでいる。また、制御装置５０は、光切断信頼度情報を取得する。信頼度情報は、各位置（画素に対応）毎にその位置における高さの信頼度に関する情報を含んでいる。たとえば、信頼度に関する情報は、高、中、低と３段階に分類されている。

【0045】

次に、制御装置５０は、第１測定部３０の位相シフト法により、位相シフト高さ情報を取得する。第１測定部３０は、基板１１０上の必要な位置を順次撮像する。この場合、第１測定部３０は、４つの第１投影部３２により投影を行いながら第１撮像部３１により撮像を行うため、１つの位置につき４つの高さ情報および信頼度情報が得られる。つまり、制御装置５０は、第１測定部３０の測定に基づいて、複数の高さ情報および信頼度情報を取得する。

【0046】

そして、制御装置５０は、第１測定部３０の測定による複数の高さ情報および複数の信頼度情報と、第２測定部４０の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成されている。

【0047】

第１測定部３０による位相シフト法では、正弦波状の光強度分布を有する等間隔の格子状の明暗パターン（縞パターン光）を測定対象に投影し、この明暗パターンの位置（位相）をシフトさせた複数の画像を撮像して、撮像した複数の画像における同一部分の画素値の差異に基づいて、測定対象の立体形状（高さ）を算出する。

【0048】

第１測定部３０による位相シフト法では、制御装置５０は、第１測定部３０の複数の測定による輝度差に基づいて、各位置における信頼度情報を取得するように構成されている。つまり、制御装置５０は、位相をシフトさせた複数の測定による輝度差に基づいて信頼度情報を取得するように構成されている。具体的には、位相をπ／２ずつシフトさせながら、４回撮像を行った場合、各輝度値をｄ０、ｄ１、ｄ２およびｄ３とする。位相シフト角αは、α＝ａｔａｎ（（ｄ２－ｄ０）／（ｄ３－ｄ１））と算出される。また、信頼度Ｒは、Ｒ＝√（（ｄ２－ｄ０）^２＋（ｄ３－ｄ１）^２）と算出される。

【0049】

第２測定部４０による光切断法では、ライン状の光を測定対象に投影し、画像を撮像して、画像内のラインの変形（視差）に基づいて、測定対象の立体形状（高さ）を算出する。たとえば、図５に示すように、電子部品１１１の上面のパターンと、基板１１０の上面のパターンとでは、撮像面において視差Ｐだけずれる。この視差Ｐを用いて、電子部品１１１の高さｈは、ｈ＝Ｐ／２ｓｉｎθと算出される。

【0050】

第２測定部４０による光切断法では、制御装置５０は、第２測定部４０の測定による輝度値に基づいて、各位置における信頼度情報を取得するように構成されている。具体的には、図６に示すように、基板１１０上に鏡面を有する電子部品１１１が搭載されている場合、電子部品１１１上を反射したレーザ光は鏡面反射して第２撮像部４１に到達する。この場合、図７に示すように、同じライン上における輝度値のピークは大きくなる。そして、輝度値のピークが信頼度判定しきい値の「高」よりも大きい場合、制御装置５０は、その位置における高さ情報の信頼度を「高」とする。

【0051】

また、図６に示すように、基板１１０を反射したレーザ光は、拡散して第２撮像部４１に到達する。この場合、図７に示すように、同じライン上における輝度値のピークは中くらいになる。そして、輝度値のピークが信頼度判定しきい値の「高」より小さく「中」以上の場合、制御装置５０は、その位置における高さ情報の信頼度を「中」とする。なお、信頼度が「中」となるのは、鏡面以外の部品の位置なども含まれる。

【0052】

また、図６に示すように、電子部品１１１の影となる部分では、レーザ光は、第２撮像部４１に到達しない。この場合、図７に示すように、同じライン上における輝度値のピークは低くなる。そして、輝度値のピークが信頼度判定しきい値の「中」より小さい場合、制御装置５０は、その位置における高さ情報の信頼度を「低」とする。なお、信頼度が「低」となるのは、電子部品１１１の影や穴、くぼみなどが含まれる。なお、第２投影部４２のレーザ光の光量を変更してより大きくすることにより、基板１１０表面の反射光の輝度を信頼度が高となるようにすることもできる。しかし、その場合には鏡面の反射光の輝度が大きくなりすぎるため、第２撮像部４１の受光状態が飽和してしまい正確な測定ができなくなる虞がある。したがって、レーザ光の光量を鏡面での反射光の輝度が測定に十分で第２撮像部４１の受光状態が飽和しない信頼度が高となる適度なものとすることが好ましい。この場合には基板１１０表面や鏡面でない部品の上面では反射光の輝度が下がり、信頼度としては中のレベルとなり易い。場合によっては、鏡面の反射光も基板１１０表面等の反射光の両者とも信頼度が高となる輝度でありカメラの受光状態も飽和しないようにできることもあり得る。

【0053】

制御装置５０は、図８に示すように、第１測定部３０の測定結果による突起形状を、第２測定部４０の測定結果に基づいてノイズであるか構造物であるかを判断するように構成されている。つまり、図８に示すように、位相シフト法では観測された突起形状が、光切断法により観測されない場合は、制御装置５０は、ノイズと判断し、除去する。また、位相シフト法で観測され、かつ、光切断法でも観測された場合、制御装置５０は、突起形状が構造物（電子部品１１１）であると判断し、ノイズ除去の対象外とする。たとえば、位相シフト法におけるノイズは、半田フィレットの曲面に周辺が写り込むことにより発生する。具体的には、部品接合部の半田フィレットは、半鏡面の曲面となる。そして、半田フィレットの部分に周辺の基板１１０面や部品が縞パターンと共に写り込む。このため、半田フィレット部に、周辺環境の位相縞が観測され、ノイズ要因となる。

【0054】

また、位相シフト法におけるノイズは、多重反射によっても発生する。たとえば、部品側面で反射された縞が、周囲の基板１１０面や部品上に投影される（２次反射縞）。この場合、当該領域では、１次縞に２次縞が重なり、ノイズの要因となる。上記のようなノイズの発生が、複数の異なる高さの測定値が測定される一因と考えられる。

【0055】

制御装置５０は、図９～図１１に示すように、第２測定部４０により測定した信頼度情報の信頼度が低い高さ情報を、第１測定部３０により測定した高さ情報により補完するように構成されている。具体的には、制御装置５０は、第２投影部４２によるレーザ光が影となるような信頼度が低い位置における高さ情報を、第１測定部３０の位相シフト法により測定した高さ情報により補完する。

【0056】

また、制御装置５０は、影領域の周辺の領域Ｂ１～Ｂ４の高さを比較して、どの方向による投影が影となるかを判断する。そして、制御装置５０は、第１測定部３０の第１測定パターンを投影する方向が測定対象により影となると推定される場合、影となる方向からの測定結果を除外して、高さ情報を補完するように構成されている。

【0057】

具体的には、図１０に示すように、制御装置５０は、影領域の右の領域Ｂ２（Ｂ４）の高さが左の領域Ｂ１（Ｂ３）よりも高い場合は、右からの投影が影となると判断する。つまり、制御装置５０は、図１１に示すように、Ａ１方向の第１投影部３２からの投影が影となると判断する。この場合、この影領域において、Ａ１方向の第１投影部３２からの投影を撮像した画像は、画像の補完（統合）に使用されない。

【0058】

また、制御装置５０は、影領域の左の領域Ｂ１（Ｂ３）の高さが右の領域Ｂ２（Ｂ４）よりも高い場合は、左からの投影が影となると判断する。つまり、制御装置５０は、Ａ３方向の第１投影部３２からの投影が影となると判断する。この場合、この影領域において、Ａ３方向の第１投影部３２からの投影を撮像した画像は、画像の補完（統合）に使用されない。

【0059】

また、制御装置５０は、影領域の左の領域Ｂ１（Ｂ３）の高さと右の領域Ｂ２（Ｂ４）とが同じ高さの場合は、右からの投影および左からの投影が影となると判断する。つまり、制御装置５０は、Ａ１方向およびＡ３方向の第１投影部３２からの投影が影となると判断する。この場合、この影領域において、Ａ１方向およびＡ３方向の第１投影部３２からの投影を撮像した画像は、画像の補完（統合）に使用されない。

【0060】

また、制御装置５０は、第１測定部３０による測定の前に、第２測定部４０により測定する制御を行うように構成されている。また、制御装置５０は、第２測定部４０の測定結果に基づいて、第１測定部３０の測定高さ位置を調整する制御を行うように構成されている。つまり、制御装置５０は、第２測定部４０により測定した基板１１０の高さ位置に基づいて、第１測定部３０による撮像のピントが合いやすい位置に第１測定部３０の高さ位置を調整する。

【0061】

また、制御装置５０は、第１測定部３０による測定の前に、第２測定部４０により測定を行い、第２測定部４０の測定結果に基づいて、測定対象の平面位置情報を取得するように構成されている。また、制御装置５０は、第１測定部３０による測定の平面位置を調整する制御を行うように構成されている。具体的には、制御装置５０は、第２測定部４０による撮像に基づいて、基板１１０のフィデューシャルマークを認識する。そして、制御装置５０は、認識したフィデューシャルマークに基づいて、第１測定部３０による測定する水平方向の位置を調整する。

【0062】

また、制御装置５０は、各位置（注目画素）において、第１測定部３０により測定した複数の測定値（高さ情報）と、第２測定部４０により測定した測定値（高さ情報）とを統合して１つの測定値（高さ情報）を取得するように構成されている。たとえば、図１２に示すように、制御装置５０は、第１測定部３０により測定した測定値（高さ情報）（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４）と、第２測定部４０により測定した測定値（高さ情報）（Ｌ１）とをグルーピングしてから統合する。グルーピングでは、各測定値を中心に、データ間範囲しきい値内の測定値が同じグループとされる。測定値Ｌ１のグループは、測定値Ｌ１のみ（１データ）のグループとなる。測定値Ｐ１のグループは、測定値Ｐ１およびＰ２（２データ）のグループとなる。測定値Ｐ２のグループは、測定値Ｐ１、Ｐ２およびＰ３（３データ）のグループとなる。測定値Ｐ３のグループは、測定値Ｐ２およびＰ３（２データ）のグループとなる。測定値Ｐ４のグループは、測定値Ｐ４のみ（１データ）のグループとなる。

【0063】

測定値Ｌ１、Ｐ１～Ｐ４のグループのうち、データ数が多いのは、測定値Ｐ２のグループとなる。そこで、制御装置５０は、データ数が最大グループ（測定値Ｐ２のグループ）の測定値の平均を高さ情報の統合した測定値とする。つまり、統合した測定値Ｈは、Ｈ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）／３と算出される。

【0064】

また、制御装置５０は、各位置（注目画素）において、第２測定部４０により測定した測定値（高さ情報）の信頼度に基づいて、測定値（高さ情報）の統合を行うように構成されている。たとえば、図１３に示すように、第２測定部４０により測定した測定値Ｌ１の信頼度が低い場合、制御装置５０は、信頼度が低い第２測定部４０による測定値Ｌ１を除外した上で、信頼度が有効範囲内の第１測定部３０の測定値Ｐ１～Ｐ４の統合を行う。具体的には、制御装置５０は、測定値Ｐ１～Ｐ４のうち、設定された公差により抽出された複数の測定値の平均を高さ情報の統合した測定値とする。図１３の例の場合、測定値Ｐ１およびＰ２の距離が公差の範囲内であるので、統合した測定値Ｈは、Ｈ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２と算出される。

【0065】

また、図１４に示すように、第２測定部４０により測定した測定値Ｌ１の信頼度が中の場合、制御装置５０は、測定値Ｌ１を中心として公差内の測定値の平均を高さ情報の統合した測定値とする。これは、光切断法を用いた第２測定部４０による計測値が最も信頼できるということに基づいている。図１４の例の場合、測定値Ｐ３およびＰ４が測定値Ｌ１の公差の範囲内にあるので、統合した測定値Ｈは、Ｈ＝（Ｐ３＋Ｐ４＋Ｌ１）／３と算出される。

【0066】

また、図１５に示すように、第２測定部４０により測定した測定値Ｌ１の信頼度が中～高であっても、第１測定部３０により測定した測定値Ｐ１～Ｐ４の集合状態を考慮して、制御装置５０は、測定値Ｌ１を除外した上で、測定値の統合を行う。図１５の例の場合、測定値Ｐ１～Ｐ４のうち過半数の測定値Ｐ１～Ｐ３が公差の範囲内に集合している。これにより、測定値Ｐ１～Ｐ３との距離が公差以上の測定値Ｌ１は、外れ値とされる。また、同様に、測定値Ｐ１～Ｐ３との距離が公差以上の測定値Ｐ４は、外れ値とされる。そして、統合した測定値Ｈは、Ｈ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）／３と算出される。

【0067】

(３次元情報取得処理の説明)
次に、図１６を参照して、制御装置５０による３次元情報取得処理について説明する。

【0068】

図１６のステップＳ１において、基板１１０が基板搬送コンベア１０により搬入される。ステップＳ２において、第２測定部４０により光切断法の撮像が行われる。この場合、基板１１０全体のスキャン（撮像）が行われる。

【0069】

ステップＳ３において、第１測定部３０により撮像するための視野を移動する。ステップＳ４において、第１測定部３０により移動された視野における位相シフト法の撮像が行われる。

【0070】

ステップＳ５において、撮像した視野の高さ情報が合成される。ステップＳ６において、第１測定部３０により全視野の撮像が完了したか否かが判断される。全視野の撮像が完了していなければ、ステップＳ３に戻る。全視野の撮像が完了していれば、ステップＳ７に進む。

【0071】

ステップＳ７において、基板１１０が基板搬送コンベア１０により搬出される。その後、３次元情報取得処理が終了される。

【0072】

（視野毎高さ情報合成処理（第１例）の説明）
図１７を参照して、制御装置５０による図１６のステップＳ５における視野毎高さ情報合成処理（第１例）について説明する。

【0073】

図１７のステップＳ１１において、方向別の位相シフト画像を統合した画像（高さ情報）が作成される。具体的には、４つの方向から撮像した位相シフト画像が統合された高さ情報が作成される。

【0074】

ステップＳ１２において、位相シフト法の統合画像の注目画素の信頼度が判断される。注目画素の信頼度が低ければ、ステップＳ１３に進み、注目画素の信頼度が高ければ、ステップＳ１７に進む。

【0075】

ステップＳ１３において、光切断法の画像の注目画素の信頼度が判断される。注目画素の信頼度が低ければ、ステップＳ１４に進み、注目画素の信頼度が高ければ、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１４において、注目画素の高さ情報が欠落（値なし）にされる。

【0076】

ステップＳ１５において、注目画素の高さ情報が光切断法の画像の測定値に置換される。ステップＳ１６において、視野内の全画素の高さ情報の合成（統合）が完了したか否かが判断される。完了すれば、視野毎高さ情報合成処理が終了される。完了していなければ、ステップＳ１７に進む。

【0077】

ステップＳ１７において、高さ情報の合成処理が次の画素に切り替えられる。その後、ステップＳ１２に戻る。

【0078】

（視野毎高さ情報合成処理（第２例）の説明）
図１８を参照して、制御装置５０による図１６のステップＳ５における視野毎高さ情報合成処理（第２例）について説明する。

【0079】

図１８のステップＳ２１において、光切断法の画像の注目画素の信頼度が判断される。注目画素の信頼度が高ければ、ステップＳ２２に進み、注目画素の信頼度が中であれば、ステップＳ２３に進み、注目画素の信頼度が低ければ、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２２において、注目画素の高さ情報が光切断法の画像の測定値にされる。その後、ステップＳ２５に進む。

【0080】

ステップＳ２３において、方向別の位相シフト法の画像の測定値と光切断法の画像の測定値とを合成（統合）した測定値が算出される。そして、算出された測定値が注目画素の高さ情報にされる。その後、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２４において、方向別の位相シフト法の画像の測定値を合成（統合）した測定値が算出される。そして、算出された測定値が注目画素の高さ情報にされる。その後、ステップＳ２５に進む。

【0081】

ステップＳ２５において、視野内の全画素の情報の合成（統合）が完了したか否かが判断される。完了すれば、視野毎高さ情報合成処理が終了される。完了していなければ、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６において、高さ情報の合成処理が次の画素に切り替えられる。その後、ステップＳ２１に戻る。

【0082】

（画像の統合処理の説明）
図１９を参照して、制御装置５０による画像の統合処理について説明する。この画像の統合処理では、測定した高さ情報（測定値）を各位置においてそれぞれ統合（合成）する処理が行われる。

【0083】

図１９のステップＳ３１において、信頼度の低い高さ情報のデータが統合の対象から除外される。ステップＳ３２において、有効データの数が判断される。有効データの数が２以上の場合、ステップＳ３３に進み、有効データの数が１の場合、ステップＳ３９に進み、有効データの数が０の場合、ステップＳ４０に進む。

【0084】

ステップＳ３３において、図１２に示すように、有効データをデータ間範囲しきい値によりグルーピングする。つまり、ある有効データを中心にデータ間範囲しきい値内の有効データを１つのグループとする。グループは、最大で有効データの数だけ生成される。ステップＳ３４において、複数あるか否かが判断される。データの数が最大のグループが複数なければ（１つであれば）、ステップＳ３５に進み、データの数が最大のグループが複数あれば、ステップＳ３６に進む。

【0085】

ステップＳ３５において、データの数が最大のグループの測定値の平均値が統合した測定値とされる。その後、画像の統合処理が終了される。

【0086】

ステップＳ３６において、光切断法による測定値を含むグループがあるか否かが判断される。光切断法による測定値を含むグループがない場合、ステップＳ３７に進み、光切断法による測定値を含むグループがある場合、ステップＳ３８に進む。ステップＳ３７において、グループ内の複数のデータ間の距離の合計が最小のグループの測定値の平均値が統合した測定値とされる。その後、画像の統合処理が終了される。

【0087】

ステップＳ３８において、光切断法による測定値を含むグループの測定値の平均値が統合した測定値とされる。その後、画像の統合処理が終了される。

【0088】

ステップＳ３９において、除外されずに残った１つの有効データが統合した測定値とされる。その後、画像の統合処理が終了される。

【0089】

ステップＳ４０において、注目画素の高さ情報が欠落（値なし）にされる。その後、画像の統合処理が終了される。

【0090】

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0091】

本実施形態では、上記のように、測定対象を光切断法および位相シフト法の両方により測定するので、光切断法による光の照射が影になる位置でも、位相シフト法の測定により高さ情報を補完することができる。また、光切断法および位相シフト法による複数の方法により３次元情報を取得することができるので、３次元情報の取得精度を高めることができる。これらにより、測定対象の３次元情報を精度よく測定することができる。

【0092】

また、本実施形態では、上記のように、第１測定部３０は、基準面に対して垂直方向に光軸が配置された第１撮像部３１と、第１撮像部３１の光軸方向に対して傾斜した方向から第１撮像部３１により撮像する第１測定パターンを投影する複数の第１投影部３２と、を含む。第２測定部４０は、基準面の垂直方向とは傾斜した方向に光軸が配置され、テレセントリック光学系４１１を有する第２撮像部４１と、基準面に対して第２撮像部４１の光軸が正反射した方向の位置に配置され、第２撮像部４１により撮像するライン状の第２測定パターンを投影する第２投影部４２と、を含む。これにより、測定対象が鏡面やガラス面などの反射面であったとしても、第２投影部４２から投影された第２測定パターンを正反射した方向の位置に配置された第２撮像部４１により確実に撮像することができる。また、第２撮像部４１は、テレセントリック光学系４１１を有するため、測定対象の反射面により反射された第２測定パターンを光学系により変形させることなく平行に撮像することができる。これにより、反射面を有する測定対象でも３次元情報を精度よく測定することができる。また、第１測定部３０に、第１投影部３２を複数設けることにより、第１測定パターンを投影する方向を複数にすることができる。これにより、ある位置において、一方の方向からの投影では影ができる場合でも、他方の方向からの投影では影ができるのを抑制することができる。これにより、ある位置における３次元情報を確実に測定することができる。

【0093】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０の測定による高さ情報および信頼度情報と、第２測定部４０の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成する。これにより、第１測定部３０の測定による高さ情報と、第２測定部４０の測定による高さ情報とが大きく異なる場合でも、各々の信頼度情報に基づいて、より信頼度が高い１つの高さ情報を取得することができる。

【0094】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０の測定による複数の高さ情報および複数の信頼度情報と、第２測定部４０の測定による高さ情報および信頼度情報と、に基づいて、１つの高さ情報を取得するように構成する。これにより、位相シフト法を用いた第１測定部３０により、複数の高さ情報を取得するので、より信頼度が高い１つの高さ情報を取得することができる。

【0095】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第２測定部４０により測定した信頼度情報の信頼度が低い高さ情報を、第１測定部３０により測定した高さ情報により補完するように構成する。これにより、光切断法を用いた第２測定部４０による測定において、影などの影響により信頼度が低くなる場合でも、位相シフト法を用いた第１測定部３０による測定により高さ情報を補完することができる。

【0096】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０の第１測定パターンを投影する方向が測定対象により影となると推定される場合、影となる方向からの測定結果を除外して、高さ情報を補完するように構成する。これにより、複数の第１測定パターンの投影方向のうち、影の影響を受けて精度が低くなる投影方向による測定結果を除外することができるので、位相シフト法を用いた第１測定部３０により測定した複数の高さ情報から、光切断法を用いた第２測定部４０による高さ情報をより精度よく補完することができる。

【0097】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０の複数の測定による輝度差に基づいて、各位置における信頼度情報を取得するように構成する。これにより、位相シフト法を用いた第１測定部３０による複数の測定による輝度差に基づいて信頼度情報を容易に取得することができる。

【0098】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第２測定部４０の測定による輝度値に基づいて、各位置における信頼度情報を取得するように構成する。これにより、光切断法を用いた第２測定部４０による輝度値に基づいて信頼度情報を容易に取得することができる。

【0099】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０の測定結果による突起形状を、第２測定部４０の測定結果に基づいてノイズであるか構造物であるかを判断するように構成する。これにより、第１測定部３０の位相シフト法の撮像により突起形状に現れる虚像を、第２測定部４０の光切断法によりノイズであると判断することができるので、ノイズを除去することにより、高さ情報をより精度よく取得することができる。

【0100】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０による測定の前に、第２測定部４０により測定を行い、第２測定部４０の測定結果に基づいて、第１測定部３０の測定高さ位置を調整する制御を行うように構成する。これにより、光切断法を用いた第２測定部４０により測定した３次元情報に基づいて、測定対象の３次元形状に沿うように位相シフト法を用いた第１測定部３０による測定高さ位置を調整することができるので、画像のピントを合わせやすくすることができる。

【0101】

また、本実施形態では、上記のように、制御装置５０を、第１測定部３０による測定の前に、第２測定部４０により測定を行い、第２測定部４０の測定結果に基づいて、測定対象の平面位置情報を取得し、第１測定部３０による測定の平面位置を調整する制御を行うように構成する。これにより、位相シフト法を用いた第１測定部３０により平面位置情報を取得する動作を省略することができるので、第１測定部３０において改めて平面位置情報を取得する場合に比べて、測定動作に要する時間が長くなるのを抑制することができる。

【0102】

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0103】

たとえば、上記実施形態では、第２投影部が基準面に対して第２撮像部の光軸が正反射した方向の位置に配置されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図２０に示す実施形態の第１変形例のように、第２撮像部４１が基準面に対して垂直方向に光軸を有するように配置されており、第２投影部４２が第２撮像部４１の光軸に対して所定の角度傾斜する方向に配置されていてもよい。

【0104】

また、図２１に示す実施形態の第２変形例のように、第２撮像部４１が基準面に対して垂直方向に光軸を有するように配置されており、複数の第２投影部４２が第２撮像部４１の光軸に対して所定の角度傾斜する方向に配置されていてもよい。

【0105】

また、上記実施形態では、第１測定部に、基準面に対して垂直方向に光軸が配置された第１撮像部と、第１撮像部の光軸方向に対して傾斜した方向に光軸が配置された複数の第１投影部とを設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図２２に示す実施形態の第３変形例のように、第１測定部３０に、基準面に対して垂直方向に光軸が配置された第１投影部３２と、第１投影部３２の光軸方向に対して傾斜した方向に光軸が配置された複数の第１撮像部３１とを設けてもよい。この場合、第１投影部３２にテレセントリック光学系３２１を設けてもよい。これにより、基準面に対して第１測定パターンが垂直に投影される。その結果、２次反射を抑制することができるので、２次縞が発生するのを抑制することが可能である。また、第１撮像部３１は、上方からみて、第１投影部３２の周囲を取り囲むように複数配置してもよい。また、複数の第１撮像部３１は、投影中心（第１投影部３２）から等距離の位置に、略等角度間隔で配列してもよい。これにより、複数の第１撮像部３１により同時に撮像することによって、別個に撮像する場合に比べて、撮像時間を短縮することが可能である。つまり、撮像方向を増やしたとしても、撮像時間が増加するのを抑制することが可能である。

【0106】

また、上記実施形態では、本発明の３次元測定装置を、基板を検査する外観検査装置に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、異物検査装置、半田印刷検査装置および部品検査装置などのほかの３次元測定にも適用可能である。また、本発明は、基板を検査する以外の装置にも適用可能である。

【0107】

また、上記実施形態では、第１測定部に４つの第１投影部が設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１測定部に４つ以外の単数または複数の第１投影部が設けられていてもよい。

【0108】

また、上記実施形態では、第２撮像部がテレセントリック光学系を有し、第２投影部が光をテレセントリックに投影する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２投影部からテレセントリックではない広がる光を投影してもよいし、第２撮像部がテレセントリック光学系を有していなくてもよい。

【0109】

また、上記実施形態では、第２測定部の信頼度情報を高、中、低の３段階に分類する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２測定部の信頼度情報を２段階または４段階以上に分類してもよい。また、第２測定部の信頼度情報を無段階の数値としてもよい。

【0110】

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御装置（制御部）の制御処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

【符号の説明】

【0111】

３０ 第１測定部
３１ 第１撮像部
３２ 第１投影部
４０ 第２測定部
４１ 第２撮像部
４２ 第２投影部
５０ 制御装置（制御部）
１００ 外観検査装置（３次元測定装置）
１１０ 基板（測定対象）
１１１ 電子部品
４１１ テレセントリック光学系

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】