(57)【要約】【課題】被写界深度を超える高低差を有する検査対象に対しても、適切な高さ計測を可能とする。【解決手段】複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段２２８と、高さ画像を検査対象画像として、該検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査手段２１６と、検査対象物Ｓの異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段１００で撮像するための撮像条件として、該検査対象物Ｓの検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定するための検査設定手段２５１と、検査設定手段２５１で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、撮像手段１００で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定可能な撮像高さ範囲設定手段２２４とを備える。【選択図】図５
2015145797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を撮像した検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査装置であって、
検査対象物を載置するためのステージと、
検査対象物に対して斜め方向から測定光を投光して構造化照明を行うための測定光投光手段と、
前記測定光投光手段で投光され、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像するための撮像手段と、
前記複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、
前記高さ画像を検査対象画像として、該検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査手段と、
検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定するための検査設定手段と、
前記検査設定手段で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、前記撮像手段で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定可能な撮像高さ範囲設定手段と
を備えることを特徴とする画像検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像検査装置であって、
前記撮像高さ範囲設定手段が、検査対象高さＺａとＺｂを一の被写界深度内に含めるように撮像高さ範囲を設定する際、被写界深度の中心である合焦位置を
（Ｚａ＋Ｚｂ）／２
に設定するよう構成してなることを特徴とする画像検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像検査装置であって、さらに、
前記撮像高さ範囲設定手段で複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように撮像高さ範囲を設定する際、
より多くの検査対象高さを同一の被写界深度内に含めることで撮像に要する時間を短縮する速度優先モードと、
被写界深度の中心である合焦位置の近傍に検査対象高さを設定することで、高さ測定の精度を高める精度優先モードと
を選択可能な撮像高さ範囲モード選択手段を備えることを特徴とする画像検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の画像検査装置であって、さらに、
前記ステージを自動で上下に駆動させるための駆動機構を備えることを特徴とする画像検査装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の画像検査装置であって、
前記検査設定手段が、撮像条件として、高さ画像を生成するための縞投影画像を取得可能な、前記ステージ上における検査対象物を載置する載置設定位置を含めて設定可能とすることを特徴とする画像検査装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の画像検査装置であって、さらに、
検査対象物が前記ステージ上に置かれた初期位置と、前記検査条件として設定された載置設定位置とを比較して、該初期位置で高さ情報が取得可能かどうかを判定し、該判定結果が高さ情報取得不可能である場合に、該判定結果に基づく所定の出力を行う判定出力手段とを備えることを特徴とする画像検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像検査装置であって、
前記判定出力手段が、前記検査設定手段で設定された前記ステージ上の載置設定位置に、検査対象物を載置させるように誘導するための誘導手段であることを特徴とする画像検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像検査装置であって、
前記誘導手段は、前記ステージ上に検査対象物が置かれた状態で、所定の精度で計測が行えないと判定した場合に、誘導を実行するよう構成してなることを特徴とする画像検査装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記検査設定手段で設定する検査条件が、前記ステージ上の載置設定位置に加えて、該載置設定位置に載置される検査対象物の姿勢を規定した載置設定姿勢を含むことを特徴とする画像検査装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記検査設定手段で設定する検査条件が、照明光の方向、照明光の明るさ、前記撮像手段の露光時間、前記ステージの位置の少なくともいずれかを含むことを特徴とする画像検査装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記撮像高さ範囲設定手段が、前記検査設定手段で設定された複数の検査対象高さが、一の被写界深度内に含まれているかどうかを判定し、含まれていない場合に、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さ範囲を設定した複数の検査設定を生成可能としてなることを特徴とする画像検査装置。
【請求項１２】
検査対象物を撮像した検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査装置であって、
検査対象物を載置するためのステージと、
検査対象物に対して斜め方向から測定光を投光して構造化照明を行うための測定光投光手段と、
前記測定光投光手段で投光され、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像するための撮像手段と、
前記複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、
前記高さ画像を検査対象画像として、該検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査手段と、
検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定するための検査設定手段と、
前記検査設定手段で設定された複数の検査対象高さが、一の被写界深度内に含まれているかどうかを判定し、含まれていない場合に、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さ範囲を設定した複数の検査設定を生成可能な撮像高さ範囲設定手段と
を備えることを特徴とする画像検査装置。
【請求項１３】
検査対象物を含む検査対象画像を撮像して、該撮像された検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査方法であって、
検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定する工程と、
前記設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、前記撮像手段で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定する工程と、
前記検査設定に従って、前記ステージ上に載置された検査対象物に対して、測定光投光手段で斜め方向から測定光を投光する構造化照明を行い、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像手段で、撮像高さ範囲において撮像し、得られた複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する工程と、
前記撮像手段で撮像された検査対象物の画像に対して、画像検査手段で所定の画像検査を実行する工程と、
を含むことを特徴とする画像検査方法。
【請求項１４】
検査対象物を含む検査対象画像を撮像して、該撮像された検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査プログラムであって、
検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定する検査設定機能と、
前記検査設定機能で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、前記撮像手段で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定する撮像高さ範囲設定機能と、
前記撮像高さ範囲設定機能で設定された検査設定に従って、前記ステージ上に載置された検査対象物に対して、測定光投光手段で斜め方向から測定光を投光する構造化照明を行い、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像手段で、撮像高さ範囲において撮像し、得られた複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する高さ画像生成機能と、
前記撮像手段で撮像された検査対象物の画像に対して、画像検査手段で所定の画像検査を実行する検査機能と
をコンピュータに実現させることを特徴とする画像検査プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物に対して所定の検査を行うための画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象物の寸法や形状を測定するための技術として、検査対象物に光を照射して、その透過光又は反射光を、受光レンズを用いて撮像手段に結像させ、得られた電子画像をコンピュータで画像処理することによって求める方法が知られている。この方法を実現する装置は画像計測装置等と呼ばれる。画像計測装置は、図５０に示すように、検査対象物を照明するための照明ユニット、照明光源、検査対象物の載置するステージ、受光レンズ、カメラ、コントローラ、ディスプレイ、マウス、キーボードを備える。ユーザは、検査対象物をこの画像計測装置のステージに載せ、適切な照明を施してディスプレイ上に検査対象物の画像を映し出す。このようなディスプレイ上に表示される検査対象物の表示例を図５１に示す。
【０００３】
画像計測装置で撮像して得られた画像に対して画像処理を行い、点や直線、円等のエッジを抽出し、得られたエッジを用いてエッジ間で距離や角度、エッジ自身のパラメータ（例えば点であれば座標、円や円弧であれば直径や中心点座標等）等を測定することができる。また、測定結果をディスプレイに表示させる用途の他、測定した結果に基づいて、所定の条件（例えば寸法が所定の誤差範囲内か）を満たしているか否かを判定し、満たしていない場合は不合格として除外するといった検査装置としても、製造現場などで広く利用されている。
【０００４】
このような画像計測装置は、二次元の画像に対して画像処理を測定していた。一方で検査対象物の三次元の画像データを測定する測定装置も知られており、これを利用した三次元画像の検査装置に応用することが考えられる。例えば検査対象物の高さが、所望の高さとなっているかどうかを判定する検査装置としての応用が可能となる。
【０００５】
検査対象物の三次元形状を測定するには、構造化照明を検査対象物に対して照射して、検査対象物の表面で反射された反射光から得られる縞投影画像を用いた三角測距を用いた計測方法が知られている。このような装置は、図５２に示すように、投光部１１０から出射される測定光の光軸と受光部１２０に入射する測定光の光軸（受光部１２０の光軸）との間の角度αが予め設定されている。ここでステージ１４０上に検査対象物Ｓが載置されない場合には、投光部１１０から出射される測定光は、ステージ１４０の載置面の点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射される。一方、ステージ１４０上に検査対象物Ｓが載置される場合、投光部１１０から出射される測定光は、検査対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射される。そして点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離ｄを測定し、この距離ｄに基づいて検査対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。検査対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、検査対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。検査対象物Ｓの表面の全ての点に測定光を照射するために、投光部１１０からは所定の構造化測定光パターンに従って測定光が出射され、縞状の測定光を用いた縞投影法によって検査対象物Ｓの三次元形状を効率よく測定する。
【０００６】
三角測距方式の計測装置では、検査対象物の表面に光が照射され、その反射光が１次元又は二次元に配列された画素を有する受光素子により受光される受光量分布のピーク位置に基づいて、検査対象物の表面の高さを計測することができる。これにより、検査対象物の表面を走査することで、検査対象物の表面形状を測定することが可能となる。
【０００７】
さらに、このようにして得られた三次元画像を用いて、二次元情報に基づく寸法測定と、三次元情報に基づく高さ測定とを組み合わせた計測を高精度に行うことが考えられる。この場合において、二次元情報の場合は、透過照明や落射照明、リング照明等で検査対象物に照明光を照射し、得られた光学画像を画像処理することで、検査対象物の二次元寸法や形状を測定することができる。一方、三次元の高さ測定の場合は、図５２に示すように検査対象物の斜め上方から構造化照明を照射させ、得られた画像を画像処理する方法を採用できる。また、このような三次元の計測装置の例を図５３に示す。この例では、検査対象物の上方の左右にそれぞれ投光部を配置して、構造化照明を照射している。そして左右の投光部でそれぞれ得られた縞投影画像を合成することで、三次元の高さ画像を生成している。
【０００８】
しかしながら、高さ情報を計測可能な測定装置では、被写界深度の制限があるため、測定したい検査対象物の高さが、この被写界深度の範囲内に含まれていない場合には、測定できないという問題があった。特に、高さ情報に基づき、検査対象物の高低差を測定するような用途においては、高低差の範囲が被写界深度よりも大きい場合は、計測ができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１３２７４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、被写界深度を超える高低差を有する検査対象に対しても、適切な高さ計測が可能な画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る画像検査装置によれば、検査対象物を撮像した検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査装置であって、検査対象物を載置するためのステージと、検査対象物に対して斜め方向から測定光を投光して構造化照明を行うための測定光投光手段と、前記測定光投光手段で投光され、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像するための撮像手段と、前記複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、前記高さ画像を検査対象画像として、該検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査手段と、検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定するための検査設定手段と、前記検査設定手段で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、前記撮像手段で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定可能な撮像高さ範囲設定手段とを備えることができる。上記構成により、検査設定毎に高さ画像を撮像するのでなく、複数の検査設定を纏めて一の高さ画像に含めることが可能となり、撮像に要するタクトタイムを短縮できる利点が得られる。
【００１２】
また第２の側面に係る画像検査装置によれば、前記撮像高さ範囲設定手段が、検査対象高さＺａとＺｂを一の被写界深度内に含めるように撮像高さ範囲を設定する際、被写界深度の中心である合焦位置を（Ｚａ＋Ｚｂ）／２に設定するよう構成できる。上記構成により、検査対象高さＺａとＺｂのそれぞれに対してほぼ等しい精度にて高さ計測を行うことが可能となる。
【００１３】
さらに第３の側面に係る画像検査装置によれば、さらに前記撮像高さ範囲設定手段で複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように撮像高さ範囲を設定する際、より多くの検査対象高さを同一の被写界深度内に含めることで撮像に要する時間を短縮する速度優先モードと、被写界深度の中心である合焦位置の近傍に検査対象高さを設定することで、高さ測定の精度を高める精度優先モードとを選択可能な撮像高さ範囲モード選択手段を備えることができる。上記構成により、高さ測定の精度を優先するか、速度を優先するか、検査用途や目的などに応じて適宜使い分けることが可能となり、より柔軟な画像検査が実現できる。例えば、同一の被写界深度に含めたい検査対象高さ同士の差が、被写界深度とほぼ同じ程度に離れているような場合には、一の被写界深度に纏めるよりも、敢えて個別の被写界深度に分けて撮像した方が、精度よく高さ測定を行える。このように、要求される精度や速度に応じた柔軟な撮像高さ範囲に設定することで、使い勝手のよい画像検査が実現される。
【００１４】
さらにまた第４の側面に係る画像検査装置によれば、さらに前記ステージを自動で上下に駆動させるための駆動機構を備えることができる。上記構成により、ステージの高さを自動で調整して撮像高さを設定できる。
【００１５】
さらにまた第５の側面に係る画像検査装置によれば、前記検査設定手段が、撮像条件として、高さ画像を生成するための縞投影画像を取得可能な、前記ステージ上における検査対象物を載置する載置設定位置を含めて設定可能とできる。上記構成により、検査対象物を高さ情報を用いて検査するためにユーザがステージ上に検査対象物を置く際に、正確な高さ情報が取得できない位置に置かれた場合には、判定手段でもって高さ情報取得不可能である旨が出力されるので、無駄な検査を実行することを回避できる。
【００１６】
さらにまた第６の側面に係る画像検査装置によれば、さらに検査対象物が前記ステージ上に置かれた初期位置と、前記検査条件として設定された載置設定位置とを比較して、該初期位置で高さ情報が取得可能かどうかを判定し、該判定結果が高さ情報取得不可能である場合に、該判定結果に基づく所定の出力を行う判定出力手段とを備えることができる。上記構成により、検査対象物を高さ情報を用いて検査するためにユーザがステージ上に検査対象物を置く際に、正確な高さ情報が取得できない位置に置かれた場合には、判定手段でもって高さ情報取得不可能である旨が出力されるので、無駄な検査を実行することを回避できる。
【００１７】
さらにまた第７の側面に係る画像検査装置によれば、前記判定出力手段を、前記検査設定手段で設定された前記ステージ上の載置設定位置に、検査対象物を載置させるように誘導するための誘導手段とできる。上記構成により、検査対象物を検査する際に、誘導手段でもって正しい載置設定位置に検査対象物を載置させることにより正確な検査を実現できる。
【００１８】
さらにまた第８の側面に係る画像検査装置によれば、前記誘導手段を、前記ステージ上に検査対象物が置かれた状態で、所定の精度で計測が行えないと判定した場合に、誘導を実行するよう構成できる。上記構成により、検査対象物が置かれた状態のままで計測が可能であれば誘導機能を実行することなく検査を実行し、所定の精度での計測ができない場合にのみ誘導機能を実行するようにして、効率のよい処理が可能となる。
【００１９】
さらにまた第９の側面に係る画像検査装置によれば、前記検査設定手段で設定する検査条件が、前記ステージ上の載置設定位置に加えて、該載置設定位置に載置される検査対象物の姿勢を規定した載置設定姿勢を含むことができる。
【００２０】
さらにまた第１０の側面に係る画像検査装置によれば、前記検査設定手段で設定する検査条件が、照明光の方向、照明光の明るさ、前記撮像手段の露光時間、前記ステージの位置の少なくともいずれかを含むことができる。
【００２１】
さらにまた第１１の側面に係る画像検査装置によれば、前記撮像高さ範囲設定手段が、前記検査設定手段で設定された複数の検査対象高さが、一の被写界深度内に含まれているかどうかを判定し、含まれていない場合に、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さ範囲を設定した複数の検査設定を生成可能とすることができる。上記構成により、検査したい複数の検査対象高さが一の被写界深度内に含むことができない場合でも、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さを設定した複数の検査設定を生成することができる。
【００２２】
さらにまた第１２の側面に係る画像検査装置によれば、検査対象物を撮像した検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査装置であって、検査対象物を載置するためのステージと、検査対象物に対して斜め方向から測定光を投光して構造化照明を行うための測定光投光手段と、前記測定光投光手段で投光され、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像するための撮像手段と、前記複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、前記高さ画像を検査対象画像として、該検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査手段と、検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定するための検査設定手段と、前記検査設定手段で設定された複数の検査対象高さが、一の被写界深度内に含まれているかどうかを判定し、含まれていない場合に、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さ範囲を設定した複数の検査設定を生成可能な撮像高さ範囲設定手段とを備えることができる。上記構成により、検査したい複数の検査対象高さが一の被写界深度内に含むことができない場合でも、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さを設定した複数の検査設定を生成することができる。
【００２３】
さらにまた第１３の側面に係る画像検査方法によれば、検査対象物を含む検査対象画像を撮像して、該撮像された検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査方法であって、検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定する工程と、前記設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、前記撮像手段で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定する工程と、前記検査設定に従って、前記ステージ上に載置された検査対象物に対して、測定光投光手段で斜め方向から測定光を投光する構造化照明を行い、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像手段で、撮像高さ範囲において撮像し、得られた複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する工程と、前記撮像手段で撮像された検査対象物の画像に対して、画像検査手段で所定の画像検査を実行する工程とを含むことができる。これにより、検査設定毎に高さ画像を撮像するのでなく、複数の検査設定を纏めて一の高さ画像に含めることが可能となり、撮像に要するタクトタイムを短縮できる利点が得られる。
【００２４】
さらにまた第１４の側面に係る画像検査プログラムによれば、検査対象物を含む検査対象画像を撮像して、該撮像された検査対象画像に対して所定の画像検査を実行するための画像検査プログラムであって、検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段で撮像するための撮像条件として、該検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定する検査設定機能と、前記検査設定機能で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、前記撮像手段で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定する撮像高さ範囲設定機能と、前記撮像高さ範囲設定機能で設定された検査設定に従って、前記ステージ上に載置された検査対象物に対して、測定光投光手段で斜め方向から測定光を投光する構造化照明を行い、検査対象物で反射された測定光を取得して複数の縞投影画像を撮像手段で、撮像高さ範囲において撮像し、得られた複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する高さ画像生成機能と、前記撮像手段で撮像された検査対象物の画像に対して、画像検査手段で所定の画像検査を実行する検査機能とをコンピュータに実現させることができる。
【００２５】
また第１５のコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（商品名）、ＨＤ  ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録媒体にはプログラムを記録可能な機器、例えば上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウエアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る画像検査装置を示すブロック図である。
【図２】図２は図１の撮像手段の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は図２において第一測定光投光部、第二測定光投光部を用いて測定画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図４】図４は図２において観察画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図５】図５は図２において第一測定光投光部を用いて測定画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図６】図６は図２において第二測定光投光部を用いて測定画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図７】図７ＡはＤＭＤの平面図、図７Ｂの図７Ａの拡大平面図、図７Ｃは図７Ｂの拡大斜視図である。
【図８】図８は実施の形態２に係る画像検査装置を示すブロック図である。
【図９】図８は画像検査装置操作プログラムのＧＵＩの一例を示すイメージ図である。
【図１０】図１０は二次元の検査対象画像に対する検査処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は検査対象物の基準品に対して検査設定を行う様子を示すイメージ図である。
【図１２】図１２は検査対象画像を示すイメージ図である。
【図１３】図１３は図１２の検査対象画像に対して検査結果を表示した状態を示すイメージ図である。
【図１４】図１４は凹凸のある観察対象物の一例を示すイメージ図である。
【図１５】図１５は図１４の観察対象物に対して照明の影が生じた状態を示すイメージ図である。
【図１６】図１６はクリップ状の観察対象物を撮像した観察対象画像を示すイメージ図である。
【図１７】図１７は図１６の観察対象物に対して構造化照明を投影した縞投影画像を示すイメージ図である。
【図１８】図１８は図１７の縞投影画像から得られた高さ画像を示すイメージ図である。
【図１９】図１９は図１６の観察対象物を縦置きにした観察対象画像を示すイメージ図である。
【図２０】図２０は図１９の観察対象物に対して構造化照明を投影した縞投影画像を示すイメージ図である。
【図２１】図２１は図２０の縞投影画像から得られた高さ画像を示すイメージ図である。
【図２２】図２２は高さ画像を用いた画像検査の手順を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は二次元測定用の測定エリアを設定する例を示すイメージ図である。
【図２４】図２４は三次元測定用の測定エリアを設定する例を示すイメージ図である。
【図２５】図２５は三次元測定用の測定エリアを設定する他の例を示すイメージ図である。
【図２６】図２６は三次元の計測を含めた検査設定の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図２７】図２７Ａは測定したい部分の高低差が被写界深度を超える例を示す模式側面図、図２７Ｂは高さＺａにピントを合わせた状態を示すイメージ図及び側面図、図２７Ｃは高さＺａとＺｂの中間にピントを合わせた状態を示すイメージ図及び側面図、図２７Ｄは高さＺｂにピントを合わせた状態を示すイメージ図及び側面図である。
【図２８】図２８は図２７Ｂ〜図２７Ｄの観察画像を合成した深度合成画像を示すイメージ図である。
【図２９】図２９は観察画像に対して三次元検査設定を行う例を示すイメージ図である。
【図３０】図３０は図２９で観察画像に代えて高さ画像を用いる例を示すイメージ図である。
【図３１】図３１は観察画像上に線状の測定エリアを設定した例を示すイメージ図である。
【図３２】図３２は図３１の線状の測定エリアに沿った検査対象画像の断面形状を示すプロファイル画像を示すイメージ図である。
【図３３】図３３は高さ画像を合成した三次元の合成画像を表示させた例を示すイメージ図である。
【図３４】図３４Ａは操作領域に表示させる距離測定や角度測定等の計測ツール、図３４Ｂは点、線、円等の補助線の設定ツール、図３４Ｃは形状公差、姿勢交差、位置交差などの設定ツールの例を示すイメージ図である。
【図３５】図３５は画像表示領域を二分割して、検査設定時の二次元の観察画像と検査対象画像のライブ映像を並べて表示させる例を示すイメージ図である。
【図３６】図３６は画像表示領域を二分割して、検査設定時の二次元の合成画像と検査対象画像のライブ映像を並べて表示させる例を示すイメージ図である。
【図３７】図３７Ａは検査基準画像、図３７Ｂは検査対象画像のライブ映像である。
【図３８】図３８は図３７Ａの基準画像に図３７Ｂのライブ映像を重ねて検査対象物の位置を調整する様子を示すイメージ図である。
【図３９】図３９は検査基準画像を投光手段を用いてステージ上の検査対象物上に投影する様子を示すイメージ図である。
【図４０】図４０はガイド枠を表示させた状態を示すイメージ図である。
【図４１】図４１は変形例１に係る画像検査装置を示すブロック図である。
【図４２】図４２は変形例２に係る画像検査装置を示すブロック図である。
【図４３】図４３は検査結果をリストとして表示部に表示させる状態を示す模式図である。
【図４４】図４４は観察画像上に測定結果を重畳表示させた状態を示すイメージ図である。
【図４５】図４５は合成画像上に測定結果を重畳表示させた状態を示すイメージ図である。
【図４６】図４６は複数の検査対象物として、基準位置に対して高さＺａの検査対象物ａ上に、基準位置からの高さＺｂの検査対象物ｂと、同じく基準位置からの高さＺｃの検査対象物ｃを載置する例を示す側面図である。
【図４７】図４７は画像検査時の手順を示すフローチャートである。
【図４８】図４８は実施の形態３に係る手順を示すフローチャートである。
【図４９】図４９は実施の形態４に係る手順を示すフローチャートである。
【図５０】図５０は従来の画像計測装置を示すブロック図である。
【図５１】図５１は図５０のディスプレイ上に表示される検査対象物の表示例を示すイメージ図である。
【図５２】図５２は三角測距方式の原理を説明する模式図である。
【図５３】図５３は三次元の計測装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体を例示するものであって、本発明は画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２８】
また本明細書において「高さ画像」という場合には、高さ情報を含む画像の意味で使用し、例えば高さ画像に観察画像をテクスチャ情報として貼り付けた三次元の合成画像も、高さ画像に含む意味で使用する。また、本明細書において高さ画像の表示形態は二次元状に表示されるものに限られず、三次元状に表示されるものも含む。例えば、高さ画像は高さ情報を輝度等に変換して二次元画像として表示したり、または高さ情報をＺ座標情報として三次元状に表示することが可能である。
【００２９】
さらに本明細書において検査対象物をステージ上に置く「姿勢」とは、検査対象物の回転角度を意味する。なお、検査対象物が円錐のような平面視において点対称の形状の場合は、回転角度に依らず同じ結果が得られるため、姿勢は規定する必要がない。
（実施例１）
【００３０】
画像検査装置は、検査対象物の画像（検査対象画像）を撮像し、得られた検査対象画像に対して、予め検査対象物の基準品に対して設定された部位を計測して検査を行うための装置である。ここで本明細書においては、このような検査対象画像に対する所定の検査を「画像検査」と呼ぶ。また本明細書において「検査」とは、検査対象物の寸法や角度などの計測結果に基づいて、これを所定の基準値と比較して良品又は不良品の判定を行う他、計測結果を表示部上に表示させたりデータとして出力させた上で、最終的な検査をユーザに委ねるような形態も「検査」に含む。さらに本明細書において「検査設定」には、画像検査の検査条件の設定の他、画像検査の対象となる画像を撮像するための撮像条件も含む。
【００３１】
またこの画像検査装置は、検査対象画像の二次元の寸法のみならず、三次元の高さ計測も行うことができる。図１に、本発明の実施例１に係る画像検査装置のブロック図を示す。この図に示す画像検査装置５００は、撮像手段１００、制御手段２００、光源部３００及び表示部４００を備える。この画像検査装置は、光源部３００で構造化照明を行い、縞投影画像を撮像して高さ情報を有する高さ画像を生成し、これに基づいて検査対象物Ｓの三次元寸法や形状を計測することができる。このような縞投影を用いた測定は、検査対象物ＳやレンズをＺ方向に移動させることなく高さ測定ができるため、測定時間を短くできるという利点がある。
（撮像手段１００）
【００３２】
図１の画像検査装置５００の撮像手段１００の構成を図２のブロック図に示す。撮像手段１００は、例えば顕微鏡であり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、測定制御部１５０、及びこれらを収納する本体ケース１０１、並びにステージ１４０を備える。投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２及び複数のレンズ１１３、１１４、１１５を含む。受光部１２０は、カメラ１２１及び複数のレンズ１２２、１２３を含む。ステージ１４０上には、検査対象物Ｓが載置される。本体ケース１０１は、樹脂や金属製の筐体とする。
（投光部１１０）
【００３３】
投光部１１０は、ステージ１４０の斜め上方に配置される。この撮像手段１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。図２の例においては、撮像手段１００は２つの投光部１１０を含む。ここでは、第一の方向から検査対象物Ｓに対して第一測定光ＭＬ１を照射可能な第一測定光投光部１１０Ａ（図２において右側）と、第一の方向とは異なる第二の方向から検査対象物Ｓに対して第二測定光ＭＬ２を照射可能な第二測定光投光部１１０Ｂ（図２において左側）を、それぞれ配置している。第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂは受光部１２０の光軸を挟んで対称に配置される。なお投光部を３以上備えたり、あるいは投光部とステージを相対移動させて、共通の投光部を用いつつも、照明の方向を異ならせて投光させることも可能である。さらにこの例では投光部が投光する照明光の、垂直方向に対する照射角度を固定としているが、これを可変とすることもできる。
（測定光源１１１）
【００３４】
各第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂは、それぞれ第一測定光源１１１Ａ、第二測定光源１１１Ｂを備える。これら測定光源１１１Ａ、１１１Ｂは、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源１１１Ａ、１１１Ｂは、白色光を出射する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）や有機ＥＬ等の他の光源であってもよい。測定光源１１１Ａ、１１１Ｂから出射された光（以下、「測定光」と呼ぶ。）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射される。
（パターン生成部１１２）
【００３５】
パターン生成部１１２は、測定光を検査対象物Ｓに対して投光させるよう、測定光源１１１から出射された光を反射させる。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２により出射された測定光は、複数のレンズ１１４、１１５により受光部１２０の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、ステージ１４０上の検査対象物Ｓに照射される。
【００３６】
パターン生成部１１２は、測定光を検査対象物Ｓに投光させる投光状態と、測定光を検査対象物Ｓに投光させない非投光状態とを切り替え可能な部材である。このようなパターン生成部１１２には、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が好適に利用できる。ＤＭＤを用いたパターン生成部１１２は、投光状態として測定光を光路上に反射させる反射状態と、非投光状態として測定光を遮光させる遮光状態とを切り替え可能に、測定制御部１５０により制御できる。ここで、第一測定光投光部１１０Ａ側に設けられた第一パターン生成部１１２Ａ、及び第二測定光投光部１１０Ｂ側に設けられた第二パターン生成部１１２Ｂを、共に反射状態とした様子を図３に、また第一パターン生成部１１２Ａ、第二パターン生成部１１２Ｂを共に遮光状態とした様子を図４に、さらに第一パターン生成部１１２Ａを反射状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを遮光状態とした様子を図５に、さらにまた第一パターン生成部１１２Ａを遮光状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを反射状態とした様子を図６に、それぞれ示す。
（ＤＭＤ）
【００３７】
ＤＭＤの外観の平面図を図７Ａに、その拡大平面図を図７Ｂに、拡大斜視図を図７Ｃに、それぞれ示す。これらの図に示すように、ＤＭＤは多数のマイクロミラー（微小鏡面）ＭＭを平面上に配列した素子である。各マイクロミラーＭＭは表示素子の１画素に相当し、可動式で電極を駆動することで反射位置（ＯＮ状態）又は遮光位置（ＯＦＦ状態）に切り替えられる。各マイクロミラー単位でのＯＮ状態とＯＦＦ状態の切り替えは、測定制御部１５０からの信号により電気的に制御することができる。マイクロミラーがＯＮ状態のときは、図３において破線で示すように、測定光源１１１からの測定光ＭＬを投光部１１０の光軸側に反射させて、検査対象物Ｓに対して投光可能となる。一方、マイクロミラーがＯＦＦ状態のときは、図４において一点鎖線で示すように、測定光源１１１からの測定光ＭＬを投光部１１０の光軸とは異なる方向に反射させて、検査対象物Ｓへの投光を事実上遮断する。反射方向は、例えば光吸収体やヒートシンクといった、照明光等に影響を与えない部材のある方向とできる。
【００３８】
各マイクロミラーは、測定制御部１５０により個別にＯＮ状態、ＯＦＦ状態を切り替えることができるので、多数のマイクロミラーのＯＮ状態、ＯＦＦ状態を組み合わせて、所望の投影パターンを構成できる。これによって、三角測距に必要なパターンを生成して、検査対象物Ｓの測定が可能となる。このようにＤＭＤは、測定時には測定用の周期的な投影パターンを検査対象物Ｓに投光する投影パターン光学系として機能する。またＤＭＤは応答速度にも優れ、シャッターなどに比べ高速に動作させることができる利点も得られる。
（測定光の遮光状態）
【００３９】
さらにＤＭＤは、各マイクロミラーをＯＦＦ状態とすれば、測定光ＭＬが検査対象物Ｓに投光されない遮光状態を作り出すことができ、測定光源１１１を点灯させたままで事実上測定光ＭＬを遮断できる。このため、観察画像を撮像する際に、測定光源１１１を消灯することなく、点灯状態を維持したままで測定光ＭＬを遮断する状態を作り出すことが可能となる。このことは、撮像手段１００を熱的に安定させた状態を維持しつつ、観察画像の撮像が可能なことを意味し、精度的に有利となる。
【００４０】
このようにして、測定光源１１１を点灯させたままで、測定画像の撮像と観察画像の撮像が可能となる。例えば、撮像手段で観察画像を撮像する場合は、観察用照明光源３２０をＯＮさせると共に、図４に示すように第一パターン生成部１１２Ａ及び第二パターン生成部１１２Ｂの両方を遮光状態とする。これによって観察用照明光源３２０を点灯させて照明光ＩＬを検査対象物Ｓに照射させる一方、第一測定光源１１１Ａを点灯させたまま、第一パターン生成部１１２Ａが非投光状態として、第一測定光ＭＬ１が検査対象物Ｓに投光されない第一測定光非投光状態となる。また第二測定光源１１１Ｂも点灯させたままで、第二パターン生成部１１２Ｂを非投光状態として、第二測定光ＭＬ２が検査対象物Ｓに投光されない第二測定光非投光状態となる。これにより、測定光に邪魔されることなく撮像部で観察画像を撮像できる。
【００４１】
また第一測定光投光部１１０Ａと第二測定光投光部１１０Ｂの両方から投光させた測定画像（第三測定画像）を撮像する場合は、図３に示すように第一パターン生成部１１２Ａ及び第二パターン生成部１１２Ｂの両方を反射状態とし、かつ観察用照明光源３２０をＯＦＦとする。すなわち、第一測定光源１１１Ａを点灯させて、第一測定光ＭＬ１がレンズ１１３Ａにより適切に集光された後、投光状態とされた第一パターン生成部１１２Ａに入射され、所定の光路に向かって反射されて、複数のレンズ１１４Ａ、１１５Ａを経て適切な径に変換された後、ステージ１４０上の検査対象物Ｓに投光される第一測定光投光状態となる。また第二測定光源１１１Ｂについても同様に点灯されて、第二測定光ＭＬ２がレンズ１１３Ｂにより適切に集光された後、投光状態とされた第二パターン生成部１１２Ｂに入射され、所定の光路に向かって反射されて、複数のレンズ１１４Ｂ、１１５Ｂを経て適切な径に変換された後、検査対象物Ｓに投光される第二測定光投光状態となる。このような第一測定光投光状態、第二測定光投光状態となるよう、測定制御部１５０が制御する。なお、観察用照明光源３２０は消灯させるか、あるいはシャッターなどによって遮光させる。これによって、第一測定光ＭＬ１のみを投光させて第一測定画像を撮像手段で撮像できる。なお、第三測定画像は必ずしも測定に直接使用するものでなく、見え方の確認等の用途で適宜利用できる。
【００４２】
さらに第一測定光投光部１１０Ａ側からの測定光のみで測定画像（第一測定画像）を撮像する場合は、図５に示すように第一パターン生成部１１２Ａを反射状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを遮光状態とする。すなわち、第一測定光源１１１Ａを点灯させたまま、第一パターン生成部１１２Ａを投光状態として、第一測定光ＭＬ１が検査対象物Ｓに投光される第一測定光投光状態とし、かつ第二測定光源１１１Ｂを点灯させたまま、第二パターン生成部１１２Ｂを非投光状態として、第二測定光ＭＬ２が検査対象物Ｓに投光されない第二測定光非投光状態とするように、測定制御部１５０で制御する。
【００４３】
逆に第二測定光投光部１１０Ｂ側からの測定光のみで測定画像（第二測定画像）を撮像する場合は、図６に示すように第一パターン生成部１１２Ａを遮光状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを反射状態とする。すなわち、第一測定光源１１１Ａを点灯させたまま、第一パターン生成部１１２Ａを非投光状態として、第一測定光ＭＬ１が検査対象物Ｓに投光されない第一測定光非投光状態とし、かつ第二測定光源１１１Ｂを点灯させたまま、第二パターン生成部１１２Ｂを投光状態として、第二測定光ＭＬ２が検査対象物Ｓに投光される第二測定光投光状態とするように、測定制御部１５０で制御する。なお、第一測定画像、第二測定画像のいずれの撮像に際しても、第三測定画像の場合と同様に観察用照明光源３２０は消灯させるか、あるいはシャッターなどによって遮光させる。
【００４４】
このようにして、観察画像の撮像時に測定光が干渉することなく、また測定画像の撮像時には、不要な方向からの測定光や照明光が干渉することなく、各画像を撮像できるようになり、高品質な測定画像を撮像して、計測の精度も向上できる。
【００４５】
なおＤＭＤで測定光を遮断する遮光状態は、実質的に測定光を遮光できれば足りる。すなわち、ＤＭＤはマイクロミラーを数十万個から数百万個備えているので、例えば動作不良等の原因により一部のマイクロミラーがＯＦＦしないとしても、他のマイクロミラーをＯＦＦ状態として測定光の大部分を遮断できれば足りる。このように測定光の遮光状態とは、測定光の光量が、照明光による観察画像の撮像を実質的に妨げないレベルにまで低下させた状態を意味する。
【００４６】
また図４の例では、説明を判り易くするため、ＤＭＤの遮光状態において反射光をパターン生成部１１２から異なる方向に反射させた状態を示しているが、反射方向をＤＭＤ内部に設けられた光吸収体とすることで、本体ケース１０１内部に余計な測定光が照射される事態を回避できる。すなわちＤＭＤの遮光状態とは、測定光をＤＭＤから狙った方向（ここでは検査対象物Ｓの方向）とは異なる方向に反射させる場合、あるいはＤＭＤに入射された測定光を事実上吸収する場合を含む。
【００４７】
なお以上の例ではパターン生成部１１２にＤＭＤを用いた例を説明したが、本発明はパターン生成部１１２をＤＭＤに限定するものでなく、他の部材を用いることもできる。例えば、パターン生成部１１２として、反射型の部材に代えて透過型の部材を用いて、測定光の透過量を調整してもよい。この場合は、パターン生成部１１２を測定光の光路上に配置して、測定光を透過させる投光状態と、測定光を遮光させる遮光状態とを切り替える。このようなパターン生成部１１２には、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）が利用できる。また、パターン生成部１１２としてその他ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）やマスク等も利用できる。
【００４８】
さらに図２等の例では、測定光投光部を２つ備えた例を説明したが、本発明はこれに限らず、測定光投光部を３以上設けることも可能である。あるいは、測定光投光部を一のみとすることもできる。この場合は、測定光投光部の位置を移動可能とすることで、異なる方向から測定光を検査対象物Ｓに対して投光できる。
（受光部１２０）
【００４９】
受光部１２０は、ステージ１４０の上方に配置される。検査対象物Ｓによりステージ１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０の複数のレンズ１２２、１２３により集光、結像された後、カメラ１２１により受光される。
（カメラ１２１）
【００５０】
カメラ１２１は、例えば撮像素子１２１ａ及びレンズを含むＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。撮像素子１２１ａは、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子１２１ａは、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。カラーの撮像素子は各画素を赤色用、緑色用、青色用の受光に対応させる必要があるため、モノクロの撮像素子と比較すると計測分解能が低く、また各画素にカラーフィルタを設ける必要があるため感度が低下する。そのため、本実施の形態では、撮像素子としてモノクロのＣＣＤを採用し、後述する照明光出力部１３０をＲＧＢにそれぞれ対応した照明を時分割で照射して撮像することにより、カラー画像を取得している。このような構成にすることにより、計測精度を低下させずに測定物のカラー画像を取得することができる。
【００５１】
ただ、撮像素子１２１ａとして、カラーの撮像素子を用いても良いことは云うまでもない。この場合、計測精度や感度は低下するが、照明光出力部１３０からＲＧＢにそれぞれ対応した照明を時分割で照射する必要がなくなり、白色光を照射するだけで、カラー画像を取得できるため、照明光学系をシンプルに構成できる。撮像素子１２１ａの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、「受光信号」と呼ぶ。）が測定制御部１５０に出力される。
【００５２】
このようにして撮像された検査対象物Ｓの画像は、レンズの特性によって、検査対象物Ｓに対して極めて正確な相似形を成している。またレンズの倍率を用いてキャリブレーションをすることで、画像上の寸法と実際の検査対象物Ｓ上の寸法を正確に関連付けることができる。
（測定制御部１５０）
【００５３】
測定制御部１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）及びＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、光源部３００による制御に基づいて、測定制御部１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされると共にデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次制御手段２００に転送される。
（制御手段２００）
【００５４】
図１に示すように、制御手段２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０及び操作部２５０を含む。制御手段２００には、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等が利用できる。また、操作部２５０は、キーボード及びポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウス又はジョイスティック等が用いられる。また操作部２５０は、画像検査を行うために予め検査条件を設定するための検査設定手段２５１や、画像検査を行う対象領域である測定エリアを設定するための測定エリア指定手段２５２としても機能する（詳細は後述）。
【００５５】
ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像検査装置操作プログラム及び三次元画像計測プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、測定制御部１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに記憶装置は、測定画像を構成する画素毎に、輝度情報、高さ情報、属性情報を記憶する。
（ＣＰＵ２１０）
【００５６】
ＣＰＵ２１０は、測定制御部１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うと共に、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらにこのＣＰＵは、後述する高さ画像取得手段２２８と、測定画像合成手段２１１と、誘導手段２１４と、警告手段２１５と、画像検査手段２１６と、位置演算手段２１７と、パターンマッチング手段２２１と、三次元画像合成手段２１３、判定手段２１８、判定出力手段２２２、撮像高さ範囲設定手段２２４の機能を実現することもできる。
【００５７】
ここで高さ画像取得手段２２８は、複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する。また測定画像合成手段２１１は、同じ検査対象物Ｓに対して、第一測定光投光部を用いて撮像した第一測定画像から計算した高さ画像と、第二測定光投光部を用いて撮像した第二測定画像から計算した高さ画像とを合成し、一の合成高さ画像を生成する。また誘導手段２１４は、検査設定手段２５１（詳細は後述）で設定されたステージ１４０上の載置設定位置に、検査対象物Ｓを載置させるようにユーザを誘導する。
（画像検査手段２１６）
【００５８】
画像検査手段２１６は、撮像手段１００で撮像された検査対象物Ｓの画像に対して、所定の画像検査を実行する。この画像検査手段２１６は、検査対象画像に対して所定の計測を行うための計測手段を含むことができる。これにより、計測手段で計測された計測結果に基づいて画像検査を実行できる。例えば、検査対象物Ｓの所定部位の長さや角度といった計測を行った結果に基づいて、良品や不良などの判定といった検査を行うことが可能となる。計測手段が行う計測には、観察画像上で指定したプロファイル線を通り、画面に対して垂直な平面で切断した輪郭線を演算して、プロファイルグラフとして表示部４００に表示させたり、プロファイルグラフで示す輪郭線から円や直線などを抽出して、それらの半径や距離を求めることができる。
【００５９】
位置演算手段２１７は、検査対象物Ｓを撮像手段１００で正しく撮像可能なステージ１４０上の載置範囲を演算する。また警告手段２１５は、検査対象物Ｓの置かれた位置が位置演算手段２１７で演算された載置範囲に含まれていない場合に、ユーザに対して警告を表示させる。さらにパターンマッチング手段２２１は、撮像手段１００で撮像した観察画像に対して、検査基準画像をサーチするパターンマッチングを行うための部材である。また判定手段２１８は、検査対象物がステージ１４０上に置かれた初期位置で、撮像手段１００で正しく撮像できるかどうかを判定するための部材である。さらにまた撮像高さ範囲設定手段２２４は、検査設定手段２５１で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、撮像手段１００で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定するための部材である。
【００６０】
このようにＣＰＵ２１０は、様々な機能を実現するための異なる手段を兼用している。ただ、一の部材で複数の手段を兼用する構成に限られず、各手段や機能を実現する部材を複数、又はそれぞれ別個に設けることも可能であることはいうまでもない。
（表示部４００）
【００６１】
表示部４００は、撮像手段１００で取得された縞投影画像や、縞投影画像に基づいて高さ画像取得手段２２８で生成した高さ画像、あるいは撮像手段１００で撮像された観察画像を表示させるための部材である。表示部４００は、例えばＬＣＤパネル又は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。さらに表示部にタッチパネルを利用することで、操作部と兼用することができる。
（ステージ１４０）
【００６２】
図２において、検査対象物Ｓが載置されるステージ１４０上の平面（以下、「載置面」と呼ぶ。）内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ、Ｙで示す。ステージ１４０の載置面に対して直交する方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。
【００６３】
ステージ１４０は、Ｘ−Ｙステージ１４１、Ｚステージ１４２及びθステージ１４３を含む。Ｘ−Ｙステージ１４１は、Ｘ方向移動機構及びＹ方向移動機構を有する。Ｚステージ１４２は、Ｚ方向移動機構を有する。θステージ１４３は、θ方向回転機構を有する。Ｘ−Ｙステージ１４１、Ｚステージ１４２及びθステージ１４３により、ステージ１４０が構成される。また、ステージ１４０は、載置面に検査対象物Ｓを固定する図示しない固定部材（クランプ）をさらに含む。ステージ１４０は、載置面に平行な軸を中心に回転可能な機構を有するチルトステージをさらに含んでもよい。
【００６４】
ユーザは、ステージ操作部１４４を手動で操作することにより、ステージ１４０の載置面を受光部１２０に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、又はθ方向に回転させることができる。
【００６５】
ここで図２に示すように、左右の投光部１１０の中心軸と受光部１２０の中心軸は、ステージ１４０の焦点が最も合うピント平面で互いに交差するように、受光部１２０、投光部１１０、ステージ１４０の相対的な位置関係が定められている。また、θ方向の回転軸の中心は、受光部１２０の中心軸と一致しているため、θ方向にステージ１４０が回転した際に、検査対象物Ｓが視野から外れることなく、回転軸を中心に視野内で回転するようになっている。また、Ｚ方向移動機構に対して、これらＸＹθ及びチルト移動機構は支持されている。すなわち、ステージをθ方向に回転させたり、チルトさせた状態であっても、受光部１２０の中心軸と、Ｚ方向の移動軸にずれが生じない構成になっている。このようなステージ機構により、検査対象物Ｓの位置や姿勢を変化させた状態であっても、Ｚ方向にステージ１４０を移動させて異なる焦点位置の画像を複数撮像して合成することが可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態ではステージを手動で移動させる構成について説明したが、自動でステージを移動させる駆動機構を設けることもできる。例えば、モータにより駆動可能な電動ステージを採用してもよい。変形例１として図４１に示す画像検査装置４１００（後述）では、ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構及びθ方向回転機構として、ステッピングモータを利用している。ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構及びθ方向回転機構は、図４１のステージ操作部１４４又はステージ駆動部１４５により駆動される。ステージ駆動部１４５は、制御手段２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ１４０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ１４０を受光部１２０に相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、又はθ方向に回転させることができる。ステージ駆動部１４５を駆動する駆動パルスは、ＣＰＵ２１０により供給される。
（光源部３００）
【００６７】
光源部３００は、制御基板３１０及び観察用照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、制御手段２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０及び測定制御部１５０を制御する。なお、この構成は一例であり、他の構成としてもよい。例えば測定制御部１５０で投光部１１０や受光部１２０を制御したり、又は制御手段２００で投光部１１０や受光部１２０を制御することとして、制御基板を省略してもよい。あるいはこの光源部３００に、撮像手段１００を駆動するための電源回路を設けることもできる。
（観察用照明光源３２０）
【００６８】
観察用照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光及び青色光を出射する３色のＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、観察用照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。観察用照明光源３２０から発生される照明光ＩＬは、導光部材（ライトガイド）を通して撮像手段１００の照明光出力部１３０から出力される。なお観察用照明光源には、ＬＥＤの他、半導体レーザ（ＬＤ）やハロゲンライト、ＨＩＤなど、他の光源を適宜利用することもできる。特に撮像素子としてカラーで撮像可能な素子を用いた場合は、観察用照明光源に白色光源を利用できる。
【００６９】
照明光出力部１３０から出力される照明光ＩＬは、赤色光、緑色光及び青色光を時分割で切り替えて検査対象物Ｓに照射する。これにより、これらのＲＧＢ光でそれぞれ撮像された観察画像を合成して、カラーの観察画像を得て、表示部４００に表示させることができる。
【００７０】
このようにしてカラーの観察画像を表示させる際、照明光の色を切り替える切替周波数を、表示部４００で表示内容を更新する（画面を書き換える）際のフレームレートと一致させると、フレームレートが低い場合（例えば数Ｈｚ程度）は、ちらつきが顕著となる。特に、ＲＧＢの原色によるカラー切り替えが目立つと、ユーザに不快感を与えることがある。そこで、ＲＧＢの照明光を切り替える切替周波数を、ユーザが人の目で認識できない程度の高速（例えば数百Ｈｚ）とすることで、このような問題を回避できる。照明光の色の切り替えは、照明光出力部１３０等により行われる。また、高速で照明光のＲＧＢを切り替えつつも、実際に撮像手段１００で検査対象物Ｓを撮像するタイミングは、表示部４００の表示内容の更新のタイミングとする。すなわち、観察像の撮像のタイミングと照明光の切り替えのタイミングは完全に一致させる必要はなく、撮像素子によるＲＧＢの観察画像の撮像が可能な程度に、いいかえると照明光のＲＧＢの切り替え周期が撮像周期の倍数となるようにリンクさせることで対応できる。この方法であれば、照明光の切り替えのタイミングを高速化することができ、撮像素子１２１ａで処理可能なフレームレートを向上させることなく、ユーザに与える不快感を低減できる。
【００７１】
図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０を取り囲むようにステージ１４０の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部１３０から検査対象物Ｓにリング状に照明光が照射される。
【００７２】
また照明光出力部１３０は、このようなリング照明に加えて、透過照明や同軸落射照明を加えることもできる。図２の例では、透過照明手段をステージ１４０に設けている。透過照明手段は、ステージ１４０の下方から検査対象物Ｓを照明する。このためステージ１４０は、透過照明光源と、反射板と、照明用レンズ系を設けている。
【００７３】
なお、リング照明や透過照明は、適宜省略することも可能である。これらを省略する場合は、三次元測定用の照明すなわち投光部を用いて、二次元画像の撮像を行うこともできる。
【００７４】
図１の例では観察用照明光源３２０を本体ケース１０１に含めず、撮像手段１００に対して外付けとして、光源部３００に観察用照明光源３２０を配置している。このようにすることで、観察用照明光源３２０から供給される照明光の品質を向上し易くできる。例えば観察用照明光源３２０を構成するＲＧＢの各ＬＥＤでは配光特性がそれぞれ異なることから、モノクロの撮像素子１２１ａでＲＧＢの観察画像をそれぞれ撮像した際、そのままでは視野内に照明色むらが発生する。そこで、それぞれのＬＥＤの配光特性に合わせた専用光学系を個別に用意し、組み合わせることで配光特性の違いを吸収し、色むらのない均一な白色照明を作り出した上で撮像手段１００に導入することができる。
【００７５】
また観察用照明光源３２０の発熱が、撮像手段１００の光学系に影響を与える事態を回避できる。すなわち、光学系の部材の近傍に熱源があると、熱膨張によって寸法が狂い、測定精度の低下が生じることがあるが、発熱源である観察用照明光源を本体ケース１０１から排除したことで、このような観察用照明光源の発熱に起因する問題を回避できる。また、この結果として発熱量の大きい高出力の光源を観察用照明光源に利用できる利点も得られる。
（実施の形態２）
【００７６】
ただ、発熱量の小さい観察用照明光源を利用したり、あるいは相応の放熱機構を撮像手段側に設けるなどして、撮像手段側に観察用照明光源を設けることもできる。このような例を実施の形態２として図８に示す。この図に示す撮像手段１００’は、観察用照明光源３２０’として、発熱量の少ない白色ＬＥＤを用いている。この例では複数の白色ＬＥＤ素子を、レンズ１２２の周囲にリング状に配置して環状の照明光を生成している。このような構成によって、光源部と撮像手段とを光学的に接続するための導光部材や、照明光出力部を不要とでき、構成を簡素化できる利点が得られる。
（画像検査装置操作プログラムのＧＵＩの例）
【００７７】
画像検査装置は、制御手段２００であるＰＣに画像検査装置５００を操作するための操作プログラムをインストールしている。表示部４００には、画像検査装置操作プログラムを操作するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）が表示される。このようなＧＵＩ画面の一例を図９に示す。この例においては、表示部４００において、第一測定光投光部１１０Ａから第一測定光ＭＬ１が照射された検査対象物Ｓの第一測定画像Ｓ１と、第二測定光投光部１１０Ｂから第二測定光ＭＬ２が照射された検査対象物Ｓの第二測定画像Ｓ２とが並ぶように、表示させることができる。これら第一測定画像Ｓ１や第二測定画像Ｓ２は、高さ画像取得手段２２８で高さ画像を演算、生成するためのもととなる画像であり、この時点では未だ高さ情報を有していない。この例では、表示部４００の左側に設けられた画像表示領域４１０の、右側に第一表示領域４１６を、左側に第二表示領域４１７を設けている。このような２画面表示とすることで、各測定光で得られる測定画像の様子、特に影となる領域等を対比しながら確認できる。なお、画像表示領域の分割例は、このように左右に並べる構成に限らず、上下に並べる、あるいは別画面として構成する等、任意の構成が適宜利用できる。
（観察画像を用いた画像検査）
【００７８】
以上の画像検査装置は、このようにして検査対象物Ｓの検査対象画像を撮像すると共に、得られた検査対象画像に対して、予め検査対象物の基準品に対して設定された部位を計測して検査を行うことができる。このような画像検査は、二次元の観察画像に対しても、また三次元の高さ画像に対しても行うことができる。
【００７９】
次に、観察用照明光源３２０を用いて撮像した二次元の観察画像でもって、画像検査を行う手順を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。まず、検査設定を作成し（ステップＳ１００１）、ユーザがステージ１４０上に検査対象物Ｓを置いて、検査対象物Ｓを撮像し（ステップＳ１００２）、得られた検査対象画像に対して所定の画像検査を実行し（ステップＳ１００３）、検査結果を表示する（ステップＳ１００４）という手順となる。以下、各工程の詳細を説明する。
（検査設定の作成）
【００８０】
検査設定の作成に際しては、例えば図１１のイメージ図に示すように、検査対象物Ｓに対して測定したい部位を設定しておく。この設定は、例えば画像検査プログラムの検査設定画面から行う。具体的には、検査対象物Ｓを特定の姿勢（回転角度）に置いた状態で、長さや角度など、検査したい部位を指定する。ここで設定した検査対象物Ｓの画像は、検査基準画像として登録される。
（検査対象画像の取得）
【００８１】
このようにして検査設定が行われた状態で、実際の運用時に際しては、ユーザがステージ１４０上に検査対象物Ｓを載置する。この際、ユーザは検査対象物の置き方を特に意識することなく、ステージ１４０上の任意の位置に、任意の姿勢で、すなわち検査対象物の回転位置（回転角度）を意識することなく、載置する。そして、画像検査装置で検査対象物Ｓを撮像し、検査対象画像を取得する。この状態では、図１２のイメージ図に示すように、検査設定画面で規定した検査基準画像の姿勢とは必ずしも一致しない。
【００８２】
なお、ユーザがステージ上に検査対象物を載置するに際しては、画像検査装置を動作状態として、画像検査の処理が可能となった状態でユーザに対し、ステージ上に検査対象物を置くように促すこともできるし、あるいはユーザが先にステージ上に検査対象物を置いた状態で、画像検査装置を動作させる（例えば検査実行ボタンを押す）こともできる。さらに検査処理の実行に際しても、ユーザが検査対象物をステージ上に載せた後に、検査実行ボタンを押すことで画像検査を実行させる態様の他、画像検査装置側で、ステージ上に検査対象物が載置されたことを検出すると、自動的に画像検査を実行するように構成してもよい。
（検査の実行）
【００８３】
この状態で検査を実行するには、検査対象物Ｓを撮像した検査対象画像に対して、検査基準画像の含まれる位置及び姿勢（回転角度）を探すサーチを行う。ここでは、二次元の観察画像に対してパターンマッチングを行う。すなわち、パターンマッチング手段２２１が、検査対象物Ｓを撮像した二次元画像に対してサーチウィンドウを移動させながら、検査基準画像が含まれている位置と姿勢を検出する。そして検出された検査対象画像中の位置及び姿勢で、検査設定に従い、画像検査を実行する。
（パターンマッチング手段２２１）
【００８４】
このように、検査基準画像を検索するパターンマッチングは、三次元の画像に対して行うのでなく、二次元の観察画像に対して行うことで、三次元のパターンマッチングに要する膨大な計算量を大幅に簡略化して、迅速、軽負荷にて検査基準画像の位置合わせを行うことができる。
【００８５】
またパターンマッチング手段２２１は、観察画像の全体を用いて、検査対象物Ｓの画像をサーチするマッチングを行い、このマッチングされた位置及び姿勢に対して画像検査手段２１６が画像検査を実行するように構成してもよい。この方法であれば、観察画像の全体をサーチすることで、検査基準画像の位置合わせを確実に行うことができる。
一方でパターンマッチング手段２２１は、観察画像の全体に限らず、その一部、具体的には特徴部分を用いて、検査対象物の画像をサーチするマッチングを行い、このマッチングされた位置及び姿勢に対して検査手段で検査を実行するよう構成してもよい。この方法であれば、観察画像の全体をサーチしないで済むため、より短時間で検査基準画像のサーチを行うことができる。ここで特徴部分は、画像処理手段で検査対象画像に対して画像処理により自動で抽出することができる。
（検査結果の表示）
【００８６】
検査結果（例えば寸法や角度）は、表示部４００上に表示される。この際、図１３に示すように、検査対象画像中で検出された検査基準画像と対応する検査対象物Ｓの位置及び姿勢に重ねて、検査結果を表示させる。すなわち、図１３のように検査対象物Ｓが傾いて載置されている場合は、検査結果もこれに追従して傾いた状態で表示される。
【００８７】
このように、二次元画像を利用して画像検査を行う場合は、パターンマッチングを用いて位置合わせを行うため、ユーザは検査対象物の置き方を特に気にすることなく、任意の位置に任意の姿勢で置いても、測定及び検査が実行できる。
（三次元画像検査）
【００８８】
一方、三次元画像を利用する場合は、三次元画像の撮像自体が、置き方によって変化するという特有の問題がある。すなわち、構造化照明を用いて高さ情報を取得する場合は、構造化照明の当て方によって、高さ情報を取得できる場合とできない場合が生じる。例えば図１４に示すような観察対象物に対して、図において左側から右側に向かって照明光を照射した場合は、図１５に示すように、構造化照明が当たらなかった影部分は測定できない、すなわち高さ情報が得られないことになる。このため、構造化照明を照射する際に、照明用光源との位置関係で影ができないような置き方とする必要が生じ、これは従来の二次元画像に対する画像検査では生じなかった、三次元画像を用いた画像検査に特有の課題である。
【００８９】
また、別の検査対象物として、図１６に示すようなクリップを用いる場合は、構造化照明を照射すると図１７のような縞投影画像が得られ、この縞投影画像に基づいて図１８に示すような高さ画像が得られる。この例では、検査対象物Ｓの方向と、縞投影画像で得られる縞の向きを直交させることで、影ができず、正確な高さ画像が得られ、測定や検査も精度良く行える。
【００９０】
一方、同じ検査対象物Ｓを図１９に示すように縦置きの姿勢でステージ上に置くと、図２０に示すように、検査対象物Ｓの形状が縞投影画像の縞の方向と平行に近付くため、影が生じ、さらに多重反射の影響も生じて、図２１に示すように正確な高さ画像を得ることができない。また、検査対象物の形状によっては、縞同士の間隔が狭くなり、縞が分離できなくなってしまうことで正しく測定できないこともある。
（載置位置判定機能）
【００９１】
このように、縞投影に基づいた高さ測定を行う場合は、同じ検査対象物であっても、検査対象物のステージ上への置き方によって三次元の高さ画像の精度が変化する。このため、安定した高さ測定結果を得るためには、毎回決まった置き方をすることが求められる。いいかえると、二次元の画像検査のように、どのように置いても同じ測定、検査結果が得られるのとは状況が異なる。このような背景に鑑み、本実施例では、縞投影で安定して高さ測定、検査ができる位置に検査対象物が置かれるように、必要に応じてユーザに対策を促す載置位置判定機能を提供する。具体的には、画像検査装置は、検査対象物がユーザによってステージ上に置かれた初期位置と、検査条件として設定された載置設定位置とを比較して、この初期位置で高さ情報が取得可能かどうかを判定し、この判定結果が高さ情報取得不可能である場合には、判定結果に基づく所定の出力を行う判定出力手段２２２を備えている。これによって検査対象物の縞投影画像を撮像手段１００で正しく撮像できない状態を回避する適切な対策を講じることが可能となって、三次元画像を用いた画像検査においても、高さ情報が不正確となる状態を避けて安定した検査結果を得ることが可能となる。
（高さ画像を用いた画像検査）
【００９２】
次に高さ画像を用いた画像検査の手順を、図２２のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ２２０１において、検査条件の設定を行う。ここでは、検査の内容に応じて三次元計測用の検査設定と二次元計測用の検査設定のいずれか、又は両方を行うことができる。また検査設定は運用に先立ち最初に一度行っておけば足りる。言い換えると、運用時にはその都度設定する必要はない。
【００９３】
このようにして検査設定を作成した上で、実際の運用時の動作（ステップＳ２２０２〜ステップＳ２２０４）を行える。まずステップＳ２２０２において、検査対象物Ｓをステージ１４０上に載置する。ここでは、ユーザに対し、画像検査装置がガイダンスを発して、載置位置を所定の載置設定位置に置くように促す、あるいはユーザがステージ上の任意の位置に置いた後に、ステージ側を移動させて適切な載置設定位置に位置合わせする方法等が利用できる（詳細は後述）。載置位置が適切な載置設定位置とならずに正確な高さ計測ができない場合は、必要に応じて処理を中止したり、ユーザに対して載置位置を調整するように促すこともできる。
【００９４】
このようにして検査対象物Ｓが正しい載置設定位置に置かれると、ステップＳ２２０３に進み、検査対象画像を撮像し、得られた検査対象画像に対して所定の画像検査処理を実行する。そしてステップＳ２２０４において検査結果を出力し、検査結果の確認を行う。その後、別の検査対象物Ｓに対して検査を継続する場合はステップＳ２２０２に戻り、新たな検査対象物Ｓに対して上記処理を繰り返す。
（検査設定手段２５１）
【００９５】
次に、上記の各工程の詳細について説明する。まず画像検査を行うには、予め画像検査を行うための条件（検査条件）を設定しておく必要がある。検査条件は、検査設定手段２５１を介して設定する。
【００９６】
検査設定手段２５１は、検査設定に含まれる撮像条件として、高さ画像を生成するための縞投影画像を取得可能な、ステージ１４０上における検査対象物Ｓを載置する載置設定位置を含めて設定する。これにより、検査対象物Ｓを高さ情報を用いて検査するためにユーザがステージ１４０上に検査対象物Ｓを置く際に、正確な高さ情報が取得できない位置に置かれた場合には、判定手段２１８でもって高さ情報取得不可能である旨が出力されるので、無駄な検査を実行することを回避できる。
【００９７】
検査条件は、画像検査のための条件、例えば測定対象物のどの部位の何を測定するか（更に加えて、得られた測定結果の数値に対して、所定の誤差範囲内か範囲外か等の良品判定）を、検査対象物の検査基準画像に対して設定する。検査基準画像は、検査対象物の基準品を、予め二次元の観察画像、及び／又は三次元の高さ画像として撮像しておき、これらを利用する。測定は、検査基準画像上で測定部位を特定する測定エリアを指定することで行う。また、このような検査設定は、高さ情報を利用した三次元的な測定のみならず、平面的な画像に対して二次元的な測定を行うこともできる。これらの三次元的な検査設定と二次元的な検査設定は、個別に指定する。以下、三次元的な検査設定と二次元的な検査設定の手順について、説明する。
（測定エリアの設定）
【００９８】
検査条件は、検査対象画像中の測定すべき箇所の設定を含む。例えば、二次元測定用の測定条件（検査設定）は、図２３のイメージ図に示すように、検査対象物Ｓのエッジに従って測定エリアを設定する。測定エリアは、測定エリア指定手段２５２によって設定される。測定エリア指定手段２５２は、画像検査手段２１６で画像検査を行う対象領域を測定エリアとして指定するための部材である。この測定エリア指定手段２５２は、観察画像に対して設定する二次元測定エリアＭＡ２と、高さ画像に対して設定する三次元測定エリアＭＡ３とを、独立して設定できる。
【００９９】
図２３の例では、二次元測定エリアＭＡ２を赤色の円状で示しており、この円の直径を測定するように測定条件を設定している。このような円の直径の他、特定の部材同士の間隔や溝の幅、あるいは特定の領域の面積といった項目を、計測、演算できる。このように、二次元の平面的な画像に対して、計測及び検査の設定を行う。
【０１００】
なお二次元測定エリアＭＡ２の設定には、円や矩形といった既存のパターンを選択、変形して利用する他、検査対象画像に対して画像処理を行い、エッジを抽出して、該エッジを利用して線分や領域を指定することもできる。
【０１０１】
一方、三次元計測用の測定設定は、検査対象物Ｓの面に対して三次元測定エリアＭＡ３を設定する。例えば図２４のイメージ図に示す例では、三次元測定エリアＭＡ３として右下の円状の領域と、左上の矩形状の領域を指定しており、これらの三次元測定エリアＭＡ３で指定した面同士の高低差（高さ）を測定するように測定条件を設定している。あるいは他の三次元計測用の測定条件として、図２５のイメージ図に示すように、検査対象物Ｓの二次元画像に対して断面線を引き、この断面線上に、線状の測定エリアＭＡＬを設定し、線分で示した部分同士の高低差を測定する。
【０１０２】
なお、三次元測定エリアを設定する対象となる画像は、図２４、図２５に示したような、高さ画像に対して観察画像のテクスチャ情報を貼り付けた三次元の合成画像とする他、後述する図３０に示すような高さ画像、あるいは観察画像や後述する深度合成画像とすることもできる。図３０に示す高さ画像は、鳥瞰図のように高さを所定範囲に区切ると共に、各高さ範囲に異なる色を割り当てることで高さを色彩で表現している。あるいは、高さ情報を輝度変化に置き換えた濃淡画像として、高さ画像を表現することもできる。このような高さ画像では、検査対象画像の表面の模様などのテクスチャ情報を有していないものの、表面形状の高低差が濃淡となって画像上に現れているので、二次元画像に対して利用されているエッジ抽出等の画像処理を利用することで、エッジ部分、すなわち高低差を検出でき、二次元画像に対する画像処理技術を三次元の高さ画像に対する処理に利用できる利点が得られる。
【０１０３】
また三次元的な測定は、必ずしも高さ画像に対して行うのみならず、観察画像のような平面的な画像に対して設定することもできる。特に、同一の検査基準画像（例えば観察画像）に対して、二次元的な検査設定及び三次元的な検査設定を設定することで、効率よく必要な検査設定を纏めて行うことができ、また検査設定後の設定内容の確認の一覧性にも優れる。
【０１０４】
なお、上述の通り測定条件を含めた検査設定の作成に際し、三次元的な検査設定と二次元的な検査設定とで異なる測定エリアを設定可能である。これらの設定の順序については、先に三次元測定用の測定条件を設定し、その後二次元測定用の測定条件を設定することが好ましい。三次元の計測は上述の通り検査対象物の載置の仕方に制約があるため、先に三次元測定したい箇所が確実に測定できるような検査対象物の載置位置及び載置角度を規定した上で、この位置及び姿勢において二次元計測の設定を作成することで、無駄のない設定作業が行える。
（検査対象画像の撮像条件）
【０１０５】
また検査条件には、このような画像検査のための条件の他、検査対象画像の撮像条件も含まれる。例えば、照明光の方向、照明光の明るさ、撮像手段の露光時間、またステージがＸＹθ方向やＺ方向に移動可能な場合は、ステージの位置等の撮像条件が検査設定に含まれる。さらに、検査対象物の縞投影画像を撮像手段で撮像するに際して、該縞投影画像に基づき高さ情報を取得可能な、ステージ上における検査対象物を載置する載置設定位置、及び該載置設定位置に載置される検査対象物の姿勢を規定した載置設定姿勢を含む。なお本明細書において検査対象物の「姿勢」とは、平面視における一姿勢から回転させた回転角度を意味する。例えば検査対象物の形状が点対称、すなわち回転角度によらず同じ形状である場合（例えば円柱状や円錐形状）には、載置設定姿勢の設定は不要となる。以下、載置設定位置には、検査対象物を置く位置情報に加えて、必要な場合は姿勢情報も含めるものとする。
【０１０６】
なお検査条件の設定にあたり、載置設定位置の設定と、画像検査処理条件の設定は、いずれを先に行ってもよいが、好ましくは先に載置設定位置を設定した後、画像検査処理条件の設定を行う。載置設定位置に検査対象物を置いた状態で画像検査処理が実行されるため、先に画像検査処理を設定し、後で載置設定位置を設定すると、当初の画像処理条件の設定時の位置や姿勢とは異なった状態で画像検査処理が実行されることとなって、場合によっては検査結果が見辛かったり、あるいは計測位置の修正などが必要になることが考えられるからである。逆に、先に載置設定位置を決定した上で、画像検査処理条件を設定すれば、予め決められた位置で計測等の部位を指定でき、無駄なく設定を行える。
【０１０７】
また載置設定位置は、特定の座標位置のみならず、ある程度の範囲でもって決定することが可能となる。すなわち、高さ情報を正確に取得することが目的であり、より具体的には縞投影に際して照明光の影ができなければ足りるので、このような観点から、影ができない位置及び／又は姿勢であれば足りる。よって、載置設定位置や載置設定姿勢を、ある程度の範囲でもって規定することもできる。本明細書において「載置設定位置」という場合は、特定の一点あるいは数値のみならず、このような範囲を持った設定を含む意味で使用する。
（検査設定作成の詳細）
【０１０８】
次に、三次元の計測を含めた検査設定の詳細な手順を、図２６のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ２６０１において、画像検査の対象となる検査対象物Ｓを含む検査基準画像を取得を開始する。ここでは、検査基準画像として、予め作成された検査対象画像の３Ｄ−ＣＡＤデータ等の検査データが存在する場合は、ステップＳ２６０２−１に進み、３Ｄ−ＣＡＤデータ上で検査対象物Ｓの載置位置及び姿勢を決定した上でステップＳ２６１６にジャンプする（なお本明細書においては、３Ｄ−ＣＡＤデータのような検査データ、すなわちラスタデータでないベクタデータも、便宜上「検査基準画像」に含む意味で使用する。）。一方、このような検査データがない場合は、ステップＳ２６０２〜ステップＳ２６１３を経て検査データを作成する。まずステップＳ２６０２において、ユーザに検査対象物Ｓをステージ１４０上に載置させるように促す。
【０１０９】
次いで撮像条件を設定する。具体的にはステップＳ２６０３において、二次元の観察画像の撮像条件を設定する。ここでは観察用照明光源３２０を利用した照明光出力部であるリング照明を使用しながら、検査対象物Ｓの測定したい箇所が映るように、検査対象物Ｓの位置、姿勢、ピント、明るさ等を調整する。さらにステップＳ２６０４において、三次元の高さ画像の撮像条件を設定する。具体的には、三次元測定用の照明である投光部１１０の明るさ、検査対象物Ｓの位置、姿勢等を調整する。なお、以上の例では二次元画像の撮像条件を設定した後、三次元画像の撮像条件を設定しているが、必ずしもこの順序に限られず、逆に三次元画像の撮像条件を設定した後、二次元画像の撮像条件を設定することもできる。
【０１１０】
次に、必要に応じて検査対象領域（ＲＯＩ）を指定する。具体的にはステップＳ２６０５において、ＲＯＩの設定が必要な場合は、ステップＳ２６０６に進み、ＲＯＩの設定を行う。またＲＯＩの設定が不要な場合は、ステップＳ２６０６を経ることなくステップＳ２６７に進む。なおＲＯＩの必要性を判定する工程は、例えば検査対象画像の全体を検査対象とする場合や、画像処理を用いて自動でＲＯＩを設定する場合などは、これらステップＳ２６０５〜ステップＳ２６０６を省略してもよい。
【０１１１】
次にステップＳ２６０７において、高さを測定したい箇所の明るさの調整が適切か否かを判定し、適切な場合はステップＳ２６０８に進み、適切でない場合はステップＳ２６０４に戻って三次元画像の撮像条件の設定を再度調整する。
【０１１２】
さらにステップＳ２６０８において、三次元計測を実行する（詳細は後述）。さらに必要に応じてステップＳ２６０９において二次元の観察画像を撮像して、二次元の計測も行う（詳細は後述）。この工程は、高さ計測のみの場合は省略できる。また、三次元計測に先立ち、先に二次元計測を実行してもよい。
【０１１３】
そしてステップＳ２６１０において、計測結果を出力する。例えば、高さ画像や観察画像を表示部４００に表示させると共に、計測結果をこれらの画像に重ねて表示させる。
【０１１４】
さらにステップＳ２６１１において、目的の箇所が正しく測定できたか否かを判定し、否の場合はステップＳ２６０３に戻って上記の工程を繰り返す。正しく測定できた場合はステップＳ２６１２に進み、検査結果を一時ファイルに保存し、さらにステップＳ２６１３において検査したい箇所のすべてについて検査設定が済んだか否かを判定し、未だの場合は、ステップＳ２６１４で再設定を行い、さらにステップＳ２６１５で再設定を反映させてステップＳ２６０３に戻り、必要な検査設定を順次行う。ステップＳ２６１４では、例えば検査したい箇所が被写界深度内に収まっていない場合は、ステップＳ２６１５においてＺステージを移動させる。また、検査したい箇所が影になっている場合は、ステップＳ２６１５においてθステージを移動させる。さらに検査したい箇所がＸ−Ｙ平面内の視野に収まっていない場合は、ステップＳ２６１５においてＸ−Ｙステージを移動させる。
【０１１５】
以上のようにして、検査したい箇所のすべてについて検査設定が終了すると、ステップＳ２６１６に進み、該検査設定に従って三次元検査設定を作成する（詳細は後述）。例えば、二次元画像、高さ画像、三次元データのいずれか又は複数に対して、検査すべき箇所として測定エリアを登録する。
【０１１６】
以上のようにして、ステップＳ２６０１〜ステップＳ２６１６を得て三次元計測用の検査設定が終了すると、必要に応じてステップＳ２６１７に進み、二次元計測用の検査設定を行う。例えば、二次元の観察画像に対して測定エリアを登録する（詳細は後述）。また二次元の検査が不要な場合は、ステップＳ２６１７を省略できる。
【０１１７】
なお以上の例では、上述の通り、先に三次元計測設定を行った後に、二次元計測設定を行う手順について説明したが、逆に二次元計測設定を行った後に三次元計測設定を行うことも可能である。ただしこの場合は、高さ画像の計測ができない姿勢で二次元計測設定を行わないように留意する必要がある。
【０１１８】
上述したステップＳ２６０８の三次元計測に際しては、検査対象物Ｓの測定したい部分の高低差が、レンズの被写界深度の範囲内であれば撮像が可能である。一方、図２７Ａに示すように、測定したい部分の高低差が三次元計測の被写界深度ＤＯＦを超える場合は、ピントが合って見える範囲が測定したい範囲よりも狭いため、そのままでは高さ情報を完全に取得することができない。そこで、Ｚステージを移動させて、レンズの被写界深度を超えた高低差の検査対象物Ｓを計測する。具体的には、計測したい範囲内にある検査対象物Ｓの高さが最も高い部分の高さをａ、最も低い部分をｂとすると、まず図２７Ｂに示すように、ａの高さでピントを合わせるようにレンズ系とステージの相対距離を調整（例えばステージ１４０又はカメラ１２１を移動）させて三次元計測を行い、高さ情報を取得する。次に図２７Ｃに示すように、ａとｂの中間にピントを合わせるように相対距離を変化させて同じく高さ情報を取得する。さらに図２７Ｄに示すように、ｂの高さでピントを合わせるように相対距離を変化させ、高さ情報を取得する。このようにして得られた高さ情報を合成することにより、被写界深度を超えた計測範囲についても、高さ計測が可能となる。これによって、検査対象物Ｓの測定したい部分の高低差が被写界深度よりも広い範囲であっても、正しく高さ情報を得ることが可能となる。
（深度合成画像ＦＩ）
【０１１９】
また、この際に各高さ位置において観察画像も併せて撮像しておき、ピントの合った部位を抽出して合成することで、深度合成画像を合成することもできる。このような深度合成画像の例を、図２８に示す。またこの深度合成画像ＦＩを用いて、上述したステップＳ２６０９の二次元計測の検査設定を作成することもできる。
【０１２０】
なおこの場合は、基準高さからの位置を知るために、リニアスケールなどの物差しが必要となる。また三次元測定の検査設定には、基準高さからの位置も併せて記録される。
【０１２１】
また上述したステップＳ２６１６の三次元検査設定に際しては、二次元の画像（観察画像）に対して設定することもできるし、又は三次元の画像（高さ画像）に対して設定してもよい。観察画像に対して三次元検査設定を行う例を、図２９のイメージ図に基づいて説明する。この図において、左側の画像表示領域１１１には、検査対象画像として二次元の観察画像を表示している。また右側の操作領域には、測定エリアを指定するためのツール群が配置されている。この例では、画像表示領域１１１の左上の基板上に矩形状の三次元測定エリアＭＡ３１を指定し、一方画像表示領域１１１の右下の部材上に円形状の三次元測定エリアＭＡ３２を指定し、両者の高低差を計測するよう設定した例を示している。
【０１２２】
また、ここで二次元の画像には、図２９に示した観察画像の他、高さ画像の高さを色で表現することで、高さ情報を平面的に表示させた高さ画像ＤＩとすることもできる。このような高さ画像ＤＩの例を図３０に示す。
【０１２３】
さらに測定エリアの指定には、このように領域を指定する他、上述の通り線状の測定エリアＭＡＬとして指定することもできる。例えば図３１のイメージ図に示す例では、観察画像上に線状の測定エリアＭＡＬを設定している。さらに図３２のイメージ図に示すように、画像表示領域において、線状の測定エリアＭＡＬに沿った検査対象画像の断面形状を示すプロファイル画像ＰＩを表示させ、このプロファイル画像ＰＩでもって検査内容を検査設定として設定することもできる。また、このような線状の測定エリアＭＡＬ上で、どの部分を計測するかを指定することもできる。
（高さ画像）
【０１２４】
さらに、以上のような二次元の画像に代えて、三次元の高さ画像を用いて検査条件を設定してもよい。例えば図３３のイメージ図に示すように、高さ画像を合成した三次元の合成画像ＴＩを画像表示領域１１１に表示させて、検査条件を立体的に指定することもできる。この場合は、ＲＯＩや線分を用いて測定する領域を指定する。
【０１２５】
なお三次元計測で設定可能な計測項目の例としては、平均段差、面交角、球と球との間の距離、球と平面との間の距離、円筒状の直径等が挙げられる。また、三次元計測の検査設定に含まれるパラメータとしては、三次元計測の有効／無効（三次元計測を無効に設定した場合は、二次元計測のみを行う。）、三次元計測条件の構造化照明の位置、構造化照明の明るさ、露光時間、測定モード、ステージの位置等が挙げられる。さらに検査設定としては、測定要素の位置（ＸＹ座標、大きさ、Ｚ位置等）、検査方法、公差等が挙げられる。
（二次元計測の検査設定）
【０１２６】
次に上述したステップＳ２６１７の二次元検査設定に際して、二次元計測の検査設定に含まれる設定パラメータとしては、二次元計測の有効／無効（二次元計測を無効に設定した場合は、三次元計測のみを行う。）が挙げられる。またまた二次元画像撮影条件としては、使用する照明の種類、照明の明るさ、露光時間、深度合成設定、ステージ位置等が挙げられる。さらに検査設定項目としては、検査位置、検査項目、公差等が挙げられる。ここで、上述した画像検査プログラムの操作領域に配置される、計測設定や検査設定を行うための計測ツールとしては、図３４Ａのイメージ図に示すような距離測定や角度測定等の計測ツール５８０Ａ、図３４Ｂのイメージ図に示すような点、線、円等の補助線の設定ツール５８０Ｂ、あるいは図３４Ｃのイメージ図に示すような形状公差、姿勢交差、位置交差などの設定ツール５８０Ｃ等が利用できる。
【０１２７】
このような計測ツールを用いて、検査条件の設定を行う。そして画像検査の設定が終了すると、画像検査の運用時においては、検査設定で設定された条件に従い、画像検査を実行する。具体的には、判定出力手段２２２が、検査対象物Ｓがステージ１４０上に置かれた初期位置と、検査条件として設定された載置設定位置とを比較して、この初期位置で高さ情報が取得可能かどうかを判定し、その判定結果が高さ情報取得不可能である場合には、該判定結果に基づく所定の出力を行う。この際、検査設定で設定された載置設定位置に検査対象物Ｓを載置させるように誘導する誘導機能を備えることができる。
（誘導機能）
【０１２８】
次に、判定出力手段２２２の具体例として、誘導手段２１４について説明する。誘導手段２１４は、縞投影で安定して高さ測定、検査ができる位置に検査対象物Ｓが置かれるように、ユーザを誘導するための手段である。誘導手段２１４は、例えば検査対象物Ｓがユーザによってステージ１４０上に置かれた初期位置が、載置設定位置と異なる場合に、ユーザに対し、載置設定値に置き直すように指示を与える。具体的には、表示部４００上に現在のステージ１４０の様子を撮像した観察画像を表示させ、ここに表示された検査対象物Ｓに対して、望ましい位置、すなわち載置設定位置を枠状に、観察画像に重ねて表示させる。さらに必要に応じて「枠状に重なる位置にワークを移動させて下さい」等のメッセージを表示部４００に表示させる。あるいは画像検査装置がスピーカを備える場合は、同様のメッセージを音声ガイダンスで再生してもよい。また、枠状に表示させる構成に代えて、又はこれに加えて、矢印で検査対象物を動かすべき方向を表示部上に表示させてもよい。このようにして、視覚的にユーザは正しい載置位置に検査対象物を移動させることが容易に行える。
【０１２９】
また、ユーザがステージ１４０上に載置した初期位置が載置設定位置である場合は、このような誘導を省略することもできる。例えば判定手段２１８が、ユーザによる初期位置と載置設定位置を比較し、初期位置で高さ情報が取得できる場合は誘導機能をキャンセルし、一方載置位置の調整が必要と判定した場合は、誘導機能を実行するように誘導手段２１４を作動させる。
【０１３０】
あるいは誘導手段２１４を、ガイド枠表示手段として機能させてもよい。この場合はガイド枠表示手段が、載置範囲をステージ１４０上に、枠状のガイド枠として表示させる。例えば、ステージ１４０上の載置設定位置に検査対象物Ｓを置くためのガイド枠を表示させる。ガイド枠としては、十字パターンやグリッド等が利用できる（なお、この意味でガイド枠は、必ずしも閉じた枠状に限定するものでなく、位置合わせの基準となる任意の表示パターンが利用できる）。これにより、ユーザはガイド枠に従って検査対象物の載置位置や載置姿勢を視覚的に把握することが可能となる。このようなガイド枠表示手段には、投光部１１０を利用できる。また検査対象物の姿勢が問題となる場合は、検査対象物の形状に沿ったガイド枠を表示させることで、ユーザはガイド枠と一致する姿勢に検査対象物を置くことができ、さらに確実な誘導が可能となる。
【０１３１】
加えて、ガイド枠表示手段と位置演算手段２１７を組み合わせて、検査対象物Ｓの載置位置に応じてガイド枠を変化させることもできる。例えばガイド枠表示手段がガイド枠を赤色で表示させ、この枠内に検査対象物Ｓを置くように促すと共に、検査対象物Ｓが載置範囲内に配置されたことを位置演算手段２１７で検出すると、ガイド枠の表示色を青色に変更する。これによって、ユーザはガイド枠の色でもって現在の載置位置や載置姿勢が正しいかどうかを判別でき、より便利に使用できる。
（誘導手段２１４の具体例）
【０１３２】
ここで、誘導手段２１４が誘導を実行する手順の一例を図３５〜図４０のイメージ図に基づいて説明する。ここでは、まずユーザが検査したい検査対象物Ｓをステージ１４０上に置くよう促す。この際に、検査設定を行った際と同じ位置に検査対象物Ｓを置いてもらう必要がある。そこで、ユーザが位置調整し易いように、検査対象画像を参考のため表示させる。まず図３５の例では、検査設定時の二次元の観察画像を、検査基準画像ＲＩとして予め保存しておき、誘導時には画像表示領域を二分割して、一方に検査設定時の観察画像を表示させ、他方には検査対象画像のライブ映像ＬＩを並べて表示させている。これにより、ユーザは基準画像を参照しながら、同じ姿勢となるように検査対象物Ｓの位置を調整することができる。特に、現在のステージ１４０上の検査対象物Ｓの位置を、リアルタイムに更新するライブ映像ＬＩでもって確認することで、位置合わせ作業を効果的に行える。
【０１３３】
ここで基準画像は、観察画像に限らず、三次元の高さ画像や合成画像を利用することもできる。一方図３６の例では、画像表示領域に検査設定時の合成画像ＴＩとライブ映像ＬＩとを並べて表示させている。この構成でも同様に、ユーザは基準画像である三次元の画像を参照しながら、検査対象物Ｓの位置をライブ映像ＬＩで調整できる。
【０１３４】
あるいは、画像表示領域に検査設定の二次元画像とライブ映像ＬＩを重ねて表示させることもできる。例えば図３７Ａに示す検査基準画像ＲＩに、図３７Ｂに示すライブ映像ＬＩを重ねて、図３８に示すように両者が一致するようにユーザが表示部４００を見ながら検査対象物Ｓの位置を調整する。あるいは、図３７Ａの基準画像と、図３７Ｂのライブ映像ＬＩとを切り替えて表示させ、大体の位置が合ったところで、重ね合わせ画像を表示し、位置を微調整するように構成してもよい。これにより、当初から重ね合わせて表示させるよりも、調整作業をスムーズに行える利点が得られる。
（投影画像）
【０１３５】
さらに他の実施形態として、ステージ１４０上の載置設定位置に検査対象物Ｓを置いた状態の画像をステージ１４０上に投影させることもできる。すなわち、図３９に示すように、検査基準画像ＲＩを、投影投光系の照明を使って、ステージ１４０上の検査対象物Ｓ上に直接投影することで、ユーザは検査対象物Ｓが基準画像中の載置設定位置と重なるように、位置を調整できる。特に投光部１１０としてＤＭＤを用いた場合は、プロジェクタとして画像の投影に利用することが可能であるので、投影用の部材を別途用意することなく、画像の投影が可能となる。
（ガイド枠表示手段）
【０１３６】
あるいはまた、図４０に示すように、表示部４００に検査対象画像を表示させつつ、基準となる部位の載置設定位置を示す枠状のガイド枠ＧＤを表示させて、基準となる部位がガイド枠ＧＤ内に収まるように、ユーザは検査対象物Ｓ又はステージ１４０の位置を調整する。ガイド枠ＧＤは、ガイド枠表示手段で生成して表示させる。この場合は、予め検査基準画像ＲＩの内、位置合わせの基準となる基準部位ＲＡを検査設定手段２５１等で設定しておき、検査対象物Ｓを載置設定位置に置いた際に、基準部位ＲＡがステージ１４０上のどの位置（基準部位設定位置）に配置されるかを演算しておく、あるいは基準部位ＲＡのステージ１４０上の位置（基準部位設定位置）を直接ユーザが指定しておく。この基準部位設定位置を、ガイド枠ＧＤとして、表示部４００上で検査対象画像に重ねて表示させることで、ユーザはガイド枠ＧＤに基準部位ＲＡが沿うように、検査対象物Ｓ又はステージ１４０の位置を手動で調整できる。なお、ガイド枠ＧＤは表示部４００上に仮想的に表示させる構成の他、投光部や専用の部材でもって、ステージ１４０上の基準部位設定位置にパターンとして直接描画させることもできる。
（電動式ステージ）
【０１３７】
以上の例では、ユーザが正しい載置設定位置に検査対象物Ｓを置くように誘導することを主眼とした構成について説明した。この方法では、基本的にユーザ側で載置位置を調整する必要がある。一方、画像検査装置側で載置位置を調整するように構成することもできる。例えばステージを電動式として、ユーザによる初期の載置位置によらず、正しい載置位置に無い場合は、自動的にステージを移動させることで、検査を実行可能とできる。このような画像検査装置は、上述した変形例１に係る図４１のように、検査対象物Ｓの画像を撮影し、検査設定の二次元画像とのズレを制御手段２００で認識して、ステージ１４０の平面方向の位置（ＸＹ座標及びθ）を自動で調整する。
（位置検出手段１４６）
【０１３８】
また、ステージ１４０上の検査対象物Ｓの位置を検出する位置検出手段１４６を備えて、ユーザが載置した検査対象物の載置位置の適否を判定することもできる。このような例を変形例２に係る画像検査装置４２００として図４２に示す。ここでは位置検出手段１４６で検出された載置位置が、検査設定手段２５１で設定された載置設定位置であることを判定すると、その旨を出力する。例えば、初期位置が載置設定位置である場合は、「ＯＫ」等のメッセージを表示部に表示させたり、ランプで青色を点灯させる等の方法で、ユーザに対して載置位置が正しいことを告知する。一方、位置検出手段１４６で検出された初期位置が、載置設定位置から外れていると判定された場合は、「ＮＧ」、「ＦＡＩＬ」等のエラーメッセージを表示部に表示させたり、赤ランプ等のインジケータを点灯させたり、ブザーで警報を鳴らすなど、ユーザに対して載置位置が正確でないことを告知すると共に、必要に応じて正確な載置位置となるように調整を促すことができる。この場合は、上述した誘導手段２１４やガイド枠表示手段等を組み合わせることができる。また、このような位置検出手段１４６には、近接スイッチやセンサ等が利用できる。
（位置演算手段２１７）
【０１３９】
また、検査対象物Ｓを撮像手段１００で正しく撮像可能なステージ上の載置範囲を演算するための位置演算手段２１７を備えることもできる。位置演算手段２１７の機能は、例えば制御手段で実現される。ユーザがステージに検査対象物Ｓを置く際、ステージに備えた位置検出手段１４６によって現在の載置位置を検出し、載置位置が、位置演算手段２１７で演算された載置範囲に含まれていない場合は、ユーザに対して警告手段２１５でもって警告を表示させる。警告手段２１５が行う警告の態様としては、例えば表示部４００上に「検査できません。置き直して下さい」等の警告メッセージを表示させたり、音声で警告メッセージを読み上げたり、警告音を発したり、赤色の点滅など、光のパターンでユーザに対して警告を発することができる。また、逆に現在の載置位置が、位置演算手段２１７で演算された載置範囲に含まれている場合は、何もしない他、警告手段２１５で「正しい位置です」と表示させる等のメッセージを表示させたり、音声案内を行うことで、ユーザは載置位置が正しいことを視覚的、聴覚的に確認できる。
（画像検査の実行）
【０１４０】
以上のようにして、ステージ上に検査対象物Ｓを、検査設定時の載置設定位置に載置することが実現されると、上述した図２２のステップＳ２２０３の、画像検査処理の実行が可能となる。この画像検査装置は、三次元計測のみならず二次元計測が可能であるため、検査実行時には、画像検査手段２１６が二次元計測、三次元計測の検査設定の内容をそれぞれ確認する。いずれかの画像検査が有効になっていない場合は、その測定は行わないことで、無駄な検査処理を省いて処理時間の短縮化を図る。例えば二次元計測が無効の場合は、二次元の観察画像の撮影は行わない。また三次元計測が無効の場合は、縞投影での三次元計測は行わない。
（検査結果の出力）
【０１４１】
このようにして画像検査が実行されると、検査結果が出力される。検査結果の出力としては、例えば図４３に示すように、検査結果をリストとして表示部４００に表示させる。または検査結果データを出力する。
【０１４２】
あるいは、表示部４００に表示された画像上に検査結果を重畳表示させることもできる。例えば図４４に示すように、二次元の観察画像上に寸法を表示させる。あるいは図４５に示すように、三次元の合成画像上に、測定した部位と測定結果とを表示させる。また、寸法や角度などの測定結果と共に、これを所定の基準値と比較した判定結果（例えばＯＫ／ＮＧの別）を表示させることもできる。このように、画像上に計測した部位や判定結果を重畳表示させることで、ユーザはどの部位の測定結果を示しているのかを視覚的に把握できる。また、色分けして表示させることもできる。例えば判定結果がＮＧの場合は赤色、ＯＫの場合は青色などと色分けすることで、さらにユーザは色でもって感覚的に判定結果を認識できる。
【０１４３】
さらに、検査対象物に高さの異なる複数の面がある場合のように、検査対象物の検査したい高さ（検査対象高さ）が複数ある場合の画像検査について検討する。例えば、図４６に示すように、基準位置に対して検査対象高さＺａの検査対象物ａ上に、基準位置からの検査対象高さＺｂの検査対象物ｂと、同じく基準位置からの検査対象高さＺｃの検査対象物ｃを載置する例を考える。この場合、通常であれば３つの異なる検査対象高さＺａ、Ｚｂ、Ｚｃの位置でそれぞれ撮像を行うべく、撮像条件を含む検査設定を３つ作成し、次いで各検査設定に基づいて撮像を３回行って、画像検査（計測）を行うこととなる。この手順を図４７のフローチャートに従って説明すると、まずステップＳ４７０１において、検査設定の読み出しを行う。次にステップＳ４７０２において、検査対象高さＺａに合焦位置を移動させる。そしてステップＳ４７０３において、二次元の観察画像を撮像し、さらに三次元計測を行う。
【０１４４】
このようにして検査対象高さＺａでの撮像と画像検査が終了すると、次に検査対象高さＺｂでの撮像、画像検査を行う。具体的にはステップＳ４７０４において、検査対象高さＺｂに移動させ、合焦位置を再設定した後、ステップＳ４７０５において、二次元の観察画像を撮像し、さらに三次元計測を行う。さらに検査対象高さＺｃでの撮像等を行う。具体的にはステップＳ４７０６において検査対象高さＺｃに移動させ、ステップＳ４７０７において二次元の観察画像を撮像し、さらに三次元計測を行う。
【０１４５】
さらに必要に応じて、検査対象高さＺａ、Ｚｂ、Ｚｃで撮像した観察画像中から、焦点の合った画素を抽出して深度合成画像を合成することもでき（ステップＳ４７０８）、さらに検査対象物の高さ情報に基づいて三次元画像を合成することもできる（ステップＳ４７０９）。そしてパターンマッチングを実行し（ステップＳ４７１０）、二次元及び三次元検査用の測定エリアの領域割当をそれぞれ行った後（ステップＳ４７１１）、エッジ抽出と高さ情報の抽出を行い（ステップＳ４７１２）、検査結果を出力させる（ステップＳ４７１３）。ここでは表示部４００に検査結果を表示させる。
【０１４６】
この方法では、検査対象高さが増えるほど、撮像回数が増えることとなり、処理時間も長くなる。そこで、検査設定手段２５１でそれぞれの高さ毎に検査設定を行う一方、高さ計測や高さ画像の撮像は、各高さ毎に行うのみならず、これらを纏めて計測及び／又は撮像することで、効率よく処理できる。
【０１４７】
このため検査設定手段２５１は、検査対象物の異なる高さについて、高さ画像をそれぞれ撮像手段１００で撮像するための撮像条件として、検査対象物の検査したい検査対象高さを被写界深度に含む高さ画像を生成するための検査設定を、該検査対象高さ毎にそれぞれ設定する。
（撮像高さ範囲設定手段２２４）
【０１４８】
さらに、検査設定手段２５１で設定された各検査設定の検査対象高さの内、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように、撮像手段１００で高さ画像を撮像する際の撮像高さ範囲を設定可能な撮像高さ範囲設定手段２２４を備える。これにより、検査設定毎に高さ画像を撮像するのでなく、複数の検査設定を纏めて一の高さ画像に含めることが可能となり、撮像に要するタクトタイムを短縮できる利点が得られる。
【０１４９】
例えば図４６の例において、｜Ｚｂ−Ｚａ｜＜（被写界深度）で、かつ｜Ｚｃ−Ｚａ｜＞（被写界深度）である場合は、検査対象物ａの検査対象高さＺａと検査対象物ｂの検査対象高さＺｂとは１回で測定可能である。一方、検査対象物ｃの検査対象高さＺｃについては、これらと同時に測定することはできない。このため撮像高さ範囲設定手段２２４で、検査対象高さＺａと検査対象高さＺｂに関する計測及び撮像を纏めて行うことにより、検査対象物ａと検査対象物ｂの画像検査は纏めて行うことができる。
【０１５０】
具体的には撮像高さ範囲設定手段２２４は、例えば検査対象高さＺａとＺｂを一の被写界深度内に含めるように撮像高さ範囲を設定する際、被写界深度の中心である合焦位置（ピントの位置）を（Ｚａ−Ｚｂ）／２に設定する。これにより、検査対象高さＺａとＺｂのそれぞれに対してほぼ等しい精度にて高さ計測を行うことが可能となる。また、検査対象高さＺｃについては、通常通りＺｃを合焦位置として撮像することで、３回の撮像を２回に纏めることが可能となる。このように、高低差のある検査対象高さを画像検査する場合は、一番高い位置にある検査対象高さと、一番低い検査対象高さの、中心にピント位置を合わせることで、全体的に精度よく測定ができる。
【０１５１】
一方で、縞投影での高さ測定はピント位置が最も高さ精度が高く、ピントが外れていくに連れて高さ精度が低くなるという特性がある。例えばＺａとＺｂの高度差｜Ｚｂ−Ｚａ｜が、被写界深度の幅と近付くほど、高さ測定の精度が低下することとなる。そこで、画像検査に要求される精度や要処理時間のバランスを考慮して、ＺａとＺｂの高度差が一定以上ある場合は、一回の撮像が可能な場合（すなわち｜Ｚｂ−Ｚａ｜＜（被写界深度））であっても、敢えて二回に分けて撮像することで、高さ計測の精度を向上させることが考えられる。このような判断は、撮像高さ範囲モード選択手段２２５によって行う。
（撮像高さ範囲モード選択手段２２５）
【０１５２】
撮像高さ範囲モード選択手段２２５は、撮像高さ範囲設定手段２２４で複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めるように撮像高さ範囲を設定する際、より多くの検査対象高さを同一の被写界深度内に含めることで撮像に要する時間を短縮する速度優先モードと、被写界深度の中心である合焦位置の近傍に検査対象高さを設定することで、高さ測定の精度を高める精度優先モードとを選択可能としている。これにより、高さ測定の精度を優先するか、速度を優先するか、検査用途や目的などに応じて適宜使い分けることが可能となり、より柔軟な画像検査が実現できる。例えば、同一の被写界深度に含めたい検査対象高さ同士の差が、被写界深度とほぼ同じ程度に離れているような場合には、一の被写界深度に纏めるよりも、敢えて個別の被写界深度に分けて撮像した方が、精度よく高さ測定を行える。このように、要求される精度や速度に応じた柔軟な撮像高さ範囲に設定することで、使い勝手のよい画像検査が実現される。
（変形例）
【０１５３】
さらに以上の例では、複数の検査設定で各々設定された検査対象高さを、一の被写界深度内に含めることができる場合に、これらを纏めて計測又は撮像する方法について説明した。一方で、複数の検査対象高さを、一の被写界深度に含めることができない場合は、各検査対象高さ毎に、カメラやステージを移動させて高さ計測や観察画像の撮像を行う必要がある。この場合でも、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さ範囲を、複数の検査設定として各々設定しておくと共に、検査実行時にはこれら複数の検査設定を順次実行させることで、被写界深度を超えた高低差を有する検査対象物であってもスムーズに高さ計測を行える利点が得られる。このような変形例においては、例えば撮像高さ範囲設定手段２２４が、検査設定手段２５１で設定された複数の検査対象高さが、一の被写界深度内に含まれているかどうかをまず判定し、含まれている場合は上述した通り、複数の検査対象高さを一の被写界深度に含めるように、撮像高さ範囲を設定する。
【０１５４】
一方で、複数の検査対象高さを一の被写界深度内に含めることができないと判定された場合は、各検査対象高さに対応させて異なる撮像高さ範囲を設定した複数の検査設定を、撮像高さ範囲設定手段２２４で生成すると共に、検査実行時にはこれら複数の検査設定を順次読み込んで実行させる。このように、検査設定毎に検査対象高さを関連付けて記憶しておくことで、検査実行ボタンを押下すると、自動的に各検査設定が読み込まれて、検査設定で設定された検査対象高さでの高さ計測等を実行し、終了後は撮像高さ範囲を順次切り替えながら同様の処理を繰り返すことで、指定された検査対象高さ毎に撮像や高さ計測を実行できる。また画像検査手段は、各検査設定に従って撮像高さを変化させながら、複数の検査設定を順次実行することができる。これによって、ユーザは撮像高さ範囲毎に、検査設定を読み込んで、検査実行ボタンを押下して高さ計測を行い、終了後には一旦異なる撮像高さ範囲に切り替えた上で、再度検査実行ボタンを押下するという作業を繰り返し行うことなく、本来であれば纏めて高さ計測することができない、高さが被写界深度を超えるような高低差のある検査対象物に対しても、一括して高さ計測を実行させることができ、繁雑な作業から開放されて利便性が高められる。
（実施の形態３）
【０１５５】
一方で、上述した誘導は、必ずしも毎回行う必要はなく、必要に応じて実行させるようにしてもよい。例えば、始めは誘導を行わずに、ステージ上に置かれた載置位置の初期位置に対して、誘導が必要かどうかを判定し、必要があれば誘導することもできる。このような誘導の有無の判定を行う手順を実施の形態３として、以下図４８のフローチャートに基づいて説明する。
【０１５６】
まず、ステップＳ４８０１において、検査対象物をステージ上に載置する初期位置については、誘導を行わずにユーザに任せる。次にステップＳ４８０２において、二次元の観察画像を撮影し（任意）、さらにステップＳ４８０３において、三次元測定用の縞投影を行い、影となる部分や、投光の光量が飽和する部分を検知する。
【０１５７】
そしてステップＳ４８０４において、測定されたデータを、検査設定と比較し、三次元測定の検査対象領域が箇所が影や飽和で測定不能になっていないかどうかを判定する。測定可能な場合は続けてステップＳ４８０５において、高さ測定と検査を行う。一方で測定不可能な場合は、ステップＳ４８０６において、測定できる位置に置かれるように誘導する。そしてステップＳ４８０３に戻って再度三次元測定を行う手順を繰り返す。このようにして、一旦三次元画像を生成した上で載置位置の再設定が必要かどうかを判定することにより、検査の度に毎回誘導を行う手間を省くことができ、特にユーザの初期位置がある程度正確な場合は効率よく画像検査を行える一方、万一初期位置が載置設定位置から外れても、誘導によってやり直すことで検査の正確性を担保できる。
（実施の形態４）
【０１５８】
さらに別の方法として、ユーザが検査対象物を置いた初期位置において三次元の検査までを一旦実行した上で、その結果に基づいて載置位置の調整が必要な場合には誘導を行って、載置位置の調整からやり直すこともできる。以下、このような手順を実施の形態４として、図４９のフローチャートに基づき説明する。まずステップＳ４９０１においては、実施の形態３と同様、検査対象物をステージ上に載置する初期位置については、ユーザに対して誘導を行わず、ユーザに任せる。次にステップＳ４９０２において、二次元の観察画像を撮影する（任意）。次にステップＳ４９０３において、三次元測定を実行する。
【０１５９】
そしてステップＳ４９０４において、測定したい部位の測定結果が正しく得られているか否かを判定する。測定できていた場合は、ステップＳ４９０５に進み、測定結果に基づく画像検査を行う。一方、測定できていない場合はステップＳ４９０６に進み、測定できる位置に置かれるように誘導した上でステップＳ４９０３に戻って以上の手順を繰り返す。
【０１６０】
このようにして、検査対象物が置かれた状態のままで計測が可能であれば誘導機能を実行することなく検査を実行できるので、処理を簡素化できる。また所定の精度での計測ができない場合には、誘導機能を実行させることで、計測ができなくなる事態を回避できる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明の画像検査装置及び画像撮像方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、検査対象物の高さを三角測距の原理を利用して測定する測定装置やデジタイザ、あるいはこれらの検査結果に基づいて、良品か不良品かを判定する検査装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１６２】
１００、１００’…撮像手段
１０１…本体ケース
１１０…投光部；１１０Ａ…第一測定光投光部；１１０Ｂ…第二測定光投光部
１１１…測定光源；１１１Ａ…第一測定光源；１１１Ｂ…第二測定光源
１１２…パターン生成部
１１２Ａ…第一パターン生成部；１１２Ｂ…第二パターン生成部
１１３〜１１５、１１３Ａ〜１１５Ａ、１１３Ｂ〜１１５Ｂ、１２２、１２３…レンズ
１２０…受光部
１２１…カメラ
１２１ａ…撮像素子
１３０…照明光出力部
１４０…ステージ
１４１…Ｘ−Ｙステージ
１４２…Ｚステージ
１４３…θステージ
１４４…ステージ操作部
１４５…ステージ駆動部
１４６…位置検出手段
１５０…測定制御部
２００…制御手段
２１０…ＣＰＵ
２１１…測定画像合成手段
２１３…三次元画像合成手段
２１４…誘導手段
２１５…警告手段
２１６…画像検査手段
２１７…位置演算手段
２１８…判定手段
２２０…ＲＯＭ
２２１…パターンマッチング手段
２２２…判定出力手段
２２４…撮像高さ範囲設定手段
２２５…撮像高さ範囲モード選択手段
２２８…高さ画像取得手段
２３０…作業用メモリ
２４０…記憶装置
２５０…操作部
２５１…検査設定手段
２５２…測定エリア指定手段
３００…光源部
３１０…制御基板
３２０、３２０’…観察用照明光源
４００…表示部
４１０…画像表示領域
４１６…第一表示領域
４１７…第二表示領域
４２０…操作領域
４２１…「３Ｄスキャン」タブ
４２４…「１ｓｈｏｔ−３Ｄ」ボタン
４２５…「エキスパート」ボタン
４２７…「観察画像」ボタン
４２８…「測定画像」ボタン
４３０…「測定」ボタン
５００、４１００、４２００…画像検査装置
５７０…「連結モード」選択欄
５８０Ａ、５８０Ｂ、５８０Ｃ…計測ツール
Ｓ、ａ、ｂ、ｃ…検査対象物
ＤＭＤ…デジタルマイクロミラーデバイス
ＭＭ…マイクロミラー
ＭＬ…測定光；ＭＬ１…第一測定光；ＭＬ２…第二測定光
ＩＬ…照明光
Ｓ１…第一測定画像
Ｓ２…第二測定画像
ＦＩ…深度合成画像
ＴＩ…三次元の合成画像
ＬＩ…ライブ映像
ＲＩ…検査基準画像
ＲＡ…基準部位
ＭＡ２…二次元測定エリア
ＭＡ３、ＭＡ３１、ＭＡ３２…三次元測定エリア
ＭＡＬ…線状の測定エリア
ＤＯＦ…被写界深度
ＤＩ…高さ画像
ＰＩ…プロファイル画像
ＧＤ…ガイド枠
【図１】
2015145797.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
2015145797.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２２】
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【図２６】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５２】
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【図５３】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４４】
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【図４５】
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【図５０】
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【図５１】
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