(57)【要約】【課題】複数の投影手段からパターンが投影された測定対象物の複数の画像から取得した複数の高さデータを合成して、前記測定対象物の三次元形状を測定する場合において、精度の良い合成データを得る技術を提供する。【解決手段】三次元形状測定装置は、複数のパターンが投影された複数の画像から、前記複数のパターン毎に、測定対象の高さデータを算出し、該算出されたそれぞれの高さデータのうち、前記測定対象に対して予め設定された測定基準箇所の高さの値が、予め設定された高さ想定値に最も近い高さデータを基準高さデータとして選択し、該基準高さデータとその他の全ての前記算出された高さデータとの高さの差異を求め、前記基準高さデータ以外の全ての前記高さデータに対して前記差違分をオフセットする補正を行ったうえで、前記算出された各高さデータを合成し、該合成された高さデータに基づいて前記測定対象の三次元形状を測定する。【選択図】図２
2020112369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に対してパターンを投影する複数の投影手段と、
前記複数の投影手段が投影するパターン毎に、前記パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された画像を処理することで、前記測定対象の三次元形状を測定する測定手段と、を有しており、
前記測定手段は、
前記画像から、前記複数の投影手段が投影するパターン毎に、前記測定対象の高さデータを算出し、該算出されたそれぞれの高さデータのうち、前記測定対象に対して予め設定された測定基準箇所の高さの値が、予め設定された高さ想定値に最も近い高さデータを基準高さデータとして選択し、該基準高さデータとその他の全ての前記算出された高さデータとの高さの差異をそれぞれ求め、前記基準高さデータ以外の全ての前記高さデータのそれぞれに対して前記差違分をオフセットする補正を行ったうえで、前記算出された各高さデータを合成し、該合成された高さデータに基づいて前記測定対象の三次元形状を測定する、
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記測定基準箇所は、前記複数の投影手段が投影するいずれのパターンを撮影した画像であっても、実際の高さとの誤差の少ない高さデータが算出できる領域である、ことを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
前記測定対象は、電子回路基板又は該基板に配置された部品であって、
前記測定基準箇所は、前記基板に設けられたフィデューシャルマーク、又は、前記基板面である、
ことを特徴とする請求項２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項４】
前記測定基準箇所は、前記三次元形状測定装置内に設置された治具であり、
前記撮影手段は、前記測定対象と併せて前記冶具を撮影する、
ことを特徴とする、請求項２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項５】
前記測定手段は、前記算出された各高さデータに異常があるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置。
【請求項６】
測定対象の三次元形状を測定するための方法であって、
前記測定対象の高さ測定の基準となる測定基準箇所の高さ想定値を設定する、想定値設定ステップと、
前記測定対象に第１の投影手段から映像パターンを投影する第１の投影ステップと、
前記第１の投影ステップで映像パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する第１の撮影ステップと、
測定対象に第２の投影手段から映像パターンを投影する第２の投影ステップと、
前記第２の投影ステップで映像パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する第２の撮影ステップと、
前記第１の撮影ステップ及び前記第２の撮影ステップで撮影された各画像から、当該画像毎に前記測定対象の高さデータを算出する、高さデータ算出ステップと、
前記高さデータ算出ステップで算出された複数の高さデータのうち、前記測定基準箇所の高さの値が前記高さ想定値に最も近い値である高さデータを基準高さデータとして選択する、基準選択ステップと、
前記基準高さデータと、その他の高さデータとの高さの値の差違を求める、差違分算出ステップと、
前記基準高さデータ以外の高さデータに対して、前記差違分算出ステップで求められた差違分をオフセットする補正を行う、高さデータ補正ステップと、
前記高さデータ補正ステップで補正された高さデータと、前記基準高さデータとを合成する、合成データ作成ステップと、
前記合成データ作成ステップで作成された合成データに基づいて、前記測定対象の三次元形状を測定する、三次元形状測定ステップと、を有する
ことを特徴とする、三次元形状の測定方法。
【請求項７】
前記測定対象は、電子回路基板又は該基板に配置された部品であって、
前記測定基準箇所は、前記基板に設けられたフィデューシャルマーク、又は、前記基板面である、
ことを特徴とする請求項６に記載の三次元形状の測定方法。
【請求項８】
前記測定基準箇所は前記測定対象が配置される装置内の治具であって、
前記の各撮影ステップでは、前記測定対象と併せて、前記冶具が撮影される、
ことを特徴とする請求項６に記載の三次元形状の測定方法。
【請求項９】
前記高さデータ算出ステップで算出された各高さデータに異常があるか否かを判定する、高さデータ異常確認ステップをさらに有する、
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の三次元形状の測定方法。
【請求項１０】
前記差違分算出ステップで求められた差違の値を記憶装置に記憶させる、差違分登録ステップをさらに有しており、
前記高さデータ補正ステップでは、前記差違分登録ステップで登録された差違の値を参照することによって、差違の値をオフセットする補正を行う、
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の三次元形状の測定方法。
【請求項１１】
請求項６から１０のいずれか１項に記載の各ステップを有する処理を三次元形状測定装置に実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状の測定装置、特に測定対象の高さ情報を取得可能な三次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像を用いて物体の三次元形状を測定する技術として、測定対象にプロジェクタ等の投影手段から周期性を有するパターンを投影し、該パターンが投影された状態の測定対象をカメラ等の撮影手段により撮影して、撮影された二次元画像を用いて測定対象の立体的形状を求める、位相シフト法が知られている。具体的には、撮影された画像において測定対象表面の形状（凹凸など）に依存して生じるパターンの歪みを解析することで、測定対象の高さを測定し、これに基づいて三次元形状を求める。
【０００３】
この際、検査対象の表面の形状に起因して、パターンが遮られて影が生じ、そのために高さを測定できない場合が生じるため、測定対象に対して異なる方向からパターンを投影するように複数の投影手段を配置することで、影になる領域を減少させることが一般的である（例えば特許文献１）。このようにして複数の投影手段から照射されるパターンの投影された複数の画像から複数の高さデータを取得し、これらを合成して一の高さデータを得て、三次元形状を測定する。
【０００４】
上記のような複数の投影手段については、測定対象に対する高さ基準が統一されているが、経時変化やアクシデントなどにより、各投影手段において上記の基準が崩れてしまう場合がある。また、異物の付着などによってノイズが発生することもある。このような状態で取得した複数の高さデータを合成して得られる三次元形状は、不適切な形状となってしまう。
【０００５】
これに対して、複数の投影部からのパターン照射によって取得された複数の高さデータを統合して、測定対象物の統合高さデータを算出することにより、統合高さデータの信頼性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
具体的には、特許文献２には、複数の投影部から照射されるパターン毎の測定対象の高さデータを得た後に、信頼度の最も高い投影部に係る高さデータを基準にして、残りの高さデータを整列・統合させることにより、統合高さデータの信頼性を向上させることが記載されている。そして、投影部別に求められた高さ、信号対雑音比、振幅、平均明るさを媒介変数とする関数であるビジビリティ情報及びグレー情報などを用いてノイズ領域を求め、各投影部のデータのうちノイズが最も少ないものを、信頼度の最も高いデータとする（即ち基準とする）ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１３８１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１２９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載されたような手段によると、相対的にノイズの最も少ないデータを基準データとして扱うことになるが、ノイズの多寡は必ずしも高さデータの精度を示すことにはならないため、高さデータの精度が相対的に低いデータを基準データ
としてしまう虞がある。また、そもそも全ての投影部からの照射パターンに基づいて取得される測定対象の高さデータの信頼度が低い（十分に高くない）場合であっても、そのようなデータの中から相対的に最も信頼度が高いデータを基準として処理を行うことになる。このように、客観的には信頼度が十分でない高さデータを用いて得られた統合高さデータ、ひいてはこれにより測定される三次元形状の精度は、低いものになる虞がある。
【０００９】
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、複数の投影手段からパターンが投影された測定対象物の複数の画像から取得した複数の高さデータを合成して、前記測定対象物の三次元形状を測定する場合において、精度の良い合成データを得る技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。
【００１１】
本発明に係る三次元形状測定装置は、測定対象に対してパターンを投影する複数の投影手段と、前記複数の投影手段が投影するパターン毎に、前記パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された画像を処理することで、前記測定対象の三次元形状を測定する測定手段と、を有しており、前記測定手段は、前記画像から、前記複数の投影手段が投影するパターン毎に、前記測定対象の高さデータを算出し、該算出されたそれぞれの高さデータのうち、前記測定対象に対して予め設定された測定基準箇所の高さの値が、予め設定された高さ想定値に最も近い高さデータを基準高さデータとして選択し、該基準高さデータとその他の全ての前記算出された高さデータとの高さの差異をそれぞれ求め、前記基準高さデータ以外の全ての前記高さデータのそれぞれに対して前記差違分をオフセットする補正を行ったうえで、前記算出された各高さデータを合成し、該合成された高さデータに基づいて前記測定対象の三次元形状を測定する。
【００１２】
上記のような構成によると、複数の高さデータを合成する際に、予め定める高さ想定値に最も近い高さデータを基準データとし、その他の高さデータを該基準データに合わせて補正したうえで各データを合成するため、高さ想定値との誤差が少ない合成データを得ることができる。これにより、例えば、高さ想定値を装置のキャリブレーション後の設計値としておくと、経時変化などによって装置のキャリブレーションが崩れている場合であっても、その悪影響を最小限にした精度の良い合成データを得ることができる。そして、当該合成データに基づいて測定対象の三次元形状を測定することで、信頼度の高い測定結果を得る事ができる。
【００１３】
また、前記測定基準箇所は、前記複数の投影手段が投影するいずれのパターンを撮影した画像であっても、実際の高さとの誤差の少ない高さデータが算出できる領域であってもよい。このような構成によると、高さ想定値と算出されるそれぞれの高さデータとの誤差を少なくすることができるとともに、各高さデータ間における差も小さくすることができる。このため、より精度の良い合成データを得る事ができる。
【００１４】
また、前記測定対象は、電子回路基板又は該基板に配置された部品であって、前記測定基準箇所は、前記基板に設けられたフィデューシャルマーク、又は、前記基板面であってもよい。また、前記測定基準箇所は、前記三次元形状測定装置内に設置された治具であり、前記撮影手段は、前記測定対象と併せて前記冶具を撮影するものであってもよい。このような箇所は、投影パターンが透過する虞がなく、また、平坦で周辺に投影パターンの影になるような構造もないことが通常である。このため、いずれのパターンが投影された画像からでも誤差の少ない高さデータを算出することができ、測定基準箇所とするのに好適である。
【００１５】
また、前記測定手段は、前記算出された各高さデータに異常があるか否かを判定してもよい。異常がある場合には、測定を中止してもよいし、何らかの出力手段によって警告を発信するようにしてもよい。このような構成によれば、正常でない高さデータが混在することによって、信頼度の低い合成データを取得することを防止することができる。また、明らかに異常な値が算出された場合には、測定対象の配置状態、或いは装置に何らかの不具合が発生している可能性があり、この確認を早期に行うことが可能になる。
【００１６】
なお、本発明は、上記構成ないし機能の少なくとも一部を有する三次元形状測定装置として捉えることができる。また、本発明は、かかる三次元形状測定装置を備える検査装置や３次元スキャナや物体認識装置として捉えることもできる。
【００１７】
また、本発明に係る三次元形状の測定方法は、測定対象の三次元形状を測定するための方法であって、前記測定対象の高さ測定の基準となる測定基準箇所の高さ想定値を設定する、高さ想定値設定ステップと、前記測定対象に第１の投影手段から映像パターンを投影する第１の投影ステップと、前記第１の投影ステップで映像パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する第１の撮影ステップと、測定対象に第２の投影手段から映像パターンを投影する第２の投影ステップと、前記第２の投影ステップで映像パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する第２の撮影ステップと、前記第１の撮影ステップ及び前記第２の撮影ステップで撮影された各画像から、当該画像毎に前記測定対象の高さデータを算出する、高さデータ算出ステップと、前記高さデータ算出ステップで算出された複数の高さデータのうち、前記測定基準箇所の高さの値が前記高さ想定値に最も近い値である高さデータを基準高さデータとして選択する、基準選択ステップと、前記基準高さデータと、その他の高さデータとの差違の値を求める、差違分算出ステップと、前記基準高さデータ以外の高さデータに対して、前記差違分算出ステップで求められた差違の値をオフセットする補正を行う、高さデータ補正ステップと、前記高さデータ補正ステップで補正された高さデータと、前記基準高さデータとを合成する、合成データ作成ステップと、前記合成データ作成ステップで作成された合成データに基づいて、前記測定対象の三次元形状を測定する、三次元形状測定ステップと、を有する。
【００１８】
また、前記測定対象は、電子回路基板又は該基板に配置された部品であって、前記測定基準箇所は、前記基板に設けられたフィデューシャルマーク、又は、前記基板面であってもよい。また、前記測定基準箇所は前記測定対象が配置される装置内の治具であって、前記の各撮影ステップでは、前記測定対象と併せて、前記冶具が撮影されるようにしてもよい。
【００１９】
また、前記高さデータ算出ステップで算出された各高さデータに異常があるか否かを判定する、高さデータ異常確認ステップをさらに有していてもよい。このような構成によれば、正常でない高さデータが混在することによって、信頼度の低い合成データを取得することを防止することができる。
【００２０】
また、前記差違分算出ステップで求められた差違の値を記憶装置に記憶させる、差違分登録ステップをさらに有しており、前記高さデータ補正ステップでは、前記差違分登録ステップで登録された差違の値を参照することによって、差違の値をオフセットする補正を行うようにしてもよい。このような構成であると、同一形状の測定対象を多数測定する際に、基準高さデータを算出する処理を省略することができ、効率的である。
【００２１】
また、本発明は、上記の方法を三次元形状測定装置に実行させるためのプログラム、そのようなプログラムを非一時的に記録したコンピュータ読取可能な記録媒体として捉えることもできる。
【００２２】
上記構成及び処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の投影手段からパターンが投影された測定対象物の複数の画像から取得した複数の高さデータを合成して、前記測定対象物の三次元形状を測定する場合において、精度の良い合成データを得る技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の適用例に係る三次元形状測定装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は本発明の適用例に係る三次元形状測定装置の三次元形状測定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３Ａは実施形態１に係る基板検査装置のハードウェア構成を示す模式図である。図３Ｂは実施形態１に係る基板検査装置の概略平面図である。
【図４】図４は実施形態１に係る検査対象の外観を例示する図である。
【図５】図５は実施形態１に係る制御装置の機能を示す機能ブロック図である。
【図６】図６は実施形態１に係る基板検査処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例について説明する。
【００２６】
＜適用例＞
（適用例の構成）
本発明は例えば、図１に示すような三次元形状測定装置に適用することができる。図１は本適用例に係る三次元形状測定装置９の構成を示す模式図である。三次元形状測定装置９は、測定対象物Ｏの三次元形状を測定する装置であり、図１に示すように主な構成として投影手段としてのプロジェクタ９１ａおよび９１ｂ、撮影手段としてのカメラ９２、測定手段としての制御装置９３（例えばコンピュータ）、を有している。
【００２７】
プロジェクタ９１ａおよび９１ｂは、測定対象に対してパターンを投影する手段である。ここで、パターンとは、例えば輝度の変化が周期性を示す縞模様であり、時間的に位相を変化させることが可能なものである。本適用例では、プロジェクタ９１ａから投影されるパターンをパターンａ、プロジェクタ９１ｂから投影されるパターンをパターンｂとする。プロジェクタ９１ａ、９１ｂはそれぞれ測定対象物Ｏに対して一定の傾斜角を有するように配置される。
【００２８】
カメラ９２は、パターンが投影された状態の測定対象物Ｏを撮影し、デジタル画像を出力する手段である。なお、以下では、撮影手段によって撮影された画像を観測画像とも表記する。カメラ９２は例えば、光学系とイメージセンサを有して構成される。図１に示すように、カメラ９２は測定対象物Ｏの真上から測定対象物Ｏを撮影するように配置される。なお、プロジェクタ９１ａとプロジェクタ９１ｂは、カメラ９２を中心に円周方向に沿って互いに対向する位置に配置される。
【００２９】
制御装置９３は、プロジェクタ９１ａ、９１ｂ、カメラ９２及び搬送機構の制御、カメラ９２から取り込まれた画像に対する処理、三次元形状測定などの機能を有しており、本発明における測定手段に該当する。制御装置９３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit
）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性の記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなど）、入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチパネ
ルなど）、表示装置（例えば、液晶ディスプレイなど）を備えるコンピュータにより構成することができる。
【００３０】
以上の構成を有する三次元形状測定装置９において測定対象物Ｏの三次元形状の測定を行う際には、各プロジェクタから測定対象物Ｏに投影するパターンの位相を変えながら、複数枚の画像をカメラ９２によって撮影し、撮影された画像を制御装置９３が、例えば位相シフト法などによって処理することで、測定対象物Ｏの三次元形状を測定する。
【００３１】
（制御装置の機能）
続いて、制御装置９３の三次元形状測定に関わる機能を説明する。制御装置９３は、三次元形状測定に関わる機能として、画像取得部９３１、高さデータ算出部９３２、補正値算出部９３３、合成データ作成部９３４、三次元形状測定部９３５、を有している。
【００３２】
画像取得部９３１はカメラ９２から三次元形状測定に用いる複数の観測画像を取り込む機能であり、例えば、測定対象物Ｏに投影されるパターンの位相が４分の１πずつ異なる画像４枚を、パターンａ、パターンｂのそれぞれで取得する。本適用例では、パターンａを撮影した観測画像を観測画像ａ、パターンｂを撮影した観測画像を観測画像ｂという。
【００３３】
高さデータ算出部９３２は取得された複数の観測画像に基づいて、測定対象物Ｏの高さデータを算出する機能である。例えば、取得した４枚の観測画像間における測定対象物Ｏの表面上の一点の位置を表す画素の二次元の位相差に基づいて、当該点の高さを、観測画像ａ、観測画像ｂのそれぞれで求める。本適用例では、観測画像ａから算出される高さデータを高さデータａ、観測画像ｂから算出される高さデータを高さデータｂとして説明する。
【００３４】
補正値算出部９３３は、高さデータ算出部９３２によって求めた、高さデータａ及び高さデータｂと、予め記憶装置に登録されている理想的な高さデータである高さ想定値とを比較し、高さ想定値に最も近い値の高さデータを、基準高さデータとして選定する。そして、高さデータとして選択された高さデータとその他の高さデータとの差分を、補正値として算出する。
【００３５】
合成データ作成部９３４は、基準高さデータ以外の高さデータに対して、補正値算出部９３３で算出された補正値の分をオフセットする補正を行ったうえで、全ての高さデータを合成した合成データを作成する。なお、高さデータの合成は、例えば複数の高さデータのプロファイルを所定の方法でつなげる、平均を取る、などの方法により行うことができる。これにより、測定対象物Ｏにおいて、構造上、一方向からのパターン投影では影となってしまい、高さの値が欠損した分を補った合成データを得る事ができる。
【００３６】
三次元形状測定部９３５は、得られた合成データに基づいて測定対象物Ｏの三次元形状を測定する。
【００３７】
（三次元形状測定処理の流れ）
次に、図２を参照して、本適用例における三次元形状測定の手順について説明する。まず、制御装置９３は、測定対象物Ｏについての測定基準箇所の高さ想定値を取得する（ステップＳ９０１）。具体的には、例えば、ユーザーが入力手段を介して、測定基準箇所の設計値を高さ想定値として、記憶手段に記憶する。
【００３８】
次に、制御装置９３は、測定対象物Ｏに対して、プロジェクタ９１ａからパターンａを投影させ（ステップＳ９０２）、カメラ９２によってパターンａが投影されている状態の測定対象物Ｏを撮影させて画像取得部９３１が観測画像ａを取得する（ステップＳ９０３
）。続けて、制御装置９３は、プロジェクタ９１ｂについても同様に、パターンｂを投影させ（ステップＳ９０４）、カメラ９２によってパターンａが投影されている状態の測定対象物Ｏを撮影させて画像取得部９３１が観測画像ｂを取得する（ステップＳ９０５）。
【００３９】
次に、高さデータ算出部９３２が観測画像ａから高さデータａを、観測画像ｂから高さデータｂをそれぞれ求める（ステップＳ９０６）。そして、補正値算出部９３３が、高さデータａ及び高さデータｂの測定基準箇所の高さの値と、予め取得された測定基準箇所の高さ想定値とを比較し、より高さ想定値に近い値を有する高さデータを基準高さデータとして選定する（ステップＳ９０７）。ここでは、仮に高さデータａが基準高さデータとして選定されたものとして説明を行う。補正値算出部９３３はさらに、基準高さデータである高さデータａと高さデータｂとの高さの値の差異を算出し、これを高さデータｂの補正値とする（ステップＳ９０８）。具体的には、高さデータａの高さの値から、高さデータｂの高さの値を減じてその差を求めればよい。
【００４０】
次に、合成データ作成部９３４は、高さデータｂに対して、補正値の分をオフセットする補正を行う（ステップＳ９０９）。具体的には、例えば、ステップＳ９０８で高さデータａから高さデータｂを減じた差が、正の値であった場合には、高さデータｂに当該差の分を加える補正を行う。逆に上記の差が負の値であった場合には、高さデータｂから当該差の分を減ずる補正を行う。以下、高さデータｂに補正を行った後の高さデータを高さデータｂ２とする。
【００４１】
そして、合成データ作成部９３４は、高さデータａと、高さデータｂ２とを合成して合成データを作成し（ステップＳ９１０）、三次元形状測定部９３５が、得られた合成データに基づいて測定対象物Ｏの三次元形状を測定して（ステップＳ９１１）、一連のルーティンが終了する。
【００４２】
以上のような、本適用例に係る三次元形状測定装置９の構成により、例えば経時変化などによりプロジェクタの配置関係が変化し、同一平面に対する各プロジェクタの高さデータが高さ方向にずれてしまう場合であっても、精度のよい合成高さデータを得ることができる。ひいては、三次元形状測定の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
＜実施形態１＞
次に、本発明を実施するための形態の他の例である基板検査装置１について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４４】
（基板検査装置のハードウェア構成）
基板検査装置１は、いわゆる位相シフト法によって電子回路基板の三次元形状の検査を行う外観検査装置であり、図３Ａ及び図３Ｂは、基板検査装置１のハードウェア構成の概略を示している。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基板検査装置１は主なハードウェア構成として、プロジェクタ１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆと、カメラ１２、制御装置１３、基板搬送手段１４、基板保持機構１５、治具Ｊを有している。
【００４５】
プロジェクタ１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆは、基板Ｋの表面に対してパターンを投影する手段である。パターンは例えば輝度の変化が周期性を示す縞模様であり、時間的に位相を変化させることが可能なものである。本実施形態では、プロジェクタ１１ｃから投影されるパターンをパターンｃ、プロジェクタ１１ｄから投影されるパターンをパターンｄ、プロジェクタ１１ｅから投影されるパターンをパターンｅ、プロジェクタ１１ｆから投影されるパターンをパターンｆとする。各プロジェクタはそれぞれ基板Ｋに対して一定
の傾斜角を有するように配置される。
【００４６】
カメラ１２は、パターンが投影された状態の基板Ｋを撮影し、デジタル画像を出力する撮影手段である。カメラ１２は例えば、光学系とイメージセンサを有して構成される。図３Ａに示すように、カメラ１２は基板Ｋの真上から基板Ｋを撮影するように配置される。なお、図３Ｂに示すように、各プロジェクタは、カメラ１２を中心に円周方向に沿って９０度ずつずれて等間隔に配置される。
【００４７】
制御装置１３は、各プロジェクタ、カメラ１２及び基板搬送手段１４の制御、カメラ１２から取り込まれた画像に対する処理、三次元形状測定などの機能を有しており、本発明における測定手段に該当する。制御装置１３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、不揮発性の記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなど）、入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなど）、表示装置（例えば、液晶ディスプレイなど）を備えるコンピュータにより構成することができる。後述する制御装置１３の各機能は、不揮発性の記憶装置に格納されたプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵが当該プログラムを実行することにより実現することができる。ただし、制御装置１３の機能の全部又は一部を、専用のハードウェアで代替しても構わない。また、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングの技術を利用し、制御装置１３の機能を複数のコンピュータの協働により実現しても構わない。
【００４８】
基板搬送手段１４は、例えば基板Ｋを載置及び移送可能なレールを含んで構成され、基板Ｋを検査位置まで搬送し、検査終了後の基板Ｋを検査位置から搬出する。基板保持機構１５は、検査位置に搬送された基板Ｋを検査の間保持する機構であり、例えばエアチャック（と爪）などの手段で基板Ｋを保持する。治具Ｊは基板Ｋの配置状態の確認用に、基板保持機構１５に、基板Ｋの基準面と同じ高さに表面が位置する様に配置されている。
【００４９】
以上の構成を有する基板検査装置１において、基板Ｋの検査は次のようにして行われる。即ち、各プロジェクタから基板Ｋに投影するパターンの位相を変えながら、複数枚の画像をカメラ１２によって撮影し、撮影された画像を制御装置１３が、位相シフト法によって処理することで、基板Ｋの三次元形状を測定し、これが所定の検査基準を満たすか否かを判定する。
【００５０】
なお、図４に検査対象である基板Ｋの外観を例示する。図中のＦは、本実施形態における測定基準箇所としてのフィデューシャルマークである。
【００５１】
（制御装置の機能）
続いて、制御装置１３の三次元形状測定に関わる機能を説明する。図５は、制御装置１３の三次元形状測定に関わる機能を示す機能ブロック図である。制御装置１３は、三次元形状測定に関わる機能として、画像取得部１３１、プロジェクタ光量判定部１３２、高さデータ算出部１３３、高さデータ異常判定部１３４、補正値算出部１３５、補正値登録部１３６、合成データ作成部１３７、三次元形状測定部１３８、合否判定部１３９を有している。
【００５２】
上記機能のうち、画像取得部１３１、高さデータ算出部１３３、三次元形状測定部１３８、については、適用例において説明した機能と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、本実施形態では、パターンｃを撮影した観測画像を観測画像ｃ、パターンｄを撮影した観測画像を観測画像ｄ、パターンｅを撮影した観測画像を観測画像ｅ、パターンｆを撮影した観測画像を観測画像ｆという。また、観測画像ｃから算出される高さデータを高さデータｃ、観測画像ｄから算出される高さデータを高さデータｄ、観測画像ｅから算出される高さデータを高さデータｅ、観測画像ｆから算出される高さデータを高さデータ
ｆ、とする。
【００５３】
プロジェクタ光量判定部１３２は、フィデューシャルマークＦを撮影した観測画像を取得した際に、フィデューシャルマークＦに照射されたパターンの光量の設定の適否を判定し、フィデューシャルマークＦに適切な光量でパターンが照射されていないと判断した場合には、リトライ用の光量設定を適用して再度パターンを照射させる。
【００５４】
高さデータ異常判定部１３４は、算出された高さデータの値が正常な範囲のものであるか否かを判定する。具体的には、観測画像のうち測定基準箇所（本実施形態ではフィデューシャルマークＦ）を構成する画素のヒストグラムが、最頻値を頂点とした一つの山を形成するような場合には、当該高さデータには異常が無いと判断する。一方、前記ヒストグラムに複数の山が存在するような場合には、何らかの異常があると判断する。具体的には撮影時に基板Ｋが振動している、測定基準箇所に何らかの理由で影になっている部分が存在する、などの異常があると考えられる。このように異常が有ると判断した場合には、後述する補正値の登録処理をキャンセルする。
【００５５】
また、測定基準箇所の高さの値が、所定の高さ想定値から大きく離れている場合にも、高さデータに異常が有ると判断する。例えば、所定の高さ想定値が３ｍｍであるところ、算出された高さデータでは６ｍｍである様なケースが考えられる。このような場合には、基板Ｋが正しく配置されていない、装置に不具合がある、などの問題が考えられるため、何らかの出力手段により、警告を発信するようにしてもよい。
【００５６】
補正値算出部１３５は、高さデータｃ、高さデータｄ、高さデータｅ、高さデータｆの測定基準箇所の高さの値と、所定の高さ想定値とを比較し、高さ想定値に最も近い値の高さデータを、基準高さデータとして選定する。そして、高さデータとして選択された高さデータとその他の高さデータとの差分を、補正値として算出する。補正値は、基準高さデータ以外の高さデータのそれぞれに対して算出される。例えば、高さデータｃが基準高さデータとして選択された場合には、高さデータｄ、高さデータｅ、高さデータｆに対して、それぞれ、補正値ｄ、補正値ｅ、補正値ｆ、が算出される。以下、本実施形態では、高さデータｃが基準高さデータとして選択されるものとして説明を行う。
【００５７】
補正値登録部１３６は、補正値算出部１３５で算出された補正値ｄ、補正値ｅ、補正値ｆを、記憶手段に記憶させる。
【００５８】
合成データ作成部１３７は、高さデータｄ、高さデータｅ、高さデータｆのそれぞれに対応する補正値を記憶部から呼び出して、各高さデータから補正値分をオフセットする補正を行う。これにより、各高さデータに補正を行った、高さデータｄ２、同高さデータｅ２、同高さデータｆ２を求め、これらと高さデータｃとを合成して、合成データを作成する。
【００５９】
合否判定部１３９は、三次元形状測定部１３８が測定した基板Ｋの三次元形状が、所定の基準を満たすか否かを判定し、その結果を、いずれかの出力手段により出力する。
【００６０】
（基板検査処理の流れ）
次に、図６を参照して、本実施形態における基板検査の手順について説明する。まず、制御装置１３は、基板Ｋについての測定基準箇所であるフィデューシャルマークＦの高さ想定値を取得する（ステップＳ１０１）。例えば、ユーザーが入力手段を介して、基板Ｋの基準面の高さ設計値（例えば、３ｍｍ）を、高さ想定値として記憶手段に記憶してもよい。
【００６１】
次に画像取得部１３１は、基板Ｋに対して各プロジェクタからパターンを投影し、これをカメラ１２で撮影することでパターンｃ、パターンｄ、パターンｅ、パターンｆそれぞれについての観測画像を取得する（ステップＳ１０２）。具体的な処理は適用例の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
次に、プロジェクタ光量判定部１３２は、観測画像ｃ、観測画像ｄ、観測画像ｅ、観測画像ｆにおいて、フィデューシャルマークＦに照射されたパターンの光量の設定が適切であるか否かを判定する処理を行う（ステップＳ１０３）。ここで、フィデューシャルマークＦに適切な光量でパターンが照射されていない場合には、得られる高さデータの信頼性が低くなるため、不適切な光量である判断した場合には、リトライ用の光量設定を適用して再度パターンを照射させる。
【００６３】
次に、高さデータ算出部１３３が、観測画像ｃ、観測画像ｄ、観測画像ｅ、観測画像ｆから、それぞれ高さデータｃ、高さデータｄ、高さデータｅ、高さデータｆを、算出する（ステップＳ１０４）。
【００６４】
続けて、高さデータ異常判定部１３４が、算出された各高さデータの値が正常な範囲のものであるか、即ち異常があるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、異常がない場合には、ステップＳ１０６に進み、基準高さデータの算出を行う。一方、異常ありと判定された場合には、ステップＳ１０６からＳ１０８の処理を飛ばして、ステップＳ１０９に進む。
【００６５】
ステップＳ１０６においては、補正値算出部１３５が、各高さデータの測定基準箇所（フィデューシャルマークＦ）の高さの値と、ステップＳ１０１で取得された高さ想定値とを比較し、より高さ想定値に近い値を有する高さデータを基準高さデータとして選定する。本実施形態では基準高さデータとなるのは高さデータｃである。補正値算出部１３５はさらに、基準高さデータである高さデータｃと、その他の高さデータとの高さの値の差異を求め、補正値ｄ、補正値ｅ、補正値ｆを、算出する（ステップＳ１０７）。
【００６６】
次に、補正値登録部１３６は、補正値算出部１３５で算出された補正値ｄ、補正値ｅ、補正値ｆを、登録する処理を行う（ステップＳ１０８）。具体的には、記憶手段に各補正値を記憶させる。
【００６７】
次に、合成データ作成部１３７は、高さデータｄ、高さデータｅ、高さデータｆのそれぞれに対応する補正値を記憶部から呼び出して、各高さデータから補正値分をオフセットする補正を行う（ステップＳ１０９）。そして、各高さデータの補正後のデータである、高さデータｄ２、同高さデータｅ２、同高さデータｆ２を求め、これらと高さデータｃとを合成して、合成高さデータを作成する（ステップＳ１１０）。
【００６８】
そして、三次元形状測定部１３８が、得られた合成高さデータに基づいて基板Ｋの三次元形状を測定して（ステップＳ１１１）、合否判定部１３９が、当該三次元形状に基づいて、基板Ｋが所定の基準を満たしているか否かを判定して結果を出力し（ステップＳ１１２）、一連のルーティンが終了する。
【００６９】
本実施形態のような基板検査装置１の構成によると、プロジェクタ光量判定部１３２によりプロジェクタの光量が適切か否か自動で判定されるため、不適切な光量で取得した観測画像に基づいて測定処理を行うことを抑止でき、高い信頼度で三次元形状の測定を行うことができる。また、高さデータ異常判定部１３４により、算出された高さデータが適切か否か判定されるため、不適切なデータを用いて合成高さデータが作成されることを防止することができ、高い信頼度で三次元形状の測定を行うことができる。
【００７０】
＜変形例＞
なお、上記実施形態１では、測定基準箇所は検査対象である基板Ｋに設けられたフューディシャルマークであったが、測定基準箇所は必ずしもフューディシャルマークである必要は無い。例えば、基板Ｋの基板面の任意の位置を測定基準箇所としてもよい。
【００７１】
また、測定基準箇所は必ずしも検査対象に設けられていなくてもよい。例えば、基板検査装置１に設けられた治具Ｊを測定基準箇所としてもよい。治具Ｊを測定基準箇所とすると、影になる領域が生じたり、搬送による震動の影響を受けたりすることがないため、高さデータを算出する際に異常な値が算出されることは略考えられない。このため、測定基準箇所を治具Ｊにすると、検査対象である基板Ｋに測定基準箇所を設けるよりも信頼度の高い高さデータを得る事ができる。また、これによって高さデータ異常判定部１３４による判定処理を省略することもできる。
【００７２】
なお、本実施形態に係る基板検査装置１では、プロジェクタを４つ配置する構成であったが、プロジェクタの数は２以上であれば、いくつであってもよい。
【００７３】
＜その他＞
上記各実施形態は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明はその技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記各例においては、全てのプロジェクタについての観測画像を取得してから、高さデータを算出する処理を行っていたが、プロジェクタ毎に、パターン投影、観測画像取得、高さデータ算出の処理を行うようにしてもよい。
【００７４】
本発明の一の態様は、測定対象に対してパターンを投影する複数の投影手段（１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ）と、前記複数の投影手段が投影するパターン毎に、前記パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する撮影手段（１２）と、前記撮影手段によって撮影された画像を処理することで、前記測定対象の三次元形状を測定する測定手段（１３）と、を有しており、前記測定手段は、前記画像から、前記複数の投影手段が投影するパターン毎に、前記測定対象の高さデータを算出し、該算出されたそれぞれの高さデータのうち、前記測定対象に対して予め設定された測定基準箇所の高さの値が、予め設定された高さ想定値に最も近い高さデータを基準高さデータとして選択し、該基準高さデータとその他の全ての前記算出された高さデータとの高さの差異をそれぞれ求め、前記基準高さデータ以外の全ての前記高さデータのそれぞれに対して前記差違分をオフセットする補正を行ったうえで、前記算出された各高さデータを合成し、該合成された高さデータに基づいて前記測定対象の三次元形状を測定する、ことを特徴とする三次元形状測定装置である。
【００７５】
また、本発明の他の一の態様は、測定対象の三次元形状を測定するための方法であって、前記測定対象の高さ測定の基準となる測定基準箇所の高さ想定値を設定する、想定値設定ステップ（Ｓ９０１）と、前記測定対象に第１の投影手段から映像パターンを投影する第１の投影ステップ（Ｓ９０２）と、前記第１の投影ステップで映像パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する第１の撮影ステップ（Ｓ９０３）と、測定対象に第２の投影手段から映像パターンを投影する第２の投影ステップ（Ｓ９０４）と、前記第２の投影ステップで映像パターンが投影された前記測定対象を含む像を撮影する第２の撮影ステップ（Ｓ９０５）と、前記第１の撮影ステップ及び前記第２の撮影ステップで撮影された各画像から、当該画像毎に前記測定対象の高さデータを算出する、高さデータ算出ステップ（Ｓ９０６）と、前記高さデータ算出ステップで算出された複数の高さデータのうち、前記測定基準箇所の高さの値が前記高さ想定値に最も近い値である高さデータを基準高さデータとして選択する、基準選択ステップ（Ｓ９０７）と、前記基準高さデータと、そ
の他の高さデータとの高さの値の差違を求める、差違分算出ステップ（Ｓ９０８）と、前記基準高さデータ以外の高さデータに対して、前記差違分算出ステップで求められた差違分をオフセットする補正を行う、高さデータ補正ステップ（Ｓ９０９）と、前記高さデータ補正ステップで補正された高さデータと、前記基準高さデータとを合成する、合成データ作成ステップ（Ｓ９１０）と、前記合成データ作成ステップで作成された合成データに基づいて、前記測定対象の三次元形状を測定する、三次元形状測定ステップ（Ｓ９１１）と、を有する三次元形状の測定方法である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・基板検査装置
９・・・三次元形状測定装置
１１、９１・・・プロジェクタ
１２、９２・・・カメラ
１３、９３・・・制御装置
１４・・・基板搬送手段
１５・・・基板保持機構
Ｊ・・・治具
Ｋ・・・基板
Ｏ・・・測定対象物
【図１】
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【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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