(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定する形状測定装置であって、
撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を前記撮像装置から取得するとともに、前記測定ワークの前記表面と略平行な一方向から前記撮像装置を用いて前記測定ワークの前記側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を前記撮像装置から取得する画像取得部と、
前記基準ワーク画像上での前記基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において前記基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、前記所定寸法の実測値と前記基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する係数算出部と、
前記基準ワーク画像を参照して、前記基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、前記画像座標系における基準座標値を測定する基準座標測定部と、
前記測定ワークの板厚方向における、前記基準位置から前記測定ワークの前記表面までの距離を示す表面変位情報を取得する変位情報取得部と、
前記表面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて表面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記表面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記表面の位置を表した表面座標値を算出する測定面算出部と、
を備える、形状測定装置。
【請求項２】
前記基準ワークは、前記撮像装置によって撮像された前記基準ワーク画像上で、前記基準ワークの輪郭を識別可能な前記基準面を有している、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記基準ワークは、前記測定ワークよりも光透過性が低い材料で製作されている、
請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記基準ワークは、表面および裏面を有する板状に形成され、一様な板厚を有し、
前記基準面は、前記表面と前記裏面とを前記基準ワークの板厚方向に接続し、前記基準面の輪郭が、前記表面および前記裏面により形成され、
前記基準ワークの前記所定寸法が、前記基準ワークの前記板厚である、
請求項１から３のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記係数算出部は、
前記基準ワーク画像上で前記基準ワークの前記表面の位置を表す基準表面座標値と、前記基準ワークの前記裏面の位置を表す基準裏面座標値とを算出し、かつ、
前記基準表面座標値と前記基準裏面座標値とに基づいて、前記基準寸法画素量を算出する、
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記基準位置が、前記撮像装置を用いて前記基準ワークを撮像する状態における前記基準ワークの前記表面上または前記裏面上に設定され、
前記基準座標測定部は、前記基準表面座標値または前記基準裏面座標値を前記基準座標値として決定する、
請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記変位情報取得部は、前記測定ワークの板厚方向における、前記基準位置から前記測定ワークの前記裏面までの距離を示す裏面変位情報を取得し、
前記測定面算出部は、前記裏面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記裏面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記裏面の位置を表した裏面座標値を算出する、
請求項１から６のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記測定ワーク画像上で、前記表面座標値に基づいて、前記側端部に設けられたベベル部の形状を測定する画像処理部を更に備える、
請求項１から７のいずれか１つに記載の形状測定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の形状測定装置と、
前記測定ワークを撮像して前記測定ワーク画像を生成し、前記基準ワークを撮像して前記基準ワーク画像を生成する撮像装置と、
前記測定ワークの板厚方向において、前記所定の基準位置から前記測定ワークの前記表面までの距離を測定し、前記表面変位情報を出力する第１変位センサと、
を備える、形状測定システム。
【請求項１０】
前記撮像装置の焦点が、前記基準ワークの前記基準面上に位置する、
請求項９に記載の形状測定システム。
【請求項１１】
前記撮像装置は、前記基準ワークの前記基準面と略直交する方向から前記基準ワークを撮像し、前記基準面が前記撮像装置の焦点面上に重ねられる、
請求項１０に記載の形状測定システム。
【請求項１２】
前記基準ワークを撮像するときと、前記測定ワークを撮像するときとで、前記撮像装置の位置、姿勢および倍率が同じに設定される、
請求項９から１１のいずれか１つに記載の形状測定システム。
【請求項１３】
前記基準ワークが撮像される状態において、前記第１変位センサが、前記基準ワーク上の前記基準位置でその距離測定値がゼロ値となるように校正される、
請求項９から１２のいずれか１つに記載の形状測定システム。
【請求項１４】
前記測定ワークの板厚方向において、前記基準位置から前記測定ワークの前記裏面までの距離を測定し、測定結果を示す裏面変位情報を出力する第２変位センサを更に備え、
前記測定面算出部は、前記裏面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記裏面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記裏面の位置を表す裏面座標値を算出する、
請求項９から１３のいずれか１項に記載の形状測定システム。
【請求項１５】
表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定する形状測定方法であって、
撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を前記撮像装置から取得する基準ワーク画像取得工程と、
前記基準ワーク画像上での前記基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において前記基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、前記所定寸法の実測値と前記基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する係数算出工程と、
前記基準ワーク画像を参照して、前記基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、前記画像座標系における基準座標値を測定する基準座標測定工程と、
前記測定ワークの前記表面と平行な一方向から前記撮像装置を用いて前記測定ワークの前記側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を前記撮像装置から取得する測定ワーク画像取得工程と、
前記測定ワークの前記表面の法線方向における、前記基準位置から前記測定ワークの前記表面までの距離を示す表面変位情報を取得する変位情報取得工程と、
前記表面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて表面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記表面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記表面の位置を表した表面座標値を算出する測定面算出工程と、
を備える、形状測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の形状測定方法をコンピュータに実行させる、形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状のワークの側端部の形状を測定する装置、システム、方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
板状のワークでは、表面または裏面と側面とが成す角部に、応力集中が発生する。ワークが、半導体ウェハや、液晶ディスプレイ用基板のように、ガラス、サファイア、シリコンあるいはセラミクス等の脆性材料で製造される場合、角部が応力集中で簡単に破損する。一般に、このようなワークの製造過程では、破損を防止するため、角部に対して面取り加工が行われる。
【０００３】
「面取り（beveling）」には、Ｃ面取り（chamfering）およびＲ面取り（rounding）が含まれる。面取り加工では、角部が、研磨あるいはレーザ加工により切除される。これにより、ワークの側端部において、表面または裏面が、ベベル面（直線断面を有する傾斜面や円弧断面を有する曲面）を介し、側面と連続する。あるいは、側面を残さず表側のベベル面が裏側のベベル面と連続し、表面および裏面が、一体化されたベベル面を介して互いに連続する。本書では、特段断らない限り、「ベベル部」とは、面取り加工後にワークの側端部に残されたベベル面およびその内側の部位をいう。
【０００４】
面取り加工後には、ベベル部の形状が測定される。これにより、面取り加工の適正性が検査され、ひいてはワークの品質良否が判定される。板状のワークの側端部の形状を測定する方法の一例として、半導体製造に関わる業界団体によって定められた規格（SEMI Standard）に従った、いわゆる「光投影測定法」が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
光投影測定法では、照明光がワーク（半導体ウェハ）の表面に平行な方向から照射され、ワークの側端部が照明に対向する方向から撮像され、ワークの側端部の形状が、画像上で測定される。形状を測定するためには、ワークの輪郭を画像上で特定する必要がある。
しかし、表裏各面のカメラ手前側およびカメラ奥側の両側が、カメラの視野内に収まるため、表裏各面の像がボケる。ワークが、ガラスのような高い光透過性（透明性）を有する材料で製造されている場合には、このボケの程度が大きくなる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、ワークの側端部に沿った光の光路長が導出される。光路長は、側端部のカメラ手前側の端からカメラ奥側の端までの投光方向における奥行き寸法である。奥行き寸法がボケの程度と比例するとの知見に基づき、ボケた画像上で表面および裏面の輪郭が特定され、ボケの程度が奥行き寸法に応じて推定される。表面および裏面の位置は、特定された輪郭からボケの程度を逆算することによって推測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３１６６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の測定方法では、表面および裏面の位置が、画像を参照することのみによって推測されている。しかし、ボケた像の輪郭を正確に特定することは難しい。また、ボケの程度は、奥行き寸法以外の様々な因子、例えば、光透過性のようなワークの材料特性、照明光量および被写界深度等によっても変わる。このため、ボケの程度を奥行き寸法に基づいて正確に推定することも難しい。
【０００９】
このように、ワークの形状を撮影結果に基づいて測定する手法には、正確性や簡易性の点で改善の余地があると考えられる。
そこで、本発明は、ワークの表面の位置を正確にまたは簡易に測定することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係る形状測定装置は、表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定する。形状測定装置は、画像取得部、係数算出部、基準座標測定部、変位情報取得部および測定面算出部を備える。
画像取得部は、撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を撮像装置から取得する。また、画像取得部は、測定ワークの表面と平行な一方向から撮像装置を用いて測定ワークの側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を撮像装置から取得する。
【００１１】
係数算出部は、基準ワーク画像上での基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、所定寸法の実測値と基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する。基準座標測定部は、基準ワーク画像を参照して、基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、画像座標系における基準座標値を測定する。
【００１２】
変位情報取得部は、測定ワークの板厚方向における、基準位置から測定ワークの表面までの距離を示す表面変位情報を取得する。測定面算出部は、表面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて表面変位画素量へ換算する。また、測定面算出部は、基準座標値を表面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの表面の位置を表した表面座標値を算出する。
【００１３】
上記構成では、表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定するために、前述した光投影測定法が用いられている。ただし、測定面算出部は、測定ワーク画像上でボケた表面の輪郭を特定し、特定された輪郭から表面の位置を推測するといった手法を採らない。
画像上で定義される画像座標系において所定の基準位置と対応する基準座標値が、予め測定されている。単位距離に相当する画像座標系内での画素量を表す換算係数（pix/mm）が、予め算出されている。そして、測定ワーク画像上で輪郭を特定する代わりに、基準位置から測定ワークの表面までの距離が測定される。この距離が換算係数を用いて画像座標系内での画素量（表面変位画素量）に換算される。測定ワークが設置されている空間内で、測定ワークの表面が基準位置から実測された距離（mm）だけ離れている場合には、測定ワーク画像上では、表面が基準座標値から表面変位画素量（pix）だけ離れている。測定面算出部は、基準座標値を表面変位画素量で補正することで、表面座標値を算出する。
【００１４】
上記構成によれば、実測された距離から換算された表面変位画素量を用いて、表面の位置が特定される。ボケた測定ワーク画像を参照することのみによって表面の位置を推測する場合と比べ、正確かつ簡易に表面の位置を測定することができる。
更に、上記構成では、換算係数および基準座標値を得るため、画像取得部が、基準ワーク画像を取得する。基準ワーク画像は、基準ワークの基準面を撮像することによって生成される。
【００１５】
係数算出部は、基準ワーク画像上での基準面に基づき、基準寸法画素量を算出する。基準寸法画素量は、画像上で定義される画像座標系における画素量であり、基準ワークの所定寸法に相当する。この所定寸法は、実測済すなわち既知である。換算係数は、基準寸法画素量と実測値とから算出される。例えば、基準寸法画素量が200pix、実測値が5mmであれば、換算係数（単位距離当たり画素量）は、40pix/mmである。
【００１６】
基準座標測定部は、基準ワーク画像を参照して基準座標値を測定する。基準座標値は、画像座標系で定義される座標値であり、基準ワークあるいは測定ワークが設置される空間内に設定された基準位置と対応する。基準位置は、基準ワーク上に設定されている。基準座標測定部は、基準ワーク画像上で基準座標値を測定する。
このように、基準ワーク画像を参照することで、測定ワークの表面の位置を測定する前に、換算係数および基準座標値が得られる。上記した表面座標値の算出手法を実現することができる。
【００１７】
また、撮像装置は、基準ワークの基準面を撮像する。つまり、基準ワークを撮像するとき、基準ワークの基準面よりも撮像装置側に、基準ワークが存在しない。このため、基準ワーク画像は、測定ワーク画像と比べてボケにくい。基準面の像が、鮮明になる。したがって、基準寸法画素量および換算係数の算出精度が高くなる。また、基準位置と対応した基準座標値の測定精度が高くなる。これらの精度が高いため、表面座標値の算出精度が高くなる。
【００１８】
なお、「測定ワーク」は、半導体ウェハおよび液晶ディスプレイ用基板など、板状のワークであればどのようなものでもよい。測定ワークがガラスのような透明材料で製造され、測定ワーク画像がボケやすい場合であっても、測定ワークの表面の位置を精度よく測定することができる。
基準ワークは、撮像装置によって撮像された基準ワーク画像上で、基準ワークの輪郭を識別可能な基準面を有していてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、係数算出部および基準座標測定部が、基準ワークの輪郭を識別して処理を実行することができる。よって、換算係数および基準座標値の精度が向上し、表面の位置の測定精度が向上する。
基準ワークは、測定ワークよりも光透過性が低い材料で製作されていてもよい。
上記構成によれば、基準ワークの材料が低い光透過性を有するので、基準ワーク画像が一層ボケにくくなる。したがって、換算係数および基準座標値の精度が向上し、表面の位置の測定精度が向上する。
【００２０】
基準ワークは、表面および裏面を有する板状に形成され、一様な板厚を有していてもよい。基準面が、表面と裏面とを基準ワークの板厚方向に接続し、基準面の輪郭が、表面および裏面により形成されてもよい。基準ワークの所定寸法が、基準ワークの板厚であってもよい。
上記構成では、基準面の輪郭が表面と裏面とで形成され、基準ワーク画像上において表面の像と裏面の像との間の画素量が、基準ワークの板厚に相当する。基準面の像は、上記のとおり鮮明であるので、係数算出部は、基準寸法画素量として、板厚に相当する画素量を精度よく算出することができる。よって、換算係数の精度が向上する。
【００２１】
係数算出部は、基準ワーク画像上で基準ワークの表面の位置を表す基準表面座標値と、基準ワークの裏面の位置を表す基準裏面座標値とを算出してもよい。係数算出部は、基準表面座標値と基準裏面座標値とに基づいて基準寸法画素量を算出してもよい。
上記構成では、基準表面座標値および基準裏面座標値に基づいて、基準寸法画素量が算出される。基準ワークの表面の像および裏面の像は鮮明であるため、基準表面座標値および基準裏面座標値を容易に特定することができる。したがって、基準寸法画素量を正確かつ簡易に算出することができる。
【００２２】
基準位置が、撮像装置を用いて基準ワークを撮像する状態における基準ワークの表面上または裏面上に設定されてもよい。基準座標測定部は、基準表面座標値または基準裏面座標値を基準座標値として決定してもよい。
上記構成によれば、基準位置が基準ワークの表面または裏面上に設定されるため、基準寸法画素量の算出に際して測定された基準表面座標値または基準裏面座標値を、基準座標値として流用することができる。基準ワーク画像を参照して実行される処理を簡素化することができる。
【００２３】
変位情報取得部は、測定ワークの板厚方向における、基準位置から測定ワークの裏面までの距離を示す裏面変位情報を取得してもよい。測定面算出部は、裏面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算してもよい。測定面算出部は、基準座標値を裏面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの裏面の位置を表した裏面座標値を算出してもよい。
【００２４】
上記構成によれば、表面と同様にして、測定ワーク画像上で測定ワークの裏面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
形状測定装置は、測定ワーク画像上で、表面座標値に基づいて、側端部に設けられたベベル部の形状を測定する画像処理部を更に備えていてもよい。
上記構成によれば、表面の位置が精度よく測定されているため、画像処理部は、ベベル部の形状を精度よく測定することができる。
【００２５】
本発明の一形態に係る形状測定システムは、上記の形状測定装置、撮像装置および第１変位センサを備えている。撮像装置は、測定ワークを撮像して測定ワーク画像を生成する。また、撮像装置は、基準ワークを撮像して基準ワーク画像を生成する。第１変位センサは、測定ワークの板厚方向において、所定の基準位置から測定ワークの表面までの距離を測定し、表面変位情報を出力する。
【００２６】
上記のシステムは、上記の形状測定装置の技術的特徴と同一のまたは対応する技術的特徴を具備している。したがって、測定ワークの表面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
撮像装置の焦点が、基準ワークの基準面上に位置していてもよい。
上記構成によれば、基準ワーク画像上で基準面が鮮明に投影される。したがって、換算係数および基準座標値の精度が向上する。
【００２７】
撮像装置は、基準ワークの基準面と略直交する方向から基準ワークを撮像してもよい。基準面は、撮像装置の焦点面上に重ねられてもよい。
「焦点面」は、光軸上の焦点を通り光軸に垂直な平面である。基準面が焦点面上に重ねられ、基準面と直交する方向から撮像装置が基準面を撮像することで、基準ワーク画像上で基準面の全体が鮮明に投影される。したがって、換算係数および基準座標値の精度が向上する。
【００２８】
基準ワークを撮像するときと、測定ワークを撮像するときとで、撮像装置の位置、姿勢および倍率が同じに設定されてもよい。
上記構成によれば、倍率が変更されないため、基準ワーク画像上で実距離に相当する画素量と、測定ワーク画像上で実距離に相当する画素量とが、同じとなる。位置および姿勢が変更されないため、基準ワーク画像上で測定された基準座標値が、測定ワーク画像における画像座標系において同じ座標値となる。基準ワーク画像と測定ワーク画像との間で煩雑な座標変換処理が不要となり、表面の位置を精度よく簡易に測定することができる。
【００２９】
基準ワークが撮像される状態において、第１変位センサが、基準ワーク上の基準位置でその距離測定値がゼロ値となるように校正されてもよい。
上記構成によれば、第１変位センサの距離測定値が基準位置でゼロ値となるように校正されるので、基準位置から測定ワークの表面までの距離を正確に測定することができる。
形状測定システムが、測定ワークの板厚方向において、基準位置から測定ワークの裏面までの距離を測定し、測定結果を示す裏面変位情報を出力する第２変位センサを更に備えていてもよい。測定面算出部は、裏面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算してもよい。測定面算出部は、基準座標値を裏面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの裏面の位置を表した裏面座標値を算出してもよい。
【００３０】
上記構成によれば、第１変位センサおよび第２変位センサを用いて、測定ワーク画像上で表面および裏面の両面の位置を精度よく測定することができる。
本発明の一形態に係る形状測定方法は、表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定する。形状測定方法は、基準ワーク画像取得工程、係数算出工程、基準座標測定工程、測定ワーク画像取得工程、変位情報取得工程および測定面算出工程を備える。
【００３１】
基準ワーク画像取得工程では、撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を撮像装置から取得する。係数算出工程では、基準ワーク画像上での基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、基準ワークの実測値と基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する。基準座標測定工程では、基準ワーク画像を参照して、基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、画像座標系における基準座標値を測定する。
【００３２】
測定ワーク画像取得工程では、測定ワークの表面と平行な一方向から撮像装置を用いて測定ワークの側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を撮像装置から取得する。変位情報取得工程では、測定ワークの表面の法線方向における、基準位置から測定ワークの表面までの距離を示す表面変位情報を取得する。測定面算出工程では、表面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて表面変位画素量へ換算し、かつ、基準座標値を表面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの表面の位置を表した表面座標値を算出する。
【００３３】
本発明の一形態に係る形状測定プログラムは、上記の形状測定方法をコンピュータに実行させる。
上記の方法およびプログラムは、上記の形状測定装置の技術的特徴と対応する技術的特徴を具備している。したがって、測定ワークの表面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ワークの表面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定システムを示す平面図である。なお、測定ワークが設置された状態における形状測定システムを示す平面図である。
【図２】測定ワークが設置された状態における形状測定システムを示す側面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った測定ワークの側端部の断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る形状測定装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る形状測定方法を示すフローチャートである。
【図６】基準ワークが設置された状態における形状測定システムを示す平面図である。
【図７】基準ワークが設置された状態における形状測定システムを示す側面図である。
【図８】基準ワーク画像を示す図である。
【図９】ゼロリセット処理の説明図である。
【図１０】測定ワーク画像を示す図である。
【図１１】測定ワークの表面の基準位置に対する距離を測定する処理の説明図である。
【図１２】側端部計測画像の一例を示す図である。
【図１３】基準ワークを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。全図を通じて同一または対応する要素には同一の符号を付して詳細説明の重複を省略する。
図１および図２は、本発明の実施形態に係る形状測定システム１を示す。形状測定システム１は、表面８１および裏面８２を有する板状の測定ワーク８０の側端部８３の形状を測定する。
【００３７】
（測定ワーク）
半導体ウェハやガラスウェハは、測定ワーク８０の好適例である。ウェハは、円盤状である。表面８１および裏面８２は、円形状の平坦面であり、互いに平行である。測定ワーク８０の材料は、特に限定されない。特段断らない限り、本実施形態では、測定ワーク８０が、ガラスウェハである。ガラスは、脆性および高い光透過性を有する。
【００３８】
図３は、側端部８３の断面を示す。側端部８３に対して、面取り加工が行われている。本実施形態では、表面８１と側面８７とが成していた角部８８ａと、裏面８２と側面８７とが成していた角部８８ｂとの両方に対し、Ｒ面取り加工が行われている。角部８８ａの切除により、側端部８３の表面側に、表側ベベル部８４ａが設けられている。角部８８ｂの切除により、側端部８３の裏面側に、裏側ベベル部８４ｂが設けられている。これらベベル部８４ａ，８４ｂは、１／４円弧状の断面を有するベベル面を形成する。表側のベベル面と裏側のベベル面とは、互いに連続する。表面８１は、一体化された半円弧状の断面を有するベベル面を介し、裏面８２と連続する。測定ワーク８０の側縁端（中心から最も離れた端）は、２つのベベル面が合わさる箇所に形成されている。
【００３９】
この面取り加工によって、側面８７を残さず、角部８８ａ，８８ｂが側端部８３から切除されている。このため、測定ワーク８０が脆性材料で製造されていても、側端部８３での応力集中が緩和され、測定ワーク８０の破損が抑制される。
形状測定システム１は、測定ワーク８０（ガラスウェハ）の製造現場で好適に適用される。形状測定システム１を用いて側端部８３の形状を測定することで、面取り加工の適正性の検査、ひいては測定ワーク８０の品質良否の判定を支援することができる。
【００４０】
（形状測定システム）
図１および図２を参照して、形状測定システム１は、照明装置２、撮像装置３、第１変位センサ４、第２変位センサ５および形状測定装置１０を備えている。ワーク支持装置１１、ワーク位置センサ１２、姿勢制御装置１３、照明支持治具１４、カメラ支持治具１５およびセンサ支持治具１６は、形状測定システム１を構成する装置であってもよく、形状測定システム１と協働あるいは連携する外部装置であってもよい。
【００４１】
照明装置２、撮像装置３、第１変位センサ４、第２変位センサ５、ワーク支持装置１１、ワーク位置センサ１２、照明支持治具１４、カメラ支持治具１５およびセンサ支持治具１６は、測定操作を行うための作業空間内に配置されている。
作業空間内での方向は、直交三次元の空間座標系ＣＳ１において定義される。空間座標系ＣＳ１のＸ方向およびＹ方向は、水平面内で互いに直交する。空間座標系ＣＳ１のＺ方向は、鉛直方向である。
【００４２】
（ワーク支持装置）
ワーク支持装置１１は、作業空間の床面上に支持される。ワーク支持装置１１は、測定ワーク８０が載置される回転台１１ａを有している。測定ワーク８０は、回転台１１ａ上に水平姿勢で支持される。すなわち、表面８１および裏面８２が水平面を成す。測定ワーク８０の板厚方向（表面８１および裏面８２の法線方向）は、鉛直方向（Ｚ方向）と一致する。本実施形態では、表面８１が、上方に向けられて上面となり、裏面８２が、下方に向けられて下面となる。
【００４３】
回転台１１ａは、鉛直方向（Ｚ方向）に向けられた回転軸周りに自転する。円盤状の測定ワーク８０は、その中心が回転軸と同軸状となるように水平方向に位置決めされ、回転台１１ａに載置される。測定ワーク８０は、回転台１１ａと一体に同心回転する。
ワーク位置センサ１２は、測定ワーク８０に設けられた不図示の方位指示部（例えば、ノッチやオリフラ等）を検知する。方位指示部は、面取り加工時に測定ワーク８０に設けられる。ワーク位置センサ１２は、回転台１１ａと一体に回転しない箇所であれば、どこに取り付けられていてもよい。
【００４４】
姿勢制御装置１３は、ワーク位置センサ１２の検知結果から測定ワーク８０の回転位置を検知する。姿勢制御装置１３は、回転台１１ａのアクチュエータを動作および停止させ、測定ワーク８０の姿勢（鉛直軸周りの回転位置）を制御する。
【００４５】
（照明装置）
照明装置２は、照明光を発光する光源を有する。照明装置２は、照明光の通過を制限するマスクや、照明光を平行化するレンズを有していてもよい。
照明装置２は、照明支持治具１４に支持され、作業空間内の所定位置に所定姿勢で作業空間内に配置されている。照明装置２は、照明光を水平な一方向（Ｘ方向）に照射する。照明光の光軸は、平面視で、測定ワーク８０の側端部８３上を通過する。照明光の光軸は、鉛直方向において、測定ワーク８０の板厚方向の中央部と略同じ位置に位置付けられる。
【００４６】
（撮像装置）
撮像装置３は、撮像素子と、被写体からの光を集めて撮像素子に結像する結像光学系とを有する。被写体は、例えば、測定ワーク８０の側端部８３および基準ワーク９０（図６を参照）である。結像光学系は、複数のレンズで構成される。撮像素子は、複数の光電変換素子（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）で構成される。
【００４７】
撮像装置３は、カメラ支持治具１５に支持され、作業空間内の所定位置に所定姿勢で作業空間内に配置される。撮像装置３は、上記の一方向（Ｘ方向）において照明装置２と対向している。結像光学系の光軸は、照明光の光軸と平行または同軸状である。結像光学系の光軸は、平面視で測定ワーク８０の側端部８３上を通過し、鉛直方向において測定ワーク８０の板厚方向中央部と略同じ位置に位置付けられる。
【００４８】
結像光学系の焦点は、ワーク支持装置１１の回転軸（すなわち、円盤状の測定ワーク８０の中心）を通過する直線上に設定される。この直線は、平面視で光軸直交方向（Ｙ方向）に延びる。以下では、光軸上の焦点を通り光軸に垂直な平面を「焦点面ＦＰ」と呼ぶ。焦点面ＦＰは、平面視で光軸直交方向（Ｙ方向）に延び、側面視で鉛直方向（Ｚ方向）に延びる。
【００４９】
各光電変換素子は、画素を形成する。複数の光電変換素子は、光軸に垂直な受光面上で、行列状に配列されている。複数の光電変換素子（画素）の位置は、受光面上に設定される直交二次元の画像座標系ＣＳ２において定義される。本実施形態では、画像座標系ＣＳ２の横軸ｘが、空間座標系ＣＳ１のＹ方向と対応する。画像座標系ＣＳ２の縦軸ｙが、空間座標系ＣＳ１のＺ方向と対応する。
撮像装置３は、測定ワーク８０の表面８１と平行な一方向（Ｘ方向）であって照明光とは逆方向から、被写体を撮像する。被写体からの光は、結像光学系を介して撮像素子上で結像する。各光電変換素子は、受光量を電荷量に変換する。撮像装置３は、各画素の電荷量に基づいて、画像データを生成する。
【００５０】
（測定ワーク画像）
図１０は、撮像装置３を用いて測定ワーク８０の側端部８３を撮像することによって生成された画像データ、すなわち測定ワーク画像８９を示す。図１および図１０を参照して、撮像素子上には、ベベル部８４ａ，８４ｂと共に、表面８１および裏面８２が結像される。測定ワーク画像８９上で表された像の位置は、画像座標系ＣＳ２において定義される。
【００５１】
空間座標系ＣＳ１のＹ方向、すなわち、画像座標系ＣＳ２のｘ方向において、側端部８３から中心に近づくほど、焦点面ＦＰに対する表面８１および裏面８２の奥行きが大きくなる。「奥行き」とは、光軸方向（Ｘ方向）における表面８１および裏面８２の長さ（弦長）である。
測定ワーク８０の側縁端では、この奥行きがない。仮に被写界深度が浅くても、側縁端の像は鮮明になる。中心に近づくほど、表面８１のうち焦点面ＦＰからより離れた部位からの光が撮像素子上に結像し、そのため、表面８１の像が縦軸ｙ方向により大きくボケる。裏面８２についても、これと同様である。
【００５２】
（変位センサ）
図１および図２を参照して、第１変位センサ４は、超音波や光などの測定媒体を射出し、測定対象物からの測定媒体の反射を入力する。第１変位センサ４は、その入力結果に基づき、測定媒体の射出方向における、自身から測定対象物までの距離を測定する。測定原理は、特に限定されず、三角測量式でもタイムオブフライト式でもよい。「距離」は、空間座標系ＣＳ１において定義可能であり、例えばミリメートル（ｍｍ）値である。第２変位センサ５も、第１変位センサ４と同様に構成されている。
【００５３】
第１変位センサ４および第２変位センサ５は、センサ支持治具１６に支持され、作業空間内の所定位置に所定姿勢で作業空間内に配置される。第１変位センサ４および第２変位センサ５に関する方向（例えば、測定媒体の射出方向）は、本来的にはセンサ座標系において定義されるが、センサ座標系は、センサ支持治具１６により空間座標系ＣＳ１に対して位置合わせされる。そこで便宜上、以下では、センサ座標系を空間座標系ＣＳ１と同一視して説明する。
【００５４】
第１変位センサ４は、鉛直方向（Ｚ方向）において、表面８１と対向して配置されている。第２変位センサ５は、鉛直方向（Ｚ方向）において、裏面８２と対向して配置されている。第１変位センサ４および第２変位センサ５は、水平面内で、焦点面ＦＰ付近に位置付けられる。
第１変位センサ４は、測定媒体を表面８１の法線方向に射出する姿勢で支持されている。第２変位センサ５は、測定媒体が裏面８２の法線方向に射出される姿勢で支持されている。本実施形態では、表面８１および裏面８２が水平であり、どちらの射出方向も鉛直方向（Ｚ方向）である。
【００５５】
第１変位センサ４は、いわゆる「ゼロリセット機能」を有している。例えば、第１変位センサ４を用いて、ある測定対象物までの距離が予め測定される。そして、測定対象物の位置が、基準値（ゼロ値）として設定される。第１変位センサ４の位置および姿勢は、この基準値設定のための測定が行われた状態のまま維持される。その後、第１変位センサ４が別の測定対象物までの距離を測定したとき、第１変位センサ４は、第１変位センサ４から当該別の測定対象物までの距離に代えて、基準値から当該別の測定対象物の位置までの距離（基準値に対する変位量）を距離測定値として出力する。第２変位センサ５も、このゼロリセット機能を有している。ゼロリセットについては、後に図９を参照して説明する。
【００５６】
（形状測定装置）
図４を参照して、形状測定装置１０は、照明装置２、撮像装置３、第１変位センサ４、第２変位センサ５および姿勢制御装置１３と接続されている。
形状測定装置１０は、ＣＰＵ、メモリおよび入出力インタフェースを有するコンピュータによって実現される。この「コンピュータ」は、単体でもよく、物理的に分散された複数のコンピュータの複合でもよい。メモリは、このようなコンピュータに形状測定方法（図５を参照）を実行させるための形状測定プログラムを記憶している。ＣＰＵは、メモリに保存された形状測定プログラムを読み込んで、形状測定プログラムに従って形状測定方法に係る情報処理を行う。メモリは、形状測定プログラムのほか、形状測定方法の実行に際して必要な情報またはデータを一時的に記憶することもできる。
【００５７】
形状測定装置１０は、形状測定プログラムを実行することで、記憶部２０、照明制御部２１、カメラ制御部２２、センサ制御部２３、姿勢制御部２４、画像取得部３１、係数算出部３２、基準座標測定部３３、変位情報取得部３４、測定面算出部３５および画像処理部３６を有している。形状測定装置１０が、分散された複数のコンピュータの複合である場合において、各部は、いずれのコンピュータにおいて実現されてもよい。
【００５８】
記憶部２０は、上記のメモリで実現されている。記憶部２０は、係数算出部３２によって算出される換算係数Ｋと、基準座標測定部３３によって測定される基準座標値とを記憶する。本実施形態では、基準座標値には、表側基準座標値ＲＰ１ｐおよび裏側基準座標値ＲＰ２ｐが含まれる。
照明制御部２１は、照明装置２の動作を制御する。カメラ制御部２２は、撮像装置３の動作を制御する。センサ制御部２３は、第１変位センサ４および第２変位センサ５の動作を制御する。姿勢制御部２４は、姿勢制御装置１３を介してワーク支持装置１１の動作を制御する。それにより、姿勢制御部２４は、回転台１１ａで支持されるワーク（測定ワーク８０および基準ワーク９０）の鉛直軸周りの姿勢を制御する。
【００５９】
画像取得部３１は、撮像装置３から画像データを取得する。画像データは、２種類に大別される。１つが、測定ワーク８０の側端部８３を撮像することによって生成された画像データ、すなわち測定ワーク画像８９（図１０を参照）である。もう１つが、基準ワーク９０の基準面９３を撮像することによって生成された画像データ、すなわち基準ワーク画像９９（図８を参照）である。基準ワーク９０については、後に図６〜図９を参照して説明する。
【００６０】
係数算出部３２は、基準ワーク画像９９を参照して換算係数Ｋを算出する。換算係数Ｋは、例えば「画素数毎ミリメートル」（ｐｉｘ／ｍｍ）の単位で表され、画素分解能（ｍｍ／ｐｉｘ）の逆数ともいえる。別の言い方では、換算係数Ｋは、空間座標系ＣＳ１内における単位距離（ｍｍ）に相当する画像データ上での画素量（ｐｉｘ）である。
撮像装置３を用いて被写体を撮像することによって画像データが生成された場合、当該被写体に関連して空間座標系ＣＳ１内で測定された距離（ｍｍ）に、換算係数Ｋ（ｐｉｘ／ｍｍ）が乗算される。これにより、当該距離は、画像データ上での画素量（ｐｉｘ）に換算される。換算係数Ｋの算出法については、後に図８および図９を参照して説明する。
【００６１】
基準座標測定部３３は、基準ワーク画像９９を参照して基準座標値を測定する。基準座標値は、空間座標系ＣＳ１で定義される所定の基準位置（すなわち、作業空間内に設定された所定の基準位置）と対応する、画像データ上での画素位置である。基準座標値は、画像座標系ＣＳ２で定義される。本実施形態では、表側基準位置ＲＰ１および裏側基準位置ＲＰ２の２つの基準位置が、作業空間内に設定される（図９を参照）。基準座標測定部３３は、基準座標値として、表側基準位置ＲＰ１と対応する表側基準座標値ＲＰ１ｐと、裏側基準位置ＲＰ２と対応する裏側基準座標値ＲＰ２ｐとの２つの基準座標値を測定する。基準座標値の測定法については、後に図８および図９を参照して説明する。
【００６２】
変位情報取得部３４は、第１変位センサ４から表面変位情報を取得する。変位情報取得部３４は、第２変位センサ５から裏面変位情報を取得する。表面変位情報は、測定ワーク８０の表面８１の法線方向（鉛直方向（Ｚ方向））における、表側基準位置ＲＰ１から測定ワーク８０の表面８１までの距離ΔＺ１を示す。裏面変位情報は、測定ワーク８０の裏面８２の法線方向（鉛直方向（Ｚ方向））における、裏側基準位置ＲＰ２から測定ワーク８０の裏面８２までの距離ΔＺ２を示す。距離ΔＺ１，ΔＺ２の測定法については、後に図１１を参照して説明する。
【００６３】
測定面算出部３５は、換算係数Ｋ、表面変位情報が示す距離ΔＺ１、および表側基準座標値ＲＰ１ｐに基づいて、測定ワーク画像８９上で測定ワーク８０の表面８１の位置を表す表面座標値ｙ８１を算出する。測定面算出部３５は、換算係数Ｋ、裏面変位情報が示す距離ΔＺ２、および裏側基準座標値ＲＰ２ｐに基づいて、測定ワーク画像８９上で測定ワーク８０の裏面８２の位置を表す裏面座標値ｙ８２を算出する。座標値の算出法については、後に図１０および図１１を参照して説明する。
画像処理部３６は、測定面算出部３５による位置の測定結果を考慮して、測定ワーク画像８９上で側端部８３（ベベル部８４ａ，８４ｂ）の形状を測定する。形状の測定については、後に図１２を参照して説明する。
【００６４】
（形状測定方法）
以下、図５に示す本実施形態に係る形状測定方法の手順に沿って、図６〜図１２を参照しながら、形状測定装置１０の動作について説明する。図５に示す処理は、１つの測定ワーク８０の側端部８３の形状が測定されると、終了する。図５に示す処理は、複数の測定ワーク８０の側端部８３を計測するため、繰り返し実行される。
【００６５】
まず、作業員もしくは形状測定装置１０が、校正の要否を判定する（Ｓ１）。この「校正」には、第１変位センサ４および第２変位センサ５に設定される基準値（ゼロ値）の校正や、記憶部２０に記憶される換算係数Ｋおよび基準座標値の校正が含まれる。更に、照明装置２、撮像装置３、第１変位センサ４および第２変位センサ５の位置および姿勢の校正が含まれてもよい。
【００６６】
校正の要否は、作業空間内の温度や、測定ワーク８０の形状の連続測定回数など、複数の条件の成否に照らして判定される。温度が変化すると、第１変位センサ４および第２変位センサ５の温度特性の影響や、センサ支持治具１６の伸縮により、距離測定値が変動するおそれがある。そこで、温度が所定値を超えて変化したときに、測定精度の維持のため、校正が行われてもよい。また、規定個数の測定ワーク８０の形状が連続して測定されるたび、あるいは、測定ワーク８０の形状が規定時間連続して測定されるたび、校正が行われてもよい。
【００６７】
校正が必要であれば（Ｓ１：Ｙ）、測定ワーク８０ではなく、基準ワーク９０がワーク支持装置１１に設置される（Ｓ１１）。この設置は、不図示のワーク搬送ロボットによって自動的に行われてもよい。基準ワーク９０がワーク支持装置１１に設置されると、姿勢制御部２４が、基準ワーク９０の姿勢を制御する（Ｓ１２）。姿勢制御装置１３による基準ワーク９０の姿勢制御を実現するため、基準ワーク９０にも、測定ワーク８０と同様に、ワーク位置センサ１２によって検知される方位指示部（図示せず）が設けられている。
【００６８】
（基準ワーク）
図１３は、基準ワーク９０を示す。図６および図７は、基準ワーク９０の姿勢制御後における形状測定システム１を示している。基準ワーク９０は、板状に形成されている。基準ワーク９０は、表面９１および裏面９２を有する。表面９１および裏面９２は互いに平行であり、そのため基準ワーク９０の板厚は一様である。
【００６９】
基準ワーク９０は、基準面９３を有している。基準面９３は、撮像装置３によって撮像された基準ワーク画像９９上で基準ワーク９０の輪郭を識別可能にする。本実施形態では、基準面９３は、表面９１と裏面９２とを基準ワーク９０の板厚方向に接続する。よって、基準ワーク画像９９上において、基準ワーク９０の輪郭が表面９１および裏面９２によって形成される。基準面９３は、平坦である。また、基準面９３は、表面９１および裏面９２に対して垂直である。
【００７０】
基準ワーク９０の平面視の形状は特に限定されない。基準ワーク９０は、例えば、平面視において測定ワーク８０と同径の円形を直径上で切断した、半円形状に形成されてもよい。この切断面は、基準面９３として好適に利用される。
ステップＳ１２の姿勢制御の結果、撮像装置３の焦点は、基準面９３上に位置付けられる。更にいえば、基準面９３は焦点面ＦＰと重ねられる。よって、本実施形態では、基準ワーク９０は、回転台１１ａの半部に載置されている。
【００７１】
ガラスウェハとしての測定ワーク８０は、製品としての要求を充たすため、ガラスで製造されるが、これら材料は、高い光透過性あるいは高い光散乱性を有する。このような測定ワーク８０を撮像すると、画像がボケやすい。他方、基準ワーク９０は、撮像専用のワークであるから、測定ワーク８０よりも低い光透過性あるいは低い光散乱性を有する材料で製造されることを許容される。これにより、測定ワーク８０を撮像する場合と比べ、ボケを抑えた画像が得られる。基準ワーク９０は、合成樹脂や金属で製造されてもよい。
【００７２】
（基準ワーク画像取得）
次に、撮像装置３が、基準ワーク９０を撮像する（Ｓ１３）。図６および図７を図１および図２と対比すると、照明装置２および撮像装置３は、測定ワーク８０を撮像するときと同じ位置および姿勢で、作業空間内に配置されている。焦点面ＦＰは、空間座標系ＣＳ１におけるＹＺ平面を成している。基準ワーク９０の基準面９３は、ステップＳ１２の姿勢制御の結果、この焦点面ＦＰ上に重ねられている。照明装置２が照明光を照射している状態で、撮像装置３は、カメラ制御部２２によって制御され、基準ワーク９０の基準面９３と直交する方向（Ｘ方向）から基準ワーク９０の基準面９３を撮像する。
【００７３】
次に、画像取得部３１が、基準ワーク画像９９を撮像装置３から取得する（Ｓ１４）。図８を参照して、基準ワーク画像９９上では、基準ワーク９０の表面９１および裏面９２の像が鮮明である。これは、上記のとおり、基準ワーク９０の材質が考慮されたためである。また、基準面９３が、焦点面ＦＰ上に重ねられた状態で撮像装置３に正対する。基準ワーク９０には、焦点面ＦＰよりも撮像装置３側で、表面９１および裏面９２が存在しない。すなわち、焦点面ＦＰに対する表面９１および裏面９２の奥行きが、測定ワーク８０の奥行きと比べて小さい。したがって、基準面９３の全体のピントが合い、鮮明な表面９１および裏面９２の像が得られる。
【００７４】
（換算係数算出）
次に、係数算出部３２が、換算係数Ｋを算出する（Ｓ１５）。図８および図９を参照して、形状測定方法が開始する前に、基準ワーク９０の板厚は、実測済である。基準ワーク９０がワーク支持装置１１に支持されることで、基準ワーク９０の板厚方向は、鉛直方向（Ｚ方向）に向けられている。また、基準ワーク９０の板厚は、一様である。
【００７５】
まず、係数算出部３２は、基準ワーク画像９９を参照し、画像座標系ＣＳ２において基準ワーク９０の板厚の実測値ｔ９０に相当する基準寸法画素量ｔ９０ｐを算出する。画像座標系ＣＳ２の縦軸ｙ方向は、鉛直方向（Ｚ方向）、すなわち、基準ワーク９０の板厚方向と対応している。表面９１の像と裏面９２の像とは、画像座標系ＣＳ２の横軸ｘ方向に直線的に延びる。
【００７６】
係数算出部３２は、画像上で表面９１の位置を特定する。表面９１は、横軸ｘ方向における位置に関わらず、縦軸ｙ方向において概ね同じ位置にある画素で結像される。係数算出部３２は、測定ワーク画像８９を参照して、画像上で表面９１が結像された画素の縦軸ｙ方向の位置を表す基準表面座標値ｙ９１を算出する。基準表面座標値ｙ９１の算出では、例えば、横軸ｘ方向に並ぶ結像画素のｙ座標値を平均してもよい。結像画素の特定に際し、各画素の階調値の微分処理および／または二値化処理によって、像が鮮明化されてもよい。
【００７７】
これと同様にして、係数算出部３２は、基準ワーク画像９９を参照して、画像上で裏面９２が結像された画素の縦軸ｙ方向の位置を表す基準裏面座標値ｙ９２を算出する。
次に、係数算出部３２は、基準表面座標値ｙ９１および基準裏面座標値ｙ９２に基づいて、基準寸法画素量ｔ９０ｐを算出する。基準寸法画素量ｔ９０ｐは、基準表面座標値ｙ９１と基準裏面座標値ｙ９２との差分の絶対値である。
【００７８】
次に、係数算出部３２は、基準寸法画素量ｔ９０ｐおよび実測値ｔ９０に基づいて換算係数Ｋを算出する。換算係数Ｋは、基準寸法画素量ｔ９０ｐを実測値ｔ９０で除算することによって算出される。例えば、実測値ｔ９０が５ｍｍ、基準寸法画素量ｔ９０ｐが２００ｐｉｘであれば、換算係数Ｋは、４０ｐｉｘ／ｍｍである。この換算係数Ｋにより、作業空間内での鉛直方向（Ｚ方向）における距離を、画像座標系ＣＳ２の縦軸ｙ方向における画素量に換算することが可能となる。
【００７９】
（基準座標値測定）
次に、基準座標測定部３３が、基準座標値として、表側基準座標値ＲＰ１ｐおよび裏側基準座標値ＲＰ２ｐを測定する（Ｓ１６）。本実施形態では、空間座標系ＣＳ１内に設定される表側基準位置ＲＰ１が、基準ワーク９０の表面９１上に設定される。空間座標系ＣＳ１において設定される裏側基準位置ＲＰ２が、基準ワーク９０の裏面９２上に設定される。
【００８０】
表側基準位置ＲＰ１は、基準ワーク画像９９上では、係数算出部３２によって算出された基準表面座標値ｙ９１と対応する。裏側基準位置ＲＰ２は、基準ワーク画像９９上では、係数算出部３２によって算出された基準裏面座標値ｙ９２と対応する。そこで、基準座標測定部３３は、基準表面座標値ｙ９１を表側基準座標値ＲＰ１ｐとして設定し、基準裏面座標値ｙ９２を裏側基準座標値ＲＰ２ｐとして設定する。算出済の座標値が、基準座標値として流用されるので、処理が簡素化される。
次に、換算係数Ｋおよび基準座標値ＲＰ１ｐ，ＲＰ２ｐが、記憶部２０に記憶される（Ｓ１７）。記憶された値は、その後の測定ワーク８０の形状の測定で用いられる。
【００８１】
（ゼロリセット）
次に、第１変位センサ４および第２変位センサ５に対するゼロリセット処理が実行される（Ｓ１８）。第１変位センサ４および第２変位センサ５は、換算係数Ｋの算出処理（Ｓ１５）や基準座標値ＲＰ１ｐ，ＲＰ２ｐの測定処理（Ｓ１６）では不要である。第１変位センサ４および第２変位センサ５は、これらの処理Ｓ１５，Ｓ１６の実行時に作業空間内に配置されていても、いなくてもよい。ゼロリセット処理（Ｓ１８）の実行に際して、第１変位センサ４および第２変位センサ５は、センサ支持治具１６に支持される。
【００８２】
図６、図７および図９を参照して、第１変位センサ４は、基準ワーク９０の板厚方向、すなわち鉛直方向（Ｚ方向）において、自身から基準ワーク９０の表面９１までの距離を測定する。この鉛直方向（Ｚ方向）における表面９１の位置Ｚ９１が、表側基準位置ＲＰ１である。第１変位センサ４からの測定媒体を反射した表側基準位置ＲＰ１が、第１変位センサ４の基準値（ゼロ値）に設定される。
【００８３】
なお、基準値を設定するための手段は、特に限定されない。例えば、作業員が第１変位センサ４の筐体に取り付けられたスイッチを押すことにより、基準値を設定する処理が、第１変位センサ４の内部で自動的に行われてもよい。
第２変位センサ５についても、これと同様である。第２変位センサ５は、基準ワーク９０の板厚方向、すなわち鉛直方向（Ｚ方向）において、自身から基準ワーク９０の裏面９２までの距離を測定する。この鉛直方向（Ｚ方向）における裏面９２の位置Ｚ９２が、裏側基準位置ＲＰ２である。この裏側基準位置ＲＰ２が、第２変位センサ５の基準値（ゼロ値）に設定される。
【００８４】
以上で、基準ワーク９０を用いた校正が終了する。続いて測定ワーク８０の側端部８３の形状が測定されるが、照明装置２、撮像装置３、第１変位センサ４および第２変位センサ５の位置、姿勢および設定は、校正操作が行われた状態のまま維持される。維持される「設定」には、例えば、撮像装置３の倍率（光学倍率）の設定や、撮像装置３の焦点距離（焦点面ＦＰの光軸方向の位置）の設定が含まれる。
【００８５】
（測定ワークの設置）
校正の終了後あるいは校正が不要である場合（Ｓ１：Ｎ）に、測定ワーク８０が、ワーク支持装置１１に支持される（Ｓ２１）。次に、姿勢制御部２４が、測定ワーク８０の姿勢を制御する（Ｓ２２）。姿勢制御の結果、測定ワーク８０は、例えば方位指示部が撮像装置３の視野から外れる姿勢で静止する。
【００８６】
（測定ワーク画像取得）
次に、撮像装置３が、測定ワーク８０を撮像する（Ｓ２３）。図１および図２を参照して、照明装置２が照明光を照射している状態で、撮像装置３は、カメラ制御部２２によって制御され、測定ワーク８０の表面９１と平行な一方向（空間座標系ＣＳ１におけるＸ方向）から測定ワーク８０の側端部８３を撮像する。
次に、画像取得部３１が、測定ワーク画像８９を撮像装置３から取得する（Ｓ２４）。図１０を参照して、測定ワーク画像８９は、前述したとおり、測定ワーク８０の材質および奥行きの影響から、表面８１の像も裏面８２の像もボケている。
【００８７】
（変位情報取得）
次に、第１変位センサ４が、測定ワーク８０の板厚方向、すなわち鉛直方向（Ｚ方向）における、表側基準位置ＲＰ１から測定ワーク８０の表面８１までの距離ΔＺ１を測定する（Ｓ２５）。第１変位センサ４には、表側基準位置ＲＰ１が基準値（ゼロ値）として設定されている。第１変位センサ４は、自身から表面８１までの距離を測定し、その測定結果に基づいて基準値から表面８１の距離ΔＺ１（変位量）を検知する。第１変位センサ４は、検知された距離ΔＺ１を距離測定値として形状測定装置１０に出力する。
【００８８】
また、第２変位センサ５は、測定ワーク８０の板厚方向、すなわち鉛直方向（Ｚ方向）における、裏側基準位置ＲＰ２から測定ワーク８０の裏面８２までの距離ΔＺ２を測定する（Ｓ２５）。第２変位センサ５は、距離ΔＺ２を距離測定値として形状測定装置１０に出力する。
図１１を参照して、測定ワーク８０の裏面８２も、基準ワーク９０の裏面９２も、ワーク支持装置１１の回転台１１ａの上面に載置される。そのため、測定ワーク８０の板厚方向（Ｚ方向）において、測定ワーク８０の裏面８２の位置Ｚ８２は、裏側基準位置ＲＰ２と概ね同じ位置にある。しかし、実際には、測定ワーク８０に僅かに反りがある。また、回転台１１ａの回転時には、僅かに傾きあるいはあおりが生じる。そのため、距離ΔＺ２は、変化する可能性がある。
【００８９】
他方、測定ワーク８０の板厚方向（Ｚ方向）において、測定ワーク８０の表面８１の位置Ｚ８１は、測定ワーク８０の板厚と基準ワーク９０の板厚との差に応じて、表側基準位置ＲＰ１から変化する。この表側基準位置ＲＰ１からの変位量が、距離ΔＺ１である。
次に、変位情報取得部３４が、第１変位センサ４から表面変位情報を取得し、第２変位センサ５から裏面変位情報を取得する（Ｓ２６）。表面変位情報は、距離ΔＺ１を示す。裏面変位情報は、距離ΔＺ２を示す。
【００９０】
（表面座標値、裏面座標値の算出）
次に、測定面算出部３５が、表面変位情報で示された距離ΔＺ１を記憶部２０に記憶される換算係数Ｋを用いて表面変位画素量Δｙ１へ換算する（Ｓ２７）。また、測定面算出部３５が、裏面変位情報で示された距離ΔＺ２を、換算係数Ｋを用いて裏面変位画素量Δｙ２へ換算する（Ｓ２７）。前述したとおり、距離に換算係数Ｋを乗算することで、空間座標系ＣＳ１での距離は、画像座標系ＣＳ２での画素量へと換算される。
【００９１】
次に、測定面算出部３５が、表側基準座標値ＲＰ１ｐを表面変位画素量Δｙ１で補正することで、測定ワーク画像８９上での測定ワーク８０の表面８１の位置を示す表面座標値ｙ８１を算出する（Ｓ２８）。また、測定面算出部３５が、表側基準座標値ＲＰ１ｐを表面変位画素量Δｙ１で補正することで、測定ワーク画像８９上での測定ワーク８０の裏面８２の位置を示す裏面座標値ｙ８２を算出する。
【００９２】
図１０および図１１を参照して、基準ワーク９０の撮像時と測定ワーク８０の撮像時とで、撮像装置３の位置、姿勢および設定は変更されていないため、測定ワーク８０の撮像時においても、基準ワーク９０の撮像時と同じく、表側基準座標値ＲＰ１ｐが、空間座標系ＣＳ１における表側基準位置ＲＰ１と対応する。測定ワーク８０の表面８１が表側基準位置ＲＰ１から距離ΔＺ１だけ離れているとき、測定ワーク画像８９上では、表面８１は、表側基準座標値ＲＰ１ｐから表面変位画素量Δｙ１だけ離れている。
【００９３】
そこで、測定面算出部３５は、表側基準座標値ＲＰ１ｐに表面変位画素量Δｙ１を加算することによって、表面座標値ｙ８１を算出する。なお、距離ΔＺ１は、表側基準位置ＲＰ１に対して上方への変位であるのか下方への変位であるのかに応じて、正値にも負値にもなる。よって、表面変位画素量Δｙ１も、表面８１の変位方向に応じて、正値にも負値にもなる。「加算」は、正値の加算によって表面座標値ｙ８１が表側基準座標値ＲＰ１ｐに対して増加補正されることも、負値の加算によって表面座標値ｙ８１が表側基準座標値ＲＰ１ｐに対して減少補正されることも両方含む。
【００９４】
裏面座標値ｙ８２についても、これと同様である。測定面算出部３５は、裏側基準座標値ＲＰ２ｐに裏面変位画素量Δｙ２を加算することによって、裏面座標値ｙ８２を算出する。裏面変位画素量Δｙ２は、距離ΔＺ２と換算係数Ｋとの積である。
なお、詳細図示を省略するが、距離ΔＺ２がゼロ値である場合、裏側基準座標値ＲＰ２ｐを補正するための補正量としての裏面変位画素量Δｙ２も、ゼロ値となる。裏面座標値ｙ８２は、裏側基準座標値ＲＰ２ｐから実質的に補正されず、測定面算出部３５は、裏側基準座標値ＲＰ２ｐを裏面座標値ｙ８２として設定する。
【００９５】
（側端部の形状測定）
次に、画像処理部３６が、測定ワーク画像８９上において、測定ワーク８０の側端部８３、特にベベル部８４ａ，８４ｂの形状を測定する（Ｓ２９）。撮像装置３から取得した元々の測定ワーク画像８９（図１０を参照）では、表面８１および裏面８２の像がボケていたが、上記の処理により、測定ワーク画像８９上での表面８１および裏面８２の位置ｙ８１，ｙ８２が特定済である。
【００９６】
図１２は、この特定結果に基づいて画像処理部３６によって作成された側端部測定画像８９Ａの一例を示す。本実施形態に係る側端部測定画像８９Ａにおいては、測定面算出部３５で算出された位置ｙ８１，ｙ８２上で横軸ｘ方向に延びる仮想直線８１Ａ，８２Ａが描画される。仮想直線８１Ａは、表面８１を表し、仮想直線８２Ａは、裏面８２を表す（図３も参照）。画像処理部３６は、このように表面８１および裏面８２の位置を鮮明に認識することが可能である。
【００９７】
元々の測定ワーク画像８９上でも、側縁端の像は鮮明である。画像処理部３６は、側縁端を通過して縦軸ｙ方向に延びる仮想直線８７Ａを描画してもよい。仮想直線８７Ａは、面取り加工前に存在していた測定ワーク８０の側面８７（図３を参照）を表す。仮想直線８１Ａ，８２Ａ，８７Ａと、ベベル部８４ａ，８４ｂの輪郭像で囲まれた部分が、面取り加工によって測定ワーク８０から切除された部分である。
【００９８】
画像処理部３６は、この側端部測定画像８９Ａに基づいて、表側ベベル部８４ａの形状を測定することができる。画像処理部３６は、この側端部測定画像８９Ａに基づいて、裏側ベベル部８４ｂの形状を測定することができる。ただし、この側端部測定画像８９Ａは一例であり、仮想直線８１Ａ，８２Ａから外れた領域におけるボケた像が消去されてもよい。
【００９９】
（作用効果）
本実施形態では、表面８１および裏面８２を有する板状の測定ワーク８０の側端部８３の形状を測定するために、いわゆる光投影測定法が用いられている。ただし、測定面算出部３５は、測定ワーク画像８９上でボケた表面８１の輪郭を特定し、その特定された輪郭から表面８１の位置を推測するといった手法を採らない。
【０１００】
画像上で定義される画像座標系ＣＳ２において所定の基準位置ＲＰ１と対応する基準座標値ＲＰ１ｐが、予め測定されている。単位距離に相当する画像座標系ＣＳ２内での画素量を表す換算係数Ｋ（pix/mm）が、予め算出されている。そして、測定ワーク画像８９上で輪郭を特定する代わりに、基準位置ＲＰ１から測定ワーク８０の表面８１までの距離ΔＺ１が測定される。この距離ΔＺ１が換算係数Ｋを用いて画像座標系ＣＳ２内での画素量（表面変位画素量Δｙ１）に換算される。測定ワーク８０が設置された空間内で、測定ワーク８０の表面８１が基準位置ＲＰ１から測定された距離（mm）だけ離れているときには、測定ワーク画像８９上では、表面８１が基準座標値ＲＰ１ｐから表面変位画素量Δｙ１（pix）だけ離れている。測定面算出部３５は、基準座標値ＲＰ１ｐを表面変位画素量Δｙ１で補正することで、表面座標値ｙ８１を算出する。
【０１０１】
このように、距離ΔＺ１の測定結果から換算された表面変位画素量Δｙ１を用いて、表面８１の位置が特定される。ボケた測定ワーク画像８９から表面８１の位置を推測する場合と比べて、正確かつ簡易に表面８１の位置を測定することができる。
係数算出部３２は、基準ワーク画像９９を参照して換算係数Ｋを算出する。基準ワーク画像９９では、基準ワーク９０の基準面９３が投影されている。係数算出部３２は、基準面９３の輪郭に基づいて、画像上で定義される画像座標系ＣＳ２において基準ワーク９０の所定寸法（例えば、板厚）に相当する基準寸法画素量ｔ９０ｐを算出する。なお、基準ワーク９０の所定寸法は、実測済（既知）である。換算係数Ｋは、基準寸法画素量ｔ９０ｐと所定寸法の実測値ｔ９０とから算出される。
【０１０２】
基準座標測定部３３は、基準ワーク画像９９を参照して基準座標値ＲＰ１ｐを測定する。基準座標値ＲＰ１ｐは、基準ワーク９０あるいは測定ワーク８０が設置される空間内に設定された基準位置ＲＰ１と対応した、画像座標系ＣＳ２における座標値である。基準位置ＲＰ１は、基準ワーク９０上に設定されている。基準座標測定部３３は、基準ワーク画像９９に投影された基準ワーク９０の像に基づいて基準座標値ＲＰ１ｐを測定する。
【０１０３】
このように、基準ワーク画像９９を参照することで、測定ワーク８０の表面８１の位置を測定する前に、換算係数Ｋおよび基準座標値ＲＰ１ｐが得られる。上記した表面座標値ｙ８１の算出手法を実現することができる。
基準ワーク９０を撮像するとき、基準ワーク９０の基準面９３よりも撮像装置３側に、基準ワーク９０が存在しない。このため、基準ワーク画像９９は、測定ワーク画像８９と比べてボケにくい。ボケを抑えた基準ワーク画像９９が参照されるため、基準寸法画素量ｔ９０ｐおよび換算係数Ｋの算出精度が高くなる。基準位置ＲＰ１と対応した基準座標値ＲＰ１ｐの測定精度が高くなる。これらの精度が高いため、測定面算出部３５による表面座標値ｙ８１の算出精度が高くなる。測定ワーク８０が、ガラスのような透明材料で製造されており、測定ワーク画像８９がボケやすくても、表面８１の位置を精度よく測定することができる。
【０１０４】
以上は、表面８１の位置の測定に関するものであるが、本実施形態では、第２変位センサ５を用いて表面８１の位置の測定と同様の処理が行われる。したがって、測定ワーク画像８９上で裏面８２の位置も精度よく測定することができる。
【０１０５】
（変形例）
これまで、本発明の実施形態について説明したが、上記構成および方法は、本発明の範囲内で適宜変更、削除および／または追加可能である。
上記実施形態では、基準ワーク９０の基準面９３が、表面９１と裏面９２とを板厚方向に接続しており、基準面９３の輪郭が表面９１と裏面９２とで形成されている。板厚の実測値と、画像座標系ＣＳ２において板厚に相当する画素量とに基づいて、換算係数Ｋが算出されている。しかし、基準面９３は、このような側面に限定されない。そのため、換算係数Ｋは、板厚以外の基準ワーク９０における所定の寸法を用いて算出されてもよい。
【０１０６】
上記実施形態では、表面８１と裏面８２の両方の位置が測定されたが、これは、面取り加工が表側と裏側との両側で行われているためである。面取り加工が表側でのみ行われているのであれば、形状測定システム１は、表面８１の位置のみを測定してもよい。表面８１が上方に向けられてワーク支持装置１１に支持される場合には、第２変位センサ５が省略される。表面８１が下方に向けられてワーク支持装置１１に支持される場合には、上方の第１変位センサ４が省略され、下方の第２変位センサ５が第１変位センサ４として機能する。
【０１０７】
表側基準位置ＲＰ１および裏側基準位置ＲＰ２は、基準ワーク９０上に設定されていればよく、表面９１および裏面９２以外の場所に設定されてもよい。また、表側と裏側とで基準位置が共通であってもよい。
測定ワーク８０に面取り加工が行われていない場合にも、形状測定システム１で測定ワーク８０の側端部８３の形状を精度よく測定することができる。測定ワーク８０は、ウェハに限らず、液晶ディスプレイ用の基板など、他の板状ワークであってもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１  形状測定システム
３  撮像装置
４  第１変位センサ
５  第２変位センサ
１０  形状測定装置
３１  画像取得部
３２  係数算出部
３３  基準座標測定部
３４  変位情報取得部
３５  測定面算出部
３６  画像処理部
８０  測定ワーク
８１  表面
８２  裏面
８３  側端部
８４ａ，８４ｂ  ベベル部
８９  測定ワーク画像
９０  基準ワーク
９１  表面
９２  裏面
９３  基準面
９９  基準ワーク画像
ＣＳ２  画像座標系
ＦＰ  焦点面
Ｋ  換算係数
ＲＰ１  表側基準位置（基準位置）
ＲＰ２  裏側基準位置（基準位置）
ＲＰ１ｐ  表側基準座標値（基準座標値）
ＲＰ２ｐ  裏側基準座標値（基準座標値）
ｔ９０  実測値
ｔ９０ｐ  基準寸法画素量
ｙ８１  表面座標値
ｙ８２  裏面座標値
ｙ９１  基準表面座標値
ｙ９２  基準裏面座標値
Ｚ８１  測定ワークの表面の位置
Ｚ８２  測定ワークの裏面の位置
ΔＺ１，ΔＺ２  距離
【要約】
【課題】ワークの表面の位置を正確にまたは簡易に測定する。
【解決手段】測定ワーク８０の表面８１の位置を測定する前に、係数算出部３２が、基準ワーク画像９９を参照して換算係数Ｋを算出し、基準座標測定部３３が、基準ワーク画像９９を参照して基準位置ＲＰ１と対応する基準座標値ＲＰ１ｐを測定する。測定ワーク８０の表面８１の位置の測定に際し、変位情報取得部３４が、測定ワーク８０の表面８１の法線方向における基準位置ＲＰ１から測定ワーク８０の表面８１までの距離ΔＺ１を示す表面変位情報を取得する。測定面算出部３５は、当該距離ΔＺ１を換算係数Ｋを用いて表面変位画素量Δｙ１へ換算する。測定面算出部３５は、基準座標値ＲＰ１ｐを表面変位画素量Δｙ１で補正することで、測定ワーク画像８９上で測定ワーク８０の表面８１の位置を表した表面座標値ｙ８１を算出する。
【選択図】図４【図１】
0006908206.tif 000002
【図２】
0006908206.tif 000003
【図３】
0006908206.tif 000004
【図４】
0006908206.tif 000005
【図５】
0006908206.tif 000006
【図６】
0006908206.tif 000007
【図７】
0006908206.tif 000008
【図８】
0006908206.tif 000009
【図９】
0006908206.tif 000010
【図１０】
0006908206.tif 000011
【図１１】
0006908206.tif 000012
【図１２】
0006908206.tif 000013
【図１３】
0006908206.tif 000014