形状測定方法
【課題】被測定物の場所によって面の反射状態が異なる場合にも反射光を受光して面の位置が測定できる方法を提供する。
【解決手段】被測定物の形状を測定する形状測定方法にかかわる。投光器から被測定物に光を照射し、被測定物から反射される反射光を受光器が受光するときの光の輝度を推定した受光推定輝度を演算するステップＳ１の受光輝度推定工程と、被測定物に光を照射し、光が照射された場所を検出するステップＳ１１の照射場所検出工程と、被測定物に光を照射する場所を移動するステップＳ３の移動工程と、を有し、ステップＳ１１の照射場所検出工程は、受光器が受光する光の輝度に応じた信号を出力し、前記信号を用いて光が照射された場所を検出するステップＳ５の光検出工程と、受光推定輝度を用いて、受光器が受光する光の輝度を調整するステップＳ４の受光調整工程と、を有する。
【解決手段】被測定物の形状を測定する形状測定方法にかかわる。投光器から被測定物に光を照射し、被測定物から反射される反射光を受光器が受光するときの光の輝度を推定した受光推定輝度を演算するステップＳ１の受光輝度推定工程と、被測定物に光を照射し、光が照射された場所を検出するステップＳ１１の照射場所検出工程と、被測定物に光を照射する場所を移動するステップＳ３の移動工程と、を有し、ステップＳ１１の照射場所検出工程は、受光器が受光する光の輝度に応じた信号を出力し、前記信号を用いて光が照射された場所を検出するステップＳ５の光検出工程と、受光推定輝度を用いて、受光器が受光する光の輝度を調整するステップＳ４の受光調整工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定方法にかかわり、特に、被測定物に光を照射して測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定装置から光線を被測定物に照射して、被測定物からの反射光を検出することにより測定装置と被測定物との距離を測定する方法がある。この方法を用いて、被測定物と測定装置とを相対的に移動することにより被測定物の３次元形状を測定することが広く行われている。被測定物に照射する光が散乱反射するときと鏡面反射する場合がある。この反射状態に対応して測定する方法が特許文献１に開示されている。それによると、１つの場所に入射角の異なる２つの光線を照射している。そして、２つの受光系を配置している。被測定物の反射が散乱反射するときと鏡面反射するときとで光学系を使いわけることにより、反射光を受光するようにしていた。
【０００３】
被測定物の形状を測定するとき、予め被測定物の目標となる形状が解っている場合がある。このとき、目標となる形状は被測定物を設計したときの形状データとして記憶されている。そして、製造工程では形状データに示された形状となるように被測定物が形成される。そして、加工した後、目標となる形状データに対する加工誤差を測定する検査が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被測定物において測定する面の向きは場所によって異なる場合がある。被測定物の表面粗さも場所によって異なる場合がある。このとき、測定する面の反射状態も被測定物の場所によって異なる。そして、被測定物の場所によって面の反射状態が異なる場合にも反射光を受光して面の位置が測定できる方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかる形状測定方法は、被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、投光器から前記被測定物に光を照射し、前記被測定物から反射される反射光を受光器が受光するときの光の輝度を推定した受光推定輝度を演算する受光輝度推定工程と、前記被測定物に光を照射し、光が照射された場所の位置を検出する照射場所検出工程と、前記被測定物に光を照射する場所を移動する移動工程と、を有し、前記照射場所検出工程は、前記受光器が受光する光の輝度に応じた信号を出力し、前記信号を用いて光が照射された場所の位置を検出する光検出工程と、前記受光推定輝度を用いて、前記受光器が受光する光の輝度もしくは前記受光器が受光する時間を調整する受光調整工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この形状測定方法によれば、被測定物に光を照射する場所を移動する。そして、光が照射された場所の位置を検出することにより被測定物の形状を測定している。光検出工程では、受光器が受光して信号を出力する。そして、信号を用いて光が照射された場所の位置を検出している。
【０００９】
受光器が受光する光の輝度が低いとき、光のコントラストが低い為、光が照射された場所の位置を検出し難くなる。照射する光の光量が大きすぎるときには、光が照射された場所の周辺においても光の輝度が高くなる為、光が照射された場所の位置を検出し難くなる。
【００１０】
受光輝度推定工程では被測定物から反射される反射光の輝度を推定した受光推定輝度を演算する。そして、受光調整工程では受光推定輝度を用いて、受光器が受光する光の輝度を調整する。従って、受光器は反射位置を検出し易い反射光を受光することができる。もしくは、受光調整工程では受光推定輝度を用いて、受光器が受光する時間を調整する。従って、受光器は反射位置を検出し易い信号を出力することができる。
【００１１】
［適用例２］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記受光輝度推定工程では、前記被測定物の形状情報と反射特性とを用いて前記受光推定輝度を演算することを特徴とする。
【００１２】
この形状測定方法によれば、被測定物の形状情報を用いることにより光が照射される面の向きがわかる。そして、反射特性を用いることにより反射する光の分布を推測することができる。従って、形状情報と反射特性とを用いることにより、反射する光の方向と分布とを推測することができる。
【００１３】
［適用例３］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記受光調整工程では、前記投光器が照射する光量を調整することにより、前記受光器が受光する光の輝度を調整することを特徴とする。
【００１４】
この形状測定方法によれば、投光器が照射する光量を調整する為、受光器が受光する反射光の輝度を測定し易い輝度にすることができる。
【００１５】
［適用例４］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記照射場所検出工程では、前記投光器から帯状に光を照射することを特徴とする。
【００１６】
この形状測定方法によれば、光が帯状に照射され、照射された場所の位置を検出することができる。その結果、一度に複数の場所の位置を検出することができる。
【００１７】
［適用例５］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記被測定物が光透過性のとき、前記照射場所検出工程では照射する光が表面反射する方向から前記投光器が光を照射し、前記受光器は表面反射する光を受光することを特徴とする。
【００１８】
この形状測定方法によれば、投光器は、光が表面反射する方向から光を照射する為、被測定物が光透過性のときにも、光を反射させることができる。そして、受光器は反射した光を用いて被測定物の形状を測定することができる。
【００１９】
［適用例６］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記照射場所検出工程において、内部反射する光を用いるときには、表面反射する光が受光しない場所に前記受光器を配置することを特徴とする。
【００２０】
この形状測定方法によれば、内部反射する光を用いて光が照射された場所を検出している。内部反射する光は表面反射する光よりも光量が小さい。測定する場所の近くで表面反射する光が受光器を照射することがある。このとき、内部反射する光を受光するように調整した受光器が表面反射する光を受光するとき、受光器は表面反射した光の影響を受ける。そして、光が照射された場所を示す信号を受光器が精度良く出力できない場合がある。表面反射する光が受光しない場所に受光器を配置することにより、受光器は精度良く光が照射された場所を検出することができる。
【００２１】
［適用例７］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記受光輝度推定工程では、測定不可能場所を算出し、前記測定不可能場所を明示することを特徴とする。
【００２２】
この形状測定方法によれば、測定不可能場所が明示される。そして、測定する前に測定不可能場所を確認できる。測定不可能場所がある場合には、測定したい場所を測定可能にする、投光器及び受光器に対する被測定物の姿勢を検討して確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかわる測定装置の構成を示す概略斜視図。
【図２】照明装置を示す模式断面図。
【図３】測定方法を説明するための模式図。
【図４】測定装置の電気制御ブロック図。
【図５】形状を測定する測定工程を示すフローチャート。
【図６】測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図。
【図７】測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図。
【図８】測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図。
【図９】第２の実施形態にかかわる測定方法を説明するための模式図。
【図１０】第３の実施形態にかかわる測定方法を説明するための模式図。
【図１１】第４の実施形態にかかわる測定方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、具体化した実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００２５】
（第１の実施形態）
本実施形態において被測定物の形状を測定する特徴的な測定装置と、この測定装置を用いて、被測定物を測定する場合の例について図１〜図８に従って説明する。
【００２６】
（測定装置）
まず、被測定物の形状を測定する測定装置について図１〜図４に従って説明する。図１は、測定装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、測定装置１は、直方体形状に形成された基台２を備えている。本実施形態では、この基台２の長手方向をＹ方向とし、水平面にてＹ方向と直交する方向をＸ方向とする。鉛直方向をＺ方向とする。
【００２７】
基台２の上面２ａには、Ｙ固定テーブル３が配置され、Ｙ固定テーブル３の上面３ａには、Ｙ方向に延在する一対の案内レール４が、Ｙ固定テーブル３のＹ方向全幅にわたり凸設されている。その案内レール４の上側には、一対の案内レール４に対応する図示しない直動機構を備えたステージとしてのＹステージ５が取付けられている。そのＹステージ５の直動機構は、例えば、案内レール４に沿ってＹ方向に延びるネジ軸（駆動軸）と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸が、所定のパルス信号を受けてステップ単位で正逆転するＹ軸モーター６に連結されている。そして、所定のステップ数に相当する駆動信号をＹ軸モーター６に入力すると、Ｙ軸モーター６が正転または逆転して、Ｙステージ５が同ステップ数に相当する分だけ、Ｙ方向に移動するようになっている。さらに、Ｙ固定テーブル３の上面３ａには、案内レール４と平行に図示しないＹテーブル位置検出装置が配置され、Ｙステージ５の位置が測定できるようになっている。
【００２８】
Ｙステージ５の上面５ａには、Ｘ方向に延在する一対の案内レール７が、Ｙステージ５のＸ方向全幅にわたり凸設されている。その案内レール７の上側には、一対の案内レール７に対応する図示しない直動機構を備えたステージとしてのＸステージ８が取付けられている。そのＸステージ８の直動機構は、例えば、本実施形態では、Ｙステージ５が備える直動機構と同様の機構となっている。そして、その直動機構が備える駆動軸には、Ｘ軸モーター９が連結されている。所定のステップ数に相対する駆動信号をＸ軸モーター９に入力すると、Ｘ軸モーター９が正転または逆転して、Ｘステージ８が同ステップ数に相当する分だけ、Ｘ方向に移動するようになっている。
【００２９】
Ｘステージ８の上面には、載置面１０が形成され、その載置面１０には、図示しない吸引式のチャック機構が設けられている。そして、載置面１０には被測定物１１が載置されている。操作者が被測定物１１の位置を所定の位置に配置した後、チャック機構によって被測定物１１が載置面１０に固定されるようになっている。
【００３０】
基台２の上面２ａにおいて、図中右側には、略矩形のＺ固定テーブル１２が立設され、Ｚ固定テーブル１２において、Ｙステージ５側の側面には、図示しない一対の案内レールが、Ｚ方向に配置されている。その案内レールにおいて、Ｙステージ５側には、一対の案内レールに対応する図示しない直動機構を備えたＺステージ１３が配置されている。そのＺステージ１３の直動機構は、例えば、本実施形態では、Ｙステージ５が備える直動機構と同様の機構となっている。そして、その直動機構が備える駆動軸には、Ｚ軸モーター１４が連結されている。
【００３１】
Ｚステージ１３のＹステージ５側には門形に形成された支持部１５が配置されている。支持部１５の図中左側には一対の支持板１５ａ，１５ｂが撮像装置１６を挟むように配置されている。撮像装置１６は内部に固体撮像素子等からなるエリアセンサーを備え、エリアセンサーが撮像する画像を電気信号に変換して出力することが可能になっている。この固体撮像素子は受光する光の輝度と受光する時間とに応じて電荷を蓄積することにより、光の輝度を電圧信号として出力する。
【００３２】
撮像装置１６の下側には、撮像レンズ１７が配置されている。そして、撮像装置１６にはエリアセンサーに入射する光の波長や特性を限定する光学フィルターが配置されている。このフィルターは撮像する被測定物１１や外光の状態に応じて変更することが可能になっており、予備実験で撮像しフィルターを選定するのが望ましい。
【００３３】
支持板１５ａのＸ方向と逆の側にはカメラ角度モーター１８が配置され、カメラ角度モーター１８の回転軸は撮像装置１６に固定されている。撮像装置１６のＸ方向の面には軸が突設され、この軸を受ける軸受けが支持板１５ｂに配置されている。そして、撮像装置１６がカメラ角度モーター１８の回転軸を中心に回転可能に配置されている。所定のステップ数に相当する駆動信号をカメラ角度モーター１８に入力すると、カメラ角度モーター１８が正転または逆転して、撮像装置１６が同ステップ数に相当する分だけ、回転するようになっている。そして、この支持部１５及びカメラ角度モーター１８等により撮像方向変更部が構成されている。
【００３４】
基台２の上面２ａにおいて、図中左側には、照明用Ｚ固定テーブル２１が立設され、照明用Ｚ固定テーブル２１のＹステージ５側の面にはＺ方向に延在する一対の案内レール２２が、照明用Ｚ固定テーブル２１のＺ方向全幅にわたり凸設されている。その案内レール２２のＹステージ５側には、一対の案内レール２２に対応する図示しない直動機構を備えたＬ字状の照射方向変更部としての照明用Ｚステージ２３が取付けられている。その照明用Ｚステージ２３の直動機構は、例えば、本実施形態では、Ｙステージ５が備える直動機構と同様の機構となっている。そして、その直動機構が備える駆動軸には、照射方向変更部としての照明用Ｚ軸モーター２４が連結されている。
【００３５】
照明用Ｚステージ２３のＹステージ５側には、矩形の連結部２３ａが突出して形成されている。連結部２３ａのＹステージ５側には略門形の照明支持部２５が配置されている。そして、照明支持部２５の中央には照明用Ｚ固定テーブル２１側に突出する矩形の連結部２５ａが形成されている。照明用Ｚステージ２３の連結部２３ａのＺ方向には照射方向変更部としての方位変更モーター２６が配置されている。そして、照明用Ｚステージ２３の連結部２３ａの基台２側には、照明支持部２５の連結部２５ａが配置されている。そして、方位変更モーター２６の本体は照明用Ｚステージ２３に固定され、方位変更モーター２６の回転軸は連結部２５ａと固定されている。そして、所定のステップ数に相対する駆動信号を方位変更モーター２６に入力すると、方位変更モーター２６が正転または逆転して、照明支持部２５が同ステップ数に相当する分だけ、Ｚ方向を中心にして回転するようになっている。
【００３６】
照明支持部２５の両端の間には投光器としての照明装置２７が配置されている。照明装置２７には光源と光学装置が配置されている。そして、照明装置２７のＹステージ５側に位置する投光面２７ａから帯状の光が被測定物１１に向けて照射される。
【００３７】
そして、照明支持部２５の図中左側の１端には俯角変更モーター２８が配置され、俯角変更モーター２８の本体は照明支持部２５に固定されている。そして、俯角変更モーター２８の回転軸は照明装置２７の側面２７ｂに固定されている。所定のステップ数に相対する駆動信号を俯角変更モーター２８に入力すると、俯角変更モーター２８が正転または逆転して、照明装置２７が同ステップ数に相当する分だけ、Ｘ方向を中心にして回転するようになっている。
【００３８】
従って、照明装置２７が照射する光の進行方向と水平方向とが成す角度は変更可能になっている。この角度の最適条件は、被測定物１１の形状によって変わる可能性があるので、被測定物１１を照射する光が撮像装置１６によって撮像され易い角度に照明装置２７の角度を調整する必要がある。従って、実際の被測定物１１を用いた予備調整を実施して、最適な照射角度を調整することが望ましい。基台２のＸ方向には、制御装置２９が配置され、この制御装置２９が測定装置１を制御する。
【００３９】
図２は、照明装置を示す模式断面図である。図２（ａ）は模式平断面図であり、図２（ｂ）は模式側断面図である。図２に示すように、照明装置２７はケース３０を備えている。そして、ケース３０の内部には支持台３１を介してレーザー光源３２が配置されている。レーザー光源３２は内部に半導体レーザーを備え、半導体レーザーに電圧を印加することにより光としてのレーザー光３３を発光する。
【００４０】
レーザー光源３２が発光するレーザー光３３の光軸上には回転ミラー３４が配置されている。回転ミラー３４はミラー回転部３５の回転軸に固定されている。そして、ミラー回転部３５はケース３０に配置されている。回転ミラー３４は三角柱状に形成され、三角形の各辺に相当する場所が鏡になっている。そして、回転ミラー３４のＸＹ平面における断面は正三角形に形成されている。その正三角形の重心を通って、Ｚ方向にミラー回転部３５の回転軸が配置されている。従って、回転ミラー３４はＺ方向を軸に回転する。回転ミラー３４が回転するとき、回転ミラー３４を照射するレーザー光３３はＸＹ平面方向に反射される。
【００４１】
レーザー光源３２及び回転ミラー３４のＸ方向には凹面鏡３６が配置されている。そして、回転ミラー３４にて反射したレーザー光３３は凹面鏡３６を照射する。凹面鏡３６を照射するレーザー光３３がＹ方向と逆の方向に進行するように凹面鏡３６が形成されている。回転ミラー３４が回転することにより凹面鏡３６にはＸＹ平面上で放射状に広がるレーザー光３３が照射される。そして、凹面鏡３６で反射したレーザー光３３は帯状となって図中右の方向に進行する。
【００４２】
凹面鏡３６の図中右側にはマスク３７及びフィルター３８が配置されている。そして、レーザー光３３はマスク３７を通過した後、フィルター３８を通過する。マスク３７にはレーザー光３３の一部を遮光してスリットの機能を有する図形が形成され、マスク３７を通過したレーザー光３３はマスク３７に形成された図形に対応する光度分布となる。
【００４３】
マスク３７を通過したレーザー光３３はフィルター３８を通過する。フィルター３８はレーザー光３３に対して光の波長の分布を変更したり、光の偏光特性を変更する光学素子である。フィルター３８は、撮像装置１６が鮮明な画像を撮像し易い光にするために配置する。従って、撮像装置１６の特性に合わせて設定するのが望ましい。そして、フィルター３８を通過したレーザー光３３は照明装置２７の外に出射し、Ｘ方向に走査しながら被測定物１１及び載置面１０に向かって進行する。
【００４４】
図３は、測定方法を説明するための模式図である。図３（ａ）に示すように、載置面１０に対して斜めの方向から帯状のレーザー光３３を照射する。被測定物１１においてレーザー光３３が照射された場所ではレーザー光３３が反射する。このとき、被測定物１１には凹凸の形状が形成されているので、この形状に応じた反射パターンが形成される。
【００４５】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’側から見た模式側面図である。図３（ｂ）に示すように、被測定物１１に対して図中左上の照明装置２７からレーザー光３３を照射する。照射されたレーザー光３３は被測定物１１の表面にて反射する。被測定物１１が反射するレーザー光３３の一部を撮像装置１６が撮像する。照明装置２７と撮像装置１６とが配置された場所の位置情報は予め既知となっている。さらに、照明装置２７から照射されるレーザー光３３が進行する角度も予め既知となっている。撮像装置１６が撮像する画像を解析することにより、被測定物１１が反射するレーザー光３３が進行する角度を検出することができる。そして、三角測量法を用いることにより、被測定物１１に照射されたレーザー光３３が反射する場所の座標を検出することができる。
【００４６】
図３（ｃ）は、撮像装置が被測定物を撮像する時の撮影画像の模式図である。図３（ｃ）に示すように、撮影画像３９には載置面画像４０、被測定物画像４１、レーザー光画像４２が撮像されている。載置面画像４０は、載置面１０が撮像された画像である。被測定物画像４１は被測定物１１が撮像された画像である。そして、レーザー光画像４２は、載置面画像４０及び被測定物画像４１において反射するレーザー光３３が撮像された画像である。
【００４７】
被測定物１１の凹凸形状に応じてレーザー光３３が反射するＹ方向の場所が異なるので、撮影画像３９においても被測定物１１の凹凸形状に応じてレーザー光画像４２のＹ方向の場所が異なっている。被測定物１１において照明装置２７に近い場所をレーザー光３３が照射するとき、レーザー光画像４２は図中左側に位置する。逆に、被測定物１１において照明装置２７から離れた場所をレーザー光３３が照射するとき、レーザー光画像４２は図中右側に位置する。そして、レーザー光画像４２のＹ方向の場所からレーザー光３３が照射された場所を検出することが可能になっている。つまり、被測定物１１が反射するレーザー光３３が進行する角度に対応して、レーザー光画像４２が検出される場所がかわる。従って、レーザー光画像４２の場所を検出することにより、被測定物１１においてレーザー光３３が反射する場所の座標を検出することが可能になっている。
【００４８】
図４は、測定装置の電気制御ブロック図である。図４において、制御装置２９はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）４５と、各種情報を記憶する記憶部としてのメモリー４６とを有する。
【００４９】
Ｘステージ駆動装置４７、Ｘステージ位置検出装置４８、Ｙステージ駆動装置４９、Ｙステージ位置検出装置５０は、入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。さらに、Ｚステージ駆動装置５３、Ｚステージ位置検出装置５４、カメラ角度モーター駆動装置５５も入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。さらに、撮像装置１６、フォーカス装置５６、照明用Ｚステージ駆動装置５７、照明用Ｚステージ位置検出装置５８、も入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。さらに、方位モーター駆動装置５９、俯角モーター駆動装置６０、照明装置２７、入力装置６１、表示装置６２も入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。
【００５０】
Ｘステージ駆動装置４７は、Ｘ軸モーター９を駆動して、Ｘステージ８の移動を制御する装置であり、Ｘステージ位置検出装置４８は、Ｘステージ８のＸ方向の位置を検出する装置である。同様に、Ｙステージ駆動装置４９は、Ｙ軸モーター６を駆動してＹステージ５の移動を制御する装置であり、Ｙステージ位置検出装置５０は、Ｙステージ５のＹ方向の位置を検出する装置である。Ｘステージ位置検出装置４８及びＹステージ位置検出装置５０が、Ｘステージ８のＸ方向及びＹステージ５のＹ方向の位置を検出した後、Ｘステージ駆動装置４７及びＹステージ駆動装置４９が、Ｘステージ８及びＹステージ５を移動させることにより、制御装置２９は載置面１０に搭載された被測定物１１を所望の位置に移動して停止することができる。
【００５１】
Ｚステージ駆動装置５３は、Ｚ軸モーター１４を駆動して、Ｚステージ１３の移動を制御する装置であり、Ｚステージ位置検出装置５４は、Ｚステージ１３のＺ方向の位置を検出する装置である。Ｚステージ位置検出装置５４が、Ｚステージ１３のＺ方向の位置を検出した後、Ｚステージ駆動装置５３がＺステージ１３を駆動することにより、Ｚステージ１３を所望の位置に移動して停止することが可能になっている。そして、Ｚステージ１３は支持部１５を介して撮像装置１６に配置されているので、撮像装置１６と被測定物１１との距離が所望の距離になる場所にＺステージ駆動装置５３は撮像装置１６を移動させて停止させることができる。
【００５２】
カメラ角度モーター駆動装置５５はカメラ角度モーター１８を駆動する装置である。カメラ角度モーター１８の回転軸は撮像装置１６に固定されている。そして、カメラ角度モーター駆動装置５５はカメラ角度モーター１８を駆動することにより、撮像装置１６と載置面１０との成す角度を変更できる。
【００５３】
撮像装置１６は撮像した画像をデジタル信号に変換する変換回路を内蔵しており、画像の情報をデジタル信号にして送信する。そして、ＣＰＵ４５から画像を撮像する指示信号を受信すると、画像を撮像した後、その画像のデジタル信号をメモリー４６へ送信する。メモリー４６は画像のデジタル信号を記憶する。
【００５４】
フォーカス装置５６は、撮像レンズ１７により投影される画像の焦点が撮像装置１６のエリアセンサーにあうように、フォーカス調整を行う装置である。ＣＰＵ４５の指示により、フォーカス装置５６は画像の焦点が合う場所を変更する。
【００５５】
照明用Ｚステージ駆動装置５７は、照明用Ｚ軸モーター２４を駆動して照明用Ｚステージ２３の場所を制御する装置であり、照明用Ｚステージ位置検出装置５８は、照明用Ｚステージ２３のＺ方向の位置を検出する装置である。照明用Ｚステージ位置検出装置５８が、照明用Ｚステージ２３のＺ方向の位置を検出した後、照明用Ｚステージ駆動装置５７が照明用Ｚステージ２３を駆動することにより、照明用Ｚステージ駆動装置５７は照明用Ｚステージ２３を所望の位置に移動させて停止させることができる。そして、照明用Ｚステージ２３は照明支持部２５を介して照明装置２７に配置されているので、照明装置２７と載置面１０との距離が所望の距離になる場所に照明用Ｚステージ駆動装置５７が照明装置２７を移動させて停止させることができる。
【００５６】
方位モーター駆動装置５９は方位変更モーター２６を駆動して、照明支持部２５がレーザー光３３を照射する角度を制御する装置である。方位変更モーター２６の駆動軸には照明支持部２５が配置されているので、方位モーター駆動装置５９が方位変更モーター２６を駆動することにより、水平面上の所望の角度から光を照射することが可能になっている。そして、例えば、被測定物１１の凹凸に合わせて照明用方位変更モーター１９を回転させることにより、撮像装置１６が撮像可能な方向からレーザー光３３を照射するように調整することができる。しかし、調整する頻度が少ない場合には、手動で調整するような機構に変更しても良い。調整する必要がない場合には方位モーター駆動装置５９及び方位変更モーター２６を省いても良い。
【００５７】
俯角モーター駆動装置６０は、俯角変更モーター２８を駆動して照明装置２７の角度を制御する装置である。俯角モーター駆動装置６０が俯角変更モーター２８を駆動することにより、被測定物１１に対して所望の角度からレーザー光３３を照射することが可能になっている。そして、照明用Ｚステージ駆動装置５７が照明装置２７の高さを制御して、俯角モーター駆動装置６０がレーザー光３３の角度を制御する。これにより、照明装置２７は被測定物１１の所望の場所に所望の角度でレーザー光３３を照射することが可能になっている。そして、被測定物１１にレーザー光３３を照射するときの反射状況に応じて、被測定物１１に照射する角度や場所をＣＰＵ４５が変更可能になっている。しかし、被測定物１１の反射状況が一定であり、調整する頻度が少ない場合には、手動で調整するような機構に変更しても良い。
【００５８】
この角度の最適条件は、被測定物１１の形状、材質、表面粗さ等の条件によって変わる可能性があるので、異なる材質や製造工程の被測定物１１を検査するとき、被測定物１１を照射する光が撮像装置１６によって撮像され易い角度に照明装置２７の角度を調整する必要がある。従って、実際の被測定物１１を用いた予備調整を実施して、最適な照射角度を調整することが望ましい。
【００５９】
照明装置２７はレーザー光３３を照射する装置である。照明装置２７は出力調整部を有し、ＣＰＵ４５が出力する指示信号に従って、照明装置２７は照射する光の強度を切り換えることが可能になっている。そして、照明装置２７は照射する光の強度を検出する手段と検出した光の強度をＣＰＵ４５に送信する機能を備えている。
【００６０】
入力装置６１は、被測定物１１の形状や反射状態に関する各種データを入力する装置である。入力装置６１は、例えば、被測定物１１の形状を測定する手順を入力する装置である。表示装置６２は、測定条件や作業状況を表示する装置であり、操作者は、表示装置６２に表示される情報を基に、入力装置６１を用いて入力操作を行う。
【００６１】
メモリー４６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には、測定装置１における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト６５を記憶する記憶領域が設定される。さらに、測定装置１が検査する場所を示す検査位置データ６６を記憶するための記憶領域も設定される。他にも、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量の条件である照射条件データ６７を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、撮像装置１６が撮像した画像のデータである撮像データ６８を記憶するための記憶領域も設定される。さらに、形状を測定した測定結果のデータである測定データ６９や、検査した後に良否判断するときの判定値等のデータである良否判定値データ７０等の記憶領域を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ４５のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
【００６２】
ＣＰＵ４５は、メモリー４６内に記憶されたプログラムソフト６５に従って、被測定物１１の形状を検査する制御を行うものである。具体的な機能実現部として、被測定物１１から反射するレーザー光３３の輝度をシミュレーションする輝度推測演算部７１を有する。さらに、ステージの移動を制御するための演算を行うステージ制御部７２を有する。他にも、撮像するタイミングや撮像する角度を演算して、撮像装置１６を制御する撮像制御部７３を有する。他にも、最適な光量のレーザー光３３を照射するように、照明装置２７を制御する照明制御部７４を有する。さらに、照明装置２７が照射するレーザー光３３の角度を制御する照明角度制御部７５を有する。他にも、撮像装置１６が撮像した画像からレーザー光３３が照射された場所の座標を演算し、被測定物１１の形状を演算する形状演算部７６を有する。加えて、測定データ６９と良否判定値データ７０とを比較して被測定物１１の良否を判断する不良検出部としての不良検出演算部７７等を有する。
【００６３】
（測定方法）
次に、上述した測定装置１を使って、被測定物１１の形状を測定する測定方法について図５〜図８にて説明する。図５は、形状を測定する測定工程を示すフローチャートである。図６〜図８は、測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図である。
【００６４】
図５において、ステップＳ１は受光輝度推定工程に相当し、被測定物から反射されたレーザー光を撮像装置が受光するときのレーザー光の輝度を推定する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は、被測定物配置工程に相当し、載置面に被測定物を配置して固定する工程である。次にステップＳ３及びステップＳ４に移行する。ステップＳ３は、移動工程に相当し、Ｘテーブル及びＹテーブルを駆動して、レーザー光を照射する場所を移動する工程である。次にステップＳ７に移行する。ステップＳ４は、受光調整工程に相当し、撮像装置が受光する輝度が略同じ輝度となるように照明装置が照射するレーザー光の光量を調整する工程である。次にステップＳ５に移行する。
【００６５】
ステップＳ５は、光検出工程に相当し、被測定物にレーザー光を照射し、照射された場所の画像を撮像する工程である。そして、レーザー光が照射された場所の座標を検出する。次にステップＳ６に移行する。ステップＳ６は、形状演算工程に相当し、検出した被測定物の座標のデータを用いて被測定物の形状を演算する工程である。ステップＳ４〜ステップＳ６のステップはステップＳ１１の照射場所検出工程に相当し、レーザー光が照射されている場所の位置を検出する工程である。ステップＳ３はステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６と並行して行われる。次にステップＳ７に移行する。
【００６６】
ステップＳ７は、測定終了確認工程に相当し、測定する予定の場所を総て測定したかを判断する工程である。まだ測定していない場所があるとき、ステップＳ３及びステップＳ４に移行する。予定した総ての場所を測定したとき、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８は、良否判断工程に相当し、測定した形状データと良否判定値データとを比較して、正常か不良かを判断する工程である。次にステップＳ９に移行する。ステップＳ９は、被測定物除去工程に相当し、載置面から被測定物を除去する工程である。以上の工程により形状を測定する測定工程を終了する。
【００６７】
次に、図６〜図８を用いて、図５に示したステップと対応させて、測定方法を詳細に説明する。図６及び図７（ａ）はステップＳ１の受光輝度推定工程に対応する図である。ステップＳ１では、制御装置２９の輝度推測演算部７１が被測定物１１にレーザー光３３を照射するシミュレーションを行う。そして、撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度を輝度推測演算部７１が推定する。図６（ａ）に示すように、被測定物１１に相当する被測定物モデル８０を設定する。被測定物モデル８０の形状は被測定物１１の形状を設計するときのデータを用いて設定することができる。図６（ａ）は被測定物モデル８０において中心を通るＹ方向の線にて切断したときの断面形状を示している。
【００６８】
被測定物モデル８０の下にはステージモデル８１を配置し、被測定物モデル８０及びステージモデル８１が共にＹ方向に移動する。そして、被測定物モデル８０の図中左上に投光器としての照明装置モデル８２を配置し、図中右上に撮像装置モデル８３を配置する。そして、照明装置モデル８２から光線８４を照射するとき、撮像装置モデル８３が受光する受光推定輝度を輝度推測演算部７１が演算する。この演算は被測定物モデル８０において光線８４を照射可能な総ての面に対して行われる。
【００６９】
被測定物モデル８０上に第１地点８０ａ〜第５地点８０ｅの５つの地点を設定し、その地点での反射について説明する。図６（ｂ）は第１地点８０ａに照明装置モデル８２から光線８４が照射されたときの様子を示している。入射方向８５は光線８４が照射される方向であり、図中左上から右下に向かっている。検出方向８６は撮像装置モデル８３が配置されている方向であり、図中右上を向く方向に設定されている。尚、この方向の設定は照射条件に合わせて変えることができる。
【００７０】
第１反射分布８７ａは第１地点８０ａに光線８４が照射されたときの反射光の分布を示している。入射方向８５の入射角８８と反射角８９が同じ角度の方向を表面反射方向９０とするとき、表面反射方向９０に表面反射が行われる。表面反射は被測定物モデル８０の表面における表面粗さが小さくなる程大きな輝度となる。そして、被測定物モデル８０の表面が鏡面のとき反射光の輝度は最大になる。
【００７１】
また、被測定物モデル８０に光線８４が照射されるとき、全方向に内部反射（拡散反射とも言われる）が行われる。内部反射は表面反射に比べて小さな輝度分布となることが多い。表面反射は内部反射より輝度が大きいので、反射分布は表面反射方向９０の輝度が大きくなることが多い。そして、第１反射分布８７ａは表面反射と内部反射とによる輝度を加算して算出される。被測定物１１にレーザー光３３を照射したときの反射分布データを予め測定し、その反射分布データをメモリー４６に記憶する。そして、輝度推測演算部７１は反射分布データを用いることにより、第１反射分布８７ａを推定することができる。反射分布は実測データを用いる方法に限らず、被測定物モデル８０の材質や表面粗さ等の条件から推定する方法を採用しても良い。
【００７２】
次に、輝度推測演算部７１は第１反射分布８７ａにおける検出方向８６の輝度推定データである受光推定輝度を演算する。そして、輝度推測演算部７１は演算結果をメモリー４６に記憶する。
【００７３】
図６（ｃ）〜図６（ｆ）はそれぞれ第２地点８０ｂ〜第５地点８０ｅに照明装置モデル８２から光線８４が照射されたときの様子を示している。第２地点８０ｂ〜第５地点８０ｅでの反射分布を第２反射分布８７ｂ〜第５反射分布８７ｅとする。各反射分布は光線８４が照射される面の向きと反射特性により様々な形態となっている。従って、検出方向８６における受光推定輝度も場所により様々な輝度となる。輝度推測演算部７１は第２反射分布８７ｂ〜第５反射分布８７ｅにおける検出方向８６の輝度推定データである受光推定輝度を演算する。そして、輝度推測演算部７１は演算結果をメモリー４６に記憶する。
【００７４】
図７（ａ）は受光推定輝度の分布と照明装置が出力するレーザー光における光量設定の分布のグラフを示している。図中上段には受光推定輝度の分布を示し縦軸が輝度を示し、上側は下側より輝度が高くなっている。横軸には被測定物モデルにおける場所を示し、図中左側がＹ方向を示している。そして、輝度推定線９１は、被測定物モデル８０において図６（ａ）に示す断面形状の上面から反射する光を撮像装置モデル８３が受光する光の受光推定輝度の分布を示している。輝度推定線９１は輝度推測演算部７１が演算した分布である。
【００７５】
横軸に示す各地点によって輝度が異なっている。輝度は各地点における面の角度及び反射特性により算出される。第３地点８０ｃでは被測定物モデル８０で反射する光線８４の進行方向が検出方向８６と近い方向であるので、輝度推定線９１の輝度が大きくなっている。第１地点８０ａ及び第５地点８０ｅでは被測定物モデル８０で反射する光線８４の進行方向が検出方向８６と離れた方向であるので、輝度推定線９１の輝度が小さくなっている。このように、輝度推測演算部７１は被測定物モデル８０の各場所において撮像装置モデル８３が受光する輝度を演算する。
【００７６】
次に、輝度推測演算部７１は撮像装置モデル８３が受光する光の輝度が略同じ輝度とするために、照明装置モデル８２が照射する光の光量を演算する。光量分布線９２は演算した分布を示す線である。このとき、輝度推測演算部７１は輝度推定線９１を参照して演算する。輝度推定線９１の輝度が小さい場所では、照明装置モデル８２が照射する光量を大きくする。例えば、第３地点８０ｃを照射するときの光量を小さくして、第１地点８０ａ及び第５地点８０ｅを照射するときの光量を大きくする。このように、輝度推測演算部７１は被測定物モデル８０の各場所において照明装置モデル８２が照射する光の光量を演算する。そして、輝度推測演算部７１は演算結果を照射条件データ６７としてメモリー４６に記憶する。
【００７７】
図７（ｂ）はステップＳ２の被測定物配置工程に対応する図である。図７（ｂ）に示すように、ステップＳ２において、載置面１０に被測定物１１を載置する。載置面１０には予め位置合わせ用の印を配置しておき、この印を用いて被測定物１１を所定の位置に設定する。次に、Ｘステージ８に搭載されたチャック機構を作動させることにより、制御装置２９は被測定物１１を載置面１０に固定させる。続いて、制御装置２９はＹステージ５及びＸステージ８を駆動させて、撮像装置１６に被測定物１１を撮像させる。そして、制御装置２９は載置面１０における被測定物１１の位置を検出する。
【００７８】
図７（ｃ）及び図８はステップＳ３の移動工程〜ステップＳ６の形状演算工程に対応する図である。図７（ｃ）に示すように、ステップＳ３において、ステージ制御部７２はＹステージ５を駆動させることにより、被測定物１１をＹ方向に移動させる。そして、ステージ制御部７２はレーザー光３３が照射される場所を移動させる。
【００７９】
ステップＳ３にて被測定物１１が移動される間に、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６が行われる。まず、ステップＳ４の受光調整工程において、照明装置２７によって照射されるレーザー光３３の光量を照明制御部７４が調整する。この光量は光量分布線９２に相当する照射条件データ６７を用いて調整される。照射条件データ６７はステップＳ１にて輝度推測演算部７１が演算してメモリー４６に記憶したデータである。
【００８０】
ステップＳ５において照明制御部７４は調整した光量のレーザー光３３を照明装置２７に照射させる。このレーザー光３３は帯状の光となっている。そして、照明装置２７が照射したレーザー光３３は被測定物１１を照射し、各場所における反射分布にて反射する。次に、被測定物１１から反射されたレーザー光３３を撮像装置１６が受光する。撮像制御部７３は撮像装置１６に被測定物１１に照射されたレーザー光３３による反射パターンを撮像させる。そして、撮像制御部７３は撮像した画像を撮像データ６８としてメモリー４６に記憶させる。このとき、ステージ制御部７２は撮像したときのＹステージ５及びＸステージ８の位置データをメモリー４６に記憶させる。
【００８１】
次に、形状演算部７６は撮像データ６８とＹステージ５及びＸステージ８の位置データとを用いて、レーザー光３３が照射された場所の座標を演算する。そして、形状演算部７６は演算した座標を用いて被測定物１１の形状を演算する。
【００８２】
図８は、撮像装置１６が受光したレーザー光３３の輝度分布と形状演算部７６が演算した被測定物１１の断面形状の例を示している。図中上段において、縦軸は輝度を示し、上側は下側より輝度が高くなっている。横軸には載置面１０の場所を示し、図中左側がＹ方向を示している。そして、受光輝度線９３は、被測定物１１において反射するレーザー光３３を撮像装置１６が受光したときのレーザー光３３の輝度分布を示している。そして、受光輝度線９３が示すように撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度は輝度推定線９１に比べて変動が小さくなる。
【００８３】
図中下段において、縦軸は載置面１０からの高さを示し、上側は下側より高い場所を示す。横軸には載置面１０の場所を示し、図中左側がＹ方向を示している。そして、形状線９４は照明角度制御部７５が演算した計測結果を示している。形状線９４は被測定物１１の断面の１つを示している。形状演算部７６は被測定物１１の各場所における座標データを算出するので、各場所における断面形状を算出することができる。
【００８４】
ステップＳ７の測定終了確認工程において、被測定物１１において予定した総ての場所を測定したと判断したとき、ステップＳ８に移行する。そして、ステップＳ８において、設計した形状と測定した形状とを比較する。そして、設計した形状と測定した形状との差が予め設定した判定値内であるか、判定値より大きいかを演算する。そして、この差が判定値より大きいとき不良と判断する。次に、ステップＳ９の被測定物除去工程においてＸステージ８のチャック機構の作動を停止する。そして、被測定物１１を載置面１０から除去する。以上の工程により形状を測定する測定工程を終了する。
【００８５】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、ステップＳ１の受光輝度推定工程において被測定物モデル８０から反射される受光推定輝度を演算する。そして、ステップＳ４の受光調整工程では受光推定輝度のデータを用いて、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量を調整する。従って、撮像装置１６は反射位置を検出し易い輝度のレーザー光３３を受光することができる。
【００８６】
（２）本実施形態によれば、被測定物１１の形状情報を用いることによりレーザー光３３が照射される面の傾きがわかる。そして、反射特性を用いることにより反射するレーザー光３３の分布を推測することができる。従って、形状情報と反射特性とを用いることにより、反射するレーザー光３３の方向と分布とを推測することができる。
【００８７】
（３）本実施形態によれば、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量を調整する為、撮像装置１６が受光する反射光の輝度を調整することができる。また、照明装置２７には半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーは入力する電力に応じて応答性良く光量を調整することができる為、撮像装置１６は精度よく制御された輝度のレーザー光３３を受光することができる。
【００８８】
（４）本実施形態によれば、レーザー光３３が帯状に照射され、照射された場所の座標を測定している。従って、一度に複数の場所の座標を測定することができる。
【００８９】
（第２の実施形態）
次に、形状の測定方法の一実施形態について図９の測定方法を説明するための模式図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、測定できない場所を表示部が明示する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００９０】
すなわち、本実施形態では、図９に示したように被測定物９７にはスリット状の凹部９７ａが形成されている。そして、載置面１０に対して斜めの方向から帯状のレーザー光３３を照射する。被測定物９７においてレーザー光３３が照射された場所ではレーザー光３３が反射する。このとき、被測定物９７の凹部９７ａでは撮像装置１６の方向に反射しないので、測定装置１は凹部９７ａの形状を測定することができない。
【００９１】
図９（ｂ）は被測定物のＢ−Ｂ’線における断面形状と受光推定輝度とを示すグラフである。図中上段の縦軸には載置面１０からの高さを示し、上側が下側より高くなっている。横軸は場所を示し、図中左側がＹ方向になっている。形状線９８は被測定物９７の形状を示す線である。そして、形状線９８の凹部９８ａは被測定物９７の凹部９７ａと対応する形状となっている。
【００９２】
図中下段の縦軸には輝度を示し、上側が下側より輝度が高くなっている。そして、輝度推定線９９は、輝度推測演算部７１が演算した受光推定輝度の分布を示している。輝度推定線９９において凹部９８ａに対応する場所では反射光が撮像装置１６の方向に進行しない為、輝度が略零となる。この範囲を非測定範囲９９ａとする。
【００９３】
図９（ｃ）に示すように、表示装置６２の画面１００には被測定物像１０１が表示されている。被測定物像１０１は被測定物９７の設計情報から形成した像である。そして、被測定物像１０１には測定不可能場所１０１ａが表示されている。測定不可能場所１０１ａは非測定範囲９９ａに相当する場所であり、反射光が撮像装置１６の方向に進行しない場所となっている。
【００９４】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、測定可能場所と測定不可能場所１０１ａとが明示される。従って、測定する前に測定可能場所と測定不可能場所とを確認することができる。そして、照明装置２７及び撮像装置１６に対する被測定物９７の角度を変更する等の方法を検討することができる。
【００９５】
（第３の実施形態）
次に、形状の測定方法の一実施形態について図１０の測定方法を説明するための模式図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、被測定物に対する照明装置２７及び撮像装置１６の角度を変更して測定する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００９６】
すなわち、本実施形態において被測定物１０４は、光透過性の材料によって形成されている。そして、被測定物１０４にレーザー光３３を照射するとき、入射角８８及び反射角８９を大きくする。そして、入射方向８５から進行するレーザー光３３が表面反射した後、検出方向８６に進行するように照明装置２７及び撮像装置１６を設定する。
【００９７】
被測定物１０４にレーザー光３３を照射する面の向きは測定する場所によって異なっている。従って、測定する場所の面の向きに応じて、照明装置２７及び撮像装置１６の位置を変える。そして、測定する面の向きに応じて入射方向８５及び検出方向８６を変えることより、撮像装置１６が受光する反射光の輝度を確保しながら測定する。
【００９８】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、レーザー光３３が表面反射する向きに光を照射する為、被測定物が光透過性のときにも、光を反射させることができる。
【００９９】
（２）本実施形態によれば、レーザー光３３が表面反射した後進行する方向に検出方向８６を合わせて測定している。従って、反射光の輝度を確保しながら測定することができる。
【０１００】
（第４の実施形態）
次に、形状の測定方法の一実施形態について図１１の測定方法を説明するための模式図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、被測定物に対する照明装置２７及び撮像装置１６の角度を変更して測定する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１０１】
すなわち、本実施形態において被測定物１１の表面において内部反射と表面反射とによりレーザー光３３が反射される。表面反射によるレーザー光３３を表面反射光１０５とする。撮像制御部７３は表面反射光１０５が進行しない場所に撮像装置１６を移動させる。従って、撮像装置１６は内部反射する光を受光し、表面反射光１０５を受光しない。
【０１０２】
ステップＳ１の受光輝度推定工程では、被測定物１１にレーザー光３３を照射する面の向きを考慮して照明装置２７と撮像装置１６との位置を設定する。そして、輝度推測演算部７１は、その設定した照明装置２７と撮像装置１６との位置における反射光の輝度を演算し、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量を演算する。ステップＳ４の受光調整工程では、演算された光量のレーザー光３３が出力されるように照明装置２７を調整する。そして、ステップＳ５の光検出工程では、照明装置２７及び撮像装置１６を移動させることにより、撮像装置１６が表面反射光１０５を受光しないようにする。
【０１０３】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、内部反射するレーザー光３３を用いてレーザー光３３が照射された場所を検出している。内部反射するレーザー光３３は表面反射するレーザー光３３よりも輝度が小さい。そして、内部反射するレーザー光３３を受光するように調整した撮像装置１６が表面反射するレーザー光３３を受光するとき、レーザー光３３が照射された場所を示す画像信号を撮像装置１６が精度良く出力できない場合がある。表面反射するレーザー光３３が受光しない場所に撮像装置１６を配置することにより、撮像装置１６は精度良くレーザー光３３が照射された場所を検出することができる。
【０１０４】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、レーザー光源３２が照射するレーザー光３３の光量を調整した。撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度を調整する方法はこれに限定されない。例えば、照明装置２７に光量を調整する光学調整部を配置しても良い。光学調整部は偏光板を２枚平行に配置して、各偏光板の偏光方向を変えることにより透過する光量を調整することができる。この光学調整部は撮像装置１６に配置しても良い。
【０１０５】
他にも、撮像装置１６に光学の絞り機構を配置しても良い。そして、受光する輝度に対応して絞りを調整しても良い。他にも、撮像装置１６が備える固体撮像素子が受光する時間を調整しても良い。固体撮像素子は所定の時間内に照射された光の輝度を時間積分した量に比例した電気信号を出力する。従って、撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度が大きいときには、時間積分する時間を短くすることにより、撮像装置１６は被測定物１１においてレーザー光３３が照射された場所を鮮明に撮像することができる。
【０１０６】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、照明装置２７は帯状のレーザー光３３を照射したが、線状のレーザー光３３を照射しても良い。そして、Ｘステージ８を走査しながら、被測定物１１にレーザー光３３を照射しても良い。照明装置２７の構造を簡便にすることができるので、測定装置１を生産性良く製造することができる。
【０１０７】
（変形例３）
前記第１の実施形態では、照明装置２７の内部にレーザー光源３２を配置してレーザー光３３を被測定物１１に照射した。照明装置２７から照射する光はレーザー光３３に限定しなくとも良い。レンズ及び鏡等からなる光学系を用いて平行光を形成して照射しても良い。レーザー光源３２に比べて、レーザー光でない発光ダイオード等の光源の方が発光素子の構造が簡便な為、生産性良く光源を製造することができる。
【０１０８】
（変形例４）
前記第１の実施形態では、撮像装置１６は内部に固体撮像素子等からなるエリアセンサーを備えていた。この固体撮像素子は受光する光の輝度を電圧信号として出力した。固体撮像素子はこれに限らず、受光する光の場所に応じて電圧を出力する素子を用いても良い。この場合にも、被測定物１１においてレーザー光３３が反射した場所を検出することができる。
【０１０９】
（変形例５）
前記第１の実施形態では、制御装置２９がＸステージ８及びＹステージ５を駆動することにより、被測定物１１を移動した。これに限らず、被測定物１１が静止した状態にして、照明装置２７及び撮像装置１６を移動しても良い。この場合にも被測定物１１にレーザー光３３を照射する場所を移動することができる。
【０１１０】
（変形例６）
前記第１の実施形態では、ステップＳ１の受光輝度推定工程にて照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量分布を演算した。照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量分布はステップＳ４の受光調整工程にて演算しても良い。演算速度が速い場合には、照明制御部７４が照射光量を演算しながらレーザー光３３を照射しても良い。
【０１１１】
（変形例７）
前記第３の実施形態では、被測定物１０４が光透過性の材料からなる場合を示した。被測定物１０４が鏡面反射する場合にも、照明装置２７及び撮像装置１６を移動して測定しても良い。入射方向８５に対して鏡面反射する方向に検出方向８６をあわせることにより、レーザー光３３が反射する場所を検出することができる。従って、被測定物１０４が鏡面反射する場合にも測定することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１…測定装置、１１，９７，１０４…被測定物、２７…投光器としての照明装置、３３…光としてのレーザー光、８２…投光器としての照明装置モデル、１０１ａ…測定不可能場所。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定方法にかかわり、特に、被測定物に光を照射して測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定装置から光線を被測定物に照射して、被測定物からの反射光を検出することにより測定装置と被測定物との距離を測定する方法がある。この方法を用いて、被測定物と測定装置とを相対的に移動することにより被測定物の３次元形状を測定することが広く行われている。被測定物に照射する光が散乱反射するときと鏡面反射する場合がある。この反射状態に対応して測定する方法が特許文献１に開示されている。それによると、１つの場所に入射角の異なる２つの光線を照射している。そして、２つの受光系を配置している。被測定物の反射が散乱反射するときと鏡面反射するときとで光学系を使いわけることにより、反射光を受光するようにしていた。
【０００３】
被測定物の形状を測定するとき、予め被測定物の目標となる形状が解っている場合がある。このとき、目標となる形状は被測定物を設計したときの形状データとして記憶されている。そして、製造工程では形状データに示された形状となるように被測定物が形成される。そして、加工した後、目標となる形状データに対する加工誤差を測定する検査が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被測定物において測定する面の向きは場所によって異なる場合がある。被測定物の表面粗さも場所によって異なる場合がある。このとき、測定する面の反射状態も被測定物の場所によって異なる。そして、被測定物の場所によって面の反射状態が異なる場合にも反射光を受光して面の位置が測定できる方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例にかかる形状測定方法は、被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、投光器から前記被測定物に光を照射し、前記被測定物から反射される反射光を受光器が受光するときの光の輝度を推定した受光推定輝度を演算する受光輝度推定工程と、前記被測定物に光を照射し、光が照射された場所の位置を検出する照射場所検出工程と、前記被測定物に光を照射する場所を移動する移動工程と、を有し、前記照射場所検出工程は、前記受光器が受光する光の輝度に応じた信号を出力し、前記信号を用いて光が照射された場所の位置を検出する光検出工程と、前記受光推定輝度を用いて、前記受光器が受光する光の輝度もしくは前記受光器が受光する時間を調整する受光調整工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この形状測定方法によれば、被測定物に光を照射する場所を移動する。そして、光が照射された場所の位置を検出することにより被測定物の形状を測定している。光検出工程では、受光器が受光して信号を出力する。そして、信号を用いて光が照射された場所の位置を検出している。
【０００９】
受光器が受光する光の輝度が低いとき、光のコントラストが低い為、光が照射された場所の位置を検出し難くなる。照射する光の光量が大きすぎるときには、光が照射された場所の周辺においても光の輝度が高くなる為、光が照射された場所の位置を検出し難くなる。
【００１０】
受光輝度推定工程では被測定物から反射される反射光の輝度を推定した受光推定輝度を演算する。そして、受光調整工程では受光推定輝度を用いて、受光器が受光する光の輝度を調整する。従って、受光器は反射位置を検出し易い反射光を受光することができる。もしくは、受光調整工程では受光推定輝度を用いて、受光器が受光する時間を調整する。従って、受光器は反射位置を検出し易い信号を出力することができる。
【００１１】
［適用例２］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記受光輝度推定工程では、前記被測定物の形状情報と反射特性とを用いて前記受光推定輝度を演算することを特徴とする。
【００１２】
この形状測定方法によれば、被測定物の形状情報を用いることにより光が照射される面の向きがわかる。そして、反射特性を用いることにより反射する光の分布を推測することができる。従って、形状情報と反射特性とを用いることにより、反射する光の方向と分布とを推測することができる。
【００１３】
［適用例３］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記受光調整工程では、前記投光器が照射する光量を調整することにより、前記受光器が受光する光の輝度を調整することを特徴とする。
【００１４】
この形状測定方法によれば、投光器が照射する光量を調整する為、受光器が受光する反射光の輝度を測定し易い輝度にすることができる。
【００１５】
［適用例４］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記照射場所検出工程では、前記投光器から帯状に光を照射することを特徴とする。
【００１６】
この形状測定方法によれば、光が帯状に照射され、照射された場所の位置を検出することができる。その結果、一度に複数の場所の位置を検出することができる。
【００１７】
［適用例５］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記被測定物が光透過性のとき、前記照射場所検出工程では照射する光が表面反射する方向から前記投光器が光を照射し、前記受光器は表面反射する光を受光することを特徴とする。
【００１８】
この形状測定方法によれば、投光器は、光が表面反射する方向から光を照射する為、被測定物が光透過性のときにも、光を反射させることができる。そして、受光器は反射した光を用いて被測定物の形状を測定することができる。
【００１９】
［適用例６］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記照射場所検出工程において、内部反射する光を用いるときには、表面反射する光が受光しない場所に前記受光器を配置することを特徴とする。
【００２０】
この形状測定方法によれば、内部反射する光を用いて光が照射された場所を検出している。内部反射する光は表面反射する光よりも光量が小さい。測定する場所の近くで表面反射する光が受光器を照射することがある。このとき、内部反射する光を受光するように調整した受光器が表面反射する光を受光するとき、受光器は表面反射した光の影響を受ける。そして、光が照射された場所を示す信号を受光器が精度良く出力できない場合がある。表面反射する光が受光しない場所に受光器を配置することにより、受光器は精度良く光が照射された場所を検出することができる。
【００２１】
［適用例７］
上記適用例にかかる形状測定方法において、前記受光輝度推定工程では、測定不可能場所を算出し、前記測定不可能場所を明示することを特徴とする。
【００２２】
この形状測定方法によれば、測定不可能場所が明示される。そして、測定する前に測定不可能場所を確認できる。測定不可能場所がある場合には、測定したい場所を測定可能にする、投光器及び受光器に対する被測定物の姿勢を検討して確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかわる測定装置の構成を示す概略斜視図。
【図２】照明装置を示す模式断面図。
【図３】測定方法を説明するための模式図。
【図４】測定装置の電気制御ブロック図。
【図５】形状を測定する測定工程を示すフローチャート。
【図６】測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図。
【図７】測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図。
【図８】測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図。
【図９】第２の実施形態にかかわる測定方法を説明するための模式図。
【図１０】第３の実施形態にかかわる測定方法を説明するための模式図。
【図１１】第４の実施形態にかかわる測定方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、具体化した実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００２５】
（第１の実施形態）
本実施形態において被測定物の形状を測定する特徴的な測定装置と、この測定装置を用いて、被測定物を測定する場合の例について図１〜図８に従って説明する。
【００２６】
（測定装置）
まず、被測定物の形状を測定する測定装置について図１〜図４に従って説明する。図１は、測定装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、測定装置１は、直方体形状に形成された基台２を備えている。本実施形態では、この基台２の長手方向をＹ方向とし、水平面にてＹ方向と直交する方向をＸ方向とする。鉛直方向をＺ方向とする。
【００２７】
基台２の上面２ａには、Ｙ固定テーブル３が配置され、Ｙ固定テーブル３の上面３ａには、Ｙ方向に延在する一対の案内レール４が、Ｙ固定テーブル３のＹ方向全幅にわたり凸設されている。その案内レール４の上側には、一対の案内レール４に対応する図示しない直動機構を備えたステージとしてのＹステージ５が取付けられている。そのＹステージ５の直動機構は、例えば、案内レール４に沿ってＹ方向に延びるネジ軸（駆動軸）と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸が、所定のパルス信号を受けてステップ単位で正逆転するＹ軸モーター６に連結されている。そして、所定のステップ数に相当する駆動信号をＹ軸モーター６に入力すると、Ｙ軸モーター６が正転または逆転して、Ｙステージ５が同ステップ数に相当する分だけ、Ｙ方向に移動するようになっている。さらに、Ｙ固定テーブル３の上面３ａには、案内レール４と平行に図示しないＹテーブル位置検出装置が配置され、Ｙステージ５の位置が測定できるようになっている。
【００２８】
Ｙステージ５の上面５ａには、Ｘ方向に延在する一対の案内レール７が、Ｙステージ５のＸ方向全幅にわたり凸設されている。その案内レール７の上側には、一対の案内レール７に対応する図示しない直動機構を備えたステージとしてのＸステージ８が取付けられている。そのＸステージ８の直動機構は、例えば、本実施形態では、Ｙステージ５が備える直動機構と同様の機構となっている。そして、その直動機構が備える駆動軸には、Ｘ軸モーター９が連結されている。所定のステップ数に相対する駆動信号をＸ軸モーター９に入力すると、Ｘ軸モーター９が正転または逆転して、Ｘステージ８が同ステップ数に相当する分だけ、Ｘ方向に移動するようになっている。
【００２９】
Ｘステージ８の上面には、載置面１０が形成され、その載置面１０には、図示しない吸引式のチャック機構が設けられている。そして、載置面１０には被測定物１１が載置されている。操作者が被測定物１１の位置を所定の位置に配置した後、チャック機構によって被測定物１１が載置面１０に固定されるようになっている。
【００３０】
基台２の上面２ａにおいて、図中右側には、略矩形のＺ固定テーブル１２が立設され、Ｚ固定テーブル１２において、Ｙステージ５側の側面には、図示しない一対の案内レールが、Ｚ方向に配置されている。その案内レールにおいて、Ｙステージ５側には、一対の案内レールに対応する図示しない直動機構を備えたＺステージ１３が配置されている。そのＺステージ１３の直動機構は、例えば、本実施形態では、Ｙステージ５が備える直動機構と同様の機構となっている。そして、その直動機構が備える駆動軸には、Ｚ軸モーター１４が連結されている。
【００３１】
Ｚステージ１３のＹステージ５側には門形に形成された支持部１５が配置されている。支持部１５の図中左側には一対の支持板１５ａ，１５ｂが撮像装置１６を挟むように配置されている。撮像装置１６は内部に固体撮像素子等からなるエリアセンサーを備え、エリアセンサーが撮像する画像を電気信号に変換して出力することが可能になっている。この固体撮像素子は受光する光の輝度と受光する時間とに応じて電荷を蓄積することにより、光の輝度を電圧信号として出力する。
【００３２】
撮像装置１６の下側には、撮像レンズ１７が配置されている。そして、撮像装置１６にはエリアセンサーに入射する光の波長や特性を限定する光学フィルターが配置されている。このフィルターは撮像する被測定物１１や外光の状態に応じて変更することが可能になっており、予備実験で撮像しフィルターを選定するのが望ましい。
【００３３】
支持板１５ａのＸ方向と逆の側にはカメラ角度モーター１８が配置され、カメラ角度モーター１８の回転軸は撮像装置１６に固定されている。撮像装置１６のＸ方向の面には軸が突設され、この軸を受ける軸受けが支持板１５ｂに配置されている。そして、撮像装置１６がカメラ角度モーター１８の回転軸を中心に回転可能に配置されている。所定のステップ数に相当する駆動信号をカメラ角度モーター１８に入力すると、カメラ角度モーター１８が正転または逆転して、撮像装置１６が同ステップ数に相当する分だけ、回転するようになっている。そして、この支持部１５及びカメラ角度モーター１８等により撮像方向変更部が構成されている。
【００３４】
基台２の上面２ａにおいて、図中左側には、照明用Ｚ固定テーブル２１が立設され、照明用Ｚ固定テーブル２１のＹステージ５側の面にはＺ方向に延在する一対の案内レール２２が、照明用Ｚ固定テーブル２１のＺ方向全幅にわたり凸設されている。その案内レール２２のＹステージ５側には、一対の案内レール２２に対応する図示しない直動機構を備えたＬ字状の照射方向変更部としての照明用Ｚステージ２３が取付けられている。その照明用Ｚステージ２３の直動機構は、例えば、本実施形態では、Ｙステージ５が備える直動機構と同様の機構となっている。そして、その直動機構が備える駆動軸には、照射方向変更部としての照明用Ｚ軸モーター２４が連結されている。
【００３５】
照明用Ｚステージ２３のＹステージ５側には、矩形の連結部２３ａが突出して形成されている。連結部２３ａのＹステージ５側には略門形の照明支持部２５が配置されている。そして、照明支持部２５の中央には照明用Ｚ固定テーブル２１側に突出する矩形の連結部２５ａが形成されている。照明用Ｚステージ２３の連結部２３ａのＺ方向には照射方向変更部としての方位変更モーター２６が配置されている。そして、照明用Ｚステージ２３の連結部２３ａの基台２側には、照明支持部２５の連結部２５ａが配置されている。そして、方位変更モーター２６の本体は照明用Ｚステージ２３に固定され、方位変更モーター２６の回転軸は連結部２５ａと固定されている。そして、所定のステップ数に相対する駆動信号を方位変更モーター２６に入力すると、方位変更モーター２６が正転または逆転して、照明支持部２５が同ステップ数に相当する分だけ、Ｚ方向を中心にして回転するようになっている。
【００３６】
照明支持部２５の両端の間には投光器としての照明装置２７が配置されている。照明装置２７には光源と光学装置が配置されている。そして、照明装置２７のＹステージ５側に位置する投光面２７ａから帯状の光が被測定物１１に向けて照射される。
【００３７】
そして、照明支持部２５の図中左側の１端には俯角変更モーター２８が配置され、俯角変更モーター２８の本体は照明支持部２５に固定されている。そして、俯角変更モーター２８の回転軸は照明装置２７の側面２７ｂに固定されている。所定のステップ数に相対する駆動信号を俯角変更モーター２８に入力すると、俯角変更モーター２８が正転または逆転して、照明装置２７が同ステップ数に相当する分だけ、Ｘ方向を中心にして回転するようになっている。
【００３８】
従って、照明装置２７が照射する光の進行方向と水平方向とが成す角度は変更可能になっている。この角度の最適条件は、被測定物１１の形状によって変わる可能性があるので、被測定物１１を照射する光が撮像装置１６によって撮像され易い角度に照明装置２７の角度を調整する必要がある。従って、実際の被測定物１１を用いた予備調整を実施して、最適な照射角度を調整することが望ましい。基台２のＸ方向には、制御装置２９が配置され、この制御装置２９が測定装置１を制御する。
【００３９】
図２は、照明装置を示す模式断面図である。図２（ａ）は模式平断面図であり、図２（ｂ）は模式側断面図である。図２に示すように、照明装置２７はケース３０を備えている。そして、ケース３０の内部には支持台３１を介してレーザー光源３２が配置されている。レーザー光源３２は内部に半導体レーザーを備え、半導体レーザーに電圧を印加することにより光としてのレーザー光３３を発光する。
【００４０】
レーザー光源３２が発光するレーザー光３３の光軸上には回転ミラー３４が配置されている。回転ミラー３４はミラー回転部３５の回転軸に固定されている。そして、ミラー回転部３５はケース３０に配置されている。回転ミラー３４は三角柱状に形成され、三角形の各辺に相当する場所が鏡になっている。そして、回転ミラー３４のＸＹ平面における断面は正三角形に形成されている。その正三角形の重心を通って、Ｚ方向にミラー回転部３５の回転軸が配置されている。従って、回転ミラー３４はＺ方向を軸に回転する。回転ミラー３４が回転するとき、回転ミラー３４を照射するレーザー光３３はＸＹ平面方向に反射される。
【００４１】
レーザー光源３２及び回転ミラー３４のＸ方向には凹面鏡３６が配置されている。そして、回転ミラー３４にて反射したレーザー光３３は凹面鏡３６を照射する。凹面鏡３６を照射するレーザー光３３がＹ方向と逆の方向に進行するように凹面鏡３６が形成されている。回転ミラー３４が回転することにより凹面鏡３６にはＸＹ平面上で放射状に広がるレーザー光３３が照射される。そして、凹面鏡３６で反射したレーザー光３３は帯状となって図中右の方向に進行する。
【００４２】
凹面鏡３６の図中右側にはマスク３７及びフィルター３８が配置されている。そして、レーザー光３３はマスク３７を通過した後、フィルター３８を通過する。マスク３７にはレーザー光３３の一部を遮光してスリットの機能を有する図形が形成され、マスク３７を通過したレーザー光３３はマスク３７に形成された図形に対応する光度分布となる。
【００４３】
マスク３７を通過したレーザー光３３はフィルター３８を通過する。フィルター３８はレーザー光３３に対して光の波長の分布を変更したり、光の偏光特性を変更する光学素子である。フィルター３８は、撮像装置１６が鮮明な画像を撮像し易い光にするために配置する。従って、撮像装置１６の特性に合わせて設定するのが望ましい。そして、フィルター３８を通過したレーザー光３３は照明装置２７の外に出射し、Ｘ方向に走査しながら被測定物１１及び載置面１０に向かって進行する。
【００４４】
図３は、測定方法を説明するための模式図である。図３（ａ）に示すように、載置面１０に対して斜めの方向から帯状のレーザー光３３を照射する。被測定物１１においてレーザー光３３が照射された場所ではレーザー光３３が反射する。このとき、被測定物１１には凹凸の形状が形成されているので、この形状に応じた反射パターンが形成される。
【００４５】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’側から見た模式側面図である。図３（ｂ）に示すように、被測定物１１に対して図中左上の照明装置２７からレーザー光３３を照射する。照射されたレーザー光３３は被測定物１１の表面にて反射する。被測定物１１が反射するレーザー光３３の一部を撮像装置１６が撮像する。照明装置２７と撮像装置１６とが配置された場所の位置情報は予め既知となっている。さらに、照明装置２７から照射されるレーザー光３３が進行する角度も予め既知となっている。撮像装置１６が撮像する画像を解析することにより、被測定物１１が反射するレーザー光３３が進行する角度を検出することができる。そして、三角測量法を用いることにより、被測定物１１に照射されたレーザー光３３が反射する場所の座標を検出することができる。
【００４６】
図３（ｃ）は、撮像装置が被測定物を撮像する時の撮影画像の模式図である。図３（ｃ）に示すように、撮影画像３９には載置面画像４０、被測定物画像４１、レーザー光画像４２が撮像されている。載置面画像４０は、載置面１０が撮像された画像である。被測定物画像４１は被測定物１１が撮像された画像である。そして、レーザー光画像４２は、載置面画像４０及び被測定物画像４１において反射するレーザー光３３が撮像された画像である。
【００４７】
被測定物１１の凹凸形状に応じてレーザー光３３が反射するＹ方向の場所が異なるので、撮影画像３９においても被測定物１１の凹凸形状に応じてレーザー光画像４２のＹ方向の場所が異なっている。被測定物１１において照明装置２７に近い場所をレーザー光３３が照射するとき、レーザー光画像４２は図中左側に位置する。逆に、被測定物１１において照明装置２７から離れた場所をレーザー光３３が照射するとき、レーザー光画像４２は図中右側に位置する。そして、レーザー光画像４２のＹ方向の場所からレーザー光３３が照射された場所を検出することが可能になっている。つまり、被測定物１１が反射するレーザー光３３が進行する角度に対応して、レーザー光画像４２が検出される場所がかわる。従って、レーザー光画像４２の場所を検出することにより、被測定物１１においてレーザー光３３が反射する場所の座標を検出することが可能になっている。
【００４８】
図４は、測定装置の電気制御ブロック図である。図４において、制御装置２９はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）４５と、各種情報を記憶する記憶部としてのメモリー４６とを有する。
【００４９】
Ｘステージ駆動装置４７、Ｘステージ位置検出装置４８、Ｙステージ駆動装置４９、Ｙステージ位置検出装置５０は、入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。さらに、Ｚステージ駆動装置５３、Ｚステージ位置検出装置５４、カメラ角度モーター駆動装置５５も入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。さらに、撮像装置１６、フォーカス装置５６、照明用Ｚステージ駆動装置５７、照明用Ｚステージ位置検出装置５８、も入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。さらに、方位モーター駆動装置５９、俯角モーター駆動装置６０、照明装置２７、入力装置６１、表示装置６２も入出力インターフェース５１及びデータバス５２を介してＣＰＵ４５に接続されている。
【００５０】
Ｘステージ駆動装置４７は、Ｘ軸モーター９を駆動して、Ｘステージ８の移動を制御する装置であり、Ｘステージ位置検出装置４８は、Ｘステージ８のＸ方向の位置を検出する装置である。同様に、Ｙステージ駆動装置４９は、Ｙ軸モーター６を駆動してＹステージ５の移動を制御する装置であり、Ｙステージ位置検出装置５０は、Ｙステージ５のＹ方向の位置を検出する装置である。Ｘステージ位置検出装置４８及びＹステージ位置検出装置５０が、Ｘステージ８のＸ方向及びＹステージ５のＹ方向の位置を検出した後、Ｘステージ駆動装置４７及びＹステージ駆動装置４９が、Ｘステージ８及びＹステージ５を移動させることにより、制御装置２９は載置面１０に搭載された被測定物１１を所望の位置に移動して停止することができる。
【００５１】
Ｚステージ駆動装置５３は、Ｚ軸モーター１４を駆動して、Ｚステージ１３の移動を制御する装置であり、Ｚステージ位置検出装置５４は、Ｚステージ１３のＺ方向の位置を検出する装置である。Ｚステージ位置検出装置５４が、Ｚステージ１３のＺ方向の位置を検出した後、Ｚステージ駆動装置５３がＺステージ１３を駆動することにより、Ｚステージ１３を所望の位置に移動して停止することが可能になっている。そして、Ｚステージ１３は支持部１５を介して撮像装置１６に配置されているので、撮像装置１６と被測定物１１との距離が所望の距離になる場所にＺステージ駆動装置５３は撮像装置１６を移動させて停止させることができる。
【００５２】
カメラ角度モーター駆動装置５５はカメラ角度モーター１８を駆動する装置である。カメラ角度モーター１８の回転軸は撮像装置１６に固定されている。そして、カメラ角度モーター駆動装置５５はカメラ角度モーター１８を駆動することにより、撮像装置１６と載置面１０との成す角度を変更できる。
【００５３】
撮像装置１６は撮像した画像をデジタル信号に変換する変換回路を内蔵しており、画像の情報をデジタル信号にして送信する。そして、ＣＰＵ４５から画像を撮像する指示信号を受信すると、画像を撮像した後、その画像のデジタル信号をメモリー４６へ送信する。メモリー４６は画像のデジタル信号を記憶する。
【００５４】
フォーカス装置５６は、撮像レンズ１７により投影される画像の焦点が撮像装置１６のエリアセンサーにあうように、フォーカス調整を行う装置である。ＣＰＵ４５の指示により、フォーカス装置５６は画像の焦点が合う場所を変更する。
【００５５】
照明用Ｚステージ駆動装置５７は、照明用Ｚ軸モーター２４を駆動して照明用Ｚステージ２３の場所を制御する装置であり、照明用Ｚステージ位置検出装置５８は、照明用Ｚステージ２３のＺ方向の位置を検出する装置である。照明用Ｚステージ位置検出装置５８が、照明用Ｚステージ２３のＺ方向の位置を検出した後、照明用Ｚステージ駆動装置５７が照明用Ｚステージ２３を駆動することにより、照明用Ｚステージ駆動装置５７は照明用Ｚステージ２３を所望の位置に移動させて停止させることができる。そして、照明用Ｚステージ２３は照明支持部２５を介して照明装置２７に配置されているので、照明装置２７と載置面１０との距離が所望の距離になる場所に照明用Ｚステージ駆動装置５７が照明装置２７を移動させて停止させることができる。
【００５６】
方位モーター駆動装置５９は方位変更モーター２６を駆動して、照明支持部２５がレーザー光３３を照射する角度を制御する装置である。方位変更モーター２６の駆動軸には照明支持部２５が配置されているので、方位モーター駆動装置５９が方位変更モーター２６を駆動することにより、水平面上の所望の角度から光を照射することが可能になっている。そして、例えば、被測定物１１の凹凸に合わせて照明用方位変更モーター１９を回転させることにより、撮像装置１６が撮像可能な方向からレーザー光３３を照射するように調整することができる。しかし、調整する頻度が少ない場合には、手動で調整するような機構に変更しても良い。調整する必要がない場合には方位モーター駆動装置５９及び方位変更モーター２６を省いても良い。
【００５７】
俯角モーター駆動装置６０は、俯角変更モーター２８を駆動して照明装置２７の角度を制御する装置である。俯角モーター駆動装置６０が俯角変更モーター２８を駆動することにより、被測定物１１に対して所望の角度からレーザー光３３を照射することが可能になっている。そして、照明用Ｚステージ駆動装置５７が照明装置２７の高さを制御して、俯角モーター駆動装置６０がレーザー光３３の角度を制御する。これにより、照明装置２７は被測定物１１の所望の場所に所望の角度でレーザー光３３を照射することが可能になっている。そして、被測定物１１にレーザー光３３を照射するときの反射状況に応じて、被測定物１１に照射する角度や場所をＣＰＵ４５が変更可能になっている。しかし、被測定物１１の反射状況が一定であり、調整する頻度が少ない場合には、手動で調整するような機構に変更しても良い。
【００５８】
この角度の最適条件は、被測定物１１の形状、材質、表面粗さ等の条件によって変わる可能性があるので、異なる材質や製造工程の被測定物１１を検査するとき、被測定物１１を照射する光が撮像装置１６によって撮像され易い角度に照明装置２７の角度を調整する必要がある。従って、実際の被測定物１１を用いた予備調整を実施して、最適な照射角度を調整することが望ましい。
【００５９】
照明装置２７はレーザー光３３を照射する装置である。照明装置２７は出力調整部を有し、ＣＰＵ４５が出力する指示信号に従って、照明装置２７は照射する光の強度を切り換えることが可能になっている。そして、照明装置２７は照射する光の強度を検出する手段と検出した光の強度をＣＰＵ４５に送信する機能を備えている。
【００６０】
入力装置６１は、被測定物１１の形状や反射状態に関する各種データを入力する装置である。入力装置６１は、例えば、被測定物１１の形状を測定する手順を入力する装置である。表示装置６２は、測定条件や作業状況を表示する装置であり、操作者は、表示装置６２に表示される情報を基に、入力装置６１を用いて入力操作を行う。
【００６１】
メモリー４６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には、測定装置１における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト６５を記憶する記憶領域が設定される。さらに、測定装置１が検査する場所を示す検査位置データ６６を記憶するための記憶領域も設定される。他にも、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量の条件である照射条件データ６７を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、撮像装置１６が撮像した画像のデータである撮像データ６８を記憶するための記憶領域も設定される。さらに、形状を測定した測定結果のデータである測定データ６９や、検査した後に良否判断するときの判定値等のデータである良否判定値データ７０等の記憶領域を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ４５のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
【００６２】
ＣＰＵ４５は、メモリー４６内に記憶されたプログラムソフト６５に従って、被測定物１１の形状を検査する制御を行うものである。具体的な機能実現部として、被測定物１１から反射するレーザー光３３の輝度をシミュレーションする輝度推測演算部７１を有する。さらに、ステージの移動を制御するための演算を行うステージ制御部７２を有する。他にも、撮像するタイミングや撮像する角度を演算して、撮像装置１６を制御する撮像制御部７３を有する。他にも、最適な光量のレーザー光３３を照射するように、照明装置２７を制御する照明制御部７４を有する。さらに、照明装置２７が照射するレーザー光３３の角度を制御する照明角度制御部７５を有する。他にも、撮像装置１６が撮像した画像からレーザー光３３が照射された場所の座標を演算し、被測定物１１の形状を演算する形状演算部７６を有する。加えて、測定データ６９と良否判定値データ７０とを比較して被測定物１１の良否を判断する不良検出部としての不良検出演算部７７等を有する。
【００６３】
（測定方法）
次に、上述した測定装置１を使って、被測定物１１の形状を測定する測定方法について図５〜図８にて説明する。図５は、形状を測定する測定工程を示すフローチャートである。図６〜図８は、測定装置を使った形状の測定方法を説明するための模式図である。
【００６４】
図５において、ステップＳ１は受光輝度推定工程に相当し、被測定物から反射されたレーザー光を撮像装置が受光するときのレーザー光の輝度を推定する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は、被測定物配置工程に相当し、載置面に被測定物を配置して固定する工程である。次にステップＳ３及びステップＳ４に移行する。ステップＳ３は、移動工程に相当し、Ｘテーブル及びＹテーブルを駆動して、レーザー光を照射する場所を移動する工程である。次にステップＳ７に移行する。ステップＳ４は、受光調整工程に相当し、撮像装置が受光する輝度が略同じ輝度となるように照明装置が照射するレーザー光の光量を調整する工程である。次にステップＳ５に移行する。
【００６５】
ステップＳ５は、光検出工程に相当し、被測定物にレーザー光を照射し、照射された場所の画像を撮像する工程である。そして、レーザー光が照射された場所の座標を検出する。次にステップＳ６に移行する。ステップＳ６は、形状演算工程に相当し、検出した被測定物の座標のデータを用いて被測定物の形状を演算する工程である。ステップＳ４〜ステップＳ６のステップはステップＳ１１の照射場所検出工程に相当し、レーザー光が照射されている場所の位置を検出する工程である。ステップＳ３はステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６と並行して行われる。次にステップＳ７に移行する。
【００６６】
ステップＳ７は、測定終了確認工程に相当し、測定する予定の場所を総て測定したかを判断する工程である。まだ測定していない場所があるとき、ステップＳ３及びステップＳ４に移行する。予定した総ての場所を測定したとき、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８は、良否判断工程に相当し、測定した形状データと良否判定値データとを比較して、正常か不良かを判断する工程である。次にステップＳ９に移行する。ステップＳ９は、被測定物除去工程に相当し、載置面から被測定物を除去する工程である。以上の工程により形状を測定する測定工程を終了する。
【００６７】
次に、図６〜図８を用いて、図５に示したステップと対応させて、測定方法を詳細に説明する。図６及び図７（ａ）はステップＳ１の受光輝度推定工程に対応する図である。ステップＳ１では、制御装置２９の輝度推測演算部７１が被測定物１１にレーザー光３３を照射するシミュレーションを行う。そして、撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度を輝度推測演算部７１が推定する。図６（ａ）に示すように、被測定物１１に相当する被測定物モデル８０を設定する。被測定物モデル８０の形状は被測定物１１の形状を設計するときのデータを用いて設定することができる。図６（ａ）は被測定物モデル８０において中心を通るＹ方向の線にて切断したときの断面形状を示している。
【００６８】
被測定物モデル８０の下にはステージモデル８１を配置し、被測定物モデル８０及びステージモデル８１が共にＹ方向に移動する。そして、被測定物モデル８０の図中左上に投光器としての照明装置モデル８２を配置し、図中右上に撮像装置モデル８３を配置する。そして、照明装置モデル８２から光線８４を照射するとき、撮像装置モデル８３が受光する受光推定輝度を輝度推測演算部７１が演算する。この演算は被測定物モデル８０において光線８４を照射可能な総ての面に対して行われる。
【００６９】
被測定物モデル８０上に第１地点８０ａ〜第５地点８０ｅの５つの地点を設定し、その地点での反射について説明する。図６（ｂ）は第１地点８０ａに照明装置モデル８２から光線８４が照射されたときの様子を示している。入射方向８５は光線８４が照射される方向であり、図中左上から右下に向かっている。検出方向８６は撮像装置モデル８３が配置されている方向であり、図中右上を向く方向に設定されている。尚、この方向の設定は照射条件に合わせて変えることができる。
【００７０】
第１反射分布８７ａは第１地点８０ａに光線８４が照射されたときの反射光の分布を示している。入射方向８５の入射角８８と反射角８９が同じ角度の方向を表面反射方向９０とするとき、表面反射方向９０に表面反射が行われる。表面反射は被測定物モデル８０の表面における表面粗さが小さくなる程大きな輝度となる。そして、被測定物モデル８０の表面が鏡面のとき反射光の輝度は最大になる。
【００７１】
また、被測定物モデル８０に光線８４が照射されるとき、全方向に内部反射（拡散反射とも言われる）が行われる。内部反射は表面反射に比べて小さな輝度分布となることが多い。表面反射は内部反射より輝度が大きいので、反射分布は表面反射方向９０の輝度が大きくなることが多い。そして、第１反射分布８７ａは表面反射と内部反射とによる輝度を加算して算出される。被測定物１１にレーザー光３３を照射したときの反射分布データを予め測定し、その反射分布データをメモリー４６に記憶する。そして、輝度推測演算部７１は反射分布データを用いることにより、第１反射分布８７ａを推定することができる。反射分布は実測データを用いる方法に限らず、被測定物モデル８０の材質や表面粗さ等の条件から推定する方法を採用しても良い。
【００７２】
次に、輝度推測演算部７１は第１反射分布８７ａにおける検出方向８６の輝度推定データである受光推定輝度を演算する。そして、輝度推測演算部７１は演算結果をメモリー４６に記憶する。
【００７３】
図６（ｃ）〜図６（ｆ）はそれぞれ第２地点８０ｂ〜第５地点８０ｅに照明装置モデル８２から光線８４が照射されたときの様子を示している。第２地点８０ｂ〜第５地点８０ｅでの反射分布を第２反射分布８７ｂ〜第５反射分布８７ｅとする。各反射分布は光線８４が照射される面の向きと反射特性により様々な形態となっている。従って、検出方向８６における受光推定輝度も場所により様々な輝度となる。輝度推測演算部７１は第２反射分布８７ｂ〜第５反射分布８７ｅにおける検出方向８６の輝度推定データである受光推定輝度を演算する。そして、輝度推測演算部７１は演算結果をメモリー４６に記憶する。
【００７４】
図７（ａ）は受光推定輝度の分布と照明装置が出力するレーザー光における光量設定の分布のグラフを示している。図中上段には受光推定輝度の分布を示し縦軸が輝度を示し、上側は下側より輝度が高くなっている。横軸には被測定物モデルにおける場所を示し、図中左側がＹ方向を示している。そして、輝度推定線９１は、被測定物モデル８０において図６（ａ）に示す断面形状の上面から反射する光を撮像装置モデル８３が受光する光の受光推定輝度の分布を示している。輝度推定線９１は輝度推測演算部７１が演算した分布である。
【００７５】
横軸に示す各地点によって輝度が異なっている。輝度は各地点における面の角度及び反射特性により算出される。第３地点８０ｃでは被測定物モデル８０で反射する光線８４の進行方向が検出方向８６と近い方向であるので、輝度推定線９１の輝度が大きくなっている。第１地点８０ａ及び第５地点８０ｅでは被測定物モデル８０で反射する光線８４の進行方向が検出方向８６と離れた方向であるので、輝度推定線９１の輝度が小さくなっている。このように、輝度推測演算部７１は被測定物モデル８０の各場所において撮像装置モデル８３が受光する輝度を演算する。
【００７６】
次に、輝度推測演算部７１は撮像装置モデル８３が受光する光の輝度が略同じ輝度とするために、照明装置モデル８２が照射する光の光量を演算する。光量分布線９２は演算した分布を示す線である。このとき、輝度推測演算部７１は輝度推定線９１を参照して演算する。輝度推定線９１の輝度が小さい場所では、照明装置モデル８２が照射する光量を大きくする。例えば、第３地点８０ｃを照射するときの光量を小さくして、第１地点８０ａ及び第５地点８０ｅを照射するときの光量を大きくする。このように、輝度推測演算部７１は被測定物モデル８０の各場所において照明装置モデル８２が照射する光の光量を演算する。そして、輝度推測演算部７１は演算結果を照射条件データ６７としてメモリー４６に記憶する。
【００７７】
図７（ｂ）はステップＳ２の被測定物配置工程に対応する図である。図７（ｂ）に示すように、ステップＳ２において、載置面１０に被測定物１１を載置する。載置面１０には予め位置合わせ用の印を配置しておき、この印を用いて被測定物１１を所定の位置に設定する。次に、Ｘステージ８に搭載されたチャック機構を作動させることにより、制御装置２９は被測定物１１を載置面１０に固定させる。続いて、制御装置２９はＹステージ５及びＸステージ８を駆動させて、撮像装置１６に被測定物１１を撮像させる。そして、制御装置２９は載置面１０における被測定物１１の位置を検出する。
【００７８】
図７（ｃ）及び図８はステップＳ３の移動工程〜ステップＳ６の形状演算工程に対応する図である。図７（ｃ）に示すように、ステップＳ３において、ステージ制御部７２はＹステージ５を駆動させることにより、被測定物１１をＹ方向に移動させる。そして、ステージ制御部７２はレーザー光３３が照射される場所を移動させる。
【００７９】
ステップＳ３にて被測定物１１が移動される間に、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６が行われる。まず、ステップＳ４の受光調整工程において、照明装置２７によって照射されるレーザー光３３の光量を照明制御部７４が調整する。この光量は光量分布線９２に相当する照射条件データ６７を用いて調整される。照射条件データ６７はステップＳ１にて輝度推測演算部７１が演算してメモリー４６に記憶したデータである。
【００８０】
ステップＳ５において照明制御部７４は調整した光量のレーザー光３３を照明装置２７に照射させる。このレーザー光３３は帯状の光となっている。そして、照明装置２７が照射したレーザー光３３は被測定物１１を照射し、各場所における反射分布にて反射する。次に、被測定物１１から反射されたレーザー光３３を撮像装置１６が受光する。撮像制御部７３は撮像装置１６に被測定物１１に照射されたレーザー光３３による反射パターンを撮像させる。そして、撮像制御部７３は撮像した画像を撮像データ６８としてメモリー４６に記憶させる。このとき、ステージ制御部７２は撮像したときのＹステージ５及びＸステージ８の位置データをメモリー４６に記憶させる。
【００８１】
次に、形状演算部７６は撮像データ６８とＹステージ５及びＸステージ８の位置データとを用いて、レーザー光３３が照射された場所の座標を演算する。そして、形状演算部７６は演算した座標を用いて被測定物１１の形状を演算する。
【００８２】
図８は、撮像装置１６が受光したレーザー光３３の輝度分布と形状演算部７６が演算した被測定物１１の断面形状の例を示している。図中上段において、縦軸は輝度を示し、上側は下側より輝度が高くなっている。横軸には載置面１０の場所を示し、図中左側がＹ方向を示している。そして、受光輝度線９３は、被測定物１１において反射するレーザー光３３を撮像装置１６が受光したときのレーザー光３３の輝度分布を示している。そして、受光輝度線９３が示すように撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度は輝度推定線９１に比べて変動が小さくなる。
【００８３】
図中下段において、縦軸は載置面１０からの高さを示し、上側は下側より高い場所を示す。横軸には載置面１０の場所を示し、図中左側がＹ方向を示している。そして、形状線９４は照明角度制御部７５が演算した計測結果を示している。形状線９４は被測定物１１の断面の１つを示している。形状演算部７６は被測定物１１の各場所における座標データを算出するので、各場所における断面形状を算出することができる。
【００８４】
ステップＳ７の測定終了確認工程において、被測定物１１において予定した総ての場所を測定したと判断したとき、ステップＳ８に移行する。そして、ステップＳ８において、設計した形状と測定した形状とを比較する。そして、設計した形状と測定した形状との差が予め設定した判定値内であるか、判定値より大きいかを演算する。そして、この差が判定値より大きいとき不良と判断する。次に、ステップＳ９の被測定物除去工程においてＸステージ８のチャック機構の作動を停止する。そして、被測定物１１を載置面１０から除去する。以上の工程により形状を測定する測定工程を終了する。
【００８５】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、ステップＳ１の受光輝度推定工程において被測定物モデル８０から反射される受光推定輝度を演算する。そして、ステップＳ４の受光調整工程では受光推定輝度のデータを用いて、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量を調整する。従って、撮像装置１６は反射位置を検出し易い輝度のレーザー光３３を受光することができる。
【００８６】
（２）本実施形態によれば、被測定物１１の形状情報を用いることによりレーザー光３３が照射される面の傾きがわかる。そして、反射特性を用いることにより反射するレーザー光３３の分布を推測することができる。従って、形状情報と反射特性とを用いることにより、反射するレーザー光３３の方向と分布とを推測することができる。
【００８７】
（３）本実施形態によれば、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量を調整する為、撮像装置１６が受光する反射光の輝度を調整することができる。また、照明装置２７には半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーは入力する電力に応じて応答性良く光量を調整することができる為、撮像装置１６は精度よく制御された輝度のレーザー光３３を受光することができる。
【００８８】
（４）本実施形態によれば、レーザー光３３が帯状に照射され、照射された場所の座標を測定している。従って、一度に複数の場所の座標を測定することができる。
【００８９】
（第２の実施形態）
次に、形状の測定方法の一実施形態について図９の測定方法を説明するための模式図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、測定できない場所を表示部が明示する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００９０】
すなわち、本実施形態では、図９に示したように被測定物９７にはスリット状の凹部９７ａが形成されている。そして、載置面１０に対して斜めの方向から帯状のレーザー光３３を照射する。被測定物９７においてレーザー光３３が照射された場所ではレーザー光３３が反射する。このとき、被測定物９７の凹部９７ａでは撮像装置１６の方向に反射しないので、測定装置１は凹部９７ａの形状を測定することができない。
【００９１】
図９（ｂ）は被測定物のＢ−Ｂ’線における断面形状と受光推定輝度とを示すグラフである。図中上段の縦軸には載置面１０からの高さを示し、上側が下側より高くなっている。横軸は場所を示し、図中左側がＹ方向になっている。形状線９８は被測定物９７の形状を示す線である。そして、形状線９８の凹部９８ａは被測定物９７の凹部９７ａと対応する形状となっている。
【００９２】
図中下段の縦軸には輝度を示し、上側が下側より輝度が高くなっている。そして、輝度推定線９９は、輝度推測演算部７１が演算した受光推定輝度の分布を示している。輝度推定線９９において凹部９８ａに対応する場所では反射光が撮像装置１６の方向に進行しない為、輝度が略零となる。この範囲を非測定範囲９９ａとする。
【００９３】
図９（ｃ）に示すように、表示装置６２の画面１００には被測定物像１０１が表示されている。被測定物像１０１は被測定物９７の設計情報から形成した像である。そして、被測定物像１０１には測定不可能場所１０１ａが表示されている。測定不可能場所１０１ａは非測定範囲９９ａに相当する場所であり、反射光が撮像装置１６の方向に進行しない場所となっている。
【００９４】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、測定可能場所と測定不可能場所１０１ａとが明示される。従って、測定する前に測定可能場所と測定不可能場所とを確認することができる。そして、照明装置２７及び撮像装置１６に対する被測定物９７の角度を変更する等の方法を検討することができる。
【００９５】
（第３の実施形態）
次に、形状の測定方法の一実施形態について図１０の測定方法を説明するための模式図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、被測定物に対する照明装置２７及び撮像装置１６の角度を変更して測定する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００９６】
すなわち、本実施形態において被測定物１０４は、光透過性の材料によって形成されている。そして、被測定物１０４にレーザー光３３を照射するとき、入射角８８及び反射角８９を大きくする。そして、入射方向８５から進行するレーザー光３３が表面反射した後、検出方向８６に進行するように照明装置２７及び撮像装置１６を設定する。
【００９７】
被測定物１０４にレーザー光３３を照射する面の向きは測定する場所によって異なっている。従って、測定する場所の面の向きに応じて、照明装置２７及び撮像装置１６の位置を変える。そして、測定する面の向きに応じて入射方向８５及び検出方向８６を変えることより、撮像装置１６が受光する反射光の輝度を確保しながら測定する。
【００９８】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、レーザー光３３が表面反射する向きに光を照射する為、被測定物が光透過性のときにも、光を反射させることができる。
【００９９】
（２）本実施形態によれば、レーザー光３３が表面反射した後進行する方向に検出方向８６を合わせて測定している。従って、反射光の輝度を確保しながら測定することができる。
【０１００】
（第４の実施形態）
次に、形状の測定方法の一実施形態について図１１の測定方法を説明するための模式図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、被測定物に対する照明装置２７及び撮像装置１６の角度を変更して測定する点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１０１】
すなわち、本実施形態において被測定物１１の表面において内部反射と表面反射とによりレーザー光３３が反射される。表面反射によるレーザー光３３を表面反射光１０５とする。撮像制御部７３は表面反射光１０５が進行しない場所に撮像装置１６を移動させる。従って、撮像装置１６は内部反射する光を受光し、表面反射光１０５を受光しない。
【０１０２】
ステップＳ１の受光輝度推定工程では、被測定物１１にレーザー光３３を照射する面の向きを考慮して照明装置２７と撮像装置１６との位置を設定する。そして、輝度推測演算部７１は、その設定した照明装置２７と撮像装置１６との位置における反射光の輝度を演算し、照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量を演算する。ステップＳ４の受光調整工程では、演算された光量のレーザー光３３が出力されるように照明装置２７を調整する。そして、ステップＳ５の光検出工程では、照明装置２７及び撮像装置１６を移動させることにより、撮像装置１６が表面反射光１０５を受光しないようにする。
【０１０３】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、内部反射するレーザー光３３を用いてレーザー光３３が照射された場所を検出している。内部反射するレーザー光３３は表面反射するレーザー光３３よりも輝度が小さい。そして、内部反射するレーザー光３３を受光するように調整した撮像装置１６が表面反射するレーザー光３３を受光するとき、レーザー光３３が照射された場所を示す画像信号を撮像装置１６が精度良く出力できない場合がある。表面反射するレーザー光３３が受光しない場所に撮像装置１６を配置することにより、撮像装置１６は精度良くレーザー光３３が照射された場所を検出することができる。
【０１０４】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、レーザー光源３２が照射するレーザー光３３の光量を調整した。撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度を調整する方法はこれに限定されない。例えば、照明装置２７に光量を調整する光学調整部を配置しても良い。光学調整部は偏光板を２枚平行に配置して、各偏光板の偏光方向を変えることにより透過する光量を調整することができる。この光学調整部は撮像装置１６に配置しても良い。
【０１０５】
他にも、撮像装置１６に光学の絞り機構を配置しても良い。そして、受光する輝度に対応して絞りを調整しても良い。他にも、撮像装置１６が備える固体撮像素子が受光する時間を調整しても良い。固体撮像素子は所定の時間内に照射された光の輝度を時間積分した量に比例した電気信号を出力する。従って、撮像装置１６が受光するレーザー光３３の輝度が大きいときには、時間積分する時間を短くすることにより、撮像装置１６は被測定物１１においてレーザー光３３が照射された場所を鮮明に撮像することができる。
【０１０６】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、照明装置２７は帯状のレーザー光３３を照射したが、線状のレーザー光３３を照射しても良い。そして、Ｘステージ８を走査しながら、被測定物１１にレーザー光３３を照射しても良い。照明装置２７の構造を簡便にすることができるので、測定装置１を生産性良く製造することができる。
【０１０７】
（変形例３）
前記第１の実施形態では、照明装置２７の内部にレーザー光源３２を配置してレーザー光３３を被測定物１１に照射した。照明装置２７から照射する光はレーザー光３３に限定しなくとも良い。レンズ及び鏡等からなる光学系を用いて平行光を形成して照射しても良い。レーザー光源３２に比べて、レーザー光でない発光ダイオード等の光源の方が発光素子の構造が簡便な為、生産性良く光源を製造することができる。
【０１０８】
（変形例４）
前記第１の実施形態では、撮像装置１６は内部に固体撮像素子等からなるエリアセンサーを備えていた。この固体撮像素子は受光する光の輝度を電圧信号として出力した。固体撮像素子はこれに限らず、受光する光の場所に応じて電圧を出力する素子を用いても良い。この場合にも、被測定物１１においてレーザー光３３が反射した場所を検出することができる。
【０１０９】
（変形例５）
前記第１の実施形態では、制御装置２９がＸステージ８及びＹステージ５を駆動することにより、被測定物１１を移動した。これに限らず、被測定物１１が静止した状態にして、照明装置２７及び撮像装置１６を移動しても良い。この場合にも被測定物１１にレーザー光３３を照射する場所を移動することができる。
【０１１０】
（変形例６）
前記第１の実施形態では、ステップＳ１の受光輝度推定工程にて照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量分布を演算した。照明装置２７が照射するレーザー光３３の光量分布はステップＳ４の受光調整工程にて演算しても良い。演算速度が速い場合には、照明制御部７４が照射光量を演算しながらレーザー光３３を照射しても良い。
【０１１１】
（変形例７）
前記第３の実施形態では、被測定物１０４が光透過性の材料からなる場合を示した。被測定物１０４が鏡面反射する場合にも、照明装置２７及び撮像装置１６を移動して測定しても良い。入射方向８５に対して鏡面反射する方向に検出方向８６をあわせることにより、レーザー光３３が反射する場所を検出することができる。従って、被測定物１０４が鏡面反射する場合にも測定することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１…測定装置、１１，９７，１０４…被測定物、２７…投光器としての照明装置、３３…光としてのレーザー光、８２…投光器としての照明装置モデル、１０１ａ…測定不可能場所。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、
投光器から前記被測定物に光を照射し、前記被測定物から反射される反射光を受光器が受光するときの光の輝度を推定した受光推定輝度を演算する受光輝度推定工程と、
前記被測定物に光を照射し、光が照射された場所の位置を検出する照射場所検出工程と、
前記被測定物に光を照射する場所を移動する移動工程と、を有し、
前記照射場所検出工程は、前記受光器が受光する光の輝度に応じた信号を出力し、前記信号を用いて光が照射された場所の位置を検出する光検出工程と、
前記受光推定輝度を用いて、前記受光器が受光する光の輝度もしくは前記受光器が受光する時間を調整する受光調整工程と、を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定方法であって、
前記受光輝度推定工程では、前記被測定物の形状情報と反射特性とを用いて前記受光推定輝度を演算することを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の形状測定方法であって、
前記受光調整工程では、前記投光器が照射する光量を調整することにより、前記受光器が受光する光の輝度を調整することを特徴とする形状測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の形状測定方法であって、
前記照射場所検出工程では、前記投光器から帯状に光を照射することを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の形状測定方法であって、
前記被測定物が光透過性のとき、前記照射場所検出工程では照射する光が表面反射する方向から前記投光器が光を照射し、前記受光器は表面反射する光を受光することを特徴とする形状測定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の形状測定方法であって、
前記照射場所検出工程において、内部反射する光を用いるときには、表面反射する光が受光しない場所に前記受光器を配置することを特徴とする形状測定方法。
【請求項７】
請求項４に記載の形状測定方法であって、
前記受光輝度推定工程では、測定不可能場所を算出し、前記測定不可能場所を明示することを特徴とする形状測定方法。
【請求項１】
被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、
投光器から前記被測定物に光を照射し、前記被測定物から反射される反射光を受光器が受光するときの光の輝度を推定した受光推定輝度を演算する受光輝度推定工程と、
前記被測定物に光を照射し、光が照射された場所の位置を検出する照射場所検出工程と、
前記被測定物に光を照射する場所を移動する移動工程と、を有し、
前記照射場所検出工程は、前記受光器が受光する光の輝度に応じた信号を出力し、前記信号を用いて光が照射された場所の位置を検出する光検出工程と、
前記受光推定輝度を用いて、前記受光器が受光する光の輝度もしくは前記受光器が受光する時間を調整する受光調整工程と、を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定方法であって、
前記受光輝度推定工程では、前記被測定物の形状情報と反射特性とを用いて前記受光推定輝度を演算することを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の形状測定方法であって、
前記受光調整工程では、前記投光器が照射する光量を調整することにより、前記受光器が受光する光の輝度を調整することを特徴とする形状測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の形状測定方法であって、
前記照射場所検出工程では、前記投光器から帯状に光を照射することを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の形状測定方法であって、
前記被測定物が光透過性のとき、前記照射場所検出工程では照射する光が表面反射する方向から前記投光器が光を照射し、前記受光器は表面反射する光を受光することを特徴とする形状測定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の形状測定方法であって、
前記照射場所検出工程において、内部反射する光を用いるときには、表面反射する光が受光しない場所に前記受光器を配置することを特徴とする形状測定方法。
【請求項７】
請求項４に記載の形状測定方法であって、
前記受光輝度推定工程では、測定不可能場所を算出し、前記測定不可能場所を明示することを特徴とする形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２５６１５１（Ｐ２０１０−２５６１５１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６０４１（Ｐ２００９−１０６０４１）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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