形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラム
【課題】検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる形状測定装置を提供する。
【解決手段】形状測定装置は、被検物に対しての相対位置が変更されて被検物の表面の形状を検出する検出部（２０）と、検出部により検出された被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、被検物に対して検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部（静止判定部５８）と、判定部により検出部が相対的に静止していると判定された場合の形状に基づいて、被検物の表面の形状データを算出する算出部（座標算出部５３）と、を備える。
【解決手段】形状測定装置は、被検物に対しての相対位置が変更されて被検物の表面の形状を検出する検出部（２０）と、検出部により検出された被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、被検物に対して検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部（静止判定部５８）と、判定部により検出部が相対的に静止していると判定された場合の形状に基づいて、被検物の表面の形状データを算出する算出部（座標算出部５３）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の三次元形状を測定する形状測定装置には、検出部から被検物までの距離を保ち、被検物の形状に沿って、検出部を移動させて測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、このような三次元形状を測定する方法として、被検物にライン状の測定光を照射して被検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６００８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、形状測定装置において、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合、停止させた際に移動によって生じる残留振動により検出部を支持する各構造体に撓みが生じ、アッベの誤差が発生する場合がある。そのため、形状測定装置において、この停止させた際に生じる残留振動による影響を削減するために、検出部を被検物に対して停止させた後、該残留振動が充分に減衰するまで余裕を持った時間待ってから測定した場合、測定に時間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明は、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出部と、を備えることを特徴とする形状測定装置である。
【０００７】
また、本発明は、形状測定装置における形状測定方法であって、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、を備えることを特徴とする形状測定方法である。
【０００８】
また、本発明は、形状測定装置が備えるコンピュータに、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、形状測定装置は、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態による測定機本体と制御ユニットとのブロック図である。
【図３】アッベの誤差を説明する模式図である。
【図４】本実施形態による形状測定処理の一例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】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置（形状測定装置）１００の概略構成を示す模式図である。
三次元形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図２）とを備えている。
図２は、本発明の一実施形態による測定機本体１と制御ユニット４０とのブロック図である。
【００１２】
図１に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド（支持部）１３を支持して移動させる移動部１０と、基台２上に設けられ被検物３を載置する支持装置３０とを備えている。
この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。
【００１３】
移動部１０は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１０ａと、支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１０は、水平フレーム１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備えている。
【００１４】
測定ヘッド１３の下部には、被検物３の形状を検出する検出部２０が設けられている。この検出部２０は、検出部２０の下方に配置される被検物３との距離を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。
【００１５】
また、移動部１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４（図２）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５（図２）と、が設けられている。
【００１６】
基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、被検物３を載置して把持するステージ（設置部）３１と、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転（揺動）可能に支持することによりステージ３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる支持テーブル（傾斜回転部）３２とを備えている。支持テーブル３２は、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転（揺動）可能、且つ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として回転（揺動）可能（基準面に対して傾斜可能）にステージ３１を支持している。また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（図２）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）３４（図２）とが設けられている。
【００１７】
制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ４４とを備える。
制御部４１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。ジョイスティック４３は、測定ヘッド１３の位置及びステージ３１の回転位置を指定する情報を入力するための入力装置である。モニタ４４は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。
【００１８】
続いて、図２を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０とを備えている。
【００１９】
駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とを備えている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１０ａ、１０ｂをＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、及び測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータを備えている。ヘッド駆動部１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００２０】
ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ステージ駆動部３３は、その駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。
【００２１】
位置検出部１７は、前述のヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを備えている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、及びＺ軸用エンコーダを備えている。ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を示す信号を後述の座標検出部５１へ供給する。
【００２２】
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
【００２３】
検出部２０は、被検物３に対しての相対位置が変更されて、三次元形状を有している被検物３の表面形状を検出する。
検出部２０は、次に示す検出手段のうちの少なくとも１つの検出手段を備える。
第１の検出手段では、備えている光切断型の光プローブ２０Ａを用いて検出する。光プローブ２０Ａは、光切断方式により被検物３の表面形状を求めるために、照射部２１と、撮像部２２とを備えて構成される。照射部２１は、後述の間隔調整部５２から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、被検物３に直線上の光があたるように、被検物３に直線状のスリット光（ライン状の計測光）を照射する。
撮像部２２は、照射部２１の照射方向に対して、光軸を所定角度ずらして配置される。撮像部２２は、照射部２１からの照射光により被検物３の表面に形成される光切断線（スリット光が照射されている部分）を撮像する。ここで、光切断線は、被検物３の断面形状に応じて形成される。撮像部２２は、被検物３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの個体撮像素子を備えている。
【００２４】
第２の検出手段では、備えている取得画像変換型のＳＳＦプローブ２０Ｂを用いて検出する。ＳＳＦプローブ２０Ｂは、被検物３の形状を撮像した画像データを間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。ＳＳＦプローブ２０Ｂに関する詳細の説明は、例えば、次の参考文献を参照する（［参考文献］国際公開第２００９／０９６４２２号パンフレット）。
【００２５】
第３の検出手段では、備えている接触型の接触プローブ２０Ｃを用いて検出する。接触プローブ２０Ｃは、被検物３に接触することにより検出した情報（位置情報）を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。
検出部２０は、上記の検出手段のいずれか１つを備える代わりに、複数の検出手段を備え、選択された検出手段によって検出することとしてもよい。以下の説明では、光プローブ２０Ａを例に説明する。
【００２６】
続いて、制御ユニット４０について説明する。
入力装置４２は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードなどを備えている。入力装置４２は、入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。
【００２７】
ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。例えば、ジョイスティック４３は、ユーザの操作に応じて、測定領域において光プローブ２０Ａを配置させる状態を示す情報を制御指令情報として検出する。そして、ジョイスティック４３は、検出した制御指令情報に基づいて光プローブ２０Ａを配置させるように、測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。
【００２８】
モニタ４４は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。
【００２９】
制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部（算出部）５３と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、静止判定部（判定部）５８とを備えている。
【００３０】
座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１５に支持されている光プローブ２０Ａの位置、すなわち水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置とを検知する。また、座標検出部５１は、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検知する。座標検出部５１は、それぞれ検知された水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置の情報と、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを座標算出部５３へ供給する。
また、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を移動指令部５６へ供給する。
【００３１】
間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。そして、間隔調整部５２は、該画像情報から被検物３の表面の形状データを算出するためのフレームを間引いた画像情報を、座標算出部５３に供給する。
【００３２】
座標算出部５３は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状に基づいて、被検物３の表面の形状データ、すなわち三次元形状データを算出する。
座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給されたフレームが間引かれた画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とを受け取る。座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。
【００３３】
具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０Ａの座標から、光プローブ２０Ａに固定された照射部２１の座標と、撮像部２２の座標を算出する。
ここで、照射部２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、照射部２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａに固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。
【００３４】
座標算出部５３は、照射した光が被検物３にあたった点の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が被検物３にあたった点の座標は、照射部２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、撮像部２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線（光軸）とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光プローブ２０Ａによって検出された画像を示す。
これにより、被検物に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、光が照射された位置の座標を算出することができる。
【００３５】
また、被検物３は、ステージ３１に支持されている。被検物３は、ステージ３１が回転軸周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸を中心に一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸中心に回転したことによって姿勢が傾けられた被検物３の表面の位置を示す情報である。よって、座標算出部５３は、光が照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きを補正することにより、実際の被検物３の表面形状データを算出することができる。
また、座標算出部５３は、算出した被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを記憶部５５に保存する。
【００３６】
記憶部５５には、入力装置４２またはジョイスティック４３から入力された各種指示情報や、予め設定された各種指示情報が保持される。この各種指示情報は、制御部４１が所定の測定制御を実行するための測定条件や測定手順等を示す情報である。例えば、記憶部５５には、被検物３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータなどが各種指示情報として保持される。
【００３７】
例えば、被検物３の測定ポイントの座標値は、次に示す処理により算出される。
被検物３の測定ポイントの座標値は、ユーザによって入力された情報に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１が駆動されて、被検物３及び光プローブ２０Ａが所望の姿勢になるようにそれぞれ位置決めされた位置により算出される。
【００３８】
より具体的には、座標検出部５１は、ユーザによって入力された情報に基づいて駆動制御部５４により駆動された座標情報（測定ヘッド１３の座標情報及びステージ３１の回転位置情報）を検出する。そして、座標算出部５３は、座標検出部５１により検出された測定ポイントの座標情報に基づいて、被検物３の測定ポイントの座標値を算出する。座標算出部５３が算出する当該測定ポイントの座標値は、入力装置４２による当該座標値のキー入力の他、予めジョイスティック４３の操作によって駆動制御部５４が測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させ、被検物３及び光プローブ２０Ａを所望の姿勢に位置決めした位置により算出される。
【００３９】
また、記憶部５５には、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データが測定データとして保持される。また、記憶部５５には、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標情報が保持される。また、記憶部５５には、設計データ（ＣＡＤデータ）が保持される。
【００４０】
駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、または、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４及びステージ駆動部３３に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３及びステージ３１の駆動制御を行う。
また、駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、登録位置として設定された測定ヘッド１３及びステージ３１の位置情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。つまり、駆動制御部５４は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの位置を間接的に取得することができる。
【００４１】
移動指令部５６は、記憶部５５から被検物３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータ等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータに基づいて、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。そして、移動指令部５６は、算出した移動経路及び記憶部５５から読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）等に従って、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。
【００４２】
例えば、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止と、ステージ３１の回転または回転の停止を駆動させる指令信号を供給して、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。また、移動指令部５６は、この指令信号を間隔調整部５２、及び静止判定部５８に供給する。
【００４３】
データ出力部５７は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ（全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ（全測定ポイントの座標値）等をプリンタ（不図示）へ出力する。
【００４４】
静止判定部５８は、ステージ３１に載置されて把持されている被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。具体的には、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の変位を示す情報、例えば単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。
【００４５】
例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより被検物３の表面に照射されるスリット光（ライン状の計測光）によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が被検物３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出して静止判定部５８に供給する。静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する。静止判定部５８は、この変位量の大きさによって、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定し、判定した結果を座標算出部５３及び移動指令部５６に供給する。
【００４６】
次に、本実施形態における処理の概要を説明する。
本実施形態の三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａの相対位置を移動させ、測定ポイント毎に相対位置を停止させて被検物３の表面の形状を検出する。この場合、相対位置を停止させる制御をした場合であっても、残留振動の影響により光プローブ２０Ａを支持する移動部１０などの各構造体に撓みなどが発生し、アッベの誤差が生じることがある。
【００４７】
図３は、アッベの誤差を説明する模式図であって、三次元形状測定装置１００を上面視した場合の簡略図である。この図において、移動部１０の支柱１０ａは、軸３０１に沿って（Ｙ軸に沿って）ガイドレール上を移動される。また、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａは、支柱１０ａ及び水平フレーム１０ｃにより支持されており、移動部１０の支柱１０ａがＹ軸に沿って移動されるのに応じて、同様にＹ軸に沿って移動される。この図においては、移動部１０の支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂは、説明を容易にするため省略している。
【００４８】
また、図３は、三次元形状測定装置１００において支柱１０ａのＹ軸方向の移動を値Ｙ１の位置で停止させた際に、水平フレーム１０ｃに撓みが発生していない場合と発生している場合との一例を示している。例えば、水平フレーム１０ｃに撓みが発生していない場合、水平フレーム１０ｃは、Ｙ軸と直交するように停止する。つまり、水平フレーム１０ｃは、Ｘ軸に平行な線分３０２と重なる位置にあり、水平フレーム１０Ｃ上を移動する光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置が支柱１０ａと同じ値Ｙ１である。
【００４９】
一方、水平フレーム１０ｃに撓みが発生している場合、支柱１０ａの位置と光プローブ２０Ａの位置とが撓みによりＹ軸方向の同じ位置にならない場合がある。例えば、水平フレーム１０ｃが撓みにより線分３０２に対して支柱１０ａを中心に角度α分ずれた線分３０３と重なる位置にあるとした場合、支柱１０ａのＹ軸方向の位置が値Ｙ１であるのに対して、光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置は値Ｙ２である（撓みは一般的に曲線状になるように発生するが、説明しやすくするため直線状の線分３０３として表している）。このように、三次元形状測定装置１００は、支柱１０ａの位置として検出されるＹ軸方向の位置により光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置を値Ｙ１と検出する。しかし、水平フレーム１０ｃに撓みが発生している場合、実際の光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置は値Ｙ２であることから、この値Ｙ１と値Ｙ２との差分Ｅｒｒがアッベの誤差として生じる。
【００５０】
このアッベの誤差は、Ｙ軸方向の位置を検出するＹ軸用エンコーダを有する支柱１０ａと、光プローブ２０Ａの位置とが同一のＹ軸上にないことにより生じるものである。そして、Ｙ軸用エンコーダによって検出される支柱１０ａのＹ軸上の位置に対して、光プローブ２０Ａの位置がＹ軸上から離れる（支柱１０ａと光プローブ２０Ａとの距離Ｌが大きくなる）のに応じて、水平フレーム１０ｃの撓みによる誤差への影響が大きくなる。つまり、撓みによって生じる上述の角度αが同じであれば、距離Ｌが大きくなるのに応じて差分Ｅｒｒが大きくなる。一般的に、光プローブ２０Ａを支持して移動させる移動部１０のスケール軸上（空間座標それぞれの軸方向の位置がエンコーダにより検出される軸上）に、被検物３を設置して測定することは困難である。そのため、三次元形状測定装置１００において、スケール軸上から離れた位置の光プローブ２０Ａにより被検物３を測定することになり、上述のアッベの誤差が生じることになる。
ここで、アッベの誤差は、簡易的に「Ｅｒｒ＝ｓｉｎα×Ｌ」により表される。
【００５１】
また、図３においては、Ｙ軸方向への移動において生じる残留振動によるＹ軸方向への水平フレーム１０ｃの撓みの影響のみについて説明したが、支柱１０ａの撓みの影響もある。また、その他に、移動部１０のＸ軸方向、またはＺ軸方向への移動においてもそれぞれの方向に移動部１０の各部の撓みの影響がある。また、撓み以外にも捩れにより回転方向への影響もある。更に、ステージ３１の回転駆動において生じる残留振動によっても同様にアッベの誤差が生じる場合がある。よって、従来の三次元形状測定装置は、残留振動によって生じるアッベの誤差を低減させるために、各測定ポイントにおいて残留振動が検出精度に影響しないレベルに減衰するまで余裕を持った時間が経過してから検出する必要があった。
【００５２】
本実施形態の三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。そして、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された状態において検出された被検物３の表面の形状に基づいて形状データを算出することにより、アッベの誤差による影響を低減する。
【００５３】
つまり、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していることを判定して被検物３の表面における測定ポイント毎の形状を検出する。よって、三次元形状測定装置１００は、残留振動が充分に減衰してから測定するために余裕を持った時間が経過してから検出する必要がない。これにより、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａを被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。
【００５４】
次に、制御部４１により静止判定して形状測定する処理についての詳細を説明する。
制御部４１の静止判定部５８は、ステージ３１に載置されて把持されている被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。具体的には、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。
【００５５】
例えば、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定する。一方、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下でない（閾値より大きい）と判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しておらず、相対位置が移動している可能性がある（例えば、残留振動がある）と判定する。ここで予め定められた閾値は、形状測定する際に求められる測定精度に対して単位時間あたりの変位量が充分小さい変位量（許容誤差範囲内の変位量）である値が閾値として設定されている。例えば、測定精度に対して１／１０程度の値が閾値として設定されている。
【００５６】
制御部４１は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、光プローブ２０Ａに被検物３の表面の形状を検出させる。
例えば、制御部４１は、光プローブ２０Ａの相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部１５により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ位置検出部３４によりステージ３１の傾斜または回転が停止したことが検出されたことを検出する。その後、制御部４１は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、光プローブ２０Ａに被検物３の表面の形状を検出させる制御をする。
【００５７】
具体的には、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止とステージ３１の回転または回転の停止とを駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給して、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの被検物３に対する相対的な移動を停止させるように制御する。そして、座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、測定ヘッド１３の移動が停止したことを検出し、且つステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことを検出する。座標検出部５１は、これら検出した情報を移動指令部５６へ供給する。そして、座標検出部５１により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことが検出された場合、移動指令部５６は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。
【００５８】
例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより被検物３の表面に照射されるスリット光（ライン状の計測光）によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が被検物３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出して静止判定部５８に供給する。
【００５９】
静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する。静止判定部５８は、この変位量の大きさによって、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定し、判定した結果を座標算出部５３及び移動指令部５６に供給する。
【００６０】
静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合（すなわち残留振動の影響が無い場合）、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する。また、移動指令部５６は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、間隔調整部５２が光プローブ２０Ａを介して被検物３の表面の形状を検出した画像情報を受け取った後に、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給する。
【００６１】
図４は、本実施形態における形状測定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図４が示すフローチャートを用いて、三次元形状測定装置１００が被検物３に対する光プローブ２０Ａの静止判定をして形状測定を実行する処理について説明する。
【００６２】
最初に、ユーザは、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ１）。また、ユーザは、被検物３の測定ポイントの距離間隔を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定ポイントの距離間隔を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ２）。移動指令部５６は、記憶部５５から入力されて設定された情報である測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータや、予め設定された情報である測定範囲を示す測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータに基づいて、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。
【００６３】
次に、移動指令部５６は、算出した移動経路に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて光プローブ２０Ａを被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動させた後に停止させる（ステップＳ３）。
【００６４】
続いて、座標検出部５１は、移動指令部５６が指令信号を駆動制御部５４に供給して制御した測定ヘッド１３の移動、及びステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したか否かを検出する。座標検出部５１は、これら検出した情報を移動指令部５６へ供給する。そして、座標検出部５１により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことが検出された場合、移動指令部５６は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する（ステップＳ４）。
【００６５】
静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定し、判定した結果を座標算出部５３に供給する（ステップＳ６に処理を進める）。一方、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下でない（閾値より大きい）と判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しておらず、相対位置が移動している可能性がある（例えば、残留振動がある）と判定して、ステップＳ４に処理を戻す。例えば、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定するまで、すなわち被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止されるまで、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出して静止判定処理を繰り返す。
【００６６】
ステップＳ５において、変位量が予め定められた閾値以下であると判定された場合、すなわち被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、間隔調整部５２は、光プローブ２０Ａを介して被検物３の表面の形状を検出し、検出した画像情報を座標算出部５３へ供給する。また、座標検出部５１は、位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを検出し、検出した情報を座標算出部５３へ供給する（ステップＳ６）。
【００６７】
座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報、及び座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ７）。
【００６８】
次に、移動指令部５６は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定された場合、移動指令部５６は、次の測定ポイントに光プローブ２０Ａを移動させた後停止させる。例えば、移動指令部５６は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる（ステップＳ９）。そして、移動指令部５６は、ステップＳ４に制御を戻し、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。
【００６９】
一方、ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定された場合、座標算出部５３は、各測定ポイントにおいて算出した測定ポイント毎の座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて、被検物３の表面形状データを算出する。例えば、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づいて測定ポイントことに算出された座標値（三次元座標値）の点群データを、記憶部５５から読み出して被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ１０）。
【００７０】
以上のように、本実施形態における三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。そして、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された状態において検出された被検物３の表面の形状に基づいて形状データを算出する。
つまり、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止している場合、被検物３の表面における測定ポイントの形状を検出するため、残留振動が充分に減衰するまで余裕を持った時間待ってから検出する必要がない。これにより、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａを被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。
【００７１】
例えば、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａの相対位置を移動させ、測定ポイント毎に相対位置を停止させて被検物３の表面の形状を検出する。三次元形状測定装置１００は、測定ポイント毎に相対位置を停止させた場合に生じる残留振動の影響を、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していることを判定した後に測定することで、該残留振動の影響により発生する場合があるアッベの誤差を低減させることができる。
【００７２】
また、三次元形状測定装置１００は、測定ポイント毎に相対位置を停止させた際に生じる残留振動が残っている状態であったとしても、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、すなわち、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が小さく測定精度に影響が無い範囲である場合、残留振動の減衰を待つことなく測定することができるため、アッベの誤差を低減させるとともに測定速度を向上させることができる。
【００７３】
また、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が小さい場合には、残留振動が大きくても残留振動の方向や形状によって被検物３の表面の形状に変位が発生しない場合がある（例えば、残留振動の方向に対して平面が続くような形状の場合等）。この場合、残留振動による影響の無い測定が可能であるため、三次元形状測定装置１００は、被検物３の形状によって大幅に測定速度を向上させることができる。
【００７４】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、制御部４１は、検出部２０（光プローブ２０Ａ）の相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５により測定ヘッド（支持部）１３の移動が停止したことが検出され且つステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）１４によりステージ（設置部）３１の傾斜または回転が停止したことが検出された後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をする例について説明したが、これに限られるものではない。
【００７５】
制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５により測定ヘッド（支持部）１３の移動が停止したことが検出された後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をしてもよい。例えば、被検物３を把持するステージ３１の姿勢が固定であるような形状測定装置の場合、検出部２０の移動が停止したことを検出した後、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。これにより、三次元形状測定装置１００は、検出部２０を被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を、同様に向上させることができる。
【００７６】
また、制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をしてもよい。例えば、検出部２０の移動の停止やステージ３１の傾斜または回転の停止を検出しなくても、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。この場合においても、三次元形状測定装置１００は、検出部２０を被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を、同様に向上させることができる。
【００７７】
また、制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後に限らずその他の期間においても、所定のサンプリング周期で検出部２０により検出された画像情報に基づいて、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
【００７８】
また、座標算出部５３は、算出した各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データに、静止判定部５８が検出した変位量のデータを関連付けて記憶部５５に記憶させてもよい。例えば、座標算出部５３は、静止判定部５８による検出部２０の相対的な静止判定結果によらず、検出部２０により検出された画像情報などに基づいて、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出し、検出時の静止判定結果を関連付けて記憶させてもよい。そして、座標算出部５３は、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出する際に、記憶部５５から読み出した各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データのうち、検出時の静止判定結果により測定精度を満足している座標値のみに基づいて、被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出する制御をしてもよい。
【００７９】
なお、上記実施形態において、検出部２０が変位センサを備えている構成としてもよい。この場合、検出部２０が備えている変位センサが被検物３に対する検出部２０の変位量を検出することにより、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
ここで、検出部２０が備えている変位センサは、例えば、加速度センサ、または各速度センサ等、であってもよい。
また、静止判定部（判定部）５８は、単位時間に関わらず所定の閾値を超える変位量を検出した場合には静止していないと判定してもよい。また、静止判定部（判定部）５８は、判定には変位量を用いずに、例えば撮像部２２が撮像する画素情報を用いて静止しているか否かの判定を行うこともできる。
【００８０】
なお、図１における制御部４１は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部４１の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【００８１】
また、上述の制御部４１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述の制御部４１の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００８２】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１０…移動部、１３…測定ヘッド（支持部）、１５…ヘッド位置検出部（移動位置検出部）２０…検出部、３１…ステージ（設置部）、３２…支持テーブル（傾斜回転部）、３４…ステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）、４１…制御部、５３…座標算出部（算出部）、５８…静止判定部（判定部）、１００…三次元形状測定装置（形状測定装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の三次元形状を測定する形状測定装置には、検出部から被検物までの距離を保ち、被検物の形状に沿って、検出部を移動させて測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、このような三次元形状を測定する方法として、被検物にライン状の測定光を照射して被検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６００８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、形状測定装置において、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合、停止させた際に移動によって生じる残留振動により検出部を支持する各構造体に撓みが生じ、アッベの誤差が発生する場合がある。そのため、形状測定装置において、この停止させた際に生じる残留振動による影響を削減するために、検出部を被検物に対して停止させた後、該残留振動が充分に減衰するまで余裕を持った時間待ってから測定した場合、測定に時間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明は、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出部と、を備えることを特徴とする形状測定装置である。
【０００７】
また、本発明は、形状測定装置における形状測定方法であって、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、を備えることを特徴とする形状測定方法である。
【０００８】
また、本発明は、形状測定装置が備えるコンピュータに、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、形状測定装置は、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態による測定機本体と制御ユニットとのブロック図である。
【図３】アッベの誤差を説明する模式図である。
【図４】本実施形態による形状測定処理の一例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】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置（形状測定装置）１００の概略構成を示す模式図である。
三次元形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図２）とを備えている。
図２は、本発明の一実施形態による測定機本体１と制御ユニット４０とのブロック図である。
【００１２】
図１に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド（支持部）１３を支持して移動させる移動部１０と、基台２上に設けられ被検物３を載置する支持装置３０とを備えている。
この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。
【００１３】
移動部１０は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１０ａと、支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１０は、水平フレーム１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備えている。
【００１４】
測定ヘッド１３の下部には、被検物３の形状を検出する検出部２０が設けられている。この検出部２０は、検出部２０の下方に配置される被検物３との距離を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。
【００１５】
また、移動部１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４（図２）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５（図２）と、が設けられている。
【００１６】
基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、被検物３を載置して把持するステージ（設置部）３１と、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転（揺動）可能に支持することによりステージ３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる支持テーブル（傾斜回転部）３２とを備えている。支持テーブル３２は、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転（揺動）可能、且つ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として回転（揺動）可能（基準面に対して傾斜可能）にステージ３１を支持している。また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（図２）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）３４（図２）とが設けられている。
【００１７】
制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ４４とを備える。
制御部４１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。ジョイスティック４３は、測定ヘッド１３の位置及びステージ３１の回転位置を指定する情報を入力するための入力装置である。モニタ４４は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。
【００１８】
続いて、図２を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０とを備えている。
【００１９】
駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とを備えている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１０ａ、１０ｂをＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、及び測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータを備えている。ヘッド駆動部１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００２０】
ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ステージ駆動部３３は、その駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。
【００２１】
位置検出部１７は、前述のヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを備えている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、及びＺ軸用エンコーダを備えている。ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を示す信号を後述の座標検出部５１へ供給する。
【００２２】
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
【００２３】
検出部２０は、被検物３に対しての相対位置が変更されて、三次元形状を有している被検物３の表面形状を検出する。
検出部２０は、次に示す検出手段のうちの少なくとも１つの検出手段を備える。
第１の検出手段では、備えている光切断型の光プローブ２０Ａを用いて検出する。光プローブ２０Ａは、光切断方式により被検物３の表面形状を求めるために、照射部２１と、撮像部２２とを備えて構成される。照射部２１は、後述の間隔調整部５２から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、被検物３に直線上の光があたるように、被検物３に直線状のスリット光（ライン状の計測光）を照射する。
撮像部２２は、照射部２１の照射方向に対して、光軸を所定角度ずらして配置される。撮像部２２は、照射部２１からの照射光により被検物３の表面に形成される光切断線（スリット光が照射されている部分）を撮像する。ここで、光切断線は、被検物３の断面形状に応じて形成される。撮像部２２は、被検物３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの個体撮像素子を備えている。
【００２４】
第２の検出手段では、備えている取得画像変換型のＳＳＦプローブ２０Ｂを用いて検出する。ＳＳＦプローブ２０Ｂは、被検物３の形状を撮像した画像データを間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。ＳＳＦプローブ２０Ｂに関する詳細の説明は、例えば、次の参考文献を参照する（［参考文献］国際公開第２００９／０９６４２２号パンフレット）。
【００２５】
第３の検出手段では、備えている接触型の接触プローブ２０Ｃを用いて検出する。接触プローブ２０Ｃは、被検物３に接触することにより検出した情報（位置情報）を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。
検出部２０は、上記の検出手段のいずれか１つを備える代わりに、複数の検出手段を備え、選択された検出手段によって検出することとしてもよい。以下の説明では、光プローブ２０Ａを例に説明する。
【００２６】
続いて、制御ユニット４０について説明する。
入力装置４２は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードなどを備えている。入力装置４２は、入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。
【００２７】
ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。例えば、ジョイスティック４３は、ユーザの操作に応じて、測定領域において光プローブ２０Ａを配置させる状態を示す情報を制御指令情報として検出する。そして、ジョイスティック４３は、検出した制御指令情報に基づいて光プローブ２０Ａを配置させるように、測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。
【００２８】
モニタ４４は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。
【００２９】
制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部（算出部）５３と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、静止判定部（判定部）５８とを備えている。
【００３０】
座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１５に支持されている光プローブ２０Ａの位置、すなわち水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置とを検知する。また、座標検出部５１は、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検知する。座標検出部５１は、それぞれ検知された水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置の情報と、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを座標算出部５３へ供給する。
また、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を移動指令部５６へ供給する。
【００３１】
間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。そして、間隔調整部５２は、該画像情報から被検物３の表面の形状データを算出するためのフレームを間引いた画像情報を、座標算出部５３に供給する。
【００３２】
座標算出部５３は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状に基づいて、被検物３の表面の形状データ、すなわち三次元形状データを算出する。
座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給されたフレームが間引かれた画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とを受け取る。座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。
【００３３】
具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０Ａの座標から、光プローブ２０Ａに固定された照射部２１の座標と、撮像部２２の座標を算出する。
ここで、照射部２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、照射部２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａに固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。
【００３４】
座標算出部５３は、照射した光が被検物３にあたった点の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が被検物３にあたった点の座標は、照射部２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、撮像部２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線（光軸）とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光プローブ２０Ａによって検出された画像を示す。
これにより、被検物に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、光が照射された位置の座標を算出することができる。
【００３５】
また、被検物３は、ステージ３１に支持されている。被検物３は、ステージ３１が回転軸周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸を中心に一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸中心に回転したことによって姿勢が傾けられた被検物３の表面の位置を示す情報である。よって、座標算出部５３は、光が照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きを補正することにより、実際の被検物３の表面形状データを算出することができる。
また、座標算出部５３は、算出した被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを記憶部５５に保存する。
【００３６】
記憶部５５には、入力装置４２またはジョイスティック４３から入力された各種指示情報や、予め設定された各種指示情報が保持される。この各種指示情報は、制御部４１が所定の測定制御を実行するための測定条件や測定手順等を示す情報である。例えば、記憶部５５には、被検物３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータなどが各種指示情報として保持される。
【００３７】
例えば、被検物３の測定ポイントの座標値は、次に示す処理により算出される。
被検物３の測定ポイントの座標値は、ユーザによって入力された情報に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１が駆動されて、被検物３及び光プローブ２０Ａが所望の姿勢になるようにそれぞれ位置決めされた位置により算出される。
【００３８】
より具体的には、座標検出部５１は、ユーザによって入力された情報に基づいて駆動制御部５４により駆動された座標情報（測定ヘッド１３の座標情報及びステージ３１の回転位置情報）を検出する。そして、座標算出部５３は、座標検出部５１により検出された測定ポイントの座標情報に基づいて、被検物３の測定ポイントの座標値を算出する。座標算出部５３が算出する当該測定ポイントの座標値は、入力装置４２による当該座標値のキー入力の他、予めジョイスティック４３の操作によって駆動制御部５４が測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させ、被検物３及び光プローブ２０Ａを所望の姿勢に位置決めした位置により算出される。
【００３９】
また、記憶部５５には、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データが測定データとして保持される。また、記憶部５５には、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標情報が保持される。また、記憶部５５には、設計データ（ＣＡＤデータ）が保持される。
【００４０】
駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、または、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４及びステージ駆動部３３に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３及びステージ３１の駆動制御を行う。
また、駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、登録位置として設定された測定ヘッド１３及びステージ３１の位置情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。つまり、駆動制御部５４は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの位置を間接的に取得することができる。
【００４１】
移動指令部５６は、記憶部５５から被検物３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータ等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータに基づいて、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。そして、移動指令部５６は、算出した移動経路及び記憶部５５から読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）等に従って、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。
【００４２】
例えば、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止と、ステージ３１の回転または回転の停止を駆動させる指令信号を供給して、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。また、移動指令部５６は、この指令信号を間隔調整部５２、及び静止判定部５８に供給する。
【００４３】
データ出力部５７は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ（全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ（全測定ポイントの座標値）等をプリンタ（不図示）へ出力する。
【００４４】
静止判定部５８は、ステージ３１に載置されて把持されている被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。具体的には、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の変位を示す情報、例えば単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。
【００４５】
例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより被検物３の表面に照射されるスリット光（ライン状の計測光）によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が被検物３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出して静止判定部５８に供給する。静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する。静止判定部５８は、この変位量の大きさによって、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定し、判定した結果を座標算出部５３及び移動指令部５６に供給する。
【００４６】
次に、本実施形態における処理の概要を説明する。
本実施形態の三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａの相対位置を移動させ、測定ポイント毎に相対位置を停止させて被検物３の表面の形状を検出する。この場合、相対位置を停止させる制御をした場合であっても、残留振動の影響により光プローブ２０Ａを支持する移動部１０などの各構造体に撓みなどが発生し、アッベの誤差が生じることがある。
【００４７】
図３は、アッベの誤差を説明する模式図であって、三次元形状測定装置１００を上面視した場合の簡略図である。この図において、移動部１０の支柱１０ａは、軸３０１に沿って（Ｙ軸に沿って）ガイドレール上を移動される。また、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａは、支柱１０ａ及び水平フレーム１０ｃにより支持されており、移動部１０の支柱１０ａがＹ軸に沿って移動されるのに応じて、同様にＹ軸に沿って移動される。この図においては、移動部１０の支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂは、説明を容易にするため省略している。
【００４８】
また、図３は、三次元形状測定装置１００において支柱１０ａのＹ軸方向の移動を値Ｙ１の位置で停止させた際に、水平フレーム１０ｃに撓みが発生していない場合と発生している場合との一例を示している。例えば、水平フレーム１０ｃに撓みが発生していない場合、水平フレーム１０ｃは、Ｙ軸と直交するように停止する。つまり、水平フレーム１０ｃは、Ｘ軸に平行な線分３０２と重なる位置にあり、水平フレーム１０Ｃ上を移動する光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置が支柱１０ａと同じ値Ｙ１である。
【００４９】
一方、水平フレーム１０ｃに撓みが発生している場合、支柱１０ａの位置と光プローブ２０Ａの位置とが撓みによりＹ軸方向の同じ位置にならない場合がある。例えば、水平フレーム１０ｃが撓みにより線分３０２に対して支柱１０ａを中心に角度α分ずれた線分３０３と重なる位置にあるとした場合、支柱１０ａのＹ軸方向の位置が値Ｙ１であるのに対して、光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置は値Ｙ２である（撓みは一般的に曲線状になるように発生するが、説明しやすくするため直線状の線分３０３として表している）。このように、三次元形状測定装置１００は、支柱１０ａの位置として検出されるＹ軸方向の位置により光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置を値Ｙ１と検出する。しかし、水平フレーム１０ｃに撓みが発生している場合、実際の光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置は値Ｙ２であることから、この値Ｙ１と値Ｙ２との差分Ｅｒｒがアッベの誤差として生じる。
【００５０】
このアッベの誤差は、Ｙ軸方向の位置を検出するＹ軸用エンコーダを有する支柱１０ａと、光プローブ２０Ａの位置とが同一のＹ軸上にないことにより生じるものである。そして、Ｙ軸用エンコーダによって検出される支柱１０ａのＹ軸上の位置に対して、光プローブ２０Ａの位置がＹ軸上から離れる（支柱１０ａと光プローブ２０Ａとの距離Ｌが大きくなる）のに応じて、水平フレーム１０ｃの撓みによる誤差への影響が大きくなる。つまり、撓みによって生じる上述の角度αが同じであれば、距離Ｌが大きくなるのに応じて差分Ｅｒｒが大きくなる。一般的に、光プローブ２０Ａを支持して移動させる移動部１０のスケール軸上（空間座標それぞれの軸方向の位置がエンコーダにより検出される軸上）に、被検物３を設置して測定することは困難である。そのため、三次元形状測定装置１００において、スケール軸上から離れた位置の光プローブ２０Ａにより被検物３を測定することになり、上述のアッベの誤差が生じることになる。
ここで、アッベの誤差は、簡易的に「Ｅｒｒ＝ｓｉｎα×Ｌ」により表される。
【００５１】
また、図３においては、Ｙ軸方向への移動において生じる残留振動によるＹ軸方向への水平フレーム１０ｃの撓みの影響のみについて説明したが、支柱１０ａの撓みの影響もある。また、その他に、移動部１０のＸ軸方向、またはＺ軸方向への移動においてもそれぞれの方向に移動部１０の各部の撓みの影響がある。また、撓み以外にも捩れにより回転方向への影響もある。更に、ステージ３１の回転駆動において生じる残留振動によっても同様にアッベの誤差が生じる場合がある。よって、従来の三次元形状測定装置は、残留振動によって生じるアッベの誤差を低減させるために、各測定ポイントにおいて残留振動が検出精度に影響しないレベルに減衰するまで余裕を持った時間が経過してから検出する必要があった。
【００５２】
本実施形態の三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。そして、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された状態において検出された被検物３の表面の形状に基づいて形状データを算出することにより、アッベの誤差による影響を低減する。
【００５３】
つまり、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していることを判定して被検物３の表面における測定ポイント毎の形状を検出する。よって、三次元形状測定装置１００は、残留振動が充分に減衰してから測定するために余裕を持った時間が経過してから検出する必要がない。これにより、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａを被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。
【００５４】
次に、制御部４１により静止判定して形状測定する処理についての詳細を説明する。
制御部４１の静止判定部５８は、ステージ３１に載置されて把持されている被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。具体的には、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。
【００５５】
例えば、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定する。一方、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下でない（閾値より大きい）と判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しておらず、相対位置が移動している可能性がある（例えば、残留振動がある）と判定する。ここで予め定められた閾値は、形状測定する際に求められる測定精度に対して単位時間あたりの変位量が充分小さい変位量（許容誤差範囲内の変位量）である値が閾値として設定されている。例えば、測定精度に対して１／１０程度の値が閾値として設定されている。
【００５６】
制御部４１は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、光プローブ２０Ａに被検物３の表面の形状を検出させる。
例えば、制御部４１は、光プローブ２０Ａの相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部１５により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ位置検出部３４によりステージ３１の傾斜または回転が停止したことが検出されたことを検出する。その後、制御部４１は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、光プローブ２０Ａに被検物３の表面の形状を検出させる制御をする。
【００５７】
具体的には、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止とステージ３１の回転または回転の停止とを駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給して、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの被検物３に対する相対的な移動を停止させるように制御する。そして、座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、測定ヘッド１３の移動が停止したことを検出し、且つステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことを検出する。座標検出部５１は、これら検出した情報を移動指令部５６へ供給する。そして、座標検出部５１により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことが検出された場合、移動指令部５６は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。
【００５８】
例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより被検物３の表面に照射されるスリット光（ライン状の計測光）によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が被検物３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出して静止判定部５８に供給する。
【００５９】
静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する。静止判定部５８は、この変位量の大きさによって、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定し、判定した結果を座標算出部５３及び移動指令部５６に供給する。
【００６０】
静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合（すなわち残留振動の影響が無い場合）、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する。また、移動指令部５６は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、間隔調整部５２が光プローブ２０Ａを介して被検物３の表面の形状を検出した画像情報を受け取った後に、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給する。
【００６１】
図４は、本実施形態における形状測定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図４が示すフローチャートを用いて、三次元形状測定装置１００が被検物３に対する光プローブ２０Ａの静止判定をして形状測定を実行する処理について説明する。
【００６２】
最初に、ユーザは、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ１）。また、ユーザは、被検物３の測定ポイントの距離間隔を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定ポイントの距離間隔を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ２）。移動指令部５６は、記憶部５５から入力されて設定された情報である測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータや、予め設定された情報である測定範囲を示す測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータに基づいて、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。
【００６３】
次に、移動指令部５６は、算出した移動経路に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて光プローブ２０Ａを被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動させた後に停止させる（ステップＳ３）。
【００６４】
続いて、座標検出部５１は、移動指令部５６が指令信号を駆動制御部５４に供給して制御した測定ヘッド１３の移動、及びステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したか否かを検出する。座標検出部５１は、これら検出した情報を移動指令部５６へ供給する。そして、座標検出部５１により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことが検出された場合、移動指令部５６は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する（ステップＳ４）。
【００６５】
静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定し、判定した結果を座標算出部５３に供給する（ステップＳ６に処理を進める）。一方、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下でない（閾値より大きい）と判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しておらず、相対位置が移動している可能性がある（例えば、残留振動がある）と判定して、ステップＳ４に処理を戻す。例えば、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定するまで、すなわち被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止されるまで、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出して静止判定処理を繰り返す。
【００６６】
ステップＳ５において、変位量が予め定められた閾値以下であると判定された場合、すなわち被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、間隔調整部５２は、光プローブ２０Ａを介して被検物３の表面の形状を検出し、検出した画像情報を座標算出部５３へ供給する。また、座標検出部５１は、位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを検出し、検出した情報を座標算出部５３へ供給する（ステップＳ６）。
【００６７】
座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報、及び座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ７）。
【００６８】
次に、移動指令部５６は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定された場合、移動指令部５６は、次の測定ポイントに光プローブ２０Ａを移動させた後停止させる。例えば、移動指令部５６は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる（ステップＳ９）。そして、移動指令部５６は、ステップＳ４に制御を戻し、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。
【００６９】
一方、ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定された場合、座標算出部５３は、各測定ポイントにおいて算出した測定ポイント毎の座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて、被検物３の表面形状データを算出する。例えば、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づいて測定ポイントことに算出された座標値（三次元座標値）の点群データを、記憶部５５から読み出して被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ１０）。
【００７０】
以上のように、本実施形態における三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。そして、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された状態において検出された被検物３の表面の形状に基づいて形状データを算出する。
つまり、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止している場合、被検物３の表面における測定ポイントの形状を検出するため、残留振動が充分に減衰するまで余裕を持った時間待ってから検出する必要がない。これにより、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａを被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。
【００７１】
例えば、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａの相対位置を移動させ、測定ポイント毎に相対位置を停止させて被検物３の表面の形状を検出する。三次元形状測定装置１００は、測定ポイント毎に相対位置を停止させた場合に生じる残留振動の影響を、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していることを判定した後に測定することで、該残留振動の影響により発生する場合があるアッベの誤差を低減させることができる。
【００７２】
また、三次元形状測定装置１００は、測定ポイント毎に相対位置を停止させた際に生じる残留振動が残っている状態であったとしても、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、すなわち、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が小さく測定精度に影響が無い範囲である場合、残留振動の減衰を待つことなく測定することができるため、アッベの誤差を低減させるとともに測定速度を向上させることができる。
【００７３】
また、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が小さい場合には、残留振動が大きくても残留振動の方向や形状によって被検物３の表面の形状に変位が発生しない場合がある（例えば、残留振動の方向に対して平面が続くような形状の場合等）。この場合、残留振動による影響の無い測定が可能であるため、三次元形状測定装置１００は、被検物３の形状によって大幅に測定速度を向上させることができる。
【００７４】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、制御部４１は、検出部２０（光プローブ２０Ａ）の相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５により測定ヘッド（支持部）１３の移動が停止したことが検出され且つステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）１４によりステージ（設置部）３１の傾斜または回転が停止したことが検出された後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をする例について説明したが、これに限られるものではない。
【００７５】
制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５により測定ヘッド（支持部）１３の移動が停止したことが検出された後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をしてもよい。例えば、被検物３を把持するステージ３１の姿勢が固定であるような形状測定装置の場合、検出部２０の移動が停止したことを検出した後、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。これにより、三次元形状測定装置１００は、検出部２０を被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を、同様に向上させることができる。
【００７６】
また、制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をしてもよい。例えば、検出部２０の移動の停止やステージ３１の傾斜または回転の停止を検出しなくても、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。この場合においても、三次元形状測定装置１００は、検出部２０を被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を、同様に向上させることができる。
【００７７】
また、制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後に限らずその他の期間においても、所定のサンプリング周期で検出部２０により検出された画像情報に基づいて、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
【００７８】
また、座標算出部５３は、算出した各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データに、静止判定部５８が検出した変位量のデータを関連付けて記憶部５５に記憶させてもよい。例えば、座標算出部５３は、静止判定部５８による検出部２０の相対的な静止判定結果によらず、検出部２０により検出された画像情報などに基づいて、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出し、検出時の静止判定結果を関連付けて記憶させてもよい。そして、座標算出部５３は、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出する際に、記憶部５５から読み出した各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データのうち、検出時の静止判定結果により測定精度を満足している座標値のみに基づいて、被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出する制御をしてもよい。
【００７９】
なお、上記実施形態において、検出部２０が変位センサを備えている構成としてもよい。この場合、検出部２０が備えている変位センサが被検物３に対する検出部２０の変位量を検出することにより、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
ここで、検出部２０が備えている変位センサは、例えば、加速度センサ、または各速度センサ等、であってもよい。
また、静止判定部（判定部）５８は、単位時間に関わらず所定の閾値を超える変位量を検出した場合には静止していないと判定してもよい。また、静止判定部（判定部）５８は、判定には変位量を用いずに、例えば撮像部２２が撮像する画素情報を用いて静止しているか否かの判定を行うこともできる。
【００８０】
なお、図１における制御部４１は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部４１の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【００８１】
また、上述の制御部４１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述の制御部４１の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００８２】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１０…移動部、１３…測定ヘッド（支持部）、１５…ヘッド位置検出部（移動位置検出部）２０…検出部、３１…ステージ（設置部）、３２…支持テーブル（傾斜回転部）、３４…ステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）、４１…制御部、５３…座標算出部（算出部）、５８…静止判定部（判定部）、１００…三次元形状測定装置（形状測定装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる制御部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記被検物に対する前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御した後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記検出部を支持する支持部と、
前記支持部を移動させる移動部と、
前記支持部の位置を検出する移動位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御して、前記移動位置検出部により前記支持部の移動が停止したことが検出された後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記被検物が設置されて前記被検物を把持する設置部と、
前記設置部を傾斜または回転させる傾斜回転部と、
前記設置部の傾斜位置または回転位置を検出する傾斜回転位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御して、前記移動位置検出部により前記支持部の移動が停止したことが検出され且つ前記傾斜回転位置検出部により前記設置部の傾斜または回転が停止したことが検出された後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記判定部は、
前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報が予め定められた閾値以下であるか否かを判定し、予め定められた閾値以下であると判定した場合、前記検出部が相対的に静止していると判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記被検物に照射されたライン状の計測光によって前記被検物の表面に形成される陰影パターンに基づいて、前記被検物の表面の形状を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
形状測定装置における形状測定方法であって、
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、
前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項９】
形状測定装置が備えるコンピュータに、
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、
前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１】
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる制御部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記被検物に対する前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御した後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記検出部を支持する支持部と、
前記支持部を移動させる移動部と、
前記支持部の位置を検出する移動位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御して、前記移動位置検出部により前記支持部の移動が停止したことが検出された後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記被検物が設置されて前記被検物を把持する設置部と、
前記設置部を傾斜または回転させる傾斜回転部と、
前記設置部の傾斜位置または回転位置を検出する傾斜回転位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御して、前記移動位置検出部により前記支持部の移動が停止したことが検出され且つ前記傾斜回転位置検出部により前記設置部の傾斜または回転が停止したことが検出された後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記判定部は、
前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報が予め定められた閾値以下であるか否かを判定し、予め定められた閾値以下であると判定した場合、前記検出部が相対的に静止していると判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記被検物に照射されたライン状の計測光によって前記被検物の表面に形成される陰影パターンに基づいて、前記被検物の表面の形状を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
形状測定装置における形状測定方法であって、
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、
前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項９】
形状測定装置が備えるコンピュータに、
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、
前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、
を実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２０３３９（Ｐ２０１２−２２０３３９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６３０４（Ｐ２０１１−８６３０４）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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