形状測定装置
【課題】被検物の三次元形状を測定する際に必要なメモリの容量を効率的に削減する。
【解決手段】形状測定装置において、ステップＳ５において、スポット光の照射位置が変化したと判定され、ステップＳ６において、過去にデータセットを記録した照射位置でないと判定された場合、測定データ、中間データおよび測定用画像データを含むデータセットを記録する。また、スポット光の照射位置が変化したか否かに関わらず、ステップＳ７において、現在のスポット光の照射位置でまだＮ回データセットを記録していないと判定された場合、データセットを記録し、すでにＮ回データセットを記録していると判定された場合、データセットを記録しない。本発明は、例えば、三次元形状測定装置に適用できる。
【解決手段】形状測定装置において、ステップＳ５において、スポット光の照射位置が変化したと判定され、ステップＳ６において、過去にデータセットを記録した照射位置でないと判定された場合、測定データ、中間データおよび測定用画像データを含むデータセットを記録する。また、スポット光の照射位置が変化したか否かに関わらず、ステップＳ７において、現在のスポット光の照射位置でまだＮ回データセットを記録していないと判定された場合、データセットを記録し、すでにＮ回データセットを記録していると判定された場合、データセットを記録しない。本発明は、例えば、三次元形状測定装置に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関し、特に、被検物の三次元形状を測定する場合に用いて好適な形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクティブステレオ法を用いて被検物の三次元形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
アクティブステレオ法を用いた形状測定装置では、スポット光、ライン光などの所定の形状の光（以下、測定光と称する）が被検物に照射され、測定光が照射された被検物が撮像される。次に、測定光を発する光源の位置、測定光の光軸の方向、被検物を撮像する撮像装置の位置、撮像装置の光学系の光軸の方向、および、被検物を撮像した画像における測定光の照射位置に基づいて、三角測量の原理を用いて、所定の三次元の座標空間における被検物の測定光が照射されている位置の座標が測定される。そして、測定光を走査しながら、被検物の各部の座標を測定することにより、被検物の三次元形状が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１１−５０９９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアクティブステレオ法を用いた形状測定装置では、撮像した画像のデータを全てメモリに蓄積しているため、測定に必要のない画像データまで蓄積されてしまい、その結果、必要なメモリの容量が大きくなっていた。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被検物の三次元形状を測定する際に必要なメモリの容量を効率的に削減できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面の形状測定装置は、被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、前記照射位置の座標と同じ座標において取得した前記像の記録数が、１以上の自然数であるＮ個未満の場合は、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録するように制御する記録制御手段とを備える。
【０００８】
本発明の第１の側面においては、被検物の表面に光が照射され、前記表面からの反射光による像が取得され、取得された前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標が測定され、前記照射位置の座標と同じ座標において取得した前記像の記録数が、１以上の自然数であるＮ個未満の場合は、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットが記録される。
【０００９】
本発明の第２の側面の形状測定装置は、被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、前記照射位置の座標が異なる座標に変化したときのみ、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録し、前記照射位置の座標が異なる座標に変化しないときは、前記データセットを記録しないように制御する記録制御手段とを備える。
【００１０】
本発明の第２の側面においては、被検物の表面に光が照射され、前記表面からの反射光による像が取得され、取得された前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標が測定され、前記照射位置の座標が異なる座標に変化したときのみ、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットが記録され、前記照射位置の座標が異なる座標に変化しないときは、前記データセットが記録されない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、被検物の三次元形状を測定する際に必要なメモリの容量を効率的に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した形状測定システムの第１の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【図２】形状測定装置の光切断プローブの構成例を示す図である。
【図３】形状測定装置の制御装置、および、コンピュータにより実現される機能の構成の例を示すブロック図である。
【図４】形状測定システムにより実行される形状測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明を適用した形状測定システムの第２の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．変形例
【００１４】
＜１．第１の実施の形態＞
［形状測定装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態である形状測定システム１の構成の例を示す斜視図である。
【００１５】
形状測定システム１は、形状測定装置１１、コンピュータ１２およびモニタ１３により構成され、形状測定装置１１とコンピュータ１２が接続され、コンピュータ１２とモニタ１３が接続されている。
【００１６】
形状測定装置１１は、光プローブ２２により定盤２１の上に載置されている被検物２にビーム径が非常に小さいスポット光を照射しながら被検物２を撮像し、得られた画像（以下、測定用画像と称する）を用いて、アクティブステレオ法により被検物２の三次元形状を測定する三次元形状測定装置である。
【００１７】
光プローブ２２は、Ｚステージ２３およびコラム２４が駆動されることにより、鉛直方向に沿ったＺ軸方向、および、Ｚ軸方向に直交するとともに互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。より具体的には、光プローブ２２は、Ｚ軸方向に細長い形状のＺステージ２３の下方の先端に装着されており、Ｚステージ２３は、Ｘ軸方向に延びるコラム２４の梁部２４Ａに装着されている。Ｚステージ２３は、形状測定装置１１に内蔵されている制御装置２８の制御の基に、図示せぬアクチュエータなどによりコラム２４の梁部２４Ａに沿って駆動されるとともに、自身の長手方向に沿って駆動される。また、コラム２４は、梁部２４Ａの両端を脚部２４Ｂ，２４Ｃにより支持するコ字形状をしており、制御装置２８の制御の基に、図示せぬアクチュエータなどにより脚部２４Ｂが定盤２１上に設けられたガイド２５により案内されてＹ軸方向に駆動される。なお、ガイド２５が設けられていない側の脚部２４Ｃの下端は、例えば、エアーガイドとなっている。
【００１８】
このように、光プローブ２２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動することができ、被検物２を動かさずに、被検物２にスポット光を照射する位置、および、被検物２を撮像する位置を変更することが可能である。
【００１９】
また、定盤２１には、光プローブ２２による測定が可能な範囲内であって被検物２の測定の邪魔とならない位置（例えば、定盤２１上の測定が可能な範囲の周辺部）に、基準球２６および基準面２７が校正用のゲージとして配置されている。基準球２６は、所定の真球度で形成された球形状の部材である。基準面２７は、Ｚ軸に対して直交するように所定の平面度で形成された平面である。
【００２０】
制御装置２８は、例えば、CPU（Central Processing Unit）などにより構成され、Ｚステージ２３およびコラム２４の駆動を制御するとともに、Ｚステージ２３およびコラム２４の位置を示すデータをコンピュータ１２に供給する。また、制御装置２８は、光プローブ２２の動作を制御するとともに、光プローブ２２から測定用画像のデータ（以下、測定用画像データと称する）を取得し、コンピュータ１２に供給する。さらに、制御装置２８は、図４を参照して後述するように、被検物２の各部の座標を測定し、測定結果を示すデータ（以下、測定データと称する）、および、被検物２の各部の座標の測定に用いたデータ（以下、中間データと称する）をコンピュータ１２に供給する。
【００２１】
コンピュータ１２は、形状測定装置１１から供給される測定データ、中間データ、および、測定用画像データを記録する。また、コンピュータ１２は、測定データに基づいて、被検物２の三次元形状の演算を行う。さらに、コンピュータ１２は、測定データ、中間データ、および、測定用画像データに基づいて、被検物２の三次元形状の測定結果を示す画像を生成し、モニタ１３に表示させる。
【００２２】
なお、形状測定装置１１では、形状測定装置１１の各部および被検物２の各部の座標が、所定の基準点Ｏを基準とし、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる三次元の座標空間における座標系（以下、測定座標系と称する）により表される。なお、図１に示される基準点Ｏの位置は、その一例であり、任意の位置に設定することが可能である。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向も、互いに直交していれば、必ずしも図１に示される方向でなくてもよい。
【００２３】
［光プローブの構成］
図２は、形状測定装置１１の光プローブ２２の構成例を示す図である。
【００２４】
光プローブ２２は、スポット光を照射する照射ユニット４１と、スポット光が照射された被検物２からの反射光による像を撮像する撮像ユニット４２とを備えて構成される。
【００２５】
照射ユニット４１の発光素子５１は、例えば、LED（Light Emitting Diode）や、LD（Laser Diode）などにより構成される。発光素子５１から発せられたスポット光は、コンデンサレンズ５２により平行光束となるように集光されて、照射ユニット４１から射出される。
【００２６】
撮像ユニット４２の撮像素子６２は、例えば、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサ、または、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにより構成され、撮像レンズ６１を介して、スポット光が照射された被検物２からの反射光による像を撮像する。撮像素子６２は、撮像の結果得られた測定用画像データを制御装置２８に供給する。
【００２７】
また、照射ユニット４１および撮像ユニット４２は、発光素子５１から射出されるスポット光の光軸Ｌ１と撮像ユニット４２の光学系の光軸Ｌ２とが所定の角度（例えば、４５°）となるように光プローブ２２に組み込まれている。さらに、光プローブ２２は、光軸Ｌ１がＺ軸と平行になり、光軸Ｌ２がＹ軸に対して垂直になるように、Ｚステージ２３の先端に装着されている。
【００２８】
ここで、アクティブステレオ法による被検物２の三次元形状の測定方法の一例について簡単に説明する。
【００２９】
例えば、被検物２の三次元形状の測定に用いる基準点として、光軸Ｌ１上の発光素子５１の下端の点を基準点Ａとし、撮像素子６２の受光面の中央の点を基準点Ｂとする。ここで、照射ユニット４１と撮像ユニット４２の相対位置が変化しないので、基準点Ａと基準点Ｂを結ぶ線分ＡＢの長さは既知の値となる。また、照射ユニット４１と撮像ユニット４２の相対位置に加えて、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向も変化しないので、線分ＡＢと光軸Ｌ１の間の角度α、および、線分ＡＢと光軸Ｌ２の間の角度βも既知の値となる。さらに、被検物２の表面においてスポット光が照射されている点を測定点Ｐとすると、基準点Ｂと測定点Ｐとを結ぶ線分ＢＰと光軸Ｌ２の間の角度γは、測定用画像における測定点Ｐの座標、換言すれば、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標に基づいて、既知の手法を用いて求めることができる。
【００３０】
そして、線分ＡＢの長さ、角度α乃至γ、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向から、三角測量の原理に基づいて、基準点Ａおよび基準点Ｂに対する測定点Ｐの相対位置を求めることができる。
【００３１】
また、発光素子５１および撮像素子６２とＺステージ２３の相対位置が変化しないので、測定座標系における基準点Ａおよび基準点Ｂの座標は、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置（Ｚステージ２３およびコラム２４の所定の位置の測定座標系における座標）に基づいて求めることができる。従って、基準点Ａおよび基準点Ｂに対する測定点Ｐの相対位置、および、測定座標系における基準点Ａおよび基準点Ｂの座標に基づいて、測定座標系における測定点Ｐの座標を求めることができる。
【００３２】
そして、被検物２の表面をスポット光を走査し、測定点Ｐを移動させながら、測定座標系における被検物２の各部の座標を測定することにより、被検物２の三次元形状を測定することができる。
【００３３】
［制御装置２８およびコンピュータ１２の機能の構成］
図３は、形状測定装置１１の制御装置２８およびコンピュータ１２により実現される機能の構成の例を示すブロック図である。
【００３４】
測定制御部１０１は、Ｚステージ２３およびコラム２４の駆動を制御して、光プローブ２２を移動させることにより、照射ユニット４１によるスポット光の照射位置、および、撮像ユニット４２による撮像位置を移動させる。また、測定制御部１０１は、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置を示すデータを測定部１０３に供給する。さらに、測定制御部１０１は、照射ユニット４１の発光素子５１の点灯および消灯を制御する。また、測定制御部１０１は、撮像ユニット４２の制御を行うとともに、撮像ユニット４２から供給される測定用画像データを取得し、照射位置検出部１０２および記録制御部１０４に供給する。さらに、測定制御部１０１は、図示せぬ形状測定システム１の操作部を介して入力される各種の処理の指令を取得する。また、測定制御部１０１は、被検物２の三次元形状の演算を演算部１０６に指令する。
【００３５】
照射位置検出部１０２は、測定用画像におけるスポット光の照射位置、すなわち、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定用画像における図２の測定点Ｐの座標）を検出し、検出結果を示すデータを測定部１０３に供給する。
【００３６】
測定部１０３は、図２を参照して上述した方法に基づいて、測定座標系におけるスポット光の照射位置、すなわち、測定座標系における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定座標系における図２の測定点Ｐの座標）を測定する。また、測定部１０３は、測定結果を示す測定データ、および、測定に用いた中間データを記録制御部１０４に供給する。
【００３７】
なお、中間データは、後で測定座標系における測定点Ｐの座標を再演算するために必要なデータを少なくとも含んでいればよく、例えば、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置、図２に示される基準点Ａの座標、基準点Ｂの座標および角度γ、並びに、測定用画像における測定点Ｐの座標のうちの全部または一部を含む。また、図２に示される線分ＡＢの長さ、角度αおよび角度βは、測定座標系における測定点Ｐの座標の測定に用いるデータではあるが、既知の値なので、必ずしも中間データに含める必要はない。
【００３８】
記録制御部１０４は、図４を参照して後述するように、測定データ、中間データ、および、測定用画像データを互いに関連づけたデータセットの記録部１０５への記録を制御する。
【００３９】
記録部１０５は、例えば、ハードディスクドライブまたはフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリにより構成される。
【００４０】
演算部１０６は、図４を参照して後述するように、記録部１０５に記録されている測定データ、中間データ、および、測定用画像データに基づいて、被検物２の三次元形状の演算を行い、被検物２の三次元形状の測定結果を示すデータを生成する。演算部１０６は、生成したデータを表示制御部１０７に供給する。
【００４１】
表示制御部１０７は、演算部１０６から供給されるデータに基づいて、被検物２の三次元形状の測定結果をモニタ１３に表示させる。
【００４２】
なお、図３の各部を、制御装置２８およびコンピュータ１２のいずれで実現するかは、任意に設定することが可能である。例えば、測定制御部１０１乃至測定部１０３を制御装置２８により実現し、記録制御部１０４乃至表示制御部１０７をコンピュータ１２により実現するようにしてもよいし、あるいは、全てを制御装置２８またはコンピュータ１２のいずれか一方により実現するようにしてもよい。
【００４３】
［形状測定処理の説明］
次に、図４のフローチャートを参照して、形状測定システム１により実行される形状測定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、定盤２１の上に被検物２が載置され、図示せぬ形状測定システム１の操作部を介して形状測定処理の実行の指令が入力され、その指令が測定制御部１０１に供給されたとき開始される。
【００４４】
ステップＳ１において、形状測定装置１１は、スポット光の照射および被検物２からの反射光による像の撮像を開始する。具体的には、測定制御部１０１は、照射ユニット４１の発光素子５１を点灯させ、被検物２へのスポット光の照射を開始させる。また、測定制御部１０１は、撮像ユニット４２に被検物２からの反射光による像の撮像を開始させる。さらに、測定制御部１０１は、撮像ユニット４２から測定用画像データを取得し、取得した測定用画像データを照射位置検出部１０２および記録制御部１０４に供給する処理を開始する。
【００４５】
ステップＳ２において、形状測定装置１１は、スポット光の走査を開始する。すなわち、測定制御部１０１は、予め設定されている走査範囲を予め設定されている走査順序でスポット光が走査されるように、Ｚステージ２３およびコラム２４の駆動の制御を開始する。また、測定制御部１０１は、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置を示すデータを測定部１０３に供給する処理を開始する。
【００４６】
ステップＳ３において、照射位置検出部１０２は、測定用画像におけるスポット光の照射位置の検出を開始する。すなわち、照射位置検出部１０２は、所定の手法を用いて、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定用画像における図２の測定点Ｐの座標）を検出し、検出結果を示すデータを測定部１０３に供給する処理を開始する。
【００４７】
なお、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標を検出する手法は、特に限定されるものではなく、任意の手法を採用することが可能である。
【００４８】
ステップＳ４において、測定部１０３は、測定座標系におけるスポット光の照射位置の測定を開始する。すなわち、測定部１０３は、図２を参照して上述した方法に基づいて、測定座標系における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定座標系における図２の測定点Ｐの座標）を測定し、測定データおよび中間データを記録制御部１０４に供給する処理を開始する。
【００４９】
ステップＳ５において、記録制御部１０４は、スポット光の照射位置が変化したか否かを判定する。記録制御部１０４は、前回の測定データと今回の測定データが異なる場合、換言すれば、測定座標系における測定点Ｐの座標の測定結果が前回から変化している場合、スポット光の照射位置が変化したと判定し、処理はステップＳ６に進む。
【００５０】
ステップＳ６において、記録制御部１０４は、過去にデータセットを記録した照射位置であるか否かを判定する。具体的には、記録制御部１０４は、現在実行中の形状測定処理でこれまでに記録部１０５に記録されているデータセットの中から、今回の測定データと一致する測定データを含むデータセットを検索する。そして、記録制御部１０４は、該当するデータセットが見つかった場合、過去にデータセットを記録した照射位置であると判定し、処理はステップＳ７に進む。
【００５１】
一方、ステップＳ５において、記録制御部１０４は、前回の測定データと今回の測定データが同じ場合、換言すれば、測定座標系における測定点Ｐの座標の測定結果が前回から変化していない場合、スポット光の照射位置が変化していないと判定し、ステップＳ６の処理はスキップされ、処理はステップＳ７に進む。
【００５２】
ステップＳ７において、記録制御部１０４は、現在の照射位置ですでにＮ回データセットを記録しているか否かを判定する。具体的には、記録制御部１０４は、現在実行中の形状測定処理でこれまでに記録部１０５に記録されているデータセットの中から、今回の測定データと一致する測定データを含むデータセットの個数を調べる。記録制御部１０４は、見つかったデータセットの個数がＮ個（Ｎは１以上の自然数）未満である場合、現在の照射位置でまだＮ回データセットを記録していないと判定し、処理はステップＳ８に進む。
【００５３】
一方、ステップＳ６において、記録制御部１０４は、該当するデータセットが見つからなかった場合、過去にデータセットを記録した照射位置でないと判定し、ステップＳ７の処理はスキップされ、処理はステップＳ８に進む。
【００５４】
ステップＳ８において、記録部１０５は、記録制御部１０４の制御の基に、現在の照射位置におけるデータセットを記録する。具体的には、記録制御部１０４は、今回の測定データ、並びに、今回の測定に用いた中間データおよび測定用画像データを互いに関連づけて、１つのデータセットとして記録部１０５に記録させる。その後、処理はステップＳ９に進む。
【００５５】
一方、ステップＳ７において、記録制御部１０４は、見つかったデータセットの個数がＮ個以上である場合、現在の照射位置ですでにＮ回データセットを記録していると判定し、ステップＳ８の処理はスキップされ、データセットの記録が行われずに、処理はステップＳ９に進む。
【００５６】
ステップＳ９において、測定制御部１０１は、被検物２の形状の測定を終了するか否かを判定する。被検物２の形状の測定を終了しないと判定された場合、処理はステップＳ５に戻る。
【００５７】
その後、ステップＳ９において、被検物２の形状の測定を終了すると判定されるまで、ステップＳ５乃至Ｓ９の処理が繰り返し実行される。これにより、被検物２の表面をスポット光を走査しながら、測定座標系における被検物２の各部の座標が測定されるともに、各座標ごとに最大Ｎ個までデータセットが記録される。
【００５８】
一方、ステップＳ９において、測定制御部１０１は、例えば、設定されている走査範囲内のスポット光の走査が完了した場合、あるいは、図示せぬ操作部を介して入力された形状測定処理の終了の指令を取得した場合、被検物２の形状の測定を終了すると判定し、処理はステップＳ１０に進む。
【００５９】
ステップＳ１０において、形状測定システム１は、被検物２の形状の測定を終了する。すなわち、測定制御部１０１は、Ｚステージ２３およびコラム２４を停止させ、照射ユニット４１の発光素子５１を消灯し、撮像ユニット４２の撮像を停止させる。
【００６０】
ステップＳ１１において、形状測定システム１は、測定結果を表示する。具体的には、測定制御部１０１は、被検物２の三次元形状の演算を演算部１０６に指令する。演算部１０６は、今回の形状測定処理で記録部１０５に記録された全てのデータセットを読み出す。そして、例えば、演算部１０６は、各データセットに含まれる測定データに基づいて、被検物２のポリゴン画像のデータを生成し、表示制御部１０７に供給する。表示制御部１０７は、取得したデータに基づいて、被検物２のポリゴン画像をモニタ１３に表示させる。
【００６１】
また、例えば、演算部１０６は、各データセットに含まれる測定用画像データを用いて、被検物２のポリゴン画像に実際の被検物２の画像を貼り合わせることにより、被検物２の三次元画像のデータを生成し、表示制御部１０７に供給する。表示制御部１０７は、取得したデータに基づいて、被検物２の三次元画像をモニタ１３に表示させる。
【００６２】
さらに、例えば、演算部１０６は、各データセットに含まれる測定データに基づいて、被検物２の各部の寸法を算出し、算出した寸法のデータを表示制御部１０７に供給する。表示制御部１０７は、取得したデータに基づいて、例えば、被検物２のポリゴン画像または三次元画像に各部の寸法を重畳して、モニタ１３に表示させる。
【００６３】
その後、形状測定処理は終了する。
【００６４】
以上のようにして、被検物２の異なる座標に対して、必ずデータセットが記録されるとともに、被検物２の同じ座標に対して、最大Ｎ個までしかデータセットが記録されないようになり、測定に必要なメモリの容量を効率的に削減することができる。
【００６５】
＜２．第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態である形状測定システム２０１の構成の例を示す斜視図である。
【００６６】
形状測定システム２０１は、図１の形状測定システム１と比較して、形状測定装置１１の代わりに、形状測定装置２１１が設けられている点が異なる。また、形状測定装置２１１は、形状測定装置１１と比較して、光プローブ２２を移動させる機構として、Ｚステージ２３およびコラム２４の代わりにアーム２２１を採用している点が異なる。
【００６７】
アーム２２１は、その先端に装着されている光プローブ２２を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に平行移動させるだけでなく、所定の軸回りに回転させることができる。これにより、形状測定装置２１１では、図２の基準点Ａおよび基準点Ｂの座標に加えて、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向が変化する。
【００６８】
なお、形状測定システム２０１の形状測定処理は、形状測定システム１と同様に、図４のフローチャートに従って実行することが可能である。
【００６９】
ただし、形状測定システム２０１では、上述したように、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標に加えて、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向が変化するので、例えば、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標を検出するために、測定座標系におけるアーム２２１の先端の座標を検出したり、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向を検出するために、アーム２２１の先端の向きを検出したりする必要がある。また、検出したアーム２２１の先端の座標および向きのデータ、または、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標、並びに、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向のデータの少なくとも一方のデータを、中間データに含めて記録する必要がある。
【００７０】
＜３．変形例＞
なお、光プローブ２２を移動する機構は、上述した例に限定されるものではなく、本発明は、例えば、上述した例とは異なる機構を採用したり、あるいは、光プローブ２２を手に持って移動させたりする場合にも適用することができる。また、本発明は、例えば、被検物２を移動可能なステージ等に載置し、光プローブ２２の代わりに被検物２を移動させる場合にも適用することができる。
【００７１】
さらに、以上の説明では、光プローブ２２における基準点Ａと基準点Ｂの相対位置が変化しない例を示したが、本発明は、基準点Ａと基準点Ｂの相対位置が変化するようなプローブを用いる場合にも適用することができる。
【００７２】
また、例えば、図４の形状測定処理において、ステップＳ６およびＳ７の処理を省略して、ステップＳ５において、スポット光の照射位置が変化したと判定された場合、ステップＳ８に進み、スポット光の照射位置が変化していないと判定された場合、ステップＳ８の処理をスキップし、ステップＳ９に進むようにしてもよい。すなわち、スポット光の照射位置が変化したと判定された場合、必ずデータセットを記録するようにして、スポット光の照射位置が変化していないと判定された場合、必ずデータセットを記録しないようにしてもよい。この場合、被検物２の同じ座標に対してＮ個以上データセットが記録される場合が生じるが、少なくともスポット光が同じ位置に照射され続けている場合に、データセットが記録され続けることが防止されるため、測定に必要なメモリの容量を効率的に削減することが可能である。
【００７３】
さらに、例えば、図４の形状測定処理において、ステップＳ５において、スポット光の照射位置が変化していないと判定された場合、ステップＳ６乃至Ｓ８の処理をスキップし、ステップＳ９に進むようにしてもよい。すなわち、スポット光の照射位置が変化していない場合には、その照射位置においてまだＮ回データセットが記録していない場合でも、データセットを記録しないようにしてもよい。
【００７４】
また、中間データの記録は必ずしも必須ではなく、後で特に使用しない場合には、測定データと測定用画像データのみをデータセットとして記録するようにしてもよい。
【００７５】
さらに、以上の説明では、同じ測定データ（同じ被検物１２の座標）に対して、最大Ｎ個までデータセットを記録する例を示したが、測定データが同じでも、中間データが異なる場合、それぞれのデータセットを区別して記録するようにしてもよい。例えば、スポット光が同じ位置に照射されており、測定データが同じ値になる場合でも、光プローブ２２の位置が異なり、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標（中間データ）が異なるとき、それぞれの組み合わせについて、最大Ｎ個までデータセットを記録するようにしてもよい。これにより、例えば、同じ被検物１２の座標に対して、異なる位置から撮像した測定用画像データを、それぞれ最大Ｎ個まで記録することが可能になる。
【００７６】
また、以上の説明では、測定光としてスポット光を用いる例を示したが、本発明は、例えば、ライン光やパターン光など、スポット光以外の形状の測定光を用いる場合にも適用することができる。この場合、測定座標系において測定光の像が複数の座標にわたるため、１回の測定データに複数の座標が含まれることになる。従って、例えば、図４のステップＳ５において、前回の測定データと今回の測定データとを比較して、１つでも座標が異なる場合に、スポット光の照射位置が変化したと判定するようにしてもよいし、あるいは、所定の割合以上（例えば、２０％以上）の座標が異なる場合に、スポット光の照射位置が変化したと判定するようにしてもよい。これは、図４のステップＳ６の判定においても同様である。
【００７７】
また、以上の説明では、被検物２の全ての座標の測定が終わってから、被検物２の三次元形状を演算し、測定結果を表示する例を示したが、被検物２の各部の座標の測定と並行して、被検物２の三次元形状を演算し、測定結果の表示を適宜更新していくようにしてもよい。
【００７８】
なお、本明細書において、システムの用語は、複数の装置、手段などより構成される全体的な装置を意味するものとする。
【００７９】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 形状測定システム， ２ 被検物， １１ 形状測定装置， １２ コンピュータ， １３ モニタ， ２１ 定盤， ２２ 光プローブ， ２３ Ｚステージ， ２４ コラム， ２５ ガイド， ２８ 制御装置， ４１ 照射ユニット， ４２ 撮像ユニット， ５１ 発光素子， ６２ 撮像素子， １０１ 測定制御部， １０２ 照射位置検出部， １０３ 測定部， １０４ 記録制御部， １０５ 記録部， １０６ 演算部， １０７ 表示制御部， ２０１ 形状測定システム， ２１１ 形状測定装置， ２２１ アーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関し、特に、被検物の三次元形状を測定する場合に用いて好適な形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクティブステレオ法を用いて被検物の三次元形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
アクティブステレオ法を用いた形状測定装置では、スポット光、ライン光などの所定の形状の光（以下、測定光と称する）が被検物に照射され、測定光が照射された被検物が撮像される。次に、測定光を発する光源の位置、測定光の光軸の方向、被検物を撮像する撮像装置の位置、撮像装置の光学系の光軸の方向、および、被検物を撮像した画像における測定光の照射位置に基づいて、三角測量の原理を用いて、所定の三次元の座標空間における被検物の測定光が照射されている位置の座標が測定される。そして、測定光を走査しながら、被検物の各部の座標を測定することにより、被検物の三次元形状が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１１−５０９９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアクティブステレオ法を用いた形状測定装置では、撮像した画像のデータを全てメモリに蓄積しているため、測定に必要のない画像データまで蓄積されてしまい、その結果、必要なメモリの容量が大きくなっていた。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被検物の三次元形状を測定する際に必要なメモリの容量を効率的に削減できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面の形状測定装置は、被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、前記照射位置の座標と同じ座標において取得した前記像の記録数が、１以上の自然数であるＮ個未満の場合は、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録するように制御する記録制御手段とを備える。
【０００８】
本発明の第１の側面においては、被検物の表面に光が照射され、前記表面からの反射光による像が取得され、取得された前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標が測定され、前記照射位置の座標と同じ座標において取得した前記像の記録数が、１以上の自然数であるＮ個未満の場合は、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットが記録される。
【０００９】
本発明の第２の側面の形状測定装置は、被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、前記照射位置の座標が異なる座標に変化したときのみ、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録し、前記照射位置の座標が異なる座標に変化しないときは、前記データセットを記録しないように制御する記録制御手段とを備える。
【００１０】
本発明の第２の側面においては、被検物の表面に光が照射され、前記表面からの反射光による像が取得され、取得された前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標が測定され、前記照射位置の座標が異なる座標に変化したときのみ、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットが記録され、前記照射位置の座標が異なる座標に変化しないときは、前記データセットが記録されない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、被検物の三次元形状を測定する際に必要なメモリの容量を効率的に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した形状測定システムの第１の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【図２】形状測定装置の光切断プローブの構成例を示す図である。
【図３】形状測定装置の制御装置、および、コンピュータにより実現される機能の構成の例を示すブロック図である。
【図４】形状測定システムにより実行される形状測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明を適用した形状測定システムの第２の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．変形例
【００１４】
＜１．第１の実施の形態＞
［形状測定装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態である形状測定システム１の構成の例を示す斜視図である。
【００１５】
形状測定システム１は、形状測定装置１１、コンピュータ１２およびモニタ１３により構成され、形状測定装置１１とコンピュータ１２が接続され、コンピュータ１２とモニタ１３が接続されている。
【００１６】
形状測定装置１１は、光プローブ２２により定盤２１の上に載置されている被検物２にビーム径が非常に小さいスポット光を照射しながら被検物２を撮像し、得られた画像（以下、測定用画像と称する）を用いて、アクティブステレオ法により被検物２の三次元形状を測定する三次元形状測定装置である。
【００１７】
光プローブ２２は、Ｚステージ２３およびコラム２４が駆動されることにより、鉛直方向に沿ったＺ軸方向、および、Ｚ軸方向に直交するとともに互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。より具体的には、光プローブ２２は、Ｚ軸方向に細長い形状のＺステージ２３の下方の先端に装着されており、Ｚステージ２３は、Ｘ軸方向に延びるコラム２４の梁部２４Ａに装着されている。Ｚステージ２３は、形状測定装置１１に内蔵されている制御装置２８の制御の基に、図示せぬアクチュエータなどによりコラム２４の梁部２４Ａに沿って駆動されるとともに、自身の長手方向に沿って駆動される。また、コラム２４は、梁部２４Ａの両端を脚部２４Ｂ，２４Ｃにより支持するコ字形状をしており、制御装置２８の制御の基に、図示せぬアクチュエータなどにより脚部２４Ｂが定盤２１上に設けられたガイド２５により案内されてＹ軸方向に駆動される。なお、ガイド２５が設けられていない側の脚部２４Ｃの下端は、例えば、エアーガイドとなっている。
【００１８】
このように、光プローブ２２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動することができ、被検物２を動かさずに、被検物２にスポット光を照射する位置、および、被検物２を撮像する位置を変更することが可能である。
【００１９】
また、定盤２１には、光プローブ２２による測定が可能な範囲内であって被検物２の測定の邪魔とならない位置（例えば、定盤２１上の測定が可能な範囲の周辺部）に、基準球２６および基準面２７が校正用のゲージとして配置されている。基準球２６は、所定の真球度で形成された球形状の部材である。基準面２７は、Ｚ軸に対して直交するように所定の平面度で形成された平面である。
【００２０】
制御装置２８は、例えば、CPU（Central Processing Unit）などにより構成され、Ｚステージ２３およびコラム２４の駆動を制御するとともに、Ｚステージ２３およびコラム２４の位置を示すデータをコンピュータ１２に供給する。また、制御装置２８は、光プローブ２２の動作を制御するとともに、光プローブ２２から測定用画像のデータ（以下、測定用画像データと称する）を取得し、コンピュータ１２に供給する。さらに、制御装置２８は、図４を参照して後述するように、被検物２の各部の座標を測定し、測定結果を示すデータ（以下、測定データと称する）、および、被検物２の各部の座標の測定に用いたデータ（以下、中間データと称する）をコンピュータ１２に供給する。
【００２１】
コンピュータ１２は、形状測定装置１１から供給される測定データ、中間データ、および、測定用画像データを記録する。また、コンピュータ１２は、測定データに基づいて、被検物２の三次元形状の演算を行う。さらに、コンピュータ１２は、測定データ、中間データ、および、測定用画像データに基づいて、被検物２の三次元形状の測定結果を示す画像を生成し、モニタ１３に表示させる。
【００２２】
なお、形状測定装置１１では、形状測定装置１１の各部および被検物２の各部の座標が、所定の基準点Ｏを基準とし、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる三次元の座標空間における座標系（以下、測定座標系と称する）により表される。なお、図１に示される基準点Ｏの位置は、その一例であり、任意の位置に設定することが可能である。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向も、互いに直交していれば、必ずしも図１に示される方向でなくてもよい。
【００２３】
［光プローブの構成］
図２は、形状測定装置１１の光プローブ２２の構成例を示す図である。
【００２４】
光プローブ２２は、スポット光を照射する照射ユニット４１と、スポット光が照射された被検物２からの反射光による像を撮像する撮像ユニット４２とを備えて構成される。
【００２５】
照射ユニット４１の発光素子５１は、例えば、LED（Light Emitting Diode）や、LD（Laser Diode）などにより構成される。発光素子５１から発せられたスポット光は、コンデンサレンズ５２により平行光束となるように集光されて、照射ユニット４１から射出される。
【００２６】
撮像ユニット４２の撮像素子６２は、例えば、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサ、または、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにより構成され、撮像レンズ６１を介して、スポット光が照射された被検物２からの反射光による像を撮像する。撮像素子６２は、撮像の結果得られた測定用画像データを制御装置２８に供給する。
【００２７】
また、照射ユニット４１および撮像ユニット４２は、発光素子５１から射出されるスポット光の光軸Ｌ１と撮像ユニット４２の光学系の光軸Ｌ２とが所定の角度（例えば、４５°）となるように光プローブ２２に組み込まれている。さらに、光プローブ２２は、光軸Ｌ１がＺ軸と平行になり、光軸Ｌ２がＹ軸に対して垂直になるように、Ｚステージ２３の先端に装着されている。
【００２８】
ここで、アクティブステレオ法による被検物２の三次元形状の測定方法の一例について簡単に説明する。
【００２９】
例えば、被検物２の三次元形状の測定に用いる基準点として、光軸Ｌ１上の発光素子５１の下端の点を基準点Ａとし、撮像素子６２の受光面の中央の点を基準点Ｂとする。ここで、照射ユニット４１と撮像ユニット４２の相対位置が変化しないので、基準点Ａと基準点Ｂを結ぶ線分ＡＢの長さは既知の値となる。また、照射ユニット４１と撮像ユニット４２の相対位置に加えて、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向も変化しないので、線分ＡＢと光軸Ｌ１の間の角度α、および、線分ＡＢと光軸Ｌ２の間の角度βも既知の値となる。さらに、被検物２の表面においてスポット光が照射されている点を測定点Ｐとすると、基準点Ｂと測定点Ｐとを結ぶ線分ＢＰと光軸Ｌ２の間の角度γは、測定用画像における測定点Ｐの座標、換言すれば、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標に基づいて、既知の手法を用いて求めることができる。
【００３０】
そして、線分ＡＢの長さ、角度α乃至γ、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向から、三角測量の原理に基づいて、基準点Ａおよび基準点Ｂに対する測定点Ｐの相対位置を求めることができる。
【００３１】
また、発光素子５１および撮像素子６２とＺステージ２３の相対位置が変化しないので、測定座標系における基準点Ａおよび基準点Ｂの座標は、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置（Ｚステージ２３およびコラム２４の所定の位置の測定座標系における座標）に基づいて求めることができる。従って、基準点Ａおよび基準点Ｂに対する測定点Ｐの相対位置、および、測定座標系における基準点Ａおよび基準点Ｂの座標に基づいて、測定座標系における測定点Ｐの座標を求めることができる。
【００３２】
そして、被検物２の表面をスポット光を走査し、測定点Ｐを移動させながら、測定座標系における被検物２の各部の座標を測定することにより、被検物２の三次元形状を測定することができる。
【００３３】
［制御装置２８およびコンピュータ１２の機能の構成］
図３は、形状測定装置１１の制御装置２８およびコンピュータ１２により実現される機能の構成の例を示すブロック図である。
【００３４】
測定制御部１０１は、Ｚステージ２３およびコラム２４の駆動を制御して、光プローブ２２を移動させることにより、照射ユニット４１によるスポット光の照射位置、および、撮像ユニット４２による撮像位置を移動させる。また、測定制御部１０１は、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置を示すデータを測定部１０３に供給する。さらに、測定制御部１０１は、照射ユニット４１の発光素子５１の点灯および消灯を制御する。また、測定制御部１０１は、撮像ユニット４２の制御を行うとともに、撮像ユニット４２から供給される測定用画像データを取得し、照射位置検出部１０２および記録制御部１０４に供給する。さらに、測定制御部１０１は、図示せぬ形状測定システム１の操作部を介して入力される各種の処理の指令を取得する。また、測定制御部１０１は、被検物２の三次元形状の演算を演算部１０６に指令する。
【００３５】
照射位置検出部１０２は、測定用画像におけるスポット光の照射位置、すなわち、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定用画像における図２の測定点Ｐの座標）を検出し、検出結果を示すデータを測定部１０３に供給する。
【００３６】
測定部１０３は、図２を参照して上述した方法に基づいて、測定座標系におけるスポット光の照射位置、すなわち、測定座標系における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定座標系における図２の測定点Ｐの座標）を測定する。また、測定部１０３は、測定結果を示す測定データ、および、測定に用いた中間データを記録制御部１０４に供給する。
【００３７】
なお、中間データは、後で測定座標系における測定点Ｐの座標を再演算するために必要なデータを少なくとも含んでいればよく、例えば、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置、図２に示される基準点Ａの座標、基準点Ｂの座標および角度γ、並びに、測定用画像における測定点Ｐの座標のうちの全部または一部を含む。また、図２に示される線分ＡＢの長さ、角度αおよび角度βは、測定座標系における測定点Ｐの座標の測定に用いるデータではあるが、既知の値なので、必ずしも中間データに含める必要はない。
【００３８】
記録制御部１０４は、図４を参照して後述するように、測定データ、中間データ、および、測定用画像データを互いに関連づけたデータセットの記録部１０５への記録を制御する。
【００３９】
記録部１０５は、例えば、ハードディスクドライブまたはフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリにより構成される。
【００４０】
演算部１０６は、図４を参照して後述するように、記録部１０５に記録されている測定データ、中間データ、および、測定用画像データに基づいて、被検物２の三次元形状の演算を行い、被検物２の三次元形状の測定結果を示すデータを生成する。演算部１０６は、生成したデータを表示制御部１０７に供給する。
【００４１】
表示制御部１０７は、演算部１０６から供給されるデータに基づいて、被検物２の三次元形状の測定結果をモニタ１３に表示させる。
【００４２】
なお、図３の各部を、制御装置２８およびコンピュータ１２のいずれで実現するかは、任意に設定することが可能である。例えば、測定制御部１０１乃至測定部１０３を制御装置２８により実現し、記録制御部１０４乃至表示制御部１０７をコンピュータ１２により実現するようにしてもよいし、あるいは、全てを制御装置２８またはコンピュータ１２のいずれか一方により実現するようにしてもよい。
【００４３】
［形状測定処理の説明］
次に、図４のフローチャートを参照して、形状測定システム１により実行される形状測定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、定盤２１の上に被検物２が載置され、図示せぬ形状測定システム１の操作部を介して形状測定処理の実行の指令が入力され、その指令が測定制御部１０１に供給されたとき開始される。
【００４４】
ステップＳ１において、形状測定装置１１は、スポット光の照射および被検物２からの反射光による像の撮像を開始する。具体的には、測定制御部１０１は、照射ユニット４１の発光素子５１を点灯させ、被検物２へのスポット光の照射を開始させる。また、測定制御部１０１は、撮像ユニット４２に被検物２からの反射光による像の撮像を開始させる。さらに、測定制御部１０１は、撮像ユニット４２から測定用画像データを取得し、取得した測定用画像データを照射位置検出部１０２および記録制御部１０４に供給する処理を開始する。
【００４５】
ステップＳ２において、形状測定装置１１は、スポット光の走査を開始する。すなわち、測定制御部１０１は、予め設定されている走査範囲を予め設定されている走査順序でスポット光が走査されるように、Ｚステージ２３およびコラム２４の駆動の制御を開始する。また、測定制御部１０１は、測定座標系におけるＺステージ２３およびコラム２４の位置を示すデータを測定部１０３に供給する処理を開始する。
【００４６】
ステップＳ３において、照射位置検出部１０２は、測定用画像におけるスポット光の照射位置の検出を開始する。すなわち、照射位置検出部１０２は、所定の手法を用いて、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定用画像における図２の測定点Ｐの座標）を検出し、検出結果を示すデータを測定部１０３に供給する処理を開始する。
【００４７】
なお、測定用画像における反射光による像（スポット光の像）の座標を検出する手法は、特に限定されるものではなく、任意の手法を採用することが可能である。
【００４８】
ステップＳ４において、測定部１０３は、測定座標系におけるスポット光の照射位置の測定を開始する。すなわち、測定部１０３は、図２を参照して上述した方法に基づいて、測定座標系における反射光による像（スポット光の像）の座標（測定座標系における図２の測定点Ｐの座標）を測定し、測定データおよび中間データを記録制御部１０４に供給する処理を開始する。
【００４９】
ステップＳ５において、記録制御部１０４は、スポット光の照射位置が変化したか否かを判定する。記録制御部１０４は、前回の測定データと今回の測定データが異なる場合、換言すれば、測定座標系における測定点Ｐの座標の測定結果が前回から変化している場合、スポット光の照射位置が変化したと判定し、処理はステップＳ６に進む。
【００５０】
ステップＳ６において、記録制御部１０４は、過去にデータセットを記録した照射位置であるか否かを判定する。具体的には、記録制御部１０４は、現在実行中の形状測定処理でこれまでに記録部１０５に記録されているデータセットの中から、今回の測定データと一致する測定データを含むデータセットを検索する。そして、記録制御部１０４は、該当するデータセットが見つかった場合、過去にデータセットを記録した照射位置であると判定し、処理はステップＳ７に進む。
【００５１】
一方、ステップＳ５において、記録制御部１０４は、前回の測定データと今回の測定データが同じ場合、換言すれば、測定座標系における測定点Ｐの座標の測定結果が前回から変化していない場合、スポット光の照射位置が変化していないと判定し、ステップＳ６の処理はスキップされ、処理はステップＳ７に進む。
【００５２】
ステップＳ７において、記録制御部１０４は、現在の照射位置ですでにＮ回データセットを記録しているか否かを判定する。具体的には、記録制御部１０４は、現在実行中の形状測定処理でこれまでに記録部１０５に記録されているデータセットの中から、今回の測定データと一致する測定データを含むデータセットの個数を調べる。記録制御部１０４は、見つかったデータセットの個数がＮ個（Ｎは１以上の自然数）未満である場合、現在の照射位置でまだＮ回データセットを記録していないと判定し、処理はステップＳ８に進む。
【００５３】
一方、ステップＳ６において、記録制御部１０４は、該当するデータセットが見つからなかった場合、過去にデータセットを記録した照射位置でないと判定し、ステップＳ７の処理はスキップされ、処理はステップＳ８に進む。
【００５４】
ステップＳ８において、記録部１０５は、記録制御部１０４の制御の基に、現在の照射位置におけるデータセットを記録する。具体的には、記録制御部１０４は、今回の測定データ、並びに、今回の測定に用いた中間データおよび測定用画像データを互いに関連づけて、１つのデータセットとして記録部１０５に記録させる。その後、処理はステップＳ９に進む。
【００５５】
一方、ステップＳ７において、記録制御部１０４は、見つかったデータセットの個数がＮ個以上である場合、現在の照射位置ですでにＮ回データセットを記録していると判定し、ステップＳ８の処理はスキップされ、データセットの記録が行われずに、処理はステップＳ９に進む。
【００５６】
ステップＳ９において、測定制御部１０１は、被検物２の形状の測定を終了するか否かを判定する。被検物２の形状の測定を終了しないと判定された場合、処理はステップＳ５に戻る。
【００５７】
その後、ステップＳ９において、被検物２の形状の測定を終了すると判定されるまで、ステップＳ５乃至Ｓ９の処理が繰り返し実行される。これにより、被検物２の表面をスポット光を走査しながら、測定座標系における被検物２の各部の座標が測定されるともに、各座標ごとに最大Ｎ個までデータセットが記録される。
【００５８】
一方、ステップＳ９において、測定制御部１０１は、例えば、設定されている走査範囲内のスポット光の走査が完了した場合、あるいは、図示せぬ操作部を介して入力された形状測定処理の終了の指令を取得した場合、被検物２の形状の測定を終了すると判定し、処理はステップＳ１０に進む。
【００５９】
ステップＳ１０において、形状測定システム１は、被検物２の形状の測定を終了する。すなわち、測定制御部１０１は、Ｚステージ２３およびコラム２４を停止させ、照射ユニット４１の発光素子５１を消灯し、撮像ユニット４２の撮像を停止させる。
【００６０】
ステップＳ１１において、形状測定システム１は、測定結果を表示する。具体的には、測定制御部１０１は、被検物２の三次元形状の演算を演算部１０６に指令する。演算部１０６は、今回の形状測定処理で記録部１０５に記録された全てのデータセットを読み出す。そして、例えば、演算部１０６は、各データセットに含まれる測定データに基づいて、被検物２のポリゴン画像のデータを生成し、表示制御部１０７に供給する。表示制御部１０７は、取得したデータに基づいて、被検物２のポリゴン画像をモニタ１３に表示させる。
【００６１】
また、例えば、演算部１０６は、各データセットに含まれる測定用画像データを用いて、被検物２のポリゴン画像に実際の被検物２の画像を貼り合わせることにより、被検物２の三次元画像のデータを生成し、表示制御部１０７に供給する。表示制御部１０７は、取得したデータに基づいて、被検物２の三次元画像をモニタ１３に表示させる。
【００６２】
さらに、例えば、演算部１０６は、各データセットに含まれる測定データに基づいて、被検物２の各部の寸法を算出し、算出した寸法のデータを表示制御部１０７に供給する。表示制御部１０７は、取得したデータに基づいて、例えば、被検物２のポリゴン画像または三次元画像に各部の寸法を重畳して、モニタ１３に表示させる。
【００６３】
その後、形状測定処理は終了する。
【００６４】
以上のようにして、被検物２の異なる座標に対して、必ずデータセットが記録されるとともに、被検物２の同じ座標に対して、最大Ｎ個までしかデータセットが記録されないようになり、測定に必要なメモリの容量を効率的に削減することができる。
【００６５】
＜２．第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態である形状測定システム２０１の構成の例を示す斜視図である。
【００６６】
形状測定システム２０１は、図１の形状測定システム１と比較して、形状測定装置１１の代わりに、形状測定装置２１１が設けられている点が異なる。また、形状測定装置２１１は、形状測定装置１１と比較して、光プローブ２２を移動させる機構として、Ｚステージ２３およびコラム２４の代わりにアーム２２１を採用している点が異なる。
【００６７】
アーム２２１は、その先端に装着されている光プローブ２２を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に平行移動させるだけでなく、所定の軸回りに回転させることができる。これにより、形状測定装置２１１では、図２の基準点Ａおよび基準点Ｂの座標に加えて、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向が変化する。
【００６８】
なお、形状測定システム２０１の形状測定処理は、形状測定システム１と同様に、図４のフローチャートに従って実行することが可能である。
【００６９】
ただし、形状測定システム２０１では、上述したように、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標に加えて、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向が変化するので、例えば、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標を検出するために、測定座標系におけるアーム２２１の先端の座標を検出したり、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向を検出するために、アーム２２１の先端の向きを検出したりする必要がある。また、検出したアーム２２１の先端の座標および向きのデータ、または、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標、並びに、光軸Ｌ１および光軸Ｌ２の方向のデータの少なくとも一方のデータを、中間データに含めて記録する必要がある。
【００７０】
＜３．変形例＞
なお、光プローブ２２を移動する機構は、上述した例に限定されるものではなく、本発明は、例えば、上述した例とは異なる機構を採用したり、あるいは、光プローブ２２を手に持って移動させたりする場合にも適用することができる。また、本発明は、例えば、被検物２を移動可能なステージ等に載置し、光プローブ２２の代わりに被検物２を移動させる場合にも適用することができる。
【００７１】
さらに、以上の説明では、光プローブ２２における基準点Ａと基準点Ｂの相対位置が変化しない例を示したが、本発明は、基準点Ａと基準点Ｂの相対位置が変化するようなプローブを用いる場合にも適用することができる。
【００７２】
また、例えば、図４の形状測定処理において、ステップＳ６およびＳ７の処理を省略して、ステップＳ５において、スポット光の照射位置が変化したと判定された場合、ステップＳ８に進み、スポット光の照射位置が変化していないと判定された場合、ステップＳ８の処理をスキップし、ステップＳ９に進むようにしてもよい。すなわち、スポット光の照射位置が変化したと判定された場合、必ずデータセットを記録するようにして、スポット光の照射位置が変化していないと判定された場合、必ずデータセットを記録しないようにしてもよい。この場合、被検物２の同じ座標に対してＮ個以上データセットが記録される場合が生じるが、少なくともスポット光が同じ位置に照射され続けている場合に、データセットが記録され続けることが防止されるため、測定に必要なメモリの容量を効率的に削減することが可能である。
【００７３】
さらに、例えば、図４の形状測定処理において、ステップＳ５において、スポット光の照射位置が変化していないと判定された場合、ステップＳ６乃至Ｓ８の処理をスキップし、ステップＳ９に進むようにしてもよい。すなわち、スポット光の照射位置が変化していない場合には、その照射位置においてまだＮ回データセットが記録していない場合でも、データセットを記録しないようにしてもよい。
【００７４】
また、中間データの記録は必ずしも必須ではなく、後で特に使用しない場合には、測定データと測定用画像データのみをデータセットとして記録するようにしてもよい。
【００７５】
さらに、以上の説明では、同じ測定データ（同じ被検物１２の座標）に対して、最大Ｎ個までデータセットを記録する例を示したが、測定データが同じでも、中間データが異なる場合、それぞれのデータセットを区別して記録するようにしてもよい。例えば、スポット光が同じ位置に照射されており、測定データが同じ値になる場合でも、光プローブ２２の位置が異なり、基準点Ａおよび基準点Ｂの座標（中間データ）が異なるとき、それぞれの組み合わせについて、最大Ｎ個までデータセットを記録するようにしてもよい。これにより、例えば、同じ被検物１２の座標に対して、異なる位置から撮像した測定用画像データを、それぞれ最大Ｎ個まで記録することが可能になる。
【００７６】
また、以上の説明では、測定光としてスポット光を用いる例を示したが、本発明は、例えば、ライン光やパターン光など、スポット光以外の形状の測定光を用いる場合にも適用することができる。この場合、測定座標系において測定光の像が複数の座標にわたるため、１回の測定データに複数の座標が含まれることになる。従って、例えば、図４のステップＳ５において、前回の測定データと今回の測定データとを比較して、１つでも座標が異なる場合に、スポット光の照射位置が変化したと判定するようにしてもよいし、あるいは、所定の割合以上（例えば、２０％以上）の座標が異なる場合に、スポット光の照射位置が変化したと判定するようにしてもよい。これは、図４のステップＳ６の判定においても同様である。
【００７７】
また、以上の説明では、被検物２の全ての座標の測定が終わってから、被検物２の三次元形状を演算し、測定結果を表示する例を示したが、被検物２の各部の座標の測定と並行して、被検物２の三次元形状を演算し、測定結果の表示を適宜更新していくようにしてもよい。
【００７８】
なお、本明細書において、システムの用語は、複数の装置、手段などより構成される全体的な装置を意味するものとする。
【００７９】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 形状測定システム， ２ 被検物， １１ 形状測定装置， １２ コンピュータ， １３ モニタ， ２１ 定盤， ２２ 光プローブ， ２３ Ｚステージ， ２４ コラム， ２５ ガイド， ２８ 制御装置， ４１ 照射ユニット， ４２ 撮像ユニット， ５１ 発光素子， ６２ 撮像素子， １０１ 測定制御部， １０２ 照射位置検出部， １０３ 測定部， １０４ 記録制御部， １０５ 記録部， １０６ 演算部， １０７ 表示制御部， ２０１ 形状測定システム， ２１１ 形状測定装置， ２２１ アーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、
取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、
前記照射位置の座標と同じ座標において取得した前記像の記録数が、１以上の自然数であるＮ個未満の場合は、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録するように制御する記録制御手段と
を備える形状測定装置。
【請求項２】
被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、
取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、
前記照射位置の座標が異なる座標に変化したときのみ、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録し、前記照射位置の座標が異なる座標に変化しないときは、前記データセットを記録しないように制御する記録制御手段と
を備える形状測定装置。
【請求項３】
前記データセットは、前記測定手段で前記座標の測定に用いたデータを含む
請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記照射位置の座標に基づいて、前記被検物の三次元形状を演算する演算手段と、
前記被検物の三次元形状の測定結果の表示を制御する表示制御手段と
をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１】
被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、
取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、
前記照射位置の座標と同じ座標において取得した前記像の記録数が、１以上の自然数であるＮ個未満の場合は、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録するように制御する記録制御手段と
を備える形状測定装置。
【請求項２】
被検物の表面に光を照射し、前記表面からの反射光による像を取得することにより、前記被検物の三次元形状を測定する形状測定装置であって、
取得した前記像を用いて、所定の三次元の座標空間における、前記光の前記表面の照射位置の座標を測定する測定手段と、
前記照射位置の座標が異なる座標に変化したときのみ、取得した前記像および前記照射位置の座標を含むデータセットを記録し、前記照射位置の座標が異なる座標に変化しないときは、前記データセットを記録しないように制御する記録制御手段と
を備える形状測定装置。
【請求項３】
前記データセットは、前記測定手段で前記座標の測定に用いたデータを含む
請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記照射位置の座標に基づいて、前記被検物の三次元形状を演算する演算手段と、
前記被検物の三次元形状の測定結果の表示を制御する表示制御手段と
をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２２９３２（Ｐ２０１１−１２２９３２Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８０６８５（Ｐ２００９−２８０６８５）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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