(57)【要約】【課題】ノイズ光を除去できるようにした表面形状測定装置を提供する。【解決手段】表面形状測定装置１Ａは、レーザ光源１１から出射された光が測定対象物２０の表面を走査され、測定対象物２０での反射光をカメラ１６で撮像することで、測定対象物２０の表面形状に倣う光切断画像が取得される。コンピュータ１７は、測定対象物２０に対する光の照射の有無を切り替える照射走査区間と非照射走査区間が設定され、測定対象物２０の全範囲に光を照射して取得した光切断画像と、照射走査区間に光を照射して非照射走査区間で取得した画像を利用して、光切断画像からノイズ光像を除去する。【選択図】        図１
2010019812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に光を照射する光照射部と、
前記光照射部で前記測定対象物に照射された光の反射光を撮像して、前記測定対象物の表面形状に倣う光切断画像を取得する撮像部と、
前記測定対象物に対する光の照射の有無を切り替える照射走査区間と非照射走査区間が設定され、前記測定対象物の測定範囲に光を照射して取得した光切断画像と、照射走査区間に光を照射して非照射走査区間で取得した画像を利用して、前記光切断画像からノイズ光像を除去する制御部と
を備えた表面形状測定装置。
【請求項２】
前記光照射部は、光源から出射された光を集光するレンズ部材と、
前記レンズ部材で集光された光を前記測定対象物に走査する走査部と、
前記走査部で走査される光を、前記測定対象物に対して一定の方向から照射して結像させるテレセントリックレンズとを備え、
前記制御部は、前記走査部による光の走査と、前記光源からの光の出射の有無で、設定された非照射走査区間を非照射状態とする請求項１記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記測定対象物に光を部分的に走査照射して、非照射区間の画像を取得し、光の照射区間端における光量の総和を求めて、光量が極大となる位置を、非照射走査区間として設定する請求項２記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記測定対象物の測定範囲に光を照射して取得した光切断画像から、前記測定対象物の表面形状に倣う形状線像における形状の変化点を求めて非照射走査区間として設定する請求項２記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記測定対象物の測定範囲に光を照射して取得し、画面に表示した光切断画像を用いて、任意の非照射走査区間を設定する請求項２記載の表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面に光を走査照射してその反射光を撮像し、物体の表面形状を測定する表面形状測定装置に関する。詳しくは、非照射走査区間を設定してノイズ光像を取得し、物体の表面形状を撮像した光切断画像からノイズ成分を除去できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面形状を測定する方法の１つとして、三角測量の原理を利用した光切断法と呼ばれる手法がある（例えば、吉澤徹編著  「最新光三次元計測」朝倉書店、２００６年１１月２０日  第１３頁〜第２３頁）。
【０００３】
図１１は、光を使った三角測量法の基本原理を示す説明図である。測定対象物２１２の高さＤは、光照射部２１１と撮像部２１３との距離Ｌと、光照射部２１１と撮像部２１３と測定対象物２１２によって形成される角度α，βによって、以下の（１）式のように定められる。
Ｄ＝｛ｔａｎα＊ｔａｎβ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）｝＊Ｌ＊ｓｉｎβ・・・（１）
【０００４】
光切断法で簡便に高さ情報を得るには、光照射部２１１の光軸と撮像部２１３の光軸を含む面に対して、ライン光の長さ方向の軸と撮像部２１３のカメラ座標の１つの軸（例えばＸ軸）が垂直になるように装置を構成する。
【０００５】
図１２は、測定対称物の高さと形状線像のカメラ座標上位置の関係を示す説明図で、図１２（ａ）は、上述した装置構成を適用した場合の側面図、図１２（ｂ）は、正面図である。ライン光照射部２２１から投じられたライン光２２２は、測定対象物２２３の表面で拡散反射し、その光は結像レンズ２２４を介して二次元の撮像素子２２５上に結像する。測定対象物２２３の高さが異なると、カメラ座標の軸と異なる軸（例えばＹ軸）上での形状線像の座標値が異なる。基準位置からの高さＨは、事前に求めた係数ａと定数ｂと座標値Ｙによって以下の（２）式のように定められる。
Ｈ＝ａ＊Ｙ＋ｂ・・・（２）
【０００６】
（２）式で求められた高さ測定点の水平位置Ｗは、事前に求めた係数ｃと定数ｄと座標値Ｘによって以下の（３）式のように定められる。
Ｗ＝ｃ＊Ｘ＋ｄ・・・（３）
【０００７】
図１３は、光切断法を用いた表面形状測定装置の一例を示す構成図である。ライン光照射部２２１から投じられたライン光２２２が、測定対象物２２３の表面に反射光による形状線２２６を生じさせる。撮像部２２７で取得した光切断画像２２８における形状線像２２９の座標データより、測定対象物の表面形状を測定する。
【０００８】
測定対象物の高さを求めるための座標値には、測定精度を向上させる目的で形状線像の重心座標が用いられることが多い。図１４は、形状線像と重心座標の関係を示す説明図で、図１４（ａ）は、形状線像の一例、図１４（ｂ）は、光切断画像のＸ座標値Ｘｉ周辺の拡大画像、図１４（ｃ）は、光切断画像のＸ座標値ＸｉにおけるＹ軸重心座標を示す。
【０００９】
一般にライン光はその幅方向に強度分布を有しており、また、測定対象物の表面には一様でない微細な凹凸が存在するため、ライン光の拡散反射光像である形状線像は、それらを原因とした明るさの分布を有している。重心計算によりサブピクセル単位で形状光重心Ｙｃの座標値が得られるので、単純に明るさ最大のピクセル座標を用いる場合に比べて測定精度を上げることができる。
【００１０】
光切断法用の光源としては、ライン光の幅を薄くできるレーザ光が主に用いられる。また、ライン光を発生させる仕組みとしては、光源からの光をシリンドリカルレンズ等でライン状に引き伸ばす方法と、測定対象物上に集光させたスポット光をガルバノミラー等で高速にスキャンする方法がある。光切断法を用いた表面形状測定装置は、標準的な部品の組み合わせで構成することができ、また、傾斜角が大きな面の測定能力も高く、高速な測定が可能であることから、多くの分野で表面形状測定のために利用されている。
【００１１】
しかし、光切断法には、多重反射によるノイズ光発生の問題がある。測定対象物に溝状の凹部があり、かつ、表面が鏡面的な場合にノイズ光が発生しやすい。図１５は、光切断画像に発生したノイズ光の一例を示す説明図で、図１５（ａ）は、形状線像の一例、図１５（ｂ）は、光切断画像のＡ部拡大画像である。
【００１２】
照射ライン光が側面Ｌ１で反射して側面Ｌ１の形状光２２９ａが発生するが、形状光２２９ａの正反射光が向かい合った側面Ｌ２に映り込むとノイズ光２３０ａが発生する。あるいは、形状光２２９ａの拡散反射光が向かい合った側面Ｌ２で反射してノイズ光２３１ａが発生する。側面Ｌ２で発生した形状光２２９ｂに関しても、同様にしてノイズ光２３０ｂやノイズ光２３１ｂが発生する。多重反射によるノイズ光は、照射部、撮像部、測定対象物の位置や姿勢と、測定対象物の形状や表面状態によって、様々な形態で現れる。
【００１３】
ノイズ光は、上述した重心計算において誤った結果をもたらす。図１６は、ノイズ光によって誤った重心座標が導出された例を示す説明図で、図１６（ａ）は、形状線像の一例、図１６（ｂ）は、光切断画像のＸ座標値Ｘｉ周辺の拡大画像、図１６（ｃ）は、光切断画像のＸ座標値ＸｉにおけるＹ軸重心座標を示す。形状線像２２９のデータに多重反射によるノイズ光像２３０，２３１のデータが加わるために、重心計算結果は誤ったものとなり、本来の形状光重心Ｙｃに対して、誤った重心Ｙｅが求められてしまう。
【００１４】
多重反射によるノイズ光の影響を除く方法としては、照射条件の異なる複数の画像、あるいは、撮像条件の異なる複数の画像を用いて、画像処理によって多重反射光の影響を弱める方法が一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、２つのスリット状光線を用いる方法が提案されている。
【００１５】
また、より積極的に光切断画像中のノイズ光を除去する方法としては、光線の偏光成分の違いを用いてノイズ光を撮像しないようにする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、照射光を円偏光とし、反射した形状光とノイズ光を、円偏光の回転方向の違いを利用して、１／４波長板と偏光板の組み合わせで形状光のみ透過させ撮像する方法が提案されている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−２１９１５４号公報
【特許文献２】特許第２６４１５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、特許文献１に記載の技術では、光切断画像中のノイズ光像を除くものではないので、根本的な解決とはならない。
【００１８】
また、測定対象の表面は微細で複雑で不規則な表面形状を持っている場合が多く、表面反射光には正反射成分と拡散反射成分が混在しその偏光成分には円偏光以外のものも含まれることなる。これにより、特許文献２に記載の技術のように、１／４波長板と偏光板の組み合わせでは、全てのノイズ光を遮断することができない。
【００１９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ノイズ光を除去できるようにした表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するため、本発明は、測定対象物に光を照射する光照射部と、光照射部で測定対象物に照射された光の反射光を撮像して、測定対象物の表面形状に倣う光切断画像を取得する撮像部と、測定対象物に対する光の照射の有無を切り替える照射走査区間と非照射走査区間が設定され、測定対象物の測定範囲に光を照射して取得した光切断画像と、照射走査区間に光を照射して非照射走査区間で取得した画像を利用して、光切断画像からノイズ光像を除去する制御部とを備えた表面形状測定装置である。
【００２１】
本発明の表面形状測定装置では、測定対象物のある区間に光を照射したときに、ノイズ成分であるノイズ光像が現れる区間を光の非照射走査区間に設定する。これにより、照射走査区間に光を照射して非照射走査区間で取得した画像は、ノイズ光像となる。
【００２２】
従って、測定対象物の測定範囲に光を照射して取得した光切断画像と、照射走査区間に光を照射して非照射走査区間で取得した画像の差分を求めることで、ノイズ成分が除去された光切断画像が取得される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の表面形状測定装置によれば、光切断法を用いながらも、多重反射光によるノイズ成分の影響を取り除くことができる。これにより、傾斜角の大きな面の測定能力や、短い測定時間等の利点を活かしつつ、高精度な表面形状測定が可能となる。
【００２４】
また、非照射走査区間の設定が最適でない場合でも、光切断画像において形状データの元となる形状線像を毀損し得ないので、信頼性の高い形状データを得ることができる。更に、多重反射光の現れ方が変化しても、ノイズ成分として現れてこれを除去できるので、微細物の表面形状測定に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の表面形状測定装置の実施の形態について説明する。
【００２６】
＜本実施の形態の表面形状測定装置の構成例＞
図１は、本実施の形態の表面形状測定装置の一例を示す構成図である。本実施の形態の表面形状測定装置１Ａは、照射部の一例として、測定対象物２０を照射する光を出射する光源としてのレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射された光を集光する集光レンズ１２を備える。
【００２７】
また、表面形状測定装置１Ａは、照射部を構成する走査部の一例として、レーザ光源１１から出射された光を測定対象物２０に走査するミラー１３と、ミラー１３を駆動するモータ１４を備える。
【００２８】
更に、表面形状測定装置１Ａは、照射部の一例として、ミラー１３で走査される光を、測定対象物２０に対して一定の方向から照射するテレセントリックＦθレンズ１５を備える。また、表面形状測定装置１Ａは、撮像部の一例として、光が走査される測定対象物２０を撮像して、光切断画像を取得するカメラ１６を備える。
【００２９】
表面形状測定装置１Ａは、測定対象物２０に対する光の照射の有無を切り替える照射走査区間と非照射走査区間を設定して光切断画像を取得し、非照射走査区間で取得した画像を利用して、光切断画像からノイズ光像を除去する制御を行うコンピュータ１７を備える。
【００３０】
コンピュータ１７は制御部の一例で、レーザ光源１１を駆動するレーザ駆動回路１１ａを制御して、光の照射の有無を切り替えるレーザ制御回路１７ａを備える。また、モータ１４を駆動するモータ駆動回路１４ａを制御して、光を所定の区間に走査するモータ制御回路１７ｂを備える。更に、カメラ１６で取得された光切断画像が入力される画像入力回路１７ｃを備える。
【００３１】
コンピュータ１７は、プログラムで実行される処理に従い、カメラ１６で取得された光切断画像に基づいて照射走査区間と非照射走査区間を設定する機能を有し、設定された照射走査区間と非照射走査区間が記憶される記憶部１７ｄを備える。
【００３２】
コンピュータ１７には、データ出力のための画面としてのディスプレイ１８と、データ入力のためのマウス１９ａ及びキーボード１９ｂが接続される。ディスプレイ１８は、カメラ１６で取得された光切断画像が表示される。また、マウス１９ａとキーボード１９ｂは、ディスプレイ１８に表示された光切断画像に基づいて、手動で照射走査区間と非照射走査区間が設定される。
【００３３】
本実施の形態の表面形状測定装置１Ａでは、レーザ光源１１から出射された光が集光レンズ１２で集光され、ミラー１３で反射されて、レーザ光源１１からの出射光がテレセントリックＦθレンズ１５を介して測定対象物２０の表面に結像する。
【００３４】
図２は、テレセントリックＦθレンズの作用を示す光路説明図である。ミラー１３で走査される光は、テレセントリックＦθレンズ１５の作用により、測定対象物２０に対して垂直に照射される。これにより、測定対象物２０の表面形状に関係無く、ミラー１３の回転角θと、測定対象物２０上の結像位置におけるライン光の長さ方向の軸の座標値Ｗの関係は、事前に求めた定数ｅとテレセントリックＦθレンズ１５の焦点距離Ｆにより、以下の（４）式で表される。
Ｗ＝Ｆ＊θ＋ｅ・・・（４）
【００３５】
同様に、ミラー１３の回転角θと、ライン光の長さ方向の軸に一致させたカメラ１６のカメラ座標の１つの軸（例えばＸ軸）上の座標値Ｘとの関係は、事前に求められた係数ｆと定数ｇにより、以下の（５）式で表される。
Ｘ＝ｆ＊θ＋ｇ・・・（５）
【００３６】
レーザ光源１１は、コンピュータ１７からの指示に基づき、レーザ制御回路１７ａとレーザ駆動回路１１ａによって出力制御される。ミラー１３は、コンピュータ１７からの指示に基づき、モータ制御回路１７ｂとモータ駆動回路１４ａで制御されるモータ１４によって回転駆動される。
【００３７】
測定対象物２０からの反射光はカメラ１６にて撮像され、カメラ１６で撮像された画像データは、画像入力回路１７ｃを介してコンピュータ１７に取り込まれる。ミラー１３の回転により測定対象物２０の表面を走査した光の軌跡はライン状となり、カメラ１６の露光時間内に走査された光の軌跡は、カメラ画像上は連続したライン光として捉えられる。
【００３８】
＜本実施の形態の表面形状測定装置における非照射走査区間の設定動作例＞
（１）光切断画像を用いて非照射走査区間を自動設定する動作例
図３は、非照射走査区間を自動設定する手順の一例を示すフローチャート、図４は、非照射走査区間を自動設定する方法の一例を示す動作説明図であり、光切断画像を用いて非照射走査区間を設定する手順と方法を示す。
【００３９】
コンピュータ１７は、ステップＳＡ１〜ステップＳＡ２の処理で、レーザ駆動回路１１ａとモータ駆動回路１４ａを制御して、レーザ光源１１から出射された光を測定対象物２０に走査開始点から照射区間端まで部分的に走査照射する。
【００４０】
コンピュータ１７は、ステップＳＡ１の処理では照射区間端を走査開始点に設定する。ステップＳＡ２の処理では、照射区間端のＸ座標値ＸｉをｄＸずつ増加させながら光を測定対象物２０に走査照射し、カメラ１６で撮像した光切断画像８０をコンピュータ１７に取り込む。
【００４１】
図４（ａ）に示すような形状の測定対象物２０に対して、Ｘ軸方向に光を部分的に走査照射して取得した光切断画像８０では、図４（ｂ）に示すように、照射区間Ｅ１では測定対象物２０の表面形状に従った形状線像８１が現れる。一方、多重反射等によるノイズ光像８２，８３は、照射区間Ｅ１だけでなく、非照射区間Ｅ２にも現れる。
【００４２】
そこで、コンピュータ１７は、ステップＳＡ３の処理で、光切断画像８０においてノイズ光像のみが現れる非照射区間Ｅ２の画像だけを抜き出して、各ピクセルのデータを総和したものを求め、照射区間端のＸ座標値Ｘｉに対応する総和光量データとして保存する。
【００４３】
コンピュータ１７は、ステップＳＡ２〜ステップＳＡ４の処理で、照射区間端のＸ座標値が走査終了点のＸ座標値に等しくなるまで、照射区間端のＸ座標値をｄＸずつ増加させながら、光切断画像８０の取得と総和光量データの導出を行う。
【００４４】
図４（ａ）に示すような形状の測定対象物２０に対して、Ｘ軸方向に光を部分的に走査照射して取得した光切断画像８０では、図４（ｃ）に示すように、測定対象物２０におけるＶ型の溝形状の谷の部分が最大値となるような総和光量データ８４が得られる。そこで、コンピュータ１７は、ステップＳＡ５の処理で、得られた総和光量データ８４から光量極大点８５を抽出する操作を行う。
【００４５】
コンピュータ１７は、ステップＳＡ５の処理では、図４（ｄ）に示すように、走査開始点８６、光量極大点８５（溝形状の谷の部分）、走査終了点８７のそれぞれからＸ座標で挟まれた区間を、非照射走査区間８８（１）〜（３）として設定する。
【００４６】
（２）光切断画像を用いて非照射走査区間を自動設定する他の動作例
図５は、非照射走査区間を自動設定する手順の他の例を示すフローチャート、図６は、非照射走査区間を自動設定する方法の他の例を示す動作説明図であり、光切断画像を用いて溝形状の側面毎に非照射走査区間を設定する他の手順と方法を示す。
【００４７】
コンピュータ１７は、ステップＳＢ１の処理で、レーザ駆動回路１１ａとモータ駆動回路１４ａを制御して、レーザ光源１１から出射された光を測定対象物２０に全範囲で走査照射し、図６（ａ）に示すように、カメラ１６で撮像した光切断画像９０を取り込む。
【００４８】
コンピュータ１７は、ステップＳＢ２の処理で、光切断画像９０に対してＹ軸の正方向からデータスキャンを行い、図６（ｂ）に示すように、形状線像９１の形状線輪郭データ９２を抽出する。コンピュータ１７は、ステップＳＢ３の処理で、形状線輪郭データ９２のＹ座標値をライン光の長さ方向であるＸ軸で微分し、図６（ｃ）に示すように微分データ９３を求める。形状線像９１の重畳されたノイズ分の影響を考慮して、極性変化しきい値９４Ｐと９４Ｍを定める。
【００４９】
コンピュータ１７は、ステップＳＢ４の処理で、形状線輪郭データ９２の微分データ９３が極性変化しきい値９４Ｐや９４Ｍと交差するポイントを、図６（ｄ）に示すように極性変化点９５Ｐ，９５Ｍとして抽出する。極性変化点９５Ｍと極性変化点９５Ｐが連続する場合に、２点の代わりにその中点を極性変化点９５として設定する。そして、図６（ｅ）に示すように、走査開始点９６、極性変化点９５（溝形状の谷の部分）、走査終了点９７のそれぞれのＸ座標で挟まれた区間を、非照射走査区間９８（１）〜（３）として設定する。
【００５０】
（３）光切断画像を用いて非照射走査区間を手動設定する動作例
図７は、非照射走査区間を手動設定する手順の一例を示すフローチャート、図８は、非照射走査区間を手動設定する方法の一例を示す動作説明図であり、画面に表示した光切断画像を用いて、手動で任意の非照射走査区間を設定する手順と方法を示す。
【００５１】
コンピュータ１７は、ステップＳＣ１の処理で、レーザ駆動回路１１ａとモータ駆動回路１４ａを制御して、レーザ光源１１から出射された光を測定対象物２０に全範囲で走査照射し、カメラ１６で撮像した光切断画像９０を取り込む。コンピュータ１７は、測定対象物２０に対する光の全範囲走査で取り込んだ光切断画像９０を、図８（ａ）に示すようにディスプレイ１８に表示する。そして、図８（ｂ）に示すように、光切断画像９０に重ねて非照射走査開始位置カーソル１０１と、非照射走査終了位置カーソル１０２を表示する。ここで、予めキーボード１９ｂの任意のキーにカーソル移動、非照射走査区間開始ポイント設定、非照射走査区間終了ポイント設定等の機能を割り当てておく。
【００５２】
オペレータは、ステップＳＣ２の処理で、非照射走査開始位置を設定する。また、ステップＳＣ３の処理で、非照射走査終了位置を設定する。すなわち、オペレータは、図８（ｃ）に示すように、ディスプレイ１８上の光切断画像９０を見ながら、キーボード１９ｂを使って非照射走査開始位置カーソル１０１と非照射走査終了位置カーソル１０２の位置を、ノイズ光像９０ａが現れている区間に合わせる。例えば、各カーソルの位置を、溝形状の側面の始まり部分、本例では山部のエッジに相当するところと、例えば溝形状の側面の終わり部分、本例では谷部のエッジに相当するところに設定することで、非照射走査区間９８（１）を設定する。
【００５３】
オペレータは、同様にして、ステップＳＣ２〜ステップＳＣ４の処理で、図８（ｄ）に示すように、全ての非照射走査区間９８（１）〜（４）を設定する。ここで、非照射走査開始位置及び終了位置の設定は、キーボード１９ｂの代わりにマウス１９ａを使っても良い。なお、非照射走査区間を側面単位で設定するのは過剰分割設定であり最適設定ではないが、本発明の効果を妨げるものではない。
【００５４】
さて、測定対象物の表面形状を簡便に測定できるようにするという点で、測定の前に行われる非照射走査区間の設定は、人的作業を介さずに自動的に実行されることが望ましい。しかし、非照射走査区間は多重反射光の現れ方を元に設定する必要があるものであり、かつ、多重反射光は、光源、カメラ、測定対象物の位置や姿勢と、測定対象物の形状や表面状態によって、様々な形態で現れる。このため、非照射走査区間設定を自動で行うのが困難な場合もある。一方、人間には高い形状認識能力や解析能力があるため、実際の光切断画像を見ながら、様々な形態の多重反射光に対して非照射走査区間を設定することができる。よって、簡便さが失われるが、より確からしい形状測定をする目的においては手動による設定も必要である。
【００５５】
＜本実施の形態の表面形状測定装置における表面形状測定動作例＞
図９は、本実施の形態の表面形状測定装置において表面形状を測定する手順の一例を示すフローチャート、図１０は、本実施の形態の表面形状測定装置において表面形状を測定する方法の一例を示す動作説明図であり、非照射走査区間を用いて表面形状を測定する手順と方法を示す。
【００５６】
コンピュータ１７は、ステップＳＤ１の処理で、レーザ駆動回路１１ａとモータ駆動回路１４ａを制御して、レーザ光源１１から出射された光を測定対象物２０に全範囲で走査照射し、カメラ１６で撮像した光切断画像を取り込む。コンピュータ１７は、測定対象物２０に対する光の全範囲走査で取り込んだ光切断画像を、図１０（ａ）に示すように未処理画像７０として記憶部１７ｄに保存する。
【００５７】
コンピュータ１７は、ステップＳＤ２の処理で、全走査範囲の中で１つの非照射走査区間に関しての光切断画像を取得する。まず、第１の非照射走査区間に関しての光切断画像７１−１を取得する。詳しく説明すると、先に設定した非照射走査区間開始ポイントに相当する座標Ｘ１ｓｔａｒｔと、非照射走査区間終了ポイントに相当する座標Ｘ１ｓｔｏｐを、（５）式を用いてミラー回転角θ１ｓｔａｒｔとθ１ｓｔｏｐに変換する。
【００５８】
次に、光を走査照射し光切断画像７１−１をコンピュータ１７に取り込むが、その際、先に求めたミラー回転角θ１ｓｔａｒｔとθ１ｓｔｏｐの間は光が非照射となるように、レーザ駆動回路１１ａを制御する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、第１の非照射走査区間９８（１）から形状線像９１が除かれた光切断画像７１−１を取得する。
【００５９】
コンピュータ１７は、ステップＳＤ３の処理で、１つの非照射走査区間に関して取得した光切断画像から、ノイズ光像を求めて保存する。まず、ステップＳＤ２で取得した第１の非照射走査区間９８（１）に関しての光切断画像７１−１から、第１の非照射走査区間９８（１）に関してのノイズ光像７２−１を求め保存する。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、座標Ｘ１ｓｔａｒｔと座標Ｘ１ｓｔｏｐの間の画像以外を消去して保存する。つまり、本来画像が存在しないはずの非照射走査区間に存在する画像を、ノイズ光像７２−１として取り扱う。
【００６０】
コンピュータ１７は、ステップＳＤ２〜ステップＳＤ４の処理で、全ての非照射走査区間に関して、ステップＳＤ２とステップＳＤ３の手順を繰り返す。本例では、図１０（ｃ）に示すように、第２の非照射走査区間９８（２）から形状線像９１が除かれた光切断画像７１−２を取得し、第２の非照射走査区間９８（２）に関してのノイズ光像７２−２を求め保存する。同様に、図１０（ｄ）に示すように、第３の非照射走査区間９８（３）から形状線像９１が除かれた光切断画像７１−３を取得し、第３の非照射走査区間９８（３）に関してのノイズ光像７２−３を求め保存する。
【００６１】
コンピュータ１７は、ステップＳＤ５の処理で、未処理画像７０から全てのノイズ光像７２−１〜７２−３を取り除いて、図１０（ｅ）に示すようにノイズ除去画像７３を得る。そして、ノイズ除去画像７３を元に表面形状データを導出する。
【００６２】
＜本実施の形態の表面形状測定装置の作用効果例＞
産業界では、数十μｍサイズの微細物の表面形状測定の要求が高まってきている。例えば、光学デバイスやその金型もそのような微細物の一例であるが、表面形状が鏡面的であることと、最近のデバイスは傾斜角が大きなものが増えてきていることにより、既存の表面形状測定装置では高精度な測定ができなくなってきている。
【００６３】
光切断法は、傾斜角の大きな面の測定能力が高いので、光学デバイスやその金型の測定に適した方法である。測定時間が短いという利点もある。しかし、側面が向かい合った溝形状箇所については、表面が鏡面的な光学デバイスやその金型では多重反射光が発生するために測定精度が劣化するという問題があった。
【００６４】
また、数十μｍサイズの微細物の場合、測定対象物表面の微細な凹凸で多重反射光の現れ方が変化するという問題もある。一般的に行われている画像処理によりノイズ光像を除去する方法では、予想されるノイズ光の現れ方に合わせて画像処理のフローを定める。よって、上述したように安定でない多重反射光像では、画像処理によるノイズ光像の除去効果も安定しないという問題がある。
【００６５】
これに対して、本実施の形態の表面形状測定装置１Ａでは、光切断法を用いながらも、多重反射光の悪影響を取り除くことができる。その結果、傾斜角の大きな面の測定能力や、短い測定時間等の利点を活かしつつ、高精度な表面形状測定が可能となる。
【００６６】
また、本実施の形態の表面形状測定装置１Ａにおいて、多重反射光の悪影響を取り除く仕組みでは、非照射走査区間の設定が最適でない場合でも、形状データの元となる形状線像を毀損し得ないので、信頼性の高い形状データを得ることができる。また、多重反射光の現れ方が変化しても影響を受けないので、微細物の表面形状測定に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態の表面形状測定装置の一例を示す構成図である。
【図２】テレセントリックＦθレンズの作用を示す光路説明図である。
【図３】非照射走査区間を自動設定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】非照射走査区間を自動設定する方法の一例を示す動作説明図である。
【図５】非照射走査区間を自動設定する手順の他の例を示すフローチャートである。
【図６】非照射走査区間を自動設定する方法の他の例を示す動作説明図である。
【図７】非照射走査区間を手動設定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】非照射走査区間を手動設定する方法の一例を示す動作説明図である。
【図９】本実施の形態の表面形状測定装置において表面形状を測定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の形態の表面形状測定装置において表面形状を測定する方法の一例を示す動作説明図である。
【図１１】光を使った三角測量法の基本原理を示す説明図である。
【図１２】測定対称物の高さと形状線像のカメラ座標上位置の関係を示す説明図である。
【図１３】光切断法を用いた表面形状測定装置の一例を示す構成図である。
【図１４】形状線像と重心座標の関係を示す説明図である。
【図１５】光切断画像に発生したノイズ光の一例を示す説明図である。
【図１６】ノイズ光によって誤った重心座標が導出される例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ・・・表面形状測定装置、１１・・・レーザ光源、１２・・・集光レンズ、１３・・・ミラー、１４・・・モータ、１５・・・テレセントリックＦθレンズ、１６・・・カメラ、１７・・・コンピュータ、２０・・・測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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【図６】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１６】
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