(57)【要約】      （修正有）【課題】立体的なプロファイル情報を有する測定と光学的な画像の観察とを可能とする顕微鏡において、照明光と測定光の干渉を低減させる。【解決手段】複数の縞画像に基づいて高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、測定光投光手段を制御する測定制御部１５０と、測定光投光手段及び撮像手段１００を収納する本体ケースとを備えており、測定光投光手段は、測定光の光源である測定光源１１１と、測定光源１１１から対象物までの測定光の光路上に配置され、周期的な投影パターンを生成して対象物に投光するパターン生成部１１２とを含んでおり、パターン生成部１１２は、測定光を対象物に投光する投光状態と、測定光を対象物に投光しない非投光状態を、測定制御部によって切り替え可能であり、測定制御部１５０は、観察用照明光源３２０を対象物に照射して観察画像を撮像する際に、測定光源１１１を点灯させたまま、パターン生成部を非投光状態とする。【選択図】図５
2014109490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の観察画像の撮像と、三次元形状の取得が可能な計測顕微鏡装置であって、
観察画像の撮像時の照明光を発生させるための観察用照明光源と、
対象物に対して斜め方向から測定光を投光して構造化照明を行うための測定光投光手段と、
前記測定光投光手段で投光され、対象物で反射された測定光を取得して複数の縞画像を撮像し、また前記観察用照明光源を用いてテクスチャ情報を有する観察画像を撮像するための撮像手段と、
前記複数の縞画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、
前記測定光投光手段を制御する測定制御部と、
前記測定光投光手段及び撮像手段を収納する本体ケースと
を備えており、
前記測定光投光手段は、
測定光の光源である測定光源と、
前記測定光源から対象物までの測定光の光路上に配置され、前記測定光源が発する測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光するパターン生成部と
を含んでおり、
前記パターン生成部は、測定光を対象物に投光する投光状態と、測定光を対象物に投光しない非投光状態を、前記測定制御部によって切り替え可能であり、
前記測定制御部は、前記観察用照明光源を対象物に照射して観察画像を撮像する際に、前記測定光源を点灯させたまま、前記パターン生成部を非投光状態としてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項２】
請求項１に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記パターン生成部が、前記測定光源からの測定光を反射させる角度を変化可能であり、
高さ画像の生成に必要な縞画像の撮像条件を確認するための測定画像の撮像時には、測定光が対象物に投光される角度に、
観察画像の撮像時には、測定光が対象物に投光されない角度に、
それぞれ変化されるように構成されてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記測定光投光手段は、対象物に対して互いに異なる角度から測定光を投光するように、それぞれ異なる位置に配置された第一測定光投光手段と、第二測定光投光手段とを含んでおり、
前記第一測定光投光手段は、
第一測定光の光源である第一測定光源と、
前記第一測定光源から対象物までの測定光の第一光路上に配置され、前記第一測定光源が発する第一測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第一パターン生成部と
を含んでおり、
前記第二測定光投光手段は、
第二測定光の光源である第二測定光源と、
前記第二測定光源から対象物までの測定光の第二光路上に配置され、前記第二測定光源が発する第二測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第二パターン生成部と
を含んでおり、
前記測定制御部は、
前記撮像手段で観察画像を撮像する際は、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態に、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態に制御し、
前記撮像手段で前記第一測定光源を用いた第一測定画像を撮像する際は、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を投光状態に、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態に制御し、
前記撮像手段で前記第二測定光源を用いて第二測定画像を撮像する際は、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態に、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を投光状態に制御するよう構成してなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項３に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記撮像手段で前記第一測定光源及び第二測定光源を用いた第三測定画像を撮像する際は、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を投光状態に、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を投光状態に制御するよう構成してなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載される計測顕微鏡装置であって、さらに
前記測定画像又は観察画像を表示させるための表示手段と、
前記表示領域に表示された画像上に、高さの測定結果が異常となる測定異常領域を重ねて表示可能な測定異常領域表示手段と
を備え、
前記第一測定光源と第二測定光源の投光状態と非投光状態を交互に繰り返すことにより、第一測定画像と第二測定画像の撮像を自動的に交互に繰り返し、第一測定画像及び第二測定画像を前記表示手段に並べて更新しながら同時に表示すると共に、前記測定異常領域表示手段で測定異常領域を、第一測定画像及び第二測定画像にそれぞれ重ねて表示可能としてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項６】
請求項５に記載される計測顕微鏡装置であって、さらに
高さ画像の生成に必要な縞画像の撮像条件を、前記表示手段に表示された測定画像を参照しながら設定するための測定画像撮像条件設定手段を備え、
前記測定画像撮像条件設定手段は、測定画像撮像条件として少なくとも明るさの調整を含み、
前記表示手段に第一測定画像及び第二測定画像を表示させながら、前記測定画像撮像条件設定手段でもって該第一測定画像及び第二測定画像の明るさを個別に調整可能とし、かつ調整後の測定異常領域の変化を該第一測定画像と第二測定画像に個別に反映させてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載される計測顕微鏡装置であって、さらに
対象物を載置するための、ｘｙθ位置を調整可能なステージを備え、
前記表示手段に第一測定画像及び第二測定画像を表示させた状態で、前記ステージのｘｙθ位置の調整が可能であり、かつ調整後の測定異常領域の変化を該第一測定画像と第二測定画像に個別に反映させてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記観察用照明光源を、前記撮像手段とは別個の筐体に配置してなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項９】
請求項８に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記高さ画像を撮像する際は、前記観察用照明光源を消灯させてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記観察用照明光源が、落射照明又は透過照明であることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記測定光源は、計測顕微鏡装置の動作時は常時点灯されてなることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記測定光源は、ＤＭＤであることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記観察用照明光源が、ＲＧＢ３原色の光源を備えることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記光学画像撮像手段が、モノクロＣＣＤであることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、
前記観察用照明光源を内蔵する外部機器が電源ユニットであることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一に記載される計測顕微鏡装置であって、さらに
前記観察用照明光源を用いて撮像した観察画像と、測定光投光手段を用いて撮像した縞画像に基づいて前記高さ画像取得手段で取得された高さ画像とを合成して、三次元の合成画像を生成する三次元画像合成手段を備えることを特徴とする計測顕微鏡装置。
【請求項１７】
対象物に対して斜め方向から測定光を所定のパターンの構造化照明として投光するための測定光投光手段として、
第一の方向から対象物に対して第一測定光を照射可能な第一測定光投光手段と、
前記第一の方向とは異なる第二の方向から対象物に対して第二測定光を照射可能な第二測定光投光手段と、
観察画像の撮像時の照明光を発生させるための観察用照明光源と、
前記第一測定光投光手段又は第二測定光投光手段で投光され、対象物で反射された測定光を取得して複数の縞画像を撮像し、また前記観察用照明光源を用いてテクスチャ情報を有する観察画像を撮像するための撮像手段と、
前記複数の縞画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、
前記測定光投光手段を制御する測定制御部と、
前記測定光投光手段及び撮像手段を収納する本体ケースと、
対象物を載置するためのステージと
を備え、
前記第一測定光投光手段は、
第一測定光の光源である第一測定光源と、
前記第一測定光源から対象物までの測定光の第一光路上に配置され、前記第一測定光源が発する第一測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第一パターン生成部とを含んでおり、
前記第二測定光投光手段は、
第二測定光の光源である第二測定光源と、
前記第二測定光源から対象物までの測定光の第二光路上に配置され、前記第二測定光源が発する第二測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第二パターン生成部と
を含んでなる計測顕微鏡装置を用いた画像撮像方法であって、
対象物を前記ステージに載置した状態で、観察画像と測定画像のいずれを撮像するかの選択を促す工程と、
前記撮像手段で観察画像を撮像する際に、
前記観察用照明光源を点灯させて照明光を対象物に照射する一方、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態として、第一測定光が対象物に投光されない第一測定光非投光状態とし、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態として、第二測定光が対象物に投光されない第二測定光非投光状態として、観察画像を撮像する工程と、
前記撮像手段で前記第一測定光源を用いた第一測定画像を撮像する際に、
前記観察用照明光源からの照射を止める一方、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を投光状態として、第一測定光が対象物に投光される第一測定光投光状態とし、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態として、第二測定光が対象物に投光されない第二測定光非投光状態として、第一測定画像を撮像する工程と、
前記撮像手段で前記第二測定光源を用いて第二測定画像を撮像する際に、
前記観察用照明光源からの照射を止める一方、
前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態として、第一測定光が対象物に投光されない第一測定光非投光状態とし、かつ
前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を投光状態として、第二測定光が対象物に投光される第二測定光投光状態として、第二測定画像を撮像する工程と、
を含むことを特徴とする計測顕微鏡装置を用いた画像撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測顕微鏡装置及びこれを用いた画像撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の計測を行う計測装置として、三角測距を用いた計測装置が開発されている。このような装置は、図２４に示すように、投光部１１０から出射される測定光の光軸と受光部１２０に入射する測定光の光軸（受光部１２０の光軸）との間の角度αが予め設定されている。ここでステージ１４０上に対象物Ｓが載置されない場合には、投光部１１０から出射される測定光は、ステージ１４０の載置面の点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射される。一方、ステージ１４０上に対象物Ｓが載置される場合、投光部１１０から出射される測定光は、対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射される。
そして点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離ｄを測定し、この距離ｄに基づいて対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。対象物Ｓの表面の全ての点に測定光を照射するために、投光部１１０からは所定の構造化測定光パターンに従って測定光が出射され、縞状の測定光を用いた縞投影法によって対象物Ｓの三次元形状を効率よく測定する。
【０００３】
三角測距方式の計測装置では、対象物の表面に光が照射され、その反射光が１次元又は２次元に配列された画素を有する受光素子により受光される受光量分布のピーク位置に基づいて、対象物の表面の高さを計測することができる。これにより、対象物の表面を走査することで、対象物の表面形状を測定することが可能となる。
【０００４】
非特許文献１においては、符号化された光と位相シフト法とを組み合わせた三角測距方式の形状測定が提案されている。また、非特許文献２においては、符号化された光とストライプ状の光とを組み合わせた三角測距方式の形状測定が提案されている。これらの方式においては、対象物の形状測定の精度を向上させることができる。
【０００５】
一方、このような計測装置では、プロファイルを測定できるに過ぎず、言い換えると光学画像（観察画像）の撮像は行われておらず、このための撮像系や照明系を備えていなかった。そこで、このような計測装置に光学顕微鏡を組み合わせることを考えた場合、光学画像の撮像用の照明が別途必要となる。このような照明には、落射照明や透過照明が利用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Toni F. Schenk, "Remote Sensing and Reconstruction for Three-Dimensional Objects and Scenes", Proceedings of SPIE, Volume 2572, pp. 1-9 (1995)
【非特許文献２】Sabry F. El-Hakim and Armin Gruen, "Videometrics and Optical Methods for 3D Shape Measurement", Proceedings of SPIE, Volume 4309, pp. 219-231 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら測定画像の取得に用いる測定光と、光学画像撮像用の照明光とでは、用途や企図するところが全く異なる。この結果、互いの用途においては、他の光は邪魔になってしまう。例えば、光学画像の撮像時に測定光を投光すると、照明光に測定光とが干渉して、色ずれやコントラストの低下が発生する。同様に、測定画像の取得時に落射照明や透過光を照射しても、同様に光が干渉して正確な測定が阻害されてしまう。
【０００８】
さらに観察画像は、対象物に対して斜め方向から測定光を投光させる必要があることから、測定光の方向によっては影が生じて測定できない部分が生じることがある。このため、異なる方向から測定光を投光させるよう、複数の測定光源が設けられていることがある。この場合において、一方向からの測定画像を撮像しようとする際に、本来必要としない他方向からの測定光が投光されたままの状態では、同様にコントラストの低下等が生じて、測定精度が低下することがあった。このため、光学画像の撮像時には、測定画像用の測定光を遮断することが求められ、また測定画像の取得時には、光学画像用の照明、及び不要な測定光を遮断することが求められる。
【０００９】
しかしながら、測定光の投光用の光源は、発熱量が大きいことから、一般に計測装置は、測定光投光手段を常時点灯させ、温度的に安定している定常状態で動作させることを前提に設計されている。例えば、計測装置の動作は、測定光投光手段を点灯させてから温度的に安定するまで待つ暖機運転が必要とされていた。このため、照明光をＯＦＦしてしまうと、温度状態が変化し、部材の熱膨張の低下等による寸法の狂いなども生じ、測定精度の低下が懸念される。特に観察内容や目的によっては、多数枚の観察画像や測定画像を撮像する必要があり、この場合に一々測定光源をＯＮ／ＯＦＦさせていると、発熱源の発生と消失が繰り返されて、熱的に安定しなくなり、部材の熱膨張の程度が一定しなくなる結果、測定精度の信頼性が低下する。かといって、測定光源のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるために、熱的に定常状態となるまで一々待っていたのでは、撮像作業の効率が極めて悪くなる。
【００１０】
また、シャッターやソレノイドを用いて、測定光や照明光を物理的に遮断することも考えられるが、この方法では、シャッター等の遮光部材を駆動させるための機構が必要となって機械構造が複雑となる。また、高速なＯＮ／ＯＦＦ動作にも限界があるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、立体的なプロファイル情報を有する測定と光学的な画像の観察とを可能とする顕微鏡において、測定光による他の撮像への影響を低減可能な計測顕微鏡装置及びこれを用いた画像撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、対象物の観察画像の撮像と、三次元形状の取得が可能な計測顕微鏡装置であって、観察画像の撮像時の照明光を発生させるための観察用照明光源と、対象物に対して斜め方向から測定光を投光して構造化照明を行うための測定光投光手段と、前記測定光投光手段で投光され、対象物で反射された測定光を取得して複数の縞画像を撮像し、また前記観察用照明光源を用いてテクスチャ情報を有する観察画像を撮像するための撮像手段と、前記複数の縞画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、前記測定光投光手段を制御する測定制御部と、前記測定光投光手段及び撮像手段を収納する本体ケースとを備えており、前記測定光投光手段は、測定光の光源である測定光源と、前記測定光源から対象物までの測定光の光路上に配置され、前記測定光源が発する測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光するパターン生成部とを含んでおり、前記パターン生成部は、測定光を対象物に投光する投光状態と、測定光を対象物に投光しない非投光状態を、前記測定制御部によって切り替え可能であり、前記測定制御部は、前記観察用照明光源を対象物に照射して観察画像を撮像する際に、前記測定光源を点灯させたまま、前記パターン生成部を非投光状態とすることができる。上記構成により、観察画像の撮像時には、測定光が対象物に投光されない非投光状態として、測定光による干渉を避けつつ観察画像を取得できる。またこの際に測定光源を消灯しないことで、発熱源である測定光源が本体ケース内に置かれていても、測定光源の点灯時と消灯時の発熱量の違いによる本体ケース内の熱平衡状態を乱すことなく、高精度な測定が可能となる。
【００１３】
また、第２の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記パターン生成部が、前記測定光源からの測定光を反射させる角度を変化可能であり、高さ画像の生成に必要な縞画像の撮像条件を確認するための測定画像の撮像時には、測定光が対象物に投光される角度に、観察画像の撮像時には、測定光が対象物に投光されない角度に、それぞれ変化されるように構成できる。上記構成により、パターン生成部は反射光の角度を変更させることで投光状態と非投光状態を切り替え可能とできる。
【００１４】
さらに、第３の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記測定光投光手段は、対象物に対して互いに異なる角度から測定光を投光するように、それぞれ異なる位置に配置された第一測定光投光手段と、第二測定光投光手段とを含んでおり、前記第一測定光投光手段は、第一測定光の光源である第一測定光源と、前記第一測定光源から対象物までの測定光の第一光路上に配置され、前記第一測定光源が発する第一測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第一パターン生成部とを含んでおり、前記第二測定光投光手段は、第二測定光の光源である第二測定光源と、前記第二測定光源から対象物までの測定光の第二光路上に配置され、前記第二測定光源が発する第二測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第二パターン生成部とを含んでおり、前記測定制御部は、前記撮像手段で観察画像を撮像する際は、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態に、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態に制御し、前記撮像手段で前記第一測定光源を用いた第一測定画像を撮像する際は、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を投光状態に、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態に制御し、前記撮像手段で前記第二測定光源を用いて第二測定画像を撮像する際は、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態に、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を投光状態に制御するよう構成できる。上記構成により、２つの測定光投光手段を用いて２種類の測定画像を取得可能としつつも、各測定光源をＯＮ／ＯＦＦさせることなく観察画像や第一測定画像、第二測定画像を撮像できるので、測定光源のＯＮ／ＯＦＦによる温度変化の影響を受けることなく安定的で高精度な画像の撮像や測定が可能となる。
【００１５】
さらにまた、第４の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記撮像手段で前記第一測定光源及び第二測定光源を用いた第三測定画像を撮像する際は、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を投光状態に、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を投光状態に制御するよう構成できる。上記構成により、２つの測定光投光手段を用いて２種類の測定画像を取得可能としつつも、各測定光源をＯＮ／ＯＦＦさせることなく観察画像や第一測定画像、第二測定画像を撮像できるので、測定光源のＯＮ／ＯＦＦによる温度変化の影響を受けることなく安定的で高精度な画像の撮像や測定が可能となる。
【００１６】
さらにまた、第５の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、さらに前記測定画像又は観察画像を表示させるための表示手段と、前記表示領域に表示された画像上に、高さの測定結果が異常となる測定異常領域を重ねて表示可能な測定異常領域表示手段とを備え、前記第一測定光源と第二測定光源の投光状態と非投光状態を交互に繰り返すことにより、第一測定画像と第二測定画像の撮像を自動的に交互に繰り返し、第一測定画像及び第二測定画像を前記表示手段に並べて更新しながら同時に表示すると共に、前記測定異常領域表示手段で測定異常領域を、第一測定画像及び第二測定画像にそれぞれ重ねて表示可能とできる。上記構成により、通常であれば一の撮像手段でリアルタイムに更新される画像を一しか撮像できないところ、交互に撮像を繰り返すことで複数のリアルタイム画像を同時に表示させることが可能となる。
【００１７】
さらにまた、第６の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、さらに高さ画像の生成に必要な縞画像の撮像条件を、前記表示手段に表示された測定画像を参照しながら設定するための測定画像撮像条件設定手段を備え、前記測定画像撮像条件設定手段は、測定画像撮像条件として少なくとも明るさの調整を含み、前記表示手段に第一測定画像及び第二測定画像を表示させながら、前記測定画像撮像条件設定手段でもって該第一測定画像及び第二測定画像の明るさを個別に調整可能とし、かつ調整後の測定異常領域の変化を該第一測定画像と第二測定画像に個別に反映させることができる。上記構成により、第一測定画像及び第二測定画像の明るさを個別に調整可能とし、さらに調整後の結果をリアルタイムに反映させることで、測定異常領域を低減させるような測定画像撮像条件に調整する作業を、調整結果を直ちに確認できることから、容易に行うことが可能となる。
【００１８】
さらにまた、第７の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、さらに対象物を載置するための、ｘｙθ位置を調整可能なステージを備え、前記表示手段に第一測定画像及び第二測定画像を表示させた状態で、前記ステージのｘｙθ位置の調整が可能であり、かつ調整後の測定異常領域の変化を該第一測定画像と第二測定画像に個別に反映させることができる。上記構成により、対象物の姿勢を変えると対象物に投光される測定光の影の状態も変化することから、ステージの調整によって測定異常領域を低減でき、さらに調整後の結果をリアルタイムに反映させることで、測定異常領域を低減させるようなステージ位置に調整する作業を、調整結果を直ちに確認できることから、容易に行うことが可能となる。
【００１９】
さらにまた、第８の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記観察用照明光源を、前記撮像手段とは別個の筐体に配置できる。上記構成により、他の発熱源である観察用照明光源を本体ケースから排除して、観察用照明光源による熱の影響を排除できる。また、観察用照明光源による熱の影響が排除される結果、高出力の観察用照明光源を利用することも可能となる。
【００２０】
さらにまた、第９の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記高さ画像を撮像する際は、前記観察用照明光源を消灯させることができる。上記構成により、本体ケースの外部に配置した観察用照明光源を消灯しても熱の影響が本体ケース内部の各部材に及ばないので、撮像の精度を低下させる事態を回避できる。また、観察用照明光源のＯＮ／ＯＦＦによって消灯を制御すれば、シャッターなどの機械的な遮光のための機構も排除でき、構成を簡素化できる。
【００２１】
さらにまた、第１０の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記観察用照明光源を、落射照明又は透過照明とできる。上記構成により、高出力の観察用照明光源を利用できる。
【００２２】
さらにまた、第１１の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記測定光源を、計測顕微鏡装置の動作時は常時点灯させることができる。上記構成により、画像撮像時のみならず、計測顕微鏡装置の電源オン期間中は常時測定光源を点灯させることで熱平衡状態を維持でき、安定動作させることができる。
【００２３】
さらにまた、第１２の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記測定光源を、ＤＭＤとすることができる。これにより、測定光の角度を容易に変更でき、シャッターなどの物理的な遮光部材を用いることなく、測定光源を点灯させたままで測定光の投光を阻止できる。
【００２４】
さらにまた、第１３の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記観察用照明光源が、ＲＧＢ３原色の光源を備えることができる。
【００２５】
さらにまた、第１４の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記光学画像撮像手段を、モノクロＣＣＤとすることができる。
【００２６】
さらにまた、第１５の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、前記観察用照明光源を内蔵する外部機器を電源ユニットとすることができる。
【００２７】
さらにまた、第１６の側面に係る計測顕微鏡装置によれば、さらに前記観察用照明光源を用いて撮像した観察画像と、測定光投光手段を用いて撮像した縞画像に基づいて前記高さ画像取得手段で取得された高さ画像とを合成して、三次元の合成画像を生成する三次元画像合成手段を備えることができる。上記構成により、観察画像のテクスチャ情報と測定画像の高さ情報を利用した精細な三次元画像を合成でき、詳細な測定を行える利点が得られる。
【００２８】
さらにまた、第１７の側面に係る計測顕微鏡装置を用いた画像撮像方法によれば、対象物に対して斜め方向から測定光を所定のパターンの構造化照明として投光するための測定光投光手段として、第一の方向から対象物に対して第一測定光を照射可能な第一測定光投光手段と、前記第一の方向とは異なる第二の方向から対象物に対して第二測定光を照射可能な第二測定光投光手段と、観察画像の撮像時の照明光を発生させるための観察用照明光源と、前記第一測定光投光手段又は第二測定光投光手段で投光され、対象物で反射された測定光を取得して複数の縞画像を撮像し、また前記観察用照明光源を用いてテクスチャ情報を有する観察画像を撮像するための撮像手段と、前記複数の縞画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得するための高さ画像取得手段と、前記測定光投光手段を制御する測定制御部と、前記測定光投光手段及び撮像手段を収納する本体ケースと対象物を載置するためのステージとを備え、前記第一測定光投光手段は、第一測定光の光源である第一測定光源と、前記第一測定光源から対象物までの測定光の第一光路上に配置され、前記第一測定光源が発する第一測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第一パターン生成部とを含んでおり、前記第二測定光投光手段は、第二測定光の光源である第二測定光源と、前記第二測定光源から対象物までの測定光の第二光路上に配置され、前記第二測定光源が発する第二測定光の周期的な投影パターンを生成して対象物に投光する第二パターン生成部とを含んでなる計測顕微鏡装置を用いた画像撮像方法であって、対象物を前記ステージに載置した状態で、観察画像と測定画像のいずれを撮像するかの選択を促す工程と、前記撮像手段で観察画像を撮像する際に、前記観察用照明光源を点灯させて照明光を対象物に照射する一方、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態として、第一測定光が対象物に投光されない第一測定光非投光状態とし、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態として、第二測定光が対象物に投光されない第二測定光非投光状態として、観察画像を撮像する工程と、前記撮像手段で前記第一測定光源を用いた第一測定画像を撮像する際に、前記観察用照明光源からの照射を止める一方、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を投光状態として、第一測定光が対象物に投光される第一測定光投光状態とし、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を非投光状態として、第二測定光が対象物に投光されない第二測定光非投光状態として、第一測定画像を撮像する工程と、前記撮像手段で前記第二測定光源を用いて第二測定画像を撮像する際に、前記観察用照明光源からの照射を止める一方、前記第一測定光源を点灯させたまま、前記第一パターン生成部を非投光状態として、第一測定光が対象物に投光されない第一測定光非投光状態とし、かつ前記第二測定光源を点灯させたまま、前記第二パターン生成部を投光状態として、第二測定光が対象物に投光される第二測定光投光状態として、第二測定画像を撮像する工程とを含むことができる。これにより、２つの測定光投光手段を用いて２種類の測定画像を取得可能としつつも、各測定光源をＯＮ／ＯＦＦさせることなく観察画像や第一測定画像、第二測定画像を撮像できるので、測定光源のＯＮ／ＯＦＦによる温度変化の影響を受けることなく安定的で高精度な画像の撮像や測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る計測顕微鏡装置を示すブロック図である。
【図２】図１の撮像手段の構成を示すブロック図である。
【図３】図２において第一測定光投光部、第二測定光投光部を用いて測定画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図４】図２において観察画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図５】図２において第一測定光投光部を用いて測定画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図６】図２において第二測定光投光部を用いて測定画像を撮像する様子を示すブロック図である。
【図７】図７ＡはＤＭＤの平面図、図７Ｂの図７Ａの拡大平面図、図７Ｃは図７Ｂの拡大斜視図である。
【図８】実施の形態２に係る計測顕微鏡装置を示すブロック図である。
【図９】計測顕微鏡装置操作プログラムのＧＵＩの一例を示すイメージ図である。
【図１０】計測顕微鏡装置操作プログラムのＧＵＩで簡単モードを選択した状態を示すイメージ図である。
【図１１】図１０の状態から「測定画像」ボタンを押下した状態を示すイメージ図である。
【図１２】図１０の状態から応用モードを選択した状態を示すイメージ図である。
【図１３】図１０の状態から「測定画像」ボタンを押下した状態を示すイメージ図である。
【図１４】図１３の状態から画像表示領域を分割表示させた状態を示すイメージ図である。
【図１５】図１３の状態から測定方向「左側のみ」を選択した状態を示すイメージ図である。
【図１６】計測顕微鏡装置操作プログラムを用いて測定画像を取得する手順を示すフローチャートである。
【図１７】合成画像を観察画像の比率１００％で表示させた例を示すイメージ図である。
【図１８】合成画像を測定画像の比率１００％で表示させた例を示すイメージ図である。
【図１９】図１７の状態から測定画像の表示に切り替えた状態を示すイメージ図である。
【図２０】画像改善パネルを表示させた例を示すイメージ図である。
【図２１】「測定モード」選択欄で測定画像の画質を選択する様子を示すイメージ図である。
【図２２】「測定方向」選択欄で測定光を選択する様子を示すイメージ図である。
【図２３】観察画像撮像条件設定手段で観察画像の撮像条件を設定する様子を示すイメージ図である。
【図２４】三角測距方式の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための計測顕微鏡装置及びこれを用いた画像撮像方法を例示するものであって、本発明は計測顕微鏡装置及びこれを用いた画像撮像方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００３１】
また本明細書において「高さ画像」という場合には、高さ情報を含む画像の意味で使用し、例えば高さ画像に観察画像をテクスチャ情報として貼り付けた三次元の合成画像も、高さ画像に含む意味で使用する。また、本明細書において高さ画像の表示形態は二次元状に表示されるものに限られず、三次元状に表示されるものも含む。例えば、高さ画像は高さ情報を輝度等に変換して二次元画像として表示したり、または高さ情報をＺ座標情報として三次元状に表示することが可能である。
（実施の形態１）
【００３２】
本発明の実施の形態１に係る計測顕微鏡装置の構成を示すブロック図を図１に示す。計測顕微鏡装置５００は、図１に示すように、撮像手段１００、制御手段２００、光源部３００および表示部４００を備える。
（撮像手段１００）
【００３３】
図１の計測顕微鏡装置５００の撮像手段１００の構成を図２のブロック図に示す。撮像手段１００は、例えば顕微鏡であり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、測定制御部１５０、及びこれらを収納する本体ケース１０１、並びにステージ１４０を備える。投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２および複数のレンズ１１３、１１４、１１５を含む。受光部１２０は、カメラ１２１および複数のレンズ１２２、１２３を含む。ステージ１４０上には、対象物Ｓが載置される。本体ケース１０１は、樹脂や金属製の筐体とする。
（投光部１１０）
【００３４】
投光部１１０は、ステージ１４０の斜め上方に配置される。この撮像手段１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。図２の例においては、撮像手段１００は２つの投光部１１０を含む。ここでは、第一の方向から対象物Ｓに対して第一測定光ＭＬ１を照射可能な第一測定光投光部１１０Ａ（図２において右側）と、第一の方向とは異なる第二の方向から対象物Ｓに対して第二測定光ＭＬ２を照射可能な第二測定光投光部１１０Ｂ（図２において左側）を、それぞれ配置している。第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂは受光部１２０の光軸を挟んで対称に配置される。なお投光部を３以上備えたり、あるいは投光部とステージを相対移動させて、共通の投光部を用いつつも、照明の方向を異ならせて投光させることも可能である。さらにこの例では投光部が投光する照明光の、垂直方向に対する照射角度を固定としているが、これを可変とすることもできる。
（測定光源１１１）
【００３５】
各第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂは、それぞれ第一測定光源１１１Ａ、第二測定光源１１１Ｂを備える。これら測定光源１１１Ａ、１１１Ｂは、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源１１１Ａ、１１１Ｂは、白色光を出射する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）や有機ＥＬ等の他の光源であってもよい。測定光源１１１Ａ、１１１Ｂから出射された光（以下、「測定光」と呼ぶ。）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射される。
（パターン生成部１１２）
【００３６】
パターン生成部１１２は、測定光を対象物Ｓに対して投光させるよう、測定光源１１１から出射された光を反射させる。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２により出射された測定光は、複数のレンズ１１４、１１５により受光部１２０の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、ステージ１４０上の対象物Ｓに照射される。
【００３７】
パターン生成部１１２は、測定光を対象物に投光させる投光状態と、測定光を対象物に投光させない非投光状態とを切り替え可能な部材である。このようなパターン生成部１１２には、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が好適に利用できる。ＤＭＤを用いたパターン生成部１１２は、投光状態として測定光を光路上に反射させる反射状態と、非投光状態として測定光を遮光させる遮光状態とを切り替え可能に、測定制御部１５０により制御できる。ここで、第一測定光投光部１１０Ａ側に設けられた第一パターン生成部１１２Ａ、及び第二測定光投光部１１０Ｂ側に設けられた第二パターン生成部１１２Ｂを、共に反射状態とした様子を図３に、また第一パターン生成部１１２Ａ、第二パターン生成部１１２Ｂを共に遮光状態とした様子を図４に、さらに第一パターン生成部１１２Ａを反射状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを遮光状態とした様子を図５に、さらにまた第一パターン生成部１１２Ａを遮光状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを反射状態とした様子を図６に、それぞれ示す。
（ＤＭＤ）
【００３８】
ＤＭＤの外観の平面図を図７Ａに、その拡大平面図を図７Ｂに、拡大斜視図を図７Ｃに、それぞれ示す。これらの図に示すように、ＤＭＤは多数のマイクロミラー（微小鏡面）ＭＭを平面上に配列した素子である。各マイクロミラーＭＭは表示素子の１画素に相当し、可動式で電極を駆動することで反射位置（ＯＮ状態）又は遮光位置（ＯＦＦ状態）に切り替えられる。各マイクロミラー単位でのＯＮ状態とＯＦＦ状態の切り替えは、測定制御部１５０からの信号により電気的に制御することができる。マイクロミラーがＯＮ状態のときは、図３において破線で示すように、測定光源１１１からの測定光ＭＬを投光部１１０の光軸側に反射させて、対象物Ｓに対して投光可能となる。一方、マイクロミラーがＯＦＦ状態のときは、図４において一点鎖線で示すように、測定光源１１１からの測定光ＭＬを投光部１１０の光軸とは異なる方向に反射させて、対象物Ｓへの投光を事実上遮断する。反射方向は、例えば光吸収体やヒートシンクといった、照明光等に影響を与えない部材のある方向とできる。
【００３９】
各マイクロミラーは、測定制御部１５０により個別にＯＮ状態、ＯＦＦ状態を切り替えることができるので、多数のマイクロミラーのＯＮ状態、ＯＦＦ状態を組み合わせて、所望の投影パターンを構成できる。これによって、三角測距に必要なパターンを生成して、対象物Ｓの測定が可能となる。このようにＤＭＤは、測定時には測定用の周期的な投影パターンを対象物Ｓに投光する投影パターン光学系として機能する。またＤＭＤは応答速度にも優れ、シャッターなどに比べ高速に動作させることができる利点も得られる。
（測定光の遮光状態）
【００４０】
さらにＤＭＤは、各マイクロミラーをＯＦＦ状態とすれば、測定光ＭＬが対象物Ｓに投光されない遮光状態を作り出すことができ、測定光源１１１を点灯させたままで事実上測定光ＭＬを遮断できる。このため、観察画像を撮像する際に、測定光源１１１を消灯することなく、点灯状態を維持したままで測定光ＭＬを遮断する状態を作り出すことが可能となる。このことは、撮像手段１００を熱的に安定させた状態を維持しつつ、観察画像の撮像が可能なことを意味し、精度的に有利となる。
【００４１】
すなわち、測定光源１１１は点灯により発熱するため、消灯させると、撮像手段内の発熱源が一時的に消失する結果、撮像手段内部での熱平衡状態が変化する。特に、測定画像の撮像には、測定光源からの投光を繰り返して何枚もの画像を撮像する必要がある。また後述するように、観察画像と測定画像を合成した三次元の合成画像を撮像する際は、観察画像と測定画像の撮像を繰り返す必要がある。このような場合に、頻繁に測定光源のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、発熱源の発生と消失が繰り返される結果、金属部材の熱膨張による変形量などが変化して、測定誤差の原因となり得る。かといって、測定光源を常時点灯したままとすれば、測定画像の撮像時以外にも点灯し続ける状態となり、観察画像の撮像時には測定光が照明光と干渉してこれを妨げる事態が生じる。また、機械的なシャッターや電磁気的なソレノイドを測定光の光路上に配置して、物理的に測定光を遮断することも考えられるが、いずれの方法でも追加の部材が必要となる。また、このような機械的な動作を高速で行うには、相応の部材が必要となってコストも高騰し、また構成も複雑化して装置の大型化を招くという問題もあった。
【００４２】
そこで本実施の形態においては上述の通り、パターン生成部１１２にＤＭＤを用い、観察画像の観察時等、測定光が不要な場合においては、ＤＭＤの各マイクロミラーをＯＦＦ状態としてＤＭＤを遮光状態とし、測定光を事実上遮断することで、測定光源１１１の点灯状態を維持しつつも測定光ＭＬを対象物Ｓに投光しない非投光状態を作り出すことに成功したものである。この方法であれば、発熱源である測定光源１１１を消灯することなく、点灯状態を継続できるので、熱平衡状態を維持でき、この熱平衡状態で最適な測定が行われるように予め設計された計測顕微鏡装置の撮像手段１００において、高精度な計測や観察が行えるようになる。また、シャッターやソレノイドを追加することなく、既存の設備を利用して測定光源１１１をＯＮしたままで測定光ＭＬを遮断できるので、コスト面でも有利となり、また付加的な設備を不要として構成の簡素化、外形の小型化にも寄与できる。
【００４３】
このようにして、測定光源１１１を点灯させたままで、測定画像の撮像と観察画像の撮像が可能となる。例えば、撮像手段で観察画像を撮像する場合は、観察用照明光源３２０をＯＮさせると共に、図４に示すように第一パターン生成部１１２Ａ及び第二パターン生成部１１２Ｂの両方を遮光状態とする。これによって観察用照明光源３２０を点灯させて照明光ＩＬを対象物に照射させる一方、第一測定光源１１１Ａを点灯させたまま、第一パターン生成部１１２Ａが非投光状態として、第一測定光ＭＬ１が対象物に投光されない第一測定光非投光状態となる。また第二測定光源１１１Ｂも点灯させたままで、第二パターン生成部１１２Ｂを非投光状態として、第二測定光ＭＬ２が対象物に投光されない第二測定光非投光状態となる。これにより、測定光に邪魔されることなく撮像部で観察画像を撮像できる。
【００４４】
また第一測定光投光部１１０Ａと第二測定光投光部１１０Ｂの両方から投光させた測定画像（第三測定画像）を撮像する場合は、図３に示すように第一パターン生成部１１２Ａ及び第二パターン生成部１１２Ｂの両方を反射状態とし、かつ観察用照明光源３２０をＯＦＦとする。すなわち、第一測定光源１１１Ａを点灯させて、第一測定光ＭＬ１がレンズ１１３Ａにより適切に集光された後、投光状態とされた第一パターン生成部１１２Ａに入射され、所定の光路に向かって反射されて、複数のレンズ１１４Ａ、１１５Ａを経て適切な径に変換された後、ステージ１４０上の対象物Ｓに投光される第一測定光投光状態となる。また第二測定光源１１１Ｂについても同様に点灯されて、第二測定光ＭＬ２がレンズ１１３Ｂにより適切に集光された後、投光状態とされた第二パターン生成部１１２Ｂに入射され、所定の光路に向かって反射されて、複数のレンズ１１４Ｂ、１１５Ｂを経て適切な径に変換された後、対象物Ｓに投光される第二測定光投光状態となる。このような第一測定光投光状態、第二測定光投光状態となるよう、測定制御部１５０が制御する。なお、観察用照明光源３２０は消灯させるか、あるいはシャッターなどによって遮光させる。これによって、第一測定光ＭＬ１のみを投光させて第一測定画像を撮像手段で撮像できる。なお、第三測定画像は必ずしも測定に直接使用するものでなく、見え方の確認等の用途で適宜利用できる。
【００４５】
さらに第一測定光投光部１１０Ａ側からの測定光のみで測定画像（第一測定画像）を撮像する場合は、図５に示すように第一パターン生成部１１２Ａを反射状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを遮光状態とする。すなわち、第一測定光源１１１Ａを点灯させたまま、第一パターン生成部１１２Ａを投光状態として、第一測定光ＭＬ１が対象物に投光される第一測定光投光状態とし、かつ第二測定光源１１１Ｂを点灯させたまま、第二パターン生成部１１２Ｂを非投光状態として、第二測定光ＭＬ２が対象物に投光されない第二測定光非投光状態とするように、測定制御部１５０で制御する。
【００４６】
逆に第二測定光投光部１１０Ｂ側からの測定光のみで測定画像（第二測定画像）を撮像する場合は、図６に示すように第一パターン生成部１１２Ａを遮光状態とし、第二パターン生成部１１２Ｂを反射状態とする。すなわち、第一測定光源１１１Ａを点灯させたまま、第一パターン生成部１１２Ａを非投光状態として、第一測定光ＭＬ１が対象物に投光されない第一測定光非投光状態とし、かつ第二測定光源１１１Ｂを点灯させたまま、第二パターン生成部１１２Ｂを投光状態として、第二測定光ＭＬ２が対象物に投光される第二測定光投光状態とするように、測定制御部１５０で制御する。なお、第一測定画像、第二測定画像のいずれの撮像に際しても、第三測定画像の場合と同様に観察用照明光源３２０は消灯させるか、あるいはシャッターなどによって遮光させる。
【００４７】
このようにして、観察画像の撮像時に測定光が干渉することなく、また測定画像の撮像時には、不要な方向からの測定光や照明光が干渉することなく、各画像を撮像できるようになり、高品質な測定画像を撮像して、計測の精度も向上できる。
【００４８】
なおＤＭＤで測定光を遮断する遮光状態は、実質的に測定光を遮光できれば足りる。すなわち、ＤＭＤはマイクロミラーを数十万個から数百万個備えているので、例えば動作不良等の原因により一部のマイクロミラーがＯＦＦしないとしても、他のマイクロミラーをＯＦＦ状態として測定光の大部分を遮断できれば足りる。このように測定光の遮光状態とは、測定光の光量が、照明光による観察画像の撮像を実質的に妨げないレベルにまで低下させた状態を意味する。
【００４９】
また図４の例では、説明を判り易くするため、ＤＭＤの遮光状態において反射光をパターン生成部１１２から異なる方向に反射させた状態を示しているが、反射方向をＤＭＤ内部に設けられた光吸収体とすることで、本体ケース１０１内部に余計な測定光が照射される事態を回避できる。すなわちＤＭＤの遮光状態とは、測定光をＤＭＤから狙った方向（ここでは対象物Ｓの方向）とは異なる方向に反射させる場合、あるいはＤＭＤに入射された測定光を事実上吸収する場合を含む。
【００５０】
なお以上の例ではパターン生成部１１２にＤＭＤを用いた例を説明したが、本発明はパターン生成部１１２をＤＭＤに限定するものでなく、他の部材を用いることもできる。例えば、パターン生成部１１２として、反射型の部材に代えて透過型の部材を用いて、測定光の透過量を調整してもよい。この場合は、パターン生成部１１２を測定光の光路上に配置して、測定光を透過させる投光状態と、測定光を遮光させる遮光状態とを切り替える。このようなパターン生成部１１２には、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）が利用できる。また、パターン生成部１１２としてその他ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）やマスク等も利用できる。
【００５１】
さらに図２等の例では、測定光投光部を２つ備えた例を説明したが、本発明はこれに限らず、測定光投光部を３以上設けることも可能である。あるいは、測定光投光部を一のみとすることもできる。この場合は、測定光投光部の位置を移動可能とすることで、異なる方向から測定光を対象物に対して投光できる。
（受光部１２０）
【００５２】
受光部１２０は、ステージ１４０の上方に配置される。対象物Ｓによりステージ１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０の複数のレンズ１２２、１２３により集光、結像された後、カメラ１２１により受光される。
（カメラ１２１）
【００５３】
カメラ１２１は、例えば撮像素子１２１ａ及びレンズを含むＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。撮像素子１２１ａは、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子１２１ａは、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。カラーの撮像素子は各画素を赤色用、緑色用、青色用の受光に対応させる必要があるため、モノクロの撮像素子と比較すると計測分解能が低く、また各画素にカラーフィルタを設ける必要があるため感度が低下する。そのため、本実施の形態では、撮像素子としてモノクロのＣＣＤを採用し、後述する照明光出力部１３０をＲＧＢにそれぞれ対応した照明を時分割で照射して撮像することにより、カラー画像を取得している。このような構成にすることにより、計測精度を低下させずに測定物のカラー画像を取得することができる。
【００５４】
ただ、撮像素子１２１ａとして、カラーの撮像素子を用いても良いことは云うまでもない。この場合、計測精度や感度は低下するが、照明光出力部１３０からＲＧＢにそれぞれ対応した照明を時分割で照射する必要がなくなり、白色光を照射するだけで、カラー画像を取得できるため、照明光学系をシンプルに構成できる。撮像素子１２１ａの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、「受光信号」と呼ぶ。）が測定制御部１５０に出力される。
（測定制御部１５０）
【００５５】
測定制御部１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）及びＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、光源部３００による制御に基づいて、測定制御部１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされると共にデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次制御手段２００に転送される。
（制御手段２００）
【００５６】
図１に示すように、制御手段２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０及び操作部２５０を含む。制御手段２００には、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等が利用できる。また、操作部２５０は、キーボード及びポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウス又はジョイスティック等が用いられる。
【００５７】
ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、計測顕微鏡装置操作プログラム及び三次元画像計測プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、測定制御部１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに記憶装置は、測定画像を構成する画素毎に、輝度情報、高さ情報、属性情報を記憶する。
【００５８】
また記憶装置は、相対位置記憶手段として機能する。相対位置記憶手段は、テンプレート作成時に、位置合わせ用画像に対する、平面計測ツールの平面方向の相対位置情報と、位置合わせ用画像に対する、高さ計測ツールの平面方向及び高さ方向の相対位置情報とを記憶する。
【００５９】
ＣＰＵ２１０は、測定制御部１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うと共に、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部１４５に駆動パルスを与える。さらにこのＣＰＵは、後述する高さ画像取得手段２２８と、測定画像合成手段２１１と、測定異常領域表示手段２１２と、三次元画像合成手段２１３、位置合わせ手段２１５、倍率連動手段２１６、表示位置連動手段２１７、テンプレート生成手段２１８、テンプレート呼出手段２１９、レポート作成手段２２２、位置合わせ画像登録手段２２３、テンプレート検索手段２２４、画像連結手段２２５、再測定領域設定手段２２６の機能を実現することもできる。
【００６０】
ここで高さ画像取得手段２２８は、複数の縞画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する。また測定画像合成手段２１１は、同じ対象物に対して、第一測定光投光手段を用いて撮像した第一測定画像から計算した高さ画像と、第二測定光投光手段を用いて撮像した第二測定画像から計算した高さ画像とを合成し、一の合成高さ画像を生成する。さらに測定異常領域表示手段２１２は、測定画像を表示手段に表示させた状態で、測定結果が異常となる測定異常領域を重ねて表示するための部材である。さらにまた位置合わせ手段２１５は、表示部４００において比較対象画像と比較基準画像とが同じ姿勢となるように、画像を移動又は回転させるための部材である。一方、倍率連動手段２１６は、比較基準画像と比較対象画像のいずれか一方の表示倍率を変更させると、他方の画像でも同様の倍率変更を連動して行わせるための部材である。表示位置連動手段２１７は、比較基準画像と比較対象画像のいずれか一方の表示位置を変更させると、他方の画像でも同様の表示位置変更を連動して行わせるための部材である。テンプレート生成手段２１８は、作業用メモリ２３０に保持された測定画像撮像条件を、テンプレートとして保存するための部材である。テンプレート呼出手段２１９は、テンプレート記憶手段に保存された一以上の所望のテンプレートを選択するための部材である。レポート作成手段２２２は、計測手段２１４で高さ画像に対して行った計測処理の測定結果を、この高さ画像と共に表示したレポートを自動的に作成するための部材である。位置合わせ画像登録手段２２３は、テンプレート生成手段２１８で生成されたテンプレートをテンプレート記憶手段に保存する際、このテンプレートの元となったテンプレート画像中の所定の領域を、位置合わせ用画像として登録するための部材である。テンプレート検索手段２２４は、テンプレート記憶手段に保存された複数のテンプレート中から、所定の条件に合致又は近似したテンプレートを検索するための部材である。画像連結手段２２５は、異なる位置で撮像した複数枚の画像を連結して、より広い連結領域を示した連結画像を生成するための部材である。再測定領域設定手段２２６は、失敗した連結用画像の撮像の全体又は一部を、測定画像撮像条件を変更して再度撮像するための設定を行うための部材である。
【００６１】
このようにＣＰＵ２１０は、様々な機能を実現するための異なる手段を兼用している。ただ、一の部材で複数の手段を兼用する構成に限られず、各手段や機能を実現する部材を複数、又はそれぞれ別個に設けることも可能であることはいうまでもない。
（表示部４００）
【００６２】
表示部４００は、撮像手段１００で取得された縞画像や、縞画像に基づいて高さ画像取得手段２２８で生成した高さ画像、あるいは撮像手段１００で撮像された観察画像を表示させるための部材である。表示部４００は、例えばＬＣＤパネル又は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
（ステージ１４０）
【００６３】
図２において、対象物Ｓが載置されるステージ１４０上の平面（以下、「載置面」と呼ぶ。）内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ、Ｙで示す。ステージ１４０の載置面に対して直交する方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。
【００６４】
ステージ１４０は、Ｘ−Ｙステージ１４１、Ｚステージ１４２及びθステージ１４３を含む。Ｘ−Ｙステージ１４１は、Ｘ方向移動機構及びＹ方向移動機構を有する。Ｚステージ１４２は、Ｚ方向移動機構を有する。θステージ１４３は、θ方向回転機構を有する。Ｘ−Ｙステージ１４１、Ｚステージ１４２及びθステージ１４３により、ステージ１４０が構成される。また、ステージ１４０は、載置面に対象物Ｓを固定する図示しない固定部材（クランプ）をさらに含む。ステージ１４０は、載置面に平行な軸を中心に回転可能な機構を有するチルトステージをさらに含んでもよい。
【００６５】
ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構及びθ方向回転機構には、それぞれステッピングモータが用いられる。ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構及びθ方向回転機構は、図１のステージ操作部１４４又はステージ駆動部１４５により駆動される。
【００６６】
ユーザは、ステージ操作部１４４を手動で操作することにより、ステージ１４０の載置面を受光部１２０に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、又はθ方向に回転させることができる。ステージ駆動部１４５は、制御手段２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ１４０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ１４０を受光部１２０に相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、又はθ方向に回転させることができる。
【００６７】
ここで図２に示すように、左右の投光部１１０の中心軸と受光部１２０の中心軸は、ステージ１４０の焦点が最も合うピント平面で互いに交差するように、受光部１２０、投光部１１０、ステージ１４０の相対的な位置関係が定められている。また、θ方向の回転軸の中心は、受光部１２０の中心軸と一致しているため、θ方向にステージ１４０が回転した際に、対象物Ｓが視野から外れることなく、回転軸を中心に視野内で回転するようになっている。また、Ｚ方向移動機構に対して、これらＸＹθ及びチルト移動機構は支持されている。すなわち、ステージをθ方向に回転させたり、チルトさせた状態であっても、受光部１２０の中心軸と、Ｚ方向の移動軸にずれが生じない構成になっている。このようなステージ機構により、対象物Ｓの位置や姿勢を変化させた状態であっても、Ｚ方向にステージ１４０を移動させて異なる焦点位置の画像を複数撮像して合成することが可能となる。なお、本実施の形態ではステッピングモータにより駆動させることが可能な電動ステージを例に説明したが、手動でのみ移動させることが可能な手動ステージであっても良い。
（光源部３００）
【００６８】
光源部３００は、制御基板３１０及び観察用照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、制御手段２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０及び測定制御部１５０を制御する。なお、この構成は一例であり、他の構成としてもよい。例えば測定制御部１５０で投光部１１０や受光部１２０を制御したり、又は制御手段２００で投光部１１０や受光部１２０を制御することとして、制御基板を省略してもよい。あるいはこの光源部３００に、撮像手段１００を駆動するための電源回路を設けることもできる。
（観察用照明光源３２０）
【００６９】
観察用照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光及び青色光を出射する３色のＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、観察用照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。観察用照明光源３２０から発生される照明光ＩＬは、導光部材（ライトガイド）を通して撮像手段１００の照明光出力部１３０から出力される。なお観察用照明光源には、ＬＥＤの他、半導体レーザ（ＬＤ）やハロゲンライト、ＨＩＤなど、他の光源を適宜利用することもできる。特に撮像素子としてカラーで撮像可能な素子を用いた場合は、観察用照明光源に白色光源を利用できる。
【００７０】
照明光出力部１３０から出力される照明光ＩＬは、赤色光、緑色光及び青色光を時分割で切り替えて対象物Ｓに照射する。これにより、これらのＲＧＢ光でそれぞれ撮像された観察画像を合成して、カラーの観察画像を得て、表示部４００に表示させることができる。
【００７１】
このようにしてカラーの観察画像を表示させる際、照明光の色を切り替える切替周波数を、表示部４００で表示内容を更新する（画面を書き換える）際のフレームレートと一致させると、フレームレートが低い場合（例えば数Ｈｚ程度）は、ちらつきが顕著となる。特に、ＲＧＢの原色によるカラー切り替えが目立つと、ユーザに不快感を与えることがある。そこで、ＲＧＢの照明光を切り替える切替周波数を、ユーザが人の目で認識できない程度の高速（例えば数百Ｈｚ）とすることで、このような問題を回避できる。照明光の色の切り替えは、照明光出力部１３０等により行われる。また、高速で照明光のＲＧＢを切り替えつつも、実際に撮像手段１００で対象物Ｓを撮像するタイミングは、表示部４００の表示内容の更新のタイミングとする。すなわち、観察像の撮像のタイミングと照明光の切り替えのタイミングは完全に一致させる必要はなく、撮像素子によるＲＧＢの観察画像の撮像が可能な程度に、いいかえると照明光のＲＧＢの切り替え周期が撮像周期の倍数となるようにリンクさせることで対応できる。この方法であれば、照明光の切り替えのタイミングを高速化することができ、撮像素子１２１ａで処理可能なフレームレートを向上させることなく、ユーザに与える不快感を低減できる。
【００７２】
図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０を取り囲むようにステージ１４０の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部１３０から対象物Ｓにリング状に照明光が照射される。
【００７３】
図１の例では観察用照明光源３２０を本体ケース１０１に含めず、撮像手段１００に対して外付けとして、光源部３００に観察用照明光源３２０を配置している。このようにすることで、観察用照明光源３２０から供給される照明光の品質を向上し易くできる。例えば観察用照明光源３２０を構成するＲＧＢの各ＬＥＤでは配光特性がそれぞれ異なることから、モノクロの撮像素子１２１ａでＲＧＢの観察画像をそれぞれ撮像した際、そのままでは視野内に照明色むらが発生する。そこで、それぞれのＬＥＤの配光特性に合わせた専用光学系を個別に用意し、組み合わせることで配光特性の違いを吸収し、色むらのない均一な白色照明を作り出した上で撮像手段１００に導入することができる。
【００７４】
また観察用照明光源３２０の発熱が、撮像手段１００の光学系に影響を与える事態を回避できる。すなわち、光学系の部材の近傍に熱源があると、熱膨張によって寸法が狂い、測定精度の低下が生じることがあるが、発熱源である観察用照明光源を本体ケース１０１から排除したことで、このような観察用照明光源の発熱に起因する問題を回避できる。また、この結果として発熱量の大きい高出力の光源を観察用照明光源に利用できる利点も得られる。
（実施の形態２）
【００７５】
ただ、発熱量の小さい観察用照明光源を利用したり、あるいは相応の放熱機構を撮像手段側に設けるなどして、撮像手段側に観察用照明光源を設けることもできる。このような例を実施の形態２として図８に示す。この図に示す撮像手段１００’は、観察用照明光源３２０’として、発熱量の少ない白色ＬＥＤを用いている。この例では複数の白色ＬＥＤ素子を、レンズ１２２の周囲にリング状に配置して環状の照明光を生成している。このような構成によって、光源部と撮像手段とを光学的に接続するための導光部材や、照明光出力部を不要とでき、構成を簡素化できる利点が得られる。
（計測顕微鏡装置操作プログラムのＧＵＩの例）
【００７６】
計測顕微鏡装置は、制御手段２００であるＰＣに計測顕微鏡装置５００を操作するための操作プログラムをインストールしている。表示部４００には、計測顕微鏡装置操作プログラムを操作するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）が表示される。このようなＧＵＩ画面の一例を図９に示す。この例においては、表示部４００において、第一測定光投光部１１０Ａから第一測定光ＭＬ１が照射された対象物Ｓの第一測定画像Ｓ１と、第二測定光投光部１１０Ｂから第二測定光ＭＬ２が照射された対象物Ｓの第二測定画像Ｓ２とが並ぶように、表示させることができる。これら第一測定画像Ｓ１や第二測定画像Ｓ２は、高さ画像取得手段２２８で高さ画像を演算、生成するためのもととなる画像であり、この時点では未だ高さ情報を有していない。この例では、表示部４００の左側に設けられた画像表示領域４１０の、右側に第一表示領域４１６を、左側に第二表示領域４１７を設けている。このような２画面表示とすることで、各測定光で得られる測定画像の様子、特に影となる領域等を対比しながら確認できる。なお、画像表示領域の分割例は、このように左右に並べる構成に限らず、上下に並べる、あるいは別画面として構成する等、任意の構成が適宜利用できる。
（測定光明るさ個別調整手段４４２）
【００７７】
表示部４００の操作領域４２０には、測定光明るさ個別調整手段４４２として、２つの明るさ調整スライダ４４４、４４６が設けられる。明るさ調整スライダ４４４、４４６は、それぞれ水平方向に移動可能なスライダでもって、各測定光投光手段の明るさを調整する。ここでは、明るさ調整スライダ４４６で第二測定光投光部１１０Ｂ、明るさ調整スライダ４４４で第一測定光投光部１１０Ａの明るさを、それぞれ個別に調整可能としている。
明るさ調整スライダ４４４の位置は、第一測定光投光部１１０Ａから出射される測定光の明るさ又は第一測定光投光部１１０Ａからの測定光で画像を撮影する際のカメラ露光時間に対応する。また明るさ調整スライダ４４６の位置は、第二測定光投光部１１０Ｂから出射される測定光の明るさ又は第二測定光投光部１１０Ｂからの測定光で画像を撮影する際のカメラ露光時間に対応する。ユーザは、図１の制御手段２００の操作部２５０でもって、ＧＵＩに設けられた操作領域４２０を操作して明るさ調整スライダ４４４を水平方向に移動させることにより、第一測定光投光部１１０Ａから出射される測定光の明るさ又は１１０Ａに対応するカメラ露光時間を変更することができる。同様に、操作部２５０を操作して明るさ調整スライダ４４６を水平方向に移動させることにより、第二測定光投光部１１０Ｂから出射される測定光の明るさ又は第二測定光投光部１１０Ｂに対応するカメラ露光時間を変更することができる。
【００７８】
上記のように、画像表示領域４１０には、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの各々により測定光を照射された場合における対象物Ｓの画像が並ぶように表示できる。したがって、ユーザは、画像表示領域４１０に表示された対象物Ｓの画像を見ながら、明るさ調整スライダ４４４、４４６の位置をそれぞれ移動させることにより、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの各々から出射される測定光の明るさ又はそれぞれの投光部に対応したカメラ露光時間を適切に調整することができる。
【００７９】
また、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂから出射される測定光の適切な明るさと照明光出力部１３０から出射される照明光の適切な明るさ又はそれぞれの照明に対応したカメラ露光時間との間に相関がある場合がある。この場合、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの各々から出射される測定光の明るさ又はそれぞれの投光部に対応したカメラ露光時間は、照明光出力部１３０から出射される照明光の明るさ又は照明光に対応したカメラ露光時間に基づいて自動的に調整されてもよい。
【００８０】
あるいは、照明光出力部１３０から出射される照明光の明るさ又は照明光に対応したカメラ露光時間に基づいて、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの各々から出射される測定光の明るさ又はそれぞれの投光部に対応したカメラ露光時間を適切にするための調整ガイドが表示部４００に表示されてもよい。この場合、ユーザは、調整ガイドに基づいて明るさ調整スライダ４４４、４４６の位置をそれぞれ移動させることにより、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの各々から出射される測定光の明るさ又はそれぞれの投光部に対応したカメラ露光時間を適切に調整することができる。
【００８１】
光の照射方向が異なれば、光の反射方向も異なるため、結果として得られる画像の明るさは、同じ部位であっても光の照射方向によって異なる。すなわち、測定に適した測定光の明るさ、撮像素子の露光時間は照射方向によって異なることになる。本実施の形態では、複数の第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂから光を照射して撮像されたそれぞれの画像の明るさを個別に調整可能とすることにより、照射方向毎に適切な測定光の明るさ又は露光時間を設定することができる。また、明るさ調整中の画像は、画像表示領域４１０に更新されながら表示されるため、調整後の画像を確認しながら明るさを調整できる。この際に、画像表示領域４１０に表示された画像の中で、明るすぎて白とびしている部分や、暗すぎて黒つぶれしている部分を識別可能に表示することで、ユーザにとって明るさが適切に調整できているか否かをより判り易く表示することも可能である。
（測定画像合成手段２１１）
【００８２】
図１に戻って説明を続けると、制御手段２００の測定画像合成手段２１１は、同じ対象物Ｓに対して、第一測定光投光部１１０Ａを用いて撮像手段１００で取得された第一測定画像と、第二測定光投光部１１０Ｂを用いて撮像手段１００で取得された第二測定画像とを合成し、一の合成高さ画像を生成する。合成高さ画像の生成方法としては、例えば、第一測定画像と第二測定画像とで対応する画素の内、画素値が高い方の画素を用いて構成することができる（マックス測定画像）。あるいは、第一測定画像と第二測定画像とで対応する画素の内、画素値の平均を用いて構成してもよい（平均測定画像）。あるいはまた、第一測定画像と第二測定画像とで対応する画素の内、画素値が低い方の画素を用いて構成することもできる（ミニマム測定画像）。
（測定異常領域表示手段２１２）
【００８３】
測定異常領域表示手段２１２は、測定画像合成手段２１１で生成された合成高さ画像を表示部４００上で表示させた状態で、第一測定光投光部１１０Ａ及び第二測定光投光部１１０Ｂのいずれでも測定結果が異常となる測定異常領域を重ねて表示する（後述する図１４等参照）。
（測定異常領域）
【００８４】
ここで測定異常領域には、高さの測定自体ができない測定不能領域や、測定は可能であるものの、得られたデータが飽和しており精度の劣る飽和領域、及び測定できないが、周囲の情報によって補間可能な補間領域を含む。これに対して、高さ情報を測定可能な領域を正常領域という。
（測定不能領域）
【００８５】
測定不能領域は、いずれの測定光投光手段によっても、測定光が影となって、撮像手段１００でデータすなわち反射光の輝度を取得できない領域を指す。このように正常領域と区別することで、いずれの測定光投光手段でも測定ができない領域を、いずれかの測定光投光手段で測定が可能な測定領域と区別して視覚的に把握することができ、ユーザの測定画像撮像条件の設定作業に資することができる。
（飽和領域）
【００８６】
また飽和領域は、いずれの測定光投光手段によっても、撮像手段１００で検出される測定光の反射光の輝度が飽和している領域を指す。なお反射光の輝度レベルが飽和していても、反射光のＯＮ／ＯＦＦが判別できればそれなりに測定結果は得られる。ただし、輝度が飽和していない点と比べると、データの信頼性が低くなる。よって、計測時においては精度が低下することがあるので、正常領域と区別する。
（補間領域）
【００８７】
さらに補間領域は、高さ情報を測定できないものの、その画素の周囲に位置する他の画素の輝度情報で補間可能な領域を指す。なお、周囲の画素をどの程度の範囲まで利用するかについては、予め規定しておく。また、例えば周囲の画素を何画素分使用するかをユーザが任意に指定可能としてもよい。
【００８８】
これら補間領域も飽和領域も、高さ情報の信頼性は正常領域に比べて劣るものの、一応の高さ情報を得られることから、用途によっては利用できる。また計測に限らず、例えば測定画像を表示させる際には、部分的に欠損した画像とするよりも、何らかの画像を表示させた方がイメージを把握し易いことから、適宜利用できる。
【００８９】
さらに測定不能領域はこれらに限らず、例えば多重反射や光の潜り込み等を含む領域とすることもできる。なお本明細書において「領域」とは、必ずしも一定の面積を有する線状や面状に限らず、点あるいは点の集合も含む意味で使用する。
【００９０】
また、測定異常領域表示手段２１２は、これら測定不能領域や飽和領域、あるいは補間領域を、それぞれ異なる態様でハイライトして、表示部４００上に重ねて表示可能としている。これにより、測定ができない領域と、測定は可能であるが飽和して精度が低い領域、あるいは補間された領域を、正常な領域と視覚的に区別して把握することができ、ユーザの測定画像撮像条件の設定作業に資することができる。従来であれば、一の測定光投光手段で影や飽和している測定異常点を確認しても、それらが他の測定光投光手段では正しく測定できるため、合成高さ画像とすることで測定異常点のままであっても問題がないのか、あるいは他の測定光投光手段でも測定できず、合成高さ画像でも正しく測定できないのかを区別できなかった。これに対して、本実施の形態によれば、複数の測定光投光手段を用いた場合に、測定不可能となる領域を低減しつつも、具体的にどの部分が測定可能となり、どの部分が依然として測定不可能であるかを、合成高さ画像上で一画面で確認できるので、測定不能領域が少なくなるように測定画像撮像条件を調整し易くなり、ユーザの使い勝手が飛躍的に改善される。また測定異常領域表示手段２１２は、測定画像合成手段２１１で生成された合成高さ画像を表示部４００上で表示させた状態で、第一測定光投光部１１０Ａ又は第二測定光投光部１１０Ｂで測定されたデータが飽和している領域を、飽和領域として、測定不能領域とは異なる態様でハイライトした状態にて重ねて表示することもできる。
【００９１】
以上のようにして、複数の測定光投光手段で測定可能な領域、測定不可能な領域に関する情報を、一画面で纏めて、視覚的に把握し易い態様にて表示させることができ、測定画像撮像条件の設定や調整に際して資することができる。
【００９２】
ここでは、測定異常領域表示手段２１２で合成高さ画像ＳＧ上に測定異常領域を重畳させて表示させた例を説明したが、これに限らず、第一測定画像や第二測定画像に対しても、それぞれ測定異常領域を重畳させて表示させることもできる。例えば、後述する図１５の例では、第二測定光投光部１１０Ｂのみについて得られる第一測定画像Ｓ１に、測定不能領域及び飽和領域を重ねて表示させている。このように、単に測定光投光手段単体について生じる測定不能領域や飽和領域を表示させる他、上述した合成高さ画像の場合と同様、他方の測定光投光手段での測定結果を加味して、いずれの測定光投光手段でも測定不能又は飽和となる領域のみをハイライト表示させることで、測定画像撮像条件の設定を適切に調整し易くできる。
【００９３】
また、以上の例では、測定異常領域表示手段２１２で測定画像上に測定不能領域や飽和領域を重畳させて表示させた例を説明したが、測定画像に限られず観察画像に対しても同様に、測定不能領域や飽和領域を重畳させて表示させることもできる。
【００９４】
さらに、以上の例では何れかの測定光投光手段で測定不能点、飽和点あるいは補間点となった領域を、測定不能領域、飽和領域としてそれぞれ表示しているが、これらを、いずれの測定光投光手段で測定不能点あるいは飽和点となったのかを区別して表示させることもできる。例えば、第一測定光投光部１１０Ａで測定不能となった第一測定不能領域を薄い赤色、第二測定光投光部１１０Ｂで測定不能となった第二測定不能領域を濃い赤色でそれぞれ表示する。また同様に、第一測定光投光部１１０Ａでは飽和した第一飽和領域を薄い黄色、第二測定光投光部１１０Ｂでは飽和した第二飽和領域を濃い黄色でそれぞれ表示するよう、測定異常領域表示手段２１２で測定画像に対して着色する。また、このような測定光投光手段を区別したハイライト処理は、第一測定画像や第二測定画像に対して行う他、合成高さ画像ＳＧに対して行うことも可能である。このようにすることで、測定不能若しくは飽和した領域を視覚的に区別でき、対象物Ｓの置き方や測定光のあて方の調整等に際して参考とできる。
【００９５】
例えば、第一測定光投光部１１０Ａによる第一測定画像の明るさを調整する際に、第一測定光投光部１１０Ａでは影となる第一測定不能領域、飽和となる第一飽和領域を、それぞれ濃い赤色、濃い黄色で表示させつつ、第二測定光投光部１１０Ｂによる第二測定不能領域、第二飽和領域をそれぞれ薄い赤色、薄い黄色で表示させることで、他方の測定光投光手段（ここでは第二測定光投光部１１０Ｂ）で測定可能な領域、いいかえると第一測定画像の不備を補ってくれる領域を加味した上で、測定不能や飽和となる領域が少なくなるように、最適な測定画像撮像条件に調整し易い環境が提供される。
【００９６】
また、上述した実施の形態において測定異常領域表示手段２１２により着色される色は一例であって、他の色を適宜利用できることはいうまでもない。さらに測定異常領域表示手段２１２は、測定異常領域をハイライトさせる態様に限らず、非表示とすることもできる。なお、以上の測定画像合成手段２１１や測定異常領域表示手段２１２、後述する三次元画像合成手段２１３は、図１の例では制御手段２００のＣＰＵとしているが、この構成に限らず、専用の部材で構成することもできる。
（計測顕微鏡装置操作プログラム）
【００９７】
上述の通り、図１の例では制御手段２００であるＰＣに計測顕微鏡装置５００を操作するための操作プログラムをインストールしている。この計測顕微鏡装置操作プログラムを実行させて、そのＧＵＩ画面を表示部４００に表示させた状態で、ユーザは操作部であるマウスやキーボードを操作して、各種条件を設定して、高さ情報を有する高さ画像を取得できる。計測顕微鏡装置操作プログラムのユーザインターフェース（ＧＵＩ）画面を、図９及び図１０〜図１５に示す。これらの図において、図１０は計測顕微鏡装置操作プログラムのＧＵＩで簡単モードを選択した状態を示すイメージ図、図１１は図１０の状態から「測定画像」ボタン４２８を押下した状態を示すイメージ図、図１２は図１０の状態から応用モードを選択した状態を示すイメージ図、図１３は図１２の状態から「測定画像」ボタン４２８を押下した状態を示すイメージ図、図１４は図１３の状態から画像表示領域４１０を分割表示させた状態を示すイメージ図、図１５は図１３の状態から測定方向「左側のみ」を選択した状態を示すイメージ図を、それぞれ示している。また各ＧＵＩ画面において、測定画像や高さ画像、観察画像を表示させるための画像表示領域４１０を設けており、また画像表示領域４１０の右端には、各種の操作を行うボタン等を纏めた操作領域４２０を設けている。
【００９８】
ここで本明細書において観察画像とは、簡易的に撮像したプレビュー画像と、通常の条件で撮像した画像を意味する。一方、高さ画像については、所定の構造化測定光パターンに従って投光される縞状の測定光を用いた縞投影法によって縞画像を複数枚撮像し、これを高さ画像取得手段２２８で解析して、高さ情報を有する高さ画像を生成している。ここで、高精細な高さ画像を得るには、できるだけ対象物の表面の全ての点に測定光を照射した状態で縞画像を得る必要がある。いいかえると、測定光を投光した状態で極力影ができない状態とすることが望ましい。そこで、影ができる領域を推測するために、パターン生成部１１２ですべての画素をＯＮとして対象物に投光させる全投影を行い、測定画像を取得して表示部に表示させる。この測定画像は、あくまでも縞画像を正しく撮像し、ひいては高さ画像を正しく取得できるように、影の出方などを確認するためのプレビュー画像である。また、測定画像自体は、未だ通常の撮像前の状態であるため、高さ情報を有していない。しかし、高さ画像を正しく得るためのプレビュー画像として有効である。特に、縞画像単体では縞パターンなどによって影が見辛いこともあり、高さ画像の生成に必要な縞画像の撮像に際しては、測定画像を表示させ、その見え方でもって撮像条件を確認することが有効となる。そこで、高さ画像の生成に際して、縞画像を撮像するための撮像条件を測定画像でもって代用していることから、ここでは測定画像撮像条件と呼ぶことにする。
（画像表示領域４１０）
【００９９】
画像表示領域４１０においては、観察画像や測定画像、高さ画像を表示できる。特に、取得、撮像した高解像度の高さ画像や観察画像を表示させる他、撮像の対象となる対象物Ｓを、現在設定中の観察画像撮像条件で撮像した場合に得られるであろう観察画像のプレビュー画像を簡易的に撮像し、あるいは同じく現在設定中の測定画像撮像条件で撮像した場合に得られるであろう高さ画像のプレビュー画像を演算して、表示部４００上に表示させることができる。さらに、観察画像撮像条件や測定画像撮像条件を変更すると、これに応じてプレビュー画像もリアルタイムに更新することで、ユーザは画像表示領域４１０で表示される高さ画像、観察画像の変化を、設定の前後で比較、参照しながら、観察画像撮像条件や測定画像撮像条件の設定作業を行うことができる。すなわち、現在設定中のパラメータや対象物Ｓの位置で撮像した際に得られるであろう画像のイメージを直ちに反映させて確認できることから、ユーザが望む画像イメージに視覚的に沿った観察画像撮像条件や測定画像撮像条件に設定し易くできる。
（分割表示機能）
【０１００】
また表示部４００は分割表示機能を備えており、画像表示領域４１０を、一の画像を表示させる態様の他、二画面以上に分割させることもできる。例えば図１４の例では、画像表示領域４１０の左側に、やや大きく第一分割表示領域４１１を設け、やや狭いその右側を上下に二分割して、第二分割表示領域４１２、第三分割表示領域４１３としている。これら第一分割表示領域４１１〜第三分割表示領域４１３の縦横の比率は、同じとすることが好ましい。また、この際第一分割表示領域４１１は、上下にマスクを設けて、第二分割表示領域４１２、第三分割表示領域４１３と同じ比率となるよう調整している。
【０１０１】
画像表示領域４１０の分割表示を行うには、例えば図１３に示すように画像モード切替手段で「３Ｄスキャン」タブ４２１を選択し、測定画像取得モード選択手段で「エキスパート」ボタン４２５が選択され、かつ「測定方向」選択欄４７０で「両側」を選択した状態で、「測定用明るさ調整」欄４４０の「マニュアル」ボタンを選択する。これによって、図１４に示すように３画面に分割表示される。また「測定用明るさ調整」欄４４０で「オート」ボタンを選択すると、分割表示が解除されて、図１３に示すように画像表示領域４１０が一画面の表示に戻る。また各分割領域には、表示されている画像の種別を表示する種別表示欄４１５を付加することもできる。図１４の例では、種別表示欄４１５として各分割表示領域の左上に「左右合成」、「左側投光」、「右側投光」等の種別を文字で表示させており、各画像を識別し易くしている。また種別表示欄４１５に、文字列に加えて、又はこれに代えて、測定光の方向を示すアイコンを表示させてもよい。図１４の例では、文字列の左側に、測定光投光手段とここから投光される測定光の広がりを図示したアイコンを表示させることで、ユーザに対し各分割表示領域の表示内容を視覚的に判り易くしている。
【０１０２】
なお、画像表示領域を三分割する態様は、上述した例に限らず、例えば画像表示領域を均等に三分割して、合成高さ画像、第一測定画像、第二測定画像をそれぞれ表示させたり、あるいは別ウィンドウで各測定画像を表示させる等、種々の態様が適宜利用できる。
【０１０３】
図１４の例では、第一分割表示領域４１１に対象物Ｓの合成高さ画像ＳＧ、第二分割表示領域４１２に同じ対象物Ｓの第二測定画像Ｓ２、第三分割表示領域４１３に第一測定画像Ｓ１を、それぞれ表示させている。リアルタイムで各画像を更新しながら表示させるために、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂから対象物Ｓに測定光が切り替わるように交互に照射される。第二分割表示領域４１２には、第二測定光投光部１１０Ｂから測定光が照射された場合における対象物Ｓの画像が表示される。また第三分割表示領域４１３には、第一測定光投光部１１０Ａから測定光が照射された場合における対象物Ｓの画像が表示される。これにより、ユーザは第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの各々により測定光を照射された場合における対象物Ｓの画像を区別して認識することができる。測定光の切り替わりの頻度は、例えば数Ｈｚ〜数十Ｈｚ程度とする。
（操作領域４２０）
【０１０４】
操作領域４２０には、各種の設定や操作を行うためのボタンやスライドバー、入力欄等が設けられる。また、各種モードを選択、変更することで、これに応じて表示されるボタン類も変更することができる。なお、以下に示すボタン類の配置は例示であって、任意の態様で配置できる。
（画像モード切替手段）
【０１０５】
計測顕微鏡装置操作プログラムは、対象物Ｓの観察画像を撮像するための観察画像取得モードと、対象物Ｓの測定画像を取得する測定画像取得モードとを、画像モード切替手段で切り替え可能としている。この例では、画像モード切替手段として、観察画像取得モードに関するボタン類を集めた「マイクロスコープ」タブ４２２と、測定画像取得モードに関するボタン類を集めた「３Ｄスキャン」タブ４２１とを設けており、所望のタブを選択することで画像モードを観察画像取得モードと測定画像取得モードに切り替え可能としている。
（測定画像取得モード選択手段）
【０１０６】
この計測顕微鏡装置操作プログラムは、測定画像撮像条件の設定を初心者でも簡単に行えるようにした簡単モードと、ユーザによる、より詳細な測定画像撮像条件の設定を可能とした応用モードを切り替え可能としている。このため操作領域４２０において、各画像モードのタブは、その上欄に、簡単モードと応用モードとを選択する測定画像取得モード選択手段が設けられている。図１０の例では、測定画像取得モード選択手段として、簡単モードを選択する「１ｓｈｏｔ−３Ｄ」ボタン４２４と、応用モードを選択する「エキスパート」ボタン４２５が設けられている。
（画像切替手段）
【０１０７】
さらに測定画像取得モード選択手段の下部には、表示中の画像を、観察画像と測定画像とに切り替え可能な画像切替手段が設けられている。この例では、画像切替手段として、「観察画像」ボタン４２７を押下すると、観察用照明光源３２０を用いて撮像した観察画像が画像表示領域４１０に表示され、また「測定画像」ボタン４２８を押下すると、測定光投光手段を用いて取得した測定画像が画像表示領域４１０に表示される。ここでは、測定光の明るさを変えるパラメータを、カメラの露光時間としている。
（高さ画像の取得手順）
【０１０８】
次に、計測顕微鏡装置の操作プログラムを用いて測定画像を参照して高さ画像を取得する手順を、図１６のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１で対象物Ｓをステージ１４０にセットし、初期画像を表示させる。この段階では高さ画像は未だ取得されていないため、初期画像として、例えば観察画像を用いる。ここで観察画像を撮像する際の照明光の明るさは、自動調整とする。図１０に示す例では、画像表示領域４１０に観察画像ＳＯをリアルタイムで表示させている。また初期画像として、測定光投光手段から投光する測定光の構造化照明のパターンを、すべての点から投光させて取得した、構造化照明の全投影画像とすることもできる。この場合の測定光の明るさも、自動調整とする。
【０１０９】
次にステップＳ２において、測定画像取得モードを測定画像取得モード選択手段から選択する。ここでは、簡単モードと応用モードのいずれかを測定画像取得モード選択手段で選択可能としている。図１０の例では、「１ｓｈｏｔ−３Ｄ」ボタン４２４を押下すると簡単モードが選択され、「エキスパート」ボタン４２５を押下すると応用モードが選択される。
（簡単モード）
（測定光明るさ調整手段）
【０１１０】
ステップＳ２において簡単モードが選択されると、ステップＳ３に進み、図１０に示すような観察画像が表示される。ここで、図１０の画面において右側の操作領域４２０の下部に設けられた「測定」ボタン４３０を押下すると、ステップ４に進み、測定光の明るさ（カメラの露光時間又は光量）を自動で調整した後、測定が開始されて、複数の縞画像を撮像した後、縞画像から演算によって高さ画像が、高さ画像取得手段２２８により生成される。
（高さ画像取得手段２２８）
【０１１１】
高さ画像取得手段２２８は、複数の縞画像から、高さ情報を有する高さ画像を生成する。ここでは、ＣＰＵ２１０が、複数枚の縞画像を所定の計測アルゴリズムで処理することにより、高さ画像を生成している。
【０１１２】
また、図１０の状態で「測定画像」ボタン４２８を押下すると、測定用投光手段によって投光された画像が、図１１に示すように画像表示領域４１０に表示される。この状態では、測定画像の明るさは自動で調整されるが、測定光明るさ調整手段を用いて測定光の明るさ（カメラ露光時間又は光量）をユーザが手動で調整することもできる。（ステップＳ４）。
（三次元画像合成手段２１３）
【０１１３】
このようにして明るさが調整された状態で、操作領域４２０の下部に設けられた「測定」ボタン４３０を押下すると、通常の高さ画像が取得される（ステップＳ５）。さらに高さ画像に観察画像ＳＯが合成された合成画像ＳＴが三次元画像合成手段２１３で生成されて、表示部４００上に表示される。三次元画像合成手段２１３は、観察用照明光源３２０を用いて撮像した観察画像と、測定光投光手段を用いて撮像した高さ画像とを合成して、三次元の合成画像ＳＴを生成する。すなわち、高さ画像が有する高さ情報でもって、観察画像で得られたテクスチャ情報に凹凸を持たせた立体的な画像を生成することができる。図１７に示す例では、高さ画像の高さ情報を利用して、観察画像をテクスチャ画像として合成した合成画像ＳＴが、立体的に画像表示領域４１０上に表示される。合成画像ＳＴは三次元状であり、その位置や姿勢、角度を任意に変更できる。例えば画像表示領域４１０上で合成画像ＳＴをマウス等によりドラッグして、合成画像ＳＴを移動、回転させることができる。
（テクスチャ比率調整手段４５２）
【０１１４】
合成画像ＳＴの、高さ画像と観察画像の比率は、テクスチャ比率調整手段４５２によって調整される。テクスチャ比率調整手段４５２は、例えばスライダ状に構成され、スライダを左右に移動させることによって、高さ画像（距離画像）と観察画像（テクスチャ画像）の比率を連続的に変更できる。また、比率を数値で入力させたり、あるいは規定の数値（例えば０％、２５％、５０％、７５％、１００％；あるいは０：１、０．５：１、１：１、２：１、３：１、４：１等）をドロップボックスやコンボボタンで選択させる等、任意の方法で比率を指定できる。図１７の例では、合成画像ＳＴの高さ画像と観察画像（テクスチャ）の比率を、観察画像（テクスチャ）の占める百分率で表しており、ここではテクスチャ比率調整手段４５２で観察画像（テクスチャ）の比率を１００％に設定している。テクスチャ比率調整手段４５２で、例えば観察画像（テクスチャ）の比率を０％、すなわち高さ画像を１００％に調整すれば、図１８のような表示に切り替わる。画像表示領域４１０における合成画像ＳＴの表示は、テクスチャ比率調整手段４５２の調整に応答してリアルタイムで更新さる。ユーザは画像表示領域４１０で表示される合成画像ＳＴを参照しながら、テクスチャ比率調整手段４５２でもって高さ画像と観察画像の比率を所望の値に調整できる。なお、この例では合成画像ＳＴの生成後におけるテクスチャ比率調整手段４５２の初期値を、観察画像（テクスチャ）１００％としているが、例えば５０％とする等、デフォルト値を任意の値、例えば５０％に設定してもよい。
【０１１５】
また高さ画像は、高さを色分けして表示させることもできる。例えば等高線状に、高さの低い領域を青色、高い領域を赤色とし、その中間領域を青→緑→黄→橙→赤等と連続的に変化させるように着色して、視覚的に高さを認識し易くできる。着色される色や、色を異ならせる高さの区切り等は任意に設定できる。あるいは、対象物の高さを複数色のグラデーションとして表現する他、単色の濃淡で表現することもできる。この例では、画像表示領域４１０の左上に、高さ毎に色分けされたスケールを表示させ、色と高さの関係をユーザが視覚的に把握し易いようにしている。
【０１１６】
さらに、合成画像ＳＴに対して様々な処理を行うためのボタン類が、操作領域４２０に設けられている。例えば高さ倍率スライドバー４５３を調整すれば、合成画像ＳＴの高さ方向の倍率を調整できる。これにより、細かな凹凸を強調させて表示させたり、逆に細かな凹凸を平滑化して全体の形状を把握するのに役立てることができる。また、合成画像ＳＴ上に測定異常点を重ねて表示させたり、光源を任意の位置に配置して陰影の変化によって立体感を強調させたり、目盛をグリッド状に表示させたり、簡易的な寸法計測を行う等、各種の操作が操作領域４２０から行える。
【０１１７】
さらにまた、合成画像ＳＴの生成後においても、表示部４００の表示を高さ画像、観察画像に切り替えることができる。図１７、図１８の例では、操作領域４２０の上段に設けられた画像表示切替手段４５４でもって、画像表示領域４１０の表示をワンタッチで切り替え可能である。図１７、図１８の例では、画像表示切替手段４５４の「３Ｄ」ボタン４５５が選択されており、この状態で「テクスチャ」ボタン４５６を押下すると、図１９の画面に切り替えられ、画像表示領域４１０上に観察画像が表示される。同様に画像表示切替手段４５４で「高さ」ボタン４５７を押下すると、画像表示領域４１０の表示が高さ画像に切り替えられる。このようにして得られた合成画像ＳＴに対して、ユーザは必要に応じて各種の操作を行うことができる。また合成画像ＳＴや高さ画像に対する解析用のプログラムに切り替えるには、操作領域４２０の上部に設けられた「解析アプリへ」ボタン４５０を押下する。これによって、後述する図２６等に示す三次元画像計測プログラムが起動される。
【０１１８】
以上のように、簡単モードによれば三次元の計測に関する設定項目を特に意識することなく、「測定」ボタンを押下することで三次元の合成画像をほぼ自動的に取得できる。
（応用モード）
【０１１９】
一方、ステップＳ２で応用モードが選択されると、ステップＳ６に進み、測定光の手動による調整を行う。ここでは図１２に示すように、初期画像として図１０と同様、観察画像を画像表示領域４１０に表示させている。この画面では、後に取得される高さ画像に対して、合成画像ＳＴとして貼り付けるテクスチャ画像の選択が可能となる。さらに「画像改善」ボタン４８１を押下すると、図２０に示すように操作領域４２０に画像改善パネル４８０が表示される。画像改善パネル４８０からは、観察画像のエッジ強調やオフセット、ガンマ補正、ホワイトバランス等を調整することができる。
（テクスチャ画像）
【０１２０】
テクスチャ画像は、テクスチャ画像選択手段４６０で選択される。図１２の例では、通常の観察画像の他、ＨＤＲ画像、深度合成画像のいずれかを、ラジオボタンで選択できる。ここでＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画像は、複数枚の観察画像をカメラ露光時間を変えて撮像した後、これらをハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）合成して生成される。深度合成画像は、対象物Ｓの測定対象部分の高低差が被写界深度を超える場合、高さ方向を異ならせて個々に撮像した観察画像中から、ピントが合った部分だけを抜き出して合成した画像である。
【０１２１】
このようにしてテクスチャ画像が選択されると、図１２において操作領域４２０に設けられた画像切替手段から「測定画像」ボタン４２８を押下し、図１３の画面に切り替える。この画面は、測定画像撮像条件を設定する測定画像撮像条件設定画面４４１であり、操作領域４２０には、測定画像撮像条件を設定するための各種部材が配置される。この例では、上から順に「ｅプレビュー」ボタン４７１、「測定モード」選択欄４７２、「測定方向」選択欄４７０、「測定用明るさ調整」欄４４０がそれぞれ設けられている。この画面において、測定画像撮像条件を確認しながら、測定光の明るさを調整する。
（「測定モード」選択欄４７２）
【０１２２】
「測定モード」選択欄４７２は、測定方法（縞パターン）を選択できる。この例では「スタンダード」を選択しており、他にも間接光を除去する「ファインモード」や、「ハレーション除去」も選択できる。「ハレーション除去」を選択すると、カメラ露光時間を変更して複数枚の画像を撮像し、これらを合成することで白飛びしている部分、黒つぶれしている部分を他の画像から補うことが可能となる。さらに「スーパーファイン」は、間接光を除去しつつ、ハレーション除去を行いながら測定することができる。図２１の例では、「測定モード」選択欄４７２からプルダウンメニューにより、スタンダード、ファイン、ハレーション除去、スーパーファインのいずれかを選択できる。
（「測定方向」選択欄４７０）
【０１２３】
また「測定方向」選択欄４７０では、測定光投光手段を選択する。ここでは、「測定用明るさ調整」欄４４０で「オート」を選択すると、その下方に設けられたスライダを左右に調整して、左右の測定光の明るさを同時に、連続的に可変できる。ここでは、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂのいずれかを選択できる。図２２の画面例では、「測定方向」選択欄４７０のプルダウンメニューから「左側のみ」を選択すると、測定光投光手段として第二測定光投光部１１０Ｂが選択されて、対象物Ｓの左側から第二測定光ＭＬ２を照射した第二測定画像Ｓ２が画像表示領域４１０に表示される。また同様に「右側のみ」を選択すると、各第一測定光投光部１１０Ａが選択されて、対象物Ｓの右側から第一測定光ＭＬ１を照射した第一測定画像Ｓ１に画像表示領域４１０の表示内容が切り替わる。さらに「両側」を選択すると、これら第二測定画像と第一測定画像とを合成した合成高さ画像ＳＧが、画像表示領域４１０に表示される。
（測定光明るさ調整手段）
【０１２４】
さらに測定光明るさ調整手段として、図１３の右側の操作領域４２０の中段に「測定用明るさ調整」欄４４０が設けられている。測定光の明るさは、カメラ露光時間や光量によって調整される。ここでは、「測定用明るさ調整」欄４４０で「オート」を選択すると、その下方に設けられたスライダを左右に調整して、左右の測定光の明るさを同時に、連続的に可変できる。このスライダは、上部に測定光の明るさを数値で表示している。また、測定光の明るさを数値で直接入力可能とすることもできる。このようにして測定光明るさ調整手段で測定光の明るさが調整されると、画像表示領域４１０で表示される測定画像の明るさが変更された状態に更新され、ユーザは明るさの調整結果をリアルタイムで確認しながら調整を行うことができる。
【０１２５】
以上の例では、測定光明るさ調整手段で、合成高さ画像ＳＧにおける明るさを調整している。すなわち、図１３に示すように「測定方向」選択欄４７０で「両側」を選択し、画像表示領域４１０に合成高さ画像ＳＧを表示させた状態で、操作領域４２０に測定光明るさ調整手段として「測定用明るさ調整」欄４４０を表示させている。この「測定用明るさ調整」欄４４０は、測定光投光手段である第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの光量を同様に調整する。また「測定方向」選択欄４７０で「左側のみ」又は「右側のみ」を選択すると、上述の通り画像表示領域４１０には選択された各測定光投光手段で撮像された測定画像が表示されるので、これら第二測定光投光部１１０Ｂ又は第一測定光投光部１１０Ａの光量を、「測定用明るさ調整」欄４４０でそれぞれ調整できる。
（測定光明るさ個別調整手段４４２）
【０１２６】
その一方で、第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂの光量を個別に調整することもできる。図１３に示すように「測定方向」選択欄４７０で「両側」を選択した状態で、「測定用明るさ調整」欄４４０で「マニュアル」を選択すると、図１４の画面となり、第一測定光投光部１１０Ａ及び第二測定光投光部１１０Ｂの明るさを個別に調整可能な測定光明るさ個別調整手段４４２が操作領域４２０に表示される。ここで測定光明るさ個別調整手段４４２は、各測定光投光手段毎に明るさを調整可能なスライダ状に構成されている。この例では第二測定光投光部１１０Ｂ用の明るさ調整スライダ４４６と、第一測定光投光部１１０Ａ用の明るさ調整スライダ４４４とを、上下に配置している。これら明るさ調整スライダ４４４、４４６を個別に左右に移動させることで、各測定画像の明るさの強弱を個別に調整できる。また上述の通り、測定光明るさ個別調整手段４４２で調整された値に従って画像表示領域４１０における測定画像の表示が更新され、ユーザはリアルタイムで測定画像を確認しながら所望の明るさに調整することが可能となる。なお、ここでは説明の便宜上測定光投光部の光量を調整すると説明したが、第一測定画像、第二測定画像の明るさの調整が目的であることから、実際に測定光投光部の光量を調整するのみならず、カメラ露光時間の調整等によって明るさを調整できることは上述の通りである。
（画像連結モード）
【０１２７】
また操作領域４２０の下段には、後述する画像連結手段２２５の一形態として「連結モード」選択欄５７０が設けられている。この「連結モード」選択欄５７０をＯＮすると、画像連結モードが選択され、縦・横にステージを動かしながら連続してデータを測定し、そのデータを１つの測定データとして結合することができる（詳細は後述）。
【０１２８】
「測定方向」選択欄４７０では、上述の通り測定光の方向を選択できる。この例では、図２２に示すように「両方」、「左側のみ」、「右側のみ」のいずれかを選択でき、選択された項目に応じて画像表示領域４１０の表示内容が対応する内容に切り替えられる。例えば図１５の例では、「左側のみ」が選択されており、左側の測定光投光手段である第二測定光投光部１１０Ｂで得られた第二測定画像Ｓ２が、画像表示領域４１０に表示される。また、このとき第二測定画像Ｓ２には測定異常領域表示手段２１２によって、第二測定光投光部１１０Ｂでは測定光が影になって測定できない測定不能領域が赤色で、飽和領域が黄色で、それぞれ表示されている。
【０１２９】
この状態で「両方」に切り替えると、図１３の画面に切り替わり、両方の測定光投光手段、すなわち第一測定光投光部１１０Ａと第二測定光投光部１１０Ｂで得られた第一測定画像Ｓ１、第二測定画像Ｓ２を合成した合成高さ画像ＳＧが、画像表示領域４１０に表示される。また、このとき合成高さ画像ＳＧには測定異常領域表示手段２１２によって、第一測定光投光部１１０Ａ及び第二測定光投光部１１０Ｂのいずれでも測定光が影になって測定できない測定不能領域が赤色で、飽和領域が黄色で、それぞれ表示されている。
【０１３０】
図１３と図１５を対比すれば明らかな通り、測定不能領域及び飽和領域のいずれも、合成高さ画像ＳＧの方が少ないことが判る。すなわち、得られる合成高さ画像ＳＧにおいては、一方の測定光投光手段から明らかとなる測定不能領域や飽和領域よりも、実際には測定異常領域がかなり狭いため、図１３のような合成高さ画像ＳＧベースで測定異常領域が狭くなるように、測定画像撮像条件を調整することが、より適切かつ容易であることが理解できる。
【０１３１】
さらに必要に応じて、画像表示領域４１０を分割して、合成高さ画像ＳＧとその元となる各測定画像とを一画面で同時に表示させることもできる。すなわち、図１３の画面において、操作領域４２０の「測定用明るさ調整」欄４４０で「マニュアル」を選択すると、図１４に示すように画像表示領域４１０が三分割されて、第一分割表示領域４１１に合成高さ画像ＳＧが、第二分割表示領域４１２に第二測定画像Ｓ２が、第三分割表示領域４１３に第一測定画像Ｓ１が、それぞれ表示される。これにより、各測定光投光手段による測定異常領域がそれぞれ対比しながら確認できるので、一覧性に優れ、一層容易に対象物Ｓの位置や姿勢、測定光の明るさ等の測定画像撮像条件を調整できる。加えて、図１４の画面では上述の通り測定光明るさ個別調整手段４４２を用いて、各測定光の明るさを個別に調整できる。
【０１３２】
なお、上述した簡単モードにおいても、このような測定不能点や飽和点の確認を行うことができる。例えばステップＳ３において、「測定画像」を表示すれば、両側合成の画像に測定不能点や飽和点を表示することができる。
【０１３３】
このようにして、応用モードにおいて測定画像撮像条件の設定や調整を行う。そして、図１６のフローチャートのステップＳ７において測定光の明るさが適切か否かの判定をユーザに促し、適切な場合はステップＳ９に進む。一方、測定光の明るさが未だ適切でない場合は、ステップＳ８に進み、測定モードの選択や測定明るさを調整する。
【０１３４】
このようにして測定光の設定が適切に行われると、ステップＳ９に進み、テクスチャ画像の設定が必要か否かのユーザによる判定を促す。必要な場合はステップＳ１０にてテクスチャ画像の設定を行う。ここでは図１２の画面において、テクスチャ画像選択手段４６０を用いてテクスチャ画像の選択を行う。
（観察画像撮像条件設定手段４９０）
【０１３５】
また必要に応じて、観察画像の撮像条件を設定する。図１２の画像表示領域４１０の上段には、このような観察画像の撮像条件を設定するための観察画像撮像条件設定手段４９０が設けられている。観察画像撮像条件設定手段４９０は、例えば観察画像を撮像するシャッタースピード切り換えや撮像の倍率、フォーカス調整等の設定を含んでいる。図２３に示す例では、撮像手段の明るさを「オート」又は「マニュアル」から選択する。「マニュアル」を選択した場合は、カメラ明るさ調整スライダ４９２でもって撮像手段の明るさを調整する。また、このような観察画像の撮像条件の設定は、簡単モードでも行うことができる。例えば図１０でも、上記と同様に画像表示領域４１０の上段に観察画像撮像条件設定手段４９０を設けており、ここから倍率やフォーカス調整、シャッタースピードの切り替え等を行える。
【０１３６】
なお、高さ画像の取得においては、観察画像の撮像は任意であり、例えば合成高さ画像や観察画像が不要の場合は、図１６のフローチャートにおいてステップＳ９やＳ１０を省略することもできる。
【０１３７】
このようにしてすべての撮像条件の設定が終わると、ステップＳ１１に進み、高さ画像を取得する。ここでは、図１４等の画面から、「測定」ボタン４３０を押下すると、高さ画像が取得され、さらに高さ画像にテクスチャ画像を加えた合成画像が、画像表示領域４１０に表示される（ステップＳ９）。引き続きユーザは、必要に応じて測定操作を行う。測定用のプログラムに切り替えるには、操作領域４２０の上部に設けられた「解析アプリへ」ボタン４５０を押下し、後述する図２６等に示す三次元画像計測プログラムを起動させる。
【０１３８】
以上のように、応用モードではより高さ画像の取得に関するより詳細な条件をユーザが調整できる。これにより、操作に詳しいユーザは所望の条件に設定することが可能となる。その一方で、操作に詳しくないユーザに対しては、上述の通り簡単モードを提供することで、一通りの設定を自動で行えるようにしている。このように、簡単モードと応用モードとで、提供する設定項目を変更し、ユーザが設定可能なパラメータを異ならせることで、ユーザの習熟度や要求に応じた操作環境を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明の計測顕微鏡装置及びこれを用いた画像撮像方法は、三角測距の原理を利用した検査装置やデジタイザに好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１４０】
１００、１００’…撮像手段
１０１…本体ケース
１１０…投光部；１１０Ａ…第一測定光投光部；１１０Ｂ…第二測定光投光部
１１１…測定光源；１１１Ａ…第一測定光源；１１１Ｂ…第二測定光源
１１２…パターン生成部
１１２Ａ…第一パターン生成部；１１２Ｂ…第二パターン生成部
１１３〜１１５、１１３Ａ〜１１５Ａ、１１３Ｂ〜１１５Ｂ、１２２、１２３…レンズ
１２０…受光部
１２１…カメラ
１２１ａ…撮像素子
１３０…照明光出力部
１４０…ステージ
１４１…Ｘ−Ｙステージ
１４２…Ｚステージ
１４３…θステージ
１４４…ステージ操作部
１４５…ステージ駆動部
１５０…測定制御部
２００…制御手段
２１０…ＣＰＵ
２１１…測定画像合成手段
２１２…測定異常領域表示手段
２１３…三次元画像合成手段
２１４…測定手段
２１５…位置合わせ手段
２１６…倍率連動手段
２１７…表示位置連動手段
２１８…テンプレート生成手段
２１９…テンプレート呼出手段
２２０…ＲＯＭ
２２２…レポート作成手段
２２３…位置合わせ画像登録手段
２２４…テンプレート検索手段
２２５…画像連結手段
２２６…再測定領域設定手段
２２８…高さ画像取得手段
２３０…作業用メモリ
２４０…記憶装置
２５０…操作部
３００…光源部
３１０…制御基板
３２０、３２０’…観察用照明光源
４００…表示部
４１０…画像表示領域
４１１…第一分割表示領域
４１２…第二分割表示領域
４１３…第三分割表示領域
４１５…種別表示欄
４１６…第一表示領域
４１７…第二表示領域
４２０…操作領域
４２１…「３Ｄスキャン」タブ
４２２…「マイクロスコープ」タブ
４２４…「１ｓｈｏｔ−３Ｄ」ボタン
４２５…「エキスパート」ボタン
４２７…「観察画像」ボタン
４２８…「測定画像」ボタン
４３０…「測定」ボタン
４４０…「測定用明るさ調整」欄
４４１…測定画像撮像条件設定画面
４４２…測定光明るさ個別調整手段
４４４…明るさ調整スライダ
４４６…明るさ調整スライダ
４５０…「解析アプリへ」ボタン
４５２…テクスチャ比率調整手段
４５３…高さ倍率スライドバー
４５４…画像表示切替手段
４５５…「３Ｄ」ボタン
４５６…「テクスチャ」ボタン
４５７…「高さ」ボタン
４６０…テクスチャ画像選択手段
４７０…「測定方向」選択欄
４７１…「ｅプレビュー」ボタン
４７２…「測定モード」選択欄
４８０…画像改善パネル
４８１…「画像改善」ボタン
４９０…観察画像撮像条件設定手段
４９２…カメラ明るさ調整スライダ
５００…計測顕微鏡装置
５７０…「連結モード」選択欄
Ｓ…対象物
ＭＭ…マイクロミラー
ＭＬ…測定光；ＭＬ１…第一測定光；ＭＬ２…第二測定光
ＩＬ…照明光
Ｓ１…第一測定画像
Ｓ２…第二測定画像
ＳＯ…観察画像
ＳＴ…合成画像
ＳＧ…合成高さ画像
【図１】
2014109490.tif 000003
【図２】
2014109490.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１６】
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【図２４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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