(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の形状を測定する形状測定装置であって、
第１期間において、時間経過に伴い光量を変化させ、かつ所定の空間分布を有する投影光を、物体に照射する光源装置と、
前記投影光が照射されている前記物体を撮像する撮像素子と、
前記第１期間の少なくとも一部であって、前記光量を変化させている期間を含む第２期間を設定する第２期間設定部と、
前記第２期間にわたって前記撮像素子により撮像された画像データに基づき、前記物体の形状に関する情報を取得する形状情報取得部とを備え、
前記第２期間設定部は、前記第２期間で撮像するよりも前の期間で行われる撮像時に前記撮像素子に入射する光の光量と、前記第１期間における前記投影光の時間経過に伴う前記光量を変化させたときのパターンに基づいて、前記第２期間を設定するように構成される
形状測定装置。
【請求項２】
更に、前記第２期間において前記撮像素子に前記形状情報取得部に供給する画像データを生成するために前記撮像素子による撮像を実行させるように制御する撮像制御部を備える
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第２期間設定部は、
前記第２期間の長さが与えられている場合に、前記第２期間の開始タイミング又は終了タイミングを算出する露光期間算出部を備える
請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記第２期間設定部は、
前記第２期間の開始タイミング又は終了タイミングが与えられている場合に、前記第２期間の長さを算出する露光期間算出部を備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記第２期間設定部は、
前記第２期間において前記撮像素子に入射する光量が基準値に近づくまたは同一になるように、前記第２期間の長さの設定値に基づいて前記第２期間が開始するタイミング又は終了タイミングを設定することができない場合に、前記第２期間の長さを前記設定値と異なる値に設定する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記物体の表面を複数の前記第１期間にわたって前記投影光によって走査する走査部を備える
請求項１〜５のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記走査部は、前記光源装置と前記物体の位置関係を時間的に変化させる
請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記位置関係は、前記光源装置と前記物体との相対的な位置と相対的な姿勢の少なくとも一方を含む
請求項７に形状測定装置。
【請求項９】
前記形状情報取得部は、前記第２期間で撮像された画像データに基づいて前記物体の表面を検出し、前記第２期間で撮像が行われた時点の前記位置関係を示す位置情報を取得して、前記検出した表面の情報と前記位置情報とを関連付ける
請求項７又は８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記形状情報取得部は、前記第２期間の開始タイミングと終了タイミングとの間の時点における前記位置関係を示す情報を取得する
請求項７〜９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記形状情報取得部は、
前記第２期間において前記撮像素子へ入射する光の光量のうち、所定の割合の光量が前記撮像素子に光が入射する時点における前記位置関係を示す情報を取得する
請求項１０に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記複数の第１期間のうち、第１の前記第１期間における前記第２期間と、前記第１の第１期間よりも後の第２の前記第１期間における前記第２期間との間に、前記光源装置が消灯する期間を含む
請求項６〜１１のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記物体に照射される光の光量は、前記複数の第１期間において周期的に変化する
請求項６〜１２のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
前記複数の第１期間のそれぞれにおける光量変化パターンは同じである
請求項６〜１３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記第２期間設定部は、前記複数の第１期間のうちのある第１期間において前記撮像素子が撮像した結果に基づいて、前記複数の第１期間のうちの、前記ある第１期間よりも後の別の第１期間における前記第２期間を設定する
請求項６〜１４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１６】
前記別の第１期間は、前記複数の第１期間のうち前記ある第１期間よりも後の第１期間である
請求項１５に記載の形状測定装置。
【請求項１７】
前記第２期間において前記撮像素子に前記形状情報取得部に供給する画像データを生成するために前記撮像素子による撮像を実行させるように制御する撮像制御部を備え、
前記撮像制御部は、同一の前記第１期間内において前記撮像素子に前記第２期間よりも前の期間で行われる撮像と前記第２期間で行われる撮像とを実行させる
請求項１５又は１６に記載の形状測定装置。
【請求項１８】
前記撮像制御部は、前記同一の第１期間内において、前記第２期間よりも前の期間で行われる撮像の終了後に前記第２期間での撮像による前記撮像素子による受光を開始させる
請求項１７に記載の形状測定装置。
【請求項１９】
前記撮像素子は、第１、第２画素群を含み、
前記撮像制御部は、前記撮像素子の第１画素群に前記第２期間よりも前の期間で行われる撮像を実行させ、前記撮像素子の第２画素群に前記第２期間中での撮像を実行させる
請求項１７に記載の形状測定装置。
【請求項２０】
前記撮像制御部は、前記第１画素群に対する露光と前記第２画素群に対する露光とを同時に開始させ、
前記第２期間設定部は、前記第１の画素群による前記第１の撮像の結果に基づいて、前記第２画素群に対する露光の終了タイミングを設定する
請求項１９に記載の形状測定装置。
【請求項２１】
前記光源装置から前記物体に照射される投影光の光量は、該投影光の光強度が時間的に変化することによって、時間的に変化する
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項２２】
前記光源装置は、前記物体にパルス光を照射し、
前記光源装置から前記物体に照射される投影光の光量は、前記パルス光の発光時間又は発光間隔が時間的に変化することによって、時間的に変化する
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項２３】
前記投影光の時間経過に伴う光量変化パターンに従って前記光源装置が前記投影光を照射するように、前記光源装置を制御する光源制御部を備える
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項２４】
前記第２期間において前記撮像素子に前記形状情報取得部に供給する画像データを生成するために前記撮像素子による撮像を実行させるように制御する撮像制御部を備え、
前記撮像制御部は、前記光源装置と同期して前記撮像素子を制御する
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項２５】
前記光源装置は、前記投影光を生成する光源部と、前記第１期間中に生ずる前記光源部から発光される光量における時間経過に対する変化が周期的に生成されるように前記光源部を制御する光量制御部とを備える請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項２６】
前記第２期間において前記撮像素子に前記形状情報取得部に供給する画像データを生成するために前記撮像素子による撮像を実行させるように制御する撮像制御部であって、前記光源から発光される光量における前記第２期間に設定された時間内に前記対象物の像を取得するように、前記撮像素子を制御する撮像制御部を備える請求項２５に記載の形状測定装置。
【請求項２７】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
前記作製された前記構造物の形状を測定する請求項１〜２６のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記測定によって得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置と、
を含む構造物製造システム。
【請求項２８】
コンピュータに形状測定装置の制御を実行させるプログラムであって、
前記形状測定装置に、
第１期間において時間経過に伴い光量を変化させ、かつ所定の空間分布を有する投影光を、物体に照射することと、
前記投影光が照射されている前記物体を撮像することと、
前記第１期間の少なくとも一部であって、前記光量を変化させている期間を含む第２期間を設定することと、
前記第２期間において撮像の露光を実行することと、
前記第２期間にわたって前記形状測定装置の撮像素子で撮像された画像データに基づき、前記物体の形状に関する情報を取得することと、
前記第２期間で撮像するよりも前の期間で行われる撮像時に、前記撮像素子に入射する光の光量と、前記第１期間における前記投影光の時間経過に伴う前記光量を変化させたときのパターンに基づいて、前記第２期間を設定すること
とを実行させるプログラム。
【請求項２９】
前記第２期間を設定することは、前記第２期間より前に行われる撮像において前記撮像素子に入射する光量と、前記第１期間における前記投影光の時間経過に伴う光量変化パターンに基づいて第２期間を設定することを含む
請求項２８に記載のプログラム。
【請求項３０】
請求項２８又は２９に記載のプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、プログラム、及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
光切断法等を用いた形状測定技術は、工業製品等の被検物の形状を測定すること等に利用されている。この形状測定技術は、例えば、光が照射されている被検物の表面を撮像素子によって撮像し、その結果に基づいて被検物の形状を測定する技術に関連している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
形状測定技術において、撮像素子によって撮像される像の明るさが不足又は過剰であると、測定精度が低下する可能性がある。そこで、特許文献１においては、被検物の変化に応じて撮像素子に対する露光時間を調整することによって、露光期間において撮像素子へ入射する光の光量を調整し、撮像素子によって撮像される像の明るさを調整している。
【０００４】
撮像素子の露光時間は、電子シャッターを制御すること等によって、一例として１０マイクロ秒程度から５０ミリ秒程度の範囲内において調整可能である。この場合に、撮像される像の明るさは、最も暗く設定した場合の明るさを１として、１から５０００程度の調整範囲（ダイナミックレンジ）において調整できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８１９２７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の形状測定技術において、例えば被検物の部位ごとの反射率や形状によっては、ダイナミックレンジが不足することがありえる。形状測定技術において、ダイナミックレンジが不足すると、例えば被検物の変化に対応させて像の明るさを調整すること不能になり、測定精度が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、形状測定技術において測定精度を向上させることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に従えば、第１期間において、時間経過に伴い光量を変化させ、かつ所定の空間分布を有する投影光を、物体に照射する光源装置と、前記投影光が照射されている前記物体を撮像する撮像素子と、前記第１期間の少なくとも一部であって、前記光量を変化させている期間を含む第２期間を設定する第２期間設定部と、前記第２期間にわたって撮像素子により撮像された画像データに基づき、前記物体の形状に関する情報を取得する形状情報取得部とを備え、前記第２期間設定部は、前記第２期間で撮像するよりも前の期間で行われる撮像時に前記撮像素子に入射する光の光量と、前記第１期間における前記投影光の時間経過に伴う前記光量を変化させたときのパターンに基づいて、前記第２期間を設定するように構成される形状測定装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作製された構造物の形状を測定する第１の態様の形状測定装置と、測定によって得られた形状情報と、設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムが提供される。
【００１０】
本発明に関連する発明に従えば、第１期間において時間経過に伴い光量が変化し、かつ所定の空間分布を有する投影光を、被検物に照射することと、投影光が照射されている前記被検物を撮像することと、第１期間の少なくとも一部を含む第２期間を設定することと、第２期間において撮像の露光を実行することと、第２の撮像の結果に基づいて、被検物の形状に関する情報を取得することと、を含む形状測定方法が提供される。
【００１１】
本発明に関連する発明に従えば、構造物の形状に関する設計情報を作製することと、設計情報に基づいて構造物を作製することと、作製された構造物の形状を、本発明に関連する形状測定方法を用いて測定することと、測定によって得られた形状情報と、設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の第３の態様に従えば、コンピュータに形状測定装置の制御を実行させるプログラムであって、前記形状測定装置に、第１期間において時間経過に伴い光量を変化させ、かつ所定の空間分布を有する投影光を、物体に照射することと、前記投影光が照射されている前記物体を撮像することと、前記第１期間の少なくとも一部であって、前記光量を変化させている期間を含む第２期間を設定することと、前記第２期間にわたって形状測定装置の撮像素子で撮像された画像データに基づき、前記物体の形状に関する情報を取得することと、前記第２期間で撮像するよりも前の期間で行われる撮像時に、前記撮像素子に入射する光の光量と、前記第１期間における前記投影光の時間経過に伴う前記光量を変化させたときのパターンに基づいて、前記第２期間を設定することと、を実行させるプログラムが提供される。
【００１３】
本発明の第４の態様に従えば、第３の態様のプログラムを記録し、コンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、形状測定技術の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の形状測定装置の概観を示す図である。
【図２】第１実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の撮像装置の構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の撮像装置における転送パルスのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図６】第１実施形態の制御装置の機能構成を示す図である。
【図７】第１実施形態の露光量調整部の機能構成を示す図である。
【図８】第１実施形態の形状情報取得部の機能構成を示す図である。
【図９】第１実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。
【図１０】第１実施形態における光強度の時間分布の一例を示す図である。
【図１１】第１実施形態の露光量調整方法を示すフローチャートである。
【図１２】統計量と露光量基準値との比較方法の一例を示す図である。
【図１３】（Ａ）から（Ｃ）は、露光期間と露光量の関係を示す図である。
【図１４】露光時間に対する信号強度を示す図である。
【図１５】第１実施形態の形状情報取得方法を示すフローチャートである。
【図１６】（Ａ）から（Ｃ）は、第１実施形態の形状情報取得方法を示す図である。
【図１７】コンピュータの構成例を示す図である。
【図１８】第２実施形態の露光量調整方法を示す図である。
【図１９】第２実施形態の形状測定方法の概略を示すフローチャートである。
【図２０】第３実施形態の形状測定装置の撮像装置の概略構成を示す図である。
【図２１】第３実施形態の形状測定装置の撮像素子の画素を示す回路図である。
【図２２】第３実施形態の露光量調整方法を示す図である。
【図２３】第３実施形態の形状測定方法の概略を示すフローチャートである。
【図２４】（Ａ）から（Ｆ）のそれぞれは、光強度の時間分布の例を示す図である。
【図２５】第４実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。
【図２６】第５実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。
【図２７】第６実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。
【図２８】第７実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。
【図２９】第８実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。
【図３０】本実施形態の構造物製造システムの構成を示す図である。
【図３１】本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
第１実施形態の形状測定装置の概略構成について、説明する。図１は、第１実施形態の形状測定装置の概観を示す図である。図２は、第１実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。
【００１７】
図１に示す形状測定装置（形状測定システム）１は、ステージ装置２、光プローブ３、走査装置４、制御装置５、表示装置６、及び入力装置７を備える。本実施形態の形状測定装置１は、ＣＭＭ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ）、画像計測顕微鏡等のように、被検物Ｑの形状を測定することができる。本実施形態の形状測定装置１は、ステージ装置２上に配置された被検物Ｑの三次元形状を、光切断法によって測定することができる。本実施形態の形状測定装置１は、被検物Ｑの表面の一部を測定対象とする単位測定を、測定対象の領域を移動させながら繰り返し行う。形状測定装置１は、測定対象の領域を移動させながら行われた複数の単位測定の結果を合わせて、単位測定よりも広い領域の測定結果を得ることができる。
【００１８】
ステージ装置２は、被検物Ｑがステージ装置２に対して移動しないように、被検物Ｑを保持する。本実施形態のステージ装置２は、形状測定装置１の設置エリアに対して、固定されている。なお、ステージ装置２は、被検物Ｑを保持して、光プローブ３に対して移動可能でもよい。また、ステージ装置２は、形状測定装置１の外部の装置であってもよい。例えば、被検物Ｑは、被検物Ｑ（構造物）の製造システムの製造ライン上を搬送され、形状測定装置１は、製造ライン上の被検物Ｑに対して測定を行ってもよい。また、形状測定装置１は、例えば地面、机等に載置された被検物Ｑに対して測定を行ってもよく、この場合にステージ装置２は省略されていてもよい。
【００１９】
光プローブ３は、光源装置８及び撮像装置９を備える。光源装置８は、制御装置５によって制御され、ステージ装置２に配置された被検物Ｑの表面の一部に光を照射する。撮像装置９は、制御装置５によって制御され、光によって照らされている被検物Ｑの表面を撮像する撮像処理を実行する。撮像装置９は、１回の単位測定において少なくとも１回の撮像処理を実行する。本実施形態において、光源装置８と撮像装置９は、同じ支持体１０に支持されている。光源装置８と撮像装置９は、それぞれ、支持体１０に交換可能に取り付けられている。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態の光源装置８は、光源１１、光源駆動部１２、及び照明光学系１３を備える。光源装置８は、光源駆動部１２が光源１１を駆動して光源１１から発せられた光を、照明光学系１３を介して被検物Ｑに照射する。
【００２１】
本実施形態の光源１１は、レーザーダイオードを含む。なお、光源１１は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を含んでいてもよい。なお、光源１１は、必要に応じて気体光源等の別の光源を選択しうる。光源駆動部１２は、制御装置５に制御され、光源１１が発光する上で必要な電力を光源１１へ供給する。これにより、制御装置５は、光源１１が光を発するタイミングを制御すること、及び光源１１から発せられる光（以下、照明光という）の単位時間あたりの光量又は光強度（以下光量という）を時間的に変化させるように制御することができる。
【００２２】
照明光学系１３は、光源１１から発せられた光の空間的な光強度分布を調整する。本実施形態の照明光学系１３は、シリンドリカルレンズを含む。照明光学系１３は、１つの光学素子により構成されていてもよいし、複数の光学素子を含んでいてもよい。光源１１から発せられた光は、シリンドリカルレンズが正のパワーを有する方向にスポットが広げられて、光源装置８から出射する。図１に示したように、光源装置８から出射し、被検物Ｑに投影される投影光（以下、ライン光Ｌという）は、光源装置８からの出射方向に対して直交する面におけるスポットの形状が１方向に長い投影パターンになる。以後、この１方向をライン光Ｌの長手方向と呼ぶ。
【００２３】
なお、照明光学系１３は、ＣＧＨ（Computer Generated Hologram, Computed Graphic
Hologram）等の回折光学素子を含むことができる。この場合には、光源１１から発せられた光の空間的な光強度分布を回折光学素子によって調整しうる。また、本実施形態において、空間的な光強度分布が調整された投影光をパターン光ということがある。ライン光Ｌは、パターン光の一例である。
【００２４】
本実施形態の撮像装置９は、撮像素子２０、結像光学系２１、及び撮像素子駆動部２２を備える。光源装置８から被検物Ｑに照射された光は、被検物Ｑの表面で反射散乱して、その少なくとも一部が結像光学系２１へ入射する。撮像装置９においては、光源装置８から被検物Ｑの表面を経由して結像光学系２１へ入射した光を、撮像素子駆動部２２によって駆動される撮像素子２０が検出する。
【００２５】
結像光学系２１は、光源装置８からの光の出射方向と、光のスポットの形状の長手方向とを含む面上の物体面と共役な面を、撮像素子２０の受光面に形成する。なお、光源装置８からの光の出射方向と、光のスポットの形状の長手方向とを含む面は、ライン光Ｌの伝播方向にほぼ平行である。このように、結像光学系２１は、光源装置８から被検物Ｑに照射された光が被検物Ｑ上で描くパターンの像を、撮像素子２０の受光面に形成する。
【００２６】
光源装置８から照射されて被検物Ｑ上の１点で反射散乱した光は、結像光学系２１を通ることによって、撮像素子２０の受光面上のほぼ１点に集光する。すなわち、撮像素子２０上に形成される像の各点は、結像光学系２１の物体面と被検物Ｑとが交差する線上の各点と１対１で対応することになる。このように、撮像装置９の撮像結果を示す情報は、被検物Ｑの表面における各点の位置を示す情報を含む。
【００２７】
図１に示す走査装置（走査部）４は、ステージ装置２と光プローブ３との相対位置を変化させることができる。すなわち、走査装置４は、ステージ装置２上の被検物Ｑと光プローブ３との相対位置を変化させることができる。本実施形態の走査装置４は、光プローブ３を交換可能に保持しており、形状測定装置１の設置エリアに固定されたステージ装置２に対して、光プローブ３を移動することができる。走査装置４が光プローブ３を移動すると、光プローブ３の光源装置８から出射した光が被検物Ｑの表面を走査する。
【００２８】
本実施形態の走査装置４は、基台３０、複数のアーム部３１、複数の関節部（接続部）３２、複数の走査駆動部３３、複数の検出器３４、及び制御部３５を備える。
【００２９】
本実施形態の基台３０は、形状測定装置１の設置エリアに固定されており、ステージ装置２との相対位置が固定されている。複数のアーム部３１は、関節部３２を介して互いに接続されている。互いに接続された複数のアーム部３１は、一端側（基端部）が基台３０と接続され、他端側（先端部）が光プローブ３と接続されている。
【００３０】
走査駆動部３３は、アーム部３１の内部又は外部等に取り付けられている。走査駆動部３３は、例えば電動モータ等のアクチュエータを含む。走査駆動部３３は、関節部３２により互いに接続されている１対のアーム部３１の相対位置を変化させることができる。検出器３４は、例えばエンコーダであり、走査駆動部３３によるアーム部３１の移動量を検出する。
【００３１】
走査装置４の制御部３５は、例えば基台３０に収容されている。図２に示すように、制御部３５は、走査駆動部３３を制御することによって、光プローブ３の位置と姿勢の少なくとも一方を制御する。本実施形態の制御部３５は、走査駆動部３３の駆動量を制御することによって、走査駆動部３３によるアーム部３１の移動量を制御する。アーム部３１の移動量は、例えばアーム部３１の位置の変化量と姿勢の変化量の少なくとも一方を示す。制御部３５は、走査駆動部３３の駆動量を示す駆動情報、走査駆動部３３によるアーム部３１の移動量を示す移動情報等を検出器３４から取得する。制御部３５は、検出器３４から取得した情報に基づいて、走査駆動部３３を制御する。
【００３２】
本実施形態の走査装置４は、制御装置５によって制御される。制御装置５は、走査装置４の制御部３５を制御することによって、光プローブ３の位置と姿勢の少なくとも一方を制御する。また、制御装置５は、走査装置４の制御部３５から光プローブ３の位置情報を取得する。光プローブ３の位置情報は、光プローブ３の位置を示す情報と姿勢を示す情報の少なくとも一方を含む。なお、形状測定装置１は、光プローブ３の位置と姿勢の少なくとも一方を計測する計測器（例えばレーザー干渉計）を備えることができる。制御装置５は、この計測器から光プローブ３の位置情報を取得することができる。
【００３３】
入力装置７は、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチバッド等の各種入力デバイスによって構成される。入力装置７は、制御装置５への各種情報の入力を受けつける。各種情報は、例えば、形状測定装置１に測定を開始させる指令（コマンド）を示す指令情報、形状測定装置１による測定に関する設定情報、形状測定装置１の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。
【００３４】
表示装置６は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等によって構成される。表示装置６は、形状測定装置１の測定に関する測定情報を表示する。測定情報は、例えば、測定に関する設定を示す設定情報、測定の経過を示す経過情報、測定の結果を示す形状情報等を含む。本実施形態の表示装置６は、測定情報を示す画像データを制御装置５から供給され、この画像データに従って測定情報を示す画像を表示する。
【００３５】
本実施形態の制御装置５は、概略すると、形状測定装置１の各部を以下のように制御する。制御装置５は、光源装置８の光源１１が光を発するタイミングを制御し、また、照明光の単位時間あたりの光量が時間変化するように、光源装置８を制御する。なお、制御装置５は、この光量の時間変化は、撮像素子２０によって撮像されるフレーム毎に繰り返し行われるように光源装置８を制御している。制御装置５は、光源装置８から出射した光が被検物Ｑの表面を走査するように走査装置４を制御する。制御装置５は、被検物Ｑの表面のうち光源装置８からの光が照射されている部位が走査により時間変化している期間に、撮像装置９に複数フレームの画像を撮像させる。制御装置５は、各フレームの撮像において、撮像素子２０に対する露光を開始するタイミング及び終了するタイミングを制御する。制御装置５は、撮像装置９による撮像結果（画像データ）を取得し、この撮像結果に基づいて被検物Ｑの形状に関する情報を取得する。本実施形態の制御装置５は、形状測定装置１の測定情報を示す画像データを表示装置６へ供給し、測定情報を示す画像を表示装置６に表示させる。例えば、制御装置５は、被検物Ｑの形状に関する測定結果（形状情報）を可視化して、測定結果を示す画像を表示装置６に表示させる。
【００３６】
ところで、一般的な形状測定装置においては、被検物のうち照明光が照射される部位の材質や形状に応じて、被検物から撮像素子に入射する光（以下、測定光という）の光量が変化することがある。例えば、被検物の材質が部位によって異なっていると、照明光に対する反射率が被検物の部位によって変化する。そのため、被検物のうち反射率が相対的に高い部位で反射して撮像素子に入射する測定光の光量は、それ以外の部位で反射して撮像素子に入射する測定光の光量と比べて、相対的に多くなる。また、例えば、被検物の形状が部位によって異なっていると、被検物の各部位に対する照明光の入射角が変化し、被検物で反射した光のうち撮像素子へ向う測定光の光量が変化する。
【００３７】
このように、被検物の部位の違いによって測定光の光量が変化する場合に撮像素子から出力される信号であって、測定光が被検物上に照射されるときの測定光の像の信号の強度（以下、撮像強度という）は、測定光の光量に応じて変化する。一般的な形状測定装置においては、以下のような問題が考えられる。測定光の光量が測定のうち相対的に少ない条件における撮像強度が信号を検出可能なレベルになるように、露光量を設定すると、測定光の光量が相対的に多い条件において撮像強度が飽和する可能性がある。逆に、測定光の光量が測定のうち相対的に多い条件における撮像強度が飽和しないように露光量を設定すると、測定光の光量が相対的に少ない条件において撮像強度が検出可能なレベルに対して不足する可能性がある。
【００３８】
本実施形態の形状測定装置１は、被検物Ｑの部位に応じて撮像素子２０に対する露光量を調整することによって、撮像強度の飽和又は不足が発生することを抑制することができる。また、本実施形態の形状測定装置１は、光源装置８から被検物Ｑに照射される照明光の単位時間あたりの光量を時間変化させ、かつ撮像素子２０に対する露光期間を調整することによって、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。
【００３９】
次に、形状測定装置１の各部について、より詳しく説明する。図３は、第１実施形態の撮像装置の構成を示す図である。図４は、第１実施形態の撮像装置の動作を示すフローチャートである。図５は、第１実施形態の撮像装置における転送パルスの一例を示す図である。
【００４０】
本実施形態の撮像素子２０は、フォトダイオードにおいて発生した電荷をＣＣＤによって転送するＣＣＤイメージセンサーを含む。本実施形態の撮像素子２０は、互いに交差する２方向のそれぞれに配列された複数の画素４０を備える。本実施形態において、説明の便宜上、複数の画素４０の配列方向のうち一方を垂直走査方向、他方を水平走査方向という。複数の画素４０のそれぞれは、フォトダイオード（受光素子）、フォトダイオードに第１スイッチング素子を介して接続されたキャパシタを備える。各画素４０のフォトダイオードは、このフォトダイオードへ入射した光の光量に応じた量の電荷を発生する。各画素４０のキャパシタは、このキャパシタに接続されているフォトダイオードで発生した電荷を蓄積する。第１スイッチング素子は、キャパシタへの蓄電の開始及び終了を切替える。
【００４１】
なお、撮像素子２０は、各画素４０のキャパシタに蓄積されている電荷をリセットするリセット回路を含むことができる。この場合において、リセット回路によって電荷の蓄積を開始するタイミングを規定することができる。また、撮像素子２０は、上記のリセット回路を備えている場合に、上記の第１スイッチング素子が省略されていてもよい。
【００４２】
本実施形態の撮像素子２０は、第１転送レジスタ４１、第２転送レジスタ４２、及び出力部４３を備える。本実施形態の撮像素子２０は、各画素４０に蓄積された電荷をインターライン転送方式によって読み出すことができる。各画素４０に蓄積された電荷は、第１転送レジスタ４１へ読み出された後に、第１転送レジスタ４１によって第２転送レジスタ４２へ転送される。そして、第２転送レジスタ４２へ転送された電荷は、第２転送レジスタ４２によって出力部４３へ転送され、出力部４３から撮像素子駆動部２２へ出力される。
【００４３】
第１転送レジスタ４１は、例えば垂直転送レジスタであり、ＣＣＤを含む。第１転送レジスタは、垂直走査方向に並ぶ複数の画素４０（以下、画素列という）に沿って形成され、この画素列に属する各画素４０のキャパシタと接続されている。第１転送レジスタ４１は、画素列ごとに形成されており、水平走査方向に繰り返し並んでいる。第１転送レジスタ４１は、垂直走査方向に周期的に複数の並ぶ第１転送電極４４を備える。第１転送電極４４は、水平走査方向にて画素４０に隣り合う領域と、垂直走査方向にて互いに隣り合う画素４０の間の領域とに、それぞれ形成されている。なお、各画素４０は、第１転送レジスタ４１と各画素４０のキャパシタとの間の通電状態と遮断状態とを切替える第２スイッチング素子を備えている。
【００４４】
第２転送レジスタ４２は、例えば水平転送レジスタであり、ＣＣＤを含む。第２転送レジスタ４２は、水平走査方向に並ぶ複数の第１転送レジスタ４１のそれぞれの垂直走査方向の端のセルと接続されており、水平走査方向に延びている。第２転送レジスタ４２は、水平走査方向に周期的に複数の並ぶ第２転送電極４５を備える。第２転送電極４５は、垂直走査方向にて第１転送レジスタ４１に隣り合う領域と、水平走査方向にて互いに隣り合う第１転送レジスタ４１の間の領域とに、それぞれ形成されている。第２転送レジスタ４２の水平走査方向の端のセルは、出力部４３に接続されている。
【００４５】
本実施形態の撮像素子駆動部２２は、画素駆動部４６、第１駆動部４７、第２駆動部４８、及び画像回路４９を備える。本実施形態の撮像素子駆動部２２は、撮像素子２０の各画素４０に蓄積された電荷を、画素駆動部４６によって第１転送レジスタ４１へ読み出した後に、第１駆動部４７及び第２駆動部によって出力部４３へ転送する。また、撮像素子駆動部２２は、出力部４３からアナログ形式の画像信号として出力された電荷を、画像回路４９によってデジタル形式の画像データへ変換し、変換後の画像データを制御装置５へ出力する。
【００４６】
なお、本実施形態において、各画素４０のフォトダイオードで発生する電荷のうち、各画素４０から第１転送レジスタ４１へ読み出されて出力部４３へ転送される電荷を、信号電荷ということがある。また、本実施形態において、各画素４０において形状測定時に用いられる画像データを構成する信号を生成するための電荷を蓄積させるための露光を行う第２期間を露光期間、露光期間において各画素へ入射する光の光量を露光量ということがある。
【００４７】
画素駆動部４６は、制御装置５に制御され、各画素４０におけるフォトダイオードとキャパシタの間の通電状態と遮断状態を切替える第１スイッチング素子を駆動する。制御装置５は、画素駆動部４６を制御して第１スイッチング素子の駆動を制御することによって、フォトダイオードとキャパシタの間の通電状態と遮断状態を切替えるタイミングを制御する。すなわち、制御装置５は、各画素４０のキャパシタへ信号電荷の蓄積を開始するタイミング及び終了するタイミングを制御する。画素駆動部４６は、各画素４０において信号電荷を蓄積させるための露光を開始する際に、必要に応じて、各画素４０のキャパシタの電荷をリセットする。また、画素駆動部４６は、第１転送レジスタ４１と各画素４０のキャパシタの間の通電状態と遮断状態を切替える第２スイッチング素子を駆動する。これにより、各画素４０のキャパシタに蓄積されていた信号電荷は、第１転送レジスタ４１へ読み出される。なお、各画素４０のキャパシタに蓄積されていた信号電荷が読み出される期間において、フォトダイオードに電荷が発生する場合に、この電荷の少なくとも一部は、信号電荷として第１転送レジスタ４１へ読み出されてもよい。
【００４８】
第１駆動部４７は、第１転送電極４４のそれぞれと接続されており、第１転送レジスタ４１を駆動する。第１駆動部４７は、第１転送レジスタ４１の各セルに保持されている信号電荷を垂直走査方向の隣のセルへ転送する。第１駆動部４７は、水平走査方向に並ぶ複数の第１転送電極４４に対して同じ転送パルスを供給する。これにより、水平走査方向に並ぶ複数のセルに保持されている信号電荷、すなわち水平走査方向に並ぶ複数の画素４０（以下、画素行という）のそれぞれに蓄積されていた信号電荷は、ほぼ同じタイミングで垂直走査方向へ転送される。第１転送レジスタ４１において垂直走査方向の端のセルに保持されていた信号電荷は、第２転送レジスタ４２へ転送される。
【００４９】
第２駆動部４８は、第２転送電極４５のそれぞれと接続されており、第２転送レジスタ４２を駆動する。本実施形態の第２駆動部４８は、第２転送レジスタ４２の各セルに保持されている信号電荷を、水平走査方向の隣のセルに順へ転送する。第２転送レジスタ４２において水平走査方向の端のセルに保持されていた信号電荷は、出力部４３へ転送される。出力部４３は、第２駆動部４８から転送された信号電荷を、アナログ形式の画像信号として画像回路４９へ出力する。
【００５０】
画像回路４９は、例えば、電流電圧変換器（ＩＶ変換器）、アナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）、増幅器（アンプ）等を含む。画像回路４９は、出力部４３から出力されたアナログ形式の画像信号をデジタル形式の画像信号へ変換し、複数の画素の出力結果を含む１フレームの画像を示す画像データを生成する。画像回路４９によって生成された画像データは、制御装置５へ出力される。なお、画像回路４９のうちの少なくとも一部は、撮像素子２０に含まれることができる。
【００５１】
図４に示すように、本実施形態の撮像装置９は、１フレームの画像を撮像する撮像処理（１回の撮像処理）において、露光処理（ステップＳ１）、読出処理（ステップＳ２）、転送処理（ステップＳ３）、アナログ出力処理（ステップＳ４）、信号変換処理（ステップＳ５）、及びデジタル出力処理（ステップＳ６）を実行する。
【００５２】
本実施形態の撮像装置９は、制御装置５に制御されて、露光処理を実行する。本実施形態の撮像素子駆動部２２は、制御装置５からの制御信号に定められたタイミングで各画素４０の第１スイッチング素子を駆動し、各画素４０における信号電荷の蓄積の開始と終了を切替える。すなわち、制御装置５は、撮像素子２０に対する露光を開始する（ステップＳ１１）のタイミングと、撮像素子２０に対する露光を終了する（ステップＳ１２）のタイミングを制御する。
【００５３】
本実施形態の撮像装置９は、１回の露光処理の終了後に読出処理を実行する。撮像装置９は、１回の露光処理によって各画素４０に蓄積された信号電荷を、読出処理によって第１転送レジスタへ読み出す。本実施形態において、撮像装置９の画素駆動部４６は、撮像素子２０の第２スイッチング素子を駆動することによって、各画素４０に蓄積された電荷を第１転送レジスタへ読み出す。
【００５４】
本実施形態の撮像装置９は、読出処理の終了後に転送処理を実行する。撮像装置９は、読出処理によって第１転送レジスタ４１へ読み出された信号電荷を、転送処理によって出力部４３へ転送する。撮像装置９は、第１転送レジスタ４１に保持されている信号電荷を、転送処理の垂直転送処理（ステップＳ１３）によって、垂直走査方向へ転送する。また、撮像装置９は、第２転送レジスタ４２に保持されている信号電荷を、転送処理の水平転送処理によって、水平走査方向へ転送する。
【００５５】
本実施形態において、撮像素子駆動部２２の第１駆動部４７は、垂直転送処理を実行する。図３及び図５に示すように、本実施形態の第１駆動部４７は、４相の転送パルスＶ１〜Ｖ４を第１転送電極４４へ供給して、第１転送レジスタ４１を駆動する。一例として、第１駆動部４７は、垂直走査方向の端に配置された第１転送電極４４の並び順を１番目として、０以上の整数Ｎに対して（４Ｎ＋１）番目の第１転送電極４４へ転送パルスＶ１を供給し、（４Ｎ＋２）番目の第１転送電極４４へ転送パルスＶ２、（４Ｎ＋３）番目の第１転送電極４４へ転送パルスＶ３、４Ｎ番目の第１転送電極４４へ転送パルスＶ４をそれぞれ供給する。第１転送レジスタ４１の各セルに保持されている信号電荷は、第１駆動部４７が４相の転送パルスＶ１〜Ｖ４を印加する期間に、垂直走査方向の隣のセルへ転送される。このように、撮像装置９は、垂直転送処理において、第１転送レジスタ４１に保持されている信号電荷を画素行ごとに１セルの送り幅で転送する。第１転送レジスタ４１の垂直走査方向の端のセルに保持されていた信号電荷は、垂直転送処理によって、第２転送レジスタ４２へ転送される。
【００５６】
本実施形態において、撮像素子駆動部２２の第２駆動部４８は、１回の垂直転送処理の終了後に水平転送処理（ステップＳ１４）を実行する。図３及び図５に示すように、本実施形態の第２駆動部４８は、２相の転送パルスを第２転送電極４５へ供給して、第２転送レジスタ４２の信号電荷を転送する。一例として、第２駆動部４８は、水平走査方向の端に配置された第２転送電極の並び順を１番目として、０以上の整数Ｍに対して（２Ｍ＋１）番目の第２転送電極４５へ転送パルスＨ１を供給し、２Ｍ番目の第２転送電極４５へ転送パルスＨ２を供給する。第２転送レジスタの各セルに保持されている信号電荷は、転送パルスＨ１、Ｈ２の立ち上がりと立ち下りが切替わるたびに、水平走査方向の隣のセルへ転送される。すなわち、第２駆動部４８は、転送パルスＨ１、Ｈ２の立ち上がりと立ち下りを水平走査方向の画素数だけ切替えることによって、１行の画素行の信号電荷を出力部４３へ転送する。
【００５７】
本実施形態の撮像素子駆動部２２は、水平転送処理の終了後に、全画素行の転送が終了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。撮像素子駆動部２２は、全画素行の転送が終了したとステップＳ１５において判定した場合（ステップＳ１５  Ｙｅｓ）に、転送処理を終了する。撮像素子駆動部２２は、画素行の転送が終了していない（転送されていない画素行が存在する）とステップＳ１５において判定した場合（ステップＳ１５  Ｎｏ）に、ステップＳ１３に戻って垂直転送処理を再び実行する。撮像素子駆動部２２は、垂直転送処理と水平転送処理とを交互に画素行の数だけ繰り返すことによって、１枚の画像に対応する信号電荷を出力部４３へ転送する。
【００５８】
図４の説明に戻り、撮像装置９の出力部４３は、転送処理の終了後にアナログ出力処理を実行する。撮像装置９の出力部４３は、転送処理によって出力部４３へ転送された信号電荷を、アナログ出力処理によって画像回路４９へ出力する。そして、画像回路４９は、アナログ出力処理によって出力部４３から出力されたアナログ形式の画像信号を、信号変換処理によってデジタル形式の画像信号（画像データ）へ変換する。そして、撮像装置９の画像回路４９は、信号変換処理の終了後にデジタル出力処理を実行する。画像回路４９は、信号変換処理によって生成された画像データを、デジタル出力処理によって制御装置５へ出力する。
【００５９】
次に、制御装置５の機能構成について説明する。図６は、第１実施形態の制御装置の機能構成を示す図である。図７は、第１実施形態の露光量調整部の機能構成を示す図である。図８は、第１実施形態の形状情報取得部の機能構成を示す図である。
【００６０】
図６に示す制御装置５は、入力制御部５０、設定情報格納部５１、タイミング制御部５２、光源制御部５３、撮像制御部５４、第２期間設定部（以下、露光量調整部５５という）、撮像画像取得部５６、位置情報取得部５７、形状情報取得部５８、及び表示制御部５９等の機能部を備える。
【００６１】
入力制御部５０は、図１に示した入力装置７を制御する。入力制御部５０は、入力装置７を介して入力された入力情報の種類に応じた処理を実行する。入力装置７の説明において述べたように、入力情報は、例えば指令情報、設定情報、操作情報等を含む。設定情報は、例えば、光源装置８の設定に関する光源設定情報、撮像装置９の設定に関する撮像設定情報、走査装置４の設定に関する走査設定情報等を含む。
【００６２】
入力制御部５０は、各装置の設定情報が入力装置７を介して入力された場合に、各情報格納部に格納されている設定情報を、入力された設定情報へ更新する。例えば、光源装置８が交換された場合に、入力制御部５０は、交換後の光源装置８に関する光源設定情報が入力されたことを受けて、設定情報格納部５１に格納されている交換前の光源装置８に関する光源設定情報を、交換後の光源装置８に関する光源設定情報へ更新する。
【００６３】
本実施形態において、光源設定情報は、光源装置８から被検物Ｑに照射する光の光強度の時間分布を示す光強度時間分布情報、光源装置８の定格出力等の特性を示す特性情報等を含む。本実施形態の設定情報格納部５１は、光源設定情報を格納する光源設定格納部を含む。
【００６４】
本実施形態において、撮像設定情報は、撮像素子２０に対する露光量を示す露光量情報、及び撮像素子２０に対して露光を行う露光期間を示す露光期間情報を含む。本実施形態において、露光期間情報は、露光を開始するタイミングを示す露光開始タイミング情報、露光時間を示す露光時間情報、露光を終了するタイミングを示す露光終了タイミング情報のうち少なくとも２項目の情報を含む。撮像設定情報は、設定が変更された場合に、適宜更新される。例えば、露光時間情報は、露光時間が変更された場合に、変更後の露光時間を示す情報を含む情報へ更新される。本実施形態において、露光時間情報は、露光時間の変更に伴って変更後の露光時間を示す情報が追加されるデータ構造であり、露光時間の変更履歴を示す情報等として利用することができる。本実施形態の設定情報格納部５１は、撮像設定情報を格納する撮像設定格納部を含む。
【００６５】
本実施形態において、走査設定情報は、走査装置４による走査の範囲を示す走査範囲情報、走査中に光プローブ３を移動する速度を示す走査速度情報を含む。走査設定情報は、走査装置４による走査の開始時に光プローブ３を配置する位置を示す始点情報、及び走査の終了時に光プローブ３が配置される位置を示す終点情報等を含む。始点情報及び終点位置は、例えば、ステージ装置２に対する光プローブ３の相対位置を示す情報として設定される。走査速度情報は、例えば走査を開始した時点からの時間と、光プローブ３が移動する速度との関係を示す情報である。
【００６６】
なお、走査装置が光プローブ３を移動する速度は、走査を開始した時点からの時間に対して一定の値でもよいし、変化する値でもよい。本実施形態において、走査装置４の制御部３５は、設定情報格納部５１から走査範囲情報及び走査速度情報を取得し、走査範囲情報及び走査速度情報に従って光プローブ３の位置を制御する。本実施形態の設定情報格納部５１は、走査設定情報を格納する走査設定格納部を含む。
【００６７】
また、本実施形態の入力制御部５０は、入力装置７から測定開始指令が供給された場合に、タイミング制御部５２に対して、測定を開始すること指令する指令情報を供給する。タイミング制御部５２は、指令情報に基づいて、光源制御部５３、撮像制御部５４、及び走査装置４のそれぞれに対して、測定の各処理を行うタイミングを示すタイミング情報を供給する。光源制御部５３、撮像制御部５４、及び走査装置４は、タイミング情報に従って、互いに同期して各種制御を行う。
【００６８】
本実施形態の光源制御部５３は、照明光の光強度が撮像素子２０によってピックアップされるフレーム毎に予め設定された時間に従って周期的に変化するように、光源装置８の光源駆動部１２を制御する。本実施形態の光源制御部５３は、設定情報格納部５１に格納されている光源設定情報のうち光強度時間分布情報を取得し、取得した光強度時間分布情報に従って光源駆動部１２を制御する。光強度時間分布情報は、例えば、発光を開始してからの時間と光源１１へ供給される電流値との関係を示す情報である。
【００６９】
本実施形態の露光量調整部５５は、複数回数の撮像処理のそれぞれにおいて撮像素子２０へ入射する光の光量（露光量）を調整する。本実施形態の露光量調整部５５は、各撮像処理における露光期間を設定することによって、露光量を調整する。
【００７０】
ここで、露光量調整部５５について、より詳しく説明する。図７に示すように、本実施形態の露光量調整部５５は、露光量検出部６０、露光量算出部６１、及び露光期間設定部６２を備える。本実施形態の露光量算出部６１は、目標値算出部６３、算出条件決定部６４、及び露光期間算出部６５を備える。
【００７１】
露光期間設定部６２は、測定における最初の撮像処理に先立ち、設定情報格納部５１から露光開始タイミング情報及び露光時間情報を取得する。本実施形態において、最初の撮像処理前に設定情報格納部５１に格納されている露光開始タイミング情報及び露光時間情報は、それぞれ、予め設定された初期値を示す情報である。露光期間設定部６２は、これらの設定情報に基づいて、最初の露光処理の露光期間を設定する。
【００７２】
露光量検出部６０は、２回目以降の撮像処理に先立ち、前回の撮像結果を示す撮像結果情報を撮像画像取得部５６から取得する。露光量検出部６０は、撮像画像取得部５６から取得した前回の画像データの各画素の光量を検出する。具体的には、各画素の光量を直接求めるのではなく、前回の画像データから各画素の輝度値又は明度値などの情報を抽出し、輝度値又は明度値による情報の分布などから画像データの光量に起因して変化する統計量情報を出力する。露光量検出部６０は、前回の撮像処理における露光量の検出結果を示す統計量情報を露光量算出部６１の目標値算出部６３へ供給する。
【００７３】
露光量算出部６１は、測定における２回目以降の撮像処理に先立ち、露光量検出部６０から供給された統計量情報、設定情報格納部５１に格納されている基準値情報、露光期間情報及び光強度時間分布情報等に基づいて、今回の撮像処理における露光期間を算出する。以下、露光量算出部６１の各部について説明する。
【００７４】
本実施形態において、目標値算出部６３は、露光量検出部６０から供給された統計量情報が示す統計量と、露光検出部６０から取得した統計量と同種の統計量で、最適な露光量と予測される値である基準値情報が示す基準値との大小関係を求める。そして、目標値算出部６３は、前回の露光量を示す統計量と基準値との大小関係に基づいて、今回の露光量の目標値を算出する。そして、目標値算出部６３は、算出した目標値を示す目標値情報を算出条件決定部６４へ供給する。
【００７５】
本実施形態において、算出条件決定部６４は、目標値算出部６３から供給された目標値情報が示す目標値に基づいて、今回の露光期間を算出する上で変数とする項目を決定する。なお、後述する露光期間算出部６５は、下記の第１条件及び第２条件を満たす場合に算出可能である。第１条件は、光強度の時間分布が既知であることである。第２条件は、露光開始タイミング、露光時間、及び露光終了タイミングのうち１項目が既知であることである。したがって、算出条件決定部６４は、前回の撮像処理の露光期間情報と、目標値算出部６３から供給された目標値情報とに基づいて、露光開始タイミング、露光時間、及び露光終了タイミングのうちの１つを設定する。例えば、算出条件決定部６４は、今回の露光時間を前回と同じに設定した条件において、露光開始タイミング及び露光終了タイミングを変更することで、目標とする露光量が得られるどうかを判定する。もし、目標とする露光量が得られるとなれば、露光時間を前回の撮像時における露光時間と同じ定数に設定し、露光開始タイミング又は露光終了タイミングを変数に設定することとなる。算出条件決定部６４は、決定した算出条件を示す算出条件情報を露光期間算出部６５へ供給する。
【００７６】
本実施形態において、露光期間算出部６５は、算出条件決定部６４で設定された算出条件情報が示す算出条件に従って、今回の撮像により得られる画像データの輝度や明度に関する統計値が目標値に近づくように、今回の露光期間を算出する。露光量算出部６１は、今回の露光期間の算出結果を示す算出結果情報を露光期間設定部６２へ供給する。
【００７７】
本実施形態において、露光期間設定部６２は、露光量算出部６１から供給された算出結果情報に基づいて、今回の露光期間を設定する。露光期間設定部６２は、設定した露光期間を示す露光期間情報を、撮像制御部５４へ供給する。また、露光期間設定部６２は、設定情報格納部５１に格納されている露光期間情報を、設定後の露光期間を示す露光期間情報を含む情報へ更新する。
【００７８】
図６に示すように、本実施形態の撮像制御部５４は、撮像素子駆動部２２を制御する。本実施形態において、撮像制御部５４は、露光量調整部５５から供給された露光期間情報に基づいて、図３に示した撮像素子駆動部２２の画素駆動部４６を制御する。撮像制御部５４は、露光期間情報に基づいて画素駆動部４６を制御することによって、撮像素子２０に対する露光を開始するタイミング及び終了するタイミングを制御する。撮像制御部５４は、光源制御部５３による光源駆動部１２の制御と同期して、撮像素子駆動部２２を制御する。
【００７９】
本実施形態の撮像画像取得部５６は、被検物Ｑの撮像結果を示すデジタル形式の画像データ（撮像結果情報）を、図３に示した撮像素子駆動部２２の画像回路４９から取得する。撮像画像取得部５６は、画像回路４９から取得した撮像結果情報を、形状情報取得部５８と露光量調整部５５のそれぞれに供給する。
【００８０】
本実施形態の位置情報取得部５７は、光プローブ３の位置情報を取得する。本実施形態の位置情報取得部５７は、走査装置４の制御部３５から位置情報を取得する。位置情報取得部５７は、取得した位置情報に基づいて、走査装置４による走査開始から走査終了までの走査期間における光プローブ３の位置の履歴を示す位置履歴情報を保持する。本実施形態において、位置履歴情報は、走査開始時点からの時間に対する光プローブ３の位置を示す情報である。
【００８１】
また、位置情報取得部５７は、保持している位置履歴情報に基づいて、露光量調整部５５から供給される測定時点情報に定められた時点における位置情報を、形状情報取得部５８へ供給する。本実施形態において、測定時点情報に定められた時点における位置情報は、各単位測定における測定対象の領域を代表する代表位置を示す情報である。なお、代表位置を求める方法については、後述する。
【００８２】
本実施形態の形状情報取得部５８は、撮像画像取得部５６から供給された各単位測定の撮像結果情報に基づいて、被検物Ｑの形状に関する情報（形状情報）を取得する。本実施形態の形状情報は、被検物Ｑの表面上の複数の点の座標を示す情報を含む。形状情報は、被検物Ｑの表面の凹凸を示す情報、被検物Ｑ上の段差を示す情報、被検物Ｑの表面の粗度を示す情報等を含んでいてもよい。本実施形態の形状情報取得部５８は、取得した形状情報を表示制御部５９へ供給する。
【００８３】
ここで、形状情報取得部５８について、より詳しく説明する。図８に示すように、本実施形態の形状情報取得部５８は、測定時点算出部６６及び形状情報算出部６７を備える。
【００８４】
本実施形態において、測定時点算出部６６、露光量調整部５５から今回の撮像処理についての露光量情報及び露光期間情報を取得する。測定時点算出部６６は、取得した露光期間情報に基づいて、露光開始タイミングと露光終了タイミングの間の時点を測定時点とする。本実施形態において、測定時点算出部６６は、露光開始タイミングから測定時点までの間における露光量と、測定時点から露光終了タイミングまでの間における露光量との差が所定の値以下になるように、露光量情報と露光期間情報とに基づいて測定時点を算出する。測定時点算出部６６は、算出した測定時点を示す測定時点情報を位置情報取得部５７へ供給する。
【００８５】
本実施形態において、形状情報算出部６７は、各単位測定によって検出された被検物Ｑの表面上の点の分布を求める。本実施形態において、形状情報算出部６７は、撮像画像取得部５６から供給された撮像結果情報に基づいて、撮像画像上のパターンの像（ライン光Ｌ）を検出することによって、被検物Ｑの表面における点の分布を検出する。また、形状情報取得部５８は、測定時点情報に応じて位置情報取得部から供給される位置情報（代表位置情報）に基づいて、単位測定における測定対象の領域の代表位置と、この単位測定によって得られた被検物Ｑの表面上の点の分布とを関連付ける。このようにして、形状情報算出部６７は、複数の単位測定によって検出された被検物Ｑの表面上の点の分布を求めることによって、被検物Ｑの形状情報を算出する。本実施形態において、形状情報算出部６７は、算出した形状情報を表示制御部５９へ供給する。
【００８６】
図６に示すように、本実施形態の表示制御部５９は、形状情報取得部５８から供給された形状情報に基づいて測定結果を示す測定結果画像の画像データを生成する。表示制御部５９は、測定結果画像の画像データを表示装置６へ供給することによって、表示装置６に測定結果画像を表示させる。また、本実施形態の表示制御部５９は、設定情報格納部５１の少なくとも１つの情報格納部から形状測定装置１の設定情報を取得する。表示制御部５９は、情報格納部から取得した設定情報に基づいて設定情報を示す設定情報画像の画像データを生成する。表示制御部５９は、設定情報画像の画像データを表示装置６へ供給することによって、表示装置６に設定情報画像を表示させる。
【００８７】
次に、第１実施形態の形状測定方法について説明する。本実施形態において、形状測定方法の各処理は、図１から図８の各図等に示した形状測定装置１の各部によって実行される。
【００８８】
図９は、第１実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。本実施形態において、制御装置５のタイミング制御部５２は、形状測定が開始されると、光源制御部５３、撮像制御部５４、及び走査装置４の制御部３５のそれぞれに対して、測定に関する各処理を実行するタイミングを示すタイミング情報を供給する。
【００８９】
本実施形態において、走査装置４は、タイミング制御部５２からタイミング情報を受けたことに応じて、設定情報格納部５１に格納されている走査設定情報を取得する。走査装置４は、取得した走査設定情報に従って走査処理を開始する（ステップＳ２０）。走査装置４は、走査処理において、走査範囲情報に含まれる始点情報に定められた位置（以下、走査開始位置という）に光プローブ３を配置する。走査開始位置は、例えば、走査開始位置に配置された光プローブ３からの照明光がステージ装置２上の被検物Ｑの外側に照明光が入射するように、設定される。走査装置４は、走査開始位置に配置されている光プローブ３を、走査処理において、走査速度情報に定められた速度で移動する。
【００９０】
本実施形態において、光源装置８は、タイミング制御部５２からタイミング情報を受けたことに応じて、設定情報格納部５１に格納されている光源設定情報を取得する。光源装置８は、取得した光源設定情報に従って、照射処理を開始する（ステップＳ２１）。本実施形態において、照射処理は、走査処理の開始後に、実行される。光源装置８が照射処理を開始するタイミングは、走査装置４が走査処理を開始するタイミングに対して、予め設定されている。すなわち、照射処理は、走査処理と同期して行われる。なお、照射処理は、走査処理と同時に開始されてもよいし、走査処理の開始よりも先に開始されてもよい。
【００９１】
ここで、照射処理の例について説明する。図１０は、本実施形態の光強度の時間分布を示す図である。図１０に示すように、本実施形態において照明光の光強度は、周期的に変化する。本実施形態において、照明光の単位時間あたりの光量は、照明光の光強度が時間的に変化することによって、時間的に変化する。本実施形態において、照明光の光強度が変化する周期は、単位測定を行う単位測定期間の長さとほぼ同じである。換言すると、本実施形態において、照明光の光強度の時間分布は、複数の単位測定のそれぞれにおいて同一の分布である。
【００９２】
上記の単位測定期間の長さは、例えば、サンプリング周波数の逆数である。本実施形態において、単位測定期間の長さを示す情報は、設定情報格納部５１に格納されている。単位測定期間の長さは、例えば、５ミリ秒以上１０ミリ秒以下の範囲内に設定される。なお、単位測定期間の長さを、１０ミリ秒以上の範囲に設定することができる。あるいは、単位測定期間の長さを、５ミリ秒以下の範囲に設定することもできる。例えば単位測定期間の長さを２ミリ秒以上５ミリ秒以下の範囲内に設定することもできる。
【００９３】
本実施形態の単位測定期間は、照明光の光強度が単調増加する光量増加期間と、光量増加期間の後に光源装置８の光源１１が消灯する消灯期間と、光量増加期間が終了してから消灯期間が開始するまでの間に光強度が減少する光量減少期間とを含む。本実施形態において、光量減少期間は、光源１１に対する電流の供給を停止してから発光が停止するまでの期間である。本実施形態の光量減少期間の長さは、光源１１の発光層（励起層）において励起された電子が基底状態に戻るまでの緩和時間程度であり、例えば数ナノ秒程度である。このように、本実施形態において、単位測定期間のうち単位時間あたりの光量が変化する期間（第１期間）は、ほぼ光量増加期間と同じである。
【００９４】
図９に示したように、単位測定は、走査処理と照射処理とが開始された後に、開始される（ステップＳ２２）。本実施形態において、撮像装置９は、単位測定が開始された後に、撮像処理を実行する（ステップＳ２２）。撮像装置９は、制御装置５の撮像制御部５４に制御されて、撮像処理を実行する。撮像制御部５４は、露光量調整部５５から供給された露光期間情報に基づいて撮像装置９を制御し、撮像装置９に撮像処理を実行させる。制御装置５は、撮像処理が終了した後に、単位測定の結果を取得する（ステップＳ２４）。単位測定は、制御装置５が単位測定の結果を取得した後に、終了する（ステップＳ２５）。
【００９５】
また、本実施形態において、タイミング制御部５２は、ステップＳ２３の撮像処理が終了した後に、次回の単位測定を行うか否かを判定する（ステップＳ２６）。本実施形態のタイミング制御部５２は、撮像処理の終了後に、終了条件を満たすか否かを判定（以下、終了判定処理という）し、終了条件を満たす場合に次回の単位測定を行わないと判定する（ステップＳ２６  Ｎｏ）。また、本実施形態のタイミング制御部５２は、ステップＳ２６において終了条件を満たさない場合と判定した場合に、次回の単位測定を行うと判定する（ステップＳ２６  Ｙｅｓ）。
【００９６】
本実施形態において、終了条件は、走査範囲情報に定められた走査範囲の走査が終了するまでに次回の撮像処理が完了しない条件である。タイミング制御部５２は、走査範囲情報に定められた走査範囲の走査が終了するまでに次回の撮像処理が完了する場合に、第２処理の終了条件を満たさないと判定する。例えば、タイミング制御部５２は、位置情報取得部５７から位置情報を取得し、設定情報格納部５１から走査設定情報を取得するとともに、単位測定期間の長さを示す情報を設定情報格納部５１から取得する。タイミング制御部５２は、例えば、位置情報及び走査速度から算出される走査終了時の位置と、単位測定期間の長さを示す情報から算出される次回の撮像処理の終了時の位置とを比較することによって、終了判定処理を実行する。
【００９７】
なお、終了判定処理は、タイミング制御部５２とは別の機能部によって実行されてもよい。また、終了条件は、上記の例とは別の条件に設定されていてもよい。例えば、終了条件は、測定を開始してから終了判定処理を実行するときまでに実行された撮像処理の回数が予め設定された回数に達する条件等でもよい。
【００９８】
本実施形態において、露光量調整部５５は、ステップＳ２６において次回の単位測定を行うとタイミング制御部５２が判定した場合（ステップＳ２６  Ｙｅｓ）に、今回の撮像処理の撮像結果に基づいて次回の撮像処理の露光量を調整する（ステップＳ２７）。本実施形態において、露光量調整部５５は、次回の撮像処理の露光期間を示す露光期間情報を撮像制御部５４へ供給することによって、次回の撮像処理における露光量を調整する。また、ステップＳ２７の終了後に次回の単位測定が開始され、撮像制御部５４は、露光量調整部５５から供給された露光期間情報に基づいて次回の撮像処理を実行する。制御装置５は、以下同様にして、終了条件を満たすまで撮像処理（ステップＳ２３）と露光量調整処理（ステップＳ２７）とを繰り返し実行する。本実施形態において、単位測定の結果を示す情報は、単位測定が行われるたびに制御装置５へ供給される。
【００９９】
本実施形態において、タイミング制御部５２は、ステップＳ２６において次回の単位測定を行わないと判定した場合（ステップＳ２６  Ｎｏ）に、測定を終了することを示すタイミング情報を形状測定装置１の各部へ供給する。本実施形態において、光源制御部５３は、タイミング情報が供給されたことに応じて、光源装置８に照射処理を終了させる（ステップＳ２８）。本実施形態において、走査装置４は、タイミング情報が供給されたことに応じて、ステップＳ２８の終了後に走査処理を終了する（ステップＳ２９）。なお、走査を終了する処理は、照射を終了する処理と同時に開始されてもよいし、照射を終了する処理よりも前に開始されてもよい。
【０１００】
本実施形態において、制御装置５は、ステップＳ２９の終了後に形状情報を取得する（ステップＳ３０）。また、制御装置５は、取得した形状情報に基づいて、表示装置６に形状情報を示す画像を表示させる制御等を実行する。なお、制御装置５は、ステップＳ２９の終了前に、形状情報を取得してもよく、単位測定と並行して形状情報を取得してもよい。
【０１０１】
次に、本実施形態の露光量調整方法について説明する。図１１は、第１実施形態の露光量調整方法を示すフローチャートである。図１２は、統計量と露光量基準値との比較方法の一例を示す図である。図１４は、露光時間に対する信号強度を示す図である。
【０１０２】
本実施形態において、図１１に示す露光量調整方法における各処理は、図８に示した露光量調整部５５の各部によって実行される。
【０１０３】
本実施形態において、露光量検出部６０は、露光量調整処理が開始された後に、今回の撮像処理による撮像結果情報に基づいて、今回の撮像処理における露光量を検出する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０において、本実施形態の露光量検出部６０は、今回の撮像処理によって撮像された画像について、画素の明るさに対する頻度の分布を算出する。画素の明るさは、撮像素子２０の各画素４０からの出力値に応じた値であり、例えば８ビットの階調値（２５６階調）等で表される。なお、本実施形態において、今回の撮像処理による撮像画像を今回撮像画像、次回の撮像処理による撮像画像を次回撮像画像ということがある。本実施形態において、露光量検出部６０は、今回撮像画像の露光量に関する統計量を求めることによって、今回の露光量を検出する（以下、統計量算出処理という）。
【０１０４】
本実施形態において、露光量検出部６０は、撮像画像取得部５６から取得した撮像結果情報（デジタル形式の画像データ）に基づいて、図１２に示すような画素の階調値に対する頻度を示すヒストグラムを作成する（以下、頻度分布算出処理という）。このヒストグラムは、今回撮像画像に含まれる画素について、各階調値を示す画素の数を表している。本実施形態において、露光量検出部６０は、今回撮像画像に含まれる全画素の階調値を用いて、ヒストグラムを作成する。本実施形態において、露光量検出部６０は、作成したヒストグラムに基づいて、最頻値となる階調値を統計量として算出する。
【０１０５】
なお、上記の統計量は、今回撮像画像に含まれる画素の階調値に関して、平均値、最大値、最小値、最大値と最小値の平均値、最大値と最小値の間の一部の幅の階調値を示す画素の数（頻度）、総和（総光量）のうち１又は２以上であってもよい。また、上記の統計量は、今回撮像画像に含まれる一部の領域の画素の階調値を用いて、算出されてもよい。例えば、露光量検出部６０は、画素配列において１又は２以上の画素おきの階調値を用いて、上記の統計量を算出してもよい。また、例えば、露光量検出部６０は、撮像素子２０上においてパターンの像が形成されない領域に配置された画素の少なくとも一部を全画素から除外した複数の画素の階調値を用いて、上記の統計量を算出してもよい。また、例えば、露光量検出部６０は、全画素からランダムに選択される複数の画素の階調値を用いて、上記の統計量を算出してもよい。例えば、露光量検出部６０は、全画素のうちの一部の画素の階調値を用いて上記の統計量を算出すると、統計量を算出する負荷が軽減される。
【０１０６】
また、露光量検出部６０は、例えば階調値の総和等の統計量を、ヒストグラムを作成しないで算出してもよい。このように、頻度分布算出処理は、例えば統計量の種類等に応じて、適宜省略される。頻度分布算出処理が省略される場合に、統計量算出処理は、例えば、今回の撮像処理によって撮像された画像の画像データから上記の統計量を算出する処理であってもよい。
【０１０７】
本実施形態において、露光量算出部６１は、露光量検出部６０によって算出された統計量と、予め設定された基準値（以下、露光量基準値という）とに基づいて、次回の露光量が目標値に近づくように露光期間を算出する。本実施形態において、露光量基準値は、上記の統計量（階調値の最頻値）と同じディメンションの値である。本実施形態において、露光量基準値は、ある撮影期間でかつある感度設定値において撮像素子２０に入射した光量を基に、ライン光の短手方向の中心位置が求めやすくなる光量である。通常、光スポットなどの光量分布は、横軸を位置にした場合正規分布のような分布を有する。この分布の頂上（最大光量となる位置）と裾野（検出できる最小光量となる位置）の間で十分な階調数があれば、正確に光量分布の頂上の位置を求めることができる。しかしながら、この階調数が十分でない場合（言い換えると、最大光量の階調値と検出できる最小光量の階調値の差が小さいとき）又は、最大光量が飽和してしまう場合には、光量分布の頂上の位置を求めることができず、スポット光やライン光の中心位置を正確に求められなくなってしまう。そこで、本願発明は、撮像素子２０で取得された各画素の階調値の頻度分布を求め、その頻度分布が理想的な分布に近い分布を示しているかどうかによって、正確にライン光やスポット光の中心が求められるかどうかを判定することができる。そこで、本実施形態では分布の状態を推し量るため、ヒストグラムの最頻度の階調値を基に評価している。
【０１０８】
なお、基準値は、上述のようにある一意の値であっても良いし、範囲を示し、その範囲の外縁を示す値にしても良い。範囲で示されている場合は、その範囲で示す条件に撮像素子２０からの画像データが該当するように露光期間を算出しても良い。
【０１０９】
本実施形態において、設定情報格納部５１に格納されている撮像設定情報は、露光量基準値を示す基準値情報を含む。露光量算出部６１は、設定情報格納部５１から基準値情報を取得し、また露光量検出部６０から今回撮像画像の階調値の最頻値（統計量）を示す統計量情報を取得する。露光量算出部６１は、取得した統計量情報及び基準値情報に基づいて、最頻値と露光量基準値との大小関係を求め、この大小関係に基づいて露光期間を算出する。なお、図１２に示す例において、最頻値は、基準値よりも大きな値であり、今回の露光量が過剰であったことを示す。この場合に、露光量算出部６１は、次回の露光量が今回よりも少なくなるように、露光期間を算出する。
【０１１０】
本実施形態において、目標値算出部６３は、露光量基準値と最頻値との大小関係を示す情報として、露光量基準値に対する最頻値の比を算出する。なお、露光量基準値と最頻値との大小関係を示す情報は、例えば、露光量基準値と最頻値との差を示す情報等を含むことができる。
【０１１１】
ここで、光強度の時間分布、露光期間、及び露光量の関係について説明する。図１３（Ａ）から図１３（Ｃ）は、光強度の時間分布、露光期間、及び露光量の関係を示す図である。図１３（Ａ）から図１３（Ｃ）のそれぞれには、３周期の単位測定期間が図示されている。
【０１１２】
図１３（Ａ）において、単位測定期間の第１期間（光量変化期間）のうち第２期間（露光期間）は、露光時間が３周期で同一であり、露光期間が開始するタイミング（露光開始タイミング）が３周期で異なっている。本実施形態において、露光開始タイミングは、単位測定期間が開始してから露光期間が開始するまでの時間によって表される。図１３（Ａ）において、２回目の単位測定期間の露光開始タイミングは、１回目の単位測定期間の露光開始タイミングよりも遅く設定されている。また、３回目の単位測定期間の露光開始タイミングは、２回目の単位測定期間の露光開始タイミングよりも遅く設定されている。露光期間における露光量は、光強度の時間分布を露光期間にわたって積分した値に相当する量である。図１３（Ａ）に示す各単位測定期間の第１期間において、光強度の時間分布は時間経過に対して単調増加しているので、２回目の単位測定期間の露光量Ｅ２は、１回目の単位測定期間の露光量Ｅ１よりも多くなる。同様に、３回目の単位測定期間の露光量は、２回目の単位測定期間の露光量Ｅ３よりも多くなる。
【０１１３】
図１３（Ｂ）において、単位測定期間の第１期間のうち第２期間は、露光開始タイミングが３周期で同一であり、露光期間の長さが開始するタイミングが３周期で異なっている。図１３（Ｂ）において、２回目の単位測定期間の露光時間は、１回目の単位測定期間の露光時間よりも長く設定されている。また、３回目の単位測定期間の露光時間は、２回目の単位測定期間の露光時間よりも長く設定されている。図１３（Ｂ）に示す各単位測定期間の第１期間において、光強度の時間分布は時間経過に対して単調増加しているので、２回目の単位測定期間の露光量Ｅ５は、１回目の単位測定期間のうちの露光期間の露光量Ｅ４よりも多くなる。同様に、３回目の単位測定期間の露光量Ｅ６は、２回目の単位測定期間の露光量Ｅ５よりも多くなる。
【０１１４】
図１３（Ｃ）において、単位測定期間の第１期間のうち第２期間は、露光開始タイミング及び露光期間の長さが３周期で異なっている。このように、本実施形態の露光量調整方法は、第１期間において照明光の単位時間あたりの光量を時間変化させるとともに、露光開始タイミングと露光時間の少なくとも１項目を調整することにより、露光量を調整する。
【０１１５】
図１４は、露光時間に対する信号強度の関係を示すグラフである。図１４のグラフにおいて、横軸は露光時間を示し、縦軸は撮像素子２０から出力される信号の強度（振幅）を示す。図１４中の比較例は、照明光の単位時間あたりの光量が一定である条件において、露光時間を変化させた場合の信号強度を示す。図１４に示すように、比較例の信号強度は、露光時間に比例する。例えば、比較例において、露光時間を１０マイクロ秒以上５０ミリ秒以下の範囲において調整することにより、露光量を調整する場合を想定する。この場合に、露光時間を５０ミリ秒とした露光量は、露光時間を１０マイクロ秒とした露光量の５０００倍である。すなわち、比較例において、露光量は、最小値の１倍以上５０００倍以下の範囲（ダイナミックレンジ）において、調整可能である。
【０１１６】
図１４において、実施例１及び実施例３は、照明光の単位時間あたりの光量が時間に対して一次関数的に増加する条件において、露光時間を変化させた場合の信号強度を示す。実施例１において、露光開始タイミングは、例えば図１３（Ａ）の１周期目のように、照明光の光量が増加を開始する時点に設定されている。実施例３において、露光終了タイミングは、例えば図１３（Ａ）の３周期目のように、照明光の光量が増加を終了する時点に設定されている。実施例１及び実施例３において、露光時間を１０マイクロ秒以上５０ミリ秒以下の範囲において調整可能であるとする。この場合に、実施例１において露光時間を１０マイクロ秒に設定し、実施例３において露光時間を５０ミリ秒に設定した場合を想定する。この場合に、実施例１の露光量が最小値に相当し、実施例３の露光量が最大値に相当する。この条件において、実施例３の露光量は、実施例１の露光量の５０００００倍程度になる。すなわち、実施例１及び実施例３において、露光量は、概ね、最小値の１倍以上５０００００倍以下の範囲において調整可能である。
【０１１７】
図１２において、実施例２及び実施例４は、照明光の単位時間あたりの光量が時間に対して二次関数的に増加する条件において、露光時間を変化させた場合の信号強度を示す。実施例２において、露光開始タイミングは、照明光の光量が増加を開始する時点に設定されている。実施例４において、露光終了タイミングは、照明光の光量が増加を終了する時点に設定されている。実施例２及び実施例４において、露光時間を１０マイクロ秒以上５０ミリ秒以下の範囲において調整可能であるとする。この場合に、実施例２において露光時間を１０マイクロ秒に設定し、実施例４において露光時間を５０ミリ秒に設定した場合を想定する。この場合に、実施例２の露光量が最小値に相当し、実施例４の露光量が最大値に相当する。この条件において、実施例４の露光量は、実施例５の露光量の５００００００倍程度になる。すなわち、実施例４及び実施例５において、露光量は、概ね、最小値の１倍から５００００００倍以下の範囲において調整可能である。
【０１１８】
以上のように、本実施形態の露光調整方法は、照明光の単位時間あたりの光量を時間変化させるので、露光量の調整範囲を広げることができる。なお、露光開始タイミング、露光時間、露光終了タイミングのうちの１項目の値は、他の２項目の値から求めることができる。したがって、露光期間は、露光開始タイミング、露光時間、露光終了タイミングのうちの２項目によって定めることができる。また、露光期間は、露光期間を定める２項目のうちの少なくとも１項目の値が可変であれば、調整可能である。すなわち、本実施形態の露光量調整方法は、第１期間において照明光の単位時間あたりの光量を時間変化させるとともに、露光開始タイミング、露光時間、露光終了タイミングのうちの少なくとも１項目を調整することによって、露光量の調整範囲を広げることができる。
【０１１９】
図１１の説明に戻り、露光期間の算出方法について説明する。本実施形態において、目標値算出部６３は、ステップＳ４１において、今回撮像画像の統計量よりも露光量基準値に近い露光量の目標値を算出する（以下、目標値算出処理という）。本実施形態において、目標値算出部６３は、今回撮像画像の露光量基準値に対する最頻値の比を露光量検出部６０から取得する。そして、目標値算出部６３は、今回の撮像処理における撮像開始タイミングと露光時間とから算出される露光量に、露光量基準値に対する今回撮像画像の最頻値の比に応じた倍率を乗算し、乗算結果を次回の撮像処理における露光量の目標値とする。上記の倍率は、露光量基準値に対する今回撮像画像の最頻値の比が大きくなるにつれて小さくなる値であり、例えば、露光量基準値に対する今回撮像画像の最頻値の比の逆数である。
【０１２０】
なお、目標値算出部６３は、今回撮像画像の最頻値と露光量基準値との差を示す情報に基づいて、次回の撮像処理における露光量の目標値を算出してもよい。例えば、露光量の補正量が今回撮像画像の最頻値と露光量基準値との差の関数で表されており、目標値算出部６３は、この関数を用いて露光量の補正量を算出し、今回の撮像処理における露光量に補正量を加味することによって、露光量の目標値を算出することもできる。
【０１２１】
本実施形態の算出条件決定部６４は、目標値算出部６３が算出した露光量の目標値に基づいて、露光期間の算出条件を決定する（ステップＳ４２）。本実施形態において、算出条件決定部６４は、次回の露光時間を今回と同じに設定した場合に次回の露光量を目標値とほぼ一致させることが可能であるか否かを判定する。この判定は、下限判定処理と上限判定処理とにより、行われる。算出条件決定部６４は、露光時間を変更しなくとも露光量を目標値とほぼ同じにすることが可能であると判定した場合に、露光時間が定数、かつ露光開始タイミングが変数である条件において露光期間を算出することを決定する。また、算出条件決定部６４は、露光時間を変更しないで露光量を目標値とほぼ同じにすることが不能であると判定した場合に、露光開始タイミング又は露光終了タイミングが定数、露光時間が変数である条件において露光期間を算出することを決定する。
【０１２２】
本実施形態において、下限判定処理は、次回の撮像処理の露光時間を今回の撮像処理の露光時間と同じに設定した場合の露光量の最小値に対して、露光量の目標値が最小値以上であるか否かを判定する処理である。本実施形態において、算出条件決定部６４は、設定情報格納部５１から露光時間情報を取得し、露光時間情報が示す露光時間を今回の露光時間とする。そして、算出条件決定部６４は、次回の撮像処理の露光時間を今回の撮像処理の露光時間と同じに設定した場合の露光量の最小値を算出する。そして、算出条件決定部６４は、算出した露光量の最小値と、目標値算出部６３によって算出された露光量の目標値とを比較する。例えば、露光量の目標値が露光量の最小値よりも小さいことは、次回の露光時間を今回と同じに設定すると、次回の露光量が目標値に対して過剰になることを示す。
【０１２３】
本実施形態において、算出条件決定部６４は、下限判定処理において露光量の目標値が最小値未満であると判定した場合に、次回の露光処理の露光時間を今回の露光処理と同じに設定した条件で露光量が最小値となる露光期間が開始する時点を、次回の撮像処理の露光開始タイミングとする。この場合に、露光期間の算出条件は、露光開始タイミングが定数、露光時間が変数に決定される。
【０１２４】
本実施形態において、上限判定処理は、次回の撮像処理の露光時間を今回の撮像処理の露光時間と同じに設定した場合の露光量の最大値に対して、露光量の目標値が最大値以下であるか否かを判定する処理である。本実施形態において、露光期間設定部６２は、下限判定処理と同様にして露光量の最大値を算出し、算出した露光量の最大値と、目標値算出処理によって算出した露光量の目標値とを比較する。例えば、露光量の目標値が露光量の最大値よりも大きいことは、次回の露光時間を今回と同じに設定すると、次回の露光量が目標値に対して不足することを示す。
【０１２５】
本実施形態において、算出条件決定部６４は、上限判定処理において露光量の目標値が最大値より大きいと判定した場合に、次回の露光処理の露光時間を今回の露光処理と同じに設定した条件で露光量が最大値となる露光期間が終了する時点を、次回の撮像処理の露光終了タイミングにする。この場合に、露光期間の算出条件は、露光終了タイミングが定数、露光時間が変数に決定される。
【０１２６】
本実施形態において、算出条件決定部６４は、下限判定処理において露光量の目標値が最小値以上であると判定した場合であって、上限判定処理において露光量の目標値が最大値以下であると判定した場合に、次回の露光時間を今回と同じにする。この場合に、露光期間の算出条件は、露光開始タイミングが変数、露光時間が定数に決定される。
【０１２７】
本実施形態において、露光期間算出部６５は、算出条件決定部６４が決定した算出条件に従って、露光期間を算出する（ステップＳ４３）。本実施形態において、露光期間算出部６５は、設定情報格納部５１に格納されている撮像設定情報のうち露光時間情報を取得する。本実施形態において、最初の撮像処理が行われるよりも前の露光時間情報が示す露光時間は、撮像装置９において調整可能な露光時間の範囲のうち相対的に短時間に設定されている。露光時間情報が示す露光時間は、例えば、撮像装置９において調整可能な最短の露光時間に設定されている。露光時間情報は、露光時間が変更された場合に、変更後の露光時間を示す情報を含む情報へ更新される。
【０１２８】
また、露光期間算出部６５は、設定情報格納部５１に格納されている光源設定情報のうち光強度時間分布情報を取得する。本実施形態において、光強度時間分布情報に定められた時間に対する光強度は、時間を変数とする関数である。すなわち、露光開始タイミング、露光時間、露光終了タイミングのうち少なくとも２つの値が与えられた条件において、露光量は、光強度を露光期間にわたって時間積分することによって一意に求まる。換言すると、露光開始タイミングは、露光量の目標値及び露光時間が与えられている条件において、光強度時間分布を示す関数を用いて算出可能である。同様に、露光時間は、露光量の目標値と、露光開始タイミング又は露光終了タイミングが与えられている条件において、光強度時間分布を示す関数を用いて算出可能である。本実施形態において、露光期間算出部６５は、算出条件決定部６４が決定した算出条件にしたがって、露光期間を算出する。
【０１２９】
本実施形態において、上限判定処理、下限判定処理等における露光量の算出は、光強度の時間分布を表す関数を用いて実行される。この関数は、数式又はテーブルの形式で表される。例えば、露光開始タイミング及び露光時間を用いる露光量の算出は、露光タイミングと露光時間のそれぞれを変数とした２次元のテーブル（以下、露光量テーブルという）を用いて、実行される。この露光量テーブルは、例えば、所定の露光時間に対して露光タイミングを離散的に変化させた場合の各露光量がデータ配列の一方向に配置され、所定の露光開始タイミングに対して露光時間を離散的に変化させた場合の各露光量がデータ配列の他方向に配置されたデータ構造である。このような露光量テーブルを用いると、露光量は、与えられた露光開始タイミング及び露光時間に対応する、露光量テーブル上のデータを読み出すことによって算出される。また、露光開始タイミングは、例えば、数式の形式又はテーブルの形式で表された関数によって算出されてもよいし、テーブル形式で表された関数のテーブル値を必要に応じて補間演算することによって算出されてもよい。テーブル形式で表された関数は、例えば上記の露光量テーブルであってもよい。
【０１３０】
本実施形態において、露光期間設定部６２は、露光期間算出部６５による露光期間の算出結果に基づいて、露光期間を設定する（ステップＳ４４）。ところで、露光開始タイミングの算出値は、光強度時間分布によって２つ以上存在することがありえる。例えば、光強度時間分布が極値を有する関数で表される場合に、露光開始タイミングの算出値は、光強度時間分布の極値よりも前の時点と後の時点とにそれぞれ解を持ちうる。露光開始タイミングの算出値が２つ以上存在する場合に、いずれの算出値を採用するかを定めるアルゴリズムは、ロバスト性等を考慮して適宜設定される。例えば、露光期間設定部６２は、露光開始タイミングの算出値が２つ以上存在する場合に、例えば、第１期間の開始時点に最も近い算出値を採用してもよいし、第１期間の中間時点に最も近い算出値を採用してもよく、第１期間の終了時点に最も近い算出値を採用してもよい。例えば、形状測定装置１は、次回の撮像処理の露光開始タイミングとして第１期間の開始時点に最も近い算出値を採用することによって、次回の撮像処理における露光終了タイミングから次々回の撮像処理における露光開始タイミングまでの時間が長くなり、動作の安定性が向上する。
【０１３１】
次に、本実施形態の形状情報の取得方法について説明する。図１５は、第１実施形態の形状情報取得方法を示すフローチャートである。図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）は、第１実施形態の形状情報取得方法を示す図である。本実施形態において、図１５に示す形状情報取得方法の各処理は、図８に示した形状情報取得部によって実行される。
【０１３２】
形状情報の取得が開始されると、形状情報算出部６７は、撮像画像取得部５６から今回の撮像処理による撮像画像を示す撮像結果情報を取得する（ステップＳ５０）。そして、形状情報算出部６７は、取得した撮像結果情報に基づいて、撮像画像において被検物の表面に相当する領域を検出する（ステップＳ５１）。図１６（Ａ）に示すように、照明光が被検物Ｑの表面に描くパターンの像Ｉｍは、ライン光Ｌのスポットの長手方向に対応するように、撮像画像Ｐにおいて長手方向Ｄ１を有する。本実施形態の形状情報算出部６７は、ステップＳ５１において、長手方向Ｄ１と交差する幅方向Ｄ２について、図１６（Ｂ）に示すような各画素の位置に対する明るさ（階調値）の分布を求める。また、形状情報算出部６７は、求めた階調値の分布において、階調値が極大である画素の位置（ピーク位置）を求める。形状情報算出部６７は、長手方向Ｄ１のそれぞれの位置について求めたピーク位置を、被検物Ｑの表面の位置を示す情報として算出する。
【０１３３】
形状情報の取得が開始されると、測定時点算出部６６は、露光量情報及び露光期間情報に基づいて、露光開始タイミングｔ０と露光終了タイミングｔ１の間の時点を測定時点ｔ２として算出する。図１６（Ｃ）に示すように、本実施形態の測定時点算出部６６は、露光開始タイミングｔ０から測定時点ｔ２までの露光量Ｅ７と、測定時点ｔ２から露光終了タイミングｔ１までの露光量Ｅ８との差（絶対値）が所定の範囲内になるように、測定時点ｔ２を算出する。本実施形態において、測定時点算出部６６は、露光量Ｅ６と露光量Ｅ７がほぼ同じになるように、測定時点ｔ２を算出する。本実施形態において、測定時点ｔ２は、単位測定期間における露光期間の総露光量について、重心を示す時点である。測定時点算出部６６は、算出した測定時点を示す測定時点情報を位置情報取得部５７へ供給する。
【０１３４】
本実施形態において、形状情報算出部６７は、位置情報取得部５７が測定時点情報に応じて供給する代表位置情報を取得する（ステップＳ５３）。代表位置情報は、測定時点における光プローブ３の位置を示す位置情報である。本実施形態において、代表位置は、各単位測定において露光処理の対象となった領域を代表する位置である。
【０１３５】
本実施形態において、形状情報算出部６７は、ステップＳ５１において検出された被検物Ｑの表面の位置を、ステップＳ５３において取得した代表位置と関連付ける（ステップＳ５４）。形状情報算出部６７は、被検物Ｑのうち各単位測定により検出された部位の表面の位置を、この単位測定における代表位置と関連付けることによって、複数の単位測定により検出された被検物Ｑの表面における複数の点の位置を示す形状情報を取得する。
【０１３６】
次に、図１７を参照しつつ、制御装置５として機能するコンピュータの構成例について説明する。図１７は、制御装置５をコンピュータ等の電子情報処理装置で構成した場合のハードウェア構成の一例を示す図である。
【０１３７】
図１７に示すコンピュータ７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）周辺部と、入出力部と、レガシー入出力部とを備える。ＣＰＵ周辺部は、ホスト・コントローラ７１により相互に接続されるＣＰＵ７２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）７３、及びグラフィック・コントローラ７４を備える。入出力部は、入出力コントローラ７５によりホスト・コントローラ７１に接続される通信インターフェース７６、ハードディスクドライブ７７、及び光学ディスクドライブ７８を備える。レガシー入出力部は、入出力コントローラ７５に接続されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）７９、及び入出力チップ８０を有する。
【０１３８】
ホスト・コントローラ７１は、ＲＡＭ７３と、高い転送レートでＲＡＭ７３をアクセスするＣＰＵ７２、及びグラフィック・コントローラ７４とを接続する。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７９、及びＲＡＭ７３に格納されたプログラムに基づいて動作して、各部の制御をする。グラフィック・コントローラ７４は、ＣＰＵ７２等がＲＡＭ７３内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得して、表示装置６上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ７４は、ＣＰＵ７２等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【０１３９】
入出力コントローラ７５は、ホスト・コントローラ７１と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ７７、通信インターフェース７６、光学ディスクドライブ７８を接続する。ハードディスクドライブ７７は、ＣＰＵ７２が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェース７６は、ネットワーク通信装置８１に接続してプログラム又はデータを送受信する。光学ディスクドライブ７８は、光学ディスクからプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ７３を介してハードディスクドライブ７７、及び通信インターフェース７６に提供する。
【０１４０】
入出力コントローラ７５は、ＲＯＭ７９、及び入出力チップ８０の比較的低速な入出力装置が接続される。ＲＯＭ７９は、制御装置５が起動時に実行するブート・プログラム、あるいは制御装置５のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。入出力チップ８０は、パラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。
【０１４１】
ＣＰＵ７２が実行するプログラムは、光学ディスク、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード等の記録媒体に格納され、利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ７７にインストールされ、ＲＡＭ７３に読み出されてＣＰＵ７２により実行される。ＣＰＵ７２により実行されるプログラムは、コンピュータ７０を、図６等に示した入力制御部５０、タイミング制御部５２、設定情報格納部５１、光源制御部５３、撮像制御部５４、撮像画像取得部５６、露光量調整部５５、位置情報取得部５７、形状情報取得部５８、及び表示制御部５９として機能させる。
【０１４２】
以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭの他に、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）又はＰＤ（Ｐｈａｓｅ  Ｄｉｓｋ）等の光学記録媒体、ＭＤ（ＭｉｎｉＤｉｓｋ）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。本実施形態において、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等を含む。また、コンピュータ７０は、通信回線によってプログラムが配信され、この配信に応じて当該プログラムを実行してもよい。また、制御装置５の機能部の少なくとも１つは、ＡＳＩＣ等のハードウェアによって構成されていてもよい。
【０１４３】
以上のように、本実施形態の形状測定装置１は、第１期間において照明光の光量を変化させ、第１期間の少なくとも一部を含む第２期間において露光処理を行う。形状測定装置１は、照明光の光強度の時間分布に基づいて第２期間を設定するので、露光量を調整可能な範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。そのため、形状測定装置１は、被検物Ｑの局所的な形状や材質に応じた露光量に設定することができ、測定精度を向上させることができる。
【０１４４】
ところで、各単位測定処理において測定対象となる領域は、露光期間に応じて変化することになる。本実施形態の形状測定装置１は、露光期間の間に照明光が入射する領域に対応する位置を示す情報として代表位置情報を取得し、被検物Ｑの表面における点の位置と代表位置とを関連付けるので、露光期間の変化に伴う誤差を減らすことができる。また、露光期間のうちの測定時点の前後の露光量を揃うように測定時点を算出し、測定時点における光プローブ３の位置（代表位置）を示す情報を取得するので、露光期間の変化に伴う誤差を格段に減らすことができる。
【０１４５】
また、本実施形態において、照明光の光強度の時間分布は、複数の単位測定期間のそれぞれにおいてほぼ同じである。したがって、各単位測定期間において被検物Ｑに照射される照明光の光量は、複数の単位測定期間でほぼ同じになる。よって、照明光による被検物Ｑの部位ごと温度上昇は、被検物Ｑにおいてばらつきにくくなる。結果として、形状測定装置１は、例えば、温度上昇によって被検物Ｑが膨張すること等による測定誤差を減らすことができる。また、形状測定装置１は、単位測定期間において光量が変化しない照明光を用いる場合と比較して、単位測定期間の総光量が同じ条件において光強度の最大値を高くすることができる。そのため、形状測定装置１は、例えばレーザー光の取り扱いが容易になり、使い勝手（利便性）が高くなる。
【０１４６】
なお、本実施形態の画像計測装置は、形状測定装置１のうち少なくとも撮像装置９及び制御装置５を備える。この画像計測装置は、露光量を調整しながら撮像装置９によって撮像し、撮像の結果を用いて各種の測定を行う。本実施形態の画像計測装置は、形状以外の項目について測定を行う装置の一部又は全部であってもよく、この場合にも露光量の調整可能な範囲を広げることができるので、測定精度を向上させることができる。
【０１４７】
なお、本実施形態において、今回の単位測定処理の露光処理の露光期間は、前回の単位測定処理の撮像結果情報に基づいて設定されているが、今回よりも前に実行された１又は２以上の単位測定処理の撮像結果情報に基づいて設定されてもよい。例えば、形状測定装置１は、前々回の単位測定処理の撮像結果情報に基づいて算出された前回の露光量の目標値と、前回の単位測定処理の撮像結果情報に基づいて検出された前回の露光量とを比較し、前回の単位測定処理の撮像結果情報に基づいて算出された目標値を比較の結果を用いて補正してもよい。
【０１４８】
また、本実施形態の撮像装置９は、グローバルシャッター方式を採用しているが、ローリングシャッター方式を採用してもよい。また、撮像装置９は、電子シャッターによって露光期間が可変であるが、機械式シャッターによって露光期間が可変にすることができる。また、撮像装置９は、電子シャッターと機械式シャッターを併用することができる。
【０１４９】
また、本実施形態の制御装置５は、光源装置８を制御しているが、光源装置８を制御しなくてもよい。例えば、光源装置８は、予め定められた光強度時間分布に従って光強度が時間変化する照明光を射出し、光強度が変化するタイミングを示す信号を制御装置５に供給してもよい。この場合に、制御装置は、光源装置８から供給される信号に基づいて、撮像装置９を光源装置８と同期して制御してもよい。また、光源装置８は、形状測定装置１の外部の装置であってもよい。
【０１５０】
なお、本実施形態の制御装置５は、設定情報格納部５１に格納されている撮像設定情報及び走査設定情報に基づいて、単位測定処理による測定対象の領域の間隔（以下、測定間隔という）を取得することができる。測定間隔は、例えば測定の解像度に対応する値である。制御装置５は、例えば、走査速度情報に定められた走査速度と単位測定期間の長さとに基づいて、測定間隔を算出する。また、制御装置５は、測定間隔が指定された場合に、測定間隔が指定された値になるように、走査速度と単位測定期間の長さの少なくとも一方を調整することができる。また、本実施形態の制御装置５は、測定間隔を所望の値に設定する上で走査速度が速すぎる場合、単位測定期間が長すぎる場合等に、測定間隔を所望の値に設定不能であることを示す情報を出力することができる。この情報は、例えば表示装置６に表示されることによって、ユーザーに告知することが可能になる。
【０１５１】
なお、本実施形態において、走査装置４は、ロボットハンド型の装置であるが、ステージ装置等であってもよい。走査装置４は、互いに直交する３軸（ＸＹＺ）の各軸方向の併進（３自由度）、各軸周りの回転（３自由度）の６自由度のうち少なくとも１自由度で、被検物Ｑと光学プローブ３の相対位置を変化可能とすることができる。例えば、走査装置４は、ステージ装置３（被検物Ｑ）に対する光プローブ３の姿勢（回転位置）を変化させてもよい。また、走査装置４は、例えばガルバノミラー等の偏向部材を含むことができる。この場合には、光源装置３から出射するライン光を偏向部材により偏向することによって、ライン光を被検物Ｑ上で走査することができる。この場合に、位置情報は、偏向部材の回転角を示す情報を含んでいてもよい。また、走査装置４は、１次元的に走査を行ってもよいし、２次元的に走査を行ってもよい。
【０１５２】
なお、上記の実施形態において、撮像制御部５４は、露光期間設定部５５から供給される露光期間情報に基づいて撮像素子２０を制御しているが、設定情報格納部５１から露光期間情報を取得して撮像素子２０を制御してもよい。
【０１５３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０１５４】
図１８は、第２実施形態における露光量調整方法を示す図である。図１９は、第２実施形態の形状測定方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態において、図１９に示す形状測定方法の各処理は、第１実施形態において説明した形状測定装置１の各部によって、実行される。本実施形態の形状測定装置１は、複数回数の単位計測処理を実行して、被検物Ｑの形状情報を取得する。
【０１５５】
図１８に示すように、本実施形態において、単位測定期間は、第１露光期間及び第２露光期間を含む。本実施形態において、露光量調整方法は、第１露光期間において撮像することと、第１露光期間に撮像した結果に基づいて第２露光期間を設定することとを含む。本実施形態において、第１露光期間は、第１期間の一部を含む。本実施形態において、第２露光期間は、第１露光期間の終了後に設定され、第１期間の一部を含む。
【０１５６】
図１９に示すように、本実施形態において単位測定が開始されると、図６に示した制御装置５の撮像制御部５４は、撮像装置９を制御して第１露光期間に第１撮像処理を実行させる（ステップＳ６０）。本実施形態において、第１露光期間は、露光時間が最小に設定された条件で露光量が最小になる期間に設定されている。本実施形態において、第１露光期間が開始するタイミングは、照明光の光強度が増加を開始する時点に固定されている。本実施形態において、第１露光期間の長さは、固定値に設定されている。本実施形態において、第１露光期間が開始するタイミングを示す情報、及び第１露光期間が終了するタイミングを示す情報は、設定情報格納部５１に格納されている。
【０１５７】
第１撮像処理は、例えば第１実施形態において説明した撮像処理と同様の処理である。本実施形態において、形状情報取得部５８は、第１撮像処理による撮像結果情報に基づく形状情報を算出しない。本実施形態において、第１撮像処理による撮像結果情報は、撮像装置９から撮像画像取得部５６を経由して露光量調整部５５へ供給される。
【０１５８】
本実施形態の露光量調整部５５は、第１撮像処理による撮像結果情報に基づいて第２露光期間を設定することによって、第２露光期間の露光量を調整する（ステップＳ６１）。本実施形態の露光量調整部５５は、例えば図７及び図１１を参照して説明した露光調整方法によって、第２露光期間を設定する。
【０１５９】
本実施形態において、制御装置５の撮像制御部５４は、露光量調整部５５が設定した第２露光期間を示す露光期間情報に基づいて撮像装置９を制御し、第２露光期間において第２撮像処理を実行させる（ステップＳ６３）。第２撮像処理は、例えば第１実施形態において説明した撮像処理と同様の処理である。
【０１６０】
本実施形態において、形状情報取得部５８は、第２撮像処理に基づいて単位測定の結果を取得する（ステップＳ６３）。本実施形態において、第２撮像処理による撮像結果情報は、撮像装置９から撮像画像取得部５６を経由して形状情報取得部５８へ供給される。形状情報取得部５８は、例えば図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）を参照して説明した形状情報取得方法によって、形状情報を取得する。なお、本実施形態において、露光量調整部５５は、第２撮像処理の結果に基づく露光量の調整を実行しない。
【０１６１】
以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。また、本実施形態の形状測定装置１は、第１撮像処理の結果に基づいて、第１露光期間と同じ単位測定期間に属する第２露光期間を設定するので、例えば第２露光期間における露光量と目標値との誤差を減らすことができる。
【０１６２】
なお、本実施形態において、形状情報取得部５８は、第１撮像処理の撮像結果情報に基づいて形状情報を算出してもよい。例えば、形状情報取得部５８は、第１撮像処理の撮像結果情報と第２撮像処理の撮像結果情報のいずれかを選択して、選択した撮像結果情報に基づいて形状情報を算出してもよい。この場合に、形状情報取得部５８は、第１撮像処理と第２撮像処理のうち、露光量が基準値に近いほうの撮像結果情報を選択して、形状情報を算出してもよい。また、形状情報取得部５８は、第１撮像処理の撮像結果情報に基づいて形状情報を算出し、かつ第２撮像処理の撮像結果情報に基づいて形状情報を算出して、算出した形状情報のいずれかを選択して出力してもよい。
【０１６３】
また、露光量調整部５５は、第２撮像処理の撮像結果情報に基づいて、第２撮像処理よりも後の撮像処理における露光量を調整してもよい。例えば、露光量調整部５５は、第２撮像処理の撮像結果情報に基づいて、次の単位測定処理における第１露光期間を可変に設定してよい。この場合に、露光量調整部５５は、次回の第１撮像処理により有意な撮像結果情報が得られるように、第２撮像処理の撮像結果情報に基づいて、次回の第１露光期間を設定してもよい。有意な撮像結果情報は、例えばノイズと区別可能な撮像結果を含む情報である。また、露光量調整部５５は、次回の第１撮像処理により有意な撮像結果情報が得られるように設定される露光期間のうち相対的に露光量が少ない（例えば最小）の露光期間を、次回の第１露光期間を設定してもよい。
【０１６４】
また、形状測定装置１は、１回の単位測定期間において、露光量を調整するための撮像処理を２回以上実行してもよい。また、形状測定装置１は、１回の単位測定期間において、形状情報を算出するための撮像処理を２回以上実行してもよい。
【０１６５】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０１６６】
図２０は、第３実施形態の形状測定装置の撮像装置の概略構成を示す図である。図２１は、第３実施形態の形状測定装置の撮像素子の画素を示す回路図である。
【０１６７】
本実施形態の形状測定装置は、図２０に示す撮像装置１００を備える。本実施形態の撮像装置１００は、撮像素子１０１及び撮像素子駆動部１０２を備える。本実施形態の撮像素子１０１は、フォトダイオードにおいて発生した電荷をＣＭＯＳによって読み出すＣＭＯＳイメージセンサーを含む。ＣＭＯＳイメージセンサーの構成及び動作は、例えば米国特許第７４４３４３７号明細書、米国特許第７５４２０８５号明細書等に開示されている。なお、法令で許容される限りにおいて、引用した米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【０１６８】
本実施形態において、撮像素子１０１は、互いに平行に延びる複数のゲート線１０３、及びゲート線１０３と交差して互いに並行に延びる複数のデータ線１０４を含む。本実施形態において、ゲート線１０３とデータ線１０４とに含まれる領域は、１つの画素１０５に相当する領域である。画素１０５は、図２１に示すように複数のスイッチング素子（後述する）を含む。ゲート線１０３は、画素１０５のスイッチング素子のゲート電極と接続されている。
【０１６９】
なお、撮像素子１０１は、実際には複数系統のゲート線を含む。複数系統のゲート線は、それぞれ、画素１０５の複数のスイッチング素子のいずれかのゲート電極と接続されている。複数系統のゲート線は、互いに異なる電気信号が供給される。図２０において、複数系統のゲート線は、１本のゲート線１０３に包括されて図示されている。
【０１７０】
本実施形態において、照明光が被検物Ｑ上に描くパターンの撮像素子１０１上における像Ｉｍは、ライン光Ｌのスポットの形状の応じた長手方向Ｄ３を有する。本実施形態において、撮像装置１００は、長手方向Ｄ３がゲート線１０３と交差（例えば直交）するように、配置される。なお、撮像装置１００は、長手方向Ｄ３がゲート線１０３と平行になるように配置することができる。
【０１７１】
本実施形態において、撮像素子駆動部１０２は、ゲート線駆動部１０６及びデータ線駆動部１０７を備える。ゲート線駆動部１０６の出力端子は、ゲート線１０３と接続されている。ゲート線駆動部１０６は、ゲート線１０３に電気信号を供給する。ゲート線駆動部１０６は、ゲート線１０３に電気信号を供給することによって、画素１０５のスイッチング素子（後述する）の導通状態と遮断状態を切替えることができる。ゲート線１０３は、ゲート線１０３が延びる方向に並ぶ複数の画素１０５に接続されている。ゲート線駆動部１０６は、ゲート線１０３のいずれかを選択し、選択したゲート線１０３と接続されている複数の画素１０５を一括して駆動する。また、データ線駆動部１０７の出力端子は、データ線１０４と接続されている。データ線駆動部１０７は、データ線１０４に電気信号を供給する。データ線駆動部１０７は、データ線１０４に電気信号を供給することによって、画素１０５から信号電荷を読み出すことができる。データ線駆動部１０７は、ゲート線駆動部１０６によって選択されたゲート線１０３と接続されている複数の画素１０５のそれぞれから並行して信号を読み出すことができる。
【０１７２】
図２１に示すように、本実施形態の画素１０５は、シャッタートランジスタ１１０、転送トランジスタ１１１、リセットトランジスタ１１２、増幅トランジスタ１１３、選択トランジスタ１１４等のスイッチング素子、フォトダイオード１１５、キャパシタ１１６、入力端子１１７、及び出力端子１１８を備える。
【０１７３】
ここで、画素１０５の各要素の接続関係について説明する。フォトダイオード１１５の第１端子は、撮像素子駆動部１０２の基準電位に保持される接地線と接続されている。フォトダイオード１１５の第２端子は、シャッタートランジスタ１１０の入力端子（ソース電極）と接続されている。シャッタートランジスタ１１０の制御端子（ゲート電極）は、ゲート線を介してゲート線駆動部１０６と接続されている。シャッタートランジスタ１１０の出力端子（ドレイン電極）は、転送トランジスタ１１１の入力端子と接続されている。キャパシタ１１６の第１電極は、シャッタートランジスタ１１０の出力端子と転送トランジスタの入力端子との間のノートに接続されている。キャパシタ１１６の第２電極は、シャッタートランジスタ１１０の制御端子に接続されている。転送トランジスタ１１１の制御端子は、ゲート線１０３を介してゲート線駆動部１０６に接続されている。転送トランジスタ１１１の出力端子は、増幅トランジスタ１１３の制御端子と接続されている。リセットトランジスタ１１２の入力端子１１７は、転送トランジスタ１１１の出力端子と増幅トランジスタ１１３の制御端子との間のノードに接続されている。リセットトランジスタ１１２の制御端子は、ゲート線を介してゲート線駆動部１０６に接続されている。リセットトランジスタ１１２の出力端子は、画素１０５の入力端子１１７を介して、データ線駆動部１０７の電源線と接続されている。また、画素１０５の入力端子１１７は、増幅トランジスタ１１３の入力端子と接続されている。増幅トランジスタ１１３の出力端子は、選択トランジスタ１１４の入力端子と接続されている。選択トランジスタ１１４の制御端子は、ゲート線を介してゲート線駆動部１０６と接続されている。選択トランジスタ１１４の出力端子１１８は、画素１０５の出力端子１１８と接続されている。画素１０５の出力端子１１８は、データ線を介してデータ線駆動部１０７と接続されている。
【０１７４】
次に、画素１０５の各要素の動作について説明する。フォトダイオード１１５は、入射してくる光の光量に応じた電荷を発生する。シャッタートランジスタ１１０は、ゲート線駆動部１０６から制御端子へ電気信号ＳＧが供給されることによって、導通状態と遮断状態とが切替わる。転送トランジスタ１１１は、ゲート線駆動部１０６から制御端子へ電気信号ＴＧが供給されることによって、導通状態と遮断状態とが切替わる。リセットトランジスタ１１２は、ゲート線駆動部１０６から制御端子へ電気信号ＲＳＴが供給されることによって、導通状態と遮断状態とが切替わる。選択トランジスタ１１４は、ゲート線駆動部１０６から制御端子へ電気信号ＲＯＷが供給されることによって、導通状態と遮断状態とが切替わる。
【０１７５】
キャパシタ１１６は、シャッタートランジスタ１１０が導通状態であって転送トランジスタ１１１が遮断状態である場合に、フォトダイオード１１５からの電荷によって充電される。キャパシタ１１６は、転送トランジスタ１１１が導通状態である場合に、放電される。キャパシタ１１６に蓄積されていた電荷は、転送トランジスタ１１１が導通状態であってリセットトランジスタ１１２が遮断状態である場合に、増幅トランジスタ１１３の制御端子へ流れて増幅トランジスタ１１３の制御端子を昇圧し、増幅トランジスタ１１３を導通状態にする。キャパシタ１１６又は増幅トランジスタ１１３の制御端子に蓄積されていた電荷は、転送トランジスタ１１１が導通状態であってリセットトランジスタ１１２が導通状態である場合に、リセットトランジスタ１１２、及び画素１０５の入力端子１１７を介してデータ線駆動部１０７の電源線を流れる。これにより、増幅トランジスタ１１３は、制御端子が降圧して遮断状態になる。増幅トランジスタ１１３は、導通状態である場合に、制御端子の電位に応じた電流を流すことが可能になる。データ線駆動部１０７から画素１０５の入力端子１１７に電気信号ＶＣＣが供給され、かつ増幅トランジスタ１１３及び選択トランジスタ１１４が導通状態である場合に、増幅トランジスタ１１３を流れた電荷は、選択トランジスタ１１４及び画素１０５の出力端子１１８を介して、データ線駆動部１０７へ流れる。このように、画素１０５の出力端子１１８から出力される信号（電荷）は、増幅トランジスタ１１３の制御端子の電位に応じたレベルになる。増幅トランジスタ１１３の制御端子の電位は、キャパシタ１１６から増幅トランジスタ１１３の制御端子へ流れた電荷に応じたレベルである。すなわち、撮像素子１０１は、フォトダイオード１１５において発生してキャパシタ１１６に蓄積された電荷に応じたレベルの信号を出力する。
【０１７６】
本実施形態の撮像素子駆動部１０２は、ゲート線駆動部１０６がシャッタートランジスタ１１０を導通状態、転送トランジスタ１１１を遮断状態にすることによって、信号電荷の蓄積を開始させる。このようにして、撮像素子駆動部１０２は、撮像処理の露光処理を開始する。撮像素子駆動部１０２は、露光処理に先立ち、転送トランジスタ１１１及びリセットトランジスタ１１２を導通状態にすることによって、例えば撮像処理に寄与しない電荷をキャパシタ１１６からリセットすることができる。また、撮像素子駆動部１０２は、露光処理を開始した後に、ゲート線駆動部１０６がシャッタートランジスタ１１０を遮断状態にすることによって、信号電荷の蓄積を停止させる。このようにして、撮像素子駆動部１０２は、撮像処理の露光処理を終了する。本実施形態において、撮像素子駆動部１０２は、撮像処理に用いる複数の画素１０５についてほぼ同時に露光処理を開始し、ほぼ同時に露光処理を終了することができる。また、撮像素子駆動部１０２は、一部の画素１０５に対する露光処理を継続しつつ、他の一部の画素１０５に対する露光処理を終了することもできる。
【０１７７】
次に、本実施形態の形状測定方法について説明する。図２２は、第３実施形態の露光量調整方法を示す図である。図２３は、第３実施形態の形状測定方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態において、図１９に示す形状測定方法の各処理は、形状測定装置１の各部によって、実行される。本実施形態の形状測定装置１は、複数回数の単位計測処理を実行して、被検物Ｑの形状情報を取得する。以下の説明において、制御装置５については図６から図８等を適宜参照されたい。
【０１７８】
本実施形態の露光方法調整方法は、撮像素子１０１のうちの第１画素群及び第２画素群に対する露光を開始することと、第１画素群に対する露光を終了し、かつ第２画素群に対する露光を継続することと、第１画素群からの出力に基づいて第２画素群に対する露光を終了するタイミングを設定することと、第２画素群に対する露光を終了することとを含む。
【０１７９】
図２２に示すように、本実施形態の撮像装置１００は、単位測定期間の第１時点ｔ１１において、第１画素群及び第２画素群に対する露光を開始する（図２３のステップＳ７０）。ステップＳ７０において、本実施形態において、第１画素群は、同一のゲート線１０３に接続された複数の画素（画素行）を含む。第２画素群は、第１画素群とは重複しない複数の画素を含む。第１時点ｔ１１は、例えば、露光時間が最小に設定された条件で露光量が最小になる期間の開始タイミングに設定される。本実施形態において、第１時点ｔ１１は、照明光の光強度が増加を開始する時点に固定されている。
【０１８０】
本実施形態の撮像装置１００は、第１時点ｔ１１よりも第２時点ｔ１２において、第１画素群に対する露光を終了する（図２３のステップＳ７１）。第１画素群は、第１時点ｔ１１から第２時点ｔ１２までの第１露光期間において信号電荷を蓄積している（第１露光処理）。本実施形態の撮像装置１００は、第２時点ｔ１２よりも後の時点において、第１画素群が接続されているゲート線１０３を線順次で駆動し、第１画素群に属する画素１０５のそれぞれに蓄積されている信号電荷をデータ線駆動部１０７に読み出す。撮像装置１００は、第１画像群からの出力（信号電荷）を示す撮像結果情報を、撮像画像取得部５６（図６及び図７）に供給する。本実施形態の撮像装置１００は、制御装置５の撮像制御部５４に制御されて、ステップＳ７０において露光を開始し、ステップＳ７１において露光を終了する。制御装置５は、撮像装置９の第１画素群に対する露光開始タイミング及び露光終了タイミングを制御する。また、本実施形態の撮像装置１００は、制御装置５の撮像制御部５４に制御されて、第１画像群による撮像結果情報を出力する。
【０１８１】
本実施形態において、露光量調整部５５は、撮像装置１００から撮像画像取得部５６へ供給された撮像結果情報を取得する。露光量調整部５５は、取得した撮像結果情報に基づいて、第２画素群に対する露光を終了するタイミングを設定する（図２３のステップＳ７２）。ステップＳ７２において、露光量調整部５５は、図７及び図１１等に示した露光調整方法によって、第２画素群に対する露光を終了するタイミングを設定する。露光量調整部５５は、第２画素群に対する露光を終了するタイミングを示す露光期間情報を撮像制御部５４へ供給する。なお、本実施形態において、形状情報取得部５８は、第１撮像処理による撮像結果情報に基づく形状情報の算出を行わない。
【０１８２】
図２２に示すように、本実施形態の撮像装置１００は、単位測定期間の第２時点ｔ１２よりも後の第３時点ｔ１３３において、第２画素群に対する露光を終了する。第２画素群は、第１時点ｔ１１から第３時点ｔ１３までの第２露光期間において信号電荷を蓄積している（第２露光処理）。本実施形態の撮像装置１００は、撮像制御部５４に制御されて、第２画素群に対する露光を終了させる（図２３のステップＳ７３）。撮像制御部５４は、露光量調整部５５から供給された露光期間情報に基づいて、撮像装置１００を制御し、第２画素群に対する露光を終了するタイミングを制御する。撮像装置１００は、制御装置５の撮像制御部５４に制御されて、第２画像群による撮像結果情報を出力する。
【０１８３】
本実施形態において、制御装置５の撮像画像取得部５６は、第２画像群による撮像結果情報を撮像装置１００から取得する。形状情報取得部５８は、撮像画像取得部５６から第２画像群による撮像結果情報を取得し、この撮像結果情報に基づいて単位測定の結果を取得する（図２３のステップＳ７４）。形状測定装置１は、以上のような単位測定処理を繰り返し実行する。そして、形状情報取得部５８は、例えば図１６（Ａ）から図１６（Ｃ）を参照して説明した形状情報取得方法によって、形状情報を取得する。なお、本実施形態において、露光量調整部５５は、第２撮像処理の結果に基づく露光量の調整を実行しない。
【０１８４】
以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。また、本実施形態の形状測定装置１は、第１撮像処理の結果に基づいて、第１露光期間と同じ単位測定期間に属する第２露光期間を設定するので、例えば第２露光期間における露光量と目標値との誤差を減らすことができる。
【０１８５】
なお、本実施形態の形状測定装置１は、例えば第１実施形態において説明したように、単位測定期間に行う撮像処理が１回であって、今回の撮像処理の結果に基づいて次回の露光期間を設定してもよい。また、本実施形態の形状測定装置１は、例えば第２実施形態において説明したように、第１露光処理が終了した後に第２露光処理を開始してもよい。
【０１８６】
また、本実施形態の形状測定装置１は、第１露光処理と並行して第２露光処理を実行する場合に、第１露光処理の終了後に第２露光処理を開始するいずれの場合についても、第２実施形態において説明した処理を実行してもよい。例えば、形状測定装置１は、第１撮像処理による撮像結果情報に基づいて形状情報を算出してもよいし、第２撮像処理による撮像結果情報に基づいて、次回の単位測定処理における第１露光処理の開始タイミングを設定してもよい。また、形状測定装置１は、１回の単位測定処理において、複数回数の第１撮像処理を行ってもよいし、複数回数の第２撮像処理を行ってもよい。形状測定装置１は、１回の単位測定処理において、第１露光処理と並行して第２露光処理を実行する場合に、第２露光処理の終了後に次の第１露光処理を実行してもよい。
【０１８７】
また、上記の実施形態において、図１０等に示した光強度の時間分布は、光強度が時間に対してほぼ単調に増加する分布であるが、光強度の時間分布は、この例に限られない。ここで、光強度の時間分布の例について説明する。
【０１８８】
図２４（Ａ）から図２４（Ｆ）のそれぞれは、光強度の時間分布の例を示す図である。図２４（Ａ）に示す変形例１の光強度の時間分布において、単位測定期間は、光量増加期間、光量減少期間、及び消灯期間を含む。変形例１において、光量増加期間は、単位測定期間とほぼ同時に開始する。変形例１において、光量増加期間は、光源１１に電流の供給を開始してからの立ち上がり時間であり、実質的に無視できる時間である。変形例１において、光量減少期間は、光量増加期間に続く期間であり、光強度が単調に減少している。光源駆動部１２は、例えば、光量減少期間において、光源１１に供給する電流を減少させながら電流の供給を継続する。変形例１において、消灯期間は、電流減少期間に続く期間である。形状測定装置１は、単位測定期間が消灯期間を含んでいると、光源１１の冷却等の温度管理が容易になる。
【０１８９】
図２４（Ｂ）に示す変形例２の光強度の時間分布において、単位測定期間は、光量増加期間、及び光量減少期間を含む。変形例２において、光源１１は、光強度の立ち上がりを除く単位測定期間のほとんどの期間において点灯している。このように、単位測定期間は、消灯期間を実質的に含んでいなくてもよい。変形例２において、光量増加期間は、光量減少期間とほぼ同じ長さである。形状測定装置１は、光量増加期間において第１露光処理を実行し、第１撮像処理による撮像結果情報に基づいて、光量減少期間の少なくとも一部を含む期間を第２露光処理の露光期間に設定してもよい。なお、光量増加期間は、光量減少期間よりも長くてもよいし、短くてもよい。例えば、形状測定装置１は、第１露光処理及び第２露光処理を実行する場合に、光量増加期間と光量減少期間のうち先に開始する期間が後に開始する期間よりも短くてもよい。この場合に、形状測定装置１は、光量増加期間と光量減少期間のうち相対的に短い期間において第１露光処理を実行し、相対的に長い期間の少なくとも一部に第２露光処理を実行してもよい。
【０１９０】
図２４（Ｃ）に示す変形例３の光強度の時間分布は、光強度が立ち上がりと立下りを繰り返す分布である。変形例３において、１回の立ち上がりと立ち下がりを含むパルスの振幅は、単位測定期間において均一な値に設定されている。変形例３のパルスの間隔は、単位測定期間の開始から次第に短くなるように、設定されている。変形例３のパルスの点灯時間は、単位測定期間において均一な値に設定されている。変形例３において、照明光の単位時間あたりの光量は、単位時間に含まれるパルスの数が単位測定期間の開始から次第に多くなることによって、時間経過とともに増加する。
【０１９１】
図２４（Ｄ）に示す変形例４の光強度の時間分布は、光強度が立ち上がりと立下りを繰り返す分布である。変形例４において、１回の立ち上がりと立ち下がりを含むパルスの振幅は、単位測定期間において均一な値に設定されている。変形例４のパルスの間隔は、単位測定期間において均一な値に設定されている。変形例４のパルスごとの点灯時間は、単位測定期間が開始してからの時間経過とともに増加するように、設定されている。変形例４において、照明光の単位時間あたりの光量は、パルスごとの点灯時間が単位測定期間の開始から次第に長くなることによって、時間経過とともに増加する。
【０１９２】
なお、変形例３又は変形例４において、照明光の単位時間あたりの光量は、パルスの振幅、パルスの間隔、パルスごとの点灯時間の少なくとも１つを時間的に変化させることによって、時間的に変化してもよい。また、光強度の時間分布は、パルスの振幅が時間的に変化する分布である場合に、パルスの周波数を高くするにつれて、変形例１等のように連続的に光強度が変化する分布に近くなる。そのため、光強度の時間分布は、パルスの周期を例えば露光時間よりも短く設定することによって、光強度が実質的に連続して時間的に変化する分布として扱うことができる。
【０１９３】
図２４（Ｅ）に示す変形例５の光強度の時間分布は、光強度が正弦波ように時間的に変化する分布である。変形例５において、正弦波の周期は、単位測定期間の長さとほぼ同じである。変形例５において、正弦波は、単位測定期間が開始する時点で位相が０ラジアンであり、単位測定期間が終了する時点で位相が２πラジアンである。形状測定装置１は、例えば、単位測定期間が開始してから光強度が極大になるまでの間に第１露光処理を実行し、光強度が極大になってから極小になるまでの間に第２露光処理を実行してもよい。なお、単位測定期間に含まれる正弦波の波数は、１未満であってもよいし、１より大きくてもよい。例えば、単位測定期間における光強度の時間分布は、半波長の正弦波であってもよい。また、単位測定期間が開始する時点の正弦波の位相は、任意の値に設定される。
【０１９４】
図２４（Ｆ）に示す変形例６の光強度の時間分布は、三角波を複数周期（図中では２周期）含む分布である。変形例６において、複数周期の三角波は、いずれも同じ波形である。形状測定装置１は、例えば、三角波の第１周期の間に第１露光処理を実行し、三角波の第２周期の間に第２露光処理を実行してもよい。
【０１９５】
なお、光強度の時間分布は、上記の実施形態及び各変形例に限定されない。例えば、光強度の時間分布は、上記の実施形態、各変形例を組み合わせた分布でもよい。また、上記の実施形態において、各単位測定期間における光強度の時間分布は、複数の単位測定期間において共通であるが、複数の単位測定期間において変化してもよい。例えば、第１の単位測定期間における光強度の時間分布は、第２の単位測定期間における光強度の時間分布と異なっていてもよい。この場合に、第１の単位測定期間における照明光の光量は、第２の単位測定期間における照明光の光量と同じでもよいし、異なっていてもよい。
【０１９６】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０１９７】
図２５は、第４実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。本実施形態において、図２５に示す形状測定方法の各処理は、上記の実施形態において説明した形状測定装置１の各部によって、実行される。本実施形態の形状測定装置１は、複数回数の単位計測処理を実行して、被検物Ｑの形状情報を取得する。本実施形態において、各単位測定処理における露光処理、読出処理、転送処理、単位測定処理の結果取得処理、及び露光量調整処理は、それぞれ、上記の実施形態と同様にして、実行される。
【０１９８】
本実施形態において、形状測定装置１は、第１の単位測定処理における第１撮像処理の撮像結果情報に基づいて、第１の単位測定処理に続く第２の単位測定処理よりも後の第３の単位測定処理における第２撮像処理の露光期間を設定する。また、本実施形態において、形状測定装置１は、第１の単位測定処理と第３の単位測定処理における処理の少なくとも一部と並行して、第２の単位測定処理を実行する。
【０１９９】
図２５に示すように、本実施形態の形状測定装置１は、形状測定が開始された後に、１回目の単位測定処理を開始する（ステップＳ８０）。単位測定処理は、例えば、上記の実施形態と同様にして、実行される。本実施形態の形状測定装置１は、ステップＳ８０よりも後に、ｎ回目の単位測定処理を開始する（ステップＳ８１）。本実施形態において、ｎは２以上の整数である。
【０２００】
本実施形態の形状測定装置１は、ｎ回目の単位測定処理の開始後に、露光処理を実行（ステップＳ８２）し、次いで読出処理（ステップＳ８３）を実行する。形状測定装置１は、ステップＳ８３の読出処理が終了した後に、ステップＳ８１の露光処理によって蓄積された信号電荷に対する転送処理を実行する（ステップＳ８４）。形状測定装置１は、ステップＳ８４の転送処理の終了後に、ｎ回目の単位測定処理の結果を取得（ステップＳ８５）し、ｎ回目の単位測定処理を終了する（ステップＳ８６）。また、形状測定装置１は、ステップＳ８４の転送処理の終了後に、ｎ回目の単位測定処理における撮像処理による撮像結果情報に基づいて、（ｎ＋２）回目の単位測定処理における露光処理の露光量を調整するための露光量調整処理を実行する（ステップＳ８７）。
【０２０１】
本実施形態の形状測定装置１は、ステップＳ８３の読出処理の終了後に、（ｎ＋１）回目の単位測定処理を開始する（ステップＳ８８）。形状測定装置１は、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の開始後に、露光処理を実行（ステップＳ８９）し、次いで読出処理（ステップＳ９０）を実行する。本実施形態において、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の露光処理（ステップＳ８９）は、ｎ回目の単位測定処理の転送処理（ステップＳ８４）と並行して行われる。また、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の読出処理（ステップＳ９０）は、ｎ回目の単位測定処理における転送処理（ステップＳ８４）の終了後に、開始される。
【０２０２】
本実施形態の形状測定装置１は、ステップＳ９０の読出処理の終了後に、ステップＳ８９の露光処理によって蓄積された信号電荷に対する転送処理を実行する（ステップＳ９１）。形状測定装置１は、ステップＳ９１の転送処理の終了後に、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の結果を取得（ステップＳ９２）し、（ｎ＋１）回目の単位測定処理を終了する（ステップＳ９３）。また、形状測定装置１は、ステップＳ９１の転送処理の終了後に、（ｎ＋１）回目の単位測定処理における撮像処理による撮像結果情報に基づいて、（ｎ＋３）回目の単位測定処理における露光処理の露光量を調整するための露光量調整処理を実行する（ステップＳ９９）。
【０２０３】
また、本実施形態の形状測定装置１は、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の読出処理（ステップＳ９０）の終了後に、（ｎ＋２）回目の単位測定処理を開始する（ステップＳ９５）。形状測定装置１は、（ｎ＋２）回目の単位測定処理を開始後に、露光処理を実行（ステップＳ９６）し、次いで読出処理（ステップＳ９７）を実行する。（ｎ＋２）回目の単位測定処理の露光処理（ステップＳ９６）は、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の読出処理（ステップＳ９０）の終了後に、開始される。（ｎ＋２）回目の単位測定処理の読出処理（ステップＳ９７）は、（ｎ＋１）回目の単位測定処理の転送処理（ステップＳ９１）の終了後に、開始される。形状測定装置１は、（ｎ＋２）回目の単位測定処理の読出処理（ステップＳ９８）の終了後に、転送処理を実行し（ステップＳ９８）、また（ｎ＋３）回目の単位測定処理を開始する（ステップＳ９９）。また、形状測定装置１は、以下同様に単位測定処理を繰り返し実行した後に、複数回数の単位測定処理の結果に基づいて形状情報を取得する（ステップＳ１００）。
【０２０４】
このように、本実施形態の形状測定装置１は、今回（例えば（ｎ＋１）回目）の単位測定処理の露光処理（ステップＳ８９）を、前回（例えばｎ回目）の単位測定処理の転送処理（ステップＳ８４）と並行して実行する。また、形状測定装置１は、次回（例えば（ｎ＋２）回目）の単位測定処理における露光処理の露光量を調整するための露光量調整処理（ステップＳ８７）を、今回（例えば（ｎ＋１）回目）の単位測定処理の転送処理（ステップＳ９１）と並行して実行する。
【０２０５】
以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。また、本実施形態の形状測定装置１は、今回の単位測定処理の一部の処理を、前回の単位測定処理の一部と並行して実行するので、効率よく測定することができる。また、本実施形態の形状測定装置１は、前回の単位測定処理における撮像処理の撮像結果情報に基づいて、今回よりも後の次回の単位測定処理における露光処理の露光期間を設定するので、露光期間を算出する処理に要する時間を確保することが容易になる。そのため、形状測定装置１は、例えば、単位測定処理における露光処理を開始する時点までに露光調整処理が終了しない状態の発生を抑制すること等ができる。
【０２０６】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０２０７】
図２６は、第５実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。本実施形態において、図２６に示す形状測定方法の各処理は、上記の実施形態において説明した形状測定装置１の各部によって、実行される。
【０２０８】
図２６に示すように、本実施形態の形状測定方法は、露光調整処理を実行するか否かを判定すること（ステップＳ３１）を含む。本実施形態の形状測定方法は、ステップＳ３１の処理以外の処理については、第１実施形態の形状測定方法と同様である。
【０２０９】
本実施形態の形状測定装置１は、形状測定を開始した後に、ステップＳ２０において走査処理を開始し、ステップＳ２１において照射処理を開始した後に、ステップＳ２２において単位測定処理を開始する。また、形状測定装置１は、ステップＳ２３において撮像処理を実行した後に、ステップＳ２６において次回の単位測定処理を実行するか否かを判定する。形状測定装置１は、ステップＳ２６において次回の単位測定処理を実行すると判定した場合（ステップＳ２６  Ｙｅｓ）に、次回の単位測定処理における露光処理の露光量を調整するための露光調整処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【０２１０】
本実施形態の制御装置５は、次回の単位測定処理における露光処理の露光量を調整するための露光調整処理を実行するか否かを判定する実行判定部を備える。本実施形態において、実行判定部は、前回の露光量と基準値との大小関係を示す比較値が予め設定されている許容範囲に収まっているか否かを判定する。実行判定部は、比較値が許容範囲に収まっている場合に露光調整処理を実行しないと判定し、比較値が許容範囲に収まっていない場合に露光調整処理を実行すると判定する。実行判定部は、例えば、前回の単位測定処理における撮像処理の撮像結果情報に基づいて前回の露光量と基準値との差の絶対値を比較値として算出し、算出した比較値が予め設定された値より小さいか否かを判定することによって、前回の露光量と基準値との差が許容範囲に収まっているか否かを判定する。
【０２１１】
本実施形態の形状測定装置１は、露光調整処理を実行するとステップＳ３１において実行判定部が判定した場合（ステップＳ３１  Ｙｅｓ）に、ステップＳ２７において露光量調整処理を実行した後に、次回の単位測定処理を開始する。また、本実施形態の形状測定装置１は、露光調整処理を実行しないとステップＳ３１において実行判定部が判定した場合（ステップＳ３１  Ｎｏ）に、露光調整処理を実行することなく次回の単位測定処理を開始する。
【０２１２】
以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。また、形状測定装置１は、次回の単位測定処理の露光量を調整するための露光調整処理を実行しないと判定した場合に露光調整処理を実行しないので、露光調整処理に要する負荷を減らすことができる。
【０２１３】
なお、露光量調整処理を実行するか否かを判定する処理は、露光量調整部５５が実行してもよい。例えば、目標値算出部６３は、基準値に対する前回の露光量の比を比較値として算出し、比較値が許容範囲に収まっている場合に露光調整処理を実行しないことを示すフラグを出力し、比較値許容範囲に収まっていない場合に比較値に基づいて目標値を算出してもよい。また、形状測定装置１は、前回の露光量と基準値との大小関係以外の条件によって、露光量調整処理を実行するか否かを判定してもよい。例えば、形状測定装置１は、露光量調整処理を実行しないで続けて実行した単位測定処理の回数に基づいて、露光量調整処理を実行するか否かを判定してもよい。
【０２１４】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０２１５】
図２７は、第６実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。本実施形態において、図２７に示す形状測定方法の各処理は、上記の実施形態において説明した形状測定装置１の各部によって、実行される。
【０２１６】
ところで、工業製品等の測定を行う場合には、大まかな形状や部位ごとの材質がほぼ同一である複数の被検物を順に測定することがある。本実施形態の形状測定装置１は、照明光によって被検物に対応するダミー被検物を走査しながら被検物を撮像し、撮像の結果に基づいて複数の単位測定処理のそれぞれの露光期間を示すスケジュール情報を算出して格納しておく。本実施形態の形状測定装置１は、被検物を測定する場合等に、スケジュール情報を読み出して、各単位測定処理における露光期間をスケジュール情報が示す期間に設定する。
【０２１７】
本実施形態の形状測定装置１は、ステージ装置２等の測定領域にダミー被検物が配置された状態において、形状測定を開始する。図２７に示すように、本実施形態の形状測定装置１は、形状測定を開始した後にステップＳ２０において走査処理を開始し、ステップＳ２１において照射処理を開始した後に、ダミー測定処理を開始する（ステップＳ１２０）。本実施形態の形状測定装置１は、ダミー測定処理を開始した後に、ステップＳ２３において撮像処理を実行した後に、次の撮像処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ１２１）。本実施形態において、形状測定装置１は、第１実施形態において説明した次回の単位測定処理を実行するか否かの判定と同様にして、次の撮像処理を実行するか否かを判定する。形状測定装置１は、ステップＳ１２１において次の撮像処理を実行すると判定した場合（ステップＳ１２１  Ｙｅｓ）に、撮像処理を実行する。形状測定装置１は、ステップＳ１２１において次の撮像処理を実行しないと判定した場合（ステップＳ１２１  Ｎｏ）に、ステップＳ２８において照射処理を終了し、ステップＳ２９において走査処理を終了した後に、ダミー測定処理を終了する（ステップＳ１２２）。ダミー測定処理における複数の撮像処理のそれぞれの結果を示す撮像結果情報は、撮像装置９から撮像画像取得部５６へ供給される。
【０２１８】
本実施形態の形状測定装置１は、ダミー測定処理の終了後に、ダミー測定処理における撮像処理の結果に基づいて、各単位測定の露光量を算出する（ステップＳ１２３）。本実施形態において、露光量調整部５５は、ダミー測定処理における各撮像処理の撮像結果情報を撮像画像取得部５６から取得する。露光量調整部５５は、各撮像処理の撮像結果情報に基づいて、各撮像処理に対応する単位測定処理の露光処理の露光期間を算出する。本実施形態において、ダミー測定処理の撮像処理に対応する単位測定処理は、ダミー測定処理の撮像処理において照明光が照射されていたダミー被検物上の領域に相当する被検物上の領域についての単位測定処理である。
【０２１９】
本実施形態の形状測定装置１は、ステップＳ１２３において算出した結果に基づいて、１個の被検物に対する形状測定に含まれる複数の単位測定処理のそれぞれの露光期間情報を含むスケジュール情報を、設定情報格納部５１に格納する（ステップＳ１２４）。
【０２２０】
本実施形態において、ダミー被検物と同様の被検物に対する形状測定は、ステージ装置２等の測定領域からダミー被検物が除去され、測定領域に被検物が配置された状態において、開始される。本実施形態において、被検物は、測定領域に対する相対位置が管理されている。
【０２２１】
本実施形態の形状測定装置１は、１個目の被検物の形状測定を開始（Ｓ１２５）した後に、ステップＳ２０において走査処理を開始し、ステップＳ２１において照射処理を開始する。形状測定装置１は、走査処理及び照射処理を開始した後に、単位測定処理を開始する（ステップＳ２２）。本実施形態の形状測定装置１は、単位測定処理の開始後に、設定情報格納部５１に格納されているスケジュール情報を取得する（ステップＳ１２６）。形状測定装置１は、ステップＳ１２６において取得したスケジュール情報のうち今回の単位測定処理に対応する露光期間情報に基づいて、今回の単位測定処理における撮像処理の露光期間を設定する（ステップＳ１２７）。形状測定装置１は、露光期間を設定した後に、ステップＳ２３において撮像処理を実行する。
【０２２２】
本実施形態の形状測定装置１は、ステップＳ２４において単位測定の結果を取得した後に、ステップＳ２５において単位測定処理を終了する。また、形状測定装置１は、ステップＳ２３において撮像処理を実行した後に、ステップＳ２６において次回の単位測定処理を実行するか否かを判定する。形状測定装置１は、ステップＳ２６において次回の単位測定処理を実行すると判定した場合（ステップＳ２６  Ｙｅｓ）に、単位測定処理を繰り返し実行する。また、形状測定装置１は、ステップＳ２６において次回の単位測定処理を実行しないと判定した場合（ステップＳ２６  Ｎｏ）に、ステップＳ２８において照射処理を終了し、ステップＳ２９において走査処理を終了する。形状測定装置１は、１個目の被検物の形状測定における照射処理及び走査処理を終了した後に、１個目の被検物の形状情報を取得し、１個目の被検物の形状測定を終了する（ステップＳ１２８）。
【０２２３】
本実施形態の形状測定装置１は、１個目の被検物の形状測定を終了した後に、測定領域から１個目の被検物が除去され、測定領域に２個目の被検物が配置された状態において、２個目の被検物の形状測定を開始する（ステップＳ１２９）。形状測定装置１は、１個目の被検物の形状測定と同様に２個目の被検物の形状測定を実行し、以下同様に被検物の形状測定を繰り返す。形状測定装置１は、ｍ個目（ｍは２以上の整数）の被検物に対する形状測定が終了した後に、複数の被検物に対する一連の形状測定を終了する。
【０２２４】
以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。また、形状測定装置１は、今回の単位測定処理のける撮像処理に先立ち、スケジュール情報から今回の露光処理の露光期間情報を取得するので、例えば、単位測定処理の間に露光期間を算出することに要する負荷を減らすことができる。
【０２２５】
なお、形状測定装置１は、ダミー被検物に対するダミー測定を行う代わりに、例えば第１実施形態で説明したのと同様に１個目の被検物に対する形状測定を実行し、１個目の被検物の形状測定に際して算出した露光期間情報を含む情報をスケジュール情報としてもよい。形状測定装置１は、１個目の被検物に対する形状測定に続いて、２個目の被検物に対する形状測定を実行してもよいし、１個目の被検物に対する形状測定が終了したから任意の時間が経過した後に２個目の被検物に対する形状測定を実行してもよい。また、形状測定装置１は、測定領域上の被検物の位置を検出し、被検物と光プローブ３が所定の相対位置になった状態で単位測定を開始してもよい。また、形状測定装置１は、走査処理及び照射処理を開始後であって単位測定処理を開始前に、撮像処理を繰り返し実行し、撮像結果情報に基づいて光プローブ３と被検物とが所定の相対位置にあるか否かを判定して、この判定結果に基づいて単位測定処理を開始してもよい。
【０２２６】
［第７実施形態］
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０２２７】
図２８は、第７実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。図２８に示す本実施形態の形状測定装置１は、ＳＦＦ（Ｓｈａｐｅ  Ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ）法を利用して被検物Ｑの形状に関する形状情報を取得することができる。
【０２２８】
本実施形態の形状測定装置１は、ステージ装置２、光プローブ３、走査装置４、及び制御装置５を備える。本実施形態の光プローブ３は、光源１１、光源駆動部１２、照明光学系１３、結像光学系２１、撮像素子２０、及び撮像素子駆動部２２を備える。
【０２２９】
本実施形態の光源１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。光源１１は、光源駆動部１２によって駆動されて光を発する。本実施形態の照明光学系１３は、コンデンサレンズ１２０、投影パターン１２１、及びハーフミラー１２２を含む。コンデンサレンズ１２０は、光源１１から発せられた光を平行化する。投影パターン１２１は、光源１１から発せられてコンデンサレンズ１２０を通った光が入射する位置に配置されている。投影パターン１２１は、例えばフォトマスクであり、コンデンサレンズ１２０からの光が通る透光部と、コンデンサレンズ１２０からの光を遮光する遮光部とを含む。透光部と遮光部は、所定のパターンに形成されている。コンデンサレンズ１２０から投影パターン１２１へ入射した光のうち、投影パターン１２１を通った光は、所定のパターンに対応した空間的な光強度分布を有するパターン光になる。ハーフミラー１２２は、投影パターン１２１から出射したパターン光が入射する位置に配置されている。投影パターン１２１からハーフミラー１２２へ入射したパターン光の少なくとも一部は、ハーフミラー１２２で反射する。
【０２３０】
結像光学系２１は、ハーフミラー１２２で反射したパターン光が入射する位置に配置されている。結像光学系２１は、投影パターン１２１と共役な共役面１２３に投影パターン１２１の像を形成する。結像光学系２１から出射したパターン光は、ステージ装置２上の被検物Ｑに照射される。被検物Ｑに照射されたパターン光は、被検物Ｑの表面で反射散乱して、その少なくとも一部（測定光）が結像光学系２１に入射する。被検物Ｑから結像光学系２１へ入射した測定光は、結像光学系２１を通ってハーフミラー１２２へ入射する、結像光学系２１からハーフミラー１２２へ入射した光の少なくとも一部は、ハーフミラー１２２を通って撮像素子２０へ入射する。撮像素子２０は、共役面１２３に対して共役な位置に配置されている。すなわち、共役面１２３上の１点から発せられた光は、撮像素子２０の受光面のほぼ１点に集光する。
【０２３１】
本実施形態の走査装置４は、光プローブ３とステージ装置２との相対位置を変化させる。走査装置４は、ステージ装置２に対して光プローブ３を移動することによって、ステージ装置２上の被検物Ｑに対して共役面１２３を移動する。本実施形態において、走査装置４は、光プローブ３を移動することによって、共役面１２３と交差する方向に共役面１２３を移動（走査）する。これにより、共役面１２３は、被検物Ｑと交わる交線の位置が被検物Ｑ上で変化する。結像光学系２１から被検物Ｑに照射されたパターン光のうち、共役面１２３と被検物Ｑとの交線上の各点で反射した光は、撮像素子２０の受光面のほぼ１点に集光することになる。すなわち、結像光学系２１は、結像光学系２１から照射されたパターン光が被検物Ｑの表面と共役面１２３との交線上に描くパターンの像を、撮像素子２０の受光面に形成する。
【０２３２】
本実施形態の形状測定装置１は、照射処理において、照明光学系１３と結像光学系２１を介してパターン光を被検物Ｑに照射する。形状測定装置１は、走査処理において、共役面１２３と被検物Ｑとの交線の位置を変化させる。形状測定装置１は、照射処理及び走査処理を行いながら、制御装置５が撮像素子駆動部２２を制御して撮像素子２０に撮像処理を実行させる。制御装置５は、撮像処理による撮像画像に基づいて、共役面１２３と被検物Ｑとの交線の像を検出する。これにより、形状測定装置１は、被検物Ｑの表面における一部の位置情報を取得する。形状測定装置１は、このような単位測定処理を、共役面１２３と被検物Ｑとの相対位置を変化させながら繰り返し実行する。形状測定装置１は、上記の実施形態において説明したように、今回の単位測定処理における撮像処理の撮像結果情報に基づいて、次回の単位測定処理における撮像処理の露光期間を設定する。形状測定装置１は、各単位測定処理により検出した被検物Ｑの表面の位置を、各単位測定処理における共役面１２３と被検物Ｑとの相対位置を関連付けて、被検物の形状を示す形状情報を取得する。以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。
【０２３３】
［第８実施形態］
次に、第８実施形態について説明する。本実施形態において上記の実施形態と同様の要素については、同様の符号を付して、その説明を簡略化又は省略することがある。
【０２３４】
図２９は、第８実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。図２９に示す本実施形態の形状測定装置１は、共焦点法を用いて被検物Ｑの形状に関する形状情報を取得することができる。
【０２３５】
本実施形態の形状測定装置１は、ステージ装置２、光プローブ３、走査装置４、及び制御装置５を備える。本実施形態の光プローブ３は、光源１１、光源駆動部１２、照明光学系１３、結像光学系２１、リレー光学系１２４、撮像素子２０、及び撮像素子駆動部２２を備える。
【０２３６】
本実施形態の光源１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。光源１１は、光源駆動部１２によって駆動されて光を発する。本実施形態の照明光学系１３は、コンデンサレンズ１２０、ハーフミラー１２２、及び絞り部材１２５を含む。コンデンサレンズ１２０は、光源１１から発せられた光を平行化する。ハーフミラー１２２は、光源１１から発せられてコンデンサレンズ１２０を通った光が入射する位置に配置されている。コンデンサレンズ１２０からハーフミラー１２２へ入射した光は、その少なくとも一部がハーフミラー１２２で反射する。絞り部材１２５は、コンデンサレンズを通ってハーフミラー１２２で反射した光が入射する位置に配置されている。絞り部材１２５は、光が通る開口部が部分的に設けられた円板状の部材である。絞り部材１２５は、例えばピンホール（開口部）が規則的に配置された所謂ニポウ（Ｎｉｐｋｏｗ）ディスクである。本実施形態において、絞り部材１２５は、図示しない駆動部によって、結像光学系２１の光軸と平行な軸のまわりで回転駆動される。
【０２３７】
結像光学系２１は、絞り部材１２５の開口部を通った光が入射する位置に配置されている。結像光学系２１は、結像光学系２１は、絞り部材１２５と共役な共役面１２３に絞り部材１２５の像を形成する。結像光学系２１から出射したパターン光は、ステージ装置２上の被検物Ｑに照射される。被検物Ｑに照射されたパターン光は、被検物Ｑの表面で反射散乱して、その少なくとも一部（測定光）が結像光学系２１に入射する。被検物Ｑから結像光学系２１へ入射した測定光は、結像光学系２１を通って絞り部材１２５へ入射する。被検物Ｑへ入射した照明光のうち、被検物Ｑと共役面１２３との光線上の各点で反射した光は、共役面１２３と絞り部材１２５が共役な位置に配置されているので、結像光学系２１を通って絞り部材１２５のほぼ１点に集光して開口部を通る。被検物Ｑで反射して結像光学系２１及び絞り部材１２５の開口部を通った光は、ハーフミラー１２２へ入射し、その少なくとも一部がハーフミラー１２２を通る。
【０２３８】
リレー光学系１２４は、被検物Ｑで反射してハーフミラー１２２を通った光が入射する位置に、配置されている。リレー光学系１２４は、絞り部材１２５と共役な面を撮像素子２０の受光面に形成する。すなわち、被検物Ｑと共役面１２３との交線上の各点で反射した光は、絞り部材１２５上のほぼ１点に集光した後、リレー光学系１２４を通って撮像素子２０の受光面のほぼ１点に集光する。
【０２３９】
本実施形態の走査装置４は、第７実施形態と同様に、光プローブ３とステージ装置２との相対位置を変化させることによって、共役面１２３と交差する方向に共役面１２３を移動（走査）する。これにより、共役面１２３は、被検物Ｑと交わる交線の位置が被検物Ｑ上で変化する。
【０２４０】
本実施形態の形状測定装置１は、照射処理において、照明光学系１３と結像光学系２１を介してパターン光を被検物Ｑに照射する。形状測定装置１は、走査処理において、共役面１２３と被検物Ｑとの交線の位置を変化させる。形状測定装置１は、照射処理及び走査処理を行いながら、制御装置５が撮像素子駆動部２２を制御して撮像素子２０に撮像処理を実行させる。制御装置５は、撮像処理による撮像画像に基づいて、共役面１２３と被検物Ｑとの交線の像を検出する。これにより、形状測定装置１は、被検物Ｑの表面における一部の位置情報を取得する。形状測定装置１は、このような単位測定処理を、共役面１２３と被検物Ｑとの相対位置を変化させながら繰り返し実行する。形状測定装置１は、上記の実施形態において説明したように、今回の単位測定処理における撮像処理の撮像結果情報に基づいて、次回の単位測定処理における撮像処理の露光期間を設定する。形状測定装置１は、各単位測定処理により検出した被検物Ｑの表面の位置を、各単位測定処理における共役面１２３と被検物Ｑとの相対位置を関連付けて、被検物の形状を示す形状情報を取得する。以上のような本実施形態の形状測定装置１は、上記の実施形態と同様の理由により、露光量を調整可能な範囲を広げることができる。
【０２４１】
［構造物製造システム］
次に、構造物製造システム、及び構造物製造方法について説明する。
【０２４２】
図３０は、本実施形態の構造物製造システム２００の構成を示す図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置２０１と、設計装置２０２と、成形装置２０３と、制御装置（検査装置）２０４と、リペア装置２０５とを備える。制御装置２０４は、座標記憶部２１０及び検査部２１１を備える。
【０２４３】
設計装置２０２は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置２０３に送信する。また、設計装置２０２は、作成した設計情報を制御装置２０４の座標記憶部２１０に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。
【０２４４】
成形装置２０３は、設計装置２０２から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置２０３の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置２０１は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２０４へ送信する。
【０２４５】
制御装置２０４の座標記憶部２１０は、設計情報を記憶する。制御装置２０４の検査部２１１は、座標記憶部２１０から設計情報を読み出す。検査部２１１は、形状測定装置２０１から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部２１０から読み出した設計情報とを比較する。検査部２１１は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部２１１は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部２１１は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置２０５に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【０２４６】
リペア装置２０５は、制御装置２０４から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【０２４７】
図３１は、本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。本実施形態において、図３１に示す構造物製造方法の各処理は、構造物製造システム２００の各部によって実行される。
【０２４８】
構造物製造システム２００は、まず、設計装置２０２が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ２００）。次に、成形装置２０３は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ２０１）。次に、形状測定装置２０１は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ２０２）。次に、制御装置２０４の検査部２１１は、形状測定装置２０１で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ２０３）。
【０２４９】
次に、制御装置２０４の検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ２０４  ＹＥＳ）、その処理を終了する。また、検査部２１１は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ２０４  ＮＯ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ２０５）。
【０２５０】
構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ２０５  ＹＥＳ）、リペア装置２０５が構造物の再加工を実施し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０２の処理に戻る。構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できないと検査部２１１が判定した場合（ステップＳ２０５  Ｎｏ）、その処理を終了する。
【０２５１】
本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態における形状測定装置２０１が構造物の座標を正確に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【０２５２】
なお、本実施形態におけるリペア装置２０５が実行するリペア工程は、成形装置２０３が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２０４の検査部２１１が修復できると判定した場合、成形装置２０３は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２０３は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
【０２５３】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態あるいは変形例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要素の１つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要素は、適宜組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明は、製造された構造物が良品であるか否かを判定できる構造物製造システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０２５５】
１・・・形状測定装置、４・・・走査装置、８・・・光源装置、９・・・撮像装置、２０・・・撮像素子、５３・・・光源制御部、５４・・・撮像制御部、５５・・・露光量調整部、５８・・・形状情報取得部、２００・・・構造物製造システム、２０１・・・形状測定装置、２０２・・・設計装置、２０３・・・成形装置、２０４・・・制御装置
【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６】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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