(57)【要約】【課題】被測定物の表面に、実際にある凹凸の高低差を測定可能な表面測定装置及び表面測定方法を提供する。【解決手段】表面測定装置は、被測定物に対する距離センサの相対移動量と、距離センサの測定値から被測定物の表面の位置座標を求め、距離センサの測定値を、位置座標に基づいて距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理し、画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域とし、高低差測定領域の表面の高低差データを出力する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面の高低差を測定する距離センサと、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置が相対的に移動するように走査する走査駆動装置と、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量と、前記距離センサの測定値から前記被測定物の表面の位置座標を求め、
前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理し、
前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域とし、
前記高低差測定領域の表面の高低差データを出力する演算装置と、を備えることを特徴とする表面測定装置。
【請求項２】
前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
【請求項３】
前記演算装置は、前記画像を２値化処理して、前記塊領域を抽出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面測定装置。
【請求項４】
前記距離センサは、白色同軸共焦点方式により、被測定物の表面の高低差を測定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面測定装置。
【請求項５】
被測定物の表面の高低差を測定する、白色同軸共焦点方式の距離センサと、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置を相対的に移動させる走査駆動装置と、を含み、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下であることを特徴とする表面測定装置。
【請求項６】
被測定物の表面の高低差を測定する距離センサの相対位置が被測定物に対して相対的に移動するように走査し、前記表面の位置座標を求める走査ステップと、
前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理する階調変換処理ステップと、
前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域として特定する高低差測定領域特定ステップと、
前記高低差測定領域の被測定物の表面の高低差データを出力する高低差出力ステップと、
を含むことを特徴とする表面測定方法。
【請求項７】
同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置で撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像したデータを演算装置で処理して、該被測定物の表面における凹凸の位置を特定する位置特定ステップと、をさらに含み、
前記走査ステップにおいて、前記位置特定ステップにおいて特定した凹凸の位置を走査対象領域とし、前記走査対象領域の前記表面の位置座標を求めることを特徴とする請求項６に記載の表面測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な凹凸の高低差を測定する表面測定装置及び表面測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２次元カメラの焦点を合わせることにより焦点位置の差から、欠陥の高低差を測定する被測定物の表面における欠陥検査方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５８７２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０８１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の技術では、三角測距方式で深さを算出しているので、凹凸の斜面角度によっては、反射光の計測に誤差が生じ、精度向上の要望があった。
【０００５】
そこで、特許文献２に記載の白色同軸共焦点方式によれば、凹凸の斜面角度の影響が抑制された状態で、微小な凹凸の高低差を測定できる。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の白色同軸共焦点方式では、微小な凹凸の高低差を測定できるが故に、測定値が、実際にある表面の凹凸の高低差であるのか、表面の凹凸ではなくノイズデータであるのか、判別がつきにくい。ノイズデータを誤って、微小な凹凸の高低差と認識すると、被測定物の表面に、実際にはない凹凸（ゴースト）があると認識される可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、被測定物の表面に、実際にある凹凸の高低差を測定可能な表面測定装置及び表面測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る表面測定装置は、被測定物の表面の高低差を測定する距離センサと、前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置が相対的に移動するように走査する走査駆動装置と、前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量と、前記距離センサの測定値から前記被測定物の表面の位置座標を求め、前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理し、前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域とし、前記高低差測定領域の被測定物の表面の高低差データを出力する演算装置と、を備える。
【０００９】
この態様によれば、実際にある凹凸が特定され、実際にある凹凸の領域のみに絞って高低差データが出力される。その結果、実際に凹凸がない領域を誤認する可能性が低減される。
【００１０】
望ましい態様として、前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下である。これにより、距離センサが測定した測定平面上の位置の分解能が向上する。その結果、高低差測定領域内の測定点が増えるので、精度の高い凹凸の高低差を測定可能になる。
【００１１】
望ましい態様として、前記演算装置は、前記画像を２値化処理して、前記塊領域を抽出する。これにより、実際にある凹凸の高低差のデータと、ノイズデータとを区別できる。
【００１２】
望ましい態様として、前記距離センサは、白色同軸共焦点方式により、被測定物の表面の高低差を測定する。これにより、凹凸の斜面角度の影響が抑制された状態で、微小な凹凸の高低差を測定できる。
【００１３】
本発明の一態様に係る表面測定装置は、被測定物の表面の高低差を測定する、白色同軸共焦点方式の距離センサと、前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置を相対的に移動させる走査駆動装置と、を含み、前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下である。
【００１４】
この態様によれば、これにより、距離センサが測定した測定平面上の位置の分解能が向上する。その結果、連続的に変化する距離センサの測定値が、不連続となる大きな値があれば、ノイズとして判断し、高低差のデータとして取り扱わないようにすることができる。
【００１５】
本発明の一態様に係る表面測定方法は、被測定物の表面の高低差を測定する距離センサの相対位置が被測定物に対して相対的に移動するように走査し、前記表面の位置座標を求める走査ステップと、前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理する階調変換処理ステップと、前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域として特定する高低差測定領域特定ステップと、前記高低差測定領域の被測定物の表面の高低差データを出力する高低差出力ステップと、を含む。
【００１６】
この態様によれば、実際にある凹凸が特定され、実際にある凹凸の領域のみに絞って高低差データが出力される。その結果、実際に凹凸がない領域を誤認する可能性が低減される。
【００１７】
望ましい態様として、同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置で撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで撮像したデータを演算装置で処理して、該被測定物の表面における凹凸の位置を特定する位置特定ステップと、をさらに含み、前記走査ステップにおいて、前記位置特定ステップにおいて特定した凹凸の位置を走査対象領域とし、前記走査対象領域の前記表面の位置座標を求める。これにより、予め凹凸の位置を高速に特定し、特定された凹凸の位置に対して、精度の高い高低差データが出力される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被測定物の表面に、実際にある凹凸の高低差を測定可能な表面測定装置及び表面測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、表面測定装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、被測定領域を説明するための説明図である。
【図３】図３は、表面測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、白色同軸共焦点方式の距離センサを説明するための説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、比較例において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施形態１において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施形態１において表面の凸部の測定を説明するための説明図である。
【図６】図６は、距離センサのスポット径と走査ピッチとの関係を説明するための説明図である。
【図７】図７は、実施形態１の表面測定方法のフローチャートである。
【図８】図８は、表面測定結果の変換処理例を示す説明図である。
【図９】図９は、画像処理上の塊領域と、高低差測定領域との関係を示す説明図である。
【図１０】図１０は、被測定物の被検査領域が円筒の円筒表面である場合を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、同軸落射式距離センサを説明するための模式図である。
【図１２】図１２は、同軸落射式距離センサが測定する測定領域と、白色同軸共焦点方式の距離センサが測定する測定領域との関係を説明するための模式図である。
【図１３】図１３は、実施形態２の表面測定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき、図面を参照しつつ説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２１】
図１は、表面測定装置の全体構成を示す模式図である。図２は、被測定領域を説明するための説明図である。図３は、表面測定装置の概略構成を示す模式図である。図４は、白色同軸共焦点方式の距離センサを説明するための説明図である。以下、図１から図４を適宜参照して、表面測定装置１を説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１に示すように、表面測定装置１は、被測定物９の表面を測定する装置である。表面測定装置１は、測定ユニット２と、測定ユニット２を固定する支持部３と、演算装置１０とを有している。
【００２３】
被測定物９は、例えば、熱可塑性樹脂のシートである。例えば、熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂（ＡＥＳ）、アクリロニトリル・スチレン・アクリレート樹脂（ＡＳＡ）、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂や、これらを２種類以上組み合わせた樹脂、又はこれらの樹脂に繊維や微粒子を加えて形成されている。
【００２４】
図１に示すように、被測定物９の一部が走査対象領域ＳＡとなる。実施形態１においては、被測定物９がシート状であるので、走査対象領域ＳＡは、図２に示すように平面である。
【００２５】
図３において、走査対象領域ＳＡの平面の一方向がＸ方向とされ、走査対象領域ＳＡの平面においてＸ方向と直交する方向がＹ方向とされ、Ｘ−Ｙ平面に直交する方向がＺ方向とされている。
【００２６】
測定ユニット２は、白色同軸共焦点方式の距離センサ２１と、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４を備えている。
【００２７】
Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４は、それぞれ独立駆動して、被測定物９の走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１の相対位置を相対的に移動させる走査駆動装置である。Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４は、電動モータ、ピエゾ素子などで、距離センサ２１が搭載しているステージを、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させることができる。
【００２８】
例えば、Ｚ方向駆動装置が駆動することで、走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１のＺ方向の位置が設定される。次に、図２及び図３に示すように、距離センサ２１が照射する光のビームスポットＢＳが、一定期間Ｘ方向に移動して走査する。次に、Ｙ方向駆動装置２３と、Ｘ方向駆動装置２２とが協働して動作することで、距離センサ２１が照射する光のビームスポットＢＳが、一定期間Ｘ方向及びＹ方向に移動して走査する。そして、上述した走査動作が繰り返され、矢印ＳＣＡＮの軌跡を描いて、距離センサ２１が照射する光のビームスポットＢＳが走査対象領域ＳＡを走査する。
【００２９】
図４に示すように、白色同軸共焦点方式の距離センサ２１は、白色光源兼受光部２１１と、レンズ２１２とを備える。白色光源兼受光部２１１は、白色光源の機能と、受光の機能とが同軸に配置されている。白色光源兼受光部２１１は、白色光を発光する。白色光源兼受光部２１１からの白色光は、レンズ２１２により、複数の波長ＷＶ１、ＷＶ２、ＷＶ３のそれぞれの軸上の異なる高さで焦点を結ぶように、被測定物９へ照射される。白色光源兼受光部２１１が、被測定物９の表面で焦点を結んだ波長ＷＶ２の光だけを測定できるので、複数の波長ＷＶ１、ＷＶ２、ＷＶ３に応じた、距離センサ２１と被測定物９の表面までの距離が測定できる。
【００３０】
図１に示すように、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４により移動した、被測定物９の走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１の相対移動量は、演算装置１０へ入力される。また、距離センサ２１の測定値も演算装置１０へ入力される。
【００３１】
演算装置１０は、いわゆるコンピュータであり、入力インターフェースと、出力インターフェースと、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、記憶部１６と、を有している。入力インターフェースには、距離センサ２１が接続されており、出力インターフェースには、表示装置１９が接続されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び記憶部１６は、バスで接続されている。ＲＯＭには、ＢＩＯＳ（Basic  Input  Output  System）等のプログラムが記憶されている。記憶部１６は、例えばＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵは、演算手段であり、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらＲＯＭや記憶部１６に記憶されているプログラムを実行することにより、ＸＹ座標取得部１１、Ｚ座標取得部１２、階調変換処理部１３、画像処理部１４、ＸＹＺ座標演算部１５の機能を実現する。記憶部１６は、内蔵であっても外付けであってもよく、ＲＡＭを一時記憶として使ってもよく、あるいは、ネットワーク上の記憶装置やサーバ等であってもよい。
【００３２】
図５Ａは、比較例において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。図５に示す比較例は、三角測距方式と呼ばれ、光源、測定対象、受光部が三角形の位置に配置され、測定対象で結像する位置で距離が測定できる。このため、対象物が凹部（又は凸部）であると、凹部（又は凸部）の傾斜部分で、反射角度が変化し、反射光の計測に誤差が生じる可能性がある。
【００３３】
図５Ｂは、実施形態１において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。距離センサ２１は、光源と受光部とは同軸に配置されている。このため、凹部５Ｈの傾斜角度の影響を受けにくい。このため、被測定物９に対して、矢印ＳＣＡＮの方向に距離センサ２１が相対移動して走査しながら、高低差を計測すれば、表面の基準距離（地合い）ＢＨに対する凹部５Ｈの深さが連続的に測定できる。
【００３４】
図５Ｃは、実施形態１において表面の凸部の測定を説明するための説明図である。距離センサ２１は、光源と受光部とは同軸に配置されている。このため、凸部５Ｐの傾斜角度の影響を受けにくい。このため、被測定物９に対して、矢印ＳＣＡＮの方向に距離センサ２１が相対移動して走査しながら、高低差を計測すれば、面の基準距離（地合い）ＢＨに対する凸部５Ｐの高さが連続的に測定できる。
【００３５】
図６は、距離センサのスポット径と走査ピッチとの関係を説明するための説明図である。Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３の少なくとも１つの駆動装置は、被測定物に対する距離センサの相対移動量のピッチＰが、距離センサの照射する光のスポット直径Ｄの１／２以下であるように、矢印ＳＣＡＮの方向に走査する。これにより、ＸＹ平面における分解能が向上する。その結果、連続的に変化する距離センサ２１の測定値が、不連続となる大きな値があれば、ノイズとして判断し、高低差のデータとして取り扱わないようにすることができる。被測定物に対する距離センサの相対移動量のピッチＰは、距離センサの照射する光のスポット直径Ｄの１／２、１／３、１／４又は１／５のいずれかの値をとり得るが、小さくなるほど、処理時間がかかる。
【００３６】
距離センサ２１は、１μm以上１００μm以下の微小な凹凸の高低差を検出することができる。ここで、被測定物９の走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１の相対移動により、被測定物９の走査対象領域ＳＡの表面が走査されると、ＸＹ平面における距離センサ２１の測定値の面分布データを取得できる。ＸＹ平面における距離センサ２１の測定値の面分布データには、実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値も含むが、ノイズデータも含んでしまう。ノイズデータは、実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値と大きく異なる大きな値のノイズデータであれば、ノイズデータの除去が可能である。しかしながら、実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値のばらつきの範囲内に含まれる測定値がノイズとして含まれてしまう。ノイズデータを誤って、微小な凹凸の高低差と認識すると、被測定物９の表面に、実際にはない凹凸（ゴースト）があると認識されると、測定自体が成り立たなくなる。
【００３７】
そこで、被測定物９の表面に、実際にある凹凸の高低差であるのか、実際にはない凹凸なのかを図１、図３、図７及び図８を参照しつつ説明する。図７は、実施形態１の表面測定方法のフローチャートである。図８は、表面測定結果の変換処理例を示す説明図である。
【００３８】
図７に示すように、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、Ｘ方向駆動装置２２を駆動させ、Ｘ方向走査中の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを取得する（ステップＳ１１）。座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の座標からなるＸＹＺ座標系の３次元座標である。座標（Ｘ，Ｙ）は、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３に取り付けられた位置センサ、又はエンコーダなどの位置データがＸＹ座標取得部１１に送られ、ＸＹ座標取得部１１が座標（Ｘ，Ｙ）を取得できる。Ｚ座標取得部１２は、座標（Ｘ，Ｙ）の場合の距離センサ２１の測定値を座標Ｚとして取得する。実施形態１において、座標Ｚの値は、被測定物９の表面における高低差のデータである。
【００３９】
次に、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、Ｘ方向駆動装置２２及びＹ方向駆動装置２３を駆動させ、Ｘ方向及びＹ方向走査中の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを取得する（ステップＳ１２）。
【００４０】
次に、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、図２に示す走査対象領域ＳＡの全部を終了していない場合は、ステップＳ１１に処理を戻す（ステップＳ１３、Ｎｏ）。ＸＹ座標取得部１１は、図２に示す走査対象領域ＳＡの全部を終了している場合は、ステップＳ１４に処理を進める（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）。以上、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を繰り返すことにより、被測定物９の表面の高低差を測定する距離センサ２１の相対位置が被測定物９に対して相対的に移動するように走査し、表面の位置座標を求める走査ステップが処理される。表面測定装置１が走査対象領域ＳＡ全部を走査できれば、走査方向の向きは限定されない。
【００４１】
次に、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、所定閾値以上の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データをノイズデータとして削除する（ステップＳ１４）。実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値と大きく異なる、所定の閾値を超えた大きな値のノイズデータであれば、ノイズデータの除去が可能である。ここで、所定の閾値を超えないノイズデータが、実際にはない表面の凹凸として認識される可能性がある。このため、実施形態１の表面測定方法は、以下に説明するステップＳ１５以降の処理を実行する。
【００４２】
ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、記憶部１６に、ステップＳ１４のノイズ除去済みの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データをマスターデータとして保存する（ステップＳ１５）。
【００４３】
次に、階調変換処理部１３は、マスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データのうち、Ｚ座標データの値（ｚ１からｚｎの値）を階調の値（ｔ１からｔｎ）に変換する（ステップＳ１６）。階調は、８ビットの階調を使ってもよいし、１６ビットの階調を使ってもよいし、２４ビットの階調を使ってもよい。ビット数の多い階調ほど、分解能が高くなる。
【００４４】
図８に示すように、例えば、データＩＤが、１からｎの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データが記憶部１６に記憶されている。階調変換処理部１３は、データＩＤに対するＸ座標データと、Ｙ座標データは変更せず、Ｚ座標データのみを階調データへ変換する。例えば、Ｚ座標データｚ１からｚｎは、各距離の大きさに応じて、階調ｔ１からｔｎにそれぞれ変換される。これにより、距離センサ２１の測定値は、ＸＹ平面上の位置が特定された画像の階調に変換される。その結果、変換後は、画像データとして処理できる。このように、ステップＳ１６の階調変換処理ステップによれば、距離センサ２１の測定値が、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データ（位置座標）に基づいて距離センサ２１が測定した測定平面上の位置（座標（Ｘ，Ｙ））における画像の階調として変換する。
【００４５】
そこで、画像処理部１４は、ステップＳ１６で得られた画像データに、既知の画像前処理をする（ステップＳ１７）。画像前処理としては、平滑化処理、フィルタ処理、強調処理、鮮明化処理などである。ステップＳ１７は、省略することもできる。
【００４６】
次に、画像処理部１４は、ステップＳ１７において画像前処理した画像に画像処理を行う（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の画像処理は、例えば、表面の基準距離（地合い）ＢＨに対する基準閾値ＴＨ１（図５Ｂ参照）を境界として、ステップＳ１７で得られた画像データを２値化処理する。あるいは、表面の基準距離（地合い）ＢＨに対する基準閾値ＴＨ２（図５Ｃ参照）を境界として、ステップＳ１７で得られた画像データを２値化処理する。
【００４７】
図９は、画像処理上の塊領域と、高低差測定領域との関係を示す説明図である。画像処理部１４は、２値化した画像から、図９に示す塊領域ＳＰを抽出する（ステップＳ１９）。塊領域ＳＰは、周囲（地合い）とは異なる色（例えば、白）の領域である。塊領域ＳＰは、上述した凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの領域に対応する。
【００４８】
ステップＳ１８において、２値化処理の代わりに、背景差分処理を行ってもよい。背景差分処理を行う場合には、凹凸のない背景画像データが予め記憶部１６に記憶されている。画像処理部１４は、記憶部１６に記憶されている凹凸のない背景画像データと、ステップＳ１７で得られた画像データとの差分を抽出し、生成した差分画像を記憶部１６に記憶する。次に、画像処理部１４は、差分画像から図９に示す塊領域ＳＰを抽出する。
【００４９】
ステップＳ１４で除去しきれない、ノイズデータは、ステップＳ１８の画像処理により、基準面積を下回る点又は、小面積のノイズデータとなることが多い。
【００５０】
画像処理部１４は、面積ＡＳが基準面積以上ではない場合（ステップＳ２０、Ｎｏ）、ノイズとして除去する。
【００５１】
画像処理部１４は、面積ＡＳが基準面積以上である場合（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２１へ進める。
【００５２】
次に、ＸＹＺ座標演算部１５は、図９に示す、塊領域ＳＰの重心ＣＧを基準として、フィレ径ＦＤｘよりも所定量以上大きな測定範囲ＭＤｘと、フィレ径ＦＤｙよりも所定量以上大きな測定範囲ＭＤｙとで囲まれる範囲を高低差測定領域ＰＰとする。そして、ＸＹＺ座標演算部１５は、高低差測定領域ＰＰ内に特定された階調データの座標（Ｘ，Ｙ）を出力する（ステップＳ２１）。実施形態１において、高低差測定領域ＰＰは、矩形であるが、塊領域ＳＰを内部に含む領域であれば、どのような外形状であってもよい。例えば、高低差測定領域ＰＰは、塊領域ＳＰを内部に含み、重心ＣＧを中心とした円形であってもよい。
【００５３】
次に、ＸＹＺ座標演算部１５は、ステップＳ２１で出力された座標（Ｘ，Ｙ）に対応する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をステップＳ１５で記憶部１６に記憶したマスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データから抽出して、高低差測定領域ＰＰの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを出力する（ステップＳ２２）。
【００５４】
ＸＹＺ座標演算部１５は、ステップＳ２１において、高低差測定領域ＰＰ内に特定された階調データのデータＩＤを出力し、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で出力されたデータＩＤに基づいて、ステップＳ１５で記憶部１６に記憶したマスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データから抽出して、高低差測定領域ＰＰの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを出力するようにしてもよい。
【００５５】
以上説明したように、表面測定装置１は、距離センサ２１と、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４で構成された走査駆動装置と、演算装置１０を備えている。演算装置１０は、被測定物９に対する距離センサ２１の相対移動量と、距離センサ２１の測定値から被測定物９に対する距離センサ２１の相対位置座標、すなわちマスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを求める。演算装置１０は、距離センサ２１の測定値を、上述した相対移動量で測定平面上の位置（座標（Ｘ，Ｙ））が特定される画像の階調として変換処理する。演算装置１０は、画像の階調に応じて、所定面積ＡＳ以上の面積があるとされた画像内の塊領域ＳＰを含む領域を高低差測定領域ＰＰとし、この高低差測定領域ＰＰの被測定物９の表面の高低差データを出力する。例えば、表示装置１９は、高低差測定領域ＰＰの被測定物９の表面の高低差をグラフィック表示する。
【００５６】
これにより、被測定物９の表面に、実際に凹凸がある高低差測定領域ＰＰのみに絞って高低差データが出力されるので、実際に凹凸がない領域を誤認する可能性が低減される。
【００５７】
（実施形態２）
図１０は、被測定物の被検査領域が円筒の円筒表面である場合を説明する説明図である。図１１は、同軸落射式距離センサを説明するための模式図である。図１２は、同軸落射式距離センサが測定する測定領域と、白色同軸共焦点方式の距離センサが測定する測定領域との関係を説明するための模式図である。図１３は、実施形態２の表面測定方法のフローチャートである。実施形態２では、実施形態１とは異なり、被測定物が円筒であり、表面が円筒周面である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素、には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、図１３に示すステップの処理は、図７に示すステップの処理と同じ処理の場合は同じ符号を付して、説明を省略する。
【００５８】
図１０に示すように同軸落射式の表面測定装置６及び実施形態１において説明した表面測定装置１が被測定物７の表面を測定する。被測定物７は、円筒形状を有している。被測定物７は、転写体と呼ばれるローラであり、例えばシートを搬送する際に用いられる。
【００５９】
表面測定装置６は、内部に上述したＸ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４と同じ機構を備えている。また、被測定物７が円筒であるので、被測定物７を回転させる回転駆動装置がＹ方向の走査駆動装置となる。
【００６０】
図１１に示すように、照明６２は、光源６３と、ハーフミラー６４と、を有する。光源６３は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光体を有する。光源６３は、ハーフミラー６４を介して被測定物７に垂直に照明光Ｌを入射させる。被測定物７の円筒周面で反射した照明光Ｌは、撮像装置６１に入射する。照明６２は、撮像装置６１の光軸の方向から照明光Ｌを被測定物７に入射させる同軸落射照明である。表面測定装置６は、同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物７の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置６１で表面の状態を撮像する。
【００６１】
図１２に示すように、表面測定装置６は、撮像単位ＵＡ毎に、凹凸があるかどうかを、表面測定装置１よりも高速に走査できる。図１３に示すように、表面測定装置６は、撮像装置６１で撮像したデータを、表面測定装置１へ送信する。表面測定装置１は、演算装置１０で処理して、被測定物７の表面における凹凸の位置を特定する（ステップＳ１）。例えば、表面測定装置１は、撮像単位ＵＡ毎に、凹凸があり高低差を確認するべき走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３を特定する。次に、表面測定装置１は、走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３のそれぞれについて、図１３に示すステップＳ１１の処理を時分割で処理する。
【００６２】
実施形態２において、被測定物７が円筒であり、表面が円筒周面である。このため、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を繰り返すことにより、走査ステップが処理されても、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、円筒周面の曲率の影響を受ける。このため、演算装置１０は、円筒周面の曲率の影響が相殺されるように、ステップＳ１３の処理後の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データに、円筒周面を平面とする補正係数をかける。これにより、ステップＳ１５で保存される座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、実施形態１のＸＹＺ座標系と同じ処理が可能となる。実施形態２において、座標Ｚの値は、被測定物７の表面における高低差のデータである。
【００６３】
以上説明したように、実施形態２において、表面測定方法は、同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物９の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置で撮像する撮像ステップと、撮像ステップで撮像したデータを演算装置１０で処理して、該被測定物９の表面における凹凸の位置を特定する位置特定ステップと、をさらに含む。そして、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を繰り返すことによる走査ステップにおいて、位置特定ステップにおいて特定した凹凸の位置を走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３とし、走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３のいずれかの表面の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを求める。これにより、表面測定装置６が予め凹凸の位置を高速に特定し、特定された凹凸の位置に対して、表面測定装置１が精度の高い高低差データを出力する。
【００６４】
以上、好適な実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した発明を基にして当業者が適宜設計変更して実施しうる全ての発明も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の技術的範囲に属する。
【００６５】
一般的に「シート」とは、ＪＩＳにおける定義上、薄く、一般にその厚みが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいい、一般的に「フィルム」とは、長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さく、最大厚みが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいい（日本工業規格ＪＩＳＫ６９００）、しかし、シートとフィルムの境界は定かでなく、実施形態１においては両者を同義として用い、統一して「シート」と記す。
【符号の説明】
【００６６】
１、６  表面測定装置
２  測定ユニット
３  支持部
５Ｈ  凹部
５Ｐ  凸部
７、９  被測定物
１０  演算装置
１１  ＸＹ座標取得部
１２  Ｚ座標取得部
１３  階調変換処理部
１４  画像処理部
１５  ＸＹＺ座標演算部
１６  記憶部
１９  表示装置
２１  距離センサ
２２  Ｘ方向駆動装置
２３  Ｙ方向駆動装置
２４  Ｚ方向駆動装置
６１  撮像装置
６２  照明
６３  光源
６４  ハーフミラー
２１１  白色光源
２１２  レンズ
ＡＳ  面積
ＢＳ  ビームスポット
Ｄ  スポット直径
ＦＤｘ、ＦＤｙ  フィレ径
ＩＤ  データ
ＭＤｘ、ＭＤｙ  測定範囲
ＰＰ  高低差測定領域
ＳＡ、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３  走査対象領域
ＳＰ  塊領域
ＰＰ  高低差測定領域
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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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