(57)【要約】【課題】測定対象物の所望の箇所の計測値を迅速にかつ精度良く取得することが可能な形状測定装置を提供する。【解決手段】高さ画像生成部２１は、測定対象物の第１の領域の高さ画像を計測高さ画像として表す計測高さ画像データ生成する。輝度画像生成部２２は、測定対象物の第１の領域の輝度画像を計測輝度画像として表す計測輝度画像データを生成する。設定部３１は、予め記憶された基準輝度画像における基準対象領域を設定する。特定部３２は、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像において基準対象領域に対応する計測対象領域を設定する。算出部３３は、計測高さ画像データに基づいて、計測対象領域における測定対象物の高さに関する計測値を算出する。【選択図】図１３
2018063155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置であって、
複数のピーク波長を有する光を出射する投光部と、
参照体と、
二次元に配列された複数の画素を含む受光部と、
前記投光部により出射された光を測定光として前記測定対象物に導くとともに前記投光部により出射された光を参照光として前記参照体に導き、前記測定対象物で反射された測定光と前記参照体で反射された参照光との干渉光を生成し、生成した干渉光を前記受光部に導く光学系と、
前記光学系および前記参照体のうち少なくとも一方が取り付けられ、往復移動することにより前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との差を変化させる可動部と、
前記可動部を往復移動可能に支持する支持部と、
前記支持部に対する前記可動部の相対位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された相対位置と前記受光部の前記複数の画素の受光量とに基づいて、前記複数の画素に対応する前記測定対象物の第１の領域の高さ情報を含みかつ前記第１の領域の高さ画像を計測高さ画像として表す計測高さ画像データを生成する高さ画像生成手段と、
前記測定対象物の前記第１の領域の輝度画像を計測輝度画像として表す計測輝度画像データを生成する輝度画像生成手段と、
前記測定対象物に対応する基準対象物の第２の領域の輝度画像を基準輝度画像として表す基準輝度画像データを予め記憶する記憶手段と、
前記基準輝度画像における基準対象領域を設定する設定手段と、
前記計測輝度画像における前記第１の領域と前記基準輝度画像における前記第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、前記計測高さ画像において前記基準対象領域に対応する計測対象領域を特定する特定手段と、
前記計測高さ画像データに基づいて、前記計測対象領域における前記測定対象物の高さに関する計測値を算出する算出手段とを備える、形状測定装置。
【請求項２】
前記輝度画像生成手段は、前記受光部の前記複数の画素の受光量に基づいて、前記計測輝度画像データを生成する、請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記計測値の許容範囲を設定する範囲設定手段と、
前記算出手段により算出された計測値が前記範囲設定手段により設定された許容範囲内にあるか否かを判定する判定手段とをさらに備える、請求項１または２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記基準対象物の前記第２の領域の高さ情報を含みかつ前記第２の領域の高さ画像を基準高さ画像として表す基準高さ画像データをさらに記憶し、
前記特定手段は、前記計測輝度画像における前記第１の領域と前記基準輝度画像における前記第２の領域との相対的な位置関係、および前記計測高さ画像における前記第１の領域と前記基準高さ画像における前記第２の領域との相対的な位置関係のうち一方の関係を選択し、選択した関係に基づいて前記計測高さ画像における前記計測対象領域を特定する、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】
前記基準高さ画像における探索高さ領域を設定するとともに前記基準輝度画像における探索輝度領域を設定する領域指定手段と、
前記計測高さ画像から前記探索高さ領域に対応する対応高さ領域を検出する第１の検出手段と、
前記計測輝度画像から前記探索輝度領域に対応する対応輝度領域を検出する第２の検出手段とをさらに備え、
前記特定手段は、前記基準高さ画像における前記探索高さ領域と前記計測高さ画像における前記対応高さ領域との相対的な位置関係を表す第１の補正情報を生成し、前記基準輝度画像における前記探索輝度領域と前記計測輝度画像における前記対応輝度領域との相対的な位置関係を表す第２の補正情報を生成し、生成した第１および第２の補正情報のうち一方の補正情報を選択し、選択した補正情報に基づいて、前記計測高さ画像における前記計測対象領域を特定する、請求項４記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記計測対象領域における計測条件の設定を受け付ける計測条件受付手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記条件設定手段により設定された計測条件に基づいて前記計測値を算出する、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】
前記計測高さ画像データの生成条件の設定を受け付ける生成条件受付手段をさらに備え、
前記高さ画像生成手段は、前記生成条件設定手段により設定された生成条件に基づいて前記計測高さ画像データを生成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の表面形状を測定するために、干渉方式の形状測定装置が用いられる。特許文献１記載のコヒーレンス走査干渉計においては、光源から発生した光が、物体に照射される測定光と基準ミラーに照射される基準光とに分割される。物体に反射された測定光と基準ミラーに反射された基準光とが重畳され、カメラにより検出される。光源およびカメラ等を含む光学系が物体に対して相対的に移動される状態で、カメラにより画像が取得される。取得された画像における干渉縞の間隔に基づいて、物体の表面高さが算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−８３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
形状測定装置を工場等の生産ラインにおける検査工程で用いることが考えられる。このようなインライン化のためには、測定対象物の所望の箇所の計測値を迅速にかつ精度良く取得することが望まれる。
【０００５】
本発明の目的は、測定対象物の所望の箇所の計測値を迅速にかつ精度良く取得することが可能な形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る形状測定装置は、測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置であって、複数のピーク波長を有する光を出射する投光部と、参照体と、二次元に配列された複数の画素を含む受光部と、投光部により出射された光を測定光として測定対象物に導くとともに投光部により出射された光を参照光として参照体に導き、測定対象物で反射された測定光と参照体で反射された参照光との干渉光を生成し、生成した干渉光を受光部に導く光学系と、光学系および参照体のうち少なくとも一方が取り付けられ、往復移動することにより測定光の光路長と参照光の光路長との差を変化させる可動部と、可動部を往復移動可能に支持する支持部と、支持部に対する可動部の相対位置を検出する位置検出部と、位置検出部により検出された相対位置と受光部の複数の画素の受光量とに基づいて、複数の画素に対応する測定対象物の第１の領域の高さ情報を含みかつ第１の領域の高さ画像を計測高さ画像として表す計測高さ画像データを生成する高さ画像生成手段と、測定対象物の第１の領域の輝度画像を計測輝度画像として表す計測輝度画像データを生成する輝度画像生成手段と、測定対象物に対応する基準対象物の第２の領域の輝度画像を基準輝度画像として表す基準輝度画像データを予め記憶する記憶手段と、基準輝度画像における基準対象領域を設定する設定手段と、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像において基準対象領域に対応する計測対象領域を特定する特定手段と、計測高さ画像データに基づいて、計測対象領域における測定対象物の高さに関する計測値を算出する算出手段とを備える。
【０００７】
この形状測定装置においては、可動部が往復移動することにより、測定光の光路長と参照光の光路長との差（以下、光路長差と呼ぶ。）が変化する。受光部の複数の画素の各々から、光路長差により変化する受光量の干渉パターンが取得される。測定光および参照光は複数のピーク波長を有するので、受光量の干渉パターンは空間周期性を示さない。したがって、位置検出部により検出された支持部に対する可動部の相対位置と受光部の各画素の受光量とに基づいて、受光部の複数の画素に対応する測定対象物の第１の領域の高さ情報が求められる。この場合、受光部の複数の画素が二次元に配列されているので、二次元の第１の領域の高さ情報を同時に取得することができる。したがって、第１の領域の高さ画像を計測高さ画像として表す計測高さ画像データを高速に生成することができる。
【０００８】
また、測定対象物の第１の領域の輝度画像を計測輝度画像として表す計測輝度画像データが生成され、測定対象物に対応する基準対象物の第２の領域の輝度画像を基準輝度画像として表す基準輝度画像データが予め記憶される。基準輝度画像に基準対象領域が設定され、計測高さ画像において基準対象領域に対応する計測対象領域が特定される。
【０００９】
測定対象物の第１の領域が特徴的な高さの分布を有していない場合、計測高さ画像において計測対象領域を直接的に特定することは難しい。そこで、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域が特定される。この場合、測定対象物の第１の領域が特徴的な高さの分布を有していなくても、第１の領域における輝度の分布に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を適切に特定することができる。これにより、測定対象物の所望の箇所の計測値を迅速にかつ精度良く取得することができる。
【００１０】
（２）輝度画像生成手段は、受光部の複数の画素の受光量に基づいて、計測輝度画像データを生成してもよい。この場合、構成を複雑化させることなく、計測輝度画像データを生成することができる。
【００１１】
（３）形状測定装置は、計測値の許容範囲を設定する範囲設定手段と、算出手段により算出された計測値が範囲設定手段により設定された許容範囲内にあるか否かを判定する判定手段とをさらに備えてもよい。
【００１２】
この場合、計測値が許容範囲内にあるか否かの判定を迅速にかつ精度良く行うことができる。したがって、工場等の生産ラインにおける検査工程に形状測定装置を有効に用いることができる。
【００１３】
（４）記憶手段は、基準対象物の第２の領域の高さ情報を含みかつ第２の領域の高さ画像を基準高さ画像として表す基準高さ画像データをさらに記憶し、特定手段は、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係、および計測高さ画像における第１の領域と基準高さ画像における第２の領域との相対的な位置関係のうち一方の関係を選択し、選択した関係に基づいて計測高さ画像における計測対象領域を特定してもよい。
【００１４】
この場合、測定対象物の第１の領域が特徴的な高さの分布を有しているときには、計測高さ画像における第１の領域と基準高さ画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を容易に特定することができる。一方、測定対象物の第１の領域が特徴的な輝度の分布を有しているときには、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を容易に特定することができる。
【００１５】
（５）形状測定装置は、基準高さ画像における探索高さ領域を設定するとともに基準輝度画像における探索輝度領域を設定する領域指定手段と、計測高さ画像から探索高さ領域に対応する対応高さ領域を検出する第１の検出手段と、計測輝度画像から探索輝度領域に対応する対応輝度領域を検出する第２の検出手段とをさらに備え、特定手段は、基準高さ画像における探索高さ領域と計測高さ画像における対応高さ領域との相対的な位置関係を表す第１の補正情報を生成し、基準輝度画像における探索輝度領域と計測輝度画像における対応輝度領域との相対的な位置関係を表す第２の補正情報を生成し、生成した第１および第２の補正情報のうち一方の補正情報を選択し、選択した補正情報に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を特定してもよい。
【００１６】
この場合、測定対象物の第１の領域の高さの分布および輝度の分布に応じて、第１および第２の補正情報を選択的に用いることにより、計測高さ画像における計測対象領域を適切に特定することができる。
【００１７】
（６）形状測定装置は、計測対象領域における計測条件の設定を受け付ける計測条件受付手段をさらに備え、算出手段は、条件設定手段により設定された計測条件に基づいて計測値を算出してもよい。この場合、測定対象物の所望の箇所の計測値を効率良く取得することができる。
【００１８】
（７）形状測定装置は、計測高さ画像データの生成条件の設定を受け付ける生成条件受付手段をさらに備え、高さ画像生成手段は、生成条件設定手段により設定された生成条件に基づいて計測高さ画像データを生成してもよい。この場合、測定対象物に応じて計測高さ画像データの生成条件を調整することにより、計測値を適切に算出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、測定対象物の所望の箇所の計測値を迅速にかつ精度良く取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】測定ヘッドの模式図である。
【図３】可動部の振動を示す図である。
【図４】任意の画素について受光部により取得されるべき受光量分布を示す図である。
【図５】高さ画像および輝度画像について説明するための図である。
【図６】ブレンド画像の表示例を示す図である。
【図７】表示部に表示される基本画面の例を示す図である。
【図８】サーチ条件の設定について説明するための図である。
【図９】基準面の設定について説明するための図である。
【図１０】基準対象領域の設定について説明するための図である。
【図１１】パターンサーチの概要を説明するための図である。
【図１２】測定対象物の高さ計測について説明するための図である。
【図１３】制御基板、制御部および記憶部により実現される機能を示す機能ブロック図である。
【図１４】計測処理時における制御部の動作の一例を示すフローチャートを示す図である。
【図１５】計測処理時における制御部の動作の一例を示すフローチャートを示す図である。
【図１６】計測処理時における制御部の動作の一例を示すフローチャートを示す図である。
【図１７】計測処理時における制御部の動作の一例を示すフローチャートを示す図である。
【図１８】段差計測について説明するための図である。
【図１９】多点高さ計測について説明するための図である。
【図２０】多点高さ計測について説明するための図である。
【図２１】プロファイル計測について説明するための図である。
【図２２】プロファイル計測について説明するための図である。
【図２３】測定ヘッドの動作に関する設定を行うための設定画面の例を示す図である。
【図２４】受光量しきい値について説明するための図である。
【図２５】測定対象物の他の例を示す外観斜視図である。
【図２６】図２５の測定対象物に照射される測定光の反射について説明するための模式図である。
【図２７】マスク設定画面の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る形状測定装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
（１）形状測定装置の基本構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、形状測定装置３００は、測定ヘッド１００および処理装置２００を備える。測定ヘッド１００は、例えば光学式変位計であり、支持構造１１０、筐体部１２０、測定部１３０、往復機構１４０、駆動部１５０、制御基板１６０および通信部１７０を含む。
【００２３】
支持構造１１０は、縦断面がＬ字形状を有し、設置部１１１および保持部１１２を含む。設置部１１１および保持部１１２は、例えば金属により形成される。設置部１１１は、水平な平板形状を有し、設置面に設置される。設置部１１１の上面には、測定対象物Ｓが載置される。本例では、設置部１１１の上面に平行で互いに直交するＸ軸およびＹ軸が定義されるとともに、設置部１１１の上面に対して垂直なＺ軸が定義される。図１には、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向を表す矢印が付される。
【００２４】
保持部１１２は、設置部１１１の一端部から上方に延びるように設けられる。筐体部１２０は、支持構造１１０の保持部１１２に保持される。筐体部１２０は、直方体形状を有し、測定部１３０、往復機構１４０、駆動部１５０、制御基板１６０および通信部１７０を収容する。
【００２５】
測定部１３０は、投光部、受光部、レンズおよびミラー等の光学素子を含む。測定部１３０は、後述する図２のミラー１１等の一部の素子を除き、往復機構１４０に取り付けられる。往復機構１４０は、駆動部１５０により後述する図２の支持部１２５に対して一方向に往復運動（振動）する。駆動部１５０は、アクチュエータであり、本例ではボイスコイルモータである。
【００２６】
制御基板１６０は、測定部１３０から後述する測定データを取得し、取得された測定データに基づいて画素データを生成するとともに画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。制御基板１６０は、生成された画像データを処理装置２００に与えるとともに、処理装置２００による指令に基づいて測定部１３０、往復機構１４０および駆動部１５０の動作を制御する。
【００２７】
通信部１７０は、通信インターフェイスを含む。後述する処理装置２００の通信部２５０も同様である。通信部１７０は、通信部２５０を通して測定ヘッド１００と処理装置２００との間で種々のデータおよび指令の送信および受信を行う。測定ヘッド１００の詳細については後述する。
【００２８】
処理装置２００は、制御部２１０、記憶部２２０、操作部２３０、表示部２４０および通信部２５０を含む。制御部２１０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。記憶部２２０は、例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）およびＨＤＤ（ハードディスクドライブ）を含む。記憶部２２０には、システムプログラムが記憶される。また、記憶部２２０は、種々のデータの記憶およびデータの処理のために用いられる。
【００２９】
制御部２１０は、記憶部２２０に記憶されたシステムプログラムに基づいて、測定ヘッド１００の測定部１３０、往復機構１４０および駆動部１５０の動作を制御するための指令を制御基板１６０に与える。また、制御部２１０は、制御基板１６０から画像データを取得して記憶部２２０に記憶させる。さらに、制御部２１０は、画像データに基づく画像上において使用者に指定された部分の計測等を行う。
【００３０】
操作部２３０は、マウス、タッチパネル、トラックボールまたはジョイスティック等のポインティングデバイスおよびキーボードを含み、制御部２１０に指示を与えるために使用者により操作される。表示部２４０は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルを含む。表示部２４０は、記憶部２２０に記憶された画像データに基づく画像および計測結果等を表示する。通信部２５０は、上記のように測定ヘッド１００との通信を行う。また、通信部２５０は、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等の外部装置との通信を行うことができる。
【００３１】
（２）測定部の構成
図２は、主として測定部１３０の構成を示す測定ヘッド１００の模式図である。図２に示すように、筐体部１２０には、支持部１２５が収容される。支持部１２５は、筐体部１２０と一体的に形成されてもよいし、筐体部１２０の一部であってもよい。往復機構１４０は、支持部１２５に対して一方向に平行に振動可能な可動部１４１を含む。図２には、可動部１４１の振動方向が太い矢印で図示される。図２の例では、可動部１４１の振動方向は上下方向である。
【００３２】
測定部１３０は、投光部１、受光部２，３、複数のレンズ４〜８、複数のミラー９〜１１、ビームスプリッタ１２、アナモルフィックプリズムペア１３、位置検出部１４およびガイド光源１５を含む。測定部１３０のミラー１１および位置検出部１４の一部は、支持部１２５に取り付けられる。一方、ミラー１１および位置検出部１４の一部を除く測定部１３０は、可動部１４１に取り付けられる。
【００３３】
投光部１は、例えばＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を含み、光を出射する。投光部１により出射される光を出射光Ｌ０と呼ぶ。出射光Ｌ０のコヒーレンス性は比較的低い。具体的には、出射光Ｌ０のコヒーレンス性は、ＬＥＤ（発光ダイオード）により出射される光または白色光のコヒーレンス性よりも高く、レーザ光のコヒーレンス性よりも低い。したがって、出射光Ｌ０は複数のピーク波長を有する。レンズ４は、コリメータレンズである。出射光Ｌ０は、レンズ４を透過することにより平行化され、アナモルフィックプリズムペア１３を透過することにより断面が円形になるように整形される。
【００３４】
なお、出射光Ｌ０の一部は、アナモルフィックプリズムペア１３を透過せずに反射される。アナモルフィックプリズムペア１３により反射された出射光Ｌ０は、受光部３により受光され、受光量を示す受光信号が制御基板１６０（図１）に出力される。受光部３により出力される受光信号に基づいて、出射光Ｌ０の光量が制御基板１６０により計測される。計測された出射光Ｌ０の光量が異常値を示すときは、制御基板１６０により投光部１の動作が停止される。このように、測定に利用されない出射光を用いて、出射光の光量を管理することができる。
【００３５】
ミラー９の反射率は、波長選択性を有する。具体的には、ミラー９は、出射光Ｌ０の波長領域においては高い反射率（好ましくは１００％）を有し、後述するガイド光Ｇの波長領域においては１００％よりも低い反射率を有する。アナモルフィックプリズムペア１３を透過した出射光Ｌ０は、ミラー９により反射された後、レンズ５を透過することにより集光されつつビームスプリッタ１２に入射する。
【００３６】
出射光Ｌ０の一部はビームスプリッタ１２により反射され、出射光Ｌ０の残りの一部はビームスプリッタ１２を透過する。ビームスプリッタ１２により反射された出射光Ｌ０およびビームスプリッタ１２を透過した出射光Ｌ０をそれぞれ測定光Ｌ１および参照光Ｌ２と呼ぶ。
【００３７】
レンズ６は対物レンズである。測定光Ｌ１は、レンズ６を透過することにより平行化される。このときの測定光Ｌ１のスポット径は比較的大きく、例えば４ｍｍまたは１０ｍｍである。その後、測定光Ｌ１は、可動部１４１の振動方向と略同一の方向に進行し、測定対象物Ｓの比較的大きい円形の領域に照射される。測定対象物Ｓにより反射された測定光Ｌ１の一部は、レンズ６を透過することにより集光されつつビームスプリッタ１２に入射する。
【００３８】
ミラー１０は、いわゆる参照ミラーである。参照光Ｌ２は、レンズ７を透過することにより平行化され、ミラー１０に照射される。ミラー１０により反射された参照光Ｌ２は、レンズ７を透過することにより集光されつつビームスプリッタ１２に入射する。ビームスプリッタ１２に入射した測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とは干渉し、干渉光Ｌ３として受光部２に導かれる。受光部２の動作については後述する。
【００３９】
位置検出部１４は、読取部１４ａ，１４ｂ、スケール１４ｃおよびマグネット１４ｄを含む。読取部１４ａ，１４ｂは可動部１４１に取り付けられ、スケール１４ｃおよびマグネット１４ｄは支持部１２５に取り付けられる。スケール１４ｃは、複数の目盛りを有し、一方向に延びるガラスにより形成される。読取部１４ａは、スケール１４ｃの一部と対向するように配置される。読取部１４ａは、投光素子と受光素子とを含み、対向するスケール１４ｃの部分の目盛りを光学的に読み取ることにより、支持部１２５に対する可動部１４１の相対的な位置を検出する。
【００４０】
読取部１４ｂは、ホール素子であり、マグネット１４ｄによる磁気を検出するように配置される。本実施の形態においては、読取部１４ｂが最大の磁気を検出するときに読取部１４ａが読み取るスケール１４ｃの部分を原点とする。スケール１４ｃの原点は、測定ヘッド１００の起動時に、またはその他の時点に適宜更新されてもよい。読取部１４ａ，１４ｂの検出結果により、可動部１４１の絶対的な位置を特定することが可能になる。
【００４１】
本実施の形態において、読取部１４ａ，１４ｂが可動部１４１に取り付けられ、スケール１４ｃおよびマグネット１４ｄが支持部１２５に取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。読取部１４ａ，１４ｂが支持部１２５に取り付けられ、スケール１４ｃおよびマグネット１４ｄが可動部１４１に取り付けられてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態において、読取部１４ａは可動部１４１の位置を光学的に検出するが、本発明はこれに限定されない。読取部１４ａは、可動部１４１の位置を例えば機械的、電気的または磁気的な他の方式により検出してもよい。さらに、読取部１４ａが可動部１４１の絶対的な位置を検出可能である場合、または可動部１４１の絶対的な位置を検出する必要がない場合には、位置検出部１４は読取部１４ｂおよびマグネット１４ｄを含まなくてもよい。
【００４３】
ガイド光源１５は、可視領域（本例では赤色領域）の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源である。ガイド光源１５により出射されるレーザ光をガイド光Ｇと呼ぶ。図２においては、ガイド光Ｇが一点鎖線で図示される。上述したように、ガイド光Ｇの波長領域においてはミラー９の反射率は１００％よりも低いので、ガイド光Ｇの一部はミラー９を透過し、ガイド光Ｇの残りの一部はミラー９により反射される。ミラー９を透過したガイド光Ｇおよびミラー９により反射されたガイド光Ｇをそれぞれ第１および第２のガイド光Ｇ１，Ｇ２と呼ぶ。
【００４４】
第１のガイド光Ｇ１は、レンズ５を透過することにより集光され、ビームスプリッタ１２に反射されることにより、測定光Ｌ１と重ねられる。これにより、第１のガイド光Ｇ１は、可動部１４１の振動方向と略同一の方向に進行し、レンズ６を透過することにより平行化された後、測定対象物Ｓに照射される。
【００４５】
第２のガイド光Ｇ２は、支持部１２５に取り付けられたミラー１１により反射されることにより、第１のガイド光Ｇ１と交差する方向に進行する。可動部１４１が振動方向における所定の位置（例えばスケール１４ｃの原点付近）にあるときに、第１のガイド光Ｇ１と第２のガイド光Ｇ２とが受光部２の焦点の位置で交差するようにミラー１１が配置される。
【００４６】
このように、ミラー９、ミラー１１、ビームスプリッタ１２およびガイド光源１５によりガイド部１６が構成される。この構成によれば、使用者は、第１のガイド光Ｇ１と第２のガイド光Ｇ２とが交差する位置に測定対象物Ｓの表面を配置することにより、測定対象物Ｓの表面を受光部２の焦点に容易に位置させることができる。
【００４７】
本実施の形態においては、ガイド光源１５によるガイド光Ｇの出射は、後述する図３の非測定期間Ｔ２に行われ、測定期間Ｔ１には行われない。そのため、ガイド光Ｇにより測定対象物Ｓの測定に影響が与えられることが防止される。一方で、受光部２がガイド光Ｇの波長帯域の光を検出しないよう構成される場合など、ガイド光Ｇが測定対象物Ｓの測定に影響しない場合には、ガイド光源１５は、測定期間Ｔ１にもガイド光Ｇを出射するように制御されてもよい。
【００４８】
本実施の形態においては、ガイド部１６は受光部２の焦点で第１および第２のガイド光Ｇ１，Ｇ２が交差するように配置されるが、本発明はこれに限定されない。ガイド部１６は、測定対象物Ｓの表面が受光部２の焦点の位置にあるときに、測定対象物Ｓの表面に投影される第１のガイド光Ｇ１のパターンと第２のガイド光Ｇ２のパターンとが特定の位置関係を有するように配置されてもよい。
【００４９】
（３）測定部の動作
可動部１４１は、駆動部１５０によりサンプリング信号に同期して、支持部１２５に対して周期的に一方向に平行に振動する。サンプリング信号は、処理装置２００（図１）の内部で発生されてもよいし、処理装置２００の外部から可動部１４１に与えられてもよい。図３は、可動部１４１の振動を示す図である。図３の横軸は時間を示し、可動部１４１の位置を示す。
【００５０】
図３に示すように、本実施の形態においては、可動部１４１の位置は、正弦曲線状に変化する。ここで、可動部１４１の位置が変化する期間のうち、一部の期間に測定対象物Ｓの測定が行われ、他の期間には測定対象物Ｓの測定が行われない。測定対象物Ｓの測定が行われる期間を測定期間Ｔ１と呼び、測定が行われない期間を非測定期間Ｔ２と呼ぶ。本実施の形態においては、図３の正弦曲線のうち略直線的に変化する部分に対応する期間が測定期間Ｔ１として割り当てられ、正弦曲線の変曲部分の付近に対応する期間が測定期間Ｔ２として割り当てられる。
【００５１】
制御基板１６０（図１）は、サンプリング信号に基づいて受光部２の受光タイミングを制御する。受光部２は、複数の画素が縦方向および横方向に配列された二次元のエリアセンサを含む。本実施の形態においては、エリアセンサの縦方向の画素数および横方向の画素数はそれぞれ３００個であり、画素数の合計は９００００個である。これにより、比較的大きいスポット径の干渉光Ｌ３を受光することができる。受光部２は、制御基板１６０による制御に基づいて、測定期間Ｔ１に各画素について可動部１４１の位置ごとに受光量を検出する。一方、受光部２は、非測定期間Ｔ２には受光量を検出しない。
【００５２】
図４（ａ），（ｂ）は、任意の画素について受光部２により取得されるべき受光量分布を示す図である。図４（ａ），（ｂ）の横軸は測定光Ｌ１の光路長と参照光Ｌ２の光路長との差を示し、縦軸は検出される受光量を示す。以下、測定光Ｌ１の光路長と参照光Ｌ２の光路長との差を光路長差と呼ぶ。可動部１４１の位置が変化すると、参照光Ｌ２の光路長は変化しないが、測定光Ｌ１の光路長が変化するため、光路長差が変化する。
【００５３】
仮に、出射光Ｌ０のコヒーレンス性が高く、出射光Ｌ０が単一のピーク波長λを有する場合には、測定光Ｌ１および参照光Ｌ２は、光路長差がｎ×λとなるときに互いに強め合い、光路長差が（ｎ＋１／２）×λとなるときに互いに弱め合う。ここで、ｎは任意の整数である。そのため、図４（ａ）に示すように、受光量は、光路長差がピーク波長の半分だけ変化するごとに最大値と最小値との間で変動することとなる。
【００５４】
これに対し、出射光Ｌ０が複数のピーク波長を有する場合には、測定光Ｌ１および参照光Ｌ２が互いに強め合うときおよび互いに弱め合うときの光路長差は、ピーク波長ごとに異なる。そのため、ピーク波長ごとに異なる図４（ａ）と同様の受光量分布が足し合わされた受光量分布が取得される。具体的には、図４（ｂ）に実線で示すように、小さい光路長差の範囲において、受光量分布に複数のピークが現れる。光路長差が０のときのピークの受光量が最大となり、光路長差が大きくなるほどピークの受光量は小さくなる。また、ピークが現れる光路長差の範囲は、出射光Ｌ０のコヒーレンス性が高いほど広い。
【００５５】
本実施の形態においては、受光部２は、図４（ｂ）に点線で示すように、受光量分布の包絡線を特定し、特定された包絡線を示すデータを測定データとして制御基板１６０に与える。制御基板１６０は、取得した測定データにより示される包絡線に基づいて光路長差が０になる時点および最大受光量Ｉｍを特定する。ここで、出射光Ｌ０のコヒーレンス性はＬＥＤにより出射される光のコヒーレンス性よりも高いため、ＬＥＤを使用した場合よりも広い光路長差の範囲においてピークが現れる。したがって、受光量の検出の頻度を低減させても、光路長差が０になる時点および最大受光量Ｉｍを正確に特定することができる。これにより、測定を高速化することができる。
【００５６】
また、制御基板１６０は、位置検出部１４（図２）の検出結果に基づいて、受光部２により特定された時点における可動部１４１の位置を特定する。さらに、制御基板１６０は、特定された可動部１４１の位置および取得された最大受光量Ｉｍに基づいて画素データを生成する。可動部１４１の位置に基づいて生成される画素データを高さデータと呼び、最大受光量Ｉｍに基づいて生成される画素データを輝度データと呼ぶ。
【００５７】
また、制御基板１６０は、複数の画素データに基づいて画像データを生成する。高さデータに基づいて生成される画像データを高さ画像データと呼び、輝度データに基づいて生成される画像データを輝度画像データと呼ぶ。高さ画像データは測定対象物Ｓの表面の各部の形状（高さ）を示し、輝度画像データは測定対象物Ｓの表面の各部の輝度を表す。制御基板１６０は、位置検出部１４により検出された可動部１４１の絶対位置に基づいて、測定ヘッド１００から測定対象物Ｓまでの距離を示す距離データを生成する。制御基板１６０は、生成された高さ画像データ、輝度画像データおよび距離データを処理装置２００（図１）に与える。
【００５８】
（４）高さ画像および輝度画像
図１の表示部２４０は、高さ画像データに基づいて高さ画像を表示し、輝度画像データに基づいて輝度画像を表示する。高さ画像は、例えば、測定対象物Ｓの表面の各部の高さの違いを色の違いで表す。輝度画像は、例えば、測定対象物Ｓの表面の輝度の違いを色の違いで表す。
【００５９】
図５は、高さ画像および輝度画像について説明するための図である。図５（ａ）には、測定対象物Ｓの一例が示され、図５（ｂ）には、図５（ａ）の測定対象物Ｓの高さ画像が示され、図５（ｃ）には、図５（ａ）の測定対象物Ｓの輝度画像が示される。図５（ｂ）では、色の違いがドットパターンの違いで示され、図５（ｃ）では、色の違いがハッチングの違いで示される。
【００６０】
図５（ａ）の測定対象物Ｓは、薄肉部ｓ１０および厚肉部ｓ２０を有する。厚肉部ｓ２０の上面に、文字「Ａ」が印字されている。薄肉部ｓ１０の上面の高さは、厚肉部ｓ２０の上面の高さと異なる。そのため、図５（ｂ）に示すように、高さ画像ＨＩにおいては、薄肉部ｓ１０の上面と厚肉部ｓ２０の上面とが異なる色で表される。また、厚肉部ｓ２０の上面は平坦である。そのため、高さ画像ＨＩにおいて、文字「Ａ」は現れない。
【００６１】
一方、文字「Ａ」の輝度は、その周囲の部分の輝度と異なる。そのため、図５（ｃ）に示すように、輝度画像ＣＩにおいては、文字「Ａ」が、その周囲の部分と異なる色で表される。また、薄肉部ｓ１０の輝度と厚肉部ｓ２０の上面の輝度とは同じである。そのため、輝度画像ＣＩにおいて、薄肉部ｓ１０の上面と厚肉部ｓ２０の上面とが同じ色で表される。
【００６２】
このように、高さ画像データと輝度画像データとは、同じ測定対象物Ｓに対して互いに異なる情報を含み、互いに異なる画像を表す。また、高さ画像データおよび輝度画像データに基づいて、高さ画像ＨＩと輝度画像ＣＩとの中間的な画像であるブレンド画像が表示されてもよい。
【００６３】
図６は、ブレンド画像の表示例を示す図である。図６に示すように、ブレンド画像ＢＩは、高さ画像ＨＩの成分と輝度画像ＣＩの成分とを含む。高さ画像ＨＩの成分と輝度画像ＣＩの成分との割合を任意に調整可能であってもよい。例えば、図６の例のように、ブレンド画像ＢＩとともに、成分の割合を調整するためのブレンド調整操作子ＣＯが表示される。使用者は、図１の操作部２３０を操作して、ブレンド調整操作子ＣＯを左右に移動させることにより、ブレンド画像ＢＩにおける高さ画像ＨＩの成分と輝度画像ＣＩの成分との割合を調整することができる。
【００６４】
高さ画像ＨＩ、輝度画像ＣＩおよびブレンド画像ＢＩに対して、補助的な他の画像処理が行われてもよい。例えば、仮想的に光源が設定され、その光源からの光によって生じる陰影が、ＣＧ（コンピュータグラフィック）技術によって各画像に付されてもよい。また、測定対象物Ｓの表面の光沢がＣＧ技術によって各画像に付されてもよい。
【００６５】
図７は、図１の表示部２４０に表示される基本画面の例を示す図である。図７の基本画面は、画像表示部２４０ａ、計測値表示部２４０ｂを含む。画像表示部２４０ａに、高さ画像、輝度画像またはブレンド画像が表示される。計測値表示部２４０ｂには、高さ画像データに基づいて算出される計測値等が表示される。
【００６６】
（５）計測
本例では、測定対象物Ｓに対応する基準対象物の高さ画像データおよび輝度画像データが予め取得され、図１の記憶部２２０に記憶される。基準対象物は、測定対象物Ｓと同じ設計であり、設計値に対して測定対象物Ｓよりも高い寸法精度を有することが好ましい。
【００６７】
以下、基準対象物の高さ画像データおよび輝度画像データを基準高さ画像データおよび基準輝度画像データと呼び、これらを総称して基準画像データと呼ぶ。また、測定対象物Ｓの高さ画像データおよび輝度画像データをそれぞれ計測高さ画像データおよび計測輝度画像データと呼び、これらを総称して計測画像データと呼ぶ。さらに、以下の説明において、測定とは、高さ画像データおよび輝度画像データを取得することを意味し、計測とは、寸法等の計測値を取得することを意味する。
【００６８】
基準画像データを用いて各種の設定が行われ、その設定内容が計測設定情報として図１の記憶部２２０に記憶される。基準画像データに対して行われる設定として、サーチ条件の設定、および計測条件の設定がある。
【００６９】
サーチ条件は、計測画像データに対してパターンサーチを行うための条件である。パターンサーチは、指定されたパターンを検出する処理である。図８は、サーチ条件の設定について説明するための図である。図８（ａ）には、画像表示部２４０ａに表示される基準画像の例が示される。基準画像は、基準画像データにより表される高さ画像、輝度画像またはブレンド画像である。図８（ａ）の基準画像ＭＩは、基準対象物Ｓａの一部領域を表す。基準画像ＭＩに基準対象物Ｓａの領域は、受光部２の複数の画素に対応する第２の領域に相当する。
【００７０】
図８（ｂ）に示すように、画像表示部２４０ａに表示される基準画像ＭＩにおいて、指定枠Ｃ１，Ｃ２を用いて、パターン領域Ｔ１およびサーチ領域Ｔ２が設定される。本例では矩形状の指定枠Ｃ１，Ｃ２が用いられるが、指定枠Ｃ１，Ｃ２の形状は三角形または円形等の他の形状であってもよい。また、座標入力等の他の方法によりパターン領域Ｔ１およびサーチ領域Ｔ２が設定されてもよい。
【００７１】
使用者は、図１の操作部２３０を操作して、指定枠Ｃ１，Ｃ２の位置、向きおよび大きさを調整することができる。指定枠Ｃ１により囲まれた領域がパターン領域Ｔ１に設定され、指定枠Ｃ２により囲まれた領域がサーチ領域Ｔ２に設定される。
【００７２】
基準高さ画像データに基づいて、パターン領域Ｔ１に対応する基準対象物の部分の高さ情報が、パターン高さ情報として取得される。高さ情報は、高さデータの集合である。また、基準輝度画像データに基づいて、パターン領域Ｔ１に対応する基準対象物の部分の輝度情報が、パターン輝度情報として取得される。輝度情報は、輝度データの集合である。取得されたパターン高さ情報およびパターン輝度情報は、計測設定情報として記憶部２２０に記憶される。また、基準画像ＭＩにおけるパターン領域Ｔ１の相対位置、およびサーチ領域Ｔ２の相対位置が、計測設定情報として記憶部２２０に記憶される。
【００７３】
次に、計測条件の設定について説明する。ここでは、指定箇所の高さの計測（以下、高さ計測と呼ぶ。）を行う場合を例に説明する。まず、高さの基準となる仮想的な平面が基準面として設定される。図９は、基準面の設定について説明するための図である。図９（ａ）の例では、基準画像ＭＩ上で複数の点Ｐｔが指定される。この場合、基準高さ画像データに基づいて、複数の点Ｐｔに対応する基準対象物Ｓａの表面上の複数の位置が特定され、特定された複数の位置を通る仮想的な平面が算出され、その平面が基準面に設定される。図９（ｂ）の例では、基準画像ＭＩ上で指定枠Ｃｘにより一部領域が指定される。この場合、基準高さ画像データに基づいて、指定された領域に対応する基準対象物Ｓａの表面上の領域が特定され、特定された領域に対して高い一致度を有する仮想的な平面が算出され、その平面が基準面に設定される。
【００７４】
設定された基準面は、計測設定情報として記憶部２２０に記憶される。また、図９（ａ）および図９（ｂ）の例では、検出された基準面に関して、Ｘ軸の方向に対する傾き（Ｘ傾き）、Ｙ軸に対する傾き（Ｙ傾き）およびＺ軸に対する切片（Ｚ切片）がそれぞれ算出され、計測値表示部２４０ｂに表示される。
【００７５】
次に、基準画像ＭＩ上で計測の対象となる領域が基準対象領域として設定される。図１０は、基準対象領域の設定について説明するための図である。図１０の例では、基準画像ＭＩに対して、矩形の指定枠Ｃ３を用いて、基準対象領域Ｔ３が設定される。使用者は、図１の操作部２３０を操作して、指定枠Ｃ３の位置向きおよび大きさを調整することができる。指定枠Ｃ３により囲まれた領域が基準対象領域Ｔ３に設定される。指定枠Ｃ３が矩形以外の他の形状を有してもよく、座標入力等の他の方法により基準対象領域Ｔ３が設定されてもよい。基準画像における基準対象領域Ｔ３の相対位置が、計測設定情報として記憶部２２０に記憶される。
【００７６】
基準画像ＭＩにおいて基準面および基準対象領域Ｔ３が設定されると、基準高さ画像データに基づいて、基準対象物Ｓａの高さ計測が行われる。具体的には、基準対象領域Ｔ３に対応する基準対象物Ｓａの表面の部分の高さに関する計測値が算出される。この場合、基準面に直交する方向における寸法が高さとして算出される。また、計測値として、最大高さ、最小高さ、平均高さ、または最大高さと最小高さとの差（以下、ピーク間高さと呼ぶ。）等が算出されてもよい。また、これらの計測値が、計測値表示部２４０ｂ（図７）に表示されてもよい。
【００７７】
記憶された計測設定情報に基づいて、計測画像データに対する計測処理が行われる。図８〜図１０のようにサーチ条件および計測条件が設定された場合の計測処理について説明する。
【００７８】
まず、設定されたサーチ条件に基づいて、計測画像データに対してパターンサーチが行われる。図１１は、パターンサーチの概要を説明するための図である。図１１（ａ）には、画像表示部２４０ａに表示される計測画像の例が示される。計測画像は、計測画像データにより表される高さ画像、輝度画像またはブレンド画像である。図１１（ａ）の計測画像ＤＩは、測定対象物Ｓを含む。計測画像ＤＩに測定対象物Ｓの領域は、受光部２の複数の画素に対応する第２の領域に相当する。
【００７９】
図１１（ｂ）に示すように、計測画像ＤＩにおいて、基準画像ＭＩのパターン領域Ｔ１（図８（ｂ））との一致度が最も高い領域が特徴領域Ｔ１Ａとして検出される。本実施の形態では、パターン高さ情報およびパターン輝度情報を用いて、計測高さ画像データおよび計測輝度画像データの両方に対するパターンサーチ（ダブルパターンサーチ）が行われる。その結果に基づいて、特徴領域Ｔ１Ａが検出される。ダブルパターンサーチの詳細については後述する。
【００８０】
また、本例では、設定されたサーチ領域Ｔ２（図８（ｂ））の位置に基づいて、計測画像ＤＩのサーチ領域Ｔ２Ａが特定される。計測画像ＤＩにおけるサーチ領域Ｔ２Ａの相対位置は、基準画像ＭＩにおけるサーチ領域Ｔ２の相対位置と同じである。特徴領域Ｔ１Ａの検出は、設定されたサーチ領域Ｔ２Ａ内で行われる。このように、予め検出の対象となる領域が制限されることにより、パターンサーチに要する時間を短くすることができる。なお、時間の短縮が必要でない場合、あるいは検出すべき領域を特定することが難しい場合には、基準画像ＭＩにサーチ領域Ｔ２が設定されることなく、画像ＤＩの全体に対してパターンサーチが行われてもよい。
【００８１】
次に、計測高さ画像データに基づいて、測定対象物Ｓの高さ計測が行われる。図１２は、測定対象物Ｓの高さ計測について説明するための図である。図１２に示すように、計測画像ＤＩにおいて計測の対象となる計測対象領域Ｔ３Ａが特定される。本例では、基準画像ＭＩにおけるパターン領域Ｔ１の相対位置と計測画像ＤＩにおける特徴領域Ｔ１Ａの相対位置との差分が位置補正量として算出される。算出された位置補正量に基づいて、計測対象領域Ｔ３Ａが特定される。この場合、計測画像ＤＩにおける特徴領域Ｔ１Ａと計測対象領域Ｔ３Ａとの相対的な位置関係は、基準画像ＭＩにおけるパターン領域Ｔ１と基準対象領域Ｔ３との相対的な位置関係と等しくなる。
【００８２】
続いて、計測高さ画像データに基づいて、計測対象領域Ｔ３Ａに対応する測定対象物Ｓの表面の部分の高さに関する計測値が算出される。この場合、計測設定情報として記憶される基準面に直交する方向における寸法が高さとして算出される。また、計測値として、最大高さ、最小高さ、平均高さ、またはピーク間高さ等が算出されてもよい。また、これらの計測値が、計測値表示部２４０ｂ（図７）に表示されてもよい。
【００８３】
また、測定対象物Ｓの計測値が予め定められた許容範囲内にあるか否かの判定（以下、公差判定と呼ぶ。）が行われてもよい。例えば、基準対象物Ｓａの計測値を基準に、許容範囲の上限値および下限値が定められる。判定結果は、例えば図７の計測値表示部２４０ｂに表示されてもよく、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等の外部装置に出力されてもよい。
【００８４】
（６）機能的構成
図１３は、制御基板１６０、制御部２１０および記憶部２２０により実現される機能を示す機能ブロック図である。ここでは、基準高さ画像データにより表される高さ画像を基準高さ画像と呼び、計測高さ画像データにより表される高さ画像を計測高さ画像と呼ぶ。また、基準輝度画像データにより表される輝度画像を基準輝度画像と呼び、計測輝度画像データにより表される輝度画像を計測輝度画像と呼ぶ。
【００８５】
図１３に示すように、制御基板１６０は、高さ画像生成部２１および輝度画像生成部２２を含む。高さ画像生成部２１は、位置検出部１４により検出された支持部１２５に対する可動部１４１の相対位置と受光部２の受光量とに基づいて、受光部２の複数の画素に対応する測定対象物Ｓの第１の領域の高さ情報を含みかつ第１の領域の高さ画像を計測高さ画像として表す計測高さ画像データ生成する。輝度画像生成部２２は、受光部２の複数の画素の受光量に基づいて、測定対象物Ｓの第１の領域の輝度画像を計測輝度画像として表す計測輝度画像データを生成する。第１の領域は、計測画像に含まれる測定対象物Ｓの領域に相当する。
【００８６】
記憶部２２０は、測定対象物Ｓに対応する基準対象物Ｓａの第２の領域の輝度画像を基準輝度画像として表す基準輝度画像データ、および基準対象物Ｓａの第２の領域の高さ情報を含みかつ第２の領域の高さ画像を基準高さ画像として表す基準高さ画像データを予め記憶する。第２の領域は、基準画像に含まれる基準対象物Ｓａの領域に相当する。
【００８７】
制御部２１０は、設定部３１、特定部３２、算出部３３、範囲設定部３４、判定部３５、領域指定部３６、第１の検出部３７、第２の検出部３８、計測条件受付部３９および生成条件受付部４０を含む。設定部３１は、基準輝度画像における基準対象領域を設定する。特定部３２は、計測高さ画像における第１の領域と基準高さ画像における第２の領域との相対的な位置関係、または計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像において基準対象領域に対応する計測対象領域を設定する。算出部３３は、計測高さ画像データに基づいて、計測対象領域における測定対象物Ｓの高さに関する計測値を算出する。
【００８８】
範囲設定部３４は、計測値の許容範囲を設定する。判定部３５は、算出部３３により算出された計測値が範囲設定部３４により設定された許容範囲内にあるか否かの判定（公差判定）を行う。領域指定部３６は、基準高さ画像における探索高さ領域を設定するとともに基準輝度画像における探索輝度領域を設定する。本例においては、パターン領域Ｔ１が探索高さ領域および探索輝度領域に相当する。
【００８９】
第１の検出部３７は、計測高さ画像から探索高さ領域に対応する対応高さ領域を検出し、第２の検出部３８は、計測輝度画像から探索輝度領域に対応する対応輝度領域を検出する。本例においては、特徴領域Ｔ１Ａが対応高さ領域および対応輝度領域に相当する。この場合、特定部３２は、基準高さ画像における探索高さ領域と計測高さ画像における対応高さ領域との相対的な位置関係を表す第１の補正情報を生成し、基準輝度画像における探索輝度領域と計測輝度画像における対応輝度領域との相対的な位置関係を表す第２の補正情報を生成する。本例においては、後述の位置補正量Ａが第１の補正情報に相当し、後述の位置補正量Ｂが第２の補正情報に相当する。また、特定部３２は、第１および第２の補正情報のうち一方の補正情報を選択し、選択した補正情報に基づいて、計測対象領域を特定する。
【００９０】
計測条件受付部３９は、計測対象領域における計測条件の設定を受け付ける。この場合、算出部３３は、設定された計測条件で計測値を算出する。生成条件受付部４０は、計測高さ画像データの生成条件の設定を受け付ける。この場合、高さ画像生成部２１は、設定された生成条件に基づいて計測高さ画像データを生成する。
【００９１】
これらの機能部は、ＣＰＵがＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよく、電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。
【００９２】
（７）制御部の動作
測定対象物Ｓの計測処理時における制御部２１０の動作を説明する。図１４〜図１７は、計測処理時における制御部２１０の動作の一例を示すフローチャートを示す図である。図１４に示すように、制御部２１０は、まず、記憶部２２０に記憶された計測設定情報を取得する（ステップＳ１）。また、制御部２１０は、測定ヘッド１００から計測高さ画像データおよび計測輝度画像データを取得する（ステップＳ２，Ｓ３）。次に、制御部２１０は、取得された計測高さ画像データおよび計測輝度画像データの両方に対して、ダブルパターンサーチを行う（ステップＳ４）。ダブルパターンサーチの詳細については後述する。
【００９３】
次に、制御部２１０は、ダブルパターンサーチに成功したか否かを判定する（ステップＳ５）。ダブルパターンサーチに失敗した場合、制御部２１０は、エラー処理によって使用者にエラーの発生を通知し（ステップＳ６）、処理を終了する。エラー処理として、例えば、表示部２４０にエラー画面が表示される。
【００９４】
ダブルパターンサーチに成功した場合、制御部２１０は、ダブルパターンサーチの結果に基づいて、計測画像ＤＩにおける計測対象領域Ｔ３Ａを特定する（ステップＳ７）。次に、制御部２１０は、計測高さ画像データに基づいて、計測設定情報に含まれる計測条件により、計測値を算出する（ステップＳ８）。次に、制御部２１０は、算出された計測値に基づいて、公差判定を行う（ステップＳ９）。その後、制御部２１０は、公差判定の結果を表示部２４０に表示する（ステップＳ１０）。また、公差判定の結果が、外部装置に出力されてもよい。これにより、制御部２１０による一連の処理が終了する。
【００９５】
ステップＳ４のダブルパターサーチについて説明する。計測高さ画像データにより表される測定対象物Ｓの領域が特徴的な高さの分布を有していない場合、高さ画像に特徴的な部分が現れない。そのため、計測高さ画像データに対するパターンサーチにおいて、設定されたパターン領域と対応しない箇所が誤って特徴領域として検出される可能性がある。一方、計測輝度画像データにより表される測定対象物Ｓの領域が、特徴的な輝度の分布を有していない場合、輝度画像に特徴的な部分が現れない。そのため、計測輝度画像データに対するパターンサーチにおいて、設定されたパターン領域と対応していない箇所が誤って特徴領域として検出される可能性がある。そこで、本実施の形態では、計測高さ画像データおよび計測輝度画像データの両方に対してパターンサーチが行われ、その両方の結果に基づいて、計測対象領域が特定される。
【００９６】
図１５を参照して、制御部２１０は、図１４のステップＳ２で取得された計測高さ画像データに対するパターンサーチ、および図１４のステップＳ３で取得された計測輝度画像データに対するパターンサーチを並行して行う（ステップＳ２１ＡおよびステップＳ２１Ｂ）。以下、計測高さ画像データに対するパターンサーチをパターンサーチＡと呼び、計測輝度画像データに対するパターンサーチをパターンサーチＢと呼ぶ。その後、制御部２１０は、パターンサーチＡ，Ｂの結果に基づいて、成功判定処理を行い（ステップＳ２２）、図１４のステップＳ５に進む。
【００９７】
図１６を参照して、ステップＳ２１ＡおよびステップＳ２１Ｂのパターンサーチを説明する。ステップＳ２１ＡのパターンサーチＡでは、計測画像データとして計測高さ画像データが用いられ、ステップＳ２１ＢのパターンサーチＢでは、計測画像データとして計測輝度画像データが用いられる。制御部２１０は、計測画像データに基づいて、計測画像から特徴領域を検出する（ステップＳ３１）。具体的には、パターンサーチＡでは、計測高さ画像データにより表される高さ画像において、パターン高さ情報と最も一致度の高い高さ情報を有する領域が特徴領域として検出される。パターンサーチＢでは、計測輝度画像データにより表される輝度画像において、パターン輝度情報と最も一致度の高い輝度情報を有する領域が特徴領域として検出される。
【００９８】
次に、制御部２１０は、計測画像における特徴領域の相対位置と、基準画像におけるパターン領域の相対位置との差分を位置補正量として算出する（ステップＳ３２）。次に、制御部２１０は、特徴領域とパターン領域との一致度の高さを示す相関値を算出する（ステップＳ３３）。具体的には、パターンサーチＡでは、検出された特徴領域の高さ情報と、取得されたパターン高さ情報との一致度の高さを示す相関値が算出される。パターンサーチＢでは、検出された特徴領域の輝度情報と、取得されたパターン輝度情報との相関性の高さを示す相関値が算出される。
【００９９】
次に、制御部２１０は、ステップＳ３２で算出された位置補正量が、予め定められた補正しきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。位置補正量が補正しきい値より大きい場合、制御部２１０は、パターンサーチに失敗したと判定する（ステップＳ３５）。具体的には、計測画像における特徴領域の相対位置と、基準画像におけるパターン領域の相対位置との差分が大きいと、パターンサーチは失敗となる。
【０１００】
位置補正量が補正しきい値以下である場合、制御部２１０は、ステップＳ３３で算出された相関値が、予め定められた相関しきい値より大きいか否かを判定する（ステップＳ３６）。相関値が相関しきい値以下である場合、制御部２１０は、パターンサーチに失敗したと判定する。具体的には、計測画像の特徴領域の高さ情報または輝度情報と、基準画像のパターン領域における高さ情報または輝度情報との一致度が低いと、パターンサーチは失敗となる。
【０１０１】
相関値が相関しきい値より大きい場合、制御部２１０は、パターンサーチに成功したと判定する（ステップＳ３７）。その後、制御部２１０は、図１７の成功判定処理に進む。
【０１０２】
図１７を参照し、図１５のステップＳ２２の成功判定処理を説明する。制御部２１０は、図１５のステップＳ２１ＡにおけるパターンサーチＡに成功したか否かを判定する（ステップＳ４１）。パターンサーチＡに成功した場合、制御部２１０は、図１５のステップＳ２１ＢにおけるパターンサーチＢに成功したか否かを判定する（ステップＳ４２）。パターンサーチＢに成功した場合、制御部２１０は、パターンサーチＡのステップＳ３３で算出された相関値（以下、相関値Ａと呼ぶ。）が、パターンサーチＢでのステップＳ３３で算出された相関値（以下、相関値Ｂと呼ぶ。）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３）。相関値Ａが相関値Ｂ以上である場合、制御部２１０は、パターンサーチＡのステップＳ３２で算出された位置補正量（以下、位置補正量Ａと呼ぶ。）を計測対象領域の特定（図１４のステップＳ７）に使用することを決定し（ステップＳ４４）、図１４のステップＳ５に進む。
【０１０３】
また、ステップＳ４２でパターンサーチＢに失敗した場合、すなわち、パターンサーチＡ，ＢのうちパターンサーチＡのみに成功した場合にも、制御部２１０は、ステップＳ４４に進み、位置補正量Ａの使用を決定する。
【０１０４】
ステップＳ４１でパターンサーチＡに失敗した場合、制御部２１０は、パターンサーチＢに成功したか否かを判定する（ステップＳ４５）。ステップＳ４５でパターンサーチＢに成功した場合、すなわち、パターンサーチＡ，ＢのうちパターンサーチＢのみに成功した場合、制御部２１０は、パターンサーチＢのステップＳ３２で算出された位置補正量（以下、位置補正量Ｂと呼ぶ。）を計測対象領域の特定（図１４のステップＳ７）に使用することを決定し（ステップＳ４６）、図１４のステップＳ５に進む。
【０１０５】
ステップＳ４５でパターンサーチＢに失敗した場合、すなわち、パターンサーチＡ，Ｂの両方に失敗した場合、制御部２１０は、ダブルパターンサーチに失敗したと判定し（ステップＳ４７）、図１４のステップＳ５に進む。この場合、図１４のステップＳ６のエラー処理が行われる。
【０１０６】
このように、ダブルパターンサーチにより、高さ画像および輝度画像の各々から特徴領域が検出され、その検出結果から位置補正量Ａ，Ｂが求められる。さらに、検出された各特量領域についてパターン領域との相関値が算出され、算出された相関値に基づいて、位置補正量Ａ，Ｂのうちより信頼性が高い一方が選択される。これにより、測定対象物Ｓが特徴的な高さの分布を有しない場合、および測定対象物Ｓが特徴的な輝度の分布を有しない場合においても、計測対象領域を適切に特定することができる。
【０１０７】
（８）他の測定例
上記の高さ計測の代わりに、または高さ計測に加えて、他の計測が行われてもよい。以下、他の計測例として、段差計測、多点高さ計測およびプロファイル計測について説明する。
【０１０８】
（８−１）段差計測
段差計測では、測定対象物Ｓの異なる複数の箇所の計測が行われる。図１８は、段差計測について説明するための図である。まず、図１８（ａ）に示すように、計測条件の設定時には、使用者が、基準画像ＭＩ上で指定枠Ｃ４ａ，Ｃ４ｂの大きさ、向きおよび位置をそれぞれ調整する。指定枠Ｃ４ａ，Ｃ４ｂにより囲まれた領域が基準対象領域Ｔ４ａ，Ｔ４ｂに設定される。
【０１０９】
計測処理時には、図１８（ｂ）に示すように、計測画像ＤＩ上で基準対象領域Ｔ４ａ，Ｔ４ｂに対応する計測対象領域Ｔ４Ａ，Ｔ４Ｂが特定される。具体的には、上記の高さ計測と同様に、パターンサーチによって算出される位置補正量に基づいて、計測対象領域Ｔ４Ａ，Ｔ４Ｂが特定される。その後、計測高さ画像データに基づいて、計測対象領域Ｔ４Ａ，Ｔ４Ｂの各々における計測値が算出される。
【０１１０】
この場合、計測対象領域Ｔ４Ａにおける計測値と、計測対象領域Ｔ４Ｂにおける計測値とを比較することができる。例えば、計測対象領域Ｔ４Ａにおける計測値と、計測対象領域Ｔ４Ｂにおける計測値との差分が算出される。具体的には、計測対象領域Ｔ４Ａにおける最大高さと計測対象領域Ｔ４Ｂにおける最大高さとの差分、計測対象領域Ｔ４Ａにおける最小高さと計測対象領域Ｔ４Ｂにおける最小高さとの差分、あるいは計測対象領域Ｔ４Ａにおける平均高さと計測対象領域Ｔ４Ｂにおける平均高さとの差分等が算出される。さらに、算出された差分を対象として、上記のような公差判定が行われてもよい。
【０１１１】
図１８の例では、２つの基準対象領域が設定され、２つの計測対象領域における計測値が取得されるが、３つ以上の基準対象領域が設定され、３つ以上の計測対象領域における計測値が取得されてもよい。また、３つ以上の計測対象領域の間における計測値の差分が算出されてもよい。
【０１１２】
（８−２）多点高さ計測
多点高さ計測では、測定対象物Ｓの規則的に配置された複数の箇所の計測が行われる。図１９および図２０は、多点高さ計測について説明するための図である。計測条件の設定時には、図１９（ａ）に示すように、設定すべき基準対象領域の行数および列数が設定される。図１９（ａ）の例では、設定すべき基準対象領域の行数および列数がそれぞれ３に設定される。この場合、規則的に３行３列に配置された複数の指定枠Ｃ５が表示される。続いて、使用者は、図１の操作部２３０を操作して、複数の指定枠Ｃ５の大きさ、向きおよび位置を一体的に調整する。図１９（ｂ）の例では、複数の指定枠Ｃ５が一体的に縮小されるとともに、複数の指定枠Ｃ５が所望の位置に一体的に移動される。複数の指定枠Ｃ５により囲まれた各領域が、基準対象領域Ｔ５に設定される。なお、複数の指定枠Ｃ５のうち、一部の指定枠Ｃ５を無効とすることができてもよい。無効とされた指定枠Ｃ内の領域は基準対象領域Ｔ５に設定されない。これにより、計測すべき箇所の配置に応じて、高い自由度で基準対象領域Ｔ５を設定することができる。
【０１１３】
計測処理時には、図２０に示すように、計測画像ＤＩ上で複数の基準対象領域Ｔ５に対応する複数の計測対象領域Ｔ５Ａが特定される。具体的には、上記の高さ計測と同様に、パターンサーチによって算出される位置補正量に基づいて、複数の計測対象領域Ｔ５Ａが特定される。その後、計測高さ画像データに基づいて、複数の計測対象領域Ｔ５Ａにおける計測値が算出される。
【０１１４】
例えばＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）のように、規則的に並んだ複数の箇所の計測を行う場合には、多点高さ計測を用いることにより、複数の測定すべき箇所に対して、簡単に基準対象領域Ｔ５を設定することができ、迅速に計測を行うことができる。
【０１１５】
（８−３）プロファイル計測
プロファイル計測では、測定対象物Ｓの断面形状（プロファイル）に対して計測が行われる。図２１および図２２は、プロファイル計測について説明するための図である。
【０１１６】
計測条件の設定時には、図２１（ａ）に示すように、基準画像ＭＩにおいて、使用者が、プロファイルを取得すべき位置（以下、プロファイル取得位置と呼ぶ。）Ｔ６を指定する。図２１（ａ）の例では、基準対象物Ｓａの上面に設けられた凸部Ｐを横切るように、プロファイル取得位置Ｔ６が指定される。この場合、図２１（ｂ）に示すように、基準高さ画像データに基づいて、プロファイル取得位置Ｔ６のプロファイルを表すプロファイル画像ＭＰＩが表示される。例えば、図７の画像表示部２４０ａにおいて、基準画像ＭＩと並べてプロファイル画像ＭＰＩが表示される。なお、複数のプロファイル取得位置Ｔ６が設定され、設定された複数のプロファイル取得位置Ｔ６の平均的なプロファイルを表すプロファイル画像ＭＰＩが表示されてもよい。続いて、プロファイル画像ＰＩ上で、計測すべき対象が指定される。図２１（ｂ）の例では、計測すべき対象として、凸部Ｐの突出長さＤａが指定される。
【０１１７】
計測処理時には、図２２（ａ）に示すように、計測画像ＤＩ上でプロファイル取得位置Ｔ６に対応するプロファイル取得位置Ｔ６Ａが特定される。具体的には、上記の高さ計測と同様に、パターンサーチによって算出される位置補正量に基づいて、プロファイル取得位置Ｔ６Ａが特定される。また、図２２（ｂ）に示すように、計測高さ画像データに基づいて、プロファイル取得位置Ｔ６Ａのプロファイルを表すプロファイル画像ＤＰＩが表示される。さらに、プロファイル画像ＤＰＩにおいて、計測すべき対象として、突出長さＤａに対応する突出長さＤｂが設定される。この場合、計測高さ画像データに基づいて、突出長さＤｂが算出される。
【０１１８】
プロファイル計測では、プロファイル画像ＭＰＩ上で計測すべき箇所を指定することができるので、高さ画像および輝度画像等の平面画像では指定しにくい箇所を容易に指定することができる。それにより、高い自由度で、測定対象物Ｓの所望の箇所の計測値を取得することができる。
【０１１９】
このように、複数の計測条件が選択的に設定されることにより、測定対象物Ｓの所望の箇所の計測値を効率よく取得することができる。
【０１２０】
（９）測定ヘッドの動作に関する設定
本実施の形態では、表示部２４０の画面上で測定ヘッド１００の動作に関する設定を行うことができる。図２３は、測定ヘッド１００の動作に関する設定を行うための設定画面の例を示す図である。使用者は、図２３の設定画面ＳＧにおいて、受光量しきい値の調整、ハレーション除去レベルの調整、およびマスク設定を行うことができる。
【０１２１】
図２４は、受光量しきい値について説明するための図である。図２４（ａ）および図２４（ｂ）には、受光部２（図２）の任意の画素の受光量分布が示される。横軸は測定光の光路長と参照光の光路長差を示し、縦軸は受光量を示す。
【０１２２】
本例では、受光量のピークの値（最大受光量）が受光量しきい値以上である場合、図１の制御基板１６０は、ピークの位置に基づいて高さデータを生成する。ここで、ピークの位置とは、詳細には、当該ピークが現れるときの可動部１４１の位置である。一方、受光量分布におけるピークの値が受光強度しきい値よりも低い場合、図１の制御基板１６０は、他の条件で高さデータを生成するか、あるいは高さデータを生成しない。他の条件は、例えば予め定められた最小値を示す高さデータを生成することである。図２４（ａ）の例では、受光量のピークの値Ｖ１が受光量しきい値ＴＨよりも大きい。そのため、取得されたピークの位置に基づいて、高さデータが生成される。一方、図２４（ｂ）の例では、受光量のピークの値Ｖ２が受光量しきい値ＴＨよりも小さい。そのため、他の条件で高さデータが生成される、または高さデータが生成されない。
【０１２３】
図２４（ｂ）の例のように、受光量のピークの値が低い場合、測定対象物Ｓからの反射光を受光部２が受光することによってピークが現れているのではなく、ノイズとしてピークが現れている可能性がある。そのようなピークに基づいて生成された高さデータは信頼性が低い。そこで、受光量しきい値が設定されることにより、高さデータの信頼性が確保される。
【０１２４】
使用者は、図２３の設定画面ＳＧにおいて、操作子Ｕ１を左右に移動させることにより、受光量しきい値を調整することができる。例えば、使用者は、測定対象物Ｓからの反射光の受光量の範囲を予め把握している場合に、その範囲が含まれるように受光量しきい値を調整することにより、信頼性の低い高さ情報を適切に排除することができる。
【０１２５】
ハレーション除去レベルは、ハレーション（白とび）の低減度合いを表す。受光部２に強度の高い光が入射すると、基準画像および計測画像にハレーションが発生する。使用者は、図２３の設定画面ＳＧにおいて、操作子Ｕ２を左右に移動させることにより、ハレーション除去レベルを調整することができる。これにより、基準画像および計測画像からハレーションを適切に除去することができる。
【０１２６】
マスク設定について説明する。図２５は、測定対象物Ｓの他の例を示す外観斜視図である。図２５の測定対象物Ｓは、透過部材Ｅ１および非透過部材Ｅ２を含む。透過部材Ｅ１は、光透過性を有し、非透過部材Ｅ２は、光透過性を有さない。透過部材Ｅ１と非透過部材Ｅ２とは互いに上下に積層されている。
【０１２７】
図２６は、図２５の測定対象物Ｓに照射される測定光の反射について説明するための模式図である。図２６に示すように、測定対象物Ｓに照射された光の一部は、透過部材Ｅ１の上面Ｅ１ａで反射され、他の一部は、透過部材Ｅ１を透過して非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａで反射される。それにより、異なる高さを有する２つの面からの反射光が、受光部２の共通の画素に入射する。
【０１２８】
この場合、２つの面からの反射光が入射する画素には、受光量分布に２つのピークが生じる。一方、高さ画像データは、１つの画素に対して１つの高さデータのみを含む。そのため、１つの画素の受光量分布に複数のピークが存在する場合には、その複数のピークのうち１つのピークの位置に基づいて高さデータが生成される。通常では、複数のピークのうち最大の値を有するピークの位置に基づいて高さデータが生成される。しかしながら、計測すべき箇所を含む面での反射光の強度が、他の高さの面における反射光の強度よりも小さい場合がある。その場合、最大の値を有するピークの位置のみに基づいて高さ画像データが生成されると、所望の計測を行うことができない。例えば、図２５の測定対象物Ｓにおいて、透過部材Ｅ１の上面Ｅ１ａの高さデータが必要であっても、透過部材Ｅ１の上面Ｅ１ａでの反射光の強度が非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａでの反射光の強度よりも低い場合には、非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａの高さデータしか得られない。そのため、透過部材Ｅ１の上面Ｅ１ａに関する計測値が得られない。
【０１２９】
マスク設定では、受光部２の受光量分布においてマスク（無効化）の対象とする範囲を設定することができる。本例では、図２３の設定画面ＳＧにおいて、マスク設定ボタンＭＢが操作されると、マスク設定を行うためのマスク設定画面が表示される。図２７は、マスク設定画面の例を示す図である。図２７のマスク設定画面ＭＧは、領域指定部ＭＧａおよび高さ範囲指定部ＭＧｂを含む。領域指定部ＭＧａには、基準画像データに基づいて基準画像ＭＩが表示される。図２７の領域指定部ＭＧａには、図２５の測定対象物Ｓに対応する基準対象物Ｓａの基準画像ＭＩが表示されている。また、領域指定部ＭＧａには、指定枠Ｃ１１が表示される。
【０１３０】
高さ範囲指定部ＭＧｂには、基準高さ画像データに基づいて、プロファイル重畳画像ＰＩａが表示される。プロファイル重畳画像ＰＩａは、互いに並行な複数のプロファイルを重畳して表す。例えば、Ｘ軸およびＺ軸に平行な面上のプロファイルがＹ軸の方向において所定間隔で生成され、それらのプロファイルが重畳して表される。プロファイル重畳画像ＰＩａ上に、指定枠Ｃ１２が表示される。
【０１３１】
図２７の例において、プロファイル重畳画像ＰＩａにおける線分ＳＰは、非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａに対応する。すなわち、基準高さ画像データが、透過部材Ｅ１の上面の高さデータでなく、非透過部材Ｅ２の上面の高さデータを含む。使用者は、図１の操作部２３０を操作することにより、指定枠Ｃ１１，Ｃ１２の位置および大きさを調整することができる。指定枠Ｃ１１の左右の位置および左右の幅は、指定枠Ｃ１２の左右の位置および左右の幅と対応している。指定枠Ｃ１１が左右に移動されると、指定枠Ｃ１２もそれに連動して左右に移動される。また、指定枠Ｃ１１の左右の幅が変更されると、指定枠Ｃ１２の左右の幅もそれに連動して変更される。同様に、指定枠Ｃ１２の左右の位置および幅が変更されると、それに連動して、指定枠Ｃ１１の左右の位置および幅が変更される。
【０１３２】
指定枠Ｃ１１内の領域が、マスク対象領域に設定され、指定枠Ｃ１２内の高さの範囲が、マスク対象高さ範囲に設定される。マスク対象領域は、マスクの対象となる画素を表し、マスク高さ対象範囲は、マスクの対象となる受光量分布の範囲を表す。図２７の例では、基準対象物Ｓａの全体がマスク対象領域に含まれ、非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａの高さがマスク対象高さ範囲に含まれる。
【０１３３】
マスク設定が行われると、以後の測定では、マスク対象領域に対応する画素において、マスク高さ対象範囲に対応する受光量のピークは無効化される。図２７の例では、非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａに対応する受光量のピークは無効化される。そのため、非透過部材Ｅ２の上面Ｅ２ａを示す高さデータは生成されない。一方、マスク対象領域に対応する画素において、マスク高さ対象範囲に対応しない受光量のピークが存在していれば、そのピークの位置に基づいて高さデータが生成される。そのため、図２７の例では、透過部材Ｅ１の上面Ｅ１ａでの反射光によって現れるピークの位置に基づいて、透過部材Ｅ１の上面Ｅ１ａの高さを示す高さデータが生成される。このように、マスク設定により、測定対象物Ｓの所望の箇所の高さデータを取得することができる。したがって、生成された高さ画像データに基づいて、所望の箇所の計測を行うことが可能となる。
【０１３４】
このように、測定ヘッド１００の動作に関する設定が可能であることにより、測定対象物Ｓに応じて、計測高さ画像データの生成条件を調整することができる。したがって、種々の測定対象物Ｓの計測値を適切に取得することができる。
【０１３５】
（１０）本実施の形態の効果
本実施の形態に係る形状測定装置３００においては、位置検出部１４により検出された支持部１２５に対する可動部１４１の相対位置と受光部２の各画素の受光量とに基づいて、受光部２の複数の画素に対応する測定対象物Ｓの第１の領域の高さ情報が求められる。この場合、受光部２の複数の画素が二次元に配列されているので、二次元の領域の高さ情報を同時に取得することができる。したがって、測定対象物Ｓの第１の領域の高さ画像を計測高さ画像として表す計測高さ画像データを高速に生成することができる。
【０１３６】
また、測定対象物Ｓの第１の領域の輝度画像を計測輝度画像として表す計測輝度画像データが生成され、測定対象物Ｓに対応する基準対象物Ｓａの第２の領域の輝度画像を基準輝度画像として表す基準輝度画像データが予め記憶される。基準輝度画像に基準対象領域が設定され、計測高さ画像において基準対象領域に対応する計測対象領域が特定される。
【０１３７】
この場合、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域が特定されることにより、測定対象物Ｓの第１の領域が特徴的な高さの分布を有していなくても、計測高さ画像における計測対象領域を適切に特定することができる。これにより、測定対象物Ｓの所望の箇所の計測値を迅速にかつ精度良く取得することができる。
【０１３８】
また、本実施の形態では、受光部２の複数の画素の受光量に基づいて、計測輝度画像データが生成される。これにより、簡単な構成で、計測高さ画像データおよび計測輝度画像データの両方を生成することができる。
【０１３９】
また、本実施の形態では、算出された計測値が予め定められた許容範囲内にあるか否かが判定される。この場合、計測値が許容範囲内にあるか否かの判定を迅速にかつ精度良く行うことができる。したがって、工場等の生産ラインにおける検査工程に形状測定装置を有効に用いることができる。
【０１４０】
また、本実施の形態では、基準対象物Ｓａの第２の領域の高さ情報を含みかつ第２の領域の高さ画像を基準高さ画像として表す基準高さ画像データが予め記憶され、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係、および計測高さ画像における第１の領域と基準高さ画像における第２の領域との相対的な位置関係のうち一方に基づいて計測高さ画像における計測対象領域が特定される。
【０１４１】
これにより、測定対象物Ｓの第１の領域が特徴的な高さの分布を有しているときには、計測高さ画像における第１の領域と基準高さ画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を容易に特定することができる。一方、測定対象物の第１の領域が特徴的な輝度の分布を有しているときには、計測輝度画像における第１の領域と基準輝度画像における第２の領域との相対的な位置関係に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を容易に特定することができる。
【０１４２】
また、本実施の形態では、基準高さ画像におけるサーチ領域と計測高さ画像における特徴領域との相対的な位置関係を表す位置補正量Ａが算出され、基準輝度画像におけるサーチ領域と計測輝度画像における特徴領域との相対的な位置関係を表す位置補正量Ｂが算出される。算出された位置補正量Ａ，Ｂのうち一方の位置補正量に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域が特定される。これにより、計測高さ画像における計測対象領域を適切に特定することができる。
【０１４３】
（１１）他の実施の形態
上記実施の形態では、共通の受光部２を用いて高さ画像データおよび輝度画像データがそれぞれ生成されるが、異なる２つの受光部を用いて高さ画像データおよび輝度画像データが生成されてもよい。この場合、２つの受光部は同じ条件で測定対象物Ｓおよび基準対象物Ｓａからの反射光を受光するように設けられることが好ましい。
【０１４４】
上記実施の形態では、計測高さ画像データおよび計測輝度画像データに対してダブルパターンサーチが行われるが、計測輝度画像データに対するパターンサーチのみが行われてもよい。この場合、測定対象物Ｓの表面の輝度の分布に基づいて、計測高さ画像における計測対象領域を特定することができる。なお、計測高さ画像データに対するパターンサーチが行われない場合には、基準高さ画像が取得および記憶されなくてもよい。
【０１４５】
上記実施の形態では、基準画像データを用いてサーチ条件および計測条件の設定が行われ、その設定に基づいて測定対象物Ｓの計測値が算出されるが、計測画像データを用いて計測条件の設定が行われ、設定された条件で測定対象物Ｓの計測値が算出されてもよい。この場合、基準画像データを用意することなく、簡易的に測定対象物Ｓの計測値を取得することができる。
【０１４６】
上記実施の形態では、測定光Ｌ１の光路長が変化し、参照光Ｌ２の光路長が変化しないように測定部１３０が構成されるが、本発明はこれに限定されない。参照光Ｌ２の光路長が変化し、測定光Ｌ１の光路長が変化しないように測定部１３０が構成されてもよい。この場合においては、参照光Ｌ２の進行方向に沿って、ミラー１０がビームスプリッタ１２に対して相対的に振動するように構成される。
【０１４７】
（１２）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１４８】
上記実施の形態においては、測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、基準対象物Ｓａが基準対象物の例であり、形状測定装置３００が形状測定装置の例であり、投光部１が投光部の例であり、ミラー１０が参照体の例であり、受光部２が受光部の例であり、測定光Ｌ１が測定光の例であり、参照光Ｌ２が参照光の例であり、干渉光Ｌ３が干渉光の例であり、ビームスプリッタ１２が光学系の例である。
【０１４９】
また、可動部１４１が可動部の例であり、支持部１２５が支持部の例であり、位置検出部１４が位置検出部の例であり、高さ画像生成部２１が画像生成手段の例であり、輝度画像生成部２２が輝度画像生成手段の例であり、記憶部２２０が記憶手段の例であり、設定部３１が設定手段の例であり、特定部３２が特定手段の例であり、算出部３３が算出手段の例である。また、範囲設定部３４が範囲設定手段の例であり、判定部３５が判定手段の例であり、領域指定部３６が領域指定手段の例であり、第１の検出部３７が第１の検出手段の例であり、第２の検出部３８が第２の検出手段の例であり、計測条件受付部３９が計測条件受付手段の例であり、生成条件受付部４０が生成条件受付手段の例である。
【０１５０】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は、測定対象物の形状測定に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１  投光部
２，３  受光部
２１  高さ画像生成部
２２  輝度画像生成部
３１  設定部
３２  特定部
３３  算出部
３４  範囲設定部
３５  判定部
３６  領域指定部
３７  第１の検出部
３８  第２の検出部
３９  計測条件受付部
４０  生成条件受付部
１００  測定ヘッド
１１０  支持構造
１２０  筐体部
１３０  測定部
１４０  往復機構
１５０  駆動部
１６０  制御基板
１７０  通信部
２００  処理装置
２１０  制御部
２２０  記憶部
２３０  操作部
２４０  表示部
２５０  通信部
３００  形状測定装置
【図１】
2018063155.tif 000003
【図２】
2018063155.tif 000004
【図３】
2018063155.tif 000005
【図４】
2018063155.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2018063155.tif 000009
【図８】
2018063155.tif 000010
【図９】
2018063155.tif 000011
【図１０】
2018063155.tif 000012
【図１１】
2018063155.tif 000013
【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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