(57)【要約】  走査方法が開示され、それは、試料ホルダ（１４）および相対移動可能な走査デバイス（１８）を有する走査システム（１０）を備え、試料ホルダ（１４）に配置された対象（２２）の少なくとも一部の走査を行い、試料ホルダの向きを確定し、その向きを使用して走査からのデータを解釈する工程を含み、それによって、その向きは、試料ホルダの表面の走査からのデータを使用して確定される。その向きは、試料ホルダの面（５６ｂ）を画定することによって確定でき、この面は、境界（７６ａ、７６ｂ）によって制限されてもよい。
2007510921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ホルダ（１４、２２０、５４）および相対的に移動可能な走査デバイス（１８）を有する走査システム（１０）を備えるステップと、
前記試料ホルダに配置された対象（２２、２５０、５２）の少なくとも一部の走査を行うステップと、
前記試料ホルダ（１４、２２０、５４）の面の向きを確定するステップと、
前記試料ホルダの前記向きを使用して前記走査からのデータを解釈するステップと、
を含み、
前記向きは、前記対象の走査からのデータを使用して確定されることを特徴とする走査方法。
【請求項２】
前記向きは、前記試料ホルダの面（５６ｂ）を画定することによって確定されることを特徴とする請求項１に記載の走査方法。
【請求項３】
前記向きが確定された前記面は、境界（７６ａ、７６ｂ）によって制限されることを特徴とする請求項２に記載の走査方法。
【請求項４】
前記向きは、少なくとも３つの測定値を得ることによって確定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走査方法。
【請求項５】
前記向きは、前記試料ホルダの表面の周りの少なくとも２４０°についてのデータを得ることによって確定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走査方法。
【請求項６】
前記向きは、単一プロセス中の測定によって確定されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の走査方法。
【請求項７】
前記向きは、１つよりも多い個々のプロセス中の測定によって確定されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の走査方法。
【請求項８】
前記向きは、前記試料ホルダに関して画定された垂直方向の外被の範囲内において確定されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の走査方法。
【請求項９】
試料ホルダ（１４、２２０、５４）および相対的に移動可能な走査デバイス（１８）を有する走査システム（１０）を備えるステップと、
基準を走査するステップと、
試料を走査するステップと、
前記基準走査からのデータを使用して前記試料走査からのデータを解釈するステップと、を含み、
前記走査システムは、前記基準走査および前記試料走査を自動的に行うことを特徴とする走査方法。
【請求項１０】
試料ホルダ（１４、２２０、５４）および相対的に移動可能な走査デバイス（１８）を有する走査システム（１０）を備えるステップと、
基準を走査するステップと、
試料を走査するステップと、
前記基準走査からのデータを使用して前記試料走査からのデータを解釈するステップと、を含み、
前記基準走査と前記試料走査の両方は、一走査として有効に行われることを特徴とする走査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対的に移動可動な走査デバイスと共に、回転可能な試料ホルダが使用されるとき、ホルダの周りを走査して、ホルダの半径およびホルダの原点の座標を確定するか、または確認することは知られている。この情報は、試料ホルダに位置付けされた物体の走査中に生成されたデータを解釈するために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この方法の問題は、試料ホルダ表面が正方形であり、かつ試料ホルダの周囲表面の軸が試料ホルダの回転軸に対してその軸の長さに沿って同一線上にあると想定されること、すなわち試料が配置されている試料ホルダの表面が回転軸に垂直であると想定されることである。さらに、この想定を妥当であるとして扱うために、装置は厳しい公差に合うように製造されなければならず、これによって装置のコストが高くなる。
【０００４】
他の走査システムは直角座標走査（Cartesian scanning）を使用し、この場合、試料ホルダは、走査中において静止している。従来、試料ホルダの中心線は、走査システムの軸に直角であると想定されているが、試料の長手方向の軸が既知であることが重要である特定の用途では、この想定は妥当でなく、誤差の原因になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態によれば、試料ホルダおよび相対的に移動可能な走査デバイスを有する走査システムを備えるステップと、
前記試料ホルダに配置された対象の少なくとも一部の走査を行うステップと、
前記試料ホルダの面の向きを確定するステップと、
前記試料ホルダの前記向きを使用して前記走査からのデータを解釈するステップと、
を含み、
前記向きは、前記対象の走査からのデータを使用して確定されることを特徴とする走査方法を提供する。
【０００６】
好ましくは、試料ホルダは回転軸の周りを回転し、試料ホルダの向きは、その回転軸に関して確定される。もしくは、走査中、試料ホルダは静止している。試料ホルダの向きの確定は、試料走査のための基準を与える。
【０００７】
好ましくは、その向きは、試料ホルダの面を画定することによって確定される。
【０００８】
第２の形態によれば、本発明は、試料ホルダおよび相対的に移動可能な走査デバイスを有する走査システムを備えるステップと、
基準を走査するステップと、
試料を走査するステップと、
前記基準走査からのデータを使用して前記試料走査からのデータを解釈するステップと、を含み、
前記走査システムは、前記基準走査および前記試料走査を自動的に行うことを特徴とする走査方法を提供する。
【０００９】
試料ホルダに試料が配置されていることを走査システムが一旦認識すると、プロセスは自動化されているので、作業者の介在を必要としない。そのシステムは、作業者の報告によって試料の位置を認識することができ、その報告は、例えば、作業者がボタンを押したり、または試料が配置されたことを検知することによってなされる。そのような検知には、試料ホルダと走査システムの間に適切に作られている接点、存在する試料の重さ、または走査システムの試料外被（エンベロープ；envelope）の範囲内における光ビームの遮断を含む。
【００１０】
第３の形態によれば、本発明は、試料ホルダおよび相対的に移動可能な走査デバイスを有する走査システムを備えるステップと、
基準を走査するステップと、
試料を走査するステップと、
前記基準走査からのデータを使用して前記試料走査からのデータを解釈するステップと、を含み、
前記基準走査と前記試料走査の両方は、一走査として有効に行われることを特徴とする走査方法を提供する。
【００１１】
この有点は、システムが作業者の介在を必要としないことである。基準走査および試料走査は、単一走査として、すなわち連続動作で行うことができ、または１つの走査の完了時にて、プローブが次の走査の開始に先立って休止してもよい。これにより、分離される２つの走査からのデータは、作業者が分離の箇所を決定することなく生じさせることができ、したがって誤りの起こる可能性が減少する。
【００１２】
２つの走査（または、単一走査の部分）は、どちらでも任意の順序で行うことができる。
【００１３】
休止が含まれるとき、プローブは、２つの走査の間で位置決めし直しを必要としない。
これにより、作業者がどこで分離が起こるかを決定する必要なしに、２つの走査からのデータを分離することができるようになり、したがって誤りの起こる可能性が減少する。
【００１４】
２つの走査（または、単一走査の部分）は、どちらでも任意の順序で行うことができる。
【００１５】
休止が含まれるとき場合、プローブは、２つの走査の間においての再度の位置決めを必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、一例として、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、走査システム１０を示し、それは、試料ホルダ１４および背部（back portion）１６を支持するベース１２を有する。この場合、走査先端部２０を有するプローブである走査デバイス１８は、背部１６によって支持されている。試料２２は、走査用の試料ホルダ１４に配置されている。試料ホルダ１４は、垂直軸すなわちＺ軸に沿って動かすことができ、さらに、垂直方向の動きに対して実質的に平行な軸２４の周りを回転することができる。したがって、試料ホルダ１４は、螺旋経路に沿って動く。プローブ先端部２０は、試料ホルダ１４の回転軸２４に対して４５°に配置された軸Ａに沿って動かすことができる。
【００１８】
他の構成では、試料ホルダ１４が回転可能であり、走査デバイスは垂直方向すなわちＺ方向に動く。
【００１９】
図２は、試料取付け台２１０が設置されているＣ状のフレーム２００を有する他の走査システムを示す。試料取付け台２１０の遠位端には、試料ホルダ２２０を受け入れるように設計された開口２１２がある。試料２５０を走査する目的のために、試料ホルダ２２０は、ネジ２３０を使用して試料取付け台２１０に固定されている。プローブ２６０は、調整可能な各支柱２７０を介して、フレーム２００から試料２５０の方に向かって下方へ延びている。
【００２０】
この例では、試料取付け台２１０は固定され、プローブ２６０が試料の周りを動く。試料を走査する１つの方法は、試料に沿って垂直方向に一連の放射状のライン走査を行うことである。
【００２１】
図２に関して説明した直角座標走査（Cartesian scanning）は、代わりに、試料の螺旋走査を行うために使用することができる。
【００２２】
図３は、位置合わせ不良、すなわち同一直線上にない試料ホルダ５４ｂの影響を示す。５４ａおよび５２ａの破線で示されるように、位置合わせ不良の試料ホルダ５４ｂは、回転可能軸すなわち垂直軸６４に対して同一直線上になく、回転軸すなわち垂直軸６４に対して傾き角Ｓの角度になっている。このことは、位置合わせ不良の試料ホルダ５４ｂに配置された試料５２ｂの走査が間違った結果を得ることを意味し、それは、もともと走査データを解釈するときには、試料ホルダは回転軸すなわち垂直軸６４に対して同一直線上にあると想定されているからである。
【００２３】
この誤りの原因を取り除くために、試料ホルダ５４ｂの上面５６ｂの平面の向きが確定される。有利なことに、本発明によれば、対象の走査のデータセットから特定の要求条件を満たすデータを取り出すことによって、これは達成される。そのためには、その対象の走査に、試料が配置される試料ホルダの表面の少なくとも一部のプロービング（proving）を含むことが必要である。
【００２４】
試料ホルダが静止しているか、またはただ単に回転するだけの最も簡単な場合、このことは、試料ホルダの上面５６ｂにおける３つの角度間隔の測定値を得ることによって達成できる。好ましくは、３つの等間隔の角度間隔の測定値が取得される。これらの３つの点は、上面５６ｂの平面を定義し、また、その試料に関係するデータを解釈または補正して、上面５６ｂの実際の平面を反映するために使用できる。その平面の向きは、複数のデータポイント（data point）を使用して得ることが好ましく、それは、これによって表面欠陥の影響が減少するからである。
【００２５】
ここで図１を参照するに、試料ホルダ１４に、回動だけではなく垂直方向の動きも割り当てられているときには３つよりも多い点が必要であり、それは、試料ホルダが動く螺旋または渦巻経路が上面２６ｂの現実の面を隠すからである。この状況においては、試料ホルダの１回転の少なくとも３分の２を含むいくつかの点が利用される。１回転の３分の２は、面を正確に定義するために必要とされる最小角度回転である。
【００２６】
試料ホルダが回転しない実施形態においては、同様に、試料ホルダの表面の周りの少なくとも２４０°（すなわち、３分の２）についてデータを得ることが好ましい。
【００２７】
試料ホルダの上面の大きさは、その向きのデータセットの大きさを決定するためのさらなる要素である。その上面が小さい場合には、より多くのデータポイントを利用することが好ましく、それは、表面欠陥によって生じる誤りが減少するからである。
【００２８】
ここで図４を参照するに、向き情報のデータが得られているときには、縁（edge）の影響が含まれないように、プローブ先端部が上面５６に適切に位置付けされていることが重要である。例えば、試料ホルダ５４が面取り７４を備え、また試料５２が、試料ホルダ５４と接触する場所に角の丸い縁７２を有している場合である。その上面の面が計算されるときに、面取り７４または角の丸い縁７２のどちらかが含まれた場合には、誤差が生じるかもしれない。したがって、好ましい実施形態においては、その向きデータが取得されなければならい領域を形成する内側および外側の半径方向の境界が設定される。
【００２９】
この境界は、また、試料走査からデータを得ることによって確定される。試料ホルダの周囲１回転からのデータは、試料ホルダの半径および原点の座標を確定するために使用される。最小限の少なくとも３つの測定値、好ましくは４以上の測定値が得られる。
【００３０】
表面の既知の欠陥、例えば面取り７４が試料ホルダ５４の半径から引かれて、外側の境界７６ｂを成す。試料５２の半径に角の丸い縁７２を加えたものを試料ホルダ５４の原点に加えて、内側境界７６ａを成す。例えば、試料が中心にない配置を考慮して、安全係数を境界に加えるか、または境界から引くことができる。したがって、プローブ先端部は、向き情報が実行可能と考えられるように収集されなければならない画定領域７６を有する。
【００３１】
向き情報は試料の走査から得られため、例えば、試料が張出し７８を含む場合には干渉の可能性がある。この状況において、プローブ先端部は、試料ホルダ５４の上面ではなく、試料張出し７８に当たることがある。この問題を軽減するために、向き情報は、垂直方向におけるデータの取得に関しての限界を定めるｚ境界によって、さらに狭めてもよい。
【００３２】
図２の走査システムでは、ｚ境界は、特定の試料ホルダのために確定する必要はなく、また、高さとしての台との組合せは知られており、かつ一走査から次の走査までは測定可能なほどには変化しないので、この情報は、必要に応じてｚ境界を設定するために使用される。
【００３３】
試料ホルダが垂直方向に動くことができる図１の走査システムでは、走査毎にｚ境界を設定することが必要である。プローブは、回転軸すなわち垂直軸６４に対して直角に走査（４０）するため（図３参照）、プローブ先端部は、最初に、平らな表面の一番低い点において試料ホルダ５４ｂの上面５６に当たると想定される。最初に当たるこの点は、向きの走査のためのｚ境界の画定に使用される。１回転の３分の２からほぼ４分の３までの範囲の最小は、その上面の平面を画定するために望ましいので、上方の垂直距離は、１回転中に受ける高さ変化の最小として画定される。下方の垂直距離は、好ましくは、ゼロとしてではなく画定される、最初の当たりが一番低い点であるという想定が妥当でない可能性があるときは、傾き角Ｓが小さい状況であることを明らかにするために、マイナス約半回転として画定される。この場合にも、これらの限界に追加の安全係数を加えることができる。
【００３４】
ｚ境界が画定されたとき、ｚ境界は、検出できる傾き角Ｓを制限する効果がある。留意されたいことであるが、システムは、それが機能することができる最大の傾き角を有し、この最大の傾き角は、ｚ境界が超えることができない最大値をもたらす。傾き角Ｓが大きいほど、走査に追加の誤差を生じさせることがある試料の動きがますます偏心するため、このことは有利である。例えば、タッチプローブが使用されるとき、プローブ先端部がその軸（図１、軸Ａ）に沿って受けることができる動きの量に限界がある。プローブがこの動きの限界に近づくとき、精度が低下する。
【００３５】
図５は、向き情報を受け入れるべきか否かを決定する１つの実施形態に含まれるステップを詳しく説明する流れ図１００を示す。
【００３６】
本例において、プローブは、自動的に、上面および試料のただ１回の走査を行う。単一回転は、プローブ先端部によって取り込まれる１８２０個のデータポイントから成る。
【００３７】
最初に、走査１１０が行われる。次に、試料ホルダの表面の回り２４０°の測定が行われたか否かを判定する（１２０）。それが行われていなければ、向きの走査は棄却される（１２２）。答がはい（the answer is yes）であれば、向き情報は受け入れられる（１２４）。表面の周りの３分の２（すなわち２４０°）は、平面が正確に決定されるために必要とされる最小の角度範囲である。本例において、表面の周りの３分の２は、１２２０個のデータポイントが収集されたことを意味する。
【００３８】
次の任意のステップにおいて、表面は各象限（quadrants）に分割され（１３０）、各象限は、データポイントの最少の数と照合して調べられる（１４０）。どの象限も必要な最小のデータポイントを有していなければ、向き情報は棄却される。（１４２）。全ての象限がこの要求条件を満たす場合、次のステップに進む（１４４）。各象限においてデータが収集されるという要求条件は、１回転の３分の２が完了するという要求条件よりも、より正確さおよび適合性を与える。この理由は、１回転の３分の２は、３つ象限または４つの象限のどちらかを含むことができるからである。４つの象限の各々に最小のデータセットを含むことは、１回転の３分の２の要求条件よりも統計的に正確であるので、このことは好ましい特徴である。本例において、各象限の最小のデータセットは、全象限のデータセットの半分よりも僅かに少なく、すなわち２００個のデータポイントである。
【００３９】
最後に、任意の要求条件が満たされると、既知の数学的技術を使用して、平面の向きに対する最良の適合が決定される（１５０）。
【００４０】
加えてまたは代わりに、上面の平面の向きの計算において、どの試料の張出しも回避されることを保証するために、象限毎に最大のデータセットを設定することができる。本例において、単一回転における象限毎のデータポイントの数、すなわち４５５個のデータポイントは、この限界として使用される。さらに、向き情報は、上述したｘ、ｙ境界の影響を受けることがある。
【００４１】
向き情報が棄却された場合にはさらなる走査が行われ、そのデータは、棄却された平面にて使用されるデータの代わりに、または追加として、使用されることができる。したがって、向き情報は、いくつかの個々の走査からのデータを含んでもよい。さらに向き情報は、ｘ、ｙ境界内（使用されるなら）のどこからのデータポイントを含んでもよく、そのｘ、ｙ境界は、１回転を越える回転からのデータポイントを含む。
【００４２】
単一走査を行う代わりとして、基準走査および試料走査を１走査として有効に行うことができ、その１走査は、試料データから向きデータを自動的に分離できるようにする休止が間にある。向き情報を受け入れるべきか否かを決定するときにたどるシーケンスは同じである。
【００４３】
図６は、向きデータが最適化される好ましい実施形態を示す流れ図３００である。走査データおよび計算された最初の平面の向きから、一旦向きデータが得られると（３１０）、その向きデータは分析され（３２０）、そして、平均された平面と著しく異なる測定座標は除外される。
【００４４】
そのデータは最初に分析されて（３２０）、データポイントのどれもが例えば１５μｍの公差範囲の外にあるかどうかを調べる（３３０）。その公差範囲の外のデータがない場合には（３３０）、平面の向きの最初の計算は受け入れられる（３３２）。公差を超えるデータがある場合には（３３４）、最初に計算された平面の特定範囲を超えるデータポイントは除外される（３４０）。この範囲は、公差、すなわち本例では１５μｍとすることができ、または、この範囲は、公差の要求条件が満たされることを保証するために、これよりも小さい、例えば１０μｍであることが好ましい。平面の向きは再計算される（３５０）。
【００４５】
安全点検として、再計算された平面を受け入れるためには（３７０）、平面の向きの再計算に使用された残りのデータセットが、得られたデータの少なくとも８０％を含むことが好ましく（３６０）、そうでなければ、データは棄却され、さらなる走査が行われなければならない（３８０）。
【００４６】
与えられた例では、使用された走査デバイスはタッチプローブであったが、本発明はそのようなデバイスに限定されず、光走査デバイスのような非接触プローブも本発明での使用に適する。
【００４７】
本発明による方法は、軸の面に関して走査されたデータの関係が既知であることを必要とするどのような状況での使用にも適する。例としては、医療分野、特に、歯産業、および橋脚歯または橋義歯の一部として使用される換歯（replacement teeth）の製造があり、この場合、走査データは、橋義歯の隣接した歯および口とぴったり合わなければならない複製歯を製造するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】走査システムを模式的に示す図である。
【図２】他の走査システムを模式的に示す図である。
【図３】回転軸に対する試料ホルダの向きの影響を模式的に示す図である。
【図４】走査の好ましい方法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による様々なステップを示す流れ図である。
【図６】配置面の最適化を示す流れ図である。
【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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【国際調査報告】
2007510921.tif 000009
2007510921.tif 000010