(57)【要約】【課題】ステージの剛性にかかわらず測定対象物の形状を高い精度で測定することが可能な形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムを提供する。【解決手段】投光部１１０により照射された光がステージ１４１上の測定対象物Ｓにより反射され、受光部１２０により受光される。投光部１１０の光軸に交差する基準平面に沿ってステージ１４１が移動される。測定ヘッドの基準平面に対するステージ１４１の載置面の傾きが検出される。測定ヘッドに対するステージ１４１の複数の位置において、受光部１２０により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データが生成される。検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々が、ステージ１４１の載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正される。複数の位置に対応する補正後の立体形状データが連結される。【選択図】図２
2015203603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が載置されるステージと、
前記ステージに載置された測定対象物に光を照射する投光部および測定対象物により反射された光を受光して受光量を示す受光信号を出力する受光部を含む測定ヘッドと、
前記投光部の光軸に交差する基準平面に沿って前記ステージを移動させるための移動機構と、
前記測定ヘッドの前記基準平面に対する前記ステージの載置面の傾きを検出する検出部と、
前記測定ヘッドに対する前記ステージの複数の位置において、前記受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データを生成するデータ生成部とを備え、
前記データ生成部は、前記検出部により検出された傾きに基づいて、前記複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々を前記ステージの載置面が前記基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正し、前記複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成する、形状測定装置。
【請求項２】
前記検出部は、
前記ステージに設けられ、水平面に対する前記ステージの前記載置面の絶対的な傾きを検出する第１の検出器と、
前記測定ヘッドに設けられ、水平面に対する前記基準平面の絶対的な傾きを検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器により検出される絶対的な傾きおよび前記第２の検出器により検出される絶対的な傾きに基づいて前記基準平面に対する前記ステージの載置面の傾きを算出する算出部とを含む、請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記基準平面に沿った前記ステージと前記測定ヘッドとの相対的な移動範囲を指定するために操作される操作部と、
前記投光部からの光が前記操作部により指定された範囲の全体に少なくとも１回照射されるように前記ステージと前記測定ヘッドとの相対的な位置を順次移動させるように前記移動機構を制御し、各位置で測定対象物に光を照射するように前記投光部を制御し、各位置で測定対象物により反射された光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように前記受光部を制御する制御部とをさらに備える、請求項１または２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記操作部は、連結立体形状データのうち任意の部分を指定するために操作され、
前記制御部は、前記投光部からの光が前記操作部により指定された部分に対応する測定対象物の部分に照射されるように前記ステージと前記測定ヘッドとの相対的な位置を移動させるように前記移動機構を制御し、移動された位置で測定対象物に光を照射するように前記投光部を制御し、移動された位置で測定対象物により反射された光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように前記受光部を制御し、移動された位置における立体形状データを生成するとともに、前記検出部により検出された傾きに基づいて生成された立体形状データの傾きを補正し、補正された立体形状データを用いて連結立体形状データのうち前記操作部により指定された部分を更新するように前記データ生成部を制御する、請求項３記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記データ生成部は、パターンマッチングを用いて前記複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成する、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】
前記データ生成部は、立体形状データに基づく立体形状の高さの分布を色彩の分布として表示する色彩データを生成する、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】
前記検出部は、複数回の検出結果の平均値に基づいて前記ステージの載置面の傾きを検出する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記ステージは、固定部と、前記基準平面に沿って前記固定部に対して移動可能に設けられる可動部とを含み、
前記可動部は、台座と、前記台座上に設けられ、測定対象物が載置される天板とを含み、
前記天板の中心部が前記台座に固定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記投光部は、前記ステージに載置された測定対象物に斜め上方から所定のパターンを有する光を照射するように配置され、
前記受光部は、前記ステージの上方に配置され、
前記データ生成部は、三角測距方式により立体形状データを生成するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記投光部は、前記ステージに載置された測定対象物に均一な強度を有する光を照射するように構成され、
前記データ生成部は、均一な強度を有する光に対応する受光信号に基づいて、測定対象物の表面状態を示すテクスチャ画像データを生成し、テクスチャ画像データを立体形状データに合成する、請求項９記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記投光部は、所定のパターンを有する光を出射する第１の投光部と、均一な強度を有する光を出射する第２の投光部とを含み、
前記第１の投光部は、前記ステージの斜め上方に配置され、
前記第２の投光部は、前記ステージの上方に配置される、請求項１０記載の形状測定装置。
【請求項１２】
測定ヘッドの投光部によりステージに載置された測定対象物に光を照射するステップと、
測定対象物により反射された光を前記測定ヘッドの受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力するステップと、
前記投光部の光軸に交差する基準平面に沿って前記ステージを移動させるステップと、
前記測定ヘッドの前記基準平面に対する前記ステージの載置面の傾きを検出するステップと、
前記測定ヘッドに対する前記ステージの複数の位置において、前記受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データを生成するステップと、
検出された傾きに基づいて、前記複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々を前記ステージの載置面が前記基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正するステップと、
前記複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成するステップとを含む、形状測定方法。
【請求項１３】
処理装置により実行可能な形状測定装置プログラムであって、
測定ヘッドの投光部によりステージに載置された測定対象物に光を照射する処理と、
測定対象物により反射された光を前記測定ヘッドの受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力する処理と、
前記投光部の光軸に交差する基準平面に沿って前記ステージを移動させる処理と、
前記測定ヘッドの前記基準平面に対する前記ステージの載置面の傾きを検出する処理と、
前記測定ヘッドに対する前記ステージの複数の位置において、前記受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データを生成する処理と、
検出された傾きに基づいて、前記複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々を前記ステージの載置面が前記基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正する処理と、
前記複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成する処理とを、
前記処理装置に実行させる、形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
形状測定装置においては、ステージ上に測定対象物が載置される。この状態で、測定対象物の任意の部分の形状を示す形状データが生成されることにより、測定対象物の当該部分の形状が測定される。ここで、ステージには撓みが発生することがある。ステージが撓んでいる場合には、正確な形状データが生成されないので、測定対象物の形状測定の精度が低下する。
【０００３】
特許文献１に記載された画像測定機のテーブル撓み補正方法によれば、自重によって撓みが生じるテーブル面の周縁部のＺ軸方向位置が基準面位置として測定される。基準面位置と複数のＸ−Ｙ座標位置におけるＺ軸方向位置との誤差が算出されることにより、誤差ファイルが作成される。テーブル上に載置された被測定物の測定点におけるＺ軸方向位置が測定され、測定されたＺ軸方向位置が誤差ファイルを使用して補正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の補正方法によれば、測定対象物の測定値がステージの自重による撓み分の誤差だけ補正される。しかしながら、ステージに載置される測定対象物の重みに起因するステージの撓み分の誤差は補正されない。そのため、ステージの剛性によっては、測定対象物の形状測定の精度が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、ステージの剛性にかかわらず測定対象物の形状を高い精度で測定することが可能な形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）第１の発明に係る形状測定装置は、測定対象物が載置されるステージと、ステージに載置された測定対象物に光を照射する投光部および測定対象物により反射された光を受光して受光量を示す受光信号を出力する受光部を含む測定ヘッドと、投光部の光軸に交差する基準平面に沿ってステージを移動させるための移動機構と、測定ヘッドの基準平面に対するステージの載置面の傾きを検出する検出部と、測定ヘッドに対するステージの複数の位置において、受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データを生成するデータ生成部とを備え、データ生成部は、検出部により検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々をステージの載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正し、複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成する。
【０００８】
この形状測定装置においては、投光部によりステージに載置された測定対象物に光が照射される。測定対象物により反射された光が受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。投光部の光軸に交差する基準平面に沿ってステージが移動される。ここで、測定ヘッドの基準平面に対するステージの載置面の傾きが検出される。
【０００９】
測定ヘッドに対するステージの複数の位置において、受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データが生成される。検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々が、ステージの載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正される。複数の位置に対応する補正後の立体形状データが連結されることにより連結立体形状データが生成される。
【００１０】
この構成によれば、ステージ自身の重みまたは測定対象物の重みによりステージに傾きが発生する場合でも、ステージが傾いていない状態で得られる立体形状データが生成される。そのため、ステージの傾きによる立体形状データの精度の低下が防止される。また、ステージの傾きを防止するために、高い剛性を有するステージを用いる必要がない。
【００１１】
これにより、ステージの剛性にかかわらず測定対象物の形状を高い精度で測定することが可能になる。また、高い剛性を有するステージを用いる必要がないので、形状測定装置を小型化および軽量化することができる。さらに、複数の位置に対応して生成された立体形状データが連結されるため、比較的大きい寸法を有する測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。
【００１２】
（２）検出部は、ステージに設けられ、水平面に対するステージの載置面の絶対的な傾きを検出する第１の検出器と、測定ヘッドに設けられ、水平面に対する基準平面の絶対的な傾きを検出する第２の検出器と、第１の検出器により検出される絶対的な傾きおよび第２の検出器により検出される絶対的な傾きに基づいて基準平面に対するステージの載置面の傾きを算出する算出部とを含んでもよい。
【００１３】
この場合、水平面に対するステージの載置面の絶対的な傾きおよび水平面に対する基準平面の絶対的な傾きが検出される。そのため、測定ヘッドの基準平面が水平面に対して傾いて設置される場合でも、基準平面に対するステージの載置面の傾きを容易に算出することができる。
【００１４】
（３）形状測定装置は、基準平面に沿ったステージと測定ヘッドとの相対的な移動範囲を指定するために操作される操作部と、投光部からの光が操作部により指定された範囲の全体に少なくとも１回照射されるようにステージと測定ヘッドとの相対的な位置を順次移動させるように移動機構を制御し、各位置で測定対象物に光を照射するように投光部を制御し、各位置で測定対象物により反射された光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように受光部を制御する制御部とをさらに備えてもよい。
【００１５】
この場合、移動範囲が指定されることにより、移動範囲に含まれる測定対象物の連結立体形状データが自動的に生成される。そのため、測定対象物の所望の部分に対応する連結立体形状データを容易に生成することができる。
【００１６】
（４）操作部は、連結立体形状データのうち任意の部分を指定するために操作され、制御部は、投光部からの光が操作部により指定された部分に対応する測定対象物の部分に照射されるようにステージと測定ヘッドとの相対的な位置を移動させるように移動機構を制御し、移動された位置で測定対象物に光を照射するように投光部を制御し、移動された位置で測定対象物により反射された光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように受光部を制御し、移動された位置における立体形状データを生成するとともに、検出部により検出された傾きに基づいて生成された立体形状データの傾きを補正し、補正された立体形状データを用いて連結立体形状データのうち操作部により指定された部分を更新するようにデータ生成部を制御してもよい。
【００１７】
この場合、連結立体形状データの任意の部分が指定されることにより、指定された部分の立体形状データが自動的に再生成される。また、連結立体形状データの指定された部分が再生成された立体形状データに更新される。これにより、連結立体形状データの所望の部分のみを容易に更新することができる。
【００１８】
（５）データ生成部は、パターンマッチングを用いて複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成してもよい。この場合、立体形状データを容易にかつ高精度で連結することができる。
【００１９】
（６）データ生成部は、立体形状データに基づく立体形状の高さの分布を色彩の分布として表示する色彩データを生成してもよい。この場合、使用者は、立体形状の高さの分布を視覚的に認識することができる。
【００２０】
（７）検出部は、複数回の検出結果の平均値に基づいてステージの載置面の傾きを検出してもよい。この場合、基準平面に対するステージの載置面の傾きをより正確に検出することができる。
【００２１】
（８）ステージは、固定部と、基準平面に沿って固定部に対して移動可能に設けられる可動部とを含み、可動部は、台座と、台座上に設けられ、測定対象物が載置される天板とを含み、天板の中心部が台座に固定されてもよい。
【００２２】
この場合、台座および天板が互いに異なる膨張率で熱膨張する場合でも、台座から天板に加わる張力が低減される。これにより、ステージの載置面の不均一な傾きを低減することができる。
【００２３】
（９）投光部は、ステージに載置された測定対象物に斜め上方から所定のパターンを有する光を照射するように配置され、受光部は、ステージの上方に配置され、データ生成部は、三角測距方式により立体形状データを生成するように構成されてもよい。この場合、三角測距方式により立体形状データを高い精度で生成することができる。
【００２４】
（１０）投光部は、ステージに載置された測定対象物に均一な強度を有する光を照射するように構成され、データ生成部は、均一な強度を有する光に対応する受光信号に基づいて、測定対象物の表面状態を示すテクスチャ画像データを生成し、テクスチャ画像データを立体形状データに合成してもよい。この場合、測定対象物の表面状態を容易に認識することができる。
【００２５】
（１１）投光部は、所定のパターンを有する光を出射する第１の投光部と、均一な強度を有する光を出射する第２の投光部とを含み、第１の投光部は、ステージの斜め上方に配置され、第２の投光部は、ステージの上方に配置されてもよい。
【００２６】
この場合、ステージの斜め上方に配置された第１の投光部から出射される所定のパターンを有する光により、三角測距方式により立体形状データを容易に生成することができる。また、第２の投光部は、ステージの上方に配置されるので、測定対象物の凹凸による影の発生を抑制しつつ測定対象物に均一な強度を有する光を照射することができる。したがって、測定対象物の表面状態をより鮮明に示すテクスチャ画像データが生成される。これにより、測定対象物の表面状態をより鮮明に観測することができる。
【００２７】
（１２）第２の発明に係る形状測定方法は、測定ヘッドの投光部によりステージに載置された測定対象物に光を照射するステップと、測定対象物により反射された光を測定ヘッドの受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力するステップと、投光部の光軸に交差する基準平面に沿ってステージを移動させるステップと、測定ヘッドの基準平面に対するステージの載置面の傾きを検出するステップと、測定ヘッドに対するステージの複数の位置において、受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データを生成するステップと、検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々をステージの載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正するステップと、複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成するステップとを含む。
【００２８】
この形状測定方法によれば、投光部によりステージに載置された測定対象物に光が照射される。測定対象物により反射された光が受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。投光部の光軸に交差する基準平面に沿ってステージが移動される。ここで、測定ヘッドの基準平面に対するステージの載置面の傾きが検出される。
【００２９】
測定ヘッドに対するステージの複数の位置において、受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データが生成される。検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々が、ステージの載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正される。複数の位置に対応する補正後の立体形状データが連結されることにより連結立体形状データが生成される。
【００３０】
この構成によれば、ステージ自身の重みまたは測定対象物の重みによりステージに傾きが発生する場合でも、ステージが傾いていない状態で得られる立体形状データが生成される。そのため、ステージの傾きによる立体形状データの精度の低下が防止される。また、ステージの傾きを防止するために、高い剛性を有するステージを用いる必要がない。
【００３１】
これにより、ステージの剛性にかかわらず測定対象物の形状を高い精度で測定することが可能になる。また、高い剛性を有するステージを用いる必要がないので、形状測定装置を小型化および軽量化することができる。さらに、複数の位置に対応して生成された立体形状データが連結されるため、比較的大きい寸法を有する測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。
【００３２】
（１３）第３の発明に係る形状測定プログラムは、処理装置により実行可能な形状測定装置プログラムであって、測定ヘッドの投光部によりステージに載置された測定対象物に光を照射する処理と、測定対象物により反射された光を測定ヘッドの受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力する処理と、投光部の光軸に交差する基準平面に沿ってステージを移動させる処理と、測定ヘッドの基準平面に対するステージの載置面の傾きを検出する処理と、測定ヘッドに対するステージの複数の位置において、受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データを生成する処理と、検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々をステージの載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正する処理と、複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データを生成する処理とを、処理装置に実行させる。
【００３３】
この形状測定プログラムによれば、投光部によりステージに載置された測定対象物に光が照射される。測定対象物により反射された光が受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。投光部の光軸に交差する基準平面に沿ってステージが移動される。ここで、測定ヘッドの基準平面に対するステージの載置面の傾きが検出される。
【００３４】
測定ヘッドに対するステージの複数の位置において、受光部により出力される受光信号に基づいて立体形状を表示する立体形状データが生成される。検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々が、ステージの載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる立体形状データに補正される。複数の位置に対応する補正後の立体形状データが連結されることにより連結立体形状データが生成される。
【００３５】
この構成によれば、ステージ自身の重みまたは測定対象物の重みによりステージに傾きが発生する場合でも、ステージが傾いていない状態で得られる立体形状データが生成される。そのため、ステージの傾きによる立体形状データの精度の低下が防止される。また、ステージの傾きを防止するために、高い剛性を有するステージを用いる必要がない。
【００３６】
これにより、ステージの剛性にかかわらず測定対象物の形状を高い精度で測定することが可能になる。また、高い剛性を有するステージを用いる必要がないので、形状測定装置を小型化および軽量化することができる。さらに、複数の位置に対応して生成された立体形状データが連結されるため、比較的大きい寸法を有する測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、ステージの剛性にかかわらず測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】図１の形状測定装置の測定部の構成を示す模式図である。
【図３】前方から見た測定部の斜視図である。
【図４】後方から見た測定部の斜視図である。
【図５】Ｘ−Ｙステージの構成を示す斜視図である。
【図６】台座から天板を取り外した状態におけるＸ−Ｙステージの斜視図である。
【図７】三角測距方式の原理を説明するための図である。
【図８】投光部から出射される測定光のパターンの例を示す図である。
【図９】表示部の表示例を示す図である。
【図１０】オートモードにおける設定表示領域の表示例を示す図である。
【図１１】オートモードにおける設定表示領域の表示例を示す図である。
【図１２】オートモードにおける設定表示領域の表示例を示す図である。
【図１３】オートモードにおける設定表示領域の表示例を示す図である。
【図１４】形状測定処理後の表示部の表示例を示す図である。
【図１５】部分撮り直しボタンが操作された状態における表示部の表示例を示す図である。
【図１６】撮り直し実行ボタンが操作された状態における表示部の表示例を示す図である。
【図１７】再度の形状測定処理が行われた状態における表示部の表示例を示す図である。
【図１８】連結実行ボタンが操作された状態における設定表示領域の表示例を示す図である。
【図１９】形状測定の準備の処理を示すフローチャートである。
【図２０】形状測定の準備の処理を示すフローチャートである。
【図２１】形状測定処理を示すフローチャートである。
【図２２】形状測定処理を示すフローチャートである。
【図２３】合成画像データの連結処理を示すフローチャートである。
【図２４】合成画像データの連結処理を示すフローチャートである。
【図２５】合成画像データの連結処理を示すフローチャートである。
【図２６】マニュアルモードにおける合成画像データの部分の生成順序の一例を示す図である。
【図２７】マニュアルモードにおける画像表示領域の表示例を示す図である。
【図２８】図１７の画像表示領域に表示される第１のステージ位置における合成画像である。
【図２９】画像表示領域に表示されるステージの移動前後の合成画像を示す図である。
【図３０】図１７の画像表示領域に表示される第２のステージ位置における合成画像である。
【図３１】複数の合成画像が登録された状態における表示部の表示例を示す図である。
【図３２】画像表示領域に表示されるステージの移動前の合成画像を示す図である。
【図３３】複数の合成画像が登録された状態における画像表示領域の表示例を示す図である。
【図３４】連結実行ボタンが操作された状態における表示部の表示例を示す図である。
【図３５】立体形状の高さを色彩の分布に対応付けて表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（１）形状測定装置の構成
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２は、図１の形状測定装置５００の測定部の構成を示す模式図である。図３は、前方から見た測定部の斜視図である。図４は、後方から見た測定部の斜視図である。以下、本実施の形態に係る形状測定装置５００について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１に示すように、形状測定装置５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。
【００４０】
図１に示すように、測定部１００は、例えば顕微鏡であり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、ステージ装置１４０、制御基板１５０およびセンサユニット１６０を含む。投光部１１０、受光部１２０および照明光出力部１３０により測定ヘッド１００Ｈが構成される。投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２および複数のレンズ１１３，１１４，１１５を含む。受光部１２０は、カメラ１２１および複数のレンズ１２２，１２３を含む。
【００４１】
ステージ装置１４０は、ステージ１４１、ステージ操作部１４２およびステージ駆動部１４３を含む。ステージ１４１には、測定対象物Ｓが載置される。図２に示すように、ステージ１４１は、Ｘ−Ｙステージ１０、Ｚステージ２０およびθステージ３０により構成される。ステージ１４１は、測定対象物Ｓが載置される面（以下、載置面と呼ぶ）に測定対象物Ｓを固定する図示しない固定部材（クランプ）をさらに含む。
【００４２】
図３に示すように、測定部１００の測定ヘッド１００Ｈは、樹脂からなるケーシング１０１内に収容される。ケーシング１０１の下方にステージ１４１が配置される。ステージ１４１のＸ−Ｙステージ１０（図２）には、水平面に対するステージ１４１の載置面の絶対的な傾きを検出するためのステージセンサ１６１が取り付けられる。図３の例においては、ステージ１４１に２つのステージセンサ１６１が取り付けられる。
【００４３】
図４に示すように、ケーシング１０１の背面には、凹部１０２が形成される。凹部１０２内に制御基板１５０が配置される。また、凹部１０２内には、水平面に対する測定ヘッド１００Ｈの絶対的な傾きを検出する基準センサ１６２が取り付けられる。図４の例においては、凹部１０２内に２つの基準センサ１６２が取り付けられる。図３のステージセンサ１６１および図４の基準センサ１６２により図１のセンサユニット１６０が構成される。
【００４４】
図２に示すように、投光部１１０は、ステージ１４１の斜め上方に配置される。測定部１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。図２の例においては、測定部１００は２つの投光部１１０を含む。以下、２つの投光部１１０を区別する場合は、一方の投光部１１０を投光部１１０Ａと呼び、他方の投光部１１０を投光部１１０Ｂと呼ぶ。投光部１１０Ａ，１１０Ｂは受光部１２０の光軸を挟んで対称に配置される。
【００４５】
各投光部１１０Ａ，１１０Ｂの測定光源１１１は、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源１１１は、白色光を出射する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の光源であってもよい。測定光源１１１から出射された光（以下、測定光と呼ぶ）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射する。
【００４６】
パターン生成部１１２は、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。パターン生成部１１２は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子)またはマスクであってもよい。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターンおよび予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。以下、強度が所定の値以上の測定光の部分を明部分と呼び、強度が所定の値より小さい測定光の部分を暗部分と呼ぶ。
【００４７】
パターン生成部１１２により出射された測定光は、複数のレンズ１１４，１１５により比較的大きい径を有する光に変換された後、ステージ１４１上の測定対象物Ｓに照射される。受光部１２０は、ステージ１４１の上方に配置される。測定対象物Ｓによりステージ１４１の上方に反射された測定光は、受光部１２０の複数のレンズ１２２，１２３により集光および結像された後、カメラ１２１により受光される。
【００４８】
カメラ１２１は、例えば撮像素子１２１ａおよびレンズを含むＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。撮像素子１２１ａは、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子１２１ａは、カラーＣＣＤであってもよいし、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子１２１ａの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）が制御基板１５０に出力される。
【００４９】
制御基板１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、制御部３００による制御に基づいて、制御基板１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。
【００５０】
図１に示すように、ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３０、記憶装置２４０および操作部２５０を含む。また、操作部２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。
【００５１】
ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。ＲＡＭ２３０は、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムおよび形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、制御基板１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。
【００５２】
ＣＰＵ２１０は、制御基板１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データにＲＡＭ２３０を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、ステージ駆動部１４３に駆動パルスを与える。表示部４００は、例えばＬＣＤパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【００５３】
制御部３００は、制御基板３１０および照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０および制御基板１５０を制御する。
【００５４】
照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ出射する３つのＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。照明光源３２０から発生される光（以下、照明光と呼ぶ）は、導光部材（ライトガイド）を通して測定部１００の照明光出力部１３０から出力される。なお、制御部３００に照明光源３２０を設けずに、測定部１００に照明光源３２０を設けてもよい。この場合、測定部１００には照明光出力部１３０が設けられない。
【００５５】
図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０のレンズ１２２を取り囲むようにステージ１４１の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射される。照明光は測定対象物Ｓの略真上から照射されるので、測定対象物Ｓが孔部を有する場合でも、照明光は孔部の底部にまで到達する。したがって、照明光により測定対象物Ｓの表面だけでなく、孔部の底部も観察することができる。
【００５６】
測定部１００においては、照明光出力部１３０からの照明光が測定対象物Ｓに照射された状態で、測定対象物Ｓの表面の状態の画像を示すデータが生成される。表面の状態は、例えば模様または色彩を含む。以下、測定対象物Ｓの表面の状態の画像をテクスチャ画像と呼び、テクスチャ画像を示すデータをテクスチャ画像データと呼ぶ。
【００５７】
また、測定部１００において、測定対象物Ｓの立体形状を示す立体形状データが生成される。さらに、テクスチャ画像データと立体形状データとの合成画像を示す合成画像データが生成される。表示部４００には、テクスチャ画像データに基づくテクスチャ画像、立体形状データに基づく立体形状または合成画像データに基づく合成画像が表示される。
【００５８】
（２）ステージの構成
図２において、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示す。Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。ステージ１４１が撓んでいない場合、ステージ１４１の載置面はＸ方向およびＹ方向に平行な面に含まれる。Ｘ−Ｙステージ１０は、Ｘ方向移動機構およびＹ方向移動機構を有する。Ｚステージ２０は、Ｚ方向移動機構を有する。θステージ３０は、θ方向回転機構を有する。
【００５９】
投光部１１０Ａの光軸および投光部１１０Ｂの光軸に交差する平面を基準平面と呼ぶ。本実施の形態では、Ｘ方向およびＹ方向に平行な平面を基準平面とする。図４の基準センサ１６２により検出される水平面に対する測定ヘッド１００Ｈの傾きは、水平面に対する基準平面の傾きである。
【００６０】
受光部１２０の焦点に位置しかつ受光部１２０の光軸に垂直な平面を受光部１２０の焦点面と呼ぶ。投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０およびステージ１４１の相対的な位置関係は、投光部１１０Ａの光軸、投光部１１０Ｂの光軸および受光部１２０の光軸が受光部１２０の焦点面で互いに交差するように設定される。
【００６１】
また、投光部１１０の焦点（測定光のパターンが結像する点）に位置しかつ投光部１１０の光軸に垂直な平面を投光部１１０の焦点面と呼ぶ。各投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、投光部１１０Ａの焦点面および投光部１１０Ｂの焦点面が受光部１２０の焦点を含む位置で交差するように構成される。
【００６２】
θステージ３０のθ方向の回転軸の中心は、受光部１２０の光軸と一致している。そのため、θステージ３０をθ方向に回転させた場合に、測定対象物Ｓを視野から外すことなく、回転軸を中心に視野内で回転させることができる。また、Ｘ−Ｙステージ１０およびθステージ３０は、Ｚステージ２０により支持されている。
【００６３】
すなわち、θステージ３０をθ方向に回転させた状態であっても、受光部１２０の中心軸とＺステージ２０の移動軸とにずれが生じないように構成されている。この構成により、測定対象物Ｓの位置または姿勢を変化させた状態であっても、Ｚ方向にステージ１４１を移動させて受光部１２０の異なる複数の焦点位置においてそれぞれ撮像した複数の画像を合成することが可能となる。
【００６４】
ステージ１４１のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構およびθ方向回転機構には、それぞれステッピングモータが用いられる。ステージ１４１のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構およびθ方向回転機構は、図１のステージ操作部１４２またはステージ駆動部１４３により駆動される。
【００６５】
使用者は、ステージ操作部１４２を手動で操作することにより、ステージ１４１の載置面を受光部１２０に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、またはθ方向に回転させることができる。ステージ駆動部１４３は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ１４１のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ１４１を受光部１２０に相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、またはθ方向に回転させることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、ステージ１４１はステッピングモータにより駆動することが可能であるとともに手動により操作することが可能な電動ステージであるが、これに限定されない。ステージ１４１はステッピングモータでのみ駆動することが可能な電動ステージであってもよいし、手動でのみ操作することが可能な手動ステージであってもよい。また、Ｘ−Ｙステージ１０、Ｚステージ２０およびθステージ３０の配置は、上記の例に限定されない。例えば、図２の例では、θステージ３０上にＸ−Ｙステージ１０が配置されるが、これに限定されず、Ｘ−Ｙステージ１０上にθステージ３０が配置されてもよい。
【００６７】
図５は、Ｘ−Ｙステージ１０の構成を示す斜視図である。図５に示すように、Ｘ−Ｙステージ１０は、固定部１１および可動部１２を含む。固定部１１は、図２のＺステージ２０上のθステージ３０に固定される。可動部１２は、固定部１１に対してＸ方向およびＹ方向に移動可能に設けられる。可動部１２は、台座１２ａおよび天板１２ｂを含む。天板１２ｂは、台座１２ａ上に取り付けられる。天板１２ｂの上面がステージ１４１の載置面となる。
【００６８】
本実施の形態においては、天板１２ｂの中央部がねじ等の固定部材により台座１２ａに固定され、天板１２ｂの周縁部は台座１２ａに固定されない。この構成によれば、台座１２ａおよび天板１２ｂが互いに異なる膨張率で熱膨張する場合でも、台座１２ａから天板１２ｂに加わる張力が低減される。これにより、天板１２ｂすなわちステージ１４１の載置面の撓みを低減することができる。
【００６９】
図６は、台座１２ａから天板１２ｂを取り外した状態におけるＸ−Ｙステージ１０の斜視図である。天板１２ｂが台座１２ａに取り付けられた状態で、台座１２ａの上面と天板１２ｂの下面との間に空間が形成される。
【００７０】
図６に示すように、天板１２ｂの下面には、２つのステージセンサ１６１が取り付けられる。一方のステージセンサ１６１をＸステージセンサ１６１ｘと呼び、他方のステージセンサ１６１をＹステージセンサ１６１ｙと呼ぶ。Ｘステージセンサ１６１ｘおよびＹステージセンサ１６１ｙは、ステージ１４１の載置面のＸ方向およびＹ方向の傾きをそれぞれ検出する。
【００７１】
また、図４に示すように、ケーシング１０１の凹部１０２内に２つの基準センサ１６２が取り付けられる。一方の基準センサ１６２をＸ基準センサ１６２ｘと呼び、他方の基準センサ１６２をＹ基準センサ１６２ｙと呼ぶ。Ｘ基準センサ１６２ｘおよびＹ基準センサ１６２ｙは、測定ヘッド１００ＨのＸ方向およびＹ方向の傾きをそれぞれ検出する。
【００７２】
Ｘステージセンサ１６１ｘにより検出されるステージ１４１のＸ方向の傾きからＸ基準センサ１６２ｘにより検出される測定ヘッド１００ＨのＸ方向の傾きが減算される。これにより、測定ヘッド１００Ｈに対するステージ１４１のＸ方向の相対的な傾きが算出される。同様に、Ｙステージセンサ１６１ｙにより検出されるステージ１４１のＹ方向の傾きからＹ基準センサ１６２ｙにより検出される測定ヘッド１００ＨのＹ方向の傾きが減算される。これにより、測定ヘッド１００Ｈに対するステージ１４１のＹ方向の相対的な傾きが算出される。
【００７３】
ステージ１４１の傾きがステージセンサ１６１により複数回検出され、検出された複数の傾きが平均化されることが好ましい。また、測定ヘッド１００Ｈの傾きが基準センサ１６２により複数回検出され、検出された複数の傾きが平均化されることが好ましい。これにより、ステージ１４１の相対的な傾きが正確に算出される。本実施の形態においては、形状測定処理の間、ステージセンサ１６１および基準センサ１６２による傾きの検出および平均化が所定の頻度で繰り返される。
【００７４】
本実施の形態においては、測定対象物Ｓの形状測定処理において、Ｘ−Ｙステージ１０の移動前に生成された合成画像データと移動後に生成された合成画像データとを連結することができる。これにより、複数の立体形状データまたは複数の合成画像データが連結された連結立体形状データが生成される。
【００７５】
この場合、測定光の照射範囲よりも大きい寸法を有する測定対象物Ｓの全体の合成画像データを生成することができる。合成画像データの連結は、ステージ１４１の相対的な傾きが０になるように合成画像の傾きが補正された状態で実行される。これにより、高い精度で合成画像データを連結することができる。その結果、大きい寸法を有する測定対象物Ｓの全体の形状を高い精度で測定することが可能になる。
【００７６】
（３）測定対象物の形状測定
測定部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの形状が測定される。図７は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図７に示すように、投光部１１０から出射される測定光の光軸と受光部１２０に入射する測定光の光軸（受光部１２０の光軸）との間の角度αが予め設定される。角度αは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。
【００７７】
ステージ１４１上に測定対象物Ｓが載置されない場合、投光部１１０から出射される測定光は、ステージ１４１の載置面の点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射する。一方、ステージ１４１上に測定対象物Ｓが載置される場合、投光部１１０から出射される測定光は、測定対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射する。
【００７８】
点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離をｄとすると、ステージ１４１の載置面に対する測定対象物Ｓの点Ａの高さｈは、ｈ＝ｄ÷ｔａｎ（α）により与えられる。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御基板１５０により与えられる測定対象物Ｓの画素データに基づいて、Ｘ方向における点Ｏと点Ａとの間の距離ｄを測定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定された距離ｄに基づいて、測定対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。測定対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。
【００７９】
測定対象物Ｓの表面の全ての点に測定光を照射するために、図１の投光部１１０からは種々のパターンを有する測定光が出射される。図８は、投光部１１０から出射される測定光のパターンの例を示す図である。測定光のパターンは、図１のパターン生成部１１２により制御される。
【００８０】
図８（ａ）の測定光をライン状測定光と呼ぶ。ライン状測定光は、一の方向に平行な直線状の断面を有する測定光である。図８（ｂ）の測定光を正弦波状測定光と呼ぶ。正弦波状測定光は、一の方向に平行な直線状の断面を有しかつ当該一の方向に直交する他の方向に強度が正弦波状に変化するパターンを有する測定光である。
【００８１】
図８（ｃ）の測定光を縞状測定光と呼ぶ。縞状測定光は、一の方向に平行でかつ当該一の方向に直交する他の方向に並ぶような直線状の断面を有する測定光である。図８（ｄ）の測定光をコード状測定光と呼ぶ。コード状測定光は、一の方向に平行な直線状の断面を有し、かつ明部分と暗部分とが当該一の方向に直交する他の方向に並ぶ測定光である。
【００８２】
ライン状測定光を測定対象物Ｓ上で走査する方法は一般に光切断法と呼ばれる。一般の光切断法に従ってライン状測定光の明部分が測定光の照射範囲の全体に少なくとも１回照射されるようにライン状測定光を走査することにより、測定対象物Ｓの立体形状データが生成される。
【００８３】
一方、正弦波状測定光、縞状測定光またはコード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は、パターン投影法に分類される。また、パターン投影法の中でも、正弦波状測定光または縞状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は位相シフト法に分類され、コード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は空間コード法に分類される。
【００８４】
一般の位相シフト法に従って正弦波状測定光または縞状測定光の明部分が測定光の照射範囲の全体に少なくとも１回照射されるように正弦波状測定光または縞状測定光を走査することにより、測定対象物Ｓの立体形状データが生成される。また、一般の空間コード法に従って、互いに異なるパターンを有する複数のコード状測定光を順次測定対象物Ｓに照射することにより、測定対象物Ｓの立体形状データが生成される。
【００８５】
（４）表示部
図９は、表示部４００の表示例を示す図である。図９に示すように、表示部４００には画像表示領域４１０および設定表示領域４２０が並ぶように設けられる。画像表示領域４１０には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方または両方から測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。図９の例においては、測定対象物Ｓは電卓である。
【００８６】
画像表示領域４１０には、投光部１１０Ａから測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像と投光部１１０Ｂから測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像とを２画面表示することも可能である。また、画像表示領域４１０には、ステージ操作ボタン４１１が表示される。使用者は、図１の操作部２５０を用いてステージ操作ボタン４１１を操作することにより、Ｘ−Ｙステージ１０の位置をＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。
【００８７】
設定表示領域４２０には、合成画像データの生成条件を設定するための種々のボタン、チェックボックス、タブおよびプルダウンメニュー等が表示される。図９の例においては、設定表示領域４２０に連結設定ボタン４２１、測定設定ボタン４２２、測定ボタン４２３および連結モード選択プルダウンメニュー４３０が表示されている。
【００８８】
合成画像データの連結モードは、オートモード、マニュアルモードおよびオフモードを含む。オートモードにおいては、Ｘ−Ｙステージ１０の移動範囲が使用者により予め設定される。設定された移動範囲を含む矩形状の領域（以下、生成領域と呼ぶ）内でＸ−Ｙステージ１０が自動的に移動され、複数の位置における合成画像データが生成される。複数の位置における合成画像データは、ステージ１４１の傾きが補正された状態で連結される。
【００８９】
マニュアルモードにおいては、Ｘ−Ｙステージ１０が使用者により逐次移動され、複数の位置における合成画像データが生成される。複数の位置における合成画像データは、ステージ１４１の傾きが補正された状態で連結される。オフモードにおいては、合成画像データの連結は行われない。
【００９０】
使用者は、操作部２５０を用いて連結モード選択プルダウンメニュー４３０からオートモード、マニュアルモードおよびオフモードのいずれかを選択する。この状態で連結設定ボタン４２１を操作することにより、合成画像データの連結モードを指定することができる。
【００９１】
（５）オートモード
（ａ）合成画像データの生成領域の設定
図１０〜図１３は、オートモードにおける設定表示領域４２０の表示例を示す図である。図１０〜図１３に示すように、オートモードにおいては、設定表示領域４２０に領域指定チェックボックス４３１ａ，４３１ｂが表示される。以下、領域指定チェックボックス４３１ａ，４３１ｂが指定された状態をそれぞれシンプルモードおよび詳細モードと呼ぶ。図１０はシンプルモードにおける設定表示領域４２０の表示例であり、図１１〜図１３は詳細モードにおける設定表示領域４２０の表示例である。
【００９２】
図１０に示すように、シンプルモードにおいては、連結領域表示欄４３２、追加ボタン４３３および設定完了ボタン４３４が表示される。連結領域表示欄４３２は、画像表示欄４３２ａおよび寸法表示欄４３２ｂを含む。シンプルモードにおいては、使用者は、図９のステージ操作ボタン４１１を操作してＸ−Ｙステージ１０を移動させる。Ｘ−Ｙステージ１０が所望の位置にある状態で、使用者は追加ボタン４３３を操作する。
【００９３】
この操作を繰り返すことにより、Ｘ−Ｙステージ１０の複数の位置が設定される。設定されたＸ−Ｙステージ１０の複数の位置に対応する測定対象物Ｓの部分の画像が画像表示欄４３２ａに表示される。また、設定されたＸ−Ｙステージ１０の複数の位置を含む矩形状の領域のＸ方向の寸法（幅）およびＹ方向の寸法（奥行き）が算出される。算出された幅および奥行きは、寸法表示欄４３２ｂに表示される。
【００９４】
さらに、上記の矩形状の領域に対応して生成されるべき合成画像データの数（枚数）が算出される。ここで、枚数は、隣接する合成画像データの一部が互いに重複するように算出される。当該重複部分は、隣接する合成画像データを連結する際ののりしろとなる。重複部分を含むように合成画像データを生成することにより、パターンマッチングを用いて隣接する合成画像データを高い精度で連結することができる。なお、本例においては、枚数は、Ｘ方向における合成画像データの数とＹ方向における合成画像データの数との積の形式で表示される。
【００９５】
図１１〜図１３に示すように、詳細モードにおいては、図１０の追加ボタン４３３に代えて、指定方法選択プルダウンメニュー４３５および範囲指定欄４３６が表示される。詳細モードにおける連結領域表示欄４３２の機能は、図１０のシンプルモードにおける連結領域表示欄４３２の機能と同様である。
【００９６】
使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の移動範囲の選択方法として第１〜第３の選択方法のいずれか１つを指定方法選択プルダウンメニュー４３５から選択することができる。図１１〜図１３は、それぞれ第１〜第３の選択方法が選択された状態における設定表示領域４２０の表示例を示す。
【００９７】
図１１に示すように、第１の選択方法が選択されている場合、範囲指定欄４３６に上端ボタン４３６ａ、左端ボタン４３６ｂ、右端ボタン４３６ｃおよび下端ボタン４３６ｄが表示される。使用者は、図９のステージ操作ボタン４１１を操作する。Ｘ−Ｙステージ１０が所望の位置にある状態で、使用者は上端ボタン４３６ａを操作する。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の上端（Ｙ方向における一端）の位置が設定される。
【００９８】
同様に、使用者はＸ−Ｙステージ１０を移動させ、左端ボタン４３６ｂ、右端ボタン４３６ｃおよび下端ボタン４３６ｄを操作する。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の左端（Ｘ方向における一端）、右端（Ｘ方向における他端）および下端（Ｙ方向における他端）の位置が設定される。このようにして設定されたＸ−Ｙステージ１０の移動範囲が合成画像データの生成領域として設定される。
【００９９】
図１２に示すように、第２の選択方法が選択されている場合、図１１の右端ボタン４３６ｃおよび下端ボタン４３６ｄに代えて、右端入力欄４３６ｅおよび下端入力欄４３６ｆが表示される。第２の選択方法においては、第１の選択方法と同様に、上端ボタン４３６ａおよび左端ボタン４３６ｂが操作されることにより、Ｘ−Ｙステージ１０の上端および左端の位置が設定される。
【０１００】
使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の左端の位置からＸ−Ｙステージ１０の所望の右端の位置までの長さを右端入力欄４３６ｅに入力する。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の右端の位置が設定される。同様に、使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の上端の位置からＸ−Ｙステージ１０の所望の下端の位置までの長さを下端入力欄４３６ｆに入力する。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の下端の位置が設定される。このようにして設定されたＸ−Ｙステージ１０の移動範囲が合成画像データの生成領域として設定される。
【０１０１】
図１３に示すように、第３の選択方法が選択されている場合、図１１の右端ボタン４３６ｃおよび下端ボタン４３６ｄに代えて、右端入力欄４３６ｇおよび下端入力欄４３６ｈが表示される。第３の選択方法においては、第１の選択方法と同様に、上端ボタン４３６ａおよび左端ボタン４３６ｂが操作されることにより、Ｘ−Ｙステージ１０の上端および左端の位置が設定される。
【０１０２】
使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の左端の位置からＸ−Ｙステージ１０の所望の右端の位置までの合成画像データの数を右端入力欄４３６ｇに入力する。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の右端の位置が設定される。同様に、使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の上端の位置からＸ−Ｙステージ１０の所望の下端の位置までの合成画像データの数を下端入力欄４３６ｈに入力する。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の下端の位置が設定される。このようにして設定されたＸ−Ｙステージ１０の移動範囲が合成画像データの生成領域として設定される。
【０１０３】
（ｂ）形状測定処理
使用者は、オートモードにおいてＸ−Ｙステージ１０の移動範囲を設定した後、図１０〜図１３の設定完了ボタン４３４を操作する。これにより、生成領域の設定が完了する。その後、使用者は図９の測定設定ボタン４２２を操作する。これにより、形状測定処理における測定条件を設定することができる。
【０１０４】
ここで、形状測定処理に用いられる投光部１１０Ａ，１１０Ｂが選択される。使用者は、形状測定に用いる投光部１１０として、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方または両方を選択することができる。また、形状測定処理における測定光のパターンが選択されるとともに、測定光の強度および受光部１２０の露光時間が調整される。
【０１０５】
さらに、形状測定処理の測定モードが選択される。測定モードは、第１〜第４の測定モードを含む。第１の測定モードは、標準の測定モードである。第２の測定モードは、測定対象物Ｓにおいて光の潜り込みまたは多重反射が発生する領域が現われないように形状測定処理を行う測定モードであり、光がにじみやすい半透明の樹脂および凹凸を有する金属の測定に適する。
【０１０６】
第３の測定モードは、測定対象物Ｓにおいて高い強度の光の反射が発生する領域が現われないように形状測定処理を行うモードであり、明るい部分と暗い部分との輝度差が大きい測定対象物Ｓの測定に適する。第４の測定モードは、測定対象物Ｓにおいて光の潜り込みまたは多重反射が発生する領域および高い強度の光の反射が発生する領域が現われないように形状測定処理を行う測定モードである。
【０１０７】
使用者は、形状測定処理における測定条件を設定した後、図９の測定ボタン４２３を操作する。これにより、形状測定処理が実行される。形状測定処理においては、設定された生成領域内の測定対象物Ｓの立体形状データおよびテクスチャ画像データが生成される。生成された複数の立体形状データと複数のテクスチャ画像データとが合成されることにより、複数の合成画像データが生成される。また、センサユニット１６０により検出された傾きに基づいて、複数の合成画像データのいずれかを基準として、他の合成画像データの傾きがそれぞれ補正される。本例においては、最初に生成された合成画像データを基準として、以降に生成された合成画像データがそれぞれ補正される。これに限定されず、ステージ１４１の相対的な傾きが０になるように複数の合成画像データがそれぞれ補正されてもよい。
【０１０８】
（ｃ）合成画像データの連結
図１４は、形状測定処理後の表示部４００の表示例を示す図である。図１４に示すように、生成された複数の合成画像データに基づく合成画像が連結可能に重ね合わされた状態で画像表示領域４１０に表示される。また、設定表示領域４２０には、部分撮り直しボタン４４０、連結実行ボタン４５０および連結終了ボタン４２４が表示される。
【０１０９】
使用者は、部分撮り直しボタン４４０を操作することにより、合成画像データを部分的に再生成することができる。
【０１１０】
図１５は、部分撮り直しボタン４４０が操作された状態における表示部４００の表示例を示す図である。図１５に示すように、部分撮り直しボタン４４０が操作された場合、画像表示領域４１０に矩形状の領域指定枠４１２が表示される。また、設定表示領域４２０には、撮り直し実行ボタン４４１、複数（図１５の例では４個）の矢印ボタン４４５ａ，４４５ｂ，４４５ｃ，４４５ｄおよび戻るボタン４４６が表示される。
【０１１１】
使用者は、画像表示領域４１０に表示されたテクスチャ画像のうち、確認したい部分が取り囲まれるように矢印ボタン４４５ａ〜４４５ｄを操作して領域指定枠４１２を移動させる。使用者は、図１の操作部２５０を操作して画像表示領域４１０の部分を指定することにより、指定された部分に領域指定枠４１２を移動させることもできる。本例においては、領域指定枠４１２で取り囲まれた部分は、テクスチャ画像ではなく立体形状として表示される。図１５の例では、立体形状がドットパターンおよびハッチングパターンにより図示される。使用者は、立体形状を見て、当該部分の再度の形状測定処理を行う必要があるか否かを判断する。
【０１１２】
使用者は、再度の形状測定処理を行う必要があると判断した場合、撮り直し実行ボタン４４１を操作する。撮り直し実行ボタン４４１が操作されることにより、領域指定枠４１２で取り囲まれた部分に対応するテクスチャ画像が画像表示領域４１０に拡大表示される。一方、戻るボタン４４６が操作された場合、表示部４００の表示が図１４の表示例に戻る。
【０１１３】
図１６は、撮り直し実行ボタン４４１が操作された状態における表示部４００の表示例を示す図である。図１６に示すように、撮り直し実行ボタン４４１が操作された場合、画像表示領域４１０に図１５の領域指定枠４１２で取り囲まれた部分に対応するテクスチャ画像が表示される。また、設定表示領域４２０には、画像表示欄４４７、測定ボタン４４８およびキャンセルボタン４４９が表示される。
【０１１４】
画像表示欄４４７には、生成領域内の合成画像が図１５の領域指定枠４１２で取り囲まれた部分を識別可能に表示される。図１６の画像表示欄４４７の例では、図１５の領域指定枠４１２に対応する矩形が点線で示される。ここで、測定ボタン４４８が操作されることにより、領域指定枠４１２で取り囲まれた部分の形状測定処理が再度行われる。一方、キャンセルボタン４４９が操作された場合、表示部４００の表示が図１５の表示例に戻る。
【０１１５】
再度の形状測定処理においては、測定条件を再設定することができる。具体的には、形状測定処理に用いる投光部１１０Ａ，１１０Ｂの選択、測定光の強度の調整、受光部１２０の露光時間の調整および測定モードの選択等を再度行うことができる。これにより、領域指定枠４１２で取り囲まれた部分の合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データをより適切に生成することができる。
【０１１６】
図１７は、再度の形状測定処理が行われた状態における表示部４００の表示例を示す図である。図１７に示すように、再度の形状測定処理が行われた場合、設定表示領域４２０に画像選択ボタン４４２ａ，４４２ｂ，４４２ｃ、登録ボタン４４３および再測定ボタン４４４が表示される。
【０１１７】
使用者は、画像選択ボタン４４２ａ〜４４２ｃを選択することにより、再度の形状測定処理に得られた合成画像、テクスチャ画像および立体形状を画像表示領域４１０にそれぞれ表示させることができる。図１７の例においては、画像選択ボタン４４２ａが選択されているので、画像表示領域４１０に合成画像が表示されている。
【０１１８】
使用者は、画像表示領域４１０に表示された合成画像を見て、再測定が必要であると判断した場合には、再測定ボタン４４４を操作する。この場合、表示部４００の表示が図１６の表示例に戻る。図１６および図１７の手順を繰り返すことにより、再測定が必要である部分の合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データをより適切に生成することができる。
【０１１９】
一方、使用者は、画像表示領域４１０に表示された合成画像を見て、再測定は必要ないと判断した場合には、登録ボタン４４３を操作する。この場合、再度の形状測定処理において生成された合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データが登録される。
【０１２０】
登録された部分の合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データを用いて、合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データがそれぞれ更新される。また、更新された合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データに基づいて、表示部４００に図１４の表示が行われる。
【０１２１】
使用者は、図１４の連結実行ボタン４５０を操作することにより、合成画像データの連結の詳細を設定することができる。図１８は、連結実行ボタン４５０が操作された状態における設定表示領域４２０の表示例を示す図である。図１８に示すように、図１４の連結実行ボタン４５０が操作された場合には、設定表示領域４２０に自動位置調整ボタン４５１および手動位置調整ボタン４５２が表示される。
【０１２２】
使用者は、自動位置調整ボタン４５１または手動位置調整ボタン４５２を操作することにより、複数の合成画像の位置を微調整することができる。ここで、自動位置調整ボタン４５１が操作された場合、パターンマッチングにより隣接する合成画像の位置が微調整される。手動位置調整ボタン４５２が操作された場合、使用者は複数の合成画像の位置を手動で微調整することができる。
【０１２３】
自動位置調整ボタン４５１または手動位置調整ボタン４５２が操作された場合、設定表示領域４２０に連結実行ボタン４５３が追加表示される。ここで、連結実行ボタン４５３が操作されることにより、複数の合成画像データの連結が実行される。複数の合成画像データの連結は、隣接する合成画像データの重複部分が等しい高さになるように行われる。
【０１２４】
連結実行ボタン４５３が操作された場合、設定表示領域４２０にサイズ選択プルダウンメニュー４５４および保存ボタン４５５が追加表示される。使用者は、保存する合成画像データのサイズをサイズ選択プルダウンメニュー４５４から選択することができる。その後、使用者は、保存ボタン４５５を操作する。これにより、選択されたサイズで合成画像データが図１の記憶装置２４０に保存される。
【０１２５】
なお、本例においては、上記の自動位置調整の実行、高さ調整の実行および選択されたサイズでの合成画像データの保存を予め設定することができる。当該設定が行われている場合、連結実行ボタン４５０が操作されることにより、自動位置調整の実行、高さ調整の実行および選択されたサイズでの合成画像データの保存が一度に自動的に実行される。
【０１２６】
（６）オートモード時における形状測定装置の動作
（ａ）形状測定の準備
図１９および図２０は、形状測定の準備の処理を示すフローチャートである。図１９および図２０の形状測定の準備の処理は、使用者により実行される。以下、図１９および図２０に従ってオートモードにおける形状測定の準備の処理を説明する。
【０１２７】
まず、使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０（図２）を初期位置に移動させる（ステップＳ１）。次に、使用者は、測定対象物Ｓをステージ１４１（図１）上に載置する（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理は、ステップＳ１の処理よりも前に行われてもよい。
【０１２８】
続いて、使用者は、受光部１２０（図１）の倍率を決定する（ステップＳ３）。本例における受光部１２０には、レンズ１２２，１２３の倍率が互いに異なる複数のカメラ１２１（図２）が設けられる。また、受光部１２０はデジタルズーム機能を有する。複数のカメラ１２１のいずれかを選択するとともに、デジタルズーム機能を用いることにより、受光部１２０の倍率を任意に決定することができる。
【０１２９】
その後、使用者は、受光部１２０の焦点位置が測定対象物Ｓに合うように受光部１２０の焦点位置を調整する（ステップＳ４）。受光部１２０の焦点位置の調整は、Ｚステージ２０（図２）の位置、すなわち受光部１２０と測定対象物Ｓとの間のＺ方向の相対的な距離を変化させることにより行われる。
【０１３０】
次に、使用者は、合成画像データの連結モードとして、オートモードを指定する（ステップＳ５）。オートモードの指定は、図９の連結モード選択プルダウンメニュー４３０からオートモードが選択された状態で連結設定ボタン４２１が操作されることにより行われる。
【０１３１】
続いて、使用者は、Ｘ−Ｙステージの移動範囲の設定方法としてシンプルモードを選択するか否かを判断する（ステップＳ６）。使用者は、図１０〜図１３の領域指定チェックボックス４３１ａ，４３１ｂを操作することにより、シンプルモードまたは詳細モードをそれぞれ選択することができる。
【０１３２】
ステップＳ６においてシンプルモードが選択された場合には、使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の移動範囲を追加する（ステップＳ７）。移動範囲の追加は、図９のステージ操作ボタン４１１を操作してＸ−Ｙステージ１０を所望の位置に移動させ、図１０の追加ボタン４３３を操作することにより行われる。追加されたＸ−Ｙステージ１０の位置がＸ−Ｙステージ１０の移動範囲として設定される。
【０１３３】
その後、使用者は、Ｘ−Ｙステージの移動範囲の設定を終了するか否かを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８においてＸ−Ｙステージの移動範囲の設定を終了しない場合、使用者はステップＳ６の処理に戻る。ここで、ステップＳ６においてシンプルモードを選択することにより、ステップＳ７においてＸ−Ｙステージ１０の移動範囲を追加することができる。あるいは、ステップＳ６においてシンプルモードを選択せずに、詳細モードを選択することによりＸ−Ｙステージ１０の移動範囲を再設定することができる。
【０１３４】
ステップＳ６においてシンプルモードが選択されなかった場合、すなわち詳細モードが選択された場合には、使用者は、Ｘ−Ｙステージ１０の移動範囲を設定する（ステップＳ９）。第１の選択方法においては、Ｘ−Ｙステージ１０を所望の位置に移動させ、図１１の上端ボタン４３６ａ、左端ボタン４３６ｂ、右端ボタン４３６ｃおよび下端ボタン４３６ｄを操作することにより移動範囲の設定が行われる。
【０１３５】
第２の選択方法においては、Ｘ−Ｙステージ１０を所望の位置に移動させ、図１２の上端ボタン４３６ａ、左端ボタン４３６ｂ、右端入力欄４３６ｅおよび下端入力欄４３６ｆを操作することにより移動範囲の設定が行われる。第３の選択方法においては、Ｘ−Ｙステージ１０を所望の位置に移動させ、図１３の上端ボタン４３６ａ、左端ボタン４３６ｂ、右端入力欄４３６ｇおよび下端入力欄４３６ｈを操作することにより移動範囲の設定が行われる。
【０１３６】
その後、使用者は、Ｘ−Ｙステージの移動範囲の設定を終了するか否かを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８においてＸ−Ｙステージの移動範囲の設定を終了しない場合、使用者はステップＳ６の処理に戻る。これにより、Ｘ−Ｙステージ１０の移動範囲を再設定することができる。
【０１３７】
ステップＳ８においてＸ−Ｙステージの移動範囲の設定を終了する場合、使用者は図１０〜図１３の設定完了ボタン４３４を操作する（ステップＳ１０）。これにより、生成領域が設定される。なお、Ｘ−Ｙステージ１０の移動範囲が追加または変更が指示された時点で、生成領域の更新が行われてもよい。この場合、図１０〜図１３の設定表示領域４２０に設定完了ボタン４３４は表示されない。使用者は、次のステップＳ１１の処理を行うことにより、Ｘ−Ｙステージの移動範囲の設定を終了することができる。
【０１３８】
次に、使用者は、形状測定処理の測定条件を設定する（ステップＳ１１）。具体的には、形状測定処理に用いる投光部１１０Ａ，１１０Ｂ（図２）の選択、測定光のパターンの選択、測定光の強度の調整、受光部１２０の露光時間の調整および測定モードの選択等を行う。
【０１３９】
続いて、使用者は、測定条件の設定を終了するか否かを判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において測定条件の設定を終了しない場合、使用者はステップＳ１１の処理に戻る。これにより、使用者は、測定条件を再設定することができる。ステップＳ１２において測定条件の設定を終了する場合、使用者は図９の測定ボタン４２３を操作する（ステップＳ１３）。これにより、形状測定の準備の処理を終了する。
【０１４０】
（ｂ）形状測定処理
図２１および図２２は、形状測定処理を示すフローチャートである。図２１および図２２の形状測定処理は、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０（図１）により実行される。以下、図２１および図２２に従ってオートモードにおける形状測定処理を説明する。
【０１４１】
まず、ＣＰＵ２１０は、測定ボタン４２３が操作されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１で測定ボタン４２３が操作されていない場合、ＣＰＵ２１０は測定ボタン４２３が操作されるまで待機する。
【０１４２】
ステップＳ２１で測定ボタン４２３が操作された場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓのテクスチャ画像データを生成する（ステップＳ２２）。テクスチャ画像データは、照明光出力部１３０（図１）から照明光が測定対象物Ｓに照射されることにより生成される。
【０１４３】
テクスチャ画像データは、投光部１１０（図１）から均一パターンを有する測定光が測定対象物Ｓに照射されることにより生成されてもよい。また、テクスチャ画像データの生成において、一般のＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）合成が行われてもよい。これにより、テクスチャ画像の黒つぶれおよび白とびを防止することができる。
【０１４４】
次に、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データを生成する（ステップＳ２３）。具体的には、形状測定の準備において設定された測定条件に従って投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光が照射される。また、測定対象物Ｓに測定光のパターンが投影された複数の画像データが生成される。生成された複数のパターン画像データが所定のアルゴリズムで処理されることにより、立体形状データが生成される。ステップＳ２３の処理は、ステップＳ２２の処理よりも前に行われてもよい。
【０１４５】
続いて、ＣＰＵ２１０は、テクスチャ画像データと立体形状データとを合成することにより合成画像データを生成する（ステップＳ２４）。その後、ＣＰＵ２１０は、センサユニット１６０（図１）により検出される傾きに基づいて、現在の位置におけるステージ１４１（図２）の相対的な傾きを算出する（ステップＳ２５）。
【０１４６】
次に、ＣＰＵ２１０は、算出されたステージ１４１の相対的な傾きに基づいて、合成画像が水平になるように合成画像データを補正する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の処理は、ステップＳ２５，Ｓ２７間ではなく、ステップＳ２７，Ｓ２９間で実行されてもよい。
【０１４７】
続いて、ＣＰＵ２１０は、形状測定の準備で設定された生成領域内の全ての合成画像データが生成されたか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７で全ての合成画像データが生成されていない場合、ＣＰＵ２１０は、生成領域内の他の位置へＸ−Ｙステージ１０を移動させる（ステップＳ２８）。その後、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２２の処理に戻る。ＣＰＵ２１０は、生成領域内の全ての合成画像データが生成されるまでステップＳ２２〜Ｓ２８の処理を繰り返す。
【０１４８】
ステップＳ２８で全ての合成画像データが生成された場合、ＣＰＵ２１０は、生成された複数の合成画像データに基づく合成画像を表示部４００の画像表示領域４１０（図１４）に表示する（ステップＳ２９）。複数の合成画像は、連結可能に重ね合わせた状態で表示される。これにより、ＣＰＵ２１０は、形状測定処理を終了する。
【０１４９】
（ｃ）合成画像データの連結
図２３〜図２５は、合成画像データの連結処理を示すフローチャートである。図２３〜図２５の合成画像データの連結処理は使用者により実行される。あるいは、合成画像データの連結処理はアプリケーションにより自動的に実行されてもよい。以下、図２３〜図２５に従って合成画像データの連結処理を説明する。以下の説明では、使用者による手動的な処理が行われる。
【０１５０】
形状測定処理後、使用者は、表示部４００の画像表示領域４１０に表示される合成画像を確認する（ステップＳ４１）。ここで、使用者は、図１４の部分撮り直しボタン４４０を操作することにより、形状測定処理において得られた合成画像、テクスチャ画像および立体形状の確認ならびに再度の形状測定処理を行うことができる。あるいは、図１４の連結実行ボタン４５０を操作することにより、合成画像データの連結処理を行うこともできる。
【０１５１】
次に、使用者は、合成画像の測定したい部分が正確に表示されているか否かを判断する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２で合成画像の測定したい部分が正確に表示されていない場合、使用者は、図１４の部分撮り直しボタン４４０を操作し、図１５の領域指定枠４１２で当該部分を取り囲む。図１５に示すように、本例においては、領域指定枠４１２で取り囲まれた部分が立体形状として画像表示領域４１０に表示されるので、使用者は当該部分が正確に表示されているか否かをより正確に判断することができる。
【０１５２】
続いて、使用者は、図１５の撮り直し実行ボタン４４１を操作する（ステップＳ４３）。その後、使用者は、測定条件を設定する（ステップＳ４４）。具体的には、形状測定処理に用いる投光部１１０Ａ，１１０Ｂ（図２）の選択、測定光のパターンの選択、測定光の強度の調整、受光部１２０の露光時間の調整および測定モードの選択等を行う。
【０１５３】
その後、使用者は、測定条件の設定を終了するか否かを判断する（ステップＳ４５）。ステップＳ４５において測定条件の設定を終了しない場合、使用者はステップＳ４４の処理に戻る。これにより、使用者は、測定条件を再設定することができる。ステップＳ４５において測定条件の設定を終了する場合、使用者は図９の測定ボタン４４８を操作する（ステップＳ４６）。これにより、設定された測定条件で再度図２１および図２２の形状測定処理が実行される。
【０１５４】
次に、使用者は、再度の形状測定処理において測定したい部分が正確に測定されたか否かを判断する（ステップＳ４７）。使用者は、図１７の画像選択ボタン４４２ａ〜４４２ｃを操作することにより、合成画像、テクスチャ画像および立体形状の任意の部分をそれぞれ確認することができる。ステップＳ４７で測定したい部分が正確に測定されなかった場合、使用者は、図１７の再測定ボタン４４４を操作する（ステップＳ４８）。これにより、使用者はステップＳ４４の処理に戻り、測定条件を再設定することができる。
【０１５５】
一方、ステップＳ４７で測定したい部分が正確に測定された場合、使用者は、図１７の登録ボタン４４３を操作する（ステップＳ４９）。これにより、再度の形状測定処理において生成された合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データが登録される。登録された部分の合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データを用いて、合成画像データ、テクスチャ画像データおよび立体形状データがそれぞれ更新される。
【０１５６】
その後、使用者は、ステップＳ４１の処理に戻る。これにより、形状測定処理のステップＳ２９で、更新された合成画像が表示される。合成画像データの連結の手順のステップＳ４１で、使用者は更新された合成画像を確認することができる。
【０１５７】
ステップＳ４２で合成画像の測定したい部分が正確に表示されている場合、使用者は、図１４の連結実行ボタン４５０を操作する（ステップＳ５０）。これにより、合成画像データの連結の詳細が設定される。
【０１５８】
次に、使用者は、合成画像の位置調整として手動位置調整を選択するか否かを判断する（ステップＳ５１）。使用者は、図１８の手動位置調整ボタン４５２または自動位置調整ボタン４５１を操作することにより、手動位置調整または自動位置調整をそれぞれ選択することができる。
【０１５９】
ステップＳ５１において手動位置調整が選択された場合には、使用者は、手動で複数の合成画像の位置を調整する（ステップＳ５２）。一方、ステップＳ５１において手動位置調整が選択されなかった場合、すなわち自動位置調整が選択された場合には、ＣＰＵ２１０がパターンマッチングにより複数の合成画像の位置を調整する。そのため、使用者は、手動で複数の合成画像の位置を調整する必要がない。
【０１６０】
続いて、使用者は、図１８の連結実行ボタン４５３を操作することにより、合成画像データの連結を実行する（ステップＳ５３）。その後、使用者は、図１８のサイズ選択プルダウンメニュー４５４から合成画像データのサイズを選択する（ステップＳ５４）。さらに、使用者は、図１８の保存ボタン４５５を操作することにより、選択したサイズで合成画像データを記憶装置２４０（図１）に保存する（ステップＳ５５）。
【０１６１】
最後に、使用者は、解析アプリケーション等を用いて保存された合成画像データの解析を行う（ステップＳ５６）。合成画像データの解析は、プロファイル解析および種々の形状測定を含む。これにより、合成画像データの連結処理を終了する。
【０１６２】
（７）マニュアルモード
マニュアルモードにおいては、Ｘ−Ｙステージ１０が使用者により逐次移動され、複数の位置における合成画像データが生成される。図２６は、マニュアルモードにおける合成画像データの部分の生成順序の一例を示す図である。図２６に示すように、本例においては、測定対象物ＳのＸ方向およびＹ方向における一端（左上）の部分の合成画像データが生成されるようにステージ１４１が移動される。その後、測定対象物ＳのＸ方向およびＹ方向における他端（右下）の部分の合成画像データが生成されるようにステージ１４１が蛇行しながら順次移動される。
【０１６３】
以下、マニュアルモードにおいて４つの合成画像を連結する例を説明する。図２７は、マニュアルモードにおける画像表示領域４１０の表示例を示す図である。図２７に示すように、使用者は、測定対象物Ｓの測定したい部分のうち左上の部分が画像表示領域４１０に表示されるようにステージ１４１を移動させる。
【０１６４】
この状態で、使用者は、図９の連結モード選択プルダウンメニュー４３０からマニュアルモードを選択し、測定ボタン４２３を操作する。これにより、ステージ１４１の初期位置（第１のステージ位置）において形状測定処理が行われる。その結果、第１のステージ位置における合成画像データが生成され、表示部４００に図１７と同様の表示例が行われる。
【０１６５】
図２８は、図１７の画像表示領域４１０に表示される第１のステージ位置における合成画像である。合成画像が正確に表示されている場合には、使用者は、図１７の登録ボタン４４３を操作する。これにより、同位置における合成画像が登録される。一方、合成画像が正確に表示されていない場合には、使用者は、図１７の再測定ボタン４４４を操作する。これにより、同位置において形状測定処理が再度行われる。その結果、同位置における合成画像データが再度生成される。再度の形状測定処理においては、測定条件を再設定することができる。
【０１６６】
使用者は、登録ボタン４４３を操作した後、次に合成画像データを生成する部分を例えば左、下および右のいずれかから選択する。本例においては、使用者は右を選択する。その後、使用者は、選択した部分の合成画像データを生成するために、ステージ１４１を次の位置（第２のステージ位置）に移動させる。
【０１６７】
図２９は、画像表示領域４１０に表示されるステージ１４１の移動前後の合成画像を示す図である。図２９（ａ），（ｂ）は、それぞれステージ１４１の移動前後の合成画像を示す。図２９（ａ）に示すように、画像表示領域４１０には、現在のステージ位置におけるテクスチャ画像に加え、前回の形状測定処理におけるテクスチャ画像が半透明で表示される。図２９（ａ），（ｂ）においては、半透明のテクスチャ画像が点線で示される。
【０１６８】
以下、現在のステージ位置におけるテクスチャ画像をライブ画像と呼び、前回の形状測定処理におけるテクスチャ画像を目標画像と呼ぶ。目標画像は、第２のステージ位置において表示されるべきテクスチャ画像と重なるように表示される。図２９（ｂ）に示すように、使用者は、ライブ画像が目標画像に重なるようにステージ１４１を移動させる。これにより、ステージ１４１を第２のステージ位置に移動させることができる。
【０１６９】
この状態で、図９の測定ボタン４２３が操作されることにより、第２のステージ位置において形状測定処理が行われる。図３０は、図１７の画像表示領域４１０に表示される第２のステージ位置における合成画像である。合成画像が正確に表示されている場合には、使用者は、図１７の登録ボタン４４３を操作する。これにより、同位置における合成画像が登録される。また、現時点までに登録された合成画像が画像表示領域４１０に表示される。
【０１７０】
図３１は、複数の合成画像が登録された状態における表示部４００の表示例を示す図である。図３１の例においては、第１および第２のステージ位置における合成画像が連結可能に表示される。また、図３１に示すように、設定表示領域４２０には、連結終了ボタン４２４、測定続行ボタン４２５および連結実行ボタン４５０が表示される。連結終了ボタン４２４および連結実行ボタン４５０は、それぞれ図１４の連結終了ボタン４２４および連結実行ボタン４５０と同様の機能を有する。
【０１７１】
使用者は、測定続行ボタン４２５を操作することにより、連結すべき他の部分の合成画像データをさらに生成することができる。具体的には、使用者は、次に合成画像データを生成する部分として左、下および右のいずれかから選択する。本例においては、使用者は下を選択する。その後、使用者は、選択した部分の合成画像データを生成するために、ステージ１４１を次の位置（第３のステージ位置）に移動させる。
【０１７２】
図３２は、画像表示領域４１０に表示されるステージ１４１の移動前の合成画像を示す図である。図２９（ａ）と同様に、画像表示領域４１０には、ライブ画像（実線）および目標画像（点線）が表示される。目標画像は、第３のステージ位置において表示されるべきテクスチャ画像と重なるように表示される。使用者は、ライブ画像が目標画像に重なるようにステージ１４１を移動させる。これにより、ステージ１４１を第３のステージ位置に移動させることができる。
【０１７３】
この状態で、図９の測定ボタン４２３が操作されることにより、第３のステージ位置において形状測定処理が行われる。その後、図１７の登録ボタン４４３が操作されることにより第３のステージ位置における合成画像が登録され、現時点までに登録された合成画像が画像表示領域４１０に表示される。図３３は、複数の合成画像が登録された状態における画像表示領域４１０の表示例を示す図である。図３３の例においては、第１〜第３のステージ位置における合成画像が連結可能に表示される。
【０１７４】
上記の手順を繰り返すことにより、第１〜第４のステージ位置における合成画像データを生成可能である。第１〜第４のステージ位置における合成画像データの生成後、使用者は図３１の連結実行ボタン４５０を操作することにより、合成画像データの連結の詳細を設定することができる。
【０１７５】
図３４は、連結実行ボタン４５０が操作された状態における表示部４００の表示例を示す図である。図３４に示すように、画像表示領域４１０には、第１〜第４のステージ位置における合成画像が連結可能に表示される。連結実行ボタン４５０が操作された場合には、設定表示領域４２０に図１８と同様の自動位置調整ボタン４５１、手動位置調整ボタン４５２、連結実行ボタン４５３、サイズ選択プルダウンメニュー４５４および保存ボタン４５５が表示される。
【０１７６】
自動位置調整ボタン４５１、手動位置調整ボタン４５２および連結実行ボタン４５３を操作することにより、使用者は第１〜第４のステージ位置における合成画像を適切に連結することができる。また、サイズ選択プルダウンメニュー４５４および保存ボタン４５５を操作することにより、連結された合成画像を所望のサイズで図１の記憶装置２４０に保存することができる。
【０１７７】
ＣＰＵ２１０は、立体形状データに基づく立体形状のＺ方向の寸法（高さ）の分布を色彩の分布として表示する色彩データを生成する。生成された色彩データに基づいて、立体形状の高さの分布を色彩の分布に対応付けて画像表示領域４１０に表示することが可能である。これにより、使用者は、立体形状の高さの分布を視覚的に認識することができる。
【０１７８】
図３５は、立体形状の高さの分布を色彩の分布に対応付けて表示した図である。図３５（ａ）は傾きが補正される前の複数の立体形状データに基づく測定対象物Ｓの立体形状を示し、図３５（ｂ）は傾きが補正される前の複数の立体形状データに基づく測定対象物Ｓの立体形状を示す。図３５（ａ），（ｂ）の例では、測定対象物Ｓは平板状を有する。
【０１７９】
図３５（ａ）に示すように、複数の立体形状データの傾きを補正しない場合、測定対象物Ｓは平板状を有するにもかかわらず、ステージ１４１が傾くことにより立体形状は湾曲して表示される。図３５（ａ）の例では、立体形状の湾曲による高さの分布が、複数のドットパターンおよびハッチングパターンにより表示されている。複数のドットパターンおよびハッチングパターンは、それぞれ異なる色彩を表わす。
【０１８０】
一方、図３５（ｂ）に示すように、複数の立体形状データの傾きを補正した場合、平板状の立体形状が表示される。立体形状は略均一な高さの分布を有するので、図３５（ｂ）の例では、立体形状の高さの分布が単一のハッチングパターンにより表示されている。平板状の立体形状を示す複数の立体形状データを連結する場合、使用者は、複数の立体形状が単一の色彩で表示される状態で連結を実行することにより、正確な立体形状データを生成することができる。
【０１８１】
（８）効果
本実施の形態においては、測定ヘッド１００Ｈの基準平面に対するステージ１４１の載置面の傾きがセンサユニット１６０により検出される。検出された傾きに基づいて、複数の位置に対応して生成された合成画像データの各々が、ステージ１４１の載置面が基準平面に対して傾いていない状態で得られる合成画像データに補正される。複数の位置に対応する補正後の合成データは連結される。
【０１８２】
この構成によれば、ステージ１４１自身の重みまたは測定対象物Ｓの重みによりステージ１４１に傾きが発生する場合でも、ステージ１４１が傾いていない状態で得られる合成画像データが生成される。そのため、ステージ１４１の傾きによる合成画像データの精度の低下が防止される。また、ステージの傾きを防止するために、高い剛性を有するステージを用いる必要がない。
【０１８３】
これにより、ステージ１４１の剛性にかかわらず測定対象物Ｓの形状を高い精度で測定することが可能になる。また、高い剛性を有するステージ１４１を用いる必要がないので、形状測定装置５００を小型化および軽量化することができる。さらに、複数の位置に対応して生成された合成画像データが連結されるため、比較的大きい寸法を有する測定対象物Ｓの形状を高い精度で測定することができる。
【０１８４】
また、本実施の形態においては、ステージセンサ１６１により水平面に対するステージ１４１の載置面の絶対的な傾きが検出され、基準センサ１６２により水平面に対する基準平面の絶対的な傾きが検出される。そのため、測定ヘッド１００Ｈが水平面に対して傾いて設置される場合でも、基準平面に対するステージ１４１の載置面の傾きを算出することができる。これにより、形状測定装置５００の取り扱いを容易にすることができる。
【０１８５】
また、測定ヘッド１００Ｈが水平面に対して傾いて設置することが許容されるので、振動を吸収する防振ゴム等の防振部材上に形状測定装置５００を設置することができる。これにより、形状測定装置５００の周囲で振動が発生する場合でも、高い精度で合成画像データを生成することができる。
【０１８６】
（９）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態において、直交する２つの方向の傾きをそれぞれ検出する２つのＸステージセンサ１６１ｘおよびＹステージセンサ１６１ｙがステージ１４１に設けられるが、これに限定されない。直交する２つの方向の傾きを検出する単一のステージセンサ１６１がステージ１４１に設けられてもよい。
【０１８７】
同様に、直交する２つの方向の傾きをそれぞれ検出する２つのＸ基準センサ１６２ｘおよびＹ基準センサ１６２ｙが測定ヘッド１００Ｈに設けられるが、これに限定されない。直交する２つの方向の傾きを検出する単一の基準センサ１６２が測定ヘッド１００Ｈに設けられてもよい。
【０１８８】
（ｂ）上記実施の形態において、測定ヘッド１００Ｈに基準センサ１６２が設けられるが、これに限定されない。測定部１００が設置面に水平に設置される（測定ヘッド１００Ｈの絶対的な傾きが略０である）場合、測定ヘッド１００Ｈに基準センサ１６２が設けられなくてもよい。
【０１８９】
（ｃ）上記実施の形態において、ステージ１４１がＸ方向移動機構およびＹ方向移動機構を有するが、これに限定されない。例えば、測定ヘッド１００ＨがＸ方向移動機構およびＹ方向移動機構を有してもよい。この場合、ステージセンサ１６１が測定ヘッド１００Ｈに設けられ、基準センサ１６２がステージ１４１に設けられる。また、測定部１００が設置面に水平に設置される（ステージ１４１の絶対的な傾きが略０である）場合、ステージ１４１に基準センサ１６２が設けられなくてもよい。
【０１９０】
（ｄ）上記実施の形態において、形状測定装置５００は三角測距方式に基づいて立体形状データを生成するが、これに限定されない。形状測定装置５００は、他の方式に基づいて立体形状データを生成してもよい。
【０１９１】
例えば、形状測定装置５００は、測定対象物Ｓと受光部１２０との距離を変化させつつ画像データを生成し、測定対象物Ｓに焦点が合った部分の画像データを合成することにより立体形状データを生成してもよい。この場合、測定ヘッド１００Ｈは、単一焦点型の光学系により構成されてもよいし、共焦点型の光学系により構成されてもよいし、光干渉型の光学系により構成されてもよい。これらの場合においても、複数の位置に対応して生成された立体形状データの各々に補正を行い、複数の位置に対応する補正後の立体形状データを連結することにより連結立体形状データが生成される。
【０１９２】
（１０）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構成要素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。
【０１９３】
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、ステージ１４１がステージの例であり、投光部１１０が投光部および第１の投光部の例であり、投光部１１０または照明光源３２０が第２の投光部の例である。受光部１２０が受光部の例であり、測定ヘッド１００Ｈが測定ヘッドの例であり、ステージ操作部１４２およびステージ駆動部１４３が移動機構の例であり、センサユニット１６０およびＣＰＵ２１０が検出部の例である。
【０１９４】
ＣＰＵ２１０がデータ生成部、算出部、制御部および処理装置の例であり、形状測定装置５００が形状測定装置の例であり、ステージセンサ１６１および基準センサ１６２がそれぞれ第１および第２の検出器の例である。操作部２５０が操作部の例であり、固定部１１が固定部の例であり、可動部１２が可動部の例であり、台座１２ａが台座の例であり、天板１２ｂが天板の例である。
【０１９５】
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構成要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本発明は、種々の形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１９７】
１０  Ｘ−Ｙステージ
１１  固定部
１２  可動部
１２ａ  台座
１２ｂ  天板
２０  Ｚステージ
３０  θステージ
１００  測定部
１００Ｈ  測定ヘッド
１０１  ケーシング
１０２  凹部
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ  投光部
１１１  測定光源
１１２  パターン生成部
１１３〜１１５，１２２，１２３  レンズ
１２０  受光部
１２１  カメラ
１２１ａ  撮像素子
１３０  照明光出力部
１４０  ステージ装置
１４１  ステージ
１４２  ステージ操作部
１４３  ステージ駆動部
１５０，３１０  制御基板
１６０  センサユニット
１６１  ステージセンサ
１６１ｘ  Ｘステージセンサ
１６１ｙ  Ｙステージセンサ
１６２  基準センサ
１６２ｘ  Ｘ基準センサ
１６２ｙ  Ｙ基準センサ
２００  ＰＣ
２１０  ＣＰＵ
２２０  ＲＯＭ
２３０  ＲＡＭ
２４０  記憶装置
２５０  操作部
３００  制御部
３２０  照明光源
４００  表示部
４１０  画像表示領域
４１１  ステージ操作ボタン
４１２  領域指定枠
４２０  設定表示領域
４２１  連結設定ボタン
４２２  測定設定ボタン
４２３，４４８  測定ボタン
４２４  連結終了ボタン
４２５  測定続行ボタン
４３０  連結モード選択プルダウンメニュー
４３１ａ，４３１ｂ  領域指定チェックボックス
４３２  連結領域表示欄
４３２ａ，４４７  画像表示欄
４３２ｂ  寸法表示欄
４３３  追加ボタン
４３４  設定完了ボタン
４３５  指定方法選択プルダウンメニュー
４３６  範囲指定欄
４３６ａ  上端ボタン
４３６ｂ  左端ボタン
４３６ｃ  右端ボタン
４３６ｄ  下端ボタン
４３６ｅ，４３６ｇ  右端入力欄
４３６ｆ，４３６ｈ  下端入力欄
４４０  部分撮り直しボタン
４４１  撮り直し実行ボタン
４４２ａ〜４４２ｃ  画像選択ボタン
４４３  登録ボタン
４４４  再測定ボタン
４４５ａ〜４４５ｄ  矢印ボタン
４４６  戻るボタン
４４９  キャンセルボタン
４５０，４５３  連結実行ボタン
４５１  自動位置調整ボタン
４５２  手動位置調整ボタン
４５４  サイズ選択プルダウンメニュー
４５５  保存ボタン
５００  形状測定装置
Ｓ  測定対象物
【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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