(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度の形状測定を可能とする補正情報を生成可能な情報処理装置、情報処理方法、プログラム、測定装置、及び測定方法を提供する。【解決手段】情報処理装置１５０は、対象物Ｗにライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部４０から測定結果を取得することが可能であって、形状算出部１５２と補正情報生成部１５３とを具備する。測定部４０は、ライン状の光の延在方向を第１の方向として、測定部４０が第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ第１及び第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、対象物Ｗに対して測定動作を実行し、往復測定結果を取得する。補正情報生成部１５３は、取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、算出形状とをもとに、対象物Ｗの形状測定に関する補正情報を生成する。【選択図】図１
2015145851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部から測定結果を取得することが可能な情報処理装置であって、
前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部が前記第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得する取得部と、
前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成する生成部と
を具備する情報処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報処理装置であって、
前記取得部は、前記測定部が前記第２の方向における測定範囲において一方の端点から他方の端点まで移動しながら、かつ前記第３の方向における測定範囲において一方の端点から他方の端点に到達したのち前記一方の端点に戻るように往復移動しながら実行された前記測定動作による前記往復測定結果を取得する
情報処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の情報処理装置であって、
前記取得部は、前記測定部が前記第１の方向に直交する平面上においてＶ字又は逆Ｖ字を描くように移動しながら実行された前記測定動作による前記往復測定結果を取得する
情報処理装置。
【請求項４】
対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部から測定結果を取得することが可能なコンピュータによる情報処理方法であって、
前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部が前記第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得し、
前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成する
情報処理方法。
【請求項５】
対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部から測定結果を取得することが可能なコンピュータに、
前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部が前記第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得するステップと、
前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成するステップと
を実行させるプログラム。
【請求項６】
対象物にライン状の光を照射する光源部と、前記対象物に照射された前記ライン状の光を撮影する撮像部とを有し、前記撮像部により撮影された画像を測定結果として出力する測定部と、
前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部を前記第１の方向に直交する第２の方向と、前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向とにそれぞれ移動させることが可能な駆動部と、
前記測定部が前記第２の方向に移動しながら、かつ前記第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得する取得部と、
前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成する生成部と
を具備する測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の測定装置であって、
前記光源部及び前記撮像部は、シャインプルーフの原理に基づいて構成される
測定装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の測定装置であって、
前記光源部は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光をライン状に成形する成形光学系とを有する
測定装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の測定装置であって、
前記光源部は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光をライン状に走査可能な走査光学系とを有する
測定装置。
【請求項１０】
対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部に、前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動させながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動させながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行させ、
前記実行ステップにより得られた測定結果である往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成し、
前記生成された補正情報を用いて、前記測定部による測定結果をもとにした前記対象物の形状測定を実行する
測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の形状の測定に適用可能な情報処理装置、情報処理方法、プログラム、測定装置、及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物（ワーク）にレーザ光を照射し、ワークの表面から反射した光を検出することにより、ワークの各部の位置座標等を取得する非接触型の光学式プローブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非接触型の光学式プローブとしては、ライン式の光学プローブや、フライングスポット式の光学プローブがある。ライン式の光学式プローブでは、レーザ光源から出射されたレーザ光が、ビームエクスパンダ等によりライン形状の光とされワークに照射される。ワークに照射されたライン形状の光が撮影されることでワークの形状が測定される。
【０００４】
フライングスポット式の光学プローブでは、回転可能に設けられたガルバノミラー等の反射ミラーが用いられる。レーザ光源から出射されたレーザ光が反射ミラーに入射し、反射ミラーにより反射された点状の光（ポイントレーザ）がワークに照射される。このさい反射ミラーは入射光に対して回転駆動されており、この反射ミラーの回転駆動に応じて、点状の光がライン形状を描くようにワーク上を走査する。ワーク上を走査した点状の光が撮影されることでワークの形状が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような光学式プローブでは、レーザ光をワークに照射するためのレーザ光源や光学系の歪みが無視できないことが多い。すなわちワークに照射されたレーザ光が撮影された画像には、種々の誤差が重畳している場合がある。高い精度での形状測定を実行するためには、このような誤差を補正することが必要となる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高精度の形状測定を可能とする補正情報を生成可能な情報処理装置、情報処理装置、情報処理方法、プログラム、測定装置、及び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】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る情報処理装置は、対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部から測定結果を取得することが可能な情報処理装置であって、取得部と、生成部とを具備する。
前記取得部は、前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部が前記第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得する。
前記生成部は、前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成する。
【０００９】
この情報処理装置では、測定部が往復移動しながら基準平面に対して測定動作を実行して得られた往復測定結果が取得される。この往復測定結果をもとに算出された算出形状は、往路及び復路にそれぞれ対応する部分で互いに測定部が有する誤差成分が略対称に含まれる。従って近似平面は、その算出過程において測定部が有する誤差成分がキャンセルされた格好になることから、測定部が有する誤差成分を含まない平面として算出される。この結果、当該近似平面と算出形状とをもとにして生成された補正情報を用いることで、高精度の形状測定が可能となる。
【００１０】
前記取得部は、前記測定部が前記第２の方向における測定範囲において一方の端点から他方の端点まで移動しながら、かつ前記第３の方向における測定範囲において一方の端点から他方の端点に到達したのち前記一方の端点に戻るように往復移動しながら実行された前記測定動作による前記往復測定結果を取得してもよい。
これにより測定範囲の全体における補正情報が生成可能となり高精度の形状測定が可能となる。
【００１１】
前記取得部は、前記測定部が前記第１の方向に直交する平面上においてＶ字又は逆Ｖ字を描くように移動しながら実行された前記測定動作による前記往復測定結果を取得してもよい。
これにより高精度の形状測定を行うために必要な補正情報の算出が可能となる。
【００１２】
本発明の一形態に係る情報処理方法は、対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部から測定結果を取得することが可能なコンピュータによる情報処理方法であって、前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部が前記第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得することを含む。
前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報が生成される。
【００１３】
本発明の一形態に係るプログラムは、対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部から測定結果を取得することが可能なコンピュータに、以下のステップを実行させる。
前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部が前記第１の方向に直交する第２の方向に移動しながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得するステップ。
前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成するステップ。
【００１４】
本発明の一形態に係る測定装置は、測定部と、駆動部と、取得部と、生成部とを具備する。
前記測定部は、対象物にライン状の光を照射する光源部と、前記対象物に照射された前記ライン状の光を撮影する撮像部とを有し、前記撮像部により撮影された画像を測定結果として出力する。
前記駆動部は、前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記測定部を前記第１の方向に直交する第２の方向と、前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向とにそれぞれ移動させることが可能である。
前記取得部は、前記測定部が前記第２の方向に移動しながら、かつ前記第３の方向に往復移動しながら、前記対象物である基準平面に対して測定動作を実行することで得られた前記測定結果である往復測定結果を取得する。
前記生成部は、前記取得された往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報を生成する。
【００１５】
この測定装置では、測定部が往復移動しながら基準平面に対して測定動作を実行して得られた往復測定結果をもとに、補正情報が生成される。当該補正情報を用いることで、高精度の形状測定が可能となる。
【００１６】
前記光源部及び前記撮像部は、シャインプルーフの原理に基づいて構成されてもよい。
本技術を用いることで、シャインプルーフ光学系を用いることによる誤差も高い精度で補正することが可能となる。
【００１７】
前記光源部は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光をライン状に成形する成形光学系とを有してもよい。
ライン状に成形された光が対象物に照射される構成であっても本技術を用いることで有効な補正情報を生成することが可能である。
【００１８】
前記光源部は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光をライン状に走査可能な走査光学系とを有してもよい。
対象物に対してレーザ光がライン状に走査される構成であっても本技術を用いることで有効な補正情報を生成することが可能である。
【００１９】
本発明の一形態に係る測定方法は、対象物にライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する測定部に、前記ライン状の光の延在方向を第１の方向として、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動させながら、かつ前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に往復移動させながら、前記対象物である基準平面に対して前記測定動作を実行させることを含む。
前記実行ステップにより得られた測定結果である往復測定結果をもとに算出された算出形状を平面に近似した近似平面と、前記算出形状とをもとに、前記対象物の形状測定に関する補正情報が生成される。
前記生成された補正情報を用いて、前記測定部による測定結果をもとにした前記対象物の形状測定が実行される。
【００２０】
これにより高い精度で対象物の形状を測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、高精度の形状測定を可能とする補正情報を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る形状測定システムを示す概略図である。
【図２】プローブの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】シャインプルーフ光学系を説明するための図である。
【図４】プローブからのラインレーザによりワークを照射する状態、及びその場合に撮像素子で得られる画像信号の一例を示す概略図である。
【図５】補正情報の生成例を示すフローチャートである。
【図６】往復測定結果を取得するためのプローブの往復移動を示す概略図である。
【図７】往復移動結果をもとにして算出した算出形状を、模式的な３次元のデータで表現した図である。
【図８】図７の形状データをｘ方向に沿って切断した断面を抜き出した模式図である。
【図９】プローブを斜めに移動させた場合の測定結果をもとにした形状の断面を示す模式図である。
【図１０】プローブの校正方法の一例を示す模式図である。
【図１１】プローブの他の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定システムを示す概略図である。形状測定システム５００は、形状測定装置１００と、本発明に係る情報処理装置としてのＰＣ（Personal Computer）１５０とを有する。情報処理装置として、他のコンピュータが用いられてもよい。
【００２５】
形状測定装置１００は、光学式プローブ（以下、「プローブ」という。）４０、ステージ１５、及び移動機構１０を備える。ステージ１５上には、被測定物（対象物）としてのワークＷが載置される。
【００２６】
移動機構１０は、ｘ、ｙ及びｚの３次元でプローブ４０を移動させることが可能に構成される。具体的には、移動機構１０は、プローブ４０をｚ方向に沿って移動させるｚ移動機構１１と、このｚ移動機構１１をｘ方向に沿って移動させるｘ移動機構１２と、これらｚ移動機構１１及びｘ移動機構１２を一体的にｙ方向に移動させるｙ移動機構１３とを備える。
【００２７】
プローブ４０は、ワークＷにライン状の光を照射しその照射光を撮影する測定動作を実行する。詳細は後述するが、プローブ４０は、ワークＷにライン状の光を照射する光源部と、ワークＷに照射されたライン状の光を撮影する撮像部とを有し、撮像部により撮影された画像（画像信号）を測定結果として出力する。本実施形態において、プローブ４０は、測定部として機能する。
【００２８】
本実施形態では、ｙ方向が、ライン状の光の延在方向である第１の方向に相当する。またｘ方向が、第１の方向に直交する第２の方向に相当する。さらにｚ方向が、第１及び第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向に相当する。
【００２９】
ＰＣ１５０は、任意の接続形態で形状測定装置１０に接続される。ＰＣ１５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のコンピュータの構成に必要なハードウェアを有する。
【００３０】
例えばＲＯＭやＨＤＤには、ＣＰＵにより処理実行されるプログラムや形状データ等の各種のデータが格納される。またＲＡＭは、ＣＰＵによる一時的な作業領域及びデータの一時保存のための領域として用いられる。ＰＣ１５０による情報処理は、ＲＯＭ等に記憶されたソフトウェアと、ＰＣ１５０のハードウェア資源との協同により実現される。
【００３１】
図１に示すように、ＰＣ１５０は、機能ブロックとして、駆動部１５１、形状算出部１５２及び補正情報生成部１５３を有する。これらの各ブロックは、例えばＣＰＵが所定のプログラムを実行することで実現される。各ブロックを実現するために専用のハードウェアが適宜用いられてもよい。
【００３２】
駆動部１５１は、移動機構１０の駆動を制御する。形状算出部１５２は、プローブ４０により得られた画像信号に基づき、ワークＷの形状を算出する。すなわち形状算出部１５２により、プローブ４０から測定結果として出力される画像信号をもとに、ワークＷの形状が算出される。形状算出部１５２で算出された形状データは、例えば図示しないディスプレイに表示される。補正情報生成部１５３は、ワークＷを高精度に測定するための補正情報を生成する。補正情報の生成については後述する。
【００３３】
図２は、プローブ４０の構成を模式的に示す断面図である。プローブ４０は、プローブカバー４５と、プローブカバー４５に内蔵された光学系５０とを有する。プローブカバー４５は、例えば円弧ブロック形状（リングの一部の形状）またはこれに近い形状を有する。これに限定されず、例えば全体形状が直方体形状となるプローブが用いられてもよい。
【００３４】
光学系５０は、照射光学系２０及び受光光学系３０を含む。照射光学系２０は、光源となるレーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ２２と、平行光にされたレーザ光を一方向（ここではｙ方向）にライン状のレーザＬ０を生成するライン光生成素子２３とを有する。ライン光生成素子２３として、例えばロッドレンズが用いられる。
【００３５】
本実施形態において、レーザダイオード２１はレーザ光源に相当し、コリメータレンズ２２及びライン光生成素子２３は、レーザ光源からのレーザ光をライン状に成形する成形光学系に相当する。これらの構成は限定されず、任意に設計されてよい。
【００３６】
受光光学系３０は、複数のレンズを有する結像レンズユニット３２と、撮像素子３１とを有する。撮像素子３１として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）デバイス等が用いられる。照射光学系２０は上記した光源部に相当し、受光光学系３０は上記した撮像部に相当する。
【００３７】
照射光学系２０から出射したレーザ光は、プローブカバー４５の出射領域４３を介して出射される。出射されたレーザ光Ｌ０は、ラインレーザとしてワークＷに照射される。ワークＷで反射された反射光Ｌ１は、プローブカバー４５の入射領域４４を介して受光光学系３０に入射する。このような測定動作が実行されることで、測定結果として画像信号が得られる。
【００３８】
このプローブ４０の光学系５０には、シャインプルーフの原理が応用されている。図３は、シャインプルーフ光学系を説明するための図である。シャインプルーフの原理とは、撮像素子３１の撮像面３１ａ、結像レンズ３２'の主点を含む主平面、及びワークＷに照射されるラインレーザの照射面をそれぞれ延長した面が、一直線（図３では１点）で交わるように配置されている場合、撮像素子３１の撮像面３１ａの全体が合焦状態となるというものである。本実施形態では、シャインプルーフ光学系が用いられることにより、ラインレーザが照射される範囲における、ｙ及びｚ方向で合焦状態となる。
【００３９】
このように本実施形態では、照射光学系２０及び受光光学系３０は、シャインプルーフの原理に基づいて構成されている。
【００４０】
図４Ａ、Ｂは、プローブ４０からのラインレーザが、例えば三角柱形状のワークＷに照射される状態を、それぞれｙ方向、ｘ方向で見た図である。図４Ｃは、その場合に撮像素子３１の撮像面３１ａ上で得られる測定画像を示す。
【００４１】
ラインレーザのライン方向であるｙ方向におけるワークＷの形状は、撮像面３１ａ上のｙ'方向の画像信号の形状に対応する。ラインレーザのｚ方向におけるワークＷの形状は、撮像面上のｚ'方向の画像信号の形状に対応する。ｘ移動機構１２がプローブ４０をｘ方向に走査することにより、ワークＷの全体に対して画像測定が可能となる。
【００４２】
なお測定画像からワークＷの形状データ（座標値）を算出する工程は、ＰＣ１５０の形状算出部１５２により行われる。例えば形状算出部１５２は、撮像面３１ａ上のｚ'方向に沿う画素列のうち、ピーク値を持つ画素位置、つまりピーク位置を検出する。この処理を、その画素列に直交する方向、つまりｙ'方向に沿って繰り返すことにより、１ライン分の形状測定が可能となる。
【００４３】
３次元空間上のワークＷの形状データは、ｘ方向へ走査が行われる際のプローブ４０の位置情報と、各位置でラインレーザが照射されることで取得される１ライン分の形状データとが合成されることで算出される。
【００４４】
次にＰＣ１５０の補正情報生成部１５３による補正情報の生成について説明する。図５は、補正情報の生成例を示すフローチャートである。まず往復測定結果が取得される（ステップ１０１）。往復測定結果は、プローブ４０をｚ方向において往復移動させながら、基準平面に対して測定動作を実行させることで得られる測定結果である。
【００４５】
図６は、往復測定結果を取得するためのプローブ４０の往復移動を示す概略図である。まずステージ１５（図６では図示略）上にワークＷとして基準平面６０を準備する。基準平面６０は、水平方向と平行となるように、すなわちｘｙ平面と平行となるように設置される。また基準平面６０のｚ方向における位置は、予め所定の値に定められている。例えば水平方向と平行となるように設計された表面を有する、高さｔが定まった平面部材６１がステージ１５上に載置される。この場合、当該表面が基準平面６０となる。
【００４６】
この基準平面６０に対して、プローブ４０をｘ方向に移動させながら、かつｚ方向に往復移動させながら測定動作を実行させる。具体的には、プローブ４０は、ｘ方向における測定範囲Ｒ２において一方の端点Ａから他方の端点Ｂまで移動される。かつプローブ４０は、ｚ方向における測定範囲Ｒ３において一方の端点Ｃから他方の端点Ｄに到達したのち、再び一方の端点Ｃに戻るように往復移動される。プローブ４０は、プローブ４０がｚ方向における下側の端点Ｄに到達したときに、ｘ方向において測定範囲Ｒ２の中間点Ｍに位置するように移動される。
【００４７】
ｘ方向における測定範囲Ｒ２の端点Ａから中間点Ｍまでの領域を測定面１とする。また測定範囲Ｒ２の中間点Ｍから端点Ｂまでの領域を測定面２とする。測定面１ではプローブ４０の高さが小さくなるように走査が行われ、測定面２ではプローブ４０の高さが大きくなるように走査が行われる。
【００４８】
このプローブ４０の移動をｙ方向に直交するｘｚ平面上で見てみると、プローブ４０は、Ｖ字を描くように移動される。このように移動されながら基準平面６０に対して測定動作を実行することで得られた測定結果が、往復測定結果である。
【００４９】
図６では、撮像面３１ａ上の画像信号が模式的に図示されている。プローブ４０が端点Ａ（すなわち端点Ｃ）に位置するときには、ライン状の画像信号Ｓは撮像面３１ａの最下部に位置し、中間点Ｍ（端点Ｄ）に進むにつれて、画像信号Ｓは最上部に移動する。中間点Ｍ（端点Ｄ）から端点Ｂ（端点Ｃ）までプローブ４０が移動する際には、画像信号Ｓは撮像面３１ａの最上部から最下部に移動する。これらの画像信号Ｓが往復測定結果となる。
【００５０】
プローブ４０で得られた往復測定結果は、ＰＣ１５０により取得され、形状算出部１５２に出力される。従ってＰＣ１５０の図示しないインタフェース部及び形状算出部１５２が、本実施形態において取得部として機能する。
【００５１】
形状算出部１５２により、往復測定結果をもとに基準平面６０の形状が算出される（ステップ１０２）。以下、往復測定結果をもとにした形状の算出結果を、算出形状Ｆと記載する。基準平面６０に対して走査が行われるので、算出形状Ｆとしては、同じ高さに位置する平面形状が算出されるはずである。しかしながら実際には、プローブ４０が有する誤差成分が、うねりとして形状データに重畳してしまう。
【００５２】
図７は、算出形状Ｆを表す３次元のデータを模式的に示す図である。このデータは、ｘ方向における測定範囲Ｒ２で走査を行い、ｙ方向に延びるライン状の光により基準平面６０を測定した形状を示すものであり、ｚ方向の大きさ（高さ）の差異がグレーの濃淡により表現されている。濃いグレーは低い位置を表現しており、薄いグレーは高い位置を表現している。
【００５３】
本来ならば、測定範囲Ｒ２の全体において同じ濃さのグレーとなるデータが算出されるはずである。しかしながら実際には、上記したように、プローブ４０の誤差成分がうねりとして形状データに重畳されてしまうので、異なる高さを表現する種々の濃さのグレーを含むデータが算出される。なお本出願人は、この形状データについて、カラー表示されたさらに詳しいものを提出できる準備がある。
【００５４】
図７に示すように測定面１においてプローブ４０の高さを下げながら走査した場合には、算出形状Ｆの高さは低い位置から高い位置に変位する。一方、測定面２においてプローブ４０の高さを上げながら走査した場合には、算出形状Ｆの高さは高い位置から低い位置に変位する。また測定面１及び２における算出形状Ｆの高さの変位は、互いに略対称となって算出される。
【００５５】
図７に示す算出形状Ｆは、シャインプルーフ光学系を用いることにより発生する台形歪みを取り除くための補正が実行された後の形状データである。この台形歪みの補正については後に説明する。
【００５６】
補正情報生成部１５３により、算出形状Ｆのデータに対して平面へのフィッティングが実行される（ステップ１０３）。そして図７に示す３次元の形状データに最もフィットする（ベストフィットする）平面が算出される。算出された平面は、算出形状Ｆを平面に近似した近似平面に相当する。本実施形態では、最小二乗法を用いたフィッティングが実行されるが、重み付き最小二乗法や非線形最小二乗法等の、他のアルゴリズムを用いたフィッティングが実行されてもよい。
【００５７】
図８は、近似平面の算出及び補正情報の生成を説明するための図であり、図７の形状データをｘ方向に沿って切断した断面を抜き出した模式図である。ｙ方向における切断位置は任意でよいが、例えば中間点Ｍ２における断面を表した図とする。
【００５８】
図８に示すように、測定面１では、端点Ａから中間点Ｍにかけて算出形状Ｆの高さは大きくなる。測定面２では、中間点Ｍから端点Ｂにかけて算出形状Ｆの高さは小さくなる。この算出形状Ｆの高さの変位が、うねりとして形状データに重畳される誤差成分である。図８では、算出形状Ｆの高さが誤差として表示されている。また図８にある「遠」「近」は、基準平面６０に対するプローブ４０の位置を示している。端点Ａ及びＢではプローブ４０の高さは大きく「遠」となり、中間点Ｍではプローブ４０の高さは小さく「近」となる。
【００５９】
測定面１及び２において算出形状Ｆに含まれるプローブの誤差成分は互いに略対称となるので、フィッティングにより算出された近似平面Ｐは水平方向（ｘｙ平面の平面方向）に略平行となる。従って近似平面Ｐは、プローブ４０が有する誤差を含まない形状として算出される。この近似平面Ｐを用いて補正情報が算出される。本実施形態では、算出形状Ｆから近似平面Ｐへｚ方向の大きさを補正する補正情報が算出される（ステップ１０４）。
【００６０】
具体的には、測定面１での算出形状Ｆ１と近似平面Ｐとの差分をもとに補正情報が算出される。例えば図８に示す端点Ａでは補正情報Δｚ１が算出され、中間点Ｍでは補正情報Δｚ２が算出される。その間の点でも適宜補正情報Δｚが算出される
【００６１】
図６に示すように、測定面１上の走査により、撮像面３１ａ上のｚ'方向における全範囲で画像信号Ｓが移動する。従って測定面１の算出形状Ｆ１のみをもとに、撮像面３１ａ上の全画素に対応する補正情報Δｚを算出することが可能である。もちろん測定面２の算出形状Ｆ２が用いられてもよい。
【００６２】
測定面１及び２の両方で算出された算出形状Ｆ全体をもとに補正情報Δｚが生成されてもよい。例えば測定面１で算出された補正情報と、測定面２で算出された補正情報との平均が、補正情報Δｚとして算出されてもよい。測定面１及び２のいずれか一方の結果のみが用いられる場合、補正情報Δｚの算出処理が容易となる。
【００６３】
算出された補正情報Δｚは、プローブ４０による測定結果をもとにしてワークＷの形状が測定される際に、撮像面３１ａ上の画像信号の補正に用いられる。これにより高精度の形状測定が可能となる。なお補正情報Δｚは、テーブルデータ、マッピングデータ、マトリクスデータ、あるいは係数データ等の、任意の形で保持されてよい。
【００６４】
以上、本実施形態に係る形状測定システム５００では、ＰＣ１５０により、プローブ４０が往復移動しながら基準平面６０に対して測定動作を実行して得られた往復測定結果が取得される。この往復測定結果をもとに算出された算出形状Ｆは、往路及び復路にそれぞれ対応する部分で互いにプローブ４０が有する誤差成分が略対称に含まれる。従って近似平面Ｐは、その算出過程においてプローブ４０が有する誤差成分がキャンセルされた格好になることから、プローブ４０が有する誤差成分を含まない平面として算出される。この結果、当該近似平面Ｐと算出形状Ｆとをもとにして生成された補正情報Δｚを用いることで、高精度の形状測定が可能となる。
【００６５】
ここで基準平面６０に対して端点Ａから端点Ｂまで走査する際に、ｚ方向では端点Ｃから端点Ｄまでプローブ４０を移動させるとする。すなわちプローブ４０は、左上の端点Ａ及びＣから右下の端点Ｂ及びＤまで、斜めに直線状に移動される。図９は、当該斜めの移動により測定された測定結果をもとにした形状Ｆ'の断面を示す模式図である。
【００６６】
図９に示すように、誤差成分がうねりとして重畳された形状Ｆ'は端点Ｂに進むにつれて、ｚ方向の大きさが大きくなる。この形状Ｆ'対してフィッティングを行うと、誤差成分の傾きを含めてベストフィットされてしまう。従って算出された近似平面Ｐ'に、本来発生している傾斜部分が含まれてしまい、当該傾斜部分の誤差を補正することができなくなってしまう。生成される補正情報Δｚ'も小さいものとなり、十分な補正ができなくなってしまうので、高精度の形状測定は難しい。
【００６７】
これに対して本発明では、１回の往復測定を行うことにより、プローブ４０の測定領域全体の誤差マップを生成することが可能となり、効率よく測定範囲全域の補正を実行することが可能となる。
【００６８】
ここでシャインプルーフ光学系を用いることにより発生する台形歪みを取り除くための、プローブの校正（キャリブレーション）について説明する。プローブの校正は、使用する撮像素子のピクセルサイズと、基準スケール（画像測定機で言う校正用チャート）の比較測定を行うことによって行われる。
【００６９】
図１０は、プローブの校正方法の一例を示す模式図である。例えば基準スケールとして、図１０Ａに示すような既知のピッチで作成されたライン＆スペース９０１を有する校正治具９００が用いられる。ライン＆スペース９０１は等しいピッチＰ１で連続して形成されたパターンである。
【００７０】
この校正治具９００を校正ステージ９０２に取り付け、校正治具９００上のライン＆スペース９０１にレーザ光Ｌが当たるようにプローブ９４０の位置を調整する。その後、校正ステージ９０２を決まった距離（校正ピッチ）Ｐ２で移動させる。そして校正ステージ９０２を移動させながら逐次撮像素子９３１でラインレーザを観測する。そうすると図１０Ｃに示すような画像が撮像面９３１ａ上で得られる。
【００７１】
プローブ９４０の光学系にシャインプルーフ光学系が用いられる場合、図１０Ｃに示すように、画像上に台形歪みが発生する。得られた画像からライン＆スペースの位置情報と校正ピッチＰ２とをもとに各ピクセル位置の補正を行う。これにより台形歪みを補正することができる。
【００７２】
プローブの校正方法として、直径（あるいは半径値）・真円度・真球度等が値付けされた専用のマスターボールを用いる方法もある。この校正方法では、校正ステージ上に基準球を並べ校正ステージを移動させることでプロファイルを取得し、そのプロファイルの形状と位置情報とから各ピクセル位置の補正を実行する。
【００７３】
このような校正方法により補正情報を生成する場合、以下のような問題点が懸念される。
プローブの照射光学系から照射されるストライプ光を利用して測定を行うため、照射光学系が有する歪の影響（例えばレーザ光の曲がりや輝度むら等）が測定結果に混入してしまう。
歪を持った光学系で形状測定を行い、歪（測定誤差）を持ったデータから形状が推定されるため、測定結果（＝補正情報）の精度が悪い。
【００７４】
すなわち上記の校正方法により生成された補正情報を用いて補正を実行した場合、上記の問題点に関する誤差等が取り切れず、図７等に示すように、残差分が形状データに重畳してしまう。その結果、本来の平面には存在しないような形状が結果として得られてしまう。
【００７５】
これに対して本発明では、プローブを往復移動させることで補正情報を生成し、当該補正情報を用いることで、これまでの校正治具を用いた補正では取りきれない補正残差分を補正すること可能となる。その結果、形状測定誤差を十分に低減させることが可能となり、高精度の形状測定を実現することが可能となる。
【００７６】
なおプローブを往復移動させて得られる算出形状は、図７に示すものに限定されない。どのような形状が算出されたとしても、測定面１における往路の形状と、測定面２における復路の形状とが略対称となるので、近似平面は水平方向（ｘｙ平面の平面方向）に略平行となる。従って当該近似平面をもとに有効な補正情報を生成することが可能となる。
【００７７】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００７８】
上記では、ｚ方向の上側の端点Ｃから下側の端点Ｄに到達したのち再び上側の端点Ｃにプローブが移動された。しかしながら、下側の端点Ｄから開始して、上側の端点Ｃに到達したのち再び下側の端点Ｃにプローブが移動されてもよい。すなわちｘｚ平面上で見て、逆のＶ字を描くように、プローブが移動されてもよい。この場合でも、水平方向に略平行な近似平面を算出することができ、有効な補正情報を生成することができる。
【００７９】
プロープ４０は、例えば等速で移動されてもよいし、ステップ的に逐次停止しながら移動されてもよい。測定面１と測定面２との走査軌跡が、折り返し位置（図６の中間点Ｍ）を軸に偶対称となるのであれば、プローブ４０の移動速度等については限定されない。
【００８０】
またｘｚ平面で見て若干くずれたＶ字形状（又は逆Ｖ字形状）を描くようにプローブが移動されてもよい。この場合、測定面１での算出形状と、測定面２での算出形状との対称が若干ずれてしまうが、算出される近似平面は、水平方向に近い方向と平行となる。従ってある程度は有効な補正情報として用いることが可能となる。形状測定に関する所望の精度等をもとに、補正情報の精度も適宜設定されてよい。
【００８１】
ライン状のレーザ光の延在方向及びプローブの走査方向は、これらが互いに直交するのであれば、任意に設定可能である。すなわち基準平面に対して任意の方向を第１の方向として設定し、それに直交する方法を第２の方向として設定することが可能である。
【００８２】
図１１は、プローブの他の構成例を示す概略図である。このプローブ２４０は、レーザ光源２２１と、レーザ光源２２１からのレーザ光Ｌをライン状に走査可能な走査光学系２５０とを有する。レーザ光源２２１から出射されたレーザ光Ｌは、反射ミラー２５１により走査光学系２５０に向けて反射される。反射ミラー２５１により反射されたレーザ光Ｌは、走査光学系２５０によりワークＷに向けてライン状に走査される。
【００８３】
走査光学系２５０としては、ガルバノミラー素子、ポリゴンミラー素子、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が用いられる。このようにレーザ光Ｌがライン状に走査される構成であっても、本発明を用いることで有効な補正情報を生成することが可能である。
【００８４】
すなわち本発明に係る補正情報の算出は、ライン式の光学プローブ及びフラインスポット式の光学プローブの両方に適用可能である。なお本開示おいて、「ライン状の光を照射」するとは、ライン状に成形された光を照射することと、レーザ光をライン状に走査することとの両方を含む。
【００８５】
上記では、補正情報が形状測定システム５００内にて生成された。しかしながら例えば工場出荷時等に専用の装置等を用いて本発明に係る補正情報が適宜生成され、ＰＣ等の記憶部等に記憶されてもよい。これにより例えばプローブを往復移動させる移動機構を有さない形状測定装置等にも、本技術に係る補正を実行させることが可能となる。
【００８６】
上記では、形状測定装置とＰＣとが別体で構成された。しかしながら形状測定装置とＰＣとが一体的に構成されてもよい。すなわちプローブを有する形状測定装置内に、ＣＰＵ等を含む情報処理部が設けられ、当該情報処理部により、駆動部、形状測定部、補正情報生成部等が実現されてもよい。またプローブ内に備えられた制御部等により、駆動部、形状測定部、補正情報生成部等が実現されてもよい。
【００８７】
上記では、照射光学系の光源としてコヒーレント光を発生するレーザダイオードが用いられたが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の固定光源が用いられてもよい。その他、気体レーザ光源等の他の種類の光源が用いられてもよい。
【００８８】
上記実施形態に係るプローブは、シャインプルーフ光学系の原理が応用されたプローブであったが、必ずしもこれに限られず、一般的な反射型の光センサを用いたプローブであってもよい。
【００８９】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせること
も可能である。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるもの
ではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
Ｆ…算出形状
Ｌ…レーザ
Ｐ…近似平面
Ｗ…ワーク
Δｚ…補正情報
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…端点
Ｍ…中間点
１０…移動機構
２０…照射光学系
３０…受光光学系
４０、２４０…光学式プローブ
５０…光学系
６０…基準平面
１００…形状測定装置
１５０…ＰＣ
２５０…走査光学系
５００…形状測定システム
【図１】
2015145851.tif 000003
【図２】
2015145851.tif 000004
【図３】
2015145851.tif 000005
【図４】
2015145851.tif 000006
【図５】
2015145851.tif 000007
【図６】
2015145851.tif 000008
【図８】
2015145851.tif 000009
【図９】
2015145851.tif 000010
【図１０】
2015145851.tif 000011
【図１１】
2015145851.tif 000012
【図７】
2015145851.tif 000013