(57)【要約】【課題】被検物の形状によらずに、総計測時間の短縮化に有利な計測ヘッドの移動経路の決定方法を提供する。【解決手段】この計測ヘッドの移動経路の決定方法は、被検面の形状情報に基づいて、計測ヘッドの移動方向を決定する第１工程と、計測ヘッドから射出される光で走査される帯領域を決定する第２工程と、第１工程で決定された計測ヘッドの移動方向と、第２工程で決定された帯領域とに基づいて、計測ヘッドの移動経路を決定する第３工程とを含む。特に、第１工程は、一般形を有する２次関数を用いて被検面の形状をフィッティングする第１Ａ工程Ｓ２０１と、第１Ａ工程でフィッティングされた２次関数を主軸変換して標準形にする第１Ｂ工程Ｓ２０２と、標準形の自乗項の２つの係数と、標準形に変換するための回転量とに基づいて、計測ヘッドの移動方向を決定する第１Ｃ工程Ｓ２０３とを含む。【選択図】図４
2015132531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投受光する計測ヘッドを用いて被検面を計測するときの前記計測ヘッドの移動経路を決定する方法であって、
前記被検面の形状情報に基づいて、前記計測ヘッドの移動方向を決定する第１工程と、
前記計測ヘッドから射出される光で走査される帯領域を決定する第２工程と、
前記第１工程で決定された前記計測ヘッドの移動方向と、前記第２工程で決定された前記帯領域とに基づいて、前記計測ヘッドの移動経路を決定する第３工程と、を含み、
前記第１工程は、一般形を有する２次関数を用いて前記被検面の形状をフィッティングする第１Ａ工程と、
前記第１Ａ工程でフィッティングされた２次関数を主軸変換して標準形にする第１Ｂ工程と、
前記標準形の自乗項の２つの係数と、該標準形に変換するための回転量とに基づいて、前記計測ヘッドの移動方向を決定する第１Ｃ工程と、を含む、
ことを特徴とする計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項２】
前記第１Ｃ工程では、
前記標準形の自乗項の２つの係数が同符号の場合には、絶対値の符号が大きい方を前記計測ヘッドの移動方向と決定し、
前記標準形の自乗項の２つの係数が異符号の場合には、負の方を前記計測ヘッドの移動方向と決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項３】
前記第２工程は、
前記帯領域を仮決めする第２Ａ工程と、
前記第２Ａ工程で仮決めされた帯領域から、前記計測ヘッドの移動機構、または、前記計測ヘッドを回転させる機構でならえる形状を減算する第２Ｂ工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項４】
前記第２工程は、
前記帯領域を仮決めする第２Ａ工程と、
前記第２Ａ工程で仮決めされた帯領域から、前記光による走査面を減算する第２Ｃ工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項５】
前記第２工程は、前記第２Ａ工程で仮決めされた帯領域について、前記第２Ｂ工程、または前記第２Ｃ工程で得られた残差形状が、前記計測ヘッドと前記被検物とが向き合う方向の閾値に収まっているかどうかを判断する第２Ｄ工程を含み、
前記第２Ｄ工程では、
前記残差形状が前記閾値に収まっていると判断された場合には、前記第２Ａ工程で仮決めされた領域を前記帯領域として決定し、
前記残差形状が前記閾値を超えると判断された場合には、前記第２Ａ工程で帯領域を狭めた上で、再度、前記第２Ｂ工程または前記第２Ｃ工程、および前記第２Ｄ工程を行うと判断する、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項６】
前記第３工程では、前記第３工程で得られた各帯領域を、総計測時間が最小となる順番で計測するように、前記計測ヘッドの移動経路を決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項７】
前記第３工程では、前記計測ヘッドの移動経路を、隣り合う前記帯領域を交互に逆方向に向かう順路に従った順番で連結した経路とすることを特徴とする請求項６に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項８】
前記第３工程では、前記計測ヘッドの移動経路を、前記帯領域の間の移動時間または移動距離をパラメーターとして、巡回セールスマン問題を解いて求めることを特徴とする請求項６に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項９】
前記第３工程では、フィッティング残差が許容値を超える場合には、前記被検面を分割し、各々の分割領域で前記フィッティング残差を前記許容値内に入れることを特徴とする請求項１に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法。
【請求項１０】
光を投受光する計測ヘッドを用いて被検物を計測する計測装置であって、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法を用いて前記計測ヘッドの移動経路を決定する制御部を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測ヘッドの移動経路の決定方法を情報処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測ヘッドの移動経路の決定方法、計測装置、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部品、または部品を製造するための金型などを被検物として、その被検物の形状を非接触で計測する装置がある。特に、移動体である計測ヘッド（非接触式プローブ）を被検物に対して相対的に移動させつつ、光（被検光）の投受光により被検物の表面までの距離を計測し、最終的に被検物の形状を計測する走査型計測装置がある。また、計測ヘッドは、出射する光を適宜走査させる機構を備える。このような走査型計測装置では、実際の計測に先立ち、計測時の計測ヘッドの移動経路を決定する。特許文献１は、計測ヘッドの移動経路を選定する方法を開示している。特許文献１の選定方法では、最初に手動操作で計測ヘッドと被検物とを相対移動させながら各計測点で計測を行い、このときの移動経路と計測手順とを予め登録する。次に、計測領域（被検面）を格子状に複数の区画に分割し、さらに直交する辺を列および行の幅として列分割および行分割する。このうち、区画を列方向に交互に逆方向へ向かう順路に従った順番で計測点を順次連結した移動経路を第１の移動経路候補とする。一方、区画を行方向に交互に逆方向へ向かう順路に従った順番で計測点を順次連結した経路を第２の移動経路候補とする。そして、第１の移動経路候補と第２の移動経路候補とを比較して総計測時間が短い経路が、実際の計測時の移動経路として選定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９２７６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す計測装置では、計測時に計測ヘッドを移動させるための移動機構の構成上、計測ヘッドから出射される光の走査範囲に制約が生じる。したがって、例えば、平面方向であるＸ軸、Ｙ軸に平行な方向から角度を持つ方向で、平面方向に直交するＺ軸方向に形状が変化している（高低差がある）ような被検物を計測しようとすると、その光の走査範囲の制約により、総計測時間が長くなる場合がある。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、被検物の形状によらずに、総計測時間の短縮化に有利な計測ヘッドの移動経路の決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、光を投受光する計測ヘッドを用いて被検面を計測するときの計測ヘッドの移動経路を決定する方法であって、被検面の形状情報に基づいて、計測ヘッドの移動方向を決定する第１工程と、計測ヘッドから射出される光で走査される帯領域を決定する第２工程と、第１工程で決定された計測ヘッドの移動方向と、第２工程で決定された帯領域とに基づいて、計測ヘッドの移動経路を決定する第３工程と、を含み、第１工程は、一般形を有する２次関数を用いて被検面の形状をフィッティングする第１Ａ工程と、第１Ａ工程でフィッティングされた２次関数を主軸変換して標準形にする第１Ｂ工程と、標準形の自乗項の２つの係数と、標準形に変換するための回転量とに基づいて、計測ヘッドの移動方向を決定する第１Ｃ工程と、を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、被検物の形状によらずに、総計測時間の短縮化に有利な計測ヘッドの移動経路の決定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る計測装置の構成を示す図である。
【図２】従来と本実施形態との計測ヘッドの移動経路を比較する図である。
【図３】計測ヘッドの移動経路の決定工程を示すフローチャートである。
【図４】計測ヘッドの移動方向の決定工程を示すフローチャートである。
【図５】被検面のフィッティング形状と座標系の変換とを示す図である。
【図６】ガルバノミラー走査による帯領域の決定工程を示すフローチャートである。
【図７】ステップＳ１０３の工程での処理を説明するための図である。
【図８】被検面上の計測領域を帯領域に分割した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
【００１０】
まず、本発明の一実施形態に係る計測ヘッドの移動経路の決定方法の説明に先立ち、本決定方法を採用し得る計測装置の構成について説明する。本実施形態に係る計測装置は、部品、または部品を製造するための金型などを被検物（被計測物）とし、この被検物の形状や位置を非接触で計測する。図１は、本実施形態に係る計測装置１００の構成を示す概略図である。なお、以下の各図において、被検物Ｗが載置された状態での平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取り、ＸＹ平面に垂直（本実施形態では計測ヘッド４と被検物Ｗとが向かい合う方向）にＺ軸を取っている。また、計測装置１００は、一例として、計測ヘッド４と被検物Ｗとを相対的に移動させながら光を投受光することで３次元計測するものとする。なお、ここでいう移動は、連続動作に限らず、計測時に一旦停止するものとしてもよい。
【００１１】
計測装置１００は、定盤１と、定盤１上に支持されるＸＹＺステージ２と、ＸＹＺステージ２に回転ステージ３を介して保持される計測ヘッド４と、制御部５とを備える。ＸＹＺステージ２は、計測ヘッド４をＸＹＺの各軸に移動可能とする。回転ステージ３は、計測ヘッド４を回転させて、その計測ヘッド４の姿勢を可変とし、不図示であるが、Ｙ軸に対応する第１回転軸と、Ｚ軸に対応する第２回転軸との２つの回転軸を有する。以下、計測時に計測ヘッド４を移動させるための移動機構としてのＸＹＺステージ２や回転ステージ３を総称して「プラットフォーム」という。計測ヘッド４は、定盤１上に保持（載置）されている被検物Ｗに被検光（被検光束）１０を照射し、かつ被検物Ｗの被検面で発生した反射光または散乱光を検出することで、計測ヘッド４と被検物Ｗ（被検面）と間の距離を計測する。なお、計測ヘッド４の構成の詳細については後述する。制御部５は、各駆動系構成要素の駆動量の演算と、それに基づく駆動制御、また、計測ヘッド４の計測動作制御および計測データの格納などを実行する。
【００１２】
計測ヘッド４は、非接触式プローブであり、計測光学系６と、光走査部７とを含む。計測光学系６は、不図示であるが、光源と、光源から照射された光で参照光を生成する生成部と、計測光学系６に戻った光を検出する検出器とを含む。光走査部７は、計測光学系６から出射した被検光１０を被検面上の所望の計測点に照射する形態の光束とする。光走査部７としては、例えば、被検光１０の走査方向を変更可能とするガルバノミラーを採用し得る。この場合、被検光１０は、被検面で反射等した後にガルバノミラーを介して再び計測光学系６に戻り、参照光と結合した干渉光が検出器で検出される。
【００１３】
制御部５は、検出器による検出結果に基づいて、参照光の光路長と被検光の光路長との差を求める。光路長差を求める方法としては、ある基準からの相対距離に基づく方法や、複数の波長計測等による絶対距離に基づく方法がある。そして、制御部５は、本実施形態に係る計測ヘッドの移動経路の決定方法を、例えばプログラムとして実行し得る。なお、本発明の計測ヘッドの移動経路の決定方法は、例えば、計測装置１００とは別装置である情報処理装置（コンピューター）で実行し、その結果得られた計測ヘッドの移動経路を計測装置１００に適用するものとしてもよい。
【００１４】
次に、計測装置１００において、被検面の形状を計測する際に計測ヘッド４を移動させるときの移動経路を決定する方法について説明する。計測ヘッド４の移動経路を可能な限り効率のよいものとすることは、計測装置１００における総計測時間を短くするためにも望ましい。ここで、ガルバノミラーによる被検光１０の走査方向は、計測ヘッド４自体の移動方向とおおむね垂直な方向である。そして、ガルバノミラーは、被検光１０の走査を計測ヘッド４自体の移動よりも高速に行うことができるので、被検光１０の走査範囲を大きくし、かつ計測ヘッド４の移動量を少なくすることで、総計測時間を短くし得る。しかしながら、一般に、プラットホームの構成上、被検光１０の走査範囲には角度の制約とＺ軸方向の制約とがある。ここで、角度の制約とは、ガルバノミラーの角度制約や、精度保証のための被検面への入射角度制約などに起因して決まる制約をいう。また、Ｚ軸方向の制約とは、精度保証のための焦点深度の制約などに起因して決まる制約をいう。したがって、例えば、Ｘ、Ｙ軸に平行な方向から角度を持つ方向で、その平面に直交するＺ軸方向に形状が変化している（すなわち高低差がある）ような被検物Ｗを計測すると、被検光１０の走査範囲の制約により、総計測時間が反対に長くなる場合がある。そこで、このような場合には、以下のような対策が考えられる。
【００１５】
図２は、計測ヘッド４の移動経路について、従来の決定方法で考えられるものと、本実施形態におけるものとを比較する概略図である。図２に示す各図は、それぞれ、被検物Ｗの被検面を示し、実線は、被検面を分割している箇所を示し、破線矢印は、計測ヘッド４の移動経路を示している。また、通常は、このような列方向の経路のみならず、行方向の経路も作成し、最終的には総計測時間のより短い方が採用されることになるが、ここでは簡単のため、列方向の経路のみ例示する。図２（ａ）は、被検面に形状の変化がほぼない場合の図である。一方、図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、被検面の形状に変化がある場合の図であり、左上の領域で円弧上の一点鎖線で示す等高線は、その被検面の形状の変化、特にＺ軸方向の変化を示している。まず、図２（ａ）に示すように、被検面に形状の変化がほぼない場合には、移動経路の分割数を多くする必要はない。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、被検面の形状のＺ軸方向の変化が大きい領域では、角度の制約とＺ軸方向の制約とにより、被検光１０の走査範囲が小さくなる。したがって、走査範囲の幅に合わせて図２（ａ）に示すように被検面の全面を等間隔で列分割すると、Ｚ軸方向の変化が小さく、本来ならば被検光１０の走査範囲を大きくしても許容される領域まで無駄に分割される。計測ヘッド４の移動速度には上限があるので、分割数が多くなると、計測ヘッド４の総移動量、すなわちプラットフォームの総駆動量が大きくなり、結果的に総計測時間が長くなる。これに対して、例えば、図２（ｃ）に示すように、被検面の形状のＺ軸方向の変化が大きいところが含まれる領域のみ細かく分割し、変化の小さい領域を大きく分割することが考えられる。しかしながら、この方法でも、例えば左下の領域など、Ｚ軸方向の変化が小さいにも関わらず細かく分割されるところが残る。そこで、本実施形態では、図２（ｄ）に示すように、被検面の形状のＺ軸方向の変化が大きい方向を計測ヘッド４の移動方向とし、Ｚ軸方向の変化が大きい方向と垂直な方向を被検光１０の走査方向とする。以下、計測ヘッド４の計測時の移動経路を決定する方法について具体的に説明する。
【００１６】
図３は、本実施形態における計測ヘッド４の計測時の移動経路の決定工程を示すフローチャートである。まず、制御部５は、被検物Ｗの形状情報を読み込む（ステップＳ１０１）。ここで、形状情報とは、３ＤのＣＡＤデータ、予め計測装置１００または別装置で計測したデータ、または被検物Ｗの形状を表現した式など、被検物Ｗの３次元形状が分かる情報である。さらに、制御部５は、被検面上の計測領域の情報を読み込む。次に、制御部５は、ステップＳ１０１で得られた形状情報に基づいて、ガルバノミラーの走査幅を最大とし得る計測ヘッド４の移動方向を決定する（ステップＳ１０２：第１工程）。次に、制御部５は、ガルバノミラーの走査制約を満たしつつ、最大とし得るガルバノミラーの走査による帯領域を決定する（ステップＳ１０３：第２工程）。帯領域は、計測ヘッド４を１方向に移動させながらガルバノミラーを走査することによって計測される部分的領域を示す。そして、制御部５は、総計測時間が最も短くなるように、具体的に計測ヘッド４の計測時の移動経路を求める（ステップＳ１０４：第３工程）。以下、特にステップＳ１０２、Ｓ１０３、およびＳ１０４の各工程について詳説する。
【００１７】
まず、ステップＳ１０２の工程について詳説する。図４は、ステップＳ１０２の計測ヘッド４の移動方向を決定する工程の流れを示すフローチャートである。図５は、座標系の変換を示す図である。図５において、実線は、被検面のＺ軸方向の形状の変化を表す等高線を示し、破線と一点鎖線とでそれぞれ示す矢印は、座標系を示している。本図を含め、以下、等高線は、より太線で示されるものがより高く、より細線で示されるものがより低いという意味である。制御部５は、まず、図５の破線矢印で示す直交する２つの軸ｘ１、ｙ１において、以下の式（１）に示す一般形を有する２次関数を用いて、被検面の形状をフィッティングする（ステップＳ２０１：第１Ａ工程）。
Ｆ１（ｘ１，ｙ１）＝ａｘ１２＋ｂｘ１ｙ１＋ｃｙ１２＋ｄｘ１＋ｅｙ１＋ｆ      （１）
ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、それぞれフィッティング係数である。
【００１８】
次に、制御部５は、ステップＳ２０１で求めた２次関数Ｆ１(ｘ１，ｙ１)を主軸変換し、以下の式（２）に示す標準形Ｆ２(ｘ２，ｙ２)とする（ステップＳ２０２：第１Ｂ工程）。
Ｆ２(ｘ２，ｙ２)＝ａ’ｘ２２＋ｃ’ｙ２２＋ｆ      （２）
ただし、軸ｘ２、ｙ２は、軸ｘ１、ｙ１のシフトと回転とで表される新しい直交座標系であり、図５の一点鎖線矢印に対応する。また、ａ’、ｃ’は、標準形に変換された自乗項の係数である。ここで、標準形とは、軸をシフトし、主軸変換して回転させることにより、２次成分のみに変換した式をいう。また、主軸変換により、軸ｘ１、ｙ１と軸ｘ２、ｙ２との回転角度を求めることができる。
【００１９】
ここで、標準形Ｆ２(ｘ２，ｙ２)を求める方法をより具体的に説明する。式（１）をシフトしたものを行列式で表すと、式（３）となる。
【００２０】
【数１】
2015132531.tif 000003
【００２１】
そして、以下の式（４）を定義し、Ａの直交行列を求める。
【００２２】
【数２】
2015132531.tif 000004
【００２３】
固有値をλとすると、固有方程式は、以下の式（５）で表される。
Ｄ（λ)＝(ａ−λ)(ｃ−λ)−(ｂ／２)２＝０      （５）
この式（５）を解くと、固有値λ１、λ２が求められる。ＡＸ＝λＸより、固有値λ１の時の固有ベクトルは、以下のベクトル（６）と、固有値λ２の時の固有ベクトルは、以下のベクトル（７）となるので、直交行列Ｖは、式（８）となる。
【００２４】
【数３】
2015132531.tif 000005
【００２５】
【数４】
2015132531.tif 000006
【００２６】
【数５】
2015132531.tif 000007
【００２７】
この直交行列Ｖを用いて、以下の式（９）を変換する。
【００２８】
【数６】
2015132531.tif 000008
【００２９】
そして、式（３）、式（８）、式（９）より、式（１０）が求められる。
【００３０】
【数７】
2015132531.tif 000009
【００３１】
このとき、式（１１）が成り立つので、この式より回転角度を求めることができる。
【００３２】
【数８】
2015132531.tif 000010
【００３３】
そして、制御部５は、式（１０）より求められる標準形Ｆ２の自乗項の係数ａ’、ｃ’と式（１１）より求められる回転量（回転角度）とに基づいて、計測ヘッド４の移動方向を決定する（ステップＳ２０３：第１Ｃ工程）。このとき、係数ａ’、ｃ’が同符号、すなわちともに正または負の場合には、係数ａ’、ｃ’の絶対値の大きい方を計測ヘッド４の移動方向とし、小さい方をガルバノミラーの走査方向とする。一方、係数ａ’、ｃ’が異符号の場合には、負の方を計測ヘッド４の移動方向とし、正の方をガルバノミラーの走査方向とする。
【００３４】
例えば、図５中の等高線は、ステップＳ２０１にて一般形を有する２次関数で被検面の形状をフィッティングした結果を示す。そして、このときのフィッティング係数は、ａ＝−０．０１、ｂ＝−０．０２、ｃ＝−０．００１、ｄ＝０．４、ｅ＝０．５、およびｆ＝０．６である。また、フィッティング残差は、許容できるものとする。次に、ステップＳ２０２として、式（１０）に各係数を代入すると、式（１２）となる。
【００３５】
【数９】
2015132531.tif 000011
【００３６】
式（１２）より、ａ’＝−０．０１６５、およびｃ’＝０．００５５が求められる。また、式（１１）より、直交軸ｘ２、ｙ２は、主軸ｘ１、ｙ１を３２．９°回転したものと求められる。これにより、ステップＳ２０３では、制御部５は、軸ｘ２の方向を計測ヘッド４の移動方向と、一方、軸ｙ２の方向をガルバノミラーの走査方向とを決定する。また、直交軸が３２．９°回転していることから、制御部５は、計測ヘッド４の移動方向とガルバノミラーの走査方向とを、それぞれ、軸ｘ１、ｙ１を３２．９°傾けた方向と決定する。
【００３７】
次に、ステップＳ１０３の工程について詳説する。図６は、ステップＳ１０３のガルバノミラー走査による帯領域を決定する工程の流れを示すフローチャートである。図７は、ステップＳ１０３の工程での処理を説明するための概略図である。図７に示す等高線は、被検面の形状のＺ軸方向の変化を示している。制御部５は、このステップＳ１０３において、ガルバノミラー走査による帯領域を、角度の制約を満たす最大の値となるように決定する。
【００３８】
まず、制御部５は、被検面上でガルバノミラー走査による帯領域を仮決めする（ステップＳ３０１：第２Ａ工程）。図７中の（Ａ）は、図５に示すｘ２、ｙ２座標系において、軸ｘ２に平行となる帯領域で切り抜き、被検面の端から仮決めした一例を示す図である。
【００３９】
次に、制御部５は、ステップＳ３０１で仮決めされた形状から、各方向（各成分）についてプラットフォームでならえる形状を減算する（ステップＳ３０２：第２Ｂ工程）。ステップＳ１０２で求めた方向に計測ヘッド４を移動した場合、Ｘ、Ｙ、Ｚ、および回転を用いてプラットフォームでならえる形状である図７中の（Ｂ）および（Ｃ）を減算すると（Ｄ）にような形状となる。ただし、（Ｂ）は、軸ｙ２回りに回転する成分であるθｙ２成分であり、（Ｃ）は、ｙ２方向の傾き成分である。
【００４０】
次に、制御部５は、ステップＳ３０２で求められた形状から、ガルバノミラーの走査面を減算する（ステップＳ３０３：第２Ｃ工程）。ガルバノミラーの走査面は、ガルバノミラーの回転中心からワーキングディスタンスを半径とする円弧面である。ガルバノミラーにより走査された被検光１０は、計測ヘッド４がｘ２方向へ移動中、おおむねｙ２方向に走査するので、図７中の（Ｅ）に示すような走査面となる。この走査面からの差分を求めると（Ｆ）のような形状となる。なお、このステップＳ３０３と上記のステップＳ３０２との実行順序は、反対でもよい。
【００４１】
次に、制御部５は、現在検討している帯領域について、ステップＳ３０３までで求められた残差形状である図７中の（Ｆ）が、その帯領域内のすべてでＺ閾値（すなわちＺ軸方向の制約）以内に収まるかどうかを判断する（ステップＳ３０４：第２Ｄ工程）。ここで、制御部５は、（Ｆ）がＺ閾値以内に収まらないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ３０１に戻り、ガルバノミラーで制御可能な最小角度ピッチ分だけ帯領域を狭めた上で、再度ステップＳ３０２〜Ｓ３０４を実行し、Ｚ閾値以内となるまで繰り返す。一方、制御部５は、（Ｆ）がＺ閾値以内に収まると判断した場合には（Ｙｅｓ）、次の帯領域について、ステップＳ３０１〜Ｓ３０４の工程を同様に実行し、計測領域をすべて計測できるように帯領域を決定する（ステップＳ３０５）。図８は、ステップＳ１０３の工程により、被検面上の計測領域のすべてを帯領域に分割した結果を実線で示す図である。
【００４２】
次に、ステップＳ１０４の工程について詳説する。ステップＳ１０４は、ステップＳ１０３にて分割した各帯領域を、総計測時間が最も短くなるように計測ヘッド４の移動経路を決定する工程である。制御部５は、図８に示すような結果に対して、例えば、上記の図２（ｄ）に示すように、図の左下から計測を開始し、計測ヘッド４の移動方向が隣り合う帯領域と交互に逆方向になるような順路を順番に連結し、計測ヘッド４の移動経路と決定し得る。なお、例えば、原点位置、計測前の計測ヘッド４の位置、または次の計測開始位置によっては、図８に示すような左下からではなく、右上から計測を開始してもよい。または、制御部５は、各帯領域間の移動時間または移動距離をパラメーターとして、巡回セールスマン問題を解き、総計測時間が最も短くなるような移動経路を求めてもよい。
【００４３】
このように、本実施形態に係る計測ヘッド４の移動経路の決定方法では、被検光１０の走査範囲を最大として、被検面の分割数を少なくできる。したがって、被検物Ｗが、例えば、Ｚ軸方向に変化が大きく、すなわち高低差が大きい形状を有する場合であっても、プラットフォームの総駆動量を従来よりも減らすことができ、その結果、総計測時間をより短くすることができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態によれば、被検物の形状によらずに、総計測時間の短縮化に有利な計測ヘッドの移動経路の決定方法、および計測装置を提供することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、ステップＳ２０１において被検面の形状を２次関数でフィッティングした残差が許容できるとした。これに対して、フィッティング残差が許容値を超える場合には、被検面を分割し、各々の分割領域でフィッティング残差が許容値内に入るようにしてもよい。この場合、各分割領域について、上記のように計測ヘッド４の移動方向を求め、各領域間の移動時間または移動距離をパラメーターとして巡回セールスマン問題を解き、最終的に総計測時間が最も短くなるような計測ヘッド４の移動経路を求めればよい。または、各分割領域におけるすべての帯領域について、各帯領域間の移動時間または移動距離をパラメーターとして巡回セールスマン問題を解き、最終的に総計測時間が最も短くなるような計測ヘッド４の移動経路を求めてもよい。
【００４６】
また、本実施形態は、計測ヘッド４において、計測ヘッド４内で被検光１０を走査する機構としてガルバノミラーを挙げ、点計測を行う方法を例示した。ただし、本発明はこれに限定されず、ガルバノミラー以外の走査機構を採用したり、点計測以外の計測方法を行ってもよい。例えば、計測ヘッド４にライン状の被検光が射出される光切断方式のヘッドを用いた場合には、ガルバノ走査方向をライン方向と置き換えることにより、本実施形態と同様の手順で実施することが可能である。また、本実施形態では、ステップＳ３０４においてガルバノミラー走査による帯領域がＺ閾値を超えた場合には、ガルバノミラーで制御可能な最小角度ピッチ分だけ帯領域を狭める。ただし、本発明はこれに限定されず、例えば、あらかじめ定められたピッチで帯領域を狭めてもよいし、ステップＳ３０３までで求めた残差形状とＺ閾値とに基づいて帯領域を狭める量を求めてもよい。また、図７のフローで求められた帯領域の測定データを取得する方法は、測定時にガルバノミラーの走査範囲を狭めてもよいし、測定時の走査範囲は変えず、測定データを処理する際にＺ閾値以内に収まる帯領域のデータのみ有効データとして使用するとしてもよい。さらに、本実施形態では、計測ヘッド４の移動方向を求める手順を例示したが、本発明はこれに限定されず、プラットフォームが斜め方向に駆動できない制約がある場合には、被検面を上記のように求めた角度だけ回転させて対応してもよい。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
２    ＸＹＺステージ
４    計測ヘッド
５    制御部
７    光走査部
【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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