(57)【要約】【課題】安価であり、かつ、画像データの各ポイントに対して補正データを得て高精度に画像測定装置を校正する画像測定装置の校正方法を提供する。【解決手段】  真直なエッジを有する校正ワークを用意し、エッジがマシン座標系のｙ軸に平行になるようにステージに載置する。ステージとＣＣＤカメラとをｘ軸方向に相対移動させつつＣＣＤカメラの撮像領域内の異なる位置でエッジを撮像する（画像データ取得工程）。エッジを撮像した位置については駆動機構の駆動量から検出しておく（撮像ポイント検出工程）。撮像された画像データ中でエッジ検出を行い（エッジ検出工程）、エッジの座標を出力する。画像データ内において二次元的に広く分布したデータを得る。  画像データ上のエッジ検出にて求められたエッジ座標と駆動機構の駆動量から求められたエッジ位置とのずれ量をエッジ位置ずれ量として各撮像ポイントについて算出する（ずれ量算出工程）。【選択図】図５
2008003000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置するステージに対して対物レンズを有する撮像手段を相対的に移動させる駆動機構を備え、前記撮像手段にて撮像した画像データ上にて測定ポイントを検出するとともにマシンに設定されたｘ座標とｙ座標とからなる二次元座標系で前記測定ポイントの位置を出力する画像測定機の出力値を校正する画像測定機の校正方法において、
真直なエッジを有する校正ワークのエッジの方向を二次元座標系のｙ軸方向に平行にした状態で前記校正ワークを前記ステージに載置する校正ワーク載置工程と、
前記駆動機構によって前記ステージと前記撮像手段とをｘ軸方向に相対移動させるとともに前記エッジを前記撮像手段の撮像領域内の異なる位置で撮像する画像データ取得工程と、
前記画像データ取得工程において前記エッジを撮像した際における前記撮像手段と前記校正ワークとの相対位置を撮像ポイントとして前記駆動機構の駆動量に基づいて検出する撮像ポイント検出工程と、
前記画像データ取得工程にて取得された画像データに基づいてエッジ検出を行うエッジ検出工程と、
予め設定された複数のｙ座標において前記各エッジのｘ座標値を出力するエッジ位置出力工程と、
前記エッジ位置出力工程にて出力されたエッジの各ｘ座標値を前記撮像ポイントに基づく実際のエッジ位置と対比した際のずれ量をエッジ位置ずれ量として算出するずれ量算出工程と、
撮像領域内の各位置における前記エッジ位置ずれ量の大きさに基づいて画像データ上の各位置におけるｘ方向の補正データを算出する補正データ算出工程と、
前記補正データ算出工程にて算出された補正データを対応する位置と対にして記憶する補正データ記憶工程と、を備える
ことを特徴とする画像測定装置の校正方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像測定装置の校正方法において、
前記エッジ位置出力工程は、
エッジ検出工程にて検出したエッジ位置をピクセル座標上で抽出するエッジ座標抽出工程と、エッジ座標抽出工程にて抽出されたエッジのピクセル座標に対して予め設定されている画素ピッチを乗算して画像データの中心からエッジまでの実距離を算出するエッジ位置算出工程と、を備え、
前記補正データ算出工程は、画素ピッチを補正する画素ピッチ補正工程を備え、
前記画素ピッチ補正工程は、
前記エッジ座標抽出工程にて抽出されたエッジのピクセル座標に対して前記ずれ量算出工程にて算出された前記エッジ位置ずれ量を二次元座標にプロットするエッジ位置ずれ量プロット工程と、
前記エッジ位置ずれ量プロット工程でプロットした点を直線回帰する回帰直線を算出する回帰直線算出工程と、を備え、
前記回帰直線の傾きに基づいて画像データ上の各位置におけるｘ方向の画素ピッチを補正する画素ピッチ補正データを算出する画素ピッチ補正データ算出工程と、を備え、
前記補正データ記憶工程は、前記画素ピッチ補正データ算出工程にて算出された画素ピッチ補正データを画像データの各位置と対にして記憶する画素ピッチ補正データ記憶工程を備える
ことを特徴とする画像測定装置の校正方法。
【請求項３】
請求項２に記載の画像測定装置の校正方法において、
前記補正データ算出工程は、画像データ上の位置ずれを補正する位置補正パラメータを算出する位置補正パラメータ算出工程を備え、
前記画素ピッチ算出工程によって算出された画素ピッチの分をエッジ位置出力工程にて算出された各エッジの位置から補正して補正後エッジ位置を算出する画素ピッチ分補正工程と、
前記画素ピッチ分補正工程にて算出された補正後エッジ位置を前記撮像ポイントに基づく実際のエッジ位置と対比して両者の残差を算出する残差算出工程と、を備え、
前記補正データ記憶工程は、前記残差算出工程にて算出された残差を各画像データ上の各位置におけるｘ方向の位置補正パラメータとして記憶する位置補正パラメータ記憶工程と、を備える
ことを特徴とする画像測定装置の校正方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像測定装置の校正方法において、
前記画像データ取得工程は複数回繰り返し実行され、
前記エッジ位置出力工程は、同じ撮像ポイントにおいて取得されたエッジ位置の平均値を出力する
ことを特徴とする画像測定装置の校正方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の画像測定機の校正方法において前記ｘ方向と前記ｙ方向とを入れ換えてｙ方向についての校正を行う
ことを特徴とした画像測定装置の校正方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の画像測定機の校正方法を対物レンズの倍率ごとに実行して対物レンズの倍率ごとに校正を行う
ことを特徴とした画像測定装置の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像測定装置の校正方法に関する。例えば、撮像手段で撮像された画像データに基づいてワークの形状測定を行う画像測定装置において、画像データに含まれる誤差を校正する画像測定装置の校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の形状等を測定する装置として画像測定機１０が知られている。
画像測定機は、図２５に示されるように、ワークＷを載置するステージ１１と、
ワークＷに向けて光を照明する光源（不図示）と、ワークＷからの反射光を集光する対物レンズおよび対物レンズを通して結像した像を撮像するＣＣＤカメラ１２と、ＣＣＤカメラ１２からの画像データに基づいてワークＷの輪郭形状やエッジ検出等の画像処理を施す画像処理部１３と、を備えている（例えば、特許文献１、２）。
そして、ＣＣＤカメラ１２は駆動機構１４によってＸ方向およびＹ方向に移動可能であり、駆動機構１４は駆動制御回路１５によって駆動制御される。また、駆動機構１４によるＣＣＤカメラ１２の駆動量は駆動センサ１６によって検出される。
【０００３】
このような画像測定機１０によってワークＷを撮像した画像データに基づいてワーク上の測定ポイントの座標を検出する方法について簡単に説明する。
例えば、ステージ上に載置されたワークＷをＣＣＤカメラ１２で撮像してワーク表面のシミＤの座標を検出する場合について考える。まず、ＣＣＤカメラ１２を駆動機構１４によって移動させてシミＤを撮像領域内に入れる。このとき、ＣＣＤカメラ１２の位置については駆動センサ１６により検出しておく。そして、ＣＣＤカメラ１２によってワークＷを撮像し、画像データ１７を取得する。すると、例えば、図２６に示される画像データ１７が得られる。
【０００４】
次に、この画像データ中でシミＤを検出する。すなわち、画像データ中のシミＤに対応した画素（ピクセル）を検出する。シミＤに対応する画素が検出されたところで、その画素の座標値を出力する。このとき、画像データ１７の中心を原点ＯとしてシミＤの画素のピクセル座標値を出力する。例えば、シミに対応する画素のピクセル座標値が（ｘｐ、ｙｐ）であったとする。ここで、ＣＣＤカメラ１２の位置については駆動センサ１６によって検出されているので、ＣＣＤカメラ１２の位置についてはマシン座標系上の位置が判明している。すなわち、画像データ１７の中心位置Ｏについてはマシン座標系において既に既知である。その一方、シミＤの位置については、画像データの中心Ｏからのピクセル座標値（ｘｐ、ｙｐ）しか分かっていない。そこで、シミＤの位置のピクセル座標値（ｘｐ、ｙｐ）に対して１画素（１ピクセル）の大きさ（サイズ）である画素ピッチを乗算すると、画像データ１７の中心ＯからシミＤまでの実際の距離が算出される。例えば、Ｘ方向のピクセル位置ｘｐが３００であり、画素ピッチが２０μｍであるとすると、画像データ１７の中心Ｏから測った実際のシミの位置は、次の式で算出される。
【０００５】
（画像データの中心からの実距離）＝（ピクセル位置ｘｐ）×（画素ピッチ）
＝３００（pixel）×２０（μｍ／pixcel）
＝６０００μｍ＝６ｍｍ
【０００６】
そして、画像データ１７の中心位置Ｏは駆動センサ１６の出力値から求められるので、シミＤの実際の位置は次のように求められる。
【０００７】
（シミの位置）＝（ＣＣＤカメラの位置）＋（画像データの中心からの実距離）
＝（ＣＣＤカメラの位置）＋（ピクセル位置ｘｐ）×（画素ピッチ）
【０００８】
以上はＸ方向についての説明であるが、Ｙ方向についても同様であるのはもちろんである。
【０００９】
ところで、このような画像測定機１０では、高精度化のために予め校正（キャリブレーション）が行われ測定誤差を真値に補正するための補正データが求められる。そして、この補正データを利用して、測定で得られた測定データを真値に補正処理することが行われている。これにより、マシンが有する誤差をソフト的に処理して非常に高精度の測定データが得られる。
【００１０】
測定精度に影響するパラメータとして例えば画像データの画素ピッチが挙げられる。画素ピッチは、ピクセル座標値から実距離に換算するためのパラメータともなるので、正確に校正しておく必要がある。
ここで、従来、画素ピッチを校正するにあたっては、長さが既知のスケールを用意し、このスケールの長さを測定した結果に対して真値を対比し、１画素の大きさである画素ピッチを求めていた。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２０５８２２号公報
【特許文献２】特開２００１−６６１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、測定データに影響する誤差を生む要因として、対物レンズの収差がある。
対物レンズに収差があると、ＣＣＤカメラ１２で撮像される画像データ１７に歪みなどの誤差が含まれることになる。そして、対物レンズの収差はレンズの場所ごとに異なるため、画像データ１７に現れる誤差もエリアごとに異なってくる。すると、対物レンズの収差に起因して、画面データのエリアごとに画素ピッチが異なってくることになる。例えば、図２７のように、（Ａ）の理想結像に対して（Ｂ）のようにタル型歪曲が強くでる場合には、中央部分を通るライン（ｙ＝ｙｃ）と周辺部分を通るライン（ｙ＝ｙｓ）とで画素ピッチが異なってくる。そのため、前述のように一つの基準長さを測定した結果だけから画素ピッチを求めたとしても、画像データの各エリアに対して最適な画素ピッチを得ることはできない。従って、高精度に画素ピッチを校正するには至らず、測定誤差が依然として残るという問題が生じる。
【００１３】
ここで、図２８のように座標既知の校正ポイントを二次元的に配列したチャートを用意し、各校正ポイントを測定した結果と真値とを対比して、各点における補正データを求めることは原理的には可能であるとも考えられる。
しかしながら、対物レンズの倍率ごとに図２８のようなチャートを用意し、さらに各校正ポイントの座標値を正確に求めておくことには非常にコストがかかる。
また、高倍率対物レンズ用のチャートを作成することはそもそも技術的に困難である。
したがって、安価であり、かつ、画像データのエリアごとに高精度の補正データを得る方法が望まれていた。
【００１４】
本発明の目的は、安価であり、かつ、画像データの各ポイントに対して補正データを得て高精度に画像測定装置を校正する画像測定装置の校正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の画像測定装置の校正方法は、被測定物を載置するステージに対して対物レンズを有する撮像手段を相対的に移動させる駆動機構を備え、前記撮像手段にて撮像した画像データ上にて測定ポイントを検出するとともにマシンに設定されたｘ座標とｙ座標とからなる二次元座標系で前記測定ポイントの位置を出力する画像測定装置の出力値を校正する画像測定装置の校正方法において、真直なエッジを有する校正ワークのエッジの方向を二次元座標系のｙ軸方向に平行にした状態で前記校正ワークを前記ステージに載置する校正ワーク載置工程と、前記駆動機構によって前記ステージと前記撮像手段とをｘ軸方向に相対移動させるとともに前記エッジを前記撮像手段の撮像領域内の異なる位置で撮像する画像データ取得工程と、前記画像データ取得工程において前記エッジを撮像した際における前記撮像手段と前記校正ワークとの相対位置を撮像ポイントとして前記駆動機構の駆動量に基づいて検出する撮像ポイント検出工程と、前記画像データ取得工程にて取得された画像データに基づいてエッジ検出を行うエッジ検出工程と、予め設定された複数のｙ座標において前記各エッジのｘ座標値を出力するエッジ位置出力工程と、前記エッジ位置出力工程にて出力されたエッジの各ｘ座標値を前記撮像ポイントに基づく実際のエッジ位置と対比した際のずれ量をエッジ位置ずれ量として算出するずれ量算出工程と、撮像領域内の各位置における前記エッジ位置ずれ量の大きさに基づいて画像データ上の各位置におけるｘ方向の補正データを算出する補正データ算出工程と、前記補正データ算出工程にて算出された補正データを対応する位置と対にして記憶する補正データ記憶工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
このような構成において、まず、真直なエッジを有する校正ワークを用意する。
このような校正ワークは真直なエッジが一本あればいいので簡便に用意できる。
そして、エッジがマシン座標系のｙ軸に平行になる状態でこの校正ワークをステージに載置する（校正ワーク載置工程）。
次に、駆動手段によってステージと撮像手段とをｘ軸方向に相対移動させる。
つまり、エッジはｙ軸に平行のまま画像データ中でｘ座標だけが変化することになる。そして、撮像手段の撮像領域内の異なる位置でエッジを撮像する（画像データ取得工程）。例えば、撮像領域内をｘ方向で１０等分するピッチで駆動機構を駆動させ、１０等分の各位置でエッジを撮像すると１０枚の画像データが得られることになる。このとき、エッジを撮像した位置については駆動機構の駆動量から検出しておく（撮像ポイント検出工程）。次に、撮像された画像データ中でエッジ検出を行う（エッジ検出工程）。そして、エッジの座標を出力する。
【００１７】
ここで、エッジはｙ方向に平行な状態でセットされているので、一本のエッジについて複数のｙ座標に関して同時にｘ座標が検出されることとなる。そこで、予め設定された複数のｙ座標に対してｘ座標値を出力する（エッジ位置出力工程）。例えば、ｙ＝ｙ１、ｙ２、ｙ３・・・のように予め決めておき、ｙ＝ｙ１とエッジとの交点、ｙ＝ｙ２とエッジとの交点、ｙ＝ｙ３とエッジとの交点・・を出力する。エッジが真直であるので、仮に、撮像手段の対物レンズに収差がなければ一本のエッジにつき出力されるｘ座標値は総て同じになるはずであるが、実際にはレンズ収差の影響分だけｘ座標値は異なってくる。
【００１８】
このようにそれぞれの撮像ポイントにおいて撮像したエッジを検出し、設定された複数のｙ座標に関してｘ座標値を出力していく。すると、画像データ内において二次元的に広く分布したデータを得る。
【００１９】
ここで、撮像ポイント検出工程により駆動機構の駆動量に基づいて撮像手段と校正ワークとの相対位置は予め分かっているので、撮像手段と校正ワークとの相対位置に基づいて、撮像したエッジの実際の位置を算出することができる。
仮に、撮像手段にて撮像された画像データに歪みがなければ、画像データに基づいて検出されたエッジの座標値は駆動機構の駆動量から特定されたエッジ位置に整合するはずである。
しかしながら、撮像手段の対物レンズに収差がある場合には、画像データに歪み等があるため、画像データ上のエッジ検出にて求められたエッジ座標と駆動機構の駆動量から求められたエッジ位置とにはズレが生じる。
そこで、このズレ量をエッジ位置ずれ量として各撮像ポイントについて算出する（ずれ量算出工程）。すると、視野内において二次元的に分布した複数の撮像ポイントについて画像データ上におけるｘ方向のずれ量が求められる。
このように画像データ上における各点のずれ量が求まるので、これらのデータに基づいて画像データから得られた検出値を真値に補正するための補正データが算出される（補正データ算出工程）。
求められた補正データは、画像データ上の対応する点と対にして所定のメモリに記憶される。
【００２０】
実際にワークを測定するにあたっては、ワークを撮像手段にて撮像して画像データを得る。そして、この画像データに基づいて各測定ポイントを検出する。この検出値に対応する補正データを用いて検出値を補正し、補正された結果を出力する。すると、レンズ収差が修正された正しい値が出力されることになる。
【００２１】
このような構成によれば、エッジが一本ある校正ワークを用意し、これを移動させて撮像視野内の複数位置でエッジを撮像することにより、撮像領域内において二次元的に分布したデータを得る。レンズ収差が画像データに与える影響は場所によって異なるという二次元的な特質を有するところ、本発明によれば、一本のエッジを用いて二次元的に画像データを校正することができる。すなわち、一本のエッジを異なる場所で撮像することにより、複数のラインを有する校正用チャートを撮像したのと同様の画像データを取得することができる。従来は、一つの基準長さを測定した結果に基づいて校正を行っていたためにレンズ収差のように二次元的に分布する誤差については校正できていなかった。あるいは、二次元的に校正点が予め求められたチャートを利用するにあたってはこのようなチャートを用意するためのコストが高いという問題が生じる。例えば、総てのユーザーが対物レンズの倍率ごとに上記のような校正用チャートを用意することは非常に難しい。
【００２２】
この点、本発明によれば、一本のエッジを有する校正ワークを用意するだけでよいので非常に簡便である。もちろん、校正ワークは倍率ごとに用意する必要もなく、一つの校正ワークで対物レンズの総ての倍率に対応できる。そして、この校正ワークにより画像データを二次元的に補正する補正データを得ることができ、安価でありながらも高精度の校正を実現することができる。特にユーザーが自分で校正作業を行う場合には特別な校正用チャートを必要としないので、簡便に行えるという利点は利用者の利便に大いに資するところがある。
【００２３】
なお、校正ワークのエッジの長さについては特に限定されず、撮像領域のｙ方向においてある程度の長さがあればよい。例えば、撮像領域のｙ方向長さの半分程度でもよく、あるいは撮像領域のｙ方向長さの３分の２程度でもよく、もちろん、撮像領域のｙ方向長さ以上に長くてもよい。
また、Ｙ方向およびＸ方向というのは二次元座標系の座標軸方向であり、例えば、縦軸と横軸とでいずれをＹ軸、Ｘ軸とするかは相対的なものにすぎず、いずれをＹ軸、Ｘ軸と定めても本発明の校正方法を適用できるのはもちろんである。
【００２４】
本発明では、前記エッジ位置出力工程は、エッジ検出工程にて検出したエッジ位置をピクセル座標上で抽出するエッジ座標抽出工程と、エッジ座標抽出工程にて抽出されたエッジのピクセル座標に対して予め設定されている画素ピッチを乗算して画像データの中心からエッジまでの実距離を算出するエッジ位置算出工程と、を備え、前記補正データ算出工程は、画素ピッチを補正する画素ピッチ補正工程を備え、前記画素ピッチ補正工程は、前記エッジ座標抽出工程にて抽出されたエッジのピクセル座標に対して前記ずれ量算出工程にて算出された前記エッジ位置ずれ量を二次元座標にプロットするエッジ位置ずれ量プロット工程と、前記エッジ位置ずれ量プロット工程でプロットした点を直線回帰する回帰直線を算出する回帰直線算出工程と、を備え、前記回帰直線の傾きに基づいて画像データ上の各位置におけるｘ方向の画素ピッチを補正する画素ピッチ補正データを算出する画素ピッチ補正データ算出工程と、を備え、前記補正データ記憶工程は、前記画素ピッチ補正データ算出工程にて算出された画素ピッチ補正データを画像データの各位置と対にして記憶する画素ピッチ補正データ記憶工程を備えることが好ましい。
【００２５】
このような構成において、ずれ量算出工程においてエッジ位置ずれ量が各点について算出されているところ、このエッジ位置ずれ量に基づいて画像データの画素ピッチを校正する。画素ピッチを校正するにあたり、まず、各ピクセル座標について求められたエッジ位置ずれ量を二次元座標上にプロットする（エッジ位置ずれ量プロット工程）。このとき、画像データ内で二次元的に分布した各点（ピクセル座標）において位置ずれデータが求められているが、例えば、ｙ＝ｙ１のラインに注目してｙ＝ｙ１上の各点について撮像ポイントとエッジ位置ずれ量とをプロットする。例えば、エッジを検出した各ピクセル座標値を横軸にとり、各ピクセル座標に対するエッジ位置ずれ量を縦軸にとることが例として挙げられる。このように点をプロットすると、画像データの中央付近に対して画像データの周辺領域においてエッジずれ量が大きくなる傾向が見られる場合がある。例えば、最適の画素ピッチよりも大きい（あるいは小さい）画素ピッチが設定されている場合には、ピクセル座標値が原点から遠くなるほど実距離との誤差が開いていく。そこで、回帰直線算出工程において、プロットされた点を直線回帰する回帰直線を算出する。このような回帰直線は一般的な最小自乗法により求められる。そして、求められた回帰直線の傾きに基づいて画素ピッチの補正量を算出し、この補正量分を補正してｘ方向の画素ピッチが求められる。すなわち、現状設定されている画素ピッチから回帰直線の傾き分を修正した画素ピッチを求めて画素ピッチ補正データとする（画素ピッチ補正データ算出工程）。このように求められた画素ピッチ補正データを記憶し、実際の測定において画像データ上の位置を検出するにあたっては補正された画素ピッチに基づいた検出を行う。
【００２６】
このような構成によれば、画像データの中央領域から周辺付近へと場所ごとに異なる画素ピッチをその場所に応じて校正することができる。
例えば、レンズ収差がある場合には、検出精度の最小単位である画素ピッチが画像データの中央部と画像データの周辺部とで異なってくることになるが、従来は、一本の基準長さを計るだけで画素ピッチの代表値を一つ校正するだけであったため、正確な校正とはなっていなかった。
この点、本発明によれば、各位置に応じて詳細に画素ピッチを補正できるので、高精度の校正を行うことができる。
【００２７】
なお、一つのライン（例えば、ｙ＝ｙ１）についてエッジ位置ずれ量プロット工程を行って回帰直線を算出（回帰直線算出工程）したのち、ラインを代えて、ｙ＝ｙ２、ｙ＝ｙ３等についても同様に行って、このような校正ラインごとに画素ピッチを求めることが好ましいのはもちろんである。
【００２８】
本発明では、前記補正データ算出工程は、画像データ上の位置ずれを補正する位置補正パラメータを算出する位置補正パラメータ算出工程を備え、前記画素ピッチ算出工程によって算出された画素ピッチの分をエッジ位置出力工程にて出力された各エッジの位置から補正して補正後エッジ位置を算出する画素ピッチ分補正工程と、前記画素ピッチ分補正工程にて算出された補正後エッジ位置を前記撮像ポイントに基づく実際のエッジ位置と対比して両者の残差を算出する残差算出工程と、を備え、前記補正データ記憶工程は、前記残差算出工程にて算出された残差を各画像データ上の各位置におけるｘ方向の位置補正パラメータとして記憶する位置補正パラメータ記憶工程と、を備えることが好ましい。
【００２９】
このような構成において、画素ピッチを補正した後にさらに位置ずれを補正する位置補正パラメータを算出する。
まず、画素ピッチ算出工程によって補正後の画素ピッチが求められているので、この補正後の画素ピッチを用いてエッジ位置をあらためて算出する（画素ピッチ分補正工程）。そして、画素ピッチ分を補正した後に算出されたエッジ位置を前記撮像ポイントに基づく実際のエッジ位置と対比して、画素ピッチが補正された状態で残っている誤差（残差）を算出する（残差算出工程）。この誤差分は対物レンズの収差によって画像データ中に生じる歪み等に起因していると考えられ、画像データの各位置によって誤差量が違ってくる。各点について求められた残差を対応する位置と対にして位置補正データとして記憶する。
【００３０】
このような構成によれば、画像データの場所によって異なる位置ずれをその場所に応じて補正する補正データを得ることができる。そして、レンズ収差に起因して画像データの場所によって異なる誤差を場所に応じた補正データによって適切に補正することにより非常に高精度の画像測定結果を得ることができる。また、この位置補正パラメータは、画素ピッチを補正した後のデータに基づいて算出されているので、位置ずれのみを反映した値に基づく補正データとなっている。このように画素ピッチの補正に続いて位置補正パラメータを算出するという一連の校正により、測定誤差を最適に補正する位置補正パラメータを算出することができる。
【００３１】
本発明では、前記画像データ取得工程は複数回繰り返し実行され、前記エッジ位置出力工程は、同じ撮像ポイントにおいて取得されたエッジ位置の平均値を出力することが好ましい。
【００３２】
このような構成によれば、複数回の撮像によって得られた結果の平均値に基づいて補正データを求めるので、例えば、単発の異常な検出誤差などの影響を受けず、より最適な補正データを得ることができる。
【００３３】
本発明では、前記画像測定装置の校正方法において前記ｘ方向と前記ｙ方向とを入れ換えてｙ方向についての校正を行うことが好ましい。
【００３４】
このような構成によれば、ｘ方向とｙ方向の両方向についての補正データを得るので、検出値をｘ方向およびｙ方向の両方向で補正した二次元座標上の正確な位置を求めることができる。
【００３５】
本発明では、前記画像測定装置の校正方法を対物レンズの倍率ごとに実行して対物レンズの倍率ごとに校正を行うことが好ましい。
【００３６】
このような構成において、対物レンズが異なれば当然に収差も異なるところ、対物レンズごとに校正を行って補正データを得る。
ここで、対物レンズごとに校正用のチャートを用意するとなると非常にコストがかさむことになるが、本発明においては、校正を行うにあたりエッジを有する校正ワークを用意すればよいだけであるので、対物レンズごとに校正を行う場合でもコストが増えることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の画像測定装置の校正方法に係る第１実施形態について説明する。
まず、校正対象となる画像測定装置の構成について簡単に説明する。
図１は、画像測定装置１００の構成を示す図である。
画像測定装置１００は、画像測定機本体部２００と、制御部３００と、入力手段１１１と、出力手段１１２と、を備える。
【００３８】
画像測定機本体部２００は、ベースとなる架台２１１と、架台２１１上に配設されワークＷが載置されるステージ２１２と、ワークＷを撮像する撮像手段としてのＣＣＤカメラ２１３と、ＣＣＤカメラ２１３とワークＷとを三次元的に移動させる駆動機構２１４と、駆動機構２１４の駆動量を検出する駆動センサ２１９（図４参照）と、を備えている。
【００３９】
ＣＣＤカメラ２１３は、内部に対物レンズ（不図示）を有している。
対物レンズは、できる限り収差を補正するように複数のレンズが組み合わされて構成されるが、総ての収差を完全に補正することは不可能であり、残存収差がのこってしまう。このようなレンズの収差には、コマ収差、非点収差、像面湾曲などが例として挙げられる。例えば、図２に示されるような格子を収差のあるレンズを通して結像させると、図３のように誤差や歪みが生じることになる。
ここで、このような対物レンズの収差による画像データの誤差を安価にかつ高精度に補正することが本発明の主たる目的となる。
【００４０】
駆動機構２１４は、ステージ２１２の側端に沿ったＹ軸方向へスライド可能に設けられたＹスライダ２１５と、Ｙスライダ２１５に支持されているとともにＸ方向にスライド可能に設けられたＸスライダ２１８と、を備えている。Ｙスライダ２１５は門型フレームであり、ステージ２１２の両側端にそれぞれ立脚しステージ２１２に垂直方向であるＺ方向に高さを有するとともにＹ軸方向にスライド可能に設けられた二本のビーム支持体２１６と、ビーム支持体２１６の上端に支持されてＸ方向に長さを有するビーム２１７と、を備える。
Ｘスライダ２１８は、ビーム２１７にスライド移動可能に設けられている。そして、ＣＣＤカメラ２１３はＸスライダ２１８に取り付けられて保持されている。
【００４１】
なお、Ｙスライダ２１５およびＸスライダ２１８は所定の駆動モータによってそれぞれＹ軸方向およびＸ軸方向に駆動される。
【００４２】
駆動センサ２１９は、門型フレームのＹ軸方向への移動量を検出するＹ軸センサ２２０と、Ｘスライダ２１８のＸ軸方向への移動量を検出するＸ軸センサ２２１と、を備えている。
このような駆動センサ２１９は、例えば、リニアエンコーダによって構成することができる。
【００４３】
制御部３００は、画像測定機本体部２００の動作を制御するモーションコントローラ４００と、モーションコントローラ４００を介して画像測定機本体部２００を動作させるとともに画像測定機本体部２００によって取得した画像データを処理して被測定物Ｗの寸法や形状を求めるホストコンピュータ５００と、を備えている。
【００４４】
図４は、モーションコントローラ４００とホストコンピュータ５００との内部構成を示す図である。モーションコントローラ４００は、駆動機構２１４を駆動制御する駆動制御回路４１０と、駆動センサ２１９からの検出信号をカウントして駆動機構２１４の駆動量を検出する駆動カウンタ４２０と、ＣＣＤカメラ２１３によって撮像される画像データを取り込む画像データ取込部４３０と、を備えている。
【００４５】
ホストコンピュータ５００は、校正動作指令部５１０と、データ記憶部５２０と、
画像処理部５３０と、演算処理部５４０と、メモリ５７０と、補正データ記憶部５８０と、補正処理部５９１と、ＣＰＵ（中央処理部）５９２と、を備えている。
【００４６】
校正動作指令部５１０は、駆動指令部５１１と、撮像指令部５１２と、を備えている。
データ記憶部５２０は、画像データ記憶部５２１と、撮像ポイント記憶部５２２と、エッジ座標記憶部５２３と、を備える。
画像処理部５３０は、エッジ検出部５３１と、エッジ座標抽出部５３２と、を備える。
演算処理部５４０は、平均値算出部５４１と、エッジ位置算出部５４２と、ずれ量算出部５４３と、画素ピッチ算出部５５０と、位置補正パラメータ算出部５６０と、を備える。
【００４７】
画素ピッチ算出部５５０は、エッジ位置ずれ量プロット部５５１と、回帰直線算出部５５２と、画素ピッチ補正データ算出部５５３と、を備える。
位置補正パラメータ算出部５６０は、画素ピッチ分補正部５６１と、残差算出部５６２と、を備える。
【００４８】
補正データ記憶部５８０は、画素ピッチ補正データ記憶部５８１と、位置補正パラメータ記憶部５８２と、を備える。
【００４９】
なお、各機能部の動作については、フローチャートを参照して後述する。
【００５０】
このような構成を備える画像測定装置を校正する方法について説明する。
なお、Ｘ方向についての校正を行う場合を例にして説明するが、Ｙ方向の校正を行う場合には以下の説明のＸとＹとを入れ替えればよいだけである。
【００５１】
本実施形態の校正方法は、図５のフローチャートに示されるように、エッジＥを有する校正ワークＷｃをステージ２１２に載置する校正ワーク載置工程（ＳＴ１００）と、校正の精密さレベル等の条件を設定する校正条件設定工程（ＳＴ２００）と、校正ワークＷｃを撮像して校正の基礎となるデータを取得するデータ取得工程（ＳＴ３００）と、撮像した画像データを処理して座標データの算出等を行う画像処理工程（ＳＴ４００）と、画像データ中の誤差を真値と対比して補正データを算出する補正データ算出工程（ＳＴ５００）と、算出された補正データを記憶する補正データ記憶工程（ＳＴ６００）と、を備えている。
【００５２】
まず、ワーク載置工程（ＳＴ１００）において、校正ワークＷｃをステージ２１２に載置する。
図６は、校正ワークＷｃの一例を示す図である。
校正ワークＷｃは、真直なエッジＥを有しており、例えば半分をクロムマスクで覆ったプレート等を用いることができる。そして、校正ワークＷｃをステージ２１２に載置するにあたっては、Ｘ方向についての校正を行う都合上、図７に示されるようにエッジＥがＹ軸に平行になる状態でセットする。
なお、Ｙ方向についての校正を行う場合にはエッジＥをＸ方向に平行にすればよい。
【００５３】
ワーク載置工程（ＳＴ１００）にて校正ワークＷｃをセットした後、ＳＴ２００において校正条件について設定する（校正条件設定工程）。
図８は、校正条件設定工程の手順を示すフローチャートである。
校正条件の設定としては、校正ライン設定工程（ＳＴ２１０）と、撮像エッジ間隔設定工程（ＳＴ２２０）と、繰返し回数設定工程（ＳＴ２３０）と、を行う。
各工程について簡単に説明する。
【００５４】
校正ライン設定工程（ＳＴ２１０）では、図９に示されるように、撮像領域６０１内においてＸ軸に平行であるラインＬｃを複数設定する。例えば、図９のように撮像領域６０１のＹ方向を６等分するように一定の間隔で５本のラインＬｃを設定してもよい。この場合、校正ラインＬｃはＸ軸に平行なラインであるので、ラインのｙ座標値を設定入力すればよい。例えば、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４およびｙ５の値をそれぞれ入力すればよい。この校正ラインＬｃのピッチの細かさは、以後の校正手順のなかでｙ方向についての校正ポイントの密度を決定する。
【００５５】
撮像エッジ間隔設定工程（ＳＴ２２０）では、図１０に示されるように、撮像領域６０１内においてｙ軸に平行であるラインを複数設定する。
例えば、撮像領域６０１のＸ方向を２０等分するように一定の間隔で１９本のラインを設定してもよい。この場合、ライン同士の間隔を入力すればよい。
ここで設定した撮像エッジ間隔は、以後の校正手順のなかでエッジＥを撮像する間隔となり、Ｘ方向についての校正ポイントの密度を決定する。
【００５６】
繰り返し回数設定工程（ＳＴ２３０）では、同じ位置でエッジＥを撮像する回数を設定する。単一の撮像結果にのみ基づいた校正では、異常データの影響を受けて正確な校正ができない場合もあるところ、複数回の撮像によって得たデータを平均した値を用いることが好ましいのはもちろんである。そこで、繰り返し回数設定工程（ＳＴ２３０）において同じ位置でエッジＥを撮像する回数を設定し、平均値を算出するために用いるデータの数を設定する。このように設定された校正条件は、メモリ５７０に記憶される。
【００５７】
このように校正条件を設定したのち、ＳＴ３００においてデータ取得工程が実行される。データ取得工程について図１１のフローチャートを参照して説明する。
データ取得工程（ＳＴ３００）においては、まず、画像データ取得工程（ＳＴ３１０）が行われる。この画像データ取得工程（ＳＴ３１０）は、駆動工程（ＳＴ３１１）と撮像工程（ＳＴ３１２）とによって構成され、校正動作指令部５１０からの指令によって実行される。校正動作指令部５１０は、画像データ取得工程（ＳＴ３１０）を実行させるにあたり、まず、メモリ５７０に設定された校正条件のうち撮像エッジ間隔を読み出す。そして、校正動作指令部５１０の駆動指令部５１１は、設定された撮像エッジ間隔ずつＣＣＤカメラ２１３をｘ方向に移動させる指令を駆動制御回路４１０に出力する。すると、駆動制御回路４１０からの制御パルスによって駆動機構２１４が駆動され、ＣＣＤカメラ２１３がＸ方向に撮像エッジ間隔ずつ移動される（図１２参照）。
【００５８】
例えば、当初は、図１３（Ａ）に示されるように、撮像領域６０１中において右端側（＋Ｘ方向側）にエッジＥが位置していたとする。
この状態から、撮像エッジ間隔分だけＣＣＤカメラ２１３を＋ｘ方向に変位させると、図１３（Ｂ）に示されるように撮像領域６０１内においてエッジＥが−Ｘ方向に変位する。そして、このように駆動機構２１４を駆動させてＣＣＤカメラ２１３が撮像エッジ間隔分だけ移動したところで校正動作指令部５１０の撮像指令部５１２は、画像データ取込部４３０に画像データの取得を指令する。すると、ＣＣＤカメラ２１３によって撮像が行われ（撮像工程ＳＴ３１２）、画像データが取り込まれる。
【００５９】
このように取り込まれた画像データ６０２は画像データ記憶工程（ＳＴ３２０）において画像データ記憶部５２１に記憶される。
【００６０】
また、画像データ６０２の取込み（ＳＴ３２０）と同時に撮像ポイントの検出をあわせておこなう（撮像ポイント検出工程ＳＴ３３０）。エッジＥの撮像を行った際のＣＣＤカメラ２１３の位置は駆動カウンタ４２０のカウント値から検出できる。そして、ＣＣＤカメラ２１３の位置は、画像データ６０２の中心Ｏに対応する。毎回の撮像に際してＣＣＤカメラ２１３の駆動量を駆動カウンタ４２０から検出するとともにこの移動量に基づいてＣＣＤカメラ２１３の位置（画像データの中心位置）を算出し、このように算出されたポイントをエッジＥの撮像ポイントとして撮像ポイント記憶部５２２に記憶していく。
【００６１】
このように駆動機構２１４によるＣＣＤカメラ２１３の移動（ＳＴ３１０）とＣＣＤカメラ２１３による撮像（ＳＴ３１２）とを行っていく。そして、撮像領域６０１の端から端までの１ストロークを終了したのち（ＳＴ３４０：ＹＥＳ）、さらに、繰り返し回数としてメモリ５７０に設定された回数分の繰り返しが終了するまで（ＳＴ３５０：ＹＥＳ）、画像データ取得工程（ＳＴ３１０）を実行する。
【００６２】
このようにして画像データ６０２の取得が行われると、例えば、図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）・・・に示されるように、エッジ位置が一定ピッチずつ異なる画像データ６０２が取得されることになる。
【００６３】
データ取得工程（ＳＴ３００）にて画像データ６０２が取得された後、画像処理部５３０による画像処理工程（ＳＴ４００）が行われる。
画像処理工程（ＳＴ４００）について図１４のフローチャートを参照して説明する。
画像処理工程（ＳＴ４００）では、画像データ６０２中のエッジ検出を行うエッジ検出工程（ＳＴ４１０）と、検出したエッジＥの座標を抽出するエッジ座標抽出工程（ＳＴ４２０）と、抽出したエッジ座標について各ポイントにおける平均値を算出する平均値算出工程（ＳＴ４３０）と、画像データ６０２に基づいた演算によってエッジ位置を算出するエッジ位置算出工程（ＳＴ４４０）と、前記ＳＴ４４０にて算出されたエッジ位置を実際のエッジ位置に対比した際のずれ量をエッジ位置ずれ量として算出するずれ量算出工程（ＳＴ４５０）と、を実行する。
【００６４】
エッジ検出工程（ＳＴ４１０）におけるエッジ検出は、各画像データ６０２中でｙ方向に走っているエッジＥの検出をエッジ検出部５３１により行う。画像データ６０２は、異なる撮像ポイントで撮像されており、さらに、平均値の算出のために同じ撮像ポイントにおいても複数の画像データ６０２が撮像されているが、これら総ての画像データ６０２についてエッジ検出を行う。このエッジ検出により例えば図１３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示される画像データ６０２中のエッジＥが検出される。
すると、エッジＥに対応する画素が特定される。
【００６５】
エッジ座標抽出工程（ＳＴ４２０）では、検出されたエッジＥのピクセル座標の抽出をエッジ座標抽出部５３２により行う。
ここで、ピクセル座標の抽出にあたっては、校正条件設定工程（ＳＴ２００）において校正ラインＬｃとして設定されたｙの座標に対応させて行う。校正ライン設定工程（ＳＴ２１０）において、図９に示されるようにＸ軸に平行な校正ラインＬｃが複数設定されているところ、これらの校正ラインＬｃとエッジＥとの交点におけるｘ座標値を抽出する（図１５参照）。エッジＥは、撮像領域６０１内の異なる複数の位置で撮像されており、また、校正ラインＬｃも異なるｙ座標で複数設定されているので、分かりやすく説明するために、異なる画像として取得されているエッジＥの画像を重ねて図１６のように表現すると、画像データ６０２内において複数のエッジＥと校正ラインＬｃとの交点である格子点の座標値が算出されることになる。
【００６６】
なお、校正ラインＬｃは設定された値であるから一の校正ラインＬｃのｙ座標値は同じ値になることはもちろんである。
その一方、エッジＥは画像データから検出されている。校正ワークＷｃのエッジＥは真直であるので、仮に、対物レンズに収差がなければ画像データ６０２中でもエッジＥは真直性を保って検出されるはずである。すなわち、一のエッジＥにおいて複数のｙ座標でｘ座標値を抽出すると、ｘ座標値は総て同じ値にあるはずである。
しかしながら、対物レンズには収差が存在しているので画像データ６０２には歪み等があり、校正ワークＷｃの真直なエッジＥを検出しても画像データ中では歪みをもったエッジＥが検出されることになる。すると、一のエッジＥに対して複数のｙ座標値でｘ座標を抽出すると、レンズ収差の分だけずれた値が得られることになる。
【００６７】
一枚一枚の画像データについてエッジＥの検出（ＳＴ４１０）とエッジ座標の抽出（ＳＴ４２０）とが行われ、得られたデータは演算処理部５４０に送られる。
【００６８】
次に、平均値算出工程（ＳＴ４３０）において、平均値の算出を行う。
エッジＥの撮像は、平均値の算出のために同じ撮像ポイントにおいて複数の画像データが撮像されているので、同じ撮像ポイントで撮像された複数画像データにおいて同じｙ座標について算出されたｘ座標値を平均した値を算出する。例えば、同じ撮像ポイントで図１７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のように３枚の画像データを取得していたとすると、ｘ座標値ｘａ、ｘｂ、ｘｃの平均値を算出する。平均値算出工程（ＳＴ４３０）は平均値算出部５４１により実行される。
【００６９】
次に、エッジ位置算出工程（ＳＴ４４０）において、エッジ位置の算出をエッジ位置算出部５４２により行う。ここで、撮像ポイントとしてＣＣＤカメラ２１３の位置が既に検出されており、これは画像データ６０２の中心位置Ｏに対応している。そして、各エッジＥのピクセル座標値はエッジ座標抽出工程（ＳＴ４２０）により抽出済みである。したがって、まず、ピクセル座標値に基づいて画像データ６０２の中心ＯからエッジＥまでの実際の距離を算出し、さらに、その距離を画像データの中心座標に加算（あるいは減算）すると、エッジＥの実際の位置が算出されることになる。
【００７０】
ここで、ピクセル座標値に基づいて画像データ６０２の中心からエッジＥまでの実際の距離を算出するにあたっては、ピクセル座標値に１ピクセル（画素）の大きさである画素ピッチを乗算する。画素ピッチは、初期設定された値を用いてもよく、あるいは以前の校正によって得られている画素ピッチを用いてもよい。
このようにして、エッジ座標抽出工程（ＳＴ４２０）にて抽出された各ピクセル座標値に基づいたエッジ位置を算出していく。
【００７１】
なお、もちろんのことであるが、校正ワークＷｃはステージ２１２に載置された状態で移動していないことから、正確にエッジ位置が求められれば、そのｘ座標については総て同じ値となるはずである。
【００７２】
次に、ずれ量算出工程（ＳＴ４５０）において、エッジ位置ずれ量の算出をずれ量算出部５４３により行う。ここで、画像データ６０２に基づいたエッジ位置についてはエッジ位置算出工程（ＳＴ４４０）によって算出されている。一方、撮像したエッジの実際の位置については例えば次のようにして検出することができる。
例えば、画像データ６０２の中心Ｏに合わせてエッジを撮像しておく。
この位置では撮像ポイントとエッジ位置とが一致しているので、ＣＣＤカメラの移動量を駆動カウンタのカウント値から追跡し画像データの中心と実際のエッジとの距離関係を検出可能である。そこで、画像データに基づいて検出されたエッジ位置と実際のエッジ位置との実際のずれ量を算出する。このとき、図１６に示されるように、エッジＥのピクセル座標は、画像データ中で二次元的に分布する格子点について算出されるので、これらすべての格子点（校正ポイント）についてそれぞれエッジ位置ずれ量を算出する。すなわち、すべての校正ポイントについて画像データ６０２から検出されたエッジ位置と実際のエッジＥとでｘ方向のずれ量が算出される。算出されたエッジ位置ずれ量は、格子点（校正ポイント）のピクセル座標と対にして記憶する。
【００７３】
このように各校正ポイントについて算出されたエッジ位置ずれ量に基づいて補正データ算出工程（ＳＴ５００）が実行される。図１８に示されるように、画素ピッチ算出部５５０による画素ピッチ算出工程（ＳＴ５１０）と、位置補正パラメータ算出部５６０による位置補正パラメータ算出工程（ＳＴ５２０）と、が行われる。
【００７４】
画素ピッチ算出工程（ＳＴ５１０）は、エッジ位置ずれ量プロット部５５１によるエッジ位置ずれ量プロット工程（ＳＴ５１１）と、回帰直線算出部５５２による回帰直線算出工程（ＳＴ５１２）と、画素ピッチ補正データ算出部５５３による画素ピッチ補正データ算出工程（ＳＴ５１３）と、を備えている。
【００７５】
エッジ位置ずれ量プロット工程（ＳＴ５１０）は、ずれ量算出工程（ＳＴ４４０）にて算出されたエッジ位置ずれ量を二次元座標上にプロットする。
図１９は、エッジ位置ずれ量をグラフにプロットした一例である。
グラフに点をプロットするにあたっては、校正ラインＬｃごとにデータのプロットを行う。例えば、ｙ＝ｙ１の校正ラインＬｃについて校正する場合について説明する。この校正ラインＬｃ上においてエッジ検出された校正ポイントを読み出し、これら各校正ポイントのｘ座標値を横軸にとる。図１９においては、画像データ６０２のｘ方向が６４０画素であり、この画像データ６０２を２０等分してエッジ検出がなされた場合の例である。そして、各校正ポイントに対してずれ量算出工程（ＳＴ４５０）にて算出されたずれ量を縦軸にプロットしていく。図１９において、エッジ位置の検出が画像データ６０２の中心から周辺部にいくに従ってずれ量が大きくなっていくのがわかる。そして、ピクセル座標値がプラスの領域では実際の値よりも正の方向にずれており、ピクセル座標値がマイナスの領域では実際の値よりも負の方向にずれていることがわかる。これは、画素ピッチが実際の値よりも大きめに設定されていることによる。そこで、次に画素ピッチを実際の理想値に校正するための補正値を算出することになる。
【００７６】
回帰直線算出工程（ＳＴ５１２）において、エッジ位置ずれ量プロット工程（ＳＴ５１１）にて作成されたグラフに基づいて各データ点を直線回帰する回帰直線ｌを算出する。このような回帰直線ｌは最小自乗法を用いて簡便に算出することができる。
図２０は、算出された回帰直線ｌをグラフ上に重ねた図である。
【００７７】
このようなエッジ位置ずれ量のプロット（ＳＴ５１１）と回帰直線ｌの算出（ＳＴ５１２）は総ての校正ラインＬｃについて実行する。
【００７８】
校正ラインＬｃごとに回帰直線ｌが算出されたところで、次に画素ピッチ補正データ算出工程（ＳＴ５１３）を行う。
画素ピッチ補正データ算出工程（ＳＴ５１３）では、回帰直線ｌの傾きを抽出する。そして、現在設定されている画素ピッチに対してこの回帰直線ｌの傾き分を加味し、補正された画素ピッチを算出する。例えば、図１９、図２０の例では、次の式で表される回帰直線ｌが求められたとする。エッジ位置ずれ量をＥで表す。
【００７９】
E=8.01×10-6ｘp+3.20×10-4
【００８０】
傾きが8.01×10-6であるので、現在設定されている画素ピッチからこの傾き分を減算することにより補正後の画素ピッチが求められる。このような画素ピッチの補正を各校正ラインＬｃごとに実行する。
【００８１】
画素ピッチの補正（ＳＴ５１０）に続いて位置補正パラメータ算出工程（ＳＴ５２０）が行われ、画素ピッチ分補正部５６１による画素ピッチ分補正工程（ＳＴ５２１）と、残差算出部５６２による残差算出工程（ＳＴ５２２）と、が実行される。
【００８２】
画素ピッチ分補正工程（ＳＴ５２１）では、既に算出された画素ピッチの補正値を用いてエッジ位置の算出を行う。すなわち、既に算出された画素ピッチを用いて前述のエッジ位置算出工程（ＳＴ４４０）をやり直すことに等しい。すると、画素ピッチ分が補正されることとなる。続いて、残差算出工程（ＳＴ５２２）において、新たに算出されたエッジ位置と実際のエッジ位置とのずれ量を算出する。すなわち、新たに算出されたエッジ位置を用いて前述のずれ量算出工程（ＳＴ４５０）をやり直すことに等しい。このようにして画素ピッチ分が補正されたエッジ位置ずれ量をグラフに表すと、図２１のようになる。
【００８３】
図２１に示されるように、画素ピッチ分の補正を行ったのちでも、エッジ位置ずれ量は残差として残る。これは、画素ピッチの他に対物レンズの収差によって画像データに歪みが生じるためであり、このような位置ずれに関してはそれぞれ点ごとに異なった値となるため各点に応じた補正値の設定が必要である。そこで、校正ポイントごとにずれ量の残差を算出する。
総ての校正ポイントについて残差を算出していく。このように算出された残差は、各校正ポイントにおける位置ずれ（測定誤差）となるので、これらの値を位置補正パラメータとする。
【００８４】
補正データ算出工程（画素ピッチ算出工程ＳＴ５１０、位置補正パラメータ算出工程ＳＴ５２０）の後、算出された各補正パラメータを補正データ記憶工程（ＳＴ６００）において補正データ記憶部５８０に記憶する。すなわち、画素ピッチ補正データ記憶工程（ＳＴ６１０）において画素ピッチの補正値を画素ピッチ補正データ記憶部５８１に記憶し、位置補正パラメータ記憶工程（ＳＴ６２０）において位置補正パラメータを位置補正パラメータ記憶部５８２に記憶して校正モードが終了する。
【００８５】
なお、上記の説明はＸ方向についての校正であるので、Ｙ方向の校正について引き続き行う場合には、校正ワークＷｃの向きを変えてエッジＥがＸ軸に平行になる向きにする（図２２参照）。そして、上記の校正方法のＸをＹを入れ替えて同様の方法を実行すればよい。さらに、対物レンズが倍率ごとに複数用意されている場合には、総てのレンズについてＸ方向およびＹ方向の校正を実行し、算出された補正パラメータ（画素ピッチおよび位置補正パラメータ）を補正データ記憶部５８０に記憶させる。
【００８６】
次に、このように校正された画像測定装置１００を用いてワークＷを画像測定する場合について簡単に説明する。
ステージ２１２上にワークを載置して撮像する。取得された画像データは対物レンズの収差の分だけ歪みを有し、例えば、図２３（Ａ）のような画像データが取得される。撮像した画像データにおいて測定ポイントのピクセル座標を検出する。続いて、ピクセル座標に画素ピッチを乗算し、さらに、位置ずれ補正パラメータの分だけ位置を補正する。すると、図２３（Ｂ）に示されるように、レンズ収差が補正される。
そして、最適に補正された測定値が得られる。
ここで、校正ポイントからずれた測定ポイントＰについては、この測定ポイントを囲む校正ポイントの補正データを内挿して用いることができる（図２４参照）。
このような補正処理は、補正データ記憶部５８０の補正データを用いて補正処理部５９１により実行される。
【００８７】
（１）本実施形態では、エッジＥが一本ある校正ワークＷｃを用意すればよいだけであるので、非常に簡便である。そして、この校正ワークを撮像領域内の複数位置で撮像することにより、撮像領域内において二次元的に分布したデータを得ることができる。すなわち、一本のエッジＥを異なる場所で撮像することにより、複数のラインを有する校正用チャートを撮像したのと同様の画像データを取得することができる。レンズ収差が画像データに与える影響は場所によって異なるという二次元的な特質を有するところ、本実施形態によれば、一本のエッジＥを用いて二次元的に画像データを校正することができる。また、校正用ワークは倍率ごとに用意する必要もなく、一つの校正ワークＷｃで対物レンズの総ての倍率に対応できる。
すなわち、この校正用ワークＷｃにより画像データを二次元的に補正する補正データを得ることができ、安価でありながらも高精度の校正を実現することができる。特にユーザーが自分で校正作業を行う場合には特別な校正用チャートを必要としないので、簡便に行えるという利点は利用者の利便に大いに資するところがある。
【００８８】
（２）場所ごとに異なる画素ピッチをその場所に応じて校正することができる。レンズ収差がある場合には、検出精度の最小単位である画素ピッチが画像データの中央部と画像データの周辺部とで異なってくることになるが、画像データ中に二次元的に分布する校正ポイントに基づいて、各エリアに応じて詳細に画素ピッチを補正できるので、高精度の校正を行うことができる。
【００８９】
（３）画像データの場所によって異なる位置ずれをその場所に応じて補正する位置補正パラメータを得ることができる。また、この位置補正パラメータは、画素ピッチを補正した後のデータに基づいて算出されるので、位置ずれのみを反映した値に基づく補正データとなっている。このように画素ピッチの補正に続いて位置補正パラメータを算出するという一連の校正により、測定誤差を最適に補正する位置補正パラメータを算出することができる。そして、レンズ収差に起因して画像データの場所によって異なる誤差を場所に応じた補正データによって適切に補正することにより非常に高精度の画像測定結果を得ることができる。
【００９０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、ステージが固定されており、ＣＣＤカメラが移動する場合を例にして説明したが、ＣＣＤカメラが固定されておりステージが移動する場合でも本発明は適用可能である。
すなわち、ＣＣＤカメラとエッジを有する校正ワークとを相対移動させながら校正ワークを撮像できればよい。
また、コンピュータに所定の校正処理プログラムをインストールし、このコンピュータに画像測定機の校正方法の各処理ステップを実行させてもよい。このように校正処理プログラムをコンピュータにインストールしてこのコンピュータに各処理ステップを実行させれば、各種のパラメータの変更などを容易に行うことができる。
この校正処理プログラムをインストールするには、コンピュータにメモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等を信号処理装置に接続して通信によって校正処理プログラムを供給しインストールしてもよいし、無線によって校正処理プログラムを供給してインストールしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、画像測定装置の校正に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】画像測定装置の構成を示す図である。
【図２】格子を有するワークの一例を示す図。
【図３】収差を有するレンズを通して格子を撮像した場合の画像データの一例を示す図。
【図４】モーションコントローラとホストコンピュータとの内部構成を示す図である。
【図５】校正方法の手順を示すフローチャート。
【図６】校正ワークの一例を示す図である。
【図７】校正ワークをステージに載置した状態を示す図。
【図８】校正条件設定工程の手順を示すフローチャート。
【図９】撮像領域内においてＸ軸に平行である校正ラインＬｃを複数設定した状態を示す図。
【図１０】撮像領域内においてｙ軸に平行であるラインを複数設定した状態を示す図。
【図１１】データ取得工程の手順を示すフローチャート。
【図１２】ＣＣＤカメラを移動させながら校正用ワークを撮像する様子を示す図。
【図１３】異なる位置でエッジを撮像した画像データの例を示す図。
【図１４】画像処理工程の手順を示すフローチャート。
【図１５】校正ラインとエッジとの交点におけるｘ座標値を抽出する様子を示す図。
【図１６】異なる画像として取得されているエッジＥの画像を重ねて表現した図。
【図１７】同じ撮像ポイントで撮像した３枚の画像データから平均値を算出する様子を示す図。
【図１８】補正データ算出工程の手順を示すフローチャート。
【図１９】エッジ位置ずれ量をグラフにプロットした一例を示す図。
【図２０】回帰直線ｌをグラフ上に重ねた図。
【図２１】画素ピッチ分が補正されたエッジ位置ずれ量をグラフに表した図。
【図２２】校正ワークＷｃの向きを変えてエッジＥがＸ軸に平行になる向きにした図。
【図２３】補正前の画像データの一例（Ａ）と補正後の画像データの一例（Ｂ）を示す図。
【図２４】測定ポイントを囲む校正ポイントの補正データを内挿して用いる様子を示す図。
【図２５】従来の画像測定機の構成を示す図。
【図２６】シミを有するワークを撮像した画像データの一例を示す図。
【図２７】（Ａ）の理想結像に対してタル型歪曲が強くでる場合（Ｂ）の画像データの一例を示す図。
【図２８】座標既知の校正ポイントを二次元的に配列したチャートの一例を示す図。
【符号の説明】
【００９３】
１０…画像測定機、１１…ステージ、１２…ＣＣＤカメラ、１３…画像処理部、１４…駆動機構、１５…駆動制御回路、１６…駆動センサ、１７…画像データ、１００…画像測定装置、１１１…入力手段、１１２…出力手段、２００…画像測定機本体部、２１１…架台、２１２…ステージ、２１３…ＣＣＤカメラ、２１４…駆動機構、２１５…Ｙスライダ、２１６…ビーム支持体、２１７…ビーム、２１８…Ｘスライダ、２１９…駆動センサ、２２０…Ｙ軸センサ、２２１…Ｘ軸センサ、３００…制御部、４００…モーションコントローラ、４１０…駆動制御回路、４２０…駆動カウンタ、４３０…画像データ取込部、５００…ホストコンピュータ、５１０…校正動作指令部、５１１…駆動指令部、５１２…撮像指令部、５２０…データ記憶部、５２１…画像データ記憶部、５２２…撮像ポイント記憶部、５２３…エッジ座標記憶部、５３０…画像処理部、５３１…エッジ検出部、５３２…エッジ座標抽出部、５４０…演算処理部、５４１…平均値算出部、５４２…エッジ位置算出部、５４３…ずれ量算出部、５５０…画素ピッチ算出部、５５１…エッジ位置ずれ量プロット部、５５２…回帰直線算出部、５５３…画素ピッチ補正データ算出部、５６０…位置補正パラメータ算出部、５６１…画素ピッチ分補正部、５６２…残差算出部、５７０…メモリ、５８０…補正データ記憶部、５８１…画素ピッチ補正データ記憶部、５８２…位置補正パラメータ記憶部、５９１…補正処理部。
【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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【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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