(57)【要約】【課題】複雑な形状であっても測定可能であるとともに、測定レンジが大きくかつ分解能が高い３次元形状測定装置を提供する。【解決手段】測定対象物Ｗが載置され、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージ２と、Ｚ方向に移動可能なＺステージ３と、測定対象物Ｗとの距離を測定するセンサＳとを有する３次元形状測定装置１において、ＸＹステージ２およびＺステージ３が移動することによって、センサＳと測定対象物Ｗとの距離を変化させ、当該距離に基づいて、測定対象物Ｗの形状を測定し、センサＳは、Ｚステージ３に設けられ、三角法を利用したセンサＡと、共焦点法を利用したセンサＢとの切り換えが可能であり、三角法を利用したセンサＡの測定結果に基づいて、共焦点法を利用したセンサＢでの測定が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物との距離を測定するセンサを有し、前記測定対象物と前記センサとの距離に基づいて、前記測定対象物の形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記センサは、三角法を利用したセンサと共焦点法を利用したセンサとの切り換えが可能であることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記三角法を利用したセンサの測定結果に基づいて、前記共焦点法を利用したセンサでの測定が行われることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の３次元形状測定装置において、
前記切り換えが、前記三角法を利用したセンサで測定エラーとなる場合に行われることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元形状測定装置において、
前記測定対象物と前記センサとの距離をＸＹＺステージによって変化させることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項５】
測定対象物が載置され、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージと、Ｚ方向に移動可能なＺステージと、測定対象物との距離を測定するセンサとを有する３次元形状測定装置において、
前記ＸＹステージおよび前記Ｚステージが移動することによって、前記センサと前記測定対象物との距離を変化させ、当該距離に基づいて、測定対象物の形状を測定し、
前記センサは、前記Ｚステージに設けられ、三角法を利用したセンサと、共焦点法を利用したセンサとの切り換えが可能であり、
前記三角法を利用したセンサの測定結果に基づいて、前記共焦点法を利用したセンサでの測定が行われることを特徴とする３次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３次元形状測定装置に関し、より詳細には、測定するセンサを切り換ることによって、複雑な形状が測定できる３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械での加工や製品の検査等を行なう際に、対象物の面積、体積、高さなどの形状が測定されており、この測定には様々な測定装置が用いられている。
特許文献１では、測定範囲が狭く分解能が高い非接触プローブと、測定範囲は広いが分解能が低い非接触プローブとを切り換えて、フォーカスが外れたときに、走査が停止することなく速やかに測定可能な光学式変異計が提案されている。
この光学式変位計は、定常状態では、分解能が高い非接触プローブを使用し、異常信号が発生した場合に分解能が高い非接触プローブの暴走を中止させるため、フォーカス制御から位置制御に切り換える。そして、分解能は低いが測定範囲が広い非接触プローブを使用して、変位を測定するように構成されている。
【０００３】
特許文献２では、予め２次元干渉計で被観察物体表面の凹凸を定量的に測定し、被観察物体と対物レンズとの距離を対物レンズの焦点深度に応じた量だけ変化させるとともに、被観察物体をカメラで複数回撮影し、撮像した画像の中から、２次元干渉計で測定した結果に基づいて、対物レンズの焦点深度内にある領域の画像を抽出して合成し、メモリに格納する。その後、試料の高さを変更し、同様に画像を抽出、合成し、再度メモリに格納する。そして、これらのメモリに格納された画像を合成して焦点深度以上の高さを有する試料の形状を測定する３次元形状観察装置が提案されている。
【０００４】
特許文献３では、投光手段から投光されたスポットを受光手段で受光し、受光手段での受光量が過大である場合には投光ビームの正反射光が入射していると判断する一方で、受光手段での受光量が過小である場合には測定可能な変位を逸脱していると判断し、これらの形状は無視する光学式変位測定装置が提案されている。この光学式変位測定装置では、形状が変化している部分では変化の直前の変位を代用することで、測定結果の極端な変動を抑えるようにしている。
【０００５】
特許文献４では、点光源としてスポット光を試料面上に走査するとともに試料面からの反射光のうちピンホールを通過した光のみを光検出器で受光して光電変換し、試料面の３次元形状を取得する共焦点顕微鏡が開示されており、所定の演算をすることによって、対物レンズの反射率におけるむら、ノイズ等の低減を行なうことが提案されている。
【０００６】
特許文献５では、可変鏡の形状を切り換えて変化させ、切り換えられた可変鏡の形状を用いて取得された共焦点出力強度の値から、測定すべき物体の高さを測定することによって、非走査型共焦点顕微鏡のシステムの構成を簡単にし、測定時間を短縮することが提案されている。
【０００７】
特許文献６では、３個以上の球体を配置した測定対象物保持具と、測定対象物保持具を割り出し駆動する割り出し装置とからなる割り出し手段を備えることによって、測定面を適切に設置する際の段取りが簡略された３次元形状測定装置が提案されている。
【０００８】
特許文献７では、複数のＰＳＤ(Position Sensitive Device)カメラで得られた信号に基づいて、測定体上の光スポットの３次元位置を所定の演算を行なうことによって求め、測定体の測定を高速に行なう３次元形状測定装置が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１８５４１７号公報
【特許文献２】特開２００１−２０１３２５号公報
【特許文献３】特開平８−１４５６６０号公報
【特許文献４】特開２００２−９０１２７号公報
【特許文献５】特開２００４―３６１３６１号公報
【特許文献６】特開平１１−３４４３３０号公報
【特許文献７】特開平１０―２６７６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の光学式変位計では、段差の高さ方向にサーチが行なわれていないために、大きな段差が発生した場合に測定できない。また、複雑な形状であり段差が多く発生する場合、段差自体を的確に図りたい場合は、分解能が低い方の非接触プローブが使用されるので、高精度に測定することができない。
特許文献２に記載の形状観察装置では、干渉計を用いて形状の測定を行なっているために、測定範囲が、光軸方向に対してはピエゾ素子の可動範囲、光軸に垂直な方向に対しては２次元の干渉計によって決まる所定の範囲であり、微細な測定のみを対象としている。
【００１１】
特許文献３に記載の光学的変位測定装置では、測定範囲を超える部分では直前に測定された形状が出力されるので、精度が低いうえに、その測定可能範囲が限られる。
特許文献４に記載の共焦点顕微鏡においても、測定範囲は、共焦点顕微鏡が有する焦点深度に限られ、測定範囲が狭い。
特許文献５に記載の非走査型共焦点顕微鏡では、機械的な操作を行なっておらず、横方向の走査は、可変鏡で変更可能な範囲に限られる。
【００１２】
特許文献６に記載の３次元形状測定装置では、測定レンジが割り出し装置によって決まるので、測定レンジが小さい。
特許文献７に記載の３次元形状測定装置では、三角法のみを利用している上に、高速道路のノンストップ料金所での測定で使用される場合を対象としており、複雑な形状を測定することを対象としたものではない。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑み、複雑な形状であっても測定可能であるとともに、測定レンジが大きくかつ分解能が高い３次元形状測定装置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】
【００１４】
上記目的を達成すべく本発明は次の技術的手段を講じた。
本発明に係る３次元形状測定装置は、測定対象物との距離を測定するセンサを有し、測定対象物とセンサとの距離に基づいて、測定対象物の形状を測定する３次元形状測定装置であって、センサは、三角法を利用したセンサと共焦点法を利用したセンサとの切り換えが可能である。
このようにすると、三角法を利用したセンサの測定レンジの広さと、共焦点法を利用したセンサの分解能の高さとを兼ね備えた測定ができる。
したがって、比較的大きな測定対象物の場合は、三角法を利用したセンサで測定可能であり、小さな測定対象物の場合は、共焦点法を利用したセンサで分解能を高くすることができる。
【００１５】
本発明の３次元形状測定装置では、三角法を利用したセンサの測定結果に基づいて、共焦点法を利用したセンサでの測定が行われることが好ましい。
三角法を利用したセンサは、共焦点法を利用したセンサよりも測定レンジが大きいが、共焦点法を利用したセンサよりも分解能が低いので、このように三角法を利用したセンサで測定しておき、その後、その測定結果に基づいて、共焦点を利用したセンサで測定を行なうと、測定レンジが広く、分解能が高い測定をすることができる。
【００１６】
本発明の３次元形状測定装置では、切り換えが、三角法を利用したセンサで測定エラーとなる場合に行われることが好ましい。
このようにすると、三角法センサで、測定対象物の近傍に障害物があるため、測定エラーとなるような場合でも、共焦点法センサで測定可能であるので、複雑な形状でも測定することができる。
【００１７】
本発明の３次元形状測定装置では、測定対象物とセンサとの距離をＸＹＺステージによって変化させることが好ましい。
このようにすると、測定対象物とセンサとの距離を３次元で広範囲に移動でき、センサでの測定範囲を大きくすることができ、かつ複雑な形状でも測定することができる。
【００１８】
本発明の典型的な実施形態に係る３次元形状測定装置では、測定対象物が載置され、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージと、Ｚ方向に移動可能なＺステージと、測定対象物との距離を測定するセンサとを有する３次元形状測定装置において、ＸＹステージおよびＺステージが移動することによって、センサと測定対象物との距離を変化させ、当該距離に基づいて、測定対象物の形状を測定する。センサは、Ｚステージに設けられ、三角法を利用したセンサと共焦点法を利用したセンサとの切り換えが可能であり、三角法を利用したセンサの測定結果に基づいて、共焦点法を利用したセンサでの測定が行われる。
【００１９】
このような３次元形状測定装置では、ＸＹステージおよびＺステージを利用することによって、３次元形状を測定することができるとともに、三角法を利用したセンサの測定結果に基づいて、共焦点法を利用したセンサをＸＹＺ方向に動かすことができるので、三角法を利用したセンサの測定レンジが大きい点を利用でき、かつ、共焦点法センサの分解能が高い点も利用できる。また、測定対象物の近傍に障害物があるような場合であって、三角法を利用したセンサでは測定エラーとなるような場合でも、測定対象物の３次元形状を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複雑な形状であっても測定可能であるとともに、測定レンジが大きくかつ分解能が高い３次元形状測定装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る３次元形状測定装置を示す図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る３次元形状測定装置１は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージ２とＺ方向に移動可能なＺステージ３を備える。このＸＹステージ２とＺステージ３とでＸＹＺステージを構成し、センサＳに対する測定対象物Ｗの相対的位置は、ＸＹＺの３方向に移動可能であり、３次元の測定が可能となる。
【００２２】
センサＳは、距離センサであり、三角法を使用したセンサ（以下、「三角法センサ」という）Ａと、共焦点法を使用したセンサ（以下、「共焦点法センサ」という）Ｂとを有し、これらを切り換え機構４で、切り換えて使用する。
【００２３】
図２は、三角法を利用したセンサの原理を示す図である。図２に示すように、三角法センサＡでは、発光素子５から出射した光は、集光レンズ６で集光され、測定対象物Ｗで反射する。発光素子５としては、例えば、レーザが使用される。測定対象物Ｗでは光は散乱するが、一部が結像レンズ７に入射し、受光素子８で測定対象物Ｗからの反射光を受光する。受光素子８は、受光した光を電気信号に変換する。測定対象物Ｗの高さが異なると、受光素子８で受光する光の位置が異なる。発光素子５と受光素子８との距離と、発光素子５からの出射光の角度と、受光素子８へ入射する反射光の角度とを利用して、三角法の原理から距離を求める。
【００２４】
図３は、三角法を利用したセンサの測定レンジを示す図である。三角法センサＡは、測定可能な焦点深度ＤＡが大きい。すなわち、深度方向の測定レンジが大きい。したがって、ＸＹＺ座標上のＺ方向の測定レンジが大きい。
一方で、三角法の原理を使用しているため、発光素子５と測定対象物Ｗと受光素子８とで、所定の角度を有する三角形が形成される必要があり、結像に必要な焦点幅ＷＡ（角度）が大きい。
したがって、図２に示す測定対象物Ｗのように、深い溝を有し、溝内部を測定するような場合であって、測定位置の両側に障害物があると、形状を測定できなくなる。
本実施形態では、この場合は、切り換え機構４でセンサＳを三角法センサＡから共焦点法センサＢに切り換えて測定を行なう。
【００２５】
図４は、共焦点法を利用したセンサの原理を示す図である。図４に示すように、共焦点センサＢでは、発光素子１１から出射した光は、ビームスプリッタ１２に入射する。発光素子１１としては、例えばレーザが使用される。ビームスプリッタ１２では、光が反射し、その光は対物レンズ１３に入射する。対物レンズ１３では、光が集光され、その集光された光は測定対象物Ｗに入射し、さらに測定対象物Ｗで反射する。そして、その反射光が再び対物レンズ１３、ビームスプリッタ１２を通り、受光素子１４に入射する。
【００２６】
受光素子１４は、イメージセンサからなっており、測定対象物Ｗの表面に焦点が合ったときに、イメージセンサ上で結像する。このとき、イメージセンサの受光素子における受光量が著しく大きくなる。したがって、対物レンズ１３を対物レンズ移動部１５によって、焦点深度方向に移動させ、受光素子１４での受光量が最も大きい位置、すなわち焦点が合う位置を検出する。そして、受光素子１４の検出信号と対物レンズ１３の移動位置を示す対物レンズ移動位置信号とに基づいて測定対象物Ｗの光軸方向における変位を測定する。
【００２７】
図５は、共焦点法を利用したセンサの測定レンジを示す図である。共焦点法センサＢでは、測定対象物Ｗに対して、光が略垂直に入射し、さらに測定対象物Ｗから光が略垂直に反射する。したがって、結像に必要な焦点幅ＷＢ（角度）は小さい（ＷＡ＞ＷＢ）。このため、図４に示すような、深い溝を有する測定対象物Ｗであって、測定位置の両側に障害物があっても、形状の測定をすることができる。また、共焦点法センサＢは三角法センサＡよりも分解能が高い。
一方、共焦点法センサＢは、焦点距離を中心とした焦点深度方向の測定レンジＤＢの幅が比較的小さい（ＤＡ＞ＤＢ）。
この点、本実施形態では、Ｚステージ３を使用して、共焦点法センサＢ（センサＳ）を焦点深度方向（Ｚ方向）に移動可能にしている。したがって、焦点深度方向にも大きな測定レンジを有する。
【００２８】
図６は、測定システムを示す図である。図６に示すように、本実施形態の測定システムでは、三角法センサＡと共焦点法センサＢおよびステージコントローラ１７がＰＣ１６に接続されている。ＰＣ１６は、ＸＹステージ２及びＺステージ３の制御命令を出力するとともに、ステージコントローラ１７を介してＸＹステージ２とＺステージ３の位置を計測する。
また、ＰＣ１６は、測定結果に基づいて三角法センサＡと共焦点法センサＢとの切り換えを行なう判断をしたり、距離の測定結果から３次元形状を求めたりするなど、情報処理装置の役割を果たす。
【００２９】
図７は、測定座標系を示す図である。図７に示すように、ＸＹステージ２上の（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、（Ｘｅ，Ｙｓ，Ｚｓ）、（Ｘｓ，Ｙｅ，Ｚｓ）、（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｓ）の４点で囲まれる領域が、測定領域２０である。この測定領域２０の上方には、センサＳが設置されており、三角法センサＡと共焦点法センサＢからは、レーザ光２１がΔＸずれて出射される。そして、三角法センサＡと共焦点法センサＢから出射されるレーザ光２１は、Ｚ軸に対して平行であり、Ｘ軸およびＹ軸に対しては垂直である。なお、三角法センサＡと共焦点法センサＢとのＹ座標およびＺ座標は等しい。
【００３０】
図８は、センサでの形状測定走査を示す図である。図８に示すように、多くの変位測定点２２におけるセンサＳと測定対象物Ｗとの距離を順に測定することによって、形状の測定を行なう。
まず、走査ライン１に従い、点（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）から点（Ｘｅ，Ｙｓ，Ｚｓ）までＸ軸方向にＸ−ステップずつ移動させつつ、それぞれの点において、センサＳと測定対象物Ｗとの距離を測定する。次に、Ｙ軸方向にＹ−ステップずらして走査ライン２を走査し、走査ラインｎまでラインごとに順次走査する。
このように、点の距離測定を行ないながらライン走査をして、まず２次元の形状測定を行なう。そして、ライン走査を繰り返し、各ラインのデータを合成し、３次元の形状測定を行なう。
【００３１】
図９は、３次元形状データ測定の全体フロー図である。図９に示すように、最初に、測定開始するステージの位置（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、測定領域の決定、形状データ等の初期化を行なう（Ｓ１）。
その後、Ｘ軸方向にＸ−ステップずつ走査を行ない、その変位の測定を連続的に実施し、走査ラインのＸ軸方向（２次元）の形状測定を行なう（Ｓ２）。
さらに、Ｙ軸方向にＹｓからＹｅへ１ステップ（Ｙ−ステップ）移動させる（Ｓ３）。
測定対象領域の測定が全て完了しているか判定し（Ｓ４）、完了していなければ（Ｓ４でＮＯ）、再度、そのＹ軸方向に１ステップ移動した点からＸ軸方向の走査を行なう（Ｓ２）。
測定対象領域の測定が全て完了していれば（Ｓ４でＹＥＳ）、３次元形状データを合成して（Ｓ５）終了する。
【００３２】
図１０は、Ｘ軸方向の２次元形状測定詳細フローを示す図である。つまり、図１０は図９におけるＳ２の詳細フローを示す図である。
まず、三角法センサＡで測定する（ステップＡ）。測定は、三角法センサＡで変位（距離）を測定し（Ｓ２１）、ステージをＸ方向に１ステップ移動する（Ｓ２２）。Ｘ方向の終端まで測定が完了していなければ（Ｓ２３でＮＯ）、再度三角法センサＡで変位を測定し（Ｓ２１）、Ｘ方向に１ステップステージ移動を行なう（Ｓ２２）。測定が完了していれば（Ｓ２３でＹＥＳ）、ステップＢへ進む。なお、ステップＡで、走査を行なって測定エラーとなる場合は、当該エラー範囲の測定結果は、対象外としておく。
【００３３】
ステップＢは、共焦点法センサＢで測定するステップである。共焦点法センサＢの測定レンジＤＢは、三角法センサＡの測定レンジＤＡよりも小さい。したがって、測定対象物Ｗが共焦点法センサＢの測定レンジＤＢを超えている場合は、Ｚ軸方向に複数個の測定領域に分割を行なう必要がある。このように領域分割を行なって、Ｚ方向の稼動パラメータを算出する。また、Ｚ方向に領域分割されている場合は、後述するようにＺ軸方向にオフセットが存在するので、オフセットを求める（Ｓ２４）。
【００３４】
そして、Ｚ方向にｎ個に分割された領域に対して、領域ｎ（初期値はｎ＝１）の共焦点法センサＢをＺ軸方向に移動する。なお、Ｘ軸方向の始点はΔＸが考慮された始点である（Ｓ２５）。
そして、Ｚ軸方向に複数に分割された領域に対して、共焦点法センサＢで変位を測定する（Ｓ２６）。
その後、Ｘ方向に１ステップ（Ｘ―ステップ）ステージ移動をし（Ｓ２７）、１領域について測定が完了したか否かを判断する（Ｓ２８）。完了していなければ（Ｓ２８でＮＯ）、再び共焦点法センサＢで測定を行なう（Ｓ２６）。そして、この測定（Ｓ２６）とＸ方向へのステージ移動（Ｓ２７）を１領域について測定が完了するまで繰り返す（Ｓ２８）。
【００３５】
１領域内の測定が終わると、Ｘ軸方向走査ライン上の全領域の測定が完了したか判定する（Ｓ２９）。
全領域の走査が終了していなければ、ｎ＝ｎ＋１として、オフセットを考慮してＺ軸方向にステージ移動を行ない、共焦点法センサＢを次の領域での初期測定位置に合わせ（Ｓ２５）、その領域での測定を行なう（Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８）。以下、同様にライン上の全領域が終了するまで測定を行なう（Ｓ２９）。
ステップＢで１ラインの走査が終了しているので、ステップＣで、ステップＢで得られたデータを合成することによって２次元形状の合成が行なわれる（Ｓ３０）。
【００３６】
図１１は測定対象物の具体例の断面図である。また、図１２は、三角法を利用したセンサで測定エラーとなる場合を示す図であって、図１２（ａ）は、測定エラーとなる場合の測定対象物の形状、図１２（ｂ）は測定エラーとなる場合の受光量、図１２（ｃ）は測定エラーとなる場合の測定結果である。
図１１に示すように、この測定対象物Ｗは階段状になっており、共焦点法センサＢの測定レンジＤＢよりもＺ方向に大きく、さらに、図１２に示すように、三角法センサＡで測定エラーとなる点が存在する。また、三角法センサＡの測定レンジＤＡは、この測定対象物Ｗよりも十分に大きい。
【００３７】
この測定対象物Ｗに対して、まず三角法センサＡで一方向（Ｘ軸方向）に測定を行なう（ステップＡ）。このステップＡで得られたデータから、測定エラーの領域を探す。
測定エラーは、図１２（ｂ）に示すように、受光量を検出し、一定のレベル（閾値）以下であるかどうかで判断する。なお、測定エラーとなる部分がある場合、三角法センサＡの実際の出力は図１２（ｃ）に示すようになる。
【００３８】
図１３は三角法を利用したセンサの測定結果である。三角法センサＡの測定結果（ステップＡで得られた測定結果）から、Ｚ方向の変位の最小値ＭＩＮと最大値ＭＡＸとを検出する。ここでは、Ｚ軸方向の最大変位（ＭＡＸ−ＭＩＮ）が、共焦点法センサＢの３倍弱の大きさであるので、３つの位置レベルに分割をし、位置レベルごとに共焦点法センサＢをＺ軸方向に移動させて、共焦点法センサＢでの測定を行なう。
その際、各レベルのＺ軸方向のオフセット、すなわち、測定範囲で測定可能な領域に対するＺ軸方向のオフセットを各領域夫々について求めておく。このように領域分割を行なうと、三角法センサＡでの測定レンジに対しても共焦点法センサＢで測定可能となる。
【００３９】
測定エラー領域では、三角法センサＡで得られた情報は利用せずに、図１２（ｃ）のＲ１およびＲ２で示す測定エラーの隣接領域に対する変位の平均からＺ軸方向のオフセットを求め、このオフセットに基づいて当該エラー領域における測定を、共焦点法センサＢを利用して行なう（ステップＢ）。
【００４０】
図１４は、共焦点法を利用したセンサでの測定結果であり、図１５は、１軸方向の測定結果である。
図１４に示すように、共焦点法センサＢでの測定は、領域ごとに分割されて計測され、Ｚ軸方向のオフセットが引かれた状態で検出される。そのため、領域ごとに設けられているオフセット量に逆オフセットをかけて合成すると図１５に示すような、実際の変位が算出され、Ｘ軸方向（２次元）の走査が終了する（ステップＣ）。
その後、この１軸の測定をＹ方向に１ステップ移動させて、全測定が終了するまで行なう。
このようにして得られた軸方向の２次元データを合成することで、３次元の形状測定ができる。
【００４１】
このように、本実施形態の３次元形状測定装置は、三角法を利用したセンサＡの焦点深度に垂直な方向（ＸＹ方向）に測定レンジが大きい点を活用しつつ、共焦点を利用したセンサＢの分解能の高さを利用するので、測定レンジが大きくかつ分解能が高い測定ができる。
また、測定位置の焦点幅方向両側に障害物があるような場合であって、三角法を利用したセンサＡで測定エラーとなる場合であっても、共焦点法を利用したセンサＢで測定を行なうので、溝があるような複雑な形状でも測定することができる。
【００４２】
本発明は前述の実施形態に限られない。例えば、先に共焦点法センサＢで測定し、共焦点法センサＢの測定レンジを超える場合のみ、三角法センサＡで測定を行なう場合も本発明に含まれる。また、測定を高速化するために、三角法センサＡで測定エラーとなった箇所のみ共焦点法センサＢで測定してもよい。さらに、センサＳと測定対象物Ｗとの相対距離は、夫々のステージ移動により変化させるが、相対距離が変化すれば、測定対象物Ｗ側のステージ（ＸＹステージ２）とセンサＳ側のステージ（Ｚステージ３）のいずれを移動させてもよく、その両方を移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】３次元形状測定装置を示す図である。
【図２】三角法を利用したセンサの原理を示す図である。
【図３】三角法を利用したセンサの測定レンジを示す図である。
【図４】共焦点法を利用したセンサの原理を示す図である。
【図５】共焦点法を利用したセンサの測定レンジを示す図である。
【図６】測定システムを示す図である。
【図７】測定座標系を示す図である。
【図８】センサでの形状測定走査を示す図である。
【図９】３次元形状データ測定の全体フロー図である。
【図１０】Ｘ軸方向の２次元形状測定詳細フローを示す図である。
【図１１】測定対象物の具体例の断面図である。
【図１２】三角法を利用したセンサで測定エラーとなる場合を示す図である。
【図１３】三角法を利用したセンサの測定結果である。
【図１４】共焦点法を利用したセンサでの測定結果である。
【図１５】１軸方向の測定結果である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ３次元形状測定装置
２  ＸＹステージ
３  Ｚステージ
４  切り換え機構
５  発光素子
Ａ  三角法を利用したセンサ
Ｂ  共焦点法を利用したセンサ
Ｓ  センサ
Ｗ  測定対象物
【図１】
2008256637.tif 000003
【図２】
2008256637.tif 000004
【図３】
2008256637.tif 000005
【図４】
2008256637.tif 000006
【図５】
2008256637.tif 000007
【図６】
2008256637.tif 000008
【図７】
2008256637.tif 000009
【図８】
2008256637.tif 000010
【図９】
2008256637.tif 000011
【図１０】
2008256637.tif 000012
【図１１】
2008256637.tif 000013
【図１２】
2008256637.tif 000014
【図１３】
2008256637.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2008256637.tif 000017