(57)【要約】【課題】顕微鏡のオートフォーカス機能を用いて取得した試料表面の三次元座標から正確な三次元モデルを生成することができる三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を提供する。【解決手段】試料１７の所定の測定領域１８をオートフォーカス機能によりＸ、Ｙ、Ｚ座標データから成る点群データ（黒丸と白丸）を取得すると共に当該領域１８をカメラで撮像して輪郭（又はエッジ）１９を検出する。この検出した輪郭近傍で実際に取得した点群データ（×印）のＸ及びＹ座標を、画像処理により、輪郭１９上の最も近い位置へ移動する（太線３９上の白丸）。これにより移動した点群データを構成しているＺ座標データも移動位置に移動する。このように新たに得られた点群データのＸ、Ｙ及びＺの座標データを基に三次元モデルを生成する。【選択図】　図３
2004125708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、
前記座標データ取得手段は、前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得し、
前記撮像手段は、前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、
前記データ処理手段は、
前記撮像手段により取得された前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出し、
該検出されたエッジ部の情報に基づき、前記座標データ取得手段により取得された前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群を編集して、前記試料の三次元像データを生成する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ検出手段により検出された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、
前記撮像手段は、前記座標データ取得手段によりＸ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、
前記データ処理手段は、
前記撮像手段により取得された前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出し、
該検出されらエッジ部の情報により前記座標データ取得手段により取得すべきＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を決定する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項３】
試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、
前記座標データ取得手段は、前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得し、
前記撮像手段は、前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、
前記データ処理手段は、
前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出し、
前記座標データ群に基づき前記試料の三次元像データを生成するに際し前記検出したエッジ部の情報に基づいてＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を追加する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項４】
試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して前記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得する工程と、
前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、
取得された前記顕微鏡画像データから前記試料のエッジ部を検出する工程と、検出された前記エッジ部の情報に基づき、取得された前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群を編集して、前記試料の三次元像データを生成する工程と、
を含んで成ることを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項５】
試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ検出手段により検出された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して前記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記座標データ取得手段によりＸ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、
取得された前記顕微鏡画像データから前記試料のエッジ部を検出する工程と、検出されら前記エッジ部の情報により、取得すべきＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を決定する工程と、
を含んで成ることを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項６】
試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して前記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得する工程と、
前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、
前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出する工程と、
前記座標データ群に基づき前記試料の三次元像データを生成するに際し前記検出したエッジ部の情報に基づいてＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を追加する工程と、
を含んで成ることを特徴とする三次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡のオートフォーカス機能を用いて取得される試料表面の三次元座標データにより三次元モデルを生成して試料の三次元形状を測定する三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、三次元形状測定装置がある。測定対象物の三次元形状を測定するには、多数の測定点の前後左右方向の位置を示すＸＹ座標データに加えて上下方向の位置を示すＺ座標データを取得する必要がある。
【０００３】
このようなＺ座標方向の位置合わせ装置としては、レーザ機構、光学機構、焦点位置合わせ機構とを用いて、非接触による自動焦点位置合わせにより、測定点のＺ座標方向の位置を決める非接触自動焦点位置合わせ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、Ｚ座標方向の位置とＸＹ座標方向の位置とを取得して試料の三次元形状を測定する例として、測定物をＸＹ方向にスキャンさせながら高さ情報を取得して測定物のエッジを検出し、測定物の寸法を非接触で測定するレーザーオートフォーカスによる非接触寸法測定方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
これらの特許文献１又は２には、主要部の機構部分のみが図示され、全体のシステム構成は不明である。また、特許文献２には、真円又は直線のエッジを数回の測定動作で容易に測定できるとする例が図示されている。しかし、上記のように試料の形状が予め幾何学的に定まっている場合は別として、通常は試料は複雑な形状をしているものである。そして、複雑な形状をしている試料の寸法を測定するには、極めて多数の測定点を計測しないと、複雑な形状を形成している各部のエッジを正確に抽出することができないから試料の正確な寸法を測定することができない。つまり、一般的には試料（測定対象物）の測定を行うには、極めて多数の測定点を決めて、その測定点のＸ、Ｙ、Ｚの座標位置を計測していかなくてはならない。
【０００６】
図６は、参考文献１又は２の構成と同様な動作を行って試料の三次元形状を測定すべく構築された三次元形状測定装置の構成図である。図６に示す三次元形状測定装置は、測定顕微鏡１とデータ処理装置２とからなる。
測定顕微鏡１は、本体基台３と、この本体基台３上に載置された試料テーブル４と、この試料テーブル４の上方で本体基台３に支持された光学系５とで構成されている。
【０００７】
本体基台３の内部には、特には図示しないが、それぞれリニアスケールを内蔵したＸ軸方向駆動機構及びＹ軸方向駆動機構が配設され、更に同じくリニアスケールを内蔵したＺ軸方向駆動機構が連結されている。
試料テーブル４には、落射照明だけではなく透過照明にも対応できるように中央に透明ガラス台６が嵌め込まれている。この透明ガラス台６のほぼ中央に測定対象となる試料が載置される。
【０００８】
この試料テーブル４は、上記のＸ軸方向駆動機構及びＹ軸方向駆動機構に連結されており、Ｘ軸方向駆動機構及びＹ軸方向駆動機構の各電動モータの順逆両方向の回転により、試料テーブル４は前後（Ｙ軸方向）左右（Ｘ軸方向）に移動自在に構成されている。この試料テーブル４のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量はＸ軸リニアスケール読取装置７及びＹ軸リニアスケール読取装置８によって読み取られ、これにより、試料の観察位置のＸ−Ｙ座標を取得することができる。
【０００９】
光学系５は、複数の対物レンズ群９、これら対物レンズ群９が取り付けられているレボルバ１１、レボルバ１１の上方に配置された落射照明装置１２、落射照明装置１２の上部に配置されたオートフォーカスユニット１３、オートフォーカスユニット１３の上部に配置された鏡筒１４、鏡筒１４の前側面から前方斜め上方に突設された接眼レンズ１５などから成る。
【００１０】
光学系５は、Ｚ軸方向駆動機構に連結されており、Ｚ軸方向駆動機構の電動モータの順逆両方向の回転により、光学系５全体が試料テーブル４上の試料に対して上下（Ｚ軸方向）方向に相対的に移動して、試料の測定点に対して焦点合わせを行うことができる。この光学系５のＺ軸方向の移動量は不図示のＺ軸リニアスケール読取装置によって読み取られ、これにより、試料の観察位置のＺ軸座標を取得することができる。
【００１１】
データ処理装置２は、例えばパーソナルコンピュータ等からなり、例えばＲＳ−２３２Ｃ規格の通信ケーブル１６により、測定顕微鏡１と接続されている。これにより、データ処理装置２は、三次元形状測定装置全体を制御するようになっている。また、データ処理装置２は、上記の通信ケーブル１６を介しての測定顕微鏡１との通信により、測定顕微鏡１によって得られる三次元座標データを取得する。
【００１２】
以上のように構成された三次元形状測定装置においては、データ処理装置２に搭載された専用のソフトウェアモジュールによる処理により、データ取得範囲、データ取得ピッチ（Ｘ−Ｙ）等の設定が行われた後、測定が開始されることにより、他の専用ソフトウェアモジュールにより試料テーブル４とオートフォーカスユニット１３の動作が制御され、試料上の測定点の位置を順次変更しながら、焦点が合ったときの測定点のＸ、Ｙ、Ｚの位置の座標を取得する動作を繰り返し、取得した多数の測定点の点群データから三次元モデルを生成して、この生成した三次元モデルによって三次元形状を測定することが可能となる。
【００１３】
尚、図６に示す例では、測定顕微鏡１本体にオートフォーカスユニット１３を含む光学系５を搭載し、さらに、これらにＸ−Ｙ方向に電動で移動する試料テーブル４を組み合わせた例を示しているが、これらの構成要素の一部或いは全てが一体化された例も存在する。
【００１４】
【特許文献１】
特公平５−６３７７１号公報（第２頁、第２欄の第２０〜２５行目、第６頁、第２欄の第５及び第６行目、第１図〜第３図）
【特許文献２】
特開２０００−１４６５３２号公報（第２頁、第２欄の第４３行目〜第３頁、第１欄の第９行目、第１図〜第３図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記方式の三次元形状測定装置では、データ取得ポイント（測定点）において合焦動作を行い、合焦時の座標を取得するという動作を複数の測定点に対して繰り返し行うことで測定点の座標データ群を取得し、これら取得した多数の座標データ群からなる点群データから三次元モデルを生成して、この生成した三次元モデルによって試料の三次元形状を測定している。
【００１６】
従って、当然ながら、試料の形状をより正確に測定するためには、正確な三次元モデルを生成しなければならない。そして、正確な三次元モデルを生成するためには取得する点群データ数を出来るだけ多くする必要がある。しかし、点群データ数を多くすれば多くするほど、膨大なデータ取得時間を必要とするという問題が発生する。
【００１７】
他方、これとは逆に測定時間を短縮するためには、取得する点群データ数を少なくすれば良いが、そうすると、取得した点群データ数が少ないために正確な三次元モデルを生成することができなくなり、したがって、試料の三次元形状を正確に測定することができないという問題が発生する。
【００１８】
図７（ａ）　は、円柱状の試料の三次元モデルを生成する場合において、取得する点群データ数を少なくした場合の例を示す図である。この図７（ａ）　には、右方に示す試料１７の測定範囲１８を左方に拡大して示している。
この図７（ａ）　において、白丸は試料１７の円柱上面のサンプリング位置（Ｚ座標が高いほうの位置）を示し、黒丸は試料１７つまり円柱が置かれている面（Ｚ座標が低いほうの位置）のサンプリング位置を示している。これらのサンプリング位置は、一定間隔の粗い正方格子（特に正方格子でなくても良いが、比較的粗いサンプリング間隔）を形成している。
【００１９】
このように試料１７に対するサンプリング間隔が、粗い間隔を形成している場合、これらのサンプリングデータからエッジ（黒丸と接する白丸の位置）を検出していくと、実際には図７（ａ），（ｂ）　に細線１９で示す円弧であるべき三次元モデルの輪郭が、図７（ｂ）　に太線２０で示すように、粗い段差のある輪郭の三次元モデルになってしまうという問題が発生する。
【００２０】
図８は、実際の三次元モデルの一例として、１００円玉の三次元モデルを示す図である。図８に示すように、本来は単純で滑らかな輪郭を持つはずの１００円玉という試料に対しても、上記のように粗いデータ取得間隔では、計測によって得られる三次元形状は、大きな段差の付いた粗いものになってしまうという欠点があった。
【００２１】
そのような欠点を解消するために、取得した点群データの各データ間を補間する又はフィルタをかけることによって、図７（ｂ）　や図８に示すような輪郭の段差を無くして、三次元モデルの輪郭を滑らかにすることは可能である。しかし、そのようにしても、それは単に輪郭を滑らかにした（結果として図７（ｂ）　に太線２０で示す段差の各角と隣接の角とを直線で繋いだような形状になる）というだけであり、図７（ａ），（ｂ）　に細線１９で示す試料の形状を忠実に反映したものではないという不満の残るものであった。
【００２２】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、顕微鏡のオートフォーカス機能を用いて試料表面の三次元座標を取得し、この取得した三次元座標から三次元モデルを生成して、これにより試料の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において、試料に対してデータ取得間隔が粗く、形状が正確に表現できない場合でも、より試料の形状に近似する正確な三次元モデルを生成することができる三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
以下に、本発明に係わる三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法の構成を述べる。
先ず、請求項１記載の発明の三次元形状測定装置は、試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に上記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、上記ＸＹステージ及び上記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、上記拡大光学系と上記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、上記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、上記座標データ取得手段により取得された座標データ及び上記撮像手段により撮像された上記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、上記座標データ取得手段は、上記オートフォーカス手段により上記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる上記試料の複数の測定点における上記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する上記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得し、上記撮像手段は、上記座標データ取得手段により上記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、上記データ処理手段は、上記撮像手段により取得された上記顕微鏡画像データにより上記試料のエッジ部を検出し、該検出されたエッジ部の情報に基づき、上記座標データ取得手段により取得された上記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群を編集して、上記試料の三次元像データを生成するように構成される。
【００２４】
次に、請求項２記載の発明の三次元形状測定装置は、試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に上記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、上記ＸＹステージ及び上記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、上記拡大光学系と上記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、上記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、上記座標データ検出手段により検出された座標データ及び上記撮像手段により撮像された上記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、上記撮像手段は、上記座標データ取得手段によりＸ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、上記データ処理手段は、上記撮像手段により取得された上記顕微鏡画像データにより上記試料のエッジ部を検出し、該検出されらエッジ部の情報により上記座標データ取得手段により取得すべきＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を決定するように構成される。
【００２５】
続いて、請求項３記載の発明の三次元形状測定装置は、試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に上記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、上記ＸＹステージ及び上記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、上記拡大光学系と上記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、上記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、上記座標データ取得手段により取得された座標データ及び上記撮像手段により撮像された上記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、上記座標データ取得手段は、上記オートフォーカス手段により上記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる上記試料の複数の測定点における上記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する上記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得し、上記撮像手段は、上記座標データ取得手段により上記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、上記データ処理手段は、上記顕微鏡画像データにより上記試料のエッジ部を検出し、上記座標データ群に基づき上記試料の三次元像データを生成するに際し上記検出したエッジ部の情報に基づいてＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を追加するように構成される。
【００２６】
また、請求項４記載の発明の三次元形状測定方法は、試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に上記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、上記ＸＹステージ及び上記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、上記拡大光学系と上記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、上記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、上記座標データ取得手段により取得された座標データ及び上記撮像手段により撮像された上記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して上記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、上記オートフォーカス手段により上記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる上記試料の複数の測定点における上記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する上記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得する工程と、上記座標データ取得手段により上記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、取得された上記顕微鏡画像データから上記試料のエッジ部を検出する工程と、検出された上記エッジ部の情報に基づき、取得された上記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群を編集して、上記試料の三次元像データを生成する工程と、を含んで成る。
【００２７】
更に、請求項５記載の発明の三次元形状測定方法は、試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に上記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、上記ＸＹステージ及び上記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、上記拡大光学系と上記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、上記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、上記座標データ検出手段により検出された座標データ及び上記撮像手段により撮像された上記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して上記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、上記座標データ取得手段によりＸ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、取得された上記顕微鏡画像データから上記試料のエッジ部を検出する工程と、検出されら上記エッジ部の情報により、取得すべきＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を決定する工程と、を含んで成る。
【００２８】
そして、請求項６記載の発明の三次元形状測定方法は、試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に上記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、上記ＸＹステージ及び上記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、上記拡大光学系と上記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、上記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、上記座標データ取得手段により取得された座標データ及び上記撮像手段により撮像された上記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して上記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、上記オートフォーカス手段により上記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる上記試料の複数の測定点における上記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する上記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得する工程と、上記座標データ取得手段により上記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、上記顕微鏡画像データにより上記試料のエッジ部を検出する工程と、上記座標データ群に基づき上記試料の三次元像データを生成するに際し上記検出したエッジ部の情報に基づいてＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を追加する工程と、を含んで成る。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明において、上記のＸＹステージは例えば試料テーブル２５等から成り、上記の拡大光学系は例えば光学系２６等から成り、上記の座標データ取得手段は例えばＸ軸リニアスケール読取装置２７、Ｙ軸リニアスケール読取装置２８、不図示のＺ軸リニアスケール読取装置等から成り、上記のオートフォーカス手段は例えばオートフォーカスユニット３２等から成り、上記の撮像手段は例えばＣＣＤカメラ２２等から成り、そして、上記のデータ処理手段は例えばデータ処理装置２３等から成る。
【００３０】
図１は、第１の実施の形態における三次元形状測定装置の構成を示す図である。同図に示すように、三次元形状測定装置は、測定顕微鏡２１とＣＣＤカメラ２２とデータ処理装置２３とで構成されている。尚、この構成は、図６に示した三次元形状測定装置の構成と比較して、光学系の上部にＣＣＤカメラ２２が取り付けられていることと、データ処理装置２３に後述する測定点データの編集を行う処理モジュールが搭載されていることの２点を除いて、他の構成部分は図６の場合と同様である。
【００３１】
すなわち、図１において、測定顕微鏡２１は、それぞれリニアスケールを内蔵したＸ軸方向駆動機構、Ｙ軸方向駆動機構、及びＺ軸方向駆動機構が内部に配置されている本体基台２４、この本体基台２４上に前後左右に移動可能に支持され中央に透明ガラス台が嵌め込まれている試料テーブル２５、この試料テーブル２５の上方で本体基台２４に支持されている光学系２６とで構成されている。
【００３２】
この場合も、試料テーブル２５は、Ｘ軸方向駆動機構及びＹ軸方向駆動機構に連結され、それぞれの電動モータの順逆両方向の回転により前後（Ｙ軸方向）左右（Ｘ軸方向）に移動自在であり、そのＸ軸方向およびＹ軸方向の移動量は、Ｘ軸リニアスケール読取装置２７及びＹ軸リニアスケール読取装置２８によって読み取られる。
【００３３】
ＣＣＤカメラ２２は、光学系２６の分岐光路上に、カメラアダプタ３５を介して配置されており、落射照明による試料からの反射光、又は透過照明による試料からの透過光により、試料の形状を撮像する。
そして、光学系２６は、拡大率の異なる複数の対物レンズが配置されて回転自在なレボルバ２９、そのレボルバ２９の上に配置された落射照明装置３１、この落射照明装置３１の上に配置されたオートフォーカスユニット３２、このオートフォーカスユニット３２の上部に配置された鏡筒３３、この鏡筒３３の前側面から前方斜め上方に突設された接眼レンズ３４などから成る。
【００３４】
この光学系２６も、Ｚ軸方向駆動機構に連結され、電動モータの順逆両方向の回転により、光学系２６全体が試料テーブル２５上の試料に対して上下（Ｚ軸方向）方向に相対的に移動し、オートフォーカスユニット３２の働きにより、試料の測定点に対して焦点合わせを行うことができる。この光学系５のＺ軸方向の移動量は不図示のＺ軸リニアスケール読取装置によって読み取られる。
【００３５】
データ処理装置２３は、例えばパーソナルコンピュータ等からなり、一方では不図示のインターフェース回路を介しＲＳ−２３２Ｃ規格等の通信ケーブル３６により測定顕微鏡２１と接続され、他方では、不図示の画像取込ボードを介しカメラケーブル３７によりＣＣＤカメラ２２と接続されている。
【００３６】
これにより、データ処理装置２は、三次元形状測定装置全体を制御すると共に、測定顕微鏡２１により読み取られた試料の測定点のＸ、Ｙ、Ｚの座標データを通信ケーブル３６を介して取得し、更にＣＣＤカメラ２２により上記測定点を含む範囲の領域を撮像された試料の画像データをカメラケーブル３７を介して取得する。
【００３７】
次に、上記のように構成された第１の実施の形態における三次元形状測定装置の動作について説明する。
先ず、所定のソフトウェアモジュールによる操作処理により、データの取得範囲（測定点の設定範囲）とデータの取得ピッチ（測定点のＸ軸方向およびＹ軸方向の密度）等を設定した後、測定を開始する。
【００３８】
この測定の開始では、他の所定のソフトウェアモジュールにより、電動モータが駆動されて試料テーブル２５の移動量が制御され、試料上の測定点位置が順次変更される。そして、このように試料上の測定点位置が順次変更されながら、オートフォーカスユニット３２が制御され、焦点が合ったときの測定点の位置データ、すなわちＸ、Ｙ、Ｚの座標データが取得される。
【００３９】
この測定点位置の順次変更と、焦点合わせと、Ｘ、Ｙ、Ｚの座標データの取得という動作を繰り返すと共に、この動作と同時に、このデータ取得領域に対応した顕微鏡画像を、ＣＣＤカメラ２２によって取得する。
もし、このデータ取得領域が顕微鏡の視野以内であれば、１枚の画像を収得するのみで良い。しかし通常は、データ取得領域は顕微鏡の視野を越える範囲まで広がっている場合が多い。このようにデータ取得領域が顕微鏡の視野を越えて広い場合は、複数の顕微鏡画像を取得し、これら複数の顕微鏡画像を貼り合せて１枚のデータ取得領域の画像を生成する。
【００４０】
一般に、ＣＣＤカメラ２２によって取得できる顕微鏡画像の視野サイズは、視野のＸ方向サイズをＶ（Ｘ）、視野のＹ方向サイズをＶ（Ｙ）、ＣＣＤ受光面のＸ方向サイズをＩ（Ｘ）、ＣＣＤ受光面のＹ方向サイズをＩ（Ｙ）、対物レンズの倍率をＭｌ、光学系の中間倍率をＭ２、及びカメラアダプタの倍率をＭ３としたき、以下の式で算出できる。
【００４１】
Ｖ（Ｘ）＝Ｉ（Ｘ）／（Ｍ１×Ｍ２×Ｍ３）　・・・・（１）
Ｖ（Ｙ）＝Ｉ（Ｙ）／（Ｍ１×Ｍ２×Ｍ３）　・・・・（２）
例えば、対物レンズの倍率が５０倍、光学系の中間倍率が２倍、カメラアダプタの倍率が０．３５倍、ＣＣＤの受光面サイズがＸ方向６．４ｍｍ、Ｙ方向４．８ｍｍ（１／２インチＣＣＤの場合）とすると、これらの値を式（１）及び式（２）に当てはめて、顕微鏡画像の視野サイズＶ（Ｘ）及びＶ（Ｙ）の値として、
Ｖ（Ｘ）＝６．４／（５０×２×０．３５）
＝０．１８３（ｍｍ）
＝１８３（μｍ）
Ｖ（Ｙ）＝４．８／５０×２×０．３５）
＝０．１３７（ｍｍ）
＝１３７（μｍ）
という値が得られる。
【００４２】
図２は、このような演算に基づいて、複数の顕微鏡画像として６枚の顕微鏡画像を取得し、これら６枚の顕微鏡画像を貼り合せて１枚のデータ取得領域の画像を生成する例を示す図である。
図２に示す例では、例えばＸ方向のデータ取得ピッチａ及びＹ方向のデータ取得ピッチｂがともに１０μｍであり、Ｘ方向のデータ取得領域ｃ及びＹ方向のデータ取得領域ｄがともに３００μｍであるとし、上記の顕微鏡視野サイズＶ（Ｘ）＝１８３μｍ及びＶ（Ｙ）＝１３７μｍで、データ取得領域ｃ×ｄ全体の画像を取得しようとすれば、図２に示すように、Ｖ（Ｘ）×Ｖ（Ｙ）のサイズのそれぞれの顕微鏡画像３８（３８−１〜３８−６）に、例えば隣の画像との重なり領域ｅを１０μｍ程度に設定して、図の黒丸印の位置がそれぞれ視野中心となったとき、そのＸ、Ｙ、Ｚの座標を取得する際に、同時にそれぞれの顕微鏡画像を取得し、最終的に得られる６枚の画像を図のように貼り合わせて、１枚のデータ取得領域の画像を生成する。
【００４３】
尚、複数の画像を貼り合せる方法としては、前述したように隣の画像との間に重なり領域を持つように撮像し、パターン・マッチングを行うことによりＸＹステージの位置決め誤差分を吸収する方法が一般的であるが、貼り合せる精度に対してＸＹステージの位置決め精度が充分ある場合は、重なり領域を必要とせず、単に貼り合せる（端と端を付け合せる）だけの方法でも良い場合もある。
【００４４】
以上のようにして、三次元モデルを生成するための点群データ（Ｘ、Ｙ、Ｚの座標データ）と、そのデータ取得領域に対応する顕微鏡画像が得られるので、以下の方法により三次元モデルを生成する。
このようにして生成した顕微鏡画像からは、画像処理により試料の輪郭の位置や凹凸のエッジ位置を容易に検出することができるので、顕微鏡画像より得られた試料の輪郭の位置やエッジ位置を三次元モデルに反映させることにより、正確な三次元モデルを生成することができる。
【００４５】
図３は、正確な三次元モデルを生成する例を具体的に示す図である。図３は、試料の輪郭近傍で実際に取得した点群データのＸ及びＹ座標を、画像処理により、輪郭上の最も近い位置へ移動した状態を示している。この点群データのＸ及びＹ座標の移動により、その移動した点群データを構成しているＺ座標データも移動位置に移動する。
【００４６】
なお、同図に示す×印は、それらの位置にあった点群データが上記の移動によって無くなったことを示している。また、この図３には、従来例と比較しやすいように、図７（ａ），（ｂ）　に示した試料１７とデータ取得領域１８をそのまま図示している。
【００４７】
本例では、上記の画像処理によって新たに得られた点群データのＸ、Ｙ及びＺの座標データを基に従来と同様の方法により三次元モデルを生成する。すると本例においては、図３に示されるように、細線１９で示される実際の輪郭に対して、太線３９で示される生成された輪郭は、細線１９で示される試料の輪郭をほぼ再現しており（図では細線１９は太線３９に重なっているため両端部しか見えない）ほぼ完全な三次元モデルが生成される。
【００４８】
以上説明したように、上記第１の実施の形態の三次元形状測定装置によれば、試料に対してデータ取得間隔が粗く、そのままでは形状が正確に表現できない場合でも、画像処理によってより正確な三次元モデルを生成することが可能となる。特に、本例の三次元形状測定装置によれば、取得するデータ点数を増加させることなく、試料の輪郭やエッジを正確に三次元モデルに反映させることが可能となる。
【００４９】
尚、上記の実施形態に加えて、さらに以下のような機能を追加すれば、さらに正確に試料の三次元モデルを生成することが可能となる。例えば、焦点深度と試料の形状の関係によっては、得られる顕微鏡画像が視野内の全ての位置に対してピントが合ったものではなく、場所によってはボケた画像となってしまう可能性がある。
【００５０】
そのような場合は、同一視野内で異なる焦点位置の画像を複数枚撮像し、画像処理によって全ての位置にピントが合ったダイナミック・フォーカス像を生成し、それを使用することによってエッジを検出しても良い。また、同様の目的で、共焦点効果のある光学系を用いて、ダイナミック・フォーカス像を生成して用いても良い。
【００５１】
また、生成した顕微鏡画像に色情報を付加するようにして、三次元モデルに形状のみでなく色情報も反映させることにより、形状のみでなく色彩的にも正確な三次元モデルを生成することも可能である。
次に、第２の実施の形態について説明する。尚、本例における三次元形状測定装置の構成は、第１の実施の形態の場合と同様の構成であり、三次元モデルを生成する方法のみが異なる。すなわちデータ処理装置２３に搭載される画像処理のソフトウェアモジュールが異なる。
【００５２】
図４は、第２の実施の形態における正確な三次元モデルを生成する例を具体的に示す図である。図４に示すように、本例の実施の形態では、輪郭やエッジ上に新たな点を追加する。つまり輪郭線がデータ取得ピッチの格子線と交差する位置に新たな点を追加するものである。
【００５３】
この追加する新たな点のＺ座標値には、最近傍の実サンプリング点のＺ座標を用いても良く、また追加する点近傍の複数の実サンプリング点に基づき形状を推測して、この推測に基づいて演算によりＺ座標値を決定するようにしても良い。このようにして新たに得られた点群データのＸ、Ｙ及びＺ座標の値を基に、従来と同様の方法により三次元モデルを生成する。すると本例においては、図４に示されるように、細線１９で示される実際の輪郭に対し、太線４０で示される生成された輪郭は、細線１９で示される試料の輪郭の上にほぼ重なって、実際の輪郭に対して正確に再現された三次元モデルが生成される。
【００５４】
以上説明したように、上記第２の実施の形態の三次元形状測定装置によれば、試料に対してデータ取得間隔が粗く、形状が正確に表現できない場合でも、より正確な三次元モデルを生成することが可能となる。
特に、本実施の形態の三次元形状測定装置によれば、実施に得られた実サンプリング点に加えて、輪郭やエッジ上の新たな点を追加して補間しているので、第１の実施の形態に比べて試料の輪郭やエッジをより正確に三次元モデルに反映させることが出来るという利点を持っている。
【００５５】
この第２の実施の形態の場合も前述した第１の実施の形態の場合と同様に、同一視野内で異なる焦点位置の画像を複数枚撮像し、画像処理によって全ての位置にピントが合ったダイナミック・フォーカス像を生成して用してもよく、また同様の目的で共焦点効果のある光学系を用い、ダイナミツク・フォーカス像を生成して用いても良い。そうすれば、本例の場合も、さらに正確に試料の三次元モデルを生成することが可能となる。
【００５６】
また、本例の場合も、生成した顕微鏡画像に色情報を付加するようにして、三次元モデルに形状のみでなく色情報も反映させることにより、形状のみでなく色彩的にも正確な三次元モデルを生成することも可能である。
また、図４に示す例は、輪郭線がデータ取得ピッチの格子線と交差する位置に新たな点を追加する方法であるが、これに限ることなく、例えば輪郭線上にデータ取得ピッチの何分の１かの距離で等間隔に補間する方法でも同様の効果が得られる。
【００５７】
次に、第３の実施の形態について説明する。尚、本例における三次元形状測定装置の構成も、第１の実施の形態の場合と同様の構成であり、三次元モデルを生成する方法のみが第１及び第２の実施の形態の場合と異なる。すなわちデータ処理装置２３に搭載される画像処理のソフトウェアモジュールが異なる。
【００５８】
図５（ａ）　は、第３の実施の形態における正確な三次元モデルを生成する例を具体的に示す図であり、図５（ｂ），（ｃ）　は、本例における作用・効果を具体的に示す図である。
図５（ａ）　に示すように、本実施の形態でも、第２の実施の形態と同様に輪郭やエッジ上に新たな点を追加するが、本例の場合は、単に新たな点を追加するのではなく、それぞれの位置で、輪郭やエッジの境界を挟んで２点を追加する。
【００５９】
図５（ａ）　に示す例では、図４に示す例と同様に輪郭線がデータ取得ピッチの格子線と交差する位置に、この場合はそれぞれ新たな２点が追加されている。この追加される２点は、輪郭上の接線に対する垂線上に配置され、Ｚ座標がより高いほうの位置Ａ′の一点と、Ｚ座標がより低いほうの位置Ａの一点とが、それぞれの位置方向から輪郭やエッジの境界を挟んで追加される。
【００６０】
これら追加する新たな２点のＺ座標値は、最近傍の実サンプリング点のＺ座標を用いても良いし、追加する点近傍の複数の実サンプリング点の値に基づいて演算により推測値を算出してＺ座標値を決定するようにしても良い。
このようにして新たに得られた点群データのＸ、Ｙ及びＺの座標値を基に、従来と同様の方法により三次元モデルを生成する。すると本例においては、図５（ａ）　に示されるように、細線１９で示される実際の輪郭に対し、太線４２で示される生成された輪郭は、細線１９で示される試料の輪郭の上にほぼ重なって、実際の輪郭に対して正確に再現された三次元モデルが生成される。
【００６１】
これにより、第２の実施の形態では図５（ｂ）　に示すように緩やかなエッジの三次元モデルが生成されるのに対して、本実施の形態によれば、図５（ｃ）　に示すように、急峻なエッジの三次元モデルを生成される。
以上説明したように、上記第３の実施の形態の三次元形状測定装置によれば、試料に対してデータ取得間隔が粗く、形状が正確に表現できない場合でも、より正確な三次元モデルを生成することができる。
【００６２】
特に、本実施の形態の三次元形状測定装置によれば、得られた実サンプリング点に加えて、輪郭やエッジ上の新たな点を追加して補間しており、さらに追加する輪郭やエッジ上には輪郭を挟んで２点を追加しているので、第１の実施の形態に比べて試料の輪郭やエッジをより正確に三次元モデルに反映させることが可能であり、また、第２の実施の形態に比べて急峻なエッジの三次元モデルを生成することが可能であるという利点を持っている。
【００６３】
また、本例の場合も、同一視野内で異なる焦点位置の画像を複数枚撮像し、画像処理によって全ての位置にピントが合ったダイナミック・フォーカス像を生成して用してもよく、また同様の目的で共焦点効果のある光学系を用い、ダイナミツク・フォーカス像を生成して用いても良い。そうすれば、本例の場合も、さらに正確に試料の三次元モデルを生成することが可能となる。
【００６４】
また更に、生成した顕微鏡画像に色情報を付加するようにして、三次元モデルに形状のみでなく色情報も反映させることにより、形状のみでなく色彩的にも正確な三次元モデルを生成することも可能である。
また、図５（ａ）　に示す例は、輪郭線がデータ取得ピッチの格子線と交差する付置に新たな点を追加する方法であるが、これに限ることなく、例えば輪郭線上にデータ取得ピッチの何分の１かの距離で等間隔に補間する方法でも同様の効果が得られる。
【００６５】
また、上記第１、第２、又は第３の実施の形態を組み合わせる方法も効果的である。例えば、鏡微鏡画像を画像処理してエッジを検出する際に、エッジの強度に応じて適用する補間方法を変えることにより、全てに同一の補間方法を適用する場合に比べてより正確な三次元モデルを生成できる場合もある。
【００６６】
また、上記全ての実施の形態においては、落射照明により明視野観察する場合について記載したが、試料のエッジを強調させるために、暗視野照明を用いる或いは偏斜照明を組み合わせることも有効な方法である。
さらに、上記全ての実施の形態に対する変形例として、顕微鏡画像を画像処理してエッジを検出し、検出したエッジ位置を基にデータ取得ポイントを設定するというようにしても良い。
【００６７】
その場合は、予め顕微鏡画像を画像処理してエッジを検出し、検出したエッジ部周辺に対してデータ取得ポイントを細かく設定し、エッジ部周辺以外の部分についてはデータ取得ポイントを粗く設定するなどして、効率良くデータ取得ポイントを配置するようにすることが好ましい。
【００６８】
そのようにすると、予め得られた顕微鏡画像により、試料の形状を推定し、必要な部分は細かくサンプリングし、不必要な部分は粗くサンプリングできるので、データ取得領域全面に対して等ピッチでデータ取得を行う場合に比べて時間が短縮できる利点がある。
【００６９】
また、別の方法としては、設定されたデータ取得領域に対して設定されたデータ取得ピッチで全データを取得し、データ取得動作中には同時に顕微鏡画像も取得し、得られた顕微鏡画像を画像処理してエッジを検出し、検出したエッジ位置に対してデータの再取得を行うという方法もある。この場合は、追加してデータ取得を行うだけ時間がかかるが、より正確に試料の三次元モデルを生成することが可能となるといった利点がある。
（付記１）試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、
前記座標データ取得手段は、前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得し、
前記撮像手段は、前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、
前記データ処理手段は、
前記撮像手段により取得された前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出し、
該検出されたエッジ部の情報に基づき、前記座標データ取得手段により取得された前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群を編集して、前記試料の三次元像データを生成する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
（付記２）前記データ処理手段は、前記座標データ群の前記Ｚ座標が高いほうの位置を示す座標データ群のうち、検出された前記エッジ部近傍の座標データを、前記エッジ部のＸ、Ｙ及びＺ座標データに置き換えることを特徴とする付記１記載の三次元形状測定装置。
（付記３）前記データ処理手段は、前記座標データ群の前記Ｚ座標が高いほうの位置を示す座標データ群の中から、検出された前記エッジ部近傍の座標データを、前記エッジ部のＸ、Ｙ及びＺ座標データに追加することを特徴とする付記１記載の三次元形状測定装置。
（付記４）前記データ処理手段は、前記座標データ群の中から、検出された前記エッジ部近傍の座標データにより、前記エッジ部上の点を挟むように２点の座標データを追加することを特徴とする付記１記載の三次元形状測定装置。
（付記５）前記データ処理手段は、前記座標データ群に基づいて前記試料の三次元像データを生成する際に、該三次元像データに前記顕微鏡画像により得られる色情報を付加することを特徴とする付記１、２、３又４記載の三次元形状測定装置。
（付記６）前記顕微鏡画像は、前記試料を前記光軸方向に複数枚撮像することにより得られるダイナミック・フォーカス像であることを特徴とする付記１、２、３，４又は５記載の三次元形状測定装置。
（付記７）試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ検出手段により検出された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、
前記撮像手段は、前記座標データ取得手段によりＸ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、
前記データ処理手段は、
前記撮像手段により取得された前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出し、
該検出されらエッジ部の情報により前記座標データ取得手段により取得すべきＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を決定する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
（付記８）前記データ処理手段は、前記座標データ群の取得位置の決定に際し該取得位置を、前記顕微鏡画像データのエッジ部に対しては細かく、エッジ部以外に対しては粗く設定することを特徴とする付記７記載の三次元形状測定装置。
（付記９）試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有する三次元形状測定装置であって、
前記座標データ取得手段は、前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得し、
前記撮像手段は、前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得し、
前記データ処理手段は、
前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出し、
前記座標データ群に基づき前記試料の三次元像データを生成するに際し前記検出したエッジ部の情報に基づいてＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を追加する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
（付記１０）試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して前記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得する工程と、
前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、
取得された前記顕微鏡画像データから前記試料のエッジ部を検出する工程と、検出された前記エッジ部の情報に基づき、取得された前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群を編集して、前記試料の三次元像データを生成する工程と、
を含んで成ることを特徴とする三次元形状測定方法。
（付記１１）前記試料の三次元像データを生成する工程では、前記座標データ群の前記Ｚ座標が高いほうの位置を示す座標データ群のうち、検出された前記エッジ部近傍の座標データを、前記エッジ部のＸ、Ｙ及びＺ座標データに置き換えることを特徴とする付記１０記載の三次元形状測定方法。
（付記１２）前記試料の三次元像データを生成する工程では、前記座標データ群の前記Ｚ座標が高いほうの位置を示す座標データ群の中から、検出された前記エッジ部近傍の座標データを、前記エッジ部のＸ、Ｙ及びＺ座標データに追加することを特徴とする付記１０記載の三次元形状測定方法。
（付記１３）前記試料の三次元像データを生成する工程では、前記座標データ群の中から、検出された前記エッジ部近傍の座標データにより、前記エッジ部上の点を挟むように２点の座標データを追加することを特徴とする付記１０記載の三次元形状測定方法。
（付記１４）前記試料の三次元像データを生成する工程では、前記座標データ群に基づいて前記試料の三次元像データを生成する際に、該三次元像データに前記顕微鏡画像により得られる色情報を付加することを特徴とする付記１０、１１、１２又は１３記載の三次元形状測定方法。
（付記１５）前記顕微鏡画像は、前記試料を前記光軸方向に複数枚撮像することにより得られるダイナミック・フォーカス像であることを特徴とする付記１０、１１、１２、１３又は１４記載の三次元形状測定方法。
（付記１６）試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ検出手段により検出された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して前記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記座標データ取得手段によりＸ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、
取得された前記顕微鏡画像データから前記試料のエッジ部を検出する工程と、検出されら前記エッジ部の情報により、取得すべきＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を決定する工程と、
を含んで成ることを特徴とする三次元形状測定方法。
（付記１７）前記座標データ群の取得位置を決定する工程では、該取得位置を、前記顕微鏡画像データのエッジ部に対しては細かく、エッジ部以外に対しては粗く設定することを特徴とする付記１６記載の三次元形状測定方法。
（付記１８）試料を搭載しＸＹ方向に移動可能なＸＹステージと、光軸方向に前記ＸＹステージと相対移動可能なＺ移動部を有する拡大光学系と、前記ＸＹステージ及び前記Ｚ移動部の位置の座標データを取得する座標データ取得手段と、前記拡大光学系と前記試料の測定点との相対距離を一定に保つオートフォーカス手段と、前記光学系に着脱自在に取り付けられた撮像手段と、前記座標データ取得手段により取得された座標データ及び前記撮像手段により撮像された前記試料の画像データを処理するデータ処理手段とを有して前記試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記オートフォーカス手段により前記拡大光学系との相対距離が一定に保たれる前記試料の複数の測定点における前記ＸＹステージのＸ及びＹ座標並びに該Ｘ及びＹ座標に対応する前記拡大光学系の複数のＺ座標のデータ群を取得する工程と、
前記座標データ取得手段により前記Ｘ、Ｙ及びＺの座標データ群が取得される領域が含まれる範囲の顕微鏡画像データを取得する工程と、
前記顕微鏡画像データにより前記試料のエッジ部を検出する工程と、
前記座標データ群に基づき前記試料の三次元像データを生成するに際し前記検出したエッジ部の情報に基づいてＸ、Ｙ及びＺの座標データ群の取得位置を追加する工程と、
を含んで成ることを特徴とする三次元形状測定装置。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法によれば、オートフォーカスにより測定試料の合焦点の座標を複数点取得し、取得した点群データのＸ、Ｙ及びＺ座標から三次元モデルを生成して試料の三次元形状を測定する装置又は方法でありながら、膨大なデータ取得時間を必要とすることなく、正確な三次元モデルを生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における三次元形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】取得した複数の顕微鏡画像を貼り合せて１枚のデータ取得領域の画像を生成する例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における正確な三次元モデルを生成する例を具体的に示す図である。
【図４】第２の実施の形態における正確な三次元モデルを生成する例を具体的に示す図である。
【図５】（ａ）　は第３の実施の形態における正確な三次元モデルを生成する例を具体的に示す図、（ｂ），（ｃ）　は本例における作用・効果を具体的に示す図である。
【図６】従来の試料の三次元形状を測定すべく構築された三次元形状測定装置の構成の一例を図である。
【図７】（ａ）　は従来の三次元形状測定装置において取得する点群データ数を少なくした場合のデータの例を示す図、（ｂ）　は結果として粗い段差のある輪郭の三次元モデルが出来る例を示す図である。
【図８】従来の三次元形状測定装置において取得する点群データ数を少なくした場合に得られるの実際の三次元モデルの一例として１００円玉のモデルを示す図である。
【符号の説明】
１　　測定顕微鏡
２　　データ処理装置
３　　本体基台
４　　試料テーブル
５　　光学系
６　　透明ガラス台
７　　Ｘ軸リニアスケール読取装置
８　　Ｙ軸リニアスケール読取装置
９　　対物レンズ群
１１　レボルバ
１２　落射照明装置
１３　オートフォーカスユニット
１４　鏡筒
１５　接眼レンズ
１７　試料
１８　測定範囲
１９　細線（正しい輪郭）
２０　太線
２１　測定顕微鏡
２２　ＣＣＤカメラ
２３　データ処理装置
２４　本体基台
２５　試料テーブル
２６　光学系
２７　Ｘ軸リニアスケール読取装置
２８　Ｙ軸リニアスケール読取装置
２９　レボルバ
３１　落射照明装置
３２　オートフォーカスユニット
３３　鏡筒
３４　接眼レンズ
３５　カメラアダプタ
３６　通信ケーブル
３７　カメラケーブル
３８（３８−１〜３８−６）　顕微鏡画像
３９、４０　太線（補正された輪郭）
【図１】
2004125708.tif 000003
【図２】
2004125708.tif 000004
【図３】
2004125708.tif 000005
【図４】
2004125708.tif 000006
【図５】
2004125708.tif 000007
【図６】
2004125708.tif 000008
【図７】
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【図８】
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