(57)【要約】【課題】複数のレーザ変位計により測定対象物を測定する際に、コストの増加を抑制しつつ、レーザ変位計の測定結果のずれを低減すること。【解決手段】レーザ光によって測定対象物までの距離を測定可能なレーザ変位計を複数用いて、複数のレーザ変位計をそれぞれ測定対象物の表面を略同時に走査することによって、測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法において、制御手段により、測定対象物に対して、高性能の第１レーザ変位計を用いた測定対象物の所定範囲の測定値に基づいて、第１レーザ変位計に比して性能が低い複数の第２レーザ変位計による測定対象物の所定範囲の測定値を補正する。【選択図】図２
2017015653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光によって測定対象物までの距離を測定可能なレーザ変位計を複数用いて、前記複数のレーザ変位計をそれぞれ前記測定対象物の表面に沿って走査することによって、前記測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法において、
制御手段により、前記測定対象物に対して、高性能の第１レーザ変位計を用いた前記測定対象物の所定範囲の測定値に基づいて、前記第１レーザ変位計に比して性能が低い複数の第２レーザ変位計による前記測定対象物の前記所定範囲の測定値を補正する
ことを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項２】
制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して前記第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、前記所定の測定対象物に対して前記複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値との差を算出して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値を導出し、
前記第２レーザ変位計により前記所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、前記複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、前記座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値に基づいて補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定方法。
【請求項３】
前記制御手段により、あらかじめ前記所定の測定対象物に対して前記第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、前記所定の測定対象物に対して前記複数の第２レーザ変位計によって前記座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値との差を算出して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値をそれぞれ導出し、
前記第２レーザ変位計により前記所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、前記複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）にそれぞれ関連づけられて測定されたそれぞれの測定値に対して、前記座標（ｘ，ｙ）に関連づけられたそれぞれの差分値に基づいて補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定方法。
【請求項４】
制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して前記第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、前記所定の測定対象物に対して前記第２レーザ変位計ごとに決定される１つの座標（ｘ，ｙ）における測定値との差を算出して、前記第２レーザ変位計ごとにそれぞれ決定された１つの座標（ｘ，ｙ）における差分値を導出し、
前記第２レーザ変位計により前記所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、前記複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、前記第２レーザ変位計ごとに決定された１つの座標（ｘ，ｙ）における差分値に基づいて、それぞれの前記第２レーザ変位計ごとに前記座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値の補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の表面形状測定方法。
【請求項５】
制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して前記第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、前記所定の測定対象物に対して前記複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値との差を算出して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値を導出して前記差分値の座標（ｘ，ｙ）に依存した関数を導出し、
前記複数の第２レーザ変位計により前記所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、前記複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、前記座標（ｘ，ｙ）に依存した関数に基づいて補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定方法。
【請求項６】
制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して前記第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、前記所定の測定対象物に対して前記複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値とに基づいて、それぞれの第２レーザ変位計において、選択された第２レーザ変位計により測定される座標（ｘ、ｙ）の範囲と同じ範囲において前記第１レーザ変位計が測定した測定値の少なくとも１点または前記測定値の平均と、前記選択された第２レーザ変位計が測定した測定値の平均との差を算出して、前記第２レーザ変位計ごとに関連づけされた差分値を導出し、
前記複数の第２レーザ変位計により前記所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、前記複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、前記第２レーザ変位計ごとに関連づけされた差分値に基づいて、それぞれの前記第２レーザ変位計ごとに前記座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値の補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定方法。
【請求項７】
前記測定対象物を測定する際に、前記第１レーザ変位計と前記複数の第２レーザ変位計とが略同時に測定を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の表面形状測定方法。
【請求項８】
前記表面形状の測定が前記測定対象物の高さの測定であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の表面形状測定方法。
【請求項９】
レーザ光によって測定対象物までの距離を測定可能なレーザ変位計を複数用いて、前記複数のレーザ変位計を前記測定対象物の表面に対して相対的に略同時に走査させることによって、前記測定対象物の表面形状を測定可能に補正された表面形状測定装置において、
前記測定対象物に対して、高性能の第１レーザ変位計を用いた前記測定対象物の所定範囲の測定値に基づいて、前記第１レーザ変位計に比して性能が低い複数の第２レーザ変位計による前記測定対象物の測定値を補正する制御手段を備える
ことを特徴とする表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状測定方法および表面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面形状測定装置においては、１つのレーザ変位計を、平面ステージ（ＸＹテーブル）上の測定対象物に対してｘ方向およびｙ方向の２次元状（平面状）に走査させることにより、測定対象物の形状を測定している。
【０００３】
ところが、この表面形状の測定においては、大きな測定対象物を測定する際に、１つのレーザ変位計によって測定対象物の端部から端部まで走査する必要があり、測定に時間を要するという問題があった。そこで、複数のレーザ変位計を用いて、それぞれのレーザ変位計による測定対象物の走査を、同時に並行して行う方法が考案された。すなわち、複数のレーザ変位計を同時に走査させることによって、１回の走査において多くの測定点を測定して距離情報を収集し、処理端末などによってマッピングすることで、測定対象物の表面形状を測定する方法が考案された。
【０００４】
また、特許文献１には、３点法のレーザ測長器である干渉計を搭載する第１の移動ステージは、第２の移動ステージによってガイドに沿ってＺ方向に移動可能であり、第１、第２の移動ステージは、参照ミラーとともに第３の移動ステージによって、ガイド上を移動し、測定対象に対してＸ方向に走査され、各測定軸による測長データを取り込む技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５３３０５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ変位計を複数設けた表面形状測定装置においては、使用するレーザ変位計の数に応じてコストが増加するという問題があった。さらに、複数のレーザ変位計においては、それぞれのレーザ変位計の個体ごとに測定傾向の相違が存在する。そのため、隣接するレーザ変位計における測定部分の境界（測定境界）において測定結果のずれが生じ、いわゆる測定のつなぎ目が表出してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数のレーザ変位計を用いて測定対象物の表面形状を測定する場合において、複数のレーザ変位計を用いることによるコストの増加を抑制しつつ、それぞれのレーザ変位計における測定境界でのずれを低減できる表面形状測定方法および表面形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る表面形状測定方法は、レーザ光によって測定対象物までの距離を測定可能なレーザ変位計を複数用いて、複数のレーザ変位計をそれぞれ測定対象物の表面に沿って走査することによって、測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法において、制御手段により、測定対象物に対して、高性能の第１レーザ変位計を用いた測定対象物の所定範囲の測定値に基づいて、第１レーザ変位計に比して性能が低い複数の第２レーザ変位計による測定対象物の所定範囲の測定値を補正することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る表面形状測定方法は、上記の発明において、制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、所定の測定対象物に対して複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値との差を算出して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値を導出し、第２レーザ変位計により所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値に基づいて補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る表面形状測定方法は、この構成において、制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、所定の測定対象物に対して複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値との差を算出して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値をそれぞれ導出し、第２レーザ変位計により所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）にそれぞれ関連づけられて測定されたそれぞれの測定値に対して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられたそれぞれの差分値に基づいて補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る表面形状測定方法は、上記の発明において、制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、所定の測定対象物に対して第２レーザ変位計ごとに決定される１つの座標（ｘ，ｙ）における測定値との差を算出して、第２レーザ変位計ごとにそれぞれ決定された１つの座標（ｘ，ｙ）における差分値を導出し、第２レーザ変位計により所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、第２レーザ変位計ごとに決定された１つの座標（ｘ，ｙ）における差分値に基づいて、それぞれの第２レーザ変位計ごとに座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値の補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る表面形状測定方法は、上記の発明において、制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、所定の測定対象物に対して複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値との差を算出して、座標（ｘ，ｙ）に関連づけられた差分値を導出して差分値の座標（ｘ，ｙ）に依存した関数を導出し、複数の第２レーザ変位計により所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、座標（ｘ，ｙ）に依存した関数に基づいて補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る表面形状測定方法は、上記の発明において、制御手段により、あらかじめ所定の測定対象物に対して第１レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値と、所定の測定対象物に対して複数の第２レーザ変位計によって座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値とに基づいて、それぞれの第２レーザ変位計において、選択された第２レーザ変位計により測定される座標（ｘ、ｙ）の範囲と同じ範囲において第１レーザ変位計が測定した測定値の少なくとも１点または測定値の平均と、選択された第２レーザ変位計が測定した測定値の平均との差を算出して、第２レーザ変位計ごとに関連づけされた差分値を導出し、複数の第２レーザ変位計により所定の測定対象物以外の任意の測定対象物の表面形状を測定する際に、複数の第２レーザ変位計により座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値に対して、第２レーザ変位計ごとに関連づけされた差分値に基づいて、それぞれの第２レーザ変位計ごとに座標（ｘ，ｙ）に関連づけられて測定された測定値の補正を行って補正後測定値を導出することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る表面形状測定方法は、上記の発明において、測定対象物を測定する際に、第１レーザ変位計と複数の第２レーザ変位計とが略同時に測定を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る表面形状測定方法は、上記の発明において、表面形状の測定が測定対象物の高さの測定であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る表面形状測定装置は、レーザ光によって測定対象物までの距離を測定可能なレーザ変位計を複数用いて、複数のレーザ変位計を測定対象物の表面に対して相対的に略同時に走査させることによって、測定対象物の表面形状を測定可能に補正された表面形状測定装置において、測定対象物に対して、高性能の第１レーザ変位計を用いた測定対象物の所定範囲の測定値に基づいて、第１レーザ変位計に比して性能が低い複数の第２レーザ変位計による測定対象物の測定値を補正する制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る表面形状測定方法および表面形状測定装置によれば、複数のレーザ変位計を用いて測定対象物の表面形状を測定する場合において、複数のレーザ変位計を用いることによるコストの増加を抑制しつつ、それぞれのレーザ変位計における測定結果のずれを低減して、測定精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による表面形状測定装置を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による表面形状測定装置のＸＹテーブルおよびレーザ変位計を示す略線図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による表面形状測定方法における高性能のレーザ変位計による測定データを表すデータテーブルを示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による表面形状測定方法における高性能のレーザ変位計より性能が低いレーザ変位計による測定データのデータテーブルを示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の第３実施例によるレーザ変位計の測定データにおける傾向を表す関数の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の変形例を示すＸＹテーブルとレーザ変位計との相対移動の方法を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。
【００２０】
まず、本発明の一実施形態による表面形状測定装置について説明する。図１は、この一実施形態による表面形状測定装置を示すブロック図である。図２は、表面形状測定装置における、測定対象物を載置したＸＹテーブルおよびレーザ変位計を示す略線図である。
【００２１】
図１に示すように、この一実施形態による表面形状測定装置１は、ＣＰＵ１０、駆動制御部２０、ＸＹテーブル３０、およびレーザ変位測定部３１を主に備えて構成されている。表面形状測定装置１のＣＰＵ１０は、表示手段としてのモニタ４２を接続したＰＣ端末４１とシリアル通信可能に構成されている。
【００２２】
制御手段としてのＣＰＵ１０は、測定手段としてのレーザ変位測定部３１および操作手段としての操作パネル３２に接続されている。レーザ変位測定部３１は複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎ（ｎ：２以上の自然数）から構成される。これらのレーザ変位計３１−１〜３１−ｎにより測定された測定データは、ＣＰＵ１０に供給される。また、作業者により操作パネル３２が操作されて入力された、例えば測定の開始の信号やキャリブレーションなどの操作情報は、ＣＰＵ１０に入力される。なお、図２に示すように、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎは、測定対象物５０を載置可能に構成されたＸＹテーブル３０の上部に取り付けられている。
【００２３】
図１に示す駆動制御手段としての駆動制御部２０は、シーケンサ２０ａおよびドライバ２０ｂとを有して構成される。駆動制御部２０において、ドライバ２０ｂがステッピングモータ２１，２２に接続されているとともに、シーケンサ２０ａが位置センサ２３に接続されている。なお、ステッピングモータ２１，２２の代わりにサーボモータを用いても良い。
【００２４】
シーケンサ２０ａがドライバ２０ｂを制御し、ドライバ２０ｂがステッピングモータ２１，２２を制御することによって、ＸＹテーブル３０が移動される。ここで、制御はオープンループ方式であるが、距離センサ等を用いたクローズドループ方式でもよい。また、サーボモータを用いる場合には、同様なクローズドループ方式としても良い。位置センサ２３はＸＹテーブル３０の位置を把握するためのセンサであり、例えば光センサやメカスイッチから構成される。位置センサ２３はＸＹテーブル３０の原点位置、測定開始位置、および可動範囲限界を検出して、駆動制御部２０のシーケンサ２０ａに供給する。すなわち、駆動制御部２０は、位置センサ２３から供給された位置情報データに基づいて、ＸＹテーブル３０の位置情報を取得することができる。
【００２５】
図２に示すように、ＸＹテーブル３０は、ｘ方向に沿ったレール２４、およびｘ方向に対して直角方向であるｙ方向に沿ったレール２５上に設置されている。ＸＹテーブル３０は、ステッピングモータ２１により駆動されてレール２４に沿ってｘ方向に移動する。同様に、ＸＹテーブル３０は、ステッピングモータ２２により駆動されてレール２５に沿ってｙ方向に移動する。これらのｘ方向およびｙ方向の移動の組み合わせによって、ＸＹテーブル３０は、ＸＹ平面に沿った平面状で移動可能に構成されている。
【００２６】
また、図１に示すＣＰＵ１０から出力される読み取り完了のタイミング信号や読み取りエラーなどのエラー信号などの種々の信号は、駆動制御部２０のシーケンサ２０ａに供給される。シーケンサ２０ａは、ＣＰＵ１０から供給された信号に基づいてドライバ２０ｂを制御して、ＸＹテーブル３０の位置を所定範囲内で移動させたり、所定位置で静止させたりする。また、図２に示すように、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎは、ＸＹテーブル３０の上方において、表面形状測定装置１に対して固定された状態で、例えばｙ方向に沿って並べて設置されている。この構成により、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎは、ＸＹテーブル３０の表面に対して相対的に、平面状で移動可能に構成されている。
【００２７】
表面形状測定装置１の外部に設けられたＰＣ端末４１には、レーザ変位計３１−１〜３１―ｎからＣＰＵ１０に入力され、ＣＰＵ１０が出力した測定データが供給される。ＰＣ端末４１は、所定のソフトウェアプログラムに従って、供給された測定データに対して補正処理や画像処理などのデータ処理を行う。データ処理が施された測定データは、例えばモニタ４２に出力されて表示される。
【００２８】
ＰＣ端末４１においては、所定の記憶部に、測定対象物５０の種類やモデルによって区別された測定データや、測定対象物５０の材料や材質によって区別された測定データなどの種々のデータを保存できる。また、ＰＣ端末４１は、測定に関する各種設定を選んだり、取り込んだデータを画像化してモニタ４２に表示したりすることができる。
【００２９】
次に、以上のように構成された表面形状測定装置を用いた表面形状測定方法について説明する。すなわち、図２に示すように、まず、ＸＹテーブル３０上に測定対象物５０を載置する。この一実施形態において測定対象物５０は、例えばガラス板である。
【００３０】
次に、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎから測定対象物５０に対してレーザ光を照射しつつ、ＸＹテーブル３０を例えば、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎの配列方向（ｙ方向）に対して直角方向（ｘ方向）に相対的に移動させる。これにより、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎはそれぞれ、互いに略同時に測定対象物５０の表面を走査して、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎのそれぞれの位置から測定対象物５０までの距離を測定する。それぞれのレーザ変位計３１−１〜３１−ｎにより測定された測定データは、ＣＰＵ１０に逐次供給される。ＣＰＵ１０は、供給された測定データをＰＣ端末４１に送信して、測定データはＰＣ端末４１において所定のデータ処理が施される。また、ＰＣ端末４１は、例えば三角測量方式や同軸共焦点方式などによって、測定対象物５０の複数の測定点におけるそれぞれの高さを算出する。
【００３１】
次に、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎがそれぞれ、測定対象物５０を、測定範囲（測定領域）の一端部から他端部まで走査したら、ＣＰＵ１０および駆動制御部２０は、ＸＹテーブル３０をｘ方向に沿って直線的に移動前の位置まで復帰させる。その後、ＸＹテーブル３０をｙ方向にわずかに移動させて、再びＸＹテーブル３０をｘ方向に沿って移動させる。以上のようなＸＹテーブル３０の移動およびレーザ変位計３１−１〜３１−ｎによる走査を、それぞれのレーザ変位計３１−１〜３１−ｎが、それぞれの隣のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎの測定範囲の境界に達するまで、繰り返し行う。これによって、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎにより、測定対象物５０の全ての測定領域が走査され、ＣＰＵ１０は必要な測定データを取得する。この段階で、ＣＰＵ１０はＸＹテーブル３０の停止信号をシーケンサ２０ａに供給して、ＸＹテーブル３０を停止させる。
【００３２】
ここで、本発明者の知見によれば、それぞれのレーザ変位計３１−１〜３１−ｎの取り付け高さや測定感度、測定精度などは、それぞれのレーザ変位計３１−１〜３１−ｎごとに微妙に異なってしまう。そのため、本発明者は、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎが測定した測定データを、測定対象物５０の表面形状の測定結果として１つの連続したデータにするには、それぞれのレーザ変位計３１−１〜３１−ｎによって同一の測定位置を測定した場合に、互いに略同一の測定値になるように補正する必要があることを想起した。
【００３３】
そこで、この一実施形態においては、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎのうちの第１レーザ変位計としてのレーザ変位計３１−１を、他のレーザ変位計３１−２〜３１−ｎに比して高性能のレーザ変位計とする。ここで、本明細書において高性能のレーザ変位計とは、同一条件下において同一の測定対象物に対して測定を行った場合に、レーザ変位計の各種特性値の少なくとも１つ、またはレーザ変位計からの測定データに基づいた処理が、他のレーザ変位計における各種特性値や処理に比して性能が相対的に高くなるレーザ変位計である。反対に、高性能のレーザ変位計に比して性能が低いレーザ変位計は、スポットの形状や、感度、測定アルゴリズムの違いなどにより、測定対象物５０の材質に対して比較的測定値に傾向が出やすい。なお、一般的に、高性能のレーザ変位計に対して性能が低いレーザ変位計は、高性能のレーザ変位計のコストに比して低コストである。
【００３４】
次に、この高性能のレーザ変位計３１−１を用いて行う、他のレーザ変位計３１−２〜３１−ｎの測定データに対する補正方法について説明する。まず、単一のレーザ変位計３１−１によって、他の第２レーザ変位計としてのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎによる測定領域を走査する。これにより、測定対象物５０の全ての測定領域が、レーザ変位計３１−１により測定される。レーザ変位計３１−１により測定された複数の測定データは、ＸＹ座標で表した座標（ｘ，ｙ）に関連付けされたリファレンスデータＲ（ｘ，ｙ）としてＰＣ端末４１に供給される。
【００３５】
図３は、このレーザ変位計３１−１により測定されたリファレンスデータＲ（ｘ，ｙ）の例を示すデータテーブルである。図３に示すように、この一実施形態においては、レーザ変位計３１−１による測定が離散的であることから、得られるリファレンスデータＲ（ｘ，ｙ）は、Ｒ（１，２），…，Ｒ（ｉ，ｊ），…，Ｒ（ｍ，ｎ）として離散的になる。ここで、ｉ，ｊ，ｍ，ｎはいずれも自然数であり、１≦ｉ≦ｍ、１＜ｊ≦ｎを満たす。また、レーザ変位計３１−１から数えてｊ番目のレーザ変位計をレーザ変位計３１−ｊで表し、ｉは、１からレーザ変位計３１−ｊの測定範囲における終端位置の座標ｍまでを表す自然数である。なお、レーザ変位計３１−１による測定をｘ方向に沿って連続的に行う場合、座標（ｘ，ｙ）のｘ成分は実数値としても良く、この場合には変数としてｘで表す。
【００３６】
次に、レーザ変位計３１−２〜３１−ｎによって、測定対象物５０におけるそれぞれの測定領域を測定する。これにより、全てのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎによって、測定対象物５０における測定領域の全体が走査される。それぞれのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎによって測定された測定データは、座標（ｘ，ｙ）に関連づけされた実測定データＬj（ｘ，ｙ）、上述した例においては座標（ｉ，ｊ）に関連づけされた実測定データＬj（ｉ，ｊ）としてＰＣ端末４１に供給される。
【００３７】
図４は、それぞれのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎによって測定された実測定データＬj（ｉ，ｊ）の集合を示すデータテーブルである。図４に示すように、この一実施形態においては、レーザ変位計３１−２〜３１−ｎによって、実測定データＬ2（１，２）〜Ｌn（ｍ，ｎ）が取得される。なお、実測定データＬj（１，ｊ）〜Ｌj（ｍ，ｊ）は、レーザ変位計３１−ｊによって測定された測定領域内の測定データの集合である。
【００３８】
この一実施形態においては、測定対象物５０の測定領域の全体のリファレンスデータＲ（ｉ，ｊ）の集合（図３参照）を用いて、それぞれの実測定データＬj（ｉ，ｊ）に対する補正を行う。すなわち、高性能のレーザ変位計３１−１により測定された真値に近いリファレンスデータＲ（ｉ，ｊ）により、レーザ変位計３１−１に比して性能が低い他のレーザ変位計３１−２〜３１−ｎのそれぞれの実測定データＬj（ｉ，ｊ）に対する補正処理を行う。これにより、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎのそれぞれにおいて、同じ精度で測定対象物５０の表面形状を測定することができる。なお、この補正処理の具体的な方法については、種々の方法を採用することができるが、詳細は後述する。
【００３９】
（補正処理方法の実施例）
次に、上述したレーザ変位計３１−２〜３１−ｎのＬj（ｉ，ｊ）に対する補正処理の種々の方法について、以下の実施例において具体的に説明する。
【００４０】
（第１実施例：オフセットのみの補正）
まず、第１実施例によるレーザ変位計の補正方法について説明する。すなわち、本発明者の知見によれば、オフセットのずれ分は、それぞれのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎの測定領域内における任意の１点のずれによって代表できる。そこで、ＰＣ端末４１は、所定の測定対象物５０を代表サンプルとして、上述したレーザ変位計３１−１の測定により得られたリファレンスデータＲ（ｉ，ｊ）から、座標（ｉ，ｊ）に対応するレーザ変位計３１−ｊ（ｊ＝２，３，…，ｎ、以下同様）の実測定データＬj（ｉ，ｊ）を減算して差分値Ｄj（ｉ，ｊ）を導出する。すなわち、以下の（１）式を計算する。
Ｄj（ｉ，ｊ）＝Ｒ（ｉ，ｊ）−Ｌj（ｉ，ｊ）…（１）
【００４１】
ＰＣ端末４１は、導出した差分値Ｄj（ｉ，ｊ）を、ハードディスクなどの所定の記憶媒体に差分データＤj（ｉ，ｊ）として格納する。ＰＣ端末４１は、代表するオフセットのずれ分として、それぞれのレーザ変位計３１−ｊ（ｊ＝２〜ｎ）におけるそれぞれの差分データＤj（ｉ，ｊ）の集合からレーザ変位計３１−ｊごとに１つの差分データを選択する。この第１実施例においては、代表するオフセットのずれ分として、例えば１つ目の差分データＤj（１，ｊ）を用いる。すなわち、レーザ変位計３１−ｊごとに決定される座標として座標（１，ｊ）を選択する。なお、代表するオフセットのずれ分に採用するデータとしては、１つ目の差分データＤj（１，ｊ）に限定されず、任意のｉ番目の差分データＤj（ｉ，ｊ）を採用することができる。ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−ｊのずれとして、オフセットＣjを以下の（２）式によって導出して、所定の記憶媒体に格納する。
Ｃj＝Ｄj（１，ｊ）＝Ｒ（１，ｊ）−Ｌj（１，ｊ）…（２）
【００４２】
その後、別の測定対象物５０の表面形状を測定する場合、ＰＣ端末４１において、レーザ変位計３１−ｊによる測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して、補正後測定値としての補正後データＨoffj（ｉ，ｊ）が以下の（３）式によって導出される。この補正によって、補正後データＨoffj（ｉ，ｊ）は、測定対象物５０に対するレーザ変位計３１−ｊによる測定データＬj（ｉ，ｊ）に比して、より高精度な測定データとなる。
Ｈoffj（ｉ，ｊ）＝Ｌj（ｉ，ｊ）＋Ｃj…（３）
【００４３】
（第２実施例：ゲインの差を含んだ補正）
次に、第２実施例によるレーザ変位計の補正方法について説明する。すなわち、本発明者の知見によれば、測定対象物５０の材質が不均一の場合、測定位置によって測定データに与える影響が異なる場合がある。具体的に例えば、測定対象物５０が透明体である場合、この透明体の透明度が部分的に変わっていると、測定位置によって透明体の裏面での反射分が異なる。この場合、透明体の裏面からの反射分における表面への影響は、レーザ変位計３１−ｊごとに異なってくる。そこで、ＰＣ端末４１は、上述した第１実施例と同様にして（１）式に基づいて差分データＤj（ｉ，ｊ）を導出する。この差分データＤj（ｉ，ｊ）は、それぞれのレーザ変位計３１−ｊごとに異なるオフセットおよびゲインの違いによる差分も含んだデータの集合になる。ＰＣ端末４１は、差分データＤj（ｉ，ｊ）の集合をハードディスクなどの所定の記録媒体に格納する。それぞれの差分データＤj（ｉ，ｊ）は、座標（ｉ，ｊ）に対応した補正定数として記録媒体から索出されて、補正に繰り返し利用される。
【００４４】
すなわち、上述した表面形状測定方法によって、同じ材料や材質で別の測定対象物５０を測定する場合、ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−１が測定した測定データＲ（ｉ，１）はそのまま用いる。一方、ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−ｊが測定した測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して、記憶媒体に格納された差分データＤj（ｉ，ｊ）を読み出して補正を行う。具体的にＰＣ端末４１は、以下の（４）式に基づいて測定対象物５０の表面形状を導出して、補正後測定値としての補正後データＨj（ｉ，ｊ）を導出する。
Ｈ1（ｉ，１）＝Ｒ（ｉ，１），
Ｈj（ｉ，ｊ）＝Ｌj（ｉ，ｊ）＋Ｄj（ｉ，ｊ）…（４）
【００４５】
この補正後データＨj（ｉ，ｊ）は、レーザ変位計３１−ｊによる測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して、オフセットおよびゲインの差を含んでいる。そのため、それぞれの座標（ｉ，ｊ）においてレーザ変位計３１―ｊごとのオフセットおよびゲインの差を補正できるので、第１実施例において得られた補正後データに比して、より高精度な測定データとなる。
【００４６】
（第３実施例：測定値の特性の関数を用いた補正）
次に、第３実施例によるレーザ変位計の補正方法について説明する。上述したように、高性能のレーザ変位計３１−１と、比較的性能の低いレーザ変位計３１−２〜３１−ｎとにおいては、測定の方法の相違や測定対象物５０の材質に起因して、測定値が任意の傾向を有する場合がある。そこで、この第３実施例においては、それぞれのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎにおける傾向を表す測定値の関数を求めて補正に用いる。
【００４７】
具体的には、まず、ＰＣ端末４１が、代表サンプルとなる測定対象物５０において、上述したレーザ変位計３１−２〜３１−ｎにより測定された実測定データＬj（ｉ，ｊ）を取得する。また、ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−１により測定されたリファレンスデータＲ（ｉ，ｊ）を取得する。ＰＣ端末４１は、（１）式に従って計算を行うことによって、レーザ変位計３１−ｊにおける差分データＤj（ｉ，ｊ）を導出する。ＰＣ端末４１は、Ｄj（ｉ，ｊ）のｘ方向に沿った変化の特性に基づいて、特性に適合した座標（ｉ，ｊ）に依存する関数Ｆj（ｉ，ｊ）を導出する。関数Ｆj（ｉ，ｊ）の導出方法としては、例えば最小二乗法や曲線当てはめ（カーブフィッティング）などを用いることができる。ＰＣ端末４１においては、導出された関数Ｆj（ｉ，ｊ）のデータが記録媒体に読み出し可能に格納される。図５は、この特性に適合した関数の一例をｘ方向に沿った曲線として表したグラフである。このような関数（曲線）Ｆj（ｘ，ｊ）は、それぞれのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎごとに導出される。また、関数Ｆj（ｘ，ｊ）の導出方法としては、従来公知の種々の方法を採用することができる。
【００４８】
上述した表面形状測定方法によって、代表サンプル以外の別の測定対象物５０を測定する場合、ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−１が測定した測定データＲ（ｉ，１）についてはそのまま用いる。一方、ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−ｊが測定した測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して、記憶媒体に格納された図５に示すような関数Ｆj（ｉ，ｊ）を読み出して補正を行う。すなわち、ＰＣ端末４１は、以下の（５）式に基づいて測定対象物５０の表面形状を導出して、補正後測定値としての補正後データＨｆj（ｉ，ｊ）を導出する。
Ｈｆ1（ｉ，１）＝Ｒ（ｉ，１），
Ｈｆj（ｉ，ｊ）＝Ｌj（ｉ，ｊ）＋Ｆj（ｉ，ｊ）…（５）
【００４９】
この補正後データＨｆj（ｉ，ｊ）は、レーザ変位計３１−ｊによる測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して、レーザ変位計３１−２〜３１−ｎのそれぞれの特性に基づいた補正が行われているため、第１実施例において得られた補正後データに比して、より高精度な測定データとなる。
【００５０】
（第４実施例：平均のオフセットを用いた補正）
次に、第４実施例によるレーザ変位計の補正方法について説明する。すなわち、本発明者の知見によれば、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎにおける個々の測定値に所定の誤差が生じている場合、第１実施例のように、１つの測定対象物５０の１か所の測定値をオフセットとして補正に用いる方法では補正に限界がある。そこで、第１実施例において採用した１点のずれ分の代わりに、実測定データＬj（ｉ，ｊ）のｘ方向の成分ｉを任意の範囲で変えた複数のＬj（ｉ，ｊ）の平均値と、リファレンスデータＲj（ｉ，ｊ）においてｘ方向の成分ｉが実測定データＬj（ｉ，ｊ）と同じ範囲での平均値との差をオフセットＣjとする。すなわち、ＰＣ端末４１は、レーザ変位計３１−ｊのずれとしてのオフセットＣａjを、以下の（６）式によって導出して、所定の記録媒体に格納する。
Ｃａj＝Average｛Ｒ（ｉ，ｊ）｝−Average｛Ｌj（ｉ，ｊ）｝…（６）
【００５１】
その後、別の測定対象物５０の表面形状を測定する場合、ＰＣ端末４１において、レーザ変位計３１−ｊによる測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して補正後測定値としての補正後データＨａj（ｉ，ｊ）が以下の（７）式によって導出される。
Ｈａj（ｉ，ｊ）＝Ｌj（ｉ，ｊ）＋Ｃａj…（７）
【００５２】
この補正後データＨａj（ｉ，ｊ）は、レーザ変位計３１−ｊによる測定データＬj（ｉ，ｊ）に対して、リファレンスデータＲ（ｉ，ｊ）の平均および実測定データＬj（ｉ，ｊ）の平均を用いて補正が行われているため、第１実施例において得られた補正後データに比して、より高精度な測定データとなる。
【００５３】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎを用いて測定対象物５０の表面形状を測定していることにより、レーザ変位測定部３１を単一のレーザ変位計から構成する場合に比して、測定時間を短縮できて測定を高速化できる。また、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎのうちの１つのレーザ変位計３１−１を比較的高性能のレーザ変位計とし、他の低コストのレーザ変位計３１−２〜３１−ｎの測定データを、高性能のレーザ変位計３１−１の測定データに基づいて補正していることにより、レーザ変位計を複数用いる場合に、装置のコストを抑制しつつ、表面形状測定装置１の全体における測定精度を向上させることができる。
【００５４】
さらに、上述した第１〜第４実施例による補正方法を実行するプログラムを、ＰＣ端末４１のＲＯＭ、ＲＡＭなどの記憶部や記録媒体に格納し、測定対象物５０の材料や材質、または表面粗さＲａなどに応じて、第１〜第４実施例による補正のプログラムを切り換えることによって、測定対象物５０ごとに、最適な補正方法を選択することが可能となる。また、レーザ変位計３１−１による測定によって得られたリファレンスデータＲ（ｉ，ｊ）や、レーザ変位計３１−２〜３１−ｎによって得られた実測定データＬj（ｉ，ｊ）を、モデルに応じて選択可能な状態でＰＣ端末４１の記憶部に複数格納しておくことにより、測定対象物５０のモデルが変わるごとに異なるデータを採用することで、補正に用いるデータを適切なデータに変更することも可能になる。
【００５５】
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた装置構成や数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良い。
【００５６】
例えば、上述の一実施形態においては、測定対象物５０を透明なガラス板としているが、測定対象物５０は必ずしも透明なガラス板に限定されるものではなく、半透明もしくは不透明の、ガラス、プラスチック、または樹脂など、表面の形状を測定可能なものであれば、種々の材料を採用できる。
【００５７】
また上述の一実施形態においては、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎの走査を、ｘ方向に沿った一方の向きで行っているが、走査を往復で行うことも可能である。また、走査を往復して行う場合に、図６に示すように、ｘ方向とｙ方向に同時に走査させて、いわゆる斜め方向に走査させても良い。この場合、ｘ方向にのみ直線的に移動させる場合に比して移動時間を短縮できるので、走査に要する時間を短縮できる。
【００５８】
例えば上述の一実施形態においては、ＸＹテーブル３０を平面状に移動可能に構成するとともに、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎを表面形状測定装置１に対して固定しているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。すなわち、ＸＹテーブル３０を固定させて、複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎを平面状に移動可能に構成することも可能であり、ＸＹテーブル３０および複数のレーザ変位計３１−１〜３１−ｎをともに平面状で移動可能に構成することも可能である。
【００５９】
また、上述の一実施形態においては、表面形状測定装置１のＣＰＵ１０とＰＣ端末４１とを別体に構成しているが、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、ＰＣ端末４１を表面形状測定装置１の制御部として用いることも可能である。
【００６０】
また、上述の一実施形態においては、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎのうちの１つのレーザ変位計３１−１を他のレーザ変位計３１−２〜３１−ｎに比して高性能のレーザ変位計としているが、測定対象物５０の測定を行うレーザ変位計３１−１〜３１−ｎを全て、同じ性能水準のレーザ変位計とし、補正のために測定する高性能のレーザ変位計を別体として用意して使用するようにしても良い。
【００６１】
また、上述の一実施形態においては、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎによる測定対象物５０の測定を座標（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ：自然数）に対応するように離散的に行っているが、必ずしも離散的に行うことに限定されない。すなわち、レーザ変位計３１−１〜３１−ｎによる測定対象物５０の測定を座標（ｘ，ｙ）（ｘ，ｙ：実数）に対応するように連続的に行うことも可能である。また、測定対象物５０に対して、ｘ方向に沿って連続的に測定しつつｙ方向に沿って離散的に測定することも可能である。
【００６２】
また、上述の一実施形態においては、レーザ変位計３１−２〜３１−ｎによる測定値をＰＣ端末４１において補正するようにしているが、レーザ変位計３１−２〜３１−ｎ自体をそれぞれ校正することも可能である。
【００６３】
また、上述の第４実施例においては、実測定データＬj（ｉ，ｊ）のｘ方向の成分ｉを任意の範囲で変えた複数のＬj（ｉ，ｊ）の平均値と、リファレンスデータＲj（ｉ，ｊ）においてｘ方向の成分ｉが実測定データと同じ範囲の中の少なくとも１点との差をオフセットＣjとすることも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  表面形状測定装置
１０  ＣＰＵ
２０  駆動制御部
２０ａ  シーケンサ
２０ｂ  ドライバ
２１，２２  ステッピングモータ
２３  位置センサ
２４，２５  レール
３０  ＸＹテーブル
３１  レーザ変位測定部
３１−１，３１−２，…，３１−ｊ，…，３１−ｎ  レーザ変位計
３２  操作パネル
４１  ＰＣ端末
４２  モニタ
５０  測定対象物
【図１】
2017015653.tif 000003
【図２】
2017015653.tif 000004
【図３】
2017015653.tif 000005
【図４】
2017015653.tif 000006
【図５】
2017015653.tif 000007
【図６】
2017015653.tif 000008