(57)【要約】【課題】測定精度の点で有利な測定方法を提供する。【解決手段】被測定物の形状を測定する測定方法は、光が照射された被測定物を撮像して得られた画像データを取得し被測定物の輪郭形状を測定する測定工程と、測定工程で取得した画像データの外周部に被測定物が存在するか否かを判定する判定工程と、判定工程において、画像データの外周部に被測定物が存在すると判断された場合に、測定領域を変更して測定工程を行って取得した画像データと変更前に取得した画像データとを繋ぎ合せて合成画像データを得る合成工程とを有する。合成画像データについて判定工程を行い、合成画像データの外周部に被測定物が存在しないと判断されるまで合成工程と判定工程とを繰り返す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の形状を測定する測定方法であって、
光が照射された前記被測定物を撮像して得られた画像データを取得し前記被測定物の輪郭形状を測定する測定工程と、
前記測定工程で取得した前記画像データの外周部に前記被測定物が存在するか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程において、前記画像データの外周部に前記被測定物が存在すると判断された場合に、測定領域を変更して前記測定工程を行い、前記測定領域の変更前に得られた画像データと前記測定領域の変更後に得られた画像データとを繋ぎ合せて合成画像データを得る合成工程とを有し、
前記合成画像データについて前記判定工程を行い、前記合成画像データの外周部に前記被測定物が存在しないと判断されるまで前記合成工程と前記判定工程とを繰り返す
ことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記光は透過照明による透過光であり、前記画像データおよび前記合成画像データは光強度を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記判定工程は、前記画像データまたは前記合成画像データの外周部に光強度の値が閾値よりも低い画素が存在すると判定した場合、前記画像データまたは前記合成画像データの外周部に前記被測定物が存在すると判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記測定方法は、前記判定工程の前に、前記測定工程で取得した前記画像データに前記被測定物が存在するか否かを判断する判断工程を有し、
前記判断工程において、前記画像データに前記被測定物が存在しないと判断された場合、所定の方向に前記測定領域を移動する
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項５】
前記判断工程は、前記画像データに光強度の値が閾値よりも低い画素が存在すると判定した場合、前記画像データに前記被測定物が存在すると判断する
ことを特徴とする請求項４に記載の測定方法。
【請求項６】
前記閾値は、前記透過照明の光強度である
ことを特徴とする請求項３または請求項５に記載の測定方法。
【請求項７】
前記合成工程は、前記被測定物が連続する方向に前記測定領域を変更する
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項８】
前記被測定物が連続する方向は、前記画像データまたは前記合成画像データの外周部において、光強度が低い画素が存在する方向である
ことを特徴とする請求項７に記載の測定方法。
【請求項９】
前記測定領域の変更は、前記測定領域の変更前に取得した画像データの一部と前記測定領域の変更後に取得した画像データの一部とが重なるように行われる
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の測定方法。
【請求項１０】
前記測定領域の変更は、前記被測定物を撮像する撮像手段および前記被測定物のうち少なくともひとつを移動させて行う
ことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１１】
前記光は、さらに、落射照明による落射光を含み、前記測定工程は、さらに、前記落射光が照射された前記被測定物を撮像して得られた画像データから、前記被測定物の高さ形状を取得し、
前記合成工程は、前記測定領域の変更前に得られた画像データと前記測定領域の変更後に得られた画像データを繋ぎ合わせる際に、高さ形状も併せて繋ぎ合わせる
ことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明手段と撮像手段とを備えた測定装置を用いて得られた被測定物の測定結果（画像データ）に基づいて被測定物の形状を測定する方法がある。被測定物の一部の測定結果を繋ぎ合せて被測定物の全体形状を測定する場合、被測定物全体の画像データを得ることと、画像データから被測定物の輪郭を正確に検出し、画像データを繋ぎ合せることが必要である。輪郭の検出方法として、特許文献１は、照明手段として落射照明を用いて得られた画像データの光強度分布に基づいて画像データのエッジを求め、求めたエッジを被測定物の輪郭と認識する方法を開示している。被測定物全体の画像データを得る方法として、特許文献２は、予め設定した測定条件（測定開始位置、終了位置等）に基づいて被測定物全体の画像データを得られるように測定位置を移動させる方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８３７６６号公報
【特許文献２】特開平９−１８９５１２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の方法では、被測定物に高さ方向のばらつき（段差等）がある場合、求めたエッジが段差の境界なのか、被測定物の輪郭なのかについて区別ができない。したがって、被計測物の形状によっては、正確に被測定物の形状を測定することができない。一方、特許文献２の方法では、予め設定した測定条件では被測定物全体を測定できない場合もありうる。また、被測定物の形状が不明な場合等、予め測定条件を設定できない場合に対応できない。
【０００５】
そこで、本発明は、例えば、測定精度の点で有利な測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、被測定物の形状を測定する測定方法であって、
光が照射された前記被測定物を撮像して得られた画像データを取得し前記被測定物の輪郭形状を測定する測定工程と、前記測定工程で取得した前記画像データの外周部に前記被測定物が存在するか否かを判定する判定工程と、前記判定工程において、前記画像データの外周部に前記被測定物が存在すると判断された場合に、測定領域を変更して前記測定工程を行って取得した画像データと前記変更前に取得した画像データとを繋ぎ合せて合成画像データを得る合成工程とを有する。前記合成画像データについて前記判定工程を行い、前記合成画像データの外周部に前記被測定物が存在しないと判断されるまで前記合成工程と前記判定工程とを繰り返す。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、測定精度の点で有利な測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】第１実施形態の形状測定装置の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態の形状測定工程を示すフローチャートである。
【図３】測定データに被測定物の影が無い場合の移動方向を示す図である。
【図４】測定データの外周部に被測定物の影が存在する場合を示す図である。
【図５】測定データの外周部に被測定物の影が存在しない場合を示す図である。
【図６】被測定物が連続する方向を示す図である。
【図７】測定領域移動前後の測定領域における共通領域を示す図である。
【図８】測定データの繋ぎ合せと繋ぎ合せ後の外周部について示す図である。
【図９】第２実施形態の形状測定装置の一例を示す図である。
【図１０】第２実施形態の形状測定工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の形状測定装置の一例を示す図である。透過照明光源１はコヒーレント又はインコヒーレントな光源であり、例えばレーザやＬＥＤ、ランプなどである。透過照明光源１から射出される光束を、ガラスや拡散板でできた透明な搭載台２の上に載置された被測定物３に照射する。そして、被測定物３により遮られることなく透過した光束を、対物レンズ４ａ及び結像レンズ４ｂを経て、２次元撮像素子５にて被測定物３の輪郭画像として取得し、制御解析部７を介して記憶部８に保存する。そして、制御解析部７において、２次元撮像素子５にて取得した輪郭画像から被測定物３が連続する方向を認識する。また搭載台２は、搭載台駆動部６を有し、制御解析部７において認識した被測定物が連続する方向に、被測定物３を移動させることができる。
【００１０】
図２は、第１実施形態の形状測定工程を示すフローチャートである。Ｓ１０１にて、被測定物の輪郭形状を測定し取得する。透過照明光源１により被測定物３を底面から照明し、被測定物３の輪郭形状を光強度画像である画像データとして取得し、光強度画像を記憶部８に保存する。
【００１１】
Ｓ１０２において、測定領域内に被測定物が存在するかどうかを判断する。まずＳ１０１にて得られた被測定物３の輪郭形状を表す光強度画像内に、光強度の値が設定した閾値よりも低い画素が存在するかどうかを判断する。前記閾値は、例えば、透過照明光源１の光強度であり、被測定物３を置かずに測定を行い、得られた光強度画像の平均値を算出するなどして求めることができる。透過照明にて測定を行っているため、被測定物３が存在する領域は透過照明光源１からの光が遮られ被測定物３の影となる。そのため、被測定物３が存在する領域に対応する画素の値は、前記閾値よりも小さいものとなる。光強度画像内に光強度が低い画素、つまり被測定物３の影が存在する場合はＳ１０４に進み、存在しない場合はＳ１０３に進む。
【００１２】
Ｓ１０２において測定領域内に被測定物３が存在しないと判断された場合、Ｓ１０３において、測定領域を所定の方向に移動させる。例えば、図３に示すように、測定領域３０１を４方向のいずれかに移動させるなどしてＳ１０１に戻る。この時移動させる方向は、予め設定しておいても、その都度ランダムに決定してもよい。第１実施形態では、搭載台駆動部６により搭載台２を動かして測定領域を移動させているが、対物レンズ４ａ、結像レンズ４ｂや２次元撮像素子５等を含む測定系を駆動して測定領域を移動させてもよい。
【００１３】
Ｓ１０２にて測定領域内に被測定物３が存在すると判断された場合、Ｓ１０４において、測定領域外に被測定物３が存在するかどうかを判断する。すなわち、Ｓ１０１にて得られた被測定物３の輪郭形状を表す光強度画像の外周部の画素において、Ｓ１０２と同様に画素の値が設定した閾値よりも小さい画素が存在するかどうかを判定する。前記閾値はＳ１０２と同様である。図４に示すように、光強度画像４０１の外周部４０２に、被測定物３の影である閾値よりも小さい画素が存在すると判断された場合、Ｓ１０１における測定領域の外側にも被測定物３が存在していると判定できる。このように、外周部に被測定物３の影が存在すると判断された場合は、被測定物３が測定領域外にも存在しているのでＳ１０５に進む。また、図５に示すように、光強度画像５０１の外周部５０２に被測定物３の影である閾値よりも小さい画素が存在しないと判定された場合は、Ｓ１０１における測定で被測定物３の全体を測定していると判断できるので、測定を終了する。
【００１４】
Ｓ１０４において被測定物が測定領域外にも存在すると判定された場合、Ｓ１０５において、被測定物が連続する方向を認識する。制御解析部７にて得られた光強度画像の外周部における閾値よりも低い画素の位置から、被測定物３が連続する方向を認識する。図６に示すように、測定領域６０１の外周部６０２において被測定物３の影が存在する画素の位置が分かれば、被測定物が連続する方向を認識することが出来る。
【００１５】
Ｓ１０６において、Ｓ１０５で認識した被測定物が連続する方向に測定領域を移動させる。搭載台駆動部６が、制御解析部７にて認識した被測定物３が連続する方向に搭載台２を駆動し、測定領域を変更する。この時、図７の格子模様の領域７０３のように、移動後の測定領域７０２と移動前の測定領域７０１が共通領域を持つように測定領域を移動させることが望ましい。また、第１実施形態では搭載台２を駆動させて測定領域の移動を行っているが、対物レンズ４ａ、結像レンズ４ｂや２次元撮像素子５等を含む測定系を駆動して測定領域を移動させてもよい。
【００１６】
Ｓ１０７において、透過照明にて被測定物の輪郭形状の測定を行う。Ｓ１０６にて測定領域を移動させた状態でＳ１０１と同様に透過照明光源１により被測定物３を底面から照明し、被測定物３の輪郭形状を光強度画像として測定し、光強度画像を記憶部８に保存する。次に、Ｓ１０８において、輪郭形状を繋ぎ合せ、合成画像データを生成する。制御解析部７にて、Ｓ１０１とＳ１０７にて得られた光強度画像（測定領域変更前の画像データと変更後の画像データ）を繋ぎ合せて測定領域を拡大する。
【００１７】
Ｓ１０９において、繋ぎ合わされた光強度画像の外周部データに被測定物３の影が存在するか否かを、制御解析部７にて判定する。図８（Ｃ）は、移動前の光強度画像図８（Ａ）と、移動後の光強度画像図８（Ｂ）を繋ぎ合わせた光強度画像である。図８（Ｄ）に示すように、繋ぎ合わされた光強度画像の外周部８０１に被測定物３の影が存在するか否かを判断する。被測定物３による影が無い場合は測定を終了し、影が存在する場合は再度Ｓ１０５→Ｓ１０６→Ｓ１０７→Ｓ１０８→Ｓ１０９の流れを繋ぎ合わせ後の光強度画像の外周部に被測定物３の影が無くなるまで繰り返す。繋ぎ合わされた光強度画像の外周部８０１に被測定物３の影である閾値よりも小さい画素が存在しないと判定された場合は、被測定物３の全体を測定していると判断できるので、測定を終了することができる。
【００１８】
以上により、予め被測定物の外形形状の入力やアライメントを行わずとも輪郭の誤認識がなく、ある方向から見た被測定物の外形形状を自動で正しく測定することが可能となる。また透過照明にて測定できない部分の形状に関しては、例えば、被測定物３を斜め方向から照明するものや透過照明と同軸方向から照明する落射照明等を用いて形状測定を行っても良い。
【００１９】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の形状測定装置の一例を示す図である。
光源９は、コヒーレントな光源であり、例えばレーザなどである。光源９から射出される落射光の光束は、拡大レンズ１０ａで光束を拡大し、コリメートレンズ１０ｂにて平行光束にされ、ビームスプリッタ１１により参照面１２に向かう光束と被測定物１３とに向かう光束とに分割される。まず参照面１２に向かう光束は参照面１２にて反射され参照光として再度ビームスプリッタ１１に戻る。一方、被測定物１３に向かう光束は対物レンズ１０ｃを経て、ガラスや拡散板でできた透明な搭載台１４に載置された被測定物１３に照射される。ここで搭載台１４は、被測定物１３を測定領域まで移動させるため、搭載台１４を駆動する駆動部１５や、被測定物１３を透過光にて照明を行う光源１６を備えている。光源１６は、インコヒーレントな光であり、例えばＬＥＤやランプなどである。その後、光束は、被測定物１３で反射され、被検光として対物レンズ１０ｃを経て再度ビームスプリッタ１１に戻り、参照面１２から反射された参照光と干渉を起こし、結像レンズ１０ｄを経て２次元撮像素子１７の上に干渉縞を形成する。制御解析部１８により参照面１２を微小に移動させながら、干渉縞を複数枚取得し、得られた複数枚の画像から被測定物１３の形状を測定する。光源１６から出射される光束は被測定物１３を底面から照明し、搭載台１４を透過した後、対物レンズ１０ｃ、ビームスプリッタ１１、結像レンズ１０ｄを経て２次元撮像素子１７にて被測定物１３の輪郭画像が光強度画像として取得される。
【００２０】
図１０は、第２実施形態の形状測定工程を示すフローチャートである。まず、Ｓ２０１にて、被測定物の輪郭形状を測定する。透過照明光源１６が被測定物１３を底面から照明し、２次元撮像素子１７が被測定物１３の輪郭形状を光強度画像である画像データとして取得し、制御解析部１８を介して光強度画像を記憶部１９に保存する。
【００２１】
Ｓ２０２において、測定領域内に被測定物が存在するかどうかを判断する。まず、Ｓ２０１にて得られた被測定物１３の輪郭形状を表す光強度画像内に、光強度の値が設定した閾値よりも低い画素が存在するかどうかを判定する。前記閾値は、透過照明光源１６の光強度であり、例えば被測定物１３を置かずに測定を行い、得られた光強度画像の平均値を算出するなどして求めることができる。透過照明にて測定を行っているため、被測定物１３が存在する領域は、透過照明光源１６からの光が遮られ被測定物１３の影となる。そのため、被測定物１３が存在する領域に対応する画素の光強度の値は、前記閾値よりも低いものとなる。光強度画像内に光強度が低い画素、つまり被測定物１３の影が存在する場合はＳ２０４に進み、存在しない場合はＳ２０３に進む。
【００２２】
Ｓ２０２にて測定領域内に被測定物１３が存在しないと判断された場合、Ｓ２０３において測定領域を所定の方向に移動させる。たとえば図２のＳ１０３と同様に測定領域を４方向のいずれかに移動させるなどしてＳ２０１に戻る。この時移動させる方向は予め設定しておいても、その都度ランダムに決定してもよい。第２実施形態では、搭載台駆動部１５により搭載台１４を動かして測定領域を移動させているが、対物レンズ１０ｃや２次元撮像素子１７等を含む測定系を駆動して測定領域を移動させてもよい。
【００２３】
Ｓ２０２にて測定領域内に被測定物１３が存在した場合、Ｓ２０４において落射照明により被測定物の形状測定を行う。光源９にて被測定物１３を照明し、参照面１２を移動させながら干渉縞を取得し、４バケット法等の方法を用いて被測定物１３の高さを測定し、高さ形状を取得する。
【００２４】
Ｓ２０５において、光強度画像から測定領域外に被測定物が存在するかどうかを判定する。まずＳ２０１にて得られた被測定物１３の輪郭形状を表す光強度画像の外周部の画素において、Ｓ２０２と同様に画素の値が設定した閾値よりも小さい画素が存在するかどうかを判定する。前記閾値はＳ２０２と同様である。第１実施形態のＳ１０４と同様に光強度画像の外周部に被測定物１３の影が存在しない場合はＳ２０１の測定にて被測定物１３の全体を測定していることになるので測定を終了する。しかし外周部に被測定物１３の影が存在する場合は被測定物１３が測定領域外にも存在しているのでＳ２０６に進む。
【００２５】
Ｓ２０５において被測定物１３が測定領域外にも存在すると判定された場合、Ｓ２０６において、被測定物が連続する方向を認識する。制御解析部１８にて得られた光強度画像の外周部における閾値よりも低い画素の位置から、被測定物１３が連続する方向を認識する。第１実施形態のＳ１０５と同様に、被測定物１３の影が存在する画素の位置が分かれば、被測定物が連続する方向を認識することが出来る。
【００２６】
Ｓ２０７において、Ｓ２０６で認識した被測定物が連続する方向に測定領域を移動させる。搭載台駆動部１５により、制御解析部１８にて認識した被測定物１３が連続する方向に搭載台１４を駆動し、測定領域を変更する。この時、図７の格子模様の領域７０３のように、移動後の測定領域７０２と移動前の測定領域７０１が共通領域を持つように測定領域を移動させることが望ましい。また第２実施形態では搭載台１４を駆動させて測定領域の移動を行っているが、対物レンズ１０ｃや２次元撮像素子１７等を含む測定系を駆動して測定領域を移動させてもよい。
【００２７】
Ｓ２０８において、透過照明にて被測定物の輪郭形状の測定を行う。Ｓ２０７にて測定領域を移動させた状態でＳ２０１と同様に光源１６により被測定物１３を底面から照明し、被測定物１３の輪郭形状を光強度画像として測定し、光強度画像を記憶部１９に保存する。次に、Ｓ２０９において、落射照明により被測定物の形状測定を行う。Ｓ２０４と同様に光源９にて被測定物１３を照明し、参照面１２を移動させながら干渉縞を取得し、４バケット法等の方法を用いて被測定物１３の高さを測定し、高さ形状を取得する。
【００２８】
Ｓ２１０において、透過照明により測定した輪郭形状と落射照明により測定した被測定物の形状をそれぞれ繋ぎ合せる。Ｓ２０１とＳ２０８にて得られた光強度画像（測定領域変更前の画像データと変更後の画像データ）を繋ぎ合せて合成画像データを生成し、より広範囲の外形形状を算出する。またＳ２０４と工程２０９にて得られた被測定物の高さ形状を繋ぎ合せてより広範囲の高さ形状を算出する。
次にＳ２１１において、繋ぎ合わされた光強度画像の外周部に被測定物１３の影の有無を判断する。図８（Ｃ）は、移動前の光強度画像図８（Ａ）と、移動後の光強度画像図８（Ｂ）を繋ぎ合わせた光強度画像である。図８（Ｄ）に示すように、繋ぎ合わされた光強度画像の外周部８０１に被測定物の影が存在するか否かを判断する。繋ぎ合わされた光強度画像の外周部に被測定物１３による影が無い場合は、測定を終了する。一方、影が存在する場合は、再度Ｓ２０６→Ｓ２０７→Ｓ２０８→Ｓ２０９→Ｓ２１０→Ｓ２１１の流れを、繋ぎ合わせ後の光強度画像の外周部に被測定物１３の影が無くなるまで繰り返し、被測定物全体を測定する。
以上のように、第２実施形態によれば、予め被測定物の外形形状の入力やアライメントを行わずとも輪郭の誤認識がなく、ある方向から見た被測定物の外形形状に加え高さ形状を持った形状を自動で正しく測定することが可能となる。
【００２９】
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】
【００３０】
１    光源
２    搭載台
３    被測定物
４ａ  対物レンズ
４ｂ  結像レンズ
５    撮像素子
６    搭載台駆動部
７    制御解析部
８    記憶部
【図１】
2017053671.tif 000003
【図２】
2017053671.tif 000004
【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】
2017053671.tif 000009
【図８】
2017053671.tif 000010
【図９】
2017053671.tif 000011
【図１０】
2017053671.tif 000012