(57)【要約】【課題】被検物の立体形状を正確に計測することができる計測装置を提供すること。【解決手段】ベース部材１１と、前記ベース部材に設けられ、第１の軸回りと該第１の軸と交差する第２の軸回りに変位可能に被検物を保持する保持部材（θステージ２０、φステージ２５）と、前記被検物の形状情報を計測する計測部（形状センサ３０）と、前記ベース部材に前記保持部材から離れて設けられ、前記第１の軸と前記第２の軸とを含む面に平行な方向に前記計測部を移動させる移動部（Ｘ軸ステージ３５）と、を備える。【選択図】      図１
2009042189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
前記ベース部材に設けられ、第１の軸回りと該第１の軸と交差する第２の軸回りに変位可能に被検物を保持する保持部材と、
前記被検物の形状情報を計測する計測部と、
前記ベース部材に前記保持部材から離れて設けられ、前記第１の軸と前記第２の軸とを含む面に平行な方向に前記計測部を移動させる移動部と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の計測装置において、
前記ベース部材は基準面を有し、
前記基準面に対して前記保持部材と前記移動部との相対位置が定まっていることを特徴とする計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の計測装置において、
前記第１の軸と前記第２の軸は互いに直交することを特徴とする計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の計測装置において、
前記保持部材は、前記被検物を前記第１の軸回りで変位させる第１保持部材と、前記第２の軸回りで変位させる第２保持部材とを備えることを特徴とする計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の計測装置において、
前記被検物の前記第１の軸回りでの変位と前記第２の軸回りでの変位は、それぞれ略１８０°であることを特徴とする計測装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の計測装置において、
前記被検物の変位によらず該被検物との相対位置関係が変化しない位置基準部材を有し、
前記位置基準部材は、前記計測部によって前記被検物と共にその形状情報が計測されることを特徴とする計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の計測装置において、
前記位置基準部材は、前記第１保持部材による前記被検物の変位によらず該被検物との相対位置関係が変化しない第１位置基準部材と、前記第２保持部材による前記被検物の変位によらず該被検物との相対位置関係が変化しない第２位置基準部材とを備えることを特徴とする計測装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の計測装置において、
前記位置基準部材は異なる方向から観察してもその位置が特定できることを特徴とする計測装置。
【請求項９】
請求項６乃至８の何れか一項に記載の計測装置において、
前記被検物を、前記第１の軸回りで変位させて前記計測部によって前記第１位置基準部材の形状情報とともに計測した前記被検物の形状情報と、前記第２の軸回りで変位させて前記計測部によって前記第２位置基準部材の形状情報とともに計測した前記被検物の形状情報を、前記第１位置基準部材及び前記第２位置基準部材の位置に基づいて合成する、処理部を更に設けたことを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
被検物の３次元形状を光切断法によって計測する計測方法であって、
ベース部材に設けられた保持部材によって第１の軸回りと該第１の軸と交差する第２の軸回りで前記被検物をそれぞれ変位させる変位工程と、
前記ベース部材に前記保持部材から離れて設けられた移動部によって前記第１の軸と前記第２の軸とを含む面に平行な方向に計測部を移動させる移動工程と、
前記変位工程で変位する前記被検物に前記移動工程で移動する前記計測部の光源から光を照射し、前記計測部の受光部によって前記被検物から反射する反射光を受光して、前記被検物の形状を計測する計測工程と、
を有することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検物の３次元形状を測定する計測装置及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の３次元形状を測定する計測装置として、例えば基盤上に水平一方向に移動するＸステージとこれと直交する水平他方向に移動するＹステージからなる移動テーブルを設け、また基盤上に垂直方向に移動するＺステージにセンサヘッドを設けて、このセンサヘッドに移動テーブル上に載置された被検物に向けてスリット光を発するスリット光源と被検物から反射したスリット光の反射光画像を取得するテレビカメラを内蔵した装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
上記装置では、被検物に対してスリット光源からスリット光を照射し、被検物から反射するスリット光の反射光画像を、スリット光が照射される方向とは異なる方向からテレビカメラで観察し、反射光画像中のスリット光の形状と、スリット光源の位置と、テレビカメラの位置とから、被検物の３次元形状を非接触で測定する。
【特許文献１】特開平１１−１２５５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記計測装置では、基盤上に垂直方向に移動するＺステージにセンサヘッドが取り付けられていて、センサヘッドが基盤から離れた位置に保持されているため、Ｚステージの僅かな加工誤差や変形によってセンサヘッドの基盤に対する位置は大きく変動する。
【０００５】
このような変動があると、センサヘッドは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれに対しても平行に移動することが出来ず、被検物の形状を変形した形状として計測してしまう課題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被検物の立体形状を正確に計測することができる計測装置及び計測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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の計測装置は、ベース部材と、前記ベース部材に設けられ、第１の軸回りと該第１の軸と交差する第２の軸回りに変位可能に被検物を保持する保持部材と、前記被検物の形状情報を計測する計測部と、前記ベース部材に前記保持部材から離れて設けられ、前記第１の軸と前記第２の軸とを含む面に平行な方向に前記計測部を移動させる移動部と、を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の計測装置は、前記ベース部材が基準面を有し、前記基準面に対して前記保持部材と前記移動部との相対位置が定まっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の計測装置は、前記第１の軸と前記第２の軸が互いに直交することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の計測装置は、前記保持部材が、前記被検物を前記第１の軸回りで変位させる第１保持部材と、前記第２の軸回りで変位させる第２保持部材とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の計測装置は、前記被検物の前記第１の軸回りでの変位と前記第２の軸回りでの変位が、それぞれ略１８０°であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の計測装置は、前記被検物の変位によらず該被検物との相対位置関係が変化しない位置基準部材を有し、前記位置基準部材は、前記計測部によって前記被検物と共にその形状情報が計測されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項７に記載の計測装置は、前記位置基準部材が、前記第１保持部材による前記被検物の変位によらず該被検物との相対位置関係が変化しない第１位置基準部材と、前記第２保持部材による前記被検物の変位によらず該被検物との相対位置関係が変化しない第２位置基準部材とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に記載の計測装置は、前記位置基準部材が異なる方向から観察してもその位置が特定できることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９に記載の計測装置は、前記被検物を、前記第１の軸回りで変位させて前記計測部によって前記第１位置基準部材の形状情報とともに計測した前記被検物の形状情報と、前記第２の軸回りで変位させて前記計測部によって前記第２位置基準部材の形状情報とともに計測した前記被検物の形状情報を、前記第１位置基準部材及び前記第２位置基準部材の位置に基づいて合成する、処理部を更に設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明請求項１０に記載の計測方法は、被検物の３次元形状を光切断法によって計測する計測方法であって、ベース部材に設けられた保持部材によって第１の軸回りと該第１の軸と交差する第２の軸回りで前記被検物をそれぞれ変位させる変位工程と、前記ベース部材に前記保持部材から離れて設けられた移動部によって前記第１の軸と前記第２の軸とを含む面に平行な方向に計測部を移動させる移動工程と、前記変位工程で変位する前記被検物に前記移動工程で移動する前記計測部の光源から光を照射し、前記計測部の受光部によって前記被検物から反射する反射光を受光して、前記被検物の形状を計測する計測工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被検物の立体形状を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の計測装置の一実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。
【００１９】
本発明の計測装置は被検物の３次元形状を計測する装置であり、図１は本発明の計測装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【００２０】
本実施形態の計測装置は、ベース部材１０と、保持部材を構成する回転軸ポール１５、θステージ２０及びφステージ２５と、計測部としての形状センサ３０と、この形状センサ３０をＸ軸方向に沿って移動させる移動部としてのＸ軸ステージ３５と、処理部としての形状測定回路４０及び形状合成回路４１（図５参照）とを備える。
【００２１】
ベース部材１０は、その上面が基準面１１になっていて、この基準面１１に回転軸ポール１５とＸ軸ステージ３５を垂直に起立して設けた基盤であり、基準面１１内にＺ軸とＹ軸が位置する。つまり基準面１１を基準として回転軸ポール１５とＸ軸ステージ３５の相対位置が安定的に決まっている。
【００２２】
回転軸ポール１５は、その下端が基準面１１に固定され、θステージ２０を回転自在に保持する部材である。回転軸ポール１５とθステージ２０（アーム部２１）との間には不図示のθ回転駆動機構が設けられている。このθ回転駆動機構は、例えば、θステージ２０のアーム部２１に配置した不図示の永久磁石と、この永久磁石が発生する磁界（Ｎ極・Ｓ極）と吸引・反発する磁界（Ｓ極・Ｎ極）を発生させる回転軸ポール１５に配置した不図示の電磁コイルとを備えて構成される。θ回転駆動機構を動作させると、θステージ２０は、回転軸ポール１５に対してθ軸（図２参照）を中心に回転する。なお、不図示の位置センサにより回転軸ポール１５に対するθステージ２０の回転量が検出される。
【００２３】
θステージ２０は、湾曲状に形成された上述したアーム部２１を備えている。このアーム部２１はベース部材１０の基準面１１上で回転軸ポール１５とＸ軸ステージ３５との間において回転軸ポール１５に保持されている。またアーム部２１は、回転軸ポール１５の中心とＸ軸ステージ３５の中心を結ぶ直線の近傍にある上述したθ軸（図２参照）を中心に、上述した不図示のθ回転駆動機構によって１８０度回転する回転機構である。
【００２４】
θステージ２０のアーム部２１には、θホルダ２２，２３が設けられている。θホルダ２２，２３は、被検物Ｍから離れた位置に、後述するレジストレーションマーク２４ａを保持する機構である。θステージ２０が回転しても、θホルダ２２，２３とレジストレーションマーク２４ａとの相対的位置は、一定である。θホルダ２２，２３は、被検物Ｍとは接触しておらず、θステージ２０が静止していて、後述するようにφステージ２５がθステージ２０に対して被検物Ｍを回転する場合には、レジストレーションマーク２４ａを静止した位置に保持する。しかし、θステージ２０が回転して、φステージ２５がθステージ２０に対して静止している場合には、θホルダ２２，２３は、レジストレーションマーク２４ａを被検物Ｍの空間内で、回転させる。
【００２５】
被検物Ｍは、θステージ２０が１８０度回転するにともなって、θ軸を中心に側面ＭａがＸ軸ステージ３５に正対する位置から側面ＭｃがＸ軸ステージ３５に正対する位置まで１８０度回転する。
【００２６】
θホルダ２２には、Ｘ軸ステージ３５から見通せる位置に位置基準部材としてのレジストレーションマーク２４ａが固定されている。レジストレーションマーク２４ａは１個の球体である。θホルダ２２とレジストレーションマーク２４ａの中心位置との相対的な位置関係はほとんど変化しないので、被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ａの中心の位置との相対的な位置関係もまたほとんど変化しない。
【００２７】
θホルダ２３にはＸ軸ステージ３５から見通せる位置に位置基準部材としてのレジストレーションマーク２４ｃが固定されている。レジストレーションマーク２４ｃは３個連なる球体である。レジストレーションマーク２４ａの場合と同様に、θホルダ２３とレジストレーションマーク２４ｃの中心位置との相対的な位置関係はほとんど変化しないので、被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ｃの中心位置との相対的な位置関係もまたほとんど変化しない。
【００２８】
φステージ２５は、湾曲状に形成されたアーム部２６を備え、このアーム部２６を回転軸（φ軸）を中心に１８０度回転可能に保持する回転機構である。回転軸（φ軸）とθステージ２０の相対位置は、φステージ２５が回転しても、一定である。このφ軸（図２参照）は、θステージ２０の回転軸（θ軸）がＸ軸と平行な位置関係にあるとき、Ｙ軸と平行な位置関係にある。すなわち、φ軸はθ軸と直交している。φステージ２５も、θステージ２０と同様に、回転軸ポール１５の中心とＸ軸ステージ３５との間に配置される。φステージ２５のアーム２６とθステージ２０のアーム部２１との間にも不図示のφ回転駆動機構が設けられている。このφ回転駆動機構も、例えば、φステージ２５のアーム部２６に配置した不図示の永久磁石と、この永久磁石によって発生する磁界（Ｎ極・Ｓ極）と吸引・反発する磁界（Ｓ極・Ｎ極）を発生させるθステージ２０のアーム部２１に配置した不図示の電磁コイルとを備えて構成される。φ回転駆動機構を動作させると、Φステージ２５は、θステージ２０に対してφ軸（図２参照）を中心に回転する。なお、不図示の位置センサによりθステージ２０に対するφステージ２５の回転量が検出される。
【００２９】
φステージ２５のアーム部２６にはφホルダ２７，２８が設けられている。これらφホルダ２７，２８は、φステージ２５の回転軸（φ軸）が被検物Ｍを貫く位置にこの被検物Ｍを取り外し可能に保持する保持機構として機能するもので、被検物Ｍをその両側面Ｍｂ，Ｍｄ（図４参照）から挟んで被検物Ｍをφステージ２５に固定する。
【００３０】
φホルダ２７，２８の被検物Ｍに接触する部位は、その形状が被検物Ｍの側面Ｍｂ、側面Ｍｄの表面形状に略一致しており、被検物Ｍの形状ごとに用意されている。φホルダ２７，２８の被検物Ｍに接触する部位の形状は被検物Ｍの側面Ｍｂ，Ｍｄの表面形状と略一致するので、被検物Ｍがどのような姿勢であってもφホルダ２７，２８と被検物Ｍとの相対的な位置関係はほとんど変化しない。
【００３１】
φホルダ２７，２８に保持された被検物Ｍが、φステージ２５が１８０度回転するにともなって、φ軸を中心に側面ＭｂがＸ軸ステージ３５に正対する位置から側面ＭｄがＸ軸ステージ３５に正対する位置まで１８０度回転する。
【００３２】
φホルダ２７には、Ｘ軸ステージ３５から見通せる位置に位置基準部材としてのレジストレーションマーク２９が固定されている。このレジストレーションマーク２９は２個連なる球体である。φステージ２５とレジストレーションマーク２９の中心位置との相対的な位置関係はほとんど変化しないので、φホルダ２７，２８に被検物Ｍが保持されているときは、被検物Ｍとレジストレーションマーク２９の中心位置との相対的な位置関係もまたほとんど変化しない。
【００３３】
各レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状は一意に識別可能であり、このため被検物Ｍの形状によらずにレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９のおおよその位置を特定することが出来る。
【００３４】
換言すると、被検物Ｍにレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９と似た形状の部分が存在したとしても、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の位置を被検物Ｍと間違うことなく特定でき、高い位置精度で被検物Ｍの形状を計測出来る。
【００３５】
上述したようにレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９と被検物Ｍとの相対的な位置関係は、被検物Ｍがθステージ２０、φステージ２５とに保持されている姿勢によらずに殆ど変化しない。
【００３６】
なお、φホルダ２８にもＸ軸ステージ３５から見通せる位置に位置基準部材としてのレジストレーションマーク（図示せず）を配置してもよい。このレジストレーションマークは例えば４個連なる球体とすることができる。レジストレーションマーク２４ａの場合と同様に、φホルダ２８とレジストレーションマークの中心位置との相対的な位置関係はほとんど変化しないので、φホルダ２７，２８に被検物Ｍが保持されているときは、被検物Ｍとレジストレーションマークの中心位置との相対的な位置関係もまたほとんど変化しない。
【００３７】
各レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状が一意に識別可能であるならば、球体が連なる形状に限らず、例えば立方体が連なる形状であってもよい。
【００３８】
なお、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状を球体にしたのは、球体の中心位置はどの角度（方向）から観測しても変わらないためである。
【００３９】
Ｘ軸ステージ３５は、基準面１１に垂直に起立して配置されており、形状センサ３０をＸ軸方向にＸ軸ステージ３５の下端からその上端まで平行移動させる機構で、被検物Ｍの上面Ｍｅ、側面Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄのいずれかとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９とを同時に見通せる位置に形状センサ３０を移動可能に保持している。また、不図示の位置センサにより基準面１１に対する形状センサ３０のＸ軸方向の位置が検出される。
【００４０】
形状センサ３０は、ベース部材１０の基準面１１に対してＸ軸ステージ３５だけで移動するので、基準面１１に対して高い位置精度で移動することが出来る。
【００４１】
形状センサ３０は、図３に示すように、投光器３１と、受光部としてのカメラ３２を備え、投光器３１からスリット光を被検物Ｍに照射する一方、被検物Ｍから反射する反射光をカメラ３２が受光し、光切断法によって被検物Ｍの形状を計測するセンサである。上述したように形状センサ３０はベース部材１０の基準面１１に対してＸ軸ステージ３５だけで移動するので、投光器３１から被検物Ｍに高い位置精度でスリット光を照射し、照明することが出来る。投光器３１は、光源としてのＬＥＤを備え、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃを同時に照明できるスリット長を有するスリット光を発する装置である。スリット長は、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃを結ぶ直線がスリット長と平行な位置にある場合に、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃを共にスリット光で照明できる長さを持っている。従って、θステージ２０がどのような姿勢にあっても、形状センサ３０がＸ軸ステージ３５のいずれかの位置で、投光器３１は、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃをスリット光で同時に照明することが出来る。同様に、φホルダ２８にもレジストレーションマークが配置されている場合には、φホルダ２７のレジストレーションマーク２９とφホルダ２８のレジストレーションマークも、スリット光で同時に照明することが出来る。
【００４２】
図５は上記計測装置の処理部（形状測定回路４０、形状合成回路４１）を含む駆動部のブロック図を示している。図５に示すように、θステージ２０（回転軸ポール１５とθステージ２０との間に設けたθ回転駆動機構）とφステージ２５（θステージ２０とφステージ２５との間に設けたφ回転駆動機構）は、それぞれθ軸駆動回路４５、φ軸駆動回路４６によって回転駆動され、Ｘ軸ステージ３５は、Ｘ軸駆動回路４７によって平行駆動される。
【００４３】
回転駆動回路４８は、形状合成回路４１から被検物Ｍをθ方向とφ方向に何度回転させるかを指示する制御信号を入力し、θ軸駆動回路４５、φ軸駆動回路４６にθステージ２０とφステージ２５を指示した角度だけ回転させる制御信号を出力する回路である。
【００４４】
Ｘ軸駆動回路４７は、形状測定回路４０から形状センサ３０をＸ軸方向にどれだけ移動させるかを指示する制御信号を入力し、Ｘ軸ステージ３５に形状センサ３０を指示した長さだけ移動させる制御信号を出力する回路である。
【００４５】
形状測定回路４０は、形状センサ３０をＸ軸ステージ３５の下端から上端まで移動させることを指示する制御信号をＸ軸駆動回路４７に出力し、形状センサ３０の投光器（ＬＥＤ）３１にＬＥＤを点灯させる制御信号を出力する一方、カメラ３２からはカメラ３２が撮影した平面画像データを入力する回路である。形状測定回路４０は、カメラ３２からの平面画像データとＸ軸ステージ３５（形状センサ３０）の移動量とに基づいて、形状センサ３０からみた被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の面形状データを求める。Ｘ軸ステージ３５によって形状センサ３０がＸ軸ステージ３５の下端から上端まで移動する間、投光器３１のＬＥＤが発するスリット光は被検物Ｍの上面Ｍｅ，側面Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄのいずれかとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９とを照明し、カメラ３２は被検物Ｍの上面Ｍｅ，側面Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄのいずれかとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９とを撮影するので、形状測定回路４０が出力する面形状データには被検物Ｍの上面Ｍｅ，側面Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄのいずれかとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９との形状データが含まれている。
【００４６】
形状合成回路４１は、回転軸駆動回路４８によって少なくとも２つの姿勢に被検物Ｍを回転させ、それぞれの姿勢における面形状データを形状測定回路４０から入力して、それら面形状データが表すレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の中心位置が互いに一致する位置において被検物Ｍの上面Ｍｅ，側面Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄの形状を表す面形状データを合成して、被検物Ｍの立体形状データを求める回路である。
【００４７】
図６は上記計測装置の動作内容のプログラムを示すフローチャートで、本発明の計測方法の一実施形態を示している。
【００４８】
図６のフローチャートにしたがって計測装置の動作を説明する。図２に示すように操作者が側面Ｍｂと側面Ｍｄをφホルダ２７とφホルダ２８とで保持し、測定開始の操作をすると、本プログラムがスタートする。
【００４９】
Ｓｔｅｐ１では、被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍａと側面Ｍｃとが形状センサ３０から見通せる姿勢（第１姿勢）になるように、形状合成回路４１が回転軸駆動回路４８にθステージ２０とφステージ２５を駆動する制御信号を出力し、θステージ２０とφステージ２５を回転させる。
【００５０】
Ｓｔｅｐ２では、形状合成回路４１が被検物Ｍを第１姿勢に静止させると、形状測定回路４０に指令を送り、形状測定回路４０は投光器３１のＬＥＤを点灯させ、形状センサ３０をＸ軸ステージ３５の下端から上端まで移動させながら、カメラ３２で撮影し、平面画像データをカメラ３２から入力する。上述したように形状センサ３０はベース部材１０の基準面１１に対して高い位置精度でＸ軸方向に平行移動するので、撮影された各平面画像データは互いに相対的位置精度が高い。
【００５１】
Ｓｔｅｐ３では、形状合成回路４１は、形状測定回路４０に指令を送り、形状測定回路４０は、Ｘ軸ステージ３５の下端から上端までの位置に形状センサ３０が移動する間に撮影した、Ｘ軸ステージ３５の下端から上端までの各位置に対応する平面画像データと、形状センサ３０のそれぞれの位置とから、第１姿勢における被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍａと側面Ｍｃの形状とレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状を表す面形状データを作成する。この後、形状測定回路４０はＸ軸駆動回路４７に指令を送り、Ｘ軸駆動回路４７は、Ｘ軸ステージ３５を駆動して形状センサ３０をＸ軸ステージ３５の下端に戻す。
【００５２】
上述したように、高い位置精度で平面画像データが得られるので、これに基づいて作成した面形状データも高い位置精度で構成される。従って、高い位置精度で被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍａと側面Ｍｃの形状とレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状を計測することが出来る。
【００５３】
また、スリット光のスリット長内に被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９とが計測されるので、計測される被検物Ｍの位置とレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の位置との相対的位置には、機械的な可動部が含まれない。従って、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の位置に対して被検物Ｍの位置を高精度で計測することが出来る。
【００５４】
また、面形状データの精度は被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９との相対的位置に依存するので、θステージ２０とφステージ２５の回転角度精度は低くてもよい（高い精度を要求されない）。従って、θステージ２０とφステージ２５のような回転機構を小型、軽量、低価格で提供することが出来る。
【００５５】
Ｓｔｅｐ４では、被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍｂと側面Ｍｄとが形状センサ３０から見通せる姿勢（第２姿勢）になるように、形状合成回路４１が回転軸駆動回路４８にθステージ２０とφステージ２５を駆動する制御信号を出力し、θステージ２０とφステージ２５とを回転させる。
【００５６】
Ｓｔｅｐ５では、形状合成回路４１は被検物Ｍを第２姿勢に静止させると、形状測定回路４０に指令を送り、形状測定回路４０は投光器３１のＬＥＤを点灯させ、形状センサ３０をＸ軸ステージ３５の下端から上端まで移動させながら、カメラ３２で撮影し、撮影した平面画像データをカメラ３２から入力する。
【００５７】
Ｓｔｅｐ６では、形状合成回路４１は、形状測定回路４０に指令を送り、形状測定回路４０は、Ｘ軸ステージ３５の下端から上端までの位置に形状センサ３０が移動する間に撮影した、Ｘ軸ステージ３５の下端から上端までの各位置に対応する平面画像データと、形状センサ３０のそれぞれの位置とから、第２姿勢における被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍｂと側面Ｍｄとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状を表す面形状データを作成する。この後、形状測定回路４０はＸ軸駆動回路４７に指令を送り、Ｘ軸駆動回路４７はＸ軸ステージ３５を駆動して形状センサ３０をＸ軸ステージ３５の下端に戻す。
【００５８】
Ｓｔｅｐ３の場合と同様に、側面Ｍｂと側面Ｍｄの形状とレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の形状も高い位置精度で計測することが出来る。
【００５９】
Ｓｔｅｐ７では、形状合成回路４１は第１姿勢と第２姿勢の各面形状データから第１姿勢時と第２姿勢時のそれぞれのレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の中心位置を求める。ここで、各レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９は球により構成されているため測定方向の影響を受けず、どの方向からも正確に各レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の中心位置を求めることができる。
【００６０】
Ｓｔｅｐ８では、形状合成回路４１は、第１姿勢の面形状データと第２姿勢の面形状データを、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９の中心位置が一致する位置で合成し、立体形状データを得る。第１姿勢の面形状データには被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍａと側面Ｍｃの形状が含まれ、第２姿勢の面形状データには被検物Ｍの上面Ｍｅと側面Ｍｂと側面Ｍｄの形状が含まれているので、合成された立体形状データには、被検物Ｍの上面Ｍｅ、側面Ｍａ、側面Ｍｃ、側面Ｍｂ、側面Ｍｄの形状が含まれる。
【００６１】
上述したように、レジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９と被検物Ｍとの相対的位置関係は、被検物Ｍがθステージ２０とφステージ２５とに保持されている姿勢によらずにほとんど変化しないので、第１姿勢の面形状データと第２姿勢の面形状データが合成される場合の位置精度は非常に高い。
【００６２】
本実施形態の計測装置では、上述したように、形状センサ３０を基準面１１に対してＸ軸ステージ３５だけで移動させているので、形状センサ３０は基準面１１に対して高い位置精度で移動することができ、この移動過程で形状センサ（カメラ３２）が撮影した平面画像データと撮影時の形状センサ３０（カメラ３２）の位置に基づいて作成した面形状データの精度は、被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９との相対的位置に依存しており、θステージ２０とφステージ２５の回転角度精度は関与せず、しかも被検物Ｍとレジストレーションマーク２４ａ，２４ｃ，２９との相対的位置関係は被検物の姿勢（第１姿勢、第２姿勢）によってほとんど変わらないことから、この面形状データを合成した立体形状データは高精度のものとなる。
【００６３】
従って、従来技術のように形状センサ３０を保持移動させる機構の僅かな加工誤差、変形、がたなどによって計測精度が大きく影響を受けるようなことがなく、被検物Ｍの形状を高精度に計測することが可能となる。
【００６４】
本発明の計測装置は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。例えば、回転軸ポール１５にθステージ２０とφステージ２５をそれぞれθ方向、φ方向に１８０度回転可能に取り付けるようにしてもよい。この場合、φ回転駆動機構は、θ回転駆動機構と同様に、例えば、φステージ２５に配置した不図示の永久磁石と、この永久磁石が発生する磁界（Ｎ極・Ｓ極）と吸引・反発する磁界（Ｓ極・Ｎ極）を発生させる回転軸ポール１５に配置した不図示の電磁コイルとを備えて構成される。θステージ２０が回転軸ポール１５に対して回転するときφステージ２５もθステージ２０と共に回転軸ポール１５に対して回転し、φステージ２５が回転軸ポール１５に対して回転するときθステージ２０もφステージ２５と共に回転軸ポール１５に対して回転することになる。
【００６５】
また、計測部としての形状センサ３０は被検物Ｍの形状情報を採取できるものであればよく、投光器３１とカメラ３２の組み合わせに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の計測装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の計測装置に装備されるθステージ、φステージ及びＸ軸ステージを示す概略斜視図である。
【図３】図１の形状センサから発せられるスリット光とスリット長を説明する概略平面図である。
【図４】図１の計測装置で計測される被検物の上面Ｍｅ、側面Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄを示す拡大斜視図である。
【図５】図１の計測装置に装備される処理部（形状測定回路４０、形状合成回路４１）を含む駆動部のブロック図である。
【図６】図１の計測装置の動作内容のプログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１０            ベース
１１            基準面
１５            回転軸ポール（保持部材）
２０            θステージ（保持部材）
２２，２３      θホルダ（第１ホルダ）
２４ａ，２４ｃ  レジストレーションマーク（位置基準部材）
２５            φステージ（保持部材）
２７，２８      φホルダ（第２ホルダ）
２９            レジストレーションマーク（位置基準部材）
３０            形状センサ（計測部）
３１            投光器
３２            カメラ
３５            Ｘ軸ステージ（移動部）
４０            形状測定回路（処理部）
４１            形状合成回路（処理部  合成部）
【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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