JP2009069063A

JP2009069063A - 計測方法、形状計測方法、計測装置及び形状計測装置

Info

Publication number: JP2009069063A
Application number: JP2007239534A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kuniyone; 祐司國米
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】容易に計測を行うことができ、計測時間を短縮化できる計測方法、形状計測方法、計測装置及び形状計測装置を提供すること。
【解決手段】第１光量で前記被検物に光を照射する工程と、前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得する工程と、前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が小さい第１領域を検出する工程とを含み、前記第１光量は、前記被検物のうち前記他の領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量である。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測方法、形状計測方法、計測装置及び形状計測装置に関するものである。

工業製品の形状の欠陥の有無を検出したり、当該製品が正確な部品形状であるか否か（設計値どおりに出来ているか否か）を計測したりすることは、工業製品の検査において重要になっている。例えば部品形状の計測は、光切断法、パターン投影法、ＳＦＦ（Shape From Focus）法等の手法による三次元計測法や、二次元計測法などによって行われることが多い。
米国特許第６，０７５，６０５号明細書

しかしながら、工業製品が金属部品の場合、金属材料自体の反射率や、不特定の模様（様々なテクスチャ）、周辺光源に対する反射などのため、形状の欠陥検出結果、形状の計測結果に悪影響を及ぼすことがある。

例えば金属部品に溶接箇所がある場合、当該溶接箇所に形成されるブローホールやフラックスなどが形成されることがある。このうち、ブローホールについては、内部まで光が到達しないことが多く、形状の計測が困難となる。また、フラックスについて、反射光が散乱しないため、三次元計測のための像を取得しにくいという問題がある。

二次元計測法の結果のみによってブローホールやフラックス部分を検出する事も考えられるが、被検物が金属である場合、不特定のテクスチャを持つ、周辺光源の反射光、被検物の形状に起因する反射光などにより、非常に複雑な画像となるため、困難もしくは非常に多くの処理時間を必要とする。

このような事情に鑑み、本発明の目的は、容易に計測を行うことができ、計測時間を短縮化できる計測方法、形状計測方法、計測装置及び形状計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明を例示する各態様として実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明を例示する第１の態様に従えば、第１光量で前記被検物（Ｍ）に光を照射する工程と、前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像（Ｐ１）を画像取得装置によって取得する工程と、前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が小さい第１領域（Ｂ１）を検出する工程とを含み、前記第１光量は、前記被検物のうち前記他の領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量であることを特徴とする計測方法が提供される。

本発明を例示する第１の態様によれば、第１光量で被検物に光を照射したときの第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得し、その第１画像に基づいて、被検物のうち他の領域に比べて第１散乱光の光量が小さい第１領域を検出する。このとき、第１光量は、被検物のうち他の領域において、第１散乱光の光量が画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量とされているので、不特定のテクスチャを持つ、周辺光源の反射光、被検物の形状に起因する反射光といった画像を複雑にする要素を考慮せずに第１領域を検出することができる。これにより、当該第１領域を容易に検出することができる。

本発明を例示する第２の態様に従えば、第１光量で前記被検物（Ｍ）に光を照射する工程と、前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像（Ｐ１）を画像取得装置によって取得する工程と、前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が大きい第１領域（Ｂ１）を検出する工程とを含み、前記第１光量は、前記第１領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量であることを特徴とする計測方法が提供される。

本発明を例示する第３の態様に従えば、被検物（Ｍ）の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測方法であって、第１光量で前記被検物に光を照射する工程と、前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像（Ｐ１）を画像取得装置によって取得する工程と、前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が小さい第１領域（Ｂ１）を検出する工程と、前記検出の結果に基づいて、前記形状計測用画像を補正する工程とを含み、前記第１光量は、前記被検物のうち前記他の領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量であることを特徴とする形状計測方法が提供される。

本発明を例示する第３の態様によれば、第１光量で被検物に光を照射したときの第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得し、その第１画像に基づいて他の領域に比べて第１散乱光の光量が小さい第１領域を検出し、この検出の結果に基づいて被検物の形状を計測ための形状計測用画像を補正する。このとき、第１光量は、被検物のうち他の領域において、第１散乱光の光量が画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量とされているので、形状計測用画像として取得しにくい箇所が被検物に形成されている場合でも当該被検物の形状を適切かつ容易に計測することができる。

本発明を例示する第４の態様に従えば、被検物（Ｍ）の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測方法であって、第１光量で前記被検物に光を照射する工程と、前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像（Ｐ１）を画像取得装置によって取得する工程と、前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が大きい第１領域（Ｂ１）を検出する工程と、前記検出の結果に基づいて、前記形状計測用画像を補正する工程とを含み、前記第１光量は、前記第１領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量であることを特徴とする形状計測方法が提供される。

本発明を例示する第５の態様に従えば、光を被検物（Ｍ）へ向けて射出する光源（１０）と、前記被検物上で散乱された散乱光の画像（Ｐ１）を取得する取得装置（１１）と、前記散乱光の画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が小さい所定の領域を検出する制御装置（１２）とを備え、前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能であることを特徴とする計測装置（１）が提供される。

本発明を例示する第５の態様によれば、散乱光の光量が取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光で被検物に光を照射したときの当該散乱光の画像を取得し、その散乱光の画像に基づいて、被検物のうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい所定の領域を検出することができるので、被検物の画像内において不特定のテクスチャを持つ、周辺光源の反射光、被検物の形状に起因する反射光といった画像内を複雑にする要素を考慮せずに当該所定の領域を検出することができる。これにより、所定の領域を容易に検出することができる。

本発明を例示する第６の態様に従えば、光を被検物（Ｍ）へ向けて射出する光源（１０）と、前記被検物上で散乱された散乱光の画像（Ｐ１）を取得する取得装置（１１）と、前記散乱光の画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が大きい所定の領域を検出する制御装置（１２）とを備え、前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能であることを特徴とする計測装置（１）が提供される。

本発明を例示する第７の態様に従えば、被検物（Ｍ）の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記形状計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測装置であって、光を被検物へ向けて射出する光源（１３０）と、前記被検物上で散乱された散乱光の画像を取得する取得装置（１３１）と、前記散乱光の画像に基づいて前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が小さい所定の領域を検出すると共に、前記検出の結果に基づいて前記形状計測用画像を補正する制御装置（１３２）とを備え、前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能であることを特徴とする形状計測装置（１０１）が提供される。

本発明を例示する第７の態様によれば、散乱光の光量が取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光で被検物に光を照射したときの当該散乱光の画像を取得し、その散乱光の画像に基づいて、被検物のうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい所定の領域を検出し、この検出の結果に基づいて被検物の形状を計測するための形状計測用画像を補正するので、被検物に形状計測用画像として取得しにくい箇所がある場合でも被検物の形状を適切かつ容易に計測することができる。

本発明を例示する第８の態様に従えば、被検物（Ｍ）の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記形状計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測装置であって、光を被検物へ向けて射出する光源（１３０）と、前記被検物上で散乱された散乱光の画像を取得する取得装置（１３１）と、前記散乱光の画像に基づいて前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が大きい所定の領域を検出すると共に、前記検出の結果に基づいて前記形状計測用画像を補正する制御装置（１３２）とを備え、前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能であることを特徴とする形状計測装置（１０１）が提供される。

本発明によれば、容易に計測を行うことができ、計測時間を短縮化できる計測方法、形状計測方法、計測装置及び形状計測装置を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る計測装置１の構成を模式的に示す正面図である。図２は、計測装置１の構成を模式的に示す平面図である。図３は、計測装置１で計測する被検物Ｍの構成を示す平面図である。

図１に示すように、計測装置１は、ステージＳ１上の被検物Ｍの表面を非接触で計測する装置であり、光源１０と、画像取得装置１１と、制御装置１２とを備えている。被検物Ｍは、例えば金属部材Ｍ１と金属部材Ｍ２とが溶接された金属部品である。被検物Ｍのうち図中上側には溶接部Ｍ３が形成されている。図３に示すように、金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２の表面には、不特定の模様２０が形成されている。溶接部Ｍ３には、溶接時に発生したブローホール２１やフラックス２２が形成されている。

光源１０は、被検物Ｍへ向けて光を射出するものであり、図２に示すように、画像取得装置１１の周囲に複数、例えば４つ配置されている。なお、図１では、図中左右方向に配置されている光源１０のみを図示し、残りの２つについては図示を省略している。また、光源１０は、被検物Ｍに対して真上から一様な光を射出するものであることが好ましい。

図１に戻って、画像取得装置１１は、被検物Ｍで散乱する散乱光の画像を撮像する装置であり、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳセンサなどによって構成されている。この画像取得装置１１は、画像を画素単位で撮像可能になっており、画素ごとに撮像素子が設けられている。各撮像素子は、検出可能な光量が例えば０〜２５５の２５６段階で設定されている。また、当該画像取得装置１１には、検出光の強度を調節する絞り部（不図示）が設けられている。

制御装置１２は、計測装置１を統括的に制御するものであり、例えば光源１０の光量や光射出時間の調整、画像取得装置１１に設けられる不図示の絞り部の状態や、撮像時間などを制御する。当該制御装置１２は、画像取得装置１１によって取得された画像に対して二値化処理などの処理を施す画像処理回路（不図示）を有している。

次に、上記のように構成された計測装置１の動作を説明する。本実施形態では、図３に示す被検物Ｍの表面を計測する場合を例に挙げて説明する。
被検物Ｍを照射すると、被検物Ｍ上で散乱光が発生する。本実施形態では、当該散乱光の光量が画像取得装置１１によって検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光Ｌ１を光源１０から射出する。例えば図３に示される金属部材Ｍ１、金属部材Ｍ２及び溶接部Ｍ３の表面上や、金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２の表面に形成された模様２０上、金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２と溶接部Ｍ３との境界上、フラックス２２上などに光Ｌ１が照射される。一方、ブローホール２１の内部には光Ｌ１がほとんど照射されない。

被検物Ｍのうち光Ｌ１が照射された領域では、当該被検物Ｍの表面で散乱光Ｄ１が発生する。なお、光Ｌ１がほとんど照射されないブローホール２１においては、散乱光Ｄ１はほとんど発生しない。また、フラックス２２では光Ｌ１が反射されるため、散乱光Ｄ１がほとんど発生しない。画像取得装置１１では、この被検物Ｍ上で発生した散乱光Ｄ１の画像（第１画像）Ｐ１を取得する。

図４は、このときに取得される画像Ｐ１を模式的に示す図である。
光源１０から射出される光Ｌの光量は、上記散乱光Ｄ１の光量が画像取得装置１１によって検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量であるため、金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２の表面や当該表面の模様２０、金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２と溶接部Ｍ３との境界などにおける散乱光Ｄ１の光量が大きい領域の画像は、その光量値が各撮像素子の検出可能な最大の光量値（例えば２５５）として検出される。したがって、図４に示すように、画像Ｐ１においては、当該領域は全体が均一に白く表示（Ｗ１）される。

一方、被検物Ｍに形成されたブローホール２１では光Ｌがほとんど照射されず散乱光Ｄ１がほとんど発生しないため、画像取得装置１１によって検出される光量値は小さな値（例えば４０程度）になる。フラックス２２においては光Ｌが照射されるものの散乱光Ｄ１がほとんど発生しないため、画像取得装置１１によって検出される光量値は小さな値（例えば４０程度）になる。この光量値はブローホール２１及びフラックス２２の大きさや形状などによって異なるが、各撮像素子の検出可能な最大の光量値に比べると、極めて小さな値となる。したがって、図４に示すように、画像Ｐ１においては、ブローホール２１及びフラックス２２が形成された領域は黒く表示（Ｂ１）される。

さらに、被検物Ｍに照射する光の光量を大きくすることにより、フラックス２２においても散乱光が発生するようになる。そこで、次に、上記光Ｌ１の第１光量よりも大きくフラックス２２において十分に散乱光Ｄ２が発生するような第２光量の光Ｌ２を光源１０から射出して被検物Ｍを照射し、被検物Ｍ上で発生した散乱光Ｄ２の画像を取得する。

図５は、このときに取得される画像Ｐ２を模式的に示す図である。
同図に示すように、例えば金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２の表面や当該表面の模様２０、金属部材Ｍ１及び金属部材Ｍ２と溶接部Ｍ３との境界など散乱光Ｄ２の光量が大きい領域については、その光量値が各撮像素子の検出可能な最大の光量値（例えば２５５）として検出され、図５に示すように、当該領域は全体が均一に白く表示（Ｗ２）される。また、フラックス２２においても散乱光Ｄ２の光量が十分大きいため、その光量値が各撮像素子の検出可能な最大の光量値（例えば２５５）として検出される。したがって、図５に示すように、当該領域は全体が均一に白く表示（Ｗ２）される。

これに対して、光源１０からの光量の大きい光Ｌ２を射出した場合でも、ブローホール２１内に照射される光がわずかに増加する程度であり、依然として散乱光Ｄ２がほとんど発生しない状態となる。すなわち、ブローホール２１においては、被検物Ｍに照射する光の光量が変化する度合いに比べて、散乱光の光量が変化する度合いが少なくなっている。したがって、ブローホール２１においては、画像取得装置１１によって検出される光量値はわずかに増加した値（例えば６０程度）になる。この光量値は各撮像素子の検出可能な最大の光量値に比べると、極めて小さな値となる。したがって、図５に示すように、ブローホール２１が形成された領域は依然として黒く表示（Ｂ１）されたままとなる。

画像Ｐ１と画像Ｐ２とを比較すると、画像Ｐ１にはブローホール２１の形成された領域とフラックス２２の形成された領域とが黒く表示されているが、画像Ｐ２にはブローホール２１の形成された領域のみが黒く表示されておりフラックス２２の形成された領域は白く表示されていることがわかる。したがって、この２つの画像を比較することで、ブローホール２１の形成領域とフラックス２２の形成領域とが識別される。

なお、第１光量及び第２光量については、上記計測を行うに際して予め最適値を求めておき、その最適値をもとに上記画像Ｐ１及び画像Ｐ２を得るようにしても構わない。また、例えば画像取得装置１１の不図示の絞り、光源１０からの光Ｌ１又は光Ｌ２の照射時間を変更することにより第１光量及び第２光量を変化させるようにしても構わない。

このように、本実施形態によれば、第１光量で被検物Ｍに光を照射したときの散乱光Ｄ１の画像Ｐ１を取得し、その画像Ｐ１に基づいて、被検物Ｍのうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい領域（黒色で表示された領域）Ｂ１を検出するので、不特定のテクスチャを持つ、周辺光源の反射光、被検物の形状に起因する反射光といった画像Ｐ１を複雑にする要素を考慮せずに当該領域Ｂ１を検出することができる。これにより、領域Ｂ１を容易に検出することができる。

また、本実施形態によれば、光Ｌ１の第１光量よりも大きくフラックス２２において十分に散乱光Ｄ２が発生するような第２光量の光Ｌ２を光源１０から射出して被検物Ｍを照射し、被検物Ｍ上で発生した散乱光Ｄ２の画像Ｐ２を取得して、当該画像Ｐ２に基づいて、例えばブローホール２１とフラックス２２とを識別するので、より正確な計測を行うことができ、計測の信頼性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図６は、本実施形態に係る形状計測装置１０１の構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、形状計測装置１０１は、位相シフト法（パターン投影法の一種）とよばれる手法によってステージＳ２上の被検物Ｎの三次元形状を非接触で計測すると共に当該被検物Ｎの表面を非接触で計測する装置であり、パターン投影装置１０２と、計測装置１０３と、制御装置１０４とを備えている。また、被検物Ｎについては、第１実施形態の被検物Ｍと同一構成の金属部品であり、第１実施形態と同様の模様、ブローホール及びフラックスが形成されているものとする。

パターン投影装置１０２は、発光部１２０と、投影部１２１とを有しており、投影部１２１には、コリメータレンズ１２２と、パターン発生素子１２３と、投影レンズ１２４とが設けられている。

発光部１２０は、所定の波長の光を発光する、例えば発光ダイオードなどの発光素子からなる。コリメータレンズ１２２は、発光部１２０で発光された拡散光を平行光に変換する光学素子である。パターン発生素子１２３は、例えば液晶装置及び透過拡散板を有する光変調素子であり、入射光を正弦波によって生成された明暗の平行な縞模様のパターン光に変換する。投影レンズ１２４は、パターン光を被検物Ｍ上に投影する光学素子である。

計測装置１０３は、光源１３０と、画像取得装置１３１とを有している。
光源１３０及び画像取得装置１３１の構成は、第１実施形態における光源１０及び画像取得装置１１（図１参照）と同一の構成になっている。

制御装置１０４は、パターン投影装置１０２及び計測装置１０３を統括的に制御するものであり、例えば発光部１２０及び光源１３０の光量や光射出時間を調整する光源調整回路、パターン発生素子１２３を制御するパターン制御回路、画像取得装置１３１によって取得された画像に基づいて被検物の三次元形状を計測する三次元形状計測回路、当該画像に基づいて被検物の表面形状を計測する表面形状計測回路、画像取得装置１３１に設けられる不図示の絞り部の状態や撮像時間などを制御する画像取得制御回路などを有している。

次に、上記のように構成された形状計測装置１０１を用いて被検物Ｍの三次元形状を計測する動作を説明する。
まず、第１実施形態と同一の手法によって、被検物Ｎに第１光量の光及び第２光量の光を照射し、被検物Ｎ上で散乱する散乱光の画像（第１実施形態における画像Ｐ１及び画像Ｐ２に相当する画像）を取得する。この取得した画像に基づいて、ブローホール及びフラックスの位置及び形状を検出する。

次に、被検物Ｎにパターン光を照射し、形状計測用画像を取得する。まず、発光部１２０において光を発光させる。この光は、コリメータレンズ１２２において平行光となり、パターン発生素子１２３に入射する。パターン発生素子１２３では、液晶素子によって正弦波によって生成された明暗の平行な縞模様のパターン光に変換され、透過拡散板によって散乱される。当該パターン光は、投影レンズ１２４によって被検物Ｎ上に投影される。被検物Ｎ上にパターン光の像が投影されたら、画像取得装置１３１によって当該像を撮像し、パターン光の画像を取得する。このパターン光の画像が形状計測用画像に相当する。

一方、パターン光は被検物Ｎに形成されたブローホール内には照射されないため、ブローホールが形成された領域の画像を得ることが困難である。また、パターン光は被検物Ｎに形成されたフラックス上で反射するため、当該フラックスが形成された領域の画像を得ることも困難である。

そこで、次に、被検物Ｎ上での散乱光の画像から検出したブローホール及びフラックスの位置及び形状に基づいて、形状計測用画像を補間する。具体的には、ブローホール及びフラックスの位置及び形状に基づいて、線形補間と呼ばれる手法や最近傍補間と呼ばれる手法などによって形状計測用画像にブローホール及びフラックスの形状を書き込むようにする。

また、例えば形状計測用画像を不図示の表示装置に表示させた上で、当該表示装置に表示された形状計測用画像のうちブローホール及びフラックスが形成されている領域を表示するようにする（所定の情報の追加）。また、この領域が計測結果の信頼性の低い領域である旨の表示を行っても構わない（所定の情報の追加）。さらに、ブローホール及びフラックスが形成されている領域については、発光部１２０の光量を大きくして形状計測用画像を再度取得するようにしても構わない（形状計測用画像の更新）。

このように、本実施形態によれば、被検物Ｎに光を照射したときの散乱光の画像を取得し、その散乱光の画像に基づいて、被検物Ｎのうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい領域を検出し、この検出の結果に基づいて被検物Ｎの形状を計測するための形状計測用画像を補間するので、被検物Ｎに形状計測用画像として取得しにくい箇所がある場合でも被検物Ｎの形状を適切かつ容易に計測することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図７は、本実施形態に係る形状計測装置２０１の構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、形状計測装置２０１は、移動するステージＳ３上の被検物Ｑの三次元形状を光切断法とよばれる手法によって非接触で計測すると共に当該被検物Ｑの表面を非接触で計測する装置であり、レーザ光投影装置２０２と、計測装置２０３と、不図示の制御装置とを備えている。計測装置２０３の構成は、第２実施形態における計測装置１０３の構成と同一であるため、説明を省略する。

レーザ光投影装置２０２は、レーザ光源２２０と、シリンドリカルレンズ２２１とを有している。レーザ光源２２０から射出された光がシリンドリカルレンズ２２１によってライン状にされ、当該ライン状の光が被検物Ｑに投影されるようになっている。ステージＳ３を所定の方向（図７では図中右下の方向）に移動させながら被検物Ｑに投影されたライン上の光を別の角度から撮像することで、被検物Ｑの形状計測用画像を取得できるようになっている。

本実施形態においても、被検物Ｑに計測装置２０３によって光を照射したときの散乱光の画像を取得し、その散乱光の画像に基づいて、被検物Ｑのうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい領域を検出し、この検出の結果に基づいて被検物Ｑの形状を計測するための形状計測用画像を補間することができる。このため、被検物Ｑに形状計測用画像として取得しにくい箇所がある場合でも被検物Ｑの形状を適切かつ容易に計測することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。図８は、本実施形態に係る形状計測装置３０１の構成を模式的に示す図である。なお、本実施形態では、図中の方向をＸＹＺ座標系を用いて説明する。ステージＳ４の表面に平行な方向に互いに直交するＸ軸及びＹ軸が設定されており、ステージＳ４の表面に垂直な方向にＺ軸が設定されているものとする。

同図に示すように、形状計測装置３０１は、移動するステージＳ４上の被検物Ｒの三次元形状をＳＦＦ（Shape From Focus）法とよばれる手法によって非接触で計測すると共に当該被検物Ｒの表面を非接触で計測する装置であり、合焦測度検出装置３０２と、計測装置３０３と、不図示の制御装置とを備えている。

合焦測度検出装置３０２は、ステージＳ４上の領域をマトリクス状に分割した画素ごとに合焦測度を演算し、画素ごとに合焦測度が最大となる焦点位置を検出することで物体の表面位置を特定する装置である。なお、計測装置３０３の構成については、第２実施形態における計測装置１０３の構成と同一であるため、説明を省略する。

形状計測装置３０１による計測を行う場合、例えば被検物Ｒを載置したステージＳ４を＋Ｚ方向に移動させながら、当該被検物Ｒの焦点位置が少しずつ異なる画像列を取得する。この画像列の１つ１つが被検物Ｒの形状を計測するための形状計測用画像である。次に、取得した全画像列について、画像内の画素ごとに合焦測度を演算し、画像列の各画像の同一座標（ＸＹ座標）における合焦測度の変化を検出する。当該同一座標における合焦測度のうち最大値を含む画像のＺ距離が合焦位置となり、当該合焦位置が被検物Ｒの表面位置として計測される。

本実施形態においても、被検物Ｒに計測装置３０３によって光を照射したときの散乱光の画像を取得し、その散乱光の画像に基づいて、被検物Ｒのうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい領域を検出し、この検出の結果に基づいて被検物Ｒの形状を計測するための形状計測用画像を補間することができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、計測装置によって散乱光の画像を取得する際に、光源から第１光量及び第２光量の光を射出する場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば第２光量よりも大きな光量の第３光量の光によって散乱光の画像を取得するようにしても構わないし、さらに大きな光量の光によって散乱光の画像を複数段階取得するようにしても構わない。

また、上記実施形態では、撮像素子の検出可能な最大の光量値が２５６段階のうち２５５である場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば所定の閾値を設定してこの閾値を検出可能な最大の光量値としても構わない。

また、上記実施形態では、被検物のうち他の領域に比べて散乱光の光量が小さい所定の領域を検出する場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば被検物のうち他の領域に比べて散乱光の光量が大きい所定の領域を検出しても構わない。

本発明の第１実施形態に係る計測装置の概略構成を示す正面図である。本実施形態に係る計測装置の概略構成を示す平面図である。本実施形態に係る計測装置の対象である被検物の構成を示す平面図である。本実施形態に係る計測装置によって取得される画像を示す図である。同、画像を示す図である。本発明の第２実施形態に係る計測装置の概略構成を示す正面図である。本発明の第３実施形態に係る計測装置の概略構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係る計測装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

Ｍ、Ｎ、Ｑ、Ｒ…被検物１…計測装置１０…光源１１…画像取得装置１２…制御装置２０…模様２１…ブローホール２２…フラックス１０１、２０１、３０１…形状計測装置１０２…パターン投影装置１０３、２０３、３０３…計測装置

Claims

第１光量で被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得する工程と、
前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が小さい第１領域を検出する工程と
を含み、
前記第１光量は、前記被検物のうち前記他の領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量である
ことを特徴とする計測方法。
前記被検物のうち前記他の領域における前記第１散乱光の光量に基づいて、前記第１光量を予め設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
前記第１領域の検出結果を表示する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の計測方法。
前記第１光量よりも大きい第２光量で前記被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第２散乱光の第２画像を取得する工程と、
前記第２画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第２散乱光の光量が小さい第２領域を検出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の計測方法。
前記被検物のうち前記他の領域における前記第２散乱光の光量に基づいて、前記第２光量を予め設定する
ことを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
前記第２領域の検出結果を表示する
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の計測方法。
前記第１領域と前記第２領域とが共通する領域を抽出する
ことを特徴とする請求項４から請求項６のうちいずれか一項に記載の計測方法。
前記共通する領域の抽出結果を表示する
ことを特徴とする請求項７に記載の計測方法。
前記被検物は、金属によって構成されており、
前記第１領域は、フラックスとブローホールとを含み、
前記第２領域は、ブローホールを含む
ことを特徴とする請求項４から請求項８のうちいずれか一項に記載の計測方法。
前記被検物は、金属によって構成されており、
前記共通する領域は、ブローホールを含む
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の計測方法。
第１光量で被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得する工程と、
前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が大きい第１領域を検出する工程と
を含み、
前記第１光量は、前記第１領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量である
ことを特徴とする計測方法。
被検物の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記形状計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測方法であって、
第１光量で前記被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得する工程と、
前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が小さい第１領域を検出する工程と、
前記検出の結果に基づいて、前記形状計測用画像を補正する工程と
を含み、
前記第１光量は、前記被検物のうち前記他の領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量である
ことを特徴とする形状計測方法。
前記第１光量よりも大きい第２光量で前記被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第２散乱光の第２画像を取得する工程と、
前記第２画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第２散乱光の光量が小さい第２領域を検出する工程と、
前記検出の結果に基づいて、前記形状計測用画像を補正する工程と
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の形状計測方法。
前記第１光量よりも大きい第２光量で前記被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第２散乱光の第２画像を取得する工程と、
前記第２画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第２散乱光の光量が小さい第２領域を検出する工程と、
前記第１領域と前記第２領域とが共通する領域を抽出する工程と、
前記抽出の結果に基づいて、前記形状計測用画像を補正する工程と
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の形状計測方法。
前記補正は、前記形状計測用画像の補間である
ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のうちいずれか一項に記載の形状計測方法。
前記補正は、前記形状計測用画像に対する所定情報の追加である
ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のうちいずれか一項に記載の形状計測方法。
前記補正は、前記形状計測用画像の更新である
ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のうちいずれか一項に記載の形状計測方法。
光切断法、パターン投影法又はＳＦＦ法のいずれか手法によって前記形状計測用画像を取得する
ことを特徴とする請求項１２から請求項１７のうちいずれか一項に記載の形状計測方法。
被検物の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記形状計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測方法であって、
第１光量で前記被検物に光を照射する工程と、
前記被検物上で散乱された第１散乱光の第１画像を画像取得装置によって取得する工程と、
前記第１画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記第１散乱光の光量が大きい第１領域を検出する工程と、
前記検出の結果に基づいて、前記形状計測用画像を補正する工程と
を含み、
前記第１光量は、前記第１領域において、前記第１散乱光の光量が前記画像取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような光量である
ことを特徴とする形状計測方法。
光を被検物へ向けて射出する光源と、
前記被検物上で散乱された散乱光の画像を取得する取得装置と、
前記散乱光の画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が小さい所定の領域を検出する制御装置と
を備え、
前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能である
ことを特徴とする計測装置。
前記光源は、前記第１光量よりも大きい第２光量の光を射出可能である
ことを特徴とする請求項２０に記載の計測装置。
前記第１光量の光を射出して前記制御装置によって検出された第１領域と、前記第２光量の光を射出して前記制御装置によって検出された第２領域とが共通する領域を抽出する抽出部を備える
ことを特徴とする請求項２１に記載の計測装置。
光を被検物へ向けて射出する光源と、
前記被検物上で散乱された散乱光の画像を取得する取得装置と、
前記散乱光の画像に基づいて、前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が大きい所定の領域を検出する制御装置と
を備え、
前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能である
ことを特徴とする計測装置。
被検物の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記形状計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測装置であって、
光を被検物へ向けて射出する光源と、
前記被検物上で散乱された散乱光の画像を取得する取得装置と、
前記散乱光の画像に基づいて前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が小さい所定の領域を検出すると共に、前記検出の結果に基づいて前記形状計測用画像を補正する制御装置と
を備え、
前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能である
ことを特徴とする形状計測装置。
前記光源は、前記第１光量よりも大きい第２光量の光を射出可能である
ことを特徴とする請求項２４に記載の形状計測装置。
前記第１光量の光を射出して前記制御装置によって検出された第１領域と、前記第２光量の光を射出して前記制御装置によって検出された第２領域とが共通する領域を抽出する抽出部を備える
ことを特徴とする請求項２５に記載の形状計測装置。
前記制御装置は、前記抽出の結果に基づいて前記形状計測用画像を補正する
ことを特徴とする請求項２６に記載の形状計測装置。
前記補正は、前記形状計測用画像の補間である
ことを特徴とする請求項２４から請求項２７のうちいずれか一項に記載の形状計測装置。
前記補正は、前記形状計測用画像に対する所定情報の追加である
ことを特徴とする請求項２４から請求項２７のうちいずれか一項に記載の形状計測装置。
前記補正は、前記形状計測用画像の更新である
ことを特徴とする請求項２４から請求項２７のうちいずれか一項に記載の形状計測装置。
光切断法、パターン投影法又はＳＦＦ法のいずれか手法によって前記形状計測用画像を取得する
ことを特徴とする請求項２４から請求項３０のうちいずれか一項に記載の形状計測装置。
被検物の形状を計測するための形状計測用画像を取得し、前記形状計測用画像に基づいて前記被検物の形状を計測する形状計測装置であって、
光を被検物へ向けて射出する光源と、
前記被検物上で散乱された散乱光の画像を取得する取得装置と、
前記散乱光の画像に基づいて前記被検物のうち他の領域に比べて前記散乱光の光量が大きい所定の領域を検出すると共に、前記検出の結果に基づいて前記形状計測用画像を補正する制御装置と
を備え、
前記光源は、前記散乱光の光量が前記取得装置の検出可能な光量よりも大きくなるような第１光量の光を射出可能である
ことを特徴とする形状計測装置。