JP2016038292A - Measuring device and manufacturing method - Google Patents

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Takanori Uemura
卓典 植村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring device capable of determining the position of an edge of a specimen highly accurately by reflection illumination, and to provide a manufacturing method.SOLUTION: Information of a temporary position of an edge of a specimen is acquired, and an illumination area is set on a surface on one side of the temporary position by using the temporary position as a boundary. Then, an image of the specimen is acquired in an illumination state for illuminating a surface of the specimen in the defocused state from a focal position in an imaging optical system, and the position of the edge of the specimen is determined from the acquired image.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、被検物を計測する計測装置及び製造方法に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus and a manufacturing method for measuring a test object.

被検物を測定して、被検物の寸法、公差や角度などの形状情報を算出する計測装置のひとつに画像測定機がある。画像測定機は、被検物を照明する照明装置と、照明された被検物からの光を結像させる結像光学系と被検物の画像を取得する取得部を有する。画像測定機は被検物を撮像して被検物の画像を取得し、画像の強度分布のデータから被検物のエッジを検出し、検出した複数のエッジの間の距離を算出することによって、被検物の寸法を計測する。   An image measuring machine is one of measuring apparatuses that measure a test object and calculate shape information such as dimensions, tolerances, and angles of the test object. The image measuring machine includes an illuminating device that illuminates the test object, an imaging optical system that forms an image of light from the illuminated test object, and an acquisition unit that acquires an image of the test object. The image measuring machine captures the test object, acquires an image of the test object, detects the edge of the test object from the intensity distribution data of the image, and calculates the distance between the detected edges Measure the dimensions of the specimen.

照明装置による照明方式として、結像光学系や取得部に対して、被検物を後方から照明する透過照明や、被検物を前方から照明する反射照明がある。反射照明には、被検物を被検面に対して垂直方向から照明する同軸落射照明や、被検物を取り囲むリング状の光を被検物に斜入射させるリング照明などの方式がある。   Illumination methods using an illuminating device include transmission illumination for illuminating a test object from the rear and reflection illumination for illuminating the test object from the front with respect to the imaging optical system and acquisition unit. As the reflected illumination, there are methods such as coaxial epi-illumination that illuminates the test object from a direction perpendicular to the test surface, and ring illumination that causes the ring-shaped light surrounding the test object to be incident obliquely on the test object.

このような照明方式の中で、反射照明では透過照明よりも高精度にエッジの位置を測定できないという問題がある。この理由の一つは、反射照明の場合、被検物の表面の加工痕や粗さによって、被検物の画像の強度に大きなバラつきが発生し、画像処理によるエッジ位置の算出誤差が大きくなるからである。被検物内の凸部や非貫通穴など、透過照明で照明することができない部分を測定する場合は反射照明を使用せざるを得ず、反射照明により高精度に測定することができないことは問題である。   Among such illumination methods, there is a problem that the position of the edge cannot be measured with higher accuracy than with the transmission illumination in the reflection illumination. One reason for this is that, in the case of reflected illumination, the intensity of the image of the test object varies greatly due to the processing marks and roughness of the surface of the test object, and the edge position calculation error due to image processing increases. Because. When measuring parts that cannot be illuminated with transmitted illumination, such as protrusions and non-through holes in the test object, reflected illumination must be used, and it is impossible to measure with high accuracy using reflected illumination. It is a problem.

この問題を解決するための技術が特許文献１又は２に開示されている。特許文献１の画像測定機では、被検物のエッジと交差するようにストライプ状に被検物を照明して、焦点位置にある表面では狭い幅で照明し、デフォーカスした位置にある表面では広い幅で照明している。特許文献２では、透過照明と反射照明で測定したエッジ位置を比較して補正係数を決定し、反射照明で測定したエッジ位置を補正する技術が開示されている。   A technique for solving this problem is disclosed in Patent Document 1 or 2. In the image measuring machine of Patent Document 1, the test object is illuminated in a stripe shape so as to intersect with the edge of the test object, the surface at the focal position is illuminated with a narrow width, and the surface at the defocused position is illuminated. The lighting is wide. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228620 discloses a technique for determining a correction coefficient by comparing edge positions measured with transmitted illumination and reflected illumination, and correcting the edge position measured with reflected illumination.

特開２０１２−１３２９１０号公報JP 2012-132910 A 特開２０１２−１９８２０８号公報JP 2012-198208 A

反射照明でエッジ位置を精度よく測定できない理由として、被検物のエッジ以外の領域（表面）で散乱された光のうち、エッジにおける面取りや角Ｒ（アール）の部分で反射される光の影響があることが分かった。このような光が結像光学系に取り込まれると、取得部により取得された画像においてエッジ近傍の光強度分布が変化し、画像処理によって算出されるエッジ位置がシフトしてしまう。   The reason why the edge position cannot be measured accurately with reflected illumination is the influence of the light reflected by the chamfered edge and the corner R (R) of the scattered light in the region (surface) other than the edge of the test object. I found out that When such light is taken into the imaging optical system, the light intensity distribution near the edge changes in the image acquired by the acquisition unit, and the edge position calculated by image processing shifts.

特許文献１に記載の画像測定機では、焦点位置にある表面とデフォーカスした位置にある表面を同時に照明している。そのため、デフォーカスした位置にある表面で散乱された光のうちエッジにおける面取りや角Ｒの部分で反射される光の影響がある。特許文献２に記載の反射照明でも同様の問題が生じうる。   In the image measuring machine described in Patent Document 1, the surface at the focal position and the surface at the defocused position are illuminated simultaneously. Therefore, there is an influence of chamfering at the edge or light reflected at the corner R among the light scattered on the surface at the defocused position. The same problem can occur in the reflective illumination described in Patent Document 2.

また、特許文献２に記載の技術では、被検物の性質（素材や色など）や、被検物の状態（表面粗さや加工痕、被検物の厚みなど）によって、補正係数を変える必要があるため、補正係数の調整作業が大きな負担である。   In the technique described in Patent Document 2, it is necessary to change the correction coefficient depending on the property (material, color, etc.) of the specimen and the state of the specimen (surface roughness, processing trace, thickness of the specimen, etc.). Therefore, adjustment of the correction coefficient is a heavy burden.

そこで、本発明は、反射照明により高精度に被検物のエッジの位置を求めることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain the position of the edge of a test object with high accuracy by reflected illumination.

上記課題を解決する本発明の一側面としての被検物を計測する計測装置は、前記被検物を照明する光を出射する照明光領域が変更可能な照明部と、前記照明部により照明された前記被検物で反射された光を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された前記被検物の画像を取得する取得部と、演算部とを有し、前記演算部は、前記被検物のエッジの仮位置の情報を取得し、前記照明部の照明光領域において前記仮位置に対応する位置を前記照明光領域の境界として、前記仮位置に対応する位置の片側の一部分に前記照明光領域を設定して、前記結像光学系の焦点位置からデフォーカスした前記被検物の面を照明する照明状態において、前記取得部が前記被検物の画像を取得し、前記演算部は、前記照明状態において前記取得部が取得した前記被検物の画像から前記被検物のエッジの位置を求めることを特徴とする。   A measuring apparatus for measuring a test object according to an aspect of the present invention that solves the above-described problems is illuminated by the illumination unit that can change an illumination light region that emits light that illuminates the test object, and the illumination unit. An imaging optical system that forms an image of the light reflected by the test object, an acquisition unit that acquires an image of the test object imaged by the imaging optical system, and a calculation unit; The calculation unit acquires information on a temporary position of the edge of the test object, and corresponds to the temporary position with a position corresponding to the temporary position in the illumination light region of the illumination unit as a boundary of the illumination light region. In the illumination state in which the illumination light region is set in a part of one side of the position and the surface of the test object defocused from the focal position of the imaging optical system is illuminated, the acquisition unit images the test object The calculation unit is configured so that the acquisition unit is in the lighting state. Obtained was said from the image of the object and obtains the position of an edge of the object.

本発明によれば、反射照明により高精度に被検物のエッジの位置を求めることができる。   According to the present invention, the position of the edge of the test object can be obtained with high accuracy by reflected illumination.

計測装置の概略図を示す図である。It is a figure which shows the schematic of a measuring device. 第１実施形態における計測フローを示す図である。It is a figure which shows the measurement flow in 1st Embodiment. 第１の照明状態と第１の画像を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 1st illumination state and a 1st image. エッジ位置の誤差が発生する原因を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cause which the error of an edge position generate | occur | produces. 第２の照明状態と第２の画像を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 2nd illumination state and a 2nd image. エッジ位置の誤差が低減される理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason that the error of an edge position is reduced. 照明領域の幅とエッジ位置のずれ量の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the width | variety of an illumination area, and the deviation | shift amount of an edge position. 第２実施形態における計測フローを示す図である。It is a figure which shows the measurement flow in 2nd Embodiment.

（第１実施形態）
図１に、画像測定機１０の概略図を示す。画像測定機１０は、被検物１０１を照明する照明装置１１０、被検物１０１の画像を取得するための受光部１２０、演算部１３１、制御部１３２、ステージ制御部１３３、ステージ１３４を有する。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic diagram of an image measuring machine 10. The image measuring machine 10 includes an illumination device 110 that illuminates the test object 101, a light receiving unit 120 for acquiring an image of the test object 101, a calculation unit 131, a control unit 132, a stage control unit 133, and a stage 134.

照明装置１１０（照明部）は、光源１１１、空間光変調器１１２、レンズ１１３を有する。光源１１１は、例えばＬＥＤやランプ、蛍光灯である。空間光変調器１１２は、例えば、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ）、又はＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）であり、光源１１１からの光の空間的な光強度分布、つまり、被検物を照明する光を出射する照明光領域を変更することができる。空間光変調器１１２は制御部１３２によって動作が制御される。空間光変調器１１２によって空間的に光強度が調整された光はレンズ１１３によってコリメートされ、受光部１２０のハーフミラー１２３に入射する。照明装置１１０から導入された光はハーフミラー１２３によって反射され、第１のレンズ群１２２ａによって集光されて被検物１０１を照明する。レンズ１１３と第１のレンズ群１２２ａにより結像光学系が構成され、その結像光学系により照明光領域からの光が焦点位置に結像される。結像光学系の焦点面には照明光領域と同様の照明領域が形成され、被検物１０１は照明光領域から出射した光で照明される。受光部１２０は、被検物１０１によって反射または散乱された光を受光する光検出器１２１（画像取得部）と、被検物１０１の像を光検出器１２１に結像するための結像光学系１２２を有する。光検出器１２１には例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳを用いることができる。結像光学系１２２は、第１のレンズ群１２２ａと第２のレンズ群１２２ｂから成り、第１のレンズ群１２２ａと第２のレンズ群１２２ｂの間にはハーフミラー１２３が配置されている。図１では、第１のレンズ群１２２ａと第２のレンズ群１２２ｂを簡略的に１つのレンズで示している。なお、第１のレンズ群１２２ａと第２のレンズ群１２２ｂは、全てがレンズであるものに限らず、部分的に、あるいは全ての光学素子がミラーから構成されていても良い。   The illumination device 110 (illumination unit) includes a light source 111, a spatial light modulator 112, and a lens 113. The light source 111 is, for example, an LED, a lamp, or a fluorescent lamp. The spatial light modulator 112 is, for example, a transmissive liquid crystal panel, a reflective liquid crystal panel (LCOS), or a DMD (digital micromirror device), and the spatial light intensity distribution of light from the light source 111, that is, It is possible to change the illumination light region that emits light that illuminates the test object. The operation of the spatial light modulator 112 is controlled by the control unit 132. The light whose light intensity is spatially adjusted by the spatial light modulator 112 is collimated by the lens 113 and enters the half mirror 123 of the light receiving unit 120. The light introduced from the illumination device 110 is reflected by the half mirror 123 and is condensed by the first lens group 122a to illuminate the test object 101. An imaging optical system is configured by the lens 113 and the first lens group 122a, and light from the illumination light region is imaged at the focal position by the imaging optical system. An illumination area similar to the illumination light area is formed on the focal plane of the imaging optical system, and the test object 101 is illuminated with light emitted from the illumination light area. The light receiving unit 120 includes a photodetector 121 (image acquisition unit) that receives light reflected or scattered by the test object 101, and imaging optics for forming an image of the test object 101 on the photodetector 121. It has a system 122. For example, a CCD or CMOS can be used for the photodetector 121. The imaging optical system 122 includes a first lens group 122a and a second lens group 122b, and a half mirror 123 is disposed between the first lens group 122a and the second lens group 122b. In FIG. 1, the first lens group 122a and the second lens group 122b are simply shown as one lens. It should be noted that the first lens group 122a and the second lens group 122b are not limited to being all lenses, and some or all of the optical elements may be composed of mirrors.

被検物１０１によって反射された光は、結像光学系１２２に取り込まれ、ハーフミラー１２３を透過して、被検物１０１の像が光検出器１２１に結像される。空間光変調器１１２の照明光領域から出射された光はレンズ１１３と第１のレンズ群１２２ａからなる結像光学系の焦点面に結像し、その焦点面にある被検面で反射した光は光検出器１２１の受光面上に結像する。したがって、空間光変調器１１２の照明光領域（画素）の位置と光検出器１２１の受光面上の画素の位置との対応関係は予め定められている。   The light reflected by the test object 101 is taken into the imaging optical system 122, passes through the half mirror 123, and an image of the test object 101 is formed on the photodetector 121. The light emitted from the illumination light region of the spatial light modulator 112 forms an image on the focal plane of the imaging optical system including the lens 113 and the first lens group 122a, and is reflected by the test surface on the focal plane. Forms an image on the light receiving surface of the photodetector 121. Therefore, the correspondence between the position of the illumination light region (pixel) of the spatial light modulator 112 and the position of the pixel on the light receiving surface of the photodetector 121 is determined in advance.

被検物１０１はステージ１３４上に載置される。ステージ１３４は、ステージ制御部１３３の指令に基づいて制御され、アクチュエータによって３軸方向に駆動可能である。ステージ１３４が結像光学系１２２の光軸１２４に平行な方向に移動することにより、被検物１０１の表面を結像光学系１２２の焦点位置に合わせられるようになっている。また、ステージ１３４が結像光学系１２２の光軸１２４に垂直な方向に移動することにより、結像光学系１２２の視野よりも大きな被検物を移動させながら、被検物の複数の箇所を測定することができる。   The test object 101 is placed on the stage 134. The stage 134 is controlled based on a command from the stage control unit 133 and can be driven in three axial directions by an actuator. By moving the stage 134 in a direction parallel to the optical axis 124 of the imaging optical system 122, the surface of the test object 101 can be adjusted to the focal position of the imaging optical system 122. Further, the stage 134 moves in a direction perpendicular to the optical axis 124 of the imaging optical system 122, thereby moving a test object larger than the field of view of the imaging optical system 122 while moving a plurality of locations on the test object. Can be measured.

光検出器１２１によって撮像された被検物１０１の画像のデータは、演算部１３１に転送される。演算部１３１は被検物の画像から画像処理によって被検物の面のエッジ（端、縁、輪郭）を検出し、エッジの位置を算出する。そして、演算部１３１はエッジの位置から寸法、幾何公差、角度、直交度や真円度などの被検物の形状情報を算出する。演算部１３１は液晶モニタやブラウン管などの表示手段を備えており、ユーザーが結果を確認できるように算出した形状情報を表示する。また、演算部１３１はさらにハードディスクやＳＳＤなどの記憶手段を備えており、算出した形状情報の記憶・読み出しができるようになっている。   Data of the image of the test object 101 captured by the photodetector 121 is transferred to the calculation unit 131. The computing unit 131 detects edges (edges, edges, contours) of the surface of the test object by image processing from the image of the test object, and calculates the position of the edge. Then, the calculation unit 131 calculates shape information of the test object such as dimensions, geometrical tolerance, angle, orthogonality, and roundness from the edge position. The calculation unit 131 includes display means such as a liquid crystal monitor and a cathode ray tube, and displays the shape information calculated so that the user can confirm the result. The calculation unit 131 further includes storage means such as a hard disk or an SSD, and can store and read out the calculated shape information.

被検物１０１として、ここでは図１に示されるような角Ｒ１０１ｅを有する凸部を有する凸型形状の部品を測定する場合について説明する。ただし、このような単純な形状の部品の測定に限定されるものではなく、より複雑な形状の部品の測定にも適用することができる。被検物１０１は異なる高さの表面１０１ａ（第１面）と表面１０１ｂ（第２面）を有しており、ここでは側面１０１ｃと側面１０１ｄの間、つまり、表面１０１ａと角Ｒ１０１ｅを含む幅の寸法を測定する場合について詳細に説明する。被検物１０１の下側から照明しても、被検物自体で光が遮られて表面１０１ａの部分は照明されないので、表面１０１ａを透過照明により測定できない。そのため、被検物１０１を、上方、つまり、結像光学系の側から照明して測定する必要がある。   Here, a description will be given of the case where a convex shaped part having a convex part having an angle R101e as shown in FIG. However, it is not limited to the measurement of such a simple shaped part, but can be applied to the measurement of a more complicated shaped part. The test object 101 has a surface 101a (first surface) and a surface 101b (second surface) having different heights, and here, the width between the side surface 101c and the side surface 101d, that is, the width including the surface 101a and the corner R101e. The case of measuring the dimensions will be described in detail. Even if illumination is performed from the lower side of the test object 101, light is blocked by the test object itself, and the surface 101a portion is not illuminated. Therefore, the surface 101a cannot be measured by transmitted illumination. Therefore, it is necessary to measure the object 101 by illuminating it from above, that is, from the imaging optical system side.

図２乃至図７を用いて、第１実施形態において、被検物１０１の形状情報が測定されるプロセスについて説明する。図２は第１実施形態における測定のフローを示した図である。測定を開始するとまず、被検物を第１の照明状態で照明するように制御部１３２によって空間光変調器１１２を制御する（Ｓ１０１）。具体的には、図３（ａ）に示されるように、空間光変調器１１２を構成する画素１１２ａが全て光を透過する状態になるように空間光変調器１１２を制御する。そして、その状態の空間光変調器１１２により、被検物の表面１０１ａおよび１０１ｂおよび角Ｒ１０１ｅのすべての領域を照明する。この照明状態を第１の照明状態とする。   A process of measuring shape information of the test object 101 in the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram showing a measurement flow in the first embodiment. When the measurement is started, first, the spatial light modulator 112 is controlled by the control unit 132 so as to illuminate the test object in the first illumination state (S101). Specifically, as shown in FIG. 3A, the spatial light modulator 112 is controlled so that all the pixels 112a constituting the spatial light modulator 112 are in a state of transmitting light. Then, the spatial light modulator 112 in that state illuminates all the areas of the surfaces 101a and 101b and the corner R101e of the test object. This illumination state is defined as a first illumination state.

次に、ステージ制御部１３３によってステージ１３４が上下に駆動制御され、測定機のオートフォーカス機能によって被検物１０１の表面へのピント合わせが行われる（Ｓ１０２）。側面１０１ｃと側面１０１ｄの間の幅の寸法を測定する場合、図３（ｂ）に示されるように受光部１２０の結像光学系のフォーカス面（焦点位置）１２５と被検物の表面１０１ａが一致するようにピントが合わせられる。   Next, the stage 134 is driven up and down by the stage controller 133, and the surface of the test object 101 is focused by the autofocus function of the measuring machine (S102). When measuring the width dimension between the side surface 101c and the side surface 101d, as shown in FIG. 3B, the focus surface (focal position) 125 of the imaging optical system of the light receiving unit 120 and the surface 101a of the test object are Focus is adjusted to match.

次に、照明装置１１０により第１の照明状態で照明された被検物やステージ１３４で反射された光を結像光学系１２２で光検出器１２１の受光面に結像させて、光検出器１２１によって第１の画像１４０を取得する（Ｓ１０３）。図３（ｃ）は第１の照明状態で取得した第１の画像１４０を表す図である。図３（ｃ）で示される領域１４１は被検物１０１に対応する画像領域である。領域１４２はステージ１３４に対応する画像領域である。領域１４１ａは被検物の表面１０１ａおよび角Ｒ１０１ｅに対応する画像領域であり、領域１４１ｂは被検物の表面１０１ｂに対応する画像領域である。   Next, the test object illuminated in the first illumination state by the illumination device 110 and the light reflected by the stage 134 are imaged on the light receiving surface of the photodetector 121 by the imaging optical system 122, and the photodetector The first image 140 is acquired by 121 (S103). FIG. 3C is a diagram illustrating the first image 140 acquired in the first illumination state. An area 141 shown in FIG. 3C is an image area corresponding to the test object 101. An area 142 is an image area corresponding to the stage 134. The area 141a is an image area corresponding to the surface 101a and the corner R101e of the test object, and the area 141b is an image area corresponding to the surface 101b of the test object.

図３（ｄ）は、図３（ｃ）で示される破線Ａにおける画像の断面強度プロファイルである。範囲１４３ａのプロファイルは被検物の表面１０１ａおよび角Ｒ１０１ｅで反射された光の強度分布に対応し、範囲１４３ｂのプロファイルは被検物の表面１０１ｂで反射された光の強度分布に対応する。範囲１４３ａでは、強度の変動（バラつき）が大きい。これは被検物の表面１０１ａの粗さや加工痕などのテクスチャの影響により、表面上の場所によって反射される光の強度が大きく変わるためである。被検物の表面１０１ｂについても同様に、テクスチャの影響により場所によって、反射される光の強度が変動する。しかし、表面１０１ｂに対応する断面強度プロファイルの範囲１４３ｂでは、強度の変動は比較的小さい。これは、表面１０１ｂは表面１０１ａに比べて、結像光学系のフォーカス面１２５に対して遠い位置にあるので、ピントが外れることにより画像がぼやけてテクスチャの影響が平滑化されるためである。   FIG. 3D is a cross-sectional intensity profile of the image taken along the broken line A shown in FIG. The profile in the range 143a corresponds to the intensity distribution of light reflected from the surface 101a and the angle R101e of the test object, and the profile in the range 143b corresponds to the intensity distribution of light reflected from the surface 101b of the test object. In the range 143a, the intensity fluctuation (variation) is large. This is because the intensity of the reflected light varies greatly depending on the location on the surface due to the influence of the texture such as the roughness of the surface 101a of the test object and the processing marks. Similarly, on the surface 101b of the test object, the intensity of the reflected light varies depending on the location due to the influence of the texture. However, in the range 143b of the cross-sectional intensity profile corresponding to the surface 101b, the intensity variation is relatively small. This is because the surface 101b is located farther from the focus surface 125 of the imaging optical system than the surface 101a, so that the image is blurred and the influence of the texture is smoothed by being out of focus.

図３（ｄ）に示される破線の近傍は、被検物１０１のエッジ、つまり、側面１０１ｃと側面１０１ｄに対応する位置を表している。このエッジに対応する位置では、画像の強度が小さくなる。これは、角Ｒ１０１ｅにおける反射や散乱や側面１０１ｃ、１０１ｄによって形成される影によって、結像光学系１２２に取り込まれる光の強度が小さくなるためである。エッジに対応する位置の画像強度は、角Ｒ１０１ｅの大きさ、又は、エッジにおける段差、つまり、表面１０１ａと表面１０１ｂの高さの差に依存する。   The vicinity of the broken line shown in FIG. 3D represents the edge of the test object 101, that is, the position corresponding to the side surface 101c and the side surface 101d. At the position corresponding to this edge, the intensity of the image is reduced. This is because the intensity of light taken into the imaging optical system 122 is reduced by reflection and scattering at the angle R101e and shadows formed by the side surfaces 101c and 101d. The image intensity at the position corresponding to the edge depends on the size of the corner R101e or the step at the edge, that is, the height difference between the surface 101a and the surface 101b.

光検出器１２１によって取得された画像は演算部１３１に転送され、演算部１３１は画像処理によって少なくともひとつのエッジを検出し、エッジの位置を算出する（Ｓ１０４）。エッジ検出にはキャニー法などの、サブピクセル精度が得られるアルゴリズムが用いられる。例えば、ガウシアンフィルターなどによって画像を平滑化した後に、微分演算を行なうことによって、エッジ位置が算出される。図３（ｄ）に示される破線は検出したエッジの位置１４３ｃ、１４３ｄを表す。後述するように、ここで算出されたエッジの位置には誤差があるため、仮の位置とする。   The image acquired by the light detector 121 is transferred to the calculation unit 131, and the calculation unit 131 detects at least one edge by image processing and calculates the position of the edge (S104). For edge detection, an algorithm that can obtain subpixel accuracy, such as the Canny method, is used. For example, the edge position is calculated by performing differentiation after smoothing the image with a Gaussian filter or the like. The broken lines shown in FIG. 3D represent the detected edge positions 143c and 143d. As will be described later, since there is an error in the position of the edge calculated here, it is set as a temporary position.

エッジ位置の算出精度は、エッジに対応する位置におけるコントラストとエッジ周辺の画像のノイズ（強度のバラつき）に依存する。第１の照明状態では表面１０１ａと表面１０１ｂおよび角Ｒ１０１ｅのすべての領域が照明されるため、エッジに対応する位置で高い画像のコントラストが得られない。さらに、領域１４１ａでは画像の強度バラつきが大きいため、第１の画像からは、高い精度でエッジ位置を算出することができない。   The calculation accuracy of the edge position depends on the contrast at the position corresponding to the edge and noise (intensity variation) of the image around the edge. In the first illumination state, all areas of the surface 101a, the surface 101b, and the corner R101e are illuminated, so that a high image contrast cannot be obtained at a position corresponding to the edge. Furthermore, since the intensity variation of the image is large in the region 141a, the edge position cannot be calculated with high accuracy from the first image.

このように高い精度でエッジ位置を算出することができない原因として、被検物の角Ｒや面取り部分で反射される光の影響がある。図４を用いて、この影響について説明する。被検物１０１は、照明光１６０によって、表面１０１ａと表面１０１ｂおよび角Ｒ１０１ｅ上の照明領域１６１が照明されている。表面１０１ｂの粗さが大きい場合、照明光１６０は表面１０１ｂによって反射され、広い角度範囲に散乱光１６２が発生する。一部の散乱光１６２ａは、角Ｒ１０１ｅに向かい、角Ｒ１０１ｅによって反射されて、結像光学系１２２の取込角１６５の内部に偏向される光線１６３が生成される。角Ｒ１０１ｅで反射された光線１６３が結像光学系１２２に取り込まれると、光検出器１２１によって取得された画像において、エッジに対応する位置の部分の光強度が大きくなってしまう。その結果、第１の画像では、画像処理によって検出されるエッジ位置が真の位置からずれてしまい、高精度に測定することができなくなる。   The reason why the edge position cannot be calculated with such high accuracy is the influence of the light reflected at the corner R of the test object or the chamfered portion. This effect will be described with reference to FIG. The object 101 is illuminated by the illumination light 160 in the illumination areas 161 on the surfaces 101a and 101b and the corner R101e. When the roughness of the surface 101b is large, the illumination light 160 is reflected by the surface 101b, and scattered light 162 is generated in a wide angle range. A part of the scattered light 162a is directed to the angle R101e and is reflected by the angle R101e to generate a light beam 163 that is deflected inside the capture angle 165 of the imaging optical system 122. When the light beam 163 reflected by the angle R101e is taken into the imaging optical system 122, the light intensity at the position corresponding to the edge in the image acquired by the photodetector 121 becomes large. As a result, in the first image, the edge position detected by the image processing is shifted from the true position, so that it cannot be measured with high accuracy.

そこで、本実施形態ではＳ１０５〜Ｓ１０８を行う。   Therefore, S105 to S108 are performed in the present embodiment.

まず、演算部１３１は、算出したエッジの仮の位置を境界として分割される２つの領域のうち、どちらにピントが合っているのか、フォーカスの判定を行う（Ｓ１０５）。図３（ｄ）の画像の断面強度プロファイルから、図３（ｃ）の領域１４１ａはピントが合っており、領域１４１ｂ乃至領域１４２はピントが外れていることが分かる。そのため、エッジの仮位置１４３ｃの右側にある領域１４１ａにピントが合っていて、エッジの仮位置１４３ｃの左側にある領域１４１ｂにピントが合っていないと判定する。また、エッジの仮位置１４３ｄの左側にある領域１４１ａにピントが合っていて、エッジの仮位置１４３ｄの右側にある領域１４１ｂにピントが合っていないと判定する。なお、Ｓ１０２におけるオートフォーカスにより表面１０１ａ（領域１４１ａ）にピントが合っているという情報がメモリに記憶されているなど、その情報が予め存在すれば、このフォーカス判定を行う必要はない。   First, the calculation unit 131 determines a focus on which of two regions divided using the calculated temporary position of the edge as a boundary (S105). From the cross-sectional intensity profile of the image in FIG. 3D, it can be seen that the region 141a in FIG. 3C is in focus and the regions 141b to 142 are out of focus. Therefore, it is determined that the area 141a on the right side of the temporary edge position 143c is in focus and the area 141b on the left side of the edge temporary position 143c is not in focus. Further, it is determined that the region 141a on the left side of the temporary edge position 143d is in focus and the region 141b on the right side of the temporary edge position 143d is not in focus. It should be noted that if information such as information indicating that the surface 101a (area 141a) is in focus is stored in the memory by autofocusing in S102, this focus determination need not be performed.

次に、第１の照明状態とは異なる第２の照明状態で被検物を照明するように制御部１３２によって空間光変調器１１２を制御する（Ｓ１０６）。図５（ａ）に示すように、被検物の側面１０１ｃおよび１０１ｄの近傍の領域に対応する画素１１２ｂ、１１２ｃが光を透過する状態、その領域以外に対応する画素が光を透過しない状態に設定する。光を透過する画素１１２ｂ、１１２ｃが照明光領域である。照明光領域は、被検物１０１のエッジの仮位置に対応する位置を照明光領域の境界として仮位置に対応する位置の片側（デフォーカス側）の一部分に設定される。このように照明光領域を設定することにより、エッジの仮位置に対応する位置を境界として一方の側にある領域と他方の側にある領域のうちフォーカス面１２５から遠い領域の被検物のエッジ近傍の一部分が局所的に照明される照明領域が形成される。フォーカス面１２５から遠い領域かどうかは、Ｓ１０５の判定に基づいて決定される。例えば、画素１１２ｂは、被検物１０１のエッジの仮位置１４３ｃの左側にある領域１４１ｂにある面の一部分を結像光学系の焦点位置からデフォーカスした状態で局所的に照明する。また、画素１１２ｃは、被検物１０１のエッジの仮位置１４３ｄの右側にある領域１４１ｂにある面の一部分を結像光学系の焦点位置からデフォーカスした状態で局所的に照明する。この照明状態を第２の照明状態とする。この照明状態では、照明装置１１０は、図５（ｂ）に示すようにエッジの仮位置を境界として仮位置の片側にある面の一部分を照明するように、照明領域を設定する。   Next, the spatial light modulator 112 is controlled by the control unit 132 so as to illuminate the test object in a second illumination state different from the first illumination state (S106). As shown in FIG. 5A, the pixels 112b and 112c corresponding to the regions in the vicinity of the side surfaces 101c and 101d of the test object transmit light, and the pixels corresponding to other regions do not transmit light. Set. The pixels 112b and 112c that transmit light are illumination light regions. The illumination light area is set to a part of one side (defocus side) of the position corresponding to the temporary position with the position corresponding to the temporary position of the edge of the test object 101 as the boundary of the illumination light area. By setting the illumination light area in this way, the edge of the object in the area far from the focus plane 125 out of the area on one side and the area on the other side with the position corresponding to the temporary position of the edge as a boundary. An illumination area is formed in which a portion of the neighborhood is locally illuminated. Whether the region is far from the focus surface 125 is determined based on the determination in S105. For example, the pixel 112b locally illuminates a part of the surface in the region 141b on the left side of the temporary position 143c of the edge of the test object 101 in a state where it is defocused from the focal position of the imaging optical system. In addition, the pixel 112c locally illuminates a part of the surface in the region 141b on the right side of the temporary position 143d of the edge of the test object 101 in a state where it is defocused from the focal position of the imaging optical system. This illumination state is defined as a second illumination state. In this illumination state, the illumination device 110 sets an illumination area so as to illuminate a part of the surface on one side of the temporary position with the temporary position of the edge as a boundary, as shown in FIG.

次に、照明装置１１０により第２の照明状態で照明された被検物１０１で反射された光を結像光学系１２２で光検出器１２１の受光面に結像させて、光検出器１２１によって第２の画像１５０を取得する（Ｓ１０７）。   Next, the light reflected by the test object 101 illuminated in the second illumination state by the illumination device 110 is imaged on the light receiving surface of the photodetector 121 by the imaging optical system 122, and the photodetector 121 The second image 150 is acquired (S107).

図５（ｃ）は第２の照明状態で取得した第２の画像１５０を表す図である。領域１５１は被検物１０１に対応する画像領域である。領域１５１ａは、照明装置１１０によって照明されていない領域であり、画像は暗くなる。一方、被検物の側面１０１ｃおよび１０１ｄの近傍に対応する画像領域１５１ｂ、１５１ｃは、照明装置１１０によって局所的に照明されているため、明るい画像が得られる。   FIG. 5C illustrates the second image 150 acquired in the second illumination state. An area 151 is an image area corresponding to the test object 101. The area 151a is an area that is not illuminated by the illumination device 110, and the image becomes dark. On the other hand, since the image regions 151b and 151c corresponding to the vicinity of the side surfaces 101c and 101d of the test object are locally illuminated by the illumination device 110, a bright image is obtained.

図５（ｄ）は、図５（ｃ）で示される破線Ｂにおける画像の断面強度プロファイルである。範囲１５３ａは、被検物の表面１０１ａに対応し、被検物の表面１０１ａからの光の強度分布である。範囲１５３ｂ、１５３ｃは領域１５１ｂ、１５１ｃに対応し、表面１０１ｂのうち局所的に照明された領域から光の強度分布である。範囲１５３ｄは被検物の表面１０１ｂのうち照明されなかった領域からの光の強度分布である。   FIG. 5D is a cross-sectional intensity profile of the image taken along the broken line B shown in FIG. A range 153a corresponds to the surface 101a of the test object and is an intensity distribution of light from the surface 101a of the test object. The ranges 153b and 153c correspond to the regions 151b and 151c, and are light intensity distributions from the locally illuminated regions of the surface 101b. A range 153d is an intensity distribution of light from an unilluminated region of the surface 101b of the test object.

範囲１５３ａでは、強度はほぼゼロである。これは照明装置１１０によって被検物の表面１０１ａが照明されていないためである。一方、範囲１５３ｂでは、強度は大きな値となる。これは、被検物の表面１０１ｂのエッジ近傍の領域が照明装置１１０によって局所的に照明されているためである。範囲１５３ｃは、範囲１５３ａと同様に照明装置１１０によって照明されないため、強度がほぼゼロとなる。   In the range 153a, the intensity is almost zero. This is because the surface 101a of the test object is not illuminated by the illumination device 110. On the other hand, in the range 153b, the intensity is a large value. This is because the area near the edge of the surface 101b of the test object is locally illuminated by the illumination device 110. Like the range 153a, the range 153c is not illuminated by the illumination device 110, and thus the intensity is almost zero.

光検出器１２１によって取得された第２の画像は演算部１３１に転送され、演算部１３１は画像処理によって少なくともひとつのエッジを検出し、エッジの位置を算出する（Ｓ１０８）。エッジ位置の算出精度は、エッジのコントラストとエッジ周辺の画像のノイズ（強度のバラつき）に依存する。領域１５１ａではほぼ強度がゼロである一方、領域１５１ｂでは強度が大きな値となっているため、第２の画像では非常に高いエッジのコントラストが得られる。このため、第２の画像から算出されたエッジ位置は、第１の画像から算出されたエッジ位置に比べて、誤差が小さい。エッジの位置を算出する方法として、例えば、画像の強度分布について微分演算を行って、微分値のピーク位置をエッジ位置として算出する方法がある。図５（ｄ）に、そのような方法で算出されたエッジの位置１５３ｃ、１５３ｄを示す。   The second image acquired by the photodetector 121 is transferred to the calculation unit 131, and the calculation unit 131 detects at least one edge by image processing and calculates the position of the edge (S108). The calculation accuracy of the edge position depends on the contrast of the edge and the noise (intensity variation) of the image around the edge. In the area 151a, the intensity is almost zero, while in the area 151b, the intensity is a large value. Therefore, a very high edge contrast is obtained in the second image. For this reason, the edge position calculated from the second image has a smaller error than the edge position calculated from the first image. As a method of calculating the edge position, for example, there is a method of performing a differential operation on the intensity distribution of the image and calculating the peak position of the differential value as the edge position. FIG. 5D shows edge positions 153c and 153d calculated by such a method.

また、エッジ近傍を局所的に照明することによって、角Ｒや面取り部で反射される光の影響を小さくすることができる。この効果について、図６を用いて説明する。第１の照明状態を表す図４とは異なり、第２の照明状態では、被検物の側面１０１ｃおよび１０１ｄの近傍のみを照明する。被検物１０１は、照明光領域からの照明光１７０によって、表面１０１ｂのエッジ近傍の照明領域１７１が照明されている。照明領域１７１は表面１０１ｂの全体面積に比べて小さい。表面１０１ｂの粗さが大きい場合、照明光１７０は表面１０１ｂによって散乱され、広い角度範囲に散乱光１７２が発生する。一部の散乱光は角Ｒ１０１ｅに向かうが、照明領域１７１が小さいため、角Ｒ１０１ｅによって反射されて結像光学系１２２取込角１６５の内部に取り込まれる光は第１の照明状態と比較して少ない。このため、表面１０１ｂ全体の広い領域を照明して得られる第１の画像と比較して、第２の画像では、画像処理によって算出されるエッジ位置の真の位置からのずれが小さく、高精度にエッジの位置を求めることができる。   Further, by locally illuminating the vicinity of the edge, it is possible to reduce the influence of light reflected at the corner R or the chamfered portion. This effect will be described with reference to FIG. Unlike FIG. 4 showing the first illumination state, in the second illumination state, only the vicinity of the side surfaces 101c and 101d of the test object is illuminated. In the test object 101, the illumination area 171 near the edge of the surface 101b is illuminated by illumination light 170 from the illumination light area. The illumination area 171 is smaller than the entire area of the surface 101b. When the roughness of the surface 101b is large, the illumination light 170 is scattered by the surface 101b, and scattered light 172 is generated in a wide angle range. Although some of the scattered light is directed to the corner R101e, the illumination area 171 is small, so that the light reflected by the corner R101e and captured inside the imaging optical system 122 capture angle 165 is compared with the first illumination state. Few. Therefore, compared with the first image obtained by illuminating a wide area of the entire surface 101b, the second image has a small deviation from the true position of the edge position calculated by image processing, and high accuracy. The position of the edge can be obtained.

次に、第２の照明状態において局所的に照明される照明領域１７１の幅について説明する。図７に、被検物のエッジにおける段差ｈと照明領域１７１の幅ｄとの比に対するエッジ位置のずれ量をシミュレーションした結果を示す。計算は、エッジにおける角Ｒの曲率半径を０．２ｍｍとして行った。段差ｈの大きさが一定の場合、照明領域１７１の幅ｄが大きくなるとともに、エッジ位置のずれ量が大きくなることが分かる。エッジ位置のずれ量は、被検物の表面粗さによって異なり、破線は散乱角が５°、一点鎖線は散乱角が１０°、点線は散乱角が１５°の結果を表す。被検物の表面が粗く、散乱角が大きいほど、エッジ位置のずれ量も大きくなる。図７から、表面粗さが大きな場合（例えば、散乱角１５°）でもエッジ位置のずれ量を０．５μｍ以下にしたい場合、ｄ／ｈを０．２５以下にする必要があることが分かる。つまり、被検物のエッジにおける段差ｈが１０ｍｍの場合、照明領域１７１の幅ｄを２．５ｍｍ以下にする必要がある。これらの結果を元に検討したところ、照明領域１７１の幅ｄ（ｍｍ）は、ｄ＜２５００×ｈ×ｒ×Δｘという条件に設定することが好ましいことが分かった。ここで、ｈ（ｍｍ）はエッジにおける段差、ｒ（ｍｍ）は角Ｒまたは面取りの大きさ、Δｘ（ｍｍ）はエッジ位置の許容誤差を表す。角Ｒの大きさは曲率半径、面取りの大きさはＣ面の大きさによって定義される。この式に、角Ｒの曲率半径ｒが０．２ｍｍ、段差ｈが１０ｍｍ、エッジ位置の許容誤差Δｘが０．５μｍという条件を代入すると、ｄ＜２．５ｍｍが得られる。   Next, the width of the illumination area 171 that is locally illuminated in the second illumination state will be described. FIG. 7 shows a result of simulating the shift amount of the edge position with respect to the ratio between the step h at the edge of the test object and the width d of the illumination area 171. The calculation was performed with the radius of curvature of the corner R at the edge being 0.2 mm. It can be seen that when the size of the step h is constant, the width d of the illumination region 171 increases and the amount of deviation of the edge position increases. The shift amount of the edge position varies depending on the surface roughness of the test object. The broken line represents the scattering angle of 5 °, the alternate long and short dash line represents the scattering angle of 10 °, and the dotted line represents the scattering angle of 15 °. As the surface of the test object is rougher and the scattering angle is larger, the deviation amount of the edge position is larger. FIG. 7 shows that even when the surface roughness is large (for example, the scattering angle is 15 °), d / h needs to be set to 0.25 or less in order to make the shift amount of the edge position 0.5 μm or less. That is, when the level difference h at the edge of the test object is 10 mm, the width d of the illumination region 171 needs to be 2.5 mm or less. As a result of examination based on these results, it was found that the width d (mm) of the illumination region 171 is preferably set to a condition of d <2500 × h × r × Δx. Here, h (mm) represents the step at the edge, r (mm) represents the angle R or chamfer size, and Δx (mm) represents the tolerance of the edge position. The size of the corner R is defined by the radius of curvature, and the size of the chamfer is defined by the size of the C surface. If the condition that the radius of curvature r of the corner R is 0.2 mm, the level difference h is 10 mm, and the allowable error Δx of the edge position is 0.5 μm, d <2.5 mm is obtained.

次に、演算部１３１は、算出したエッジ位置の情報を用いて、被検物１０１の形状情報を算出する（Ｓ１０９）。具体的には、領域１５１ａと領域１５１ｂの境界に対応する複数のエッジ位置の間の距離を算出し、被検物１０１の側面１０１ｃと側面１０１ｄの間の寸法とする。   Next, the calculation unit 131 calculates the shape information of the test object 101 using the calculated edge position information (S109). Specifically, the distance between a plurality of edge positions corresponding to the boundary between the region 151a and the region 151b is calculated and set as the dimension between the side surface 101c and the side surface 101d of the test object 101.

次に、被検物１０１の別の場所の寸法や形状を測定するか判断する（Ｓ１１０）。これは、演算部１３１のディスプレイ上に表示して対話形式でユーザーが選択できるようにしてもよいし、予め作成したティーチングプログラムから判断しても良い。被検物１０１の別の場所を測定する場合は、再びＳ１０１に戻り第１の照明状態に設定した後、被検物１０１の別の場所でオートフォーカスを行う。別の場所で測定を行わない場合は、測定を終了する。   Next, it is determined whether to measure the size and shape of another location of the test object 101 (S110). This may be displayed on the display of the calculation unit 131 so that the user can select it interactively, or may be determined from a teaching program created in advance. When measuring another location of the test object 101, the process returns to S101 again to set the first illumination state, and then autofocus is performed at another location of the test object 101. If the measurement is not performed at another location, the measurement is terminated.

本実施形態では、被検物１０１の側面１０１ｃと側面１０１ｄの間の寸法のみを測定する場合について説明したが、本発明はこのような測定対象に限定されるものではなく、より多くの寸法を測定したり、より複雑な被検物を測定したりする場合に適用できる。例えば、被検物の複数の場所について寸法を測定する場合は、それぞれの測定したいエッジの近傍を逐次的に局所的に照明することにより、迷光の影響を最小限に抑えて高精度にエッジ位置を測定することができる。また、被検物の測定すべき場所の複数が同一のフォーカス平面上にある場合は、複数の測定したいエッジの近傍を同一の焦点位置で同時に局所的に照明しても良い。この場合、エッジ周辺が局所的に照明されるので迷光の発生は最小限に抑えられるとともに、照明の切り替えおよび画像の取得に要する時間を短縮することができる。また、被検物のエッジの形状にも限定されない。例えば、被検物のエッジは直線的であっても、円弧状であっても、自由形状の曲線であっても良い。   In the present embodiment, the case where only the dimension between the side surface 101c and the side surface 101d of the test object 101 is measured has been described. However, the present invention is not limited to such a measurement target, and more dimensions are possible. It can be applied when measuring or measuring more complex specimens. For example, when measuring the dimensions of multiple locations on the test object, the edge position is highly accurate with minimal effects of stray light by locally illuminating the vicinity of each edge to be measured sequentially and locally. Can be measured. Further, when a plurality of locations to be measured of the test object are on the same focus plane, the vicinity of the plurality of edges to be measured may be locally illuminated simultaneously at the same focal position. In this case, since the periphery of the edge is locally illuminated, the generation of stray light can be minimized, and the time required for switching illumination and acquiring an image can be shortened. Further, the shape of the edge of the test object is not limited. For example, the edge of the test object may be a straight line, an arc shape, or a free-form curve.

以上のように、本実施形態によれば、面取りや角Ｒがある被検物についても、反射照明により高精度にエッジの位置を求めることができる。   As described above, according to the present embodiment, the position of the edge can be obtained with high accuracy by reflected illumination even for a test object having a chamfer or a corner R.

（第２実施形態）
第２実施形態は第１実施形態と比較して、被検物１０１の形状を測定するフローが異なる。第２実施形態は、測定前に被検物１０１の寸法や幾何公差などの形状情報が既知であり、同じ形状の異なる部品（同じ型番の部品）を繰り返し測定する場合に用いられる。図８は第２実施形態における測定のフローを示した図である。 (Second Embodiment)
The second embodiment is different from the first embodiment in the flow for measuring the shape of the test object 101. The second embodiment is used when shape information such as dimensions and geometric tolerances of the test object 101 is known before measurement, and different parts (parts having the same model number) having the same shape are repeatedly measured. FIG. 8 is a diagram showing a measurement flow in the second embodiment.

第２実施形態の測定では、まず、画像測定機１０と被検物１０１の位置合わせを行って、ステージ１３４上における被検物１０１の位置や角度を演算部１３１が取得する（Ｓ２０１）。位置合わせには公知の技術が用いられる。例えば、被検物１０１を治具によって保持し、治具を画像測定機１０のステージ１３４上にある不図示の突き当て部に突き当てることによって、画像測定機１０と被検物１０１の位置合わせが行われる。あるいは、不図示の透過照明によって被検物１０１を下側から照明して画像を取得し、被検物の輪郭を算出することにより、画像測定機１０と被検物１０１の相対的な位置と角度の情報が取得される。透過照明を用いて画像を取得する場合は、輪郭部のコントラストが高くなるようにオートフォーカスなどにより予めピントを合わせておくことが好ましい。あるいは、被検物１０１を照明装置１１０によって上方から照明して画像を取得し、既知の形状情報とのパターンマッチングにより画像測定機１０と被検物１０１の相対的な位置と角度を算出しても良い。   In the measurement of the second embodiment, first, the image measuring machine 10 and the test object 101 are aligned, and the calculation unit 131 acquires the position and angle of the test object 101 on the stage 134 (S201). A known technique is used for alignment. For example, the test object 101 is held by a jig, and the jig is brought into contact with a not-shown abutting portion on the stage 134 of the image measuring machine 10 to thereby align the image measuring machine 10 and the test object 101. Is done. Alternatively, the relative position between the image measuring machine 10 and the test object 101 is obtained by illuminating the test object 101 from below with transmitted illumination (not shown) to obtain an image and calculating the contour of the test object. Angle information is acquired. When an image is acquired using transmitted illumination, it is preferable to focus in advance by autofocus or the like so that the contrast of the contour portion becomes high. Alternatively, the object 101 is illuminated from above with the illumination device 110 to obtain an image, and the relative position and angle between the image measuring machine 10 and the object 101 are calculated by pattern matching with known shape information. Also good.

次に、演算部１３１は、ハードディスクやＳＳＤなどの記憶手段に記憶された被検物１０１の形状情報を読み出す（Ｓ２０２）。記憶手段に記憶された被検物１０１の形状情報は、ＣＡＤデータなどの設計データや、計測装置で予め低精度に計測された形状などである。読み出された形状情報には、被検物のエッジ位置の情報が含まれる。   Next, the calculation unit 131 reads shape information of the test object 101 stored in a storage unit such as a hard disk or an SSD (S202). The shape information of the test object 101 stored in the storage means is design data such as CAD data, or a shape measured in advance with low accuracy by a measuring device. The read shape information includes information on the edge position of the test object.

次に、演算部１３１は、Ｓ２０１で取得した被検物１０１の位置や角度の情報、および、Ｓ２０２で読み出した被検物の形状情報を参照して、画像測定機１０の視野内における被検物１０１のエッジの仮位置を算出する（Ｓ２０３）。   Next, the calculation unit 131 refers to the information on the position and angle of the test object 101 acquired in S201 and the shape information of the test object read out in S202, and performs a test within the field of view of the image measuring machine 10. The temporary position of the edge of the object 101 is calculated (S203).

次に、ステージ制御部１３３によってステージ１３４が上下に駆動制御され、公知のオートフォーカス技術によって測定するエッジ周辺の表面にピント合わせが行われる（Ｓ２０４）。   Next, the stage 134 is driven up and down by the stage controller 133, and focusing is performed on the surface around the edge measured by a known autofocus technique (S204).

次に、演算部１３１は、測定するエッジを境界として一方の側にある領域と他方の側にある領域のうち、どちらにピントが合っているのか、フォーカスの判定を行う（Ｓ２０５）。次に、制御部１３２によって照明装置１１０が局所的照明状態になるように制御される（Ｓ２０６）。第１実施形態と同様に、第２の照明状態となるように制御される。具体的には、図４（ａ）に示されるように、空間光変調器１１２を構成する画素１１２ａのうち、被検物の表面１０１ａに対応する領域にある画素が、光を透過しない状態に設定される。これによって、被検物１０１のエッジを境界として分割される２つの領域のうち、結像光学系１２２のフォーカス面１２５から遠い領域について、エッジ境界と近接する領域が局所的に照明される。つまり、図５（ｂ）に示すように、照明装置１１０はエッジの仮位置を境界として仮位置の片側にある面の一部分を照明する。   Next, the calculation unit 131 determines the focus on which one of the region on one side and the region on the other side is in focus with the edge to be measured as a boundary (S205). Next, the illumination device 110 is controlled by the control unit 132 so as to be in a local illumination state (S206). Similar to the first embodiment, the second illumination state is controlled. Specifically, as shown in FIG. 4A, among the pixels 112a constituting the spatial light modulator 112, the pixels in the region corresponding to the surface 101a of the test object are in a state that does not transmit light. Is set. As a result, of the two regions that are divided with the edge of the test object 101 as the boundary, the region that is close to the edge boundary is locally illuminated in the region far from the focus surface 125 of the imaging optical system 122. That is, as shown in FIG. 5B, the illumination device 110 illuminates a part of the surface on one side of the temporary position with the temporary position of the edge as a boundary.

次に、局所的照明状態で、光検出器１２１によって画像が取得される（Ｓ２０７）。表面１０１ｂは表面１０１ａに比べて、受光部１２０のフォーカス面１２５に対して遠い位置にあるので、ピントが外れることにより画像がぼやけてテクスチャの影響が平滑化される。   Next, an image is acquired by the photodetector 121 in the local illumination state (S207). Since the surface 101b is farther from the focus surface 125 of the light receiving unit 120 than the surface 101a, the image is blurred and the influence of the texture is smoothed by being out of focus.

光検出器１２１によって取得された画像は演算部１３１に転送され、演算部１３１は、画像処理によってエッジの位置を算出する（Ｓ２０８）。エッジ位置の算出精度は、第１実施形態と同様に、ピントが合った領域の画像はほぼ強度がゼロである一方、ピントが外れた領域の画像は強度が大きな値となっているため、非常に高いエッジのコントラストが得られる。さらに、角Ｒからの迷光の影響が小さいため、エッジの位置を高精度に算出することができる。   The image acquired by the photodetector 121 is transferred to the calculation unit 131, and the calculation unit 131 calculates the position of the edge by image processing (S208). As with the first embodiment, the edge position calculation accuracy is very high because the image in the focused area has almost zero intensity, while the image in the out-of-focus area has a high intensity value. High edge contrast can be obtained. Further, since the influence of stray light from the corner R is small, the edge position can be calculated with high accuracy.

次に、演算部１３１が、算出したエッジ位置の情報を用いて、被検物１０１の形状情報を算出する（Ｓ２０９）。次に、被検物１０１の別の場所の寸法や形状を測定するか判断する（Ｓ２１０）。被検物１０１の別の部分を測定する場合は、再びＳ２０３に戻り測定する別の場所のエッジの仮位置を算出した後、オートフォーカスを行う。別の場所で測定を行わない場合は、測定を終了する。   Next, the calculation unit 131 calculates the shape information of the test object 101 using the calculated edge position information (S209). Next, it is determined whether to measure the size and shape of another location of the test object 101 (S210). When measuring another part of the test object 101, the process returns to S203 again to calculate the temporary position of the edge of another place to be measured, and then performs autofocus. If the measurement is not performed at another location, the measurement is terminated.

以上のように、第２実施形態によれば、面取りや角Ｒがある被検物についても、反射照明により高精度にエッジの位置を求めることができる。   As described above, according to the second embodiment, the position of the edge can be obtained with high accuracy by reflected illumination even for a test object having a chamfer or a corner R.

高さが異なる複数の場所を焦点位置に合わせて複数回測定する場合、第１実施形態の測定フローでは各場所で第１の照明状態での画像と第２の照明状態での画像を取得する必要がある。一方、第２実施形態の測定フローでは既知の被検物の形状情報を利用することにより、各場所で局所的照明状態のみの画像を取得すれば良い。したがって、形状が複雑で、高さが異なる多数の場所で測定が必要な被検物について繰り返し測定を行う場合は、第２実施形態の測定フローが好適である。   When a plurality of places having different heights are measured a plurality of times in accordance with the focal position, in the measurement flow of the first embodiment, an image in the first illumination state and an image in the second illumination state are acquired at each place. There is a need. On the other hand, in the measurement flow of the second embodiment, it is only necessary to acquire an image of only the local illumination state at each location by using known shape information of the test object. Therefore, the measurement flow of the second embodiment is suitable when the measurement is repeatedly performed on the specimens that need to be measured at a large number of places having complicated shapes and different heights.

＜物品の製造方法の実施形態＞
本実施形態における物品の製造方法は、例えば、ギアなどの金属部品や光学素子等の物品を製造するために用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の計測装置を用いて、上記物品である被検物の寸法などの形状を計測する工程と、かかる工程における計測結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の形状を計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて、被検物の形状が設計値など所望の形状になるように当該被検物を加工する。上記計測装置により高精度に被検物の形状を計測できるため、本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、少なくとも物品の加工精度の点で有利である。また、上記計測装置により高精度に計測された被検物の形状情報を用いて製造装置が物品を製造することもできる。 <Embodiment of Method for Manufacturing Article>
The method for manufacturing an article in the present embodiment is used, for example, to manufacture an article such as a metal part such as a gear or an optical element. The method for manufacturing an article according to this embodiment uses the above-described measurement device to measure a shape such as a dimension of the specimen that is the article, and to process the specimen based on the measurement result in the process. Process. For example, the shape of the test object is measured using a measuring device, and the test object is processed based on the measurement result so that the shape of the test object becomes a desired shape such as a design value. Since the shape of the test object can be measured with high accuracy by the measuring device, the article manufacturing method of the present embodiment is advantageous in at least the processing accuracy of the article as compared with the conventional method. In addition, the manufacturing apparatus can manufacture an article using the shape information of the test object measured with high accuracy by the measuring apparatus.

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。例えば、ステージやステージ制御部を画像測定機とは別の装置として構成してもよい。オートフォーカスは、ステージ上下移動だけに限らず、結像光学系と光検出器とを一体的に上下動することにより行っても、結像光学系の焦点距離を変えることにより行ってもよい。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary. For example, the stage and the stage control unit may be configured as an apparatus different from the image measuring machine. The auto focus is not limited to the vertical movement of the stage, but may be performed by moving the imaging optical system and the photodetector up and down integrally or by changing the focal length of the imaging optical system.

Claims (10)

被検物を計測する計測装置であって、
前記被検物を照明する光を出射する照明光領域が変更可能な照明部と、
前記照明部により照明された前記被検物で反射された光を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像された前記被検物の画像を取得する取得部と、
演算部とを有し、
前記演算部は、前記被検物のエッジの仮位置の情報を取得し、
前記照明部の照明光領域において前記仮位置に対応する位置を前記照明光領域の境界として、前記仮位置に対応する位置の片側の一部分に前記照明光領域を設定して、前記結像光学系の焦点位置からデフォーカスした前記被検物の面を照明する照明状態において、前記取得部が前記被検物の画像を取得し、
前記演算部は、前記照明状態において前記取得部が取得した前記被検物の画像から前記被検物のエッジの位置を求めることを特徴とする計測装置。 A measuring device for measuring a test object,
An illumination unit capable of changing an illumination light region that emits light that illuminates the test object; and
An imaging optical system that forms an image of light reflected by the test object illuminated by the illumination unit;
An acquisition unit for acquiring an image of the test object imaged by the imaging optical system;
An arithmetic unit,
The calculation unit obtains information on a temporary position of the edge of the test object,
In the illumination light area of the illumination unit, the illumination optical area is set in a part of one side of the position corresponding to the temporary position, with the position corresponding to the temporary position as a boundary of the illumination light area, and the imaging optical system In the illumination state that illuminates the surface of the test object defocused from the focal position, the acquisition unit acquires the image of the test object,
The measuring device is characterized in that the position of the edge of the test object is obtained from the image of the test object acquired by the acquisition unit in the illumination state. 前記照明部は、前記仮位置の一方の側にある被検物の面と他方の側にある被検物の面のうち前記結像光学系の焦点位置から遠い面の一部分を照明するように前記照明光領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。   The illumination unit illuminates a part of a surface far from the focal position of the imaging optical system among the surface of the object on one side of the temporary position and the surface of the object on the other side. The measurement apparatus according to claim 1, wherein the illumination light region is set. 前記演算部は、前記取得部が取得した前記被検物の画像から、前記被検物のエッジの仮位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit obtains a temporary position of an edge of the test object from an image of the test object acquired by the acquisition unit. 前記被検物は高さが異なる第１面と第２面を有し、
前記演算部は、前記被検物の第１面を前記結像光学系の焦点位置に合わせた状態で前記第１面と前記第２面を照明して前記取得部が取得した前記被検物の画像から、前記被検物のエッジの仮位置を求め、
前記照明状態において、前記被検物の第１面を前記結像光学系の焦点位置に合わせた状態で前記第２面の一部分を該設定された照明光領域で照明する、ことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。 The test object has a first surface and a second surface having different heights,
The said operation part illuminates the said 1st surface and the said 2nd surface in the state which match | combined the 1st surface of the said test object with the focus position of the said imaging optical system, and the said test object which the said acquisition part acquired From the image of, obtain the temporary position of the edge of the test object,
In the illumination state, a part of the second surface is illuminated with the set illumination light region in a state where the first surface of the test object is aligned with the focal position of the imaging optical system. The measuring device according to claim 3. 前記演算部は、被検物の位置の情報と、前記被検物の既知の形状情報と、から被検物のエッジの仮位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。   The measurement according to claim 1, wherein the calculation unit obtains a temporary position of an edge of the test object from information on the position of the test object and known shape information of the test object. apparatus. 前記照明部は、前記照明光領域の幅を、被検物のエッジにおける段差、被検物のエッジにおける角の曲率半径又は面取りの大きさ、及び、算出されるエッジの位置の許容誤差に基づいて設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の計測装置。   The illumination unit determines the width of the illumination light region based on a step at the edge of the test object, a radius of curvature or a chamfer size of the corner of the test object edge, and a tolerance of the calculated edge position. The measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is set. 前記照明部は、前記照明光領域からの光で前記被検物の面上に形成される照明領域の幅をｄ（ｍｍ）、被検物のエッジにおける段差をｈ（ｍｍ）、被検物のエッジにおける角の曲率半径又は面取りの大きさをｒ（ｍｍ）、算出されるエッジの位置の許容誤差をΔｘ（ｍｍ）とすると、ｄ＜２５００×ｈ×ｒ×Δｘを満たすように前記照明領域の幅を設定することを特徴とする請求項６に記載の計測装置。   The illumination unit has a width of an illumination area formed on the surface of the test object by light from the illumination light area d (mm), a step at the edge of the test object h (mm), and the test object If the radius of curvature or chamfer size of the corner of the edge is r (mm), and the tolerance of the calculated edge position is Δx (mm), the illumination is set so as to satisfy d <2500 × h × r × Δx. The measurement apparatus according to claim 6, wherein a width of the region is set. 前記演算部は、被検物の複数のエッジの位置を求め、複数のエッジの間の距離から被検物の形状情報を算出することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の計測装置。   The said calculating part calculates | requires the position of the some edge of a test object, and calculates the shape information of a test object from the distance between some edges, The any one of Claim 1 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. The measuring device described. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の計測装置を用いて物品の形状を計測する計測工程と、
前記計測工程による計測結果を用いて前記物品を加工する工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。 A measuring step of measuring the shape of the article using the measuring device according to claim 1;
And a step of processing the article using a measurement result obtained by the measurement step. 被検物を計測する計測方法であって、
前記被検物のエッジの仮位置の情報を取得する工程と、
前記被検物を照明する光を出射する照明部の照明光領域において前記仮位置に対応する位置を前記照明光領域の境界として、前記仮位置に対応する位置の片側の一部分に前記照明光領域を設定して、結像光学系の焦点位置からデフォーカスした前記被検物の面を照明する照明状態において、前記被検物を照明する工程と、
前記照明状態において該照明された前記被検物で反射された光を前記結像光学系により結像させる工程と、
前記照明状態において該結像された前記被検物の画像を取得する工程と、
前記照明状態において該取得した前記被検物の画像から前記被検物のエッジの位置を求める工程と、を備えることを特徴とする計測方法。 A measuring method for measuring a test object,
Obtaining information on the temporary position of the edge of the test object;
In the illumination light area of the illumination unit that emits light that illuminates the test object, the position corresponding to the temporary position is set as a boundary of the illumination light area, and the illumination light area is partially located on one side of the position corresponding to the temporary position. Illuminating the test object in an illumination state in which the surface of the test object defocused from the focal position of the imaging optical system is set;
Imaging the light reflected by the illuminated object in the illumination state by the imaging optical system;
Obtaining the image of the test object imaged in the illumination state;
Obtaining a position of an edge of the test object from the acquired image of the test object in the illumination state.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110470219A (en) * 2019-08-16 2019-11-19 福建农林大学 The out-of-focus image distance measuring method and device retained based on edge spectrum

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