JP3508368B2 - 画像測定機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、被検物の輪郭形
状の測定を行なう画像測定機に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の画像測定機としては、例
えば、ステージ上に載置された被検物の像を光学系を介
して上方から捉え、捉えた像の光強度分布に応じた電気
信号を出力するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラで捉えた
撮像範囲内に設定される指標内にある被検物の輪郭形状
のエッジを前記電気信号に基づく画像処理により検出
し、エッジ座標値を表す信号を出力する画像処理装置と
を備え、被検物の輪郭形状の測定を行なうものが知られ
ている。 【０００３】この画像測定機では、被検物の輪郭形状の
測定を行なう際に、エッジが直前に検出された複数の測
定点のエッジ座標値に基づいて次の測定目標点を設定
し、この測定目標点に対して指標の位置と角度方向を設
定し、その指標内にある輪郭形状のエッジを検出するこ
とを、輪郭形状に沿って複数の点について繰り返し行な
う。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、エッジが直前に検出された複数の測定点の
エッジ座標値のみに基づいて、次の測定目標点での指標
の角度方向をその測定目標点での予想した輪郭形状に対
して垂直に設定するために、輪郭形状の曲率変化が大き
い場合には、設定された指標の角度方向が測定目標点で
の輪郭形状に垂直な方向になっているとは限らない。こ
れによって、測定目標点において指標が輪郭形状に対し
て垂直な方向から傾いた状態でエッジを検出することに
なり、エッジの検出位置にばらつきが生じ、エッジ検出
の画像処理の精度が劣化してしまうという問題があっ
た。 【０００５】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は、輪郭形状の測定精度を向上させ
た画像測定機を提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明に係る画像測定機は、ステージ上
に載置された被検物の像を光学系を介して捉え、捉えた
像の光強度分布に応じた電気信号を出力する撮像手段
と、前記撮像手段で捉えた撮像範囲内に設定されるエッ
ジ検出領域内にある被検物の輪郭形状のエッジを前記電
気信号に基づく画像処理により検出し、エッジ座標値を
表す信号を出力する画像処理手段とを備え、前記輪郭形
状の測定を行なう画像測定機において、前記輪郭形状に
沿った複数の点の各々の前記エッジ検出領域の位置及び
方向を設定しながら、前記エッジが検出された各測定点
で前記エッジ座標値を前記画像処理部から取り込む第１
の測定部と、前記第１の測定部で取り込んだ前記各測定
点のエッジ座標値に基づき、前記各測定点での前記エッ
ジ検出領域の位置及び方向を表すティーチングデータを
作成するデータ作成部と、前記ティーチングデータに従
って前記輪郭形状を測定する第２の測定部とを備え、前
記データ作成部は、前記各測定点での前記エッジ検出領
域の方向を前記各測定点での前記輪郭形状の法線方向と
したティーチングデータを作成することを特徴とする。 【０００７】データ作成部が、第１の測定部で取り込ん
だ各測定点のエッジ座標値に基づき、各測定点でのエッ
ジ検出領域の位置及び方向を表すデータであって、各測
定点でのエッジ検出領域の方向をその点及びその前後の
点を含む複数の点から求めた輪郭形状の法線方向とした
ティーチングデータを作成し、第２の測定部がティーチ
ングデータに従って輪郭形状を測定する。そのため、輪
郭形状の曲率変化が大きい場合でも、指標の角度方向が
常に各測定点での輪郭形状に垂直な状態でエッジが検出
され、エッジの検出位置にばらつきが生じない。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 【０００９】図１はこの発明の一実施形態に係る画像測
定機を示すブロック図、図２は同画像測定機を示す概略
構成図である。 【００１０】画像測定機は、図１及び図２に示すよう
に、測定機本体１と制御ユニット２とを備えている。測
定機本体１には支持体３が、制御ユニット２にはモニタ
４がそれぞれ設けられている。 【００１１】測定機本体１は、支持体３のベース部３ａ
上に設けられたＸＹステージ５と、このステージ５の上
方に位置するように支持体３の支柱部３ｂに支持された
撮像部６とを備えている。 【００１２】ＸＹステージ５は、水平面内における直交
する２方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に移動可能である。こ
のステージ５の上面に、二次元的な輪郭形状を有しかつ
僅かな厚みを有する被検物（例えば図３に示すような被
検物）７が載置される。被検物７は、ベース部３ａに設
けられた透過照明光学系８又は撮像部６に設けられた落
射照明光学系９によって照明される（図２参照）。 【００１３】ＸＹステージ５には、図１に示すように、
入力されるステージ移動指令に基づきＸＹステージ５を
２方向に電動で移動させるＸＹステージ駆動部１０と、
ＸＹステージ５の座標を検出し、ステージ座標値を表わ
す信号を出力するステージ位置検出部１１とが設けられ
ている。ＸＹステージ駆動部１０は、ＸＹステージ５を
Ｘ軸及びＹ軸方向にそれぞれ駆動するＸ軸用モータ及び
Ｙ軸用モータ（図示略）を有する。ステージ位置検出部
１１は、ＸＹステージ５のＸ軸及びＹ軸方向の位置をそ
れぞれ検出するＸ軸用エンコーダ及びＹ軸用エンコーダ
（図示略）を有する。 【００１４】撮像部６には、落射照明光学系９の他に、
被検物７からの光を結像する結像光学系１２と、この光
学系１２により結像された被検物７の像を捉え（受
け）、捉えた像の光強度分布に応じた電気信号を出力す
るＣＣＤカメラ１３とが設けられている。結像光学系１
２の拡大倍率は、固定であっても、可変であってもよ
い。 【００１５】制御ユニット２は、図１に示すように、Ｃ
ＣＤカメラ１３から出力される電気信号が入力される画
像処理部２１と、輪郭形状測定部２２と、指標設定部２
３と、測定条件テーブル２４と、測定データテーブル２
５と、データ出力部２６とを備えている。制御ユニット
２は、それぞれ図示を省略したキーボードなどの入力装
置、入力回路、出力回路、中央演算処理回路などを有す
るコンピュータで構成されている。 【００１６】画像処理部２１は、ＣＣＤカメラ１３の各
画素から出力される電気信号を画像処理し、捉えた被検
物７の像をモニタ４のモニタ画面４ａ（図４参照）上に
画像として表示させるための画像信号をモニタ４へ出力
するように構成されている。また、画像処理部２１は、
指標設定部２３から出力される指標位置のデータを受
け、エッジの検出領域を示す指標（エッジ検出領域）１
５をモニタ画面４ａ上の前記指標位置のデータに対応す
る位置及び角度方向に表示させるための信号をモニタ４
へ出力するように構成されている。さらに、画像処理部
２１は、ＣＣＤカメラ１３から出力される電気信号を画
像処理し、指標１５内にある被検物７の輪郭形状７ａの
エッジを検出し、検出したエッジ点１６（図４参照）の
モニタ画面４ａ内での座標値（エッジ座標値）を輪郭形
状７ａに沿った各測定点１７（図３参照）について順次
検出し、各エッジ座標値のデータを輪郭形状測定部２２
へ出力するように構成されている。 【００１７】輪郭形状測定部２２は、被検物７の輪郭形
状７ａに沿ってある間隔で（例えば一定間隔で）各測定
点１７のエッジ座標値を取り込む測定を行なう。輪郭形
状測定部２２は、仮測定を行なうプレ測定部（第１の測
定部）５１と、測定指示データ作成部（ティチングデー
タ作成部）５２と、本測定を行なうリプレイ測定部５３
とから構成されている。 【００１８】プレ測定部５１は、被検物７の輪郭形状７
ａに沿って一定間隔で各測定点１７のエッジ座標値を取
り込むプレ測定（図５参照）を実行するように構成され
ている。プレ測定部５１は、プレ測定を行なうために、
指標１５の移動先である次の測定目標点１８（図７参
照）を設定し、この測定目標点１８に対応する指標１５
の位置及び測定目標方向３０（図７参照）に対して直交
する角度方向を表す指標設定指令を指標設定部２３に出
力すると共に、ステージ移動指令をＸＹステージ駆動部
１０に出力するように構成されている。 【００１９】また、プレ測定部５１は、画像処理部２１
から出力される各測定点のエッジ座標値と、ステージ位
置検出部１１から出力される各測定でのステージ座標値
とに基づき各測定点の座標値（測定点座標値）を演算
し、その演算結果を測定指示データ作成部５２へ順次出
力する演算部を備えている。この演算部は、下記の式で
表す演算を行なう。 【００２０】（測定点座標値）＝（ステージ座標値）＋
（エッジ座標値×モニタ画面補正値） ここで、モニタ画面補正値は、ＸＹステージ５上での寸
法とモニタ画面４ａ上での寸法との比である。 【００２１】測定指示データ作成部（以下、単にデータ
作成部という）５２は、プレ測定部５１から出力される
各測定点の測定点座標値をデータテーブルに保存する。 【００２２】データ作成部５２は、プレ測定部５１から
出力される各測定点の測定点座標値から（プレ測定部５
１で取り込んだ各測定点のエッジ座標値に基づき）、各
測定点での指標１５の位置及び方向を表す測定指示デー
タ（ティーチングデータ）を作成し、リプレイ測定部５
３へ出力すると共に記憶装置に記憶するように構成され
ている。データ作成部５２は、各測定点での指標１５の
方向を各測定点でのその点及びその前後の点を含む複数
の点から求めた輪郭形状の法線方向とする。 【００２３】各測定点での輪郭形状の法線方向を求める
方法として、エッジが検出された複数の測定点の各測定
点座標値から、直線補間、円弧補間、スプライン補間等
の形状補間を行なって求める方法がある。例えば、測定
点Ｐi での円弧補間による法線方向の算出は次のように
行なう。 【００２４】（１）測定点Ｐi-1 、Ｐi 、Ｐi+1 の３点
を通る円弧の中心Ｏを算出する。 【００２５】（２）測定点Ｐi と円弧の中心Ｏとを結ぶ
方向を法線方向とする。 【００２６】リプレイ測定部５３は、図６に示すリプレ
イ測定処理を実行するように構成されている。すなわ
ち、データ作成部５２から出力される測定指示データに
従って、各測定点毎に指標１５の位置と角度方向とを表
す指標設定指令を指標設定部２３に出力し、画像処理部
２１から各測定点のエッジ座標値を取り込み、各測定点
のエッジ座標値と各測定でのステージ座標値とに基づき
各測定点の測定点座標値を演算し、その演算結果を測定
データテーブル２５へ順次出力するように構成されてい
る。測定点座標値の演算は、プレ測定部５１の演算部で
の演算と同じである。 【００２７】指標設定部２３は、指標１５をプレ測定部
５１又はリプレイ測定部５３から出力される指標設定指
令により指定されたモニタ画面４ａ上の位置及び角度方
向に設定させるための指標位置のデータを、画像処理部
２１へ出力するようになっている。 【００２８】測定条件テーブル２４は、被検物７の輪郭
形状７ａの測定開始位置（最初の測定点）及び測定終了
位置（最後の測定点）の座標、測定開始位置での測定目
標方向、各測定点１７の間隔（例えば一定間隔で、図７
に示す測定ピッチＰ）をそれぞれ表すデータなどを含む
測定条件が予めキーボードなどにより入力されて記憶さ
れている。 【００２９】測定データテーブル２５は、リプレイ測定
部５３から出力される各測定点の座標値（測定点座標
値）のデータを格納する。 【００３０】データ出力部２６は、測定終了後に測定デ
ータテーブル２５に格納された測定データ（全測定点の
座標値）を表示又は印刷して出力するためのものであ
る。 【００３１】次に、上記構成を有する一実施形態の動作
を、図５、図６のフローチャート及び図７〜図９に基づ
いて説明する。 【００３２】まず、プレ測定部５１により実行されるプ
レ測定処理を説明する。 【００３３】図５に示す輪郭形状測定処理が開始される
と、ステップ１０１で、予め設定された測定開始位置と
測定終了位置の座標値をそれぞれ測定条件テーブル２４
から取り込む。 【００３４】次のステップ１０２では、ステップ１０１
で取り込んだ測定開始位置を、最初の測定目標点に設定
する。 【００３５】次のステップ１０３では、モニタ画面４ａ
上の測定目標点（ここではステップ１０２で設定された
最初の測定目標点）に指標１５がくるように指標１５を
移動させる。このとき、モニタ画面４ａ上において指標
１５が最初の測定目標点に表示される。 【００３６】次のステップ１０４では、指標１５内にあ
る輪郭形状７ａのエッジ点座標（ここでは最初の測定目
標点のエッジ点座標）を取り込む。すなわち、画像処理
部２１から出力される最初の測定目標点のエッジ座標値
を取り込む。 【００３７】次のステップ１０５では、ステージ位置検
出部１１から出力されるステージ座標値と、ステップ１
０４で取り込んだエッジ座標値とに基づき指標１５内に
ある測定点の座標値（測定点座標値：ここでは最初の測
定目標点の座標値）を演算する。すなわち、測定点座標
値演算部２７で前記式の演算を行なう。 【００３８】次のステップ１０６では、ステップ１０５
で演算した最初の測定点の測定点座標値をデータ作成部
５２のデータテーブルへ出力して保存する。 【００３９】次のステップ１０７では、次の測定目標点
を設定する。すなわち、直前にエッジが検出された直前
測定点（ここでは、最初の測定目標点）とその前にエッ
ジが検出された点を含む複数の点のエッジ座標値から次
の測定目標点１８とこの点での指標１５の角度方向とを
設定する。 【００４０】ステップ１０７での測定目標点１８の設定
方法としては、例えば次のような方法がある。図７に示
すように直前にエッジが検出された直前測定点１７ａの
前にエッジが検出された前々測定点１７ｂから直前測定
点１７ａへ向かう方向を測定目標方向３０とし、測定目
標点１８を測定目標方向３０に直前測定点１７ａから測
定ピッチＰだけ離れた位置に設定する。指標１５の角度
方向は、測定目標方向３０に対して垂直となる向きに設
定する。 【００４１】上記方法の他に測定目標点１８を設定する
方法として、直前測定点とその前の複数個の測定点のエ
ッジ座標値に基づき、円弧補間やスプライン補間などを
用いて予想輪郭形状を作り、この予想輪郭形状上で直前
測定点１７ａから測定ピッチＰだけ離れた位置に測定目
標点１８を設定する方法を用いてもよい。この場合、指
標１５の角度方向は測定目標点１８における予想輪郭形
状の法線方向に設定する。 【００４２】このような方法により、ステップ１０７に
おいて次の測定目標点１８とこの点での指標１５の角度
方向とを設定する。ここでは、直前測定点１７ａは最初
の測定目標点であり、前々測定点１７ｂは存在しない。
そのため、ステップ１０７において次の測定目標点（２
番目の測定目標点）１８とこの点での指標１５の角度方
向とを設定するために、最初の測定目標点（測定開始位
置）での測定目標方向を示すデータが測定条件テーブル
２４に予め記憶されている。このデータを使って２番目
の測定目標点１８とこの点での指標１５の角度方向とが
設定される。 【００４３】この設定後ステップ１０８へ進む。 【００４４】このステップ１０８では、終了条件を満た
したか否かを判定する。すなわち、ステップ１０７で設
定した次の測定目標点の座標がステップ１０１で取り込
んだ測定終了位置の座標値（最後の測定目標点の座標
値）を越えたか否かを判定する。ここでは、ステップ１
０８で設定した次の測定目標点は２番目の測定目標点で
あるので、ステップ１０８の判定結果はＮｏになり、ス
テップ１０３に戻る。 【００４５】ステップ１０３〜１０７を実行してステッ
プ１０８に進み、このステップ１０８の判定結果がＮｏ
であれば、ステップ１０３に戻る。 【００４６】このようにして、ステップ１０８の判定結
果がＮｏである間、ステップ１０３〜１０８を繰り返し
実行することにより、被検物７の輪郭形状７ａに沿って
一定間隔で指標１５を移動させながら測定を行ない、各
測定点の測定点座標値を演算し、その演算結果をデータ
作成部５２のデータテーブルに順次格納する。 【００４７】ステップ１０８の判定結果がＹｅｓになる
と、すなわち、ステップ１０７で設定した次の測定目標
点の座標値がステップ１０１で取り込んだ測定終了位置
の座標値（最後の測定目標点の座標値）を越えると、被
検物７の全ての輪郭形状７ａの測定が終了したことにな
るので、図５のプレ測定処理を終了する。 【００４８】データ作成部５２は、プレ測定部５１から
出力される各測定点の測定点座標値から、各測定点での
指標１５の位置及び方向を表す測定指示データを作成
し、リプレイ測定部５３へ出力する。データ作成部５２
は、上述した法線方向の算出方法により、各測定点での
指標１５の方向（図７に示す指標方向４０）を各測定点
での輪郭形状の法線方向とする。 【００４９】次に、リプレイ測定部５３により実行され
るリプレイ測定処理（図６参照）を説明する。 【００５０】図６に示すリプレイが開始されると、ステ
ップ２０１では、全測定指示データだけ繰り返したか否
かを判定する。すなわち、データ作成部５２で作成され
た測定指示データを、先頭のデータ（測定開始位置のデ
ータ）から最後のデータ（測定終了位置のデータ）まで
測定順に使用して測定を繰り返すことにより、測定が終
了したか否かを判定する。使用していない測定指示デー
タが残っていて測定が終了していない場合には、ステッ
プ２０１の判定結果がＮｏになり、ステップ２０２に進
む。最後のデータを使った測定が終了して測定指示デー
タが残っていない場合には、処理を終了する。 【００５１】ステップ２０１の判定結果がＮｏである
間、ステップ２０１〜２０５を繰り返し実行する。 【００５２】ステップ２０２では、ある測定点での測定
指示データ（例えば最初の測定点である測定開始位置の
測定データ）が示す指標１５の位置と角度方向に指標１
５を移動させる。 【００５３】次のステップ２０３では、画像処理部２１
から指標１５内にある輪郭形状のエッジ点の座標（エッ
ジ座標値）を取り込む。 【００５４】次のステップ２０４では、ステージ位置検
出部１１から出力されるステージ座標値と、ステップ２
０３で取り込んだエッジ座標値とに基づき指標１５内に
ある測定点の座標値（測定点座標値）を演算する。 【００５５】次のステップ２０５では、ステップ２０４
で演算した測定点座標値を測定データテーブル２５に保
存する。 【００５６】上記ステップ２０２〜２０５を繰り返すこ
とにより、最後のデータを使った測定が終了して測定指
示データがなくなると、ステップ２０１の判定結果がＹ
ｅｓとなって処理を終了する。 【００５７】このように、上記一実施形態によれば、プ
レ測定部５１のプレ測定（仮測定）により得られた各測
定点１７の測定点座標値から、各測定点での指標１５の
位置と、輪郭形状の法線方向に設定された各測定点での
指標１５の方向（図７に示す指標方向４０）とを表す測
定指示データを測定指示データ作成部５２によって作成
し、リプレイ測定部５３が測定指示データに従ってリプ
レイ測定（本測定）を行なう。そのため、輪郭形状７ａ
の曲率変化が大きい場合でも、図８に示すように各測定
点での指標の角度方向が輪郭形状７ａに垂直な方向から
傾いたりせず、図９に示すように全ての測定点において
指標の角度方向が常に測定目標点での輪郭形状に垂直な
状態でエッジが検出され、エッジの検出位置にばらつき
が生じない。従って、精度のよい輪郭形状の測定を行な
うことができる。 【００５８】また、上記一実施形態によれば、測定指示
データ作成部５２で作成した測定指示データを記憶装置
から読み出して使い、リプレイ測定を繰返すことによ
り、同じ輪郭形状を有する被検物７の測定を効率的に行
なうことができる。 【００５９】なお、上記一実施形態では、プレ測定部５
１によるプレ測定（仮測定）によって全ての測定点の座
標値を検出した後に、リプレイ測定部５３によるリプレ
イ測定（本測定）を行なっているが、この発明はこのよ
うな構成に限定されるものではない。例えば、プレ測定
部５１によるプレ測定によって複数の測定点の座標値を
検出した後に、リプレイ測定部５３によるリプレイ測定
を行なうことを複数回繰り返すことにより、全輪郭形状
の測定を行なうように構成してもよい。 【００６０】 【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る画像測定機によれば、データ作成部が、第１の
測定部で取り込んだ各測定点のエッジ座標値に基づき、
各測定点でのエッジ検出領域の位置及び方向を表すデー
タであって、各測定点でのエッジ検出領域の方向を輪郭
形状の法線方向としたティーチングデータを作成し、第
２の測定部がティーチングデータに従って輪郭形状を測
定する。そのため、輪郭形状の曲率変化が大きい場合で
も、指標の角度方向が常に各測定点での輪郭形状に垂直
な状態でエッジが検出され、エッジの検出位置にばらつ
きが生じない。したがって、輪郭形状の測定精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る画像測定機
の概略構成を示すブロック図である。 【図２】図２は一実施形態に係る画像測定機の概略構成
図である。 【図３】図３は一実施形態に係る画像測定機で使用され
る被検物を示す平面図である。 【図４】図４は一実施形態に係る画像測定機で使用され
るモニタのモニタ画面を示す平面図である。 【図５】図５は一実施形態に係る画像測定機の動作を示
すフローチャートである。 【図６】図６は一実施形態に係る画像測定機の動作を示
すフローチャートである。 【図７】図７は測定目標点及び指標方向の設定方法を説
明するための説明図である。 【図８】図８は指標が傾いた状態を示す説明図である。 【図９】図９は指標が垂直になった状態を示す説明図で
ある。 【符号の説明】 ５ ＸＹステージ（ステージ） ７ 被検物 ７ａ 輪郭形状 １２ 結像光学系（光学系） １３ ＣＣＤカメラ（撮像手段） １５ 指標（エッジ検出領域） １８ 測定目標点 ２１ 画像処理部（画像処理手段） ２２ 輪郭形状測定部 ５１ プレ測定部（第１の測定部） ５２ 測定指示データ作成部（データ作成部） ５３ リプレイ測定部（第２の測定部）

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ステージ上に載置された被検物の像を光
   学系を介して捉え、捉えた像の光強度分布に応じた電気
   信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段で捉えた撮像
   範囲内に設定されるエッジ検出領域内にある被検物の輪
   郭形状のエッジを前記電気信号に基づく画像処理により
   検出し、エッジ座標値を表す信号を出力する画像処理手
   段とを備え、前記輪郭形状の測定を行なう画像測定機に
   おいて、 前記輪郭形状に沿った複数の点の各々の前記エッジ検出
   領域の位置及び方向を設定しながら、前記エッジが検出
   された各測定点で前記エッジ座標値を前記画像処理部か
   ら取り込む第１の測定部と、 前記第１の測定部で取り込んだ前記各測定点のエッジ座
   標値に基づき、前記各測定点での前記エッジ検出領域の
   位置及び方向を表すティーチングデータを作成するデー
   タ作成部と、 前記ティーチングデータに従って前記輪郭形状を測定す
   る第２の測定部とを備え、 前記データ作成部は、前記各測定点での前記エッジ検出
   領域の方向を前記各測定点での前記輪郭形状の法線方向
   としたティーチングデータを作成することを特徴とする
   画像測定機。