JP6116164B2 - 形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムに関する。

三角測距方式の形状測定装置では、測定対象物の表面に光が照射され、その反射光が１次元または２次元に配列された画素を有する受光素子により受光される。受光素子により得られる受光量分布のピーク位置に基づいて、測定対象物の表面の高さを計測することができる。これにより、測定対象物の形状を測定することができる。

非特許文献１においては、符号化された光と位相シフト法とを組み合わせた三角測距方式の形状測定が提案されている。また、非特許文献２においては、符号化された光とストライプ状の光とを組み合わせた三角測距方式の形状測定が提案されている。これらの方式においては、測定対象物の形状測定の精度を向上させることができる。

Toni F. Schenk, "Remote Sensing and Reconstruction for Three-Dimensional Objects and Scenes", Proceedings of SPIE, Volume 2572, pp. 1-9 (1995) Sabry F. El-Hakim and Armin Gruen, "Videometrics and Optical Methods for 3D Shape Measurement", Proceedings of SPIE, Volume 4309, pp. 219-231 (2001)

特許文献１，２に記載された形状測定においては、測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。しかしながら、測定対象物の表面に付された模様または色彩等の形状を有さない表面状態を鮮明に観測することができない。

本発明の目的は、測定対象物の形状を高い精度で測定しつつ測定対象物の表面状態を鮮明に観測することが可能な形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムを提供することである。

（１）第１の発明に係る形状測定装置は、測定対象物が載置されるステージと、ステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の縞状の第１の光を照射し、ステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するように構成される投光部と、ステージの上方に配置され、測定対象物により反射された第１の光および第２の光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように構成される受光部と、受光部により出力される第１の光に対応する受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成するように構成される第１のデータ生成部と、受光部とステージとの相対的な距離を受光部の光軸方向に変化させることにより、受光部の焦点位置を変化させる相対距離変化部と、測定対象物の表面状態を示す状態データを生成する第２のデータ生成部と、測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成する合成部と、画像を表示する表示部と、第１および第２の動作モードのうちいずれかの実行を選択するために使用者により操作可能に構成される操作部とを備え、第１の動作モードにおいては、投光部が測定対象物に第１の光を照射するとともに、受光部が測定対象物により反射された第１の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、第１のデータ生成部が第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により第１の立体形状データを生成し、相対距離変化部が受光部の焦点位置を固定した状態で、投光部が測定対象物に第２の光を照射するとともに、受光部が測定対象物により反射された第２の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、第２のデータ生成部が第２の光に対応する受光信号に基づいて単一のデータを生成するとともに単一のデータから状態データを生成し、合成部が第１の立体形状データと状態データとを合成することにより合成データを生成し、表示部が生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示し、第２の動作モードにおいては、投光部が測定対象物に第１の光を照射するとともに、受光部が測定対象物により反射された第１の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、第１のデータ生成部が第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により第１の立体形状データを生成し、相対距離変化部が受光部の焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、投光部が測定対象物に第２の光を照射するとともに、受光部が測定対象物により反射された第２の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、第２のデータ生成部が第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成するとともに生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより状態データを生成し、合成部が第１の立体形状データと状態データとを合成することにより合成データを生成し、表示部が生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示するものである。

この形状測定装置においては、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第１の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第１の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データが生成される。

第１の動作モードでは、受光部の焦点位置が固定される。投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第２の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。受光部により出力される第２の光に対応する受光信号に基づいて単一のデータが生成される。生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データが生成される。第２の動作モードでは、受光部とステージとの相対的な距離が受光部の光軸方向に変化されることにより、受光部の焦点位置が変化される。投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第２の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。焦点位置が変化されつつ出力された第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて、複数のデータが生成される。生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分が抽出され、合成されることにより測定対象物の表面状態を示す状態データが生成される。

生成された第１の立体形状データと生成された状態データとが合成されることにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データが生成される。生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像が表示部に表示される。

この場合、第１の立体形状データは、三角測距方式により高い精度で測定された測定対象物の立体形状を示す。また、第２の動作モードでは、状態データは、測定対象物の各部分が受光部の被写界深度の範囲内に位置する場合における測定対象物の表面状態を示すデータを合成することにより生成される。そのため、状態データは、測定対象物の表面全体にわたる表面状態を鮮明に示す。これにより、合成データは、高い精度で測定された測定対象物の立体形状を示しかつ測定対象物の表面状態を鮮明に示す。したがって、合成データに基づく合成画像が表示部に表示されることにより、測定対象物の形状を高い精度で測定しつつ測定対象物の表面状態を鮮明に観測することができる。
第１の動作モードは、測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも小さい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第１の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データをより短時間で生成させることができる。
第２の動作モードは、測定対象物の表面の複数の部分の反射率の差または色彩による明るさの差が小さくかつ受光部の光軸方向における測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも大きい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第２の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データを短時間で生成させることができる。

（２）投光部は、測定対象物に第１の光を照射するように構成される第１の投光部と、測定対象物に第２の光を照射するように構成される第２の投光部とを含み、第１の投光部は、光を出射する測定光源と、測定光源により出射された光を形状測定用のパターンを有する光に変換することにより第１の光を生成するパターン生成部とを含み、受光部の光軸に対して０度よりも大きく９０度よりも小さい第１の角度だけ傾斜した方向に第１の光を出射するように配置され、第２の投光部は、受光部の光軸に平行な方向または受光部の光軸に対して第１の角度よりも小さい第２の角度だけ傾斜した方向に均一な光量分布を有する第２の光を出射するように配置されてもよい。

この場合、第１の投光部により出射される第１の光により、三角測距方式により第１の立体形状データを容易に生成することができる。また、第２の投光部は、受光部の光軸に平行な方向または受光部の光軸に対して第１の角度よりも小さい第２の角度だけ傾斜した方向に第２の光を出射するので、測定対象物の凹凸による影の発生を抑制しつつ測定対象物に第２の光を照射することができる。したがって、測定対象物の表面状態をより鮮明に示す状態データが生成される。これにより、測定対象物の表面状態をより鮮明に観測することができる。

（３）投光部は、光を出射する測定光源と、測定光源により出射された光を形状測定用のパターンを有する光に変換することにより第１の光を生成するとともに、測定光源により出射される光を均一な光量分布を有する光に変換することにより第２の光を生成するように構成されるパターン生成部とを含んでもよい。

この場合、共通の投光部により第１および第２の光を測定対象物に照射することができる。これにより、形状測定装置を小型化することができる。また、形状測定装置の製造コストを低減することができる。

（４）操作部は、投光部から照射される第１の光の強度または測定対象物により反射された第１の光を受光する際の受光部の露光時間を調整することにより定まる第１光量条件と、第２の光の強度または測定対象物により反射された第２の光を受光する際の受光部の露光時間を調整することにより定まる第２光量条件とを、それぞれ個別に設定可能であるとともに、使用者からの形状測定の指示を受け付け、操作部により使用者からの形状測定の指示を受け付けた場合、第１のデータ生成部は、第１光量条件において第１の光が測定対象物に照射されたときに受光部により出力される受光信号に基づいて測定対象物の第１の立体形状データを生成し、第２のデータ生成部は、第２光量条件において第２の光が測定対象物に照射されたときに受光部により出力される受光信号に基づいて測定対象物の状態データを生成してもよい。

この場合、第１の立体形状データの生成に適した第１光量条件と状態データの生成に適した第２光量条件とが個別に設定される。これにより、第１の立体形状データをより高精度で生成することが可能になるとともに、測定対象物の表面全体にわたる表面状態をより鮮明に示す状態データを生成することが可能になる。その結果、測定対象物の形状をより高い精度で測定しつつ測定対象物の表面状態をより鮮明に観測することができる。

（５）操作部は、第３の動作モードの実行を選択するために使用者により操作可能に構成され、第２のデータ生成部は、第３の動作モードにおいては、受光部の露光時間または第２の光の強度を変化させた状態で、受光部により出力される第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータを受光部のダイナミックレンジが拡大されるように合成し、合成されたデータから状態データを生成してもよい。

第３の動作モードは、測定対象物の表面に反射率が高い部分および低い部分が含まれる場合、または色彩による明るさの差が大きい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第３の動作モードを選択することにより、黒つぶれおよび白とびが含まれない測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データを生成させることができる。

（６）操作部は、第４の動作モードの実行を選択するために使用者により操作可能に構成され、第２のデータ生成部は、第４の動作モードにおいては、受光部の露光時間または第２の光の強度を変化させるとともに相対距離変化部により焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、受光部により出力される第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータを受光部のダイナミックレンジが拡大されるように合成し、合成されたデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより状態データを生成してもよい。

第４の動作モードは、測定対象物の表面に反射率が高い部分および低い部分が含まれるかまたは色彩による明るさの差が大きく、かつ測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも大きい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第４の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データを生成させることができる。

（７）第２のデータ生成部は、相対距離変化部による受光部とステージとの相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成し、形状測定装置は、第１のデータ生成部により生成される第１の立体形状データの複数の部分のうち第２のデータ生成部により生成される第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分を判定する判定部をさらに備えてもよい。

この場合、使用者は、第１の立体形状データの複数の部分のうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分を認識することができる。

（８）判定部は、第１のデータ生成部により生成された第１の立体形状データに基づいて、第１の立体形状データのうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分を識別可能に、測定対象物の立体形状の画像を表示部に表示させてもよい。

この場合、使用者は、第１の立体形状データの複数の部分のうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分を視覚的に容易に認識することができる。

（９）判定部は、第１の立体形状データのうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分のデータを、他の部分のデータに基づいて補完してもよい。

この場合、第１の立体形状データの複数の部分のうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分について、信頼性を向上させることができる。

（１０）判定部は、第１の立体形状データのうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分のデータを、第２の立体形状データの対応する部分のデータに基づいて補完してもよい。

この場合、第１の立体形状データの複数の部分のうち第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きいについて、信頼性を向上させることができる。

（１１）判定部は、第１の立体形状データの不良部分を判定し、不良部分を第２の立体形状データの対応する部分のデータに基づいて補完してもよい。

この場合、第１の立体形状データの不良部分に対応する立体形状が測定可能になる。また、使用者は、表示部において外観上不良部分を含まない測定対象物の立体形状を観測することができる。
（１２）第２の動作モードにおいて、第２のデータ生成部が相対距離変化部により焦点位置を複数の位置に変化させる範囲は、受光部の測定可能範囲に基づいて予め設定されてもよい。

（１３）第２の発明に係る形状測定方法は、第１および第２の動作モードのうちいずれかの実行の選択を受け付けるステップと、第１の動作モードにおいて、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の縞状の第１の光を照射し、測定対象物により反射された第１の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、受光部の焦点位置を固定した状態で、投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された第２の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された受光信号に基づいて単一のデータを生成し、生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された第１の立体形状データと生成された状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示するステップと、第２の動作モードにおいて、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から第１の光を照射するとともに、測定対象物により反射された第１の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、受光部とステージとの相対的な距離を受光部の光軸方向に変化させることにより受光部の焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された第２の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された第１の立体形状データと生成された状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示するステップとを含むものである。

この形状測定方法においては、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第１の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第１の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データが生成される。

第１の動作モードでは、受光部の焦点位置が固定される。投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第２の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。受光部により出力される第２の光に対応する受光信号に基づいて単一のデータが生成される。生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データが生成される。第２の動作モードでは、受光部とステージとの相対的な距離が受光部の光軸方向に変化されることにより、受光部の焦点位置が変化される。投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第２の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。焦点位置が変化されつつ出力された第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて、複数のデータが生成される。生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分が抽出され、合成されることにより測定対象物の表面状態を示す状態データが生成される。

生成された第１の立体形状データと生成された状態データとが合成されることにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データが生成される。生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像が表示部に表示される。

この場合、第１の立体形状データは、三角測距方式により高い精度で測定された測定対象物の立体形状を示す。また、第２の動作モードでは、状態データは、測定対象物の各部分が受光部の被写界深度の範囲内に位置する場合における測定対象物の表面状態を示すデータを合成することにより生成される。そのため、状態データは、測定対象物の表面全体にわたる表面状態を鮮明に示す。これにより、合成データは、高い精度で測定された測定対象物の立体形状を示しかつ測定対象物の表面状態を鮮明に示す。したがって、合成データに基づく合成画像が表示部に表示されることにより、測定対象物の形状を高い精度で測定しつつ測定対象物の表面状態を鮮明に観測することができる。
第１の動作モードは、測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも小さい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第１の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データをより短時間で生成させることができる。
第２の動作モードは、測定対象物の表面の複数の部分の反射率の差または色彩による明るさの差が小さくかつ受光部の光軸方向における測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも大きい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第２の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データを短時間で生成させることができる。

（１４）第３の発明に係る形状測定装置プログラムは、処理装置により実行可能な形状測定装置プログラムであって、第１および第２の動作モードのうちいずれかの実行の選択を受け付ける処理と、第１の動作モードにおいて、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の縞状の第１の光を照射し、測定対象物により反射された第１の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、受光部の焦点位置を固定した状態で、投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された第２の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された受光信号に基づいて単一のデータを生成し、生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された第１の立体形状データと生成された状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示する処理と、第２の動作モードにおいて、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から第１の光を照射するとともに、測定対象物により反射された第１の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、受光部とステージとの相対的な距離を受光部の光軸方向に変化させることにより受光部の焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された第２の光をステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された第１の立体形状データと生成された状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示する処理とを処理装置に実行させるためのものである。

この形状測定プログラムによれば、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第１の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第１の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。出力された第１の光に対応する受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データが生成される。

第１の動作モードでは、受光部の焦点位置が固定される。投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第２の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。受光部により出力される第２の光に対応する受光信号に基づいて単一のデータが生成される。生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データが生成される。第２の動作モードでは、受光部とステージとの相対的な距離が受光部の光軸方向に変化されることにより、受光部の焦点位置が変化される。投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光が照射される。ステージに載置された測定対象物により反射された第２の光がステージの上方で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力される。焦点位置が変化されつつ出力された第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて、複数のデータが生成される。生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分が抽出され、合成されることにより測定対象物の表面状態を示す状態データが生成される。

生成された第１の立体形状データと生成された状態データとが合成されることにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データが生成される。生成された合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像が表示部に表示される。

この場合、第１の立体形状データは、三角測距方式により高い精度で測定された測定対象物の立体形状を示す。また、第２の動作モードでは、状態データは、測定対象物の各部分が受光部の被写界深度の範囲内に位置する場合における測定対象物の表面状態を示すデータを合成することにより生成される。そのため、状態データは、測定対象物の表面全体にわたる表面状態を鮮明に示す。これにより、合成データは、高い精度で測定された測定対象物の立体形状を示しかつ測定対象物の表面状態を鮮明に示す。したがって、合成データに基づく合成画像が表示部に表示されることにより、測定対象物の形状を高い精度で測定しつつ測定対象物の表面状態を鮮明に観測することができる。
第１の動作モードは、測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも小さい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第１の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データをより短時間で生成させることができる。
第２の動作モードは、測定対象物の表面の複数の部分の反射率の差または色彩による明るさの差が小さくかつ受光部の光軸方向における測定対象物の寸法が受光部の被写界深度よりも大きい場合の形状測定に適している。このような測定対象物の形状測定を行う場合、使用者は、操作部により第２の動作モードを選択することにより、測定対象物の表面状態を鮮明に示す状態データを短時間で生成させることができる。

本発明によれば、測定対象物の形状を高い精度で測定しつつ測定対象物の表面状態を鮮明に観測することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。 図１の形状測定装置の測定部の構成を示す模式図である。 光が照射された状態の測定対象物の模式図である。 光が照射された状態の測定対象物の模式図である。 画像を２画面表示するＧＵＩの一例を示す図である。 三角測距方式の原理を説明するための図である。 測定光の第１のパターンを説明するための図である。 測定光の第２のパターンを説明するための図である。 測定光の第３のパターンを説明するための図である。 測定対象物の特定の部分における画像が撮影されたタイミング（番数）と受光された光の強度との関係を示す図である。 測定光の第４のパターンを説明するための図である。 動作モード選択時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 動作モード選択時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 形状測定処理実行後における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 全焦点テクスチャ画像を説明するための測定対象物の模式的側面図である。 受光部の焦点位置とテクスチャ画像の鮮明度との関係を示す図である。 生成された全焦点テクスチャ画像データに基づく測定対象物の全焦点テクスチャ画像である。 合成データに基づく測定対象物の合成画像である。 テクスチャ画像の種類の選択時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。 副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。 副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。 形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。 形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。 形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。 Ｘ方向から見た図２の受光部を示す模式図である。 形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。 形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。 第２の調整の実行時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 形状測定処理の手順を示すフローチャートである。 形状測定処理の手順を示すフローチャートである。 形状測定処理の手順を示すフローチャートである。 焦点調整の第１の補助機能の第１の例を説明するための図である。 焦点調整の第１の補助機能の第１の例を説明するための図である。 焦点調整の第１の補助機能の第２の例を説明するための図である。 補助パターンを表示させる位置を指定するＧＵＩの一例を示す図である。 焦点調整の第１の補助機能の第３の例を説明するための図である。 焦点調整の第１の補助機能の第４の例を説明するための図である。 焦点調整の第１の補助機能の第５の例を説明するための図である。 焦点調整の第１の補助機能の第５の例を説明するための図である。 測定光源から測定対象物に枠パターンを有する光が照射される例を示す図である。 測定光源から測定対象物に枠パターンを有する光が照射される例を示す図である。 デジタルズーム機能に対応する枠パターンを示す図である。 補助パターンおよびガイドパターンの形状の一例を示す図である。 補助パターンおよびガイドパターンの形状の他の例を示す図である。 補助パターンおよびガイドパターンの形状のさらに他の例を示す図である。 測定対象物に照明光が照射されない場合に表示部に表示される測定対象物を示す図である。 測定対象物に照明光が照射された場合に表示部に表示される測定対象物を示す図である。 焦点調整の第２の補助機能の第１の例を説明するための図である。 焦点調整の第２の補助機能の第２の例を説明するための図である。 焦点調整の第２の補助機能の第２の例を説明するための図である。 焦点調整の第２の補助機能の第３の例を説明するための図である。 焦点調整の第２の補助機能の第３の例を説明するための図である。 高さの算出を高速化するための第１の手法を説明するための図である。 高さの算出を高速化するための第２の手法を説明するための図である。 高さの算出を高速化するための第３の手法を説明するための図である。 高さ表示機能の一例を示す図である。 測定対象物のプロファイルの測定を説明するための図である。 測定対象物のプロファイルの測定を説明するための図である。 測定対象物のプロファイルの測定手順を示す図である。 測定対象物のプロファイルの測定手順を示す図である。 測定対象物の姿勢の調整を説明するための図である。 姿勢調整の第１の補助機能の第１の例を説明するための図である。 姿勢調整の第１の補助機能の第１の例を説明するための図である。 姿勢調整の第１の補助機能の第２の例を説明するための図である。 画像を２画面表示するＧＵＩの一例を示す図である。 調整光として均一パターンを有する光が照射された測定対象物を示す図である。 測定困難領域の推定結果を含む測定対象物の画像を示す図である。 一方の投光部から測定対象物に調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。 一方の投光部から測定対象物に調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。 一方の投光部から測定対象物に調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。 両方の投光部から図６９〜図７１の測定対象物に調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。 両方の投光部から図６９〜図７１の測定対象物に調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。 両方の投光部から図６９〜図７１の測定対象物に調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。 姿勢調整の第１の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。 姿勢調整の第１の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。 ＲＯＩが設定された表示部の表示の一例を示す図である。 測定困難領域を有する測定対象物の画像の一例を示す図である。 測定困難領域を有する測定対象物の画像の他の例を示す図である。 測定困難領域を有する測定対象物の画像のさらに他の例を示す図である。 測定困難領域を有する測定対象物の画像のさらに他の例を示す図である。 姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。 姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。 姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。

［１］形状測定装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の形状測定装置５００の測定部の構成を示す模式図である。以下、本実施の形態に係る形状測定装置５００について、図１および図２を参照しながら説明する。図１に示すように、形状測定装置５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。

図１に示すように、測定部１００は、例えば顕微鏡であり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、ステージ１４０および制御基板１５０を含む。投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２および複数のレンズ１１３，１１４，１１５を含む。受光部１２０は、カメラ１２１および複数のレンズ１２２，１２３を含む。ステージ１４０上には、測定対象物Ｓが載置される。

投光部１１０は、ステージ１４０の斜め上方に配置される。測定部１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。図２の例においては、測定部１００は２つの投光部１１０を含む。以下、２つの投光部１１０を区別する場合は、一方の投光部１１０を投光部１１０Ａと呼び、他方の投光部１１０を投光部１１０Ｂと呼ぶ。投光部１１０Ａ，１１０Ｂは受光部１２０の光軸を挟んで対称に配置される。

各投光部１１０Ａ，１１０Ｂの測定光源１１１は、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源１１１は、白色光を出射する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の光源であってもよい。測定光源１１１から出射された光（以下、測定光と呼ぶ）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射する。

パターン生成部１１２は、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。パターン生成部１１２は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子)またはマスクであってもよい。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターンおよび予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２により出射された測定光は、複数のレンズ１１４，１１５により測定対象物Ｓの寸法よりも大きい径を有する光に変換された後、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照射される。

受光部１２０は、ステージ１４０の上方に配置される。測定対象物Ｓによりステージ１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０の複数のレンズ１２２，１２３により集光および結像された後、カメラ１２１により受光される。

カメラ１２１は、例えば撮像素子１２１ａおよびレンズを含むＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。撮像素子１２１ａは、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子１２１ａは、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子１２１ａの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）が制御基板１５０に出力される。

モノクロＣＣＤには、カラーＣＣＤとは異なり、赤色波長の光を受光する画素、緑色波長の光を受光する画素および青色波長の光を受光する画素を設ける必要がない。そのため、モノクロＣＣＤの計測の分解能はカラーＣＣＤの分解能よりも高くなる。また、モノクロＣＣＤには、カラーＣＣＤとは異なり、各画素にカラーフィルタを設ける必要がない。そのため、モノクロＣＣＤの感度はカラーＣＣＤの感度よりも高くなる。これらの理由により、本例におけるカメラ１２１にはモノクロＣＣＤが設けられる。

本例においては、照明光出力部１３０は、測定対象物Ｓに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロＣＣＤを用いた受光部１２０により測定対象物Ｓのカラー画像を撮像することができる。

一方、カラーＣＣＤが十分な分解能および感度を有する場合には、撮像素子１２１ａは、カラーＣＣＤであってもよい。この場合、照明光出力部１３０は、測定対象物Ｓに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で照射する必要はなく、白色光を測定対象物Ｓに照射する。そのため、照明光源３２０の構成を単純にすることができる。

制御基板１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、制御部３００による制御に基づいて、制御基板１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。

図１に示すように、ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０および操作部２５０を含む。また、操作部２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。

ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、画像処理プログラムおよび形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、制御基板１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。

ＣＰＵ２１０は、制御基板１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部１４６に駆動パルスを与える。表示部４００は、例えばＬＣＤパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。

図２において、測定対象物Ｓが載置されるステージ１４０上の平面（以下、載置面と呼ぶ）内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ，Ｙで示す。ステージ１４０の載置面に対して直交する方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。

ステージ１４０は、Ｘ−Ｙステージ１４１、Ｚステージ１４２、θステージ１４３およびチルトステージ１４４を含む。Ｘ−Ｙステージ１４１は、Ｘ方向移動機構およびＹ方向移動機構を有する。Ｚステージ１４２は、Ｚ方向移動機構を有する。θステージ１４３は、θ方向回転機構を有する。チルトステージ１４４は、載置面に平行な軸を中心に回転可能な機構（以下、あおり回転機構と呼ぶ）を有する。Ｘ−Ｙステージ１４１、Ｚステージ１４２、θステージ１４３およびチルトステージ１４４により、ステージ１４０が構成される。また、ステージ１４０は、載置面に測定対象物Ｓを固定する図示しない固定部材（クランプ）をさらに含む。

ここで、受光部１２０の焦点に位置しかつ受光部１２０の光軸に垂直な平面を受光部１２０の焦点面と呼ぶ。図２に示すように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０およびステージ１４０の相対的な位置関係は、投光部１１０Ａの光軸、投光部１１０Ｂの光軸および受光部１２０の光軸が受光部１２０の焦点面で互いに交差するように設定される。

また、投光部１１０の焦点（測定光のパターンが結像する点）に位置しかつ投光部１１０の光軸に垂直な平面を投光部１１０の焦点面と呼ぶ。各投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、投光部１１０Ａの焦点面および投光部１１０Ｂの焦点面が受光部１２０の焦点を含む位置で交差するように構成される。

θステージ１４３のθ方向の回転軸の中心は、受光部１２０の光軸と一致している。そのため、θステージ１４３をθ方向に回転させた場合に、測定対象物Ｓを視野から外すことなく、回転軸を中心に視野内で回転させることができる。また、Ｘ−Ｙステージ１４１、θステージ１４３およびチルトステージ１４４は、Ｚステージ１４２により支持されている。

すなわち、θステージ１４３をθ方向に回転させるか、またはチルトステージ１４４をあおり方向に回転させた状態であっても、受光部１２０の中心軸とＺステージ１４２の移動軸とにずれが生じないように構成されている。ここで、あおり方向とは、載置面に平行な軸を中心とする回転方向である。この構成により、測定対象物Ｓの位置または姿勢を変化させた状態であっても、Ｚ方向にステージ１４０を移動させて受光部１２０の異なる複数の焦点位置においてそれぞれ撮像した複数の画像を合成することが可能となる。

ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構、θ方向回転機構およびあおり回転機構には、それぞれステッピングモータが用いられる。ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構、θ方向回転機構およびあおり回転機構は、図１のステージ操作部１４５またはステージ駆動部１４６により駆動される。

使用者は、ステージ操作部１４５を手動で操作することにより、ステージ１４０の載置面を受光部１２０に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、またはθ方向もしくはあおり方向に回転させることができる。ステージ駆動部１４６は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ１４０のステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ１４０を受光部１２０に相対的にＸ方向、Ｙ方向もしくはＺ方向に移動させるか、またはθ方向もしくはあおり方向に回転させることができる。

なお、本実施の形態では、ステージ１４０はステッピングモータにより駆動することが可能であるとともに手動により操作することが可能な電動ステージであるが、これに限定されない。ステージ１４０はステッピングモータでのみ駆動することが可能な電動ステージであってもよいし、手動でのみ操作することが可能な手動ステージであってもよい。

制御部３００は、制御基板３１０および照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０および制御基板１５０を制御する。

照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光および青色光を出射する３つのＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。照明光源３２０から発生される光（以下、照明光と呼ぶ）は、導光部材（ライトガイド）を通して測定部１００の照明光出力部１３０から出力される。なお、制御部３００に照明光源３２０を設けずに、測定部１００に照明光源３２０を設けてもよい。この場合、測定部１００には照明光出力部１３０が設けられない。

図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０を取り囲むようにステージ１４０の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射される。図３および図４は、光が照射された状態の測定対象物Ｓの模式図である。図３および図４の例においては、測定対象物Ｓは上面の略中央に孔Ｓｈを有する。また、図３（ａ），（ｃ）および図４（ａ）においては、影Ｓｓをハッチングにより表わしている。

図３（ａ）は図２の一方の投光部１１０Ａからの測定光が照射された状態の測定対象物Ｓの平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、一方の投光部１１０Ａから測定光を測定対象物Ｓに照射した場合、孔Ｓｈの深さによっては、孔Ｓｈの底部にまで測定光が到達せず、影Ｓｓが発生する。したがって、測定対象物Ｓの一部を観察することができない。

図３（ｃ）は図２の他方の投光部１１０Ｂからの測定光が照射された状態の測定対象物Ｓの平面図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３（ｃ），（ｄ）に示すように、他方の投光部１１０Ｂから測定光を測定対象物Ｓに照射した場合、孔Ｓｈの深さによっては、孔Ｓｈの底部にまで測定光が到達せず、影Ｓｓが発生する。したがって、測定対象物Ｓの一部を観察することができない。

図４（ａ）は投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方からの測定光が照射された状態の測定対象物Ｓの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光を測定対象物Ｓに照射した場合、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方から測定光を測定対象物Ｓに照射した場合に比べて、孔Ｓｈの底部にまで到達しない測定光が減少するため、発生する影Ｓｓが減少する。したがって、観察することができる測定対象物Ｓの部分が増加する。

図４（ｃ）は図２の照明光出力部１３０からの照明光が照射された状態の測定対象物Ｓの平面図であり、図４（ｄ）は図４（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。図４（ｃ），（ｄ）に示すように、照明光は測定対象物Ｓの略真上から照射されるので、孔Ｓｈの深さによらず、孔Ｓｈの底部にまで照明光が到達する。したがって、測定対象物Ｓの大部分を観察することができる。

一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像と他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像とが並ぶように表示部４００に表示（２画面表示）されてもよい。図５は、画像を２画面表示するＧＵＩ（Graphical User Interface）の一例を示す図である。

図５に示すように、表示部４００には２つの画像表示領域４１０，４２０が並ぶように設けられる。画像を２画面表示する場合には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が切り替わるように交互に照射される。画像表示領域４１０には、一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。画像表示領域４２０には、他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。これにより、使用者は投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々により測定光を照射された場合における測定対象物Ｓの画像を区別して認識することができる。

本例においては、投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光の切り替えの頻度は、例えば数Ｈｚである。なお、投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光の切り替えの頻度は、使用者に切り替えの認識をすることができない値（例えば１００Ｈｚ）に設定されてもよい。この場合、使用者には、測定部１００において両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が同時に照射されるように観測される。

表示部４００には２つの光量設定バー４３０，４４０が表示される。光量設定バー４３０は、水平方向に移動可能なスライダ４３０ｓを有する。光量設定バー４４０は、水平方向に移動可能なスライダ４４０ｓを有する。以下、一方の投光部１１０Ａから出射される測定光を一方の測定光と呼び、他方の投光部１１０Ｂから出射される測定光を他方の測定光と呼ぶ。光量設定バー４３０上のスライダ４３０ｓの位置は、一方の測定光を受光する際の受光部１２０の光量（以下、一方の測定光の光量と呼ぶ）に対応する。光量設定バー４４０上のスライダ４４０ｓの位置は、他方の測定光を受光する際の受光部１２０の光量（以下、他方の測定光の光量と呼ぶ）に対応する。

使用者は、図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して光量設定バー４３０のスライダ４３０ｓを水平方向に移動させることにより、一方の測定光の光量を変更することができる。一方の測定光の光量の変更は、一方の測定光の明るさまたは一方の測定光を受光する際の受光部１２０の露光時間を変更することにより行われる。同様に、使用者は、操作部２５０を操作して光量設定バー４４０のスライダ４４０ｓを水平方向に移動させることにより、他方の測定光の光量を変更することができる。他方の測定光の光量の変更は、他方の測定光の明るさまたは他方の測定光を受光する際の受光部１２０の露光時間を変更することにより行われる。

上記のように、画像表示領域４１０，４２０には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々により測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が並ぶように表示される。したがって、使用者は、画像表示領域４１０，４２０に表示された測定対象物Ｓの画像を見ながら、光量設定バー４３０，４４０のスライダ４３０ｓ，４４０ｓの位置をそれぞれ移動させることにより、一方および他方の測定光の光量を適切に調整することができる。

また、一方および他方の測定光の光量と照明光出力部１３０から出射される照明光を受光する際の受光部１２０の光量（以下、照明光の光量と呼ぶ）との間に相関がある場合がある。この場合、一方および他方の測定光の光量は、照明光の光量に基づいて自動的に調整されてもよい。あるいは、照明光の光量に基づいて、一方および他方の測定光の光量を適切にするための調整ガイドが表示部４００に表示されてもよい。この場合、使用者は、調整ガイドに基づいて光量設定バー４３０，４４０のスライダ４３０ｓ，４４０ｓの位置をそれぞれ移動させることにより、一方および他方の測定光の光量を適切に調整することができる。

光の照射方向が異なれば、光の反射方向も異なる。そのため、測定対象物Ｓの同一の部分であっても、一方の測定光が照射された部分の画像の明るさと他方の測定光が照射された部分の画像の明るさとは互いに異なる。すなわち、形状測定に適した光量は照射方向によって異なる。

本実施の形態では、投光部１１０Ａ、１１０Ｂから測定光が照射された際の画像の各々の明るさを個別に調整することができる。そのため、光の照射方向に応じた適切な光量を設定することができる。また、光量の調整中の画像は、画像表示領域４１０，４２０に更新されながら表示される。これにより、使用者は、画像を確認しながら光量を調整することができる。

この場合において、ＰＣ２００は、画像中の明るすぎるために白とびが生じている部分または暗すぎるために黒つぶれが生じている部分を識別可能に画像表示領域４１０，４２０に表示することができる。これにより、使用者は、適切に光量が調整されているか否かを容易に確認することができる。

［２］測定対象物の形状測定
（１）三角測距方式による形状測定
測定部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの形状が測定される。図６は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図６に示すように、投光部１１０から出射される測定光の光軸と受光部１２０に入射する測定光の光軸（受光部１２０の光軸）との間の角度αが予め設定される。角度αは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。

ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置されない場合、投光部１１０から出射される測定光は、ステージ１４０の載置面の点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射する。一方、ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置される場合、投光部１１０から出射される測定光は、測定対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射する。

点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離をｄとすると、ステージ１４０の載置面に対する測定対象物Ｓの点Ａの高さｈは、ｈ＝ｄ÷ｔａｎ（α）により与えられる。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御基板１５０により与えられる測定対象物Ｓの画素データに基づいて、Ｘ方向における点Ｏと点Ａとの間の距離ｄを測定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定された距離ｄに基づいて、測定対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。測定対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。

測定対象物Ｓの表面の全ての点に測定光を照射するために、図１の投光部１１０からは種々のパターンを有する測定光が出射される。測定光のパターンは、図１のパターン生成部１１２により制御される。以下、測定光のパターンについて説明する。

（２）測定光の第１のパターン
図７は、測定光の第１のパターンを説明するための図である。図７（ａ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに投光部１１０から測定光を照射した状態を示す。図７（ｂ）は、測定光が照射された測定対象物Ｓの平面図を示す。図７（ａ）に示すように、第１のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有する測定光（以下、ライン状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から出射される。この場合、図７（ｂ）に示すように、ステージ１４０に照射されたライン状測定光の部分と測定対象物Ｓの表面に照射されたライン状測定光の部分とは、測定対象物Ｓの表面の高さｈに対応する距離ｄだけＸ方向に互いにずれる。したがって、距離ｄを測定することにより、測定対象物Ｓの高さｈを算出することができる。

測定対象物Ｓの表面のＹ方向に沿った複数の部分が異なる高さを有する場合には、各部分について上記の距離ｄを測定することにより、Ｙ方向に沿った複数の部分の高さｈを算出することができる。

また、図１のＣＰＵ２１０は、Ｘ方向の一の位置でＹ方向に沿った複数の部分について距離ｄを測定した後、Ｙ方向に平行なライン状測定光をＸ方向に走査することにより、Ｘ方向の他の位置でＹ方向に沿った複数の部分について距離ｄを測定する。これにより、Ｘ方向の複数の位置におけるＹ方向に沿った測定対象物Ｓの複数の部分の高さｈが算出される。測定対象物ＳのＸ方向の寸法よりも広い範囲でライン状測定光をＸ方向に走査することにより、測定対象物Ｓの表面の全ての点の高さｈを算出することができる。これにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状を測定することができる。

（３）測定光の第２のパターン
図８は、測定光の第２のパターンを説明するための図である。図８に示すように、第２のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつＸ方向に強度が正弦波状に変化するパターンを有する測定光（以下、正弦波状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から複数回（本例においては４回）出射される。

図８（ａ）は、１回目に出射される正弦波状測定光を示す。１回目に出射される正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の任意の部分Ｐ０において初期位相φを有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ１とする。

図８（ｂ）は、２回目に出射される正弦波状測定光を示す。２回目に出射される正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０において位相（φ＋π／２）を有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ２とする。

図８（ｃ）は、３回目に出射される正弦波状測定光を示す。３回目に出射される正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０において位相（φ＋π）を有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ３とする。

図８（ｄ）は、４回目に出射される正弦波状測定光を示す。４回目の正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０において位相（φ＋３π／２）を有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ４とする。

初期位相φは、φ＝ｔａｎ^−１［（Ｉ１−Ｉ３）／（Ｉ２−Ｉ４）］で与えられる。初期位相φから測定対象物Ｓの任意の部分の高さｈが算出される。この方式によれば、４回の光の強度の測定により、測定対象物Ｓの全ての部分の初期位相φを高速かつ容易に算出することができる。なお、初期位相φは、異なる位相を有する測定光を少なくとも３回出射し、受光される光の強度を測定することにより算出することができる。測定対象物Ｓの表面上の全ての部分の高さｈを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状を測定することができる。

（４）測定光の第３のパターン
図９は、測定光の第３のパターンを説明するための図である。図９に示すように、第３のパターンとして、Ｙ方向に平行でかつＸ方向に並ぶような直線状の断面を有する測定光（以下、縞状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から複数回（本例においては１６回）出射される。

すなわち、縞状測定光においては、Ｙ方向に平行な直線状の明部分およびＹ方向に平行な直線状の暗部分がＸ方向に周期的に配列される。ここで、パターン生成部１１２がＤＭＤである場合には、マイクロミラーの寸法を１単位とする。縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅は、例えば３単位であり、縞状測定光の各暗部分のＸ方向の幅は、例えば１３単位である。この場合、縞状測定光のＸ方向の周期は１６単位である。なお、明部分および暗部分の単位は、図２のパターン生成部１１２の構成により異なる。例えば、パターン生成部１１２が液晶である場合には、１単位は１画素の寸法である。

１回目の縞状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が、測定対象物Ｓの１番目の撮影画像の画素データに基づいて測定される。図９（ａ）は、１回目の縞状測定光に対応する測定対象物Ｓの１番目の撮影画像である。

２回目の縞状測定光は、１回目の縞状測定光から明部分および暗部分をＸ方向に１単位だけ移動させたパターンを有する。２回目の縞状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が、受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの２番目の撮影画像の画素データに基づいて測定される。

３回目の縞状測定光は、２回目の縞状測定光から明部分および暗部分をＸ方向に１単位だけ移動させたパターンを有する。３回目の縞状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が、測定対象物Ｓの３番目の撮影画像の画素データに基づいて測定される。

同様の動作が繰り返されることにより、４〜１６回目の縞状測定光に対応する光の強度が、測定対象物Ｓの４〜１６番目の撮影画像の画素データに基づいてそれぞれ測定される。Ｘ方向の周期が１６単位である縞状測定光が１６回出射されることにより、測定対象物Ｓの表面の全ての部分に縞状測定光が照射される。なお、図９（ｂ）は、７回目の縞状測定光に対応する測定対象物Ｓの７番目の撮影画像である。図９（ｃ）は、１３回目の縞状測定光に対応する測定対象物Ｓの１３番目の撮影画像である。

図１０は、測定対象物Ｓの特定の部分における画像が撮影されたタイミング（番数）と受光された光の強度との関係を示す図である。図１０の横軸は画像の順番を示し、縦軸は受光された光の強度を示す。上述のように、測定対象物Ｓの各部分について、１〜１６番目の撮影画像が生成される。また、生成された１〜１６番目の撮影画像の各画素に対応する光の強度が測定される。

図１０に示すように、撮影画像の番号に対応する撮影画像の各画素の光の強度を図示することにより散布図が得られる。得られた散布図に例えばガウシアン曲線、スプライン曲線または放物線をフィッティングさせることにより、光の強度が最大になるときの撮影画像の番号（番数）を１未満の精度で推定することができる。図１０の例においては、フィッティングされた点線で示す曲線により、９番目と１０番目との間である仮想的な９．３８番目の撮影画像において、光の強度が最大になることが推定される。

また、フィッティングされた曲線により、光の強度の最大値を推定することができる。測定対象物Ｓの各部分において推定された光の強度が最大となる撮影画像の番号に基づいて、測定対象物Ｓの各部分の高さｈを算出することができる。この方法によれば、Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ）比が十分に大きい光の強度に基づいて、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。これにより、測定対象物Ｓの形状測定の精度を向上させることができる。

なお、正弦波状測定光または縞状測定光等の周期的なパターン形状を有する測定光を用いた測定対象物Ｓの形状測定においては、測定対象物Ｓの表面の各部分の相対的な高さ（高さの相対値）が測定される。これは、パターンを形成するＹ方向に平行な複数の直線（縞）の各々を識別することができず、複数の直線の１周期（２π）の整数倍に相当する不確かさが存在することにより、絶対位相が求まらないからである。そのため、測定対象物Ｓの一の部分の高さとその部分に隣接する部分の高さが連続的に変化しているという仮定に基づいて、測定された高さのデータに公知のアンラッピング処理が行われてもよい。

（５）測定光の第４のパターン
図１１は、測定光の第４のパターンを説明するための図である。図１１に示すように、第４のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがＸ方向に並ぶ測定光（以下、コード状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から複数回（本例においては４回）出射される。コード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。

本例においては、測定対象物Ｓの表面がＸ方向において複数（図１１の例では１６）の領域に分割される。以下、複数に分割されたＸ方向における測定対象物Ｓの領域をそれぞれ第１〜第１６の領域と呼ぶ。

図１１（ａ）は、１回目に出射されるコード状測定光を示す。１回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１〜第８の領域に照射される明部分を有する。また、１回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第９〜第１６の領域に照射される暗部分を有する。これにより、１回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、１回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。

図１１（ｂ）は、２回目に出射されるコード状測定光を示す。２回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第５〜第１２の領域に照射される明部分を有する。また、２回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１〜第４および第１３〜第１６の領域に照射される暗部分を有する。これにより、２回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、２回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。

図１１（ｃ）は、３回目に出射されるコード状測定光を示す。３回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１、第２、第７〜第１０、第１５および第１６の領域に照射される明部分を有する。また、３回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第３〜第６および第１１〜第１４の領域に照射される暗部分を有する。これにより、３回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、３回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。

図１１（ｄ）は、４回目に出射されるコード状測定光を示す。４回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１、第４、第５、第８、第９、第１２、第１３および第１６の領域に照射される明部分を有する。また、４回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第２、第３、第６、第７、第１０、第１１、第１４および第１５の領域に照射される暗部分を有する。これにより、４回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、４回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。

コード状測定光の明部分に論理“１”が割り当てられ、コード状測定光の暗部分に論理“０”が割り当てられる。また、測定対象物Ｓの各領域に照射される１回目〜４回目のコード状測定光の論理の並びを符号と呼ぶ。この場合、測定対象物Ｓの第１の領域には、符号“１０１１”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第１の領域は、符号“１０１１”に符号化される。

測定対象物Ｓの第２の領域には、符号“１０１０”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第２の領域は、符号“１０１０”に符号化される。測定対象物Ｓの第３の領域には、符号“１０００”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第３の領域は、符号“１０００”に符号化される。同様に、測定対象物Ｓの第１６の領域には、符号“００１１”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第１６の領域は、符号“００１１”に符号化される。

このように、測定対象物Ｓの隣り合う領域の間では、符号のいずれかの桁が“１”のみ異なるようにコード状測定光が測定対象物Ｓに複数回照射される。すなわち、コード状測定光は、明部分および暗部分がグレイコード状に変化するように、複数回測定対象物Ｓに照射される。

測定対象物Ｓの表面の各領域で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の符号を測定することにより、測定対象物Ｓの領域ごとに、測定対象物Ｓが存在することにより変化した符号が得られる。得られた符号と領域ごとに測定対象物Ｓが存在しない場合の符号との差分を求めることにより、図６の距離ｄに相当する距離を算出することができる。ここで、画像におけるＸ軸方向には、上記の符号は１回のみ出現するというコード状測定光を用いた測定方法の特徴から、距離ｄの絶対的な値が算出される。これにより、測定対象物Ｓのその領域の絶対的な高さ（高さの絶対値）が算出される。測定対象物Ｓの表面上の全ての領域の高さを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状を測定することができる。

上記の説明においては、測定対象物Ｓの表面がＸ方向において１６の領域に分割され、コード状測定光が投光部１１０から４回出射されたが、これに限定されない。測定対象物Ｓの表面がＸ方向において２^Ｎの領域（Ｎは自然数）に分割され、コード状測定光が投光部１１０からＮ回出射されてもよい。上記の説明においては、理解を容易にするためにＮは４に設定されている。本実施の形態における形状測定処理においては、Ｎは例えば８に設定される。したがって、測定対象物Ｓの表面はＸ方向において２５６の領域に分割される。

コード状測定光を用いた測定対象物Ｓの形状測定においては、コード状測定光を分離して識別可能な距離、すなわち１画素分に相当する距離が最小の分解能となる。したがって、受光部１２０のＸ方向における視野の画素数が１０２４画素である場合、高さが例えば１０ｍｍの測定対象物Ｓを１０ｍｍ÷１０２４≒１０μｍの分解能で計測することができる。分解能は低いが絶対値を算出可能なコード状測定光を用いた形状測定と絶対値を算出できないが分解能が高い正弦波状測定光または縞状測定光を用いた形状測定とを組み合わせることにより、測定対象物Ｓの高さの絶対値をより高い分解能で算出することができる。

特に、図９の縞状測定光を用いた測定対象物Ｓの形状測定においては、分解能を１／１００画素にすることができる。なお、１／１００画素の分解能は、受光部１２０のＸ方向における視野の画素数が１０２４画素である場合、測定対象物Ｓの表面をＸ方向において約１０００００の領域に分割すること（すなわちＮ≒１７）に相当する。そのため、コード状測定光を用いた形状測定と縞状測定光を用いた形状測定と組み合わせることにより、測定対象物Ｓの高さの絶対値をさらに高い分解能で算出することができる。

上述のライン状測定光を測定対象物Ｓ上で走査する方法は一般に光切断法と呼ばれる。一方、正弦波状測定光、縞状測定光またはコード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は、パターン投影法に分類される。また、パターン投影法の中でも、正弦波状測定光または縞状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は位相シフト法に分類され、コード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は空間コード法に分類される。

位相シフト法においては、周期的な投影パターンである正弦波状測定光または縞状測定光を出射した際に、測定対象物Ｓが存在しない場合の基準高さ位置から反射した受光量に基づいて計算された位相と、測定対象物Ｓが存在する場合の測定対象物Ｓ表面から反射した受光量に基づいて計算された位相との位相差から測定対象物Ｓの高さを求める。位相シフト法においては、個々の周期的な縞が区別できず、縞１周期分（２π）の整数倍に相当する不確かさが存在するため、絶対位相が求まらないという欠点がある。しかしながら、光切断法に比べて取得する画像の枚数が少ないため測定時間が比較的短く、測定分解能が高いという長所がある。

一方、空間コード法においては、測定対象物Ｓの領域ごとに、測定対象物Ｓが存在することによって変化した符号が得られる。得られた符号と測定対象物Ｓが存在しない場合の符号との差分を領域ごとに求めることにより、測定対象物Ｓの絶対的な高さを求めることができる。空間コード法においても、比較的少数の画像により測定が可能であり、絶対的な高さを求めることができるという長所がある。しかしながら、位相シフト法に比べると測定分解能に限界がある。

これらの投影法は、各々短所および長所を有しているが、いずれも三角測量の原理を用いている点は共通である。したがって、測定光が照射されない影の部分の測定はいずれの測定方法でも不可能である。

［３］顕微鏡モードおよび形状測定モード
本実施の形態に係る形状測定装置５００は、顕微鏡モードで動作可能であるとともに形状測定モードで動作可能である。図１２および図１３は、動作モード選択時における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図１２および図１３に示すように、画像表示領域４５０および設定変更領域４７０，４８０が表示部４００に表示される。画像表示領域４５０には、受光部１２０により撮像された測定対象物Ｓの画像が表示される。

設定変更領域４７０には、明るさ選択欄４７１、明るさ設定バー４７２、表示切換欄４７３、倍率切換欄４７４、倍率選択欄４７５、焦点調整欄４７６および焦点ガイド表示欄４７７が表示される。明るさ設定バー４７２は、水平方向に移動可能なスライダ４７２ｓを有する。

使用者は、明るさ選択欄４７１において受光部１２０の露光時間の方式を選択することにより、受光部１２０の露光時間の方式をオート（自動）と手動との間で切り換えることができる。受光部１２０の露光時間の方式として手動が選択されている場合、使用者は、ＰＣ２００の操作部２５０を操作して明るさ設定バー４７２のスライダ４７２ｓを水平方向に移動させることにより、受光部１２０の露光時間を調整することができる。使用者は、表示切換欄４７３から画像の表示の種類を選択することにより、画像の表示の種類をカラーとモノクロとの間で切り換えることができる。

後述する図２６に示すように、受光部１２０は、カメラ１２１としてレンズの倍率が互いに異なるカメラ１２１Ａおよびカメラ１２１Ｂを含む。本例においては、例えば一方のカメラ１２１Ａを低倍率カメラと呼び、他方のカメラ１２１Ｂを高倍率カメラと呼ぶ。使用者は、倍率切換欄４７４においてカメラの倍率を選択することにより、受光部１２０のカメラ１２１を高倍率カメラと低倍率カメラとの間で切り換えることができる。

受光部１２０はデジタルズーム機能を有する。本例においては、２つのカメラ１２１とデジタルズーム機能とを組み合わせることにより、カメラ１２１の倍率を実質的に２種類以上に変更することができる。使用者は、倍率選択欄４７５において倍率を選択することにより、受光部１２０のカメラ１２１の倍率を設定することができる。

使用者は、焦点調整欄４７６に数値を入力することにより、入力された数値に対応する距離だけＺ方向に受光部１２０の焦点位置を変化させることができる。受光部１２０の焦点位置の変化は、ステージ１４０のＺステージ１４２の位置、すなわち受光部１２０と測定対象物Ｓとの間のＺ方向の相対的な距離を変化させることにより行われる。

後述する図３４および図４０に示すように、使用者は、焦点ガイド表示欄４７７を操作することにより、表示部４００または測定対象物Ｓに補助パターンＡＰを表示させるとともに、測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを表示させることができる。詳細は、後述の「焦点調整の第１の補助機能」において説明する。

設定変更領域４８０には、顕微鏡モード選択タブ４８０Ａおよび形状測定モード選択タブ４８０Ｂが表示される。顕微鏡モード選択タブ４８０Ａが選択されている場合には、形状測定装置５００は、顕微鏡モードで動作する。顕微鏡モードにおいては、照明光出力部１３０から照明光が測定対象物Ｓに照射される。この状態で、測定対象物Ｓの拡大観察を行うことができる。

図１２に示すように、顕微鏡モード選択タブ４８０Ａが選択されている場合、設定変更領域４８０には、ツール選択欄４８１および撮影ボタン４８２が表示される。使用者は、撮影ボタン４８２を操作することにより、画像表示領域４５０に表示されている測定対象物Ｓの画像を撮影（キャプチャ）することができる。

ツール選択欄４８１には、複数の実行ツールをそれぞれ選択するための複数のアイコンが表示される。使用者は、ツール選択欄４８１の複数のアイコンのいずれかを操作することにより、観察されている測定対象物Ｓの画像の平面測定、画像への目盛りの挿入、深度合成、画像へのコメントの挿入または画像の改善等の実行ツールを実行することができる。

例えば、平面測定の実行が選択されている場合、ツール選択欄４８１の下方には測定ツール表示欄４８１ａおよび補助ツール表示欄４８１ｂが表示される。測定ツール表示欄４８１ａには、２点間の距離の測定、２つの平行線間の距離の測定、円の直径または半径の測定、および２つの直線がなす角度の測定等をそれぞれ実行するための複数のアイコンが表示される。補助ツール表示欄４８１ｂには、画像表示領域４５０の画像に点、線または円等の補助的な描画をそれぞれ実行するための複数のアイコンが表示される。

形状測定モード選択タブ４８０Ｂが選択されている場合には、形状測定装置５００は、形状測定モードで動作する。図１３に示すように、形状測定モード選択タブ４８０Ｂが選択されている場合、設定変更領域４８０には、測定ボタン４８３が表示される。使用者は、形状測定の準備が終了した後、測定ボタン４８３を操作することにより、形状測定処理を実行することができる。

［４］テクスチャ画像
（１）合成画像
測定部１００においては、照明光出力部１３０からの照明光または投光部１１０からの均一パターンを有する測定光が照射された状態で、測定対象物Ｓの表面の状態の画像を示すデータが生成される。表面の状態は、例えば模様または色彩を含む。以下、測定対象物Ｓの表面の状態の画像をテクスチャ画像と呼び、テクスチャ画像を示すデータをテクスチャ画像データと呼ぶ。

生成されたテクスチャ画像データと形状測定処理において生成された立体形状データとが合成されることにより、合成データが生成される。表示部４００には、合成データに基づいて測定対象物Ｓの立体形状および表面の状態の合成された画像が表示される。以下、形状測定処理において生成された立体形状データを主立体形状データと呼ぶ。また、主立体形状データに基づいて表示される画像を主立体形状の画像と呼ぶ。

図１４は、形状測定処理実行後における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図１４に示すように、形状測定処理において生成された合成データに基づいて、測定対象物Ｓの画像が画像表示領域４５０に表示される。使用者は、合成画像上で、測定対象物Ｓの測定結果の確認または簡単な計測を実行することができる。

ここで、測定対象物Ｓの表面全体が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲に位置している場合であっても、測定対象物Ｓの表面全体が被写界深度の範囲内に位置していない場合、テクスチャ画像の全部または一部が鮮明に表示されない。そのため、測定対象物ＳのＺ方向の寸法が受光部１２０の被写界深度の範囲よりも大きい場合には、受光部１２０と測定対象物Ｓとの間の相対的な距離を変化させつつ、受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置する測定対象物Ｓのテクスチャ画像データが取得される。取得された複数のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓの表面全体にわたって鮮明に表示可能なテクスチャ画像データ（以下、全焦点テクスチャ画像データと呼ぶ）が生成される。

図１５は、全焦点テクスチャ画像を説明するための測定対象物Ｓの模式的側面図である。図１５の測定対象物Ｓにおいては、回路基板Ｓｂ上に電解コンデンサＳｃが実装された構成を有する。また、回路基板Ｓｂの上面および電解コンデンサＳｃには、文字が付されている。図１５に示すように、測定対象物ＳのＺ方向の寸法（本例においては、回路基板Ｓｂの下面から電解コンデンサＳｃの上面までの寸法）は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲よりも小さく、被写界深度の範囲よりも大きい。

図１６は、受光部１２０の焦点位置とテクスチャ画像の鮮明度との関係を示す図である。図１６（ａ），（ｃ），（ｅ）は、図１５の測定対象物Ｓの側面図を示す。図１６（ａ）においては、測定対象物Ｓの電解コンデンサＳｃの上面の位置ａに受光部１２０の焦点が合わされる。図１６（ｂ）においては、測定対象物Ｓの電解コンデンサＳｃの上面と回路基板Ｓｂの上面との中間の位置ｂに受光部１２０の焦点が合わされる。図１６（ｃ）においては、測定対象物Ｓの回路基板Ｓｂの上面の位置ｃに受光部１２０の焦点が合わされる。

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の状態において取得されたテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示す。この場合、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａが受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置するので、図１６（ｂ）に示すように、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字が鮮明に表示される。しかしながら、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃは、受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置しない。そのため、回路基板Ｓｂの上面に付された文字が不鮮明に表示される。また、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃは、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内にも位置していない。したがって、図１６（ｅ）の位置にステージ１４０の高さを合わせると、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａの高さを算出することができないか、または算出される高さの信頼性が低くなる。

図１６（ｄ）は、図１６（ｃ）の状態において取得されたテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示す。この場合、電解コンデンサＳｃの上面と回路基板Ｓｂの上面との中間の位置ｂが受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置する。しかしながら、電解コンデンサＳｃの上面および回路基板Ｓｂの上面が受光部１２０の被写界深度の範囲外でかつＺ方向の測定可能範囲に位置するので、図１６（ｄ）に示すように、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字および回路基板Ｓｂの上面に付された文字がやや不鮮明に表示される。

図１６（ｆ）は、図１６（ｅ）の状態において取得されたテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示す。この場合、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃが受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置するので、図１６（ｆ）に示すように、回路基板Ｓｂの上面に付された文字が鮮明に表示される。しかしながら、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａは、受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置しない。そのため、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字が不鮮明に表示される。また、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａは、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内にも位置していない。したがって、図１６（ａ）の位置にステージ１４０の高さを合わせると、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃの高さを算出することができないか、または算出される高さの信頼性が低くなる。

位置ａ〜ｃにおけるテクスチャ画像データが合成されることにより全焦点テクスチャ画像データが生成される。図１７は、生成された全焦点テクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓの全焦点テクスチャ画像である。全焦点テクスチャ画像においては、図１７に示すように、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字が鮮明に表示されるとともに、回路基板Ｓｂの上面に付された文字が鮮明に表示される。

このように、受光部１２０とステージ１４０との相対的なＺ方向の位置を変化させることにより、測定対象物Ｓに対して、受光部１２０の焦点が合う高さが変化する。そのため、一度に受光部１２０の被写界深度の範囲内に収めることができない高低差がある測定対象物Ｓであっても、受光部１２０の焦点を変化させて撮像した複数のテクスチャ画像を合成することにより、全体に焦点が合った全焦点テクスチャ画像を取得することができる。なお、被写界深度は、受光部１２０のレンズの倍率によって変化する形状測定装置５００の固有の幅を有している。

全焦点テクスチャ画像を生成する際には、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対位置を所定範囲内で、所定の間隔で変化させて複数のテクスチャ画像を取得する。このときの受光部１２０とステージ１４０とをＺ方向に相対的に移動させる範囲および間隔は、形状測定装置５００の固有の値である。ただし、測定対象物Ｓの形状測定処理を予め実行した場合、または測定対象物Ｓの形状を示すデータ（例えばＣＡＤデータ）を予め保有している場合など、測定対象物Ｓの形状が既知である場合には、このデータに基づいて最適な移動範囲および間隔を決定してもよい。

例えば、測定対象物Ｓの高さの上限および下限により規定される範囲よりもやや広い範囲を、移動範囲としてもよい。また、測定対象物Ｓの高さ形状の勾配に応じて間隔を変化させてもよい。全焦点テクスチャ画像を取得する際にステージ１４０と受光部１２０との相対的なＺ方向の移動を規定する上記のパラメータは使用者により任意に設定可能であってもよい。

全焦点テクスチャ画像データは、測定対象物Ｓの全ての部分のうち受光部１２０の被写界深度の範囲内に含まれている部分についての複数のテクスチャ画像データが合成されることにより生成される。また、測定対象物Ｓの各部分のテクスチャ画像データの取得の際には、測定対象物Ｓの各部分が受光部１２０の被写界深度の範囲内に含まれるときの受光部１２０と測定対象物Ｓとの相対的な距離に基づいて測定対象物Ｓの各部分の高さが算出される。

測定対象物Ｓの全ての部分について算出された高さを合成することにより、測定対象物Ｓの立体的な形状を示すデータが生成される。この測定対象物Ｓの立体的な形状を示すデータを副立体形状データと呼ぶ。全焦点テクスチャ画像データと主立体形状データとが合成されることにより、合成データが生成される。

図１８は、合成データに基づく測定対象物Ｓの合成画像である。図１８（ａ）は、主立体形状データに基づく測定対象物Ｓの主立体形状の画像を示す。図１８（ａ）の主立体形状を示す主立体形状データと全焦点テクスチャ画像データとが合成されることにより、合成データが生成される。図１８（ｂ）は、生成された合成データに基づく合成画像である。図１８（ｂ）に示すように、測定対象物ＳのＺ方向の寸法が受光部１２０の被写界深度の範囲よりも大きい場合であっても、測定対象物Ｓの異なる高さを有する部分の表面の状態が鮮明に表示される。

主立体形状データの各画素の値は、その画素の位置における高さのデータを示している。一方、全焦点テクスチャ画像データの各画素の値は、その画素の位置における色および輝度を含むテクスチャ情報（表面の状態の情報）を示している。したがって、対応する画素同士の情報を合成することにより、図１８に示す合成画像を生成することができる。

なお、詳細については後述するが、測定対象物Ｓの形状測定は、通常１回の処理で行われる。例えば、図１６（ａ）の例では、回路基板Ｓｂの上面ｃが受光部１２０の測定可能範囲内にないため、回路基板Ｓｂの上面ｃの高さを算出することができない。したがって、図１６（ｃ）に示すように、できるだけ測定対象物Ｓの全体が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に収まるように、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を調整する必要がある。

一方、全焦点テクスチャ画像を生成する処理では、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を変化させて複数回の撮像を行うので、１回の撮像で測定対象物Ｓの全体が受光部１２０の被写界深度の範囲内に収まるように受光部１２０とステージ１４０との相対距離を予め調整する必要はない。したがって、使用者は、テクスチャ画像を取得する際の受光部１２０の被写界深度の範囲ではなく、形状測定処理を行うための受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に測定対象物Ｓが収まっているか否かを意識して、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を調整する。

図１６（ａ）に示すステージ１４０の位置で形状測定処理を行う場合、回路基板Ｓｂの上面ｃの高さの算出ができないか、または算出される高さの信頼性が低くなる。一方、全焦点テクスチャ画像の生成処理においては、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を変化させて複数回の撮像を行うので、回路基板Ｓｂの上面ｃに受光部１２０の焦点が合ったテクスチャ画像を取得することはできる。したがって、テクスチャ画像の一部に高さのデータが欠損していたり、信頼性が低い画素が存在していても、その画素に全焦点テクスチャ画像データのテクスチャ情報を付与することは可能である。

本発明における三角測距を用いた形状測定処理においては、一般的に受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲は、受光部１２０の被写界深度の範囲よりも広い。これは、三角測距においては、画像に多少のぼけが発生していても、測定対象物Ｓの形状を測定することが可能だからである。ただし、受光部１２０の被写界深度の範囲は、使用者にとって焦点が合っているように見える主観的な範囲である。また、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲は、投光部１１０および受光部１２０により定まる形状測定装置５００の固有の値であるものの、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内にない測定対象物Ｓが必ずしも測定不可能になるのではない。

また、測定対象物Ｓの高低差が大きい場合は、どのように受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を調整しても、測定対象物Ｓの全体を１度で測定することができない場合がある。その場合は、形状測定処理を行う際にも、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を変化させて、複数回の形状測定処理を行い、各画素の最も信頼性が高い高さのデータにより構成された立体形状を取得することもできる。この場合は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲を超えた高低差を有する測定対象物Ｓの全体の測定が可能になり、大きな高低差を有する測定対象物Ｓの立体形状全体に対して、テクスチャ情報を付与することが可能である。

図１８の例においては、三次元的に表示された測定対象物Ｓにテクスチャ画像が合成されるが、これに限定されない。例えば、測定対象物Ｓの高さを色彩の変化により表現した二次元の画像上にテクスチャ情報を重畳して表示してもよい。この場合、例えば高さを示す二次元の画像とテクスチャ情報との比率を使用者が調整可能にすることで、高さを示す二次元の画像とテクスチャ画像との中間的な色彩および輝度の画像を生成して表示することも可能である。

なお、上記の説明においては、理解を容易にするために３つの位置ａ〜ｃにおけるテクスチャ画像データおよび高さに基づいて全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データがそれぞれ生成されるが、これに限定されない。２つ以下の位置または４つ以上の位置におけるテクスチャ画像データおよび高さに基づいて全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データがそれぞれ生成されてもよい。

本例においては、測定対象物ＳのＺ方向の位置が、受光部１２０の被写界深度の範囲よりも小さい間隔で、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲の上限から下限へ向かって、または下限から上限へ向かって変化される。Ｚ方向の各位置におけるテクスチャ画像データおよび高さに基づいて全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データがそれぞれ生成される。

あるいは、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データの生成前に測定対象物Ｓの主立体形状データが生成されている場合には、主立体形状データに基づいて測定対象物ＳのＺ方向の上端および下端を算出することができる。したがって、測定対象物ＳのＺ方向の位置が、受光部１２０の被写界深度の範囲よりも小さい間隔で、測定対象物ＳのＺ方向の寸法の上端から下端へ向かって、または下端から上端へ向かって変化されてもよい。Ｚ方向の各位置におけるテクスチャ画像データおよび高さに基づいて全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データがそれぞれ生成される。

この場合、測定対象物Ｓの全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データを生成するための最小限の範囲でテクスチャ画像データを取得し、高さを算出することができる。これにより、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データを高速に生成することができる。

（２）テクスチャ画像の種類
使用者は、テクスチャ画像データの取得において、テクスチャ画像の種類を選択することができる。テクスチャ画像の種類は、例えば通常のテクスチャ画像、全焦点テクスチャ画像もしくはハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）テクスチャ画像またはこれらの組み合わせを含む。全焦点テクスチャ画像が選択された場合、上記の全焦点テクスチャ画像データが生成される。ＨＤＲテクスチャ画像が選択された場合、公知のハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）合成が行われたテクスチャ画像データが生成される。

測定対象物Ｓの表面の複数の部分の反射率の差または色彩による明るさの差が小さくかつＺ方向における測定対象物Ｓの寸法が受光部１２０の被写界深度よりも大きい場合、使用者は全焦点テクスチャ画像を選択する。これにより、測定対象物Ｓの表面状態を鮮明に示すテクスチャ画像データを短時間で生成させることができる。測定対象物Ｓの表面に反射率が高い部分および低い部分が含まれる場合、または色彩による明るさの差が大きい場合、使用者はＨＤＲテクスチャ画像を選択する。これにより、黒つぶれおよび白とびが含まれない測定対象物Ｓの表面状態を鮮明に示すテクスチャ画像データを生成させることができる。

通常のテクスチャ画像においては、テクスチャ画像の合成が行われない。この場合、受光部１２０の焦点位置を固定した状態で受光部１２０により出力される受光信号に基づいて一のテクスチャ画像データが生成される。測定対象物Ｓの表面の複数の部分の反射率の差または色彩による明るさの差が小さくかつＺ方向における測定対象物Ｓの寸法が受光部１２０の被写界深度の範囲よりも小さい場合、使用者は通常のテクスチャ画像を選択する。これにより、測定対象物Ｓの表面状態を鮮明に示すテクスチャ画像データをより短時間で生成させることができる。

ＨＤＲテクスチャ画像が選択された場合、Ｚ方向の一の位置において、異なる撮像条件の下で複数のテクスチャ画像データが生成される。ここで、撮像条件は、受光部１２０の露光時間を含む。あるいは、撮像条件は、照明光出力部１３０からの照明光の強度（明るさ）または投光部１１０からの均一な測定光の強度（明るさ）を含んでもよい。これらの場合、ＣＰＵ２１０は、複数の撮像条件で複数のテクスチャ画像データを容易に生成することができる。

生成された複数のテクスチャ画像データは、そのＺ方向の位置におけるテクスチャ画像に黒つぶれおよび白とびが含まれないように合成（ＨＤＲ合成）される。これにより、テクスチャ画像のダイナミックレンジが拡大される。ＨＤＲ合成されたテクスチャ画像データ（以下、ＨＤＲテクスチャ画像データと呼ぶ）に基づいてＨＤＲテクスチャ画像が表示される。

全焦点テクスチャ画像とＨＤＲテクスチャ画像との組み合わせ（以下、ＨＤＲ全焦点テクスチャ画像と呼ぶ。）が選択された場合、測定対象物ＳのＺ方向の位置を変化させつつ、Ｚ方向の各位置について異なる撮像条件における複数のテクスチャ画像データが取得される。Ｚ方向の各位置において取得された複数のテクスチャ画像データが、そのＺ方向の位置における画像のダイナミックレンジが拡大されるようにＨＤＲ合成されることにより、ＨＤＲテクスチャ画像データが生成される。

また、測定対象物Ｓの全ての部分のうち受光部１２０の被写界深度の範囲内に含まれている部分についての複数のＨＤＲテクスチャ画像データが合成されることにより、測定対象物Ｓの表面全体にわたって表示可能なＨＤＲテクスチャ画像データ（以下、ＨＤＲ全焦点テクスチャ画像データと呼ぶ）が生成される。ＨＤＲ全焦点テクスチャ画像データに基づいて、ＨＤＲ全焦点テクスチャ画像が表示される。

このように、測定対象物Ｓの表面に反射率が高い部分および低い部分が含まれるかまたは色彩による明るさの差が大きく、かつ測定対象物Ｓの寸法が受光部の被写界深度よりも大きい場合、使用者はＨＤＲ全焦点テクスチャ画像を選択する。これにより、測定対象物Ｓの表面状態を鮮明に示すテクスチャ画像データを生成させることができる。

図１９は、テクスチャ画像の種類の選択時における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図１９に示すように、テクスチャ画像の種類の選択時には、表示部４００の設定変更領域４８０にテクスチャ画像選択欄４８４が表示される。テクスチャ画像選択欄４８４には、３つのチェックボックス４８４ａ，４８４ｂ，４８４ｃが表示される。

使用者は、チェックボックス４８４ａ〜４８４ｃを指定することにより、通常のテクスチャ画像、ＨＤＲテクスチャ画像および全焦点テクスチャ画像をそれぞれ選択することができる。また、使用者は、チェックボックス４８４ｂ，４８４ｃを指定することにより、ＨＤＲ全焦点テクスチャ画像を選択することができる。

（３）主立体形状データの補正
副立体形状データの精度は、主立体形状データの精度よりも低い。しかしながら、主立体形状データは三角測距方式に基づいて生成されるので、主立体形状データを生成するためには、受光部１２０の光軸とは異なる角度から測定対象物Ｓに光を照射する必要がある。そのため、主立体形状データは、測定対象物Ｓの形状を正確に測定することができない領域に対応する不良部分を含むことが多い。ここで、不良部分は、画像の影の部分に対応する空白データ、ノイズの部分に対応するノイズデータ、または多重反射等による測定対象物Ｓの偽の形状の部分に対応する偽形状データを含む。

一方で、副立体形状データを生成するためには、受光部１２０の光軸とは異なる角度から測定対象物Ｓに光を照射する必要がなく、受光部１２０の光軸と略等しい角度から測定対象物Ｓに照射することができる。この場合、副立体形状データは、不良部分をほとんど含まない。したがって、測定対象物Ｓの略上方に配置される照明光出力部１３０から出射される照明光を用いることにより、不良部分をほとんど含まない副立体形状データを生成することができる。

副立体形状データに基づいて主立体形状データの不良部分が判定される。本例においては、同一の測定対象物Ｓについての副立体形状データと主立体形状データとが比較される。これにより、主立体形状データのうちの不良部分を容易に判定することができる。また、形状測定処理において、測定光のパターンのコントラストが部分的に低下した場合、その部分に対応する主立体形状データの部分の信頼性が低下する。

この場合でも、副立体形状データおよび主立体形状データに基づいて、主立体形状データの信頼性が低い部分を判定することができる。本例においては、副立体形状データと主立体形状データとが比較される。副立体形状データの各部分と主立体形状データの各部分との差分がそれぞれ算出され、その差分が予め定められたしきい値より大きい主立体形状データの部分は信頼性が低いと判定される。

このように、主立体形状データの複数の部分のうち副立体形状データからの乖離がしきい値よりも大きい部分は信頼性が低いと判定される。なお、しきい値は固定値であってもよいし、使用者がスライダ等を操作することにより任意に調整可能な可変値であってもよい。以下、主立体形状データのうちの信頼性が低いと判定された部分を主立体形状データの信頼性低下部分と呼ぶ。

主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分は、対応する副立体形状データの部分により置換または補間等の補正がされてもよい。これにより、使用者は、表示部４００において外観上不良部分または信頼性低下部分を含まない測定対象物Ｓの主立体形状の画像または合成画像を観測することができる。また、主立体形状データの信頼性低下部分について、信頼性を向上させることができる。主立体形状データの補正においては、主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分がその周囲の主立体形状データの部分により補間されてもよい。

図２０、図２１および図２２は、副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。図２０（ａ），（ｂ）は、測定対象物Ｓの主立体形状の画像および合成画像をそれぞれ示す。図２１（ａ），（ｂ）は、測定対象物Ｓの副立体形状の画像および合成画像をそれぞれ示す。図２２（ａ），（ｂ）は、測定対象物Ｓの補正された主立体形状の画像および補正された合成画像をそれぞれ示す。

図２０（ａ），（ｂ）に示すように、主立体形状の画像および合成画像には、空白データに基づく影Ｓｓが含まれるとともに、偽形状データに基づく偽の形状Ｓｐが含まれる。一方、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、副立体形状の画像および合成画像には、影の影響が出ない。

図２０（ａ），（ｂ）の主立体形状の画像および合成画像における影Ｓｓおよび偽の形状Ｓｐの部分が、図２１（ａ），（ｂ）の副立体形状の画像および全焦点テクスチャ画像の相当する部分により補正される。これにより、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、影の影響が出ない主立体形状の画像および合成画像を観測することができる。

表示部４００に主立体形状の画像またはテクスチャ画像を表示させる際に、主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分が補正されず、主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分に相当する立体形状の画像またはテクスチャ画像の部分が強調表示されてもよい。あるいは、表示部４００に補正された主立体形状の画像を表示させる際に、主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分が補正された状態で、主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分に相当する補正された立体形状の画像の部分が強調表示されてもよい。これにより、使用者は、主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分を容易かつ確実に認識することができる。主立体形状データの不良部分または信頼性低下部分は、形状測定処理における測定位置の計測または解析においては、無効データとして扱われてもよい。

形状測定処理において、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方からの測定光を用いて主立体形状データが生成される場合、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々からの測定光に基づく主立体形状データが適切な重み付けで合成されることにより主立体形状データが生成される。ここで、一方の測定光に基づく主立体形状データが不良部分または信頼性低下部分を含む場合には、その部分においては、一方の測定光に基づく主立体形状データの合成の重み付けを低減させるとともに、他方の測定光に基づく主立体形状データの合成の重み付けを増加させてもよい。

（４）形状測定処理の効率化
後述する図３０〜図３２の形状測定処理において、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光（図１１参照）が照射されるとともに、縞状測定光（図９参照）が照射される。この場合、コード状測定光に基づいて測定対象物Ｓの各部分の高さの絶対値が算出されるとともに、縞状測定光に基づいて測定対象物Ｓの各部分の高さの相対値が高い分解能で算出される。これにより、測定対象物Ｓの各部分の高さの絶対値が高い分解能で算出される。すなわち、コード状測定光に基づいて算出された高さにより、縞状測定光に基づいて算出された高さの絶対値が決定される。

これに代えて、副立体形状データにおける各部分の高さにより、縞状測定光に基づいて算出された高さの絶対値が決定されてもよい。この場合、形状測定処理において、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光を照射しなくてもよい。これにより、測定対象物Ｓの各部分の高さの絶対値を高い分解能で算出しつつ形状測定処理を短時間でかつ効率的に実行することができる。

［５］形状測定処理
（１）形状測定の準備
測定対象物Ｓの形状測定処理を実行する前に、使用者は、形状測定の準備を行う。図２３は、形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図２３を参照しながら形状測定の準備の手順を説明する。まず、使用者は、測定対象物Ｓをステージ１４０上に載置する（ステップＳ１）。次に、使用者は、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射する（ステップＳ２）。これにより、測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。続いて、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像を見ながら、照明光の光量、受光部１２０の焦点ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整（以下、第１の調整と呼ぶ）を行う（ステップＳ３）。

次に、使用者は、照明光の照射を停止するとともに、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射する（ステップＳ４）。これにより、測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。続いて、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像を見ながら、測定光の光量、受光部１２０の焦点ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整（以下、第２の調整と呼ぶ）を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５において、測定対象物Ｓの測定したい位置に影が発生していない場合には、使用者は、第２の調整として受光部１２０の焦点ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整を行う必要はなく、測定光の光量の調整を行えばよい。

その後、使用者は、測定光の照射を停止するとともに、再び照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射する（ステップＳ６）。これにより、測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。次に、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像を確認する（ステップＳ７）。ここで、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像から、光の光量、受光部１２０の焦点ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢（以下、観察状態と呼ぶ）が適切であるか否かを判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ８において、観察状態が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２の処理に戻る。一方、ステップＳ８において、観察状態が適切であると判定した場合、使用者は、形状測定の準備を終了する。

なお、上記の説明においては、第１の調整の後に第２の調整が行われるが、これに限定されない。第２の調整の後に第１の調整が行われてもよい。この場合、ステップＳ６においては照明光ではなく測定光が測定対象物Ｓに照射される。また、ステップＳ５において、第２の調整のうち受光部１２０の焦点ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整を行わなかった場合には、使用者は、ステップＳ６〜Ｓ８の手順を省略して形状測定の準備を終了してもよい。

（２）第１の調整
図２４および図２５は、形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２、図２４および図２５を参照しながら形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を説明する。まず、使用者は、照明光の光量を調整する（ステップＳ１１）。照明光の光量の調整は、制御部３００の照明光源３２０から出射される照明光の明るさまたは受光部１２０の露光時間を調整することにより行われる。次に、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、測定対象物Ｓに照射される照明光の光量が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、照明光の光量が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、ステップＳ１２において、照明光の光量が適切であると判定した場合、使用者は、受光部１２０の焦点を調整する（ステップＳ１３）。受光部１２０の焦点の調整は、ステージ１４０のＺステージ１４２の位置を変化させ、受光部１２０と測定対象物Ｓとの間のＺ方向の相対的な距離を調整することにより行われる。次に、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、受光部１２０の焦点が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４において、受光部１２０の焦点が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１３の処理に戻る。一方、ステップＳ１４において、受光部１２０の焦点が適切であると判定した場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整する（ステップＳ１５）。測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整は、ステージ１４０のＸ−Ｙステージ１４１の位置およびθステージ１４３の角度を変化させることにより行われる。

次に、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで、測定対象物Ｓの測定位置が受光部１２０の視野範囲に含まれている場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であると判断する。一方、測定対象物Ｓの測定位置が受光部１２０の視野範囲に含まれていない場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判断する。

ステップＳ１６において、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１５の処理に戻る。一方、ステップＳ１６において、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であると判定した場合、使用者は、視野サイズを調整する（ステップＳ１７）。視野サイズの調整は、例えば受光部１２０のカメラ１２１のレンズの倍率を変更することにより行われる。

次に、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、視野サイズが適切であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において、視野サイズが適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１７の処理に戻る。一方、ステップＳ１８において、視野サイズが適切であると判定した場合、使用者は、テクスチャ画像の種類を選択し（ステップＳ１９）、第１の調整を終了する。第１の調整が行われることにより、テクスチャ画像データを生成するために最適な照明光の光量条件が設定される。

なお、ステップＳ１７においては、受光部１２０が、レンズの倍率が互いに異なる複数のカメラ１２１を含み、カメラ１２１を切り換えることによりレンズの倍率を変更してもよい。あるいは、レンズの倍率を切り換え可能な一のカメラ１２１を含み、レンズの倍率を切り換えることによりレンズの倍率を変更してもよい。または、受光部１２０のデジタルズーム機能により、レンズの倍率を変更することなく視野サイズが調整されてもよい。

図２６は、Ｘ方向から見た図２の受光部１２０を示す模式図である。図２６に示すように、受光部１２０は、複数のカメラ１２１としてカメラ１２１Ａ，１２１Ｂを含む。カメラ１２１Ａのレンズの倍率とカメラ１２１Ｂのレンズの倍率とは互いに異なる。また、受光部１２０はハーフミラー１２４をさらに含む。

複数のレンズ１２２，１２３を通過した光は、ハーフミラー１２４により２つの光に分離される。一方の光はカメラ１２１Ａにより受光され、他方の光はカメラ１２１Ｂにより受光される。図１の制御基板１５０に受光信号を出力するカメラ１２１をカメラ１２１Ａとカメラ１２１Ｂとの間で切り換えることにより、レンズの倍率を変更することができる。カメラ１２１Ａとカメラ１２１Ｂとの間の切り換えは、図１３の倍率切換欄４７４においてカメラの倍率を選択することにより行われる。

（３）第２の調整
図２７および図２８は、形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２、図２７および図２８を参照しながら形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を説明する。まず、使用者は、一方の測定光の光量を調整する（ステップＳ２１）。

次に、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、測定対象物Ｓの測定位置に影が発生していない場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であると判断する。一方、測定対象物Ｓの測定位置に影が発生している場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判断する。

ステップＳ２２において、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判定した場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整する（ステップＳ２３）。測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整は、ステージ１４０のＸ−Ｙステージ１４１の位置およびθステージ１４３の角度を変化させることにより行われる。その後、使用者は、ステップＳ２２の処理に戻る。

一方、ステップＳ２２において、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であると判定した場合、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、測定対象物Ｓに照射される一方の測定光の光量が適切であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４において、一方の測定光の光量が適切でないと判定した場合、使用者は、一方の測定光の光量を調整する（ステップＳ２５）。その後、使用者は、ステップＳ２４の処理に戻る。

一方、ステップＳ２４において、一方の測定光の光量が適切であると判定した場合、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、受光部１２０の焦点が適切であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６において、受光部１２０の焦点が適切でないと判定した場合、使用者は、受光部１２０の焦点を調整する（ステップＳ２７）。受光部１２０の焦点の調整は、ステージ１４０のＺステージ１４２の位置を変化させ、受光部１２０と測定対象物Ｓとの間のＺ方向の相対的な距離を調整することにより行われる。その後、使用者は、ステップＳ２６の処理に戻る。

一方、ステップＳ２６において、受光部１２０の焦点が適切であると判定した場合、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像から、観察状態が適切であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２８において、観察状態が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２３、ステップＳ２５またはステップＳ２７の処理に戻る。具体的には、観察状態のうち測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２３の処理に戻る。観察状態のうち光（一方の測定光）の光量が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２５の処理に戻る。観察状態のうち受光部１２０の焦点が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２７の処理に戻る。

一方、ステップＳ２８において、観察状態が適切であると判定した場合、使用者は、一方の測定光の照射を停止するとともに、他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光を照射する（ステップＳ２９）。これにより、測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。続いて、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像を見ながら、他方の測定光の光量の調整を行う（ステップＳ３０）。

その後、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像に基づいて、他方の測定光の光量が適切であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、他方の測定光の光量が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ３０の処理に戻る。一方、ステップＳ３１において、他方の測定光の光量が適切であると判定した場合、使用者は、第２の調整を終了する。第２の調整が行われることにより、主立体形状データを生成するために最適な一方および他方の測定光の光量条件が設定される。なお、他方の投光部１１０Ｂを使用しない場合には、使用者は、ステップＳ２８の処理の後、ステップＳ２９〜Ｓ３１の手順を省略して第２の調整を終了してもよい。

図２９は、第２の調整の実行時における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図２９に示すように、第２の調整の実行時には、表示部４００の設定変更領域４８０に図５と同様の光量設定バー４３０，４４０が表示される。使用者は、操作部２５０を操作して光量設定バー４３０のスライダ４３０ｓを水平方向に移動させることにより、一方の測定光の光量を変更することができる。同様に、使用者は、操作部２５０を操作して光量設定バー４４０のスライダ４４０ｓを水平方向に移動させることにより、他方の測定光の光量を変更することができる。

第２の調整の実行時には、表示部４００に３つの画像表示領域４５０ａ，４５０ｂ，４５０ｃが設けられる。画像表示領域４５０ａには、一方および他方の測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。画像表示領域４５０ｂには、一方の測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。画像表示領域４５０ｃには、他方の測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。

ここで、画像は、明るすぎるために白とびが生じている部分および暗すぎるために黒つぶれが生じている部分を識別可能に、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｃに表示される。図２９の例においては、明るすぎるために白とびが生じている部分がドットパターンにより強調表示されている。また、暗すぎるために黒つぶれが生じている部分がハッチングパターンにより強調表示されている。

（４）形状測定処理
図２３の形状測定の準備の後、測定対象物Ｓの形状測定処理が実行される。図３０、図３１および図３２は、形状測定処理の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図３０〜図３２を参照しながら形状測定処理の手順を説明する。使用者は、形状測定の準備の終了後に、ＣＰＵ２１０に形状測定処理の開始を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者により形状測定処理の開始が指示されたか否かを判定する（ステップＳ４１）。

ステップＳ４１において、形状測定処理の開始が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０は、形状測定処理の開始が指示されるまで待機する。なお、使用者は、形状測定処理の開始を指示するまで形状測定の準備を行うことができる。一方、ステップＳ４１において、形状測定処理の開始が指示された場合、ＣＰＵ２１０は、第２の調整において設定された光量条件に従って投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射し、測定対象物Ｓに測定光のパターンが投影された画像（以下、パターン画像と呼ぶ）を取得する（ステップＳ４２）。取得されたパターン画像は、作業用メモリ２３０に記憶される。

次に、ＣＰＵ２１０は、取得したパターン画像を所定の計測アルゴリズムで処理することにより、測定対象物Ｓの立体形状を示す主立体形状データを生成する（ステップＳ４３）。生成された主立体形状データは、作業用メモリ２３０に記憶される。続いて、ＣＰＵ２１０は、生成した主立体形状データに基づいて測定対象物Ｓの主立体形状の画像を表示部４００に表示する（ステップＳ４４）。

その後、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、測定すべき位置（以下、測定位置と呼ぶ）の立体形状が表示されているか否かを判定する（ステップＳ４５）。使用者は、表示部４００に表示されている測定対象物Ｓの主立体形状の画像を見て、測定位置の立体形状が表示されているか否かをＣＰＵ２１０に指示する。

ステップＳ４５において、測定位置の立体形状が表示されていないと判定した場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ４１の処理に戻る。これにより、ＣＰＵ２１０は形状測定処理の開始が指示されるまで待機するとともに、使用者は形状測定処理の開始を再び指示するまで測定位置の立体形状が表示されるように形状測定の準備を行うことができる。一方、ステップＳ４５において、測定位置の立体形状が表示されていると判定した場合、ＣＰＵ２１０は、使用者により図２５の第１の調整のステップＳ１９で通常のテクスチャ画像が選択されたか否かを判定する（ステップＳ４６）。

ここで、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄４８４のチェックボックス４８４ａが指定された場合、通常のテクスチャ画像が選択されたと判定する。また、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄４８４のチェックボックス４８４ａ〜４８４ｃのいずれも指定されなかった場合にも、ＣＰＵ２１０は、通常のテクスチャ画像が選択されたと判定する。

ステップＳ４６において、通常のテクスチャ画像が選択されたと判定した場合、ＣＰＵ２１０は、第１の調整において設定された光量条件に従って照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射し、測定対象物Ｓの通常のテクスチャ画像データを生成する（ステップＳ４７）。その後、ＣＰＵ２１０はステップＳ５５の処理に進む。

ステップＳ４６において、通常のテクスチャ画像が選択されなかったと判定した場合、ＣＰＵ２１０は、使用者により図２５の第１の調整のステップＳ１９で全焦点テクスチャ画像が選択されたか否かを判定する（ステップＳ４８）。ここで、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄４８４のチェックボックス４８４ｃが指定された場合、全焦点テクスチャ画像が選択されたと判定する。

ステップＳ４８において、全焦点テクスチャ画像が選択されたと判定した場合、ＣＰＵ２１０は、第１の調整において設定された光量条件に従って照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射し、測定対象物Ｓの全焦点テクスチャ画像データを生成する（ステップＳ４９）。一方、ステップＳ４８において、全焦点テクスチャ画像が選択されなかったと判定した場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ５０の処理に進む。

次に、ＣＰＵ２１０は、使用者により図２５の第１の調整のステップＳ１９でＨＤＲテクスチャ画像が選択されたか否かを判定する（ステップＳ５０）。ここで、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄４８４のチェックボックス４８４ｂが指定された場合、ＨＤＲテクスチャ画像が選択されたと判定する。

ステップＳ５０において、ＨＤＲテクスチャ画像が選択されたと判定した場合、ＣＰＵ２１０は、第１の調整において設定された光量条件に従って照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射し、測定対象物ＳのＨＤＲテクスチャ画像データを生成する（ステップＳ５１）。なお、ステップＳ４９で全焦点テクスチャ画像データが生成されていた場合には、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ５１でＨＤＲテクスチャ画像データではなくＨＤＲ全焦点テクスチャ画像データを生成する。一方、ステップＳ５０において、ＨＤＲテクスチャ画像が選択されなかったと判定した場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ５２の処理に進む。

使用者は、生成されたテクスチャ画像データに基づくテクスチャ画像を表示部４００に表示させることをＣＰＵ２１０に指示することができる。ＣＰＵ２１０は、テクスチャ画像の表示が指示されたか否かを判定する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２において、テクスチャ画像の表示が指示されなかったと判定した場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ５５の処理に進む。一方、ステップＳ５２において、テクスチャ画像の表示が指示されたと判定した場合、ＣＰＵ２１０は生成されたテクスチャ画像データに基づいてテクスチャ画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ５３）。

次に、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、テクスチャ画像が適切であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。使用者は、表示部４００に表示されているテクスチャ画像を見て、テクスチャ画像が適切であるか否かをＣＰＵ２１０に指示する。

ステップＳ５４において、テクスチャ画像が適切でないと判定した場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ４８の処理に戻る。これにより、テクスチャ画像が適切であると判定されるまで、ステップＳ４８〜Ｓ５４の処理が繰り返される。使用者は選択するテクスチャ画像の種類を変更することにより、ＣＰＵ２１０に適切なテクスチャ画像データを生成させることができる。

ステップＳ５４において、テクスチャ画像が適切であると判定した場合、ＣＰＵ２１０は、合成データを生成する（ステップＳ５５）。合成データは、ステップＳ４７，ステップＳ４９またはステップＳ５１で生成されたテクスチャ画像データとステップＳ４３において生成されたと主立体形状データを合成することにより生成される。

続いて、ＣＰＵ２１０は、生成された合成データに基づいて測定対象物Ｓの合成画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ５６）。その後、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定位置の計測または解析を実行する（ステップＳ５７）。これにより、形状測定処理を終了する。このような形状測定処理により、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて合成画像上において測定位置の計測または解析を実行することができる。

上記のステップＳ４２において、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定対象物Ｓに測定光が照射される場合、一方の投光部１１０Ａからの測定光に対応する一方のパターン画像が取得されるとともに、他方の投光部１１０Ｂからの測定光に対応する他方のパターン画像が取得される。

ステップＳ４３において、一方の投光部１１０Ａからの測定光に対応する一方の主立体形状データが生成されるとともに、他方の投光部１１０Ｂからの測定光に対応する他方の主立体形状データが生成される。一方の主立体形状データと他方の主立体形状データとが適切な重み付けで合成されることにより、一の主立体形状データが生成される。

上記のステップＳ４７，Ｓ４９，Ｓ５１において、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射されることにより、測定対象物Ｓのテクスチャ画像データが生成されるが、これに限定されない。ステップＳ４７，Ｓ４９，Ｓ５１において、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光が照射されることにより、測定対象物Ｓのテクスチャ画像データが生成されてもよい。この場合、形状測定装置５００は照明光出力部１３０を含まなくてもよいので、形状測定装置５００を小型化することができる。また、形状測定装置５００の製造コストを低減することができる。

上記の形状測定処理においては、全焦点テクスチャ画像が選択されたか否かが判定された後にＨＤＲ画像が選択されたか否かが判定されるが、これに限定されない。ＨＤＲテクスチャ画像が選択されたか否かが判定された後に全焦点画像が選択されたか否かが判定されてもよい。

上記の形状測定処理においては、テクスチャ画像データの生成の処理（ステップＳ４６〜Ｓ５４）が主立体形状データの生成の処理（ステップＳ４２〜Ｓ４５）の後に実行されるが、これに限定されない。テクスチャ画像データの生成の処理および主立体形状データの生成の処理はいずれが先に実行されてもよく、テクスチャ画像データの生成の処理および主立体形状データの生成の処理の一部が同時に実行されてもよい。

例えば、テクスチャ画像データの生成の処理（ステップＳ４６〜Ｓ５４）が行われた後に、主立体形状データの生成の処理（ステップＳ４２〜Ｓ４５）が行われてもよい。この場合でも、ＣＰＵ２１０はステップＳ５５の処理において合成データを生成することができる。また、ステップＳ５４において、使用者が表示部４００に表示されているテクスチャ画像を見て、テクスチャ画像が適切であるか否かを判断している間に、主立体形状データの生成の処理の一部が実行可能となる。そのため、形状測定処理を短時間でかつ効率的に実行することができる。

また、主立体形状データの生成の処理の前にテクスチャ画像データの生成の処理が行われた場合、副立体形状データに基づいて測定対象物ＳのＺ方向の寸法の上端および下端を算出可能となる。したがって、主立体形状データの生成の処理において、受光部１２０の焦点を測定対象物ＳのＺ方向の中心に自動的に調整することができる。この場合、主立体形状データの精度をさらに向上させることができる。

一方、図３０〜図３２の形状測定処理のようにテクスチャ画像データの生成の処理の前に主立体形状データの生成の処理が行われた場合、主立体形状データに基づいて測定対象物ＳのＺ方向の寸法の上端および下端を算出可能となる。したがって、テクスチャ画像データの生成の処理において、全焦点テクスチャ画像データの生成する際に、受光部１２０に対するステージ１４０のＺ方向の移動範囲を最小限にしかつ移動間隔を適切に設定することができる。これにより、全焦点テクスチャ画像データを高速に生成することができる。

（５）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの立体形状を示す主立体形状データが高い精度で生成される。また、測定対象物Ｓの各部分が受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置する場合における測定対象物Ｓのテクスチャ画像データが合成されることにより、全焦点テクスチャ画像データが生成される。そのため、全焦点テクスチャ画像データは、測定対象物Ｓの表面全体にわたる表面状態を鮮明に示す。

これにより、主立体形状データと全焦点テクスチャ画像データとを合成した合成データは、高い精度で測定された測定対象物Ｓの立体形状を示しかつ測定対象物Ｓの表面状態を鮮明に示す。合成データに基づく合成画像が表示部４００に表示される。その結果、使用者は、測定対象物Ｓの形状を高い精度で測定しつつ測定対象物Ｓの表面状態を鮮明に観測することができる。

また、本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、主立体形状データを生成するために適した一方および他方の測定光の光量条件とテクスチャ画像データを生成するために適した照明光の光量条件とが個別に設定される。これにより、主立体形状データをより高精度で生成することが可能になるとともに、測定対象物Ｓの表面全体にわたる表面状態をより鮮明に示すテクスチャ画像データを生成することが可能になる。その結果、測定対象物Ｓの形状をより高い精度で測定しつつ測定対象物Ｓの表面状態をより鮮明に観測することができる。

［６］焦点調整の第１の補助機能
（１）焦点調整の第１の補助機能の第１の例
形状測定の準備における第２の調整において、受光部１２０の焦点の調整が行われることにより、測定対象物Ｓは受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置する。これにより、測定対象物Ｓの形状を正確に測定することができる。ここで、測定対象物Ｓが受光部１２０の被写界深度の範囲の中心付近、すなわち受光部１２０の焦点付近に位置する場合、測定対象物Ｓの形状をより正確に測定することができる。

しかしながら、Ｚステージ１４２を調整して被写界深度の範囲内において測定対象物ＳをＺ方向に移動させても、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像はほとんど変化しない。例えば、被写界深度が５ｍｍであり、視野サイズが２５ｍｍ×２５ｍｍであるとする。この場合、被写界深度５ｍｍの全範囲において、測定対象物Ｓが受光部１２０の焦点位置にあるように観察される。そのため、焦点の調整においては数ｍｍ程度のずれが発生し得ると考えられる。

このように、測定対象物Ｓを受光部１２０の焦点付近に位置させることは困難である。そこで、本実施の形態に係る形状測定装置５００には、測定対象物Ｓを受光部１２０の焦点付近に位置させることを補助する機能（以下、焦点調整の第１の補助機能と呼ぶ）が設けられる。

図３３および図３４は、焦点調整の第１の補助機能の第１の例を説明するための図である。図３３（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照明光出力部１３０から照明光を照射した状態を示す。図３３（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図３３（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。図３４（ａ）は、受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。図３４（ｂ）は、Ｙ方向から見た測定対象物Ｓの位置と焦点位置との関係を示す。

使用者が図１３の焦点ガイド表示欄４７７を操作することにより、図３３（ｂ），（ｄ）に示すように、表示部４００に表示される画像の予め設定された特定の位置に予め設定された所定のパターン（以下、補助パターンと呼ぶ）ＡＰが表示される。本例においては、補助パターンＡＰは、表示部４００の画面の中心、上下左右または四隅等の特定の位置に表示される。図３４（ａ）に示すように、補助パターンＡＰが表示される表示部４００上の座標を（ｘ，ｙ）とする。補助パターンＡＰは、表示部４００上の画像に重なるように表示されるパターンである。そのため、図３３（ａ），（ｃ）の測定対象物Ｓを移動または変化させても、補助パターンＡＰは移動または変化しない。

受光部１２０の焦点位置は既知である。図３４（ｂ）において、焦点位置が太い実線で示される。受光部１２０の焦点位置は、Ｚ方向に垂直な平面状に存在する。投光部１１０は、補助パターンＡＰの座標（ｘ，ｙ）に対応する測定対象物Ｓ上の点を通るＺ方向の線分と受光部１２０の焦点位置との交点に向けて、予め設定された所定のパターン（以下、ガイドパターンと呼ぶ。）ＧＰを有する光を照射する。

これにより、図３３（ａ），（ｃ）に示すように測定対象物Ｓの表面上にガイドパターンＧＰが投影されるとともに、図３３（ｂ），（ｄ）および図３４（ａ）に示すように表示部４００の測定対象物Ｓの画像上にガイドパターンＧＰが表示される。この場合、図１のＣＰＵ２１０は、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰのＹ方向の位置が等しくなるように投光部１１０を制御する。

この構成によれば、測定対象物Ｓの表面が受光部１２０の焦点位置にある場合、ガイドパターンＧＰは補助パターンＡＰの座標（ｘ，ｙ）と等しい座標上に表示される。すなわち、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるように表示される。

一方、測定対象物Ｓの表面が受光部１２０の焦点位置にない場合、ガイドパターンＧＰは補助パターンＡＰの座標（ｘ，ｙ）とは異なる座標（ｘ’，ｙ）上に表示される。位置ｘと位置ｘ’との間の距離は、受光部１２０の焦点位置と測定対象物Ｓの表面の位置との間のＺ方向の距離に比例する。したがって、測定対象物ＳがＺ方向に移動すると、ガイドパターンＧＰはＹ方向には移動せず、Ｘ方向に移動する。

図３３（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致していない。したがって、図３３（ｂ）に示すように、表示部４００上においてガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なっていない。

図３３（ｃ）に示すように、ステージ１４０をＺ方向に移動させることにより、ガイドパターンＧＰはＸ方向に移動する。使用者は、表示部４００に表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら、ガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰに近づくようにステージ１４０をＺ方向に移動させることができる。図３３（ｄ）に示すように、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるようにステージ１４０を調整することにより、使用者は、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とを容易に一致させることができる。

例えば、視野サイズが２５ｍｍ×２５ｍｍであり、受光部１２０のＸ方向における視野の画素数が１０２４画素であり、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとのずれを１画素の単位で認識可能であるとする。この場合、１画素の大きさは２５ｍｍ÷１０２４≒２４μｍとなる。すなわち、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとのずれを２４μｍの単位で認識可能である。図６の角度αを例えば４５度として、このずれの距離ｄを高さｈに換算すると、高さｈは２４÷ｔａｎ４５°＝２４μｍとなる。したがって、焦点調整の第１の補助機能により非常に高い精度で受光部１２０の焦点を調整することができる。

なお、図３７においては、投光部１１０が簡略的に図示されている。投光部１１０は形状測定処理の実行時には周期的なパターンを有する測定光を測定対象物Ｓに照射する機能を有する投影パターン光学系である。投光部１１０は、代表的にはＤＭＤまたはＬＣＤ等のパターン生成部１１２（図２）により生成された光を測定対象物Ｓに照射する。

このような投影パターン光学系を用いてガイドパターンＧＰを測定対象物Ｓの表面に投影することにより、ガイドパターンＧＰ用の光源を測定部１００に別途設ける必要がない。また、任意の形状を有するガイドパターンＧＰを測定対象物Ｓの表面に投影することができる。さらに、投光部１１０の照射範囲内で使用者が指定した測定対象物Ｓの部分に受光部１２０の焦点が合うようにガイドパターンＧＰの投影位置を変更することもできる。詳細については後述する。

（２）焦点調整の第１の補助機能の第２の例
図３５は、焦点調整の第１の補助機能の第２の例を説明するための図である。図３５（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照明光出力部１３０から照明光を照射した状態を示す。図３５（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図３５（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

本例においては、使用者が表示部４００上の画像の指定した位置に補助パターンＡＰが表示される。すなわち、使用者は、補助パターンＡＰが表示される図３４（ａ）の座標（ｘ，ｙ）を指定することができる。図３５（ａ），（ｃ）に示すように、投光部１１０から測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを有する光が照射される。この場合、図１のＣＰＵ２１０は、使用者の指定に基づいて、ＡＰの座標（ｘ，ｙ）を算出し、図３４（ｂ）の焦点位置上の座標（ｘ，ｙ）に向けて光が照射されるように投光部１１０を制御する。これにより、測定対象物Ｓの表面上にガイドパターンＧＰが投影されるとともに、表示部４００の測定対象物Ｓの画像上にガイドパターンＧＰが表示される。

図３５（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致していない。したがって、図３５（ｂ）に示すように、表示部４００上においてガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なっていない。

図３５（ｃ）に示すように、使用者は、表示部４００に表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら、ガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰに近づくようにステージ１４０をＺ方向に移動させることができる。図３５（ｄ）に示すように、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるようにステージ１４０を調整することにより、使用者は、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とを容易に一致させることができる。

図３６は、補助パターンＡＰを表示させる位置を指定するＧＵＩの一例を示す図である。図３６（ａ）に示すように、使用者は図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して表示部４００の画像の任意の位置にカーソルＣを合わせることができる。

この状態でその位置を選択することにより、図３６（ｂ）に示すように、使用者はカーソルＣの位置に補助パターンＡＰを表示させるとともに、ガイドパターンＧＰを表示させることができる。このように、本例においては、使用者が任意の位置に補助パターンＡＰを表示させることができる。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの表面の任意の位置に受光部１２０の焦点を合わせることができる。

（３）焦点調整の第１の補助機能の第３の例
図３７は、焦点調整の第１の補助機能の第３の例を説明するための図である。図３７（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照明光出力部１３０から照明光を照射した状態を示す。図３７（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図３７（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

焦点調整の第１の補助機能の第１および第２の例と同様に、表示部４００上の画像に補助パターンＡＰが表示される。補助パターンＡＰが表示される位置は、予め設定されていてもよいし、使用者により指定されてもよい。本例においては、補助パターンＡＰは矩形枠からなる。また、補助パターンＡＰの矩形枠のＸ方向の寸法は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲を示す。

図３７（ａ），（ｃ）に示すように、投光部１１０から測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを有する光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの表面上にガイドパターンＧＰが投影されるとともに、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上にガイドパターンＧＰが表示される。ガイドパターンＧＰは矩形状を有し、ガイドパターンＧＰの寸法は補助パターンＡＰの寸法よりも小さい。この構成により、補助パターンＡＰの矩形枠内にガイドパターンＧＰが位置するときには、測定対象物Ｓの表面が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に含まれる。

図３７（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの表面は受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置していない。したがって、図３７（ｂ）に示すように、表示部４００上においてガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰの矩形枠内に位置していない。

図３７（ｃ）に示すように、使用者は、表示部４００に表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら、ガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰに近づくようにステージ１４０をＺ方向に移動させることができる。図３７（ｄ）に示すように、ガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰの矩形枠内に位置するようにステージ１４０を調整することにより、使用者は、測定対象物Ｓの表面を受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に容易に位置させることができる。

このように、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とを一致させる必要がなく、測定対象物Ｓを受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置させる場合には、補助パターンＡＰのＸ方向の寸法は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲に対応した広がり範囲を有していてもよい。この場合、測定対象物Ｓを受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内により容易に位置させることができる。

（４）焦点調整の第１の補助機能の第４の例
図３８は、焦点調整の第１の補助機能の第４の例を説明するための図である。図３８（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照明光出力部１３０から照明光を照射した状態を示す。図３８の（ａ），（ｃ）の測定対象物Ｓは、複数の異なる高さの上面を有する。図３８（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図３８（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

本例においては、使用者により指定された表示部４００上の画像の複数の位置に補助パターンＡＰが表示される。したがって、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの複数の異なる高さの上面の各々に補助パターンＡＰを指定することができる。各補助パターンＡＰは矩形枠からなる。また、各補助パターンＡＰの矩形枠のＸ方向の寸法は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲を示す。

図３８（ａ），（ｃ）に示すように、投光部１１０から測定対象物Ｓに複数のガイドパターンＧＰを有する光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの表面上に複数のガイドパターンＧＰが投影されるとともに、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上に複数のガイドパターンＧＰが表示される。複数のガイドパターンＧＰは、複数の補助パターンＡＰにそれぞれ対応する。各ガイドパターンＧＰは矩形状を有し、各ガイドパターンＧＰの寸法は各補助パターンＡＰの寸法よりも小さい。この構成により、各補助パターンＡＰの矩形枠内に各ガイドパターンＧＰが位置したときは、測定対象物Ｓの複数の上面が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置する。

図３８（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの複数の上面は受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に含まれていない。したがって、図３８（ｂ）に示すように、表示部４００上において各ガイドパターンＧＰが各補助パターンＡＰの矩形枠内に位置していない。

図３８（ｃ）に示すように、使用者は、表示部４００に表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら、各ガイドパターンＧＰが各補助パターンＡＰに近づくようにステージ１４０をＺ方向に移動させることができる。図３８（ｄ）に示すように、各ガイドパターンＧＰが各補助パターンＡＰの矩形枠内に位置するようにステージ１４０を調整することにより、使用者は、測定対象物Ｓの複数の上面を受光部１２０の被写界深度の範囲内に容易に位置させることができる。

このように、測定対象物Ｓにおいて複数の位置を受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置させる場合には、それらの位置に対応する複数の補助パターンＡＰが指定されてもよい。これにより、測定対象物Ｓの複数の部分がＺ方向において複数の異なる位置にある場合でも、測定対象物Ｓの複数の部分の各々を正確かつ容易に受光部１２０の焦点に位置させることができる。また、各補助パターンＡＰのＸ方向の寸法は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲に対応した広がり範囲を有していてもよい。この場合、測定対象物Ｓを受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内により容易に位置させることができる。

（５）焦点調整の第１の補助機能の第５の例
図３９および図４０は、焦点調整の第１の補助機能の第５の例を説明するための図である。図３９（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照明光出力部１３０から照明光を照射した状態を示す。図３９（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図３９（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。図４０（ａ）は、受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。図４０（ｂ）は、Ｙ方向から見た測定対象物Ｓの位置と焦点位置との関係を示す。本例においては、焦点調整の第１の補助機能のために複数の投光部１１０Ａ，１１０Ｂが用いられる。

図４０（ｂ）において、焦点位置が太い実線で示される。使用者が図１３の焦点ガイド表示欄４７７を操作することにより、図３９（ａ），（ｃ）および図４０（ｂ）に示すように、一方の投光部１１０Ａから測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを有する光が照射される。これにより、図３９（ａ），（ｃ）に示すように測定対象物Ｓの表面上にガイドパターンＧＰが投影されるとともに、図３９（ｂ），（ｄ）および図４０（ａ）に示すように表示部４００の測定対象物Ｓの画像上にガイドパターンＧＰが表示される。この場合、図１のＣＰＵ２１０は、予め設定された任意の座標（ｘ，ｙ）に対し、焦点位置上の座標（ｘ，ｙ）に向けて光が照射されるように一方の投光部１１０Ａを制御する。

同様に、図３９（ａ），（ｃ）および図４０（ｂ）に示すように、他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに補助パターンＡＰを有する光が照射される。これにより、図３９（ａ），（ｃ）に示すように、測定対象物Ｓの表面上に補助パターンＡＰが投影されるとともに、図３９（ｂ），（ｄ）および図４０（ａ）に示すように、表示部４００の測定対象物Ｓの画像上に補助パターンＡＰが表示される。この場合、ＣＰＵ２１０は、予め設定された任意の座標（ｘ，ｙ）に対し、焦点位置上の座標（ｘ，ｙ）に向けて光が照射されるように他方の投光部１１０Ｂを制御する。補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰのＹ方向の位置が等しくなるように投光部１１０Ａ，１１０Ｂが制御される。

焦点調整の第１の補助機能の第１〜第４の例と異なり、本例における補助パターンＡＰは、表示部４００上の画像に重なるように表示されたパターンではない。そのため、図３９（ａ），（ｃ）の測定対象物Ｓを移動または変化させると、補助パターンＡＰは移動または変化する。

この構成によれば、測定対象物Ｓの表面が受光部１２０の焦点位置にある場合、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰは、座標（ｘ，ｙ）と等しい座標上に表示される。すなわち、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるように表示される。

一方、測定対象物Ｓの表面が受光部１２０の焦点位置にない場合、ガイドパターンＧＰは座標（ｘ，ｙ）とは異なる座標（ｘ’，ｙ）上に表示され、補助パターンＡＰは座標（ｘ，ｙ）および座標（ｘ’，ｙ）とは異なる座標（ｘ’’，ｙ）上に表示される。位置ｘ’と位置ｘ’’との間の距離は、受光部１２０の焦点位置と測定対象物Ｓの表面の位置との間のＺ方向の距離に比例する。したがって、測定対象物ＳをＺ方向に移動させると、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰはＹ方向には移動せず、Ｘ方向における互いに逆方向に移動する。

図３９（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致していない。したがって、図３９（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓ上および表示部４００上においてガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なっていない。

図３９（ｃ）に示すように、ステージ１４０をＺ方向に移動させることにより、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰはＸ方向上で互いに逆方向に移動する。使用者は、測定対象物Ｓの表面上に投影されまたは表示部４００に表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰが互いに近づくようにステージ１４０をＺ方向に移動させることができる。図３９（ｄ）に示すように、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるようにステージ１４０を調整することにより、使用者は、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とを容易に一致させることができる。

このように、本例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰが表示部４００だけでなく測定対象物Ｓにも表示される。したがって、使用者は、示部４００を見ることができない状況であっても、測定対象物Ｓに表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら受光部１２０の焦点の調整を行うことができる。これにより、図１の測定部１００の操作性を向上させることができる。

また、本例においても、使用者が表示部４００上で受光部１２０の焦点を合わせたい測定対象物Ｓの部分を指定可能に構成することもできる。この場合、使用者により指定された部分に受光部１２０の焦点がある場合に、一方の投光部１１０Ａにより測定対象物Ｓに投影されるガイドパターンＧＰと他方の投光部１１０Ｂにより測定対象物Ｓに投影される補助パターンＡＰとが重なるように、各投光部１１０Ａ，１１０Ｂによる測定光の照射位置が変更される。

投光部１１０Ａ，１１０Ｂの少なくとも一方からガイドパターンＧＰまたは補助パターンＡＰに加えて受光部１２０の視野範囲を示す枠パターンを有する光が照射されてもよい。図４１および図４２は、投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに枠パターンを有する光が照射される例を示す図である。

図４１（ａ），（ｂ）に示すように、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに枠パターンＦＰを有する光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの表面上に枠パターンＦＰが投影される。枠パターンＦＰはガイドパターンＧＰを中心にした視野範囲を示す。

図４１および図４２の例においては、枠パターンＦＰは視野サイズの四隅を示す４つのＬ字形状のパターンである。枠パターンＦＰは視野範囲の四隅を示す４つの十字形状のパターンまたは４つの点状のパターンであってもよい。あるいは、枠パターンＦＰは視野範囲を示す矩形状のパターンであってもよい。

図４２（ａ），（ｂ）に示すように、使用者は、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるようにステージ１４０を調整することにより、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とを一致させることができる。この状態における枠パターンＦＰにより囲まれる範囲が受光部１２０の視野範囲となる。

このように、本例においては、測定対象物Ｓ上に枠パターンＦＰが投影される。したがって、使用者は、表示部４００を見ることができない状況であっても、表示部４００に表示される受光部１２０の視野範囲を容易に認識することができる。これにより、測定部１００の操作性をより向上させることができる。

また、本例においては、受光部１２０はデジタルズーム機能を有する。図４３は、デジタルズーム機能に対応する枠パターンＦＰを示す図である。図４３に示すように、受光部１２０のデジタルズーム機能により測定対象物Ｓを実際に拡大観察する前に、拡大後の視野範囲を枠パターンＦＰにより測定対象物Ｓの表面上に投影することができる。図４３において、デジタルズーム機能を使用しない場合における視野範囲が点線の枠パターンＦＰにより示され、デジタルズーム機能を使用する場合における拡大後の視野範囲が実線の枠パターンＦＰにより示される。

このように、使用者は、受光部１２０のデジタルズーム機能により測定対象物Ｓを実際に拡大観察する前に、拡大後の視野範囲を認識することができる。これにより、測定部１００の操作性をさらに向上させることができる。

焦点調整の第１の補助機能の第５の例の変形例として、測定部１００は、焦点調整の第１の補助機能のための調整光源を有してもよい。この場合、焦点調整の第１の補助機能のために投光部１１０Ａおよび調整光源が用いられる。また、測定部１００は、他方の投光部１１０Ｂを有さなくてもよい。調整光源は測定対象物Ｓの形状の測定には用いられないので、簡易な構成を有する光源であってもよい。本例においては、調整光源は、例えばレーザポインタである。

投光部１１０Ａから測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを有する光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの表面上にガイドパターンＧＰが投影されるとともに、表示部４００の測定対象物Ｓの画像上にガイドパターンＧＰが表示される。調整光源から測定対象物Ｓに補助パターンＡＰを有する光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの表面上に補助パターンＡＰが投影されるとともに、表示部４００の測定対象物Ｓの画像上に補助パターンＡＰが表示される。

使用者は、測定対象物Ｓの表面上に投影されまたは表示部４００に表示された補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを見ながら、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるようにステージ１４０を調整することにより、測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とを容易に一致させることができる。

調整光源は、投光部１１０Ａからの測定対象物Ｓへの光の照射方向とは異なる方向から測定対象物Ｓへ光を照射可能である限り、測定部１００のいずれの部分に設けられてもよい。例えば、調整光源は受光部１２０に設けられ、測定対象物Ｓの略真上から測定対象物Ｓに光が照射されてもよい。あるいは、測定対象物Ｓが光を透過する場合には、調整光源はステージ１４０に設けられ、測定対象物Ｓの下から測定対象物Ｓに光が照射されてもよい。

（６）焦点調整の第１の補助機能の変形例
上記の焦点調整の第１の補助機能の第１〜第５の例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるか、またはガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰの矩形枠内に位置するように、使用者が手動で受光部１２０の焦点を調整するが、これに限定されない。図１のＣＰＵ２１０がガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとの間の距離に基づいて、図１のステージ駆動部１４６を駆動することにより、使用者の操作によらずに自動で受光部１２０の焦点が調整されてもよい。

あるいは、ＣＰＵ２１０は、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとを近づけるためにステージ１４０をＺ方向上のいずれの方向に移動させるべきかを判定し、その方向を例えば表示部４００に表示してもよい。また、ＣＰＵ２１０は、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとの重なりの度合いにより合焦の程度を判定し、合焦の程度を数値的または視覚的に表示部４００に表示してもよい。合焦の程度の視覚的な表示は、例えばバーによる表示を含む。合焦の程度の視覚的な他の表示として、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが完全に重なったときに、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰの色彩が変化してもよい。

（７）補助パターンおよびガイドパターンの形状
上記の焦点調整の第１の補助機能の第１、第２および第５の例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なる場合に測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致するように、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰが設定される。また、焦点調整の第１の補助機能の第３および第４の例においては、ガイドパターンＧＰが補助パターンＡＰの矩形枠内に位置する場合に測定対象物Ｓが受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置されるように、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰが設定される。

これらに限定されず、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが特定の位置関係になる場合に測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致するか、または測定対象物Ｓが受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置されるように、ガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰが設定されてもよい。なお、特定の位置関係とは、使用者がガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとの相対的な位置関係を視認することにより、その位置に受光部１２０の焦点が一致したことを認識可能な関係であり、受光部１２０の焦点が一致していないときのガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとの位置関係とは異なる。

図４４は、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰの形状の一例を示す図である。図４４（ａ）〜（ｅ）においては、補助パターンＡＰをハッチングパターンで表わし、ガイドパターンＧＰをドットパターンで表わす。

図４４（ａ）の例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、十字形状を有する。図４４（ｂ）の例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、円環形状を有する。図４４（ｃ）の例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、矩形枠状を有する。図４４（ｄ）の例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、Ｘ字形状を有する。図４４（ｄ）の例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、Ｉ字形状を有する。

このように、図４４（ａ）〜（ｅ）の例においては、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰが同一の形状を有する。これらの例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰとが重なるときに測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致することとなる。なお、上記の焦点調整の第１の補助機能の第１、第２および第５の例における補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、それぞれ図４４（ａ）の補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰである。

図４５は、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰの形状の他の例を示す図である。図４５（ａ）〜（ｅ）においては、補助パターンＡＰをハッチングパターンで表わし、ガイドパターンＧＰをドットパターンで表わす。

図４５（ａ）の例においては、補助パターンＡＰは十字形状の一方の半分の形状を有し、ガイドパターンＧＰは十字形状の他方の半分の形状を有する。この例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰが結合して十字形状が形成されたときに測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致することとなる。

図４５（ｂ）の例においては、補助パターンＡＰは円環形状の一方の半分の形状を有し、ガイドパターンＧＰは円環形状の他方の半分の形状を有する。この例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰが結合して円環形状が形成されたときに測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致することとなる。

図４５（ｃ）の例においては、補助パターンＡＰは文字“ＦＰ”の形状の一部分の形状を有し、ガイドパターンＧＰは文字“ＦＰ”の形状の他の部分の形状を有する。この例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰが結合して文字“ＦＰ”の形状が形成されたときに測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致することとなる。

図４５（ｄ）の例においては、補助パターンＡＰはアスタリスク形状の一部分の形状を有し、ガイドパターンＧＰはアスタリスク形状の他の部分の形状を有する。この例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰが結合してアスタリスク形状が形成されたときに測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致することとなる。

図４５（ｅ）の例においては、上下方向に延びかつ長さが異なる複数の棒形状の一部分の形状を有し、ガイドパターンＧＰは上下方向に延びかつ長さが異なる複数の棒形状の他の部分の形状を有する。この例においては、ガイドパターンＧＰと補助パターンＡＰが結合して上下方向に延びかつ長さが異なる複数の棒形状が形成されたときに測定対象物Ｓの表面の位置と受光部１２０の焦点位置とが一致することとなる。

図４６は、補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰの形状のさらに他の例を示す図である。図４６（ａ）〜（ｃ）においては、補助パターンＡＰをハッチングパターンで表わし、ガイドパターンＧＰをドットパターンで表わす。

図４６（ａ）の例においては、補助パターンＡＰは矩形枠からなり、ガイドパターンＧＰは補助パターンＡＰの寸法よりも小さい矩形状を有する。補助パターンＡＰの横方向（図２のＸ方向）の寸法は、図１の受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲を示す。この例においては、補助パターンＡＰの矩形枠内にガイドパターンＧＰが位置するときに測定対象物Ｓ上のガイドパターンＧＰの表示部分が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置することとなる。

なお、上記の焦点調整の第１の補助機能の第３および第４の例における補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰは、それぞれ図４６（ａ）の補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰである。

図４６（ｂ）の例においては、補助パターンＡＰは、横方向において互いに対向する２つの角括弧からなる。ガイドパターンＧＰは、補助パターンＡＰの寸法よりも小さい矩形部分と十字部分とが結合した形状を有する。補助パターンＡＰの２つの角括弧の横方向の間隔は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲を示す。この例においては、補助パターンＡＰの２つの角括弧の間にガイドパターンＧＰの矩形部分が位置するときに測定対象物Ｓ上のガイドパターンＧＰの表示部分が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置することとなる。

図４６（ｃ）の例においては、補助パターンＡＰは、上下方向に延びかつ横方向に並ぶ２つの棒状部を有する。ガイドパターンＧＰは、上下方向に延びかつ補助パターンＡＰの寸法よりも小さい棒形状を有する。補助パターンＡＰの２つの棒状部の横方向の間隔は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲を示す。この例においては、補助パターンＡＰの２つの棒状部の間にガイドパターンＧＰが位置するときに測定対象物Ｓ上のガイドパターンＧＰの表示部分が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲内に位置することとなる。

（８）照明光による効果
上記の焦点調整の第１の補助機能の第１〜第５の例においては、照明光出力部１３０を通して図１の制御部３００の照明光源３２０から測定対象物Ｓに照明光が照射される。以下、照明光による効果を測定対象物Ｓに照明光が照射されない例と照明光が照射される例とを比較して説明する。

ここで、図２のパターン生成部１１２は、投光部１１０から出射されるべき光に明部分と暗部分とを形成することにより、ガイドパターンＧＰを生成する。ガイドパターンＧＰは、明部分および暗部分のいずれによっても形成することができる。明部分により形成されるガイドパターンＧＰを白ガイドパターンＧＰと呼び、暗部分により形成されるガイドパターンＧＰを黒ガイドパターンＧＰと呼ぶ。

図４７は、測定対象物Ｓに照明光が照射されない場合に表示部４００に表示される測定対象物Ｓを示す図である。図４７（ａ）は、参考例として、投光部１１０から均一な光（明部分のみからなる光）が照射された状態の測定対象物Ｓを示す。図４７（ａ）に示すように、投光部１１０から測定対象物Ｓに均一な光を照射すると、測定対象物Ｓの一部に影が発生する。

図４７（ｂ）は、投光部１１０により白ガイドパターンＧＰを有する光が照射された状態の測定対象物Ｓを示す。図４７（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓに照明光が照射されない場合には、表示部４００に白ガイドパターンＧＰが表示される。しかしながら、測定対象物Ｓは照明されないので、表示部４００に測定対象物Ｓは表示されない。そのため、受光部１２０の焦点を調整することが難しい。

図４７（ｃ）は、投光部１１０により黒ガイドパターンＧＰを有する光が照射された状態の測定対象物Ｓを示す。図４７（ｃ）に示すように、測定対象物Ｓに照明光が照射されない場合には、表示部４００に黒ガイドパターンＧＰが表示される。また、投光部１１０からの光の明部分により測定対象物Ｓの一部が照明されるので、使用者は測定対象物Ｓの位置を認識することができる。しかしながら、測定対象物Ｓの一部に影が発生するので、黒ガイドパターンＧＰと影とが重なる場合には、影の中に黒ガイドパターンＧＰが埋もれることとなり、黒ガイドパターンＧＰの正確な位置を認識することが難しい。

図４８は、測定対象物Ｓに照明光が照射された場合に表示部４００に表示される測定対象物Ｓを示す図である。図４８（ａ）は、参考例として、照明光出力部１３０から照明光が照射された状態の測定対象物Ｓを示す。図４８（ａ）に示すように、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射されると、測定対象物Ｓにほとんど影が発生しない。

図４８（ｂ）は、投光部１１０により白ガイドパターンＧＰを有する光が照射された状態の測定対象物Ｓを示す。図４８（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓに適切な明るさに調整された照明光が照射された場合には、表示部４００に測定対象物Ｓとともに白ガイドパターンＧＰが表示される。また、測定対象物Ｓにほとんど影が発生しないので、測定対象物Ｓおよび白ガイドパターンＧＰの位置を正確に認識することができる。

図４８（ｃ）は、投光部１１０により黒ガイドパターンＧＰを有する光が照射された状態の測定対象物Ｓを示す。図４８（ｃ）に示すように、測定対象物Ｓに適切な明るさに調整された照明光が照射された場合には、測定対象物Ｓとともに表示部４００に黒ガイドパターンＧＰが表示される。また、測定対象物Ｓにほとんど影が発生しないので、測定対象物Ｓおよび黒ガイドパターンＧＰの位置を正確に認識することができる。

このように、受光部１２０の光軸と略等しい角度から照明光が出射されるので、影の発生が抑制されつつ測定対象物Ｓが照明される。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの画像ならびに補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを確実に認識することができる。その結果、測定対象物Ｓをより正確に受光部１２０の焦点に位置させることができる。

特に、表示部４００上で使用者が受光部１２０の焦点を合わせたい測定対象物Ｓの部分を指定する場合において、図４７（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの画像が暗くて表示されない状態には、使用者は本来焦点を合わせたい部分を適切に指定することが難しくなる。そこで、照明光出力部１３０により照明光を測定対象物Ｓの全体に照明して画像を表示することにより、使用者が焦点を合わせたい部分を指定しやすくなる。

焦点調整の第１の補助機能の第１〜第４の例においては、測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを有する測定光が照射されるときの照明光の強度は、測定対象物ＳにガイドパターンＧＰを有する測定光が照射されないときの照明光の強度よりも小さくなるように設定される。

この構成によれば、照明光およびガイドパターンＧＰを有する測定光が測定対象物Ｓに同時に照射された場合でも、照明光の強度が小さいので、測定対象物Ｓの表面上に投影されたガイドパターンＧＰを認識可能となる。これにより、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像およびガイドパターンＧＰを確実に認識することができる。その結果、測定対象物Ｓの表面を確実に受光部１２０の焦点に位置させることができる。

同様に、焦点調整の第１の補助機能の第５の例においては、測定対象物ＳにガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰを有する測定光が照射されるときの照明光の強度は、測定対象物ＳにガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰを有する測定光が照射されないときの照明光の強度よりも小さくなるように設定される。

この構成によれば、照明光ならびにガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰを有する測定光が測定対象物Ｓに同時に照射された場合でも、照明光の強度が小さいので、測定対象物Ｓの表面上に投影されたガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰを認識可能となる。これにより、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像ならびにガイドパターンＧＰおよび補助パターンＡＰを確実に認識することができる。その結果、測定対象物Ｓの表面を確実に受光部１２０の焦点に位置させることができる。

（９）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、表示部４００に表示されるかまたは他方の投光部１１０Ｂにより測定対象物Ｓの表面上に投影された補助パターンＡＰと、一方の投光部１１０Ａにより測定対象物Ｓの表面上に投影されたガイドパターンＧＰとが重なるように、ステージ１４０がＺ方向に移動される。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの表面を受光部１２０の焦点に位置させることができる。その結果、測定対象物Ｓの形状測定処理において測定対象物Ｓを正確かつ容易に受光部１２０の焦点に位置させることができる。

特に、表示部４００上で使用者が焦点を合わせたい測定対象物Ｓの部分を指定し、指定された部分に補助パターンＡＰを表示または投影することにより、使用者が最も精度よく測定を行いたい部分に焦点を合わせることができる。この際、使用者が焦点を合わせたい測定対象物Ｓの複数の部分を指定可能に形状測定装置５００を構成することも可能である。

この場合、使用者はステージ１４０を移動させながら指定された測定対象物Ｓの複数の部分にバランスよく焦点が合うようにそれぞれの部分に対応した補助パターンＡＰおよびガイドパターンＧＰを視認しながら調整することができる。また、補助パターンＡＰにより測定可能な範囲が表示されることにより、使用者は指定された全ての部分が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲に含まれているか否かを確認することが可能である。

なお、ステージ１４０の移動は、使用者がステージ操作部１４５を操作することにより行われてもよいし、ＣＰＵ２１０がステージ駆動部１４６を駆動することにより自動的に行われてもよい。

［７］焦点調整の第２の補助機能
（１）焦点調整の第２の補助機能の第１の例
以下、焦点調整の第１の補助機能とは異なる焦点調整の第２の補助機能について説明する。図４９は、焦点調整の第２の補助機能の第１の例を説明するための図である。図４９（ａ），（ｂ）の例においては、図１のステージ１４０に互いに異なる高さを有する複数の測定対象物ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤが載置される。表示部４００には、図１の受光部１２０により出力される受光信号に基づいて測定対象物ＳＡ〜ＳＤの静止画像またはライブ画像が表示される。

図４９（ａ）に示すように、使用者は図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して表示部４００の画像の任意の位置にカーソルＣを合わせることができる。図４９（ａ）の例においては、表示部４００に表示された測定対象物ＳＡ上の位置にカーソルＣが合わせられる。この状態で、その位置を選択することにより、図４９（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物ＳＡ上の位置にマーカＭを表示させることができる。

マーカＭが表示された後、少なくともマーカＭが表示された位置に対応する測定対象物ＳＡの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭが表示された位置に対応する測定対象物ＳＡの部分の高さが算出される。

ただし、マーカＭが表示された画像上の位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さは測定光の照射前には分からないので、測定光をその部分のみに正確に照射することはできない。したがって、その部分に受光部１２０の焦点が合っているとした場合に、その部分を中心とする所定範囲（例えば受光部１２０の被写界深度の範囲）に対応する広がりを有する測定光が測定対象物Ｓに照射される。これにより、マーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分に測定光を照射し、その部分の高さを算出することができる。

マーカＭが表示された位置に対応する測定対象物ＳＡの部分が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。これにより、使用者は、指定した位置が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲にないことを容易に認識することができる。

形状測定処理の実行の際には、算出された高さに基づいてマーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分に受光部１２０の焦点が合うように、図２のステージ１４０のＺステージ１４２が移動される。Ｚステージ１４２の移動は、図１のＣＰＵ２１０が図１のステージ駆動部１４６を駆動することにより、自動的に行われてもよい（オートフォーカス機能）。あるいは、Ｚステージ１４２の移動は、使用者が図１のステージ操作部１４５を操作することにより、手動で行われてもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、Ｚステージ１４２を移動させる方向および移動させる量を数値的または視覚的に表示部４００に表示してもよい。これにより、使用者は、測定対象物ＳＡの指定した部分に受光部１２０の焦点を合わせることができる。

（２）焦点調整の第２の補助機能の第２の例
図５０および図５１は、焦点調整の第２の補助機能の第２の例を説明するための図である。図５０および図５１の例においては、図１のステージ１４０に一の測定対象物Ｓが載置される。図５０および図５１の測定対象物Ｓは複数の上面を有し、各上面の高さはそれぞれ異なる。表示部４００には、図１の受光部１２０により出力される受光信号に基づいて測定対象物Ｓの静止画像またはライブ画像が表示される。

焦点調整の第２の補助機能の第２の例においては、焦点調整の第２の補助機能の第１の例と同様に、使用者は図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して表示部４００の画像の任意の位置にカーソルＣを合わせることができる。また、この状態でその位置を選択することにより、使用者はカーソルＣで指定した位置にマーカＭを表示させることができる。

ここで、使用者は、複数の任意の位置の各々にカーソルＣを合わせた後にマーカＭを表示させることを順次繰り返すことにより、表示部４００において、カーソルＣで指定した複数の位置にそれぞれマーカＭを表示させることができる。また、指定した位置にマーカＭが表示されるごとに、その位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。

本例においては、図５０（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物Ｓ上の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５０（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物Ｓ上の位置に１番目のマーカＭ１を表示させることができる。

マーカＭ１が表示された後、少なくともマーカＭ１が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭ１が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。マーカＭ１が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

次に、図５０（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物Ｓ上の他の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５０（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物Ｓ上の位置に２番目のマーカＭ２を表示させることができる。

マーカＭ２が表示された後、少なくともマーカＭ２が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭ２が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。マーカＭ２が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

続いて、図５０（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物Ｓ上のさらに他の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５０（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物Ｓ上の位置に３番目のマーカＭ３を表示させることができる。

マーカＭ３が表示された後、少なくともマーカＭ３が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭ３が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。マーカＭ３が表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

なお、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓ上の複数の位置にカーソルＣを合わせる場合において、測定対象物Ｓの複数の部分のうち、最も高い位置にある部分と最も低い位置にある部分とを含むようにカーソルＣを合わせることが好ましい。また、複数のマーカＭ１〜Ｍ３に対応する測定対象物Ｓの複数の部分間のＺ方向の距離が計測されてもよい。

形状測定処理の実行の際には、図５１に示すように、算出された複数の高さに基づいてマーカＭ１〜Ｍ３に対応する測定対象物Ｓの複数の部分が受光部１２０の焦点付近に分布するように、図２のステージ１４０のＺステージ１４２が移動される。本例において、表示部４００の画像上に表示されたマーカＭ１〜Ｍ３に対応する測定対象物Ｓの複数の部分が点線の丸印で示される。

このように、焦点調整の第２の補助機能の第２の例によれば、使用者が表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像上の任意の複数の位置を指定することにより、指定された複数の位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数の部分を受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置させることができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理において、測定対象物Ｓの任意の複数の部分を正確かつ容易に受光部１２０の被写界深度の範囲内に位置させることができる。

焦点調整の第２の補助機能の第１の例と同様に、Ｚステージ１４２の移動は、自動的に行われてもよいし、使用者により手動で行われてもよい。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの所望の複数の部分に受光部１２０の焦点を合わせることができる。Ｚステージ１４２の移動が使用者により手動で行われた場合には、測定対象物Ｓの形状測定処理を実行する前に、測定したい部分の高さを再度算出し、測定対象物Ｓが形状測定処理に適した位置に載置されているか否かを確認してもよい。

（３）焦点調整の第２の補助機能の第３の例
図５２および図５３は、焦点調整の第２の補助機能の第３の例を説明するための図である。図５２および図５３の例においては、図１のステージ１４０に互いに異なる高さを有する複数の測定対象物ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤが載置される。表示部４００には、図１の受光部１２０により出力される受光信号に基づいて測定対象物ＳＡ〜ＳＤの静止画像またはライブ画像が表示される。

焦点調整の第２の補助機能の第３の例においては、焦点調整の第２の補助機能の第２の例と同様に、使用者は図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して表示部４００の画像において複数の指定した位置にそれぞれマーカＭを表示させることができる。また、指定した位置にマーカＭが表示されるごとに、その位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。

本例においては、図５２（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物ＳＡ上の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５２（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物ＳＡ上の位置にマーカＭＡを表示させることができる。

マーカＭＡが表示された後、少なくともマーカＭＡが表示された位置に対応する測定対象物ＳＡの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭＡが表示された位置に対応する測定対象物ＳＡの部分の高さが算出される。マーカＭＡが表示された位置に対応する測定対象物ＳＡの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

次に、図５２（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物ＳＢ上の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５２（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物ＳＢ上の位置にマーカＭＢを表示させることができる。

マーカＭＢが表示された後、少なくともマーカＭＢが表示された位置に対応する測定対象物ＳＢの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭＢが表示された位置に対応する測定対象物ＳＢの部分の高さが算出される。マーカＭＢが表示された位置に対応する測定対象物ＳＢの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

続いて、図５２（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物ＳＣ上の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５２（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物ＳＣ上の位置にマーカＭＣを表示させることができる。

マーカＭＣが表示された後、少なくともマーカＭＣが表示された位置に対応する測定対象物ＳＣの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭＣが表示された位置に対応する測定対象物ＳＣの部分の高さが算出される。マーカＭＣが表示された位置に対応する測定対象物ＳＣの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

その後、図５２（ａ）に示すように、使用者は表示部４００に表示された測定対象物ＳＤ上の位置にカーソルＣを合わせる。この状態で、その位置を選択することにより、図５２（ｂ）に示すように、表示部４００において、使用者はカーソルＣで指定した測定対象物ＳＤ上の位置にマーカＭＤを表示させることができる。

マーカＭＤが表示された後、少なくともマーカＭＤが表示された位置に対応する測定対象物ＳＤの部分およびその付近の部分に投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式によりマーカＭＤが表示された位置に対応する測定対象物ＳＤの部分の高さが算出される。マーカＭＤが表示された位置に対応する測定対象物ＳＤの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合は、高さを算出することができなかったことを示すエラーメッセージが表示部４００に表示される。

なお、使用者は、表示部４００に表示された複数の測定対象物ＳＡ〜ＳＤ上の位置にそれぞれカーソルＣを合わせる場合において、複数の測定対象物ＳＡ〜ＳＤの部分のうち、最も高い位置にある部分から最も低い位置にある部分までの間の複数の部分が略等間隔になるようにカーソルＣを合わせることが好ましい。また、複数のマーカＭＡ〜ＭＤに対応する測定対象物ＳＡ〜ＳＤの部分間のＺ方向の距離が計測されてもよい。

形状測定処理の実行の際には、図５３（ａ）に示すように、算出された複数の部分のうち最も高い位置にある測定対象物ＳＡの部分が受光部１２０の焦点に合うように、ステージ１４０のＺステージ１４２が移動される。本例において、表示部４００の画像上に表示されたマーカＭＡ〜ＭＤに対応する測定対象物ＳＡ〜ＳＤの部分が点線の丸印で示される。この状態で測定対象物ＳＡの形状測定が行われる。測定対象物ＳＡの形状測定が行われた後、図５３（ｂ）に示すように、算出された複数の部分のうち２番目に高い位置にある測定対象物ＳＤの部分が受光部１２０の焦点に合うように、ステージ１４０のＺステージ１４２が移動される。この状態で測定対象物ＳＤの形状測定が行われる。

測定対象物ＳＤの形状測定が行われた後、図５３（ｃ）に示すように、算出された複数の部分のうち３番目に高い位置にある測定対象物ＳＢの部分が受光部１２０の焦点に合うように、ステージ１４０のＺステージ１４２が移動される。この状態で測定対象物ＳＢの形状測定が行われる。測定対象物ＳＢの形状測定が行われた後、図５３（ｄ）に示すように、算出された複数の部分のうち最も低い位置にある測定対象物ＳＣの部分が受光部１２０の焦点に合うように、ステージ１４０のＺステージ１４２が移動される。この状態で測定対象物ＳＣの形状測定が行われる。

測定対象物ＳＡ〜ＳＤの形状測定が終了した後、測定対象物ＳＡ〜ＳＤの形状を示す形状データが合成される。焦点調整の第２の補助機能の第１の例と同様に、Ｚステージ１４２の移動は、自動的に行われてもよいし、使用者により手動で行われてもよい。これにより、指定した最も高い位置にある部分から指定した最も低い位置にある部分までの距離がＺ方向の測定可能範囲を超える場合であっても、使用者は、複数の測定対象物ＳＡ〜ＳＤの指定した部分の各々に受光部１２０の焦点を合わせることができる。

このように、焦点調整の第２の補助機能の第３の例によれば、使用者が表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像上の任意の複数の位置を指定することにより、指定された複数の位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数の部分の各々が受光部１２０の焦点に位置する状態で測定対象物Ｓに光を照射することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理において、測定対象物Ｓの任意の複数の部分の各々を正確かつ容易に受光部１２０の焦点に位置させることができる。

上記の焦点調整の第２の補助機能の第１〜第３の例において、マーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分がＺ方向の測定可能範囲にない場合、図１のＣＰＵ２１０は、マーカＭが表示される位置を変更することにより変更後の位置に対応する測定対象物Ｓの部分をＺ方向の測定可能範囲内に位置させてもよい。これにより、変更後のマーカＭの位置またはその付近の位置に対応する測定対象物Ｓの部分に受光部１２０の焦点を正確かつ容易に合わせることができる。また、形状測定処理において、変更後のマーカＭの位置に基づいて測定対象物Ｓの形状を測定することができる。

焦点調整の第２の補助機能の第２および第３の例においては、使用者が表示部４００上で焦点を合わせたい位置を指定し、指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分に受光部１２０の焦点を合わせるように、Ｚステージ１４２が制御される。指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分に受光部１２０の焦点を合わせるためには、その部分の高さを知る必要があるので、その部分に測定光を照射して高さを算出する。

しかしながら、指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分に測定光を正確に照射することは難しい。これは、測定対象物Ｓの高さによって、測定光がＸ方向にずれるためである。したがって、指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分に測定光を正確に照射するためには、その部分の高さが必要になる。そこで、本例では、指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが少なくとも算出されるように、Ｘ方向に所定の幅を有する測定光が測定対象物Ｓに照射される。なお、Ｘ方向における測定対象物Ｓの全幅にわたって測定光が照射されてもよい。

指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出された後、算出された高さに受光部１２０の焦点が合うようにＺステージ１４２が移動される。ただし、現在の受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲外にある測定対象物Ｓの部分については、高さを算出することができないため、その部分に受光部１２０の焦点が合うようにＺステージ１４２を移動させることができない。

したがって、使用者は、現在のＺステージ１４２の位置から比較的受光部１２０の焦点に近いと思われる測定対象物Ｓの部分に対応する位置を指定しながら、焦点を合わせたい部分に対応する位置を順次指定してＺステージ１４２を移動させていく。これにより、Ｚ方向の寸法が大きい測定対象物Ｓであっても、測定対象物Ｓの全体の高さを算出することができる。

（４）高さの算出の高速化
マーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さは、高速で算出されることが好ましい。以下、高さの算出を高速化する手法について説明する。

図５４は、高さの算出を高速化するための第１の手法を説明するための図である。ここで、マーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分を測定部分Ｍｓと呼ぶ。図５４に示すように、投光部１１０は、点Ａから点Ａ’までの範囲において斜め上方から測定対象物Ｓに測定光を照射可能である。図５４の例においては、測定対象物Ｓの測定部分Ｍｓの高さが算出される。ここで、測定対象物Ｓの測定部分ＭｓのＺ方向の測定可能範囲は、点Ｐから点Ｐ’までの範囲である。点Ｐ，Ｐ’は、測定部分ＭｓのＸ方向の位置により定まる。

Ｚ方向の測定可能範囲の上限である点Ｐには、投光部１１０の点Ｂから出射された測定光が照射される。一方、Ｚ方向の測定可能範囲の下限である点Ｐ’には、投光部１１０の点Ｂ’から出射された測定光が照射される。すなわち、測定対象物Ｓの測定部分Ｍｓの高さを算出するためには、投光部１１０は点Ａから点Ａ’までの範囲のうち点Ｂから点Ｂ’までの範囲で測定光を照射すればよい。

そのため、投光部１１０は、点Ｂから点Ｂ’までの範囲で測定光を測定対象物Ｓに照射し、点Ａから点Ｂまでの範囲および点Ｂ’から点Ａ’までの範囲では測定光を測定対象物Ｓに照射しない。この場合、高さの算出の際に、パターン画像を取得する範囲が低減される。これにより、測定対象物Ｓの測定部分Ｍｓの高さの算出を高速化することができる。

図５５は、高さの算出を高速化するための第２の手法を説明するための図である。ここで、マーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分を測定部分Ｍｓと呼ぶ。図５５の例においては、測定対象物Ｓの測定部分Ｍｓの高さが算出される。図１の受光部１２０は、二次元的に配列された画素に対応する受光信号のうち特定の範囲のみを選択的に図２の制御基板１５０に出力することができる。

本例においては、高さの算出の際に、図５５に示すように、受光部１２０は、視野範囲の受光信号のうち測定部分Ｍｓを含みかつＸ方向に延びる一定幅のラインＬに対応する受光信号のみを図１の制御基板１５０に出力する。一方、受光部１２０は、視野範囲の受光信号のうち他の部分に対応する受光信号を出力しない。すなわち、図２および図５５の例においては、測定光の照射位置は、測定対象物Ｓの高さによってＸ方向には変化するが、Ｙ方向には変化しない。この特性を利用し、少なくとも指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さを算出することができる状態で、受光部１２０により出力される受光信号のＹ方向の範囲が限定される。

この場合、受光部１２０から制御基板１５０への受光信号の転送速度が向上する。したがって、受光部１２０のフレームレートを増加させることができる。これにより、図１のＣＰＵ２１０はパターン画像を高速で取得することができる。その結果、測定対象物Ｓの測定部分Ｍｓの高さの算出を高速化することができる。

図５６は、高さの算出を高速化するための第３の手法を説明するための図である。ここで、複数のマーカＭが表示された位置に対応する測定対象物Ｓの部分をそれぞれ測定部分Ｍｓ１，Ｍｓ２，Ｍｓ３と呼ぶ。図５６の例においては、測定対象物Ｓの複数の測定部分Ｍｓ１〜Ｍｓ３の高さが算出される。

本例においては、高さの算出の際に、測定対象物Ｓの複数の測定部分Ｍｓ１〜Ｍｓ３のパターン画像を取得するために、複数の測定部分Ｍｓ１〜Ｍｓ３の付近に測定光が照射される。この場合，測定部分Ｍｓ１〜Ｍｓ３のＹ方向の位置を含むように測定光のパターンが設定されることが好ましい。一方で、測定対象物Ｓの部分のうち他の部分には測定光が照射されない。これにより、パターン画像を取得する範囲が低減される。その結果、測定対象物Ｓの複数の測定部分Ｍｓ１〜Ｍｓ３の高さの算出を高速化することができる。

このように、高さの算出を高速化するための第１〜第３の手法においては、高さの算出の際に、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮される。これにより、操作部２５０により指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の位置を高速に算出することができる。高さの算出を高速化するための第１〜第３の手法は、組み合わせて実行されてもよい。これにより、測定対象物Ｓの測定部分Ｍｓの高さを例えば２２０ｍｓで算出することができる。

（５）高さ表示機能
使用者は、測定対象物Ｓにおける指定した部分の位置に関する情報（例えば高さ）を表示部４００に表示させることができる。図５７は、高さ表示機能の一例を示す図である。図５７（ａ）に示すように、使用者は図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの任意の位置にカーソルＣを合わせることができる。

この状態で、その位置を選択することにより、少なくとも選択された位置に対応する測定対象物Ｓの部分およびその付近の部分に図１の投光部１１０から測定光が照射される。これにより、三角測距方式により選択された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。算出された高さは、図５７（ｂ）に示すように、表示部４００に表示される。これにより、使用者は、算出された高さを容易に認識することができる。

使用者はＰＣ２００の操作部２５０を操作して表示部４００に表示された測定対象物Ｓの他の位置にカーソルＣを合わせることができる。この状態で、その位置を選択することにより、選択された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の高さが算出される。算出された高さは、図５７（ｃ）に示すように、表示部４００に表示される。ＰＣ２００の操作部２５０により選択された測定対象物Ｓの複数の部分の高さの差が表示部４００に表示されてもよい。この場合、使用者は、算出された複数の部分の高さの差を認識することができる。

（６）プロファイル表示機能
使用者は、測定対象物Ｓにおける指定した部分のプロファイルを表示部４００に表示させることができる。図５８および図５９は、測定対象物Ｓのプロファイルの測定を説明するための図である。図５８および図５９の測定対象物Ｓは複数の上面を有し、各上面の高さはそれぞれ異なる。図５８（ａ）および図５９（ａ）は、投光部１１０から測定光が照射された状態の測定対象物Ｓの斜視図を示す。図５８（ｂ）および図５９（ｂ）は、測定光を照射された測定対象物Ｓの平面図を示す。

図５８（ａ）の例においては、Ｙ方向に平行なライン状測定光が投光部１１０から出射される。この場合、図５８（ｂ）に示すように、Ｙ方向に平行なライン状測定光の複数の部分は、測定対象物Ｓの複数の上面の高さに対応する距離だけＸ方向に互いにずれて測定対象物Ｓの複数の上面に照射される。

一方、図５９（ａ）の例においては、Ｙ方向に平行でかつ測定対象物Ｓの各上面の高さに対応する距離だけＸ方向にずらした複数のライン状測定光が投光部１１０から出射される。この場合、図５９（ｂ）に示すように、Ｙ方向に平行な複数のライン状測定光は、同一のライン上に並ぶように測定対象物Ｓの複数の上面に照射される。投光部１１０から出射される複数のライン状測定光間のＸ方向の距離および各ライン状測定光のＹ方向の位置に基づいて、測定対象物Ｓのプロファイルを測定することができる。

図６０および図６１は、測定対象物Ｓのプロファイルの測定手順を示す図である。まず、図６０（ａ）に示すように、使用者は、図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して、表示部４００において測定対象物Ｓの測定部分のＸ方向の位置を指定する。指定されたＸ方向の位置上には、図６０（ａ）において点線で示されるＹ方向に平行な基準線ＲＬが表示されてもよい。なお、基準線ＲＬを表示させない場合には、図６０（ａ）の手順は省略されてもよい。

次に、図６０（ｂ）に示すように、使用者は、操作部２５０を操作して、表示部４００において測定対象物Ｓの上面の一部に表示されたライン状測定光を基準線ＲＬに重ねるようにＸ方向に移動させる。ここで、移動されるライン状測定光の部分は、例えば使用者が操作部２５０を操作してライン状測定光のＹ方向の位置を複数箇所指定することにより決定される。図１のＣＰＵ２１０は、表示部４００に表示されるライン状測定光が測定対象物Ｓに照射されるように、図２のパターン生成部１１２を制御することにより投光部１１０から出射されるライン状測定光を変形させる。

続いて、図６０（ｃ）および図６１（ａ）に示すように、使用者は、操作部２５０を操作して、表示部４００において測定対象物Ｓの上面の他の一部に表示されたライン状測定光を基準線ＲＬに重ねるようにＸ方向に移動させる動作を繰り返す。これにより、ＣＰＵ２１０は、表示部４００に表示されるライン状測定光が測定対象物Ｓに照射されるように、パターン生成部１１２を制御することにより投光部１１０から出射されるライン状測定光をさらに変形させる。

ＣＰＵ２１０は、表示部４００に表示されるライン状測定光が直線状になるまでに表示部４００上で移動したライン状測定光の各部分の移動距離に基づいて測定対象物Ｓのプロファイル（断面形状）を算出する。また、図６１（ｂ）に示すように、算出された測定対象物ＳのプロファイルＰＲは、測定対象物Ｓの画像と並ぶように表示部４００に表示される。この場合、使用者は、表示部４００に表示される光のパターンを操作することにより測定対象物Ｓの断面形状を容易に認識することができる。プロファイルＰＲは、測定対象物Ｓの画像と重なるように表示部４００に表示されてもよいし、測定対象物Ｓが表示されるウインドウとは別のウインドウに表示されてもよい。

使用者は、操作部２５０を操作して、プロファイルＰＲの複数の部分を指定することができる。図６１（ｃ）に示すように、使用者により指定された複数の部分に対応する測定対象物Ｓの複数の部分の間の寸法は、表示部４００に表示される。これにより、測定対象物Ｓの任意の部分間の幅または高さ等の寸法を容易に認識することができる。

（７）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、使用者が表示部４００に表示された測定対象物Ｓの画像上の任意の位置を指定することにより、指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分の位置が三角測距方式により算出される。また、算出された位置が受光部１２０の焦点に位置される。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理において測定対象物Ｓの任意の部分を正確かつ容易に受光部１２０の焦点に位置させることができる。

［８］姿勢調整の第１の補助機能
（１）姿勢調整の第１の補助機能の第１の例
形状測定の準備における第２の調整において、測定対象物Ｓの姿勢が調整される。図６２は、測定対象物Ｓの姿勢の調整を説明するための図である。図６２（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに投光部１１０から測定光を照射した状態を示す。図６２（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図６２（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

図６２の例においては、測定対象物Ｓは、異なる高さの２段の上面を有する断面Ｌ字形状のブロックである。図６２（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの上段の上面により投光部１１０からの測定光が遮られる。この場合、図６２（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの下段の上面の測定位置に影Ｓｓが発生する。したがって、測定対象物Ｓの測定位置の形状を測定することができない。

図６２（ｃ）の例においては、測定対象物Ｓの向きを変えることにより測定対象物Ｓの姿勢が調整される。この場合、図６２（ｄ）に示すように、測定対象物Ｓの下段の上面の測定位置に影Ｓｓが発生しない。これにより、測定対象物Ｓの測定位置の形状を測定することができる。

しかしながら、測定位置に影が発生しない場合であっても、測定対象物Ｓの複数の部分により複数回にわたって反射（多重反射）した測定光が図１の受光部１２０により受光されることがある。この場合、図１の表示部４００に測定対象物Ｓの画像上に多重反射した測定光による偽の画像が重畳して表示されることとなる。そのため、測定対象物Ｓの測定位置の形状を正確に測定することができない。

また、測定対象物Ｓの一部に影Ｓｓまたは多重反射が発生することは自然現象であり、測定位置に影Ｓｓまたは多重反射が発生していても、使用者がそれに気づかないことがある。そこで、本実施の形態に係る形状測定装置５００には、測定位置に影Ｓｓまたは多重反射が発生しない姿勢で測定対象物Ｓを載置することを補助する機能（以下、姿勢調整の第１の補助機能と呼ぶ）が設けられる。

姿勢調整の第１の補助機能の第１の例においては、図２の投光部１１０から所定のパターンを有する姿勢調整のための測定光が測定対象物Ｓに照射される。以下、姿勢調整のために投光部１１０から測定対象物Ｓに照射される測定光を調整光と呼ぶ。調整光のパターンは、形状測定処理において測定対象物Ｓに照射される測定光のパターンとは異なっていてもよい。

形状測定処理において測定対象物Ｓに照射される測定光のパターンとは異なる調整光のパターンの一例として、形状測定処理において測定対象物Ｓに順次照射される複数の測定光のうちの１つの測定光のパターンを有する調整光が測定対象物Ｓに照射されてもよい。あるいは、形状測定処理において測定対象物Ｓに順次照射される複数の測定光のうちのいずれの測定光のパターンとも異なるパターンを有する調整光が測定対象物Ｓに照射されてもよい。

調整光は、使用者にとって影または多重反射が発生していることを判断しやすいパターンを有することが好ましい。このようなパターンを有する調整光が測定対象物Ｓに照射されることにより、使用者は測定位置に影または多重反射が発生していることを容易に判断することができる。ここで、図２のＹ方向に平行な縞状のパターンを縦パターンと呼び、図２のＸ方向に平行な縞状のパターンを横パターンと呼ぶ。

図６３および図６４は、姿勢調整の第１の補助機能の第１の例を説明するための図である。図６３（ａ）は、一方の投光部１１０Ａから縦パターンを有する調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を示す。図６３（ａ）に示すように、点線の円で示される領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４においては、影が発生している。また、点線の矩形で示される領域Ｒ５においては、多重反射により縦パターンのコントラストの低下が発生している。

図６３（ｂ）は、他方の投光部１１０Ｂから縦パターンを有する調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を示す。図６３（ｂ）に示すように、点線の円で示される領域Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９においては、影が発生している。また、点線の矩形で示される領域Ｒ１０においては、測定対象物Ｓの部分が傾斜していることにより縦パターンの間隔が過密になっている。

図６４（ａ）は、一方の投光部１１０Ａから横パターンを有する調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を示す。図６４（ａ）に示すように、点線の円で示される領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４においては、影が発生している。また、点線の矩形で示される領域Ｒ５においては、多重反射により横パターンのコントラストの低下が発生している。

図６４（ｂ）は、他方の投光部１１０Ｂから横パターンを有する調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を示す。図６４（ｂ）に示すように、点線の円で示される領域Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９においては、影が発生している。

図６３および図６４に示すように、測定対象物Ｓにおいて影が発生する領域、多重反射によりパターンのコントラストの低下が発生する領域およびパターンの間隔が過密になる領域では、形状を正確に測定することができない。以下、測定対象物Ｓにおいて影が発生する領域、多重反射によりパターンのコントラストの低下が発生する領域およびパターンの間隔が過密になる領域を測定困難領域と呼ぶ。

姿勢調整の第１の補助機能においては、形状測定処理における測定光のパターンとは異なるパターンを有する調整光が測定対象物Ｓに照射されることにより、使用者は測定困難領域を認識しやすくなる。上述した正弦波状測定光、縞状測定光またはコード状測定光のパターンと同一のパターンを有する調整光のパターンを用いることは、測定困難領域の認識には適切ではない場合がある。

その理由は、パターンを形成するＹ方向に平行な複数の直線（縞）の間隔および移動の単位は、形状測定処理を適切に行うために設定されているからである。したがって、使用者が測定困難領域となる影等が発生する部分を認識しやすいパターンを有する調整光を測定対象物Ｓに照射することが好ましい。これにより、使用者は測定困難領域を容易に認識することができる。

使用者は、測定対象物Ｓに調整光が照射された状態で測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。測定対象物Ｓの姿勢の調整は、ステージ１４０上で測定対象物Ｓを例えば回転させることにより行われてもよいし、ステージ１４０の例えばθステージ１４３を移動させることにより行われてもよい。この場合、測定困難領域を確認しながら測定対象物Ｓの姿勢を調整することができるので、測定対象物Ｓの形状測定前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

（２）姿勢調整の第１の補助機能の第２の例
姿勢調整の第１の補助機能の第２の例においては、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から調整光が測定対象物Ｓに照射される。投光部１１０Ａからの調整光および投光部１１０Ｂからの調整光のいずれを測定対象物Ｓに照射した場合にも影が発生する領域、多重反射によりパターンのコントラストの低下が発生する領域およびパターンの間隔が過密になる領域が測定困難領域となる。

図６５は、姿勢調整の第１の補助機能の第２の例を説明するための図である。図６５は、一方の投光部１１０Ａから横パターンを有する調整光が照射されるとともに、他方の投光部１１０Ｂから縦パターンを有する調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を示す。

図６５に示すように、点線の矩形で示される領域Ｒ５においては、多重反射により横パターンのコントラストの低下が発生している。また、点線の矩形で示される領域Ｒ１０においては、測定対象物Ｓの部分が傾斜していることにより縦パターンの間隔が過密になっている。

したがって、本例においては、領域Ｒ５，Ｒ１０が測定困難領域となる。このように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から調整光を測定対象物Ｓに照射することにより、投光部１１０Ａ，１１０Ｂのいずれか一方から調整光を測定対象物Ｓに照射する場合に比べて測定困難領域を減少させることができる。

上記の例においては、一方の投光部１１０Ａから横パターンを有する調整光が出射され、他方の投光部１１０Ｂから縦パターンを有する調整光が出射されるが、これに限定されない。一方の投光部１１０Ａから縦パターンを有する調整光が出射され、他方の投光部１１０Ｂから横パターンを有する調整光が出射されてもよい。投光部１１０Ａからの調整光と投光部１１０Ｂからの調整光とを区別する必要がない場合は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂのいずれもが縦パターンの調整光を出射してもよいし、投光部１１０Ａ，１１０Ｂのいずれもが横パターンの調整光を出射してもよい。

また、上記の例においては、投光部１１０Ａ，１１０Ｂから同時に調整光が照射された測定対象物Ｓの画像が表示されるが、これに限定されない。一方の投光部１１０Ａから調整光が照射された測定対象物Ｓの画像（例えば図６４（ａ）の画像）と他方の投光部１１０Ｂから調整光が照射された測定対象物Ｓの画像（例えば図６３（ｂ）の画像）とが別個に表示されてもよい。この場合、図６３（ｂ）の画像と図６４（ａ）の画像とを合成することにより、実質的に図６５の画像と等価な画像を表示することができる。

あるいは、図５の例と同様に、一方の投光部１１０Ａから調整光が照射された測定対象物Ｓの画像と他方の投光部１１０Ｂから調整光が照射された測定対象物Ｓの画像とが並ぶように表示部４００に２画面表示されてもよい。図６６は、画像を２画面表示するＧＵＩの一例を示す図である。

図６６に示すように、表示部４００の画像表示領域４１０には、一方の投光部１１０Ａから調整光が照射された測定対象物Ｓの画像が表示される。表示部４００の画像表示領域４２０には、他方の投光部１１０Ｂから調整光が照射された測定対象物Ｓの画像が表示される。このように、２つの測定対象物Ｓの画像が並ぶように表示されることにより、使用者は、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに調整光を照射するときの測定困難領域と他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに調整光を照射するときの測定困難領域とを容易に区別して認識することができる。

このように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々から調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を別個に表示部４００に表示することにより、使用者は、投光部１１０Ａに対応する測定困難領域と投光部１１０Ｂに対応する測定困難領域とを容易に区別して認識することができる。これにより、使用者は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂのうち、測定位置が測定困難領域に含まれない投光部１１０を選択して形状測定処理を行うことができる。

また、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光を測定対象物に照射される場合には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方から測定光が測定対象物に照射される場合に比べて測定困難領域が減少する。投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々から調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を合成して表示部４００に表示することにより、使用者は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光を測定対象物Ｓに照射した場合の測定困難領域を認識することができる。

投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光のうち少なくとも一方の測定光が照射されている測定対象物Ｓの部分については形状測定を行うことができる。すなわち、いずれの投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光も照射されない測定対象物Ｓの部分については形状測定を行うことができない。したがって、使用者は、いずれの投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光も照射されない測定対象物Ｓの部分を認識すればよい。

図６５の例においては、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの調整光が照射された状態の測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。図６６の例においては、一方の投光部１１０Ａからの調整光が照射された状態の測定対象物Ｓの画像と他方の投光部１１０Ｂからの調整光が照射された状態の測定対象物Ｓの画像とが表示部４００に並べて表示される。これにより、使用者は、いずれの投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光も照射されないことにより測定困難領域となる測定対象物Ｓの部分を認識しやすくなる。

上記の姿勢調整の第１の補助機能の第１および第２の例において、調整光は縦パターンまたは横パターンを有するが、これに限定されない。調整光は、例えばドットパターンを有してもよいし、チェッカーパターン（市松模様）を有してもよい。あるいは、調整光は、均一な光量分布（均一パターン）を有してもよい。これにより、使用者は、測定困難領域をより容易に認識することができる。図６７は、調整光として均一パターンを有する光が照射された測定対象物Ｓを示す図である。図６７に示すように、測定対象物Ｓの一部に影Ｓｓが発生している。使用者は、測定対象物Ｓに発生する影Ｓｓに基づいて測定困難領域と認識することができる。

なお、調整光として均一パターンを有する光を用いる場合、使用者が測定困難領域となる影等が発生する部分を認識しやすくなるように強度または周波数等を適切に設定した調整光を測定対象物Ｓに照射することが好ましい。この構成によれば、使用者は、自然現象として自然光が測定対象物Ｓに照射されている場合よりも測定困難領域を容易に認識することができる。

（３）測定困難領域の推定
姿勢調整の第１の補助機能の第１および第２の例において、使用者は測定対象物Ｓに照射される調整光の画像を見て測定困難領域を認識するが、これに限定されない。使用者が測定困難領域を認識することが困難である場合には、図１のＣＰＵ２１０が測定対象物Ｓに照射される調整光に基づいて測定困難領域を推定してもよい。

測定困難領域に対応する主立体形状データの部分は、データ欠落部分またはデータ不正確部分等の不良部分となる。主立体形状データの不良部分が推定され、推定された不良部分を識別可能に測定対象物Ｓの画像が表示されることにより、使用者は、測定困難領域を正確に認識することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易かつ正確に調整することができる。

図６８は、測定困難領域の推定結果を含む測定対象物Ｓの画像を示す図である。図６８の例においては、ＣＰＵ２１０は、調整光が照射されずに暗くなっている測定対象物Ｓの部分、すなわち影の部分に基づいて表示部４００において影が発生する部分を測定困難領域と推定する。また、ＣＰＵ２１０は、調整光のパターンのコントラストに基づいて表示部４００において多重反射が発生する部分を測定困難領域と推定することもできる。さらに、ＣＰＵ２１０は、調整光のパターンが過密になる部分を測定困難領域と推定することもできる。

図６８に示すように、ＣＰＵ２１０は、推定した測定困難領域を測定対象物Ｓの画像に重畳して表示する。図６８の例においては、測定困難領域はハッチングパターンにより強調表示されている。これにより、使用者は測定困難領域を容易に認識することができる。

なお、測定困難領域の推定においては、投光部１１０からパターンが互いに異なる複数の調整光が測定対象物Ｓに順次照射されてもよい。例えば、投光部１１０から任意のパターンを有する第１の調整光が測定対象物Ｓに照射された後、第１の調整光の明部分と暗部分とを反転させたパターンを有する第２の調整光が測定対象物Ｓに照射されてもよい。

この場合、第１の調整光および第２の調整光のいずれを測定対象物Ｓに照射した場合にも反射光が検出されない領域には影が発生するので、その領域が測定困難領域と推定される。この手順によれば、調整光の暗部分に対応することにより反射光が検出されない領域と影が発生することにより反射光が検出されない領域とを識別することができる。

また、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像は、一方の測定光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像であってもよいし、一方および他方の測定光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像であってもよい。あるいは、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像は、照明光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像であってもよいし、測定対象物Ｓの立体形状の画像であってもよい。

測定対象物Ｓへの調整光の照射が一定時間ごとに行われてもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓに照射される調整光に基づいて測定困難領域を一定時間ごとに順次推定する。この構成によれば、測定対象物の姿勢が変化した場合、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が順次更新される。

図６９、図７０および図７１は、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。図６９（ａ）、図７０（ａ）および図７１（ａ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに一方の投光部１１０Ａから調整光を照射した状態を示す。図６９（ｂ）、図７０（ｂ）および図７１（ｂ）は、それぞれ図６９（ａ）、図７０（ａ）および図７１（ａ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

図６９〜図７１の測定対象物Ｓにおいては、板状部材Ｓｕ上に２つの角柱状部材Ｓｖが並ぶように形成される。本例においては、一方の角柱状部材Ｓｖの周囲の３つの点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を測定位置とする。

図６９（ａ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、測定対象物Ｓは、２つの角柱状部材ＳｖがＸ方向に並ぶようにステージ１４０に配置されている。この場合、２つの角柱状部材Ｓｖ間の部分および一方の角柱状部材Ｓｖの一方（左方）の部分が測定困難領域であると推定される。

図６９（ｂ）に示すように、推定された測定困難領域が測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。図６９（ｂ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、点Ｐ２，Ｐ３は測定困難領域に含まれない。しかしながら、点Ｐ１が測定困難領域に含まれる。

使用者は、ステージ操作部１４５を操作することにより、測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。図７０（ａ）は、図６９（ａ）のステージ１４０をθ方向に４５度回転された状態を示す図である。図７０（ａ）に示すように、ステージ１４０が回転されることにより、ステージ１４０上の測定対象物Ｓの姿勢が変化する。

また、図７０（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が更新される。図７０（ｂ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、点Ｐ３は測定困難領域に含まれない。しかしながら、点Ｐ１，Ｐ２が測定困難領域に含まれる。

使用者は、ステージ操作部１４５をさらに操作することにより、測定対象物Ｓの姿勢をさらに調整することができる。図７１（ａ）は、図７０（ａ）のステージ１４０をθ方向にさらに４５度回転された状態を示す図である。図７１（ａ）に示すように、ステージ１４０が回転されることにより、ステージ１４０上の測定対象物Ｓの姿勢が変化する。

また、図７１（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が更新される。図７１（ｂ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、点Ｐ１，Ｐ３は測定困難領域に含まれない。しかしながら、点Ｐ２が測定困難領域に含まれる。

このように、使用者は、表示部４００に表示される測定困難領域を確認しながらステージ操作部１４５を操作することにより測定対象物の姿勢を調整することができる。一方で、図６９〜図７１の例のように、測定対象物Ｓの形状によっては、点Ｐ１〜Ｐ３が測定困難領域に含まれないように測定対象物Ｓの姿勢を調整することが困難である場合がある。このような場合でも、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに調整光を照射することによって測定困難領域を減少させることができる。

図７２、図７３および図７４は、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから図６９〜図７１の測定対象物Ｓに調整光を照射する場合の測定困難領域の変化を示す図である。図７２（ａ）、図７３（ａ）および図７４（ａ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから調整光を照射した状態を示す。図７２（ｂ）、図７３（ｂ）および図７４（ｂ）は、それぞれ図７２（ａ）、図７３（ａ）および図７４（ａ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

図７２（ａ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、測定対象物Ｓは、２つの角柱状部材ＳｖがＸ方向に並ぶようにステージ１４０に配置されている。この場合、２つの角柱状部材Ｓｖ間の部分が測定困難領域であると推定される。

図７２（ｂ）に示すように、推定された測定困難領域が測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。図７２（ｂ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、点Ｐ２，Ｐ３は測定困難領域に含まれない。しかしながら、点Ｐ１が測定困難領域に含まれる。

使用者は、ステージ操作部１４５を操作することにより、測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。図７３（ａ）は、図７２（ａ）のステージ１４０をθ方向に４５度回転された状態を示す図である。図７３（ａ）に示すように、ステージ１４０が回転されることにより、ステージ１４０上の測定対象物Ｓの姿勢が変化する。

また、図７３（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が更新される。図７３（ｂ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、点Ｐ２，Ｐ３は測定困難領域に含まれない。しかしながら、点Ｐ１が測定困難領域に含まれる。

使用者は、ステージ操作部１４５をさらに操作することにより、測定対象物Ｓの姿勢をさらに調整することができる。図７４（ａ）は、図７３（ａ）のステージ１４０をθ方向にさらに４５度回転された状態を示す図である。図７４（ａ）に示すように、ステージ１４０が回転されることにより、ステージ１４０上の測定対象物Ｓの姿勢が変化する。

また、図７４（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が更新される。図７４（ｂ）の測定対象物Ｓの姿勢においては、点Ｐ１〜Ｐ３は測定困難領域に含まれない。このように、使用者は、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに調整光を照射することにより、点Ｐ１〜Ｐ３が測定困難領域に含まれないように測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。

（４）姿勢調整の第１の補助機能に基づく姿勢調整の手順
図７５および図７６は、姿勢調整の第１の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２、図７５および図７６を参照しながら姿勢調整の第１の補助機能に基づく姿勢調整の手順を説明する。ＣＰＵ２１０は、使用者により調整光の照射が指示されたか否かを判定する（ステップＳ６１）。使用者は、例えば第２の調整における図２７のステップＳ２２において、ＣＰＵ２１０に調整光の照射を指示することができる。

ステップＳ６１において、調整光の照射が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０は調整光の照射が指示されるまで待機する。一方、ステップＳ６１において、調整光の照射が指示された場合、ＣＰＵ２１０は投光部１１０から測定対象物Ｓに調整光を照射する（ステップＳ６２）。ここで、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方または両方から測定対象物Ｓに調整光を照射することができる。

次に、ＣＰＵ２１０は、調整光が照射された測定対象物Ｓの画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ６３）。この状態で、ＣＰＵ２１０は、使用者により測定困難領域の推定が指示されたか否かを判定する（ステップＳ６４）。ステップＳ６４において、測定困難領域の推定が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ６７の処理に進む。

一方、ステップＳ６４において、測定困難領域の推定が指示された場合、ＣＰＵ２１０は測定困難領域を推定する（ステップＳ６５）。また、ＣＰＵ２１０は、推定した測定困難領域を測定対象物Ｓの画像に重畳して表示部４００に表示する（ステップＳ６６）。

その後、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かを判定する（ステップＳ６７）。使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かをＣＰＵ２１０に指示することができる。

ステップＳ６７において、測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、ＣＰＵ２１０は、使用者による測定対象物Ｓの姿勢の調整を受け付ける（ステップＳ６８）。その間、使用者は、測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。その後、ＣＰＵ２１０はステップＳ６７に戻る。一方、ステップＳ６７において、測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切であることをＣＰＵ２１０に指示する。これにより、姿勢調整の第１の補助機能に基づく姿勢調整の手順が終了する。

なお、使用者は、ステップＳ６４において測定困難領域の推定を指示しなかった場合、測定対象物Ｓにおいて影が発生する領域、多重反射によりパターンのコントラストの低下が発生する領域およびパターンの間隔が過密になっている領域に基づいて測定困難領域を判断する。測定対象物Ｓの測定位置が判断された測定困難領域にある場合は測定対象物Ｓの姿勢は不適切となり、測定対象物Ｓの測定位置が判断された測定困難領域にない場合は測定対象物Ｓの姿勢は適切となる。その後、使用者は、ステップＳ６７において、測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かをＣＰＵ２１０に指示する。

一方、使用者は、ステップＳ６４において測定困難領域の推定を指示した場合、ステップＳ６６において測定困難領域が表示部４００に表示される。測定対象物Ｓの測定位置が表示された測定困難領域にある場合は測定対象物Ｓの姿勢は不適切となり、測定対象物Ｓの測定位置が推定された測定困難領域にない場合は測定対象物Ｓの姿勢は適切となる。その後、使用者は、ステップＳ６７において、測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かをＣＰＵ２１０に指示する。

ステップＳ６７において、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定対象物Ｓが姿勢は適切であるか否かを判定するが、これに限定されない。使用者により予めＲＯＩ（関心領域）が設定されている場合には、ＣＰＵ２１０は、ＲＯＩに基づいて測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かを判定してもよい。

図７７は、ＲＯＩが設定された表示部４００の表示の一例を示す図である。使用者は図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して、図７７（ａ），（ｂ）に示すように、ＲＯＩとして測定位置を示す測定位置指定枠ＭＦを表示部４００の画面上に設定することができる。また、ステップＳ６４において測定困難領域の推定が指示された場合、ステップＳ６６において測定困難領域ＵＲが表示部４００に表示される。

図７７（ａ）の例においては、測定位置指定枠ＭＦが測定困難領域ＵＲと重複していない。この場合、ステップＳ６７において、ＣＰＵ２１０は測定対象物Ｓの姿勢が適切であると判定する。一方、図７７（ｂ）の例においては、測定位置指定枠ＭＦが測定困難領域ＵＲと重複している。この場合、ステップＳ６７において、ＣＰＵ２１０は測定対象物Ｓの姿勢が適切でないと判定する。なお、測定対象物Ｓの姿勢が適切でないと判定された場合、ステップＳ６８において、ＣＰＵ２１０は、図１のステージ駆動部１４６を駆動することにより、使用者によらずに自動で測定対象物Ｓの姿勢が適切になるように測定対象物Ｓの姿勢を調整してもよい。

（５）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、形状測定前に、投光部１１０により調整光が測定対象物Ｓに照射される。調整光のパターンは、形状測定処理において測定対象物Ｓに照射される測定光のパターンとは異なる。これにより、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像が調整光のパターンとともに表示される。そのため、使用者は、影が発生する部分または光の多重反射が発生する部分等の測定困難領域を認識しやすくなる。使用者は、測定対象物Ｓの測定すべき位置が測定困難領域に含まれている場合には、測定対象物Ｓの形状測定処理前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

また、本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、測定対象物Ｓへの調整光の照射が一定時間ごとに行われ、測定対象物Ｓに照射される調整光に基づいて測定困難領域が一定時間ごとに順次推定される。表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が順次更新される。

そのため、使用者がステージ操作部１４５を操作して測定対象物Ｓの姿勢を調整した場合、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定困難領域が更新される。これにより、使用者は、表示部４００に表示される測定困難領域を確認しながら測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。その結果、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

［９］姿勢調整の第２の補助機能
（１）姿勢調整の第２の補助機能の例
以下、姿勢調整の第１の補助機能とは異なる姿勢調整の第２の補助機能について説明する。姿勢調整の第２の補助機能を実行した状態において図３０〜図３２の形状測定処理が実行された場合、図１のＣＰＵ２１０は、主立体形状データを生成するとともに、主立体形状データに基づいて測定困難領域を判定する。この場合、形状測定処理において、測定対象物Ｓの高さを示す主立体形状データが生成されなかった領域が測定困難領域と判定される。また、生成された主立体形状データの変化が多重反射により得られた主立体形状データの変化とみなされる領域が測定困難領域と判定される。判定された測定困難領域は、測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。

図７８は、測定困難領域を有する測定対象物Ｓの画像の一例を示す図である。図７８（ａ）は、図２の一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された状態で図１の受光部１２０により撮像された測定対象物Ｓの画像を示す。図７８（ａ）に示すように、測定対象物Ｓの一部に影が発生している。しかしながら、測定対象物Ｓの一部に影が発生することは自然現象であり、影が発生していても、使用者がそれに気づかないことがある。

図７８（ｂ）は、図７８（ａ）の測定対象物Ｓに対する姿勢調整の第２の補助機能において判定された測定対象物Ｓの測定困難領域を示す。図７８（ｂ）に示すように、推定された測定困難領域は測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。図７８（ｂ）の例においては、測定困難領域はハッチングパターンにより強調表示されている。これにより、使用者は測定困難領域を確実に認識することができる。

図７９は、測定困難領域を有する測定対象物Ｓの画像の他の例を示す図である。図７９（ａ）は、図１の照明光出力部１３０から照明光が照射された状態で図１の受光部１２０により撮像された測定対象物Ｓの画像を示す。図７９（ａ）に示すように、照明光出力部１３０からの照明光によっては、測定対象物Ｓにほとんど影が発生しない。したがって、使用者は、測定困難領域を認識することができない。

図７９（ｂ）は、図７９（ａ）の測定対象物Ｓに対する姿勢調整の第２の補助機能において判定された測定対象物Ｓの測定困難領域を示す。図７９（ｂ）に示すように、推定された測定困難領域は、照明光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像に重畳して表示することも可能である。図７９（ｂ）の例においては、測定困難領域はハッチングパターンにより強調表示されている。

図８０は、測定困難領域を有する測定対象物Ｓの画像のさらに他の例を示す図である。図８０（ａ）は、図２の投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光が照射された状態で図１の受光部１２０により撮像された測定対象物Ｓの画像を示す。図８０（ａ）に示すように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光を測定対象物Ｓに照射した場合、一方の投光部１１０Ａから測定光を測定対象物Ｓに照射する場合に比べて、発生する影Ｓｓが減少する。

図８０（ｂ）は、図８０（ａ）の測定対象物Ｓに対する姿勢調整の第２の補助機能において判定された測定対象物Ｓの測定困難領域を示す。図８０（ｂ）に示すように、推定された測定困難領域は、一方および他方の測定光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像に重畳して表示することも可能である。図８０（ｂ）の例においては、測定困難領域はハッチングパターンにより強調表示されている。

図８１は、測定困難領域を有する測定対象物Ｓの画像のさらに他の例を示す図である。図８１（ａ）は、主立体形状データに基づく測定対象物Ｓの立体形状の画像を示す。図８１（ｂ）は、図８１（ａ）の測定対象物Ｓに対する姿勢調整の第２の補助機能において判定された測定対象物Ｓの測定困難領域を示す。図８１（ｂ）に示すように、推定された測定困難領域は、測定対象物Ｓの立体形状の画像に重畳して表示することも可能である。図８１（ｂ）の例においては、測定困難領域はハッチングパターンにより強調表示されている。

投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定対象物Ｓに測定光が照射された場合に生成される主立体形状データの不良部分は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方から測定対象物Ｓに測定光が照射された場合に生成される主立体形状データの不良部分に比べて小さい。すなわち、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定対象物Ｓにそれぞれ測定光が照射されることにより、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方から測定光が測定対象物Ｓに照射される場合に比べて測定困難領域を減少させることができる。

投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定対象物Ｓに測定光が照射された場合に生成された合成立体形状データの不良部分が判定され、判定された不良部分を識別可能に測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。これにより、使用者は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光を測定対象物Ｓに照射した場合の測定困難領域を認識することができる。その結果、次の形状測定処理を行う前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易かつ正確に調整することができる。

主立体形状データの生成が一定時間ごとに行われてもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、生成された主立体形状データに基づいて測定困難領域を一定時間ごとに順次判定する。この構成によれば、測定対象物の姿勢が変化した場合、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が順次更新される。

（２）姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順
図８２および図８３は、姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２、図８２および図８３を参照しながら姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順を説明する。姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順は、図３０〜図３２の形状測定処理に含まれる。ステップＳ４１〜Ｓ４５の処理は、図３０〜図３２の形状測定処理のステップＳ４１〜Ｓ４５と同様である。

ステップＳ４５において、測定位置の立体形状が表示されていると判定された場合、ＣＰＵ２１０は、測定困難領域を判定する（ステップＳ７１）。また、ＣＰＵ２１０は、判定した測定困難領域を測定対象物Ｓの画像に重畳して表示部４００に表示する（ステップＳ７２）。

ここで、表示部４００に表示されるＳの画像は、一方の測定光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像であってもよいし、一方および他方の測定光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像であってもよい。あるいは、表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像は、照明光を用いて撮像された測定対象物Ｓの画像であってもよいし、測定対象物Ｓの立体形状の画像であってもよい。

その後、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かを判定する（ステップＳ７３）。使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かをＣＰＵ２１０に指示することができる。

ステップＳ７３において、測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ４１の処理に戻る。これにより、ＣＰＵ２１０は形状測定処理の開始が指示されるまで待機するとともに、使用者は形状測定処理の開始を再び指示するまで測定対象物Ｓの姿勢が適切になるように測定対象物Ｓの姿勢の調整を行うことができる。

一方、ステップＳ７３において、測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切であることをＣＰＵ２１０に指示する。その後、ＣＰＵ２１０はステップＳ４６の処理に進む。ステップＳ４６〜Ｓ５７の処理は、図３０〜図３２の形状測定処理のステップＳ４６〜Ｓ５７と同様である。

これにより、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定位置の計測または解析を実行する（ステップＳ５７）。これにより、形状測定処理を終了する。このように、姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順は、図３０〜図３２の形状測定処理に含まれる。ステップＳ７１〜Ｓ７３の処理により姿勢調整の第２の補助機能に基づく姿勢調整の手順が構成される。

（３）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、測定困難領域に対応する主立体形状データの部分が、データ欠落部分またはデータ不正確部分等の不良部分として判定される。また、測定対象物Ｓが受光部１２０により撮像され、判定された不良部分を識別可能に測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。

それにより、使用者は、測定困難領域を正確に認識することができる。したがって、次の形状測定処理を行う前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易かつ正確に調整することができる。また、測定対象物Ｓの測定位置が測定困難領域に含まれていない場合には、使用者は、形状測定処理を再度行う必要がないことを認識することができる。そのため、測定対象物Ｓの形状が単純である場合には、効率よくかつ短時間で測定対象物Ｓの形状を測定することができる。

また、本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、主立体形状データの生成が一定時間ごとに行われ、生成された主立体形状データに基づいて測定困難領域が一定時間ごとに順次判定される。表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が順次更新される。

そのため、使用者がステージ操作部１４５を操作して測定対象物Ｓの姿勢を調整した場合、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定困難領域が更新される。これにより、使用者は、表示部４００に表示される測定困難領域を確認しながら測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。その結果、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

［１０］姿勢調整の第３の補助機能
（１）姿勢調整の第３の補助機能の第１の例
以下、姿勢調整の第１または第２の補助機能とは異なる姿勢調整の第３の補助機能について説明する。姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整は、図２３の形状測定の準備と図３０〜図３２の形状測定処理との間に行われる。

図２３の形状測定の準備の後、姿勢調整の第３の補助機能の第１の例が実行された場合、図１のＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光（図１１参照）を複数回照射し、主立体形状データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成するとともに、姿勢調整の第２の補助機能と同様に、主立体形状データに基づいて測定困難領域を判定する。判定された測定困難領域は、姿勢調整の第２の補助機能の場合と同様に、測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。

測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、測定対象物Ｓの姿勢調整が行われた後、再び姿勢調整の第３の補助機能の第１の例が実行される。測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、図３０〜図３２の形状測定処理が実行される。形状測定処理においては、ＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに縞状測定光を複数回照射した後にコード状測定光を複数回照射し、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する。

このように、姿勢調整の第３の補助機能における主立体形状データは、測定困難領域を判定するために生成される。以下、姿勢調整の第３の補助機能における測定対象物Ｓの形状測定を簡易測定と呼ぶ。簡易測定における主立体形状データの分解能は、形状測定処理における主立体形状データの分解能よりも低くてもよい。

上記の姿勢調整の第３の補助機能の第１の例における簡易測定によれば、簡易測定における主立体形状データの精度を形状測定処理における主立体形状データの精度よりも低くすることができる。これにより、主立体形状データの生成のために必要なパターン画像の取得回数が低減され、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮されるので、簡易測定における主立体形状データの不良部分を短時間で判定することができる。すなわち、測定困難領域を高速に判定することができる。したがって、測定対象物Ｓの形状が複雑であるため、測定対象物Ｓの姿勢調整を繰り返す必要がある場合などに、測定対象物Ｓの姿勢を短時間で適切に調整することができる。

上記のように、簡易測定においては、コード状測定光のみが測定対象物Ｓに照射され、縞状測定光が測定対象物Ｓに照射されずに測定対象物Ｓの粗い形状が測定され、形状測定処理においては、コード状測定光および縞状測定光が測定対象物Ｓに順次照射され、測定対象物Ｓの形状が精密に測定される。

なお、簡易測定におけるコード状測定光の出射回数Ｎは、形状測定処理におけるコード状測定光出射回数Ｎよりも少なくなるように設定されてもよい。例えば、簡易測定においては、Ｎは５に設定され、形状測定処理においては、Ｎは８に設定されてもよい。この場合、パターン画像の取得回数がさらに低減され、ＣＰＵ２１０の処理時間がさらに短縮されるので、簡易測定における主立体形状データの不良部分をさらに短時間で判定することができる。

（２）姿勢調整の第３の補助機能の第２の例
図２３の形状測定の準備の後、姿勢調整の第３の補助機能の第２の例が実行された場合、図１のＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに複数種類の測定光が組み合わされた測定光を照射し、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する。ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する際に、主立体形状データに基づいて測定困難領域を判定する。判定された測定困難領域は、姿勢調整の第２の補助機能の場合と同様に、測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。

測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、測定対象物Ｓの姿勢調整が行われた後、再び姿勢調整の第３の補助機能の第２の例が実行される。測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、図３０〜図３２の形状測定処理が実行される。形状測定処理においては、ＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに複数種類の測定光が組み合わされた測定光を照射し、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する。

簡易測定における測定光は、形状測定処理における測定光よりも主立体形状データを高速に生成できるように設定される。一の設定例として、例えば、簡易測定においては、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光（図１１参照）が照射されるとともに、正弦波状測定光（図８参照）が照射される。一方、形状測定処理においては、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光が照射されるとともに、縞状測定光（図９参照）が照射される。

他の設定例として、例えば、簡易測定および形状測定処理において、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光が照射されるとともに、縞状測定光が照射される。ここで、簡易測定における縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅が形状測定処理における縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅よりも大きく設定される。例えば、簡易測定における縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅は６単位であり、縞状測定光の各暗部分のＸ方向の幅は１０単位である。一方、形状測定処理における縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅は３単位であり、縞状測定光の各暗部分のＸ方向の幅は１３単位である。

さらに他の設定例として、例えば、簡易測定および形状測定処理において、投光部１１０から測定対象物Ｓにコード状測定光が照射されるとともに、縞状測定光が照射される。ここで、簡易測定における縞状測定光のＸ方向の移動距離が形状測定処理における縞状測定光のＸ方向の移動距離よりも大きく設定される。例えば、簡易測定における縞状測定光のＸ方向の移動距離は２単位である。一方、形状測定処理における縞状測定光のＸ方向の移動距離は１単位である。

上記の姿勢調整の第３の補助機能の第２の例における簡易測定によれば、主立体形状データの生成のために必要なパターン画像の取得回数が低減され、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮されるので、主立体形状データが高速に生成される。これにより、簡易測定における主立体形状データの不良部分を短時間で判定することができる。すなわち、測定困難領域を高速に判定することができる。したがって、測定対象物Ｓの形状が複雑であるため、測定対象物Ｓの姿勢調整を繰り返す必要がある場合などに、測定対象物Ｓの姿勢を短時間で適切に調整することができる。

（３）姿勢調整の第３の補助機能の第３の例
図２３の形状測定の準備の後、姿勢調整の第３の補助機能の第３の例が実行された場合、図１のＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射する。図１の制御基板１５０は、受光部１２０からの受光信号に対応する画素データの間引きを行う。

この場合、Ｘ方向の画素データが間引きされてもよいし、Ｙ方向の画素データが間引きされてもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の画素データが間引きされてもよい。あるいは、ビニング処理により画素データが間引きされてもよい。また、受光部１２０の露光時間が短縮されてもよい。これにより、受光部１２０のフレームレートを増加させることができるとともに、制御基板１５０からＣＰＵ２１０への画素データの転送速度を向上させることができる。

ＣＰＵ２１０は、間引き後の画素データに基づいて測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、主立体形状データを生成するとともに、主立体形状データに基づいて測定困難領域を判定する。判定された測定困難領域は、姿勢調整の第２の補助機能の場合と同様に、測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。

測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、測定対象物Ｓの姿勢調整が行われた後、再び姿勢調整の第３の補助機能の第３の例が実行される。測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、図３０〜図３２の形状測定処理が実行される。形状測定処理においては、ＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射し、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する。

上記の姿勢調整の第３の補助機能の第３の例における簡易測定によれば、簡易測定における主立体形状データの精度を形状測定処理における主立体形状データの精度よりも低くすることができる。そのため、画素データが高速で転送されるので、ＣＰＵ２１０は主立体形状データを高速に生成することができる。また、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮される。これにより、簡易測定における主立体形状データの不良部分を短時間で判定することができる。すなわち、測定困難領域を高速に判定することができる。したがって、測定対象物Ｓの形状が複雑であるため、測定対象物Ｓの姿勢調整を繰り返す必要がある場合などに、測定対象物Ｓの姿勢を短時間で適切に調整することができる。

（４）姿勢調整の第３の補助機能の第４の例
姿勢調整の第３の補助機能の第４の例においては、図７７の例に示すように、使用者により予めＲＯＩが設定されている。図２３の形状測定の準備の後、姿勢調整の第３の補助機能の第４の例が実行された場合、図１のＣＰＵ２１０は、投光部１１０から少なくともＲＯＩが設定された領域に対応する測定対象物Ｓに測定光を照射する。図１の制御基板１５０は、受光部１２０からの受光信号に対応する画素データをＣＰＵ２１０に転送する。

この場合、測定対象物Ｓの全ての部分に測定光を照射して全ての部分の画像を取得する場合に比べて、転送される画素データが低減される。これにより、受光部１２０のフレームレートを増加させることができるとともに、制御基板１５０からＣＰＵ２１０への画素データの転送速度を向上させることができる。その結果、主立体形状データを高速に生成することができる。

ＣＰＵ２１０は、画素データに基づいて測定対象物Ｓの主立体形状データを生成するとともに、主立体形状データに基づいて測定困難領域を判定する。判定された測定困難領域は、姿勢調整の第２の補助機能の場合と同様に、測定対象物Ｓの画像に重畳して表示される。

測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、測定対象物Ｓの姿勢調整が行われた後、再び姿勢調整の第３の補助機能の第４の例が実行される。測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、図３０〜図３２の形状測定処理が実行される。形状測定処理においては、ＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射し、測定対象物Ｓの主立体形状データを生成する。

上記の姿勢調整の第３の補助機能の第４の例における簡易測定によれば、簡易測定における主立体形状データのデータ量を形状測定処理における主立体形状データのデータ量よりも小さくすることができる。これにより、受光部１２０のフレームレートが向上するとともに、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮される。また、主立体形状データが高速に生成されるので、簡易測定における主立体形状データのうち指定された位置に対応する測定対象物Ｓの部分が不良部分を含むか否かを短時間で判定することができる。すなわち、測定困難領域を高速に判定することができる。したがって、測定対象物Ｓの形状が複雑であるため、測定対象物Ｓの姿勢調整を繰り返す必要がある場合などに、測定対象物Ｓの姿勢を短時間で適切に調整することができる。

上記の姿勢調整の第３の補助機能の第１〜第４の例は、組み合わせて実行されてもよい。この場合、主立体形状データがより高速に生成されるので、測定困難領域をより高速に判定することができる。その結果、測定対象物Ｓの姿勢をより短時間で適切に調整することができる。

また、簡易測定における主立体形状データの生成が一定時間ごとに行われてもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、生成された主立体形状データに基づいて測定困難領域を一定時間ごとに順次判定する。この構成によれば、測定対象物の姿勢が変化した場合、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が順次更新される。

（５）姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整の手順
図２３の形状測定の準備の後、姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整が実行される。図８４は、姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図８４を参照しながら姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整の手順を説明する。使用者は、形状測定の準備の終了後に、ＣＰＵ２１０に簡易測定の開始を指示する。ＣＰＵ２１０は、使用者により簡易測定の開始が指示されたか否かを判定する（ステップＳ８１）。

ステップＳ８１において、簡易測定の開始が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０は、簡易測定の開始が指示されるまで待機する。なお、使用者は、簡易測定の開始を指示するまで形状測定の準備を行うことができる。一方、ステップＳ８１において、簡易測定の開始が指示された場合、ＣＰＵ２１０は、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射し、測定対象物Ｓのパターン画像を取得する（ステップＳ８２）。上述したように、簡易測定におけるパターン画像の取得は、後で行われる形状測定処理におけるパターン画像の取得よりも高速で行われる。取得されたパターン画像は、作業用メモリ２３０に記憶される。

次に、ＣＰＵ２１０は、取得したパターン画像を所定の計測アルゴリズムで処理することにより、測定対象物Ｓの立体形状を示す主立体形状データを生成する（ステップＳ８３）。生成された主立体形状データは、作業用メモリ２３０に記憶される。また、ＣＰＵ２１０は、測定困難領域を判定するとともに（ステップＳ８４）、判定した測定困難領域を測定対象物Ｓの画像に重畳して表示部４００に表示する（ステップＳ８５）。

その後、ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かを判定する（ステップＳ８６）。使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切であるか否かをＣＰＵ２１０に指示することができる。

ステップＳ８６において、測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ８１の処理に戻る。これにより、ＣＰＵ２１０は簡易測定の開始が指示されるまで待機するとともに、使用者は簡易測定の開始を再び指示するまで測定対象物Ｓの姿勢が適切になるように測定対象物Ｓの姿勢の調整を行うことができる。

一方、ステップＳ８６において、測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切であることをＣＰＵ２１０に指示する。これにより、ＣＰＵ２１０は、姿勢調整の第３の補助機能に基づく姿勢調整の手順を終了する。その後、ＣＰＵ２１０は、図３０〜図３２の形状測定処理を実行する。

このように、ＣＰＵ２１０により簡易測定における主立体形状データの不良部分が判定された後でかつ投光部１１０により測定光が測定対象物Ｓに照射される前に測定対象物Ｓの姿勢を確実に調整することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理を行う前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

また、簡易測定においては、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定対象物Ｓに測定光を照射してもよい。この場合、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの一方から測定光が測定対象物Ｓに照射される場合に比べて測定困難領域を減少させることができる。

投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定対象物Ｓに測定光が照射された場合に生成された合成立体形状データの不良部分が判定され、判定された不良部分を識別可能に測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。これにより、使用者は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの両方から測定光を測定対象物Ｓに照射した場合の測定困難領域を認識することができる。その結果、形状測定処理を行う前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易かつ正確に調整することができる。

（６）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、形状測定処理を行う前に、簡易測定により主立体形状データの不良部分が判定される。簡易測定における主立体形状データは、形状測定処理における主立体形状データよりも低い精度または小さいデータ量を有する。したがって、不良部分の判定を短時間で行うことができる。また、不良部分を識別可能に測定対象物Ｓの画像が表示部４００に表示される。そのため、使用者は、測定困難部分を容易に認識することができる。

測定対象物Ｓの測定位置が測定困難部分に含まれている場合には、使用者は、測定対象物Ｓの形状測定処理を行う前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。また、形状測定処理においては、簡易測定における主立体形状データよりも高い精度または大きいデータ量を有する主立体形状データが生成される。これにより、測定対象物Ｓの形状を高い精度で測定することができる。

また、本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、簡易測定における主立体形状データの生成が一定時間ごとに行われ、生成された主立体形状データに基づいて測定困難領域が一定時間ごとに順次判定される。表示部４００に表示される測定対象物Ｓの画像上の測定困難領域が順次更新される。簡易測定における主立体形状データの生成は、形状測定処理における主立体形状データの生成よりも高速に行われるため、測定困難領域の更新をより短い間隔で行うことができる。

そのため、使用者がステージ操作部１４５を操作して測定対象物Ｓの姿勢を調整した場合、測定対象物Ｓの姿勢の変化に追従して表示部４００に表示される測定困難領域がより短い間隔で更新される。これにより、使用者は、表示部４００に表示される測定困難領域を確認しながら測定対象物Ｓの姿勢を短時間で調整することができる。その結果、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、測定対象物Ｓの姿勢を形状測定に適切な状態に短時間で容易に調整することができる。

［１１］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、投光部１１０が投光部または第１の投光部の例であり、投光部１１０または照明光源３２０（照明光出力部１３０）が第２の投光部の例である。測定光源１１１が測定光源の例であり、パターン生成部１１２がパターン生成部の例であり、受光部１２０が受光部の例であり、ＣＰＵ２１０が第１および第２のデータ生成部、合成部、判定部ならびに処理装置の例である。ステージ駆動部１４６が相対距離変化部の例であり、表示部４００が表示部の例であり、操作部２５０が操作部の例であり、形状測定装置５００が形状測定装置の例である。測定光が第１の光の例であり、照明光が第２の光の例であり、主立体形状データが第１の立体形状データの例であり、副立体形状データが第２の立体形状データの例であり、テクスチャ画像データが状態データの例であり、角度αが第１の角度の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、種々の形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムに有効に利用することができる。

１００ 測定部
１１０ 投光部
１１１ 測定光源
１１２ パターン生成部
１１３〜１１５，１２２，１２３ レンズ
１２０ 受光部
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ カメラ
１２１ａ 撮像素子
１２４ ハーフミラー
１３０ 照明光出力部
１４０ ステージ
１４１ Ｘ−Ｙステージ
１４２ Ｚステージ
１４３ θステージ
１４４ チルトステージ
１４５ ステージ操作部
１４６ ステージ駆動部
１５０，３１０ 制御基板
２００ ＰＣ
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ 作業用メモリ
２４０ 記憶装置
２５０ 操作部
３００ 制御部
３２０ 照明光源
４００ 表示部
４１０，４２０，４５０，４５０ａ〜４５０ｃ 画像表示領域
４３０，４４０ 光量設定バー
４３０ｓ，４４０ｓ，４７２ｓ スライダ
４７０，４８０ 設定変更領域
４７１ 明るさ選択欄
４７２ 明るさ設定バー
４７３ 表示切換欄
４７４ 倍率切換欄
４７５ 倍率選択欄
４７６ 焦点調整欄
４７７ 焦点ガイド表示欄
４８０Ａ 顕微鏡モード選択タブ
４８０Ｂ 形状測定モード選択タブ
４８１ ツール選択欄
４８１ａ 測定ツール表示欄
４８１ｂ 補助ツール表示欄
４８２ 撮影ボタン
４８３ 測定ボタン
４８４ テクスチャ画像選択欄
４８４ａ〜４８４ｃ チェックボックス
５００ 形状測定装置
ＡＰ 補助パターン
Ｃ カーソル
ＦＰ 枠パターン
ＧＰ ガイドパターン
Ｌ ライン
Ｍ，Ｍ１〜Ｍ３，ＭＡ〜ＭＤ マーカ
ＭＦ 測定位置指定枠
Ｍｓ，Ｍｓ１〜Ｍｓ３ 測定部分
ＰＲ プロファイル
Ｒ１〜Ｒ１０ 領域
ＲＬ 基準線
Ｓ，ＳＡ〜ＳＤ 測定対象物
Ｓｂ 回路基板
Ｓｃ 電解コンデンサ
Ｓｈ 孔
Ｓｐ 偽の形状
Ｓｓ 影
Ｓｕ 板状部材
Ｓｖ 角柱状部材
ＵＲ 測定困難領域

Claims (14)

1. 測定対象物が載置されるステージと、
   前記ステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の縞状の第１の光を照射し、前記ステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するように構成される投光部と、
   前記ステージの上方に配置され、測定対象物により反射された前記第１の光および第２の光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように構成される受光部と、
   前記受光部により出力される前記第１の光に対応する受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成するように構成される第１のデータ生成部と、
   前記受光部と前記ステージとの相対的な距離を前記受光部の光軸方向に変化させることにより、前記受光部の焦点位置を変化させる相対距離変化部と、
   測定対象物の表面状態を示す状態データを生成する第２のデータ生成部と、
   測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成する合成部と、
   画像を表示する表示部と、
   第１および第２の動作モードのうちいずれかの実行を選択するために使用者により操作可能に構成される操作部とを備え、
   前記第１の動作モードにおいては、前記投光部が測定対象物に前記第１の光を照射するとともに、前記受光部が測定対象物により反射された前記第１の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、前記第１のデータ生成部が前記第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により前記第１の立体形状データを生成し、前記相対距離変化部が前記受光部の焦点位置を固定した状態で、前記投光部が測定対象物に前記第２の光を照射するとともに、前記受光部が測定対象物により反射された前記第２の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、前記第２のデータ生成部が前記第２の光に対応する受光信号に基づいて単一のデータを生成するとともに前記単一のデータから前記状態データを生成し、前記合成部が前記第１の立体形状データと前記状態データとを合成することにより前記合成データを生成し、前記表示部が生成された前記合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示し、
   前記第２の動作モードにおいては、前記投光部が測定対象物に前記第１の光を照射するとともに、前記受光部が測定対象物により反射された前記第１の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、前記第１のデータ生成部が前記第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により前記第１の立体形状データを生成し、前記相対距離変化部が前記受光部の焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、前記投光部が測定対象物に前記第２の光を照射するとともに、前記受光部が測定対象物により反射された前記第２の光を受光して受光量を示す受光信号を出力し、前記第２のデータ生成部が前記第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成するとともに生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより前記状態データを生成し、前記合成部が前記第１の立体形状データと前記状態データとを合成することにより前記合成データを生成し、前記表示部が生成された前記合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示する、形状測定装置。
2. 前記投光部は、測定対象物に前記第１の光を照射するように構成される第１の投光部と、測定対象物に前記第２の光を照射するように構成される第２の投光部とを含み、
   前記第１の投光部は、光を出射する測定光源と、前記測定光源により出射された光を形状測定用のパターンを有する光に変換することにより前記第１の光を生成するパターン生成部とを含み、前記受光部の光軸に対して０度よりも大きく９０度よりも小さい第１の角度だけ傾斜した方向に前記第１の光を出射するように配置され、
   前記第２の投光部は、前記受光部の光軸に平行な方向または前記受光部の光軸に対して前記第１の角度よりも小さい第２の角度だけ傾斜した方向に均一な光量分布を有する前記第２の光を出射するように配置される、請求項１記載の形状測定装置。
3. 前記投光部は、
   光を出射する測定光源と、
   前記測定光源により出射された光を形状測定用のパターンを有する光に変換することにより前記第１の光を生成するとともに、前記測定光源により出射される光を均一な光量分布を有する光に変換することにより前記第２の光を生成するように構成されるパターン生成部とを含む、請求項１記載の形状測定装置。
4. 前記操作部は、前記投光部から照射される前記第１の光の強度または測定対象物により反射された前記第１の光を受光する際の前記受光部の露光時間を調整することにより定まる第１光量条件と、前記第２の光の強度または測定対象物により反射された前記第２の光を受光する際の前記受光部の露光時間を調整することにより定まる第２光量条件とを、それぞれ個別に設定可能であるとともに、使用者からの形状測定の指示を受け付け、
   前記操作部により使用者からの形状測定の指示を受け付けた場合、前記第１のデータ生成部は、前記第１光量条件において前記第１の光が測定対象物に照射されたときに前記受光部により出力される受光信号に基づいて測定対象物の前記第１の立体形状データを生成し、前記第２のデータ生成部は、前記第２光量条件において前記第２の光が測定対象物に照射されたときに前記受光部により出力される受光信号に基づいて測定対象物の状態データを生成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
5. 前記操作部は、第３の動作モードの実行を選択するために使用者により操作可能に構成され、
   前記第２のデータ生成部は、第３の動作モードにおいては、前記受光部の露光時間または前記第２の光の強度を変化させた状態で、前記受光部により出力される前記第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータを前記受光部のダイナミックレンジが拡大されるように合成し、合成されたデータから前記状態データを生成する、請求項４記載の形状測定装置。
6. 前記操作部は、第４の動作モードの実行を選択するために使用者により操作可能に構成され、
   前記第２のデータ生成部は、第４の動作モードにおいては、前記受光部の露光時間または前記第２の光の強度を変化させるとともに前記相対距離変化部により焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、前記受光部により出力される前記第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータを前記受光部のダイナミックレンジが拡大されるように合成し、合成されたデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより前記状態データを生成する、請求項５記載の形状測定装置。
7. 前記第２のデータ生成部は、前記相対距離変化部による前記受光部と前記ステージとの相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成し、
   前記形状測定装置は、前記第１のデータ生成部により生成される前記第１の立体形状データの複数の部分のうち前記第２のデータ生成部により生成される前記第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分を判定する判定部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
8. 前記判定部は、前記第１のデータ生成部により生成された前記第１の立体形状データに基づいて、前記第１の立体形状データのうち前記第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分を識別可能に、測定対象物の立体形状の画像を前記表示部に表示させる、請求項７記載の形状測定装置。
9. 前記判定部は、前記第１の立体形状データのうち前記第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分のデータを、他の部分のデータに基づいて補完する、請求項７または８記載の形状測定装置。
10. 前記判定部は、前記第１の立体形状データのうち前記第２の立体形状データからの乖離が予め定められたしきい値よりも大きい部分のデータを、前記第２の立体形状データの対応する部分のデータに基づいて補完する、請求項７または８記載の形状測定装置。
11. 前記判定部は、前記第１の立体形状データの不良部分を判定し、不良部分を前記第２の立体形状データの対応する部分のデータに基づいて補完する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の形状測定装置。
12. 前記第２の動作モードにおいて、前記第２のデータ生成部が前記相対距離変化部により焦点位置を複数の位置に変化させる範囲は、前記受光部の測定可能範囲に基づいて予め設定される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の形状測定装置。
13. 第１および第２の動作モードのうちいずれかの実行の選択を受け付けるステップと、
    前記第１の動作モードにおいて、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の縞状の第１の光を照射し、測定対象物により反射された前記第１の光を前記ステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された前記第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、前記受光部の焦点位置を固定した状態で、前記投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された前記第２の光を前記ステージの上方で前記受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された受光信号に基づいて単一のデータを生成し、生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された前記第１の立体形状データと生成された前記状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された前記合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示するステップと、
    前記第２の動作モードにおいて、前記投光部により前記ステージに載置された測定対象物に斜め上方から前記第１の光を照射するとともに、測定対象物により反射された前記第１の光を前記ステージの上方で前記受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された前記第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、前記受光部と前記ステージとの相対的な距離を前記受光部の光軸方向に変化させることにより前記受光部の焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、前記投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された前記第２の光を前記ステージの上方で前記受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された前記第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された前記第１の立体形状データと生成された前記状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された前記合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示するステップとを含む、形状測定方法。
14. 処理装置により実行可能な形状測定装置プログラムであって、
    第１および第２の動作モードのうちいずれかの実行の選択を受け付ける処理と、
    前記第１の動作モードにおいて、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の縞状の第１の光を照射し、測定対象物により反射された前記第１の光を前記ステージの上方で受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された前記第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、前記受光部の焦点位置を固定した状態で、前記投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された前記第２の光を前記ステージの上方で前記受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された受光信号に基づいて単一のデータを生成し、生成された単一のデータから測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された前記第１の立体形状データと生成された前記状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された前記合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示する処理と、
    前記第２の動作モードにおいて、前記投光部により前記ステージに載置された測定対象物に斜め上方から前記第１の光を照射するとともに、測定対象物により反射された前記第１の光を前記ステージの上方で前記受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された前記第１の光に対応する受光信号に基づいて三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成し、前記受光部と前記ステージとの相対的な距離を前記受光部の光軸方向に変化させることにより前記受光部の焦点位置を複数の位置に変化させた状態で、前記投光部により測定対象物に上方または斜め上方から表面状態撮像用の第２の光を照射するとともに、測定対象物により反射された前記第２の光を前記ステージの上方で前記受光部により受光して受光量を示す受光信号を出力し、出力された前記第２の光に対応する複数の受光信号に基づいて複数のデータを生成し、生成された複数のデータから測定対象物の複数の部分にそれぞれ焦点が合った状態で得られる複数のデータ部分を抽出して合成することにより測定対象物の表面状態を示す状態データを生成し、生成された前記第１の立体形状データと生成された前記状態データとを合成することにより測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を示す合成データを生成し、生成された前記合成データに基づいて測定対象物の立体形状と表面状態とが合成された画像を表示部に表示する処理とを
    前記処理装置に実行させるための、形状測定プログラム。

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