CN103673920A

CN103673920A - 形状测量装置、形状测量方法、和形状测量程序

Info

Publication number: CN103673920A
Application number: CN201310413022.6A
Authority: CN
Inventors: 中务贵司
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: US20140071458A1; JP6116164B2; JP2014055811A; CN103673920B; DE102013218048A1; US8743374B2

Abstract

本发明提供了能够在以高精度测量测量对象的形状的同时清晰地观察测量对象的表面状态的一种形状测量装置、一种形状测量方法、和一种形状测量程序。由光投射单元照射的光被测量对象反射并且被光接收单元接收。通过三角测距法生成测量对象的立体形状数据。由光投射单元照射的光被测量对象反射并且被光接收单元接收。在改变光接收单元的焦点位置的同时，通过合成测量对象的多个部分的纹理图像数据来生成测量对象的全焦点纹理图像数据。合成立体形状数据和全焦点纹理图像数据，以生成合成数据。

Description

形状测量装置、形状测量方法、和形状测量程序

技术领域

本发明涉及形状测量装置、形状测量方法、和形状测量程序。

背景技术

在三角测距法的形状测量装置中，测量对象的表面被光线照射，反射光被包括一维或二维排列的像素的光接收元件接收。根据由光接收元件得到的光接收量分布的峰值位置可以对测量对象的表面的高度进行测量。由此可以测量测量对象的形状。

在“Remote Sensing and Reconstruction forThree-Dimensional Objects and Scenes”，Toni F.Schenk，SPIE会议论文集，卷2572，1-9页，1995年，提出了结合编码光和相移方法的三角测距法的形状测量。在“Videometrics and OpticalMethods for3D Shape Measurement”，Sabry F.El-Hakim和ArminGruen，SPIE会议论文集，卷4309,219-231页，2001年，提出了结合编码光和条纹型的光的三角测距法的形状测量。在所述方法中，可以提高测量对象的形状测量中的精度。

在“Remote Sensing and Reconstruction forThree-Dimensional Objects and Scenes”，Toni F.Schenk，SPIE会议论文集，卷2572，1-9页，1995年，和“Videometrics and OpticalMethods for3D Shape Measurement”，Sabry F.El-Hakim和ArminGruen，SPIE会议论文集，卷4309,219-231页，2001年中描述的形状测量中，可以以高精度地测量测量对象的形状。但是，不能清晰地观察到这样的表面状态，该表面状态不具有在测量对象的表面上提供的诸如图案、色彩等的形状。

发明内容

本发明的目的是提供形状测量装置、形状测量方法、和形状测量程序，其均能够在以高精度测量测量对象的形状的同时，清晰地观察测量对象的表面状态。

（1）根据本发明的一个实施例的形状测量装置包括：载物台，其上安装测量对象；光投射单元，其被构造为利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象，并且利用用于表面状态成像的第二光从正上方或者从斜上方照射安装在载物台上的测量对象；光接收单元，其被布置在载物台的上方，并且被构造为接收被安装在载物台上的测量对象反射的第一光和第二光，并输出表示光接收量的光接收信号；第一数据生成单元，其被构造为基于光接收单元输出的与第一光对应的光接收信号，通过三角测距法来生成表示测量对象的立体形状的第一立体形状数据；相对距离改变单元，其通过在光接收单元的光轴方向上改变光接收单元和载物台之间的相对距离，来改变光接收单元的焦点位置；第二数据生成单元，其在通过相对距离改变单元改变焦点位置的同时，基于光接收单元输出的与第二光对应的多个光接收信号来生成多条数据，并且通过从生成的所述多条数据中提取在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示测量对象的表面状态的状态数据；合成单元，其通过合成由第一数据生成单元生成的第一立体形状数据以及由第二数据生成单元生成的状态数据，来生成表示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据；以及显示部，其基于合成单元生成的合成数据来显示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像。

在所述形状测量装置中，光投射单元利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象。位于载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第一光，并且输出表示光接收量的光接收信号。基于与第一光对应的输出光接收信号通过三角测距法来生成表示测量对象的立体形状的第一立体形状数据。

通过在光接收单元的光轴方向上改变光接收单元和载物台之间的相对位置来改变光接收单元的焦点位置。光投射单元利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在载物台上的测量对象。载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第二光，并且输出表示光接收量的光接收信号。在改变焦点位置的同时基于与第二光对应的多个输出光接收信号来生成多条数据。从生成的多条数据中提取在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分，并且将该多个数据部分进行合成以生成表示测量对象的表面状态的状态数据。

合成所生成的第一立体形状数据和所生成的状态数据，以生成表示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据。基于所生成的合成数据在显示部上显示表示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像。

在该情况下，第一立体形状数据表示通过三角测距法以高精度测量到的测量对象的立体形状。当测量对象的每个部分位于光接收单元的景深范围内时，通过合成表示测量对象的表面状态的数据来生成状态数据。状态数据由此清晰地表示测量对象的整个表面的表面状态。合成的状态表示以高精度测量到的测量对象的立体形状，并且清晰地表示测量对象的表面状态。因此，通过基于合成数据在显示部上显示合成图像，可以在以高精度测量测量对象的形状的同时清晰地观察测量对象的表面状态。

（2）光发射可以单元包括：第一光投射单元，其被构造为利用第一光来照射测量对象；以及第二光投射单元，其被构造为利用第二光来照射测量对象；第一光投射单元可以包括用于发出光的测量光源、以及图案生成部分，该图案生成部分通过将从测量光源发出的光转换为具有用于形状测量的图案的光来生成第一光，第一光投射单元被布置为沿相对于光接收单元的光轴倾斜第一角度的方向发出第一光，第一角度大于0度且小于90度，以及第二光投射单元可以被布置为以平行于光接收单元的光轴的方向或者沿相对于光接收单元的光轴倾斜第二角度的方向发出具有均匀光量分布的第二光，第二角度小于第一角度。

在该情况下，通过从第一光投射单元发出的第一光，通过三角测距法可以容易地生成第一立体形状数据。第二光投射单元以平行于光接收单元的光轴的方向或者沿相对于光接收单元的光轴倾斜小于第一角度的第二角度的方向发出第二光，由此在抑制由于测量对象的不规则导致形成阴影的同时，利用第二光来照射测量对象。因此，可以生成更加清晰地表示测量对象的表面状态的状态数据。由此可以更加清晰地观察测量对象的表面状态。

（3）光投射单元可以包括：用于发射光的测量光源；以及图案生成部分，其被构造为通过将从测量光源发出的光转换为具有用于形状测量的图案的光来生成第一光，并且被构造为通过将从测量光源发出的光转换为具有均匀光量分布的光来生成第二光。

在该情况下，一个共用的光投射单元可以利用第一光和第二光来照射测量对象。由此可以使形状测量装置小型化。此外，可以减少形状测量装置的制造成本。

（4）形状测量装置可以还包括：

操作单元，其用于单独地设置第一光量条件和第二光量条件，其中，通过对从光投射单元照射的第一光的强度或者所述光接收单元在接收被测量对象反射的第一光时的曝光时间进行调节来限定第一光量条件，通过对第二光的强度或者光接收单元在接收被测量对象反射的第二光时的曝光时间进行调节来限定第二光量条件，以及该操作单元用于接收来自用户的形状测量的指令，其中当操作单元从用户接收到形状测量的指令时，第一数据生成单元基于测量对象在第一光量条件下被第一光照射时而由光接收单元数据输出的光接收信号，来生成测量对象的第一立体形状数据，并且第二数据生成单元基于测量对象在第二光量条件下被第二光照射时由光接收单元输出的光接收信号，来生成测量对象的状态数据。

在该情况下，单独地设置适合于第一立体形状数据的生成的第一光量条件和适合于状态数据的生成的第二光量条件。由此可以以更高的精度生成第一立体形状数据，并且可以生成更加清晰地表示测量对象的整个表面的表面状态的状态数据。因此，可以在以更高的精度测量测量对象的形状的同时更加清楚地观察到测量对象的表面状态。

（5）操作单元可以被构造为可由用户操作，以选择执行第一操作模式和第二操作模式中的任何一种模式，并且在第一操作模式中，第二数据生成单元基于随着焦点位置被相对位置改变单元改变至多个位置而由光接收单元输出的与第二光对应的多个光接收信号来生成多条数据，并且根据生成的多条数据，通过对在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分的同时得到的多个数据部分进行提取和合成来生成状态数据，以及在第二操作模式中，第二数据生成单元基于在光接收单元的焦点位置固定的状态下由光接收单元输出的与第二光对应的光接收信号来生成单一数据，并且根据单一数据来生成状态数据。

第一模式适合于当取决于测量对象的表面的多个部分的色彩的反射率差或者亮度差较小、并且测量对象在光接收单元的光轴上的尺寸大于光接收单元的景深时的形状测量。当进行这样的测量对象的形状测量时，用户可以通过利用操作单元选择第一操作模式，在短时间内生成清晰地表示测量对象的表面状态的状态数据。

第二操作模式适合于当测量对象的尺寸小于光接收单元的景深时的形状测量。当进行这样的测量对象的形状测量时，用户可以通过利用操作单元选择第二操作模式，在短时间内生成清晰地表示测量对象的表面状态的状态数据。

（6）操作单元可以被构造为可由用户操作，以选择执行第三操作模式，并且在第三操作模式中，第二数据生成单元基于随着光接收单元的曝光时间或第二光的强度的改变而由光接收单元输出的与第二光对应的多个光接收信号，来生成多条数据，合成该多条生成的数据以扩大光接收单元的动态范围，以及根据所合成的数据生成状态数据。

第三操作模式适合于当测量对象的表面包括高反射率的部分和低反射率的部分时，或者当取决于色彩的亮度差较大时的形状测量。当进行这样的测量对象的形状测量时，用户可以通过利用操作单元选择第三操作模式，来生成清晰地表示不包括过度曝光和曝光不足的测量对象的表面状态的状态数据。

（7）操作单元可以被构造为可由用户操作，以选择执行第四操作模式，并且在第四操作模式中，第二数据生成单元基于随着光接收单元的曝光时间或第二光的强度改变以及焦点位置被相对距离改变单元改变至多个位置而由光接收单元输出的与第二光对应的多个光接收信号，来生成多条数据，合成该多条合成的数据以扩大光接收单元的动态范围，以及根据所合成的数据，通过对在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分进行提取和合成来生成状态数据。

第四操作模式适合于当测量对象的表面包括高反射率的部分和低反射率的部分或者当取决于色彩的亮度差较大、并且测量对象的尺寸大于光接收单元的景深时的形状测量。当进行这样的测量对象的形状测量时，用户可以通过利用操作单元选择第四操作模式，来生成清晰地表示测量对象的表面状态的状态数据。

（8）第二数据生成单元可以基于通过相对距离改变单元得到的光接收单元和载物台之间的相对距离，来生成表示测量对象的立体形状的第二立体形状数据，以及形状测量装置还包括确定单元，其用于在第一数据生成单元生成的第一立体形状数据的多个部分中确定与第二数据生成单元生成的第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分。

在该情况下，用户可以在第一立体形状数据的多个部分中识别出与第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分。

（9）确定单元在显示部上显示测量对象的立体图像，以基于第一数据生成单元生成的第一立体形状数据，来识别第一立体形状数据的与第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分。

在该情况下，用户可以容易地在可视识别第一立体形状数据的多个部分中与第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分。

（10）确定单元基于其他部分的数据，来对第一立体形状数据中的与第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分的数据进行插值。

在该情况下，在第一立体形状数据的多个部分中，可以针对与第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分提高可靠性。

（11）确定单元基于第二立体形状数据的对应部分的数据，来对第一立体形状数据的与第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分的数据进行插值。

（12）确定单元确定第一立体形状数据的缺陷部分，并且基于第二立体形状数据的对应部分的数据，来对缺陷部分进行插值。

在该情况下，可以测量与第一立体形状数据的缺陷部分对应的立体形状。此外，用户可以在显示部上观察外表上不包括缺陷部分的测量对象的立体形状。

（13）根据本发明的另一实施例的形状测量方法包括步骤：通过光投射单元来利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象；利用位于载物台上方位置处的光接收单元来接收被安装在载物台上的测量对象反射的第一光，并且输出表示光接收量的光接收信号；基于与第一光对应的输出光接收信号，通过三角测距法来生成表示测量对象的立体形状的第一立体形状数据；通过在光接收单元的光轴方向上改变光接收单元与载物台之间的相对距离，来改变光接收单元的焦点位置；通过光投射单元来利用用于表面状态成像的第二光从正上方或者从斜上方照射安装在载物台上的测量对象；利用位于载物台上方位置的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第二光，并且输出表示光接收量的光接收信号；在改变焦点位置的同时基于与第二光对应的多个输出光接收信号来生成多条数据；通过从生成的该多条数据提取在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示测量对象的表面状态的状态数据；通过合成所生成的第一立体形状数据和所生成的状态数据，来生成表示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据；以及基于所生成的合成数据在显示部上显示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像。

在该形状测量方法中，通过光投射单元利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象。位于载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第一光，并且输出表示光接收量的光接收信号。基于与第一光对应的输出光接收信号通过三角测距法来生成表示测量对象的立体形状的第一立体形状数据。

通过在光接收单元的光轴方向上改变光接收单元和载物台之间的相对位置来改变光接收单元的焦点位置。通过光投射单元利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在载物台上的测量对象。载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第二光，并且输出表示光接收量的光接收信号。在改变焦点位置的同时基于与第二光对应的多个输出光接收信号来生成多条数据。通过从生成的多条数据提取在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示测量对象的表面状态的状态数据。

通过合成所生成的第一立体形状数据和所生成的状态数据，来生成表示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据。基于所生成的合成数据在显示部上显示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像。

在该情况下，第一立体形状数据表示通过三角测距法以高精度测量到的测量对象的立体形状。当测量对象的每个部分位于光接收单元的景深范围内时，通过合成表示测量对象的表面状态的数据来生成状态数据。状态数据由此清晰地表示测量对象的整个表面的表面状态。合成的数据表示以高精度测量到的测量对象的立体形状，并且清晰地表示测量对象的表面状态。因此，通过基于合成数据在显示部上显示合成图像，可以在以高精度测量测量对象的形状的同时清晰地观察测量对象的表面状态。

（14）根据本发明的又一实施例的形状测量程序是处理装置可执行的形状测量程序，该程序使处理装置执行以下处理：通过光投射单元来利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象；利用位于载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第一光，并且输出表示光接收量的光接收信号；基于与第一光对应的输出光接收信号，通过三角测距法来生成表示测量对象的立体形状的第一立体形状数据；通过在光接收单元的光轴方向上改变光接收单元与载物台之间的相对距离，来改变光接收单元的焦点位置；通过光投射单元利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在载物台上的测量对象；利用位于载物台上方的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第二光，并且输出表示光接收量的光接收信号；在改变焦点位置的同时基于与第二光对应的多个输出光接收信号来生成多条数据；通过从生成的多条数据提取在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示测量对象的表面状态的状态数据；通过合成所生成的第一立体形状数据和所生成的状态数据来生成表示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据；以及基于所生成的合成数据在显示部上显示合成了测量对象的立体形状和表面状态的图像。

在该形状测量程序中，通过光投射单元利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象。位于载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第一光，并且输出表示光接收量的光接收信号。基于与第一光对应的输出光接收信号通过三角测距法来生成表示测量对象的立体形状的第一立体形状数据。

通过在光接收单元的光轴方向上改变光接收单元和载物台之间的相对位置，来改变光接收单元的焦点位置。通过光投射单元利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在载物台上的测量对象。载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在载物台上的测量对象反射的第二光，并且输出表示光接收量的光接收信号。在改变焦点位置的同时基于与第二光对应的多个输出光接收信号来生成多条数据。通过从生成的多条数据提取在聚焦于测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示测量对象的表面状态的状态数据。

根据本发明，可以在以高精度测量测量对象的形状的同时清晰地观察测量对象的表面状态。

附图说明

图1是示出了根据本发明的一个实施例的形状测量装置的构造的框图；

图2是示出了图1的形状测量装置的测量部的构造的示意图；

图3A至图3D是处于被光照射状态下的测量对象的示意图；

图4A至图4D是处于被光照射状态下的测量对象的示意图；

图5是示出了双屏显示图像的GUI的示例的视图；

图6是描述三角测距法的原理的视图；

图7A和图7B是描述测量光的第一图案的视图；

图8A至图8D是描述测量光的第二图案的视图；

图9A至图9C是描述测量光的第三图案的视图；

图10是示出了拍摄测量对象的特定部分的图像时的定时（序号）和接收的光的强度之间的关系的示意图；

图11A至图11D是描述测量光的第四图案的示意图。

图12是示出了在选择操作模式时显示部的GUI的示例的视图；

图13是示出了在选择操作模式时显示部的GUI的示例的视图；

图14是在执行形状测量处理之后显示部的GUI的示例的视图；

图15是用于描述全焦点纹理图像的测量对象的示意性侧视图；

图16A至图16F是示出了光接收单元的焦点位置和纹理图像的清晰度之间的关系的视图；

图17示出了测量对象的基于生成的全焦点纹理图像数据的全焦点纹理图像；

图18A和图18B示出了测量对象的基于合成数据的合成图像；

图19是示出了在选择纹理图像的类型时显示部的GUI的示例的视图；

图20A和图20B是描述通过副立体形状数据校正主立体形状数据的视图；

图21A和图21B是描述通过副立体形状数据校正主立体形状数据的视图；

图22A和图22B是描述通过副立体形状数据校正主立体形状数据的视图；

图23是示出了形状测量的准备过程的流程图；

图24是示出了形状测量的准备过程中的第一调节的细节的流程图；

图25是示出了形状测量的准备过程中的第一调节的细节的流程图；

图26是示出了从X方向看到的图2的光接收单元的示意图；

图27是示出了形状测量的准备过程中的第二调节的细节的流程图；

图28是示出了形状测量的准备过程中的第二调节的细节的流程图；

图29是示出了在执行第二调节时显示部的GUI的示例的视图；

图30是示出了形状测量处理的过程的流程图；

图31是示出了形状测量处理的过程的流程图；

图32是示出了形状测量处理的过程的流程图；

图33A至图33D是描述焦点调节的第一辅助功能的第一示例的视图；

图34A和图34B是描述焦点调节的第一辅助功能的第一示例的视图；

图35A至图35D是描述焦点调节的第一辅助功能的第二示例的视图；

图36A和图36B是示出了用于指定显示辅助图案的位置的GUI的示例的视图；

图37A至图37D是描述焦点调节的第一辅助功能的第三示例的视图；

图38A至图38D是描述焦点调节的第一辅助功能的第四示例的视图；

图39A至图39D是描述焦点调节的第一辅助功能的第五示例的视图；

图40A和图40B是描述焦点调节的第一辅助功能的第五示例的视图；

图41A和图41B是示出了利用来自测量光源的具有框图案的光来照射测量对象的示例的视图；

图42A和图42B是示出了利用来自测量光源的具有框图案的光来照射测量对象的示例的视图；

图43是示出了对应于数码变焦功能的框图案的视图；

图44A至图44E是示出了辅助图案和引导图案的形状的示例的视图；

图45A至图45E是示出了辅助图案和引导图案的形状的其他示例的视图；

图46A至图46C是示出了辅助图案和引导图案的形状的进一步的示例的视图；

图47A至图47C是示出了当没有用照明光照射测量对象时显示在显示部上的测量对象的视图；

图48A至图48C是示出了当用照明光照射测量对象时显示在显示部上的测量对象的视图；

图49A和图49B是描述焦点调节的第二辅助功能的第一示例的视图；

图50A和图50B是描述焦点调节的第二辅助功能的第二示例的视图；

图51是描述焦点调节的第二辅助功能的第二示例的视图；

图52A和图52B是描述焦点调节的第二辅助功能的第三示例的视图；

图53A至图53D是描述焦点调节的第二辅助功能的第三示例的视图；

图54是描述提高高度计算速度的第一方法的视图；

图55是描述提高高度计算速度的第二方法的视图；

图56是描述提高高度计算速度的第三方法的视图；

图57A至图57C是示出了高度显示功能的示例的视图；

图58A和图58B是描述测量对象的轮廓的测量的视图；

图59A和图59B是描述测量对象的轮廓的测量的视图；

图60A至图60C是示出了测量对象的轮廓的测量过程的视图；

图61A至图61C是示出了测量对象的轮廓的测量过程的视图；

图62A至图62D是描述测量对象的姿态调节的视图；

图63A和图63B是描述姿态调节的第一辅助功能的第一示例的视图；

图64A和图64B示描述姿态调节的第一辅助功能的第一示例的视图；

图65是描述姿态调节的第一辅助功能的第二示例的视图；

图66是示出了双屏显示图像的GUI的示例的视图；

图67是示出了利用作为调节光的具有均匀图案的光来照射测量对象的视图；

图68是示出了包括测量困难区域的估计结果在内的测量对象的图像的视图；

图69A和图69B是示出了当利用来自一个光投射单元的调节光来照射测量对象时测量困难区域中的变化的视图；

图70A和图70B是示出了当利用来自一个光投射单元的调节光来照射测量对象时测量困难区域中的变化的视图；

图71A和图71B是示出了当利用来自一个光投射单元的调节光来照射测量对象时测量困难区域中的变化的视图；

图72A和图72B是示出了当利用来自两个光投射单元的调节光来照射图69A至图71B的测量对象时，测量困难区域中的变化的视图；

图73A和图73B是示出了当利用来自两个光投射单元的调节光来照射图69A至图71B的测量对象时，测量困难区域中的变化的视图；

图74A和图74B是示出了当利用来自两个光投射单元的调节光来照射图69A至图71B的测量对象时，测量困难区域中的变化的视图；

图75是示出了基于姿态调节的第一辅助功能的姿态调节的过程的流程图；

图76是示出了基于姿态调节的第一辅助功能的姿态调节的过程的流程图；

图77A和图77B是各自示出设置了ROI的显示部的显示示例的视图；

图78A和图78B是各自示出包括测量困难区域在内的测量对象的图像的示例的视图；

图79A和图79B是各自示出包括测量困难区域在内的测量对象的图像的另一示例的视图；

图80A和图80B是各自示出包括测量困难区域在内的测量对象的图像的又一示例的视图；

图81A和图81B是各自示出包括测量困难区域在内的测量对象的图像的再一示例的视图；

图82是示出了基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节的过程的流程图；

图83是示出了基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节的过程的流程图；以及

图84是示出了基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节的过程的流程图。

具体实施方式

[1]形状测量装置的构造

图1是示出了根据本发明的一个实施例的形状测量装置的构造的框图。图2是示出了图1的形状测量装置500的测量部的构造的示意图。在下文中，将参照图1和图2来描述根据本实施例的形状测量装置500。如图1所示，形状测量装置500包括测量部100、PC（个人计算机）200、控制部300、以及显示部400。

如图1所示，例如，测量部100是显微镜，并且包括光投射单元110、光接收单元120、照明光输出单元130、载物台140、以及控制板150。光投射单元110包括测量光源111、图案生成部分112、以及多个透镜113、114、115。光接收单元120包括相机121、和多个透镜122、123。测量对象S安装在载物台140上。

光投射单元110布置在载物台140的斜上方。测量部100可以包括多个光投射单元110。在图2的示例中，测量部100包括两个光投射单元110。在下文中，当区分两个光投射单元110时，一个光投射单元110被称为光投射单元110A，另一光投射单元110被称为光投射单元110B。对称地布置光投射单元110A、110B使光接收单元120的光轴在其间。

例如，每个光投射单元110A、110B的测量光源111是发射白色光的卤素灯。测量光源111也可以是诸如发射白色光的白色LED（发光二极管）之类的其他光源。从测量光源111发出的光（在下文中其被称为测量光）被透镜113适当地采集，然后进入图案生成部分112。

例如，图案生成部分112是DMD（数字微镜器件）。图案生成部分112也可以LCD（液晶显示器）、LCOS（硅基液晶：反射型液晶元件）、或者掩膜。进入图案生成部分112的测量光被转换为提前设置的图案和提前设置的强度（亮度），然后被发射。从图案生成部分112发射的测量光被多个透镜114、115转换为直径大于测量对象S的尺寸的光，然后被施加到载物台140上的测量对象S上。

光接收单元120布置在载物台140的上方。被测量对象S向着载物台140上方的位置反射的测量光被光接收单元120的多个透镜122、123采集并成像，然后被相机121接收。

例如，相机121是包括成像元件121a和透镜的CCD（电荷耦合器件）。例如，成像元件121a是黑白CCD（电荷耦合器件）。成像元件121a也可以是诸如CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器等的其他成像元件。与光接收量对应的模拟电信号（在下文中被称为光接收信号）从成像元件121a的每个像素输出至控制板150。

与彩色CCD相反，黑白CCD不需要包括接收红色波长的光的像素、接收绿色波长的光的像素、以及接收蓝色波长的光的像素。黑白CCD的测量中的分辨率由此高于彩色CCD的分辨率。此外，与彩色CCD相反，黑白CCD不需要包括用于每个像素的彩色滤波器。黑白CCD的灵敏度变得高于彩色CCD的灵敏度。由于这些原因，将黑白CCD布置在本示例中的相机121中。

在本示例中，照明光输出单元130在测量对象S上以时分方式发射红色波长的光、绿色波长的光、以及蓝色波长的光。根据这样的构造，光接收单元120使用黑白CCD可以捕获测量对象S的彩色图像。

若彩色CCD具有足够的分辨率和灵敏度，则成像元件121a也可以是彩色CCD。在该情况下，照明光输出单元130不需要在测量对象S上以时分方式照射红色波长的光、绿色波长的光、以及蓝色波长的光，而是在测量对象S上照射白色光。由此可以简化照明光源320的构造。

控制板150安装有A/D转换器（模拟/数字转换器）和FIFO（先入先出）存储器(未示出)。基于控制部300的控制，控制板150的A/D转换器以恒定的采样周期对从相机121输出的光接收信号进行采样并将其转换为数字信号。从A/D转换器输出的数字信号顺序地累积在FIFO存储器中。累积在FIFO存储器中的数字信号作为像素数据顺序地传送到PC200。

如图1所示，PC200包括CPU（中央处理单元）210、ROM（只读存储器）220、工作存储器230、存储装置240、以及操作单元250。操作单元250包括键盘和定点装置。鼠标、操纵杆等可以用于定点装置。

ROM220存储系统程序。工作存储器230包括RAM（随机存取存储器），用于各种类型数据的处理。存储装置240包括硬盘等。存储装置240存储图像处理程序和形状测量程序。存储装置240被用于保存诸如从控制板150提供的像素数据之类的各种类型的数据。

CPU210基于从控制板150提供的像素数据来生成图像数据。CPU210也使用工作存储器230对生成的图像数据执行各种类型的处理并且在显示部400上显示基于图像数据的图像。此外，CPU210将驱动脉冲施加到稍后将描述的载物台驱动单元146。例如，通过LCD面板或者有机EL（电致发光）面板来构造显示部400。

在图2中，上面安装有测量对象S的载物台140的平面（在下文中其被称为安装表面）中相互正交的两个方向被定义为X方向和Y方向，并且分别由箭头X、Y表示。与载物台S的安装表面正交的方向被定义为Z方向，并且由箭头Z表示。以平行于Z方向的轴为中心旋转的方向被定义为θ方向，并且由箭头θ表示。

载物台140包括X-Y载物台141、Z载物台142、θ载物台143、以及倾斜载物台144。X-Y载物台141包括X方向移动机构和Y方向移动机构。Z载物台142包括Z方向移动机构。θ载物台143包括θ方向旋转机构。倾斜载物台144包括能够以平行于安装表面的轴为中心旋转的机构（在下文中，其被称为倾斜旋转机构）。X-Y载物台141、Z载物台142、θ载物台143以及倾斜载物台144构成载物台140。载物台140也包括用于将测量对象S固定到安装表面的固定构件（夹具）（未示出）。

位于光接收单元120的焦点位置并且与光接收单元120的光轴垂直的平面被称为光接收单元120的焦平面。如图2所示，将光投射单元110A、110B、光接收单元120、和载物台140之间的相对位置关系设置为使得光投射单元110A的光轴、光投射单元110B的光轴、以及光接收单元120的光轴在光接收单元120的焦平面处彼此相交。

位于光投射单元110的焦点（测量光的图案被成像的点）处并且与光投射单元110的光轴垂直的平面被称为光投射单元110的焦平面。将光投射单元110A、110B中的每一个构造为使得光投射单元110A的焦平面和光投射单元110B的焦平面在包括光接收单元120的焦点的位置处相交。

θ载物台143的θ方向上的旋转轴中心与光接收单元120的光轴重合。由此，当θ载物台143在θ方向上旋转时，测量对象S可以以旋转轴为中心在视野内旋转，而不从视野移出。X-Y载物台141、θ载物台143、和倾斜载物台144由Z载物台142支撑。

换而言之，即使在θ载物台143在θ方向上旋转或者倾斜载物台144在倾斜方向上旋转的状态下，光接收单元120的中心轴和Z载物台142的移动轴也不相互偏移。倾斜方向是以平行于安装表面的轴为中心的旋转方向。根据这样的构造，即使在测量对象S的位置或姿态改变的状态下，也可以在Z方向上移动载物台140，并且可以合成在光接收单元120的多个不同焦点位置中的每一个焦点位置处捕获的多个图像。

步进电机用于载物台140的X方向移动机构、Y方向移动机构、Z方向移动机构、θ方向旋转机构、以及倾斜旋转机构。载物台140的X方向移动机构、Y方向移动机构、Z方向移动机构、θ方向旋转机构、以及倾斜旋转机构由图1的载物台操作单元145或载物台驱动单元146驱动。

用户可以通过手动地操作载物台操作单元145，在X方向、Y方向、或者Z方向上移动载物台140的安装表面，或者相对于光接收单元120而在θ方向或者倾斜方向上旋转载物台140的安装表面。载物台驱动单元146基于PC200提供的驱动脉冲将电流供应到载物台140的步进电机，以在X方向、Y方向、或者Z方向上移动载物台140，或者相对于光接收单元120而在θ方向或者倾斜方向上旋转载物台140。

在本实施例中，载物台140是可以由步进电机驱动并且可以手动操作的电动载物台，但是本发明不限制于此。载物台140可以是仅可以由步进电机驱动的电动载物台，或者可以是仅可以通过手动操作进行操作的手动载物台。

控制部300包括控制板310和照明光源320。CPU（未示出）安装在控制板310上。控制板310的CPU基于来自PC200的CPU210的命令来控制光投射单元110、光接收单元120、以及控制板150。

例如，照明光源320包括发射红色光、绿色光、以及蓝色光的三个LED。通过控制从每个LED发出的光的亮度可以从照明光源320生成任意颜色的光。从照明光源320生成的光（在下文中其被称为照明光）通过导光构件（光导）从测量部100的照明光输出单元130输出。可以将照明光源320布置在测量部分100中，而不将照明光源320布置在控制部300中。在该情况下，照明光输出单元130没有被布置在测量部100中。

图2的照明光输出单元130具有圆环形状，并且被布置在载物台140的上方，以环绕光接收单元120。因此利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S，使得不形成阴影。图3A至图3D以及图4A至图4D是处于被光照射的状态的测量对象S的示意图。在图3A至图3D以及图4A至图4D的示例中，测量对象S在上表面的实质中部的位置处具有孔Sh。在图3A、3C以及图4A中用阴影线示出了阴影Ss。

图3A是处于被来自图2的一个光投射单元110A的测量光照射的状态下的测量对象S的平面图，图3B是沿着图3A的A-A线截取的截面图。如图3A和图3B所示，当测量对象S被来自一个光投射单元110A的测量光照射时，根据孔Sh的深度，测量光可能不到达孔Sh的底部，由此形成阴影Ss。因此，测量对象S的一部分不能被观测到。

图3C是处于被来自图2的另一光投射单元110B的测量光照射的状态下的测量对象S的平面图，图3D是沿着图3C的B-B线截取的截面图。如图3C和图3D所示，当测量对象S被来自另一光投射单元110B的测量光照射时，根据孔Sh的深度，测量光可能不到达孔Sh的底部，由此形成阴影Ss。因此，测量对象S的一部分不能被观测到。

图4A是处于被来自光投射单元110A和110B的测量光照射的状态下的测量对象S的平面图，图4B是沿着图4A的C-C线截取的截面图。如图4A和图4B所示，当测量对象S被来自光投射单元110A和110B的测量光照射时，与测量对象S被来自光投射单元110A、110B中的一个的测量光照射的情况相比，没有到达孔Sh的底部的测量光减少。因此，形成的阴影Sc也减小了。因此，测量对象S的可以被观测到的部分增大。

图4C是处于被来自图2的照明光输出单元130的照明光照射的状态下的测量对象S的平面图，图4D是沿着图4C的D-D线截取的截面图。如图4C和图4D所示，由于从测量对象S的实质正上方施加照明光，因此不管孔Sh的深度如何照明光都到达孔Sh的底部。因此，可以观测到测量对象S的大部分。

利用来自一个光投射单元110A的测量光照射的测量对象S的图像和利用来自另一光投射单元110B的测量光照射的测量对象S的图像可以并排显示（双显示）在显示部400上。图5是示出了双屏显示图像的GUI（图形用户界面）的示例的视图。

如图5所示，显示部400包括并排布置的两个图像显示区域410、420。当双屏显示图像时，以切换的方式交替地以来自光投射单元110A、110B的测量光照射测量对象S。在图像显示区域410中，显示了测量对象S被以来自一个光投射单元110A的测量光照射时的图像。在图像显示区域420中，显示了测量对象S被来自另一光投射单元110B的测量光照射时的图像。用户由此可以以区别的方式识别测量对象S被分别来自光投射单元110A、110B的测量光照射时的图像。

在该实例中，例如，对来自光投射单元110A、110B的测量光进行切换的频率是几赫兹。可以将对来自光投射单元110A、110B的测量光进行切换的频率设置为用户不能察觉到切换的值（例如，100Hz）。在该情况下，测量对象S被用户观测，就好像它被来自测量部100中的光投射单元110A和110B的测量光同时照射。

两个光量设置条430、440显示在显示部400上。光量设置条430包括可以在水平方向上移动的滑块430s。光量设置条440包括可以在水平方向上移动的滑块440s。在下文中，从一个光投射单元110A发射的测量光被称为一个测量光，从另一光投射单元110B发射的测量光被称为另一测量光。滑块430s在光量设置条430上的位置对应于光接收单元120接收所述一个测量光时的光量（在下文中其被称为一个测量光的光量）。滑块440s在光量设置条440上的位置对应于光接收单元120接收另一测量光时的光量（在下文中其被称为另一测量光的光量）。

用户可以通过操作图1的PC200的操作单元250并且在水平方向上移动光量设置条430的滑块430s来改变所述一个测量光的光量。通过改变所述一个测量光的亮度或者改变光接收单元120在接收所述一个测量光时的曝光时间来改变所述一个测量光的光量。类似地，用户可以通过操作操作单元250并且在水平方向上移动光量设置条440的滑块440s来改变另一测量光的光量。通过改变另一测量光的亮度或者改变光接收单元120在接收另一测量光时的曝光时间来改变另一测量光的光量。

如上所述，在图像显示区域410、420中并排地显示测量对象S的分别被光投射单元110A、110B的测量光照射时的图像。因此，用户可以在查看显示在图像显示区域410、420中的测量对象S的图像的同时，通过移动光量设置条430、440的滑块430s、440s的位置来适当地调节所述一个测量光和另一测量光的光量。

所述一个测量光和另一测量光的光量与光接收单元120接收从照明光输出单元130发出的照明光时的光量（在下文中其被称为照明光的光量）之间可能存在关联。在该情况下，可以基于照明光的光量自动地调节所述一个测量光和另一测量光的光量。可替换地，可以在显示部400上显示用于基于照明光的光量使所述一个测量光和另一测量光的光量适当的调节引导。在该情况下，用户可以基于调节引导来移动光量设置条430、440的滑块430s、440s的位置，从而适当地调节所述一个测量光和另一测量光的光量。

若光的照射方向不同，则光的反射方向也不同。由此，即使就测量对象S的相同部分而言，用所述一个测量光照射的部分的图像的亮度和用另一测量光照射的部分的图像的亮度彼此不同。换而言之，适合于形状测量的光量根据照射方向而不同。

在本实施例中，可以对当从光投射单元110A、110B照射测量光时的各个图像的亮度单独地进行调节。由此，可以设置对应于光的照射方向的适当的光量。光量调节期间的图像在被更新的同时被显示在图像显示区域410、420中。用户由此可以在检查图像的同时调节光量。

在该情况下，PC200可以在图像显示区域410、420中以可辨识的方式显示图像中由于过亮而出现曝光过度的部分以及由于过暗而出现曝光不足的部分。用户由此可以容易地检查光量是否被适当地调节。

[2]测量对象的形状测量

（1）利用三角测距法的形状测量

在测量部100中，通过三角测距法来测量测量对象S的形状。图6是描述三角测距法的原理的视图。如图6所示，从光投射单元110发射的测量光的光轴和进入光接收单元120的测量光的光轴（光接收单元120的光轴）之间的角度α被预先设置。角度α大于0度且小于90度。

若测量对象S没有安装在载物台140上，则从光投射单元110发出的测量光在载物台140的安装表面的点O处被反射，并且进入光接收单元120。若测量对象S安装在载物台140上，则从光投射单元110发出的测量光在测量对象S的表面上的点A处被反射，并且进入光接收单元120。

假设点O和点A在X方向上的距离为d，测量对象的点A相对于载物台140的安装表面的高度h由h=d/tan(α)得到。图1的PC200的CPU210基于控制板150提供的测量对象S的像素数据来测量点O和点A在X方向上的距离d。CPU210还基于测量的距离d计算测量对象S的表面处的点A的高度h。通过计算测量对象S的表面上的所有点的高度，测量测量对象S的三维形状。

从图1的光投射单元110发出具有各种图案的测量光，使得测量对象S的表面上的所有点被测量光照射。通过图1的图案生成部分112来控制测量光的图案。以下将描述测量光的图案。

（2）测量光的第一图案。

图7A和图7B是描述测量光的第一图案的视图。图7A示出了载物台140上的测量对象S被来自光投射单元110的测量光照射的状态。图7B示出了被测量光照射的测量对象S的平面图。如图7A所示，在第一图案中，从光投射单元110发出具有与Y方向平行的线形横截面的测量光（在下文中其被称为线形测量光）。在该情况下，如图7B所示，线形测量光照射载物台140的部分和线性测量光照射测量对象S表面的部分在X方向上相互偏移开与测量对象S的表面的高度h对应的距离d。因此，可以通过测量距离d来计算测量对象S的高度h。

若测量对象S表面处的沿着Y方向的多个部分具有不同的高度，则针对每个部分测量距离d，从而可以计算该多个部分沿着Y方向的各个高度h。

图1的CPU210通过在X方向上扫描与Y方向平行的线形测量光，来针对X方向上的一个位置处沿着Y方向的多个部分测量距离d，然后针对在X方向上的另一位置处沿着Y方向的多个部分测量该距离。因此，可以对测量对象S在X方向上的多个位置处沿着Y方向的多个部分的高度h进行计算。通过在宽于测量对象S的X方向尺寸的范围内，在X方向上扫描线性测量光，由此可以计算测量对象S的表面上的所有点的高度。由此测量出测量对象S的三维形状。

（3）测量光的第二图案

图8A至图8D是描述测量光的第二图案的视图。如图8A至图8D所示，在第二图案中，多次（在本示例中为四次）从光投射单元110发出具有与Y方向平行的线形横截面并且具有强度在X方向上按正弦规律变化的图案的测量光（在下文中其被称为正弦测量光）。

图8A示出了第一次发出的正弦测量光。第一次发出的正弦测量光的强度在测量对象S的表面上的任意部分P0处具有初始相位当发出所述正弦测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的像素数据来测量接收的光的强度。被测量对象S的表面上的部分P0反射的光的强度假设为I1。

图8B示出了第二次发出的正弦测量光。第二次发出的正弦测量光的强度在测量对象S的表面上的部分P0处具有相位(

)。当发出所述正弦测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的像素数据来测量接收的光的强度。被测量对象S的表面上的部分P0反射的光的强度假设为I2。

图8C示出了第三次发出的正弦测量光。第三次发出的正弦测量光的强度在测量对象S的表面上的部分P0处具有相位()。当发出所述正弦测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的像素数据来测量接收的光的强度。被测量对象S的表面上的部分P0反射的光的强度假设为I3。

图8D示出了第四次发出的正弦测量光。第四次发出的正弦测量光的强度在测量对象S的表面上的部分P0处具有相位(

)。当发出所述正弦测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的像素数据来测量接收的光的强度。被测量对象S的表面上的部分P0反射的光的强度假设为I4。

初始相位

由

给出。根据初始相位

计算出测量对象S的任意部分的高度h。根据该方法，通过四次测量光的强度，可以容易并且高速地计算出测量对象S的所有部分的初始相位

可以通过至少三次地发出具有不同相位的测量光，并且测量接收到的光的强度，来计算初始相位

通过计算测量对象S的表面上的所有部分的高度h来测量测量对象S的三维形状。

（4）测量光的第三图案

图9A至图9C是描述测量光的第三图案的视图。如图9A至图9C所示在第三图案中，多次（在本示例中为16次）从光投射单元110发出具有与Y方向平行并且在X方向上并排的线形横截面的测量光（在下文中其被称为条纹测量光）。

换而言之，在条纹测量光中，与Y方向平行的线形亮部分和与Y方向平行的线形暗部分周期性地排列在X方向上。若图案生成部分112是DMD，则假设微镜的尺寸为一个单位。例如，条纹测量光的每个亮部分在X方向上的宽度为三个单位，例如，条纹测量光的每个暗部分在X方向上的宽度为13个单位。在该情况下，条纹测量光在X方向上的周期为16个单位。亮部分和暗部分的单位根据图2的图案生成部分112的构造不同。例如，若图案生成部分112是液晶，则一个单位是一个像素的大小。

当发出第一次的条纹测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的第一拍摄图像的像素数据来测量接收的光的强度。图9A示出了与第一次的条纹测量光对应的测量对象S的第一拍摄图像。

第二次的测量光具有这样的图案：亮部分和暗部分相对于第一次的条纹测量光在X方向上移动一个单位。当发出第二次的条纹测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的第二拍摄图像的像素数据来测量接收的光的强度。

第三次的测量光具有这样的图案：亮部分和暗部分相对于第二次的条纹测量光在X方向上移动一个单位。当发出第三次的条纹测量光时，光接收单元120接收被测量对象S的表面反射的光。基于测量对象S的第三拍摄图像的像素数据来测量接收的光的强度。

重复类似的操作，使得基于测量对象S的第四至第十六拍摄图像的像素数据来分别测量与第四至第十六次的条纹测量光对应的光的强度。当十六次发出在X方向上的周期是16个单位的条纹测量光时，测量对象S的表面的所有部分均被条纹测量光照射。图9B示出了与第七次的条纹测量光对应的测量对象S的第七拍摄图像。图9C示出了与第十三次的条纹测量光对应的测量对象S的第十三拍摄图像。

图10是示出了拍摄测量对象S的特定部分的图像的定时（序号）与接收的光的强度之间的关系的图。图10的水平轴表示图像的顺序，垂直轴表示接收的光的强度。如上所述，针对测量对象S的每个部分生成第一至第十六拍摄图像。然后测量与生成的第一至第十六拍摄图像的每个像素对应的光的强度。

如图10所示，示出了与拍摄图像编号对应的拍摄图像的每个像素的光强度以得到散点图。可以通过对得到的散点图拟合例如高斯曲线、样条曲线或者抛物线，从而以小于1的精度来估计当光的强度最大时拍摄图像的编号（序号）。在图10的示例中，根据用拟合的虚线示出的曲线，在第九拍摄图像和第十拍摄图像之间的虚拟第9.38拍摄图像的光的强度被估计为最大。

通过拟合的曲线可以估计光的强度的最大值。可以基于在测量对象S的每个部分处估计的光的强度为最大的拍摄图像的编号，来计算测量对象S的每个部分的高度h。根据该方法，基于具有足够大的S/N（信号/噪声）比的光的强度来测量测量对象S的三维形状。由此可以提高测量对象S的形状测量的精度。

在使用诸如正弦测量光、条纹测量光等的具有周期图案形状的测量光来测量测量对象S的形状中，测量测量对象S的表面上每个部分的相对高度（高度的相对值）。这是因为由于形成图案的、与Y方向平行的多个直线（条纹）的每一个不能被识别并且存在与多个直线的一个周期（2π）的整数倍相对应的不确定性，因此不能得到绝对相位。因此，基于测量对象S的一个部分的高度和与该部分相邻的部分的高度连续变化的假设，可以对测量高度的数据执行已知的解包处理。

（5）测量光的第四图案

图11A至图11D是描述测量光的第四图案的示意图。如图11A至图11D所示，在第四图案中，多次（在本示例中为四次）从光投射单元110发出具有与Y方向平行的线形横截面并且亮部分和暗部分在X方向上并排的测量光（在下文中其被称为编码测量光）。编码测量光的亮部分和暗部分的比例各自为50%。

在本示例中，测量对象S的表面在X方向上被划分为多个（在图11A至图11D的示例中为16个）区域。在下文中，测量对象S在X方向上的多个划分区域被称为第一至第十六区域。

图11A示出了第一次发出的编码测量光。第一次发出的编码测量光包括照射到测量对象S的第一至第八区域上的亮部分。第一次发出的编码测量光包括照射到测量对象S的第九至第十六区域上的暗部分。由此，在第一次发出的编码测量光中，亮部分和暗部分在Y方向上平行并且在X方向上并排。此外，第一次发出的编码测量光的亮部分和暗部分的比例各自为50%。

图11B示出了第二次发出的编码测量光。第二次发出的编码测量光包括施加到测量对象S的第五至第十二区域上的亮部分。第二次发出的编码测量光包括施加到测量对象S的第一至第四、以及第十三至第十六区域的暗部分。由此，在第二次发出的编码测量光中，亮部分和暗部分在Y方向上平行并且在X方向上并排。此外，第二次发出的编码测量光的亮部分和暗部分的比例各自是50%。

图11C示出了第三次发出的编码测量光。第三次发出的编码测量光包括施加到测量对象S的第一、第二、第七至第十、第十五和第十六区域上的亮部分。第三次发出的编码测量光包括施加到测量对象S的第三至第六、以及第十一至第十四区域的暗部分。由此，在第三次发出的编码测量光中，亮部分和暗部分在Y方向上平行并且在X方向上并排。此外，第三次发出的编码测量光的亮部分和暗部分的比例各自是50%。

图11D示出了第四次发出的编码测量光。第四次发出的编码测量光包括施加到测量对象S的第一、第四、第五、第八、第九、第十二、第十二、第十三和第十六区域上的亮部分。第四次发出的编码测量光包括施加到测量对象S的第二、第三、第六、第七、第十、第十一、第十四、以及第十五区域上的暗部分。由此，在第四次发出的编码测量光中，亮部分和暗部分在Y方向上平行并且在X方向上并排。此外，第四次发出的编码测量光的亮部分和暗部分的比例各自是50%。

逻辑“1”分配给编码测量光的亮部分，逻辑“0”分配给编码测量光的暗部分。施加在测量对象S的每个区域上的第一至第四次的编码测量光的逻辑队列被称为代码。在该情况下，测量对象S的第一区域被代码“1011”的编码测量光照射。由此，测量对象S的第一区域被编码为代码“1011”。

测量对象S的第二区域被代码“1010”的编码测量光照射。由此，测量对象S的第二区域被编码为代码“1010”。测量对象S的第三区域被代码“1000”的编码测量光照射。由此，测量对象S的第三区域被编码为代码“1000”。类似地，测量对象S的第十六区域被代码“0011”的编码测量光照射。由此，测量对象S的第十六区域被编码为代码“0011”。

如上所述，测量对象S多次被编码测量光照射，使得代码数字的其中一位在测量对象S的相邻区域之间仅相差“1”。换而言之，测量对象S多次被编码测量光照射，使得亮部分和暗部分改变为格雷码图案（gray code pattern）。

光接收单元120接收被测量对象S的表面上的每个区域反射的光。通过测量接收的光的代码，针对测量对象S的每个区域，得到了由于测量对象S的存在而改变的代码。针对每个区域得到所得到的代码与当测量对象S不存在时的代码之间的差异，以计算与图6的距离d对应的距离。根据使用代码在图像中的X轴方向上仅出现一次的编码测量光的测量方法的特性，来计算距离d的绝对值。由此计算测量对象S的相关区域的绝对高度（高度的绝对值）。可以通过计算测量对象S的表面上的所有区域的高度来测量测量对象S的三维形状。

在以上描述中，测量对象S的表面在X方向上被划分为16个区域，并且四次从光投射单元110发射编码测量光，但是本发明不限制于此。可以将测量对象S的表面在X方向上划分为2^N个区域（N是自然数），并且可以N次从光投射单元110发出编码测量光。在以上描述中，N被设置为4以方便理解。例如，在根据本实施例的形状测量处理中N被设置为8。因此，测量对象S的表面在X方向上被划分为256个区域。

在使用编码测量光的测量对象S的形状测量中，编码测量光可以被分离并且被识别的距离，即，与一个像素对应的距离是最小分辨率。因此，光接收单元120的X方向上的视野的像素数为1024个像素，例如，可以用10mm/1024≈10μm的分辨率来测量具有10mm高度的测量对象S。可以将分辨率低但是可以计算出绝对值的使用编码测量光的形状测量与不能计算绝对值但是分辨率高的使用正弦测量光或条纹测量光的形状测量相结合，以较高的分辨率计算测量对象S的高度的绝对值。

特别是，在使用图9A至图9C的条纹测量光的测量对象S的形状测量中，分辨率可以是1/100像素。1/100像素的分辨率对应于当光接收单元120的X方向上的视野的像素数为1024时在X方向上将测量对象S的表面划分为大约100000个区域（即，N≈17）。由此，可以通过将使用编码测量光的形状测量和使用条纹测量光的形状测量相结合，以较高的分辨率计算测量对象S的高度的绝对值。

用线形测量光扫描测量对象S的方法通常被称为光切法（lightsection method）。用正弦测量光、条纹测量光、或者编码测量光来照射测量对象S的方法被分类为图案投影法。在图案投影法中，用正弦测量光或者条纹测量光来照射测量对象S的方法被分类为相移法，用编码测量光来照射测量对象S的方法被分类为空间编码法。

在相移法中，当发出具有周期投影图案的正弦测量光或者条纹测量光时，基于当测量对象S不存在时从参考高度位置反射的光接收量所计算的相位与基于当测量对象S存在时从测量对象S的表面反射的光接收量所计算的相位之间的相位差，来得到测量对象S的高度。在相移法中，不能区分个别的周期条纹，并且存在与条纹的一个周期（2π）的整数倍相对应的不确定性，因此，存在不能得到绝对相位的缺点。但是，与光切法相比，由于获得的图像的数量很少，因此存在测量时间相对短、测量分辨率高的优势。

在空间编码法中，针对测量对象S的每个区域，得到由于测量对象S的存在而改变的代码。针对每个区域，可以通过得到所得到的代码与当测量对象S不存在时的代码之间的差异来得到测量对象S的绝对高度。同样在空间编码法中，存在可以利用相对少的数量的图像来执行测量并且可以得到绝对高度的优势。但是与相移法相比，在测量分辨率上存在限制。

这些投影方法均具有优势和劣势，但是，它们的共同之处是所有的方法均使用三角测量原理。因此，在任何的测量方法中不可能测量测量光没有照射到的阴影部分。

[3]显微镜模式和形状测量模式

根据本实施例的形状测量装置500可以以显微镜模式操作也可以以形状测量模式操作。图12和图13是示出了在选择操作模式时显示部400的GUI的示例的视图。如图12和图13所示，图像显示区域450和设置改变区域470、480显示在显示部400上。光接收单元120捕获的测量对象S的图像显示在显示区域450中。

设置改变区域470中显示了亮度选择栏471、亮度设置条472、显示切换栏473、放大率切换栏474、放大率选择栏475、焦点调节栏476、以及焦点引导显示栏477。亮度设置条472包括可以在水平方向上移动的滑块472s。

用户可以通过在亮度选择栏471中选择光接收单元120的曝光时间的模式，从而在自动和手动之间切换光接收单元120的曝光时间的模式。若针对光接收单元120的曝光时间的模式选择了手动，则用户操作PC200的操作单元250以在水平方向上移动亮度设置条472的滑块，由此调节光接收单元120的曝光时间。用户可以通过从显示切换栏473选择图像的显示类型，从而在彩色和黑白之间切换图像的显示类型。

如稍后将描述的图26所示，对于相机121，光接收单元120包括具有彼此不同的放大率的透镜的相机121A和相机121B。在该示例中，例如，一个相机121A被称为低放大率相机而另一相机121B被称为高放大率相机。用户可以通过在放大率切换栏474中选择相机的放大率，从而在高放大率相机和低放大率相机之间切换光接收单元120的相机121。

光接收单元120具有数码变焦的功能。在该示例中，可以通过将两个相机121与数码变焦功能结合，来将相机121的放大率改变为实质上两个或更多类型。用户可以通过在放大率选择栏475中选择放大率来设置光接收单元120的相机121的放大率。

用户可以在焦点调节栏476中输入数值，以使光接收单元120的焦点位置在Z方向上改变与输入的数值对应的距离。通过改变载物台140的Z载物台142的位置，即，改变光接收单元120和测量对象S之间在Z方向上的相对距离，来改变光接收单元120的焦点位置。

如稍后将要描述的图34A和图34B、以及图40A和图40B所示，用户可以通过操作焦点引导显示栏477，来在显示部400或测量对象S上显示辅助图案AP，并且在测量对象S上显示引导图案GP。在稍后描述的“焦点调节的第一辅助功能”中将会描述其细节。

在设置改变区域480中，显示了显微镜模式选择标签480A和形状测量模式选择标签480B。当选择了显微镜模式选择标签480A时，形状测量装置500以显微镜模式操作。在显微镜模式中，测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光照射。在该情况下，可以执行测量对象S的放大观察。

如图12所示，当选择了显微镜模式选择标签480A时，在设置改变区域480中显示工具选择栏481和拍摄按钮482。用户操作拍摄按钮482以拍摄（捕获）显示在图像显示区域450中的测量对象S的图像。

用于选择多个执行工具的多个图标显示在工具选择栏481中。用户选择工具选择栏481中的多个图标中的一个，以执行诸如这样的执行工具：被观察的测量对象S的图像的平面测量、对图像插入比例、深度合成、对图像插入注释、图像的改善等。

例如，当选择了执行平面测量时，测量工具显示栏481a和辅助工具显示栏481b显示在工具选择栏481的下方。测量工具显示栏481a显示用于以下测量中的每个的多个图标：两点之间的距离的测量、两条平行线之间的距离的测量、圆的半径或直径的测量、两条直线形成的角度的测量等。辅助工具显示栏481b显示多个图标，该图标用于在图像显示区域450中的图像上执行点、直线、圆圈等的辅助画图。

当选择了形状测量模式选择标签480B时，形状测量装置500以形状测量模式操作。如图13所示，当选择了形状测量模式选择标签480B时，在设置改变区域480中显示测量按钮483。用户可以在完成了形状测量的准备之后通过操作测量按钮483来执行形状测量处理。

[4]纹理图像

（1）合成图像

在测量部100中，在测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光或者来自光投射单元110的具有均匀图案的测量光照射的同时，生成表示测量对象S表面状态图像的数据。例如，表面状态包括图案和色彩。在下文中，测量对象S的表面状态图像被称为纹理图像，表示纹理图像的数据被称为纹理图像数据。

将生成的纹理图像数据和在形状测量处理中生成的立体形状数据合成，以生成合成数据。显示部400显示其中基于合成数据将测量对象S的立体图像和表面状态进行了合成的图像。在下文中，在形状测量处理中生成的立体形状数据被称为主立体形状数据。基于主立体形状数据显示的图像被称为主立体形状的图像。

图14是示出了在执行形状测量处理之后显示部400的GUI的示例的视图。如图14所示，基于形状测量处理中生成的合成数据，使测量对象S的图像显示在图像显示区域450中。用户可以检查测量对象S的测量结果或者对合成的图像执行简单的测量。

若尽管测量对象S的整个表面位于光接收单元120的Z方向上的可测量的范围内，但测量对象S的整个表面没有位于景深的范围内，则纹理图像的整体或部分将不能被清晰地显示。由此，若测量对象S在Z方向上的尺寸大于光接收单元120的景深的范围，则在改变光接收单元120和测量对象S之间的相对距离的同时获得位于光接收单元120的景深范围内的测量对象S的纹理图像数据。通过合成多个获得的纹理图像数据，生成可以清晰显示测量对象S的整个表面的纹理图像数据（在下文中其被称为全焦点纹理图像数据）。

图15是描述全焦点纹理图像的测量对象S的示意性侧视图。图15的测量对象S具有这样的构造，其中，电解电容器Sc安装在电路基板Sb上。字符设置在电路基板Sb的上表面和电解电容器Sc的上表面上。如图15所示，测量对象S在Z方向上的尺寸（在本示例中其为从电路基板Sb的下表面到电解电容器Sc的上表面的尺寸）小于光接收单元120在Z方向上的可测量的范围且大于景深的范围。

图16至图16F是示出了光接收单元120的焦点位置和纹理图像的清晰度之间的关系的视图。图16A、图16C、和图16E示出了图15的测量对象S的侧视图。在图16A中，光接收单元120聚焦在测量对象S的电解电容器Sc的上表面上的位置a。在图16B中，光接收单元120聚焦在测量对象S的电解电容器Sc的上表面和电路基板Sb的上表面之间的中间位置b。在图16C所示，光接收单元120聚焦在测量对象S的电路基板Sb的上表面位置c。

图16B示出了测量对象S的基于在图16A的状态下得到的纹理图像数据的纹理图像。在该情况下，电解电容器Sc的上表面上的位置a位于光接收单元120的景深内，由此清晰地显示了设置在电解电容器Sc的上表面的字符，如图16B所示。但是，电路基板Sb的上表面上的位置c没有位于光接收单元120的景深内。由此，没有清晰地显示设置在电路基板Sb的上表面的字符。此外，电路基板Sb的上表面上的位置c也没有位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。因此，当载物台140的高度与图16E的位置对齐时，不能计算电解电容器Sc的上表面上的位置a的高度，或者所计算的高度的可靠性降低。

图16D示出了测量对象S的基于在图16C的状态下获得的纹理图像数据的纹理图像。在该情况下，电解电容器Sc的上表面和电路基板Sb的上表面的中间位置b位于光接收单元120的景深的范围内。但是，电解电容器Sc的上表面和电路基板Sb的上表面位于景深的范围之外，但在光接收单元120在Z方向上的可测量范围内，由此稍有不清晰地显示了设置在电解电容器Sc的上表面的字符和设在电路基板Sb的上表面的字符，如图16D所示。

图16F示出了测量对象S的基于在图16E的状态下获得的纹理图像数据的纹理图像。在该情况下，电路基板Sb的上表面上的位置c位于光接收单元120的景深的范围内，由此清晰地显示了设置在电路基板Sb的上表面的字符，如图16F所示。但是，电解电容器Sc的上表面上的位置a没有位于光接收单元120的景深的范围内。由此，没有清晰地显示设置在电解电容器Sc的上表面的字符。电解电容器Sc的上表面上的位置a也没有位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。因此，当载物台140的高度与图16A中的位置对齐时，不能计算出电路基板Sb的上表面上的位置c的高度，或者所计算的高度的可靠性降低。

通过合成位置a至c的纹理图像数据来生成全焦点纹理图像数据。图17示出了测量对象S的基于所生成的全焦点纹理图像数据的全焦点纹理图像。如图17所示，在全焦点纹理图像中，清晰地显示了设置在电解电容器Sc的上表面的字符，并且同样清晰地显示了设置在电路基板Sb的上表面的字符。

如上所述，通过改变光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相位位置，来相对于测量对象S而改变光接收单元120聚焦的高度。由此，即使对于具有的高低差不能一次容纳在光接收单元120的景深的范围内的测量对象S，也可以通过将改变光接收单元120的焦点时捕获的多个纹理图像进行合成，来获得所有的部分都被聚焦的全焦点纹理图像。要注意，景深具有形状测量装置500独有的宽度，该宽度根据光接收单元120的透镜的放大率而改变。

当生成全焦点纹理图像时，在预定的范围内以预定的间距来改变光接收单元120和载物台140在Z方向上的相对位置，以得到多个纹理图像。光接收单元120和载物台140在Z方向上相对移动的范围和间距是形状测量装置500独有的值。但是，如果例如当提前执行了测量对象S的形状测量处理时、当提前得到了表示测量对象S的形状的数据（例如，CAD）等时，测量对象S的形状已知，则可以基于这样的数据来确定最佳移动范围和间距。

例如，可以将稍宽于测量对象S的高度的上限和下限所限定的范围的范围假设为移动范围。可以根据测量对象S的高度形状的梯度来改变间距。用户可以任意地设置用于定义当获得全焦点纹理图像时载物台140和光接收单元120在Z方向上的相对移动的参数。

通过将测量对象S的所有部分中包括在光接收单元120的景深范围内的部分的多条纹理图像数据进行合成，来生成全焦点纹理图像数据。在获得测量对象S的每个部分的纹理图像数据中，当测量对象S的每个部分都包括在光接收单元120的景深范围内时，基于光接收单元120和测量对象S之间的相对距离来计算测量对象S的每个部分的高度。

通过合成针对测量对象S的所有部分计算出的高度来生成表示测量对象S的立体形状的数据。表示测量对象S的立体形状的数据被称为副立体形状数据。将全焦点纹理图像数据和主立体形状数据合成以生成合成数据。

图18A和图18B示出了测量对象S的基于合成数据的合成图像。图18A示出了测量对象S的基于主立体形状数据的主立体形状的图像。示出了图18A的主立体形状的主立体形状数据和全焦点纹理图像数据被合成，以生成合成数据。图18B示出了基于生成的合成数据的合成图像。如图18B所示，即使测量对象S在Z方向上的尺寸大于光接收单元120的景深范围，仍清晰地显示测量对象S的不同高度部分的表面状态。

主立体形状数据的每个像素的值表示相关像素位置处的高度数据。另一方面，全焦点纹理图像数据的每个像素的值表示相关像素位置处的包括颜色和亮度的纹理信息（与表面状态有关的信息）。因此，可以通过合成对应像素的信息来生成图18A和图18B中示出的合成图像。

通常在一个处理中进行测量对象S的形状测量，其细节将稍后描述。例如，在图16A的示例中，由于电路基板Sb的上表面上的位置c不在光接收单元120的可测量范围内，因此不能计算电路基板Sb的上表面上的位置c的高度。因此，如图16c所示，需要调节光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相对距离，使得整个测量对象S尽可能多地被容纳在光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

在生成全焦点纹理图像的处理中，在改变光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相对距离的同时，多次进行成像。由此，在一次成像中，不需要提前调节光接收单元120和载物台140之间的相对距离，以使整个测量对象S被容纳在光接收单元120的景深的范围内。因此，用户当获得纹理图像时，关于测量对象S是否容纳在用于执行形状测量处理的光接收单元120在Z方向上的可测量范围内而并非是否容纳在光接收单元120的景深范围内，来调节光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相对距离。

当在图16A示出的载物台140的位置处执行形状测量处理时，不能计算出电路基板Sb的上表面上的位置c的高度，或者所计算的高度的可靠性降低。在生成全焦点纹理图像的处理中，在改变光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相对距离的同时多次进行成像，由此可以获得光接收单元120在电路基板Sb的上表面上的位置c上聚焦的纹理图像。因此，即使缺乏高度数据或者在部分的纹理图像中存在低可靠性的像素，仍可以将全焦点纹理图像数据的纹理信息赋予相关像素。

在根据本发明的使用三角测距的形状测量处理中，光接收单元120在Z方向上的可测量范围一般宽于光接收单元120的景深范围。这是因为在三角测距中，即使图像在一定程度上模糊也可以测量测量对象S的形状。但是，光接收单元120的景深范围是用户看起来合焦的主观范围。尽管光接收单元120在Z方向上的可测量范围是由光投射单元110和光接收单元120限定的、测量装置500独有的值，但未处于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内的测量对象S不一定不可测量。

此外，若测量对象S的高低差大，则无论怎么调节光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相对距离也可能不能同时测量整个测量对象S。在该情况下，即使当执行该形状测量处理时，在改变光接收单元120和载物台140之间在Z方向上的相对距离的同时多次执行形状测量处理，使得可以获得由具有每个像素的最高可靠性的高度数据构造的立体形状。在该情况下，使得能够测量具有超过光接收单元120在Z方向上的可测量范围的高度差的整个测量对象S，并且纹理信息可以被赋予具有大高度差的测量对象S的整个立体形状。

在图18A和图18B的示例中，纹理图像被合成为三维显示的测量对象S，但是本发明不限制于此。例如，可以以叠加的方式在二维图像上显示纹理信息，在二维图像中测量对象S的高度由色彩的变化来表示。在该情况下，例如，可以通过让用户对表示高度的二维图像和纹理信息之间的比率进行调节，来生成和显示具有示出了高度的二维图像和纹理图像之间的中间色彩和亮度的图像。

在以上描述中，为了方便理解，基于纹理图像数据和三个位置a至c的高度来分别生成全焦点纹理图像数据和副立体形状数据，但是本发明不限制于此。可以基于纹理图像数据和两个或更少、或者四个或更多位置的高度来分别生成全焦点纹理图像数据和副立体形状数据。

在该示例中，测量对象S在Z方向上的位置以小于光接收单元120的景深范围的间距，从光接收单元120在Z方向上的可测量范围的上限向下限变化，或者光接收单元120在Z方向上的可测量范围的下限向上限变化。基于纹理图像数据和Z方向上每个位置的高度来分别生成全焦点纹理图像数据和副立体形状数据。

可替代地，若在生成全焦点纹理图像数据和副立体形状数据之前生成测量对象S的主立体形状数据，则可以基于主立体形状数据来计算测量对象S在Z方向上的上端和下端。因此，可以以小于光接收单元120的景深范围的间距，从测量对象S在Z方向上的尺寸的上端向下端，或者从下端向上端改变测量对象S在Z方向上的位置。基于纹理图像数据和Z方向上每个位置的高度来分别生成全焦点纹理图像数据和副立体形状数据。

在该情况下，可以在用于生成测量对象S的全焦点纹理图像数据和副立体形状数据的最小范围内获得纹理图像数据，并且可以计算高度。由此，可以高速地生成全焦点纹理图像数据和副立体形状数据。

（2）纹理图像的类型

当获得纹理图像数据时用户可以选择纹理图像的类型。纹理图像的类型包括例如通常的纹理图像、全焦点纹理图像、高动态范围（HDR）纹理图像、及其组合。当选择全焦点纹理图像时，生成如上所述的全焦点纹理图像数据。当选择HDR纹理图像时，生成进行了已知的高动态范围（HDR）合成的纹理图像数据。

当测量对象S的表面的多个部分的反射率的差异或者取决于色彩的亮度的差异小，并且测量对象S在Z方向上的尺寸大于光接收单元120的景深时，用户选择全焦点纹理图像。然后可以在短时间内生成清楚地表示测量对象S的表面状态的纹理图像数据。当测量对象S的表面包括高反射率的部分和低反射率的部分时，或者当根据色彩的亮度的差异大时，用户选择HDR纹理图像。由此，可以生成清楚地表示不包括曝光不足和曝光过度的测量对象S的表面状态的纹理图像数据。

在通常的纹理图像中，不执行纹理图像的合成。在该情况下，在光接收单元120的焦点位置固定的状态下，基于光接收单元120输出的光接收信号来生成一个纹理图像数据。当测量对象S的表面的多个部分的反射率的差异或者根据色彩的亮度的差异小，并且测量对象S在Z方向上的尺寸小于光接收单元120的景深范围时，用户选择通常的纹理图像。由此，可以快速地生成清晰地表示测量对象S的表面状态的纹理图像数据。

当选择HDR纹理图像时，在Z方向上的一个位置处，在不同的成像条件下生成多条纹理图像数据。成像条件包括光接收单元120的曝光时间。成像条件可以包括来自照明光输出单元130的照明光的强度（亮度）或者来自光投射单元110的均匀测量光的强度（亮度）。在该情况下，CPU210可以在多个成像条件下容易地生成多条纹理图像数据。

将多条生成的纹理图像数据合成（HDR合成），使得在X方向上的某位置处的纹理图像不包括曝光不足和曝光过度。由此扩大了纹理图像的动态范围。基于HDR合成纹理图像数据（在下文中其被称为HDR纹理图像数据）来显示HDR纹理图像。

当选择全焦点纹理图像和HDR纹理图像的组合（在下文中其被称为HDR全焦点纹理图像）时，在改变测量对象S在Z方向上的位置的同时，在Z方向上的每个位置处在不同的成像条件下获得多条纹理图像数据。将在Z方向上的每个位置处获得的多条纹理图像数据进行HDR合成，使得在Z方向上的位置处的图像的动态范围被扩大，由此生成HDR纹理图像数据。

此外，通过将多条测量对象S的所有部分中包括在光接收单元120的景深范围内的部分的HDR纹理图像数据进行合成，来生成可以显示在测量对象S的整个表面上的HDR纹理图像数据（在下文中其被称为HDR全焦点纹理图像数据）。基于HDR全焦点纹理图像数据来显示HDR全焦点纹理图像。

如上所述，当测量对象S的表面包括高反射率的部分和低反射率的部分，或者根据色彩的亮度的差异大，并且测量对象S的尺寸大于光接收单元120的景深时，用户选择HDR全焦点纹理图像。然后可以生成清晰地表示测量对象S的表面状态的纹理图像数据。

图19是示出了在选择纹理图像类型时显示部400的GUI的示例的视图。如图19所示，在选择纹理图像的类型时，纹理图像选择栏484显示在显示部400的设置改变区域480中。纹理图像选择栏484显示三个复选框484a、484b、和484c。

用户指定复选框484a至484c以分别选择通常的纹理图像、HDR纹理图像、和全焦点纹理图像。用户指定复选框484b、484c以选择HDR全焦点纹理图像。

（3）主立体形状数据的校正

副立体形状数据的精度低于主立体形状数据的精度。但是，由于基于三角测距法生成主立体形状数据，因此，为了生成主立体形状数据，需要以与光接收单元120的光轴的角度不同的角度的光来照射测量对象S。主立体形状数据由此经常包含与测量对象S的形状不能被精确地测量的区域对应的缺陷部分。缺陷部分包括与图像的阴影部分对应的空白数据、与噪声部分对应的噪声数据、或者与由于多次反射等导致的测量对象S的伪形状部分对应的伪形状数据。

另一方面，为了生成副立体形状数据，不需要以与光接收单元120的光轴的角度不同的角度的光来照射测量对象S，可以以实质上等于光接收单元120的光轴的角度来照射测量对象S。在该情况下，副立体形状数据几乎不包含缺陷部分。因此，可以通过使用从实质上布置在测量对象S的上方的照明光输出单元130发出的照明光来生成几乎不包含缺陷部分的副立体形状数据。

基于副立体形状数据来确定主立体形状数据的缺陷部分。在该示例中，对同一测量对象S的副立体形状数据和主立体形状数据进行比较。由此可以容易地确定主立体形状数据的缺陷部分。另一方面，在形状测量处理中，当测量光的图案的对比度局部降低时，主立体形状数据的与这样的部分对应的部分的可靠性降低。

同样在该情况下，基于副立体形状数据和主立体形状数据可以确定主立体形状数据中低可靠性的部分。在该实例中，将副立体形状数据和主立体形状数据进行比较。分别计算出副立体形状数据的每个部分和主立体形状数据的每个部分之间的差异，并且确定主立体形状数据中差异大于提前定义的阈值的部分具有低可靠性。

如上所述，主立体形状数据的多个部分中的与副立体形状数据的偏差大于阈值的部分被确定为具有低可靠性。阈值可以是固定值，或者可以是用户通过操作滑块等来任意调节的变量值。在主立体形状数据中被确定为具有低可靠性的部分被称为主立体形状数据的低可靠性部分。

主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分可以进行校正，例如，被副立体形状数据的对应部分置换、插值等。然后用户可以在显示部400上观察外观上不包含缺陷部分或不包含低可靠性部分的测量对象S的主立体形状的图像或者合成图像。可以提高主立体形状数据的低可靠性部分的可靠性。在校正主立体形状数据中，可以利用主立体形状数据在缺陷部分或低可靠性部分的周围的部分来对主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分进行插值。

图20A和图20B、图21A和图21B、以及图22A和图22B是描述通过副立体形状数据校正主立体形状数据的视图。图20A和图20B分别示出了主立体形状的图像和测量对象S的合成图像。图21A和图21B分别示出了测量对象S的副立体形状的图像和合成图像。图22A和图22B分别示出了测量对象S的主立体形状图像的校正图像和校正合成图像。

如图20A和图20B所示，主立体形状的图像和合成图像包含基于空白数据的阴影Ss，同样包含基于伪形状数据的伪形状Sp。相反，如图21A和图21B所示，副立体形状的图像和合成图像没有阴影的影响。

通过图21A和图21B副立体形状的图像和全焦点纹理图像的对应部分，来校正图20A和图20B的主立体形状的图像和合成图像中的阴影Ss和伪形状Sp的部分。如图22A和图22B所示，由此可以观察到没有阴影的影响的主立体形状的图像和合成图像。

当在显示部400上显示主立体形状的图像或纹理图像时，可以不校正主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分，并且可以突出显示立体形状图像或纹理图像的与主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分相对应的部分。可替换地，当在显示部400上显示主立体形状的校正图像时，可以利用主立体形状数据的校正后的缺陷部分或低可靠性部分来突出显示校正后立体形状的图像的与主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分相对应的部分。用户由此可以容易地且可靠地识别主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分。在形状测量处理中的测量或分析测量位置过程中，可以将主立体形状数据的缺陷部分或低可靠性部分处理为无效数据。

在形状测量处理中，若使用来自两个光投射单元110A和110B的测量光来生成主立体形状数据，则用适当的权重来合成基于来自光投射单元110A、110B的测量光的主立体形状数据，以生成主立体形状数据。若基于一个测量光的主立体形状数据包含缺陷部分或低可靠性部分，则针对相关部分，可以减小基于该一个测量光的主立体形状数据在合成中的权重，并且可以增加基于另一测量光的主立体形状数据在合成中的权重。

（4）形状测量处理效率的提高

在稍后将描述的图30至图32的形状测量处理中，测量对象S被来自光投射单元110的编码测量光（见图11）照射，然后被来自光投射单元110的条纹测量光（见图9）照射。在该情况下，基于编码测量光计算出测量对象S的每个部分的高度的绝对值，基于条纹测量光以高分辨率地计算出测量对象S的每个部分的高度的相对值。由此以高分辨率计算出测量对象S的每个部分的高度的绝对值。换而言之，通过基于编码测量光计算出的高度来确定基于条纹测量光计算出的高度的绝对值。

可替代地，可以通过副立体形状数据中的每个部分的高度来确定基于条纹测量光计算出的高度的绝对值。在该情况下，在形状测量处理中，测量对象S可以不被来自光投射单元110的编码测量光照射。由此可以在以高分辨率计算测量对象S的每个部分的高度的绝对值的同时，在短时间内高效地执行形状测量处理。

[5]形状测量处理

（1）形状测量的准备

用户在执行测量对象S的形状测量处理之前为形状测量做准备。图23是示出了形状测量的准备的过程的流程图。在下文中，将会参照图1、图2和图23来描述形状测量的准备的过程。用户首先将测量对象S安装在载物台140上（步骤S1）。用户然后利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S（步骤S2）。由此将测量对象S的图像显示在显示部400上。用户然后在查看显示在显示部400上的测量对象S的图像的同时，调节照明光的光量、光接收单元120的焦点、以及测量对象S的位置和姿态（在下文中，其被称为第一调节）（步骤S3）。

用户然后停止照明光的照射，并且利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S（步骤S4）。测量对象S的图像由此显示在显示部400上。用户然后在查看显示在显示部400上的测量对象S的图像的同时，调节测量光的光量、光接收单元120的焦点、以及测量对象S的位置和姿态（在下文中其被称为第二调节）（步骤S5）。在步骤S5中，若测量对象S中期望测量的部分处没有阴影，则用户不需要执行第二调节的光接收单元120的焦点的调节、以及测量对象S的位置和姿态的调节，而仅需要调节测量光的光量。

用户此后停止测量光的照射，再次利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S（步骤S6）。测量对象S的图像由此显示在显示部400上。用户然后检查显示在显示部400上的测量对象S的图像（步骤S7）。用户根据显示在显示部400上的测量对象S的图像，来确定光的光量、光接收单元120的焦点、以及测量对象S的位置和姿态是否适当（在下文中其被称为观察状态）（步骤S8）。

若在步骤S8中确定观察状态不适当，用户则返回到步骤S2的处理。若在步骤S8中确定观察状态适当，用户则终止形状测量的准备。

在以上描述中，在第一调节后进行第二调节，但是本发明不限制于此。可以在第二调节后进行第一调节。在该情况下，在步骤S6中用测量光来照射测量对象S，而不用照明光。此外，若在步骤S5中不进行第二调节中的光接收到单元120的焦点调节以及测量对象S的位置和姿态的调节，用户则可以省略步骤S6至步骤S8的过程，并且终止形状测量的准备。

（2）第一调节

图24和图25是示出了在形状测量的准备的过程中的第一调节的细节的流程图。在下文中将参照图1、图2、图24、和图25来描述在形状测量的准备的过程中的第一调节的细节。首先，用户调节照明光的光量（步骤S11）。通过调节从控制部300的照明光源320发出的照明光的亮度或者调节光接收单元120的曝光时间来调节照明光的光量。用户然后基于显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定施加到测量对象S上的照明光的光量是否适当（步骤S12）。

若在步骤S12中确定照明光的光量不适当，用户则返回到步骤S11的处理。若在步骤S12中确定照明光的光量适当，用户则调节光接收单元120的焦点（步骤S13）。通过改变载物台140的Z载物台142的位置，以及调节光接收单元120和测量对象S之间在Z方向上的相对距离来调节光接收单元120的焦点。用户然后基于显示在显示部400上的测量对象S的图像，来确定光接收单元120的焦点是否适当（步骤S14）。

若在步骤S14中确定光接收单元120的焦点不适当，用户则返回到步骤S13的处理。若在步骤S14中确定光接收单元120的焦点适当，用户则调节测量对象S的位置和姿态（步骤S15）。通过改变载物台140的X-Y载物台141的位置和θ载物台143的角度来调节测量对象S的位置和姿态。

用户然后基于显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定测量对象S的位置和姿态是否适当（步骤S16）。若光接收单元120的视野范围中包括测量对象S的测量位置，用户则确定测量对象S的位置和姿态适当。若光接收单元120的视野范围中没有包括测量对象S的测量位置，用户则确定测量对象S的位置和姿态不适当。

若在步骤S16中确定测量对象S的位置和姿态不适当，用户则返回到步骤S15的处理。若在步骤S16中确定测量对象S的位置和姿态适当，用户则调节视野大小（步骤S17）。例如，通过改变光接收单元120的相机121的透镜的放大率来调节视野大小。

用户然后基于显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定视野大小是否适当（步骤S18）。若在步骤S18中确定视野大小不适当，用户则返回到步骤S17的处理。若在步骤S18中确定视野大小适当，用户则选择纹理图像的类型（步骤S19），并且终止第一调节。通过执行第一调节来设置用于生成纹理图像数据的最佳照明光的光量条件。

在步骤S17中，光接收单元120可以包括其中透镜的放大率彼此不同的多个相机121，并且可以通过切换相机121来改变透镜的放大率。可替代地，可以布置可以切换透镜的放大率的一个相机121，并且可以通过切换透镜的放大率来改变透镜的放大率。此外，可以通过光接收单元120的数码变焦功能而不改变透镜的放大率来调节视野大小。

图26是示出了从X方向看到的图2的光接收单元120的示意图。如图26所示，光接收单元120包括作为多个相机121的相机121A、121B。相机121A的透镜的放大率和相机121B的透镜的放大率彼此不同。光接收单元120还包括半反射镜（half mirror）124。

穿过多个透镜122、123的光被半反射镜124分为两束光。一束光被相机121A接收，另一束光被相机121B接收。可以通过在相机121A和121B之间切换将光接收信号输出至图1的控制板150的相机121来改变透镜的放大率。通过选择图13的放大率切换栏474中的相机的放大率来进行相机121A和相机121B之间的切换。

（3）第二调节

图27和图28是示出了形状测量的准备的过程中的第二调节的细节的流程图。在下文中将参照图1、图2、图27、和图28来描述形状测量的准备的过程中的第二调节的细节。用户首先调节一个测量光的光量（步骤S21）。

用户然后基于显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定测量对象S的位置和姿态是否适当（步骤S22）。若测量对象S的测量位置处没有阴影，用户则确定测量对象S的位置和姿态适当。若测量对象S的测量位置处有阴影，用户则确定测量对象S的位置和姿态不适当。

若在步骤S22中确定测量对象S的位置和姿态不适当，用户则调节测量对象S的位置和姿态（步骤S23）。通过改变载物台140的X-Y载物台141的位置和θ载物台143的角度来调节测量对象S的位置和姿态。其后，用户返回至步骤S22的处理。

若在步骤S22中确定测量对象S的位置和姿态适当，用户则基于显示在显示部40上的测量对象S的图像来确定施加到测量对象S的一个测量光的光量是否适当（步骤S24）。

若在步骤S24中确定一个测量光的光量不适当，用户则调节该一个测量光的光量（步骤S25）。用户然后返回至步骤S24的处理。

若在步骤S24中确定该一个测量光的光量适当，用户则根据显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定光接收单元120的焦点是否适当（步骤S26）。

若在步骤S26中确定光接收单元120的焦点不适当，用户则调节光接收单元120的焦点（步骤S27）。通过改变载物台140的Z载物台142的位置以及调节光接收单元120和测量对象S之间在Z方向上的相对距离来调节光接收单元120的焦点。用户其后返回至步骤S26的处理。

若在步骤S26中确定光接收单元120的焦点适当，用户则根据显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定观察状态是否适当（步骤S28）。

若在步骤S28中确定观察状态不适当，用户则返回至步骤S23、步骤S25、或步骤S27的处理。具体地，当确定在观察状态中测量对象S的位置和姿态不适当时，用户返回至步骤S23的处理。当确定在观察状态中光（一个测量光）的光量不适当时，用户返回至步骤S25的处理。当确定在观察状态中光接收单元120的焦点不适当时，用户返回至步骤S27的处理。

若在步骤S28中确定观察状态适当，用户则停止该一个测量光的照射，并且利用来自另一光投射单元110B的测量光来照射测量对象S（步骤S29）。测量对象的图像由此显示在显示部400上。用户然后在查看显示在显示部400上的测量对象S的图像的同时调节另一测量光的光量（步骤S30）。

用户然后基于显示在显示部400上的测量对象S的图像来确定另一测量光的光量是否适当（步骤S31）。若在步骤S31中确定另一测量光的光量不适当，用户则返回至步骤S30的处理。若在步骤S31中确定另一测量光的光量适当，用户则终止第二调节。通过执行第二调节来设置用于生成主立体形状数据的一个测量光和另一测量光的最佳光量条件。若没有使用另一光投射单元110B，用户则可以省略步骤S29至S31的过程，并且在步骤S28的处理后终止第二调节。

图29是示出了在执行第二调节时显示部400的GUI的示例的视图。如图29所示，与图5类似，在执行第二调节时，光量设置条430、440显示在显示部400的设置改变区域480中。用户可以操作操作单元250并且在水平方向上移动光量设置条430的滑块430s，以改变所述一个测量光的光量。类似地，用户可以操作操作单元250并且在水平方向上移动光量设置条440的滑块440s，以改变另一测量光的光量。

在执行第二调节时，三个图像显示区域450a、450b、和450c布置在显示部400中。在图像显示区域450a中显示当用一个测量光和另一测量光照射测量对象S时的图像。图像显示区域450b显示当用一个测量光照射测量对象S时的图像。图像显示区域450c显示当用另一测量光照射测量对象S时的图像。

在图像显示区域450a至450c中显示图像，使得可以识别由于过亮导致出现曝光过度的部分和由于过暗导致出现曝光不足的部分。在图29的示例中，用点图案来突出显示由于过亮导致出现曝光过度的部分。用阴影图案来突出显示由于过暗导致出现曝光不足的部分。

（4）形状测量处理

在做好了图23的形状测量准备之后执行测量对象S的形状测量处理。图30、图31、和图32是示出了形状测量处理的过程的流程图。在下文中将参照图1、图2、以及图30至图32来描述形状测量处理的过程。用户在完成了形状测量的准备后指示CPU210开始形状测量处理。CPU210确定用户是否指示开始形状测量处理（步骤S41）。

若在步骤S41中没有指示开始形状测量处理，CPU210则等待直至指示开始形状测量处理。用户可以在指示开始形状测量处理之前为形状测量做准备。若在步骤S41中指示了开始形状测量处理，CPU210则根据在第二调节中设置的光量条件利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S，并且得到其中测量光的图案投影到测量对象S上的图像（在下文中其被称为图案图像）（步骤S42）。获得的图案图像存储在工作存储器230中。

CPU210用预定的测量算法来处理获得的图案图像，以生成表示测量对象S的立体形状的主立体形状数据（步骤S43）。生成的主立体形状数据存储在工作存储器230中。CPU210然后基于所生成的主立体形状数据在显示部400上显示测量对象S的主立体形状的图像（步骤S44）。

CPU210然后基于用户的指令来确定是否显示要测量的位置（在下文中其被称为测量位置）的立体形状（步骤S45）。用户通过观察显示在显示部400上的测量对象S的主立体形状的图像，来指示CPU210是否显示测量位置的立体形状。

若在步骤S45中确定不显示测量位置的立体形状，CPU210则返回至步骤S41的处理。CPU210然后等待直至指示开始形状测量处理，用户可以在再次指示开始形状测量处理之前为形状测量做准备使得测量对象的立体形状被显示。若在步骤S45中确定显示测量位置的立体形状，CPU210则确定用户是否在图25的第一调节的步骤S19中选择了通常的纹理图像（步骤S46）。

当指定了图19的纹理图像选择栏484的复选框484a时，CPU210确定选择了通常的纹理图像。即使当没有指定图19的纹理图像选择栏484的复选框484a至484c中的任何一个时，CPU210也确定选择了通常的纹理图像。

若在步骤S46中确定选择了通常的纹理图像，CPU210则根据在第一调节中设置的光量条件，利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S，并且生成测量对象S的通常的纹理图像数据（步骤S47）。CPU210其后进行到步骤S55的处理。

若在步骤S46中确定没有选择通常的纹理图像，CPU210则确定用户是否在图25的第一调节的步骤S19中选择了全焦点纹理图像（步骤S48）。当指定了图19的纹理图像选择栏484的复选框484c时，CPU210确定选择了全焦点纹理图像。

若在步骤S48中确定选择了全焦点纹理图像，CPU210则根据在第一调节中设置的光量条件，利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S，并且生成测量对象S的全焦点纹理图像数据（步骤S49）。若在步骤S48中确定没有选择全焦点纹理图像，CPU210则进行到步骤S50的处理。

CPU210确定用户是否在图25的第一调节的步骤S19中选择了HDR纹理图像（步骤S50）。当指定了图19的纹理图像选择栏484的复选框484b时，CPU210确定选择了HDR纹理图像。

若在步骤S50中确定选择了HDR纹理图像，CPU210则根据在第一调节中设置的光量条件，利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S，并且生成测量对象S的HDR纹理图像数据（步骤S51）。若在步骤S49中生成了全焦点纹理图像数据，CPU210则在步骤S51中生成HDR全焦点纹理图像数据，而不是生成HDR纹理图像数据。若在步骤S50中确定没有选择HDR纹理图像，CPU210则进行到步骤S52的处理。

用户可以指示CPU210将基于生成的纹理图像数据的纹理图像显示在显示部400上。CPU210确定是否指示了显示纹理图像（步骤S52）。若在步骤S52中确定没有指示显示纹理图像，CPU210则进行到步骤S55的处理。若在步骤S52中指示了显示纹理图像，CPU210则基于生成的纹理图像数据在显示部400上显示纹理图像（步骤S53）。

CPU210然后基于用户的指令确定纹理图像是否适当（步骤S54）。用户通过查看显示在显示部400上的纹理图像来指示CPU210纹理图像是否适当。

若在步骤S54中确定纹理图像不适当，CPU210则返回至步骤S48的处理。由此，重复步骤S48至S54的处理直至确定纹理图像适当。用户可以通过改变要选择的纹理图像的类型来使CPU210生成适当的纹理图像数据。

若在步骤S54中确定纹理图像适当，CPU210则生成合成数据（步骤S55）。通过将在步骤S47、步骤S49或者步骤S51中生成的纹理数据、和在步骤S43中生成的主立体形状数据进行合成来生成合成数据。

CPU210然后基于生成的合成数据在显示部400上显示测量对象S的合成图像（步骤S56）。CPU210其后基于用户的指令来执行测量位置的测量或分析（步骤S57）。由此终止形状测量处理。根据所述形状测量处理，CPU210可以基于用户的指令对合成图像执行测量位置的测量或分析。

在步骤S42中，若利用来自光投射单元110A和110B的测量光来照射测量对象S，则获得与来自一个光投射单元110A的测量光对应的一个图案图像，并且获得与来自另一光投射单元110B的测量光对应的另一图案图像。

在步骤S43中，生成与来自一个光投射单元110A的测量光对应的一个主立体形状数据，并且生成与来自另一光投射单元110B的测量光对应的另一主立体形状数据。以适当的权重对该一个主立体形状数据和该另一主立体形状数据进行合成，以生成一个主立体形状数据。

在步骤S47、S49、S51中，通过利用来自照明光输出单元130的照明光来照射测量对象S以生成测量对象S的纹理图像数据，但是本发明不限制于此。在步骤S47、S49、S51中，可以通过利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S以生成测量对象S的纹理图像数据。在该情况下，形状测量装置500可以不包括照明光输出单元130，因此可以使形状测量装置500小型化。还可以降低形状测量装置500的制造成本。

在如上所述的形状测量处理中，在确定了是否选择全焦点纹理图像之后确定是否选择HDR图像，但是本发明不限制于此。可以在确定了是否选择HDR纹理图像之后确定是否选择全焦点纹理图像。

在如上所述的形状测量处理中，在生成主立体形状数据的处理（步骤S42至S45）之后执行生成纹理图像数据的处理（步骤S46至S54），但是本发明不限制于此。可以先执行生成纹理图像数据的处理或生成主立体形状数据的处理中的任一个，并且可以同时执行生成纹理图像数据的处理的一部分和生成主立体形状数据的处理的一部分。

例如，可以在进行生成纹理图像数据的处理（步骤S46至S54）之后进行生成主立体形状数据的处理（步骤S42至S45）。同样在该情况下，CPU210可以在步骤S55的处理中生成合成数据。此外，在步骤S54中，在用户通过查看显示在显示部400上的纹理图像来确定纹理图像是否适当时，可以执行生成主立体形状数据的处理的一部分。由此可以高效、并且在短时间内执行形状测量处理。

若在生成主立体形状数据的处理之前进行生成纹理图像数据的处理，则可以基于副立体形状数据来计算测量对象S在Z方向上的尺寸的上端和下端。因此，在生成主立体形状数据的处理中可以将光接收单元120的焦点自动地调节至测量对象S在Z方向上的中心。在该情况下，可以进一步提高主立体形状数据的精度。

若如在图30至图32的形状测量处理中，在生成纹理图像数据的处理之前进行生成主立体形状数据的处理，则可以基于主立体形状数据来计算测量对象S在Z方向上的尺寸的上端和下端。因此，在生成纹理图像数据的处理中，当生成全焦点纹理图像数据时，可以使载物台140相对于光接收单元120在Z方向上的移动范围最小化并且适当地设置移动间距。由此可以高速地生成全焦点纹理图像数据。

（5）效果

在根据本实施例的形状测量装置500中，通过三角测距法高速地生成表示测量对象S的立体形状的主立体形状数据。当测量对象S的每个部分位于光接收单元120的景深范围内时，通过合成测量对象S的纹理图像数据来生成全焦点纹理图像数据。由此，全焦点纹理图像数据清晰地表明测量对象S的整个表面的表面状态。

将主立体形状数据和全焦点纹理图像数据进行了合成的合成数据表示以高精度测量的测量对象S的立体形状，并且清晰地表明测量对象S的表面状态。基于合成数据的合成图像显示在显示部400上。因此，用户可以在以高精度测量测量对象S的形状的同时，清晰地观察测量对象S的表面状态。

在根据本实施例的形状测量装置500中，单独地设置适合于生成主立体形状数据的一个测量光和另一测量光的光量条件以及适合于生成纹理图像数据的照明光的光量条件。由此可以以更高的精度生成主立体形状数据，并且可以生成更清晰地表明测量对象S的整个表面的表面状态的纹理图像数据。因此，在以更高的精度测量测量对象S的形状的同时可以更加清晰地观察测量对象S的表面状态。

[6]焦点调节的第一辅助功能

（1）焦点调节的第一辅助功能的第一示例

在形状测量的准备中的第二调节中，通过调节光接收单元120的焦点，使测量对象S位于光接收单元120的景深范围内。由此可以精确地测量测量对象S的形状。若测量对象S位于光接收单元120的景深范围的中心的附近，即，在光接收单元120的焦点附近，则可以更加精确地测量测量对象S的形状。

但是，即使通过调节Z载物台142来使测量对象S在景深范围内在Z方向上移动，显示在显示部400上的测量对象S的图像也几乎不改变。例如，假设景深为5mm并且视野大小为25mm×25mm。在该情况下，在5mm的景深的整个范围中，观察到的测量对象S好像处于光接收单元120的焦点位置。由此，假设在焦点的调节中出现大约几mm的偏移。

由此，很难使测量对象S位于光接收单元120的焦点附近。在根据本实施例的形状测量装置500中，提供了帮助测量对象S的位置接近光接收单元120的焦点的功能（在下文中其被称为焦点调节的第一辅助功能）。

图33A至图33D以及图34A和图34B是描述焦点调节的第一辅助功能的第一示例的视图。图33A和图33C示出了利用来自照明光输出单元130的照明光来照射载物台140上的测量对象S的状态。图33B和图33D示出了当分别利用图33A和图33C的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。图34A示出了当利用光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。图34B示出了当从Y方向看时的测量对象S的位置和焦点位置之间的关系。

当用户操作图13的焦点引导显示栏477时，提前设置的预定图案（也被称为辅助图案）AP显示在显示部400上显示的图像上的提前设置的特定位置处，如图33B和图33D所示。在本示例中，辅助图案AP显示在诸如显示部400的屏幕的中心、上部、下部、左部、和右部、四个角落等的特定位置处。如图34A所示，显示部400上显示辅助图案AP的坐标假设为（x，y）。辅助图案AP是与显示部400上的图像上重叠显示的图案。由此，即使图33A和图33C的测量对象S移动或改变，辅助图案AP也不移动或改变。

光接收单元120的焦点位置是已知的。在图34B中，焦点位置用粗实线表示。光接收单元120的焦点位置存在于与Z方向垂直的平面上。光投射单元110将具有提前设置的预定图案（在下文中其被称为引导图案）GP的光照射向在Z方向上穿过测量对象S上的与辅助图案AP的坐标（x，y）对应的点的线段和光接收单元120的焦点位置的交点。

如图33A和图33C所示，引导图案GP由此被投射到测量对象S的表面上，并且如图33B、图33D、和图34A所示，引导图案GP显示在显示部400的测量对象S的图像上。在该情况下，图1的CPU210控制光投射单元110，使得辅助图案AP和引导图案GP的Y方向上的位置变为相同。

根据这样的构造，当测量对象S的表面位于光接收单元120的焦点位置处时，引导图案GP显示在与辅助图案AP的坐标（x，y）相同的坐标处。换而言之，引导图案GP和辅助图案AP以重叠的方式显示。

当测量对象S的表面没有处于光接收单元120的焦点位置时，引导图案GP显示在与辅助图案AP的坐标（x，y）不同的坐标（x’，y）处。位置x和位置x’之间的距离与光接收单元120的焦点位置和测量对象S的表面的位置之间在Z方向上的距离成比例。因此，当测量对象在Z方向上移动时，引导图案GP不在Y方向移动，而是在X方向上移动。

在图33A的示例中，测量对象S的表面的位置没有与光接收单元120的焦点位置重合。因此，如图33B所示，在显示部400上引导图案GP和辅助图案AP没有重叠。

如图33C所示，通过在Z方向上移动载物台140使引导图案GP在X方向上移动。用户可以在查看显示在显示部400上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，在Z方向上移动载物台140，使得引导图案GP靠近辅助图案AP。如图33D所示，用户可以通过调节载物台140使得引导图案GP和辅助图案AP重叠，从而容易地使测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

例如，假设视野大小为25mm×25mm，在光接收单元120的X方向上的视野的像素数为1024像素，可以以一个像素的单位来识别引导图案GP和辅助图案AP的移动。在该情况下，一个像素的尺寸为25mm÷1024≈24μm。换而言之，引导图案GP和辅助图案AP之间的移动可以以24μm的单位来识别。若将所述移动的距离d转换为高度h，例如假设图6的角度α为45度，则高度h为24÷tan45°=24μm。因此，可以通过焦点调节的第一辅助功能以很高的精度调节光接收单元120的焦点。

在图33A至图33D中，以简化的方式示出了光接收单元110。光投射单元110是投影图案光学系统，该系统具有在执行形状测量处理时利用具有周期图案的的测量光来照射测量对象S的功能。光投射单元110利用通过图案生成部分112（图2）生成的光来照射测量对象S，图案生成部分112典型的有DMD、LCD等。

通过使用所述投影图案光学系统将引导图案GP投影到测量对象S的表面上，而不需要在测量部100中单独布置用于引导图案GP的光源。具有任意形状的引导图案GP可以被投影到测量对象S的表面上。此外，可以改变引导图案GP的投影位置，使得光接收单元120聚焦于测量对象S的由用户在光投射单元110的照射范围内指定的部分。稍后将描述其细节。

（2）焦点调节的第一辅助功能的第二示例

图35A至图35D是描述焦点调节的第一辅助功能的第二示例的视图。图35A和图35C示出了载物台140上的测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光照射的状态。图35B和图35D示出了当测量对象S被图35A和图35C的光接收单元120成像时显示在显示部400上的图像。

在该示例中，辅助图案AP显示在用户指定的显示部400上的图像上的位置处。换而言之，用户可以指定显示辅助图案AP的图34A的坐标（x，y）。如图35A和图35C所示，测量对象S被来自光投射单元110的具有引导图案GP的光照射。在该情况下，图1的CPU210基于用户的指定来计算AP的坐标（x，y），并且控制光投射单元110使得光向着图34B的焦点位置的坐标（x，y）照射。引导图案GP由此被投影到测量对象S的表面上，并且引导图案GP显示在显示部400的测量对象S的图像上。

在图35A的示例中，测量对象S的表面的位置没有与光接收单元120的焦点位置重合。因此，如图35B所示，在显示部400上引导图案GP和辅助图案AP没有重叠。

如图35C所示，用户可以在查看显示在显示部400上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，在Z方向上移动载物台140，使得引导图案GP靠近辅助图案AP。如图35D所示，用户可以通过调节载物台140使得引导图案GP和辅助图案AP重叠，从而容易地使测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

图36A和图36B是示出了用于指定显示辅助图案AP的位置的GUI的示例的视图。如图36A所示，用户可以操作图1的PC200的操作单元250，以将光标C置于显示部400的图像上的任意位置处。

当在该状态下选择相关位置时，用户可以将辅助图案AP显示在光标C的位置处，并且显示引导图案GP，如图36B所示。由此，在本示例中，用户可以将辅助图案AP显示在任意位置处。用户由此可以使光接收单元120聚焦于测量对象S的表面上的任意位置。

（3）焦点调节功能的第一辅助功能的第三示例

图37A至图37D是描述焦点调节功能的第一辅助功能的第三示例的视图。图37A和图37C示出了载物台140上的测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光照射的状态。图37B和图37D是当利用图37A和图37C的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。

与焦点调节的第一辅助功能的第一和第二示例类似，辅助图案AP显示在显示部400的图像上。显示辅助图案AP的位置可以提前设置或者可以由用户指定。在本示例中，辅助图案AP包括矩形框。辅助图案AP的矩形框在X方向上的尺寸表示光接收单元120在Z方向上的可测量范围。

如图37A和图37C所示，测量对象S被来自光投射单元110的具有引导图案GP的光照射。引导图案GP由此投影到测量对象S的表面上，并且引导图案GP显示在显示部400上显示的测量对象S的图像上。引导图案GP具有矩形，并且引导图案GP的尺寸小于辅助图案AP的尺寸。根据这样的构造，当引导图案GP位于辅助图案AP的矩形框内时，测量对象S的表面包括光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

在图37A的示例中，测量对象S的表面没有位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。因此，如图37B所示，在显示部400上引导图案GP没有位于辅助图案AP的矩形框内。

如图37C所示，用户可以在查看显示在显示部400上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，在Z方向上移动载物台140，使得引导图案GP靠近辅助图案AP。如图37D所示，用户可以通过调节载物台140使得引导图案GP位于辅助图案AP的矩形框内，从而容易地使测量对象S的表面置于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

因此，当使测量对象S位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内时，测量对象S的表面的位置不需要与光接收单元120的焦点位置重合，并且辅助图案AP在X方向上的尺寸可以具有与光接收单元120在Z方向上的可测量范围对应的扩展范围。在该情况下，可以容易地使测量对象S位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

（4）焦点调节的第一辅助功能的第四示例

图38A至图38D是描述焦点调节的第一辅助功能的第四示例的视图。图38A和图38C示出了载物台140上的测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光照射的状态。图38A和图38C的测量对象S具有多个不同高度的上表面。图38B和图38D示出了当利用图38B和图38C的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。

在本示例中，辅助图案AP显示在用户在显示部分400上的图像上指定的多个位置处。因此，用户可以在显示在显示部400上的测量对象S的不同高度的多个上表面中的每一个表面上指定辅助图案AP。每个辅助图案AP包括矩形框。每个辅助图案AP的矩形框在X方向上的尺寸表示光接收单元120在Z方向上的可测量范围。

如图38A和图38C所示，测量对象S被来自光投射单元110的具有多个引导图案GP的光照射。多个引导图案GP由此投影到测量对象S的表面上，并且该多个引导图案GP显示在显示部400上显示的测量对象S的图像上。该多个引导图案GP分别对应于多个辅助图案AP。每个引导图案GP具有矩形形状，并且每个引导图案GP的尺寸小于每个辅助图案AP的尺寸。根据这样的构造，当每个引导图案GP位于每个辅助图案AP的矩形框内时，测量对象S的所述多个上表面位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

在图38A的示例中，测量对象S的多个上表面没有包括在光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。因此，如图38B所示，在显示部400上每个引导图案GP没有位于每个辅助图案AP的矩形框内。

如图38C所示，用户可以在查看显示在显示部400上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，在Z方向上移动载物台140，使得每个引导图案GP靠近每个辅助图案AP。如图38D所示，用户可以通过调节载物台140使得每个引导图案GP位于每个辅助图案AP的矩形框内，从而容易地使测量对象S的多个上表面位于光接收单元120的景深范围内。

因此，当使测量对象S的多个位置位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内时，可以指定与所述位置对应的多个辅助图案AP。由此，即使测量对象S的多个部分在Z方向上的多个不同位置处，也可以精确地并且容易地使测量对象S多个部分中的每个部分位于光接收单元120的焦点处。每个辅助图案AP在X方向上的尺寸可以具有与光接收单元120在Z方向上的可测量范围对应的扩展范围。在该情况下，测量对象S可以容易地位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

（5）焦点调节的第一辅助功能的第五示例

图39A至图39D以及图40A和图40B是描述焦点调节的第一辅助功能的第五示例的视图。图39A和图39C示出了载物台140上的测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光照射的状态。图39B和图39D示出了当利用图39A和图39C的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。图40A示出了当利用光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。图40B示出了当从Y方向看时测量对象S的位置和焦点位置之间的关系。在本示例中，多个光投射单元110A、110B用于焦点调节的第一辅助功能。

在图40B中，焦点位置用粗实线表示。当用户操作图13的焦点引导显示栏477时，测量对象S被来自一个光投射单元110A的具有引导图案GP的光照射，如图39A、图39C、和图40B所示。由此，如图39A和图39C所示，引导图案GP投影到测量对象S的表面上，并且如图39B、图39D、和图40A所示，引导图案GP显示在显示部400的测量对象S的图像上。在该情况下，针对提前设置的任意坐标（x，y），图1的CPU210控制一个光投射单元110A使得光向着焦点位置上的坐标（x，y）照射。

类似地，测量对象S被来自另一光投射单元110B的具有辅助图案AP的光照射，如图39A、图39C、和图40B所示。由此，如图39A和图39C所示，辅助图案AP投影到测量对象S的表面上，并且如图39B、图39D、和图40A所示，辅助图案AP显示在显示部400的测量对象S的图像上。在该情况下，针对提前设置的任意坐标（x，y），CPU210控制另一光投射单元110B使得光向着焦点位置上的坐标（x，y）照射。控制光投射单元110A、110B使得辅助图案AP和引导图案GP的Y方向上的位置相同。

与焦点调节的第一辅助功能的第一至第四示例不同，本示例中的辅助图案AP不是显示为与显示部400上的图像重叠的图案。由此，当图39A和图39C的测量对象S移动或改变时辅助图案AP也移动或改变。

根据这样的构造，当测量对象S的表面在光接收单元120的焦点位置处时，引导图案GP和辅助图案AP显示在与坐标（x，y）相同的坐标处。换而言之，引导图案GP和辅助图案AP被显示为重叠。

当测量对象S的表面没有在光接收单元120的焦点位置处时，引导图案GP显示在与坐标（x，y）不同的坐标（x’，y）处，并且辅助图案AP显示在与坐标（x，y）和坐标（x’，y）不同的坐标(x”,y)处。位置x’和位置x”之间的距离与光接收单元120的焦点位置和测量对象S的表面的位置之间在Z方向上的距离成比例。因此，当测量对象S在Z方向上移动时，引导图案GP和辅助图案AP不在Y方向移动，而是在X方向上以彼此相反的方向移动。

在图39A的示例中，测量对象S的表面的位置没有与光接收单元120的焦点位置重合。因此，如图39B所示，在测量对象S和显示部400上引导图案GP和辅助图案AP没有重叠。

如图39C所示，通过在Z方向上移动载物台140使引导图案GP和辅助图案AP在X方向上以彼此相反的方向移动。用户可以在查看投影在测量对象S或显示在显示部400上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，在Z方向上移动载物台140，使得引导图案GP和辅助图案AP相互靠近。如图39D所示，用户可以通过调节载物台140使得引导图案GP和辅助图案AP重叠，从而容易地使测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

因此，在本示例中，辅助图案AP和引导图案GP不仅显示在显示部400上，而且还显示在测量对象S上。因此，即使在不能查看显示部400的情形下，用户也可以在查看显示在测量对象S上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，调节光接收单元120的焦点。由此提高了图1的测量部100的操作性。

同样在本示例中，可以在显示部400上指定用户期望使光接收单元120聚焦在测量对象S上的部分。在该情况下，当光接收单元120的焦点在用户指定的部分处时，改变光投射单元110A、110B每个的测量光的照射位置，使得一个光投射单元110A投影到测量对象S上的引导图案GP和另一光投射单元110B投影到测量对象S上的辅助图案AP重叠。

除引导图案GP或辅助图案AP之外，可以从光投射单元110A、110B中的至少一个照射具有表示光接收单元120的视野范围的框图案的光。图41A和图41B以及图42A和图42B是示出了测量对象S被来自光投射单元110A的具有框图案的光照射的示例的视图。

如图41A和图41B所示，测量对象S被来自一个光投射单元110A的具有框图案FP的光照射。框图案FP由此投影到测量对象S的表面上。框图案FP表示包括作为中心的引导图案GP的视野范围。

在图41A和图41B以及图42A和图42B的示例中，框图案FP是表示视野尺寸的四个角的四个L形图案。框图案FP可以是表示视野范围的四个角的四个十字形的图案或者四个点状图案。

如图42A和图42B所示，用户可以通过调节载物台140使得引导图案GP和辅助图案AP重叠，从而使测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。在该状态下被框图案FP包围的范围变为光接收单元120的视野范围。

在本示例中，因此，框图案FP被投影在测量对象S上。即使在不能查看显示部400的情形下，用户也由此可以容易地识别显示在显示部400上的光接收单元120的视野范围。由此可以进一步提高测量部100的操作性。

此外，在本示例中，光接收单元120具有数码变焦功能。图43是示出了与数码变焦功能对应的框图案FP的视图。如图43所示，利用光接收单元120的数码变焦功能，在实际放大和观察测量对象S之前，可以利用框图案FP将放大后的视野范围投影在测量对象S的表面上。在图43中，当没有使用数码变焦功能时的视野范围由虚线的框图案FP表示，当使用数码变焦时的放大后的视野范围由实线的框图案FP表示。

因此，用户利用光接收单元120的数码变焦功能，在实际放大和观察测量对象S之前，可以识别放大后的视野范围。由此可以进一步增强测量部100的操作性。

作为焦点调节的第一辅助功能的第五示例的变形，测量部100可以包括用于焦点调节的第一辅助功能的调节光源。在该情况下，光投射单元110A和调节光源被用于焦点调节的第一辅助功能。测量部100可以不包括另一光投射单元110B。由于调节光源没有用于测量对象S的形状的测量，因此可以采用具有简单构造的光源。在本示例中，例如，调节光源是激光指示器。

测量对象S被来自光投射单元110A的具有引导图案GP的光照射。引导图案GP由此投影到测量对象S的表面上，并且引导图案GP显示在显示部400的测量对象S的图像上。测量对象S被来自调节光源的具有辅助图案AP的光照射。辅助图案AP由此被投影到测量对象S的表面上，并且辅助图案AP显示在显示部400的测量对象S的图像上。

用户在查看投影在测量对象S的表面上或者显示在显示部400上的辅助图案AP和引导图案GP的同时，调节载物台140使得引导图案GP和辅助图案AP重叠，以容易地使测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

调节光源可以布置在测量部100的任何部分处，只要光可以从与来自光投射单元110A的光的照射方向不同的方向射向测量对象S即可。例如，调节光源可以布置在光接收单元120中，并且测量对象S可以被来自测量对象S的实质正上方的光照射。可替换地，若测量对象S透射光，则调节光源可以布置在载物台140上并且测量对象S可以被来自测量对象S下方的光照射。

（6）焦点调节的第一辅助功能的变形

在焦点调节的第一辅助功能的第一至第五示例中，用户手动调节光接收单元120的焦点，使得引导图案GP和辅助图案AP重叠或者使得引导图案GP位于辅助图案AP的矩形框内，但是本发明不限制于此。可以通过基于引导图案GP和辅助图案AP之间的距离使图1的CPU210驱动图1的载物台驱动单元146来自动地调节光接收单元120的焦点而无需用户的操作。

可替换地，例如，CPU210可以确定在Z方向上以一个方向还是另一方向移动载物台140，以使引导图案GP和辅助图案AP接近，并且在显示部400上显示这样的方向。CPU210可以通过引导图案GP和辅助图案AP的重叠度来确定聚焦程度，并且在显示部400上以数字或可视地显示聚焦程度。例如，聚焦程度的可视显示包括例如用条来显示。作为聚焦程度的其他可视显示，当引导图案GP和辅助图案AP完全重叠时可以改变引导图案GP和辅助图案AP的色彩。

（7）辅助图案和引导图案的形状

在焦点调节的第一辅助功能的第一、第二、和第五示例中，将引导图案GP和辅助图案AP设置为当引导图案GP和辅助图案AP重叠时，使得测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。在焦点调节的第一辅助功能的第三和第四示例中，将引导图案GP和辅助图案AP设置当引导图案GP位于辅助图案AP的矩形框内时，使得测量对象S位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

但并不限于此，可以将引导图案GP和辅助图案AP设置为当引导图案GP和辅助图案AP处于特定位置关系时，使得测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合或者测量对象S位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。特定位置关系是这样的关系：其中用户可以通过可视检查引导图案GP和辅助图案AP之间的相对位置关系来识别光接收单元120的焦点与相关位置重合，并且特定位置关系不同于当光接收单元120的焦点不重合时引导图案GP和辅助图案AP之间的位置关系。

图44A至图44E是示出了辅助图案AP和引导图案GP的形状的示例的视图。

在图44A至图44E中，辅助图案AP用阴影图案示出，而引导图案GP用点图案示出。

在图44A的示例中，辅助图案AP和引导图案GP具有十字形状。在图44B的示例中，辅助图案AP和引导图案GP具有圆环形状。在图44C的示例中，辅助图案AP和引导图案GP具有矩形形状。在图44D的示例中，辅助图案AP和引导图案GP具有X形状。在图44E的示例中，辅助图案AP和引导图案GP具有I形状。

因此，在图44A至图44E的示例中，辅助图案AP和引导图案GP具有相同的形状。在这样的示例中，当引导图案GP和辅助图案AP重叠时测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。焦点调节的第一辅助功能的第一、第二、和第五示例中的辅助图案AP和引导图案GP是图44A的辅助图案AP和引导图案GP。

图45A至图45E是示出了辅助图案AP和引导图案GP的形状的其他示例的视图。在图45A至图45E中，辅助图案AP用阴影图案示出，引导图案GP用点图案示出。

在图45A的示例中，辅助图案AP具有十字形状的一半的形状，而引导图案GP具有十字形状的另一半的形状。在该示例中，当引导图案GP和辅助图案AP结合形成十字形状时，测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

在图45B的示例中，辅助图案AP具有圆环形状的一半的形状，而引导图案GP具有圆环形状的另一半的形状。在该示例中，当引导图案GP和辅助图案AP结合形成圆环形状时，测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

在图45C的示例中，辅助图案AP具有字符“FP”的形状的一部分的形状，而引导图案GP具有字符“FP”的形状的其他部分的形状。在该示例中，当引导图案GP和辅助图案AP结合形成字符“FP”的形状时，测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

在图45D的示例中，辅助图案AP具有星号形状的一部分的形状，而引导图案GP具有星号形状的其他部分的形状。在该示例中，当引导图案GP和辅助图案AP结合形成星号形状时，测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

在图45E的示例中，辅助图案AP具有在上下方向上延伸且长度不同的多个条形的一部分的形状，而引导图案GP具有在上下方向上延伸且长度不同的多个条形的其他部分的形状。在该示例中，当引导图案GP和辅助图案AP结合形成在上下方向上延伸且长度不同的多个条形时，测量对象S的表面的位置与光接收单元120的焦点位置重合。

图46A至图46C是示出了辅助图案AP和引导图案GP的形状的其他进一步示例的视图。在图46A至图46C中，辅助图案AP用阴影图案示出，引导图案GP用点图案示出。

在图46A的示例中，辅助图案AP包括矩形框，而引导图案GP具有小于辅助图案AP的尺寸的矩形形状。辅助图案AP的水平方向（图2的X方向）上的尺寸表示图1的光接收单元120在Z方向上的可测量范围。在该示例中，当引导图案GP位于辅助图案AP的矩形框内时，测量对象S上的引导图案GP的显示部分位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

焦点调节的第一辅助功能的第三和第四示例中的辅助图案AP和引导图案GP是图46A的辅助图案AP和引导图案GP。

在图46B的示例中，辅助图案AP包括在水平方向上彼此相对的两个方括号。引导图案GP具有这样的形状：其中比辅助图案AP的尺寸小的矩形部分和十字形部分结合。辅助图案AP的两个方括号的水平方向上的间距表示光接收单元120在Z方向上的可测量范围。在该示例中，当引导图案GP的矩形部分位于辅助图案AP的两个方括号之间时，测量对象S的上的引导图案GP的显示位置位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

在图46C的示例中，辅助图案AP包括在上下方向上延伸并且在水平方向上并排的两个条形部分。引导图案GP具有在上下方向上延伸并且小于辅助图案AP的尺寸的条形。辅助图案AP的两个条形部分的水平方向上的间距表示光接收单元120在Z方向上的可测量范围。在该示例中，当引导图案GP位于辅助图案AP的两个条形位置之间时，测量对象S上的引导图案GP的显示部分位于光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

（8）照明光的效果

在焦点调节的第一辅助功能的第一至第五示例中，通过照明光输出单元130利用来自图1的控制部300的照明光源320的照明光照射测量对象S。在下文中，通过比较测量对象S没有被照明光照射的示例和测量对象S被照明光照射的示例来描述照明光的影响。

图2的图案生成部分112通过在从光投射单元110发射的光中形成亮部分和暗部分来生成引导图案GP。可以通过亮部分或暗部分来形成引导图案GP。通过亮部分形成的引导图案GP被称为白引导图案GP。通过暗部分形成的引导图案GP被称为黑引导图案GP。

图47A至图47C是示出了当测量对象S没有被照明光照射时显示在显示部400上的测量对象S的视图。图47A示出了处于均匀光（仅包括亮部分的光）从光投射单元110射出的状态下的测量对象S作为参考示例。如图47A所示，当测量对象S被来自光投射单元110的均匀光照射时，在测量对象S的一部分处形成阴影。

图47B示出了处于被来自光投射单元110的具有白引导图案GP的光照射的状态下的测量对象S。如图47B所示，当测量对象S没有被照明光照射时，白引导图案GP显示在显示部400上。但是，由于测量对象S没有被照亮，因此测量对象S没有显示在显示部400上。由此，很难调节光接收单元120的焦点。

图47C示出了处于被来自光投射单元110的具有黑引导图案GP的光照射的状态下的测量对象S。如图47C所示，当测量对象S没有被照明光照射时，黑引导图案GP显示在显示部400上。由于测量对象S的一部分被来自光投射单元110的光的亮部分照亮，因此用户可以识别测量对象S的位置。但是，阴影形成在测量对象S的一部分处，由此当黑引导图案GP和阴影重叠时黑引导图案GP嵌入阴影中，因此很难识别黑引导图案GP的位置。

图48A至图48C是示出了当测量对象S被照明光照射时显示在显示部400上的测量对象S的视图。图48A示出了处于被来自照明光输出单元130的照明光照射的状态下的测量对象S，作为参考示例。如图48A所示，当测量对象S被来自照明光输出单元130的照明光照射时，测量对象S上几乎不形成阴影。

图48B示出了处于被来自光投射单元110的具有白引导图案GP的光照射的状态下的测量对象S。如图48B所示，当利用调节到适当亮度的照明光来照射测量对象S时，白引导图案GP和测量对象S一起被显示在显示部400上。由于测量对象S上几乎不形成阴影，因此可以精确地识别测量对象S和白引导图案GP的位置。

图48C示出了处于被来自光投射单元110的具有黑引导图案GP的光照射的状态下的测量对象S。如图48C所示，当利用调节至适当亮度的照明光来照射测量对象S时，黑引导图案GP和测量对象S一起显示在显示部400上。由于测量对象S上几乎不形成阴影，因此可以精确地识别测量对象S和黑引导图案GP的位置。

因此，以与光接收单元120的光轴的角度实质相等的角度发出照明光，由此在抑制阴影的形成的同时照亮测量对象S。用户由此可以可靠地识别测量对象S的图像，以及辅助图案AP和引导图案GP。因此，可以更精确地使测量对象S置于光接收单元120的焦点处。

具体地，当在显示部400上指定用户期望使光接收单元120聚焦的测量对象S的部分时，在测量对象S的图像暗并且未被显示的状态下，用户很难适当地指定原本期望聚焦的部分，如图47B所示。因此，用户可以通过使来自照明光输出单元130的照明光照亮整个测量对象S并且显示图像，从而容易地指定要聚焦的部分。

在焦点调节的第一辅助功能的第一至第四示例中，当测量对象S被具有引导图案GP的测量光照射时的照明光的强度被设置为小于当测量对象没有被具有引导图案GP的测量光照射时的照明光的强度。

根据这样的构造，即使当测量对象S同时被照明光和具有引导图案GP的测量光照射时，由于照明光的强度小，因此可以识别投影到测量对象S的表面上的引导图案GP。用户由此可以可靠地识别显示在显示部400上的测量对象S和引导图案GP。因此，测量对象S的表面可以可靠地位于光接收单元120的焦点处。

类似地，在焦点调节的第一辅助功能的第五示例中，当测量对象S被具有引导图案GP和辅助图案AP的测量光照射时的照明光的强度被设置为小于当测量对象S没有被具有引导图案GP和辅助图案AP的测量光照射时的照明光的强度。

根据这样的构造，即使当测量对象S同时被照明光和具有引导图案GP和辅助图案AP的测量光照射时，由于照明光的强度小，因此可以识别投影到测量对象S的表面上的引导图案GP和辅助图案AP。用户由此可以可靠地识别显示在显示部400上的测量对象S以及引导图案GP和辅助图案AP。因此，测量对象S的表面可以可靠地位于光接收单元120的焦点处。

（9）效果

在根据本实施例的形状测量装置500中，在Z方向上移动载物台140，使得显示在显示部400上或者通过另一光投射单元110B投影在测量对象S的表面上的辅助图案AP和通过一个光投射单元110A投影在测量对象S的表面上的引导图案GP重叠。用户由此可以使测量对象S的表面位于光接收单元120的焦点处。因此，可以在测量对象S的形状测量处理中精确且容易地使测量对象S定位于光接收单元120的焦点处。

特别是，可以通过用户在显示部400上指定期望聚焦的测量对象S的部分并且在指定的部分上显示或投影辅助图案AP，从而以高精度地对用户最希望执行测量的部分进行聚焦。在该情况下，形状测量装置500可以被构造为使得可以指定用户期望聚焦的测量对象S的多个部分。

在该情况下，用户可以可视地检查与各个部分对应的辅助图案AP和引导图案GP的同时对其进行调节，使得可以在移动载物台140的同时以平衡的方式对测量对象S的多个指定部分进行聚焦。用户也可以通过利用辅助图案AP显示可测量范围来检查所有指定部分是否包括在光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

可以通过用户操作载物台操作单元145来移动载物台140，或者通过使CPU210驱动载物台驱动单元146来自动地移动载物台140。

[7]焦点调节的第二辅助功能

（1）焦点调节的第二辅助功能的第一示例

现在将描述与焦点调节的第一辅助功能不同的焦点调节的第二辅助功能。图49A和图49B是描述焦点调节的第二辅助功能的第一示例的视图。在图49A和图49B的示例中，多个具有彼此不同高度的测量对象SA、SB、SC、SD安装在图1的载物台140上。基于图1的光接收单元120输出的光接收信号，来将测量对象SA至SD的静止图像和实时图像显示在显示部400上。

如图49A所示，用户可以通过操作图1的PC200的操作单元250将光标C置于显示部400的图像上的任意位置处。在图49A的示例中，光标C位于显示在显示部400上的测量对象SA上的位置处。当在该状态下选择相关位置时，用户可以将标记M显示在显示部400上的用光标C指定的测量对象SA上的位置处，如图49B所示。

在显示了标记M后，利用来自光投射单元110的测量光，来照射至少测量对象SA的与显示标记M的位置对应的部分和其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算出测量对象SA的与显示标记M的位置对应的部分的高度。

但是，由于在测量光的照射之前不能知道测量对象S的与图像上显示标记M的位置对应的部分的高度，因此，不能精确地将测量光仅施加于该部分。因此，当光接收单元120聚焦于该部分时，测量对象S被具有与包括作为中心的相关部分的预定范围（例如，光接收单元120的景深范围）对应的范围的测量光照射。测量对象S的与显示标记M的位置对应的部分由此被测量光照射，使得可以计算该部分的高度。

若测量对象SA的与显示标记M的位置对应的部分不在光接收单元120在Z方向上的可测量范围内，则将表示不能计算高度的错误信息显示在显示部400上。用户由此可以容易地识别出指定位置不在光接收单元120在Z方向上的可测量范围内。

在执行形状测量处理中，基于所计算的高度，移动图2的载物台140的Z载物台142，使得光接收单元120聚焦于测量对象S的与显示标记M的位置对应的部分。可以通过使图1的CPU210驱动图1的载物台驱动单元146，来自动地执行Z载物台142的移动（自动聚焦功能）。可替换地，可以通过用户操作图1的载物台操作单元145来手动执行Z载物台142的移动。在该情况下，CPU210可以在显示部400上以数字或可视地显示移动Z载物台142的方向和移动量。用户由此可以使光接收单元120聚焦在测量对象SA的指定部分。

（2）焦点调节的第二辅助功能的第二示例

图50A和图50B、以及图51是描述焦点调节的第二辅助功能的第二示例的视图。在图50A和图50B、以及图51的示例中，一个测量对象S安装在图1的载物台140上。图50A和图50B、以及图51的测量对象S具有多个上表面，其中每个上表面的高度彼此不同。基于图1的光接收单元120输出的光接收信号，在显示部400上显示测量对象S的静止图像或实时图像。

在焦点调节的第二辅助功能的第二示例中，与焦点调节的第二辅助功能的第一示例类似，用户可以通过操作图1的PC200的操作单元250将光标C置于显示部400的图像上的任意位置处。通过在该状态下选择相关位置，用户可以将标记M显示在用光标C指定的位置处。

用户顺序地重复将光标C置于多个任意位置中的每一个位置处，然后显示标记M，以在显示部400上的用光标C指定的多个位置中的每一个位置处显示标记M。每当在指定位置处显示标记M时，都计算测量对象S的与所述位置对应的部分的高度。

在本示例中，如图50A所示，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象S的位置处。在该状态下选择相关位置，使得用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象S的位置处显示第一标记M1，如图50B所示。

在显示标记M1后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象S的与显示标记M1的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算测量对象S的与显示标记M1的位置对应的部分的高度。若测量对象S的与显示标记M1的位置对应的部分不在Z方向上的可测量范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

接下来，如图50A所示，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象S的另一位置处。在该状态下选择相关位置，使得用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象S的位置处显示第二标记M2，如图50B所示。

在显示标记M2后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象S的与显示标记M2的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算出测量对象S的与显示标记M2的位置对应的部分的高度。若测量对象S的与显示标记M2的位置对应的部分不在Z方向上的可测量范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

接下来，如图50A所示，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象S的又一位置处。在该状态下选择相关位置，使得用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象S的位置处显示第三标记M3，如图50B所示。

在显示标记M3后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象S的与显示标记M3的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算出测量对象S的与显示标记M3的位置对应的部分的高度。若测量对象S的与显示标记M3的位置对应的部分不在Z方向上的可测量范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

用户当将光标C置于显示在显示部400上的测量对象S的多个位置处时，优选地将光标C放置为包括测量对象S的多个位置中的最高位置处的部分和最低位置处的部分。可以测量测量对象S的与多个标记M1至M3对应的多个部分在Z方向上的距离。

在执行形状测量处理中，基于所计算出的多个高度，移动图2的载物台140的Z载物台142，使得测量对象S的与标记M1至M3对应的多个部分分布于光接收单元120的焦点的附近，如图51所示。在本示例中，显示在显示部400的图像上的测量对象S的与标记M1至M3对应的多个部分用虚线圆圈表示。

因此，根据焦点调节的第二辅助功能的第二示例，可以通过用户在显示在显示部400上的测量对象S的图像上指定多个任意位置，使测量对象S的与多个指定位置对应的多个部分位于光接收单元120的景深范围内。在测量对象S的形状测量处理中，测量对象S的多个任意位置由此可以精确地并且容易地位于光接收单元120的景深范围内。

与焦点调节的第二辅助功能的第一示例类似，可以自动或者通过用户手动地移动Z载物台142。用户由此可以使光接收单元120聚焦于测量对象S的多个期望位置。在执行测量对象S的形状测量处理之前，当通过用户手动移动Z载物台142时，可以再次计算出要测量的部分的高度，并且可以检查测量对象S是否安装在适合于形状测量处理的位置处。

（3）焦点调节的第二辅助功能的第三示例

图52A和图52B、以及图53A和至图53D是描述焦点调节的第二辅助功能的第三示例的视图。在图52A和图52B、以及图53A和至图53D的示例中，具有彼此不同高度的测量对象SA、SB、SC、SD安装在图1的载物台140上。基于图1的光接收到单元120输出的光接收信号，在显示部400上显示测量对象SA至SD的静止图像或者实时图像。

在焦点调节的第二辅助功能的第三示例中，与焦点调节的第二辅助功能的第二示例类似，用户可以操作图1的PC200的操作单元250，以在显示部400的图像上的多个指定位置中的每一个位置处显示标记M。每当标记M显示在指定位置处时，就计算测量对象S的与所述位置对应的部分的高度。

在本示例中，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象SA上的位置处，如图52A所示。当在该状态下选择相关位置时，用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象SA上的位置处显示标记MA，如图52B所示。

在显示了标记MA后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象SA的与显示标记MA的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算测量对象SA的与显示标记MA的位置对应的部分的高度。若测量对象SA的与显示标记MA的位置对应的部分没有在Z方向上的可测量范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

然后，如图52A所示，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象SB上的位置处。当在该状态下选择相关位置时，用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象SB的位置处显示标记MB，如图52B所示。

在显示标记MB后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象SB的与显示标记MB的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算出测量对象SB的与显示标记MB的位置对应的部分的高度。若测量对象SB的与显示标记MB的位置对应的部分没有在Z方向上的可测量的范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

然后，如图52A所示，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象SC上的位置处。当在该状态下选择相关位置时，用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象SC上的位置处显示标记MC，如图52B所示。

在显示标记MC后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象SC的与显示标记MC的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算出测量对象SC的与显示标记MC的位置对应的部分的高度。若测量对象SC的与显示标记MC的位置对应的部分没有在Z方向上的可测量的范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

然后，如图52A所示，用户将光标C置于显示在显示部400上的测量对象SD上的位置处。当在该状态下选择相关位置时，用户可以在显示部400上的用光标C指定的测量对象SD上的位置处显示标记MD，如图52B所示。

在显示标记MD后，利用来自光投射单元110的测量光来照射至少测量对象SD的与显示标记MD的位置对应的部分及其周边的部分。由此可以通过三角测距法计算出测量对象SD的与显示标记MD的位置对应的部分的高度。若测量对象SD的与显示标记MD的位置对应的部分没有在Z方向上的可测量的范围内，则在显示部400上显示表示不能计算高度的错误信息。

当用户将光标C置于显示在显示部400上的多个测量对象SA至SD的各个位置处时，用户优选将光标C放置为使得在多个测量对象SA至SD的多个部分中的从最高位置处的部分至最低位置处的部分的多个部分实质上等间距。可以测量测量对象SA至SD的与多个标记MA至MD对应的多个部分之间在Z方向上的距离。

在执行形状测量处理中，移动载物台140的Z载物台142，使得多个被计算的部分中最高位置处的测量对象SA的部分处于光接收单元120的焦点处，如图53A所示。在本示例中，显示在显示部400的图像上的与标记MA至MD对应的测量对象SA至SD的各部分用虚线圆圈表示。在该状态下执行测量对象SA的形状测量。在执行了测量对象SA的形状测量后，移动载物台140的Z载物台142使得处于多个被计算的部分中第二高位置处的测量对象SD的部分处于光接收单元120的焦点处，如图53B所示。在该状态下执行测量对象SD的形状测量。

在执行测量对象SD的形状测量后，移动载物台140的Z载物台142使得处于多个被计算的部分中的第三高位置处的测量对象SB的部分处于光接收单元120的交点处，如图53C所示。在该状态下执行测量对象SB的形状测量。在执行测量对象SB的形状测量后，移动载物台140的Z载物台142使得处于多个被计算的部分中的最低位置处的测量对象SC的部分处于光接收单元120的交点处，如图53D所示。在该状态下执行测量对象SC的形状测量。

在完成了测量对象SA至SD的形状测量后，合成表示测量对象SA至SD的形状的形状数据。与焦点调节的第二辅助功能的第一示例类似，可以自动或者通过用户手动地移动Z载物台142。由此，即使从所指定的最高位置处的部分至所指定最低位置处的部分的距离超过Z方向上的可测量范围，用户也可以使光接收单元120聚焦于多个测量对象SA至SD的指定部分中的每一个部分。

根据焦点调节的第二辅助功能的第三示例，用户可以在显示在显示部400上的测量对象S的图像上指定多个任意位置，使得测量对象S的与多个指定位置中的每一个位置对应的多个部分中的每一个部分位于光接收单元120的焦点处，并用光照射测量对象S。由此，在测量对象S的形状测量处理中，可以精确地并且容易地使测量对象S的多个任意位置中的每一个位置均位于光接收单元120的焦点处。

在焦点调节的第二辅助功能的第一至第三示例中，当测量对象S的与显示标记M的位置对应的部分不在Z方向的可测量范围内时，图1的CPU210可以改变显示标记M的位置，以将测量对象S的与所述改变后的位置对应的部分位于Z方向上的可测量范围内。由此，光接收单元120可以精确地并且容易地聚焦于测量对象S的与改变后的标记M的位置或者其周边的位置对应的部分。在形状测量处理中，可以基于改变后的标记M的位置来测量测量对象S的形状。

在焦点调节的第二辅助功能的第二和第三示例中，用户在显示部400上指定期望聚焦的位置，并且控制Z载物台142使得光接收单元120聚焦于测量对象S的与指定位置对应的部分。为了使光接收单元120聚焦于测量对象S的与指定位置对应的部分，需要知道相关部分的高度，由此用测量光照射这样的要计算高度的部分。

但是，很难用测量光精确地照射测量对象S的与指定位置对应的部分。这是因为测量光根据测量对象S的高度在X方向上移动。因此，相关位置的高度对于用测量光精确地照射测量对象S的与指定位置对应的部分是必需的。在本示例中，利用在X方向上具有预定宽度的测量光来照射测量对象S，从而至少计算测量对象S的与指定位置对应的部分的高度。要注意，可以用测量光来照射测量对象S在X方向上的整个宽度。

在计算出测量对象S的与指定位置对应的部分的高度后，移动Z载物台142使得光接收单元120的焦点处于所计算出的高度。由于不能针对测量对象S的位于光接收单元120在Z方向上的当前可测量范围之外的部分计算高度，因此不能移动X载物台142使得光接收单元120的焦点处于相关部分处。

由此，用户在根据Z载物台142的当前位置指定与测量对象S的被假定为较靠近光接收单元120的焦点的部分相对应的位置的同时，顺序地指定与期望聚焦的部分对应的位置并且移动Z载物台142。由此可以针对在Z方向上具有大尺寸的测量对象S，计算测量对象S的整体高度。

（4）提高高度计算的速度

优选高速计算测量对象S的与显示标记M1的位置对应的部分的高度。以下将描述提高高度计算速度的方法。

图54是描述提高高度计算速度的第一方法的视图。测量对象S的与显示标记M的位置对应的部分被称为测量部分Ms。如图54所示，光投射单元110可以利用测量光在点A至点A’的范围内从斜上方照射测量对象S。在图54的示例中，计算测量对象S的测量部分Ms的高度。测量对象S的测量部分Ms在Z方向上的可测量的范围是从点P至点P’的范围。点P、P’由测量部分Ms在X方向上的位置限定。

利用从光投射单元110的点B发射的测量光来照射作为Z方向上的可测量范围的上限的点P。另一方面，利用从光投射单元110的点B’发出的测量光来照射作为Z方向上的可测量范围的下限的点P’。也就是说，光投射单元110足以照射从点A至点A’范围内的从点B至点B’范围内的测量光以计算测量对象S的测量部分Ms的高度。

由此，光投射单元110用点B至点B’范围内的测量光来照射测量对象S，而不用从点A至点B的范围以及从点B’至点A’的范围内的测量光来照射测量对象S。在该情况下，在高度的计算中减小了获得图案图像的范围。由此提高了测量对象S的测量部分Ms的高度的计算速度。

图55是描述提高高度计算速度的第二方法的视图。测量对象S的与显示标记M的位置对应的部分被称为测量部分Ms。在图55的示例中，计算出测量对象S的测量部分Ms的高度。图1的光接收单元120可以选择性地仅将与二维排列的像素对应的特定范围的光接收信号输出至图2的控制板150。

在本示例中，如图55所示，当计算高度时，光接收单元120仅将与包括测量部分Ms并且在视野范围的光接收信号的X方向上延伸的一定宽度的线L相对应的光接收信号输出至图1的控制板150。另一方面，光接收单元120不输出与视野范围的光接收信号的其他部分对应的光接收信号。换而言之，在图2和图55的示例中，测量光的照射位置根据测量对象S的高度而在X方向上改变，但是不在Y方向上改变。使用这样的特性，光接收单元120输出的光接收信号在Y方向上的范围被限制于至少可以计算出测量对象S的与指定位置对应的部分的高度的状态。

在该情况下，提高了光接收信号从光接收单元120至控制板150的传送速度。因此，可以提高光接收单元120的帧速率。图1的CPU210由此可以高速地获得图案图像。因此，可以提高测量对象S的测量部分Ms的高度的计算速度。

图56是描述提高高度计算速度的第三方法的视图。测量对象S的与显示多个标记M的位置对应的部分被称为测量部分Ms1、Ms2、Ms3。在图56的示例中，计算测量对象S的多个测量部分Ms1至Ms3的高度。

在该示例中，当计算高度时，用测量光照射多个测量对象Ms1至Ms3的周围，以获得测量对象S的多个测量部分Ms1至Ms3的图案图像。在该情况下，优选将测量光的图案设置为包括测量部分Ms1至Ms3在Y方向上的位置。另一方面，测量对象S的所有部分中的其他部分不被测量光照射。由此减小了获得图案图像的范围。因此，提高了测量对象S的多个测量对象Ms1至Ms3的高度的计算速度。

因此，在提高高度的计算速度的第一至第三方法中，当计算高度时减小了CPU210的处理时间。由此可以高速地计算出测量对象S的与通过操作单元250指定的位置对应的部分的位置。提高高度计算速度的第一至第三方法可以结合执行。由此可以以例如220ms计算测量对象S的测量部分Ms的高度。

（5）高度显示功能

用户可以在显示部400上显示与测量对象S中的指定部分的位置相关的信息（例如，高度）。图57A至图57C是示出了高度显示功能的示例的视图。如图57A所示，用户可以操作图1的PC200的操作单元250以将光标C置于显示在显示部400上的测量对象S的任意位置处。

当在该状态下选择了相关位置时，利用来自图1的光投射单元110的测量光来至少照射测量对象S的与所选位置对应的部分及其周边的部分。由此用三角测距法计算出测量对象S的与所选位置对应的部分的高度。如图57B所示，在显示部400上显示所计算出的高度。用户可以容易地识别所计算出的高度。

用户可以操作PC200的操作单元250以将光标C置于显示在显示部400上的测量对象S中的另一位置处。当在该状态下选择相关位置时，计算测量对象S的与所选位置对应的部分的高度。如图57C所示，在显示部400上显示所计算出的高度。通过PC200的操作单元250选择的测量对象S的多个部分的高度之差可以显示在显示部400上。在此情况下，用户可以识别计算出的该多个部分的高度之差。

（6）轮廓显示功能

用户可以在显示部400上显示测量对象S中指定部分的轮廓。图58A和图58B、以及图59A和图59B是描述测量对象S的轮廓测量的视图。图58A和图58B、以及图59A和图59B的测量对象S具有多个上表面，其中每个上表面的高度彼此不同。图58A和图59A示出了处于被来自光投射单元110的测量光照射的状态的测量对象S的透视图。图58B和图59B示出了用测量光照射的测量对象S的平面图。

在图58A的示例中，从光投射单元110发出与Y方向平行的线形光。在该情况下，如图58B所示，与Y方向平行的线形测量光的多个部分在X方向上相对于彼此偏移与测量对象S的多个上表面的高度对应的距离，并且被施加到测量对象S的多个上表面上。

在图59A的示例中，从光投射单元110发出多束与Y方向平行并且在X方向上偏移与测量对象S的每个上表面的高度对应的距离的线形测量光。在该情况下，如图59B所示，以与Y方向平行的多束线形测量光照射到测量对象S的多个上表面以排列在同一直线上。基于从光投射单元110发射的多束线形测量光之间在X方向上的距离以及每个线形测量光在Y方向上的位置来测量测量对象S的轮廓。

图60A至图60C以及图61A至图61C是示出了测量对象S的轮廓的测量过程的视图。首先，如图60A所示，用户操作图1的PC200的操作单元250以在显示部400上指定测量对象S的测量部分在X方向上的位置。可以在X方向上的指定位置上显示与Y方向平行、在图60中用虚线表示的参考线RL。要注意，当不显示参考线RL时，可以省略图60A的过程。

如图60B所示，用户操作操作单元250以在X方向上移动显示在显示部400上的测量对象S的上表面的一部分处的线形测量光，以与参考线RL重叠。例如，通过用户操作操作单元250来确定线形测量光的要移动的部分并且指定线形测量光在Y方向上的位置的多个地点。图1的CPU210通过控制图2的图案生成部分112使从光投射单元110发射的线形测量光变形，使得用显示在显示部400上的线形测量光来照射测量对象S。

如图60C和图61A所示，用户然后重复操作操作单元250的操作以及在X方向上移动显示在显示部400上的测量对象S的上表面的另一部分处的线形测量光，以与参考线RL重叠。CPU210由此还进一步通过控制图案生成部分112来使从光投射单元110发出的线形测量光变形，使得用显示在显示部400上的线形测量光照射测量对象S。

CPU210在显示在显示部400上的线形测量光变为线形之前，基于在显示部400上移动的线形测量光的每个部分的移动距离来计算测量对象S的轮廓（横截面形状）。如图61B所示，在显示部400上与测量对象S的图像并排显示所计算出的测量对象S的轮廓PR。在该情况下，用户可以通过操作显示在显示部400上的光的图案，容易地识别出测量对象S的横截面的形状。轮廓PR可以在显示部400上显示为与测量对象S的图像重叠，或者可以显示在与显示测量对象S的窗口不同的窗口中。

用户可以通过操作操作单元250来指定轮廓PR的多个部分。如图61C所示，测量对象S的与用户指定的多个部分对应的多个部分之间的尺寸显示在显示部400上。由此可以容易地识别诸如测量对象S的任意部分的宽度、高度等的尺寸。

（7）效果

在根据本实施例的形状测量装置500中，当用户指定显示在显示部400上的测量对象S的图像上的任意位置时，通过三角测距法计算测量对象S的与指定的任意位置对应的部分的位置。所计算出的位置位于光接收单元120的焦点处。由此在测量对象S的形状测量处理中，可以精确地并且容易地使测量对象S的任意部分位于光接收单元120的焦点处。

[8]姿态调节的第一辅助功能

（1）姿态调节的第一辅助功能的第一示例

在形状测量的准备中的第二调节中，调节测量对象S的姿态。图62A至图62D是描述测量对象S的姿态的调节的视图。图62A和图62C示出了载物台140上的测量对象S被来自光投射单元110的测量光照射的状态。图62B和图62D分别示出了当利用图62A和图62C的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。

在图62A至图62D的示例中，测量对象S是具有L形横截面、带有不同高度的两层的上表面的块。在图62A的示例中，来自光投射单元110的测量光被测量对象S的上层的上表面遮蔽。在该情况下，在测量对象S的下层的上表面中的测量位置处形成阴影Ss，如图62B所示。因此，不能测量测量对象S的测量位置的形状。

在图62C的示例中，通过改变测量对象S的方向来调节测量对象S的姿态。在该情况下，在测量对象S的下层的上表面中的测量位置处没有形成阴影Ss，如图62D所示。因此，可以测量测量对象S的测量位置的形状。

但是，即使没有在测量位置处形成阴影，多次被测量对象S的多个部分反射（多重反射）的测量光有时被图1的光接收单元120接收。在该情况下，多重反射的测量光的伪图像以叠加的方式显示在图1的显示部400上的测量对象S的图像上。由此不能精确地测量测量对象S的测量位置的形状。

在测量对象S的一部分处的阴影Ss的形成或者多重反射的出现是自然现象，并且即使在测量位置处形成阴影Ss或者出现多重反射，用户可能也不会注意到。由此根据本实施例的形状测量装置500具有帮助将测量对象S安装为其中在测量位置处不形成阴影Ss并且不出现多重反射的姿态的功能（在下文中其被称为姿态调节的第一辅助功能）。

在姿态调节的第一辅助功能的第一示例中，测量对象S被来自图2的光投射单元11的具有预定的图案、用于姿态调节的测量光照射。在下文中，来自光投射单元110的用于姿态调节、照射测量对象S的测量光被称为调节光。调节光的图案可以与在形状测量处理中照射测量对象S的测量光的图案不同。

作为与形状测量处理中照射测量对象S的测量光的图案不同的调节光的图案的示例，测量对象S可以被具有在形状测量处理中顺序地照射测量对象S的多束测量光中的一束测量光的图案的调节光照射。可替代地，测量对象S可以被具有与在形状测量处理中顺序地照射测量对象S的多束测量光中的任何测量光的图案不同的图案的调节光照射。

调节光优选具有这样的图案：用户可以容易地确定阴影的形成或多重反射的出现。当测量对象S被具有这样图案的调节光照射时，用户可以容易地确定在测量位置处形成的阴影或者出现的多重反射。与图2的Y方向平行的条纹图案被称为竖直图案，与图2的X方向平行的条纹图案被称为水平图案。

图63A和图63B、以及图64A和图64B是描述姿态调节的第一辅助功能的第一示例的视图。图63A示出了被来自一个光投射单元110A的具有竖直图案的调节光照射的测量对象S的图像。如图63A所示，在由虚线圆圈表示的区域R1、R2、R3、R4中形成了阴影。在用虚线矩形表示的区域R5中，由于多重反射而出现了竖直图案的对比度的降低。

图63B示出了被来自另一光投射单元110B的具有竖直图案的调节光照射的测量对象S的图像。如图63B所示，在由虚线圆圈表示的区域R6、R7、R8、R9中形成了阴影。在由虚线矩形表示的区域R10中，由于测量对象S的该部分倾斜，因此竖直图案的间隔近。

图64A示出了被来自一个光投射单元110A的具有水平图案的调节光照射的测量对象S的图像。如图64A所示，在用虚线圆圈表示的区域R1、R2、R3、R4中形成了阴影。在用虚线矩形表示的区域R5中，由于多重反射而出现水平图案的对比度的降低。

图64B示出了被来自另一光投射单元110B的具有水平图案的调节光照射的测量对象S的图像。如图64B所示，在用虚线矩形表示的区域R6、R7、R8、R9中形成了阴影。

如图63A和图63B、以及图64A和图64B所示，在测量对象S中的形成阴影的区域中、由于多重反射出现图案的对比度降低的区域中、以及图案的间隔近的区域中，不能精确地测量形状。在下文中，测量对象S中的形成阴影的区域、由于多重反射出现图案的对比度降低的区域、以及图案的间隔近的区域被称为测量困难区域。

在姿态调节的第一辅助功能中，由于测量对象S被具有与形状测量处理中的测量光的图案不同的图案的调节光照射，因此用户可以容易地识别出测量困难区域。在测量困难区域的识别中，具有与正弦测量光、条纹测量光、或者编码测量光的图案相同的图案的调节光的图案的使用可能不适当。

原因是形成图案、与Y方向平行的多个直线（条纹）的间隔和移动的单位被设置为适于执行形状测量处理。因此，优选利用具有用户可以容易地识别形成阴影等的、成为测量困难区域的部分的图案的调节光来照射测量对象S。用户由此可以容易地识别测量困难区域。

用户可以在用测量光照射测量对象S的情况下调节测量对象S的姿态。可以例如通过旋转载物台140上的测量对象S，或者例如通过移动载物台140的θ载物台143来调节测量对象S的姿态。在该情况下，由于可以在检查测量困难区域的同时调节测量对象S的姿态，因此可以在测量对象S的形状测量之前容易地将测量对象S的姿态调节到适合形状测量的状态。

（2）姿态调节的第一辅助功能的第二示例

在姿态调节的第一辅助功能的第二示例中，同时用来自光投射单元110A和110B的调节光来照射测量对象S。不管是利用来自光投射单元110A或者来自光投射单元110B的调节光中的哪个调节光来照射测量对象S，形成阴影的区域、由于多重反射出现图案的对比度的降低的区域、以及图案的间隔近的区域都成为测量困难区域。

图65是描述姿态调节的第一辅助功能的第二示例的视图。图65示出了被来自一个光投射单元110A的具有水平图案的调节光照射并且被来自另一光投射单元110B的具有竖直图案的调节光照射的测量对象S的图像。

如图65所示，在由虚线矩形表示的区域R5中，由于多重反射而出现水平图案的对比度的降低。在用虚线矩形表示的区域R10中，由于测量对象S的该部分是倾斜的，因此竖直图案的间隔近。

因此，在本示例中，区域R5和R10是测量困难区域。与利用来自光投射单元110A、110B的任何一个的调节光照射测量对象S的情况相比，可以通过利用来自两个光投射单元110A和110B的调节光照射测量对象S，来减小测量困难区域。

在上述示例中，从一个光投射单元110A发出具有水平图案的调节光，并且从另一光投射单元110B发出具有竖直图案的调节光，但是本发明不限制于此。可以从一个光投射单元110A发出具有竖直图案的调节光，并且可以从另一光投射单元110B发出具有水平图案的调节光。若不需要区分来自光投射单元110A的调节光和来自光投射单元110B的调节光，则光投射单元110A和110B均可以发出具有竖直图案的调节光，或者光投射单元110A和110B均可以发出具有水平图案的调节光。

在上述示例中，显示同时被来自光投射单元110A和110B的调节光照射的测量对象S的图像，但是本发明不限制于此。可以分开显示被来自一个光投射单元110A的调节光照射的测量对象S的图像（例如，图64A的图像）和被来自另一光投射单元110B的调节光照射的测量对象S的图像（例如，图63B的图像）。在该情况下，可以通过合成图63B的图像和图64A的图像来显示实质上与图65的图像相同的图像。

可替换地，与图5的示例类似，可以在显示部400上以双屏并排显示被来自一个光投射单元110A的调节光照射的测量对象S的图像和被来自另一光投射单元110B的调节光照射的测量对象S的图像。图66是示出了用于双屏显示图像的GUI的示例的视图。

如图66所示，在显示部400的图像显示区域410中显示被来自一个光投射单元110A的调节光照射的测量对象S的图像。在显示部400的图像显示区域420中显示被来自另一光投射单元110B的调节光照射的测量对象S的图像。若并排显示测量对象S的两个图像，则用户可以容易地区分和识别当测量对象S被来自一个光投射单元110A的调节光照射时的测量困难区域以及当测量对象S被来自另一光投射单元110B的调节光照射时的测量困难区域。

由此，用户通过在显示部400上分开地显示被来自各个光投射单元110A、110B的调节光照射的测量对象S的图像，可以容易地区分和识别与光投射单元110A对应的测量困难区域和与光投射单元110B对应的测量困难区域。用户由此可以从光投射单元110A、110B中选择测量位置没有包括在测量困难区域中的光投射单元110，并且进行形状测量处理。

若用来自光投射单元110A、110B二者的测量光照射测量对象，则与测量对象被来自光投射单元110A、110B中的一个的测量光照射的情况相比，测量困难区域减少。用户由此可以通过合成被来自各个光投射单元110A、110B的调节光照射的测量对象S的图像并且将其显示在显示部400上，来识别当测量对象S被来自各光投射单元110A、110B的测量光照射时的测量困难区域。

可以针对测量对象S的被来自光投射单元110A、110B的测量光中至少一个照射的部分进行形状测量。换而言之，不能针对测量对象S的没有被来自光投射单元110A、110B中的任何一个的测量光照射的部分进行形状测量。因此，用户仅仅需要识别测量对象S的没有被来自光投射单元110A、110B中的任何一个的测量光照射的部分。

在图65的示例中，在显示部400上显示处于被来自两个光投射单元110A、110B的调节光照射状态的测量对象S的图像。在图66的示例中，在显示部400上并排显示处于被来自一个光投射单元110A的调节光照射状态的测量对象S的图像和处于被来自另一光投射单元110B的调节光照射状态的测量对象S的图像。用户由此可以容易地识别测量对象S的由于未被来自光投射单元110A、110B中的任何一个的测量光照射而成为测量困难区域的部分。

在姿态调节的第一辅助功能的第一和第二示例中，调节光具有竖直图案或水平图案，但是本发明不限制于此。例如，调节光可以具有点图案或者格子图案（棋盘设计）。可替代地，调节光可以具有均匀的光量分布（均匀图案）。用户然后可以更加容易地识别测量困难区域。图67是示出了被用于调节光具有均匀图案的的光照射的测量对象S的视图。如图67所示，在测量对象S的一部分处形成阴影Ss。用户可以基于在测量对象S上形成的阴影Ss来识别测量困难区域。

当使用具有均匀图案的光以用于调节光时，测量对象S优选被这样的调节光照射：强度、频率等被适当地设置为使得用户可以容易地识别形成阴影等而成为测量困难区域的部分。根据这样的构造，与测量对象S被作为自然现象的自然光照射的情况相比，用户可以容易地识别测量困难区域。

（3）测量困难区域的估计

在姿态调节的第一辅助功能的第一和第二示例中，用户通过查看施加在测量对象S上的测量光的图像来识别测量困难区域，但是本发明不限制于此。若用户很难识别测量困难区域，图1的CPU210可以基于照射到测量对象S上的调节光来估计测量困难区域。

主立体形状数据的与测量困难区域对应的部分是诸如数据丢失部分、数据不精确部分等的缺陷部分。估计主立体形状数据的缺陷部分，并且测量对象S的图像显示为使得可以识别所估计的缺陷部分，从而使得用户可以精确地识别测量困难区域。由此，在测量对象S的形状测量处理之前，可以容易并且精确地将测量对象S的姿态调节为适合形状测量的状态。

图68是示出了测量对象S的包括测量困难区域的估计结果的图像的视图。在图68的示例中，CPU210基于测量对象S未被调节光照射从而较暗的部分（即，阴影部分），来将在显示部400上形成阴影的部分估计为测量困难区域。CPU210还可以基于调节光的图案的对比度，来在显示部400上估计出现多重反射的部分作为测量困难区域。此外，CPU210可以将调节光的图案近的部分估计为测量困难区域。

如图68所示，CPU210在测量对象S的图像上叠加显示所估计出的测量困难区域。在图68的示例中，测量困难区域用阴影图案突出显示。用户由此可以容易地识别测量困难区域。

在测量困难区域的估计中，测量对象S可以顺序地被来自光投射单元110的具有彼此不同图案的多束测量光照射。例如，测量对象S可以被来自光投射单元110的具有任意图案的第一调节光照射，然后测量对象S可以被具有这样图案的第二调节光照射：在所述图案中，反转了第一调节光的亮部分和暗部分。

在该情况下，由于在当测量对象S被第一调节光或第二调节光照射时没有检测到反射光的区域中形成了阴影，因此所述区域被估计为测量困难区域。根据这样的过程，可以识别出由于与调节光的暗部分对应而没有检测到反射光的区域以及由于阴影的形成而没有检测到反射光的区域。

显示在显示部400上的测量对象S的图像可以是使用一个测量光捕获的测量对象S的图像，或者可以是使用一个测量光和另一测量光捕获的测量对象S的图像。可替换地，显示在显示部400上的测量对象S的图像可以是使用照明光捕获的测量对象S的图像，或者可以是测量对象S的立体形状的图像。

可以每隔预定的时间利用调节光照射测量对象S。在该情况下，CPU210基于照射测量对象S的调节光，每隔预定的时间顺序地估计测量困难区域。根据这样的构造，当测量对象的姿态改变时，随着测量对象S的姿态的改变顺序地更新显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域。

图69A和图69B、图70A和图70B、以及图71A和图71B是示出了当测量对象S被来自一个光投射单元110A的调节光照射时测量困难区域的改变的视图。图69A、图70A、和图71A示出了载物台140上的测量对象S被来自一个光投射单元110A照射的状态。图69B、图70B、和图71B分别示出了利用图69A、图70A、和图71A的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。

在图69A和图69B至图71A和图71B的测量对象S中，在板状构件Su上并排地形成有两个矩形柱状构件Sv。在本示例中，一个矩形柱状构件Sv的周边处的三个点P1、P2、P3是测量位置。

在图69A的测量对象S的姿态中，在载物台140上将测量对象S布置为使得两个矩形柱状构件Sv在X方向上并排。在该情况下，两个矩形柱状构件Sv之间的部分和一个矩形柱状构件Sv的一侧（左侧）的部分被估计为测量困难区域。

如图69B所示，估计出的测量困难区域被叠加显示在测量对象S的图像上。在图69B的测量对象S的姿态中，点P2、P3没有包括在测量困难区域中。但是，点P1包括在测量困难区域中。

用户可以通过操作载物台操作单元145来调节测量对象S的姿态。图70A是示出了在θ方向上将图69A的载物台140旋转45度的状态的视图。如图70A所示，当载物台140旋转时，载物台140上的测量对象S的姿态改变。

如图70B所示，跟随测量对象S的姿态的改变，显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域被更新。在图70B的测量对象S的姿态中，点P3没有包括在测量困难区域中。但是点P1、点P2包括在测量困难区域中。

用户可以通过进一步地操作载物台操作单元145来进一步调节测量对象S的姿态。图71A是示出了在θ方向上将图70A的载物台140进一步旋转45度的状态的视图。如图71A所示，当载物台140旋转时，载物台140上的测量对象S的姿态改变。

如图71B所示，跟随测量对象S的姿态的改变，显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域被更新。在图71B的测量对象S的姿态中，点P1、P3没有包括在测量困难区域中。但是点P2包括在测量困难区域中。

用户可以在检查显示在显示部400上的测量困难区域的同时通过操作载物台操作单元145来调节测量对象S的姿态。另一方面，如图69A和图69B至图71A和图71B的示例，取决于测量对象S的形状有时很难将测量对象S的姿态调节到使得点P1至点P3均不包括在测量困难区域中。同在该情况下，可以通过利用来自两个光投射单元110A、110B的调节光照射测量对象S来减少测量困难区域。

图72A和图72B、图73A和图73B、以及图74A和图74B是示出了当图69A和图69B至图71A和图71B的测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的调节光照射时测量困难区域的改变的视图。图72A、图73A、和图74A示出了载物台140上的测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的调节光照射的状态。图72B、图73B、和图74B分别示出了利用图72A、图73A、和图74A的光接收单元120对测量对象S成像时显示在显示部400上的图像。

在图72A的测量对象S的姿态中，在载物台140上将测量对象S布置为使得两个矩形柱状构件Sv在X方向上并排。在该情况下，两个矩形柱状构件Sv之间的部分被估计为测量困难区域。

如图72B所示，在测量对象S的图像上叠加显示所估计出的测量困难区域。在图72B的测量对象S的姿态中，点P2、P3没有包括在测量困难区域中。但是，点P1包括在测量困难区域中。

用户可以通过操作载物台操作单元145来调节测量对象S的姿态。图73A是示出了在θ方向上将图72A的载物台140旋转45度的状态的视图。如图73A所示，当载物台140旋转时，载物台140上的测量对象S的姿态改变。

如图73B所示，跟随测量对象S的姿态的改变，显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域被更新。在图73B的测量对象S的姿态中，点P2、P3没有包括在测量困难区域中。但是点P1包括在测量困难区域中。

用户可以通过进一步地操作载物台操作单元145来进一步调节测量对象S的姿态。图74A是示出了在θ方向上将图73A的载物台140进一步旋转45度的状态的视图。如图74A所示，当旋转载物台140时，载物台140上的测量对象S的姿态改变。

如图74B所示，跟随测量对象S的姿态的改变，显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域被更新。在图74B的测量对象S的姿态中，点P1至P3均没有包括在测量困难区域中。用户由此可以通过利用来自两个光投射单元110A、110B的调节光照射测量对象S，来调节测量对象S的姿态使得点P1至P3不包括在测量困难区域中。

（4）基于姿态调节的第一辅助功能的姿态调节过程

图75和图76是示出了基于姿态调节的第一辅助功能的姿态调节过程的流程图。将参照图1、图2、图75、和图76来描述基于姿态调节的第一辅助功能的姿态调节过程。CPU210判定用户是否指示照射调节光（步骤S61）。例如，用户可以在第二调节的图27的步骤S22中向CPU210指示照射调节光。

若在步骤S61中没有指示照射调节光，CPU210则等待直至指示了照射调节光。若在步骤S61中指示了照射调节光，CPU210则利用来自光投射单元110的调节光来照射测量对象S（步骤S62）。CPU210可以基于用户的指令利用来自光投射单元110A、110B中的一个或两个的调节光来照射测量对象S。

CPU210然后在显示部400上显示被调节光照射的测量对象S的图像（步骤S63）。在该状态下CPU210判定用户是否指示估计测量困难区域（步骤S64）。若在步骤S64中没有指示估计测量困难区域，CPU210则进行至步骤S67的处理。

若在步骤S64中指示了估计测量困难区域，CPU210则估计测量困难区域（步骤S65）。CPU210还在测量对象S的图像上叠加所估计出的测量困难区域并且将其显示在显示部400上（步骤S66）。

其后，CPU210基于用户的指令来判定测量对象S的姿态是否适当（步骤S67）。用户可以指示CPU210测量对象S的姿态是否适当。

若在步骤S67中测量对象S的姿态不适当，CPU210则接受用户对测量对象S的姿态的调节（步骤S68）。同时，用户可以调节测量对象S的姿态。CPU210然后返回至步骤S67。若在步骤S67中测量对象S的姿态适当，用户则指示CPU210测量对象S的姿态适当。由此终止基于姿态调节的第一辅助功能的姿态调节过程。

若在步骤S64中没有指示估计测量困难区域，用户则基于测量对象S的形成阴影的区域、由于多重反射而出现图案的对比度降低的区域、以及图案的间隔近的区域来确定测量困难区域。若测量对象S的测量位置在所确定的测量困难区域中，则测量对象S的姿态不适当，若测量对象S的测量位置不在所确定的测量困难区域中，则测量对象S的姿态适当。用户其后在步骤S67中指示CPU210测量S的姿态是否适当。

若用户在步骤S64中指示估计测量困难区域，则在步骤S66中在显示部400上显示测量困难区域。若测量对象S的测量位置在所显示的测量困难区域中，则测量对象S的姿态不适当，若测量对象S的测量位置不在所估计的测量困难区域中，则测量对象S的姿态适当。用户其后在步骤S67中指示CPU210测量对象S的姿态是否适当。

在步骤S67中，CPU210基于用户的指令来判定测量对象S的姿态是否适当，但是本发明不限制于此。若用户提前设置了ROI（有关区域），CPU210则可以基于ROI来判定测量对象S的姿态是否适当。

图77A和图77B是示出了设置ROI的显示部400的显示示例的视图。用户可以操作图1的PC200的操作单元250，以在显示部400的屏幕上将表示测量位置的测量位置指定框MF设置为ROI，如图77A和77B所示。若在步骤S64中指示了估计测量困难区域，则在步骤S66中在显示部400上显示测量困难区域UR。

在图77A的示例中，测量位置指定框MF没有与测量困难区域UR重叠。在该情况下，CPU210在步骤S67中判定测量对象S的姿态适当。在图77B的示例中，测量位置指定框MF与测量困难区域UR重叠。在该情况下，CPU210在步骤S67中判定测量对象S的姿态不适当。若判定测量对象S的姿态不适当，则在步骤S68中，CPU210可以驱动图1的载物台驱动单元146以调节测量对象S的姿态，使得测量对象S的姿态自动地而不需依靠用户地变为适当。

（5）效果

在根据本实施例的形状测量装置500中，在形状测量之前测量对象S被来自光投射单元110的调节光照射。调节光的图案与在形状测量处理中照射测量对象S的测量光的图案不同。显示在显示部400上的测量对象S的图像与调节光的图案一起显示。用户由此可以容易地识别测量困难区域，例如，形成阴影的部分、出现光的多重反射的部分等。若测量对象S的要测量的位置包括在测量困难区域中，用户则可以在测量对象S的形状测量处理之前，容易地将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。

在根据本实施例的形状测量装置500中，测量对象S每隔预定时间被调节光照射，并且基于照射测量对象S的调节光每隔预定时间顺序地估计测量困难区域。顺序地更新显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域。

由此，当用户操作载物台操作单元145以调节测量对象S的姿态时，随着测量对象S的姿态的改变，更新显示在显示部400上的测量困难区域。用户由此可以在检查显示在显示部400上的测量困难区域的同时调节测量对象S的姿态。因此，在测量对象S的形状测量处理之前，可以容易地将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。

[9]姿态调节的第二辅助功能

（1）姿态调节的第二辅助功能的示例

以下将描述与姿态调节的第一辅助功能不同的姿态调节的第二辅助功能。当在执行姿态调节的第二辅助功能的状态下执行图30至图32的形状测量处理时，图1的CPU210生成主立体形状数据，并且基于主立体形状数据确定测量困难区域。在此情况下，在形状测量处理中，没有生成表示测量对象S的高度的主立体形状数据的区域被确定为测量困难区域。所产生的主立体形状数据的改变被假设为通过多重反射得到的主立体形状数据的改变的区域被确定为测量困难区域。在测量对象S的图像上叠加显示所确定的测量困难区域。

图78A和图78B是示出了包括测量困难区域的测量对象S的图像的示例的视图。图78A示出了在被来自图2的一个光投射单元110A的测量光照射状态下的图1的光接收单元120所捕获的测量对象S的图像。如图78A所示，在测量对象S的部分处形成阴影。但是，在测量对象S的部分处形成阴影是自然现象，并且即使形成阴影，用户也可能不会注意到。

图78B示出了针对图78A的测量对象S在姿态调节的第二辅助功能中确定的测量对象S的测量困难区域。如图78B所示，在测量对象S的图像上叠加显示所估计出的测量困难区域。在图78B的示例中，用阴影图案突出显示测量困难区域。用户由此可以可靠地识别测量困难区域。

图79A和图79B是示出了包括测量困难区域的测量对象S的图像的另一示例的视图。图79A示出了在被来自图1的照明光输出单元130的照明光照射状态下由图1的光接收单元120捕获的测量对象S的图像。如图79A所示，取决于来自照明光输出单元130的照明光，在测量对象S上几乎没有形成阴影。因此，用户不能识别测量困难区域。

图79B示出了针对图79A的测量对象S在姿态调节的第二辅助功能中确定的测量对象S的测量困难区域。如图79B所示，可以在使用照明光捕获的测量对象S的图像上叠加显示所估计出的测量困难区域。在图79B的示例中，用阴影图案突出显示测量困难区域。

图80A和图80B是示出了包括测量困难区域的测量对象S的图像的又一示例的视图。图80A示出了在被来自图2的两个光投射单元110A、110B的测量光照射状态下由图1的光接收单元120捕获的测量对象S的图像。如图80A所示，当测量对象S被来自两个光投射单元110A和110B的测量光照射时，与测量对象S被来自一个光投射单元110A的测量光照射的情况相比，减少了形成的阴影Ss。

图80B示出了针对图80A的测量对象S在姿态调节的第二辅助功能中确定的测量对象S的测量困难区域。如图80B所示，可以在使用一个测量光和另一测量光捕获的测量对象S的图像上叠加显示所估计出的测量困难区域。在图80B的示例中，用阴影图案突出显示测量困难区域。

图81A和图81B是示出了包括测量困难区域的测量对象S的图像的再一示例的视图。图81A示出了基于主立体形状数据的测量对象S的立体形状的图像。图81B示出了针对图81A的测量对象S在姿态调节的第二辅助功能中确定的测量对象S的测量困难区域。如图81B所示，可以在测量对象S的立体形状的图像上叠加显示所估计出的测量困难区域。在图81B的示例中，用阴影图案突出显示测量困难区域。

与当测量对象S被来自光投射单元110A、110B中的一个的测量光照射时生成的主立体形状数据的缺陷部分相比，当测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的测量光照射时生成的主立体形状数据的缺陷部分小。换而言之，与测量对象S被来自光投射单元110A、110B中的一个的测量光照射的情况相比，通过利用来自两个光投射单元110A、110B的测量光来照射测量对象S可以减小测量困难区域。

确定当测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的测量光照射时生成的合成立体形状数据的缺陷部分，并且在显示部400上将测量对象S的图像显示使得可以识别所确定的缺陷部分。由此，当测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的测量光照射时，用户可以识别测量困难区域。因此，在进行接下来的形状测量处理之前，可以容易并且精确地将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。

可以每隔预定的时间生成主立体形状数据。在该情况下，CPU210基于生成的主立体形状数据每隔预定的时间顺序地确定测量困难区域。根据这样的构造，当测量对象的姿态改变时，跟随测量对象S的姿态的改变，顺序地更新显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域。

（2）基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节过程

图82和图83是示出了基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节过程的流程图。将参照图1、图2、图82和图83来描述基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节的过程。基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节过程包括在图30至图32的形状测量处理中。步骤S41至步骤S45的处理与图30至图32的步骤S41至S45的形状测量处理类似。

若在步骤S45中确定显示了测量位置的立体形状，CPU210则确定测量困难区域（步骤S71）。CPU210然后在测量对象S的图像上叠加所确定的测量困难区域，并且将其显示在测量部400上（步骤S72）。

显示在显示部400上的测量对象S的图像可以是使用一个测量光捕获的测量对象S的图像，或者可以是使用一个测量光和另一测量光捕获的测量对象S的图像。可替换的，显示在显示部400上的测量对象S的图像可以是使用照明光捕获的测量对象S的图像或者可以是测量对象S的立体形状的图像。

CPU210然后基于用户的指令判定测量对象S的姿态是否适当（步骤S73）。用户可以指示CPU210测量对象S的姿态是否适当。

若在步骤S73中测量对象S的姿态不适当，CPU210则返回至步骤S41的处理。CPU210由此等待直至指示开始形状测量处理，并且用户可以在指示开始形状测量处理之前调节测量对象S的姿态使得测量对象S的姿态变得适当。

若在步骤S73中测量对象S的姿态适当，用户则指示CPU210测量对象S的姿态适当。CPU210然后进行至步骤S46的处理。步骤S46至S57的处理与图30至图32的步骤S46至S57的形状测量处理类似。

CPU210然后基于用户的指令执行测量位置的测量或分析（步骤S57）。然后终止形状测量处理。基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节过程由此包括在图30至图32的形状测量处理中。基于姿态调节的第二辅助功能的姿态调节过程由步骤S71至S73的处理构成。

（3）效果

在根据本实施例的形状测量装置500中，主立体形状数据的与测量困难区域对应的部分被确定为诸如数据丢失部分、数据不准确部分等的缺陷部分。测量对象S被光接收单元120成像，并且在显示部400上显示测量对象S的图像使得可以识别所确定的缺陷部分。

用户由此可以精确地识别测量困难区域。因此，在进行接下来的形状测量处理之前可以容易地并且精确地将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。若测量对象S的测量位置没有包括在测量困难区域中，用户则可以确认不需要再次执行形状测量处理。由此，若测量对象S的形状简单，则可以有效并且在短时间内测量测量对象S的形状。

在根据本实施例的形状测量装置500中，每隔预定的时间进行主立体形状数据的生成，并且基于生成的主立体形状数据每隔预定的时间顺序地确定测量困难区域。顺序地更新显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域。

由此，当用户操作载物台操作单元145以调节测量对象S的姿态时，跟随测量对象S的姿态的改变，更新显示在显示部400上的测量困难区域。用户由此可以在检查显示在显示部400上的测量困难区域的同时调节测量对象S的姿态。因此，在测量对象S的形状测量处理之前可以容易地将测量对象S的姿态调节为适合形状测量的状态。

[10]姿态调节的第三辅助功能

（1）姿态调节的第三辅助功能的第一示例

以下将描述与姿态调节的第一或第二辅助功能不同的姿态调节的第三辅助功能。在图23的形状测量的准备和图30至图32的形状测量处理之间进行基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节。

当在图23为形状测量做好准备之后执行姿态调节的第三辅助功能的第一示例时，图1的CPU210多次利用来自光投射单元110的编码测量光（见图11A至图11D）来照射测量对象S，以生成主立体形状数据。与姿态调节的第二辅助功能类似，CPU210也生成测量对象S的主立体形状数据，并且基于主立体形状数据确定测量困难区域。与姿态调节的第二辅助功能的情况类似，在测量对象S的图像上叠加显示所确定的测量困难区域。

若测量对象S的姿态不适当，则在进行测量对象S的姿态调节之后，再次执行姿态调节的第三辅助功能的第一示例。若测量对象S的姿态适当，则执行图30至图32的形状测量处理。在形状测量处理中，CPU210多次利用来自光投射单元110的条纹测量光来照射测量对象S，然后多次利用来自光投射单元110的编码测量光来照射测量对象S，以生成测量对象S的主立体形状数据。

由此，生成姿态调节的第三辅助功能中的主立体形状数据以确定测量困难区域。在下文中，姿态调节的第三辅助功能中的测量对象S的形状测量被称为简单测量。简单测量中的主立体形状数据的分辨率可能低于形状测量处理中的主立体形状数据的分辨率。

根据上述姿态调节的第三辅助功能的第一示例中的简单测量，简单测量中的主立体形状数据的精度可能低于形状测量处理中的主立体形状数据的精度。由此，减少了主立体形状数据的生成所必需的图案图像的获取次数从而减少了CPU210的处理时间，由此可以在短时间内确定简单测量中主立体形状数据的缺陷部分。换而言之，可以高速地确定测量困难区域。因此，当测量对象S的形状复杂，并且需要重复测量对象S的姿态调节时可以在短时间内适当地调节测量对象S的姿态。

如上所述，在简单测量中，仅用编码测量光照射测量对象S，并且在不用条纹测量光照射测量对象S的情况下测量测量对象S的粗略形状，然而在形状测量处理中，顺序地用编码测量光和条纹测量光照射测量对象S，并且精确地测量测量对象S的形状。

简单测量中的编码测量光的发射次数N可以被设置为小于形状测量处理中的编码测量光的发射次数N。例如，在简单测量中N可以被设置为5，在形状测量处理中N可以被设置为8。在该情况下，进一步地减少了图案图像的获取的次数，从而进一步减少了CPU210的处理时间，由此可以在短时间内确定简单测量中的主立体形状数据的缺陷部分。

（2）姿态调节的第三辅助功能的第二示例

当在图23的为形状测量做好准备之后执行姿态调节的第三辅助功能的第二示例时，图1的CPU210利用来自光投射单元110的组合了多种类型的测量光的测量光来照射测量对象S，以生成测量对象S的主立体形状数据。当生成测量对象S的主立体形状数据时，CPU210基于主立体形状数据确定测量困难区域。与姿态调节的第二辅助功能的情况类似，在测量对象S的图像上叠加显示所确定的测量困难区域。

若测量对象S的姿态不适当，则在进行测量对象S的姿态调节之后，再次执行姿态调节的第三辅助功能的第二示例。若测量对象S的姿态适当，则执行图30至图32的形状测量处理。在形状测量处理中，CPU210利用来自光投射单元110的组合了多种类型的测量光的测量光来照射测量对象S，以生成测量对象S的主立体形状数据。

简单测量中的测量光被设置为使得可以以比形状测量处理中的测量光更高的速度生成主立体形状数据。根据一个设置示例，例如，在简单测量中，测量对象S被来自光投射单元110的编码测量光（见图11A至图11D）照射，也被来自光投射单元110的正弦测量光（见图8A至图8D）照射。另一方面，在形状测量处理中，测量对象S被来自光投射单元110的编码测量光和条纹测量光（图9A至图9C）照射。

根据另一设置示例，例如，在简单测量和形状测量处理中，测量对象S被来自光投射单元110的编码测量光照射，也被来自光投射单元110的条纹测量光照射。简单测量中的条纹测量光的每个亮部分在Ｘ方向上的宽度被设置为大于形状测量处理中条纹测量光的每个亮部分在Ｘ方向上的宽度。例如，简单测量中的条纹测量光的每个亮部分在Ｘ方向上的宽度为6个单位，条纹测量光的每个暗部分在Ｘ方向上的宽度为10个单位。另一方面，形状测量处理中条纹测量光的每个亮部分在X方向上的宽度为3个单位，条纹测量光的每个暗部分的X方向上的宽度为13个单位。

根据又一设置示例，例如，在简单测量和形状测量处理中，测量对象S被来自光投射单元110的编码测量光照射，也被来自光投射单元110的条纹测量光照射。简单测量中条纹测量光在X方向上的移动距离可以被设置为大于形状测量处理中条纹测量光在X方向上的移动距离。例如，简单测量中条纹测量光在X方向上的移动距离为2个单位。另一方面，形状测量处理中条纹测量光在X方向上的移动距离为1个单位。

根据上述姿态调节的第三辅助功能的第二示例中的简单测量，减少了主立体形状数据的生成所需的图案图像的获取次数从而减少了CPU210的处理时间，从而高速地生成主立体形状数据。由此可以在短时间内确定简单测量中的主立体形状数据的缺陷部分。换而言之，可以高速地确定测量困难区域。因此，当测量对象S的形状复杂，并且需要重复测量对象S的姿态调节时，可以在短时间内适当地调节测量对象S的姿态。

（3）姿态调节的第三辅助功能的第三示例

当在图23的为形状测量做好准备之后执行姿态调节的第三辅助功能的第三示例时，图1的CPU210利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S。图1的控制板150执行与来自光接收单元120的光接收信号对应的像素数据的抽取。

在该情况下，可以抽取X方向上的像素数据，可以抽取Ｙ方向上的像素数据，或者可以抽取Ｘ方向上和Ｙ方向上的像素数据。可替代地，可以通过像素合并处理（binning processing）来抽取像素数据。光接收单元120的曝光时间可以缩短。由此可以提高光接收单元120的帧速率，并且可以提高像素数据从控制板150到CPU210的传送速度。

CPU210基于抽取后的像素数据生成测量对象S的立体形状数据。CPU210也生成主立体形状数据并且基于立体形状数据确定测量困难区域。与姿态调节的第二辅助功能的情况类似，在测量对象S的图像上叠加显示所确定的测量困难区域。

若测量对象S的姿态不适当，则在进行测量对象S的姿态调节之后再次执行姿态调节的第三辅助功能的第三示例。若测量对象S的姿态适当，则执行图30至图32的形状测量处理。在形状测量处理中，CPU210利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S以生成测量对象S的主立体形状数据。

根据上述姿态调节的第三辅助功能的第三示例中的简单测量，简单测量中主立体形状数据的精度可以低于形状测量处理中主立体形状数据的精度。由此可以高速地传送像素数据，从而CPU210可以高速地生成主立体形状数据。CPU210的处理时间也减少。可以在短时间内确定简单测量中的主立体形状数据的缺陷部分。换而言之，可以高速地确定测量困难区域。因此，当测量对象S的形状复杂并且需要重复测量对象S的姿态调节时，可以在短时间内适当地调节测量对象S的姿态。

（4）姿态调节的第三辅助功能的第四示例

在姿态调节的第三辅助功能的第四示例中，用户提前设置ROI，如图77A和图77B的示例所示。当在图23为形状测量做好准备之后执行姿态调节的第三辅助功能的第四示例时，图1的CPU210利用来自光投射单元110的测量光来照射至少与设置了ROI的区域对应的测量对象S。图1的控制板150将与来自光接收单元120的光接收信号对应的像素数据传送到CPU210。

在该情况下，与用测量光照射测量对象S的所有部分并且获得所有部分的图像的情况相比，减少了要传送的像素数据。由此可以提高光接收单元120的帧速率，并且可以提高像素数据从控制板150至CPU210的传送速度。因此，可以高速地生成主立体形状数据。

CPU210基于像素数据生成测量对象S的主立体形状数据，并且基于主立体形状数据来确定测量困难区域。与姿态调节的第二辅助功能的情况类似，在测量对象S的图像上叠加显示所确定的测量困难区域。

若测量对象S的姿态不适当，则在进行测量对象S的姿态调节之后，再次执行姿态调节的第三辅助功能的第四示例。若测量对象S的姿态适当，则执行图30至图32的形状测量处理。在形状测量处理中，CPU210利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S，以生成测量对象S的主立体形状数据。

根据上述姿态调节的第三辅助功能的第四示例中的简单测量，简单测量中主立体形状数据的数据量可以小于形状测量处理中主立体形状数据的数据量。由此提高了光接收单元120的帧速率，从而减少了CPU210的处理时间。由于高速地生成主立体形状数据，因此可以在短时间内确定简单测量中测量对象S的与主立体形状数据的指定部分对应的部分是否包括缺陷部分。换而言之，可以高速地确定测量困难区域。因此，当测量对象S的形状复杂并且需要重复测量对象S的姿态调节时，可以在短时间内适当地调节测量对象S的姿态。

可以组合地执行姿态调节的第三辅助功能的第一至第四示例。在该情况下，以更高的速度生成主立体形状数据，并且由此以更高的速度确定测量困难区域。因此，可以在更短的时间内适当地调节测量对象S的姿态。

可以每隔预定的时间进行简单测量中的主立体形状数据的生成。在该情况下，CPU210基于生成的主立体形状数据每隔预定的时间确定测量困难区域。根据这样的构造，当测量对象的姿态改变时，跟随测量对象S的姿态的改变，顺序地更新显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域。

（5）基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节过程

在图23的为形状测量做好准备之后执行基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节。图84是示出了基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节过程的流程图。将参照图1、图2、和图84来描述基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节过程。用户在完成了形状测量的准备之后向CPU210指示开始简单测量。CPU210确定用户是否指示开始简单测量（步骤S81）。

若在步骤S81中没有指示开始简单测量，CPU210则等待直至指示开始简单测量。用户可以在指示开始简单测量之前为形状测量做准备。若在步骤S81中指示开始简单测量，CPU210则利用来自光投射单元110的测量光来照射测量对象S并且获得测量对象S的图案图像（步骤S82）。如上所述，以比之后执行的形状测量处理中的图案图像的获取速度更高的速度进行简单测量中的图案图像的获取。所获取的图案图像存储在工作存储器230中。

CPU210用预定的测量算法来处理所获取的图案图像，以生成表示测量对象S的主立体形状的主立体形状数据（步骤S83）。所生成的主立体形状数据存储在工作存储器230中。CPU210确定测量困难区域（步骤S84），并且在显示部400上通过叠加在测量对象S的图像上来显示所确定的测量困难区域（步骤S85）。

CPU210然后基于用户的指令来判定测量对象S的姿态是否适当（步骤S86）。用户可以指示CPU210测量对象S的姿态是否适当。

若在步骤S86中测量对象S的姿态不适当，CPU210则返回至步骤S81的处理。CPU210然后等待直至指示开始简单测量，用户可以在在此指示开始简单测量之前调节测量对象S的姿态使得测量对象S的姿态变得适当。

若在步骤S86中测量对象S的姿态适当，用户则指示CPU210测量对象S的姿态适当。CPU210然后终止基于姿态调节的第三辅助功能的姿态调节过程。CPU210然后执行图30至图32的形状测量处理。

因此，在CPU210确定了简单测量中主立体形状数据的缺陷部分之后并且在测量对象S被光投射单元110的测量光照射之前，可以可靠地调节测量对象S的姿态。由此在进行测量对象S的形状测量处理之前容易地将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。

在简单测量中，测量对象S可以被来自两个光投射单元110A、110B的测量光照射。在该情况下，与测量对象被来自光投射单元110A、110B中的一个的测量光照射的情况相比，可以减少测量困难区域。

确定当测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的测量光照射时生成的合成立体形状数据的缺陷部分，并且在显示部400上显示测量对象S的图像使得可以识别所确定的缺陷部分。由此当测量对象S被来自两个光投射单元110A、110B的测量光照射时，用户可以识别测量困难区域。因此，在进行形状测量处理之前，可以容易地并且精确地将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。

（6）效果

在根据本实施例的形状测量装置500中，在进行形状测量处理之前通过简单测量来确定主立体形状数据的缺陷部分。相比于形状测量处理中的主立体形状数据，简单测量中的主立体形状数据具有更低的精度或者更小的数据量。因此，可以在短时间内进行缺陷部分的确定。在显示部400上显示测量对象S的图像使得可以识别缺陷部分。用户由此可以容易地识别测量困难部分。

若测量对象S的测量位置包括在测量困难部分中，用户则可以在进行测量对象S的形状测量处理之前，容易地将测量对象S的姿态调节为适合形状测量的状态。在形状测量处理中，生成比简单测量中的主立体形状数据具有更高精度或者和更大数据量的主立体形状数据。由此可以以高的精度来测量测量对象S的形状。

在根据本实施例的形状测量装置500中，每隔预定的时间进行简单测量中主立体形状数据的生成，并且基于所生成的主立体形状数据每隔预定的时间顺序地确定测量困难区域。顺序地更新显示在显示部400上的测量对象S的图像上的测量困难区域。由于以比形状测量处理中主立体形状数据的生成更高的速度来进行简单测量中主立体形状数据的生成，因此可以以更短的间隔来更新测量困难区域。

由此，当用户操作载物台操作单元145以调节测量对象S的姿态时，跟随测量对象S的姿态的改变，以更短的间隔更新显示在显示部400上的测量困难区域。用户由此可以在检查显示在显示部400上的测量困难区域的同时在短时间内调节测量对象S的姿态。因此，在测量对象S的形状测量处理之前可以容易地在短时间内将测量对象S的姿态调节至适合形状测量的状态。

[11]权利要求的每个组成要素与实施例的每个部分的对应关系

在下文中将描述权利要求的每个组成要素与实施例的每个部分的对应的示例，但本发明不限制于以下示例。

测量对象S用作测量对象，载物台140用作载物台，光投射单元110用作光投射单元或者第一光投射单元，以及光投射单元110或照明光源320（照明光输出单元130）用作第二光投射单元。测量光源111用作测量光源，图案生成部分112用作图案生成部分，光接收单元120用作光接收单元，以及CPU210用作第一数据生成单元和第二数据生成单元、合成单元、确定单元、以及处理装置。载物台驱动单元146用作相对距离改变单元，显示部400用作显示部，操作单元250用作操作单元，以及形状测量装置500用作形状测量装置。测量光用作第一光，照明光用作第二光，主立体形状数据用作第一立体形状数据，副立体形状数据用作第二立体形状数据，纹理图像数据用作状态数据，以及角度α用作第一角度。

具有权利要求中描述的构造或功能的各种其他元件可以用于权利要求的组成要素。

本发明可以有效地用于各种形状测量装置、形状测量方法、以及形状测量程序中。

Claims

1.一种形状测量装置，包括：

载物台，其上安装测量对象；

光投射单元，其被构造为利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在所述载物台上的所述测量对象，并且利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在所述载物台上的所述测量对象；

光接收单元，其被布置在所述载物台的上方，并且被构造为接收被安装在所述载物台上的所述测量对象反射的所述第一光和所述第二光，并输出表示光接收量的光接收信号；

第一数据生成单元，其被构造为基于所述光接收单元输出的与所述第一光对应的光接收信号，通过三角测距法来生成表示所述测量对象的立体形状的第一立体形状数据；

相对距离改变单元，其通过在所述光接收单元的光轴方向上改变所述光接收单元和所述载物台之间的相对距离，来改变所述光接收单元的焦点位置；

第二数据生成单元，其在通过所述相对距离改变单元改变所述焦点位置的同时，基于所述光接收单元输出的与所述第二光对应的多个光接收信号来生成多条数据，并且通过从生成的所述多条数据中提取在聚焦于所述测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示所述测量对象的表面状态的状态数据；

合成单元，其通过合成由所述第一数据生成单元生成的所述第一立体形状数据以及由所述第二数据生成单元生成的所述状态数据，来生成表示合成了所述测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据；以及

显示部，其基于所述合成单元生成的所述合成数据来显示合成了所述测量对象的立体形状和表面状态的图像。

2.如权利要求1所述的形状测量装置，其中

所述光投射单元包括：第一光投射单元，其被构造为利用所述第一光来照射所述测量对象；以及第二光投射单元，其被构造为利用所述第二光来照射所述测量对象；

所述第一光投射单元包括：用于发出光的测量光源；以及图案生成部分，其通过将从所述测量光源发出的光转换为具有用于形状测量的图案的光来生成所述第一光，所述第一光投射单元被布置为沿相对于所述光接收单元的光轴倾斜第一角度的方向发出所述第一光，所述第一角度大于0度且小于90度，以及

所述第二光投射单元被布置为沿平行于所述光接收单元的光轴的方向或者沿相对于所述光接收单元的光轴倾斜第二角度的方向发出具有均匀光量分布的所述第二光，所述第二角度小于所述第一角度。

3.如权利要求1所述的形状测量装置，其中

所述光投射单元包括：

用于发射光的测量光源；以及

图案生成部分，其被构造为通过将从所述测量光源发出的光转换为具有用于形状测量的图案的光来生成所述第一光，并且被构造为通过将从所述测量光源发出的光转换为具有均匀光量分布的光来生成所述第二光。

4.如权利要求1所述的形状测量装置，还包括：

操作单元，其用于单独地设置第一光量条件和第二光量条件，其中，通过对从所述光投射单元照射的所述第一光的强度或者所述光接收单元在接收被所述测量对象反射的所述第一光时的曝光时间进行调节来限定所述第一光量条件，通过对所述第二光的强度或者所述光接收单元在接收被所述测量对象反射的所述第二光时的曝光时间进行调节来限定第二光量条件，以及所述操作单元用于接收来自用户的形状测量的指令，其中

当所述操作单元从用户接收到形状测量的指令时，所述第一数据生成单元基于所述测量对象在所述第一光量条件下被所述第一光照射时而由所述光接收单元输出的光接收信号，来生成所述测量对象的所述第一立体形状数据，并且所述第二数据生成单元基于所述测量对象在所述第二光量条件下被所述第二光照射时而由所述光接收单元输出的光接收信号，来生成所述测量对象的所述状态数据。

5.如权利要求4所述的形状测量装置，其中

所述操作单元被构造为可由用户操作，以选择执行第一操作模式和第二操作模式中的任何一种模式，并且

在所述第一操作模式中，所述第二数据生成单元基于随着所述焦点位置被所述相对距离改变单元改变至多个位置而由所述光接收单元输出的与所述第二光对应的多个光接收信号来生成多条数据，并且根据生成的多条数据，通过对在聚焦于所述测量对象的多个部分中的每一个部分的同时得到的多个数据部分进行提取和合成来生成所述状态数据，以及

在所述第二操作模式中，所述第二数据生成单元基于在所述光接收单元的焦点位置固定的状态下由所述光接收单元输出的与所述第二光对应的光接收信号来生成单一数据，并且根据所述单一数据来生成所述状态数据。

6.如权利要求5所述的形状测量装置，其中

所述操作单元被构造为可由用户操作，以选择执行第三操作模式，并且

在所述第三操作模式中，所述第二数据生成单元基于随着所述光接收单元的曝光时间或所述第二光的强度的改变而由所述光接收单元输出的与所述第二光对应的多个光接收信号，来生成多条数据，合成生成的所述多条数据以扩大所述光接收单元的动态范围，以及根据所合成的数据生成所述状态数据。

7.如权利要求6所述的形状测量装置，其中

所述操作单元被构造为可由用户操作，以选择执行第四操作模式，并且

在所述第四操作模式中，所述第二数据生成单元基于随着所述光接收单元的曝光时间或所述第二光的强度改变以及所述焦点位置被所述相对距离改变单元改变至多个位置而由所述光接收单元输出的与所述第二光对应的多个光接收信号，来生成多条数据，合成生成的所述多条数据以扩大所述光接收单元的动态范围，以及根据所合成的数据，通过对在聚焦于所述测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分进行提取和合成来生成所述状态数据。

8.如权利要求1所述的形状测量装置，其中，

所述第二数据生成单元基于通过所述相对距离改变单元得到的所述光接收单元和所述载物台之间的相对距离，来生成表示所述测量对象的立体形状的第二立体形状数据，以及

所述形状测量装置还包括确定单元，其用于在所述第一数据生成单元生成的所述第一立体形状数据的多个部分中确定与所述第二数据生成单元生成的所述第二立体形状数据的偏差大于预定阈值的部分。

9.如权利要求8所述的形状测量装置，其中所述确定单元在所述显示部上显示所述测量对象的立体图像，以基于所述第一数据生成单元生成的所述第一立体形状数据，来识别所述第一立体形状数据的与所述第二立体形状数据的偏差大于所述预定阈值的部分。

10.如权利要求8所述的形状测量装置，其中

所述确定单元基于其他部分的数据，来对所述第一立体形状数据中的与所述第二立体形状数据的偏差大于所述预定阈值的部分的数据进行插值。

11.如权利要求8所述的形状测量装置，其中所述确定单元基于所述第二立体形状数据的对应部分的数据，来对所述第一立体形状数据的与所述第二立体形状数据的偏差大于所述预定阈值的部分的数据进行插值。

12.如权利要求8所述的形状测量装置，其中所述确定单元确定所述第一立体形状数据的缺陷部分，并且基于所述第二立体形状数据的对应部分的数据，来对所述缺陷部分进行插值。

13.一种形状测量方法，包括步骤：

通过光投射单元来利用用于形状测量的第一光从斜上方照射安装在载物台上的测量对象；

利用位于所述载物台上方位置处的光接收单元接收被安装在所述载物台上的所述测量对象反射的所述第一光，并且输出表示光接收量的光接收信号；

基于与所述第一光对应的输出光接收信号，通过三角测距法来生成表示所述测量对象的立体形状的第一立体形状数据；

通过在所述光接收单元的光轴方向上改变所述光接收单元与所述载物台之间的相对距离，来改变所述光接收单元的焦点位置；

通过光投射单元来利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在所述载物台上的所述测量对象；

利用位于所述载物台上方位置的所述光接收单元接收被安装在所述载物台上的所述测量对象反射的所述第二光，并且输出表示光接收量的光接收信号；

在改变所述焦点位置的同时基于与所述第二光对应的多个输出光接收信号来生成多条数据；

通过从生成的所述多条数据提取在聚焦于所述测量对象的多个部分中的每一个部分时得到的多个数据部分并进行合成，来生成表示所述测量对象的表面状态的状态数据；

通过合成所生成的第一立体形状数据和所生成的状态数据，来生成表示合成了所述测量对象的立体形状和表面状态的图像的合成数据；以及

基于所生成的合成数据在显示部上显示合成了所述测量对象的立体形状和表面状态的图像。

14.一种处理装置可执行的形状测量程序，所述程序使所述处理装置执行以下处理：

通过光投射单元利用用于表面状态成像的第二光从上方或者从斜上方照射安装在所述载物台上的所述测量对象；