CN110823124B

CN110823124B - 光学位移计

Info

Publication number: CN110823124B
Application number: CN201910740376.9A
Authority: CN
Inventors: 土田佳孝
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-08-12
Also published as: US20200049490A1; JP7064404B2; US10746536B2; JP2020027055A; CN110823124A

Abstract

提供一种光学位移计，其即使在发生多重反射时也能够准确地测量测量对象的轮廓。在设置时，登记单元(1)登记指示测量对象的基准轮廓的基准数据，并且设置单元(2)对该基准数据设置掩模区域。在测量时，受光单元(121)接收来自测量对象的反射光，并且峰检测单元(3)检测所输出的受光量分布中的峰。轮廓生成单元(4)基于所检测到的峰的位置来生成测量对象的临时轮廓数据。校正单元(5)根据基准轮廓和基于临时轮廓数据的临时轮廓之间的位置偏移量来校正针对临时轮廓的掩模区域的位置。轮廓生成单元(4)基于通过排除校正后的掩模区域内的受光量所获得的受光量分布中的峰的位置来生成测量对象的真实轮廓数据。

Description

光学位移计

技术领域

本发明涉及通过三角测量法来检测测量对象的位移的光学位移计。

背景技术

在使用光切法的光学位移计中，利用具有线状截面的带状光照射测量对象(以下称为工件)，并且反射光被二维的受光元件接收。基于受光元件所获得的受光量分布的峰的位置来测量工件的轮廓。这里，照射到工件上的光在工件的表面上可能发生多重反射。在这种情况下，由于因多重反射后的光入射到受光元件上而导致在受光量分布中出现多个峰，因此不能测量工件的准确轮廓。在来自除光投射单元以外的部分的光(干扰光)入射到受光元件上的情况下、或者在从工件的除测量目标部分以外的部分反射的光入射到受光元件上的情况下，发生相同的问题。

日本特开2013-170841公开了能够对显示单元上所显示的受光量分布设置遮挡框的光学位移计。在该光学位移计中，基于通过排除所设置的遮挡框内的受光量分布的部分所获得的峰的位置来测量轮廓。

因此，在受光量分布中发生不必要的峰的部分已知的情况下，用户对该部分设置遮挡框。结果，即使在受光量分布中发生不必要的峰的情况下，只要在工件中没有发生位置偏移，也可以测量工件的准确轮廓。

如日本特开2013-170841所述，在工件上发生位置偏移的情况下，遮挡框不能根据工件的位置偏移而移动。因此，在由于工件的位置偏移而导致受光量分布的发生不必要的峰的部分移动到遮挡框外的情况下、或者在受光量分布的未发生不必要的峰的部分移动到遮挡框内的情况下，不能测量工件的准确轮廓。

发明内容

本发明的目的是提供能够准确地测量测量对象的轮廓的光学位移计。

(1)根据本发明的光学位移计是如下的一种光学位移计，其使用光切法，所述光学位移计用于对测量对象的轮廓进行测量。所述光学位移计包括：光投射单元，用于利用沿第一方向扩散的狭缝光或者沿所述第一方向扫描的点光来照射所述测量对象；受光单元，其包括沿所述第一方向和与所述第一方向相交的第二方向配置的多个像素，并且用于接收来自所述测量对象沿所述第一方向的各位置的反射光、并输出受光量分布；登记单元，用于在设置时，登记基准数据，所述基准数据用于指示用作所述测量对象的轮廓的基准的基准轮廓；设置单元，用于在设置时，对所述基准数据设置掩模区域，所述掩模区域用于指示从所述受光单元所输出的受光量分布中的要忽略受光量的部分；峰检测单元，用于在测量时，基于从沿所述第一方向配置的多个像素列分别输出的多个受光量分布，在各像素列中检测受光量在所述第二方向上的峰的位置；轮廓生成单元，用于在测量时，基于所述峰检测单元所检测到的多个受光量分布各自中的峰的位置来生成所述测量对象的临时轮廓数据；以及校正单元，用于在测量时，指定所述基准轮廓和基于所述临时轮廓数据的临时轮廓之间的位置偏移量，并且基于所指定的位置偏移量来校正针对所述临时轮廓的掩模区域的位置，其中，在测量时，所述峰检测单元通过从与所述多个像素列分别相对应的多个受光量分布各自中排除所述校正单元校正后的掩模区域中的受光量，来再次检测所述第二方向上的峰的位置，以及在测量时，所述轮廓生成单元基于所述峰检测单元再次检测到的峰的位置来生成所述测量对象的真实轮廓数据。

在该光学位移计中，在设置时，登记单元登记指示用作测量对象的轮廓的基准的基准轮廓的基准数据。另外，设置单元对该基准数据设置用于指示从受光单元输出的受光量分布中的要忽略受光量的部分的掩模区域。

在测量时，光投射单元沿第一方向扫描沿第一方向扩散的狭缝光或者点光，并将该狭缝光或点光照射到测量对象上。来自测量对象的反射光由受光单元中的沿第一方向配置的多个像素列接收，并且输出受光量分布。在各像素列中，多个像素沿第二方向配置。峰检测单元基于多个像素列所输出的多个受光量分布来针对各像素列检测受光量在第二方向上的峰的位置。轮廓生成单元基于所检测到的多个受光量分布各自中的峰的位置来生成测量对象的临时轮廓数据。

之后，校正单元指定基准轮廓和基于临时轮廓数据的临时轮廓之间的位置偏移量，并且基于所指定的位置偏移量来校正针对临时轮廓的掩模区域的位置。峰检测单元通过从与多个像素列相对应的多个受光量分布各自中排除校正后的掩模区域中的受光量来再次检测第二方向上的峰的位置。轮廓生成单元基于再次检测到的峰的位置来生成测量对象的真实轮廓数据。

利用该结构，在受光量分布中发生不必要的峰的情况下，通过在基准轮廓的与该受光量分布的部分相对应的部分设置掩模区域，可以在忽略掩模区域中的受光量的情况下生成指示测量对象的真实轮廓的真实轮廓数据。这里，在生成真实轮廓数据之前，生成指示测量对象的临时轮廓的临时轮廓数据。因此，即使在测量对象上相对于基准轮廓发生位置偏移的情况下，也基于基准轮廓和临时轮廓之间的位置偏移来校正掩模区域的位置，并且掩模区域根据测量对象的位置偏移而移动。

因此，即使在测量对象上发生位置偏移的情况下，也防止了发生不必要的峰的部分移动到掩模区域外。同样，防止了未发生不必要的峰的部分移动到掩模区域内。结果，可以在不与基准轮廓重叠的范围内设置掩模区域直到最接近基准轮廓的位置为止。结果，即使在受光量分布中发生不必要的峰的情况下，也可以准确地测量测量对象的轮廓。

(2)在设置时，所述设置单元还可以对所述基准数据设置用于检测所述临时轮廓的部分和所述基准轮廓之间的位置偏移的检测区域，以及在测量时，所述校正单元可以指定所述基准轮廓在所述检测区域内的部分和所述临时轮廓中的与所述基准轮廓的该部分相对应的部分之间的位置偏移量。在这种情况下，可以容易且快速地指定基准轮廓和临时轮廓之间的位置偏移量。

(3)在测量时，在所述峰检测单元针对与任意像素列相对应的受光量分布检测到多个峰的位置的情况下，所述轮廓生成单元可以基于预设条件来从该受光量分布中的多个峰的位置中确定一个峰的位置，并且基于所确定的峰的位置来生成所述临时轮廓数据。在这种情况下，可以容易地生成临时轮廓数据。

(4)所述预设条件可以包括如下的条件：从各受光量分布中的多个峰的位置中，将具有最大受光量的峰的位置确定为所述一个峰的位置。在测量对象的一些形状中，具有最大受光量的峰的位置可能与测量对象的表面的位置一致。在这种情况下，可以容易地生成相对准确地指示测量对象的临时轮廓的临时轮廓数据。

(5)所述预设条件还可以包括如下的条件：从各受光量分布中的多个峰的位置中，将离所述第二方向上的一端或另一端最近的峰的位置确定为所述一个峰的位置。在测量对象的一些形状中，离第二方向上的一端或另一端最近的峰的位置可能与测量对象的表面的位置一致。在这种情况下，可以容易地生成相对准确地指示测量对象的临时轮廓的临时轮廓数据。

(6)所述光学位移计还可以包括滤波处理单元，所述滤波处理单元用于对所述真实轮廓数据进行滤波处理，使得在所述轮廓生成单元所生成的所述真实轮廓数据的各部分，平滑效果随着值的变化的变小而变大。在这种情况下，可以在维持真实轮廓中的台阶部分和边缘部分的形状的同时，使真实轮廓的与测量对象的平坦部分相对应的部分平滑化。

根据本发明，可以准确地测量测量对象的轮廓。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的光学位移计的结构的框图；

图2是摄像头和工件的外观立体图；

图3是示出工件表面上的光照射位置和受光单元上的光入射位置之间的关系的图；

图4是示出工件表面上的光照射位置和受光单元上的光入射位置之间的关系的图；

图5是示出受光单元的受光面上的受光量分布的图；

图6是示出图5的一个像素列中的受光量分布的图；

图7是示出图5的受光量分布中的所有峰位置的图；

图8是示出基于图7的峰位置所获取到的轮廓数据的图；

图9A和9B是用于说明工件的表面上的反射的图；

图10是示出受光单元中的受光量分布的另一示例的图；

图11是示出图10的一个像素列中的受光量分布的图；

图12是示出轮廓获取单元的结构的框图；

图13是用于说明轮廓获取单元的操作示例的图；

图14是用于说明轮廓获取单元的操作示例的图；

图15是用于说明轮廓获取单元的操作示例的图；

图16是用于说明轮廓获取单元的操作示例的图；

图17是用于说明轮廓获取单元的操作示例的图；

图18是用于说明轮廓获取单元的操作示例的图；以及

图19A～19C是用于说明图12的滤波处理单元的操作的图。

具体实施方式

(1)光学位移计的结构

以下将参考附图来说明使用光切法的光学位移计作为根据本发明实施例的光学位移计。图1是示出根据本发明实施例的光学位移计的结构的框图。如图1所示，光学位移计500包括摄像头100、处理装置200、输入单元300和显示单元400。光学位移计500可以包括多个摄像头100。摄像头100被配置成可从处理装置200拆卸。摄像头100和处理装置200可以是一体设置的。

摄像头100包括光投射单元110和摄像单元120。光投射单元110被配置为能够利用沿一个方向(后面要说明的X1方向)扩散的带状光照射测量对象(以下称为工件W)。光投射单元110可被配置为代替使用沿一个方向扩散的带状光，能够利用沿一个方向扫描的光来照射工件W。

摄像单元120包括受光单元121和受光透镜122。来自工件W的反射光穿过受光透镜122，并且入射到受光单元121上。受光单元121包括例如互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，并且具有二维配置的多个像素。将受光单元121的受光量分布输出作为数字数据。

处理装置200包括存储单元210和控制单元220。处理装置200还包括光投射控制单元221、受光控制单元222、输入设置单元223、轮廓获取单元224、测量处理单元225和显示处理单元226作为功能单元。

存储单元210包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘或半导体存储器等，并且存储测量程序。控制单元220是例如中央处理单元(CPU)。控制单元220执行存储单元210中所存储的测量程序，由此实现处理装置200的功能单元。处理装置200的功能单元的一部分或全部可以由诸如电子电路等的硬件实现。

光投射控制单元221控制光投射单元110的光照射定时和光强度等。受光控制单元222控制受光单元121的受光定时等。输入设置单元223基于输入单元300所给出的命令信号来将该命令信号提供至轮廓获取单元224和测量处理单元225。

轮廓获取单元224基于从受光单元121输出的受光量分布和从输入设置单元223给出的命令信号来获取指示工件W的轮廓的轮廓数据。后面将说明轮廓获取单元224的详情。

测量处理单元225基于从输入设置单元223给出的命令信号来对轮廓获取单元224所获取到的轮廓数据进行测量处理。这里，测量处理是用于基于轮廓数据来计算工件W的表面的任何部分的尺寸(位移)的处理。显示处理单元226生成指示基于轮廓数据的工件W的形状和通过测量处理所计算出的尺寸(位移)的图像数据，并且将所生成的图像数据提供至显示单元400。

输入单元300包括键盘和指点装置，并且被配置成可由用户操作。使用鼠标或操纵杆等作为指点装置。可以使用专用控制台作为输入单元300。用户操作输入单元300，因而从输入单元300向处理装置200的输入设置单元223给出命令信号。

显示单元400是例如液晶显示面板或有机电致发光(EL)面板。显示单元400基于处理装置200的显示处理单元226所提供的图像数据来显示工件W的轮廓和测量处理单元225的测量结果。

(2)操作的概要

图2是摄像头100和工件W的外观立体图。图3和4是示出工件W的表面上的光照射位置和受光单元121上的光入射位置之间的关系的图。在图2～4中，在水平面内彼此垂直的两个方向被定义为X1方向和Y1方向，并且分别由箭头X1和Y1表示。垂直方向被定义为Z1方向并且由箭头Z1表示。在图3和4中，在受光单元121的受光面上彼此垂直的两个方向被定义为X2方向和Z2方向，并且分别由箭头X2和Z2表示。这里，受光面是由受光单元121的多个像素形成的面。

在图2的示例中，在工件W的表面中形成具有沿Y1方向延伸的V字状截面的槽。摄像头100利用沿着X1方向的带状光照射工件W的表面。在下文，将带状光照射到的工件W的表面上的线状区域称为照射区域T1。如图3所示，从照射区域T1反射的光穿过受光透镜122，并且入射到受光单元121上。在这种情况下，在照射区域T1中的光的反射位置在Z1方向上不同时，反射光向受光单元121的入射位置在Z2方向上不同。

如图4所示，在照射区域T1中的光的反射位置在X1方向上不同时，反射光向受光单元121的入射位置在X2方向上不同。因此，Z2方向上的光向受光单元121的入射位置表示Z1方向上的照射区域T1的位置(高度)，并且X2方向上的光向受光单元121的入射位置表示X1方向上的照射区域T1的位置。

图5是示出受光单元121的受光面上的受光量分布的图。基于图5中的受光单元121的各像素p的受光量来生成受光量分布。受光单元121的多个像素p是沿着X2方向和Z2方向二维地配置的。将沿着Z2方向的多个像素p的各个列称为像素列SS。因此，在受光单元121的受光面上多个像素列SS沿X2方向配置，并且各像素列SS包括沿着Z2方向的多个像素p。

本发明中的各像素p不限于诸如CMOS传感器等的摄像装置的一个像素(像素的最小单位)，并且可以包括多个像素。例如，各像素p可以包括按2×2配置的四个像素，或者各像素p可以包括按3×3配置的九个像素。因此，在以多个像素作为一个单位进行组合处理(binning processing)的情况下，各像素p可以包括该一个单位中所包括的多个像素。

从图2的照射区域T1反射的光入射到图5所示的受光区域R1上。结果，受光区域R1的受光量增加。针对各像素列SS将图5的受光量分布输出作为数字数据。

图6是示出图5的一个像素列SS中的受光量分布的图。在图6中，横轴表示Z2方向上的位置，并且纵轴表示受光量。如图6所示，在一个像素列SS中的受光量分布中出现与图5的受光区域R1相对应的峰P(局部最大值)。峰P在Z2方向上的位置(以下称为峰位置PP)指示照射区域T1中的工件W的表面(反射面)的高度。

图1的轮廓获取单元224检测与多个像素列SS相对应的多个受光量分布各自中的一个以上的峰位置PP(在图6的示例中为一个)。轮廓获取单元224基于多个峰位置PP来获取指示工件W的轮廓(照射区域T1的形状)的轮廓数据。

图7是示出图5的受光量分布中的所有峰位置PP的图。图8是示出基于图7的峰位置PP所获取到的轮廓数据的图。如图7和8所示，将所检测到的所有峰位置PP示出为连续线，因而获得指示工件W的轮廓的轮廓数据。

如上所述，从照射区域T1反射的光入射到受光单元121上，因而在受光量分布中出现表示照射区域T1的高度的峰。然而，从除照射区域T1以外的部分反射的光可能入射到受光单元121上。在这种情况下，在受光量分布中出现与指示照射区域T1的高度的峰(以下称为真峰)不同的峰(以下称为伪峰)。图9A和9B是用于说明工件W的表面上的反射的图。图10是示出受光单元121中的受光量分布的另一示例的图。图11是示出图10的一个像素列SS中的受光量分布的图。

如图9A所示，照射到工件W上的光从照射区域T1发生镜面反射和漫反射。这里，镜面反射是指入射角和反射角相等的反射，并且漫反射是指入射角和反射角不同的反射。通常，从照射区域T1发生镜面反射的光未入射到受光单元121上，而从照射区域T1发生漫反射的一部分光L1入射到受光单元121上。另一方面，如图9B所示，从照射区域T1发生漫反射的其它一些光L2可能从工件W的表面上的除照射区域T1以外的其它区域(以下称为伪照射区域T2)发生镜面反射，并且可能入射到受光单元121上。

在光发生镜面反射的情况下，光的强度在该反射前后不会大幅改变。因此，在从照射区域T1入射到受光单元121的光L1的强度和从伪照射区域T2入射到受光单元121的光L2的强度之间不会产生大的差异。本实施例是示例，并且这样的多重反射(多次发生的反射)可以在各种状况下发生。例如，在工件W和摄像头100被配置成使得镜面反射光由受光单元121作为来自工件W的反射光而接收的情况下，除镜面反射光以外的漫反射光可能进一步从其它区域反射，并且可能由受光单元121接收。

在这种情况下，如图10所示，在受光单元121的受光面上，除受光区域R1以外的其它区域(以下称为伪受光区域R2)的受光量变大。因此，如图11所示，在受光量分布中，除了作为与受光区域R1相对应的峰P的真峰P1之外，还出现作为与伪受光区域R2相对应的峰P的伪峰P2。在不是真峰P1的位置而是伪峰P2的位置被确定为峰位置PP的情况下，不能获得准确的轮廓数据。

另外，来自除光投射单元110以外的部分的光(干扰光)可能入射到受光单元121。可选地，照射到工件W的除照射区域T1以外的部分上的光可能被反射，并且可能入射到受光单元121上。在这些情况下，在受光量分布中除出现真峰P1之外还出现伪峰P2，因而发生相同的问题。

因此，轮廓获取单元224在设置时或在测量时选择性地操作。在设置时，轮廓获取单元224接受指示用作工件W的轮廓的基准的基准轮廓的基准数据的登记。对该基准数据设置用于指示受光量分布中的要忽略受光量的部分的掩模区域。在测量时，轮廓获取单元224基于所设置的掩模区域，不是将伪峰P2的位置而是将真峰P1的位置确定为峰位置PP。

以下将详细说明轮廓获取单元224的操作。在以下的说明中，将与像素列SS相对应的受光量分布中的峰位置PP简称为像素列SS的峰位置PP。

(3)轮廓获取单元的结构

图12是示出轮廓获取单元224的结构的框图。如图12所示，轮廓获取单元224包括登记单元1、设置单元2、峰检测单元3、轮廓生成单元4、校正单元5和滤波处理单元6作为功能单元。图1的控制单元220执行存储单元210中所存储的测量程序，由此实现轮廓获取单元224的功能单元。轮廓获取单元224的功能单元的一部分或全部可以由诸如电子电路等的硬件实现。

在设置时，登记单元1基于从输入设置单元223供给的命令信号来登记基准数据。用户可以通过操作输入单元300经由输入设置单元223指示登记单元1登记基准数据。基准数据可以是诸如工件W的计算机辅助设计(CAD)数据等的设计数据，或者可以是通过预先测量具有与工件W相同的形状的测量对象所生成的主轮廓数据。将基于所登记的基准数据的基准轮廓通过显示处理单元226显示在显示单元400上。

在设置时，设置单元2基于从输入设置单元223供给的命令信号来对登记单元1所登记的基准数据设置掩模区域。用户可以在从视觉上识别显示单元400上所显示的基准轮廓的同时，通过操作输入单元300经由输入设置单元223指示设置单元2设置掩模区域。

峰检测单元3在测量时基于从受光单元121输出的受光量分布来检测各像素列SS的峰位置PP。在测量时，轮廓生成单元4基于从输入设置单元223供给的命令信号和峰检测单元3所检测到的各像素列SS的峰位置PP来生成指示工件W的截面形状的轮廓数据。将此时生成的轮廓数据称为临时轮廓数据，并且将基于该临时轮廓数据所指示的轮廓称为临时轮廓。

在生成临时轮廓数据时、不必要的光入射到受光单元121上的情况下，峰检测单元3针对任何像素列SS检测多个峰位置PP。在这种情况下，轮廓生成单元4基于预设条件来从各像素列SS的多个峰位置PP中确定一个峰位置PP，并且基于所确定的峰位置PP来生成临时轮廓数据。

预设条件包括“标准(STANDARD)(最大峰)”、“近(NEAR)”和“远(FAR)”。用户操作输入单元300，因而可以利用输入设置单元223设置“标准(最大峰)”、“近”和“远”中的任一个。在“标准(最大峰)”的情况下，从各受光量分布中的多个峰中将具有最大受光量的峰的位置确定为峰位置PP。在图11的示例中，从两个峰P中将具有最大受光量的真峰P1的位置确定为峰位置PP。

在“近”的情况下，从各受光量分布中的多个峰中将离Z2方向上的一端(例如，左端)最近的峰的位置确定为峰位置PP。在图11的示例中，从两个峰P中将出现在最左侧的伪峰P2的位置确定为峰位置PP。在“远”的情况下，从各受光量分布中的多个峰中将离Z2方向上的另一端(例如，右端)最近的峰确定为峰位置PP。在图11的示例中，从两个峰P中将出现在最右侧的真峰P1的位置确定为峰位置PP。

在工件W的一些形状中，基于任何条件所确定的峰位置PP可能与工件W的表面的位置一致。因此，在用户识别出与工件W的形状相对应的适当条件的情况下，可以通过设置该条件来容易地生成相对准确地指示工件W的临时轮廓的临时轮廓数据。

在测量时，校正单元5指定基于登记单元1所登记的基准数据的基准轮廓和基于轮廓生成单元4所生成的临时轮廓数据的临时轮廓之间的位置偏移量。另外，校正单元5基于所指定的位置偏移量来校正针对临时轮廓的掩模区域的位置。

在设置时，设置单元2可以对基准数据设置用于检测临时轮廓的部分和基准轮廓之间的位置偏移的检测区域。用户可以在从视觉上识别显示单元400上所显示的基准轮廓的同时，通过操作输入单元300经由输入设置单元223指示设置单元2设置检测区域。在对基准数据设置了检测区域的情况下，校正单元5在指定位置偏移量时，指定基准轮廓在检测区域中的部分和临时轮廓中的与该基准轮廓的部分相对应的部分之间的位置偏移量。在这种情况下，可以容易且快速地指定基准轮廓和临时轮廓之间的位置偏移量。

在测量时，峰检测单元3在排除由校正单元5校正了位置的掩模区域中的受光量的状态下再次检测各像素列SS的峰位置PP。在测量时，轮廓生成单元4基于峰检测单元3再次检测到的峰位置PP来再次生成指示工件W的轮廓的轮廓数据。将此时生成的轮廓数据称为真实轮廓数据，并且将基于真实轮廓数据所指示的轮廓称为真实轮廓。

滤波处理单元6对真实轮廓数据进行滤波处理，使得在轮廓生成单元4所生成的真实轮廓数据的各部分处，随着值的变化变小，平滑效果变大。后面将说明滤波处理单元6的详情。将基于轮廓生成单元4所生成的真实轮廓数据的真实轮廓通过显示处理单元226显示在显示单元400上。

(4)轮廓获取单元的操作

图13～18是用于说明轮廓获取单元224的操作示例的图。如图13所示，在设置时，将基于在图12的登记单元1中所登记的基准数据的基准轮廓Pa显示在显示单元400上。在图13中，通过粗实线示出基准轮廓Pa。这同样适用于图15。

用户在从视觉上识别显示单元400上所显示的基准轮廓Pa的同时，通过使用图12的输入单元300来进行用于设置掩模区域的操作。结果，利用图12的设置单元2对基准数据设置掩模区域。可以设置多个掩模区域，并且在该示例中设置两个掩模区域M1和M2。在图13中，通过虚线和阴影图案示出掩模区域M1和M2。这同样适用于图16和17。

作为掩模区域M1和M2的设置过程的具体示例，用户可以在设置掩模区域M1和M2时选择“上掩模区域”和“下掩模区域”中的任一个。掩模区域M1对应于“上掩模区域”。掩模区域M2对应于“下掩模区域”。

具体地，用户通过选择“上掩模区域”并使用显示单元400进行诸如绘制等的操作来指定指示掩模区域M1的下边缘的线E1。结果，将所指定的线E1的上方的区域设置为掩模区域M1。同样，用户通过选择“下掩模区域”并使用显示单元400进行诸如绘制等的操作来指定指示掩模区域M2的上边缘的线E2。结果，将所指定的线E2的下方的区域设置为掩模区域M2。

另外，用户选择“X校正”、“Z校正”、“XZ校正”和“ZX校正”中的任一个作为校正掩模区域的方法。“X校正”是在X2方向上校正掩模区域的位置的方法。“Z校正”是在Z2方向上校正掩模区域的位置的方法。“XZ校正”是在X2方向上校正掩模区域的位置、然后在Z2方向上校正该位置的方法。“ZX校正”是在Z2方向上校正掩模区域的位置、然后在X2方向上校正该位置的方法。在该示例中，选择“XZ校正”。

此外，用户在从视觉上识别显示单元400上所显示的基准轮廓Pa的同时，通过使用输入单元300来进行用于设置检测区域的操作。结果，利用设置单元2对基准数据设置检测区域。在该示例中，设置用于检测X2方向上的位置偏移的检测区域D1和用于检测Z2方向上的位置偏移的检测区域D2。在图13中，通过点划线和点图案示出检测区域D1和D2。这同样适用于图15。

这里，图12的校正单元5计算与检测区域D1内的基准轮廓Pa相对应的基准数据在X2方向上的代表值和与检测区域D2内的基准轮廓Pa相对应的基准数据在Z2方向上的代表值。X2方向上的代表值例如是X2方向上的平均值。Z2方向上的代表值例如是Z2方向上的平均值。在基准轮廓Pa的峰部分或底部分包括在检测区域D2中的情况下，Z2方向上的代表值可以是峰值或底值。

随后，认为在测量时图12的受光单元121输出图10所示的受光量分布。在这种情况下，图12的峰检测单元3基于图10的受光量分布来检测各像素列SS的峰位置PP。另外，图12的轮廓生成单元4基于所检测到的峰位置PP来生成临时轮廓数据。在图14中示出基于所生成的临时轮廓数据的临时轮廓Pb。

随后，校正单元5基于检测区域D1中的X2方向上的代表值来指定检测区域D1中的基准轮廓Pa与临时轮廓Pb的对应部分之间在X2方向上的位置偏移量。校正单元5基于所指定的位置偏移量来校正基准数据。结果，如图15的虚线箭头A所示，基准轮廓Pa沿X2方向移动。

之后，校正单元5基于检测区域D2中的Z2方向上的代表值来指定检测区域D2中的基准轮廓Pa与临时轮廓Pb的对应部分之间在Z2方向上的位置偏移量。校正单元5基于所指定的位置偏移量来校正基准数据。结果，如图15的虚线箭头B所示，基准轮廓Pa沿Z2方向移动。

以这种方式，基准轮廓Pa移动以便与临时轮廓Pb重叠，并且掩模区域M1和M2根据基准轮廓Pa而移动。因而，校正了掩模区域M1和M2的位置。图16示出校正后的掩模区域M1和M2与临时轮廓Pb之间的位置关系。图17示出校正后的掩模区域M1和M2与受光量分布之间的位置关系。尽管在上述示例中已经说明了校正基准数据使得基准轮廓Pa与临时轮廓Pb重叠，但可以校正临时轮廓数据，使得临时轮廓Pb与基准轮廓Pa重叠。

随后，峰检测单元3在排除了位置已被校正的图17的掩模区域M1和M2中的受光量的状态下，再次检测各像素列SS的峰位置PP。随后，轮廓生成单元4基于再次检测到的峰位置PP来生成真实轮廓数据。在图18中示出基于所生成的真实轮廓数据的真实轮廓Pc。

(5)滤波处理单元

图19A～19C是用于说明图12的滤波处理单元6的操作的图。在图19A～19C中，工件W的真实轮廓显示在显示单元400上。在显示单元400的画面上定义了分别与图1的受光单元121的X2方向和Z2方向相对应的X3方向和Z3方向。

即使在工件W的部分平坦的情况下，在工件W的表面的一些状态或颜色不均匀等方面，如图19A所示，基于真实轮廓数据的工件W的真实轮廓的部分也可能不平坦并且可能变得呈锯齿状。在对真实轮廓数据进行平滑滤波处理以使工件W的真实轮廓的部分平滑化的情况下，如图19B所示，真实轮廓的台阶部分或边缘部分消失，并且不能获得准确的真实轮廓。

因此，在本实施例中，滤波处理单元6通过计算以下的表达式(1)来计算输出值f_i。这里，在假定将沿X3方向配置的多个像素列SS从左侧起顺次编号为第i个(i是1以上的整数)的情况下，在表达式(1)中，z_i是真实轮廓数据中的与第i个像素列SS相对应的部分在Z3方向上的位置(高度)。α是Z3方向上的加权参数。k是1以上的整数，并且表示针对编号i进行计算的范围(核)。

对所有的编号i计算表达式(1)的输出值f_i，因而对真实轮廓数据进行滤波处理，使得真实轮廓中的高度变化较小的部分处的平滑效果大于高度变化较大的部分处的平滑效果。结果，如图19C所示，在维持台阶部分和边缘部分的形状的同时使真实轮廓平滑化。

滤波处理单元6可以通过代替表达式(1)而计算以下的表达式(2)来计算输出值f_i。这里，表达式(2)中的x_i是真实轮廓数据中的与第i个像素列SS相对应的部分在X3方向上的位置。β是X3方向上的加权参数。其它参数与表达式(1)中的参数相同。

对所有的编号i计算表达式(2)的输出值f_i，因而对真实轮廓数据进行滤波处理，使得真实轮廓中的高度变化较小的部分处的平滑效果大于高度变化较大的部分处的平滑效果。对真实轮廓数据进行滤波处理，使得真实轮廓中的在X3方向上彼此相邻的部分之间的平滑效果大于在X3方向上彼此间隔开的部分之间的平滑效果。

此外，用户可以通过操作输入单元300来指定在Z3方向上要进行滤波处理的真实轮廓数据的范围。还可以指定进行滤波处理的多个范围。图19A示出利用点图案指定要进行滤波处理的两个范围F1和F2的示例。

在表达式(1)或表达式(2)中，核k可以在图1的输入设置单元223中被设置为高斯核，或者可以由操作图1的输入单元300的用户在输入设置单元223中设置。可选地，在图1的测量处理单元225被设置成测量真实轮廓的预定台阶部分的情况下，可以根据该台阶部分的大小在输入设置单元223中自动设置核k。

(6)效果

在根据本实施例的光学位移计500中，在设置时，登记单元1登记指示用作工件W的轮廓的基准的基准轮廓Pa的基准数据。另外，设置单元2对基准数据设置用于指示从受光单元121输出的受光量分布中的要忽略受光量的部分的掩模区域M1和M2。

在测量时，光投射单元110利用沿X1方向扩散的带状光照射工件W。来自工件W的反射光由受光单元121中的沿X2方向配置的多个像素列SS接收，并且输出受光量分布。在各像素列SS中，多个像素p沿Z2方向配置。峰检测单元3基于从多个像素列SS输出的多个受光量分布，针对各像素列SS来检测受光量在Z2方向上的峰的位置。轮廓生成单元4基于所检测到的多个受光量分布各自中的峰的位置来生成工件W的临时轮廓数据。

之后，校正单元5指定基准轮廓Pa和临时轮廓Pb之间的位置偏移量，并且基于所指定的位置偏移量来校正针对临时轮廓Pb的掩模区域M1和M2的位置。峰检测单元3通过从与多个像素列SS相对应的多个受光量分布各自中排除校正后的掩模区域M1和M2中的受光量，来再次检测Z2方向上的峰的位置。轮廓生成单元4基于再次检测到的峰的位置来生成工件W的真实轮廓数据。

利用该结构，在受光量分布中发生不必要的峰的情况下，通过对基准轮廓Pa的与该受光量分布的部分相对应的部分设置掩模区域M1和M2，可以在忽略掩模区域中的受光量的情况下生成指示工件W的真实轮廓Pc的真实轮廓数据。这里，在生成真实轮廓数据之前，生成指示工件W的临时轮廓Pb的临时轮廓数据。因此，即使在工件W上针对基准轮廓Pa发生位置偏移的情况下，也基于基准轮廓Pa和临时轮廓Pb之间的位置偏移来校正掩模区域M1和M2的位置，并且掩模区域M1和M2根据工件W的位置偏移而移动。

因此，即使在工件W中发生位置偏移的情况下，也防止了发生不必要的峰的部分移动到掩模区域M1和M2外。同样，防止了未发生不必要的峰的部分移动到掩模区域M1和M2内。结果，可以在不与基准轮廓Pa重叠的范围内设置掩模区域M1和M2直到最接近基准轮廓Pa的位置为止。结果，即使在受光量分布中发生不必要的峰的情况下，也可以准确地测量工件W的轮廓。

(7)权利要求书的要素和实施例的要素之间的对应关系

以下将说明权利要求书的要素和实施例的要素之间的对应关系的示例，但本发明不限于以下示例。可以使用具有权利要求书中所述的结构或功能的各种其它要素作为权利要求书的要素。

工件W是测量对象的示例，光学位移计500是光学位移计的示例，光投射单元110是光投射单元的示例，X2方向是第一方向的示例，并且Z2方向是第二方向的示例。像素p是像素的示例，像素列SS是像素列的示例，受光单元121是受光单元的示例，登记单元1是登记单元的示例，并且掩模区域M1和M2是掩模区域的示例。设置单元2是设置单元的示例，峰检测单元3是峰检测单元的示例，轮廓生成单元4是轮廓生成单元的示例，校正单元5是校正单元的示例，并且滤波处理单元6是滤波处理单元的示例。

Claims

1.一种光学位移计，其使用光切法，所述光学位移计用于对测量对象的轮廓进行测量，所述光学位移计包括：

光投射单元，用于利用沿第一方向扩散的狭缝光或者沿所述第一方向扫描的点光来照射所述测量对象；

受光单元，其包括沿所述第一方向和与所述第一方向相交的第二方向配置的多个像素，并且用于接收来自所述测量对象沿所述第一方向的各位置的反射光、并输出受光量分布；

登记单元，用于在设置时，登记基准数据，所述基准数据用于指示用作所述测量对象的轮廓的基准的基准轮廓；

设置单元，用于在设置时，对所述基准数据设置掩模区域，所述掩模区域用于指示从所述受光单元所输出的受光量分布中的要忽略受光量的部分；

峰检测单元，用于在测量时，基于从沿所述第一方向配置的多个像素列分别输出的多个受光量分布，在各像素列中检测受光量在所述第二方向上的峰的位置；

轮廓生成单元，用于在测量时，基于所述峰检测单元所检测到的多个受光量分布各自中的峰的位置来生成所述测量对象的临时轮廓数据；以及

校正单元，用于在测量时，指定所述基准轮廓和基于所述临时轮廓数据的临时轮廓之间的位置偏移量，并且基于所指定的位置偏移量来校正针对所述临时轮廓的掩模区域的位置，

其中，在测量时，所述峰检测单元通过从与所述多个像素列分别相对应的多个受光量分布各自中排除所述校正单元校正后的掩模区域中的受光量，来再次检测所述第二方向上的峰的位置，以及

在测量时，所述轮廓生成单元基于所述峰检测单元再次检测到的峰的位置来生成所述测量对象的真实轮廓数据。

2.根据权利要求1所述的光学位移计，其中，

在设置时，所述设置单元还对所述基准数据设置用于检测所述临时轮廓的部分和所述基准轮廓之间的位置偏移的检测区域，以及

在测量时，所述校正单元指定所述基准轮廓在所述检测区域内的部分和所述临时轮廓中的与所述基准轮廓的该部分相对应的部分之间的位置偏移量。

3.根据权利要求1所述的光学位移计，其中，

在测量时，在所述峰检测单元针对与任意像素列相对应的受光量分布检测到多个峰的位置的情况下，所述轮廓生成单元基于预设条件来从该受光量分布中的多个峰的位置中确定一个峰的位置，并且基于所确定的峰的位置来生成所述临时轮廓数据。

4.根据权利要求3所述的光学位移计，其中，

所述预设条件包括如下的条件：从各受光量分布中的多个峰的位置中，将具有最大受光量的峰的位置确定为所述一个峰的位置。

5.根据权利要求3所述的光学位移计，其中，

所述预设条件还包括如下的条件：从各受光量分布中的多个峰的位置中，将离所述第二方向上的一端或另一端最近的峰的位置确定为所述一个峰的位置。

6.根据权利要求1所述的光学位移计，还包括：

滤波处理单元，用于对所述真实轮廓数据进行滤波处理，使得在所述轮廓生成单元所生成的所述真实轮廓数据的各部分，平滑效果随着所述真实轮廓数据的值的变化的变小而变大。