JP2011232102A - Shape measurement device - Google Patents

Shape measurement device Download PDF

Info

Publication number
JP2011232102A
JP2011232102A JP2010101287A JP2010101287A JP2011232102A JP 2011232102 A JP2011232102 A JP 2011232102A JP 2010101287 A JP2010101287 A JP 2010101287A JP 2010101287 A JP2010101287 A JP 2010101287A JP 2011232102 A JP2011232102 A JP 2011232102A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
unit
shake
image
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010101287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuka Ito
由佳 伊藤
Haruhiko Fujisawa
晴彦 藤澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2010101287A priority Critical patent/JP2011232102A/en
Publication of JP2011232102A publication Critical patent/JP2011232102A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measurement device which reduces the measurement error of three dimensional shape caused by vibration.SOLUTION: The shape measurement device includes: a probe which lights and images an object to be measured; a linear motor 17 which relatively displaces the probe and the object to be measured; a shape operation part 34 which measures the shape of the object to be measured based on the state of lighting and that of imaging; a deflection detection part 28 which detects the deflection of the probe; and a control part 30 which controls measurement based on the deflection detected by the deflection detection part 28.

Description

本発明は、被測定物の3次元形状を測定する形状測定装置に関する。   The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured.

従来から、被測定物の3次元形状を測定する方法として、レーザレンジファインダを用いる方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この方法は、レーザ光を被測定物の表面に照射して照射方向とは異なる方向から被測定物を観察し、三角測量の原理によりレーザ光が当たっている被測定物の3次元形状を求めるものである。また、この方法では、レーザ光を被測定物上で走査することにより被測定物全体の3次元形状を求めることができる。   Conventionally, a method using a laser range finder is known as a method for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured (see, for example, Patent Document 1). In this method, the surface of the object to be measured is irradiated with laser light, the object to be measured is observed from a direction different from the irradiation direction, and the three-dimensional shape of the object to be measured which is irradiated with the laser light is obtained according to the principle of triangulation. Is. In this method, the three-dimensional shape of the entire object to be measured can be obtained by scanning the object with the laser beam.

特開2003−344045号公報JP 2003-344045 A

さらに、シート状の光を測定対象物の表面にスキャン照射して、2次元撮像素子により照射方向とは異なる方向から測定対象物に現れたライン光を撮像し、三角測量の原理から測定対象物の3次元形状を測定する方法も知られている。しかしながら、スキャン照射を行う場合、外部から測定装置に振動が加わると、シート状の光が所定の照射角度から外れてしまい、測定した3次元形状に誤差が生じてしまう。   Furthermore, the surface of the measurement object is scanned and irradiated with sheet-like light, and the line light that appears on the measurement object from a direction different from the irradiation direction is imaged by a two-dimensional imaging device. A method for measuring the three-dimensional shape is also known. However, when performing scanning irradiation, if vibration is applied to the measuring device from the outside, the sheet-like light deviates from a predetermined irradiation angle, and an error occurs in the measured three-dimensional shape.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、振動の影響による3次元形状の測定誤差を低減した形状測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus in which a measurement error of a three-dimensional shape due to the influence of vibration is reduced.

このような目的達成のため、本発明に係る形状測定装置は、被測定物を照明する照明部と、前記照明部に照明された前記被測定物を撮像する撮像部と、前記照明部と前記被測定物とを相対移動させる相対移動部と、前記照明の状態と前記撮像の状態から前記被測定物の形状を測定する測定部と、前記照明部および前記撮像部の少なくとも一方の振れを検出する振れ検出部と、前記振れ検出部に検出された振れに基づいて前記測定の制御を行う制御部とを備えて構成される。   In order to achieve such an object, the shape measuring apparatus according to the present invention includes an illumination unit that illuminates a measurement object, an imaging unit that images the measurement object illuminated by the illumination unit, the illumination unit, and the illumination unit. Detects at least one shake of the illumination unit and the imaging unit, a relative movement unit that relatively moves the measurement object, a measurement unit that measures the shape of the measurement object from the illumination state and the imaging state, And a control unit that controls the measurement based on the shake detected by the shake detection unit.

なお、上述の発明において、前記制御部は、前記振れ検出部に検出された振れの大きさが零近傍の場合に前記測定を許可する制御を行うことが好ましい。   In the above-described invention, it is preferable that the control unit performs control to permit the measurement when the magnitude of the shake detected by the shake detection unit is near zero.

また、上述の発明において、前記制御部は、前記振れ検出部に検出された振れの大きさが極大近傍の場合に前記測定を許可する制御を行うようにしてもよい。   In the above-described invention, the control unit may perform control to permit the measurement when the magnitude of the shake detected by the shake detection unit is near the maximum.

また、上述の発明において、前記振れ検出部は、前記照明部または前記撮像部の角速度を検出する角速度検出器および、前記照明部または前記撮像部の加速度を検出する加速度検出器の少なくとも一方を有し、前記角速度および前記加速度の少なくとも一方に基づいて前記振れを検出することが好ましい。   In the above invention, the shake detection unit includes at least one of an angular velocity detector that detects an angular velocity of the illumination unit or the imaging unit and an acceleration detector that detects acceleration of the illumination unit or the imaging unit. Preferably, the shake is detected based on at least one of the angular velocity and the acceleration.

本発明によれば、測定装置に振動が加わっても、3次元形状の測定誤差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce a measurement error of a three-dimensional shape even if vibration is applied to the measurement apparatus.

形状測定装置の全体図である。It is a general view of a shape measuring apparatus. 形状測定装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of a shape measuring apparatus. 第1実施形態の取付部およびプローブの拡大図である。It is an enlarged view of the attaching part and probe of 1st Embodiment. 照明部および撮像部の概略図である。It is the schematic of an illumination part and an imaging part. 第1実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の形状測定装置における変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification in the shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態の取付部およびプローブの拡大図である。It is an enlarged view of the attachment part and probe of 3rd Embodiment. 回転補正機構の拡大図である。It is an enlarged view of a rotation correction mechanism. 第3実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 3rd Embodiment. 第4実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示す第1のフローチャートである。It is a 1st flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 4th Embodiment. 第4実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示す第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 4th Embodiment. 第4実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示す第3のフローチャートである。It is a 3rd flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 4th Embodiment. 第4実施形態の形状測定装置を用いた3次元形状測定の手順を示す第4のフローチャートである。It is a 4th flowchart which shows the procedure of the three-dimensional shape measurement using the shape measuring apparatus of 4th Embodiment. 第3実施形態および第4実施形態における照明部の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the illumination part in 3rd Embodiment and 4th Embodiment. 照明部の変形例における照明補正の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the illumination correction in the modification of an illumination part. シャインプルーフの条件を満足した光学系の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical system which satisfied the conditions of Shineproof.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。第1実施形態の形状測定装置を図1に示しており、この形状測定装置1は、被測定物5を支持するステージ6と、ステージ6上に載置された被測定物5の形状を測定する形状測定部10と、形状測定部10から出力された角度情報および測定情報に基づいて被測定物5に関する形状情報を算出する制御部30と、制御部30により算出された形状情報を例えば3次元画像にして出力する表示部40とを備えて構成される。なお、被測定物5がステージ6上に載置されていなくても、形状測定部10の作動範囲内にあれば、被測定物5の形状を測定可能である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A shape measuring apparatus according to the first embodiment is shown in FIG. 1, and this shape measuring apparatus 1 measures a shape of a measurement object 5 placed on the stage 6 that supports the measurement object 5 and the stage 6. The shape measuring unit 10 that performs measurement, the control unit 30 that calculates the shape information related to the object 5 to be measured based on the angle information and the measurement information output from the shape measuring unit 10, and the shape information calculated by the control unit 30 is, for example, 3 And a display unit 40 that outputs a dimensional image. Even if the object to be measured 5 is not placed on the stage 6, the shape of the object to be measured 5 can be measured as long as it is within the operating range of the shape measuring unit 10.

形状測定部10は、基台11と、複数のアーム部12a〜12eおよび関節部(連結部)13a〜13fを有して基端部が基台11に取り付けられた多関節構造の移動機構部15と、移動機構部15の先端部(先端アーム部12eの先端部)に取付部16を介して着脱可能に取り付けられたプローブ20とを有して構成される。移動機構部15は、基端側から順に、基端アーム部12aと、第1中間アーム部12bと、第2中間アーム部12cと、第3中間アーム部12dと、先端アーム部12eとを有し、各アーム部12a〜12eの端部にそれぞれ第1〜第6の関節部13a〜13fが設けられる。   The shape measuring unit 10 includes a base 11, a plurality of arm portions 12 a to 12 e and joint portions (connecting portions) 13 a to 13 f, and a multi-joint structure moving mechanism portion whose base end portion is attached to the base 11. 15 and a probe 20 that is detachably attached to the distal end portion of the moving mechanism portion 15 (the distal end portion of the distal end arm portion 12e) via the attachment portion 16. The moving mechanism unit 15 includes a proximal end arm portion 12a, a first intermediate arm portion 12b, a second intermediate arm portion 12c, a third intermediate arm portion 12d, and a distal end arm portion 12e in this order from the proximal end side. And the 1st-6th joint parts 13a-13f are provided in the edge part of each arm part 12a-12e, respectively.

第1の関節部13aは、基端アーム部12aの基端部と基台11とを連結し、基端アーム部12aが基台11に対し略鉛直方向に伸びる軸を回転軸として回転可能に構成される。第2の関節部13bは、基端アーム部12aの先端部と第1中間アーム部12bの基端部とを連結し、基端アーム部12aおよび第1中間アーム部12bの一方に対して他方が揺動(回転)可能に構成される。第3の関節部13cは、第1中間アーム部12bの先端部と第2中間アーム部12cの基端部とを連結し、第1中間アーム部12bおよび第2中間アーム部12cの一方に対して他方が揺動(回転)可能に構成される。   The first joint portion 13 a connects the base end portion of the base end arm portion 12 a and the base 11, and the base end arm portion 12 a is rotatable about an axis extending in a substantially vertical direction with respect to the base 11. Composed. The second joint portion 13b connects the distal end portion of the proximal end arm portion 12a and the proximal end portion of the first intermediate arm portion 12b, and the other of the proximal end arm portion 12a and the first intermediate arm portion 12b. Is configured to be able to swing (rotate). The third joint portion 13c connects the distal end portion of the first intermediate arm portion 12b and the proximal end portion of the second intermediate arm portion 12c, and is connected to one of the first intermediate arm portion 12b and the second intermediate arm portion 12c. The other is configured to be able to swing (rotate).

第4の関節部13dは、第2中間アーム部12cの先端部と第3中間アーム部12dの基端部とを連結し、第2中間アーム部12cおよび第3中間アーム部12dの一方に対して他方が揺動(回転)可能に構成される。第5の関節部13eは、第3中間アーム部12dの先端部と先端アーム部12eの基端部とを連結し、第3中間アーム部12dおよび先端アーム部12eの一方に対して他方が揺動(回転)可能に構成される。第6の関節部13fは、先端アーム部12eの先端部とプローブ20の取付部16とを連結し、取付部16に取り付けられたプローブ20が先端アーム部12eに対して揺動(回転)可能に、且つ、先端アーム部12eと平行に伸びる軸を回転軸として回転可能に構成される。なお、各中間アーム部および先端アーム部12b〜12eが同一平面内(略鉛直面内)で揺動できるように、第2〜第5の関節部13b〜13eは、その回転軸が互いに平行な略水平方向に伸びるようになっている。   The fourth joint portion 13d connects the distal end portion of the second intermediate arm portion 12c and the proximal end portion of the third intermediate arm portion 12d, and is connected to one of the second intermediate arm portion 12c and the third intermediate arm portion 12d. The other is configured to be able to swing (rotate). The fifth joint portion 13e connects the distal end portion of the third intermediate arm portion 12d and the proximal end portion of the distal end arm portion 12e, and the other swings with respect to one of the third intermediate arm portion 12d and the distal end arm portion 12e. It can be moved (rotated). The sixth joint portion 13f connects the distal end portion of the distal end arm portion 12e and the attachment portion 16 of the probe 20, and the probe 20 attached to the attachment portion 16 can swing (rotate) with respect to the distal end arm portion 12e. In addition, it is configured to be rotatable about an axis extending in parallel with the tip arm portion 12e. It should be noted that the rotation axes of the second to fifth joint portions 13b to 13e are parallel to each other so that the intermediate arm portions and the tip arm portions 12b to 12e can swing in the same plane (substantially in the vertical plane). It extends in a substantially horizontal direction.

第1〜第6の関節部13a〜13fの回転軸にはそれぞれ、各関節部13a〜13fの基端側に位置するアーム部もしくは基台11と、各関節部13a〜13fの先端側に位置するアーム部もしくはプローブ20とのなす角度を検出するため、各関節部13a〜13fの回転軸の回転量を計測するエンコーダ31が取り付けられている。これらのエンコーダ31による計測値(以下、「角度情報」と呼ぶ)は、図2に示すように、各エンコーダ31から制御部30へ出力される。また、第1〜第6の関節部13a〜13fにはそれぞれ、各関節部13a〜13fの基端側に位置するアーム部もしくは基台11に対し先端側に位置するアーム部もしくはプローブ20を揺動(回転)させて所定の位置で固定(ロック)するロック機構14が設けられている。なお、これらのロック機構14の作動制御は、制御部30により行われる。   The rotation shafts of the first to sixth joint portions 13a to 13f are respectively positioned on the distal end side of the joint portions 13a to 13f and the arm portion or the base 11 located on the proximal end side of the joint portions 13a to 13f. In order to detect an angle formed by the arm portion or the probe 20 to be performed, an encoder 31 for measuring the rotation amount of the rotation shaft of each joint portion 13a to 13f is attached. The measured values (hereinafter referred to as “angle information”) by these encoders 31 are output from each encoder 31 to the control unit 30 as shown in FIG. In addition, the first to sixth joint portions 13a to 13f respectively swing the arm portion or probe 20 located on the distal end side with respect to the arm portion or base 11 located on the proximal end side of each joint portion 13a to 13f. A lock mechanism 14 that is moved (rotated) and fixed (locked) at a predetermined position is provided. The operation control of these lock mechanisms 14 is performed by the control unit 30.

取付部16は、プローブ20をリニアモータ17(図2を参照)により照明光(後述のライン光)の広がる方向と略垂直な方向へスライド移動可能に保持する。すなわち、取付部16に取り付け保持されたプローブ20のスライド移動方向がスキャン方向となるように構成される。なお、取付部16に設けられたリニアモータ17の作動制御は、制御部30により行われる。また、リニアモータ17にはエンコーダ(図示せず)が内蔵されており、このエンコーダによる計測値は、リニアモータ17の作動に応じたプローブ20の変位情報として、リニアモータ17(エンコーダ)から制御部30へ出力される。また、本実施形態において、プローブ20のスライド移動方向(スキャン方向)をX方向、プローブ20(照明部21)の光軸方向およびX方向と垂直な方向をY方向、X方向およびY方向と垂直な方向をZ方向とそれぞれ称することがある(図1を参照)。   The mounting portion 16 holds the probe 20 by a linear motor 17 (see FIG. 2) so as to be slidable in a direction substantially perpendicular to a direction in which illumination light (line light described later) spreads. That is, the slide movement direction of the probe 20 attached and held on the attachment portion 16 is configured to be the scan direction. The operation control of the linear motor 17 provided in the attachment portion 16 is performed by the control portion 30. An encoder (not shown) is built in the linear motor 17, and a measurement value obtained by the encoder is transmitted from the linear motor 17 (encoder) to the control unit as displacement information of the probe 20 according to the operation of the linear motor 17. 30. In this embodiment, the slide movement direction (scan direction) of the probe 20 is the X direction, the optical axis direction of the probe 20 (illuminating unit 21) and the direction perpendicular to the X direction are the Y direction, and the X direction and the Y direction are perpendicular. May be referred to as the Z direction (see FIG. 1).

プローブ20は、図3に示すように、被測定物5を照明する照明部21と、照明部21に照明された被測定物5を撮像する撮像部25と、外部からの振動の影響によるプローブ20(すなわち、照明部21および撮像部25)の振れを検出する振れ検出部28とを有して構成される。なお、振れ検出部28は、X方向・Y方向・Z方向の振れを検出可能に構成されている。また、図1に示すように、プローブ20の側部には、被測定物5に対する形状測定の開始および停止を制御部30に指示するための操作が行われる測定スイッチ29が設けられている。   As shown in FIG. 3, the probe 20 includes an illumination unit 21 that illuminates the measurement object 5, an imaging unit 25 that images the measurement object 5 illuminated by the illumination unit 21, and a probe due to the influence of external vibration. 20 (i.e., the illumination unit 21 and the imaging unit 25) and a shake detection unit 28 that detects the shake of the imaging unit 25. Note that the shake detection unit 28 is configured to detect shakes in the X direction, the Y direction, and the Z direction. Further, as shown in FIG. 1, a measurement switch 29 is provided on the side of the probe 20 to perform an operation for instructing the control unit 30 to start and stop shape measurement on the object to be measured 5.

照明部21は、図4に示すように、LED等の光源22と、照明パターンを形成するパターン形成部23と、パターン形成部23に形成された照明パターンを被測定物5に投影する投影レンズ24とを有して構成される。パターン形成部23は、液晶表示素子等から構成され、本実施形態では、断面がライン状の照明光(以下、ライン光と称する)が得られるように照明パターンを形成する。そのため、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過するとライン光になり、このライン光が投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   As shown in FIG. 4, the illumination unit 21 includes a light source 22 such as an LED, a pattern formation unit 23 that forms an illumination pattern, and a projection lens that projects the illumination pattern formed on the pattern formation unit 23 onto the object to be measured 5. 24. The pattern forming unit 23 is composed of a liquid crystal display element or the like, and in the present embodiment, forms an illumination pattern so that illumination light having a cross section in a line shape (hereinafter referred to as line light) is obtained. Therefore, the light emitted from the light source 22 becomes line light when passing through the pattern forming unit 23, and this line light is irradiated (projected) onto the object to be measured 5 on the stage 6 by the projection lens 24.

撮像部25は、図4に示すように、被測定物5に照射されたライン光の像(以下、ライン像と称する)を結像させる撮像光学系26と、撮像光学系26により結像されたライン像を撮像する撮像素子27とを有して構成される。撮像素子27は、撮像面上に形成されたライン像を光電変換して画像信号を生成し、その画像情報を形状演算部34に出力する。なお、撮像光学系26の像面は、照射されるライン光の照射方向と共役な所謂シャインプルーフの条件を満たしている。そのため、被測定物5の高さによらず常にライン像をシャープに結像することができる。   As shown in FIG. 4, the imaging unit 25 forms an image with an imaging optical system 26 that forms an image of line light (hereinafter referred to as a line image) irradiated on the object 5 to be measured, and the imaging optical system 26. And an image pickup device 27 for picking up a line image. The image sensor 27 photoelectrically converts a line image formed on the imaging surface to generate an image signal, and outputs the image information to the shape calculation unit 34. Note that the image plane of the imaging optical system 26 satisfies a so-called Scheinproof condition conjugate with the irradiation direction of the line light to be irradiated. Therefore, a line image can always be sharply formed regardless of the height of the DUT 5.

振れ検出部28は、図3に示すように、プローブ20(照明部21および撮像部25)の角速度を検出する角速度センサ28aと、プローブ20の加速度を検出する加速度センサ28bとを有し、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bにそれぞれ検出された角速度および加速度に基づいてプローブ20の振れを検出する。ここで、プローブ20(照明部21および撮像部25)の振れとは、プローブ20を一定速度(または一定角速度)でスライド移動(スキャン)させたときの目標位置(方向を含む)に対するプローブ20(照明部21および撮像部25)のずれ(位置ずれ及び方向ずれ)である。   As shown in FIG. 3, the shake detection unit 28 includes an angular velocity sensor 28 a that detects the angular velocity of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25), and an acceleration sensor 28 b that detects the acceleration of the probe 20. The vibration of the probe 20 is detected based on the angular velocity and acceleration detected by the sensor 28a and the acceleration sensor 28b, respectively. Here, the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) refers to the probe 20 (with respect to the target position (including the direction) when the probe 20 is slid (scanned) at a constant speed (or a constant angular speed). This is a deviation (positional deviation and direction deviation) between the illumination unit 21 and the imaging unit 25).

本実施形態の形状測定装置1は、工場のライン等に設置可能な形状測定装置であり、形状測定装置1が防振台(図示せず)等の上に設置されていない場合がある。このような場合、ロック機構14を作動させて各関節部13a〜13fを固定した状態でも、外部からの振動の影響により、被測定物5に対してプローブ20がブレてしまうため、プローブ20をスライド移動(スキャン)させたときに目標位置に対するプローブ20(照明部21および撮像部25)の位置ずれ(振れ)が生じてしまう。また、各アーム部12a〜12eのたわみ等によっても、同様の位置ずれ(振れ)が生じてしまう。   The shape measuring device 1 of this embodiment is a shape measuring device that can be installed on a factory line or the like, and the shape measuring device 1 may not be installed on a vibration isolation table (not shown) or the like. In such a case, even when the lock mechanism 14 is operated and the joint portions 13a to 13f are fixed, the probe 20 is shaken with respect to the object 5 to be measured due to the influence of external vibration. When the slider is moved (scanned), the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) is displaced from the target position. Further, the same positional deviation (shake) occurs due to the deflection of each of the arm portions 12a to 12e.

振れ検出部28は、このようなプローブ20(照明部21および撮像部25)の振れを検出するものである。振れ検出部28の角速度センサ28aは、X方向およびY方向に伸びる軸(以下、X回転軸およびY回転軸と称する)を回転軸としたプローブ20の角速度をそれぞれ検出する。加速度センサ28bは、プローブ20のX方向およびY方向の加速度をそれぞれ検出する。なお、プローブ20の振れには、プローブ20の回転による振れと、プローブ20の平行移動による振れが存在する。しかしながら、本実施形態のプローブ20は、複数のアーム部12a〜12eを有した移動機構部15の先端部(先端アーム部12eの先端部)に取り付けられているため、プローブ20の平行移動による振れは、プローブ20の回転(揺動)による振れよりも微小であると考えられ、プローブ20の振れをプローブ20の回転による振れのみに近似することができる。ただし、移動機構部15は多くの関節部を有するため平行リンク機構として作用する場合がある。すなわち、振れによって角速度は検出されないが加速度が検出される場合がある。この場合は、平行移動による振れ(平行な振れ)として処理がなされる。なお、平行移動による振れ(平行な振れ)は、回転中心が十分に遠くにあると考えれば回転(揺動)による振れと同様に処理することもできる。   The shake detection unit 28 detects such shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25). The angular velocity sensor 28a of the shake detection unit 28 detects the angular velocities of the probe 20 with the axes extending in the X direction and the Y direction (hereinafter referred to as X rotation axis and Y rotation axis) as rotation axes. The acceleration sensor 28b detects the acceleration of the probe 20 in the X direction and the Y direction, respectively. Note that the vibration of the probe 20 includes a vibration due to the rotation of the probe 20 and a vibration due to the parallel movement of the probe 20. However, since the probe 20 of the present embodiment is attached to the distal end portion (the distal end portion of the distal arm portion 12e) of the moving mechanism portion 15 having a plurality of arm portions 12a to 12e, the probe 20 shakes due to parallel movement. Is considered to be smaller than the vibration caused by the rotation (oscillation) of the probe 20, and the vibration of the probe 20 can be approximated only to the vibration caused by the rotation of the probe 20. However, since the moving mechanism part 15 has many joint parts, it may act as a parallel link mechanism. That is, the angular velocity may not be detected due to the shake, but the acceleration may be detected. In this case, processing is performed as shake due to parallel movement (parallel shake). Note that shake due to parallel movement (parallel shake) can be processed in the same manner as shake due to rotation (oscillation), assuming that the center of rotation is sufficiently far away.

そのため、図3に示すように、プローブ20の回転速度(ベクトル)をVとし、プローブ20の角速度をωとし、プローブ20の回転半径(ベクトル)をrとしたとき、V=r×ωであるので、振れ検出部28は、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bにそれぞれ検出された角速度ωおよび加速度dV/dtを用いて、プローブ20の回転半径r(および回転中心)を求めることができる。このとき、回転速度Vは、加速度センサ28bに検出された加速度dV/dtに対し積分処理を行うことで求められ、r=V/(ω+C)の関係式から回転半径rが求まる。ここで、Cは回転半径rが発散しないように設定された定数もしくは関数である。さらに、角速度センサ28aに検出された角速度ωに対し積分処理を行うことでプローブ20の回転角度φを求めることができるので、振れ検出部28は、求めたプローブ20の回転半径rおよび回転角度φを用いて、プローブ20の振れ量(=r×φ)を求めることができる。   Therefore, as shown in FIG. 3, when the rotational speed (vector) of the probe 20 is V, the angular speed of the probe 20 is ω, and the rotational radius (vector) of the probe 20 is r, V = r × ω. Therefore, the shake detection unit 28 can obtain the rotation radius r (and the rotation center) of the probe 20 using the angular velocity ω and the acceleration dV / dt detected by the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b, respectively. At this time, the rotation speed V is obtained by performing integration processing on the acceleration dV / dt detected by the acceleration sensor 28b, and the rotation radius r is obtained from the relational expression r = V / (ω + C). Here, C is a constant or function set so that the radius of rotation r does not diverge. Further, since the rotation angle φ of the probe 20 can be obtained by performing integration processing on the angular velocity ω detected by the angular velocity sensor 28a, the shake detecting unit 28 determines the obtained rotation radius r and rotation angle φ of the probe 20. Can be used to determine the amount of deflection (= r × φ) of the probe 20.

なお、プローブ20はスキャン時にX方向へ動くので、プローブ20のY回転軸を回転軸とした角速度およびX方向の加速度を用いて求めた振れ量から、プローブ20のスキャンによる影響を減算したものが、プローブ20のX方向の振れ量となる。なお、スキャンによる影響には、スキャンによる平行移動が回転成分として角速度センサに検出される成分がある。この成分は、振動のない環境でスキャン動作を行い予め求めておくことができる。また、プローブ20のスキャン方向はX方向であり、スキャン時にY方向へのスキャンによる移動はないはずなので、プローブ20のX回転軸を回転軸とした角速度およびY方向の加速度を用いて求めた振れ量が、そのままプローブ20のY方向の振れ量となる。   Since the probe 20 moves in the X direction at the time of scanning, the influence of the scanning of the probe 20 is subtracted from the shake amount obtained using the angular velocity and the acceleration in the X direction with the Y rotation axis of the probe 20 as the rotation axis. This is the amount of deflection of the probe 20 in the X direction. Note that the influence of scanning includes a component in which the translation due to scanning is detected by the angular velocity sensor as a rotation component. This component can be obtained in advance by performing a scanning operation in an environment without vibration. Further, since the scanning direction of the probe 20 is the X direction and there should be no movement due to scanning in the Y direction at the time of scanning, the deflection obtained using the angular velocity about the X rotation axis of the probe 20 and the acceleration in the Y direction. The amount becomes the shake amount of the probe 20 in the Y direction as it is.

制御部30は、図2に示すように、形状測定装置1による被測定物5の形状測定の処理を制御する処理部32と、各エンコーダ31から出力された角度情報およびリニアモータ17から出力された変位情報(スキャン量)を用いてプローブ20の空間座標および姿勢(測定空間内の予め決められた点を原点とする座標および姿勢であって、以下、「位置情報」と称する)を算出する位置演算部33と、位置演算部33から出力された位置情報および撮像素子27から出力されたライン像(被測定物5に投影されたライン光の像)の画像情報を用いて、被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出する形状演算部34とを有して構成される。ここで、測定空間とは、形状測定装置1により、プローブ20を移動させて被測定物5の空間座標を取得できる範囲(空間)を指している。   As shown in FIG. 2, the control unit 30 outputs a processing unit 32 that controls the shape measurement process of the DUT 5 by the shape measuring apparatus 1, the angle information output from each encoder 31, and the linear motor 17. Using the displacement information (scan amount) obtained, the spatial coordinates and orientation of the probe 20 (coordinates and orientation with a predetermined point in the measurement space as the origin, hereinafter referred to as “position information”) are calculated. Using the position calculation unit 33, the position information output from the position calculation unit 33 and the image information of the line image output from the image sensor 27 (the image of the line light projected onto the measurement object 5), the device under test is used. 5 and a shape calculation unit 34 for calculating shape information (three-dimensional shape). Here, the measurement space refers to a range (space) in which the probe 20 can be moved by the shape measuring apparatus 1 and the space coordinates of the object to be measured 5 can be acquired.

また、制御部30は、例えばコンピュータで実現され、処理部32、位置演算部33、および形状演算部34は、このコンピュータで実行されるプログラムとして実装される。なお、測定スイッチ29からの出力(操作信号)は処理部32に入力され、測定スイッチ29の操作に応じたパターン形成部23等の作動が処理部32により制御される。また、形状演算部34から出力された形状情報は、例えば、制御部30に設けられた記憶部36に記憶され、さらに、この形状情報は処理部32で処理されて表示部40に3次元画像として出力される。   Moreover, the control part 30 is implement | achieved by the computer, for example, and the process part 32, the position calculating part 33, and the shape calculating part 34 are mounted as a program run with this computer. The output (operation signal) from the measurement switch 29 is input to the processing unit 32, and the operation of the pattern forming unit 23 and the like according to the operation of the measurement switch 29 is controlled by the processing unit 32. Further, the shape information output from the shape calculation unit 34 is stored in, for example, a storage unit 36 provided in the control unit 30, and the shape information is further processed by the processing unit 32 and displayed on the display unit 40. Is output as

各アーム部12a〜12eの長さ等の情報は既知であるため、制御部30の位置演算部33は、各エンコーダ31から出力された角度情報に基づいて、各関節部13a〜13fの基端側に位置するアーム部もしくは基台11と、各関節部13a〜13fの先端側に位置するアーム部もしくはプローブ20とのなす角度を算出し、リニアモータ17(エンコーダ)から出力された変位情報(スキャン量)を加味することで、プローブ20の空間上の3次元座標(空間座標)を求めることができる。同様に、プローブ20における照明部21と撮像部25との相対位置関係(相対座標)も既知であるため、形状演算部34は、三角測量の原理に基づいて撮像部25(撮像素子27)で取得された画像情報(ライン像の画像位置情報)を処理することにより、撮像部25で撮像できる範囲内にある被測定物5の3次元形状(ライン光が投影されている被測定物5の3次元形状(例えば、この範囲の離散的に表される測定空間内での座標群として表現される))を求めることができる。   Since the information such as the length of each of the arm portions 12a to 12e is known, the position calculation unit 33 of the control unit 30 is based on the angle information output from each encoder 31, and the base ends of the joint portions 13a to 13f. The angle formed by the arm portion or base 11 positioned on the side and the arm portion or probe 20 positioned on the distal end side of each joint portion 13a to 13f is calculated, and displacement information (from the linear motor 17 (encoder)) ( By adding (scan amount), the three-dimensional coordinates (space coordinates) in the space of the probe 20 can be obtained. Similarly, since the relative positional relationship (relative coordinates) between the illumination unit 21 and the imaging unit 25 in the probe 20 is also known, the shape calculation unit 34 is an imaging unit 25 (imaging element 27) based on the principle of triangulation. By processing the acquired image information (image position information of the line image), the three-dimensional shape of the measurement object 5 within the range that can be imaged by the imaging unit 25 (the measurement object 5 on which the line light is projected). A three-dimensional shape (e.g., expressed as a group of coordinates in this range of discretely represented measurement spaces) can be determined.

なお、前述したように、プローブ20(照明部21および撮像部25)の振れが生じ得るため、形状演算部34が被測定物5の形状情報を算出する際、振れ検出部28に検出されたプローブ20(照明部21および撮像部25)の振れに基づいて、当該プローブ20の振れを打ち消すようにライン像の画像情報(画像位置情報)の補正を行う。このとき、例えば、画像上におけるライン像のX方向(またはY方向)座標値に対して、プローブ20のX方向(またはY方向)の振れ量を打ち消すように演算する補正を行う。これにより、プローブ20のX方向(またはY方向)の振れによる画像上でのライン像の位置ずれを補正することができる。このように、形状測定装置1に振動が加わっても、3次元形状の測定誤差を低減することが可能になる。   As described above, since the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) may occur, when the shape calculation unit 34 calculates the shape information of the object 5 to be measured, the vibration is detected by the shake detection unit 28. Based on the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25), the image information (image position information) of the line image is corrected so as to cancel the shake of the probe 20. At this time, for example, correction is performed so as to cancel the shake amount in the X direction (or Y direction) of the probe 20 with respect to the X direction (or Y direction) coordinate value of the line image on the image. Thereby, it is possible to correct the positional deviation of the line image on the image due to the shake of the probe 20 in the X direction (or Y direction). Thus, even if vibration is applied to the shape measuring apparatus 1, it becomes possible to reduce the measurement error of the three-dimensional shape.

以上のように構成される形状測定装置1を用いた被測定物5の3次元形状測定について、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、測定スイッチ29に対して所定の測定開始操作(例えば、押し操作)が行われると、制御部30における処理部32の作動制御により、振れ検出部28の角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動する(ステップS101)。次に、測定体制に移動するため、移動機構部15は、ティーチング等により予め設定した所定の測定開始位置へプローブ20を移動させる(ステップS102)。このとき、処理部32の作動制御により、各関節部13a〜13fに設けられたロック機構14がアーム部もしくはプローブ20を揺動(回転)させて所定の測定開始位置で固定(ロック)する。   The three-dimensional shape measurement of the object to be measured 5 using the shape measuring apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, when a predetermined measurement start operation (for example, a push operation) is performed on the measurement switch 29, the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b of the shake detection unit 28 are turned on by the operation control of the processing unit 32 in the control unit 30. Operates (step S101). Next, in order to move to the measurement system, the moving mechanism unit 15 moves the probe 20 to a predetermined measurement start position set in advance by teaching or the like (step S102). At this time, by the operation control of the processing unit 32, the lock mechanism 14 provided in each joint portion 13a to 13f swings (rotates) the arm portion or the probe 20 and fixes (locks) it at a predetermined measurement start position.

ここで、処理部32は、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動してから所定のセンサ安定時間が経過したか否かを判定(ステップS103)し、当該センサ安定時間が経過してから、リニアモータ17によりプローブ20をスライド移動(スキャン)させて測定を開始する(ステップS104)。なお、センサ安定時間とは、角速度センサ28aまたは加速度センサ28bを構成するジャイロ(図示せず)の振動が安定するのに要する時間である。   Here, the processing unit 32 determines whether or not a predetermined sensor stabilization time has elapsed since the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b are turned on (step S103), and after the sensor stabilization time has elapsed, Measurement is started by sliding (scanning) the probe 20 with the linear motor 17 (step S104). The sensor stabilization time is the time required for stabilization of vibration of a gyro (not shown) constituting the angular velocity sensor 28a or the acceleration sensor 28b.

測定が開始されると、処理部32の作動制御により、リニアモータ17がプローブ20をX方向へスライド移動(スキャン)させる。このとき、リニアモータ17の作動に応じたプローブ20の変位情報(スキャン量)がリニアモータ17のエンコーダから制御部30の位置演算部33へ出力される。またこのとき、角速度センサ28aがプローブ20(照明部21および撮像部25)の角速度を検出するとともに、加速度センサ28bがプローブ20の加速度を検出し、振れ検出部28は、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bにそれぞれ検出された角速度および加速度に基づいて、前述のようにプローブ20の振れを算出し、処理部32へ出力する。なお、振れ検出部28がプローブ20の振れを検出する際、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bの長周期的な検出信号ずれ(いわゆるドリフト)によるノイズをカットするため、ハイパスフィルタ(図示せず)を用いるようにしてもよい。   When the measurement is started, the linear motor 17 slides (scans) the probe 20 in the X direction by controlling the operation of the processing unit 32. At this time, displacement information (scan amount) of the probe 20 corresponding to the operation of the linear motor 17 is output from the encoder of the linear motor 17 to the position calculation unit 33 of the control unit 30. At this time, the angular velocity sensor 28a detects the angular velocity of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25), the acceleration sensor 28b detects the acceleration of the probe 20, and the shake detection unit 28 includes the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor. Based on the angular velocity and acceleration detected in 28b, the deflection of the probe 20 is calculated as described above and output to the processing unit 32. When the shake detection unit 28 detects the shake of the probe 20, a high-pass filter (not shown) is used to cut noise due to a long-period detection signal shift (so-called drift) between the angular velocity sensor 28 a and the acceleration sensor 28 b. You may make it use.

振れ検出部28がプローブ20の振れを検出すると、処理部32は、プローブ20のX方向の振れ量(前述のように、角速度および加速度を用いて求められるX方向の振れ量からプローブ20のスキャン量を減算したもの)が所定の閾値Th1よりも大きいか否かを判定する(ステップS105)。なお、所定の閾値Th1は、形状演算部34による形状情報(3次元形状)の算出結果に影響を及ぼし始める程度のプローブ20の振れ量である。判定がNoの場合、プローブ20の振れが少ないため安定モードに移行し(ステップS106)、プローブ20の振れに応じた補正を行わない通常の測定が行われる。一方、判定がYesの場合、撮像回数NをN=1に設定する(ステップS107)。   When the shake detection unit 28 detects the shake of the probe 20, the processing unit 32 scans the probe 20 from the shake amount of the probe 20 in the X direction (as described above, the shake amount in the X direction obtained using the angular velocity and acceleration). It is determined whether or not the value obtained by subtracting the amount is larger than a predetermined threshold value Th1 (step S105). The predetermined threshold Th1 is the amount of deflection of the probe 20 that starts to affect the calculation result of the shape information (three-dimensional shape) by the shape calculation unit 34. If the determination is No, since the probe 20 is less shaken, the mode is shifted to the stable mode (step S106), and normal measurement without correction according to the shake of the probe 20 is performed. On the other hand, if the determination is Yes, the number N of imaging is set to N = 1 (step S107).

撮像回数NをN=1に設定すると、照明部21によりライン光の照射を行う(ステップS108)。このとき、処理部32の作動制御により光源22が点灯し、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過してライン光になり、投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   When the number N of imaging is set to N = 1, the illumination unit 21 irradiates line light (step S108). At this time, the light source 22 is turned on by the operation control of the processing unit 32, and the light emitted from the light source 22 is transmitted through the pattern forming unit 23 to become line light, and the measurement object 5 on the stage 6 by the projection lens 24. Is irradiated (projected).

被測定物5に照射されたライン光の像(ライン像)は、撮像光学系26により撮像素子27の撮像面上に結像される。そこで、撮像素子27によりライン像を撮像する(ステップS109)。このとき、処理部32の作動制御により、撮像素子27は、撮像面上に形成されたライン像を光電変換して画像信号を生成し、その画像情報を形状演算部34に出力する。なお、形状演算部34は、被測定物5の形状情報を算出するために複数の画像情報を記録可能な測定テーブル(図示せず)を有しており、ライン像の画像情報とともに、位置演算部33により算出された撮像時のプローブ20の位置情報(目標位置)や、振れ検出部28により検出された撮像時のプローブ20の振れが当該測定テーブルに記録される(ステップS110)。   An image (line image) of the line light irradiated on the object to be measured 5 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 27 by the image pickup optical system 26. Therefore, a line image is captured by the image sensor 27 (step S109). At this time, by the operation control of the processing unit 32, the image sensor 27 photoelectrically converts the line image formed on the imaging surface to generate an image signal, and outputs the image information to the shape calculation unit 34. The shape calculator 34 has a measurement table (not shown) that can record a plurality of pieces of image information in order to calculate the shape information of the DUT 5, and calculates the position along with the image information of the line image. The position information (target position) of the probe 20 at the time of imaging calculated by the unit 33 and the shake of the probe 20 at the time of imaging detected by the shake detection unit 28 are recorded in the measurement table (step S110).

全撮像回数をNeとすると、処理部32は、N=Neか否かを判定する(ステップS111)。判定がNoの場合、N=N+1とし(ステップS112)、ステップS108へ戻る。すなわち、全ての撮像が終わるまで、ステップS108〜ステップS110が繰り返されることになる。一方、判定がYesの場合、形状演算部34は、測定テーブル(図示せず)に記録されたライン像の画像情報および位置情報を用いて、被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出し、処理を終了する。なお、前述したように、形状演算部34が被測定物5の形状情報を算出する際、振れ検出部28に検出されたプローブ20(照明部21および撮像部25)の振れに基づいて、当該プローブ20の意図しない振れによる影響を打ち消すようにライン像の画像情報(画像位置情報)の補正を行う。   If the total number of times of imaging is Ne, the processing unit 32 determines whether N = Ne (step S111). If the determination is No, N = N + 1 is set (step S112), and the process returns to step S108. That is, step S108 to step S110 are repeated until all the images are captured. On the other hand, when the determination is Yes, the shape calculation unit 34 uses the image information and position information of the line image recorded in the measurement table (not shown) to obtain the shape information (three-dimensional shape) of the DUT 5. Calculate and finish the process. As described above, when the shape calculation unit 34 calculates the shape information of the DUT 5, based on the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) detected by the shake detection unit 28, The image information (image position information) of the line image is corrected so as to cancel the influence of unintentional shake of the probe 20.

このように、第1実施形態によれば、形状測定装置1に振動が加わっても、3次元形状の測定誤差を低減することができる。なお、第1実施形態では、プローブ20の振れによる画像上でのライン像の位置ずれを補正することで、3次元形状の測定誤差をより低減することができる。   Thus, according to the first embodiment, even if vibration is applied to the shape measuring apparatus 1, it is possible to reduce the measurement error of the three-dimensional shape. In the first embodiment, the measurement error of the three-dimensional shape can be further reduced by correcting the positional deviation of the line image on the image due to the shake of the probe 20.

なお、上述の第1実施形態において、外部からの振動の影響によりプローブ20にX方向の振れが生じると、図6に示すように、プローブ20は被測定物5に対してX方向に振動しながらスキャンするため、プローブ20に振れが生じない場合よりも撮像位置Pの密度が高くなる。そこで、複数の撮像位置Pのうち、プローブ20の振れ量が所定量よりも大きくなる撮像位置Pでの画像情報を、測定対象から除外するようにしてもよい。これにより、形状演算部34は、プローブ20の振れが少ない画像情報を用いて形状情報を算出するため、3次元形状の測定誤差をより低減することができる。   In the first embodiment described above, when the probe 20 is shaken in the X direction due to the influence of external vibration, the probe 20 vibrates in the X direction with respect to the object 5 as shown in FIG. However, since scanning is performed, the density of the imaging positions P is higher than when the probe 20 is not shaken. Therefore, image information at the imaging position P where the shake amount of the probe 20 is larger than a predetermined amount among the plurality of imaging positions P may be excluded from the measurement target. Thereby, since the shape calculation part 34 calculates shape information using the image information with little shake of the probe 20, it can further reduce the measurement error of the three-dimensional shape.

また、上述の第1実施形態において、画像上におけるライン像のX方向(またはY方向)座標値に対して、プローブ20のX方向(またはY方向)の意図しない振れ量の影響を打ち消すように演算する補正を行う例を示したが、これに限られるものではない。例えば、振れ検出部28によりプローブ20のZ方向の振れを検出し、画像上におけるライン像のX方向座標値に対して、プローブ20のZ方向の振れ量を打ち消すように演算する補正を行うようにしてもよい。これにより、プローブ20のZ方向(被測定物5の高さ方向)の振れによる画像上でのライン像の位置ずれを補正することができ、3次元形状の測定誤差をより低減することができる。   Further, in the first embodiment described above, the influence of the unintentional shake amount of the probe 20 in the X direction (or Y direction) is canceled with respect to the X direction (or Y direction) coordinate value of the line image on the image. Although the example which performs the correction | amendment which calculates is shown, it is not restricted to this. For example, the shake detection unit 28 detects the shake of the probe 20 in the Z direction, and corrects the X direction coordinate value of the line image on the image so as to cancel the shake amount of the probe 20 in the Z direction. It may be. Thereby, the positional deviation of the line image on the image due to the shake of the probe 20 in the Z direction (the height direction of the DUT 5) can be corrected, and the measurement error of the three-dimensional shape can be further reduced. .

ここで、第1実施形態においてライン像の画像情報(画像位置情報)の補正を行う例について、図16および図17を参照しながら説明する。まず、撮像素子27(像面)上の座標と物体(物体面)上の座標との関係について述べる。なお、図17に示すように、光軸Iを原点とする像面S3上の座標を(H,V)とし、光軸Iを原点とする物体面S1上の座標を(h,v)とする。前述したように、撮像光学系26の像面はシャインプルーフの条件を満たしている。そのため、図17に示すように、光軸I上の物体面S1の位置から主平面S2までの距離をaとし、主平面S2から光軸I上の像面S3の位置までの距離をbとし、b/a=βとし、光軸Iと垂直な面に対する物体面S1の傾きをθとし、光軸Iと垂直な面に対する像面S3の傾きをθ´とすると、次の(1)式および(2)式で表される条件を満足する。   Here, an example of correcting the image information (image position information) of the line image in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17. First, the relationship between the coordinates on the image sensor 27 (image plane) and the coordinates on the object (object plane) will be described. As shown in FIG. 17, coordinates on the image plane S3 with the optical axis I as the origin are (H, V), and coordinates on the object plane S1 with the optical axis I as the origin are (h, v). To do. As described above, the image plane of the imaging optical system 26 satisfies the Scheinproof condition. Therefore, as shown in FIG. 17, the distance from the position of the object plane S1 on the optical axis I to the main plane S2 is a, and the distance from the main plane S2 to the position of the image plane S3 on the optical axis I is b. , B / a = β, the inclination of the object plane S1 with respect to the plane perpendicular to the optical axis I is θ, and the inclination of the image plane S3 with respect to the plane perpendicular to the optical axis I is θ ′, the following equation (1) And the condition expressed by the formula (2) is satisfied.

Figure 2011232102
Figure 2011232102

Figure 2011232102
Figure 2011232102

次に、照明ずれによる被測定物5上の座標変化について説明する。図16に示すように、スキャン原点における照明部21の光軸と撮像部25の光軸との交点の座標をA(x0,y0,z0)とすると、シャインプルーフの条件を満足する物体面(図16の例において、YZ平面とする)上の座標を(h0,v0)としたとき、このときの被測定物5表面におけるライン光の座標はa(x0,y0+h0,z0+v0)となる。プローブ20がX方向へスキャン量Δxだけスライド移動すると、照明部21の光軸と撮像部25の光軸との交点の座標はB(x0+Δx,y0,z0)となる。さらに、物体面上の座標を(h1,v1)としたとき、このときの被測定物5表面におけるライン光の座標はb(x0+Δx,y0+h1,z0+v1)となる。プローブ20がX方向へスキャン量Δxだけスライド移動したときに、プローブ20の回転による振れが回転半径rで回転角度φだけ生じたとすると、照明部21の光軸と撮像部25の光軸との交点の座標はC(x0+Δx−r×sinφ,y0,z0+r×(1−cosφ))となる。さらに、物体面上の座標を(h2,v2)としたとき、このときの被測定物5表面におけるライン光の座標はc(x0+Δx−r×sinφ,y0+h2,z0+r×(1−cosφ)+v2×cosφ)となる。   Next, a change in coordinates on the measurement object 5 due to illumination deviation will be described. As shown in FIG. 16, when the coordinates of the intersection of the optical axis of the illuminating unit 21 and the optical axis of the imaging unit 25 at the scan origin are A (x0, y0, z0), an object plane that satisfies the Scheimpflug condition ( When the coordinates on the YZ plane in the example of FIG. 16 are (h0, v0), the coordinates of the line light on the surface of the object to be measured 5 at this time are a (x0, y0 + h0, z0 + v0). When the probe 20 slides in the X direction by the scan amount Δx, the coordinates of the intersection point of the optical axis of the illumination unit 21 and the optical axis of the imaging unit 25 become B (x0 + Δx, y0, z0). Further, when the coordinates on the object plane are (h1, v1), the coordinates of the line light on the surface of the object to be measured 5 at this time are b (x0 + Δx, y0 + h1, z0 + v1). When the probe 20 slides in the X direction by the scan amount Δx, if the shake due to the rotation of the probe 20 occurs at the rotation radius r by the rotation angle φ, the optical axis of the illumination unit 21 and the optical axis of the imaging unit 25 The coordinates of the intersection point are C (x0 + Δx−r × sinφ, y0, z0 + r × (1−cosφ)). Further, when the coordinates on the object plane are (h2, v2), the coordinates of the line light on the surface of the object to be measured 5 at this time are c (x0 + Δx−r × sinφ, y0 + h2, z0 + r × (1−cosφ) + v2 ×. cosφ).

そして、ライン像の画像位置情報の補正、すなわち、被測定物5表面に照射されたライン光の座標補正について説明する。撮像素子27(像面)上で得られたライン像の座標を(H,V)とすると、前述したプローブ20の振れ量が所定の閾値Th1よりも大きい場合、ライン像の画像位置情報の補正を行い、上述の座標cを用いて、補正後の被測定物5表面におけるライン光の座標を(x0+Δx−r×sinφ,y0+h,z0+r×(1−cosφ)+v×cosφ)として求めることができる。一方、前述したプローブ20の振れ量が所定の閾値Th1以下の場合、ライン像の画像位置情報の補正を行わずに、上述の座標bを用いて、被測定物5表面におけるライン光の座標を(x0+Δx,y0+h,z0+v)として求めることができる。   The correction of the image position information of the line image, that is, the correction of the coordinates of the line light irradiated on the surface of the object 5 to be measured will be described. Assuming that the coordinates of the line image obtained on the image sensor 27 (image plane) are (H, V), if the shake amount of the probe 20 is larger than a predetermined threshold value Th1, the correction of the image position information of the line image is performed. And the coordinates of the line light on the surface of the measured object 5 after correction can be obtained as (x0 + Δx−r × sinφ, y0 + h, z0 + r × (1−cosφ) + v × cosφ) using the above-mentioned coordinates c. . On the other hand, when the shake amount of the probe 20 described above is equal to or less than the predetermined threshold Th1, the coordinates of the line light on the surface of the object to be measured 5 are calculated using the above-described coordinates b without correcting the image position information of the line image. (X0 + Δx, y0 + h, z0 + v).

なお、物体面上の座標(h,v)は、ライン像の座標(H,V)から、上述の(1)式および(2)式を用いて求めることができる。ここで、(1)式および(2)式中のパラメータb,β,θ´は、光学系によって決まる値で既知である。また、回転半径rおよび回転角度φは、前述のように振れ検出部28で求めることができる。また、スキャン量Δxは、リニアモータ17のエンコーダの出力から求めることができる。   The coordinates (h, v) on the object plane can be obtained from the coordinates (H, V) of the line image using the above-described equations (1) and (2). Here, the parameters b, β, θ ′ in the equations (1) and (2) are known values determined by the optical system. Further, the rotation radius r and the rotation angle φ can be obtained by the shake detection unit 28 as described above. Further, the scan amount Δx can be obtained from the output of the encoder of the linear motor 17.

次に、形状測定装置の第2実施形態について説明する。第2実施形態の形状測定装置は、制御部30における一部の処理を除いて、第1実施形態の形状測定装置1と同様の構成であり、各部に第1実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   Next, a second embodiment of the shape measuring apparatus will be described. The shape measuring apparatus according to the second embodiment has the same configuration as that of the shape measuring apparatus 1 according to the first embodiment except for some processes in the control unit 30, and the same reference numerals as those in the first embodiment are used for each part. The detailed description is omitted.

そこで、第2実施形態の形状測定装置を用いた被測定物5の3次元形状測定について、図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、測定スイッチ29に対して所定の測定開始操作(例えば、押し操作)が行われると、制御部30における処理部32の作動制御により、振れ検出部28の角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動する(ステップS201)。次に、測定体制に移動するため、移動機構部15は、第1実施形態の場合と同様に、ティーチング等により予め設定した所定の測定開始位置へプローブ20を移動させる(ステップS202)。   Therefore, the three-dimensional shape measurement of the object to be measured 5 using the shape measuring apparatus of the second embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, when a predetermined measurement start operation (for example, a push operation) is performed on the measurement switch 29, the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b of the shake detection unit 28 are turned on by the operation control of the processing unit 32 in the control unit 30. Operates (step S201). Next, in order to move to the measurement system, the movement mechanism unit 15 moves the probe 20 to a predetermined measurement start position set in advance by teaching or the like, similarly to the case of the first embodiment (step S202).

ここで、処理部32は、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動してから所定のセンサ安定時間が経過したか否かを判定(ステップS203)し、第1実施形態の場合と同様に、当該センサ安定時間が経過してから、リニアモータ17によりプローブ20をスライド移動(スキャン)させて測定を開始する(ステップS204)。   Here, the processing unit 32 determines whether or not a predetermined sensor stabilization time has elapsed since the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b are turned on (step S203), and similarly to the case of the first embodiment, After the sensor stabilization time has elapsed, the linear motor 17 slides (scans) the probe 20 to start measurement (step S204).

測定を開始すると、第1実施形態の場合と同様に、処理部32は、プローブ20のX方向の振れ量(前述のように、角速度および加速度を用いて求められるX方向の振れ量からプローブ20のスキャン量を減算したもの)が所定の閾値Th2よりも大きいか否かを判定する(ステップS205)。なお、所定の閾値Th2は、形状演算部34による形状情報(3次元形状)の算出結果に影響を及ぼし始める程度のプローブ20の振れ量である。判定がNoの場合、プローブ20の振れが少ないため安定モードに移行し(ステップS206)、プローブ20の振れに応じた補正を行わない通常の測定が行われる。一方、判定がYesの場合、撮像回数NをN=1に設定する(ステップS207)。   When the measurement is started, as in the case of the first embodiment, the processing unit 32 detects the amount of vibration of the probe 20 in the X direction (as described above, from the amount of vibration in the X direction obtained using the angular velocity and acceleration). It is determined whether or not (the amount obtained by subtracting the scan amount) is larger than a predetermined threshold Th2 (step S205). The predetermined threshold Th2 is the amount of deflection of the probe 20 that starts to affect the calculation result of the shape information (three-dimensional shape) by the shape calculation unit 34. If the determination is No, the probe 20 is less shaken so that the stable mode is entered (step S206), and normal measurement is performed without performing correction according to the probe 20 shake. On the other hand, if the determination is Yes, the number N of imaging is set to N = 1 (step S207).

撮像回数NをN=1に設定すると、処理部32は、プローブ20の(例えばX方向の)振れの周期を求め、プローブ20の振れの位相がN×πのときに撮像素子27がライン像を撮像するように制御を行う(ステップS208)。このとき、処理部32の作動制御により光源22が点灯し、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過してライン光になり、投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   When the number N of times of imaging is set to N = 1, the processing unit 32 obtains the vibration period of the probe 20 (for example, in the X direction), and the image sensor 27 is a line image when the phase of the vibration of the probe 20 is N × π. Control is performed so as to image (step S208). At this time, the light source 22 is turned on by the operation control of the processing unit 32, and the light emitted from the light source 22 is transmitted through the pattern forming unit 23 to become line light, and the measurement object 5 on the stage 6 by the projection lens 24. Is irradiated (projected).

被測定物5に照射されたライン光の像(ライン像)は、撮像光学系26により撮像素子27の撮像面上に結像されるので、処理部32の作動制御により、プローブ20の振れの位相がN×πのときに、撮像素子27が撮像面上のライン像を撮像する(ステップS209)。このとき、第1実施形態の場合と同様に、撮像素子27から出力されたライン像の画像情報は、位置演算部33により算出された撮像時のプローブ20の位置情報(目標位置)や、振れ検出部28により検出された撮像時のプローブ20の振れとともに、形状演算部34の測定テーブル(図示せず)に記録される(ステップS210)。   Since the image of the line light (line image) irradiated to the object to be measured 5 is imaged on the imaging surface of the imaging element 27 by the imaging optical system 26, the movement of the probe 20 is controlled by controlling the operation of the processing unit 32. When the phase is N × π, the image sensor 27 captures a line image on the imaging surface (step S209). At this time, as in the case of the first embodiment, the image information of the line image output from the imaging device 27 is the positional information (target position) of the probe 20 at the time of imaging calculated by the position calculation unit 33, and the shake. Along with the vibration of the probe 20 at the time of imaging detected by the detector 28, it is recorded in a measurement table (not shown) of the shape calculator 34 (step S210).

全撮像回数をNeとすると、処理部32は、N=Neか否かを判定する(ステップS211)。判定がNoの場合、N=N+1とし(ステップS212)、ステップS208へ戻る。すなわち、全ての撮像が終わるまで、ステップS208〜ステップS210が繰り返されることになる。一方、判定がYesの場合、形状演算部34は、測定テーブル(図示せず)に記録されたライン像の画像情報および位置情報を用いて、被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出し、処理を終了する。なお、本実施形態では、プローブ20の振れの位相がN×πのときに撮像素子27がライン像を撮像するように制御が行われるため、初期位相におけるプローブ20の振れが零だとすると、プローブ20の振れが零となる位相タイミングで撮像素子27がライン像を撮像することになる。そのため、形状演算部34が被測定物5の形状情報を算出する際、ライン像の画像情報(画像位置情報)の補正を行う必要はない。なお、位相がN×πのときとは振れの大きさが小さいときであり、N×πを含む範囲であればよい。   If the total number of times of imaging is Ne, the processing unit 32 determines whether N = Ne (step S211). If the determination is No, N = N + 1 is set (step S212), and the process returns to step S208. That is, step S208 to step S210 are repeated until all the images are captured. On the other hand, when the determination is Yes, the shape calculation unit 34 uses the image information and position information of the line image recorded in the measurement table (not shown) to obtain the shape information (three-dimensional shape) of the DUT 5. Calculate and finish the process. In the present embodiment, since control is performed so that the image pickup device 27 captures a line image when the phase of the shake of the probe 20 is N × π, if the shake of the probe 20 in the initial phase is zero, the probe 20 The image sensor 27 captures a line image at a phase timing at which the fluctuation of the image becomes zero. Therefore, when the shape calculation unit 34 calculates the shape information of the DUT 5, it is not necessary to correct the image information (image position information) of the line image. Note that when the phase is N × π is when the magnitude of the shake is small, it may be in a range including N × π.

このように、第2実施形態によれば、第1実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。なお、第2実施形態では、プローブ20の振れが零となる位相タイミングで撮像素子27がライン像を撮像するように制御が行われることで、3次元形状の測定誤差をより低減することができる。   Thus, according to the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In the second embodiment, the measurement error of the three-dimensional shape can be further reduced by performing control so that the imaging element 27 captures a line image at a phase timing at which the deflection of the probe 20 becomes zero. .

なお、上述の第2実施形態において、処理部32は、プローブ20の振れの位相がN×πのときに撮像素子27がライン像を撮像するように制御を行うが、これに限られるものではなく、ステップS208において、プローブ20の振れの位相が(N−1/2)×πのときに撮像素子27がライン像を撮像するように制御を行ってもよい。この場合、初期位相におけるプローブ20の振れが零だとすると、プローブ20の振れ(絶対値)が極大となる位相タイミングで撮像素子27がライン像を撮像することになる。そのため、形状演算部34が被測定物5の形状情報を算出する際、ライン像の画像情報(画像位置情報)の補正を行う必要はあるが、プローブ20の振れ(絶対値)が極大となるときには、プローブ20の振れによる速度変化がない状態で撮像を行うことができ、より明瞭なライン像を撮像できることから、3次元形状の測定誤差をより低減することが可能である。   In the second embodiment described above, the processing unit 32 performs control so that the imaging element 27 captures a line image when the phase of the shake of the probe 20 is N × π. However, the present invention is not limited to this. Instead, in step S208, control may be performed so that the imaging device 27 captures a line image when the phase of the shake of the probe 20 is (N−1 / 2) × π. In this case, if the shake of the probe 20 in the initial phase is zero, the image sensor 27 captures a line image at a phase timing at which the shake (absolute value) of the probe 20 is maximized. For this reason, when the shape calculation unit 34 calculates the shape information of the DUT 5, it is necessary to correct the image information (image position information) of the line image, but the shake (absolute value) of the probe 20 is maximized. In some cases, imaging can be performed in a state where there is no speed change due to the shake of the probe 20, and a clearer line image can be captured, so that measurement errors of the three-dimensional shape can be further reduced.

次に、形状測定装置の第3実施形態について説明する。第3実施形態の形状測定装置は、取付部の構成および制御部30における一部の処理を除いて、第1実施形態の形状測定装置1と同様の構成であり、各部に第1実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第3実施形態の取付部50は、図8に示すように、プローブ20を着脱可能に保持して回転によりプローブ20の向きを補正可能な回転補正機構60と、平行移動によりプローブ20のY方向の位置を補正可能なY平行補正機構80と、平行移動によりプローブ20のX方向の位置を補正可能なX平行補正機構90とを有して構成され、X平行補正機構90のX方向リニアモータ(図示せず)によりプローブ20をX方向へスライド移動(スキャン)可能に保持する。   Next, a third embodiment of the shape measuring apparatus will be described. The shape measuring apparatus according to the third embodiment has the same configuration as that of the shape measuring apparatus 1 according to the first embodiment except for the configuration of the mounting portion and a part of the processing in the control unit 30, and each part has the same configuration as that of the first embodiment. The same reference numerals as those in the case are attached and detailed description is omitted. As shown in FIG. 8, the mounting portion 50 of the third embodiment includes a rotation correction mechanism 60 that can detachably hold the probe 20 and correct the orientation of the probe 20 by rotation, and the Y direction of the probe 20 by translation. And a Y parallel correction mechanism 80 that can correct the position of the X axis, and an X parallel correction mechanism 90 that can correct the position of the probe 20 in the X direction by parallel movement. The probe 20 is held so as to be slidable (scanned) in the X direction (not shown).

なお、第3実施形態では、振れ検出部28に検出されたプローブ20(照明部21および撮像部25)の振れに基づいて、当該プローブ20の振れを打ち消すようにプローブ20を駆動する形態について説明する。ところで、プローブ20の振れの回転半径が大きく振れが小さい場合、プローブ20の平行移動による振れと近似することができるので、プローブ20を平行移動させるだけでプローブ20の振れを補正することが可能である。しかしながら、前述したように、プローブ20の振れには、プローブ20の平行移動による振れと、プローブ20の回転による振れが存在する。そのため、プローブ20の振れが大きくなると、プローブ20を平行移動させるだけではプローブ20の振れを補正することができない。そこで、第3実施形態の取付部50は、上述のように、X平行補正機構90およびY平行補正機構80に加え、回転補正機構60を備えている。   In the third embodiment, a description will be given of a mode in which the probe 20 is driven so as to cancel the shake of the probe 20 based on the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) detected by the shake detection unit 28. To do. By the way, when the rotation radius of the vibration of the probe 20 is large and the vibration is small, it can be approximated to the vibration due to the parallel movement of the probe 20, so that the vibration of the probe 20 can be corrected only by moving the probe 20 in parallel. is there. However, as described above, the vibration of the probe 20 includes a vibration due to the parallel movement of the probe 20 and a vibration due to the rotation of the probe 20. For this reason, when the deflection of the probe 20 increases, the deflection of the probe 20 cannot be corrected only by moving the probe 20 in parallel. Therefore, the mounting portion 50 of the third embodiment includes the rotation correction mechanism 60 in addition to the X parallel correction mechanism 90 and the Y parallel correction mechanism 80 as described above.

回転補正機構60は、図9に示すように、プローブ20を着脱可能に保持するプローブ保持部61と、X方向に伸びる軸を回転軸としてプローブ保持部61を回転可能に支持するX回転支持部65と、Y方向に伸びる軸を回転軸としてX回転支持部65を回転可能に支持するY回転支持部70とを有して構成される。プローブ保持部61は、先端に平面部を有した略球形に形成される。プローブ保持部61の先端部には、プローブ20を保持するための保持孔62が形成されており、例えば、プローブ20の基端部に形成された係合突起(図示せず)をこの保持孔62に係合させることで、プローブ20がプローブ保持部61に着脱可能に取り付けられて保持される。   As shown in FIG. 9, the rotation correction mechanism 60 includes a probe holder 61 that detachably holds the probe 20 and an X rotation support portion that rotatably supports the probe holder 61 with an axis extending in the X direction as a rotation axis. 65, and a Y rotation support portion 70 that rotatably supports the X rotation support portion 65 with an axis extending in the Y direction as a rotation axis. The probe holding part 61 is formed in a substantially spherical shape having a flat part at the tip. A holding hole 62 for holding the probe 20 is formed at the distal end portion of the probe holding portion 61. For example, an engagement protrusion (not shown) formed at the proximal end portion of the probe 20 is formed in the holding hole. By engaging with 62, the probe 20 is detachably attached to and held by the probe holding portion 61.

X回転支持部65は、プローブ保持部61を回転自在に支持する枠部材67と、プローブ保持部61を回転駆動するX回転モータ68とを有して構成される。枠部材67は、X方向に伸びる回転シャフト66を介して、当該回転シャフト66の中心軸Axを回転軸として枠部材67の内側に位置するプローブ保持部61を回転自在に支持する。X回転モータ68は、例えば、エンコーダを内蔵したサーボモータであり、回転シャフト66の中心軸Axを回転軸としてプローブ保持部61を回転駆動するとともに、このときのプローブ保持部61の回転角度、すなわち、プローブ20のX方向に伸びる軸を回転軸とした回転角度を検出する。   The X rotation support portion 65 includes a frame member 67 that rotatably supports the probe holding portion 61 and an X rotation motor 68 that rotationally drives the probe holding portion 61. The frame member 67 rotatably supports the probe holding portion 61 positioned inside the frame member 67 with the central axis Ax of the rotation shaft 66 as a rotation axis via the rotation shaft 66 extending in the X direction. The X rotation motor 68 is, for example, a servo motor with a built-in encoder. The X rotation motor 68 rotates the probe holding unit 61 about the central axis Ax of the rotation shaft 66 as a rotation axis, and the rotation angle of the probe holding unit 61 at this time, that is, The rotation angle with the axis extending in the X direction of the probe 20 as the rotation axis is detected.

Y回転支持部70は、プローブ保持部61とともにX回転支持部65を回転自在に支持する左右一対のブラケット72a,72bと、当該ブラケット72a,72bを支持する板状のベースプレート73と、X回転支持部65を回転駆動するY回転モータ74とを有して構成される。左右一対のブラケット72a,72bは、Y方向に伸びる回転シャフト71を介して、当該回転シャフト71の中心軸Ayを回転軸としてX回転支持部65を回転自在に支持する。ベースプレート73は、各ブラケット72a,72bを支持する状態で、Y平行補正機構80に取り付けられる。Y回転モータ74は、例えば、エンコーダを内蔵したサーボモータであり、回転シャフト71の中心軸Ayを回転軸としてX回転支持部65を回転駆動するとともに、このときのX回転支持部65の回転角度、すなわち、プローブ20のY方向に伸びる軸を回転軸とした回転角度を検出する。   The Y rotation support unit 70 includes a pair of left and right brackets 72a and 72b that rotatably support the X rotation support unit 65 together with the probe holding unit 61, a plate-like base plate 73 that supports the brackets 72a and 72b, and an X rotation support. And a Y-rotation motor 74 that rotationally drives the portion 65. The pair of left and right brackets 72a and 72b rotatably supports the X rotation support portion 65 about the central axis Ay of the rotation shaft 71 via the rotation shaft 71 extending in the Y direction. The base plate 73 is attached to the Y parallel correction mechanism 80 in a state of supporting the brackets 72a and 72b. The Y rotation motor 74 is, for example, a servo motor with a built-in encoder, and rotationally drives the X rotation support portion 65 with the central axis Ay of the rotation shaft 71 as a rotation axis, and the rotation angle of the X rotation support portion 65 at this time That is, the rotation angle with the axis extending in the Y direction of the probe 20 as the rotation axis is detected.

これにより、回転補正機構60は、プローブ20をXY方向に伸びる軸を回転軸として回動可能に保持し、プローブ20の回転による振れを補正可能となる。なお、X回転モータ68およびY回転モータ74の作動制御は、制御部30により行われる。また、X回転モータ68およびY回転モータ74に内蔵されたエンコーダによる計測値は、各モータ(エンコーダ)からそれぞれ制御部30へ出力される。   As a result, the rotation correction mechanism 60 holds the probe 20 so as to be rotatable about the axis extending in the XY direction as a rotation axis, and can correct the shake due to the rotation of the probe 20. The operation control of the X rotation motor 68 and the Y rotation motor 74 is performed by the control unit 30. In addition, the measurement values obtained by the encoders built in the X rotation motor 68 and the Y rotation motor 74 are output to the control unit 30 from each motor (encoder).

Y平行補正機構80は、図8に示すように、第1保持プレート81と、第1保持プレート81に取り付けられてY方向に伸びる左右一対のY方向リニアガイド82a,82bと、回転補正機構60をY方向に駆動するY方向リニアモータ83とを有して構成される。第1保持プレート81は、略直角に折り曲げられた板状に形成され、その底部がY方向へ伸びるとともに側部がZ方向へ伸びるように配置される。左右一対のY方向リニアガイド82a,82bは、第1保持プレート81の壁部に互いに平行に取り付けられ、回転補正機構60をY方向へスライド移動(平行移動)可能に保持する。Y方向リニアモータ83は、第1保持プレート81の底部にY方向に伸びるように取り付けられ、Y方向リニアガイド82a,82bに沿って回転補正機構60をY方向に駆動する。   As shown in FIG. 8, the Y parallel correction mechanism 80 includes a first holding plate 81, a pair of left and right Y direction linear guides 82 a and 82 b that are attached to the first holding plate 81 and extend in the Y direction, and a rotation correction mechanism 60. And a Y-direction linear motor 83 that drives the motor in the Y direction. The first holding plate 81 is formed in a plate shape that is bent substantially at a right angle, and is arranged so that its bottom portion extends in the Y direction and its side portion extends in the Z direction. The pair of left and right Y-direction linear guides 82a and 82b are attached in parallel to the wall portion of the first holding plate 81, and hold the rotation correction mechanism 60 so as to be slidable (translatable) in the Y direction. The Y-direction linear motor 83 is attached to the bottom of the first holding plate 81 so as to extend in the Y direction, and drives the rotation correction mechanism 60 in the Y direction along the Y-direction linear guides 82a and 82b.

これにより、Y平行補正機構80は、回転補正機構60に保持されたプローブ20のY方向の平行移動による振れを補正可能となる。なお、Y方向リニアモータ83の作動制御は、制御部30により行われる。また、Y方向リニアモータ83にはエンコーダ(図示せず)が内蔵されており、このエンコーダによる計測値は、Y方向リニアモータ83(エンコーダ)から制御部30へ出力される。   Thereby, the Y parallel correction mechanism 80 can correct the shake due to the parallel movement of the probe 20 held in the rotation correction mechanism 60 in the Y direction. The operation control of the Y-direction linear motor 83 is performed by the control unit 30. An encoder (not shown) is built in the Y-direction linear motor 83, and a measurement value by this encoder is output from the Y-direction linear motor 83 (encoder) to the control unit 30.

X平行補正機構90は、第2保持プレート91と、第2保持プレート91に取り付けられてX方向に伸びるX方向リニアガイド92と、回転補正機構60とともにY平行補正機構80をX方向に駆動するX方向リニアモータ(図示せず)とを有して構成される。第1保持プレート81は、略直角に折り曲げられた板状に形成され、その底部がY方向へ伸びるとともに側部がZ方向へ伸びるように配置される。また、第2保持プレート91は第1保持プレート81と重なるように配置されるが、第2保持プレート91のX方向の長さは、Y平行補正機構80がX方向へスライド移動(スキャン)できるように、第1保持プレート81よりも長くなっている。X方向リニアガイド92は、第2保持プレート91の底部に取り付けられ、Y平行補正機構80をX方向へスライド移動(平行移動)可能に保持する。X方向リニアモータ(図示せず)は、第2保持プレート91の底部にX方向に伸びるように取り付けられ、X方向リニアガイド92に沿ってY平行補正機構80をX方向に駆動する。   The X parallel correction mechanism 90 drives the Y parallel correction mechanism 80 in the X direction together with the second holding plate 91, the X direction linear guide 92 attached to the second holding plate 91 and extending in the X direction, and the rotation correction mechanism 60. And an X-direction linear motor (not shown). The first holding plate 81 is formed in a plate shape that is bent substantially at a right angle, and is arranged so that its bottom portion extends in the Y direction and its side portion extends in the Z direction. The second holding plate 91 is disposed so as to overlap the first holding plate 81. The length of the second holding plate 91 in the X direction can be slid (scanned) in the X direction by the Y parallel correction mechanism 80. Thus, it is longer than the first holding plate 81. The X-direction linear guide 92 is attached to the bottom of the second holding plate 91, and holds the Y parallel correction mechanism 80 so as to be slidable (parallel) in the X direction. An X-direction linear motor (not shown) is attached to the bottom of the second holding plate 91 so as to extend in the X direction, and drives the Y parallel correction mechanism 80 in the X direction along the X-direction linear guide 92.

これにより、X平行補正機構90は、回転補正機構60に保持されたプローブ20をX方向へスライド移動(スキャン)させることができるとともに、プローブ20のX方向の平行移動による振れを補正可能となる。なお、X方向リニアモータ(図示せず)の作動制御は、制御部30により行われる。また、X方向リニアモータにはエンコーダ(図示せず)が内蔵されており、このエンコーダによる計測値は、X方向リニアモータ(エンコーダ)から制御部30へ出力される。   As a result, the X parallel correction mechanism 90 can slide (scan) the probe 20 held by the rotation correction mechanism 60 in the X direction, and can correct the shake caused by the parallel movement of the probe 20 in the X direction. . The operation control of the X-direction linear motor (not shown) is performed by the control unit 30. The X-direction linear motor includes an encoder (not shown), and the measured value by the encoder is output from the X-direction linear motor (encoder) to the control unit 30.

第3実施形態の形状測定装置を用いた被測定物5の3次元形状測定について、図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、測定スイッチ29に対して所定の測定開始操作(例えば、押し操作)が行われると、制御部30における処理部32の作動制御により、振れ検出部28の角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動する(ステップS301)。次に、測定体制に移動するため、移動機構部15は、第1実施形態の場合と同様に、ティーチング等により予め設定した所定の測定開始位置へプローブ20を移動させる(ステップS302)。   The three-dimensional shape measurement of the object to be measured 5 using the shape measuring apparatus of the third embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, when a predetermined measurement start operation (for example, a push operation) is performed on the measurement switch 29, the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b of the shake detection unit 28 are turned on by the operation control of the processing unit 32 in the control unit 30. Operates (step S301). Next, in order to move to the measurement system, the moving mechanism unit 15 moves the probe 20 to a predetermined measurement start position set in advance by teaching or the like, similarly to the case of the first embodiment (step S302).

ここで、処理部32は、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動してから所定のセンサ安定時間が経過したか否かを判定(ステップS303)し、第1実施形態の場合と同様に、当該センサ安定時間が経過してから、X平行補正機構90のX方向リニアモータ(図示せず)によりプローブ20をスライド移動(スキャン)させて測定を開始する(ステップS304)。   Here, the processing unit 32 determines whether or not a predetermined sensor stabilization time has elapsed since the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b are turned on (step S303), and as in the case of the first embodiment, After the sensor stabilization time has elapsed, the probe 20 is slid (scanned) by an X-direction linear motor (not shown) of the X parallel correction mechanism 90 to start measurement (step S304).

測定を開始すると、第1実施形態の場合と同様に、処理部32は、プローブ20のX方向の振れ量(前述のように、角速度および加速度を用いて求められるX方向の振れ量からプローブ20のスキャン量を減算したもの)が所定の閾値Th3よりも大きいか否かを判定する(ステップS305)。なお、所定の閾値Th3は、形状演算部34による形状情報(3次元形状)の算出結果に影響を及ぼし始める程度のプローブ20の振れ量である。判定がNoの場合、プローブ20の振れが少ないため安定モードに移行し(ステップS306)、プローブ20の振れに応じた補正を行わない通常の測定が行われる。一方、判定がYesの場合、撮像回数NをN=1に設定する(ステップS307)。   When the measurement is started, as in the case of the first embodiment, the processing unit 32 detects the amount of vibration of the probe 20 in the X direction (as described above, from the amount of vibration in the X direction obtained using the angular velocity and acceleration). It is determined whether or not (the amount obtained by subtracting the scan amount) is larger than a predetermined threshold value Th3 (step S305). The predetermined threshold Th3 is the amount of deflection of the probe 20 that starts to affect the calculation result of the shape information (three-dimensional shape) by the shape calculation unit 34. If the determination is No, since the probe 20 is less shaken, the stable mode is entered (step S306), and normal measurement is performed without performing correction according to the shake of the probe 20. On the other hand, if the determination is Yes, the number N of imaging is set to N = 1 (step S307).

撮像回数NをN=1に設定すると、処理部32は、照明部21による照明を行うとともに、振れ検出部28に検出されたプローブ20(照明部21および撮像部25)の振れに基づいて、当該プローブ20の振れを打ち消すようにプローブ20を駆動する制御を行う(ステップS308)。このとき、処理部32の作動制御により、回転補正機構60、Y平行補正機構80、およびX平行補正機構90は、振れ検出部28に検出されたプローブ20の振れに基づいて、当該プローブ20の振れを打ち消すようにプローブ20を回転または平行移動させ、照明部21によるライン光の照射位置を補正するとともに、照明部21との相対位置が変わらないように撮像部25による撮像位置を補正する。   When the number N of times of imaging is set to N = 1, the processing unit 32 performs illumination by the illumination unit 21, and based on the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) detected by the shake detection unit 28, Control is performed to drive the probe 20 so as to cancel the shake of the probe 20 (step S308). At this time, the rotation correction mechanism 60, the Y parallel correction mechanism 80, and the X parallel correction mechanism 90 are controlled based on the shake of the probe 20 detected by the shake detection unit 28 by the operation control of the processing unit 32. The probe 20 is rotated or translated so as to cancel out the shake, and the irradiation position of the line light by the illumination unit 21 is corrected, and the imaging position by the imaging unit 25 is corrected so that the relative position to the illumination unit 21 does not change.

なお、前述したように、回転補正機構60はプローブ20の回転による振れを補正し、Y平行補正機構80はプローブ20のY方向の平行移動による振れを補正する。また、X平行補正機構90は、プローブ20をX方向へスライド移動(スキャン)させながら、プローブ20のX方向の平行移動による振れを補正する。このように照明部21によるライン光の照射位置が補正された状態で、処理部32の作動制御により光源22が点灯し、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過してライン光になり、投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   As described above, the rotation correction mechanism 60 corrects shake due to rotation of the probe 20, and the Y parallel correction mechanism 80 corrects shake due to translation of the probe 20 in the Y direction. Further, the X parallel correction mechanism 90 corrects the shake due to the parallel movement of the probe 20 in the X direction while sliding (scanning) the probe 20 in the X direction. The light source 22 is turned on by the operation control of the processing unit 32 in a state where the irradiation position of the line light by the illumination unit 21 is corrected in this way, and the light emitted from the light source 22 is transmitted through the pattern forming unit 23 to the line. It becomes light and is irradiated (projected) onto the object 5 to be measured on the stage 6 by the projection lens 24.

被測定物5に照射されたライン光の像(ライン像)は、撮像光学系26により撮像素子27の撮像面上に結像されるので、処理部32の作動制御により、撮像素子27が撮像面上のライン像を撮像する(ステップS309)。このとき、第1実施形態の場合と同様に、撮像素子27から出力されたライン像の画像情報は、位置演算部33により算出された撮像時のプローブ20の位置情報(目標位置)や、振れ検出部28により検出された撮像時のプローブ20の振れとともに、形状演算部34の測定テーブル(図示せず)に記録される(ステップS310)。   Since the image (line image) of the line light irradiated to the object to be measured 5 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 27 by the image pickup optical system 26, the image pickup device 27 is picked up by the operation control of the processing unit 32. A line image on the surface is captured (step S309). At this time, as in the case of the first embodiment, the image information of the line image output from the imaging device 27 is the positional information (target position) of the probe 20 at the time of imaging calculated by the position calculation unit 33, and the shake. Along with the vibration of the probe 20 at the time of imaging detected by the detector 28, it is recorded in a measurement table (not shown) of the shape calculator 34 (step S310).

全撮像回数をNeとすると、処理部32は、N=Neか否かを判定する(ステップS311)。判定がNoの場合、N=N+1とし(ステップS312)、ステップS308へ戻る。すなわち、全ての撮像が終わるまで、ステップS308〜ステップS310が繰り返されることになる。一方、判定がYesの場合、形状演算部34は、測定テーブル(図示せず)に記録されたライン像の画像情報および位置情報を用いて、被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出し、処理を終了する。なお、本実施形態では、プローブ20の振れを打ち消すようにプローブ20を回転または平行移動させて、照明部21によるライン光の照射位置を補正しているため、当該補正によりプローブ20の振れを全て打ち消すことができれば、形状演算部34が被測定物5の形状情報を算出する際、第1実施形態で述べたようなライン像の画像情報(画像位置情報)の補正を行う必要はない。   If the total number of times of imaging is Ne, the processing unit 32 determines whether N = Ne (step S311). If the determination is No, N = N + 1 is set (step S312), and the process returns to step S308. That is, step S308 to step S310 are repeated until all the images are captured. On the other hand, when the determination is Yes, the shape calculation unit 34 uses the image information and position information of the line image recorded in the measurement table (not shown) to obtain the shape information (three-dimensional shape) of the DUT 5. Calculate and finish the process. In this embodiment, since the probe 20 is rotated or translated so as to cancel the shake of the probe 20 and the irradiation position of the line light by the illumination unit 21 is corrected, all the shake of the probe 20 is corrected by the correction. If it is possible to cancel, it is not necessary to correct the image information (image position information) of the line image as described in the first embodiment when the shape calculation unit 34 calculates the shape information of the DUT 5.

このように、第3実施形態によれば、第1実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。なお、第3実施形態では、プローブ20(照明部21および撮像部25)を駆動して、プローブ20の振れによるライン光(照明光)の位置ずれを補正することで、3次元形状の測定誤差をより低減することができる。   Thus, according to the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In the third embodiment, the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) is driven to correct the positional deviation of the line light (illumination light) due to the shake of the probe 20, thereby measuring the three-dimensional shape measurement error. Can be further reduced.

次に、形状測定装置の第4実施形態について説明する。第4実施形態の形状測定装置は、取付部の構成および制御部30における一部の処理を除いて、第1実施形態の形状測定装置1と同様の構成であり、また取付部の構成は、第3実施形態の取付部50と同様の構成であるため、各部に第1実施形態(取付部を除く)および第3実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   Next, a fourth embodiment of the shape measuring apparatus will be described. The shape measuring device of the fourth embodiment is the same configuration as the shape measuring device 1 of the first embodiment except for the configuration of the mounting portion and part of the processing in the control unit 30, and the configuration of the mounting portion is Since it is the same structure as the attachment part 50 of 3rd Embodiment, the code | symbol same as the case of 1st Embodiment (except an attachment part) and 3rd Embodiment is attached | subjected to each part, and detailed description is abbreviate | omitted.

第4実施形態では、第1実施形態で述べた形状演算部34によるライン像の画像情報(画像位置情報)の補正と、第3実施形態で述べたプローブ20の駆動によるライン光の照射位置の補正とを組み合わせた形態について説明する。なお、本実施形態において、第1実施形態で述べた形状演算部34によるライン像の画像情報(画像位置情報)の補正をパッシブ補正と称し、第3実施形態で述べたプローブ20の駆動によるライン光の照射位置の補正をアクティブ補正と称することにする。   In the fourth embodiment, correction of the image information (image position information) of the line image by the shape calculation unit 34 described in the first embodiment and the irradiation position of the line light by driving the probe 20 described in the third embodiment. A mode in which correction is combined will be described. In this embodiment, the correction of the image information (image position information) of the line image by the shape calculation unit 34 described in the first embodiment is referred to as passive correction, and the line by driving the probe 20 described in the third embodiment. The correction of the light irradiation position is referred to as active correction.

そこで、第4実施形態の形状測定装置を用いた被測定物5の3次元形状測定について、図11〜図14に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図11に示すように、測定スイッチ29に対して所定の測定開始操作(例えば、押し操作)が行われると、制御部30における処理部32の作動制御により、振れ検出部28の角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動する(ステップS401)。次に、測定体制に移動するため、移動機構部15は、第1実施形態の場合と同様に、ティーチング等により予め設定した所定の測定開始位置へプローブ20を移動させる(ステップS402)。   Therefore, the three-dimensional shape measurement of the DUT 5 using the shape measuring apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. First, as shown in FIG. 11, when a predetermined measurement start operation (for example, a push operation) is performed on the measurement switch 29, the angular velocity sensor of the shake detection unit 28 is controlled by the operation control of the processing unit 32 in the control unit 30. 28a and the acceleration sensor 28b are turned on (step S401). Next, in order to move to the measurement system, the moving mechanism unit 15 moves the probe 20 to a predetermined measurement start position set in advance by teaching or the like, similarly to the case of the first embodiment (step S402).

ここで、処理部32は、角速度センサ28aおよび加速度センサ28bがオン作動してから所定のセンサ安定時間が経過したか否かを判定(ステップS403)し、第1実施形態の場合と同様に、当該センサ安定時間が経過してから、X平行補正機構90のX方向リニアモータ(図示せず)によりプローブ20をスライド移動(スキャン)させて測定を開始する(ステップS404)。   Here, the processing unit 32 determines whether or not a predetermined sensor stabilization time has elapsed since the angular velocity sensor 28a and the acceleration sensor 28b are turned on (step S403), and similarly to the case of the first embodiment, After the sensor stabilization time has elapsed, the probe 20 is slid (scanned) by an X direction linear motor (not shown) of the X parallel correction mechanism 90 to start measurement (step S404).

測定を開始すると、第1実施形態の場合と同様に、処理部32は、プローブ20のX方向の振れ量(前述のように、角速度および加速度を用いて求められるX方向の振れ量からプローブ20のスキャン量を減算したもの)が所定の閾値Th4よりも大きいか否かを判定する(ステップS405)。判定がYesの場合、処理部32はさらに、プローブ20の振れの周波数(プローブ20の振れが生じる周期の逆数)が所定の第1周波数f1よりも大きいか否かを判定する(ステップS406)。   When the measurement is started, as in the case of the first embodiment, the processing unit 32 detects the amount of vibration of the probe 20 in the X direction (as described above, from the amount of vibration in the X direction obtained using the angular velocity and acceleration). It is determined whether or not (the amount obtained by subtracting the scan amount) is greater than a predetermined threshold value Th4 (step S405). If the determination is Yes, the processing unit 32 further determines whether or not the vibration frequency of the probe 20 (the reciprocal of the cycle in which the vibration of the probe 20 occurs) is greater than the predetermined first frequency f1 (step S406).

このステップS406で判定がYesの場合、すなわち、プローブ20の振れ量が所定の閾値Th4よりも大きく、かつ、プローブ20の振れの周波数が所定の第1周波数f1よりも大きい場合、処理部32は、以降の測定においてパッシブ補正とアクティブ補正の両方を行うように決定する(ステップS410)。一方、このステップS406で判定がNoの場合、すなわち、プローブ20の振れ量が所定の閾値Th4よりも大きく、かつ、プローブ20の振れの周波数が所定の第1周波数f1よりも小さい場合、処理部32は、以降の測定においてパッシブ補正だけを行うように決定する(ステップS420)。   If the determination in step S406 is Yes, that is, if the amount of vibration of the probe 20 is greater than the predetermined threshold Th4 and the frequency of vibration of the probe 20 is greater than the predetermined first frequency f1, the processing unit 32 In the subsequent measurement, it is determined to perform both passive correction and active correction (step S410). On the other hand, if the determination in step S406 is No, that is, if the amount of vibration of the probe 20 is larger than the predetermined threshold Th4 and the frequency of vibration of the probe 20 is smaller than the predetermined first frequency f1, the processing unit 32 determines to perform only passive correction in the subsequent measurement (step S420).

なお、前のステップS405で判定がNoの場合、処理部32は同様に、プローブ20の振れの周波数(プローブ20の振れが生じる周期の逆数)が所定の第2周波数f2よりも大きいか否かを判定する(ステップS407)。このステップS407で判定がYesの場合、すなわち、プローブ20の振れ量が所定の閾値Th4よりも小さく、かつ、プローブ20の振れの周波数が所定の第2周波数f2よりも大きい場合、処理部32は、以降の測定においてアクティブ補正だけを行うように決定する(ステップS430)。一方、このステップS407で判定がNoの場合、すなわち、プローブ20の振れ量が所定の閾値Th4よりも小さく、かつ、プローブ20の振れの周波数が所定の第2周波数f2よりも小さい場合、安定モードに移行し(ステップS408)、プローブ20の振れに応じた補正を行わない通常の測定が行われる。   If the determination in step S405 is No, the processing unit 32 similarly determines whether or not the vibration frequency of the probe 20 (the reciprocal of the period in which the vibration of the probe 20 occurs) is greater than the predetermined second frequency f2. Is determined (step S407). If the determination in step S407 is Yes, that is, if the amount of vibration of the probe 20 is smaller than the predetermined threshold Th4 and the frequency of vibration of the probe 20 is larger than the predetermined second frequency f2, the processing unit 32 Then, it is determined that only active correction is performed in the subsequent measurement (step S430). On the other hand, if the determination in step S407 is No, that is, if the amount of vibration of the probe 20 is smaller than the predetermined threshold Th4 and the frequency of vibration of the probe 20 is smaller than the predetermined second frequency f2, the stable mode (Step S408), and normal measurement is performed without performing correction according to the deflection of the probe 20.

なお、所定の閾値Th4は、形状演算部34による形状情報(3次元形状)の算出結果に影響を及ぼし始める程度のプローブ20の振れ量である。また、所定の第1周波数f1は、例えば、撮像部25による撮像周波数(サンプリング周波数)よりも大きい値に設定され、パッシブ補正では十分に補正できない周波数の高いプローブ20の振れを、アクティブ補正により補正することができる。一方、アクティブ補正によるプローブ20の駆動量が限られているため、アクティブ補正では十分に補正できない振れ量の大きなプローブ20の振れを、パッシブ補正により補正することができる。また、所定の第2周波数f2は、第1周波数f1と同じ値に設定するようにしてもよく、必要に応じて第1周波数f1と異なる値に設定するようにしてもよい。   The predetermined threshold Th4 is the amount of deflection of the probe 20 that starts to affect the calculation result of the shape information (three-dimensional shape) by the shape calculation unit 34. The predetermined first frequency f1 is set to a value larger than the imaging frequency (sampling frequency) by the imaging unit 25, for example, and the shake of the probe 20 having a high frequency that cannot be sufficiently corrected by passive correction is corrected by active correction. can do. On the other hand, since the drive amount of the probe 20 by the active correction is limited, the shake of the probe 20 having a large shake amount that cannot be sufficiently corrected by the active correction can be corrected by the passive correction. The predetermined second frequency f2 may be set to the same value as the first frequency f1, or may be set to a value different from the first frequency f1 as necessary.

さて、パッシブ補正とアクティブ補正の両方を行う場合、図12に示すように、撮像回数NをN=1に設定する(ステップS411)。   When both passive correction and active correction are performed, the number of times of imaging N is set to N = 1 as shown in FIG. 12 (step S411).

撮像回数NをN=1に設定すると、処理部32は、照明部21による照明を行うとともに、第3実施形態で述べたアクティブ補正を行うように制御を行う(ステップS412)。このとき、処理部32の作動制御により、回転補正機構60、Y平行補正機構80、およびX平行補正機構90は、振れ検出部28に検出されたプローブ20の振れに基づいて、当該プローブ20の振れを打ち消すようにプローブ20を回転または平行移動させ、照明部21によるライン光の照射位置を補正するとともに、照明部21との相対位置が変わらないように撮像部25による撮像位置を補正する。このように照明部21によるライン光の照射位置が補正された状態で、処理部32の作動制御により光源22が点灯し、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過してライン光になり、投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   When the number N of imaging is set to N = 1, the processing unit 32 performs illumination by the illumination unit 21 and controls to perform the active correction described in the third embodiment (step S412). At this time, the rotation correction mechanism 60, the Y parallel correction mechanism 80, and the X parallel correction mechanism 90 are controlled based on the shake of the probe 20 detected by the shake detection unit 28 by the operation control of the processing unit 32. The probe 20 is rotated or translated so as to cancel out the shake, and the irradiation position of the line light by the illumination unit 21 is corrected, and the imaging position by the imaging unit 25 is corrected so that the relative position to the illumination unit 21 does not change. The light source 22 is turned on by the operation control of the processing unit 32 in a state where the irradiation position of the line light by the illumination unit 21 is corrected in this way, and the light emitted from the light source 22 is transmitted through the pattern forming unit 23 to the line. It becomes light and is irradiated (projected) onto the object 5 to be measured on the stage 6 by the projection lens 24.

被測定物5に照射されたライン光の像(ライン像)は、撮像光学系26により撮像素子27の撮像面上に結像されるので、処理部32の作動制御により、撮像素子27が撮像面上のライン像を撮像する(ステップS413)。このとき、第1実施形態の場合と同様に、撮像素子27から出力されたライン像の画像情報は、位置演算部33により算出された撮像時のプローブ20の位置情報(目標位置)や、振れ検出部28により検出された撮像時のプローブ20の振れとともに、形状演算部34の測定テーブル(図示せず)に記録される(ステップS414)。   Since the image (line image) of the line light irradiated to the object to be measured 5 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 27 by the image pickup optical system 26, the image pickup device 27 is picked up by the operation control of the processing unit 32. A line image on the surface is captured (step S413). At this time, as in the case of the first embodiment, the image information of the line image output from the imaging device 27 is the positional information (target position) of the probe 20 at the time of imaging calculated by the position calculation unit 33, and the shake. Along with the vibration of the probe 20 at the time of imaging detected by the detection unit 28, it is recorded in a measurement table (not shown) of the shape calculation unit 34 (step S414).

全撮像回数をNeとすると、処理部32は、N=Neか否かを判定する(ステップS415)。判定がNoの場合、N=N+1とし(ステップS416)、ステップS412へ戻る。すなわち、全ての撮像が終わるまで、ステップS412〜ステップS414が繰り返されることになる。一方、判定がYesの場合、形状演算部34は、測定テーブル(図示せず)に記録されたライン像の画像情報および位置情報を用いて、第1実施形態で述べたパッシブ補正を行いながら被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出し(ステップS417)、処理を終了する。   If the total number of times of imaging is Ne, the processing unit 32 determines whether N = Ne (step S415). If the determination is No, N = N + 1 is set (step S416), and the process returns to step S412. That is, step S412 to step S414 are repeated until all the images are captured. On the other hand, when the determination is Yes, the shape calculation unit 34 uses the image information and position information of the line image recorded in the measurement table (not shown) while performing the passive correction described in the first embodiment. The shape information (three-dimensional shape) of the measurement object 5 is calculated (step S417), and the process ends.

また、パッシブ補正だけを行う場合、図13に示すように、撮像回数NをN=1に設定する(ステップS421)。   When only passive correction is performed, as shown in FIG. 13, the imaging count N is set to N = 1 (step S421).

撮像回数NをN=1に設定すると、アクティブ補正を行わずに、照明部21によりライン光の照射を行う(ステップS422)。このとき、処理部32の作動制御により光源22が点灯し、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過してライン光になり、投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   When the number N of times of imaging is set to N = 1, line illumination is performed by the illumination unit 21 without performing active correction (step S422). At this time, the light source 22 is turned on by the operation control of the processing unit 32, and the light emitted from the light source 22 is transmitted through the pattern forming unit 23 to become line light, and the measurement object 5 on the stage 6 by the projection lens 24. Is irradiated (projected).

被測定物5に照射されたライン光の像(ライン像)は、撮像光学系26により撮像素子27の撮像面上に結像されるので、処理部32の作動制御により、撮像素子27が撮像面上のライン像を撮像する(ステップS423)。このとき、撮像素子27から出力されたライン像の画像情報は、位置演算部33により算出された撮像時のプローブ20の位置情報(目標位置)や、振れ検出部28により検出された撮像時のプローブ20の振れとともに、形状演算部34の測定テーブル(図示せず)に記録される(ステップS424)。   Since the image (line image) of the line light irradiated to the object to be measured 5 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 27 by the image pickup optical system 26, the image pickup device 27 is picked up by the operation control of the processing unit 32. A line image on the surface is captured (step S423). At this time, the image information of the line image output from the image sensor 27 includes the position information (target position) of the probe 20 at the time of imaging calculated by the position calculator 33 and the information at the time of imaging detected by the shake detector 28. Along with the deflection of the probe 20, it is recorded in a measurement table (not shown) of the shape calculator 34 (step S424).

全撮像回数をNeとすると、処理部32は、N=Neか否かを判定する(ステップS425)。判定がNoの場合、N=N+1とし(ステップS426)、ステップS422へ戻る。すなわち、全ての撮像が終わるまで、ステップS422〜ステップS424が繰り返されることになる。一方、判定がYesの場合、形状演算部34は、測定テーブル(図示せず)に記録されたライン像の画像情報および位置情報を用いて、第1実施形態で述べたパッシブ補正を行いながら被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出し(ステップS427)、処理を終了する。   If the total number of times of imaging is Ne, the processing unit 32 determines whether N = Ne (step S425). If the determination is No, N = N + 1 is set (step S426), and the process returns to step S422. That is, Steps S422 to S424 are repeated until all the images are captured. On the other hand, when the determination is Yes, the shape calculation unit 34 uses the image information and position information of the line image recorded in the measurement table (not shown) while performing the passive correction described in the first embodiment. The shape information (three-dimensional shape) of the measurement object 5 is calculated (step S427), and the process ends.

また、アクティブ補正だけを行う場合、図14に示すように、撮像回数NをN=1に設定する(ステップS431)。   Further, when only active correction is performed, the number N of imaging is set to N = 1 as shown in FIG. 14 (step S431).

撮像回数NをN=1に設定すると、処理部32は、照明部21による照明を行うとともに、第3実施形態で述べたアクティブ補正を行うように制御を行う(ステップS432)。このとき、前述したように照明部21によるライン光の照射位置が補正された状態で、処理部32の作動制御により光源22が点灯し、光源22から射出された光は、パターン形成部23を透過してライン光になり、投影レンズ24によりステージ6上の被測定物5に照射(投影)される。   When the number of times of imaging N is set to N = 1, the processing unit 32 performs illumination by the illumination unit 21 and controls to perform the active correction described in the third embodiment (step S432). At this time, the light source 22 is turned on by the operation control of the processing unit 32 in a state where the irradiation position of the line light by the illumination unit 21 is corrected as described above, and the light emitted from the light source 22 passes through the pattern forming unit 23. The light passes through and becomes line light, and is irradiated (projected) onto the object to be measured 5 on the stage 6 by the projection lens 24.

被測定物5に照射されたライン光の像(ライン像)は、撮像光学系26により撮像素子27の撮像面上に結像されるので、処理部32の作動制御により、撮像素子27が撮像面上のライン像を撮像する(ステップS433)。このとき、撮像素子27から出力されたライン像の画像情報は、位置演算部33により算出された撮像時のプローブ20の位置情報(目標位置)や、振れ検出部28により検出された撮像時のプローブ20の振れとともに、形状演算部34の測定テーブル(図示せず)に記録される(ステップS434)。   Since the image (line image) of the line light irradiated to the object to be measured 5 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 27 by the image pickup optical system 26, the image pickup device 27 is picked up by the operation control of the processing unit 32. A line image on the surface is captured (step S433). At this time, the image information of the line image output from the image sensor 27 includes the position information (target position) of the probe 20 at the time of imaging calculated by the position calculator 33 and the information at the time of imaging detected by the shake detector 28. Along with the deflection of the probe 20, it is recorded in a measurement table (not shown) of the shape calculator 34 (step S434).

全撮像回数をNeとすると、処理部32は、N=Neか否かを判定する(ステップS435)。判定がNoの場合、N=N+1とし(ステップS436)、ステップS432へ戻る。すなわち、全ての撮像が終わるまで、ステップS432〜ステップS434が繰り返されることになる。一方、判定がYesの場合、形状演算部34は、測定テーブル(図示せず)に記録されたライン像の画像情報および位置情報を用いて、パッシブ補正を行わずに被測定物5の形状情報(3次元形状)を算出し(ステップS437)、処理を終了する。   If the total number of times of imaging is Ne, the processing unit 32 determines whether N = Ne (step S435). If the determination is No, N = N + 1 is set (step S436), and the process returns to step S432. That is, steps S432 to S434 are repeated until all the images are captured. On the other hand, when the determination is Yes, the shape calculation unit 34 uses the image information and position information of the line image recorded in the measurement table (not shown), and the shape information of the DUT 5 without performing passive correction. (Three-dimensional shape) is calculated (step S437), and the process ends.

このように、第4実施形態によれば、第1実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。なお、第4実施形態では、必要に応じてパッシブ補正とアクティブ補正を使い分けることで、3次元形状の測定誤差をより低減することができる。   Thus, according to the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In the fourth embodiment, the measurement error of the three-dimensional shape can be further reduced by selectively using passive correction and active correction as necessary.

なお、上述の各実施形態において、プローブ20による被測定物5の形状情報の取得方法は、上述の光切断による三角測量による方法だけでなく、明視野画像を取得してコンピュータ解析により形状を測定する方法や、ステレオ画像を用いた三角測量による方法等を適宜用いることができる。   In each of the above-described embodiments, the method for acquiring the shape information of the object 5 to be measured by the probe 20 is not limited to the above-described triangulation method by light cutting, but acquires a bright-field image and measures the shape by computer analysis. Or a method based on triangulation using a stereo image can be used as appropriate.

また、上述の各実施形態において、リニアモータを用いてプローブ20(照明部21および撮像部25)をスライド移動(スキャン)させているが、これに限られるものではなく、例えば、ボールネジやモータ等を利用した直動機構を用いて、プローブ20をスライド移動(スキャン)させるようにしてもよい。   In each of the above-described embodiments, the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) is slid (scanned) using a linear motor. However, the present invention is not limited to this. For example, a ball screw, a motor, or the like. The probe 20 may be slid (scanned) using a linear motion mechanism using

また、上述の各実施形態において、プローブ20の振れ量が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する際、振れ検出部28で検出したX方向の振れ量からプローブ20のスキャン量を減算したものをプローブ20の振れ量としているが、予め振動のない環境でスキャン動作を行ったときに角速度センサ28aで角速度が検出されない場合には、振れ検出部28で検出したX方向の振れ量を(プローブ20のスキャン量を減算しないでそのまま)プローブ20の振れ量とすることができる。   In each of the above-described embodiments, when determining whether or not the shake amount of the probe 20 is larger than a predetermined threshold, the scan amount of the probe 20 is subtracted from the shake amount in the X direction detected by the shake detection unit 28. However, if the angular velocity is not detected by the angular velocity sensor 28a when the scanning operation is performed in an environment free from vibration in advance, the shake amount in the X direction detected by the shake detection unit 28 is ( The amount of deflection of the probe 20 can be used as it is without subtracting the scan amount of the probe 20.

また、上述の第3実施形態および第4実施形態において、振れ検出部28に検出されたプローブ20(照明部21および撮像部25)の振れに基づいて、当該プローブ20の振れを打ち消すようにプローブ20を駆動するように構成されているが、これに限られるものではなく、プローブ20を構成する照明部21または撮像部25の少なくとも一部を駆動するようにしてもよい。例えば、図15に示すように、プローブの照明部121が、LED等の光源122と、集光レンズ123と、シリンドリカルレンズ124と、光軸方向およびシリンドリカルレンズ124の長手方向と垂直な方向に伸びる軸を回転軸αとして集光レンズ123を回転させる回転駆動部125とを有して構成されてもよい。なお、プローブ20全体を駆動する構成は、比較的遅い速度で大きな振幅の振れに対して有効であり、光学系の一部を駆動する構成は、比較的速い速度で小さな振幅の振れに対して有効である。なお、この照明部121から回転駆動部125を除いた構成は、第3実施形態および第4実施形態の照明部にも適用可能である。   Further, in the above-described third and fourth embodiments, the probe 20 cancels the shake of the probe 20 based on the shake of the probe 20 (the illumination unit 21 and the imaging unit 25) detected by the shake detection unit 28. However, the present invention is not limited to this, and at least a part of the illumination unit 21 or the imaging unit 25 constituting the probe 20 may be driven. For example, as shown in FIG. 15, the illumination unit 121 of the probe extends in a direction perpendicular to the optical axis direction and the longitudinal direction of the cylindrical lens 124, such as a light source 122 such as an LED, a condenser lens 123, and a cylindrical lens 124. A rotation driving unit 125 that rotates the condensing lens 123 about the axis as the rotation axis α may be included. The configuration for driving the entire probe 20 is effective for a large amplitude shake at a relatively slow speed, and the configuration for driving a part of the optical system is for a small amplitude shake at a relatively high speed. It is valid. In addition, the structure remove | excluding the rotational drive part 125 from this illumination part 121 is applicable also to the illumination part of 3rd Embodiment and 4th Embodiment.

このような照明部121において、光源122から射出された光は、集光レンズ123およびシリンドリカルレンズ124を透過することでシート状の光(シート光)となり、ステージ6上の被測定物5に照射されると、被測定物5上にライン像が現れる。このとき、回転駆動部125により回転軸αを中心に集光レンズ123を回転させると、例えば図16に示す場合、Y方向に伸びる軸を回転軸としてライン像を回転させることができるため、プローブの振れによるライン像(照明光)の位置ずれ(主に回転ずれ)を補正することが可能である。   In such an illuminating unit 121, the light emitted from the light source 122 passes through the condenser lens 123 and the cylindrical lens 124 to become sheet-like light (sheet light), and irradiates the object 5 to be measured on the stage 6. Then, a line image appears on the object to be measured 5. At this time, when the condensing lens 123 is rotated around the rotation axis α by the rotation driving unit 125, for example, as shown in FIG. 16, the line image can be rotated about the axis extending in the Y direction as the rotation axis. It is possible to correct the positional deviation (mainly rotational deviation) of the line image (illumination light) due to the fluctuation of the image.

なおこの場合、X方向(スキャン方向)にオフセット(位置ずれ)が残ることもあるが、シリンドリカルレンズ124と被測定物5との間に平行平面板(ハービング:図示せず)を挿入することにより、ライン像をX方向に平行移動させて、X方向のオフセットを解消することが可能である。また、このようにライン像を回転もしくは平行移動させてしまうと、撮像部25の検出角度(照明光に対する相対角度)が変化し、シャインプルーフの条件を満たさなくなってしまう。この場合、ライン光の進行面の移動に合わせて(同期して)シャインプルーフの条件を維持する(満足する)ように撮像部の光学系も駆動する必要がある。また、シャインプルーフの条件を維持することに加え撮像倍率も維持することが望ましいが、撮像倍率に関しては演算処理による補正も可能である。また、形状演算部34が被測定物5の形状情報を算出する際、回転駆動部125による集光レンズ123の回転角等に応じて、ライン像の画像情報(画像位置情報)を補正するようにすれば、被測定物5の形状情報(3次元形状)を求めることができる。   In this case, offset (positional deviation) may remain in the X direction (scan direction), but by inserting a parallel plane plate (harving: not shown) between the cylindrical lens 124 and the DUT 5. It is possible to eliminate the offset in the X direction by translating the line image in the X direction. If the line image is rotated or translated in this way, the detection angle of the imaging unit 25 (relative angle with respect to the illumination light) changes, and the Scheinproof condition is not satisfied. In this case, it is necessary to drive the optical system of the imaging unit so as to maintain (satisfy) the condition of the shine proof in accordance with the movement of the traveling surface of the line light (synchronously). In addition to maintaining the Scheimpflug condition, it is desirable to maintain the imaging magnification. However, the imaging magnification can be corrected by arithmetic processing. Further, when the shape calculation unit 34 calculates the shape information of the object 5 to be measured, the image information (image position information) of the line image is corrected according to the rotation angle of the condensing lens 123 by the rotation driving unit 125. By doing so, the shape information (three-dimensional shape) of the DUT 5 can be obtained.

また、照明部21または撮像部25の一部を駆動してプローブ20の振れを補正する場合、振幅の大きい振れを補正するときには、補正駆動範囲が限定されるため、予め駆動方向と逆方向にオフセットさせてから、助走を行うように補正駆動を開始してもよい。   Further, when correcting the shake of the probe 20 by driving a part of the illumination unit 21 or the imaging unit 25, when correcting a shake with a large amplitude, the correction drive range is limited. After the offset, the correction drive may be started so as to perform the running.

1 形状測定装置 5 被測定物
16 取付部(第1実施形態) 17 リニアモータ(相対移動部)
20 プローブ
21 照明部 25 撮像部
28 振れ検出部
28a 角速度センサ(角速度検出器) 28b 加速度センサ(加速度検出器)
30 制御部
32 処理部 33 位置演算部
34 形状演算部(測定部)
50 取付部(第2実施形態)
60 回転補正機構 80 Y平行補正機構
90 X平行補正機構
121 照明部(変形例)
125 回転駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shape measuring apparatus 5 Measured object 16 Mounting part (1st Embodiment) 17 Linear motor (relative moving part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Probe 21 Illumination part 25 Image pick-up part 28 Shake detection part 28a Angular velocity sensor (angular velocity detector) 28b Acceleration sensor (acceleration detector)
30 Control Unit 32 Processing Unit 33 Position Calculation Unit 34 Shape Calculation Unit (Measurement Unit)
50 Mounting portion (second embodiment)
60 Rotation Correction Mechanism 80 Y Parallel Correction Mechanism 90 X Parallel Correction Mechanism 121 Illumination Unit (Modification)
125 Rotation drive

Claims (4)

被測定物を照明する照明部と、
前記照明部に照明された前記被測定物を撮像する撮像部と、
前記照明部と前記被測定物とを相対移動させる相対移動部と、
前記照明の状態と前記撮像の状態から前記被測定物の形状を測定する測定部と、
前記照明部および前記撮像部の少なくとも一方の振れを検出する振れ検出部と、
前記振れ検出部に検出された振れに基づいて前記測定の制御を行う制御部とを備えて構成されることを特徴とする形状測定装置。
An illumination unit for illuminating the device under test
An imaging unit that images the object to be measured illuminated by the illumination unit;
A relative movement unit for relatively moving the illumination unit and the object to be measured;
A measuring unit for measuring the shape of the object to be measured from the illumination state and the imaging state;
A shake detection unit that detects a shake of at least one of the illumination unit and the imaging unit;
A shape measuring apparatus comprising: a control unit that controls the measurement based on a shake detected by the shake detection unit.
前記制御部は、前記振れ検出部に検出された振れの大きさが零近傍の場合に前記測定を許可する制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs control to allow the measurement when the magnitude of the shake detected by the shake detection unit is near zero. 前記制御部は、前記振れ検出部に検出された振れの大きさが極大近傍の場合に前記測定を許可する制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs control to permit the measurement when the magnitude of the shake detected by the shake detection unit is near a maximum. 前記振れ検出部は、前記照明部または前記撮像部の角速度を検出する角速度検出器および、前記照明部または前記撮像部の加速度を検出する加速度検出器の少なくとも一方を有し、前記角速度および前記加速度の少なくとも一方に基づいて前記振れを検出することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の形状測定装置。   The shake detection unit includes at least one of an angular velocity detector that detects an angular velocity of the illumination unit or the imaging unit and an acceleration detector that detects an acceleration of the illumination unit or the imaging unit, and the angular velocity and the acceleration The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shake is detected based on at least one of the following.
JP2010101287A 2010-04-26 2010-04-26 Shape measurement device Pending JP2011232102A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010101287A JP2011232102A (en) 2010-04-26 2010-04-26 Shape measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010101287A JP2011232102A (en) 2010-04-26 2010-04-26 Shape measurement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011232102A true JP2011232102A (en) 2011-11-17

Family

ID=45321574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010101287A Pending JP2011232102A (en) 2010-04-26 2010-04-26 Shape measurement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011232102A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038902A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社ニコン Surface-shape measuring device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038902A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-09 株式会社ニコン Surface-shape measuring device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2564156B1 (en) Profile measuring apparatus
US11825062B2 (en) Motion blur compensation
US9797706B2 (en) Coordinate measuring machine
JP5145013B2 (en) Surveying instrument
TWI623724B (en) Shape measuring device, structure manufacturing system, stage system, shape measuring method, structure manufacturing method, shape measuring program, and computer readable recording medium
JP5477718B2 (en) Shape measuring device
JP5948729B2 (en) Shape measuring device
JP2012132739A (en) Stereo camera calibrating device and calibrating method
JP5776282B2 (en) Shape measuring apparatus, shape measuring method, and program thereof
TWI290613B (en) Position detecting method and position detecting device and position detecting system
JP2011232104A (en) Shape measurement device
JP2011232102A (en) Shape measurement device
JP2011232103A (en) Shape measurement device
JP2005121370A (en) Surface shape measuring apparatus and method
JP7310218B2 (en) Three-dimensional measuring method, three-dimensional measuring device and robot system
JP4791568B2 (en) 3D measuring device
JP3936270B2 (en) 3D measuring apparatus and 3D measuring method
CN106461382B (en) Five-axis optical detection system
JP5430473B2 (en) Surface shape measuring device
JP2001317922A (en) Optical shape measuring device
JP2010169634A (en) Working device
JP5356187B2 (en) Method and apparatus for measuring lens ball height
JP2024049688A (en) Surveying Equipment
JP2003166804A (en) Space coordinate value measuring method, its measuring device and defect inspection device
JP2023116910A (en) Alignment method