JP2014092491A - 形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の形状測定前に、測定対象物の姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することが可能な形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムを提供する。
【解決手段】形状測定前に測定対象物Ｓに照明光が照射され測定対象物Ｓの立体的な形状を示す副立体形状データが生成される。表示部４００に副立体形状データに基づく副立体形状画像が表示される。副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されることにより、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢が変更される。副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するように測定対象物Ｓの姿勢が調整されるとともに測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域が推定される。推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳される。
【選択図】図３５

Description

本発明は、形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムに関する。

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

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

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

三角測距方式による形状測定においては、影が発生する部分または光の多重反射が発生する部分等の正確な形状測定が不可能または困難な部分を含むことが多い。したがって、測定対象物の測定すべき位置が測定可能となるように、測定対象物の姿勢を適切に調整しなければならない。しかしながら、測定対象物の形状によっては測定対象物の姿勢を短時間で適切に調整することは容易ではない。

本発明の目的は、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することが可能な形状測定装置、形状測定方法および形状測定プログラムを提供することである。

（１）第１の発明に係る形状測定装置は、測定対象物を載置するステージと、ステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から姿勢確認用の第１の光を照射し、ステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第２の光を照射するように構成される投光部と、ステージの上方に配置され、ステージに載置された測定対象物により反射された光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように構成される受光部と、受光部とステージとの相対的な距離を受光部の光軸方向に変化させることにより、受光部と測定対象物との相対的な距離を変化させる相対距離変化部と、測定対象物への第１の光の照射時に、相対距離変化部により受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ受光部の焦点が合った状態での受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成する第１のデータ生成部と、測定対象物への第２の光の照射時に、受光部から出力される受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成するように構成される第２のデータ生成部と、第１の立体形状データに基づく測定対象物の画像を姿勢調整用画像として表示する表示部と、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更を指定するために使用者により操作される画像姿勢調整部と、画像姿勢調整部による姿勢の変更の指定に応答して、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更する画像姿勢変更部と、形状測定前に、第１の光を測定対象物に照射するとともに第１の立体形状データを生成するように投光部および第１のデータ生成部を制御し、生成された第１の立体形状データに基づく姿勢調整用画像を表示部に表示させ、表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に第２のデータ生成部により生成されることになる第２の立体形状データの不良部分を推定し、推定された不良部分を識別可能に測定対象物の姿勢調整用画像を表示するように表示部を制御し、形状測定時に、第２の光を測定対象物に照射するとともに第２の立体形状データを生成するように投光部、受光部および第２のデータ生成部を制御する制御部を備えるものである。

その形状測定装置においては、形状測定前に、第１の光が測定対象物に照射され、相対距離変化部により受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ受光部の焦点が合った状態での受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データが生成される。

形状測定前に、第１の立体形状データに基づく姿勢調整用画像が表示部に表示される。表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更が画像姿勢調整部により指定される。姿勢の変更の指定に応答して、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢が画像姿勢変更部により変更される。

表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる第２の立体形状データの不良部分が推定される。推定された不良部分を識別可能に測定対象物の姿勢調整用画像が表示部に表示される。

形状測定時に、第２の光が測定対象物に照射され、測定対象物により反射された光が受光部により受光され、受光量を示す受光信号が受光部から出力される。出力された受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データが生成される。

以下、正確な形状測定が不可能または困難な部分を測定困難部分と呼ぶ。測定困難部分としては、例えば、影が発生する部分、光の多重反射が発生する部分、受光部に向かって高い強度の光が反射する部分、または光が潜り込んで拡散する部分等がある。測定困難部分に対応する立体形状データの部分は、データ欠落部分またはデータ不正確部分等の不良部分となる。それにより、使用者は、形状測定前に、姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更させつつ、変更された姿勢で測定対象物に第２の光が照射される場合の測定困難部分を容易に認識することができる。したがって、測定対象物の測定すべき位置が測定困難部分に含まれている場合には、使用者は、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

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

この場合、第２の投光部は、受光部の光軸に対して第１の角度よりも大きい第２の角度だけ傾斜した方向に第２の光を出射する。それにより、測定対象物に第２の光が照射された状態で、三角測距方式により第２の立体形状データを容易に生成することができる。また、第１の投光部は、受光部の光軸に対して第２の角度よりも小さい第１の角度だけ傾斜した方向に第１の光を出射するので、影の発生を抑制しつつ測定対象物に第１の光を照射することができる。したがって、影の部分が少ない姿勢調整用画像を得ることができる。

（３）受光部は、さらに測定対象物を撮像するように構成され、制御部は、形状測定前に、受光部により撮像される測定対象物の画像を姿勢調整用画像とともに表示するように表示部を制御してもよい。

この場合、使用者は、形状測定前に、受光部により撮像された測定対象物の画像の姿勢が姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に近づくように、測定対象物の姿勢を調整することができる。それにより、測定対象物の姿勢の調整がさらに容易になる。

（４）形状測定装置は、測定対象物の姿勢を調整するように使用者により操作される第１の姿勢調整部をさらに備えてもよい。

この場合、使用者は姿勢調整用画像を確認しつつ第１の姿勢調整部を操作することにより、測定対象物の姿勢を容易に調整することができる。

（５）形状測定装置は、制御部により制御可能に構成され、測定対象物の姿勢を調整する第２の姿勢調整部をさらに備え、制御部は、測定対象物の姿勢が姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように第２の姿勢調整部を制御してもよい。

この場合、姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が自動的に調整される。それにより、測定対象物の姿勢を調整するための煩雑な操作を行う必要がなくなる。

（６）画像姿勢調整部は、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢を調整可能に構成されてもよい。

この場合、画像姿勢調整部が操作されることにより、姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢が調整されるとともに実際の測定対象物の姿勢も調整される。したがって、使用者は、姿勢調整用画像を見ながら形状測定時の測定困難部分を認識しつつ、測定対象物の姿勢を調整することができる。

（７）第２の発明に係る形状測定方法は、形状測定前に、投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から姿勢確認用の第１の光を照射し、受光部とステージとの相対的な距離が受光部の光軸方向に変化することにより、受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ受光部の焦点が合った状態での受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成するステップと、形状測定前に、生成された第１の立体形状データに基づく測定対象物の画像を姿勢調整用画像として表示部に表示させるステップと、形状測定前に、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定を受け付けるステップと、形状測定前に、表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定があった場合に、姿勢の変更の指定に応答して表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更するステップと、形状測定時に、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第２の光を照射し、測定対象物により反射された光を受光部により受光し、受光部から出力される受光量を示す受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成するステップとを備え、姿勢調整用画像を表示部に表示させるステップは、形状測定前に、表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる第２の立体形状データの不良部分を推定し、推定された不良部分を識別可能に測定対象物の姿勢調整用画像を表示部に表示するステップを含むものである。

その形状測定方法においては、形状測定前に、第１の光が測定対象物に照射され、受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ受光部の焦点が合った状態での受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データが生成される。

形状測定前に、第１の立体形状データに基づく姿勢調整用画像が表示部に表示される。表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更が指定される場合に、姿勢の変更の指定に応答して、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢が変更される。

表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる第２の立体形状データの不良部分が推定される。推定された不良部分を識別可能に測定対象物の姿勢調整用画像が表示部に表示される。

形状測定時に、第２の光が測定対象物に照射され、測定対象物により反射された光が受光部により受光され、受光量を示す受光信号が受光部から出力される。出力された受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データが生成される。

以下、正確な形状測定が不可能または困難な部分を測定困難部分と呼ぶ。測定困難部分としては、例えば、影が発生する部分、光の多重反射が発生する部分、受光部に向かって高い強度の光が反射する部分、または光が潜り込んで拡散する部分等がある。測定困難部分に対応する立体形状データの部分は、データ欠落部分またはデータ不正確部分等の不良部分となる。それにより、使用者は、形状測定前に、姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更させつつ、変更された姿勢で測定対象物に第２の光が照射される場合の測定困難部分を容易に認識することができる。したがって、測定対象物の測定すべき位置が測定困難部分に含まれている場合には、使用者は、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

（８）第３の発明に係る形状測定プログラムは、処理装置により実行可能な形状測定プログラムであって、形状測定前に、投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から姿勢確認用の第１の光を照射し、受光部とステージとの相対的な距離が受光部の光軸方向に変化することにより、受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ受光部の焦点が合った状態での受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成する処理と、形状測定前に、生成された第１の立体形状データに基づく測定対象物の画像を姿勢調整用画像として表示部に表示させる処理と、形状測定前に、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定を受け付ける処理と、形状測定前に、表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定があった場合に、姿勢の変更の指定に応答して表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更する処理と、形状測定時に、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第２の光を照射し、測定対象物により反射された光を受光部により受光し、受光部から出力される受光量を示す受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成する処理とを処理装置に実行させ、姿勢調整用画像を表示部に表示させる処理は、形状測定前に、表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる第２の立体形状データの不良部分を推定し、推定された不良部分を識別可能に測定対象物の姿勢調整用画像を表示部に表示する処理を含むものである。

その形状測定プログラムによれば、形状測定前に、第１の光が測定対象物に照射され、受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ受光部の焦点が合った状態での受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データが生成される。

形状測定前に、第１の立体形状データに基づく姿勢調整用画像が表示部に表示される。表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更が指定される場合に、姿勢の変更の指定に応答して、表示部に表示される姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢が変更される。

表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる第２の立体形状データの不良部分が推定される。推定された不良部分を識別可能に測定対象物の姿勢調整用画像が表示部に表示される。

形状測定時に、第２の光が測定対象物に照射され、測定対象物により反射された光が受光部により受光され、受光量を示す受光信号が受光部から出力される。出力された受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データが生成される。

以下、正確な形状測定が不可能または困難な部分を測定困難部分と呼ぶ。測定困難部分としては、例えば、影が発生する部分、光の多重反射が発生する部分、受光部に向かって高い強度の光が反射する部分、または光が潜り込んで拡散する部分等がある。測定困難部分に対応する立体形状データの部分は、データ欠落部分またはデータ不正確部分等の不良部分となる。それにより、使用者は、形状測定前に、姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更させつつ、変更された姿勢で測定対象物に第２の光が照射されることにより発生する測定困難部分を容易に認識することができる。したがって、測定対象物の測定すべき位置が測定困難部分に含まれている場合には、使用者は、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することができる。

本発明によれば、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の姿勢を形状測定に適切な状態に容易に調整することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。 図１の形状測定装置の測定部の構成を示す模式図である。 光が照射された状態の測定対象物の模式図である。 光が照射された状態の測定対象物の模式図である。 画像を２画面表示するＧＵＩの一例を示す図である。 三角測距方式の原理を説明するための図である。 測定光の第１のパターンを説明するための図である。 測定光の第２のパターンを説明するための図である。 測定光の第３のパターンを説明するための図である。 測定対象物の特定の部分における画像が撮影されたタイミング（番数）と受光された光の強度との関係を示す図である。 測定光の第４のパターンを説明するための図である。 動作モード選択時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 動作モード選択時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 形状測定処理実行後における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 全焦点テクスチャ画像を説明するための測定対象物の模式的側面図である。 受光部の焦点位置とテクスチャ画像の鮮明度との関係を示す図である。 生成された全焦点テクスチャ画像データに基づく測定対象物の全焦点テクスチャ画像である。 合成データに基づく測定対象物の合成画像である。 テクスチャ画像の種類の選択時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。 副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。 副立体形状データによる主立体形状データの補正を説明するための図である。 形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。 形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。 形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。 Ｘ方向から見た図２の受光部を示す模式図である。 形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。 形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。 第２の調整の実行時における表示部のＧＵＩの一例を示す図である。 形状測定処理の手順を示すフローチャートである。 形状測定処理の手順を示すフローチャートである。 形状測定処理の手順を示すフローチャートである。 測定対象物の姿勢の調整を説明するための図である。 形状測定処理における測定条件を説明するための測定対象物の一例を示す斜視図である。 姿勢調整の補助機能により不良部分画像が重畳された副立体形状画像の一表示例を示す図である。 図３５の副立体形状画像上で測定対象物の姿勢の変更が指定された場合の副立体形状画像の一表示例を示す図である。 図３６の副立体形状画像上で測定対象物の姿勢の変更が指定された場合の副立体形状画像の一表示例を示す図である。 形状測定処理前に測定対象物に照明光が照射されることにより得られるライブ画像の一表示例を示す図である。 副立体形状画像が重畳されたライブ画像の一表示例を示す図である。 図３５〜図３９の第２の画像表示領域の一表示例を示す図である。 測定対象物の姿勢の調整時における副立体形状画像およびライブ画像の他の表示例を示す図である。 測定対象物の姿勢の調整時における副立体形状画像およびライブ画像のさらに他の表示例を示す図である。 姿勢調整補助測定処理の一例を示すフローチャートである。 姿勢調整補助測定処理の一例を示すフローチャートである。 姿勢調整補助測定処理の一例を示すフローチャートである。 姿勢調整補助測定処理の他の例を示すフローチャートである。 姿勢調整補助測定処理のさらに他の例を示すフローチャートである。 図３５〜図３９の第２の画像表示領域の他の表示例を示す図である。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ここで、受光部１２０の焦点に位置しかつ受光部１２０の光軸に垂直な平面を受光部１２０の焦点面と呼ぶ。図２に示すように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０およびステージ１４０の相対的な位置関係は、投光部１１０Ａの光軸、投光部１１０Ｂの光軸および受光部１２０の光軸が受光部１２０の焦点面で互いに交差するように設定される。本実施の形態では、受光部１２０の光軸はＺ方向と平行な方向に延びる。

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

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

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

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

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

ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構、θ方向回転機構およびあおり回転機構の各々に用いられるステッピングモータにはエンコーダが取り付けられている。各エンコーダの出力信号は、例えばＣＰＵ２１０に与えられる。ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいて、ステージ１４０の載置面のＸ方向の位置（Ｘ位置）、Ｙ方向の位置（Ｙ位置）、Ｚ方向の位置（Ｚ位置）、θ方向の回転角（θ回転角）、またはあおり方向の回転角（あおり傾斜角）の変化量を算出することができる。以下の説明では、ＣＰＵ２１０により算出されるＸ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、θ回転角、およびあおり傾斜角を、適宜ステージ情報と総称する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図５に示すように、表示部４００には２つの画像表示領域４９１，４９２が並ぶように設けられる。画像を２画面表示する場合には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が切り替わるように交互に照射される。画像表示領域４９１には、一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。画像表示領域４９２には、他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。これにより、使用者は投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々により測定光を照射された場合における測定対象物Ｓの画像を区別して認識することができる。

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

表示部４００には２つの光量設定バー４９３，４９４が表示される。光量設定バー４９３は、水平方向に移動可能なスライダ４９３ｓを有する。光量設定バー４９４は、水平方向に移動可能なスライダ４９４ｓを有する。以下、一方の投光部１１０Ａから出射される測定光を一方の測定光と呼び、他方の投光部１１０Ｂから出射される測定光を他方の測定光と呼ぶ。光量設定バー４９３上のスライダ４９３ｓの位置は、一方の測定光を受光する際の受光部１２０の光量（以下、一方の測定光の光量と呼ぶ）に対応する。光量設定バー４９４上のスライダ４９４ｓの位置は、他方の測定光を受光する際の受光部１２０の光量（以下、他方の測定光の光量と呼ぶ）に対応する。

使用者は、図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作して光量設定バー４９３のスライダ４９３ｓを水平方向に移動させることにより、一方の測定光の光量を変更することができる。一方の測定光の光量の変更は、一方の測定光の明るさまたは一方の測定光を受光する際の受光部１２０の露光時間を変更することにより行われる。同様に、使用者は、操作部２５０を操作して光量設定バー４９４のスライダ４９４ｓを水平方向に移動させることにより、他方の測定光の光量を変更することができる。他方の測定光の光量の変更は、他方の測定光の明るさまたは他方の測定光を受光する際の受光部１２０の露光時間を変更することにより行われる。

上記のように、画像表示領域４９１，４９２には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々により測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が並ぶように表示される。したがって、使用者は、画像表示領域４９１，４９２に表示された測定対象物Ｓの画像を見ながら、光量設定バー４９３，４９４のスライダ４９３ｓ，４９４ｓの位置をそれぞれ移動させることにより、一方および他方の測定光の光量を適切に調整することができる。

また、一方および他方の測定光の光量と照明光出力部１３０から出射される照明光を受光する際の受光部１２０の光量（以下、照明光の光量と呼ぶ）との間に相関がある場合がある。この場合、一方および他方の測定光の光量は、照明光の光量に基づいて自動的に調整されてもよい。あるいは、照明光の光量に基づいて、一方および他方の測定光の光量を適切にするための調整ガイドが表示部４００に表示されてもよい。この場合、使用者は、調整ガイドに基づいて光量設定バー４９３，４９４のスライダ４９３ｓ，４９４ｓの位置をそれぞれ移動させることにより、一方および他方の測定光の光量を適切に調整することができる。

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

本実施の形態では、投光部１１０Ａ、１１０Ｂから測定光が照射された際の画像の各々の明るさを個別に調整することができる。そのため、光の照射方向に応じた適切な光量を設定することができる。また、光量の調整中の画像は、画像表示領域４９１，４９２に更新されながら表示される。これにより、使用者は、画像を確認しながら光量を調整することができる。

この場合において、ＰＣ２００は、画像中の明るすぎるために白とびが生じている部分または暗すぎるために黒つぶれが生じている部分を識別可能に画像表示領域４９１，４９２に表示することができる。これにより、使用者は、適切に光量が調整されているか否かを容易に確認することができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

（６）受光部の測定可能範囲
上記の三角測距方式の形状測定においては、測定対象物Ｓの表面の位置が受光部１２０の焦点から光軸方向に遠ざかるほど測定対象物Ｓから受光部１２０の撮像素子１２１ａに入射する光のぼけの度合いが大きくなる。同様に、測定対象物Ｓの表面の位置が受光部１２０の焦点よりも近接するほど測定対象物Ｓから受光部１２０の撮像素子１２１ａに入射する光のぼけの度合いが大きくなる。受光部１２０の撮像素子１２１ａに入射する光のぼけの度合いは、例えば投光部１１０および受光部１２０の少なくとも一部を構成する光学系のレンズの倍率に応じて変化する。

測定対象物Ｓから受光部１２０に入射する光のぼけの度合いが大きくなると、測定対象物Ｓの表面の高さの測定精度が低下する。そこで、本実施の形態では、測定対象物Ｓが位置する場合に一定の測定精度を得ることが可能であると考えられる受光部１２０の光軸方向の範囲が投光部１１０および受光部１２０の構成に応じて形状測定装置５００ごとに予め定められる。以下の説明では、このようにして予め定められる受光部１２０のＺ方向における範囲を受光部１２０のＺ方向における測定可能範囲と呼ぶ。測定可能範囲は、例えば測定対象物Ｓの表面に縞状測定光を照射した状態で測定対象物Ｓを受光部１２０の光軸方向に移動させた場合に、受光部１２０の撮像素子１２１ａに入射する光のぼけの度合いが所定のしきい値を超えない範囲に定められる。

［３］顕微鏡モードおよび形状測定モード
本実施の形態に係る形状測定装置５００は、顕微鏡モードで動作可能であるとともに形状測定モードで動作可能である。図１２および図１３は、動作モード選択時における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図１２および図１３に示すように、画像表示領域５５０および設定変更領域５７０，５８０が表示部４００に表示される。画像表示領域５５０には、受光部１２０により撮像された測定対象物Ｓの画像が表示される。

設定変更領域５７０には、明るさ選択欄５７１、明るさ設定バー５７２、表示切換欄５７３、倍率切換欄５７４、倍率選択欄５７５および焦点調整欄５７６が表示される。明るさ設定バー５７２は、水平方向に移動可能なスライダ５７２ｓを有する。

使用者は、明るさ選択欄５７１において受光部１２０の露光時間の方式を選択することにより、受光部１２０の露光時間の方式をオート（自動）と手動との間で切り換えることができる。受光部１２０の露光時間の方式として手動が選択されている場合、使用者は、ＰＣ２００の操作部２５０を操作して明るさ設定バー５７２のスライダ５７２ｓを水平方向に移動させることにより、受光部１２０の露光時間を調整することができる。使用者は、表示切換欄５７３から画像の表示の種類を選択することにより、画像の表示の種類をカラーとモノクロとの間で切り換えることができる。

後述する図２６に示すように、受光部１２０は、カメラ１２１としてレンズの倍率が互いに異なるカメラ１２１Ａおよびカメラ１２１Ｂを含む。本例においては、例えば一方のカメラ１２１Ａを低倍率カメラと呼び、他方のカメラ１２１Ｂを高倍率カメラと呼ぶ。使用者は、倍率切換欄５７４においてカメラの倍率を選択することにより、受光部１２０のカメラ１２１を高倍率カメラと低倍率カメラとの間で切り換えることができる。本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、高倍率カメラに対応する受光部１２０の測定可能範囲と低い倍率カメラに対応する受光部１２０の測定可能範囲とが互いに異なる大きさで個別に定められている。

受光部１２０はデジタルズーム機能を有する。本例においては、２つのカメラ１２１とデジタルズーム機能とを組み合わせることにより、カメラ１２１の倍率を実質的に２種類以上に変更することができる。使用者は、倍率選択欄５７５において倍率を選択することにより、受光部１２０のカメラ１２１の倍率を設定することができる。デジタルズーム機能が用いられる際には、カメラの種類（高倍率カメラおよび低倍率カメラ）ごとに定められる測定可能範囲が倍率の変化量に基づいて補正されてもよい。

使用者は、焦点調整欄５７６に数値を入力することにより、入力された数値に対応する距離だけＺ方向に受光部１２０の焦点位置を変化させることができる。受光部１２０の焦点位置の変化は、ステージ１４０のＺステージ１４２の位置、すなわち受光部１２０と測定対象物Ｓとの間のＺ方向の相対的な距離を変化させることにより行われる。

設定変更領域５８０には、顕微鏡モード選択タブ５８０Ａおよび形状測定モード選択タブ５８０Ｂが表示される。顕微鏡モード選択タブ５８０Ａが選択されている場合には、形状測定装置５００は、顕微鏡モードで動作する。顕微鏡モードにおいては、照明光出力部１３０から照明光が測定対象物Ｓに照射される。この状態で、測定対象物Ｓの拡大観察を行うことができる。

図１２に示すように、顕微鏡モード選択タブ５８０Ａが選択されている場合、設定変更領域５８０には、ツール選択欄５８１および撮影ボタン５８２が表示される。使用者は、撮影ボタン５８２を操作することにより、画像表示領域５５０に表示されている測定対象物Ｓの画像を撮影（キャプチャ）することができる。

ツール選択欄５８１には、複数の実行ツールをそれぞれ選択するための複数のアイコンが表示される。使用者は、ツール選択欄５８１の複数のアイコンのいずれかを操作することにより、観察されている測定対象物Ｓの画像の平面測定、画像への目盛りの挿入、深度合成、画像へのコメントの挿入または画像の改善等の実行ツールを実行することができる。

例えば、平面測定の実行が選択されている場合、ツール選択欄５８１の下方には測定ツール表示欄５８１ａおよび補助ツール表示欄５８１ｂが表示される。測定ツール表示欄５８１ａには、２点間の距離の測定、２つの平行線間の距離の測定、円の直径または半径の測定、および２つの直線がなす角度の測定等をそれぞれ実行するための複数のアイコンが表示される。補助ツール表示欄５８１ｂには、画像表示領域５５０の画像に点、線または円等の補助的な描画をそれぞれ実行するための複数のアイコンが表示される。

形状測定モード選択タブ５８０Ｂが選択されている場合には、形状測定装置５００は、形状測定モードで動作する。図１３に示すように、形状測定モード選択タブ５８０Ｂが選択されている場合、設定変更領域５８０には、測定ボタン５８３が表示される。使用者は、形状測定の準備が終了した後、測定ボタン５８３を操作することにより、形状測定処理を実行することができる。

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

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

図１４は、形状測定処理実行後における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図１４に示すように、形状測定処理において生成された合成データに基づいて、測定対象物Ｓの画像が画像表示領域５５０に表示される。使用者は、合成画像上で、測定対象物Ｓの測定結果の確認または簡単な計測を実行することができる。

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

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

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

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の状態において取得されたテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示す。この場合、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａが受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に位置するので、図１６（ｂ）に示すように、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字が鮮明に表示される。しかしながら、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃは、受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に位置しない。そのため、回路基板Ｓｂの上面に付された文字が不鮮明に表示される。また、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃは、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２内にも位置していない。したがって、図１６（ｅ）の位置にステージ１４０の高さを合わせると、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａの高さを算出することができないか、または算出される高さの信頼性が低くなる。

図１６（ｄ）は、図１６（ｃ）の状態において取得されたテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示す。この場合、電解コンデンサＳｃの上面と回路基板Ｓｂの上面との中間の位置ｂが受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に位置する。しかしながら、電解コンデンサＳｃの上面および回路基板Ｓｂの上面が受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１外でかつＺ方向の測定可能範囲ｒ２に位置するので、図１６（ｄ）に示すように、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字および回路基板Ｓｂの上面に付された文字がやや不鮮明に表示される。

図１６（ｆ）は、図１６（ｅ）の状態において取得されたテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示す。この場合、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃが受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に位置するので、図１６（ｆ）に示すように、回路基板Ｓｂの上面に付された文字が鮮明に表示される。しかしながら、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａは、受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に位置しない。そのため、電解コンデンサＳｃの上面に付された文字が不鮮明に表示される。また、電解コンデンサＳｃの上面の位置ａは、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２内にも位置していない。したがって、図１６（ａ）の位置にステージ１４０の高さを合わせると、回路基板Ｓｂの上面の位置ｃの高さを算出することができないか、または算出される高さの信頼性が低くなる。

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

このように、受光部１２０とステージ１４０との相対的なＺ方向の位置を変化させることにより、測定対象物Ｓに対して、受光部１２０の焦点が合う高さが変化する。そのため、一度に受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に収めることができない高低差がある測定対象物Ｓであっても、受光部１２０の焦点を変化させて撮像した複数のテクスチャ画像を合成することにより、全体に焦点が合った全焦点テクスチャ画像を取得することができる。なお、被写界深度は、受光部１２０のレンズの倍率によって変化する形状測定装置５００の固有の幅を有している。

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

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

全焦点テクスチャ画像データは、測定対象物Ｓの全ての部分のうち受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に含まれている部分についての複数のテクスチャ画像データが合成されることにより生成される。また、測定対象物Ｓの各部分のテクスチャ画像データの取得の際には、測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ受光部１２０の焦点が合った状態での受光部１２０と測定対象物Ｓとの相対的な距離に基づいて測定対象物Ｓの各部分の高さが算出される。本実施の形態においては、測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ受光部１２０の焦点が合った状態とは、例えば測定対象物Ｓの複数の部分がそれぞれ受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に含まれるときの状態をいう。

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

図１８は、合成データに基づく測定対象物Ｓの合成画像である。図１８（ａ）は、主立体形状データに基づく測定対象物Ｓの主立体形状の画像を示す。図１８（ａ）の主立体形状を示す主立体形状データと全焦点テクスチャ画像データとが合成されることにより、合成データが生成される。図１８（ｂ）は、生成された合成データに基づく合成画像である。図１８（ｂ）に示すように、測定対象物ＳのＺ方向の寸法が受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１よりも大きい場合であっても、測定対象物Ｓの異なる高さを有する部分の表面の状態が鮮明に表示される。

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

なお、詳細については後述するが、測定対象物Ｓの形状測定は、通常１回の処理で行われる。例えば、図１６（ａ）の例では、回路基板Ｓｂの上面ｃが受光部１２０の測定可能範囲ｒ２内にないため、回路基板Ｓｂの上面ｃの高さを算出することができない。したがって、図１６（ｃ）に示すように、できるだけ測定対象物Ｓの全体が受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２内に収まるように、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を調整する必要がある。

一方、全焦点テクスチャ画像を生成する処理では、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を変化させて複数回の撮像を行うので、１回の撮像で測定対象物Ｓの全体が受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１内に収まるように受光部１２０とステージ１４０との相対距離を予め調整する必要はない。したがって、使用者は、テクスチャ画像を取得する際の受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１ではなく、形状測定処理を行うための受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２内に測定対象物Ｓが収まっているか否かを意識して、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を調整する。

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

本発明における三角測距を用いた形状測定処理においては、一般的に受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２は、受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１よりも広い。これは、三角測距においては、画像に多少のぼけが発生していても、測定対象物Ｓの形状を測定することが可能だからである。ただし、受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１は、使用者にとって焦点が合っているように見える主観的な範囲である。また、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２は、投光部１１０および受光部１２０により定まる形状測定装置５００の固有の値であるものの、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２内にない測定対象物Ｓが必ずしも測定不可能になるのではない。

また、測定対象物Ｓの高低差が大きい場合は、どのように受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を調整しても、測定対象物Ｓの全体を１度で測定することができない場合がある。その場合は、形状測定処理を行う際にも、受光部１２０とステージ１４０とのＺ方向の相対距離を変化させて、複数回の形状測定処理を行い、各画素の最も信頼性が高い高さのデータにより構成された立体形状を取得することもできる。この場合は、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２を超えた高低差を有する測定対象物Ｓの全体の測定が可能になり、大きな高低差を有する測定対象物Ｓの立体形状全体に対して、テクスチャ情報を付与することが可能である。

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

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

本例においては、測定対象物ＳのＺ方向の位置が、受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１よりも小さい間隔で、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲ｒ２の上限から下限へ向かって、または下限から上限へ向かって変化される。Ｚ方向の各位置におけるテクスチャ画像データおよび高さに基づいて全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データがそれぞれ生成される。

あるいは、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データの生成前に測定対象物Ｓの主立体形状データが生成されている場合には、主立体形状データに基づいて測定対象物ＳのＺ方向の上端および下端を算出することができる。したがって、測定対象物ＳのＺ方向の位置が、受光部１２０の被写界深度の範囲ｒ１よりも小さい間隔で、測定対象物ＳのＺ方向の寸法の上端から下端へ向かって、または下端から上端へ向かって変化されてもよい。Ｚ方向の各位置におけるテクスチャ画像データおよび高さに基づいて全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データがそれぞれ生成される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図１９は、テクスチャ画像の種類の選択時における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図１９に示すように、テクスチャ画像の種類の選択時には、表示部４００の設定変更領域５８０にテクスチャ画像選択欄５８４が表示される。テクスチャ画像選択欄５８４には、３つのチェックボックス５８４ａ，５８４ｂ，５８４ｃが表示される。

使用者は、チェックボックス５８４ａ〜５８４ｃを指定することにより、通常のテクスチャ画像、ＨＤＲテクスチャ画像および全焦点テクスチャ画像をそれぞれ選択することができる。また、使用者は、チェックボックス５８４ｂ，５８４ｃを指定することにより、ＨＤＲ全焦点テクスチャ画像を選択することができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

複数のレンズ１２２，１２３を通過した光は、ハーフミラー１２４により２つの光に分離される。一方の光はカメラ１２１Ａにより受光され、他方の光はカメラ１２１Ｂにより受光される。図１の制御基板１５０に受光信号を出力するカメラ１２１をカメラ１２１Ａとカメラ１２１Ｂとの間で切り換えることにより、レンズの倍率を変更することができる。カメラ１２１Ａとカメラ１２１Ｂとの間の切り換えは、図１３の倍率切換欄５７４においてカメラの倍率を選択することにより行われる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図２９は、第２の調整の実行時における表示部４００のＧＵＩの一例を示す図である。図２９に示すように、第２の調整の実行時には、表示部４００の設定変更領域５８０に図５と同様の光量設定バー４９３，４９４が表示される。使用者は、操作部２５０を操作して光量設定バー４９３のスライダ４９３ｓを水平方向に移動させることにより、一方の測定光の光量を変更することができる。同様に、使用者は、操作部２５０を操作して光量設定バー４９４のスライダ４９４ｓを水平方向に移動させることにより、他方の測定光の光量を変更することができる。

第２の調整の実行時には、表示部４００に３つの画像表示領域５５０ａ，５５０ｂ，５５０ｃが設けられる。画像表示領域５５０ａには、一方および他方の測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。画像表示領域５５０ｂには、一方の測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。画像表示領域５５０ｃには、他方の測定光が照射された場合における測定対象物Ｓの画像が表示される。

ここで、画像は、明るすぎるために白とびが生じている部分および暗すぎるために黒つぶれが生じている部分を識別可能に、画像表示領域５５０ａ〜５５０ｃに表示される。図２９の例においては、明るすぎるために白とびが生じている部分がドットパターンにより強調表示されている。また、暗すぎるために黒つぶれが生じている部分がハッチングパターンにより強調表示されている。

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

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

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

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

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

ここで、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄５８４のチェックボックス５８４ａが指定された場合、通常のテクスチャ画像が選択されたと判定する。また、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄５８４のチェックボックス５８４ａ〜５８４ｃのいずれも指定されなかった場合にも、ＣＰＵ２１０は、通常のテクスチャ画像が選択されたと判定する。

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

ステップＳ４６において、通常のテクスチャ画像が選択されなかったと判定した場合、ＣＰＵ２１０は、使用者により図２５の第１の調整のステップＳ１９で全焦点テクスチャ画像が選択されたか否かを判定する（ステップＳ４８）。ここで、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄５８４のチェックボックス５８４ｃが指定された場合、全焦点テクスチャ画像が選択されたと判定する。

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

次に、ＣＰＵ２１０は、使用者により図２５の第１の調整のステップＳ１９でＨＤＲテクスチャ画像が選択されたか否かを判定する（ステップＳ５０）。ここで、ＣＰＵ２１０は、図１９のテクスチャ画像選択欄５８４のチェックボックス５８４ｂが指定された場合、ＨＤＲテクスチャ画像が選択されたと判定する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

［６］姿勢調整の補助機能
（１）概要
形状測定の準備における第２の調整において、測定対象物Ｓの姿勢が調整される。図３３は、測定対象物Ｓの姿勢の調整を説明するための図である。図３３（ａ），（ｃ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに投光部１１０から測定光を照射した状態を示す。図３３（ｂ），（ｄ）は、それぞれ図３３（ａ），（ｃ）の受光部１２０で測定対象物Ｓが撮像されることにより表示部４００に表示される画像を示す。

図３３の例においては、測定対象物Ｓは、異なる高さの２段の上面を有する断面Ｌ字形状のブロックである。図３３（ａ）の例においては、測定対象物Ｓの上段の上面により投光部１１０からの測定光が遮られる。この場合、図３３（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの下段の上面の測定位置に影Ｓｓが発生する。したがって、測定対象物Ｓの測定位置の形状を測定することができない。

図３３（ｃ）の例においては、測定対象物Ｓの向きを変えることにより測定対象物Ｓの姿勢が調整される。この場合、図３３（ｄ）に示すように、測定対象物Ｓの下段の上面の測定位置に影Ｓｓが発生しない。これにより、測定対象物Ｓの測定位置の形状を測定することができる。

図３４は、形状測定処理における測定条件を説明するための測定対象物Ｓの一例を示す斜視図である。図３４に示すように、測定対象物Ｓにおいては、板状部材Ｓｗ上に２つの角柱状部材Ｓｘおよび１つの四角錐状部材Ｓｙが形成される。２つの角柱状部材Ｓｘの高さは、四角錐状部材Ｓｙの高さよりも大きい。この場合、２つの角柱状部材Ｓｘの周囲には影が発生しやすい。したがって、２つの角柱状部材Ｓｘの付近に測定位置がある場合、測定位置における測定対象物Ｓの形状を正確に測定することができない可能性がある。

また、２つの角柱状部材Ｓｘの間に照射される測定光が、２つの角柱状部材Ｓｘの複数の部分で複数回にわたって反射（多重反射）し、図１の受光部１２０により受光されることがある。この場合、図１の表示部４００においては、測定対象物Ｓの画像上に多重反射した測定光による偽の画像が重畳して表示される。このように、多重反射した測定光により、測定位置における測定対象物Ｓの形状を正確に測定することができない可能性がある。

さらに、四角錐状部材Ｓｙの一面Ｓｙａが投光部１１０の光軸に対して所定の傾きを有することにより、受光部１２０が四角錐状部材Ｓｙの一面Ｓｙａで正反射した高い強度の測定光を受光する場合がある。この場合、四角錐状部材Ｓｙの一面Ｓｙａに対応する受光信号の部分が飽和しやすい。したがって、測定光を受光部１２０に対して正反射させる一面Ｓｙａ上に測定位置がある場合にも、測定位置における測定対象物Ｓの形状を正確に測定することができない可能性がある。

一方、測定対象物Ｓの一部に影が発生すること、多重反射が発生すること、および正反射が発生することは自然現象である。そのため、測定位置に影、多重反射または高い強度の光の反射が発生していても、使用者がそれに気づかないことがある。以下、測定対象物Ｓにおいて影が発生する領域、多重反射により正確な測定ができない領域および測定光が受光部１２０に向かって高い強度で反射される領域を測定困難領域と呼ぶ。測定困難領域に対応する主立体形状データの部分は、データ欠落部分またはデータ不正確部分等の不良部分となる。

そこで、本実施の形態に係る形状測定装置５００には、測定困難領域をできる限り低減可能な姿勢、または所望の箇所が測定困難領域に含まれない姿勢で測定対象物Ｓを載置することを補助する機能（以下、姿勢調整の補助機能と呼ぶ）が設けられる。

姿勢調整の補助機能においては、例えば図２の照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射される。このとき、測定対象物Ｓに測定光は照射されない。その状態で、上記のように、受光部１２０と測定対象物Ｓとの間の相対的な距離が変化されつつ測定対象物Ｓの複数のテクスチャ画像データが取得され、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データが生成される。

生成された副立体形状データに基づいて測定対象物の副立体形状画像が表示部４００の画面上に表示される。本実施の形態において、測定部１００における投光部１１０の位置は一定に保持される。そのため、ステージ１４０が所定の基準位置にある場合、投光部１１０に対するステージ１４０の相対的な位置は既知である。それにより、ステージ１４０の位置が変化する場合でも、ステージ１４０のステージ情報および副立体形状データに基づいて投光部１１０に対する測定対象物Ｓの表面の相対的な位置を知ることができる。

本例では、ステージ情報および副立体形状データに基づいて、図２の投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光が照射される場合の測定困難領域がシミュレーションにより推定され、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳される。

さらに、本例の姿勢調整の補助機能においては、例えば使用者が図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作することにより、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更することができる。この場合、副立体形状画像上で変更された測定対象物Ｓの姿勢で図２の投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光が照射される場合の測定困難領域がシミュレーションにより推定され、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳される。それにより、使用者は、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更させつつ、測定困難領域をできる限り低減可能な姿勢、または所望の箇所が測定困難領域に含まれない姿勢等を容易に認識することができる。

（２）姿勢調整の補助機能による副立体形状画像の表示例
図３５は、姿勢調整の補助機能により不良部分画像が重畳された副立体形状画像の一表示例を示す図である。図３５の例では、表示部４００の画面上に第１および第２の画像表示領域４５０，４６０が設定されている。第１の画像表示領域４５０に不良部分画像が重畳された副立体形状画像が表示される。第１の画像表示領域４５０において、不良部分画像は、ハッチングパターンにより強調表示されている。第２の画像表示領域４６０には主としてステージ情報が表示される。

この状態で、使用者は、例えば図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作することにより、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更を指定することができる。

ＣＰＵ２１０は、姿勢の変更の指定に応答して副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更する。それにより、姿勢が変更された測定対象物Ｓの副立体形状画像が表示部４００に表示される。また、ＣＰＵ２１０は、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するように測定対象物Ｓの姿勢が調整されるとともに測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域を再度シミュレーションにより推定する。その後、ＣＰＵ２１０は、推定された不良部分画像を副立体形状画像に重畳する。

図３６は、図３５の副立体形状画像上で測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定された場合の副立体形状画像の一表示例を示す図である。例えば、図３５の副立体形状画像上で白抜きの矢印に示すように測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されることにより、図３６に示すように、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢が変更される。また、姿勢の変更とともに測定対象物Ｓにおける不良部分画像の位置も変更される。

図３７は、図３６の副立体形状画像上で測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定された場合の副立体形状画像の一表示例を示す図である。例えば、図３６の副立体形状画像上で白抜きの矢印に示すように測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されることにより、図３７に示すように、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢が変更される。また、姿勢の変更とともに測定対象物Ｓにおける不良部分画像の位置も変更される。

このように、使用者は、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更することにより、任意の姿勢における測定対象物Ｓの不良部分画像の位置を容易に認識することができる。特に、使用者は、いかなる姿勢に調整しても測定困難領域となる測定対象物Ｓの部分（例えば、図３５〜図３７の孔Ｓｈ２等）を容易に認識することができる。

（３）姿勢調整の補助機能によるライブ画像の表示例
本例の姿勢調整の補助機能においては、使用者により形状測定処理時の測定対象物Ｓの姿勢が決定された後、形状測定処理前に測定対象物Ｓに照明光が照射される。この状態で、所定の周期でテクスチャ画像データが生成され、生成された最新のテクスチャ画像データに基づくテクスチャ画像（ライブ画像）が順次表示部４００に表示される。

図３８は、形状測定処理前に測定対象物Ｓに照明光が照射されることにより得られるライブ画像の一表示例を示す図である。図３８においては、第１の画像表示領域４５０に測定対象物Ｓのライブ画像が表示され、第２の画像表示領域４６０に主としてステージ情報が表示される。図３８に示すように、本例のライブ画像では、測定対象物Ｓに照明光が照射されているため、測定対象物Ｓの孔Ｓｈ２の内部にも光が到達する。

例えば、図３６に示される測定対象物Ｓの姿勢が使用者により決定された形状測定処理時の姿勢である場合、形状測定処理前に、使用者は測定対象物Ｓのライブ画像が図３６に示される副立体形状画像に一致するようにステージ操作部１４５を操作する必要がある。

しかしながら、図３８に示すように、表示部４００にライブ画像のみが表示されると、測定対象物Ｓを決定された姿勢にするためにステージ操作部１４５をどのように操作すべきかを使用者が認識することは難しい。

そこで、本例では、使用者によるステージ操作部１４５の操作時に、使用者により決定された姿勢の測定対象物Ｓの副立体形状画像がライブ画像上に重畳される。

図３９は、副立体形状画像が重畳されたライブ画像の一表示例を示す図である。図３９の例では、第１の画像表示領域４５０に測定対象物Ｓの副立体形状画像およびライブ画像が表示され、第２の画像表示領域４６０にステージ情報が表示される。図３９の例では、副立体形状画像とともに不良部分画像もライブ画像に重畳されている。副立体形状画像および不良部分画像が点線で示される。この場合、使用者は、測定対象物Ｓのライブ画像が副立体形状画像に重なるようにステージ操作部１４５を操作する。これにより、使用者は測定対象物Ｓの姿勢を正確かつ容易に調整することができる。なお、不良部分画像はライブ画像に重畳されなくてもよい。

（４）図３５〜図３８の第２の画像表示領域４６０における表示内容
図４０は、図３５〜図３９の第２の画像表示領域４６０の一表示例を示す図である。図４０に示すように、第２の画像表示領域４６０には、例えば目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、現在Ｘ位置表示枠４６１ｂ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂ、目標θ回転角表示枠４６４ａ、現在θ回転角表示枠４６４ｂ、目標傾斜角表示枠４６５ａ、現在傾斜角表示枠４６５ｂ、ステージ調整開始ボタン４６６および測定ボタン４６７が表示される。

目標Ｘ位置表示枠４６１ａには、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するステージ１４０の仮定のＸ位置が数値等で表示される。一方、現在Ｘ位置表示枠４６１ｂには、現在のステージ１４０の実際のＸ位置が数値等で表示される。

目標Ｙ位置表示枠４６２ａには、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するステージ１４０の仮定のＹ位置が数値等で表示される。一方、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂには、現在のステージ１４０の実際のＹ位置が数値等で表示される。

目標Ｚ位置表示枠４６３ａには、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するステージ１４０の仮定のＺ位置が数値等で表示される。一方、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂには、現在のステージ１４０の実際のＺ位置が数値等で表示される。

目標θ回転角表示枠４６４ａには、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するステージ１４０の仮定のθ回転角が数値等で表示される。一方、現在θ回転角表示枠４６４ｂには、現在のステージ１４０の実際のθ回転角が数値等で表示される。

目標傾斜角表示枠４６５ａには、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するステージ１４０の仮定のあおり傾斜角が数値等で表示される。一方、現在傾斜角表示枠４６５ｂには、現在のステージ１４０の実際のあおり傾斜角が数値等で表示される。

使用者は、上記の図３５〜図３７に示される表示部４００の表示状態で、例えば図示しないポインタにより副立体形状画像上の測定対象物Ｓの一部を指定し、ドラッグ操作を行うことにより副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更を指定することができる。また、使用者は、上記の図３５〜図３７に示される表示部４００の表示状態で、例えば目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、目標θ回転角表示枠４６４ａおよび目標傾斜角表示枠４６５ａに所望の値を入力することにより副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更を指定することができる。使用者による姿勢の変更の指定に応答して、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢が変更される。

ステージ調整開始ボタン４６６は、副立体形状画像に基づいて形状測定処理時の測定対象物Ｓの姿勢が決定された後、使用者により操作される。それにより、図３９の例に示されるように、第１の画像表示領域４５０に、測定対象物Ｓのライブ画像が表示されるとともに、決定された姿勢の測定対象物Ｓの副立体形状画像がライブ画像に重畳される。

この状態で、使用者は、ライブ画像および副立体形状画像を見ながら、目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、現在Ｘ位置表示枠４６１ｂ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂ、目標θ回転角表示枠４６４ａ、現在θ回転角表示枠４６４ｂ、目標傾斜角表示枠４６５ａおよび現在傾斜角表示枠４６５ｂの表示内容を確認しつつステージ操作部１４５を操作することができる。

測定ボタン４６７は、測定対象物Ｓの姿勢が使用者により決定された姿勢に調整された後、使用者により操作される。測定ボタン４６７が操作されることにより、形状測定装置５００は、測定対象物Ｓの形状測定処理の待機状態となる。なお、測定ボタン４６７が操作されることにより、形状測定処理が開始されてもよい。形状測定処理においては、照明光を用いる場合に比べて高い精度で測定対象物Ｓの形状が測定される。

図３９の例に限らず、測定対象物Ｓの姿勢を決定された姿勢に調整する際には、表示部４００に以下のように副立体形状画像およびライブ画像が表示されてもよい。

図４１は、測定対象物Ｓの姿勢の調整時における副立体形状画像およびライブ画像の他の表示例を示す図である。図４１の例では、第１の画像表示領域４５０が２つの画像表示領域４１１，４１２に分割される。一方の画像表示領域４１１に使用者により決定された姿勢の測定対象物Ｓの副立体形状画像が表示される。他方の画像表示領域４１２にライブ画像が表示される。

このように、決定された姿勢の測定対象物Ｓの副立体形状画像とライブ画像とが並ぶように表示されることにより、使用者は測定対象物Ｓの姿勢を正確かつ容易に調整することができる。

図４２は、測定対象物Ｓの姿勢の調整時における副立体形状画像およびライブ画像のさらに他の表示例を示す図である。図４２の例では、第１の画像表示領域４５０にライブ画像が表示されるとともに、第１の画像表示領域４５０内に第１の画像表示領域４５０よりも小さい子ウィンドウ４８０が表示される。子ウィンドウ４８０内に使用者により決定された姿勢の測定対象物Ｓの副立体形状画像が表示される。

この場合においても、測定対象物Ｓのライブ画像が表示されるとともに決定された姿勢の測定対象物Ｓの副立体形状画像が表示されることにより、使用者は測定対象物Ｓの姿勢を正確かつ容易に調整することができる。

（５）姿勢調整補助測定処理の一例
以下、姿勢調整の補助機能を用いた形状測定処理を姿勢調整補助測定処理と略記する。図４３〜図４５は、姿勢調整補助測定処理の一例を示すフローチャートである。本実施の形態において、表示部４００には、例えば姿勢調整補助用ボタンが表示される。使用者は、図１のＰＣ２００のキーボードおよびポインティングデバイスを用いて姿勢調整補助用ボタンを操作することにより、ＣＰＵ２１０に姿勢調整補助測定処理の開始を指示することができる。

まず、ＣＰＵ２１０は、姿勢調整補助測定処理の開始が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１１６）。姿勢調整補助測定処理の開始が指示されることにより、ＣＰＵ２１０は、ステージ駆動部１４６、受光部１２０、照明光出力部１３０および照明光源３２０を制御することにより全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データを生成し（ステップＳ１１７）、生成された副立体形状データに基づく副立体形状画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ１１８）。

このとき、ＣＰＵ２１０は、副立体形状画像に加えて、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するステージ情報を仮定のステージ情報として表示部４００に表示させてもよい。仮定のステージ情報は、図４０の目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、目標θ回転角表示枠４６４ａおよび目標傾斜角表示枠４６５ａに表示される情報に相当する。

次に、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の実際のステージ情報および副立体形状データに基づいて測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域をシミュレーションにより推定し（ステップＳ１１９）、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像を副立体形状画像に重畳する（ステップＳ１２０）。この状態で、使用者は、例えば図１のＰＣ２００の操作部２５０を操作することにより、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更を指定することができる。

次に、ＣＰＵ２１０は、表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されたか否かを判定する（ステップＳ１２１）。測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されない場合、ＣＰＵ２１０は後述するステップＳ１２５の処理に進む。一方、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されると、ＣＰＵ２１０は、その指定に応答して副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更する（ステップＳ１２２）。それにより、姿勢が変更された測定対象物Ｓの副立体形状画像が表示部４００に表示される。

また、ＣＰＵ２１０は、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するように測定対象物Ｓの姿勢が調整されるとともに測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域を再度シミュレーションにより推定する（ステップＳ１２３）。その後、ＣＰＵ２１０は、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像を副立体形状画像に重畳する（ステップＳ１２４）。この場合においても、ＣＰＵ２１０は、副立体形状画像に加えて、仮定のステージ情報を表示部４００に表示させてもよい。

その後、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の調整を開始する指示を受けたか否かを判定する（ステップＳ１２５）。本実施の形態では、ＣＰＵ２１０は、使用者により図４０のステージ調整開始ボタン４６６が操作された場合にステージ１４０の調整を開始する指示を受けたと判定し、ステージ調整開始ボタン４６６が操作されない場合にステージ１４０の調整を開始する指示を受けていないと判定する。ステージ１４０の調整を開始する指示を受けない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１２１の処理に戻る。

ステージ１４０の調整を開始する指示を受けた場合、ＣＰＵ２１０は、その指示を受けた時点で表示部４００に表示されている副立体形状画像とライブ画像とを同時に表示部４００に表示させる（ステップＳ１２６）。この場合、ＣＰＵ２１０は、図３９に示すように、副立体形状画像が重畳されたライブ画像を表示部４００に表示させてもよい。または、ＣＰＵ２１０は、図４１および図４２に示すように、副立体形状画像とライブ画像とを表示部４００に個別に表示させてもよい。

このとき、ＣＰＵ２１０は、副立体形状画像およびライブ画像に加えて、上記の仮定のステージ情報とともに、ステージ１４０の実際のステージ情報を表示部４００に表示させてもよい。実際のステージ情報は、図４０の現在Ｘ位置表示枠４６１ｂ、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂ、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂ、現在θ回転角表示枠４６４ｂ、および現在傾斜角表示枠４６５ｂに表示される情報に相当する。

次に、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１２６で表示される副立体形状画像に対応する不良部分画像を副立体形状画像に重畳する（ステップＳ１２７）。なお、本ステップＳ１２７の処理は行われなくてもよい。

この時点で、使用者は、副立体形状およびライブ画像を見ながら図１のステージ操作部１４５を操作することにより、ステージ１４０を調整して測定対象物Ｓの実際の姿勢を調整することができる。

次に、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の状態が変化したか否か、すなわちステージ１４０が調整されたか否かを判定する（ステップＳ１２８）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいてステージ１４０の状態が変化したか否かを判定する。

ステップＳ１２８において、ステージ１４０の状態が変化しない場合、ＣＰＵ２１０は、後述するステップＳ１３０の処理に進む。一方、ステージ１４０の状態が変化した場合、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいて実際のステージ情報を更新する（ステップＳ１２９）。

次に、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの姿勢が適切か否かを判定する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０において、ＣＰＵ２１０は、例えば使用者により図４０の測定ボタン４６７が操作される場合に、その操作に応答して測定対象物Ｓの姿勢が適切であると判定してもよい。または、ＣＰＵ２１０は、例えば実際のステージ情報が、ステップＳ１２５においてステージ１４０の調整を開始する指示を受けた時点での仮定のステージ情報に対して所定の誤差範囲内である場合に測定対象物Ｓの姿勢が適切であると判定してもよい。

ステップＳ１３０において、測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１２８の処理に戻る。一方、測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、ＣＰＵ２１０は、図３０〜３２の形状測定処理を行う（ステップＳ１３１）。形状測定処理により生成される主立体形状データは作業用メモリ２３０に記憶される。生成された主立体形状データに基づく主立体形状画像が表示部４００に表示される。その後、ＣＰＵ２１０は処理を終了する。

上記のステップＳ１３０において、ＣＰＵ２１０が仮定のステージ情報と実際のステージ情報とに基づいて測定対象物Ｓの姿勢が適切であると判定する場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１３１の処理前に測定対象物Ｓの姿勢が適切に調整されたことを示す画像を表示部４００に表示してもよい。また、ＣＰＵ２１０は、例えば図１のＰＣ２００に音声出力部が接続されている場合に、測定対象物Ｓの姿勢が適切に調整されたことを示す音声を音声出力部から出力させてもよい。この場合、使用者は、測定対象物Ｓの姿勢が適切に調整されたことを容易に認識することができる。

（６）姿勢調整補助測定処理の他の例
図４３〜図４５の姿勢調整補助測定処理では、副立体形状画像により測定対象物Ｓの姿勢が決定された後、使用者がステージ操作部１４５を操作することにより、測定対象物Ｓの実際の姿勢が調整される。これに限らず、測定対象物Ｓの姿勢の調整がＣＰＵ２１０により自動で調整されてもよい。

この場合、ＣＰＵ２１０は、図４５のステップＳ１２６〜Ｓ１３０の処理に代えて以下の処理を行う。図４６は、姿勢調整補助測定処理の他の例を示すフローチャートである。

図４４のステップＳ１２５において、ステージ１４０の調整を開始する指示を受けた場合に、ＣＰＵ２１０は、図４６に示すように、現在表示されている副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応する仮定のステージ情報に基づいてステージ１４０を調整する（ステップＳ１４１）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、実際のステージ情報がステップＳ１２５の時点での仮定のステージ情報に一致するように、ステージ１４０のＸ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、θ回転角、およびあおり傾斜角を調整する信号を図１のステージ駆動部１４６に与える。このとき、ステージ１４０はクローズドループ方式で制御されてもよい。

また、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいて実際のステージ情報を更新する（ステップＳ１４２）。その後、ＣＰＵ２１０は、図３０〜３２の形状測定処理を行い（ステップＳ１３１）、処理を終了する。

本例では、副立体形状画像上で測定対象物Ｓの姿勢が決定された後、測定対象物Ｓの実際の姿勢が自動的に決定された姿勢に調整される。したがって、使用者は煩雑な操作を行うことなく、測定対象物Ｓの姿勢を容易に調整することができる。

さらに、本例では、ステージ１４０が自動的に調整される間、表示部４００上に決定された姿勢の副立体形状画像とライブ画像とが継続して表示されてもよい。この場合、使用者は、測定対象物Ｓの姿勢の調整状態を容易に認識することができる。

（７）姿勢調整補助測定処理のさらに他の例
ＣＰＵ２１０は、図４４のステップＳ１２１〜図４５のステップＳ１２９の処理に代えて以下の処理を行ってもよい。図４７は、姿勢調整補助測定処理のさらに他の例を示すフローチャートである。

図４４のステップＳ１２０において、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳された後、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の状態が変化したか否か、すなわちステージ１４０が調整されたか否かを判定する（ステップＳ１５１）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、使用者によりステージ操作部１４５が操作されることにより、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいてステージ１４０の状態が変化したか否かを判定する。

ステップＳ１５１において、ステージ１４０の状態が変化しない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１３０の処理に進む。一方、ステージ１４０の状態が変化した場合、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいて実際のステージ情報を更新する（ステップＳ１５２）。

次に、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の実際のステージ情報およびステップＳ１１７で生成された副立体形状データに基づいて副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更する（ステップＳ１５３）。なお、ステップＳ１５３においては、ＣＰＵ２１０は、副立体形状画像とともにまたは副立体形状画像に代えてライブ画像を表示部４００に表示させてもよい。

次に、ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の実際のステージ情報および副立体形状データに基づいて測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域をシミュレーションにより推定し（ステップＳ１５４）、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像を副立体形状画像に重畳する（ステップＳ１５５）。なお、ステップＳ１５３において、表示部４００に副立体形状画像に代えてライブ画像が表示される場合には、ＣＰＵ２１０は、ライブ画像上に不良部分画像を重畳する。

次に、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの姿勢が適切か否かを判定する（ステップＳ１３０）。ＣＰＵ２１０は、例えば使用者により図４０の測定ボタン４６７が操作された場合に測定対象物Ｓの姿勢が適切であると判定し、使用者により図４０の測定ボタン４６７が操作されない場合に測定対象物Ｓの姿勢が適切でないと判定する。

測定対象物Ｓの姿勢が適切でない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１５１の処理に戻る。一方、測定対象物Ｓの姿勢が適切である場合、ＣＰＵ２１０は、図３０〜３２の形状測定処理を行い（ステップＳ１３１）、処理を終了する。

本例では、使用者によりステージ操作部１４５が操作されることにより実際の測定対象物Ｓの姿勢が変化するごとに、測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域が推定され、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像またはライブ画像に重畳される。それにより、使用者は、画面上に表示される不良部分画像を見ながらステージ操作部１４５を操作して測定対象物Ｓの姿勢を決定することができる。この場合、図４３〜図４５の例に比べて、使用者による姿勢調整時の操作手順を少なくすることができる。

（８）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、形状測定前に測定対象物Ｓに照明光が照射され、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データが生成される。副立体形状データに基づいて副立体形状画像が表示される。副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢の変更が指定されることにより、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢が変更される。

副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するように測定対象物Ｓの姿勢が調整されるとともに測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域が推定される。推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳される。

それにより、使用者は、形状測定前に、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更させつつ、変更された姿勢で測定対象物Ｓに測定光が照射されることにより発生する測定困難部分を容易に認識することができる。したがって、使用者は、副立体形状画像を参照しつつ測定対象物Ｓの姿勢を形状測定処理に適切な状態に容易に調整することができる。

形状測定処理においては、副立体形状データよりも高い精度または大きいデータ量を有する主立体形状データが生成される。これにより、測定対象物Ｓの形状を高い精度で測定することができる。

本実施の形態に係る姿勢調整の補助機能においては、副立体形状データが受光部１２０と測定対象物Ｓとの相対的な距離に基づいて生成される。副立体形状データは、使用者に測定対象物Ｓの測定困難部分を認識させるための不良部分画像および副立体形状画像を得るために生成される。そのため、副立体形状データには高い測定精度が求められない。したがって、副立体形状データの生成時に、テクスチャ画像を取得するごとにＺ方向に移動するステージ１４０の距離（ステージ１４０の移動間隔）を大きくすることができる。その結果、副立体形状データは少ない撮像回数で迅速に生成することができる。

一方、主立体形状データは、パターンを有する複数種類の測定光をそれぞれ測定対象物Ｓに照射し、それぞれの測定光が測定対象物Ｓに照射された状態で受光部１２０から出力される受光信号に基づいて生成される。主立体形状データは測定位置の詳細な計測または解析に用いられる。そのため、主立体形状データには高い測定精度が求められる。それにより、主立体形状データの生成時には多数の測定光が測定対象物Ｓに照射されるので、撮像回数が増加する。したがって、主立体形状データの生成の高速化には限界がある。

このように、副立体形状データは、形状測定処理時に三角測距方式により生成される主立体形状データに比べて短時間で生成される。それにより、測定対象物Ｓの姿勢を調整するための副立体形状画像が短時間で表示されるので、使用者は測定対象物Ｓの姿勢を迅速に調整することができる。

副立体形状データの生成時には、測定光ではなく照明光が測定対象物Ｓに照射される。それにより、測定光を用いる場合に比べて影または多重反射の影響を受けることなく副立体形状データが生成される。

［７］他の実施の形態
（１）上記の実施の形態では、第２の画像表示領域４６０に表示される目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、目標θ回転角表示枠４６４ａおよび目標傾斜角表示枠４６５ａに、それぞれ仮定のＸ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、θ回転角、およびあおり傾斜角が数値等で表示される。これに代えて、仮定のＸ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、θ回転角、およびあおり傾斜角がそれぞれシークバーおよびスライダにより表示されてもよい。

同様に、上記の実施の形態では、第２の画像表示領域４６０に表示される現在Ｘ位置表示枠４６１ｂ、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂ、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂ、現在θ回転角表示枠４６４ｂ、および現在傾斜角表示枠４６５ｂに、それぞれステージ１４０の実際のＸ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、θ回転角、およびあおり傾斜角が数値等で表示される。これに代えて、実際のＸ位置、Ｙ位置、Ｚ位置、θ回転角、およびあおり傾斜角がそれぞれシークバーおよびスライダにより表示されてもよい。

図４８は、図３５〜図３９の第２の画像表示領域４６０の他の表示例を示す図である。図４８に示すように、本例では、図４０の目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、現在Ｘ位置表示枠４６１ｂ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂ、目標θ回転角表示枠４６４ａ、現在θ回転角表示枠４６４ｂ、目標傾斜角表示枠４６５ａ、現在傾斜角表示枠４６５ｂに代えて、１０個のシークバー４７１ａ，４７１ｂ，４７２ａ，４７２ｂ，４７３ａ，４７３ｂ，４７４ａ，４７４ｂ，４７５ａ，４７５ｂおよび１０個のシークバーにそれぞれ対応する１０個のスライダＳＬが表示される。

シークバー４７１ａにおいては、スライダＳＬの位置により仮定のＸ位置が示される。シークバー４７２ａにおいては、スライダＳＬの位置により仮定のＹ位置が示される。シークバー４７３ａにおいては、スライダＳＬの位置により仮定のＺ位置が示される。シークバー４７４ａにおいては、スライダＳＬの位置により仮定のθ回転角が示される。シークバー４７５ａにおいては、スライダＳＬの位置により仮定のあおり傾斜角が示される。

一方、シークバー４７１ｂにおいては、スライダＳＬの位置により実際のＸ位置が示される。シークバー４７２ｂにおいては、スライダＳＬの位置により実際のＹ位置が示される。シークバー４７３ｂにおいては、スライダＳＬの位置により実際のＺ位置が示される。シークバー４７４ｂにおいては、スライダＳＬの位置により実際のθ回転角が示される。シークバー４７５ｂにおいては、スライダＳＬの位置により実際のあおり傾斜角が示される。

図４８に示すように、仮定のステージ情報および実際のステージ情報がシークバーおよびスライダにより表示されることにより、使用者は、例えばステージ１４０を移動させるべき方向および移動量または回転量を容易に認識することができる。

本例において、使用者が仮定のステージ情報に対応するスライダＳＬを操作した場合、ＣＰＵ２１０は、使用者によるスライダＳＬの操作に応答して表示部４００に表示される副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢を変更してもよい。

また、使用者が実際のステージ情報に対応するスライダＳＬを操作した場合、ＣＰＵ２１０は、スライダＳＬの操作に応答してステージ駆動部１４６を制御することにより、ステージ１４０を調整してもよい。

（２）上記の実施の形態においては、姿勢調整の補助機能により、副立体形状画像上の測定対象物Ｓの姿勢に対応するように測定対象物Ｓの姿勢が調整されるとともに測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域がシミュレーションにより推定され、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳される。

ここで、測定対象物Ｓに対して投光部１１０の位置が調整可能である場合には、例えば測定対象物Ｓが一定の位置に保持され、投光部１１０の位置が変更された状態で測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域がシミュレーションにより推定されてもよい。また、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳されてもよい。

この場合、使用者は、測定光の出射位置が変化する場合の測定困難領域を容易に認識することができる。したがって、投光部１１０の位置を適切な状態に容易に調整することができる。

なお、測定対象物Ｓに対して投光部１１０の位置が調整可能でない場合であっても、投光部１１０の位置が変更された状態で測定光が測定対象物Ｓに照射されたと仮定した場合の測定困難領域がシミュレーションにより推定されてもよい。また、推定された測定困難領域に対応する不良部分画像が副立体形状画像に重畳されてもよい。

（３）上記の実施の形態では、副立体形状データが、測定対象物Ｓの全ての部分について全焦点テクスチャ画像データに高さを合成することにより生成される。これに限らず、副立体形状データは、測定対象物Ｓの全ての部分についての高さのみを示すデータで構成されてもよい。この場合、副立体形状画像は、模様を含まない。

（４）上記の実施の形態においては、図４３のステップＳ１１７で全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データが生成されるが、全焦点テクスチャ画像データは生成されなくてもよい。

（５）上記の実施の形態では、ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構、θ方向回転機構および傾斜回転機構に用いられるステッピングモータにエンコーダが取り付けられている。

これに限らず、ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構、θ方向回転機構および傾斜回転機構に、それぞれ所定の基準位置に対するステージ１４０のＸ方向の位置（Ｘ位置）、Ｙ方向の位置（Ｙ位置）、Ｚ方向の位置（Ｚ位置）、θ方向の回転角（θ回転角）、またはＸＹ平面に対する傾斜角（あおり傾斜角）を示す目盛が設けられている場合には、ステージ１４０にはエンコーダが取り付けられなくてもよい。

この場合、図４０の現在Ｘ位置表示枠４６１ｂ、現在Ｙ位置表示枠４６２ｂ、現在Ｚ位置表示枠４６３ｂ、現在θ回転角表示枠４６４ｂおよび現在傾斜角表示枠４６５ｂは表示されない。また、図４８のシークバー４３１ｂ，４３２ｂ，４３３ｂ，４３４ｂ，４３５ｂは表示されない。

このような場合でも、使用者は、例えば図４０の目標Ｘ位置表示枠４６１ａ、目標Ｙ位置表示枠４６２ａ、目標Ｚ位置表示枠４６３ａ、目標θ回転角表示枠４６４ａおよび目標傾斜角表示枠４６５ａの表示を確認しつつステージ１４０の目盛を見ながらステージ操作部１４５を操作し、測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。

（６）上記の実施の形態において、姿勢調整の補助機能では、使用者により副立体形状画像上で測定対象物Ｓの姿勢が決定された後、副立体形状画像とライブ画像とが同時に表示部４００に表示される。姿勢調整の補助機能においては、ライブ画像および副立体形状画像の表示形態が切り替え可能であってもよい。

例えば、使用者は、ライブ画像に副立体形状画像が重畳された表示形態（図３９）、互いに隣り合う２つの画像表示領域４１１，４１２にそれぞれ副立体形状画像およびライブ画像が表示される表示形態（図４１）、および第１の画像表示領域４５０（親ウィンドウ）にライブ画像が表示されるとともに子ウィンドウ４８０に副立体形状画像が表示される表示形態（図４２）を切り替えることにより、より容易に測定対象物Ｓの姿勢を調整することができる。

（７）上記の実施の形態においては、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データの生成時に、照明光が測定対象物Ｓに照射される。これに限らず、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データの生成時には、照明光および測定光が同時に測定対象物Ｓに照射されてもよいし、測定光のみが測定対象物Ｓに照射されてもよい。

ただし、照明光が測定対象物Ｓに照射される場合、測定光が測定対象物Ｓに照射される場合に比べて発生する影を減少させることができる。したがって、全焦点テクスチャ画像データおよび副立体形状データの生成時には、少なくとも照明光を測定対象物Ｓに照射することが好ましい。

（８）上記の実施の形態では、三角測距方式の形状測定における測定対象物Ｓの測定困難領域の例として、測定対象物Ｓにおいて影が発生する領域、多重反射により正確な測定ができない領域および測定光が受光部１２０に向かって高い強度で反射される領域が挙げられる。これらの例に限らず、三角測距方式の形状測定時には、測定対象物Ｓにおける下記の領域も測定困難領域となる。

例えば、測定対象物Ｓが高い透過率を有する部分（透光性部分）を含む場合には、三角測距方式の形状測定時に測定対象物Ｓの透光性部分で測定光が透過しやすい。また、三角測距方式の形状測定時に測定対象物Ｓの透光性部分に測定光が潜り込んで拡散する可能性がある。

さらに、測定対象物Ｓが著しく高い反射率を有する部分（高反射率部分）を含む場合には、三角測距方式の形状測定時に測定対象物Ｓの高反射率部分で反射される測定光が高い強度を有する。それにより、受光部１２０が高反射率部分により反射された測定光を受光した場合、高反射率部分に対応する受光信号の部分が飽和しやすい。

このように、測定対象物Ｓの測定困難領域は、測定対象物Ｓの形状に限らず、測定対象物Ｓの透過率、表面状態および反射率等によっても発生する。そこで、測定対象物Ｓの透過率、表面状態および反射率が既知である場合には、姿勢調整補助測定処理時に副立体形状データとともに測定対象物Ｓの透過率、表面状態および反射率を考慮して測定困難領域が推定されてもよい。

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

形状測定装置５００が形状測定装置の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、照明光が第１の光の例であり、測定光が第２の光の例であり、投光部１１０、照明光出力部１３０および照明光源３２０が投光部の例であり、受光部１２０が受光部の例であり、測定光源１１１が測定光源の例であり、パターン生成部１１２がパターン生成部の例である。

また、投光部１１０が第２の投光部の例であり、照明光出力部１３０および照明光源３２０が第１の投光部の例であり、ステージ駆動部１４６が相対距離変化部の例であり、表示部４００が表示部の例である。

また、操作部２５０およびステージ操作部１４５が画像姿勢調整部の例であり、ＣＰＵ２１０が第１のデータ生成部、第２のデータ生成部、画像姿勢変更部、制御部および処理装置の例である。

さらに、副立体形状データが第１の立体形状データの例であり、副立体形状画像が姿勢調整用画像の例であり、主立体形状データが第２の立体形状データの例であり、不良部分画像に対応する主立体形状データの部分が不良部分の例であり、ステージ操作部１４５が第１の姿勢調整部の例であり、ステージ駆動部１４６が第２の姿勢調整部の例である。

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

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

１００ 測定部
１１０ 投光部
１１１ 測定光源
１１２ パターン生成部
１１３〜１１５，１２２，１２３ レンズ
１２０ 受光部
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ カメラ
１２１ａ 撮像素子
１２４ ハーフミラー
１３０ 照明光出力部
１４０ ステージ
１４１ Ｘ−Ｙステージ
１４２ Ｚステージ
１４３ θステージ
１４４ チルトステージ
１４５ ステージ操作部
１４６ ステージ駆動部
１５０，３１０ 制御基板
２００ ＰＣ
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ 作業用メモリ
２４０ 記憶装置
２５０ 操作部
３００ 制御部
３２０ 照明光源
４００ 表示部
４１１，４１２，４９１，４９２ 画像表示領域
４５０ 第１の画像表示領域
４６０ 第２の画像表示領域
４６１ａ 目標Ｘ位置表示枠
４６１ｂ 現在Ｘ位置表示枠
４６２ａ 目標Ｙ位置表示枠
４６２ｂ 現在Ｙ位置表示枠
４６３ａ 目標Ｚ位置表示枠
４６３ｂ 現在Ｚ位置表示枠
４６４ａ 目標θ回転角表示枠
４６４ｂ 現在θ回転角表示枠
４６５ａ 目標傾斜角表示枠
４６５ｂ 現在傾斜角表示枠
４６６ ステージ調整開始ボタン
４６７ 測定ボタン
４７１ａ，４７１ｂ，４７２ａ，４７２ｂ，４７３ａ，４７３ｂ，４７４ａ，４７４ｂ，４７５ａ，４７５ｂ シークバー
４８０ 子ウィンドウ
４９３，４９４ 光量設定バー
４９３ｓ，４９４ｓ，ＳＬ スライダ
５００ 形状測定装置
５５０ 画像表示領域
５５０ａ，５５０ｂ，５５０ｃ 画像表示領域
５７０，５８０ 設定変更領域
５７１ 明るさ選択欄
５７２ 明るさ設定バー
５７３ 表示切換欄
５７４ 倍率切換欄
５７５ 倍率選択欄
５７６ 焦点調整欄
５７２ｓ スライダ
５８０Ａ 顕微鏡モード選択タブ
５８０Ｂ 形状測定モード選択タブ
５８１ ツール選択欄
５８１ａ 測定ツール表示欄
５８１ｂ 補助ツール表示欄
５８２ 撮影ボタン
５８３ 測定ボタン
５８４ テクスチャ画像選択欄
５８４ａ，５８４ｂ，５８４ｃ チェックボックス
Ｓ 測定対象物
Ｓｂ 回路基板
Ｓｃ 電解コンデンサ
Ｓｈ，Ｓｈ２ 孔
Ｓｓ 影
Ｓｗ 板状部材
Ｓｘ 角柱状部材
Ｓｙ 四角錐状部材
Ｓｙａ 一面
ｒ１ 被写界深度の範囲
ｒ２ 測定可能範囲

Claims (8)

1. 測定対象物を載置するステージと、
   前記ステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から姿勢確認用の第１の光を照射し、前記ステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第２の光を照射するように構成される投光部と、
   前記ステージの上方に配置され、前記ステージに載置された測定対象物により反射された光を受光し、受光量を示す受光信号を出力するように構成される受光部と、
   前記受光部と前記ステージとの相対的な距離を前記受光部の光軸方向に変化させることにより、前記受光部と測定対象物との相対的な距離を変化させる相対距離変化部と、
   測定対象物への前記第１の光の照射時に、前記相対距離変化部により前記受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ前記受光部の焦点が合った状態での前記受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成する第１のデータ生成部と、
   測定対象物への前記第２の光の照射時に、前記受光部から出力される受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成するように構成される第２のデータ生成部と、
   前記第１の立体形状データに基づく測定対象物の画像を姿勢調整用画像として表示する表示部と、
   前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更を指定するために使用者により操作される画像姿勢調整部と、
   前記画像姿勢調整部による前記姿勢の変更の指定に応答して、前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更する画像姿勢変更部と、
   形状測定前に、前記第１の光を測定対象物に照射するとともに第１の立体形状データを生成するように前記投光部および前記第１のデータ生成部を制御し、生成された第１の立体形状データに基づく姿勢調整用画像を前記表示部に表示させ、前記表示部に表示された姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに前記第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に前記第２のデータ生成部により生成されることになる前記第２の立体形状データの不良部分を推定し、推定された不良部分を識別可能に測定対象物の前記姿勢調整用画像を表示するように前記表示部を制御し、形状測定時に、前記第２の光を測定対象物に照射するとともに第２の立体形状データを生成するように前記投光部、前記受光部および前記第２のデータ生成部を制御する制御部を備える、形状測定装置。
2. 前記投光部は、測定対象物に前記第１の光を照射するように構成される第１の投光部と、測定対象物に前記第２の光を照射するように構成される第２の投光部とを含み、
   前記第１の投光部は、前記受光部の光軸に平行な方向または前記受光部の光軸に対して０度よりも大きく９０度よりも小さい第１の角度だけ傾斜した方向に均一な光量分布を有する前記第１の光を出射するように配置され、
   前記第２の投光部は、光を出射する測定光源と、前記測定光源により出射された光を形状測定用のパターンを有する光に変換することにより前記第２の光を生成するパターン生成部とを含み、前記受光部の光軸に対して第１の角度よりも大きい第２の角度だけ傾斜した方向に前記第２の光を出射するように配置される、請求項１記載の形状測定装置。
3. 前記受光部は、さらに測定対象物を撮像するように構成され、
   前記制御部は、形状測定前に、前記受光部により撮像される測定対象物の画像を前記姿勢調整用画像とともに表示するように前記表示部を制御する、請求項１または２記載の形状測定装置。
4. 測定対象物の姿勢を調整するように使用者により操作される第１の姿勢調整部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
5. 前記制御部により制御可能に構成され、測定対象物の姿勢を調整する第２の姿勢調整部をさらに備え、
   前記制御部は、測定対象物の姿勢が前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように前記第２の姿勢調整部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
6. 前記画像姿勢調整部は、前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢を調整可能に構成された、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
7. 形状測定前に、投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から姿勢確認用の第１の光を照射し、受光部と前記ステージとの相対的な距離が前記受光部の光軸方向に変化することにより、前記受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ前記受光部の焦点が合った状態での前記受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成するステップと、
   形状測定前に、生成された第１の立体形状データに基づく測定対象物の画像を姿勢調整用画像として表示部に表示させるステップと、
   形状測定前に、前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定を受け付けるステップと、
   形状測定前に、表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定があった場合に、前記姿勢の変更の指定に応答して前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更するステップと、
   形状測定時に、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第２の光を照射し、測定対象物により反射された光を前記受光部により受光し、前記受光部から出力される受光量を示す受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成するステップとを備え、
   前記姿勢調整用画像を前記表示部に表示させるステップは、形状測定前に、前記表示部に表示された前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに前記第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる前記第２の立体形状データの不良部分を推定し、推定された不良部分を識別可能に測定対象物の前記姿勢調整用画像を前記表示部に表示するステップを含む、形状測定方法。
8. 処理装置により実行可能な形状測定プログラムであって、
   形状測定前に、投光部によりステージに載置された測定対象物に上方または斜め上方から姿勢確認用の第１の光を照射し、受光部と前記ステージとの相対的な距離が前記受光部の光軸方向に変化することにより、前記受光部と測定対象物との相対的な距離が変化された場合に、測定対象物の複数の部分にそれぞれ前記受光部の焦点が合った状態での前記受光部と測定対象物との相対的な距離に基づいて測定対象物の立体形状を示す第１の立体形状データを生成する処理と、
   形状測定前に、生成された第１の立体形状データに基づく測定対象物の画像を姿勢調整用画像として表示部に表示させる処理と、
   形状測定前に、前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定を受け付ける処理と、
   形状測定前に、表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢の変更の指定があった場合に、前記姿勢の変更の指定に応答して前記表示部に表示される前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢を変更する処理と、
   形状測定時に、投光部によりステージに載置された測定対象物に斜め上方から形状測定用の第２の光を照射し、測定対象物により反射された光を前記受光部により受光し、前記受光部から出力される受光量を示す受光信号に基づいて、三角測距方式により測定対象物の立体形状を示す第２の立体形状データを生成する処理とを前記処理装置に実行させ、
   前記姿勢調整用画像を前記表示部に表示させる処理は、形状測定前に、前記表示部に表示された前記姿勢調整用画像上の測定対象物の姿勢に対応するように測定対象物の姿勢が調整されるとともに前記第２の光が測定対象物に照射されたと仮定した場合に形状測定時に生成されることになる前記第２の立体形状データの不良部分を推定し、推定された不良部分を識別可能に測定対象物の前記姿勢調整用画像を前記表示部に表示する処理を含む、形状測定プログラム。

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