JP2015021891A - 画像測定装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】スティッチングアルゴリズムに適した測定位置を設定可能な画像測定装置を提供する。【解決手段】測定対象範囲を複数の測定視野で測定する画像測定装置であって、隣接する測定視野が互いに重複するオーバラップ領域を有するように、測定対象範囲を包含する複数の測定位置を設定する測定位置設定手段と、測定位置設定手段が設定した測定位置で測定を行う測定手段と、隣接する測定視野での測定結果の結合に当該隣接する視野のオーバラップ領域が適する程度を示す評価値を算出する評価手段とを備える画像測定装置を提供する。測定位置設定手段は、評価手段が算出した評価値に基づき、測定位置を設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、測定対象を複数の測定視野で測定する画像測定装置およびプログラムに関する。

測定対象の二次元画像を撮像する画像光学ヘッドや三次元形状を測定する非接触三次元形状測定光学ヘッドを備え、測定対象の二次元や三次元の形状を測定する画像測定装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

白色光干渉計等の非接触三次元形状測定光学ヘッドにより一度に形状を測定できる測定視野は数百μｍ×数百μｍ程度と比較的狭く、一度の測定では希望する測定範囲をカバーできない場合がある。このため、測定範囲を拡張すべく、測定光学ヘッドを横方向にずらした複数の測定位置で測定を行い、複数視野で取得した三次元形状データ（プロファイルデータ）を結合するスティッチングアルゴリズムを用いて、希望する測定範囲をカバーするプロファイルデータを生成する手法が利用されている。

このスティッチングアルゴリズムで正確にプロファイルデータを結合するには、測定視野が重複するオーバラップ領域のデータを利用して測定位置の移動時に生じる運動誤差等の種々の誤差を補正する必要がある。

特開２０１１−１９１１１８号公報

しかし、例えば、平面と平面を結合するスティッチングアルゴリズムを採用する場合においてオーバラップ領域の形状が段差となるような場合など、複数視野のオーバラップ領域の形状がスティッチングアルゴリズムに適さない場合、プロファイルデータを正確に結合できないことがあるという課題があった。

そこで、本発明は上記の課題を解決することのできる画像測定装置およびプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像測定装置は、測定対象を複数の測定視野で測定する画像測定装置であって、隣接する測定視野が互いに重複するオーバラップ領域を有するように、測定対象範囲を包含する複数の測定位置を設定する測定位置設定手段と、測定位置設定手段が設定した測定位置で測定対象を測定する測定手段と、隣接する測定視野での測定結果の結合に当該隣接する視野のオーバラップ領域が適する程度を示す評価値を算出する評価手段とを備え、測定位置設定手段は、評価手段が算出した評価値に基づき、測定位置を設定する。このような構成により、オーバラップ領域が測定結果の結合に適するように測定位置を設定することができ、測定結果を結合するときのマッチングの精度を高めることができる。

本発明では、測定位置設定手段は、評価手段による評価値の算出前に測定位置を予め設定し、評価手段は、算出した評価値に基づき測定位置設定手段が予め設定した測定位置の適否を判定し、評価手段が測定位置を不適と判定した場合、測定位置設定手段は、測定位置を再設定するとよい。

本発明では、測定位置設定手段は、評価値が結合に適さないことを示す値となる領域が、再設定後における測定視野の１つの中央に位置するよう測定位置を設定するとよい。測定視野の中央部は他の測定視野と重複しにくいので、このような設定手法によりスティッチングアルゴリズムに適する測定位置を容易に設定することができる。

本発明では、評価手段は、オーバラップ領域の少なくとも所定割合を占めるサブ領域の評価値と所定の閾値との比較結果に応じて測定位置の適否を判定するとよい。このような構成により、重複する領域の一部に不適な領域が含まれていても、スティッチングアルゴリズムに適する残りの領域を利用して高精度の結合を実現することができる。

本発明では、評価手段は、測定対象の設計データに基づき評価値を算出するとよい。他の方法としては、評価手段は、測定対象の画像データに基づき評価値を算出してもよい。画像測定装置は、測定対象の画像データを撮像する撮像手段を更に備えるとよい。

本発明では、画像測定装置は、複数の測定視野で測定した複数の測定結果を合成して、測定対象を包含する１つの測結果を出力する合成手段をさらに備えるとよい。

上記課題を解決するために、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述の画像測定装置における、測定位置設定手段および評価手段として機能させる。このような構成により、画像測定装置が測定する複数視野の測定結果を結合するときのマッチングの精度を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像測定装置の構成を示す斜視図である。 図１の画像測定装置における光干渉光学ヘッド１５２の構成を示す模式図である。 図２の光干渉光学ヘッド１５２における対物レンズ部２２の構成を示す要部拡大図である。 図１の画像測定装置におけるコンピュータ本体２０１の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る画像測定装置を用いて、三次元形状測定を行う処理の手順の例を示すフローチャートである。 ワーク３の外観形状を示す斜視図である。 測定範囲Ａを指定するためのディスプレイ２０５の表示の一例を示す図である。 測定範囲Ａをカバーする複数の測定位置の設定例を示す図である。 オーバラップ領域の評価値のマップを模式的に示す図である。 評価値に基づき測定位置の再設定する手順を示す図である。 第２実施形態に係る画像測定装置を用いて、三次元形状測定を行う処理の手順の例を示すフローチャートである。 ワーク３’の測定対象領域の外観形状を示す斜視図である。 評価値の分布マップの一例を示す図である。 評価値の分布マップに基づき測定位置の設定する手順を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。画像測定装置は、非接触型の画像測定機１と、この画像測定機１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２とを備える。なお、画像測定装置は、これらの他、計測結果等をプリントアウトするプリンタ等を適宜備えてもよい。

画像測定機１は、架台１１と、試料台（ステージ）１２と、支持アーム１３ａおよび１３ｂと、Ｘ軸ガイド１４と、撮像ユニット１５とを備える。図１に示されるように、フロアに設置された架台１１上に、ワーク３を載置するステージ１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置される。ステージ１２は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動され、ワーク３を撮像ユニットに対してＹ軸方向に移動可能とされている。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１３ａ、１３ｂが固定され、この支持アーム１３ａ、１３ｂの両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１４が固定される。このＸ軸ガイド１４は、撮像ユニット１５を支持する。撮像ユニット１５は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１４に沿って駆動される。

撮像ユニット１５は、ワーク３の二次元画像を撮像する画像光学ヘッド１５１と、光干渉測定によりワーク３の三次元形状を測定する光干渉光学ヘッド１５２とを備え、いずれかのヘッドを用いて、コンピュータシステム２が設定する測定位置でワークを測定する。画像光学ヘッド１５１の測定視野は光干渉光学ヘッド１５２の測定視野よりも広く、コンピュータシステム２による制御により、両ヘッドを切り替えて使用できる。画像光学ヘッド１５１と光干渉光学ヘッド１５２は、一定の位置関係を保つよう、共通の支持板に固定されており、切り替えの前後で測定の座標軸が変化しないよう予めキャリブレーションされる。

画像光学ヘッド１５１は、ＣＣＤカメラ、照明装置、フォーカシング機構等を備え、ワーク３の二次元画像を撮影する。撮影された二次元画像のデータはコンピュータシステム２に取り込まれる。

光干渉光学ヘッド１５２は、図２に示すように、光出射部２０と、光干渉光学ヘッド部２１と、対物レンズ部２２と、結像レンズ２３と、撮像部２４と、駆動機構２５とを備える。なお、図２に示した構成は、いわゆるミロータイプの光学ヘッドであるが、これに代えてマイケルソンタイプの光学ヘッドを用いてもよい。

光出射部２０は、広帯域に亘る多数の波長成分を有しコヒーレンシーの低い広帯域光を出力する光源を備え、例えば、ハロゲンやＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの白色光源が用いられる。

光干渉光学ヘッド部２１は、ビームスプリッタ２１１と、コリメータレンズ２１２とを備えている。光出射部２０から出射した光は、対物レンズ部２２の光軸Ｌと直角の方向から、コリメータレンズ２１２を介してビームスプリッタ２１１に平行に照射され、ビームスプリッタ２１１からは光軸Ｌに沿った光が出射されて、対物レンズ部２２に対して上方から平行ビームが照射される。

対物レンズ部２２は、図３に示すように、同一光軸上に上方から順に、対物レンズ２２１と、参照ミラー２２２付きガラスプレート２２３と、位相差制御部材２２４付きビームスプリッタ２２５と、ビームスプリッタ２２５を載置するガラスプレート２２６と、を備えて構成される。対物レンズ部２２の光軸Ｌは、Ｘ軸およびＹ軸と垂直なＺ軸に一致するよう調整される。対物レンズ部２２の下方には、ワーク３が、ステージ１２に載置される。

図３を参照し、対物レンズ部２２の上方から、光干渉光学ヘッド部２１を介して平行ビームが対物レンズ２２１に入射したことを想定して、干渉動作を説明する。なお、図３中の矢印に沿った光路を用いて説明するが、実際、干渉は光軸Ｌに対して回転対称に起こることに留意されたい。

まず、入射光は対物レンズ２２１で収束光となり、位相差制御部材２２４付きビームスプリッタ２２５に入射する。ここで、入射光は、参照ミラー２２２を有する参照光路（図３中破線）を進む反射光と、ワーク３を配置した測定光路（図３中実線）を進む透過光とに分岐する。

反射光は、収束して参照ミラー２２２で反射され、その後、位相差制御部材２２４付きビームスプリッタ２２５で反射される。一方、透過光は、収束してワーク３の一点を照射し、そこで反射されて位相差制御部材２２４付きビームスプリッタ２２５に入射して透過する。ここで、参照ミラー２２２からの反射光とワーク３からの反射光とは位相差制御部材２２４付きビームスプリッタ２２５により合成されて合成波となる。

合成波は、対物レンズ２２１で平行ビームになり上方へ進み、結像レンズ２３に入射する（図２中一点鎖線）。このとき、参照光路（光路１＋光路２）と、測定光路（光路３＋光路４）の光路長が等しいときに、干渉縞が発生する。

撮像部２４は、撮像手段を構成するための２次元の撮像素子からなるＣＣＤカメラ等であり、対物レンズ部２２から出力された合成波（ワーク３からの反射光と参照ミラー２２２からの反射光）の干渉画像を撮像する。

駆動機構部２５は、コンピュータシステム２からの移動指令によって、光干渉光学ヘッド１５２を光軸Ｌ方向に移動させる。ここで、図３において、ビームスプリッタ２２５から参照ミラー２２２までの距離をｄ１、ビームスプリッタ２２５からワーク３の測定面状の集光位置までの距離をｄ２とすると、ｄ１＝ｄ２の位置において光路長差０となる。従って、駆動機構部２５は、測定に際しては、光路長差０（ｄ１＝ｄ２）となるように、光干渉光学ヘッド１５２を光軸方向（すなわちＺ軸方向）に移動させることでｄ２の距離を調整する。なお、上記では光干渉光学ヘッド１５２を移動させる場合を例示して説明したが、ステージ１２を移動させることでｄ２の距離を調整する構成としてもよい。また、ビームスプリッタ２２５から参照ミラー２２２までの距離ｄ１を可変とする構成としてもよい。このように、駆動機構部２５は、光路長可変手段として、参照光路又は測定光路の何れか一方の光路長を変化させる。

光干渉光学ヘッド１５２は、コンピュータシステム２による制御の下、駆動機構部２５により光軸Ｌ方向の位置を移動走査されながら撮像部２４による撮像を繰り返す。撮像部２４により撮像された各移動走査位置での干渉画像の画像データはコンピュータシステム２に取り込まれ、測定視野内の各位置について、干渉縞のピークが生じる移動走査位置を検出し、ワーク３の測定面の各位置における高さ（Ｚ方向位置）が求められる。

コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２０１、キーボード２０２、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと呼ぶ）２０３、マウス２０４及びディスプレイ２０５を備える。

図４に示すように、コンピュータ本体２０１は、制御の中心をなすＣＰＵ４０と、記憶部４１と、ワークメモリ４２と、インタフェース４３、４４、４５、４６と、ディスプレイ２０５での表示を制御する表示制御部４７とを備える。

キーボード２０２、ジョイスティック２０３及びマウス２０４から入力されるオペレータの指示情報は、インタフェース４３を介してＣＰＵ４０に入力される。インタフェース４４は、画像測定器１と接続され、画像測定器１に対しＣＰＵ４０からの各種制御信号を供給し、画像測定器１から各種のステータス情報や測定結果を受信してＣＰＵ４０に入力する。

画像測定モードが選択されている場合、表示制御部４７は、ディスプレイ２０５に画像光学ヘッド１５１のＣＣＤカメラから供給された画像信号による画像を表示する。光干渉測定モードが選択されている場合、表示制御部４７は、画像光学ヘッド１５２により撮影した画像、ＣＡＤデータ、干渉光学ヘッド１５２により測定した三次元形状データ等を、ＣＰＵ４０による制御に基づき適宜ディスプレイ２０５に表示する。画像光学ヘッド１５１や干渉光学ヘッド１５２による測定結果は、インタフェース４５を介してプリンタに出力することができる。また、インタフェース４６は、外部の図示しないＣＡＤシステム等により提供されるワーク３のＣＡＤデータ（設計データ）を、所定の形式に変換してコンピュータシステム２に入力する。

ワークメモリ４２は、ＣＰＵ４０の各種処理のための作業領域を提供する。記憶部４１は、例えばハードディスクドライブやＲＡＭ等により構成され、ＣＰＵ４０により実行されるプログラム、画像測定器１による測定結果等を格納する。

ＣＰＵ４０は、各インタフェースを介した各種入力情報、オペレータの指示及び記憶部４１に格納されたプログラム等に基づいて、画像光学ヘッド１５１による画像測定モードと光干渉光学ヘッド１５２による光干渉測定モードとの切り替え、測定範囲の指定、当該測定範囲をカバーする測定回数及び測定位置の設定、オーバラップ領域の評価、撮像ユニット１５のＸ軸方向への移動、ステージ１２のＹ軸方向への移動、画像光学ヘッド１５１による二次元画像の撮像、光干渉光学ヘッド１５２による干渉画像の測定と三次元形状データの算出、複数の三次元形状データを結合するスティッチング等の各種の処理を実行する。これらの処理については後述する。ＣＰＵ４０は、記憶部４１に格納されたプログラムを実行することにより、本発明における測定位置設定手段、評価手段、合成手段等の機能を実現する。

図５は、第１実施形態に係る画像測定装置を用いて、三次元形状測定を行う処理の手順を示すフローチャートである。はじめに、ステージ１２上にワーク３を載置する（Ｓ１００）。次に、ステージ１２に載置されたワーク３を画像光学ヘッド１５１で撮影し、ワーク３の座標系、すなわち、基準位置と基準方向を設定する。また、ワーク３の座標系と一致させるべくＣＡＤデータにおける座標系を設定する（Ｓ１１０）。次に、画像光学ヘッド１５１でワーク３の広範囲を低倍率で撮影して、画像をディスプレイ２０５に表示する。オペレータは、マウス２０４等を操作することにより、ディスプレイ２０５に表示されたワーク３の広範囲画像の中から、三次元形状測定を行う測定範囲を指定する。また、オペレータはキーボード２２等を操作して三次元形状測定を行う高さ方向（Ｚ軸方向）の範囲を指定する（Ｓ１２０）。なお、ワーク３の所望の部位がディスプレイ２０５に表示されていない場合には、オペレータはＪ／Ｓ２０３を操作して測定位置を変更しワーク３の所望の位置をディスプレイに表示させてから測定範囲を指定するとよい。また、画像光学ヘッド１５１で撮影した画像ではなく、ＣＡＤデータを画面に表示して測定範囲を指定するようにすることもできる。続いて、ＣＰＵ４０は、指定された測定範囲を最小限の測定回数でカバーするよう複数の測定位置を設定する（Ｓ１３０）。このとき、ＣＰＵ４０は、隣接する測定位置による測定視野が互いに重複するオーバラップ領域を持たせるように設定する。

続いて、ＣＰＵ４０は、インタフェース４６を介してＣＡＤシステム等により提供されるワーク３のＣＡＤデータに基づき、オーバラップ領域がスティッチングアルゴリズムに適する程度を示す評価値を算出し（Ｓ１４０）、算出した評価値と所定の閾値との比較結果に応じて、ステップＳ１３０で設定した測定位置の適否を判定する（Ｓ１５０）。評価値の算出方法は各スティッチングアルゴリズムによって異なるが、例えば平面と平面を結合するアルゴリズムでは、オーバラップ領域の平面度を評価値とする。平面度とは、評価対象の領域について最小二乗法により求めた理想平面からの乖離のピークトゥピーク値であり、例えば評価対象領域に段差がある場合には、段差のエッジ部分での理想平面からの乖離が大きくなるため、平面度は大きな値となる。ＣＰＵ４０は、所定の閾値と評価値を比較して評価値が閾値を上回る場合、スティッチングアルゴリズムに適さないとして、測定位置が不適と判定する。

なお、評価値の算出はオーバラップ領域の全体を対象として行ってもよいが、オーバラップ領域内の一部であるサブ領域について算出することが好ましい。サブ領域はスティッチングアルゴリズムを適用するのに十分な部分な広さがあればよいので、例えばオーバラップ領域を測定視野の１０％程度の面積のサブ領域に分割して、各サブ領域についての評価値を算出するとよい。

そして、ＣＰＵ４０は、測定視野が隣接する測定位置の組み合わせについて、全ての測定位置が適当と判定された場合には、全体として測定位置が適当であると判定し（Ｓ１５０；適）、ステップＳ１６０に処理を進める。一方、不適と判定された測定位置が１つでもある場合には、ＣＰＵ４０は、全体として測定位置が不適と判定し（Ｓ１５０；不適）、測定位置の再設定を行うステップＳ１６０に処理を進める。

ステップＳ１６０において、ＣＰＵ４０は、オーバラップ領域の評価値を結合に適した値とすべく、測定位置を再設定する（Ｓ１５０）。具体的には、ＣＰＵ４０は、スティッチングアルゴリズムに適さないとされた再設定前のオーバラップ領域が、再設定後における測定視野の１つの中央に位置するよう測定位置を再設定するとよい。再設定された測定位置では、指定された測定範囲をカバーする最小限の測定回数よりも多くの測定回数を要する場合があるものの、隣接するいずれの測定位置の組み合わせにおいてもオーバラップ領域内にスティッチングアルゴリズムに適する領域を十分に確保できる。測定位置の再設定が終わると、ＣＰＵ４０は、処理をステップＳ１４０に進める。

ステップＳ１７０において、ＣＰＵ４０は、設定された各測定位置において光干渉光学ヘッド１５２を用いて三次元形状データの測定を行う。具体的には、光干渉光学ヘッド１５２の光軸Ｌ方向の位置を移動走査しながら撮像した複数の干渉画像を取り込み、測定視野中の各位置について干渉光強度の変化のピーク値が観測される走査位置から各位置におけるワーク３の高さを算出する。そして、ＣＰＵ４０は、測定視野の各位置に対応するＸ座標およびＹ座標に、算出した高さ（すなわちＺ座標）を対応付けた三次元形状データを各測定位置のそれぞれについて記憶部４１またはワークメモリ４２に格納する。

続いて、ＣＰＵ４０は、ステップＳ１７０で出力した三次元形状データを、各測定位置における三次元形状データを、スティッチングアルゴリズムにより結合し、測定範囲全体をカバーした１つの三次元形状データを最終的な測定結果として記憶部４１に格納し（Ｓ１８０）、三次元形状測定の一連の処理を終了する。

オペレータは、上述の手順で測定した三次元形状データをもとに、ワーク３の形状をディスプレイ２０５に表示させ、表面解析、断面形状測定、寸法測定等の各種の測定・分析を行うことができる。

以下では、図６に示したような段差を有する構造のワーク３の三次元形状を第１実施形態に係る画像測定装置により測定する例を説明する。はじめに、ワーク３はステージ１２上に載置され、必要な座標系の設定がなされる。次に、オペレータが三次元形状測定の範囲設定メニューを選択すると、画像光学ヘッドで撮影されたワーク３の広範囲画像がディスプレイ２０５に表示される。オペレータがマウス２０４等を操作することにより、図７に示すようにディスプレイ２０５に表示されたワーク３の広範囲画像の中から、三次元形状測定を行う測定範囲Ａを指定する。オペレータはキーボード２２等を操作して三次元形状測定を行う高さ方向（Ｚ軸方向）の範囲についても指定を行う。

オペレータが測定範囲Ａを指定すると、測定範囲Ａを最小限の測定回数でカバーするように、例えば、図８（ａ）〜（ｄ）に示されるように、４つの測定位置（測定位置Ｐ１〜Ｐ４）が設定される。このとき、測定位置は、隣接する測定視野が互いに重複するオーバラップ領域を持つように設定される。

続いて、インタフェース４６を介してＣＡＤシステム等により提供されるワーク３のＣＡＤデータに基づき、オーバラップ領域がスティッチングアルゴリズムに適する程度を示す評価値として平面度が算出され、算出された評価値と所定の閾値との比較結果に応じて、測定位置の適否が判定される。図９は、オーバラップ領域の評価値のマップを模式的に示す。図９中の破線はオーバラップ領域の外縁を示し、斜線が付された領域Ｈは、評価値が閾値を上回る、すなわち、スティッチングアルゴリズムには適さない領域である。例えば、測定位置Ｐ１と測定位置Ｐ２とのオーバラップ領域にはワーク３の段差があるため、評価値が高くなる。測定位置Ｐ１と測定位置Ｐ２とのオーバラップ領域に関しては領域Ｈで占められ、スティッチングアルゴリズムに適した領域が十分に無いため、測定位置が不適と判定される。一方、測定位置Ｐ１と測定位置Ｐ３とのオーバラップ領域には右端の一部に領域Ｈが掛かるものの、その他の部分はスティッチングアルゴリズムに適した領域となっている。このため、測定位置Ｐ１と測定位置Ｐ３とのオーバラップ領域に関しては、スティッチングアルゴリズムに適した領域が十分にあるため、測定位置は適当と判定される。測定位置Ｐ２と測定位置Ｐ４との関係、および、測定位置Ｐ３と測定位置Ｐ４との関係についても同様の手法で測定位置の適否が判定される。

本例では不適と判定された測定位置があるので、設定された測定位置は全体として不適と判定され、測定位置の再設定が行われる。具体的には、図１０（ａ）〜（ｆ）に示した手順で測定位置が再設定される。まず、領域ＨがＸ軸方向に関し測定視野の中央に位置するよう再設定後の測定位置Ｐ１’およびＰ２’が設定される。（図１０（ａ）および（ｂ））。なお、Ｙ軸方向に関しては、領域Ｈに占有される部分が無いので、最小の測定回数となるように測定位置Ｐ１’およびＰ２’が設定される。続いて、測定位置Ｐ１’およびＰ２’の左右の測定範囲をカバーすべく、測定位置Ｐ３’〜Ｐ６’が設定される（図１０（ｃ）〜（ｆ））。このような手順で再設定された測定位置Ｐ１’〜Ｐ６’は、測定範囲Ａをカバーする最小の測定回数である４回よりも多くの測定回数を要するが、隣接するいずれの測定位置の組み合わせにおいてもオーバラップ領域の評価値が低い領域が十分に確保できる。

測定位置の再設定が終わると、改めて評価値の算出と測定位置の適否が判定されるが、図１０に示した再設定後の測定位置は適当であると判定される。そして、設定された各測定位置において光干渉光学ヘッド１５２を用いた三次元形状測定が行われ、測定位置Ｐ１’〜Ｐ６’のそれぞれについて、三次元形状データが出力される。なお、測定はＰ１’から順にＰ６’まで行われる必要はなく、測定時間を短縮すべく、測定位置間のＸ方向およびＹ方向への移動距離が極小となる順序で測定をしてよい。続いて、測定位置Ｐ１’〜Ｐ６’での三次元形状データがスティッチングアルゴリズムにより結合され、測定範囲全体をカバーした１つの三次元形状データが出力される。

〔第２実施形態〕
第２実施形態における画像測定装置の特徴は、測定範囲全体の評価値の分布マップを予め求めておき、スティッチングアルゴリズムに適さない領域がオーバラップ領域とならないよう、測定位置を設定する点にある。それ以外については、上述した第１実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。

図１１は、第２実施形態に係る画像測定装置を用いて、三次元形状測定を行う処理の手順を示すフローチャートである。図１１において、図５と共通の参照番号が付されたステップ（Ｓ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１７０、およびＳ１８０）については第１実施形態について説明した処理と同様である。第２実施形態に係る画像測定装置では、ステップＳ１２０において測定範囲が指定されると、ＣＰＵ４０は、指定された領域における評価値の高低を示す評価値の分布マップを生成する（Ｓ１３０’）。例えば、ＣＰＵ４０は、指定された領域を複数のサブ領域に分割し、各サブ領域の評価値を算出することで評価値の分布マップを生成することができる。続いて、ＣＰＵ４０は、算出した評価値の分布マップにおけるスティッチングアルゴリズムに適さない領域（評価値が高い領域）がオーバラップ領域を占有しないように、測定位置を設定する（Ｓ１４０’）。その後、ＣＰＵ４０は処理をステップＳ１７０に進め、第１実施形態と同様に測定を実施し（Ｓ１７０）、複数の測定位置での測定結果を結合する（Ｓ１８０）。

以下では、図１２に示したワーク３’の構造を、第２実施形態に係る画像測定装置により三次元形状測定する例を説明する。オペレータは、第１実施形態と同様の手法により、ワーク３’中の測定範囲を指定する。これを受け、ＣＰＵ４０は、当該測定範囲について、平面度が所定の閾値を超える領域の分布マップを算出する。図１２に示した構造では、２か所に段差があるため、図１３に示したように、段差の周辺に平面度（評価値）の高い領域Ｈ１およびＨ２を有する分布マップが生成される。

ＣＰＵ４０は、生成された分布マップに基づき、平面度の高い箇所がオーバラップ領域を占有しないように、測定位置を設定する。具体的には、平面度の高い箇所が測定視野の中央に位置するよう測定位置を設定するとよい。すなわち、図１４（ａ）〜（ｆ）に示したように、領域Ｈ１が測定視野の中央に位置するよう測定位置Ｐ１およびＰ２が設定される（図１４（ａ）および（ｂ））。Ｙ軸方向に関しては、スティッチングアルゴリズムには不適な領域で占められた部分が無いので、最小の測定回数となるように測定位置Ｐ１およびＰ２が設定される。続いて、領域Ｈ２が測定視野の中央に位置するよう測定位置Ｐ３およびＰ４が設定される（図１４（ｃ）および（ｄ））。このような測定位置の設定により、領域Ｈ１と領域Ｈ２の間の十分に広い両機が測定位置Ｐ１−Ｐ３間、およびＰ２−Ｐ４間のオーバラップ領域に含まれる。続いて、測定位置Ｐ１およびＰ２の左の測定範囲をカバーすべく、測定位置Ｐ５およびＰ６が設定される（図１４（ｅ）および（ｆ））。このように生成された評価値の分布マップに基づき測定位置を設定することにより、スティッチングアルゴリズムに適した測定位置を設定することができる。特に、本実施例の手法は、測定範囲内に評価値の高い領域が多く含まれる場合にも効率的にスティッチングアルゴリズムに適した測定位置を設定することができる。

そして、設定された各測定位置において光干渉光学ヘッド１５２を用いた三次元形状測定が行われ、各測定位置での三次元形状データが結合されて最終的に測定範囲全体をカバーした１つの三次元形状データが出力される。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記の実施形態では、スティッチングアルゴリズムとして平面と平面を結合するアルゴリズムを採用し、平面度を評価値としたが、採用するアルゴリズムに応じた評価値を用いることで本発明は他のアルゴリズムを採用する場合にも適用することができる。例えば、曲面と曲面とを結合するアルゴリズムを採用する場合には、オーバラップ領域の設計形状の曲率を評価値とするとよい。また、特徴点と特徴点の結合（例えばエッジとエッジの結合）によるアルゴリズムを採用する場合には、オーバラップ領域の設計形状の形状周波数やエッジ強度を評価値としてよい。いずれの場合も、評価値と所定の閾値（制限値）との比較結果に応じて、設定された測定位置の適否を判定することができる。

上記の実施形態では、ワークの設計データをもとに評価値を算出したが、画像光学ヘッド１５１により撮像したワークの画像データをもとに評価値を算出してもよい。この場合、例えば、画像データにおけるオーバラップ領域に対応する領域について、エッジの有無等に基づき評価値を算出することができる。

また、算出する評価値による他、オペレータの操作により測定位置の再設定を行うか否かを設定可能としてもよい。測定時間の短縮を重視する場合、オペレータはオーバラップ領域がスティッチングアルゴリズムに適さなくても測定位置の再設定を行わずに最小の測定回数での測定を実行させてもよい。

また、上記の各実施形態では、評価値が閾値を越える測定位置の組み合わせが存在しない場合が生じ得る。このため、測定位置の再設定を所定の回数繰り返しても評価値が閾値を越えない場合、所定回数繰り返した中で評価値が最も低かった測定位置の組み合わせにて測定を実行するとよい。

上記の実施形態では、三次元形状測定の前に測定位置の再設定を行っているが、指定する測定範囲の三次元形状測定を行ってから、プログラムされた所定の判断基準やオペレータの判断等に基づき必要に応じて測定位置の再設定と再測定を行うようにしてもよい。

上記の実施形態では、光干渉光学ヘッドを利用した三次元形状測定に本発明を適用する場合を例に説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、複数の視野で測定して得られた測定データを結合することにより１回の測定での視野よりも広い範囲についての測定データを得る種々の測定装置に適用可能である。

本発明は、画像測定装置、三次元形状測定装置等の種々の測定装置に適用して、測定範囲の拡張に利用することができる。

１・・・画像測定機
２・・・コンピュータシステム
３、３’・・・ワーク
１１・・・架台
１２・・・ステージ
１３ａ、１３ｂ・・・支持アーム
１４・・・Ｘ軸ガイド
１５・・・撮像ユニット

Claims (9)

1. 測定対象範囲を複数の測定視野で測定する画像測定装置であって、
   隣接する測定視野が互いに重複するオーバラップ領域を有するように、前記測定対象範囲を包含する複数の測定位置を設定する測定位置設定手段と、
   前記測定位置設定手段が設定した測定位置で測定を行う測定手段と、
   隣接する測定視野での測定結果の結合に当該隣接する視野のオーバラップ領域が適する程度を示す評価値を算出する評価手段と
   を備え、
   前記測定位置設定手段は、前記評価手段が算出した評価値に基づき、前記測定位置を設定することを特徴とする画像測定装置。
2. 前記測定位置設定手段は、前記評価手段による評価値の算出前に測定位置を予め設定し、
   前記評価手段は、算出した評価値に基づき測定位置設定手段が予め設定した測定位置の適否を判定し、
   前記評価手段が前記測定位置を不適と判定した場合、前記測定位置設定手段は、前記測定位置を再設定することを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
3. 前記測定位置設定手段は、評価値が結合に適さないことを示す値となる領域が、再設定後における測定視野の１つの中央に位置するよう測定位置を再設定することを特徴とする請求項１または２に記載の画像測定装置。
4. 前記評価手段は、前記オーバラップ領域の少なくとも所定割合を占めるサブ領域の評価値と所定の閾値との比較結果に応じて前記測定位置の適否を判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像測定装置。
5. 前記評価手段は、前記測定対象範囲の設計データに基づき前記評価値を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像測定装置。
6. 前記評価手段は、前記測定対象範囲の画像データに基づき前記評価値を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像測定装置。
7. 前記測定対象範囲の前記画像データを撮像する撮像手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の画像測定装置。
8. 前記複数の測定視野で測定した複数の測定結果を合成して、測定対象範囲を包含する１つの測定結果を出力する合成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像測定装置。
9. コンピュータを、請求項１から８のいずれか１項に記載の画像測定装置における、測定位置設定手段および評価手段として機能させることを特徴とするプログラム。