JP2016200607A - 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、測定対象物の測定条件を容易に適切に選択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、第１および第２の測定条件の各々において、投光部１１０により測定対象物Ｓに光が照射され、受光部１２０により出力された受光信号に基づいて、測定対象物Ｓの画像データが生成され、生成された画像データに基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を示す立体形状データが生成される。第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓの複数の画像が表示部４００に表示される。表示部４００に表示された画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかが使用者により選択され、形状測定時に、選択された測定条件で立体形状データが生成される。【選択図】図１

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 OpticalMethods 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、形状測定においては、測定対象物の測定すべき位置が測定可能となるように、測定条件を適切に選択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、測定対象物の測定条件を適切に選択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、測定対象物の測定条件を容易に適切に選択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、測定対象物が載置されるステージと、ステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光を位相シフトさせつつ複数回照射するように構成される投光部と、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、受光部により出力された受光信号に基づいて、測定対象物の画像データを生成し、測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成するように構成されるデータ生成部と、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件の各々において測定対象物の画像データまたは立体形状データを生成するように、投光部、受光部およびデータ生成部を制御する制御部と、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像を表示するように構成される表示部と、測定条件選択時に、表示部に表示された第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかを選択するために使用者により操作される操作部とを備え、第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、第２の測定条件においては、第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射され、制御部は、形状測定時に、操作部の操作により選択された測定条件で立体形状データが生成されるように投光部、受光部およびデータ生成部を制御するものである。制御部は、形状測定時に、操作部の操作により選択された測定条件で立体形状データが生成されるように投光部、受光部およびデータ生成部を制御するものである。

この形状測定装置においては、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光が照射され、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出力され、受光部により出力された受光信号に基づいて、第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データが生成される。第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、第２の測定条件においては、第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射される。第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の複数の画像が表示部に表示される。

使用者は、表示部に表示された複数の画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかを選択することができる。形状測定時に、選択された測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光が位相シフトされつつ複数回照射され、測定対象物により反射された光が選択された測定条件で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力され、受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で立体形状データが生成される。

この構成によれば、使用者は、形状測定前に、異なる第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する測定対象物の画像を認識することができる。これにより、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の測定条件を容易に適切に選択することができる。

（２）制御部は、測定条件選択時における各測定条件に対応する画像データまたは立体形状データの生成に要する時間が形状測定時における形状測定に要する測定時間よりも短くなるように投光部、受光部およびデータ生成部を制御してもよい。

（３）第２の回数は第１の回数より多くてもよい。

（４）第１の投影パターンは、均一な光量分布を有してもよい。

（５）制御部は、第１および第２の測定条件の各々における形状測定に要する測定時間を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、第１および第２の測定条件における形状測定に要する測定時間を認識することができる。これにより、使用者は、測定対象物の形状測定前に、測定時間に基づいて測定対象物の測定条件を容易に適切に選択することができる。

（６）制御部は、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件とは異なる第３の測定条件において測定対象物の画像データまたは立体形状データをさらに生成するように、投光部、受光部およびデータ生成部を制御し、表示部は、測定条件選択時に、第３の測定条件に対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像をさらに表示し、操作部は、測定条件選択時に、表示部に表示された第１、第２および第３の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて第１、第２および第３の測定条件のいずれかを選択するために使用者により操作され、第３の測定条件における受光部の露光時間および投光部により測定対象物に照射される測定光の強度の少なくとも一方が第１および第２の測定条件とは異なってもよい。

（７）制御部は、測定条件選択時に、第３の測定条件において受光部の露光時間および投光部により測定対象物に照射される測定光の強度の少なくとも一方を複数変化させることによりダイナミックレンジが拡大された画像データまたは立体形状データを生成するように投光部、受光部およびデータ生成部を制御してもよい。

（８）第２の発明に係る形状測定方法は、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光を照射し、測定対象物により反射された光を受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、受光部により出力された受光信号に基づいて、第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成するステップと、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像を表示部に表示するステップと、測定条件選択時に、表示部に表示された第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかの選択を受け付けるステップと、形状測定時に、選択された測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光を位相シフトさせつつ複数回照射し、測定対象物により反射された光を選択された測定条件で受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で立体形状データを生成するステップとを備え、第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、第２の測定条件においては、第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射されるものである。

この形状測定方法においては、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光が照射され、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出力され、受光部により出力された受光信号に基づいて、第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データが生成される。第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、第２の測定条件においては、第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射される。第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像が表示部に表示される。

使用者は、表示部に表示された複数の画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかを選択することができる。形状測定時に、選択された測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光が位相シフトされつつ複数回照射され、測定対象物により反射された光が選択された測定条件で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力され、受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で立体形状データが生成される。

この構成によれば、使用者は、形状測定前に、異なる第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する測定対象物の画像を認識することができる。これにより、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の測定条件を容易に適切に選択することができる。

（９）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、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光を照射し、測定対象物により反射された光を受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、受光部により出力された受光信号に基づいて、第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成する処理と、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像を表示部に表示する処理と、測定条件選択時に、表示部に表示された第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかの選択を受け付ける処理と、形状測定時に、選択された測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光を位相シフトさせつつ複数回照射し、測定対象物により反射された光を選択された測定条件で受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で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、第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、第２の測定条件においては、第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射されるものである。

この形状測定プログラムによれば、測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光が照射され、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出力され、受光部により出力された受光信号に基づいて、第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データが生成される。第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、第２の測定条件においては、第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射される。第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の複数の画像が表示部に表示される。

使用者は、表示部に表示された複数の画像に基づいて第１および第２の測定条件のいずれかを選択することができる。形状測定時に、選択された測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光が位相シフトされつつ複数回照射され、測定対象物により反射された光が選択された測定条件で受光部により受光され、受光量を示す受光信号が出力され、受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で立体形状データが生成される。

この構成によれば、使用者は、形状測定前に、異なる第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する測定対象物の画像を認識することができる。これにより、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の測定条件を容易に適切に選択することができる。

本発明によれば、測定対象物の形状測定前に、測定対象物の測定条件を容易に適切に選択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。 表示部に表示される複数の測定モードにおける図３４の測定対象物のプレビュー画像の一例を示す図である。 表示部に表示される複数の測定モードにおける図３４の測定対象物のプレビュー画像の他の例を示す図である。 表示部に表示される複数の姿勢における図３４の測定対象物のプレビュー画像の一例を示す図である。 表示部に表示される測定光の複数の照射方向における図３４の測定対象物のプレビュー画像の一例を示す図である。 測定困難領域および測定可能領域に関する測定情報を記載した表を示す図である。 プレビュー画像にＲＯＩが設定された表示部の表示の一例を示す図である。 測定条件の選択の手順を示すフローチャートである。 測定条件の選択の手順を示すフローチャートである。 測定条件の選択の手順に含まれる第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を示すフローチャートである。 測定条件の選択の手順に含まれる第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を示すフローチャートである。 測定条件の選択の手順に含まれる第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を示すフローチャートである。

［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。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。

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。

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４１０，４２０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４１０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４２０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４３０，４４０が表示される。光量設定バー４３０は、水平方向に移動可能なスライダ４３０ｓを有する。光量設定バー４４０は、水平方向に移動可能なスライダ４４０ｓ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４３０上のスライダ４３０ｓ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４４０上のスライダ４４０ｓ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４３０のスライダ４３０ｓ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４４０のスライダ４４０ｓ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４１０，４２０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４１０，４２０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４３０，４４０のスライダ４３０ｓ，４４０ｓ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４３０，４４０のスライダ４３０ｓ，４４０ｓ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４１０，４２０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４１０，４２０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、空間コード法においては、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。

［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４５０および設定変更領域４７０，４８０が表示部４００に表示される。画像表示領域４５０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４７０には、明るさ選択欄４７１、明るさ設定バー４７２、表示切換欄４７３、倍率切換欄４７４、倍率選択欄４７５および焦点調整欄４７６が表示される。明るさ設定バー４７２は、水平方向に移動可能なスライダ４７２ｓを有する。

使用者は、明るさ選択欄４７１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４７２のスライダ４７２ｓ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４７３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４７４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。

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４７５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。

使用者は、焦点調整欄４７６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４８０には、顕微鏡モード選択タブ４８０Ａおよび形状測定モード選択タブ４８０Ｂが表示される。顕微鏡モード選択タブ４８０Ａ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４８０Ａが選択されている場合、設定変更領域４８０には、ツール選択欄４８１および撮影ボタン４８２が表示される。使用者は、撮影ボタン４８２を操作することにより、画像表示領域４５０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４８１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４８１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４８１の下方には測定ツール表示欄４８１ａおよび補助ツール表示欄４８１ｂが表示される。測定ツール表示欄４８１ａ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４８１ｂには、画像表示領域４５０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４８０Ｂ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４８０Ｂが選択されている場合、設定変更領域４８０には、測定ボタン４８３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４８３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４５０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外でかつＺ方向の測定可能範囲に位置するので、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の各部分が受光部１２０の被写界深度の範囲内に含まれるときの受光部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。

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は、受光部１２０の被写界深度の範囲よりも広い。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よりも小さい間隔で、受光部１２０のＺ方向の測定可能範囲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４８０にテクスチャ画像選択欄４８４が表示される。テクスチャ画像選択欄４８４には、３つのチェックボックス４８４ａ，４８４ｂ，４８４ｃが表示される。

使用者は、チェックボックス４８４ａ〜４８４ｃ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４８４ｂ，４８４ｃ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の副立体形状の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、副立体形状の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）の副立体形状の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４７４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４８０に図５と同様の光量設定バー４３０，４４０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４３０のスライダ４３０ｓ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４４０のスライダ４４０ｓ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４５０ａ，４５０ｂ，４５０ｃが設けられる。画像表示領域４５０ａ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４５０ｂ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４５０ｃ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４５０ａ〜４５０ｃ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４８４のチェックボックス４８４ａ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４８４のチェックボックス４８４ａ〜４８４ｃ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４８４のチェックボックス４８４ｃ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４８４のチェックボックス４８４ｂ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］測定条件の選択
（１）プレビュー画像
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、１つの板状部材Ｓｙおよび１つの板状部材Ｓｚが形成される。２つの角柱状部材Ｓｘは、板状部材Ｓｙ，Ｓｚよりも大きい厚みを有する。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、板状部材Ｓｙは、２つの角柱状部材Ｓｘおよび板状部材Ｓｗ，Ｓｚよりも高い透過率を有する。この場合、板状部材Ｓｙの内部に潜り込んだ測定光および板状部材Ｓｙの複数の部分により複数回にわたって反射（多重反射）した測定光が図１の受光部１２０により受光されやすい。したがって、板状部材Ｓｙ上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。

さらに、板状部材Ｓｚは、２つの角柱状部材Ｓｘおよび板状部材Ｓｗ，Ｓｙよりも高い反射率を有する。この場合、板状部材Ｓｚにより反射された測定光は、２つの角柱状部材Ｓｘまたは板状部材Ｓｙにより反射された測定光よりも高い強度を有する。それにより、受光部１２０が板状部材Ｓｚにより反射された測定光を受光した場合、板状部材Ｓｚに対応する受光信号の部分が飽和しやすい。したがって、板状部材Ｓｚ上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。

一方、測定対象物Ｓの一部に影が発生すること、光の潜り込みまたは多重反射が発生すること、および高い強度の光の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、光の潜り込みもしくは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。また、測定対象物Ｓに影、光の潜り込みもしくは多重反射または高い強度の光の反射が発生するか否かは、測定対象物Ｓの姿勢、形状または材質により異なる。そのため、使用者が、測定対象物Ｓの形状測定処理において適切な測定条件を設定することは困難である。

そこで、本実施の形態においては、測定対象物Ｓの形状測定処理前に、複数の異なる測定条件において影が発生する領域、光の潜り込みもしくは多重反射が発生する領域または高い強度の光の反射が発生する領域がＰＣ２００により推定される。測定条件は、測定モード、測定対象物Ｓの姿勢および位置ならびに測定光の照射方向を含む。また、測定モードは、スタンダードモード、ファインモード、ハレーション除去モードおよびスーパーファインモードを含む。

以下、測定対象物Ｓにおいて正確な形状測定が不可能な領域を測定困難領域と呼ぶ。特に測定対象物Ｓにおいて影が発生する領域を第１の測定困難領域と呼び、光の潜り込みまたは多重反射が発生する領域を第２の測定困難領域と呼び、高い強度の光の反射が発生する領域を第３の測定困難領域と呼ぶ。測定困難領域は、第１〜第３の測定困難領域を含む。部材の内部へ潜り込んだ光または多重反射された測定光を間接光と呼ぶ。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。

本実施の形態においては、複数の測定条件に対応する複数の画像データ（以下、プレビュー画像データと呼ぶ）が生成される。複数のプレビュー画像データに基づく画像（以下、プレビュー画像と呼ぶ）が、対応する複数の測定条件において推定された測定困難領域を識別可能に表示部４００に表示される。また、複数の測定条件で測定対象物Ｓの形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が、複数のプレビュー画像と対応するように表示部４００に表示される。

使用者は、複数の測定条件における測定困難領域を識別可能に表示部４００に表示された複数のプレビュー画像および測定時間を見て、ＰＣ２００の操作部２５０を操作することにより適切な測定条件を選択することができる。使用者により選択された測定条件において、測定対象物Ｓの形状測定処理が実行される。

（２）画像データに基づく測定困難領域の推定
測定条件として測定モードが設定された場合、測定対象物Ｓの形状測定処理前に、スタンダードモード、ファインモード、ハレーション除去モードおよびスーパーファインモードの各々における測定困難領域が画像データに基づいて推定される。

（ａ）スタンダードモードにおける測定困難領域の推定
スタンダードモードは標準の測定モードである。スタンダードモードでは、測定対象物Ｓにおいて影が発生する第１の測定困難領域、光の潜り込みまたは多重反射が発生する第２の測定困難領域、および高い強度の光の反射が発生する第３の測定困難領域が現われる。

スタンダードモードにおける測定困難領域の推定においては、明部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。すなわち、投光部１１０から測定対象物Ｓの全体に均一な測定光が照射される。この場合、受光部１２０には測定光および自然光が入射する。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、画像データ（以下、明画像データと呼ぶ）が生成される。

その後、暗部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。すなわち、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光は照射されない。この場合、受光部１２０には自然光のみが入射する。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、画像データ（以下、暗画像データと呼ぶ）が生成される。

明画像データの各画素データの値と暗画像データの対応する画素データの値との差がそれぞれ算出される。それにより、自然光の影響が除去される。ここで、測定対象物Ｓの部分に影が発生している場合には、算出された差が一定値よりも小さくなる。したがって、算出された差が予め設定された値よりも小さい画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第１の測定困難領域であると推定される。

また、測定対象物Ｓの一部分が他の部分に比べて高い反射率を有する場合には、受光信号が飽和することがある。この場合には、明画像データのうち、高い反射率を有する部分に対応する画素データの値がダイナミックレンジの上限値に等しくなる。したがって、明画像データの画素データのうち、ダイナミックレンジの上限に等しい値を有する画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第３の測定困難領域であると推定される。

スタンダードモードにおいては、第２の測定困難領域の推定は行われず、以下のファインモードにおいて推定される第２の測定困難領域がスタンダードモードにおける第２の測定困難領域として採用される。また、スタンダードモードにおける測定困難領域の推定に要する時間とスタンダードモードにおける形状測定処理に要する時間とは相関を有する。したがって、スタンダードモードにおける測定困難領域の推定に要した時間に基づいて、スタンダードモードにおける形状測定処理を実行する場合に要する測定時間が推定される。

（ｂ）ファインモードにおける測定困難領域の推定
ファインモードは、光がにじみやすい半透明の樹脂および凹凸を有する金属の測定に適する。ファインモードでは、測定対象物Ｓにおいて影が発生する第１の測定困難領域および高い強度の光の反射が発生する第３の測定困難領域が現われるが、光の潜り込みまたは多重反射が発生する第２の測定困難領域が現われないように測定が行われる。

ファインモードにおける測定困難領域の推定においては、複数種類の測定光が測定対象物Ｓに順次照射される。測定対象物Ｓにより反射された測定光が受光部１２０により順次受光される。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、複数の画像データが生成される。生成された複数の画像データの画素データの変化に基づいて、間接光が発生する測定対象物Ｓの部分が第２の困難領域として推定される。また、複数の画像データに基づいて、間接光の影響が除去された画像データ（以下、間接光除去画像データと呼ぶ）が生成される。

さらに、暗部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。すなわち、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光は照射されない。この場合、受光部１２０には自然光のみが入射する。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、暗画像データが生成される。

間接光除去画像データの各画素データの値と暗画像データの対応する画素データの値との差がそれぞれ算出される。それにより、自然光の影響が除去される。この場合、算出された差が予め設定された値よりも小さい画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第１の測定困難領域であると推定される。また、間接光除去画像データの画素データの値のうち、ダイナミックレンジの上限値に等しい値を有する画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第３の測定困難領域であると推定される。

また、ファインモードにおける測定困難領域の推定に要する時間とファインモードにおける形状測定処理に要する時間とは相関を有する。したがって、ファインモードにおける測定困難領域の推定に要した時間に基づいて、ファインモードにおける形状測定処理を実行する場合に要する測定時間が推定される。

（ｃ）ハレーション除去モードにおける測定困難領域の推定
ハレーション除去モードは、明るい部分と暗い部分との輝度差が大きい測定対象物Ｓの測定に適する。ハレーション除去モードでは、測定対象物Ｓにおいて影が発生する第１の測定困難領域、および光の潜り込みまたは多重反射が発生する第２の測定困難領域は現われるが、高い強度の光の反射が発生する第３の測定困難領域は現われないように測定が行われる。

ハレーション除去モードにおける測定困難領域の推定においては、例えば明部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。ここで、受光部１２０の露光時間が第１の時間に設定された場合において、測定対象物Ｓにより反射された明部分のみからなる測定光が受光部１２０により受光される。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、第１の明画像データが生成される。

その後、例えば明部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。ここで、受光部１２０の露光時間が第１の時間よりも長い第２の時間に設定された場合において、測定対象物Ｓにより反射された明部分のみからなる測定光が受光部１２０により受光される。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、第２の明画像データが生成される。

生成された第１および第２の明画像データが、ダイナミックレンジが拡大されるように合成される。この場合、受光信号の飽和が発生している領域については、第１の明画像データの画素データが選択され、選択された画素データの値に第２の露光時間と第１の露光時間との比が乗算される。受光信号の飽和が発生していない領域については、第２の明画像データの画素データが選択される。乗算により得られた第１の第１の明画像データの画素データと選択された第２の明画像データの画素データとが合成される。これにより、ダイナミックレンジが拡大された画像データ（以下、ＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画像データと呼ぶ）が生成される。

また、暗部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。すなわち、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光は照射されない。この場合、受光部１２０には自然光のみが入射する。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、暗画像データが生成される。

ＨＤＲ画像データの各画素データの値と暗画像データの対応する画素データの値との差がそれぞれ算出される。算出された差が予め設定された値よりも小さい画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第１の測定困難領域であると推定される。また、ＨＤＲ画像データの画素データのうち、拡大されたダイナミックレンジの上限値に等しい値を有する画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第３の測定困難領域であると推定される。

ハレーション除去モードにおいては、第２の測定困難領域の推定は行われず、上記のファインモードにおいて推定される第２の測定困難領域がハレーション除去モードにおける第２の測定困難領域として採用される。また、ハレーション除去モードにおける測定困難領域の推定に要する時間とハレーション除去モードにおける形状測定処理に要する時間とは相関を有する。したがって、ハレーション除去モードにおける測定困難領域の推定に要した時間に基づいて、ハレーション除去モードにおける形状測定処理を実行する場合に要する測定時間が推定される。

なお、上記の説明においては、測定光の強度が一定に設定された状態で、受光部１２０の露光時間が第１の時間に設定されることにより第１の明画像データが生成され、受光部１２０の露光時間が第２の時間に設定されることにより第２の明画像データが生成されるが、これに限定されない。受光部１２０の露光時間が一定に設定された状態で、測定光の強度が第１の強度に設定されることにより第１の明画像データが生成され、測定光の強度が第１の強度よりも大きい第２の強度に設定されることにより第２の明画像データが生成されてもよい。以下のスーパーファインモードにおける測定困難領域の推定においても同様である。

（ｄ）スーパーファインモードにおける測定困難領域の推定
スーパーファインモードによれば、ファインモードの効果とハレーション除去モードの効果とが得られる。スーパーファインモードでは、測定対象物Ｓにおいて影が発生する第１の測定困難領域は現われるが、光の潜り込みまたは多重反射が発生する第２の測定困難領域および高い強度の光の反射が発生する第３の測定困難領域は現われないように測定が行われる。

スーパーファインモードにおける測定困難領域の推定においては、受光部１２０の露光時間が第１の時間に設定される。この状態で、ファインモードにおける測定困難領域の推定と同様に複数種類の測定光が測定対象物Ｓに順次照射される。これにより、第１の間接光除去画像データが生成される。

また、受光部１２０の露光時間が第２の時間に設定される。この状態で、ファインモードにおける測定困難領域の推定と同様に複数種類の測定光が測定対象物Ｓに順次照射される。これにより、第２の間接光除去画像データが生成されるとともに、第２の測定困難領域が推定される。

生成された第１および第２の間接光除去画像データが、ハレーション除去モードにおける測定困難領域の推定と同様に、ダイナミックレンジが拡大されるように合成される。これにより、ダイナミックレンジが拡大されかつ間接光の影響が除去された画像データ（以下、ＨＤＲ間接光除去画像データと呼ぶ）が生成される。

また、暗部分のみからなる測定光が測定対象物Ｓに照射される。すなわち、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光は照射されない。この場合、受光部１２０には自然光のみが入射する。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、暗画像データが生成される。

ＨＤＲ間接光除去画像データの各画素データの値と暗画像データの各画素データの値との差がそれぞれ算出される。算出された差が予め設定された値よりも小さい画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第１の測定困難領域であると推定される。また、ＨＤＲ間接光除去画像データの画素データのうち、拡大されたダイナミックレンジの上限値に等しい値を有する画素データに対応する測定対象物Ｓの部分が、第３の測定困難領域であると推定される。

また、スーパーファインモードにおける測定困難領域の推定に要する時間とスーパーファインモードにおける形状測定処理に要する時間とは相関を有する。したがって、スーパーファインモードにおける測定困難領域の推定に要した時間に基づいて、スーパーファインモードにおける形状測定処理を実行する場合に要する測定時間が推定される。

上記の説明においては、各測定モードにおける形状測定処理に要する測定時間は、対応する測定モードにおける測定困難領域の推定に要した時間に基づいて推定されるが、これに限定されない。形状測定処理に要する測定時間と測定光の照射回数とは、略線形的に対応する。したがって、各測定モードにおいて測定光の照射回数が予め定められている場合は、測定光の照射回数に基づいて、対応する測定モードにおける形状測定処理に要する測定時間が算出されてもよい。

このように、本実施の形態においては、各測定モードでの形状測定処理を実行するために必要な複数のパターンを有する測定光の全てが出射されず、各測定モードにおいて測定困難領域となることになる部分を推定するのに必要な各測定モードに対応した簡易的なパターンを有する測定光が出射される。また、生成された画像データに基づいて測定困難領域が推定され、推定された測定困難領域を認識可能にプレビュー画像が表示部４００に表示される。これにより、プレビュー画像の表示に要する時間を大幅に短縮しつつ、各測定モードに対応した測定困難領域を表示することができる。

（３）測定モードの選択
図３５は、表示部４００に表示される複数の測定モードにおける図３４の測定対象物Ｓのプレビュー画像の一例を示す図である。測定条件として測定モードが設定されている場合、図３５に示すように、４つの画像表示領域４５０ａ，４５０ｂ，４５０ｃ，４５０ｄおよび測定条件表示領域４６０が表示部４００に表示される。画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄは、略等しいサイズでかつ２行２列で並ぶように配置される。

画像表示領域４５０ａには、スタンダードモードにおいて推定される測定困難領域を識別可能に、第１のプレビュー画像データに基づく第１のプレビュー画像が表示される。図３５のスタンダードモードの例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。

また、板状部材Ｓｙ上の部分が、第２の測定困難領域であると推定とされる。第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。さらに、板状部材Ｓｚ上の部分が、第３の測定困難領域であると推定される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

画像表示領域４５０ｂには、ファインモードにおいて推定される測定困難領域を識別可能に、第２のプレビュー画像データに基づく第２のプレビュー画像が表示される。図３５のファインモードの例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。

また、板状部材Ｓｚ上の部分が、第３の測定困難領域であると推定される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。なお、ファインモードにおいては、第２の測定困難領域が現われないように測定が行われる。したがって、画像表示領域４５０ｂには、第２の測定困難領域は表示されない。

画像表示領域４５０ｃには、ハレーション除去モードにおいて推定される測定困難領域を識別可能に、第３のプレビュー画像データに基づく第３のプレビュー画像が表示される。図３５のハレーション除去モードの例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。

また、板状部材Ｓｙ上の部分が、第２の測定困難領域である推定とされる。第２の測定困難領域である推定とされた板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。なお、ハレーション除去モードにおいては、第３の測定困難領域が現われないように測定が行われる。したがって、画像表示領域４５０ｃには、第３の測定困難領域は表示されない。

画像表示領域４５０ｄには、スーパーファインモードにおいて推定される測定困難領域を識別可能に、第４のプレビュー画像データに基づく第４のプレビュー画像が表示される。図３５のスーパーファインモードの例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。なお、スーパーファインモードにおいては、第２および第３の測定困難領域は現われないように測定が行われる。したがって、画像表示領域４５０ｄには、第２および第３の測定困難領域は表示されない。

このように、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄには、それぞれスタンダードモード、ファインモード、ハレーション除去モードおよびスーパーファインモードにおけるプレビュー画像が表示される。複数の測定モードにおけるプレビュー画像データの生成においては、複数のプレビュー画像の明るさが互いに略等しくなるように測定光の強度（明るさ）が自動的に調整される。

本例においては、プレビュー画像データは、投光部１１０から均一な光量分布（均一パターン）を有する測定光が照射された状態で生成された画像データであるが、これに限定されない。プレビュー画像データは、照明光出力部１３０から照明光が照射された状態で生成された画像データであってもよい。この場合でも使用者は、複数のプレビュー画像を見て各測定条件において測定困難領域がどのように変化するのかを認識することができるので、最適な測定条件を容易に選択することができる。

測定条件表示領域４６０には、複数のチェックボックス４６１ａ，４６１ｂ，４６１ｃ，４６１ｄおよび測定時間表示欄４６２ａ，４６２ｂ，４６２ｃ，４６２ｄが表示される。また、測定条件表示領域４６０には、複数のチェックボックス４６３ａ，４６３ｂ，４６３ｃおよび測定時間表示欄４６４が表示される。さらに、測定条件表示領域４６０には、更新ボタン４６６およびＯＫボタン４６７が表示される。

チェックボックス４６１ａ〜４６１ｄのいずれかが指定されることにより、測定モードが選択される。また、チェックボックス４６３ａ〜４６３ｃのいずれかが指定されることにより、測定光の照射方向が選択される。指定されたチェックボックス４６１ａ〜４６１ｄに対応するプレビュー画像は、識別可能に表示される。

図３５の例では、チェックボックス４６１ｄおよびチェックボックス４６３ｃが指定されている。したがって、画像表示領域４５０ｄに表示されたスーパーファインモードに対応するプレビュー画像が、太線で囲まれることにより識別可能に表示される。チェックボックス４６１ａ〜４６１ｄのいずれかが指定されかつチェックボックス４６３ａ〜４６３ｃのいずれかが指定された状態でＯＫボタン４６７が操作されることにより、形状測定処理における測定条件が決定される。

チェックボックス４６１ａが指定された場合、スタンダードモードが選択される。測定時間表示欄４６２ａには、スタンダードモードで形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が表示される。図３５の例においては、スタンダードモードで形状測定処理を実行する場合、測定時間が５秒であると推定される。

チェックボックス４６１ｂが指定された場合、ファインモードが選択される。測定時間表示欄４６２ｂには、ファインモードで形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が表示される。図３５の例においては、ファインモードで形状測定処理を実行する場合、測定時間が１５秒であると推定される。

チェックボックス４６１ｃが指定された場合、ハレーション除去モードが選択される。測定時間表示欄４６２ｃには、ハレーション除去モードで形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が表示される。図３５の例においては、ハレーション除去モードで形状測定処理を実行する場合、測定時間が２０秒であると推定される。

チェックボックス４６１ｄが指定された場合、スーパーファインモードが選択される。測定時間表示欄４６２ｄには、スーパーファインモードで形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が表示される。図３５の例においては、スーパーファインモードで形状測定処理を実行する場合、測定時間が６０秒であると推定される。

チェックボックス４６３ａが指定された場合、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに測定光が照射される。チェックボックス４６３ｂが指定された場合、他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が照射される。チェックボックス４６３ｃが指定された場合、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が順次照射される。

測定時間表示欄４６４には、選択した測定光の照射方向で形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が表示される。また、チェックボックス４６３ａ，４６３ｂが指定されている場合、測定時間は各測定モードの測定時間と等しい。そのため、測定時間表示欄４６４には、“測定時間×１”と表示される。一方、チェックボックス４６３ｃが指定されている場合、測定時間は各測定モードの測定時間の２倍になる。そのため、測定時間表示欄４６４には、“測定時間×２”と表示される。本例においては、チェックボックス４６３ｃが指定されているので、測定時間表示欄４６４に表示される時間は、スーパーファインモードにおける形状測定処理の測定時間の２倍の１２０秒である。

測定対象物Ｓの姿勢が変更された場合には、使用者により更新ボタン４６６が操作される。これにより、変更された姿勢において測定対象物Ｓのプレビュー画像データが更新されるとともに、推定される測定困難領域が更新される。なお、プレビュー画像データのデータ量が小さい場合には、プレビュー画像データおよび推定される測定困難領域が一定時間ごとに更新されることにより、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄにプレビュー画像がライブ画像として表示されてもよい。この構成によれば、測定対象物Ｓの姿勢が変更された場合でも、使用者は更新ボタン４６６を操作しなくてもよい。

測定光の照射方向が変更された場合には、使用者により更新ボタン４６６が操作される。これにより、変更された測定光の照射方向においてプレビュー画像データが更新されるとともに、推定される測定困難領域が更新される。なお、測定光の照射方向等の測定条件が変更された場合には、プレビュー画像データおよび推定される測定困難領域が自動的に更新されもよい。この構成によれば、測定光の照射方向が変更された場合でも、使用者は更新ボタン４６６を操作しなくてもよい。

図３６は、表示部４００に表示される複数の測定モードにおける図３４の測定対象物Ｓのプレビュー画像の他の例を示す図である。図３６の表示部４００について、図３５の表示部４００と異なる点を説明する。本例においては、チェックボックス４６１ａ〜４６１ｄと画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄとがそれぞれ対応している。図３６に示すように、チェックボックス４６１ａ〜４６１ｄのうち指定されたチェックボックスに対応する一の画像表示領域が、拡大された状態で配置される。また、他の画像表示領域は、一の画像表示領域の下方に縮小された状態で並ぶように配置される。

図３６の例では、チェックボックス４６１ａおよびチェックボックス４６３ｃが指定されている。したがって、画像表示領域４５０ａが拡大された状態で配置される。これにより、画像表示領域４５０ａには、スタンダードモードにおけるプレビュー画像が拡大された状態で表示される。なお、この場合、測定時間表示欄４６４に表示される時間は、スタンダードモードにおける形状測定処理の測定時間の２倍の１０秒である。

一方、画像表示領域４５０ｂ〜４５０ｄは、画像表示領域４５０ａの下方に縮小された状態で並ぶように配置される。これにより、画像表示領域４５０ｂ〜４５０ｄには、それぞれファインモード、ハレーション除去モードおよびスーパーファインモードにおけるプレビュー画像が縮小された状態で表示される。

このように、使用者は、形状測定処理の前に、異なる複数の測定モードで実行される形状測定処理において生じる測定対象物Ｓの測定困難領域を認識することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、複数の測定モードのうち形状測定に適した測定モードを容易に適切に選択することができる。

（４）各測定モードにおける形状測定処理
（ａ）スタンダードモードにおける形状測定処理
測定モードとしてスタンダードモードが選択された場合、形状測定処理においてスタンダードモードにおける測定対象物Ｓの形状測定が行われる。スタンダードモードにおける形状測定処理においては、例えば縞状測定光およびコード状測定光が測定対象物Ｓに順次照射され、測定対象物Ｓにより反射された縞状測定光およびコード状測定光が受光部１２０により順次受光される。縞状測定光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号およびコード状測定光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、スタンダードモードにおける主立体形状データが生成される。

（ｂ）ファインモードにおける形状測定処理
測定モードとしてファインモードが選択された場合、形状測定処理においてファインモードにおける測定対象物Ｓの形状測定が行われる。ファインモードにおける形状測定処理においては、例えば縞状測定光を複数の異なる形状に変形することにより得られる複数種類の縞状測定光およびコード状測定光を複数の異なる形状に変形することにより得られる複数種類のコード状測定光が用いられる。

一の種類の縞状測定光および一の種類のコード状測定光が測定対象物Ｓに順次照射され、測定対象物Ｓにより反射された一の種類の縞状測定光および一の種類のコード状測定光が受光部１２０により順次受光される。受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、一の主立体形状データが生成される。他の種類の縞状測定光および他の種類のコード状測定光を用いて同様の処理が繰り返される。それにより、複数の主立体形状データが生成される。生成された複数の主立体形状データに基づいて、ファインモードにおける間接光の影響が除去された主立体形状データ（以下、間接光除去立体形状データと呼ぶ）が生成される。

（ｃ）ハレーション除去モードにおける形状測定処理
測定モードとしてハレーション除去モードが選択された場合、形状測定処理においてハレーション除去モードにおける測定対象物Ｓの形状測定が行われる。ハレーション除去モードにおける形状測定処理においては、受光部１２０の露光時間が所定の時間に設定される。この状態で、例えば縞状測定光およびコード状測定光が測定対象物Ｓに順次照射され、測定対象物Ｓにより反射された縞状測定光およびコード状測定光が受光部１２０により順次受光される。縞状測定光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号およびコード状測定光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、一の主立体形状データが生成される。

受光部１２０の露光時間が変更され、同様の処理が繰り返される。それにより、複数の主立体形状データが生成される。生成された複数の主立体形状データが、ダイナミックレンジが拡大されるように合成される。これにより、ハレーション除去モードにおけるダイナミックレンジが拡大された主立体形状データ（以下、ＨＤＲ立体形状データと呼ぶ）が生成される。

なお、上記の説明においては、測定光の強度が一定に設定された状態で、受光部１２０の露光時間が変更されることにより複数の主立体形状データが生成されるが、これに限定されない。受光部１２０の露光時間が一定に設定された状態で、測定光の強度が変更されることにより複数の主立体形状データが生成されてもよい。以下のスーパーファインモードにおける形状測定処理においても同様である。

（ｄ）スーパーファインモードにおける形状測定処理
測定モードとしてスーパーファインモードが選択された場合、形状測定処理においてスーパーファインモードにおける測定対象物Ｓの形状測定が行われる。スーパーファインモードにおける形状測定処理においては、受光部１２０の露光時間が所定の時間に設定される。この状態で、ファインモードにおける形状測定処理と同様に、例えば複数種類の縞状測定光および複数種類のコード状測定光を用いて一の間接光除去立体形状データが生成される。

受光部１２０の露光時間が変更され、同様の処理が繰り返される。それにより、複数の間接光除去立体形状データが生成される。生成された複数の間接光除去立体形状データが、ハレーション除去モードにおける形状測定処理と同様に、ダイナミックレンジが拡大されるように合成される。これにより、スーパーファインモードにおけるダイナミックレンジが拡大されかつ間接光の影響が除去された主立体形状データが生成される。

（５）測定対象物の姿勢および位置
図３７は、表示部４００に表示される複数の姿勢における図３４の測定対象物Ｓのプレビュー画像の一例を示す図である。測定条件として測定対象物Ｓの姿勢が設定されている場合、図３７に示すように、４つの画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄおよび測定条件表示領域４６０が表示部４００に表示される。図３７の表示部４００について、図３５の表示部４００と異なる点を説明する。以下の説明においては、スタンダードモードにおける測定困難領域の推定が行われる。

画像表示領域４５０ａには、第１の姿勢において推定される測定困難領域を識別可能に、第１のプレビュー画像データに基づく第１のプレビュー画像が表示される。第１の姿勢は、θステージ１４３の回転角度が例えば初期値（本例においては０度）である場合の測定対象物Ｓの姿勢である。

図３７の第１の姿勢の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。

また、板状部材Ｓｙ上の部分が、第２の測定困難領域であると推定とされる。第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。さらに、板状部材Ｓｚ上の部分が、第３の測定困難領域であると推定される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

画像表示領域４５０ｂには、第２の姿勢において推定される測定困難領域を識別可能に、第２のプレビュー画像データに基づく第２のプレビュー画像が表示される。第２の姿勢は、θステージ１４３の回転角度が例えば２０度である場合の測定対象物Ｓの姿勢である。

図３７の第２の姿勢の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。ここで、第１の測定困難領域は、第１の姿勢における第１の測定困難領域よりも小さい。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。

また、第１の姿勢の例と同様に、第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

画像表示領域４５０ｃには、第３の姿勢において推定される測定困難領域を識別可能に、第３のプレビュー画像データに基づく第３のプレビュー画像が表示される。第３の姿勢は、θステージ１４３の回転角度が例えば５０度である場合の測定対象物Ｓの姿勢である。

図３７の第３の姿勢の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。ここで、第１の測定困難領域は、第２の姿勢における第１の測定困難領域よりも小さい。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。

また、第１の姿勢の例と同様に、第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

画像表示領域４５０ｄには、第４の姿勢において推定される測定困難領域を識別可能に、第４のプレビュー画像データに基づく第４のプレビュー画像が表示される。第１の姿勢は、θステージ１４３の回転角度が例えば９０度である場合の測定対象物Ｓの姿勢である。

図３７の第４の姿勢の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘが並ぶ方向に直交する両側の方向から測定光が照射される。そのため、第１の測定困難領域は現われない。また、第１の姿勢と同様に、第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

このように、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄには、それぞれ第１〜第４の姿勢におけるプレビュー画像が表示される。複数の姿勢におけるプレビュー画像データの生成においては、複数のプレビュー画像の明るさが互いに略等しくなるように測定光の明るさが自動的に調整される。

図３７の測定条件表示領域４６０には、図３５のチェックボックス４６１ａ〜４６１ｄに代えて、複数のチェックボックス４６５ａ，４６５ｂ，４６５ｃ，４６５ｄが表示される。本例においては、第１〜第４の姿勢で形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間は互いに等しいので、測定条件表示領域４６０に測定時間表示欄が表示されないが、これに限定されない。第１〜第４の姿勢で形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間を表示する測定時間表示欄が測定条件表示領域４６０に表示されてもよい。

チェックボックス４６５ａ〜４６５ｄが指定された場合、第１〜第４の姿勢がそれぞれ選択される。また、チェックボックス４６３ａ〜４６３ｃのいずれかが指定されることにより、測定光の照射方向が選択される。指定されたチェックボックス４６５ａ〜４６５ｄに対応するプレビュー画像は、識別可能に表示される。

なお、図３７の例では、チェックボックス４６５ｄおよびチェックボックス４６３ｃが指定されている。したがって、画像表示領域４５０ｄに表示された第４の姿勢に対応するプレビュー画像が、太線で囲まれることにより識別可能に表示される。チェックボックス４６５ａ〜４６５ｄのいずれかが指定されかつチェックボックス４６３ａ〜４６３ｃのいずれかが指定された状態でＯＫボタン４６７が操作されることにより、形状測定処理における測定条件が決定される。

測定条件として、第１〜第４の姿勢のいずれかが選択された場合、形状測定処理において選択された姿勢における測定対象物Ｓの形状測定が行われる。第１〜第４の姿勢における形状測定処理においては、θステージ１４３の回転角度が例えば０度、２０度、５０度および９０度にそれぞれ設定される。

この状態で、θステージ１４３の回転角度が第１〜第４の姿勢のうち選択された姿勢に対応する角度に設定された状態で、例えば縞状測定光およびコード状測定光が測定対象物Ｓに順次照射される。縞状測定光およびコード状測定光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、選択された姿勢における主立体形状データが生成される。

図３７の例においては、測定条件として測定対象物Ｓの姿勢（θ方向の回転角度）が設定されるが、これに限定されない。測定条件として測定対象物Ｓの姿勢に代えて測定対象物Ｓの位置が設定されてもよい。この場合、第１〜第４の位置における測定対象物Ｓのプレビュー画像データが生成される。また、生成されたプレビュー画像データに基づいて、第１〜第４の位置における測定対象物Ｓのプレビュー画像が、推定された測定困難領域を識別可能にそれぞれ画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄに表示される。

また、測定対象物Ｓの姿勢はθ方向の回転角度ではなくチルトステージ１４４のあおり方向の回転角度であってもよい。

このように、使用者は、形状測定処理の前に、測定対象物Ｓの異なる複数の姿勢または位置で実行される形状測定処理において生じる測定対象物Ｓの測定困難領域を認識することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、測定対象物Ｓの異なる複数の姿勢または位置のうち形状測定に適した測定対象物Ｓの異なる複数の姿勢または位置を容易に適切に選択することができる。

（６）測定光の照射方向
図３８は、表示部４００に表示される測定光の複数の照射方向における図３４の測定対象物Ｓのプレビュー画像の一例を示す図である。測定条件として測定光の照射方向が設定されている場合、図３８に示すように、３つの画像表示領域４５０ａ〜４５０ｃおよび測定条件表示領域４６０が表示部４００に表示される。図３８の表示部４００について、図３５の表示部４００と異なる点を説明する。以下の説明においては、スタンダードモードにおける測定困難領域の推定が行われる。

画像表示領域４５０ａには、第１の照射方向において推定される測定困難領域を識別可能に、第１のプレビュー画像データに基づく第１のプレビュー画像が表示される。第１の照射方向は、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が順次照射される方向である。

図３８の第１の照射方向の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。また、板状部材Ｓｙ上の部分が、第２の測定困難領域であると推定とされる。第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。さらに、板状部材Ｓｚ上の部分が、第３の測定困難領域であると推定される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

画像表示領域４５０ｂには、第２の照射方向において推定される測定困難領域を識別可能に、第２のプレビュー画像データに基づく第２のプレビュー画像が表示される。第２の照射方向は、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに測定光が照射される方向である。

図３８の第２の照射方向の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分ならびに２つの角柱状部材Ｓｘおよび板状部材Ｓｙの一方の側方（右側方）の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分ならびに２つの角柱状部材Ｓｘおよび板状部材Ｓｙの右側方の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。また、第１の方向の例と同様に、第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

画像表示領域４５０ｃには、第３の照射方向において推定される測定困難領域を識別可能に、第３のプレビュー画像データに基づく第３のプレビュー画像が表示される。第３の照射方向は、他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が照射される方向である。

図３８の第３の照射方向の例においては、２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分ならびに２つの角柱状部材Ｓｘおよび板状部材Ｓｙの他方の側方（左側方）の部分が、第１の測定困難領域であると推定される。第１の測定困難領域であると推定された２つの角柱状部材Ｓｘ間の部分ならびに２つの角柱状部材Ｓｘおよび板状部材Ｓｙの左側方の部分は、ハッチングパターンにより強調表示される。また、第１の方向の例と同様に、第２の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｙ上の部分は、第１のドットパターンにより強調表示される。第３の測定困難領域であると推定された板状部材Ｓｚ上の部分は、第２のドットパターンにより強調表示される。

このように、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｃには、それぞれ第１〜第３の照射方向におけるプレビュー画像が表示される。複数の照射方向におけるプレビュー画像データの生成においては、複数のプレビュー画像の明るさが互いに略等しくなるように測定光の明るさが自動的に調整される。

測定条件表示領域４６０には、チェックボックス４６３ａ〜４６３ｃ、更新ボタン４６６およびＯＫボタン４６７が表示される。チェックボックス４６３ｃ，４６３ａ，４６３ｂが指定された場合、それぞれ第１〜第３の照射方向が選択される。指定されたチェックボックス４６３ａ〜４６３ｃに対応するプレビュー画像は、識別可能に表示される。

なお、図３８の例では、チェックボックス４６３ｃが指定されている。したがって、画像表示領域４５０ａに表示された第１の照射方向に対応するプレビュー画像が、太線で囲まれることにより識別可能に表示される。チェックボックス４６３ａ〜４６３ｃのいずれかが指定された状態でＯＫボタン４６７が操作されることにより、形状測定処理における測定条件が決定される。

測定条件として、第１〜第３の照射方向のいずれかが選択された場合、形状測定処理において選択された照射方向における測定対象物Ｓの形状測定が行われる。第１の照射方向における形状測定処理においては、例えば縞状測定光およびコード状測定光が投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに順次照射され、縞状測定光およびコード状測定光が投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに順次照射される。投光部１１０Ａからの縞状光の照射時、投光部１１０Ａからのコード状光の照射時、投光部１１０Ｂからの縞状光の照射時および投光部１１０Ｂからのコード状光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、第１の照射方向における主立体形状データが生成される。

第２の照射方向における形状測定処理においては、例えば縞状測定光およびコード状測定光が一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに順次照射される。投光部１１０Ａからの縞状光の照射時およびコード状光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、第２の照射方向における主立体形状データが生成される。

第３の照射方向における形状測定処理においては、例えば縞状測定光およびコード状測定光が他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに順次照射される。投光部１１０Ｂからの縞状光の照射時およびコード状光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、第３の照射方向における主立体形状データが生成される。

このように、使用者は、形状測定処理の前に、光の異なる複数の照射方向で実行される形状測定処理において生じる測定対象物Ｓの測定困難領域を認識することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、光の異なる複数の照射方向のうち形状測定に適した光の照射方向を容易に適切に選択することができる。

また、測定モード、測定対象物Ｓの姿勢および位置ならびに測定光の照射方向を組み合わせることにより、より複雑な複数の測定条件に対応する測定困難領域を識別可能にプレビュー画像を表示部４００に表示させることができる。この場合、使用者は、より複雑な測定条件に対応する複数の測定条件から適切な測定条件を選択することができる。

例えば、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに測定光を照射することにより、４つの測定モードに対応する４つの測定困難領域が推定されるとともに、４つのプレビュー画像データが生成される。同様に、他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光を照射することにより、４つの測定モードに対応する４つの測定困難領域が推定されるとともに、４つのプレビュー画像データが生成される。生成されたプレビュー画像データに基づいて、測定困難領域を識別可能に合計８つのプレビュー画像を表示部４００に一覧表示することが可能である。この場合、プレビュー画像の表示に時間を要するものの、使用者は、複数の測定条件を一括で指定できるため、容易に最適な測定条件を設定することができる。

また、ＰＣ２００は、複数のプレビュー画像の表示を段階的に行うための誘導を使用者に対して行い、複数の測定条件を順次設定することも可能である（ウィザード形式）。例えば、図３７に示すように、測定対象物Ｓの複数の姿勢についてのプレビュー画像が表示部４００に表示される。これにより、使用者は、最適な測定対象物Ｓの姿勢を選択することができる。

次に、選択された姿勢において、図３５に示すように、複数の測定モードについてのプレビュー画像が表示部４００に表示される。これにより、使用者は、最適な測定モードを選択することができる。続いて、選択された測定モードにおいて、図３８に示すように、測定光の複数の照射方向についてのプレビュー画像が表示部４００に表示される。これにより、使用者は、最適な測定光の照射方向を選択することができる。このように、プレビュー画像の表示を段階的に行うことで、測定条件を段階的に絞り込むことができる。

また、測定条件は精度モードを含んでもよい。精度モードは、通常測定モード、簡易測定モードおよび超簡易測定モードを含む。測定条件として精度モードが設定された場合、測定対象物Ｓの形状測定処理前に、各精度モードにおける測定困難領域、測定時間および測定精度を示す指標が推定される。また、推定された各精度モードにおける測定困難領域、測定時間および測定精度を示す指標を識別可能に、プレビュー画像が表示部４００に表示される。

通常測定モードにおいては、コード状測定光および縞状測定光が測定対象物Ｓに順次照射されることにより、プレビュー画像として主立体形状データが生成される。生成されたプレビュー画像データに基づいて、表示部４００の一の画像表示領域に測定対象物Ｓの立体形状のプレビュー画像が表示される。

簡易測定モードにおいては、コード状測定光および縞状測定光が測定対象物Ｓに照射されることにより、プレビュー画像として主立体形状データが生成される。生成されたプレビュー画像データに基づいて、表示部４００の他の画像表示領域に測定対象物Ｓの立体形状のプレビュー画像が表示される。

ここで、簡易測定モードにおける縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅およびＸ方向の移動距離は、通常測定モードにおける縞状測定光の各明部分のＸ方向の幅およびＸ方向の移動距離よりもそれぞれ大きく設定される。そのため、簡易測定モードにおける主立体形状データは、通常測定モードにおける主立体形状データよりも小さい。

超簡易測定モードにおいては、コード状測定光が測定対象物Ｓに照射されることにより、プレビュー画像として主立体形状データが生成される。生成されたプレビュー画像データに基づいて、表示部４００のさらに他の画像表示領域に測定対象物Ｓの立体形状のプレビュー画像が表示される。超簡易測定モードにおける主立体形状データは、簡易測定モードにおける主立体形状データよりも小さい。

複数の精度モードにおいて推定される測定困難領域の大きさは互いに略等しい。しかしながら、複数の精度モードにおいて推定される形状測定処理に要する測定時間および生成される主立体形状データの精度は互いに著しく異なる。したがって、使用者は、表示部４００に表示される測定時間および精度を見て、複数の精度モードのうち適切な精度モードを選択することができる。

（７）測定困難領域の他の表示
以下、測定困難領域ではない領域を測定可能領域と呼ぶ。上記実施の形態において、複数のプレビュー画像は、推定された測定困難領域を識別可能に表示部４００に表示されるが、これに限定されない。推定された測定困難領域および測定可能領域に関する測定情報として領域の面積の程度が算出され、算出された測定情報を記載した表が表示部４００に表示されてもよい。図３９は、測定困難領域および測定可能領域に関する測定情報を記載した表を示す図である。

図３９に示すように、表Ｔの第１〜第３の行には、それぞれプレビュー画像の全領域に占める第１〜第３の測定困難領域の割合が数値で表示されるとともにバーにより視覚的に表示される。表Ｔの第４の行には、プレビュー画像の全領域に占める測定可能領域の割合が、数値で表示されるとともにバーにより視覚的に表示される。これにより、使用者は、測定困難領域および測定可能領域の測定情報を容易に認識することができる。その結果、使用者は、測定困難領域および測定可能領域の測定情報に基づいて適切な測定条件を容易に選択することができる。

また、使用者は、操作部２５０を用いて表示部４００に表示される画像にＲＯＩ（関心領域）を設定することができる。これにより、ＲＯＩが設定されたプレビュー画像が表示部４００に表示される。図４０は、ＲＯＩが設定された表示部４００の表示の一例を示す図である。図４０に示すように、ＲＯＩとして測定位置を示す測定位置指定枠ＭＦが、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄのプレビュー画像上に表示される。ＲＯＩが設定されている場合においては、測定位置指定枠ＭＦ内に含まれるプレビュー画像の部分に関して、明るさの調整、測定困難領域の推定、推定された測定困難領域の強調表示または図３９の表Ｔの表示が行われてもよい。

この場合、使用者は、測定対象物Ｓのプレビュー画像上の任意の範囲における推定された測定困難領域および測定可能領域の測定情報を認識することができる。それにより、使用者は、測定位置における測定困難領域および測定可能領域の測定情報に基づいて適切な測定条件を容易に選択することができる。

（８）主立体形状データに基づく測定困難領域の推定
上記の実施の形態においては、三角測距方式による主立体形状データを実際に生成することなく画像データに基づいて各測定モードに対応する測定困難領域が推定されるが、これに限定されない。画像データに基づく測定困難領域の推定を行いかつ三角測距方式による主立体形状データを実際に生成し、主立体形状データに基づいて各測定モードに対応する測定困難領域が推定されてもよい。この場合、測定困難領域をより確実に推定することができる。

主立体形状データに基づく測定困難領域の推定においては、プレビュー画像データとして、複数の測定条件で三角測距方式による複数の主立体形状データが生成される。ここで、画像データに基づく測定困難領域の推定において第１の測定困難領域と推定されかつ測定対象物Ｓの高さを示す主立体形状データが生成されなかった領域が主立体形状データに基づく第１の測定困難領域と推定される。画像データに基づく測定困難領域の推定において第２の測定困難領域と推定されかつ生成された主立体形状データの変化が間接光の発生時に得られる主立体形状データの変化とみなされる領域が主立体形状データに基づく第２の測定困難領域と推定される。画像データに基づく測定困難領域の推定において第３の測定困難領域と推定されかつ生成された主立体形状データの変化が受光信号の飽和時に得られる主立体形状データの変化とみなされる領域が主立体形状データに基づく第３の測定困難領域と推定される。

各測定条件における主立体形状データに基づく測定困難領域の推定に要する時間と各測定条件における形状測定処理に要する時間とは相関を有する。したがって、各測定条件における主立体形状データに基づく測定困難領域の推定に要した時間に基づいて、各測定条件における形状測定処理を実行する場合に要する測定時間が推定される。

生成された複数の主立体形状データに基づくプレビュー画像が、対応する複数の測定条件において推定された測定困難領域を識別可能に表示部４００に表示される。また、複数の測定条件で測定対象物Ｓの形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間が、複数のプレビュー画像と対応するように表示部４００に表示される。

測定困難領域の推定における主立体形状データの分解能は、形状測定処理における主立体形状データの分解能よりも低くてもよい。そのため、測定困難領域の推定における主立体形状データは、形状測定処理における主立体形状データよりも低い精度または小さいデータ量を有するように設定される。これにより、測定困難領域の推定における主立体形状データを形状測定処理における主立体形状データよりも高速に生成することができる。

測定困難領域の推定における主立体形状データの生成の一例として、例えばコード状測定光が測定対象物Ｓに照射される。コード状光の照射時に受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、主立体形状データが生成される。これに対して、形状測定処理においては、測定対象物Ｓに縞状測定光およびコード状測定光を照射することにより、選択された測定条件における主立体形状データが生成される。

この場合、測定困難領域の推定における主立体形状データの精度を形状測定処理における主立体形状データの精度よりも低くすることができる。これにより、測定困難領域の推定においては、主立体形状データの生成のために必要なパターン画像の取得回数が低減され、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮されるので、高速に主立体形状データを生成することができる。

測定困難領域の推定における画像データまたは主立体形状データを形状測定処理における主立体形状データよりもさらに高速に生成するために、以下の方式で測定困難領域の推定および形状測定処理が行われてもよい。

測定困難領域の推定の一例として、測定困難領域の推定においては、一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに測定光を照射することにより、画像データまたは主立体形状データが生成される。生成された画像データまたは主立体形状データに基づいて各測定条件における測定困難領域が推定される。これに対して、形状測定処理においては、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光を順次照射することにより、主立体形状データが生成される。

この場合、測定困難領域の推定においては、一方の投光部１１０Ａのみから測定対象物Ｓに測定光が照射されるので、測定困難領域の推定における画像データまたは主立体形状データの精度を形状測定処理における主立体形状データの精度よりも低くすることができる。これにより、測定困難領域の推定においては、画像データまたは主立体形状データの生成の回数が低減され、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮されるので、高速に画像データまたは主立体形状データを生成することができる。その結果、測定困難領域を短時間で推定することができる。

測定困難領域の推定の他の例として、測定困難領域の推定においては、受光部１２０からの受光信号に対応するＹ方向の画素データの間引きが行われる。これにより、受光部１２０のフレームレートを増加させることができるとともに、制御基板１５０からＣＰＵ２１０への画素データの転送速度を向上させることができる。間引き後の画素データはＹ方向に引き延ばされるとともに、引き延ばされた画素データに基づいて各測定条件における画像データまたは主立体形状データが生成される。生成された画像データまたは主立体形状データに基づいて各測定条件における測定困難領域が推定される。

これに対して、形状測定処理においては、受光部１２０からの受光信号に対応する画素データの間引きが行われることなく、画素データに基づいて選択された測定条件における主立体形状データが生成される。

この場合、測定困難領域の推定においては、受光部１２０のフレームレートが増加するとともに、制御基板１５０からＣＰＵ２１０への画素データの転送速度が向上するので、ＣＰＵ２１０の処理時間が短縮される。また、高速に画像データまたは主立体形状データを生成することができる。

さらに、本例においては、測定光はＹ方向に平行な直線状の断面を有するので、画素データがＹ方向に間引きされた後、Ｙ方向に引き延ばされた場合でも、画素データの精度はほとんど変化しない。そのため、精度をほとんど低下させることなく画像データまたは主立体形状データを短時間で生成することができる。その結果、測定困難領域を短時間で推定することができる。

（９）測定条件の選択の手順
（ａ）全体手順
図４１および図４２は、測定条件の選択の手順を示すフローチャートである。測定条件の選択の手順は、図２３の形状測定処理の準備の後でかつ図３０〜図３２の形状測定処理の前に行われる。以下、図１、図２、図４１および図４２を参照しながら測定条件の選択の手順を説明する。

ＣＰＵ２１０は、使用者によりＲＯＩの設定が指示されたか否かを判定する（ステップＳ６１）。使用者は、図２３の形状測定処理の準備の後にＲＯＩの設定を指示することができる。あるいは、使用者は、形状測定処理の準備におけるステップＳ３の第１の調整が終了した後に形状測定処理の準備の準備を終了してＲＯＩの設定を指示することができる。

ステップＳ６１において、ＲＯＩの設定が指示されない場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ６３の処理に進む。一方、ＲＯＩの設定が指示された場合、ＣＰＵ２１０は使用者の指示に基づいてＲＯＩを設定する（ステップＳ６２）。

次に、ＣＰＵ２１０は、使用者により第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されたか否かを判定する（ステップＳ６３）。本例においては、第１の測定条件は、例えば測定モードである。

ステップＳ６３において、第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０は、第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されるまで待機する。一方、ステップＳ６３において、第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示された場合、ＣＰＵ２１０は、第１の測定条件における測定困難領域を識別可能に複数のプレビュー画像を表示部４００に表示する（ステップＳ６４）。表示部４００に表示された複数のプレビュー画像のうちの１つが使用者に選択されることにより、対応する一の測定モードが決定される。

続いて、ＣＰＵ２１０は、使用者により第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されたか否かを判定する（ステップＳ６５）。本例においては、第２の測定条件は、例えば測定対象物Ｓの姿勢である。第２の測定条件は、例えば測定対象物Ｓの位置であってもよい。

ステップＳ６５において、第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０はステップＳ６７の処理に進む。一方、ステップＳ６５において、第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示された場合、ＣＰＵ２１０は、第２の測定条件における測定困難領域を識別可能に複数のプレビュー画像を表示部４００に表示する（ステップＳ６６）。表示部４００に表示された複数のプレビュー画像のうちの１つが使用者に選択されることにより、対応する測定対象物Ｓの一の姿勢が決定される。

その後、ＣＰＵ２１０は、使用者により第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されたか否かを判定する（ステップＳ６７）。本例においては、第３の測定条件は、例えば測定光の照射方向である。

ステップＳ６７において、第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示されていない場合、ＣＰＵ２１０は測定条件の選択の手順を終了する。一方、ステップＳ６５において、第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示が指示された場合、ＣＰＵ２１０は、第３の測定条件における測定困難領域を識別可能に複数のプレビュー画像を表示部４００に表示する（ステップＳ６８）。

表示部４００に表示された複数のプレビュー画像のうちの１つが使用者に選択されることにより、対応する測定光の一の照射方向が決定される。これにより、測定条件の選択の手順が終了する。その後、選択された条件により図３０〜図３２の形状測定処理が実行される。

このように、使用者は、形状測定処理の前に、形状測定処理において生じる測定困難領域の種類、位置および面積のうち少なくとも１つが異なる複数の測定条件を認識することができる。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、形状測定において生じる測定困難領域の種類、位置および面積のうち少なくとも１つが異なる複数の測定条件のうち、形状測定に適した測定条件を容易に適切に選択することができる。

（ｂ）第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示
図４３は、測定条件の選択の手順に含まれる第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図４３を参照しながら第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を説明する。

まず、ＣＰＵ２１０は、一の測定モードを設定する（ステップＳ７１）。本例においては、初期の測定モードとしてスタンダードモードが設定されている。次に、ＣＰＵ２１０は、測定光の明るさを調整する（ステップＳ７２）。

続いて、ＣＰＵ２１０は、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Ｓ７３）。ここで、後述するステップＳ７４において、画像データに基づく測定困難領域の推定が行われる場合には、画像データを生成するための測定光が測定対象物Ｓに照射される。一方、主立体形状データに基づく測定困難領域の推定が行われる場合には、画像データを生成するための測定光および主立体形状データを生成するための測定光（例えばコード状測定光）が測定対象物Ｓに順次照射される。

その後、ＣＰＵ２１０は、画像データまたは主立体形状データに基づく測定困難領域を推定する（ステップＳ７４）。本例においては、ＣＰＵ２１０は、画像データに基づく測定困難領域を推定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓに均一パターンを有する測定光を照射することにより、表示部４００にプレビュー画像を表示するためのプレビュー画像データを生成する（ステップＳ７５）。

次に、ＣＰＵ２１０は、全ての測定モードにおける測定困難条件が推定されたか否かを判定する（ステップＳ７６）。ステップＳ７６において、全ての測定モードにおける測定困難条件が推定されていない場合、ＣＰＵ２１０は、測定モードを変更する（ステップＳ７７）。

本例においては、スタンダードモードにおける測定困難領域が推定された場合には、測定モードはファインモードに変更される。スタンダードモードおよびファインモードにおける測定困難領域が推定された場合には、測定モードはハレーション除去モードに変更される。スタンダードモード、ファインモードおよびハレーション除去モードにおける測定困難領域が推定された場合には、測定モードはスーパーファインモードに変更される。

その後、ＣＰＵ２１０はステップＳ７２の処理に戻る。全ての測定モードにおける測定困難条件が推定されるまで、ステップＳ７２〜Ｓ７６の処理が繰り返される。これにより、複数の測定モードにおけるプレビュー画像の明るさが互いに略等しくなる。

ステップＳ７６において、全ての測定モードにおける測定困難条件が推定された場合、ＣＰＵ２１０は、複数のプレビュー画像を、対応する複数の測定モードにおいて推定された測定困難領域を識別可能に図３５の表示部４００の画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄにそれぞれ表示する（ステップＳ７８）。

ここで、ＣＰＵ２１０は、複数の測定モードで測定対象物Ｓの形状測定処理を実行する場合において推定される測定時間を複数のプレビュー画像と対応するように表示部４００に表示する。また、ＣＰＵ２１０は、複数の測定モードに対応する図３９の測定情報を記載した表Ｔを表示部４００に表示してもよい。

使用者は、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄに表示された複数のプレビュー画像および測定時間を見て、適切な測定モードに対応するプレビュー画像を選択する。ＣＰＵ２１０は、使用者により選択されたプレビュー画像に基づいて測定モードを決定する（ステップＳ７９）。これにより、第１の測定条件におけるプレビュー画像の表示を終了する。

ステップＳ７８において、ＣＰＵ２１０は、推奨する測定モードを判定し、その測定モードに対応するプレビュー画を識別可能に表示してもよい。この場合、使用者は、推奨された測定モードを考慮しつつ、複数の測定モードから適切な測定モードを選択することができる。

推奨する測定モードは、測定可能領域の大きさに基づいて判定されてもよいし、ＲＯＩが設定されている場合にはＲＯＩに含まれる測定可能領域の大きさに基づいて判定されてもよい。あるいは、推奨する測定モードは、測定可能領域の大きさおよび測定時間の短さの兼ね合いに基づいて適切に判定されてもよい。

（ｃ）第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示
図４４は、測定条件の選択の手順に含まれる第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図４４を参照しながら第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を説明する。

まず、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの一の姿勢を設定する（ステップＳ８１）。本例においては、初期の姿勢として第１の姿勢が設定されている。次に、ＣＰＵ２１０は、測定光の明るさを調整する（ステップＳ８２）。

続いて、ＣＰＵ２１０は、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Ｓ８３）。ここで、後述するステップＳ８４において、画像データに基づく測定困難領域の推定が行われる場合には、画像データを生成するための測定光が測定対象物Ｓに照射される。一方、主立体形状データに基づく測定困難領域の推定が行われる場合には、画像データを生成するための測定光および主立体形状データを生成するための測定光（例えばコード状測定光）が測定対象物Ｓに順次照射される。

その後、ＣＰＵ２１０は、画像データまたは主立体形状データに基づく測定困難領域を推定する（ステップＳ８４）。本例においては、ＣＰＵ２１０は、画像データに基づく測定困難領域を推定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓに均一パターンを有する測定光を照射することにより、表示部４００にプレビュー画像を表示するためのプレビュー画像データを生成する（ステップＳ８５）。

次に、ＣＰＵ２１０は、全ての姿勢における測定困難条件が推定されたか否かを判定する（ステップＳ８６）。ステップＳ８６において、全ての姿勢における測定困難条件が推定されていない場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの姿勢を変更する（ステップＳ８７）。測定対象物Ｓの姿勢は、例えばθステージ１４３が回転することにより行われる。

本例においては、第１の姿勢における測定困難領域が推定された場合には、測定対象物Ｓの姿勢は第２の姿勢に変更される。第１および第２の姿勢における測定困難領域が推定された場合には、測定対象物Ｓの姿勢は第３の姿勢に変更される。第１〜第３の姿勢における測定困難領域が推定された場合には、測定対象物Ｓの姿勢は第４の姿勢に変更される。

その後、ＣＰＵ２１０はステップＳ８２の処理に戻る。全ての姿勢における測定困難条件が推定されるまで、ステップＳ８２〜Ｓ８６の処理が繰り返される。これにより、第１〜第４の姿勢におけるプレビュー画像の明るさが互いに略等しくなる。

ステップＳ８６において、全ての姿勢における測定困難条件が推定された場合、ＣＰＵ２１０は、複数のプレビュー画像を、対応する複数の姿勢において推定された測定困難領域を識別可能に図３７の表示部４００の画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄにそれぞれ表示する（ステップＳ８８）。ここで、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの複数の姿勢に対応する図３９の測定情報を記載した表Ｔを表示部４００に表示してもよい。

使用者は、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｄに表示された複数のプレビュー画像を見て、測定対象物Ｓの適切な姿勢に対応するプレビュー画像を選択する。ＣＰＵ２１０は、使用者により選択されたプレビュー画像に基づいて測定対象物Ｓの姿勢を決定する（ステップＳ８９）。これにより、第２の測定条件におけるプレビュー画像の表示を終了する。

ステップＳ８８において、ＣＰＵ２１０は、推奨する測定対象物Ｓの姿勢を判定し、その測定対象物Ｓの姿勢に対応するプレビュー画を識別可能に表示してもよい。この場合、使用者は、推奨された測定対象物Ｓの姿勢を考慮しつつ、複数の姿勢から適切な姿勢を選択することができる。

（ｄ）第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示
図４５は、測定条件の選択の手順に含まれる第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図４５を参照しながら第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示の詳細を説明する。

まず、ＣＰＵ２１０は、測定光の一の照射方向を設定する（ステップＳ９１）。本例においては、初期の測定光の照射方向として第１の照射方向が設定されている。次に、ＣＰＵ２１０は、測定光の明るさを調整する（ステップＳ９２）。

続いて、ＣＰＵ２１０は、両方の投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに順次測定光を照射する（ステップＳ９３）。ここで、後述するステップＳ９４において、画像データに基づく測定困難領域の推定が行われる場合には、画像データを生成するための測定光が測定対象物Ｓに照射される。一方、主立体形状データに基づく測定困難領域の推定が行われる場合には、画像データを生成するための測定光および主立体形状データを生成するための測定光（例えばコード状測定光）が測定対象物Ｓに順次照射される。

その後、ＣＰＵ２１０は、画像データまたは主立体形状データに基づく測定困難領域を推定する（ステップＳ９４）。本例においては、ＣＰＵ２１０は、画像データに基づく測定困難領域を推定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓに均一パターンを有する測定光を照射することにより、表示部４００にプレビュー画像を表示するためのプレビュー画像データを生成する（ステップＳ９５）。

次に、ＣＰＵ２１０は、全ての照射方向における測定困難条件が推定されたか否かを判定する（ステップＳ９６）。ステップＳ９６において、全ての照射方向における測定困難条件が推定されていない場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの照射方向を変更する（ステップＳ９７）。

本例においては、第１の照射方向における測定困難領域が推定された場合には、照射方向は第２の照射方向に変更される。第１および第２の照射方向における測定困難領域が推定された場合には、照射方向は第３の照射方向に変更される。

その後、ＣＰＵ２１０はステップＳ９２の処理に戻る。全ての照射方向における測定困難条件が推定されるまで、ステップＳ９２〜Ｓ９６の処理が繰り返される。これにより、第１〜第３の照射方向におけるプレビュー画像の明るさが互いに略等しくなる。ステップＳ９７において照射方向が第２の照射方向に変更された場合は、ステップＳ９３において一方の投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに測定光が照射される。ステップＳ９７において照射方向が第３の照射方向に変更された場合は、ステップＳ９３において他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が照射される。

ステップＳ９６において、全ての照射方向における測定困難条件が推定された場合、ＣＰＵ２１０は、複数のプレビュー画像を、対応する複数の照射方向において推定された測定困難領域を識別可能に図３８の表示部４００の画像表示領域４５０ａ〜４５０ｃにそれぞれ表示する（ステップＳ９８）。ここで、ＣＰＵ２１０は、測定光の複数の照射方向に対応する図３９の測定情報を記載した表Ｔを表示部４００に表示してもよい。

使用者は、画像表示領域４５０ａ〜４５０ｃに表示された複数のプレビュー画像を見て、適切な照射方向に対応するプレビュー画像を選択する。ＣＰＵ２１０は、使用者により選択されたプレビュー画像に基づいて照射方向を決定する（ステップＳ９９）。これにより、第３の測定条件におけるプレビュー画像の表示を終了する。

ステップＳ９８において、ＣＰＵ２１０は、推奨する照射方向を判定し、その照射方向に対応するプレビュー画を識別可能に表示してもよい。この場合、使用者は、推奨された照射方向を考慮しつつ、複数の照射方向から適切な照射方向を選択することができる。

（１０）効果
本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、形状測定処理の前に、画像データまたは主立体形状データに基づいて、異なる複数の測定条件で実行される形状測定処理において生じる測定対象物Ｓの測定困難領域がＰＣ２００によりそれぞれ推定される。また、複数の測定条件に対応して推定された測定困難領域を認識可能に、複数の測定条件にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数のプレビュー画像が表示部４００に表示される。

ここで、画像データに基づいて測定対象物Ｓの測定困難領域が推定された場合には、測定困難領域を識別可能に２次元的な複数のプレビュー画像が表示部４００表示される。主立体形状データに基づいて測定対象物Ｓの測定困難領域が推定された場合には、測定困難領域を識別可能に３次元的な複数のプレビュー画像が表示部４００表示される。測定困難領域が推定は、測定対象物Ｓの形状測定を行う場合に比べて短時間で行われる。

使用者は、表示部４００に表示された複数のプレビュー画像に基づいて複数の測定条件のいずれかを選択することができる。使用者により選択された測定条件で形状測定処理が実行される。この構成によれば、使用者は、形状測定処理の前に、２次元的または３次元的な複数のプレビュー画像に基づいて短時間で異なる複数の測定条件で実行される形状測定処理において生じる測定対象物Ｓの測定困難領域を認識することができる。これにより、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、測定対象物Ｓの測定条件を容易に適切に選択することができる。

また、複数の測定モードに対応する測定困難領域の推定に要した推定時間に基づいて、複数の測定モードにおける形状測定処理に要する測定時間がそれぞれ推定される。推定された測定時間が表示部４００に表示される。これにより、使用者は、複数の測定モードにおける形状測定処理に要する測定時間を認識することができる。その結果、使用者は、測定対象物Ｓの形状測定処理の前に、測定困難領域の大きさおよび測定時間の短さの兼ね合いを判断して、測定対象物Ｓの測定モードを容易に適切に選択することができる。

［７］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。

測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、投光部１１０が投光部の例であり、受光部１２０が受光部の例である。ＣＰＵ２１０がデータ生成部、制御部および処理装置の例であり、表示部４００が表示部の例であり、操作部２５０が操作部の例であり、形状測定装置５００が形状測定装置の例である。

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
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ 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 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
３１０ 制御基板
３２０ 照明光源
４００ 表示部
４１０，４２０，４５０，４５０ａ〜４５０ｄ 画像表示領域
４３０，４４０ 光量設定バー
４３０ｓ，４４０ｓ，４７２ｓ スライダ
４６０ 測定条件表示領域
４６１ａ〜４６１ｄ，４６３ａ〜４６３ｃ，４６５ａ〜４６５ｄ，４８４ａ〜４８４ｃ
チェックボックス
４６２ａ〜４６２ｄ，４６４ 測定時間表示欄
４６６ 更新ボタン
４６７ ＯＫボタン
４７０，４８０ 設定変更領域
４７１ 明るさ選択欄
４７２ 明るさ設定バー
４７３ 表示切換欄
４７４ 倍率切換欄
４７５ 倍率選択欄
４７６ 焦点調整欄
４８０Ａ 顕微鏡モード選択タブ
４８０Ｂ 形状測定モード選択タブ
４８１ ツール選択欄
４８１ａ 測定ツール表示欄
４８１ｂ 補助ツール表示欄
４８２ 撮影ボタン
４８３ 測定ボタン
４８４ テクスチャ画像選択欄
５００ 形状測定装置
ＭＦ 測定位置指定枠
Ｓ 測定対象物
Ｓｈ 孔
Ｓｓ 影
Ｓｗ，Ｓｙ，Ｓｚ 板状部材
Ｓｘ 角柱状部材
Ｔ 表

Claims (9)

1. 測定対象物が載置されるステージと、
   前記ステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光を位相シフトさせつつ複数回照射するように構成される投光部と、
   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、
   前記受光部により出力された受光信号に基づいて、測定対象物の画像データを生成し、測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成するように構成されるデータ生成部と、
   測定条件選択時に、第１および第２の測定条件の各々において測定対象物の画像データまたは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データ生成部を制御する制御部と、
   測定条件選択時に、前記第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像を表示するように構成される表示部と、
   測定条件選択時に、前記表示部に表示された前記第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて前記第１および第２の測定条件のいずれかを選択するために使用者により操作される操作部とを備え、
   前記第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、
   前記第２の測定条件においては、前記第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が前記第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射され、
   前記制御部は、形状測定時に、前記操作部の操作により選択された測定条件で立体形状データが生成されるように前記投光部、前記受光部および前記データ生成部を制御する、形状測定装置。
2. 前記制御部は、測定条件選択時における各測定条件に対応する画像データまたは立体形状データの生成に要する時間が形状測定時における形状測定に要する測定時間よりも短くなるように前記投光部、前記受光部および前記データ生成部を制御する、請求項１記載の形状測定装置。
3. 前記第２の回数は前記第１の回数より多い、請求項１または２記載の形状測定装置。
4. 前記第１の投影パターンは、均一な光量分布を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
5. 前記制御部は、前記第１および第２の測定条件の各々における形状測定に要する測定時間を表示するように前記表示部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
6. 前記制御部は、測定条件選択時に、前記第１および第２の測定条件とは異なる第３の測定条件において測定対象物の画像データまたは立体形状データをさらに生成するように、前記投光部、前記受光部および前記データ生成部を制御し、
   前記表示部は、測定条件選択時に、前記第３の測定条件に対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像をさらに表示し、
   前記操作部は、測定条件選択時に、前記表示部に表示された前記第１、第２および第３の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて前記第１、第２および第３の測定条件のいずれかを選択するために使用者により操作され、
   前記第３の測定条件における前記受光部の露光時間および前記投光部により測定対象物に照射される測定光の強度の少なくとも一方が前記第１および第２の測定条件とは異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の形状測定装置。
7. 前記制御部は、測定条件選択時に、前記第３の測定条件において前記受光部の露光時間および前記投光部により測定対象物に照射される測定光の強度の少なくとも一方を複数変化させることによりダイナミックレンジが拡大された画像データまたは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データ生成部を制御する、請求項６記載の形状測定装置。
8. 測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光を照射し、測定対象物により反射された光を受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、前記受光部により出力された受光信号に基づいて、前記第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成するステップと、
   測定条件選択時に、前記第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像を表示部に表示するステップと、
   測定条件選択時に、前記表示部に表示された前記第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて前記第１および第２の測定条件のいずれかの選択を受け付けるステップと、
   形状測定時に、選択された測定条件で前記投光部により前記ステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光を位相シフトさせつつ複数回照射し、測定対象物により反射された光を選択された測定条件で前記受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、前記受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で立体形状データを生成するステップとを備え、
   前記第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、
   前記第２の測定条件においては、前記第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が前記第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射される、形状測定方法。
9. 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、
   測定条件選択時に、第１および第２の測定条件で投光部によりステージに載置された測定対象物に測定光を照射し、測定対象物により反射された光を受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、前記受光部により出力された受光信号に基づいて、前記第１および第２の測定条件の各々において画像データまたは測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成する処理と、
   測定条件選択時に、前記第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像データまたは立体形状データに基づいて、測定対象物の画像を表示部に表示する処理と、
   測定条件選択時に、前記表示部に表示された前記第１および第２の測定条件にそれぞれ対応する画像に基づいて前記第１および第２の測定条件のいずれかの選択を受け付ける処理と、
   形状測定時に、選択された測定条件で前記投光部により前記ステージに載置された測定対象物に周期的な投影パターンを有する測定光を位相シフトさせつつ複数回照射し、測定対象物により反射された光を選択された測定条件で前記受光部により受光し、受光量を示す受光信号を出力し、前記受光部により出力された受光信号に基づいて、選択された測定条件で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、
   前記第１の測定条件においては、第１の投影パターンを有する測定光が予め定められた第１の回数だけ測定対象物に照射され、
   前記第２の測定条件においては、前記第１の投影パターンとは異なる第２の投影パターンを有する測定光が前記第１の回数とは異なる予め定められた第２の回数だけ測定対象物に照射される、形状測定プログラム。

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