JP2020115127A - マシンビジョン検査システムを用いてワークピース表面のｚ高さ値を測定するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】速度が向上したワークピース表面の３次元測定のためのシステムを提供する。【解決手段】マシンビジョン検査システム１００を用いてワークピース２０表面のＺ高さ値を測定するための方法は、構造化光でワークピース表面を照明することと、ワークピースの少なくとも２つの画像スタックを収集することであって、各スタックは、スタックの各々において対応するＺ高さにおける構造化光とワークピース表面との間の異なるＸＹ位置を含む、ことと、同一のＺ高さであるＸＹ面内の同一ワークピース位置に対応する画素の強度値のセットに基づいてＺ値を決定することと、を含む。ＸＹ位置は、各画像スタックにおいてＺ高さよりも低速で変化し、少なくとも２つのスタックの各々の間に連続的にＺシフトよりも低速で変化するか、又は、少なくとも２つのスタックの各々の間は異なる値に固定されている。【選択図】図２

Description

本開示は、（例えばマシンビジョン検査システムにおける）非接触ワークピース表面測定を用いた精密計測に関し、更に具体的には、Ｚ高さセットの測定に関する。

精密マシンビジョン検査システム（又は略して「ビジョンシステム」）のような精密非接触計測システムは、物体の精密な寸法測定値を得ると共に他の様々な物体の特徴を検査するために使用することができ、コンピュータと、カメラと、光学システムと、ワークピースの走査（traversal）及び検査を可能とするために移動する精密ステージと、を含み得る。１つの例示的な従来技術のシステムは、イリノイ州オーロラに位置するMitutoyo America Corporation（ＭＡＣ）から入手可能なＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズのＰＣベースのビジョンシステム及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアである。ＱＵＩＣＫ ＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズのビジョンシステム及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアの機能及び動作については、概ね、例えば２００３年１月に発表されたＱＶＰＡＫ ３Ｄ ＣＮＣ画像測定機ユーザガイドに記載されている。これは援用によりその全体が本願に含まれる。このタイプのシステムは、顕微鏡型の光学システムを利用し、小型又は比較的大型のワークピースの検査画像を提供するようにステージを移動させる。

汎用の精密マシンビジョン検査システムは一般に、自動化ビデオ検査を行うようにプログラム可能である。このようなシステムは通常、「非専門家」のオペレータが動作及びプログラミングを実行できるように、ＧＵＩ機能及び既定の画像解析「ビデオツール」を含む。例えば米国特許第６，５４２，１８０号は、様々なビデオツールの使用を含む自動化ビデオ検査を利用したビジョンシステムを教示している。これは援用によりその全体が本願に含まれる。

このようなシステムでは、ミクロン範囲又はサブミクロン範囲の精度が望まれることが多い。これはＺ高さ測定に関して特に困難である。（カメラシステムの光軸に沿った）Ｚ高さ測定は概して、例えば自動合焦ツールによって決定されるような「ベストフォーカス」位置から導出される。ベストフォーカス位置の決定は一般に、複数の画像から導出された情報を組み合わせること及び／又は比較することに依存する比較的複雑なプロセスである。このため、Ｚ高さ測定で達成される精度及び信頼性のレベルは、典型的に単一画像内の要素間の関係に基づいて測定が行われるＸ及びＹ測定軸で達成されるレベルよりも低いことが多い。近年、単純な撮像に通常伴う光学的限界を超えて（例えばミクロン及びサブミクロンのレベルまで）測定分解能及び／又は精度を向上させるため、一般に「構造化照明顕微鏡法」（ＳＩＭ：structured illumination microscopy）方法と称される既知の技法が顕微鏡測定及び検査システムに組み込まれている。１つのそのようなシステムが、Ekstrand及びZhangによる「Autoexposure for three-dimensional shape measurement using a digital-light-processing projector」と題する論文（Optical Engineering 50(12)、123603（2011年12月））に開示されている。同様の測定機能を、白色光干渉計（ＷＬＩ：white light interferometer）システムによって提供することができる。１つのそのようなシステムが米国特許公報第２０１６０１３１４７４Ａ１号に開示されている。

ＳＩＭ又はＷＬＩ技法を用いたシステムは良好な測定分解能及び／又は精度を提供するが、極めて低速であることが多い。速度が向上したワークピース表面の３次元測定のためのシステムを提供することが望まれている。

この概要は、以下で「発明を実施するための形態」において更に記載するいくつかの概念を簡略化した形態で紹介するために提示する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴（features）を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲の決定に役立てるため用いることも意図していない。

マシンビジョン検査システムを用いてワークピース表面のＺ高さ値を測定するための方法は、少なくとも１つの方向において高い空間周波数の内容を（例えば小さい周期で）有する構造化光によってワークピース表面を照明することと、ワークピースの少なくとも２つの画像スタックを収集することであって、各スタックは、スタックの各々において対応するＺ高さにおける構造化光とワークピース表面との間の異なるＸＹ位置を含むように、少なくとも２つの画像スタックを収集することと、同一のＺ高さであるＸＹ面内の同一ワークピース位置に対応する画素の強度値のセットに基づいてＺ値を決定することと、を含む。ＸＹ位置は、各画像スタックにおいてＺ高さよりも低速（lower rate）で変化する。ＸＹ位置は、少なくとも２つのスタックの各々の間に連続的にＺシフトよりも低速で変化するか、又は、少なくとも２つのスタックの各々の間は異なる値に固定され、各スタックは連続的なＺシフトを行いながら収集される。

汎用の精密マシンビジョン検査システムの種々の典型的なコンポーネントを示す図である。 図１のものと同様の、本明細書に開示されるいくつかの特徴を含むマシンビジョン検査システムの制御システム部及びビジョン構成要素部のブロック図である。 図２に示されている構造化照明パターン発生器の１つの例示的な実施例を含むブロック図である。 構造化照明パターン発生部を示す。 構造化照明パターン発生部を示す。 マシンビジョン検査システムの代替的な実施例の一部を示す。 本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システムの一部及びワークピースの第１の実施例を示す図である。 本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システムの一部及びワークピースの第１の実施例を示す図である。 図４Ａ及び図４Ｂに示すもののようなマシンビジョン検査システムによって測定されたワークピース表面の画像のコントラスト尺度とＺ高さとの関係を示す図である。 本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システムの第２の実施例によって照明されたワークピースの一部を示す図である。 本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システムの第３の実施例によって照明されたワークピースの一部を示す図である。 本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システムの第４の実施例によって照明されたワークピースの一部を示す図である。 本明細書に開示された原理に従ったマシンビジョン検査システムを用いてワークピース表面のＺ高さ値を測定するための方法を示すフロー図である。

図１は、本明細書に記載される方法に従って撮像システムとして使用可能である１つの例示的なマシンビジョン検査システム１０のブロック図である。マシンビジョン検査システム１０は画像測定機１２を含み、これは、制御コンピュータシステム１４とデータ及び制御信号を交換するように動作可能に接続されている。制御コンピュータシステム１４は更に、モニタ又はディスプレイ１６、プリンタ１８、ジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６と、データ及び制御信号を交換するように動作可能に接続されている。モニタ又はディスプレイ１６は、マシンビジョン検査システム１０の動作の制御及び／又はプログラミングに適したユーザインタフェースを表示することができる。様々な実施例では、タッチスクリーンタブレット等によって、要素１４、１６、２２、２４、及び２６のいずれか又は全ての機能を代用すること及び／又はこれらの機能を冗長的に与えることが可能であることは認められよう。

制御コンピュータシステム１４は一般に、分散型又はネットワーク型のコンピューティング環境等を含む任意の適切なコンピューティングシステム又はデバイスを用いて実施され得ることは、当業者には認められよう。このようなコンピューティングシステム又はデバイスは、本明細書に記載する機能を実現するためにソフトウェアを実行する１つ以上の汎用又は特殊用途プロセッサ（例えば非カスタムデバイス又はカスタムデバイス）を含み得る。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等のメモリ、又はそのようなコンポーネントの組み合わせに記憶することができる。また、ソフトウェアは、光学ベースのディスク、フラッシュメモリデバイス、又はデータを記憶するための他のいずれかのタイプの不揮発性記憶媒体のような１つ以上の記憶デバイスに記憶することができる。ソフトウェアは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む１つ以上のプログラムモジュールを含み得る。分散型コンピューティング環境では、プログラムモジュールの機能性は、有線又は無線のいずれかの構成において、複数のコンピューティングシステム又はデバイスにまたがるように組み合わせるか又は分散させ、サービスコールを介してアクセスすることができる。

画像測定機１２は、可動ワークピースステージ３２と、ズームレンズ又は交換可能対物レンズを含み得る光学撮像システム３４と、を含む。ズームレンズ又は交換可能対物レンズは一般に、光学撮像システム３４によって得られる画像に様々な倍率を与える。マシンビジョン検査システム１０の様々な実施例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，４５４，０５３号、第７，３２４，６８２号、第８，１１１，９０５号、及び８，１１１，９３８号にも記載されている。これらの各々は援用により全体が本願にも含まれるものとする。

図２は、図１のマシンビジョン検査システムと同様の、本明細書に開示されるいくつかの特徴を含むマシンビジョン検査システム１００の制御システム部１２０及びビジョン構成要素部２００のブロック図である。後で詳しく記載されるように、制御システム部１２０を用いてビジョン構成要素部２００及び制御可能構造化照明パターン（ＳＩＰ：structured illumination pattern）発生部３００を制御する。制御システム部１２０は、ビジョン構成要素部２００及び制御可能ＳＩＰ発生部３００の双方とデータ及び制御信号を交換するように配置できる。ビジョン構成要素部２００は、光学アセンブリ部２０５と、光源２２０、２３０、及び２４０と、中央の透明部２１２を有するワークピースステージ２１０と、を含む。ワークピースステージ２１０は、ワークピース２０を配置することができるステージの表面に対して概ね平行な面内にあるＸ軸及びＹ軸に沿って制御可能に移動できる。

光学アセンブリ部２０５は、カメラシステム２６０及び交換可能対物レンズ２５０を含む。いくつかの実施例において、光学アセンブリ部２０５は任意選択的に、例えば米国特許第９，１４３，６７４号（これは援用によりその全体が本願に含まれる）に開示されているもの等の可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ：tunable acoustic gradient）のような可変焦点距離（ＶＦＬ：variable focal length）レンズ２７０を含み得る。

様々な実施例において、光学アセンブリ部２０５は更に、レンズ２２６と２２８を有するターレットレンズアセンブリ２２３も含む場合がある。ターレットレンズアセンブリの代わりに、様々な実施例では、固定もしくは手作業で交換可能な倍率可変レンズ（magnification-altering lens）、又はズームレンズ構成等を含んでもよい。様々な実施例において、交換可能対物レンズ２５０は、可変倍率レンズ部の一部として含まれる固定倍率対物レンズのセット（例えば、０．５倍、１倍、２倍又は２．５倍、５倍、１０倍、２０倍又は２５倍、５０倍、１００倍等の倍率に対応した対物レンズのセット）から選択することができる。

光学アセンブリ部２０５は、制御可能モータ２９４を用いることで、Ｘ軸及びＹ軸に概ね直交したＺ軸に沿って制御可能に移動できる。制御可能モータ２９４はアクチュエータを駆動して、ワークピース２０の画像の焦点を変えるために光学アセンブリ部２０５をＺ軸に沿って動かす。制御可能モータ２９４は、信号ライン２９６を介して入出力インタフェース１３０に接続され、以下で詳述するように、より小さい範囲にわたって画像の焦点を変化させる。ワークピース２０は、ワークピースステージ２１０上に配置することができる。ワークピースステージ２１０は、光学アセンブリ部２０５に対して移動するように制御され、交換可能対物レンズ２５０の視野がワークピース２０上の複数のロケーション間で及び／又は複数のワークピース２０間で移動できるようになっている。

透過照明光源２２０、落射照明光源２３０、及び斜め照明光源２４０（例えばリング光）のうち１つ以上が、それぞれ光源光２２２、２３２、及び／又は２４２を発して、１又は複数のワークピース２０を照明することができる。例えば画像露光中に、落射照明光源２３０は、ビームスプリッタ２９０（例えば部分ミラー（partial mirror））を含む経路に沿って光源光２３２を発することができる。光源光２３２はワークピース画像光２５５として反射又は透過され、撮像のため用いられるこのワークピース画像光は、交換可能対物レンズ２５０及びターレットレンズアセンブリ２２３を通過して、カメラシステム２６０によって集光される。１又は複数のワークピース２０の画像を含むワークピース画像露光は、カメラシステム２６０によってキャプチャされ、制御システム部１２０への信号ライン２６２上に出力される。

様々な光源（例えば光源２２０、２３０、２４０）は、関連付けられた信号ライン（例えばそれぞれバス２２１、２３１、２４１）を介して制御システム部１２０の照明制御インタフェース１３３に接続することができる。制御システム部１２０は、画像の倍率を変更するため、ターレットレンズアセンブリ２２３を軸２２４に沿って回転させることで、信号ライン又はバス２２３’を介してターレットレンズを１つ選択するよう制御できる。

図２に示すように、種々の例示的な実施例において制御システム部１２０は、制御部１２５、入出力インタフェース１３０、メモリ１４０、ワークピースプログラム発生器及び実行器１７０、及び電源部１９０を含む。これらのコンポーネント及び以下で説明する追加のコンポーネントの各々は、１つ以上のデータ／制御バス及び／又はアプリケーションプログラミングインタフェースによって、又は様々な要素間の直接接続によって、相互接続することができる。入出力インタフェース１３０は、撮像制御インタフェース１３１、移動制御インタフェース１３２、照明制御インタフェース１３３、及びレンズ制御インタフェース１３４を含む。

照明制御インタフェース１３３は照明制御要素１３３ａ〜１３３ｎを含むことができ、これらは、マシンビジョン検査システム１００の様々な対応する光源について、例えば選択、パワー、及びオン／オフ切り換えを制御する。照明制御インタフェース１３３は照明制御要素１３３ｓｉｐも含み、これは説明されている実施形態において、構造化照明パターン（ＳＩＰ）発生部３００と連携動作して、画像取得中に構造化照明を提供する。これについては以下で更に詳しく記載する。

メモリ１４０は、画像ファイルメモリ部１４１、１つ以上のパートプログラム等を含み得るワークピースプログラムメモリ部１４２、及びビデオツール部１４３を含むことができる。ビデオツール部１４３は、対応する各ビデオツールのためのＧＵＩや画像処理動作等を決定するビデオツール部１４３ａ及び他のビデオツール部（例えば１４３ｎ）、並びに関心領域（ＲＯＩ：region of interest）発生器１４３ｒｏｉを含む。関心領域発生器１４３ｒｏｉは、ビデオツール部１４３内に含まれる様々なビデオツールにおいて動作可能である様々なＲＯＩを規定する自動、半自動、及び／又は手動の動作をサポートする。エッジ要素を位置特定すると共に他のワークピース要素検査動作を実行するためのそのようなビデオツールの動作の例については、前述の本願に含まれる引例のいくつか、及び米国特許第７，６２７，１６２号（これは援用によりその全体が本願に含まれる）に更に詳しく記載されている。

ビデオツール部１４３は、合焦高さ測定動作のためのＧＵＩや画像処理動作等を決定する自動合焦ビデオツール１４３ａｆも含む。様々な実施例において、自動合焦ビデオツール１４３ａｆは更に、図３Ａに示されているハードウェアを用いて高速で合焦高さを測定するために利用できる高速合焦高さツールも含むことができる。これについては、援用によりその全体が本願に含まれる米国特許第９，１４３，６７４号に更に詳しく記載されている。様々な実施例において、高速合焦高さツールは、これ以外の場合には自動合焦ビデオツールのための従来の方法に従って動作する自動合焦ビデオツール１４３ａｆの特別モードとしてもよく、又は、自動合焦ビデオツール１４３ａｆの動作は高速合焦高さツールの動作のみを含んでもよい。１又は複数の画像関心領域のための高速自動合焦及び／又は合焦位置決定は、既知の方法に従って画像を解析して様々な領域の対応する定量的コントラスト尺度を決定することに基づき得る。例えばそのような方法は、米国特許第８，１１１，９０５号、第７，５７０，７９５号、及び第７，０３０，３５１号に記載されている。これらは援用により全体が本願に含まれる。

本開示の文脈において、当業者に既知であるように、「ビデオツール」という言葉は概ね、マシンビジョンユーザが比較的シンプルなユーザインタフェースを介して実施可能である比較的複雑な自動化又はプログラミングされた動作セットのことである。例えばビデオツールは、あらかじめプログラミングされた複雑な画像処理動作及び計算セットを含み、これらの動作及び計算を規定する少数の変数又はパラメータを調整することによって特定のインスタンスでこれらを適用及びカスタム化することができる。ビデオツールは、基礎にある動作及び計算の他に、ビデオツールの特定のインスタンス向けにそれらのパラメータをユーザが調整することを可能とするユーザインタフェースも備えている。場合によっては、目に見えるユーザインタフェース機能がビデオツールと称され、基礎にある動作は暗黙的に含まれることに留意すべきである。

１つ以上のディスプレイデバイス１３６（例えば図１のディスプレイ１６）及び１つ以上の入力デバイス１３８（例えば図１のジョイスティック２２、キーボード２４、及びマウス２６）は、入出力インタフェース１３０に接続することができる。ディスプレイデバイス１３６及び入力デバイス１３８を用いて、様々なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）機能を含み得るユーザインタフェースを表示することができる。それらの機能は、検査動作の実行、及び／又はパートプログラムの生成及び／又は修正、カメラシステム２６０によってキャプチャされた画像の閲覧、及び／又はビジョン構成要素部２００の直接制御のために使用可能である。

種々の例示的な実施例において、ユーザがマシンビジョン検査システム１００を用いてワークピース２０のためのパートプログラムを生成する場合、ユーザは、マシンビジョン検査システム１００を学習モードで動作させて所望の画像取得訓練シーケンスを提供することによって、パートプログラム命令を発生させる。例えば訓練シーケンスは、代表的ワークピースの特定のワークピース要素を視野（ＦＯＶ）内に配置し、照明レベルを設定し、合焦又は自動合焦を行い、画像を取得し、（例えばそのワークピース要素に対してビデオツールのうち１つのインスタンスを用いて）画像に適用される検査訓練シーケンスを提供することを含み得る。学習モードは、この１又は複数のシーケンスがキャプチャ又は記録されて、対応するパートプログラム命令に変換されるように動作する。パートプログラムが実行された場合、これらの命令はマシンビジョン検査システムに訓練した画像取得を再現させると共に、検査動作を行って、パートプログラムの生成時に用いた代表的ワークピースに合致する実行モードの１又は複数のワークピース上の特定のワークピース要素（すなわち対応位置における対応する要素）を自動的に検査させる。いくつかの実施例では、そのような技法を利用して、参照物体画像を解析するためのパートプログラム命令を生成することで、以下で更に詳しく記載される機能及び動作を提供できる。

ビデオツール部１４３は、以下で更に詳しく記載するように、Ｚ高さ測定動作に関連した様々な動作及び機能を提供するＺ高さ測定ツール部１４３ｚも含む。１つの実施例において、Ｚ高さ測定ツール部１４３ｚはＺ高さツール１４３ｚｔを含むことができる。Ｚ高さツール１４３ｚｔは、例えば、自動合焦ツール１４３ａｆ及びマルチポイント自動合焦ツール１４３ｍａｆを含み得る。Ｚ高さツール１４３ｚｔは、以下で更に記載される技法に基づいてベストフォーカス高さ及び／又はＺ高さ測定値を決定するモードに構成されたＺ高さツールと連携した画像スタック取得及び関連する構造化光パターン発生動作のいくつかの態様を管理することができる。

簡潔に述べると、Ｚ高さ測定ツール部１４３ｚは、例えば合焦曲線の全体又は一部を発生するため学習モード及び実行モードの動作を行うこと、並びにそのピークをベストフォーカス位置として見出すことのような少なくともいくつかの動作を、既知のＺ高さ測定ツールと同様に実行できる。以下で、本開示の主題である追加のＺ高さ測定ツール動作について更に詳しく記載する。

図３Ａは、本明細書に開示され特許請求される様々な測定方法を実施するために使用できる構造化照明パターン（ＳＩＰ）発生部３００の１つの例示的な実施例の更なる詳細を示すことを含む、図２のビジョンシステム構成要素部２００の一部を示すブロック図である。図示されている実施例では、構造化照明パターン（ＳＩＰ）発生部３００は、ＳＩＰ光学部３６０と、光発生器３１０と、透過光及び／又は遮断光のパターンを生成するため様々なパターンに構成される制御可能画素アレイ３５１を含む空間光変調器（ＳＬＭ：spatial light modulator）３５０と、ＳＩＰ制御部３３０と、を含む。ＳＩＰ制御部３３０は、タイミング及び同期部（ＴＳＰ：timing and synchronization portion）３３６と、グレースケールパターンシーケンサ３３２’を含み得るＳＬＭ制御部３３２と、を含むことができる。ＳＬＭ制御部３３２は、例えば信号ライン又はバス３３４、３３３、及び３３８を介して、それぞれＳＬＭ３５０、光発生器３１０、及びＴＳＰ３３６に接続できる。

動作中、光発生器３１０は、ＳＩＰ光学部３６０の第１の部分を通るように光３１４を発し、この光はＳＬＭ３５０の画素アレイ３５１の照明エリアを照明するよう適切に構成される（例えばコリメートされる）ようになっている。次いでＳＬＭ３５０は、既知の方法に従って光を全体的に透過させるか、部分的に透過させるか、又は遮断して、ＳＩＰ光学部３６０の残り部分を通るように光路に沿って所望のパターンを透過又は投影することができる。図３Ａに示されているように、投影されたパターンはＳＩＰ光学部３６０から出力してビームスプリッタ２９０に入力し、落射照明光源として対物レンズ２５０を介して誘導され、視野を照明するＳＩＰ構造化光２３２’を提供する。

いくつかの実施例において、ＳＬＭ３５０は透過型ＬＣＤタイプのアレイを含むことができ、例えば、英国スコットランドのファイフのダルグティベイに本社を置くForth Dimension Displaysのマイクロディスプレイグラフィックスアレイである。これに含まれるＬＣＤ画素アレイは、所望の場合は従来のビデオ信号によって概ね制御することができ、電子的に発生させた８ビットのグレースケールパターンを表示するため使用できる。このパターンは、グレースケール値に応じてパターンの所与の画素を通して光３１４を透過させるか、部分的に透過させるか、又は遮断することができる。しかしながら、本明細書に開示される方法を用いて、制御可能な光偏向を所望のパターンで提供できる現在既知のタイプ又は今後開発されるタイプの制御可能反射性シャッタ構成を含むＳＬＭ３５０に伴ういくつかの利点を向上させることも可能である。使用され得る１つのタイプの制御可能反射性シャッタは、例えば、スコットランドのファイフのダルグティベイに本社を置くForth Dimension DisplaysのLCOS（liquid crystal on silicon）マイクロディスプレイ製品を含む。以下に記載される様々な実施例は概して、別のタイプのアレイ、すなわちデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：digital micro mirror device）を組み込んでいる。ＤＭＤ及びこれに関連するコンポーネントは、例えばTexas Instruments（テキサス州プレーノー）から入手可能なＤＬＰ製品がある。ＤＬＰは一般に、ＤＭＤデバイスのアレイ要素が「オン」位置又は「オフ」位置のいずれかにあることに関連したデジタル光処理（digital light processing）を表す。投影／透過グレースケールパターンは、ある時間にわたって蓄積した重畳二進パターンのシーケンスとして発生させなければならない。一例として、グレースケールパターンを用いた強度の二進変化又は強度の正弦波状変化として、チェック模様（checkerboard）強度パターンを実施することができる。

様々な実施例では、光発生器３１０をストロボ照明動作モードで使用して、適切な光学パワーレベルに極めて高速の光発生器応答時間（μｓ又はｎｓ範囲）を組み合わせることができる。光発生器３１０の一例は、Philips Lumileds Lighting Company（カリフォルニア州サンホゼ）から入手可能なLuxeon（商標）製品ラインのＬＥＤの１つ等、１つ以上の高強度発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。

図３Ａに示されている実施例において、ＳＬＭ３５０は市販のＤＭＤとすることができ、ＳＬＭ制御部３３２はそれに付随するデジタル制御部チップ、例えば上記で参照したTexas Instrumentsから入手可能なDLP製品のチップセットとすることができる。

図３Ｂは、構造化照明パターン発生部３００の代替案として使用できる、ＳＩＰ光学部３６０’を含む構造化照明パターン発生部３００’を示す。図３Ｂに示されているように、種々の代替的な実施例において、本明細書に開示される原理に従って構成されたマシンビジョン検査システムは、ＳＩＰ光学部３６０’を含む構造化照明パターン発生部３００’を含むことができ、ＳＩＰ光学部３６０’は、対物レンズ２５０の対物面と共役な面内に配置されたガラスマスク上のクロム、又はスリットもしくはピンホール等のアパーチャセットであり得るマスク要素３７０を備える。様々な実施例において、ＳＩＰ光学部３６０’は、構造化光２３２’をＸＹ面内でシフトさせるためマスク要素３７０をシフトさせるための圧電要素３７１を含むことができる。

図３Ｃは、構造化照明パターン発生部３００の代替案として使用できる、ＳＩＰ光学部３６０’’を含む構造化照明パターン発生部３００’’を示す。ＳＩＰ光学部３６０’’は、マスク要素３７０を含む点でＳＩＰ光学部３６０’と同様である。しかしながら、いくつかの実施例においてＳＩＰ光学部３６０’’は、光ビームのコリメートされた部分又はほぼコリメートされた部分に挿入されて構造化光２３２’をＸＹ面内でシフトさせるビームシフタ（beam shifter）要素３７２を含むことができる。ビームシフタ要素の一例は、Thorlabs（米国ニュージャージー州ニュートン）から入手可能な「Tweaker Plates」（例えば部品番号ＸＹＴ−Ａ）を含む。ビームシフトの手段として、当技術において既知の他のビームシフト要素を、構造化光発生よりも後段かつビームスプリッタ２９０よりも前段で、ビームの同様のコリメートされた部分又はほぼコリメートされた部分に挿入してもよいことは認められよう。

ＳＩＰ光学部がマスク要素を含む代替的な実施例では、以下で更に詳しく記載されるように、マスク要素は固定される場合があり、ビームシフタ要素は必須でない場合があることは認められよう。

図３Ｄは、マシンビジョン検査システム２００と同様であり、ＴＡＧレンズ等のＶＦＬレンズ２７０を更に含むマシンビジョン検査システム２００’の代替的な実施例の一部を示す。

図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書に開示される原理に従った、マシンビジョン検査システム４００の一部及びワークピース２０’の第１の実施例を示す図である。より具体的には、図４Ａ及び図４Ｂは、対物レンズ４５０によって受光される、２つの画像スタックを収集している間の異なる時点におけるワークピース２０’上の構造化光２３２’の２つのインスタンスを示す。

動作中、マシンビジョン検査システム４００は、少なくとも１つの方向において周期的である構造化光２３２’によってワークピース表面２０’を照明するように構成されている。図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、構造化光２３２’はワークピース表面２０’上で検出される焦点の合った照明パターン２３２ａ’を形成する。マシンビジョン検査システム４００は、ワークピース２０’の少なくとも２つの画像スタックを収集するように構成されている。これらの画像スタックの各々は、各スタックで対応するＺ高さにおける構造化光とワークピース表面２０’との間の異なるＸＹ位置を含む。各画像スタックにおいてＸＹ位置は各Ｚ高さよりも低速で変化する。例えば米国特許第９，５６８，３０４号及びこの特許内の引例に開示されているシステムのようなＳＩＭ又は共焦点技法を用いた既知のシステムでは、周期的な構造化光の位相は、Ｚ高さの各ステップごとに又はＺ高さの数ステップごとに循環し得る。本明細書に開示される原理に従って構成されたシステムでは、少なくとも２つの画像スタックがあり、構造化光２３２’のＸＹ位置のサイクル数は画像スタック数よりも少ない。測定を行うため収集される画像スタック総数に対して、構造化光２３２’のＸＹ位置のサイクル数はわずか１である可能性がある。図４Ａ及び図４Ｂに示されている例では、画像スタック総数に対してＸＹ位置のサイクル数は１であり、サイクルの前半部分は最初のＸＹポイント（Ｘ₁、Ｙ₁）で開始し、サイクルの後半部分はＸＹがポイント（Ｘ₁、Ｙ₁）＋ΔＸＹにシフトして開始する。従って「低速」は、サイクル数が少ないこととして理解できる。Ｚ高さ測定の際に実行されるＸＹシフトのサイクルは、以下のいくつかの検討例では「経路」と記載されることに留意するべきである。

図４Ａ及び図４Ｂに示されている例では、少なくとも２つのスタックの各々の間、ＸＹ位置はＺシフトよりも低速で連続的に変化し、これは、所与の画像スタックでＺ高さにおけるワークピース２０’に対する構造化光２３２’の位置を照明パターン２３２ａ’と共にシフトさせる。図４Ｂに示されている例では、構造化光２３２’は第２の画像スタックの収集中に値ΔＸＹだけシフトする。値ΔＸＹは、例示のポイント（Ｘ₁、Ｙ₁）と例示のポイント（Ｘ₂、Ｙ₂）との差として理解することができる。これらは、Ｘ方向に沿った照明パターン２３２ａ’内で同一の照明強度相対位相を有し、図４Ａに対応した画像スタックと図４Ｂに対応した画像スタックとの間の構造化光２３２’のオフセットに対応する。マシンビジョン検査システム４００は、同一のＺ高さにあるＸＹ面内の同一のワークピース位置に対応する画素の強度値セットに基づいてＺ値を決定するように構成されている。図４Ａにおいて、例示のポイント（Ｘ₁、Ｙ₁）におけるワークピース２０’の凹部の下部は第１の画像スタック収集の開始時に照明パターン２３２ａ’の明るい縞（ｆｒｉｎｇｅ）によって照明され、図４Ｂにおいて、例示のポイント（Ｘ₂、Ｙ₂）におけるワークピースの凹部の下部は第２の画像スタック開始時に照明パターン２３２ａ’の暗い縞によって照明されるので、２つの画像スタックを比較すると、このポイントで高いコントラストが達成される。

構造化光２３２’とワークピース表面２０’との間の異なるＸＹ位置にシフトすることは、ワークピース２０’を同一位置に維持しながら構造化光２３２’をＸＹ面内でシフトさせること（図４Ａ及び図４Ｂに示されている）、又は、構造化光２３２’を同一位置に維持しながらステージ（例えばステージ３２）をＸＹ面内でシフトさせる（これによりワークピース２０’をシフトさせる）ことのいずれかを含み得ることは認められよう。ステージを移動させる場合、Ｚ高さを決定するため使用される強度値はＸＹ面内の同一のワークピース位置に対応した異なる画素からのものであるが、構造化光２３２’を移動させる場合、Ｚ高さを決定するため使用される強度値は同一の画素からのものであることは認められよう。ステージを移動させる場合、値ΔＸＹの選択は、構造化光の異なる位相を設定することで測定用の良好なコントラストを提供することができ、また、ステージの連続的な移動において円滑性及び均一性を達成できる充分な大きさとすることは認められよう。言い換えると、ΔＸＹは、（ステージの連続的な移動を可能とするための）構造化光周期の整数分に、（第２の画像スタックで構造化光の位相を変化させるための）周期の小数分を加えたものに等しくすることができる。

構造化光２３２’をＸＹ面内でシフトさせるいくつかの実施例において、ＸＹ位置を変化させることは、空間光変調器（例えばＳＬＭ３５０）を用いて構造化光２３２’のＸＹ位置を移動させることを含み得る。いくつかの実施例において、ＸＹ位置を変化させることは、（例えば圧電要素３７１を用いてマスク要素３７０をシフトさせることにより）マスクを用いて構造化光２３２’のＸＹ位置を並進させることを含み得る。いくつかの実施例において、ＸＹ位置を変化させることは、（例えば圧電要素３７１を用いてマスク要素３７０を回転させることにより）マスクを用いて構造化光のＸＹ位置を回転させることを含み得る。いくつかの実施例において、ＸＹ位置を変化させることは、（例えばビームシフタ要素３７２を用いて）光ビーム変位によって構造化光のＸＹ位置を移動させることを含み得る。

マシンビジョン検査システム４００は、高い精度で、しかも同等なＳＩＭ又はＷＬＩ測定システムに比べて向上した速度で、ワークピース表面のＺ高さを測定するための手段を提供する。

図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、構造化光２３２’は、Ｘ軸方向に沿った空間位相周期Ｐを有する。様々な実施形態において空間位相周期Ｐは、マシンビジョン検査システム４００の画像検出器（例えばカメラシステム２６０）上で撮像される場合の２０画素未満かつ１画素を超える画素に相当し得る。

図４Ａに示されているように、構造化光２３２’のＸＹ位置は画像スタック収集中に連続的にシフトするので、マシンビジョン検査システム４００は有効視野ＦＯＶｅｆｆによって示される縮小視野を有し、これは、１つの画像スタック収集中に構造化光２３２’を移動させるＸＹ面の範囲に相当する。

少なくとも２つの画像スタックの収集は、ワークピース２０’に対して光学アセンブリ部の合焦高さのＺ位置をシフトさせることを含み、これは異なる方法で達成できることは認められよう。いくつかの実施例において、少なくとも２つの画像スタックの収集は、（例えば制御可能モータ２９４に対する代替案として）内部圧電要素を使用して、マシンビジョン検査システムの光学アセンブリ部の合焦高さを変化させることを含み得る。内部圧電要素と共に、埋め込み高精度Ｚエンコーダ又は他のセンサ又は圧電較正によってＺ測定を行うことができる。いくつかの実施例において、少なくとも２つの画像スタックの収集は、可変焦点距離レンズ（例えばＶＦＬレンズ２７０）を使用して、マシンビジョン検査システムの光学アセンブリ部の合焦高さを変化させることを含み得る。ＶＦＬレンズ２７０の合焦位置の較正又は参照合焦センサによってＺ測定を実行できる。あるいは、いくつかの実施例において、少なくとも２つの画像スタックの収集は、ステージを移動させることによってワークピース２０’のＺ位置をシフトさせることを含み得る。この場合、埋め込みエンコーダがＺ測定を行う。

いくつかの実施形態において、Ｚシフトは正の方向に実行できることは認められよう。他の実施形態において、Ｚシフトは負の方向とすることができる。他の実施形態では、Ｚシフトは双方の方向で順次行うことができる。

図５は、図４Ａ及び図４Ｂに示すもののようなマシンビジョン検査システムによって測定されたワークピース表面の画像のコントラスト尺度とＺ高さとの関係を示す図である。

様々な実施例において、Ｚ値の決定は、同一のＺ高さに対応する強度値のコントラスト尺度を計算することと、最大コントラスト尺度を有する画素強度値セットに対応するＺ高さに基づいてＺ高さ値を決定することと、を含み得る。添え字ｊで示されているワークピース上のＸＹ位置に対応するＺ高さセットについて、添え字ｉに対応する少なくとも２つの画像スタックが存在する。いくつかの実施例において、ポイント（Ｘ_j，Ｙ_j，Ｚ_j）に対応するコントラスト尺度Ｃ_jは、少なくとも２つの画像スタックからの画素強度値の標準偏差によって決定できる。
Ｃ_j＝σ_i（Ｉ_i（Ｘ_j，Ｙ_j，Ｚ_j）） 式１

Ｃ_jの最大値に対応するポイント（Ｘ_j，Ｙ_j，Ｚ_j）は、ＸＹ面内のポイント（Ｘ_j、Ｙ_j）におけるワークピース表面のＺ高さ測定値であると決定できる。図５に示されているように、コントラスト尺度Ｃ_jはＺに対して概ねガウス分布形状を有し得る。Ｚｍｅａｓと表記されたＺ高さは、ＸＹ面内の特定のポイント（Ｘｊ，Ｙｊ）におけるワークピース表面のＺ高さを表すものと理解できるこの曲線のピークに相当する。例えば、特定の（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）ポイントの各々における画像セット間の最小強度及び最大強度の分散又は差のように、コントラストを測定する他の手段があることは理解されよう。取得される選択された画像スタック内のコントラスト変動の内容及びコントラスト尺度に応じて、コントラスト曲線上に周期的強度構造が存在する場合があり、これにより、白色干渉縞に適用されるものと同様のサブ内挿アルゴリズム（sub-interpolation algorithms）が可能となる。

図６は、本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システム６００の第２の実施例によって照明されたワークピースの一部を示す図である。図６に示されているように、マシンビジョン検査システム６００は、チェックパターン（checker pattern）の形態である構造化光６３２’でワークピース表面を照明するように構成されている。

図６は、様々な画像スタックの間に構造化光６３２’とワークピース表面との間のＸＹ位置を変化させるための３つの経路６１０Ａ、６１０Ｂ、及び６１０Ｃを示す。ＸＹ位置は、少なくとも２つの画像スタックの各々の間は異なる値に固定されている。経路の各々は、ワークピース表面上のそのＸＹ位置に対応する画像検出器（例えばカメラシステム２６０）上の単一画素の位置に対応する正方形を示す。ＸＹ位置が検出器画素サイズの正の倍数であるこの例では、ワークピースが移動してＸＹシフトを生成するのでＺ高さの決定に用いられる強度値が異なる画素からのものである場合、画像スタックを位置合わせするためには、最近傍補間（nearest neighbor interpolation）で充分である。ＸＹ位置が正の倍数でなく、ワークピースが移動してＸＹシフトを生成している場合は、線形補間（linear interpolation）を使用することができる。経路を生成するように選択された任意の順序で正方形の各々において画像スタックを収集することにより、Ｚ高さ測定を行う。第１の経路６１０Ａは、４つの画像スタックが収集される正方形の経路を示し、各画像スタックは構造化光６３２’とワークピース表面との間の異なるＸＹ位置に対応し、これら４つの画像スタックが正方形に対応している。第２の経路６１０Ｂは、６つの画像スタックが収集される矩形の経路を示し、各画像スタックは構造化光６３２’とワークピース表面との間の異なるＸＹ位置に対応し、これらの画像スタックが矩形に対応している。第３の経路６１０Ｃは、５つの画像スタックが収集される「ナイト（knight）の移動方向」経路を示し、各画像スタックは構造化光６３２’とワークピース表面との間の異なるＸＹ位置に対応する。この場合のＸＹ位置は、５×５の正方格子のサブセット（色付きの正方形で示されている）として理解され、格子の中心と、中心に対してシフトした４つの追加ポイントと、を含む。このシフトはチェスゲームにおけるナイトの移動に相当するものと理解できる。すなわち、一方向（例えばＸ軸方向）に正方形２つ分シフトし、直交方向（例えばＹ軸方向）に正方形１つ分シフトしている。

望ましい経路に要求されることは、ＸＹ位置のわずかなシフトしか必要とせずに、最も少数の画像スタックを最大のコントラストで、かつマシンビジョン検査システムの視野全体にわたってコントラスト変動を最小限に抑えて収集することである。連続的な移動の場合、これは、円形又は角丸矩形のような円滑に変化する経路によって提供できる。ＸＹ位置をシフトするための円形の経路は例えば、傾斜させたビームシフタ要素を回転させることによって具現化できる。

図６に従って構成された様々な実施例において、経路６１０Ａは、最小で０及び最大で０．４７の正規化標準偏差値を提供し得る。経路６１０Ｂは、最小で０．２及び最大で０．５８の正規化標準偏差値を提供し得る。経路６１０Ｃは、最小で０．２４２及び最大で０．２８５の正規化標準偏差値を提供し得る。経路６１０Ａは、コントラスト分散が０である視野において測定データが欠落するので、望ましくない。経路６１０Ｃは、最小コントラストが経路６１０Ｂよりも大きく、視野全体のコントラスト分散が３つの例のうちで最小であるので望ましい。小さいコントラスト分散は、視野に依存する測定誤差を最小限に抑える。

図７は、本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システム７００の第３の実施例によって照明されたワークピースの一部を示す図である。図７に示されているように、マシンビジョン検査システム７００は、チェックパターンの形態である構造化光７３２’でワークピース表面を照明するように構成されている。構造化光７３２’は、図６に示されている構造化光６３２’と同様であるが、Ｘ軸及びＹ軸に対して非ゼロの角度だけ回転している。

図７は、様々な画像スタックの間に構造化光７３２’とワークピース表面との間のＸＹ位置を変化させるための３つの経路７１０Ａ、７１０Ｂ、及び７１０Ｃを示す。ＸＹ位置は、各スタックの間の異なる固定値に従って変化する。経路の各々は、ワークピース表面上のそのＸＹ位置に対応する画像検出器（例えばカメラシステム２６０）上の単一画素の位置に対応する正方形を示す。３つの経路７１０Ａ、７１０Ｂ、及び７１０Ｃはそれぞれ、図６を参照して記載した３つの経路６１０Ａ、６１０Ｂ、及び６１０Ｃを参照して理解することができる。

図７に従って構成された様々な実施例において、経路７１０Ａは、最小で０及び最大で０．４４の正規化標準偏差値を提供できる。経路７１０Ｂは、最小で０．１及び最大で０．３８の正規化標準偏差値を提供できる。経路７１０Ｃは、最小で０．２５及び最大で０．３５の正規化標準偏差値を提供できる。

図８は、本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システム８００の第４の実施例によって照明されたワークピースの一部を示す図である。図８に示されているように、マシンビジョン検査システム８００は、チェックパターンの形態である構造化光８３２’でワークピース表面を照明するように構成されている。構造化光８３２’は、図６に示されている構造化光６３２’（すなわちチェックパターンを有する）と同様であるが、経路８１０Ａに沿ってＸＹ面内でシフトする。この例では経路８１０Ａは矩形である。この経路８１０Ａの１周がＸＹシフトの１サイクルに相当し、その結果、８つの画像スタックが収集されてＺ高さ測定が完了する。

１つの実施例では、構造化光８３２’の変位を表すポイント８２０Ａのセットの各ポイントにおいて１つの画像スタック全体を収集することができ、構造化光８３２’は、画像スタックと画像スタックとの間にポイントセットの次のインスタンスにシフトさせることができる。別の実施例では、構造化光８３２’は、各画像スタックの間に連続的に経路８１０Ａに沿って移動させることができる。各画像スタックの収集の開始は、ポイントセットの各ポイントで収集される同一のＺ高さに対応する第１の画像で起こり、各画像スタックの収集が完了した後、チェック模様パターンは経路８１０Ａに沿ってポイント８２０Ａのセットの次のポイントに移動する。

ポイント８２０Ａのセットにおいて画像が収集される経路８１０Ａは、いずれのポイントにおいてもある程度のコントラストを与え、ポイント８２０Ａのセットの各ポイントでマシンビジョン検査システム８００の視野全体のコントラスト変動を低減させることは認められよう。

図９は、本明細書に開示される原理に従ったマシンビジョン検査システムを用いてワークピース表面のＺ高さ値を測定するための方法を示すフロー図９００である。

ブロック９１０では、少なくとも１つの方向において高い空間周波数の内容を有する構造化光によってワークピース表面を照明する。

ブロック９２０では、ワークピースの少なくとも２つの画像スタックを収集する。各スタックは、各スタックにおいて対応するＺ高さにおける構造化光とワークピース表面との間の異なるＸＹ位置を含む。ＸＹ位置は、各画像スタックにおいてＺ高さよりも低速で変化し、ＸＹ位置は、
ａ）少なくとも２つのスタックの各々の間に連続的にＺシフトよりも低速で変化するか、又は
ｂ）各スタックの間は異なる値に固定され、各スタックは連続的なＺシフトを行いながら収集される。

ブロック９３０では、同一のＺ高さであるＸＹ面内の同一ワークピース位置に対応する画素の強度値のセットに基づいて、Ｚ値を決定する。

本明細書において言及した米国特許及び米国特許出願は全て援用によりその全体が本願に含まれるものとする。これらの様々な特許及び出願の概念を用いて更に別の実施例を提供するために必要な場合は、上述の実施例の態様は変更可能である。

前述の記載に照らして、実施例にこれら及び他の変更を行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は本明細書に開示される特定の実施例に特許請求の範囲を限定するものとして解釈されず、そのような特許請求の範囲の権利が与えられる（entitled）均等物の全範囲に加えて、全ての可能な実施例を包含するものとして解釈されるべきである。

Claims (20)

1. マシンビジョン検査システムを用いてワークピース表面のＺ高さ値を測定するための方法であって、
   構造化光でワークピース表面を照明することと、
   前記マシンビジョン検査システムの画像検出器を用いて前記ワークピースの少なくとも２つの画像スタックを収集することであって、各スタックは、前記スタックの各々において対応するＺ高さにおける前記構造化光と前記ワークピース表面との間の異なるＸＹ位置を含み、前記ＸＹ位置は各画像スタックにおいて前記Ｚ高さよりも低速で変化し、前記ＸＹ位置は、
   ａ）前記少なくとも２つの画像スタックの各々の間に連続的にＺシフトよりも低速で変化するか、又は
   ｂ）各スタックで連続的なＺシフトを行いながら前記少なくとも２つの画像スタックの各々の間は異なる値に固定されて、前記少なくとも２つの画像スタックを収集することと、
   同一のＺ高さであるＸＹ面内の同一ワークピース位置に対応する前記画像検出器の画素の強度値のセットに基づいてＺ値を決定することと、
   を含む方法。
2. 前記Ｚ値を決定することは、同一のＺ高さに対応する前記強度値のコントラスト尺度を計算することと、最大のコントラスト尺度を有する画素強度値のセットに対応するＺ高さに基づいてＺ高さ値を決定することと、を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記コントラスト尺度は標準偏差である、請求項２に記載の方法。
4. 前記ＸＹ位置を変化させることは矩形の経路でシフトすることを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＸＹ位置を変化させることは円形の経路でシフトすることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記構造化光は少なくとも１つの次元で周期的である、請求項１に記載の方法。
7. 前記構造化光はストライプを含む、請求項６に記載の方法。
8. 構造化光パターンは、少なくとも１つの次元において前記画像検出器上で撮像される場合の２０画素未満に相当する空間的周期を有する、請求項６に記載の方法。
9. 前記構造化光は２つの次元で周期的である、請求項１に記載の方法。
10. 前記構造化光はチェックを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記構造化光は、空間光変調器、ガラスマスク上のクロム、又はピンホールのセットのうち１つから発生される、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも２つの画像スタックを収集することは、前記マシンビジョン検査システムのステージのＺ位置を移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記少なくとも２つの画像スタックを収集することは、内部圧電要素を使用して前記マシンビジョン検査システムの光学アセンブリ部の合焦高さを変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記少なくとも２つの画像スタックを収集することは、可変焦点距離レンズを使用して前記マシンビジョン検査システムの光学アセンブリ部の合焦高さを変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記ＸＹ位置を変化させることは、前記マシンビジョン検査システムのステージのＸＹ位置を移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記ＸＹ位置を変化させることは、空間光変調器を用いて前記構造化光のＸＹ位置を移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記ＸＹ位置を変化させることは、マスクを用いて前記構造化光のＸＹ位置を並進させることを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記ＸＹ位置を変化させることは、マスクを用いて前記構造化光のＸＹ位置を回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記ＸＹ位置を変化させることは、光ビーム変位によって前記構造化光のＸＹ位置を移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記コントラスト尺度は強度の最大差である、請求項２に記載の方法。