JP6460938B2 - 測定対象物計測プログラム、測定対象物計測方法および拡大観察装置 - Google Patents

測定対象物計測プログラム、測定対象物計測方法および拡大観察装置 Download PDF

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Description

本発明は、ＣＡＤデータと他の画像データとを比較可能な測定対象物計測プログラム、測定対象物計測方法および拡大観察装置に関する。
三角測距方式等を利用して、対象物の一方向における基準位置からの距離情報（例えば、高さまたは奥行き）を含む画像データ（以下、距離画像データと呼ぶ）を取得することができる。特許文献１および特許文献２には、このような距離画像データと、予め生成されたＣＡＤデータとを比較する技術が記載されている。
特許文献１の計測装置においては、距離画像センサにより対象物の３次元座標値が取得され、その３次元座標値がＣＡＤモデル座標系に変換されて対象物モデルがモデリングされ、その対象物モデルから模擬画像が生成される。一方、メモリに記憶された対象物のＣＡＤデータからＣＡＤモデルがモデリングされ、そのＣＡＤモデルからＣＡＤモデル模擬画像が生成される。対象物モデル模擬画像の奥行き情報とＣＡＤモデル模擬画像の奥行き情報とが比較されることにより、ＣＡＤモデルと対象物モデルとの位置ずれ量が計測される。
特許文献２の位置姿勢計測装置においては、距離センサにより対象物体の距離画像が３次元情報として計測され、距離画像に含まれる奥行き値が基準座標系における３次元座標に変換され、変換された３次元点群から必要な計測データがサンプリングされる。保存される対象物体の３次元モデルが、選択された計測データに当てはめられることにより、対象物体の位置および姿勢が計測される。
特開２００２−４６０８７号公報 特開２０１２−２６８９５号公報
上記特許文献１および２に記載される技術は、対象物の位置計測等には使用可能である。しかしながら、対象物の特定部分の寸法誤差等を調べることはできない。また、ユーザの煩雑な操作等を要することなく、容易にかつ直感的に距離画像データとＣＡＤデータとを比較可能であることが求められる。
本発明の目的は、測定対象物の特定の部分について実高さ画像データとＣＡＤデータとのずれを容易にかつ直感的に認識することが可能な測定対象物計測プログラム、測定対象物計測方法および拡大観察装置を提供することである。
（１）第１の発明に係る測定対象物計測プログラムは、測定対象物を表す３次元の基本ＣＡＤデータを取得するステップと、一方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報として含む実高さ画像データを取得するステップと、基本ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報としてそれぞれ含む複数のＣＡＤ高さ画像データを生成するステップと、複数のＣＡＤ高さ画像データのうち実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択するステップと、実高さ画像データに基づく第１の画像または第１の画像に対応する第２の画像を対象画像として表示し、基準高さ画像データに基づく第３の画像または第３の画像に対応する第４の画像を基準画像として表示するステップと、パターンマッチングによって対象画像と基準画像との位置合わせを第１の位置合わせとして行うステップと、測定対象物の計測箇所を指定するステップと、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報を表示するステップとを、コンピュータに実行させる。
この測定対象物計測プログラムによれば、基本ＣＡＤデータに基づいて生成される複数のＣＡＤ高さ画像データのうち、実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データが基準高さ画像データとして選択される。この基準高さ画像データに基づくまたはそれに対応する基準画像が、実高さ画像データに基づくまたはそれに対応する対象画像とともに表示され、かつパターンマッチングにより対象画像と基準画像との位置合わせが行われる。これにより、ユーザは、煩雑な操作を行うことなく、対象画像と基準画像との比較を容易に行うことができる。
また、測定対象物の計測箇所が指定されると、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報が表示される。この場合、ユーザは、互いに位置合わせされた対象画像および基準画像に基づいて、容易にかつ精度良く計測箇所を指定することができる。また、ユーザは、測定対象物の特定の部分について実高さ画像データとＣＡＤデータとのずれを容易にかつ直感的に認識することができる。
（２）複数の方向は、第１、第２、第３、第４、第５および第６の方向を含み、第１および第２の方向は、互いに平行でかつ互いに逆向きであり、第２および第３の方向は、互いに平行でかつ逆向きであり、第５および第６の方向は、互いに平行でかつ逆向きであり、第３および第４の方向は、第１および第２の方向にそれぞれ直交し、第５および第６の方向は、第１および第２の方向にそれぞれ直交しかつ第３および第４の方向にそれぞれ直交してもよい。この場合、第１〜第６の方向に対応する６つのＣＡＤ高さ画像データに基づいて、基準高さ画像データを適切に選択することができる。
（３）基本ＣＡＤデータに対応する３次元座標系において第１、第２および第３の軸が設定され、第１および第２の方向は、第１の軸に平行であり、第３および第４の方向は、第２の軸に平行であり、第５および第６の方向は、第３の軸に平行であってもよい。この場合、第１〜第６の方向が基本ＣＡＤデータの第１〜第３の軸とそれぞれ対応するので、６つのＣＡＤ高さ画像データを生成しやすくなる。
（４）測定対象物計測プログラムは、基準画像を表示するステップを、第１の位置合わせを行うステップの前に、コンピュータに実行させてもよい。この場合、ユーザが第１の位置合わせ前の基準画像を確認することができる。
（５）測定対象物計測プログラムは、第１の位置合わせを行うステップの前に、対象画像に対して基準画像を移動させ、第１の位置合わせを行うステップにおいて、基準画像に対して対象画像を移動させてもよい。この場合、ユーザに違和感を与えることなく、位置合わせを行うことができる。
（６）測定対象物計測プログラムは、対象画像の向きを変更するステップを、コンピュータにさらに実行させてもよい。この場合、ユーザが対象画像の向きを適宜変更することができる。
（７）実高さ画像データおよび基準高さ画像データに対応する３次元座標系において、一方向または基準高さ画像データに対応する方向に平行な第４の軸、ならびに第４の軸に垂直な面上で互いに直交する第５および第６の軸がそれぞれ定義され、第１の位置合わせを行うステップは、第５および第６の軸に平行な方向の位置合わせ、ならびに第４の軸に平行な軸を中心とする回転方向の位置合わせを行う平行位置調整ステップと、平行位置調整ステップの後に、第４の軸に平行な方向の位置合わせを行う高さ調整ステップとを含んでもよい。この場合、第４の軸に垂直な面上での位置合わせが行われた後に第４の軸に平行な方向の位置合わせが行われる。これにより、対象画像と基準画像との位置合わせを効率良く行うことができる。
（８）測定対象物計測プログラムは、基準高さ画像データを選択するステップの前に、基本ＣＡＤデータに基づくＣＡＤ画像を表示するステップを、コンピュータにさらに実行させてもよい。この場合、ユーザがＣＡＤ画像を見ながら、基本ＣＡＤデータの正誤確認および基準高さ画像データの正誤確認等を行うことができる。
（９）測定対象物計測プログラムは、第１の位置合わせを行うステップの後に、測定対象物の基準位置を指定し、基準位置を基準に対象画像と基準画像との位置合わせを第２の位置合わせとして行うステップを、コンピュータにさらに実行させてもよい。この場合、測定対象物の特定の部分について、より正確に位置合わせを行うことができる。
（１０）実高さ画像データおよび基準高さ画像データに対応する３次元座標系において、一方向または基準高さ画像データに対応する方向に平行な第４の軸、ならびに第４の軸に垂直な面上で互いに直交する第５および第６の軸がそれぞれ定義され、第２の位置合わせを行うステップにおいて、第４の軸に交差する軸を中心とする回転方向の位置合わせ、第５および第６の軸に平行な方向の位置合わせ、ならびに第４の軸に平行な方向の位置合わせのうち、少なくとも１つの位置合わせを行ってもよい。この場合、測定対象物の特定の部分について、目的に応じた位置合わせを高精度に行うことができる。
（１１）測定対象物計測プログラムは、基準画像を表示するステップにおいて、対象画像に合わせて向きが調整された基準画像を最初に表示してもよい。この場合、ユーザが不要な画像を見ることがないので、ユーザの負担が低減され、かつ不要な時間の消費が抑制される。
（１２）測定対象物計測プログラムは、一方向における撮像により得られる測定対象物の外観を表す実外観画像データを取得するステップを、コンピュータにさらに実行させ、第２の画像は、実外観画像データに基づく画像である。この場合、第２の画像が対象画像として表示されることにより、ユーザが測定対象物の外観を容易に視認することができる。
（１３）第２の発明に係る測定対象物計測方法は、測定対象物を表す３次元の基本ＣＡＤデータを取得するステップと、一方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報として含む実高さ画像データを取得するステップと、基本ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報としてそれぞれ含む複数のＣＡＤ高さ画像データを生成するステップと、複数のＣＡＤ高さ画像データのうち実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択するステップと、実高さ画像データに基づく第１の画像または第１の画像に対応する第２の画像を対象画像として表示し、基準高さ画像データに基づく第３の画像または第３の画像に対応する第４の画像を基準画像として表示するステップと、パターンマッチングによって対象画像と基準画像との位置合わせを第１の位置合わせとして行うステップと、測定対象物の計測箇所を指定するステップと、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報を表示するステップとを含む。
この測定対象物計測方法によれば、ユーザは、測定対象物の特定の部分について実高さ画像データとＣＡＤデータとのずれを容易にかつ直感的に認識することができる。
（１４）第３の発明に係る拡大観察装置は、測定対象物が載置されるステージと、一方向における基準位置からステージに載置された測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報として含む実高さ画像データを取得する高さ画像データ取得手段と、測定対象物を表す３次元の基本ＣＡＤデータを記憶する記憶部と、表示部と、ユーザにより操作される操作部と、情報処理部とを備え、情報処理部は、記憶部に記憶される基本ＣＡＤデータを取得する基本ＣＡＤデータ取得手段と、実高さ画像データを取得するように高さ画像データ取得手段に指令を与える取得指令手段と、基本ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報としてそれぞれ含む複数のＣＡＤ高さ画像データを生成するＣＡＤ高さ画像データ生成手段と、複数のＣＡＤ高さ画像データのうち実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択する基準高さ画像データ選択手段と、実高さ画像データに基づく第１の画像または第１の画像に対応する第２の画像を対象画像として表示部により表示し、基準高さ画像データに基づく第３の画像または第３の画像に対応する第４の画像を基準画像として表示部により表示する画像表示手段と、パターンマッチングによって対象画像と基準画像との位置合わせを行う位置合わせ実行手段と、操作部の操作に基づいて測定対象物の計測箇所を指定する計測箇所指定手段と、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報を表示部により表示するずれ情報表示手段とを含む。
この拡大観察装置においては、基本ＣＡＤデータに基づいて生成される複数のＣＡＤ高さ画像データのうち、実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データが基準高さ画像データとして選択される。この基準高さ画像データに基づくまたはそれに対応する基準画像が、実高さ画像データに基づくまたはそれに対応する対象画像とともに表示され、かつパターンマッチングにより対象画像と基準画像との位置合わせが行われる。これにより、ユーザは、煩雑な操作を行うことなく、対象画像と基準画像との比較を容易に行うことができる。
また、測定対象物の計測箇所が指定されると、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報が表示される。この場合、ユーザは、互いに位置合わせされた対象画像および基準画像に基づいて、容易にかつ精度良く計測箇所を指定することができる。また、ユーザは、測定対象物の特定の部分について実高さ画像データとＣＡＤデータとのずれを容易にかつ直感的に認識することができる。
本発明によれば、定対象物の特定の部分について実高さ画像データとＣＡＤデータとのずれを容易にかつ直感的に認識することが可能となる。
本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示すブロック図である。 図１の拡大観察装置の測定部の構成を示す模式図である。 三角測距方式の原理を説明するための図である。 投光部から出射される測定光のパターンの例を示す図である。 測定対象物の一例を示す外観斜視図である。 図５の測定対象物のテクスチャ画像を示す図である。 図５の測定対象物の高さ画像を示す図である。 図５の測定対象物のＣＡＤデータについて説明するための図である。 図８のＣＡＤデータに基づいて生成される複数のＣＡＤ高さ画像データについて説明するための図である。 図１の表示部による各画像の表示例を示す図である。 図１の表示部による各画像の表示例を示す図である。 簡易位置合わせについて説明するための図である。 簡易位置合わせについて説明するための図である。 簡易位置合わせについて説明するための図である。 詳細位置合わせについて説明するための図である。 詳細位置合わせについて説明するための図である。 詳細位置合わせについて説明するための図である。 詳細位置合わせについて説明するための図である。 比較計測について説明するための図である。 比較計測について説明するための図である。 拡大観察装置の機能的な構成を示すブロック図である。 測定対象物計測処理の一例を示すフローチャートである。 測定対象物計測処理の一例を示すフローチャートである。
（１）拡大観察装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る拡大観察装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の拡大観察装置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拡大観察装置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、拡大観察装置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、ステージ装置１４０および制御基板１５０を含む。投光部１１０、受光部１２０および照明光出力部１３０により測定ヘッド１００Ｈが構成される。図２に示すように、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。
図１に示すように、ステージ装置１４０は、ステージ１４１、ステージ操作部１４２およびステージ駆動部１４３を含む。ステージ１４１には、測定対象物Ｓが載置される。図２に示すように、ステージ１４１は、Ｘ−Ｙステージ１０、Ｚステージ２０およびθステージ３０により構成される。ステージ１４１は、測定対象物Ｓが載置される面（以下、載置面と呼ぶ。）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）をさらに含んでもよい。
図２に示すように、投光部１１０は、ステージ１４１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。以下、強度が所定の値以上の測定光の部分を明部分と呼び、強度が所定の値より小さい測定光の部分を暗部分と呼ぶ。
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により比較的大きい径を有する光に変換された後、ステージ１４１上の測定対象物Ｓに照射される。受光部１２０は、ステージ１４１の上方に配置される。測定対象物Ｓによりステージ１４１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、カラーＣＣＤであってもよいし、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。
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、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）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および測定対象物計測プログラム等のコンピュータプログラムが記憶される。ＲＡＭ２３０は、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、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。また、記憶装置２４０には、１または複数の測定対象物Ｓの３次元のＣＡＤデータが記憶される。また、測定対象物計測プログラムが記憶装置２４０に記憶されてもよい。
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ＲＡＭ２３０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、ステージ駆動部１４３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。
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それぞれ出射する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のレンズ１２２を取り囲むようにステージ１４１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。照明光は測定対象物Ｓの略真上から照射されるので、測定対象物Ｓが孔部を有する場合でも、照明光は孔部の底部にまで到達する。したがって、照明光により測定対象物Ｓの表面だけでなく、孔部の底部も観察することができる。
測定部１００においては、照明光出力部１３０からの照明光が測定対象物Ｓに照射された状態で、一方向に見た測定対象物Ｓの外観を表すテクスチャ画像データが生成される。テクスチャ画像データは、実外観画像データの例である。また、測定部１００においては、測定対象物Ｓの高さ情報を含む実高さ画像データが生成される。実高さ画像データの詳細については後述する。表示部４００には、テクスチャ画像データに基づくテクスチャ画像または実高さ画像データに基づく実高さ画像が表示される。また、テクスチャ画像データと実高さ画像データとの合成画像を示す合成画像データが生成され、その合成画像データに基づく合成画像が表示されてもよい。なお、高さ画像（実高さ画像および後述のＣＡＤ高さ画像）は、距離画像とも呼ばれる。
（２）ステージの構成
測定部１００には、装置固有の３次元座標系（以下、実座標系と呼ぶ。）と原点位置とが定義されている。本例の実座標系は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有する。図２においては、Ｘ軸に平行な方向をＸ方向として矢印Ｘで示し、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向として矢印Ｙで示し、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向として矢印Ｚで示す。また、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１４１の載置面はＸ方向およびＹ方向に平行な面に含まれる。Ｘ−Ｙステージ１０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２０は、Ｚ方向移動機構を有する。θステージ３０は、θ方向回転機構を有する。
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。投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０およびステージ１４１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３０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３０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１０およびθステージ３０は、Ｚステージ２０により支持されている。
ステージ１４１のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構およびθ方向回転機構には、それぞれステッピングモータが用いられる。ステージ１４１のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構、Ｚ方向移動機構およびθ方向回転機構は、図１のステージ操作部１４２またはステージ駆動部１４３により駆動される。
ユーザは、図１のステージ操作部１４２を手動で操作することにより、ステージ１４１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方向に回転させることができる。ステージ駆動部１４３は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ１４１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１４１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１４１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１４１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。また、Ｘ−Ｙステージ１０、Ｚステージ２０およびθステージ３０の配置は、上記の例に限定されない。例えば、図２の例では、θステージ３０上にＸ−Ｙステージ１０が配置されるが、これに限定されず、Ｘ−Ｙステージ１０上にθステージ３０が配置されてもよい。
（３）測定対象物の形状測定
測定部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの高さ情報が取得される。高さ情報は、一方向（Ｚ方向）における基準位置から測定対象物Ｓの表面の各部までの距離（高さ）を表す。基準位置は、例えば、実座標系の原点である。図３は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図３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１４１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１４１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１４１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１４１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の高さ情報が取得される。
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。図４は、投光部１１０から出射される測定光のパターンの例を示す図である。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。
図４（ａ）の測定光をライン状測定光と呼ぶ。ライン状測定光は、一の方向に平行な直線状の断面を有する測定光である。図４（ｂ）の測定光を正弦波状測定光と呼ぶ。正弦波状測定光は、一の方向に平行な直線状の断面を有しかつ当該一の方向に直交する他の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である。
図４（ｃ）の測定光を縞状測定光と呼ぶ。縞状測定光は、一の方向に平行でかつ当該一の方向に直交する他の方向に並ぶような直線状の断面を有する測定光である。図８（ｄ）の測定光をコード状測定光と呼ぶ。コード状測定光は、一の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当該一の方向に直交する他の方向に並ぶ測定光である。
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。一般の光切断法に従ってライン状測定光の明部分が測定光の照射範囲の全体に少なくとも１回照射されるようにライン状測定光を走査することにより、測定対象物Ｓの実高さ画像データが生成される。
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。
一般の位相シフト法に従って正弦波状測定光または縞状測定光の明部分が測定光の照射範囲の全体に少なくとも１回照射されるように正弦波状測定光または縞状測定光を走査することにより、測定対象物Ｓの実高さ画像データが生成される。また、一般の空間コード法に従って、互いに異なるパターンを有する複数のコード状測定光を順次測定対象物Ｓに照射することにより、測定対象物Ｓの実高さ画像データが生成される。
（４）テクスチャ画像および実高さ画像
図５は、測定対象物Ｓの一例を示す外観斜視図である。図６は、図５の測定対象物Ｓのテクスチャ画像を示し、図７は、図５の測定対象物Ｓの実高さ画像を示す。上記のように、テクスチャ画像はテクスチャ画像データに基づいて表示され、実高さ画像は実高さ画像データに基づいて表示される。
図６に示すように、テクスチャ画像は、一方向（本例では、Ｚ方向）に見た測定対象物Ｓの外観を表す画像である。図７に示すように、実高さ画像は、測定対象物Ｓの表面の各部の高さを色で表す。図７においては、色の違いがドットパターンの違いで表される。例えば、高さが最も小さい部分が青色で表され、高さが最も大きい部分が赤色で表される。測定対象物Ｓの他の部分は、高さが大きいほど赤色に近づき、高さが小さいほど青色に近づくように、高さに応じた色で表される。テクスチャ画像には、測定対象物Ｓの表面上の文字および模様等が表されるが、実高さ画像には、このような表面上の文字および模様等は表されない。
また、実高さ画像データでは、一方向において視認可能な部分の高さが表されるが、その方向において視認できない部分の高さは表されない。例えば、側方からのみ視認される測定対象物Ｓの部分の高さは、実高さ画像データに表されない。
（５）ＣＡＤデータ
上記のように、図１の記憶装置２４０には、１または複数の測定対象物Ｓの３次元のＣＡＤデータが予め記憶される。ＣＡＤデータは、測定対象物Ｓの設計寸法を表す。図８は、図５の測定対象物ＳのＣＡＤデータについて説明するための図である。図８に示すように、ＣＡＤデータに対応する３次元座標系（以下、ＣＡＤ座標系と呼ぶ。）においては、互いに直交するＸ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸が設定されている。Ｘ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸は、第１、第２および第３の軸の例である。本例において、Ｘ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸は、測定対象物Ｓの３つの辺とそれぞれ平行である。Ｘ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸は、ユーザの操作によって適宜変更可能であってもよい。以下、ＣＡＤデータにより表される画像をＣＡＤ画像と呼ぶ。
本実施の形態では、ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物Ｓの表面の各部までの高さを表す高さ情報を含む複数のＣＡＤ高さ画像データが生成される。本例では、Ｘ’軸に平行で互いに逆向きの２方向、Ｙ’軸に平行で互いに逆向きの２方向およびＺ’軸に平行で互いに逆向きの２方向の計６方向にそれぞれ対応する６つのＣＡＤ高さ画像データが生成される。この６方向は、第１〜第６の方向の例である。基準位置は、例えば、ＣＡＤ座標系の原点である。
図９は、図８のＣＡＤデータに基づいて生成される複数のＣＡＤ高さ画像データについて説明するための図である。図９（ａ）〜図９（ｆ）には、複数のＣＡＤ高さ画像データに基づく複数のＣＡＤ高さ画像が示される。図９（ａ）および図９（ｂ）のＣＡＤ高さ画像は、Ｘ’軸に平行で互いに逆向きの２方向にそれぞれ対応し、図９（ｃ）および図９（ｄ）のＣＡＤ高さ画像は、Ｙ’軸に平行で互いに逆向きの２方向にそれぞれ対応し、図９（ｅ）および図９（ｆ）のＣＡＤ高さ画像は、Ｚ’軸に平行で互いに逆向きの２方向にそれぞれ対応する。
生成された複数のＣＡＤ高さ画像データのうち、実高さ画像データと最も一致度が高いＣＡＤ高さ画像データが基準高さ画像データとして選択される。例えば、図７の実高さ画像に対して、図９（ａ）〜図９（ｆ）のＣＡＤ高さ画像のうち、図９（ｂ）のＣＡＤ高さ画像の一致度が最も高い。そのため、図９（ｂ）のＣＡＤ高さ画像を表すＣＡＤ高さ画像データが、基準高さ画像データとして選択される。各ＣＡＤ高さ画像データと実高さ画像データとの一致度は、例えば、パターンマッチングによって求められる。以下、基準高さ画像データにより表されるＣＡＤ高さ画像を基準高さ画像と呼ぶ。
また、ＣＡＤデータに基づいて、基準高さ画像に対応する方向と同じ方向に見た測定対象物Ｓの外観を表す基準外観画像データが取得される。以下、基準外観画像データにより表されるＣＡＤ画像を基準外観画像と呼ぶ。基準外観画像は、第４の画像の例である。基準外観画像データは、ＣＡＤデータと別個に生成されてもよく、あるいはＣＡＤデータが基準外観画像データとして用いられてもよい。
（６）各画像の表示
図１０および図１１は、図１の表示部４００による各画像の表示例を示す図である。図１の測定部１００においてテクスチャ画像データおよび実高さ画像データが生成された後、例えば、図１０の基準データ設定画面ＤＳ１が表示される。基準データ設定画面ＤＳ１は、画像表示領域４１０、高さ表示領域４２０ａ，４２０ｂおよび設定表示領域４３０を含む。画像表示領域４１０には、生成されたテクスチャ画像データまたは実高さ画像データに基づいて、測定対象物Ｓのテクスチャ画像または実高さ画像が表示される。テクスチャ画像の表示および実高さ画像の表示がユーザの操作に基づいて任意に切り替えられてもよい。以下、テクスチャ画像データおよび実高さ画像データを実画像データと総称し、テクスチャ画像および実高さ画像を対象画像と総称する。
また、画像表示領域４１０には、横方向に延びる直線状のカーソルＣＳ１および縦方向に延びる直線状のカーソルＣＳ２が表示される。高さ表示領域４２０ａには、カーソルＣＳ１と重なる対象画像の部分の高さ情報を表す高さ表示線Ｄ１が表示され、高さ表示領域４２０ｂには、カーソルＣＳ２と重なる対象画像の部分の高さ情報を表す高さ表示線Ｄ２が表示される。高さ表示線Ｄ１，Ｄ２は、実高さ画像データに基づいてそれぞれ生成され、測定対象物Ｓの断面プロファイルを表す。設定表示領域４３０には、各種設定を行うためのボタン、チェックボックスおよびプルダウンメニュー等が表示される。
ユーザは、例えば設定表示領域４３０において、図１の記憶装置２４０に記憶されるＣＡＤデータから該当のＣＡＤデータを選択する。選択されたＣＡＤデータに基づいて、上記のように、複数のＣＡＤ高さ画像データが生成される。生成された複数のＣＡＤ高さ画像データのうち、生成された実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データが基準高さ画像データとして選択される。また、ＣＡＤデータに基づいて、基準高さ画像データに対応する方向に見た測定対象物Ｓの外観を表す基準外観画像データが取得される。
基準高さ画像データが選択されると、例えば図１１の方向設定画面ＤＳ２が表示される。方向設定画面ＤＳ２は、画像表示領域４１１，４１２を含む。画像表示領域４１１には、対象画像（テクスチャ画像または実高さ画像）が表示される。画像表示領域４１２には、基準高さ画像データまたは基準外観画像データに基づいて、基準外観画像または基準高さ画像が表示される。以下、基準外観画像データおよび基準高さ画像データを基準画像データと総称し、基準外観画像および基準高さ画像を基準画像と総称する。
基準外観画像の表示と基準高さ画像の表示とがユーザの操作により任意に切替可能であってもよい。例えば、外観上の比較を行う場合には、テクスチャ画像および基準外観画像が表示され、高さ情報を含めて比較を行う場合には、実高さ画像および基準高さ画像が表示される。
画像表示領域４１２に表示される基準画像の向き（回転位置）は、画像表示領域４１１に表示される対象画像の向きと略一致するように調整される。例えば、パターンマッチングにより基準画像の向きが調整される。また、ユーザの操作に基づいて、基準画像の向きが適宜調整されてもよい。また、誤ったＣＡＤ高さ画像データが基準高さ画像データとして選択された場合、あるいは基準高さ画像データの選択に失敗した場合には、ユーザが複数のＣＡＤ高さ画像データから適切な基準高さ画像データを適宜指定可能であってもよい。
該当のＣＡＤデータが選択された後、最初に表示される基準画像は、向きが調整された基準画像であることが好ましい。ここで、「最初に表示される」とは、内部処理中に瞬間的に表示されることは除き、上記一連の処理が終了して最初に静止状態で表示されることを意味する。通常、対象画像との比較のためにＣＡＤデータを用いる場合には、対象画像と異なる方向に測定対象部物Ｓを見た画像は必要でない。また、基準画像の向きと対象画像の向きとが異なっていると、これらを比較しにくい。そのため、他の画像が表示されることなく、向きが調整された基準画像が最初に表示されることにより、その後の処理を円滑に進めることができる。したがって、ユーザの負担が軽減され、処理効率が高められる。なお、ユーザの操作に基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表すＣＡＤ画像が適宜表示可能であってもよい。
（７）位置合わせ
次に、画像表示領域４１０に表示される対象画像の位置合わせについて説明する。本実施の形態では、位置合わせとして簡易位置合わせおよび詳細位置合わせを行うことができる。実高さ画像データおよび基準高さ画像データに対応する３次元座標系（以下、高さ画像座標系と呼ぶ。）においては、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が定義される。ｚ軸は、第４の軸の例であり、ｘ軸およびｙ軸は、第５および第６の軸の例である。以下の説明において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に平行な方向をそれぞれｘ方向、ｙ方向およびｚ方向と呼ぶ。また、ｚ方向の軸を中心とする回転方向をφ方向と定義する。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向およびφ方向は、上記のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびφ方向とそれぞれ対応する。画面上では、ｘ方向が横方向に相当し、ｙ方向が縦方向に相当し、ｚ方向が奥行き方向に相当する。図中においては、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向およびφ方向を矢印ｘ，ｙ，ｚ，φで示す。
（７−１）簡易位置合わせ
図１２〜図１４は、簡易位置合わせについて説明するための図である。簡易位置合わせは、第１の位置合わせの例である。簡易位置合わせは、自動位置合わせおよび点指定位置合わせを含む。自動位置合わせおよび点指定位置合わせのうち一方のみが選択的に行われてもよく、自動位置合わせおよび点指定位置合わせの両方が順に行われてもよい。
上記のようにして、基準画像の向きが調整された後、例えば、図１２に示すように、基準データ設定画面ＤＳ１の画像表示領域４１０に、対象画像と基準画像とが重ねて表示される。図１２の例では、対象画像としてテクスチャ画像とが表示され、基準画像として基準外観画像が表示される。この場合、ユーザは、対象画像と基準画像とのずれを直感的に認識することができる。また、対象画像が表す測定対象物Ｓと基準画像が表す測定対象物Ｓとが異なる場合において、対象画像と基準画像とが並べて表示されるだけではその違いにユーザが気付きにくくても、これらが重ねて表示されることによりその違いにユーザが気付きやすくなる。
高さ表示領域４２０ａには、高さ表示線Ｄ１に加えて、カーソルＣＳ１と重なる基準画像の部分の高さ情報を表す高さ表示線Ｅ１が表示され、高さ表示領域４２０ｂには、高さ表示線Ｄ２に加えて、カーソルＣＳ２と重なる基準画像の部分の高さ情報を表す高さ表示線Ｅ２が表示される。高さ表示線Ｅ１，Ｅ２は、基準高さ画像データに基づいてそれぞれ生成される。対象画像の高さ情報と基準画像の高さ情報とを容易に判別するため、高さ表示線Ｄ１，Ｄ２と高さ表示線Ｅ１，Ｅ２とが異なる色で表されることが好ましい。
基準データ設定画面ＤＳ１上に、自動位置合わせを行うか否かを選択するためのダイアログボックスＤＢが表示される。ダイアログボックスＤＢにおいて、“ＹＥＳ”が選択されると、自動位置合わせが行われる。自動位置合わせでは、実高さ画像データと基準高さ画像データとの間でパターンマッチングが行われる。そのパターンマッチングの結果に基づいて、対象画像のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の位置ならびにφ方向の向きが調整される。パターンマッチングの対象範囲は、ユーザが設定可能であってもよく、または対象画像の全体であってもよい。また、高速化のためにデータを間引いてパターンマッチングが行われてもよい。さらに、基準高さ画像データの選択時に行われるパターンマッチングの結果を用いて自動位置合わせが行われてもよい。自動位置合わせを効率良く行うためには、位置合わせの順序として、ｘ方向、ｙ方向およびφ方向の位置合わせの後に、ｚ方向の位置合わせが行われることが好ましい。ｚ方向の位置合わせは、例えば、パターンマッチングの対象範囲において実高さ画像データにより表される平均高さと基準高さ画像データにより表される平均高さとが一致するように行われる。画面上では、対象画像のｚ方向の移動によって対象画像が拡大または縮小される。
図１３には、自動位置合わせ後の基準データ設定画面ＤＳ１が示される。自動位置合わせにより、図１３の例のように、画像表示領域４１０に表示される対象画像と基準画像との一致度が高くなる。また、高さ表示領域４２０ａに表示される高さ表示線Ｄ１と高さ表示線Ｅ１との一致度が高くなり、高さ表示領域４２０ｂに表示される高さ表示線Ｄ２と高さ表示線Ｅ２との一致度が高くなる。
点指定位置合わせでは、対象画像および基準画像の各々において複数の点が指定され、これらの複数の点に基づいて、対象画像の位置合わせが行われる。例えば、図１４の点位置合わせ設定画面ＤＳ３が表示される。点位置合わせ設定画面ＤＳ３は、画像表示領域４１３，４１４を含む。画像表示領域４１３に対象画像が表示され、画像表示領域４１４に基準画像が表示される。図１４の例では、対象画像としてテクスチャ画像が表示され、基準画像として基準外観画像が表示される。本例では、対象画像および基準画像の各々において３つの点が指定される。具体的には、画像表示領域４１３の対象画像において点Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３が指定され、画像表示領域４１４の基準画像において点Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３が指定される。点Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３は点Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３とそれぞれ対応する。これらの点は、測定対象物Ｓの特徴的な点であることが好ましい。これらの点は、ユーザにより指定されてもよく、あるいは実高さ画像データおよび基準高さ画像データに基づいて自動的に指定されてもよい。
また、画像表示領域４１３には、点Ｐａ１，Ｐａ２を通る直線ＬＡ、および点Ｐａ１から点Ｐａ２に向かう矢印ＲＡが表示され、画像表示領域４１４には、点Ｐｂ１，Ｐｂ２を通る直線ＬＢ、および点Ｐｂ１から点Ｐｂ２に向かう矢印ＲＢが表示される。
これらの点が指定されると、まず、点Ｐａ１が点Ｐｂ１と一致するように、対象画像がｘ方向およびｙ方向に移動される。続いて、直線ＬＡが直線ＬＢと一致し、かつ矢印ＲＡの向きが矢印ＲＢの向きと一致するように、対象画像がφ方向に回転される。最後に、点Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３を含む平面が、点Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３を含む平面と一致するように、対象画像のｚ方向における位置および傾きが調整される。具体的には、高さ画像座標系において、点Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３を含む平面が、点Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３を含む平面と一致するように、対象画像が補正される。点Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３の各々の高さ（ｚ座標）は、実高さ画像データにより表され、点Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３の各々の高さ（ｚ座標）は、基準高さ画像データにより表される。これにより、図１３の例と同様に、画像表示領域４１０に表示される対象画像と基準画像との一致度が高くなる。
（７−２）詳細位置合わせ
詳細位置合わせでは、測定対象物Ｓに基準位置が指定され、その基準位置を基準に位置合わせが行われる。詳細位置合わせは、第２の位置合わせの例である。図１５〜図１８は、詳細位置合わせについて説明するための図である。詳細位置合わせは、傾き合わせ、ｘｙ位置合わせおよび高さオフセット合わせを含む。傾き合わせ、ｘｙ位置合わせおよび高さオフセット合わせのうち１つまたは２つが選択的に行われてもよく、これらの全てが順に行われてもよい。傾き合わせ、ｘｙ位置合わせおよび高さオフセット合わせが順に行われる場合、最初に傾き合わせが行われ、次にｘｙ位置合わせが行われ、最後に高さオフセット合わせが行われることが好ましい。
図１５には、上記の簡易位置合わせが行われた後の基準データ設定画面ＤＳ１の例が示される。図１５の例では、画像表示領域４１０に、実高さ画像データと基準高さ画像データとの差分を表す高さ画像（以下、差分高さ画像と呼ぶ。）が表示される。差分高さ画像は、実高さ画像データの高さ情報と基準高さ画像データとの差分を色で表す。例えば、差分が最も大きい部分が赤色で表され、差分が最も小さい部分が青色で表される。他の部分は、差分に応じて赤色と青色の中間の色で表される。ユーザは、差分高さ画像を見て、基準画像に対する対象画像の傾きを認識することができる。
傾き合わせでは、例えば、図１６の傾き合わせ設定画面ＤＳ４が表示される。傾き合わせ設定画面ＤＳ４は、画像表示領域４１５を含む。画像表示領域４１５には、基準画像が表示される。図１６の例では、基準画像として基準外観画像が表示される。基準画像上で、基準位置として領域ＢＲ１が設定される。図１６においては、領域ＢＲ１にハッチングが付される。領域ＢＲ１が設定されると、その領域ＢＲ１と重なる対象画像の領域（以下、重複領域と呼ぶ）が特定される。なお、本例とは逆に、対象画像上で基準位置としての領域が設定されてもよい。その場合、設定された領域と重なる基準画像の領域が特定される。
実高さ画像データおよび基準高さ画像データに基づいて、重複領域の高さと領域ＢＲ１の高さとの一致度が高くなるように、対象画像のｚ方向の位置が調整される。具体的には、ｚ軸に交差する軸を中心とする回転方向における対象画像の位置が調整される。なお、対象画像の重複領域に成形上の歪み（例えば、ヒケ）等があると、その歪みの分だけ領域ＢＲ１と重複領域との間に差分が残る。
ｘｙ位置合わせでは、例えば、図１７のｘｙ位置合わせ設定画面ＤＳ５が表示される。ｘｙ位置合わせ設定画面ＤＳ５は、画像表示領域４１６，４１７を含む。画像表示領域４１６に対象画像が表示され、画像表示領域４１７に基準画像が表示される。図１７の例では、対象画像としてテクスチャ画像が表示され、基準画像として基準外観画像が表示される。
例えば、基準位置として、対象画像上で円弧ＣＡ１および円ＣＢ１が指定され、基準画像上で円弧ＣＡ２および円ＣＢ２が指定される。円弧ＣＡ１，ＣＡ２は、測定対象物Ｓの共通の円形の部分に重なり、円ＣＢ１，ＣＢ２は、測定対象物Ｓの他の共通の円形の部分に重なる。
また、円弧ＣＡ１の中心点Ｐｘ１および円ＣＢ１の中心点Ｐｙ１を通る直線Ｌｘ１が設定され、円弧ＣＡ２の中心点Ｐｘ２および円ＣＢ２の中心点Ｐｙ２を通る直線Ｌｘ２が設定される。また、直線Ｌｘ１上で一方向に向かう矢印Ｒｘ１が設定され、直線Ｌｘ２上で一方向に向かう矢印Ｒｘ２が設定される。
このような設定が行われた場合、例えば、点Ｐｘ１と点Ｐｘ２とが一致するように対象画像のｘ方向およびｙ方向の位置が調整される。また、直線Ｌｘ１と直線Ｌｘ２が一致し、かつ矢印Ｒｘ１の向きが矢印Ｒｘ２の向きと一致するように、対象画像がφ方向に回転される。
高さオフセット合わせでは、例えば、図１８の高さオフセット合わせ設定画面ＤＳ６が表示される。高さオフセット合わせ設定画面ＤＳ６は、画像表示領域４１８を含む。画像表示領域４１８には、基準画像が表示される。図１８の例では、基準画像として基準高さ画像が表示される。基準画像上において、３つの点Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３が指定されることにより、基準位置として円形の領域ＢＲ２が指定される。領域ＢＲ２は、図１７の円弧ＣＡ２が設定された測定対象物Ｓの円形の部分である。また、領域ＢＲ２と重なる対象画像の領域（重複領域）が特定される。なお、本例とは逆に、対象画像上で基準位置としての領域が設定されてもよい。その場合、設定された領域と重なる基準画像の領域が特定される。実高さ画像データおよび基準高さ画像データに基づいて、領域ＢＲ２の高さと重複領域の高さとの一致度が高くなるように、対象画像のｚ方向の位置が調整される。
このようにして、傾き合わせ、ｘｙ位置合わせおよび高さオフセット合わせが順に行われることにより、測定対象物Ｓの特定の部分について非常に高い精度で位置合わせを行うことができる。本例においては、図１８の領域ＢＲ２が特定の部分に該当する。
（８）比較計測
上記のようにして対象画像と基準画像との位置合わせが行われた後、対象画像データおよび基準画像データに基づいて、測定対象物Ｓの実際の寸法とＣＡＤデータにより表される設計寸法との比較計測が行われる。図１９および図２０は、比較計測について説明するための図である。
例えば、図１９の比較計測画面ＤＳ７が表示される。比較計測画面ＤＳ７は、画像表示領域４２１，４２２および比較結果表示領域４２３を含む。画像表示領域４２１に対象画像が表示され、画像表示領域４２２に基準画像が表示される。図１９の例では、対象画像としてテクスチャ画像が表示され、基準画像として基準外観画像が表示される。
対象画像および基準画像の各々において、計測箇所が指定される。例えば、対象画像上に線分Ｌｄ１が設定され、基準画像上に線分Ｌｄ２が設定される。線分Ｌｄ１，Ｌｄ２は、測定対象物Ｓの共通の計測箇所を表す。この場合、一方の画像において計測箇所が指定されると、他方の画像の対応する箇所に自動的に計測箇所が指定されてもよい。例えば、対象画像上で線分Ｌｄ１が設定されると、基準画像上で自動的に線分Ｌｄ２が設定される。また、図２０の比較計測画面ＤＳ８が表示されてもよい。図２０の比較計測画面ＤＳ８は、画像表示領域４２４，４２５を含む。画像表示領域４２４に実高さ画像データに基づく３次元画像が表示され、画像表示領域４２５に基準高さ画像データに基づく３次元画像が表示される。比較計測画面ＤＳ８において、計測箇所の設定および確認等が行われてもよい。
図１９の比較結果表示領域４２３には、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報（以下、ずれ情報と呼ぶ。）が表示される。図１９の例では、ずれ情報として、線分Ｌｄ１と重なる対象画像の部分の高さ情報を表す高さ表示線Ｄｄ１および線分Ｌｄ２と重なる基準画像の部分の高さ情報を表す高さ表示線Ｄｄ２が表示される。高さ表示線Ｄｄ１は実高さ画像データに基づいて生成され、高さ表示線Ｄｄ２は基準高さ画像データに基づいて生成される。例えば、高さ表示線Ｄｄ１と高さ表示線Ｄｄ２とは、異なる色で表される。図１９においては、高さ表示線Ｄｄ１が点線で表され、高さ表示線Ｄｄ２が実線で表される。
また、高さ表示線Ｄｄ１と高さ表示線Ｄｄ２とのずれを容易に認識することができるように、高さ表示線Ｄｄ１と高さ表示線Ｄｄ２との間に色が付されてもよい。また、高さ表示線Ｄｄ１により表される高さが高さ表示線Ｄｄ２により表される高さよりも大きい部分（高さ表示線Ｄｄ１が高さ表示線Ｄｄ２よりも上側に位置する部分）と、高さ表示線Ｄｄ１により表される高さと高さ表示線Ｄｄ２により表される高さよりも小さい部分（高さ表示線Ｄｄ１が高さ表示線Ｄｄ２よりも下側に位置する部分）とで、異なる色が付されてもよい。図１９においては、高さ表示線Ｄｄ１と高さ表示線Ｄｄ２との間の部分にハッチングが付される。また、高さ表示線Ｄｄ１により表される高さが高さ表示線Ｄｄ２により表される高さよりも大きい部分と、高さ表示線Ｄｄ１により表される高さと高さ表示線Ｄｄ２により表される高さよりも小さい部分とで、異なるハッチングが付される。
ずれ情報として、実高さ画像データおよび基準高さ画像データの各々により表される高さの最大値および最小値が表示されてもよく、これら最大値と最小値との差分が表示されてもよく、実高さ画像データおよび基準高さ画像データの各々により表される高さの平均値が表示されてもよい。また、高さ表示線Ｄｄ１と高さ表示線Ｄｄ２との差分の最大値、最小値または平均値等が表示されてもよい。
（９）測定対象物計測処理
図２１は、拡大観察装置５００の機能的な構成を示すブロック図である。図２１に示すように、拡大観察装置５００は、ＣＡＤデータ取得手段５０１、テクスチャ画像データ取得指令手段５０２、実高さ画像データ取得指令手段５０３、ＣＡＤ高さ画像データ生成手段５０４、基準高さ画像データ選択手段５０５、基準外観画像データ取得手段５０６、対象画像表示手段５０７、基準画像表示手段５０８、簡易位置合わせ手段５０９、詳細位置合わせ手段５１０、計測箇所指定手段５１１およびずれ情報表示手段５１２を含む。これらの機能は、図１のＣＰＵ２１０がＲＯＭ２２０または記憶装置２４０に記憶された測定対象物計測プログラムを実行することにより実現される。
ＣＡＤデータ取得手段５０１は、図１の記憶装置２４０に記憶される測定対象物ＳのＣＡＤデータ（以下、基本ＣＡＤデータと呼ぶ。）を取得する。テクスチャ画像データ取得指令手段５０２は、測定対象物Ｓのテクスチャ画像データが取得されるように、図１の測定部１００および制御部３００に指令を与える。実高さ画像データ取得指令手段５０３は、実高さ画像データが取得されるように、図１の測定部１００および制御部３００に指令を与える。ＣＡＤ高さ画像データ生成手段５０４は、基本ＣＡＤデータに基づいて、複数のＣＡＤ高さ画像データ（図９参照）を生成する。基準高さ画像データ選択手段５０５は、複数のＣＡＤ高さ画像データから基準高さ画像データを選択する。基準外観画像データ取得手段５０６は、基準高さ画像データに対応する基準取得画像を取得する。
対象画像表示手段５０７は、図１の表示部４００により対象画像を表示し、基準画像表示手段５０８は、図１の表示部４００により基準画像を表示する。簡易位置合わせ手段５０９は、対象画像および基準画像の簡易位置合わせを行い、詳細位置合わせ手段５１０は、対象画像および基準画像の詳細位置合わせを行う。計測箇所指定手段５１１は、図１の操作部２５０の操作に基づいて、測定対象物Ｓの計測箇所を指定する。ずれ情報表示手段５１２は、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報（ずれ情報）を図１の表示部４００により表示する。
以下、ＣＰＵ２１０の制御動作について説明する。ＣＰＵ２１０がＲＯＭ２２０または記憶装置２４０に記憶された測定対象物計測プログラムを実行することにより測定対象物計測処理が行われる。図２２および図２３は、測定対象物計測処理の一例を示すフローチャートである。
まず、ＣＰＵ２１０は、測定部１００および制御部３００に指令を与えることより、テクスチャ画像データを取得するとともに（ステップＳ１）、実高さ画像データを取得する（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ２１０は、取得された実画像データ（テクスチャ画像データまたは実高さ画像データ）に基づいて、対象画像（テクスチャ画像または実高さ画像）を表示部４００により表示する（ステップＳ３）。続いて、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの基本ＣＡＤデータを記憶装置２４０から取得し（ステップＳ４）、その基本ＣＡＤデータに基づいて、複数のＣＡＤ高さ画像データを生成する（ステップＳ５）。なお、各基本ＣＡＤデータに対応する複数のＣＡＤ高さ画像データが予め生成され、それらのＣＡＤ高さ画像データが記憶装置２４０に記憶されていてもよい。
次に、ＣＰＵ２１０は、複数のＣＡＤ高さ画像データのうち、実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択する（ステップＳ６）。次に、ＣＰＵ２１０は、基本ＣＡＤデータに基づいて、選択された基準高さ画像データに対応する方向に見た測定対象物Ｓの外観を表す基準外観画像データを取得する（ステップＳ７）。
次に、ＣＰＵ２１０は、基準画像データ（基準外観画像データまたは基準高さ画像データ）に基づいて、基準画像（基準外観画像または基準高さ画像）を表示部４００により表示する（ステップＳ８）。この場合、対象画像に合わせて向きが調整された基準画像が表示されることが好ましい。
次に、ＣＰＵ２１０は、ユーザの操作に基づいて、簡易位置合わせとしての自動位置合わせを行うか否かを判定する（ステップＳ９）。例えば、図１２のダイアログボックスＤＳで“Ｙｅｓ”が選択された場合、ＣＰＵ２１０は、パターンマッチングによる自動位置合わせを行い（ステップＳ１０）、“Ｎｏ”が選択された場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１０をスキップする。続いて、ＣＰＵ２１０は、ユーザの操作に基づいて、簡易位置合わせとしての点指定位置合わせを行うか否かを判定する（ステップＳ１１）。例えば、図１２の例と同様に、点指定位置合わせを行うか否かを選択するためのダイアログボックスが表示される。あるいは、基準データ設定画面ＤＳ１の設定表示領域４３０において、点指定位置合わせを行うか否かの選択が行われてもよい。点指定位置合わせを行う場合、ＣＰＵ２１０は、上記の対象画像および基準画像上でユーザにより指定される複数の点を受け付け、その複数の点に基づいて上記の点指定位置合わせを行う（ステップＳ１２）。点指定位置合わせを行わない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１２をスキップする。
次に、ＣＰＵ２１０は、ユーザの操作に基づいて、詳細位置合わせを行うか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、基準データ設定画面ＤＳ１の設定表示領域４３０において、点指定位置合わせを行うか否かの選択が行われる。詳細位置合わせを行う場合、ＣＰＵ２１０は、指定された基準位置を基準として、上記の傾き合わせ、ＸＹ位置合わせおよび高さオフセット合わせを順に行う（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。なお、傾き合わせ、ＸＹ位置合わせおよび高さオフセット合わせのうち１つのみまたは２つのみが選択的に行われてもよい。詳細位置合わせを行わない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１４〜Ｓ１６をスキップする。
次に、ＣＰＵ２１０は、ユーザの操作に基づいて、測定対象物Ｓの計測箇所を指定する（ステップＳ１７）。続いて、ＣＰＵ２１０は、実高さ画像データおよび基準高さ画像データに基づいて、表示部４００によりずれ情報を表示する（ステップＳ１８）。これにより、測定対象物計測処理が終了する。
（１０）効果
本実施の形態に係る拡大観察装置５００においては、基本ＣＡＤデータに基づいて生成される複数のＣＡＤ高さ画像データのうち、実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データが基準高さ画像データとして選択され、その基準高さ画像データに対応する基準外観画像データが取得される。この基準高さ画像データおよび基準外観画像データの一方に基づく基準画像が、テクスチャ画像データおよび実高さ画像データの一方に基づく対象画像とともに表示され、かつ自動位置合わせとしてパターンマッチングによる対象画像と基準画像との位置合わせが行われる。この場合、ユーザは、基本ＣＡＤデータ上で方向の指定等を行う必要がない。それにより、ユーザは、煩雑な操作を行うことなく、対象画像と基準画像との比較を容易に行うことができる。
また、測定対象物の計測箇所が指定されると、実高さ画像データにより表される計測箇所と基準高さ画像データにより表される計測箇所とのずれを示す情報が表示される。この場合、ユーザは、互いに位置合わせされた対象画像および基準画像に基づいて、容易にかつ精度良く計測箇所を指定することができる。また、ユーザは、測定対象物の特定の部分について実高さ画像データとＣＡＤデータとのずれを容易にかつ直感的に認識することができる。
（１１）他の実施の形態
（１１−１）
上記実施の形態では、対象画像が表示された後にパターンマッチングによる自動位置合わせが行われるが、本発明はこれに限らない。内部的に自動位置合わせが行われた後に対象画像が表示されてもよい。この場合、処理効率のさらなる向上が可能となる。
（１１−２）
上記実施の形態では、１つのＣＡＤデータから６つのＣＡＤ高さ画像が生成されるが、生成されるＣＡＤ高さ画像データの数はこれに限らず、５つ以下または７つ以上のＣＡＤ高さ画像データが生成されてもよい。例えば、見る方向が限られるような単純な形状を有する測定対象物Ｓについては、生成されるＣＡＤ高さ画像データの数が少なくてもよく、あらゆる方向に見ることを想定されたような複雑な形状を有する測定対象物Ｓについては、生成されるＣＡＤ高さ画像データの数が多いことが好ましい。
また、上記実施の形態では、ＣＡＤデータに対応するＸ’軸、Ｙ’軸、およびＺ’軸と平行な方向に見た測定対象物ＳのＣＡＤ高さ画像データが生成されるが、これらの軸と無関係にＣＡＤ高さ画像データが生成されてもよい。
（１１−３）
上記実施の形態では、簡易位置合わせの前に、対象画像に対して基準画像が移動され、簡易位置合わせおよび詳細位置合わせにおいて、基準画像に対して対象画像が移動されるが、本発明はこれに限らない。簡易位置合わせの前に、基準画像に対して対象画像が移動されてもよく、簡易位置合わせおよび詳細位置合わせにおいて、対象画像に対して基準画像が移動されてもよい。ただし、ユーザに違和感を与えないためには、上記実施の形態のように対象画像および基準画像が移動されることが好ましい。
（１１−４）
上記実施の形態では、対象画像の表示のためにテクスチャ画像データおよび実高さ画像データが取得され、基準画像の表示のために基準外観画像データおよび基準高さ画像データが取得されるが、本発明はこれに限らず、テクスチャ画像データおよび基準外観画像データが取得されなくてもよい。この場合、テクスチャ画像および基準外観画像が表示されることなく、実高さ画像および基準高さ画像のみが表示される。
（１１−５）
上記実施の形態では、光切断方式またはパターン投影法を用いた三角測距方式により測定対象物Ｓの高さ情報を含む実高さ画像データが取得されるが、本発明はこれに限らず、他の方式により実高さ画像データが取得されてもよい。例えば、タイムオブフライト法、共焦点法、照度差ステレオ法、キャリブレート済みステレオ法、フォトグラメトリ法またはレンズ焦点法等により実高さ画像データが取得されてもよい。
（１２）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構成要素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。
上記実施の形態においては、拡大観察装置５００が拡大観察装置の例であり、測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、ステージ１４１がステージの例であり、測定ヘッド１００Ｈが高さ画像データ取得手段の例であり、記憶装置２４０が記憶部の例であり、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、ＣＰＵ２１０が情報処理部の例であり、ＣＡＤデータ取得手段５０１がＣＡＤデータ取得手段の例であり、実高さ画像データ取得指令手段５０３が取得指令手段の例であり、ＣＡＤ高さ画像データ生成手段５０４がＣＡＤ高さ画像データ生成手段の例であり、基準高さ画像データ選択手段５０５が基準高さ画像データ選択手段の例であり、対象画像表示手段５０７が対象画像表示手段の例であり、基準画像表示手段５０８が基準画像表示手段の例であり、簡易位置合わせ手段５０９が位置合わせ実行手段の例であり、計測箇所指定手段５１１が計測箇所指定手段の例であり、ずれ情報表示手段５１２がずれ情報表示手段の例である。
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構成要素を用いることもできる。
本発明は、ＣＡＤデータと他の画像データとの比較に有効に利用することができる。
１００ 測定部
１００Ｈ 測定ヘッド
１１０ 投光部
１２０ 受光部
１３０ 照明光出力部
１４０ ステージ装置
１５０ 制御基板
２００ ＰＣ
２１０ ＣＰＵ
２２０ ＲＯＭ
２３０ ＲＡＭ
２４０ 記憶装置
２５０ 操作部
３００ 制御部
４００ 表示部
５００ 拡大観察装置
５０１ ＣＡＤデータ取得手段
５０２ テクスチャ画像データ取得指令手段
５０３ 実高さ画像データ取得指令手段
５０４ ＣＡＤ高さ画像データ生成手段
５０５ 基準高さ画像データ選択手段
５０６ 基準外観画像データ取得手段
５０７ 対象画像表示手段
５０８ 基準画像表示手段
５０９ 簡易位置合わせ手段
５１０ 詳細位置合わせ手段
５１１ 計測箇所指定手段
５１２ ずれ情報表示手段

Claims (14)

  1. 測定対象物を表す３次元の基本ＣＡＤデータを取得するステップと、
    一方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報として含む実高さ画像データを取得するステップと、
    前記基本ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報としてそれぞれ含む複数のＣＡＤ高さ画像データを生成するステップと、
    前記複数のＣＡＤ高さ画像データのうち前記実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択するステップと、
    前記実高さ画像データに基づく第１の画像または前記第１の画像に対応する第２の画像を対象画像として表示し、前記基準高さ画像データに基づく第３の画像または前記第３の画像に対応する第４の画像を基準画像として表示するステップと、
    パターンマッチングによって前記対象画像と前記基準画像との位置合わせを第１の位置合わせとして行うステップと、
    測定対象物の計測箇所を指定するステップと、
    前記実高さ画像データにより表される前記計測箇所と前記基準高さ画像データにより表される前記計測箇所とのずれを示す情報を表示するステップとを、
    コンピュータに実行させる、測定対象物計測プログラム。
  2. 前記複数の方向は、第１、第２、第３、第４、第５および第６の方向を含み、
    前記第１および第２の方向は、互いに平行でかつ互いに逆向きであり、前記第２および第３の方向は、互いに平行でかつ逆向きであり、前記第５および第６の方向は、互いに平行でかつ逆向きであり、
    前記第３および第４の方向は、前記第１および第２の方向にそれぞれ直交し、
    前記第５および第６の方向は、前記第１および第２の方向にそれぞれ直交しかつ前記第３および第４の方向にそれぞれ直交する、請求項１記載の測定対象物計測プログラム。
  3. 前記基本ＣＡＤデータに対応する３次元座標系において第１、第２および第３の軸が設定され、
    前記第１および第２の方向は、前記第１の軸に平行であり、前記第３および第４の方向は、前記第２の軸に平行であり、前記第５および第６の方向は、前記第３の軸に平行である、請求項２記載の測定対象物計測プログラム。
  4. 前記基準画像を表示するステップを、前記第１の位置合わせを行うステップの前に、コンピュータに実行させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定対象物計測プログラム。
  5. 前記第１の位置合わせを行うステップの前に、前記対象画像に対して前記基準画像を移動させ、前記第１の位置合わせを行うステップにおいて、前記基準画像に対して前記対象画像を移動させる、請求項４記載の測定対象物計測プログラム。
  6. 前記対象画像の向きを変更するステップを、コンピュータにさらに実行させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定対象物計測プログラム。
  7. 前記実高さ画像データおよび前記基準高さ画像データに対応する３次元座標系において、前記一方向または前記基準高さ画像データに対応する方向に平行な第４の軸、ならびに前記第４の軸に垂直な面上で互いに直交する第５および第６の軸がそれぞれ定義され、
    前記第１の位置合わせを行うステップは、
    前記第５および第６の軸に平行な方向の位置合わせ、ならびに前記第４の軸に平行な軸を中心とする回転方向の位置合わせを行う平行位置調整ステップと、
    前記平行位置調整ステップの後に、前記第４の軸に平行な方向の位置合わせを行う高さ調整ステップとを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の測定対象物計測プログラム。
  8. 基準高さ画像データを選択するステップの前に、前記基本ＣＡＤデータに基づくＣＡＤ画像を表示するステップを、コンピュータにさらに実行させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の測定対象物計測プログラム。
  9. 前記第１の位置合わせを行うステップの後に、測定対象物の基準位置を指定し、前記基準位置を基準に前記対象画像と前記基準画像との位置合わせを第２の位置合わせとして行うステップを、コンピュータにさらに実行させる、請求項１〜８のいずれかに記載の測定対象物計測プログラム。
  10. 前記実高さ画像データおよび前記基準高さ画像データに対応する３次元座標系において、前記一方向または前記基準高さ画像データに対応する方向に平行な第４の軸、ならびに前記第４の軸に垂直な面上で互いに直交する第５および第６の軸がそれぞれ定義され、
    前記第２の位置合わせを行うステップにおいて、前記第４の軸に交差する軸を中心とする回転方向の位置合わせ、前記第５および第６の軸に平行な方向の位置合わせ、ならびに前記第４の軸に平行な方向の位置合わせのうち、少なくとも１つの位置合わせを行う、請求項９記載の測定対象物計測プログラム。
  11. 前記基準画像を表示するステップにおいて、前記対象画像に合わせて向きが調整された前記基準画像を最初に表示する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の測定対象物計測プログラム。
  12. 前記一方向における撮像により得られる測定対象物の外観を表す実外観画像データを取得するステップを、コンピュータにさらに実行させ、
    前記第２の画像は、前記実外観画像データに基づく画像である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の測定対象物計測プログラム。
  13. 測定対象物を表す３次元の基本ＣＡＤデータを取得するステップと、
    一方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報として含む実高さ画像データを取得するステップと、
    前記基本ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報としてそれぞれ含む複数のＣＡＤ高さ画像データを生成するステップと、
    前記複数のＣＡＤ高さ画像データのうち前記実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択するステップと、
    前記実高さ画像データに基づく第１の画像または前記第１の画像に対応する第２の画像を対象画像として表示し、前記基準高さ画像データに基づく第３の画像または前記第３の画像に対応する第４の画像を基準画像として表示するステップと、
    パターンマッチングによって前記対象画像と前記基準画像との位置合わせを第１の位置合わせとして行うステップと、
    測定対象物の計測箇所を指定するステップと、
    前記実高さ画像データにより表される前記計測箇所と前記基準高さ画像データにより表される前記計測箇所とのずれを示す情報を表示するステップとを含む、測定対象物計測方法。
  14. 測定対象物が載置されるステージと、
    一方向における基準位置から前記ステージに載置された測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報として含む実高さ画像データを取得する高さ画像データ取得手段と、
    測定対象物を表す３次元の基本ＣＡＤデータを記憶する記憶部と、
    表示部と、
    ユーザにより操作される操作部と、
    情報処理部とを備え、
    前記情報処理部は、
    前記記憶部に記憶される前記基本ＣＡＤデータを取得する基本ＣＡＤデータ取得手段と、
    前記実高さ画像データを取得するように前記高さ画像データ取得手段に指令を与える取得指令手段と、
    前記基本ＣＡＤデータに基づいて、複数の方向における基準位置から測定対象物の表面の各部までの距離を高さ情報としてそれぞれ含む複数のＣＡＤ高さ画像データを生成するＣＡＤ高さ画像データ生成手段と、
    前記複数のＣＡＤ高さ画像データのうち前記実高さ画像データとの一致度が最も高いＣＡＤ高さ画像データを基準高さ画像データとして選択する基準高さ画像データ選択手段と、
    前記実高さ画像データに基づく第１の画像または前記第１の画像に対応する第２の画像を対象画像として前記表示部により表示し、前記基準高さ画像データに基づく第３の画像または前記第３の画像に対応する第４の画像を基準画像として前記表示部により表示する画像表示手段と、
    パターンマッチングによって前記対象画像と前記基準画像との位置合わせを行う位置合わせ実行手段と、
    前記操作部の操作に基づいて測定対象物の計測箇所を指定する計測箇所指定手段と、
    前記実高さ画像データにより表される前記計測箇所と前記基準高さ画像データにより表される前記計測箇所とのずれを示す情報を前記表示部により表示するずれ情報表示手段とを含む、拡大観察装置。
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