JP6899236B2 - 関係特定方法、関係特定装置、関係特定プログラム、補正方法、補正装置、及び補正用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、白色干渉計における干渉波形の補正に関する関係特定方法、関係特定装置、関係特定プログラム、補正方法、補正装置、及び補正用プログラムに関する。

従来、白色干渉計を備え、白色光をワーク及び参照面に照射し、ワークから反射された白色光と、参照面から反射された白色光とに基づいてワークの三次元形状や高さを測定する三次元測定システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

白色干渉計の対物レンズは、ミロー干渉計やマイケルソン干渉計によって構成されている。図９は、ミロー干渉計タイプの対物レンズ１００の構成例を示す図である。図９に示すように、対物レンズ１００は、白色光を照射するレンズ群１０１と、レンズ群から照射された白色光を透過させるガラス基板１０２と、ガラス基板１０２を透過した白色光の一部を反射するとともに他の一部を透過させるビームスプリッタ１０３と、ガラス基板１０２に載置され、ビームスプリッタ１０３によって反射された白色光を反射する参照ミラー１０４とを備えている。

白色光が照射されたワーク１０５を撮像部によって撮像する場合、撮像部に入射する白色光の光路には、ビームスプリッタ１０３を透過し、ワーク１０５を反射する白色光の光路である測定光路と、ビームスプリッタ１０３及び参照ミラー１０４で反射する白色光の光路である参照光路とが含まれる。このため、これらの光路差によって干渉が生じる。対物レンズ１００の位置を白色光の照射方向に移動させながら撮像を行うと、撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれにおいて図３に示すような干渉波形ＩＷが得られる。三次元測定システムは、撮像画像に含まれる画素において干渉光強度が最大となる対物レンズ１００の光軸方向の位置を特定することにより、当該画素が対応するワーク上の位置の光軸方向の高さを計測することができる。

特開２０１３−１０４９９８号公報

ワークの法線方向が、対物レンズの光軸と平行ではない場合において、ワークから反射する光が正反射ではないとき、光路が変化して光波の位相が変化する。そうすると、第１光路において位相ずれが生じ、図４の干渉波形ＩＷ’に示すようにずれが生じてしまう。よって、ワークの傾斜が一様ではなく、ワークの法線方向が一様ではない場合には、干渉波形のずれが生じることによってワークの高さを正確に測定することができないという問題が発生する。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、干渉波形の補正を可能にする関係特定方法、関係特定装置、関係特定プログラムを提供することを目的とする。また、本発明は、干渉波形を補正することができる補正方法、補正装置、及び補正用プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る関係特定方法は、コンピュータが実行する、白色干渉計を備える三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度を変化させた場合の、複数の前記傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する第１取得ステップと、複数の前記傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する第１特定ステップと、前記複数の傾斜角度と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係を特定する第２特定ステップと、を有する。

前記関係特定方法は、前記傾斜角度を固定した状態で、前記白色光の照射方向を中心軸とした前記ワークの傾斜方向を変化させた場合の、複数の前記傾斜方向のそれぞれに対応する干渉波形を取得する第２取得ステップと、複数の前記傾斜方向で取得された複数の干渉波形のそれぞれと、前記基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する第３特定ステップと、前記複数の傾斜方向と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜方向と前記位相オフセットとの関係を特定する第４特定ステップとをさらに有していてもよい。

前記関係特定方法は、前記１取得ステップにおいて、前記傾斜方向を、前記位相オフセットが最大となるときの前記傾斜方向に固定した状態で、前記傾斜角度を変化させながら、前記干渉波形を取得してもよい。

前記関係特定方法は、前記傾斜方向に依存する前記位相オフセットの成分が０となるように前記傾斜方向を固定した状態で、前記傾斜角度を変化させながら前記干渉波形を取得する第３取得ステップと、前記第３取得ステップにおいて取得された複数の干渉波形のそれぞれと前記基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する第５特定ステップと、前記複数の傾斜角度と、前記第５特定ステップにおいて特定された前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と、前記傾斜方向に依存せず前記傾斜角度に依存する前記位相オフセットの成分との関係を特定する第６特定ステップとをさらに有していてもよい。

本発明の第２の態様に係る関係特定装置は、白色干渉計を備える三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度を変化させた場合の、複数の前記傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部と、複数の前記傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する位相オフセット特定部と、前記複数の傾斜角度と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係を特定する関係特定部と、を有する。

本発明の第３の態様に係る関係特定プログラムは、コンピュータを、白色干渉計を備える三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度を変化させた場合の、複数の前記傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部、複数の前記傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する位相オフセット特定部、及び、前記複数の傾斜角度と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係を特定する関係特定部、として機能させる。

本発明の第４の態様に係る補正方法は、コンピュータが、白色干渉計を用いた三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する、前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度に伴う干渉波形の位相オフセットを補正する補正方法であって、前記白色干渉計を前記白色光の照射方向に移動させながら撮像した前記ワークの複数の撮像画像に基づいて、前記撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得するステップと、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記ワークの位置における前記傾斜角度を特定するステップと、予め特定された前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係に基づいて、複数の画素のそれぞれに対して特定された前記傾斜角度に対応する前記位相オフセットを特定するステップと、特定された前記位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する前記干渉波形を補正するステップと、を備える。

本発明の第５の態様に係る補正装置は、白色干渉計を用いた三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する、前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度に伴う干渉波形の位相オフセットを補正する補正装置であって、前記白色干渉計を前記白色光の照射方向に移動させながら撮像した前記ワークの複数の撮像画像に基づいて、前記撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部と、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記ワークの位置における前記傾斜角度を特定する傾斜角度特定部と、予め特定された前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係に基づいて、複数の画素のそれぞれに対して特定された前記傾斜角度に対応する前記位相オフセットを特定するオフセット特定部と、特定された前記位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する前記干渉波形を補正する補正部と、を備える。

本発明の第６の態様に係る補正用プログラムは、白色干渉計を用いた三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する、前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度に伴う干渉波形の位相オフセットを補正するコンピュータを、前記白色干渉計を前記白色光の照射方向に移動させながら撮像した前記ワークの複数の撮像画像に基づいて、前記撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部、前記複数の画素のそれぞれに対応する前記ワークの位置における前記傾斜角度を特定する傾斜角度特定部、予め特定された前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係に基づいて、複数の画素のそれぞれに対して特定された前記傾斜角度に対応する前記位相オフセットを特定するオフセット特定部、及び、特定された前記位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する前記干渉波形を補正する補正部、として機能させる。

本発明によれば、干渉波形の補正が可能になるという効果を奏する。

第１実施形態に係る三次元測定システムの構成を示す図である。 第１実施形態に係るコンピュータの構成を示す図である。 干渉波形の一例を示す図である。 波形位置がずれた干渉波形の一例を示す図である。 第１実施形態に係るコンピュータによる、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係るコンピュータによる位相オフセットの補正に係る処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係るコンピュータによる、傾斜角度と傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを示すフローチャートである。 第３実施形態に係るコンピュータによる、傾斜角度と傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを示すフローチャートである。 ミロー干渉計タイプの干渉対物レンズの構成例を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る三次元測定システムＳの構成を示す図である。
三次元測定システムＳは、三次元測定機１と、関係特定装置及び補正装置としてのコンピュータ２とを備える。

三次元測定機１は、ステージ１１と、白色干渉計１２と、駆動制御部１３とを備える。
ステージ１１は、ワークＷを載置するための測定盤である。
白色干渉計１２は、照射部１２１と、コリメータレンズ１２２と、ビームスプリッタ１２３と、対物レンズ部１２４と、撮像部１２９とを備える。

照射部１２１は、白色光をコリメータレンズ１２２に照射する。
コリメータレンズ１２２は、入射した白色光を平行光として出射する。
ビームスプリッタ１２３は、コリメータレンズ１２２から出射された白色光を反射し、対物レンズ部１２４に入射する。また、ビームスプリッタ１２３は、対物レンズ部１２４から入射する白色光を透過させて撮像部１２９に入射させる。

対物レンズ部１２４は、対物レンズ１２５と、ガラス基板１２６と、参照ミラー１２７と、ビームスプリッタ１２８とを備える。
対物レンズ１２５は、ビームスプリッタ１２３から入射する白色光を収束し、ガラス基板１２６に入射させる。
ガラス基板１２６は、入射した白色光を透過させる。ガラス基板１２６の上面には、参照ミラー１２７が載置される。参照ミラー１２７は、ビームスプリッタ１２８から反射した白色光をビームスプリッタ１２８に反射する。

ビームスプリッタ１２８は、対物レンズ１２５から入射した白色光の一部を反射して参照ミラーに入射させるとともに、他の一部を透過させてワークＷに入射させる。参照ミラーに入射する白色光は、参照ミラー１２７によって反射され、再びビームスプリッタ１２８に入射する。ビームスプリッタ１２８は、参照ミラー１２７によって反射された白色光を反射し、対物レンズ１２５に入射させる。
また、ビームスプリッタ１２８は、ワークＷから反射した反射光を透過させて、対物レンズ１２５に入射させる。

このように、対物レンズ１２５に入射する白色光の光路には、ビームスプリッタ１２８を透過し、ワークＷにおいて反射してビームスプリッタ１２８を透過した白色光の光路である測定光路と、ビームスプリッタ１２８において反射し、参照ミラー１２７において反射し、その後、再びビームスプリッタ１２８において反射した白色光の光路である参照光路とが含まれる。参照光路と、測定光路との光路差によって、対物レンズ１２５に入射する白色光には干渉が生じる。以下、対物レンズ１２５に入射し、撮像部１２９に入射する白色光を干渉光ともいう。

撮像部１２９は、２次元の撮像素子を含むＣＣＤカメラ等である。撮像部１２９は、対物レンズ部１２４を透過し、ビームスプリッタ１２３を透過した干渉光を検出して、撮像画像を生成する。撮像部１２９は、生成した撮像画像をコンピュータ２に出力する。

駆動制御部１３は、白色干渉計１２を白色光の照射方向に移動させることにより、対物レンズ部１２４とワークＷとの距離を変化させる。駆動制御部１３は、白色干渉計１２の位置に基づく、対物レンズ部１２４の高さ位置を示す高さ位置情報をコンピュータ２に出力する。

撮像部１２９は、対物レンズ部１２４が移動する毎に撮像画像を生成してコンピュータ２に出力する。対物レンズ部１２４の高さ位置の変化に応じて測定光路と参照光路との光路差が変化することから、撮像画像に含まれる各画素において検出される干渉光の強度は、対物レンズ部１２４の高さ位置の変化に応じて変化する。

図２は、第１実施形態に係るコンピュータ２の構成を示す図である。
コンピュータ２は、記憶部２１と、制御部２２とを備える。
記憶部２１は、例えば、ＲＯＭ及びＲＡＭ等である。記憶部２１は、コンピュータ２を機能させるための各種プログラムを記憶する。記憶部２１は、制御部２２を、干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３、及び補正部２２４として機能させる関係特定プログラム及び補正用プログラムとしての三次元測定用プログラムを記憶する。

また、記憶部２１は、駆動制御部１３から出力された高さ位置情報と、撮像部１２９から出力された撮像画像とを関連付けて記憶する。また、記憶部２１は、制御部２２によって生成された干渉波形を示す干渉波形情報を記憶する。

制御部２２は、例えばＣＰＵである。制御部２２は、記憶部２１に記憶されている各種プログラムを実行することにより、コンピュータ２に係る機能を制御する。制御部２２は、三次元測定用プログラムを実行することにより、干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３、及び補正部２２４として機能する。

干渉波形取得部２２１は、駆動制御部１３から出力された対物レンズ部１２４の高さ位置を示す位置情報と、撮像部１２９から出力された撮像画像とに基づいて、干渉波形を生成する。まず、干渉波形取得部２２１は、白色干渉計１２が移動する毎に、駆動制御部１３から高さ位置情報を取得するとともに、撮像部１２９から撮像画像を取得する。干渉波形取得部２２１は、撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれについて、白色光の強度と、対物レンズ部１２４の高さ位置との関係を示す干渉波形を生成する。干渉波形取得部２２１は、複数の画素のそれぞれに対して生成した干渉波形を示す干渉波形情報を記憶部２１に記憶させる。

図３は、干渉波形の一例を示す図である。図３には、干渉波形の一例として、干渉波形ＩＷが示されている。図３に示すように、干渉波形ＩＷには、干渉高強度が最大となるピーク位置が存在しており、コンピュータ２の制御部２２は、当該ピーク位置に対応する対物レンズ部１２４の高さ位置に基づいて、当該干渉波形に関連する画素が対応するワークＷの位置の高さを測定することができる。

ここで、画素が対応するワークＷの位置である画素対応位置において、ワークＷが白色光の照射方向に対して傾斜していると、干渉波形の波形位置がずれてしまい、当該画素対応位置におけるワークＷの高さが正確に測定できないという問題がある。図４は、波形位置がずれた干渉波形の一例を示す図である。図４に示す破線の干渉波形は、図３に示す干渉波形ＩＷと同一の干渉波形であり、実線の干渉波形は波形位置がずれた干渉波形ＩＷ’である。図４に示すように、干渉波形ＩＷ’は、干渉波形ＩＷに対して波形位置がずれていることが確認できる。

本発明に係るコンピュータ２は、干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３、補正部２２４によって、白色干渉計１２がワークＷに照射する白色光の光路に対する、ワークＷの角度である傾斜角度と、干渉波形のずれ量との関係を特定し、当該関係に基づいて干渉波形を補正することができる。以下、干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３、補正部２２４の機能について詳細に説明する。なお、以下の説明では、ワークＷが傾斜していない場合における干渉波形を基準干渉波形という。また、基準干渉波形と、ワークＷが傾斜している場合における干渉波形とのずれ量を位相オフセットという。

［傾斜角度と位相オフセットとの関係の特定］
まず、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを説明しながら、当該処理に係る干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３の機能について説明する。図５は、第１実施形態に係るコンピュータ２による、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを示すフローチャートである。
まず、作業者が、校正用ワークをステージ１０に載置する（Ｓ１０）。校正用ワークは、例えば、傾斜角度が可変の平面状のワークである。

続いて、干渉波形取得部２２１は、校正用ワークの傾斜角度を変化させた場合の、複数の傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する（Ｓ２０）。
具体的には、まず、作業者は、校正用ワークの傾斜角度を固定した状態で白色干渉計１２を白色光の照射方向に移動させながら、白色干渉計１２の撮像部１２９に撮像画像を生成させる。

続いて、干渉波形取得部２２１は、一の傾斜角度に対応する、対物レンズ部１２４と校正用ワークとの距離を変化させた場合の複数の撮像画像と、対物レンズ部１２４の高さ位置情報とを、三次元測定機１から取得する。干渉波形取得部２２１は、一の傾斜角度に対応する複数の撮像画像と高さ位置情報とに基づいて、干渉波形を示す干渉波形情報を生成する。例えば、干渉波形取得部２２１は、予め定められた一の画素に対応する干渉波形情報を生成する。干渉波形取得部２２１は、生成した干渉波形情報と、傾斜角度とを関連付けて記憶させる。

干渉波形取得部２２１が一の傾斜角度に対応する干渉波形情報を生成すると、作業者は、校正用ワークの傾斜角度を変更し、白色干渉計１２を白色光の照射方向に移動させながら、白色干渉計１２の撮像部１２９に撮像画像を生成させる。干渉波形取得部２２１は、変更後の傾斜角度に対応する、対物レンズ部１２４と校正用ワークとの距離を変化させた場合の複数の撮像画像と、対物レンズ部１２４の高さ位置情報とを三次元測定機１から取得する。干渉波形取得部２２１は、変更後の傾斜角度に対応する干渉波形情報を生成する。干渉波形取得部２２１は、干渉波形情報と、変更後の傾斜角度とを関連付けて記憶させる。

作業者は、干渉波形取得部２２１が干渉波形情報を生成する毎に、校正用ワークの傾斜角度を変更し、コンピュータ２に、干渉波形情報を生成させ、当該干渉波形情報と、傾斜角度とを関連付けて記憶させる。なお、本実施形態では、作業者が校正用ワークの傾斜角度を変更することとしたが、これに限らない。例えば、校正用ワークの傾斜角度をコンピュータ２の制御によって変更可能としておき、コンピュータ２が、干渉波形情報を生成したことに応じて校正用ワークの傾斜角度を変更するようにしてもよい。

続いて、位相オフセット特定部２２２は、複数の傾斜角度で取得された干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する（Ｓ３０）。

続いて、関係特定部２２３は、複数の傾斜角度と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する（Ｓ４０）。
具体的には、関係特定部２２３は、傾斜角度をφとした場合の、位相オフセットを示す関数Ψ（φ）を特定する。例えば、傾斜角度φに依存する位相オフセットの成分に対応するパラメータをα、傾斜角度φに依存しない位相オフセットの成分としての定数をγとし、位相オフセットを以下の式（１）で示す関数で表わす。
Ψ（φ）＝αφ＋γ・・・（１）

関係特定部２２３は、位相オフセット特定部２２２が特定した、少なくとも２つの傾斜角度φに対応する位相オフセットΨ（φ）に基づいて、パラメータαと、定数γとを特定することにより、位相オフセットを示す関数Ψ（φ）を特定する。

［位相オフセットの補正］
続いて、位相オフセットの補正に係る処理について説明する。
干渉波形取得部２２１は、白色干渉計１２を白色光の照射方向に移動させながら撮像したワークの複数の撮像画像に基づいて、当該撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得する。

補正部２２４は、複数の画素のそれぞれに対応するワークの位置における傾斜角度φを特定し、予め特定された傾斜角度φと位相オフセットとの関係を示す関数Ψ（φ）に基づいて、特定された傾斜角度φに対応する位相オフセットを特定し、特定された位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を補正する。

以下に、位相オフセットの補正に係る処理の流れを説明しながら、当該処理に係る干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、補正部２２４の機能について説明する。図６は、第１実施形態に係るコンピュータ２による位相オフセットの補正に係る処理の流れを示すフローチャートである。
まず、作業者が、測定対象のワークＷをステージ１０に載置する（Ｓ１１０）。

続いて、干渉波形取得部２２１は、白色干渉計１２を白色光の照射方向に移動させながら撮像したワークＷの複数の撮像画像に基づいて、当該撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得する（Ｓ１２０）。
続いて、補正部２２４は、撮像画像に含まれる複数の画素のうち、位相オフセットの補正が行われていない１つの画素を選択する（Ｓ１３０）。

続いて、補正部２２４は、選択した１つの画素に対応するワークＷの位置における傾斜角度を特定する（Ｓ１４０）。例えば、補正部２２４は、当該画素の干渉波形に基づいて、当該画素に対応するワークＷの位置におけるワークＷの高さを特定する。また、補正部２２４は、隣接する画素の干渉波形に基づいて、当該隣接する画素のそれぞれに対応するワークＷの位置におけるワークＷの高さを特定する。ここで特定されるワークＷの高さは、補正前の干渉波形に基づいて算出される。補正部２２４は、選択した１つの画素において特定されたワークＷの高さと、隣接する複数の画素において特定されたワークＷの高さとの変化量に基づいて、１つの画素に対応するワークＷの位置における傾斜角度を特定する。

続いて、補正部２２４は、選択した１つの画素に対応する位相オフセットを特定する（Ｓ１５０）。具体的には、補正部２２４は、予め特定した関数Ψ（φ）に基づいて、特定された傾斜角度φに対応する位相オフセットを特定する。

続いて、補正部２２４は、特定された位相オフセットに基づいて、選択した１つの画素に対応する干渉波形を補正する（Ｓ１６０）。
続いて、補正部２２４は、全ての画素について干渉波形を補正したか否かを判定する（Ｓ１７０）。補正部２２４は、全ての画素について干渉波形を補正したと判定すると、本フローチャートに係る処理を終了し、全ての画素について干渉波形を補正していないと判定すると、Ｓ１３０に処理を移す。

［第１実施形態における効果］
以上のとおり、本実施形態に係るコンピュータ２は、三次元測定機１に載置されたワークＷの傾斜角度を変化させた場合の、複数の傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得し、複数の傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定し、複数の傾斜角度と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する。このようにすることで、コンピュータ２は、傾斜角度と位相オフセットとの関係に基づいて、干渉波形を補正可能にすることができる。

また、コンピュータ２は、撮像部１２９が生成した撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得し、複数の画素のそれぞれに対応するワークＷの位置における傾斜角度を特定し、予め特定された傾斜角度と位相オフセットとの関係に基づいて、特定された傾斜角度に対応する位相オフセットを特定し、特定された位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を補正する。これにより、コンピュータ２は、傾斜角度によって発生する干渉波形の位相オフセットを補正することができる。

＜第２実施形態＞
［ビームスプリッタ１２８の歪みに依存する位相オフセットの補正を可能にする］
続いて、第２実施形態に係る三次元測定システムＳについて説明する。第１実施形態において、コンピュータ２は、ワークの傾斜角度と位相オフセットとの関係について特定した。しかしながら、位相オフセットには、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存する成分が含まれている場合があり、当該成分によって測定精度が悪化するおそれがある。これに対して、第２実施形態に係る三次元測定システムＳでは、コンピュータ２が、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存する位相オフセットの補正を可能にする。以下、第１実施形態と異なる部分について説明を行う。第１実施形態と同じ部分については適宜説明を省略する。

ビームスプリッタ１２８に依存する位相オフセットは、ビームスプリッタ１２８のワークとの対向面の法線方向と白色光の照射方向とがずれることによって生じる。そこで、第２実施形態に係るコンピュータ２は、校正用のワークＷの傾斜角度を固定した状態で、白色光の照射方向を中心軸として傾斜方向を変化させた場合の、複数の傾斜方向のそれぞれに対応する干渉波形を取得し、複数の傾斜方向で取得された複数の干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定し、複数の傾斜方向と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する。

以下、第２実施形態に係るコンピュータ２による、傾斜角度と傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れについて説明する。図７は、第２実施形態に係るコンピュータ２による、傾斜角度と傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを示すフローチャートである。

まず、作業者が、校正用ワークをステージ１０に載置する（Ｓ２１０）。校正用ワークは、例えば、２軸において傾斜角度が可変の平面状のワークである。校正用ワークは、傾斜角度を一定にした状態で、白色光の照射方向を中心軸として、傾斜方向を変化させることができる。

続いて、干渉波形取得部２２１は、校正用ワークの傾斜角度を固定した状態で傾斜方向を変化させた場合の、複数の傾斜方向のそれぞれに対応する干渉波形を取得する（Ｓ２２０）。例えば、作業者は、校正用ワークの傾斜方向を固定した状態で白色干渉計１２を白色光の照射方向に移動させながら、白色干渉計１２の撮像部１２９に撮像画像を生成させる。

続いて、干渉波形取得部２２１は、一の傾斜方向に対応する、対物レンズ部１２４と校正用ワークとの距離を変化させた場合の複数の撮像画像と、対物レンズ部１２４の高さ位置情報とを、三次元測定機１から取得する。干渉波形取得部２２１は、一の傾斜方向に対応する複数の撮像画像と高さ位置情報とに基づいて、干渉波形を示す干渉波形情報を生成する。例えば、干渉波形取得部２２１は、予め定められた一の画素に対応する干渉波形情報を生成する。干渉波形取得部２２１は、校正用ワークの基準傾斜方向と、一の傾斜方向とがなす角度を示す回転角度を特定し、当該回転角度と、生成した干渉波形情報とを関連付けて記憶させる。

作業者は、干渉波形取得部２２１が干渉波形情報を生成する毎に、校正用ワークの傾斜方向（回転角度）を変更し、コンピュータ２に、干渉波形情報を生成させ、当該干渉波形情報と、傾斜方向に対応する回転角度とを関連付けて記憶させる。なお、本実施形態では、作業者が校正用ワークの傾斜方向を変更することとしたが、これに限らない。例えば、校正用ワークの傾斜方向をコンピュータ２の制御によって変更可能としておき、コンピュータ２が、干渉波形情報を生成したことに応じて校正用ワークの傾斜方向を変更するようにしてもよい。

続いて、位相オフセット特定部２２２は、複数の傾斜方向で取得された干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する（Ｓ２３０）。

続いて、関係特定部２２３は、複数の傾斜方向と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する（Ｓ２４０）。具体的には、関係特定部２２３は、傾斜角度をφ、校正用ワークの傾斜方向に対応する回転角度をθとした場合の、位相オフセットを示す関数Ψ（θ，φ）を特定する。例えば、傾斜角度φに依存する位相オフセットの成分に対応するパラメータをα、ビームスプリッタ１２８の校正用ワークとの対向面の法線方向と白色光の照射方向とがなす角度である軸歪み角度をβ、傾斜角度φに依存しない位相オフセットの成分としての定数をγとし、位相オフセットを以下の式（２）で示す関数で表わす。
Ψ（θ，φ）＝αｃｏｓ（θ−β）φ＋γ・・・（２）

関係特定部２２３は、位相オフセット特定部２２２が特定した、複数の傾斜方向のそれぞれに対応する回転角度θと、複数の位相オフセットとの関係に基づいて、Ψ（θ，φ）が最大となるときの回転角度θを、軸歪み角度βと特定する。

続いて、作業者は、校正用ワークの傾斜方向を軸歪み角度βに対応する方向に固定する（Ｓ２５０）。具体的には、作業者は、校正用ワークの傾斜方向の基準傾斜方向に対する回転角度を軸歪み角度βに変更する。この場合、（２）式に示すΨ（θ，φ）は、（１）式に示すΨ（φ）と同じ式となる。このようにすることで、関係特定部２２３は、ビームスプリッタ１２８の歪みの影響を排除し、傾斜角度φに依存する位相オフセットの成分が最も大きい状態でパラメータα及び定数γを特定することができる。これにより、関係特定部２２３は、パラメータα及び定数γを高精度に特定することができる。

続いて、干渉波形取得部２２１は、校正用ワークの傾斜角度を変化させた場合の、複数の傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する（Ｓ２６０）。Ｓ２６０に係る処理は、図５に示すＳ２０に係る処理と同一であるので詳細な説明を省略する。

続いて、位相オフセット特定部２２２は、複数の傾斜角度で取得された干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する（Ｓ２７０）。
続いて、関係特定部２２３は、複数の傾斜角度と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する（Ｓ２８０）。Ｓ２８０に係る処理は、図５に示すＳ４０に係る処理と同一であるので詳細な説明を省略する。

［第２実施形態における効果］
以上のとおり、本実施形態に係るコンピュータ２は、校正用ワークの傾斜角度を固定した状態で、校正用ワークの傾斜方向を変化させた場合の、複数の傾斜方向のそれぞれに対応する干渉波形を取得し、複数の傾斜方向で取得された複数の干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定し、複数の傾斜方向と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する。このようにすることで、コンピュータ２は、干渉波形に含まれる、ビームスプリッタ１２８に依存する位相オフセットを特定し、干渉波形を補正可能にすることができる。

＜第３実施形態＞
［ビームスプリッタ１２８の歪みに依存せず、ワークの傾斜角度に依存する位相オフセットの補正を可能にする］
続いて、第３実施形態に係る三次元測定システムＳについて説明する。第２実施形態において、コンピュータ２は、ワークの傾斜方向と位相オフセットとの関係について特定することにより、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存する位相オフセットを補正可能とした。しかしながら、位相オフセットには、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存せず、ワークの傾斜角度に依存する成分が含まれている場合があり、当該成分によって測定精度が悪化するおそれがある。これに対して、第３実施形態に係る三次元測定システムＳでは、コンピュータ２が、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存せず、ワークの傾斜角度に依存する位相オフセットの補正を可能にする。

図８は、第３実施形態に係るコンピュータ２による、傾斜角度と傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する処理の流れを示すフローチャートである。
Ｓ３１０からＳ３３０までの処理の流れは、図７に示すＳ２１０からＳ２３０までの処理の流れと同じであるので説明を省略する。

続いて、関係特定部２２３は、複数の傾斜方向と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する（Ｓ３４０）。具体的には、関係特定部２２３は、傾斜角度をφ、回転角度をθとした場合の、位相オフセットを示す関数Ψ（θ，φ）を特定する。

例えば、傾斜角度φに依存する位相オフセットの成分に対応するパラメータをα、ビームスプリッタ１２８の校正用ワークとの対向面の法線方向と白色光の照射方向とがなす角度である軸歪み角度をβ、傾斜角度φに依存しない位相オフセットの成分としての定数をγ、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存せずワークの傾斜角度に依存する位相オフセットの成分に対応する第２パラメータをδとし、位相オフセットを以下の式（３）で示す関数で表わす。
Ψ（θ，φ）＝（αｃｏｓ（θ−β）＋δ）φ＋γ・・・（３）

関係特定部２２３は、位相オフセット特定部２２２が特定した、複数の傾斜方向のそれぞれに対応する回転角度θと、複数の位相オフセットとの関係に基づいて、Ψ（θ，φ）が最大となるときの回転角度θを、軸歪み角度βと特定する。

続いて、作業者は、校正用ワークの傾斜方向を、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存する位相オフセットの成分が０となる方向に固定する（Ｓ３５０）。例えば、作業者は、校正用ワークの傾斜方向の基準傾斜方向に対する回転角度θを、軸歪み角度β＋１８０°に変更する。これにより、αｃｏｓ（θ−β）は０になり、式（３）は、以下に示す式（４）に変形される。
Ψ（θ，φ）＝δφ＋γ・・・（４）

続いて、干渉波形取得部２２１は、校正用ワークの傾斜角度を変化させた場合の、複数の傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する（Ｓ３６０）。Ｓ３６０に係る処理は、図５に示すＳ２０に係る処理と同一であるので詳細な説明を省略する。
続いて、位相オフセット特定部２２２は、複数の傾斜角度で取得された干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する（Ｓ３７０）。

続いて、関係特定部２２３は、複数の傾斜角度と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜角度と、傾斜方向に依存せず傾斜角度に依存する位相オフセットの成分との関係を特定する（Ｓ３８０）。具体的には、関係特定部２２３は、位相オフセット特定部２２２が特定した、少なくとも２つの傾斜角度φに対応する位相オフセットΨ（φ）に基づいて、第２パラメータδを特定する。

続いて、作業者は、校正用ワークの傾斜方向を軸歪み角度βに対応する方向に固定する（Ｓ３９０）。
続いて、干渉波形取得部２２１は、校正用ワークの傾斜角度を変化させた場合の、複数の傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する（Ｓ４００）。
続いて、位相オフセット特定部２２２は、複数の傾斜角度で取得された干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する（Ｓ４１０）。
関係特定部２２３は、複数の傾斜角度と複数の位相オフセットとに基づいて、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定する（Ｓ４２０）。Ｓ３９０からＳ４２０に係る処理は、図７に示すＳ２５０からＳ２８０に係る処理と同一であるので詳細な説明を省略する。

［第３実施形態における効果］
以上のとおり、本実施形態に係るコンピュータ２は、校正用ワークの傾斜角度を固定した状態で、校正用ワークの傾斜方向を変化させた場合の、複数の傾斜方向のそれぞれに対応する干渉波形を取得し、複数の傾斜方向で取得された複数の干渉波形のそれぞれと、基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定し、複数の傾斜方向と複数の位相オフセットとの関係に基づいて、傾斜方向と位相オフセットとの関係を特定する。このようにすることで、コンピュータ２は、ビームスプリッタ１２８の歪みに依存せず、ワークの傾斜角度に依存する位相オフセットを補正可能にすることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上述の実施形態では、コンピュータ２が、干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３、及び補正部２２４として機能したが、これに限らない。三次元測定機１及びコンピュータ２の少なくともいずれかにおいて、干渉波形取得部２２１、位相オフセット特定部２２２、関係特定部２２３、及び補正部２２４に係る機能を実現するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、コンピュータ２の関係特定部２２３は、一の画素に対応する傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定したが、撮像画像を構成する複数の画素のそれぞれについて、傾斜角度と位相オフセットとの関係を特定するようにしてもよい。そして、補正部２２４は、複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を補正する際に、複数の画素のそれぞれにおいて特定された傾斜角度と位相オフセットとの関係に基づいて干渉波形を補正するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、コンピュータ２の関係特定部２２３は、位相オフセットを示す式を、傾斜角度の一次式で表現したがこれに限らず、傾斜角度の次数を２以上としてもよい。

１・・・三次元測定機、１１・・・ステージ、１２・・・白色干渉計、１２１・・・照射部、１２２・・・コリメータレンズ、１２３・・・ビームスプリッタ、１２４・・・対物レンズ部、１２５・・・対物レンズ、１２６・・・ガラス基板、１２７・・・参照ミラー、１２８・・・ビームスプリッタ、１２９・・・撮像部、１３・・・駆動制御部、２・・・コンピュータ、２１・・・記憶部、２２・・・制御部、２２１・・・干渉波形取得部、２２２・・・位相オフセット特定部、２２３・・・関係特定部、２２４・・・補正部、Ｓ・・・三次元測定システム

Claims (9)

1. コンピュータが実行する、
   白色干渉計を備える三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度を変化させた場合の、複数の前記傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する第１取得ステップと、
   複数の前記傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する第１特定ステップと、
   前記複数の傾斜角度と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係を特定する第２特定ステップと、
   を有する関係特定方法。
2. 前記傾斜角度を固定した状態で、前記白色光の照射方向を中心軸とした前記ワークの傾斜方向を変化させた場合の、複数の前記傾斜方向のそれぞれに対応する干渉波形を取得する第２取得ステップと、
   複数の前記傾斜方向で取得された複数の干渉波形のそれぞれと、前記基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する第３特定ステップと、
   前記複数の傾斜方向と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜方向と前記位相オフセットとの関係を特定する第４特定ステップとをさらに有する、
   請求項１に記載の関係特定方法。
3. 前記第１取得ステップにおいて、前記傾斜方向を、前記位相オフセットが最大となるときの前記傾斜方向に固定した状態で、前記傾斜角度を変化させながら、前記干渉波形を取得する、
   請求項２に記載の関係特定方法。
4. 前記傾斜方向に依存する前記位相オフセットの成分が０となるように前記傾斜方向を固定した状態で、前記傾斜角度を変化させながら前記干渉波形を取得する第３取得ステップと、
   前記第３取得ステップにおいて取得された複数の干渉波形のそれぞれと前記基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する第５特定ステップと、
   前記複数の傾斜角度と、前記第５特定ステップにおいて特定された前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と、前記傾斜方向に依存せず前記傾斜角度に依存する前記位相オフセットの成分との関係を特定する第６特定ステップとをさらに有する、
   請求項２又は３に記載の関係特定方法。
5. 白色干渉計を備える三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度を変化させた場合の、複数の前記傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部と、
   複数の前記傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する位相オフセット特定部と、
   前記複数の傾斜角度と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係を特定する関係特定部と、
   を有する関係特定装置。
6. コンピュータを、
   白色干渉計を備える三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度を変化させた場合の、複数の前記傾斜角度のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部、
   複数の前記傾斜角度で取得された複数の干渉波形のそれぞれと基準干渉波形との間の複数の位相オフセットを特定する位相オフセット特定部、及び、
   前記複数の傾斜角度と前記複数の位相オフセットとに基づいて、前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係を特定する関係特定部、
   として機能させる関係特定プログラム。
7. コンピュータが、白色干渉計を用いた三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する、前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度に伴う干渉波形の位相オフセットを補正する補正方法であって、
   前記白色干渉計を前記白色光の照射方向に移動させながら撮像した前記ワークの複数の撮像画像に基づいて、前記撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得するステップと、
   前記複数の画素のそれぞれに対応する前記ワークの位置における前記傾斜角度を特定するステップと、
   予め特定された前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係に基づいて、複数の画素のそれぞれに対して特定された前記傾斜角度に対応する前記位相オフセットを特定するステップと、
   特定された前記位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する前記干渉波形を補正するステップと、
   を備える補正方法。
8. 白色干渉計を用いた三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する、前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度に伴う干渉波形の位相オフセットを補正する補正装置であって、
   前記白色干渉計を前記白色光の照射方向に移動させながら撮像した前記ワークの複数の撮像画像に基づいて、前記撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部と、
   前記複数の画素のそれぞれに対応する前記ワークの位置における前記傾斜角度を特定する傾斜角度特定部と、
   予め特定された前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係に基づいて、複数の画素のそれぞれに対して特定された前記傾斜角度に対応する前記位相オフセットを特定するオフセット特定部と、
   特定された前記位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する前記干渉波形を補正する補正部と、
   を備える補正装置。
9. 白色干渉計を用いた三次元測定機において、前記白色干渉計が照射する白色光の光路に対する、前記三次元測定機に載置されたワークの角度である傾斜角度に伴う干渉波形の位相オフセットを補正するコンピュータを、
   前記白色干渉計を前記白色光の照射方向に移動させながら撮像した前記ワークの複数の撮像画像に基づいて、前記撮像画像に含まれる複数の画素のそれぞれに対応する干渉波形を取得する取得部、
   前記複数の画素のそれぞれに対応する前記ワークの位置における前記傾斜角度を特定する傾斜角度特定部、
   予め特定された前記傾斜角度と前記位相オフセットとの関係に基づいて、複数の画素のそれぞれに対して特定された前記傾斜角度に対応する前記位相オフセットを特定するオフセット特定部、及び、
   特定された前記位相オフセットに基づいて、複数の画素のそれぞれに対応する前記干渉波形を補正する補正部、
   として機能させる補正用プログラム。
   
   

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