KR20140022858A

KR20140022858A - 형상 측정 장치, 형상 측정 방법, 및 구조물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140022858A
Application number: KR1020137028832A
Authority: KR
Inventors: 도모아키 야마다; 다카시 다네무라
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-02-25
Also published as: CN103562674A; WO2012133926A3; TW201300726A; US20120246899A1; JP2014509730A; WO2012133926A2

Abstract

피측정물의 형상을 정밀하게 측정하기 위한 형상 측정 장치가 제공된다. 형상 측정 장치는, 피측정물에 광원으로부터의 광을 조사하여 스폿 형상의 패턴을 형성하도록 구성된 조사부와, 피측정물의 표면에 스폿 형상의 패턴을 상대적으로 주사하도록 구성되는 주사부와, 피측정물에 조사된 광에 의해 생기는 스폿 형상의 패턴의 상을, 피측정물에 조사되는 광의 조사 방향과 다른 방향으로부터 검출하도록 배열된 복수의 수광 화소를 포함하는 수광부와, 광의 조사 방향에 따라, 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 신호를 취득하는 위치를 변경하도록 구성된 변경부와, 수광 화소로부터의 신호에 근거하여, 피측정물의 위치 정보를 산출하도록 구성된 제어부를 구비한다.

Description

형상 측정 장치, 형상 측정 방법, 및 구조물의 제조 방법{OPTICAL PROFILE MEASURING APPARATUS, METHOD FOR MEASURING PROFILE, AND METHOD FOR MANUFACTURING A STRUCTURE WITH A PROFILE}

본 발명은, 형상 측정 장치, 형상 측정 방법, 및 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

피측정물의 삼차원 형상을 비접촉으로 측정하는 방법으로서, 광절단법(light-section method)이 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1을 참조). 광절단법에 있어서는, 스폿 형상의 패턴이 피측정물에 투영되는 광속을 주사하여 얻어지는 라인광(linear light)을 피측정물에 조사하여, 피측정물의 단면 형상에 대응하여 형성되는 광절단선(light-section line)으로부터 피측정물의 삼차원 형상을 측정한다. 특허 문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은 형상 측정 장치는, 예컨대, 라인 센서를 구비하고 있다. 형상 측정 장치는 주사 스폿광을 라인 센서 위에 조사하여 결상시켜, 피측정물의 삼차원 형상을 측정한다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

(특허 문헌 1) 미국 특허 제 6,441,908 호

그렇지만, 특허 문헌 1에서는, 스폿 형상의 주사 광속을 라인 센서 위에 결상하기 위해, 예컨대, 복수의 조합된 미러를 사용하는 등의 복잡한 구성을 조정하고 있다. 이와 같은 복잡한 구성을 이용하는 경우, 각 구성의 오차가 적산되기 때문에, 경우에 따라서는 총 오차가 커지는 경우가 있다. 그 때문에, 라인 센서 위에 스폿 형상의 패턴을 정확히 결상할 수 없을 우려가 있다. 이와 같이, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은 형상 측정 장치는, 피측정물의 형상을 정밀하게 측정할 수 없다고 하는 과제를 갖는다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 그 목적은, 피측정물의 형상을 정밀하게 측정하는 것을 가능하게 하는 형상 측정 장치, 형상 측정 방법, 및 구조물의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 측면에 따르면, 피측정물의 형상을 측정하는 형상 측정 장치로서, 광원을 포함하고, 피측정물에 광원으로부터의 광을 조사하는 것에 의해 스폿 형상의 패턴을 형성하도록 구성되는 조사부와, 상기 피측정물의 표면에 상기 스폿 형상의 패턴을 상대적으로 주사하는 주사부와, 상기 피측정물에 조사되는 상기 광의 조사 방향과 다른 방향으로부터 상기 광이 상기 피측정물에 조사되는 것에 의해 생성되는 상기 스폿 형상의 패턴의 상을 검출하도록 배열된 복수의 수광 화소를 구비하는 수광부와, 상기 광의 조사 방향에 따라, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 상기 수광부의 신호를 취득하는 위치를 변경하는 변경부와, 상기 수광부로부터의 신호에 근거하여, 상기 피측정물의 위치 정보를 산출하는 제어부를 구비하는 형상 측정 장치가 제공된다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 피측정물의 형상을 측정하는 방법으로서, 피측정물에 광원으로부터의 광을 조사하는 것에 의해 스폿 형상의 패턴을 형성하는 조사 수순과, 상기 피측정물의 표면에 상기 스폿 형상의 패턴을 상대적으로 주사하는 주사 수순과, 복수의 수광 화소를 포함하는 수광부를 이용하여 상기 광이 상기 피측정물에 조사되는 조사 방향과 다른 방향으로부터 상기 광이 상기 피측정물에 조사되는 것에 의해 생성되는 상기 스폿 형상의 패턴의 상을 검출하는 검출 수순과, 상기 광의 조사 방향에 따라, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 상기 수광부의 신호를 취득하는 위치를 변경하는 변경 수순과, 상기 수광부로부터의 신호에 근거하여, 상기 피측정물의 위치 정보를 산출하는 제어 수순을 갖는 형상 측정 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제 3 측면에 따르면, 구조물을 제조하는 방법으로서, 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 제작하는 설계 공정과, 상기 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 성형하는 성형 공정과, 성형된 상기 구조물의 형상을 본 발명의 제 2 측면에 따르는 형상 측정 방법을 이용하여 측정하는 측정 공정과, 상기 측정 공정에서 얻어진 형상 정보와, 상기 설계 정보를 비교하는 검사 공정을 갖는 구조물의 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 피측정물의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 형상 측정 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 제 1 실시형태에 따른 광 프로브의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 형상 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 스폿광의 주사 이미지를 나타낸다.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 CMOS 센서의 ROI 선택의 일례를 나타낸다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 프로브의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은 제 2 실시형태에 따른 형상 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 제 3 실시형태에 따른 스폿 광원의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 9는 제 4 실시형태에 따른 제어부 및 광 프로브의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 10은 제 4 실시형태에 따른 롤링 셔터 카메라의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 11은 제 4 실시형태에 따른 노광 시간을 설정하는 예를 설명하는 설명도이다.
도 12는 제 5 실시형태에 따른 제어부 및 광 프로브의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 13은 제 6 실시형태에 따른 구조물 제조 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 14는 제 6 실시형태에 따른 구조물 제조 시스템의 처리 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 15는 본 발명에 따른 형상 측정 방법을 나타내는 플로차트이다.

이하, 본 교시에 따른 형상 측정 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 형상 측정 장치(100)의 구성을 나타낸다. 본 실시형태에 따른 형상 측정 장치(100)는, 예컨대, 도 2에 나타내는 것과 같은 구성을 갖고, 광절단법을 이용하여 피측정물(3)의 삼차원 형상을 검출하는 삼차원 형상 측정 장치이다. 형상 측정 장치(100)는, 피측정물(3)의 표면에 조사되었을 때에 스폿 형상의 패턴이 되는 광속을 피측정물(3)의 표면에 조사하고, 피측정물(3)에 조사된 광속에 의해 생성된 산란광을 조사 방향과 다른 각도로부터 수광한다. 스폿 형상의 패턴(이하, 스폿광이라고 한다)은, CMOS 센서(251)에 스폿 형상의 패턴의 상(이하, 스폿광의 상이라고 한다)을 결상하고, CMOS 센서(251)는, CMOS 센서(251)에 있어서의 스폿광의 상의 위치를 검출한다. 형상 측정 장치(100)는, 광속을 주사하여 피측정물(3)의 표면에 조사하고, 각 스폿광의 상의 위치를 검출한다. 그리고, 이 형상 측정 장치(100)는, 검출한 스폿광의 상의 위치에 삼각측량의 원리 등을 이용하여 피측정물(3)의 표면의 기준 평면으로부터의 높이를 산출하고, 피측정물(3)의 표면의 삼차원 형상을 구한다. 또, 광절단법을 이용하는 경우에는, 각 스폿 형상의 패턴이 한 방향으로 단주기로 주사되도록 스폿광 주사가 행해진다. 이와 같이 하여, 형상 측정 장치(100)는, 마치 라인 형상의 패턴이 피측정물에 투영된 것과 같이 어느 하나의 라인에 대하여, 피측정물의 높이 분포를 얻을 수 있도록, 스폿광을 주사하면서 피측정물을 조사한다. 이와 같이 한 방향으로 단주기로 주사된 광속이 순차적으로, 그 한 방향에 수직인 방향으로 이동하도록, 피측정물을 이동시킨다. 이와 같이 하여, 피측정물의 전체 측정 영역에 걸쳐, 스폿 형상의 패턴이 투영된다.

또, 도 1에 나타낸 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 후술하는 각 실시형태의 구성과 공통의 구성을 갖는다. 도 1에 있어서, 형상 측정 장치(100)는, 측정 장치 본체(1) 및 제어 장치(4)를 구비하고 있다. 후술하는 제어 장치(4)는, 제어선을 통해 측정 장치 본체(1)에 접속되어 있고, 측정 장치 본체(1)를 제어한다. 측정 장치 본체(1)는, 프로브 구동부(11)와, 헤드부(13)와, 정반(14)과, 광 프로브(2)를 구비하고 있다. 또, 여기서는, 일례로서, 구체의 피측정물(3)이 도시되어 있고, 정반(14)의 위에 배치되어 있다.

정반(14)은, 돌 또는 주철로 이루어지는 것이고, 상면을 수평 자세로 유지한다. 프로브 구동부(11)는, 제어 장치(4)로부터 공급되는 구동 신호에 근거하여, 서로가 직교하는 X축, Y축, Z축의 세 방향으로 헤드부(13)를 이동시킨다. 또한, 마찬가지로 제어 장치(4)로부터 공급되는 구동 신호에 근거하여, X축 주위, Y축 주위 및 Z축 주위로 광 프로브(2)를 회전시키는 것도 가능하다. 프로브 구동부(11)는, X축 이동부(111), Y축 이동부(112), Z축 이동부(113), 및 회전 기구(114)를 구비하고 있다. 여기서, XY 평면은, 정반(14)의 상면과 평행한 면을 규정한다. 즉, X축 방향은, 정반(14)의 상면과 평행한 면에 있어서의 한 방향을 규정하고, Y축 방향은, 정반(14)의 상면과 평행한 면에 있어서 X축 방향에 직교하는 방향을 규정하고, Z축 방향은, 정반(14)의 상면에 직교하는 방향을 규정한다.

X축 이동부(111)는, 헤드부(13)를 X축 방향으로 구동하는 X축용 모터를 구비하고, 정반(14) 위의 소정의 범위 내에서 X축 방향으로 헤드부(13)를 이동시킨다. Y축 이동부(112)는, 헤드부(13)를 Y축 방향으로 구동하는 Y축용 모터를 구비하고, 정반(14) 위의 소정의 범위 내에서 Y축 방향으로 헤드부(13)를 이동시킨다. 또한, Z축 이동부(113)는, 헤드부(13)를 Z축 방향으로 구동하는 Z축용 모터를 구비하고, 소정의 범위 내에서 Z축 방향으로 헤드부(13)를 이동시킨다. 또한, 회전 기구(114)는, X축 주위, Y축 주위 및 Z축 주위로 광 프로브(2)를 회전 가능하게 구성된 회전 관절 기구와, 그 회전 관절 기구를 구동하는 회전 구동 모터를 구비하고, X축 주위, Y축 주위 및 Z축 주위로 광 프로브(2)의 자세를 변위시킬 수 있다. 또, 헤드부(13)는, 광 프로브(2)의 상부에 위치하고, 광 프로브(2)를 지지하고 있다. 즉, 프로브 구동부(11)는, 서로 직교하는 삼차원 좌표계의 좌표축 방향 각각으로, 광 프로브(2)를 이동시킨다.

광 프로브(2)는, 피측정물(3)에 스폿광을 조사하고, 광의 조사 방향과는 다른 방향으로부터 스폿광의 상을 검출한다. 광 프로브(2)는 이하에서 상세하게 서술한다.

[제 1 실시형태]

다음으로, 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. 제 1 실시형태에서는, 스폿광의 조사 방향에 근거하여, 사용하는 CMOS 센서(251)의 영역을 선택하고 있다. 도 2(a) 및 도 2(b)는 제 1 실시형태에 따른 광 프로브(2)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 광 프로브(2)는, 스폿 광원부(20), 주사부(23), 촬상 렌즈(24), 및 CMOS 센서(251)를 구비하고 있다. 또, CMOS 센서(251)는, 후술하는 수광 검출부(25)에 마련되어 있다.

스폿 광원부(20)는, 피측정물(3)에 스폿 형상의 광량 분포를 갖는 광속인 스폿광을 조사한다. 즉, 스폿 광원부(20)는, 피측정물(3)에 광원(21)으로부터의 광을 조사하는 것에 의해 스폿 형상의 패턴을 형성한다. 스폿 광원부(20)는, 광원(21)과, 집광 렌즈(22)를 구비하고 있다. 광원(21)은, 예컨대, LED 장치, 레이저 광원, Super Luminescent Diode(SLD) 등이다. 광원(21)은 집광 렌즈(22) 및 주사부(23)를 통해, 피측정물(3)에 스폿광을 조사한다. 집광 렌즈(22)는, 광원(21)이 조사한 광속으로부터 스폿광을 얻기 위하여, 광원(21)과 주사부(23)의 사이에 배치되어 있다.

주사부(23)는, 예컨대, 스폿 광원부(20)와 피측정물(3)의 사이에 배치된 갈바닉 미러(galvanic mirror)이다. 주사부(23)는, 스폿 광원부(20)로부터 조사된 스폿광을 반사하여, 피측정물(3)에 조사한다. 또한, 주사부(23)는, 제어 신호에 근거하여, 라인 형상의 패턴이 피측정물에 투영된 경우에 측정이 가능한 영역이 측정되도록, 피측정물(3)에 조사되는 스폿광의 조사 방향(조사 각도)을 변경한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 라인 형상의 패턴이 피측정물에 투영된 경우에 측정이 가능한 영역이 측정되도록 스폿광을 주사하면서, 순차적으로 스폿광의 주사 방향에 직교하는 방향으로 광 프로브(1)를 주사하는 것을 나타내기 위해, 간단히 "플라잉 스폿 주사"라는 용어를 이용하는 경우도 있다. 다시 말해, 주사부(23)는, 촬상 렌즈(24)에 상대적으로 스폿광의 편향 방향을 변경하고, 피측정물(3)의 표면에 스폿광을 상대적으로 주사한다. 예컨대, 주사부(23)는, 광이 피측정물(3)에 조사될 때의 조사 방향을 바꾸는 것에 의해, 피측정물(3)의 표면에 스폿광(스폿 형상의 패턴)을 주사한다. 주사부(23)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다. 그리고, 갈바닉 미러에 의해 모든 주사 범위에 스폿광을 주사하면, 갈바닉 미러에 의한 스폿광의 주사 방향에 직교하는 방향으로 피측정물(3)과 광 프로브(2)를 상대적으로 이동시키기 위해, 프로브 구동부(11)가 구동을 개시한다. 또, 갈바닉 미러에 의한 스폿광의 주사를 프로브 구동부(11)에 의한 광 프로브(2)와 피측정물(3)의 상대적인 이동과 동시에 행하더라도 상관없다.

촬상 렌즈(24)는, 피측정물(3)과 CMOS 센서(251)의 사이에 배치되고, 피측정물(3)에 의해 산란된 스폿광을 집광하여, CMOS 센서(251)의 수광 화소면에 결상시킨다.

CMOS 센서(251)는, 이차원적으로 배열된 복수의 수광 화소를 갖고, 그 수광 화소면에 결상된 스폿광의 상을 검출한다. CMOS 센서(251)에는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 수광 화소 중, 스폿광을 주사한 경우에 스폿광의 상의 변위 방향(스폿광 주사 방향)과 직교하는 방향(에피폴라 라인 방향)으로 배열한 수광 화소군이, 하나의 검출 라인으로서 설정되어 있다. 또한, CMOS 센서(251)에는, 스폿광의 상의 변위 방향(스폿광 주사 방향)에 있어서 각각의 위치(수광 화소)에 상이한 검출 라인이 각각 설정되어 있다. 또, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역은, 후술하는 ROI 선택 처리부(70)에 의해, 스폿광의 조사 방향에 따라 선택된다.

또, 이 광 프로브(2)의 촬상계는, 소위 샤인 프루프 광학계(shine-proof optical system)이고, 촬상 렌즈(24)의 주평면이, 촬상 렌즈(24)의 광축(25L)에 대하여 직교하도록 형성되어 있다. 또한, CMOS 센서(251)의 수광 화소면이 광축에 직교하는 평면에 대하여 경사하여 배치되어 있다. 따라서, 수광 화소면과 공역 관계에 있는 초점면(focal plane)(20f)이, 광축에 직교하는 평면에 대하여 경사되어, 촬상 렌즈(24)의 주평면 및 수광 화소면과 동축상에서 교차하고 있다. 그리고, 제 1 실시형태의 광 프로브(2)에서는, 초점면(20f)은 스폿광의 조사 절단면과 일치하고 있다. 스폿 광원부(20)와 주사부(갈바닉 미러)(23)로부터 피측정물(3)에 비춰지는 광속의 중심이 그 면 내에 포함되도록, 초점면(20f)이 위치 결정되어 있다. 따라서, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 촬상 렌즈(24)의 중심을 지나는 주평면으로부터의 연장선(24L)과, CMOS 센서(251)의 검출 라인인 에피폴라 라인의 연장선(251L)이, 스폿광의 조사 광축(20L)에서 교차하고 있다.

이 구성에 의해, 이 광 프로브(2)의 촬상계에 있어서는, 초점면(20f)과 일치되어 있는 조사 광축(20L) 위의 스폿광의 상은, 피측정물(3)에 관계없이 항상 합초 상태(focalized state)를 취할 수 있다.

도 2(b)는 CMOS 센서(251)에 결상되는 스폿광의 상의 예를 나타내고 있다. 이 도면은, CMOS 센서(251)의 수광 화소면을 나타내고 있다. 여기서, 도 2(b)에 있어서, CMOS 센서(251)의 세로 방향(V(수직) 방향)이, 스폿광의 주사에 의한 스폿광의 상의 변위 방향(스폿광의 주사 방향)이다. CMOS 센서(251)의 가로 방향(H(수평) 방향)이, 스폿광의 상의 위치 변위의 검출 방향(스폿광의 상의 검출 방향)이다. 도 2(b)에 나타내는 스폿광의 상 SP0은, 스폿광의 조사 방향을 변화시킴으로써 스폿 형상의 패턴을 주사하면서, 각각의 타이밍에 취득된 CMOS 센서(251)의 수광 화소면에 결상한 스폿광의 상을 나타내고 있다. 각 스폿광의 상은, 피측정물(3)의 높이 방향(Z축 방향)의 위치에 따라, 스폿광의 상의 검출 방향(H 방향)으로 변위한다. 따라서, 이 H 방향의 스폿광의 상의 위치를 검출하는 것에 의해, 피측정물(3)의 높이 방향(Z축 방향)의 위치를 검출할 수 있다.

또, CMOS 센서(251)의 복수의 검출 라인 중 사용되는 영역(ROI(Region Of Interest)라고도 한다)은, 후술하는 ROI 선택부(461)에 의해 선택된다. 또, 여기서 ROI란, CMOS 센서(251)의, 스폿광의 상의 검출에 사용되는 대상 영역을 말하고, 스폿광의 상의 검출에 사용되는 검출 라인의 범위를 규정한다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 형상 측정 장치(100)의 구성을 상세히 설명한다. 도 3은 제 1 실시형태에 따른 형상 측정 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또, 이 도면에 있어서, 도 1, 도 2(a) 및 도 2(b)와 동일하거나 동등한 구성 또는 요소에는, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

도 3에 있어서, 형상 측정 장치(100)는, 측정 장치 본체(1)와 제어 장치(4)를 구비하고 있다. 또한, 측정 장치 본체(1)는, 상술한 프로브 구동부(11), 프로브 위치 검출부(12), 및 광 프로브(2)를 구비하고 있다. 프로브 구동부(11)는, 제어 장치(4)로부터 공급되는 구동 신호에 근거하여, 광 프로브(2)의 위치를 변경시킨다.

프로브 위치 검출부(12)는, 프로브 구동부(11)의 X축, Y축, 및 Z축 방향의 위치를 각각 검출하는 X축용 인코더, Y축용 인코더, 및 Z축용 인코더를 구비한다. 프로브 위치 검출부(12)는, 그들 인코더에 의해 프로브 구동부(11)의 위치를 검출하고, 프로브 구동부(11)의 위치를 나타내는 신호를 후술하는 제어부(40)(위치 정보 산출부(44) 및 구동 제어부(43))에 공급한다.

광 프로브(2)는, 상술한 바와 같이, 광절단법에 의해 피측정물(3)의 표면 형상을 검출하기 위해, 스폿 광원부(20), 주사부(23), 및 수광 검출부(25)를 구비하고 있다.

수광 검출부(25)(수광부)는, 상술한 CMOS 센서(251)와, A/D(아날로그/디지털) 변환부(252)를 구비하고, 스폿광이 피측정물(3)에 조사되었을 때의 스폿광의 상을, 스폿광이 피측정물(3)에 조사되는 조사 방향과 다른 방향으로부터 검출한다. 다시 말해, 스폿 광원부(20)로부터의 조사광에 의해 피측정물(3)의 표면에 형성되는 스폿광의 상(광절단선)을 검출하고, 검출 결과를 제어부(40)(위치 정보 산출부(44))에 공급한다. 이것에 의해, 제어 장치(4)는, 형상 측정 데이터를 취득한다. A/D 변환부(252)는, CMOS 센서(251)로부터 공급되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 그 디지털 신호를 제어부(40)(위치 정보 산출부(44))에 공급한다.

주사부(23)는, 갈바닉 미러 드라이버(231), 갈바닉 미러(232), 및 각도 검출부(233)를 구비하고 있다. 갈바닉 미러 드라이버(231)는, 제어부(40)(스폿광 주사 제어부(47))로부터 공급되는 제어 신호에 의해, 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경한다. 즉, 갈바닉 미러 드라이버(231)는, 라인 형상을 갖는 측정 영역에 순차적으로 스폿광을 조사하기 위해, 스폿광을 피측정물(3)에 조사하는 방향을 변경한다.

각도 검출부(233)는, 예컨대, 인코더이고, 갈바닉 미러(232)의 각도를 검출한다. 각도 검출부(233)는, 검출한 각도 정보를 제어부(40)(수광 제어부(46))에 공급한다.

계속해서, 제어 장치(4)에 대하여 설명한다. 제어 장치(4)는, 제어부(40)와, 입력 장치(41)와, 모니터(42)와, 기억부(50)를 구비하고 있다.

입력 장치(41)는, 사용자가 각종 지시 정보를 입력하는 키보드나 조이스틱 등을 구비한다. 입력 장치(41)는, 입력된 지시 정보를 검출하고, 검출한 지시 정보를 기억부(50)에 기억시킨다. 조이스틱 등의 입력 장치(41)는, 사용자의 조작을 받아, 그 조작에 따라 프로브 구동부(11)를 구동시키는 제어 신호를 생성하여 그 제어 신호를 제어부(40)에 공급한다. 모니터(42)는, 제어부(40)로부터 공급된 측정 데이터(전체 측정 포인트의 좌표값) 등을 취득한다. 모니터(42)는, 취득한 측정 데이터(전체 측정 포인트의 좌표값) 등을 표시한다. 또한, 모니터(42)는, 측정 화면, 지시 화면 등을 표시한다.

기억부(50)는, 입력 장치(41)로부터 공급된 측정 조건과, 제어부(40)로부터 공급된 측정 데이터를 기억한다. 또한, 기억부(50)는, 테이블 기억부(51)를 구비하고 있다. 테이블 기억부(51)는, 후술하는 선택 테이블을 기억한다. 테이블 기억부(51)는, 이 선택 테이블로서, 스폿광의 조사 방향과, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역(ROI)을 관련시켜 기억하고 있다. 이 선택 테이블을 사용하는 것에 의해, 스폿광의 조사 방향에 근거하여, 검출에 사용하는 검출 라인의 영역(ROI)을 선택할 수 있다.

제어부(40)는, 형상 측정 장치(100)에 있어서의 피측정물(3)의 형상을 측정하는 처리의 제어를 행하고, 피측정물(3) 표면의 기준 평면으로부터의 높이를 산출하고, 피측정물(3)의 삼차원 형상을 구하는 연산 처리를 행한다. 다시 말해, 제어부(40)(ROI 선택 처리부(70))는, CMOS 센서(251)의 수광 화소면에 결상된 스폿광의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 수광 화소의 신호를 선택한다. 다시 말해, 제어부(40)(ROI 선택 처리부(70))는, CMOS 센서(251)에 결상된 스폿광의 상의 위치에 위치한 수광 화소를 포함하는 복수의 수광 화소로서, 광속을 주사한 경우에 스폿광의 상이 변위하는 방향(스폿광의 주사 방향)과는 다른 방향(에피폴라 라인 방향 또는 스폿광의 상의 검출 방향)에 존재하는 복수의 수광 화소를 선택한다. 그리고, 제어부(40)(위치 연산 처리부(60))는, 선택한 수광 화소로부터의 신호에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출한다.

또한, 제어부(40)는, 구동 제어부(43), 위치 정보 산출부(44), 측정 제어부(45), 수광 제어부(46), 및 스폿광 주사 제어부(47)를 구비하고 있다. 또, 제어부(40)의 구성 중, 위치 정보 산출부(44) 및 측정 제어부(45)가, 위치 연산 처리부(60)(제어부)에 대응하고, 수광 제어부(46) 및 스폿광 주사 제어부(47)가, ROI 선택 처리부(70)(변경부)에 대응한다.

구동 제어부(43)는, 입력 장치(41)로부터의 조작 신호에 근거하여, 또는, 측정 제어부(45)로부터의 지령 신호에 근거하여, 프로브 구동부(11)에 구동 신호를 공급하여, 프로브 구동부(11)를 이동시키는 제어를 행한다. 또, 구동 제어부(43)는, 프로브 위치 검출부(12)로부터 공급되는 프로브 구동부(11)의 위치 정보에 근거하여, 프로브 구동부(11)를 이동시킨다.

위치 정보 산출부(44)는, ROI 선택 처리부(70)에서 선택된 수광 화소로부터의 신호에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출한다. 다시 말해, 위치 정보 산출부(44)는, 프로브 위치 검출부(12)로부터 공급된 광 프로브(2)의 위치 정보와, 수광 검출부(25)로부터 공급된 스폿광의 상의 변위 정보에 근거하여, 삼각측량의 원리 등을 이용하여, 피측정물(3) 표면의 위치를 산출한다.

측정 제어부(45)는, 기억부(50)에 기억되어 있는 측정 조건에 근거하여, 피측정물(3)의 형상 측정을 위한 각종 처리를 제어한다. 예컨대, 측정 제어부(45)는, 프로브 구동부(11)에 대하여, 광 프로브(2)를 이동시키는 지령 신호를 공급한다. 예컨대, 측정 제어부(45)는, 스폿 광원부(20)에 대하여, 조사하는 스폿광의 강도를 제어하는 지령 신호를 공급한다. 또한, 측정 제어부(45)는, 수광 제어부(46)를 통해 수광 검출부(25)에, 선택된 검출 라인의 영역(ROI)에 근거하여 스폿광의 상을 검출시킨다. 측정 제어부(45)는, 위치 정보 산출부(44)에 의해 산출된 피측정물(3)의 위치 정보를 기억부(50)에 기억시킨다.

수광 제어부(46)는, 측정 제어부(45)로부터 공급되는 지령 신호에 근거하여 제어된다. 수광 제어부(46)는, 수광 검출부(25)에 대한 각종 제어를 행한다. 또한, 수광 제어부(46)는, ROI 선택부(461)를 구비하고 있다.

ROI 선택부(461)는, CMOS 센서(251)의 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역(ROI)을, 스폿광의 조사 방향에 따라 선택한다. 또, ROI 선택부(461)는, CMOS 센서(251)의 복수의 수광 화소 중에서, 스폿광을 주사한 경우에 스폿광의 상이 변위하는 방향과 직교하는 방향으로 배열한 수광 화소군을, 하나의 검출 라인으로서 설정한다.

또, 본 제 1 실시형태에서는, CMOS 센서(251)에 있어서의 H 방향의 라인은 검출 라인에 해당한다. 하지만, 검출 라인은 H 방향으로 한정되지 않고, H 방향에 대하여 사선 방향의 라인으로 하더라도 좋다. 다시 말해, 이 검출 라인은, CMOS 센서(251)의 방향에 따라 설정되는 것이 아니고, 스폿광의 상의 검출 방향(에피폴라 라인 방향)에 따라 설정된다.

또한, 여기서, 스폿광의 조사 방향을 변화시키는 방향이란, 상술한 바와 같이 스폿 형상의 패턴의 주사 방향이고, 갈바닉 미러(232)에 의해 스폿광이 조사되는 방향이 변경되는 방향이다. ROI 선택부(461)는, 주사부(23)의 각도 검출부(233)가 검출한 각도 정보에 근거하여, 스폿광의 조사 방향을 검출한다.

ROI 선택부(461)는, 스폿광의 조사 방향과, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역(ROI)을 관련시킨 선택 기준에 근거하여, 검출 라인의 영역(ROI)을 선택한다. 여기서 말하는 선택 기준이란, 예컨대, 선택 테이블이나, 미리 정해진 선택 룰, 선택 함수의 연산 결과 등이다. 제 1 실시형태에서는, 일례로서, 선택 테이블에 근거하여, 검출 라인의 영역(ROI)을 선택하는 경우에 대하여 설명한다.

ROI 선택부(461)는, 테이블 기억부(51)에 미리 기억되어 있는 선택 테이블에 근거하여, 검출 라인의 영역(ROI)을 선택한다. ROI 선택부(461)는, 스폿광의 조사 방향에 따라 선택한 검출 라인의 영역(ROI)을 지정하는 정보를 CMOS 센서(251)에 공급한다. 이것에 의해, 스폿광의 조사 방향으로 조사된 스폿광에 의해 결상되는 스폿광의 상을 포함하는 검출 라인이 선택된다.

스폿광 주사 제어부(47)는, 측정 제어부(45)로부터 공급되는 지령 신호에 근거하여 스폿광의 주사를 제어한다. 다시 말해, 스폿광 주사 제어부(47)는, 주사부(23)의 갈바닉 미러 드라이버(231)를 제어하여, 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경한다.

다음으로, 제 1 실시형태에 있어서의 형상 측정 장치(100)의 측정 동작에 대하여 설명한다. 또, 미리, 측정 조건이 설정되어, 광 프로브(2)가 측정 개시 위치로 이동하고 있다고 가정하여 동작을 설명한다. 우선, 측정 제어부(45)는, 측정 조건에 근거하여, 스폿광 주사 제어부(47)에, 스폿광의 주사를 지령한다. 스폿광 주사 제어부(47)는, 측정 제어부(45)로부터 공급된 지령 신호에 근거하여, 주사부(23)의 갈바닉 미러 드라이버(231)를 제어하여, 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경시킨다. 이것에 의해, 스폿 광원부(20)로부터 조사된 스폿광은 변경된 조사 방향의 피측정물(3)에 조사된다. 또한, 각도 검출부(233)는, 갈바닉 미러(232)의 각도를 검출하여, 검출한 각도 정보를 수광 제어부(46)에 공급한다.

도 4는 제 1 실시형태에 따른 스폿광의 주사 이미지를 나타낸다. 스폿 광원부(20)로부터 조사된 스폿광의 조사 방향이 변경된 경우, 피측정물(3)에 결상되는 스폿광의 위치가 변위한다. 그리고, 도 4에 있어서, 예컨대, 포인트 P1로부터 포인트 P2에 스폿광이 주사된 경우, CMOS 센서(251)에 결상되는 스폿광의 상의 위치는, 검출 라인 EL1로부터 검출 라인 EL2로 변위한다.

다음으로, 수광 제어부(46)의 ROI 선택부(461)는, 주사부(23)의 각도 검출부(233)가 검출한 각도 정보에 근거하여, 스폿광의 조사 방향을 검출한다. ROI 선택부(461)는, 스폿광의 조사 방향과, 테이블 기억부(51)에 기억되어 있는 선택 테이블에 근거하여, 검출 라인의 영역(ROI)을 선택한다. ROI 선택부(461)는, 선택한 검출 라인의 영역(ROI)을 지정하는 정보를 수광 검출부(25)의 CMOS 센서(251)에 공급한다. 이것에 의해, 스폿광의 조사 방향에 대응하는 검출 라인의 영역(ROI)이 선택된다.

다음으로, CMOS 센서(251)는, ROI 선택부(461)에 의해 선택된 검출 라인의 영역(ROI)에 대응하는 수광 화소의 검출 신호를 판독하고, 검출 신호를 A/D 변환부(252)에 공급한다. A/D 변환부(252)는, CMOS 센서(251)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 스폿광의 상의 에피폴라 라인 방향(H 방향)에 있어서의 변위 정보를 포함하는 정보를, 위치 정보 산출부(44)에 공급한다.

위치 정보 산출부(44)는, 프로브 위치 검출부(12)로부터 공급된 광 프로브(2)의 위치 정보와, 수광 검출부(25)로부터 공급된 스폿광의 상의 변위 정보에 근거하여, 삼각측량의 원리 등을 이용하여, 피측정물(3) 표면의 위치를 산출한다. 위치 정보 산출부(44)는, 산출한 피측정물(3)의 위치 정보를 측정 제어부(45)에 공급한다.

측정 제어부(45)는, 위치 정보 산출부(44)에 의해 산출된 피측정물(3)의 위치 정보를 기억부(50)에 기억시킨다. 또한, 측정 제어부(45)는, 다시, 스폿광 주사 제어부(47)에, 스폿광의 주사를 지령하고, 피측정물에 조사되는 스폿광의 위치를 변경시키고, 수광 제어부(46), 수광 검출부(25), 및 위치 정보 산출부(44)에 상술한 측정과 같은 측정을 실행시킨다. 또한, 스폿광의 주사가 완료되고, 라인 형상의 측정 영역에 스폿광을 조사하여, 그 상을 얻는다고 하는 일련의 측정이 완료된 것과 동등한 경우에, 측정 제어부(45)는, 구동 제어부(43)에 광 프로브(2)의 위치를 변경시킨다. 예컨대, 측정 제어부(45)는 구동 제어부(43)에 피측정물(3)의 표면의 라인 형상의 측정 영역의 위치를 변경시킨다. 그리고, 측정 제어부(45)는, 변경된 광절단선에 대하여, 상술한 바와 같은 처리를 반복한다. 이것에 의해, 피측정물(3)의 형상이 측정된다.

다음으로, 선택 테이블에 대하여 설명한다. 도 5는 제 1 실시형태에 따른 CMOS 센서(251)의 ROI 선택의 일례를 나타낸다. 이 도면에 있어서, CMOS 센서(251)는, 복수의 검출 라인 L1~LN을 구비하고 있다. 예컨대, 세 검출 라인 L1~L3은 스폿광의 조사 방향이 제 1 방향인 경우에 대응하는 스폿상 SP1이 결상되는 검출 라인의 영역(ROI) R1을 구성한다. 또한, 두 검출 라인 L4, L5는 스폿광의 조사 방향이 제 1 방향과 다른 제 2 방향인 경우에 대응하는 스폿상 SP2가 결상되는 검출 라인의 영역(ROI) R2를 구성한다. 또한, 세 검출 라인 L6~L8은 스폿광의 조사 방향이 제 1, 제 2 방향과 다른 제 3 방향인 경우에 대응하는 스폿상 SP3이 결상되는 검출 라인의 영역(ROI) R3을 구성한다.

테이블 기억부(51)에 기억되어 있는 선택 테이블은, 이와 같은 스폿광의 조사 방향과 검출 라인의 영역(검출 라인의 범위)을 관련시킨 정보이다. 또, 이 도면에 나타내는 바와 같이, 결상되는 스폿광의 상의 위치에 따라, 검출 라인의 영역의 검출 라인의 수가 변경되더라도 좋다. 혹은, 결상되는 스폿광의 상의 위치에 관계없이, 검출 라인의 영역의 검출 라인의 수는 고정되더라도 좋다. 혹은, 상술한 상황이 조합되더라도 좋다. 다시 말해, 일부의 검출 라인의 영역에 있어서는, 결상되는 스폿광의 상의 위치에 따라, 검출 라인의 수가 변경되고, 나머지의 검출 라인의 영역에 있어서는, 결상되는 스폿광의 상의 위치에 관계없이, 검출 라인의 수가 고정되더라도 좋다.

또한, 선택 테이블은, 소정의 형상의 피측정물(3)을 측정한 경우에 얻어지는, 스폿광의 조사 방향과, 사용하는 검출 라인에 근거하여, 미리 작성되어 있다. 예컨대, 도 1의 XY 평면에 평행한 피측정물(3)로서의 물체에, 각 스폿광의 조사 방향에 대하여 스폿광을 주사함으로써 실제로 결상한 스폿광의 상에 대하여 검출 라인의 범위(영역)를 측정한다. 이 측정 결과에 근거하여, 선택 테이블을 작성한다.

또, 도 5에 있어서, 검출 라인의 영역(ROI) R1 및 R3은, 검출 라인의 길이 방향에 수직인 방향으로, 스폿광의 상의 지름보다 넓도록 설정되어 있다. 다시 말해, ROI 선택부(461)는, 검출 라인의 영역(ROI)을 스폿광의 상의 지름보다 넓게 정하고, 위치 정보 산출부(44)는, 이 검출 라인의 영역(ROI)에 있어서, 가장 밝은 스폿광의 상의 위치를 포함하는 검출 라인에 의한 검출 결과에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하더라도 좋다. 이 경우, 스폿광의 상의 지름보다 넓은 영역으로 정하는 것에 의해, 확실히 스폿광의 상을 포착할 수 있다. 또, 반드시 가장 밝은 스폿광의 상의 위치를 포함하는 검출 라인에 의한 검출 결과에 근거하여 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하지 않더라도 좋다. 예컨대, 필요에 따라, 스폿광의 상의 측정 데이터에 소망의 연산 처리 등을 행하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출할 수 있다. 예컨대, 스폿광의 상의 광량 분포의 중심 위치를 포함하는 검출 라인에 의한 검출 결과에 근거하여 피측정물(3)의 위치 정보를 산출할 수 있다.

이상과 같이, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 스폿 광원부(20)가 피측정물(3)에 스폿광을 조사하고, 주사부(23)가 피측정물(3)의 표면에 스폿광을 상대적으로 주사한다. 또한, 수광 검출부(25)(수광부)는, 이차원적으로 배열된 복수의 수광 화소를 갖고, 스폿광이 피측정물(3)에 조사되는 조사 방향과 다른 방향으로부터, 스폿광의 상을 검출한다. 또한, ROI 선택 처리부(70)(변경부)는, 수광 검출부(25)의 복수의 수광 화소 중, 스폿광의 조사 방향에 따라, 스폿광의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 수광 화소의 신호를 선택한다(변경한다). 위치 연산 처리부(60)(제어부)는, ROI 선택 처리부(70)에서 선택된 수광 화소로부터의 신호에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출한다.

이것에 의해, 형상 측정 장치(100)는, 이차원적으로 배열된 수광 화소(CMOS 센서(251)) 중, 스폿광의 조사 방향에 대응하는 수광 화소를 이용하여, 스폿광의 상의 위치를 검출한다. 따라서, 에피폴라 라인 밖의 광(환경광이나 다중 반사광)의 영향(오검출)을 저감할 수 있다. 그 때문에, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 계측할 수 있다. 또한, 주사된 스폿광의 상을 하나의 검출 라인 센서에 결상하기 위해서는, 일반적으로 복잡한 기구나 고도의 조정 작업을 필요로 한다. 하지만, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 이차원적으로 배열된 수광 화소(CMOS 센서(251))를 사용하기 때문에, 그 필요가 없다. 다시 말해, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 복잡한 기구나 고도의 조정 작업을 필요로 하지 않고서, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 계측할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태에서는, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 수광 검출부(25)(CMOS 센서(251))에 결상된 스폿광의 상의 위치에 위치하는 복수의 수광 화소로서, 스폿광을 주사한 경우에 스폿광의 상이 변위하는 방향과는 다른 방향으로 배열된 복수의 수광 화소를 선택한다. 다시 말해, ROI 선택부(461)는, 스폿광의 조사 방향에 따라, CMOS 센서(251)의 스폿광 주사 방향(V 방향)과는 다른 에피폴라 방향(H 방향)의 복수의 수광 화소(검출 라인)를 선택한다. 이것에 의해, 스폿광의 상이 결상된 위치를 검출하는 방향으로 배열된 복수의 수광 화소를 선택하기 때문에, 스폿광의 상이 결상된 위치를 바르게 선택할 수 있다. 따라서, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 계측할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태에서는, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 복수의 수광 화소 중, 스폿광을 주사한 경우에 스폿광의 상이 변위하는 방향에 직교하는 방향으로 배열한 수광 화소군을 하나의 검출 라인으로서 설정하고, 또한 스폿광의 상이 변위하는 방향에 있어서 각각의 위치에 각각 다른 복수의 검출 라인을 설정한다. 그리고, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역을, 스폿광의 조사 방향에 따라 선택한다. 또한, 위치 연산 처리부(60)(측정 제어부(45))는, 수광 검출부(25)에 대하여, 선택된 검출 라인의 영역에 따라 스폿광의 상을 검출시킨다. 이것에 의해, 검출 라인 단위에 의해 검출 영역(ROI)을 설정하고, 검출 라인 단위에 의해, 스폿광의 상의 변위 위치를 판독할 수 있기 때문에, 측정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 검출 라인의 영역(측정에 이용되는 검출 라인의 수)은, 스폿광의 조사 방향에 따라 가변적으로 할 수 있다. 따라서, 스폿광의 조사 방향에 따라 검출에 필요한 검출 라인의 수가 바뀌는 경우에도 대응할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태에서는, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 스폿광의 조사 방향과, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역을 관련시킨 선택 기준에 근거하여, 검출 라인의 영역을 선택한다. 다시 말해, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 예컨대, 선택 테이블이나, 미리 정해진 선택 룰, 선택 함수의 연산 결과 등의 선택 기준에 근거하여, 검출 라인의 영역을 선택한다. 이것에 의해, 간단한 방법에 의해 최적의 검출 라인의 영역을 선택할 수 있기 때문에, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 계측할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태에서는, 스폿광의 조사 방향과, 사용하는 검출 라인의 영역을 관련시킨 선택 테이블에 의해, 상술한 선택 기준이 확립되어 있다. 또한, 형상 측정 장치(100)는, 선택 테이블을 기억하는 테이블 기억부(51)(기억부)를 구비하고, 선택 테이블은, 소정의 형상의 피측정물(3)을 측정한 경우에 얻어지는, 스폿광의 조사 방향과, 사용하는 검출 라인에 근거하여, 미리 작성되어 있다. 이것에 의해, 작성된 선택 테이블을 이용하는 것에 의해, 제조된 형상 측정 장치(100)에 대하여, 캘리브레이션을 행할 수 있다. 예컨대, 제조된 복수의 형상 측정 장치(100)마다 CMOS 센서(251)의 위치가 다소 다른 것을 생각할 수 있다. 그렇지만, 제 1 실시형태에 따르면, 각 형상 측정 장치(100)마다, 소정의 형상의 피측정물(3)을 측정한 경우에 얻어지는, 스폿광의 조사 방향과, 사용하는 검출 라인에 근거하여, 상술한 바와 같은 선택 테이블을 작성할 수 있다. 그리고, 이 선택 테이블을 이용하는 것에 의해, 어떤 형상 측정 장치(100)에 있어서도, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 최적의 검출 라인의 영역을 선택할 수 있다. 그 때문에, CMOS 센서(251)의 위치 맞춤을 과도하게 엄밀히 행할 필요가 없기 때문에, CMOS 센서(251)의 위치 맞춤을 위한 조정의 공수(man-hour)를 늘리지 않고서 형상 측정 장치(100)를 조립할 수 있다. 따라서, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 계측할 수 있다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태에 있어서는, 각도 검출부(233)가 검출한 각도 정보 대신, 실제로 스폿광이 조사된 위치를 검출하는 것에 의해, 스폿광의 조사 방향을 검출하고 있다. 도 6은 제 2 실시형태에 따른 광 프로브(2a)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 6에 있어서, 광 프로브(2a)는, 스폿 광원부(20), 주사부(23), 촬상 렌즈(24), CMOS 센서(251), 및 조사 위치 검출부(26)를 구비하고 있다. 이 도면에 있어서, 도 1, 도 2(a)및 도 2(b)와 동일하거나 동등한 구성 또는 요소에는, 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

조사 위치 검출부(26)는, 스폿광을 분기하는 광로 분기부(261)와, 분기 스폿광이 조사되는 분기광 수광부(262)(수광 소자)를 갖고, 분기광 수광부(262)에 조사된 분기 스폿광의 조사 위치를 검출한다. 광로 분기부(261)는, 예컨대, 하프 미러이고, 스폿광의 일부(분기 스폿광)를 분기시켜, 분기광 수광부(262)에 조사시킨다. 분기광 수광부(262)는, 예컨대, CMOS 센서 등의 수광 소자이고, 분기 스폿광의 위치를 검출한다.

도 7은 제 2 실시형태에 따른 형상 측정 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또, 이 도면에 있어서, 도 1~도 3과 동일하거나 동등한 구성 또는 요소에는 같은 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

도 7에 있어서, 제 2 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 광 프로브(2)가 도 6에 나타내는 광 프로브(2a)로 치환되어 있는 점을 제외하고, 도 3에 나타낸 것과 동일하다.

제 2 실시형태에서는, 광 프로브(2a)가, 조사 위치 검출부(26)를 구비하고, 검출 정보(분기 스폿광의 위치 정보)를 수광 제어부(46)에 공급한다. 수광 제어부(46)의 ROI 선택부(461)는, 조사 위치 검출부(26)(분기광 수광부(262))가 검출한 검출 정보에 근거하여, 스폿광의 조사 방향을 검출한다. 다시 말해, ROI 선택부(461)는, 각도 검출부(233)의 각도 정보가 아닌, 실제로 조사된 스폿광의 위치에 근거하여, 스폿광의 조사 방향을 검출한다.

이상과 같이, 제 2 실시형태에서는, 실제로 조사된 스폿광의 위치로부터, 스폿광의 조사 방향을 검출하기 때문에, 정확한 스폿광의 조사 방향을 검출할 수 있다. 또한, 제 2 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 제 1 실시형태와 같이, 복잡한 기구나 고도의 조정 작업을 필요로 하지 않고서, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다.

또, 스폿광의 조사 방향을 검출하는 방법은, 스폿광 주사 제어부(47)에 의한 주사부(23)를 제어하는 제어 신호에 근거하더라도 좋다. 이 경우, 각도 검출부(233) 및 조사 위치 검출부(26)를 구비할 필요가 없기 때문에, 간단한 구성에 의해, 스폿광의 조사 방향을 검출할 수 있다.

또한, ROI 선택 처리부(70)(ROI 선택부(461))는, 주사부(23)를 제어하는 제어 신호, 주사부(23)에 있어서 스폿광을 조사하는 각도를 검출하는 각도 검출부(233)에 의한 검출 정보, 및, 분기 스폿광이 조사되는 분기광 수광부(262)(수광 소자)를 갖고, 분기광 수광부(262)에 조사된 분기 스폿광의 조사 위치를 검출하는 조사 위치 검출부(26)에 의한 검출 정보 중 어느 하나 또는 어느 조합에 근거하여, 스폿광의 조사 방향을 검출하더라도 좋다. 또, 어느 조합에 근거하여, 스폿광의 조사 방향이 검출된 경우에는, 복수의 계통에 의해 스폿광의 조사 방향을 검출할 수 있기 때문에, 정확한 스폿광의 조사 방향을 검출할 수 있다.

[제 3 실시형태]

다음으로, 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태는, 스폿 광원부(20)의 다른 형태를 나타낸다. 제 3 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 스폿 광원부(20)가 스폿 광원부(20a)로 치환되는 점을 제외하고, 상술한 각 실시형태와 같다.

도 8(a) 및 도 8(b)는 제 3 실시형태에 따른 스폿 광원부(20a)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 8(a)에 있어서, 제 3 실시형태의 스폿 광원부(20a)는, 광원(21), 집광 렌즈(22), 및 원통 렌즈(27)를 구비하고 있다. 원통 렌즈(27)(광학부)는, 집광 렌즈(22)의 뒤에 배치되고, 검출 라인에 수직인 지름이, 검출 라인에 평행한 지름보다 좁은 스폿광의 상을 수광 검출부(25)(CMOS 센서(251))에 결상시킨다. 즉, 원통 렌즈(27)는, 검출 라인에 수직인 지름이, 검출 라인에 평행한 지름보다 좁은 스폿광(스폿 형상의 패턴)을 피측정물(3)에 투영시킨다.

도 8(b)는 스폿 광원부(20a)에 의해, CMOS 센서(251)에 결상된 스폿광의 상 SP4를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 스폿 광원부(20a)는, 원통 렌즈(27)를 이용하여, 검출 라인 EL3의 스폿광 주사 방향의 폭 D2 내에 들어가도록, 스폿광의 상 SP4를 결상시킨다. 또한, 스폿 광원부(20a)는, 스폿광의 상 SP4의 에피폴라 라인 방향의 폭 D1을, 스폿광의 상 SP4의 변위의 측정이 가능하게 결상시킨다. 따라서, 스폿 광원부(20a)는, 스폿광의 상 SP4를, 검출 라인에 수직인 지름 D2가 검출 라인에 평행한 지름 D1보다 좁게 결상하도록, 스폿광을 조사한다.

이것에 의해, 스폿광 주사 방향으로 좁은 타원형의 스폿광의 상을 CMOS 센서(251)에 결상시킬 수 있기 때문에, 에피폴라 라인 밖의 광(환경광이나 다중 반사광)을 오검출하여 버릴 가능성을 저감할 수 있다. 따라서, 제 3 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 검출 라인의 영역을 좁힐 수 있기 때문에, 측정 시간(검출 라인의 영역의 검출 결과의 판독 시간)을 저감할 수 있다.

[제 4 실시형태]

다음으로, 제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 상술한 각 실시형태에서는, 주사부(23)에 의한 스폿광의 조사 방향이 변경되는 것에 동기하여, CMOS 센서(251)의 검출 라인의 영역(ROI)을 변경하는 형태를 설명했다. 하지만, 제 4 실시형태에서는, 다른 방식에 의해, 스폿광의 조사 방향과 검출 라인의 영역(ROI)을 대응시키는 경우를 설명한다. 제 4 실시형태에 있어서는, 수광 검출부(25)로서 롤링 셔터 카메라(25a)를 이용한다. 주사부(23)는, 롤링 셔터 카메라(25a)의 노광 영역(시간)에 동기하여, 스폿광의 조사 방향을 변경시키고 있다.

도 9는 제 4 실시형태에 따른 제어부(40) 및 광 프로브(2b)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또, 도 9는 제 4 실시형태를 설명하기에 필요한 구성만을 기재하고 있고, 다른 구성은, 상술한 각 도면에 있어서의 구성과 같다.

도 9에 있어서, 광 프로브(2b)는, 롤링 셔터 카메라(25a)(수광 검출부)와, 주사부(23)를 구비하고 있다. 롤링 셔터 카메라(25a)는 트리거 신호에 의해 노광(검출)을 개시하고, 클록 신호 CK1에 동기하여 CMOS 센서(251)의 스폿광 주사 방향(V 방향)으로 순차적으로 검출 라인을 변경하여 노광한다.

주사부(23)의 각도 검출부(233)는, 각도 정보의 일부로서, 갈바닉 미러(232)의 주사의 기점인 원점에 갈바닉 미러(232)가 있는 것을 나타내는 원점 신호를 스폿광 주사 제어부(47a)에 공급한다. 다시 말해, 이 원점 신호는, 스폿광의 조사 방향이 주사의 개시 위치에 있는 경우에 공급된다.

ROI 선택 처리부(70)는, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역에 따라, 주사부(23)에 대하여 스폿광의 조사 방향을 변경시킨다. ROI 선택 처리부(70)는, 수광 제어부(46a) 및 스폿광 주사 제어부(47a)를 구비하고 있다.

수광 제어부(46a)는, 롤링 셔터 카메라(25a)의 제어를 행하고, 롤링 셔터 카메라(25a)에 대하여 트리거 신호 및 클록 신호 CK1을 공급하는 CMOS 센서 제어부(462)를 구비한다. CMOS 센서 제어부(462)는, 스폿광 주사 제어부(47a)의 위상 비교기(471)에 트리거 신호를 공급한다. 또한, CMOS 센서 제어부(462)는, 스폿광의 주사 속도와, CMOS 센서(251)에 결상된 스폿광의 상의 지름에 따라, 롤링 셔터 카메라(25a)에 있어서의 검출 라인의 영역(ROI)에 스폿광의 상을 노광할 수 있도록 노광 시간(내부 노광 시간)을 정한다.

스폿광 주사 제어부(47a)는, 각도 검출부(233)로부터 공급되는 원점 신호와, CMOS 센서 제어부(462)로부터 공급되는 트리거 신호에 근거하여, 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경시키는 제어 신호를 생성하는 위상 비교기(471)를 구비한다. 다시 말해, 위상 비교기(471)는, 이 원점 신호의 위상과 트리거 신호의 위상을 비교하고, 이 두 위상이 서로 일치하도록 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경시키는 제어 신호를 생성한다. 즉, 위상 비교기(471)는, 원점 신호의 출력 타이밍과, 트리거 신호의 출력 타이밍을 동기시킨다.

이것에 의해, 스폿광의 주사 개시 타이밍과, 롤링 셔터 카메라(25a)의 노광 개시 타이밍이 일치되고, 또한, 스폿광의 주사 기간과, 롤링 셔터 카메라(25a)의 한 화면 노광에 필요한 기간이 같아진다. 결과적으로, 스폿광 주사 제어부(47a)는, 롤링 셔터 카메라(25a)의 검출 라인의 영역(노광 영역)에 대응하도록, 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경한다.

도 10은 제 4 실시형태에 따른 롤링 셔터 카메라(25a)의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 이 도면에 있어서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은, 위에서부터 차례로 (a) 외부 트리거(상술한 트리거 신호), (b) 내부 노광 시간 설정, (c) 센서 판독 개시 신호, (d) 노광(노광 영역), (e) 카메라 데이터 출력, (f) 글로벌 노광 타이밍 출력, 및 (g) 트리거 레디 출력을 나타내고 있다. 또, 여기서 말하는 노광 시간이란, 노광하는 시간의 길이 또는 폭이다.

이 예에서는, (b) 노광 시간(내부 노광 시간)이 ST1로 설정되어 있다. 시각 T1에 있어서, CMOS 센서 제어부(462)가, (a) 외부 트리거를 출력하면, 롤링 셔터 카메라(25a)는, 내부에서 (c) 센서 판독 개시 신호를 생성하고, (d) 노광을 개시한다. 롤링 셔터 카메라(25a)는, (d) 노광에 나타내는 바와 같이, 노광 시간 ST1의 간격에 따라, 각 검출 라인의 노광 타이밍(t1로부터 tn까지)의 차례로 노광한다. 또한, 한편으로, (a) 외부 트리거에 따라, 롤링 셔터 카메라(25a)는, (g) 트리거 레디 출력을 L(로우) 상태로 천이시킨다. 이것은, 롤링 셔터 카메라(25a)가 (a) 외부 트리거를 받아들일 수 없는 상태(비지 상태)인 것을 나타내고 있다.

시각 T2에 있어서, 롤링 셔터 카메라(25a)는 (d) 노광을 완료하고, 제어부(40)는 (f) 글로벌 노광 타이밍 출력 후에 출력되는 (e) 카메라 데이터 출력에 의해 스폿광의 상의 검출 정보를 취득한다.

시각 T3에 있어서, 롤링 셔터 카메라(25a)는 (e) 카메라 데이터 출력을 완료하고, 시각 T4로부터 시각 T5에 있어서 다시 (d) 노광이 반복된다. 또, 상술한 바와 같이, 위상 비교기(471)는 시각 T1로부터 시각 T4의 기간에 스폿광의 주사 기간을 일치시킨다.

도 11은 제 4 실시형태에 따른 노광 시간의 설정의 예를 설명하는 설명도이다. 이 도면에 있어서, CMOS 센서(251)의 각 검출 라인은, 노광 타이밍(t1로부터 tn)에 의해 노광된다. 여기서, 스폿광의 상의 주사 방향의 지름 D3은, 검출 라인(여기서는 주사선이라고도 한다) EL4로부터 EL6의 세 검출 라인에 들어가는 크기이다. 그 때문에, CMOS 센서 제어부(462)는, 이 세 검출 라인이 주사되는 시간(시간폭)을, 노광 시간(도 10의 ST1)으로서 정한다.

다시 말해, 이 노광 시간은, 검출 라인이 주사되는 주기와, 스폿광의 상의 주사 방향의 지름 D3에 근거하여 설정된다. 또, 검출 라인이 주사되는 주기는, 스폿광의 주사 주기에 대응하고 있다. 또한, 스폿광의 주사 주기는, 스폿광의 주사 속도에 대응한다. 그 때문에, 이 노광 시간은, 스폿광의 주사 속도와, 스폿광의 상의 지름에 근거하여 설정된다. 또, 주사부(23)는, 스폿광의 조사 각도를 변경한다. 그 때문에, 여기서 말하는 스폿광의 주사 속도란, 단위 시간당 조사 각도의 변경량(즉, 각속도)을 나타내고 있다.

이상과 같이, 제 4 실시형태에서는, ROI 선택 처리부(70)(선택부)는, 복수의 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역(ROI)에 따라, 주사부(23)에 대하여 스폿광의 조사 방향을 변경시킨다. 이것에 의해, 스폿광의 조사 방향에 대응한 검출 라인의 영역(ROI)에 의해, 스폿광의 상의 검출이 가능하게 된다. 그 때문에, 제 4 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 상기 각 실시형태와 같이, 복잡한 기구나 고도의 조정 작업을 필요로 하지 않고서, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다.

또한, 제 4 실시형태에서는, 수광 검출부는, 이차원의 롤링 셔터 카메라(25a)이다. 그리고, ROI 선택 처리부(70)(CMOS 센서 제어부(462))는, 스폿광의 주사 속도와, 롤링 셔터 카메라(25a)의 CMOS 센서(251)에 결상된 스폿광의 상의 지름에 따라, 롤링 셔터 카메라(25a)에 있어서의 검출 라인의 영역(ROI)에 스폿광의 상을 노광할 수 있도록 노광 시간을 정한다. 이것에 의해, 롤링 셔터 카메라(25a)는, 확실히 스폿광의 상을 검출할 수 있다.

[제 5 실시형태]

다음으로, 제 5 실시형태에 대하여 설명한다. 제 5 실시형태는 제 4 실시형태의 변형이고, 스폿광의 주사 속도에 따라, 롤링 셔터 카메라(25a)의 노광 타이밍을 변경하고 있다.

도 12는 제 5 실시형태에 따른 제어부(40) 및 광 프로브(2b)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 또, 도 12는 제 5 실시형태를 설명하기에 필요한 구성만을 기재하고 있고, 다른 구성은, 상술한 각 도면에 있어서의 구성과 같다. 이 도면에 있어서, 도 9의 구성의 스폿광 주사 제어부(47b)에 전압 제어 발진기(VCO)(472)가 추가된다.

VCO(472)는, 위상 비교기(471)의 비교 결과(전압)에 근거하여, 원점 신호의 위상과 트리거 신호의 위상이 일치하도록, 클록 신호 CK2의 주파수를 변경한다. 또한, VCO(472)는, 주파수를 변경한 클록 신호 CK2를 CMOS 센서 제어부(462)에 공급한다.

CMOS 센서 제어부(462)는, VCO(472)로부터 공급된 클록 신호 CK2에 근거하여, 클록 신호 CK1을 생성하고, 생성한 클록 신호 CK1을 CMOS 센서(251)에 공급한다. 다시 말해, 주사부(23)에 의한 스폿광의 주사 속도에 따라, 롤링 셔터 카메라(25a)의 노광 타이밍이 변경되고, 클록 신호 CK1의 주파수가 변경된다. 즉, ROI 선택 처리부(70)(스폿광 주사 제어부(47b))는, 스폿광의 주사 속도에 따라, 롤링 셔터 카메라(25a)의 노광 타이밍을 변경한다.

이것에 의해, 원점 신호의 출력 타이밍과, 트리거 신호의 출력 타이밍이 동기되어, 스폿광의 주사 개시 타이밍과, 롤링 셔터 카메라(25a)의 노광 개시 타이밍이 일치된다. 또한, 스폿광의 주사 기간과, 롤링 셔터 카메라(25a)의 한 화면 노광에 필요한 기간(시간폭)이 같아진다. 결과적으로, 스폿광 주사 제어부(47b)는, 롤링 셔터 카메라(25a)의 검출 라인의 영역(노광 영역)에 대응하도록, 갈바닉 미러(232)의 각도를 변경한다.

이상과 같이, 제 5 실시형태에서는, 스폿광의 조사 방향에 대응한 검출 라인의 영역(ROI)에 의해, 스폿광의 상의 검출이 가능하게 된다. 그 때문에, 형상 측정 장치(100)는, 상기 각 실시형태와 같이, 복잡한 기구나 고도의 조정 작업을 필요로 하지 않고서, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다. 또, 클록 신호 CK1의 주파수가 변경된 경우, 측정 제어부(45)는, 클록 신호 CK1의 주파수에 따라, 스폿 광원부(20)의 조사 강도를 변경하더라도 좋다. 다시 말해, 예컨대, 주파수가 큰 경우는, 노광 시간이 짧아지기 때문에, 측정 제어부(45)는, 스폿 광원부(20)에 대하여, 그 단축된 노광 시간을 보상하도록, 조사 강도를 강하게 한다.

[제 6 실시형태]

다음으로, 상술한 형상 측정 장치(100)를 구비한 구조물 제조 시스템에 대하여 설명한다. 도 13은 구조물 제조 시스템(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 구조물 제조 시스템(200)은, 상술한 형상 측정 장치(100)와, 설계 장치(110)와, 성형 장치(120)와, 제어 장치(검사 장치)(130)와, 리페어 장치(140)를 구비한다.

설계 장치(110)는, 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성하고, 작성한 설계 정보를 성형 장치(120)에 송신한다. 또한, 설계 장치(110)는, 작성한 설계 정보를 제어 장치(130)의 후술하는 좌표 기억부(131)에 기억시킨다. 여기서, 설계 정보란, 구조물의 각 위치의 좌표를 나타낸다. 성형 장치(120)는, 설계 장치(110)로부터 입력된 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 성형한다. 성형 장치(120)의 성형 공정에는, 주조, 단조, 또는 절삭 등이 포함된다. 형상 측정 장치(100)는, 제작된 구조물(피측정물)의 좌표를 측정하고, 측정한 좌표를 나타내는 정보(형상 정보)를 제어 장치(130)에 송신한다.

제어 장치(130)는, 좌표 기억부(131)와, 검사부(132)를 구비한다. 좌표 기억부(131)에는, 상술한 바와 같이, 설계 장치(110)로부터의 설계 정보가 기억된다. 검사부(132)는, 좌표 기억부(131)로부터 설계 정보를 판독한다. 검사부(132)는, 형상 측정 장치(100)로부터 수신한 좌표를 나타내는 정보(형상 정보)와 좌표 기억부(131)로부터 판독한 설계 정보를 비교한다.

검사부(132)는, 비교 결과에 근거하여, 구조물이 설계 정보에 따라 성형되었는지 여부를 판정한다. 바꿔 말하면, 검사부(132)는, 작성된 구조물이 양품인지 여부를 판정한다. 검사부(132)는, 구조물이 설계 정보에 따라 성형되어 있지 않은 경우, 구조물이 수리 가능한지 여부를 판정한다. 구조물을 수리할 수 있는 경우, 검사부(132)는, 비교 결과에 근거하여, 불량 부위와 수리량 또는 사이즈를 산출하고, 리페어 장치(140)에 불량 부위와 수리량을 나타내는 정보를 송신한다.

리페어 장치(140)는, 제어 장치(130)로부터 수신한 불량 부위와 수리량을 나타내는 정보에 근거하여, 구조물의 불량 부위를 가공한다.

도 14는 구조물 제조 시스템(200)에 의한 처리의 흐름을 나타낸 플로차트이다. 우선, 설계 장치(110)가, 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 제작한다(스텝 S101). 다음으로, 성형 장치(120)는, 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 성형한다(스텝 S102). 다음으로, 형상 측정 장치(100)는, 상술한 바와 같은 방법으로, 제작된 상기 구조물의 형상을 측정한다(스텝 S103). 그 후, 제어 장치(130)의 검사부(132)는, 형상 측정 장치(100)에서 얻어진 형상 정보와, 상기 설계 정보를 비교하는 것에 의해, 구조물이 실제로 설계 정보에 따라 작성되었는지 여부를 검사한다(스텝 S104).

다음으로, 제어 장치(130)의 검사부(132)는, 작성된 구조물이 양품인지 여부를 판정한다(스텝 S105). 작성된 구조물이 양품인 경우(스텝 S105 : 예), 구조물 제조 시스템(200)은 그 처리를 종료한다. 한편, 작성된 구조물이 양품이 아닌 경우(스텝 S105 : 아니오), 제어 장치(130)의 검사부(132)는, 작성된 구조물을 수리할 수 있는지 여부를 판정한다(스텝 S106).

작성된 구조물을 수리할 수 있는 경우(스텝 S106 : 예), 리페어 장치(140)는, 구조물의 재가공을 실시하고(스텝 S107), 처리는 스텝 S103으로 돌아간다. 한편, 작성된 구조물을 수리할 수 없는 경우(스텝 S106 : 아니오), 구조물 제조 시스템(200)은 그 처리를 종료한다. 이상으로, 본 플로차트의 처리를 종료한다.

이상에 의해, 제 6 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 구조물의 좌표(구조물의 삼차원 형상)를 정확히 측정할 수 있다. 그러므로, 구조물 제조 시스템(200)은, 작성된 구조물이 양품인지 여부를 판정할 수 있다. 또한, 구조물 제조 시스템(200)은, 구조물이 양품이 아닌 경우, 구조물의 재가공을 실시하고, 수리할 수 있다.

또, 제 6 실시형태에 있어서의 리페어 장치(140)가 실행하는 리페어 공정은, 성형 장치(120)가 성형 공정을 재실행하는 공정으로 치환되더라도 좋다. 그때에는, 제어 장치(130)의 검사부(132)가 구조물을 수리할 수 있다고 판정한 경우, 성형 장치(120)는, 성형 공정(단조, 절삭 등)을 재실행한다. 구체적으로는, 성형 장치(120)는, 구조물에 있어서 본래 절삭되어야 할 부분이지만 절삭되어 있지 않은 부분을 절삭한다. 이것에 의해, 구조물 제조 시스템(200)은, 구조물을 정확히 작성할 수 있다.

또, 상기 실시형태에 따르면, 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 교시에 따른 형상 측정 방법은, 형상 측정 장치(100)가 실행하는 형상 측정 방법으로서, 피측정물(3)에 스폿광을 조사하는 스폿광 조사 수순(S201)과, 피측정물(3)의 표면에 스폿광을 상대적으로 주사하는 주사 수순(S202)과, 복수의 수광 화소를 이용하여, 스폿광이 피측정물(3)에 조사되는 조사 방향과 다른 방향으로부터 스폿광이 피측정물(3)에 조사된 경우의 스폿광의 상을 검출하는 검출 수순(S203)과, 스폿광의 조사 방향에 따라, 스폿광의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 신호를 취득하는 수광 화소의 위치를 변경하는 변경 수순(S204)과, 상기 수광 화소로부터의 신호에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하는 제어 수순(S205)을 갖는다. 또, 상기 복수의 수광 소자는 이차원적으로 배열되어 있더라도 좋고, 상기 변경 수순(S204)에 있어서, 상기 복수의 수광 화소 중, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 신호를 취득하는 수광 화소를 선택하더라도 좋다. 이것에 의해, 복잡한 기구나 고도의 조정 작업을 필요로 하지 않고서, 피측정물(3)의 형상을 정밀하게 측정할 수 있다. 또, 상기 수순은, 반드시 이 순서로 실시되지 않으면 안 되는 것은 아니고, 필요에 따라 적절히 순번을 교체할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또, 본 교시는, 상기 각 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 교시의 진정한 정신과 범위를 일탈하지 않고서 변경이 가능하다. 예컨대, 상기 각 실시형태에 있어서, 위치 연산 처리부(60)(제어부)는, 스폿광의 지름의 최대치에 따라, 검출 라인에 대하여 수직 방향으로 연속한 복수의 수광 화소를 축적하거나 적산한 검출 결과에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하더라도 좋다. 다시 말해, 위치 연산 처리부(60)는, 수광 검출부(25) 또는 롤링 셔터 카메라(25a)로부터, 복수의 수광 화소를 적산한 검출 결과를 판독하여, 이 검출 결과에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하더라도 좋다. 이 경우, 판독 시간을 단축할 수 있기 때문에, 형상 측정 장치(100)는, 측정 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 위치 연산 처리부(60)는, 복수의 수광 화소의 검출 결과를 판독한 후에, 검출 결과를 적산하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하더라도 좋다. 또, 위치 연산 처리부(60)는, 측정 레인지(분해능)에 따라, 이들의 방법을 선택적으로 사용하더라도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, ROI 선택부(461)는, 검출 라인의 영역(ROI)을 스폿광의 상의 지름보다 넓게 정하고, 이 검출 라인의 영역(ROI)에 있어서, 스폿광의 상의 가장 밝은 위치를 포함하는 검출 라인에 의한 검출 결과에 근거하여, 피측정물(3)의 위치 정보를 산출하더라도 좋다. 예컨대, 도 5에 나타내는 바와 같이 검출 라인의 영역(ROI) R1 및 R3은, 스폿광의 상의 지름보다 넓게 정하고 있다. 이 경우, 스폿광의 상의 지름보다 넓은 영역으로 정하는 것에 의해, 확실히 스폿광의 상을 포착할 수 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 주사부(23)는, 갈바닉 미러를 이용하는 것으로 설명했지만, 스폿광의 조사 방향을 변경하지 않고서, 광 프로브(2)에 대하여 피측정물(3)을 상대적으로 이동시킴으로써 스폿광의 상을 주사하도록 하더라도 좋다. 이 경우는 스폿광의 조사 방향(각도)이 변함없으므로, 검출 라인의 영역도 변하지 않는다. 한편, 스폿광의 조사 방향(각도)을 변경함으로써, 스폿광의 상을 피측정물(3)에 대하여 주사하는 경우, 스폿광의 조사 방향(각도)을 변경할 수 있는 구성이면 다른 형태가 적용되더라도 좋다. 예컨대, 주사부(23)는, 폴리곤 미러, DMD(Digital Micro-mirror Device) 등의 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 미러를 이용하더라도 좋고, AOM(Acousto-Optic Modulator) 등의 회절 현상을 이용하는 광학 소자 등을 이용하더라도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 스폿광의 조사 방향을 변경하는 것에 동기하여 검출 라인의 영역(ROI)을 변경하는 것, 및, 검출 라인의 영역(ROI)을 변경하는 것에 동기하여 주사부(23)에 스폿광의 조사 방향을 변경시키는 것을 설명했다. 하지만, 본 교시는 이들로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 형상 측정 장치(100)는, 수광 검출부(25)의 모든 수광 화소의 검출 결과를 판독한 후에, 스폿광의 조사 방향에 대응하는 영역의 검출 결과를 선택적으로 사용하더라도 좋다.

상기 각 실시형태에 있어서, 선택 테이블은 미리 작성된 것을 사용하는 것을 설명했지만, 정기적으로 다시 측정하여 갱신하더라도 좋다. 또한, 형상 측정 장치(100)는, 선택 테이블을 내부에서 생성하는 기능을 구비하더라도 좋다. 또한, 테이블 기억부(51)는, 측정 레인지(분해능)나 측정 조건에 따라, 복수의 선택 테이블을 기억하더라도 좋다. 또한, 상기 각 실시형태에 있어서, 수광 화소는 반드시 이차원적으로 배열되어 있지 않더라도 좋다.

(산업상이용가능성)

본 발명은, 제조된 구조물이 양품인지 여부를 판정할 수 있는 구조물 제조 시스템에 적용할 수 있다.

3 : 피측정물
20, 20a : 스폿 광원부
23 : 주사부
25 : 수광 검출부
26 : 조사 위치 검출부
27 : 원통 렌즈
51 : 테이블 기억부
60 : 위치 연산 처리부
70 : ROI 선택 처리부
233 : 각도 검출부
100 : 형상 측정 장치

Claims

피측정물의 형상을 측정하는 형상 측정 장치로서,
광원을 포함하고, 상기 피측정물에 상기 광원으로부터의 광을 조사하는 것에 의해 스폿 형상의 패턴을 형성하도록 구성되는 조사부와,
상기 피측정물의 표면에 상기 스폿 형상의 패턴을 상대적으로 주사하는 주사부와,
상기 피측정물에 조사되는 상기 광의 조사 방향과 상이한 다른 방향으로부터 상기 광이 상기 피측정물에 조사되는 것에 의해 생성되는 상기 스폿 형상의 패턴의 상을 검출하도록 배열된 복수의 수광 화소를 구비하는 수광부와,
상기 광의 조사 방향에 따라, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 상기 수광부의 신호를 취득하는 위치를 변경하는 변경부와,
상기 수광부로부터의 신호에 근거하여, 상기 피측정물의 위치 정보를 산출하는 제어부
를 구비하는 형상 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수광부는, 이차원적으로 배열되어 있는 복수의 수광 화소를 갖고,
상기 변경부는, 상기 수광부의 상기 복수의 수광 화소 중, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 신호를 취득하는 일부의 수광 화소를 선택하는
형상 측정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 주사부는, 상기 광이 상기 피측정물에 조사될 때의 조사 방향을 바꾸는 것에 의해, 상기 피측정물의 표면에 상기 스폿 형상의 패턴을 주사하는 형상 측정 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 변경부는, 상기 수광부에 상기 스폿 형상의 패턴의 상이 결상된 위치에 배열된 수광 화소를 포함하고, 상기 광을 주사한 조건에서 상기 스폿 형상의 패턴의 상이 변위하는 변위 방향과는 다른 방향으로 배열되는 복수의 수광 화소로부터, 상기 복수의 수광 화소 중 일부를 선택하는 형상 측정 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변경부는, 상기 복수의 수광 화소 중, 상기 광을 주사한 조건에서 상기 스폿 형상의 패턴의 상이 변위하는 변위 방향과 직교하는 방향으로 배열한 하나의 검출 라인으로서 수광 화소군을 설정하고, 또한 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 변위 방향에 있어서 각각 다른 위치에 배열되는 복수의 검출 라인을 설정하고, 복수의 상기 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역을, 상기 광의 조사 방향에 따라 선택하고,
상기 제어부는, 상기 수광부에 대하여, 선택된 상기 검출 라인의 영역에 의해 상기 스폿 형상의 패턴의 상을 검출시키는
형상 측정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 변경부는, 상기 광의 조사 방향과, 복수의 상기 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역을 관련시킨 선택 기준에 근거하여, 상기 검출 라인의 영역을 선택하는 형상 측정 장치.
제 6 항에 있어서,
선택 테이블을 기억하도록 구성되는 기억부를 더 구비하고,
상기 선택 기준은, 상기 광의 조사 방향과, 상기 사용하는 검출 라인의 영역을 관련시킨 상기 선택 테이블에 의해 구성되고,
상기 선택 테이블은, 소정의 형상의 물체를 측정하는 것에 의해 얻어지는, 상기 광의 조사 방향과, 상기 사용하는 검출 라인에 근거하여, 미리 작성되어 있는
형상 측정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 변경부는, 복수의 상기 검출 라인 중 검출에 사용하는 검출 라인의 영역에 따라, 상기 주사부에 대하여 상기 광의 조사 방향을 변경시키는 형상 측정 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 수광부는, 이차원의 롤링 셔터 카메라이고,
상기 변경부는, 상기 광의 주사 속도와, 상기 수광부에 결상된 상기 스폿 형상의 패턴의 지름에 따라, 상기 롤링 셔터 카메라에 있어서의 상기 검출 라인의 영역에 상기 스폿 형상의 패턴의 상을 노광하도록 노광 시간을 정하는
형상 측정 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 수광부는, 이차원의 롤링 셔터 카메라이고,
상기 변경부는, 상기 광의 주사 속도에 따라, 상기 롤링 셔터 카메라의 노광 타이밍을 변경하는
형상 측정 장치.
제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변경부는, 상기 주사부를 제어하는 제어 신호, 상기 주사부에 있어서 상기 광을 조사하는 각도를 검출하는 각도 검출부에 의한 검출 정보, 및, 상기 광으로부터 분기한 광이 조사되는 수광 소자를 갖고, 상기 수광 소자에 조사된 상기 분기한 광의 조사 위치를 검출하는 조사 위치 검출부에 의한 검출 정보 중 하나에 근거하여, 상기 광의 조사 방향을 검출하는 형상 측정 장치.
제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원은, 상기 검출 라인에 수직인 지름이, 상기 검출 라인에 평행한 지름보다 좁은 상기 스폿 형상의 패턴을 상기 피측정물에 투영시키는 광학부를 구비하는 형상 측정 장치.
제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 광에 의한 스폿 형상의 패턴의 지름의 최대치에 따라, 상기 검출 라인에 대하여 수직인 수직 방향으로 서로 인접한 복수의 수광 소자를 선택하고, 서로 상기 수직 방향으로 인접한 복수의 수광 소자로부터의 출력치를 적산한 검출 결과에 근거하여, 상기 피측정물의 위치 정보를 산출하는 형상 측정 장치.
제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변경부는, 상기 검출 라인의 영역을 상기 스폿 형상의 패턴의 지름보다 넓게 정하고,
상기 제어부는, 상기 검출 라인의 영역에 있어서, 상기 스폿 형상의 패턴의 상에서 가장 밝은 위치에 배열되는 수광 화소를 포함하는 상기 검출 라인에 의한 검출 결과에 근거하여, 상기 피측정물의 위치 정보를 산출하는
형상 측정 장치.
피측정물의 형상을 측정하는 방법으로서,
상기 피측정물에 광원으로부터의 광을 조사하는 것에 의해 스폿 형상의 패턴을 형성하는 조사 수순과,
상기 피측정물의 표면에 상기 스폿 형상의 패턴을 상대적으로 주사하는 주사 수순과,
복수의 수광 화소를 구비하는 수광부를 이용하여, 상기 피측정물에 조사되는 상기 광의 조사 방향과 다른 방향으로부터 상기 광이 상기 피측정물에 조사되는 것에 의해 생성되는 상기 스폿 형상의 패턴의 상을 검출하는 검출 수순과,
상기 광의 조사 방향에 따라, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 상기 수광부의 신호를 취득하는 위치를 변경하는 변경 수순과,
상기 수광부로부터의 신호에 근거하여, 상기 피측정물의 위치 정보를 산출하는 제어 수순
을 갖는 형상 측정 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 복수의 수광 화소는 이차원적으로 배열되어 있고,
상기 변경 수순에 있어서, 상기 복수의 수광 화소 중, 상기 스폿 형상의 패턴의 상의 위치를 검출하기 위해 이용하는 신호를 취득하는 일부의 수광 화소를 선택하는 형상 측정 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 주사 수순에 있어서, 상기 광이 상기 피측정물에 조사되는 조사 방향을 바꾸는 것에 의해, 상기 피측정물의 표면에 상기 스폿 형상의 패턴을 주사하는 형상 측정 방법.
구조물을 제조하는 방법으로서,
상기 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 제작하는 설계 공정과,
상기 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 성형하는 성형 공정과,
성형된 상기 구조물의 형상을 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 형상 측정 방법을 이용하여 측정하는 측정 공정과,
상기 측정 공정에서 얻어진 형상 정보와, 상기 설계 정보를 비교하는 검사 공정
을 갖는 구조물의 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 검사 공정의 비교 결과에 근거하여 실행되고, 상기 구조물을 재가공하는 리페어 공정을 더 갖는 구조물의 제조 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 리페어 공정은, 상기 성형 공정을 재실행하는 공정인 구조물의 제조 방법.