JP7743468B2 - 形状測定装置および形状測定装置の校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光を用いて板状の測定対象における輪郭形状を測定する形状測定装置および形状測定装置の校正方法に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、平行光を測定対象越しにイメージセンサに向けて照射し、イメージセンサに投影された前記測定対象の影像により前記測定対象の形状を測定する形状測定装置が知られている。

特開２００６－１４５４８７号公報

ところで、測定対象が平行光の進行方向に長い部材である場合、回折縞が生じてしまう場合がある。前記回折縞が生じると、画像に前記測定対象の影像に加えて前記回折縞の像も写り込むため、測定結果の形状に誤差が生じてしまう。このため、画像の背景を、イメージセンサにおける受光光量の飽和によって、白色にしてしまうことが考えられる。しかしながら、この方法では、前記イメージセンサのダイナミックレンジを超えるため、前記イメージセンサの出力に基づき前記平行光の光量を設定値に調整できず、校正できない。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、光量を校正できる形状測定装置および形状測定装置の校正方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる形状測定装置は、照明部と、撮像部と、測定の場合に前記照明部と前記撮像部との間に板状の測定対象が配置され、前記照明部から照射された照明光によって形成された前記測定対象の影を前記撮像部で撮像することによって生成した前記測定対象の影画像に基づいて前記測定対象の輪郭形状を求める画像処理部とを備える装置であって、校正の場合に前記照明部と前記撮像部との間に配置される減光フィルタ部と、前記照明部から照射された照明光を、前記減光フィルタ部を介して前記撮像部で受光した受光光量に基づいて前記照明部から照射される照明光の光量を校正する校正部とを備える。

このような形状測定装置は、入射光の光量を低減して射出する減光フィルタ部を備えるので、撮像部のダイナミックレンジを超える設定値に、照明部から照射される照明光の光量を調整して校正する場合でも、前記撮像部のダイナミックレンジ内となるように減光フィルタ部によって減光することで、前記光量の校正ができる。

他の一態様では、上述の形状測定装置において、前記校正部は、前記撮像部で受光した受光光量が予め設定された所定の光量となるように、前記照明部を調整することによって、前記照明部から照射される照明光の光量を校正する。

これによれば、撮像部で受光した受光光量が予め設定された所定の光量となるように、前記照明部から照射される照明光の光量を校正する形状測定装置が提供できる。

他の一態様では、これら上述の形状測定装置において、前記校正後に前記照明部に流れる電流の電流値が、前記照明部の最大定格電流値に基づいて予め設定された閾値を超えると、警報を外部に報知する報知部をさらに備える。

照明部から照射される照明光の光量は、一般に、経年変化により低減する。このため、前記低減した光量を補うために、前記照明部に流れる電流の電流値が増大される。したがって、やがて、前記照明部に流れる電流の電流値が前記照明部の最大定格電流値を超えてしまい、前記照明部が故障してしまう。上記形状測定装置は、前記電流値が閾値を超えると、その旨の警報を外部に報知するので、前記照明部が故障してしまう前に、例えば発光素子の交換等の、対処ができる。

他の一態様では、これら上述の形状測定装置において、前記減光フィルタ部は、減光フィルタと、前記減光フィルタを校正位置と退避位置との間で移動させる移動駆動部とを備え、前記校正位置は、前記照明部と前記撮像部との間に前記減光フィルタを配置する位置であり、前記退避位置は、前記照明部と前記撮像部との間に前記減光フィルタを配置しない位置である。

このような形状測定装置は、減光フィルタを校正位置と退避位置との間で移動させる移動駆動部を備えるので、校正の場合と測定の場合とで減光フィルタを自動的に校正位置と退避位置との間で移動できる。

本発明の他の一態様にかかる形状測定装置の校正方法は、照明部と、撮像部と、測定の場合に前記照明部と前記撮像部との間に板状の測定対象が配置され、前記照明部から照射された照明光によって形成された前記測定対象の影を前記撮像部で撮像することによって生成した前記測定対象の影画像に基づいて前記測定対象の輪郭形状を求める画像処理部とを備える形状測定装置の校正方法であって、校正の場合に前記照明部と前記撮像部との間に減光フィルタを配置する配置工程と、前記照明部から照射された照明光を、前記減光フィルタを介して前記撮像部で受光した受光光量に基づいて前記照明部から照射される照明光の光量を校正する校正工程とを備える。

このような形状測定装置の校正方法は、校正の場合に、入射光の光量を低減して射出する減光フィルタを前記照明部と前記撮像部との間に配置するので、撮像部のダイナミックレンジを超える設定値に、照明部から照射される照明光の光量を調整して校正する場合でも、前記撮像部のダイナミックレンジ内となるように減光フィルタによって減光することで、前記光量の校正ができる。

他の一態様では、上述の形状測定装置の校正方法において、前記測定対象は、円板状の部材であり、前記輪郭形状は、前記円板状の部材における厚さ方向の輪郭形状である。

これによれば、円板状の部材における厚さ方向の輪郭形状を測定する形状測定装置の校正方法が提供できる。

他の一態様では、上述の形状測定装置の校正方法において、前記測定対象は、円板状の部材であり、前記輪郭形状は、前記円板状の部材における円周方向の輪郭形状である。

これによれば、円板状の部材における円周方向の輪郭形状を測定する形状測定装置の校正方法が提供できる。

他の一態様では、上述の形状測定装置の校正方法において、前記測定対象は、周方向の所定位置に切り欠きが形成されている円板状の部材であり、前記輪郭形状は、前記切り欠きの輪郭形状である。

これによれば、切り欠きの輪郭形状を測定する形状測定装置の校正方法が提供できる。

本発明にかかる形状測定装置および形状測定装置の校正方法は、光量を校正できる

実施形態における形状測定装置の構成を示すブロック図である。 前記形状測定装置における減光フィルタの退避位置を説明するための図である。 前記形状測定装置における減光フィルタの校正位置を説明するための図である。 一例として、前記形状測定装置で測定される輪郭形状を説明するための図である。 校正に関する、前記形状測定装置の動作を示すフローチャートである。 第３変形形態の形状測定装置を説明するための図である。 前記第３変形形態の形状測定装置で測定される測定対象を説明するための図である。 一例として、前記第３変形形態の形状測定装置で測定される輪郭形状を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

実施形態における形状測定装置は、照明部と、撮像部と、測定の場合に前記照明部と前記撮像部との間に板状の測定対象が配置され、前記照明部から照射された照明光によって形成された前記測定対象の影を前記撮像部で撮像することによって生成した前記測定対象の影画像に基づいて前記測定対象の輪郭形状を求める画像処理部とを備える装置である。この形状測定装置は、校正の場合に前記照明部と前記撮像部との間に配置される減光フィルタ部と、前記照明部から照射された照明光を、前記減光フィルタ部を介して前記撮像部で受光した受光光量に基づいて前記照明部から照射される照明光の光量を校正する校正部とを備える。以下、このような形状測定装置およびこれに実装された形状測定装置の校正方法について、より具体的に説明する。

図１は、実施形態における形状測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、前記形状測定装置における減光フィルタの退避位置を説明するための図である。図３は、前記形状測定装置における減光フィルタの校正位置を説明するための図である。図４は、一例として、前記形状測定装置で測定される輪郭形状を説明するための図である。

形状測定装置１０００は、例えば、図１ないし図３に示すように、第１輪郭形状測定部１と、第１減光フィルタ部２と、制御処理部３と、入力部４と、出力部５と、インターフェース部（ＩＦ部）６と、記憶部７とを備える。

第１輪郭形状測定部１は、照明部と、撮像部と、測定の場合に前記照明部と前記撮像部との間に板状の測定対象ＷＡが配置され、前記照明部から照射された照明光によって形成された測定対象ＷＡの影を前記撮像部で撮像することによって生成した測定対象ＷＡの影画像に基づいて測定対象ＷＡの輪郭形状を求める画像処理部とを備える装置である。より具体的には、本実施形態では、第１輪郭形状測定部１は、測定対象ＷＡの周縁部に外周の接線方向から光を当てることによって生じる前記周縁部の影を撮像した影画像に基づいて測定対象ＷＡの輪郭形状を測定する装置である。測定対象ＷＡは、例えば円板状の部材であり、前記輪郭形状は、例えば図４に示すように厚さ方向の影画像ＳＷＡに基づいて測定される、前記円板状の部材における厚さ方向の輪郭形状（円板の法線方向に直交する水平方向（側面）から見た外輪郭形状）である。測定対象ＷＡは、図略の回転ステージ（ターンテーブル）に載置され、第１輪郭形状測定部１は、前記回転ステージによって測定対象ＷＡを所定の角度間隔（サンプリング間隔）で順次に回転させ、周方向の各測定箇所（サンプリング点）で側面から見た各輪郭形状を測定する。第１輪郭形状測定部１は、例えば、第１測定部１１と、第１形状演算部１２（３２）とを備える。

第１測定部１１は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、測定対象ＷＡの周縁部に外周の接線方向から光を当てることによって前記周縁部の影を生成し、この生成した前記周縁部の影を撮像する装置である。このような第１測定部１１は、例えば、図２および図３に示すように、照明部（第１照明部）１１１と、照明光学系１１２と、受光光学系１１３と、撮像部１１４とを備える。第１照明部１１１は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、照明光を発光するものであり、例えば白色発光ダイオード等の光源を備えて構成される。照明光学系１１２は、第１照明部１１１から照射（放射）された照明光を平行光にコリメートするものであり、例えば１または複数のレンズを備えて構成される。受光光学系１１３は、測定対象ＷＡの周縁部に前記平行光の照明光を当てることによって生じる前記周縁部の影の光学像を撮像部１１４の撮像面（受光面）に結像させるものであり、例えば１または複数のレンズを備えて構成される。撮像部１１４は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、撮像面に結像した前記周縁部の影の光学像を電気的な信号に変換するものであり、例えばＣＣＤ型エリアイメージセンサやＣＭＯＳ型エリアイメージセンサを備えて構成される。撮像部１１４は、この撮像によって得られたデータ（影データ）を制御処理部３に出力する。これら第１照明部１１１、照明光学系１１２、受光光学系１１３および撮像部１１４それぞれは、各光軸が互いに一致するように、この順に配置される。

第１形状演算部１２（３２）は、本実施形態では後述するように制御処理部３に機能的に構成され、撮像部１１４の出力（前記影データ）を画像処理（第１画像処理）することで前記周縁部の影の画像（影画像）を表すデータである影画像データを生成し、この生成した影画像データを画像処理（第２画像処理）することによって測定対象ＷＡの輪郭形状を求めるものである。前記第２画像処理は、例えばＳｏｂｅｌフィルタ等のエッジフィルタによりエッジを抽出する第２１画像処理、前記第２１画像処理で抽出したエッジから、予め設定された輝度閾値によりノイズを除去する第２２画像処理、および、前記第２２画像処理によるノイズ除去後のエッジにフィッティングする曲線を前記影輪郭形状としてサブピクセル単位で求める第２３画像処理等を備える。

本実施形態では、画像の背景を、イメージセンサにおける受光光量の飽和によって白色にしてしまうことで回折縞の影響を除去するために、第１照明部１１１は、撮像部１１４におけるエリアイメージセンサのダイナミックレンジＤＲを超えた予め設定された設定値ＳＶの光量の照明光を照射する。撮像部１１４におけるエリアイメージセンサのダイナミックレンジＤＲを０≦ＤＲ≦ＤＲｕとすると、ＤＲｕ＜ＳＶである。

第１減光フィルタ部２は、校正の場合に前記照明部１１１と前記撮像部１１４との間に配置され、入射光の光量を低減（減光）して射出する装置である。より具体的には、第１減光フィルタ部２は、本実施形態では、図２および図３に示すように、減光フィルタ２１と、移動駆動部２２とを備える。

減光フィルタ（ＮＤフィルタ）２１は、入射光の光量を低減（減光）して射出する光学素子である。減光フィルタ２１には、入射光の光量を低減できれば、任意の光学フィルタが利用できる。例えば、減光フィルタ２１には、ガラス基板に金属薄膜を積層した光学フィルタや、ガラス基板中や樹脂基板中に光吸収物質を混入した光学フィルタや、いわゆる磨りガラスの光学フィルタや、ガラス基板に誘電多層膜を積層した光学フィルタ等が利用できる。減光フィルタ２１は、遮光範囲に波長依存性があってもよく、波長依存性がなくてもよく、第１照明部１１１から照射される照明光の波長に対し、減光できればよい。減光フィルタ２１における、入射光に対する透過光の割合である透過率ＲＶ（０≦ＲＶ≦１）は、測定の場合に、撮像部１１４におけるエリアイメージセンサのダイナミックレンジＤＲを超えた設定値ＳＶの光量を、校正の場合に、前記エリアイメージセンサのダイナミックレンジＤＲ内の光量に低減するように適宜に設定される（０≦ＳＶ×ＲＶ≦ＤＲ）。

移動駆動部２２は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、前記減光フィルタ２１を校正位置と退避位置との間で移動させる装置である。前記校正位置は、図３に示すように、第１照明部１１１と撮像部１１４との間に減光フィルタ２１を配置する位置であり、校正の場合に、減光フィルタ２１が位置する位置である。前記退避位置は、図２に示すように、第１照明部１１１と撮像部との間に前記減光フィルタを配置しない位置であり、測定の場合に、減光フィルタ２１が位置する位置である。すなわち、前記校正位置は、第１照明部１１１から照射された照明光が減光フィルタ２１を介して撮像部１１４で受光されるような位置であり、前記退避位置は、第１照明部１１１から照射された照明光が減光フィルタ２１を介さずに撮像部１１４で受光されるような位置である。なお、校正の場合、測定対象ＷＡは、配置されてもよく、配置されなくてもよいが、図３では、この配置されない測定対象ＷＡが破線で図示されている。図２に示す測定対象ＷＡと図３に破線で示す測定対象ＷＡとを重ねることによって、前記校正位置と前記退避位置とが対比でき、これら各位置の相違が認識できる。

移動駆動部２２は、前記減光フィルタ２１を校正位置と退避位置との間で移動できれば、任意の装置であってよく、移動駆動部２２には、例えば、油圧シリンダや電動シリンダ等が利用できる。移動駆動部２２には、本実施形態では、電動シリンダ２２が用いられ、そのピストンロッド２２ａには、減光フィルタ２１が取り付けられる。あるいは、移動駆動部２２には、いわゆるラックアンドピニオンが用いられてもよい。前記ラックに減光フィルタ２１が取り付けられ、前記ピニオンがモータによって駆動される。上述では、直線軌道で前記減光フィルタ２１が校正位置と退避位置との間で移動されたが、曲線軌道で前記減光フィルタ２１が校正位置と退避位置との間で移動されてもよい。この場合では、例えば、前記退避位置は、前記校正位置から時計回りまたは反時計回りに９０度回転した位置に設定され、移動駆動部２２は、減光フィルタ２１を回転移動させる例えば減速機およびモータ等を備えて構成される。

入力部４は、制御処理部３に接続され、例えば、測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、測定対象名等の、形状測定装置１０００を動作させる上で必要な各種データを前記形状測定装置１０００に入力する機器であり、例えば、キーボード、マウス、および、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ等である。出力部５は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、入力部４から入力されたコマンドやデータおよび輪郭形状等を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶表示装置）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

なお、入力部４および出力部５は、タッチパネルより構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部４は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部５は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置に触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として形状測定装置１０００に入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い形状測定装置１０００が提供される。

ＩＦ部６は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、例えば、外部の機器との間でデータを入出力する回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、および、ＵＳＢ規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部６は、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等の、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であってもよい。

記憶部７は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、制御処理プログラムが含まれ、前記制御処理プログラムには、例えば、制御プログラム、第１形状演算プログラム、校正プログラムおよび移動制御プログラム等が含まれる。前記制御プログラムは、形状測定装置１０００の各部１、２、４～７を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するプログラムである。前記第１形状演算プログラムは、撮像部１１４から出力される影データを前記第１画像処理することで前記影画像データを生成し、この生成した影画像データを前記第２画像処理することによって測定対象ＷＡの輪郭形状を求めるプログラムである。前記校正プログラムは、第１照明部１１１から照射された照明光を、減光フィルタ部２を介して撮像部１１４で受光した受光光量に基づいて前記第１照明部１１１から照射される照明光の光量を校正するプログラムである。前記移動制御プログラムは、校正の場合には減光フィルタ２１を校正位置に位置させ、測定の場合には減光フィルタ２１を退避位置に位置させるように、減光フィルタ部２の移動駆動部２２を制御するプログラムである。

前記各種の所定のデータには、例えば、測定対象名、第１照明部１１１から照射される照明光の目標光量である前記設定値ＳＶ、減光フィルタ２１の前記減光量ＲＶ、校正の際に電流値を調整する調整量△ｉ、情報処理中の各データおよび輪郭形状等の、これら各プログラムを実行する上で必要なデータが含まれる。前記設定値ＳＶおよび前記調整量△ｉは、例えば複数のサンプルから、予め適宜に設定される。

このような記憶部７は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部７は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部３のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。また、記憶部７は、比較的記憶容量の大きいハードディスク装置を備えて構成されてもよい。

制御処理部３は、形状測定装置１０００の各部１、２、４～７を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、測定対象ＷＡの輪郭形状を求めるための回路である。制御処理部３は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部３には、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部３１、第１形状演算部３２（１２）、校正部３３および移動制御部３４が機能的に構成される。

制御部３１は、形状測定装置１０００の各部１、２、４～７を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、形状測定装置１０００の全体の制御を司るものである。

第１形状演算部３２（１２）は、上述したように、撮像部１１４から出力される影データを前記第１画像処理することで前記影画像データを生成し、この生成した影画像データを前記第２画像処理することによって測定対象ＷＡにおける厚さ方向の輪郭形状を求めるものである。

校正部３３は、第１照明部１１１から照射された照明光を、減光フィルタ部２の減光フィルタ２１を介して撮像部１１４で受光した受光光量に基づいて前記第１照明部１１１から照射される照明光の光量を校正するものである。

移動制御部３４は、校正の場合には減光フィルタ２１を校正位置に位置させ、測定の場合には減光フィルタ２１を退避位置に位置させるように、減光フィルタ部２の移動駆動部２２を制御するものである。

校正についてより具体的に説明すると、まず、移動制御部３４は、移動駆動部２２を制御することによって減光フィルタ２１を校正位置に位置させる。続いて、制御部３１は、前回の校正で調整された電流値（初回の場合にはデフォルト（初期値）の電流値）ｉｃの電流を第１照明部１１１に通電することによって第１照明部１１１から照明光を照射させ、この照射させた照明光を、減光フィルタ２１を介して撮像部１１４のエリアイメージセンサで受光する。撮像部１１４のエリアイメージセンサにおける、減光フィルタ２１を介した照明光を受光する範囲（受光範囲）内には、受光光量ＭＶの算出用に、予め複数の受光素子が設定される。続いて、校正部３３は、これら複数の受光素子における各出力の平均値を前記受光光量ＭＶとして求め、この求めた受光光量ＭＶに、減光フィルタ２１の減光量ＲＶを加算することによって、第１照明部１１１から照射された照明光の真の光量ＴＶ（＝ＭＶ＋ＲＶ）を求める。続いて、校正部３３は、この求めた照明光の真の光量ＴＶと前記設定値ＳＶとを比較し、例えば、前記照明光の真の光量ＴＶが前記設定値ＳＶと予め設定された所定の範囲（マージン）内で一致するか否かを判定する。前記一致する場合には、校正部３３は、校正の処理を終了する。一方、前記一致しない場合であって、照明光の真の光量ＴＶが前記設定値ＳＶより小さい場合には、前記電流値ｉｃに前記調整量△ｉを加算することによって前記電流値ｉｃを更新し（ｉｃ←ｉｃ＋△ｉ）、前記一致しない場合であって、照明光の真の光量ＴＶが前記設定値ＳＶより大きい場合には、前記電流値ｉｃに前記調整量△ｉを減算することによって前記電流値ｉｃを更新する（ｉｃ←ｉｃ－△ｉ）。この更新後の電流値ｉｃで、上述と同様に、第１照明部１１１での照明光の照射、撮像部１１４のエリアイメージセンサでの前記照明光の受光、前記照明光の真の光量ＴＶの演算、前記照明光の真の光量ＴＶと前記設定値ＳＶとの比較、および、比較結果に応じた電流値ｉｃの更新の各処理が実施され、これが前記比較結果が一致するまで繰り返される。そして、前記校正の処理が終了すると、校正部３３は、そのときの電流値ｉｃを今回の校正で調整された電流値として記憶部７に記憶する（更新しない場合には前回の校正で調整された電流値ｉｃが今回の校正で調整された電流値として記憶部７に記憶され、更新した場合には更新後の電流値ｉｃが今回の校正で調整された電流値として記憶部７に記憶される）。移動制御部３４は、移動駆動部２２を制御することによって減光フィルタ２１を退避位置に位置させる。

これら制御処理部３、入力部４、出力部５、ＩＦ部６および記憶部７は、例えば、デスクトップ型やノート型等のコンピュータによって構成可能である。

次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、校正に関する、前記形状測定装置の動作を示すフローチャートである。

このような構成の形状測定装置１０００は、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。制御処理部３には、その制御処理プログラムの実行によって、制御部３１、第１形状演算部３２（１２）、校正部３３および移動制御部３４５が機能的に構成される。

例えば、入力部４で校正の開始を指示するコマンドを受け付けると、図５において、形状測定装置１０００は、制御処理部３の移動制御部３４によって移動駆動部２２を制御することによって、減光フィルタ２１を移動して校正位置に位置させる（Ｓ１）。

続いて、形状測定装置１０００は、制御処理部３の制御部３１によって、記憶部７に記憶されている電流値ｉｃの電流で第１照明部１１１から照明光を照射させ、この照射させた照明光を減光フィルタ２１を介して撮像部１１４のエリアイメージセンサで受光する（Ｓ２）。

続いて、形状測定装置１０００は、制御処理部３の校正部３３によって、受光光量ＭＶを求めて前記照明光の真の光量ＴＶ（＝ＭＶ＋ＲＶ）を求める（Ｓ３）。

続いて、形状測定装置１０００は、校正部３３によって、この求めた照明光の真の光量ＴＶと前記設定値ＳＶとを比較する（Ｓ４）。

続いて、形状測定装置１０００は、校正部３３によって、比較の結果、前記照明光の真の光量ＴＶが前記設定値ＳＶと前記所定の範囲内で一致するか否かを判定する（Ｓ５）。前記判定の結果、形状測定装置１０００は、前記一致しない場合には、次に、処理Ｓ６を実行し、一方、前記一致する場合には、次に、処理Ｓ７を実行する。

この処理Ｓ６では、形状測定装置１０００は、校正部３３によって、前記照明光の真の光量ＴＶが前記設定値ＳＶより小さい場合には、前記電流値ｉｃに前記調整量△ｉを加算することによって前記電流値ｉｃを更新し（ｉｃ←ｉｃ＋△ｉ）、前記照明光の真の光量ＴＶが前記設定値ＳＶより大きい場合には、前記電流値ｉｃに前記調整量△ｉを減算することによって前記電流値ｉｃを更新し（ｉｃ←ｉｃ－△ｉ）、処理を処理Ｓ２に戻す。

前記処理Ｓ７では、形状測定装置１０００は、校正部３３によって、そのときの電流値ｉｃを今回の校正で調整された電流値として記憶部７に記憶する。

そして、形状測定装置１０００は、制御処理部３の移動制御部３４によって移動駆動部２２を制御することによって、減光フィルタ２１を移動して退避位置に位置させ（Ｓ８）、本処理を終了する。

以上説明したように、実施形態における形状測定装置１０００およびこれに実装された形状測定装置の校正方法は、入射光の光量を低減して射出する減光フィルタ部２を備えるので、撮像部１１４のダイナミックレンジＤＲを超える設定値ＳＶに、第１照明部１１１から照射される照明光の光量を調整して校正する場合でも、前記撮像部１１４のダイナミックレンジＤＲ内となるように減光フィルタ部２によって減光することで、前記光量の校正ができる。

本実施形態によれば、撮像部１１４で受光した受光光量ＭＶが予め設定された所定の光量、例えば撮像部１１４におけるエリアイメージセンサのダイナミックレンジＤＲを超えて受光素子が飽和するような光量となるように、前記第１照明部１１１から照射される照明光の光量を校正する形状測定装置１０００が提供できる。

上記形状測定装置１０００は、減光フィルタ２１を校正位置と退避位置との間で移動させる移動駆動部２２を備えるので、校正の場合と測定の場合とで減光フィルタ２１を自動的に校正位置と退避位置との間で移動できる。

なお、上述の実施形態では、減光フィルタ２１が移動駆動部２２によって校正位置と退避位置との間で移動されたが、減光フィルタ２１を脱着する治具（取付け治具）が校正位置に設けられ、校正の場合に、ユーザ（オペレータ）によって減光フィルタ２１が前記取付け治具に取り付けられ、測定の場合に、前記ユーザによって減光フィルタ２１が前記取付け治具から取り外されてもよい（第１変形形態）。

また、上述の実施形態（前記第１変形形態を含む）において、形状測定装置１０００は、校正後に第１照明部１１１に流れる電流の電流値ｉが、前記第１照明部１１１の最大定格電流値ｉｍａｘに基づいて予め設定された閾値（警報報知閾値）ｉｔｈを超えると、その旨の警報を外部に報知する報知部３７をさらに備えてもよい（第２変形形態）。例えば、前記制御処理プログラムに含まれるプログラムとして、校正後に第１照明部１１１に流れる電流の電流値ｉが、前記第１照明部１１１の最大定格電流値ｉｍａｘに基づく警報報知閾値ｉｔｈを超えると、その旨の警報を外部に報知する報知プログラムが記憶部７に記憶され、前記制御処理プログラムが実行されることによって、図１に破線で示すように、このような報知部３７が制御処理部３に機能的に構成される。前記警報報知閾値ｉｔｈは、例えば、最大定格電流値ｉｍａｘの８割５分や９割や９割５分等に適宜に設定される。報知部３７は、上述の処理Ｓ７の実行の際に、今回の校正で調整された電流値ｉｃが前記警報報知閾値ｉｔｈを超えているか否かを判定し、この判定の結果、前記超えている場合には、例えば、「照明光の光源を交換することを推奨します。」等の、第１照明部１１１の光源の交換を促すメッセージを前記警報として出力部５に出力させる。あるいは、例えば、警告灯の点灯や警報音の発報等で前記警報が報知されてもよい。

第１照明部１１１から照射される照明光の光量は、一般に、経年変化により低減する。前記光量は、給電電力量の増加に従って増加するため、前記低減した光量を補うために、一定電圧では前記第１照明部１１１に流れる電流の電流値ｉｃが増大される。したがって、やがて、前記第１照明部１１１に流れる電流の電流値ｉｃが前記第１照明部１１１の最大定格電流値ｉｍａｘを超えてしまい、前記第１照明部１１１が故障してしまう。この第２変形形態における形状測定装置１０００は、前記電流値ｉｃが警報報知閾値ｉｔｈを超えると、警報を外部に報知するので、前記第１照明部１１１が故障してしまう前に、例えば光源の発光素子の交換等の、対処ができる。

また、上述の実施形態（前記第１および第２変形形態を含む）において、形状測定装置１０００は、さらに、前記測定対象が円板状の部材であり、前記円板状の部材における円周方向の輪郭形状を測定するように構成されたり、前記測定対象が周方向の所定位置に切り欠きが形成されている円板状の部材であり、前記切り欠きの輪郭形状を測定するように構成されたりしてもよい（第３変形形態）。いずれか一方が形状測定装置１０００にさらに備えられてもよいが、ここでは、両方が形状測定装置１０００にさらに備えられる場合について、より具体的に説明する。

図６は、第３変形形態の形状測定装置を説明するための図である。なお、図６には、第１ないし第３減光フィルタ部２、４２、５２の図示が省略され、図示されていない。図７は、前記第３変形形態の形状測定装置で測定される測定対象を説明するための図である。図８は、一例として、前記第３変形形態の形状測定装置で測定される輪郭形状を説明するための図である。

このような第３変形形態における形状測定装置１０００は、さらに、図１に破線で示すように、第２輪郭形状測定部４１と、第２減光フィルタ部４２と、第３輪郭形状測定部５１と、第３減光フィルタ部５２とを備える。

測定対象ＷＡａは、ここでは、例えば、図７に示すように、周方向の所定位置に略「Ｖ」字形状の切り欠きＮＣが形成されている円板状の部材である。測定対象ＷＡａが半導体ウェハである場合には、前記切り欠きＮＣによってその結晶方位が示される。

第２輪郭形状測定部４１は、測定対象ＷＡａにおける円周方向の輪郭形状（円板の法線方向から見た外輪郭形状）を測定する装置であり、例えば、第２測定部４１１と、第２形状演算部４１２（３５）とを備える。

第２測定部４１１は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、測定対象ＷＡａの厚さ方向から所定の照明光を前記測定対象ＷＡａに照射して前記測定対象ＷＡａの周縁端の位置を測定する装置である。第２測定部４１１は、前記測定対象ＷＡａの周方向θに沿う互いに異なる複数の測定箇所で前記周縁端の各位置を測定する。

このような第２測定部４１１は、例えば、図６に示すように、厚さ方向から径方向に沿って線状に照明光を測定対象ＷＡａに照射する照明部（第２照明部）４１１１と、第２照明部４１１１から照射された照明光を、前記測定対象ＷＡａを介して受光する受光部４１１２と、第２照明部４１１１と受光部４１１２とを所定の間隔を空けて互いに対向するように保持する保持部４１１３とを備え、これら第２照明部４１１１、保持部４１１３および受光部４１１２は、側面視にて略コ字形状（Ｅ字における中央の“－”を除去した形状）を呈している。したがって、受光部４１２は、第２照明部４１１１に対向するように配置される。第２照明部４１１１は、例えば、光源から放射された光をコリメータレンズで平行光とし、前記平行光を、一方向に長尺な矩形形状のスリット孔を形成した板状部材の前記スリット孔を介して径方向ｒに沿うスリット光とし、前記スリット光を前記照明光として測定対象ＷＡａに照射する装置等を備えて構成され、受光部４１１２は、前記スリット孔より幅広なラインセンサまたはエリアイメージセンサ等を備えて構成される。このような第２照明部４１１１および受光部４１１２を備える第２測定部４１１では、前記一方向に径方向ｒが沿うように、測定対象ＷＡａが第２測定部４１１に対して配置される。あるいは例えば、第２照明部４１１１は、光源から放射されたレーザ光を前記照明光として径方向ｒに走査させながら測定対象ＷＡａに照射する装置であり、受光部４１１２は、前記レーザ光より幅広なラインセンサまたはエリアイメージセンサ等を備えて構成される。このような第２照明部４１１１および受光部４１１２を備える第２測定部４１１では、前記走査の方向に径方向ｒが沿うように、測定対象ＷＡａが測定部１に対して配置される。保持部４１１３は、例えば一方向に延びる柱状部材であり、前記柱状部材の両端部で、前記一方向に直交する方向に延びるように第２照明部４１１１および受光部４１１２を保持する。

第２形状演算部４１２（３５）は、この第３変形形態では制御処理部３に機能的に構成され、前記複数の測定箇所それぞれについて、受光部４１１２の出力に基づいて当該測定箇所における測定対象ＷＡａの周縁端の位置を求め、前記複数の測定箇所それぞれで求めた測定対象ＷＡａの周縁端の各位置に基づいて測定対象ＷＡａにおける円周方向の輪郭形状を求めるものである。第２照明部４１１１から照射された線状の照明光は、測定対象ＷＡａで遮光されるので、例えば輝度が予め設定された所定の閾値（周縁端位置判定閾値）未満である画素から、輝度が前記周縁端位置判定閾値以上となる画素を判定することで、この輝度が切り替わる画素の位置が測定対象ＷＡａの周縁端の位置として求められ、線状の照明光における一方端（測定対象ＷＡａの中心に近い端）から測定対象ＷＡａの周縁端までの距離Ｌ１が求められる。原理的には、前記図略の回転ステージの中心（測定対象ＷＡａの中心）から、線状の照明光における一方端までの距離Ｌ２は、予め既知であるので、前記距離Ｌ１に前記距離Ｌ２を加算することで、測定対象ＷＡａの中心から、測定対象ＷＡａの周縁端までの距離Ｌ３（＝Ｌ１＋Ｌ２）が求められる。この距離Ｌ３を前記複数の測定箇所それぞれについて求めることで、測定対象ＷＡａにおける円周方向の輪郭形状が求められる。

第２減光フィルタ部４２は、第２照明部４１１１と受光部４１１２との間に校正位置が設定されるように、第２輪郭形状測定部４１に対して配置される点を除き、第１減光フィルタ部２と同様であるので、その説明を省略する。

校正部３３は、さらに、第２照明部４１１１から照射された照明光を、第２減光フィルタ部４２を介して受光部４１１２で受光した受光光量に基づいて前記照明部４１１１から照射される照明光の光量を校正する。前記校正プログラムは、さらに、第２照明部４１１１から照射された照明光を、第２減光フィルタ部４２を介して受光部４１１２で受光した受光光量に基づいて前記照明部４１１１から照射される照明光の光量を校正するプログラムを含む。

そして、記憶部７は、前記制御処理プログラムに含まれるプログラムとして、前記複数の測定箇所それぞれについて、受光部４１１２の出力に基づいて当該測定箇所における測定対象ＷＡａの周縁端の位置を求め、前記複数の測定箇所それぞれで求めた測定対象ＷＡａの周縁端の各位置に基づいて測定対象ＷＡａにおける円周方向の輪郭形状を求める第２形状演算プログラムを記憶する。前記制御処理プログラムが実行されることによって、第２形状演算部３５（４１２）が制御処理部３に機能的に構成される。

第３輪郭形状測定部５１は、測定対象ＷＡａにおける切り欠きＮＣの輪郭形状（円板の法線方向から見た切り欠きＮＣの輪郭形状）を測定する装置であり、例えば、第３測定部５１１と、第３形状演算部５１２（３６）とを備える。第３測定部５１１は、測定対象ＷＡの厚さ方向から前記測定対象の周縁部分に光を当てる点を除き、第１測定部１１と同様である。すなわち、第３測定部５１１は、第１照明部１１１および照明光学系１１２と同様な照明部および照明光学系を備える照明ユニット５１１１と、受光光学系１１３および撮像部１１４と同様な受光光学系および撮像部を備える受光ユニット５１１２とを備える。第３形状演算部５１２（３６）は、前記受光ユニット５１１２の撮像部の出力を用いる点を除き、第１形状演算部３２（１２）と同様であるので、その説明を省略する。

第３減光フィルタ部５２は、照明ユニット５１１１と受光ユニット５１１２との間に校正位置が設定されるように、第３輪郭形状測定部５１に対して配置される点を除き、第１減光フィルタ部２と同様であるので、その説明を省略する。

校正部３３は、さらに、照明ユニットから照射された照明光を、第３減光フィルタ部５２を介して受光ユニット５１１２で受光した受光光量に基づいて前記照明ユニット５１１１から照射される照明光の光量を校正する。前記校正プログラムは、さらに、照明ユニットから照射された照明光を、第３減光フィルタ部５２を介して受光ユニット５１１２で受光した受光光量に基づいて前記照明ユニット５１１１から照射される照明光の光量を校正するプログラムを含む。

そして、記憶部７は、前記制御処理プログラムに含まれるプログラムとして、第１形状演算プログラムと同様な第３形状演算プログラムを記憶する。前記制御処理プログラムが実行されることによって、第３形状演算部３６（５１２）が制御処理部３に機能的に構成される。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

１０００ 形状測定装置
１ 第１輪郭形状測定部
２ 第１減光フィルタ部
３ 制御処理部
５ 出力部
７ 記憶部
１１ 第１測定部
３１ 制御部
３２（１２） 第１形状演算部
３３ 校正部
３４ 移動制御部
３５（４１２） 第２形状演算部
３６（５１２） 第３形状演算部
３７ 警報部
４１ 第２輪郭形状測定部
４２ 第２減光フィルタ部
５１ 第３輪郭形状測定部
５２ 第３減光フィルタ部
４１１ 第２測定部
５１１ 第３測定部

Claims (7)

1. 照明部と、撮像部と、測定の場合に前記照明部と前記撮像部との間に板状の測定対象が配置され、前記照明部から照射された照明光によって形成された前記測定対象の影を前記撮像部で撮像することによって生成した前記測定対象の影画像に基づいて前記測定対象の輪郭形状を求める画像処理部とを備える形状測定装置であって、
   校正の場合に前記照明部と前記撮像部との間に配置される減光フィルタ部と、
   前記照明部から照射された照明光を、前記減光フィルタ部を介して前記撮像部で受光した受光光量に基づいて前記照明部から照射される照明光の光量を校正する校正部とを備え、
   前記校正部は、前記撮像部で受光した受光光量が予め設定された所定の光量となるように、前記照明部を調整することによって、前記照明部から照射される照明光の光量を校正する、
   形状測定装置。
2. 前記校正後に前記照明部に流れる電流の電流値が、前記照明部の最大定格電流値に基づいて予め設定された閾値を超えると、警報を外部に報知する報知部をさらに備える、
   請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記減光フィルタ部は、減光フィルタと、前記減光フィルタを校正位置と退避位置との間で移動させる移動駆動部とを備え、前記校正位置は、前記照明部と前記撮像部との間に前記減光フィルタを配置する位置であり、前記退避位置は、前記照明部と前記撮像部との間に前記減光フィルタを配置しない位置である、
   請求項１に記載の形状測定装置。
4. 照明部と、撮像部と、測定の場合に前記照明部と前記撮像部との間に板状の測定対象が配置され、前記照明部から照射された照明光によって形成された前記測定対象の影を前記撮像部で撮像することによって生成した前記測定対象の影画像に基づいて前記測定対象の輪郭形状を求める画像処理部とを備える形状測定装置の校正方法であって、
   校正の場合に前記照明部と前記撮像部との間に減光フィルタを配置する配置工程と、
   前記照明部から照射された照明光を、前記減光フィルタを介して前記撮像部で受光した受光光量に基づいて前記照明部から照射される照明光の光量を校正する校正工程とを備え、
   前記校正工程は、前記撮像部で受光した受光光量が予め設定された所定の光量となるように、前記照明部を調整することによって、前記照明部から照射される照明光の光量を校正する、
   形状測定装置の校正方法。
5. 前記測定対象は、円板状の部材であり、
   前記輪郭形状は、前記円板状の部材における厚さ方向の輪郭形状である、
   請求項４に記載の形状測定装置の校正方法。
6. 前記測定対象は、円板状の部材であり、
   前記輪郭形状は、前記円板状の部材における円周方向の輪郭形状である、
   請求項４に記載の形状測定装置の校正方法。
7. 前記測定対象は、周方向の所定位置に切り欠きが形成されている円板状の部材であり、
   前記輪郭形状は、前記切り欠きの輪郭形状である、
   請求項４に記載の形状測定装置の校正方法。