特許 6516453 画像測定装置及び測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6516453

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】画像測定装置及び測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20190513BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/25 H

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-238666(P2014-238666)

(22)【出願日】2014年11月26日

(65)【公開番号】特開2016-99306(P2016-99306A)

(43)【公開日】2016年5月30日

【審査請求日】2017年10月5日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】きさらぎ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】西尾 幸真

(72)【発明者】

【氏名】岩田 俊一

(72)【発明者】

【氏名】森内 栄介

【審査官】 齋藤 卓司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１５２１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５５８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２８１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７６２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５１８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６０４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１０４４１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

載置面に被測定対象を載置する試料台と、
前記試料台の前記載置面に対向し、前記被測定対象を撮像する撮像装置と、
前記試料台に、前記載置面上における前記被測定対象の載置位置及び方向の少なくとも一方の目安となる所定のパターンを投影するパターン投影装置と
を備え、
前記所定のパターンは、等間隔に配置された複数の直線又は曲線を含み、
前記パターン投影装置は、前記試料台の前記載置面側と反対側に位置し、前記試料台の前記反対側の面から前記試料台に前記所定のパターンを投影する
ことを特徴とする画像測定装置。

【請求項2】

前記パターン投影装置は、
前記所定のパターンを表示するマスクと、
前記マスクに光を照射する光源と、
前記光源から照射され、前記マスクを透過した光を前記試料台に投影する投影光学系と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像測定装置。

【請求項3】

前記パターン投影装置は、前記載置面に投影する所定のパターンを台形補正する台形補正手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定装置。

【請求項4】

前記マスクは、前記載置面と略平行に配置されていることを特徴とする請求項２記載の画像測定装置。

【請求項5】

前記パターン投影装置は、
入力された画像データに基づいて前記所定のパターンを生成するパターン生成装置と、
前記パターン生成装置に光を照射する光源と、
前記光源から照射され、前記パターン生成装置を透過した光を前記試料台に投影する投影光学系と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像測定装置。

【請求項6】

前記所定のパターンは、
等間隔に配置された複数の第１の直線と、
等間隔に配置され、前記複数の第１の直線と交差する複数の第２の直線と
を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の画像測定装置。

【請求項7】

前記所定のパターンはメッシュ状のパターンである
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の画像測定装置。

【請求項8】

前記所定のパターンは、中心位置が等しく半径が異なる複数の円を含む
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の画像測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置によって被測定対象を撮像する画像測定装置及びその他の方法によって被測定対象の形状を測定する測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像装置によって被測定対象を撮像する画像測定装置や、その他の方法によって被測定対象の形状を測定する測定装置が知られている。このような画像測定装置や測定装置を使用する際、試料台には被測定対象を載置する。高精度な画像測定を行うためには、被測定対象を載置面の基準軸に対して正確に位置決めしたり、平行に載置することが非常に重要になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−３５１８２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の測定装置では、被測定対象の載置面に対する位置決めや平行出しに熟練を要し、その調整作業に大幅な手間がかかるという問題があった。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、被測定対象の載置台に対する位置決めや平行出しを容易に行うことが出来る画像測定装置及び測定装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る画像測定装置は、載置面に被測定対象を載置する試料台と、試料台の載置面に対向し、被測定対象を撮像する撮像装置と、試料台に、載置面上における被測定対象の載置位置及び方向の少なくとも一方の目安となる所定のパターンを投影するパターン投影装置とを備える。

【0007】

即ち、本発明に係る画像測定装置を使用する場合、試料台に上記所定のパターンを投影し、この所定のパターンを目安として被測定対象の載置位置及び方向の少なくとも一方を調整することにより、被測定対象の位置決めや平行出しを容易に行うことが出来る。

【0008】

また、本発明の一態様に係る画像測定装置において、パターン投影装置は、所定のパターンを表示するマスクと、マスクに光を照射する光源と、光源から照射され、マスクを透過した光を試料台に投影する投影光学系とを備える。このような態様に係る画像測定装置は、例えばマスクを交換することにより、被測定対象に応じて異なるパターンを試料台に投影することが可能である。

【0009】

また、上記パターン投影装置は、載置面に投影する所定のパターンを台形補正する台形補正手段を備えていても良い。また、上記マスクは、載置面と略平行に配置されていても良い。

【0010】

また、本発明の一態様に係る画像測定装置において、パターン投影装置は、入力された画像データに基づいて所定のパターンを生成するパターン生成装置と、パターン生成装置に光を照射する光源と、光源から照射され、パターン生成装置を透過した光を試料台に投影する投影光学系とを備える。このような態様に係る画像測定装置は、パターン生成装置に異なる画像データを入力することにより、被測定対象に応じて異なるパターンを試料台に投影することが可能である。

【0011】

また、本発明の一態様に係る画像測定装置において、撮像装置の撮像方向は、試料台の載置面に対して略垂直である。また、パターン投影装置は、試料台の載置面側に位置し、撮像装置の撮像方向とは異なる方向から所定のパターンを投影する。

【0012】

パターン投影装置を試料台の載置面側に設けた場合、試料台の裏側（反対側）ではなくパターン投影装置の近傍に撮像装置を設けることによってデッドスペースを有効に活用し、画像測定装置全体をコンパクトに構成することが可能である。また、撮像装置の撮像方向が試料台の載置面に対して略垂直であり、且つパターン投影装置が、試料台に対して、撮像装置の撮像方向と異なる方向から所定のパターンを投影する場合、所定のパターンは試料台に対して斜め上方から投影される。これにより、試料台の載置面と被測定対象の側面との境界部分にも所定のパターンがより好適に投影され、更に精度良く被測定対象の位置決めや平行出しを行うことが出来る。

【0013】

また、本発明の一態様に係る画像測定装置において、撮像装置の撮像方向は、試料台の載置面に対して略垂直である。また、パターン投影装置は、試料台の載置面側に位置し、撮像装置の撮像方向と略一致する方向から所定のパターンを投影する。

【0014】

上述の通り、パターン投影装置を試料台に対して撮像装置と同じ側に設けた場合、デッドスペースを有効に活用して、画像測定装置全体をコンパクトに構成することが可能である。また、所定のパターンが試料台に対して略垂直な方向から投影されるため、所定のパターンの台形補正（キーストン補正）を省略可能であり、光学系の構成を単純化することが可能である。

【0015】

また、本発明の一態様に係る画像測定装置において、パターン投影装置は、試料台の載置面側と反対側に位置し、試料台の反対側の面から試料台に所定のパターンを投影する。

【0016】

パターン投影装置が試料台の載置面側に位置する場合、被測定対象やピンセット等によってパターンが遮られ、試料台上にパターンの一部が投影されない場合がある。ここで、パターン投影装置が試料台の載置面側と反対側に位置し、試料台の反対側の面から試料台に所定のパターンを投影する場合、パターンの一部が遮られることがなく、被測定対象の位置決めや平行出しを好適に行うことが出来る。

【0017】

本発明に係る測定装置は、載置面に被測定対象を載置する試料台と、試料台の載置面に載置された被測定対象の形状を測定する測定機構と、試料台に、載置面上における被測定対象の載置位置及び方向の少なくとも一方の目安となる所定のパターンを投影するパターン投影装置とを備える。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、被測定対象の位置決めや平行出しを容易に行うことが出来る画像測定装置及び測定装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１の実施の形態に係る画像測定装置１を含む画像測定システムの全体図である。

【図2】同画像測定システムの構成を示す機能ブロック図である。

【図3】同実施の形態に係る撮像装置１６及び照明装置１７の構成を示す模式的な図である。

【図4】同実施の形態に係るパターン投影装置１８の構成を示す模式的な図である。

【図5】同実施の形態に係るパターン投影装置１８のマスク６１の構成を示す模式的な図である。

【図6】同実施の形態に係るパターンＬが投影された時の試料台１３の様子を示す模式的な図である。

【図7】比較例に係る画像測定装置における被測定対象１００の位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。

【図8】同位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。

【図9】第１の実施の形態に係る画像測定装置における被測定対象１００の位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。

【図10】同位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。

【図11】他の構成に係るマスク６１´の構成を示す模式的な図である。

【図12】他のパターンＬ´が投影された時の試料台１３の様子を示す模式的な図である。

【図13】第１の実施の形態に係る画像測定装置における被測定対象１００の位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。

【図14】第２の実施の形態に係る画像測定装置の一部の構成を示す模式的な図である。

【図15】第３の実施の形態に係る画像測定装置の一部の構成を示す模式的な図である。

【図16】第４の実施の形態に係る画像測定装置の一部の構成を示す模式的な図である。

【図17】同実施の形態に係るパターン投影装置１８´´´のマスク６１´´の構成を示す模式的な図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

［第１の実施の形態に係る画像測定装置の構成］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る画像測定装置について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像測定装置１を含む画像測定システムの全体図である。図２は、本実施の形態に係る画像測定システムの構成を示す機能ブロック図である。

【0021】

本実施の形態に係る画像測定システムは、被測定対象１００を撮像する画像測定装置１と、この画像測定装置１を駆動制御すると共に必要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム２と、画像測定装置１をマニュアル操作するための指令入力部３とを備えている。

【0022】

画像測定装置１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象１００を載置する試料台１３が装着されており、この試料台１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の後端部には上方に延びるフレーム１４が固定されており、このフレーム１４の上部から前面に張り出したカバー１５の内部には、試料台１３を上部から臨むように図示しないＸ軸及びＺ軸駆動機構に駆動される撮像装置１６が取り付けられている。撮像装置１６の撮像方向は、試料台１３の載置面に対して略垂直である。撮像装置１６の下端近傍には、被測定対象１００に照明光を照射するためのリング状の照明装置１７が備えられている。

【0023】

また、撮像装置１６には、試料台１３の載置面上における被測定対象１００の位置及び方向の少なくとも一方と比較可能な所定のパターンＬを投影するパターン投影装置１８が取り付けられている。パターン投影装置１８は、試料台１３の載置面側に位置し、撮像装置１６の撮像方向とは異なる方向から所定のパターンＬを投影する。本実施の形態において、所定のパターンＬは、手前側から奥側に向かって投影される。尚、本実施の形態においては、パターン投影装置１８が撮像装置１６に取り付けられているが、他の部分に取り付けられていても良い。

【0024】

本実施の形態において、試料台１３は、すりガラスから構成されている。試料台１３の材料としては、他の材料を採用することも可能であるが、例えば試料台１３の透過性が所定以上高い場合、即ち、試料台１３が透明であった場合、パターン投影装置１８から投影された所定のパターンが試料台１３を透過してしまう。従って、試料台１３は、この所定のパターンが透過しない程度に透過性が低いものを用いることが好適である。

【0025】

図１に示す通り、コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３及びディスプレイ２４を備えて構成されている。コンピュータ本体２１を中心とするこのシステムは、例えば図２に示すように構成されている。即ち、撮像装置１６で捉えた被測定対象１００の画像信号は、ＡＤ変換部３１で多値画像データに変換され、画像記憶手段としての多値画像メモリ３２に格納される。多値画像メモリ３２に格納された多値画像データは、表示制御部３３の動作によって表示手段としてのディスプレイ２４に表示される。一方、キーボード２２及びマウス２３からのオペレータの指令は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４を介してＣＰＵ３５に伝えられる。ＣＰＵ３５は、前記オペレータの指令又はプログラムメモリ３６に格納されたプログラムに従ってステージ移動等の各種の処理を実行する。ワークメモリ３７は、ＣＰＵ３５の各種処理のための作業領域を提供する。

【0026】

また、撮像装置１６のＸ軸方向位置及びＺ軸方向位置を検出するためのＸ軸エンコーダ４１及びＺ軸エンコーダ４３、並びにテーブル１３のＹ軸方向位置を検出するためのＹ軸エンコーダ４２が設けられ、これらエンコーダ４１〜４３からの出力はＣＰＵ３５に取り込まれる。ＣＰＵ３５は、取り込まれた各軸位置の情報と前述したオペレータの指令に基づいて、Ｘ軸駆動系４４及びＺ軸駆動系４６を介して撮像装置１６をＸ軸及びＺ軸方向に駆動し、Ｙ軸駆動系４５を介してテーブル１３をＹ軸方向に駆動する。これにより、ステージ移動操作が実現される。更に、照明制御部３９は、ＣＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ量の指令電圧を生成し照明装置１７に印加する。

【0027】

次に、図３を参照して、本実施の形態に係る画像測定装置１の撮像装置１６及び照明装置１７の構成を説明する。図３は、撮像装置１６及び照明装置１７の構成を示す模式的な図である。撮像装置１６は、試料台１３と対向して配置された受光素子５１を備えている。受光素子５１の光軸ＡＸ上には、撮像レンズ５３、ハーフミラー５５及び対物レンズ５７が配置されている。

【0028】

対物レンズ５７の周囲には、照明装置１７が配置されている。この照明装置１７は、斜め方向から試料台１３に光を照射する。また、ハーフミラー５５の側方には、コリメータレンズ５９を介して被測定対象１００に光を照射するための落射照明装置５２が配置されている。落射照明装置５２は、ハーフミラー５５を介して試料台１３に光を照射する。

【0029】

次に、図４〜図６を参照して、本実施の形態に係る画像測定装置１のパターン投影装置１８の構成を説明する。図４は、パターン投影装置１８の構成を示す模式的な図である。図５は、パターン投影装置１８のマスク６１の構成を示す模式的な図である。図６は、パターンＬが投影された時の試料台１３の様子を示す模式的な図である。

【0030】

図４に示す通り、本実施の形態に係るパターン投影装置１８は、所定のパターンを表示するマスク６１と、マスク６１に光を照射する光源６３と、光源６３から照射され、マスク６１を透過した光を試料台１３に投影する投影光学系としての投影レンズ６５とを備える。投影レンズ６５は、被写界深度の大きい広角レンズを使用するのが望ましい。また、光源６３からの光軸に対して、マスク６１が垂直に設置される場合には、投射光学系として投影レンズ６５に加えて台形補正（キーストン補正）手段を設けることが望ましい。

【0031】

また、図４に示す通り、本実施の形態においては、マスク６１を、試料台１３と略平行に設置することにより、台形補正手段を不要としている。また、投影レンズ６５の光軸Ａは、マスク６１及び試料台１３のおよそ中心部分を通る。これにより、試料台１３の載置面に投影されるパターンの台形ゆがみが最小限に抑制される。

【0032】

図５に示す通り、本実施の形態において、マスク６１は、光を透過しない遮光部６１１と、所定のパターンの形状に沿って設けられ、光を透過する透過部６１２とを備えている。図６に示す通り、試料台１３には、マスク６１の透過部６１２の形状に沿って所定のパターンＬが投影される。本実施の形態において、所定のパターンＬは、等間隔に配置された複数の縦線と、この複数の縦線と交差し、等間隔に配置された複数の横線からなるメッシュ状のパターンである。

【0033】

本実施の形態において、光源６３としては、ハロゲンレーザを照射する光源を採用している。ただし、光源６３としては、各種の光源を採用可能である。また、本実施の形態において、投影レンズ６５は、試料台１３上の所定のパターンが、所定以上ぼやけない程度に焦点深度の大きいものを使用する。

【0034】

［比較例に係る画像測定装置における被測定対象の位置合わせ］
次に、図７及び図８を参照して、比較例に係る画像測定装置における被測定対象１００の位置合わせについて説明する。図７及び図８は、同位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。比較例に係る画像測定装置は、基本的には本実施の形態に係る画像測定装置と同様に構成されているが、パターン投影装置１８を有していない。

【0035】

高精度な画像測定を行うためには、被測定対象１００を試料台１３の載置面の基準軸に対して正確に位置決めしたり、平行に載置することが非常に重要になる。従って、図７に示す通り、試料台１３に対して被測定対象１００の設置方向が湾曲していたり、位置が所望の位置からずれている状態から、被測定対象１００の位置決めや平行出しを行い、図８に示す通り、被測定対象１００の試料台１３の載置面上における位置及び方向を調整することが好適である。しかしながら、被測定対象１００の載置面に対する位置決めや平行出しには熟練を有する。また、被測定対象１００の位置決めや平行出しを行う場合、測定を行うまでの工程数が増大することがあった。

【0036】

［本実施の形態に係る画像測定装置における被測定対象の位置合わせ］
次に、図９及び図１０を参照して、本実施の形態に係る画像測定装置における被測定対象１００の位置合わせについて説明する。図９及び図１０は、同位置合わせの様子を示す模式的な平面図である。

【0037】

図９に示す通り、本実施の形態においては、被測定対象１００の位置決めや平行出しを行う際に、試料台１３の載置面に、被測定対象１００の位置及び方向の少なくとも一方の目安となる所定のパターンＬを投影する。従って、この所定のパターンＬを目安として被測定対象１００の載置位置及び方向の少なくとも一方を調整することにより、被測定対象１００の位置決めや平行出しを容易に行うことが出来る。例えば、本実施の形態においては、所定のパターンＬは、等間隔に配置された複数の縦線と、この複数の縦線と交差し、等間隔に配置された複数の横線からなるメッシュ状のパターンである。従って、図１０に示す通り、この縦線及び横線に合わせて被測定対象１００を載置することにより、被測定対象１００の位置決め及び平行出しを容易に行うことが出来る。

【0038】

また、本実施の形態においては、被測定対象１００の位置決めや平行出しを行う際に、パターン投影装置１８の光源６３（図４）をＯＮにすることによって試料台１３の載置面に所定のパターンＬを投射し、位置決めや平行出しが終了した後で、パターン投影装置１８の光源６３（図４）をＯＦＦにすることによって、所定のパターンＬの投射を終了することが可能である。従って、画像の測定を行う際には、試料台１３からパターンＬを消失させることが出来る。従って、撮像装置１６によって取得した画像を元に被測定対象のエッヂ検出を行う場合や、コントラスト式のオートフォーカスを行う場合にも、測定に影響を与えない。更に、本実施の形態に係る技術は、画像測定装置以外の測定装置にも適用可能であるが、例えばレーザプローブを用いた三次元測定装置や、白色干渉計等に適用した場合であっても、画像の測定を行う際に試料台１３からパターンＬを消失させることによって、測定への影響を排除することが可能である。

【0039】

更に、図４に示す通り、本実施の形態に係るパターン投影装置１８は、所定のパターンを表示するマスク６１と、マスク６１に光を照射する光源６３と、光源６３から照射され、マスク６１を透過した光を試料台１３に投影する投影レンズ６５とを備える。このような構成によれば、例えばマスク６１を交換することにより、被測定対象１００の形状や大きさ等に応じて異なるパターンを試料台１３に投影することが可能である。

【0040】

例えば、被測定対象１００が円盤や円筒等の、平面形状又は底面形状が円形である形状を有する場合には、図１１及び図１２に示す通り、図５及び図６を参照して説明したパターンＬと異なるパターンＬ´を投射可能なマスク６１´を使用することが考えられる。図１２に示す通り、パターンＬ´は、中心位置が等しく、半径の異なる複数の円からなる。これら複数の円の半径は、所定の間隔で大きくなっている。

【0041】

更に、被測定対象１００が複雑な形状を有している場合には、被測定対象１００の平面形状又は底面形状に合わせてパターンを形成することも可能である。例えば、被測定対象１００が歯車であった場合、この歯車の輪郭と同じ形状の線画を所定のパターンとして投射したり、一度試料台１３に載置された被測定対象１００を撮像し、この映像を所定のパターンとして投射したりする事も可能である。

【0042】

また、本実施の形態においては、パターン投影装置１８の光源６３から照射される光の色や強度（照度）を調整可能に構成しても良い。これにより、例えば被測定対象１００の表面の色との関係で好適な色を使用したり、被測定対象１００の表面の反射率との関係で照度を好適に調整することにより、更に好適に被測定対象１００の位置決め及び平行出しを行うことが出来る。

【0043】

また、本実施の形態において、パターン投影装置１８は、試料台１３の裏側（載置面の反対側）ではなく、試料台１３の載置面側に位置する。従って、撮像装置１６近傍のデッドスペースを有効に活用し、画像測定装置１全体をコンパクトに構成することが可能である。また、本実施の形態においては、撮像装置１６の撮像方向が、試料台１３の載置面に対して略垂直であり、且つパターン投影装置１８が、試料台１３に対して、撮像装置１６の撮像方向と異なる方向から所定のパターンを投影する。即ち、所定のパターンは、試料台１３に対して斜め上方から投影される。これにより、試料台１３の載置面と被測定対象１００の側面との境界部分にも所定のパターンが投影され、更に精度良く被測定対象１００の位置決めや平行出しを行うことが出来る。

【0044】

また、本実施の形態においては、図１３に示す通り、所定のパターンＬが、試料台１３の手前側から奥側に向かって投射される。従って、試料１００やピンセット１０１の影１０２が、試料１００やピンセット１０２の手前側で無く奥側に生じる。従って、影１０２の影響を排除して、更に好適に試料１００の位置合わせを行うことが出来る。

【0045】

尚、パターン投影装置１８の位置や、所定のパターンを投影する方向等は、適宜変更可能である。また、パターン投影装置１８を、試料台１３や撮像装置１６等に対して可動に構成しても良い。更に、パターン投影装置１８を２以上設けても良い。

【0046】

［第２の実施の形態］
次に、図１４を参照して、第２の実施の形態に係る画像測定装置について説明する。図１４は、第２の実施の形態に係る画像測定装置の一部の構成を示す模式的な図である。尚、以下の説明において、第１の実施の形態と共通の構成には、第１の実施の形態と同様の符号を付し、説明を省略する。

【0047】

第１の実施の形態においては、撮像装置１６とパターン投影装置１８が独立して構成されていた。これに対し、第２の実施の形態においては、パターン投影装置１８´と撮像装置１６の光学系の一部が共通となるように構成されている。また、第１の実施の形態においては、撮像装置１６の撮像方向とは異なる方向から所定のパターンを投影していた。これに対し、第２の実施の形態においては、撮像装置１６の撮像方向と略一致する方向から所定のパターンを投影する。

【0048】

即ち、図１３に示す通り、本実施の形態に係るパターン投影装置１８´は、マスク６１と、マスク６１に光を照射する光源６３に加え、更にコリメータレンズ６７と、ハーフミラー６９が設けられている。ハーフミラー６９は、コリメータレンズ５９とハーフミラー５５との間に配置されている。また、光源６３から照射され、マスク６１を透過した光は、コリメータレンズ６７を介してハーフミラー６９に照射され、ハーフミラー６９において落射照明装置５２から照射された光と合成される。また、本実施の形態において、対物レンズ５７は、パターン投影装置１８´の投影レンズとしても機能する。

【0049】

本実施の形態に係る画像測定装置においては、所定のパターンが試料台１３に対して略垂直な方向から投影されるため、所定のパターンの台形補正（キーストン補正）を省略可能であり、光学系の構成を単純化することが可能である。

【0050】

尚、本実施の形態においては、図１４に示す通り、光源６３から照射され、マスク６１を透過した光と、落射照明装置５２から照射された光とを、ハーフミラー６９において合成していた。しかしながら、例えば落射照明装置５２とコリメータレンズ５９の間又はコリメータレンズ５９とハーフミラー５５の間にマスク６１を直接設けても良い。このような構成は、部品点数が比較的少ないため、安価に製造可能である。この場合、落射照明装置５２は、パターン投影装置の光源としても機能する。

【0051】

［第３の実施の形態］
次に、図１５を参照して、第３の実施の形態に係る画像測定装置について説明する。図１５は、第３の実施の形態に係る画像測定装置の一部の構成を示す模式的な図である。尚、以下の説明において、第１の実施の形態と共通の構成には、第１の実施の形態と同様の符号を付し、説明を省略する。

【0052】

上述した第１の形態においては、パターン投影装置１８が、試料台１３の裏側（載置面の反対側）ではなく、試料台１３の載置面側に位置していた。これに対し、本実施の形態に係るパターン投影装置１８´´は、試料台１３の裏側（載置面の反対側）に位置している。また、本実施の形態に係るパターン投影装置１８´´は、試料台１３の裏側から試料台１３に所定のパターンを投影する。従って、投影されるパターンの一部が被測定対象１００やピンセット等によって遮られることがなく、被測定対象１００の位置決めや平行出しを好適に行うことが出来る。

【0053】

［第４の実施の形態］
次に、図１６及び図１７を参照して、第４の実施の形態に係る画像測定装置について説明する。図１６は、第４の実施の形態に係る画像測定装置の一部の構成を示す模式的な図である。また、図１７は、同パターン投影装置１８´´´のマスク６１´´の構成を示す模式的な図である。尚、以下の説明において、第１の実施の形態と共通の構成には、第１の実施の形態と同様の符号を付し、説明を省略する。

【0054】

第１の実施の形態に係るパターン投影装置１８においては、マスク６１が試料台１３と略平行に設置され、投影レンズ６５の光軸Ａがマスク６１及び試料台１３のおよそ中心部分を通っていた。これに対し、図１６に示す通り、本実施の形態に係るパターン投影装置１８においては、試料台１３の載置面と重なる平面Ｓ１、投影レンズ６５の光軸Ａと垂直であり、且つ投影レンズ６５の中心を通る平面Ｓ２、及び、マスク６１´´と重なる平面Ｓ３が、図１６中に点Ｐで示した一本の直線上で交わる。

【0055】

パターン投影装置１８にこのような構成を採用した場合、いわゆるシャインプルーフの原理により、試料台１３上に好適に所定のパターンを投影することが出来る。また、本実施の形態においては、投影レンズ６５として、比較的焦点深度の小さいものを使用することも可能である。

【0056】

また、本実施の形態に係るパターン投影装置１８´´´においては、第１の実施の形態に係るパターン投影装置１８と比較して、台形歪みが大きくなる。従って、図１７に示す通り、本実施の形態に係るマスク６１´´の透過部６１２´´の形状は、試料台１３上に投影されるパターンの歪みを相殺する様に、予め歪ませてある。即ち、マスク６１´´の透過部６１２´´の形状は、比較的小さく投影される端部６１３´´（図１７では上端）に近づく程拡大されたパターンを示しており、比較的小さく投影される端部６１４´´（図１７では下端）に近づく程縮小されたパターンを示している。

【0057】

［その他の実施の形態］
第１〜第４の実施の形態に係るパターン投影装置１８、１８´、１８´´は、所定のパターンを表示するマスク６１を備える。しかしながら、マスク６１に替えて、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＤＭＤ（Digital Mirror Device）等、入力された画像データに基づいて所定のパターンを生成するパターン生成装置を採用することも可能である。この場合、例えば、デジタル的な手法によってパターン生成装置に生成される画像を予め調整し、これによって光学系において発生する台形ゆがみ等の歪みを補正することも可能である。

【0058】

また、第１〜第４の実施の形態に係る技術は、画像測定装置以外の測定装置にも適用可能である。例えば、タッチプローブを使用した接触式の三次元測定装置、レーザプローブを用いた非接触式の三次元測定装置、白色干渉計、顕微鏡等、試料台を有する各種の測定装置に適用可能である。更に、試料台として、ベルトコンベア式のものを採用することも可能である。

【0059】

また、パターン投影装置等の光学系の構成も、適宜変更可能である。例えば、各種の歪みを補正するレンズ等を採用したり、シフトレンズ等を採用することも可能である。更に、光学系において生じる各種の歪みを考慮してマスク６１のパターンを予め歪ませておき、これによって投影されるパターンの歪みを是正することも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】