(57)【要約】【課題】測定対象物の所定の部分における測定精度を高める形状測定装置を提供する。【解決手段】測定対象物Ｍの形状を測定する形状測定装置は、投光装置と、撮像装置と、測定部とを有する。投光装置は、測定対象物Ｍに投影光Ｌを投影する。撮像装置は、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する。測定部は、撮像装置で生成された歪画像の画像データと、与えられた歪みの量とに基づいて、測定対象物Ｍの画像上の位置において点群の密度が異なる点群データを生成する。【選択図】図１１
2020056635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の形状を測定する形状測定装置であって、
投影光を前記測定対象物に投影する投光部と、
前記投影光が投影された前記測定対象物を含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する撮像部と、
前記撮像部で生成された前記歪画像の前記画像データと、与えられた前記歪みの量とに基づいて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成する形状算出部と、
を有する形状測定装置。
【請求項２】
前記形状算出部は、
前記歪画像の前記画像データから、前記歪みの量を用いて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成する請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記形状算出部は、
前記歪画像の前記画像データを前記歪みの量に基づいて補正して補正画像データを生成し、前記補正画像データから、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる前記点群データを生成する請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記撮像部は、
前記測定対象物を含む像を結像する結像部と、
前記結像部によって結像される前記像を撮像して、前記像に対して歪んだ前記歪画像の前記画像データを生成する撮像素子と、
を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記撮像素子は、ローリングシャッター方式の撮像素子であり、
前記結像部は、前記撮像素子の撮像面上に結像する前記測定対象物を含む像の位置を、前記撮像面上において時間の経過と共に変化させて結像する請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記結像部は、
前記測定対象物からの光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズから出射した光を集光して、前記測定対象物を含む像を結像する結像レンズと、
前記測定対象物を含む像の位置を、前記撮像素子の撮像面上において時間の経過と共に変化させる像移動部と、を含む請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記像移動部は、前記対物レンズと前記結像レンズとの間の光路に設けられ、前記測定対象物を含む像を、前記撮像素子の撮像面上において移動させるガルバノスキャナである請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記結像部は、
前記測定対象物を含む像に歪曲収差を与える魚眼レンズを含む請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記魚眼レンズは、歪曲収差の異なる第１のレンズと第２のレンズとを含み、
光軸上に配置された前記第１のレンズを前記第２のレンズへ交換するレンズ交換部をさらに有する請求項８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記撮像部は、前記像の一部が拡大された拡大画像領域と、前記拡大画像領域に比して縮小された縮小画像領域とを含む前記歪画像の前記画像データを生成し、
前記形状算出部は、前記拡大画像領域における前記点群の密度が高く、前記縮小画像領域における前記点群の密度が前記拡大画像領域における前記点群の密度よりも低い前記点群データを生成する請求項１から９のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
所定の領域を前記歪画像における前記拡大画像領域に対応する領域として設定する画像領域設定部をさらに有し、
前記撮像部は、前記画像領域設定部で設定された前記所定の領域を拡大して、前記拡大画像領域を含む前記歪画像の前記画像データを生成する請求項１０に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記画像領域設定部は、設定される前記所定の領域の入力、及び前記歪画像に含まれる前記拡大画像領域の拡大倍率の入力の少なくとも一方の入力に基づいて、前記所定の領域を、前記歪画像における前記拡大画像領域に対応する領域として設定する請求項１１に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記投影光は、長手方向に延びるライン状の光であり、
前記撮像部は、前記ライン状の光が投影された前記測定対象物を含む像の前記長手方向に前記歪みが与えられた前記歪画像の前記画像データを生成する請求項１から１２のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
測定対象物の形状を測定する形状測定装置により実行される測定形状方法であって、
投影光を前記測定対象物に投影し、前記投影光が投影された前記測定対象物を含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成するステップと、
前記歪画像の前記画像データと、与えられた前記歪みの量とに基づいて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成するステップと、
を有する形状測定方法。
【請求項１５】
測定対象物の形状を測定する形状測定装置に、
投影光を前記測定対象物に投影し、前記投影光が投影された前記測定対象物を含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成するステップと、
前記歪画像の前記画像データと、与えられた前記歪みの量とに基づいて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成するステップと、
を実行させる形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、形状測定装置として、計測対象物体に、ラインビーム等の計測光を照射し、計測光が照射された計測対象物体を、ＣＣＤ等の撮像素子により撮影し、撮影された画像中の計測光像に基づいて、変位の計測を行う変位センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、計測対象物体の所定の部位において形状の測定精度を高めることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００１／０５７４７１号
【発明の概要】
【０００４】
第１の態様によれば、測定対象物の形状を測定する形状測定装置は、投影光を前記測定対象物に投影する投光部と、前記投影光が投影された前記測定対象物を含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する撮像部と、前記撮像部で生成された前記歪画像の前記画像データと、与えられた前記歪みの量とに基づいて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成する形状算出部と、を有する。
【０００５】
第２の態様によれば、測定対象物の形状を測定する形状測定装置により実行される測定形状方法は、投影光を前記測定対象物に投影するステップと、前記投影光が投影された前記測定対象物を含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成するステップと、前記歪画像の前記画像データと、与えられた前記歪みの量とに基づいて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成するステップと、を有する。
【０００６】
第３の態様によれば、測定対象物の形状を測定する形状測定プログラムは、形状測定装置に、投影光を前記測定対象物に投影するステップと、前記投影光が投影された前記測定対象物を含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成するステップと、前記歪画像の前記画像データと、与えられた前記歪みの量とに基づいて、前記測定対象物上の位置によって点群の密度が異なる点群データを生成するステップと、を実行させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態の形状測定装置を含むシステムの一部の構成を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の形状測定装置の外観を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態の形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態の形状測定装置の光学プローブを示す模式図である。
【図５】図５は、撮像装置により撮像された画像の一例を示す図である。
【図６】図６は、光学プローブの座標系を示す図である。
【図７】図７は、制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、第１実施形態の形状測定装置の結像光学系を示す模式図である。
【図９】図９は、第１実施形態の形状測定装置の測定対象物を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態の形状測定装置の計測動作を示す説明図である。
【図１１】図１１は、撮像素子の撮像領域の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１実施形態の形状測定装置のティーチングモードにおける処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、拡大画像領域を設定する画面を示す図である。
【図１４】図１４は、画像上における拡大画像領域の設定に関する図である。
【図１５】図１５は、画像上において拡大画像領域が設定された投影光の像に関する一例の説明図である。
【図１６】図１６は、投影光の像の各位置に関する一例の説明図である。
【図１７】図１７は、投影光の像の各位置における座標を示す一例の図である。
【図１８】図１８は、投影光の像の各位置におけるガルバノミラーの角度を示す一例の図である。
【図１９】図１９は、ガルバノスキャナの回動動作を示す一例の図である。
【図２０】図２０は、投影光の像の各位置に関する一例の説明図である。
【図２１】図２１は、投影光の像の各位置における座標を示す一例の図である。
【図２２】図２２は、投影光の像の各位置におけるガルバノミラーの角度を示す一例の図である。
【図２３】図２３は、ガルバノスキャナの回動動作を示す一例の図である。
【図２４】図２４は、第１実施形態の形状測定装置の計測動作を示すフローチャートである。
【図２５】図２５は、第２実施形態の形状測定装置の計測動作を示す説明図である。
【図２６】図２６は、補正された歪画像を示す図である。
【図２７】図２７は、第２実施形態の形状測定装置の計測動作を示すフローチャートである。
【図２８】図２８は、第３実施形態の形状測定装置を含むインラインシステムの構成を示す図である。
【図２９】図２９は、第４実施形態の形状測定装置を含むインラインシステムの構成を示す図である。
【図３０】図３０は、第５実施形態の形状測定装置の結像光学系を示す模式図である。
【図３１】図３１は、第６実施形態の形状測定装置を含むシステムの一部の構成を示す図である。
【図３２】図３２は、第６実施形態の形状測定装置の計測動作を示す説明図である。
【図３３】図３３は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。
【図３４】図３４は、構造物製造システムの構成を示す図である。
【図３５】図３５は、構造物製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【０００９】
また、以下の説明においては、２つの座標系を設定している。１つの座標系は、３次元座標系である。３次元座標系としては、例えば、ＸＹＺ直交座標系が設定されている。ＸＹＺ直交座標系において、Ｚ軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ軸方向とする。また、残りの１つの座標系は、２次元座標系である。２次元座標系としては、例えば、ｉｊ直交座標系が設定されている。ｉｊ直交座標系において、ｉ方向及びｊ方向は、例えば、互いに直交する方向に設定される。なお、ｉｊ直交座標系は、所定の式を用いて、ＸＹＺ直交座標系に変換可能となっている。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の形状測定装置を含むシステムの一部の構成を示す図である。図１に示すシステムは、例えば、形状測定装置１を備えた構造物製造システム２００である。なお、構造物製造システム２００の詳細については後述する。図１は、構造物製造システム２００の一部を示している。構造物製造システム２００は、形状測定装置１と、形状測定装置１の両側に設けられる２つの搬送装置２０６と、を含んでいる。２つの搬送装置２０６のうち、一方側の搬送装置２０６は、前工程において処理された測定対象の物体（測定対象物）Ｍを、形状測定装置１に搬入している。前工程としては、例えば、測定対象物Ｍを成形する成形工程である。他方側の搬送装置２０６は、形状測定装置１で形状が測定された測定対象物Ｍを搬出して、後工程に搬送している。後工程としては、例えば、測定対象物Ｍを熱処理する熱処理工程、測定対象物Ｍを洗浄する洗浄工程、測定対象物Ｍにおいて前工程とは異なる箇所を成形する第２成形工程、形状不良となった測定対象物Ｍをリペアするリペア工程などである。各搬送装置２０６は、例えば、多軸マニピュレータが適用されている。この構造物製造システム２００では、一方側の搬送装置２０６、形状測定装置１、他方側の搬送装置２０６の順で、直列的に測定対象物Ｍを搬送する、いわゆるインラインシステムとなっている。
【００１１】
次に、図２及び図３を参照して、形状測定装置１について説明する。図２は、第１実施形態の形状測定装置の外観を示す図である。図３は、第１実施形態の形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【００１２】
形状測定装置１は、例えば光切断法を利用して、測定対象物Ｍの三次元的な形状を測定する。形状測定装置１は、プローブ移動装置２と、光学プローブ３と、制御装置４と、保持回転装置７と、を備える。なお、図２は、形状測定装置１のうち、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の外観を示している。図３は、形状測定装置１の全体の構成を示している。
【００１３】
形状測定装置１は、ベースＢに設けられた保持回転装置７に保持されている測定対象物Ｍの形状を測定する。形状測定装置１は、プローブ移動装置２と保持回転装置７とが、光学プローブ３と測定対象物Ｍとを相対的に移動させる移動機構となる。光学プローブ３は、測定対象物Ｍに対して相対移動しつつ、測定対象物Ｍにライン状のパターンとなる投影光Ｌを投影しながら、ライン状の投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍを撮像する。形状測定装置１は、光学プローブ３で撮像したライン状の投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像の画像を、制御装置４で処理して、測定対象物Ｍの形状を測定する。
【００１４】
プローブ移動装置２は、光学プローブ３から投光されるライン状の投影光Ｌが、測定対象物Ｍの形状が測定される範囲である測定範囲に投影されるように、光学プローブ３を測定対象物Ｍに対して移動させる。ここで、測定範囲は、測定対象物Ｍの形状を測定するために設定される所定の範囲であり、具体的に、測定対象物Ｍの表面において測定対象として設定される少なくとも一部の範囲となっている。つまり、測定範囲は、ライン状の投影光Ｌを投影しながら移動させたときの、投影光Ｌが投影される範囲となっている。また、プローブ移動装置２は、ライン状の投影光Ｌの投影位置が測定対象物Ｍ上で逐次移動できるように、測定対象物Ｍに対して光学プローブ３を移動させる。
【００１５】
図３に示すように、プローブ移動装置２は、光学プローブ３を移動させる駆動部１０と、光学プローブ３の位置を検出する位置検出部１１とを備えている。駆動部１０は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４を備えている。位置検出部１１は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４に設けられるエンコーダなどの位置検出手段で三次元空間（ＸＹＺ直交座標系）における光学プローブ３の位置を検出する。
【００１６】
Ｘ移動部５０Ｘは、ベースＢに対して矢印６２の方向、つまりＸ軸方向に移動自在に設けられている。Ｙ移動部５０Ｙは、Ｘ移動部５０Ｘに対して矢印６３の方向、つまりＹ軸方向に移動自在に設けられている。Ｙ移動部５０Ｙには、Ｚ軸方向に延在する保持体５２が設けられている。Ｚ移動部５０Ｚは、保持体５２に対して、矢印６４の方向、つまりＺ軸方向に移動自在に設けられている。プローブ移動装置２は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ及びＺ移動部５０Ｚが、光学プローブ３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能にするＸＹＺ移動機構となる。なお、第１実施形態のプローブ移動装置２は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚを備え、光学プローブ３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸に移動可能な機構としたが、これに限定されない。プローブ移動装置２は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚの一部を備えない構成、つまり、移動軸が２軸、１軸となる装置としてもよい。また、形状測定装置１は、光学プローブ３をＸＹＺ軸に移動しない構造としてもよく、この場合、測定対象物Ｍを移動させる構造としてもよい。
【００１７】
第１回転部５３は、後述する保持部材５５に支持される光学プローブ３をＸ軸と平行な回転軸線（回転軸）５３ａを中心とする回転方向、つまり矢印６５の方向（言い換えれば、θＸ軸方向）に回転して光学プローブ３の姿勢を変える。第２回転部５４は、保持部材５５に支持される光学プローブ３を後述する第１保持部５５Ａが延在する方向と平行な軸線を中心とする回転方向、つまり矢印６６の方向（言い換えれば、θＺ軸方向）に回転して光学プローブ３の姿勢を変える。プローブ移動装置２は、第１回転部５３及び第２回転部５４が、光学プローブ３を矢印６５の回転方向、矢印６６の回転方向に回転可能にするθ移動機構となる。なお、第１実施形態のプローブ移動装置２は、第１回転部５３及び第２回転部５４を設けたが、これに限定されない。プローブ移動装置２は、一方の回転部のみを備えた構造としてもよい。また、形状測定装置１は、光学プローブ３を回転しない構造としてもよく、この場合、測定対象物Ｍを回転させる構造としてもよい。
【００１８】
また、形状測定装置１は、基準球７３ａ及び基準球７３ｂを有する。基準球７３ａ及び基準球７３ｂは、ベースＢ上に配置されている。形状測定装置１は、基準球７３ａ及び基準球７３ｂを用いて、プローブ移動装置２により移動する光学プローブ３のキャリブレーションを行う。
【００１９】
保持回転装置７は、図２及び図３に示すように、測定対象物Ｍを保持するテーブル７１と、テーブル７１をθＺ軸方向、つまり矢印６８の方向に回転させる回転駆動部７２と、テーブル７１の回転方向の位置を検出する位置検出部７３と、を有する。位置検出部７３は、テーブル７１または回転駆動部７２の回転軸Ａｘの回転を検出するエンコーダ装置である。保持回転装置７は、位置検出部７３で検出した結果に基づいて、回転駆動部７２によってテーブル７１を回転させる。
【００２０】
プローブ移動装置２及び保持回転装置７の駆動は、位置検出部１１及び位置検出部７３の検出結果に基づいて、制御装置４により制御される。形状測定装置１は、保持回転装置７とプローブ移動装置２を駆動させることにより、光学プローブ３から投光されるライン状の投影光Ｌを測定対象物Ｍの任意の測定範囲に投影する。つまり、プローブ移動装置２は、第１回転部５３及び第２回転部５４により矢印６５及び矢印６６の回転方向に光学プローブ３を回転させ、光学プローブ３の姿勢を変化させることにより、光学プローブ３（後述の投光装置８）によって投影される投影光Ｌの測定対象物Ｍへの投影方向と、光学プローブ３（後述の撮像装置９）が測定対象物Ｍを撮像する撮影方向との少なくとも一方を変化させる。また、保持回転装置７は、矢印６８の回転方向に測定対象物Ｍを回転させることにより、光学プローブ３によって投影光Ｌを投影する位置と光学プローブ３によって測定対象物Ｍを撮像する位置とを変化させる。
【００２１】
保持部材５５は、光学プローブ３を支持している。保持部材５５は、回転軸線５３ａと直交する方向に延び、第１回転部５３に支持される第１保持部５５Ａと、第１保持部５５Ａの＋Ｚ側の端部に設けられると共に回転軸線５３ａと平行に延びる第２保持部５５Ｂとを有する。第１保持部５５Ａは、＋Ｚ側の端部が光学プローブ３よりも、測定対象物Ｍから遠い側に配置されている。と第２保持部５５Ｂは、第１保持部５５Ａと直交する。第２保持部５５Ｂは、＋Ｘ側の端部に光学プローブ３が支持されている。第１回転部５３は、回転軸線５３ａの位置が、光学プローブ３よりも、測定対象物Ｍに近い側に配置されている。また、第１保持部５５Ａの測定対象物Ｍに対して近い側の端部には、カウンターバランス５５ｃが設けられている。したがって、第１回転部５３の回転軸線５３ａに対して、保持部材５５側に生じるモーメントとカウンターバランス５５ｃ側に生じるモーメントが釣り合っている。
【００２２】
上記のプローブ移動装置２及び保持回転装置７には、ＸＹＺ直交座標系が設定されている。つまり、光学プローブ３を移動させる座標系、及び測定対象物Ｍを移動させる座標系は、ＸＹＺ直交座標系となっている。このため、光学プローブ３の位置及び測定対象物Ｍの位置は、ＸＹＺ直交座標系における位置として取得することができる。
【００２３】
光学プローブ３は、投光装置８及び撮像装置９を備えている。投光装置８は、測定対象物Ｍに投影光Ｌを投影する投光部として機能している。撮像装置９は、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍを含む像を撮像する撮像部として機能している。投光装置８及び撮像装置９は共通の筐体により固定されている。したがって、投光装置８によるライン状の投影光の投影方向と、撮像装置９による撮影方向との相互の位置関係は、固定された状態に保たれている。そして、ライン状の投影光の投影方向と撮像装置９の撮影方向とその両者間の位置関係を基に、撮像装置９で検出されたライン状の投影光Ｌの像の位置から三角測量法に基づき、ライン状の投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍ上の領域について、三次元空間における座標を求める。なお、投光装置８と撮像装置９との位置関係は、可変であってもよい。
【００２４】
投光装置８は、保持回転装置７に保持された測定対象物Ｍの測定範囲に、測定光としてのライン状の投影光Ｌを投影する。投光装置８は、制御装置４によって制御される。投光装置８は、光源１２と、投影光学系１３とを備える。本実施形態の光源１２は、例えば、レーザーダイオードを含む。なお、光源１２は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を含んでいてもよい。また、光源１２は、制御装置４により投光量が制御されている。
【００２５】
投影光学系１３は、光源１２から発せられた光の空間的な光強度分布を調整して、ライン状の投影光Ｌを生成する。つまり、投影光学系１３は、光源１２からの光を、投影光Ｌの投影方向に直交する面内おいて、一軸方向に集光して、ライン状の投影光Ｌを生成する。一軸方向は、投影光Ｌの投影方向に直交する面における方向であり、投影光Ｌを集光する方向である。投影光学系１３は、集光レンズ１５と、シリンドリカルレンズ１６とを含む。集光レンズ１５は、光源１２からの光を、焦点に集光する。シリンドリカルレンズ１６は、集光レンズ１５からの光を、投影光の投影方向に直交する面内おいて、一軸方向に直交する方向に発散させることで、ライン状の投影光Ｌとする。なお、投影光学系１３は、集光レンズ１５及びシリンドリカルレンズ１６を含む構成に限定されない。投影光学系１３は、１つの光学素子であってもよいし、複数の光学素子を含んでいてもよい。光源１２から発せられた光は、投影光学系１３により、投影方向に直交する面内おいて一軸方向に集光されることで、一軸方向に直交する方向を長手方向とするライン状の投影光Ｌとなる。ライン状の投影光Ｌは、投光装置８から測定対象物Ｍに向く投影方向に沿って出射される。
【００２６】
図４は、第１実施形態の形状測定装置の光学プローブを示す模式図である。図４は、投光装置８の投影光学系１３におけるシリンドリカルレンズ１６の一軸方向が、投影光Ｌの投影方向及び回転軸線５３ａの軸方向（Ｘ軸方向）に直交する場合を示している。また、図４は、投影光Ｌの投影方向及び撮像装置９の撮影方向を含む面が、回転軸線５３ａの軸方向（Ｘ軸方向）に直交する面となっている。さらに、図４は、投影光Ｌの投影方向がＺ軸方向となっている。図３及び図４に示すように、投光装置８から投影されるライン状の投影光Ｌの投影方向に沿う面の一部は、後に詳述する撮像素子２０の撮像面（結像面）と共役となっている。以降、この面を測定面２１ａと称する。ここで、ライン状の投影光Ｌの長手方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）におけるボケは、投影光学系１３の焦点を中心にＺ軸に沿って変化する。従って、測定面２１ａのＺ軸方向における範囲は、ライン状の投影光Ｌの長手方向と直交する方向におけるボケの程度に基づいて設定される。一例として、測定面２１ａの中心位置をＯとすると、中心位置Ｏに投影光学系１３の焦点が合うように投影光学系１３と後に詳述する撮像装置９とが設置される。投光装置８が図４に示す位置関係である場合、測定面２１ａは、投影光Ｌの長手方向（Ｘ軸方向）と、投影光Ｌの投影方向（Ｚ軸方向）とを含む面となっており、図３及び図４の紙面に対して垂直な面となっている。測定面２１ａは、投影光学系１３の焦点を含む面となっている。また、測定面２１ａは、測定対象物Ｍの測定範囲となる表面と交差する面となっている。つまり、投影光学系１３は、ライン状の投影光Ｌの焦点を含む測定面２１ａが、測定対象物Ｍの測定範囲となる表面と交差するように、集光レンズ１５及びシリンドリカルレンズ１６等の光学素子が配置されている。また、測定面２１ａの領域（測定面領域とも言い換えられる）は、撮像装置９の撮像視野の領域、すなわち撮像装置９によって撮像される範囲と対応しており、方形状の領域となっている。なお、測定面２１ａの中心位置をＯとすると、測定面２１ａの中心位置Ｏは、後に詳述する撮像素子２０の撮像面における測定視野領域２６の中心位置Ｏ´に対応している。
【００２７】
図３は、投光装置８の投影光学系１３におけるシリンドリカルレンズ１６の一軸方向が、投影光Ｌの投影方向及び回転軸線５３ａの軸方向（Ｘ軸方向）に直交する場合を示している。また、図３は、投影光Ｌの投影方向及び撮像装置の撮影方向を含む面が、回転軸線５３ａの軸方向（Ｘ軸方向）に直交する面となっている。形状測定装置１は、投光装置８が図３に示す位置関係である場合、投光装置８から出射された投影光Ｌが、投光装置８からの投影方向に対して直交する面を有する測定対象物Ｍに投影されると、投影光Ｌの長手方向は、回転軸線５３ａと平行な方向となる。なお、投影光Ｌが図３に示す位置関係である場合において、投影光Ｌは、その長手方向が回転軸線５３ａと平行となるが、例えば、光学プローブ３を第２回転部５４により矢印６６に回転させることで、投影光学系１３の一軸方向が、回転軸線５３ａの軸方向（Ｘ軸方向）に直交しない場合、投影光Ｌの長手方向は回転軸線５３ａと平行とならない。
【００２８】
このように、測定対象物Ｍに投影されるライン状の投影光Ｌの長手方向は、第２回転部５４により光学プローブ３を回転させることで、投影光Ｌの向きを変えることができるため、回転軸線５３ａと平行となることに限定されない。ここで、投影光Ｌの向きと称しているときは、投影光Ｌの長手方向の方向を示している。例えば、測定対象物Ｍの面が広がる方向に沿うように、ライン状の投影光Ｌの長手方向の向きを変えることで、測定対象物Ｍの形状を効率的に測定することができる。また、第２回転部５４による投影光Ｌの投影方向を変えることで、撮像装置９による撮影方向も変わる。したがって、例えば、歯車のような凸部が並んだ形状の測定対象物Ｍであっても、歯筋に沿って投影光Ｌの長手方向及び撮影方向を設定することで、歯底の形状も測定することができる。
【００２９】
なお、投影光学系１３は、集光レンズ１５及びシリンドリカルレンズ１６を含む光学素子を用いて、光源１２からの光をライン状の投影光としたが、この構成に限られず、既知の他の構成であってもよい。例えば、集光レンズ１５及びシリンドリカルレンズ１６に代えて、ＣＧＨ等の回折光学素子を用いて、光源１２からの光をライン状の投影光としてもよい。ＣＧＨ等の回折光学素子を含む投影光学系１３は、光源１２から発せられた光の空間的な光強度分布を調整している。
【００３０】
図３及び図４に示すように、撮像装置９は、測定対象物Ｍの表面に投影された投影光Ｌを含む測定対象物Ｍの像を撮像して、撮像した画像の画像データを生成するものである。撮像装置９は、撮像素子２０、結像光学系２１、ダイヤフラム２３、及びダイヤフラム駆動部２４を備える。投光装置８から測定対象物Ｍに投影された投影光Ｌは、測定対象物Ｍの表面で散乱して、その少なくとも一部が結像光学系２１へ入射する。結像光学系２１は、測定対象物Ｍを含む像を結像する結像部として機能しており、具体的に、投光装置８によって測定対象物Ｍに投影されたライン状の投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像を撮像素子２０に結ぶ。撮像素子２０は、この結像光学系２１が形成する像を撮像する。この撮像素子２０は、受光した受光信号に基づき画像処理を行うことで、画像データを生成する。撮像素子２０には、制御装置４が接続されており、生成した画像データを制御装置４に出力する。ダイヤフラム２３は、大きさを変更可能な開口を有し、開口の大きさを変えることで結像光学系２１を通過する光量を制御することができる。ダイヤフラム２３の開口の大きさは、ダイヤフラム駆動部２４により調整可能である。このダイヤフラム駆動部２４は制御装置４に制御されている。
【００３１】
図３及び図４に示すように、結像光学系２１は、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像を、撮像素子２０の撮像面２０ａに結像する。ここで、結像光学系２１は、投影光Ｌの焦点を含む面である測定面２１ａと撮像素子２０の撮像面２０ａ（結像面）とが共役な関係になるように構成されている。このため、結像光学系２１が測定面２１ａと撮像素子２０の撮像面２０ａとを共役な面とすることで、測定面２１ａにおける像は、撮像素子２０の撮像面２０ａにおいて合焦した像となる。また、測定面２１ａに交差する測定対象物Ｍの表面の位置が、投影光Ｌの投影方向において変化する場合（すなわち、測定対象物Ｍの形状が変化する場合）、この変化に応じて、撮像素子２０の撮像面２０ａに結像される投影光Ｌの像の位置は変化する。
【００３２】
図５は、撮像装置により撮像された画像の一例を示す図である。図６は、光学プローブの座標系を示す図である。図５に示す画像２８は、撮像素子２０の撮像面２０ａ上の撮像領域２５において撮像された画像である。撮像領域２５は、撮像素子２０により撮像可能な範囲となっている。図６に示すように、撮像素子２０の撮像領域２５は、複数の画素からなる方形状の領域となっていることから、図５に示す画像２８も方形状の領域となっている。撮像領域２５は、撮像素子２０によって撮像された画像２８の全ての領域とも言える。
【００３３】
また、測定面２１ａの像が撮像素子２０の撮像面２０ａ上において結像されることにより形成される領域を、測定視野領域２６としている。測定視野領域２６は、撮像素子２０の撮像領域２５よりも小さな領域となっている。なお、測定視野領域２６は、撮像領域２５よりも小さな領域に限定されず、例えば、撮像領域２５と同じ大きさの領域となっていてもよい。つまり、測定視野領域２６は、撮像素子２０の撮像領域２５であってもよい。測定視野領域２６は、撮像素子２０の撮像面２０ａ上において形成され、測定面２１ａの領域と対応する領域となっている。つまり、撮像装置９の撮像倍率が所定の撮像倍率である場合、撮像倍率に基づいて、測定面２１ａを含む領域が拡大または縮小されることで、撮像面２０ａに結像される測定視野領域２６を含む領域は、拡大または縮小される。撮像素子２０によって撮像された画像２８には、測定視野領域２６に対応する画像領域である測定画像領域２７が含まれる。測定画像領域２７は、測定面２１ａの像の画像であることから、ライン状の投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像を含む画像となっている。
【００３４】
ここで、光学プローブ３には、ｉｊ直交座標系が設定されている。このため、光学プローブ３の撮像素子２０における撮像領域２５の座標系は、ｉｊ直交座標系となっている。また、撮像素子２０によって撮像される画像２８の座標系も、ｉｊ直交座標系となっている。具体的に、画像２８は、ｊ方向を横方向（図５の左右方向）とし、ｉ方向を縦方向（図５の上下方向）とする方形状の画像となっている。画像２８上の位置は、ｉｊ直交座標系における位置として取得することができる。
【００３５】
測定画像領域２７は、画像２８に対して、所定の位置関係となるようにキャリブレーションされている。換言すれば、測定視野領域２６は、撮像素子２０の撮像領域２５に対して、所定の位置関係となるようにキャリブレーションされている。例えば、測定画像領域２７（または測定視野領域２６）は、画像２８（または撮像領域２５）に対して、ｉ方向の中央に位置すると共に、ｊ方向の中央に位置するように、キャリブレーションされている。また、測定画像領域２７に含まれる投影光Ｌの像の長手方向は、ｊ方向に沿った方向となっている。
【００３６】
また、撮像素子２０の撮像領域２５には、ｉｊ直交座標系におけるセンサ原点Ｉｂが設定されている。このため、撮像素子２０で撮像された画像２８の測定画像領域２７においてもセンサ原点Ｉｂが定義される。センサ原点Ｉｂは、ｉｊ直交座標系とＸＹＺ直交座標系との位置関係を示す基準位置となっている。つまり、センサ原点Ｉｂは、ｉｊ直交座標系における位置を、ｉｊ直交座標系とＸＹＺ直交座標系との位置関係に基づいて、ＸＹＺ直交座標系における位置に変換するための基準となる位置となっている。センサ原点Ｉｂは、画像２８上においていずれの位置に設定されていてもよく、例えば、画像２８の中央に設定されている。このセンサ原点Ｉｂは、測定対象物Ｍの形状を測定する（点群データを生成する）ために用いられる。
【００３７】
なお、詳細は後述するが、本実施形態の撮像装置９は、結像光学系２１により測定対象物Ｍを含む像の状態を変化させて結像し、撮像素子２０により状態が変化する像を撮像して、像に対して歪んだ歪画像の画像データを生成している。
【００３８】
次に、図７を参照して、制御装置４について説明する。図７は、制御装置の概略構成を示すブロック図である。制御装置４は、形状測定装置１の各部を制御する。制御装置４は、光学プローブ３による撮像結果とプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報とに基づき、演算処理を行って測定対象物Ｍの測定範囲の３次元形状を算出する。本実施形態における形状情報は、測定対象物Ｍの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定範囲上の点群の位置（座標）、の少なくとも１つを示す情報を含む。制御装置４は、図４に示すように、制御部３０と、記憶部３１と、入力部３２と、表示部３３と、を有する。
【００３９】
制御装置４は、形状測定装置１のプローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７に接続されている。つまり、制御装置４は、例えば、形状測定装置１の各装置２，３，７に接続されるコンピュータでも構わないし、形状測定装置１の各装置２，３，７が設置される建物が備えるホストコンピュータなどでも構わない。また、形状測定装置１は、制御装置４と、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７とを物理的に分離し、制御装置４を、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７が設置される建物から離れた位置に設けて、インターネットなどの通信手段を用いて、制御装置４と、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７と、を接続する構成であってもよい。また、制御装置４は、制御部３０と、記憶部３１と、入力部３２と、表示部３３とが、それぞれ別々の場所に配置されても構わない。
【００４０】
制御部３０は、測定範囲設定部３６と、調光領域設定部３７と、調光制御部３８と、画像領域設定部３４と、測定部（形状算出部）３９と、動作制御部４０とをその機能部として備える。ここで、制御部３０は、測定範囲設定部３６と、調光領域設定部３７と、調光制御部３８と、画像領域設定部３４と、測定部（形状算出部）３９と、動作制御部４０の機能をハードウェアによって実現してもよいし、これらの機能をソフトウェアによって実現してもよいし、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせて実現してもよい。
【００４１】
測定範囲設定部３６は、測定対象物Ｍの形状が測定される範囲である測定範囲を設定する。測定範囲設定部３６は、入力部３２から入力される指示に基づいて、測定範囲を設定する。また、測定範囲設定部３６は、記憶部３１に記憶された後述する緒元データ４９に含まれる測定対象物Ｍの設計データまたはＣＡＤデータにおいて予め指定された領域に基づいて、測定範囲を設定してもよい。
【００４２】
調光領域設定部３７は、調光領域を設定する。調光領域は、撮像素子２０により撮影された画像２８内において、撮影された像の明るさを検出する領域である。調光領域設定部３７は、設定された測定範囲の位置情報に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定し、設定した調光領域設定可能範囲に基づいて、調光領域を設定する。調光領域設定可能範囲は、撮像装置９により撮影された画像２８内において、測定範囲の位置情報に基づいて設定される範囲であり、調光領域を設定可能とする範囲である。なお、調光領域設定部３７は、入力部３２から入力される指示に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定してもよい。また、調光領域設定部３７は、記憶部３１に記憶された後述する緒元データ４９に含まれる測定対象物Ｍの設計データまたはＣＡＤデータにおいて予め指定された領域に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定してもよい。
【００４３】
調光制御部３８は、調光領域内で検出された画素列毎に最も明るい画素の画素値を取得する。調光制御部３８は、取得した画素値の大きさに応じて、光源１２に対して投光量を制御するための信号、ダイヤフラム駆動部２４を制御するための信号、または撮像素子２０による撮像時の露出時間を制御するための信号等を出力する。露出時間の制御については、１枚の画像２８の画像データを取得するときの露出時間を制御したり、撮像素子２０に組み込まれている不図示のメカニカルシャッターにより撮像面２０ａが露出する時間を制御したりしてもよい。調光制御部３８は、取得した画素値の大きさに応じて、光源１２からの投光量、撮像素子２０で受光する受光量、撮像素子２０で画像データを生成するときの露光量、または撮像素子２０の入出力特性（感度又は撮像素子の各ピクセルで検出した信号に対する増幅率など）、つまり光学プローブ３によって画像データを取得する際の各種条件（調光条件）を制御する。
【００４４】
画像領域設定部３４は、所定の領域を、画像２８の一部の画像領域が拡大された拡大画像領域に対応する領域として設定する。以降、説明の便宜上、この所定の領域を拡大対象領域と称する。拡大対象領域は、例えば操作者の入力等によって任意に設定される所定の範囲の領域である。画像領域設定部３４により拡大対象領域が設定されると、撮像装置９により拡大対象領域が拡大されることで、拡大画像領域を含む画像２８が生成される。拡大対象領域は、画像２８に対して設定される画像領域であってもよいし、形状測定により得られた測定対象物Ｍの測定形状に対して設定される領域（後述する点群の領域）であってもよい。画像領域設定部３４は、撮像装置９により撮像される画像２８が、拡大画像領域を含む歪んだ歪画像となるように、拡大対象領域を設定する。なお、画像領域設定部３４は、拡大画像領域に対応する領域として設定された拡大対象領域以外の所定の領域を、縮小画像領域に対応する領域として設定してもよい。以降、説明の便宜上、縮小画像領域に対応する領域として設定される所定の領域を縮小対象領域と称する。この縮小画像領域は、拡大画像領域に比して縮小された画像領域である。また、画像領域設定部３４は、画像２８における画像領域の全域が拡大画像領域となるように、拡大対象領域を設定してもよい。拡大画像領域は、測定対象物Ｍの形状を詳細に（高い分解能で）測定するための画像領域となっている。縮小画像領域は、拡大画像領域に比して大まかな形状、つまり拡大画像領域に比べて低い分解能で形状を測定する領域である。画像領域設定部３４により拡大対象領域が設定されるため、撮像装置９により撮像される画像２８には、少なくとも拡大画像領域が含まれる。つまり、撮像装置９により撮像される画像２８には、少なくとも拡大画像領域が含まれることから、拡大画像領域及び縮小画像領域が、または拡大画像領域のみが含まれる。また、画像領域設定部３４は、制御装置４の入力部３２から入力される指示、測定対象物Ｍの設計データ、測定対象物Ｍの形状等の情報に基づいて、少なくとも拡大対象領域を設定している。画像領域設定部３４は、設定した拡大対象領域の位置の情報を画像領域の領域設定データ４３として、記憶部３１に出力する。つまり、画像領域設定部３４は、設定される拡大対象領域の入力があると、設定された拡大対象領域の範囲と、拡大対象領域の位置と、拡大対象領域に設定された拡大倍率とを関連付けて、拡大対象領域の位置の情報として生成する。なお、拡大対象領域の位置の情報は、画像２８内における、設定した画像領域の座標であり、ｉｊ直交座標系の位置の座標となっている。
【００４５】
測定部３９は、設定された測定範囲における測定対象物Ｍの形状を測定する。測定部３９には、撮像装置９の撮像素子２０で生成される画像２８の画像データが入力される。また、測定部３９には、動作制御部４０から各部の動作の情報、具体的に光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置の情報が入力される。相対位置の情報は、例えば、測定対象物Ｍの位置（座標）と、光学プローブ３の位置（座標）とに基づいて取得される。光学プローブ３の位置は、プローブ移動装置２の位置検出部１１により検出された位置に基づいて取得する。測定対象物Ｍの位置は、保持回転装置７の位置検出部７３により検出された位置に基づいて取得する。そして、位置検出部１１により検出された光学プローブ３の位置と、位置検出部７３により検出された測定対象物Ｍの位置とに基づいて、相対位置の情報が生成される。測定部３９は、画像２８の測定画像領域２７に含まれるライン状の投影光Ｌの像を検出し、画像２８における投影光Ｌの像の位置と光学プローブ３の位置と測定対象物Ｍの位置とに基づいて、測定対象物Ｍの形状を測定する。
【００４６】
一例として、測定部３９による測定対象物Ｍの形状測定の具体的な処理について説明する。測定部３９は、画像２８の測定画像領域２７内に位置する投影光Ｌの像の位置を取得する。画像２８の測定画像領域２７内に位置する投影光Ｌの像の位置は、ｉｊ直交座標系の位置となっている。測定部３９は、画像２８上において、ライン状の投影光Ｌの像に対応する画素のｉｊ直交座標系における位置を取得する。測定部３９は、投影光Ｌの像に対応する画素の位置を取得すると、その画素の位置とセンサ原点Ｉｂとの位置関係を取得する。つまり、測定部３９は、センサ原点Ｉｂに対する画素の位置を取得する。
【００４７】
また、測定部３９は、画像データを取得した時における光学プローブ３の位置を位置検出部１１から取得すると共に、測定対象物Ｍの位置を位置検出部７３から取得する。つまり、測定部３９は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４の位置を、位置検出部１１から取得し、保持回転装置７に保持される測定対象物Ｍの位置を、位置検出部７３から取得する。光学プローブ３の位置と測定対象物Ｍの位置とは、ＸＹＺ直交座標系の位置となっている。測定部３９は、光学プローブ３の位置と測定対象物Ｍの位置とを取得すると、光学プローブ３の位置と測定対象物Ｍの位置との位置関係を取得すると共に、光学プローブ３の位置とセンサ原点Ｉｂとの位置関係を取得する。つまり、測定部３９は、測定対象物Ｍの位置に対する光学プローブ３の相対位置と、センサ原点Ｉｂに対する光学プローブ３の位置とを取得する。測定部３９は、測定対象物Ｍの位置に対する光学プローブ３の相対位置と、センサ原点Ｉｂに対する光学プローブ３の位置とに基づいて、センサ原点Ｉｂに対する測定対象物Ｍの位置を取得する。
【００４８】
そして、測定部３９は、センサ原点Ｉｂに対する投影光Ｌの像の画素の位置と、センサ原点Ｉｂに対する測定対象物Ｍの位置とに基づいて、測定対象物Ｍの位置に対する投影光Ｌの像の画素の位置を取得することで、測定対象物Ｍの形状を算出する（測定対象物Ｍの点群データを生成する）。つまり、測定部３９は、測定対象物Ｍの形状を測定するにあたり、画像２８の測定画像領域２７に含まれる投影光Ｌの像から点群の点群データを生成する。点群とは、撮影した画像２８の各画素の３次元（ＸＹＺ）の座標値を算出することで生成され、後に詳述する表示部３３などに表示される複数の点である。すなわち、この点群は、測定対象物の形状を表す点となる。また、点群データとは、点群の各点における３次元の座標値のデータである。点群は、投影光Ｌの像の長手方向に沿って複数の点が生成される。点群は、投影光Ｌの像に対応する長手方向に並ぶ画素に応じた点の数となっている。一方で、点群は、投影光Ｌの像の長手方向に直交する方向（短手方向）において、例えば１点生成される。このため、点群は、１つの画像２８に対して、投影光Ｌの像に沿った１ラインの点群が得られる。点群の各点の座標値は、測定画像領域２７における投影光Ｌの像に対応する画素の位置に基づいて算出される。つまり、測定部３９は、投影光Ｌの像の画素の位置を、センサ原点Ｉｂを基準として、ＸＹＺ直交座標系に変換する。また、測定部３９は、ＸＹＺ直交座標系となる投影光Ｌの像の画素の位置に、センサ原点Ｉｂに対する測定対象物Ｍの位置を加えることで、投影光Ｌの像における点群の各点のＸＹＺ直交座標系における座標値を算出する。このように、測定部３９は、２次元座標となる画素の位置を、センサ原点Ｉｂを基準として、３次元座標に変換することで、点群の点群データを生成する。
【００４９】
また、測定部３９は、プローブ移動装置２及び保持回転装置７によって、光学プローブ３と測定対象物Ｍとを相対的に移動させることで、投影光Ｌが投影される位置を順次移動させつつ、測定画像領域２７を含む画像２８を撮像装置９で撮像する。測定部３９は、撮像装置９で撮像したタイミングで位置検出部１１及び位置検出部７３からのプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報を取得する。測定部３９は、取得したプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報と、撮像装置９で取得した測定画像領域２７の投影光Ｌの像を含む画像２８の画像データとに基づいて、光学プローブ３が移動する方向の点群の点群データを生成する。
【００５０】
これにより、点群は、投影光Ｌの像の長手方向に沿って生成されると共に、投影光Ｌが移動する方向に沿って生成される。つまり、測定部３９は、駆動部１０及び回転駆動部７２により測定対象物Ｍと相対的に投影光Ｌ（光学プローブ３）を移動させて、所定の間隔ごとに複数の画像２８を撮影することで、複数ラインの点群を生成する。そして、測定部３９は、投影光Ｌの像の長手方向及び投影光Ｌが移動する方向に亘って生成された点群毎の座標値に基づき、測定対象物Ｍの形状を測定する。なお、複数ラインの点群を生成する際に投影光Ｌ（光学プローブ３）を移動させる方向は、投影光Ｌの長手方向と交差する方向である。
【００５１】
ここで、投影光Ｌの長手方向に並ぶ点群は、点の間隔が、画像領域設定部３４により設定された画像領域の領域設定データ４３に基づいて設定される。また、投影光Ｌ（光学プローブ３）が移動する方向に並ぶ点群は、点の間隔が、測定点間隔情報に基づいて設定される。測定点間隔情報は、投影光Ｌが移動する方向に並ぶ点の間隔を設定する情報であり、操作者によって設定可能である。形状測定装置１は、撮像装置９の撮影タイミングを一定間隔にし、測定点間隔情報を基に駆動部１０及び回転駆動部７２の移動速度を制御することで、投影光Ｌが移動する方向に並ぶ点の間隔を設定された間隔とする。
【００５２】
動作制御部４０は、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７を含む、形状測定装置１の各部の動作を制御する。この動作制御部４０は、制御部３０で作成された動作制御の情報を基に、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の動作制御を実施する。また、動作制御部４０は、動作制御の情報を測定部３９に出力する。
【００５３】
記憶部３１は、ハードディスク、メモリ等、各種プログラム、データを記憶する記憶装置である。記憶部３１は、画像領域の領域設定データ４３と、回動動作情報４４と、条件テーブル４６と、形状測定プログラム４８と、緒元データ４９と、を有する。なお、記憶部３１は、これらのプログラム、データ以外にも形状測定装置１の動作の制御に用いる各種プログラム、データを記憶している。
【００５４】
画像領域の領域設定データ４３は、画像領域設定部３４により設定された拡大対象領域の位置の情報を含む。拡大対象領域が画像２８に対して設定される画像領域である場合、拡大対象領域の位置の情報は、測定画像領域２７における投影光Ｌの像の長手方向の位置と、当該位置における拡大画像領域と、拡大対象領域に設定される拡大倍率とを対応付けた情報となっている。
【００５５】
なお、画像領域の領域設定データ４３は、画像領域設定部３４により設定された縮小対象領域の位置の情報を含んでもよい。縮小対象領域が画像２８に対して設定される画像領域である場合、縮小対象領域の位置の情報は、測定画像領域２７における投影光Ｌの像の長手方向の位置と、当該位置における縮小画像領域と、縮小対象領域の拡大倍率または縮小倍率とを対応付けた情報となっている。
【００５６】
また、領域設定データ４３は、拡大対象領域及び縮小対象領域の位置の情報と、光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置の情報とを対応付けたデータを含む。領域設定データ４３は、画像領域設定部３４により設定されることで記憶部３１に記憶される。領域設定データ４３は、投影光Ｌの像の長手方向の位置と、画像２８の拡大倍率及び縮小倍率とが直接対応付けられてもよい。
【００５７】
拡大画像領域は、撮像装置９で撮影される画像２８に対して、点群の密度が密となる領域、換言すれば、画像２８の拡大倍率が１倍よりも大きくなる領域である。画像領域設定部３４は、一例として、画像２８上の測定画像領域２７における投影光Ｌの像に対して、投影光Ｌの像の長手方向における所定の位置に、拡大対象領域を設定して、拡大対象領域の位置の情報を生成する。つまり、画像領域設定部３４は、拡大対象領域の位置と、拡大対象領域に対応する拡大画像領域と、当該拡大対象領域の拡大倍率（すなわち、拡大画像領域の拡大倍率）とを対応付けて、拡大対象領域の位置の情報を生成する。そして、画像領域設定部３４は、拡大対象領域の位置の情報と、光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置の情報とを対応付けた領域設定データ４３を生成し、記憶部３１に記憶する。
【００５８】
縮小画像領域は、撮像装置９で撮影される画像２８に対して、点群の密度が拡大画像領域に比して疎となる領域、換言すれば、画像２８の拡大倍率が拡大画像領域の拡大倍率よりも小さくなる領域である。このため、縮小画像領域は、拡大画像領域の拡大倍率よりも小さい拡大倍率であればよいことから、画像２８の拡大倍率が１倍よりも大きくてもよいし、画像２８の拡大倍率が１倍よりも小さい縮小倍率であってもよい。画像領域設定部３４は、一例として、画像２８上の投影光Ｌの像の長手方向における所定の位置に、拡大対象領域を設定する。この場合、画像領域設定部３４は、拡大対象領域以外の領域を縮小対象領域として設定して、縮小対象領域の位置の情報を生成する。つまり、画像領域設定部３４は、縮小対象領域の位置と、縮小対象領域に対応する縮小画像領域と、当該縮小対象領域の拡大倍率または縮小倍率（すなわち、縮小画像領域の拡大倍率または縮小倍率）とを対応付けて、縮小対象領域の位置の情報を生成する。そして、画像領域設定部３４は、縮小対象領域の位置の情報と、光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置の情報とを対応付けた領域設定データ４３を生成し、記憶部３１に記憶させる。
【００５９】
このように、領域設定データ４３は、画像２８上における投影光Ｌの像の長手方向の位置に、拡大対象領域及び縮小対象領域が設定されたデータとなる。なお、領域設定データ４３は、画像２８上における投影光Ｌの像の長手方向の位置に、拡大対象領域及び縮小対象領域のみが対応付けられたデータであってもよい。また、領域設定データ４３は、画像２８上における投影光Ｌの像の長手方向に沿って、画像２８の拡大倍率が連続的に変化するデータであってもよい。さらに、領域設定データ４３では、拡大対象領域及び縮小対象領域に対して、画像２８の拡大倍率を対応付けたが、拡大対象領域及び縮小対象領域に対して、点群の密度を対応付けてもよい。また、拡大対象領域及び縮小対象領域が測定対象物Ｍの形状測定時に生成された点群に対して設定される領域である場合、拡大対象領域または縮小対象領域の位置の情報とは、点群に設定される拡大対象領域または縮小対象領域の位置と、拡大対象領域または縮小対象領域に対応する拡大画像領域または縮小画像領域と、拡大画像領域または縮小画像領域の拡大倍率（または縮小倍率）とを対応付けた情報としてもよい。
【００６０】
この領域設定データ４３は、後述するガルバノスキャナ８２の回動動作を設定するときに使われるデータとなっている。制御装置４は、領域設定データ４３に基づいて、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定することで、回動動作情報４４を生成する。
【００６１】
回動動作情報４４は、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定したときに得られる情報である。回動動作情報４４は、画像２８上における投影光Ｌの像の長手方向の位置に設定された拡大画像領域及び縮小画像領域の画像２８の拡大倍率に応じて、ガルバノスキャナ８２の回動動作を制御するための情報となっている。回動動作情報４４は、投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像の位置を撮像面２０ａ上で変化させた量に関する情報を含んでいる。投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像の位置を撮像面２０ａ上で変化させた量とは、具体的に、投影光Ｌの像の長手方向における移動量である。詳細は後述するが、回動動作情報４４としては、例えば、図１７から図１９に示す情報、図２１から図２３に示す情報がある。動作制御部４０は、回動動作情報４４を取得する。動作制御部４０は、回動動作情報４４に基づいて、ガルバノスキャナ８２の回動動作を制御する。また、回動動作情報４４は、測定部３９において点群の点群データを生成するときに用いられる。
【００６２】
条件テーブル４６は、制御部３０で設定された測定条件、及び予め入力された各種条件を記憶する。測定条件は、測定範囲設定部３６により設定される測定範囲、調光制御部３８により調光制御するための調光条件、画像領域設定部３４により設定される画像領域がある。また、測定条件は、動作制御部４０により制御されるプローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の各種動作に関する動作条件を含む。形状測定プログラム４８は、条件テーブル４６に含まれる測定条件等に基づいて、制御装置４の各部の処理を実行させるプログラムを記憶している。つまり、制御装置４は、形状測定プログラム４８に記憶されているプログラムを実行することで、上述した各部の動作を順次再現することで、測定範囲を逐次移しながら、測定対象物Ｍに投影された投影光Ｌの像を撮像するように制御する。形状測定プログラム４８は、形状測定装置１で実行されるプログラムであって、形状測定装置１は、形状測定プログラム４８を実行することで、測定対象物Ｍの形状を測定する。なお、形状測定プログラム４８は、予め記憶部３１に記憶させてもよいがこれに限定されない。形状測定プログラム４８が記憶された記憶媒体から読み取って記憶部３１に記憶してもよいし、通信により外部から取得してもよい。緒元データ４９は、測定対象物Ｍの設計データ、ＣＡＤデータ、形状を規定できる条件データ等を記憶している。
【００６３】
制御装置４は、光学プローブ３と測定対象物Ｍの相対位置が所定の位置関係となるように、プローブ移動装置２の駆動部１０及び保持回転装置７の回転駆動部７２を制御する。また、制御装置４は、光学プローブ３の位置情報をプローブ移動装置２の位置検出部１１から取得すると共に、測定対象物Ｍの位置情報を保持回転装置７の位置検出部７３から取得することで、測定対象物Ｍと光学プローブ３との相対位置の情報を取得する。また、制御装置４は、測定画像領域２７を含む画像２８の画像データを光学プローブ３から取得する。そして、制御装置４は、相対位置に応じた画像データの画像２８上における投影光Ｌの像の位置と、光学プローブ３の位置及び投影光Ｌの投影方向と、撮像装置９の位置及び撮影方向とに基づいて、撮影した画像２８の投影光Ｌの像上における各画素の位置（座標値）を算出する。制御装置４は、算出した画像２８の投影光Ｌの像上における各画素の位置に基づいて、投影光Ｌの像の長手方向に沿う点群の点群データを生成する。また、制御装置４は、投影光Ｌが移動する方向に沿って、点群の点群データを複数生成する。制御装置４は、投影光Ｌの像の長手方向の点群と、投影光Ｌが移動する方向との点群とに基づいて、測定対象物Ｍの三次元的な形状に関する形状情報を演算して取得する。
【００６４】
表示部３３は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等のディスプレイによって構成される。表示部３３は、制御部３０の制御結果及び操作者からの入力内容などを表示したり、形状測定装置１の測定に関する測定情報を表示したりする。測定情報は、例えば、測定対象物Ｍに設定された測定範囲、撮像素子２０で撮影された画像２８、画像２８上に設定された測定画像領域２７の位置を示す情報、画像２８上に設定された調光領域の位置を示す情報等を表示することができる。測定画像領域２７の位置情報は、撮像素子２０で撮影された画像２８上に重畳して表示する。また、測定情報としては、他にも測定に関する設定を示す設定情報、測定の経過を示す経過情報、測定の結果を示す形状情報等を含む。第１実施形態の表示部３３は、測定情報に関する画像の画像データが制御部３０から供給され、この画像データに従って測定情報に関する画像を表示する。
【００６５】
入力部３２は、操作者からの情報が入力可能な装置であり、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチバッド等の各種入力デバイスによって構成される。入力部３２は、制御装置４への各種情報の入力を受けつける。各種情報は、例えば、形状測定装置１に測定を開始させる指令（コマンド）を示す指令情報、形状測定装置１による測定に関する設定情報、形状測定装置１の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。また、操作者は、入力部３２を操作して、例えば、拡大画像領域７５等の画像領域に関する設定を行っている。なお、表示部３３及び入力部３２としては、表示部３３と入力部３２とが一体となるタッチパネルであってもよい。
【００６６】
次に、図４、図８から図１１を参照して、撮像装置９について詳細に説明する。図８は、第１実施形態の形状測定装置の結像光学系を示す模式図である。図９は、第１実施形態の形状測定装置の測定対象物を示す斜視図である。図１０は、第１実施形態の形状測定装置の計測動作を示す説明図である。図１１は、撮像素子の撮像領域の一例を示す図である。
【００６７】
以下では、図９に示すように、一例として、形状測定装置１が円周方向に繰り返し形状が形成された測定対象物Ｍａの形状を測定する場合として説明する。形状測定装置１は、投影光Ｌを測定対象物Ｍａの繰り返し形状の１つの単位である歯に投影し、測定対象物Ｍａ上に投影された投影光Ｌの像を含む画像を取得することで、測定対象物Ｍａの形状を測定する。第１実施形態の形状測定装置１は、歯筋の方向に沿って、投影光Ｌ（光学プローブ３）を移動させつつ、測定対象物Ｍａ上に投影された投影光Ｌの像を含む画像２８を取得することで、１つの歯の形状を測定することができる。形状測定装置１は、測定対象物Ｍａの歯の形状を順番に測定することで、測定対象物Ｍａの形状を測定することができる。測定対象物Ｍａは、一例として、設計上は略同一形状となる歯が円周方向に所定の間隔で形成された、かさ歯車である。本実施形態の形状測定装置１は、測定対象物Ｍａをかさ歯車としたが、種々の形状の物体を測定対象物として形状を測定することができる。つまり、測定対象物Ｍは、歯車に限られず、凹凸が所定の間隔で形成されたいずれの物体であってもよく、例えば、タービンブレードであってもよい。また、測定対象物Ｍは、凹凸が所定の間隔で形成された物体に限られず、形状を測定する対象となるいずれの物体であってもよい。もちろん、測定対象物Ｍを歯車とした場合、歯車の種類は特に限定されない。測定対象物Ｍａは、かさ歯車以外に、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、ウォームギア、ピニオン、ハイポイドギアなどであってもよい。なお、形状測定装置１は、測定対象物Ｍａの１つの歯の形状の測定や、測定対象物Ｍの全体の形状を測定することに限定されず、測定対象物Ｍの任意の１点の形状を測定することもできる。
【００６８】
第１実施形態の撮像装置９は、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた画像である歪画像の画像データを生成している。具体的に、撮像装置９は、画像２８の少なくとも一部の画像領域を、投影光Ｌの像の長手方向に拡大または縮小している。画像の一部の画像領域を拡大または縮小するために、図４及び図８に示すように、撮像装置９の結像光学系２１は、対物レンズ８１と、ガルバノスキャナ８２と、結像レンズ８３とを含む。以降の段落で詳述するが、測定対象物Ｍの像に与えられた歪みとは、拡大及び縮小の少なくともどちらか一方であり、歪みが与えられた歪画像とは、測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が拡大された画像、測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が拡大及び縮小された画像、又は測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が縮小された画像である。
【００６９】
ここで、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する処理としては、撮像面２０ａ上に結像された測定対象物Ｍの像に歪みを与えて歪画像の画像データを生成する場合と、画像２８に含まれる測定対象物Ｍの像（画像）に歪みが与えられるように歪画像の画像データを生成する場合とがある。つまり、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた歪画像における、測定対象物Ｍの像とは、撮像面２０ａ上に結像された測定対象物Ｍの像と、歪画像に含まれる測定対象物Ｍの像（画像）とを含む。
【００７０】
第１実施形態の撮像装置９では、画像２８に含まれる測定対象物Ｍの像（画像）に歪みが与えられるように歪画像の画像データを生成している。具体的に、第１実施形態の撮像装置９では、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する場合、撮像面２０ａ上に結像された測定対象物Ｍの像に歪みを与えずに、撮像面２０ａ上において測定対象物Ｍの像を移動させることで、撮像時に測定対象物Ｍの像（画像）に歪みを与えている。
【００７１】
結像光学系２１は、図８に示すように、対物レンズ８１から結像レンズ８３に至る光路を、ガルバノスキャナ８２において、９０°折り曲げている。つまり、結像光学系２１は、測定対象物Ｍから対物レンズ８１までの撮影方向と、結像レンズ８３から撮像素子２０までの撮影方向とが直交するように、ガルバノスキャナ８２が配置されている。なお、図４では、説明を容易にするために、測定対象物Ｍから対物レンズ８１までの撮影方向における光路と、結像レンズ８３から撮像素子２０までの撮影方向における光路とを斜めに交差するように図示している。しかしながら、実際には、図８における結像レンズ８３から撮像素子２０までの撮影方向における光路は、図４の奥行き方向（Ｘ軸方向）となっている。つまり、図４において、投影光Ｌの投影方向がＺ軸方向となる場合、ガルバノスキャナ８２、結像レンズ８３及び撮像素子２０は、Ｘ軸方向に並べて配置されている。
【００７２】
対物レンズ８１は、測定対象物Ｍ側に設けられるレンズであり、ライン状の投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍからの光が入射する。測定対象物Ｍからの光とは、測定対象物Ｍの表面において散乱する光である。対物レンズ８１は、入射した光を平行光とし、平行光となった光を結像レンズ８３へ向けて出射する。対物レンズ８１は、単体のレンズで構成されていてもよいし、複数のレンズで構成されていてもよく、特に限定されない。
【００７３】
結像レンズ８３は、撮像素子２０側に設けられるレンズであり、対物レンズ８１から出射された平行光が入射する。結像レンズ８３は、入射した平行光を集光する。結像レンズ８３は、撮像素子２０の撮像面２０ａに、ライン状の投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像を結像する。結像レンズ８３も、単体のレンズで構成されていてもよいし、複数のレンズで構成されていてもよく、特に限定されない。
【００７４】
ガルバノスキャナ８２は、対物レンズ８１と結像レンズ８３との間の光路に設けられ、ミラーの反射面の向きを変化させることで、撮像素子２０の撮像面２０ａに結像される投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像の撮像面２０ａにおける位置を変化させる。つまり、ガルバノスキャナ８２は、撮像面２０ａに対して、測定対象物Ｍの像に含まれる投影光Ｌの像を長手方向に沿って移動させている。ガルバノスキャナ８２は、撮像面２０ａに対して、投影光Ｌの像を長手方向に沿って移動させることにより、測定視野領域２６が移動する。ガルバノスキャナ８２は、回動軸８５と、ガルバノミラー８６と、回動駆動部８７とを有している。
【００７５】
回動軸８５は、その軸方向が、図３及び図４に示すような、投影光Ｌの投影方向及び撮像装置９の撮影方向を含む面が、回転軸線５３ａの軸方向に直交する面となる場合、回転軸線５３ａの軸方向に直交する方向となっている。つまり、回動軸８５の軸方向は、投影光Ｌの投影方向及び撮像装置９の撮影方向を含む面上の方向となっている。
【００７６】
ガルバノミラー８６は、回動軸８５の軸方向を含む平面と平行な面となる反射面８６ａを含み、回動軸８５を中心に反射角度が可変される。ガルバノミラー８６は、回動停止状態、つまり、初期位置の状態である場合、図１１に示すように、測定視野領域２６は、撮像素子２０の撮像領域２５の中央に位置する測定視野領域２６ａとなっている。このとき、画像２８の測定画像領域２７に設定されるセンサ原点Ｉｂは、センサ原点Ｉｂａに位置している。
【００７７】
ガルバノミラー８６は、回動軸８５を中心に、第１回動方向（矢印９１）に回動する。すると、図１１に示すように、撮像素子２０の撮像領域２５上において、測定視野領域２６は、測定視野領域２６ａに対して図１１の左側に移動した測定視野領域２６ｂとなる。つまり、ガルバノミラー８６が第１回動方向に回動することで、図１１の左側に、投影光Ｌの像（測定対象物Ｍの像）が移動する。この投影光Ｌの像の移動により、画像２８の測定画像領域２７に設定されるセンサ原点Ｉｂは、投影光Ｌの像を移動させた分（後述する移動量Δｄ）だけずれた位置となるセンサ原点Ｉｂｂとなる。
【００７８】
また、ガルバノミラー８６は、回動軸８５を中心に、第２回動方向（矢印９２）に回動する。すると、図１１に示すように、撮像素子２０の撮像領域２５上において、測定視野領域２６は、測定視野領域２６ａに対して図１１の右側に移動した測定視野領域２６ｃとなる。つまり、ガルバノミラー８６が第２回動方向に回動することで、図１１の右側に、投影光Ｌの像（測定対象物Ｍの像）が移動する。この投影光Ｌの像の移動により、画像２８の測定画像領域２７に設定されるセンサ原点Ｉｂは、投影光Ｌの像を移動させた分（後述する移動量Δｄ）だけずれた位置となるセンサ原点Ｉｂｃとなる。
【００７９】
回動駆動部８７は、回動軸８５を中心に、ガルバノミラー８６を矢印９１及び矢印９２の回動方向に駆動させる。回動駆動部８７は、制御装置４に接続されており、制御装置４の動作制御部４０によって制御される。
【００８０】
ここで、撮像素子２０は、例えば、ローリングシャッター方式のＣＭＯＳイメージセンサが用いられている。撮像素子２０は、複数の画素を有しており、複数の画素は、行方向及び列方向に並べてマトリクス状に配置されている。撮像素子２０は、各行の行方向の一方側から他方側に向かうスキャン方向に沿って、各画素において順に露光すると共に、列方向の一方側の行から他方側の行に向かって順に露光している。この撮像素子２０のスキャン方向は、撮像面２０ａ上におけるライン状の投影光Ｌの像の長手方向に沿った方向（すなわち、撮像素子２０のスキャン方向と撮像面２０ａ上におけるライン状の投影光Ｌの像の長手方向は平行）となっており、図１１では、左側から右側に向かう方向（矢印９３）となっている。なお、撮像面２０ａ上において、撮像素子２０のスキャン方向と投影光Ｌの像の長手方向とは平行でなくてもよい。例えば、投影光Ｌの像の長手方向と撮像素子２０のスキャン方向とが直交していなければよく、交差していればよい。
【００８１】
このガルバノミラー８６は、第１回動方向９１に回動することで、撮像素子２０の撮像面２０ａに結像される投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像を、撮像素子２０のスキャン方向９３の逆方向に移動させている。撮像素子２０における各画素の露光と、ガルバノミラー８６による測定対象物Ｍの像の移動とを合わせることで、撮像素子２０により取得される測定対象物Ｍの像の画像２８は、投影光Ｌの像の長手方向に縮小された歪んだ画像２８となる。このとき、第１回動方向９１における回転速度が速いほど縮小される割合が大きなものとなる。このように、ガルバノミラー８６を第１回動方向９１へ回動させつつ撮像素子２０で測定対象物Ｍの像を撮像すると、生成された画像２８上の測定対象物Ｍの像に歪みが与えられる（画像２８上の測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が縮小される）。したがって、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた画像２８（すなわち、歪画像）の画像データが得られる。
【００８２】
一方で、ガルバノミラー８６は、第２回動方向９２に回動することで、撮像素子２０の撮像面２０ａに結像される投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像を、撮像素子２０のスキャン方向９３と同方向に移動させている。撮像素子２０における各画素の露光と、ガルバノミラー８６による測定対象物Ｍの像の移動とを合わせることで、撮像素子２０により取得される測定対象物Ｍの像の画像２８は、投影光Ｌの像の長手方向に拡大された歪んだ画像２８となる。このとき、第２回動方向９２における回転速度が速いほど拡大される割合が大きなものとなる。このように、ガルバノミラー８６を第２回動方向９２へ回動させつつ撮像素子２０で測定対象物Ｍの像を撮像すると、生成された画像２８上の測定対象物Ｍの像に歪みが与えられる（画像２８上の測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が拡大される）。したがって、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた画像２８（すなわち、歪画像）の画像データが得られる。なお、撮像素子２０により撮像した歪んだ画像２８は、結像光学系２１に含まれる光学素子による屈折や反射等に起因して発生する収差、特に像が歪む歪曲収差によって、測定対象物Ｍの像が歪んだような画像となっている。また、歪曲収差に限定されず、その他の収差によって、測定対象物Ｍの像が歪んだような画像となっていてもよい。
【００８３】
ガルバノミラー８６を回動させることで得られた歪画像の画像データは、画像２８上の測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が拡大された画像の画像データとなる。また、歪画像の画像データは、画像２８の各画素における輝度値と、各画素におけるｉｊ直交座標系（２次元座標系）の座標値とを含むデータとなる。
【００８４】
なお、ガルバノミラー８６は、回動停止状態においては、撮像素子２０の撮像面２０ａに結像される投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像が移動しない。この場合、撮像素子２０により取得される測定対象物Ｍの画像２８は、投影光Ｌの長手方向に縮小または拡大されずに、歪みのない画像２８となる。
【００８５】
ガルバノスキャナ８２は、測定対象物Ｍの像を投影光Ｌの像の長手方向に移動させる移動量に基づいて、ガルバノミラー８６の回動動作が設定される。また、移動量は、画像領域設定部３４により設定された拡大画像領域及び縮小画像領域に対応する画像２８の拡大倍率に基づいて設定される。このため、制御装置４は、画像２８の拡大倍率に基づいて、投影光Ｌの像の長手方向に移動させる移動量を導出し、この移動量からガルバノミラー８６の回動動作を設定する。制御装置４の動作制御部４０は、ガルバノスキャナ８２を動作させる場合、一例として、後述するティーチングモードにおいて予め設定されたガルバノミラー８６の回動動作に基づいて制御する。動作制御部４０は、回動駆動部８７を制御して、設定された回動動作に基づき、ガルバノミラー８６を回動させる。ガルバノミラー８６の回動動作としては、回動方向９１，９２における回転速度及び回転加速度等である。ガルバノミラー８６の回動動作については、下記するティーチングモードにおいて取得される。
【００８６】
また、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０のスキャン方向への露光に対して、所定の回動動作となるようにガルバノミラー８６を回動させている。つまり、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０の各行におけるスキャン方向の露光速度に対して、拡大画像領域及び縮小画像領域の画像の拡大倍率が設定された拡大倍率となるように、投影光Ｌの像の長手方向における移動速度を制御している。ここで、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０のスキャンの開始（最初の画素の露光）に合わせて、ガルバノミラー８６の駆動を開始している。撮像素子２０の露光動作と、ガルバノスキャナ８２の回動動作とは、独立した動作となっている。撮像素子２０のスキャン方向における露光速度は一定となっており、ガルバノスキャナ８２は、露光速度が一定となる撮像素子２０に対して、投影光Ｌの像の長手方向における移動速度を可変させている。このとき、ガルバノスキャナ８２は、ガルバノミラー８６を連続的に回動させてもよい。また、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０の各画素の露光時において、ガルバノミラー８６の回動を停止させつつ、撮像素子２０の各画素の露光後において、ガルバノミラー８６の回動させることで、ガルバノミラー８６を間欠的に回動させてもよい。なお、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０のスキャンに同期させて、ガルバノミラー８６を回動させてもよい。つまり、ガルバノスキャナ８２の回動動作は、撮像素子２０の露光動作に協調させてもよく、例えば、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０に対して、投影光Ｌの像の長手方向における移動速度を可変させ、撮像素子２０は、投影光Ｌの像の長手方向における移動速度に応じて、スキャン方向における露光速度を可変させてもよい。
【００８７】
上記の撮像装置９は、撮像素子２０で受光した受光信号に基づき画像処理を行うことで、画像２８の画像データを生成する。このとき、上記のように、画像２８の一部の画像領域を、投影光Ｌの長手方向に拡大または縮小している場合、撮像素子２０は、歪んだ歪画像の画像データを生成する。そして、撮像素子２０は、生成した歪画像の画像データを、制御装置４の測定部３９に出力する。
【００８８】
測定部３９は、歪画像の画像データを取得すると、歪画像の画像データから、点群の密度が異なる点群データを生成する。つまり、測定部３９は、測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データと、与えられた歪みの量とに基づいて、点群の密度が異なる点群データを生成している。ここで、上記したように、歪みは、拡大及び縮小の少なくともどちらか一方であることから、歪みの量は、拡大倍率（拡大される所定の倍率）及び縮小倍率（縮小される所定の倍率）の少なくともどちらか一方となっている。そして、第１実施形態では、ガルバノスキャナ８２を回動動作させることで、所定の拡大倍率または所定の縮小倍率とし、測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成している。このため、第１実施形態では、拡大倍率及び縮小倍率に基づいて、点群の密度が異なる点群データを生成する場合、具体的には、拡大倍率及び縮小倍率に基づいて算出されるガルバノスキャナ８２の回動動作に関する情報である回動動作情報４４に基づいて、点群の密度が異なる点群データを生成している。つまり、測定部３９は、回動動作情報４４を用いて点群データを補正する。測定部３９は、画像２８上の測定対象物Ｍの像に対して歪んだ歪みの量を考慮して、点群の三次元の座標値を補正する。この歪みの量は、所定の拡大倍率及び所定の縮小倍率であり、第１実施形態では、所定の拡大倍率及び所定の縮小倍率に基づいて、ガルバノスキャナ８２の回動動作が設定されることで、投影光Ｌの像の長手方向における移動量が設定される。この移動量に関する情報は、記憶部３１に記憶された回動動作情報４４に含まれている。
【００８９】
次に、図１０を参照して、投影光Ｌが投影される測定対象物Ｍ（図１０の（ａ））と、撮像装置９により撮像された歪画像（図１０の（ｂ））と、測定部３９により歪画像の画像データから生成される点群（図１０の（ｃ））と、測定部３９により歪画像の画像データから生成される補正された点群（図１０の（ｄ））とについて説明する。なお、図１０では、説明を簡単にすべく、測定対象物Ｍ、及び歪画像を、格子状にモデル化している。また、図１０では、点群について、測定対象物Ｍ及び歪画像との比較を容易にすべく、モデル化された格子及び投影光Ｌを図示している。さらに、図１０の歪画像における左側から右側に向かう方向は、撮像素子２０のスキャン方向９３としている。
【００９０】
図１０の（ａ）に示す図は、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍである。撮像装置９は、ガルバノスキャナ８２を作動させて図１０の（ａ）に示す測定対象物Ｍを撮像する。すると、形状測定装置１は、例えば、図１０の（ｂ）に示すような歪画像を取得する。この歪画像は、投影光Ｌの像の長手方向の中央部における画像領域を拡大させた画像２８となっている。つまり、撮像装置９は、ガルバノミラー８６を第２回動方向９２に回動させることで、投影光Ｌの像の長手方向の中央部において画像領域を拡大させた拡大画像領域としている。
【００９１】
また、歪画像は、投影光Ｌの像の長手方向の両外側における画像領域、すなわち、拡大画像領域を挟んで投影光Ｌの像の長手方向の両側にある画像領域を、拡大画像領域に比して縮小した画像領域としている。この場合、一例として、撮像装置９は、歪画像の長手方向の外側において、ガルバノミラー８６を、拡大画像領域における第２回動方向９２の回転速度よりも遅い回転速度で回動させる。また、一例として、撮像装置９は、歪画像の長手方向の外側において、ガルバノミラー８６を回動停止状態する。さらに、一例として、撮像装置９は、歪画像の長手方向の外側において、ガルバノミラー８６を第１回動方向９１に回動させる。これにより、撮像装置９は、投影光Ｌの像の長手方向の両外側において画像領域を縮小させた縮小画像領域としている。このように、撮像装置９により撮像された図１０の（ｂ）に示す歪画像は、投影光Ｌの像の長手方向における中央部が拡大画像領域となり、投影光Ｌの像の長手方向における外側が拡大画像領域に比して縮小された縮小画像領域となる。
【００９２】
ここで、図１０の（ｂ）に示す歪画像において、撮像素子２０は、複数の画素が行方向及び列方向において等間隔となっている。つまり、撮像素子２０上の複数の画素の位置は、投影光Ｌの像の長手方向において等間隔となっている。このため、歪画像の画像データに基づいて生成される点群データの点群は、図１０の（ｃ）に示す複数の黒点のように、投影光Ｌの像の長手方向において均等な間隔となる。
【００９３】
図１０の（ｄ）に示す図は、回動動作情報４４を用いて生成された点群データの点群である。生成された点群は、歪画像の画像データに基づいて生成される点群データの点群に対して、歪画像の歪みの量を考慮して補正された点群である。具体的に、歪画像において、拡大画像領域は、歪みの量を考慮して点群を生成することで、生成される点群の間隔が、投影光Ｌの像の長手方向において短くなる。つまり、歪画像の拡大画像領域に対応する、生成された点群の密度は高くなる。一方で、歪画像において、縮小画像領域は、歪みの量を考慮して点群を生成することで、補正された点群の間隔が、投影光Ｌの像の長手方向において、拡大画像領域に比して長くなる。つまり、歪画像の縮小画像領域に対応する、生成された点群の密度は低くなる。このように、生成された点群は、投影光Ｌの像の長手方向において不均等な間隔となる。つまり、図１０の（ｄ）に示す補正された点群は、歪画像の拡大画像領域に対応する点群が密となり、歪画像の縮小画像領域に対応する点群が疎となる。このため、生成された点群は、投影光Ｌの像の長手方向において、密度が異なるものとなる。換言すれば、点群を密にしたい場合、撮像素子２０により撮像される画像において、対応する画像領域を拡大画像領域となるように、画像領域設定部３４により設定する。図１０の（ｄ）に示す図においては、投影光Ｌの像の長手方向における中央の拡大画像領域に対応する点群の間隔が短くなることから、拡大画像領域の点群は他の領域と比べて密となる。また、投影光Ｌの像の長手方向における両外側の縮小画像領域に対応する点群の間隔が長くなることから、縮小画像領域の点群は他の領域と比べて疎となる。なお、点群を疎にしたい場合、撮像素子２０により撮像される画像２８において、対応する画像領域を縮小画像領域となるように、画像領域設定部３４により縮小対象領域を設定してもよい。
【００９４】
形状測定装置１は、補正された点群に基づいて、測定部３９により外形形状を測定する。このとき、点群が密となれば、外形形状を緻密に計測できるため、点群が密となる部位の測定対象物Ｍを、精度よく計測することができる。つまり、図１０においては、投影光Ｌの像の長手方向における中央部の測定対象物Ｍを、精度よく計測することができる。
【００９５】
なお、図１０の（ｄ）に示す補正された点群は一例である。点群の疎密の変化、つまり、拡大画像領域の位置は、任意に設定できる。例えば、拡大画像領域は、形状測定装置１の入力部３２を介して、ティーチングモードにおいて操作者により予め設定される。また、例えば、縮小画像領域は、拡大画像領域が設定されることで、拡大画像領域以外の画像領域に設定される。
【００９６】
次に、図１２から図２３を参照して、画像２８に対して拡大画像領域を設定し、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定する、ティーチングモードについて説明する。
【００９７】
形状測定装置１は、測定対象物Ｍの形状を測定するにあたり、測定対象物Ｍの形状を測定するための測定条件を設定している。図１２は、第１実施形態の形状測定装置のティーチングモードにおける処理を示すフローチャートである。形状測定装置１は、ティーチングモードの処理で、測定対象物Ｍの測定条件を設定する。ティーチングとは、測定対象物Ｍの三次元形状を正確に測定するために、形状測定装置１の測定条件を調整及び決定する作業を指す。すなわち、ティーチングとは、形状測定装置１の測定条件を設定する作業である。図１２を参照して、ティーチングモードに関する処理について説明する。
【００９８】
先ず、撮像装置９は、一例として、以下の仕様となっている。なお、撮像装置９の仕様は、説明を簡単にするための一例の仕様であり、特に限定されない。測定面２１ａの領域（測定面領域とも言い換えられる）の大きさは、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の領域となっている。測定面２１ａ上の投影光Ｌの長手方向の長さは、２０ｍｍとなっている。撮像装置９の撮像倍率は、０．１倍となっている。つまり、測定面２１ａの領域の大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍである場合、撮像素子２０の撮像面２０ａ上における測定視野領域２６の大きさは、２ｍｍ×２ｍｍとなり、測定視野領域２６内の投影光Ｌの像の長手方向の長さは、２ｍｍとなる。対物レンズ８１の測定面２１ａまでの焦点距離は、１００ｍｍとなっている。結像レンズ８３の撮像面２０ａまでの焦点距離は、１０ｍｍとなっている。撮像素子２０の撮像領域２５の大きさは、１０ｍｍ×１０ｍｍとなっている。撮像素子２０の画素数は、１０００画素×１０００画素の１００万画素となっている。このため、１画素の大きさは、１０μｍ×１０μｍとなっている。撮像素子２０は、上記したようにローリングシャッター方式となっており、１枚の画像２８を露光する露光時間は、１００ｍｓとなっている。
【００９９】
図１２に示すように、形状測定装置１の制御装置４は、入力部３２への操作者の操作を検出すると、ティーチングモードを選択する（ステップＳ１）。形状測定装置１は、ティーチングモードが選択されると、表示部３３に、測定条件を設定するための画面を表示する。制御装置４は、画面を視認する操作者の操作が入力部３２から入力されると、測定条件を設定する（ステップＳ３）。設定される測定条件としては、例えば、測定範囲、投影光Ｌが移動する方向における点群の間隔、投影光Ｌが移動する方向の速度、光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置、投影光Ｌの投影方向、撮像装置９の撮影方向、プローブ移動装置２の動作、保持回転装置７の動作、ガルバノスキャナ８２の回動動作等である。なお、ステップＳ３において設定される測定条件では、ガルバノスキャナ８２の回動動作について、ガルバノスキャナ８２の回動動作を停止させる条件となっている。制御装置４は、設定された測定条件を、条件テーブル４６として、記憶部３１に記憶する。
【０１００】
測定条件の設定後、制御装置４は、測定条件に基づいて、投光装置８から投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍを、撮像装置９により撮像し、画像２８を取得する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、ガルバノスキャナ８２の回動動作を停止させたときの画像２８を取得する。制御装置４の測定部３９は、撮像装置９により撮像した投影光Ｌを含む測定対象物Ｍの像の画像２８を取得すると、画像２８の画像データに基づいて、点群を生成する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、測定部３９は、取得した画像２８の投影光Ｌの像上における各画素の位置（座標値）を算出し、算出した画像２８の投影光Ｌの像上における各画素の位置に基づいて、投影光Ｌの像の長手方向に沿う点群データを生成する。
【０１０１】
制御装置４は、点群を生成すると、画像領域設定部３４により、拡大画像領域に対応する拡大対象領域を設定する（ステップＳ９）。拡大対象領域の設定は、例えば、図１３に示す画面６０を用いて設定してもよい。図１３は、拡大画像領域を設定する画面を示す図である。表示部３３は、図１３に示す拡大画像領域を設定するための画面６０を表示する。画面６０には、ティーチングモードにおいて生成された点群の点群データに基づく、測定対象物Ｍの一部の測定形状が表示されている。また、画面６０に表示される測定対象物Ｍの一部の測定形状は、測定範囲７４において測定された測定対象物Ｍの一部の測定形状となっている。拡大画像領域に対応する拡大対象領域７５とその拡大倍率（拡大画像領域の拡大倍率）は、画面６０に表示される測定対象物Ｍの測定範囲７４に対して、入力部３２からの入力に基づいて設定される。つまり、画面６０に表示される測定対象物Ｍの一部の測定形状は、点群によって生成される形状となっていることから、拡大対象領域７５は、点群に対して設定される。また、画面６０では、設定された拡大対象領域７５の点群に対して拡大倍率が設定される。制御装置４は、図１３の画面６０上において、拡大対象領域７５が設定されることで、領域設定データ４３を生成する。つまり、制御装置４は、点群に設定された拡大対象領域７５の位置と、拡大対象領域７５に対応する拡大画像領域と、拡大画像領域の拡大倍率とが対応付けられた、拡大対象領域７５の位置の情報を生成する。また、制御装置４は、拡大対象領域７５の位置の情報と、光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置の情報とを対応付けて、領域設定データ４３を生成する。
【０１０２】
なお、画像領域設定部３４は、図１３の画面６０において、拡大対象領域７５のみが設定されるようにしてもよい。この場合、設定された拡大対象領域７５において設定可能な最大となる拡大倍率を自動で設定してもよい。また、画像領域設定部３４は、図１３の画面６０において、拡大倍率のみが設定されるようにしてもよい。この場合、設定された拡大倍率において設定可能な最大となる拡大対象領域７５を自動で設定してもよい。
【０１０３】
図１３の画面６０上において拡大対象領域７５が設定されると、画像領域設定部３４は、点群に設定された拡大対象領域７５の位置に基づいて、図１４に示すように、撮像素子２０により撮像される画像２８の、投影光Ｌの像を含む測定画像領域２７に対して、拡大対象領域７５を設定する。ここで、図１４は、画像上における拡大画像領域の設定に関する図である。制御装置４は、図１３で点群に設定された拡大対象領域７５を、図１４の画像２８において対応する画像領域に設定する。なお、制御装置４は、図１４の画像２８上において、拡大対象領域７５が設定されることで、画像２８に設定された拡大対象領域７５の位置と、拡大対象領域７５に対応する拡大画像領域と、拡大画像領域の拡大倍率とが対応付けられた画像領域の領域設定データ４３を生成してもよい。
【０１０４】
このように、制御装置４は、ステップＳ９において、表示部３３の点群を視認する操作者の入力部３２を介した操作により、点群に対して拡大したい領域（点群を密にしたい領域）と拡大倍率を設定する。すると、制御装置４は、撮像素子２０により撮像される画像２８に対して、投影光Ｌの像の長手方向における拡大対象領域７５の位置を設定する。また、制御装置４は、拡大対象領域７５を設定すると、画像２８における拡大対象領域７５以外の領域を縮小対象領域として設定する。そして、制御装置４は、画像において設定された拡大対象領域７５及び縮小対象領域の位置を、画像領域の領域設定データ４３として、記憶部３１に記憶する。なお、画面６０に表示された測定対象物Ｍの点群に対して、拡大対象領域７５とその拡大倍率を設定しなくてもよく、ステップＳ７で点群データを生成するために取得した画像２８を使用して拡大対象領域７５とその拡大倍率を設定してもよい。この場合、例えば、ステップＳ７で取得した画像２８を画面６０に表示し、その画像２８に対して、拡大対象領域７５とその拡大倍率を入力部３２を介して設定してもよい。
【０１０５】
続いて、制御装置４は、設定された拡大画像領域及び縮小画像領域に基づいて、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、制御装置４は、ステップＳ９において設定された領域設定データ４３に基づいて、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定している。つまり、制御装置４は、投影光Ｌの像の長手方向における拡大対象領域７５の位置に対して、拡大対象領域７５に対応付けられる拡大画像領域の拡大倍率に基づいて、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定している。また、制御装置４は、ガルバノスキャナ８２の回動動作を設定すると、設定したガルバノスキャナ８２の回動動作に関する情報を、回動動作情報４４として生成し、記憶部３１に記憶する。
【０１０６】
図１５から図１９を参照し、ステップＳ１１におけるガルバノスキャナ８２の回動動作の設定について説明する。ここで、図１５は、画像上において拡大画像領域が設定された投影光の像に関する一例の説明図である。図１６は、投影光の像の各位置に関する一例の説明図である。図１７は、投影光の像の各位置における座標を示す一例の図である。図１８は、投影光の像の各位置におけるガルバノミラーの角度を示す一例の図である。図１９は、ガルバノスキャナの回動動作を示す一例の図である。
【０１０７】
図１５に示すように、例えば、投影光Ｌの像の長手方向における長さが２ｍｍであり、長手方向の中央の１ｍｍの範囲における画像領域を５倍に拡大した場合について説明する。図１５及び図１６では、説明を簡単にするために、投影光Ｌの像を、長手方向に長い長方形の領域として模式化している。また、図１５及び図１６では、模式化された投影光Ｌの像を、長手方向に４分割している。さらに、説明のため、投影光Ｌの像の長手方向は、画像２８のｊ方向と同じ方向となっている。
【０１０８】
図１５の（ａ）の図は、拡大対象領域７５が設定されて拡大される前の測定画像領域２７に含まれる投影光Ｌの像を示している。図１６の（ａ）の図において、投影光Ｌの像は、長手方向の左側端部の位置をａとし、位置ａに対して長手方向の右側の位置をｂとし、長手方向の中央の位置をｃとし、位置ｃに対して長手方向の右側の位置をｄとし、長手方向の右側端部の位置をｅとしている。投影光Ｌの像は、位置ａから位置ｂまでの領域と、位置ｂから位置ｃまでの領域と、位置ｃから位置ｄまでの領域と、位置ｄから位置ｅまでの領域に、４分割され、４つの領域は、長手方向において同じ長さとなっている。ここで、投影光Ｌの像の長手方向における長さが２ｍｍであることから、各領域の長手方向における長さは、０．５ｍｍとなっている。
【０１０９】
図１５の（ｂ）の図は、拡大対象領域７５が設定されて拡大された後の測定画像領域２７に含まれる投影光Ｌの像を示している。図１６の（ｂ）の図において、投影光Ｌの像は、長手方向の左側端部の位置をａ’とし、位置ａ’に対して長手方向の右側の位置をｂ’とし、長手方向の中央の位置をｃ’とし、位置ｃ’に対して長手方向の右側の位置をｄ’とし、長手方向の右側端部の位置をｅ’としている。投影光Ｌの像は、位置ａ’から位置ｂ’までの領域と、位置ｂ’から位置ｃ’までの領域と、位置ｃ’から位置ｄ’までの領域と、位置ｄ’から位置ｅ’までの領域に、４分割され、長手方向の中央の２つの領域は、５倍に拡大された拡大画像領域７８となっており、長手方向の両外側の２つの領域は、拡大されない１倍の領域となっている。ここで、投影光Ｌの像の長手方向における長さが２ｍｍであることから、中央の２つの領域は、長手方向における長さが、それぞれ２．５ｍｍとなっており、両外側の２つの領域は、長手方向における長さが、それぞれ０．５ｍｍとなっている。
【０１１０】
次に、上記の仕様における拡大画像領域７８の拡大倍率について説明する。撮像素子２０は、その大きさに限界があることから、拡大倍率についても上限が設定される。つまり、拡大倍率は、拡大された測定画像領域２７に含まれる投影光Ｌの像が、撮像素子２０で撮像される画像２８に収まるように、上限が設定される。上記した仕様では、撮像素子２０の大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍとなっていることから、拡大された投影光Ｌの像の長手方向における長さは１０ｍｍ以下に設定される。例えば、図１５に示すように、長手方向の中央の２つの領域を拡大画像領域７８とする場合、拡大された投影光Ｌの像の長手方向における長さを１０ｍｍ以下にするには、中央の２つの領域の拡大倍率は、９倍以下に設定される。なお、両外側の２つの領域を縮小する場合、中央の２つの領域の拡大倍率は、９倍以上にできるが、一方で、１０倍よりも小さく設定される。
【０１１１】
以上から、拡大対象領域７５が拡大される前の投影光Ｌの像における長手方向の長さをＬとする。撮像素子２０の長手方向における長さをＷとする。投影光Ｌの像の全体の領域に対して設定される拡大対象領域７５の割合を、ａ％とする。拡大倍率の上限をｂｍａｘとする。この場合、拡大画像領域７８の拡大倍率上限ｂｍａｘは、下記する（１）式で表される。
ｂｍａｘ＝Ｗ／（Ｌ×（ａ／１００））              ・・・（１）
【０１１２】
なお、両外側の２つの領域は、撮像素子２０で撮像される画像２８からはみ出してもよい。この場合、中央の２つの領域の拡大倍率は、１０倍以下に設定される。
【０１１３】
図１７は、投影光の像のｊ方向における各位置の座標を示す一例の図である。図１７の（ａ）を参照して、拡大対象領域７５が設定されて拡大される前の投影光Ｌの像において、長手方向における位置ａ、位置ｂ、位置ｃ、位置ｄ、位置ｅのｊ方向における座標について説明する。また、図１７の（ｂ）を参照して、拡大対象領域７５が設定されて拡大された後の投影光Ｌの像において、長手方向における位置ａ’、位置ｂ’、位置ｃ’、位置ｄ’、位置ｅ’のｊ方向における座標について説明する。なお、図１７において、位置ｃと位置ｃ’とを基準位置（０点）としている。拡大前の投影光Ｌの像は、ｊ方向における座標について、位置ｃを０とすると、位置ａが−１．０ｍｍとなり、位置ｂが−０．５ｍｍとなり、位置ｄが０．５ｍｍとなり、位置ｅが１．０ｍｍとなる。また、拡大後の投影光Ｌの像は、ｊ方向における座標について、位置ｃ’を０とすると、位置ａが−３．０ｍｍとなり、位置ｂが−２．５ｍｍとなり、位置ｄが２．５ｍｍとなり、位置ｅが３．０ｍｍとなる。
【０１１４】
拡大前の投影光Ｌの像において位置ａは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ａ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、−２．０ｍｍとなる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｂは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｂ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、−２．０ｍｍとなる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｃは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｃ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、０ｍｍ、すなわち同じ位置となる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｄは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｄ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、＋２．０ｍｍとなる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｅは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｅ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、＋２．０ｍｍとなる。
【０１１５】
ここで、図８に示すように、結像レンズ８３の焦点距離ｆとする。また、対物レンズ８１と結像レンズ８３とを結ぶ結像光学系２１の光軸をＡとする。また、ガルバノミラー８６の反射面８６ａと、ガルバノミラー８６と結像レンズ８３とを結ぶ光軸Ａとが為す角度を、ガルバノミラー角度θとする。この場合、移動量Δｄは、下記する（２）式により表される。なお、（２）式では、位置ｃを基準位置としたときのガルバノミラー角度θを４５°としている。
Δｄ＝ｆ×ｔａｎ（４５°−θ）                  ・・・（２）
【０１１６】
図１８は、投影光の像の各位置におけるガルバノミラーの角度を示す一例の図である。図１８に示すように、（２）式により、位置ａ’におけるガルバノミラー角度θは、約５６．３°となる。また、位置ｂ’におけるガルバノミラー角度θは、約５６．３°となる。また、位置ｃ’におけるガルバノミラー角度θは、４５°となる。また、位置ｄ’におけるガルバノミラー角度θは、約３３．７°となる。また、位置ｅ’におけるガルバノミラー角度θは、約３３．７°となる。
【０１１７】
ここで、ガルバノスキャナ８２は、撮像素子２０のスキャン方向９３への露光に対して、所定の回動動作となるようにガルバノミラー８６を回動させている。拡大後の投影光Ｌの像における、位置ａ’から位置ｅ’までの露光時間について説明する。
【０１１８】
１枚の画像２８の露光時間をｔ秒とする。撮像素子２０の画素数をＮ個とする。１画素の大きさにつき、ｊ方向における縦の長さをｈとし、ｊ方向における横の長さをｗとする。この場合、撮像素子２０上をｊ方向に進む露光速度ｖは、下記する（３）式で表される。
ｖ＝ｗ×Ｎ／ｔ                        ・・・（３）
【０１１９】
上記したように、１枚の画像２８を露光する露光時間ｔは、１００ｍｓ、つまり０．１ｓとなっている。撮像素子２０の画素数Ｎは、１００万画素となっている。１画素の横の長さｗは、１０μｍとなっている。このため、露光速度ｖは、１０５ｍｍ／ｓとなる。
【０１２０】
ここで、位置ａ’を、基準時間（０秒）とすると、位置ａ’から位置ｂ’までの距離が０．５ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｂ’までの経過時間は、０．５ｍｍ×ｖ−１となり、５×１０−６ｓ、つまり５μｓとなる。また、位置ａ’から位置ｃ’までの距離が３．０ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｃ’までの経過時間は、３０μｓとなる。また、位置ａ’から位置ｄ’までの距離が５．５ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｄ’までの経過時間は、５５μｓとなる。また、位置ａ’から位置ｅ’までの距離が６．０ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｅ’までの経過時間は、６０μｓとなる。
【０１２１】
以上から、ガルバノスキャナ８２の回動動作は、図１９に示す動作となる。図１９は、ガルバノスキャナの回動動作を示す一例の図である。図１９は、その横軸が経過時間となっており、その縦軸がガルバノミラー角度θとなっている。図１９に示すように、経過時間が０秒となる点が、位置ａ’における点となっており、位置ａ’のガルバノミラー角度θは、約５６．３°となっている。また、経過時間が５μｓとなる点が、位置ｂ’における点となっており、位置ｂ’のガルバノミラー角度θは、約５６．３°となっている。また、経過時間が３０μｓとなる点が、位置ｃ’における点となっており、位置ｃ’のガルバノミラー角度θは、４５°となっている。また、経過時間が５５μｓとなる点が、位置ｄ’における点となっており、位置ｄ’のガルバノミラー角度θは、約３３．７°となっている。また、経過時間が６０μｓとなる点が、位置ｅ’における点となっており、位置ｅ’のガルバノミラー角度θは、約３３．７°となっている。
【０１２２】
つまり、ガルバノスキャナ８２は、位置ａ’において、ガルバノミラー８６の反射面８６ａのガルバノミラー角度θを約５６．３°としている。また、ガルバノスキャナ８２は、５μｓ経過するまで、回動動作を停止し、ガルバノミラー角度θを約５６．３°に維持する。５μｓ経過後、ガルバノスキャナ８２は、３０μｓ経過するまで、ガルバノミラー角度θを約５６．３°から４５°となるように、ガルバノミラー８６を第２回動方向９２へ向けて回動させる。３０μｓ経過後、ガルバノスキャナ８２は、５５μｓ経過するまで、ガルバノミラー角度θを４５°から約３３．７°となるように、ガルバノミラー８６を第２回動方向９２へ向けて回動させる。５５μｓ経過後、ガルバノスキャナ８２は、６０μｓ経過するまで、回動動作を停止し、ガルバノミラー角度θを約３３．７°に維持する。
【０１２３】
なお、図１９に示すガルバノスキャナ８２の回動動作は、撮像素子２０のスキャン方向９３における１行分の画素列に対する動作である。撮像素子２０は、ローリングシャッター方式であるため、各行ごとに（各行ごとの露光に合わせて）、図１９に示す回動動作を実行することで、図１５の（ｂ）の図に示す歪画像を生成する。また、図１６から図１８では、簡単な説明のために、位置ａ〜ｅ、及び位置ａ’〜ｅ’を用いて説明したが、実際には、位置ａ〜ｅ、及び位置ａ’〜ｅ’は撮像素子２０の画素の位置となっている。
【０１２４】
また、図１９に示すガルバノスキャナ８２の回動動作は、図１６に示す拡大画像領域の設定を行った場合のガルバノスキャナ８２の回動動作であり、この動作に限定されない。例えば、図２０から図２３に示すガルバノスキャナ８２の回動動作としてもよい。図２０は、投影光の像の各位置に関する一例の説明図である。図２１は、投影光の像の各位置における座標を示す一例の図である。図２２は、投影光の像の各位置におけるガルバノミラーの角度を示す一例の図である。図２３は、ガルバノスキャナの回動動作を示す一例の図である。
【０１２５】
例えば、図２０の（ａ）に示すように、拡大対象領域７５が設定されて拡大される前の投影光Ｌの像は、図１５の（ａ）と同様に、４つの領域に分割され、投影光Ｌの像の長手方向における長さが２ｍｍとなっている。図２０の（ｂ）に示すように、拡大対象領域７５が設定されて拡大された後の投影光Ｌの像は、長手方向の中央の２つの領域が、１．５倍に拡大された領域となっており、長手方向の両外側の２つの領域が、０．５倍に縮小された領域となっている。この場合、図２１の（ａ）に示すように、拡大前の投影光Ｌの像は、ｊ方向における座標について、位置ｃを０とすると、位置ａが−１．０ｍｍとなり、位置ｂが−０．５ｍｍとなり、位置ｄが０．５ｍｍとなり、位置ｅが１．０ｍｍとなる。また、図２１の（ｂ）に示すように、拡大後の投影光Ｌの像は、ｊ方向における座標について、位置ｃ’を０とすると、位置ａが−１．０ｍｍとなり、位置ｂが−０．７５ｍｍとなり、位置ｄが０．７５ｍｍとなり、位置ｅが１．０ｍｍとなる。
【０１２６】
拡大前の投影光Ｌの像において位置ａは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ａ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、０ｍｍ、すなわち同じ位置となる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｂは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｂ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、−０．２５ｍｍとなる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｃは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｃ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、０ｍｍ、すなわち同じ位置となる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｄは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｄ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、＋０．２５ｍｍとなる。また、拡大前の投影光Ｌの像において位置ｅは、拡大後の投影光Ｌの像において位置ｅ’となることから、ｊ方向における移動量Δｄは、０ｍｍ、すなわち同じ位置となる。
【０１２７】
図２２に示すように、（２）式により、位置ａ’におけるガルバノミラー角度θは、４５°となる。また、位置ｂ’におけるガルバノミラー角度θは、約４６．４°となる。また、位置ｃ’におけるガルバノミラー角度θは、４５°となる。また、位置ｄ’におけるガルバノミラー角度θは、約４３．６°となる。また、位置ｅ’におけるガルバノミラー角度θは、４５°となる。
【０１２８】
ここで、位置ａ’を、基準時間（０秒）とすると、位置ａ’から位置ｂ’までの距離が０．２５ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｂ’までの経過時間は、２．５μｓとなる。また、位置ａ’から位置ｃ’までの距離が１．０ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｃ’までの経過時間は、１０μｓとなる。また、位置ａ’から位置ｄ’までの距離が１．７５ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｄ’までの経過時間は、１７．５μｓとなる。また、位置ａ’から位置ｅ’までの距離が２．０ｍｍであることから、位置ａ’から位置ｅ’までの経過時間は、２０μｓとなる。
【０１２９】
以上から、ガルバノスキャナ８２の回動動作は、図２３に示す動作となる。図２３は、その横軸が経過時間となっており、その縦軸がガルバノミラー角度θとなっている。図２３に示すように、経過時間が０秒となる点が、位置ａ’における点となっており、位置ａ’のガルバノミラー角度θは、４５°となっている。また、経過時間が２．５μｓとなる点が、位置ｂ’における点となっており、位置ｂ’のガルバノミラー角度θは、約４６．４°となっている。また、経過時間が１０μｓとなる点が、位置ｃ’における点となっており、位置ｃ’のガルバノミラー角度θは、４５°となっている。また、経過時間が１７．５μｓとなる点が、位置ｄ’における点となっており、位置ｄ’のガルバノミラー角度θは、約４３．６°となっている。また、経過時間が６０μｓとなる点が、位置ｅ’における点となっており、位置ｅ’のガルバノミラー角度θは、４５°となっている。
【０１３０】
つまり、ガルバノスキャナ８２は、位置ａ’において、ガルバノミラー８６の反射面８６ａのガルバノミラー角度θを４５°としている。また、ガルバノスキャナ８２は、２．５μｓ経過するまで、ガルバノミラー角度θを４５°から約４６．４°となるように、ガルバノミラー８６を第１回動方向９１へ向けて回動させる。２．５μｓ経過後、ガルバノスキャナ８２は、１０μｓ経過するまで、ガルバノミラー角度θを約４６．４°から４５°となるように、ガルバノミラー８６を第２回動方向９２へ向けて回動させる。１０μｓ経過後、ガルバノスキャナ８２は、１７．５μｓ経過するまで、ガルバノミラー角度θを４５°から約４３．６°となるように、ガルバノミラー８６を第２回動方向９２へ向けて回動させる。１７．５μｓ経過後、ガルバノスキャナ８２は、２０μｓ経過するまで、ガルバノミラー角度θを約４３．６°から４５°となるように、ガルバノミラー８６を第１回動方向９１へ向けて回動させる。
【０１３１】
図２３に示すガルバノスキャナ８２の回動動作は、ガルバノミラー角度θを、回動動作の始点と終点において同じ角度とすることができる。このため、撮像素子２０のスキャン方向９３に直交する方向において、複数行に亘ってガルバノスキャナ８２の回動動作を繰り返し行う場合、ガルバノスキャナ８２の回動動作は、連続して行うことができる。
【０１３２】
ステップＳ１１において、図１９及び図２３に示すようなガルバノミラー８６の回動動作が設定されると、制御装置４は、ガルバノミラー８６の回動動作に関する回動動作情報４４を取得する。回動動作情報としては、図１９及び図２３に示すグラフに関する情報、図１７及び図２１に示す各位置に対応する移動量Δｄに関する情報、ｊ方向における画素の位置とガルバノミラー角度θとを対応付けた図１８及び図２２に示す情報等である。制御装置４は、図１９及び図２３に示すガルバノミラー８６の回動動作に関する情報を、条件テーブル４６の測定条件として、記憶部３１に記憶する（ステップＳ１３）。つまり、ステップＳ１３で設定される測定条件は、点群に疎密をつけた測定条件となる。ステップＳ１３の実行後、制御装置４は、ティーチングモードに関する処理を終了する。
【０１３３】
なお、図１２では、ステップＳ９において、表示部３３に表示された図１３の画面６０を視認する操作者の操作に基づいて、制御装置４が、拡大対象領域７５を設定したが、測定対象物Ｍそのものを視認する操作者の操作により、拡大対象領域７５を設定してもよい。
【０１３４】
また、制御装置４は、緒元データ４９に含まれる測定対象物Ｍの設計データに基づいて、拡大対象領域７５を設定してもよい。つまり、測定対象物Ｍの設計データには、測定対象物Ｍの所定の領域に、拡大対象領域７５が対応付けられた情報が含まれている。画像領域設定部３４は、測定対象物Ｍの設計データを取得し、設計データに含まれる測定対象物Ｍの所定の領域と拡大対象領域７５が対応付けられた情報に基づいて、撮像素子２０により撮像される画像２８に、拡大画像領域７８に対応する拡大対象領域７５を設定してもよい。
【０１３５】
また、制御装置４は、緒元データ４９に含まれる測定対象物ＭのＣＡＤデータに基づいて、拡大対象領域７５を設定してもよい。つまり、測定対象物ＭのＣＡＤデータには、測定対象物Ｍの外形形状に関する情報が含まれている。画像領域設定部３４は、外形形状の変化量が予め設定されたしきい値よりも大きい場合、つまり、外形形状の変化が急となる場合、点群の密度が高くなるように、拡大画像領域７８に対応する拡大対象領域７５を設定する。なお、画像領域設定部３４は、外形形状の変化量が予め設定されたしきい値以下となる場合、つまり、外形形状の変化が緩やかな場合、点群の密度が低くなるように、縮小画像領域に対応する縮小対象領域を設定してもよい。
【０１３６】
さらに、図１２では、撮像素子２０により撮像される画像２８に、拡大対象領域７５を設定したが、画像２８の画像領域の全域に亘って同じ拡大倍率となる拡大画像領域７８となるように、拡大対象領域７５を設定してもよい。また、図１２におけるステップＳ５からステップＳ１３までの工程はティーチングの際に（ティーチングモードで）行わなくてもよく、測定対象物Ｍの実際の測定時（本測定時）に行ってもよい。
【０１３７】
次に、図２４を参照して、形状測定装置１により実行される測定対象物Ｍの形状測定方法に関する処理について説明する。図２４は、第１実施形態の形状測定装置の計測動作を示すフローチャートである。形状測定装置１の制御装置４は、形状測定プログラム４８を実行し、図１２のティーチングモードで設定した条件テーブル４６の測定条件に基づいて、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像を撮像装置９により撮像する。撮像装置９は、投影光Ｌを含む測定対象物Ｍの像を撮像して、歪画像の画像データを生成する。制御装置４は、撮像装置９で生成された歪画像の画像データを測定部３９において取得する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１では、撮像装置９の撮像により取得される画像が、ティーチングモードで設定した拡大画像領域７８が含まれる歪画像となるように、制御装置４は、ガルバノスキャナ８２を制御する。つまり、制御装置４は、図１９または図２３に示すような回動動作となるように、回動動作情報４４に基づいて、ガルバノスキャナ８２を制御する。そして、ステップＳ２１において、撮像素子２０は、取得した歪画像の画像データを、測定部３９へ出力する。
【０１３８】
続いて、測定部３９は、取得した歪画像の画像データに基づいて、歪画像に与えられた歪みの量を考慮して、点群の点群データを生成することにより、測定対象物Ｍの形状を測定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３では、具体的に、測定部３９は、歪画像の画像データから、ｉ方向の画素列における投影光Ｌの像のピーク検出位置を、１点取得する。ピーク検出位置とは、ｉ方向の画素列における重心位置である。ピーク検出位置は、ｉ方向の画素列における各画素の明るさの画素値を用いて算出される。また、測定部３９は、歪画像の画像データから、ｉ方向のピーク検出位置を、ｊ方向に亘って取得する。ピーク検出位置Ｐｉは、ｉｊ直交座標系となり、Ｐｉ＝（ｉｐ，ｊｐ）で表される。
【０１３９】
ここで、図１１に示すように、ガルバノミラー８６が初期位置の状態である場合、つまり、ガルバノミラー角度θが４５°となっており、撮像素子２０の撮像領域２５の中央に測定視野領域２６ａが位置する場合、センサ原点Ｉｂのｉｊ直交座標系における座標は、Ｉｂ＝（ｉｂ，ｊｂ）となっている。一方で、ガルバノミラー８６が初期位置から回動することによって、撮像素子２０の撮像領域２５に対して、測定視野領域２６がｊ方向に移動量Δｄ分だけ移動して、測定視野領域２６ｂまたは測定視野領域２６ｃとなる。この場合、センサ原点Ｉｂも、ｊ方向に移動量Δｄ分だけ移動する。このため、センサ原点Ｉｂのｉｊ直交座標系における座標は、下記する（４）式となる。
Ｉｂ＝（ｉｂ，ｊｂ−Δｄ）＝（ｉｂ，ｊｂ−ｆ×ｔａｎ（４５°−θ））
・・・（４）
【０１４０】
続いて、測定部３９は、ｉｊ直交座標系となるピーク検出位置Ｐｉを、（４）式に示すセンサ原点Ｉｂを用いて、ＸＹＺ直交座標系に変換する。ここで、ＸＹＺ直交座標系における位置検出部１１及び位置検出部７３から取得される光学プローブ３と測定対象物Ｍとの相対位置を、ｐｂとする。また、撮像素子２０のＸＹＺ直交座標系における姿勢を示す回転行列をＲｐｏｓとする。ＸＹＺ直交座標系となるピーク検出位置を、ｐｉとする。ＸＹＺ直交座標系となるピーク検出位置ｐｉが、点群の位置となる。また、画素の大きさをｋ（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とする。ＸＹＺ直交座標系となるピーク検出位置ｐｉは、下記する（５）式で与えられる。なお、Ｔは、転置行列を示す。
ｐｉ＝ｋＲｐｏｓ［０，ｉｐ−ｉｂ，ｊｐ−（ｊｂ−Δｄ）］Ｔ＋ｐｂ 
・・・（５）
【０１４１】
ここで、移動量Δｄは、ｉｊ直交座標系となるｊ方向のピーク検出位置ｊｐに対応付けられている。つまり、画像２８のｊ方向における画素の位置において露光したときの、測定視野領域２６の移動量Δｄは既知となっている。換言すれば、画像２８のｊ方向における画素の位置において露光したときの、ガルバノミラー角度θは、図１８に示すように、既知となっている。このため、（５）式において、移動量Δｄには、ｊ方向のピーク検出位置ｊｐに対応付けられた移動量Δｄが与えられる。図１８を用いて説明すると、一例として、位置ａ’における画素の位置ｊｐに対応するガルバノミラー角度θとして、５６．５°が与えられることで、（５）式から、ＸＹＺ直交座標系となるピーク検出位置ｐｉ、すなわち、ＸＹＺ直交座標系の点群の位置が算出される。そして、ステップＳ２３において生成された点群は、図１０の（ｄ）に示すような密度が異なる補正された点群として生成される。つまり、測定部３９は、図１８に示す回動動作情報４４を用いて、（５）式から、ＸＹＺ直交座標系の点群の位置を算出する。
【０１４２】
そして、ステップＳ２３において、制御装置４の測定部３９は、点群の点群データを生成することにより、測定対象物Ｍの外形形状を測定する。ステップＳ２５の実行後、制御装置４は、測定対象物Ｍの形状測定に関する処理を終了する。
【０１４３】
以上のように、第１実施形態によれば、撮像装置９により撮像される画像２８において、投影光Ｌの像の長手方向に沿って生成される点群を、拡大画像領域７８において密とすることができる。このため、点群が密となる測定対象物Ｍの部位の形状を精度良く測定することができる。つまり、測定対象物Ｍにおいて、高い測定精度を必要とする部位に対して、従来は、投影光Ｌの像の長手方向における点群同士の間隔が等間隔となるように設定されたが、第１実施形態では、投影光Ｌの像の長手方向における点群同士の間隔が従来に比して密となるように拡大画像領域７８に対応する拡大対象領域７５を設定することができる。このため、測定対象物Ｍの所定の部位における測定精度を高めることができる。
【０１４４】
また、従来は、測定対象物Ｍの形状を精度良く測定すべく、撮像素子２０の画素の密度よりも点群の密度を高めるために、測定対象物Ｍの測定範囲７４における少なくとも一部の領域について重複して複数枚の画像２８を取得する必要があった。つまり、ある領域の１枚の画像２８において得られる等間隔となる点群の点同士の間を、同様の領域を撮像した他の画像２８において得られる等間隔となる点群の点により補間することで、点群の密度を高めることができる。従来の場合、以上のように複数枚の画像２８を取得することから、測定対象物Ｍの形状の測定時間が長くなってしまう。これに対し、第１実施形態では、１枚の画像２８において、測定対象物Ｍにおいて、高い測定精度を必要とする部位に対して、点群の密度を高めることができる。このため、１枚の画像２８を取得すればよいため、測定時間が長くなることを抑制することができる。
【０１４５】
また、第１実施形態によれば、応答性が高く、高精度に駆動可能なガルバノスキャナ８２を用いると共に、ローリングシャッター方式の撮像素子２０を用いることができる。このため、撮像素子２０の撮像面２０ａにおけるスキャン方向の各画素の露光に合わせて、ガルバノスキャナ８２による測定対象物Ｍの像を移動させることができる。
【０１４６】
また、第１実施形態によれば、制御装置４の測定部３９において、撮像装置９により撮像した歪画像の画像データから、回動動作情報４４を用いて、密度が異なる点群の点群データを生成することができる。
【０１４７】
また、第１実施形態によれば、図１３に示す画面６０を用いて、画像領域設定部３４により、測定精度を必要とする測定対象物Ｍの部位に対して、拡大画像領域７８に対応する拡大対象領域７５を設定することができる。そして、設定した拡大対象領域７５において、点群の密度を高くすることができる。このため、操作者による点群の密度の設定に関する操作性を高めることができる。
【０１４８】
なお、第１実施形態では、ガルバノミラー８６を回動動作させることで、撮像素子２０の撮像面２０ａで受光される測定対象物Ｍの像を、スキャン方向に移動させたが、ガルバノミラー８６を含むガルバノスキャナ８２を省いた構成であってもよい。この場合、撮像素子２０をスキャン方向９３に移動させる移動機構を設け、この移動機構により撮像素子２０の撮像面２０ａをスキャン方向９３に移動させる。
【０１４９】
また、第１実施形態では、長手方向に長いライン状の投影光Ｌとしたが、ライン状に特に限定されず、他の既存の強度分布となる投影光としてもよい。一例として、投光装置８が測定対象物Ｍに投影する投影光の強度分布は、縞状の強度分布（複数のライン状の強度分布）であってもいいし、ドット状の強度分布であってもいい。これらの強度分布の投影光を投影する投光装置の構成については既存の構成を適用できる。
【０１５０】
また、第１実施形態では、測定部３９が、撮影した画像の各画素のｉｊ直交座標系の座標値を算出し、算出した各画素の座標値に基づいて、ＸＹＺ直交座標系の点群の座標値を算出して測定対象物Ｍを形状測定したが、算出した点群に基づいて測定対象物Ｍをポリゴン表示としてもよい。
【０１５１】
［第２実施形態］
次に、図２５から図２７を参照して、第２実施形態について説明する。図２５は、第２実施形態の形状測定装置の計測動作を示す説明図である。図２６は、補正された歪画像を示す図である。図２７は、第２実施形態の形状測定装置の計測動作を示すフローチャートである。なお、第２実施形態では、重複した記載を避けるべく、第１実施形態と異なる部分について説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
【０１５２】
第１実施形態において、測定部３９は、取得した歪画像の画像データから、移動量Δｄを考慮して、点群の点群データを生成することで、密度が異なる点群の点群データを生成した。これに対し、第２実施形態において、制御装置４は、歪画像の画像データを、移動量Δｄを考慮して補正し、補正した歪画像の画像データから点群の点群データを生成している。なお、第２実施形態の撮像装置９では、第１実施形態と同様に、画像２８に含まれる測定対象物Ｍの像（画像）に歪みが与えられるように歪画像の画像データを生成している。つまり、第２実施形態の撮像装置９では、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する場合、撮像面２０ａ上に結像された測定対象物Ｍの像に歪みを与えずに、撮像面２０ａ上において測定対象物Ｍの像を移動させることで、撮像時に測定対象物Ｍの像（画像）に歪みを与えている。
【０１５３】
また、測定部３９は、測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データと、与えられた歪みの量とに基づいて、点群の密度が異なる点群データを生成している。具体的に、測定部３９は、与えられた歪みの量に基づいて、測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを補正し、補正した歪画像の画像データから、点群の密度が異なる点群データを生成している。ここで、上記したように、歪みは、拡大及び縮小の少なくともどちらか一方であることから、歪みの量は、拡大倍率（拡大される所定の倍率）及び縮小倍率（縮小される所定の倍率）の少なくともどちらか一方となっている。そして、第２実施形態では、歪画像の画像データを補正する際に、拡大倍率及び縮小倍率に基づく補正を行っているため、拡大倍率及び縮小倍率に基づいて、点群の密度が異なる点群データを生成している。
【０１５４】
第２実施形態では、測定部３９は、取得した歪画像の画像データを、ピーク検出位置Ｐｉを導出する前に、歪画像の画像データに対して補正処理を行って、補正画像データを生成する。
【０１５５】
図２５を参照して、投影光Ｌが投影される測定対象物Ｍ（図２５の（ａ））と、撮像装置９により撮像された歪画像（図２５の（ｂ））と、測定部３９により補正された歪画像（図２５の（ｃ））と、補正された歪画像の画像データから生成される点群（図２５の（ｄ））とについて説明する。なお、投影光Ｌが投影される測定対象物Ｍと、撮像装置９により撮像された歪画像とについては、図１１に示すものと同様であるため、説明を省略する。
【０１５６】
図２５の（ｃ）に示すように、測定部３９により補正された歪画像において、投影光Ｌの像の長手方向における中央部の拡大画像領域は、図２５の（ｂ）の歪画像と同じ拡大倍率となる画像となっている。一方で、補正された歪画像において、投影光Ｌの像の長手方向における外側の縮小画像領域は、補正により拡大される。つまり、縮小画像領域は、拡大画像領域と同じ拡大倍率となるように拡大される。このため、歪画像の画像サイズは、補正によりｊ方向に引き延ばされる。よって、補正された歪画像の画像サイズは、補正前の歪画像の画像サイズに比して大きな画像となる。
【０１５７】
ここで、図２６に示すように、歪画像の画像サイズは、補正によりｊ方向に引き延ばす場合、縮小画像領域７９が、拡大画像領域７８と同じ拡大倍率となるように拡大される。図２６の（ａ）に示すように、補正される前の歪画像の測定画像領域２７において、投影光Ｌの像は、長手方向において４つの領域に分割されている。投影光Ｌの像は、図１５の（ｂ）及び図１の（ｂ）と同様に、長手方向の中央の２つの領域が、拡大画像領域７８となっており、５倍に拡大された領域となっている。投影光Ｌの像は、長手方向の両外側の２つの領域が、拡大されない１倍の縮小画像領域７９となっている。なお、図２６では、説明のために、ｊ方向における画素列を、拡大倍率に応じた列数としている。図２６の（ａ）に示すように、拡大画像領域７８のｉ方向の画素列Ｌ１は、ｊ方向に５列となり、縮小画像領域７６のｉ方向の画素列Ｌ２は、ｊ方向に１列となる。
【０１５８】
図２６の（ｂ）の図は、補正された歪画像である補正画像を示している。補正された後の歪画像の測定画像領域２７において、縮小画像領域７９を拡大画像領域７８と同じ拡大倍率とする場合、縮小画像領域７９には、ｉ方向の画素列Ｌ３を４列挿入することで、ｊ方向に５列とする。このとき、縮小画像領域７９には、縮小画像領域７９のｉ方向の画素列Ｌ２がｊ方向において中央に位置するように、画素列Ｌ２の両側にバッファとなるｉ方向の画素列Ｌ３を２列ずつ挿入する。バッファとなるｉ方向の画素列Ｌ３は、点群を生成しない画素列となっている。
【０１５９】
測定部３９は、図２６の（ｂ）に示すように、歪画像を補正した補正画像の補正画像データを生成する。補正画像データは、歪画像を補正した補正画像の画像データである。補正画像の補正画像データは、画像２８の各画素における輝度値と、各画素におけるｉｊ直交座標系（２次元座標系）の座標値とを含むデータとなる。このとき、図２６に示すように、歪画像は、補正によりｊ方向に引き延ばされることから、各画素におけるｉｊ直交座標系（２次元座標系）の座標値は、各画素のｊ方向における密度が異なる座標値となっている。そして、測定部３９は、補正画像データに基づいて、点群の点群データを生成する。このとき、測定部３９は、補正画像データを用いることから、移動量Δｄを考慮する必要がない。つまり、移動量Δｄを考慮した点群を求める式としては、第１実施形態に記載した（５）式であるが、（５）式に含まれる移動量Δｄを省くことで、移動量Δｄを考慮しない点群を求める、下記する（６）式となる。
ｐｉ＝ｋＲｐｏｓ［０，ｉｐ−ｉｂ，ｊｐ−ｊｂ）］Ｔ＋ｐｂ        ・・・（６）
【０１６０】
図２６の（ｂ）に示すように、歪画像の縮小画像領域７９に対応する、補正された歪画像の画素の密度は、補正により低くなる。このため、縮小画像領域において、補正された歪画像上の複数の画素同士の間隔は、投影光Ｌの像の長手方向（ｊ方向）において長くなる。また、歪画像の拡大画像領域７８に対応する、補正された歪画像の画素の密度は、縮小画像領域７９に対して相対的に高くなる。このため、拡大画像領域７８において、補正された歪画像上の複数の画素同士の間隔は、縮小画像領域７９に比して、投影光Ｌの像の長手方向（ｊ方向）において短くなる。そして、図２５の（ｄ）に示すように、補正された歪画像の画像データに基づいて生成される点群は、第１実施形態の図１０の（ｄ）と同様に、歪画像の拡大画像領域７８に対応する点群が密となり、歪画像の縮小画像領域７９に対応する点群が疎となる。このため、補正された歪画像から生成される点群は、投影光Ｌの像の長手方向において、密度が異なるものとなる。
【０１６１】
次に、図２７を参照して、形状測定装置１により実行される測定対象物Ｍの形状測定方法に関する処理について説明する。形状測定装置１の制御装置４は、形状測定プログラム４８を実行し、ティーチングモードで設定した条件テーブル４６の測定条件に基づいて、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像を撮像装置９により撮像する。撮像装置９は、投影光Ｌを含む測定対象物Ｍの像を撮像して、歪画像の画像データを生成する。制御装置４は、撮像装置９で生成された歪画像の画像データを測定部３９において取得する（ステップＳ３１）。
【０１６２】
続いて、測定部３９は、取得した歪画像の画像データを、図２６のように補正し、補正した歪画像の画像データを取得する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３において、補正した歪画像の画像データは、補正前の歪画像の各画素の位置が補正されたものとなっている。そして、制御装置４は、補正した歪画像の画像データに基づいて、点群の点群データを生成することにより、測定対象物Ｍの形状を測定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、制御装置４の測定部３９は、（６）式を用いて、点群の点群データを生成することにより、測定対象物Ｍの外形形状を測定する。ステップＳ３５の実行後、制御装置４は、測定対象物Ｍの形状測定に関する処理を終了する。
【０１６３】
以上のように、第２実施形態においても、撮像装置９により撮像される画像２８において、投影光Ｌの像の長手方向に沿って生成される点群を、拡大画像領域７８において密とすることができる。このため、点群が密となる測定対象物Ｍの部位の形状を精度良く測定することができる。
【０１６４】
また、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、１枚の画像２８において、測定対象物Ｍにおいて、高い測定精度を必要とする部位に対して、点群の密度を高めることができる。このため、１枚の画像２８を取得すればよいため、測定時間が長くなることを抑制することができる。
【０１６５】
また、第２実施形態によれば、制御装置４の測定部３９において、撮像装置９により撮像した歪画像を補正し、補正した歪画像の補正画像データから点群の点群データを生成することができる。このため、測定部３９は、移動量Δｄを考慮することなく、点群の点群データを生成することができるため、点群の生成に関する処理を変更することなく実行することが可能となる。
【０１６６】
［第３実施形態］
図２８は、第３実施形態の形状測定装置を含むインラインシステムの構成を示す図である。第１実施形態では、測定対象物Ｍを、形状測定装置１のテーブル７１に設置して、回転駆動部７２によりテーブル７１を回転させたが、第３実施形態では、形状測定装置１０１に隣接する一方側の搬送装置２０６にテーブル７１を設け、一方側の搬送装置２０６のテーブル７１を回転させて、形状測定装置１０１により測定対象物Ｍの形状を測定している。
【０１６７】
図２８に示すように、一方側の搬送装置２０６は、第１実施形態と同様に、例えば、多軸マニピュレータが適用されており、その先端に保持回転装置７が設けられている。保持回転装置７は、第１実施形態と同様の構成となっており、測定対象物Ｍを保持するテーブル７１と、テーブル７１を回転方向、つまり矢印１０２の方向に回転させる回転駆動部７２と、テーブル７１の回転方向の位置を検出する位置検出部７３と、を有する。なお、第２実施形態では、搬送装置２０６に保持回転装置７が設けられていることから、第２実施形態の形状測定装置１０１は、保持回転装置７を省いた構成となっている。このため、形状測定装置１０１は、プローブ移動装置２により光学プローブ３の位置を移動させると共に、搬送装置２０６は、保持回転装置７により測定対象物Ｍの位置を矢印１０２の方向に回転させる。
【０１６８】
ここで、一方側の搬送装置２０６を用いた形状測定装置１０１による形状測定について説明する。一方側の搬送装置２０６は、保持回転装置７のテーブル７１に測定対象物Ｍが設置された状態で、前工程から形状測定装置１０１に測定対象物Ｍを搬入する。一方側の搬送装置２０６は、測定対象物Ｍの形状測定装置１０１への搬入時において、一方側の搬送装置２０６の保持回転装置７と、形状測定装置１とが予め規定された所定の位置関係となるように搬入される。所定の位置関係は、例えば、第１実施形態のベースＢ上に配置されたプローブ移動装置２と保持回転装置７との位置関係である。形状測定装置１０１と保持回転装置７とが所定の位置関係となると、形状測定装置１０１は、測定対象物Ｍの形状測定を実行する。形状測定装置１０１は、プローブ移動装置２により移動する光学プローブ３の位置を位置検出部１１により取得し、また、一方側の搬送装置２０６の保持回転装置７により回転する測定対象物Ｍの位置を位置検出部７３により取得して、光学プローブ３と測定対象物Ｍの相対位置を取得する。また、投光装置８から投影光Ｌを測定対象物Ｍに投影し、撮像装置９により測定対象物Ｍの像を撮像して画像データを生成する。そして、形状測定装置１は、相対位置と、相対位置において取得した画像データとに基づいて、測定対象物Ｍの形状を測定する。形状測定装置１による形状測定後、他方側の搬送装置２０６は、一方側の搬送装置２０６の保持回転装置７に設置された測定対象物Ｍを、形状測定装置１から搬出し、搬出した測定対象物Ｍを後工程に搬送する。
【０１６９】
以上のように、第３実施形態によれば、一方側の搬送装置２０６から形状測定装置１０１へ測定対象物Ｍを搬入するときに、測定対象物Ｍの形状測定装置１０１への設置作業を省いて、測定対象物Ｍの形状測定を行うことができるため、形状測定に係るタクトタイムを短くすることができ、作業効率の向上を図ることができる。なお、第２実施形態においても、プローブ移動装置２のＸＹＺ移動機構及びθ移動機構を省いた構成であってもよいし、各移動機構の一部を省いた構成であってもよい。また、保持回転装置７の回転駆動部７２を省いた構成であってもよい。
【０１７０】
［第４実施形態］
図２９は、第４実施形態の形状測定装置を含むインラインシステムの構成を示す図である。第１実施形態では、測定対象物Ｍを、形状測定装置１のテーブル７１に設置して、回転駆動部７２によりテーブル７１を回転させたが、第３実施形態では、無端の搬送ベルト２２３に測定対象物Ｍを載置し、無端の搬送ベルト２２３の上方側に設けた光学プローブ３を回転させて、形状測定装置１１０により測定対象物Ｍの形状を測定している。
【０１７１】
図２９に示すように、構造物製造システム２００は、搬送装置２２０と、搬送装置２２０の鉛直方向の上方側に設けられる形状測定装置１１０とを含んでいる。搬送装置２２０は、駆動ローラ２２１と従動ローラ２２２とからなる一対の搬送ローラ２２１，２２２と、一対の搬送ローラ２２１，２２２に架け渡される無端の搬送ベルト２２３と、を有している。搬送装置２２０は、一対の搬送ローラ２２１，２２２により搬送ベルト２２３を周回させることで、搬送ベルト２２３上に載置された測定対象物Ｍを搬送方向に搬送している。また、搬送装置２２０は、形状測定装置１１０の下方側の位置において測定対象物Ｍの搬送を停止させ、この状態において、形状測定装置１１０による形状測定を行った後、形状測定後の測定対象物Ｍを後工程に搬送する。
【０１７２】
第４実施形態の形状測定装置１１０は、プローブ移動装置２が、光学プローブ３をθ方向、つまり矢印１１２の方向に回転させるθ回転部１１３と、θ回転部１１３の回転方向の位置を検出する図示しない位置検出部と、をさらに有している。位置検出部は、θ回転部１１３の回転軸の回転を検出するエンコーダ装置である。プローブ移動装置２は、位置検出部で検出した結果に基づいて、θ回転部１１３によって光学プローブ３を回転させる。なお、第３実施形態では、プローブ移動装置２にθ回転部１１３が設けられていることから、第３実施形態の形状測定装置１１０は、保持回転装置７を省いた構成となっている。また、プローブ移動装置２に設けられるθ回転部１１３は、第１実施形態の回転駆動部７２と同様の構成であるため、説明を省略する。
【０１７３】
以上のように、第４実施形態によれば、搬送装置２２０の搬送ベルト２２３上に測定対象物Ｍを載置した状態で、測定対象物Ｍの搬送と形状計測とを行うことができるため、形状測定に係るタクトタイムを短くすることができ、作業効率の向上を図ることができる。
【０１７４】
［第５実施形態］
図３０は、第５実施形態の形状測定装置の結像光学系を示す模式図である。第５実施形態の撮像装置９は、投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像に対して歪んだ歪画像の画像データを生成するために、第１実施形態の結像光学系２１に代えて、結像光学系１２１を魚眼レンズとしている。魚眼レンズは、比較的歪曲収差の大きいレンズである。
【０１７５】
ここで、第５実施形態の撮像装置９では、撮像面２０ａ上に結像された測定対象物Ｍの像に歪みを与えて歪画像の画像データを生成している。具体的に、第５実施形態の撮像装置９では、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成する場合、撮像面２０ａ上に結像された測定対象物Ｍの像に対して、魚眼レンズにより歪みを与え、歪みが与えられた測定対象物Ｍの像が撮像面２０ａ上に結像されることで、測定対象物Ｍの像に歪みが与えられた歪画像の画像データを生成している。
【０１７６】
また、測定部３９は、測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データと、与えられた歪みの量とに基づいて、点群の密度が異なる点群データを生成している。具体的に、測定部３９は、与えられた歪みの量に基づいて、測定対象物Ｍを含む像に歪みが与えられた歪画像の画像データを補正し、補正した歪画像の画像データから、点群の密度が異なる点群データを生成している。ここで、上記したように、歪みは、拡大及び縮小の少なくともどちらか一方であることから、歪みの量は、拡大倍率（拡大される所定の倍率）及び縮小倍率（縮小される所定の倍率）の少なくともどちらか一方となっている。そして、第５実施形態では、測定対象物Ｍを含む像に対して魚眼レンズにより歪みを与えており、歪画像の画像データを補正する際に、魚眼レンズによって与えた歪みの量に基づく補正を行って、補正した歪画像の画像データから、点群の密度が異なる点群データを生成している。
【０１７７】
図３０に示すように、撮像装置９の結像光学系１２１は、魚眼レンズ１２５を含み、魚眼レンズ１２５は、メニスカスレンズ及び非球面レンズ等を含む複数のレンズ１２６からなるレンズ群で構成されている。なお、魚眼レンズ１２５は、メニスカスレンズ及び非球面レンズの複数のレンズで構成されていなくてもよく、既存の他の複数のレンズで構成されていてもいいし、既存の単数のレンズであってもいい。
【０１７８】
魚眼レンズ１２５は、投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像を歪ませて、撮像素子２０の撮像面２０ａに、歪ませた測定対象物Ｍの像を結像する。魚眼レンズ１２５は、撮像素子２０の撮像面２０ａに投影される測定対象物Ｍの像を、投影光Ｌの長手方向に拡大または縮小する、所定の歪曲収差となるレンズとなっている。また、魚眼レンズ１２５は、光軸を中心点として点対称となる歪曲収差となっている。魚眼レンズ１２５は、例えば、撮像素子２０に撮像される画像の中央部が拡大し、画像の外側が縮小する、たる型の歪曲収差を有するレンズとなっている。つまり、魚眼レンズ１２５は、歪んだ画像の歪み量、換言すれば、歪んだ画像における所定の画像領域の拡大倍率、または補正された画像における点群の疎密の種類に応じて複数用意されている。複数の魚眼レンズ１２５は、例えば、歪曲収差の異なる第１の魚眼レンズと第２の魚眼レンズとを含んでいる。そして、複数の魚眼レンズ１２５の中から、所定の魚眼レンズ１２５を撮像装置９に取り付けたり、付け替えたりすることで、所定の疎密となる点群とすることが可能となる。
【０１７９】
この魚眼レンズ１２５は、画像領域設定部３４により設定される拡大対象領域７５に基づいて、複数の魚眼レンズ１２５の中から、拡大対象領域７５に対応する所定の魚眼レンズ１２５に交換するレンズ交換部によって交換されてもよい。レンズ交換部は、魚眼レンズ１２５を選択的に付け替える機構となっており、例えば、上記の第１の魚眼レンズを第２の魚眼レンズへ交換している。ここで、結像光学系１２１の光軸をＡとすると、複数の魚眼レンズ１２５のうち、１つの魚眼レンズ１２５が光軸Ａ上に配置される。レンズ交換部は、第１の魚眼レンズを第２の魚眼レンズへ交換する場合、光軸Ａ上に配置された第１の魚眼レンズを光軸Ａ上から取り外し、第２の魚眼レンズを光軸Ａ上に配置することで、魚眼レンズ１２５を交換する。レンズ交換部は、制御装置４に接続されている。レンズ交換部は、制御装置４の画像領域設定部３４により設定される拡大対象領域７５に基づいて、所定の魚眼レンズ１２５に交換する。
【０１８０】
魚眼レンズ１２５を用いたときの形状測定装置１による測定対象物Ｍの形状の測定について説明する。画像領域設定部３４により、撮像素子２０で撮像される画像２８に対して、拡大対象領域７５が設定されると、制御装置４は、設定された拡大対象領域７５に対応する拡大画像領域７８の拡大倍率に基づいて、魚眼レンズ１２５を選定し、選定した魚眼レンズ１２５をレンズ交換部によって撮像装置９に取り付ける。この後、制御装置４の測定部３９は、撮像装置９により測定対象物Ｍを撮像して、歪画像の画像データを取得する。
【０１８１】
魚眼レンズ１２５を用いて結像された測定対象物Ｍの像を含む歪画像の画像データは、画像２８上の測定対象物Ｍの像の少なくとも一部が拡大された画像の画像データとなる。また、歪画像の画像データは、画像２８の各画素における輝度値と、各画素におけるｉｊ直交座標系（２次元座標系）の座標値とを含むデータとなる。
【０１８２】
続いて、測定部３９は、取得した歪画像の画像データから、撮像装置９の魚眼レンズ１２５の歪曲収差に基づいて、歪画像を補正する。歪画像を補正した補正画像の画像データは、画像２８の各画素における輝度値と、各画素におけるｉｊ直交座標系（２次元座標系）の座標値とを含むデータとなる。補正された歪画像は、魚眼レンズ１２５の歪曲収差に基づいて補正されることから、各画素におけるｉｊ直交座標系（２次元座標系）の座標値は、各画素のｊ方向における密度が異なる座標値となっている。測定部３９は、補正した歪画像の補正画像データから点群の点群データを生成する。具体的に、測定部３９は、撮像装置９の魚眼レンズ１２５の歪曲収差が予め既知なっていることから、撮像装置９の魚眼レンズ１２５の歪曲収差から、測定対象物Ｍの像の拡大倍率が既知となっている。測定部３９は、歪みの量となる拡大倍率に基づいて、測定対象物Ｍの像とほぼ相似になるように（歪みのない画像となるように）、歪画像の画像データを補正する。測定部３９は、歪画像の画像データを補正し、補正した歪画像の補正画像データから、点群の点群データを生成する。そして、測定部３９は、生成した点群データに基づいて、測定部３９により測定対象物Ｍの外形形状を測定する。
【０１８３】
以上のように、第４実施形態によれば、ガルバノスキャナ８２を含む結像光学系２１に比して、魚眼レンズ１２５を用いた結像光学系１２１とすることで、結像光学系１２１を簡易な構成とすることができる。また、歪んだ画像の歪曲収差を変更する場合、魚眼レンズ１２５を付け替えることで、簡単に歪曲収差を変更することができる。なお、魚眼レンズ１２５に代えて、投影光Ｌの像を含む測定対象物Ｍの像に歪みを与える他の既存の光学部材を適用してもよい。例えば、自由な歪曲収差にできる自由曲面レンズを適用してもよい。
【０１８４】
［第６実施形態］
図３１は、第６実施形態の形状測定装置を含むシステムの一部の構成を示す図である。図３２は、第６実施形態の形状測定装置の計測動作を示す説明図である。第５実施形態の形状測定装置１３０は、第１実施形態の構成に加えて、テーブル７１の回転軸Ａｘに対して、テーブル７１を傾斜させる傾斜部１３１をさらに備えたものとなっている。
【０１８５】
ところで、図３２に示すように、測定対象物Ｍには、切削加工等により長手方向に延在するひき目が形成される場合がある。測定対象物Ｍは、保持回転装置７により回転しつつ、ライン状の投影光Ｌが投影されることから、ひき目の長手方向とライン状の投影光Ｌの長手方向が揃って、ひき目と投影光Ｌとが重なる場合がある。この場合、投影光Ｌは、ひき目によって散乱し、ひき目と投影光とが重ならない場合に比べて、結像光学系２１に入射する回折光の光量が増大する。回折光の光量が増大すると、撮像素子２０の撮像面２０ａにおける投影光Ｌの像が不適切な像となることから、測定対象物Ｍの形状測定の精度が低下する可能性がある。ここで、形状測定装置１３０は、例えば、調光領域設定部３７により設定された調光領域における光量を測定している。
【０１８６】
このため、第６実施形態の形状測定装置１３０は、図３１に示すように、保持回転装置７のテーブルの回転軸Ａｘに傾斜部１３１が設けられている。傾斜部１３１は、回転軸Ａｘに直交する回動軸Ａｘ１を中心に、テーブル７１を傾斜させる。また、保持回転装置７には、傾斜部１３１の回動方向の位置を検出する図示しない回動位置検出部が設けられている。保持回転装置７は、回動位置検出部で検出した結果に基づいて、傾斜部１３１によってテーブル７１を回動させる。保持回転装置７とプローブ移動装置２により、光学プローブ３から投光されるライン状の投影光Ｌは、テーブル７１を傾斜させることにより、測定対象物Ｍの任意の測定範囲の向きを変えて投影することができる。
【０１８７】
形状測定装置１３０は、円周方向に所定の間隔で歯が形成された図９に示す測定対象物Ｍａの形状を測定する場合、測定対象物Ｍａを円周方向に回転させながら、測定対象物Ｍａの歯の形状を順番に測定することで、測定対象物Ｍａの形状を測定している。このとき、形状測定装置１３０は、測定対象物Ｍａの形状を測定する前に、傾斜部１３１による回転軸Ａｘの傾斜をさせずに、すなわち、テーブル７１の回転軸ＡｘをＺ軸方向に真っ直ぐにした状態で、測定対象物Ｍａを円周方向に一周分回転させる（図３２の一周目）。すると、図３２に示すように、形状測定装置１は、テーブル７１の回転方向の所定の位置において、結像光学系２１に入射する回折光の光量が増大する。形状測定装置１３０は、位置検出部７３により回折光の光量が増大した所定の位置を検出し、検出した所定の位置を取得する。なお、測定対象物Ｍａは、円周方向に所定の間隔で歯が形成された物体に限らず、形状を測定する対象となるいずれの物体であってもよい。
【０１８８】
この後、形状測定装置１３０は、測定対象物Ｍａを円周方向にさらに一周分回転させて、測定対象物Ｍａの形状を測定する（図３２の二周目）。このとき、形状測定装置１３０は、取得したテーブル７１の回転方向における所定の位置において、傾斜部１３１による回転軸Ａｘの傾斜を実行する。すると、形状測定装置１３０は、テーブル７１を傾斜させることで、測定対象物Ｍの任意の測定範囲の向きを変える。これにより、形状測定装置１３０は、光学プローブ３から投光されるライン状の投影光Ｌの長手方向とひき目の長手方向とが揃った状態でひき目と投影光Ｌとが重ならないようにし、結像光学系２１に入射する回折光の光量を低減させる。
【０１８９】
以上のように、第６実施形態によれば、ひき目と投影光とが重なることによる測定対象物Ｍの形状測定の精度低下を抑制することができる。
【０１９０】
上記した実施形態の形状測定装置１（１０１，１１０，１３０）は、１台の装置で処理を行ったが複数組み合わせてもよい。図３３は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。次に、図３３を用いて、形状測定装置を有する形状測定システム３００について説明する。形状測定システム３００は、形状測定装置１と、複数台（図では２台）の形状測定装置１ａと、プログラム作成装置３０２とを、有する。形状測定装置１、１ａ、プログラム作成装置３０２は、有線または無線の通信回線で接続されている。形状測定装置１ａは、第１実施形態の結像光学系２１のガルバノスキャナ８２を備えていない以外は、形状測定装置１と同様の構成である。プログラム作成装置３０２は、上述した形状測定装置１の制御装置４で作成する種々の設定やプログラムを作成する。具体的には、プログラム作成装置３０２は、測定範囲の情報や、測定範囲の情報を含む形状測定プログラム等を作成する。プログラム作成装置３０２は、作成したプログラムや、データを形状測定装置１、１ａに出力する。形状測定装置１ａは、領域の情報や形状測定プログラムを形状測定装置１や、プログラム作成装置３０２から取得し、取得したデータ、プログラムを用いて、処理を行う。形状測定システム３００は、測定プログラムを形状測定装置１や、プログラム作成装置３０２で作成したデータ、プログラムを用いて、形状測定装置１ａで測定を実行することで、作成したデータ、プログラムを有効活用することができる。
【０１９１】
次に、上述した形状測定装置を備えた構造物製造システムについて、図３４を参照して説明する。図３４は、構造物製造システムのブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置２０１（１，１０１，１１０，１３０）と、設計装置２０２と、成形装置２０３と、制御装置（検査装置）２０４と、リペア装置２０５とを備える。制御装置２０４は、座標記憶部２１０及び検査部２１１を備える。
【０１９２】
設計装置２０２は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、作成した設計情報を成形装置２０３に送信する。また、設計装置２０２は、作成した設計情報を制御装置２０４の座標記憶部２１０に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。
【０１９３】
成形装置２０３は、設計装置２０２から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作成する。成形装置２０３の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置２０１は、作成された構造物（測定対象物Ｍ）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２０４へ送信する。
【０１９４】
制御装置２０４の座標記憶部２１０は、設計情報を記憶する。制御装置２０４の検査部２１１は、座標記憶部２１０から設計情報を読み出す。検査部２１１は、形状測定装置２０１から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部２１０から読み出した設計情報とを比較する。検査部２１１は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部２１１は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部２１１は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置２０５に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【０１９５】
リペア装置２０５は、制御装置２０４から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【０１９６】
図３５は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム２００は、まず、設計装置２０２が構造物の形状に関する設計情報を作成する（ステップＳ３０１）。次に、成形装置２０３は、設計情報に基づいて上記構造物を作成する（ステップＳ３０２）。次に、形状測定装置２０１は、作成された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ３０３）。次に、制御装置２０４の検査部２１１は、形状測定装置２０１で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ３０４）。
【０１９７】
次に、制御装置２０４の検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、その処理を終了する。また、検査部２１１は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ３０５でＮｏ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ３０６）。
【０１９８】
構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ３０６でＹｅｓ）、リペア装置２０５が構造物の再加工を実施し（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０３の処理に戻る。構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できないと検査部２１１が判定した場合（ステップＳ３０６でＮｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム２００は、図３６に示すフローチャートの処理を終了する。
【０１９９】
本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態における形状測定装置２０１が構造物の座標を高精度に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【０２００】
なお、本実施形態におけるリペア装置２０５が実行するリペア工程は、成形装置２０３が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２０４の検査部２１１が修復できると判定した場合、成形装置２０３は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２０３は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
【０２０１】
以上、添付図面を参照しながら本実施形態について説明したが、上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本実施形態の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【０２０２】
例えば、上記実施形態における形状測定装置１は、保持部材５５が片持ちで光学プローブ３を保持する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、両持ちで保持する構成としてもよい。両持ちで保持することにより、回転時に保持部材５５に生じ変形を低減することができ、測定精度の向上を図ることが可能になる。
【０２０３】
また、上述実施形態では光学プローブ３からライン状の投影光Ｌを投影し、投影光Ｌが投影された測定対象物Ｍの像を撮像しているが、光学プローブ３の形式はこれに限られない。光学プローブ３から発せられる投影光は、所定の面内に一括で投影する形式でも構わない。例えば、米国特許６０７５６０５号に記載さる方式でも構わない。光学プローブ３から発せられる投影光は、点状のスポット光を投影する形式でも構わない。
【０２０４】
また、形状測定装置２０１は、上記実施形態のように、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状の測定対象物Ｍの測定に好適に用いることができる。形状測定装置２０１は、繰り返し形状の１つについて、測定領域を設定することで、設定した条件を他の繰り返し形状の測定に用いることができる。なお、測定対象物Ｍは、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状に限定されず、種々の形状、例えば、繰り返し形状を備えない形状であってもよい。
【符号の説明】
【０２０５】
１  形状測定装置
２  プローブ移動装置
３  光学プローブ
４  制御装置
７  保持回転装置
８  投光装置
９  撮像装置
１０  駆動部
１１  位置検出部
１２  光源
１３  投影光学系
２０  撮像素子
２０ａ  撮像面
２１  結像光学系
２１ａ  測定面
２５  撮像領域
２６  測定視野領域
２７  測定画像領域
２８  画像
３０  制御部
３１  記憶部
３２  入力部
３３  表示部
３４  画像領域設定部
３６  測定範囲設定部
３７  調光領域設定部
３８  調光制御部
３９  測定部
４０  動作制御部
４３  画像領域の領域設定データ
４４  回動動作情報
４６  条件テーブル
４８  形状測定プログラム
４９  緒元データ
５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ  移動部
５１Ｘ，５１Ｙ，５１Ｚ  ガイド部
５２  保持体
５３  第１回転部
５３ａ  回転軸線
５４  第２回転部
５５  保持部材
５５Ａ  第１保持部
５５Ｂ  第２保持部
６２，６３，６４，６５，６６，６８  矢印
７１  テーブル
７２  回転駆動部
７３ａ，７３ｂ  基準球
８１  対物レンズ
８２  ガルバノスキャナ
８３  結像レンズ
８５  回動軸
８６  ガルバノミラー
９１  第１回動方向
９２  第２回動方向
９３  スキャン方向
１０１  形状測定装置
１０２  矢印
１１０  形状測定装置
１１２  矢印
１１３  θ回転部
１２５  魚眼レンズ
１３０  形状測定装置
１３１  傾斜部
２００  構造物製造システム
２０１  形状測定装置
２０２  設計装置
２０３  成形装置
２０４  制御装置
２０５  リペア装置
２０６  搬送装置
２１０  座標記憶部
２１１  検査部
２２０  搬送装置
２２１  駆動ローラ
２２２  従動ローラ
２２３  搬送ベルト
３００  形状測定システム
３０２  プログラム作成装置
Ａｘ  回転軸
Ａｘ１  回動軸
Ｂ  ベース
Ｍ  測定対象物
Ｌ  投影光
【図１】
2020056635.tif 000003
【図２】
2020056635.tif 000004
【図３】
2020056635.tif 000005
【図４】
2020056635.tif 000006
【図５】
2020056635.tif 000007
【図６】
2020056635.tif 000008
【図７】
2020056635.tif 000009
【図８】
2020056635.tif 000010
【図９】
2020056635.tif 000011
【図１０】
2020056635.tif 000012
【図１１】
2020056635.tif 000013
【図１２】
2020056635.tif 000014
【図１３】
2020056635.tif 000015
【図１４】
2020056635.tif 000016
【図１５】
2020056635.tif 000017
【図１６】
2020056635.tif 000018
【図１７】
2020056635.tif 000019
【図１８】
2020056635.tif 000020
【図１９】
2020056635.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2020056635.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2020056635.tif 000030
【図２９】
2020056635.tif 000031
【図３０】
2020056635.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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