(57)【要約】      （修正有）【課題】被検物のエッジを高精度に検出することができる計測装置を提供する。【解決手段】被検物を計測する計測装置であって、被検物を撮像して高解像度の２次元画像データを取得し、被検物の３次元測定を行って低解像度の３次元データを取得しＳ１０１、３次元データを用いて被検物の仮エッジを検出しＳ１０２、検出された仮エッジを用いて２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定しＳ１０７、２次元画像データを用いてエッジ検出範囲において被検物のエッジを検出することにより被検物の形状情報を算出するＳ１０９。【選択図】図２
2014238299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を計測する計測装置であって、
前記被検物を撮像し、２次元画像データを取得する２次元測定部と、
前記被検物の３次元測定を行い、３次元データを取得する３次元測定部と、
前記３次元データを用いて前記被検物の仮エッジを検出し、検出された仮エッジを用いて前記２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定し、前記２次元画像データを用いて前記エッジ検出範囲において前記被検物のエッジを検出することにより前記被検物の形状情報を算出する算出部とを有し、
前記２次元画像データは前記３次元データより解像度が高いことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記３次元測定部は、参照光と前記被検物からの被検光とを干渉させる干渉計を有することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記干渉計は、周波数走査干渉計、多波長干渉計、又は、白色干渉計であることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記２次元測定部は、前記被検物を撮像する第１撮像素子を有し、
前記３次元測定部は、前記被検物の３次元測定を行うための第２撮像素子を有し、
前記第１撮像素子は前記第２撮像素子より解像度が高いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記被検物からの光を検出する撮像素子を有し、
前記撮像素子における撮像に用いる解像度を第１解像度に設定して前記３次元測定を行い、前記第１解像度の前記３次元データを得て、
前記撮像素子における撮像に用いる解像度を前記第１解像度より高い第２解像度に設定して前記被検物を撮像して、前記第２解像度の前記２次元画像データを得ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記２次元画像データと前記３次元データとを位置合わせした後に、前記被検物の仮エッジを前記２次元画像に重ね合わせることによって、前記２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記算出部は、予め得られた前記２次元画像データと前記３次元データとの対応関係に基づいて、前記２次元画像データと前記３次元データとの位置合わせを行うことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記２次元画像におけるエッジ検出範囲を前記仮エッジを囲むように設定することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記２次元測定部による測定におけるフォーカス位置を調整するフォーカス調整部を有し、
前記フォーカス調整部は、前記３次元データを用いて算出されたフォーカス位置を用いて前記フォーカス位置を調整することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記被検物の形状情報は、前記被検物の寸法であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０に記載の計測装置を用いて物品の形状情報を計測する計測工程と、
前記計測工程による計測結果に基づいて前記物品を加工する工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１２】
被検物の形状情報を算出する算出装置であって、
前記被検物の２次元画像データと、前記被検物の３次元データと、を取得する取得部と、
前記３次元データを用いて前記被検物の仮エッジを検出し、検出された仮エッジを用いて前記２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定し、前記２次元画像データを用いて前記エッジ検出範囲において前記被検物のエッジを検出することにより前記被検物の形状情報を算出する算出部とを有し、
前記２次元画像データは前記３次元データより解像度が高いことを特徴とする算出装置。
【請求項１３】
被検物を計測する計測方法であって、
前記被検物を撮像し、２次元画像データを取得するステップと、
前記被検物の３次元測定を行い、３次元データを取得するステップと、
前記３次元データを用いて前記被検物の仮エッジを検出し、検出された仮エッジを用いて前記２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定するステップと、
前記２次元画像データを用いて前記エッジ検出範囲において前記被検物のエッジを検出することにより前記被検物の形状情報を算出するステップとを有し、
前記２次元画像データは前記３次元データより解像度が高いことを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物を測定して、被検物の寸法、公差や角度などの形状情報を算出する計測装置、算出装置、計測方法および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の寸法を計測する装置のひとつに画像計測装置がある。画像計測装置は被検物を撮像して被検物の画像を取得し、画像の強度変化データから被検物のエッジ（縁、端）を検出し、検出した複数のエッジの間の距離を算出することによって、被検物の寸法を計測する。被検物全体の画像の強度変化データからエッジを検出する方法では、被検物の面取り部の内側や表面テクスチャ（表面凹凸）をエッジであると誤検出する可能性がある。このため、画像の強度変化データからエッジの検出を行う範囲（エッジ検出範囲）を真のエッジ周辺の狭い範囲に設定することによって、誤検出の可能性を低くすることができる。従来の計測装置では、被検物のエッジを正確に検出するために、エッジであると思われる部分を作業者が画像から判断し、エッジ検出範囲を手動で設定する必要があった。
【０００３】
そこで、このような作業者の手間を少なくするために、特許文献１乃至２の方法が提案されている。特許文献１では、被検物全体の２次元画像を２値化して輪郭線（仮エッジ）を抽出し、輪郭線の周辺にエッジ検出範囲を自動で設定して、その範囲内でより正確にエッジの位置を検出する計測装置が提案されている。特許文献２では、被検物の３次元測定を行い、被検物の３次元点群データから被検物のエッジを抽出する計測装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４２３２４号公報
【特許文献２】特許第４４００８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先に述べたように、画像全体の強度変化データからエッジを検出する方法ではエッジ以外の部分をエッジとして誤検出する可能性がある。そのため、特許文献１に記載の方法では、被検物に表面テクスチャがある場合に被検物全体の２次元画像を２値化しても、表面テクスチャの部分で輪郭線（仮エッジ）の誤検出の可能性があり、その後のエッジ検出範囲の設定を正しくできない。
【０００６】
また、特許文献２に記載の方法では、３次元データを用いるため、表面テクスチャがエッジ検出に及ぼす影響は小さい。しかし、３次元点群データのデータ量と計測時間にトレードオフの関係があるため、実用上は高解像度（高密度）の３次元点群データを取得することは困難である。仮に高解像度の３次元点群データが得られたとしても、膨大な３次元点群データについて画像処理を実行するには長時間を要するからである。一方、低解像度の３次元点群データを取得した場合には精度が低くなり、高精度にエッジの位置を検出することができなかった。
【０００７】
そこで本発明は、被検物のエッジを高精度に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の一側面としての計測装置は、被検物を計測する計測装置であって、前記被検物を撮像し、２次元画像データを取得する２次元測定部と、前記被検物の３次元測定を行い、３次元データを取得する３次元測定部と、前記３次元データを用いて前記被検物の仮エッジを検出し、検出された仮エッジを用いて前記２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定し、前記２次元画像データを用いて前記エッジ検出範囲において前記被検物のエッジを検出することにより前記被検物の形状情報を算出する算出部とを有し、前記２次元画像データは前記３次元データより解像度が高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被検物のエッジを高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における計測装置の概略図である。
【図２】算出部１４０による算出プロセスを示したフロー図である。
【図３】測定データ、エッジ検出データおよびエッジ検出範囲を示す図である。
【図４】第２実施形態における計測装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の計測装置４０の概略図である。計測装置４０は、被検物１７０の３次元測定を行い、縦横（ｘ、ｙ）の２次元データと、高さ（ｚ）データとを含む３次元データを出力する３次元測定部を有する。
【００１３】
計測装置４０の３次元測定部は周波数走査干渉計を有する。周波数走査干渉計は、コヒーレントな周波数可変光源４０１と、干渉光を生成するための干渉光学系（４０５〜４０９、４１６、４２０）と、干渉光を受光する撮像素子４４０などから構成される。光源から射出される周波数を走査しながら、被検光と参照光の干渉光の信号を取得し、干渉信号の位相変化から距離（被検面の位置）を算出するのが、周波数走査干渉計の原理である。
【００１４】
周波数可変光源４０１は、一定の周波数領域で周波数の走査が可能なコヒーレント光源である。周波数可変光源４０１としては、例えば外部共振器を用いた半導体レーザー（ＥＣＤＬ）やフルバンド・チューナブルＤＦＢレーザーを用いることができる。周波数可変光源４０１はデジタル／アナログコンバーター４０２と接続されている。デジタル／アナログコンバーター４０２から周波数可変光源４０１に送られる電流値を調整することによって、光源から射出される光の周波数が制御される。
【００１５】
周波数可変光源４０１から射出された光はビームスプリッタ４０３に導かれる。ビームスプリッタ４０３によって分岐された光の一方は、周波数測定ユニット４０４に導かれる。周波数測定ユニット４０４によって、周波数可変光源４０１から射出される光の周波数を測定することができる。周波数測定ユニット４０４で測定した周波数のデータは制御部４１１に送信される。制御部４１１は、測定される周波数が所定の周波数になるようにデジタル／アナログコンバータ４０２に制御信号を送る。なお、周波数可変光源４０１が高い精度で所定の周波数に設定できるのであれば、周波数測定ユニット４０４を省略することができる。
【００１６】
ビームスプリッタ４０３によって分岐されたもう一方の光は、レンズ４０５乃至４０６によってビーム径が拡大された後、λ／２波長板４０７に導かれる。λ／２波長板４０７は不図示の回転機構によって回転可能である。周波数可変光源４０１からは直線偏光の光が射出される。λ／２波長板４０７の回転角によって、λ／２波長板４０７を透過した光の偏光方向を任意の方向に制御することができる。λ／２波長板４０７の後方には、偏光ビームスプリッタ４０８が配置され、λ／２波長板４０７の回転角によって、偏光ビームスプリッタ４０８による光の分岐比を変えることができる。
【００１７】
偏光ビームスプリッタ４０８に入射した光は、偏光方向が互いに直交する参照光４２１および被検光４２２に分岐される。参照光４２１はλ／４波長板４０９ａを通過した後、参照ミラー４１０に導かれる。被検光４２２は、λ／４波長板４０９ｂを通過した後、被検物１７０に導かれる。被検物１７０は搭載台１０６の上に載置されている。
【００１８】
被検物１７０によって、反射または散乱された光は再びλ／４波長板４０９ｂを通過した後、偏光ビームスプリッタ４０８に導かれる。同じように、参照ミラー４１０によって反射された光は再びλ／４波長板４０９ａを通過した後、偏光ビームスプリッタ４０８に導かれる。λ／４波長板を２回通過することで、参照光４２１および被検光４２２の偏光方向は共に９０°回転する。参照光４２１は偏光ビームスプリッタ４０８によって反射され、被検光４２２は偏光ビームスプリッタ４０８を透過することによって、参照光および被検光は共に光学系１０４（レンズ１０４ａ、レンズ１０４ｂ、虹彩絞り１０５）の方向に導かれる。これによって、参照光４２１および被検光４２２は空間的に重ね合わされる。
【００１９】
ビームスプリッタ４０８によって再び重ね合わされた光はレンズ１０４ａによって集光される。レンズ１０４ａの前側焦点は被検物１７０の測定する表面付近となるように設定することが望ましい。これによって、被検物１７０の表面が第１撮像部１１０と第２撮像素子４４０にぼけることなく結像される。
【００２０】
レンズ１０４ａの後ろ側焦点付近には、虹彩絞り１０５が配置される。虹彩絞り１０５の開口径の大きさによって光量や被写界深度、干渉光におけるスペックルの大きさを調整することができる。
【００２１】
虹彩絞り１０５を通過した光は、レンズ１０４ｂによって集光され、波長フィルタ４２０によって反射されて、偏光子４１６に導かれる。偏光子４１６の透過軸は、参照光および被検光の偏光方向に対して４５°となるように配置される。これによって、参照光と被検光は干渉し、干渉光が生成される。
【００２２】
参照光および被検光は波長フィルター４２０によって反射され、第２撮像素子４４０に導かれ、第２撮像素子４４０で干渉光の光強度（光量）が測定される。第２撮像素子４４０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳである。第２撮像素子４４０で測定した干渉光の画像（干渉信号）は算出部１４０に送信される。
【００２３】
周波数の全走査量をΔＦ、光の速度をｃ、干渉信号の位相変化量をΔΦとしたとき、参照面４１０と被検物１７０の光路長差は以下の式（１）で表される。
【００２４】
【数１】
2014238299.tif 000003
【００２５】
周波数走査干渉計では、光源から射出される光の周波数を走査して干渉信号を測定し、干渉信号の位相の変化量を算出することで、光路長差を求めることができる。計測装置４０では、周波数可変光源４０１から射出される光の周波数を走査しながら第２撮像素子４４０で複数枚の画像を取得する。取得した画像は算出部１４０に送信され、算出部１４０が干渉信号を解析することによって光路長差を計算する。第２撮像素子４４０はエリアイメージセンサなので、各画素について干渉信号を処理することによって、各測定点がＸ、Ｙ及びＺ方向の位置データを含む３次元点群データを取得することができる。
【００２６】
周波数走査干渉計では、光路長差の情報を得るために、複数枚の画像を取得する必要がある。画像の取得時間を短縮し、測定に要する時間を短くするためには、高速撮影が可能なカメラを用いることが望ましい。しかし、カメラの画素数とフレームレートの間にはトレードオフの関係があるため、測定時間を短くするため、解像度が低いが、高速撮影が可能な第２撮像素子４４０を用いる。この場合、取得される３次元点群データの解像度（密度）は低い。
【００２７】
また、被検物１７０の表面粗さが大きい場合、コヒーレント光を照射するとスペックルが発生する。周波数を走査したとき、スペックルの光強度が小さい部分では位相の相関が低下するため、測定誤差が大きくなる。測定の信頼性が低下するのを避けるため、スペックルの光強度が小さい部分については、３次元点群データからデータを除去することで、測定の信頼性を高められる。しかしこの場合、スペックルの光強度の閾値に応じて、３次元点群データの密度が低下する。
【００２８】
このように、測定時間を短くしたり、スペックルが存在すると高解像度な画像を得ることが困難であり、３次元点群データの解像度が２次元画像データよりも低いために、３次元点群データからのエッジ位置の検出精度は高くはない。そのため、２次元測定部によって測定された２次元画像のデータを用いてより高い精度でエッジ位置を求める。
【００２９】
計測装置４０は、ｘ、ｙ方向において被検物１７０の２次元測定を行い、ｘ、ｙ方向の２次元画像データを出力する２次元測定部を有する。２次元測定部は、インコヒーレント光源１０３、光学系１０４、第２撮像素子１１０を有する。
【００３０】
被検物の横方向（ｘ、ｙ方向）の寸法は、インコヒーレント光源１０３からの光を被検物に照射して得られる画像を用いて算出される。インコヒーレント光源１０３は複数の光源素子から構成されており、複数の光源素子はリング状に配置されている。各光源素子は個別に点灯を制御可能であり、これによって所望の方向からの照明を実現している。
【００３１】
インコヒーレント光源１０３から被検物１７０に照明された光は、被検物１７０によって反射または散乱され、光学系１０４によって集光される。光学系１０４によって被検物１７０と第１撮像素子１１０の受光面は共役関係で結ばれており、第１撮像素子１１０は被検物１７０を撮像して被検物１７０の２次元画像データを出力する。２次元画像データは、被検物１７０やその周辺からの光が投影された撮像部１１０の撮影面における光強度分布を数値で表したデータである。２次元画像データはモノクロデータであってもカラーデータであってもよい。光学系１０４はレンズ１０４ａとレンズ１０４ｂ、レンズ１０４ａとレンズ１０４ｂの間に配置された虹彩絞り１０５を有する。そのため、虹彩絞り１０５の開口径を変えることで、光学系１０４の解像力を調整可能となっている。
【００３２】
インコヒーレント光源１０３と周波数可変光源４０１は、互いに異なる波長の光を射出する。波長フィルター４２０は、インコヒーレント光源１０３からの光を透過し、周波数可変光源４０１からの光を反射するように設計されている。インコヒーレント光源１０３によって照明され、被検物１７０で反射または散乱された光は波長フィルター４２０を透過して第１撮像素子１１０の撮像面に結像される。
【００３３】
第１撮像素子１１０は被検物１７０を撮像し、被検物１７０の２次元画像を出力する。被検物の横方向（ｘ、ｙ方向）の寸法計測精度は第１撮像素子１１０の解像度に依存する。被検物１７０の横方向の寸法を測定するためには多数の２次元画像を取得する必要はないため、第１撮像素子１１０は、第２撮像素子４４０よりも低速な撮影を行う一方、第２撮像素子４４０よりも解像度が高い。ここで、解像度（密度）は、単位長さ（例えば１インチ）の中に画素やピクセルデータがどのくらい並ぶかで表現され、例えばｐｐｉ（ｐｉｘｅｌｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）という単位で表される。このように、第２撮像素子４４０によって得られる３次元点群データの解像度は、第１撮像素子１１０によって得られる、ｘ、ｙ方向の２次元画像データの解像度より低く設定されている。３次元点群データの解像度が高いと演算処理の時間が長くなるため、３次元点群データの解像度をなるべく低くして、より高い精度でのエッジの検出には２次元画像を用いるためである。なお、３次元点群データからのエッジ検出よりも高い精度でエッジを検出するためには、少なくともエッジ検出範囲において、３次元点群データより２次元画像データの解像度が高ければよい。
【００３４】
２次元測定部の第１撮像素子１１０によって撮像された２次元画像のデータは算出部１４０に送信される。算出部（算出装置）１４０は、３次元点群データと２次元画像データを用いて被検物１７０のエッジ位置を高精度に自動で計測し、計測したエッジ位置から被検物１７０の寸法、公差や角度などの形状情報を算出する。図２および図３を用いてこの算出プロセスを説明する。図２は算出部１４０による算出プロセスを示したフロー図である。図３は、測定データ、この算出プロセスを適用して得られた算出データおよびエッジ検出範囲を示した図である。
【００３５】
算出部１４０の取得部は、まず、上記の３次元測定部から出力された被検物１７０の３次元点群データを取得する（Ｓ１０１）。図３（ａ）に、形状が直方体の被検物について測定して得られた３次元点群データ１８１を示す。被検物の各点における３次元測定データは黒点で示されている。なお、被検物の側面についても３次元点群データがあれば、データ量が増える分、エッジを正確に検出することができる。ただし、被検物の側面についての３次元点群データが必ずしも必要なわけではなく、本発明を適用できる計測装置はこのような条件に限定されるものではない。
【００３６】
算出部１４０では３次元点群データを用いて被検物１７０の仮エッジを検出する（Ｓ１０２）。図３（ｂ）に、図３（ａ）の３次元点群データ１８１から検出された仮エッジ１８２（実線および点線）を示す。３次元点群データ１８１から仮エッジ１８２を検出する方法は任意のアルゴリズムを用いることができる。例えば、３次元点群データの深さ（高さ）と法線の変化に基づいてエッジを検出する方法や、３次元点群データから三角ポリゴンを生成して、隣接するポリゴンの連続性や法線の方向、距離に基づいてエッジを検出する方法が知られている。これらの方法は被検物の深さ（高さ）の情報を用いるため、表面テクスチャの識別が可能であり、表面テクスチャの影響を受けにくく、エッジの誤検出が少なく、真のエッジを高精度に検出することが可能である。ただし、３次元点群データ１８１の解像度が２次元画像データよりも低いために、エッジ位置の検出精度は高くはない。そのため、後述のように、２次元画像データを用いてより高い精度でエッジ位置を求める。
【００３７】
次に、算出部１４０は、３次元点群データ１８１から、２次元測定部による測定において最適なフォーカス位置を算出する（Ｓ１０３）。そして、不図示の制御部により、搭載台１０６を保持して移動するＺ軸ステージをＺ方向に移動することでフォーカス位置を調整する。フォーカス位置は第１撮像素子１１０で被検物１７０のエッジが最も鮮明に撮像されるように決定される。算出部１４０は、３次元点群データ１８１から仮エッジのそれぞれについて、高さの情報を算出する。そして、各仮エッジの高さの情報から、ピントが合うようなフォーカス位置を各仮エッジについて算出する。Ｚ軸ステージで被検物１７０を最適なフォーカス位置に移動させて第１撮像素子１１０で逐次的に被検物１７０を撮像することにより、それぞれの仮エッジについての鮮明な画像を取得することができる。フォーカス調整部は、Ｚ軸ステージに限らず、光学系１０４の焦点位置を変更することによってフォーカス位置を調整してもよい。このステップは光学系１０４がテレセントリックで焦点深度が広い場合は省略することができる。一方、光学系１０４の解像力を高めるために虹彩絞り１０５の開口径を大きくする場合には、焦点深度が浅くなるので、フォーカスを調整することが望ましい。
【００３８】
次に、算出部１４０の取得部は、第１撮像素子１１０によって撮像された被検物１７０の２次元画像データを取得する（Ｓ１０４）。図３（ｃ）は上述した直方体の被検物についての２次元画像１８３である。２次元画像１８３の光の強弱が色の濃淡で表されている。この被検物は表面に縞状のテクスチャを有しているため、２値化など単純な方法では、縞をエッジと誤検出する可能性がある。
【００３９】
次に、算出部１４０は、実際の同じ位置が一致するように、２次元画像データと３次元点群データとの位置合わせを行う（Ｓ１０５）。予め既知の基準物体を両方の撮像素子で撮像するなどして、２つの画像の向きや倍率の対応関係を把握しておき、その対応関係に基づいて位置合わせは実行される。撮像素子や光学系を正確にアライメントするなど、ハードウェアによって３次元点群データと２次元画像データとの位置を対応付けられれば、このステップを省略することができる。
【００４０】
次に、２次元画像データと３次元点群データとが位置合わせされた状態において、Ｓ１０２で検出された仮エッジを２次元画像において重ね合わせる（Ｓ１０６）。上述のように、エッジの誤検出の可能性を低減して２次元画像データから真のエッジを高精度に検出するためには、２次元画像におけるエッジ検出範囲（ウィンドウ領域）を設定する必要がある。そのため、次に、２次元画像におけるエッジ検出範囲を設定する。
【００４１】
算出部１４０は、２次元画像データにおいて投影された仮エッジの周辺にエッジ検出範囲が設定されるように、エッジ検出範囲を自動で設定する（Ｓ１０７）。このように、エッジ検出範囲を、仮エッジの周辺の限られた狭い範囲に設定することにより、エッジの誤検出の可能性を低下させ、エッジ位置を高精度に検出する。図３（ｄ）は、直方体の被検物の２次元画像１８３について、重ね合わされた仮エッジ１８４（実線）と、その周辺に設定されたエッジ検出範囲１８５（点線）を示した図である。
【００４２】
次に、算出部１４０は、設定されたエッジ検出範囲１８５の内部の２次元画像からエッジを検出する（Ｓ１０８）。図３（ｅ）は、直方体の被検物の２次元画像１８３について、検出したエッジ１８６（実線）を示した図である。エッジ検出範囲が限定されているため、２次元画像全体においてエッジを検出するよりは、被検物のテクスチャによってエッジを誤検出する可能性が小さくなっている。したがって、計測装置１０は、測定対象とする被検物のエッジの真の位置をより高精度に計測することができる。また、エッジ検出範囲が限定されているため、エッジ検出のための演算時間が短縮されている。また、２次元画像データは３次元点群データより高解像度であるため、３次元点群データのみからエッジを検出するよりも高精度にエッジの位置を検出することができる。
【００４３】
また、被検物に面取り部がある場合には、エッジ検出範囲を面取り部に限って設定することで、面取り部の角面や丸面をより詳細な位置で検出でき、測定対象とする面取り部におけるエッジの真の位置を高精度に特定することができる。
【００４４】
次に、算出部１４０は、２次元画像データを用いて、高精度に計測された複数のエッジの位置から、被検物１７０の寸法、幾何公差、角度、直交度や真円度などの形状情報を算出する（Ｓ１０９）。形状情報は２次元画像データから得られるため、２次元の情報に関する。計測装置１０ではエッジ位置が高精度に計測されているため、被検物１７０の寸法や幾何公差等の値をより正確に求めることができる。
【００４５】
このように、本実施形態の計測装置４０によれば、３次元測定部によって得られた３次元データに含まれる被検物の深さ（高さ）の情報を用いるため、表面テクスチャの影響を低減して、エッジの誤検出を防止することができる。さらに、真のエッジの位置を含む周囲の限定された範囲にエッジ検出範囲を設定することにより、被検物のエッジの位置を高精度に特定することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図４は第２実施形態の計測装置５０の概略図である。第２実施形態の計測装置５０は第１実施形態の計測装置４０に対して撮像素子の数が異なる。第２実施形態の計測装置５０は、周波数可変光源１０１から導かれる光によって生成された干渉信号と、インコヒーレント光源１０３から導かれる光によって生成された被検物１７０のイメージを、１つの共通の撮像素子１３３で撮像する。撮像素子１３３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳであり、解像度が互いに異なる複数の条件で画像を取得することが可能となっている。
【００４７】
計測装置５０は、３次元測定部により３次元測定を行い、３次元点群データを取得し、２次元測定部により被検物を撮像して、２次元画像データを取得する。そして、これらのデータを用いて被検物のエッジを高精度に自動で検出する。第２実施形態においても、図２に示される算出プロセスを適用することで、第１実施形態と同様にエッジを自動で検出することができる。
【００４８】
計測装置５０ではまず、３次元測定部によって３次元点群データを取得する（Ｓ１０１）。この３次元点群データは、撮像素子１３３を第１条件に設定し、第１条件で取得した複数枚の画像から算出される。周波数走査干渉計では３次元点群データを算出するために、複数枚の干渉信号を取得する必要がある。短時間で被検物の３次元点群データを測定するためには、高速なフレームレートの撮像素子が求められる。そこで、撮像素子１３３の第１条件では、ビニングによって、撮像素子における撮像に用いる解像度を低解像度（第１解像度）に設定する一方、高速なフレームレートで画像を取得する。これにより、３次元測定部により第１解像度の３次元点群データが得られる。
【００４９】
Ｓ１０２乃至Ｓ１０３については、第１実施形態と同様である。続いて、撮像素子１３３を第２条件に設定し、第２条件で２次元画像が測定される（Ｓ１０４）。横方向の寸法を精度よく算出するためには、高解像度な２次元画像が必要である。一方、複数枚の画像が必要な干渉信号とは異なり、２次元画像は最低１枚取得すれば良い。このため、フレームレートは遅くても、高解像度な撮像素子が求められる。そこで、撮像素子１３３の第２条件では、ビニングは行わず、低速なフレームレートだが、撮像素子における撮像に用いる解像度を第１解像度よりも高い解像度（第２解像度）で画像を取得する。これにより、２次元測定部により第２解像度の２次元画像データが得られる。
【００５０】
測定ステップＳ１０５乃至Ｓ１０８については、第１実施形態と同様である。
【００５１】
第２実施形態の計測装置５０によれば、２次元画像データは３次元点群データよりも高解像（データ点数が多い）であるため、高精度に被検物のエッジの位置を検出することができる。また、２次元画像については高解像度だが低速な第１条件で測定しているが、複数の画像取得が必要な干渉信号については低解像度だが高速な第２条件で測定しているため、３次元測定の測定時間が短縮され、測定全体として従来よりも高速な測定が実現される。
【００５２】
このように、本実施形態の計測装置によれば、被検物に面取りや表面テクスチャがある場合でも、被検物のエッジを高精度に自動で高速に検出することができる。
【００５３】
＜物品の製造方法の実施形態＞
本実施形態における物品の製造方法は、例えば、ギアなどの金属部品や光学素子等の物品を製造するために用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の計測装置を用いて、上記物品である被検物の寸法などの形状情報を計測する工程と、かかる工程における計測結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の形状を計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて、被検物の形状が設計値など所望の形状になるように当該被検物を加工する。上記計測装置により高精度に被検物の形状を計測できるため、本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、少なくとも物品の加工精度の点で有利である。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００５５】
上記実施形態では、３次元形状測定部として周波数走査干渉計を説明したが、これに限らない。例えば、複数の異なる波長の光によって合成波長を生成する多波長干渉計や、光源に白色ＬＥＤなど低コヒーレント光源を用いる白色干渉計など、公知の測定手段を用いることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、インコヒーレント光源１０３によって被検物１７０が照射され、その反射光または散乱光を撮像素子によって測定する構成になっているが、このような構成には限定されない。例えば、搭載台１０６をガラス板など透明な材質として背後（被検物に対して反対側）から被検物１７０を照明し、被検物１７０によって減光または遮光されて形成される影を撮像素子で撮像するような構成にしても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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