(57)【要約】      （修正有）【課題】測定の自動化の点で有利な測定装置を提供する。【解決手段】被検物の形状を測定する測定装置１００は、第１測定モードでの測定と、前記第１測定モードでの測定精度より高い測定精度を有する第２測定モードでの測定とを行うための測定ヘッド１と、前記被検物の占有領域を検知する検知部と、前記測定ヘッド１を制御する制御部２０と、を含み、前記制御部２０は、前記第１測定モードにおいて、前記検知部による検知結果に基づき、前記被検物に衝突しないように前記測定ヘッド１を移動させ、前記第２測定モードにおいて、前記第１測定モードでの測定結果に基づき、前記第２測定モードでの許容条件を満たすように前記測定ヘッド１を移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の形状を測定する測定装置であって、
第１測定モードでの測定と、前記第１測定モードでの測定精度より高い測定精度を有する第２測定モードでの測定とを行うための測定ヘッドと、
前記被検物の占有領域を検知する検知部と、
前記測定ヘッドを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記第１測定モードにおいて、前記検知部による検知結果に基づき、前記被検物に衝突しないように前記測定ヘッドを移動させ、
前記第２測定モードにおいて、前記第１測定モードでの測定結果に基づき、前記第２測定モードでの許容条件を満たすように前記測定ヘッドを移動させる、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記検知部は、予め定められた許容領域の中に前記被検物が収まっていることを検知し、
前記制御部は、前記許容領域の中に前記被検物が収まっていることを前記検知部が検知した場合、前記第１測定モードにおいて前記許容領域の外で前記測定ヘッドを移動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記検知部により検知された前記占有領域に基づいて、前記第１測定モードにおいて前記占有領域の外で前記測定ヘッドを移動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定ヘッドに設けられ、前記測定ヘッドが移動する方向における前記被検物の有無を検知するセンサを含み、
前記制御部は、前記センサからの出力に基づいて、前記被検物に接触しないように前記測定ヘッドを移動させる、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２測定モードにおいて、前記測定ヘッドの位置に基づき前記測定ヘッドの姿勢を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２測定モードにおいて、前記第１測定モードでの測定結果に基づき、前記被検物の表面からの距離が一定となるように前記測定ヘッドを移動させる、ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１測定モードでの測定結果に基づいて、前記被検物の種類ならびに位置および姿勢を特定し、前記種類に関して予め用意された前記測定ヘッドの移動経路と前記位置および前記姿勢とに基づいて、前記第２測定モードでの前記測定ヘッドの移動経路を設定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記測定ヘッドは、前記被検物に光を照射する照射部と、前記光が照射された前記被検物を撮像する撮像部とを含み、
前記制御部は、前記第１測定モードで前記被検物を測定する際と、前記第２測定モードで前記被検物を測定する際とにおいて、前記照射部および前記撮像部のうち少なくとも一方を共通に使用する、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記測定ヘッドは、光を射出する光源と、光を検出する検出器と、参照面とを含み、
前記第１測定モードでは、前記光源と前記検出器とによりタイムオブフライト方式で前記測定ヘッドと前記被検物の表面との距離を得、
前記第２測定モードでは、前記光源と前記参照面と前記検出器とにより、前記参照面で反射された参照光と前記被検物の表面で反射された被検光とによって得られる干渉光を前記検出器で検出する干渉方式で前記測定ヘッドと前記被検物の表面との距離を得る、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記測定ヘッドは、接触式プローブを含み、
前記第２測定モードでは、前記接触式プローブを前記被検物に接触させることにより前記測定ヘッドと前記被検物の表面との距離を得る、ことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１１】
被検物の形状を測定する測定装置であって、
第１測定モードでの測定と、前記第１測定モードでの測定精度より高い測定精度を有する第２測定モードでの測定とを行うための測定ヘッドと、
前記被検物が収められるべき許容領域を示す指標と、
前記測定ヘッドを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記第１測定モードにおいて、前記指標によって示された前記許容領域の中に前記被検物が収められた状態で、前記許容領域の外で前記測定ヘッドを移動させ、
前記第２測定モードにおいて、前記第１測定モードでの測定結果に基づき、前記第２測定モードでの許容条件を満たすように前記測定ヘッドを移動させる、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１２】
測定ヘッドを用いて、第１測定モードでの測定と、前記第１測定モードでの測定精度より高い測定精度を有する第２測定モードでの測定とを行うことにより、被検物の形状を測定する測定方法であって、
前記被検物の占有領域を検知し、
前記第１測定モードにおいて、前記検知の結果に基づき、前記被検物に衝突しないように前記測定ヘッドを移動させ、
前記第２測定モードにおいて、前記第１測定モードでの測定結果に基づき、前記第２測定モードでの許容条件を満たすように前記測定ヘッドを移動させる、
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元座標測定を行う測定装置（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ；ＣＭＭ）が知られている。当該測定装置は、測定ヘッド（計測ヘッド）に接触式のタッチプローブまたは非接触式の光学プローブ等を備え、当該測定ヘッドを移動させて被検物表面の座標（もって被検物の寸法や形状）を測定する。
【０００３】
このような測定装置で被検物を測定する場合、測定開始前に、測定装置に対する被検物のアライメントが必要である。このアライメントのためには、作業者が被検物と測定ヘッド（プローブ）との位置関係を目視で確認しながら測定ヘッドを移動させて、被検物の複数の基準位置（基準箇所の位置）を計測する必要がある。この作業は、面倒であり、経験のない作業者には困難であり、また、作業者の習熟度によって計測結果にばらつきが生じうる。
【０００４】
そのような不便を軽減するため、インテリジェント座標測定システムが提案されている（非特許文献１）。このシステムは、非接触センサにより被検物の全体をラフに予備測定し、その予備測定結果と予め登録された被検物の設計データ（ＣＡＤデータ）とを比較することによって、被検物の特定と本測定のための測定ヘッドの座標の構成とを行う。そして、構成された測定ヘッドの座標に基づき測定ヘッド（プローブ）を移動させて本測定を行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大澤  尊光、“三次元測定の最新動向および今後の本事業の発展”、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１０年３月２５日、産業技術総合研究所  幾何形状計測研究会、［２０１２年１１月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nmij.jp/~regional-innovation/kikakeijo/docimgs/100325_osawa.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の自動測定では、被検物との衝突の可能性があるため、被検物の特定が完了するまでは測定ヘッドを動かせないという制約がある。したがって、予備測定で被検物の特定が可能な場合は良いが、被検物の形状や配置によっては死角の存在により被検物の特定ができないという問題がある。また、被検物特定のための被検物検出範囲を狭め、ある程度の死角を許容すると、被検物の特定を誤り、測定ヘッドと被検物とが衝突しうる。
【０００７】
そこで、本発明は、例えば、測定の自動化の点で有利な測定装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検物の形状を測定する測定装置であって、第１測定モードでの測定と、前記第１測定モードでの測定精度より高い測定精度を有する第２測定モードでの測定とを行うための測定ヘッドと、前記被検物の占有領域を検知する検知部と、前記測定ヘッドを制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記第１測定モードにおいて、前記検知部による検知結果に基づき、前記被検物に衝突しないように前記測定ヘッドを移動させ、前記第２測定モードにおいて、前記第１測定モードでの測定結果に基づき、前記第２測定モードでの許容条件を満たすように前記測定ヘッドを移動させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば、測定の自動化の点で有利な測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の測定装置を示す図である。
【図２】第１実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図４】第１実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図５】被検物の形状を測定する工程を示すフローチャートである。
【図６】検知部が設けられた測定装置の構成例を示す図である。
【図７】検知部が設けられた測定装置の構成例を示す図である。
【図８】許容領域を示す指標が備えられた測定装置の構成例を示す図である。
【図９】衝突防止センサが備えられた測定ヘッドを示す図である。
【図１０】第３実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図１１】第３実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図１２】第３実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図１３】第４実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図１４】第５実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図１５】第５実施形態の測定ヘッドの構成を示す図である。
【図１６】第６実施形態の測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態の測定装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の測定装置１００を示す図である。第１実施形態の測定装置１００は、被検物の形状を測定する測定ヘッド１と、測定ヘッド１を駆動する駆動部１０と、測定ヘッド１および駆動部１０を制御する制御部２０とを含む。そして、第１実施形態の測定装置１００は、測定ヘッド１を被検物の表面（被検面）に沿って、例えば、測定ヘッド１と被検面との距離が一定になるように測定ヘッド１を移動させながら、被検物の形状を測定する。ここで、移動は、運動または動きともいい、位置の変化のみならず姿勢の変化を含みうるものとする。
【００１３】
まず、第１実施形態における駆動部１０の構成について説明する。駆動部１０は、例えば、被検物が配置される定盤２と、Ｙキャリッジ３と、Ｘスライダー４と、Ｚスピンドル５と、回転ヘッド１１とを含む。Ｙキャリッジ３は、一対の脚部３ａとＸビーム３ｂとにより門型に構成され、エアガイドを介して定盤２により支持されている。Ｙキャリッジ３における一方の脚部３ａには、Ｙキャリッジ３をＹ方向に沿って駆動するＹ駆動部８が備えられている。Ｙ駆動部８は、定盤２に設けられたＹシャフト８ａとＹキャリッジ３に設けられたＹ可動部８ｂから成り、Ｙ可動部８ｂがＹシャフト８ａに沿って移動することにより、Ｙキャリッジ３をＹ方向に沿って駆動することができる。Ｘスライダー４は、エアガイドを介してＹキャリッジ３のＸビーム３ｂにより支持されており、Ｘスライダー４をＸ方向に沿って駆動するＸ駆動部を備える。Ｘ駆動部は、Ｙキャリッジ３に設けられたＸシャフト１４とＸスライダー４に設けられたＸ可動部から成り、Ｘ可動部がＸシャフト１４に沿って移動することにより、Ｘスライダー４をＸ方向に沿って駆動することができる。Ｚスピンドル５は、エアガイドを介してＸスライダー４により支持されており、Ｚスピンドル５をＺ方向に沿って駆動するＺ駆動部を備える。Ｚ駆動部は、Ｘスライダー４に設けられたＺシャフトとＺスピンドル５に設けられたＺ可動部から成り、Ｚ可動部がＺシャフトに沿って移動することにより、Ｚスピンドル５をＺ方向に沿って駆動することができる。Ｚスピンドル５の先端には、回転ヘッド１１を介して測定ヘッド１が備えられている。回転ヘッド１１は、測定ヘッド１をＸ軸周り、Ｙ軸周りおよびＺ軸周りに回転させることができ、これにより測定ヘッド１の姿勢を変更することができる。
【００１４】
このように駆動部１０を構成することにより、第１実施形態の測定装置１００は、測定ヘッド１の位置や姿勢を変更しながら被検物の形状を測定することができる。ここで、駆動部１０は、Ｙキャリッジ３のＹ方向における位置を計測するためのＹエンコーダ７と、ＸスライダーのＸ方向における位置を計測するためのＸエンコーダと、ＺスピンドルのＺ方向における位置を計測するためのＺエンコーダとを含む。第１実施形態の測定装置１００は、Ｙエンコーダ７により計測されたＹキャリッジ３の位置と、Ｘエンコーダにより計測されたＸスライダー４の位置と、Ｚエンコーダにより計測されたＺスピンドル５の位置とにより測定ヘッド１の位置座標を取得することができる。
【００１５】
次に、測定ヘッド１の構成について説明する。第１実施形態の測定装置１００は、測定ヘッド１を被検物の表面（被検面）に沿って移動させて、例えば、測定ヘッド１を、それと被検面との距離が一定になるように移動させて被検物の形状を測定することができる。このような測定装置１００において、測定ヘッド１により被検物の形状を非接触で測定する場合、測定ヘッド１における測定精度は、測定ヘッド１と被検面との距離に反比例する。そのため、被検物の形状を高精度に測定するには、測定ヘッド１と被検面とをできるだけ近づけた状態で測定ヘッド１を移動させる必要がある。しかしながら、測定ヘッド１と被検面とを近づけた状態で測定ヘッド１を移動させるには、被検物が配置されている位置や被検物の形状を把握しておく必要がある。そこで、第１実施形態の測定装置１００では、測定ヘッド１と被検面とを近づけた状態で被検物の形状を高精度に測定する本測定の前に、測定ヘッド１と被検面との距離を確保した状態で被検物の形状をラフに測定する予備測定が行われる。予備測定では、本測定の際より測定ヘッド１の測定精度を低くして、測定ヘッド１と被検面との距離を確保した状態で測定ヘッドを移動させ、被検物の形状の測定が行われる。このように、第１実施形態の測定装置１００では、測定ヘッド１の測定精度を変えて複数回の測定が行われるため、測定ヘッド１は、複数の測定モード（第１測定モードおよび第２測定モード）を有するように構成される。ここで、測定装置１００は、予備測定の際には測定ヘッド１の測定モードを第１測定モードに設定して被検物の形状を測定し、本測定の際には測定ヘッド１の測定モードを第２測定モードに設定して被検物の形状を測定する。また、第２測定モードにおける測定ヘッド１の測定精度は、第１測定モードにおける測定ヘッドの測定精度より高く設定される。
【００１６】
第１実施形態における測定ヘッド１の構成について、図２〜図４を参照しながら説明する。第１実施形態では、光切断法（ライン光投影型の三角測量）を用いて被検物の形状を測定する場合について説明する。光切断法とは、被検物に向けてライン光を照射し、ライン光が照射された被検物を撮像して、被検物の形状に応じて生じるライン光の歪み量を検出することにより、被検物の高さ情報を取得する方法である。このような光切断法において、測定ヘッド１は、被検物にライン光を照射する照射部１６と、ライン光が照射された被検物を撮像する撮像部１７（例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ）とを含みうる。そして、測定ヘッド１は、予備測定で使用される第１測定モードと、本測定で使用される第２測定モードとによって被検物の形状を測定することができるように構成されている。以下に、図２〜図４に示される測定ヘッド１の構成例について説明する。
【００１７】
図２に示す測定ヘッド１は、１つの照射部１６と、２つの撮像部１７ａおよび１７ｂとを含み、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて共通の照射部１６を用いる。また、２つの撮像部１７ａおよび１７ｂは、撮像する方向が互いに異なるように配置されている。そして、第１測定モードで被検物を測定する際には照射部１６と撮像部１７ａとが使用され、第２測定モードで被検物を測定する際には照射部１６と撮像部１７ｂとが使用される。これにより、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）の測定レンジを、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）の測定レンジより広くすることができる。即ち、測定装置１００は、予備測定の際には、本測定の際と比べて、被検面と測定ヘッド１との距離を確保しながら被検物を測定することができる。また、本測定の際には、予備測定の際と比べて、高い測定精度で被検物を測定することができる。ここで、撮像部１７ａおよび１７ｂは、センサ面と物体面と結像レンズの主平面が同一直線上で交わるシャインプルーフ光学系の条件を満足する配置となっているとよい。また、第１測定モードと第２測定モードとを切り換える際には、照射部１６に設けられたオートフォーカス機構により、各測定レンジ内でスポット径が小さくなるようにフォーカス位置を調整するとよい。さらに、図２に示す測定ヘッド１は複数の撮像部（１７ａおよび１７ｂ）を含むため、複数の撮像部によるステレオ法の原理に基づいて予備測定を行ってもよい。
【００１８】
図３に示す測定ヘッド１は、２つの照射部１６ａおよび１６ｂと、１つの撮像部１７とを含み、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて共通の撮像部１７を用いる。また、２つの照射部１６ａおよび１６ｂは、ライン光を照射する方向が互いに異なるように配置されている。そして、第１測定モードで被検物を測定する際には照射部１６ａと撮像部１７とが使用され、第２測定モードで被検物を測定する際には照射部１６ｂと撮像部１７とが使用される。これにより、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）の測定レンジを、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）の測定レンジより広くすることができる。即ち、測定装置１００は、予備測定の際には、本測定の際と比べて、被検面と測定ヘッド１との距離を確保しながら被検物を測定することができる。また、本測定の際には、予備測定の際と比べて、高い測定精度で被検物を測定することができる。ここで、第１測定モードと第２測定モードとを切り換える際には、図２に示す測定ヘッドと同様に、照射部１６ａおよび１６ｂに設けられたオートフォーカス機構により、各測定レンジ内でスポット径が小さくなるようにフォーカス位置を調整するとよい。
【００１９】
図４に示す測定ヘッド１は、１つの照射部１６と、１つの撮像部１７とを含み、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて共通の照射部１６および撮像部１７を用いる。この場合、撮像部１７に含まれるズーム機構によって測定ヘッド１の測定レンジを切り換える。例えば、測定装置１００は、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）にはズーム倍率を小さくし、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）にはズーム倍率を大きくする。これにより、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）の測定レンジを、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）の測定レンジより広くすることができる。即ち、測定装置１００は、予備測定の際では、本測定の際と比べて、被検面と測定ヘッド１との距離を確保しながら被検物を測定することができる。また、本測定の際には、予備測定の際と比べて、高い測定精度で被検物を測定することができる。ここで、第１測定モードと第２測定モードとを切り換える際には、図２および図３に示す測定ヘッド１と同様に、照射部１６に設けられたオートフォーカス機構によりフォーカス位置を調整するとよい。
【００２０】
上述したように、第１実施形態の測定ヘッド１は、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて、照射部１６および撮像部１７のうち少なくとも一方を共通に用いる。これにより、測定ヘッド１を軽量かつ小型化することができ、低コスト化も実現できる。
【００２１】
このように構成された第１実施形態の測定装置１００において、被検物の形状を測定する工程について、図５を参照しながら説明する。図５は、被検物の形状を測定する工程を示すフローチャートであり、図５に示す工程は、制御部２０において駆動部１０および測定ヘッド１を制御することにより行われる。ここで、図５に示すフローチャートを開始する前に、ユーザーが被検物を定盤２上に配置する。この際、被検物の位置や形状は、後述する予備測定の工程で検出されるため、定盤上に被検物を正確に配置する必要性は小さい。
【００２２】
Ｓ１０１では、制御部２０は、被検物の配置を検知する。第１実施形態の測定装置１００は、予備測定の際においても測定ヘッドを移動させながら被検物の形状を測定する。しかしながら、予備測定の際では、定盤上における被検物の配置（位置や姿勢）は不明あるため、被検物の状態を把握せずに測定ヘッド１を移動させてしまうと、測定ヘッド１と被検物とが衝突してしまうことがある。そのため、測定装置１００には、被検物が配置されている領域（被検物を含む領域（占有領域））を検知する検知部が設けられており、制御部２０は、予備測定の際に、検知部による検知結果に基づき測定ヘッド１を移動させている。ここで、被検物の占有領域を検知する検知部が設けられた測定装置の構成例について、図６〜図７を参照しながら説明する。
【００２３】
図６は、検知部が設けられた測定装置１００ａの構成例を示す図である。図６（ａ）に示す測定装置１００ａは、被検物が許容領域の中に収められているか否か、即ち、被検物の占有領域が許容領域に含まれているか否かを検知するセンサ２１を検知部として含んでいる。許容領域とは、予め定められた、被検物が収められるべき領域（被検物の配置が許容できる領域）のことである。そして、図６（ａ）に示す測定装置では、センサ２１が許容領域における高さの上限となる位置に配置されており、許容領域として高さ（Ｚ方向の位置）のみが制限されている。センサ２１は、定盤２に支持されており、例えば、透過型の多光軸光電センサなどのエリアセンサを含むように構成されている。センサ２１は、図６（ｂ）に示すように、複数の投光素子２２がＸ方向に沿ってライン状に配置された投光器２１ａと、各投光素子２２にそれぞれ対向するように、複数の受光素子２３がＸ方向に沿ってライン状に配置された受光器２１ｂとを含む。そして、各投光素子２２が各受光素子２３に向けて投光し、全ての受光素子２３が光を受光したか否かによって、被検物が許容領域の中に収められているか否かを検知することができる。例えば、投光素子２２から投光された光が被検物によって遮断されると、複数の受光素子２３のうち光を受光しない受光素子２３が存在する。このように光を受光しない受光素子２３が存在する場合では、被検物が許容領域（高さ）からはみ出している、即ち、被検物が許容領域の中に収められていないこととなる。一方で、光を受光しない受光素子２３が存在しない場合、即ち、全ての受光素子２３で光を受光した場合では、被検物が許容領域の中に収められていることとなる。このように構成された測定装置１００ａは、被検物が許容領域の中に収められていること（被検物の占有領域が許容領域に含まれていること）がセンサ（検知部）により検知された際に、測定ヘッドを当該許容領域の外において移動させながら予備測定を行う。ここで、センサ２１により、被検物が許容領域の中に配置されているか否かを検知する際には、例えば、Ｚスピンドル５により駆動可能なＺ方向の最大の位置まで測定ヘッド１を退避させておくとよい。
【００２４】
図７は、検知部が設けられた測定装置１００ｂの構成例を示す図である。図７に示す測定装置１００ｂは、被検物の大きさ（占有領域）を検知するセンサ２４を検知部として含んでいる。センサ２４は、Ｙキャリッジ３の側面に備えられており、例えば、透過型の多光軸光電センサなどのエリアセンサを含むように構成されている。センサ２４は、複数の投光素子がＺ方向に沿ってライン状に配置された投光器２４ａと、各投光素子にそれぞれ対向するように、複数の受光素子２５がＺ方向に沿ってライン状に配置された受光器２４ｂとを含む。そして、Ｙキャリッジ３をＹ方向に沿って移動させながら各投光素子が各受光素子２５に向けて投光し、光を受光した受光素子２５のうち最も低い位置にある受光素子の位置を検知していく。これにより被検物の大きさ（最大の高さ）、即ち、被検物の占有領域を検知することができる。例えば、複数の受光素子２５のうち、受光素子２５ａでは光が受光されず、受光素子２５ｂでは光が受光された場合では、受光素子２５ｂが配置されたＺ方向の位置が、センサ２４のＹ方向の位置における被検物の高さとされる。そして、Ｙキャリッジ３をＹ方向に沿って移動させながらセンサ２４による検知を行うことにより、被検物の最大の高さを検知することができる。このように構成された測定装置１００ｂでは、制御部２０が、センサ２４により検知された被検物の大きさ（占有領域）に基づいて、測定ヘッドを当該占有領域の外において移動させながら予備測定を行う。
【００２５】
ここで、図６や図７に示すような検知部（センサ）を含まずに、被検物が許容領域に収められているか否か、即ち、被検物の占有領域が許容範囲に含まれているか否かを確認する方法について、図８を参照しながら説明する。図８に示す測定装置１００ｃは、図６や図７に示すような検知部（センサ）を含まず、被検物が収められるべき許容領域を示す指標１６１および指標１６２を有している。図８に示す測定装置１００ｃは、例えば、被検物が許容領域の中に配置されているか否かを目視で確認できるように、Ｘ方向およびＹ方向における許容領域を示す指標１６１を定盤上に備えている。また、測定装置１００ｃは、Ｚ方向における許容領域の上限を示す指標１６２をＹキャリッジ３の側面に備えている。ここで、図８では、指標によりＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向において許容領域を定めているが、それに限られるものではなく、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうち一方向、または二方向においてだけ定めてもよい。
【００２６】
Ｓ１０２では、制御部２０は、駆動部１０を制御し、測定ヘッド１のＺ方向の位置と、測定ヘッド１の姿勢とを変更する。このとき、制御部２０は、被検物の占有領域（或いは許容領域）の中に測定ヘッド１が入らないように、測定ヘッドのＺ方向の位置を変更する。Ｓ１０３では、制御部２０は、駆動部１０を制御し、Ｓ１０２において変更された測定ヘッドのＺ方向の位置および姿勢において、測定ヘッド１をＸＹ方向に移動させながら予備測定を行う。このとき、測定ヘッド１の測定モードは、測定レンジの広い第１測定モードに設定される。Ｓ１０４では、制御部２０は、予備測定が完了したか否かを判定する。予備測定が完了していないと判定された場合は、Ｓ１０２に戻り、Ｓ１０３およびＳ１０４を繰り返す。一方で、予備測定が完了したと判定された場合は、予備測定の結果から被検物の形状や種類を特定し（被検物の形状情報を生成し）、Ｓ１０５に進む。
【００２７】
ここで、Ｓ１０２〜Ｓ１０４に示す予備測定の一連の流れについて説明する。まず、制御部２０は、例えば、測定ヘッド１の姿勢を固定した状態で、測定ヘッド１のＺ方向の位置を最大位置（Ｚスピンドル５により駆動可能なＺ方向の最大の位置）にする（Ｓ１０２）。そして、制御部２０は、測定ヘッド１を、そのＺ方向の位置を変えずにＸＹ方向に移動させながら、測定ヘッド１の移動経路上における複数の位置の各々から被検物の形状を測定する（Ｓ１０３）。制御部２０は、この測定では予備測定が完了していないとＳ１０４において判定した場合、Ｓ１０２に戻り、測定ヘッドのＺ方向の位置を所定の量だけ−Ｚ方向に移動させる（Ｓ１０２）。制御部２０は、そのＺ方向の位置において測定ヘッドをＸＹ方向に移動させながら、測定ヘッドの移動経路上における複数の位置の各々から被検物の形状を測定する（Ｓ１０３）。そして、制御部２０は、この測定によっても予備測定が完了していないとＳ１０４において判定した場合、再度Ｓ１０２に戻り、Ｓ１０２とＳ１０３を繰り返す。このように、複数のＺ方向の位置において、測定ヘッドをＸＹ方向に移動させながら被検物の形状を測定することにより、ある一方向から見たときの被検物の形状情報（２．５次元形状）を取得することができる。ここで、Ｓ１０２において測定ヘッド１をＺ方向に移動させる量は、第１測定モードの測定ヘッド１における測定レンジと同程度とするとよい。このように、測定ヘッド１をＺ方向に移動させる量を測定レンジと同等とすることにより、測定ヘッド１のＺ方向の位置を変更する回数を少なくすることができる。また、測定ヘッド１におけるＺ方向の位置を変更する回数を少なくして迅速に予備測定を完了させるためには、第１測定モードにおける測定ヘッドの測定レンジを大きくするとよい。例えば、当該回数を４回以下にするためには、第１測定モードにおける測定ヘッド１の測定レンジを、測定ヘッドのＺ方向の最大位置と被検物の占有領域（或いは許容領域）のＺ方向の上限位置との差の１／４程度に設定するとよい。また、測定ヘッド１のＺ方向の駆動可能範囲内で位置の変更が完了し、ある一方向から見たときの被検物の形状情報（２．５次元形状）を取得した後において、予備測定が完了していないとＳ１０４で判定するようにしてもよい。この場合は、ステップ１０４の判断を介し、測定ヘッド１の姿勢を順次変更して被検物の面形状（側面形状）が計測される。このように姿勢を変更して被検物の面形状を測定する理由は、被検物の形状が複雑な場合、一方向からの形状データ（２．５次元形状データ）だけでは被検物やその形状の特定が困難であるからである。
【００２８】
次に、制御部２０がＳ１０４において予備測定が完了したか否かを判定する方法について説明する。予備測定が完了したか否かを判定する方法は、被検物の設計データを制御部２０が有している場合と有していない場合とで異なる。被検物の設計データを制御部２０が有している場合では、制御部２０は、予備測定により取得された被検物の形状情報と設計データとを照合（比較）する。そして、被検物の形状情報と設計データとの照合率が予め定められた閾値以上となった場合に、制御部２０は予備測定が完了したと判定し、被検物の形状や種類の特定を行う。一方で、被検物の設計データを制御部２０が有していない場合では、制御部２０は、被検面の全体で予備測定を行ったとき、または駆動部１０により駆動可能な全ての測定ヘッド１の位置で予備測定を行ったときに予備測定が完了したと判定する。
【００２９】
Ｓ１０５では、制御部２０は、本測定の際における測定プログラムを設定する。当該測定プログラムは、本測定の際に測定ヘッド１を移動させる移動経路と、当該移動経路上の各位置における測定ヘッドの姿勢とを含み、予備測定において取得された被検物の形状情報に基づいて設定される。そして、測定ヘッド１の移動経路は、許容条件を満たすように、例えば、被検面が第２測定モードの測定ヘッドにおける測定レンジ内を維持するように、かつ当該測定ヘッド１と被検面との距離が一定になるように設定される。ここで、測定プログラムを設定する方法について説明する。本測定の際における測定プログラムを設定する方法は、被検物の設計データに基づいて予め用意された測定プログラム（設計データにおける測定プログラム）を制御部２０が有している場合と有していない場合とで異なる。設計データにおける測定プログラムは、本測定の際に測定ヘッドを移動させる目標移動経路と、当該目標移動経路上の各位置における測定ヘッドの目標姿勢とを含む。なお、設計データにおける測定プログラムは、ワーク座標系（被検物基準の座標系）で定義されたものであるため、本測定を行うためには、以下の工程により、装置座標系で定義された測定プログラムに変換する必要がある。
【００３０】
設計データにおける測定プログラムを制御部２０が有している場合では、まず、制御部２０は、予備測定において取得された被検物の形状情報と被検物の設計データとの偏差（２乗平均誤差）が最小となるように、設計データを形状情報に重ね合わせる。そして、制御部２０は、被検物の形状情報と被検物の設計データとを比較して測定装置上（装置座標系）における被検物の状態（位置や姿勢）を決定する。次に、制御部２０は、決定された測定装置上の被検物の状態（位置や姿勢）に基づいて、設計データにおける測定プログラムを装置座標系で定義された測定プログラムに変換する。なお、当該変換により、測定ヘッドの位置・姿勢は、測定ヘッドと被検物との衝突を防ぐために、設計データにおける測定プログラムで定義されている被検物と測定ヘッドとの相対位置・姿勢を復元するように設定される。
【００３１】
設計データにおける測定プログラムを制御部２０が有していない場合では、制御部２０は、予備測定で取得された被検物の形状情報や、第２測定モードにおける測定ヘッド１の特性（測定レンジなど）等に基づいて本測定の際における測定プログラムを設定する。本測定の際における測定プログラムは、上述したように、本測定の際における測定ヘッドの移動経路と、当該移動経路上の各位置における測定ヘッドの姿勢とを含みうる。制御部２０は、本測定の際における測定ヘッド１の移動経路を、許容条件を満たすように、例えば、被検面が第２測定モードの測定ヘッド１における測定レンジ内を維持するように、かつ測定ヘッド１と被検面との距離が一定になるように設定する。また、制御部２０は、予備測定で取得された被検物の形状情報に基づいて移動経路上の各位置における測定ヘッド１の姿勢を設定する。このように、第１実施形態の測定装置１００は、予備測定においても測定ヘッドを移動させ、様々な位置から被検物を測定して被検物の形状情報を取得している。そのため、予備測定において形状が把握できない被検物の部分を低減することができ、制御部２０は、本測定の際における測定プログラム（例えば、測定ヘッド１の移動経路）を詳細に設定することができる。即ち、後述する本測定において、被検物の形状を高精度に測定することができる。
【００３２】
Ｓ１０６では、制御部２０は、Ｓ１０５において設定された測定プログラムに基づいて測定ヘッド１の位置を制御し、第２測定モードで本測定を行う。制御部２０は、駆動部１０を制御することにより、測定プログラムに含まれる移動経路に沿って測定ヘッド１を移動するとともに、移動経路上の各位置から、各位置に応じた姿勢で被検物を第２測定モードで測定する。Ｓ１０７では、制御部２０は、Ｓ１０６における測定結果に基づいて、被検物の形状（三次元形状）を決定する。
【００３３】
上述したように、第１実施形態の測定装置１００は、本測定の際だけではなく、予備測定の際においても測定ヘッド１を移動させながら被検物を測定して被検物の形状情報を取得している。そして、測定装置１００は、予備測定の際においても測定ヘッド１を移動させるため、測定ヘッドと被検物との衝突を防ぐべく、被検物の配置を検知する検知部を含む。これにより、本測定用とは別の予備測定用のプローブで、駆動範囲を確保したうえで、被検物とは衝突しないように遠距離から複数の位置・姿勢をとって被検物を測定することができる。よって、死角を削減でき、または死角があっても、被検物の特定をより確実に行うことができるため、測定の自動化の点で有利な測定装置を提供することができる。ここで、第１実施形態の測定ヘッド１は、予備測定に使用する第１測定モードと、本測定で使用する第２測定モードとを有しているが、それに限られるものではない。例えば、測定ヘッド１は、複数の測定モードを含み、被検物を測定する際の用途に応じて最適な測定モードを選択するように構成されてもよい。
【００３４】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態の測定装置について説明する。第１実施形態では、予備測定で測定ヘッド１を移動させる際に測定ヘッドと被検物とが衝突することを防止するため、被検物の配置を検知部により検知した。第２実施形態では、被検物の配置を検知するのではなく、測定ヘッド１に衝突防止センサ２７を有し、衝突防止センサ２７によって測定ヘッド１と被検物とが衝突（接触）することを防止する。
【００３５】
図９に、衝突防止センサ２７が備えられた測定ヘッド１を示す。衝突防止センサ２７は、測定ヘッド１が移動する方向における被検物の有無を検知するセンサであり、例えば、当該方向に被検物がある場合、衝突防止センサ２７と被検物との距離を計測することができるセンサであるとよい。このような衝突防止センサ２７は、例えば、三角測量の原理に基づいたセンサが挙げられる。三角測量の原理に基づいたセンサは、対象物（被検物）に光を投光し、当該対象物から反射された光を、投光位置とは異なる位置において検知する。当該センサは、対象物の位置に伴って変化する受光スポットの重心位置から対象物の位置を計測することができる。そして、衝突防止センサ２７が備えられた測定ヘッド１を用いて予備測定を行う際には、制御部２０は、測定ヘッド１が移動する方向に被検物が存在しないことを衝突防止センサ２７の出力により確認しながら駆動部１０を制御し、測定ヘッド１を移動させる。これにより、予備測定の際に測定ヘッド１と被検物とが接触することを防止できる。ここで、衝突防止センサ２７は、その測定方向が測定ヘッド１を移動させる方向と一致するように測定ヘッド１に備えられている。また、第２実施形態では、測定ヘッド１は１つの衝突防止センサ２７を有しているが、それに限られるものではなく、複数の衝突防止センサを有してもよい。
【００３６】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態の測定装置について説明する。第３実施形態の測定装置は、第１実施形態の測定装置１００と比較して測定ヘッド１の構成が異なる。そのため、第３実施形態では、測定ヘッド１の構成について図１０〜図１２を参照しながら説明し、その他の構成については第１実施形態の測定装置１００と同様であるため説明を省略する。
【００３７】
第３実施形態における測定ヘッド１の構成について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。第３実施形態では、パターン光投影法（二次元パターン投影型の三角測量）を用いて被検物の形状を測定する場合について説明する。パターン投影法とは、既知の二次元パターンを被検物に投影し、パターンが投影された被検物を撮像して、被検物の形状に応じて生じる二次元パターンの歪み量を検出することにより、被検物の高さ情報を取得する方法である。このようなパターン投影法において、測定ヘッド１は、被検物にパターン光を照射する照射部２０１と、パターン光が照射された被検物を撮像する撮像部２０２（例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ）とを含みうる。ここで、パターン投影法には、例えば、位相シフト法や空間コード化法など、被検物の形状を測定するためのいくつかの方法がある。位相シフト法は、位相が互いに異なる複数の正弦波パターンを順次被検物に投影し、撮像部２０２における各画素の位相情報に基づいて被検物の形状を取得する方法であり、測定精度の高くすることができる。空間コード化法は、明暗幅を２倍ずつ変化させた格子パターンを順次被検物に投影し、撮像部２０２における各画素の空間コード値に基づいて被検物の形状を取得する方法であり、段差や複雑な形状を有する被検物であっても測定することができる。このようにパターン投影法を用いる測定ヘッド１は、予備測定で使用される第１測定モードと、本測定で使用される第２測定モードとによって被検物の形状を測定することができるように構成されている。以下に、図１０〜図１２に示される測定ヘッド１の構成例について説明する。
【００３８】
図１０に示す測定ヘッドは、１つの照射部２０１と、２つの撮像部２０２ａおよび２０２ｂとを含み、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて共通の照射部２０１を用いる。この場合、２つの撮像部２０２ａおよび２０２ｂは、撮像する方向が互いに異なるように配置されている。そして、第１測定モードで被検物を測定する際には照射部２０１と撮像部２０２ａとが使用され、第２測定モードで被検物を測定する際には照射部２０１と撮像部２０２ｂとが使用される。これにより、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）の測定レンジを、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）の測定レンジより広くすることができる。即ち、測定装置は、予備測定の際では、本測定の際と比べて、被検面と測定ヘッドとの距離を確保しながら被検物を測定することができる。また、本測定の際には、予備測定の際と比べて、高い測定精度で被検物を測定することができる。ここで、図２に示す測定ヘッド１は、複数の撮像部（２０２ａおよび２０２ｂ）を含むため、複数の撮像部によるステレオ法の原理に基づいて予備測定を行ってもよい。
【００３９】
図１１に示す測定ヘッド１は、２つの照射部２０１ａおよび２０１ｂと、１つの撮像部２０２とを含み、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて共通の撮像部２０２を用いる。この場合、２つの照射部２０１ａおよび２０１ｂは、パターン光を照射する方向が互いに異なるように配置されている。そして、第１測定モードで被検物を測定する際には照射部２０１ａと撮像部２０２とが使用され、第２測定モードで被検物を測定する際には照射部２０１ｂと撮像部２０２とが使用される。これにより、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）の測定レンジを、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）の測定レンジより広くすることができる。即ち、測定装置は、予備測定の際には、被検面と測定ヘッドとの距離を確保しながら被検物を測定することができる。また、本測定の際には、予備測定の際と比べて、高い測定精度で被検物を測定することができる。
【００４０】
図１２に示す測定ヘッド１は、１つの照射部２０１と、１つの撮像部２０２とを含み、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて共通の照射部２０１および撮像部２０２を用いる。この場合、撮像部２０２に含まれるズーム機構によって測定ヘッド１の測定レンジを切り換える。例えば、測定装置は、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）にはズーム倍率を小さくし、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）にはズーム倍率を大きくする。これにより、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）の測定レンジを、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）の測定レンジより広くすることができる。即ち、測定装置は、予備測定の際には、本測定の際と比べて、被検面と測定ヘッドとの距離を確保しながら被検物を測定することができる。また、本測定の際には、予備測定の際と比べて、高い測定精度で被検物を測定することができる。
【００４１】
上述したように、第３実施形態の測定装置は、第１測定モードで被検物を測定する際と、第２測定モードで被検物を測定する際とにおいて、照射部２０１および撮像部２０２のうち少なくとも一方を共通に用いる。これにより、第１実施形態の測定ヘッド１と同様に、測定ヘッド１を軽量かつ小型化することができ、低コスト化も実現できる。
【００４２】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態の測定装置について説明する。第４実施形態の測定装置は、第１実施形態の測定装置１００と比較して測定ヘッド１の構成が異なる。そして、第４実施形態の測定ヘッド１は、予備測定で使用される第１測定モードとしてタイムオブフライト方式（ＴＯＦ；Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）を使用し、本測定で使用される第２測定モードとして干渉方式を使用する。ここでは、測定ヘッドの構成について図１３を参照しながら説明し、その他の構成については第１実施形態の測定装置１００と同様であるため説明を省略する。
【００４３】
ＴＯＦ方式は、光源から射出された光が被検物に到達し、被検物の表面で反射された光が検出器に到達するまでの光飛行時間により測定ヘッド１と被検面との距離を取得する方式である。ＴＯＦ方式には、例えば、パルス法や位相差法など、測定ヘッド１と被検面との距離を取得するためのいくつかの方法がある。パルス法は、光源から射出されたパルス光を被検面に照射し、光源から射出されたパルス光と被検面で反射されたパルス光との時間差を計測することにより当該距離を取得する方法である。位相差法は、光源から射出された光を、その光強度を正弦波状に変調しながら被検面に照射し、被検面に照射される光と被検面で反射された光との位相差を計測することにより当該距離を取得する方法である。一方で、干渉方式は、被検面で反射された被検光と参照面で反射された参照光とにより生成された干渉光により当該距離を取得する方式である。このような方式において、例えば、被検面の表面粗さに起因するスペックルパターンが２πより大きい標準偏差のランダム位相を有する場合、単波長（１つの波長）では測定誤差が大きくなってしまう。そのため、第４実施形態では、複数の異なる波長によって測定ヘッドと被検面との距離を取得する多波長干渉方式について説明する。
【００４４】
図１３は、第４実施形態における測定ヘッド１を示す図である。図１３に示す測定ヘッド１は、測長ユニット３０１と、測長ユニット３０１から射出された光を被検面上で走査する光走査ユニット３０２とを含む。また、図１３に示す測定ヘッド１は、予備測定の際に使用する第１測定モードとしてのＴＯＦ方式と、本測定の際に使用する第２測定モードとしての干渉方式とを切り換えることができる。
【００４５】
まず、干渉方式で被検物を測定する場合について、測定ヘッド１の構成と併せて、図１３を参照しながら説明する。光源３０３から射出された光束と光源３０４から射出された光束とが波長フィルタ３０５で合波され、偏光ビームスプリッタ３０６により２つの光束に分割される。偏光ビームスプリッタ３０６を透過した光束（以下、第１光束）は、偏光ビームスプリッタ３０７に導かれる。一方で、偏光ビームスプリッタ３０６で反射された光束（以下、第２光束）は、音響光学素子３０８により、入射波長に対して一定の周波数シフトｄνを印加され、偏光ビームスプリッタ３０７に導かれる。そして、第１光束および第２光束は、偏光ビームスプリッタ３０７により合波され、ビームスプリッタ３０９において２つの光束に分割される。
【００４６】
ビームスプリッタ３０９を反射した光束は、偏光子３１０を透過後、波長フィルター３１１によって光源３０３から射出された光束と光源３０４から射出された光束とに分離される。光源３０３から射出された光束は、波長フィルター３１１を通過して検出器３１２に入射し、検出器３１２において、光源３０３から射出された光束における第１光束と第２光束とによる干渉信号（ビート信号）が検出される。一方で、光源３０４から射出された光束は、波長フィルター３１１で反射されて検出器３１３に入射し、検出器３１３において、光源３０４から射出された光束における第１光束と第２光束とによる干渉信号（ビート信号）が検出される。以下では、検出器３１２および検出器３１３で検出された干渉信号を基準信号とする。
【００４７】
ビームスプリッタ３０９を透過した光束は、偏光ビームスプリッタ３１４によって第１光束と第２光束とに分離される。第１光束は、偏光ビームスプリッタ３１４を透過し、λ／４板３１７により円偏光とされ、集光レンズ３１８および光走査ユニット３０２を介して被検面３２１に入射する。被検面３２１で反射された第１光束（被検光束）は、被検面３２１に入射するときの第１光束とは逆周りの円偏光となり、再び光走査ユニット３０２および集光レンズ３１８を介してλ／４板３１７に入射する。そして、被検光束は、λ／４板３１７を透過することにより、入射時とは９０度回転した直線偏光となるため、偏光ビームスプリッタ３１４で反射される。ここで、光走査ユニット３０２は、異なる回転軸を有する２枚のガルバノミラー３１９および３２０により構成され、ガルバノミラーの角度をそれぞれ変えることにより被検面上で光束を走査することができる。なお、本実施形態の光走査ユニット３０２は、２枚のガルバノミラーで構成されているが、それに限られるものではなく、例えば、１枚のガルバノミラーのみで構成してもよいし、ガルバノミラーではなくポリゴンミラー投で構成してもよい。
【００４８】
一方で、第２光束は、偏光ビームスプリッタ３１４で反射され、λ／４板３１５により編偏向とされて参照面３１６に入射する。参照面３１６で反射された第２光束（参照光束）は、参照面３１６に入射するときの第２光束とは逆周りの円偏光となって再びλ／４板３１５を通過することにより、入射時とは９０度回転した直線偏光となるため、偏光ビームスプリッタ３１４を透過する。そして、被検光束および参照光束は、偏光ビームスプリッタ３１４で合波され、偏光子３２２を透過後、波長フィルター３２３によって光源３０３から射出された光束と光源３０４から射出された光束とに分離される。光源３０３から射出された光束は、波長フィルター３２３を通過して検出器３２４に入射し、検出器３２４において、光源３０３から射出された光束における被検光束と参照光束とによる干渉信号（ビート信号）が検出される。一方で、光源３０４から射出された光束は、波長フィルター３２３で反射されて検出器３２５に入射し、検出器３２５において、光源３０４から射出された光束における被検光束と参照光束とによる干渉信号（ビート信号）が検出される。以下では、検出器３２４および検出器３２５で検出された干渉信号を測定信号とする。この測定信号は、第１光束と第２光束とによる干渉信号として両光束の周波数差に相当する干渉信号となる点で基準信号と同一であるが、被検光束と参照光束とにおける光路長差により干渉信号の位相が基準信号と異なる。そして、光源３０３から射出された光における基準信号と測定信号との位相差φ１と、光源３０４から射出された光における基準信号と測定信号との位相差φ２とを用いて、以下の式（１）により測定ヘッドと被検面との距離Ｌを取得することができる。ここで、式（１）において、λ１は光源３０３から射出された光の波長であり、λ２は光源３０４から射出された光の波長である。
【００４９】
【数１】
2014130091.tif 000003
【００５０】
次に、ＴＯＦ方式で被検物を測定する場合について、図１３を参照しながら説明する。ＴＯＦ方式で被検物を測定する場合では、干渉方式とは異なり、１つの光源のみを用いる。また、本実施形態では、光源において光強度を正弦波状に変調しながら光を射出する位相差法について説明する。図１３に示す測定ヘッド１は、ＴＯＦ方式（第１測定モード）で被検面を測定する際には、光源３０３のみを使用する。そして、光源３０３は、電流変調等により、光強度を正弦波状に変調しながら光を射出する。
【００５１】
光源３０３から射出された光束は、偏光ビームスプリッタ３０６で２つの光束び分割されるが、ＴＯＦ方式で測定する際には一方の光束は必要ないため、偏光ビームスプリッタ３０６で反射された光束はシャッター（不図示）などにより遮光しておくとよい。偏光ビームスプリッタ３０６を透過した光束は、ビームスプリッタ３０９で２つの光束に分割される。ビームスプリッタ３０９で反射された光束は、偏光子３１０および波長フィルター３１１を介して検出器３１２に入射し、検出器３１２において、光源３０３から射出された光束の光強度信号が検出される。以下では、検出器３１２で検出された光強度信号を基準信号とする。一方で、ビームスプリッタを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ３１４を透過し、λ／４板３１７により円偏光とされ、集光レンズ３１８および光走査ユニット３０２を介して被検面３２１に入射する。被検面３２１で反射された光束（被検光束）は、被検面３２１に入射するときの光束とは逆周りの円偏光となり、再び光走査ユニット３０２および集光レンズ３１８を介してλ／４板３１７に入射する。そして、被検光束は、λ／４板３１７を通過することにより、入射時とは９０度回転した直線偏光となるため、偏光ビームスプリッタ３１４で反射される。そして被検光束は、偏光子３２２および波長フィルター３２３を介して検出器３２４に入射し、検出器３２４において被検光速の光強度信号が検出される。以下では、検出器３２４で検出された光強度信号を測定信号とする。
【００５２】
基準信号および測定信号は、光飛行時間に応じてそれらに位相差が生じるため、その位相差を用いて、式（２）により測定ヘッドと被検面との距離Ｌを取得することができる。ここで、式（１）において、φ１は基準信号の位相、φ２は測定信号の位相、ｆは変調周波数およびｃは光速である。
【００５３】
【数２】
2014130091.tif 000004
【００５４】
上述したように、第４実施形態の測定装置は、測定ヘッドにおける第１測定モードとしてＴＯＦ方式を、第２測定モードとして干渉方式を用いている。そして、測定装置は、ＴＯＦ方式を適用する際と、干渉方式を適用する際とにおいて、同一の構成の測定ヘッド１を使用することができる。これにより、測定ヘッド１を軽量かつ小型化することができる。
【００５５】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態の測定装置について説明する。第５実施形態の測定装置は、第１実施形態の測定装置１００と比較して測定ヘッド１の構成が異なる。第５実施形態の測定装置では、測定ヘッド１が接触式プローブ４０３を含み、測定ヘッド１における第２測定モードでの測定として、接触式プローブ４０３の先端を被検面に接触させた状態で、被検面に対して相対的に走査させる。ここでは、測定ヘッド１の構成について図１４および図１５を参照しながら説明し、その他の構成については第１実施形態の測定装置１００と同様であるため説明を省略する。
【００５６】
図１４は、第５実施形態の測定ヘッド１の構成を示す図である。測定ヘッド１は、図１４に示すように、被検物にライン光を照射する照射部１６と、ライン光が照射された被検物を撮像する撮像部１７と、先端に球状の測定子を備えたスタイラスを有する接触式プローブ４０３とを含みうる。そして、測定ヘッド１は、第１測定モードで被検物を測定する際（予備測定の際）には、照射部１６と撮像部１７ａとを用いて被検物を測定し、第２測定モードで被検物を測定する際（本測定の際）には、接触式プローブ４０３を用いて被検物を測定する。このように、本測定の際に接触式プローブ４０３を用いることにより、非接触式プローブと比較して測定速度は低下するものの、深穴の内径など、非接触式プローブでは測定が困難である測定箇所を測定することができる。また、接触式プローブ４０３は、非接触式プローブと比較して測定精度が高いため、複雑な形状を有する被検物を高精度に測定したい場合に好適である。
【００５７】
ここで、第５実施形態の測定ヘッド１では、第１測定モードで被検物を測定する際には非接触式プローブ（照射部１６および撮像部１７ａ）を使用し、第２測定モードで被検物を測定する際には接触式プローブ４０３を使用したが、それに限られるものではない。例えば、測定ヘッド１は、図１５に示すように、１つの照射部１６と、２つの撮像部１７ａおよび１７ｂと、接触式プローブ４０３とを含むように構成されてもよい。この場合、例えば、第１測定モードで被検物を測定する際には照射部１６と撮像部１７ａとを用い、第２測定モードで被検物を測定する際には照射部１６と撮像部１７ｂと接触式プローブ４０３とを用いる。例えば、本測定の際に、非接触式プローブでは測定が困難である測定箇所や高精度な測定が必要な測定箇所を接触式プローブ４０３で測定し、それ以外の測定箇所を非接触式プローブ（照射部１６および撮像部１７ｂ）で測定する。これにより、様々な形状を有する被検物を高精度に測定することができるとともに、被検物の測定速度も向上させることもできる。
【００５８】
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態の測定装置６００について、図１６を参照しながら説明する。第６実施形態の測定装置６００は、第１実施形態の測定装置１００と比較して測定ヘッド１の構成が異なる。第６実施形態の測定装置６００では、測定ヘッド１は、図１６に示すように、被検物にライン光を照射する照射部１６と、ライン光が照射された被検物を撮像する撮像部１７ｂとを含む。また、ライン光が照射された被検物を撮像する撮像部１７ａがＹキャリッジ３に備えられている。そして、第６実施形態の測定装置６００では、第１測定モードで被検物を測定する際には、照射部１６と撮像部１７ａとを用いて被検物を測定し、第２測定モードで被検物を測定する際には、照射部１６と撮像部１７ｂとを用いて被検物を測定する。ここで、撮像部１７ａはＹキャリッジ３に備えられているが、それに限られるものではなく、例えば、Ｘスライダー４などに備えられてもよい。
【００５９】
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ないことはいうまでもなく、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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