(57)【要約】【課題】不慣れな使用者であっても測定対象物の計測値を容易に取得することが可能な測定装置を提供することである。【解決手段】投光部１１０および受光部１２０を含むヘッド部１９０が設置部１６１と固定的に連結される。ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置され、パターンを有する測定光が投光部１１０から測定対象物Ｓに照射される。測定対象物Ｓにより反射された測定光が受光部１２０により受光され、受光量を表す受光信号が出力される。受光信号に基づいて測定対象物Ｓの点群データが生成される。生成された点群データに基づいて計測の基準となる基準面が設定され、点群データに基づいて、指定された箇所の計測値が基準面を基準として算出される。ステージ１４０は傾斜載置面を有し、ステージ１４０が正対位置に位置されることにより、傾斜載置面が受光部１２０の撮像面と正対する。【選択図】図４
2018004281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ保持部と、
上下方向の回転軸を中心に回転可能に前記ステージ保持部により保持され、前記回転軸に対して非垂直でかつ測定対象物が載置される傾斜載置面を有するステージと、
前記ステージに載置される測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記測定対象物により反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部とを含むヘッド部と、
前記投光部から前記測定対象物に対して測定光が斜め下方に導かれ、かつ前記受光部の光軸が前記測定対象物に向かって斜め下方に延びるように、前記ヘッド部と前記ステージ保持部とを固定的に連結する連結部と、
前記ステージの回転を制御する回転制御手段と、
前記受光部により出力される受光信号に基づいて、前記測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成手段と、
前記点群データ生成手段により生成された点群データに基づいて、計測の基準となる基準面を設定する基準面設定手段と、
前記測定対象物の計測すべき箇所の指定を受け付け、前記点群データ生成手段により生成された点群データに基づいて、指定された箇所の計測値を前記基準面設定手段により設定された基準面を基準として算出する計測手段とを備え、
前記受光部は、前記光軸に対して垂直な撮像面を有し、
前記回転制御手段は、前記傾斜載置面が前記受光部の前記撮像面と正対するように、前記ステージを第１の回転位置に位置させる、測定装置。
【請求項２】
前記受光部は、単眼カメラである、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記点群データ生成手段により生成された点群データに基づいて、前記基準面設定手段により設定された基準面に対して垂直に前記測定対象物を見た画像を表す画像データを生成する画像データ生成手段をさらに備える、請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記ステージは、前記回転軸と直交する非傾斜載置面をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記ステージは、
前記非傾斜載置面を有し、前記ステージ保持部により保持されるステージプレートと、
前記傾斜載置面を有し、前記ステージプレートに対して着脱可能な傾斜部とを含む、請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記ステージは、前記非傾斜載置面および前記傾斜載置面を選択的に形成するように、前記回転軸に垂直な面に対する傾斜角度を調整可能に設けられたステージプレートを含む、請求項１〜４記載の測定装置。
【請求項７】
前記ステージが前記第１の回転位置にある状態で、前記受光部の光軸が前記傾斜載置面に直交する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記傾斜載置面は、前記回転軸に垂直な面に対して４５度の角度をなす、請求項７記載の測定装置。
【請求項９】
前記回転制御部は、前記ステージを前記第１の回転位置と異なる第２の回転位置に位置させ、
前記点群データ生成手段は、前記ステージが前記第１の回転位置にあるときに前記受光部により出力される受光信号に基づいて前記点群データとして第１の立体形状データを生成し、前記ステージが前記第２の回転位置にあるときに前記受光部により出力される受光信号に基づいて前記点群データとして第２の立体形状データを生成し、前記第１および第２の立体形状データを合成する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の測定を行う測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三角測距方式の測定装置では、測定対象物の表面に光が照射され、その反射光が１次元または２次元に配列された画素を有する受光素子により受光される。受光素子により得られる受光量分布のピーク位置に基づいて、測定対象物の表面の高さを計測することができる。
【０００３】
非特許文献１においては、符号化された光と位相シフト法とを組み合わせた三角測距方式の形状測定が提案されている。また、非特許文献２においては、符号化された光とストライプ状の光とを組み合わせた三角測距方式の形状測定が提案されている。これらの方式においては、測定対象物の形状測定の精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Toni F. Schenk, "Remote Sensing and Reconstruction for Three-Dimensional Objects and Scenes", Proceedings of SPIE, Volume 2572, pp. 1-9 (1995)
【非特許文献２】Sabry F. El-Hakim and Armin Gruen, "Videometrics and Optical Methods for 3D Shape Measurement", Proceedings of SPIE, Volume 4309, pp. 219-231 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような形状測定によって取得されるデータ（以下、測定データと呼ぶ。）に基づいて、測定対象物の所望の箇所の寸法等を算出することができる。例えば、測定データに基づいて、測定対象物の立体形状を表す画像が表示される。使用者が、表示された画像上で計測箇所を指定し、指定された箇所の計測値が測定データから算出される。
【０００６】
計測箇所によっては、測定対象物の全体の測定データは必要でなく、特定の箇所の測定データのみ必要である場合がある。特定の箇所の測定データのみを生成する場合、受光素子に対する測定対象物の向き等を適切に調整する必要がある。しかしながら、そのような調整を行うことは容易でなく、手間および時間が必要になる。
【０００７】
本発明の目的は、不慣れな使用者であっても計測箇所の計測値を容易に取得することが可能な測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る測定装置は、ステージ保持部と、上下方向の回転軸を中心に回転可能にステージ保持部により保持され、回転軸に対して非垂直でかつ測定対象物が載置される傾斜載置面を有するステージと、ステージに載置される測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部と、測定対象物により反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部とを含むヘッド部と、投光部から測定対象物に対して測定光が斜め下方に導かれ、かつ受光部の光軸が測定対象物に向かって斜め下方に延びるように、ヘッド部とステージ保持部とを固定的に連結する連結部と、ステージの回転を制御する回転制御手段と、受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成手段と、点群データ生成手段により生成された点群データに基づいて、計測の基準となる基準面を設定する基準面設定手段と、測定対象物の計測すべき箇所の指定を受け付け、点群データ生成手段により生成された点群データに基づいて、指定された箇所の計測値を基準面設定手段により設定された基準面を基準として算出する計測手段とを備え、受光部は、光軸に対して垂直な撮像面を有し、回転制御手段は、傾斜載置面が受光部の撮像面と正対するように、ステージを第１の回転位置に位置させる。
【０００９】
この測定装置においては、投光部および受光部を含むヘッド部がステージ保持部と固定的に連結される。ステージ保持部により保持されたステージの傾斜載置面上に測定対象物が載置され、パターンを有する測定光が投光部から測定対象物に照射される。測定対象物により反射された測定光が受光部により受光され、受光量を表す受光信号が出力される。受光信号に基づいて測定対象物の立体形状を表す点群データが生成される。
【００１０】
この場合、投光部、受光部およびステージが一体的に設けられているので、使用者は、これらの配置を調整する必要がなく、ステージ上に測定対象物を載置することで、測定対象物の点群データを得ることができる。また、ステージの回転軸が受光部の光軸と平行でないので、ステージが回転されることにより、受光部に向けられる測定対象物の箇所が変わる。そのため、ステージの回転位置が異なる状態で測定対象物に測定光が照射されることにより、測定対象物の異なる箇所での反射光が受光部によって受光される。したがって、受光部から出力される受光信号に基づいて、測定対象物の広い範囲の点群データを容易に生成することができる。
【００１１】
また、生成された点群データに基づいて計測の基準となる基準面が設定され、点群データに基づいて、指定された箇所の計測値が基準面を基準として算出される。この場合、基準面が設定されることによって、点群データから計測値を算出することが容易となる。
【００１２】
さらに、ステージが第１の回転位置に位置されることにより、傾斜載置面が受光部の撮像面と正対する。そのため、水平面上では上方に向けられる測定対象物の箇所が、傾斜載置面上では受光部の撮像面に向けられる。それにより、受光信号に基づいて、水平面上では上方に向けられる測定対象物の箇所の点群データを生成することができる。したがって、必要な箇所の点群データを効率良く生成することができる。また、生成された点群データに基づいて、測定対象物を平面図的に表すことが可能となる。そのため、操作に不慣れな使用者であっても、平面図的に表される測定対象物の箇所において基準面を容易に設定することができ、かつ計測箇所の指定を容易に行うことが可能となる。したがって、計測箇所の計測値を容易に取得することができる。
【００１３】
（２）受光部は、単眼カメラであってもよい。この場合、ステレオカメラのように視点が複数にならないので、測定対象物に対して撮像面の向きを容易にかつ正確に設定することができる。それにより、測定対象物の所望の箇所の点群データを容易に生成することができる。
【００１４】
（３）測定装置は、点群データ生成手段により生成された点群データに基づいて、基準面設定手段により設定された基準面に対して垂直に測定対象物を見た画像を表す画像データを生成する画像データ生成手段をさらに備えてもよい。この場合、生成された画像データに基づいて、基準面に対して垂直に測定対象物を見た画像が表示されることにより、使用者は平面図を用いる場合と同様に計測箇所を指定することができ、計測箇所の指定が容易となる。
【００１５】
（４）ステージは、回転軸と直交する非傾斜載置面をさらに有してもよい。この場合、投光部から測定対象物に斜め下方に測定光が導かれ、かつ測定対象物に向かって斜め下方に延びる光軸を有する受光部によってその反射光が受光されるので、非傾斜載置面上に測定対象物が載置されることにより、測定対象物の広い範囲の点群データを効率良く生成することができる。また、ステージを回転させることにより、測定対象物のより広い範囲の点群データを容易に生成することができる。
【００１６】
（５）ステージは、非傾斜載置面を有し、ステージ保持部により保持されるステージプレートと、傾斜載置面を有し、ステージプレートに対して着脱可能な傾斜部とを含んでもよい。この場合、ステージプレートに対する傾斜部の着脱によって非傾斜載置面および傾斜載置面を選択的に使用することができ、かつその切替を容易に行うことができる。
【００１７】
（６）ステージは、非傾斜載置面および傾斜載置面を選択的に形成するように、回転軸に垂直な面に対する傾斜角度を調整可能に設けられたステージプレートを含んでもよい。この場合、ステージプレートの傾斜角度の調整によって非傾斜載置面および傾斜載置面を選択的に使用することができ、かつその切替を容易に行うことができる。
【００１８】
（７）ステージが第１の回転位置にある状態で、受光部の光軸が傾斜載置面に直交してもよい。この場合、水平面上では鉛直上方に向けられる測定対象物の箇所の点群データを生成することができる。そのため、生成された点群データに基づいて、測定対象物をより平面図的に表すことができる。
【００１９】
（８）傾斜載置面は、回転軸に垂直な面に対して４５度の角度をなしてもよい。この場合、傾斜載置面と受光部の撮像面とが正対するように受光部を配置することが容易となる。
【００２０】
（９）回転制御部は、ステージを第１の回転位置と異なる第２の回転位置に位置させ、点群データ生成手段は、ステージが第１の回転位置にあるときに受光部により出力される受光信号に基づいて点群データとして第１の立体形状データを生成し、ステージが第２の回転位置にあるときに受光部により出力される受光信号に基づいて点群データとして第２の立体形状データを生成し、第１および第２の立体形状データを合成してもよい。
【００２１】
この場合、ステージの回転位置が異なることによって、測定対象物の異なる箇所での反射光が受光部によって受光される。したがって、受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の広い範囲の点群データを生成することができる。なお、ステージの回転位置が変化されつつ３つ以上の点群データが生成され、それらの３つ以上の点群データが合成されてもよい。生成される点群データの数が多いほど、測定対象物の各部の立体形状が明確になり、正確な計測値を取得することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、測定対象物の所望の箇所の計測値を容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の測定装置の測定部の構成を示す模式図である。
【図３】図１のＣＰＵにより実現される機能を示す機能ブロック図である。
【図４】測定部の模式的な外観斜視図である。
【図５】受光部とステージとの位置関係について説明するための図である。
【図６】ステージの具体的な構成例について説明するための図である。
【図７】三角測距方式の原理を説明するための図である。
【図８】測定光の第１のパターンを説明するための図である。
【図９】測定光の第２のパターンを説明するための図である。
【図１０】測定光の第３のパターンを説明するための図である。
【図１１】測定対象物の特定の部分における画像が撮影されたタイミングと受光された光の強度との関係を示す図である。
【図１２】測定光の第４のパターンを説明するための図である。
【図１３】複数の方向から測定対象物を撮像することにより複数の立体形状データを生成する例を説明するための図である。
【図１４】形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。
【図１５】形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。
【図１６】形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。
【図１７】形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。
【図１８】形状測定処理の概要を示すフローチャートである。
【図１９】通常状態での形状測定処理と傾斜正対状態での形状測定処理との違いについて説明するための図である。
【図２０】測定対象物の一例を示す図である。
【図２１】受光部により撮像される測定対象物を示す図である。
【図２２】基準面の設定時におけるＣＰＵの動作例を示すフローチャートである。
【図２３】基準面画像の例を示す図である。
【図２４】計測条件の設定例について説明するための図である。
【図２５】基準面画像の他の例を示す図である。
【図２６】プロファイルを取得すべき箇所の指定について説明するための図である。
【図２７】プロファイル画像の例を示す図である。
【図２８】ステージの回転位置の変化による測定対象物の向きの変化について説明するための図である。
【図２９】ステージの回転位置の変化による測定対象物の向きの変化について説明するための図である。
【図３０】比較例における測定対象物の向きの変化について説明するための図である。
【図３１】比較例における測定対象物の向きの変化について説明するための図である。
【図３２】測定対象物の載置時におけるステージの回転位置について説明するための図である。
【図３３】ステージの他の構成例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る測定装置について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
［１］測定装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の測定装置５００の測定部の構成を示す模式図である。以下、本実施の形態に係る測定装置５００について、図１および図２を参照しながら説明する。図１に示すように、測定装置５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。
【００２６】
図１に示すように、測定部１００は、例えば投受光一体の撮像デバイスであり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、ステージ１４０および制御基板１５０を含む。図２に示すように、投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２および複数のレンズ１１３，１１４を含む。受光部１２０は、撮像素子１２１ａを有するカメラ１２１、およびレンズ１２２を含む。本例において、カメラ１２１は単眼カメラである。ステージ１４０上には、測定対象物Ｓが載置される。
【００２７】
図２の例においては、測定部１００は２つの投光部１１０を含む。以下、２つの投光部１１０を区別する場合は、一方の投光部１１０を投光部１１０Ａと呼び、他方の投光部１１０を投光部１１０Ｂと呼ぶ。投光部１１０Ａ，１１０Ｂは受光部１２０の光軸Ａ１を挟んで対称に配置される。受光部１２０の光軸Ａ１は、カメラ１２１の撮像素子１２１ａの中心およびレンズ１２２の中心を通る。
【００２８】
各投光部１１０Ａ，１１０Ｂの測定光源１１１は、例えば青色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。測定光源１１１は、ハロゲンランプ等の他の光源であってもよい。測定光源１１１から出射された光（以下、測定光と呼ぶ）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射する。
【００２９】
パターン生成部１１２は、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。パターン生成部１１２は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子)またはマスクであってもよい。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターンおよび予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２により出射された測定光は、レンズ１１４により測定対象物Ｓの寸法よりも大きい径を有する光に変換された後、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照射される。
【００３０】
投光部１１０Ａの測定光源１１１、レンズ１１３およびパターン生成部１１２は、受光部１２０の光軸Ａ１と略平行に並ぶように配置される。同様に、投光部１１０Ｂの測定光源１１１、レンズ１１３およびパターン生成部１１２は、受光部１２０の光軸Ａ１と略平行に並ぶように配置される。一方、投光部１１０Ａ，１１０Ｂのレンズ１１４は、測定光源１１１、レンズ１１３およびパターン生成部１１２に対してオフセットするように配置される。これにより、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの光軸Ａ２が受光部１２０の光軸Ａ１に対して傾斜し、受光部１２０の両側方から測定対象物Ｓに向けて測定光が出射される。測定対象物Ｓによりステージ１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０のレンズ１２２により集光および結像され、カメラ１２１の撮像素子１２１ａにより受光される。
【００３１】
本例においては、測定光の照射範囲を広くするため、一定の画角を有するように投光部１１０Ａ，１１０Ｂが構成される。投光部１１０Ａ，１１０Ｂの画角は、例えば、パターン生成部１１２の寸法およびレンズ１１４の焦点距離により定まる。また、受光部１２０の視野（撮像範囲）を広くするため、一定の画角を有するように受光部１２０が構成される。受光部１２０の画角は、例えば、撮像素子１２１ａの寸法およびレンズ１２２の焦点距離により定まる。測定光の照射範囲および撮像範囲を広くする必要がない場合には、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０として、画角が略０度となるテレセントリック光学系が用いられてもよい。
【００３２】
測定部１００は、倍率が異なる複数の受光部１２０を有してもよい。この場合、複数の受光部１２０を選択的に用いることにより、測定対象物Ｓを異なる倍率で撮像することができる。複数の受光部１２０の光軸は、互いに平行であることが好ましい。
【００３３】
カメラ１２１は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。撮像素子１２１ａは、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子１２１ａは、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子１２１ａの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）が制御基板１５０に出力される。
【００３４】
モノクロＣＣＤには、カラーＣＣＤとは異なり、赤色波長の光を受光する画素、緑色波長の光を受光する画素および青色波長の光を受光する画素を設ける必要がない。ここで、測定光に青色波長等の特定波長を採用した場合、カラーＣＣＤは特定波長の光を受光する画素しか計測に利用できないが、モノクロＣＣＤにはそのような制約がない。そのため、モノクロＣＣＤの計測の分解能はカラーＣＣＤの分解能よりも高くなる。また、モノクロＣＣＤには、カラーＣＣＤとは異なり、各画素にカラーフィルタを設ける必要がない。そのため、モノクロＣＣＤの感度はカラーＣＣＤの感度よりも高くなる。これらの理由により、本例におけるカメラ１２１にはモノクロＣＣＤが設けられる。
【００３５】
本例においては、照明光出力部１３０は、測定対象物Ｓに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロＣＣＤを用いた受光部１２０により測定対象物Ｓのカラー画像を撮像することができる。
【００３６】
一方、カラーＣＣＤが十分な分解能および感度を有する場合には、撮像素子１２１ａは、カラーＣＣＤであってもよい。この場合、照明光出力部１３０は、測定対象物Ｓに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で照射する必要はなく、白色光を測定対象物Ｓに照射する。そのため、照明光源３２０の構成を単純にすることができる。
【００３７】
制御基板１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、制御部３００による制御に基づいて、制御基板１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。ここで、カメラ１２１が、例えば、モノクロＣＭＯＳカメラであって、撮像素子１２１ａの各画素から受光量に対応するデジタルの電気信号が制御基板１５０へ出力される場合、Ａ／Ｄ変換器は必ずしも必要ではない。
【００３８】
図１に示すように、ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０および操作部２５０を含む。また、操作部２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。
【００３９】
ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、制御基板１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。
【００４０】
ＣＰＵ２１０は、制御基板１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部１４６に制御基板１５０を通して駆動信号を与える。表示部４００は、例えばＬＣＤパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。表示部４００には、受光部１２０のカメラ１２１によりリアルタイムで取得される画像データ（以下、ライブ画像データと呼ぶ。）に基づいて、リアルタイムでの測定対象物Ｓの画像（以下、ライブ画像と呼ぶ）を表示させることができる。
【００４１】
一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像と他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像とが並ぶように表示部４００に表示（２画面表示）されてもよい。また、一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像と他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像とが重なるように表示部４００に表示する等の合成表示がされてもよい。
【００４２】
２画面表示がされる場合には、例えば、一定の周期（数Ｈｚ）で投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに交互に測定光が照射され、投光部１１０Ａから測定対象物Ｓに測定光が照射されているときに取得される画像および投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光が照射されているときに取得される画像が表示部４００に別個に表示される。使用者は、表示される画像を見ながら、投光部１１０Ａから測定光が出射されるときの受光部１２０の受光量および投光部１１０Ｂから測定光が出射されるときの受光部１２０の受光量をそれぞれ調整することができる。受光部１２０の受光量は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂから出射される測定光の明るさまたは受光部１２０の露光時間を変化させることにより調整可能である。
【００４３】
合成表示がされる場合も、２画面表示がされる場合と同様に、使用者は、表示される画像を見ながら、投光部１１０Ａから測定光が出射されるときの受光部１２０の受光量および投光部１１０Ｂから測定光が出射されるときの受光部１２０の受光量をそれぞれ調整することができる。この場合、表示部４００においては、合成表示の画像に加えて、一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像と、他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像とが並ぶように表示されてもよい。または、表示部４００においては、２画面表示の画像と合成表示の画像とが切り替えて表示されてもよい。あるいは、表示部４００においては、合成表示の画像と、一方の投光部１１０Ａから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像と、他方の投光部１１０Ｂから測定光が照射された測定対象物Ｓの画像とが、切り替えて表示されてもよい。
【００４４】
図２に示すように、ステージ１４０は、ステージベース１４１およびステージプレート１４２を含む。ステージベース１４１上にステージプレート１４２が配置される。ステージプレート１４２は、測定対象物Ｓが載置される載置面を有する。ここで、ステージプレート１４２の載置面内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ，Ｙで示す。また、載置面に対して直交する方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。また、Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。ステージプレート１４２には、クランプまたは治具等を取り付けるための取付部（例えばねじ孔）が設けられてもよい。
【００４５】
ステージプレート１４２の載置面の上方には、略円柱状の測定可能領域ＭＲが設定される。測定可能領域ＭＲは、投光部１１０Ａ，１１０Ｂにより測定光を照射可能でかつ受光部１２０により撮像可能な領域である。測定可能領域ＭＲの大きさおよび位置は、カメラ１２１のレンズ１２２の倍率および焦点位置等によって異なる。倍率が異なる複数の受光部１２０が設けられる場合には、使用される受光部１２０によって測定可能領域ＭＲが異なる。
【００４６】
ステージ１４０は回転機構１４３に取り付けられる。回転機構１４３は、例えばステッピングモータを含む。回転機構１４３は、図１のステージ操作部１４５またはステージ駆動部１４６により駆動され、ステージ１４０を回転軸Ａｘを中心にθ方向に回転させる。本例において、回転軸Ａｘは鉛直方向に延びる。回転軸Ａｘの方向は鉛直方向に限らず、鉛直方向に対して僅かに傾斜していてもよい。使用者は、ステージ操作部１４５を手動で操作することにより、ステージ１４０をθ方向に回転させることができる。また、ステージ駆動部１４６は、ＰＣ２００より制御基板１５０を通して与えられる駆動信号に基づいて、回転機構１４３に電流を供給することにより、ステージ１４０を受光部１２０に相対的にθ方向に回転させることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、ステージ１４０はステッピングモータにより駆動することが可能であるとともに手動により操作することが可能であるが、これに限定されない。ステージ１４０はステッピングモータでのみ駆動することが可能であってもよいし、手動でのみ操作することが可能であってもよい。また、ステッピングモータに代えて、サーボモータ等の他の駆動装置が用いられてもよい。
【００４８】
制御部３００は、制御基板３１０および照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０および制御基板１５０を制御する。制御基板３１０および照明光源３２０は、測定部１００に搭載されてもよい。ただし、制御基板３１０および照明光源３２０は熱を生じやすく、その熱の影響によって測定部１００の精度が低下する可能性がある。したがって、測定部１００の精度を確保するために、制御基板３１０および照明光源３２０が測定部１００の外部に設けられることが好ましい。
【００４９】
照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光および青色光を出射する３つのＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。照明光源３２０から発生される光（以下、照明光と呼ぶ）は、導光部材（ライトガイド）を通して測定部１００の照明光出力部１３０から出力される。図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０を取り囲むようにステージ１４０の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射される。なお、照明光出力部１３０および照明光源３２０は、外部装置として設けられてもよい。
【００５０】
図３は、図１のＣＰＵ２１０により実現される機能を示す機能ブロック図である。図３に示すように、ＣＰＵ２１０は、回転制御部５０１、点群データ生成部５０２、基準面設定部５０３、計測部５０４および画像データ生成部５０５を含む。
【００５１】
回転制御部５０１は、ステージ駆動部１４６を制御することにより、ステージ１４０の回転を制御する。点群データ生成部５０２は、受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表す点群データを生成する。基準面設定部５０３は、点群データ生成部５０２により生成された点群データに基づいて、計測の基準となる基準面を設定する。計測部５０４は、測定対象物Ｓの計測すべき箇所の指定を受け付け、点群データ生成部５０２により生成された点群データに基づいて、指定された箇所の計測値を基準面設定部５０３により設定された基準面を基準として算出する。画像データ生成部５０５は、点群データ生成部５０２により生成された点群データに基づいて、基準面設定部５０３により設定された基準面に対して垂直に測定対象物Ｓを見た画像を表す画像データを生成する。これらの機能の詳細については後述する。
【００５２】
回転制御部５０１、点群データ生成部５０２、基準面設定部５０３、計測部５０４および画像データ生成部５０５は、ＣＰＵ２１０がＲＯＭ２２０または記憶装置２４０に記憶された形状測定プログラムを実行することにより実現される。これらの機能部は、電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。
【００５３】
図４は、測定部１００の模式的な外観斜視図である。図４では、測定部１００の外観が太い実線で示されるとともに、測定部１００の内部に設けられる一部の構成要素が点線で示される。図４に示すように、測定部１００は台座１７０を含む。台座１７０には、２つの投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０および制御基板１５０が取り付けられる。この状態で、２つの投光部１１０、受光部１２０および照明光出力部１３０の位置関係が台座１７０により固定される。また、照明光出力部１３０は、略円筒形状を有し、受光部１２０を取り囲むように配置されている。照明光出力部１３０の一端部には、楕円形状を有する照明光の出射口１３１が形成されている。さらに、２つの投光部１１０は、受光部１２０および照明光出力部１３０を挟んで並ぶように配置される。
【００５４】
台座１７０には、２つの投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０および制御基板１５０の一部を収容するヘッドケーシング１８０が取り付けられる。２つの投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、制御基板１５０、台座１７０およびヘッドケーシング１８０によりヘッド部１９０が構成される。
【００５５】
測定部１００は、設置部１６１およびスタンド部１６２を含む。設置部１６１は、平坦な底面を有するとともに略一定幅で一方向に延びるように形成されている。スタンド部１６２は、設置部１６１の一端部に接続され、設置部１６１の一端部から上方に延びるように形成される。設置部１６１上にステージ１４０が回転可能に保持される。ヘッド部１９０の台座１７０は、スタンド部１６２の上端に着脱可能に構成されている。スタンド部１６２によりヘッド部１９０と設置部１６１とが固定的に連結される。これにより、ステージ１４０、２つの投光部１１０および受光部１２０の位置関係が一定に保持される。
【００５６】
各投光部１１０は、測定光の照射される照射領域ＩＲがステージ１４０およびその上方の空間を含むように位置決めされる。測定光は、各投光部１１０から測定対象物Ｓに対して斜め下方に導かれる。各受光部１２０は、図２のカメラ１２１による撮像領域ＴＲがステージ１４０およびその上方の空間を含むように位置決めされる。図４では、各投光部１１０の照射領域ＩＲが二点鎖線で示されるとともに、受光部１２０の撮像領域ＴＲが一点鎖線で示される。
【００５７】
図５は、受光部１２０とステージ１４０との位置関係について説明するための図である。図５には、側方から見た受光部１２０およびステージ１４０が示される。図５に示すように、受光部１２０の光軸Ａ１は、ステージ１４０の回転軸Ａｘに対して傾斜しており、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに向かって斜め下方に延びる。
【００５８】
受光部１２０は、光軸Ａ１に垂直な仮想的な撮像面１２０ａを有する。撮像面１２０ａが向けられる領域が、受光部１２０によって撮像される領域となる。本例では、測定可能領域ＭＲに対して撮像面１２０ａが斜め下方に向けられる。水平面に対する撮像面１２０ａの傾斜角度Ｄ１は、例えば４５度に設定される。
【００５９】
図６は、ステージ１４０の具体的な構成例について説明するための図である。図６（ａ）に示すように、ステージプレート１４２は、固定部４０１および傾斜部４０２を含む。固定部４０１は平坦な固定載置面４０１ａを有し、傾斜部４０２は平坦な傾斜載置面４０２ａを有する。固定載置面４０１ａおよび傾斜載置面４０２ａにより載置面１４２ａが構成される。
【００６０】
固定部４０１はステージベース１４１に固定されており、固定載置面４０１ａは水平に維持される。一方、傾斜部４０２は、傾斜載置面４０２ａが水平に維持される水平姿勢と、固定載置面４０１ａに対して傾斜載置面４０２ａが傾斜される傾斜姿勢とに切替可能に設けられる。図６（ａ）においては、傾斜部４０２が水平姿勢にあり、図６（ｂ）においては、傾斜部４０２が傾斜姿勢にある。また、図６（ｃ）に示すように、傾斜部４０２を傾斜姿勢に支持するための支持部４０３が設けられてもよい。また、傾斜部４０２を駆動部する傾斜駆動部が設けられ、ＣＰＵ２１０の指示によって傾斜部４０２が自動的に傾斜されてもよい。
【００６１】
傾斜部４０２が傾斜姿勢にある場合の固定載置面４０１ａに対する傾斜載置面４０２ａの傾斜角度（水平面に対する傾斜載置面４０２ａの傾斜角度）Ｄ２は、予め定められた値にのみ調整可能であってもよく、複数段階に切替可能であってもよい。本例において、傾斜載置面４０２ａの傾斜角度Ｄ２は、撮像面１２０ａの傾斜角度Ｄ１（図５）と等しく調整される。なお、傾斜角度Ｄ１，Ｄ２が、４５度以外の互いに等しい値に調整されてもよい。傾斜載置面４０２ａには、測定対象物Ｓを係止するための係止部（例えば突起部）が設けられてもよい。
【００６２】
［２］測定対象物の形状測定
（１）三角測距方式による形状測定
測定部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの形状が測定される。図７は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図７に示すように、測定光の光軸Ａ２と受光部１２０の光軸Ａ１との間の角度αが予め設定される。角度αは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。
【００６３】
ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置されない場合、投光部１１０から出射される測定光は、ステージ１４０の載置面の点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射する。一方、ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置される場合、投光部１１０から出射される測定光は、測定対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射する。
【００６４】
点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離をｄとすると、ステージ１４０の載置面に対する測定対象物Ｓの点Ａの高さｈは、ｈ＝ｄ÷ｔａｎ（α）により与えられる。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御基板１５０により与えられる測定対象物Ｓの画素データに基づいて、Ｘ方向における点Ｏと点Ａとの間の距離ｄを測定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定された距離ｄに基づいて、測定対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。測定対象物Ｓの表面の複数の点の高さを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。
【００６５】
測定対象物Ｓの表面の複数の点に測定光を照射するために、図１の投光部１１０からは種々のパターンを有する測定光が出射される。測定光のパターンは、図２のパターン生成部１１２により制御される。以下、測定光のパターンについて説明する。
【００６６】
（２）測定光の第１のパターン
図８は、測定光の第１のパターンを説明するための図である。図８（ａ）は、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに投光部１１０から測定光を照射した状態を示す。図８（ｂ）は、測定光が照射された測定対象物Ｓの平面図を示す。図８（ａ）に示すように、第１のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有する測定光（以下、ライン状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から出射される。この場合、図８（ｂ）に示すように、ステージ１４０に照射されたライン状測定光の部分と測定対象物Ｓの表面に照射されたライン状測定光の部分とは、測定対象物Ｓの表面の高さｈに対応する距離ｄだけＸ方向に互いにずれる。したがって、距離ｄを測定することにより、測定対象物Ｓの高さｈを算出することができる。
【００６７】
測定対象物Ｓの表面のＹ方向に沿った複数の部分が異なる高さを有する場合には、各部分について上記の距離ｄを測定することにより、Ｙ方向に沿った複数の部分の高さｈを算出することができる。
【００６８】
また、図１のＣＰＵ２１０は、Ｘ方向の一の位置でＹ方向に沿った複数の部分について距離ｄを測定した後、Ｙ方向に平行なライン状測定光をＸ方向に走査することにより、Ｘ方向の他の位置でＹ方向に沿った複数の部分について距離ｄを測定する。これにより、Ｘ方向の複数の位置におけるＹ方向に沿った測定対象物Ｓの複数の部分の高さｈが算出される。測定対象物ＳのＸ方向の寸法よりも広い範囲でライン状測定光をＸ方向に走査することにより、測定対象物Ｓの表面の各点の高さｈを算出することができる。これにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状を測定することができる。
【００６９】
（３）測定光の第２のパターン
図９は、測定光の第２のパターンを説明するための図である。図９に示すように、第２のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつＸ方向に強度が正弦波状に変化するパターンを有する測定光（以下、正弦波状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から複数回（本例においては４回）出射される。
【００７０】
図９（ａ）は、１回目に出射される正弦波状測定光を示す。１回目に出射される正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の任意の部分Ｐ０において初期位相φを有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ１とする。
【００７１】
図９（ｂ）は、２回目に出射される正弦波状測定光を示す。２回目に出射される正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０において位相（φ＋π／２）を有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ２とする。
【００７２】
図９（ｃ）は、３回目に出射される正弦波状測定光を示す。３回目に出射される正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０において位相（φ＋π）を有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ３とする。
【００７３】
図９（ｄ）は、４回目に出射される正弦波状測定光を示す。４回目の正弦波状測定光の強度は、測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０において位相（φ＋３π／２）を有する。この正弦波状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの画素データに基づいて測定される。測定対象物Ｓの表面上の部分Ｐ０により反射された光の強度をＩ４とする。
【００７４】
初期位相φは、φ＝ｔａｎ−１［（Ｉ１−Ｉ３）／（Ｉ２−Ｉ４）］で与えられる。初期位相φから測定対象物Ｓの任意の部分の高さｈが算出される。この方式によれば、４回の光の強度の測定により、測定対象物Ｓの各部分の初期位相φを高速かつ容易に算出することができる。なお、初期位相φは、異なる位相を有する測定光を少なくとも３回出射し、受光される光の強度を測定することにより算出することができる。測定対象物Ｓの表面上の各部分の高さｈを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状を測定することができる。
【００７５】
（４）測定光の第３のパターン
図１０は、測定光の第３のパターンを説明するための図である。図１０に示すように、第３のパターンとして、Ｙ方向に平行でかつＸ方向に並ぶような直線状の断面を有する測定光（以下、縞状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から複数回（本例においては１６回）出射される。すなわち、縞状測定光においては、Ｙ方向に平行な直線状の明部分およびＹ方向に平行な直線状の暗部分がＸ方向に周期的に配列される。
【００７６】
１回目の縞状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が、測定対象物Ｓの１番目の撮影画像の画素データに基づいて測定される。図１０（ａ）は、１回目の縞状測定光に対応する測定対象物Ｓの１番目の撮影画像である。
【００７７】
２回目の縞状測定光は、１回目の縞状測定光から明部分および暗部分をＸ方向に１単位だけ移動させたパターンを有する。２回目の縞状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が、受光部１２０により受光される。受光された光の強度が測定対象物Ｓの２番目の撮影画像の画素データに基づいて測定される。
【００７８】
３回目の縞状測定光は、２回目の縞状測定光から明部分および暗部分をＸ方向に１単位だけ移動させたパターンを有する。３回目の縞状測定光が出射されることにより、測定対象物Ｓの表面で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の強度が、測定対象物Ｓの３番目の撮影画像の画素データに基づいて測定される。
【００７９】
同様の動作が繰り返されることにより、４〜１６回目の縞状測定光に対応する光の強度が、測定対象物Ｓの４〜１６番目の撮影画像の画素データに基づいてそれぞれ測定される。Ｘ方向の周期が１６単位である縞状測定光が１６回出射されることにより、測定対象物Ｓの表面の各部分に縞状測定光が照射される。なお、図１０（ｂ）は、７回目の縞状測定光に対応する測定対象物Ｓの７番目の撮影画像である。図１０（ｃ）は、１３回目の縞状測定光に対応する測定対象物Ｓの１３番目の撮影画像である。
【００８０】
図１１は、測定対象物Ｓの特定の部分における画像が撮影されたタイミング（番数）と受光された光の強度との関係を示す図である。図１１の横軸は画像の順番を示し、縦軸は受光された光の強度を示す。上述のように、測定対象物Ｓの各部分について、１〜１６番目の撮影画像が生成される。また、生成された１〜１６番目の撮影画像の各画素に対応する光の強度が測定される。
【００８１】
図１１に示すように、撮影画像の番号に対応する撮影画像の各画素の光の強度を図示することにより散布図が得られる。得られた散布図に例えばガウシアン曲線、スプライン曲線または放物線をフィッティングさせることにより、光の強度が最大になるときの撮影画像の番号（番数）を１未満の精度で推定することができる。図１１の例においては、フィッティングされた点線で示す曲線により、９番目と１０番目との間である仮想的な９．３８番目の撮影画像において、光の強度が最大になることが推定される。
【００８２】
また、フィッティングされた曲線により、光の強度の最大値を推定することができる。測定対象物Ｓの各部分において推定された光の強度が最大となる撮影画像の番号に基づいて、測定対象物Ｓの各部分の高さｈを算出することができる。この方法によれば、Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ）比が十分に大きい光の強度に基づいて、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。これにより、測定対象物Ｓの形状測定の精度を向上させることができる。
【００８３】
なお、正弦波状測定光または縞状測定光等の周期的なパターン形状を有する測定光を用いた測定対象物Ｓの形状測定においては、測定対象物Ｓの表面の各部分の相対的な高さ（高さの相対値）が測定される。これは、パターンを形成するＹ方向に平行な複数の直線（縞）の各々を識別することができず、複数の直線の１周期（２π）の整数倍に相当する不確かさが存在することにより、絶対位相が求まらないからである。そのため、測定対象物Ｓの一の部分の高さとその部分に隣接する部分の高さが連続的に変化しているという仮定に基づいて、測定された高さのデータに公知のアンラッピング処理が行われてもよい。
【００８４】
（５）測定光の第４のパターン
図１２は、測定光の第４のパターンを説明するための図である。図１２に示すように、第４のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがＸ方向に並ぶ測定光（以下、コード状測定光と呼ぶ）が投光部１１０から複数回（本例においては４回）出射される。コード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。
【００８５】
本例においては、測定対象物Ｓの表面がＸ方向において複数（図１２の例では１６）の領域に分割される。以下、複数に分割されたＸ方向における測定対象物Ｓの領域をそれぞれ第１〜第１６の領域と呼ぶ。
【００８６】
図１２（ａ）は、１回目に出射されるコード状測定光を示す。１回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１〜第８の領域に照射される明部分を有する。また、１回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第９〜第１６の領域に照射される暗部分を有する。これにより、１回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、１回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。
【００８７】
図１２（ｂ）は、２回目に出射されるコード状測定光を示す。２回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第５〜第１２の領域に照射される明部分を有する。また、２回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１〜第４および第１３〜第１６の領域に照射される暗部分を有する。これにより、２回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、２回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。
【００８８】
図１２（ｃ）は、３回目に出射されるコード状測定光を示す。３回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１、第２、第７〜第１０、第１５および第１６の領域に照射される明部分を有する。また、３回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第３〜第６および第１１〜第１４の領域に照射される暗部分を有する。これにより、３回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、３回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。
【００８９】
図１２（ｄ）は、４回目に出射されるコード状測定光を示す。４回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第１、第４、第５、第８、第９、第１２、第１３および第１６の領域に照射される明部分を有する。また、４回目に出射されるコード状測定光は、測定対象物Ｓの第２、第３、第６、第７、第１０、第１１、第１４および第１５の領域に照射される暗部分を有する。これにより、４回目に出射されるコード状測定光においては、明部分と暗部分とがＹ方向に平行でかつＸ方向に並ぶ。また、４回目に出射されるコード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。
【００９０】
コード状測定光の明部分に論理“１”が割り当てられ、コード状測定光の暗部分に論理“０”が割り当てられる。また、測定対象物Ｓの各領域に照射される１回目〜４回目のコード状測定光の論理の並びを符号と呼ぶ。この場合、測定対象物Ｓの第１の領域には、符号“１０１１”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第１の領域は、符号“１０１１”に符号化される。
【００９１】
測定対象物Ｓの第２の領域には、符号“１０１０”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第２の領域は、符号“１０１０”に符号化される。測定対象物Ｓの第３の領域には、符号“１０００”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第３の領域は、符号“１０００”に符号化される。同様に、測定対象物Ｓの第１６の領域には、符号“００１１”のコード状測定光が照射される。これにより、測定対象物Ｓの第１６の領域は、符号“００１１”に符号化される。
【００９２】
このように、測定対象物Ｓの隣り合う領域の間では、符号のいずれかの桁が“１”のみ異なるようにコード状測定光が測定対象物Ｓに複数回照射される。すなわち、コード状測定光は、明部分および暗部分がグレイコード状に変化するように、複数回測定対象物Ｓに照射される。
【００９３】
測定対象物Ｓの表面の各領域で反射された光が受光部１２０により受光される。受光された光の符号を測定することにより、測定対象物Ｓの領域ごとに、測定対象物Ｓが存在することにより変化した符号が得られる。得られた符号と領域ごとに測定対象物Ｓが存在しない場合の符号との差分を求めることにより、図７の距離ｄに相当する距離を算出することができる。ここで、画像におけるＸ軸方向には、上記の符号は１回のみ出現するというコード状測定光を用いた測定方法の特徴から、距離ｄの絶対的な値が算出される。これにより、測定対象物Ｓのその領域の絶対的な高さ（高さの絶対値）が算出される。測定対象物Ｓの表面上の全ての領域の高さを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状を測定することができる。
【００９４】
上記の説明においては、測定対象物Ｓの表面がＸ方向において１６の領域に分割され、コード状測定光が投光部１１０から４回出射されたが、これに限定されない。測定対象物Ｓの表面がＸ方向において２Ｎの領域（Ｎは自然数）に分割され、コード状測定光が投光部１１０からＮ回出射されてもよい。上記の説明においては、理解を容易にするためにＮは４に設定されている。後述の形状測定処理においては、Ｎは例えば８に設定される。したがって、測定対象物Ｓの表面はＸ方向において２５６の領域に分割される。
【００９５】
コード状測定光を用いた測定対象物Ｓの形状測定においては、コード状測定光を分離して識別可能な距離、すなわち１画素分に相当する距離が最小の分解能となる。したがって、受光部１２０のＸ方向における視野の画素数が１０２４画素である場合、高さが例えば１０ｍｍの測定対象物Ｓを１０ｍｍ÷１０２４≒１０μｍの分解能で計測することができる。分解能は低いが絶対値を算出可能なコード状測定光を用いた形状測定と絶対値を算出できないが分解能が高い正弦波状測定光または縞状測定光を用いた形状測定とを組み合わせることにより、測定対象物Ｓの高さの絶対値をより高い分解能で算出することができる。
【００９６】
特に、図１０の縞状測定光を用いた測定対象物Ｓの形状測定においては、分解能を１／１００画素にすることができる。なお、１／１００画素の分解能は、受光部１２０のＸ方向における視野の画素数が１０２４画素である場合、測定対象物Ｓの表面をＸ方向において約１０００００の領域に分割すること（すなわちＮ≒１７）に相当する。そのため、コード状測定光を用いた形状測定と縞状測定光を用いた形状測定と組み合わせることにより、測定対象物Ｓの高さの絶対値をさらに高い分解能で算出することができる。
【００９７】
上述のライン状測定光を測定対象物Ｓ上で走査する方法は一般に光切断法と呼ばれる。一方、正弦波状測定光、縞状測定光またはコード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は、パターン投影法に分類される。また、パターン投影法の中でも、正弦波状測定光または縞状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は位相シフト法に分類され、コード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は空間コード法に分類される。
【００９８】
位相シフト法においては、周期的な投影パターンである正弦波状測定光または縞状測定光を出射した際に、測定対象物Ｓが存在しない場合の基準高さ位置から反射した受光量に基づいて計算された位相と、測定対象物Ｓが存在する場合の測定対象物Ｓ表面から反射した受光量に基づいて計算された位相との位相差から測定対象物Ｓの高さを求める。位相シフト法においては、個々の周期的な縞が区別できず、縞１周期分（２π）の整数倍に相当する不確かさが存在するため、絶対位相が求まらないという欠点がある。しかしながら、光切断法に比べて取得する画像の枚数が少ないため測定時間が比較的短く、測定分解能が高いという長所がある。
【００９９】
一方、空間コード法おいては、測定対象物Ｓの領域ごとに、測定対象物Ｓが存在することによって変化した符号が得られる。得られた符号と測定対象物Ｓが存在しない場合の符号との差分を領域ごとに求めることにより、測定対象物Ｓの絶対的な高さを求めることができる。空間コード法においても、比較的少数の画像により測定が可能であり、絶対的な高さを求めることができるという長所がある。しかしながら、位相シフト法に比べると測定分解能に限界がある。
【０１００】
これらの投影法は、各々短所および長所を有しているが、いずれも三角測距の原理を用いている点は共通である。上記のような複数のパターンのうち１または複数のパターンの測定光が投影された測定対象物Ｓの画像データ（以下、パターン画像データと呼ぶ）に基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表す点群（ポイントクラウド）データが生成される。
【０１０１】
以下の説明では、測定対象物Ｓの立体形状を表す点群データを立体形状データと呼ぶ。立体形状データは、測定対象物Ｓの表面上の複数の点の位置データを含む。位置データは、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における座標を表す。この場合、立体形状データのうち任意の点のデータをＰｎ（ｎは自然数）とすると、Ｐｎは、例えば装置座標系の座標値を用いて（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）で表すことができる。なお、立体形状データは、点群データに基づいて生成される面情報データにより構成されてもよく、ポリゴンメッシュ等の他の形式のデータを含んでもよい。立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表す画像（以下、立体形状画像と呼ぶ）を表示することができる。
【０１０２】
本実施の形態においては、立体形状画像は、二次元座標系が定義された任意の平面上に立体形状データが投影された状態を示す画像であり、使用者による計測箇所の指定を受け付けるための画像である。使用者は、測定対象物Ｓを見る方向（測定対象物Ｓに対する受光部１２０の位置）として立体形状データが投影される平面を指定することができる。それにより、立体形状画像により表される測定対象物Ｓの向きが変化する。
【０１０３】
投光部１１０および受光部１２０に対する測定対象物Ｓの位置および姿勢が一定であると、測定対象物Ｓの一部にしか測定光が照射されない。また、測定対象物Ｓの一部で反射される光しか受光部１２０に入射しない。そのため、測定対象物Ｓの表面の広範囲に渡る立体形状データを求めることができない。そこで、測定対象物Ｓの位置または姿勢を変化させることにより、互いに異なる複数の視点で測定対象物Ｓを撮像し、複数の視点にそれぞれ対応する複数の立体形状データを取得し、取得された複数の立体形状データを合成してもよい。
【０１０４】
図１３は、複数の視点から測定対象物Ｓを撮像することにより複数の立体形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図１３（ａ）に示すように、使用者により測定対象物Ｓの位置および姿勢がステージ１４０上で調整された後、測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像されることにより最初の立体形状データが生成される。最初の立体形状データに基づく立体形状画像の一例が図１３（ｄ）に示される。立体形状データは、測定対象物Ｓの表面で反射して受光部１２０に入射する測定光に基づいて生成される。そのため、測定対象物Ｓの表面のうち受光部１２０に向けられている部分については立体形状データが生成されるが、受光部１２０に向けられていない部分については立体形状データを生成することができない。
【０１０５】
そこで、図１３（ｂ）に示すように、図２の回転機構１４３によりステージ１４０が一定角度回転された後、測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像されることにより２番目の立体形状データが生成される。図１３（ｂ）の例では、ステージ１４０が図１３（ａ）の状態から反時計回りに所定角度回転されている。２番目の立体形状データに基づく立体形状画像の一例が図１３（ｅ）に示される。上記のように、ステージ１４０が回転すると、その回転に伴って測定対象物Ｓの表面のうち受光部１２０に向けられる部分が変化する。その結果、最初の撮像時には取得されなかった部分を含む立体形状データが生成される。
【０１０６】
さらに、図１３（ｃ）に示すように、図２の回転機構１４３によりステージ１４０が一定角度回転された後、測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像されることにより３番目の立体形状データが生成される。図１３（ｃ）の例では、ステージ１４０が図１３（ｂ）の状態から反時計回りに所定角度回転されている。３番目の立体形状データに基づく立体形状画像の一例が図１３（ｆ）に示される。
【０１０７】
このようにして、ステージ１４０の回転および測定対象物Ｓの撮像が繰り返されることにより、複数の視点に対応する複数の立体形状データが生成される。ステージ１４０の１回の回転角度およびその回転の回数は、予め定められていてもよく、使用者が任意に指定可能であってもよい。これらの立体形状データが合成されることにより、測定対象物Ｓの広範囲の立体形状データが生成される。
【０１０８】
本実施の形態では、受光部１２０、投光部１１０およびステージ１４０の相対位置が一定であり、これらの相対位置を表すパラメータ（以下、機器パラメータ）が、例えば図１の記憶装置２４０に予め記憶される。また、図１のステージ駆動部１４６が回転機構１４３を駆動する場合、例えばステージ１４０の回転角度が使用者により予め指定され、記憶された角度に基づいてステージ駆動部１４６が制御される。この場合、ステージ１４０の回転角度は、例えば図１のＲＯＭ２２０または作業用メモリ２３０に記憶される。図１のＣＰＵ２１０は、複数の立体形状データを合成する際に、記憶された回転角度および機器パラメータに基づいて、複数の立体形状データの位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。また、位置合わせの詳細設定および補正等を使用者が行ってもよい。
【０１０９】
ステージ１４０の回転角度を検出するセンサ等が設けられてもよい。この場合、使用者がステージ操作部１４５を操作してステージ１４０を回転させる場合であっても、センサによって検出された角度および上記の機器パラメータに基づいて、複数の立体形状データの位置合わせを容易にかつ正確に行うことができる。
【０１１０】
［３］テクスチャ画像
測定部１００においては、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射された状態または投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに均一な測定光が照射された状態で、測定対象物Ｓの外観（表面状態）を表す画像データ（以下、テクスチャ画像データと呼ぶ。）が生成される。均一な測定光とは、パターンを有さない測定光であり、照明光の代わりに用いることができる。測定対象物Ｓの表面状態は、例えば模様または色彩を含む。以下、テクスチャ画像データにより表される画像をテクスチャ画像と呼ぶ。
【０１１１】
テクスチャ画像データの種々の例について説明する。例えば、測定対象物Ｓに対して受光部１２０の焦点位置が相対的に変化されつつ複数のテクスチャ画像データが取得される。その複数のテクスチャ画像データが合成されることにより、測定対象物Ｓの表面の全体に焦点が合ったテクスチャ画像データ（以下、全焦点テクスチャ画像データと呼ぶ）が生成される。
【０１１２】
また、異なる複数の撮像条件で複数のテクスチャ画像データが取得されてもよい。撮像条件は、例えば、受光部１２０の露光時間、照明光出力部１３０からの照明光の強度（明るさ）または投光部１１０からの均一な測定光の強度（明るさ）等を含む。取得された複数のテクスチャ画像データを用いて公知のハイダイナミック（ＨＤＲ）合成が行われる。これにより、明るさの差異による黒つぶれおよび白とび等が抑制されたテクスチャ画像データ（以下、ＨＤＲテクスチャ画像データと呼ぶ）が生成される。
【０１１３】
また、焦点位置が変化されるとともに撮像条件が変化されてもよい。具体的には、測定対象物Ｓに対して受光部１２０の焦点位置が相対的に変化されるとともに、各焦点位置において異なる複数の撮像条件でテクスチャ画像データが取得される。取得された複数のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓの表面の全体に焦点が合い、かつ黒つぶれおよび白とび等が抑制されたテクスチャ画像データを生成することができる。
【０１１４】
各テクスチャ画像データは、測定対象物Ｓの各点の色または輝度を表すテクスチャ情報（光学的表面状態を表す情報）を含む。一方、上記の立体形状データは、測定対処物Ｓのテクスチャ情報を含まない。そこで、立体形状データといずれかのテクスチャ画像データとが合成されることにより、立体形状データにテクスチャ情報が付与されたテクスチャ付き立体形状データが生成される。
【０１１５】
テクスチャ付き立体形状データは、測定対象物Ｓの表面上の複数の点の位置データを含むとともに各点の位置データに対応付けられた当該点の色または輝度を示すデータを含む。この場合、テクスチャ付き立体形状データのうち任意の点のデータをＴＰｎ（ｎは自然数）とすると、ＴＰｎは、例えば装置座標系の座標値と、赤色、緑色および青色の三原色の成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とを用いて（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ，Ｒｎ，Ｇｎ，Ｂｎ）で表すことができる。または、ＴＰｎは、例えば装置座標系の座標値と、輝度値（Ｉ）とを用いて（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ，Ｉｎ）で表すことができる。テクスチャ付き立体形状データは、点群データに基づいて生成される面情報データにより構成されてもよい。
【０１１６】
以下の説明では、一定の焦点位置および撮像条件で取得されたテクスチャ画像データにより表されるテクスチャ画像を通常テクスチャ画像と呼び、全焦点テクスチャ画像データにより表される画像を全焦点テクスチャ画像と呼び、ＨＤＲテクスチャ画像データにより表される画像をＨＤＲテクスチャ画像と呼ぶ。また、テクスチャ付き立体形状データにより表される画像をテクスチャ付き立体形状画像と呼ぶ。
【０１１７】
なお、上記のように測定対象物Ｓの位置または姿勢が異なる複数の立体形状データが生成される場合には、各立体形状データの生成時に、テクスチャ画像データが取得されてもよい。この場合、複数の立体形状データおよび複数のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓの広い範囲の立体形状および表面状態を表すテクスチャ付き立体形状データを生成することができる。
【０１１８】
［４］形状測定処理
（１）形状測定の準備
測定対象物Ｓの形状測定処理を実行する前に、使用者は、形状測定の準備を行う。図１４は、形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図１４を参照しながら形状測定の準備の手順を説明する。まず、使用者は、測定対象物Ｓをステージ１４０上に載置する（ステップＳ１）。次に、使用者は、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射する（ステップＳ２）。続いて、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を見ながら、取得されるライブ画像の明るさ、ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整（以下、第１の調整と呼ぶ）を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３において取得されるライブ画像の明るさは、測定光の光量および受光部１２０の露光時間のうち少なくとも一方を変化させることにより調整することができる。本実施の形態では、測定光を用いて取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、測定光の光量または受光部１２０の露光時間のうち一方が調整される。なお、取得されるライブ画像の明るさは、測定光の光量を一定にし、受光部１２０の露光時間により調整されることが好ましい。それにより、測定光の光量の変化に伴って測定光源１１１の温度が変化することによる計測精度の低下が抑制される。
【０１１９】
ステップＳ２では、上記の第１〜第４のパターンの測定光のいずれかが測定対象物Ｓに照射されてもよく、均一な測定光が測定対象物Ｓに照射されてもよい。ステップＳ３において、測定対象物Ｓの計測すべき箇所（以下、計測箇所と呼ぶ）に影が発生していない場合には、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整を行う必要はなく、測定光の光量または受光部１２０の露光時間の調整を行えばよい。
【０１２０】
次に、使用者は、測定光の照射を停止するとともに、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射する（ステップＳ４）。続いて、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を見ながら、照明光の光量または受光部１２０の露光時間の調整（以下、第２の調整と呼ぶ）を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５において取得されるライブ画像の明るさは、基本的にステップＳ３の例と同様に、照明光の光量および受光部１２０の露光時間のうち少なくとも一方を変化させることにより調整することができる。本実施の形態では、照明光を用いて取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、照明光の光量または受光部１２０の露光時間のうち一方が調整される。
【０１２１】
次に、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を確認し、光量、受光部１２０の露光時間、測定対象物Ｓの位置および姿勢（以下、観察状態と呼ぶ）が適切であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６においては、測定対象物Ｓに測定光が照射されてもよく、照明光が照射されてもよく、または測定光および照明光が順に照射されてもよい。
【０１２２】
ステップＳ６において、観察状態が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２の処理に戻る。一方、ステップＳ６において、観察状態が適切であると判定した場合、使用者は、形状測定の準備を終了する。
【０１２３】
なお、上記の説明においては、第１の調整の後に第２の調整が行われるが、これに限定されない。第２の調整の後に第１の調整が行われてもよい。この場合、使用者は、第２の調整において測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整し、第１の調整時に測定対象物Ｓの所望の部分に測定光が照射されていることを確認してもよい。測定対象物Ｓの所望の部分に測定光が照射されていない場合には、測定対象物Ｓの位置および姿勢を再調整し、再度第２の調整として照明光の光量または受光部１２０の露光時間の調整等を行ってもよい。
【０１２４】
（２）第１の調整
図１５および図１６は、形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２、図１５および図１６を参照しながら形状測定の準備の手順における第１の調整の詳細を説明する。以下、投光部１１０Ａ，１１０Ｂのうち一方から出射される測定光を一方の測定光と呼び、他方から出射される測定光を他方の測定光と呼ぶ。ここで、本実施の形態に係る測定部１００においては、一方および他方の測定光の光量をそれぞれ独立して設定することができる。また、一方の測定光を用いて測定対象物Ｓを撮像する際の受光部１２０の露光時間と、他方の測定光を用いて測定対象物Ｓを撮像する際の受光部１２０の露光時間とをそれぞれ独立して設定することができる。
【０１２５】
まず、使用者は、取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、一方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間を仮調整する（ステップＳ１１）。次に、使用者は、表示部４００に表示される測定対象物Ｓのライブ画像の倍率（以下、視野サイズと呼ぶ）を調整する（ステップＳ１２）。具体的には、倍率が異なる複数の受光部１２０が用いられる場合、使用者は、いずれかの受光部１２０を選択する。それにより、選択された受光部１２０により取得されるライブ画像が表示部４００に表示される。低倍率の受光部１２０が選択されるときの視野サイズは、高倍率の受光部１２０が選択されるときの視野サイズよりも大きくなる。なお、測定部１００は、デジタルズーム機能を有してもよい。この場合、使用者は、受光部１２０により取得されるライブ画像の表示倍率を調整することができる。
【０１２６】
続いて、使用者は、表示部４００に表示されるライブ画像に基づいて、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、測定対象物Ｓの計測箇所に影が発生していない場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であると判断する。一方、測定対象物Ｓの計測箇所に影が発生している場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判断する。
【０１２７】
ステップＳ１３において、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判定した場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整する（ステップＳ１４）。具体的には、使用者は、回転機構１４３によってステージ１４０を回転させる、または手で測定対象物Ｓを動かすことにより、測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整する。その後、使用者は、ステップＳ１３の処理に戻る。
【０１２８】
一方、ステップＳ１３において、測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切であると判定した場合、使用者は、表示部４００に表示されるライブ画像に基づいて、取得されるライブ画像の明るさが観察に適した明るさであるか否か、すなわち測定対象物Ｓに照射される一方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【０１２９】
ステップＳ１５において、一方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間が適切でないと判定した場合、使用者は、一方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間を調整する（ステップＳ１６）。その後、使用者は、ステップＳ１５の処理に戻る。
【０１３０】
一方、ステップＳ１５において、一方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間が適切であると判定した場合、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像から、観察状態が適切であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、観察状態が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１４またはステップＳ１６の処理に戻る。具体的には、観察状態のうち測定対象物Ｓの位置および姿勢が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１４の処理に戻る。観察状態のうち光（一方の測定光）の光量または受光部１２０の露光時間が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１６の処理に戻る。
【０１３１】
一方、ステップＳ１７において、観察状態が適切であると判定した場合、使用者は、一方の測定光の照射を停止するとともに、他方の投光部１１０Ｂから測定対象物Ｓに測定光を照射する（図１６のステップＳ１８）。続いて、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を見ながら、取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、他方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間の調整を行う（ステップＳ１９）。
【０１３２】
その後、使用者は、表示部４００に表示されるライブ画像に基づいて、取得されるライブ画像の明るさが観察に適した明るさであるか否か、すなわち他方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間が適切であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において、他方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ１９の処理に戻る。一方、ステップＳ２０において、他方の測定光の光量または受光部１２０の露光時間が適切であると判定した場合、使用者は、第１の調整を終了する。第１の調整が行われることにより、立体形状データを生成するために最適な一方および他方の測定光の光量条件、または一方および他方の測定光にそれぞれ対応する受光部１２０の露光時間の条件が設定される。なお、他方の投光部１１０Ｂを使用しない場合には、使用者は、ステップＳ１７の処理の後、ステップＳ１８〜Ｓ２０の手順を省略して第１の調整を終了してもよい。
【０１３３】
（３）第２の調整
図１７は、形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図１７を参照しながら形状測定の準備の手順における第２の調整の詳細を説明する。ここで、本実施の形態に係る測定部１００においては、照明光の光量を一方および他方の測定光の光量から独立して設定することができる。また、照明光を用いて測定対象物Ｓを撮像する際の受光部１２０の露光時間を、一方および他方の測定光を用いて測定対象物Ｓを撮像する際の受光部１２０の露光時間から独立して設定することができる。
【０１３４】
まず、使用者は、取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、照明光の光量または受光部１２０の露光時間を調整する（ステップＳ３１）。次に、使用者は、表示部４００に表示されるライブ画像に基づいて、取得されるライブ画像の明るさが観察に適した明るさであるか否か、すなわち測定対象物Ｓに照射される照明光の光量または受光部１２０の露光時間が適切であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。
【０１３５】
ステップＳ３２において、照明光の光量または受光部１２０の露光時間が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ３１の処理に戻る。一方、ステップＳ３２において、照明光の光量または受光部１２０の露光時間が適切であると判定した場合、使用者は、表示すべきテクスチャ画像の種類を選択し（ステップＳ３３）、第２の調整を終了する。テクスチャ画像の種類は、例えば、通常テクスチャ画像、全焦点テクスチャ画像、ＨＤＲテクスチャ画像を含む。第２の調整が行われることにより、テクスチャ画像データを生成するために最適な照明光の光量条件、または照明光に対応する受光部１２０の露光時間の条件が設定される。
【０１３６】
また、ステップＳ３３において、全焦点テクスチャ画像またはＨＤＲテクスチャ画像が選択された場合には、全焦点テクスチャ画像データまたはＨＤＲテクスチャ画像データを適切に取得するための設定が別途行われてもよい。例えば、全焦点テクスチャ画像が選択された場合には、焦点位置の変化範囲等が設定されてもよい。また、ＨＤＲテクスチャ画像データが選択された場合には、撮像条件の詳細等が設定されてもよい。また、これらの設定に基づいて、プレビュー用の全焦点テクスチャ画像またはＨＤＲテクスチャ画像が表示部４００に表示されてもよい。
【０１３７】
（４）形状測定処理
図１４〜図１７の形状測定の準備の後、測定対象物Ｓの形状測定処理が実行される。図１８は、形状測定処理の概要を示すフローチャートである。使用者が、ＣＰＵ２１０に形状測定処理の開始を指示すると、ＣＰＵ２１０は、第１の調整において設定された光量条件または露光時間の条件に従って、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射し、測定光のパターンが投影された測定対象物Ｓの画像データ（パターン画像データ）を取得する（ステップＳ４１）。取得されたパターン画像データは、作業用メモリ２３０に記憶される。
【０１３８】
次に、ＣＰＵ２１０は、取得したパターン画像データを所定の計測アルゴリズムで処理することにより、測定対象物Ｓの立体形状を示す立体形状データを生成する（ステップＳ４２）。生成された立体形状データは、作業用メモリ２３０に記憶される。ステップＳ４１，Ｓ４２においては、上記のように、複数の視点に対応するパターン画像データが取得され、それらのパターン画像データから生成される複数の立体形状データが合成されてもよい。それにより、測定対象物Ｓの広い範囲の立体形状データを生成することができる。
【０１３９】
次に、ＣＰＵ２１０は、図１７のステップＳ３３で選択されたテクスチャ画像の種類に対応するテクスチャ画像データを取得する（ステップＳ４３）。取得されたテクスチャ画像データは、作業用メモリ２３０に記憶される。次に、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ４２で生成された立体形状データとステップＳ４３で取得されたテクスチャ画像データとを合成することにより、テクスチャ付き立体形状データを生成する（ステップＳ４４）。次に、ＣＰＵ２１０は、生成された立体形状データまたはテクスチャ付き立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓの立体形状画像またはテクスチャ付き立体形状画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ４５）。この場合、使用者は、表示すべき画像を適宜選択することができる。ステップＳ４５において、測定対象物Ｓの計測箇所が適切に表示されていない場合、使用者は、図１５〜図１７の第１および第２の調整を再度行ってもよい。その後、ＣＰＵ２１０は、使用者により設定された計測条件に基づいて、計測箇所の計測を実行する（ステップＳ４６）。計測条件の設定については後述する。これにより、形状測定処理を終了する。
【０１４０】
［５］標準状態および傾斜正対状態
形状測定処理は、ステージ１４０の傾斜部４０２（図６）が水平姿勢にある状態で行われてもよく、傾斜部４０２が傾斜姿勢にある状態で行われてもよい。測定対象物Ｓの計測箇所が予め定まっており、その計測箇所が測定対象物Ｓの限られた範囲にある場合には、測定対象物Ｓの広い範囲の立体形状データを生成する必要はない。本実施の形態では、傾斜部４０２が傾斜姿勢にありかつ傾斜部４０２の傾斜載置面４０２ａ（図６）と受光部１２０の撮像面１２０ａ（図５）とが互いに正対する状態で形状測定処理を行うことにより、測定対象物Ｓの必要な立体形状データを効率良く取得することができ、計測箇所の計測値を容易に取得することができる。傾斜載置面４０２ａと撮像面１２０ａとが正対するとは、傾斜載置面４０２ａと撮像面１２０ａとが互いに平行である場合に限らず、傾斜載置面４０２ａと撮像面１２０ａとが一定範囲内の角度（例えば、１０度以下）をなす場合も含む。
【０１４１】
以下の説明では、傾斜部４０２が水平姿勢にある状態を標準状態と呼び、傾斜部４０２が傾斜姿勢にありかつ傾斜載置面４０２ａが撮像面１２０ａと正対する状態を傾斜正対状態と呼ぶ。なお、標準状態で形状測定処理が行われる場合には、上記の第１および第２の調整は標準状態で行われることが好ましく、傾斜正対状態で形状測定処理が行われる場合には、上記の第１および第２の調整は傾斜正対状態で行われることが好ましい。
【０１４２】
通常状態での形状測定処理と傾斜正対状態での形状測定処理との違いについて説明する。図１９（ａ）は、標準状態における受光部１２０と測定対象物Ｓとの位置関係を示し、図１９（ｂ）は、傾斜正対状態における受光部１２０と測定対象物Ｓとの位置関係を示す。図１９（ａ）に示すように、標準状態では、水平な載置面１４２ａ上に測定対象物Ｓが載置される。上記のように、受光部１２０の撮像面１２０ａは、測定対象領域ＭＲに対して斜め下方に向けられる。
【０１４３】
図１９（ｂ）に示すように、傾斜正対状態では、水平面に対して傾斜する傾斜載置面４０２ａ上に測定対象物Ｓが載置される。また、受光部１２０の撮像面ａと傾斜載置面４０２ａとが互いに正対するように、ステージ１４０の回転位置が調整される。以下、受光部１２０の撮像面ａと傾斜載置面４０２ａとが互いに正対するときのステージ１４０の回転位置を正対位置と呼ぶ。上記のように、本例では、傾斜載置面４０２ａの傾斜角度Ｄ１と撮像面１２０ａの傾斜角度Ｄ２とが互いに等しい（図５および図６）。そのため、ステージ１４０が正対位置にあるときに、受光部１２０の撮像面１２０ａと傾斜載置面４０２ａとが互いに平行になる。
【０１４４】
本例では、傾斜部４０２がステージベース１４１と一体的に設けられているので、傾斜正対状態となるステージ１４０の回転位置（正対位置）は一定である。正対位置は、例えば図１の記憶装置２４０に予め記憶される。ＣＰＵ２１０は、使用者の指示に基づいて、ステージ１４０の回転位置を予め記憶された正対位置に調整することができる。
【０１４５】
図２０は、測定対象物Ｓの一例を示す図である。図２１（ａ）は、標準状態で受光部１２０により撮像される測定対象物Ｓを示す図である。図２１（ｂ）は、傾斜正対状態で受光部１２０により撮像される測定対象物Ｓを示す図である。図２０の測定対象物Ｓは、基板Ｂ１と、その基板Ｂ１上に実装される素子Ｂ２，Ｂ３とを含む。
【０１４６】
標準状態では、基板Ｂ１および素子Ｂ２，Ｂ３の上面は、載置面１４２ａと略平行であり、受光部１２０の撮像面１２０ａとは平行でない。そのため、図２１（ａ）に示すように、基板Ｂ１および素子Ｂ２，Ｂ３の上面が受光部１２０に対して斜めに向けられた状態で測定対象物Ｓが撮像される。一方、傾斜正対状態では、基板Ｂ１および素子Ｂ２，Ｂ３の上面は、傾斜載置面４０２ａと略平行であり、受光部１２０の撮像面１２０ａと略平行である。そのため、図２１（ｂ）に示すように、基板Ｂ１および素子Ｂ２，Ｂ３の上面が受光部１２０に対してほぼ正対する状態で測定対象物Ｓが撮像される。このように、標準状態では鉛直上方に向けられる測定対象物Ｓの箇所（以下、上面領域と呼ぶ。）が、傾斜正対状態では受光部１２０に向けられる。そのため、傾斜正対状態では、上面領域の立体形状データが生成される。
【０１４７】
標準状態で立体形状データを生成する場合、１つの立体形状データでは上面領域が適切に表されない場合がある。図２１（ａ）の例では、基板Ｂ１の上面の一部が素子Ｂ２，Ｂ３によって隠れている。そのため、基板Ｂ１の上面の一部の立体形状データは得られない。上面領域の立体形状データを適切に得るために、複数の視点に対応する立体形状データを生成し、その複数の立体形状データを合成する必要が生じる。一方、傾斜正対状態では、複数の立体形状データを合成することなく、上面領域の立体形状データを容易に取得することができる。
【０１４８】
図１８のステップＳ４６において、使用者は、表示部４００に表示された立体形状画像またはテクスチャ付き立体形状画像を見ながら、計測条件を設定する。計測条件は、計測項目および計測箇所を含む。計測項目は、計測すべきパラメータの種類であり、距離、高さ、直径および面積等を含む。また、計測項目として、計測箇所を特定するための幾何形状（例えば、点、直線、円、面、球、円筒および円錐等）が指定されてもよい。
【０１４９】
計測条件の設定について説明する。以下の説明では、立体形状画像およびテクスチャ付き立体形状画像を対象物画像と総称する。ここでは、計測の基準となる基準面が設定される例を説明する。図２２は、基準面の設定時におけるＣＰＵ２１０の動作例を示すフローチャートである。
【０１５０】
使用者は、表示された対象物画像上で基準面とすべき測定対象物Ｓの面を指定する。例えば、表示部４００に対象物画像とともにポインタが表示される。使用者は、操作部２５０を操作してポインタを移動させ、対象の面をポインタにより指定する。ＣＰＵ２１０は、基準面とすべき面が指定されたか否かを判定する（ステップＳ６１）。面が指定されていない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ６１の処理を繰り返す。
【０１５１】
次に、ＣＰＵ２１０は、立体形状データに基づいて、指定された面に最も近い平面を抽出し（ステップＳ６２）、抽出された平面を基準面に設定する（ステップＳ６３）。通常、測定対象物Ｓの各面は、僅かに凹凸を含む、または僅かに湾曲している等、完全な平面ではない。そこで、指定された面と最も一致度が高い仮想的な平面が抽出され、基準面に設定される。次に、ＣＰＵ２１０は、設定された基準面に基づいて基準面画像データを生成し、生成された基準面画像データを用いて表示部４００に基準面画像を表示する（ステップＳ６４）。基準面画像は、基準面に対して測定対象物Ｓを垂直に見た２次元的（平面図的）な画像である。すなわち、基準面画像においては、設定された基準面が表示部４００の画面と平行になっている。
【０１５２】
図２３は、基準面画像の例を示す図である。図２３の基準面画像ＧＳにおいては、素子Ｂ２の上面が指定され、基準面に設定されている。そのため、素子Ｂ２の上面が表示部４００の画面と略平行である。図２４は、計測条件の設定例について説明するための図である。図２４の例では、計測項目として、２線間の距離が指定され、計測箇所として、素子Ｂ２の互いに平行な２つの辺Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ指定される。この場合、基準面画像データに基づいて辺Ｌ１，Ｌ２に対応するエッジが抽出され、計測箇所が設定される。計測項目および計測箇所が指定されると、立体形状データに基づいて、指定された計測項目および計測箇所に対応する計測値が算出され、対象物画像または基準面画像ＧＳ上に表示される。詳細には、立体形状データに基づいて生成される基準面画像データに基づいて、計測値が算出される。図２４（ｂ）の例では、基準面画像ＧＳ上に、辺Ｌ１，Ｌ２の間の距離として“ｘｘ（ｍｍ）”が表示される。
【０１５３】
本実施の形態では、傾斜正対状態で形状測定処理を行うことにより、位置データの欠落が抑制された上面領域の立体形状データを生成することができる。そのため、複数の立体形状データを合成することなく、傾斜正対状態で生成された上面領域の立体形状データのみを用いて、測定対象物Ｓを平面図的に適切に表すことができる。それにより、立体形状データの生成に要する時間を短縮することができ、かつ計測箇所の計測を正確に行うことができる。
【０１５４】
また、最初に表示される対象物画像における測定対象物Ｓの向きによっては、基準面を指定するために対象物画像における測定対象物Ｓの向きを調整する必要がある。例えば、基準面として指定すべき面が対象物画像に現れていない場合には、その面が対象物画像に現れるように対象物画像における測定対象物Ｓの向きを調整する必要がある。しかしながら、そのような作業を行うために、作業の効率が低下する可能性がある。また、最初に表示されている対象物画像における測定対象物Ｓの向きによっては、基準面に指定すべき面を直感的に認識することができない可能性がある。
【０１５５】
そこで、本実施の形態では、形状測定処理によって立体形状データが生成された後、最初に表示される対象物画像における測定対象物Ｓの向きは、受光部１２０により撮像される測定対象物Ｓの向き（受光部１２０に対する測定対象物Ｓの相対的な向き）と一致される。例えば、傾斜正対状態で図２０の測定対象物Ｓに対して形状測定処理を行った場合、最初に表示される対象物画像における測定対象物Ｓの向きが、図２１（ｂ）の測定対象物Ｓの向きと一致される。そのため、上面領域に含まれる測定対象物Ｓの面（例えば、素子Ｂ２の上面）を基準面に指定する場合、使用者は、対象物画像における測定対象物Ｓの向きをほとんど変化させることなく、基準面を容易に指定することができる。また、表示される対象物画像は測定対象物Ｓを平面図的に表すので、操作に不慣れな使用者にとっても基準面とすべき面および計測箇所を直感的に認識することができる。したがって、使用者は、基準面の設定および計測条件の設定を効率良く迅速に行うことができる。
【０１５６】
図２５は、基準面画像ＧＳの他の例を示す図である。図２５の基準面画像ＧＳにおいては、測定対象物Ｓの部分に、基準面に対する高さの差分に応じた色が付される。ここで、高さとは、基準面に対して垂直な方向における基準面からの距離を意味する。図２５においては、色の違いがドットパターンの違いで表される。この場合、使用者は、基準面と他の部分との高さの差を容易に認識することができる。基準面画像は、立体形状データまたはテクスチャ付き立体形状データを所定の基準面からの高さで表した高さ画像として機能する。
【０１５７】
立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓのプロファイル（断面形状）を表す画像（以下、プロファイル画像と呼ぶ。）が表示されてもよい。図２６は、プロファイルを取得すべき箇所の指定について説明するための図であり、図２７は、プロファイル画像の例を示す図である。
【０１５８】
図２６の例では、基準面画像ＧＳ上において、線分ＬＳによりプロファイルを取得すべき測定対象物Ｓの箇所が指定される。この場合、立体形状データに基づいて、線分ＬＳを通りかつ基準面に垂直な面上における測定対象物Ｓのプロファイルを表すプロファイルデータが生成される。生成されたプロファイルデータに基づいて、図２７のプロファイル画像ＧＰが表示される。プロファイル画像ＧＰは、測定対象物Ｓのプロファイルを表すプロファイル線ＰＬを含む。
【０１５９】
プロファイル画像ＧＰを用いて計測条件が設定されてもよい。図２７の例では、計測項目として、２面間の距離が指定され、計測箇所として、プロファイル線ＰＬ上の線分Ｌ１１および線分Ｌ１２が指定される。線分Ｌ１１，Ｌ１２は、測定対象物Ｓの基板Ｂ１の上面および素子Ｂ３の上面にそれぞれ対応する。この場合、立体形状データまたはプロファイルデータに基づいて、線分Ｌ１１と線分Ｌ１２との間の距離（基板Ｂ１の上面と素子Ｂ３の上面との間の距離）が計測値として算出される。算出された計測値“ｙｙ”は、プロファイル画像ＧＰ上に表示される。
【０１６０】
［６］準正対位置
傾斜正対状態での形状測定処理において、ステージ１４０の回転位置が正対位置から一定の角度範囲内で変化されてもよい。図２８および図２９は、ステージ１４０の回転位置の変化による測定対象物Ｓの向きの変化について説明するための図である。図２８および図２９の例において、測定対象物Ｓは立方体である。
【０１６１】
図２８に示すように、ステージ１４０の傾斜部４０２が傾斜姿勢にある状態で、ステージ１４０の回転位置が正対位置から一方および他方の回転方向に一定角度変化される。ステージ１４０が正対位置にあるときには、図２９（ａ）に示すように、測定対象物Ｓの上面Ｃ１のみが受光部１２０により撮像される。そのため、この状態で取得されるパターン画像データから、測定対象物Ｓの上面Ｃ１のみを表す立体形状データが生成される。
【０１６２】
ステージ１４０の回転位置が正対位置から一方の回転方向に一定角度（例えば１５度）だけ変化されると、図２９（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓの上面Ｃ１に加えて、測定対象物Ｓの側面Ｃ２が撮像される。そのため、この状態で取得されるパターン画像データから、測定対象物Ｓの上面Ｃ１および側面Ｃ２を表す立体形状データが生成される。以下、正対位置から一方の回転方向に一定角度だけ回転されたときのステージ１４０の回転位置を第１の準正対位置と呼ぶ。
【０１６３】
また、ステージ１４０の回転位置が正対位置から他方の回転方向に一定角度（例えば１５度）だけ変化されると、図２９（ｃ）に示すように、測定対象物Ｓの上面Ｃ１に加えて、測定対象物Ｓの側面Ｃ３が撮像される。そのため、この状態で取得されるパターン画像データから、測定対象物Ｓの上面Ｃ１および側面Ｃ３を表す立体形状データが生成される。以下、正対位置から他方の回転方向に一定角度だけ回転されたときのステージ１４０の回転位置を第２の準正対位置と呼ぶ。
【０１６４】
実際の動作としては、例えば、ステージ１４０が正対位置にある状態で最初の立体形状データが生成され、続いてステージ１４０が一方向にわずかに回転されてステージ１４０の回転位置が第１の準正対位置に調整され、次の立体形状データが生成される。続いてステージ１４０が逆方向に僅かに回転されてステージ１４０の回転位置が第２の準正対位置に調整され、最後の立体形状データが生成される。その後、ステージ１４０が正対位置に戻される。
【０１６５】
上記のように、本実施の形態では、受光部１２０の光軸Ａ１がステージ１４０の回転軸Ａｘに対して傾斜している。そのため、ステージ１４０が回転されると、受光部１２０の撮像視野において測定対象物Ｓの向きが３次元的に変化する。そのため、図２９の例のように、ステージ１４０が回転されることによって測定対象物Ｓの異なる面を撮像することができる。
【０１６６】
比較例として、ステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０の光軸Ａ１とが平行である場合について説明する。図３０および図３１は、比較例における測定対象物Ｓの向きの変化について説明するための図である。図３０および図３１の例について、図２８および図２９の例と異なる点を説明する。
【０１６７】
図３０の例では、ステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０の光軸Ａ１とが平行であり、かつステージ１４０が標準状態にある。この場合、図３１（ａ）に示すように、測定対象物Ｓの上面Ｃ１が受光部１２０により撮像される。すなわち、本実施の形態における傾斜正対状態と同様に測定対象物Ｓを撮像することができる。しかしながら、比較例では、ステージ１４０が回転されても、測定対象物Ｓが受光部１２０の光軸Ａ１に垂直な面内で回転する。そのため、受光部１２０の撮像視野において測定対象物Ｓの向きが２次元的に変化する。それにより、図３１（ｂ）および図３１（ｃ）に示すように、測定対象物Ｓが回転されても、上面Ｃ１以外の面が受光部１２０によって撮像されることはない。
【０１６８】
このように、本実施の形態では、ステージ１４０の回転位置が正対位置と準正対位置との間で僅かに変化されることにより、傾斜正対状態では撮像されない測定対象物Ｓの上面領域の周囲の部分が撮像される。それにより、上面領域の周囲部分の立体形状データを生成することができる。特に、傾斜正対位置において受光部１２０の光軸Ａｘと平行な測定対象物Ｓの面（例えば、図２９（ｂ）および図２９（ｃ）の側面Ｃ２，Ｃ３）を表す立体形状データも生成することができる。このような面を表す立体形状データの生成は、比較例のようにステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０の光軸Ａ１とが平行である場合には不可能である。
【０１６９】
傾斜正対状態で生成される立体形状データと、ステージ１４０が第１および第２の準正対位置にある状態でそれぞれ生成される立体形状データとが合成されることにより、測定対象物Ｓのより広い範囲の立体形状データが生成される。したがって、計測可能な測定対象物Ｓの範囲がより広くなる。
【０１７０】
正対位置と第１の準正対位置との間の角度、および正対位置と第２の準正対位置との間の角度は、使用者が指定してもよく、予め定められていてもよい。これらの角度は、ステージ１４０が正対位置にあるときに受光部１２０の光軸Ａ１に平行となる測定対象物Ｓの面（例えば、図２９（ｂ）および図２９（ｃ）の側面Ｃ２，Ｃ３）が、ステージ１４０が第１および第２の準正対位置にあるときに受光部１２０により撮像されるように、受光部１２０の光学特性（例えば画角）に応じて決定されることが好ましい。
【０１７１】
また、指定すべき計測箇所によって、必要となる対象物画像データの範囲が異なる。そのため、第１および第２の準正対位置のうち一方が選択され、ステージ１４０が正対位置にある状態（傾斜正対状態）、および選択された準正対位置にある状態でのみ立体形状データが生成されてもよい。また、傾斜正対状態でパターン画像データが取得されず、ステージ１４０が第１および第２の準正対位置の少なくとも一方にある状態でのみ立体形状データが生成されてもよい。ただし、傾斜正対状態でパターン画像データが取得されない場合でも、立体形状データの生成後にステージ１４０が正対位置に戻され、表示される対象物画像における測定対象物Ｓの向きは、傾斜正対状態に対応する測定対象物Ｓの向きと同じであることが好ましい。
【０１７２】
［７］測定対象物の載置
使用者が測定対象物Ｓをステージ１４０上に載置する際に、ステージ１４０の回転位置が正対位置から変化されてもよい。図３２は、測定対象物Ｓの載置時におけるステージ１４０の回転位置について説明するための図である。図３２の例では、傾斜部４０２が傾斜姿勢にあり、ステージ１４０が正対位置と１８０度異なる回転位置にある。この場合、使用者は、傾斜載置面４０２ａと略正対する位置から傾斜載置面４０２ａ上の測定対象物Ｓを視認することができる。
【０１７３】
ステージ１４０が正対位置にある状態で使用者がステージ１４０上に測定対象物Ｓを載置する場合、使用者は、表示部４００に表示されるライブ画像を見て、測定対象物Ｓが受光部１２０によってどのように撮像されているかを確認する。この場合、使用者は、表示部４００の画面上における方向を現実の３次元空間での方向に変換する必要がある。そのため、このような作業に不慣れな使用者にとっては、表示部４００に表示されるライブ画像を見ながら測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整することは容易ではない。そこで、図３２の例のように、使用者の視点が傾斜載置面４０２ａと略正対するように、ステージ１４０の回転位置が調整される。この状態で使用者が見る測定対象物Ｓの位置および姿勢は、傾斜正対状態で受光部１２０により撮像される測定対象物Ｓの位置および姿勢と略等しい。そのため、使用者は、直接的に測定対象物Ｓを見ながら測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整することができる。したがって、不慣れな使用者であっても、測定対象物Ｓの位置および姿勢を容易にかつ適切に調整することができる。
【０１７４】
［８］効果
本実施の形態に係る測定装置５００においては、投光部１１０、受光部１２０およびステージ１４０が一体的に設けられているので、使用者は、これらの配置を調整する必要がなく、ステージ１４０上に測定対象物Ｓを載置することで、測定対象物Ｓの立体形状データを得ることができる。また、ステージ１４０の回転軸Ａｘが受光部１２０の光軸Ａ１と平行でないので、ステージ１４０を回転させることにより、受光部１２０に向けられる測定対象物Ｓの箇所が変わる。そのため、測定対象物Ｓの異なる箇所が受光部１２０により撮像される。したがって、測定対象物Ｓの広い範囲の立体形状データを容易に生成することができる。
【０１７５】
また、生成された立体形状データに基づいて、計測の基準となる基準面が設定され、立体形状データおよび基準面に基づいて、指定された計測箇所の計測値が算出される。この場合、基準面が設定されることによって、点群データを用いた処理を２次元的に行うことができる。それにより、点群データからの計測値の算出が容易になる。
【０１７６】
さらに、ステージ１４０が正対位置に位置されることにより、ステージ１４０の傾斜載置面４０２ａが受光部１２０の撮像面１２０ａと正対する。そのため、水平面上では上方に向けられる測定対象物Ｓの箇所（上面領域）が、傾斜載置面４０２ａでは受光部１２０の撮像面１２０ａに向けられる。それにより、受光部１２０からの受光信号に基づいて、上面領域の立体形状データを生成することができる。したがって、位置データの欠落を抑制しつつ必要な箇所の立体形状データを効率良く生成することができる。また、生成された立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓを平面図的に表すことが可能となる。したがって、不慣れな使用者であっても、基準面の設定および計測箇所の指定を容易にかつ適切に行うことが可能となる。
【０１７７】
また、本実施の形態では、ステージ１４０の傾斜部４０２が水平姿勢と傾斜姿勢とに切替可能であるので、回転軸Ａｘに対して垂直な載置面１４２ａと、回転軸Ａｘに対して傾斜する傾斜載置面４０２ａとを選択的に使用することができる。それにより、目的に応じて、異なる態様で立体形状データを生成することができる。
【０１７８】
また、本実施の形態では、ステージ１４０の傾斜部４０２が傾斜姿勢にありかつステージ１４０が正対位置にある状態（傾斜正対状態）で、受光部１２０の光軸Ａ１が傾斜載置面４０２ａに直交する。それにより、水平面上では鉛直上方に向けられる測定対象物Ｓの箇所が、傾斜載置面４０２ａでは受光部１２０の撮像面１２０ａに向けられる。したがって、生成される立体形状データに基づいて、測定対象物を高い精度で平面図的に表すことができる。
【０１７９】
［９］他の実施の形態
（１）図３３は、ステージ１４０の他の構成例について説明するための図である。図３３の例では、ステージプレート１４２が固定部４０１と傾斜部４０２とに分割されていない。ステージプレート１４２の載置面１４２ａ上に、傾斜部材４１０が取り付けられる。傾斜部材４１０は、ステージプレート１４２に対して着脱可能である。傾斜部材４１０は、傾斜載置面４１０ａを有するとともに、傾斜載置面４１０ａ上に載置された測定対象物Ｓを係止するための係止部４１１を有する。傾斜載置面４１０ａの傾斜角度は、例えば、上記実施の形態における傾斜載置面４０２ａの傾斜角度と同じである。
【０１８０】
ステージ１４０の回転位置と傾斜載置面４０２ａの向きとを対応付けるため、載置面１４２ａ上における傾斜部材４１０の取付位置は一定であることが好ましい。本例では、ステージプレート１４２に複数の孔部１４２ｈが設けられ、傾斜部材４１０の底面に複数の孔部１４２ｈにそれぞれ対応する複数の突起部４１０ｂが設けられる。傾斜部材４１０の突起部４１０ｂがステージプレート１４２の複数の孔部１４２ｈに挿入されることにより、載置面１４２ａ上の予め定められた位置にステージプレート１４２が取り付けられる。孔部１４２ｈおよび突起部４１０ｂが設けられる代わりに、ステージプレート１４２に傾斜部材４１０の取付位置を表す印等が付されてもよい。
【０１８１】
本例においても、傾斜載置面４０２ａを受光部１２０の撮像面１２０ａと正対させることができる。そのため、水平面上では上方に向けられる測定対象物Ｓの箇所の立体形状データを生成することができる。また、生成された立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓを平面的に表す対象物画像を容易に表示することができる。したがって、不慣れな使用者であっても、基準面の設定および計測箇所の指定を容易に行うことができる。
【０１８２】
また、傾斜部材４１０の着脱によって回転軸Ａｘに対して垂直な載置面１４２ａと回転軸Ａｘに対して傾斜する傾斜載置面４１０ａとを選択的に使用することができる。それにより、目的に応じて異なる態様で立体形状データを生成することができる。
【０１８３】
なお、傾斜載置面４１０ａの傾斜角度が異なる複数種類の傾斜部材４１０が用いられてもよい。また、一の傾斜部材４１０において、傾斜載置面４１０ａの傾斜角度が可変であってもよい。
【０１８４】
（２）上記実施の形態では、使用者が対象物画像上で測定対象物Ｓのいずれかの面を指定することにより基準面が設定されるが、基準面が自動的に設定されてもよい。例えば、上記のように、傾斜正対状態で立体形状データが生成されることにより、測定対象物Ｓを平面図的に表す対象物画像を表示することができる。そこで、その対象物画像において、奥行き方向の傾きが最も小さい測定対象物Ｓの面（受光部１２０の撮像面１２０ａに対する角度が最も小さい測定対象物Ｓの面）が特定され、特定された面との一致度が最も高い平面が抽出され、その平面が基準面に設定されてもよい。
【０１８５】
（３）上記実施の形態では、受光部１２０に単眼カメラが用いられるが、単眼カメラに代えてまたは単眼カメラに加えて、複眼カメラが用いられてもよい。また、複数の受光部１２０が用いられ、ステレオ法によって立体形状データが生成されてもよい。また、上記実施の形態では、２つの投光部１１０が用いられるが、立体形状データの生成が可能であれば、１つの投光部１１０のみが用いられてもよく、または３つ以上の投光部１１０が用いられてもよい。
【０１８６】
また、投光部１１０からの均一な測定光を用いてライブ画像データおよびテクスチャ画像データを取得する場合には、照明光出力部１３０および照明光源３２０が設けられなくてもよい。また、パターン画像データを合成してテクスチャ画像データを生成することも可能であり、その場合にも照明光出力部１３０および照明光源３２０が設けられなくてもよい。
【０１８７】
また、上記実施の形態では、パターン画像データ、ライブ画像データおよびテクスチャ画像データが共通の受光部１２０によって取得されるが、立体形状データを取得するための受光部と、ライブ画像データおよびテクスチャ画像データを取得するための受光部とが別個に設けられてもよい。
【０１８８】
また、上記実施の形態では、三角測距法により点群データが生成されるが、ＴＯＦ（Time Of Flight）法等の他の方法により点群データが生成されてもよい。
【０１８９】
（４）上記実施の形態では、ステージ駆動部１４６によりステージ１４０が回転軸Ａｘの周りで回転可能に構成され、他の方向には移動しないが、本発明はこれに限定されない。
【０１９０】
ステージ１４０は、例えば回転軸Ａｘの周りで回転可能であるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうち少なくとも一方向に移動可能に構成されてもよい。この場合、ステージ１４０に対して一定姿勢で測定対象物Ｓが載置された状態で、ステージ１４０の回転角度および位置を自在に変更することができる。したがって、より多様な視点で測定対象物Ｓを撮像することができる。その結果、測定対象物Ｓのより広い範囲の立体形状データを求めることが可能になる。
【０１９１】
［１０］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１９２】
上記実施の形態においては、設置部１６１がステージ保持部の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、傾斜載置面４０２ａ，４１０ａが傾斜載置面の例であり、ヘッド部１９０がヘッド部の例であり、投光部１１０が投光部の例であり、受光部１２０が受光部の例であり、スタンド部１６２が連結部の例であり、回転制御部５０１が回転制御手段の例であり、点群データ生成部５０２が点群データ生成手段の例であり、基準面設定部５０３が基準面設定手段の例であり、計測部５０４が計測手段の例であり、画像データ生成部５０５が画像データ生成手段の例であり、載置面１４２ａが非傾斜載置面の例であり、ステージプレート１４２がステージプレートの例であり、傾斜部材４１０が傾斜部の例であり、正対位置が第１の回転位置の例であり、第１および第２の準正対位置が第２の回転位置の例である。
【０１９３】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
本発明は、測定対象物の測定を行う種々の測定装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１９５】
１００  測定部
１１０  投光部
１１１  測定光源
１１２  パターン生成部
１１３，１１４  レンズ
１２０  受光部
１３０  照明光出力部
１４０  ステージ
１５０  制御基板
２００  ＰＣ
２１０  ＣＰＵ
２２０  ＲＯＭ
２３０  作業用メモリ
２４０  記憶装置
２５０  操作部
３００  制御部
３２０  照明光源
４００  表示部
５００  測定装置
Ｓ  測定対象物
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【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】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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