(57)【要約】【課題】操作性が向上された測定装置を提供する。【解決手段】ヘッド部１９０がスタンド部１６２により設置部１６１と固定的に連結される。設置部１６１により保持されたステージ１４０上に測定対象物が載置される。パターンを有する測定光が投光部から斜め下方に測定対象物に照射される。測定対象物により斜め上方に反射された測定光が、受光部１２０Ａ，１２０Ｂのうち選択された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。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が算出される。受光部１２０Ｂの撮像視野ＴＲ２は、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１よりも小さく、撮像視野ＴＲ１内に包含される。受光部１２０Ｂの光軸Ａ２は受光部１２０Ａの光軸Ａ１よりも下方に位置する。【選択図】図５
2018004279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ保持部と、
前記ステージ保持部により保持され、測定対象物が載置されるステージと、
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第１および第２の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、かつ前記第１および第２の受光部の光軸が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、
前記第１および第２の受光部のうち一方の選択を受け付ける選択手段と、
前記第１または第２の受光部のうち選択された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、前記指定された箇所の計測値を算出する計測手段とを備え、
前記第１の受光部は、第１の撮像視野を有し、
前記第２の受光部は、前記第１の撮像視野よりも小さい第２の撮像視野を有し、
前記ステージ上の空間において、前記第２の撮像視野が前記第１の撮像視野内に包含されるとともに前記第２の受光部の光軸が前記第１の受光部の光軸よりも下方に位置する、測定装置。
【請求項２】
前記第２の受光部の光軸は、前記ヘッド部と前記ステージ上の空間との間で前記第１の受光部の光軸の下方に位置する、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記投光部は、第１および第２の投光部を含み、
前記第１および第２の投光部は、前記第１および第２の受光部に関して互いに反対側に配置された、請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記第１および第２の受光部は、第１および第２の受光レンズをそれぞれ有し、
前記第２の受光レンズの倍率は、前記第１の受光レンズの倍率よりも高い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１および第２の受光部は互いに隣り合うように固定され、
前記ヘッド部は、
前記ステージに載置される測定対象物にパターンを有しない照明光を照射する照明部をさらに含み、
前記照明部は、前記第１および第２の受光部を取り囲む照明光出射口を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記ステージは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設けられ、
前記測定装置は、
前記ステージの回転を制御する回転制御手段をさらに備え、
前記点群データ生成手段は、前記ステージが第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１〜５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記ヘッド部は、前記連結部に取り付け可能かつ取り外し可能に構成され、
前記測定装置は、前記ヘッド部が前記連結部に取り付けられた状態での前記ステージの回転軸と前記受光部との位置関係を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された位置関係を記憶する記憶手段とをさらに備え、
前記点群データ生成手段は、前記記憶手段に記憶された位置関係に基づいて前記第１および第２の立体形状データを合成する、請求項６記載の測定装置。
【請求項８】
前記連結部に対する前記ヘッド部の位置を決める位置決め機構をさらに備える、請求項７記載の測定装置。
【請求項９】
前記ヘッド部は、前記第１および第２の受光部を保持する保持具と、複数の連結部材とをさらに含み、
前記複数の連結部材は、互いに離間した状態で前記保持具と前記投光部とを連結する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記点群データ生成手段は、三角測距方式により点群データを生成し、
前記複数の連結部材の各々は、前記保持具と接触する一端部と、前記投光部と接触する他端部とを有する、請求項９記載の測定装置。
【請求項１１】
前記保持具および前記複数の連結部材の各々は、予め定められた一定範囲内の線膨張係数を有する、請求項９または１０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、投光部により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部により受光される。受光部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】
上記のような三角測距方式においては、投光部と受光部との位置関係および受光部の撮像視野等により定まる特定の領域に測定対象部分が含まれるように測定対象物を載置する必要がある。しかしながら、測定対象物は種々の寸法を有するため、熟練していない使用者には、測定対象物を寸法に応じた適切な位置に載置することが困難である。また、熟練した使用者でも、測定対象物の寸法ごとに適切な位置に測定対象物を載置する操作を行うことは面倒である。
【０００６】
本発明の目的は、操作性が向上された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】
【０００７】
（１）本発明に係る測定装置は、ステージ保持部と、ステージ保持部により保持され、測定対象物が載置されるステージと、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第１および第２の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、かつ第１および第２の受光部の光軸が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、第１および第２の受光部のうち一方の選択を受け付ける選択手段と、第１または第２の受光部のうち選択された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、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算出する計測手段とを備え、第１の受光部は、第１の撮像視野を有し、第２の受光部は、第１の撮像視野よりも小さい第２の撮像視野を有し、ステージ上の空間において、第２の撮像視野が第１の撮像視野内に包含されるとともに第２の受光部の光軸が第１の受光部の光軸よりも下方に位置する。
【０００８】
この測定装置においては、投光部、第１の受光部および第２の受光部を含むヘッド部が連結部により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上に測定対象物が載置される。パターンを有する測定光が投光部から斜め下方に測定対象物に照射される。測定対象物により斜め上方に反射された測定光が、第１または第２の受光部のうち選択された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。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が算出される。
【０００９】
この構成においては、ヘッド部とステージ保持部とが固定的に連結されるので、ステージ上の空間に対する測定光の照射範囲ならびに第１および第２の撮像視野の位置関係が一義的に定まる。そのため、使用者は投光部ならびに第１および第２の受光部とステージとの位置関係を予め調整する必要がない。
【００１０】
また、第２の受光部の第２の撮像視野は、第１の受光部の第１の撮像視野よりも小さく、第１の撮像視野内に包含される。この場合、第１の受光部を選択することにより、比較的大きい寸法を有する測定対象物を適切に第１の撮像視野に収めることができる。第２の受光部を選択することにより、周囲の不要な部分を第２の撮像視野に収めることなく、比較的小さい寸法を有する測定対象物を適切に第２の撮像視野に収めることができる。さらに、第２の受光部の光軸は第１の受光部の光軸よりも下方に位置するので、測定対象物を第２の撮像視野に収めるためにステージまたは測定対象物を上方に移動させる必要がない。これにより、測定装置の操作性を向上せることができる。
【００１１】
（２）第２の受光部の光軸は、ヘッド部とステージ上の空間との間で第１の受光部の光軸の下方に位置してもよい。この場合、第１および第２の受光部の光軸が平行に近づく。これにより、第１および第２の受光部により略同一方向から測定対象物を撮像することができる。
【００１２】
（３）投光部は、第１および第２の投光部を含み、第１および第２の投光部は、第１および第２の受光部に関して互いに反対側に配置されてもよい。この場合、第１および第２の投光部により複数の方向から測定対象物の広い範囲に測定光が照射される。これにより、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。
【００１３】
（４）第１および第２の受光部は、第１および第２の受光レンズをそれぞれ有し、第２の受光レンズの倍率は、第１の受光レンズの倍率よりも高くてもよい。この場合、第２の撮像視野を第１の撮像視野よりも容易に小さくすることができる。また、第２の受光レンズを選択することにより、比較的小さい測定対象物を高い倍率で観察することができる。
【００１４】
（５）第１および第２の受光部は互いに隣り合うように固定され、ヘッド部は、ステージに載置される測定対象物にパターンを有しない照明光を照射する照明部をさらに含み、照明部は、第１および第２の受光部を取り囲む照明光出射口を有してもよい。
【００１５】
この場合、使用者は、測定対象物に照明光を照射することにより、第１または第２の受光部によりリアルタイムで取得される測定対象物のライブ画像を観察することができる。照明光出射口は第１および第２の受光部を取り囲むので、第１および第２の受光部のいずれを用いた場合でも、影の発生部分が少ないライブ画像を観察することができる。
【００１６】
（６）ステージは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設けられ、測定装置は、ステージの回転を制御する回転制御手段をさらに備え、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。
【００１７】
この場合、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。
【００１８】
（７）ヘッド部は、連結部に取り付け可能かつ取り外し可能に構成され、測定装置は、ヘッド部が連結部に取り付けられた状態でのステージの回転軸と受光部との位置関係を算出する算出手段と、算出手段により算出された位置関係を記憶する記憶手段とをさらに備え、点群データ生成手段は、記憶手段に記憶された位置関係に基づいて第１および第２の立体形状データを合成してもよい。
【００１９】
この場合、ヘッド部を連結部から取り外すことにより、ステージ上に載置できない測定対象物をステージとは別の場所で計測することが可能になる。一方、ヘッド部が連結部に取り付けられた状態で、ステージを回転させつつ第１および第２の立体形状データを生成することにより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。このとき、ヘッド部と連結部との間の取り外し作業および取り付け作業の前後でステージの回転軸と受光部との位置関係にずれが生じると、第１および第２の立体形状データを正確に合成することができない。
【００２０】
上記の構成によれば、ヘッド部と連結部との間の取り外し作業および取り付け作業の後、ステージの回転軸と受光部との位置関係が算出されることにより、算出された位置関係に基づいて第１および第２の立体形状データが正確に合成される。
【００２１】
（８）測定装置は、連結部に対するヘッド部の位置を決める位置決め機構をさらに備えてもよい。この場合、使用者はヘッド部を連結部に取り付ける際に、ヘッド部を連結部に対して容易に位置決めすることができる。
【００２２】
（９）ヘッド部は、第１および第２の受光部を保持する保持具と、複数の連結部材とをさらに含み、複数の連結部材は、互いに離間した状態で保持具と投光部とを連結してもよい。
【００２３】
この場合、投光部と第１および第２の受光部とが複数の連結部材により連結される。ここで、複数の連結部材間は互いに離間するので、投光部、第１の受光部および第２の受光部から発生する熱を容易に放散させることができる。また、投光部、第１の受光部および第２の受光部を冷却するための冷却風を容易に導くことができる。そのため、温度変化による投光部、第１の受光部および第２の受光部の位置関係の変化が発生することを防止することができる。これにより、計測の精度を向上させることができる。
【００２４】
また、計測結果の温度補償を行うための温度センサ等の装置を測定装置に追加する必要がない。さらに、連結部材間の熱の放散性が高いため、複数の連結部材および保持具の変形の程度が低減される。したがって、複数の連結部材および保持具を線膨張係数が小さい高価な材料により形成する必要がない。これらの結果、測定装置のコストを低減することができる。
【００２５】
（１０）点群データ生成手段は、三角測距方式により点群データを生成し、複数の連結部材の各々は、保持具と接触する一端部と、投光部と接触する他端部とを有してもよい。
【００２６】
三角測距方式においては、投光部と第１および第２の受光部との角度関係が変化すると計測の精度が低下する。上記の構成によれば、各連結部材と保持具との接触部分が最小に維持される。また、各連結部材と投光部との接触部分が最小に維持される。そのため、温度変化により保持具および複数の連結部材がわずかに変形する場合でも、それらの変形の度合いのばらつきが小さく、投光部と第１および第２の受光部との角度関係は変化しない。これにより、点群データの計測の精度が低下することを防止することができる。
【００２７】
（１１）保持具および複数の連結部材の各々は、予め定められた一定範囲内の線膨張係数を有してもよい。この場合、保持具および複数の連結部材の線膨張係数の差が小さいので、温度変化により保持具および複数の連結部材がわずかに変形する場合でも、それらの変形の度合いのばらつきが小さくなる。これにより、点群データの計測の精度が低下することをより防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、測定対象物の形状を容易かつ正確に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】２つの受光部とステージとの位置関係の詳細を説明するための測定部の模式的側面図である。
【図６】三角測距方式の原理を説明するための図である。
【図７】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】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】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】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１１】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】オフセット光学系と非オフセット光学系との比較を示す図である。
【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】データ生成処理のフローチャートである。
【図１９】測定対象物の一例を示す外観斜視図である。
【図２０】図１９の測定対象物についてデータ生成処理を実行することにより取得されるテクスチャ付き立体形状画像の一例を示す図である。
【図２１】図２０のテクスチャ付き立体形状画像のうち有効領域内に対応する部分のみを表す合成画像の一例を示す図である。
【図２２】除去すべき領域の指定方法の一例を示す図である。
【図２３】図２２のテクスチャ付き立体形状画像から指定された領域に対応する部分が除去されたテクスチャ付き立体形状画像の一例を示す図である。
【図２４】図１９の基板の上面と素子の上面との間の距離を計測する際の計測条件の設定例を示す図である。
【図２５】図１９の基板の上面と素子の上面との間の距離を計測する際の計測条件の設定例を示す図である。
【図２６】図１９の基板の上面と素子の上面との間の距離を計測する際の計測条件の設定例を示す図である。
【図２７】計測処理のフローチャートである。
【図２８】図２７のステップＳ５２で実行される計測用データ生成処理のフローチャートである。
【図２９】第１の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。
【図３０】第１の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。
【図３１】第１の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。
【図３２】基準面画像の他の表示例を示す図である。
【図３３】第２の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。
【図３４】第２の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。
【図３５】第２の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。
【図３６】投光部および受光部が連結される前の計測光学ユニットを示す斜視図である。
【図３７】投光部および受光部が連結された後の計測光学ユニットを示す斜視図である。
【図３８】台座の構成を示す斜視図である。
【図３９】光路上の拡散板の有無の効果を比較するための図である。
【図４０】前方から見たヘッド部の斜視図である。
【図４１】後方から見たヘッド部の斜視図である。
【図４２】冷却風の一の通過経路を示す図である。
【図４３】冷却風の他の通過経路を示す図である。
【図４４】位置決め機構の一例を示す模式図である。
【図４５】位置決め機構の一例を示す模式図である。
【図４６】回転軸校正処理の一例を示すフローチャートである。
【図４７】遮光機構が取り付けられた測定部の外観斜視図である。
【図４８】後方カバー部材に取り付けられる後方遮光部材の一例を示す測定部の外観斜視図である。
【図４９】前方カバー部材に取り付けられる前側方遮光部材の一例を示す測定部の外観斜視図である。
【図５０】ステージプレートの構成の一例を示す図である。
【図５１】傾斜部が傾斜姿勢にある状態で測定対象物を撮像する例を示す測定部の模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
［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。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。
【００３２】
測定部１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。また、測定部１００は複数の受光部１２０を含んでもよい。本実施の形態では、測定部１００は２つの投光部１１０および２つの受光部１２０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。また、２つの受光部１２０を区別する場合は、一方の受光部１２０を受光部１２０Ａと呼び、他方の受光部１２０を受光部１２０Ｂと呼ぶ。
【００３３】
図２では、２つの投光部１１０および２つの受光部１２０のうち、２つの投光部１１０および１つの受光部１２０が示される。投光部１１０および受光部１２０は、ステージ１４０の斜め上方の位置で一方向に並ぶように配置される。投光部１１０および受光部１２０の配置の詳細については後述する。
【００３４】
図２に示すように、各投光部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。また、各投光部１１０は、ＰＣ２００からの指令に基づいてパターン生成部１１２の動作を制御する投光制御基板１１５（後述する図３６参照）をさらに含む。各受光部１２０は、カメラ１２１およびレンズ１２２を含む。また、各受光部１２０は、ＰＣ２００からの指令に基づいてカメラ１２１の動作を制御する受光制御基板１２３（後述する図３６参照）をさらに含む。ステージ１４０上には、測定対象物Ｓが載置される。
【００３５】
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。
【００３６】
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から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。
【００３７】
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の光軸と略平行に並ぶように配置される。一方、各投光部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の光軸が受光部１２０の光軸に対して傾斜し、受光部１２０の両側方からそれぞれ測定対象物Ｓに向けて測定光が出射される。
【００３８】
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。測定光の照射範囲を広くする必要がない場合には、画角が略０度となるテレセントリック光学系が投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々に用いられてもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
本例においては、受光部１２０の撮像視野を広くするため、一定の画角を有するように受光部１２０が構成される。本実施の形態においては、受光部１２０の撮像視野とは、受光部１２０により撮像が可能な空間上の領域を意味する。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。広い視野を必要としない場合には、テレセントリック光学系が受光部１２０に用いられてもよい。ここで、測定部１００に設けられる２つの受光部１２０のレンズ１２２の倍率は互いに異なる。それにより、２つの受光部１２０を選択的に用いることにより、測定対象物Ｓを互いに異なる２種類の倍率で撮像することができる。２つの受光部１２０は、２つの受光部１２０の光軸が互いに平行となるように配置されることが好ましい。この場合、２つの受光部１２０により略同一方向から測定対象物Ｓを撮像することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、後述する照明光源３２０の構成を単純にすることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
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、データ生成プログラム、計測プログラムおよび回転軸校正プログラム等が記憶される。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。
【００４８】
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、例えば受光部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に基づく画像（以下、ライブ画像と呼ぶ。）が表示される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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。本実施の形態に係るステージプレート１４２は円板形状を有する。
【００５３】
ステージプレート１４２上の空間には、略円柱状の有効領域ＭＲが設定される。有効領域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。受光部１２０の撮像視野は、その受光部１２０が有するレンズ１２２の倍率、焦点深度および画角等により定まる。有効領域ＭＲの設定内容の詳細については後述する。
【００５４】
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、後述する設置部１６１（図４）に固定されている。また、回転機構１４３は、例えばエンコーダおよびステッピングモータを含む。また、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をその中心を通るとともに鉛直方向に延びる回転軸Ａｘの周りで回転させる。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、ステージプレート１４２の載置面を受光部１２０に相対的に回転させることができる。
【００５５】
ステージ１４０の回転時には、回転機構１４３のエンコーダから出力される信号が、制御基板１５０を通してＰＣ２００に送られる。それにより、図１のＣＰＵ２１０は、予め定められた基準角度からのステージプレート１４２の回転量（回転位置）を検出する。
【００５６】
なお、本実施の形態では、ステージ１４０は回転機構１４３の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、本発明はこれに限定されない。ステージ１４０は回転機構１４３の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。
【００５７】
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、投光制御基板１１５（図３６）、受光制御基板１２３（図３６）および制御基板１５０を制御する。このように、制御基板３１０および照明光源３２０が測定部１００から分離して設けられる。この場合、制御基板３１０および照明光源３２０による測定部１００への熱ノイズおよび電気ノイズが遮断される。これにより、測定部１００による計測の精度を向上させることができる。
【００５８】
また、測定光源１１１または制御基板１５０が制御部３００に設けられてもよい。これにより、測定光源１１１または制御基板１５０による測定部１００への熱ノイズおよび電気ノイズが遮断され、測定部１００による計測の精度をさらに向上させることができる。一方で、制御基板３１０または照明光源３２０による熱ノイズおよび電気ノイズが小さく、測定部１００による計測の精度が低下しない場合には、制御基板３１０または照明光源３２０が測定部１００に搭載されてもよい。
【００５９】
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）３３０を通して測定部１００の照明光出力部１３０から出力される。なお、制御部３００に照明光源３２０を設けずに、測定部１００に照明光源３２０を設けてもよい。この場合、導光部材３３０は必要ない。
【００６０】
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、点群データ生成部５０１、計測用データ取得部５０２、計測用データ修正部５０３、計測部５０４、受付部５０５、回転制御部５０６および位置関係算出部５０７を含む。
【００６１】
点群データ生成部５０１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。計測用データ取得部５０２は、有効領域ＭＲに対応する点群データを計測用データとすべき選択があった場合に、記憶装置２４０に記憶される後述する領域情報に基づいてステージ１４０上の空間に対して有効領域ＭＲに対応する点群データを計測用データとして取得する。また、計測用データ取得部５０２は、有効領域ＭＲおよびその他の領域に対応する点群データを計測用データとすべき選択があった場合に、点群データ生成部５０１により生成された全ての点群データを計測用データとして取得する。
【００６２】
また、計測用データ修正部５０３は、取得された計測用データに対応する領域のうち除去すべき領域が指定された場合に、取得された計測用データから指定された領域に対応する点群データを除去する。
【００６３】
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、計測用データ取得部５０２により取得された計測用データまたは計測用データ修正部５０３により修正された計測用データに基づいて、指定された箇所の計測値を算出する。
【００６４】
受付部５０５は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、計測用データを有効領域ＭＲに対応する点群データとするか有効領域ＭＲおよびその他の領域に対応する点群データとするかの選択を受け付ける。また、受付部５０５は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、取得された計測用データに対応する領域のうち除去すべき領域の指定を受け付ける。さらに、受付部５０５は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、受光部１２０Ａ，１２０Ｂのうち使用する受光部１２０を受け付ける。
【００６５】
回転制御部５０６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。位置関係算出部５０７は、後述する回転軸校正処理において、ステージ１４０の回転軸Ａｘと回転軸と受光部１２０との位置関係を算出する。これらの機能の詳細については後述する。
【００６６】
点群データ生成部５０１、計測用データ取得部５０２、計測用データ修正部５０３、計測部５０４、受付部５０５、回転制御部５０６および位置関係算出部５０７は、ＣＰＵ２１０が、ＲＯＭ２２０および記憶装置２４０に記憶されたシステムプログラム、データ生成プログラム、計測プログラムおよび回転軸校正プログラムのいずれかのプログラムを実行することにより実現される。これらの機能部の一部または全ては、電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。
【００６７】
ここで、測定部１００においては、複数の投光部１１０、複数の受光部１２０、照明光出力部１３０およびステージ１４０の位置関係が一定に固定されるように、これらの構成要素が連結される。
【００６８】
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、２つの受光部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、２つの受光部１２０、照明光出力部１３０の位置関係が台座１７０により固定される。２つの受光部１２０は上下に並ぶように配置されている。また、照明光出力部１３０は、楕円筒形状を有し、２つの受光部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、２つの受光部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。
【００６９】
投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、一方の受光部１２０Ａと同じ高さに配置される。これにより、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１を最大化することができる。また、投光部１１０Ａ，１１０Ｂからの測定光の一部を用いて受光部１２０Ｂによる撮像を行うことができる。
【００７０】
台座１７０には、さらに２つの投光部１１０、２つの受光部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、２つの受光部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。
【００７１】
測定部１００は、さらに設置部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。設置部１６１は、テーブルの上面等の水平な設置面上に設置される。
【００７２】
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の他端部近傍の位置に図２の回転機構１４３が固定されている。回転機構１４３によりステージ１４０が回転可能に保持される。ステージ１４０を制御するための図示しないドライバ回路が、設置部１６１またはスタンド部１６２に搭載される。この場合、ドライバ回路がヘッド部１９０から分離され、ドライバ回路によるヘッド部１９０への熱ノイズおよび電気ノイズが遮断される。これにより、ヘッド部１９０による計測の精度を向上させることができる。
【００７３】
本実施の形態においては、設置部１６１およびスタンド部１６２は互いに着脱可能に構成されてもよい。この場合、設置部１６１をスタンド部１６２から取り外すことにより、設置部１６１に載置不可能な大型の測定対象物Ｓを計測することができる。
【００７４】
台座１７０の両側部には、使用者により把持可能な一対の把持部１７９が設けられている。図４では、一対の把持部２７９のうち一方の把持部のみが示される。また、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。使用者は、台座１７０の一対の把持部１７９を把持することにより、図４に白抜きの矢印で示すように、台座１７０をスタンド部１６２に取り付けること、および台座１７０をスタンド部１６２から取り外すことができる。
【００７５】
スタンド部１６２にヘッド部１９０の台座１７０が取り付けられることにより、ヘッド部１９０と設置部１６１とがスタンド部１６２により固定的に連結される。このとき、ヘッド部１９０がスタンド部１６２に機械的に接続されるとともに、制御基板１５０がステージ１４０の図示しないドライバ回路に電気的に接続される。制御基板１５０は、連結部材１６０内に設けられた図示しない電気配線およびコネクタを介して、ドライバ回路に電動制御指令を与える。ドライバ回路は、制御基板１５０から与えられる電動制御指令に基づいて、ステージ１４０の動作を制御する。
【００７６】
また、スタンド部１６２にヘッド部１９０の台座１７０が取り付けられることにより、ステージ１４０、２つの投光部１１０および２つの受光部１２０の位置関係が一定に保持される。各投光部１１０は、測定光の照射される照射領域がステージ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。さらに、各受光部１２０は、光軸が斜め下方に延びるようにかつ図２のカメラ１２１の撮像視野がステージ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、一方の受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１が一点鎖線で示される。各受光部１２０Ａ，１２０Ｂは、その光学系の光軸（図２のレンズ１２２の光軸）がステージプレート１４２の載置面に対して予め定められた角度（例えば４５度）をなす状態で固定される。
【００７７】
図４に示すように、２つの投光部１１０Ａ，１１０Ｂの照射領域ＩＲの一部と受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１の一部とは、ステージ１４０の上方の空間内で重なり合う。投光部１１０Ａ，１１０Ｂの照射領域ＩＲと受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１とが重なり合う位置に、受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１が設定される。
【００７８】
本例の測定部１００に設けられる２つの受光部１２０Ａ，１２０Ｂは、レンズ１２２の倍率、焦点深度および画角が互いに異なる。具体的には、受光部１２０Ｂのレンズ１２２の倍率は受光部１２０Ａのレンズ１２２の倍率よりも高い。また、受光部１２０Ｂのレンズ１２２の焦点深度は受光部１２０Ａのレンズ１２２の焦点深度よりも小さい。さらに、受光部１２０Ｂのレンズ１２２の画角は受光部１２０Ａのレンズ１２２の画角よりも小さい。この場合、受光部１２０Ｂの撮像視野は、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１よりも小さくなる。それにより、一方の受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１はステージ１４０上に比較的広い範囲で設定される。これに対して、他方の受光部１２０Ｂに対応する有効領域は、受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１よりも狭い範囲でステージ１４０上に設定される。
【００７９】
図５は、２つの受光部１２０Ａ，１２０Ｂとステージ１４０との位置関係の詳細を説明するための測定部１００の模式的側面図である。図５では、受光部１２０Ａの光学系の光軸Ａ１が太い一点鎖線で示され、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１および有効領域ＭＲ１が太い点線で示される。また、受光部１２０Ｂの光学系の光軸Ａ２が一点鎖線で示され、受光部１２０Ｂの撮像視野ＴＲ２および有効領域ＭＲ２が点線で示される。
【００８０】
ここで、撮像視野ＴＲ１がステージ１４０を含む広い範囲に広がるように設定されているときに２つの光軸Ａ１，Ａ２が同一直線上にあると、撮像視野ＴＲ２がステージ１４０の載置面の近傍の位置から外れる可能性がある。この場合、ステージ１４０の載置面上に低い高さを有する測定対象物Ｓが載置されると、その測定対象物Ｓについては高倍率の受光部１２０Ｂを用いた計測を行うことができない。これに対して、本実施の形態に係る測定部１００においては、図５に示すように、光軸Ａ２が光軸Ａ１よりも下方に位置する。それにより、撮像視野ＴＲ１の位置によらず撮像視野ＴＲ２をステージ１４０の載置面の近傍の位置に合わせることができる。
【００８１】
さらに、上記のように、ステージ１４０上の空間において、受光部１２０Ｂの撮像視野ＴＲ２は、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１が包含される。この場合、例えば受光部１２０Ａにより取得されるライブ画像には、受光部１２０Ｂにより取得可能なライブ画像の領域が含まれる。したがって、撮像に用いる受光部１２０Ａ，１２０Ｂの切り替えが容易になる。
【００８２】
受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１は、例えばステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０Ａの光学系の焦点面との交点Ｆ１を中心として設定される。受光部１２０Ｂに対応する有効領域ＭＲ２は、例えばステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０Ｂの光学系の焦点面との交点Ｆ２を中心として設定される。本実施の形態においては、焦点位置Ｆ１は、光軸Ａ１と回転軸Ａｘとの交点に位置する。また、焦点位置Ｆ２は、焦点位置Ｆ１の下方において、光軸Ａ２と回転軸Ａｘとの交点に位置する。
【００８３】
これらの場合、ステージプレート１４２の中心に測定対象物Ｓを載置することにより、その測定対象物Ｓを有効領域ＭＲ１，ＭＲ２内に容易に配置することができる。また、測定対象物Ｓを移動させることなく撮像に用いる受光部１２０Ａ，１２０Ｂを切り替えることにより、測定対象物Ｓのライブ画像の倍率を変更しつつ正確に測定対象物Ｓの表面状態を観察することができる。具体的には、低倍率の受光部１２０Ａにより比較的大型の測定対象物Ｓを観察または撮像することができ、高倍率の受光部１２０Ｂにより比較的小型の測定対象物Ｓを観察または撮像することができる。
【００８４】
ステージ１４０の回転軸Ａｘと光軸Ａ１，Ａ２との交点は、それぞれの倍率で計測可能な測定対象物Ｓの最大高さの４割ほどの高さに位置することが好ましい。この場合、後述するようにステージプレート１４２を回転させつつ測定対象物Ｓを観察または撮像する際に、測定対象物Ｓが有効領域ＭＲ１，ＭＲ２からはみ出る（視野欠けする）ことを防止することができる。
【００８５】
ステージプレート１４２の載置面上には、受光部１２０Ａ，１２０Ｂにそれぞれ対応する有効領域ＭＲ１，ＭＲ２の底面の範囲を示す指標（例えば、円）が刻印等されてもよい。この場合、使用者は、ステージ１４０上に設定される有効領域ＭＲ１，ＭＲ２の位置および大きさを容易に認識することができる。
【００８６】
受光部１２０Ａ，１２０Ｂは、光軸Ａ１の方向または光軸Ａ２の方向に互いにオフセットした状態で配置される。これにより、受光部１２０Ａ，１２０Ｂの干渉を防止し、光軸Ａ１，Ａ２間の垂直方向の距離を柔軟に調整することができる。高倍率の受光部１２０Ａに対応する光路長は、低倍率の受光部１２０Ｂに対応する光路長よりも短くすることが容易である。そのため、本実施の形態においては、受光部１２０Ａが受光部１２０Ｂよりも回転軸Ａｘに近くなるように配置される。
【００８７】
以下の説明においては、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１のうち有効領域ＭＲ１以外の領域、および受光部１２０Ｂの撮像視野ＴＲ２のうち有効領域ＭＲ２以外の領域を無効領域と呼ぶ。有効領域ＭＲ１，ＭＲ２と無効領域とを識別するための情報は、例えば測定装置５００の工場出荷時点で、予め領域情報として図１の記憶装置２４０に記憶される。
【００８８】
図４および図５に示される測定部１００においては、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２を含むステージ１４０上の空間に、測定部１００に固有の三次元座標系（以下、装置座標系と呼ぶ。）が定義される。本例の装置座標系は、原点と互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とを含む。以下の説明では、装置座標系のＸ軸に平行な方向をＸ方向と呼び、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向と呼ぶ。さらに、Ｚ軸に平行な軸の周りで回転する方向をθ方向と呼ぶ。Ｘ方向およびＹ方向は、ステージプレート１４２の載置面に平行な面内で互いに直交する。Ｚ方向は、ステージプレート１４２の載置面に平行な面に対して直交する。図４および図５では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびθ方向が矢印で示される。
【００８９】
［２］測定対象物の立体形状を示す立体形状データ
（１）三角測距方式による測定
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６は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図６ならびに後述する図７、図８、図９および図１１の各図には、装置座標系とともに定義されるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびθ方向がそれぞれ矢印で示される。
【００９０】
図６に示すように、投光部１１０から出射される測定光の光軸と受光部１２０に入射する測定光の光軸（受光部１２０の光軸）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。
【００９１】
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。
【００９２】
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の表面の全ての点の高さを算出することにより、測定光が照射された全ての点について装置座標系で表される座標を特定することができる。それにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。
【００９３】
測定対象物Ｓの表面の全ての点に測定光を照射するために、図２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。
【００９４】
（２）測定光の第１のパターン
図７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７（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７（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７（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７（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。
【００９５】
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。
【００９６】
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の表面の全ての点の高さ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。
【００９７】
（３）測定光の第２のパターン
図８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８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。
【００９８】
図８（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。
【００９９】
図８（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。
【０１００】
図８（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。
【０１０１】
図８（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。
【０１０２】
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の全ての部分の初期位相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の表面上の全ての部分の高さ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。
【０１０３】
（４）測定光の第３のパターン
図９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９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。
【０１０４】
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９（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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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の表面の全ての部分に縞状測定光が照射される。なお、図９（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９（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。
【０１０８】
図１０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１０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。
【０１０９】
図１０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１０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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
（５）測定光の第４のパターン
図１１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１１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。
【０１１３】
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１１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。
【０１１４】
図１１（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。
【０１１５】
図１１（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。
【０１１６】
図１１（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。
【０１１７】
図１１（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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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６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。
【０１２２】
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、本発明は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。後述のデータ生成処理においては、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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
特に、図９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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
一方、空間コード法においては、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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
（６）オフセット光学系
本実施の形態においては、投光部１１０にテレセントリック光学系が用いられ、かつオフセット光学系が用いられる。図１２は、オフセット光学系と非オフセット光学系との比較を示す図である。ここで、オフセット光学系は、パターン生成部１１２の中心がレンズ１１４の光軸に対してオフセットした位置に配置される光学系を意味する。非オフセット光学系は、パターン生成部１１２の中心がレンズ１１４の光軸上に配置される光学系を意味する。
【０１３２】
図１２（ａ）の上段には、オフセット光学系を有する投光部１１０と受光部１２０とが図示される。図１２（ａ）の下段には、オフセット光学系を有する投光部１１０から縞状測定光が出射されたときに取得される画像が図示される。図１２（ｂ）の上段には、非オフセット光学系を有する投光部１１０と受光部１２０とが図示される。図１２（ｂ）の下段には、非オフセット光学系を有する投光部１１０から縞状測定光が出射されたときに取得される画像が図示される。
【０１３３】
オフセット光学系においては、図１２（ａ）の上段に示すように、投光部１１０は、レンズ１１４の光軸Ａ３が受光部１２０の光軸Ａ１と平行に配置された状態で有効領域ＭＲ１の全体に測定光を照射することができる。ここで、測定光の投影面が受光部１２０の光軸Ａ１と垂直な観察面に平行になる。そのため、図１２（ａ）の下段に示すように、有効領域ＭＲ１内の測定光のパターンがほとんど均一になる。具体的には、測定光の複数の明部分の幅（暗部分の間隔）が均一となり、測定光の複数の暗部分の幅（明部分の間隔）が均一となる。
【０１３４】
この配置によれば、測定光の照射領域を有効領域ＭＲ１に整合させることが容易になる。これにより、有効領域ＭＲ１を容易に大きくすることができる。また、投光部１１０の全体を受光部１２０と平行に配置することができるので、ヘッド部１９０を小型化することができる。
【０１３５】
一方で、非オフセット光学系においては、図１２（ｂ）の上段に示すように、投光部１１０は、有効領域ＭＲ１の全体に測定光を照射するために、レンズ１１４の光軸Ａ３が受光部１２０の光軸Ａ１に対して傾斜するように配置される必要がある。この場合、測定光の投影面が受光部１２０の光軸Ａ１と垂直な観察面に対して傾斜する。そのため、図１２（ａ）の下段に示すように、有効領域ＭＲ１内の測定光のパターンが不均一になる。具体的には、受光部１２０の観察面上において、投光部１１０から遠い位置ほど測定光の明部分の幅（暗部分の間隔）が大きくなり、測定光の暗部分の幅（明部分の間隔）が大きくなる。また、測定光の照射領域が有効領域ＭＲ１に対して過剰に大きくなる。これらの理由から、投光部１１０にオフセット光学系が用いられることが好ましい。
【０１３６】
（７）複数の立体形状データの合成
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方向から測定対象物Ｓを撮像し、複数の撮像方向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。
【０１３７】
図１３は、複数の方向から測定対象物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。これにより取得される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の位置から視認可能な部分については立体形状データが生成されるが、測定対象物Ｓの表面のうち受光部１２０の位置から視認不可能な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。
【０１３８】
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を上方から見た場合に、ステージ１４０が図１３（ａ）の状態から反時計回りに約４５度回転されている。これにより取得される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の位置から視認可能な部分および視認不可能な部分も変化する。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。
【０１３９】
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を上方から見た場合に、ステージ１４０が図１３（ｂ）の状態から反時計回りに約４５度回転されている。これにより取得される立体形状画像の一例が図１３（ｆ）に示される。
【０１４０】
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、複数の撮像方向にそれぞれ対応する複数の立体形状データが生成される。
【０１４１】
上記の複数の撮像時には、ステージ１４０の回転位置（回転角度）が図１のＣＰＵ２１０により検出される。２つの投光部１１０および２つの受光部１２０とステージ１４０の回転軸Ａｘとの位置関係は一定に保持されている。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。機器パラメータは、例えば装置座標系で表される。
【０１４２】
この場合、機器パラメータとステージ１４０の回転位置とに基づいて、複数の立体形状データに含まれる位置データがステージ１４０の一部を基準とする仮想的な共通の三次元座標系で表されるように、各立体形状データの座標変換を実行することができる。
【０１４３】
本例では、上記のように、複数の立体形状データが共通の三次元座標系で表されるように座標変換され、座標変換された複数の立体形状データが互いに重複する部分のパターンマッチングにより合成される。それにより、測定対象物Ｓの外表面の広範囲に渡る立体形状データが生成される。
【０１４４】
［３］測定対象物の外観を表すテクスチャ画像データ
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。以下、このような測定光を均一測定光と呼ぶ。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。
【０１４５】
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てもよい。この場合、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。なお、全焦点テクスチャ画像データを生成する場合、測定部１００には、受光部１２０の焦点位置を移動させる焦点移動機構が設けられる必要がある。
【０１４６】
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からの均一測定光の強度（明るさ）等を含む。この場合、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）合成を行うことにより、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。
【０１４７】
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の焦点が複数の位置へ相対的に変化されるとともに、各位置において互いに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が生成される。
【０１４８】
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、測定対象物Ｓの光学的表面状態の情報を含まない。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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
本実施の形態においては、テクスチャ付き立体形状画像は、二次元座標系が定義された任意の平面上にテクスチャ付き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）としてテクスチャ付き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、テクスチャ付き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。
【０１５２】
上記のように、テクスチャ画像データを生成するために、照明光または均一測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像される。ここで、上記のように、照明光出力部１３０は、２つの受光部１２０を取り囲むように楕円形状に形成された照明光の出射口１３１を有する。このような構成により、出射口１３１から出射される照明光の少なくとも一部は受光部１２０の光軸とほぼ平行な状態で測定対象物Ｓに照射される。それにより、いずれの受光部１２０により撮像する場合でも、照明光を用いる場合には、生成されるテクスチャ画像データに影の成分が発生しにくい。したがって、テクスチャ画像データの生成時には照明光を用いることが好ましい。
【０１５３】
なお、図１３の例で示されるように、測定対象物Ｓについて複数の方向から撮像を行うことにより複数の立体形状データを生成する場合には、測定光を用いた撮像とともに照明光または均一測定光を用いた撮像を行ってもよい。この場合、複数の立体形状データにそれぞれ対応する複数のテクスチャ画像データを生成することができる。したがって、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の外表面の広い範囲に渡って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。
【０１５４】
［４］形状測定
（１）形状測定の準備
まず使用者は、測定対象物Ｓの測定を行う前に、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）。このとき測定対象物Ｓのライブ画像が表示部４００に表示される。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）。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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、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。
【０１５７】
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）。このとき、測定対象物Ｓのライブ画像が表示部４００に表示される。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の調整（以下、第２の調整と呼ぶ。）を行う（ステップＳ５）。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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、本発明は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。
【０１６２】
（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。
【０１６３】
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、使用者は、測定対象物Ｓの測定に用いる受光部１２０として、低倍率のレンズ１２２を有する受光部１２０Ａと高倍率のレンズ１２２を有する受光部１２０Ｂとのいずれか一方を選択する。それにより、選択された受光部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１２０Ａが選択されるときの視野サイズは、高倍率の受光部１２０Ｂ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、２つの受光部１２０Ａ，１２０Ｂのいずれかを選択するとともに、選択された受光部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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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に表示される測定対象物Ｓの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）。
【０１６７】
ステップＳ１５において、一方の測定光の光量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。
【０１６８】
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に表示された測定対象物Ｓのライブ画像から、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。
【０１６９】
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（ステップＳ１８）。これにより、測定対象物Ｓのライブ画像が表示部４００に表示される。続いて、使用者は、表示部４００に表示された測定対象物Ｓの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）。
【０１７０】
その後、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。
【０１７１】
（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。
【０１７２】
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に表示される測定対象物Ｓの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）。
【０１７３】
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、取得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および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。
【０１７４】
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、撮像条件の変化範囲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。
【０１７５】
（４）データ生成処理
使用者による図１４の形状測定の準備の後、測定対象物Ｓの立体形状データおよびテクスチャ付き立体形状データを生成するためにデータ生成処理が実行される。ここで、データ生成処理は、使用者により予め設定されるデータの生成条件に基づいて実行される。データの生成条件は、データ生成処理の実行前に予め図１の記憶装置２４０に記憶されている。データの生成条件には、データ生成処理により生成されるべき立体形状データに関する情報が含まれる。
【０１７６】
例えば、図１３の例で示したように、複数の方向から撮像を行うことにより得られる複数の立体形状データを合成して１つの立体形状データを生成する場合には、複数の立体形状データを生成するためにステージ１４０（図２）を回転させる必要がある。そこで、使用者は、撮像ごとのステージ１４０の回転位置、ステージ１４０の回転方向および撮像回数等を生成条件として設定する。
【０１７７】
より具体的な例として、使用者は、ステージプレート１４２を０度から３６０度の範囲にかけて上方から見て時計回りに１２０度ずつ回転させ、０度、１２０度および２４０度の位置でそれぞれ撮像を行うべきことを生成条件として設定することができる。あるいは、使用者は、ステージプレート１４２を１２０度から３００度の範囲にかけて上方から見て反時計回りに６０度ずつ回転させ、１２０度、１８０度、２４０度および３００度の位置でそれぞれ撮像を行うべきことを生成条件として設定することができる。
【０１７８】
生成条件の設定時には、例えば表示部４００の画面上に、ステージプレート１４２の回転開始位置、回転終了位置、回転方向および回転ピッチ角等を入力または指定するためのユーザインターフェースが表示されてもよい。さらに、このようなユーザインターフェースにおいては、回転方向に加えてまたは回転方向の代わりに回転経由位置を入力または指定するためのユーザインターフェースが表示されてもよい。これにより、使用者は、図１の操作部２５０を用いて上記のユーザインターフェースを操作することにより、容易に生成条件を設定することができる。
【０１７９】
図１８は、データ生成処理のフローチャートである。図１のＣＰＵ２１０は、使用者によるデータ生成処理の開始の指示に応答して図１の記憶装置２４０に記憶されるデータ生成プログラムを実行する。
【０１８０】
まず、ＣＰＵ２１０は、第１の調整において設定された光量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、測定対象物Ｓに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。
【０１８１】
次に、ＣＰＵ２１０は、取得したパターン画像データを所定の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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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）。
【０１８４】
次に、ＣＰＵ２１０は、予め設定された生成条件に基づいて、測定対象物Ｓについての全ての撮像が終了したか否かを判定する（ステップＳ４５）。全ての撮像が終了していない場合、ＣＰＵ２１０は、生成条件に基づいてステージ１４０（図２）を予め定められたピッチ分回転させ（ステップＳ４６）、ステップＳ４１の処理に戻る。
【０１８５】
ステップＳ４５において全ての撮像が終了すると、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ４２の処理が複数繰り返されることにより生成された複数の立体形状データの合成を行うとともに、ステップＳ４４の処理が複数繰り返されることにより生成された複数のテクスチャ付き立体形状データの合成を行う（ステップＳ４７）。なお、ステップＳ４１〜Ｓ４５の処理が１度しか実行されていない場合、ステップＳ４７の処理は省略される。このようにして、測定対象物Ｓの計測に用いる立体形状データおよびテクスチャ付き立体形状データが生成される。
【０１８６】
その後、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Ｓ４８）。
【０１８７】
ステップＳ４８においては、使用者は、表示部４００に表示すべき画像として立体形状画像またはテクスチャ付き立体形状画像のいずれか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および図１６の第１の調整を再度行ってもよい。
【０１８８】
上記のデータ生成処理においては、ステップＳ４１〜Ｓ４５，Ｓ４７，Ｓ４８の処理が主として図３の点群データ生成部５０１により実行され、ステップＳ４６の処理が主として図３の回転制御部５０６により実行される。
【０１８９】
（５）測定対象物の計測
図１８のデータ生成処理により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と、使用者により設定される計測条件とに基づいて、測定対象物Ｓについての種々の計測が行われる。計測条件は、計測箇所および計測項目を含む。計測箇所および計測項目の詳細は後述する。
【０１９０】
計測条件の設定時には、例えば直前のデータ生成処理により生成されたテクスチャ付き立体形状データに基づくテクスチャ付き立体形状画像が表示部４００に表示される。使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、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）を指定することができる。
【０１９１】
図１のＣＰＵ２１０は、使用者による方向の指定に応答して、指定された方向から測定対象物Ｓを見た状態が再現されるように、表示部４００上に観察対象物Ｓの向きが調整されたテクスチャ付き立体形状画像を表示する。この状態で、使用者は、テクスチャ付き立体形状画像を視認しつつ図１の操作部２５０を操作することにより、表示部４００の画面上で計測条件を設定する。
【０１９２】
図１９は測定対象物Ｓの一例を示す外観斜視図であり、図２０は図１９の測定対象物Ｓについてデータ生成処理を実行することにより取得されるテクスチャ付き立体形状画像の一例を示す図である。図１９に示すように、本例の測定対象物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。
【０１９３】
ここで、上記の図４および図５に示すように、測定対象物Ｓを撮像する受光部１２０Ａは、撮像視野ＴＲ１が少なくともステージ１４０の載置面およびその周辺の空間を含むように位置決めされる。そのため、データ生成処理においては、受光部１２０Ａに測定対象物Ｓ以外の位置で反射された測定光が入射する。この場合、図２０に示すように、データ生成処理を実行することにより取得されるテクスチャ付き立体形状画像には、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１（図４および図５）内に存在する多数の部材を示す画像が含まれる。
【０１９４】
具体的には、図２０のテクスチャ付き立体形状画像においては、測定対象物Ｓの画像ＳＩとともに、図２のステージ１４０の画像１４０Ｉと、図３の連結部材１６０の画像１６０Ｉと、図３の測定部１００が載置されるテーブルの画像ＴＩと、テーブル上に載置された鉛筆の画像ＰＩとが含まれる。これらの画像１４０Ｉ，１６０Ｉ，ＴＩ，ＰＩを表す点群データは、上記の有効領域ＭＲ１，ＭＲ２（図５）から外れた無効領域に対応し、基本的に測定対象物Ｓの計測には不要である。
【０１９５】
測定対象物Ｓの計測を行う際に不要な点群データが多数存在すると、使用者は計測条件を誤って設定する可能性がある。また、計測の計算処理や表示処理が不必要に重くなる可能性もある。そこで、本実施の形態に係る測定装置５００においては、使用者は、データ生成処理で生成された立体形状データから有効領域に対応する点群データのみを計測用データとして取得すること、または有効領域および無効領域に対応する点群データを計測用データとして取得することを選択することができる。この場合、図１のＣＰＵ２１０は、使用者による選択に応じて、データ生成処理により生成された立体形状データから計測用データを取得する。
【０１９６】
また、使用者は、取得された計測用データに対応する領域から除去すべき領域を指定することができる。この場合、図１のＣＰＵ２１０は、使用者による指定に応じて、取得された計測用データのうち指定された領域に対応する点群データを除去することにより、計測用データを修正する。
【０１９７】
図２１は、図２０のテクスチャ付き立体形状画像のうち有効領域内に対応する部分のみを表すテクスチャ付き立体形状画像の一例を示す図である。例えば、表示部４００に図２０に示されるテクスチャ付き立体形状画像が表示された状態で、使用者が、有効領域に対応する点群データを計測用データとして取得することを選択する。それにより、図１のＣＰＵ２１０により、図１９の例に対応する立体形状データから無効領域に対応する点群データが除去され、残った点群データが計測用データとされる。
【０１９８】
図２１のテクスチャ付き立体形状画像では、図２０のテクスチャ付き立体形状画像からステージ１４０の画像１４０Ｉのうち載置面以外の部分、連結部材１６０の画像１６０Ｉ、テーブルの画像ＴＩおよび鉛筆の画像ＰＩが除去されている。
【０１９９】
図２１のテクスチャ付き立体形状画像において、使用者は、さらにステージ１４０の画像１４０Ｉが不要であると考えた場合に、表示部４００の画面上で不要な部分の画像を指定することにより、計測用データに対応する領域から除去すべき領域を指定する。
【０２００】
図２２は、除去すべき領域の指定方法の一例を示す図である。図２２に示すように、使用者は、例えば表示部４００に測定対象物Ｓおよびステージ１４０の載置面を含むテクスチャ付き立体形状画像が表示された状態で、テクスチャ付き立体形状画像とともに表示されるポインタＰを移動させつつテクスチャ付き立体形状画像上の複数の部分を指定することにより除去すべき領域を指定することができる。図２２の例では、テクスチャ付き立体形状画像のうちポインタＰにより一点鎖線で取り囲まれる部分に対応する領域が除去すべき領域として指定される。それにより、指定された領域に対応する点群データが、図２２のテクスチャ付き立体形状画像に対応する立体形状データから除去される。
【０２０１】
図２３は、図２２のテクスチャ付き立体形状画像から指定された領域に対応する部分が除去されたテクスチャ付き立体形状画像の一例を示す図である。使用者は、表示部４００に表示されるテクスチャ付き立体形状画像を確認することにより除去すべき領域がないと判断した上で、計測条件の設定を行う。このとき、表示部４００に表示されるテクスチャ付き立体形状画像に対応する立体形状データが計測用データとなる。
【０２０２】
図２３のテクスチャ付き立体形状画像によれば、使用者は、測定対象物Ｓの画像ＳＩにおいて、基板Ｂ１、素子Ｂ２および素子Ｂ３のそれぞれの画像Ｂ１Ｉ，Ｂ２Ｉ，Ｂ３Ｉを明りょうに区別することができる。
【０２０３】
使用者は、測定対象物Ｓの各部の形状を大まかに把握しつつテクスチャ付き立体形状画像上で計測箇所を指定する。このとき、使用者は、計測箇所を特定するために、計測箇所を含む幾何形状（例えば、点、直線、円、面、球、円筒および円錐等）を指定することができる。また、使用者は、指定した幾何形状についての計測項目を指定することができる。計測項目は、使用者により指定される測定対象物Ｓの計測箇所において計測される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。
【０２０４】
図２４〜図２６は、図１９の基板Ｂ１の上面と素子Ｂ２の上面との間の距離を計測する際の計測条件の設定例を示す図である。例えば、使用者は、表示部４００の画面上に表示されるポインタＰを操作することにより、図２４に示すように、素子Ｂ２の上面に対応する画像Ｂ２Ｉの部分を計測箇所として指定する。次に、使用者は、ポインタＰを操作することにより、図２５に示すように、基板Ｂ１の上面に対応する画像Ｂ１Ｉの部分を計測箇所として指定する。
【０２０５】
ここで、計測条件の設定時には、使用者により指定された計測箇所が他の部分とは異なる態様で表示されることが好ましい。図２４および図２５の例では、使用者により指定された計測箇所にハッチングが施されている。これにより、使用者は、自己の指定した計測箇所を容易に識別することができる。
【０２０６】
続いて、使用者は、計測項目として指定された２つの計測箇所（平面）間の距離を指定する。それにより、基板Ｂ１の上面に対応する点群データと素子Ｂ２の上面に対応する点群データとに基づいて、基板Ｂ１の上面と素子Ｂ２の上面との間の距離が算出される。その結果、図２６に示すように、算出結果が計測結果としてテクスチャ付き立体形状画像上に表示される。図２６の例では、基板Ｂ１の上面と素子Ｂ２の上面との間の距離として、“ｚｚ（ｍｍ）”が表示される。
【０２０７】
図２７は、計測処理のフローチャートである。図１のＣＰＵ２１０は、使用者による計測条件の設定開始の指示に応答して図１の記憶装置２４０に記憶される計測プログラムを実行する。
【０２０８】
まず、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データを図１の記憶装置２４０から読み込む（ステップＳ５１）。このとき、使用者は、記憶装置２４０に記憶された１または複数の立体形状データから所望の立体形状データを読み込み対象として指定してもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、使用者により指定された立体形状データを記憶装置２４０から読み込む。
【０２０９】
次に、ＣＰＵ２１０は、使用者による図１の操作部２５０の操作および記憶装置２４０に予め記憶された領域情報に基づいて、計測用データを生成する計測用データ生成処理を行う（ステップＳ５２）。計測用データ生成処理の詳細は後述する。
【０２１０】
次に、ＣＰＵ２１０は、計測用データ生成処理により生成された計測用データに対応する測定対象物Ｓの立体形状画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ５３）。このとき、ＣＰＵ２１０は、使用者による方向の指定に応じて測定対象物Ｓの立体形状画像の向き、サイズまたは姿勢を調整する。
【０２１１】
次に、ＣＰＵ２１０は、使用者による計測条件の設定を受け付ける（ステップＳ５４）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、使用者が図１の操作部２５０を操作することにより、図２４〜図２６に示すように指定される計測箇所および計測項目の情報を受け付け、受け付けた情報を図１の記憶装置２４０に記憶させる。
【０２１２】
次に、ＣＰＵ２１０は、設定された計測条件に対応する計測値を計測用データに基づいて算出し、算出された計測値を表示部４００に表示させる（ステップＳ５５）。
【０２１３】
本実施の形態においては、使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、計測の完了をＣＰＵ２１０に指示することができる。そこで、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ５５の処理後、使用者から計測の完了が指示されたか否かを判定する（ステップＳ５６）。計測の完了が指示されない場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ５４の処理に戻る。一方、計測の完了が指示されると、計測処理が終了する。
【０２１４】
計測処理の終了後、ＣＰＵ２１０は、直前に実行された計測処理で取得された１または複数の計測値を、予め定められた形式で図１の記憶装置２４０にデータファイルとして保存してもよい。このとき、ＣＰＵ２１０は、使用者によるファイル名の指定に応答して、記憶装置２４０に記憶されるデータファイルの名称を決定してもよい。また、ＣＰＵ２１０は、図１のＰＣ２００に測定装置５００の外部装置として印字装置が接続される場合に、当該印字装置を制御することにより、取得された１または複数の計測値を報告書形式で紙面上に印字してもよい。
【０２１５】
上記のステップＳ５１においては、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データに代えて、測定対象物Ｓのテクスチャ付き立体形状データを読み込んでもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ５３において、計測用データに対応する測定対象物Ｓのテクスチャ付き立体形状画像を表示部４００に表示させる。なお、測定装置５００においては、計測処理時に読み込まれるべきデータの種類が使用者により選択可能であってもよい。この場合、上記のステップＳ５１において、立体形状データおよびテクスチャ付き立体形状データのうち使用者により選択されたデータが読み込まれる。
【０２１６】
計測用データ生成処理の詳細を説明する。図２８は、図２７のステップＳ５２で実行される計測用データ生成処理のフローチャートである。図２８に示すように、ＣＰＵ２１０は、図２７のステップＳ５１で読み込まれた立体形状データに基づいて表示部４００に立体形状画像を表示させる（ステップＳ６１）。
【０２１７】
その後、ＣＰＵ２１０は、使用者による図１の操作部２５０の操作に基づいて、データ生成処理で生成された立体形状データから有効領域に対応する点群データを計測用データとして取得すること、または有効領域および無効領域に対応する点群データを計測用データとして取得することのいずれが選択されたかを判定する（ステップＳ６２）。すなわち、ＣＰＵ２１０は、立体形状データから無効領域に対応する点群データを除去すべきか否かを判定する。
【０２１８】
有効領域に対応する点群データを計測用データとして取得すべき選択（無効領域を除去すべき選択）を受けた場合、ＣＰＵ２１０は、図１の記憶装置２４０に予め記憶された領域情報に基づいて、図２７のステップＳ５１で読み込まれた立体形状データから無効領域に対応する点群データを除去することにより有効領域に対応する計測用データを生成する（ステップＳ６３）。
【０２１９】
一方、有効領域および無効領域に対応する点群データを計測用データとして取得すべき選択（無効領域を除去しない選択）を受けた場合、ＣＰＵ２１０は、図２７のステップＳ５１で読み込まれた立体形状データを計測用データとする（ステップＳ６４）。この計測用データは、有効領域および無効領域に対応する。
【０２２０】
続いて、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ６３，Ｓ６４のいずれかの処理により取得された計測用データに対応する立体形状画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ６５）。
【０２２１】
次に、ＣＰＵ２１０は、使用者による図１の操作部２５０の操作に基づいて、除去すべき領域の指定を受けたか否かを判定する（ステップＳ６６）。このとき、使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、図２２の例で説明したように、表示部４００に表示される立体形状画像上でポインタＰを移動させつつ、除去すべき領域に対応する部分を指定することができる。
【０２２２】
除去すべき領域の指定がない場合（例えば、使用者が一定期間以上除去すべき領域の指定を行わない場合）、ＣＰＵ２１０は計測用データ生成処理を終了し、図２７のステップＳ５３の処理に進む。一方、除去すべき領域の指定があると、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ６３，Ｓ６４のいずれかの処理で取得された計測用データから指定された領域に対応する点群データを除去し（ステップＳ６７）、計測用データ生成処理を終了し、図２７のステップＳ５３の処理に進む。
【０２２３】
上記のステップＳ６１，Ｓ６５においては、図２７のステップＳ５１でテクスチャ付き立体形状データが読み込まれた場合、ＣＰＵ２１０は、表示部４００にテクスチャ付き立体形状画像を表示させる。
【０２２４】
なお、本実施の形態に係る計測用データ生成処理においては、上記のステップＳ６２，Ｓ６４の処理は省略されてもよい。この場合、計測用データ生成処理においては、図１８のデータ生成処理で生成された立体形状データから自動的に無効領域に対応する位置データが除去され、計測用データが生成される。
【０２２５】
また、計測用データ生成処理においては、上記のステップＳ６５〜Ｓ６７の処理が省略されてもよい。この場合、使用者の指定に基づく点群データの除去が行われないので、誤操作による計測用データの生成ミスが防止される。
【０２２６】
上記の計測処理においては、計測用データ生成処理のステップＳ６１，Ｓ６３〜Ｓ６５の処理が主として図３の計測用データ取得部５０２により実行され、計測用データ生成処理のステップＳ６７の処理が主として図３の計測用データ修正部５０３により実行される。また、計測用データ生成処理のステップＳ６２，Ｓ６６の処理が主として図３の受付部５０５により実行され、ステップＳ５１，Ｓ５３〜Ｓ５６の処理が主として図３の計測部５０４により実行される。
【０２２７】
（６）計測条件の設定時に利用可能な第１の機能
上記のように、計測条件の設定時には、使用者は、測定対象物Ｓを見る方向を指定することにより、表示部４００に表示される立体形状画像上の測定対象物Ｓの向きを容易に変更することができる。
【０２２８】
計測条件の設定内容によっては、その設定に好ましい表示態様が存在する。例えば、測定対象物Ｓの任意の平面内で２つの直線間の距離を計測したい場合には、当該平面をその平面に対して直交する方向に見るように測定対象物Ｓの立体形状画像が表示されることが好ましい。それにより、使用者は、当該平面上の２つの直線を容易かつ正確に指定することができる。そこで、本実施の形態に係る測定装置５００は、計測条件の設定時に利用可能な第１の機能を有する。
【０２２９】
第１の機能は、計測条件の設定時に、使用者に測定対象物Ｓにおける任意の面を指定させるとともに、指定された面を基準面とし、その基準面を当該基準面に対して直交する方向に見るように立体形状画像上の測定対象物Ｓの向きを調整するとともにその向きを固定機能である。
【０２３０】
図２９〜図３１は、第１の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。例えば、使用者が、図２４に示すように、図１９の測定対象物Ｓの素子Ｂ２の上面を指定した場合を想定する。この状態で、使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、指定した面を基準面として第１の機能を利用することを指令することができる。
【０２３１】
この場合、図２９に示すように、指定された基準面をその基準面に対して直交する方向に見るように立体形状画像上の測定対象物Ｓの向きが調整され、固定される。このようにして、測定対象物Ｓをその基準面に対して直交する方向に見た平面的な画像が表示される。以下の説明では、測定対象物Ｓを基準面に対して直交する方向に見た状態で固定された平面的な立体形状画像を基準面画像と呼ぶ。
【０２３２】
続いて、使用者は、例えば図３０に示すように、指定した基準面上で素子Ｂ２の互いに平行な２つの辺を計測箇所として指定するとともに、２つの辺の間の距離を計測項目として指定する。このとき、使用者により指定された素子Ｂ２の２つの辺の画像Ｌ１，Ｌ２は他の部分に比べて強調表示される。計測条件が設定されることにより、計測用データに基づいて指定された計測条件に対応する計測値が算出される。算出された計測値は、図３１に示すように、基準面画像上に表示される。図３１の例では、図１９の素子Ｂ２の２つの辺の間の距離として、“ｘｘ（ｍｍ）”が表示される。
【０２３３】
上記のように、第１の機能によれば、基準面画像が用いられることにより、使用者は、測定対象物Ｓの立体的な形状を意識することなく、計測条件の設定を直感的に行うことができる。
【０２３４】
基準面画像は以下のように表示されてもよい。図３２は、基準面画像の他の表示例を示す図である。図３２の基準面画像においては、基準面以外の測定対象物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、基準面に対して直交する方向における基準面からの距離を意味する。図３２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。上記のように、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。
【０２３５】
（７）計測条件の設定時に利用可能な第２の機能
上記のように、計測条件の設定内容によっては、その設定に好ましい表示態様が存在する。例えば、測定対象物Ｓの互いに交差する２つの面間の角度を計測したい場合には、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。）が表示されることが好ましい。この場合、プロファイル上で、対象となる２つの面にそれぞれ含まれる２つの直線を容易かつ正確に指定することができる。そこで、本実施の形態に係る測定装置５００は、計測条件の設定時に利用可能な第２の機能を有する。
【０２３６】
第２の機能は、計測条件の設定時に、使用者に測定対象物Ｓにおける任意の断面を指定させるとともに、指定された断面のプロファイル画像を表示する機能である。
【０２３７】
図３３〜図３５は、第２の機能を利用した計測条件の設定例を説明するための図である。例えば、使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、第２の機能を利用することを指令することができる。この場合、プロファイル画像が表示されるべき断面位置の指定が受け付けられる。本例では、図３３に示すように、第１の機能により表示される基準面画像上で線分ＬＳによりプロファイル画像が表示されるべき測定対象物Ｓの断面位置が指定される。
【０２３８】
この場合、計測用データに基づいて、線分ＬＳを通りかつ基準面に直交する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３４のプロファイル画像が表示される。プロファイル画像は、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。このとき、表示部４００の画面上には、プロファイル画像とともに図３３の基準面画像が表示されてもよい。
【０２３９】
続いて、使用者は、例えば図３５に示すように、表示されたプロファイル線ＰＬ上で図１９の素子Ｂ２の上面に対応する直線と図１９の基板Ｂ１の一端面に対応する直線との間の角度を計測項目として指定する。このとき、図３５に示すように、使用者により指定された素子Ｂ２の上面の画像Ｌ１２および基板Ｂ１の一端面の画像Ｌ１１は他の部分に比べて強調表示される。計測条件が設定されることにより、計測用データに基づいて指定された計測条件に対応する計測値が算出される。算出された計測値は、プロファイル画像上に表示される。図３５の例では、素子Ｂ２上面と基板Ｂ１の一端面との間の角度として、“ｙｙ（度）”が表示される。
【０２４０】
上記のように、第２の機能によれば、プロファイル画像が用いられることにより、計測条件の設定の利便性が向上する。
【０２４１】
［５］ヘッド部
（１）計測光学ユニット
以下の説明においては、Ｙ方向のうち連結部材１６０のスタンド部１６２からステージ１４０に向かう方向を前方と呼び、その逆の方向を後方と呼ぶ。本実施の形態においては、２個の投光部１１０Ａ，１１０Ｂと２個の受光部１２０Ａ，１２０Ｂとが一体的に連結されることにより計測光学ユニットが形成される。図３６は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０Ａ，１２０Ｂが連結される前の計測光学ユニットを示す斜視図である。図３７は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０Ａ，１２０Ｂが連結された後の計測光学ユニットを示す斜視図である。
【０２４２】
図３６に示すように、計測光学ユニット１０は、２個の投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび２個の受光部１２０Ａ，１２０Ｂに加えて、平板状の水平支持板１１および平板状の２個の垂直支持板１２，１３を含む。また、計測光学ユニット１０は、棒状の複数（本例では４個）の連結部材１４、棒状の複数（本例では４個）の連結部材１５および棒状の複数（本例では４個）の連結部材１６をさらに含む。
【０２４３】
２個の垂直支持板１２，１３は、互いに一面が向かい合う状態で配置される。ここで、互いに向かい合う垂直支持板１２，１３の面を内面と呼び、内面と反対側の垂直支持板１２，１３の面を外面と呼ぶ。垂直支持板１２，１３間に複数の連結部材１４が配置される。この状態で、複数（本例では４個）のねじ部材等の固定部材１４ａが垂直支持板１２の外面から内面に挿通され、複数の連結部材１４の一端面にそれぞれ螺合される。また、他の複数（本例では４個）の固定部材１４ａが垂直支持板１３の外面から内面に挿通され、複数の連結部材１４の他端面にそれぞれ螺合される。これにより、垂直支持板１２，１３が、離間した状態で連結される。図示しない固定部材により一方の垂直支持板１３の内面に受光部１２０Ａ，１２０Ｂが固定される。
【０２４４】
投光部１１０Ａは、垂直支持板１２の外面に隣り合うように配置される。垂直支持板１２と投光部１１０Ａとの間に複数の連結部材１５が配置される。この状態で、複数（本例では４個）のねじ部材等の固定部材１５ａが垂直支持板１２の内面から外面に挿通され、複数の連結部材１５の一端面にそれぞれ螺合される。また、他の複数（本例では４個）の固定部材１５ａが投光部１１０Ａに形成された複数の取付片１１０ａに挿通され、複数の連結部材１５の他端面にそれぞれ螺合される。これにより、投光部１１０Ａが垂直支持板１２に連結される。
【０２４５】
投光部１１０Ｂは、垂直支持板１３の外面に隣り合うように配置される。垂直支持板１３と投光部１１０Ｂとの間に複数の連結部材１６が配置される。この状態で、複数（本例では４個）のねじ部材等の固定部材１６ａが垂直支持板１３の内面から外面に挿通され、複数の連結部材１６の一端面にそれぞれ螺合される。また、他の複数（本例では４個）の固定部材１６ａが投光部１１０Ｂに形成された複数の取付片１１０ａに挿通され、複数の連結部材１６の他端面にそれぞれ螺合される。これにより、投光部１１０Ｂが垂直支持板１３に連結される。
【０２４６】
２個の垂直支持板１２，１３は、上方に突出するように水平支持板１１の上面に固定される。これにより、図３７に示すように、計測光学ユニット１０が完成する。この構成においては、単一の剛体により投光部１１０と受光部１２０とを連結する場合に比べて、剛性を維持しつつ計測光学ユニット１０を軽量化することができる。また、測定部１００による計測の精度が低下することを防止することができる。その理由を以下に説明する。
【０２４７】
三角測距方式においては、予め定められた投光部１１０の光軸と受光部１２０の光軸との角度に基づいて計測が行われる。そのため、温度変化により投光部１１０および受光部１２０の支持部材に膨張または収縮が発生すると、投光部１１０の光軸と受光部１２０の光軸との角度関係が変化し、計測の精度が低下する。上記の計測光学ユニット１０の構成によれば、複数の連結部材１４間、複数の連結部材１５間および複数の連結部材１６間に積極的に冷却風を通過させることが容易になる。これにより、複数の連結部材１４〜１６間の温度分布の不均一さを低減させ、複数の連結部材１４〜１６の歪みを最小にすることができる。その結果、投光部１１０の光軸と受光部１２０の光軸との角度関係を維持し、計測の精度が低下することを防止することができる。
【０２４８】
また、計測の精度を維持するためには、投光部１１０および受光部１２０等の光学系の温度が安定している必要がある。しかしながら、測定装置５００の電源投入直後には、発熱のため光学系の温度は徐々に上昇し、安定するまで長時間を要する。上記の構成によれば、複数の連結部材１４〜１６間に積極的に冷却風を通過させることができるので、光学系の温度が安定するまでの時間を短縮することができる。また、発熱による光学系の温度上昇を最小にし、計測の精度が低下することを防止することができる。
【０２４９】
さらに、各連結部材１４は単一の固定部材１４ａにより垂直支持板１２に一点で連結され、他の単位の固定部材１４ａにより垂直支持板１３に一点で連結される。各連結部材１５は単一の固定部材１５ａにより垂直支持板１２に一点で連結され、他の単位の固定部材１５ａにより投光部１１０Ａに一点で連結される。各連結部材１６は単一の固定部材１６ａにより垂直支持板１３に一点で連結され、他の単位の固定部材１６ａにより投光部１１０Ｂに一点で連結される。
【０２５０】
すなわち、各連結部材１４，１５，１６が一点で同一の支持部材と接触する。この構成によれば、連結部材と支持部材とが異なる材料により形成されている場合でも、連結部材と支持部材との線膨張係数の差によるヒステリシスが低減される。これにより、投光部１１０の光軸と受光部１２０の光軸との角度関係を維持し、計測の精度が低下することを防止することができる。
【０２５１】
特に、本実施の形態においては、投光部１１０にオフセット光学系が用いられ、投光部１１０の全体が受光部１２０と平行に配置される。そのため、投光部１１０と受光部１２０との間の複数の連結部材１５，１６の保持長さを等しく設定できるため、膨張量または伸縮量が均一である場合には、投光部１１０の光軸と受光部１２０の光軸との角度関係をより容易に維持することができる。
【０２５２】
上記の構成において、水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６は、一定範囲内の線膨張係数を有する材料により形成されることが好ましく、同一の線膨張係数を有する材料により形成されることがより好ましい。この場合、温度変化による水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６の膨張または収縮は、全方向に均一に発生する。これにより、温度変化に対する測定精度のロバスト性をより向上させることができる。
【０２５３】
さらに、投光部１１０および受光部１２０における種々の構成部品は、一定範囲内の線膨張係数を有する材料により形成されることが好ましい。また、水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６も、投光部１１０および受光部１２０における種々の構成部品と同様の一定範囲内の線膨張係数を有する材料により形成されることが好ましい。この場合、温度変化に対する測定精度のロバスト性をさらに向上させることができる。
【０２５４】
一方で、温度変化に対する測定精度のロバスト性が十分に高い場合には、水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６は任意の材料により形成されてもよい。この場合、水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６の材料に自由度があるので、計測光学ユニット１０の剛性をより向上させ、計測光学ユニット１０を軽量化することがより容易になる。
【０２５５】
（２）台座
図３８は、台座１７０の構成を示す斜視図である。図３８に示すように、台座１７０は、一対の把持部１７９に加えて、底面部１７１、下部ケーシング１７２、傾斜台１７３、複数の支持柱１７４、上面部１７５、ファンユニット１７６および拡散板ユニット１７７を含む。底面部１７１は略矩形状を有する。底面部１７１の前端面には、Ｘ方向に延びるガイドレール１７１ａが設けられる。下部ケーシング１７２は、底面部１７１のＸ方向における両側方および後方を覆うように設けられる。一対の把持部１７９は、下部ケーシング１７２のＸ方向における両外側面にそれぞれ設けられる。
【０２５６】
傾斜台１７３は、例えば板金により形成され、底面部１７１の上面に設けられる。傾斜台１７３は、前方から後方に向かって斜め上方に傾斜する載置面１７３ａを有する。本実施の形態においては、Ｚ軸に垂直な面に対する載置面１７３ａの角度は４５度である。図３７の計測光学ユニット１０の水平支持板１１が載置面１７３ａ上に取り付けられる。また、図４の出射口１３１が図３７の２個の受光部１２０を取り囲む状態で、照明光出力部１３０が載置面１７３ａ上に取り付けられる。これにより、台座１７０に計測光学ユニット１０および照明光出力部１３０が固定される。傾斜台１７３の後端部に制御基板１５０が取り付けられる。
【０２５７】
複数の支持柱１７４が、傾斜台１７３の上面または下部ケーシング１７２の内面から上下方向に延びるように設けられる。支持柱１７４の上端に上面部１７５が取り付けられる。これにより、図３７の計測光学ユニット１０の上方に上面部１７５が配置される。上面部１７５は、格子形状に形成され、通気性を有する。
【０２５８】
上面部１７５上にファンユニット１７６が取り付けられる。ファンユニット１７６は、３個のファン１７６Ａ，１７６Ｂ，１７６Ｃを含む。ファン１７６Ａは、Ｘ方向における略中央部に配置される。ファン１７６Ｂ，１７６Ｃは、Ｘ方向における一端部および他端部にそれぞれ配置される。ファン１７６Ａ〜１７６Ｃは、下方から上方に向けて送風する。詳細は後述する。
【０２５９】
拡散板ユニット１７７は、２個の拡散板１７７Ａ，１７７Ｂを含む。拡散板１７７Ａ，１７７Ｂは、例えば等方性の拡散性能を有し、自己を透過した光をその進行方向に直交する平面内で等方的に拡散させる。拡散板１７７Ａ，１７７Ｂは、Ｘ方向に移動可能に底面部１７１のガイドレール１７１ａに取り付けられる。測定対象物Ｓの形状測定時には、拡散板１７７Ａ，１７７Ｂは、図３７の投光部１１０Ａ，１１０Ｂの光軸と交差しないように、例えばＸ方向の略中央部に移動する。
【０２６０】
一方、後述する回転軸校正処理時には、拡散板１７７Ａは投光部１１０Ａの光軸と交差するように投光部１１０Ａの前方に移動し、拡散板１７７Ｂは投光部１１０Ｂの光軸と交差するように投光部１１０Ｂの前方に移動する。これにより、投光部１１０Ａ，１１０Ｂから出射される光の光路上にそれぞれ拡散板１７７Ａ，１７７Ｂが挿入される。以下、拡散板１７７Ａ，１７７Ｂの効果を説明する。
【０２６１】
図２のステージプレート１４２上に測定対象物Ｓとして白紙が載置され、投光部１１０Ａから均一測定光が測定対象物Ｓに照射されたときの画像が取得される。図３９は、光路上の拡散板１７７Ａの有無の効果を比較するための図である。図３９（ａ）は光路上に拡散板１７７Ａが挿入されないときの画像を示し、図３９（ｂ）は光路上に拡散板１７７Ａが挿入されたときの画像を示す。
【０２６２】
光路上に拡散板１７７Ａが挿入されない場合、図２のパターン生成部１１２の変調素子間の非導光部に相当する測定対象物Ｓの部分には均一測定光の明部分が照射されない。そのため、図３９（ａ）に示すように、取得される画像に格子状の影パターンが映り込む。一方、光路上に拡散板１７７Ａが挿入される場合、拡散板１７７Ａを透過した光が拡散することにより、パターン生成部１１２の変調素子間の非導光部に相当する測定対象物Ｓの部分にも周囲の光が回り込む。そのため、図３９（ｂ）に示すように、取得される画像に格子状の影パターンが映り込まない。これにより、後述する回転軸校正処理において、機器パラメータを正確に校正することができる。
【０２６３】
また、測定装置５００の主電源がオフにされたときにも、拡散板１７７Ａ，１７７Ｂはそれぞれ投光部１１０Ａ，１１０Ｂの前方に移動する。これにより、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの先端がそれぞれ拡散板１７７Ａ，１７７Ｂにより覆われる。この場合、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの先端が保護されるとともに、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの先端に埃等の異物が付着することが防止される。
【０２６４】
上記の構成においては、ファンユニット１７６、拡散板ユニット１７７および制御基板１５０は傾斜台１７３に締結され、計測光学ユニット１０とは機械的に分離される。そのため、ファンユニット１７６による振動、拡散板ユニット１７７の熱および制御基板１５０の熱等の外乱が計測光学ユニット１０に直接印加されない。同様に、図示しない実装品および保護部材は、傾斜台１７３に締結され、計測光学ユニット１０とは機械的に分離される。したがって、落下による衝撃等の外乱も計測光学ユニット１０に直接印加されない。これにより、外乱に対する計測光学ユニット１０のロバスト性が向上される。
【０２６５】
（３）冷却機構
計測光学ユニット１０の上方を覆うように台座１７０に図４のヘッドケーシング１８０が取り付けられることによりヘッド部１９０が構成される。本実施の形態においては、測定光源１１１、投光制御基板１１５、受光制御基板１２３および制御基板１５０等の熱源がヘッドケーシング１８０内に設けられるため、これらの熱源を効率よく冷却するための冷却機構を設けることが好ましい。
【０２６６】
図４０は、前方から見たヘッド部１９０の斜視図である。図４１は、後方から見たヘッド部１９０の斜視図である。図４０においては、ヘッドケーシング１８０の内部の構成の理解を容易にするため、ヘッドケーシング１８０がその上部を切り欠いた状態で図示され、ファン１７６Ａ〜１７６Ｃ以外の構成要素の図示は省略される。
【０２６７】
図４０に示すように、ヘッドケーシング１８０の前面には、複数の吸気孔１８１および複数の吸気孔１８２が形成される。複数の吸気孔１８１は、上下方向に並ぶようにＸ方向の一端に配置される。複数の吸気孔１８２は、上下方向に並ぶようにＸ方向の他端に配置される。
【０２６８】
図４１に示すように、台座１７０の下部ケーシング１７２の背面には、複数の吸気孔１７２ａおよび複数の吸気孔１７２ｂが形成される。複数の吸気孔１７２ａは、上下方向に並ぶようにＸ方向の一端に配置される。複数の吸気孔１７２ｂは、上下方向に並ぶようにＸ方向の他端に配置される。
【０２６９】
また、ヘッドケーシング１８０の上面には、複数の排気孔１８３、複数の排気孔１８４および複数の排気孔１８５が形成される。複数の排気孔１８３は、前後方向に並ぶようにＸ方向における略中央部に配置される。複数の排気孔１８４は、前後方向に並ぶようにＸ方向における一端に配置される。複数の排気孔１８５は、前後方向に並ぶようにＸ方向における他端に配置される。この配置においては、複数の排気孔１８３が図４０のファン１７６Ａと向かい合い、複数の排気孔１８４が図４０のファン１７６Ｂと向かい合い、複数の排気孔１８５が図４０のファン１７６Ｃと向かい合う。
【０２７０】
図４２は、冷却風の一の通過経路を示す図である。図４２に示すように、ファン１７６Ａが動作することにより、吸気孔１７２ａからヘッドケーシング１８０の内部に冷却風が導入され、投光部１１０Ａの投光制御基板１１５を通過して排気孔１８３からヘッドケーシング１８０の外部に排出される。また、ファン１７６Ｂが動作することにより、吸気孔１８１からヘッドケーシング１８０の内部に冷却風が導入され、投光部１１０Ａの測定光源１１１を通過して排気孔１８４からヘッドケーシング１８０の外部に排出される。これにより、投光部１１０Ａの測定光源１１１および投光制御基板１１５が冷却される。
【０２７１】
同様に、ファン１７６Ａが動作することにより、吸気孔１７２ｂ（図４１）からヘッドケーシング１８０の内部に冷却風が導入され、投光部１１０Ｂの投光制御基板１１５を通過して排気孔１８３からヘッドケーシング１８０の外部に排出される。また、ファン１７６Ｃ（図４０）が動作することにより、吸気孔１８２（図４０）からヘッドケーシング１８０の内部に冷却風が導入され、投光部１１０Ｂの測定光源１１１を通過して排気孔１８４からヘッドケーシング１８０の外部に排出される。これにより、投光部１１０Ｂの測定光源１１１および投光制御基板１１５が冷却される。
【０２７２】
図４３は、冷却風の他の通過経路を示す図である。ファン１７６Ａが動作することにより、吸気孔１７２ａ，１７２ｂからヘッドケーシング１８０の内部に冷却風が導入され、制御基板１５０を通過して排気孔１８３からヘッドケーシング１８０の外部に排出される。また、ファン１７６Ａが動作することにより、吸気孔１８１，１８２からヘッドケーシング１８０の内部に冷却風が導入され、受光部１２０Ａの受光制御基板１２３および受光部１２０Ｂの受光制御基板１２３を通過して排気孔１８３からヘッドケーシング１８０の外部に排出される。これにより、制御基板１５０、受光部１２０Ａの受光制御基板１２３および受光部１２０Ｂの受光制御基板１２３が冷却される。
【０２７３】
上記の構成によれば、測定光源１１１を冷却するための冷却風の経路と投光制御基板１１５、受光制御基板１２３および制御基板１５０を冷却するための冷却風の経路とを分離し、測定光源１１１から発生する熱を計測光学ユニット１０の内部に伝達させることなく効率よく外部に排出することができる。したがって、計測光学ユニット１０内の温度ドリフトを低減し、温度を容易に安定化することができる。また、吸気孔１７２ａ，１７２ｂ，１８１，１８２および排気孔１８３〜１８５は、冷却風の経路が測定光および照明の光路と干渉しないように設けられる。そのため、ヘッドケーシング１８０内に冷却風が導入される場合でも、光路上の空気が揺らぐことがない。これにより、計測の精度の低下を防止することができる。
【０２７４】
（４）位置決め機構
本実施の形態においては、連結部材１６０とヘッド部１９０との位置関係を一定に維持するための位置決め機構が測定部１００に設けられる。図４４および図４５は、位置決め機構の一例を示す模式図である。図４４（ａ）は、スタンド部１６２の模式的上面図を示す。図４４（ａ）に示すように、スタンド部１６２の上端面には、Ｘ方向に離間しかつ上方に突出する２個の突起部１６３が形成される。また、スタンド部１６２の上端の前面には、Ｘ方向に延びかつ上方に突出する落下防止部材１６４が形成される。
【０２７５】
図４４（ｂ）は、台座１７０の模式的底面図を示す。図４４（ｂ）に示すように、台座１７０の底面部１７１の底面の前部には、Ｘ方向に離間する２個の溝部１７１ｂが形成される。各溝部１７１ｂはＶ字形状を有し、Ｘ方向における各溝部１７１ｂの２つの辺の間の距離は、後方から前方に向かって漸次増加する。２個の溝部１７１ｂは２個の突起部１６３にそれぞれ対応する。各溝部１７１ｂの深さは、各突起部１６３の厚さと略等しいか、または各突起部１６３の厚さよりも大きい。
【０２７６】
図４４（ｃ）は、スタンド部１６２および台座１７０の模式的上面図を示す。図４４（ｃ）においては、スタンド部１６２の上端面および２個の突起部１６３の透過図が点線で示されるとともに、台座１７０の底面における２個の溝部１７１ｂの透過図が点線で示される。使用者は、ヘッド部１９０をスタンド部１６２に取り付ける際に、図４５に実線で示すように、把持部１７９を把持して台座１７０の底面の前部をスタンド部１６２の上端面の後部に載置する。この状態で、図４５に白抜きの矢印で示すように、使用者はヘッド部１９０を前方にスライドさせる。
【０２７７】
この場合、図４４（ｃ）に示すように、スタンド部１６２の各突起部１６３が台座１７０の対応する溝部１７１ｂの２つの辺に当接する。また、台座１７０の前面がスタンド部１６２の落下防止部材１６４に当接する。これにより、ヘッド部１９０のスライドが停止し、連結部材１６０とヘッド部１９０とが一定の位置関係を維持した状態で位置決めされる。図４５には、位置決めされた後のヘッド部１９０が一点鎖線で示される。
【０２７８】
このように、２個の突起部１６３および２個の溝部１７１ｂにより位置決め機構が構成される。これにより、使用者は台座１７０とヘッド部１９０との位置決めを簡単な操作で行うことができる。また、落下防止部材１６４によりヘッド部１９０がスタンド部１６２から落下することを防止することができる。
【０２７９】
図４４および図４５の例においては、スタンド部１６２の上端面および台座１７０の底面が水平に形成されるが、本発明はこれに限定されない。スタンド部１６２の上端面および台座１７０の底面が、前方から後方に向かって上方に傾斜するように形成されてもよい。この場合、使用者は、重力を利用して台座１７０をスタンド部１６２の所定位置に容易に導くことができる。これにより、台座１７０とヘッド部１９０との位置決めをより容易に行うことができる。
【０２８０】
［６］キャリブレーション
使用者は、図４のヘッド部１９０の台座１７０の両側部に設けられた把持部１７９を把持することにより、ヘッド部１９０をスタンド部１６２から取り外すことができる。この場合、ヘッド部１９０をスタンド部１６２とは異なる支持体に取り付けるまたは設置面上に載置することにより、ステージ１４０に載置できないような測定対象物Ｓについて形状の測定が可能になる。
【０２８１】
しかしながら、一度取り外されたヘッド部１９０が再度スタンド部１６２に取り付けられる場合、必ずしもヘッド部１９０は取り外される前と同じ位置に取り付けられるとは限らない。この場合、ヘッド部１９０の着脱の前後で、ヘッド部１９０とステージ１４０の回転軸Ａｘとの間の位置関係にずれが発生する可能性がある。
【０２８２】
上記のように、図１の記憶装置２４０に予め記憶されている機器パラメータは、立体形状データの生成に用いられる。そのため、記憶装置２４０に記憶されている機器パラメータが実際のヘッド部１９０およびステージ１４０の位置関係から異なると、データ生成処理においてステージ１４０を回転させつつ生成される複数の立体形状データを正確に合成することができない。
【０２８３】
また、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２はヘッド部１９０の受光部１２０Ａ，１２０Ｂの位置を基準として設定されるので、ヘッド部１９０の着脱が行われるごとに上記の位置ずれが発生すると、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２とステージ１４０との間にも位置ずれが生じる。
【０２８４】
そこで、ヘッド部１９０がスタンド部１６２から取り外された後、ヘッド部１９０が再度スタンド部１６２に取り付けられる際には、機器パラメータを校正（キャリブレーション）する必要がある。
【０２８５】
本実施の形態では、機器パラメータを校正するための回転軸校正処理が行われる。回転軸校正処理は、例えばヘッド部１９０をスタンド部１６２から取り外した後、ヘッド部１９０を再度スタンド部１６２に取り付けた際に、使用者の指示に基づいて実行される。
【０２８６】
図４６は、回転軸校正処理の一例を示すフローチャートである。図１のＣＰＵ２１０は、使用者による回転軸校正処理の開始の指示に応答して図１の記憶装置２４０に記憶される回転軸校正プログラムを実行する。
【０２８７】
ここで、回転軸校正処理の実行前には、使用者により平板状のキャリブレーションボードが、ステージ１４０の載置面に対して傾斜するように予めステージ１４０上に配置される。キャリブレーションボードには、校正用の指標が設けられる。指標は、刻印により形成されてもよいし、塗料を用いたマーキングにより形成されてもよい。
【０２８８】
回転軸校正処理の開始が指示されると、ＣＰＵ２１０は、まず予め定められたステージ１４０の複数（例えば３つ）の回転位置にそれぞれ対応する複数の立体形状データを生成する（ステップＳ１０１）。具体的には、ステージ１４０が段階的に回転されることによってステージ１４０の回転位置が予め定められた複数の角度位置に段階的に変化される。ステージ１４０が各回転位置にあるときに、投光部１１０からキャリブレーションボードに測定光が照射され、受光部１２０によりパターン画像データが取得される。各パターン画像データに基づいて立体形状データが生成される。これにより、複数の回転位置に対応する複数の立体形状データが生成される。
【０２８９】
次に、ＣＰＵ２１０は、予め定められた複数の回転位置と複数の立体形状データのうちの校正用の指標に対応する点群データとに基づいて、装置座標系における受光部１２０Ａ，１２０Ｂとステージ１４０の回転軸Ａｘとの相対的な位置関係を算出する（ステップＳ１０２）。次に、ＣＰＵ２１０は、算出された位置関係に基づいて、記憶装置２４０に記憶される機器パラメータを更新する（ステップＳ１０３）。これにより、回転軸校正処理が終了する。
【０２９０】
上記の回転軸校正処理によれば、受光部１２０Ａ，１２０Ｂとステージ１４０の回転軸Ａｘとの相対的な位置関係が正確に算出される。それにより、算出された位置関係を含む機器パラメータに基づいて、データ生成処理において生成される複数の立体形状データを正確に合成することができる。また、ステージ１４０上のあるべき位置から有効領域ＭＲ１，ＭＲ２がずれることが防止される。これらの結果、観察対象物Ｓの計測の精度の低下が抑制される。上記の回転軸校正処理においては、ステップＳ１０２の処理が主として図３の位置関係算出部５０７により実行される。
【０２９１】
キャリブレーションボードの形状は既知であり、キャリブレーションボードにおける校正用の指標の位置も既知である。それにより、上記の回転軸校正処理において複数の回転位置で複数の立体形状データをそれぞれ生成した場合には、それらの立体形状データとキャリブレーションボードの形状と校正用の指標の位置とに基づいて、生成される立体形状データの精度を担保するための校正を行うことができる。すなわち、取得した複数の立体形状データからキャリブレーションボードの形状がより正確に再現されるように、立体形状データの生成処理を校正することができる。この校正により、ヘッド部１９０において投光部１１０と受光部１２０との間の位置関係にずれが生じる場合でも、生成される立体形状データの精度が担保される。このように、本実施の形態に係る回転軸校正処理によれば、受光部１２０Ａ，１２０Ｂとステージ１４０の回転軸Ａｘとの相対的な位置関係を正確に算出することができると同時に、立体形状データの生成処理を校正することができる。
【０２９２】
［７］遮光機構
測定対象物Ｓにより反射された外乱光が受光部１２０Ａ，１２０Ｂに入射すると、その受光部１２０Ａ，１２０Ｂから出力される受光信号に外乱光に起因するノイズ成分が含まれる。この場合、受光部１２０Ａ，１２０Ｂに入射する外乱光が大きくなると、データ生成処理で生成される点群データの精度が低下する。
【０２９３】
そこで、本実施の形態に係る測定部１００には、ステージ１４０上の有効領域ＭＲ１，ＭＲ２を含む空間に測定部１００の周辺の外乱光が進入することを防止するための遮光機構が取り付けられる。図４７は、遮光機構が取り付けられた測定部１００の外観斜視図である。図４７に示すように、遮光機構６００は、後方カバー部材６１０、前方カバー部材６２０、前方カバー支持部材６３０およびヒンジ部６４０を含む。
【０２９４】
後方カバー部材６１０は、連結部材１６０の上端部に着脱可能に取り付けられる。後方カバー部材６１０は、受光部１２０Ａ，１２０Ｂの撮像視野ＴＲ１，ＴＲ２とスタンド部１６２との間の位置で湾曲しつつＸ方向に延びるように形成されている。なお、図４７では、受光部１２０Ａ，１２０Ｂのうち一方の受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１のみが示される。
【０２９５】
後方カバー部材６１０の両側部には、後方カバー部材６１０の上方の空間を覆うように前方カバー支持部材６３０が接続されている。後方カバー部材６１０がスタンド部１６２に取り付けられた状態で、前方カバー支持部材６３０の後端部は、ヘッドケーシング１８０の前端部につながる。前方カバー支持部材６３０の前端部にヒンジ部６４０を介して前方カバー部材６２０が接続されている。前方カバー部材６２０は、前方カバー支持部材６３０の前端部からステージ１４０の上方に向かってさらに前方に延びるように形成されている。
【０２９６】
また、前方カバー部材６２０は、図４７に太い点線で示すように、ヒンジ部６４０によりステージ１４０上の空間を開閉可能に設けられている。前方カバー部材６２０は、閉状態でステージ１４０の載置面の全体に対向するように形成され、ステージ１４０上の空間を上方から覆う。また、このとき、前方カバー支持部材６３０および前方カバー部材６２０は、投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに照射される測定光を遮蔽しない。一方、前方カバー部材６２０は、開状態で、ステージ１４０上の空間を上方から覆わない。
【０２９７】
上記の構成によれば、測定部１００においては、遮光機構６００が取り付けられかつ前方カバー部材６２０が閉状態にあるときに、ステージ１４０上の有効領域ＭＲ１，ＭＲ２の上方からの外乱光が遮光機構６００により遮蔽される。また、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２へ照射される測定光は、前方カバー部材６２０および前方カバー支持部材６３０により遮蔽されない。それにより、受光部１２０Ａ，１２０Ｂに入射する外乱光が低減されるので、外乱光に起因するノイズ成分が低減される。その結果、点群データの精度の低下が抑制される。
【０２９８】
また、上記の構成によれば、ステージ１４０上の空間の後方からの外乱光の一部が遮光機構６００のうちの後方カバー部材６１０により遮蔽される。また、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２へ照射される測定光は後方カバー部材６１０により遮蔽されない。それにより、受光部１２０Ａ，１２０Ｂに入射する外乱光がより低減されるので、外乱光に起因するノイズ成分がより低減される。その結果、点群データの精度の低下がより抑制される。
【０２９９】
また、上記の構成によれば、前方カバー部材６２０を開状態にすることにより、ステージ１４０上の測定対象物Ｓの載置作業および測定対象物Ｓの位置決め作業等を容易に行うことができる。このように、前方カバー部材６２０がステージ１４０上の空間を開閉可能に構成されているので、測定対象物Ｓの計測作業が容易になる。さらに、遮光機構６００は、ヘッド部１９０ではなく連結部材１６０に接続されるので、遮光機構６００の重量による応力は連結部材１６０に加わり、ヘッド部１９０には加わらない。連結部材１６０は高い剛性を有するため、遮光機構６００が取り付けられた場合でも、ほとんど変形しない。これにより、遮光機構６００の取り付けの前後で、連結部材１６０とヘッド部１９０との位置関係はほとんど変化しない。その結果、計測の精度を維持することができる。
【０３００】
遮光機構６００には、ステージ１４０上の空間の後方からの外乱光をより多く遮蔽するために、以下の遮光部材が取り付けられてもよい。図４８は、後方カバー部材６１０に取り付けられる後方遮光部材の一例を示す測定部１００の外観斜視図である。図４８の例では、後方カバー部材６１０の下端部から設置部１６１の上面まで延びるように、後方カバー部材６１０に暗幕状の後方遮光部材６５０が取り付けられている。
【０３０１】
また、遮光機構６００には、さらに、ステージ１４０上の空間の前方、左方および右方からの外乱光を遮蔽するために、以下の遮光部材が設けられてもよい。図４９は、前方カバー部材６２０に取り付けられる前側方遮光部材の一例を示す測定部１００の外観斜視図である。図４９の例では、略Ｕ字形状を有する前方カバー部材６２０の外縁下端部から設置部１６１の周囲まで下方に延びるように、前方カバー部材６２０に暗幕状の前側方遮光部材６６０が取り付けられている。
【０３０２】
図４９に示されるように、遮光機構６００に後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０が取り付けられることにより、ステージ１４０上の空間の全周が後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０により取り囲まれる。それにより、ステージプレート１４２上の空間が外部環境から遮断され、ステージ１４０上の空間の前方、後方、左方および右方を含む全側方からの外乱光が後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０により遮蔽される。したがって、受光部１２０Ａ，１２０Ｂに入射する外乱光がさらに低減されるので、外乱光に起因するノイズ成分がさらに低減される。また、周囲の空気の温度変化および空気のゆらぎの影響が低減される。その結果、点群データの精度の低下がさらに抑制される。
【０３０３】
上記の後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０は、樹脂または金属で形成されてもよいし、布またはゴムで形成されてもよい。なお、後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０は、布またはゴム等の軟質素材で形成されることが好ましい。この場合、後方遮光部材６５０または前側方遮光部材６６０が測定対象物Ｓと接触した場合でも、後方遮光部材６５０、前側方遮光部材６６０および測定対象物Ｓが破損することが防止される。後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０は着脱可能であることが好ましい。これにより、メンテナンス性が向上し、後方遮光部材６５０または前側方遮光部材６６０が劣化または破損した場合でも容易に交換することができる。
【０３０４】
図４９の前側方遮光部材６６０は、ナイロン製の布および複数の金属製の骨部材を含み、上下方向に伸縮可能な蛇腹状に形成されている。この場合、使用者は、前側方遮光部材６６０を上下に伸縮させることにより、ステージ１４０上の測定対象物Ｓの載置作業および測定対象物Ｓの位置決め作業等を容易に行うことができる。
【０３０５】
上記の図４７〜図４９の構成においては、遮光機構６００、後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０のうちステージ１４０上の空間に向く部分は、光を吸収するような色（例えば黒色）で構成されることが好ましい。それにより、ステージ１４０上の空間内で測定光または照明光が、遮光機構６００、後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０の内面で反射することが抑制される。その結果、散乱する測定光または照明光に起因するノイズ成分が低減される。
【０３０６】
［８］ステージプレート
図２のステージプレート１４２は、以下の構成を有してもよい。図５０は、ステージプレート１４２の構成の一例を示す図である。図５０のステージプレート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には、測定対象物Ｓ、クランプまたは治具等を固定するための取付部（例えばねじ孔）が複数形成される。
【０３０７】
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５０（ａ）においては傾斜部４０２が水平姿勢にあり、図５０（ｂ）においては傾斜部４０２が傾斜姿勢にある。傾斜部４０２が傾斜姿勢にあるときには、傾斜部４０２の下面が支持部材４０３により支持される。
【０３０８】
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、傾斜載置面４０２ａが受光部１２０Ａ，１２０Ｂの光軸Ａ１，Ａ２に直交する角度に設定されてもよいし、他の角度に設定されてもよいし、複数の角度に変更可能に設定されてもよい。
【０３０９】
図５１は、傾斜部４０２が傾斜姿勢にある状態で測定対象物Ｓを撮像する例を示す測定部１００の模式的側面図である。本例では、傾斜載置面４０２ａは受光部１２０Ａ，１２０Ｂの光軸Ａ１，Ａ２に直交するように傾斜載置面４０２ａの傾斜角度Ｄ２（図５０）が設定されているものとする。例えば、互いに平行な上面および下面を有する測定対象物Ｓをその下面が傾斜載置面４０２ａに接触するように傾斜載置面４０２ａ上に載置する。このとき、測定対象物Ｓの上面は、受光部１２０Ａ，１２０Ｂのそれぞれの光軸Ａ１，Ａ２に対して直交する。
【０３１０】
それにより、図５１の状態で測定対象物Ｓが撮像されるときに表示部４００に表示されるライブ画像は、測定対象物Ｓの上面をその真上から見たときの測定対象物Ｓの画像として表示される。それにより、通常の顕微鏡を使用する場合と同様の感覚で測定対象物Ｓを観察することが可能になる。
【０３１１】
使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、ワンショット計測と全周計測とを容易に切り替えることができる。ワンショット計測においては、測定対象物Ｓの上面を真上から見たときの計測が行われる。全周計測においては、ステージプレート１４２を回動させつつ測定対象物Ｓの全周の計測が行われる。
【０３１２】
上記のように、本例のステージプレート１４２によれば、傾斜載置面４０２ａが固定載置面４０１ａに対して傾斜するように、傾斜載置面４０２ａと固定載置面４０１ａとの間の角度を変更することができる。それにより、使用者は、測定対象物Ｓを傾斜載置面４０２ａおよび固定載置面４０１ａのいずれか一方に選択的に載置することができる。したがって、測定対象物Ｓの姿勢を容易に変更することができる。また、測定対象物Ｓおよびその計測箇所に応じて傾斜載置面４０２ａの角度を適切に変更することができる。例えば、測定光または照明光の正反射によるハレーションが計測箇所で発生しないように測定対象物Ｓの載置面の角度を任意に設定することができる。したがって、測定対象物Ｓの計測の利便性が向上する。
【０３１３】
［９］領域情報
本実施の形態に係る測定装置５００においては、上記のように、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２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。上記の点に加えて、受光部１２０の有効領域は、以下の点を考慮して設定されてもよい。
【０３１４】
有効領域は、ステージ１４０のステージプレート１４２の載置面が除かれるように設定されてもよい。この場合、図４０および図５１の例に示すように、ステージプレート１４２の傾斜部４０２が水平姿勢と傾斜姿勢とに切替可能である構成においては、ステージプレート１４２の傾斜部４０２の状態に応じた有効領域が設定されてもよい。これらの場合、使用者は、ステージプレート１４２の存在を考慮することなく測定対象物Ｓの計測を行うことができる。
【０３１５】
図４９の例に示すように、測定部１００に遮光機構６００が取り付けられるとともに後方カバー部材６１０および前方カバー部材６２０にそれぞれ後方遮光部材６５０および前側方遮光部材６６０が取り付けられる場合を想定する。この場合、受光部１２０の撮像視野が大きいと、その受光部１２０による測定対象物Ｓの撮像時に前側方遮光部材６６０の内面の一部が測定対象物Ｓとともに撮像される。そこで、有効領域は、前側方遮光部材６６０よりも内側でかつその外縁が前側方遮光部材６６０に近接するように設定されてもよい。それにより、前側方遮光部材６６０の内側に有効領域を大きく確保することができる。
【０３１６】
［１０］効果
本実施の形態に係る測定装置５００においては、ヘッド部１９０と設置部１６１とがスタンド部１６２により固定的に連結される。したがって、ステージ１４０上の空間に対する投光部１１０Ａ，１１０Ｂによる測定光の照射範囲、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１および受光部１２０Ｂの撮像視野ＴＲ２の位置関係が一義的に定まる。そのため、使用者は投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０Ａ，１２０Ｂとステージ１４０との位置関係を予め調整する必要がない。
【０３１７】
また、受光部１２０Ｂの撮像視野ＴＲ２は、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１よりも小さく、撮像視野ＴＲ１内に包含される。この場合、受光部１２０Ａを選択することにより、比較的大きい寸法を有する測定対象物Ｓを適切に撮像視野ＴＲ１に収めることができる。受光部１２０Ｂを選択することにより、周囲の不要な部分を撮像視野ＴＲ２に収めることなく、比較的小さい寸法を有する測定対象物Ｓを適切に撮像視野ＴＲ２に収めることができる。さらに、受光部１２０Ｂの光軸Ａ２は受光部１２０Ａの光軸Ａ１よりも下方に位置するので、測定対象物Ｓを撮像視野ＴＲ２に収めるためにステージ１４０または測定対象物Ｓを上方に移動させる必要がない。これにより、測定装置５００の操作性を向上せることができる。
【０３１８】
計測光学ユニット１０においては、投光部１１０Ａと受光部１２０Ａ，１２０Ｂとが複数の連結部材１５により連結され、投光部１１０Ｂと受光部１２０Ａ，１２０Ｂとが複数の連結部材１６により連結される。複数の連結部材１５間および複数の連結部材１６間は互いに離間するので、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０Ａ，１２０Ｂから発生する熱を容易に放散させることができる。また、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０Ａ，１２０Ｂを冷却するための冷却風を容易に導くことができる。そのため、温度変化による投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０Ａ，１２０Ｂの位置関係の変化が発生することを防止することができる。これにより、計測の精度を向上させることができる。
【０３１９】
また、計測結果の温度補償を行うための温度センサ等の装置を測定装置５００に追加する必要がない。さらに、連結部材１４間、連結部材１５間および連結部材１６間の熱の放散性が高いため、水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６の変形の程度が低減される。したがって、水平支持板１１、垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６を線膨張係数が小さい高価な材料により形成する必要がない。これらの結果、測定装置５００のコストを低減することができる。
【０３２０】
さらに、本実施の形態においては、各連結部材１４〜１６と垂直支持板１２，１３または投光部１１０Ａ，１１０Ｂとの接触面積が最小に維持される。そのため、温度変化により垂直支持板１２，１３および連結部材１４〜１６がわずかに変形する場合でも、それらの変形の度合いのばらつきは小さくなり、投光部１１０Ａ，１１０Ｂと受光部１２０Ａ，１２０Ｂとの角度関係は変化しない。これにより、点群データの計測の精度が低下することを防止することができる。
【０３２１】
［１１］他の実施の形態
（１）上記実施の形態では、有効領域は受光部１２０ごとに設定されるが、本発明はこれに限定されない。１つの受光部１２０に対して大きさの異なる複数の有効領域が設定されてもよい。また、この場合、ＣＰＵ２１０は、使用者による有効領域の選択を受け付け、使用者により選択された有効領域に基づいて計測用データを生成してもよい。
【０３２２】
（２）上記実施の形態では、有効領域を表す情報は、測定装置５００の工場出荷時点で予め領域情報として駆動部２４０に記憶されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、領域情報は、測定対象物Ｓの計測前に使用者により編集可能であってもよい。この場合、使用者は、測定対象物Ｓの計測内容に応じてより適切な領域情報を設定することが可能になる。それにより、測定装置５００の利便性が向上する。
【０３２３】
（３）上記実施の形態では、測定装置５００の測定部１００には、測定対象物Ｓを撮像するための構成として光学系の倍率が互いに異なる２つの受光部１２０Ａ，１２０Ｂが設けられるが、本発明はこれに限定されない。測定装置５００には、測定対象物Ｓを撮像するための構成として１つの受光部１２０のみが設けられてもよい。この場合、測定装置５００の構成がより単純化する。
【０３２４】
（４）上記実施の形態では、受光部１２０Ａ，１２０Ｂの光学系の倍率は変化しないが、本発明はこれに限定されない。受光部１２０Ａ，１２０Ｂの各々の光学系としてズームレンズが設けられてもよい。この場合、受光部１２０Ａ，１２０Ｂにそれぞれ対応する有効領域ＭＲ１，ＭＲ２のサイズは、ズームレンズの倍率に応じて変化してもよい。
【０３２５】
（５）上記実施の形態では、受光部１２０Ａ，１２０Ｂ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１２０Ａおよび複数の受光部１２０Ｂ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。
【０３２６】
また、投光部１１０からの均一な測定光を用いて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。
【０３２７】
また、上記実施の形態では、パターン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１２０Ａ，１２０Ｂ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。
【０３２８】
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。
【０３２９】
（６）上記実施の形態においては、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。
【０３３０】
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の回転位置および位置を自在に変更することができる。したがって、データ生成処理時に、より多様な方向から測定対象物Ｓを撮像することができる。その結果、測定対象物Ｓの表面のより広範囲に渡る立体形状データを求めることが可能になる。
【０３３１】
［１２］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。
【０３３２】
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、測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、投光部１１０が投光部の例である。投光部１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ第１および第２の投光部の例であり、受光部１２０Ａ，１２０Ｂがそれぞれ第１および第２の受光部の例であり、ヘッド部１９０がヘッド部の例である。光軸Ａ１，Ａ２が光軸の例であり、スタンド部１６２が連結部の例であり、受付部５０５が選択手段の例であり、点群データ生成部５０１が点群データ生成手段の例であり、計測部５０４が計測手段の例である。
【０３３３】
撮像視野ＴＲ１，ＴＲ２がそれぞれ第１および第２の撮像視野の例であり、測定装置５００が測定装置の例であり、レンズ１２２が第１および第２の受光レンズの例であり、照明光出力部１３０が照明部の例である。出射口１３１が照明光出射口の例であり、回転軸Ａｘが回転軸の例であり、回転制御部５０６が回転制御手段の例であり、位置関係算出部５０７が算出手段の例である。記憶装置２４０が記憶手段の例であり、突起部１６３および溝部１７１ｂが位置決め機構の例であり、垂直支持板１２，１３が保持具の例であり、連結部材１５，１６が連結部材の例である。
【０３３４】
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】
【０３３５】
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】
【０３３６】
１０  計測光学ユニット
１１  水平支持板
１２，１３  垂直支持板
１４〜１６，１６０  連結部材
１４ａ〜１６ａ  固定部材
１００  測定部
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ  投光部
１１０ａ  取付片
１１１  測定光源
１１２  パターン生成部
１１３，１１４，１２２  レンズ
１１５  投光制御基板
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ  受光部
１２１  カメラ
１２１ａ  撮像素子
１２３  受光制御基板
１２４  鏡筒部
１２５  ホルダ
１３０  照明光出力部
１３１  出射口
１４０  ステージ
１４０Ｉ，１６０Ｉ，Ｂ１Ｉ〜Ｂ３Ｉ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２，ＰＩ，ＴＩ  画像
１４１  ステージベース
１４２  ステージプレート
１４３  回転機構
１４５  ステージ操作部
１４６  ステージ駆動部
１５０，３１０  制御基板
１６１  設置部
１６２  スタンド部
１６３  突起部
１６４  落下防止部材
１７０  台座
１７１  底面部
１７１ａ  ガイドレール
１７１ｂ  溝部
１７２  下部ケーシング
１７２ａ，１７２ｂ，１８１，１８２  吸気孔
１７３  傾斜台
１７３ａ  載置面
１７４  支持柱
１７５  上面部
１７６  ファンユニット
１７６Ａ〜１７６Ｃ  ファン
１７７  拡散板ユニット
１７７Ａ，１７７Ｂ  拡散板
１７９  把持部
１８０  ヘッドケーシング
１９０  ヘッド部
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
３３０  導光部材
４００  表示部
４０１  固定部
４０１ａ  固定載置面
４０２  傾斜部
４０２ａ  傾斜載置面
４０３  支持部材
５００  測定装置
５０１  点群データ生成部
５０２  計測用データ取得部
５０３  計測用データ修正部
５０４  計測部
５０５  受付部
５０６  回転制御部
５０７  位置関係算出部
６００  遮光機構
６１０  後方カバー部材
６２０  前方カバー部材
６３０  前方カバー支持部材
６４０  ヒンジ部
６５０  後方遮光部材
６６０  前側方遮光部材
Ａ，Ｏ  点
Ａ１〜Ａ３  光軸
Ａｘ  回転軸
Ｂ１  基板
Ｂ２，Ｂ３  素子
Ｆ１，Ｆ２  焦点位置
ＩＲ  照射領域
ＬＳ  線分
ＭＲ，ＭＲ１，ＭＲ２  有効領域
Ｐ  ポインタ
Ｐ０  部分
ＰＬ  プロファイル線
Ｓ  測定対象物
ＴＲ１，ＴＲ２  撮像視野
【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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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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