(57)【要約】      （修正有）【課題】孔部の開口径が小さくかつ深い場合でもプローブを奥深くまで挿入することができ、その内側表面の形状を効率よく取得することが可能な形状測定装置を提供する。【解決手段】測定対象である孔部Ｍａ内に挿入されるプローブ２０と、プローブ２０と孔部Ｍａとを相対的に移動させる走査系と、を有し、プローブ２０、光源ユニット４０と、光源ユニット４０からの光が入射されて孔部Ｍａの内面に照射する照明光学系４５と、照明された孔部Ｍａの内面の像を形成する結像光学系４４と、結像光学系４４の像を撮像する撮像素子４２と、を含み、かつ、光源ユニット４０からの照明光の射出端と撮像素子４２とが結像光学系４４の光軸に沿って配置され、撮像素子４２の画像情報と走査系の走査情報とにより孔部Ｍａの内面の位置情報を算出する演算処理部を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である孔部内に挿入されるプローブと、
前記プローブと前記孔部とを相対的に移動させる走査系と、を有し、
前記プローブは、光源ユニットと、前記光源ユニットからの光が入射されて前記孔部の内面に照射する照明光学系と、照明された前記孔部の内面の像を形成する結像光学系と、前記結像光学系の像を撮像する撮像素子と、を含み、かつ、前記光源ユニットからの照明光の射出端と前記撮像素子とが前記結像光学系の光軸に沿って配置され、
前記撮像素子の画像情報と前記走査系の走査情報とにより前記孔部の内面の位置情報を算出する演算処理部を備える形状測定装置。
【請求項２】
前記結像光学系は、複数の光学素子を有し、前記結像光学系の光軸は、前記複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の光軸である請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記結像光学系は、前記孔部の内面の像を縮小して前記撮像素子に撮像させる請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記結像光学系と前記光源ユニットとは、前記光源ユニットからの光を光軸に沿って伝播させるように配置されている請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、その先端側に前記照明光を環状に生成するための円錐状ミラーを備える請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記結像光学系は、前記孔部の内面の像を取得するための広角レンズを備える請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記光源ユニットは、前記照明光を生成する光源と、前記光源からの光を導く光ファイバと、を備える請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記光源ユニットは、前記孔部内に進入可能な駆動用の電源を備える請求項１〜請求項７のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、前記光源ユニットと前記結像光学系との間に配置される請求項１〜請求項８のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、前記光源ユニットからの光を貫通させる開口部を有する請求項９に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記結像光学系と前記撮像素子との間に結像光学系により形成された像を伝送する光ファイバが配置される請求項１〜請求項１０のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記結像光学系と前記撮像素子との間には、前記結像光学系により形成された像を伝送する複数の光ファイバが配置される請求項１１に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記撮像素子は、複数配置され、前記孔部の内面の像が分割されて前記撮像素子のそれぞれによって撮像される請求項１〜請求項１２のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
前記撮像素子は、前記光軸の周りに複数配置される請求項１３に記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記走査系は、前記孔部の長手方向を含んだ直交三軸方向それぞれへの相対的な移動、及び前記直交三軸方向それぞれの軸周りの相対的な回転、のうち少なくとも１つを行う請求項１〜請求項１４のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１６】
光源と、
撮像素子と、
測定対象である孔部内に挿入されるプローブと、
前記プローブと前記孔部とを相対的に移動させる走査系と、
前記撮像素子の画像情報と前記走査系の走査情報とにより前記孔部の内面の位置情報を算出する演算処理部と、を有し、
前記プローブは、前記光源からの光が入射されて前記孔部の内面に環状照明光として照射し、かつ、前記環状照明光により照明された前記孔部の内面の像を生成する光学系を含み、
前記光源と前記光学系との間、または前記光学系と前記撮像素子との間に光ファイバが配置される形状測定装置。
【請求項１７】
前記光ファイバは、前記プローブが前記孔部内に挿入されたときに、前記光源及び前記撮像素子の少なくとも一方を前記孔部の外側に配置させる長さに設定される請求項１６に記載の形状測定装置。
【請求項１８】
前記光学系と前記撮像素子との間には、前記光学系で形成された像を伝送する複数の光ファイバが配置される請求項１７または請求項１７に記載の形状測定装置。
【請求項１９】
前記複数の光ファイバは、前記光学系の前記孔部の内面の像を形成する領域のみに、入射端を配置している請求項１８に記載の形状測定装置。
【請求項２０】
前記光源及び前記撮像素子の少なくとも一方は、前記光学系の光軸から離れて配置される請求項１６〜請求項１９のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項２１】
測定対象である孔部内に挿入されるプローブであって、
光源ユニットと、前記光源ユニットからの光が入射されて前記孔部の内面に照射する照明光学系と、照明された前記孔部の内面の像を形成する結像光学系と、前記結像光学系の像を撮像する撮像素子と、を含み、かつ、前記光源ユニットからの前記照明光の射出端と前記撮像素子とが前記結像光学系の光軸に沿って配置されるプローブ。
【請求項２２】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
作製された前記構造物の形状を測定する請求項１〜請求項２０のうちいずれか１項に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置によって得られた前記構造物の形状に関する形状情報と前記設計情報とを比較する検査装置と、
を含む構造物製造システム。
【請求項２３】
構造物の形状に関する設計情報を作成することと、
前記設計情報に基づいて前記構造物を形成することと、
請求項１〜請求項２０のうちいずれか１項に記載の形状測定装置を用いて前記構造物の形状を測定することと、
前記測定の結果と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物の製造方法。
【請求項２４】
前記比較の結果に基づいて、前記構造物を再度加工することを含む請求項２３に記載の構造物の製造方法。
【請求項２５】
前記加工は、前記構造物を改めて形成することを含む請求項２４に記載の構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、プローブ、構造物製造システム、及び構造物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管等の孔部の内面を測定対象とし、その内面にパターンを投影して、内面に投影されたパターンの画像を取得することにより、その内面の形状（位置情報）を非接触で測定可能な形状測定装置が知られている。この種の形状測定装置は、例えば、孔部内に挿入されるプローブと、このプローブと孔部（測定対象）とを相対的に移動させる走査系と、プローブによる撮像結果と走査系の走査結果とを用いて孔部の内面の形状を算出する演算処理部と、を有している。プローブは、孔部の内面を照明するとともに、照明された内面の像を形成してその像を撮像する構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２３７６７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したプローブには、測定対象の孔部の内面にパターンを投影するための投影光学系や、パターンの像を形成するための結像光学系、その像を撮像するための撮像部などが収容されている。例えば、投影光学系と結像光学系とが同軸に配置される場合、撮像部と光源が干渉しないようにするために、分岐光学系などを用い、光源または撮像部のどちらか一方の光路を分岐させる必要がある。それゆえ、光源からの光路と撮像部への光路の少なくとも一方が、投影光学系と結像光学系が同軸となっている部分に対して、偏心した位置に設ける必要があり、穴プローブとしてはその軸方向に対して、外側に突出した部分が必要になる。従って、測定対象となる孔部の開口径が小さくかつその孔部が深い場合は、外側に突出した光源または撮像部または、それらのいずれかへの光路を形成する部分がじゃまとなり、孔部の奥深くまでプローブを挿入できないといった問題を有している。
【０００５】
本発明の態様では、孔部の開口径が小さくかつその孔部が深い場合でもプローブを奥深くまで挿入することができ、その内面の形状を効率よく取得することが可能な形状測定装置、プローブ、構造物製造システム、及び構造物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様によれば、測定対象である孔部内に挿入されるプローブと、プローブと孔部とを相対的に移動させる走査系と、を有し、プローブは、光源ユニットと、光源ユニットからの光が入射されて孔部の内面に照射する照明光学系と、照明された孔部の内面の像を形成する結像光学系と、結像光学系の像を撮像する撮像素子と、を含み、かつ、光源ユニットからの照明光の射出端と及び撮像素子が結像光学系の光軸に沿って配置され、撮像素子の画像情報と走査系の走査情報とにより孔部の内面の位置情報を算出する演算処理部を備える形状測定装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２態様によれば、光源と、撮像素子と、測定対象である孔部内に挿入されるプローブと、プローブと孔部とを相対的に移動させる走査系と、撮像素子の画像情報と走査系の走査情報とにより孔部の内面の位置情報を算出する演算処理部と、を有し、プローブは、光源からの光が入射されて孔部の内面に環状照明光として照射し、かつ、環状照明光により照明された孔部の内面の像を生成する光学系を含み、光源と光学系との間、または光学系と撮像素子との間に光ファイバが配置される形状測定装置が提供される。
【０００８】
本発明の第３態様によれば、測定対象である孔部内に挿入されるプローブであって、光源ユニットと、光源ユニットからの光が入射されて孔部の内面に照射する照明光学系と、照明された孔部の内面の像を形成する結像光学系と、結像光学系の像を撮像する撮像素子と、を含み、かつ、光源ユニットからの照明光の射出端と撮像素子とが結像光学系の光軸に沿って配置されるプローブが提供される。
【０００９】
本発明の第４態様によれば、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作製された構造物の形状を測定する、本発明の第１態様又は本発明の第２態様に従う形状測定装置と、形状測定装置によって得られた構造物の形状に関する形状情報と設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムが提供される。
【００１０】
本発明の第５態様によれば、構造物の形状に関する設計情報を作成することと、設計情報に基づいて構造物を形成することと、本発明の第１態様又は本発明の第２態様に従う形状測定装置を用いて構造物の形状を測定することと、測定の結果と設計情報とを比較することと、を含む構造物の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様によれば、孔部の開口径が小さくかつ深い場合でもプローブを奥深くまで挿入することができ、内側表面の形状を効率よく取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る測定装置の外観を示す図である。
【図２】光学プローブの外観を示す斜視図である。
【図３】光学プローブの内部構成を示す側面図である。
【図４】光学プローブの内部構成を示す斜視図である。
【図５】撮像素子の構成を示す図である。
【図６】光ファイバの構成を示す断面図である。
【図７】光学プローブ内の位置関係を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る光学プローブの内部構成を示す側面図である。
【図９】第２実施形態に係る撮像素子の他の構成を示す図である。
【図１０】第３実施形態に係る光学プローブの内部構成を示す側面図である。
【図１１】第４実施形態に係る光学プローブの内部構成を示す側面図である。
【図１２】第４実施形態に係る撮像素子の他の構成を示す図である。
【図１３】構造物製造システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】構造物製造システムによる処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】第５実施形態に係る光学プローブの外観を示す斜視図である。
【図１６】第５実施形態に係る光学プローブの内部構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、形状測定装置、光学プローブ（プローブ）、構造物製造システム、及び構造物の製造方法について実施の形態を説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸とも、それぞれ矢印方向を＋方向とし、＋方向と反対の方向を−方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る形状測定装置１００の外観を示す図である。形状測定装置１００は、例えば、光切断法を利用して、測定対象である管状の物体Ｍの孔部Ｍａに関する三次元的な形状を測定する装置である。形状測定装置１００は、孔部Ｍａの内面Ｍｂの全部の面または一部の面に関する位置情報を算出する。位置情報は、孔部Ｍａの内面Ｍｂ上の点の位置（座標）を含み、その位置情報に基づいて算出された、形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、も含まれる。
【００１５】
図１に示すように、形状測定装置１００は、物体Ｍを保持するステージ装置１０と、物体Ｍの孔部Ｍａに挿入される光学プローブ（プローブ）２０と、物体Ｍ（孔部Ｍａ）と光学プローブ２０とを相対的に移動させる走査系３０と、ステージ装置１０、光学プローブ２０、及び走査系３０の動作を統括的に制御する制御部ＣＯＮＴとを備えている。
【００１６】
ステージ装置１０は、基台１１と、ホルダ１２と、を有している。基台１１は、例えば床上や作業台上などの水平面に載置される。基台１１は、ＸＹ平面に平行な上面１１ａを有している。ホルダ１２は、基台１１の上面１１ａに配置されており、孔部Ｍａの開口部分を＋Ｚ側へ向けた姿勢で物体Ｍを保持する。物体Ｍを保持する構成は、複数の部材で物体Ｍの端部を挟み込むチャック機構が用いられる。ホルダ１２は、例えばＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への移動が規制されており、θＺ方向に回転可能に設けられている。ホルダ１２は、不図示のホルダ駆動系が駆動することによりθＺ方向に回転する。ホルダ駆動系は電気モーターなどが用いられ、制御部ＣＯＮＴによって駆動が制御される。
【００１７】
光学プローブ２０は、図２に示すように、基端部２１と、先端鏡筒２２とを有している。光学プローブ２０は、物体Ｍの孔部Ｍａの三次元的な形状に関する情報を取得する。基端部２１は、走査系３０の一部（プローブ保持部材３３）に取り外し可能な状態で保持されている。光学プローブ２０は、測定対象である孔部Ｍａの形状に合わせて、複数準備されてもよい。複数の形態としては、例えば、光学プローブ２０の全長、外径などの寸法が異なる場合や、光学性能が異なる場合などがある。光学プローブ２０は、走査系３０に保持されることにより、この走査系３０に予め形成されている各種配線と電気的に接続される。先端鏡筒２２は、物体Ｍの孔部Ｍａに挿入される部分であり、基端部２１から−Ｚ方向に向けて延びている。なお、光学プローブ２０の詳細については後述する。
【００１８】
図１に示すように、走査系３０は、支持フレーム３１と、移動部材３２と、プローブ保持部材３３とを有している。走査系３０は、これら支持フレーム３１、移動部材３２及びプローブ保持部材３３をそれぞれ移動させて、所定位置に保持させることにより、物体Ｍの孔部Ｍａに対して光学プローブ２０を位置決めする。また、走査系３０を駆動することにより、光学プローブ２０と物体Ｍとを相対的に移動させることが可能である。
【００１９】
支持フレーム３１は、柱部材３１ａ、３１ｂと、梁部材３１ｃと、を有する。柱部材３１ａ及び柱部材３１ｂは、基台１１の上面１１ａの＋Ｙ側及び−Ｙ側に配置され、それぞれが＋Ｚ方向に延びるように設けられる。柱部材３１ａは、基台１１の上面１１ａの−Ｙ側に形成されたＸ方向のガイド３４ａに沿って移動可能である。柱部材３１ｂは、同じく上面１１ａの＋Ｙ側に形成されたＸ方向のガイド３４ｂに沿って移動可能である。柱部材３１ａ及び柱部材３１ｂの上部は、梁部材３１ｃによって連結される。
【００２０】
梁部材３１ｃは、柱部材３１ａと柱部材３１ｂとの間に架けられており、Ｙ方向に平行に配置されている。これら柱部材３１ａ、３１ｂ及び梁部材３１ｃは一体となってＸ方向に移動可能となっている。柱部材３１ａ、３１ｂ及び梁部材３１ｃは、基台１１または柱部材３１ａ、３１ｂに設けられた不図示のＸ方向駆動系によってＸ方向に移動する。Ｘ方向駆動系は、例えば電気モーターなどが用いられ、その駆動は制御部ＣＯＮＴによって制御される。
【００２１】
移動部材３２は、梁部材３１ｃに保持される。移動部材３２は、梁部材３１ｃの＋Ｘ側の面に形成されたＹ方向のガイド３５に沿って移動可能に設けられる。移動部材３２は、梁部材３１ｃまたは移動部材３２に設けられた不図示のＹ方向駆動系によってＹ方向に移動する。Ｙ方向駆動系は、例えば電気モーターなどが用いられ、その駆動は制御部ＣＯＮＴによって制御される。
【００２２】
プローブ保持部材３３は、移動部材３２に設けられる。プローブ保持部材３３は、移動部材３２の＋Ｘ側の面に形成されたガイド３６に沿って移動可能に設けられる。プローブ保持部材３３は、移動部材３２またはプローブ保持部材３３に設けられた不図示のＺ方向駆動系によってＺ方向に移動する。Ｚ方向駆動系は、例えば電気モーターなどが用いられ、その駆動は制御部ＣＯＮＴによって制御される。
【００２３】
プローブ保持部材３３は、光学プローブ２０を保持するための、一つまたは複数の保持部３３ａを有している。保持部３３ａは、例えばプローブ保持部材３３の−Ｚ側に配置されており、光学プローブ２０を保持した際、光学プローブ２０の長手方向を孔部Ｍａの形成方向と一致させるようにしている。保持部３３ａとしては、例えば、光学プローブ２０の一部を把持するチャック機構や、光学プローブ２０の一部に形成されたネジ部とネジ結合させる受け側ネジ部などが用いられる。光学プローブ２０を保持部３３ａが保持した際、光学プローブ２０は、制御部ＣＯＮＴと電気的に接続される。プローブ保持部材３３が複数の保持部３３ａを有する場合、各保持部３３ａに異なるタイプの光学プローブ２０を保持させてもよい。
【００２４】
支持フレーム３１、移動部材３２、及びプローブ保持部材３３は、一体的に組み合わされている。これら支持フレーム３１、移動部材３２、及びプローブ保持部材３３のそれぞれの移動により、プローブ保持部材３３に保持された光学プローブ２０は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動する。例えば、支持フレーム３１及び移動部材３２を移動させることにより、光学プローブ２０のＺ方向位置と、ホルダ１２に保持された物体Ｍの孔部ＭａのＺ方向位置とを、位置合わせ可能である。この状態で、プローブ保持部材３３を移動させることにより、光学プローブ２０は、孔部Ｍａに挿入または離脱する。また、プローブ保持部材３３の移動により、光学プローブ２０と孔部ＭＡとを相対的に移動させることが可能となっている。
【００２５】
支持フレーム３１、移動部材３２、及びプローブ保持部材３３の移動及び停止位置は、制御部ＣＯＮＴによってＸ方向駆動系、Ｙ方向駆動系、及びＺ方向駆動系を制御することにより決定される。制御部ＣＯＮＴは、支持フレーム３１、移動部材３２、及びプローブ保持部材３３の移動及び停止位置をそれぞれ独立して制御可能である。制御部ＣＯＮＴは、ホルダ駆動系の移動を制御することにより、ホルダ１２に保持された物体Ｍと、光学プローブ２０とをθＺ方向に相対的に移動させることが可能となっている。
【００２６】
光学プローブ２０をθＸ方向またはθＹ方向に回転させる場合は、例えば、プローブ保持部材３３を移動部材３２に対してθＸ方向またはθＹ方向に回転可能な構成を採用することにより実現可能である。光学プローブ２０のθＸ方向またはθＹ方向の回転は、制御部ＣＯＮＴによって制御される。
【００２７】
制御部ＣＯＮＴは、形状測定装置１００の各部の動作を制御するものであり、演算処理部５０を有する。演算処理部５０は、取得した情報から孔部Ｍａの内面Ｍｂ等の位置情報（形状）を算出する。制御部ＣＯＮＴは、例えばＣＰＵ等を有するコンピュータシステムと、このコンピュータシステムの外部装置との通信を実行可能なインターフェースを含む。なお、制御部ＣＯＮＴは、形状測定装置１００の各部の制御に要する各種処理を実行するＡＳＩＣ等の論理回路を含んでいてもよく、コンピュータシステムを含んでいなくてもよい。
【００２８】
制御部ＣＯＮＴには、この制御部ＣＯＮＴに信号を入力可能な入力装置が接続されていてもよい。この入力装置は、キーボード、マウス等の入力機器、あるいはコンピュータシステムの外部の装置からのデータを入力可能な通信装置のうちの１種又は２種以上でもよい。制御部ＣＯＮＴは、液晶表示ディスプレイ等の表示装置を含んでいてもよいし、表示装置と接続されていてもよい。制御部ＣＯＮＴは、形状測定装置１００の外部の装置であってもよい。
【００２９】
次に、光学プローブ２０の詳細な構成を説明する。
図２は、光学プローブ２０の外観を示す斜視図である。図２に示すように、基端部２１及び先端鏡筒２２は、それぞれ円筒状の外形を有しており、中心軸が同軸となるようにＺ方向に並んで配置されている。先端鏡筒２２は、後述する光学素子を保持するための鏡筒である。先端鏡筒２２は、基端部２１に比べて径が小さくなっている。基端部２１及び先端鏡筒２２の外径は、いずれも物体Ｍの孔部Ｍａに挿入可能となるように設定されている。先端鏡筒２２は、円筒状でＺ方向に長く形成されているため、物体Ｍの孔部Ｍａに挿入することが容易であり、さらに孔部Ｍａの内面と接触した場合でも内面に与える影響が小さい。
【００３０】
先端鏡筒２２の−Ｚ側端部には、例えばＺ方向に延在する支柱部２３と、支柱部２３の先端に接続された円板状のミラー保持部２４とが設けられている。先端鏡筒２２とミラー保持部２４との間は、光を透過可能なガラス部材２５によって覆われている。ガラス部材２５は板状のガラスが円筒状に形成されたものである。このガラス部材２５によってミラー保持部２４を保持可能である場合は、支柱部２３は不要である。支柱部２３がない場合は、ガラス部材２３を介して取り込む光に影となる部分がないため、影のない撮像が可能である。なお、ガラス部材２５が設けられるか否かは任意であり、ガラス部材２５が設けられないものでもよい。
【００３１】
図３及び図４は、光学プローブ２０の構成を示す模式図であり、図３は側面図、図４は斜視図である。光学プローブ２０は、物体Ｍの孔部Ｍａの内面Ｍｂに光を照射し、内面Ｍｂからの散乱光や反射光、回折光等を用いて内面Ｍｂの像を形成し、その像を撮像することによって内面Ｍｂの形状に関する情報を取得する。
【００３２】
図３及び図４に示すように、光学プローブ２０は、光源ユニット４０と、撮像素子４２と、光ファイバ４３と、結像光学系（光学系）４４と、照明光学系（光学系）としての円錐状ミラー４５と、を備えている。これら光源ユニット４０（光源４１）、撮像素子４２、光ファイバ４３、結像光学系４４、及び円錐状ミラー４５は、その順番でＺ方向に一列に並んで配置されている。Ｚ方向は、光軸ＡＸと一致しており、光源ユニット４０等は光軸ＡＸに沿って配置されている。
【００３３】
光源ユニット４０は、孔部Ｍａの内面Ｍｂを照明する照明光Ｌを−Ｚ方向に射出する。光源ユニット４０は、図３及び図４に示すように、光源４１及び電源４０ａを有している。光源４１及び電源４０ａは、光学プローブ２０の基端部２１（図２参照）に収容されている。光源４１の駆動は、制御部ＣＯＮＴによって制御される。光源４１は、照明光Ｌの射出端４１ａが光軸ＡＸに沿って配置されており、かつ−Ｚ方向へ向けられている。従って、光源４１は、射出端４１ａから光軸ＡＸ方向に沿って（−Ｚ方向に平行に）所定幅を持った光束の照明光Ｌを射出する。照明光Ｌとしては、単一波長の光または複数波長を含んだ光のいずれでもよい。
【００３４】
光源４１としては、例えば半導体レーザー素子が用いられる。光源４１として、半導体レーザー素子に代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源や、ハロゲンランプ等のランプ光源等の各種光源の１種又は２種以上が用いられる構成でもよい。
【００３５】
光源ユニット４０は、光ファイバＦを含んで構成されてもよい。光ファイバＦは、図３に示すように、撮像素子４２及び光ファイバ４３を貫通して配置される。図４では光ファイバＦを削除して記載している。光ファイバＦの照明光Ｌの射出端Ｆａは、光軸ＡＸに沿って配置されており、かつ−Ｚ方向へ向けられている。従って、光源４１から射出された照明光Ｌは、光ファイバＦに伝搬された後に射出端Ｆａから−Ｚ方向に結像光学系４４に向けて射出される。射出端Ｆａは、図３では光ファイバ４３と結像光学系４４との間に配置されているが、これに代えて、光源４１から結像光学系４４までの間であれば、任意に配置可能である。なお、光源ユニット４０が光ファイバＦを含まない構成では、この光ファイバＦは光源ユニット４０と結像光学系４４との間に配置されたものである。
【００３６】
電源４０ａは、光源４１の＋Ｚ側に配置されており、光源４１に対して必要な電力を供給する。電源４０ａは、光学プローブ２０の基端部２１に収容可能な大きさ、形状のものが用いられ、例えばボタン電池などが用いられる。電源４０ａが基端部２１に収容されることにより、光学プローブ２０は電源４０ａと一体となって移動する。電源４０ａは、物体Ｍの孔部Ｍａに進入可能となっている。また、光学プローブ２０をプローブ保持部材３３に保持させた際に、電源４０ａを充電装置（不図示）に接続させ、この充電装置によって電源４０ａを適宜充電させる構成であってもよい。
【００３７】
撮像素子４２は、後述する結像光学系４４によって形成された内面Ｍｂの像を撮像する。撮像素子４２は、Ｚ方向において光源ユニット４０と光ファイバ４３との間に配置されている。撮像素子４２としては、例えばＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサーが用いられる。撮像素子４２は、光学プローブ２０の基端部２１に収容されている。撮像素子４２は、ＸＹ平面に平行な撮像面４２ｆを有している。撮像面４２ｆは、−Ｚ側に向けられており、光ファイバ４３の射出側端面４３ｇに対向している。撮像面４２ｆは、光ファイバ４３の射出側端面４３ｇから射出された光が結像する像面に一致して配置されている。撮像素子４２は、制御部ＣＯＮＴに接続されており、撮像した画像情報を制御部ＣＯＮＴへ送信する。なお、図中では撮像素子４２の画素領域のみを図示している。実際には、撮像素子４２を駆動し、信号を出力する回路基板に撮像素子４２が実装されている。そのため、撮像素子４２は、結像光学系４４を構成する光学素子よりも大きい径となる場合が多い。したがって、撮像素子４２が設置された基端部２１は先端鏡筒２２より幅が広くなっている。しかしながら、本実施の形態では、結像光学系４４で結像した像を光ファイバ束４３により、結像光学系４４よりも＋Ｚ方向に遠くに配置された撮像素子４２に伝送している。そのため、先端鏡筒２２の長さをより長くできる。このため、深い穴でも穴の側壁の形状を測定することができる。
もし、先端鏡筒２２の長さを維持したまま、結像位置を結像光学系４４から離れた位置になるようにすると、バックフォーカル距離が長い結像光学系４４を必要とするが、本発明の実施形態ではこのような光学系の制約も少なくすることができる。
【００３８】
撮像素子４２は、光源４１の射出端４１ａと対向する部分を含んだ箇所に貫通孔４２ａが設けられる。貫通孔４２ａは、光軸ＡＸを含んで形成されている。この貫通孔４２ａにより、射出端４１ａから射出される照明光Ｌは、撮像素子４２によって遮られずに撮像素子４２の−Ｚ側へ通過可能となる。貫通孔４２ａは、図４に示すものでは矩形状に形成されているが、これに代えて、円形状、楕円形状、長円形状、矩形以外の多角形状のいずれであってもよい。なお、光源ユニット４０として光ファイバＦを備える場合は、光ファイバＦの少なくとも一部が貫通孔４２ａ内に配置される（図３及び図５参照）。光ファイバＦは、撮像素子４２の貫通孔４２ａに対して接触または非接触のいずれであってもよい。
【００３９】
図５は、撮像素子４２の撮像面４２ｆの構成を示す図である。
図５に示すように、撮像素子４２は、結像光学系４４によって形成された内面Ｍｂの像６０を撮像する。撮像素子４２は、Ｚ方向から見たときに、矩形状に形成された複数の単位撮像素子４２ｂをＸＹ平面において複数接続させることにより構成されている。単位撮像素子４２ｂのそれぞれは、例えばＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサーが用いられる。複数の単位撮像素子４２ｂは、Ｘ方向に３列分、Ｙ方向に３列分、それぞれ配置されており、中央の１つが取り除かれて開口された構成となっている。この中央の開口は、上記のように光軸ＡＸを含んだ貫通孔４２ａである。従って、単位撮像素子４２ｂは、光軸ＡＸの周りに配置されたものである。
【００４０】
単位撮像素子４２ｂの形状については、矩形に限られず多角形（三角形、六角形など）や円形など他の形状ものが適用可能である。また、単位撮像素子４２ｂの配置についても、マトリクス状（格子状）の配置に限られず、千鳥状の配置や、光軸ＡＸを中心とした円周に沿った配置など、他の配置であってもよい。各単位撮像素子４２ｂは、個別に画像を取得する。単位撮像素子４２ｂのそれぞれは、制御部ＣＯＮＴに接続されており、撮像した画像情報を制御部ＣＯＮＴへ送信する。制御部ＣＯＮＴへ送信する際、各単位撮像素子４２ｂの位置情報も併せて送信される。制御部ＣＯＮＴは、各単位撮像素子４２ｂの撮像結果や位置情報を用いて画像合成等の処理を実行する。
【００４１】
単位撮像素子４２ｂのそれぞれは、図５に示すように、像を取得する画素が設けられた撮像領域４２ｃと、撮像領域４２ｃの周辺であって画素を配置できない非撮像領域４２ｄとを構造上有している。したがって、図５のように単位撮像素子４２ｂをＸＹ方向に並べて配置させる構成では、単位撮像素子４２ｂを密着させた場合であっても、撮像領域４２ｃが所定の隙間を空けて配置された状態になる。このため、撮像素子４２全体では、像６０のうち非撮像領域４２ｄに対応する部分が欠落した画像が取得されることになる。この場合、制御部ＣＯＮＴは、各単位撮像素子４２ｂからの撮像結果から、非撮像領域４２ｄに相当する部分を補完して画像を合成させてもよい。画像の補完は、制御部ＣＯＮＴに備える不図示の記憶部に記憶されたプログラムに基づいてソフトウエア処理により実行される。ただし、制御部ＣＯＮＴによって画像の補完を行うか否かは任意である。
【００４２】
図３及び図４に示すように、光ファイバ４３は、Ｚ方向において、撮像素子４２と結像光学系４４との間に配置され、結像光学系４４によって形成された内面Ｍｂの像を撮像素子４２に伝搬する。光ファイバ４３は、光学プローブ２０の先端鏡筒２２に収容されている。光ファイバ４３は、ＸＹ平面に平行な入射側端面４３ｆ及び射出側端面４３ｇを有している。入射側端面４３ｆは、−Ｚ側に向けられており、結像光学系４４の光学素子４４ａに対向している。射出側端面４３ｇは、＋Ｚ側に向けられており、撮像素子４２に対向している。図３では、射出側端面４３ｇが撮像素子４２に対して間隔をあけて配置されているが、射出側端面４３ｇを撮像素子４２に接触させて配置させてもよい（図7参照）。
【００４３】
光ファイバ４３には、貫通孔４３ａが設けられている。貫通孔４３ａは、光ファイバ４３の入射側端面４３ｆから射出側端面４３ｇにかけてＺ方向に貫通するように形成されている。貫通孔４３ａは、光軸ＡＸを含んで形成されている。貫通孔４３ａは、光源４１からの照明光Ｌの一部または全部が通過可能となっている。なお、クラッド４３ｄが照明光Ｌを透過可能であれば、貫通孔４３ａは設けられていなくてもよい。
【００４４】
図６は、光ファイバ４３のＸＹ平面における断面構成を示す模式図である。
図６に示すように、光ファイバ４３は、断面形状が多角形状（六角形状）に形成されている。なお、光ファイバ４３の断面形状としては、多角形状に限られず、円形、楕円形など、他の形状であってもよい。光ファイバ４３の貫通孔４３ａは、Ｚ方向から見たときに光源４１の射出端４１ａを含むように形成されている。
【００４５】
光ファイバ４３としては、例えば、複数のコア（導波路）４３ｃのそれぞれがクラッド４３ｄでおおわれるように一体化された伝送部４３ｂを有する画像伝送用のマルチコア型ファイバが用いられる。光ファイバ４３は、複数のコア４３ｃのそれぞれが光を伝搬するので、複数の光ファイバを集合したものである。伝送部４３ｂは、Ｚ方向から見たときに、複数の単位撮像素子４２ｂと重なるように配置されている。光ファイバ４３の伝送部４３ｂ（複数のコア４３ｃ）を介して伝送された画像は、複数の単位撮像素子４２ｂによって分割されて撮像される。
【００４６】
光源ユニット４０が光ファイバＦを含んで構成されている場合、光ファイバＦは、貫通孔４３ａ内に配置される。光ファイバＦは、貫通孔４３ａに対して接触または非接触のいずれでもよい。また、光ファイバＦは、光ファイバ４３と一体に形成されてもよい。この場合、光ファイバＦのクラッドは、光ファイバ４３のクラッド４３ｄと同一でもよい。
【００４７】
光ファイバ４３は、ＸＹ平面において、個々のコア４３ｃの表面に存在する近接場光が隣接したコア４３ｃに実質的に伝搬しない程度の間隔でクラッドが介在するように、コア４３ｃを最密充填するように形成されている。コア４３ｃは均一な間隔で配置されているが、これに代えて、粗密の分布が形成されるように配置されてもよい。光ファイバ４３のＺ方向の寸法については、例えば、入射側端面４３ｆから入射された孔部Ｍａの像が適切に伝播され、射出側端面４３ｇから出射されて撮像素子４２に適切に結像できる任意の長さとすることができる。なお、複数の光ファイバ４３を例えばＺ方向に配置して、各光ファイバ４３で孔部Ｍａの像を伝播した後に撮像素子４２に結像させてもよい。
【００４８】
図３及び図４に示すように、結像光学系４４は、孔部Ｍａの内面Ｍｂや内面Ｍｃからの散乱光Ｌｂ、Ｌｃや、反射光、回折光などを、ガラス部材２５を介して取り込み、内面Ｍｂや内面Ｍｃの像を形成する。結像光学系４４による像の形成位置には、光ファイバ４３の入射側端面４３ｆが配置されている。これにより内面Ｍｂや内面Ｍｃの像は、光ファイバ４３内を伝播する。内面Ｍｂ、Ｍｃは、孔部Ｍａの内面であって光軸ＡＸからの距離が異なる。内面Ｍｂは、内面Ｍｃより内側に位置している。
【００４９】
結像光学系４４は、複数の光学素子４４ａ〜４４ｇがその光軸（例えばレンズ中心）を一致させてＺ方向に並べて配置されており、光軸ＡＸを形成している。ただし、光軸ＡＸは、光学素子４４ａ〜４４ｇのうちの少なくとも１つにより形成される。従って、例えば、光学素子４４ａ〜４４ｇのうちの１つで光軸ＡＸを形成し、他の光学素子は、光軸ＡＸからずれたものでもよい。これら光学素子４４ａ〜４４ｇは、光学プローブ２０の先端鏡筒２２に収容されている。
【００５０】
結像光学系４４は、光源４１から−Ｚ方向に射出された照明光Ｌを光軸ＡＸに沿って伝播している。従って、結像光学系４４は、光源４１からの照明光Ｌを孔部Ｍａの内面Ｍｂ等に照射するための照明光学系の一部である。ただし、照明光Ｌは、光学素子４４ａ〜４４ｇの光軸とその近傍を通過するため、各光学素子４４ａ〜４４ｇが有する屈折力等による影響が小さく、照明光Ｌが光軸ＡＸを外れることや、光束の幅が大きく変化することはない。
【００５１】
光学素子４４ａ〜４４ｇは、レンズ群を構成する光学素子４４ａ、４４ｂ、４４ｃと、同じくレンズ群を構成する光学素子４４ｄ、４４ｅ、４４ｆと、これらレンズ群の間に配置された開口絞りとしての光学素子４４ｇと、が含まれている。光学素子４４ａ〜４４ｃと、光学素子４４ｄ〜４４ｆとは、光学素子（開口絞り）４４ｇに関して対称的に設けられている。光学素子４４ａ〜４４ｃは、光学素子（開口絞り）４４ｇに対して出射側に配置される。光学素子４４ｄ〜４４ｆは、光学素子（開口絞り）４４ｇに対して入射側に配置される。光学素子（開口絞り）４４ｇは、結像光学系４４の瞳面に配置される。結像光学系４４の結像位置は、光学素子４４ｄ〜４４ｆのうち一部または全部を光軸ＡＸ方向に移動させることで調整される。
【００５２】
光学素子４４ｆは、孔部Ｍａの内面Ｍｂや内面Ｍｃからの散乱光Ｌｂ、Ｌｃ等を取得するための広角レンズであり、光学素子４４ａ〜４４ｇのうち最も先端側（−Ｚ側）に配置され、いわゆる先玉レンズとして用いられる。光学素子４４ｆとして広角レンズが用いられることにより、内面Ｍｂ等への照明光Ｌの照射位置から離れることなく、散乱光Ｌｂ等を容易に取り込むことができる。
【００５３】
結像光学系４４は、内面ＭｂまたはＭｃの形状に対して縮小して結像する縮小光学系が用いられる。縮小光学系が用いられることにより、内面Ｍｂ等の像が小さくなるため、撮像素子４２を小さくすることができる。ガラス部材２５は、散乱光Ｌｂ、Ｌｃの方向をシフトさせて光学素子４４ｆに入射させる。このガラス部材２５は、結像光学系４４に含めてもよい。
【００５４】
円錐状ミラー４５は、図３及び図４に示すように、光源４１から射出された照明光Ｌを孔部Ｍａの内面Ｍｂ、Ｍｃへ向けて反射する。円錐状ミラー４５は、頂点４５ａが＋Ｚ側に向けられ、かつ、光軸ＡＸ上に位置するように配置されている。従って、円錐状ミラー４５は、照明光Ｌを頂点４５ａ近傍の表面で反射する。これにより、反射した光は光軸ＡＸに対して直交するＸＹ面に沿って進み、環状照明光Ｌａを形成する。内面Ｍｂ等は、この環状照明光Ｌａによって照明される。
【００５５】
図７は、結像光学系４４、光ファイバ４３、及び撮像素子４２の位置関係を模式的に示す図である。図７に示すように、結像光学系４４の結像面Ｓ１では、結像光学系４４に取り込まれた散乱光Ｌｂや散乱光Ｌｃによって像が形成される。光ファイバ４３は、入射側端面４３ｆが結像面Ｓ１に一致するように配置される。入射側端面４３ｆは、光軸ＡＸを含んだ中心部分を囲むように配置される。結像面Ｓ１において光軸ＡＸ付近には内面Ｍｂ等の像は形成されないため、入射側端面４３ｆを配置させる必要はない。これにより、光ファイバ４３を効率的に配置させることができる。
【００５６】
光ファイバ４３の複数のコア４３ｃによって伝播される像の結像面Ｓ２には、撮像素子４２の撮像面４２ｆが配置される。図７において、光ファイバ４３の射出側端面４３ｇが撮像素子４２の撮像面４２ｆに接触している構成が示されている。すなわち、射出側端面４３ｇが像の結像面Ｓ２と一致している。射出側端面４３ｇが像の結像面Ｓ２と一致しない場合は、射出側端面４３ｇからの射出光によって像を形成する位置が結像面Ｓ２となる。この場合は、射出側端面４３ｇと撮像面４２ｆとは離間している。光ファイバ４３は結像光学系４４で形成された像の光量分布を撮像素子４２の撮像面４２ｆに伝送する。伝送する光量分布は結像光学系４４で形成された像による光量分布と概略同じ分布状態であってもよい。
【００５７】
次に、この形状測定装置１００の動作を説明する。
先ず、測定対象である管状の物体Ｍをホルダ１２の保持させた後、この物体Ｍと光学プローブ２０とを位置合わせする。この位置合わせは、制御部ＣＯＮＴからの指示により走査系３０を駆動して、予め決められたＸＹ座標位置（ホルダ１２に保持された物体Ｍの孔部ＭａのＸＹ座標位置）まで光学プローブ２０を移動させる。
【００５８】
続いて、制御部ＣＯＮＴは、走査系３０を駆動して光学プローブ２０を−Ｚ方向に移動させ、物体Ｍの孔部Ｍａに光学プローブ２０挿入させる。光学プローブ２０は、電源４１や撮像素子４２などが光軸ＡＸに沿って配置されているので、光学プローブ２０の外側にでっぱり等がない。従って、孔部Ｍａの奥深くまで光学プローブ２０を孔部Ｍａの奥深くまで挿入することができる。
【００５９】
続いて、光学プローブ２０を孔部Ｍａに挿入した状態で、制御部ＣＯＮＴは光源ユニット４０から照明光Ｌを射出させる。光源ユニット４０から射出された照明光Ｌは、図３に示すように、光軸ＡＸに沿って進み、撮像素子４２の貫通孔４２ａ及び光ファイバ４３の貫通孔４３ａを通過して、結像光学系４４に到達する。結像光学系４４に到達した照明光Ｌは、結像光学系４４の光軸ＡＸを直進して円錐状ミラー４５に達する。照明光Ｌは、円錐状ミラー４５の頂点４５ａ近傍で光軸ＡＸと直交するＸＹ平面に向けて反射され、環状照明光Ｌａとなって物体Ｍの孔部Ｍａの内面Ｍｂもしくは内面Ｍｃを環状に照明する。
【００６０】
環状照明光Ｌａによって内面Ｍｂもしくは内面Ｍｃに照射されることにより、内面Ｍｂもしくは内面Ｍｃでは表面の凹凸によって散乱光Ｌｂ、Ｌｃが生じる。内面Ｍｂ、Ｍｃは、光軸ＡＸから内面までの距離が異なるものであり、孔部Ｍａの内面形状が反化した場合を示している。散乱光Ｌｂ、Ｌｃは、図３及び図７に示すように、ガラス部材２５を介して、広角レンズである光学素子４４ｆにおいて光軸ＡＸを囲んだ環状の領域に入射される。なお、散乱光Ｌｂ、Ｌｃは、ガラス部材２５によって入射方向がシフトされており、光学部材４４ｆに取り込まれやすい状態となっている。
【００６１】
結像光学系４４に入射された散乱光Ｌｂ、Ｌｃは、＋Ｚ方向に進行し、結像面Ｓ１において結像されて、環状照明光Ｌａによって照明された内面Ｍｂ、Ｍｃの像を形成する（図７参照）。結像面Ｓ１には光ファイバ４３の入射側端面４３ｆが配置されているため、結像面Ｓ１における内面Ｍｂ、Ｍｃの像は、光ファイバ４３によって＋Ｚ方向に伝送される。光ファイバ４３によって＋Ｚ方向に伝送された内面Ｍｂ、Ｍｃの像は、光ファイバ４３の射出側端面４３ｇ、または射出側端面４３ｇから離れた結像面Ｓ２において結像する。結像面Ｓ２には撮像素子４２の撮像面４２ｆが配置されており、内面Ｍｂ、Ｍｃの像は、撮像素子４２によって撮像される。
【００６２】
撮像素子４２によって撮像された撮像結果は、制御部ＣＯＮＴに送られる。制御部ＣＯＮＴは、このようにして得られた撮像結果に関する画像情報と、走査系３０によって移動させた光学プローブ２０のＺ座標位置（環状照明光Ｌａを照射したＺ座標位置）に関する情報（走査情報の一部）を取得する。制御部ＣＯＮＴは、光学プローブ２０を例えば＋Ｚ方向に断続的または連続的に移動させて、所定間隔で画像情報を取得するとともに、画像情報を取得した際のＺ座標位置の情報を取得する。なお、Ｚ座標位置の情報の一部または全部が走査情報である。
【００６３】
制御部ＣＯＮＴは、取得した複数の画像情報と、走査情報とに基づいて、内面Ｍｂ、Ｍｃの三次元的な形状に関する情報（位置情報）を算出する。算出結果等は、液晶表示ディスプレイ等の表示装置によって表示される。
以上のような形状測定装置１００の動作は自動で行われるが、一部または全部を手動で行うようにしてもよい。
【００６４】
また、物体ＭをθＺ方向に１回以上回転（例えば９０度づつや１８０度）回転させた後に、上記と同様に内面Ｍｂ、Ｍｃの三次元的な形状に関する情報（位置情報）を算出し、先の算出結果と合成させてもよい。これにより内面Ｍｂ、Ｍｃの測定精度を向上できる。光学プローブ２０には支柱部２３が存在し（図２参照）、この支柱部２３の影となって内面Ｍｂ、Ｍｃの像を取得できない場合がある。このような場合、先に説明したように、物体ＭをθＺ方向に回転させて算出された結果を合成することで、支柱部２３の影となっていた部分の形状も取得できる。
【００６５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図８は、形状測定装置に使用される光学プローブ１２０の構成を示す側面図である。図８に示すように、光学プローブ１２０は、光源ユニット４０と、撮像素子１４２と、光ファイバ１４３と、結像光学系４４と、を備えている。図８では、円錐状ミラー４５やガラス部材２５を省略している。なお、光学プローブ１２０を除いて、本実施形態における形状測定装置は、第１実施形態に示す形状測定装置１００と同様である。
【００６６】
光学プローブ１２０は、光源ユニット４０が、Ｚ方向において撮像素子１４２と結像光学系４４との間に配置されている。光学プローブ１２０は、光源ユニット４０からの照明光Ｌの射出端４１ａと、撮像素子１４２とが、光軸ＡＸに沿って配置される。光ファイバ１４３は、結像光学系４４と撮像素子１４２との間に配置され、光源ユニット４０を囲むように湾曲させて形成されている。従って、この光学プローブ１２０をＸ方向またはＹ方向から見たとき、光源ユニット４０は、光ファイバ１４３に覆われた状態となっている。光ファイバ１４３の−Ｚ側端面（入射側端面１４３ｆ）は、結像光学系４４による結像面Ｓ１に配置される。
【００６７】
光源４１の射出端４１ａは、第１実施形態と同様に、光軸ＡＸに沿って結像光学系４４に向けて配置される。この構成では、光源４１から射出される照明光Ｌが撮像素子を通過する必要がない。従って、第１実施形態の撮像素子４２のような貫通孔４２ａは設ける必要がない。また、電源４０ａは、第１実施形態と同様に光源４１の＋Ｚ側に配置されている。また、光源ユニット４０として、光ファイバＦを配置するか否かは任意である。
【００６８】
撮像素子１４２は、貫通孔が不要であり、複数の単位撮像素子に分けて配置する必要がない。従って、図９に示すように、撮像素子１４２は、１つの単位撮像素子が用いられ、撮像領域１４２ｃと、その周囲の非撮像領域１４２ｄとを有している。光ファイバ１４３の各コア１４３ｃによって伝播されて結像した像６１は、撮像素子１４２の撮像領域１４２ｃ内において撮像される。これにより、複数の単位撮像素子を接続したものと比較して、非撮像領域（撮像領域の周囲のフレーム部分）によって像６１の一部が撮像されないといった問題がない。
【００６９】
光ファイバ１４３の＋Ｚ側端面（出射側端面１４３ｇ）は、光ファイバ１４３によって伝播された像の結像面Ｓ２であり、この結像面Ｓ２に撮像素子１４２の撮像面１４２ａを一致させている。光ファイバ１４３の＋Ｚ側端部は、光軸ＡＸ側に寄せられている。これにより、図９に示すように、撮像素子１４２の中央部分に画像を集約させて撮像させることができる。したがって、撮像素子１４２の面積を小さくすることができる。ただし、結像面Ｓ１での像に対して、結像面Ｓ２の像は、光ファイバ１４３のコア１４３ｃを光軸ＡＸ側に寄せた分だけ変形している。制御部ＣＯＮＴは、撮像素子１４２からの画像情報に対して、変形を復元する処理を実行することにより、結像面Ｓ１と同様の内面Ｍｂ、Ｍｃの像を取得することができる。
【００７０】
このような細い径のコアを複数有する光ファイバ１４３を製造する場合、例えば鋳型に複数のコア材及びクラッド材を入れて作成される。なお、この作成において、鋳型として長手方向の中間部分を湾曲させたものを用いることにより、図８に示すような中間部分が湾曲した光ファイバ１４３が作成される。
【００７１】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図１０は、形状測定装置に使用される光学プローブ２２０の構成を示す側面図である。図１０に示すように、光学プローブ２２０は、光源ユニット２４０と、撮像素子２４２と、光ファイバ２４３と、結像光学系４４と、円錐状ミラー４５と、を備えている。図１０では、第１実施形態の光学プローブ２０と同様にガラス部材２５が設けられる。なお、光学プローブ２２０を除いて、本実施形態における形状測定装置は、第１実施形態に示す形状測定装置１００と同様である。
【００７２】
光学プローブ２２０は、結像光学系４４と、円錐状ミラー４５と、光ファイバ２４３の一部と、光ファイバＦ１の一部と、をケース（図２の基端部２１や先端鏡筒２２に相当する。）内に収容しているが、光源ユニット２４０と、撮像素子２４２と、光ファイバ２４３とはケースの＋Ｚ側から突出させて設けられている。光源ユニット２４０は、光ファイバＦ１を含んで構成されている。光学プローブ２２０は、光ファイバＦ１による照明光Ｌの射出端Ｆ１ａと、撮像素子２４２とが、光軸ＡＸに沿って配置される。ただし、光源ユニット２４０の、光源４１や電源４０ａは、光軸ＡＸから外れて配置される。
【００７３】
光学プローブ２２０は、結像光学系４４と撮像素子２４２との間に、光ファイバ２４３が設けられている。光ファイバ２４３の−Ｚ側端面（入射側端面）は、光学プローブ２２０内において、結像光学系４４による結像面Ｓ１に配置される。光ファイバ２４３の＋Ｚ側端部は、第２実施形態の光ファイバ１４３と同様に、光軸ＡＸ側に寄せられている。光ファイバ２４３の＋Ｚ側端面（出射側端面）は結像面Ｓ２と一致しており、撮像素子２４２の撮像面が配置される。撮像素子２４２及び制御部ＣＯＮＴによる画像の処理については、第２実施形態の撮像素子１４２等と同様であり、説明を省略する。
【００７４】
光ファイバＦ１や光ファイバ２４３の長さは、任意に設定される。光ファイバＦ１や光ファイバ２４３の長さを十分に長くすることにより、光学プローブ２２０を物体Ｍの孔部Ｍａに奥深く挿入したときでも、光源４１や撮像素子２４２は孔部Ｍａの外側に残ったままとなる。従って、孔部Ｍａの内径に関係なく、大型の光源や撮像素子を用いることができる。
【００７５】
光ファイバＦ１の＋Ｚ側の部分、すなわち結像面Ｓ１から十分離れた部分は、−Ｙ側に向けて曲げられている。従って、光源４１及び電源４０ａは、光軸ＡＸから外れて配置されている。なお、光ファイバＦ１や光ファイバ２４３の曲げ、湾曲は、結像面Ｓ２での結像に影響を与えない程度または影響が小さい程度で行われる。
【００７６】
光源４１及び電源４０ａや、撮像素子２４２は、光学プローブ２２０の外側に配置されるので、これら光源４１及び電源４０ａや、撮像素子２４２は、形状測定装置の走査系３０（図１参照）の一部や、ステージ装置１０の一部に保持される構成であってもよい。例えば、プローブ保持部材３３に保持させる場合や、基台１１上に保持させてもよい。さらに、光源４１及び電源４０ａと、撮像素子２４２とで、異なる箇所に保持させてもよい。また、これら光源４１及び電源４０ａや、撮像素子２４２を、形状測定装置外の装置等により保持させてもよい。このように、光源４１及び電源４０ａや、撮像素子２４２の配置などに関する設計の自由度が高められる。
【００７７】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図１１は、形状測定装置に使用される光学プローブ３２０の構成を示す側面図である。図１１に示すように、光学プローブ３２０は、光源ユニット３４０と、撮像素子３４２と、光ファイバ３４３と、結像光学系４４と、円錐状ミラー４５と、を備えている。図１１では、第１実施形態の光学プローブ２０と同様にガラス部材２５が設けられる。なお、光学プローブ３２０を除いて、本実施形態における形状測定装置は、第１実施形態に示す形状測定装置１００と同様である。
【００７８】
光学プローブ３２０は、第３実施形態の光学プローブ２２０と同様に、結像光学系４４と、円錐状ミラー４５と、光ファイバ３４３の一部と、光ファイバＦ２の一部と、をケース（図２の基端部２１や先端鏡筒２２に相当する。）内に収容している。光源ユニット３４０、撮像素子３４２、及び光ファイバ３４３は、ケースの＋Ｚ側から突出させて設けられている。
【００７９】
光源ユニット３４０は、光ファイバＦ２を含んで構成されている。光学プローブ３２０は、光ファイバＦ２による照明光Ｌの射出端Ｆ２ａが、光軸ＡＸに沿って配置される。光源ユニット２４０の光源４１や電源４０ａ、及び撮像素子３４２は、光軸ＡＸから外れて配置される。なお、光源４１及び電源４０ａは、撮像素子３４２より＋Ｚ側に配置されているが、撮像素子３４２より−Ｚ側に配置されてもよい。
【００８０】
光学プローブ３２０は、結像光学系４４と撮像素子３４２との間に、複数の光ファイバ３４３（３４３Ａ、３４３Ｂ）が設けられている。光ファイバ３４３Ａ、３４３Ｂは、それぞれ複数のコア４４３ｃをクラッドにより一体化された構成を有している。光ファイバ３４３Ａ、３４３Ｂの入射側端面３４３ｆは、結像光学系４４の結像面Ｓ１に配置され、結像面Ｓ１のうち像が形成される領域３４３ｈに選択的に配置されている。また、光ファイバ３４３Ａ、３４３Ｂは、結像面Ｓ１において形成された像を分割して取り込むようにしている。
【００８１】
光ファイバ３４３Ａ、３４２Ｂの＋Ｚ側端面（出射側端面）は、いずれも結像面Ｓ２と一致している。図１２に示すように、撮像素子３４２は、撮像素子３４２Ａと、撮像素子３４２Ｂとを有している。光ファイバ３４３Ａの出射側端面には、撮像素子３４２Ａの撮像面３４２ｆが配置される。光ファイバ３４３Ａは、−Ｙ側に湾曲した状態で配置される。光ファイバ３４３Ｂの出射側端面には、撮像素子３４２Ｂの撮像面が配置される。撮像素子３４２Ａは、光ファイバ３４３Ａによって分割して取り込んだ像６２を撮像する。撮像素子３４２Ｂは、光ファイバ３４３Ｂによって分割して取り込んだ像を撮像する。図１２では、撮像素子３４２Ａについて示している。
【００８２】
撮像素子３４２Ａ、３４２Ｂは、いずれも光軸ＡＸから外れて配置されている。撮像素子３４２Ａは、光軸ＡＸに対して−Ｙ側に外れており、撮像素子３４２Ｂは、光軸ＡＸに対して＋Ｙ側に外れている。撮像素子３４２Ａと撮像素子３４２Ｂとは、光軸ＡＸを挟んで配置される。
【００８３】
制御部ＣＯＮＴは、撮像素子３４２Ａ、３４２Ｂによって分割して取得した内面Ｍｂ等の像を合成して１つの像を生成する。撮像素子３４２Ａ、３４２Ｂには、それぞれ決められた像の一部を取得しているので、制御部ＣＯＮＴは、この像をつなぎ合わせることにより合成処理を行う。
【００８４】
光ファイバＦ２や光ファイバ３４３の長さは、第３実施形態の光学プローブ２２０と同様に、任意に設定される。従って、光ファイバＦ１や光ファイバ３４３の長さを十分に長くすることにより、光学プローブ３２０を物体Ｍの孔部Ｍａに奥深く挿入したときでも、光源４１や撮像素子３４２は孔部Ｍａの外側に残ったままとなる。従って、孔部Ｍａの内径に関係なく、大型の光源や撮像素子を用いることができる。
【００８５】
光ファイバＦ２の＋Ｚ側の部分、すなわち結像面Ｓ１から十分離れた部分は、−Ｙ側に向けて湾曲している。従って、光源４１及び電源４０ａは、光軸ＡＸから外れて配置されている。なお、光ファイバＦ２や光ファイバ３４３の曲げ、湾曲は、結像面Ｓ２での結像に影響を与えない程度または影響が小さい程度で行われる。
【００８６】
光源４１及び電源４０ａや、撮像素子３４２Ａ、３４２Ｂは、光学プローブ３２０の外側に配置される。従って、第３実施形態の光学プローブ２２０と同様に、これら光源４１及び電源４０ａや、撮像素子３４２は、形状測定装置の走査系３０（図１参照）の一部や、ステージ装置１０の一部に保持される構成であってもよい。例えば、プローブ保持部材３３に保持させる場合や、基台１１上に保持させてもよい。さらに、光源４１及び電源４０ａと、撮像素子３４２とで、異なる箇所に保持させてもよい。さらに、撮像素子３４２Ａと撮像素子３４２Ｂとで、異なる箇所に保持させてもよい。また、これら光源４１及び電源４０ａや、撮像素子３４２を、形状測定装置外の装置等により保持させてもよい。このように、光源４１及び電源４０ａや、撮像素子３４２の配置などに関する設計の自由度が高められる。
【００８７】
［構造物製造システム及び構造物の製造方法］
次に、構造物製造システムの実施形態について説明する。この構造物製造システムＳＹＳは、上記した形状測定装置を備えている。
図１３は、構造物製造システムＳＹＳのブロック構成図である。この構造物製造システムＳＹＳは、上記の実施形態において説明した形状測定装置１００と、制御装置（検査装置）Ａ１０と、設計装置Ａ２０と、成形装置Ａ３０と、リペア装置Ａ４０とが、データバス等で接続されて構成される。制御装置Ａ１０は、座標記憶部Ａ１１及び検査部Ａ１２を備える。
【００８８】
設計装置Ａ２０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置Ａ３０及び制御装置Ａ１０に送信する。制御装置Ａ１０は、設計装置Ａ２０から送られた設計情報を座標記憶部Ａ１１に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。
【００８９】
成形装置Ａ３０は、設計装置Ａ２０から入力された設計情報に基づいて、構造物（第１実施形態等の物体Ｍ）を作製する。成形装置Ａ３０の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置１００は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報、位置情報）を制御装置Ａ１０へ送信する。
【００９０】
制御装置Ａ１０の座標記憶部Ａ１１は、設計情報を記憶する。制御装置Ａ１０の検査部Ａ１２は、座標記憶部Ａ１１から設計情報を読み出す。検査部Ａ１２は、形状測定装置１００から受信した座標を示す情報（形状情報、位置情報）と、座標記憶部Ａ１１から読み出した設計情報とを比較する。検査部Ａ１２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報どおりに成形されたか否か、または構造物が設計情報に対して許容される誤差範囲内で成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部Ａ１２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。
【００９１】
検査部Ａ１２は、構造物が設計情報どおりに成形されていない場合、または構造物が設計情報に対して許容できない誤差を持って成形された場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部Ａ１２は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置Ａ４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【００９２】
リペア装置Ａ４０は、制御装置Ａ１０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【００９３】
図１４は、構造物製造システムＳＹＳによる処理の流れを示したフローチャートであり、構造物の製造方法の実施形態の一例を示している。構造物製造システムＳＹＳは、まず、設計装置Ａ２０が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。次に、成形装置Ａ３０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状測定装置１００は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ１０３）。
【００９４】
次に、制御装置Ａ１０の検査部Ａ１２は、形状測定装置１００で得られた情報（形状情報、位置情報）と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報どおりに作成されたか否か、または構造物が設計情報に対して許容される誤差範囲内で成形されたか否かを検査する（ステップＳ１０４）。
【００９５】
次に、制御装置Ａ１０の検査部Ａ１２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。構造物製造システムＳＹＳは、作成された構造物が良品であると検査部Ａ１２が判定した場合（ステップＳ１０５  ＹＥＳ）、その処理を終了する。また、検査部Ａ１２は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ１０５  ＮＯ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。
【００９６】
構造物製造システムＳＹＳは、作成された構造物が修復できると検査部Ａ１２が判定した場合（ステップＳ１０６  ＹＥＳ）、リペア装置Ａ４０が構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。構造物製造システムＳＹＳは、作成された構造物が修復できないと検査部Ａ１２が判定した場合（ステップＳ１０６  Ｎｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システムＳＹＳは、図１４に示すフローチャートの処理を終了する。
【００９７】
本実施形態の構造物製造システムＳＹＳは、上記の実施形態における形状測定装置１００が構造物の座標を正確に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システムＳＹＳは、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【００９８】
なお、本実施形態におけるリペア装置Ａ４０が実行するリペア工程は、成形装置Ａ３０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置Ａ１０の検査部Ａ１２が修復できると判定した場合、成形装置Ａ３０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置Ａ３０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システムＳＹＳ、または本実施形態に係る構造物の製造方法は、構造物を正確に作成することができる。
【００９９】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図１５は、形状測定装置に使用される光学プローブ４２０の構成を示す側面図である。図１５に示すように、光学プローブ４２０は、ガラス部材２５の代わりに半球状のガラス部材２５１を用いた。また、半球状のガラス部材２５１には、半球状のガラス部材２５１とほぼ同じ屈折率からなる円柱状のガラスロッドが光軸ＡＸ方向に設けられている。そして、このガラスロッドの先端に円錐状ミラー４５を備えている。この円錐ミラー４５は半球状ガラス２５１と同じ光学材料で形成されており、円錐状の凹部形状が形成されている。この円錐状の凹部の頂点４５ａにファイバＦaから射出した光線が到達し、被測定物の内面Mbに環状照明光Laが照射される。
【０１００】
図１６は、光学プローブ４２０の構成を示す模式図である。この光学プローブ４２０の結像光学系４４は、第１実施形態の光学プローブ２２０とほぼ同様な光学構成を有している。しかしながら、半球状のガラス部材を採用しているため、収差特性がこの半球状のカバーガラスに適するように各レンズの屈折力がわずかながら変更されている。
しかしながら、円筒状のガラス部材から半球状のガラス部材に形状を変更することで、第１実施形態で生じていた非対称な収差量を低くすることができる。
【０１０１】
このように、測定対象である孔部内に挿入されるプローブと、前記プローブと前記孔部とを相対的に移動させる走査系と、を有し、プローブは、光源ユニットと、前記光源ユニットからの光が入射されて前記孔部の内面に照射する照明光学系と、照明された前記孔部の内面の像を形成する結像光学系と、前記結像光学系の像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の画像情報と前記走査系の走査情報とにより前記孔部の内面の位置情報を算出する演算処理部を備えた形状測定装置において、照明光学系に円錐状の反射部材と、結像光学系の物面側に配置された曲面形状のガラス部材とを有し、その反射部材が曲面形状のガラス部材に保持されることで、結像性能の高い光学プローブを得ることができ、測定精度の向上が図れる。
【０１０２】
なお、この半球状のガラス部材の形状は、完全な球の一部ではなくてもよく、楕円体や双曲面体であってもよく、少なくとも撮像素子に側面の像が結ぶ位置において、曲面形状になっていればよい。また、半球状のガラス部材の場合、その球心が結像光学系の入射瞳の位置またはその近傍に設定していると、結像光学系で結ばれる像の各主光線がガラス部材に垂直またはそれに近い角度で入射、射出されるのでガラス部材による収差の発生を抑えることができる。なお、本実施形態でいう入射瞳の位置は、開口絞り４４ｇの物面側から見たときの像が形成できる位置である。なお、開口絞り４４ｇがない場合は、瞳の位置として、それぞれの主光線が光軸上で交差する位置にしてもよく、それを結像光学系の入射側から見たときに主光線が光軸上と交差しているように見える位置である。 
【０１０３】
ところで、第５実施形態に係る光学プローブ４２０については、光ファイバＦの射出端Ｆａが光軸ＡＸ方向に移動可能となっている。そのために、光ファイバＦと接続されている光源４１を光軸ＡＸ方向に移動させる光源移動機構４０１を備えた。この照明光学系は、結像光学系と共用しており、結像光学系の集光作用を利用して、光ファイバＦの射出端Ｆａから放射された光を測定対象の孔部の側面に集光する。しかしながら、光ファイバＦから測定対象の孔部の側面までの光路は円錐ミラー４５を介しているが、測定対象の孔部の側面から結像光学系の結像面までの光路は円錐ミラー４５を介していない。そのため、両者の光路が大きく異なり、共役となる位置がそれぞれ異なる。そこで、本第５実施形態における形状測定装置は、光源移動機構４０１により測定対象の内面の位置に応じて、光ファイバFの射出端Ｆａの位置を変えられるようにすることで、測定対象の内面に集光された環状照明光Ｌａが照射することができる。それゆえ、測定分解能を高めることができる。
【０１０４】
なお、光ファイバＦの射出端Ｆａの位置が結像光学系（または、照明光学系）の光軸ＡＸ方向に沿って、移動できれば良いので、測定対象の内面の位置が光学プローブに対してどの程度距離範囲にあるかによって、光源４１に接続された光ファイバＦの長さを変えられるようにしてもよい。たとえば、光ファイバＦを内面の予想される位置情報に基づき、適切な長さの光ファイバＦにその都度交換できるようにしてもよい。
【０１０５】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。
【０１０６】
また、測定対象となるものは、図１に図示された管状の物体Ｍの孔部Ｍａのようなものだけに限られない。本発明において孔部は、基準となる面から深さ（奥行）を持った形状、構造の全てを含む意味で用いている。従って、上記の実施形態に係る形状測定装置１００は、例えば、溝（凹部）の内側を計測対象とすることや、段差の崖部分を計測対象とすることも可能である。
【０１０７】
形状測定装置１００は、所定の方向に延在する溝の内面や段差の崖部分の測定を行う場合、溝や段差の延在方向に沿って光学プローブ２０を移動させることもできる。溝や段差の延在方向は、例えばＸＹ面に平行な方向でもよいし、ＸＹ面に交差する方向でもよい。光学プローブ２０の移動は、形状測定装置１００に備える駆動系によって行う。光学プローブ２０の移動は、深さ方向への計測を行った後に、延在方向に移動してから深さ方向への計測を行う、といった移動が繰り返される。また、光学プローブ２０の移動は、溝部の開口付近を延在方向に移動した後、一段深く移動して延在方向に移動するといった移動が繰り返される。
【０１０８】
また、図１に示す形状測定装置１００では、ホルダ１２が、θＺ方向への回転のみとしているが、これに限定されず、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向及びθＹ方向のうち少なくとも一方向に移動可能な構成であってもよい。この場合、例えば、基台１１内に設けられた駆動系によってホルダ１２がＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向及びθＹ方向のうち対応する方向に移動する構成を採用することができる。この駆動系の駆動は制御部ＣＯＮＴによって制御される。
【０１０９】
また、形状測定装置１００の走査系３０としては、図１に示す構成に限定されない。この走査系３０に代えて、例えば、ロボットアームやマニピュレータなどが用いられてもよい。ロボットアームやマニピュレータの動作は、制御部ＣＯＮＴによって制御される。
【０１１０】
また、図３に示す光学プローブ２０では、電源４０ａが光学プローブ２０内に収容されているが、これに限定されず、電源４０ａが光学プローブ２０の外部に配置されてもよい。例えば、電源４０ａがプローブ保持部材３３に設けられ、ケーブル等を介して光学プローブ２０の光源４１に電力を供給する構成でもよい。
【０１１１】
また、図５に示す撮像素子４２は、単位撮像素子４２ｂをＸＹ方向に接続したものが用いられているが、これに限定されない。例えば、単位撮像素子４２ｂを、非撮像領域４２ｄ同士がＺ方向に重なるように配置してもよい。これにより、撮像可能領域４２ｃ同士の隙間を小さくすることが可能である。また、撮像素子４２として、一つの単位撮像素子４２ｂが用いられ、その単位撮像素子４２ｂの撮像可能領域４２ｃの中央部分に貫通孔４２ａが設けられたものが用いられてもよい。
【０１１２】
光ファイバ４３、１４３、２４３、３４３としては、複数のコア４３ｃ等をクラッド４３ｂで一体化して成形されたものに限定されない。例えば１本のコアにクラッドを被覆させた１本の光ファイバを複数本束ねて形成されたものでもよい。
【０１１３】
また、結像光学系４４としては、縮小光学系が用いられることに限定されず、等倍に結像させる等倍光学系や、拡大して結像させる拡大光学系が用いられてもよい。なお、結像光学系４４は、光学素子４４ａ〜４４ｆの全てに屈折タイプの光学素子が用いられた屈折光学系であるが、これに限定されない。例えば、光学素子４４ａ〜４４ｆのうちの一部をミラー等の反射タイプの光学素子とした反射屈折光学系や、光学素子４４ａ〜４４ｆの全てを反射タイプの光学素子とした反射光学系が用いられてもよい。反射タイプの光学素子を用いる場合であっても、光源４１、撮像素子４２、及び光ファイバ４３等は、複数の光学素子のうち少なくとも一つの光学素子の光軸に沿って配置される。なお、光学素子４４ａ〜４４ｆとしては、回折光学素子（ＤＯＥ）が用いられてもよい。
【０１１４】
また、照明光学系として円錐状ミラー４５が用いられることに限定されず、例えば、回折光学素子によって環状照明光Ｌａを形成させ、内面Ｍｂ等を照明してもよい。また、照明光学系として、環状照明光Ｌａを形成することに限定されず、例えば、孔部Ｍａの内面一周にわたってスポット光を環状に走査させるものでもよい。スポット光の走査は、例えば円錐状ミラーに対して照明光Ｌを振ることにより反射方向を変えるものや、反射方向を変更可能なミラー等を用いることにより行う。
【０１１５】
また、環状照明光Ｌａは１つであることに限定されず、例えば、複数の環状照明光ＬａをＺ方向に並べて内面Ｍｂ等を照明させてもよい。複数の環状照明光Ｌａは。同一波長の２光束を干渉させることにより形成された干渉縞のパターン光が用いられてもよい。
【０１１６】
また、図９に示すように、内面Ｍｂ等の像６１は、撮像素子１４２の中心部分には撮像されない。従って、光ファイバ１４３として、結像面Ｓ１において光軸ＡＸを含んだ中心部分の像を取得する光ファイバを省略することも可能である。すなわち、光ファイバ１４３は、結像面Ｓ１において像が形成される箇所のみに配置されてもよい。これにより光ファイバ１４３の使用本数を削減できる。
【０１１７】
また、図１０に示す第３実施形態では、光源４１（電源４０ａを含む）が光軸ＡＸから外れた位置に配置された例を記載しているが、これに限定されない。例えば、光源４１については光軸ＡＸに沿った位置に配置し、撮像素子２４２を光軸ＡＸから外れた位置に配置させてもよい。また、光源４１及び撮像素子２４２の双方とも光軸ＡＸから外れた位置に配置させてもよい。
【０１１８】
また、図１１に示す第４実施形態では、撮像素子３４２を２つの撮像素子３４２Ａ、３４２Ｂとしているが、これに限定されず、３つ以上の撮像素子が用いられてもよい。また分割した撮像素子の一部または全部が光軸ＡＸに沿って配置されてもよい。また、各撮像素子３４２Ａ、３４２Ｂに対応する光ファイバ３４３Ａ、３４３Ｂは、長さやコアの本数などが同一であることに限定されず、異なるものが用いられてもよい。
【０１１９】
また、図１３に示す構造物製造システムＳＹＳは、形状測定装置１００、制御装置（検査装置）Ａ１０、設計装置Ａ２０、成形装置Ａ３０、及びリペア装置Ａ４０が、それぞれ１台用いられた形態を示しているが、これに限定されず、例えば、複数台の形状計測装置１００や成形装置Ａ３０などがそれぞれデータバス等に接続される形態でもよい。なお、形状計測装置が複数台用いられる場合では、一部は形状測定装置１００が用いられ、他の一部は物体Ｍの外観形状を測定するタイプの形状測定装置が用いられるなど、異なるタイプの形状測定装置が用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
ＡＸ…光軸  ＣＯＮＴ…制御部  Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…光ファイバ  Ｆａ、Ｆ１ａ、Ｆ２ａ…射出端  Ｍ…物体  Ｍａ…孔部  Ｍｂ、Ｍｃ…内面  １０…ステージ装置  １２…ホルダ  ２０、１２０、２２０，３２０…光学プローブ  ３０…走査系  ４０…光源ユニット  ４０ａ…電源  ４１…光源  ４１ａ…射出端  ４２、１４２、２４２、３４２…撮像素子  ４２ａ…貫通孔  ４３、１４３、２４３、３４３…光ファイバ  ４３ａ…貫通孔  ４４…結像光学系  ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ…光学素子  ４４ｆ…光学素子（広角レンズ）  ４４ｇ…光学素子（開口絞り）  ４５…円錐状ミラー（照明光学系）  ５０…演算処理部  ６０、６１、６２…像  １００…形状測定装置  ＳＹＳ…構造物製造システム  Ａ１０…制御装置（検査装置）  Ａ２０…設計装置  Ａ３０…成形装置  Ａ４０…リペア装置
【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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