(57)【要約】【課題】反射率が異なる部分を有する物体の形状を測定する場合に、形状に関する情報量の減少を抑制すること。【解決手段】形状測定装置１は、被測定物Ｍに測定光を照射する照射部と、測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、撮像画像に基づいて被測定物Ｍの形状を算出する算出部と、撮像領域の第１撮像領域の画素の感度と、第２撮像領域の画素の感度とを異なる感度に設定可能な制御部と、を備える。【選択図】図１
2015068654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に測定光を照射する照射部と、
前記測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、
前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を算出する算出部と、
前記撮像領域の第１撮像領域の画素の感度と、第２撮像領域の画素の感度とを異なる感度に設定可能な制御部と、
を備える、形状測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１撮像領域の画素の感度を前記第２撮像領域の画素の感度よりも高い感度に設定することにより第１画像を生成し、前記第１撮像領域の画素の感度を前記第２撮像領域の画素の感度よりも低い感度に設定することにより、第２画像を生成する請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１画像を生成する第１撮像領域の画素の感度と前記第２画像を生成する第２撮像領域の画素の感度とを、第１感度に設定し、前記第１画像を生成する第２撮像領域の画素の感度と前記第２画像を生成する第１撮像領域の画素の感度とを、第２感度に設定する、請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記算出部は、
前記第１画像及び前記第２画像を用いて前記測定対象の形状を算出する、請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記算出部は、
前記第１画像の一部と前記第２画像の一部とを合成し、前記測定対象の形状を算出する請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記算出部は、
前記撮像部の前記第１撮像領域に対応する前記第１画像の部分と前記撮像部の前記第２撮像領域に対応する前記第２画像の部分とを合成し、前記撮像部の前記第２撮像領域に対応する前記第１画像の部分と前記撮像部の前記第１撮像領域に対応する前記第２画像の部分とを合成して、前記測定対象の形状を算出する、請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記算出部は、
前記第１感度と前記第２感度とが異なる場合と、前記第１感度と前記第２感度とが等しい場合とで、異なる処理によって前記測定対象の形状を算出する、請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記測定対象と、前記照射部及び前記撮像部とを相対移動させる移動部と、
前記相対移動の移動量を算出する移動量算出部と、をさらに備え、
前記移動量算出部は、前記第１画像が生成されるときの前記移動量算出部によって算出される前記相対移動の移動量を用いて、前記第２画像が生成されるときの前記相対移動の移動量を算出する、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記算出部は、
前記第１画像と前記第２画像とを用いて、前記第１撮像領域及び前記第２撮像領域を、前記第１感度又は前記第２感度の一方として、第３画像を生成する、請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記算出部は、
前記第１画像での前記第１感度で生成される画像と、前記第２画像での前記第２感度で生成される画像とが同一である場合には、前記第１撮像領域と前記第２撮像領域とを前記第１感度又は前記第２感度の一方として前記第３画像を生成する、請求項９に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記算出部は、
前記第３画像を生成可能である信号を生成し、
前記生成した信号を表示させる表示部をさらに備える、請求項９又は請求項１０に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記画素の露光時間を調整することで、前記画素の感度を設定する、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記撮像部は、
前記第１撮像領域は第１方向と平行に複数の前記画素が配列され、
前記第２撮像領域は前記第１方向と平行に複数の前記画素が配列され、
前記第１撮像領域及び前記第２撮像領域は、前記第１方向と交差する第２方向に配列されている、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
測定対象に測定光を照射する照射部と、
前記測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、を含み、
前記撮像部は、
第１撮像領域及び第２撮像領域が第１方向と平行に複数の前記画素が配列され、かつ前記第１撮像領域及び前記第２撮像領域は、前記第１方向と交差する第２方向に配列されている、形状測定装置。
【請求項１５】
構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項１から請求項１４のいずれか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測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する装置と、
を含む構造物製造システム。
【請求項１６】
測定対象に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を算出する算出部と、を備えた形状測定装置を制御するにあたり、
前記撮像領域の第１撮像領域の画素を第１感度とし、第２撮像領域の画素を第２感度として第１画像を生成することと、
前記第１撮像領域の画素を前記第２感度とし、前記第２撮像領域の画素を前記第１感度として第２画像を生成することと、
前記第１画像及び前記第２画像に基づき、前記測定対象の形状を求めることと、
をコンピュータに実行させる、形状測定用コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置、構造物製造システム及び形状測定用コンピュータプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面形状を非接触で測定する形状測定装置が知られている。このような形状測定装置として、例えば、所定のパターンとなるような光量分布を有する光束を被測定物に投影し、その形状を計測して被測定物の形状を計測する光切断法等を用いた形状測定装置がある。（例えば、特許文献１）。
【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２００９／１２５６５１７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光切断法等を用いた形状測定装置は、反射率が異なる部分を有する物体の形状を測定する場合、反射率の違いによっては形状に関する情報を取得できず、形状に関する情報の量が少なくなる可能性がある。
【０００５】
本発明の態様は、反射率が異なる部分を有する物体の形状を測定する場合に、形状に関する情報量の減少を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、測定対象に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を算出する算出部と、前記撮像領域の第１撮像領域の画素の感度と、第２撮像領域の画素の感度とを異なる感度に設定可能な制御部と、を備える、形状測定装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、測定対象に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、を含み、前記撮像部は、第１撮像領域及び第２撮像領域が第１方向と平行に複数の前記画素が配列され、かつ前記第１撮像領域及び前記第２撮像領域は、前記第１方向と交差する第２方向に配列されている、形状測定装置が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様に従えば、測定対象に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成するための、複数の画素により撮像領域が形成される撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を算出する算出部と、を備えた形状測定装置を制御するにあたり、前記撮像領域の第１撮像領域の画素を第１感度とし、第２撮像領域の画素を第２感度として第１画像を生成することと、前記第１撮像領域の画素を前記第２感度とし、前記第２撮像領域の画素を前記第１感度として第２画像を生成することと、前記第１画像及び前記第２画像に基づき、前記測定対象の形状を求めることと、をコンピュータに実行させる、形状測定用コンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、反射率が異なる部分を有する物体の形状を測定する場合に、形状に関する情報量の減少を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１に係る形状測定装置の外観を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る形状測定装置の制御装置を示すブロック図である。
【図４】図４は、異なる反射率の表面を有する被測定物の一例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る形状測定の処理における撮像素子の撮像領域の一例を説明するための図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る形状測定の処理における撮像素子の撮像領域の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、撮像素子によって撮像された被測定物の第１画像の一例を示す図である。
【図８】図８は、撮像素子によって撮像された被測定物の第２画像の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第１画像と第２画像とを合成した画像の一例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、被測定物が単一の反射率である場合の点群データの一例を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、異なる反射率の表面を有する被測定物Ｍが１つの感度で撮像されたときに得られた点群データの一例を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、実施形態１に係る形状測定装置によって得られた点群データの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る形状測定装置の制御装置が被測定物の形状を測定する際に実行する処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１撮像領域と第２撮像領域との配置に関する変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１撮像領域と第２撮像領域との配置に関する変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１撮像領域と第２撮像領域との配置に関する変形例を示す図である。
【図１４】図１４は、ＣＭＯＳを用いた撮像素子を示す図である。
【図１５】図１５は、ＣＣＤを用いた撮像素子を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、フィルタを備えた撮像素子を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、撮像素子が備えるフィルタが透過させる光の波長を示す図である。
【図１７】図１７は、フィルタを備えた撮像素子を用いて感度を変更する一例を示す図である。
【図１８】図１８は、第１画像と第２画像とを合成する例を説明する図である。
【図１９】図１９は、第１画像と第２画像とを合成する例を説明する図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、欠落した情報が補間されていない合成画像ＰＩＣｎを示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、欠落した情報が補間された合成画像ＰＩＣｃを示す図である。
【図２１】図２１は、撮像素子の撮像タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図２２】図２２は、第１変形例によって得られた点群データの一例を示す図である。
【図２３】図２３は、実施形態２に係る処理を説明するための図である。
【図２４】図２４は、実施形態２に係る処理を説明するための図である。
【図２５】図２５は、実施形態２に係る処理を説明するための図である。
【図２６】図２６は、実施形態２に係る形状測定装置の制御装置が被測定物の形状を測定する際に実行する処理を示すフローチャートである。
【図２７Ａ】図２７Ａは、平滑フィルタを用いた処理を説明するための図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、平滑フィルタを用いた処理を説明するための図である。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは、平滑フィルタを用いた処理を説明するための図である。
【図２８】図２８は、実施形態２の変形例に係る処理のフローチャートである。
【図２９】図２９は、形状測定装置を有する形状測定システムを示す図である。
【図３０】図３０は、構造物製造システムのブロック構成図である。
【図３１】図３１は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下においては、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。Ｚ軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、例えば水平方向に平行かつ互いに直交する方向に設定される。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向を、それぞれ、θＸ、θＹ及びθＺ軸方向とする。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る形状測定装置１の外観を示す図である。図２は、実施形態１に係る形状測定装置１の概略構成を示す模式図である。図３は、実施形態１に係る形状測定装置の制御装置４を示すブロック図である。
【００１３】
形状測定装置１は、例えば光切断法を利用して、測定対象（以下、適宜被測定物という）Ｍの３次元的な形状を測定するものである。形状測定装置１は、プローブ移動装置２と、光学プローブ３と、制御装置４と、表示装置５と、入力装置６と、保持回転装置７と、を備える。形状測定装置１は、ベースＢに設けられた保持回転装置７に保持されている被測定物Ｍを光学プローブ３が撮像するものである。また、本実施形態では、プローブ移動装置２と保持回転装置７とが、光学プローブ３と被測定物Ｍとを相対移動させる移動部としての移動機構となる。
【００１４】
プローブ移動装置２は、光学プローブ３による撮像範囲（視野）が被測定物Ｍの測定対象領域に位置するように、光学プローブ３の三次元空間上で、光学プローブ３の位置と、光学プローブ３から投影されるパターンの投影方向及び被測定物Ｍの測定対象領域に投影されたパターンの向きとを位置決めする。かつ、プローブ移動装置２は、光学プローブ３の撮像範囲が被測定物Ｍ上で走査するように、被測定物Ｍに対して光学プローブ３を移動させる。光学プローブ３から投影されるパターンの投影方向及び被測定物Ｍの測定対象領域に投影されたパターンの向きについては、後述する。
【００１５】
このプローブ移動装置２は、図２に示すように、駆動部１０と位置検出部１１とを備えている。駆動部１０は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３及び第２回転部５４を備えている。Ｘ移動部５０Ｘは、ガイド部５１Ｘに沿って矢印６２の方向、つまりＸ軸方向に移動自在に設けられている。ガイド部５１Ｘは、ベースＢのＹ軸方向の両側縁に、Ｘ軸方向に延在して設けられている。
【００１６】
Ｙ移動部５０Ｙは、ガイド部５１Ｙに設けられている。Ｙ移動部５０Ｙは、ガイド部５１Ｙに沿って矢印６３の方向、すなわちＹ軸方向に移動自在である。ガイド部５１Ｙは、Ｘ移動部５０Ｘに設けられている。ガイド部５１Ｙは、Ｘ軸方向に間隔をあけてＹ軸方向に延在している。Ｙ移動部５０Ｙには、Ｚ軸方向に延在する保持体５２が設けられている。Ｚ移動部５０Ｚは、ガイド部５１Ｚに設けられている。Ｚ移動部５０Ｚは、ガイド部５１Ｚに沿って矢印６４の方向、すなわちＺ軸方向に移動自在である。ガイド部５１Ｚは、保持体５２のＹ軸方向の両側縁に、Ｚ軸方向に延在して設けられている。Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ及びＺ移動部５０Ｚは、光学プローブ３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能にする移動機構である。
【００１７】
本実施形態において、移動機構は、第１回転部５３及び第２回転部５４を含んでいる。第１回転部５３は、後述する保持部材（保持部）５５に支持される光学プローブ３をＸ軸と平行な回転軸線（回転軸）５３ａ周り、つまり矢印６５の方向に回転して光学プローブ３の姿勢を変更するものである。第１回転部５３は、特に光学プローブ３から投影されるパターンの被測定物Ｍへの投影方向を変更することができる。第１回転部５３は、モータ等の第１回転駆動源を有している。第１回転駆動源の回転角度、すなわち光学プローブ３の回転軸線５３ａ周りの回転角度は、不図示の第１角度読み取り部によって読み取られる。
【００１８】
第２回転部５４は、保持部材５５に支持される光学プローブ３を後述する第１保持部５５Ａが延在する方向と平行な軸線周り、つまり矢印６６の方向に回転して光学プローブ３の姿勢を変更するものである。第２回転部５４は、特に光学プローブ３から投影されるパターンの向きを変更することができる。第２回転部５４は、モータ等の第２回転駆動源を有している。第２回転駆動源の回転角度、すなわち光学プローブ３の第１保持部５５Ａが延在する方向と平行な軸線周りの回転角度は、不図示の第２角度読み取り部によって読み取られる。本実施形態の第２回転部５４は、第２回転駆動源及び手動の少なくとも一方で回転される構造であるが、駆動源を備えず手動でのみ回転する構造であってもよい。
【００１９】
第１回転部５３が光学プローブ３を回転軸線５３ａ周りに回転する角度は、例えば、３００度に設定され、被測定物Ｍの表面側からの測定のみならず、被測定物Ｍの裏面側からの測定も可能となる。
【００２０】
形状測定装置１は、２個の基準球７３ａと７３ｂとがベースＢに配置されている。２個の基準球７３ａ、７３ｂは、それぞれ保持回転装置７に対して左右両側に配置されている。この２つの基準球７３ａ、７３ｂは、回転軸線５３ａのＺ軸方向上の位置と同じ位置に設定されている。したがって、第１回転部５３の回転駆動量がどのような状態であっても、形状測定装置１は、どちらか一方の基準球の形状は測定できるようになっている。
【００２１】
光学プローブ３と光学プローブ３を保持している保持部材５５との間で機械的なガタつきがある場合、形状測定装置１が測定した基準球の位置は第１回転部５３の回転量により異なる可能性がある。この量を補正するため、光学プローブ３が実線で示した姿勢のときと、一点鎖線で示した姿勢のときとで基準球７３ａ又は基準球７３ｂの位置を形状測定装置１で測定する。そのときの測定座標の差は、例えば、形状測定装置１が有する記憶装置に誤差量として記憶される。この誤差量を基に、光学プローブ３の姿勢と位置情報とについて補正することで、あらゆる姿勢でも正しい測定結果を得ることができる。
【００２２】
これらの、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、第２回転部５４は、エンコーダ装置等によって構成される位置検出部１１の検出結果に基づいて、制御装置４により制御される。
【００２３】
光学プローブ３は、光源装置８及び撮像装置９を備えている。光学プローブ３は、保持部材５５に支持されている。保持部材５５は、第１保持部（第１部分、第１部材）５５Ａと、第２保持部（第２部分、第２部材）５５Ｂとを有する。第１保持部５５Ａは、回転軸線５３ａと直交する方向に延び、かつ第１回転部５３に支持される。第２保持部５５Ｂは、第１保持部５５Ａの被測定物Ｍに対して遠い側の端部に設けられ、かつ回転軸線５３ａと平行に延びている。第１保持部５５Ａと第２保持部５５Ｂとは、互いに直交している。このため、保持部材５５の形状は、略Ｌ字状になっている。
【００２４】
保持部材５５の第２保持部５５Ｂは、自身の＋Ｘ側の端部に光学プローブ３を支持している。第１回転部５３の回転軸線５３ａの位置は、光学プローブ３よりも、被測定物Ｍに近い側に配置されている。また、第１保持部５５Ａの被測定物Ｍに対して近い側の端部には、カウンターバランス５５ｃが設けられている。したがって、第１回転部５３ａに駆動力が発生しない場合、図１で図示されているように第１保持部５５Ａの延出方向がＺ軸方向に沿うような姿勢となる。
【００２５】
保持回転装置７は、図２に示すように、被測定物Ｍを保持するテーブル７１と、テーブル７１をθＺ軸方向、つまり矢印６８の方向に回転させる回転駆動部７２と、テーブル７１の回転方向の位置を検出する位置検出部７３と、を有する。位置検出部７３は、テーブル７１又は回転駆動部の回転軸の回転を検出するエンコーダ装置である。保持回転装置７は、位置検出部７３で検出した結果に基づいて、回転駆動部７２によってテーブル７１を回転させる。保持回転装置７は、テーブル７１を回転させることで、回転中心軸ＡＸを中心として被測定物Ｍを矢印６８の方向に回転させる。
【００２６】
光学プローブ３の光源装置８は、被測定物Ｍに測定光としての光を照射する照射部として機能する。光源装置８は、光源１２及び照明光学系１３を備える。光源装置８は、制御装置４によって制御されて、保持回転装置７に保持された被測定物Ｍの一部に光を照射する。本実施形態の光源１２は、例えば、レーザーダイオードを含む。なお、光源１２は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を含んでいてもよい。
【００２７】
照明光学系１３は、光源１２から射出した光の空間的な光強度分布を調整する。本実施形態において、照明光学系１３は、例えば、シリンドリカルレンズを含む。照明光学系１３は、１つの光学素子であってもよいし、複数の光学素子を含んでいてもよい。光源１２から射出した光は、シリンドリカルレンズが正のパワーを有する方向にスポットが広げられて、光源装置８から被測定物Ｍに向く第１方向に沿って射出する。図２に示すように、光源装置８から射出した光は、光源装置８からの光の射出方向に対して直交する面を有する被測定物Ｍに照射された場合、回転軸線５３ａと平行な方向を長手方向とし、回転軸線５３ａに平行なライン状のパターンになる。また、このライン状のパターンは、被測定物Ｍの表面では長手方向に所定の長さを持つ。このライン状のパターンの長手方向は、先に説明した第２回転部５４により方向が変更される。被測定物Ｍの面の広がり方向に応じて、ライン状のパターンの長手方向を変えることで、被測定物Ｍの形状を効率よく測定することができる。
【００２８】
照明光学系１３は、ＣＧＨ（Computer  Generated  Hologram）等の回折光学素子を含み、光源１２から発せられた照明光束Ｌの空間的な光強度分布を前述した回折光学素子によって調整してもよい。また、本実施形態において、空間的な光強度分布が調整された測定光をパターン光ということがある。照明光束Ｌは、パターン光の一例である。本明細書において、パターンの向きと称しているときは、このライン状のパターンの長手方向と平行な方向を示している。
【００２９】
撮像装置９は、撮像部としての撮像素子２０及び結像光学系２１を備える。光源装置８から被測定物Ｍに照射された照明光束Ｌは、被測定物Ｍの表面で反射散乱して、その少なくとも一部が結像光学系２１へ入射する。結像光学系２１は、光源装置８によって被測定物Ｍの表面に照射されたライン状のパターンの像を結像光学系２１により撮像素子２０に結ぶ。撮像素子２０は、この結像光学系２１が形成する像に応じた画像信号を出力する。本実施形態において、撮像素子２０は、測定光、具体的には、自身が撮像した撮像画像を生成するための素子である。撮像素子２０は、複数の画素により撮像領域が形成される。本実施形態において、撮像素子２０は、光電変換センサと、ＣＣＤ（Charge  Couple  Device）又はＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）とを組み合わせたイメージセンサであるが、これに限定されない。
【００３０】
結像光学系２１は、光源装置８からのライン光としての照明光束Ｌの射出方向及び照明光束Ｌのスポットの形状の長手方向を含む面内に存在する物体面２１ａと、撮像素子２０の受光面２０ａ（像面）とが共役な関係になっている。なお、光源装置８からの照明光束Ｌの射出方向と照明光束Ｌのスポットの形状の長手方向とを含む面は、照明光束Ｌの伝播方向にほぼ平行である。形状測定装置１は、照明光束Ｌの伝播方向に沿って、撮像素子２０の受光面２０ａと共役な面を形成することで、被測定物Ｍの表面がどの位置にあっても、合焦した像が得られる。
【００３１】
前述した第１回転部５３の回転軸線５３ａは、図２に示すように、光学プローブ３に対して、被測定物Ｍ側に配置されている。より詳細には、回転軸線５３ａは、結像光学系２１の物体面２１ａ上であって、物体面２１ａにおける照明光束Ｌの照射方向（光軸方向、所定方向）の中央部を通る位置に配置されている。このようにすることで、第１回転部５３により第１保持部５５Ａがどのような姿勢になっていても、被測定物Ｍのライン状のパターンが投影された位置が回転軸線５３ａの延長上にあれば、任意の方向から被測定物Ｍに照明光束Ｌを照射することができる。
【００３２】
被測定物Ｍの表面が鏡面状態であり、被測定物Ｍの表面で幾重にも反射してきた光が結像光学系２１に入射するような場合、撮像素子２０の受光面２０ａには、照明光束Ｌが照射されたときに形成できる像以外にも、被測定物Ｍの測定結果に影響を及ぼす像が形成される可能性がある。光学プローブ３の撮像装置９がこの像も検出してしまうと、測定結果に誤差を生ずる可能性がある。これに対して、形状測定装置１は、第１回転部５３により被測定物Ｍに対する照明光束Ｌの入射方向を変更することで、このような測定結果に影響を及ぼす像を排除又はその像を形成する光量を十分小さくすることができる。その結果、形状測定装置１は、測定結果に及ぼす影響を低減することができる。
【００３３】
制御装置４は、形状測定装置１の各部を制御する。また、制御装置４は、光学プローブ３による撮像結果とプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報とに基づく演算処理を行って被測定物Ｍの形状情報を取得する。本実施形態において、形状情報は、測定対象としての被測定物Ｍの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ及び測定対象面表面の点の位置（座標）のうち少なくとも１つを示す情報を含む。制御装置４には、表示装置５及び入力装置６が接続される。制御装置４は、図３に示すように、制御部３２と、算出部３８と、移動量算出部３９と、記憶部４０と、を有する。制御装置４は、例えば、マイクロコンピュータであるが、これに限定されない。
【００３４】
制御部３２は、被測定物Ｍを測定するためのコンピュータプログラムとしての形状測定用コンピュータプログラム（以下、適宜、形状測定用プログラムという）を記憶部４０から取得し、取得した形状測定用プログラムに基づいて、形状測定装置１の各部による被測定物Ｍの形状測定動作を制御する。制御部３２は、初期測定範囲設定部３３と、実測定領域設定部３４と、回転回数算出部３５と、測定パス設定部３６と、動作制御部３７と、を有する。
【００３５】
初期測定範囲設定部３３は、被測定物Ｍの形状測定用プログラムを決定する基準となる初期測定範囲を設定する。初期測定範囲は、光学プローブ３と被測定物Ｍとを相対的に回転させる回転軸の近傍における初期内側端部の位置と、前記移動機構で発生する回転に対する径方向に向かって前記被測定物の外周の位置に位置する初期外側端部の位置とを少なくとも有する。初期測定範囲設定部３３は、入力された被測定物Ｍの形状データを解析して、初期測定範囲を設定する。また、被測定物Ｍが、歯車又はタービンブレード等の円周方向に繰り返し形状を有しかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状である場合、初期測定範囲設定部３３は、繰り返し形状の１つを測定する際に、設定した初期形状測定用プログラムから得られる初期測定開始位置及び初期測定終了位置とのその間をつなぐパスから、初期測定範囲に関する情報が得られる。
【００３６】
実測定領域設定部３４は、初期測定範囲設定部３３で設定した条件に基づいて、実際に測定する領域である実測定領域を設定する。実測定領域は、被測定物Ｍが測定される領域の全域を少なくとも含む範囲である。
【００３７】
回転回数算出部３５は、回転対称又は円筒の被測定物を測定する場合に、被測定物Ｍが実際に測定される領域と、被測定物Ｍの表面に照射されたライン状のパターンの向き及びライン状のパターンの長さ等とに基づいて、測定時に光学プローブ３と被測定物Ｍとが相対的に回転する回数を算出する。
【００３８】
測定パス設定部３６は、被測定物Ｍ上で投影されたライン状のパターンの向き、ライン状のパターンの長さ及び回転回数に基づいて測定パスを設定し、測定パスを基に形状測定要プログラムを決定する。形状測定要プログラムは、被測定物Ｍの測定対象範囲を測定するのに必要なプローブ移動装置２による光学プローブ３の移動方向と移動速度及び保持回転装置７の回転角速度とのタイムスケジュールを示す。このタイムスケジュールは、光学プローブ３の撮像素子２０の撮影間隔とユーザが求める測定点の最大取得間隔とに対応するように設定される。
【００３９】
測定パスは、形状測定装置１が被測定物Ｍの測定対象範囲を測定する際に、被測定物Ｍの表面で移動するライン状のパターンが実際に移動したときの軌跡である。測定パス設定部３６は、測定パスと測定パス上の各位置における照明光束Ｌの投影方向とに基づいて、被測定物Ｍの測定範囲を測定するのに必要な移動機構による実測定開始位置から実測定終了位置に至るまでの移動機構の動作制御を決定する。
【００４０】
動作制御部３７は、形状測定装置１の各部の動作を制御する。動作制御部３７が制御する対象は、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７を含む。動作制御部３７は、制御部３２で作成された動作制御情報を基に、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の動作制御を実施する。制御部３２は、被測定物Ｍの実測定領域を測定するために必要な移動機構による回転回数を算出し、算出した回転回数に基づいて設定されたプローブ移動装置２の動作制御により、プローブ移動装置２の動作を制御する。例えば、制御部３２は、測定パス設定部３６で設定された測定パス情報に基づき動作制御情報を作成し、制御部３２内の動作制御部３７に伝達することで、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の形状測定中の動作制御を行う。また、制御部３２は、光学プローブ３による画像取得動作制御を行う。
【００４１】
算出部３８は、撮像装置９が撮像したタイミングで取得した位置検出部１１からのプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報と、撮像装置９が取得したパターンの像の画像に関連した撮影信号とに基づいて、被測定物Ｍのパターンが照射された位置を算出し、被測定物Ｍの形状データを出力する。本実施形態において、形状測定装置１が備える制御部３２の動作制御部３７は、撮像装置９の撮影タイミングを一定間隔とし、入力装置６から入力する測定点間隔情報を基に、プローブ移動装置２及び保持回転装置７の移動速度を制御している。
【００４２】
前述したように、移動機構、本実施形態ではプローブ移動装置２及び保持回転装置７が、被測定物Ｍと、照射部としての光源装置８及び撮像部としての撮像素子２０を有する光学プローブ３とを相対移動させる。移動量算出部３９は、被測定物Ｍと、光学プローブ３とが相対移動したときの移動量を算出する。
【００４３】
記憶部４０は、形状測定用プログラムを含む各種のコンピュータプログラム及びデータを記憶する記憶装置である。記憶部４０は、ハードディスクメモリ等の少なくとも１つを備えている。記憶部４０は、初期測定範囲記憶部４０Ａと、形状測定用プログラム４０Ｂと、を有する。記憶部４０は、これらのコンピュータプログラム及びデータ以外にも、形状測定装置１の動作の制御に用いる各種のコンピュータプログラム及びデータを記憶している。初期測定範囲記憶部４０Ａは、初期測定範囲設定部３３で設定された初期測定範囲を記憶する。形状測定用プログラム４０Ｂは、制御装置４の各部の処理を実行させるコンピュータプログラムを含んでいる。
【００４４】
制御装置４は、形状測定用プログラム４０Ｂに含まれているコンピュータプログラムを実行することで、前述した各部の動作を実現する。形状測定用プログラム４０Ｂは、前述した制御部３２で生成する被測定物Ｍを測定するためのコンピュータプログラムを少なくとも含む。本実施形態において、形状測定用プログラム４０Ｂは、予め記憶部４０に記憶されているが、これに限定されない。制御装置４は、形状測定用プログラム４０Ｂが記憶された記憶媒体からこれを読み取って記憶部４０に記憶してもよいし、通信により形状測定用プログラム４０Ｂを外部から取得してもよい。
【００４５】
本実施形態において、記憶部４０は、初期測定範囲設定部３３を備えているが、これに限定されない。記憶部４０は、少なくとも初期測定範囲記憶部４０Ａを備えていればよく、初期測定範囲設定部３３を備えていなくてもよい。
【００４６】
制御装置４は、プローブ移動装置２の駆動部１０及び保持回転装置７の回転駆動部７２を制御して、光学プローブ３と被測定物Ｍの相対位置が所定の位置関係となるようにしている。また、制御装置４は、光学プローブ３の調光等を制御して、被測定物Ｍの表面に投影されたライン状のパターンを最適な光量で撮像装置９に撮像させる。制御装置４は、光学プローブ３の位置情報をプローブ移動装置２の位置検出部１１から取得し、測定領域を撮像した画像を示すデータ（撮像画像データ）を光学プローブ３から取得する。そして、制御装置４は、光学プローブ３の位置に応じた撮像画像データから得られる被測定物Ｍの表面の位置と、光学プローブ３の位置及びライン光の投影方向と撮像装置の撮影方向と、を対応付けることによって、被測定物Ｍの３次元的な形状に関する形状情報を演算する。
【００４７】
表示装置５は、例えば、液晶表示装置又は有機エレクトロルミネッセンス表示装置等を含む。表示装置５は、形状測定装置１の測定に関する測定情報を表示する。測定情報は、例えば、測定に関する設定を示す設定情報、測定の経過を示す経過情報及び測定の結果を示す形状情報等のうち少なくとも１つを含む。本実施形態において、表示装置５は、測定情報を示す画像データを制御装置４から供給され、この画像データに従って測定情報を示す画像を表示する。
【００４８】
入力装置６は、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール及びタッチバッド等の各種入力デバイスを含む。入力装置６は、制御装置４への各種情報の入力を受け付ける。各種情報は、例えば、形状測定装置１に測定を開始させる指令（コマンド）を示す指令情報、形状測定装置１による測定に関する設定情報及び形状測定装置１の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。
【００４９】
本実施形態において、形状測定装置１は、制御装置４が制御部３２と、算出部３８と、記憶部４０とを備え、制御装置４に表示装置５及び入力装置６が接続されている。形状測定装置１は、制御装置４、表示装置５及び入力装置６が、例えば、形状測定装置１に接続されるコンピュータでもよいし、形状測定装置１が設置される建物が備えるホストコンピュータ等でもよい。また、制御装置４、表示装置５及び入力装置６がコンピュータである場合、このコンピュータが設置される場所は形状測定装置１が設置される建物に限られない。例えば、コンピュータと形状測定装置１とは離れた位置にあり、両者はインターネット等の通信回線を介して接続されても構わない。また、形状測定装置１は、制御装置４と、表示装置５及び入力装置６とが、別々の場所に設けられていてもよい。例えば、入力装置６と表示装置５とを備えるコンピュータとは別に、例えば光学プローブ３の内部に制御装置４が設けられていてもよい。この場合には、制御装置４が取得した情報は、通信手段を用いて、コンピュータに送信される。
【００５０】
＜反射率が異なる部分を有する被測定物Ｍの測定＞
例えば、被測定物Ｍの反射率が大きいため撮像素子２０に入射する被測定物Ｍからの光の光量が多いと、露光過多になる結果、得られた画像は明るくなってしまい、被測定物Ｍのエッジ部分が明瞭に得られないことがある。反対に、被測定物Ｍの反射率が小さいため撮像素子に入射する被測定物Ｍからの光の光量が少ないと、露光不足になる結果、得られた被測定物Ｍの画像は暗くなってしまい、被測定物Ｍのエッジ部分が明瞭に得られないことがある。前者の場合、例えば、撮像素子に対する露光時間を短くすればよいし、後者の場合、露光時間を長くすればよい。
【００５１】
図４は、異なる反射率の表面を有する被測定物Ｍの一例を示す斜視図である。被測定物Ｍは、表面全体にわたって反射率がほぼ同一であったり、図４に示すように反射率が異なる部分を有する複合物であったりする。図８に示すように、例えば、被測定物Ｍが三角柱の部材であったとする。そして、被測定物Ｍは、稜線ＥＧを基準として一方の側面の反射率が、他方の側面の反射率よりも低いとする。被測定物Ｍの稜線ＥＧに対して一方の側面を低反射部Ｍａといい、他方の側面を高反射部Ｍｂという。
【００５２】
被測定物Ｍが、反射率が異なる部分を有している場合、低反射部Ｍａと高反射部Ｍｂとに照明光束Ｌが照射されると、照明光束Ｌが被測定物Ｍに照射された部分は、線状になる。低反射部Ｍａからの線状の反射光ＬＣａ及び高反射部Ｍｂからの線状の反射光ＬＣｂを撮像素子２０が撮像すると、撮像素子２０の撮像結果から得られた同一の画像中には、反射率の高い部分と低い部分とが混在することになる。この場合、被測定物Ｍの低反射部Ｍａに対しては適切な露光量であるが、高反射部Ｍｂに対しては露光過多になったり、高反射部Ｍｂに対しては適切な露光量であるが、低反射部Ｍａに対しては露光不足になったりすることがある。このような状態で得られた画像は、露光不足又は露光過多の部分の情報が欠落することがある。
【００５３】
このような欠落を防止して、低反射部Ｍａ及び高反射部Ｍｂの両方の情報を得るためには、撮像素子の感度を各々の反射率に適した感度に設定し、各感度毎に２回の撮像が必要になる。その結果、測定時間が長くなる可能性がある。
【００５４】
本実施形態において、形状測定装置１は、反射率が異なる部分を有する被測定物Ｍの形状を測定するにあたり、測定時間の増加を抑制しつつ、被測定物Ｍの形状を測定するために必要な情報量を確保するため、次のような処理を実行する。次に、この処理について説明する。
【００５５】
図５及び図６は、本実施形態に係る形状測定の処理における撮像素子２０の撮像領域の一例を説明するための図である。図７は、撮像素子２０によって撮像された被測定物Ｍの第１画像ＰＩＡの一例を示す図である。図８は、撮像素子２０によって撮像された被測定物Ｍの第２画像ＰＩＢの一例を示す図である。図９Ａは、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成した画像の一例を示す図である。
【００５６】
形状測定装置１の撮像装置９が備える撮像素子２０は、複数の画素２０ＰＸを有している。複数の画素２０ＰＸの一部は第１方向としてのｘ方向と平行に配列される。ｘ方向と平行に配列された画素２０ＰＸの群（以下、適宜画素行という）２０Ｌ１、２０Ｌ２、・・・２０Ｌ８は、第１方向と交差する第２方向としてのｙ方向と平行な方向に沿って配列される。複数の画素２０ＰＸが配列された領域が、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲである。ｘ方向はｘｙ平面座標系のｘ軸と平行な方向であり、ｙ方向はｘｙ平面座標系のｙ軸と平行な方向である。このように、本実施形において、撮像素子２０は、複数の画素２０ＰＸが行列状に配置されている。本実施形態においてｘ方向とｙ方向とは直交しているが、両者の角度はこれに限定されない。図では画素行の数を８個としているが、８個に限定されるものではない。撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲは、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとを含む。第１撮像領域ＡＡは、複数の画素行のうち、奇数の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ３、２０Ｌ５、２０Ｌ７を有している。第２撮像領域ＡＢは、複数の画素行のうち、偶数の画素行２０Ｌ２、２０Ｌ４、２０Ｌ６、２０Ｌ８を有している。複数の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ２、・・・２０Ｌ８は、この順にｙ方向に向かって配列されている。このため、奇数の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ３、２０Ｌ５、２０Ｌ７と、偶数の画素行２０Ｌ２、２０Ｌ４、２０Ｌ６、２０Ｌ８とは、奇数番目のものと偶数番目のものとが交互に配列される。
【００５７】
制御装置４の制御部３２は、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲにおける第１撮像領域ＡＡの画素の感度と、第２撮像領域ＡＢの画素の感度とを異なる感度に設定可能である。形状測定装置１が、図４に示す異なる反射率の部分を有する被測定物Ｍの形状を測定する場合、図３に示す制御装置４の制御部３２は、まず、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲの第１撮像領域ＡＡに含まれる画素２０ＰＸを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢに含まれる画素２０ＰＸを第２感度として、図７に示す第１画像ＰＩＡを生成する。次に、制御部３２は、第１撮像領域ＡＡに含まれる画素２０ＰＸを第２感度とし、第２撮像領域ＡＢに含まれる画素２０ＰＸを第１感度として図８に示す第２画像ＰＩＢを生成する。すなわち、撮像素子２０は、第１画像ＰＩＡを撮像するときと第２画像ＰＩＢを撮像するときとで、第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域の感度とが入れ替えられる。第１感度及び第２感度は、前述したように、例えば、撮像素子２０の各画素２０ＰＸの露光時間である。本例においては、第１感度は第２感度よりも高い。具体的には、第１感度に対応する露光時間は、第２感度に対応する露光時間よりも長い。
【００５８】
本実施形態において、第１感度及び第２感度は、例えば、撮像素子２０の撮像条件を規定するための尺度である。本実施形態において、撮像条件は、例えば、撮像素子２０の受光量、絞りの大きさ等の受光量に関する条件及び撮像素子２０が受光した光を増幅して出力する際の増幅率等を含む。本実施形態においては、感度は、撮像素子２０の受光量を規定するための尺度であり、具体的には露光時間である。
【００５９】
図７に示す第１画像ＰＩＡ及び図８に示す第２画像ＰＩＢの符号ＰＩ１、ＰＩ２・・・ＰＩ８で示す部分は、撮像素子２０の複数の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ２、・・・２０Ｌ８で撮像された部分に対応する。第１画像ＰＩＡは、図７に示すように、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡに対応する第１部分ＰＡに、図４に示す被測定物Ｍの低反射部Ｍａの反射光ＬＣａに対応する画像ＩＥａ１が現れている。また、第１画像ＰＩＡは、撮像素子２０の第２撮像領域ＡＢに対応する第２部分ＰＢに、図４に示す被測定物Ｍの高反射部Ｍｂの反射光ＬＣｂに対応する画像ＩＥｂ１が現れている。
【００６０】
第２画像ＰＩＢは、撮像素子２０が第１画像ＰＩＡを撮像したときに対して、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とが入れ替えられている。このため、第２画像ＰＩＢは、図８に示すように、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡに対応する第１部分ＰＡに、図４に示す被測定物Ｍの高反射部Ｍｂの反射光ＬＣｂに対応する画像ＩＥｂ２が現れている。また、第２画像ＰＩＢは、撮像素子２０の第２撮像領域ＡＢに対応する第２部分ＰＢに、図４に示す被測定物Ｍの低反射部Ｍａの反射光ＬＣａに対応する画像ＩＥａ２が現れている。
【００６１】
第１画像ＰＩＡの画像ＩＥａ１及び第２画像ＰＩＢの画像ＩＥａ２は、被測定物Ｍの反射率が低い部分なので、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡのみで撮像される。第１画像ＰＩＡの画像ＩＥｂ１及び第２画像ＰＩＢの画像ＩＥｂ２は、被測定物Ｍの反射率が高い部分なので、撮像素子２０の第２撮像領域ＡＢのみで撮像される。前述したように、第１感度の第１撮像領域ＡＡと第２感度の第２撮像領域ＡＢとは、画素行毎に交互に配列されている。このため、第１画像ＰＩＡにおいて、画像ＩＥａ１と画像ＩＥｂ１とは、画素行に対応する間隔毎に、断続的に現れる。同様に、第２画像ＰＩＢにおいて、画像ＩＥａ２と画像ＩＥｂ２とは、画素行に対応する間隔毎に、断続的に現れる。本実施形態において、図４に示す被測定物Ｍの稜線ＥＧは、第１画像ＰＩＡに現れている画像ＩＥａ１の端部ＩＥＴａ及び第２画像ＰＩＢに現れている画像ＩＥｂ２の端部ＩＥＴｂに対応する。
【００６２】
第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとが得られたら、図３に示す制御装置４の算出部３８は、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを用いて被測定物Ｍの形状を算出する。この場合、算出部３８は、例えば、第１画像ＰＩＡの一部と、第２画像ＰＩＢの一部とを合成して、図９Ａに示す、得られた画像（以下、適宜合成画像という）ＰＩＣを用いて被測定物Ｍの形状を算出する。一例として、算出部３８は、第１画像ＰＩＡの第１部分ＰＡと第２画像ＰＩＢの第２部分ＰＢとを合成し、前記第１画像ＰＩＡの第２部分ＰＢと第２画像ＰＩＢの第１部分ＰＡとを合成して、被測定物Ｍの形状を算出する。
【００６３】
被測定物Ｍの形状測定時において、第１画像ＰＩＡの第１部分ＰＡと第２画像ＰＩＢの第２部分ＰＢとは、制御部３２によっていずれも第１感度に設定されている。このため、第１画像ＰＩＡの第１部分ＰＡと第２画像ＰＩＢの第２部分ＰＢとを合成すると、図９Ａに示すように、第１画像ＰＩＡの第１部分ＰＡの画像ＩＥａ１と、第２画像ＰＩＢの第２部分ＰＢの画像ＩＥａ２とがつながった第１合成画像ＰＩＣａが得られる。図４に示す被測定物Ｍの稜線ＥＧは、第１合成画像ＰＩＣａに現れている画像ＩＥａ１の端部ＩＥＴａに対応する。
【００６４】
被測定物Ｍの形状測定時において、第１画像ＰＩＡの第２部分ＰＢと第２画像ＰＩＢの第１部分ＰＡとは、制御部３２によっていずれも第２感度に設定されている。このため、第１画像ＰＩＡの第２部分ＰＢと第２画像ＰＩＢの第１部分ＰＡとを合成すると、図９Ａに示すように、第１画像ＰＩＡの第２部分ＰＢの画像ＩＥｂ１と、第２画像ＰＩＢの第１部分ＰＡの画像ＩＥｂ２とがつながった第２合成画像ＰＩＣｂが得られる。図４に示す被測定物Ｍの稜線ＥＧは、第２合成画像ＰＩＣｂに現れている画像ＩＥｂ２の端部ＩＥＴｂに対応する。
【００６５】
算出部３８は、第１合成画像ＰＩＣａと第２合成画像ＰＩＣｂとを組み合わせて、図９Ａに示す合成画像ＰＩＣを得る。合成画像ＰＩＣには、被測定物Ｍの低反射部Ｍａからの反射光ＬＣａに対応した画像ＩＥａｃと、被測定物Ｍの高反射部Ｍｂからの反射光ＬＣｂに対応した画像ＩＥｂｃとが現れている。図９Ａに示す合成画像ＰＩＣにおいて、画像ＩＥａｃと画像ＩＥｂｃとが交差する部分ＩＥＴは、図４に示す被測定物Ｍの稜線ＥＧに対応する。算出部３８は、合成画像ＰＩＣの情報、例えば、画像ＩＥａｃ、ＩＥｂｃの撮像素子２０における座標情報と、制御部３２によって検出された光学プローブ３の座標情報と、保持回転装置７の回転位置情報とに基づいて、測定ポイント毎に算出された座標値（三次元座標値）の点群データから、被測定物Ｍの表面形状データである３次元座標値の点群データを算出する。
【００６６】
形状測定装置１は、第１画像ＰＩＡを生成するときには撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡの画素２０ＰＸを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢの画素２０ＰＸを第２感度とし、第２画像ＰＩＢを生成するときには、第１画像ＰＩＡを生成したときに対して、第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを入れ替える。このように、形状計測装置１は、第１画像ＰＩＡ及び第２画像ＰＩＢを生成するときには、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲに感度の異なる第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとが存在するので、反射率が異なる部分を有する被測定物Ｍを撮像する場合であっても、いずれかの感度によって被測定物Ｍを撮像することができる。このため、形状計測装置１は、反射率が異なる部分を有する被測定物Ｍの形状を測定する場合に、形状に関する情報量、より具体的には、被測定物Ｍの表面形状データである３次元座標値の点群データの量が減少することを抑制することができる。その結果、形状測定装置１は、異なる反射率の部分を有する被測定物Ｍの形状を測定するために必要な情報量を確保することができる。
【００６７】
例えば、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲをすべて第１感度又は第２感度として被測定物Ｍが撮像された場合、被測定物Ｍの稜線ＥＧの点群データが欠落する可能性がある。本実施形態において、被測定物Ｍの稜線ＥＧは、第１感度及び第２感度の両方の感度で撮像される。このため、形状測定装置１は、被測定物Ｍの稜線ＥＧの点群データが減少することを抑制することができる。
【００６８】
本実施形態において、形状測定装置１は、被測定物Ｍから異なる反射率の部分の情報を得るために、異なる反射率に対してそれぞれ被測定物Ｍを撮像する必要はない。その結果、異なる反射率の部分を有する被測定物Ｍの形状を測定するにあたって、測定時間の増加を抑制することができる。
【００６９】
図９Ｂは、被測定物Ｍが単一の反射率である場合の点群データの一例を示す図である。図９Ｃは、異なる反射率の表面を有する被測定物Ｍが１つの感度で撮像されたときに得られた点群データの一例を示す図である。図９Ｄは、実施形態１に係る形状測定装置１によって得られた点群データの一例を示す図である。いずれの図も、被測定物Ｍの形状は、図４に示すように三角柱である。
【００７０】
図９Ｂは、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲをすべて１つの感度とした上で、単一の反射率の被測定物Ｍが撮像された場合を示している。この場合、図９Ｂに示すように、被測定物Ｍの表面の全領域にわたって点群データＤＧが得られ、かつ稜線ＥＧ近傍の点群の情報も得られている。
【００７１】
被測定物Ｍが異なる反射率の表面を有する場合、このような被測定物Ｍが、撮像領域ＡＡＲをすべて１つの感度とした撮像素子２０によって撮像されると、図９Ｃに示すように、一方の反射率の表面からのみ点群データＤＧが得られて、他方の反射率の表面からの点群データが欠落する。例えば、撮像領域ＡＡＲのすべてを第２感度よりも露光時間が長い第１感度とした撮像素子２０が、図４に示す被測定物Ｍを撮像すると、図４に示す低反射部Ｍａは撮像できるが、高反射部Ｍｂは撮像できない。このため、形状測定装置１は、三角柱の一方の側面、具体的には低反射部Ｍａの側面からのみしか点群データＤＧを得ることができない。結果として、形状測定装置１が被測定物Ｍの形状を算出する際の精度低下を招く可能性がある。
【００７２】
本実施形態において、形状測定装置１は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢを第２感度として撮像する。次に、形状測定装置１は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを入れ替えて撮像する。以後、形状測定装置１は、一回撮像する毎に第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを入れ替えて、三角柱の被測定物Ｍの全表面を撮像する。結果として、図９Ｄに示すように、稜線ＥＧ近傍の点群の情報も得られていることが分かる。このように、形状測定装置１は、被測定物Ｍの形状を算出する際に重要な、被測定物Ｍの稜線ＥＧ近傍の点群データが減少することを抑制して、形状測定装置１は、被測定物Ｍの形状を算出する際の精度低下を抑制することができる。
【００７３】
図１０は、実施形態１に係る形状測定装置１の制御装置４が被測定物Ｍの形状を測定する際に実行する処理を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、制御装置４の制御部３２は、撮像装置９の撮像素子２０に対して、第１の設定をする。第１の設定とは、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲの第１撮像領域ＡＡに含まれる画素２０ＰＸを第１感度に設定し、第２撮像領域ＡＢに含まれる画素２０ＰＸを第２感度に設定することである。次に、ステップＳ１２において、制御部３２は、第１の設定の状態で撮像装置９に被測定物Ｍを撮像させる。撮像装置９によって撮像された情報、具体的には、撮像素子２０の各画素２０ＰＸの検出値は、図３に示す制御装置４の記憶部４０に一時的に記憶される。この他にも、撮像時における光学プローブ３の座標情報及び保持回転装置７の回転位置情報が、図３に示す制御装置４の記憶部４０に一時的に記憶される。
【００７４】
次に、ステップＳ１３において、制御部３２は、撮像装置９の撮像素子２０に対して、第２の設定をする。第２の設定とは、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲの第１撮像領域ＡＡに含まれる画素２０ＰＸを第２感度に設定し、第２撮像領域ＡＢに含まれる画素２０ＰＸを第１感度に設定することである。次に、ステップＳ１４において、制御部３２は、第２の設定の状態で撮像装置９に被測定物Ｍを撮像させる。撮像装置９によって撮像された情報等が、図３に示す制御装置４の記憶部４０に一時的に記憶される点は前述した通りである。
【００７５】
ステップＳ１５において、制御部３２は、撮像装置９が被測定物Ｍの全体の撮像を終了したか否かを判定する。被測定物Ｍの全体の撮像が終了していない場合（ステップＳ１５、Ｎｏ）、制御部３２は、ステップＳ１１からステップＳ１５を繰り返す。被測定物Ｍの全体の撮像が終了した場合（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、制御装置４の算出部３８は、ステップＳ１６において情報を結合、すなわち、第１画像ＰＩＡの一部と、第２画像ＰＩＢの一部とを合成して、合成画像ＰＩＣを生成する。ステップＳ１６において合成されるのは、連続して撮像された第１画像ＰＩＡ及び第２画像ＰＩＢである。次に、ステップＳ１７において、算出部３８は、合成画像ＰＩＣの座標情報と、光学プローブ３の座標情報と、保持回転装置７の回転位置情報とに基づいて、被測定物Ｍの形状を算出する。算出された被測定物Ｍの形状は、被測定物Ｍの表面形状データである３次元座標値の点群データで表される。
【００７６】
図１１から図１３は、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとの配置に関する変形例を示す図である。図１１に示す撮像素子２０は、第２方向としてのｙ方向の中央で、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとを分けている。より具体的には、撮像素子２０が有する複数の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ２、・・・２０Ｌ８のうち、ｙ方向に連続する複数の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ２、２０Ｌ３、２０Ｌ４が第１撮像領域ＡＡであり、ｙ方向に連続する複数の画素行２０Ｌ５、２０Ｌ６、２０Ｌ７、２０Ｌ８が第２撮像領域ＡＢである。
【００７７】
図１２に示す撮像素子２０は、第１方向としてのｘ方向の中央で、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとを分けている。より具体的には、撮像素子２０が有する複数の画素列２０Ｔ１、２０Ｔ２、・・・２０Ｔ８のうち、ｘ方向に連続する画素列２０Ｔ１、２０Ｌ２、２０Ｔ３、２０Ｔ４が第１撮像領域ＡＡであり、ｘ方向に連続する画素列２０Ｔ５、２０Ｔ６、２０Ｔ７、２０Ｔ８が第２撮像領域ＡＢである。画素列２０Ｔ１、２０Ｔ２、・・・２０Ｔ８は、図８に示す画素２０ＰＸが、ｙ方向と平行な方向に沿って複数配列された画素群である。
【００７８】
図１３に示す撮像素子２０は、千鳥状に配列された複数の画素２０ＰＸが第１撮像領域ＡＡであり、第１撮像領域ＡＡの複数の画素２０ＰＸとは異なり、かつ千鳥状に配列された複数の画素２０ＰＸが第２撮像領域ＡＢである。符号Ａで示される画素２０ＰＸが第１撮像領域ＡＡであり、符号Ｂで示される画素２０ＰＸが第２撮像領域ＡＢである。奇数番目の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ３は、ｘ方向に向かって第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとがこの順で交互に繰り返し、偶数番目の画素行２０Ｌ２、２０Ｌ４は、ｘ方向に向かって第２撮像領域ＡＢと第１撮像領域ＡＡとがこの順で交互に繰り返す。図１１から図１２に示すような第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとの配置であっても、反射率が異なる部分を有する被測定物Ｍの形状を測定する場合に、形状に関する情報量の減少を抑制することができる。
【００７９】
図１４は、ＣＭＯＳを用いた撮像素子２０を示す図である。図１４に示す撮像素子２０は、画素２０ＰＸが４行×４列に配置されたものであるが、画素２０ＰＸの配置はこれに限定されるものではない。他の類似の例も同様である。画素２０ＰＸは、フォトダイオード２０ＰＤと、増幅器２０ＡＰと、スイッチング素子２０ＳＷと、リセット用素子２０ＲＴとを有する。スイッチング素子２０ＳＷは、ＣＭＯＳである。撮像素子２０が有する複数の画素２０ＰＸは、いずれも同様の構造である。それぞれの画素２０ＰＸが有するフォトダイオード２０ＰＤは、増幅器２０ＡＰを介してスイッチング素子２０ＳＷのソースに接続されている。ｘ方向に配列された画素２０ＰＸが有するスイッチング素子２０ＳＷのゲートは、ゲート線８２に接続されている。ｙ方向に配列された画素２０ＰＸが有するスイッチング素子２０ＳＷのドレインは、信号線８３に接続されている。
【００８０】
それぞれのゲート線８２は、行選択部８０の各素子８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄに接続されている。それぞれの信号線８３は、列選択用のスイッチング素子８４のソースに接続されている。それぞれのスイッチング素子８４のゲートは、列選択部８１の各素子８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄに接続されている。それぞれのスイッチング素子８４のドレインは、ＡＤ（Analog/Digital）コンバータ８５の入力部に接続されている。
【００８１】
それぞれの画素２０ＰＸが有するリセット用素子２０ＲＴは、ｘ方向、すなわち行方向に延在する配線８８と、ｙ方向、すなわち列方向に延在する配線８９とに接続されている。配線８８は、行リセット部８６の各素子８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄに接続されている。配線８９は、列選択用のスイッチング素子８９ＳＷのソースに接続されている。それぞれのスイッチング素子８９ＳＷのゲートは、列リセット部８７の各素子８７Ａ、８７Ｂ、８７Ｃ、８７Ｄに接続されている。それぞれのスイッチング素子８９ＳＷのドレインは、グランドＧに接続されている。行選択部８０、列選択部８１、行リセット部８６及び列リセット部８７は、制御装置４によって制御される。ＡＤコンバータ８５の出力は、制御装置４に入力される。
【００８２】
制御装置４は、行選択部８０と列選択部８１とを制御することにより、撮像素子２０が備える複数の画素２０ＰＸのうち、任意の１以上の画素２０ＰＸからフォトダイオード２０ＰＤの出力を取得することができる。例えば、制御装置４が行選択部８０の素子８０Ａを動作させて、素子８０Ａに接続されているゲート線８２に各画素２０ＰＸのスイッチング素子２０ＳＷをＯＮさせる信号（行選択信号）を与える。この状態で、制御装置４が列選択部８１の素子８１Ａを動作させて、これに接続されている列選択用のスイッチング素子８４のゲートにこれをＯＮさせる信号（列選択信号）を与える。すると、１行１列の位置に配置されている画素２０ＰＸのフォトダイオード２０ＰＤからの出力が増幅器２０ＡＰで増幅されて、ＡＤコンバータ８５に入力される。ＡＤコンバータ８５は、この出力をディジタル変換して制御装置４に入力する。
【００８３】
制御装置４は、行リセット部８６と列リセット部８７とを制御することにより、撮像素子２０が備える複数の画素２０ＰＸのうち、任意の１以上の画素２０ＰＸが備えるリセット用素子２０ＲＴにリセット信号を与える。このようにすることで、フォトダイオード２０ＰＤの電荷を放出させることができる。例えば、制御装置４が行リセット部８６の素子８６Ａを動作させて、素子８６Ａに接続されている配線８８に、各画素２０ＰＸのリセット用素子２０ＲＴを動作させる信号（行リセット信号）を与える。この状態で、制御装置４が列リセット部８７の素子８７Ａを動作させて、これに接続されているスイッチング素子８９ＳＷのゲートにこれをＯＮさせる信号（列リセット信号）を与える。すると、１行１列の位置に配置されている画素２０ＰＸのフォトダイオード２０ＰＤの電荷は、ＯＮになったスイッチング素子８９ＳＷのソースからドレインを通ってグランドＧに放出される。
【００８４】
制御装置４は、行選択部８０からの行選択信号、列選択部８１からの列選択信号及びリセット信号のタイミングで、各画素２０ＰＸの露光時間、具体的には各画素２０ＰＸが備えるフォトダイオード２０ＰＤの露光時間を各画素２０ＰＸ画素毎に変更することができる。制御装置４の制御部３２は、例えば、行選択部８０の素子８０Ａ、８０Ｃに接続されている複数の画素２０ＰＸの露光時間を第１の露光時間に設定し、素子８０Ｂ、８０Ｄに接続されている複数の画素２０ＰＸの露光時間を第１の露光時間とは異なる第２の露光時間に設定する。このようにすることで、行選択部８０の素子８０Ａ、８０Ｃに接続されている複数の画素２０ＰＸ、すなわち奇数番の画素行２０Ｌ１、２０Ｌ３の感度（第１感度）と、行選択部８０の素子８０Ｂ、８０Ｄに接続されている複数の画素２０ＰＸ、すなわち偶数番の画素行２０Ｌ２、２０Ｌ４の感度（第２感度）とを異ならせることができる。
【００８５】
図１５は、ＣＣＤを用いた撮像素子２０Ａを示す図である。撮像素子２０Ａは、複数（本例では４個）の垂直転送ＣＣＤ群９０と、１個の水平転送ＣＣＤ群９１とを有している。それぞれの垂直転送ＣＣＤ群９０は、複数（本例では４個）のＣＣＤ９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄを有している。垂直転送ＣＣＤ群９０のＣＣＤ９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄは、それぞれ各画素２０ＰＸＡのフォトダイオード２０ＰＤＡに接続されている。水平転送ＣＣＤ群９１は、複数（本例では４個）のＣＣＤ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄを有している。各ＣＣＤ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄには、垂直転送ＣＣＤ群９０の出力部が接続されている。
【００８６】
水平転送ＣＣＤ群９１の出力部は、切替スイッチ９２の入力部に接続されている切替スイッチ９２の出力部は、それぞれ、第１増幅器９３Ａと第２増幅器９３Ｂとに接続されている。第１増幅器９３Ａの出力部と第２増幅器９３Ｂの出力部とは、いずれもＡＤコンバータ９５Ｂに接続されている。ＡＤコンバータ９５Ｂの出力は、制御装置４に入力される。垂直転送ＣＣＤ群９０、水平転送ＣＣＤ群９１及び切替スイッチ９２は、いずれも制御装置４によって制御される。
【００８７】
第１増幅部９３Ａの増幅率と、第２増幅器９３Ｂの増幅率とは異なる。制御装置４の制御部３２は、水平転送ＣＣＤ群９１が転送する画素行に対応して切替スイッチ９２を動作させる。そして、制御部３２は、水平転送ＣＣＤ群９１が転送する画素行からの電荷の転送先を第１増幅部９３Ａ又は第２増幅部９３Ｂに切り替える。例えば、各垂直転送ＣＣＤ群９１のＣＣＤ９０ｄ、９０ｂから水平転送ＣＣＤ群９１の各ＣＣＤ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに電荷が転送される場合、制御部３２は、第２増幅部９３Ｂにその電荷を転送する。また、各垂直転送ＣＣＤ群９１のＣＣＤ９０ｃ、９０ａから水平転送ＣＣＤ群９１の各ＣＣＤ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに電荷が転送される場合、制御部３２は、第１増幅部９３Ａにその電荷を転送する。
【００８８】
すなわち、奇数番目の画素行２０ＡＬ３、２０ＡＬ１に対応する画素２０ＰＸＡからの電荷は第１増幅部９３Ａに転送され、偶数番目の画素行２０ＡＬ４、２０ＡＬ２に対応する画素２０ＰＸＡからの電荷は第２増幅部９３Ｂに転送される。第１増幅部９３Ａの増幅率と、第２増幅器９３Ｂの増幅率とは異なるため、奇数番目の画素行２０ＡＬ３、２０ＡＬ１に対応する画素２０ＰＸＡと偶数番目の画素行２０ＡＬ４、２０ＡＬ２に対応する画素２０ＰＸＡとで、感度を異ならせることができる。奇数番目の画素行２０ＡＬ３、２０ＡＬ１と偶数番目の画素行２０ＡＬ４、２０ＡＬ２とで感度を変更する場合、制御部３２は、前者からの電荷を第２増幅部９３Ｂに転送し、後者からの電荷を第１増幅部９３Ａに転送すればよい。
【００８９】
図１６Ａは、フィルタを備えた撮像素子２０Ｂを示す図である。図１６Ｂは、撮像素子２０Ｂが備えるフィルタが透過させる光の波長を示す図である。図１６Ｂの縦軸は光の強度であり、横軸は光の波長である。図１７は、フィルタを備えた撮像素子２０Ｂを用いて感度を変更する一例を示す図である。撮像素子２０Ｂは、奇数番目の画素行２０ＢＬ１、２０ＢＬ３が第１撮像領域ＡＡであり、偶数番目の画素行２０ＢＬ２、２０ＢＬ４が第２撮像領域ＡＢである。撮像素子２０Ｂは、第１撮像領域ＡＡの画素行２０ＢＬ１、２０ＢＬ３にそれぞれ第１フィルタ２０ＦＡが取り付けられ、第２撮像領域ＡＢの画素行２０ＢＬ２、２０ＢＬ４にはそれぞれ第２フィルタ２０ＦＢが取り付けられている。第１フィルタ２０ＦＡ及び第２フィルタ２０ＦＢは、所定の波長の光を透過させるフィルタである。
【００９０】
第１フィルタ２０ＦＡは、図１６Ｂの実線に示すように、波長λ１から波長λ３までの光の透過率が高く、波長λ１を下回る光及び波長λ３を超える光の透過率は低くなる。第２フィルタ２０ＦＢは、図１６Ｂの破線に示すように、波長λ３から波長λ５までの光の透過率が高く、波長λ３を下回る光及び波長λ５を超える光の透過率は低くなる。図１７に示すように、撮像素子２０Ｂを用いる場合、光源装置１２ａを用いる。光源装置１２ａは、第１光源１２Ａと、第２光源１２Ｂと、切替装置８Ｓとを含む。光源装置１２ａは、制御装置４によって制御される。第１光源１２Ａは、波長λ１から波長λ４の範囲の第１光を射出し、第２光源１２Ｂは、波長λ２から波長λ５の範囲の第２光を射出する。
【００９１】
制御装置４の制御部３２は、第１光源１２Ａから第１光を被測定物Ｍに向けて射出させる。被測定物Ｍで反射した第１光は、撮像素子２０Ｂが受光する。第１光は、第１フィルタ２０ＦＡを透過する波長の光を多く含んでおり、第２フィルタ２０ＦＢを透過する波長の光は少ない。このため、第１フィルタ２０ＦＡが取り付けられた第１撮像領域ＡＡには、第２フィルタ２０ＦＢが取り付けられた第２撮像領域ＡＢよりも多くの光が入射する。すなわち、第１撮像領域ＡＡの感度は第２撮像領域ＡＢの感度よりも高くなる。
【００９２】
次に、制御装置４の制御部３２は、第２光源１２Ｂから第２光を被測定物Ｍに向けて射出させる。被測定物Ｍで反射した第２光は撮像素子２０Ｂが受光する。第２光は、第２フィルタ２０ＦＢを透過する波長の光を多く含んでおり、第１フィルタ２０ＦＡを透過する波長の光は少ない。このため、第２フィルタ２０ＦＢが取り付けられた第２撮像領域ＡＢには、第１フィルタ２０ＦＡが取り付けられた第１撮像領域ＡＡよりも多くの光が入射する。すなわち、第２撮像領域ＡＢの感度は第１撮像領域ＡＡの感度よりも高くなる。このように、光のフィルタと複数の光とを用いることにより、撮像素子２０Ｂの第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを異ならせることができる。
【００９３】
図１８及び図１９は、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成する例を説明する図である。第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成するにあたり、図３に示す算出部３８は、第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ１、ＰＩ３に現れた画像ＩＥａ１の端部（例えば、図１９に示すＰｔ１ａ（ｘａ、ｙａ）、Ｐｔ１ｂ（ｘｂ、ｙｂ））と、第２画像ＰＩＢの部分ＰＩ２、ＰＩ４に現れた画像ＩＥａ２の端部（例えば、図１９に示すＰｔ２ａ（ｘｃ、ｙｃ）、Ｐｔ２ｂ（ｘｄ、ｙｄ））とが一致するように合成する。例えば、画像ＩＥａ１の端部Ｐｔ１ａ（ｘａ、ｙａ）と、画像ＩＥａ２の端部Ｐｔ２ａ（ｘｃ、ｙｃ）とが一致しない場合、算出部３８は、両者が一致するように、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを、例えば、ｘ方向に移動させてこれらを一致させる。
【００９４】
この処理において、算出部３８は、撮像素子２０が撮像して得られた第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを画像処理によって画像情報に変換してから合成している。形状測定装置１は、被測定物Ｍと光学プローブ３とを相対的に移動させながら撮像するので、得られる第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとでは、それぞれの座標値が異なる。被測定物Ｍと光学プローブ３とが相対移動する場合に、被測定物Ｍの形状の変化が十分に小さい場合、算出部３８は、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成する場合には、前述した相対移動を考慮しなくてもよい。しかし、被測定物Ｍと光学プローブ３とが相対移動する場合に、被測定物Ｍの形状の変化が無視できない場合、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成する場合、被測定物Ｍと光学プローブ３との相対移動を考慮して、両者を合成する。
【００９５】
図１８に示した例は、撮像素子２０が撮像して得られた第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを、算出部３８が画像処理によって画像情報に変換してから合成した。そして、算出部３８は、第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ１、ＰＩ３に現れた画像ＩＥａ１の端部と、第２画像ＰＩＢの部分ＰＩ２、ＰＩ４に現れた画像ＩＥａ２の端部との間に存在する情報が欠落していた場合、例えば、補間等によって欠落部分の情報を得る。第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ１に現れた画像ＩＥａ１の端部と、第２画像ＰＩＢの部分ＰＩ２に現れた画像ＩＥａ２の端部との間に存在する情報が欠落していた場合も同様である。本実施形態においては、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとの合成はこのようなものに限定されない。例えば、撮像素子２０が撮像して得られた座標情報が画像情報に変換される前に、第１画像ＰＩＡに相当する座標情報と第２画像ＰＩＢに相当する座標情報とを合成してもよい。
【００９６】
第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ１と部分ＰＩ３との間に存在する第２画像ＰＩＢの部分ＰＩ２に、エラーその他の原因で、画像ＩＥａ２が存在しない場合もある。また、第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ１に現れた画像ＩＥａ１の端部と、第２画像ＰＩＢの部分ＰＩ２に現れた画像ＩＥａ２の端部との間に情報が存在しない場合もある。このような場合、算出部３８は、図１９に示す、第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ１に存在する画像ＩＥａ１の部分ＰＩ２側における端部Ｐｔ１ａ（ｘａ、ｙａ）と、第１画像ＰＩＡの部分ＰＩ３に存在する画像ＩＥａ１の部分ＰＩ２側における端部Ｐｔ１ｂ（ｘｂ、ｙｂ）とを用いて、両者の間を補間（例えば、線形補間）してもよい。そして、算出部３８は、この補間によって得られた情報を、第２画像ＰＩＢの画像ＩＥａ２としてもよい。また、画像ＩＥａ２は存在するが、画像ＩＥａ１との間の情報が欠落している場合、算出部３８は、図１９に示す、画像ＩＥａ１の端部Ｐｔ１ａ（ｘａ、ｙａ）と、画像ＩＥａ２の端部Ｐｔ２ａ（ｘｃ、ｙｃ）とを用いて、両者の間を補間してもよい。このようにすれば、仮に情報が欠落しても、欠落した情報を補うことができる。
【００９７】
図２０Ａは、欠落した情報が補間されていない合成画像ＰＩＣｎを示す図である。図２０Ｂは、欠落した情報が補間された合成画像ＰＩＣｃを示す図である。合成画像ＰＩＣｎにおいて、情報が欠落している部分は、実線の直線で示す部分になる。すなわち、隣接する画像ＩＥａ１と画像ＩＥａ２との間の情報が存在しない結果、両者の間が不連続になる。欠落した情報が補間されると、図２０Ｂに示す合成画像ＰＩＣｎのように、情報が欠落している部分（図２０Ａにおいて実線の直線で示される部分）が消えて、隣接する画像ＩＥａ１と画像ＩＥａ２とが連続する。
【００９８】
被測定物Ｍの表面に異常が存在する場合も、その部分が合成した画像に現れる。このため、欠落した情報を補間しないと、情報が欠落している部分が合成画像ＰＩＣｎに現れる結果、情報が欠落している部分と被測定物Ｍの表面に異常が存在する部分との区別が困難になる可能性がある。欠落した情報を補間することにより、情報が欠落している部分は合成画像ＰＩＣｃにほとんど現れないため、情報が欠落している部分と被測定物Ｍの表面に異常が存在する部分との区別が容易になる。撮像された照明光束Ｌから得られた合成画像ＰＩＣを作業者が目視して、被測定物Ｍの表面の異常を発見する場合、前述した補間をすることによって、異常の発見が容易になるという利点がある。この場合、算出部３８が第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成して合成画像ＰＩＣを得るにあたり、算出部３８は、前述した相対移動を考慮しなくてもよい。
【００９９】
図２１は、撮像素子２０の撮像タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図２１に示す２つのタイミングチャートのうち、上側が第１撮像領域ＡＡの撮像タイミングであり、下側が第２撮像領域ＡＢの撮像タイミングである。図３に示す制御部３２は、所定のタイミングで撮像素子２０に被測定物Ｍを撮像させる。１回の撮像に要する時間（以下、適宜撮像時間という）をＴ秒とする。例えば、制御部３２は、１秒間にｎ回、被測定物Ｍを撮像素子２０に撮像させる場合、Ｔ＝１／ｎになる。１回の撮像に要する期間は、図２１に示す時間ｔ１から時間ｔ２の間、時間ｔ２から時間ｔ３の間及び時間ｔ３から時間ｔ４の間は、いずれも撮像時間Ｔに相当する。
【０１００】
図２１中の上段は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡにおける露光のタイミングを示している。図２１中の下段は、撮像素子２０の第２撮像領域ＡＢにおける露光のタイミングを示している。それぞれの撮像時間Ｔにおいて、撮像素子２０は、図２１に示す時間ｔｓ１で第１感度による露光を開始し、時間ｔｓ２で第２感度による露光を開始する。そして、撮像素子２０は、時間ｔｅで露光を終了する。時間ｔｅは、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に一致する。時間ｔ１から時間ｔｓ１及び時間ｔｓ２までは、撮像素子２０の画素２０ＰＸをリセットするための時間を含む。時間ｔｓ１から時間ｔｅまでに要する時間Δｔａが第１感度の露光時間であり、時間ｔｓ２から時間ｔｅまでに要する時間Δｔｂが第２感度の露光時間である。
【０１０１】
図３に示す制御装置４の移動量算出部３９は、被測定物Ｍと光学プローブ３、との相対移動の移動量（以下、適宜相対移動量という）を算出する。前述したように、光学プローブ３は、光源装置８及び撮像装置９を備える。撮像装置９は、撮像部としての撮像素子２０及び結像光学系２１を備えるので、移動量算出部３９は、被測定物Ｍと撮像部としての撮像素子２０との相対移動量を算出することになる。
【０１０２】
本実施形態において、移動量算出部３９は、第１画像ＰＩＡが生成されるときにおいて移動量算出部３９によって算出される相対移動量を用いて、第２画像ＰＩＢが生成されるときの相対移動量を算出する。本実施形態において、第１画像ＰＩＡが生成されるときとは、例えば、撮像素子２０が第１撮像領域ＡＡを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢを第２感度として被測定物Ｍを撮像するときである。また、本実施形態において、第２画像ＰＩＢが生成されるときとは、例えば、撮像素子２０が第１撮像領域ＡＡを第２感度とし、第２撮像領域ＡＢを第１感度として被測定物Ｍを撮像するときである。
【０１０３】
第１画像ＰＩＡが生成されるときにおける、被測定物Ｍと撮像素子２０との相対移動量をＭＶとする。図２１に示す例において、ＦＬ１、ＦＬ３は第１画像ＰＩＡが生成される期間を示し、ＦＬ２は第２画像ＰＩＢが生成される期間を示している。期間ＦＬ１が終了するタイミングは、時間ｔ２である。移動量算出部３９は、時間ｔ２における相対移動量を取得して図３に示す記憶部４０に一時的に記憶させる。被測定物Ｍと撮像素子２０とが相対移動する速度が一定である場合、時間ｔ２からＴ−Δｔｂが経過した時点で、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡにおける第２感度での露光が開始する。
【０１０４】
被測定物Ｍと撮像素子２０とが相対移動する速度をｖとする。第１画像ＰＩＡが生成されたとき（時間ｔ２）における移動量ＭＶに、ｖ×（Ｔ−Δｔｂ）を加算した値が、第２画像ＰＩＢが生成されるときにおいて第２感度での露光が開始するときの相対移動量となる。第１画像ＰＩＡが生成されたときの移動量ＭＶに、ｖ×（Ｔ−Δｔａ）を加算した値は、第２画像ＰＩＢが生成されるときにおいて第１感度での露光が開始するときの相対移動量となる。第２画像ＰＩＢが生成されたとき（時間ｔ３）の相対移動量は、第１画像ＰＩＡが生成されたとき（時間ｔ２）における移動量ＭＶに、ｖ×Ｔを加算した値となる。
【０１０５】
このように、本実施形態において、移動量算出部３９は、第１画像ＰＩＡが生成されるときにおいて移動量算出部３９が算出した相対移動量を用いて、第２画像ＰＩＢが生成されるときの相対移動量を算出する。このようにすることで、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを撮像（生成）する毎に位置検出部１１が位置を検出しなくてもよい。
【０１０６】
前述した説明では、第１感度及び第２感度で露光するタイミングの位置を算出したが、移動量算出部３９は、露光開始後の位置も算出することができる。例えば、移動量算出部３９は、第１画像ＰＩＡが生成されたとき（時間ｔ２）における移動量ＭＶに、ｖ×（Ｔ−Δｔｂ／２）を加算すれば、第２画像ＰＩＢが生成されるときにおいて、第２感度での露光時間の１／２が経過した時点における相対移動量を求めることができる。同様に、移動量算出部３９は、第１画像ＰＩＡが生成されたときの移動量ＭＶに、ｖ×（Ｔ−Δｔａ／２）を加算すれば、第２画像ＰＩＢが生成されるときにおいて、第１感度での露光時間の１／２経過した時点における相対移動量を求めることができる。
【０１０７】
すなわち、本実施形態においては、撮像時間Ｔと、第１感度の露光時間Δｔａと、第２感度の露光時間Δｔｂとが既知である。また、本実施形態においては、撮像開始時、第１感度での露光開始時及び第２感度での露光開始時は、制御部３２が決定する。このため、移動量算出部３９は、制御部３２から、撮像が開始されたタイミング及び第１感度での露光が開始されたタイミング等と、第１画像ＰＩＡが生成されたときの移動量ＭＶと相対移動する速度ｖと、撮像時間Ｔ内における任意の時間とから、この任意の時間における相対移動量を算出することができる。
【０１０８】
移動量算出部３９は、形状測定装置１が被測定物Ｍの形状の測定を開始した時点から、相対移動量を求めることもできる。例えば、最初の撮像時間Ｔにおいて、撮像素子２０が第１感度での露光を開始する時間は、撮像開始時からＴ−Δｔａである。したがって、ｖ×（Ｔ−Δｔａ）が、最初の撮像時間Ｔにおいて第１感度での露光を開始した時点における相対移動量になる。同様に、ｖ×（Ｔ−Δｔｂ）は、最初の撮像時間Ｔにおいて第２感度での露光を開始した時点における相対移動量になる。
【０１０９】
前述したように、移動量算出部３９は、第１感度での露光中における相対移動量及び第２感度での露光中における相対移動量を求めることができる。本実施形態において、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとは、それぞれ第１感度と第２感度とが交互に入れ替えられる。すなわち、撮像素子２０による被測定物Ｍの撮像時において、第１撮像領域ＡＡは、第１感度、第２感度、第１感度、第２感度の順に露光され、第２撮像領域ＡＢは、第２感度、第１感度、第２感度、第１感度の順に露光される。したがって、移動量算出部３９は、撮像素子２０が被測定物Ｍを撮像しているときの相対移動量とを、それぞれ別個に求めることもできる。このようにすることで、算出部３８は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡが露光されているときと、第２撮像領域ＡＢが露光されているときとで、それぞれ別個に光学プローブ３の座標情報及び保持回転装置７の回転位置情報を求めることができる。
【０１１０】
図２１に示すように、本実施形態では、第１撮像領域ＡＡでの露光を終了するタイミングと第２撮像領域ＡＢでの露光を終了するタイミングとを一致させている。このようにすることで、撮像素子２０の動作を制御する制御装置４の制御が容易になるという利点がある。
【０１１１】
（第１変形例）
前述した実施形態において、形状測定装置１は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢを第２感度として撮像し、次に第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを入れ替えて撮像し、以後、一回撮像する毎に第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを入れ替える。本変形例は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢを第２感度として、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとで感度を入れ替えずに撮像する。このようにすると、例えば、図７に示す第１画像ＰＩＡ又は図８に示す第２画像ＰＩＢのいずれか一方が得られる。
【０１１２】
この場合、第１画像ＰＩＡの画像ＩＥａ１は第２感度に設定された第２撮像領域ＡＢに対応した情報が欠落し、画像ＩＥｂ１は、第１感度に設定された第１撮像領域ＡＡに対応した情報が欠落している。また、第２画像ＰＩＢの画像ＩＥａ２は第２感度に設定された第２撮像領域ＡＢに対応した情報が欠落し、画像ＩＥｂ２は、第１感度に設定された第１撮像領域ＡＡに対応した情報が欠落している。しかし、第１画像ＰＩＡ及び第２画像ＰＩＢは、画像ＩＥａ１等の欠落した部分の両側又は片側に情報が存在する。このため、算出部３８は、画像ＩＥａ１等の欠落した部分の両側又は片側に存在する情報を用いて、欠落した情報を、例えば、補間等によって求めることができる。
【０１１３】
図２２は、第１変形例によって得られた点群データの一例を示す図である。図４に示す、三角柱の形状の被測定物Ｍを、例えば、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡを第１感度とし、第２撮像領域ＡＢを第２感度として、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとで感度を入れ替えずに撮像すると、図２２に示すような点群データＤＧが得られ、元の点間隔の１．５倍となる。実施形態１は、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとで感度を入れ替えながら撮像するが、この場合、前述した図９Ｄに示すような点群データＤＧが得られ、元の点間隔の０．５倍となる。つまり、本変形例は、点群データＤＧの数が少ない。しかし、本変形例も、前述した実施形態１と同様に、被測定物Ｍの全体の形状が三角柱の形状であることが把握できる。
【０１１４】
図９Ｃに示した、異なる反射率の表面を有する被測定物Ｍが１つの感度で撮像されたときに得られた点群データＤＧは、撮像された被測定物Ｍのうち、一部の反射率の部分のみしか得られていない。このため、図９Ｃに示す点群データＤＧからは、反射率が異なる表面を有する被測定物Ｍの形状を求めることができない。本変形例は、異なる反射率の表面を有する被測定物Ｍが１つの感度で撮像されたときと比較すると、被測定物Ｍの全体形状を把握できる。このため、本変形例は、得られた点群データＤＧを補間する等によって、不足する被測定物Ｍの形状情報を得ることができる。結果として、本変形例は、反射率が異なる表面を有する被測定物Ｍの形状を求めることができる。
【０１１５】
このように、撮像素子２０は、第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢが第１方向としてのｘ方向と平行に複数の画素２０ＰＸが配列され、かつ第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢは、ｘ方向と交差（本実施形態では直交するがこれには限定されない）する第２方向としてのｙ方向に設定されていればよい。すなわち、撮像素子２０は、第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢとの感度とが入れ替えられなくてもよい。
【０１１６】
（第２変形例）
実施形態１及びその第１変形例では、第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢの感度をそれぞれ２段階で変更した。本変形例は、第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢの感度をそれぞれ２段階で変更する。次の説明では、露光時間を異ならせることによって感度が変更される。基本となる露光時間をＴＢとし、第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢの露光時間をＴＢ、ＴＢ／１０、ＴＢ／１００、ＴＢ／１０００の４段階で変更する。
【０１１７】
撮像素子２０の露光時において、第１撮像領域ＡＡの露光時間と第２撮像領域ＡＢの露光時間との組合せは、例えば、（ＴＢ、ＴＢ／１０）、（ＴＢ／１０、ＴＢ）、（ＴＢ／１００、ＴＢ／１０００）、（ＴＢ／１０００、ＴＢ／１００）の順に変化し、これを繰り返す。第１撮像領域ＡＡの露光時間がＴＢ、第２撮像領域ＡＢの露光時間がＴＢ／１０のときに得られる画像が第１画像、第１撮像領域ＡＡの露光時間がＴＢ／１０、第２撮像領域ＡＢの露光時間がＴＢのときに得られる画像が第２画像である。また、第１撮像領域ＡＡの露光時間がＴＢ／１００、第２撮像領域ＡＢの露光時間がＴＢ／１０００のときに得られる画像が第３画像、第１撮像領域ＡＡの露光時間がＴＢ／１０００、第２撮像領域ＡＢの露光時間がＴＢ／１００のときに得られる画像が第４画像である。
【０１１８】
このようにすれば、撮像素子２０の露光量を１倍から１０００倍に変化させることができる。その結果、形状測定装置１は、被測定物Ｍの反射率が大きく異なる場合であっても、被測定物Ｍの表面を撮像して被測定物Ｍの形状に関する情報を得ることができる。また、被測定物Ｍが異なる反射率の部分を３以上有する場合でも、形状測定装置１は、被測定物Ｍの表面を撮像して被測定物Ｍの形状に関する情報を得ることができる。
【０１１９】
（実施形態２）
図２３から図２５は、実施形態２に係る処理を説明するための図である。図２３に示すように、撮像素子２０は、画素行２０Ｌ１、２０Ｌ３が第１撮像領域ＡＡ、画素行２０Ｌ２、２０Ｌ４が第２撮像領域ＡＢである。図２４に示す、第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像、例えば、第１撮像領域ＡＡに対応する部分ＰＩ１、ＰＩ３の画像と、図２５に示す、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像、例えば、第１撮像領域ＡＡに対応する部分ＰＩ１、ＰＩ３の画像とが同一である場合がある。また、図２４に示す、第１画像ＰＩＡでの第２感度で生成される画像、例えば、第２撮像領域ＡＢに対応する部分ＰＩ２、ＰＩ４の画像と、図２５に示す、第２画像ＰＩＢでの第１感度で生成される画像、例えば、第２撮像領域ＡＢに対応する部分ＰＩ２、ＰＩ４の画像とが同一である場合がある。このような場合、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲが第１感度であっても第２感度であっても、異なる反射率の部分を有する被測定物Ｍの全体を撮像することができる。
【０１２０】
図３に示す制御装置４の算出部３８は、第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一である場合、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとを、第１感度又は第２感度の一方として第３画像を生成する。そして、算出部３８は、生成した第３画像を用いて、被測定物Ｍの形状を算出する。第１画像ＰＩＡでの第２感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第１感度で生成される画像とが同一である場合も同様である。このようにすれば、被測定物Ｍの表面形状データである３次元座標値の点群データの数が多くなるので、算出部３８が算出した被測定物Ｍの形状の精度が向上する。
【０１２１】
図２６は、実施形態２に係る形状測定装置１の制御装置４が被測定物Ｍの形状を測定する際に実行する処理を示すフローチャートである。ステップＳ２１からステップＳ２５は、実施形態１に係る処理のステップＳ１１からステップＳ１５と同様なので、説明を省略する。ステップＳ２５において、被測定物Ｍの全体の撮像が終了した場合（ステップＳ２５、Ｙｅｓ）、ステップＳ２６において、算出部３８は、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを作成し、両者を比較する。
【０１２２】
第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一である場合（ステップＳ２６、Ｙｅｓ）、ステップＳ２７において、算出部３８は、第１感度又は第２感度のいずれか一方を用いた第３画像から、被測定物Ｍの形状を算出する。制御部３２は、以後において、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲのすべて、本実施形態では第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢを第１感度又は第２感度のいずれか一方に設定して、被測定物Ｍを撮像する。すなわち、制御部３２は、第１感度と第２感度とを等しい値にして、被測定物Ｍを撮像する。
【０１２３】
第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが異なる場合（ステップＳ２６、Ｎｏ）、算出部３８は、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとの両方を合成した画像を用いて、被測定物Ｍの形状を算出する。すなわち、ステップＳ２８及びステップＳ２９を実行する。ステップＳ２８及びステップＳ２９は、実施形態１のステップＳ１６及びステップＳ１７と同様である。制御部３２は、以後において、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを、それぞれが異なる値に設定し、かつ撮像毎に両者の感度を入れ替えて、被測定物Ｍを撮像する。
【０１２４】
算出部３８は、第１感度と第２感度とが異なる場合と、第１感度と第２感度とが等しい場合とで、異なる処理によって被測定物Ｍの形状を算出する。後者の場合、算出部３８は、撮像によって得られた情報、例えば、第３画像の情報に対して、２次元の平滑フィルタを通過させる処理を行い、その結果得られた情報から被測定物Ｍの形状を算出する。これに対して、前者の場合、算出部３８は、撮像によって得られた情報、例えば、第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成した画像の情報に対して、第３画像の情報を通過させたフィルタとは異なるフィルタを通過させる処理を行い、その結果得られた情報から被測定物Ｍの形状を算出する。算出部３８は、第３画像又は第１画像ＰＩＡ及び第２画像ＰＩＢが作成される前の情報に対して、フィルタを通過させる処理を行ってもよい。
【０１２５】
図２７Ａから図２７Ｃは、平滑フィルタを用いた処理を説明するための図である。第１感度と第２感度とが等しい場合、算出部３８は、例えば、図２７Ａに示される３×３の平滑フィルタＳＦを用いて第３画像に含まれるすべての画素に対してフィルタリングを実行する。平滑フィルタＳＦは、３×３に限定されるものではなく、３×３、５×５等であってもよい。式（１）においては、３画素×３画素の平滑フィルタＳＦ内の処理対象となる画素ＰＸを注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）と表記する。処理後における注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）の値をＩ（ｎ、ｍ）とすると、Ｉ（ｎ、ｍ）は、式（１）となる。ｎはＹ方向（列方向）に配列される複数の画素ＰＸの列を識別するための符号、ｍはＸ方向（行方向）に配列される複数の画素ＰＸの列を識別するための符号であり、いずれも整数である（以下同様）。
Ｉ（ｎ、ｍ）＝ａ（−１、−１）×Ｐ（ｎ−１、ｍ−１）＋ａ（０、−１）×Ｐ（ｎ、ｍ−１）＋ａ（１、−１）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ−１）
＋ａ（−１、０）×Ｐ（ｎ−１、ｍ）＋ａ（０、０）×Ｐ（ｎ、ｍ）＋ａ（１、０）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ）
＋ａ（−１、１）×Ｐ（ｎ−１、ｍ＋１）＋ａ（０、１）×Ｐ（ｎ、ｍ＋１）＋ａ（１、１）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ＋１）・・・（１）
【０１２６】
ａ（ｉ、ｊ）は、注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）の周囲に存在する画素ＰＸの値に乗ずる定数である。ｉ及びｊは整数である。ｉは、注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）からＹ方向にｉ画素離れた位置に存在する画素ＰＸの値に乗ずる定数であることを示し、ｊは、注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）からＸ方向にｊ画素離れた位置に存在する画素ＰＸの値に乗ずる定数であることを示す。ｉ及びｊが正の値をとるとき、注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）に対して一方の方向を示す。ｉ及びｊが負の値をとるとき、注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）に対して他方の方向を示す。
【０１２７】
ａ（ｉ、ｊ）は、０以上１以下の整数である。例えば、式（１）において、ａ（０、０）＝１とし、ａ（０、０）以外を０とすると、平滑フィルタＳＦを通過した後における第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとを合成した画像の情報は、通過前と同一である。ａ（ｉ、ｊ）の値を目的に応じて適宜変更することにより、平滑フィルタＳＦは、元の画像を平滑化したり、元の画像がぼけすぎないような平滑化を実現したりすることができる。
【０１２８】
第１感度と第２感度とが異なる場合、算出部３８は、例えば、図２７Ｂに示される３×５の平滑フィルタＳＦａを用いて第３画像に含まれるすべての画素に対してフィルタリングを実行する。平滑フィルタＳＦａは、第１感度と第２感度とが等しい場合に用いられた平滑フィルタＳＦとは異なっている。３画素×５画素の平滑フィルタＦＡａ内の処理対象となる画素２０ＰＸを注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）と表記する。処理後における注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）の値をＩ（ｎ、ｍ）とすると、Ｉ（ｎ、ｍ）は、式（２）となる。このフィルタリング処理においては、３画素×５画素の平滑フィルタＦＡａ内に含まれる１５個の画素のうち一部（この例では９個）の値が用いられる。図２７Ｂでは、注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）とハッチングの方向が異なる８個の画素ＰＸが用いられる。
Ｉ（ｎ、ｍ）＝ａ（−１、−２）×Ｐ（ｎ−１、ｍ−２）＋ａ（０、−２）×Ｐ（ｎ、ｍ−２）＋ａ（１、−２）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ−２）
＋ａ（−１、０）×Ｐ（ｎ−１、ｍ）＋ａ（０、０）×Ｐ（ｎ、ｍ）＋ａ（１、０）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ）
＋ａ（−１、２）×Ｐ（ｎ−１、ｍ＋２）＋ａ（０、２）×Ｐ（ｎ、ｍ＋２）＋ａ（１、２）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ＋２）・・・（２）
【０１２９】
また、第１感度と第２感度とが異なる場合、算出部３８は、例えば、図２７Ｃに示される３×１の平滑フィルタＳＦｂを用いて第３画像に含まれるすべての画素に対してフィルタリングを実行する。平滑フィルタＳＦｂは、第１感度と第２感度とが等しい場合に用いられた２次元の平滑フィルタＳＦとは異なり、１次元である。３画素×１画素の平滑フィルタＦＡａ内の処理対象となる画素ＰＸを注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）と表記する。処理後における注目画素Ｐ（ｎ、ｍ）の値をＩ（ｎ、ｍ）とすると、Ｉ（ｎ、ｍ）は、式（３）で求められる。
Ｉ（ｎ、ｍ）＝ａ（−１、０）×Ｐ（ｎ−１、ｍ）＋ａ（０、０）×Ｐ（ｎ、ｍ）＋ａ（１、０）×Ｐ（ｎ＋１、ｍ）・・・（３）
【０１３０】
図２８は、実施形態２の変形例に係る処理のフローチャートである。第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一である場合（ステップＳ３１、Ｙｅｓ）、算出部３８は、第１感度又は第２感度のいずれか一方を用いた第３画像又は第１画像ＰＩＡと第２画像ＰＩＢとの両方を合成した画像のいずれを用いても、被測定物Ｍの形状を算出できる。このような場合、算出部３８は、撮像素子２０の撮像領域ＡＡＲを、第１感度又は第２感度のいずれか一方に設定して測定できること、すなわち、前述した第３画像を生成可能であることの信号を生成する（ステップＳ３２）。そして、算出部３８は、生成した信号を、図２に示す表示部としての表示装置５に表示させる（ステップＳ３４）。例えば、表示装置５は、第１感度又は第２感度のいずれか一方を用いて測定可能である旨の情報を表示する。
【０１３１】
第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一でない場合（ステップＳ３１、Ｎｏ）、算出部３８は、複数の撮像領域と複数の感度とを組合せ、かつ撮像毎に撮像領域の感度を入れ替え又は変更する測定が必要であると判定する（ステップＳ３３）。本変形例では、制御部３２は、第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢと第１感度及び第２感度とを組み合わせて被測定物Ｍを撮像し、算出部３８がその形状を算出する。
【０１３２】
本変形例は、第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一である場合等には、表示装置５が第１感度又は第２感度のいずれか一方を用いて測定可能である旨の情報を表示する。作業者は、この情報を確認して、第１感度又は第２感度のいずれか一方を用いて被測定物Ｍの形状を測定するか、複数の撮像領域と複数の感度とを組合せ、かつ撮像毎に撮像領域の感度を入れ替え又は変更して被測定物Ｍの形状を測定するかを選択することができる。このため、被測定物Ｍの形状を計測する際の自由度が向上する。
【０１３３】
なお、前述の実施形態に加えて、光プローブ３は、例えば特開２０１０−１６９６３３号に記載のロボットアームが保持していても構わない。また、光プローブ３を測定者が保持し、計測しても構わない。
【０１３４】
なお、前述の実施形態では、被測定物の形状を光切断法で計測していたが、被測定物の形状の測定方法はこれに限られない。例えば、特開２００８−１７０２８１号に記載のような投影パターンを使い、被測定物の形状を測定しても構わない。また、例えば、特開２００８−１７０２８１号に記載のように、位相情報を使用して、被測定物の形状を測定しても構わない。
【０１３５】
なお、第１画像Ｐ１Ａと第２画像Ｐ１Ｂとを取得する際に、撮像毎に撮像領域の感度を入れ替えて被測定物Ｍの形状を測定する。この場合に、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡを第１感度として、第２撮像領域ＡＢを第２感度として撮像する。次に、形状測定装置1は、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡの感度と第２撮像領域ＡＢの感度とを入れ替えて撮像する。感度を入れ替える場合に、第１画像Ｐ１Ａで用いた感度の組み合わせである第１感度と第２感度とを、第２画像Ｐ１Ｂで用いなくても構わない。例えば、第１画像を取得する際に、第１撮像領域ＡＡの第１感度に対して、第２撮像領域ＡＢの第２感度が高い。この場合に、第２画像を取得する際に、第１撮像領域ＡＡを第３感度とし、第２撮像領域ＡＢを第４感度と設定する。この場合に、第４感度に対して第３感度が高い。すなわち、第１画像を取得する際に用いた感度の組み合わせと、第２画像を取得する際に用いた感度の組み合わせとが異なっていても構わない。もちろん、第１画像を取得する際に用いた感度の組み合わせと、第２画像を取得する際に用いた感度の組み合わせとの一方の感度を、第１画像と第２画像とを取得する際に用いても構わない。
【０１３６】
なお、撮像素子２０の第１撮像領域ＡＡ及び第２撮像領域ＡＢに設定される感度は、適宜変更することが可能である。例えば、第１画像を取得する場合に、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとに、それぞれ第１感度と第２感度とを設定する以外にも、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとに、それぞれ第３感度と第４感度とを設定することも可能である。また、第２画像を取得する場合に、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとに、それぞれ第１感度と第２感度とを設定することが可能である。もちろん、第２画像を取得する場合に、第１撮像領域ＡＡと第２撮像領域ＡＢとに第５感度と第６感度とを設定することもできる。
【０１３７】
本実施形態及びその変形例は、まず、複数の撮像領域と複数の感度とを組合せ、かつ撮像毎に撮像領域の感度を入れ替え又は変更して被測定物Ｍの形状を測定する。その結果、第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一であれば、複数の撮像領域の感度を複数の感度のうちいずれか１つに統一して被測定物Ｍが撮像される。また、第１画像ＰＩＡでの第１感度で生成される画像と、第２画像ＰＩＢでの第２感度で生成される画像とが同一でなければ、複数の撮像領域と複数の感度とを組み合わせた測定が継続される。その結果、本実施形態及びその変形例は、異なる反射率の部分を有する被測定物Ｍの形状を測定する場合、反射率に応じた適切な測定を実現することができる。
【０１３８】
（形状測定システム３００）
図２９は、形状測定装置を有する形状測定システム３００を示す図である。前述した形状測定装置１は、１台の装置で処理を行ったが複数組み合わせてもよい。形状測定システム３００は、形状測定装置１と、複数台（図では２台）の形状測定装置１ａと、プログラム作成装置３０２とを、有する。形状測定装置１、プログラム作成装置３０２は、有線又は無線の通信回線で接続されている。形状測定装置１ａは、初期測定範囲設定部３３を備えていない以外は、形状測定装置１と同様の構成である。プログラム作成装置３０２は、上述した形状測定装置１の制御装置４で作成する種々の設定を行ったりプログラムを作成したりする。具体的には、プログラム作成装置３０２は、初期測定範囲を設定したり、形状測定プログラム及び測定対象範囲の全範囲の測定プログラム等を作成したりする。
【０１３９】
プログラム作成装置３０２は、作成したプログラム及びデータを形状測定装置１に出力する。形状測定装置１ａは、初期測定範囲、形状測定プログラム及び測定対象範囲の全範囲の測定プログラム等を、形状測定装置１又はプログラム作成装置３０２から取得する。そして、形状測定装置１ａは、取得したデータ及びプログラムを用いて処理を行う。形状測定システム３００は、測定プログラムを形状測定装置１又はプログラム作成装置３０２で作成したデータ及びプログラムを用いて、形状測定装置１ａで計測を実行することで、作成したデータ及びプログラムを有効活用することができる。また、形状測定装置１ａは、初期測定範囲設定部３３、さらにその他の設定を行う各部を設けなくても計測を行うことができる。
【０１４０】
（構造物製造システム２００）
図３０は、構造物製造システム２００のブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、前述した実施形態において説明したような形状測定装置１と、設計装置２０２と、成形装置２０３と、制御装置（検査装置）２０４と、リペア装置２０５とを備える。制御装置２０４は、座標記憶部２１０及び検査部２１１を備える。
【０１４１】
設計装置２０２は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、作成した設計情報を成形装置２０３に送信する。また、設計装置２０２は、作成した設計情報を制御装置２０４の座標記憶部２１０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。
【０１４２】
成形装置２０３は、設計装置２０２から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置２０３による成形は、例えば鋳造、鍛造及び切削等が含まれる。形状測定装置１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）を制御装置２０４へ送信する。
【０１４３】
制御装置２０４の座標記憶部２１０は、設計情報を記憶する。制御装置２０４の検査部２１１は、座標記憶部２１０から設計情報を読み出す。検査部２１１は、形状測定装置１から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部２１０から読み出した設計情報とを比較する。検査部２１１は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに作製されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２１１は、作製された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部２１１は、構造物が設計情報通りに作製されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部２１１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２０５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。リペア装置２０５は、制御装置２０４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。
【０１４４】
図３１は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム２００は、まず、設計装置２０２が構造物の形状に関する設計情報を作成する（ステップＳ１０１）。次に、成形装置２０３は、設計情報に基づいて前述した構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状測定装置１は、作製された構造物の形状を測定する（ステップＳ１０３）。次に、制御装置２０４の検査部２１１は、形状測定装置１で得られた形状情報と前述した設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作製されたか否か検査する（ステップＳ１０４）。
【０１４５】
次に、制御装置２０４の検査部２１１は、作製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２００は、作製された構造物が良品であると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、その処理を終了する。また、検査部２１１は、作製された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、作製された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。
【０１４６】
構造物製造システム２００は、作製された構造物がリペア、すなわち修復できると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、リペア装置２０５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２００は、作成された構造物が修復できないと検査部２１１が判定した場合（ステップＳ１０６でＮｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム２００は、図３１に示すフローチャートの処理を終了する。
【０１４７】
本実施形態の構造物製造システム２００は、前述の実施形態における形状測定装置１が構造物の座標を高精度に測定することができるので、作製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２００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。
【０１４８】
なお、本実施形態におけるリペア装置２０５が実行するリペア工程は、成形装置２０３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２０４の検査部２１１が修復できると判定した場合、成形装置２０３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２０３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２００は、構造物を正確に作製することができる。
【０１４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されないことは言うまでもない。前述した例において示した各構成部材の諸形状及び組合せ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、前述の実施形態の各構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、前述の各実施形態及び変形例で引用した形状測定装置等に関するすべての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。前述した実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態及び運用技術等は、すべて本実施形態の範囲に含まれる。
【０１５０】
前述した実施形態における形状測定装置１は、保持部材５５が片持ちで光学プローブ３を保持する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、両持ちで保持する構成としてもよい。両持ちで保持することにより、回転時に保持部材５５に生じ変形を低減することができ、測定精度の向上を図ることが可能になる。
【０１５１】
また、上述実施形態では光学プローブ３から照明光束Ｌとしてライン光を照射し、被測定物から反射するライン状のパターンを撮像しているが、光学プローブ３の形式はこれに限られない。光学プローブ３から発せられる照明光は、所定の面内に一括で照射する形式でも構わない。例えば、米国特許６０７５６０５号に記載さる方式でも構わない。光学プローブから発せられる照明光は、点状のスポット光を照射する形式でも構わない。
【０１５２】
また、形状測定装置は、上記実施形態のように、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状の被測定物の計測に好適に用いることができる。また、この場合、初期測定範囲は、被測定物の繰り返し形状の１つの形状の長手方向に沿って設定することが好ましい。これにより、径方向の移動経路を適切な経路とすることができる。なお、被測定物は、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状に限定されず、種々の形状、例えば、繰り返し形状を備えない形状であってもよい。
【符号の説明】
【０１５３】
１、１ａ  形状計測装置
２  プローブ移動装置
３  光学プローブ
４  制御装置
５  表示装置
７  保持回転装置
８、８ａ  光源装置
９  撮像装置
１０  駆動部
１１  位置検出部
１２、１２Ａ、１２Ｂ  光源
２０、２０Ａ、２０Ｂ  撮像素子
２０ＰＸ、２０ＰＸＡ  画素
３２  制御部
３８  算出部
３９  移動量算出部
４０  記憶部
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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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２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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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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