(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射又は放射している被測定物の表面に対して、線状のレーザ光を照射するレーザ光源と、当該被測定物の表面での前記レーザ光による光切断線を撮像して、光切断画像を生成する撮像装置と、を有する測定装置と、
前記測定装置により生成された前記光切断画像に対して画像処理を実施して、前記被測定物の形状を算出する演算処理装置と、
を備え、
前記撮像装置は、
撮像素子と、
前記光切断線の像を前記撮像素子へと結像させる像側テレセントリックレンズと、
前記像側テレセントリックレンズと前記撮像素子との間に配設される、所定のバンド幅を有する光学バンドパスフィルタと、
を有し、
前記線状のレーザ光のレーザパワー密度、及び、前記光学バンドパスフィルタのバンド幅は、前記光切断線を撮像するのに要する撮像面での照度、及び、被測定物が反射又は放射している前記光である外乱光に対して要求される信号雑音比、に基づき決定され、
前記光学バンドパスフィルタの前記バンド幅による開口数は、前記撮像装置のＦ値で決まる開口数よりも小さく設定される、形状測定装置。
【請求項２】
光を反射又は放射している被測定物の表面に対して、線状のレーザ光を照射するレーザ光源と、当該被測定物の表面での前記レーザ光による光切断線を撮像して、光切断画像を生成する撮像装置と、を有する測定装置と、
前記測定装置により生成された前記光切断画像に対して画像処理を実施して、前記被測定物の形状を算出する演算処理装置と、
を備え、
前記撮像装置は、
撮像素子と、
前記光切断線の像を前記撮像素子へと結像させる像側テレセントリックレンズと、
前記像側テレセントリックレンズと前記撮像素子との間に配設される、所定のバンド幅を有する光学バンドパスフィルタと、
を有し、
前記線状のレーザ光のレーザパワー密度、及び、前記光学バンドパスフィルタのバンド幅は、前記光切断線を撮像するのに要する撮像面での照度、及び、被測定物が反射又は放射している前記光である外乱光に対して要求される信号雑音比、に基づき決定され、
前記被測定物の表面でのレーザパワー密度は、
縦軸に前記線状のレーザ光のレーザパワー密度をとり、横軸に前記光学バンドパスフィルタの前記バンド幅をとった平面座標系において、
外乱光に対する信号雑音比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線と、像面での前記光切断線の像の明るさが一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線と、の交点に対応するレーザパワー密度以上の値に設定される、形状測定装置。
【請求項３】
前記外乱光に対する信号雑音比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線は、直線である、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の表面に対して照射されている線状光を撮像して、いわゆる光切断法に基づいて被測定物の表面形状を測定する形状測定技術が、鉄鋼業のみならず様々な分野で広く用いられている。例えば、以下の特許文献１には、線状のレーザ光と遅延積分型カメラとを用いた光切断法による形状測定装置が開示されており、以下の特許文献２には、線状のレーザ光とエリアカメラとを用いた光切断法による形状測定装置が開示されている。
【０００３】
このような光切断法による形状測定技術を鉄鋼半製品であるスラブ等のような赤熱している物体に対して適用する場合には、主に赤色波長帯域に分布する自発光が、信号雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）の点で問題となる。また、上記のような光切断法による形状測定技術を屋外で利用する場合には、太陽光がＳＮ比の点で問題となる。このような場合、外乱光対策として、赤熱する物体に対する青色光源のように、波長帯域が外乱光と重複しないような光源を選択するか、レーザのような狭帯域光源を用いて、干渉フィルタにより光源の波長のみを選択的に透過させるようにすることが行われる。
【０００４】
光源の波長を選択する際に、青色光源では一般的にカメラ感度が低下してしまうという問題や、太陽光などのように外乱光のスペクトルが広い場合には、外乱光と波長帯域が重複しない光源が見つからないという問題がある。そのため、外乱光の波長に依らず適用可能な外乱光対策としては、光学バンドパスフィルタ（いわゆる、干渉フィルタ）を利用する方が簡便である。
【０００５】
ここで、干渉フィルタを用いる際に、光切断線の波長選択性を高めるために狭帯域の干渉フィルタを用いることが多いが、干渉フィルタに光が斜入射すると光の透過帯域にズレが生じるため、視野の周囲で光切断線が見えなくなるという問題がある。この場合、得られる光切断画像のＳＮ比は低下してしまい、ひいては、形状測定結果の精度低下につながる。このような斜入射に起因する視野の問題は、例えば鉄鋼業における各種ラインのように、形状測定装置を設置可能な場所に制限があり、測定対象物までの距離を可能な限り短くする（すなわち、形状測定装置の小型化を図る）ために、広角レンズを用いざるを得ないような状況で顕著である。
【０００６】
上記のような斜入射に伴う透過帯域のズレの問題に対応するために、以下の特許文献３では、球状の干渉フィルタを用いる方法が提案されており、以下の特許文献４では、場所によって異なる透過特性を有する干渉フィルタを用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−    ３９３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−  ７１７２２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７３２７７号公報
【特許文献４】特開２０１２−２４２１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献３及び特許文献４に開示されているような干渉フィルタは、汎用的なものではなく、このような干渉フィルタを製作するのは、困難かつ高価であるという問題があった。そのため、外乱光が問題となるような状況下であっても、良好な信号雑音比を有する光切断画像を生成することが可能な、実施が容易で安価な技術が希求されていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、外乱光が問題となるような状況下であっても、良好な信号雑音比を有する光切断画像を、実施が容易かつ安価に生成することが可能な、形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光を反射又は放射している被測定物の表面に対して、線状のレーザ光を照射するレーザ光源と、当該被測定物の表面での前記レーザ光による光切断線を撮像して、光切断画像を生成する撮像装置と、を有する測定装置と、前記測定装置により生成された前記光切断画像に対して画像処理を実施して、前記被測定物の形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記撮像装置は、撮像素子と、前記光切断線の像を前記撮像素子へと結像させる像側テレセントリックレンズと、前記像側テレセントリックレンズと前記撮像素子との間に配設される、所定のバンド幅を有する光学バンドパスフィルタと、を有し、前記線状のレーザ光のレーザパワー密度、及び、前記光学バンドパスフィルタのバンド幅は、前記光切断線を撮像するのに要する撮像面での照度、及び、被測定物が反射又は放射している前記光である外乱光に対して要求される信号雑音比、に基づき決定され、前記光学バンドパスフィルタの前記バンド幅による開口数は、前記撮像装置のＦ値で決まる開口数よりも小さく設定される、形状測定装置が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光を反射又は放射している被測定物の表面に対して、線状のレーザ光を照射するレーザ光源と、当該被測定物の表面での前記レーザ光による光切断線を撮像して、光切断画像を生成する撮像装置と、を有する測定装置と、前記測定装置により生成された前記光切断画像に対して画像処理を実施して、前記被測定物の形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記撮像装置は、撮像素子と、前記光切断線の像を前記撮像素子へと結像させる像側テレセントリックレンズと、前記像側テレセントリックレンズと前記撮像素子との間に配設される、所定のバンド幅を有する光学バンドパスフィルタと、を有し、前記線状のレーザ光のレーザパワー密度、及び、前記光学バンドパスフィルタのバンド幅は、前記光切断線を撮像するのに要する撮像面での照度、及び、被測定物が反射又は放射している前記光である外乱光に対して要求される信号雑音比、に基づき決定され、前記被測定物の表面でのレーザパワー密度は、縦軸に前記線状のレーザ光のレーザパワー密度をとり、横軸に前記光学バンドパスフィルタの前記バンド幅をとった平面座標系において、外乱光に対する信号雑音比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線と、像面での前記光切断線の像の明るさが一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線と、の交点に対応するレーザパワー密度以上の値に設定される、形状測定装置が提供される。
【００１４】
前記外乱光に対する信号雑音比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線は、直線であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、実施が容易で安価な像側テレセントリックレンズと、かかる像側テレセントリックレンズの後段に設けられた所定のバンド幅の光学バンドパスフィルタと、を用いることで、外乱光が問題となるような状況下であっても、良好な信号雑音比を有する光切断画像を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図２】同実施形態に係る測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図３Ａ】光学バンドパスフィルタについて説明するための説明図である。
【図３Ｂ】光学バンドパスフィルタについて説明するための説明図である。
【図４】同実施形態に係る撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図５】光線の広がり角と波長シフト量との関係を示したグラフ図である。
【図６Ａ】レーザパワー密度とバンド幅との関係を模式的に示した説明図である。
【図６Ｂ】レーザパワー密度とバンド幅との関係を模式的に示した説明図である。
【図７】レーザパワー密度とバンド幅との関係を模式的に示した説明図である。
【図８】同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図９】同実施形態に係るレーザパワー密度及びバンド幅の決定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１０】同実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１１】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図１２】実施例１について説明するための説明図である。
【図１３】実施例２について説明するための説明図である。
【図１４】実施例２について説明するための説明図である。
【図１５】実施例２について説明するための説明図である。
【図１６】実施例２について説明するための説明図である。
【図１７】実施例２について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
（形状測定装置について）
以下では、図１〜図８を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る形状測定装置について、詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示したブロック図である。図２は、本実施形態に係る測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、光学バンドパスフィルタについて説明するための説明図である。図４は、本実施形態に係る撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。図５は、光線の広がり角と波長シフト量との関係を示したグラフ図である。図６Ａ及び図６Ｂは、レーザパワー密度とバンド幅との関係を模式的に示した説明図である。図７は、レーザパワー密度とバンド幅との関係を模式的に示した説明図である。図８は、本実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【００２１】
＜形状測定装置の全体構成について＞
本実施形態に係る形状測定装置は、光を反射又は放射している被測定物の表面の形状を、いわゆる光切断法を利用して測定する装置である。
ここで、本実施形態に係る形状測定装置が測定対象物とする、光を反射又は放射している被測定物としては、特に限定されるものではなく、例えば赤熱している各種の金属等のように、それ自身が所定波長の光を放射しているものであってもよいし、例えば屋外に設置されて、それ自身の表面で太陽光を反射している金属等であってもよい。
【００２２】
このような形状測定装置１は、図１に模式的に示したように、測定装置１０と、演算処理装置２０と、を主に備える。
【００２３】
測定装置１０は、測定対象物Ｓに対して、線状のレーザ光を照射し、測定対象物Ｓの表面での線状のレーザ光による光切断線を撮像することで、測定対象物Ｓに関する光切断画像を生成する装置である。なお、本実施形態に係る形状測定装置１では、所定波長の光を反射又は放射する物体を測定対象物Ｓとするため、かかる測定装置１０には、測定対象物Ｓの表面における光切断線の像のみならず、測定対象物Ｓが反射又は放射している光が、外乱光として入射する。
【００２４】
この測定装置１０は、図２に模式的に示したように、測定対象物Ｓに対して線状のレーザ光を照射するレーザ光源１１と、測定対象物Ｓの表面での光切断線を撮像する撮像装置１３と、から構成されている。
【００２５】
レーザ光源１１は、例えば、可視光帯域等のように所定波長のレーザ光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出されたレーザ光を長さ方向に拡げながら線幅方向に集光して線状光にするためのレンズ（例えば、シリンドリカルレンズやロッドレンズやパウエルレンズ等）と、から構成される。
【００２６】
また、撮像装置１３は、後述するような特定の光学系を有するレンズと、かかるレンズによって測定対象物Ｓの光切断線の像が結像される、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子と、後述するような光学系バンドパスフィルタと、を有している。
【００２７】
レーザ光源１１と、撮像装置１３と、の間の位置関係については、特に限定されるものではないが、図２に模式的に示したように、撮像装置１３の光軸と測定対象物Ｓの表面の法線方向とが略平行となるように、撮像装置１３が設けられることが好ましい。また、レーザ光源１１は、レーザ光源１１の光軸と撮像装置１３の光軸とが所定の角度をなすように、測定対象物Ｓの表面に対して斜め方向に設けられることが好ましい。
【００２８】
かかる撮像装置１３の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００２９】
かかる測定装置１０は、後述する演算処理装置２０による制御のもとで、線状のレーザ光の照射処理や光切断線の撮像処理等を所定の時間間隔で実施して、複数の光切断画像を生成すると、得られた光切断画像を演算処理装置２０へと出力する。
【００３０】
演算処理装置２０は、測定装置１０により生成される光切断画像を取得し、取得した光切断画像に対して、上記特許文献１や特許文献２に開示されているような公知の処理を実施することで、輝度画像及び凹凸画像を生成する。その後、演算処理装置２０は、生成した輝度画像及び凹凸画像に対して所定の画像処理を実施することで、測定対象物Ｓの表面形状を表わす情報を生成する。また、かかる演算処理装置２０は、測定装置１０における撮像処理（換言すれば、光切断画像の生成処理）を制御する制御部としても機能する。
【００３１】
かかる演算処理装置２０の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００３２】
＜撮像装置１３の構成について＞
次に、図３Ａ〜図４を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１０が備える撮像装置１３の構成について、詳細に説明する。
【００３３】
先だって言及したように、形状測定装置１では、外乱光の影響を取り除くために、光学バンドパスフィルタとして、狭帯域の干渉フィルタが用いられることが多い。このような干渉フィルタは、光が干渉フィルタの表面に対して垂直に入射することを想定して設計されているものである。
【００３４】
図３Ａに示したように、干渉フィルタに対して光が垂直に入射した場合は、上側の面で反射した光（反射波ｂ）は、干渉フィルタの屈折率がｎ＞１であることから位相が反転しており、下側の面で反射した光（反射波ａ）は位相が変わらない。そのため、光路長差（干渉フィルタの厚みをｄとして、２ｎｄとなる。）が波長の整数倍であるときに、反射光強度はゼロとなり、フィルタを透過する光量は最大となる。一方、図３Ｂに示したように、干渉フィルタに対して光が斜めに入射する場合を考える。図３Ｂにおいて、点線は等位相線でありＡＣとＢＤの光路長は等しいので、光路長差はＣＥＤとなる。ＣＥＤの長さは干渉フィルタ内での入射角をθとすると２ｎｄｃｏｓθであり、θが大きくなると光路長差は小さくなる。従って、透過波長が短波長にシフトしてしまう。このような斜入射に伴う透過波長の短波長シフトは、撮像装置１３と測定対象物Ｓとの間の離隔距離を短くするために、広角レンズ（短焦点レンズ）を用いる場合に顕著となる。
【００３５】
いま、図３Ａ及び図３Ｂに示したような干渉フィルタの集光半角（図３Ｂにおける干渉フィルタ内での入射角と同じである。）をθ［度］とし、干渉フィルタの実効屈折率をｎとし、垂直入射時の光の中心波長をλ０［ｎｍ］とし、入射角をθ度傾けたときの光の中心波長をλθ［ｎｍ］とすると、これらのパラメータには、以下の式１０１に示す関係が成立する。
【００３６】
【数１】
0006547472.tif 000002
【００３７】
このような斜入射による短波長シフトを抑制するために、本実施形態に係る撮像装置１３では、図４に模式的に示したように、カメラ本体１０１に装着されるレンズ１０３として、像側テレセントリックレンズが用いられる。像側テレセントリックレンズは、図４に模式的に示したように、開口絞りが光学系の前側焦点面上（換言すれば、光学系の物面側の焦点面上）に設けられている。このような像側テレセントリック光学系では、射出瞳は像側の無限遠にでき、像空間の主光線は、光軸に対して平行となる。このような像側テレセントリックレンズは、特に限定されるものではなく、レンズ１０３に求める焦点距離ｆに応じて、公知のものを利用することが可能である。
【００３８】
本実施形態に係る撮像装置１３では、図４に示したように、像側テレセントリックレンズと、カメラ本体１０１に設けられた撮像素子１０５と、の間に、所望の中心波長の光を透過させる、所定のバンド幅の光学バンドパスフィルタ（干渉フィルタ）１０７を配設する。像側テレセントリックレンズによって、レンズ１０３に入射した光の主光線は光軸に対して平行となるため、図３に示したような、光学バンドパスフィルタ１０７への斜入射が抑制される。これにより、レンズ１０３として広角レンズを用いた場合であっても、光学バンドパスフィルタ１０７への斜入射に起因して光切断線の像に非透過部分が生じることを、防止することができる。
【００３９】
なお、光学バンドパスフィルタ１０７の配設位置については、像側テレセントリックレンズの光学系と、撮像素子１０５との間に位置していれば特に限定されるものではなく、レンズ１０３の内部に設けられていても良いし、カメラ本体１０１の内部に設けられていても良いし、レンズ１０３とカメラ本体１０１との接続部分に設けられていても良い。
【００４０】
以上、本実施形態に係る撮像装置１３の構成について、詳細に説明した。
【００４１】
＜光学バンドパスフィルタのバンド幅の制約＞
次に、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅に関する制約について、図５を参照しながら説明する。
【００４２】
図４に示したような撮像装置１３において、像面からみた光線の広がり角θが小さいと、像面における被写体の像（すなわち、光切断線の像）が暗くなってしまう。光学バンドパスフィルタの場合、広がり角の大きい部分の光線は斜入射となり透過しないため、実質的に広がり角を制限した（すなわち、絞りを絞った）ことと等価である。そのため、開口数ＮＡ＝ｓｉｎθは、フィルタのバンド幅によって決まる。例えば、波長６４０ｎｍの光が、実効屈折率ｎ＝１．５である光学バンドパスフィルタに入射した場合には、波長シフト量と入射角の関係は、上記式１０１に基づいて、図５に示したようになる。
【００４３】
例えば、図４に示した広がり角θ＝１０度である場合、空気中に設けられた光学バンドパスフィルタの開口数ＮＡ＝ｓｉｎθ＝０．１７３６となる。一方で、Ｆ値と開口数ＮＡとの間には、Ｆ＝１／（２×ＮＡ）で表わされる関係が成立するため、広がり角θ＝１０度に対応するＦ値は、１／（２×０．１７３６）＝２．９となる。いま、図５に示したグラフ図において、広がり角θ＝１０度に対応する波長シフト量は、４ｎｍであることがわかる。従って、いま例に挙げたような光学バンドパスフィルタは、バンド幅が４ｎｍであるときに、Ｆ２．９の絞りと等価な作用を有することとなる。このような光学バンドパスフィルタの等価Ｆ値が、レンズ１０３のＦ値よりも大きいときには、得られる像の明るさは、光学バンドパスフィルタのバンド幅によって制約を受けるようになる。
【００４４】
像の明るさは、Ｆ値の２乗に反比例するため、開口数ＮＡの２乗に比例する。本実施形態に係る光バンドパスフィルタ１０７は、垂直入射の際の中心波長λ０から、広がり角θでの斜入射の際の中心波長λθまでの波長を透過することが求められるため、バンド幅は、最低限、波長シフト量Δλ＝λ０−λθだけ必要となる。いま、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅をΔλとすると、バンド幅Δλは、上記式１０１を利用して、以下の式１０３で表わされる。
【００４５】
【数２】
0006547472.tif 000003
【００４６】
上記式１０３を、開口数ＮＡについて解くと、以下の式１０５が得られる。
【００４７】
【数３】
0006547472.tif 000004
【００４８】
従って、光学バンドパスフィルタ１０７の等価Ｆ値と、バンド幅Δλとの関係は、Ｆ＝１／（２×ＮＡ）より、以下の式１０７で表わされる。
【００４９】
【数４】
0006547472.tif 000005
【００５０】
以上、本実施形態に係る光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅に関する制約について、詳細に説明した。
【００５１】
＜レーザパワー密度に関する制約＞
次に、本実施形態に係る測定装置１０における、レーザ光源１１から出射される線状のレーザ光のレーザパワー密度に関する制約について、図６Ａ〜図７を参照しながら詳細に説明する。
【００５２】
［ＳＮ比による制約について］
良好なＳＮ比の光切断画像を得るためには、ＳＮ比に関する制約を考慮することが重要である。いま、図４に示したような撮像装置１３での像面において、光源の強度／外乱光の強度で表わされるＳＮ比を検討する。
【００５３】
レーザ波長付近での外乱光のスペクトル分布（横軸を波長［ｎｍ］とし、縦軸を波長あたりのパワー密度［ｍＷ／ｃｍ２／ｎｍ］とした際のスペクトル）を考えた場合に、かかるスペクトル分布が平坦とみなすことができる場合には、ＳＮ比（ＳＮＲ）は、バンド幅の逆数とレーザパワー密度との積に比例する。すなわち、「ＳＮＲ∝（１／バンド幅）×レーザパワー密度」という関係が成立する。この場合、縦軸にレーザパワー密度をとり、横軸にバンド幅をとった平面座標系を考えると、ＳＮ比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係は、直線で表わされる。
【００５４】
一方、レーザ波長付近での外乱光のスペクトル分布が平坦とみなすことができない場合には、外乱光の強度は、波長λθから波長λ０まで、外乱光のスペクトル分布Ｌｄ（λ）を積分した値となる。いま、光源の強度をＬｐと表わすとすると、この際のＳＮ比（ＳＮＲ）は、以下の式１１１で表わされる値となる。この場合、縦軸にレーザパワー密度をとり、横軸にバンド幅をとった平面座標系を考えると、ＳＮ比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係は、直線ではなく曲線となる。
【００５５】
【数５】
0006547472.tif 000006
【００５６】
なお、実際には、光学バンドパスフィルタ１０７として、バンド幅が５〜１０ｎｍ程度の狭帯域の光学バンドパスフィルタが利用されることが多いため、レーザ波長付近での外乱光のスペクトル分布は、平坦とみなせることが多い。
【００５７】
［像面での明るさ制約について］
外乱光が無い場合でも、所望の露光時間やレンズ絞りの元で撮像を行うためには、光切断線の像が像面において一定以上の明るさであることが重要である。以下では、外乱光が無い場合に一定の明るさを得るための条件について、検討する。
【００５８】
ここで、光学バンドパスフィルタ１０７での等価絞り効果による明るさの制約を考えると、図４に示したような撮像装置１３において、像面での像の明るさは、開口数の２乗とレーザパワー密度との積に比例する。すなわち、「像面での像の明るさ∝（開口数２）×レーザパワー密度」という関係が成立する。この場合に、開口数を、式１０５により光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅に置き換えて考えてみると、縦軸にレーザパワー密度をとり、横軸にバンド幅をとった平面座標系において、像の明るさが一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係は、曲線で表わされる。
【００５９】
従って、ＳＮ比が所定の値以上となり、かつ、像面での像の明るさも所定の値以上となるのは、縦軸にレーザパワー密度をとり、横軸にバンド幅をとった平面座標系において、外乱光に対するＳＮ比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線（又は直線）Ｌ１の上側、かつ、像面での明るさが一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線Ｌ２の上側で表わされる領域となる。
【００６０】
この関係を模式的に示したものが、図６Ａ及び図６Ｂである。図６Ａは、外乱光に対するＳＮ比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係が、曲線Ｌ１で表わせる場合に対応し、図６Ｂは、外乱光に対するＳＮ比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係が、直線Ｌ１で表わせる場合に対応している。
【００６１】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、ＳＮ比が所定の値以上となり、かつ、像面での像の明るさも所定の値以上となるには、レーザ光源１１から照射される線状のレーザ光のレーザパワー密度に下限値があることがわかる。すなわち、ＳＮ比が所定の値以上となり、かつ、像面での像の明るさも所定の値以上となるには、レーザ光源１１から照射される線状のレーザ光のレーザパワー密度が、曲線Ｌ１と曲線Ｌ２との交点に対応するレーザパワー密度以上であることが必要となる。
【００６２】
また、先だって説明したように、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅は、レンズ１０３のＦ値に対応するバンド幅以下であることが必要となる。光学バンドパスフィルタのバンド幅が、レンズ１０３のＦ値に対応するバンド幅超過である場合には、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅を広げた場合であっても光切断線は明るくならず、外乱光だけが増加していく。
【００６３】
従って、これらの制約を考慮すると、ＳＮ比が所定の値以上となり、かつ、像面での像の明るさも所定の値以上となるのは、図６Ａ及び図６Ｂに示した平面座標系において、斜線で表わされる領域であることがわかる。
【００６４】
図７は、撮像装置１３のカメラ感度に応じて、求められるレーザパワー密度がどのように変化するかを示した模式図である。図７から明らかなように、曲線Ｌ２と、レンズ１０３のＦ値に対応するバンド幅を表わす直線との交点に対応するレーザパワー密度が、外乱光が無いときに撮像処理が可能となるための最低限必要な明るさ（レーザパワー密度）となる。一方で、上記のように、ＳＮ比が所定の値以上となり、かつ、像面での像の明るさも所定の値以上となるには、曲線Ｌ１と曲線Ｌ２との交点に対応するレーザパワー密度以上のレーザパワー密度が必要となる。
【００６５】
従って、撮像装置１３のカメラ感度が高い場合には、外乱光が無いときの撮像処理は低いレーザパワー密度で実現可能であるものの、外乱光が存在する場合には、図７に示したように、最低限必要なかさ上げ量は、大きくなる。一方で、撮像装置１３のカメラ感度が低い場合には、外乱光が無いときの撮像処理は相対的に高いレーザパワー密度となるものの、外乱光が存在する場合における最低限必要なかさ上げ量は、比較的小さくなる。
【００６６】
また、図７から明らかなように、レーザパワー密度が大きければ、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅を狭くすることが可能となる。
【００６７】
本実施形態に係る測定装置１０では、以上説明したような制約に基づき、レーザ光源１１から照射される線状のレーザ光のレーザパワー密度と、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅とが設定される。
【００６８】
実際には、撮像装置１３に設けられる光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅は、装置に利用可能な狭帯域の光学バンドパスフィルタが有している性能（例えば、バンド幅＝５ｎｍ以上１０ｎｍ以下）に設定されることが多くなる。従って、本実施形態に係る形状測定装置１では、後述する演算処理装置２０によって、用いる光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅である５ｎｍ以上１０ｎｍ以下に応じて、上記の関係を満足するように、レーザ光源１１から照射される線状のレーザ光のレーザパワー密度が制御される。
【００６９】
［曲線Ｌ１及び曲線Ｌ２の特定方法について］
次に、以上説明したような曲線Ｌ１及び曲線Ｌ２の特定方法について、簡単に説明する。
【００７０】
まず、ＳＮ比が一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線Ｌ１の特定方法について説明する。
この場合に、かかる曲線Ｌ１を特定するためには、まず、着目する外乱光のスペクトル分布及び測定対象物Ｓ上での外乱光のパワー密度を実際に測定するとともに、測定対象物Ｓとする物体の表面特性（例えば、放射率や反射率等）を特定する。その上で、得られた外乱光のスペクトル分布を利用し、生成される光切断画像に求めるＳＮ比や、測定対象物Ｓの表面特性を考慮して、外乱光のパワー密度を表わす曲線又は直線Ｌ１を算出すればよい。
【００７１】
あるいは、着目する外乱光のスペクトル分布が一定と見なせる場合は、バンドパスフィルタのバンド幅及びレーザパワー密度を固定して、外乱光の存在下で実験を行い、図６Ａ及び図６Ｂに示した平面座標上の１点のＳＮ比を実験的に得る。原点とその点を通る直線がＳＮ比一定の直線となるため、所望のＳＮ比となるように傾きを調整した直線を、上記のＬ１とすればよい。例えば、測定したＳＮ比が３であり、必要なＳＮ比が１２である場合には、傾きを４倍とすればよい。
【００７２】
次に、像面での明るさが一定となるレーザパワー密度とバンド幅との関係を表わす曲線Ｌ２の特定方法について説明する。
【００７３】
まず、撮像に必要な露光時間及びＦ値において、外乱光が無い場合に光切断線が所望の明るさで撮像できるようなレーザパワー密度を、実験などにより求める。次に、式１０７を利用して、利用する像側テレセントリックレンズのＦ値に対応するバンド幅を算出する。続いて、（外乱光が存在しない場合に撮像処理を実施することができる最低限のパワー密度、レンズのＦ値に対応するバンド幅）で表わされる点を通過するように、「（開口数２）×レーザパワー密度＝定数」で表わされる曲線の定数部分を、公知の方法により特定する。これにより、曲線Ｌ２を特定することができる。
【００７４】
なお、このような曲線の特定方法の流れについては、以下で改めて説明するとともに、以下の実施例で具体例を挙げながら詳細に説明する。
【００７５】
以上、図２〜図７を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１が備える測定装置１０について、詳細に説明した。
【００７６】
＜演算処理装置２０の構成について＞
次に、再び図１に戻って、演算処理装置２０の構成について詳細に説明する。
本実施形態に係る形状測定装置１が備える演算処理装置２０は、測定装置１０における光切断線の撮像処理（すなわち、光切断画像の生成処理）を統括して制御するとともに、測定装置１０により生成された光切断画像に対して画像処理を実施して、物体の形状を算出する装置である。
【００７７】
かかる演算処理装置２０は、図１に模式的に示したように、例えば、撮像制御部２１と、画像処理部２３と、表示制御部２５と、記憶部２７と、を有している。
【００７８】
撮像制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２１は、測定装置１０による測定対象物Ｓの撮像制御を実施する。より詳細には、撮像制御部２１は、測定対象物Ｓが所定の位置に設置されると、測定装置１０のレーザ光源１１に対して、以上説明したような条件を満足するレーザパワー密度を有している線状レーザ光の照射を開始させるためのトリガ信号を送出するとともに、撮像装置１３に対して、光切断線の撮像画像（すなわち、光切断画像）の撮像処理を開始させるためのトリガ信号を送出する。
【００７９】
画像処理部２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２３は、測定装置１０の撮像装置１３から取得した、光切断画像を利用して、各種の画像処理を実施する。
【００８０】
より詳細には、画像処理部２３は、測定装置１０から出力された光切断画像を利用して、上記特許文献１や特許文献２に開示されているような、凹凸画像及び輝度画像を生成する。その後、画像処理部２３は、生成した凹凸画像及び輝度画像を利用して、測定対象物Ｓの表面形状を算出する。
【００８１】
画像処理部２３は、測定対象物Ｓの表面の形状測定処理を終了すると、得られた測定結果に関する情報を、表示制御部２５に伝送する。
【００８２】
表示制御部２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２５は、画像処理部２３から伝送された、測定対象物Ｓの測定結果を、演算処理装置２０が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２０の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状測定装置１の利用者は、測定対象物Ｓの表面形状に関する各種の測定結果を、その場で把握することが可能となる。
【００８３】
記憶部２７は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２０が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２７には、本実施形態に係る演算処理装置２０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２７は、撮像制御部２１、画像処理部２３、表示制御部２５等が、データのリード／ライト処理を自由に行うことが可能である。
【００８４】
［画像処理部２３の構成について］
続いて、図８を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２０が備える画像処理部２３の構成について、簡単に説明する。
【００８５】
本実施形態に係る画像処理部２３は、図８に示したように、データ取得部２０１と、形状算出部２０３と、結果出力部２０５と、を主に備える。
【００８６】
データ取得部２０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部２０１は、測定装置１０から、当該測定装置１０によって生成された光切断画像の画像データを取得する。データ取得部２０１は、取得した光切断画像の画像データを、後述する形状算出部２０３に出力する。
【００８７】
本実施形態に係る形状算出部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。形状算出部２０３は、光切断線を用いて生成された光切断画像を利用して、測定対象物Ｓの表面形状を算出する。
【００８８】
より詳細には、形状算出部２０３は、光切断線を用いて生成された光切断画像を利用して、上記特許文献１及び特許文献２に開示されているような、凹凸画像及び輝度画像を生成する。その後、形状算出部２０３は、生成した凹凸画像及び輝度画像を利用して、測定対象物Ｓの表面形状を算出する。
【００８９】
ここで、形状算出部２０３が、測定対象物Ｓの表面形状を算出する方法については、特に限定されるものではなく、光切断法に基づく公知の方法を適宜利用することが可能である。
【００９０】
形状算出部２０３によって実施された形状算出処理の結果を表わす情報は、結果出力部２０５へと出力される。
【００９１】
結果出力部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。結果出力部２０５は、形状算出部２０３から出力された形状算出結果に関する情報等を表示制御部２５に出力する。これにより、上記のような各種の情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、結果出力部２０５は、得られた結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた結果を利用して、各種の帳票を作成してもよい。また、結果出力部２０５は、上記のような様々な情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２７等に履歴情報として格納してもよい。
【００９２】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００９３】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【００９４】
（レーザパワー密度及びバンド幅の設定方法について）
次に、図９を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１におけるレーザパワー密度及びバンド幅の設定方法の流れについて、簡単に説明する。
【００９５】
レーザパワー密度及びバンド幅の設定方法では、まず、外乱光のスペクトル分布及び測定対象物Ｓ上での外乱光のパワー密度を測定することで得られる、外乱光のパワー密度に関する知見を利用し、測定対象物Ｓの放射率や反射率といった表面特性と、光切断画像に求めるＳＮ比とを考慮して、ＳＮ比に関する曲線（又は直線）Ｌ１を算出する（ステップＳ１０１）。
【００９６】
あるいは、着目する外乱光のスペクトル分布が一定と見なせる場合は、バンドパスフィルタのバンド幅及びレーザパワー密度を固定して、外乱光の存在下で実験を行い、図６Ａ及び図６Ｂに示した平面座標上の１点のＳＮ比を実験的に得て、原点とその点を結ぶ直線を引きＳＮ比一定の直線を得る。次に、測定したＳＮ比と必要なＳＮ比との比Ｋを求めて、上記のＳＮ比一定の直線の傾きをＫ倍して、直線Ｌ１を算出する。（ステップＳ１０１）。
【００９７】
次に、外乱光が無い場合に光切断線が所望の明るさで撮像できるようなレーザパワー密度を、実験などにより特定する。（ステップＳ１０３）
【００９８】
続いて、撮像装置１３として用いる像側テレセントリックレンズのＦ値に基づいて、かかるＦ値に対応するバンド幅の大きさを、Ｆ＝１／（２×ＮＡ）の関係、及び、上記式１０５に基づいて算出する（ステップＳ１０５）。
【００９９】
続いて、図６Ａ〜図７に示したような平面座標系において、レンズのＦ値に対応するバンド幅の位置で、ステップＳ１０３で求めた撮像処理に必要なパワー密度の値をとる点を通過する曲線Ｌ２を算出する（ステップＳ１０７）。
【０１００】
その上で、求めた曲線Ｌ１及びＬ２と、レンズのＦ値に対応するバンド幅とで定まる領域（図６Ａ及び図６Ｂにおいて、斜線で表わした領域）の中から、レーザパワー密度とバンド幅の組み合わせを選択する（ステップＳ１０９）。
【０１０１】
以上のような流れで処理を行うことで、本実施形態に係る形状測定装置１におけるレーザパワー密度及びバンド幅を設定することができる。なお、かかる設定方法については、以下で実施例を挙げながら具体的に説明する。
【０１０２】
（形状測定方法について）
続いて、図１０を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１で実施される形状測定方法の流れについて、簡単に説明する。
【０１０３】
本実施形態に係る形状測定方法では、まず、像側テレセントリックレンズと、かかるレンズと撮像素子との間に設けられた光学バンドパスフィルタと、を有する撮像装置１３を利用した測定装置１０について、レーザ光源１１のレーザパワー密度と、光学バンドパスフィルタのバンド幅と、が設定される（ステップＳ１５１）。かかるレーザパワー密度とバンド幅との設定方法は、図９を参照しながら説明した通りである。
【０１０４】
次に、上記のような、像側テレセントリックレンズを有し、その後段にバンド幅の設定された光学バンドパスフィルタが設けられた撮像装置１３を利用して、演算処理装置２０の撮像制御部２１の制御のもとで、所定のレーザパワー密度の光切断線が撮像される（ステップＳ１５３）。これにより、測定対象物Ｓの光切断画像が生成される。生成された光切断画像は、撮像装置１３から演算処理装置２０へと出力される。
【０１０５】
演算処理装置２０の画像処理部２３は、生成された光切断画像に対して画像処理を実施して、形状算出用画像として、凹凸画像及び輝度画像を生成する（ステップＳ１５５）。その後、画像処理部２３は、生成したこれらの形状算出用画像に基づいて、測定対象物Ｓの表面形状を算出する（ステップＳ１５７）。続いて、演算処理装置２０の画像処理部２３は、得られた結果を出力する（ステップＳ１５９）。
【０１０６】
これにより、本実施形態に係る形状測定装置１の利用者は、測定対象物Ｓの表面形状に関する測定結果を、その場で把握することが可能となる。
【０１０７】
以上、本実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を、図１０を参照しながら簡単に説明した。
【０１０８】
（ハードウェア構成について）
次に、図１１を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置２０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１１は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１０９】
演算処理装置２０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２０は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１１０】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１１１】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１１２】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２０の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。形状測定装置１のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１１３】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２０が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１１４】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１１５】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１１６】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２０に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２０は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１１７】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１１８】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【実施例】
【０１１９】
以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法の一例にすぎず、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法が、下記の例に限定されるものではない。
【０１２０】
（実施例１）
まず、波長６６０ｎｍの赤色光を出射するレーザ光源を用いて、線状のレーザ光を生成し、かかる線状のレーザ光を、屋内に設けられた赤熱していない鋼板に照射して、光切断画像を像側テレセントリックレンズが設けられた撮像装置で撮像した。ここで、レンズの焦点距離ｆは７ｍｍであり、画角６３度にて撮像を行った。この際、像側テレセントリックレンズの前段（物面側）又は後段（像面側）に対して、バンド幅１０ｎｍの光学バンドパスフィルタ（多層型の干渉フィルタ、透過中心波長：６６０ｎｍ）を設置し、得られた画像の比較を行った。
【０１２１】
図１２に得られた結果を示した。
図１２から明らかなように、像側テレセントリックレンズの後段に光学バンドパスフィルタを設置した場合には、画像の幅方向の全域にわたって線状のレーザ光が写っている一方で、像側テレセントリックレンズの前面に光学バンドパスフィルタを設置した場合には、画像の幅方向の中央部分しか線状のレーザ光が写っていないことがわかる。
【０１２２】
このように、本発明に係る撮像装置１３を用いることで、短焦点レンズ（すなわち、広角レンズ）しか利用できないような状況（すなわち、測定対象物Ｓまでの距離が十分に取れない状況）であっても、適切な光切断画像を得ることが可能となる。
【０１２３】
（実施例２）
本実施例では、温度が９００℃であり、放射率が０．９（換言すれば、反射率が０．１）である赤熱している鋼板を測定対象物Ｓとした。また、レーザ光源１１の波長は６４０ｎｍとし、目標とする光切断画像のＳＮ比は、２０以上とした。また、像側テレセントリックレンズの後段に設けられる光学バンドパスフィルタとして、多層型の干渉フィルタ（透過中心波長：６４０ｎｍ）を利用し、かかる干渉フィルタの等価屈折率ｎは、１．５であった。更に、利用した撮像装置１３について、外乱光が無い状態で、所定の露光時間で撮像処理を実施するために最低限必要な明るさは、撮像装置１３（より詳細には、レンズ）のＦ値が１．４であるときに、レーザパワー密度で、０．８ｍＷ／ｃｍ２であった。
【０１２４】
図１３は、波長６４０ｎｍ付近での黒体放射スペクトルの分布を図示したものである。図１３において、縦軸は、バンド幅１ｎｍ当たりの黒体放射強度（パワー密度、対数表示）であり、横軸は、波長である。
【０１２５】
図１３より、波長６４０ｎｍにおける黒体放射強度は、バンド幅１ｎｍあたり約１．６×１０−３ｍＷ／ｃｍ２であることがわかる。従って、放射率が０．９であることから、かかる鋼板の自発光強度（ｍＷ／ｃｍ２）は、「０．９×バンド幅（ｎｍ）×１．６×１０−３」で表わされる。
【０１２６】
一方で、ＳＮ比が２０以上という要請から、光切断線に求められるレーザパワー密度は、外乱光の強度の２０倍ということで、「２０×０．９×バンド幅（ｎｍ）×１．６×１０−３」となる。ここで、着目している鋼板は反射率が０．１であることから、レンズへの入射パワーは１０倍必要となるため、「１０×２０×０．９×バンド幅（ｎｍ）×１．６×１０−３＝０．２９×バンド幅（ｎｍ）」が、ＳＮ比から必要なレーザパワー密度（ｍＷ／ｃｍ２）となる。この「レーザパワー密度＝０．２９×バンド幅」という関係が、上記の直線Ｌ１となる。
【０１２７】
また、Ｆ＝１／（２×ＮＡ）の関係、及び、上記式１０５から、Ｆ値とバンド幅との関係を算出すると、図１４のようになる。かかる図１４から、レンズのＦ値＝１．４に対応するバンド幅を求めると、Ｆ１．４は、バンド幅１８ｎｍに対応することが明らかとなった。
【０１２８】
そこで、バンド幅１８ｎｍの位置で、０．８ｍＷ／ｃｍ２の位置を通過するような曲線Ｌ２を求めると、図１５に示したようになった。なお、図１５には、上記の直線Ｌ１もあわせて図示している。図１５から、直線Ｌ１と曲線Ｌ２との交点の位置は、（バンド幅、レーザパワー密度）＝（７ｎｍ、２ｍＷ／ｃｍ２）であることが明らかとなった。この図１５から明らかなように、上記のような撮像条件では、レーザ光源１１のレーザパワー密度は、２ｍＷ／ｃｍ２以上であることが必要であり、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅の上限値は、１８ｎｍとなることがわかる。
【０１２９】
そこで、レーザ光源１１のレーザパワー密度を５ｍＷ／ｃｍ２に固定し、光学バンドパスフィルタ１０７のバンド幅を７ｎｍとした条件Ａと、バンド幅を３０ｎｍとした条件Ｂと、のそれぞれについて、光切断画像を撮像した。図１５から明らかなように、条件Ａは、図６Ｂに示したような領域内に含まれる条件であり、条件Ｂは、かかる領域に含まれない条件である。
【０１３０】
得られた光切断画像を、図１６に示し、かかる光切断画像における光切断線の太さ方向の断面輝度プロファイルの一例を、図１７にまとめて示した。なお、図１７において、縦軸は、光切断画像の輝度値であり、横軸は、光切断線の太さ方向の位置（図１６における光切断画像の縦方向の位置）に対応している。
【０１３１】
図１６及び図１７から明らかなように、条件Ａでは、図１６に示した光切断画像のコントラストは良好であり、図１７に示した断面輝度プロファイルでも、光切断線に対応する部分に輝度が集中していることがわかる。条件Ａについて、光切断画像のＳＮ比を算出したところ、５０超過となった。
【０１３２】
一方、条件Ｂでは、図１６に示した光切断画像のコントラストは良好ではなく、図１７に示した断面輝度プロファイルでも、輝度値は、光切断線の太さ方向にわたって広く分布していることがわかる。条件Ｂについて、光切断画像のＳＮ比を算出したところ、３．５程度となった。
【０１３３】
一般的に用いられる光切断法では、光切断画像から凹凸画像や輝度画像を生成する際に、光切断線の位置を求めるために、輝線位置の重心演算を行うことが多い。そのため、図１７に示したような条件Ｂでは、バックグラウンド成分までもが重心演算に混入してしまうため、光切断線の位置に誤差が重畳してしまう。一方で、条件Ａでは、輝度値は中央部分に集中しており、バックグラウンド成分はほとんど輝度値を有していない。そのため、条件Ａでは、光切断線の位置を正確に算出することが可能となり、形状算出処理の演算精度を更に向上させることが可能となる。
【０１３４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１３５】
１    形状測定装置
１０    測定装置
１１    レーザ光源
１３    撮像装置
２０    演算処理装置
２１    撮像制御部
２３    画像処理部
２５    表示制御部
２７    記憶部
１０１    カメラ本体
１０３    レンズ
１０５    撮像素子
１０７    光学バンドパスフィルタ
２０１    データ取得部
２０３    形状算出部
２０５    結果出力部
【図１】
0006547472.tif 000007
【図２】
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【図３Ａ】
0006547472.tif 000009
【図３Ｂ】
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【図４】
0006547472.tif 000011
【図５】
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【図６Ａ】
0006547472.tif 000013
【図６Ｂ】
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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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