特許 7587461 三次元形状測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-12

(45)【発行日】2024-11-20

(54)【発明の名称】三次元形状測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20241113BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20241113BHJP

   G06T 7/55 20170101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G01B21/00 L

G06T7/55

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021063483

(22)【出願日】2021-04-02

(65)【公開番号】P2022158516

(43)【公開日】2022-10-17

【審査請求日】2024-03-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 晋也

(72)【発明者】

【氏名】末永 剛

(72)【発明者】

【氏名】名取 和毅

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１４５３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９１３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２２５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－２５９１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００ － ２１／３２

Ｇ０６Ｔ ７／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物の三次元形状を示す三次元形状データを生成する三次元形状測定装置であって、
前記測定対象物を保持する保持部と前記保持部をＸ軸方向に延びる回転軸の周りに、第一の回転角度と第二の回転角度に回転させる回転駆動部とを含む回転ユニットと、
前記Ｘ軸と直交するＺ軸方向に延びる光軸を有し、前記保持部により保持された前記測定対象物を撮像して前記測定対象物の画像を示す三次元形状データ生成用の画像データを生成するための撮像部と、
前記Ｘ軸および前記Ｚ軸と直交するＹ軸方向において、前記撮像部の撮像視野が順次移動するように前記回転ユニットを前記撮像部に対して相対的に移動させる並進駆動部と、
前記第一の回転角度に前記測定対象物を回転させた状態で前記撮像部から見た前記Ｙ軸方向に延びる前記測定対象物の幅に基づいて、当該Ｙ軸方向に並ぶ複数の第一測定領域を設定し、前記第二の回転角度に前記測定対象物を回転させた状態で前記撮像部から見た前記Ｙ軸方向に延びる前記測定対象物の幅に基づいて、当該Ｙ軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定する設定部と、
前記第一の回転角度に前記測定対象物を回転させて、前記撮像部の撮像視野を前記複数の第一測定領域に順次移動させて前記測定対象物の撮像を行い、続いて、前記第二の回転角度に前記測定対象物を回転させて、前記撮像部の撮像視野を前記複数の第二測定領域に順次移動させて前記測定対象物の撮像を行うように、前記並進駆動部、前記回転駆動部、および前記撮像部を制御する制御部とを備える、三次元形状測定装置。

【請求項2】

前記設定部が設定した、前記第一の回転角度と前記複数の第一測定領域とを関連付けた設定、および前記第二の回転角度と前記複数の第二測定領域を関連付けた設定を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された設定に基づいて、前記並進駆動部、前記回転駆動部、および前記撮像部を制御する、請求項１記載の三次元形状測定装置。

【請求項3】

前記第一の回転角度および前記第二の回転角度のそれぞれにおいて前記Ｙ軸方向における前記測定対象物の存在領域を検出する検出部をさらに備え、
前記設定部は、前記検出部が検出した前記存在領域の幅に基づいて、当該存在領域の全体を撮像するために必要な前記Ｙ軸方向に並ぶ前記第一測定領域の数と前記第二測定領域の数とを自動的に設定する、請求項１または２記載の三次元形状測定装置。

【請求項4】

前記検出部により検出された前記測定対象物の存在領域に基づいて設定された前記複数の第一測定領域と前記複数の第二測定領域とを調整するための設定画面を表示する表示部をさらに備え、
前記設定部は、使用者からの指示を受け付けて、前記設定画面上で前記Ｙ軸方向に延びる前記第一測定領域と前記第二測定領域の数を拡張または縮小可能に構成された、請求項３記載の三次元形状測定装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記第一の回転角度および前記第二の回転角度のそれぞれにおいて、前記測定対象物を前記撮像部に対して前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に相対的に移動して複数回撮像して前記測定対象物の全体が撮像されたマップ画像を生成するように、前記撮像部、前記並進駆動部および前記回転駆動部を制御し、
前記表示部は、前記設定画面上に前記マップ画像を表示するとともに、前記設定部により設定された前記複数の第一測定領域と前記複数の第二測定領域とを、前記マップ画像上に重畳して表示し、
前記三次元形状測定装置は、前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、生成された複数の三次元形状データを合成し、前記測定対象物全体の三次元形状データを生成するデータ生成部とをさらに備える、請求項４記載の三次元形状測定装置。

【請求項6】

前記撮像部は、
第一の倍率で光を結像させる第一光学系と、
前記第一光学系で結像した光を受光する第一カメラと、
前記第一の倍率よりも低い第二の倍率で光を結像させる第二光学系と、
前記第二光学系で結像した光を受光する第二カメラとを含み、
前記マップ画像は、前記第二の倍率で前記測定対象物の全体を撮像することにより生成され、
前記データ生成部は、前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域を前記第一の倍率で撮像して生成した複数の前記画像データに基づいて前記三次元形状データを生成する、請求項５記載の三次元形状測定装置。

【請求項7】

前記回転駆動部は、前記保持部を前記第一の回転角度および前記第二の回転角度を含む複数の異なる回転角度に順次回転させることが可能に構成され、
前記設定部は、前記測定対象物が前記複数の異なる回転角度の各々にある状態で前記撮像部から見た前記Ｙ軸方向に延びる前記測定対象物の幅に基づいて前記Ｙ軸方向に並ぶ複数の測定領域を設定可能に構成され、
前記制御部は、前記複数の異なる回転角度の各々に前記測定対象物を回転させて、前記撮像部の撮像視野を当該回転角度に対応する前記複数の測定領域に順次移動させて前記測定対象物の撮像を行うように前記並進駆動部、前記回転駆動部、および前記撮像部を制御し、
前記三次元形状測定装置は、
前記複数の異なる回転角度のそれぞれにおいて前記Ｙ軸方向における前記測定対象物の存在領域を前記測定対象物の幅として検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記測定対象物の存在領域に基づいて回転角度ごとに設定された測定領域を調整するための設定画面を表示する表示部と、
前記測定対象物が箱形状であるか軸形状であるかを選択するための操作部とをさらに備え、
前記表示部は、前記操作部によって箱形状が選択された際に、箱形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第一設定画面を前記設定画面として表示し、前記操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第二設定画面を前記設定画面として表示する、請求項１または２記載の三次元形状測定装置。

【請求項8】

前記操作部は、当該操作部により箱形状が選択されることにより前記表示部に前記第一設定画面が表示された状態で、離散的な前記複数の異なる回転角度を選択可能に構成され、
前記表示部は、前記第一設定画面において、前記操作部により選択された前記複数の異なる回転角度のそれぞれにおいて撮像された前記測定対象物の画像上に、前記検出部により検出されて設定された前記複数の測定領域を重畳して表示する、請求項７記載の三次元形状測定装置。

【請求項9】

前記表示部は、前記操作部により軸形状が選択されることにより前記第二設定画面を表示する際に、当該第二設定画面において、前記複数の異なる回転角度のうち特定の一の回転角度で前記撮像部により撮像された前記測定対象物の画像を表示し、
前記設定部は、前記特定の一の回転角度の指定を使用者から受け付ける、請求項７または８記載の三次元形状測定装置。

【請求項10】

前記設定部は、前記操作部によって箱形状が選択された際に、予め定められた角度の整数倍の角度ピッチで、前記複数の異なる回転角度を設定する、請求項７～９のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。

【請求項11】

前記設定部は、前記操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の前記測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な前記複数の異なる回転角度のピッチを、当該測定対象物の径に基づいて自動的に設定し、
前記制御部は、前記設定部により設定された前記回転角度のピッチで前記測定対象物を回転させるように、前記回転駆動部を制御する、請求項７～１０のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。

【請求項12】

前記設定部は、前記操作部によって軸形状が選択された際に、前記使用者から前記軸形状の測定対象物を回転させる回転角度のピッチの入力を受け付け、当該回転角度のピッチは、前記測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な数値に制限される、請求項７～１１のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。

【請求項13】

前記複数の第一測定領域に対応する三次元形状データを取得するデータ取得部をさらに備え、
前記設定部は、前記データ取得部により取得された前記複数の第一測定領域に対応する複数の三次元形状データに基づいて、Ｙ軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定することが可能に構成された、請求項１または２記載の三次元形状測定装置。

【請求項14】

前記回転ユニットと前記撮像部との前記Ｚ軸方向の相対距離を変化させるための垂直駆動部をさらに備え、
前記制御部は、前記第一の回転角度と前記第二の回転角度のそれぞれにおいて前記複数の第一測定領域と前記複数の第二測定領域とを前記相対距離を変化させながら複数回撮像して複数の前記画像データを生成するように前記並進駆動部、前記垂直駆動部、前記回転駆動部及び前記撮像部を制御し、
前記データ生成部は、前記相対距離を変化させながら前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域を複数回撮像して生成された複数の画像データに基づいて前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、当該生成された複数の三次元形状データを合成し、前記測定対象物の三次元形状データを生成する、請求項５または６記載の三次元形状測定装置。

【請求項15】

前記回転ユニットが取り付けられるステージと、
前記ステージの上面に斜め上方の位置から周期的なパターンを有するパターン光を位相シフトさせつつ複数回照射するプロジェクタとをさらに備え、
前記撮像部は、光軸が前記Ｚ軸に一致するように前記ステージの上方に設けられ、前記プロジェクタから前記回転ユニットにより保持された前記測定対象物にパターン光が照射され、前記測定対象物から反射されるパターン光を受光することにより当該測定対象物を複数回撮像し、当該測定対象物の画像を示す複数の画像データを生成し、
前記プロジェクタは、前記Ｘ軸方向に並ぶとともに前記Ｘ軸方向に直交する仮想面を挟んで対称に配置された第１および第２の投光装置を含み、
前記第１および第２の投光装置の各々は、前記Ｙ軸に直交しかつ前記Ｘ軸および前記Ｚ軸に対してそれぞれ所定の角度で傾斜する光軸を有し、当該投光装置の光軸に沿って前記撮像部の光軸に向かうようにパターン光を出射し、
前記回転ユニットは、前記ステージが前記撮像部に対して予め定められた基準位置にあるときに、前記第１の投光装置によるパターン光の照射領域と、前記第２の投光装置によるパターン光の照射領域と、前記撮像部の撮像領域とが重複する空間から外れた位置に配置されるように設けられる、請求項１～１４のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の三次元形状を光学的に測定する三次元形状測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の三次元形状を測定するために三次元形状測定装置が用いられる。三次元形状測定装置の一例として、特許文献１の形状測定装置においては、ステージに載置された測定対象物に対して斜め上方の位置から複数のパターンを有する複数の測定光が投光部から測定対象物に順次照射される。各測定光の照射時には、ステージの上方に配置された受光部により測定対象物が撮像される。それにより、測定光のパターンが投影された複数の画像が取得される。取得された複数の画像に基づいて、三角測距方式により測定対象物の三次元形状を示すデータが生成される。

【0003】

ここで、上記のステージは、測定対象物が載置される載置面が、当該載置面に平行なＸ方向およびＹ方向に移動可能でかつ載置面に直交する軸の周りで回転可能となるように構成されている。それにより、使用者は、測定対象物がステージに載置された状態で、載置面を移動または回転させることにより測定対象物の所望の部分の形状を測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－０５５８１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

三角測距方式による形状測定方法では、測定対象物の表面の死角部分、すなわち測定対象物の表面のうち測定光を照射できない部分、および測定対象物の表面のうち撮像することができない部分については、形状を測定することができない。

【0006】

上記の形状測定装置においては、ステージ上の測定対象物は、投光部および受光部の下方に位置する。そのため、測定対象物のうち下方を向く部分は死角となる。したがって、ステージ上の測定対象物を移動または回転させても、測定対象物の表面のうち特定の部分については、死角から外すことができない。この場合、測定対象物の形状を測定可能な部分が制限される。

【0007】

そこで、上記の形状測定装置に、ステージ上の測定対象物の位置または姿勢を調整するための調整装置を設けることが考えられる。しかしながら、測定対象物の位置または姿勢を調整することにより平面視における測定対象物のサイズに変動が生じると、使用者は、測定対象物の位置または姿勢を調整するごとに受光部により撮像すべき領域を設定する必要がある。このような設定作業は煩雑である。

【0008】

本発明の目的は、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物の表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能な三次元形状測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明に係る三次元形状測定装置は、測定対象物の三次元形状を示す三次元形状データを生成する三次元形状測定装置であって、測定対象物を保持する保持部と保持部をＸ軸方向に延びる回転軸の周りに、第一の回転角度と第二の回転角度に回転させる回転駆動部とを含む回転ユニットと、Ｘ軸と直交するＺ軸方向に延びる光軸を有し、保持部により保持された測定対象物を撮像して測定対象物の画像を示す三次元形状データ生成用の画像データを生成するための撮像部と、Ｘ軸およびＺ軸と直交するＹ軸方向において、撮像部の撮像視野が順次移動するように回転ユニットを撮像部に対して相対的に移動させる並進駆動部と、第一の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たＹ軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、当該Ｙ軸方向に並ぶ複数の第一測定領域を設定し、第二の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たＹ軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、当該Ｙ軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定する設定部と、第一の回転角度に測定対象物を回転させて、撮像部の撮像視野を複数の第一測定領域に順次移動させて測定対象物の撮像を行い、続いて、第二の回転角度に測定対象物を回転させて、撮像部の撮像視野を複数の第二測定領域に順次移動させて測定対象物の撮像を行うように、並進駆動部、回転駆動部、および撮像部を制御する制御部とを備える。

【0010】

その三次元形状測定装置においては、第一の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たＹ軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、Ｙ軸方向に並ぶ複数の第一測定領域が設定される。また、第二の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たＹ軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、Ｙ軸方向に並ぶ複数の第二測定領域が設定される。この場合、使用者は、第一の回転角度および第二の回転角度の各々について測定対象物の形状に応じた煩雑な設定作業を行う必要がない。その後、測定対象物が第一の回転角度にある状態で、撮像部の撮像視野が複数の第一測定領域に順次移動され、測定対象物の撮像が行われる。また、測定対象物が第二の回転角度にある状態で、撮像部の撮像視野が複数の第二測定領域に順次移動され、測定対象物の撮像が行われる。このようにして生成される複数の画像データに基づいて、第一の回転角度に対応する三次元形状データ、および第二の回転角度に対応する三次元形状データを生成することができる。これらの結果、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物の表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。

【0011】

（２）三次元形状測定装置は、設定部が設定した、第一の回転角度と複数の第一測定領域とを関連付けた設定、および第二の回転角度と複数の第二測定領域を関連付けた設定を記憶する記憶部をさらに備え、制御部は、記憶部に記憶された設定に基づいて、並進駆動部、回転駆動部、および撮像部を制御してもよい。

【0012】

この場合、記憶部に記憶された設定に基づいて、第一の回転角度にある測定対象物の一部が適切に撮像され、第二の回転角度にある測定対象物の一部が適切に撮像される。

【0013】

（３）三次元形状測定装置は、第一の回転角度および第二の回転角度のそれぞれにおいてＹ軸方向における測定対象物の存在領域を検出する検出部をさらに備え、設定部は、検出部が検出した存在領域の幅に基づいて、当該存在領域の全体を撮像するために必要なＹ軸方向に並ぶ第一測定領域の数と第二測定領域の数とを自動的に設定してもよい。

【0014】

この場合、使用者による設定作業を要することなく、検出部による検出結果に基づいて、第一の回転角度に対応する複数の第一測定領域、および第二の回転角度に対応する複数の第二測定領域が適切に設定される。

【0015】

（４）三次元形状測定装置は、検出部により検出された測定対象物の存在領域に基づいて設定された複数の第一測定領域と複数の第二測定領域とを調整するための設定画面を表示する表示部をさらに備え、設定部は、使用者からの指示を受け付けて、設定画面上でＹ軸方向に延びる第一測定領域と第二測定領域の数を拡張または縮小可能に構成されてもよい。この場合、使用者は、測定対象物の所望の部分について形状測定を行うことができる。

【0016】

（５）制御部は、第一の回転角度および第二の回転角度のそれぞれにおいて、測定対象物を撮像部に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に相対的に移動して複数回撮像して測定対象物の全体が撮像されたマップ画像を生成するように、撮像部、並進駆動部および回転駆動部を制御し、表示部は、設定画面上にマップ画像を表示するとともに、設定部により設定された複数の第一測定領域と複数の第二測定領域とを、マップ画像上に重畳して表示し、三次元形状測定装置は、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、生成された複数の三次元形状データを合成し、測定対象物全体の三次元形状データを生成するデータ生成部とをさらに備えてもよい。

【0017】

この場合、使用者は、第一の回転角度に対応するマップ画像を視認することにより、第一の回転角度にある測定対象物と複数の第一測定領域との位置関係を容易に把握することができる。また、使用者は、第二の回転角度に対応するマップ画像を視認することにより、第二の回転角度にある測定対象物と複数の第二測定領域との位置関係を容易に把握することができる。

【0018】

さらに、上記の構成によれば、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成されて合成されるので、測定対象物の表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能となる。

【0019】

（６）撮像部は、第一の倍率で光を結像させる第一光学系と、第一光学系で結像した光を受光する第一カメラと、第一の倍率よりも低い第二の倍率で光を結像させる第二光学系と、第二光学系で結像した光を受光する第二カメラとを含み、マップ画像は、第二の倍率で測定対象物の全体を撮像することにより生成され、データ生成部は、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域を第一の倍率で撮像して生成した複数の画像データに基づいて三次元形状データを生成してもよい。

【0020】

第二の倍率に対応する撮像部の撮像領域は、第一の倍率に対応する撮像部の撮像領域に比べて大きい。そのため、測定対象物の全体をカバーするように第二の倍率で撮像する場合には、測定対象物の全体をカバーするように第一の倍率で撮像する場合に比べて、撮像回数を低減することができる。上記の構成によれば、マップ画像が測定対象物を第二の倍率で撮像することにより生成されるので、マップ画像の生成に要する時間を短くすることができる。

【0021】

また、三次元形状データを生成するために、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域が第一の倍率で撮像される。この場合、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域を第二の倍率で撮像する場合に比べて、測定対象物における所望の部分をより高い分解能で測定することができる。

【0022】

（７）回転駆動部は、保持部を第一の回転角度および第二の回転角度を含む複数の異なる回転角度に順次回転させることが可能に構成され、設定部は、測定対象物が複数の異なる回転角度の各々にある状態で撮像部から見たＹ軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいてＹ軸方向に並ぶ複数の測定領域を設定可能に構成され、制御部は、複数の異なる回転角度の各々に測定対象物を回転させて、撮像部の撮像視野を当該回転角度に対応する複数の測定領域に順次移動させて測定対象物の撮像を行うように並進駆動部、回転駆動部、および撮像部を制御し、三次元形状測定装置は、複数の異なる回転角度のそれぞれにおいてＹ軸方向における測定対象物の存在領域を測定対象物の幅として検出する検出部と、検出部により検出された測定対象物の存在領域に基づいて回転角度ごとに設定された測定領域を調整するための設定画面を表示する表示部と、測定対象物が箱形状であるか軸形状であるかを選択するための操作部とをさらに備え、表示部は、操作部によって箱形状が選択された際に、箱形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第一設定画面を設定画面として表示し、操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第二設定画面を設定画面として表示してもよい。

【0023】

この場合、測定対象物が複数の異なる回転角度の各々にある状態で、検出部の検出結果に基づいて、Ｙ軸方向に並ぶ複数の測定領域が設定される。設定された測定領域を調整するための設定画面が表示部に表示される。使用者が箱形状および軸形状のうちいずれかを選択することにより、各形状に応じた設定画面が表示装置に表示される。これにより、使用者は、箱形状の測定対象物の測定に関する設定を行う場合に、箱形状に適した第一設定画面により測定領域を調整することができる。また、使用者は、軸形状の測定対象物の測定に関する設定を行う場合に、軸形状に適した第二設定画面により測定領域を調整することができる。

【0024】

（８）操作部は、当該操作部により箱形状が選択されることにより表示部に第一設定画面が表示された状態で、離散的な複数の異なる回転角度を選択可能に構成され、表示部は、第一設定画面において、操作部により選択された複数の異なる回転角度のそれぞれにおいて撮像された測定対象物の画像上に、検出部により検出されて設定された複数の測定領域を重畳して表示してもよい。

【0025】

この場合、操作部により選択された複数の異なる回転角度で測定対象物を撮像することができる。また、使用者は、第一設定画面を視認することにより、複数の異なる回転角度の各々に対応する測定領域を容易に把握することができる。

【0026】

（９）表示部は、操作部により軸形状が選択されることにより第二設定画面を表示する際に、当該第二設定画面において、複数の異なる回転角度のうち特定の一の回転角度で撮像部により撮像された測定対象物の画像を表示し、設定部は、特定の一の回転角度の指定を使用者から受け付けてもよい。

【0027】

この場合、軸形状が選択された場合に、使用者により指定された一の回転角度で撮像された測定対象物の画像が第二設定画面に表示される。

【0028】

（１０）設定部は、操作部によって箱形状が選択された際に、予め定められた角度の整数倍の角度ピッチで、複数の異なる回転角度を設定してもよい。この場合、測定対象物が回転ユニットにより予め定められた角度ピッチで回転し、各回転が行われるごとに測定対象物が撮像される。

【0029】

（１１）設定部は、操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な複数の異なる回転角度のピッチを、当該測定対象物の径に基づいて自動的に設定し、制御部は、設定部により設定された回転角度のピッチで測定対象物を回転させるように、回転駆動部を制御してもよい。この場合、煩雑な設定作業を要することなく、軸形状を有する測定対象物の全周を測定するために必要な回転角度のピッチが設定される。

【0030】

（１２）設定部は、操作部によって軸形状が選択された際に、使用者から軸形状の測定対象物を回転させる回転角度のピッチの入力を受け付け、当該回転角度のピッチは、測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な数値に制限されてもよい。この場合、使用者は、所望のピッチで複数の異なる回転角度を設定することができる。また、上記の構成によれば、回転角度のピッチが測定対象物の全周を測定するために必要な数値に制限されるので、誤った設定が行われることが防止される。

【0031】

（１３）三次元形状測定装置は、複数の第一測定領域に対応する三次元形状データを取得するデータ取得部をさらに備え、設定部は、データ取得部により取得された複数の第一測定領域に対応する複数の三次元形状データに基づいて、Ｙ軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定することが可能に構成されてもよい。

【0032】

この場合、第一の回転角度にあるときの測定対象物の三次元形状データに基づいて、第二の回転角度に対応する複数の第二測定領域が設定される。したがって、第二の回転角度に対応する複数の第二測定領域を設定するために、予め第二の回転角度に測定対象物を回転させた状態で測定対象物を撮像する等の作業が不要となる。

【0033】

（１４）三次元形状測定装置は、回転ユニットと撮像部とのＺ軸方向の相対距離を変化させるための垂直駆動部をさらに備え、制御部は、第一の回転角度と第二の回転角度のそれぞれにおいて複数の第一測定領域と複数の第二測定領域とを相対距離を変化させながら複数回撮像して複数の画像データを生成するように並進駆動部、垂直駆動部、回転駆動部及び撮像部を制御し、データ生成部は、相対距離を変化させながら複数の第一測定領域および複数の第二測定領域を複数回撮像して生成された複数の画像データに基づいて複数の第一測定領域および複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、当該生成された複数の三次元形状データを合成し、測定対象物の三次元形状データを生成してもよい。この場合、Ｚ軸方向における広い範囲に渡って測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。

【0034】

（１５）三次元形状測定装置は、回転ユニットが取り付けられるステージと、ステージの上面に斜め上方の位置から周期的なパターンを有するパターン光を位相シフトさせつつ複数回照射するプロジェクタとをさらに備え、撮像部は、光軸がＺ軸に一致するようにステージの上方に設けられ、プロジェクタから回転ユニットにより保持された測定対象物にパターン光が照射され、測定対象物から反射されるパターン光を受光することにより当該測定対象物を複数回撮像し、当該測定対象物の画像を示す複数の画像データを生成し、プロジェクタは、Ｘ軸方向に並ぶとともにＸ軸方向に直交する仮想面を挟んで対称に配置された第１および第２の投光装置を含み、第１および第２の投光装置の各々は、Ｙ軸に直交しかつＸ軸およびＺ軸に対してそれぞれ所定の角度で傾斜する光軸を有し、当該投光装置の光軸に沿って撮像部の光軸に向かうようにパターン光を出射し、回転ユニットは、ステージが撮像部に対して予め定められた基準位置にあるときに、第１の投光装置によるパターン光の照射領域と、第２の投光装置によるパターン光の照射領域と、撮像部の撮像領域とが重複する空間から外れた位置に配置されるように設けられてもよい。

【0035】

第１の投光装置によるパターン光の照射領域と、第２の投光装置によるパターン光の照射領域と、撮像部の撮像領域とが重複する空間を測定空間と呼ぶ。上記の構成によれば、測定対象物を測定空間に配置することにより、測定対象物には、互いに異なる２つの方向に沿ってパターン光が照射される。それにより、測定対象物の表面においてパターン光が照射される範囲を拡大することができる。

【0036】

また、上記の構成によれば、ステージが基準位置にあるときに回転ユニットが測定空間に位置しない。したがって、ステージと撮像部とを予め定められた位置関係を有するように配置することで、測定対象物の測定可能な範囲が回転ユニットにより制限されることが防止される。したがって、測定空間に配置された測定対象物の表面の広い範囲に渡って高い精度を有する三次元形状データを生成することができる。

【発明の効果】

【0037】

本発明によれば、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物の表面におけるより広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図１の形状測定装置の測定部の構成を示す模式図である。

【図3】図１の形状測定装置の測定部の外観斜視図である。

【図4】回転ユニットの構成とステージに対する回転ユニットの取り付けおよび取り外しを説明するための図である。

【図5】保持部の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。

【図6】保持部の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。

【図7】保持部の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。

【図8】図１のステージのＺ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。

【図9】図１のステージのＺ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。

【図10】図１のステージのＺ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。

【図11】三角測距方式の原理を説明するための図である。

【図12】ステージの上面をＸＹ方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。

【図13】ステージの上面をＺ方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。

【図14】回転ユニットを用いて測定対象物を回転軸周りで回転させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。

【図15】第１の校正機能を説明するための図である。

【図16】第２の校正機能を説明するための図である。

【図17】第２のマーカの位置での回転軸のずれのみを用いて三次元形状データの補正を行う場合の一例を説明するための図である。

【図18】第３の校正機能を説明するための図である。

【図19】図１の形状測定装置を用いた測定対象物の形状測定手順を示すフローチャートである。

【図20】図１の形状測定装置を用いた測定対象物の形状測定手順を示すフローチャートである。

【図21】回転を伴う測定対象物の形状測定を行うための測定領域の設定手順を示すフローチャートである。

【図22】ステージに回転ユニットが取り付けられない状態で形状測定装置の電源がオンされたときに表示部に表示される測定基本画面の一例を示す図である。

【図23】図２２の領域設定ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図24】ステージに回転ユニットが取り付けられた状態で表示部に表示される測定基本画面の一例を示す図である。

【図25】図２４の箱部分ボタンが操作されることに応答して実行される形状測定装置の動作を説明するための図である。

【図26】図２４の箱部分ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図27】図２４の箱全周ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図28】図２４の軸ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図29】図２４の回転詳細ボタンが操作されることにより表示部に表示される副表示領域の一例を示す図である。

【図30】図２６～図２８の編集ボタンが操作されることにより表示部に表示される副表示領域の一例を示す図である。

【図31】図３０の第１の校正チェックボックスにチェックが入れられることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図32】図３０の第２の校正チェックボックスにチェックが入れられることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図33】図３２のマーカ反転チェックボックスにチェックが入れられることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図34】第１のマーカおよび第２のマーカについての新たな測定領域が設定された状態で表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。

【図35】回転ユニットを用いた測定対象物の形状測定の一例を示す外観斜視図である。

【図36】図３５の形状測定により得られる全ての三次元形状データに基づく三次元形状画像の一例を示す図である。

【図37】図３６の三次元形状画像からステージの上面に対応する三次元形状画像を除去した図である。

【図38】図１のＣＰＵの機能的な構成を示すブロック図である。

【図39】ＣＰＵにより実行される形状測定処理の一例を示すフローチャートである。

【図40】ＣＰＵにより実行される形状測定処理の一例を示すフローチャートである。

【図41】ＣＰＵにより実行される測定領域設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図42】ＣＰＵにより実行される測定領域設定処理の一例を示すフローチャートである。

【図43】Ｚ方向の測定対象物の測定範囲を設定することの要否を受け付け可能な領域設定画面の一例を示す図である。

【図44】測定対象物のＺ方向における測定範囲を設定するための領域設定画面の一例を示す図である。

【図45】測定対象物とステージとの干渉判定機能を説明するための図である。

【図46】他の実施の形態に係る回転ユニットの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明の一実施の形態に係る三次元形状測定装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、三次元形状測定装置を形状測定装置と略記する。

【0040】

［１］形状測定装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の形状測定装置５００の測定部の構成を示す模式図である。図３は、図１の形状測定装置５００の測定部の外観斜視図である。

【0041】

図１に示すように、形状測定装置５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、例えば顕微鏡であり、複数の投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０、照明光出力部１３０、ステージ１４０、制御基板１５０および回転ユニット１９０を含む。図２に示すように、各投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、測定光源１１１、パターン生成部１１２、複数のレンズ１１３，１１４，１１５、絞り１１６および複数の折り曲げミラー１１７，１１８を含む。受光部１２０は、複数のカメラ１２１Ａ，１２１Ｂ、複数のレンズ１２２，１２３Ａ，１２３Ｂ、ハーフミラー１２４および絞り１２５Ａ，１２５Ｂを含む。

【0042】

測定部１００においては、測定対象物Ｓの形状を測定可能な測定空間１０１が、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０の位置関係に基づいて定まる。図２および図３では、測定空間１０１が一点鎖線で示される。ステージ１４０の上面１４１ｓの一部は、測定空間１０１に位置する。ステージ１４０の上面１４１ｓに測定対象物Ｓが載置されること、または後述する回転ユニット１９０により測定対象物Ｓが保持されることにより、測定空間１０１に測定対象物Ｓが配置される。

【0043】

ここで、図２および図３の測定部１００において、ステージ１４０の上面１４１ｓ内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ，Ｙで示す。なお、Ｘ方向は測定部１００の前後方向に平行な方向であり、Ｙ方向は測定部１００の左右方向に平行な方向である。また、ステージ１４０の上面１４１ｓに対して直交する方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。

【0044】

図３に示すように、ステージ１４０は台座９９０に設けられる。台座９９０から上方に延びるように支柱９９１が設けられている。支柱９９１の上端部に光学系支持体９９２が取り付けられている。光学系支持体９９２は、ステージ１４０の上方に位置するように受光部１２０を支持する。また、光学系支持体９９２は、それぞれステージ１４０の斜め上方に位置するように２つの投光部１１０Ａ，１１０Ｂを支持する。２つの投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、Ｘ方向に並ぶように配置される。より具体的には、２つの投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、受光部１２０の光軸ＲＯＡを含みかつＸ方向に直交する面を挟んで対称に配置される。２つの投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０は光学系支持体９９２に支持された状態で後述するヘッドケーシング１６０（図８～図１０）に収容される。

【0045】

各投光部１１０Ａ，１１０Ｂの測定光源１１１は、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源１１１は、白色光を出射する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の光源であってもよい。

【0046】

図２および図３に示すように、測定光源１１１から出射された光は、レンズ１１３により適切に集光された後、折り曲げミラー１１７により反射され、パターン生成部１１２に入射する。パターン生成部１１２は、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。パターン生成部１１２は、透過型ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、反射型ＬＣＤ、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）またはマスクであってもよい。パターン生成部１１２は、入射した光から予め設定された形状測定用のパターンおよび予め設定された強度（明るさ）を有する光束（以下、パターン光と呼ぶ。）を生成し、生成されたパターン光をパターン出射面１１２Ｓ（図３）から出射する。

【0047】

パターン生成部１１２により出射されたパターン光は、複数のレンズ１１４，１１５および絞り１１６により拡大された後、折り曲げミラー１１８により反射され、ステージ１４０上の測定対象物Ｓに照射される。本実施の形態においては、複数のレンズ１１４，１１５および絞り１１６により両側テレセントリック光学系ＴＴ（図３）が構成される。

【0048】

受光部１２０においては、測定対象物Ｓによりステージ１４０の上方に反射されたパターン光が、受光部１２０のレンズ１２２に入射する。レンズ１２２に入射されたパターン光の一部は、ハーフミラー１２４を透過し、レンズ１２３Ａおよび絞り１２５Ａにより集光および結像され、カメラ１２１Ａで受光される。また、レンズ１２２に入射されたパターン光の残りは、ハーフミラー１２４で反射され、受光部１２０の複数のレンズ１２３Ｂおよび絞り１２５Ｂにより集光および結像され、カメラ１２１Ｂで受光される。

【0049】

本実施の形態に係る受光部１２０においては、レンズ１２２，１２３Ａおよび絞り１２５Ａによりカメラ１２１Ａに対応する一の両側テレセントリック光学系が構成される。また、レンズ１２２，１２３Ｂおよび絞り１２５Ｂによりカメラ１２１Ｂに対応する他の両側テレセントリック光学系が構成される。

【0050】

各カメラ１２１Ａ，１２１Ｂは、例えば撮像素子１２１ａおよびレンズを含むＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。撮像素子１２１ａは、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）である。撮像素子１２１ａは、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子１２１ａの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ。）が制御基板１５０（図１）に出力される。

【0051】

本例においては、照明光出力部１３０は、測定対象物Ｓに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロＣＣＤを用いた受光部１２０により測定対象物Ｓのカラー画像を撮像することができる。

【0052】

なお、レンズ１２３Ａの倍率はレンズ１２３Ｂの倍率に比べて低い。あるいは、カメラ１２１Ａのレンズの倍率は、カメラ１２１Ｂのレンズの倍率に比べて低い。そのため、カメラ１２１Ａは低倍率カメラとして用いられ、カメラ１２１Ｂは、高倍率カメラとして用いられる。使用者は、例えば後述する操作部２５０を操作することにより、測定対象物Ｓの観察および形状測定に用いるカメラとして、低倍率カメラおよび高倍率カメラのうちいずれか一方を選択することができる。

【0053】

制御基板１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１Ａ，１２１Ｂから出力される受光信号は、制御部３００による制御に基づいて、制御基板１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。

【0054】

図１に示すように、ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０および操作部２５０を含む。また、操作部２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。

【0055】

ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、測定対象物Ｓの形状測定を行うための形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、測定対象物Ｓの形状測定に関する種々のデータを保存するために用いられる。

【0056】

ＣＰＵ２１０は、記憶装置２４０に記憶された形状測定プログラムを実行する。それにより、ＣＰＵ２１０は、制御基板１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部１４６および後述する回転駆動部１９２に駆動パルスを与える。ＣＰＵ２１０が形状測定プログラムを実行することにより発揮される具体的な機能については後述する。表示部４００は、例えばＬＣＤパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。

【0057】

ステージ１４０は、ＸＹステージ１４１およびＺステージ１４２を含む。ＸＹステージ１４１は、上面１４１ｓを有するとともに、Ｘ方向移動機構およびＹ方向移動機構を有する。Ｘ方向移動機構は、上面１４１ｓをＸ方向に移動させるための機構である。Ｙ方向移動機構は、上面１４１ｓをＹ方向に移動させるための機構である。Ｚステージ１４２は、上面１４１ｓをＺ方向に移動させるためのＺ方向移動機構を有する。なお、ステージ１４０は、θステージを含んでもよいし、チルトステージを含んでもよい。θステージは、例えば上面１４１ｓに直交する軸を中心に回転可能な機構を有するステージである。チルトステージは、上面１４１ｓに平行な軸を基準として傾斜可能な機構を有するステージである。

【0058】

ここで、受光部１２０の焦点に位置しかつ受光部１２０の光軸ＲＯＡに垂直な平面を受光部１２０の焦点面と呼ぶ。図２および図３に示すように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０およびステージ１４０の相対的な位置関係は、投光部１１０Ａからステージ１４０の上面１４１ｓに向かう投光部１１０Ａの光軸ＴＯＡ１、投光部１１０Ｂからステージ１４０の上面１４１ｓに向かう投光部１１０Ｂの光軸ＴＯＡ２、およびステージ１４０の上面１４１ｓから受光部１２０に向かう受光部１２０の光軸ＲＯＡが受光部１２０の焦点面で互いに交差するように設定される。

【0059】

また、投光部１１０Ａの焦点を含みＸＹ方向に平行な平面を投光部１１０Ａの焦点面と呼び、投光部１１０Ｂの焦点を含みＸＹ方向に平行な平面を投光部１１０Ｂの焦点面と呼ぶ。この場合、各投光部１１０Ａ，１１０Ｂは、投光部１１０Ａの焦点面および投光部１１０Ｂの焦点面が受光部１２０の焦点を含む位置で交差するように構成される。

【0060】

上記のような構成により、測定部１００においては、投光部１１０Ａによる測定光の照射領域と、投光部１１０Ｂによる測定光の照射領域と、受光部１２０の撮像領域（撮像視野）とが重複する空間が形成される。この３つの領域の重複空間が、測定空間１０１である。なお、測定空間１０１のサイズは、使用者により選択されるカメラの倍率（高倍率または低倍率）に応じて異なる。低倍率が選択されたときの測定空間１０１のサイズは、高倍率が選択されたときの測定空間１０１のサイズよりも大きい。

【0061】

ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構には、それぞれステッピングモータが用いられる。図１に示すように、測定部１００は、ステージ１４０に付随する構成要素としてステージ操作部１４５およびステージ駆動部１４６を含む。ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構は、図１のステージ操作部１４５またはステージ駆動部１４６により駆動される。

【0062】

使用者は、ステージ操作部１４５を手動で操作することにより、ステージ１４０の上面１４１ｓを受光部１２０に対して相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させることができる。ステージ駆動部１４６は、ＰＣ２００より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ１４０の各ステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ１４０の上面１４１ｓを受光部１２０に相対的にＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に移動させる。

【0063】

ステージ１４０のＸ方向移動機構、Ｙ方向移動機構およびＺ方向移動機構の各々に用いられるステッピングモータにはエンコーダが取り付けられている。各エンコーダの出力信号は、例えばＣＰＵ２１０に与えられる。ＣＰＵ２１０は、ステージ１４０の各エンコーダから与えられる信号に基づいて、ステージ１４０の上面１４１ｓのＸ方向の位置（Ｘ位置）、Ｙ方向の位置（Ｙ位置）またはＺ方向の位置（Ｚ位置）の変化量を算出することができる。

【0064】

ステージ１４０においては、ＸＹステージ１４１について、予めＸＹ方向における基準位置が定められている。基準位置は、例えば上面１４１ｓの中心が受光部１２０の光軸ＲＯＡ上に位置するときのＸＹステージ１４１の位置である。なお、基準位置は、平面視で測定空間１０１の全体がステージ１４０の上面１４１ｓ上に重なるように定められればよい。そのため、基準位置は、測定空間１０１がステージ１４０の上面１４１ｓ上に位置するのであれば、上面１４１ｓの中心を除く部分が受光部１２０の光軸ＲＯＡ上に位置するときのＸＹステージ１４１の位置であってもよい。

【0065】

図２および図３に示すように、本実施の形態に係るＸＹステージ１４１は、Ｘ方向に延びる長方形の板形状を有する。Ｘ方向におけるＸＹステージ１４１の端部には、回転ユニット１９０が設けられている。回転ユニット１９０は、ステージ１４０に対して取り付けることが可能かつ取り外すことが可能に構成されている。

【0066】

図４は、回転ユニット１９０の構成とステージ１４０に対する回転ユニット１９０の取り付けおよび取り外しを説明するための図である。図４（ａ）に、回転ユニット１９０の平面図が示される。図４（ｂ）に、ＸＹステージ１４１の平面図が示される。図４（ｃ）に、回転ユニット１９０が取り付けられたＸＹステージ１４１の平面図が示される。

【0067】

図４（ａ）に示すように、回転ユニット１９０は、保持部１９１および回転駆動部１９２を含む。回転駆動部１９２は、ステッピングモータｓｍおよび電源部ｐｐが略直方体形状を有するケーシング内に収容された構成を有する。ステッピングモータｓｍは保持部１９１を回転させるために用いられる。電源部ｐｐはステッピングモータｓｍに電力を供給する。回転駆動部１９２のケーシングは、長手方向において互いに対向する２つの端面ｅｓ１，ｅｓ２を有するとともに、短手方向において互いに対向する２つの側面ｓｓ１，ｓｓ２を有する。

【0068】

保持部１９１は、後述する一対の保持片９２，９３（図５～図７）で測定対象物Ｓを挟み込むことにより測定対象物Ｓを保持可能に構成されたチャックであり、側面ｓｓ１から所定距離突出するように設けられている。また、保持部１９１は、側面ｓｓ１に直交する回転軸の周りで回転可能に回転駆動部１９２のステッピングモータｓｍにより支持されている。保持部１９１の詳細は後述する。回転駆動部１９２の他方の側面ｓｓ２には、後述する一対の保持片９２，９３（図５～図７）間の距離を調整するための保持ダイヤル１９５が設けられている。

【0069】

回転駆動部１９２の両端面ｅｓ１，ｅｓ２の下端には、回転ユニット１９０をＸＹステージ１４１上に取り付けるための取付部１９９が設けられている。取付部１９９には、ねじを挿入可能な貫通孔が形成されている。また、回転駆動部１９２には、ケーシング内の電源部ｐｐから一方の端面ｅｓ２を通して外方に延びるようにケーブル１９３が設けられている。ケーブル１９３の先端には、コネクタ１９４が設けられている。ケーブル１９３およびコネクタ１９４は、ＸＹステージ１４１内部に設けられる後述する回転ユニット用基板から電源部ｐｐに電力を供給するためおよび回転ユニット用基板と電源部ｐｐとの間で信号のやり取りを行うために用いられる。

【0070】

図４（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１４１の上面１４１ｓは、Ｘ方向に延びる矩形状を有する。Ｘ方向における上面１４１ｓの一端部には、回転ユニット１９０の２つの取付部１９９にそれぞれ対応する２つのねじ孔１４１ｈが形成されている。本例では、ＸＹステージ１４１は、基準位置にあるものとする。この場合、平面視で、測定空間１０１の外縁はＸＹステージ１４１の上面１４１ｓの中心を取り囲む。

【0071】

ＸＹステージ１４１内部には、回転ユニット１９０の電源部ｐｐに電力を供給するためおよび回転駆動部１９２の動作を制御するための制御基板（以下、回転ユニット用基板と呼ぶ。）が設けられている。ＸＹステージ１４１のうち測定部１００の前方を向く一側部には、回転ユニット用基板と回転ユニット１９０とを電気的に接続するためのコネクタ１４１ｃが設けられている。

【0072】

図４（ｃ）に示すように、ＸＹステージ１４１上に回転ユニット１９０が取り付けられる。この取付時には、ＸＹステージ１４１の２つのねじ孔１４１ｈ上に回転ユニット１９０の２つの取付部１９９が位置決めされる。また、各取付部１９９の貫通孔を通してねじ孔１４１ｈにねじが取り付けられる。それにより、ＸＹステージ１４１の上面１４１ｓにおける予め定められた位置に回転ユニット１９０が固定される。ＸＹステージ１４１が基準位置にある状態で、回転ユニット１９０は測定空間１０１から外れた空間に位置する。この場合、回転ユニット１９０が測定空間１０１に位置しないので、測定対象物Ｓの測定可能な範囲が回転ユニット１９０により制限されることが防止される。

【0073】

さらに、ＸＹステージ１４１への回転ユニット１９０の取付時には、ケーブル１９３に設けられたコネクタ１９４が、ＸＹステージ１４１のコネクタ１４１ｃに接続される。これにより、ＸＹステージ１４１から回転ユニット１９０への電力供給が可能になる。また、回転ユニット１９０の回転駆動部１９２が、ＸＹステージ１４１の回転ユニット用基板を介してＣＰＵ２１０により制御される。

【0074】

回転駆動部１９２のステッピングモータｓｍにはエンコーダが取り付けられている。当該エンコーダの出力信号は、回転ユニット１９０とＸＹステージ１４１とが電気的に接続されることによりＣＰＵ２１０に与えられる。ＣＰＵ２１０は、回転ユニット１９０のエンコーダから与えられる信号に基づいて、保持部１９１の回転方向における角度位置（回転角度）を算出することができる。

【0075】

ここで、保持部１９１の詳細について説明する。図５～図７は、保持部１９１の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。図５に示すように、保持部１９１は、回転支持軸９１、一対の保持片９２，９３および図示しない開閉機構を含む。

【0076】

回転支持軸９１は、回転駆動部１９２のステッピングモータｓｍに接続され、当該回転支持軸９１の中心軸周りで回転可能に支持されている。一対の保持片９２，９３は、それぞれ半円柱形状を有し、回転支持軸９１の先端部分を挟み込むようにかつ一対の保持片９２，９３により一本の円柱を形成するように設けられている。図示しない開閉機構は、図５に白抜きの矢印で示すように、使用者による保持ダイヤル１９５（図４（ａ））の操作に応じて一対の保持片９２，９３間の距離を変化させる。それにより、図６に示すように、保持部１９１は、一対の保持片９２，９３が測定対象物Ｓの一部を挟み込むことにより測定対象物Ｓを保持（把持）することが可能に構成されている。

【0077】

各保持片９２，９３の先端に位置する端面９２ｅ，９３ｅには、複数の孔９２ｈ，９３ｈが形成されている。これらの複数の孔９２ｈ，９３ｈには、棒状部材９４を挿入することができる。保持片９２，９３の複数の孔９２ｈ，９３ｈに選択的に所定数の棒状部材９４が挿入されることにより、図７に示すように、複数の棒状部材９４を用いて測定対象物Ｓを保持することも可能である。

【0078】

保持部１９１により保持された測定対象物Ｓを測定空間１０１に配置することにより、測定空間１０１内に位置する測定対象物Ｓの上方を向く部分について三次元形状を測定することができる。

【0079】

上記の保持部１９１の構成によれば、測定対象物Ｓが片持ち保持されるので、保持部１９１により保持される測定対象物Ｓの部分が低減される。したがって、測定空間１０１内で測定対象物Ｓを回転させることにより、測定対象物Ｓの表面のより広い範囲について三次元形状を測定することができる。

【0080】

ところで、Ｚ方向移動機構により上下動可能なステージ１４０の範囲（以下、可動ストローク範囲と呼ぶ。）は、例えばステージ１４０と受光部１２０との位置関係に基づいて定められることが好ましい。図８～図１０は、図１のステージ１４０のＺ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。

【0081】

図８～図１０では、測定部１００の模式的正面図が示される。また、図８～図１０では、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０を収容するヘッドケーシング１６０が二点鎖線で示され、受光部１２０の焦点面１２０Ｆが太い点線で示される。さらに、回転ユニット１９０における回転支持軸９１（図５～図７）の中心を通る回転軸ＲＡが一点鎖線で示される。本例では、ヘッドケーシング１６０の下端部に受光部１２０のレンズ１２２（図２）が位置する。また、本例では、回転軸ＲＡは、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられた状態で、Ｘ方向に平行に延びる。

【0082】

図８に示すように、ステージ１４０は、少なくとも上面１４１ｓが受光部１２０の焦点面１２０Ｆに位置する高さ位置ｐ１に配置可能に構成されることが好ましい。この場合、回転ユニット１９０は、Ｚ方向の寸法（高さ）ｄｈが受光部１２０のレンズ１２２から焦点面１２０Ｆまでの作動距離ＷＤよりも小さくなるように設計されることが好ましい。

【0083】

次に、図９に示すように、ステージ１４０は、回転ユニット１９０が取り付けられた状態で、少なくとも回転ユニット１９０の回転軸ＲＡが受光部１２０の焦点面１２０Ｆに位置する高さ位置ｐ２に配置可能に構成されることが好ましい。図８および図９の例に示される配置を実現するためには、図１のステージ１４０のＺ方向における可動ストローク範囲ＲＭは、受光部１２０の焦点面１２０ＦをＺ方向における上面１４１ｓと回転軸ＲＡとの間で位置調整できるように定められる必要がある。

【0084】

ここで、Ｚ方向における上面１４１ｓから回転軸ＲＡまでの距離を基準距離ＲＤと定義する。この場合、図１０に示すように、ステージ１４０は、回転ユニット１９０が取り付けられた状態で、焦点面１２０Ｆが上面１４１ｓから上方に基準距離ＲＤの２倍の距離離間した高さ位置に配置されるときの高さ位置ｐ３に配置可能に構成されることがより好ましい。

【0085】

このような構成によれば、回転軸ＲＡを基準とする回転時に上面１４１ｓに干渉しない測定対象物Ｓについて、広い範囲に渡って形状測定を行うことができる。したがって、図１のステージ１４０のＺ方向における可動ストローク範囲ＲＭは、受光部１２０の焦点面１２０Ｆを上面１４１ｓと上面１４１ｓの上方に基準距離ＲＤの２倍の距離離間した高さ位置との間で位置調整できるように定められることが好ましい。

【0086】

図１に示すように、制御部３００は、制御基板３１０および照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０および制御基板１５０を制御する。

【0087】

照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光および青色光を出射する３つのＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。照明光源３２０から発生される光（以下、照明光と呼ぶ。）は、導光部材（ライトガイド）を通して測定部１００の照明光出力部１３０から出力される。なお、制御部３００に照明光源３２０を設けずに、測定部１００に照明光源３２０を設けてもよい。この場合、測定部１００には照明光出力部１３０が設けられない。

【0088】

図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０を取り囲むようにステージ１４０の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射される。

【0089】

［２］測定対象物の立体形状を示す三次元形状データ
（１）三角測距方式による測定対象物の形状測定
測定部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの形状が測定される。図１１は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図１１に示すように、例えば投光部１１０Ａから出射される光線の光軸と受光部１２０に入射する反射光の光軸（受光部１２０の光軸）との間の角度γが予め設定される。角度γは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。

【0090】

ステージ１４０上に測定対象物Ｓが配置されない場合、投光部１１０Ａから出射される光線は、ステージ１４０の上面１４１ｓの点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射する。一方、ステージ１４０上に測定対象物Ｓが配置される場合、投光部１１０Ａから出射される光線は、測定対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射する。

【0091】

点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離をｄとすると、ステージ１４０の上面１４１ｓに対する測定対象物Ｓの点Ａの高さｈは、ｈ＝ｄ÷ｔａｎ（γ）により与えられる。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御基板１５０により与えられる測定対象物Ｓの画素データに基づいて、Ｘ方向における点Ｏと点Ａとの間の距離ｄを測定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定された距離ｄに基づいて、測定対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。測定対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。

【0092】

三角測距方式の形状測定時には、測定対象物Ｓの表面の全ての点に光を照射するために、図１の投光部１１０Ａ，１１０Ｂからステージ１４０に向かって種々のパターンを有するパターン光が順次出射される。例えば、Ｙ方向に平行でかつＸ方向に並ぶような直線状の断面を有する縞状のパターン光が、その空間位相が変化されつつ各投光部１１０Ａ，１１０Ｂから複数回出射される。また、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがＸ方向に並ぶコード状のパターン光が、その明部分および暗部分がグレイコード状に変化されつつ各投光部１１０Ａ，１１０Ｂから複数回出射される。

【0093】

ＣＰＵ２１０（図１）においては、所定のパターン光が投影された測定対象物Ｓの画像データに基づいて測定対象物Ｓの立体形状を表す三次元形状データが生成される。三次元形状データは、測定対象物Ｓの表面上の位置データを含む。測定部１００においては、受光部１２０に対して固有の位置関係を有する三次元座標系（以下、装置座標系と呼ぶ。）が定義される。本例の装置座標系は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に平行なＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を含む。位置データは、例えば装置座標系における座標を表す。以下の説明では、三次元形状データに基づいて表示される測定対象物Ｓの画像を三次元形状画像と呼ぶ。

【0094】

（２）ＸＹ方向における複数の三次元形状データの合成
測定対象物Ｓがステージ１４０の上面１４１ｓ上に載置された状態で、ＸＹ方向において測定対象物Ｓが測定空間１０１内に収まらない場合には、測定対象物Ｓの上面の一部にしかパターン光が照射されない。そのため、測定対象物Ｓの表面の広範囲に渡る三次元形状データを求めることができない。

【0095】

そこで、ＸＹ方向において測定対象物Ｓの上面が測定空間１０１内に収まらない場合には、ステージ１４０の上面１４１ｓを受光部１２０に対して相対的にＸＹ方向に移動させることにより、測定対象物Ｓの複数の部分を撮像してもよい。この場合、測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを取得し、取得された複数の三次元形状データを合成することができる。

【0096】

図１２は、ステージ１４０の上面１４１ｓをＸＹ方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図１２（ａ）に示すように、使用者により測定対象物Ｓがステージ１４０上に載置される。また、測定対象物Ｓの位置および姿勢がステージ１４０上で調整された後、パターン光を用いた撮像が行われることにより１番目の三次元形状データが生成される。これにより取得される三次元形状画像の一例が図１２（ｅ）に示される。なお、図１２（ｅ）～（ｈ）および後述する図１３（ｃ），（ｄ）および図１４（ｄ）～（ｆ）に示される三次元形状画像において、点線は測定対象物Ｓの全体の外形を仮想的に表したものである。

【0097】

図１２（ａ）に示すように、本例では、１番目の三次元形状データの生成時に、ＸＹ方向における測定対象物Ｓの一部分のみが測定空間１０１内に配置される。したがって、図１２（ｅ）に示される三次元形状画像は、測定対象物Ｓの上面のうちＸＹ方向における複数の部分が欠落している。

【0098】

そこで、図１２（ｂ）～（ｄ）に示すように、１番目の三次元形状データで表されていない測定対象物Ｓの複数の部分が順次測定空間１０１に配置されるように、ステージ１４０の上面１４１ｓがＸＹ方向に移動される。また、測定空間１０１の各部分が測定空間１０１に配置されるごとに、パターン光を用いた撮像が行われ、２番目～４番目の三次元形状データが生成される。２番目～４番目の三次元形状データにそれぞれ対応する三次元形状画像が図１２（ｆ）～（ｈ）に示される。このようにして、ステージ１４０のＸＹ方向への移動および測定対象物Ｓの撮像が繰り返されることにより、測定対象物Ｓの上面の複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。生成された複数の三次元形状データが合成されることにより、測定対象物Ｓの表面の広い範囲に渡る三次元形状データが生成される。以下の説明では、ＸＹ方向において測定対象物Ｓの形状測定の対象範囲を拡大するための合成を平面方向合成と呼ぶ。

【0099】

（３）Ｚ方向における複数の三次元形状データの合成
測定対象物Ｓがステージ１４０の上面１４１ｓ上に載置された状態で、Ｚ方向において測定対象物Ｓの上面が測定空間１０１内（受光部１２０の被写界深度の範囲内）に収まらない場合には、測定対象物Ｓの上面の一部にしか受光部１２０の焦点が合わない。そのため、測定対象物Ｓの表面の広範囲に渡る三次元形状データを求めることができない。

【0100】

そこで、Ｚ方向において測定対象物Ｓの上面が測定空間１０１内に収まらない場合には、ステージ１４０の上面１４１ｓを受光部１２０に対して相対的にＺ方向に移動させることにより、測定対象物Ｓの複数の部分を撮像してもよい。この場合、測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを取得し、取得された複数の三次元形状データを合成することができる。

【0101】

図１３は、ステージ１４０の上面１４１ｓをＺ方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図１３（ａ）に示すように、使用者により測定対象物Ｓがステージ１４０上に載置され、パターン光を用いた撮像が行われることにより１番目の三次元形状データが生成される。これにより取得される三次元形状画像の一例が図１３（ｃ）に示される。

【0102】

図１３（ａ）に示すように、本例では、１番目の三次元形状データの生成時に、Ｚ方向における測定対象物Ｓの上面の一部分のみが測定空間１０１内に配置される。そのため、図１３（ｃ）に示される三次元形状画像は、測定対象物ＳのうちＺ方向における最上端部分が欠落している。

【0103】

そこで、図１３（ｂ）に示すように、１番目の三次元形状データで表されていない測定対象物Ｓの部分が測定空間１０１に配置されるように、ステージ１４０の上面１４１ｓがＺ方向に移動される。また、パターン光を用いた撮像が行われ、２番目の三次元形状データが生成される。２番目の三次元形状データに対応する三次元形状画像が図１３（ｄ）に示される。

【0104】

このようにして、ステージ１４０のＺ方向への移動および測定対象物Ｓの撮像が繰り返されることにより、測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。生成された複数の三次元形状データが合成されることにより、測定対象物Ｓの表面の広い範囲に渡る三次元形状データが生成される。以下の説明では、Ｚ方向において測定対象物Ｓの形状測定の対象範囲を拡大するための合成を高さ方向合成と呼ぶ。

【0105】

（４）回転方向における複数の三次元形状データの合成
回転ユニット１９０により保持された測定対象物Ｓが測定空間１０１内に配置される場合であっても、受光部１２０の方向に向かない測定対象物Ｓの部分で反射されるパターン光は受光部１２０に入射しない。そこで、回転ユニット１９０により保持された測定対象物Ｓの形状測定時には、測定対象物Ｓを回転軸ＲＡの周りで回転させることにより測定対象物Ｓの複数の部分を撮像してもよい。この場合、測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを取得し、取得された複数の三次元形状データを合成することができる。

【0106】

図１４は、回転ユニット１９０を用いて測定対象物Ｓを回転軸ＲＡ周りで回転させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図１４（ａ）に示すように、使用者により測定対象物Ｓが回転ユニット１９０の保持部１９１に取り付けられる。図１４（ａ）～（ｃ）においては、測定対象物Ｓを保持する保持部１９１が二点鎖線で模式的に示される。

【0107】

測定対象物Ｓが回転ユニット１９０により保持された状態で、測定対象物Ｓが測定空間１０１内に位置するように位置合わせが行われる。さらに、パターン光を用いた撮像が行われることにより１番目の三次元形状データが生成される。これにより取得される三次元形状画像の一例が図１４（ｄ）に示される。

【0108】

なお、本例で用いられる測定対象物Ｓは、一方向に延びる略円柱形状を有し、当該測定対象物Ｓの軸心が回転軸ＲＡに一致するように、測定対象物Ｓの一端が保持部１９１に保持されている。また、本例の測定対象物Ｓの端部には、当該測定対象物Ｓの回転状態が理解しやすいように、黒点が付されている。

【0109】

図１４（ａ）に示すように、１番目の三次元形状データの生成時には、測定対象物Ｓの外周面のうち受光部１２０に向く一部分のみが受光部１２０により撮像される。したがって、図１４（ｄ）に示される三次元形状画像は、測定対象物Ｓの外周面における比較的広範囲の部分が欠落している。

【0110】

そこで、図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、１番目の三次元形状データで表されていない測定対象物Ｓの外周面の複数の部分が順次受光部１２０に向くように、予め定められた角度の整数倍の角度間隔（所定の角度ピッチ）で回転ユニット１９０が測定対象物Ｓを回転させる。また、測定対象物Ｓが所定角度回転するごとに、パターン光を用いた撮像が行われ、２番目および３番目の三次元形状データが生成される。２番目および３番目の三次元形状データにそれぞれ対応する三次元形状画像が図１４（ｅ），（ｆ）に示される。

【0111】

このようにして、測定対象物Ｓの所定角度分の回転および測定対象物Ｓの撮像が繰り返されることにより、測定対象物Ｓの外周面の複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。生成された複数の三次元形状データが合成されることにより、測定対象物Ｓの表面の広い範囲（本例では、外周面全体）に渡る三次元形状データが生成される。以下の説明では、回転軸ＲＡを基準とする回転方向において測定対象物Ｓの形状測定の対象範囲を拡大するための合成を回転方向合成と呼ぶ。

【0112】

［３］回転方向合成を行う際の校正機能
（１）校正機能の概要
上記のように、回転方向合成を行う場合には、測定対象物Ｓが回転軸ＲＡを基準として、予め定められた角度位置（以下、基準角度位置と呼ぶ。）から所定の角度ピッチで回転する。また、基準角度位置にある状態で測定対象物Ｓの三次元形状データが生成されるとともに、所定の角度ピッチで回転されるごとに測定対象物Ｓの三次元形状データが生成される。

【0113】

ここで、温度環境の変化または測定部１００の経時的な使用により、回転ユニット１９０の回転軸ＲＡが装置座標系で規定される設計上の位置からずれていると、正確な三次元形状データを得ることができない。そこで、本実施の形態に係る形状測定装置５００は、回転方向合成を用いた測定対象物Ｓの形状測定時に、生成された三次元形状データの装置座標系に対するずれ（ずれ量およびずれている方向）を相殺するための第１、第２および第３の校正機能を有する。第１、第２および第３の校正機能について順に説明する。

【0114】

（２）第１の校正機能
図１５は、第１の校正機能を説明するための図である。図１５（ａ）に、Ｙ方向に見た回転ユニット１９０の保持部１９１の側面図が示される。図１５（ａ）に示すように、保持部１９１においては、回転駆動部１９２と保持片９２，９３との間に位置する回転支持軸９１の一部が、第１のマーカＭ１として第１の校正機能に用いられる。この第１のマーカＭ１は、円筒状の外周面を有し、その中心が回転ユニット１９０の回転軸ＲＡ上に位置するように設けられる。第１のマーカＭ１の外周面の寸法は、既知であり、例えば図１の記憶装置２４０に記憶される。

【0115】

図１５（ａ）において、回転ユニット１９０の回転軸ＲＡが、装置座標系において設計上存在すべき理想的な回転軸（以下、設計回転軸と呼ぶ。）ＤＲＡから平行にずれている場合を想定する。この場合、測定対象物Ｓについて正確な三次元形状データを得るためには、設計回転軸ＤＲＡと回転軸ＲＡとの間のずれｓｖを算出する必要がある。

【0116】

そこで、第１の校正機能では、回転される測定対象物Ｓの形状測定時に、測定対象物Ｓとともに第１のマーカＭ１の外周面の形状が測定される。例えば、測定対象物Ｓが基準角度位置から回転軸ＲＡ周りに１２０°ピッチで回転する場合、０°、１２０°および２４０°の各々の角度位置において測定対象物Ｓとともに第１のマーカＭ１の外周面を示す三次元形状データが生成される。

【0117】

上記の３つの角度の各々に対応する第１のマーカＭ１の三次元形状データは、例えば図１５（ａ）で第１のマーカＭ１を通るＱ－Ｑ線断面（Ｘ方向に直交するＹＺ平面）において円弧形状を有する。上記のように、第１のマーカＭ１の外周面の寸法は、既知である。したがって、図１５（ｂ）に太い実線で示すように、第１のマーカＭ１の外周面の一部を示す円弧形状の三次元形状データによれば、ＹＺ平面内における第１のマーカＭ１の中心ＣＭ１を算出することができる。なお、図１５（ｂ）に一点鎖線で示される円は、設計回転軸ＤＲＡを基準として本来生成されるべき第１のマーカＭ１の三次元形状データを表す。

【0118】

第１のマーカＭ１の中心は、回転軸ＲＡ上に位置する。したがって、第１の校正機能においては、特定のＹＺ平面における第１のマーカＭ１の中心の算出は、特定のＹＺ平面における回転軸ＲＡの位置を算出していることに等しい。

【0119】

三次元形状データ上の第１のマーカＭ１の中心ＣＭ１は、ＹＺ平面において本来的に設計回転軸ＤＲＡに重なる必要がある。しかしながら、上記のように実際の回転軸ＲＡが、設計回転軸ＤＲＡからずれていると、三次元形状データ上の第１のマーカＭ１の中心ＣＭ１は設計回転軸ＤＲＡに重ならない。そこで、三次元形状データ上の第１のマーカＭ１の中心ＣＭ１と設計回転軸ＤＲＡとの間のずれｓｖを算出する。

【0120】

この場合、図１５（ｃ）に示すように、複数の角度位置の各々に対応する第１のマーカＭ１の三次元形状データは、当該角度位置で算出されたずれｓｖが相殺されるように補正することで、正確な三次元形状データとすることができる。換言すれば、各角度位置で生成された第１のマーカＭ１の三次元形状データは、三次元形状データ上の第１のマーカＭ１の中心ＣＭ１が設計回転軸ＤＲＡに一致するように補正することで、正確な三次元形状データとすることができる。

【0121】

そこで、第１のマーカＭ１の三次元形状データとともに生成される測定対象物Ｓの三次元形状データについて、各角度位置で算出されたずれｓｖが相殺されるように補正を行う。これにより、測定対象物Ｓについて正確な三次元形状データを得ることができる。その結果、複数の角度位置で生成された三次元形状データを合成する場合に、広い範囲に渡って測定対象物Ｓの正確な形状測定を行うことが可能になる。

【0122】

（３）第２の校正機能
図１６は、第２の校正機能を説明するための図である。図１６（ａ）に、Ｙ方向に見た回転ユニット１９０の保持部１９１の側面図が示される。図１６（ａ）の例では、回転ユニット１９０の回転軸ＲＡが、設計回転軸ＤＲＡから傾斜してずれている。この場合、設計回転軸ＤＲＡと回転軸ＲＡとの間のずれｓｖが、Ｘ方向の位置に応じて異なる。そのため、第１の校正機能により第１のマーカＭ１および測定対象物Ｓの三次元形状データについて補正を行っても、測定対象物Ｓの部分によっては正確な三次元形状データが得られない。

【0123】

そこで、第２の校正機能では、設計回転軸ＤＲＡに対して実際の回転軸ＲＡが傾斜する場合であっても正確な三次元形状データが得られるように、第２のマーカＭ２が用いられる。図１６（ｂ）の吹き出し内に示すように、第２のマーカＭ２は、径大部Ｍ２ａおよび径小部Ｍ２ｂから構成される。径大部Ｍ２ａおよび径小部Ｍ２ｂは、それぞれ円柱形状を有し、軸心に沿って並ぶように一体成形されている。

【0124】

径大部Ｍ２ａには、磁石が内蔵されている。また、径大部Ｍ２ａの端面には、粘着剤または粘着シートが設けられることにより粘着性が付与されている。このような構成により、第２のマーカＭ２は、磁力により強磁性体からなる測定対象物Ｓの所望の位置に取り付けおよび取り外しが可能であるとともに、粘着力により非磁性体からなる測定対象物Ｓの所望の位置に取り付けおよび取り外しが可能である。

【0125】

第２の校正機能では、例えば測定対象物Ｓのうち第１のマーカＭ１から最も離間した部分に第２のマーカＭ２が取り付けられる。第２のマーカＭ２の径大部Ｍ２ａおよび径小部Ｍ２ｂの外周面の寸法は、既知であり、例えば図１の記憶装置２４０に記憶される。

【0126】

この状態で、回転される測定対象物Ｓの形状測定時に、測定対象物Ｓが予め定められた複数の角度位置に回転される。また、複数の角度位置の各々で、測定対象物Ｓとともに第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２の外周面の形状が測定される。このとき、第１の校正機能で説明した方法により、例えば図１６（ｂ）で第１のマーカＭ１を通るＱ１－Ｑ１線断面において設計回転軸ＤＲＡと回転軸ＲＡとの間のずれｓｖが求められる。

【0127】

第２のマーカＭ２は、例えば図１６（ｂ）で第２のマーカＭ２を通るＱ２－Ｑ２線断面において設計回転軸ＤＲＡと回転軸ＲＡとの間のずれｓｖを求めるために用いられる。具体的には、第２のマーカＭ２について、Ｑ２－Ｑ２線断面で径大部Ｍ２ａ（または径小部Ｍ２ｂ）の全周がカバーされるように、予め定められた複数の角度位置に対応する複数の円弧形状の三次元形状データを生成する。その後、複数の角度位置の各々で、既知である径大部Ｍ２ａ（または径小部Ｍ２ｂ）の寸法に合うように、複数の円弧形状の三次元形状データを合成する。

【0128】

この場合、図１６（ｃ）に示すように、Ｑ２－Ｑ２線断面において、第２のマーカＭ２が複数の角度位置にそれぞれ位置するときの第２のマーカＭ２の中心ＣＭ２を算出することができる。それにより、Ｑ２－Ｑ２線断面における、第２のマーカＭ２の回転中心、すなわち回転軸ＲＡの位置を算出することができる。そこで、算出された回転軸ＲＡと設計回転軸ＤＲＡとの間のずれｓｖを算出する。

【0129】

このようにして、Ｘ方向において互いに離間したＱ１－Ｑ１線断面の位置におけるずれｓｖとＱ２－Ｑ２線断面の位置におけるずれｓｖが算出される。それにより、算出された２つのずれｓｖに基づいて、第１のマーカＭ１と第２のマーカＭ２との間に位置する測定対象物Ｓの補正量を適切に算出することが可能になる。したがって、測定対象物Ｓについてより正確な三次元形状データを得ることができる。その結果、複数の角度位置で生成された三次元形状データを合成する場合に、広い範囲に渡って測定対象物Ｓのより正確な形状測定を行うことが可能になる。

【0130】

上記のように、第２の校正機能によれば、Ｘ方向における第２のマーカＭ２の位置での回転軸のずれｓｖが算出される。したがって、測定対象物Ｓの形状によっては、第２のマーカＭ２の位置での回転軸のずれｓｖのみを用いて三次元形状データの補正を行ってもよい。なお、本実施の形態においては、第２のマーカＭ２の位置での回転軸のずれｓｖのみを用いて三次元形状データの補正を行う構成機能は、第２の校正機能に含まれるものとする。

【0131】

第２のマーカＭ２の位置での回転軸のずれｓｖのみを用いて三次元形状データの補正を行う場合、第２のマーカＭ２は、Ｘ方向において測定対象物Ｓと保持部１９１との間に位置するように配置されてもよい。

【0132】

図１７は、第２のマーカＭ２の位置での回転軸のずれｓｖのみを用いて三次元形状データの補正を行う場合の一例を説明するための図である。図１７に示すように、本例では、第２のマーカＭ２の径小部Ｍ２ｂが保持部１９１により保持される。また、第２のマーカＭ２の径大部Ｍ２ａの端面に例えば円板状の測定対象物Ｓが取り付けられる。図１７の測定対象物Ｓは、一方向に延びるような長手形状を有しない。そのため、Ｘ方向において測定対象物Ｓに隣接する第２のマーカＭ２の位置で算出されるずれｓｖのみに基づいて三次元形状データを補正する場合でも、比較的高い精度の三次元形状データを得ることができる。

【0133】

（４）第３の校正機能
第３の校正機能では、上記の第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２に相当する校正具が用いられない。第３の校正機能では、回転される測定対象物Ｓの形状測定時に、予め定められた複数の角度位置で当該測定対象物Ｓについて生成される複数の三次元形状データに基づいて回転軸ＲＡと設計回転軸ＤＲＡとの間のずれｓｖが算出される。

【0134】

図１８は、第３の校正機能を説明するための図である。図１８（ａ）に、回転ユニット１９０により保持された測定対象物ＳのＸ方向に直交する断面が示される。第３の校正機能では、測定対象物Ｓの回転方向で互いに重複する部分の三次元形状データが生成されるように、複数の角度位置が設定される。その上で、図１８（ａ）に白抜きの矢印で示すように、複数の角度位置で測定対象物Ｓの表面が撮像され、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。図１８（ａ）では、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データのうちの一部（３つ）が、データＤＡａ，ＤＡｂ，ＤＡｃとして、吹き出し内に示される。データＤＡａ，ＤＡｂ，ＤＡｃは、それぞれ点線、実線および一点鎖線で示される。データＤＡａ，ＤＡｂ間では、点線の枠内にある部分が測定対象物Ｓにおける共通の部分を示す重複部分である。データＤＡｂ，ＤＡｃ間では、一点鎖線の枠内にある部分が重複部分である。これらの重複部分は、生成される三次元形状データから、特定の形状（面または凹凸）等を検出することにより識別することができる。

【0135】

次に、測定対象物Ｓの回転中心が例えば設計回転軸ＤＲＡにあるものとして、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを、Ｘ方向に直交する仮想面上に配置する。この場合、回転軸ＲＡと設計回転軸ＤＲＡとの間のずれｓｖが大きいと、図１８（ｂ）に示すように、隣り合う各２つのデータの一方のデータの重複部分と他方のデータの重複部分との間に大きいずれが生じる。

【0136】

そこで、隣り合う各２つのデータの重複部分間のずれが最小となるように、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データに基づいて測定対象物Ｓの真の回転軸ＲＡを求めるための収束計算を行う。算出された回転軸ＲＡと設計回転軸ＤＲＡとのずれに基づいて複数の三次元形状データを補正する。それにより、図１８（ｃ）に示すように、測定対象物Ｓについて正確な三次元形状データを得ることができる。その結果、複数の角度位置で生成された三次元形状データを合成する場合に、測定精度の低下を低減しつつ広い範囲に渡って測定対象物Ｓの形状測定を行うことが可能になる。なお、図１８（ｂ），（ｃ）では、図１８（ａ）の複数の角度位置に対応する複数の三次元形状データのうちデータＤＡａ，ＤＡｂ，ＤＡｃのみが示される。

【0137】

［４］形状測定装置５００を用いた測定対象物Ｓの形状測定手順
図１９および図２０は、図１の形状測定装置５００を用いた測定対象物Ｓの形状測定手順を示すフローチャートである。初期状態においては、形状測定装置５００の電源はオン状態にある。また、形状測定装置５００においては、パターン光を用いた形状測定のための撮像が行われる場合を除いて、照明光出力部１３０からステージ１４０の上面１４１ｓに向けて照明光が照射される。このとき、図１の表示部４００には、受光部１２０によりリアルタイムで取得される画像データに基づく画像（以下、ライブ画像と呼ぶ。）が表示される。

【0138】

まず、使用者は、測定対象物Ｓのうち所望の部分の形状測定を行うために回転ユニット１９０が必要であるか否かを判定する（ステップＳ１）。そこで、回転ユニット１９０が必要である場合、使用者は、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられているか否かを判定する（ステップＳ２）。回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられていない場合、使用者は、回転ユニット１９０をステージ１４０に取り付ける（ステップＳ３）。

【0139】

ステップＳ２またはステップＳ３において回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられた状態で、使用者は、少なくとも一部が測定空間１０１に位置するように測定対象物Ｓを回転ユニット１９０の保持部１９１に取り付ける（ステップＳ４）。これにより、測定対象物Ｓは、回転軸ＲＡの周りで回転可能に保持される。次に、使用者は、測定対象物Ｓに対する受光部１２０の焦点面１２０Ｆの位置調整を行う（ステップＳ５）。具体的には、使用者は、ライブ画像を視認しつつ図１のステージ操作部１４５または操作部２５０を操作することにより、測定対象物Ｓに受光部１２０の焦点面１２０Ｆが合うようにステージ１４０の上面１４１ｓの高さを調整する。

【0140】

次に、使用者は、Ｚ方向に直交するステージ１４０上の面（例えば水平面）内で受光部１２０により撮像されるべき領域（以下、測定領域と呼ぶ。）の設定を行う（ステップＳ６）。これにより、測定対象物Ｓの上面全体が測定空間１０１内に収まらない場合でも、複数の測定領域が設定され、それらの測定領域の三次元形状データが生成されることにより、平面方向合成を行うことが可能になる。

【0141】

上記の測定領域の設定は、使用者が表示部４００に表示される後述の領域設定画面を操作することにより行われる。なお、測定領域の設定時には、Ｚ方向において上記の高さ方向合成を行うためのＺ方向の撮像範囲が定められてもよい。測定領域の設定の詳細については後述する。

【0142】

ここで、上記のステップＳ１において、回転ユニット１９０が不要である場合、使用者は、少なくとも一部が測定空間１０１に位置するように測定対象物Ｓをステージ１４０上に載置する（ステップＳ１１）。次に、使用者は、上記のステップＳ５，Ｓ６と同様に、測定対象物Ｓに対する受光部１２０の焦点面１２０Ｆの位置調整を行い（ステップＳ１２）、測定領域の設定を行う（ステップＳ１３）。

【0143】

その後、使用者は、操作部２５０を操作することにより、設定された測定領域についてパターン光を用いた撮像の開始を指令する（ステップＳ７）。それにより、設定された測定領域にパターン光が照射され、撮像が行われる。また、当該測定領域についての三次元形状データが生成される。

【0144】

次に、使用者は、ステップＳ７の作業で生成された三次元形状データを測定対象物Ｓの形状測定結果として確認し（ステップＳ２１）、その三次元形状データに欠落部分がないか否かを判定する（ステップＳ２２）。三次元形状データに欠落部分がない場合、使用者は、三次元形状データを図１の作業用メモリ２３０または記憶装置２４０に保存し、その三次元形状データに基づいて測定対象物Ｓの形状の解析を行う（ステップＳ２３）。これにより、一連の作業が終了する。

【0145】

上記のステップＳ２２において、三次元形状データに欠落部分がある場合、使用者は、三次元形状データの欠落部分に対応する測定対象物Ｓの部分が撮像されるように、測定領域の追加設定を行う（ステップＳ２４）。次に、使用者は、操作部２５０を操作することにより、追加設定された測定領域についてパターン光を用いた撮像の開始を指令する（ステップＳ２５）。それにより、追加設定された測定領域の形状を示す三次元形状データが生成される。また、使用者は、操作部２５０を操作することにより、ステップＳ７の作業により生成された三次元形状データにステップＳ２５の作業により生成された三次元形状データを合成する（ステップＳ２６）。このステップＳ２６の作業は、ＣＰＵ２１０により自動的に行われる場合、省略されてもよい。その後、使用者は、上記のステップＳ２３の作業を進める。

【0146】

本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、図１のＣＰＵ２１０は、回転ユニット１９０による回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定時に、３種類のモードのいずれかで測定領域を設定することが可能に構成されている。これらの３種類のモードを第１の箱形状領域設定モード、第２の箱形状領域設定モードおよび軸形状領域設定モードと呼ぶ。

【0147】

第１の箱形状領域設定モードは、箱形状を有する測定対象物Ｓを回転軸ＲＡ周りで３６０°回転させつつ形状測定を行う場合の測定領域設定に適したモードである。第２の箱形状領域設定モードは、回転軸ＲＡ周りの予め定められた角度範囲（例えば１８０°）内で箱形状を有する測定対象物Ｓを回転させつつ形状測定を行う場合の測定領域設定に適したモードである。軸形状領域設定モードは、軸形状を有する測定対象物Ｓを回転軸ＲＡに沿って延びるように配置し、回転軸ＲＡ周りで３６０°回転させつつ形状測定を行う場合の測定領域設定に適したモードである。

【0148】

ここで、上記のステップＳ６における測定領域設定の手順について詳細を説明する。図２１は、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うための測定領域の設定手順を示すフローチャートである。使用者は、操作部２５０を用いて後述する領域設定画面を操作することにより下記の設定作業を行う。

【0149】

使用者は、測定領域を設定するＣＰＵ２１０のモードとして、第１の箱形状領域設定モード、第２の箱形状領域設定モードおよび軸形状領域設定モードのいずれか１つを選択する（ステップＳ３１）。

【0150】

この選択は、具体的には次のように行われる。まず、使用者は、測定対象物Ｓの形状を箱形状および軸形状のいずれに属するかを主観的に判定する。その上で、使用者は、測定対象物Ｓの形状が軸形状に属すると判定した場合には、軸形状領域設定モードを選択する。

【0151】

一方、使用者は、測定対象物Ｓの形状が箱形状に属すると判定した場合には、さらに測定対象物Ｓの測定対象となる部分を決定する。その上で、使用者は、測定対象物Ｓの形状を回転軸ＲＡ周りの全周（３６０°分）に渡って測定したい場合に、第１の箱形状領域設定モードを選択する。一方、使用者は、測定対象物Ｓの形状を回転軸ＲＡ周りの一部の範囲（例えば１８０°分）に渡って測定したい場合に、第２の箱形状領域設定モードを選択する。

【0152】

次に、使用者は、測定領域の仮設定を開始すべき旨の指令を行う（ステップＳ３２）。この場合、ＣＰＵ２１０は、測定領域の仮設定指令に応答して、現在の測定対象物Ｓに対する暫定的な仮の測定領域を設定する。それにより、測定対象物Ｓと測定領域との位置関係を平面図で示す画像（以下、領域設定マップ画像と呼ぶ。）が表示部４００に表示される。

【0153】

そこで、使用者は、表示部４００に表示される領域設定マップ画像を視認しつつ暫定的に設定された仮の測定領域を確認する（ステップＳ３３）。また、使用者は、領域設定マップ画像に示される測定領域が適切であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。測定領域が適切でない場合、使用者は、測定領域を修正する（ステップＳ３５）。

【0154】

ステップＳ３４において測定領域が適切である場合またはステップＳ３５で測定領域が修正された場合、使用者は、マーカによる校正機能（上記の第１または第２の校正機能）を使用するか否かを判定する（ステップＳ３６）。マーカによる校正機能を使用しない場合、ステップＳ３６の時点で設定されている測定領域が正規な設定領域として設定される。それにより、測定領域の設定が完了する。

【0155】

一方、ステップＳ３６において、マーカによる校正機能を使用する場合には、使用者は、校正機能用のマーカとして、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２のうち少なくとも一方を選択する（ステップＳ３７）。ここで、第２のマーカＭ２を選択した場合、使用者は、第２のマーカＭ２を測定対象物Ｓに取り付ける。その後、使用者は、ステップＳ３７で選択したマーカが受光部１２０により撮像されるように、測定領域を修正する（ステップＳ３８）。それにより、測定領域の設定が完了する。

【0156】

なお、上記のステップＳ１３における測定領域設定の手順、すなわち回転を伴わない測定対象物Ｓの形状測定時の測定領域設定の手順は、ステップＳ３１，Ｓ３６～Ｓ３８の手順が省略される点を除いて、図２１のステップＳ３２～Ｓ３５の設定手順と同じである。

【0157】

［５］表示部４００に表示される各種画面
（１）初期状態で表示される測定基本画面
図２２は、ステージ１４０に回転ユニット１９０が取り付けられない状態で形状測定装置５００の電源がオンされたときに表示部４００に表示される測定基本画面の一例を示す図である。図２２に示すように、測定基本画面４０１は、左右に並ぶ主表示領域４１０および副表示領域４２０を含む。測定基本画面４０１において、主表示領域４１０には、ライブ画像が表示される。それにより、例えば測定空間１０１に位置するようにステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置される場合には、主表示領域４１０内に測定対象物Ｓの表面状態を示す対象物画像ＳＩが表示される。

【0158】

また、図２２の主表示領域４１０には、ステージ１４０の上面１４１ｓをＸＹ方向に移動させるための水平移動操作ウィンドウ４１１がライブ画像上に重畳表示される。水平移動操作ウィンドウ４１１内には、ステージ１４０の上面１４１ｓを互いに異なる複数の方向に移動させるための複数（本例では８つ）の移動ボタン４１２が表示される。これにより、使用者は、図１の操作部２５０を用いて測定基本画面４０１上のポインタを操作し、例えば複数の移動ボタン４１２のいずれかをクリックする。それにより、ステージ１４０の上面１４１ｓを測定空間１０１に対してＸＹ方向に相対的に移動させ、受光部１２０の撮像領域を移動させることができる。

【0159】

図２２の測定基本画面４０１においては、副表示領域４２０に、測定対象物Ｓの形状測定に関する複数のボタンおよび画像が表示される。具体的には、測定基本画面４０１の副表示領域４２０には、領域設定ボタン４２１、編集ボタン４２２、領域クリアボタン４２３、視野確認画像４２４、測定開始ボタン４２５および上面除去ボタン４２９が表示される。

【0160】

領域設定ボタン４２１は、使用者が測定領域の設定を指令するためのボタンである。使用者は、例えば上記のステップＳ１３の測定領域設定時に領域設定ボタン４２１を操作する。それにより、表示部４００には、図２２の測定基本画面４０１に代えて後述する図２３の領域設定画面４０２が表示される。

【0161】

編集ボタン４２２は、使用者が測定領域の設定を修正するためのボタンである。使用者は、例えば上記のステップＳ１３の測定領域の設定中に編集ボタン４２２を操作することにより、測定領域の設定内容について修正および追加を行うことができる。使用者により編集ボタン４２２が操作された場合にも、表示部４００には図２２の測定基本画面４０１に代えて後述する図２３の領域設定画面４０２が表示される。領域クリアボタン４２３は、使用者が、測定領域の設定をリセットするためのボタンである。

【0162】

視野確認画像４２４は、受光部１２０の撮像領域（撮像視野）が例えばステージ１４０の上面１４１ｓ上のどこにあるのかを示す画像である。視野確認画像４２４においては、ステージ１４０の上面１４１ｓの平面図上に、受光部１２０の現在の撮像領域を示す矩形状の指標が重畳表示される。また、測定領域の設定後、視野確認画像４２４には、受光部１２０の撮像領域を示す指標とともに、設定された測定領域を示す指標が撮像領域の指標に対して識別可能に表示される。図２２の視野確認画像４２４では、受光部１２０の現在の撮像領域を示す指標が実線で示される。また、現時点で設定されている測定領域を示す指標が点線で示される。

【0163】

測定開始ボタン４２５は、測定対象物Ｓの三次元形状データを得るために、例えば上記のステップＳ７で使用者がパターン光を用いた測定対象物Ｓの撮像開始を指令するためのボタンである。測定領域の設定後に使用者が測定開始ボタン４２５を操作すると、設定された測定領域が撮像され、測定対象物Ｓの三次元形状データが生成される。上面除去ボタン４２９は、ステージ１４０の上面１４１ｓの三次元形状データを測定結果から除去すべき旨を使用者が指令するためのボタンである。なお、図２２の測定基本画面４０１には、図示しない倍率切替ボタンも表示される。それにより、使用者は、倍率切替ボタンを操作することにより、所望の倍率で表示されるライブ画像に基づいて測定対象物Ｓの表面状態を観察することができる。

【0164】

（２）回転を伴わない測定対象物Ｓの形状測定を行うための領域設定画面
図２３は、図２２の領域設定ボタン４２１が操作されることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図２３に示すように、領域設定画面４０２は、測定基本画面４０１と同様に、主表示領域４１０および副表示領域４２０を含む。

【0165】

図２２の領域設定ボタン４２１が操作されると、例えばステージ１４０上に載置された測定対象物Ｓの全体が受光部１２０により自動的に撮像される。このとき、測定対象物Ｓの全体が受光部１２０の撮像領域内に収まらない場合には、ステージ１４０の上面１４１ｓが受光部１２０に対してＸＹ方向に相対的に移動され、撮像が複数回繰り返される。撮像により得られた測定対象物Ｓの画像に基づいて、Ｚ方向に直交するステージ１４０上の面（例えば水平面）内で測定対象物Ｓが存在する領域（以下、存在領域と呼ぶ。）が検出される。その上で、検出された存在領域が仮の測定領域として暫定的に設定される。

【0166】

図２３の領域設定画面４０２においては、主表示領域４１０に、領域設定マップ画像が表示される。ここで、測定領域は、受光部１２０が一度に撮像可能な測定空間１０１の少なくとも一部の領域を単位領域として、１または複数の単位領域がステージ１４０上に並ぶように設定される。したがって、領域設定マップ画像においては、図２３に点線で示すように、測定領域を構成する単位領域を示す指標が、対象物画像ＳＩとともに単位領域枠ＭＭとして表示される。図２３の例では、対象物画像ＳＩの全体をカバーするように、４つの単位領域枠ＭＭが示される。

【0167】

また、図２３の領域設定画面４０２においては、副表示領域４２０に、領域設定マップ画像上で測定領域の位置およびサイズを調整すべきメッセージが表示される。さらに、除外ボタン４２６、ＯＫボタン４２７およびキャンセルボタン４２８が表示される。使用者は、領域設定画面４０２上のポインタを操作することにより、領域設定マップ画像上で各単位領域枠ＭＭの位置およびサイズを調整することができる。また、使用者は、単位領域枠ＭＭを追加することもできる。このようにして、使用者は、領域設定マップ画像上で、Ｘ方向およびＹ方向における測定領域を容易に拡張または縮小することができる。

【0168】

除外ボタン４２６は、領域設定マップ画像において、形状測定が不要と判定した領域を使用者が除外領域として指定するためのボタンである。使用者は、除外ボタン４２６を操作した後、領域設定マップ画像上で複数の単位領域枠ＭＭのうちいずれかの単位領域枠ＭＭを指定することにより、当該単位領域枠ＭＭの部分を測定領域から除外することができる。

【0169】

ＯＫボタン４２７は、使用者が、領域設定マップ画像を用いた測定領域の設定が完了したことを指令するためのボタンである。使用者がＯＫボタン４２７を操作すると、ＯＫボタン４２７の操作時点で設定された測定領域の情報が正規の設定情報として、図１の作業用メモリ２３０または記憶装置２４０に記憶される。表示部４００には、図２３の領域設定画面４０２に代えて直前に表示されていた図２２の測定基本画面４０１が再表示される。

【0170】

キャンセルボタン４２８は、使用者が、現在表示されている領域設定画面４０２上で設定された測定領域の情報をリセットしつつ、表示部４００に図２２の測定基本画面４０１を表示させるためのボタンである。

【0171】

（３）回転ユニット１９０の接続時に表示される測定基本画面
表示部４００に図２２の測定基本画面４０１が表示された状態で、使用者が上記のステップＳ３の作業により回転ユニット１９０をステージ１４０に取り付ける。この場合、測定基本画面４０１が図２２の表示態様から変化する。図２４は、ステージ１４０に回転ユニット１９０が取り付けられた状態で表示部４００に表示される測定基本画面４０１の一例を示す図である。

【0172】

図２４に示すように、ステージ１４０に回転ユニット１９０が接続されると、主表示領域４１０には、ライブ画像上に図２２の水平移動操作ウィンドウ４１１に加えて回転操作ウィンドウ４１３がさらに重畳表示される。

【0173】

回転操作ウィンドウ４１３内には、原点ボタン４１４、正回転ボタン４１５および逆回転ボタン４１６が表示される。原点ボタン４１４は、回転軸ＲＡ周りの回転方向において、回転ユニット１９０の保持部１９１の角度位置を基準角度位置へ戻すためのボタンである。

【0174】

正回転ボタン４１５は回転ユニット１９０の保持部１９１を回転軸ＲＡ周りの一方向に回転させるためのボタンであり、逆回転ボタン４１６は回転ユニット１９０の保持部１９１を回転軸ＲＡ周りの逆方向に回転させるためのボタンである。これにより、使用者は、保持部１９１の先端に測定対象物Ｓが保持された状態で、図１の操作部２５０を用いて測定基本画面４０１上のポインタを操作し、例えば正回転ボタン４１５および逆回転ボタン４１６のいずれかをクリックする。それにより、ステージ１４０上で測定対象物Ｓを回転軸ＲＡ周りで所望の方向に回転させることができる。

【0175】

なお、回転操作ウィンドウ４１３には、さらに、保持部マーク４１７、基準姿勢マーク４１８および複数の測定角度位置マーク４１９が表示される。保持部マーク４１７は、Ｘ方向に見た保持部１９１の外形を模式的に表すものであり、円形状を有する。基準姿勢マーク４１８は、保持部１９１に保持される測定対象物Ｓのうちの特定の面に対向する角度位置（以下、基準姿勢位置と呼ぶ。）を示すものであり、基準姿勢位置は予め定められた方法に従ってＣＰＵ２１０または使用者により設定される。例えば、基準姿勢位置は、測定対象物Ｓが回転軸ＲＡ周りに回転する際に、受光部１２０により最も広い面積で撮像されるときの測定対象物Ｓの角度位置であってもよい。

【0176】

回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定では、測定対象物Ｓのうち回転軸ＲＡ周りの複数の部分の形状測定を行うために、受光部１２０により撮像されるべき複数の角度位置が測定角度位置として設定される。測定角度位置マーク４１９は、現時点で設定されている測定角度位置を示すものであり、保持部マーク４１７の円上に配置される。図２４の例では、複数の測定角度位置マーク４１９が、保持部マーク４１７の中心を基準として４５°の角度間隔で保持部マーク４１７の円上に並んでいる。

【0177】

また、ステージ１４０に回転ユニット１９０が接続されると、副表示領域４２０には、図２２に示される各種ボタン（４２１～４２５，４２９）および視野確認画像４２４に加えて、さらに他の複数のボタンが表示される。具体的には、副表示領域４２０には、回転オンボタン４３１、回転オフボタン４３２、箱全周ボタン４３４、箱部分ボタン４３５、軸ボタン４３６および回転詳細ボタン４３７がさらに表示される。

【0178】

回転オンボタン４３１は、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定、すなわち回転ユニット１９０の回転機能を用いた形状測定を行うために使用者により操作される。使用者が、回転オンボタン４３１を操作することにより、後述する箱全周ボタン４３４、箱部分ボタン４３５、軸ボタン４３６および回転詳細ボタン４３７の操作が有効となり、平面方向合成および回転方向合成を行うための各種設定が可能になる。なお、このとき領域設定ボタン４２１の操作は無効となる。

【0179】

回転オフボタン４３２は、回転を伴なわない測定対象物Ｓの形状測定、すなわち回転ユニット１９０の回転機能を用いない形状測定を行うために使用者により操作される。使用者が、回転オフボタン４３２を操作することにより、後述する箱全周ボタン４３４、箱部分ボタン４３５、軸ボタン４３６および回転詳細ボタン４３７の操作が無効となり、回転方向合成を行うための各種設定が不可能になる。なお、このとき領域設定ボタン４２１の操作は有効となる。それにより、平面方向合成を行うための各種設定は可能である。

【0180】

箱全周ボタン４３４は、使用者が、上記のステップＳ３１の作業において、測定領域を設定するＣＰＵ２１０のモードとして、第１の箱形状領域設定モードを選択する場合に操作されるボタンである。箱部分ボタン４３５は、使用者が、測定領域を設定するＣＰＵ２１０のモードとして、第２の箱形状領域設定モードを選択する場合に操作されるボタンである。軸ボタン４３６は、使用者が、測定領域を設定するＣＰＵ２１０のモードとして、軸形状領域設定モードを選択する場合に操作されるボタンである。回転詳細ボタン４３７は、使用者が、ＣＰＵ２１０において予め定められたモードによらず、詳細に測定領域を設定したい場合に操作されるボタンである。

【0181】

なお、図２４の視野確認画像４２４では、ステージ１４０の上面１４１ｓの平面図上に、現在の測定対象物Ｓの角度位置に設定された測定領域を示す指標が、受光部１２０の現在の撮像領域を示す矩形状の指標とともに重畳表示される。

【0182】

回転オンボタン４３１が操作された状態で、箱全周ボタン４３４、箱部分ボタン４３５、軸ボタン４３６および回転詳細ボタン４３７のいずれかが操作される。それにより、操作されたボタンに対応する領域設定画面が表示部４００に表示される。以下、測定領域を設定するための各ボタン（４３４，４３５，４３６，４３７）が操作された場合に表示部４００に表示される領域設定画面について説明する。

【0183】

（４）回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うための領域設定画面
本実施の形態においては、複数の測定角度位置は、測定領域の設定モードごとにデフォルトの情報として記憶装置２４０に記憶されているものとする。図２４の箱部分ボタン４３５が操作された場合、すなわち使用者が測定領域の設定モードとして第２の箱形状領域設定モードを選択した場合には、当該モードに対応する複数の測定角度位置が記憶装置２４０から読み出され、設定される。なお、複数の測定角度位置は、使用者が指定することにより設定されてもよい。

【0184】

本例では、複数の測定角度位置として、０°（基準角度位置）、４５°、９０°、１３５°および１８０°が設定される。この場合、各測定角度位置にあるときの測定対象物Ｓの存在領域が検出され、検出された存在領域を覆うように１または複数の単位領域で構成される領域が当該測定角度位置における仮の測定領域として暫定的に設定される。この設定内容、すなわち、各測定角度位置に関連付けられた測定領域は、例えば作業用メモリ２３０および記憶装置２４０のいずれかに記憶される。

【0185】

図２５は、図２４の箱部分ボタン４３５が操作されることに応答して実行される形状測定装置５００の動作を説明するための図である。図２５（ａ）～（ｅ）には、０°、４５°、９０°、１３５°および１８０°の角度位置にあるときの測定対象物ＳをＸ方向に見た外観図（端面図）がそれぞれ示される。図２５（ａ）～（ｅ）においては、測定対象物Ｓの表面のうち形状測定の対象となる部分が太い実線で示される。

【0186】

例えば、図２５（ａ）に示すように、最初に、測定対象物Ｓが０°の測定角度位置に位置決めされる。その上で、図２３の例と同様に、測定対象物Ｓの全体が受光部１２０により自動的に撮像される。図２５（ｆ）に、図２５（ａ）の状態で撮像された測定対象物Ｓの画像の一例が示される。撮像された測定対象物Ｓの画像に基づいて存在領域が検出される。その上で、検出された存在領域を含みかつ１または複数の単位領域で構成される領域が０°の測定角度位置に対応する仮の測定領域として暫定的に設定される。

【0187】

次に、図２５（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓが回転軸ＲＡ周りで回転され、４５°の測定角度位置に位置決めされる。その上で、測定対象物Ｓの全体が受光部１２０により自動的に撮像される。図２５（ｇ）に、図２５（ｂ）の状態で撮像された測定対象物Ｓの画像の一例が示される。撮像された測定対象物Ｓの画像に基づいて存在領域が検出される。その上で、検出された存在領域を含みかつ１または複数の単位領域で構成される領域が４５°の測定角度位置に対応する仮の測定領域として暫定的に設定される。

【0188】

その後、測定対象物Ｓの回転、位置決めおよび撮像が繰り返され、存在領域が検出される。図２５（ｈ），（ｉ），（ｊ）に、９０°、１３５°および１８０°の測定角度位置で撮像された測定対象物Ｓの画像がそれぞれ示される。各測定角度位置で検出された存在領域を含みかつ１または複数の単位領域で構成される領域が、当該測定角度位置に対応する仮の測定領域として暫定的に設定される。このようにして設定された複数の測定角度位置にそれぞれ対応する複数の仮の測定領域が表示部４００に表示される。

【0189】

図２６は、図２４の箱部分ボタン４３５が操作されることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図２６の領域設定画面４０３においては、主表示領域４１０に、複数の測定角度位置（０°、４５°、９０°、１３５°および１８０°）の各々に対応する領域設定マップ画像が表示される。

【0190】

また、図２６の領域設定画面４０３においては、副表示領域４２０に、編集ボタン４２２、ＯＫボタン４２７およびキャンセルボタン４２８とともに角度位置一覧４４１が表示される。角度位置一覧４４１は、現時点で設定されている複数の測定角度位置を示す。使用者は、角度位置一覧４４１に表示される複数の測定角度位置のうち所望の測定角度位置を選択し、編集ボタン４２２を操作する。それにより、使用者は、図２３の例と同様に、選択した測定角度位置に対応する領域設定マップ画像上で、Ｘ方向およびＹ方向における測定領域を容易に拡張または縮小することができる。

【0191】

箱形状を有する測定対象物Ｓを回転させる場合、Ｙ方向における存在領域の範囲は複数の測定角度位置で大きく変化する可能性が高い。したがって、上記のような測定領域の編集機能は、箱形状を有する測定対象物Ｓについての測定領域の設定に非常に有効である。

【0192】

図２６の領域設定画面４０３においてＯＫボタン４２７が操作されると、測定領域の設定が完了したものとして、表示部４００には、図２４の測定基本画面４０１が再表示される。一方、キャンセルボタン４２８が操作されると、領域設定画面４０３上で設定された測定領域についての情報がリセットされ、表示部４００に図２４の測定基本画面４０１が再表示される。

【0193】

図２４の箱全周ボタン４３４が操作された場合、すなわち使用者が測定領域の設定モードとして第１の箱形状領域設定モードを選択した場合には、当該モードに対応する複数の測定角度位置が記憶装置２４０から読み出され、設定される。なお、複数の測定角度位置は、使用者が指定することにより設定されてもよい。

【0194】

本例では、複数の測定角度位置として、０°（基準角度位置）、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°および３１５°が設定される。この場合、図２４の箱部分ボタン４３５が操作された場合と同様に、各測定角度位置にあるときの測定対象物Ｓの存在領域が検出され、検出された存在領域を含みかつ１または複数の単位領域で構成される領域が当該測定角度位置における仮の測定領域として暫定的に設定される。設定された複数の測定角度位置にそれぞれ対応する複数の仮の測定領域が表示部４００に表示される。

【0195】

図２７は、図２４の箱全周ボタン４３４が操作されることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図２７の領域設定画面４０４においては、主表示領域４１０に、複数の測定角度位置（０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°および３１５°）の各々に対応する領域設定マップ画像が表示される。

【0196】

また、図２７の領域設定画面４０４においては、図２６の領域設定画面４０３と同様に、副表示領域４２０に、編集ボタン４２２、ＯＫボタン４２７、キャンセルボタン４２８および角度位置一覧４４１が表示される。これにより、使用者は、各種ボタン（４２２，４２７，４２８）および角度位置一覧４４１を操作することにより、測定領域の設定の修正、設定の完了指令、設定のリセット指令を行うことができる。ＯＫボタン４２７またはキャンセルボタン４２８が操作されることにより、表示部４００に図２４の測定基本画面４０１が再表示される。

【0197】

図２４の軸ボタン４３６が操作された場合、すなわち使用者が測定領域の設定モードとして軸形状領域設定モードを選択した場合には、当該モードに対応する複数の測定角度位置が記憶装置２４０から読み出され、設定される。なお、複数の測定角度位置は、使用者が指定することにより設定されてもよい。

【0198】

本例では、複数の測定角度位置として、０°（基準角度位置）、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°および３１５°が設定される。ここで、一方向に延びる軸形状を有する測定対象物Ｓを、回転軸ＲＡに沿って延びるように配置し、その回転軸ＲＡ周りで回転させる場合には、測定対象物Ｓの外周面と回転軸ＲＡとの間の距離がほぼ一定に保たれる。そのため、複数の測定角度位置に対応する存在領域は、ほぼ共通すると考えられる。

【0199】

そこで、図２４の軸ボタン４３６が操作された場合には、複数の測定角度位置のうち一の測定角度位置にあるときの測定対象物Ｓの存在領域のみが検出される。その上で、検出された存在領域を含みかつ１または複数の単位領域で構成される領域が全ての測定角度位置における仮の測定領域として暫定的に設定される。複数の測定角度位置に共通する仮の測定領域が表示部４００に表示される。

【0200】

図２８は、図２４の軸ボタン４３６が操作されることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図２８の領域設定画面４０５においては、主表示領域４１０に、一の測定角度位置（例えば０°）に対応する領域設定マップ画像が表示される。また、図２８の領域設定画面４０５においては、副表示領域４２０に、編集ボタン４２２、ＯＫボタン４２７およびキャンセルボタン４２８が表示される。これにより、使用者は、各種ボタン（４２２，４２７，４２８）および角度位置一覧４４１を操作することにより、測定領域の設定の修正、設定の完了指令、設定のリセット指令を行うことができる。ＯＫボタン４２７またはキャンセルボタン４２８が操作されることにより、表示部４００に図２４の測定基本画面４０１が再表示される。

【0201】

上記のように、使用者が軸形状領域設定モードを選択した場合、複数の測定角度位置の全てについて存在領域が検出されない。それにより、存在領域の検出に要する時間が短縮される。また、この場合、表示部４００には、一の測定角度位置に対応する一の領域設定マップ画像のみが表示されるので、使用者は、複数の領域設定マップ画像を確認する必要がない。さらに、複数の測定角度位置の各々について測定領域を調整する必要もない。その結果、測定領域の設定に要する作業および時間を低減することができる。

【0202】

なお、使用者が軸形状領域設定モードを選択した場合、表示対象となる一の測定角度位置は、使用者が操作部２５０を操作することによりＣＰＵ２１０に指定可能であってもよい。この場合、ＣＰＵ２１０は、使用者による一の測定角度位置の指定を受け付ける。

【0203】

図２４の回転詳細ボタン４３７が操作された場合には、副表示領域４２０の表示態様が変化する。図２９は、図２４の回転詳細ボタン４３７が操作されることにより表示部４００に表示される副表示領域４２０の一例を示す図である。図２９に示すように、図２４の測定基本画面４０１において回転詳細ボタン４３７が操作されると、副表示領域４２０には、基準姿勢入力枠４５１、基準姿勢登録ボタン４５２、角度条件設定部４５３、角度ピッチ設定部４５４、測定回数設定部４５５、除外角度入力枠４５６および合成要否チェックボックス４５７等が表示される。

【0204】

基準姿勢入力枠４５１は、使用者が、所望の角度位置を入力することが可能に構成されている。基準姿勢登録ボタン４５２は、使用者により基準姿勢入力枠４５１に入力された角度位置を基準姿勢位置として登録するために操作される。基準姿勢登録ボタン４５２が操作されることにより、基準姿勢入力枠４５１に入力された角度位置が基準姿勢位置として作業用メモリ２３０または記憶装置２４０に記憶される。

【0205】

角度条件設定部４５３は、複数の測定角度位置をどのように定めるのかを設定するために使用者により操作可能に構成される。具体的には、角度条件設定部４５３は、複数種類の設定方法から所望の方法を選択可能なプルダウンボタンで構成される。

【0206】

角度ピッチ設定部４５４は、複数の測定角度位置をどのような角度間隔で設定するのかを設定するために使用者により操作可能に構成される。具体的には、角度ピッチ設定部４５４は、複数種類の角度から所望の角度を選択可能なプルダウンボタンで構成される。測定回数設定部４５５は、角度ピッチ設定部４５４で設定された角度間隔でどれだけの回数三次元形状データを生成すべきかを設定するために使用者により操作可能に構成される。除外角度入力枠４５６は、使用者が、三次元形状データを生成する必要がない測定角度位置を入力することが可能に構成されている。

【0207】

合成要否チェックボックス４５７は、測定対象物Ｓを複数回に渡って設定された角度間隔で回転させつつ複数の三次元形状データを生成した後、生成された複数の三次元形状データを合成するか否かを選択可能に構成される。

【0208】

使用者は、複数の三次元形状データを合成させたい場合に、合成要否チェックボックス４５７にチェックを入れる。それにより、測定対象物Ｓの形状測定時に複数の測定角度位置で生成された複数の三次元形状データが合成される。一方、使用者は、複数の三次元形状データを合成させたくない場合に、合成要否チェックボックス４５７にチェックを入れない。それにより、測定対象物Ｓの形状測定時に複数の測定角度位置で生成された複数の三次元形状データが合成されない。上記のように、使用者は、図２４の回転詳細ボタン４３７を操作した場合、図２９に示される各種入力枠、ボタンおよび設定部をさらに操作することにより測定対象物Ｓの形状測定に関して細かな設定を行うことができる。

【0209】

（５）設定の修正および追加等
図２６～図２８の編集ボタン４２２が操作された場合には、副表示領域４２０の表示態様が変化する。図３０は、図２６～図２８の編集ボタン４２２が操作されることにより表示部４００に表示される副表示領域４２０の一例を示す図である。図３０に示すように、図２６～図２８の領域設定画面４０２～４０５において編集ボタン４２２が操作されると、図２３の例と同様に、副表示領域４２０に領域設定マップ画像上で測定領域の位置およびサイズを調整すべきメッセージが表示される。また、除外ボタン４２６、ＯＫボタン４２７およびキャンセルボタン４２８が表示される。さらに、第１の校正チェックボックス４６３および第２の校正チェックボックス４６４が表示される。

【0210】

第１の校正チェックボックス４６３は、図１５（ａ）の第１のマーカＭ１を用いた第１の構成機能を使用するか否かを設定するためのチェックボックスである。一方、第２の校正チェックボックス４６４は、図１６（ｂ）の第２のマーカＭ２を用いた第２の構成機能を使用するか否かを設定するためのチェックボックスである。

【0211】

使用者は、上記のステップＳ３６の作業において、第１のマーカＭ１を用いた第１の構成機能を使用したい場合、図３０の第１の校正チェックボックス４６３にチェックを入れる。この場合、第１のマーカＭ１についても形状測定が行われるように、測定領域を設定する必要がある。ここで、第１のマーカＭ１は、回転支持軸９１の一部であるため、ステージ１４０上の第１のマーカＭ１の存在領域は既知である。そのため、第１の校正チェックボックス４６３にチェックが入れられた場合には、現時点で設定されている測定領域に加えて、第１のマーカＭ１の存在領域をカバーするための新たな測定領域が設定される。

【0212】

図３１は、図３０の第１の校正チェックボックス４６３にチェックが入れられることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図３１の領域設定画面４０６においては、主表示領域４１０に特定の一の測定角度位置（例えば０°）に対応する領域設定マップ画像が表示される。

【0213】

その領域設定マップ画像においては、測定対象物Ｓの三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠ＭＭで示される。さらに、その領域設定マップ画像においては、第１のマーカＭ１の三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠ＭＭａで示される。

【0214】

図３１では、保持部１９１および第１のマーカＭ１の画像が二点鎖線で示される。また、第１のマーカＭ１の位置が理解しやすいように、第１のマーカＭ１の画像部分にハッチングが付されている。

【0215】

ここで、第１のマーカＭ１に対応して追加される単位領域枠ＭＭａは、測定対象物Ｓに対応する単位領域枠ＭＭに対して識別可能となるように、単位領域枠ＭＭとは異なる態様（本例では太い一点鎖線）で表示される。これにより、使用者は、第１のマーカＭ１を用いた第１の校正機能を使用するために、新たな測定領域が設定されたことを容易に把握することができる。

【0216】

使用者は、第２のマーカＭ２を用いた第２の構成機能を使用したい場合、図３０の第２の校正チェックボックス４６４にチェックを入れる。この場合、第２のマーカＭ２についても形状測定が行われるように、測定領域を設定する必要がある。ここで、第２のマーカＭ２は、使用者が上記のステップＳ３７の作業においいて測定対象物Ｓに取り付けるものである。そのため、使用者は、測定対象物Ｓに取り付けられる第２のマーカＭ２の位置に応じて第２のマーカＭ２の存在領域をカバーするための新たな測定領域を設定する必要がある。

【0217】

図３２は、図３０の第２の校正チェックボックス４６４にチェックが入れられることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図３２の領域設定画面４０７においては、図３１の領域設定画面４０６の例と同様に、主表示領域４１０に特定の一の測定角度位置（例えば０°）に対応する領域設定マップ画像が表示される。

【0218】

さらに、その領域設定マップ画像においては、測定対象物Ｓの三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠ＭＭで示されるとともに、第２のマーカＭ２の位置を指定するためのマーカ画像Ｍ２ｉが表示される。この状態で、使用者は、例えばマーカ画像Ｍ２ｉをドラッグすることにより領域設定マップ画像上で実際の第２のマーカＭ２の位置に対応する位置にマーカ画像Ｍ２ｉを配置する。

【0219】

副表示領域４２０には、マーカ反転チェックボックス４６５、ＯＫボタン４２７およびキャンセルボタン４２８が表示される。ここで、本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、第２の校正機能の使用時に測定対象物Ｓに取り付けられるべき第２のマーカＭ２の基本姿勢が予め定められている。例えば、測定対象物Ｓに取り付けられるべき第２のマーカＭ２の基本姿勢は、第２のマーカＭ２の軸心が回転軸ＲＡに対して平行かまたはほぼ平行でかつ径大部Ｍ２ａおよび径小部Ｍ２ｂがこの順で回転ユニット１９０から離れるように配置される姿勢である。一方、図１７の例に示されるように、第２のマーカＭ２は、基本姿勢をＸ方向で反転した反転姿勢で回転ユニット１９０に取り付けることもできる。

【0220】

マーカ反転チェックボックス４６５は、第２のマーカＭ２の向きをＸ方向において反転して配置するか否かを設定するためのチェックボックスである。図３３は、図３２のマーカ反転チェックボックス４６５にチェックが入れられることにより表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図３３に示すように、領域設定画面４０７においては、マーカ反転チェックボックス４６５にチェックが入れられることにより、マーカ画像Ｍ２ｉの向きが図３２の表示例に対して左右方向で反転している。

【0221】

上記のようにして、領域設定マップ画像上で、マーカ画像Ｍ２ｉの位置および向きが調整された後、ＯＫボタン４２７が操作される。それにより、当該マーカ画像Ｍ２ｉに対応する領域がカバーされるように新たな測定領域が設定される。

【0222】

図３４は、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２についての新たな測定領域が設定された状態で表示部４００に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図３４の領域設定画面４０８においては、主表示領域４１０に表示される領域設定マップ画像に、対象物画像ＳＩの三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠ＭＭで示される。また、第１のマーカＭ１の三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠ＭＭａで示される。さらに、第２のマーカＭ２の三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠ＭＭｂで示される。これにより、使用者は、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２を用いた第１および第２の校正機能を使用するために、新たな測定領域が設定されたことを容易に把握することができる。

【0223】

図３４の例で、第１のマーカＭ１に対応する単位領域枠ＭＭａ、第２のマーカＭ２に対応する単位領域枠ＭＭｂ、測定対象物Ｓに対応する単位領域枠ＭＭは、互いに識別可能な異なる態様で表示されている。これにより、使用者は、測定領域の各部について設定されている目的を容易に把握することができる。

【0224】

［６］上面除去機能
ところで、上記のように、図２２および図２９の上面除去ボタン４２９が操作された場合、すなわちステージ１４０の上面１４１ｓの三次元形状データを測定結果から除去すべき旨を使用者が指令した場合を想定する。この場合、形状測定装置５００においては、測定対象物Ｓを撮像することにより得られる全ての三次元形状データから、上面１４１ｓに対応する三次元形状データが除かれた状態で、測定対象物Ｓの三次元形状画像が表示部４００に表示される（上面除去機能）。この具体例について説明する。

【0225】

図３５は、回転ユニット１９０を用いた測定対象物Ｓの形状測定の一例を示す外観斜視図である。図３５に示すように、本例では、２本の棒状部材９４により保持部１９１に保持された測定対象物Ｓが回転されつつ形状測定される。この場合、ステージ１４０の上面１４１ｓが測定空間１０１内に位置すると、上面１４１ｓの形状を示す三次元形状データが、測定対象物Ｓの形状を示す三次元形状データと共に生成される。

【0226】

図３６は、図３５の形状測定により得られる全ての三次元形状データに基づく三次元形状画像の一例を示す図である。図３６および後述する図３７の三次元形状画像では、Ｚ方向の位置（高さ）がハッチングおよびドットパターンにより表される。図３６の三次元形状画像においては、白抜きの矢印で示される部分は、ステージ１４０の上面１４１ｓを表す部分である。このように、測定対象物Ｓに加えてステージ１４０の三次元形状画像が表示されると、使用者は測定対象物Ｓの形状を把握しにくい。

【0227】

図３６に示されるように、ステージ１４０の上面１４１ｓに対応する三次元形状データは、ある程度の連続的な広がりを有する平面形状を示す。これらの三次元形状データは、連続的な広がりを有する平面のデータ群を抽出するとともに、各測定角度位置でその抽出された平面についての法線方向が上向きでありかつＺ方向の位置が設計上の上面１４１ｓの位置にあるか否かに基づいて識別することができる。

【0228】

図３７は、図３６の三次元形状画像からステージ１４０の上面１４１ｓに対応する三次元形状画像を除去した図である。図３７の三次元形状画像によれば、使用者は、測定対象物Ｓの三次元形状を容易かつ正確に把握することができる。なお、図３６および図３７の三次元形状画像では、Ｚ方向の表示レンジが互いに異なる。

【0229】

［７］ＰＣ２００におけるＣＰＵ２１０の機能的な構成
図３８は、図１のＣＰＵ２１０の機能的な構成を示すブロック図である。図３８に示すように、ＣＰＵ２１０は、移動制御部２１ａ、回転制御部２１ｂ、撮像制御部２１ｃ、領域設定部２１ｄ、設定画面提示部２１ｅ、回転角度設定部２１ｆ、三次元形状データ生成部２１ｇ、データ合成部２１ｈ、データ補正部２１ｉ、着脱判定部２１ｊおよび表示制御部２１ｋを含む。これらの構成要素は、ＣＰＵ２１０が、記憶装置２４０に記憶された形状測定プログラムを実行することにより実現される。なお、ＣＰＵ２１０に含まれる上記の複数の構成要素の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。

【0230】

移動制御部２１ａは、受光部１２０に対してステージ１４０の上面１４１ｓの位置が相対的に移動するように、ステージ駆動部１４６を制御する。換言すれば、移動制御部２１ａは、ステージ１４０上に測定対象物Ｓが配置された状態で、ステージ１４０の上面１４１ｓを移動させることにより測定対象物Ｓに対する測定空間１０１の相対的な位置を調整する。回転制御部２１ｂは、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定時に、測定対象物Ｓが予め定められた複数の測定角度位置に順次回転するように回転ユニット１９０を制御する。

【0231】

撮像制御部２１ｃは、測定対象物Ｓの存在領域を検出するために、ステージ１４０上に配置された測定対象物Ｓが低倍率で撮像されるように照明光出力部１３０および受光部１２０を制御する。また、撮像制御部２１ｃは、測定対象物Ｓが各測定角度位置にある状態で、後述する領域設定部２１ｄにより設定された測定領域が撮像されるように投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０を制御する。

【0232】

領域設定部２１ｄは、測定対象物Ｓがステージ１４０上に載置された状態または回転ユニット１９０に保持された測定対象物Ｓが各測定角度位置にある状態で、測定対象物Ｓの存在領域を検出する。また、領域設定部２１ｄは、存在領域の検出結果に基づいて測定領域を設定する。さらに、領域設定部２１ｄは、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、設定された測定領域を修正する。

【0233】

設定画面提示部２１ｅは、領域設定部２１ｄによる測定領域の設定時に領域設定マップ画像を表示部４００に表示させる。また、設定画面提示部２１ｅは、設定された測定領域が識別可能となるように、領域設定マップ画像において測定対象物Ｓの画像上に単位領域枠ＭＭ，ＭＭａ，ＭＭｂを重畳表示させる。

【0234】

回転角度設定部２１ｆは、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定が行われる場合に、複数の測定角度位置を設定する。ここで、第１の箱形状領域設定モード、第２の箱形状領域設定モードおよび軸形状領域設定モードにそれぞれ対応する複数の測定角度位置は、上記のように、例えばデフォルトの情報として記憶装置２４０に記憶されている。

【0235】

この場合、回転角度設定部２１ｆは、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定時に、選択された領域設定モードに応じて記憶装置２４０に記憶された複数の測定角度位置を読み込むことにより複数の測定角度位置の設定を行う。回転角度設定部２１ｆは、使用者が操作部２５０を用いて例えば図２９の角度ピッチ設定部４５４等を操作することにより特定の角度位置の指定を受けた場合に、指定された角度位置を測定角度位置として設定してもよい。

【0236】

三次元形状データ生成部２１ｇは、測定領域にパターン光が照射されるとともに測定領域が撮像されることにより生成される複数の画像データに基づいて測定対象物Ｓの形状を示す三次元形状データを生成する。また、三次元形状データ生成部２１ｇは、測定領域に位置する第１のマーカＭ１が撮像されることにより生成される複数の画像データに基づいて第１のマーカＭ１の形状を示す三次元形状データを生成する。さらに、三次元形状データ生成部２１ｇは、測定領域に位置する第２のマーカＭ２が撮像されることにより生成される複数の画像データに基づいて第２のマーカＭ２の形状を示す三次元形状データを生成する。

【0237】

データ合成部２１ｈは、測定対象物Ｓの表面のうちＸＹ方向に並ぶ複数の部分の三次元形状データが個別に生成された場合に、上記の平面方向合成を行う。また、データ合成部２１ｈは、測定対象物Ｓの表面のうち回転軸ＲＡ周りに並ぶ複数の部分の三次元形状データが個別に生成された場合に、使用者による合成の指定に応答して上記の回転方向合成を行う。さらに、データ合成部２１ｈは、平面方向合成により生成された三次元形状データと回転方向合成により生成された三次元形状データとの合成を行う。また、データ合成部２１ｈは、例えば測定対象物Ｓの表面に対してＺ方向における複数の位置で撮像を行うことにより共通の測定領域において複数の三次元形状データが個別に生成された場合に、上記の高さ方向合成を行うこともできる。

【0238】

データ補正部２１ｉは、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定が行われる場合に、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２の使用の要否に応じて、上記の第１～第３の校正機能のいずれかに従う三次元形状データの補正処理を行う。具体的には、データ補正部２１ｉは、第１の校正機能に従う補正処理において、第１のマーカＭ１の三次元形状データおよびその寸法に基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数の三次元形状データを補正する。

【0239】

また、データ補正部２１ｉは、第２の校正機能に従う補正処理において、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２の三次元形状データおよびそれらの寸法とに基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数の三次元形状データを補正する。なお、データ補正部２１ｉは、第２の校正機能に従う補正処理において、第１のマーカＭ１の三次元形状データが存在しない場合には、第２のマーカＭ２の三次元形状データおよびその寸法に基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数の三次元形状データを補正する。

【0240】

さらに、データ補正部２１ｉは、第３の校正機能に従う補正処理において、複数の測定角度位置における測定対象物Ｓの三次元形状データの重複関係に基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの複数の三次元形状データを補正する。

【0241】

着脱判定部２１ｊは、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられているか否かを判定する。具体的には、着脱判定部２１ｊは、回転ユニット１９０のコネクタ１９４とステージ１４０のコネクタ１４１ｃとが接続されている場合に、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられていると判定する。また、着脱判定部２１ｊは、回転ユニット１９０のコネクタ１９４とステージ１４０のコネクタ１４１ｃとが接続されていない場合に、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられていないと判定する。なお、回転ユニット１９０のコネクタ１９４とステージ１４０のコネクタ１４１ｃとが接続されているか否かは、着脱判定部２１ｊと回転ユニット１９０との間で電気信号の授受が可能か否かに基づいて容易に判定することができる。

【0242】

表示制御部２１ｋは、測定対象物Ｓのライブ画像、測定対象物Ｓの三次元形状画像を表示部４００に表示させるとともに、測定基本画面４０１および領域設定画面４０２～４０８等の各種設定画面を表示部４００に表示させる。

【0243】

特に、表示制御部２１ｋは、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられている場合に、水平移動操作ウィンドウ４１１および回転操作ウィンドウ４１３を表示部４００に表示させる。さらに、この場合、表示制御部２１ｋは、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定に関する各種設定を行うための画像を表示部４００に表示させる。

【0244】

また、表示制御部２１ｋは、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられていない場合に、水平移動操作ウィンドウ４１１を表示部４００に表示させるが、回転操作ウィンドウ４１３を表示部４００に表示させない。さらに、この場合、表示制御部２１ｋは、回転を伴わない測定対象物Ｓの形状測定に関する各種設定を行うための画像を表示部４００に表示させる。

【0245】

［８］形状測定処理
図３９および図４０は、ＣＰＵ２１０により実行される形状測定処理の一例を示すフローチャートである。図３９および図４０の形状測定処理は、形状測定装置５００の電源がオンされた状態で、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０が記憶装置２４０に記憶された形状測定プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。なお、初期状態においては、照明光出力部１３０からステージ１４０に向けて照明光が照射され、受光部１２０はステージ１４０の上面１４１ｓを撮像しているものとする。

【0246】

まず、表示制御部２１ｋは、図２２の例に示すように、ライブ画像および測定開始ボタン４２５等を含む測定基本画面４０１を、回転ユニット１９０の操作が不可能な状態で表示部４００に表示させる（ステップＳ１０１）。そのため、ステップＳ１０１で表示される測定基本画面４０１は、ステージ１４０を操作するための水平移動操作ウィンドウ４１１（図２２）を含むが、回転ユニット１９０を操作するための回転操作ウィンドウ４１３（図２４）を含まない。

【0247】

次に、着脱判定部２１ｊは、ステージ１４０に回転ユニット１９０が取り付けられているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ステージ１４０に回転ユニット１９０が取り付けられていない場合、着脱判定部２１ｊは、処理を後述するステップＳ１０５へ進める。一方、ステージ１４０に回転ユニット１９０が取り付けられている場合、表示制御部２１ｋは、図２４の例に示すように、測定基本画面４０１を回転ユニット１９０の操作が可能な状態で表示部４００に表示させる（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０２の判定時において、表示制御部２１ｋは、判定結果に応じて回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられているか否かを示すメッセージまたは指標等を表示部４００に表示させてもよい。

【0248】

次に、着脱判定部２１ｊは、回転ユニット１９０の操作が可能な測定基本画面４０１（図２４）が表示部４００に表示された状態で、回転ユニット１９０が外れているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。回転ユニット１９０が外れている場合、着脱判定部２１ｊは、処理をステップＳ１０１に戻す。一方、回転ユニット１９０が外れていない場合、移動制御部２１ａおよび回転制御部２１ｂは、ステージ１４０等の位置調整の指令を受け付ける（ステップＳ１０５）。ステージ１４０等の位置調整は、例えば、使用者が操作部２５０を用いて水平移動操作ウィンドウ４１１（図２２および図２４）または回転操作ウィンドウ４１３（図２４）を操作することにより指令される。このとき、移動制御部２１ａは、ステージ１４０の位置調整の指令に応答してステージ１４０の上面１４１ｓをＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させる。また、回転制御部２１ｂは、使用者からの回転ユニット１９０の回転指令に応答して、回転ユニット１９０の保持部１９１を回転させる。これにより、例えば受光部１２０の焦点の位置調整が行われる。

【0249】

その後、使用者の操作部２５０の操作に基づいて測定領域設定処理が行われる（ステップＳ１０６）。測定領域設定処理により、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定では、複数の測定角度位置が設定されるとともに各測定角度位置について１または複数の測定領域が設定される。また、回転を伴わない測定対象物Ｓの形状測定では、１または複数の測定領域が設定される。ＣＰＵ２１０において実行される測定領域設定処理の詳細は後述する。

【0250】

次に、データ合成部２１ｈは、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定についての測定領域が設定された場合に、複数の測定角度位置で取得される複数の三次元形状データを合成するか否かについての指令を受け付ける（ステップＳ１０７）。この受け付けは、例えば図２９の合成要否チェックボックス４５７が使用者によりチェックされたか否かに基づいて行われる。回転を伴わない測定対象物Ｓの形状測定時には、ステップＳ１０７の処理はスキップされる。なお、例えば図２２または図２４の測定基本画面４０１には、平面方向合成を行うか否か、および回転方向合成を行うか否かを指定するための合成要否入力部が設けられてもよい。この場合、データ合成部２１ｈは、ステップＳ１０７において、合成要否入力部の入力を受け付けてもよい。

【0251】

次に、データ補正部２１ｉは、測定対象物Ｓの形状測定で生成される三次元形状データからステージ１４０の上面１４１ｓを示す三次元形状データを要するか否かについての指令を受け付ける（ステップＳ１０８）。この受け付けは、例えば図２２または図２４の上面除去ボタン４２９が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。

【0252】

次に、撮像制御部２１ｃは、パターン光を用いた測定対象物Ｓの撮像を開始する指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ１０９）。この受け付けは、例えば図２２または図２４の測定開始ボタン４２５が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。撮像開始の指令を受けない場合、撮像制御部２１ｃは、初期状態へ戻すべき指令があるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。この判定は、例えば図２２または図２４の領域クリアボタン４２３が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。初期状態へ戻すべき指令がある場合、撮像制御部２１ｃは、処理をステップＳ１０１に戻す。初期状態へ戻すべき指令がない場合、撮像制御部２１ｃは、処理を後述するステップＳ１１１へ進める。

【0253】

一方、撮像開始の指令を受けると、設定された測定領域についてパターン光を用いた撮像が行われ、撮像により得られる複数の画像データに基づいて三次元形状データが生成される（ステップＳ１１０）。

【0254】

具体的には、複数の測定角度位置が設定されている場合に、回転制御部２１ｂは、測定対象物Ｓが回転軸ＲＡ周りで設定された複数の測定角度位置に順次回転するように回転ユニット１９０を制御する。また、移動制御部２１ａは、ステージ１４０上に載置された測定対象物Ｓまたは回転ユニット１９０により保持された測定対象物Ｓについて、設定された測定領域が撮像されるように、ステージ駆動部１４６を制御する。また、撮像制御部２１ｃは、設定された測定領域が撮像されるように、投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０を制御する。さらに、三次元形状データ生成部２１ｇは、撮像により得られる複数の画像データに基づいて測定領域の三次元形状データを生成する。このとき、表示制御部２１ｋは、生成された三次元形状データに基づく三次元形状画像を表示部４００に表示させる。

【0255】

なお、データ合成部２１ｈは、ステップＳ１０７で複数の三次元形状データを合成することが指令されている場合に、複数の測定角度位置に対応する複数の三次元形状データを合成する（回転方向合成）。一方、データ合成部２１ｈは、ステップＳ１０７で複数の三次元形状データを合成することが指令されていない場合に、複数の測定角度位置に対応する複数の三次元形状データを合成しない。

【0256】

また、データ補正部２１ｉは、後述する測定領域設定処理のステップＳ２３６，Ｓ２３７の処理で有効化されている校正機能に従って合成前の複数の三次元形状データをそれぞれ補正する。さらに、データ補正部２１ｉは、ステップＳ１０８で上面１４１ｓを示す三次元形状データが不要であることが指令されている場合に、生成された全ての三次元形状データからステージ１４０の上面１４１ｓを示す三次元形状データを除去する。

【0257】

次に、領域設定部２１ｄは、使用者が操作部２５０を操作することによる測定領域の再設定指令があるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。そこで、再設定指令があると、領域設定部２１ｄは、処理をステップＳ１０６に戻す。一方、再設定指令がない場合、領域設定部２１ｄは、一連の形状測定処理を終了する。このとき、三次元形状データ生成部２１ｇは、生成された三次元形状データを各種設定情報（例えば、複数の測定角度位置および複数の測定領域等）とともに、記憶装置２４０に記憶させる。

【0258】

形状測定処理に含まれる測定領域設定処理の詳細を説明する。なお、以下に説明する測定領域設定処理は、回転ユニット１９０による回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定に対応するものとする。図４１および図４２は、ＣＰＵ２１０により実行される測定領域設定処理の一例を示すフローチャートである。

【0259】

図４１に示すように、まず、領域設定部２１ｄは、測定領域を設定するためのモードとして、第１または第２の箱形状領域設定モードが選択されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。この判定は、上記のステップＳ３１の作業で、例えば図２４の箱全周ボタン４３４または箱部分ボタン４３５が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。

【0260】

第１または第２の箱形状領域設定モードが選択された場合、回転角度設定部２１ｆは、選択された箱形状領域設定モードに対応する複数の測定角度位置を記憶装置２４０から読み込む（ステップＳ２０２）。複数の測定角度位置は、予め定められた角度（例えば、３０°、４５°または９０°）の整数倍の間隔で規定される。換言すれば、複数の測定角度位置は、予め定められた角度ピッチで規定される。上記の読み込み処理は、複数の測定角度位置の設定処理に相当する。なお、回転角度設定部２１ｆは、使用者が図２９の角度条件設定部４５３および角度ピッチ設定部４５４等を操作することにより指定される情報に基づいて複数の測定角度位置を設定してもよい。

【0261】

次に、各測定角度位置で低倍率カメラによる測定対象物Ｓの全体の撮像が行われる（ステップＳ２０３）。このとき、回転制御部２１ｂは、測定対象物Ｓが設定された複数の測定角度位置に順次回転するように回転ユニット１９０を制御する。また、撮像制御部２１ｃは、測定対象物Ｓが各測定角度位置にある状態で、当該測定対象物Ｓが低倍率カメラで撮像されるように照明光出力部１３０および受光部１２０を制御する。さらに、移動制御部２１ａは、測定対象物Ｓの全体が一度に撮像されない場合、測定対象物Ｓのうち撮像されていない部分が受光部１２０の撮像領域内に順次移動するように、ステージ１４０の上面１４１ｓをＸＹ方向に移動させる。

【0262】

その後、領域設定部２１ｄは、ステップＳ２０３の撮像により得られた画像データに基づいて各測定角度位置に対応する存在領域を検出する（ステップＳ２０４）。ここで、ステップＳ２０３における測定対象物Ｓの撮像は、後続のステップＳ２０４で測定対象物Ｓの存在領域を検出するために行われる。そのため、基本的には、測定対象物Ｓの全体が撮像される必要がある。

【0263】

上記のように、ステップＳ２０３では、測定対象物Ｓが低倍率カメラにより撮像される。低倍率カメラであるカメラ１２１Ａの撮像領域は、高倍率カメラであるカメラ１２１Ｂの撮像領域よりも大きい。そのため、測定対象物Ｓの全体を低倍率カメラで撮像する場合には、測定対象物Ｓの全体を高倍率カメラで撮像する場合に比べて、撮像回数を低減することができる。したがって、存在領域の検出に要する時間を短くすることができる。

【0264】

ステップＳ２０４の処理後、領域設定部２１ｄは、検出された各測定角度位置の存在領域を含む領域を当該測定角度位置の測定領域として仮に設定する（ステップＳ２０５）。そこで、設定画面提示部２１ｅは、ステップＳ２０４で得られた複数の画像データと設定された各測定角度位置の測定領域とに基づいて領域設定マップ画像を生成し、表示部４００に表示させる（ステップＳ２０６）。このとき、設定画面提示部２１ｅは、設定された測定領域が識別可能となるように、領域設定マップ画像において測定対象物Ｓの画像上に１または複数の単位領域枠ＭＭを重畳表示させる。

【0265】

次に、領域設定部２１ｄは、測定領域の設定が完了したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。この判定は、例えば図２４の測定開始ボタン４２５が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。測定領域の設定が完了すると、測定領域設定処理が終了する。一方、測定領域の設定が完了していない場合、領域設定部２１ｄは、測定領域を修正すべき指令があるか否かを判定する（ステップＳ２３１）。この判定は、例えば図２６～図２８の領域設定画面４０３～４０５上で、使用者による測定領域の変更、追加または削除の指令があったか否かに基づいて行われる。

【0266】

ステップＳ２３１において測定領域を修正すべき指令がない場合、領域設定部２１ｄは、処理を後述するステップＳ２３３に進める。一方、ステップＳ２３１において測定領域を修正すべき指令があると、領域設定部２１ｄは、修正を受け付け、受け付けた内容に応じて設定済みの測定領域を修正する（ステップＳ２３２）。

【0267】

次に、データ補正部２１ｉは、三次元形状データの校正のために第１のマーカＭ１または第２のマーカＭ２のいずれかのマーカを使用する旨の指令があるか否かを判定する（ステップＳ２３３）。マーカを使用する旨の指令があると、データ補正部２１ｉは、使用するマーカの種類を判定する（ステップＳ２３４）。データ補正部２１ｉによるステップＳ２３３，Ｓ２３４の判定は、例えば図３０の第１の校正チェックボックス４６３および第２の校正チェックボックス４６４のうちいずれが使用者によりチェックされたかに基づいて行われる。

【0268】

次に、データ補正部２１ｉは、使用するマーカに応じて新たな測定領域の設定を追加するとともに（ステップＳ２３５）、使用するマーカに応じた校正機能を有効化させる（ステップＳ２３６）。その後、データ補正部２１ｉは、処理をステップＳ２０７に戻す。なお、ステップＳ２３６においては、使用するマーカが第１のマーカＭ１である場合には、上記の第１の校正機能が有効化する。一方、使用するマーカが第２のマーカＭ２である場合には、上記の第２の校正機能が有効化する。上記のステップＳ２３３においてマーカを使用する旨の指令がない場合、データ補正部２１ｉは、上記の第３の校正機能を有効化させ（ステップＳ２３７）、処理をステップＳ２０７に戻す。

【0269】

上記のステップＳ２０１において、第１または第２の箱形状領域設定モードが選択されなかった場合、領域設定部２１ｄは、測定領域を設定するためのモードとして、軸形状領域設定モードが選択されたか否かを判定する（ステップＳ２１１）。この判定は、例えば図２４の軸ボタン４３６が使用者により操作されたかに基づいて行われる。

【0270】

軸形状領域設定モードが選択された場合、回転角度設定部２１ｆは、軸形状領域設定モードに対応する複数の測定角度位置を記憶装置２４０から読み込む（ステップＳ２１２）。この読み込み処理は、ステップＳ２０２の処理と同様に、複数の測定角度位置の設定処理に相当する。なお、回転角度設定部２１ｆは、使用者が図２９の角度条件設定部４５３および角度ピッチ設定部４５４等を操作することにより指定される条件に基づいて複数の測定角度位置を設定してもよい。このとき、角度ピッチ設定部４５４により設定可能な角度ピッチは、例えば測定対象物Ｓを回転させた時に当該測定対象物Ｓの全周を測定するために必要な数値に制限されてもよい。これにより、適切でない角度ピッチの設定が防止される。

【0271】

次に、複数の測定角度位置のうち一の測定角度位置で低倍率カメラによる測定対象物Ｓの全体の撮像が行われる（ステップＳ２１３）。このとき、回転制御部２１ｂは、測定対象物Ｓが設定された複数の測定角度位置のうち一の測定角度位置で保持されるように回転ユニット１９０を制御する。また、撮像制御部２１ｃは、測定対象物Ｓが一の測定角度位置にある状態で、当該測定対象物Ｓが低倍率カメラで撮像されるように照明光出力部１３０および受光部１２０を制御する。さらに、移動制御部２１ａは、測定対象物Ｓの全体が一度に撮像されない場合、測定対象物Ｓのうち撮像されていない部分が受光部１２０の撮像領域内に順次移動するように、ステージ１４０の上面１４１ｓをＸＹ方向に移動させる。

【0272】

その後、領域設定部２１ｄは、ステップＳ２１３の撮像により得られた画像データに基づいて一の測定角度位置に対応する存在領域を検出し（ステップＳ２１４）、処理をステップＳ２０５に進める。上記のステップＳ２１３では、ステップＳ２０３の処理と同様に、測定対象物Ｓが低倍率カメラにより撮像される。それにより、存在領域の検出に要する時間を短くすることができる。

【0273】

上記のステップＳ２１１において、軸形状領域設定モードが選択されなかった場合、領域設定部２１ｄは、測定領域について詳細な設定を行うべき指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ２２１）。この判定は、例えば図２４の回転詳細ボタン４３７が使用者により操作されたかに基づいて行われる。

【0274】

測定領域について詳細な設定を行うべき指令を受けた場合、領域設定部２１ｄは、測定領域の設定を受け付ける（ステップＳ２２２）。ここでは、例えば使用者が図２９の角度条件設定部４５３および角度ピッチ設定部４５４等を操作することにより指定される条件が受け付けられる。その後、領域設定部２１ｄは、処理をステップＳ２０７に進める。

【0275】

なお、回転を伴なわない測定対象物Ｓの形状測定に対応する測定領域設定処理では、測定対象物Ｓの存在領域の検出が行われた後、上記のステップＳ２０５～Ｓ２０７，Ｓ２３１，Ｓ２３２と同様の処理が行われる。

【0276】

［９］効果
（１）本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うための測定領域の設定時に、少なくともＹ方向において設定された複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの存在領域が検出される。換言すれば、設定された各測定角度位置にある測定対象物Ｓを受光部１２０から見たときの少なくともＹ方向に延びる測定対象物Ｓの幅が検出される。

【0277】

また、各測定角度位置について受光部１２０により撮像されるべき複数の測定領域が、当該測定角度位置の少なくともＹ方向における存在領域の検出結果に基づいて設定される。この場合、使用者は、各測定角度位置について測定対象物Ｓの形状に応じた煩雑な設定作業を行う必要がない。その後、測定対象物Ｓが設定された複数の測定角度位置に順次回転される。測定対象物Ｓが各測定角度位置にある状態で、受光部１２０の撮像領域が少なくともＹ方向における複数の測定領域に順次移動され、測定対象物Ｓの撮像が行われる。このようにして生成される複数の画像データに基づいて、各測定角度位置に対応する三次元形状データを生成することができる。これらの結果、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物Ｓの表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。

【0278】

（２）本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、ステージ１４０の上面１４１ｓ上に測定対象物Ｓが載置された状態で、その測定対象物Ｓにパターン光が照射される。または、回転ユニット１９０により測定対象物Ｓが保持された状態で、受光部１２０の光軸ＲＯＡに交差する回転軸ＲＡの周りで回転する測定対象物Ｓにパターン光が照射される。パターン光が照射された測定対象物Ｓが受光部１２０により撮像される。撮像により得られた複数の画像データに基づいて測定対象物Ｓの三次元形状データが生成される。

【0279】

この場合、使用者は、測定対象物Ｓおける所望の部位の形状にパターン光が入射するように、測定対象物Ｓをステージの上面に載置しまたは測定対象物Ｓを回転ユニットにより回転させることができる。その結果、測定対象物Ｓの表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。

【0280】

（３）本実施の形態に係る形状測定装置５００においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うために、例えば第１のマーカＭ１を用いた第１の構成機能を使用することが設定される。この場合、第１のマーカＭ１および測定対象物Ｓが撮像される。その撮像により得られた画像データに基づいて、第１のマーカＭ１の三次元形状データおよび測定対象物Ｓの三次元形状データが生成される。第１のマーカＭ１の三次元形状データおよび第１のマーカＭ１の寸法に基づいて、第１の校正機能に従う三次元形状データの補正処理が行われる。

【0281】

この場合、測定対象物Ｓが保持部１９１に保持された状態で第１のマーカＭ１の三次元形状データが生成されるので、保持部１９１が測定対象物Ｓを保持することにより保持部１９１の回転状態が変化する場合には、第１のマーカＭ１の回転状態も保持部１９１と同様に変化する。したがって、第１のマーカＭ１の三次元形状データは、測定対象物Ｓが保持部１９１に保持されない状態で生成される場合に比べて、測定対象物Ｓの三次元形状データを補正するためにより適したものとなる。その結果、測定対象物Ｓの表面における広い範囲に渡って、高い精度で形状を測定することが可能になる。

【0282】

なお、第１のマーカＭ１は、保持部１９１の一部を構成する。そのため、形状測定装置５００の校正を行うために、保持部１９１に校正具を取り付ける作業および保持部１９１に取り付けられた校正具を測定対象物Ｓに交換する作業が不要である。したがって、形状測定装置５００の校正作業に要する時間が短縮される。

【0283】

（４）また、形状測定装置５００においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うために、第２のマーカＭ２を用いた第２の構成機能を使用することが設定される。この場合、第２のマーカＭ２および測定対象物Ｓが撮像され、当該撮像により得られる、第２のマーカＭ２の三次元形状データおよび測定対象物Ｓの三次元形状データが生成される。第２のマーカＭ２の三次元形状データおよび第２のマーカＭ２の寸法に基づいて、第２の校正機能に従う三次元形状データの補正処理が行われる。第２の校正機能によれば、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２の三次元形状データが用いられることにより、測定対象物Ｓの測定精度が向上する。

【0284】

さらに、形状測定装置５００においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うために、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２を用いない第３の構成機能を使用することが設定される。この場合、測定対象物Ｓの三次元形状データに基づいて、第３の校正機能に従う三次元形状データの補正処理が行われる。第３の校正機能によれば、第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２を撮像する必要がないため、測定対象物Ｓの測定に要する時間を短縮することができる。

【0285】

（５）使用者は、例えば図３１の第１の校正チェックボックス４６３および第２の校正チェックボックス４６４のいずれかをチェックするか、チェックしないことにより、第１～第３の校正機能のうち１つを選択することができる。したがって、形状測定の用途に応じて所望の校正機能を容易に選択することができるので、測定対象物Ｓの形状測定の利便性が向上する。

【0286】

［１０］他の実施の形態
（１）上記実施の形態に係る形状測定処理においては、領域設定部２１ｄは、測定対象物Ｓの測定領域設定時にＺ方向における測定対象物Ｓの測定範囲を設定してもよい。また、設定されたＺ方向の撮像範囲がＺ方向の測定空間１０１の範囲（受光部１２０の被写界深度の範囲）を超える場合に、高さ方向合成が行われてもよい。

【0287】

この場合、領域設定画面は、例えばＺ方向の測定対象物Ｓの測定範囲を設定することの要否を受け付け可能に表示部４００に表示される。図４３は、Ｚ方向の測定対象物Ｓの測定範囲を設定することの要否を受け付け可能な領域設定画面の一例を示す図である。図４３の領域設定画面４０４においては、主表示領域４１０に領域設定マップ画像が表示された状態で、副表示領域４２０に高さ範囲ボタン４７１が表示される。

【0288】

使用者は、Ｚ方向の測定範囲を設定したい場合に、高さ範囲ボタン４７１を操作する。それにより、表示部４００には、測定対象物ＳのＺ方向の測定範囲を設定するための領域設定画面が表示される。図４４は、測定対象物ＳのＺ方向における測定範囲を設定するための領域設定画面の一例を示す図である。

【0289】

図４４の領域設定画面４０９では、副表示領域４２０の角度位置一覧４４１が操作されることにより指定された測定角度位置（本例では０°）の測定範囲を設定するための各種画像および操作用のウィンドウが表示されている。

【0290】

具体的には、主表示領域４１０には、角度位置一覧４４１により指定された測定角度位置の領域設定マップ画像ＩＭａと、指定された測定角度位置に対して９０°ずれた測定角度位置の領域設定マップ画像ＩＭｂとが表示されている。また、領域設定マップ画像ＩＭｂ上には、Ｚ方向における測定範囲の上限位置および下限位置をそれぞれ示す上限マーク４７２および下限マーク４７３が上下方向にスライド可能に重畳表示されている。これにより、使用者は、領域設定マップ画像ＩＭｂに表示される測定対象物Ｓの画像を視認しつつ上限マーク４７２および下限マーク４７３を上下方向にスライドさせることにより、指定された測定角度位置におけるＺ方向の測定範囲を設定することができる。

【0291】

また、主表示領域４１０には、さらにＺ方向の測定範囲を数値で指定するためまたは自動設定を行うべき指令をするための範囲設定ウィンドウ４８１が表示されている。範囲設定ウィンドウ４８１には、使用者がＺ方向における測定範囲の上限位置および下限位置をそれぞれ数値入力するための上限入力部４８２および下限入力部４８３が表示される。また、範囲設定ウィンドウ４８１には、使用者がＺ方向における測定範囲の大きさ（上下方向の幅）およびその中心位置をそれぞれ数値入力するための幅入力部４８４および中心入力部４８５が表示される。さらに、範囲設定ウィンドウ４８１には、全ての測定角度位置の各々について自動的にＺ方向における測定範囲を設定することを指令するための自動設定ボタン４８６が表示される。

【0292】

これにより、使用者は、上限マーク４７２および下限マーク４７３を操作することに代えて、上限入力部４８２および下限入力部４８３に数値を入力することにより測定範囲を設定することができる。または、使用者は、幅入力部４８４および中心入力部４８５に数値を入力することにより測定範囲を設定することができる。あるいは、使用者は、自動設定ボタン４８６を操作することにより、全ての測定角度位置についてＺ方向の測定範囲を設定することができる。

【0293】

なお、自動設定ボタン４８６が操作された場合、領域設定部２１ｄは各測定角度位置について以下のように測定範囲を設定してもよい。例えば、領域設定部２１ｄは、一の測定角度位置についてＺ方向の測定範囲を設定する場合、一の測定角度位置に対して９０°ずれた測定角度位置の領域設定マップ画像を読み込む。また、領域設定部２１ｄは、読み込んだ領域設定マップ画像から測定対象物Ｓが存在するＺ方向の範囲を検出し、検出された範囲を一の測定角度位置のＺ方向の範囲として設定する。

【0294】

または、領域設定部２１ｄは各測定角度位置について以下のように測定範囲を設定することもできる。例えば、回転制御部２１ｂは、回転ユニット１９０を複数の測定角度位置に順次移動させる。そこで、撮像制御部２１ｃは、各測定角度位置にある状態で、受光部１２０により測定対象物Ｓの複数の部分を撮像させ、上方を向く測定対象物Ｓの複数の部分にそれぞれ受光部１２０の焦点面１２０Ｆが合うようにステージ１４０をＺ方向に移動させる。その上で、領域設定部２１ｄは、Ｚ方向におけるステージ１４０の移動範囲に基づいて測定範囲を設定する。

【0295】

この場合、撮像制御部２１ｃは、測定範囲が測定空間１０１の範囲（受光部１２０の被写界深度の範囲）を超える場合に、測定対象物Ｓの複数の部分が測定空間１０１の範囲内に含まれるように、Ｚ方向における上面１４１ｓの複数の位置を決定してもよい。

【0296】

あるいは、領域設定部２１ｄは各測定角度位置について以下のように測定範囲を設定することもできる。例えば、回転制御部２１ｂは、回転ユニット１９０を複数の測定角度位置に順次移動させる。そこで、撮像制御部２１ｃは、測定対象物Ｓが各測定角度位置にある状態で、パターン光を用いて測定対象物Ｓを撮像し、三次元形状データを生成することによりＺ方向における測定対象物Ｓの上端部の位置を検出する。その上で、領域設定部２１ｄは、生成された測定対象物Ｓの三次元形状データに基づいて測定範囲を設定する。なお、Ｚ方向の測定範囲を設定するための測定対象物Ｓの撮像時には、いわゆる粗測定として、分解能が低いパターン光を用いて、パターン光の照射回数を低減することが好ましい。

【0297】

上記のようにして、測定対象物ＳのＺ方向の測定範囲が設定される。これにより、ＣＰＵ２１０は、任意の測定角度位置で設定された測定範囲が測定空間１０１を超える場合に、当該測定角度位置でＺ方向におけるステージ１４０の位置を変更しながら複数回三次元形状データを生成することができる。また、生成された複数の三次元形状データを用いて高さ方向合成を行うことにより、測定対象物の表面におけるより広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。

【0298】

（２）上記実施の形態に係る形状測定処理においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定時に各測定角度位置に対応する測定対象物Ｓの存在領域を検出するために、各測定角度位置にある測定対象物Ｓが照明光を用いて撮像されるが、本発明はこれに限定されない。

【0299】

各測定角度位置に対応する測定対象物Ｓの存在領域を検出するために、ＣＰＵ２１０は、以下の処理を行ってもよい。例えば、ステップＳ２０４において、回転制御部２１ｂは、測定対象物Ｓが複数の測定角度位置のうち一部（例えば、０°および１８０°）の代表角度位置で保持されるように回転ユニット１９０を制御する。また、撮像制御部２１ｃは、測定対象物Ｓが各代表角度位置にある状態で、パターン光を照射しつつ測定対象物Ｓを撮像することにより複数の画像データが生成されるように投光部１１０Ａ，１１０Ｂおよび受光部１２０を制御する。三次元形状データ生成部２１ｇは、測定対象物Ｓが各代表角度位置にある状態で生成された複数の画像データに基づいて、各代表角度位置に対応する三次元形状データを生成する。

【0300】

この場合、一の代表角度位置である０°に対応する三次元形状データと、他の代表角度位置である１８０°に対応する三次元形状データとを合成すると、測定対象物Ｓのほぼ全体の形状を把握することができる。そこで、領域設定部２１ｄは、生成された三次元形状データに基づいて複数の測定角度位置に対応する測定対象物Ｓの存在領域を検出する。上記の処理によれば、複数の測定角度位置について存在領域を検出するために、複数の角度位置の各々で測定対象物を撮像する必要がなくなる。

【0301】

なお、存在領域を検出するために生成される三次元形状データは、高い測定精度を要しない。したがって、存在領域を検出するための三次元形状データの生成時には、測定対象物Ｓの形状を取得するための三次元形状データの生成時に対して、分解能が低いパターン光を用いて、パターン光の照射回数を低減することが好ましい。

【0302】

（３）上記実施の形態に係る形状測定処理においては、データ合成部２１ｈは、ステップＳ１０７の処理で複数の測定角度位置の三次元形状データを合成するか否かについての指令を受け付けるが、本発明はこれに限定されない。

【0303】

ステップＳ１０７においては、データ合成部２１ｈは、複数の測定角度位置の複数の三次元形状データのうち一部のみを合成することを受け付けてもよい。この場合、例えば図２９の副表示領域４２０においては合成要否チェックボックス４５７に代えて、複数の測定角度位置のうち三次元形状データが合成されるべき測定角度位置を選択するための入力部等が設けられてもよい。

【0304】

複数の測定角度位置のうち一部で取得された複数の三次元形状データのみを合成することが受け付けられた場合、データ合成部２１ｈは、受け付けられた情報に従って複数の三次元形状データの一部のみを合成してもよい。

【0305】

なお、回転方向に並ぶ少なくとも一部の三次元形状データを回転方向合成するか否かを指令するためのデータ合成指令部が表示部４００に表示されてもよい。具体的には、図２６～図２８の領域設定画面４０３～４０５の副表示領域４２０に、合成されるべき三次元形状データを個別に指定するためのチェックボックス等がデータ合成指令部として表示されてもよい。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの形状について所望の態様で三次元形状データを取得することができる。

【0306】

（４）上記実施の形態においては、回転角度設定部２１ｆは、ステップＳ２１２の処理でモード毎に予め定められた複数の測定角度位置を記憶装置２４０から読み込み、複数の測定角度位置の設定を行うが、本発明はこれに限定されない。

【0307】

回転角度設定部２１ｆは、ステップＳ２１２の処理として、予め定められた複数の測定角度位置を読み込む代わりに、以下の方法で複数の測定角度位置の設定を行ってもよい。

【0308】

例えば、回転角度設定部２１ｆは、ステップＳ２１１で軸形状領域設定モードが選択された場合に、まず受光部１２０の焦点面１２０Ｆが測定対象物Ｓの最も高い部分に一致するようにステージ１４０のＺ方向の位置を調整する。次に、回転角度設定部２１ｆは、受光部１２０の焦点面１２０Ｆが測定対象物Ｓの表面に位置するときのステージ１４０のＺ方向の位置と、受光部１２０の作動距離ＷＤ（図８）とに基づいて回転軸ＲＡを基準とする測定対象物Ｓの半径方向のサイズ（実寸法）を算出する。

【0309】

この場合、算出されたサイズに基づいて測定対象物Ｓの外周面上に設定される測定領域のサイズを把握することが可能になる。それにより、回転軸ＲＡの周りで回転させつつ受光部１２０により測定対象物Ｓを撮像する場合に、回転方向において連続する２つの測定領域の一部が互いに重複するように、回転角度設定部２１ｆは複数の測定角度位置を設定してもよい。あるいは、回転角度設定部２１ｆは、回転方向において連続する２つの測定領域の一部が互いに重複する測定角度位置を使用者に提示して、当該測定角度位置の設定を誘導するメッセージ等を表示部４００に表示させてもよい。

【0310】

上記の測定角度位置の設定方法によれば、回転ユニット１９０により保持された測定対象物Ｓの回転方向において、測定対象物Ｓの表面全体をカバーするように測定領域が適切に設定される。

【0311】

（５）上記実施の形態に係る形状測定装置５００は、いわゆるオートフォーカス機能を有してもよい。例えば、受光部１２０による測定対象物Ｓの撮像時に、受光部１２０の焦点面１２０Ｆが測定対象物Ｓの少なくとも一部に位置するように、Ｚ方向における上面１４１ｓの位置が調整されてもよい。あるいは、受光部１２０内のレンズ１２２の位置が調整されてもよい。

【0312】

（６）上記実施の形態に係る形状測定処理においては、使用者が領域設定マップ画像を確認することにより測定領域の設定が行われるが、本発明はこれに限定されない。形状測定処理においては、例えば使用者の指令により領域設定マップ画像が生成されることなく測定対象物Ｓの形状測定が行われてもよい。

【0313】

具体的には、回転ユニット１９０がステージ１４０に取り付けられた状態で、使用者が、操作部２５０を操作して領域設定マップ画像の確認を行うことなく測定対象物Ｓの形状測定を行うべきことを指令する。この場合、ＣＰＵ２１０は、予め定められた複数の測定角度位置の各々でパターン光を用いた撮像を行うとともに、三次元形状データの生成を行う。

【0314】

そこで、ＣＰＵ２１０は、各測定角度位置に対応する一の測定領域を設定し、当該一の測定領域についての三次元形状データを生成し、生成された三次元形状データから測定対象物Ｓが存在する領域を推定（検出）しつつ、必要に応じて新たな測定領域を設定する。このとき、新たな測定領域は、一部が一の測定領域に重複するように設定される。その後、ＣＰＵ２１０は、新たな測定領域について、三次元形状データの生成、測定対象物Ｓが存在する領域の推定（検出）およびさらに新たな測定領域の設定を行う。

【0315】

このようにして、ＣＰＵ２１０が、各測定角度位置について、三次元形状データの生成、測定対象物Ｓが存在する領域の推定、および測定領域の設定を交互に繰り返すことにより、測定対象物Ｓの全周に渡る形状測定が行われてもよい。

【0316】

（７）上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、測定対象物Ｓの形状測定時に設定された測定角度位置および測定領域に関する情報が、当該測定対象物Ｓの三次元形状データとともに設定情報として記憶装置２４０に保存されてもよい。この場合、例えば測定対象物Ｓに応じて記憶装置２４０に記憶された設定情報を読み出すことにより、読み出された設定情報に基づいて測定角度位置および測定領域が設定されてもよい。

【0317】

このように、形状測定装置５００が設定情報の保存および読み出し機能を有することにより、同一形状を有する多数の測定対象物Ｓを順次形状測定する場合に、使用者は測定角度位置および測定領域の設定作業を繰り返す必要がない。

【0318】

（８）上記実施の形態に係る形状測定処理のステップＳ２０３の処理では、複数の測定角度位置で低倍率カメラによる測定対象物Ｓの撮像が行われる。このとき、各測定角度位置で撮像される測定対象物Ｓの画像データに基づいて、他の測定角度位置にあるときに測定対象物Ｓとステージ１４０とが干渉するか否かの判定が行われてもよい。さらに、測定対象物Ｓとステージ１４０とが干渉すると判定された他の測定角度位置については、測定対象物Ｓの撮像がスキップされるとともに、測定対象物Ｓとステージ１４０とが干渉する旨のメッセージまたは指標等が表示部４００に表示されてもよい。

【0319】

図４５は、測定対象物Ｓとステージ１４０との干渉判定機能を説明するための図である。例えば一の測定角度位置で測定対象物Ｓが撮像されることにより、図４５（ａ）の領域設定マップ画像が生成されるものとする。この場合、図４５（ａ）で一点鎖線ＲＡｉに示すように、領域設定マップ画像上の回転軸ＲＡの位置は既知である。そのため、領域設定マップ画像上で、回転軸ＲＡに直交する方向において、対象物画像ＳＩの一端部と一点鎖線ＲＡｉとの間の距離ｄｉ１を求めることにより、測定対象物Ｓの一端部がどのような半径で回転するのかを求めることができる。

【0320】

図４５（ｂ）に、図４５（ａ）の領域設定マップ画像に対応する回転ユニット１９０のＸ方向に見た側面図が示される。上記のように、測定対象物Ｓの一端部がどのような半径で回転するのかを求めることができれば、図４５（ｂ）に示すように、求められた半径ｄ１と、回転ユニット１９０およびステージ１４０の実寸法とに基づいて、測定対象物Ｓの一端部がステージ１４０と干渉する角度範囲ｒθを求めることができる。

【0321】

（９）上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、回転ユニット１９０は、回転駆動部１９２のケーシングの側面ｓｓ１から保持部１９１が突出するように設けられた構成を有するが、本発明はこれに限定されない。

【0322】

図４６は、他の実施の形態に係る回転ユニット１９０の構成例を示す図である。図４６（ａ）に示すように、本例の回転ユニット１９０は、保持部１９１および回転駆動部１９２に加えて、固定保持部材８１０および回転保持部材８２０を含む。固定保持部材８１０は、２本の支柱部８１１および連結部８１２から構成される。連結部８１２は、水平方向に延びるように設けられている。２本の支柱部８１１は、連結部８１２の両端部から上方に延びるように設けられている。連結部８１２は、２本の支柱部８１１の下端部を連結するとともに、ステージ１４０の上面１４１ｓ上に設置可能に構成される。

【0323】

回転保持部材８２０は、固定保持部材８１０の２本の支柱部８１１の間に設けられている。回転保持部材８２０は、２本の支柱部８２１および連結部８２２から構成される。一方の支柱部８２１の各々の一端は、固定保持部材８１０の一方の支柱部８１１に対して、予め定められた回転軸８３０周りで回転可能に支持されている。他方の支柱部８２１の各々の一端は、固定保持部材８１０の他方の支柱部８１１に対して、予め定められた回転軸８３０周りで回転可能に支持されている。２本の支柱部８２１の他端は連結部８２２により連結されている。連結部８２２に回転駆動部１９２が取り付けられている。

【0324】

上記の構成によれば、固定保持部材８１０がステージ１４０上に固定された状態で、図４６（ｂ）に示すように、回転保持部材８２０を固定保持部材８１０に対して回転させることができる。それにより、保持部１９１により保持される測定対象物Ｓについて、調整可能な姿勢の自由度を向上させることができる。

【0325】

（１０）上記実施の形態に係る測定部１００においては、ステージ１４０の上面１４１ｓと受光部１２０との間の位置関係を調整するために、ステージ駆動部１４６が受光部１２０に対してステージ１４０の上面１４１ｓを移動させる。本発明は、これに限定されない。

【0326】

例えば、測定部１００は、ステージ１４０の上面１４１ｓと受光部１２０との間の位置関係を調整するために、ステージ１４０の上面１４１ｓに対して、光学系支持体９９２を移動可能に支持する構成を有してもよい。また、光学系支持体９９２を移動させる駆動部を有してもよい。

【0327】

（１１）上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、第１および第２の校正機能で用いられる第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２は、それぞれ円筒状の外周面を有するが、本発明はこれに限定されない。

【0328】

第１のマーカＭ１および第２のマーカＭ２として、正多角形状の断面を有する軸部材を用いてもよい。この場合、軸部材の断面を表す正多角形の頂点の数は、４よりも大きいことが好ましい。

【0329】

（１２）上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、測定対象物Ｓにパターン光が複数回照射され、測定対象物Ｓが撮像される。撮像により得られた複数の画像データに基づいて三次元形状データが生成される。しかしながら、本発明は上記の例に限定されない。

【0330】

三次元形状データは、パターン光の照射を伴う撮像に代えて、他の撮像方法により得られる画像データに基づいて生成されてもよい。例えば、複数の受光部１２０で測定対象物Ｓを撮像するかまたは複数の位置から測定対象物Ｓを撮像することにより、ステレオ法によって三次元形状データが生成されてもよい。

【0331】

（１３）上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、測定対象物Ｓを載置するためおよび回転ユニット１９０を支持するためにステージ１４０が設けられるが、本発明はこれに限定されない。回転ユニット１９０により保持された測定対象物Ｓについて形状測定を行うことができるのであれば、ステージ１４０は設けられなくてもよい。この場合、回転ユニット１９０は、例えば図３の台座９９０に取り付けられる。

【0332】

（１４）上記実施の形態に係る形状測定装置５００は、第１、第２および第３の校正機能を有するが、本発明はこれに限定されない。形状測定装置５００は、第１、第２および第３の校正機能のうち少なくとも一部を有しなくてもよい。

【0333】

（１５）上記実施の形態に係る形状測定処理においては、回転ユニット１９０による回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行う場合に、測定領域設定処理により複数の測定角度位置が設定されるが、本発明はこれに限定されない。

【0334】

回転ユニット１９０による回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行う場合に、測定領域設定処理において、例えば使用者により指定される一の測定角度位置が設定可能であってもよい。

【0335】

この場合、使用者は、操作部２５０を操作することにより、例えば一の測定角度位置を指定するとともに一の測定角度位置に対応する形状測定の指令をＣＰＵ２１０に与える。そこで、ＣＰＵ２１０は、一の測定角度位置に対応する形状測定の指令に応答して、指定された一の角度位置に対応する三次元形状データが生成されるように、形状測定装置５００の各構成要素を制御する。これにより、使用者は、測定対象物Ｓの形状について所望の態様で三次元形状データを取得することができる。

【0336】

（１６）上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うための測定領域の設定時に、撮像により得られた測定対象物Ｓの画像に基づいて存在領域が検出されるが、本発明はこれに限定されない。存在領域は、例えば予め記憶装置２４０に記憶された測定対象物Ｓの寸法情報（例えばＣＡＤデータ等）、あるいは入力された寸法情報をＣＰＵ２１０が取得することにより、取得された寸法情報に基づいて検出されてもよい。

【0337】

（１７）上記実施の形態では、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うための測定領域の設定時に、各測定角度位置にあるときの測定対象物Ｓの存在領域が検出される。また、測定対象物Ｓの存在領域に基づいて各測定角度位置に対応する複数の測定領域が設定される。本発明はこの例に限定されない。

【0338】

上記実施の形態に係る形状測定装置５００においては、回転を伴う測定対象物Ｓの形状測定を行うための測定領域の設定時に、各測定角度位置にあるときのＸ方向およびＹ方向における測定対象物Ｓの幅が検出されてもよい。この場合、検出された幅に基づいて各測定角度位置に対応する複数の測定領域が設定されてもよい。

【0339】

［１１］請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明する。上記実施の形態では、形状測定装置５００が三次元形状測定装置の例であり、保持部１９１が保持部の例であり、回転軸ＲＡが回転軸の例であり、回転駆動部１９２が回転駆動部の例であり、回転ユニット１９０が回転ユニットの例である。

【0340】

また、受光部１２０およびＣＰＵ２１０が撮像部、検出部およびデータ取得部の例であり、ＸＹステージ１４１およびステージ駆動部１４６が並進駆動部の例であり、ＣＰＵ２１０が設定部および制御部の例であり、ＲＯＭ２２０、作業用メモリ２３０および記憶装置２４０のいずれかが記憶部の例であり、表示部４００が表示部の例である。

【0341】

また、ＣＰＵ２１０の三次元形状データ生成部２１ｇおよびデータ合成部２１ｈがデータ生成部の例であり、レンズ１２３Ｂが第一光学系の例であり、カメラ１２１Ｂが第一カメラの例であり、レンズ１２３Ａが第二光学系の例であり、カメラ１２１Ａが第二カメラの例である。

【0342】

また、受光部１２０およびＣＰＵ２１０が検出部の例であり、操作部２５０が操作部の例であり、Ｚステージ１４２およびステージ駆動部１４６が垂直駆動部の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、ステージ１４０の上面１４１ｓが上面の例であり、投光部１１０Ａ，１１０Ｂがプロジェクタの例であり、投光部１１０Ａが第１の投光装置の例であり、投光部１１０Ｂが第２の投光装置の例であり、測定空間１０１が第１の投光装置によるパターン光の照射領域と、第２の投光装置によるパターン光の照射領域と、撮像部の撮像領域とが重複する空間の例である。

【0343】

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

【符号の説明】

【0344】

２１ａ…移動制御部，２１ｂ…回転制御部，２１ｃ…撮像制御部，２１ｄ…領域設定部，２１ｅ…設定画面提示部，２１ｆ…回転角度設定部，２１ｇ…三次元形状データ生成部，２１ｈ…データ合成部，２１ｉ…データ補正部，２１ｊ…着脱判定部，２１ｋ…表示制御部，９１…回転支持軸，９２，９３…保持片，９２ｅ，９３ｅ，ｅｓ１，ｅｓ２…端面，９２ｈ，９３ｈ…孔，９４…棒状部材，１００…測定部，１０１…測定空間，１１０Ａ，１１０Ｂ…投光部，１１１…測定光源，１１２…パターン生成部，１１２Ｓ…パターン出射面，１１３，１１４，１１５，１２２，１２３Ａ，１２３Ｂ…レンズ，１１６，１２５Ａ，１２５Ｂ…絞り，１１７，１１８…ミラー，１２０…受光部，１２０Ｆ…焦点面，１２１ａ…撮像素子，１２１Ａ，１２１Ｂ…カメラ，１２４…ハーフミラー，１３０…照明光出力部，１４０…ステージ，１４１…ＸＹステージ，１４１ｃ，１９４…コネクタ，１４１ｈ…ねじ孔，１４１ｓ…上面，１４２…Ｚステージ，１４５…ステージ操作部，１４６…ステージ駆動部，１５０，３１０…制御基板，１６０…ヘッドケーシング，１９０…回転ユニット，１９１…保持部，１９２…回転駆動部，１９３…ケーブル，１９５…保持ダイヤル，１９９…取付部，２００…ＰＣ，２１０…ＣＰＵ，２２０…ＲＯＭ，２３０…作業用メモリ，２４０…記憶装置，２５０…操作部，３００…制御部，３２０…照明光源，４００…表示部，４０１…測定基本画面，４０２～４０９…領域設定画面，４１０…主表示領域，４１１…水平移動操作ウィンドウ，４１２…移動ボタン，４１３…回転操作ウィンドウ，４１４…原点ボタン，４１５…正回転ボタン，４１６…逆回転ボタン，４１７…保持部マーク，４１８…基準姿勢マーク，４１９…測定角度位置マーク，４２０…副表示領域，４２１…領域設定ボタン，４２２…編集ボタン，４２３…領域クリアボタン，４２４…視野確認画像，４２５…測定開始ボタン，４２６…除外ボタン，４２７…ＯＫボタン，４２８…キャンセルボタン，４２９…上面除去ボタン，４３１…回転オンボタン，４３２…回転オフボタン，４３４…箱全周ボタン，４３５…箱部分ボタン，４３６…軸ボタン，４３７…回転詳細ボタン，４４１…角度位置一覧，４５１…基準姿勢入力枠，４５２…基準姿勢登録ボタン，４５３…角度条件設定部，４５４…角度ピッチ設定部，４５５…測定回数設定部，４５６…除外角度入力枠，４５７…合成要否チェックボックス，４６３…第１の校正チェックボックス，４６４…第２の校正チェックボックス，４６５…マーカ反転チェックボックス，４７１…範囲ボタン，４７２…上限マーク，４７３…下限マーク，４８１…範囲設定ウィンドウ，４８２…上限入力部，４８３…下限入力部，４８４…幅入力部，４８５…中心入力部，４８６…自動設定ボタン，５００…形状測定装置，８１０…固定保持部材，８１１，８２１…支柱部，８１２，８２２…連結部，８２０…回転保持部材，８３０，ＲＡ…回転軸，９９０…台座，９９１…支柱，９９２…光学系支持体，ＤＲＡ…設計回転軸，ＩＭａ，ＩＭｂ…領域設定マップ画像，Ｍ１…第１のマーカ，Ｍ２…第２のマーカ，Ｍ２ａ…径大部，Ｍ２ｂ…径小部，Ｍ２ｉ…マーカ画像，ＭＭ，ＭＭａ，ＭＭｂ…単位領域枠，ｐｐ…電源部，ｒθ…角度範囲，ＲＤ…基準距離，ＲＭ…可動ストローク範囲，ＲＯＡ，ＴＯＡ１，ＴＯＡ２…光軸，Ｓ…測定対象物，ＳＩ…対象物画像，ｓｍ…ステッピングモータ，ｓｓ１，ｓｓ２…側面，ｓｖ…ずれ，ＷＤ…作動距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】