JP2021025911A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺の測定対象物であっても安全にステージを移動させて測定できるようにする。【解決手段】三次元形状測定装置５００は、載置部１４０の上方に測定光による測定領域が形成されるよう投光部１１０及び受光部１２０を固定的に支持する支持部と、受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部２６０と、載置部１４０に載置された測定対象物を撮像することにより観察画像を生成する観察画像生成部１２４と、観察画像生成部１２４により生成された観察画像を表示する表示部４００と、載置面１４２の移動により、載置された測定対象物が衝突する事態を回避するための衝突回避情報の入力を受け付ける衝突回避情報入力部２６９と、衝突回避情報入力部２６９により入力された衝突回避情報に基づいて、載置部１４０の移動による衝突の回避を指示する回避動作指示部２７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元の測定対象物に対して高さ情報を含む所定の検査を行うための三次元形状測定装置に関する。

三角測距方式の三次元形状測定装置が知られている（例えば特許文献１）。この三次元形状測定装置では、測定対象物を載置する載置部と、測定対象物に向けて測定光を投光したり、測定対象物からの反射光を受光したりするヘッド部とが固定的に連結されている。つまり、反射光を受光する受光部は、斜め下を見下ろすようにして載置部を撮像する構成になっている。これにより、耐振性など外部環境の変化に対するロバスト性を高め、測定対象物の立体形状を安定的に測定可能となっている。また、この三次元形状測定装置には、測定対象物の立体形状を複数方向から測定するために、測定対象物を回転させる回転ステージが設けられている。

特開２０１８−４２７８号公報

このような三次元形状測定装置では、測定対象物を載置する回転ステージの大きさが制限されるところ、回転ステージに収まらないような長尺の測定対象物についても立体形状を測定したいことがある。このような場合に対応するため、回転する回転ステージに加えて、ＸＹ平面内を平行移動する並進ステージを搭載することが考えられる。

しかしながら、長尺の測定対象物の載置位置や回転ステージの回転方向によっては、ステージの移動時に測定対象物が三次元形状測定装置に干渉することがある。これを防ぐためには、ステージから飛び出している測定対象物の端部を把握する必要がある。しかしながら、測定対象物の端部を把握できない場合があり、このような場合にステージを移動させると、測定対象物の端部が意図しない部材に衝突する可能性があった。

本発明の目的の一は、長尺の測定対象物であっても安全にステージを移動させて測定できるようにした三次元形状測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る三次元形状測定装置によれば、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、測定対象物を載置させる載置面を有し、該載置面を回転移動させるための回転ステージ、及び前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、前記載置部を支持する台座部と、前記台座部に連結されると共に、前記載置部の上方に測定光による測定領域が形成されるよう前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、前記支持部により支持された前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、前記載置部に載置された測定対象物を撮像することにより観察画像を生成する観察画像生成部と、前記観察画像生成部により生成された観察画像を表示する表示部と、前記載置面の移動により、載置された測定対象物が衝突する事態を回避するための衝突回避情報の入力を受け付ける衝突回避情報入力部と、前記衝突回避情報入力部により入力された衝突回避情報に基づいて、前記載置部の移動による衝突の回避を指示する回避動作指示部とを備えることができる。上記構成により、ユーザにより指定された衝突回避情報に基づいて、測定対象物が周囲に位置する部材や三次元形状測定装置の一部と予期せず衝突する事態の回避を図ることが可能となる。

また、本発明の第２の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記構成に加えて、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記載置部に載置された測定対象物の外形に関する情報を、前記表示部上で、表示されている観察画像及び該観察画像の周囲で、測定対象物が表示されていないものの該測定対象物が位置すると思われる仮想的な領域を含めた候補領域中から、測定対象物の外形と予想される位置の指定を受け付けるよう構成できる。上記構成により、観察画像に測定対象物の外形がすべて含まれていなくとも、その周囲で測定対象物の外形と思われる位置をユーザが指定可能とすることで、測定対象物の全体を撮像できない場合であっても外形を指定して意図しない衝突の回避を図ることが可能となる。

さらに、本発明の第３の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記載置部に載置された測定対象物の端部と、前記支持部との干渉を防止するための情報の入力を受け付けるよう構成できる。上記構成により、ユーザが衝突回避情報を入力して、測定対象物が三次元形状測定装置に干渉する事態の予防を図ることができる。

さらにまた、本発明の第４の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記表示部上で表示された測定対象物の端部を構成する複数点の指定を受け付ける、又は測定対象物の外形エッジを構成するエッジラインを受け付けるよう構成できる。

さらにまた、本発明の第５の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記表示部上で表示された測定対象物の少なくとも一部を示す画像上で、該測定対象物の四隅の指定を受け付けるよう構成できる。上記構成により、ユーザが四隅を指定することで測定対象物の大まかな外形を把握でき、測定対象物との衝突を図ることが可能となる。

さらにまた、本発明の第６の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記表示部上で表示された測定対象物が前記支持部と面する端部を示す情報を受け付けるよう構成できる。上記構成により、ユーザが端部を指定することで測定対象物の内、衝突する可能性が高い部位を把握でき、測定対象物の端部と支持部との衝突の回避を図ることが可能となる。

さらにまた、本発明の第７の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記表示部上で表示された測定対象物の少なくとも一部を示す画像が、該測定対象物を斜め上方から見た画像であり、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として指定された位置の高さを、該測定対象物の表面として受け付けるよう構成できる。上記構成により、測定対象物を斜め上方から見た画像上でも四隅を指定でき、測定対象物が支持部と衝突する事態の回避が図られる。

さらにまた、本発明の第８の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記表示部上で表示された測定対象物の少なくとも一部を示す画像を、該測定対象物を平面視した画像とできる。上記構成により、測定対象物を平面視した画像を用いることで、容易に四隅を把握でき、測定対象物が支持部と衝突する事態の回避が図られる。

さらにまた、本発明の第９の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として前記載置部の移動方向の入力を受け付けるよう構成できる。上記構成により、測定対象物を移動させる方向をユーザに指定させることで、移動により測定対象物が干渉する事態の予防を図ることができる。

さらにまた、本発明の第１０の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記載置部に載置された測定対象物の長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する端部検出部を備えており、前記回避動作指示部は、前記端部検出部で測定対象物の端部が検出された場合は、該検出結果に基づいて該測定対象物の端部が衝突する事態を回避するよう回避策を指示し、前記端部検出部で測定対象物の端部が検出されない場合は、前記衝突回避情報入力部により入力された衝突回避情報に基づいて、該測定対象物の端部が衝突する事態を回避するよう回避を指示するよう構成できる。上記構成により、測定対象物の端部を端部検出部で検出する構成において、検出できる場合は、移動制御部が自動で衝突を回避するよう制御でき、検出できない場合には衝突回避情報に基づいて移動を制御することができ、端部検出結果に拘わらず衝突の回避を図ることが可能となる。

さらにまた、本発明の第１１の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記回避動作指示部が、前記移動制御部に対し、前記載置部に載置された測定対象物の端部が衝突する動作を避けるように前記載置部の移動を規制するよう構成できる。

さらにまた、本発明の第１２の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記回避動作指示部が、前記衝突回避情報入力部により入力された衝突回避情報に基づいて、前記載置部を特定の方向に移動させると衝突のおそれがある旨を告知する警告部とできる。

本発明の実施の形態１に係る画像検査装置を示すブロック図である。 図１の測定部の構成を示すブロック図である。 図１のコントローラのＣＰＵの構成を示すブロック図である。 三次元形状測定システムを示すブロック図である。 図４に示す三次元形状測定装置本体の分解斜視図である。 図４に示す三次元形状測定装置本体の側面図である。 倍率の異なる複数の受光部を備える三次元形状測定装置の側面図である。 載置面の駆動方向を示す平面図である。 載置面の駆動方向を示す平面図である。 回転ステージの回転により測定対象物が衝突する様子を示す模式図である。 測定対象物を斜め上方から見た観察画像を示すイメージ図である。 図１１において、測定可能範囲を示すイメージ図である。 載置面に水平姿勢で置かれた測定対象物を斜め上方から観察する様子を示す模式側面図である。 載置面に傾斜姿勢で置かれた測定対象物を斜め上方から観察する様子を示す模式側面図である。 観察画像生成部の設置例を示す模式側面図である。 図１６Ａは広角レンズで発生する幾何歪み、図１６Ｂは図１６Ａの歪みを補正する例を示す模式図である。 実施形態２に係る三次元形状測定装置を示す模式側面図である。 実施形態３に係る三次元形状測定装置を示す模式側面図である。 実施形態４に係る三次元形状測定装置を示す模式平面である。 図２０Ａ及び図２０Ｂは、並進ステージを手前側に移動させて測定対象物が台座部と衝突する様子、図２０Ｃ及び図２０Ｄは、並進ステージを左右に移動させて測定対象物が台座部と衝突する様子を、それぞれ示す模式平面図である。 測定対象物の広範囲測定を行う際に測定対象物の端部を検出する手順を示すフローチャートである。 図２２Ａ〜図２２Ｈは、載置面の移動方向を規制する手順の一例を示す模式平面図である。 図２３Ａ〜図２３Ｐは、載置面の移動方向を規制する手順の他の例を示す模式平面図である。 図２４Ａ〜図２４Ｃは並進ステージの手前方向への移動可否を判断する様子を示す模式平面図である。 図２５Ａ〜図２５Ｃは並進ステージの右方向への移動可否を判断する様子を示す模式平面図である。 図２６Ａ〜図２６Ｄは回転ステージの時計回りの回転移動可否を判断する様子を示す模式平面図である。 図２７Ａは三次元形状測定装置の測定可能範囲を示す模式側面図、図２７Ｂは模式平面図である。 観察画像を含むライブビュー画面を示すイメージ図である。 広域画像として斜め上方から見た斜視図状の画像を表示させた状態を示すイメージ図である。 広域画像として平面視における画像を表示させた状態を示すイメージ図である。 斜め上方から見た斜視図状の画像において指定した点の高さが一定しない様子を説明する模式側面図である。 衝突回避情報入力画面を示すイメージ図である。 図３２の画面から観察画像を縮小した状態を示すイメージ図である。 図３３の画面から測定対象物の四隅を指定する様子を示すイメージ図である。 図３４の画面から仮想測定対象物領域が指定された状態を示すイメージ図である。 測定対象物の手前側の端部を指定する様子を示すイメージ図である。 図３６の画面から仮想端部直線が指定された状態を示すイメージ図である。 図３０の広域画像に対して、測定対象物の四隅を指定する様子を示すイメージ図である。 図３８の画面から仮想測定対象物領域が指定された状態を示すイメージ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元形状測定装置を例示するものであって、本発明は三次元形状測定装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本明細書において、「テクスチャ画像」とは、光学画像に代表される、テクスチャ情報を有する観察画像である。一方、「高さ画像」とは、距離画像等とも呼ばれるものであり、高さ情報を含む画像の意味で使用する。例えば、高さ情報を輝度や色度等に変換して二次元画像として表示した画像や、高さ情報をＺ座標情報として三次元状に表示した画像が挙げられる。またこのような高さ画像にテクスチャ画像をテクスチャ情報として貼り付けた三次元の合成画像も、高さ画像に含む。また、本明細書において高さ画像の表示形態は二次元状に表示されるものに限られず、三次元状に表示されるものも含む。例えば、高さ画像の有する高さ情報を輝度等に変換して二次元画像として表示したものや、高さ情報をＺ座標情報として三次元状に表示したものを含む。

さらに本明細書において測定対象物をステージ上に置く「姿勢」とは、測定対象物の回転角度を意味する。なお、測定対象物が円錐のような平面視において点対称の形状の場合は、回転角度に依らず同じ結果が得られるため、姿勢は規定する必要がない。

以下の実施例では、測定対象物の高さ情報を取得するため、所定のパターンの測定光を測定対象物に対して照射して、測定対象物の表面で反射された反射光から得られる信号を用いて、高さ情報を取得している。例えば、所定のパターンの測定光として、構造化照明を用いて、測定対象物に投影し、その反射光から得られる縞投影画像を用いた三角測距を用いた計測方法を用いることができる。ただ、本発明は測定対象物の高さ情報を取得するための原理や構成を、これに限らず、他の方法も適用することができる。
（実施形態１）

三次元形状測定装置は、測定対象画像の三次元の高さ計測を行うことができる。また、三次元計測に加えて、二次元の寸法計測も行うことができる。図１に、本発明の実施例１に係る三次元形状測定装置のブロック図を示す。この図に示す三次元形状測定装置５００は、測定部１００、台座部６００と、コントローラ２００、光源部３００及び表示部４００を備える。この三次元形状測定装置５００は、光源部３００で構造化照明を行い、縞投影画像を撮像して高さ情報を有する高さ画像を生成し、これに基づいて測定対象物ＷＫの三次元寸法や形状を計測することができる。このような縞投影を用いた測定は、測定対象物ＷＫやレンズ等の光学系をＺ方向に移動させることなく高さ測定ができるため、測定時間を短くできるという利点がある。

測定部１００は、投光部１１０と、受光部１２０と、測定制御部１５０と、照明光出力部１３０と、観察画像生成部１２４を備える。投光部１１０は、載置部１４０に載置された測定対象物ＷＫに所定のパターンを有する測定光を照射する。受光部１２０は、載置面１４２に対して傾斜姿勢で固定されている。この受光部１２０は、投光部１１０により照射され、測定対象物ＷＫにて反射された測定光を受光して、受光量を表す受光信号を出力する。観察画像生成部１２４は、載置部１４０に載置された測定対象物ＷＫを撮像することにより測定対象物ＷＫの全体形状を観察するための観察画像を生成する。

台座部６００は、載置部１４０と移動制御部１４４を備える。この台座部６００は、ベースプレート６０２上に載置部１４０を支持している。移動制御部１４４は、載置部１４０を移動させる部材である。移動制御部１４４は、台座部６００側に設ける他、コントローラ側に配置してもよい。

光源部３００は、測定部１００と接続される。光源部３００は、測定光を生成して測定部１００に供給する。コントローラ２００は、測定部１００の撮像を制御する。表示部４００は、コントローラ２００と接続され、生成された画像を表示させ、また必要な設定を行うＨＭＩとなる。
（載置部１４０）

図１に示す台座部６００は、載置部１４０と、移動制御部１４４を備える。載置部１４０は、測定対象物ＷＫが載置される載置面１４２を有する。この載置部１４０は、載置面１４２を回転させる回転ステージ１４３と、載置面１４２を平行移動させる並進ステージ１４１を含む。
（移動制御部１４４）

移動制御部１４４は、測定領域設定部２６４により設定された測定領域に基づいて、回転ステージ１４３の回転移動及び並進ステージ１４１の平行移動を制御する。また移動制御部１４４は、後述する測定領域設定部２６４により設定された測定領域に基づいて、載置移動部による載置部１４０の移動動作を制御する。

コントローラ２００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及び操作部２５０を含む。コントローラ２００には、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等が利用できる。またＣＰＵ２１０は、点群データを生成する点群データ生成部２６０と、衝突回避情報を入力する衝突回避情報入力部２６９と、衝突回避情報に基づいて載置部の移動による衝突の回避を指示する回避動作指示部２７０、表示部４００により表示された観察画像上で測定領域を設定する測定領域設定部２６４等の機能を実現する（詳細は後述）。
（測定部１００のブロック図）

図１の三次元形状測定装置５００の測定部１００の構成を図２のブロック図に示す。測定部１００は、例えば顕微鏡であり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、測定制御部１５０、及びこれらを収納する本体ケース１０１、並びに載置部１４０を備える。投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２及び複数のレンズ１１３、１１４、１１５を含む。受光部１２０は、カメラ１２１及び複数のレンズ１２２、１２３を含む。載置部１４０上には、測定対象物ＷＫが載置される。本体ケース１０１は、樹脂や金属製の筐体とする。
（投光部１１０）

投光部１１０は、載置部１４０の斜め上方に配置される。この測定部１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。図２の例においては、測定部１００は２つの投光部１１０を含む。ここでは、第一の方向から測定対象物ＷＫに対して第一測定光ＭＬ１を照射可能な第一測定光投光部１１０Ａ（図２において右側）と、第一の方向とは異なる第二の方向から測定対象物ＷＫに対して第二測定光ＭＬ２を照射可能な第二測定光投光部１１０Ｂ（図２において左側）を、それぞれ配置している。第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂは受光部１２０の光軸を挟んで対称に配置される。なお投光部を３以上備えたり、あるいは投光部とステージを相対移動させて、共通の投光部を用いつつも、照明の方向を異ならせて投光させることも可能である。また以上の例では投光部１１０を複数用意し、共通の受光部１２０で受光する構成としているが、逆に共通の投光部に対して、複数の受光部を用意して受光するように構成してもよい。さらにこの例では投光部が投光する照明光の、垂直方向に対する照射角度を固定としているが、これを可変とすることもできる。
（測定光源１１１）

各第一測定光投光部１１０Ａ、第二測定光投光部１１０Ｂは、測定光源１１１としてそれぞれ第一測定光源、第二測定光源を備える。これら測定光源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、単色光を発光する光源、例えば白色光を出射する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）や有機ＥＬ等の他の光源であってもよい。測定光源１１１から出射された光（以下、「測定光」と呼ぶ。）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射される。
（パターン生成部１１２）

パターン生成部１１２は、測定光を測定対象物ＷＫに対して投光させるよう、測定光源１１１から出射された光を反射させる。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２により出射された測定光は、複数のレンズ１１４、１１５により受光部１２０の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、載置部１４０上の測定対象物ＷＫに照射される。

パターン生成部１１２は、測定光を測定対象物ＷＫに投光させる投光状態と、測定光を測定対象物ＷＫに投光させない非投光状態とを切り替え可能な部材である。このようなパターン生成部１１２には、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が好適に利用できる。ＤＭＤを用いたパターン生成部１１２は、投光状態として測定光を光路上に反射させる反射状態と、非投光状態として測定光を遮光させる遮光状態とを切り替え可能に、測定制御部１５０により制御できる。

ＤＭＤは多数のマイクロミラー（微小鏡面）ＭＭを平面上に配列した素子である。各マイクロミラーは、測定制御部１５０により個別にＯＮ状態、ＯＦＦ状態を切り替えることができるので、多数のマイクロミラーのＯＮ状態、ＯＦＦ状態を組み合わせて、所望の投影パターンを構成できる。これによって、三角測距に必要なパターンを生成して、測定対象物ＷＫの測定が可能となる。このようにＤＭＤは、測定時には測定用の周期的な投影パターンを測定対象物ＷＫに投光する投影パターン光学系として機能する。またＤＭＤは応答速度にも優れ、シャッターなどに比べ高速に動作させることができる利点も得られる。

なお以上の例では、パターン生成部１１２にＤＭＤを用いた例を説明したが、本発明はパターン生成部１１２をＤＭＤに限定するものでなく、他の部材を用いることもできる。例えば、パターン生成部１１２として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）を用いてもよい。あるいは反射型の部材に代えて透過型の部材を用いて、測定光の透過量を調整してもよい。この場合は、パターン生成部１１２を測定光の光路上に配置して、測定光を透過させる投光状態と、測定光を遮光させる遮光状態とを切り替える。このようなパターン生成部１１２には、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）が利用できる。あるいは、複数ラインＬＥＤを用いた投影方法、複数光路を用いた投影方法、レーザとガルバノミラー等で構成される光スキャナ方式、ビームスプリッタで分割したビームを重ね合わせることによって発生された干渉縞を用いるＡＦＩ（Accordion fringe interferometry）方式、ピエゾステージと高分解能エンコーダ等で構成される実体格子と移動機構を用いた投影方法等でパターン生成部１１２を構成してもよい。

さらに図２等の例では、測定光投光部を２つ備えた例を説明したが、本発明はこれに限らず、測定光投光部を３以上設けることも可能である。あるいは、測定光投光部を一のみとすることもできる。この場合は、測定光投光部の位置を移動可能とすることで、異なる方向から測定光を測定対象物ＷＫに対して投光できる。
（受光部１２０）

受光部１２０は、載置部１４０の上方に配置される。測定対象物ＷＫにより載置部１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０の複数のレンズ１２２、１２３により集光、結像された後、カメラ１２１により受光される。
（カメラ１２１）

カメラ１２１は、例えば撮像素子１２１ａ及びレンズを含む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。カラーの撮像素子は各画素を赤色用、緑色用、青色用の受光に対応させる必要があるため、モノクロの撮像素子と比較すると計測分解能が低く、また各画素にカラーフィルタを設ける必要があるため感度が低下する。そのため、本実施の形態では、撮像素子としてモノクロのＣＣＤを採用し、後述する照明光出力部１３０をＲＧＢにそれぞれ対応した照明を時分割で照射して撮像することにより、カラー画像を取得している。このような構成にすることにより、計測精度を低下させずに測定物のカラー画像を取得することができる。

ただ、撮像素子１２１ａとして、カラーの撮像素子を用いても良いことは云うまでもない。この場合、計測精度や感度は低下するが、照明光出力部１３０からＲＧＢにそれぞれ対応した照明を時分割で照射する必要がなくなり、白色光を照射するだけで、カラー画像を取得できるため、照明光学系をシンプルに構成できる。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。）が測定制御部１５０に出力される。

このようにして撮像された測定対象物ＷＫの画像は、レンズの特性によって、測定対象物ＷＫに対して極めて正確な相似形を成している。またレンズの倍率を用いてキャリブレーションをすることで、画像上の寸法と実際の測定対象物ＷＫ上の寸法を正確に関連付けることができる。
（測定制御部１５０）

測定制御部１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）及びＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、光源部３００による制御に基づいて、測定制御部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共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コントローラ２００に転送される。
（コントローラ２００）

図１に示すように、コントローラ２００は、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０及び操作部２５０を含む。この操作部２５０は、キーボードやポインティングデバイスを含むことができる。ポインティングデバイスとしては、マウス又はジョイスティック等が用いられる。

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、三次元形状測定装置を操作するための三次元形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置２４０は、測定制御部１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに記憶装置は、測定画像を構成する画素毎に、輝度情報、高さ情報、属性情報を記憶する。
（ＣＰＵ２１０）

ＣＰＵ２１０は、与えられた信号やデータを処理して各種の演算を行い、演算結果を出力する制御回路や制御素子である。本明細書においてＣＰＵとは、演算を行う素子や回路を意味し、その名称によらず、汎用ＰＣ向けのＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ、ＴＰＵ等のプロセッサに限定するものでなく、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＬＳＩ等のプロセッサやマイコン、あるいはＳｏＣ等のチップセットを含む意味で使用する。

ＣＰＵ２１０は、測定制御部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共に、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。ＣＰＵ２１０のブロック図を図３に示す。このＣＰＵは、点群データ生成部２６０と、トップビューマップ画像生成部２６１と、測定領域設定部２６４と、端部検出部２６５と、規制判断部２６６と、高さ画像取得部２２８と、点群データ合成部２１１と、衝突回避情報入力部２６９と、回避動作指示部２７０と、退避位置特定部２６８等の機能を実現する。
（端部検出部２６５）

端部検出部２６５は、載置部１４０に載置された測定対象物ＷＫの長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する。この端部検出部２６５は、測定対象物ＷＫの一方の端部が検出され、他方の端部が検出されない場合、検出結果に基づいて回転ステージ１４３を回転移動させる回転方向を決定するよう構成してもよい。こうすることで、回転ステージ１４３を回転させると検出された端部が干渉する回転方向を避けるように、回転方向を決定できるので、回転動作の安全性が高められる。

また端部検出部２６５は、測定対象物ＷＫのいずれの端部も検出されない場合には、回転ステージ１４３を回転移動させるか否かの選択をユーザに促すか、又は載置台に載置された測定対象物ＷＫの置き直しをユーザに誘導するよう構成してもよい。このようにすることで、測定対象物ＷＫのどちらの端部も検出されない場合であって、回転させてよいかどうか、又は測定対象物ＷＫを置き直すかの選択をユーザに求めることで、より安全性の高い選択肢がユーザに選択されることを期待できる。

また端部検出部２６５が、並進ステージ１４１の平行移動の許容又は規制を判断するようにしてもよい。
（規制判断部２６６）

規制判断部２６６は、端部検出部２６５による端部の検出可否又は検出位置に基づいて、この端部が支柱部７０２に接近する方向への回転ステージ１４３の回転移動、又は並進ステージ１４１の平行移動を規制するか否かを判断する。これにより、三次元形状測定装置の大型化を抑制しつつ、測定対象物ＷＫが三次元形状測定装置に干渉する事態を回避するように動作させることができる。

規制判断部２６６は、検出可否や検出位置に基づいて判断した結果を、様々な形に出力できる。例えば規制判断部２６６は、端部検出部２６５による端部検出の結果、測定対象物ＷＫの端部が支柱部７０２に接近しつつあること、あるいは現状のまま測定を続行すると衝突するおそれがあることなどを、ユーザに対し、ランプの点滅やブザー、警告メッセージなどの音声、あるいはテキストや画像、動画などで告知する。このように、測定対象物ＷＫが三次元形状測定装置に接触する前に、ユーザに警告を与えることで、回避策や予防策などの適切な対策を促すことができる。

規制判断部２６６は、端部検出部２６５による端部の検出結果に基づいて、測定対象物ＷＫの端部が支柱部７０２に接近しないよう、載置部１４０の移動方向及び／又は移動量を変更するよう、移動制御部１４４に対し指示することができる。これにより、測定対象物ＷＫの端部が支柱部７０２に接触しないように載置部１４０の移動を制限することが可能となる。また規制判断部２６６は、端部検出部２６５による端部の検出結果に基づいて、回転ステージ１４３を回転移動させる回転方向を決定してもよい。

端部検出部２６５は、点群データ生成部２６０により生成された点群データに基づいて、端部を検出することができる。この際、点群データ生成部２６０で生成された点群データから直接端部を検出してもよい。あるいは、点群データに基づいてトップビューマップ画像生成部で生成された、載置部１４０に載置された測定対象物ＷＫを真上から見下したときの平面図を示すトップビューマップ画像から抽出された測定対象物ＷＫの輪郭に基づいて、端部を検出するようにしてもよい。これにより、測定対象物ＷＫを真上から見たトップビューマップ画像を利用することで、測定対象物ＷＫの平面図の輪郭が取得できるので、端部を把握し易くなり、衝突回避の確度や精度を向上できる利点が得られる。測定対象物の輪郭の抽出には、測定対象物の外形を構成する外形エッジを抽出するエッジ抽出等の既知の方法を使用できる。
（点群データ生成部２６０）

点群データ生成部２６０は、受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、測定対象物ＷＫの立体形状を表す三次元位置情報を有する点の集合である点群データを生成する。
（トップビューマップ画像生成部２６１）

トップビューマップ画像生成部２６１は、点群データ生成部２６０により生成された点群データに基づいて、載置部１４０に載置された測定対象物ＷＫを真上から見下したときの平面図を示すトップビューマップ画像を生成する。このような測定対象物ＷＫを真上から見たトップビューマップ画像を生成することで、測定対象物ＷＫの全体形状を容易に把握し、ひいては測定領域の設定を容易にすることができる。例えばトップビューマップ画像生成部２６１は、点群データ生成部２６０により生成された点群データに、受光部１２０で測定対象物ＷＫを撮像した二次元のテクスチャ画像を、該点群データの三次元位置情報毎に貼り付けてトップビューマップ画像を生成する。あるいは、点群データ生成部２６０により生成された点群データの各点に、ポリゴンを貼り付けて面状を形成したメッシュ画像を生成してもよい。このメッシュ画像から、トップビューマップ画像を生成する。メッシュ画像は、トップビューマップ画像生成部２６１により生成してもよいし、あるいはメッシュ画像生成部で生成してもよい。

トップビューマップ画像生成部２６１は、受光部１２０で測定対象物ＷＫの複数の異なる領域をそれぞれ取得したトップビューマップ画像を複数枚、合成した合成トップビューマップ画像を生成することもできる。これにより、複数枚のトップビューマップ画像を合成してより広い視野のトップビューマップ画像を取得でき、ユーザに対し測定領域の指定などの作業を行い易い環境を提供できる。

この場合において、トップビューマップ画像生成部２６１は、トップビューマップ画像表示領域に表示されたトップビューマップ画像に対して、さらにトップビューマップ画像を追加する位置の指定を受け付けることもできる。この指定を受けて、トップビューマップ画像生成部２６１は、指定された位置でトップビューマップ画像を生成して、合成トップビューマップ画像を更新してトップビューマップ画像表示領域に表示させることができる。このようにして、得られたトップビューマップ画像から、測定対象物ＷＫの不足している部位のトップビューマップ画像を必要に応じてユーザの指示により追加することが可能となり、測定用途や目的に応じた適切なトップビューマップ画像が得られる。
（測定領域設定部２６４）

測定領域設定部２６４は、表示部４００上に表示された観察画像上で測定領域を設定する。

高さ画像取得部２２８は、複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する。また点群データ合成部２１１は、点群データ生成部２６０で生成された複数の点群データを合成する。ここで点群は、ポイントクラウド等とも呼ばれ、三次元空間の座標（例えばＸＹＺの直交座標）を有している。このため載置部の異なる位置でそれぞれ生成された測定対象物の点群データを、点群データ生成部２１１でもって共通の三次元空間の座標上で重ね合わせることで、より詳細で精密な測定対象物の表面形状を表現できる。
（画像検査部２１６）

画像検査部２１６は、測定部１００で撮像された測定対象物ＷＫの画像に対して、所定の画像検査を実行する。この画像検査部２１６は、測定対象画像に対して所定の計測を行うための計測部２１６ｂを含むことができる。これにより、計測部２１６ｂで計測された計測結果に基づいて画像検査を実行できる。例えば、測定対象物ＷＫの所定部位の長さや角度といった計測を行った結果に基づいて、良品や不良などの判定といった検査を行うことが可能となる。計測部２１６ｂが行う計測には、テクスチャ画像上で指定したプロファイル線を通り、画面に対して垂直な平面で切断した輪郭線を演算して、プロファイルグラフとして表示部４００に表示させたり、プロファイルグラフで示す輪郭線から円や直線などを抽出して、それらの半径や距離を求めることができる。
（退避位置特定部２６８）

退避位置特定部２６８は、移動制御部１４４により回転ステージ１４３が回転移動される際に、測定対象物ＷＫが支持部７００に衝突しない退避位置を特定する。移動制御部１４４は、退避位置特定部２６８により特定される退避位置に並進ステージ１４１を平行移動させた状態で、回転ステージ１４３を回転移動させる。
（衝突回避情報入力部２６９）

衝突回避情報入力部２６９は、載置面１４２の移動により、載置された測定対象物が衝突する事態を回避するための衝突回避情報を取得する。衝突回避情報は、測定対象物の外形を示す外形情報や、測定対象物の隅部の位置情報、測定面の移動方向を示す方向情報等が挙げられる。
（回避動作指示部２７０）

回避動作指示部２７０は、衝突回避情報入力部２６９により入力された衝突回避情報に基づいて、載置部１４０の移動による衝突の回避を指示する。この回避動作指示部２７０は、例えば移動制御部１４４に対し、載置面１４２に載置された測定対象物の端部が衝突する動作を避けるように載置部１４０の移動を規制するよう構成してもよい。

あるいは回避動作指示部２７０は、衝突回避情報入力部２６９により入力された衝突回避情報に基づいて、載置部１４０を特定の方向に移動させると衝突のおそれがある旨を告知する警告部２１５としてもよい。警告部２１５は、例えば測定対象物の端部と支持部との衝突を回避するための衝突回避情報を表示部に表示させる。

このように、衝突回避情報入力部２６９を設けたことで、衝突回避情報に基づいて、測定対象物が周囲に位置する部材や三次元形状測定装置の一部と予期せず衝突する事態の回避を図ることが可能となる。

衝突回避情報入力部２６９は、衝突回避情報をユーザからの入力を受け付けることで取得することができる。例えば衝突回避情報として、載置部１４０に載置された測定対象物の外形に関する情報をユーザから入力させる。このようにして、ユーザが衝突回避情報を入力することで、測定対象物が干渉する事態の予防を図ることができる。

また回避動作指示部２７０は、単独で動作させる他、端部検出部２６５の検出結果と連動させてもよい。すなわち、載置面１４２に載置された測定対象物の長手方向における両端部の少なくとも一方の端部を端部検出部２６５に検出させる。そして、端部が検出された場合は、この検出結果に基づいて回避動作指示部２７０は、測定対象物の端部が衝突する事態を回避するよう回避策を指示する。一方、端部検出部２６５で端部が検出されない場合は、衝突回避情報入力部２６９により入力された衝突回避情報に基づいて、端部が衝突する事態を回避するよう回避策を指示。例えば、移動制御部１４４に対し、測定対象物の端部が衝突する事態を回避するように載置部１４０を移動させるよう指示したり、衝突の可能性のある移動に対してはこれを禁止するなどの制限をかける。このような構成により、測定対象物の端部を自動で端部検出部２６５に検出させて、検出できた場合は、移動制御部１４４が自動で衝突を回避するよう制御できる。また検出できない場合には、ユーザにより手動で入力された衝突回避情報に基づいて移動を制御することができるので、端部検出に失敗しても衝突の回避を図ることが可能となる。

このようにＣＰＵ２１０は、様々な機能を実現するための異なる手段を兼用している。ただ、一の部材で複数の手段を兼用する構成に限られず、各部や機能を実現する部材を複数、又はそれぞれ別個に設けることも可能であることはいうまでもない。
（表示部４００）

表示部４００は、測定部１００で取得された縞投影画像や、縞投影画像に基づいて高さ画像取得部２２８で生成した高さ画像、あるいは測定部１００で撮像されたテクスチャ画像を表示させるための部材である。表示部４００は、例えばＬＣＤパネル又は有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。さらに表示部にタッチパネルを利用することで、操作部と兼用することができる。

また表示部４００は、観察画像生成部１２４により生成された観察画像を表示する。
（載置部１４０）

図２において、測定対象物ＷＫが載置される載置部１４０上の平面（「載置面」と呼ぶ。）内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ、Ｙで示す。載置部１４０の載置面１４２に対して直交する方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。Ｚ方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。

載置部１４０は、並進ステージ１４１及び回転ステージ１４３を含む。並進ステージ１４１は、Ｘ方向移動機構及びＹ方向移動機構を有する。回転ステージ１４３は、θ方向回転機構を有する。並進ステージ１４１、回転ステージ１４３により、載置部１４０が構成される。また、載置部１４０は、載置面１４２に測定対象物ＷＫを固定する固定部材（クランプ）を含めてもよい。さらに載置部１４０は、載置面１４２に平行な軸を中心に回転可能な機構を有するチルトステージを含んでもよい。

ここで図２に示すように、左右の投光部１１０の中心軸と受光部１２０の中心軸は、載置部１４０上の測定対象物ＷＫの配置と投光部１１０、受光部１２０の被写界深度が適切となる位置において交差するように、受光部１２０、投光部１１０、載置部１４０の相対的な位置関係が定められている。また、θ方向の回転軸の中心は、受光部１２０の中心軸と一致しているため、θ方向に載置部１４０が回転した際に、測定対象物ＷＫが視野から外れることなく、回転軸を中心に視野内で回転するようになっている。なお、本図において測定部１００は紙面におけるＸ方向を中心に回転した配置を有しており、受光部１２０の光軸と載置部１４０の天面法線（Ｚ方向）とは必ずしも一致する必要はない。
（光源部３００）

光源部３００は、制御基板３１０及び観察用照明光源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、コントローラ２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０及び測定制御部１５０を制御する。なお、この構成は一例であり、他の構成としてもよい。例えば測定制御部１５０で投光部１１０や受光部１２０を制御したり、又はコントローラ２００で投光部１１０や受光部１２０を制御することとして、制御基板を省略してもよい。あるいはこの光源部３００に、測定部１００を駆動するための電源回路を設けることもできる。
（観察用照明光源３２０）

観察用照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光及び青色光を出射する３色の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、観察用照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。観察用照明光源３２０から発生される照明光ＩＬ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。なお観察用照明光源には、ＬＥＤの他、半導体レーザ（ＬＤ）やハロゲンライト、ＨＩＤなど、他の光源を適宜利用することもできる。特に撮像素子としてカラーで撮像可能な素子を用いた場合は、観察用照明光源に白色光源を利用できる。

照明光出力部１３０から出力される照明光ＩＬは、赤色光、緑色光及び青色光を時分割で切り替えて測定対象物ＷＫに照射する。これにより、これらのＲＧＢ光でそれぞれ撮像されたテクスチャ画像を合成して、カラーのテクスチャ画像を得て、表示部４００に表示させることができる。

図２の照明光出力部１３０は、円環形状を有し、受光部１２０を取り囲むように載置部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ＷＫにリング状に照明光が照射される。

また照明光出力部１３０は、このようなリング照明に加えて、透過照明や同軸落射照明を加えることもできる。図２の例では、透過照明部を載置部１４０に設けている。透過照明部は、載置部１４０の下方から測定対象物ＷＫを照明する。このため載置部１４０は、透過照明光源と、反射板と、照明用レンズ系を設けている。

なお、リング照明や透過照明は、適宜省略することも可能である。これらを省略する場合は、三次元測定用の照明すなわち投光部を用いて、二次元画像の撮像を行うこともできる。

図１の例では観察用照明光源３２０を本体ケース１０１に含めず、測定部１００に対して外付けとして、光源部３００に観察用照明光源３２０を配置している。このようにすることで、観察用照明光源３２０から供給される照明光の品質を向上し易くできる。例えば観察用照明光源３２０を構成するＲＧＢの各ＬＥＤでは配光特性がそれぞれ異なることから、モノクロの撮像素子１２１ａでＲＧＢのテクスチャ画像をそれぞれ撮像した際、そのままでは視野内に照明色むらが発生する。そこで、それぞれのＬＥＤの配光特性に合わせた専用光学系を個別に用意し、組み合わせることで配光特性の違いを吸収し、色むらのない均一な白色照明を作り出した上で測定部１００に導入することができる。

また観察用照明光源３２０の発熱が、測定部１００の光学系に影響を与える事態を回避できる。すなわち、光学系の部材の近傍に熱源があると、熱膨張によって寸法が狂い、測定精度の低下が生じることがあるが、発熱源である観察用照明光源を本体ケース１０１から排除したことで、このような観察用照明光源の発熱に起因する問題を回避できる。また、この結果として発熱量の大きい高出力の光源を観察用照明光源に利用できる利点も得られる。

各投光部１１０Ａ，１１０Ｂの測定光源１１１は、例えば青色ＬＥＤ（発光ダイオード）である。測定光源１１１は、ハロゲンランプ等の他の光源であってもよい。測定光源１１１から出射された光（以下、測定光と呼ぶ）は、レンズ１１３により適切に集光された後、パターン生成部１１２に入射する。

パターン生成部１１２は、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。パターン生成部１１２は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）又はマスクであってもよい。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２から出射された測定光は、レンズ１１４により測定対象物ＷＫの寸法よりも大きい径を有する光に変換された後、載置部１４０上の測定対象物ＷＫに照射される。

投光部１１０Ａの測定光源１１１、レンズ１１３及びパターン生成部１１２は、受光部１２０の光軸と略平行に並ぶように配置される。同様に、投光部１１０Ｂの測定光源１１１、レンズ１１３及びパターン生成部１１２は、受光部１２０の光軸と略平行に並ぶように配置される。一方、各投光部１１０Ａ，１１０Ｂのレンズ１１４は、測定光源１１１、レンズ１１３及びパターン生成部１１２に対してオフセットするように配置される。これにより、投光部１１０Ａ，１１０Ｂの光軸が受光部１２０の光軸に対して傾斜し、受光部１２０の両側方からそれぞれ測定対象物ＷＫに向けて測定光が出射される。

本実施形態においては、測定光の照射範囲を広くするため、一定の画角を有するように投光部１１０Ａ，１１０Ｂが構成される。投光部１１０Ａ，１１０Ｂの画角は、例えば、パターン生成部１１２の寸法及びレンズ１１４の焦点距離により定まる。測定光の照射範囲を広くする必要がない場合には、画角が略０度となるテレセントリック光学系が投光部１１０Ａ，１１０Ｂの各々に用いられてもよい。

測定対象物ＷＫにより載置部１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０のレンズ１２２により集光及び結像され、カメラ１２１の撮像素子１２１ａにより受光される。

本実施形態においては、受光部１２０の撮像視野を広くするため、一定の画角を有するように受光部１２０が構成される。本実施の形態においては、受光部１２０の撮像視野とは、受光部１２０により撮像が可能な空間上の領域を意味する。受光部１２０の画角は、例えば、撮像素子１２１ａの寸法及びレンズ１２２の焦点距離により定まる。広い視野を必要としない場合には、テレセントリック光学系が受光部１２０に用いられてもよい。ここで、測定部１００に設けられる２つの受光部１２０のレンズ１２２の倍率は互いに異なる。それにより、２つの受光部１２０を選択的に用いることにより、測定対象物ＷＫを互いに異なる２種類の倍率で撮像することができる。２つの受光部１２０は、２つの受光部１２０の光軸が互いに平行となるように配置されることが好ましい。

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

モノクロＣＣＤには、カラーＣＣＤとは異なり、赤色波長の光を受光する画素、緑色波長の光を受光する画素及び青色波長の光を受光する画素を設ける必要がない。ここで、測定光に青色波長等の特定波長を採用した場合、カラーＣＣＤは特定波長の光を受光する画素しか計測に利用できないが、モノクロＣＣＤにはそのような制約がない。そのため、モノクロＣＣＤの計測の分解能はカラーＣＣＤの分解能よりも高くなる。また、モノクロＣＣＤには、カラーＣＣＤとは異なり、各画素にカラーフィルタを設ける必要がない。そのため、モノクロＣＣＤの感度はカラーＣＣＤの感度よりも高くなる。したがって、高い精度で後述する点群データを得ることができる。これらの理由により、本実施形態におけるカメラ１２１にはモノクロＣＣＤが設けられる。

本実施形態においては、照明光出力部１３０は、測定対象物ＷＫに赤色波長の光、緑色波長の光及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ＷＫのカラー画像を撮像することができる。

一方、カラーＣＣＤが十分な分解能及び感度を有する場合には、撮像素子１２１ａは、カラーＣＣＤであってもよい。この場合、照明光出力部１３０は、測定対象物ＷＫに赤色波長の光、緑色波長の光及び青色波長の光を時分割で照射する必要はなく、白色光を測定対象物ＷＫに照射する。そのため、照明光源３２０の構成を単純にすることができる。

実施形態１に係る三次元形状測定装置５００を含む三次元形状測定システム１０００を図４に示す。この図に示す三次元形状測定システム１０００は、三次元形状測定装置本体５００Ａと、コントローラ２００で構成される三次元形状測定装置５００に、制御用のＰＣ１やモニタ２、キーボード３、マウス等の入力デバイス４を接続している。制御用ＰＣ１には、三次元形状測定装置５００を用いて三次元形状測定を行うための三次元形状測定プログラムがインストールされている。ユーザは三次元形状測定プログラムを用いて、三次元形状測定装置５００の設定や、撮像、測定等の実行を指示できる。

なお、図４の例では、コントローラ２００を三次元形状測定装置本体５００Ａと別体に構成しているが、三次元形状測定装置本体側にコントローラを一体化してもよい。あるいは、コントローラの機能を、制御用ＰＣと統合することもできる。

三次元形状測定装置５００は、測定部１００と、支持部７００と、台座部６００と、遮光カバー１０２で構成される。これら測定部１００と、支持部７００と、台座部６００と、遮光カバー１０２は、図５の分解斜視図に示すように着脱自在なユニット式に構成されている。これにより、各部材のメンテナンス性や可搬性に有利となる。遮光カバー１０２は、受光部１２０及び投光部１１０の前方に延長されて、これらを覆うと共に、載置面１４２の上方で、載置面１４２と離間された姿勢に保持され、載置面１４２上方の測定領域を外光から遮光する。この遮光カバー１０２は測定対象物に応じて着脱可能とし、測定における基本最小構成は測定部１００と台座部６００の組合せである。

台座部６００は、載置部１４０を備えている。載置部１４０は、上述の通り測定対象物が載置される載置面１４２を回転させる回転ステージ１４３と、載置面１４２を平行移動させる並進ステージ１４１を含む。ここでは、回転ステージ１４３であるθステージの上面に、並進ステージ１４１であるＸＹステージを載せたＸＹθステージで載置部１４０を構成している。

台座部６００は、支持部７００を介して測定部１００を垂直姿勢に保持している。また測定部１００は、投光部１１０や受光部１２０を載置面１４２に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する。このため測定部１００は、投光部１１０や受光部１２０を固定する固定部１２５を含んでいる。固定部１２５は後述する図７に示すように、固定部１２５は、台座部６００から離間した姿勢に支柱部７０２で支持される。また投光部１１０及び受光部１２０を載置面１４２に対して光軸が傾斜する姿勢に固定している。これにより、載置部１４０の上方に測定光による測定領域が形成される。また、投光部１１０や受光部１２０等の光学系がこの測定領域を斜め下に見下ろす姿勢に保持される。

支持部７００は、台座部６００と測定部１００とを連結する。支持部７００を介して、載置部１４０の上方に測定部１００が位置するように保持される。測定部１００は、観察光学系として上述の通り投光部１１０と受光部１２０を備える。この測定部１００は、台座部６００に設けられた載置部１４０の載置面１４２に対して、垂直上方でなく、斜め方向から見下ろす姿勢に保持される。このような配置によって、測定対象物の上面と側面の形状を、一回の測定で取得し易くなる利点が得られる。特に高さ方向の情報を取得するには、測定対象物の内、高低差のある側面の情報が有益となる。一方で、側面のみでは、測定対象物の全体の形状が把握し難い。そこで、全体の外形を把握し易い上面と、高さ情報を取得しやすい側面の両方を、一度に得ることのできる、斜め上方からの視点で測定対象物を補足できる姿勢となるよう、測定部１００を載置面１４２に対して傾斜させた姿勢に保持することが有益となる。図６の側面図に示す例では、測定部１００の投光部１１０や受光部１２０の光軸が、ＸＹθステージの載置面１４２に対して約４５°の角度をなすように傾斜姿勢で保持している。このように測定部１００は、４５°の俯瞰角度を一定に保つ状態に支持部７００でもって台座部６００と連結されている。これによって、測定部１００は常に一定角度、一定位置で載置面１４２を見込むことが可能となり、載置面１４２の駆動軸であるＸＹθの３軸と観察光学系との位置関係が一定に保たれる。

受光部１２０は、倍率の異なる複数の光学系を備えてもよい。このような例を、図７に示す。この例では、受光部１２０は、第一倍率を有する第一光学系と、第一倍率よりも高倍率の第二倍率を有する第二光学系を備えている。このように、倍率の異なる光学系を備えたことで、載置面１４２上に載置した測定対象物ＷＫの大きさに応じて視野を切り替えることができる。この例では、受光素子として、第一光学系と光学的に結合された第一受光素子１２１ｂと、第二光学系と光学的に結合された第二受光素子１２１ｃを備えている。なお第一光学系と第一受光素子１２１ｂをまとめて第一カメラ１２１Ｂ、第二光学系と第二受光素子１２１ｃをまとめて第二カメラ１２１Ｃと呼ぶことがある。このように複数の受光素子を用意し、光学系毎に個別の受光素子で撮像するよう構成したことで、各光学系で受光した撮像処理を並行して行うことができ、処理の高速化や光学結合の簡素化が実現される。ただ、共通の受光素子で複数の光学系と光学的に連結してもよい。

第一光学系と第二光学系は、光軸が平行になるように配置している。第一光学系の第一光軸ＬＡ１と、第二光学系の第二光軸ＬＡ２は、それぞれ載置面１４２に対して約４５°に傾斜されている。ここでは、高倍率の第二光学系、すなわち第二カメラ１２１Ｃが、第一光学系である第一カメラ１２１Ｂの下側となるように、垂直方向に並べて固定部１２５に配置されている。このような配置により、第一光学系から第二光学系に切り替えた際の視点の移動が、測定対象物ＷＫの手前側となって、ユーザに対し視野の変化を比較的把握し易くできる利点が得られる。より正確には、視野の広い（倍率の低い）第一光学系においては、載置面上に置かれた測定対象物ＷＫが大きい場合でも、一方視野の狭い（倍率の高い）第二光学系においては載置面上に置かれた測定対象物ＷＫが小さい場合でも、いずれも全周回した際の測定対象物ＷＫの全体を視野に収めることが可能となる。
（ＸＹθステージ）

次に、台座部６００の構成例を図７〜図９に基づいて説明する。図７の例では、ＸＹθステージは、台座部６００上に固定された回転ステージ１４３であるθステージの上に、並進ステージ１４１であるＸＹステージが載置されている。また回転ステージ１４３の回転軸は、第一光学系及び第二光学系の光軸と、それぞれ４５°の角度で交わる形で配置されている。回転ステージ１４３上に載置された並進ステージ１４１は、回転ステージ１４３の回転に伴って図８、図９の平面図に示すように、そのＸＹ駆動軸も共に回転する構成となっている。このように、回転ステージ１４３の上に並進ステージ１４１が載置された構成とすることで、測定部１００の光軸と回転ステージ１４３の回転軸とが、機械的に締結された一定関係を保つことが容易となる。また必要に応じて、並進ステージ１４１の移動方向のキャリブレーションと、ステージ回転軸の回転方向のキャリブレーションを行うことで、測定部１００の観察空間中の座標系におけるステージ駆動軸を把握できる。

また、回転ステージ１４３と並進ステージ１４１を併存させた構成においては、回転ステージ１４３を回転させる際には、並進ステージ１４１を予め定められた基準位置に復帰させた上で回転させることが好ましい。これにより、測定対象物を載せた載置部１４０の回転半径が大きくなる状態を避け、測定対象物が意図せず他の部材と衝突する事態を避けることができる。基準位置は、例えば並進ステージ１４１を移動させるＸＹ平面の原点位置とする。あるいは、特定の座標位置を基準位置としてもよい。また、回転ステージ１４３と並進ステージ１４１は、同時に移動させず、いずれか一方のステージを移動させる際は他方のステージを停止させた状態とする。これにより、衝突検知や衝突予防を行い易くして安全性を高めることができる。
（トップビューマップ画像）

実施形態に係る三次元形状測定装置は、トップビューマップ画像の生成機能を備えている。トップビューマップ画像とは、載置部１４０に載置された測定対象物の平面図に当たる、上方から見た画像である。特に図６に示すような、測定対象物を真上からでなく斜め上方から観察する三次元形状測定装置においては、測定対象物の外形などを視覚的に把握が容易でない場合がある。そこで、測定対象物の平面図的な画像をトップビューマップ画像として用意することで、ユーザに対して測定対象物の全体像を示し、現在どの部位を斜め方向から観察しようとしているのか、相対的な位置関係を把握し易くすることができる。

トップビューマップ画像の視点は、載置面１４２に対して直交する方向を基本とする。ただ、多少傾斜した角度から見た画像としてもよい。例えば載置面１４２の垂直方向を０°としたとき、±５°程度傾斜した方向から見た画像としてもよい。このように、垂直方向から多少傾いた画像であっても、本明細書においてもトップビューマップ画像と呼ぶ。またトップビューマップ画像は、測定対象物の測定位置の把握など、ナビゲーション的な用途で用いることを企図しているため、撮像素子で撮像した光学画像でなくともよく、測定対象物を擬似的に表した画像で足りる。また、三次元形状測定装置における測定は、別途生成する三次元画像等に対して行い、トップビューマップ画像に対して行うものでないため、トップビューマップ画像自体に高い精度は不要である。

図６に示すような、斜め上方向から俯瞰する非接触式の三次元形状測定装置は、測定対象物の上面だけでなく、外周側面を含めた立体形状を測定する用途を考える。この構成においては、測定対象物の上面と側面を観察視野に含めるように、斜め上方（図６では４５°）から測定対象物を見込む配置となっている。このような三次元測定に際して、測定対象物の外形を取得するため、回転ステージ１４３を回転させて測定対象物の全周を見込むことがある。また、より大きな測定対象物を測定できるように、並進ステージ１４１を採用することも考えられる。一方で、より大きな測定対象物を測定したいという要求もある。このような場合に、図１０に示すように長い測定対象物ＷＫ１を載置して載置部１４０を回転させると、三次元形状測定装置の支柱部７０２等と衝突する事態が考えられる。この図においては、測定対象物ＷＫ１の飛び出し量と支柱部７０２との距離ＤＴ１が、載置面１４２の最外周と支柱部７０２との距離ＤＴ２よりも大きい場合に衝突が発生する。
（測定対象物の外形検出機能）

そこで本実施形態に係る三次元形状測定装置では、測定対象物の外形を検出する外形検出機能を備えている。測定対象物の外形検出は、測定部１００に含まれる撮像光学系を用いて、載置面１４２上に載置された測定対象物の画像を取得して得られる画像情報に基づいて行う。この測定対象物の外形検出は、例えばＣＰＵ２１０の端部検出部２６５で行う。外形検出のアルゴリズムは、エッジ検出等、既知の方法が適宜利用できる。なお、上述した通り撮像光学系に、低倍率と高倍率の２つの受光素子を有する構成においては、高倍率の受光素子を選択して観察を行う場合であっても、低倍率の受光素子で得られた画像を用いることで、測定対象物に対してより広域な外形情報が得られる。このように、三次元形状測定装置の測定モードとして、低倍率測定モードと高倍率測定モードを有する場合であっても、測定対象物の外形把握のための撮像は、選択中の測定モードによらず低倍率の受光素子で実施するよう構成することが好ましい。

取得した斜め俯瞰の測定対象物の観察画像ＯＩ１を図１１に、測定可能範囲ＭＡを重ねた観察画像ＯＩ２を図１２に、それぞれ示す。一般的に広域の測定を実施する低倍率は、画角を有する広角レンズであることが多く、視野が奥行に伴って変化する構成となっている。載置面１４２に対して斜めに俯瞰している撮像光学系は、その広角光学系の構成上、取得した画像はパースの掛かった状態であり、輪郭線が必ずしも測定対象物の外形を正確に示さないという問題があった。これは、奥行方向に行くほど倍率が異なり、ピクセル長が異なることに起因する。

また、斜め上方から見た俯瞰画像では、測定対象物の背面側の外形情報が欠落することに加えて、視野内に含まれる測定対象物の前面側の輪郭線が、必ずしも載置面１４２上に載置された状態での「端部」を正確に表現できないという問題も含んでいる。ここで広角俯瞰による端部検出の問題点を、図１３〜図１４に示す。図１３に示すように、測定対象物ＷＫ２の底面が正確に載置面１４２に触れているような載置状態であれば、測定対象物ＷＫ２の輪郭線（図１３において黒丸で示す。）は測定対象物ＷＫ２の外形と一致する。しかしながら、図１４に示すように、測定対象物ＷＫ３が傾いた姿勢で載置面１４２上に載置された場合では、画像上で見える輪郭線（図１４において白丸で示す。）は、測定対象物ＷＫ３の端部とは一致しない。また、図１３の場合であっても、仮に上方側に突出部が存在している場合は、輪郭線と端部は一致しない。

このような状態で、載置面１４２の移動による測定可能範囲を描画したとしても、ユーザにとっては端部が認識できないため、範囲設定の正確さが認識できないという問題につながる。例えば図１２のように測定可能範囲ＭＡを重ねた観察画像ＯＩ２においても、奥側が測定可能範囲ＭＡに含まれているかが不確かなだけでなく、測定対象物が傾いているのか、それとも設置位置が奥にずれているのかの判別が困難なことが判る。

そこで本実施形態に係る三次元形状測定装置は、このような測定対象物の外形検出の困難さに対して、視点を変えて、上面から見た平面図的な上方俯瞰画像を生成する。これにより、測定範囲をユーザに判り易く示すことが可能となる。また、測定対象物を載置面１４２に載置する姿勢がどのようになっているのか、さらに測定対象物の外形を把握することで、載置面１４２を移動させる際に意図せず他の部位に衝突させないように、衝突予防を考慮した移動制御を行える等の利点が得られる。
（観察画像生成部１２４を用いた衝突防止）

本実施形態に係る三次元形状測定装置では、載置面の上方からの俯瞰画像を用いて測定領域をユーザが指定したり、自動で測定領域を判定するようにしてもよい。また、載置面の上方からの鳥瞰画像を取得することで、測定対象物の外形を検出し、この外形に基づいて、測定対象物が意図せず他の部材と衝突する事態を回避するように制御することもできる。

図１３〜図１４で説明した通り、測定対象物の外形は４５°からの俯瞰画像では正確に捉えることができない場合がある。そこで、載置面の上方から測定対象物の全体像を捉えた鳥瞰画像を取得することで、測定対象物の全体外形を補足することが可能となる。具体的には、図１５の模式側面図に示すように観察画像生成部１２４を載置面１４２の上方に設けて、載置部１４０に載置された測定対象物ＷＫ３の全体形状を観察するための観察画像を撮像する。この観察画像を用いて測定対象物ＷＫ３の全体形状を把握することにより、測定対象物ＷＫ３が三次元形状測定装置に干渉してしまうことを未然に防ぐことが可能となる。この観察画像生成部１２４は、例えば撮像素子と撮像光学系を備えるカメラが利用できる。このカメラを、メインのカメラ（受光素子及び撮像光学系）に対してサブカメラと呼んだり、鳥瞰画像を撮像するカメラという意味で鳥瞰カメラと呼ぶ。図１５の例では、鳥瞰カメラは、載置面１４２の上方に張り出した遮光カバー１０２の内側に固定している。ここでは、鳥瞰カメラを、その観察光軸を載置面１４２に対して直交状となる姿勢で固定している。一方で受光部１２０は、その受光光軸を載置面１４２に対して斜めに傾斜させている。このような構成により、斜め方向から測定を行う三次元形状測定装置においても、上面から見た平面視の画像を観察画像生成部１２４で取得して、測定対象物ＷＫ３の外形を把握し易くなり、ユーザが測定領域を設定する際に視覚的に判り易い設定環境を提供できる。

このように観察画像生成部１２４は、その観察光軸が、受光部１２０の受光光軸と非平行となる姿勢に固定することが好ましい。これにより、観察画像を受光部１２０によって得られる画像と異なる角度で観察することができ、受光部１２０からの観察よりも測定対象物の外形をより見易い角度として測定対象物を把握し易くできる。

この観察画像生成部１２４で、載置面１４２の上方から広角に載置面上全体を観察することが可能となる。観察画像生成部１２４の光学系には、魚眼レンズやこれに近い広角レンズを使うことで、載置面１４２をはみ出した測定対象物の全体像を捉え易くなる。一般的に、魚眼タイプの広角レンズは、図１６Ａに示すように、視野の周辺に近付くに従って光学的な歪みを生じる。そこで本実施形態においては、こうした広角画像をそのまま用いるのではなく、歪み補正を行った上で表示部４００に表示させる。具体的には、予め観察画像生成部１２４に対してカメラキャリブレーションを行うことで、カメラの内部パラメータ等の光学パラメータ群を算出しておく。観察画像の撮像時には、この同定されたパラメータを用いた射影変換を行うことで、図１６Ｂに示すように測定対象物を上方から歪み無く捉えた広域画像を提供できる。
（実施形態２）

また、単一の鳥瞰カメラではこのような歪み成分が大きくなる傾向がある。そこで、複数の鳥瞰カメラを用いて撮像することで、歪みを小さくしながら視野を確保することもできる。このような例を実施形態２に係る三次元形状測定装置として、図１７の模式側面図に示す。この場合は、鳥瞰カメラであるサブカメラ１２４ａ、１２４ｂ同士の相対的な位置関係は予め判明していることから、カメラキャリブレーションにより外部パラメータを同定することできる。よって、各サブカメラ１２４ａ、１２４ｂで取得された画像同士を連結して広域画像を得ることが可能となる。
（実施形態３）

以上の例では、観察画像生成部１２４を遮光カバー１０２に固定する構成を示した。これにより、観察画像生成部１２４を固定するための別部材を用意することなく、遮光カバー１０２を利用して載置部１４０の上方に観察画像生成部１２４を離間姿勢に固定することが可能となる。ただ本発明は、観察画像生成部１２４を固定する部材を遮光カバーに限定せず、観察画像生成部１２４を載置部１４０の上方に固定できる任意の部材を利用できる。例えば遮光カバーを有さない三次元形状測定装置においては、専用の治具で観察画像生成部１２４を載置面１４２の上方に設置することもできる。このような例を実施形態３に係る三次元形状測定装置として、図１８の模式側面図に示す。この三次元形状測定装置は、載置部１４０の上方で、載置面１４２と離間された姿勢に観察画像生成部１２４ｃを固定するよう、前方に突出されたアーム部１０４を備えている。このように観察画像生成部１２４を固定する専用のアーム部１０４を用意することで、所望の位置に所望の姿勢で観察画像生成部１２４を保持することが容易となる。
（実施形態４）

さらに、観察画像は載置面の端部から測定対象物が飛び出している量を把握することが目的であるから、必ずしも上方からの俯瞰情報である必要はない。例えば斜め方向から撮像した観察画像でも、測定対象物が載置面から飛び出している様子を把握できる姿勢や角度で設けられておれば、上記の目的は達成できる。また、この際に上述の通り複数のカメラを組み合わせてもよい。このような一例として、実施形態４に係る三次元形状測定装置を図１９の模式平面図に示す。この例では、観察画像生成部１２４として、支持部７００の側面にそれぞれ、画角を有するサブカメラ１２４ｄ、１２４ｅを設けている。各サブカメラ１２４ｄ、１２４ｅは平面視において受光部１２０及び投光部１１０の側面に設けられる状態となる。各サブカメラ１２４ｄ、１２４ｅで得られた観察画像を合成して合成観察画像を得ることで、測定対象物の載置面１４２からの飛び出し量を把握でき、衝突回避などに役立てる。

合成画像の生成は、例えば画像検査部２１６で行わせてもよい。画像検査部２１６は、取得された測定対象物の画像に対して、所定の画像検査を実行する。ここで、画像検査部２１６が行う所定の画像検査には、測定対象物の外形を示すエッジ検出や、表示部４００に観察画像を表示させて行う加工等が挙げられる。

また、観察画像生成部１２４で得られた情報を、受光部１２０で得た情報と組み合わせることもできる。例えば観察画像生成部１２４をカラーで撮像可能なサブカメラで構成し、測定対象物の色情報を取得する。そして、受光部１２０（例えば高精度なモノクロカメラ）で計測された形状データ上にマッピングすることで、高精度なカラー画像が得られる。すなわち、測定側には計測精度を向上させつつ、測定対象物の外観の色情報を付加することが可能となる。

さらにまた、観察画像生成部１２４で測定対象物の観察画像を撮像する際に、載置面１４２を観察画像生成部１２４から遠ざけるように移動させることで、画角を有する観察画像生成部１２４の視野範囲をより拡大させて、測定対象物の全体を含め易いようにしてもよい。
（変形例）

図１等の例では、観察画像生成部１２４を受光部１２０と別に設けて、観察画像を撮像するよう構成している。ただ本発明は、この構成に限られず、例えば観察画像生成部を受光部と共通に構成してもよい。この場合において、受光部と共通の観察画像生成部は、載置部を支持部から離間させた位置に固定される。このように、測定対象物がなるべく視野内に入るように受光部を離間させることで、受光部を観察画像生成部として機能させることができる。また、観察画像生成部を受光部と兼用することで簡素化できる。
（衝突自動検知機能）

次に、退避位置特定部２６８で、測定対象物が支持部７００に衝突しない退避位置を特定するため、まず測定対象物が支持部７００に衝突する可能性があることを検出する必要がある。このため本実施形態に係る三次元形状測定装置は、測定対象物が支柱部７０２などに衝突する事態を自動で検知する衝突自動検知機能を備えている。具体的には、載置部１４０に載置した測定対象物の大きさを、測定開始時や衝突挙動の直前までの間に端部検出部２６５で検知して、規制判断部２６６で自律的に載置部１４０の回転や平行移動を規制するよう構成している。これにより、広範囲測定機能を行っても、三次元形状測定装置と測定対象物との衝突を回避できる。

以下、端部検出部２６５で、測定対象物の端部が三次元形状測定装置と衝突する事態を事前に検知する手法について説明する。上述した並進ステージ１４１と回転ステージ１４３を備えるＸＹθステージの動作中に衝突が起こり得るパターンとしては、並進ステージ１４１による直動中の衝突と、回転ステージ１４３による回転移動中の衝突とが挙げられる。この場合、
（１）撮影や測定等の動作中の並進ステージ１４１の移動又は回転ステージ１４３の回転移動中に発生する場合、
（２）載置部１４０が基準位置に復帰する際の移動中に発生する場合、
が挙げられる。ここでは、（１）〜（２）に関して、それぞれ衝突を事前に自動検知する手順を説明する。なお、（１）に関しては既に並進ステージ１４１と回転ステージ１４３の各駆動軸が基準位置への復帰処理を完了しており、現在座標位置を三次元形状測定装置側で検知できている状態を前提としている。つまり（１）においては、細部の外周端と支柱部７０２との干渉は考慮しない。一方、（２）に関しては、三次元形状測定装置の起動直後の状態を前提としており、載置部１４０の現在位置や姿勢が不明な状態から基準位置への復帰を想定している。
（動作中の衝突事前検知機能）

三次元形状測定装置の使用中に載置部１４０を移動させることで、その上面に載置された測定対象物が周囲の物体に干渉する事態は様々考えられる。例えば、周囲に置かれた他の測定機器やスタンド、ユーザ、あるいは載置台の周囲に存在する三次元形状測定装置の部材などが挙げられる。ここでは、図８等に示したように、載置部１４０を設けた台座部６００と測定部１００とを連結する支持部７００を構成する、支柱部７０２に着目し、台座部６００上でＸＹθステージが移動することにより、この上に載置した測定対象物が支柱部７０２と衝突する事態を、自動的に回避するような制御を考える。なお、支柱部７０２の位置や大きさ、すなわち輪郭情報については、予め三次元形状測定装置側で保持している。

測定対象物の支柱部７０２への衝突は、図２０Ａ〜図２０Ｄに示す幾つかのパターンが想定される。図２０Ａ及び図２０Ｂは、並進ステージ１４１を手前側（図において下方向）に平行移動させて測定対象物ＷＫ４が支柱部７０２と衝突する様子、図２０Ｃ及び図２０Ｄは、並進ステージ１４１を左右方向に平行移動させて測定対象物ＷＫ５が支柱部７０２と衝突する様子を、それぞれ示している。いずれの場合も、載置面１４２からはみ出している測定対象物ＷＫ４、ＷＫ５が、支柱部７０２に衝突することにより発生する。そのため本実施形態においては、測定対象物の端部の輪郭を、動作中又は動作前に端部検出部２６５で検知し、衝突を事前に検知する。例えば、ユーザに指定された測定したい位置の内から、安全な移動が可能である位置から測定を行い、端部検出部２６５で測定対象物の端部を検出する。そして検出された端部から、さらに安全な移動が可能である範囲を判断し、追加していく。このようにして安全な移動が可能と判断された位置のすべてで、測定を実施する。

ここで、測定対象物の広範囲測定を行うに際して、端部検出部２６５が測定対象物の端部を検出し、これに基づいて規制判断部２６６が衝突を回避するように載置部１４０を規制しながら測定を行う具体的な手順を、図２１のフローチャートに基づいて説明する。この例では前提として、測定対象物を載置面に載置した時点で、支柱部と測定対象物が接していることはあっても、めり込むなどの干渉（衝突）は生じていないこと、また測定対象物を測定したい位置（θ角度、ＸＹ位置）は、ユーザによって事前に入力されていることとする。

まずステップＳ２１０１において、測定対象物をステージに載置する。次にステップＳ２１０２において、測定条件を測定する。ここではユーザが明るさ、姿勢、測定範囲などを指定する。そしてステップＳ２１０３において、測定実行を指示する。

次にステップＳ２１０４において、未測定で、安全に移動可能な測定位置があるか否かを判定する。この判定は三次元形状測定装置側、例えば規制判断部２６６や移動制御部１４４が行う。ある場合はステップＳ２１０５に進み、その安全に移動可能な測定位置に移動し、ステップＳ２１０６で三次元形状測定を実行する。さらにステップＳ２１０７で、測定した測定データから、測定対象物の端部を検出し、安全に移動可能な位置を追加する。そしてステップＳ２１０４に戻って、上記の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２１０４において、安全に移動可能な測定位置がないと判定された場合は、ステップＳ２１０８に進み、自動配置された測定データを表示部４００にプレビュー表示する。そしてステップＳ２１０９において、測定データが正しく取得できたか否かをユーザに判定させる。正しく取得できていない場合は、ステップＳ２１０２に戻って上記の処理を繰り返す。一方、正しく取得できたと判断された場合は、ステップＳ２１１０に進み、測定データの結合を実行する。この結合は、例えば点群データ合成部２１１で行う。さらにステップＳ２１１１において、解析機能を用いた計測、解析を実行し、ステップＳ２１１２で測定を終了する。このようにして、広範囲測定を行いながら、測定対象物の飛び出しを自動で検出して、衝突を避けつつ計測や解析を安全に行える。

次に、動作中に端部検出部２６５が測定対象物の端部を検出し、この検出結果に基づいて規制判断部２６６が載置面１４２の移動方向を規制する手順の詳細例を、図２２Ａ〜図２２Ｈに基づいて説明する。ここでは、点群データ合成部２１１が、基準位置にある載置面１４２上に縦長に置かれた測定対象物ＷＫ６を、手前側の左、右と、奥側の左、右の４つに測定領域を分けて、回転ステージ１４３を１８０°ずつ回転させて測定する例を説明する。まず図２２Ａに示すように、並進ステージ１４１が基準位置にある状態で得られた観察視野から、端部検出部２６５は測定対象物ＷＫ６の端部を検出する。検出された端部すなわち測定対象物ＷＫ６の輪郭を、図２２Ａ〜図２２Ｈにおいて太線で示す。そして、得られた輪郭から、規制判断部２６６が、載置面１４２の移動方向を判断する。移動方向の判断は、移動可能な方向の特定、移動不可能な方向の特定、移動可能か否かの判断自体が不明な方向の特定、又はすべての方向が判断不能、等となる。図２２Ａの例では、端部検出部２６５による端部検出の結果として、測定対象物ＷＫ６の左右及び手前側の輪郭が得られ、奥側の輪郭が得られていない。この検出結果から、測定対象物ＷＫ６の左右が載置面１４２内に収まっていること、いいかえると載置面１４２からはみ出していないことが規制対象部により判断できる。つまり、載置面１４２の左右方向には測定対象物ＷＫ６が伸びていないので、図２０Ｃや図２０Ｄ等で示したような事態は起こり得ず、ＸＹ方向に移動させても測定対象物ＷＫ６が衝突することはないこと、すなわち並進ステージ１４１を左右方向に移動させることが可能であると判断される。よって、規制対象部は並進ステージ１４１の左右方向の移動を許可し、これに従い移動制御部１４４が並進ステージ１４１を横方向に移動させる。ここでは図２２Ｂに示すようにまず左方向に並進ステージ１４１を移動させ、測定（ここでは単視野測定データの取得）を行う。これにより、測定対象物ＷＫ６の手前右側の単視野測定データが得られる。次に図２２Ｃに示すように右方向に並進ステージ１４１を移動させて、同様に測定を行い、測定対象物ＷＫ６の手前左側の単視野測定データが得られる。なお、この例では並進ステージ１４１を先に左方向に移動させてから右方向に移動させる手順を説明したが、順序を入れ替えて先に右方向に移動させた後、左方向に移動させるようにしてもよいことはいうまでもない。

以上のようにして測定対象物ＷＫ６の内、手前側の左右の単視野測定データが得られたので、次に奥側の左右の単視野測定データを取得する。ここで、奥側が観察視野に含まれるように、仮に図２２Ｄに示すように並進ステージ１４１を手前側（図において下方向）に移動させようとすると、測定対象物ＷＫ６の手前が支柱部７０２に衝突することが判るので、規制判断部２６６はこのような移動を許可しない。よって、禁止された並進ステージ１４１の移動をスキップし、代わりに図２２Ｅに示すように回転ステージ１４３の回転を行う。回転ステージ１４３を１８０°回転させることで、裏側すなわち回転された測定対象物ＷＫ６の手前側が視野範囲に含まれるので、端部検出部２６５が端部検出を行うことで、手前側の輪郭（図２２Ａにおいて上側の輪郭）が検出される。なお図２２Ｅの姿勢において測定対象物ＷＫ６の上側は視野範囲から外れているが、すでにこの部分の輪郭情報は図２２Ａ等の測定において得られているので、得られた輪郭情報を合成することで、測定対象物ＷＫ６の平面視における輪郭がこの時点ですべて得られることになる。この状態で検出結果、すなわち輪郭情報から、規制判断部２６６は並進ステージ１４１を図２２Ｅの位置から左右に移動可能であると判断できるので、以下同様に並進ステージ１４１を図２２Ｆに示すように左方向に移動させて測定対象物ＷＫ６の手前右側（図２２Ａの姿勢では奥左側）の単視野測定データを得、また並進ステージ１４１を図２２Ｇに示すように右方向に移動させて測定対象物ＷＫ６の手前左側（図２２Ａの姿勢では奥右側）の単視野測定データを得ることができる。なお、図２２Ｅの位置で回転された測定対象物ＷＫ６の手前側の輪郭（図２２Ａにおいて上側の輪郭）が得られたことで、同様に仮に図２２Ｈに示すように並進ステージ１４１を手前側（図２２Ｈにおいて下方向）に移動させようとすると、測定対象物ＷＫ６の手前が支柱部７０２に衝突することが判るので、規制判断部２６６はこのような方向への並進ステージ１４１の移動を許可せず、スキップする。このようにして、縦長の測定対象物ＷＫ６の輪郭情報に基づいて、載置面１４２の移動方向を衝突を回避するように規制しながら、安全に測定を行うことが可能となる。

以上の例では、並進ステージ１４１を左右に移動させた後、回転ステージ１４３を１８０°回転させて同様に並進ステージ１４１を左右に移動させて、順次単視野測定データを合成する手順を説明した。ただ本発明は、回転ステージ１４３の回転角度を１８０°に限定するものでなく、任意の角度に設定することができる。ただ、角度を細かくするほど、得られるデータは詳細になるものの、測定時間が長くなるため、要求される精度や処理時間にしたがって、適切な回転角度に設定される。加えて、上述の通り衝突予防機能によって、回転移動や平行移動を規制しながら、安全性を高めた測定を行う。加えて、測定対象物の形状に応じて、少ない測定回数で効率的に撮像することが望ましい。

次に、別の端部検出の例として、横長の測定対象物を、奥・左・右・手前の４つに測定領域を分けて、回転ステージ１４３を９０°ずつ回転させて測定する例を、図２３Ａ〜図２３Ｐに基づいて説明する。ここでは、点群データ合成部２１１が、基準位置にある載置面１４２上に横長に置かれた測定対象物ＷＫ７を、手前側の左、右と、奥側の左、右の４つに測定領域を分けて、回転ステージ１４３を９０°ずつ回転させて測定する例を説明する。まず図２３Ａに示すように、基準位置にある並進ステージ１４１で得られた観察視野から、端部検出部２６５は測定対象物ＷＫ７の手前側の一部（図２３Ａにおいて太線で示す下側の中央）の輪郭を検出する。この状態では、測定対象物ＷＫ７から支柱部７０２側に伸びている部分が含まれていないので、並進ステージ１４１を左右に移動させても、支柱部７０２への衝突はないと規制判断部２６６で判断される。よって、規制対象部は並進ステージ１４１の左右方向の移動を許可する。これに従い、並進ステージ１４１を左右に移動させる。ここでは、まず図２３Ｂに示すように移動制御部１４４が並進ステージ１４１を左方向に移動させ、測定対象物ＷＫ７の手前右側の単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物ＷＫ７の手前側から右側面にかけての輪郭情報が得られるので、規制判断部２６６は、回転ステージ１４３を時計回りに９０°以上回転させることが可能であると判断できる。次に並進ステージ１４１を右方向に移動させて、測定対象物ＷＫ７の手前左側の単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物ＷＫ７の手前側から左側面にかけての輪郭情報が得られるので、規制判断部２６６は、回転ステージ１４３を反時計回りに９０°以上回転させることが可能であると判断できる。また、図２３Ｂで得られた輪郭情報と合わせて、測定対象物ＷＫ７の下半分の輪郭が判明する。

次に、回転ステージ１４３を１８０°回転させる。ここでは、まず図２３Ｄに示すように一旦並進ステージ１４１を基準位置（例えばＸＹステージの原点や初期位置）に復帰させた上で、図２３Ｅに示すように回転ステージ１４３を時計回りに９０°回転させる。このように、図２３Ｃの状態から直接回転ステージ１４３を回転させるのでなく、一旦並進ステージ１４１を基準位置に復帰させた上で回転させることで、回転半径を小さく抑えることができるので、衝突のリスクを低減できる。そして図２３Ｅの観察視野において、単視野測定データを取得し、測定対象物ＷＫ７の内、右側の中間部分の輪郭情報を取得する。この状態では、測定対象物ＷＫ７の右上と左下の輪郭は未だ得られていないものの、並進ステージ１４１を左右に平行移動可能であることが規制判断部２６６で判断できる。よって、同様に並進ステージ１４１を左右に移動させるよう移動制御部１４４に指示する。

さらに、測定対象物ＷＫ７の下部の輪郭がすでに得られており、載置面１４２からの突出量が判明しているので、並進ステージ１４１を手前側（図２３Ｅにおいて下方向）に移動可能な移動量も規制判断部２６６で演算できる。具体的には、図２３Ｈに示す位置以上に並進ステージ１４１を移動できないことが判るため、その限度で並進ステージ１４１を手前側に移動させ、さらに左方向に移動させる。この結果、図２３Ｆに示すように測定対象物ＷＫ７の右上の輪郭が得られる。さらに、図２３Ｇに示すように並進ステージ１４１を右方向に移動させる。この位置では、輪郭情報の追加は得られない。また上述の通り、図２３Ｈのように並進ステージ１４１を手前側に移動させることはできないので、この移動はスキップされて、図２３Ｉに示すように回転ステージ１４３を時計回りに回転させる。

図２３Ｉの姿勢で、測定対象物ＷＫ７の左右の輪郭は、左上の一部を除いて概ね判明しているので、並進ステージ１４１を左右に移動可能であると判断でき、よって左右に移動される。またこの姿勢で、すでに測定対象物ＷＫ７の手前側（図２３Ｉにおいて下側）の輪郭は得られているので、図２３Ｌに示すように、並進ステージ１４１を手前側に移動可能な移動量を演算できる。これに従い並進ステージ１４１を手前に若干移動させつつ、まず図２３Ｊに示すように左方向に移動させる。この位置では輪郭情報の追加は得られない。次に図２３Ｋに示すように並進ステージ１４１を右側に移動させ、単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物ＷＫ７の左上の輪郭が得られ、すべての輪郭が取得されるので、載置面１４２の移動可能な範囲や方向が確定する。上述の通り、並進ステージ１４１を図２３Ｌに示すように手前側には移動できないので、この移動をスキップさせて図２３Ｍに示すように、さらに回転ステージ１４３を時計回りに９０°回転させる。上述の通り、一旦並進ステージ１４１を基準位置に復帰させた状態で、回転ステージ１４３を回転させ、図２３Ｍの姿勢とする。

この位置で、同様に単視野測定データを測定し、さらに並進ステージ１４１を左右に移動させて、同様に単視野測定データを測定する。ここでは、図２３Ｎに示すように、並進ステージ１４１を左に移動させ、次に図２３Ｏに示すように並進ステージ１４１を右に移動させ、最後に基準位置に戻して処理を終了する。このようにして、９０°刻みでより多数の単視野測定データを合成し、詳細な測定が可能となる。

以上のように、並進ステージ１４１を奥方向に移動させて測定したデータによって取得された、測定対象物の端部により、並進ステージ１４１の移動が可能か否か、回転ステージ１４３の回転移動が可能か否かを、規制判断部２６６で判断できる。ここで並進ステージ１４１の移動可否の判断について、図２４Ａ〜図２６Ｄに基づいて説明する。まず、図２４Ａ〜図２４Ｃの模式平面図に示すように、並進ステージ１４１を手前方向に移動できるか否かについては測定対象物の手前側の端部から判断する。すなわち、図２４Ａ〜図２４Ｃにおいて測定対象物の下側の輪郭が、支柱部７０２に接触しない範囲の移動を許可する。例えば図２４Ａに示すように、測定対象物ＷＫ８の下部が載置面１４２内に収まっている場合は、並進ステージ１４１の移動は制限されない。すなわち、並進ステージ１４１は、載置面１４２が支柱部７０２側に最も接近する位置（図２４Ａにおいて下端）と支柱部７０２との距離Ｄ１又はこれにマージンを考慮した分、あるいはこれよりも短い、並進ステージ１４１の移動機構の制約を受けた距離だけ、手前側に移動できる。図においては説明のためマージンを考慮せず、測定対象物を載せない状態で並進ステージ１４１を手前側に移動可能な移動量をＤ０としている。

一方、図２４Ｂに示すように、部分的に載置面１４２から突出している場合は、支柱部７０２に接触しないよう、移動量Ｄ０から、この突出部分の内最も支柱部７０２に接近した部分の突出力Ｄ２、及びマージン分を差し引いた分だけ、通常の並進ステージ１４１よりも手前側への移動量が制限される。さらに、図２４Ｃに示すように測定対象物ＷＫ９の端部の突出量が大きく、支柱部７０２に接触しているか、接触する寸前の場合、あるいは端部を検出できない場合は、並進ステージ１４１の手前側への移動を禁止する。

また左右方向に移動できるか否かについては、斜め手前側の端部から判定する。ここで、並進ステージ１４１を一例として右方向に平行移動させることを制限するか否かについて、図２５Ａ〜図２５Ｃに基づいて説明する。まず図２５Ａに示すように、測定対象物ＷＫ１０の下部が載置面１４２内に収まっている場合は、並進ステージ１４１の移動は制限されない。また図２５Ｂに示すように、測定対象物ＷＫ１１が部分的に載置面１４２から突出している場合は、載置面１４２の下端からの突出量Ｄ２を調べ、これが載置台の移動量Ｄ０の範囲内に収まっている場合は、右方向に移動させても支柱部７０２に接触しないため、平行移動は制限されない。一方で、図２５Ｃに示すように測定対象物ＷＫ１２の突出量が大きく、載置台の移動量Ｄ０を越えている場合や、端部を検出できない場合は、並進ステージ１４１を右方向に移動させると、支柱部７０２に接触するおそれがあるため、移動を制限する。

さらに、回転ステージ１４３の回転移動の可否判断は、突出量に基づいて行う。ここで、回転ステージ１４３の時計回りの回転移動を制限するか否かの動作について、図２６Ａ〜図２６Ｄに基づいて説明する。まず図２６Ａに示すように、測定対象物ＷＫ１３が載置面１４２内に収まっている場合は、回転ステージ１４３の移動は制限されない。また図２５Ｂに示すように、部分的に載置面１４２から突出している場合は、載置面１４２からの突出している部分が最大となる値、すなわち測定対象物ＷＫ１３が回転ステージ１４３によって回転移動する回転半径の最大値Ｄ３を測定する。そして、この回転半径の最大値Ｄ３と、回転ステージ１４３の回転中心から支柱部７０２までの距離ＤＲとを比較し、Ｄ３がＤＲよりも短い場合は、回転ステージ１４３を回転させても測定対象物ＷＫ１３は支柱部７０２に衝突しないと判断され、回転ステージ１４３の回転を許容する。なお、Ｄ３とＤＲの比較にあたっては、マージンを考慮してもよいことは上述の通りである。さらに図２６Ｃに示すように、突出量の最大値Ｄ４が、回転ステージ１４３の回転中心から支柱部７０２までの距離ＤＲよりも大きい場合は、回転ステージ１４３を時計回りに移動させると、支柱部７０２に接触するおそれがあるため、回転移動を制限する。また図２６Ｄに示すように、測定対象物ＷＫ１４の突出部分の端部の輪郭を検出できない場合も、同様に回転移動を制限する。

上述した規制判断部２６６による移動の制限や規制とは、移動そのものを禁止する他、接触する寸前までの移動を許容するようにしてもよい。このように、指定された測定位置への移動が不可能と判断されても、移動可能なぎりぎりの位置まで移動して、測定を行うことで、測定データの欠落を最小限に抑えることができる。
（移動可否承認部）

また、測定対象物の端部が検出できず、安全な移動が不可能と判断された場合であっても、ユーザに移動が可能であるか確認し、ユーザが可能と判断したら、移動して測定を続行するようにしてもよい。この場合は、ユーザに移動可否の承認を求める移動可否承認部を設ける。例えば、表示部４００に移動可否承認画面を表示させる。移動可否承認画面では「ワークの端部が確認できません。ステージを回転させてもよいですか」等の説明と共に、「移動を許可する」「移動を禁止する」等の選択肢を表示させて、ユーザに対し確認と選択を促す。

以上の例では、三次元形状測定装置の一部（支柱部７０２）に、載置面１４２の移動により測定対象物が干渉する事態を避けるように、端部検出部２６５や規制判断部２６６で載置面１４２の移動を規制する構成について説明した。この場合、並進ステージ１４１が遠ざかる方向（図２０Ａ等において上方向）に移動する場合は、衝突の可能性がないので、規制判断部２６６は並進ステージ１４１が支柱部７０２から遠ざかる方向への移動は規制しない。この場合において、特殊な形状の測定対象物、例えば支柱部の背面に回り込むような湾曲した腕を有するような形状は除外して考える。

なお、図６等に示したように、載置面１４２に対して斜め上方から測定を行う構成においては、載置面１４２の真上にカメラを設けて真下に見下ろす構成と比べると、周囲の外光を受光し易い。これを低減するために、載置面１４２の上方を覆って遮光する遮光カバー１０２に加えて、遮光カバー１０２の下側に遮光カーテンを配置する構成としてもよい。この構成においては、載置面１４２の奥側に遮光カーテンが配置される構成となるが、遮光カーテンを布のような柔軟性のある部材で構成すれば、載置面１４２の移動によって測定対象物が遮光カーテンと接触しても、遮光カーテンがこれに応じて無理なく変形できるため、干渉を考慮せずとも足りる。

また本発明の衝突自動検知機能は、支柱部７０２への衝突回避のみに限られず、例えば三次元形状測定装置の周囲に置かれた他の測定機器やスタンド、あるいは三次元形状測定装置を操作するユーザに対しても、測定対象物が干渉しないように制御するよう構成してもよい。例えば、三次元形状測定装置の周囲に存在する物体の形状や位置を三次元形状測定装置側に知らせるよう、対物センサやカメラ等の検出器を用意する。そして検出器で得られた信号や情報を三次元形状測定装置側で収集して、端部検出部２６５で検出した測定対象物の輪郭などの情報と対比させながら、載置面１４２の移動方向や移動範囲等を規制判断部２６６で計算し、移動制御部１４４による載置面１４２の移動を規制する。

すなわち、上述の例では、衝突を回避する対象として予め支柱部７０２の輪郭を予め三次元形状測定装置側で保持しており、測定対象物が支柱部７０２と接触しないように必要な制御を行っていたところ、衝突を回避する対象として支柱部に加えて、あるいはこれに代えて、他の部材（異物）を指定することで、同様の衝突回避動作を実現することが可能となる。なお、他の部材の指定は、例えば三次元形状測定装置の周囲に置かれた器具が静止している場合は、比較的容易に行える。一方で、可動する器具やユーザのような、常時静止しておらず移動する可能性がある部材については、時々刻々と変化する輪郭の位置を考慮しながら、これとの接触を回避するようにリアルタイムで載置面１４２の移動を制限する演算を行う必要がある。
（測定可能範囲（黄点線）とデータ取得範囲（赤点線））

載置面１４２を斜め上方から見下ろす、すなわち俯瞰する形で測定する三次元形状測定装置においては、図２７Ａの模式側面図に示すように、載置面１４２の内手前側の測定範囲は比較的広く、測定の精度が高い測定領域に加え、その周囲に精度はともかく、三次元データが取得できる領域が広い傾向にある。本実施形態では、図２で説明したとおり投光部１１０を左右にそれぞれ設けて、２つの投光部１１０Ａ、１１０Ｂからパターン光を投影している。図２７Ｂにおいて、受光部１２０による受光範囲を赤領域、投光部１１０によるパターン投影範囲を薄墨領域として考えると、これらが重なる共通領域がデータ取得可能な範囲（赤点線）となる。さらに、データ取得範囲の内で、測定精度が十分発揮される領域を測定可能範囲（黄点線）として定義できる。
（端部検出位置）

また、ユーザによって指定された測定位置の測定データだけから判断するのではなく、測定の前に、測定対象物をできるだけ広範囲に検出できる所定の端部検出位置に載置面１４２を移動させた上で測定対象物の端部を検出し、その端部に基づいて衝突を検知するように構成してもよい。これは、ユーザに指定された実際の測定位置からでは、位置によっては測定対象物の端部を検出できない可能性があるためである。したがって、ユーザが指定した載置部１４０の指定位置から、一旦、測定対象物の端部を取得し易い所定の端部検出位置まで載置面１４２を移動させた上で、測定対象物の輪郭を取得して、指定位置に復帰させる。ここで所定の端部検出位置とは、例えば載置面１４２を撮像光学系から遠ざけた位置とする。測定対象物を撮像光学系からできるだけ離間させることで、撮像光学系の画角によってより広い観察視野が確保され、測定対象物の端部が含まれやすくなる。このように、端部検出部２６５で端部検出動作を実行する際には、並進ステージ１４１を所定の端部検出位置に平行移動させた状態で行われるように、移動制御部１４４で並進ステージ１４１を移動させるように構成してもよい。これによって、端部検出の確度を高めることができる。

なお、測定前の端部検出は、端部の外形や輪郭が検出できれば足り、測定時ほどの精度は求められない。よって、短時間で検出することが好ましく、通常の三次元計測よりも撮像条件を簡素化した簡易的な撮像条件とすることが望ましい。また、端部検出のための撮像を行わず、他の画像を流用することもできる。例えば、上述したトップビューマップ画像を用いて、端部検出を行うようにしてもよい。これにより、端部検出のための作業を大幅に省力化しタクトタイムを短縮できる。
（ユーザへの告知）

端部検出部２６５や規制判断部２６６で事前に衝突の可能性を検知した場合の対応として、ユーザに対して明示的には何も通知せず、衝突によって回避された測定位置のデータ、すなわち処理をスキップした部分のデータが欠落する状態としてもよい。あるいは、ユーザに対し明示的に告知することもできる。例えば、測定後に、衝突を回避した測定位置を、結果報告として表示部４００に表示させる。あるいは、測定後又は測定中に、随時衝突を事前検知したことを伝える。この際、測定処理を続行するか、そこで中断するかの判断を求めてもよい。あるいはまた、測定前に事前検知を行う場合は、事前検知後や測定開始前に、「事前衝突検知したため、いくつかの測定が回避されます」などのメッセージを表示部４００に表示させる。
（衝突マニュアル回避）

以上の例では、端部検出部２６５で測定対象物の端部を自動で検出することにより、衝突回避を実現している。一方において、測定対象物の形状や得られた観察画像によっては、端部検出部２６５で測定対象物の端部を撮像できなかったり、観察画像が得られたとしても端部検出に失敗することもある。また、端部検出の工程を省略して観察を行いたいという要求も考えられる。このような場合でも、測定対象物の回転や移動時の意図しない衝突を回避できるよう、本実施形態に係る三次元形状測定装置では、手動による衝突回避機能を実現している。

三次元形状測定装置による測定対象物の大きさ検知が難しい場合として、測定対象物の大きさが大きい場合が考えられる。このような場合は、載置面を移動させると、この上に載置した測定対象物が三次元形状測定装置やその周囲の部材、ユーザ等に干渉することがある。そこで、ユーザに測定対象物の大きさや衝突の危険性を示唆する入力を求める機能を提供する。本実施形態に係る三次元形状測定装置では、ユーザ指定による衝突回避の方法として、図１に示すように、載置面１４２の移動により測定対象物ＷＫが衝突する事態を回避するための衝突回避情報をユーザに入力させる衝突回避情報入力部２６９と、この衝突回避情報に基づいて、載置部１４０の移動による衝突の回避を指示する回避動作指示部２７０を備えている。これにより、意図しない衝突の回避が図られる。

ここでは、三次元形状測定装置の支持部７００が、測定対象物ＷＫの端部と接触する事態を回避する例を考える。この場合、衝突回避情報として、載置部１４０に載置された測定対象物の端部と、支持部７００との干渉を防止するための情報の入力を衝突回避情報入力部２６９がユーザから受け付ける。載置した測定対象物の外形をユーザに入力させることで、例えば図１０の模式平面図に示すような測定対象物ＷＫ１の端部と支柱部７０２の距離ＤＴ１を把握することが可能となる。これによって衝突を避けて載置面を動かせる範囲を、三次元形状測定装置側で認識できるようになる。

ユーザによる測定対象物の外形の指示については、図２８のライブビュー画面１２００に示すような、測定対象物の観察や計測を行う画面において、現在表示されている測定対象物の画像に対して指示する方法、あるいは別途、広域画像を取得して、この広域画像に対して測定対象物の外形を指示する方法等が挙げられる。広域画像としては、例えば図２９に示すような、斜め上方から見た広域俯瞰画像ＷＰＩや、図３０に示すような平面視における広域鳥瞰画像ＷＴＩ（例えばトップビューマップ画像）が利用できる。トップビューマップ画像は、トップビューマップ画像生成部２６１で生成される。トップビューマップ画像生成部２６１は、並進ステージ１４１を利用して測定対象物の外周を撮影し、画像処理を用いたトップビューマップ画像変換を伴い、載置面１４２の真上から測定対象物を見下ろしたような画像であるトップビューマップ画像を取得する。

このような画像上で測定対象物の外形をユーザが指定する際に、衝突回避情報入力部２６９は、表示部４００上で表示された測定対象物の端部を構成する複数点の指定を受け付ける。点の指定には、マウス等のポインティングデバイスが利用できる。例えば、測定対象物の四隅を、ユーザがクリックして指定する。回避動作指示部２７０は、この四隅で囲まれた領域を測定対象物と判断し、この領域が支柱部７０２と干渉しないように、載置面１４２の移動範囲を制約したり、衝突する方向への移動がなされる場合に、ユーザに対して警告を発する。特にユーザに四隅を指定させる方式は、比較的簡単に領域を指定できる上、ユーザも感覚的に把握し易い利点が得られる。また、衝突回避情報入力部２６９は、四隅で指定される矩形状に限られず、例えば３点で示される三角形状や、５点以上で指定される多角形状、あるいは中心と半径で規定される円形状、あるいはまた自由曲線で示される領域等、任意の領域指定方法を採用することができる。さらに衝突回避情報入力部２６９は、点のよる指定に限定されず、線での指定を受け付けるようにしてもよい。例えば測定対象物の外形エッジを構成するエッジラインを受け付けるにしてもよい。

本実施形態においては、ユーザが指定する領域は、ＸＹ平面上における二次元領域として指定する。この場合、図３０のような平面視（ＸＹ平面）での画像上で指定する場合は、画面上に一意に決定できる。一方、図２８や図２９のような、斜め上方から見た斜視図状（ＸＹＺ空間）で示された画像の場合は、画面上で任意の一点を指定しても、図３１に示すように撮像時の視点の方向において、どの高さ（Ｚ方向）で指定されたのかを判別することができない。例えば図２８の斜視図状の観察画像で、測定対象物の一点を指定しても、図３１において高さ（Ｚ方向）の異なる点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２で示すように、どの高さで指定したのかを特定できない。図３１において矢印で示す観察画像生成部１２４の光軸ＡＸ１で示す直線上の点は、この光軸方向から見た観察画像上ではすべて同じ点となってしまうからである。そこで本実施形態においては、衝突回避情報入力部２６９より観察画像上で指定された点は、測定対象物の表面上で指定されたものとして扱う。すなわち、観察画像が有する測定対象物の面の高さ（図３１では高さＰ０）で指定された位置として扱う。これにより、斜視図から点を指定しても、指定された点の位置を三次元形状測定装置側（例えば回避動作指示部２７０）で特定できる。

なお、図２９等に示す広域俯瞰画像ＷＰＩは、並進ステージ１４１を利用して、より広い視野を有する奥方向（測定部１００から載置面１４２が遠ざかる方向）の位置に測定対象物を移動させることで、測定対象物のより全体を捉えた画像を得ることが可能となる。なお、端部が視野内に入らない場合もあるため、並進ステージ１４１の移動は奥方向のみならず、横方向に移動させてもよい。この場合は各姿勢で取得した画像をすべて用いることができる。すなわち、測定対象物の外周全域を視野に入れるため、奥だけでなく左右方向にも移動させて画像を撮像し、それらを合成させた測定対象物の全域画像として広域俯瞰画像を得る。

このようにして、図２８〜図３０等に示す画像上から、ユーザは測定対象物の四隅など、外形を示す点を指定することで、これを衝突回避情報として、回避動作指示部２７０は衝突回避のための対策を講じることが可能となる。
（ライブビュー及び広域俯瞰画像での端点指定）

大きなサイズの測定対象物の場合は、視野中に測定対象物の全体のすべてを捉えることができないことがある。このような場合でも衝突回避情報を入力できるように、本実施形態に係る三次元形状測定装置では、図３２等に示すように測定対象物が映っていない領域を含めて、外形を指定可能としている。このように測定対象物が映っていなくとも、周囲を仮想的な領域として利用し、この領域を含めた任意の位置をユーザがクリックすることで測定対象物の端部を指定可能とできる。このような手順を、図３２〜図３４に基づいて以下説明する。

図３２は、衝突回避情報入力部２６９の一例として、ユーザによる衝突回避情報の入力を受け付ける衝突回避情報入力画面１２０１を示している。この衝突回避情報入力画面１２０１は、画像表示領域１２１０と、操作領域１２２０を設けている。画像表示領域１２１０には、観察画像を表示させる観察画像表示領域１２１１と、この観察画像表示領域１２１１を含むように、測定対象物の端点の指定を受け付ける拡張指定領域１２１２が設けられている。観察画像表示領域１２１１には、測定対象物を観察画像生成部１２４で取得した観察画像が表示されている。この例では観察画像は、逐次表示を更新されるライブビュー画像（動画像）として表示されている。ただ本発明はこの構成に限られず、観察画像を静止画像として表示させてもよい。

まず画像表示領域１２１０に、図３２に示すように、載置面１４２に載置された測定対象物の観察画像を表示させる。この観察画像は、観察画像生成部１２４で取得した、載置面１４２の斜め上方から見た画像である。この図のように、測定対象物が大きかったり、斜めに載置されるなどして、観察画像内に全体が収まっていない場合は、端部検出部２６５で測定対象物の端部を正確に検出することができない。そこで、まず観察画像の全体を縮小して、観察画像の周囲を指定できるようにする。ここでは、観察画像の周囲の画像が表示できたと仮定した場合に、現在の観察画像に映っている測定対象物の一部を手掛かりに、この測定対象物の全体像を含むであろう大きさに縮小する。ここでは観察画像表示領域１２１１自体を縮小させる。この例では、観察画像表示領域１２１１の四隅をドラッグすることで、縦横の比率を保ったまま縮小させることができる。縮小には、デジタルズームが利用できる。このようにして、観察画像表示領域１２１１の周囲に形成された拡張指定領域１２１２が図３２の状態から図３３に示すように、より広く確保される。

この状態で、ユーザは図３４に示すように、測定対象物の四隅と思われる仮想端点ＩＥ１をクリックして指定する。これにより、図３５に示すように測定対象物の外形を示す仮想測定対象物領域ＩＡ１が、四隅として指定された仮想端点ＩＥ１を結んだ台形状に指定される。また必要に応じて、仮想測定対象物領域ＩＡ１をユーザが微調整するよう構成してもよい。例えば仮想測定対象物領域ＩＡ１を構成する台形状をドラッグして位置を調整したり、台形状を構成する各辺をドラッグして形状を変更したり、隅部をドラッグして拡大、縮小したりといった操作を可能としてもよい。このようにして、ユーザによる仮想測定対象物領域ＩＡ１の編集が可能となる。

なお、ユーザによる端点の指定は、厳密に行う必要はない。仮想端点ＩＥ１として指定された位置をおおよその端点として扱い、この位置に対してマージンを設定するなどして、測定対象物の領域を回避動作指示部２７０は扱う。このようにして指定された台形状の仮想測定対象物領域ＩＡ１を衝突回避情報として、回避動作指示部２７０は測定対象物の現時点での位置、すなわち接触の可能性がある端部の位置を仮想的に扱うことが可能となる。
（スライド方式）

また衝突回避情報入力部２６９は、測定対象物の外形を受け付ける手法として、仮想端点ＩＥ１のような点での指定に限らず、例えば測定対象物の端面などを線として規定してもよい。例えば拡張指定領域１２１２において、測定対象物の外形をすべて指定するのでなく、特定の一部を指定してもよい。またこの際に直線で指定してもよい。一例として、直線で指定するスライド方式を、図３６及び図３７に基づいて説明する。スライド方式では、衝突回避情報入力部２６９は衝突回避情報として、表示部４００上で表示された測定対象物が支持部７００と面する端部を示す情報を受け付ける。回避動作指示部２７０は、端部を示す情報に基づいて、この測定対象物の端部が支持部７００と干渉する方向に載置部１４０が移動することを制限するよう移動制御部１４４に指示する。これにより、ユーザが端部を指定することで測定対象物の内、衝突する可能性が高い部位を把握でき、移動制御部１４４は測定対象物の端部と支持部７００との衝突の回避を図ることが可能となる。

例えば図３５の衝突回避情報入力画面１２０１において、観察画像表示領域１２１１には測定対象物の一部が表示されている。この状態で、観察画像を手掛かりとして、測定対象物の手前側の端部を、観察画像表示領域１２１１上で指定する。ここでは、測定対象物の手前側の端部の内、最も突出していると思われる仮想点ＩＰを２点、指定する。これにより、図３７に示すように、指定された仮想点ＩＰを結ぶ直線が破線で示される。この直線は、測定対象物の端部又は端面を示す仮想端部直線ＩＬとして回避動作指示部２７０に扱われる。この例では、測定対象物の左右の端部を規定しておらず、直線は無限に延長されているものと捉えられる。このため、載置面１４２の手前方向への移動が、支柱部７０２に接触しない範囲となるよう回避動作指示部２７０により制限される。

なお、指定された測定対象物の端部を示す仮想端部直線ＩＬも上述した仮想測定対象物領域ＩＡ１と同様に、位置をユーザが手動で調整可能としてもよい。例えば図３７の例において、仮想端部直線ＩＬをユーザがドラッグして、位置を上下に微調整することができる。

また、この構成に限られず、測定対象物の左右の端部を指定できるように構成してもよい。例えば図３６において、図３４等と同様に観察画像表示領域の周囲に拡張指定領域を設けて、測定対象物の左右の端部の長さを考慮した位置を指示できるようにする。こうすることで、指定された位置同士を結ぶ線分が測定対象物の端部として回避動作指示部に認識されるため、測定対象物の左右方向の長さも有限のものとして把握され、載置面の回転動作の制約などにも利用できるようになる。
（鳥瞰画像での端点指定）

以上の例では、測定対象物の端部をユーザに指定させるための広域画像として、斜め上方から見た斜視画像を用いる例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、測定対象物の端部を指定させる広域画像として、平面視の鳥瞰画像を用いることもできる。この場合において、平面視画像は、受光部１２０で取得した測定対象物の三次元形状から演算、合成するなどして生成してもよい。特に、トップビューマップ画像生成部で生成したトップビューマップ画像を用いてもよい。あるいは、図１５で示したように、観察画像生成部１２４として別途鳥瞰カメラを設けて撮像した画像としてもよい。本明細書においては、このような測定対象物を平面視で捉えた画像を平面視画像や鳥瞰画像等と呼ぶ。

上述した図１３〜図１４で示したとおり、斜め上方から観察した斜視図状の画像上で指定した測定対象領域は、必ずしも実際の測定対象物範囲とは一致しない。例えば測定対象物が斜めに設置されており、載置面１４２と測定対象物の間に隙間が存在している場合は、斜め上方からの画像では測定対象物の端点を正しく認識し難いことある。そこで、測定対象物の斜め上方からの斜視画像ではなく鳥瞰画像を用いることで、載置面１４２における測定対象物領域を正確に指定することが可能となる。このような例を変形例として、図３８及び図３９に示す。図３８は、図３０に示したような広域画像として広域鳥瞰画像ＷＴＩを表示させた状態で、仮想端点ＩＥ２として測定対象物の端部をユーザに指定させる様子を、図３９はこの指定に従って仮想測定対象物領域ＩＡ２が指定された状態を、それぞれ示している。平面視画像上においては、仮想測定対象物領域ＩＡ２を正方形や長方形などの矩形状で表現しやすいことから、測定対象物の四隅を指定する他、図３８に示すように左上と右下など、対角線上の頂点を２点、仮想端点ＩＥ２として指定するように構成してもよい。

鳥瞰画像の生成には、画像処理を用いる方法と、三次元測距を用いる方法とが考えられる。画像処理を用いる方法では、斜め上方に設置された受光部１２０を構成する撮像素子の内部パラメータを用いることで、載置面１４２の上方から捉えたような画像へと変換が可能となる。一方、三次元測距を用いる手段では、例えばパターン投影法を用いて測定対象物の外形を事前に測定し、その測定結果に基づいて載置面１４２の座標上の測定対象物の外形座標値を元に、真上から見た画像すなわち平面視で見た鳥瞰画像を生成する。

以上の例では、衝突回避情報入力部２６９は、衝突回避情報として測定対象物の外形や端部等をユーザに入力させることで、衝突のおそれがある移動を回避動作指示部２７０で判定する構成を説明した。ただ衝突回避情報は、測定対象物の外形に関する情報に限られず、衝突を検知するための他の情報、例えば載置部１４０の移動方向の入力を受け付けるよう構成してもよい。一例として、回転ステージ１４３の回転方向や回転角度、並進ステージ１４１のＸ方向やＹ方向の移動方向、移動量等が挙げられる。

このようにして、端部検出部２６５で測定対象物の端部を自動で検出できない場合でも、ユーザが手動で測定対象物の端部や載置面１４２の移動方向等を入力することで、衝突回避を図ることができる。また本発明は、端部検出部による測定対象物の端部や外形の自動検出を行う構成に限らず、このような自動検出機能を備えない三次元形状測定装置において、手動で測定対象物の端部や外形などの情報を入力することにより衝突回避を図る構成にも利用できる。

本発明の三次元形状測定装置は、測定対象物の高さを三角測距等の原理を利用して測定する三次元形状測定装置やデジタイザ、あるいはこれらの検査結果に基づいて、良品か不良品かを判定する検査装置として好適に利用できる。

１…制御用ＰＣ
２…モニタ
３…キーボード
４…入力デバイス
１００…測定部
１０１…本体ケース
１０２…遮光カバー
１１０…投光部；１１０Ａ…第一測定光投光部；１１０Ｂ…第二測定光投光部
１１１…測定光源
１１２…パターン生成部
１１３〜１１５、１２２、１２３…レンズ
１２０…受光部
１２１…カメラ
１２１Ｂ…第一カメラ；１２１Ｃ…第二カメラ
１２１ａ…撮像素子；１２１ｂ…第一受光素子；１２１ｃ…第二受光素子
１２４、１２４ｃ…観察画像生成部
１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｄ、１２４ｅ…サブカメラ
１２５…固定部
１３０…照明光出力部
１４０…載置部
１４１…並進ステージ
１４２…載置面
１４３…回転ステージ
１４４…移動制御部
１５０…測定制御部
２００…コントローラ
２１０…ＣＰＵ
２１１…点群データ合成部
２１５…警告部
２１６…画像検査部；２１６ｂ…計測部
２２０…ＲＯＭ
２２８…高さ画像取得部
２３０…作業用メモリ
２４０…記憶装置
２５０…操作部
２６０…点群データ生成部
２６１…トップビューマップ画像生成部
２６２…メッシュ画像生成部
２６４…測定領域設定部
２６５…端部検出部
２６６…規制判断部
２６８…退避位置特定部
２６９…衝突回避情報入力部
２７０…回避動作指示部
３００…光源部
３１０…制御基板
３２０…観察用照明光源
４００…表示部
５００…三次元形状測定装置
５００Ａ…三次元形状測定装置本体
６００…台座部
６０２…ベースプレート
７００…支持部
７０２…支柱部
１０００…三次元形状測定システム
１２００…ライブビュー画面
１２０１…衝突回避情報入力画面
１２１０…画像表示領域
１２１１…観察画像表示領域
１２１２…拡張指定領域
１２２０…操作領域
ＷＰＩ…広域俯瞰画像
ＷＴＩ…広域鳥瞰画像
ＡＸ１…観察画像生成部の光軸
ＩＥ１、ＩＥ２…仮想端点
ＩＡ１、ＩＡ２…仮想測定対象物領域
ＩＰ…仮想点
ＩＬ…仮想端部直線
ＷＫ、ＷＫ２〜ＷＫ１４…測定対象物；ＷＫ１…横長の測定対象物
ＭＬ…測定光；ＭＬ１…第一測定光；ＭＬ２…第二測定光
ＬＡ１…第一光軸；ＬＡ２…第二光軸
ＩＬ…照明光
ＯＩ１〜ＯＩ２…観察画像
ＭＡ…測定可能範囲

Claims (12)

1. 測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、
   測定対象物を載置させる載置面を有し、該載置面を回転移動させるための回転ステージ、及び前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、
   前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、
   前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、
   前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、
   前記載置部を支持する台座部と、
   前記台座部に連結されると共に、前記載置部の上方に測定光による測定領域が形成されるよう前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、
   前記支持部により支持された前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、
   前記載置部に載置された測定対象物を撮像することにより観察画像を生成する観察画像生成部と、
   前記観察画像生成部により生成された観察画像を表示する表示部と、
   前記載置面の移動により、載置された測定対象物が衝突する事態を回避するための衝突回避情報の入力を受け付ける衝突回避情報入力部と、
   前記衝突回避情報入力部により入力された衝突回避情報に基づいて、前記載置部の移動による衝突の回避を指示する回避動作指示部と、
   を備える三次元形状測定装置。
2. 請求項１に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記載置部に載置された測定対象物の外形に関する情報を、前記表示部上で、表示されている観察画像及び該観察画像の周囲で、測定対象物が表示されていないものの該測定対象物が位置すると思われる仮想的な領域を含めた候補領域中から、測定対象物の外形と予想される位置の指定を受け付けるよう構成してなる三次元形状測定装置。
3. 請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記載置部に載置された測定対象物の端部と、前記支持部との干渉を防止するための情報の入力を受け付けるよう構成してなる三次元形状測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記表示部上で表示された測定対象物の端部を構成する複数点の指定を受け付ける、又は測定対象物の外形エッジを構成するエッジラインを受け付けるよう構成してなる三次元形状測定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記表示部上で表示された測定対象物の少なくとも一部を示す画像上で、該測定対象物の四隅の指定を受け付けるよう構成されてなる三次元形状測定装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として、前記表示部上で表示された測定対象物が前記支持部と面する端部を示す情報を受け付けるよう構成されてなる三次元形状測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記表示部上で表示された測定対象物の少なくとも一部を示す画像が、該測定対象物を斜め上方から見た画像であり、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として指定された位置の高さを、該測定対象物の表面として受け付けるよう構成されてなる三次元形状測定装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記表示部上で表示された測定対象物の少なくとも一部を示す画像が、該測定対象物を平面視した画像である三次元形状測定装置。
9. 請求項１に記載の三次元形状測定装置であって、
   前記衝突回避情報入力部は、前記衝突回避情報として前記載置部の移動方向の入力を受け付けるよう構成されてなる三次元形状測定装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、さらに、
    前記載置部に載置された測定対象物の長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する端部検出部を備えており、
    前記回避動作指示部は、
    前記端部検出部で測定対象物の端部が検出された場合は、該検出結果に基づいて該測定対象物の端部が衝突する事態を回避するよう回避策を指示し、
    前記端部検出部で測定対象物の端部が検出されない場合は、前記衝突回避情報入力部により入力された衝突回避情報に基づいて、該測定対象物の端部が衝突する事態を回避するよう回避を指示するよう構成されてなる三次元形状測定装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
    前記回避動作指示部が、前記移動制御部に対し、前記載置部に載置された測定対象物の端部が衝突する動作を避けるように前記載置部の移動を規制するよう構成してなる三次元形状測定装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
    前記回避動作指示部が、前記衝突回避情報入力部により入力された衝突回避情報に基づいて、前記載置部を特定の方向に移動させると衝突のおそれがある旨を告知する警告部である三次元形状測定装置。