JP5101955B2 - 形状測定方法及び形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、形状測定方法及び形状測定装置に関する。

従来、三次元測定機等のプローブ（探針）として、棒状の軸部及びこの軸部の先端に設けられた接触球を有するプローブが利用されている。そして、測定感度が良好となる微細な先端球を有するプローブを加工するプローブ加工方法及び加工機が知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−９６０３３号公報

しかしながら、上記従来技術の場合、微細な先端球を有するプローブを加工することができても、微細な先端球の真球度を測定することまでは行うことができず、かかる先端球の真球度測定は、今後、発展が期待される微小なプロービングシステムの高精度化の鍵となる。

本発明の目的は、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる形状測定方法及び形状測定装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
光軸上に、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ及び前記被測定物体を配置する工程と、
前記アパーチャ及び前記被測定物体に光を照射してできる写像を撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記アパーチャの開口の形状との比較を行って前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の形状測定方法において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に前記写像を拡大する拡大レンズを配置して前記写像を撮像することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の形状測定方法において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを配置して前記写像を撮像することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記光は、散乱光であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記光は、平行光であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体、第１のレンズ、前記第１のレンズの結像位置に前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第２のレンズの順に配置する工程と、
前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第１のレンズ、前記第１のレンズの結像位置に前記被測定物体、第２のレンズの順に配置する工程と、
前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、
請求項６又は７に記載の形状測定方法において、
前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズは、テレセントリック系のレンズユニットであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、
請求項６〜８の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズの倍率を変更することによって前記被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、
請求項１〜９の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程と、
前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、
請求項１〜１０の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記被測定物体は、球体であることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、
請求項１１に記載の形状測定方法において、
前記球体の一断面形状を算出する工程は、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度パターンを直交座標軸にて採集して仮の中心を定め、かかる中心を原点とした所定の方位角方向に輝点のエッジ検出を行うことによって、前記球体のエッジ及び前記アパーチャのエッジを検出し、
検出された当該アパーチャのエッジから算出された形状と前記アパーチャの所定の開口形状との比較測定により、当該アパーチャのエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された前記球体のエッジの形状の補正を行うことによって、前記球体の一断面形状を算出することを特徴とする請求項１１に記載の形状測定方法。

請求項１３に記載の発明は、
請求項１２に記載の形状測定方法において、
算出された前記球体の一断面形状に基いて前記球体の一断面における真円度を算出することを特徴とする請求項１２に記載の形状測定方法。

請求項１４に記載の発明は、
請求項１３に記載の形状測定方法において、
前記真円度を、当該球体の全周面において所定の回転角度で求め、当該真円度の値のばらつきに基いて前記球体の真球度を算出することを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記光源部から出力される光の光軸上に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
前記光軸上に配置された前記アパーチャ及び前記被測定物体に前記光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記アパーチャの開口の形状との比較を行って前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、
請求項１５に記載の形状測定装置において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、前記写像を拡大する拡大レンズを備えることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、
請求項１５に記載の形状測定装置において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを備えることを特徴とする。

請求項１８に記載の発明は、
請求項１５〜１７の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記光源部は、光を散乱させて出力する散乱手段を備えることを特徴とする。

請求項１９に記載の発明は、
請求項１５〜１７の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記光源部は、光を平行にして出力する平行手段を備えることを特徴とする。

請求項２０に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記光源部によって照射された光による前記被測定物体の写像を通過させる第１及び第２のレンズと、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間における前記第１のレンズの結像位置に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
前記第２のレンズから出射された写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２１に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有し、前記光源部によって照射された光を前記開口から通過させるアパーチャと、
前記アパーチャを通過した光を通過させる第１及び第２のレンズと、
前記第２のレンズに対して、前記第１のレンズと反対側に配置され、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間における前記第１のレンズの結像位置に配置された前記被測定物体の写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２２に記載の発明は、
請求項２０又は２１に記載の形状測定装置において、
前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズは、テレセントリック系のレンズユニットであることを特徴とする。

請求項２３に記載の発明は、
請求項２０〜２２の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズの倍率を変更することによって前記被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択可能に構成されていることを特徴とする。

請求項２４に記載の発明は、
請求項１５〜２３の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記被測定物体を所定の角度で回転させる回転手段と、
前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記断面形状算出手段により前記被測定物体の一断面形状を算出し、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する形状測定手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２５に記載の発明は、
請求項１５〜２４の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記被測定物体は、球体であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと被測定物体とを光軸上に配置することによって、撮像手段により、被測定物体の一断面形状の周囲にできる光の輪を撮像することができ、かかる光の輪の光強度分布より被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、光の回折を抑制し、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間に拡大レンズを配置させることができる。
従って、拡大レンズを介して写像を撮像することができることとなり、被測定物体が微小な場合でも、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間にテレセントリックレンズを配置させることができる。
従って、光源から照射された光のうち光軸に平行な平行光だけを像形成の対象とすることができることとなり、像の大きさの誤差を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、散乱光によって、被測定物体を照射することができる。
従って、光の回折を、より目立たなくさせることできることとなり、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、平行光によって、被測定物体を照射することができる。
従って、光源から照射される光を平行光として集光させることができるので、回折パターン全体が明るくなり、コントラストも強くなり、回折の広がり角も点光源の場合よりも小さく扱い易い回折パターンが得られる。

請求項６に記載の発明によれば、光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に光源部側から被測定物体、第１のレンズ、第１のレンズの結像位置に被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第２のレンズの順に配置される。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第１のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。

請求項７に記載の発明によれば、光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に光源部側から、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第１のレンズ、第１のレンズの結像位置に被測定物体、第２のレンズの順に配置される。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第２のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
更に、被測定物体に対して、アパーチャを光源部側に配置することにより、光源部から出力された光が、被測定物体に照射された際、光が散乱することを防止できることとなり、光源部から照射される光の利用効率を上げることができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項６又は７に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第１のレンズ及び／又は第２のレンズを、テレセントリック系のレンズユニットとすることができる。
従って、テレセントリック系のレンズユニットを用いることによって、絞りの位置がレンズの焦点位置に配置され、口径を小さくすることで、被測定物体からの多くの光は絞りで遮られ、像を形成する光は被測定物体からレンズに光軸と略平行に入った後、焦点を通って絞りを通過した光だけとなり、被測定物体からの略平行光だけが像形成に関わるため、被測定物体の位置の変化による倍率の変動が小さい。
そのため、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項６〜８の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第１のレンズ及び／又は第２のレンズの倍率を変更することによって、被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することができる。
従って、レンズの倍率を変更することにより、アパーチャの開口径を調整できることとなり、被測定物体の大きさに応じたアパーチャを、その都度、用意する必要がなくなるので、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、被測定物体を所定の角度で回転させることができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を交互に繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜１０の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体についても、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

請求項１２に記載の発明によれば、請求項１１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体の一断面形状について、簡易に、且つ効率良く測定することができる。

請求項１３に記載の発明によれば、請求項１２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体の真円度についても、簡易に、且つ効率良く測定することができる。

請求項１４に記載の発明によれば、請求項１３に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体の真球度についても、簡易に、且つ効率良く測定することができる。

請求項１５に記載の発明によれば、光源部によって、被測定物体に光を照射することができ、被測定物体に光を照射した際、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャを介することによって、光の回折を抑制することができ、撮像手段によって、光軸上に配置された被測定物体に光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像することができ、断面形状算出手段によって、撮像された写像の光強度分布より被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、光の回折を抑制し、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。

請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間に、写像を拡大する拡大レンズを備えるので、被測定物体が微小な場合でも、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

請求項１７に記載の発明によれば、請求項１５に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを備えるので、光源から照射された光のうち光軸に平行な平行光だけを像形成の対象とすることができることとなり、像の大きさの誤差を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。

請求項１８に記載の発明によれば、請求項１５〜１７の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、散乱手段によって、光を散乱させて出力することができる。
従って、光の回折を、より目立たなくさせることできることとなり、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。

請求項１９に記載の発明によれば、請求項１５〜１７の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、平行手段によって、光を平行にして出力することができる。
従って、光源から出力される光を平行光として集光させることができるので、光強度の低下を抑制することができ、また、光の回折を目立たなくさせることができることとなり、さらに、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。

請求項２０に記載の発明によれば、光源部によって、被測定物体に光を照射することができ、第１のレンズ及び第２のレンズによって、光源部により照射された光による被測定物体の写像を通過させることができ、被測定物体に光を照射した際、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャを介することによって、被測定物体の輪郭を写像とすることができ、撮像手段によって、第２のレンズから出射された写像を撮像することができ、断面形状算出手段によって、撮像手段により撮像された写像の光強度分布より被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第１のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさが決まることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。

請求項２１に記載の発明によれば、光源部によって、被測定物体に光を照射することができ、アパーチャによって、光源部により照射された光を開口から通過させることができ、第１のレンズ及び第２のレンズによって、アパーチャを通過した光を通過させることができ、撮像手段によって、第１のレンズと第２のレンズとの間における第１のレンズの結像位置に配置された被測定物体の写像を撮像することができる。
従って、請求項２０に記載の発明と同様に、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第２のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
更に、被測定物体とアパーチャの位置を入れ替えた状態となり、光源部から出力された光が、被測定物体に照射された際、光が散乱することを防止できることとなり、光源部から照射される光の利用効率を上げることができる。

請求項２２に記載の発明によれば、請求項２０又は２１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第１のレンズ及び／又は第２のレンズを、テレセントリック系のレンズユニットとすることができる。
従って、テレセントリック系のレンズユニットを用いることによって、絞りの位置がレンズの焦点位置に配置され、口径を小さくすることで、被測定物体からの多くの光は絞りで遮られ、像を形成する光は被測定物体からレンズに光軸と略平行に入った後、焦点を通って絞りを通過した光だけとなり、被測定物体からの略平行光だけが像形成に関わるため、被測定物体の位置の変化による倍率の変動が小さい。
そのため、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。

請求項２３に記載の発明によれば、請求項２０〜２２の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第１のレンズ及び／又は第２のレンズの倍率を変更することによって、被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することができる。
従って、レンズの倍率を変更することにより、アパーチャの開口径を調整できることとなり、被測定物体の大きさに応じたアパーチャを、その都度、用意する必要がなくなるので、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

請求項２４に記載の発明によれば、請求項１５〜２３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、回転手段によって、被測定物体を所定の角度で回転させることができ、回転手段により被測定物体を所定の角度で回転させる度に断面形状算出手段により被測定物体の一断面形状を算出し、形状測定手段によって、被測定物体の全周面における断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を交互に繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。

請求項２５に記載の発明によれば、請求項１５〜２４の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体についても、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

以下に、本発明に係る形状測定方法及び形状測定装置について、図面を用いて具体的な態様を説明する。なお、本実施形態においては、被測定物体として、球体を例に挙げて説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態における形状測定装置１００は、図１に示すように、光源部１０と、アパーチャ２０と、被測定物体２００を回転支持する回転機構３０と、拡大レンズ４０と、撮像部５０と、画像処理部６０と、を備え、光源部１０から照射される光の光軸に沿って順に、アパーチャ２０と、被測定物体２００と、拡大レンズ４０と、撮像部５０とが配置されている。

光源部１０は、例えば、図１に示すように、白色光を出力する点光源を用い、被測定物体２００に白色光を照射する。なお、光源部１０は、かかる点光源に限らず、面光源であっても良く、また、放電灯、発光ダイオード、レーザーなどによって、光を発生させても良い。
また、光源部１０は、図２に示すように、点光源と、後述するアパーチャ２０との間に、散乱手段としての拡散板１２を備えることができ、かかる拡散板１２を介して点光源より出力された白色光を散乱させることができる。
また、光源部１０は、図３に示すように、点光源と、後述するアパーチャ２０との間に、平行手段としてのコリメートレンズ１３を備えることができ、かかるコリメートレンズ１３を介して点光源より出力された白色光を平行光に変換させることができる。

アパーチャ２０は、例えば、図４に示すように、略矩形の平板状をなしている。また、アパーチャ２０は、被測定物体２００の外形よりも大きい開口２１を有し、かかる開口２１の中心と光源部１０の光軸とが重なるように配置されている。また、開口２１は、被測定物体２００の一断面形状と略相似形をなしている。
より具体的には、被測定物体２００が、直径５０μｍの球体である場合、アパーチャ２０は、図４に示すように、内径５２μｍから５５μｍ程度の円形の開口２１を有する。
また、アパーチャ２０の厚さは、設計的事項であるが、アパーチャ２０の開口２１における内壁面での光の散乱を低減させるため、アパーチャ２０の厚さは、より薄いものであることが望ましい。
また、アパーチャ２０の開口２１を形成する内壁部２１ａの断面形状は、図４（ａ）に示すような、ナイフエッジとなっている。これにより、光源部１０から開口２１に入射される光の内壁面での散乱を低減させ、光の回折を抑制できる。

回転機構３０は、例えば、図５に示すように、把持部３１と、スピンドル３２と、を備えて構成されている。
把持部３１は、被測定物体２００と一体成形された軸部２０１を把持する。かかる軸部２０１を把持する構成としては、例えば、コレットチャックが用いられる。なお、被測定物体２００と一体成形された軸部２０１の回転軸の延長線上に当該被測定物体２００の中心が配置されるように成形されている。
スピンドル３２は、把持部３１に接続されており、例えば、光源部１０の光軸に対して直角となる軸心を回転軸として被測定物体２００を回転させる。また、スピンドル３２は、例えば、エンコーダ（図示省略）により、回転角度の制御を行う。
また、回転機構３０は、把持部３１が被測定物体２００を把持した状態でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能に構成され、これにより、被測定物体２００の中心がアパーチャ２０の開口２１の中心に位置させることができるようになっている。
回転機構３０は、かかる把持部３１とスピンドル３２とを備えることにより、回転手段として機能する。

拡大レンズ４０は、例えば、図１に示すように、光源部１０から照射される光の光軸上において、アパーチャ２０及び被測定物体２００と、後述する撮像部５０の撮像面との間に配置されている。

撮像部５０は、例えば、撮像手段としてＣＣＤカメラが用いられ、拡大レンズ４０を通して写像を撮像する。
具体的には、図６に示すように、光源部１０から出力された光が、アパーチャ２０を介して被測定物体を照射してできる光の輪を、拡大レンズ４０を通して撮像する。
撮像部５０は、かかるＣＣＤカメラを用いて写像を撮像することによって、撮像手段として機能する。

画像処理部６０は、例えば、図１に示すように、ＣＰＵ６１と、断面形状算出プログラム６２と、形状測定プログラム６３と、画像処理結果を示す表示部６４と、を備えて構成されている。
画像処理部６０は、撮像部５０で撮像された写像の処理を行い、ＣＰＵ６１は、断面形状算出プログラム６２を実行することにより、画像処理された写像の光強度分布より被測定物体２００の一断面形状を算出する。
具体的には、被測定物体である球体の一断面形状は、例えば、撮像部５０によって撮像された写像の光強度パターンを直交座標軸にて採集して仮の中心を定め、かかる中心を原点とした所定の方位角方向に輝点のエッジ検出を行うことによって、球体のエッジ及びアパーチャ２０のエッジを検出し、アパーチャ２０との比較測定により算出する。

より具体的には、例えば、図１４に示すように、撮像部５０によって撮像された写像の濃淡画像を２値化し、内側の円の境界及び外側の円の境界を検出する。そして、内側の円の境界の位置（画像上の画素位置の集合）から、最小二乗円の中心を算出し、この中心を球体一断面の仮の中心とする。同様に外側の円の境界からアパーチャ２０の仮の中心を算出する。

次いで、例えば、図１５に示すように、元の濃淡画像において、球体一断面及びアパーチャ２０のそれぞれの仮の中心から所定の角度毎に、微分法等を用いて行い、球体のエッジ及びアパーチャ２０のエッジを検出する。なお、図１５は、所定角度θ方向における球体一断面のエッジすなわち半径Ｒ（θ）及び所定角度θ´方向におけるアパーチャ２０のエッジすなわち半径Ｒ´（θ´）を導出する過程を示す図である。

次いで、検出された球体のエッジ及びアパーチャ２０のエッジから、球体一断面形状及びアパーチャ２０の最小二乗円の中心を算出し、再度この中心から所定の角度毎に、微分法等を用いて行い、球体のエッジ及びアパーチャ２０のエッジを検出する。

次いで、検出された当該アパーチャ２０のエッジから算出された形状と前記アパーチャ２０の開口２１の形状との比較測定により、当該アパーチャ２０のエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された前記球体のエッジの形状の補正を行うことによって、前記球体の一断面形状を算出する。また、算出された一断面形状に基づいて、前記球体の一断面における真円度を算出する。

ＣＰＵ６１は、かかる断面形状算出プログラム６２を実行することにより、断面形状算出手段として機能する。

また、回転機構３０によって、被測定物体２００である球体を所定の角度で回転させる度に、各回転角度における当該球体の一断面形状が算出され、ＣＰＵ６１が形状測定プログラム６３を実行することによって、球体の全周面における断面形状を算出する。
具体的には、上記のとおり、アパーチャ２０のエッジから算出された形状とアパーチャ２０の開口２１の形状との比較測定により、当該アパーチャ２０のエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された球体のエッジの形状の補正を行うことによって、球体の一断面形状を算出し、また、算出された一断面形状に基づいて、球体の一断面における真円度を算出する。
そして、上述した真円度の算出を、当該球体の全周面において所定の回転角度で求め、当該真円度の値のばらつきに基いて球体の真球度を算出する。

ＣＰＵ６１は、かかる形状測定プログラム６３を実行することにより、形状測定手段として機能する。

次に、第１実施形態における形状測定装置１００による被測定物体２００の形状測定方法について説明する。

まず、図１に示すように、光軸とアパーチャ２０の平面とが垂直に交わるように配置され、また、アパーチャ２０の開口２１の中心と被測定物体２００の中心とが、光軸上で、重なるように、アパーチャ２０及び被測定物体２００を配置する。
この時、アパーチャ２０と被測定物体２００とを近傍に配置することが望ましい。

次いで、図３に示すように、光源部１０と、アパーチャ２０との間に、光源部１０より照射された光を平行光に変換させるコリメートレンズ１３を、光軸上に配置させる。

次いで、光源部１０から照射される光の光軸上において、アパーチャ２０及び被測定物体２００と、撮像部５０との間に、写像を拡大するための拡大レンズ４０を挿入する。

次いで、撮像部５０によって撮像された写像の光強度分布より球体の一断面形状を算出する工程と、回転機構３０によって、例えば、球体を光源部１０の光軸に対して直角となる軸心を回転軸として所定の角度で回転させる工程を繰り返し、球体全周面における断面形状を算出する。

このように、光源部１０によって照射される光を、光源部１０と、アパーチャ２０との間にコリメートレンズ１３を配置することによって、当該光を平行として出力し、被測定物体２００に光を照射することができ、被測定物体２００に光を照射した際、被測定物体２００の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ２０を介することによって、光の回折を際だたせることができ、撮像部５０によって、光軸上に配置された被測定物体２００に光源部１０から照射された光を照射してできる写像を撮像することができ、ＣＰＵ６１が断面形状算出プログラム６２を実行することによって、撮像された写像の光強度分布より被測定物体２００の一断面形状を算出することができる。
従って、光源から照射される光を平行光として集光させることができるので、回折パターン全体が明るくなり、コントラストも強くなり、回折の広がり角も点光源の場合よりも小さく扱い易い回折パターンが得られることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
また、回転機構３０によって、被測定物体２００を所定の角度で回転させることができ、回転機構３０により被測定物体２００を所定の角度で回転させる度に、ＣＰＵ６１が断面形状算出プログラム６２を実行することにより被測定物体２００の一断面形状を算出し、ＣＰＵ６１が形状測定プログラム６３を実行することによって、被測定物体２００の全周面における断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を交互に繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。
また、アパーチャ２０及び被測定物体２００と、撮像部５０の撮像面との間に、写像を拡大する拡大レンズ４０を備えるので、被測定物体２００が微小な場合でも、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の形状測定装置に係る第２実施形態について、図７を参照して説明する。第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第１実施形態における拡大レンズ４０が、テレセントリックレンズ４５に置き換えられたことを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズ４５によって、アパーチャ２０の開口２１を通過した光のうち、光軸に平行な光のみを像形成の対象とすることができ、写像の大きさの誤差を抑えることができることとなり、より好適な形状測定を行うことができる。
また、第２実施形態における形状測定装置３００における被測定物体２００の形状測定方法は、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態における形状測定装置１１００は、図８に示すように、光源部１０１０と、アパーチャ２０と、回転機構３０と、第１のレンズとしての対物レンズ１０４０と、第２のレンズとしての対物レンズ１０５０と、撮像部１０６０と、画像処理部６０と、を備え、光源部１０１０から照射される光の光軸に沿って順に、被測定物体２００と、対物レンズ１０４０と、アパーチャ２０と、対物レンズ１０５０と、撮像部１０６０とが配置されている。なお、第１及び第２実施形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

光源部１０１０は、例えば、図８に示すように、白色光を出力する点光源を用い、被測定物体２００に白色光を照射する。なお、光源部は、かかる点光源に限らず、面光源であっても良く、また、放電灯、発光ダイオード、レーザーなどによって、光を発生させても良い。

対物レンズ１０４０は、例えば、図８に示すように、光源部１０１０から照射される光の光軸上において、被測定物体２００と、アパーチャ２０との間に配置され、被測定物体２００の写像を拡大する。
また、対物レンズ１０５０は、例えば、図８に示すように、光源部１０１０から照射される光の光軸上において、アパーチャ２０と、撮像部１０６０との間に配置され、アパーチャ２０の写像、及び対物レンズ１０４０によって拡大された被測定物体２００の写像を拡大する。

撮像部１０６０は、例えば、撮像手段としてＣＣＤカメラが用いられ、対物レンズ１０５０を通して写像を撮像する。
具体的には、例えば、図９に示すように、光源部１０１０から照射された光が、被測定物体２００を照射し、アパーチャ２０を介してできる光の輪を、対物レンズ１０５０を通して撮像する。
撮像部１０６０は、かかるＣＣＤカメラを用いて写像を撮像することによって、撮像撮像手段として機能する。

次に、第３実施形態における形状測定装置１１００による被測定物体２００の形状測定方法について説明する。

まず、図８に示すように、光源部１０１０と撮像部１０６０の撮像面との間で、光軸上に、光源部１０１０側から、被測定物体２００、対物レンズ１０４０、アパーチャ２０、対物レンズ１０５０の順に配置される。この時、アパーチャ２０の開口２１の径は、対物レンズ１０４０により被測定物体２００が拡大される倍率により決定される。また、アパーチャ２０は、被測定物体２００の写像が対物レンズ１０４０を通過後、結像される位置に配置される。

次いで、光源部１０１０から照射された光が、対物レンズ１０４０を介して、アパーチャ２０の開口２１を通り、さらに対物レンズ１０５０を介して、撮像部１０６０によって撮像された写像の光強度分布より球体の一断面形状を算出する工程と、回転機構３０によって、例えば、被測定物体２００を光源部１０１０の光軸に対して直角となる軸心を回転軸として所定の角度で回転させる工程を繰り返し、被測定物体２００である球体全周面における断面形状を算出する。

このように、第３実施形態における形状測定装置１１００によれば、光源部１０１０によって、被測定物体２００に光を照射することができ、対物レンズ１０４０及び対物レンズ１０５０によって、光源部１０１０により照射された光による被測定物体２００の写像を通過させることができ、被測定物体２００に光を照射した際、被測定物体２００の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ２０を介することによって、被測定物体２００の輪郭を写像とすることができ、撮像部１０６０によって、対物レンズ１０５０から出射された写像を撮像することができ、ＣＰＵ６１が断面形状算出プログラム６２を実行することによって、撮像部１０６０により撮像された写像の光強度分布より被測定物体２００の形状を算出することができる。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、対物レンズ１０４０の倍率により、被測定物体の像の大きさが決まることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
また、回転機構３０によって、被測定物体２００を所定の角度で回転させることができ、回転機構３０により被測定物体２００を所定の角度で回転させる度に、ＣＰＵ６１が断面形状算出プログラム６２を実行することにより、被測定物体２００の一断面形状を算出し、ＣＰＵ６１が形状測定プログラム６３を実行することによって、被測定物体２００の全周面における断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の形状測定装置に係る第４実施形態について、図１０を参照して説明する。第４実施形態の基本的構成は、第３実施形態と同様であるが、第１のレンズが、テレセントリックレンズ１０４５であることを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズを用いることによって、絞りの位置がレンズの焦点位置に配置され、口径を小さくすることで、被測定物体からの多くの光は絞りで遮られ、像を形成する光は被測定物体からレンズに光軸と略平行に入った後、焦点を通って絞りを通過した光だけとなり、被測定物体からの略平行光だけが像形成に関わるため、被測定物体の位置の変化による倍率の変動が小さい。
そのため、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができ、また、回転機構により、被測定物体を回転させた際、運動誤差によって生じる位置ずれによる大きさの変化を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができることとなり、より好適な形状測定を行うことができる。
また、第４実施形態における形状測定装置１２００における被測定物体２００の形状測定方法は、第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
次に、本発明の形状測定装置に係る第５実施形態について、図１１を参照して説明する。第５実施形態の基本的構成は、第３実施形態と同様であるが、第２のレンズが、テレセントリックレンズ１０５５であることを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズ１０５５によって、被測定物体２００を照射してアパーチャ２０を介してできる光の回折を緩和させることができることとなり、より好適な形状測定を行うことができる。
また、第５実施形態における形状測定装置１３００における被測定物体２００の形状測定方法は、第３実施形態と同様である。

（第６実施形態）
次に、本発明の形状測定装置に係る第６実施形態について、図１２を参照して説明する。第６実施形態の基本的構成は、第３実施形態と同様であるが、第１のレンズ及び第２のレンズが、それぞれテレセントリックレンズ１０４５、１０５５であることを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズ１０４５及び１０５５によって、第４実施形態と同様に、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができ、また、回転機構により、被測定物体を回転させた際、運動誤差によって生じる位置ずれによる大きさの変化を抑えることができ、また、第５実施形態と同様に、被測定物体を照射してアパーチャを介してできる光の回折を緩和させることができることとなり、さらに好適な形状測定を行うことができる。
また、第６実施形態における形状測定装置１４００における被測定物体２００の形状測定方法は、第３実施形態と同様である。

（第７実施形態）
次に、本発明の形状測定装置に係る第７実施形態について、図１３を参照して説明する。第７実施形態の基本的構成は、図１３に示すように、光源部１０１０と、アパーチャ２０と、回転機構３０と、第１のレンズとしての対物レンズ１０４０と、第２のレンズとしての対物レンズ１０５０と、撮像部１０６０と、画像処理部６０と、を備え、光源部１０１０から照射される光の光軸に沿って順に、アパーチャ２０と、対物レンズ１０４０と、被測定物体２００と、対物レンズ１０５０と、撮像部１０６０とが配置されている。
このような構成によれば、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第２のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
更に、被測定物体２００に対して、アパーチャ２０を光源部１０１０側に配置することにより、光源部１０１０から出力された光が、被測定物体に照射された際、光が散乱することを防止できることとなり、光源部１０１０から照射される光の利用効率を上げることができる。
また、第７実施形態における形状測定装置１５００における被測定物体２００の形状測定方法は、第３実施形態と同様である。

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、被測定物体は、回転対称体であれば良く、円筒、円錐などであっても良い。
また、被測定物体の一断面形状を算出した測定値を、被測定物体の加工機にフィードバックさせる設計であっても良い。これにより、被測定物体の加工及び被測定物体の形状測定を効率良く行うことができる。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明に係る第１実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る形状測定装置について、拡散板を用いた構成を示す概略図である。 本発明に係る形状測定装置について、コリメータレンズを用いた構成を示す概略図である。 本発明に係るアパーチャを示す、正面図及び断面図である。 本発明に係る回転機構に被測定物体を取り付けた状態を示す概略図である。 本発明に係る第１実施形態における光源部から光を照射した際、アパーチャを介して被測定物体に光が照射された状態を示す図である。 本発明に係る第２実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る第３実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る第３実施形態における光源部から光を照射した際、被測定物体に光が照射され、アパーチャを介して見える光の状態を示す図である。 本発明に係る第４実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る第５実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る第６実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る第７実施形態における形状測定装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る撮像部によって撮像された写像の光強度パターンを示す図である。 本発明に係る撮像部によって撮像された写像の光強度パターンに基づき所定角度θ方向における球体一断面のエッジすなわち半径Ｒ（θ）及び所定角度θ´方向におけるアパーチャのエッジすなわち半径Ｒ´（θ´）を導出する過程を示す図である。

符号の説明

１０ 光源部
１２ 拡散板（散乱手段）
１３ コリメートレンズ（平行手段）
２０ アパーチャ
３０ 回転機構（回転手段）
４０ 拡大レンズ
４５ テレセントリックレンズ
５０ 撮像部（撮像手段）
６０ 画像処理部
６１ ＣＰＵ（断面形状算出手段、形状測定手段）
６２ 断面形状算出プログラム（断面形状算出手段）
６３ 形状測定プログラム（形状測定手段）
１００ 形状測定装置（第１実施形態）
２００ 被測定物体
３００ 形状測定装置（第２実施形態）
１０１０ 光源部
１０４０ 対物レンズ（第１のレンズ）
１０４５ テレセントリックレンズ（第１のレンズ）
１０５０ 対物レンズ（第２のレンズ）
１０５５ テレセントリックレンズ（第２のレンズ）
１０６０ 撮像部（撮像手段）
１１００ 形状測定装置（第３実施形態）
１２００ 形状測定装置（第４実施形態）
１３００ 形状測定装置（第５実施形態）
１４００ 形状測定装置（第６実施形態）
１５００ 形状測定装置（第７実施形態）

Claims (25)

1. 回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
   光軸上に、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ及び前記被測定物体を配置する工程と、
   前記アパーチャ及び前記被測定物体に光を照射してできる写像を撮像手段により撮像する工程と、
   前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記アパーチャの開口の形状との比較を行って前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
   を備えることを特徴とする形状測定方法。
2. 前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に前記写像を拡大する拡大レンズを配置して前記写像を撮像することを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
3. 前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間にテレセントリックレンズを配置して前記写像を撮像することを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
4. 前記光は、散乱光であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の形状測定方法。
5. 前記光は、平行光であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の形状測定方法。
6. 回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
   光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体、第１のレンズ、前記第１のレンズの結像位置に前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第２のレンズの順に配置する工程と、
   前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
   前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
   を備えることを特徴とする形状測定方法。
7. 回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
   光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第１のレンズ、前記第１のレンズの結像位置に前記被測定物体、第２のレンズの順に配置する工程と、
   前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
   前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
   を備えることを特徴とする形状測定方法。
8. 前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズは、テレセントリック系のレンズユニットであることを特徴とする請求項６又は７に記載の形状測定方法。
9. 前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズの倍率を変更することによって前記被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の形状測定方法。
10. 前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程と、
    前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の形状測定方法。
11. 前記被測定物体は、球体であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の形状測定方法。
12. 前記球体の一断面形状を算出する工程は、
    前記撮像手段によって撮像された写像の光強度パターンを直交座標軸にて採集して仮の中心を定め、かかる中心を原点とした所定の方位角方向に輝点のエッジ検出を行うことによって、前記球体のエッジ及び前記アパーチャのエッジを検出し、
    検出された当該アパーチャのエッジから算出された形状と前記アパーチャの所定の開口形状との比較測定により、当該アパーチャのエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された前記球体のエッジの形状の補正を行うことによって、前記球体の一断面形状を算出することを特徴とする請求項１１に記載の形状測定方法。
13. 算出された前記球体の一断面形状に基いて前記球体の一断面における真円度を算出することを特徴とする請求項１２に記載の形状測定方法。
14. 前記真円度を、当該球体の全周面において所定の回転角度で求め、当該真円度の値のばらつきに基いて前記球体の真球度を算出することを特徴とする請求項１３に記載の形状測定方法。
15. 回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
    前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
    前記光源部から出力される光の光軸上に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
    前記光軸上に配置された前記アパーチャ及び前記被測定物体に前記光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記アパーチャの開口の形状との比較を行って前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
    を備えることを特徴とする形状測定装置。
16. 前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、前記写像を拡大する拡大レンズを備えることを特徴とする請求項１５に記載の形状測定装置。
17. 前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを備えることを特徴とする請求項１５に記載の形状測定装置。
18. 前記光源部は、光を散乱させて出力する散乱手段を備えることを特徴とする請求項１５〜１７の何れか一項に記載の形状測定装置。
19. 前記光源部は、光を平行にして出力する平行手段を備えることを特徴とする請求項１５〜１７の何れか一項に記載の形状測定装置。
20. 回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
    前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
    前記光源部によって照射された光による前記被測定物体の写像を通過させる第１及び第２のレンズと、
    前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間における前記第１のレンズの結像位置に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
    前記第２のレンズから出射された写像を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
    を備えることを特徴とする形状測定装置。
21. 回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
    前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
    前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有し、前記光源部によって照射された光を前記開口から通過させるアパーチャと、
    前記アパーチャを通過した光を通過させる第１及び第２のレンズと、
    前記第２のレンズに対して、前記第１のレンズと反対側に配置され、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間における前記第１のレンズの結像位置に配置された前記被測定物体の写像を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
    を備えることを特徴とする形状測定装置。
22. 前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズは、テレセントリック系のレンズユニットであることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の形状測定装置。
23. 前記第１のレンズ及び／又は前記第２のレンズの倍率を変更することによって前記被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択可能に構成されていることを特徴とする請求項２０〜２２の何れか一項に記載の形状測定装置。
24. 前記被測定物体を所定の角度で回転させる回転手段と、
    前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記断面形状算出手段により前記被測定物体の一断面形状を算出し、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する形状測定手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１５〜２３の何れか一項に記載の形状測定装置。
25. 前記被測定物体は、球体であることを特徴とする請求項１５〜２４の何れか一項に記載の形状測定装置。

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