JP6287153B2 - センサユニット、形状測定装置、及び構造物製造システム - Google Patents

Description

本発明は、センサユニット、形状測定装置、及び構造物製造システムに関する。

測定対象の３次元形状を非接触で測定する方法として、光切断法が知られている（例えば、特許文献１参照）。光切断法では、測定対象に対して所定方向にライン光を照射し、ライン光の像である光切断線を測定対象の表面に形成する。このとき、ライン光のビームウェスト（最も厚さが小さくなる部分）を測定対象の表面に照射する。このライン光のビームウェストは、測定範囲と呼ばれている。光切断線は、測定対象の表面に沿った形状に形成される。

一方、ライン光の照射方向とは異なる方向からこの光切断線を撮像する。そして、測定対象の表面に沿って光切断線を所定方向に走査させつつ光切断線を撮像していくことにより、測定対象の表面の形状に沿った画像データが得られる。この画像データから、測定対象の３次元形状を算出することができる。このような光切断法では、測定対象にライン光を照射して測定対象の表面に光切断線を形成する光照射部と、この光切断線を撮像する撮像部とを有するセンサユニットが用いられる。

米国特許第６５４２２４９号明細書

しかしながら、従来の構成においては、光照射部の光源から照射されるライン光の測定範囲に測定対象を配置させる必要がある。従って、従来のように光切断線を単一の撮像部で撮像したのでは、測定範囲が広い場合に大きな撮像面を持つ必要があり、撮像部の小型化が難しいといった問題がある。さらに、測定対象が測定範囲を超えると、測定対象に鮮明なライン光が形成されない。光源から測定範囲までの距離を光学的作動距離と呼ぶが、従来の構成ではこの光学的作動距離が一定であるため、ライン光の照射方向に大きな変化を持つ測定対象については、検出精度が低下するといった課題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明では、ライン光の測定範囲が広い場合でもセンサユニットの大型化を抑制することができる。また、ライン光の照射方向に変化が大きな測定対象であっても精度よく３次元形状を測定可能なセンサユニット、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム及び記憶媒体を提供することを目的とする。

本発明の第１態様によれば、被検物の表面の形状を測定するためのセンサユニットであって、被検物の表面にライン光を投影する、投影光学系と、投影されるライン光の像を撮像する第１撮像部と、投影されるライン光の像を撮像する第２撮像部と、被検物で反射する光を第１撮像部に入射する光と第２撮像部に入射する光とに分割する分割部と、第１撮像部で撮像する像の情報を表面の形状に変換する制御部に送信する第１送信部と、第２撮像部で撮像する像の情報を表面の形状に変換する制御部に送信する第２送信部と、を備え、第１撮像部と第２撮像部とが撮像する被検物の測定領域が異なる、センサユニットが提供される。

本発明の第２態様によれば、被検物の表面の形状を測定する、センサユニットであって、被検物の表面にライン光を、第１方向に投影する投影光学系と、投影されるライン光の像を第１方向での第１測定範囲で撮像する第１撮像部と、記投影されるライン光の像を第１方向での第２測定範囲で撮像する第２撮像部と、第１撮像部で撮像する像の情報を表面の形状に変換する制御部に送信する第１送信部と、第２撮像部で撮像する像の情報を表面の形状に変換する制御部に送信する第２送信部と、第１測定範囲と第２測定範囲とでライン光を変更する変更部と、を備えるセンサユニットが提供される。

本発明の第３態様によれば、本発明の第１態様によるセンサユニットと、センサユニットと測定対象とを相対的に移動させる走査系と、を有し、センサユニットからの画像情報と走査系の走査情報とに基づいて、測定対象の形状を算出する演算部と、を備える形状測定装置が提供される。

本発明の第４態様によれば、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作製された構造物の形状を測定する本発明の第３態様による形状測定装置と、形状測定装置によって得られた構造物の形状に関する形状情報と設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムが提供される。

本発明の態様によれば、ライン光の測定範囲が広い場合でもセンサユニットの大型化を抑制することができる。また、ライン光の照射方向に変化が大きな測定対象であっても精度よく３次元形状を測定することができる。

第１実施形態に係るセンサユニットの一例を示す図である。 センサユニットの動作の一例を示す図である。 センサユニットの他の一例を示す図である。 第１変形例に係るセンサユニットの一例を示す図である。 第２実施形態に係るセンサユニットの一例を示す図である。 第３変形例に係るセンサユニットの一例を示す図である。 第４変形例に係るセンサユニットの一例を示す図である。 第５変形例に係るセンサユニットの一例を示す図である。 形状測定装置の実施形態の一例を示す図である。 形状測定方法の一例を説明するフローチャートである。 構造物製造システムの実施形態の一例を示すブロック図である。 構造物製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Ｚ軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るセンサユニットの一例を示す図である。センサユニット１００は、光切断法によって測定対象（被検物）Ｍの３次元形状を求める。この場合において、センサユニット１００は、ライン光Ｌを照射して測定対象Ｍ上に光切断線を形成させ、その光切断線を撮像して画像データを取得する装置である。なお、センサユニット１００によって得られた画像データを用いて所定の演算を別途行うことにより、測定対象Ｍの３次元形状を算出することができる。

センサユニット１００は、図１に示すように、光照射部１０と、撮像光学系２０と、第１撮像部３０と、第２撮像部４０と、制御部ＣＯＮＴとを備えている。これら光照射部１０、撮像光学系２０、第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、互いの位置関係が変化しないように、不図示の筐体などに固定されて配置されている。

光照射部１０は、測定対象Ｍに対して第１方向Ｄ１（例えばＺ方向）に離れた位置に配置されている。光照射部１０は、測定対象Ｍの表面にライン光Ｌを投影する投影光学系の一例である。測定対象Ｍは、平坦な平面である載置面Ｆに載置されている。測定対象Ｍは、載置面Ｆに治具等を介して固定されてもよい。載置面ＦはＸＹ面と平行な面に設定されている。第１方向Ｄ１は、この載置面Ｆに交差する方向である。光照射部１０は、測定対象Ｍに対してライン光Ｌを照射する。ライン光Ｌは、第１方向Ｄ１と交差する測定対象Ｍ上の第２方向Ｄ２（例えばＸ方向）に沿うようなライン状の光である。このライン光Ｌには、第１方向Ｄ１において、後述する第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２が設定されている。

測定対象Ｍに照射されたライン光Ｌにより、測定対象Ｍの表面上には光切断線（ライン状のパターン）ＰＣＬが形成される。光切断線ＰＣＬは、測定対象Ｍの表面上に形成されるライン光Ｌの投影像である。光切断線ＰＣＬは、測定対象Ｍの表面の凹凸形状に応じて形成される。従って、第１方向Ｄ１に段差がある場合は、その段差に対応して光切断線ＰＣＬが形成される。

撮像光学系２０は、測定対象Ｍ上に形成される光切断線ＰＣＬの像を取り込む。撮像光学系２０は、光軸ＡＸを有している。光軸ＡＸの軸線方向（光軸方向）は、第１方向Ｄ１とは異なっている。撮像光学系２０は、単一の光学素子が用いられることに限定されず、複数個の屈折系または反射系の光学素子が組み合わされて構成される。また、これら光学素子の一部または全部は、光軸ＡＸまたは光軸ＡＸに対して直交する方向に移動可能に形成されてもよい。

第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、撮像光学系２０を介してライン光Ｌの光切断線ＰＣＬをそれぞれ撮像する。第１撮像部３０は、ライン光Ｌのうち第１測定範囲Ｌ１において形成される光切断線ＰＣＬを撮像する。第２撮像部４０は、ライン光Ｌのうち第２測定範囲Ｌ２において形成される光切断線ＰＣＬを撮像する。第１撮像部３０及び第２撮像部４０は各撮像面と共役な面が異なり、共役な面でのライン光Ｌの像が撮像される。測定対象Ｍで反射する光は第１撮像部３０と第２撮像部４０とに分割される。第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とは、図１に示すように、第１方向Ｄ１に接続された状態で設定される。第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、図１のように、離れて配置されることに限定されず、互いに接触させて配置されてもよい。

第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子を備えている。第１撮像部３０及び第２撮像部４０によって撮像された光切断線ＰＣＬは、ライン光Ｌの画像データとして取得され、電気信号に変換されて制御部ＣＯＮＴに送信されるようになっている。第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、それぞれ制御部ＣＯＮＴによって制御される。また、第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、同一タイプの固体撮像素子が用いられるが、これに代えて異なるタイプの固体撮像素子が用いられてもよい。また、第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、同一の大きさの受光面を持つものが用いられてもよく、また、異なる大きさの受光面を持つものが用いられてもよい。

制御部ＣＯＮＴは、光照射部１０、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の動作を統括的に制御する。制御部ＣＯＮＴは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリを含んで構成される。制御部ＣＯＮＴは、第１撮像部３０及び第２撮像部４０から送信される撮像データを受信し、この撮像データをメモリ等に記憶させる。また、制御部ＣＯＮＴは、メモリ等の記憶された撮像データに基づいて３次元形状を算出する演算部を備えてもよい。また、制御部ＣＯＮＴは、撮像データを他の外部装置に送信するための送受信部を備えてもよい。

このようなセンサユニット１００は、光照射部１０、撮像光学系２０、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の位置関係を変化させることなく、ライン光Ｌを第３方向Ｄ３（例えばＹ方向）に走査させることが可能となっている。この第３方向Ｄ３は、ライン光Ｌの第２方向Ｄ２に交差する方向である。ライン光Ｌを走査させる構成としては、不図示の駆動部によってセンサユニット１００もしくは測定対象ＭをＹ方向に平行移動させる構成であってもよいし、不図示の回転駆動部によってセンサユニット１００をθＸ方向に回転させる構成であってもよい。

ライン光Ｌを第３方向Ｄ３に走査することにより、光切断線ＰＣＬが測定対象Ｍの表面をＹ方向に移動する。このＹ方向に移動する光切断線ＰＣＬを、所定の時間間隔または連続した動画として第１撮像部３０及び第２撮像部４０によって撮像することにより、測定対象Ｍのうち光切断線ＰＣＬが移動した経路上の画像データが得られる。Ｙ方向への光切断線ＰＣＬの移動は、例えばセンサユニット１０のＹ方向への走査情報として制御部ＣＯＮＴに送信される。走査情報としては、センサユニット１０または測定対象Ｍ（載置面Ｆ）の所定時間ごとの位置データや、センサユニット１０の時間ごとのθＸ周りの角度データ等が用いられる。

図２は、段差を有する測定対象Ｍ０に対して光切断線を形成し、この光切断線の像を取得する様子を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、測定対象Ｍ０の＋Ｚ側には、第１面Ｍ１と第２面Ｍ２とが形成されている。第１面Ｍ１と第２面Ｍ２との間には、段差Ｍ３が形成されている。段差Ｍ３は、ライン光Ｌの第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを跨ぐように形成されている。

光照射部１０は、プローブ１１と、光源１２と、照明光学系１３とを有している。プローブ１１は、例えば円筒状に形成されており、内部に光源１２及び照明光学系１３を収容している。光源１２は、例えば単一波長または複数の波長のレーザ光を射出するレーザダイオードを有している。光源１２は、−Ｚ方向にレーザ光を射出する。照明光学系１３は、光源１２からのレーザ光を、ライン光Ｌに成形して−Ｚ方向に射出する。ライン光Ｌは、ＸＺ平面に平行な平面Ｓ１に沿って形成される。

照明光学系１３から射出されたライン光Ｌは、−Ｚ方向へ向けて厚さｔ（Ｙ方向の寸法）が徐々に縮小されていく。このようなライン光Ｌのうち厚さが最も小さくなる部分（ビームウェスト）が測定範囲として利用される。本実施形態では、このビームウェストに第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２が設定される。ライン光ＬのうちＺ方向の一定範囲にビームウェストが形成されており、第１測定範囲Ｌ１は、このビームウェストの−Ｚ側半分の範囲に設定されている。第２測定範囲Ｌ２は、ビームウェストの＋Ｚ側半分の範囲に設定されている。したがって、第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とは、第１方向Ｄ１において異なる測定範囲として設定される。第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２との間は、連続していてもよいし、離れていてもよい。図２（ａ）に示すように、第１測定範囲Ｌ１において、ライン光Ｌの光切断線ＰＣＬ１は、第１方向Ｄ１を含む平面Ｓ１上に形成される。また、第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２の一部が重なって設定されても構わない。第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２との重なった領域でライン光Ｌが検出される場合には、どちらか一方の結果を用いることができる。また、第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２との重なった領域でライン光Ｌが検出される場合には、両方の結果を用いることができる。この場合には、両方の結果から、平均した結果を用いても構わない。なお、第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２との、Ｚ方向と平行の範囲が異なっていても構わない。

撮像光学系２０としては、上記したように一又は複数のレンズを有している。図２では、図を判別しやすくするため、一枚のレンズとして示している。撮像光学系２０は、主面Ｓ２を有している。この主面Ｓ２は、撮像光学系２０が複数のレンズを有する場合には、複数のレンズを一枚のレンズとした場合の主面に相当する。

第１撮像部３０は、受光面３０ａを有している。第２撮像部４０は、受光面４０ａを有している。第１撮像部３０の受光面３０ａ及び第２撮像部４０の受光面４０ａは、同一の平面Ｓ３に並べて配置されている。第１撮像部３０は、図２（ａ）に示すように、平面Ｓ１のうち第１測定範囲Ｌ１に対応する範囲を撮像可能である。したがって、第１測定範囲Ｌ１において、測定対象Ｍ０の第１面Ｍ１や側面に形成された光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して、受光面３０ａによって取得される。

センサユニット１００では、図２に示すように、ライン光Ｌの光切断線ＰＣＬ１が形成される第１測定範囲Ｌ１（平面Ｓ１）と、撮像光学系２０の主面Ｓ２（レンズ主面）と、第１撮像部３０の受光面３０ａを含む平面Ｓ３とが、一つの直線Ｐで交わるように配置されている。このように、第１測定範囲Ｌ１と、撮像光学系２０と、受光面３０ａとがシャインプルーフの原理に従って配置されているため、光切断線ＰＣＬ１は、撮像光学系２０を介して第１撮像部３０の受光面３０ａにおいてフォーカスされた状態で投影される。

図２（ｂ）は、測定対象Ｍ０の第２面Ｍ２を計測する様子を示している。なお、図２（ｂ）では、図２（ａ）に対して、測定対象Ｍ０との間のＺ方向の距離を変化させずにセンサユニット１００を−Ｙ方向に移動させた場合（または測定対象Ｍ０を＋Ｙ方向に移動させた場合）を示している。図２（ｂ）に示すように、ライン光Ｌは、測定対象Ｍ０の第１面Ｍ１から段差Ｍ３を超えて第２面Ｍ２に移動する。このとき、第２面Ｍ２はライン光Ｌの第１測定範囲Ｌ１よりも＋Ｚ側に位置するため、ライン光Ｌの光切断線ＰＣＬ２は、平面Ｓ１のうち第１測定範囲Ｌ１から外れて、第２測定範囲Ｌ２に形成されることになる。したがって、第２面Ｍ２上の光切断線ＰＣＬ２は、第１撮像部３０による撮像範囲から外れることになる。

一方、第２撮像部４０は、平面Ｓ１のうち第２測定範囲Ｌ２に対応する範囲を撮像可能である。したがって、測定対象Ｍ０の第２面Ｍ２及びその側面に形成された光切断線ＰＣＬ２は、撮像光学系２０を介して、第２撮像部４０の受光面４０ａによって取得される。この場合、ライン光Ｌの光切断線ＰＣＬ２が形成される第２測定範囲Ｌ２（平面Ｓ１）と、撮像光学系２０の主面Ｓ２（レンズ主面）と、第２撮像部４０の受光面４０ａを含む平面Ｓ３とが、上記と同様に、一つの直線Ｐで交わるように配置されている。このように、第２測定範囲Ｌ２と、撮像光学系２０と、受光面４０ａとがシャインプルーフの原理に従って配置されているため、光切断線ＰＣＬ２は、撮像光学系２０を介して第２撮像部４０の受光面４０ａにおいてフォーカスされた状態で投影される。

なお、図２（ｂ）に示す場合、測定対象Ｍ０の側面に形成される光切断線ＰＣＬ２の下方部分（−Ｚ側部分）は、第１測定範囲Ｌ１に入っているため、この側面の下側部分については、上記のように第１撮像部３０によって取得される。

制御部ＣＯＮＴは、第１撮像部３０及び第２撮像部４０のそれぞれから送信された画像データを合成する合成処理部を備えてもよい。この合成処理部では、第１撮像部３０及び第２撮像部４０のそれぞれから送られた画像データに基づいて、例えば特徴点を連結させるか、または予め設定された指標マーク等を用いて連結させて、画像データを合成する。また、制御部ＣＯＮＴは、第１撮像部３０から送信される画像データに基づいて、第１撮像部３０の画素毎の座標データを算出する。また、一方、制御部ＣＯＮＴは、第２撮像部４０から送信される画像データに基づいて、第２撮像部４０の画素毎の座標データを算出する。それぞれ算出された座標データを合成しても構わない。

なお、制御部ＣＯＮＴは、センサユニット１００が有していても構わないし、センサユニット１００の外部装置（例えばコンピュータ）が有していても構わない。勿論、制御部ＣＯＮＴは、センサユニット１００の内部と、センサユニット１００の外部との両方に設けても構わない。例えば、センサユニット１００の内部の制御部ＣＯＮＴにおいて、第１撮像部３０、第２撮像部４０からの画像データを取得し、画像データを合成した合成画像を作成する。作成された合成画像は、センサユニット１００の外部の制御部ＣＯＮＴに送信される。受信した、センサユニット１００の外部の制御部ＣＯＮＴは合成画像データから、座標データを作成する。このように複数の箇所に設けられた制御部ＣＯＮＴで、画像データから、座標データを作成しても構わない。この場合に、センサユニット１００が有している制御部ＣＯＮＴは、光照射部１０と第１撮像部３０及び第２撮像部４０の姿勢の変化に伴い、制御部ＣＯＮＴの姿勢も変化する。一方、センサユニット１００の外部の制御部ＣＯＮＴは、光照射部１０と第１撮像部３０及び第２撮像部４０の姿勢が変化しても、制御部ＣＯＮＴの姿勢は変化しない。すなわち、外部装置に設けられているために、センサユニット１００は、外部装置と独立して駆動するためである。

また、シャインプルーフの原理に従う場合、撮像光学系２０を介して受光面３０ａに結像される第１測定範囲Ｌ１の像の大きさと、同じく撮像光学系２０を介して受光面４０ａに結像される第２測定範囲Ｌ２の像の大きさとは異なるものとなる。図２では、第２撮像部４０の受光面４０ａに投影される像は、第１撮像部３０の受光面３０ａに投影される像よりも大きくなる。従って、制御部ＣＯＮＴまたは外部装置は、予め像の大きさの比率等を取得しておくことにより、画像の合成時に比率を計算して処理することにより、画像の合成を精度よく行うことができる。また、このような像の大きさに対応して、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の解像度を変えるようにしてもよい。また、第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、受光面３０ａ、４０ａに投影される像の大きさに合わせた寸法のものがそれぞれ用いられてもよい。

このように、第１実施形態によれば、ライン光Ｌにおいて第１方向Ｄ１の測定範囲が互いに異なる第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を設定するとともに、第１測定範囲Ｌ１に対応する領域を撮像する第１撮像部３０と、第２測定範囲Ｌ２に対応する領域を撮像する第２撮像部４０とを備えるため、第１方向Ｄ１に高さが異なる測定対象Ｍ０であっても、センサユニット１００自体をＺ方向に移動させることなく、測定範囲を切り替えて光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２を撮像できる。これにより、大型の撮像部を用いる必要がなく、センサユニット１００を小型化することができる。なお、このような効果は、以下の変形例においても同様である。

また、第１撮像部３０と第２撮像部４０とが設置されると、設置される第１撮像部３０および第２撮像部４０に合わせて、撮像光学系２０を設計することで、第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を設定することができる。例えば、第１撮像部３０と第２撮像部４０との近接設置可能な距離があり、第１撮像部３０と第２撮像部４０との間に撮像できない領域があっても、撮像光学系を設計することで、第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を設定することができる。設定できる第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２は連続して設定することも可能となる。このように、第１撮像部３０および第２撮像部を並べて配置するほかに、測定対象Ｍで反射する光を所定の方向に導くための撮像光学系２０を用いることで、測定範囲を第１測定範囲Ｌ１および第２測定範囲Ｌ２と増やすことが可能となる。

なお、上述の実施形態では、第１方向Ｄ１に第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を設定したが、設定する方向はこれに限られない。例えば、第１方向Ｄ１と直交する方向に設定しても構わない。この場合には、ライン光Ｌの長手方向に平行な方向に第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を設定しても構わない。

また、上述の実施形態では、第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を設定したが、もちろん、設定できる測定範囲の数はこれに限られない。第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２の他に、第３測定範囲を設けても構わない。この場合には、第１方向Ｄ１と平行に、第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２の外側に第３測定範囲を設定しても構わない。また、例えば、第１方向Ｄ１に平行な方向に配置される第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２に対して、第１方向Ｄ１と直交する方向に第３測定範囲を設定しても構わない。

また、上述の実施形態では、第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２の受光面の面積は同一でもよいし、それぞれが異なった面積でも構わない。

なお、上述の実施形態では、第１方向Ｄ１に沿って、第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２を配置したので、第１方向Ｄ１に沿って、第１測定範囲Ｌ１のみ配置されている場合に、測定対象Ｍの凹凸の第１方向Ｄ１に沿った距離が第１測定範囲Ｌ１よりも長い場合には、測定対象Ｍの表面が第１測定範囲Ｌ１に配置されるようにセンサユニット１００と測定対象Ｍとの相対距離を変更する必要があるが、測定対象Ｍの凹凸の第１方向Ｄ１に沿った距離が第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２にあればセンサユニット１００と測定対象Ｍとの相対距離を変更する必要がない。そのため、センサユニット１００と測定対象Ｍとの相対距離を調整する時間を短縮することができる。

また、上述の実施形態では、第１方向Ｄ１に沿って設定された、第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを用いて、測定対象Ｍの表面形状を計測したが、設置される少なくとも一方だけを用いて、測定対象Ｍの表面形状を計測しても構わない。例えば、第１方向Ｄ１における測定対象Ｍの表面形状の凹凸が第１測定範囲Ｌ１内である場合には、第２測定範囲Ｌ２を用いることなく第１測定範囲Ｌ１のみを用いても構わない。また、測定対象Ｍの表面形状の情報（例えば、ＣＡＤなどの設計情報）から、測定対象Ｍの表面形状の凹凸の第１方向Ｄ１の距離が第１測定範囲Ｌ１内であっても、第１測定範囲Ｌ１内に測定対象Ｍの表面を配置するために、センサユニット１００と測定対象Ｍとの相対距離を変えるための煩雑な操作が必要である場合には、設定される第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを用いても構わない。これにより、煩雑な操作を解消することができる。

なお、上述の実施形態においては、第１撮像部３０および第２撮像部４０が不図示の部材を用いて、撮像光学系２０および第1撮像部３０および第２撮像部４０の位置関係を変化させないように、不図示の部材に固定されている。不図示の部材により、撮像光学系２０により光切断線ＰＣＬが撮像される方向は一つである。すなわち、測定対象物で反射する光切断線ＰＣＬの光は、撮像光学系２０に導かれ、第１撮像部３０で受光する光と、第２撮像部４０で受光する光とで分けることができる。なお、第１撮像部３０と第２撮像部４０とで受光する光を導くための撮像光学系２０は２つ以上あっても構わない。例えば、第１撮像部３０と第２撮像部４０とで、それぞれ独立した撮像光学系２０を備えて、それぞれ第１撮像部３０および第２撮像部４０に対応した撮像光学系２０により測定対象物Ｍで反射する光切断線ＰＣＬの光を受光しても構わない。この場合に、第１撮像部３０とそれに対応する撮像光学系２０、また第２撮像部４０とそれに対応する撮像光学系２０とがそれぞれ不図示の部材によって、第１方向Ｄ１に第1測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを配置することできる。

また、第１撮像部３０および第２撮像部４０とで、測定対象物Ｍで反射した光が受光する方向が異なっていても構わない。例えば、光切断線ＰＣＬを挟んで、第１撮像部３０とそれに対応する撮像光学系２０と、第２撮像部４０とそれに対応する撮像光学系２０を配置しても構わない。例えば、図２において、Ｙ方向において、光切断線ＰＣＬを挟むように、第１撮像部３０と第２撮像部４０とを配置しても構わない。この場合において、第１撮像部３０の受光面３０aを含む平面と、撮像光学系２０の主面を含む平面と、第１測定範囲Ｌ１とを含む平面とが一つの直線Ｐで交わるように配置される。図３に示す通りである。一方、この場合にはおいて、第２撮像部４０の受光面４０aを含む平面と、撮像光学系２０の主面を含む平面と、第２測定範囲Ｌ２とを含む平面とが一つの直線Ｐで交わるように配置される。この場合に、第１測定範囲Ｌ１を含む平面と第２測定範囲Ｌ２を含む平面とが同一なので、直線Ｐも同一になる。一方、Ｙ方向において、光切断線ＰＣＬを挟むように、第１撮像部３０と第２撮像部４０とが配置されるので、第１撮像部３０の受光面３０aを含む平面と、第２撮像部４０の受光面４０aを含む平面とは異なる。また、第１撮像部３０及び第２撮像部４０にそれぞれ対応する撮像光学系２０の主面を含む平面が異なる。

＜第１変形例＞
次に、第１変形例について図面を参照して説明する。図４は、第１変形例に係るセンサユニット１００Ａの一例を示す図である。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図４に示すように、本変形例に係るセンサユニット１００Ａは、第１撮像部３０の受光面３０ａと第２撮像部４０の受光面４０ａとが、互いに交差する平面Ｓ３、Ｓ４に配置されている。なお、以下の説明では、平面Ｓ３と平面Ｓ４との交線を直線Ｑとする。

また、センサユニット１００Ａは、ハーフミラー（分割部）ＨＭを有している。ハーフミラーＨＭは、不図示の支持具等によってセンサユニット１００Ａに固定されている。ハーフミラーＨＭは、測定対象の表面に形成される光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像を第１撮像部３０と第２撮像部４０とに分割する。ハーフミラーＨＭは、平面Ｓ５に配置されている。平面Ｓ５は、直線Ｑにおいて平面Ｓ３及び平面Ｓ４と交差するように設定されている。平面Ｓ３の間の角度と平面Ｓ４との間の角度は、等しくなるように配置される。したがって、平面Ｓ３と平面Ｓ４とは、平面Ｓ５を基準として対称に配置されている。これにより、図４に示すように、第２撮像部４０が平面Ｓ４に配置される場合であっても、第２測定範囲Ｌ２、撮像光学系２０、第２撮像部４０はシャインプルーフの原理が維持される。従って、第２撮像部４０の受光面４０ａにおいて、第２測定範囲Ｌ２内の光切断線ＰＣＬ２はフォーカスされた状態となる。

第２撮像部４０は、平面Ｓ４に受光面４０ａを配置している。すなわち、第１撮像部３０と第２撮像部４０とが同一平面にない構成となっている。なお、図４では、第２撮像部４０を平面Ｓ４に配置しているが、これに代えて、第１撮像部３０を平面Ｓ４に配置させ、第２撮像部を平面Ｓ３に配置させてもよい。

光切断線ＰＣＬ１の像のうち、ハーフミラーＨＭを透過する成分は、第１撮像部３０の受光面３０ａに到達する。一方、光切断線ＰＣＬ１の像のうち、ハーフミラーＨＭで反射される成分は、受光面３０ａには到達せず、検出には用いられない。また、光切断線ＰＣＬ２の像のうち、ハーフミラーＨＭで反射される成分は、第２撮像部４０の受光面４０ａに到達する。一方、光切断線ＰＣＬ２の像のうち、ハーフミラーＨＭを透過する成分は、受光面４０ａには到達せず、検出には用いられない。

したがって、第１撮像部３０では、ハーフミラーＨＭを透過した光に含まれる光切断線ＰＣＬ１の像が取得される。また、第２撮像部４０では、ハーフミラーＨＭで反射される光に含まれる光切断線ＰＣＬ２の像が取得される。本変形例では、光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の一部を受光するが、光切断線ＰＣＬ１等の光強度が大きい場合はそのまま画像データとして用いることができる。また、光強度が低い場合は、その後の画像処理の段階でゲインを掛けてもよい。

また、本変形例では、第２撮像部４０とハーフミラーＨＭとの距離を調節可能である。従って、上記した第１実施形態のように、第１撮像部３０及び第２撮像部４０で取得される画像の大きさが異なる場合、第２撮像部４０の位置を変更することで、第１撮像部３０に対して、大きさが同一の像、または大きさの差を小さくした像を取得することが可能となる。

このように、本変形例によれば、第１撮像部３０と第２撮像部４０とを同一平面に並べて配置するのではなく、互いに異なる位置に配置することにより、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の配置の自由度が高くなる。このため、センサユニット１００Ａの設計の幅が広がることになり、コンパクトな設計を行うこともできる。

なお、本変形例では、ハーフミラーＨＭを用いるが、これに限定するものではない。例えば全反射ミラーが用いられてもよい。全反射ミラーが用いられる場合は、この全反射ミラーを光路中に進入または退避させるための駆動装置が用いられてもよい。例えば、第１測定範囲Ｌ１を測定する場合は全反射ミラーを退避させて第１撮像部３０によって第１測定範囲Ｌ１の画像データを取得する。次いで、第２測定範囲Ｌ２を測定する場合は、全反射ミラーを光路中に進入させ、その反射光を第２撮像部４０で受光して画像データを取得する。このように全反射ミラーが用いられることにより、測定対象に形成される光切断線の光強度が小さい場合でも明るい画像データを取得することができる。なお、全反射ミラーを配置した場合でも第１測定範囲Ｌ１の像と干渉しない場合は、全反射ミラーの進退駆動は不要である。

また、例えば、ミラーなどとは異なり、電気により駆動するＤＭＤや液晶表示パネルなどを用いても構わない。

なお、本変形例では、第１撮像部３０と第２撮像部４０とがそれぞれ第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とに対応していたが、第１撮像部３０と第２撮像部４０とで第１測定範囲Ｌ１を計測することと、第１撮像部３０と第２撮像部４０とでそれぞれ第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを計測することとを選択できるようにしても構わない。

また、第１撮像部３０と第２撮像部４０とが、それぞれ第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とに対応していたが、第３撮像部と第４撮像部を設けて、第１測定範囲Ｌ１の撮像を複数の撮像部で行っても構わない。例えば、第１測定範囲Ｌ１を第１撮像部３０と第３撮像部とで撮像する場合に、第１撮像部３０と第３撮像部との少なくとも一方の結果を採用しても構わない。また、例えば、第１測定範囲Ｌ１を第１撮像部３０と第３撮像部とで撮像する場合に、第１撮像部３０と第３撮像部との両方の結果を用いて、計測結果としても構わない。この場合に、第１撮像部３０と第３撮像部との結果を平均して用いても構わない。平均に用いる手法は、相乗平均、相加平均など適宜選択することができる。

＜第２変形例＞
次に、第２変形例について説明する。なお、上記した実施形態及び変形例と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

第２変形例に係るセンサユニット（以下、センサユニット１００Ｂと呼ぶ。）は、分割部として、図４に示すハーフミラーＨＭに代えて、ダイクロイックプリズム（分割部）が用いられる。ダイクロイックプリズムは、ダイクロイック膜を有している。ダイクロイック膜は、測定対象Ｍの表面に形成される光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像を、波長に応じて第１撮像部３０と第２撮像部４０とに分割する。ダイクロイック膜は、ハーフミラーＨＭと同様、平面Ｓ５に配置されている。したがって、第２撮像部４０が平面Ｓ４に配置される場合であっても、第１変形例と同様に、第２測定範囲Ｌ２、撮像光学系２０、第２撮像部４０はシャインプルーフの原理が維持される。従って、第２撮像部４０の受光面４０ａにおいて、第２測定範囲Ｌ２内の光切断線ＰＣＬ２はフォーカスされた状態となる。

ダイクロイック膜は、所定波長の光（第１波長成分）は透過させるとともに、第１波長成分とは異なる波長の光（第２波長成分）を透過する。また、光照射部１０の光源１２（図２参照）は、これら第１及び第２波長成分を含んだライン光Ｌを射出するものが用いられる。

第１測定範囲Ｌ１に形成された光切断線ＰＣＬ１の像のうち、第１波長成分は、ダイクロイック膜を透過して第１撮像部３０の受光面３０ａに到達する。一方、光切断線ＰＣＬ１の像のうち、第２波長成分は、ダイクロイック膜で反射される。この第２波長成分は受光面３０ａには到達せず、撮像されない。また、第２測定範囲Ｌ２に形成された光切断線ＰＣＬ２の像のうち、第２波長成分は、ダイクロイック膜によって反射され、第２撮像部４０の受光面４０ａに到達する。一方、光切断線ＰＣＬ２の像のうち、第１波長成分は、ダイクロイック膜を透過する。この第１波長成分は、ダイクロイック膜を透過して受光面４０ａには到達せず、撮像されない。

したがって、第１撮像部３０では、ダイクロイック膜を透過した第１波長成分の光による光切断線ＰＣＬ１の像が取得される。これにより、第１測定範囲Ｌ１における光切断線ＰＣＬ１は、第１撮像部３０によって撮像されることになる。また、第２撮像部４０では、ダイクロイック膜で反射される第２波長成分による光切断線ＰＣＬ２の像が取得される。これにより、第２測定範囲Ｌ２における光切断線ＰＣＬ２は、第２撮像部４０によって撮像されることになる。すなわち、第１方向Ｄ１において異なる第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２の画像を、それぞれ異なる第１及び第２撮像部３０、４０で取得する。

このように、本変形例によれば、上記した第１変形例と同様に、第１撮像部３０と第２撮像部４０とを同一平面に並べて配置するのではなく、互いに異なる位置に配置することにより、第１撮像部３０及び第２撮像部４０の配置の自由度が高くなる。このため、センサユニット１００Ｂの設計の幅が広がることになり、コンパクトな設計を行うこともできる。さらに、本変形例では、ダイクロイック膜により波長を選択して透過または反射を行うため、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２に対応して正確な像を取得することができる。

また、本変形例において、第１撮像部３０と第２撮像部４０とで異なる特性を持つものが用いられてもよい。例えば、第１撮像部３０として、第１波長成分の検出感度に優れた受光素子を用いるとともに、第２撮像部４０として、第２波長成分の検出感度に優れた受光素子を用いるようにしてもよい。これにより光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の検出感度を向上させることができる。

なお、本変形例においても、第１撮像部３０及び第２撮像部４０は、シャインプルーフの原理に従った位置に配置されている。このため、光切断線ＰＣＬ１及びＰＣＬ２の像は、それぞれ受光面３０ａ、４０ａにおいてピントが合った状態で取得される。また、第１撮像部３０及び第２撮像部４０で取得される画像を制御部ＣＯＮＴによって補正することで、投影倍率の差が低減された画像データを得ることが可能となる。

また、上記した第１実施形態、第１及び第２変形例では、第１方向Ｄ１の測定範囲を第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２の２つに分けているが、これに限定されない。例えば、測定範囲を第１方向Ｄ１に３つ以上に分けて、第３測定範囲、第４測定範囲・・・と設定してもよい。この場合、第３測定範囲等の光切断線の像を取得するように、第３撮像部、第４撮像部・・・が配置される。なお、これら第３撮像部等は、第１撮像部３０等と同様に受光面を平面Ｓ３に沿って配置されるか、図４に示すようにハーフミラーＨＭ等の反射光を受光するように平面Ｓ４に受光面が配置される。

また、上記した第１実施形態、第１及び第２変形例では、１つの撮像光学系２０を介して光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像を取り込んでいるが、これに限定されず、第１または第２撮像部３０、４０のそれぞれに対応した撮像光学系が用いられてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。上記した第１実施形態では、ライン光Ｌに形成された測定範囲を第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２に分けて、それぞれの像を第１及び第２撮像部３０、４０で個別に取得する構成を例に挙げて説明した。ただし、これに限定するものではなく、ライン光Ｌの測定範囲を第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とに切り替えて形成させ、それぞれの測定範囲において形成される像を取得する構成としてもよい。例えば、ライン光Ｌの厚さｔが最も小さくなる部分（ビームウェスト）の長さが、第１方向Ｄ１（Ｚ方向）において短い場合は、Ｚ方向に変化が大きい測定対象に対応できなくなる。この場合、測定範囲を第１方向Ｄ１に移動させることで、Ｚ方向に変化が大きい測定対象にも対応可能となる。

図５は、第２実施形態に係るセンサユニット２００の一例を示す図である。なお、上記した実施形態及び変形例と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図５（ａ）に示すように、センサユニット２００は、光照射部２１０と、撮像光学系２０と、撮像部２３０と、波長設定部（変更部）２４０と、制御部ＣＯＮＴとを備えている。撮像光学系２０の構成は、第１実施形態と同一である。これら光照射部２１０、撮像光学系２０及び撮像部２３０は、互いの位置関係が変化しないように、不図示の筐体などに支持具等によって固定されて配置されている。光照射部２１０は、測定対象Ｍの表面にライン光Ｌを投影する投影光学系の一例である。

光照射部２１０は、プローブ２１１と、光源２１２と、照明光学系２１３とを有している。プローブ２１１は、例えば円筒状に形成されており、内部に光源２１２及び照明光学系２１３を収容している。光源２１２は、例えば異なる波長の光を射出可能なレーザダイオードを有している。本実施形態では、例えば、波長が約６５０ｎｍの赤色光と、波長が約４５０ｎｍの青色光とを照射可能なレーザダイオードなどが用いられる。光源２１２は、−Ｚ方向にレーザ光を射出する。照明光学系２１３は、光源２１２からのレーザ光を、ライン光Ｌに成形して−Ｚ方向に射出する。ライン光Ｌは、ＸＺ平面に平行な平面Ｓ１に沿って形成される。なお、使用する光の波長として上記した赤色と青色に限定されず、例えば赤色と緑色や、青色と緑色などが用いられてもよい。使用する光の波長に関する事項は、後述する変形例についても同様である。

波長設定部２４０は、光源２１２から射出されるライン光Ｌの波長を切り替えることができるようになっている。波長設定部２４０によるライン光Ｌの波長の切り替えは、制御部ＣＯＮＴによって制御される。例えば、図５（ａ）に示すように、制御部ＣＯＮＴの指示により、波長設定部２４０は、光源２１２のうち赤色光源を点灯させ、青色光源を消灯させることで、光源２１２から赤色ライン光Ｌｒを射出させることができる。

照明光学系２１３から射出された赤色ライン光Ｌｒは、−Ｚ方向へ向けて厚さｔｒが徐々に縮小されていき、厚さｔｒが最も小さくなる部分（ビームウェスト）が形成されている。第１測定範囲Ｌ１は、Ｚ方向について、このビームウェストのほぼ全体に設定されている。測定対象の表面が第１測定範囲Ｌ１に配置される場合、赤色ライン光Ｌｒの光切断線ＰＣＬ１はその表面に形成される。なお、この光切断線ＰＣＬ１は、平面Ｓ１上に形成される。また、図５（ａ）に示すように、赤色ライン光Ｌｒでは、第２測定範囲Ｌ２において厚さｔｒが十分に小さくなっていない。

撮像部２３０は、受光面２３１を有している。上記した第１実施形態等と異なり、単一の撮像部２３０が用いられる。撮像部２３０の受光面２３１は、平面Ｓ３に配置されている。赤色ライン光Ｌｒの光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して、受光面２３１によって取得される。

図５（ｂ）は、光源２１２から射出されるライン光Ｌを青色ライン光Ｌｂに切り替えたときの様子を示す図である。図５（ｂ）に示すように、制御部ＣＯＮＴの指示により、波長設定部２４０は、光源２１２のうち青色光源を点灯させ、赤色光源を消灯させることで、光源２１２から青色ライン光Ｌｂを射出させることができる。

照明光学系２１３から射出された青色ライン光Ｌｂは、−Ｚ方向へ向けて厚さｔｂが徐々に縮小されていき、厚さｔｂが最も小さくなる部分（ビームウェスト）が形成されている。第２測定範囲Ｌ２は、Ｚ方向について、このビームウェストのほぼ全体に設定されている。また、図５（ｂ）に示すように、青色ライン光Ｌｂでは、第１測定範囲Ｌ１において厚さｔｂが−Ｚ方向へ向かうほど拡がっており、厚さｔｂが十分に小さくなっていない。

上記のように、赤色ライン光Ｌｒ及び青色ライン光Ｌｂを切り替えることにより、第１方向Ｄ１における測定範囲を変更することができる。これは、光照明部２１０の照明光学系２１３における軸上色収差を利用したものである。すなわち、波長によって光学系の屈折率の変化を利用したものであり、波長の短い光は波長の長い光に比べて、焦点距離が短くなる。このため、青色ライン光Ｌｂの第２測定範囲Ｌ２は、赤色ライン光Ｌｒの第１測定範囲Ｌ１よりも＋Ｚ側に形成される。このように、照明光学系２１３の軸上色収差を利用して、Ｚ方向の位置が異なる第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを切り替えることが可能である。

従って、測定対象の表面が第２測定範囲Ｌ２に配置される場合、青色ライン光Ｌｂを用いて第２測定範囲Ｌ２にある測定対象の表面に光切断線ＰＣＬ２を形成させる。なお、この光切断線ＰＣＬ２は、平面Ｓ１上に形成される。青色ライン光Ｌｂによる光切断線ＰＣＬ２の像は、光切断線ＰＣＬ１と同様に、撮像光学系２０を介して、撮像部２３０の受光面２３１によって取得される。

センサユニット２００では、上記したセンサユニット１００と同様に、赤色ライン光Ｌｒの光切断線ＰＣＬ１及び青色ライン光Ｌｂの光切断線ＰＣＬ２が形成される第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２（平面Ｓ１）と、撮像光学系２０の主面Ｓ２（レンズ主面）と、撮像部２３０の受光面２３１を含む平面Ｓ３とが、一つの直線Ｐで交わるように配置されている。このように、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２と、撮像光学系２０と、受光面２３１とがシャインプルーフの原理に従って配置されているため、撮像光学系２０を介した光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２は、撮像部２３０の受光面２３１においてフォーカスされた状態で投影される。

なお、光切断線ＰＣＬ１の像は受光面２３１のうち直線Ｐに近い側の領域に投影される。一方、光切断線ＰＣＬ２の像は、受光面２３１のうち直線Ｐから遠い側の領域に投影される。また、光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像は、撮像光学系２０に対してそれぞれ光路長が異なっている。このため、光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像は、撮像部２３０の受光面２３０ａにおいて倍率が異なって投影されている。例えば、光切断線ＰＣＬ１の像は、光切断線ＰＣＬ２の像より小さな像として受光面２３０ａに投影される。この場合、制御部ＣＯＮＴは、撮像部２３０によって取得された画像データの一方または双方を補正することで、投影倍率の差を解消することができる。

このように、第２実施形態によれば、波長設定部２４０において光照射部２１０から射出されるライン光Ｌの波長を切り替えることにより、ライン光Ｌの測定範囲を第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とで切り替えることができる。これにより、高さ方向（第１方向Ｄ１、Ｚ方向）が異なる測定対象に対して光切断線の像を得ることができる。従って、高さ方向に変化が大きな測定対象であっても光切断線を容易かつ確実に撮像することができる。

なお、上記したセンサユニット２００では、単一の撮像部２３０を用いて複数の測定範囲での光切断線の像を得るようにしているが、これに限定されない。例えば、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２に対応して複数の撮像部が配置されてもよい。この場合、各撮像部は、図２に示すように、平面Ｓ３に沿って配置される場合や、図４に示すように、ハーフミラーＨＭ等を用いて撮像部の一方を平面Ｓ４（図４等参照）に配置させてもよい。

また、上記したセンサユニット２００では、赤色ライン光Ｌｒ及び青色ライン光Ｌｂを切り替えて照射しているが、これに限定されない。例えば、赤色ライン光Ｌｒ及び青色ライン光Ｌｂを同時に照射して、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２に同時に形成される光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２を同時に撮像部２３０によって撮像してもよい。この場合、上記した波長設定部２４０は不要となる。また、赤色ライン光Ｌｒ及び青色ライン光Ｌｂを同時に照射する場合、他の波長の光を受光しないように、撮像部２３０の第１測定範囲Ｌ１に対応する領域と、第２測定範囲Ｌ２に対応する領域とのそれぞれに波長選択フィルタを配置してもよい。

＜第３変形例＞
次に、第３変形例について図面を参照して説明する。図６は、第３変形例に係るセンサユニット２００Ａの一例を示す図である。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、センサユニット２００Ａは、撮像部２３０Ａが第１位置ＰＴ１と第２位置ＰＴ２との間で移動可能な構成となっている。撮像部２３０Ａは、図５に示す撮像部２３０と比較して小さいものが用いられる。

撮像部２３０Ａは、平面Ｓ３に沿って移動可能に構成される。例えば、平面Ｓ３に沿ってリニアガイドが形成され、このリニアガイドを移動可能な可動部材に撮像部２３０Ａが固定される。撮像部２３０Ａは、例えばリニアモータ等の移動装置２５０の駆動により移動する。移動装置２５０の駆動は、制御部ＣＯＮＴによって制御される。なお、移動装置２５０としては、リニアモータの他にボールねじ機構やピエゾ素子等のアクチュエータが用いられてもよい。

第１位置ＰＴ１は、第１測定範囲Ｌ１に対応する位置に設定される。従って、撮像部２３０Ａが第１位置ＰＴ１にある場合、第１測定範囲Ｌ１における光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０Ａによって撮像可能となる。また、第２位置ＰＴ２は、第２測定範囲Ｌ２に対応する位置に設定される。従って、撮像部２３０Ａが第２位置ＰＴ２にある場合、第２測定範囲Ｌ２における光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０Ａによって撮像可能となる。なお、撮像部２３０Ａは、第１位置ＰＴ１及び第２位置ＰＴ２のそれぞれにおいて、光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像を撮像可能な受光面２３１Ａを有している。

図６（ａ）に示すように、光源２１２から赤色ライン光Ｌｒが射出され、第１測定範囲Ｌ１に設定されている場合、赤色ライン光Ｌｒの光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して第１位置ＰＴ１に到達する。したがって、赤色ライン光Ｌｒが射出される場合には、制御部ＣＯＮＴの指示により移動装置２５０を駆動し、撮像部２３０Ａを第１位置ＰＴ１に配置させる。これにより、光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像部２３０Ａの受光面２３１Ａに投影される。

また、図６（ｂ）に示すように、光源２１２から青色ライン光Ｌｂが射出され、第２測定範囲Ｌ２が形成されている場合、青色ライン光Ｌｂの光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像光学系２０を介して第２位置ＰＴ２に到達する。したがって、青色ライン光Ｌｂが射出される場合には、制御部ＣＯＮＴの指示により移動装置２５０を駆動し、撮像部２３０Ａを第２位置ＰＴ２に配置させる。これにより、光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像部２３０Ａの受光面２３１Ａを介して取得される。

このように、本変形例によれば、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２の双方を同時にカバーするような大きな撮像素子を用いる必要がない。第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２の一方を撮像可能な小さな撮像素子を用いることができるので、撮像素子の低コスト化を図ることができる。

＜第４変形例＞
次に、第４変形例について図面を参照して説明する。図７は、第４変形例に係るセンサユニット２００Ｂの一例を示す図である。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、センサユニット２００Ｂは、光照射部２１０Ｂにおいて、赤色光を射出する第１光源２１２ａと、青色光を射出する第２光源２１２ｂとが個別に配置されている。第１光源２１２ａは、例えば、波長が約６５０ｎｍの赤色光を射出する赤色レーザダイオードなどが用いられる。第２光源２１２ｂは、例えば、波長が約４５０ｎｍの青色光を射出する青色レーザダイオードなどが用いられる。

このセンサユニット２００Ｂは、波長設定部（変更部）２４０Ｂを有している。波長設定部２４０Ｂは、制御部ＣＯＮＴからの指示により、第１光源２１２ａと第２光源２１２ｂとを切り替える。波長設定部２４０Ｂによって第１光源２１２ａと第２光源２１２ｂとを切り替えて用いることにより、赤色ライン光Ｌｒ及び青色ライン光Ｌｂを切り替えて射出可能としている。

光照射部２１０Ｂは、導光光学系２１４を有している。導光光学系２１４は、第１光源２１２ａから照明光学系２１３まで赤色光を導光する。導光光学系２１４は、ミラー２１４ａとダイクロイックミラー２１４ｂとを有している。ミラー２１４ａは、第１光源２１２ａから射出された赤色光を＋Ｙ方向に全反射する。ダイクロイックミラー２１４ｂは、ミラー２１４ａに対して＋Ｙ方向であって第２光源２１２ｂの−Ｚ方向の位置に配置されている。ダイクロイックミラー２１４ｂは、赤色光を反射するとともに、青色光を透過する。この導光光学系２１４によって、赤色ライン光Ｌｒ及び青色ライン光Ｌｂのいずれも平面Ｓ１に沿って照射される。

図７（ａ）に示すように、第１光源２１２ａから赤色光が−Ｚ方向に射出される場合、この赤色光はミラー２１４ａによって＋Ｙ方向に反射され、ダイクロイックミラー２１４ｂによって−Ｚ方向に反射される。この赤色光は、照明光学系２１３によって赤色ライン光Ｌｒに成形されて光照射部２１０Ｂから−Ｚ方向に射出される。これにより、第１測定範囲Ｌ１が形成される。従って、第１測定範囲Ｌ１において、赤色ライン光Ｌｒにより形成された光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０の受光面２３１に投影される。これにより、光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像部２３０によって取得される。

図７（ｂ）に示すように、第２光源２１２ｂから青色光が−Ｚ方向に射出される場合、この青色光はダイクロイックミラー２１４ｂを−Ｚ方向に透過する。この青色光は、照明光学系２１３によって青色ライン光Ｌｂに成形されて光照射部２１０Ｂから−Ｚ方向に射出される。これにより、第２測定範囲Ｌ２が形成される。従って、第２測定範囲Ｌ２において、青色ライン光Ｌｂにより形成された光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０の受光面２３１に投影される。これにより、光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像部２３０によって取得される。

このように、本変形例によれば、赤色光を射出する第１光源２１２ａと青色光を射出する第２光源２１２ｂとを別個に設けることにより、各色の光源をまとめて配置させる場合に比べて、大きな光量を容易に確保することができる。これにより、撮像部２３０において明るい画像を容易に取得することができる。

なお、本変形例では、波長設定部２４０Ｂが第１光源２１２ａと第２光源２１２ｂとを切り替えて用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、第２実施形態と同様に、第１光源２１２ａと第２光源２１２ｂとを同時に用いるようにしてもよい。この場合、第１光源２１２ａから射出される赤色光は、赤色ライン光Ｌｒとして光照射部２１０Ｂから射出され、第１測定範囲Ｌ１を形成する。また、第２光源２１２ｂから射出される青色光は、青色ライン光Ｌｂとして光照射部２１０Ｂから射出され、第２測定範囲Ｌ２を形成する。このように、赤色ライン光Ｌｒによる第１測定範囲Ｌ１と青色ライン光Ｌｂによる第２測定範囲Ｌ２とが同時に形成される。

また、本変形例では、互いに異なる波長の光を射出する第１光源２１２ａ及び第２光源２１２ｂが共通の照明光学系２１３を介して射出される構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、第１光源２１２ａ及び第２光源２１２ｂからの光が異なる照明光学系を介して射出されるようにしてもよい。

また、導光光学系２１４は、上記したものに限定されず、例えば、光ファイバ等が用いられてもよい。また、撮像部２３０に代えて、上記した第３変形例のような移動可能な小型の撮像部２３０Ａが用いられてもよい。

また、上記したセンサユニット２００Ｂでは、単一の撮像部２３０を用いているが、これに限定されない。例えば、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２に対応して複数の撮像部が配置されてもよい。この場合、各撮像部は、図２に示すように、平面Ｓ３に沿って配置される場合や、図３及び図４に示すように、ハーフミラーＨＭ等を用いて撮像部の一方を平面Ｓ４（図３等参照）に配置させてもよい。

＜第５変形例＞
次に、第５変形例について図面を参照して説明する。図８は、第５変形例に係るセンサユニット２００Ｃの一例を示す図である。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、センサユニット２００Ｃは、光の波長を選択して受光する複数の画素２３２を有した撮像部２３０が用いられる。画素２３２は、撮像部２３０の受光面２３１のうち、第１位置２３３に配置された複数の画素２３２ａと、第２位置２３４に配置された複数の画素２３２ｂとを有する。

第１位置２３３は、第１測定範囲Ｌ１に対応し、光切断線ＰＣＬ１の像が撮像光学系２０を介して投影される。第２位置２３４は、第２測定範囲に対応し、光切断線ＰＣＬ２の像が撮像光学系２０を介して投影される。第１位置２３３の画素２３２ａは、赤色の波長を選択して受光するものが用いられる。第２位置２３４の画素２３２ｂは、青色の波長を選択して受光するものが用いられる。撮像部２３０には、このような画素２３２の選択を行う画素選択部２６０が接続される。画素選択部２６０による画素２３２の選択は、制御部ＣＯＮＴからの指示によって行う。

図８（ａ）に示すように、光源２１２から赤色ライン光Ｌｒが射出され、第１測定範囲Ｌ１が設定されている場合、光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０の第１位置２３３に到達する。したがって、赤色ライン光Ｌｒが射出される場合には、画素選択部２６０により、第１位置２３３に配置される複数の画素２３２ａによって受光させるようにする。これにより、光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像部２３０の画素２３２ａを介して取得される。

図８（ｂ）に示すように、光源２１２から青色ライン光Ｌｂが射出され、第２測定範囲Ｌ２が設定されている場合、光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０の第２位置２３４に到達する。したがって、青色ライン光Ｌｂが射出される場合には、画素選択部２６０により、第２位置２３４に配置される複数の画素２３２ｂによって受光させるようにする。これにより、光切断線ＰＣＬ２の像は、撮像部２３０の画素２３２ｂを介して取得される。

このように、本変形例によれば、撮像部２３０の画素２３２ａ、２３２ｂによって光の波長を選択して受光するので、赤色ライン光Ｌｒまたは青色ライン光Ｌｂによって形成された光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２を効率よく撮像することができる。また、撮像部２３０に備える複数の画素２３２のうち受光する画素を選択できるため、全ての画素２３２を常時駆動させる必要がなく、撮像部２３０の駆動電力を低減できる。

なお、本変形例では、画素選択部２６０により画素２３２ａ、２３２ｂを切り替えているが、これに限定されない。例えば、画素選択部２６０を設けずに、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２の双方において、全ての画素２３２から受光させるようにしてもよい。また、図８では、第１位置２３３に画素２３２ａを配置させ、第２位置２３４に画素２３２ｂを配置させているが、これに限定されない。例えば、撮像部２３０の全面において画素２３２ａ、２３２ｂを交互に配置させてもよい。また、撮像部２３０は、画素２３２ａ、２３２ｂとは異なる波長を選択して受光可能な画素（例えば、緑色を受光可能な画素）と組み合わされて配置されてもよい。

また、上記したセンサユニット２００Ｃでは、平面Ｓ３に沿って画素２３２ａ、２３２ｂ配置させているが、これに限定されない。例えば、第１位置２３３の画素２３２ａを平面Ｓ３に配置させるとともに、第２位置２３４の画素２３２ｂを異なる平面（例えば、図３等に示す平面Ｓ４等）に配置させてもよい。

＜第６変形例＞
次に、第６変形例について説明する。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。第６変形例に係るセンサユニット（以下、センサユニット２００Ｄと呼ぶ。）は、光照射部（以下、光照射部２１０Ｄと呼ぶ。）が単一波長の光を射出する光源（以下、光源２１２Ｄと呼ぶ。）を有する。また、センサユニット２００Ｄは、光照射部２１０Ｄを第１方向Ｄ１（Ｚ方向）に移動可能に形成されるとともに、光照射部２１０Ｄを移動させるための駆動部（以下、駆動部２７０と呼ぶ。）を有している。

光照射部２１０Ｄは、例えば、第１方向Ｄ１に沿って配置されたリニアガイドを移動可能な可動部材に固定される。駆動部２７０は、光照射部２１０Ｄを第１位置２１５と第２位置２１６との間で移動させる。駆動部２７０としては、例えば、リニアモータやボールねじ機構等が用いられる。駆動部２７０の駆動は、制御部ＣＯＮＴからの指示によって行う。光照射部２１０Ｄは、接触式または非接触式のリミットスイッチや、光学式の測定器、エンコーダ等を用いることにより、第１位置（以下、第１位置２１５と呼ぶ。）または第２位置（第２位置２１６と呼ぶ。）に対して位置決めを行う。

ここで、光源２１２Ｄからライン光Ｌが射出される場合、ライン光ＬのビームウェストＢＷは、プローブ２１１の−Ｚ側の端面から所定距離（以下、機械的作動距離Ｌ３と呼ぶ。）だけ離れた位置に形成される。この構成において、駆動部２７０を駆動させ、光照射部２１０Ｄを第１位置２１５と第２位置２１６との間で移動させることにより、機械的作動距離Ｌ３の値が変化しないまま、ライン光ＬのビームウェストＢＷの位置が第１方向Ｄ１で移動する。このセンサユニット２００Ｄは、上記した第２実施形態の第１測定範囲Ｌ１に対応する位置にビームウェストＢＷが形成されるような光照射部２１０Ｄの位置を第１位置２１５とし、第２測定範囲Ｌ２に対応する位置にビームウェストＢＷが形成されるような光照射部２１０Ｄの位置を第２位置２１６とする。

これにより、駆動部２７０を駆動して第１位置２１５に光照射部２１０Ｄを位置させた場合、第１測定範囲Ｌ１が設定される。したがって、光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０に投影される。また、駆動部２７０を駆動して第２位置２１６に光照射部２１０Ｄを位置させた場合、第２測定範囲Ｌ２が設定される。したがって、光切断線ＰＣＬ２の像は、光学系２０を介して撮像部２３０に投影される。

このように、本変形例によれば、駆動部２７０が光照射部２１０Ｄを第１方向Ｄ１に移動させることにより第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを切り替えることができるため、単一波長の光を射出する光源２１２Ｄを用いるときでも、第１方向Ｄ１における測定範囲を容易に変更することができる。

また、上記したセンサユニット２００Ｄでは、単一の撮像部２３０を用いているが、これに限定されない。例えば、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２に対応して複数の撮像部が配置されてもよい。この場合、各撮像部は、図２に示すように、平面Ｓ３に沿って配置される場合や、図４に示すように、ハーフミラーＨＭ等を用いて撮像部の一方を平面Ｓ４（図４等参照）に配置させてもよい。

＜第７変形例＞
次に、第７変形例について説明する。なお、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。第７変形例に係るセンサユニット（以下、センサユニット２００Ｅと呼ぶ。）は、光照射部（以下、光照射部２１０Ｅと呼ぶ。）が単一波長の光を射出する光源（以下、光源２１２Ｅと呼ぶ。）を有する。また、センサユニット２００Ｅは、光照射部２１０Ｅの照明光学系２１３を第１方向Ｄ１（Ｚ方向）に移動させる構造が採用される。

照明光学系２１３は、１つまたは２つ以上の光学素子が組み合わされて構成されている。これら光学素子のうち１つ以上が第１方向Ｄ１に移動可能に支持されている。照明光学系２１３は、移動可能な光学素子を移動させる駆動部（以下、駆動部２７０Ｅと呼ぶ。）を有している。駆動部２７０Ｅとしては、例えば、ピエゾ素子等のアクチュエータが用いられる。駆動部２７０Ｅの駆動は、制御部ＣＯＮＴからの指示によって行う。

駆動部２７０Ｅは、照明光学系２１３のうち１つまたは複数の光学素子を第１位置（以下、第１位置２１７と呼ぶ。）と第２位置（以下、第２位置２１８と呼ぶ。）との間で移動させる。ここで、光源２１２Ｅから単一波長の光が射出され、光照射部２１０Ｅからライン光Ｌが射出される場合、ライン光ＬのビームウェストＢＷは、プローブ２１１の−Ｚ側の端面から所定距離（機械的作動距離）だけ離れた位置に形成される。この構成において、駆動部２７０Ｅが照明光学系２１３の光学素子を第１位置２１７と第２位置２１８との間で移動させることにより、機械的作動距離が変化し、ライン光ＬのビームウェストＢＷの位置が第１方向Ｄ１を移動する。

このセンサユニット２００Ｅは、上記した第２実施形態の第１測定範囲Ｌ１に対応する位置にビームウェストＢＷが形成されるような照明光学系２１３（光学素子）の位置を第１位置２１７とし、第２測定範囲Ｌ２に対応する位置にビームウェストＢＷが形成されるような照明光学系２１３（光学素子）の位置を第２位置２１８とする。

これにより、駆動部２７０Ｅを駆動して第１位置２１７に照明光学系２１３を位置させた場合、第１測定範囲Ｌ１が設定される。したがって、光切断線ＰＣＬ１の像は、撮像光学系２０を介して撮像部２３０に投影される。また、駆動部２７０Ｅを駆動して第２位置２１８に照明光学系２１３を位置させた場合、第２測定範囲Ｌ２が設定される。したがって、光切断線ＰＣＬ２の像は、光学系２０を介して撮像部２３０に投影される。

このように、本変形例によれば、駆動部２７０Ｅが照明光学系２１３（光学素子）を第１方向Ｄ１に移動させることにより第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とを切り替えることができるため、単一波長の光を射出する光源２１２Ｅを用いるときでも、第１方向Ｄ１における測定範囲を容易に変更することができる。

また、上記したセンサユニット２００Ｅでは、単一の撮像部２３０を用いているが、これに限定されない。例えば、第１及び第２測定範囲Ｌ１、Ｌ２に対応して複数の撮像部が配置されてもよい。この場合、各撮像部は、図２に示すように、平面Ｓ３に沿って配置される場合や、図４に示すように、ハーフミラーＨＭ等を用いて撮像部の一方を平面Ｓ４（図４等参照）に配置させてもよい。

また、上記した第２実施形態及び第３〜第７変形例では、第１方向Ｄ１の測定範囲を第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２の２つに分けているが、これに限定されない。例えば、測定範囲を第１方向Ｄ１に３つ以上に分けて、第３測定範囲、第４測定範囲・・・と設定してもよい。この場合、第３測定範囲等を設定するように、複数の波長の光を用いること（第２実施形態及び第３〜第５変形例）、光照射部２１０Ｄを移動させること（第６変形例）、照明光学系２１３を移動させること（第７変形例）、によってそれぞれ対応可能である。

また、上記した第２実施形態及び第３〜第７変形例では、１つの撮像光学系２０を介して光切断線ＰＣＬ１、ＰＣＬ２の像を取り込んでいるが、これに限定されず、第１または第２撮像部３０、４０のそれぞれに対応した撮像光学系が用いられてもよい。

＜形状測定装置＞
図９は、図１に示すセンサユニット１００を備えた形状測定装置３００の実施形態の一例を示す模式図である。図９に示すように、形状測定装置３００は、測定機本体３０１と、制御ユニット３４０とを備えている。測定機本体３０１は、基台３０２と、移動部（走査系）３１０と、測定ヘッド３１３と、支持装置３３０とを備えている。

基台３０２は、水平な基準面を備えている。この基台３０２の基準面に基づいて、直交座標系（機械座標系）が定義される。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台３０２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。

移動部３１０は、基台３０２に形成されたガイドレール上をＹ方向に移動可能に設けられている。移動部３１０は、一対の支柱３１０ａ、３１０ｂと、この支柱３１０ａ、３１０ｂ間に架け渡されたフレーム３１０ｃとを備えており、門型に構成される。支柱３１０ａ、３１０ｂは、基台３０２からＺ方向に起立して設けられている。フレーム３１０ｃは、支柱３１０ａと支柱３１０ｂとの間に、Ｘ方向に沿って水平に架け渡されている。移動部３１０の移動は、後述する制御ユニット３４０によって制御される。フレーム３１０ｃには、Ｘ方向（左右方向）に移動可能なキャリッジ（不図示）が設けられている。

測定ヘッド３１３は、フレーム３１０ｃのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動可能に設けられている。測定ヘッド３１３は、キャリッジが移動することによりフレーム３１０ｃをＸ方向に移動可能となっている。測定ヘッド３１３の移動は、後述する制御ユニット３４０によって制御される。測定ヘッド３１３は、測定対象Ｍの形状を検出するセンサユニット１００を有している。センサユニット１００は、ヘッド回転機構３１３ａを介して測定ヘッド３１３に取り付けられる。センサユニット１００は、ヘッド回転機構３１３ａによりθＺ方向に回転する。センサユニット１００の回転は、後述する制御ユニット３４０によって制御される。

また、フレーム３１０ｃには、フレーム回転部３１０ｄが設けられている。フレーム回転部３１０ｄは、フレーム３１０ｃをθＸ方向に回転させる。フレーム３１０ｃがθＸ方向に回転することにより、センサユニット１００から照射されるライン光ＬをＹ方向に走査することができる。なお、ライン光ＬのＹ方向への走査をフレーム３１０ｃの回転によって行うことに限定されない。例えば、移動部３１０をＹ方向に移動させることにより、ライン光ＬをＹ方向に走査させてもよい。

移動部３１０の内部には、不図示のヘッド駆動部と、ヘッド位置検出部とが設けられている。ヘッド駆動部は、測定ヘッド３１３をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向、θＺ方向に、例えば電動によって移動させる。ヘッド位置検出部は、測定ヘッド３１３の座標を検出し、後述する制御ユニット３４０に測定ヘッド３１３の座標値を示す信号を出力する。

基台３０２上には、支持装置３３０が設けられている。支持装置３３０は、ステージ３３１と、支持テーブル３３２とを備えている。ステージ３３１は、測定対象Ｍを保持する。支持テーブル３３２は、θＸ方向及びθＺ方向にステージ３３１を回転させる。これにより、ステージ３３１は、基台３０２の基準面に対して傾斜または水平回転する。

制御ユニット３４０は、制御部３４１と、入力装置３４２と、モニタ３４４とを備える。制御部３４１は、測定機本体３０１を制御する。制御部３４１は、センサユニット１００からの画像情報と、移動部３１０によるセンサユニット１００の走査情報とに基づいて測定対象Ｍの形状を算出する。入力装置３４２は、各種指示情報を入力するキーボードやマウスなどであり、この入力装置には、ジョイスティック３４３が付加されてもよい。モニタ３４４は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。

次に、上記構成の形状測定装置３００における３次元形状の測定処理の流れについて以下に説明する。この形状測定装置３００は、センサユニット１００を用いることにより、光切断法を利用して測定対象Ｍの３次元形状を測定する。図１０は、形状測定装置３００における３次元形状の測定処理の流れについて説明するためのフローチャートである。

ユーザによって測定対象Ｍがステージ３３１上の所定位置に載置された後、測定処理が開始される。まず、制御部３４１は、センサユニット１００の光照射部１０から測定対象Ｍに対してライン光ＬをＺ方向（第１方向Ｄ１）照射させる（ステップＳ０１）。これにより、測定対象Ｍの表面にＸ方向（第２方向Ｄ２）のライン光Ｌが投影され、測定対象Ｍの形状に応じた光切断線が形成される。

そして、制御部３４１は、ライン光Ｌを照射させつつ、フレーム３１０ｃをθＸ方向に回転させ、または移動部３１０をＹ方向に移動させることによりセンサユニット１００を移動させ、ライン光ＬをＹ方向（第３方向Ｄ３）に走査させる（ステップＳ０２）。これにより、光切断線が測定対象Ｍの表面をＹ方向に移動する。なお、ライン光Ｌを走査させる手法としてセンサユニット１００を移動させることに限定されず、例えば、基台３０２上のステージ３３１をＹ方向に移動又はθＸ方向に回転させるようにして、測定対象Ｍを移動させてもよい。

制御部３４１は、センサユニット１００の第１撮像部３０及び第２撮像部４０（撮像部）により、測定対象Ｍの表面に沿って移動する光切断線の像を撮像させる（ステップＳ０３）。制御部３４１は、光切断線が第１測定範囲Ｌ１及び第２測定範囲Ｌ２のうちいずれの測定範囲で形成されたものかを判断し、判断結果に基づいて第１撮像部３０又は第２撮像部４０を選択して光切断線の像を撮像させてもよい。このステップＳ０３により、測定対象Ｍの表面の画像データを取得する。

制御部３４１は、ライン光Ｌ（光切断線）の走査情報と撮像部による画像データとに基づいて、測定対象Ｍの表面の３次元形状を算出する（ステップＳ０４）。制御部３４１は、ライン光の走査情報と光切断線の画像データから、三角測量の原理に基づいて、例えば測定対象Ｍの表面のＸＹＺ座標に関する点群データを算出する。この点群データは、モニタ３４４に表示させてもよい。

本実施形態では、上記のセンサユニット１００を備えるため、例えば、測定対象ＭにＺ方向の大きな段差が存在する場合であっても、測定範囲を切り替えることで光切断線を容易にかつ確実に撮像することができる。従って、変化の大きな測定対象Ｍであっても対応可能とすることにより、測定精度に優れた形状測定装置３００が得られる。

なお、本実施形態では、センサユニット１００を備える構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、上記したセンサユニット１００Ａ、１００Ｂ、２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅを備える構成であってもよい。センサユニット２００〜２００Ｅが用いられる場合、制御部３４１は、ライン光Ｌを照射する際に、ライン光Ｌの測定範囲を第１測定範囲Ｌ１と第２測定範囲Ｌ２とのいずれかに選択することができる。

＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞
図１１は、構造物製造システムの実施形態の一例を示すブロック図である。図１１に示す構造物製造システム４００は、上記した形状測定装置３００と、設計装置４１０と、成形装置４２０と、制御装置（検査装置）４３０と、リペア装置４４０とを有している。

設計装置４１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する。そして、設計装置４１０は、作製した設計情報を成形装置４２０及び制御装置４３０に送信する。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。

成形装置４２０は、設計装置４１０から送信された設計情報に基づいて構造物を成形する。この成形装置４２０の成形工程は、鋳造、鍛造、または切削などが含まれる。形状測定装置３００は、成形装置４２０により作製された構造物（測定対象Ｍ）の３次元形状、すなわち構造物の座標を測定する。そして、形状測定装置３００は、測定した座標を示す情報（以下、形状情報という。）を制御装置４３０に送信する。

制御装置４３０は、座標記憶部４３１及び検査部４３２を有している。座標記憶部４３１は、設計装置４１０から送信される設計情報を記憶する。検査部４３２は、座標記憶部４３１から設計情報を読み出す。また、検査部４３２は、座標記憶部４３１から読み出した設計情報と、形状測定装置３００から送信される形状情報とを比較する。そして、検査部４３２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報の通りに成形されたか否かを検査する。

また、検査部４３２は、成形装置４２０により成形された構造物が良品であるか否かを判定する。構造物が良品であるか否かは、例えば、設計情報と形状情報との誤差が所定の閾値の範囲内であるか否かにより判定する。そして、検査部４３２は、構造物が設計情報の通りに成形されていない場合は、その構造物を設計情報の通りに修復することができるか否かを判定する。修復することができると判定した場合は、検査部４３２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出する。そして、検査部４３２は、不良部位を示す情報（以下、不良部位情報という。）と、修復量を示す情報（以下、修復量情報という。）と、をリペア装置４４０に送信する。

リペア装置４４０は、制御装置４３０から送信された不良部位情報と修復量情報とに基づいて、構造物の不良部位を加工する。

図１２は、構造物製造システム４００による処理を示すフローチャートであり、構造物製造方法の実施形態の一例を示している。図１２に示すように、設計装置４１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１１）。設計装置４１０は、作製した設計情報を成形装置４２０及び制御装置４３０に送信する。制御装置４３０は、設計装置４１０から送信された設計情報を受信する。そして、制御装置４３０は、受信した設計情報を座標記憶部４３１に記憶する。

次に、成形装置４２０は、設計装置４１０が作製した設計情報に基づいて構造物を成形する（ステップＳ１２）。そして、形状測定装置３００は、成形装置４２０が成形した構造物の３次元形状を測定する（ステップＳ１３）。その後、形状測定装置３００は、構造物の測定結果である形状情報を制御装置４３０に送信する。次に、検査部４３２は、形状測定装置３００から送信された形状情報と、座標記憶部４３１に記憶されている設計情報とを比較して、構造物が設計情報の通りに成形されたか否か検査する（ステップＳ１４）。

次に、検査部４３２は、構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。構造物が良品であると判定した場合は（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、構造物製造システム４００による処理を終了する。一方、検査部４３２は、構造物が良品でないと判定した場合は（ステップＳ１５：ＮＯ）、検査部４３２は、構造物を修復することができるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

検査部４３２が構造物を修復することができると判定した場合は（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、検査部４３２は、ステップＳ１４の比較結果に基づいて、構造物の不良部位と修復量を算出する。そして、検査部４３２は、不良部位情報と修復量情報とをリペア装置４４０に送信する。リペア装置４４０は、不良部位情報と修復量情報とに基づいて構造物のリペア（再加工）を実行する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ１３の処理に移行する。すなわち、リペア装置４４０がリペアを実行した構造物に対してステップＳ１３以降の処理が再度実行される。一方、検査部４３２が構造物を修復することができないと判定した場合は（ステップＳ１６：ＮＯ）、構造物製造システム４００による処理を終了する。

このように、構造物製造システム４００及び構造物製造方法では、形状測定装置３００による構造物の測定結果に基づいて、検査部４３２が設計情報の通りに構造物が作製されたか否かを判定する。これにより、成形装置４２０により作製された構造物が良品であるか否か精度よく判定することができるとともに、その判定の時間を短縮することができる。また、上記した構造物製造システム４００では、検査部４３２により構造物が良品でないと判定された場合に、直ちに構造物のリペアを実行することができる。

なお、上記した構造物製造システム４００及び構造物製造方法において、リペア装置４４０が加工を実行することに代えて、成形装置４２０が再度加工を実行するように構成してもよい。

以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態や変形例に記載の範囲には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態や変形例に、多様な変更または改良を加えることが可能である。また、上記の実施形態や変形例で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記した実施形態や変形例の構成を適宜組み合わせて適用することも可能である。

上記した各実施形態及び変形例において、第１方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とが直交していたが、第１方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とが異なる方向であれば直交していなくてもよい。例えば、第２の方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１に対して６０度や８０度の角度に設定されてもよい。また、第２方向Ｄ２と第３の方向Ｄ３とが直交することに限定されず、第２方向Ｄ２と第３の方向Ｄ３とが異なる方向であれば直交していなくてもよい。

また、上記した実施形態に係る形状測定装置３００においては、門型の移動部３１０にセンサユニット１００が取り付けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えば米国公開２００９／０２９９６８８号に記載のように、センサユニット１００をロボットハンドの先端に取り付けるようにしてもよい。

また、上記した各実施形態及び変形例において、測定対象Ｍが１回の走査で第１撮像部３０等の撮像視野に収まらない場合は、測定対象Ｍの異なる位置をそれぞれ測定して、各測定結果をつなぎ合わせることで測定対象Ｍ全体の３次元形状を測定してもよい。測定結果をつなぎ合わせる際には、測定結果の一部を重ねあわせる、オーバーラッピング処理が用いられてもよい。このオーバーラッピング処理は、制御部ＣＯＮＴまたは制御部３４１が行う。

オーバーラッピング処理について説明する。先ず、第１撮像部３０等によって測定対象Ｍの第１部分を走査して撮像する。次いで、測定対象Ｍの第１部分と一部重なる第２部分を走査して撮像する。制御部ＣＯＮＴ等は、第１部分及び第２部分についてそれぞれ３次元形状を算出する。さらに、制御部ＣＯＮＴ等は、第１部分と第２部分とが重なる部分をサーチし、この部分を重ねることにより第１部分及び第２部分の３次元形状をつなぎ合わせる。なお、制御部ＣＯＮＴ等は、第１部分の３次元形状と第２部分の３次元形状とで共通の座標データとなる所定領域の画素をサーチして、第１部分と第２部分との重複部分を判断する。なお、制御部ＣＯＮＴ等は、共通の座標データとなる所定領域の画素をサーチすることに代えて、予め測定対象Ｍや測定対象Ｍを載置した載置部分にマークを貼付し、このマークの座標データに基づいて第１部分の３次元形状と第２部分の３次元形状とをつなげても構わない。

このような処理を測定対象Ｍの全体が撮像されるまで繰り返し実行することで、測定対象Ｍ全体の３次元形状が測定される。これによれば、測定対象Ｍが大きな物体でも、測定対象Ｍ全体の３次元形状を容易に測定することができる。

また、形状測定装置３００等の一部の構成をコンピュータにより実現してもよい。例えば、制御部３４１をコンピュータにより実現してもよい。この場合、コンピュータは、記憶部に記憶された形状測定プログラムに従って、第１方向Ｄ１に離れて配置された測定対象Ｍに対して、第１方向Ｄ１と交差する測定対象Ｍ上の第２方向Ｄ２にライン光Ｌを照射する処理と、ライン光Ｌを測定対象Ｍ上に走査する処理と、第１方向Ｄ１と異なる光軸方向ＡＸを有する撮像光学系２０を介して、第１方向Ｄ１の第１測定範囲Ｌ１におけるライン光Ｌの像、及び第１測定範囲Ｌ１に対して第１方向Ｄ１の測定範囲が異なる第２測定範囲Ｌ２におけるライン光Ｌの像の少なくとも一方を撮像する処理と、撮像による画像情報と走査による走査情報とに基づいて、測定対象Ｍの形状を算出する処理と、を実行する。

また、この形状測定プログラムは、光ディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよい。

Ｍ、Ｍ０…測定対象（被検物） ＣＯＮＴ…制御部 Ｄ１…第１方向 Ｄ２…第２方向 Ｌ…ライン光 Ｌ１…第１測定範囲 Ｌ２…第２測定範囲 Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５…機械的作動距離 ＰＣＬ…光切断線 ＡＸ…光軸 ＨＭ…ハーフミラー ＤＰ…ダイクロイックプリズム Ｌｒ…赤色ライン光 Ｌｂ…青色ライン光 ＢＷ…ビームウェスト ＰＣＬ１、ＰＣＬ２…光切断線 １０…光照射部 １３…照明光学系 ２０…撮像光学系 ３０…第１撮像部 ４０…第２撮像部 １００、１００Ａ、１００Ｂ、２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ…センサユニット ３００…形状測定装置 ３４１…制御部 ４００…構造物製造システム

Claims (15)

1. 被検物の表面の形状を測定するためのセンサユニットであって、
   前記被検物の表面にライン光を投影する、投影光学系と、
   前記投影されるライン光の像を撮像する第１撮像部と、
   前記投影されるライン光の像を撮像する第２撮像部と、
   前記被検物で反射する光を前記第１撮像部に入射する光と前記第２撮像部に入射する光とに分割する分割部と、
   前記第１撮像部で撮像する像の情報を前記表面の形状に変換する制御部に送信する第１送信部と、
   前記第２撮像部で撮像する像の情報を前記表面の形状に変換する制御部に送信する第２送信部と、を備え、
   前記第１撮像部と前記第２撮像部とが撮像する前記被検物の測定領域が異なる、センサユニット。
2. 前記被検物の表面に対して第１方向に沿ってライン光が投影され、前記第１方向に沿った、異なる領域に前記第１、第２撮像部の撮像面と共役な面が設定される、請求項１に記載のセンサユニット。
3. 前記第１、第２撮像部の撮像面が同一平面に配置される、請求項１または請求項２に記載のセンサユニット。
4. 前記第１撮像部及び第２撮像部は、前記第１、第２撮像部の撮像面が互いに交差する平面にそれぞれ配置される請求項１または請求項２に記載のセンサユニット。
5. 前記第１撮像部及び第２撮像部は、前記被検物の表面に投影されるライン光を挟むように配置される請求項４に記載のセンサユニット。
6. 前記分割部は、前記ライン光の波長に応じて前記第１撮像部に入射する光と前記第２撮像部に入射する光とを分割する、請求項１から５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
7. 被検物の表面の形状を測定する、センサユニットであって、
   前記被検物の表面にライン光を、第１方向に投影する投影光学系と、
   前記投影されるライン光の像を前記第１方向での第１測定範囲で撮像する第１撮像部と、
   前記投影されるライン光の像を前記第１方向での第２測定範囲で撮像する第２撮像部と、
   前記第１撮像部で撮像する像の情報を前記表面の形状に変換する制御部に送信する第１送信部と、
   前記第２撮像部で撮像する像の情報を前記表面の形状に変換する制御部に送信する第２送信部と、
   前記第１測定範囲と前記第２測定範囲とでライン光を変更する変更部と、を備えるセンサユニット。
8. 前記第１撮像部及び前記第２撮像部を、前記第１測定範囲に対応する位置と、前記第２測定範囲に対応する位置とに移動させる移動装置を備える請求項７に記載のセンサユニット。
9. 前記変更部は、前記被検物の表面にライン光を照射する光照射部から照射する光の波長を変更して照射可能な波長設定部を含む請求項７または請求項８に記載のセンサユニット。
10. 前記波長設定部は、出射する光の波長が異なる複数の光源を備える請求項９に記載のセ
    ンサユニット。
11. 前記第１撮像部及び前記第２撮像部は、波長に応じて受光する画素を選択する画素選択部を含む請求項８または請求項９に記載のセンサユニット。
12. 前記変更部は、前記被検物の表面にライン光を照射する光照射部の全部または一部を前記第１方向に移動させる駆動部を含む、請求項７または請求項８に記載のセンサユニット。
13. 前記駆動部は、前記光照射部に備える光源及び照明光学系の少なくとも一方を移動させる請求項１２に記載のセンサユニット。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載のセンサユニットと、
    前記センサユニットと前記被検物とを相対的に移動させる走査系と、を有し、
    前記センサユニットからの画像情報と前記走査系の走査情報とに基づいて、前記被検物の形状を算出する演算部と、を備える形状測定装置。
15. 構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
    作製された前記構造物の形状を測定する請求項１４記載の形状測定装置と、
    前記形状測定装置によって得られた前記構造物の形状に関する形状情報と前記設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システム。
    

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