JPWO2015189985A1 - 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、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

被測定物の形状をより適切な条件で測定することができること。形状測定装置は、パターンを測定対象に光を投影する投影部と、投影部によりパターンが投影された測定対象を撮像する撮像部と、投影部と測定対象とを相対移動させて、測定対象へのパターンの前記測定対象上における投影位置を移動可能な移動部と、測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域をパターンの像を含むように撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定する注目領域設定部と、を備える。

Description

本発明は、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、及び記録媒体に関する。

形状測定装置には、被測定物にスリット光等の所定のパターンを投影する投影部と、測定対象領域に投影された光が描くパターン像を撮像する撮像部とを備え、光切断法を利用した光学式測定装置がある（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、撮像して取得した画像データのうち、設定された測定対象領域に含まれる像を検出して測定対象物の変位を測定する変位センサが記載されている。また、特許文献１には、測定対象領域を基準面の移動に追従させて変位測定方向へと移動させることが記載されている。

国際公開２００１／０５７４７１号

特許文献１に記載の形状測定装置は、測定対象領域を基準面の移動に追従させて変位測定方向へと移動させる。具体的には、計測対象物体上の段差境界線の移動に基づいて、測定対象領域を基準面の移動に追従させて変位測定方向へと移動させている。しかしながら、パターンと測定対象物体の相対移動に対する画像データ上におけるパターンの位置の移動方向、移動距離は、測定対象物体の形状、パターンと測定対象物体の相対移動方向、投影部及び撮像部と測定対象物体との相対位置等によって変化するため、測定対象領域が適切に設定できていない場合がある。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、測定対象上に投影されたパターンの投影位置の移動に基づいてパターンの像を適切に抽出し、測定対象の測定に利用することができる形状測定装置、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、及び記録媒体を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、パターンを測定対象に投影する投影部と、投影部によりパターンが投影された測定対象を撮像する撮像部と、投影部と測定対象とを相対移動させて、測定対象への前記パターンの測定対象上における投影位置を移動可能な移動部と、測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域を前記パターンの像を含むように撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定する注目領域設定部と、を備える形状測定装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、パターンを測定対象に投影する投影部と、前記投影部によりパターンが投影された測定対象を撮像する撮像部と、前記投影部と前記測定対象とを相対移動させて、前記測定対象への前記パターンの前記測定対象上における投影位置を移動可能な移動部と、前記撮像部で撮像された前記測定対象へ投影されたパターンの像の存在状態を検出する基準注目領域を設定可能とし、前記基準注目領域内のパターンの像の存在状態に応じて、前記測定に利用される情報を取得する領域を設定する注目領域を生成する注目領域生成部と、を備える形状測定装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて構造物を成形する成形装置と、成形装置によって成形された構造物の形状を測定する第１の態様または第２の態様の形状測定装置と、形状測定装置によって測定された構造物の形状を示す形状情報と設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。

本発明の第４の態様に従えば、測定対象へパターンを投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記測定対象に投影された前記パターンの像を撮像して画像データを取得し、画像データの前記パターンの像に基づいて、測定対象の形状を測定する形状測定方法であって、パターンの投影位置が測定対象に対して相対移動することと、測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域を前記パターンの像を含むように撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定することと、画像データの注目領域内に位置する前記パターンの像の位置に基づいて測定対象の形状を測定することと、を備える形状測定方法が提供される。

本発明の第５の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて構造物を成形することと、成形された構造物の形状を第４の態様の形状測定方法によって測定することと、測定された構造物の形状を示す形状情報と設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。

本発明の第６の態様に従えば、測定対象へパターンを投影し、パターンの投影方向とは異なる方向から測定対象に投影されたパターンの像を撮像して画像データを取得し、画像データのパターンの像に基づいて、測定対象の形状を測定する形状測定プログラムであって、コンピュータにパターンの投影位置が測定対象に対して相対移動する投影ことと、測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域をパターンの像を含むように撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定することと、画像データの注目領域内に位置するパターンの像の位置に基づいて測定対象の形状を測定することと、を実行させる形状測定プログラムが提供される。

本発明の第７の態様に従えば、第６の態様の形状測定プログラムを記録し、コンピュータが読み取り可能な記録媒体が提供される。

本発明では、パターンの像を適切に抽出し、測定対象の測定に利用することができ、被測定物の形状をより適切な条件で測定することができる。

図１は、本実施形態の形状測定装置を示す斜視図である。 図２は、本実施形態の形状測定装置の構成を示す模式図である。 図３は、本実施形態の形状測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図４は、制御装置の注目領域設定ユニットの概略構成を示すブロック図である。 図５は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図６は、本実施形態の形状測定装置に表示する画面の一例を説明するための説明図である。 図７は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図８は、本実施形態の形状測定装置の注目領域設定動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、本実施形態の形状測定装置の第２の注目領域の生成判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態の形状測定装置の第２の注目領域の生成判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、基準注目領域データの一例を示す説明図である。 図１２は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。 図１３は、本実施形態の形状測定装置の測定動作の一例を示すフローチャートである。 図１４は、本実施形態の形状測定装置の注目領域設定動作の一例を示すフローチャートである。 図１５は、制御装置の注目領域設定ユニットと記憶部の概略構成を示すブロック図である。 図１６は、本実施形態の形状測定装置の注目領域設定動作の一例を示すフローチャートである。 図１７は、注目領域テンプレートデータの一例を示す説明図である。 図１８は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。 図１９は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。 図２０は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。 図２１は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。 図２２は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。 図２３は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。 図２４は、本実施形態の構造物製造システムの構成を示す図である。 図２５は、本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

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軸方向とする。

（本実施形態）
図１は、本実施形態に係る形状測定装置１の外観を示す図である。図２は、本実施形態の形状測定装置の概略構成を示す模式図である。図３は、本実施形態の形状測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。

形状測定装置１は、例えば光切断法を利用して、測定対象の物体（被測定物）Ｍの三次元的な形状を測定する。形状測定装置１は、プローブ移動装置２と、光学プローブ３と、制御装置４と、表示装置５と、入力装置６と、保持回転装置７と、を備える。形状測定装置１は、ベースＢに設けられた保持回転装置７に保持されている被測定物Ｍの形状を測定する。そのために、光学プローブ３は被測定物Ｍにライン状のパターンを投影しながら、被測定物Ｍにライン状のパターンの像を撮像する。また、本実施形態では、プローブ移動装置２と保持回転装置７とが、プローブと被測定物Ｍとを相対的に移動させる移動機構となる。

プローブ移動装置２は、光学プローブ３に投影されるライン状のパターンが被測定物Ｍの測定対象領域に投影されるように光学プローブ３を被測定物Ｍに対して移動させる。また、ライン状のパターンの投影位置が被測定物Ｍ上で逐次移動できるように被測定物Ｍに対して光学プローブ３を移動させる。プローブ移動装置２は、図２に示すように、駆動部１０、及び位置検出部１１を備えている。駆動部１０は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４を備えている。

Ｘ移動部５０Ｘは、ベースＢに対して矢印６２の方向、つまりＸ軸方向に移動自在に設けられている。Ｙ移動部５０Ｙは、Ｘ移動部５０Ｘに対して矢印６３の方向、つまりＹ軸方向に移動自在に設けられている。Ｙ移動部５０Ｙには、Ｚ軸方向に延在する保持体５２が設けられている。Ｚ移動部５０Ｚは、保持体５２に対して、矢印６４の方向、つまりＺ軸方向に移動自在に設けられている。これらＸ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚは、第１回転部５３、第２回転部５４とともに光学プローブ３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能にする移動機構を構成している。

第１回転部５３は、後述する保持部材（保持部）５５に支持される光学プローブ３をＸ軸と平行な回転軸線（回転軸）５３ａを中心とする回転方向、つまり矢印６５の方向に回転して光学プローブ３の姿勢を変える。特に、第１回転部５３により、光学プローブ３から投影されるパターンの被測定物Ｍへの投影方向が変えられる。第２回転部５４は、保持部材５５に支持される光学プローブ３を後述する第１保持部５５Ａが延在する方向と平行な軸線を中心とする回転方向、つまり矢印６６の方向に回転して光学プローブ３の姿勢を変える。特に、第２回転部５４により、光学プローブ３から投影されるライン状のパターンの長手方向の向きが被測定物Ｍに対して変えられる。形状測定装置１は、光学プローブ３と光学プローブ３を保持している保持部材５５との相対位置の補正に用いる基準球７３ａまたは基準球７３ｂを有する。

保持回転装置７は、図１および図２に示すように、被測定物Ｍを保持するテーブル７１と、テーブル７１をθＺ軸方向、つまり矢印６８の方向に回転させる回転駆動部７２と、テーブル７１の回転方向の位置を検出する位置検出部７３と、を有する。位置検出部７３は、テーブル７１または回転駆動部７２の回転軸の回転を検出するエンコーダ装置である。保持回転装置７は、位置検出部７３で検出した結果に基づいて、回転駆動部７２によってテーブル７１を回転させる。保持回転装置７とプローブ移動装置３により、光学プローブ３から投影されるライン状のパターンは、被測定物Ｍの任意の測定対象領域に投影することができる。

これら、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４、保持回転装置７の駆動は、エンコーダ装置等によって構成される位置検出部１１の検出結果に基づいて、制御装置４により制御される。

光学プローブ３は、保持部材５５に支持されている。保持部材５５は、回転軸線５３ａと直交する方向に延び、第１回転部５３に支持される第１保持部（第１部分、第１部材）５５Ａと、第１保持部５５Ａの＋Ｚ側の端部に設けられ回転軸線５３ａと平行に延びる第２保持部（第２部分、第２部材）５５Ｂとを有する。第１保持部５５Ａの＋Ｚ側の端部は、被測定物Ｍに対して遠い側に配置されている。第１保持部５５Ａと第２保持部５５Ｂとは直交する。第２保持部５５Ｂの＋Ｘ側の端部に光学プローブ３が支持されている。第１回転部５３の回転軸線５３ａの位置は、光学プローブ３よりも、被測定物Ｍに近い側に配置されている。また、第１保持部５５Ａの被測定物Ｍに対して近い側の端部には、カウンターバランス５５ｃが設けられている。したがって、第１の回転部５３の回転軸線５３ａに対して、保持部材５５側に生じるモーメントとカウンターバランス５５ｃ側に生じるモーメントが釣り合っている。

ところで、光学プローブ３は、光源装置８及び撮像装置９を備えている。光源装置８及び撮像装置９は共通の筐体により固定されている。したがって、光源装置８によるライン状のパターンの投影方向と撮像装置９による撮影方向とそれぞれの位置関係は固定された状態に保たれている。したがって、ライン状のパターンの投影方向と撮像装置９の撮影方向とその両者間の位置関係を基に、撮像装置９で検出されたライン状のパターンの像の位置から三角測量法に基づき、被測定物Ｍの測定対象領域における三次元空間での位置を求めることができる。光学プローブ３の光源装置（投影部）８は、制御装置４によって制御され、保持回転装置７に保持された被測定物Ｍの測定領域にライン状のパターンを投影するものであり、光源１２、照明光学系１３を備える。本実施形態の光源１２は、例えば、レーザーダイオードを含む。なお、光源１２は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を含んでいてもよい。また、本実施形態の光源１２は制御装置４により投光量が制御されている。特に、制御装置４にある調光制御部３８で制御している。

照明光学系１３は、光源１２から発せられた光の空間的な光強度分布を調整する。本実施形態の照明光学系１３は、例えば、シリンドリカルレンズを含む複数の光学素子からなる。なお、照明光学系１３は、１つの光学素子であってもよいし、複数の光学素子を含んでいてもよい。光源１２から発せられた光は、シリンドリカルレンズが正のパワーを有する方向にスポットが広げられて、光源装置８から被測定物Ｍに向く第１方向に沿って出射する。図２に示したように、回転軸線５３ａに直交する面に光源装置８と撮像装置９を配置し、光源装置８から投影した光の進行方向が回転軸線５３ａに直交する面を通る向きで、光源装置８から出射し、被測定物Ｍに投影した場合、光源装置８からの出射方向に対して直交する面を有する被測定物Ｍに投影されたときには、回転軸線５３ａと平行な方向を長手方向とし、回転軸線５３ａに平行なライン状のパターンになる。

なお、このライン状のパターンの長手方向は、先に説明した第２回転部５４により方向を変えられる。被測定物Ｍの面の広がり方向に応じて、ライン状のパターンの長手方向を変えることで、効率的に測定することができる。また、同時に撮像装置９による撮影方向も変わる。したがって、歯車のような凸部が並んだ形状の被測定物であっても、歯筋に沿って撮影方向を設定することで、歯底の形状も測定することができる。

なお、照明光学系１３は、ＣＧＨ等の回折光学素子を含み、光源１２から発せられた照明光束Ｌの空間的な光強度分布を回折光学素子によって調整してもよい。また、本実施形態において、空間的な光強度分布が調整された投影光をパターンということがある。照明光束Ｌは、パターンの一例である。ところで、本明細書ではパターンの向きと称しているときは、このライン状のパターンの長手方向の方向を示している。

撮像装置（撮像部）９は、撮像素子２０、結像光学系２１、ダイヤフラム２３、及びダイヤフラム駆動部２４を備える。光源装置８から被測定物Ｍに投影された照明光束Ｌは、被測定物Ｍの表面で反射散乱して、その少なくとも一部が結像光学系２１へ入射する。結像光学系２１は、光源装置８によって被測定物Ｍの表面に投影されたライン状のパターンの像を被測定物Ｍの像と一緒に撮像素子２０に結ぶ。撮像素子２０は、この結像光学系２１が形成する像を撮像する。画像処理部２５は、撮像素子２０で受光した受光信号から画像データを生成する。ダイヤフラム２３は大きさを可変可能にする開口を有し、開口の大きさを変えることで結像光学系２１を通過する光量を制御することができる。ダイヤフラム２３の開口の大きさは、ダイヤフラム駆動部２４により調整可能である。このダイヤフラム駆動部２４は制御装置４に制御されている。特に、制御装置４にある調光制御部３８で制御している。

結像光学系２１は、光源装置８から投影されるライン状のパターンの投影方向を含むように物体面２１ａが設定され、その物体面と撮像素子２０の受光面２０ａ（像面）とが共役な関係になるように結像光学系２１と撮像素子２０が配置されている。照明光束Ｌの伝播方向は、光源装置８からの照明光束Ｌの投影方向と照明光束Ｌのスポットの形状の長手方向とを含む面とほぼ平行となる。物体面と撮像素子２０の受光面２０ａと共役な面を照明光束Ｌの伝播方向に沿って形成するようにすることで、被測定物Ｍの表面と照明光束Ｌがどの位置で交差しても、撮像装置９で撮影された照明光束Ｌによるパターンの像は合焦した像となる。

制御装置４は、形状測定装置１の各部を制御する。制御装置４は、光学プローブ３による撮像結果とプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報に基づき、演算処理を行って被測定物Ｍの測定対象領域の３次元形状を算出する。本実施形態における形状情報は、測定対象の被測定物Ｍの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定対象面上の点の位置（座標）、の少なくとも１つを示す情報を含む。制御装置４には、表示装置５、及び入力装置６が接続される。制御装置４は、図３に示すように、制御部３０と、記憶部３１と、を有する。

制御部３０は、被測定物Ｍを正確に測定するために必要な回路ブロックを有している。なお、本実施の形態では、中央演算処理装置を用いて、被測定物Ｍを正しく測定するために必要な機能を、それぞれ対応するプログラムを実行することで実現していてもよい。制御部３０は、注目領域設定ユニット３２と、測定範囲設定部３６と、調光領域設定部３７と、調光制御部３８と、測定部３９と、動作制御部４０と、を有する。

注目領域設定ユニット３２は、画像データ上の領域を示す注目領域を設定する。この注目領域は、撮像素子２０で撮像された、被測定物Ｍ上に投影された照明光束Ｌの像を容易に抽出しやすくするために照明光束Ｌの像の探索範囲を制限するために利用したり、または、撮像時の露出制御や照明光束Ｌの照明光量制御のために取得する照明光束Ｌの像の明るさ情報を取得する範囲を限定するためになどに利用する。特に、被測定物Ｍが歯車のような凸部のピッチが狭い形状を持ち、その表面が光沢を有するものは、その表面が合わせ鏡のような作用を発揮してしまうため、照明光束Ｌが照射された領域以外にも照明光束Ｌの像が形成されてしまう。これを多重反射像という。
なお、本実施の形態における形状測定装置では、撮像素子２０で取得される画像データに注目領域を設定することで、このような多重反射像やその他の原因で発生する偽像を照明光束Ｌの像として誤認識することを低減する効果を持つ。
ところで、注目領域設定ユニット３２は、撮像装置９からデータが入力され、動作制御部４０から各部の動作の情報、具体的に光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置の情報が入力される。注目領域設定ユニット３２は、記憶部３１の注目領域の位置設定データ４２から撮像装置９で撮影できる領域（または、撮像素子２０で取得できる視野範囲）に対して、どの位置に注目領域を設定するかの位置情報を取得する。注目領域設定ユニット３２は、基準注目領域の位置設定データ４４から基準注目領域データを取得する。注目領域設定ユニット３２は、ユーザーなどにより撮影範囲内で設定した注目領域の位置情報を記憶部３１の注目領域の位置設定データ４２に出力する。
測定範囲設定部３６は、注目領域の位置設定データ４２また入力装置６から入力される指示に基づいて、測定範囲を設定する。測定範囲設定部３６は、設定した測定範囲を測定部３９に出力する。
調光領域設定部３７は、注目領域の位置設定データ４２また入力装置６から入力される指示に基づいて、調光領域設定可能範囲及び調光領域を設定する。調光領域設定部３７は、設定した調光領域を調光制御部３８に出力する。
調光制御部３８は、調光領域設定部３７から調光領域が入力される。調光制御部３８は、調光領域の画像データの情報に基づいて、調光条件、例えば光源装置８または撮像装置９の画像データ取得時の動作条件を決定する。調光制御部３８は、決定した調光条件を光源装置８または撮像装置９に出力する。
測定部３９は、測定範囲設定部３６で設定された測定範囲が入力される。測定部３９は、撮像装置９で取得した画像データ入力される。測定部３９は、動作制御部４０から各部の動作の情報、具体的に光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置の情報が入力される。測定部３９は、画像データを取得した光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置について、画像データの測定範囲に含まれるライン状のパターンの像（本実施形態ではライン光の像ともいう。）を検出し、そのパターンの像に基づいて、被測定物Ｍの外形形状を測定する。動作制御部４０は、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の動作制御を実施する。動作制御部４０は、動作制御の情報を注目領域設定部３２及び測定部３９に出力する。

図４は、制御装置の注目領域設定ユニットの概略構成を示すブロック図である。注目領域設定ユニット３２は、図４に示すように、注目領域設定部３４と、を有する。注目領域設定部３４は、画像データ取得部８０と、移動情報取得部８２と、投影パターン検出部８４と、注目領域決定部８６と、第２の注目領域生成部８８と、を有する。

画像データ取得部８０は、撮像装置９で撮像した画像データを取得する。移動情報取得部８２は、動作制御部４０からプローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の駆動情報を各ユニットのエンコーダ等から取得し、光学プローブ３の現在の測定対象領域がどのように移動しているのかを検出する。例えば、測定対象領域が前回の画像取得時に対して、どの方向にどれだけの量、遷移したかを求める。

投影パターン像検出部８４は、注目領域の位置設定データ４２を取得し、画像データ取得部８０から画像データを取得する。ここで、注目領域は、画像データ上での注目領域である。注目領域の数は、１つの画像データに対して１つ以上設定可能である。投影パターン像検出部８４は、画像データの注目領域内に限定して、画像データ上におけるパターンの像の位置を検出する。

注目領域決定部８６は、投影パターン像検出部８４で検出した画像データ上のパターンの位置を基準として、パターンの像の位置を中心に、画素ピッチ間隔で所定数分だけ離れた位置に注目領域の外郭を決定する。注目領域決定部８６は、投影パターン像検出部８４で検出した画像データ上のライン光が他のライン光と設定された距離（画素数）以上離れた位置に複数ある場合、複数の領域のそれぞれを注目領域に決定する。画像データ内に設ける注目領域の数は特に限定されず、１つでも２つでも３つ以上でもよい。ここで、注目領域決定部８６は、第２の注目領域生成部８８で第２の注目領域が決定された場合、パターンの位置に基づいて設定した注目領域とは異なる第２の注目領域も注目領域に決定する。

ところで、注目領域決定部８６は、本実施形態では次のように設定する。投影パターン像検出部８４で検出されたパターンの像の位置を中心に、全方向に所定の距離離れた位置を外周として設定することで注目領域を設定している。なお、外周を設定するために用いられる距離は、次回、撮像装置９で撮影されるタイミングまでに、被測定物Ｍ上で測定対象領域がどのくらいの距離が移動することになるかを算出し、その算出結果に基づいて、注目領域の外周を決めるための距離情報を設定している。そのために、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４、保持回転装置７の駆動情報を移動情報取得部８２で取得している。

なお、本発明は、パターンの像の位置に対して全方向に範囲を広げるようにして注目領域を設定する代わりに、画像データ上でのライン光の移動方向が推定できるような場合、ライン光の位置を基準として、ライン光の移動方向に注目領域を画像データ上で移動するようにしてもよい。またパターンの像を中心に領域を広げる場合にも、ライン光の移動方向の方が、他の方向よりもパターンの像に対して離れた位置に外周が設定されるように注目領域に設定してもよい。

次に、第２の注目領域生成部８８について説明する。第２の注目領域生成部８８は、歯車のような複数の凹凸構造を有する形状を測定する場合、ライン状のパターンの像が複数発生する。そこで、本発明は、ある判定基準を設けて、第２の注目領域を生成するようにした。そこで、本実施の形態では第２の注目領域生成部８８を備え、第２の注目領域生成部８８は、基準注目領域内投影パターン像検出部９０と、新規注目領域生成判定部９２と、第２の注目領域決定部９４と、から構成した。

基準注目領域の位置設定データ４４は、あらかじめユーザが指定することができ、撮像装置９で撮像できる視野内において、設定された領域である。この基準注目領域は、前述の注目領域の位置設定データ４２と同じように使用することができる一方、新たな注目領域を作成するか否かを判定するためにも用いられる。

次に、基準注目領域内投影パターン像検出部９０は、基準注目領域の位置設定データ４４に基づき設定された注目領域内の撮像情報から、画像データ取得部８０から取得された画像データからパターンの像の存在の有無及びパターンの像の位置等を含むパターンの像の存在状態を取得する。
基準注目領域内投影パターン像検出部９０は、基準注目領域の位置設定データ４４に基づいて、撮像素子２２の画素範囲や画像データ上の基準注目領域を決定する基準注目領域設定部としての機能を備える。
基準注目領域内投影パターン像検出部９０は、パターンの像がライン状の強度分布を有するライン光の像である場合、画像データの基準注目領域内において、ライン光の像の長さを測定する。
ライン状のパターンの像の長さは、例えば、次のような方法で測定することができる。たとえば、ライン状のパターンの長手方向を画像データの上下方向としたときに、ライン状のパターンの像を順次、上から下へ、または下から上へライン状パターンの像に対してほぼ直交する方向に沿って（以下、極大画素検索列と称す）、輝度値の変化が極大を示す画素があるかどうかを検出する。このようにして、画像データを上から下へまたは下から上へ順次検出していったときに、それぞれの極大画素検索列で検出された画素がどこまで連続して存在するかを評価することによって、長さを測定することができる。なお、極大画素検索列は、エピポーララインに沿った方向である。極大画素検索列が延在する方向が検出方向となる。このように極大画素がどれくらいの長さにわたって、連続して存在するかを評価するかによって、ライン状のパターンの像の長さの存在状態を判定する。
また、このように検出された明るさが極大を示す画素位置を検索する必要があるため、撮像素子２０の画素の配列方向をエピポーララインの方向に略一致するようにしてもよい。

新規注目領域生成判定部９２は、基準注目領域内投影パターン像検出部９０で検出したパターンの存在状態、例えばライン光の像の長さに基づいて、第２の注目領域、つまり新たな注目領域を生成するか否かを判定する。

第２の注目領域決定部９４は、新規注目領域生成判定部９２で第２の注目領域を生成すると判定した場合、第２の注目領域を作成する領域を決定する。本実施形態の第２の注目領域決定部９４は、基準注目領域と同じ領域を第２の注目領域を作成する領域に決定する。第２の注目領域決定部９４は、基準注目領域内に位置するライン光の像の位置に中心に、先に説明した注目領域設定部３４で行われる注目領域の設定方法と同様に注目領域を設定すればよい。

注目領域取消判定部８９は、注目領域の位置または大きさに基づいて設定した注目領域を取り消すか否かを判定する。注目領域取消判定部８９は、画面データに存在するパターンを中心に、次回撮像装置９で撮影されるタイミングまでに推定される移動距離に基づき設定された注目領域が画面データの視野外に設定されるような場合、当該注目領域を取り消す。具体的には、注目領域取消判定部８９は、画像データ上で設定される注目領域の面積が閾値面積よりも小さい場合、当該注目領域を取り消す。

このように、注目領域設定ユニット３２で設定された設定された注目領域情報は、次に説明する測定範囲設定部３６や調光領域設定部３７で利用される。ところで、測定範囲設定部３６は、注目領域設定ユニット３２で設定された注目領域を被測定物Ｍの測定領域の位置データを算出するために用いるパターン像の位置検出領域として設定する。測定範囲とは、画像処理部２５で撮像された被測定物Ｍの像の中からパターンの像の位置を検出する範囲である。画像データからパターンの位置を検出する場合、撮像素子２０により撮像された画像データのうち、ライン光の像であれば、前述の極大画素を検出する方向（検出方向）と同じ方向で最も明るい画素値を画素列毎に検出する。その際、画像データの画素列の一端から他端までをくまなく探索するのではなく、測定範囲として設定された範囲内だけで、画素列毎に最も明るい画素値を探索する。なお、この設定された範囲内だけで、画素列毎に最も明るい画素値を探索する処理は、調光領域でパターンを検出する場合も同様に実行される。

調光領域設定部３７は、調光領域を設定する。調光領域は、撮像素子２０による撮像範囲内で、撮影された像の明るさを検出する領域である。本実施の形態における調光領域については、詳細は後述するが、注目領域に連動して調光領域も変化するようしている。このようにすることで、撮像素子２０の露出制御や照明光束Ｌの照射光量制御を行うときに参照する明るさ情報を点群生成領域に応じて、範囲を限定することができ、また、有害な正反射光などの影響を最小限にすることができる。

本実施形態の調光領域設定部３７は、測定範囲の位置情報に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定し、設定した調光領域設定可能範囲に基づいて、調光領域を設定する。調光領域設定可能範囲は、撮像部による撮像範囲内において、測定範囲の位置情報に基づいて設定される範囲であり、調光領域を設定可能とする範囲である。調光領域設定部３７は、測定範囲に加え、記憶部３１に記憶されているデータ、及び入力装置６で受け付けた入力データの少なくとも一方に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定することもできる。また、調光領域設定部３７は、調光領域設定可能範囲に加え、記憶部３１に記憶されているデータ、及び入力装置６で受け付けた入力データの少なくとも一方に基づいて、調光領域を設定することもできる。

調光制御部３８は、調光領域内で検出された画素列毎に最も明るい画素の画素値を取得し、取得された画素値の大きさに応じて、光源１２に対して投光量を制御するための信号、または撮像素子２０による撮像時の露出時間を制御するための信号等を出力する。露出時間の制御については、１枚の画像データを取得するときの露出時間で制御したり、撮像素子２０に組み込まれている不図示のメカニカルシャッターにより撮像面が露出する時間を制御したりしても良い。したがって、調光制御部３８は取得された画素値の大きさに応じて、投影部の投光量、撮像部で受光する受光量、撮像部で画像データを取得するときの露光量または撮像部の入出力特性（感度又は撮像素子の各ピクセルで検出した信号に対する増幅率など）、つまり光学プローブ３によって画像データを取得する際の各種条件（調光条件）を制御する。

測定部３９は、画像データの測定範囲内に位置する光源装置８により投影されたパターンの像の位置と、その画像データを取得した時におけるＸ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、及び第２回転部５４、保持回転装置７の各移動部材の位置情報とに基づいて、被測定物の形状を測定する。測定部３９は、プローブ移動装置２及び保持回転装置７によって、光学プローブ３と被測定物を相対的に移動させることで、パターンが投影される位置を順次移動させつつ、測定対象領域の画像を撮像装置９で撮像する。また、撮像装置９で撮像したタイミングで位置検出部１１からのプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報を取得する。測定部３９は、撮像装置９で撮像したタイミングで取得した位置検出部１１からのプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報と、撮像装置９で取得した測定範囲のパターンの像の画像に関連した撮影信号とに基づいて、被測定物Ｍのパターンが投影された位置を算出し、被測定物Ｍの形状データを出力する。形状測定装置１は、例えば、撮像装置９の撮影タイミングを一定間隔にし、入力装置６から入力する測定点間隔情報を基に、プローブ移動装置２及び保持回転装置７の移動速度を制御している。

動作制御部４０は、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７を含む、形状測定装置１の各部の動作を制御する。この動作制御部４０は、制御部３０で作成された動作制御情報を基に、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の動作制御を実施する。また、制御部３０は、光学プローブ３による画像取得動作を制御する。

記憶部３１は、ハードディスク、メモリ等、各種プログラム、データを記憶する記憶装置である。記憶部３１は、注目領域の位置設定データ４２と、基準注目領域の位置設定データ４４と、条件テーブル４６と、形状測定プログラム４８と、緒元データ４９と、を有する。なお、記憶部３１は、これらのプログラム、データ以外にも形状測定装置１の動作の制御に用いる各種プログラム、データを記憶している。

注目領域の位置設定データ４２は、画像データ上における注目領域情報と、光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置の情報とを対応付けて記憶する。注目領域データ４２は、注目領域設定ユニット３２により設定された注目領域の情報と設定時の相対位置の情報とが対応付けて書き込まれる。

基準注目領域の位置設定データ４４は、画像の外縁に対応する基準注目領域の情報を記憶している。基準注目領域は、画像に対する位置が固定された領域の情報である。本実施形態では、基準注目領域を１つの領域としたが、複数の領域であってもよい。

条件テーブル４６は、制御部３０で設定された条件や、予め入力された各種条件を記憶する。形状測定プログラム４８は、制御装置４の各部の処理を実行させるプログラムを記憶している。つまり、制御装置４は、形状測定プログラム４８に記憶されているプログラムを実行することで、上述した各部の動作を順次再現することで、測定対象領域を逐次移しながら、被測定物Ｍに投影されたパターンの像を撮像するように制御する。形状測定プログラム４８は、上述した制御部３０で生成する被測定物Ｍを測定するためのプログラムと、制御部３０が当該プログラムを生成するためのプログラムの両方を含む。なお、形状測定プログラム４８は、予め記憶部３１に記憶させてもよいがこれに限定されない。形状測定プログラム４８が記憶された記憶媒体から読み取って記憶部３１に記憶してもよいし、通信により外部から取得してもよい。緒元データ４９は、被測定物Ｍの設計データ、ＣＡＤデータ、形状を規定できる条件データ等を記憶している。

制御装置４は、光学プローブ３と被測定物Ｍの相対位置が所定の位置関係となるように、プローブ移動装置２の駆動部１０及び保持回転装置７の回転駆動部７２を制御する。また、制御装置４は、光学プローブ３の調光等を制御して、被測定物Ｍ上の投影されたライン状のパターンを最適な光量で撮像させる。制御装置４は、光学プローブ３の位置情報をプローブ移動装置２の位置検出部１１から取得し、測定領域を撮像した画像を示すデータ（撮像画像データ）を光学プローブ３から取得する。そして、制御装置４は、光学プローブ３の位置に応じた撮像画像データから得られる被測定物Ｍの表面の位置と光学プローブ３の位置及びライン光の投影方向と撮像装置の撮影方向とを対応付けることによって、測定対象の三次元的な形状に関する形状情報を演算して取得する。

表示装置５は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等によって構成される。表示装置５は、形状測定装置１の測定に関する測定情報を表示する。測定情報は、例えば、撮像素子２０で撮影された画像データや、撮像素子２０の撮影領域内に設定された注目領域（または測定領域）の位置を示す情報、調光領域の位置を示す情報、調光領域設定可能範囲の位置を示す情報を表示することができる。これら注目領域（または測定領域）、調光領域及び調光領域設定可能範囲の位置情報は撮像素子２０で撮影された画像データ上に重畳して表示する。本実施の形態では、被測定物Ｍと光学プローブ３とを相対移動しながら、所定の撮影レートで撮像装置９により撮影されるので、光学プローブ９と被測定物Ｍとの相対移動に応じて、パターンの像も移動する。この移動に追従する注目領域をハーフトーンの枠やカラー表示などで表示することもできる。
また、他にも測定に関する設定を示す設定情報、測定の経過を示す経過情報、測定の結果を示す形状情報等を含む。本実施形態の表示装置５は、測定情報を示す画像データを制御装置４から供給され、この画像データに従って測定情報を示す画像を表示する。

入力装置６は、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチバッド等の各種入力デバイスによって構成される。入力装置６は、制御装置４への各種情報の入力を受けつける。各種情報は、例えば、形状測定装置１に測定を開始させる指令（コマンド）を示す指令情報、形状測定装置１による測定に関する設定情報、形状測定装置１の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。

本実施形態の形状測定装置１において、制御装置４が制御部３０と、記憶部３１とを備えている。制御装置４に表示装置５、及び入力装置６が接続されている。制御装置４、表示装置５、及び入力装置６が、例えば、形状測定装置１に接続されるコンピュータでも構わないし、形状測定装置１が設置される建物が備えるホストコンピュータなどでも構わないし、形状測定装置１が設置される建物に限られず、形状測定装置１とは離れた位置にあり、コンピュータでインターネットなどの通信手段を用いて、形状測定装置１と接続されても構わない。また、制御装置４と、表示装置５及び入力装置６とが、別々の場所に保持されても構わない。例えば、入力装置６と表示装置５とを備えるコンピュータとは別に、例えば光学プローブ３の内部に形状測定装置１が支持されていても構わない。この場合には、形状測定装置１で取得した情報を、通信手段を用いて、コンピュータに接続される。

次に、図５から図１３を用いて、上記構成の形状測定装置１により、被測定物の形状を測定する動作の例について説明する。図５は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図６は、本実施形態の形状測定装置に表示する画面の一例を説明するための説明図である。図７は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図８は、本実施形態の形状測定装置の注目領域設定動作の一例を示すフローチャートである。図９及び図１０は、それぞれ本実施形態の形状測定装置の第２の注目領域の生成判定処理の一例を示すフローチャートである。図１１は、基準注目領域データの一例を示す説明図である。図１２は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。図１３は、本実施形態の形状測定装置の測定動作の一例を示すフローチャートである。

以下では、図５に示すように、形状測定装置１が円周方向に繰り返し形状が形成された被測定物Ｍａの形状を測定する場合として説明する。形状測定装置１は、照明光束Ｌを被測定物Ｍａの繰り返し形状の１つの単位である歯に投影し、被測定物Ｍａ上に投影されたパターンの画像を取得することで、被測定物Ｍａの形状を測定する。本実施形態の形状測定装置１は、歯筋の方向に沿って、照明光束Ｌを移動させつつ、被測定物Ｍａ上に投影されたパターンの画像を取得することで、１つの歯の形状を測定することができる。形状測定装置１は、被測定物Ｍａの歯の形状を順番に測定することで、被測定物Ｍａの形状を測定することができる。被測定物Ｍａは、設計上は略同一形状となる歯が円周方向に所定の間隔で形成された、かさ歯車である。本実施形態の形状測定装置１は、被測定物Ｍａをかさ歯車としたが、種々の形状の物体を被測定物として形状を測定することができる。もちろん、被測定物Ｍａを歯車とした場合、歯車の種類は特に限定されない。形状測定装置１は、かさ歯車以外に、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、ウォームギア、ピニオン、ハイポイドギアなども測定対象となり、被測定物Ｍａとなる。なお、形状測定装置１は、１つの歯の形状の測定や、被測定物Ｍａの全体の形状を測定することに限定されず、被測定物Ｍａの任意の１点の形状を測定することもできる。

形状測定装置１は、稼動時に図６に示す画面１００を表示させる。画面１００は、被測定物Ｍａの形状を測定するための条件を設定するモード、例えばティーチングモードで表示される。画面１００は、画像ウインドウ１０２と、ウインドウ１０４、１０６を含む。

画像ウインドウ１０２は、図７に示すように、撮像装置９で撮影し、取得した画像を表示している。画像ウインドウ１０２に表示されている画像は、撮像装置９による撮像範囲内の全域の画像である。画像ウインドウ１０２に表示される画像には、被測定物Ｍａの外形１４０と、外形１４０に照明光束Ｌを投影することで形成されるパターン１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃと、外形１４０に照明光束Ｌを投影した際に、照明光束Ｌが多重反射したり、乱反射したりすることで、生じる輝線１４４が含まれる。

また、画像ウインドウ１０２には、画像に重ねて、測定範囲１５０ａ、１５０ｂと、調光領域設定可能範囲１５２と、調光領域１５４と、が表示されている。測定範囲１５０ａ、１５０ｂ、調光領域設定可能範囲１５２は、測定範囲設定部３６で設定される領域である。調光領域１５４は、調光領域設定部３７で設定される領域である。図７に示す調光領域設定可能範囲１５２は、測定範囲１５０ａ、１５０ｂの全てを含み、測定範囲１５０ａ、１５０ｂに外接する矩形形状の範囲である。また、調光領域設定可能範囲１５２は、照明光束Ｌを平坦でかつ水平な面を持つ被測定物Ｍａに投影したときに形成されるライン状のパターンの像に対して、その像の長手方向と長手方向に対して直交する方向とが辺となる矩形の範囲である。調光領域１５４は、調光領域設定可能範囲１５２に含まれる範囲である。

ウインドウ１０４は、測定条件欄１１２と、ボタン１１４と、を有する。測定条件欄１１２は、光切断法を用いて形状を取得する際の取得方法、照明光束Ｌの走査速度、画像データを取得する間隔である距離ピッチ、測定する距離、及び光学プローブ３と被測定物Ｍａとの各方向における相対値移動距離等の情報を表示する。制御装置３４は、各種条件が更新されると測定条件欄１１２に表示される情報を更新する。ボタン１１４は、後述するプレスキャン処理またはスキャン処理（測定処理）が開始される際に操作されるボタンである。制御部３０は、入力装置６への入力でボタン１１４が操作されたことを検出した場合、プレスキャン処理またはスキャン処理（測定処理）を実行する。

ウインドウ１０６は、表示されている画像データに関する各種プロファイルの表示を行うかどうかを選択するためのチェックボックス１２０と、調光領域選択点１２２、測定範囲選択点１２４と、範囲欄１２６と、ボタン１２８、１３０と、を有する。チェックボックス１２０は、画像の光量のプロファイルや、ヒストグラムを表示させるか否かを選択するためのボックスである。ヒストグラムは、ライン上のパターンの幅方向におけるピーク値を撮像素子の列毎に抽出して作成した列毎の最大輝度値の分布である。制御部３０は、チェックボックス１２０にチェックが入力されている場合、画像ウインドウ１０２に重ねて画像の光量分布や、最大輝度値分布のヒストグラムを表示させる。また、調光領域選択点１２２にチェックが入った場合、調光領域の範囲の対角線上の座標位置を範囲欄１２６に表示させる。測定範囲選択点１２４にチェックが入った場合は、測定範囲つまり撮像装置で画像を取得した測定領域を矩形で設定できるようになっている。測定領域の範囲は、測定領域の対角線上の座標位置を範囲欄１２６に表示させる。ボタン１２８は、自動調光処理が開始される際に操作されるボタンである。ボタン１３０は、調光領域選択点１２２と測定範囲選択点１２４のうち、選択されている側の範囲、領域の設定を行う場合に操作されるボタンである。

次に、図８を用いて、上記構成の形状測定装置１の制御部３０が、中央演算処理装置を用いて演算処理を行い実現する、測定物の形状の測定に用いる注目領域を設定する動作について説明する。形状測定装置１の制御部３０は、例えば、ティーチングモードが選択された場合に、図８に示す処理を実行する。また、後述する他の処理も記憶部に記憶されているプログラムに基づいて制御部３０の各部で処理を実行することで、実現される。図８に示す処理は、制御部３０の注目領域設定ユニット３２で処理を実行することで、実現される。また、制御部３０は、光学プローブ３と被測定物を相対的に移動させ、パターン像が投影される位置毎に図８に示す処理を実行することで、被測定物Ｍの形状を測定する各位置での注目領域を設定する。

制御部３０は、画像データ取得部８０により、撮像装置９で撮像した画像データを取得する（ステップＳ１２）。制御部３０は、画像データを取得した後、投影パターン像検出部８４により、注目領域データ４２に記憶されている注目領域データを読み出す（ステップＳ１４）。制御部３０は、光学プローブ３と被測定物を相対的に移動させる前に撮影した画像に基づいて設定した注目領域データを読み出す。制御部３０は、処理開始時は、初期設定されている注目領域データを読み出す。初期設定されている注目領域データは、ユーザの入力によって設定すればよい。

次に、制御部３０は、投影パターン像検出部８４により、注目領域内にあるライン光の像を検出する（ステップＳ１６）。制御部３０は、ライン光の像の位置を検出した後、検出したライン光の像の位置と次回、撮像装置９で撮像される時点までに測定対象領域がどの程度の距離分遷移するかの情報（走査情報）に基づいて、注目領域の位置を決定する（ステップＳ１８）。この遷移距離は、ティーチングモードで入力された光学プローブの移動情報や、保持回転装置７の回転角度情報を基に遷移距離を算出する。なお、その遷移距離は、撮像装置９の物体面上での距離ではなく、撮像装置９の撮像面上での遷移距離に置き換えて算出する。

制御部３０は、注目領域の位置を決定した後、第２の注目領域生成判定処理を行う（ステップＳ２０）。

図９を用いて、第２の注目領域生成判定処理について説明する。制御部３０は、基準注目領域内投影パターン像検出部９０により、基準注目領域の位置設定データ４４から基準注目領域データを取得する（ステップＳ４０）。制御部３０は、基準注目領域データを取得した後、基準注目領域内投影パターン像検出部９０により、画像データの基準注目領域内の極大画素検索列を特定する（ステップＳ４２）。制御部３０は、基準注目領域内投影パターン像検出部９０により、極大画素検索列において輝度が最も高い画素を特定し（ステップＳ４４）、極大画素検索列における特定した画素が極大を示す画素であるか否かを判定する（ステップＳ４６）。基準注目領域内投影パターン像検出部９０は、極大画素検索列における、特定の画素と特定の画素に隣接する画素との画素の輝度値の変化を検出し、特定の画素で輝度値が極大となるかを検出する。

制御部３０は、特定した画素が極大を示す（ステップＳ４６でＹｅｓ）と判定した場合、特定した画素をピーク画素として抽出する（ステップＳ４８）。制御部３０は、特定した画素が極大を示さない（ステップＳ４６でＮｏ）と判定した場合、または、ステップＳ４８の処理を行った場合、基準注目領域内投影パターン像検出部９０により、基準注目領域内の全域の判定が完了したかを判定する（ステップＳ５０）。

制御部３０は、基準注目領域内の全域の判定が完了していない（ステップＳ５０でＮｏ）と判定した場合、極大画素検索列を極大画素検索列と略直交する方向に移動させ（ステップＳ５２）、ステップＳ４４に戻る。つまり、ピーク画素を検出する基準となる極大画素検索列の位置を画像データの上から下、または下から上に移動させて、上記処理を再び行う。

制御部３０は、基準注目領域内の全域の判定が完了した（ステップＳ５０でＹｅｓ）と判定した場合、新規注目領域生成判定部９２により、ピーク画素の数が閾値以上であるかを判定する（ステップＳ５４）。

制御部３０は、ピーク画素の数が閾値以上である（ステップＳ５４でＹｅｓ）判定した場合、第２の注目領域を生成すると判定する（ステップＳ５６）。制御部３０は、ピーク画素の数が閾値未満である（ステップＳ５４でＮｏ）判定した場合、第２の注目領域を生成しないと判定する（ステップＳ５８）。新規注目領域生成判定部９２は、さらに、決定されている注目領域の情報に基づいて、検出しているライン光の像に対して既に注目領域が設定されているかを判定し、ライン光の像に対して注目領域が設定されている場合、第２の注目領域を生成しないと判定する。

ここで、第２の注目領域生成部８８は、基準注目領域内投影パターン像検出部９０でライン光の像を検出し、ライン光の像の長さに基づいて新規注目領域生成判定部９２で第２の注目領域を生成するかを判定してもよい。図１０を用いて、ライン光の像の長さに基づいて新規注目領域生成判定部９２で第２の注目領域を生成するかを判定する処理について説明する。制御部３０は、基準注目領域内投影パターン像検出部９０により、基準注目領域の位置設定データ４４から基準注目領域データを取得する（ステップＳ４０）。制御部３０は、基準注目領域データを取得した後、基準注目領域内投影パターン像検出部９０により、画像データの基準注目領域内のライン光の像を検出する（ステップＳ６２）。制御部３０は、ライン光の像を検出した後、ライン光の像の長さを検出する（ステップＳ６４）。ライン光の像の長さは、ライン光の像の長手方向の長さである。基準注目領域内投影パターン像検出部９０は、画像データを上から下へまたは下から上へ順次検出していったときに、それぞれの極大画素検索列で検出された画素がどこまで連続して存在するかを検出する。基準注目領域内投影パターン像検出部９０は、極大画素検索列に直交する方向において、ライン光の像が分断している場合も、ライン光の像が検出されない画素が複数画素分である場合、繋がっているとして長さを検出してもよい。なお、実際には、撮像素子２０で取得されるライン状のパターンの像は、必ずしも連続したものではない。被測定物の表面の欠陥などにより一部が欠落してしまう場合があるためである。これらに対して、例えば１、２画素または数画素欠落していても連続して繋がっているようにみなす例外処理を入れてもよい。

制御部３０は、ライン光の像の長さを検出した後、新規注目領域生成判定部９２により、ライン光の像の長さが閾値以上であるかを判定する（ステップＳ６４）。制御部３０は、ライン光の像の長さが閾値以上である（ステップＳ６６でＹｅｓ）判定した場合、第２の注目領域を生成すると判定する（ステップＳ６８）。制御部３０は、ライン光の像の長さが閾値未満である（ステップＳ６６でＮｏ）判定した場合、第２の注目領域を生成しないと判定する（ステップＳ６９）。

このように、制御部３０の第２の注目領域生成部８８は、ライン光の像の長さに基づいて、第２の注目領域を生成することでも、基準注目領域内のライン光の像に基づいて新しい注目領域を生成することができ、画像データに含まれるライン光の像を抽出する注目領域を設定することができる。

図８に戻り、制御部３０の処理の説明を続ける。制御部３０は、新規注目領域生成判定部９２により第２の注目領域を生成する（ステップＳ２２でＹｅｓ）と判定した場合、第２の注目領域決定部９４により、基準注目領域に基づいて、第２の注目領域を決定する（ステップＳ２４）。本実施形態では、基準注目領域に基づいて第２の注目領域を決定したが、基準注目領域に含まれるライン光の像の位置に基づいて第２の注目領域を決定してもよい。

制御部３０は、新規注目領域生成判定部９２により第２の注目領域を生成しない（ステップＳ２２でＮｏ）、または、ステップＳ２４で第２の注目領域を決定したら、注目領域取消判定部８９により、注目領域取消判定処理を行う（ステップＳ２６）。ここで、注目領域取消判定部８９は、注目領域の位置または大きさに基づいて設定した注目領域を取り消すか否かを判定する。注目領域取消判定部８９は、画面データに存在するパターンを中心に、次回撮像装置９で撮影されるタイミングまでに推定される移動距離に基づき設定された注目領域が画面データの視野外に設定されるような場合、当該注目領域を取り消すと判定する。また、注目領域取消判定部８９は、画像データ上で設定される注目領域の面積が閾値面積よりも小さい場合、当該注目領域を取り消すと判定する。
注目領域の取り消し判定の判断材料として画像データ上における注目領域の面積としたが、これだけに限られない。たとえば、画像データ上に有効撮影範囲などの範囲情報を設定しておき、有効撮影範囲と注目領域との両方合致した領域の面積などで判定してもよい。特に画像データの周縁領域の像は、結像光学系による諸収差の影響を受けやすいため、パターンの像の短手方向の強度分布が収差の影響を受けて崩れる。これが測定精度に影響を与えるので、このような周縁領域を避け、画像データの中央領域のみ有効撮影範囲を設定するようにしてもよい。

制御部３０は、注目領域取消判定部８９により、取り消す注目領域がある（ステップＳ２８でＹｅｓ）と判定した場合、注目領域決定部８６により対象の注目領域を取り消す（ステップＳ３０）。

制御部３０は、注目領域取消判定部８９により、取り消す注目領域がない（ステップＳ２８でＮｏ）と判定した場合、または、ステップＳ３０の処理を行った場合、注目領域決定部８６で決定し、生成した注目領域を注目領域データに記憶させる（ステップＳ３２）。また、制御部３０は、注目領域に移動情報取得部８２で取得した光学プローブ３と被測定物の相対位置を対応付けて注目領域データ４２に記憶する。

図１１及び図１２を用いて、より具体的に説明する。図１２の例は、画像データ内で、ライン光の像が上方向に移動する場合を示している。まず、形状測定装置１は、基準注目領域の位置設定データ４４として、図１１に示す画像データの全面と重なる枠４００に対して基準注目領域４０２が設定されたデータを有する。形状測定装置１は、初期設定で注目領域が設定されていない場合を説明する。

制御部３０は、処理が開始されるとステップＳＴ１０１に示すように、画像データＦ（Ｎ−１）を取得する。制御部３０は、取得した像データＦ（Ｎ−１）に基準注目領域データ４０２を重ねて、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像を検出する。ステップＳＴ１０１では、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像がないため、第２の注目領域を生成しない。

制御部３０は、ステップＳＴ１０１で画像データＦ（Ｎ−１）に対する注目領域の設定を行った後、ステップＳＴ１０２に示すように、次のフレームとなる画像データＦ（Ｎ）を取得する。画像データＦ（Ｎ）は、光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置が画像データＦ（Ｎ−１）で撮影した相対位置から所定距離移動した相対位置で取得した画像である。制御部３０は、ステップＳＴ１０１に示すように取得した像データＦ（Ｎ）に基準注目領域データ４０２を重ねて、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像４１０を検出する。

制御部３０は、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像４１０を検出し、ライン光の像４１０が条件を満たしていることを検出した場合、ステップＳ１０３に示すようにライン光の像４１０の位置を基準として注目領域（第２の注目領域）４１２を生成する。生成した注目領域４１２のデータは注目領域データ４２に記憶する。

制御部３０は、ステップＳＴ１０３で画像データＦ（Ｎ）に対する注目領域の設定を行った後、ステップＳＴ１０４に示すように、次のフレームとなる画像データＦ（Ｎ＋１）を取得する。ステップＳＴ１０４に示すように、画像データＦ（Ｎ＋１）に含まれるライン光の像４１０ａは、光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置が移動しているため、ライン光の像４１０よりも注目領域４１２の縁に近づいた位置となる。制御部３０は、ステップＳＴ１０５に示すように、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像４１０ａを検出するが、注目領域４１２で検出できる対象であるライン光の像であるため、第２の注目領域を生成しない。制御部３０は、ステップＳ１０６に示すように、ライン光の像４１０ａの位置を基準として注目領域４１２ａを生成する。

制御部３０は、次のフレームの画像データを取得するごとにステップＳＴ１０４からステップＳ１０６の処理を行う。画像データは、フレームが進むにしたがって、ライン光の像が画面上側に移動する。制御部３０は、次のフレームの画像データを取得するごとにステップＳＴ１０４からステップＳＴ１０６の処理を行うことで、ライン光の像の移動に合わせて注目領域の位置を画面上側に移動させる。

制御部３０は、ステップＳＴ１０６の画像データＦ（Ｎ＋１）から（ｍ−１）分フレームが進んだ画像データＦ（Ｎ＋ｍ）を取得した場合も、ステップＳＴ１０７に示すように、１つ前のフレームの注目領域の情報に基づいてライン光の像を検出し、検出したライン光の像４１０ｂを基準として、注目領域４１２ｂを生成する。また、制御部３０は、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像も並行処理で検出する。

制御部３０は、ステップＳＴ１０７の画像データＦ（Ｎ＋ｍ）からさらに進んだ画像データＦ（Ｎ＋ｌ−１）を取得した場合もステップＳ１０８に示すように、１つ前のフレームの注目領域の情報に基づいてライン光の像を検出し、検出したライン光の像４１０ｃを基準として、注目領域４１２ｃを生成する。画像データＦ（Ｎ＋ｌ−１）では、ライン光の像４１０ｃよりも画面下側に別のライン光４２０がある。

制御部３０は、ステップＳＴ１０８の画像データＦ（Ｎ＋ｌ−１）の次のフレームの画像データＦ（Ｎ＋ｌ）を取得した場合もステップＳＴ１０９に示すように、１つ前のフレームの注目領域の情報に基づいてライン光の像を検出し、検出したライン光の像４１０ｄを基準として、注目領域４１２ｄを生成する。画像データＦ（Ｎ＋ｌ）では、ライン光の像４１０ｃよりも画面下側の別のライン光の像４２０ａが基準注目領域４０２に含まれる。制御部３０は、基準注目領域４０２に含まれるライン光の像４２０ａを検出し、ライン光の像４４０ａが条件を満たしていることを検出した場合、ステップＳＴ１１０に示すように、ライン光の像４２０ａの位置を基準として注目領域（第２の注目領域）４２２を生成する。これにより、画像データＦ（Ｎ＋ｌ）の場合では注目領域は、撮像素子の撮像エリアまたは撮像素子から取得された画像データ内に２つ注目領域４１２ｄ、４２２が設定される。

形状測定装置１は、ライン光の像の位置に基づいて注目領域を設定することで、ライン光の像を含む位置を注目領域とすることができる。つまり、形状測定装置１は、画像データ上のライン光の像の位置の移動に対応して、領域が移動する注目領域を設定することができる。形状測定装置１は、ライン光の像を基準としてライン光の像から設定された距離分、離れた部分も含む領域を、注目領域とすることで、実際の計測時にライン光の像の位置がずれた場合も注目領域内にライン光の像を含めることができる。

以下、図１３を用いて、形状測定装置１の処理動作の一例を説明する。形状測定装置１の制御部３０は、例えば、ティーチングモードが選択された場合に、図６に示す画面１００を表示し図１３に示す処理を実行する。

制御部３０は、ティーチングモードが選択されると、測定範囲、調光領域、調光領域設定可能範囲を撮像装置８により撮影できる全範囲に予め設定する。次に、撮像装置８から画像データが制御部３０に転送され、その画像データがウインドウ１０２に表示される。画像データがウインドウ１２０に表示された状態になった時点で、測定範囲の設定がなされたかを判定する（ステップＳ１１２）。ここで、制御部３０は、撮像装置９で撮影可能な範囲の全範囲よりも小さい範囲、つまり取得した画像データの全範囲よりも小さい範囲が測定範囲として設定されている場合、測定範囲が設定されていると判定する。測定範囲の設定方法は、ウインドウ１０２上に円形や矩形、楕円形などの任意の形状で画像データの一部を囲むようにして指定することができる。なお、制御部３０は、例えば、測定範囲選択点１２４が選択されボタン１３０が操作された後、ユーザによって指定された範囲を測定範囲に設定する。また、制御部３０は、条件テーブル４６に設定されている情報に基づいて測定範囲を設定してもよい。また、制御部３０は、撮像装置９が取得した画像から照明光束が投影されたパターンの像を抽出し、当該パターンの像が抽出された範囲を測定範囲としてもよい。

制御部３０は、測定範囲の設定がある（ステップＳ１１２でＹｅｓ）と判定した場合、測定範囲設定部３６により、画像データの位置座標を基に測定範囲の設定処理を行い、記憶部３１の条件テーブル４６に書き込む（ステップＳ１１４）。制御部３０は、撮像装置９で撮影可能な範囲よりも小さい範囲を測定範囲に設定する。また、制御部３０は、注目領域を測定範囲とする設定が選択されている場合、注目領域を測定範囲に設定する。

制御部３０は、測定範囲の設定がない（ステップＳ１１２でＮｏ）と判定した場合、または測定範囲の設定処理を行った場合、入力装置６による調光領域の設定があるかを判定する（ステップＳ１１６）。

制御部３０は、調光領域の設定がある（ステップＳ１１６でＹｅｓ）と判定した場合、調光領域設定部３７により、調光領域の設定処理を行う（ステップＳ１１８）。制御部３０は、注目領域を調光領域とする設定が選択されている場合、注目領域を調光領域に設定する。

制御部３０は、調光領域の設定がない（ステップＳ１１６でＮｏ）と判定した場合、または調光領域の設定処理を行った場合、プレスキャンを実行するかを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、プレスキャンとは、設定された条件に基づいて、光学プローブ３と被測定物を相対的に移動させ、パターン像が投影される位置を移動させ、ライン光の像が投影される位置を表示装置５に表示させる処理である。被測定物を相対的に移動させながら、所定のフレームレートで撮像装置９により取得されたライン状のパターンの像を含む画像データを次々と表示させる。それと同時に、測定範囲１５０ａ、１５０ｂ、調光領域設定可能範囲１５２、調光領域１５４を画像データに重畳させながら表示し続けるようにすると良い。制御部３０は、プレスキャンを実行する（ステップＳ１２０でＹｅｓ）と判定した場合、プレスキャン処理を実行する（ステップＳ１２２）。

制御部３０は、プレスキャンを実行しない（ステップＳ１２０でＮｏ）と判定した場合、またはプレスキャン処理を行った場合、設定が終了したかを判定する（ステップＳ１２４）。制御部３０は、設定が終了していない（ステップＳ１２４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１１２に戻り、上述した処理を再び実行する。

制御部３０は、記憶部３１に記憶された測定範囲の位置情報及び調光範囲の位置情報と、光学プローブ３の走査パスなどの測定条件が設定された後、形状測定プログラムを生成する（ステップＳ１２８）。制御部３０は、測定範囲、調光領域、調光方式や測定座標算出領域も含めた被測定物Ｍａを測定するための形状測定プログラムを生成し、記憶部３１に記憶する。具体的には、制御部３０は、各種条件に基づいて測定パス、測定速度を決定し、プローブ移動装置２によるＸＹＺ軸方向の移動経路、保持回転装置７によるＺθ方向の回転速度、光学プローブ３による画像の取得タイミング等を決定し、決定した動作の情報と、設定した調光条件の情報と、取得した画像からパターンの像の位置を抽出する測定範囲の情報と、を含む形状測定プログラムを生成する。

制御部３０は、形状測定プログラムを生成した後、測定を実行するかを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、測定とは、設定された条件に基づいて、光学プローブ３と被測定物Ｍａを相対的に移動させ、パターン像が投影される位置を移動させ、測定領域内でパターン像が投影される位置を検出し、被測定物の各部位の座標値（点群データ）を取得することで、形状を測定する処理である。制御部３０は、測定を実行する（ステップＳ１３０でＹｅｓ）と判定した場合、撮像装置８を所定のフレームレートで撮影を繰り返される。調光制御部３８は、その撮影された画像データから調光範囲に含まれる各極大画素検索列の極大値となる画素の輝度値を検出し、その輝度値の最大値（最も明るい画素の値）を最大画素値として取得し、調光制御部３８は光源装置８や撮像装置９に調光制御の情報を出力する（ステップＳ１３１）。次に、その調光条件に基づき、撮像装置９は被測定物Ｍａに投影されたパターンの像を撮像し、そのときの画像データを制御部３０の測定部３９に送出する（ステップＳ１３２）。次に、測定部３９では、測定範囲情報に基づき、画像データの中からパターンの像の位置を求め、かつプローブ移動装置２の位置情報とパターンの像の位置情報から被測定物Ｍａのパターンが投影された部分の三次元座標値を算出する（ステップＳ１３３）。

本実施形態の制御部３０は、注目領域を設定し、注目領域を測定範囲とすることで、ライン光の像を高い精度で抽出することができる。また、ライン光の像を基準として測定範囲を設定できるため、輝線１４４が測定範囲に含まれることを抑制することができる。これにより、ライン光の像（パターンの像）をより確実に抽出することができる。

本実施形態の制御部３０は、注目領域を設定し、注目領域を調光領域とすることで、ライン光の光以外の光が調光領域に入る恐れを低減することができる。これにより、ライン光を検出しやすい調光条件を設定することができる。

本実施形態の制御部３０は、上述したように画像データに基づいて、ライン光の像の位置に基づいて位置が変化する注目領域を自動で抽出することができる。これにより、光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置毎に画像データを確認して、測定範囲、調光領域を設定しなくても、位置が移動する測定範囲、調光領域を設定することができる。

また、本実施形態の制御部３０は、プレスキャン処理を実行可能とすることで、被測定物Ｍと照明光束Ｌとが相対移動する際の、測定範囲及び調光領域の画像の変動をユーザが目視で確認することができる。これにより、測定範囲及び調光領域をより適切な範囲、領域に設定することができる。

上記実施形態の注目領域設定ユニット３２は、ライン光の像の位置を基準として、ライン光の像の周囲の設定された範囲を注目領域に設定したが注目領域の設定方法はこれに限定されない。

図１４は、本実施形態の形状測定装置の注目領域設定動作の一例を示すフローチャートである。図１４に示す注目領域設定動作は、一部の処理以外は、図８に示す注目領域設定動作と同様である。図１４に示す注目領域設定動作のうち、図８に示す注目領域設定動作と同様の処理については、同一のステップを付して詳細な説明を省略する。この一連の設定動作についても、撮影タイミング毎に実施する。

制御部３０は、画像データ取得部８０により、撮像装置９で撮像した画像データを取得する（ステップＳ１２）。制御部３０は、画像データを取得した後、投影パターン像検出部８４により、注目領域データ４２に記憶されている注目領域データを読み出す（ステップＳ１４）。次に、制御部３０は、投影パターン像検出部８４により、注目領域内にあるライン光の像を検出する（ステップＳ１６）。

制御部３０は、ライン光の像の位置を検出した後、注目領域決定部８６により注目領域の縁と検出したライン光の像との距離を検出する（ステップＳ１４０）。注目領域決定部８６は、注目領域の縁とライン光の像との距離を検出する。注目領域の縁とライン光の像との距離は、設定された複数の代表点について検出しても、全ての位置で検出してもよい。注目領域の縁とライン光の像との距離は、極大画素検索列に沿った方向における距離である。

制御部３０は、注目領域の縁と検出したライン光の像との距離を検出した後、注目領域決定部８６により距離が閾値以内であるかを判定する（ステップＳ１４１）。制御部３０は、注目領域決定部８６により距離が閾値以内である（ステップＳ１４１でＹｅｓ）と判定した場合、つまり、ライン光の像が注目領域の縁に近い場合、ライン光の像の位置に基づいて、注目領域の位置を移動させる（ステップＳ１４２）。制御部３０は、注目領域決定部８６により距離が閾値以内である（ステップＳ１４１でＹｅｓ）と判定した場合、つまり、ライン光の像が注目領域の縁に近い場合、ライン光の像の位置に基づいて、注目領域の位置を移動させる（ステップＳ１４２）。注目領域決定部８６は、ライン光の像が注目領域の中央に近づく方向に注目領域を移動させる。
制御部３０は、注目領域決定部８６により距離が閾値以内である（ステップＳ１４１でＹｅｓ）と判定した場合、つまり、ライン光の像が注目領域の縁に近い場合、ライン光の像の位置に基づいて、注目領域の位置を移動させる。

制御部３０は、ステップＳ１４２またステップＳ１４４の処理を行った後、注目領域の位置を決定したら、第２の注目領域生成判定処理を行う（ステップＳ２０）。以降の処理は、図８に示す処理と同等である。

形状測定装置１は、図１４に示すように、注目領域の形状を維持することで、注目領域を設定する処理を簡単にすることができる。

図１５は、制御装置の注目領域設定ユニットと記憶部の概略構成を示すブロック図である。図１５は、制御装置４Ａの制御部３０Ａの注目領域設定ユニット３２Ａと記憶部３１Ａを示す。

まず、記憶部３１Ａについて説明する。記憶部３１Ａは、条件テーブル４６と、形状測定プログラム４８と、注目領域テンプレートデータ１８２と、読み出しアドレスデータ１８４と、画像データ１８６と、を有する。なお、記憶部３１は、これらのプログラム、データ以外にも形状測定装置１の動作の制御に用いる各種プログラム、データを記憶している。

注目領域テンプレートデータ１８２は、あらかじめユーザが指定することができ、撮像装置９で撮像できる視野に対応して、設定された領域である。この注目領域テンプレートデータは、撮像装置９で撮像できる視野に対して重ね合わせる位置を移動させることができる。

読み出しアドレスデータ１８４は、注目領域テンプレートデータ１８２を画像データのどの位置に重ねるかの情報と、光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対位置との関係を対応付けて記憶する。

画像データ１８６は、画像データ取得部８０が取得した、撮像装置９で撮像された画像データを記憶する。

注目領域設定ユニット３２Ａは、注目領域設定部３４Ａと、距離測定領域設定部１７８と、重ね合わせ画像生成部１７９と、を有する。注目領域設定部３４Ａは、画像データ取得部８０と、移動情報取得部８２と、投影パターン像検出部８４と、検出用注目領域生成部１７２と、距離測定部１７４と、注目領域位置決定部１７６と、から構成した。

検出用注目領域設定部１７２は、注目領域テンプレートデータ１８２と読み出しアドレスデータ１８４とに基づいて、注目領域の設定に使用する検出用注目領域を生成する。検出用注目領域は、注目領域を設定する対象の光学プローブ３と被測定物Ｍの相対位置に移動直前に取得した画像データに基づいて設定した注目領域の情報となる。

距離測定部１７４は、検出用注目領域に含まれるライン光の像と検出用注目領域との距離を測定する。検出用注目領域とライン光の像との距離は、設定された複数の代表点について検出しても、全ての位置で検出してもよい。検出用注目領域の縁とライン光の像との距離は、極大画素検索列に沿った方向における距離である。注目領域の縁とライン光の像との極大画素検索列に沿った方向における距離は、複数点の代表点の距離の平均でもよいし、注目領域の極大画素検索列に略直交する方向の全域で計測した平均としてもよい。

注目領域位置決定部１７６は、注目領域テンプレートデータを画像データに対して配置する位置を決定する。注目領域位置決定部１７６は、決定した位置情報を光学プローブ３と被測定物Ｍの相対位置に対応付けて、読み出しアドレスデータ１８４に記憶する。

距離測定領域設定部１７８は、検出用注目領域とライン光の像との距離を計測する位置を設定する。

重ね合わせ画像生成部１７９は、光学プローブ３と被測定物Ｍとを相対移動させつつ、取得した複数の画像データのそれぞれで抽出されたライン光の像の画像を重ね合わせた画像を生成する。重ね合わせ画像生成部１７９は、注目領域の情報に基づいて、画像データから注目領域の画像のみを抽出することで、ライン光の像の画像を抽出する。

図１６は、本実施形態の形状測定装置の注目領域設定動作の一例を示すフローチャートである。図１７は、注目領域テンプレートデータの一例を示す説明図である。図１８及び図１９は、注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。図１６に示す処理は、制御部３０Ａの注目領域設定ユニット３２Ａで処理を実行することで、実現される。また、制御部３０Ａは、光学プローブ３と被測定物を相対的に移動させ、パターン像が投影される位置毎に図１６に示す処理を実行することで、被測定物Ｍの形状を測定する各位置での注目領域を設定する。

制御部３０Ａは、画像データ取得部８０により、撮像装置９で撮像した画像データを取得する（ステップＳ２１２）。制御部３０Ａは、画像データを取得した後、検出用注目領域生成部１７２により、注目領域テンプレートデータ１８２を取得し（ステップＳ２１４）、読み出しアドレスデータ１８４を取得し（ステップＳ２１６）、読み出したアドレスと注目領域テンプレートデータとで、検出用注目領域を生成する（ステップＳ２１８）。検出用注目領域は、画像データに対して重ねる位置が特定されている注目領域となる。

形状測定装置１は、注目領域テンプレートデータ１８２として、図１７に示す注目領域テンプレート５００を有する。注目領域テンプレート５００は、２つの注目領域５０２、５０４の位置を示すデータである。注目領域テンプレートデータ１８２は、注目領域テンプレート５００は、例えばルックアップテーブルで記憶している。

制御部３０Ａは、アドレス情報に基づいて、画像データＦａに重ねる注目領域テンプレート５００の位置を決定する。制御部３０は、図１８に示すα方向にα１、β方向にβずらすアドレス情報が設定されている場合、画像データＦａに対してα方向にα１分の距離、β方向にβ１分の距離ずれた位置に注目領域テンプレート５００を重ねた注目領域５０２、５０４を有する検出用注目領域を生成する。

制御部３０Ａは、検出用注目領域を生成した後、投影パターン像検出部８４により、検出用注目領域内にあるライン光の像を検出する（ステップＳ２２０）。制御部３０Ａは、ライン光の像の位置を検出した後、注目領域の縁とライン光の像との極大画素検索列に沿った方向における距離を検出する（ステップＳ２２２）。ここで、注目領域は、検出用注目領域または検出用注目領域の位置を変更した注目領域となる。

制御部３０Ａは、図１８に示すように、注目領域５０２の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と、注目領域５０４の点Ｐ４、Ｐ５，Ｐ６の６点のそれぞれから、極大画素検索列に沿った方向のライン光の像と距離を検出する。注目領域の縁とライン光の像との極大画素検索列に沿った方向における距離は、複数点の代表点の距離の平均でもよいし、注目領域の極大画素検索列に略直交する方向の全域で計測した平均としてもよい。

制御部３０Ａは、距離を検出した後、注目領域位置決定部１７６により検出した距離が閾値範囲内であるかを判定する（ステップＳ２２４）。制御部３０Ａは、距離が閾値以内ではない（ステップＳ２２４でＮｏ）と判定した場合、注目領域位置決定部１７６により注目領域のアドレスを変更し（ステップＳ２２６）、アドレスと注目領域テンプレートデータとで画像データに対する位置を変更した注目領域を生成し（ステップＳ２２８）、ステップＳ２２２に戻る。

制御部３０Ａは、距離が閾値以内である（ステップＳ２２４でＹｅｓ）と判定した場合、注目領域位置決定部１７６により、注目領域のアドレスを読み出しアドレスデータ１８４に記憶する。また、制御部３０Ａは、注目領域のアドレスに移動情報取得部８２で取得した光学プローブ３と被測定物の相対位置を対応付けて読み出しアドレスデータ１８４に記憶する。

制御装置３０Ａは、相対位置が移動しながら取得された画像データ、つまり各フレームの画像データについて、アドレス位置を設定することで、図１９に示すように注目領域をライン光の像の移動方向の矢印５１０に沿って移動させることができる。また、制御装置３０Ａは、所定のタイミングで、注目領域５０４で検出していたライン光の像を注目領域５０２で検出するように、注目領域とライン光の像との対応関係を切り換えるようにアドレスを設定することが好ましい。これにより、複数の注目領域で効率よくライン光の像を検出することができる。

また、制御装置３０Ａは、光学プローブ３と被測定物Ｍとの相対移動と画像データ上でのライン光の像の移動方向との関係を設定できるようにすることが好ましい。これにより、注目領域に基づいて、ライン光の像を検出する場合にライン光の像を見つけやすくすることができる。

図２０から図２２は、それぞれ注目領域設定動作の一例を説明するための説明図である。また、制御装置３０Ａは、移動方向を設定する画面に撮像装置９で撮像した画像をあわせて表示させることが好ましい。例えば、図２０に示すライン光の像６１０を含む画像データＦｃや図２１に示すライン光の像６１０ａを含む画像データＦｄを表示させることが好ましい。ここで、画像データＦｃは、測定開始時のフレームの画像データである。画像データＦｃは、測定終了時のフレームの画像データである。制御装置３０Ａは、画像データＦｃと画像データＦｄの両方を表示させることが好ましい。

また、制御装置３０Ａは、移動方向を設定する画面に重ね合わせ画像生成部１７９で生成した画像をあわせて表示させることがより好ましい。例えば、制御装置３０Ａは、図２２に示すように、画像データＦｃと画像データＦｄの間のフレームのライン光の像も加えて、ライン光の像を重ね合わせた画像データ６００を表示させる。画像データ６００は、画像データＦｃのライン光の像６１０と画像データＦｄのライン光の像６１０ａの両方を含む。制御装置３０Ａは、重ね合わせ画像生成部１７９で生成した画像を表示することで、矢印６３０の方向を認識しやすい画像を表示することができる。

形状測定装置１は、上記実施形態のように撮像装置９で取得したライン光の像を含む画像データに基づいてライン光の像の位置を検出し、ライン光の像の位置に基づいて、注目領域を設定することが好ましいが、これに限定されない。形状測定装置１は、画像データを用いずに注目領域を設定してもよい。形状測定装置１は、ライン光が被測定物に投影された時の位置情報に基づいて、注目領域を設定してもよい。一例として、形状測定装置１は、緒元データ４９と装置の各種条件に基づいて、シミュレーションを行い、ライン光の像の位置を推定し、推定したライン光の像の位置に基づいて注目領域を設定してもよい。

また、形状計測装置１は、ライン光の像の移動方向を検出し、その移動方向に基づいて、画面データ上の注目領域の位置を移動させるようにしてもよい。移動量は、一定としてもよいし、設定した規則で変動するようにしてもよい。また、形状計測装置１は、光学プローブ３と被測定物Ｍの相対移動に基づいて移動方向を検出し、注目領域を移動させてもよい。

ところで、光学プローブ３の照明光学系１３によりライン状のパターンが投影される例で説明したが、本発明はこれだけに限られない。例えば、被測定物Ｍに対してドット状のスポットパターンが投影される光学系と、このスポットパターンが被測定物Ｍの表面上で１方向に走査できるように、偏向走査ミラーを具備した照明光学系を用いても良い。この場合は、ライン状のパターンの長手方向が偏向走査ミラーの走査方向に対応する。これにより、ドット状のスポットパターン少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、線状の走査範囲内がライン状のパターンとなる。

上記実施形態の形状測定装置１は、１台の装置で処理を行ったが複数組み合わせてもよい。図２３は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。次に、図２３を用いて、形状測定装置を有する形状測定システム３００について説明する。形状測定システム３００は、形状測定装置１と、複数台（図では２台）の形状測定装置１ａと、プログラム作成装置３０２とを、有する。形状測定装置１、１ａ、プログラム作成装置３０２は、有線または無線の通信回線で接続されている。形状測定装置１ａは、注目領域設定ユニット３２を備えていない以外は、形状測定装置１と同様の構成である。プログラム作成装置３０２は、上述した形状測定装置１の制御装置４で作成する種々の設定やプログラムを作成する。具体的には、プログラム作成装置３０２は、測定範囲、調光領域設定可能範囲及び調光領域の情報や、測定範囲、調光領域設定可能範囲及び調光領域の情報を含む形状測定プログラム等を作成する。プログラム作成装置３０２は、作成したプログラムや、データを形状測定装置１、１ａに出力する。形状測定装置１ａは、領域及び範囲の情報や形状測定プログラムを形状測定装置１や、プログラム作成装置３０２から取得し、取得したデータ、プログラムを用いて、処理を行う。形状測定システム３００は、測定プログラムを形状測定装置１や、プログラム作成装置３０２で作成したデータ、プログラムを用いて、形状測定装置１ａで測定を実行することで、作成したデータ、プログラムを有効活用することができる。また、形状測定装置１ａは、注目領域設定ユニット３２、さらにその他の設定を行う各部を設けなくても測定を行うことができる。

次に、上述した形状測定装置を備えた構造物製造システムについて、図２４を参照して説明する。図２４は、構造物製造システムのブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置２０１と、設計装置２０２と、成形装置２０３と、制御装置（検査装置）２０４と、リペア装置２０５とを備える。制御装置２０４は、座標記憶部２１０及び検査部２１１を備える。

設計装置２０２は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、作成した設計情報を成形装置２０３に送信する。また、設計装置２０２は、作成した設計情報を制御装置２０４の座標記憶部２１０に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。

成形装置２０３は、設計装置２０２から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作成する。成形装置２０３の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置２０１は、作成された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２０４へ送信する。

制御装置２０４の座標記憶部２１０は、設計情報を記憶する。制御装置２０４の検査部２１１は、座標記憶部２１０から設計情報を読み出す。検査部２１１は、形状測定装置２０１から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部２１０から読み出した設計情報とを比較する。検査部２１１は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部２１１は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部２１１は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置２０５に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。

リペア装置２０５は、制御装置２０４から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。

図２５は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム２００は、まず、設計装置２０２が構造物の形状に関する設計情報を作成する（ステップＳ３０１）。次に、成形装置２０３は、設計情報に基づいて上記構造物を作成する（ステップＳ３０２）。次に、形状測定装置２０１は、作成された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ３０３）。次に、制御装置２０４の検査部２１１は、形状測定装置２０１で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ３０４）。

次に、制御装置２０４の検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、その処理を終了する。また、検査部２１１は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ３０５でＮｏ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ３０６）。

構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ３０６でＹｅｓ）、リペア装置２０５が構造物の再加工を実施し（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０３の処理に戻る。構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できないと検査部２１１が判定した場合（ステップＳ３０６でＮｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム２００は、図２５に示すフローチャートの処理を終了する。

本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態における形状測定装置２０１が構造物の座標を高精度に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

なお、本実施形態におけるリペア装置２０５が実行するリペア工程は、成形装置２０３が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２０４の検査部２１１が修復できると判定した場合、成形装置２０３は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２０３は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態における形状測定装置１は、保持部材５５が片持ちで光学プローブ３を保持する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、両持ちで保持する構成としてもよい。両持ちで保持することにより、回転時に保持部材５５に生じ変形を低減することができ、測定精度の向上を図ることが可能になる。

また、上述実施形態では光学プローブ３から照明光束Ｌとしてライン光を投影し、被測定物から反射するライン状のパターンを撮像しているが、光学プローブ３の形式はこれに限られない。光学プローブ３から発せられる照明光は、所定の面内に一括で投影する形式でも構わない。例えば、米国特許６０７５６０５号に記載さる方式でも構わない。光学プローブから発せられる照明光は、点状のスポット光を投影する形式でも構わない。

また、形状測定装置は、上記実施形態のように、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状の被測定物の測定に好適に用いることができる。形状測定装置は、繰り返し形状の１つについて、測定範囲、調光領域設定可能範囲及び調光領域を設定することで、設定した条件を他の繰り返し形状の測定に用いることができる。なお、被測定物は、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状に限定されず、種々の形状、例えば、繰り返し形状を備えない形状であってもよい。

１ 形状測定装置
２ プローブ移動装置
３ 光学プローブ
４ 制御装置
５ 表示装置
６ 入力装置
７ 保持回転装置
８ 光源装置
９ 撮像装置
１０ 駆動部
１１ 位置検出部
１２ 光源
１３ 照明光学系
２０ 撮像素子
２０ａ 受光面
２１ 結像光学系
２１ａ 物体面
３０ 制御部
３１ 記憶部
３２，３２Ａ 注目領域設定ユニット
３４ 注目領域設定部
３６ 測定範囲設定部
３７ 調光領域設定部
３８ 調光制御部
３９ 測定部
４０ 動作制御部
４２ 注目領域の位置設定データ
４４ 基準注目領域の位置設定データ
４６ 条件テーブル
４８ 形状測定プログラム
４９ 緒元データ
５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ 移動部
５１Ｘ，５１Ｙ，５１Ｚ ガイド部
５２ 保持体
５３ 第１回転部
５３ａ 回転軸線
５４ 第２回転部
５５ 保持部材
５５Ａ 第１保持部
５５Ｂ 第２保持部
６２，６３，６４，６５，６６，６８ 矢印
７１ テーブル
７２ 回転駆動部
７３ａ，７３ｂ 基準球
８０ 画像データ取得部
８２ 移動情報取得部
８４ 投影パターン像検出部
８６ 注目領域決定部
８８ 第２の注目領域生成部
８９ 注目領域取消判定部
９０ 基準注目領域内投影パターン像検出部
９２ 新規注目領域生成判定部
９４ 第２の注目領域決定部
１００ 画面
１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ 画像ウインドウ
１０４，１０６ ウインドウ
１１２ 測定条件欄
１１４，１２８，１３０ ボタン
１２０ チェックボックス
１２２ 調光領域選択点
１２４ 測定範囲選択点（点群抽出範囲）
１２６ 範囲欄
１４０ 被測定物
１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ ライン光
１４４ 輝線
１５０ａ，１５０ｂ 測定領域
１５２ 調光領域設定可能範囲
１５４ 調光領域
１７２ 検出用注目領域生成部
１７４ 距離測定部
１７６ 注目領域位置決定部
１７８ 距離測定領域設定部
１７９ 重ね合わせ画像生成部
１８２ 注目領域テンプレートデータ
１８４ 読み出しアドレスデータ
１８６ 画像データ
２００ 構造物製造システム
２０１ 形状測定装置
２０２ 設計装置
２０３ 成形装置
２０４ 制御装置
２０５ リペア装置
２１０ 座標記憶部
２１１ 検査部
３００ 形状測定システム
３０２ プログラム作成装置
ＡＸ 回転軸中心
Ｂ ベース
Ｍ 被測定物
Ｌ 照明光束

Claims (29)

1. パターンを測定対象に投影する投影部と、
   前記投影部によりパターンが投影された測定対象を撮像する撮像部と、
   前記投影部と前記測定対象とを相対移動させて、前記測定対象への前記パターンの前記測定対象上における投影位置を移動可能な移動部と、
   前記測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域を前記パターンの像を含むように前記撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定する注目領域設定部と、
   を備える形状測定装置。
2. 前記注目領域設定部は、前記撮像部で取得された前記パターンの像を含む画像に基づき、前記注目領域を設定する請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記注目領域設定部は、前記パターンが前記測定対象に投影された時の位置情報に基づいて、前記注目領域を設定する請求項１に記載の形状測定装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定装置において、
   前記注目領域設定部は、前記投影部と前記前記測定対象との相対移動条件を含む移動情報に基づいて前記注目領域を設定する形状測定装置。
5. 請求項４に記載の形状測定装置において、
   前記移動情報は、前記測定対象に対する前記パターンの投影位置の移動方向を含み、
   前記注目領域設定部は、前記移動方向に基づいて前記注目領域を設定する形状測定装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の形状測定装置において、
   前記注目領域設定部は、前記相対移動を行う前の前記パターンの像と、前記相対移動条件により算出される前記撮像部の撮像面におけるパターンの像の移動距離と、に基づいて、前記注目領域を設定する形状測定装置。
7. 請求項６に記載の形状測定装置において、
   更に、前記注目領域を前記パターンの投影位置の移動に基づかずに、前記撮像部で撮像される領域内の少なくとも一部に前記測定対象の測定に利用される情報を取得するための基準注目領域を設定する基準注目領域設定部を有する形状測定装置。
8. 請求項７に記載の形状測定装置において、
   前記注目領域設定部は、前記基準注目領域と前記移動情報に基づいて、前記注目領域を設定する形状測定装置。
9. 請求項７または８に記載の形状測定装置において、
   前記注目領域設定部は、前記基準注目領域を設定した位置に新たに第２の注目領域を生成する第２の注目領域生成部を備える形状測定装置。
10. 請求項９に記載の形状測定装置において、
    前記第２の注目領域生成部は、前記基準注目領域の内側に形成される像の特徴量に基づいて、前記第２の注目領域を新たに生成するか否かを判定する新規注目領域生成判定部を有する形状測定装置。
11. 請求項１０に記載の形状測定装置において、
    前記投影部は、前記測定対象に投影されるパターンとして、ライン状の光強度分布を持つ光束を投影することでライン光を投影し、
    前記新規注目領域生成判定部は、前記基準注目領域に内のライン光のパターンの像について、前記ライン光のパターンの像の検出方向に沿って検出されるピーク値を持つ画素を、前記ライン光のパターンの像の前記検出方向に交差する方向の各位置で検出し、前記ピーク画素の個数が設定された値以上である場合、前記注目領域を新たに生成するように制御する形状測定装置。
12. 請求項１０に記載の形状測定装置において、
    前記新規注目領域生成判定部は、前記基準注目領域内の前記ライン光のパターンの像の長さが設定された長さ以上である場合、前記注目領域を新たに生成するように制御する形状測定装置。
13. 請求項９に記載の形状測定装置において、
    前記注目領域設定部は、前記第２の注目領域の内側に形成される像の特徴に基づいて、前記第２の注目領域を取り消すか否かを判定する注目領域取消判定部を有する形状測定装置。
14. 請求項４に記載の形状測定装置において、
    前記注目領域設定部は、更に前記注目領域を、前記パターンの投影位置の相対移動に基づいて生ずるパターンの像の移動距離または移動方向に基づいて、前記注目領域を再設定する形状測定装置。
15. 請求項１４に記載の形状測定装置において、
    前記注目領域設定部は、前記相対移動の前後の複数の画像から前記パターンの像の移動距離または移動方向を算出する形状測定装置。
16. 請求項１４に記載の形状測定装置において、
    前記注目領域設定部は、前記初期注目領域の外縁から前記パターンの像までの距離に基づき、前記注目領域を移動する形状測定装置。
17. 請求項１６に記載の形状測定装置において、
    更に前記初期注目領域の外縁から前記パターンの像まで距離を測定する場所を特定する距離測定領域を設定する距離測定領域設定部を備える形状測定装置。
18. 請求項１４に記載の形状測定装置において、
    更に前記相対移動しながら撮影することで取得された複数の画像データの前記パターンの像を重ね合わせた画像を生成する重ね合わせ画像生成部を備え、
    前記注目領域設定部は、前記重ね合わせ画像生成部で生成された前記パターンの像を重ね合わせた画像に基づいて前記パターンの像の移動距離または移動方向を算出する形状測定装置。
19. 請求項１４に記載の形状測定装置において、
    前記注目領域設定部は、前記移動部から得られた前記測定対象に対する前記投影部の相対移動方向と、前記測定対象の緒元データに基づいて、前記パターンの像の移動距離または移動方向を算出する形状測定装置。
20. 請求項１から１９のいずれか一項に記載の形状測定装置において、
    更に、前記投影部の前記ライン光の投影方向と、前記撮像部の撮像方向とがそれぞれ異なるように前記投影部と前記撮像部とを保持する筐体とを有するプローブを備える形状測定装置。
21. 請求項１から２０のいずれか一項の形状測定装置において、
    前記注目領域は、点群生成領域であり、
    更に、前記画像データの前記点群生成領域内に位置する前記パターンの像の位置に基づいて、前記測定対象の形状を測定する測定部を備える形状測定装置。
22. 請求項１から２１のいずれか一項の形状測定装置において、
    前記注目領域は、調光領域であり、
    更に、前記画像データの前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記投影部からの投光量、前記撮像部で受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記撮像部の入出力特性を制御する調光制御部を備える形状測定装置。
23. パターンを測定対象に投影する投影部と、
    前記投影部によりパターンが投影された測定対象を撮像する撮像部と、
    前記投影部と前記測定対象とを相対移動させて、前記測定対象への前記パターンの前記測定対象上における投影位置を移動可能な移動部と、
    前記撮像部で撮像された前記測定対象へ投影されたパターンの像の存在状態を検出する基準注目領域を設定可能とし、前記基準注目領域内のパターンの像の存在状態に応じて、前記測定に利用される情報を取得する領域を設定する注目領域を生成する注目領域生成部と、
    を備える形状測定装置。
24. 更に、前記注目領域生成部で生成された生成された前記注目領域を、前記測定対象上における前記パターンの投影位置の移動に基づいて、変化させる注目領域設定部を有する請求項２３に記載の形状測定装置。
25. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
    前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項１から２４のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
    前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。
26. 測定対象へパターンを投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記測定対象に投影された前記パターンの像を撮像して画像データを取得し、前記画像データの前記パターンの像に基づいて、前記測定対象の形状を測定する形状測定方法であって、
    前記パターンの投影位置が前記測定対象に対して相対移動することと、
    前記測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域を前記パターンの像を含むように前記撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定することと、
    前記画像データの前記注目領域内に位置する前記パターンの像の位置に基づいて前記測定対象の形状を測定することと、
    を備える形状測定方法。
27. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形することと、
    前記成形された前記構造物の形状を請求項２６の形状測定方法によって測定することと、
    前記測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、
    を含む構造物製造方法。
28. 測定対象へパターンを投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記測定対象に投影された前記パターンの像を撮像して画像データを取得し、前記画像データの前記パターンの像に基づいて、前記測定対象の形状を測定する形状測定プログラムであって、
    コンピュータに
    前記パターンの投影位置が前記測定対象に対して相対移動することと、
    前記測定対象の測定に利用される情報を取得するための注目領域を前記パターンの像を含むように前記撮像部で撮像される領域の少なくとも一部に設定することと、
    前記画像データの前記注目領域内に位置する前記パターンの像の位置に基づいて前記測定対象の形状を測定することと、
    を実行させる形状測定プログラム。
29. 請求項２８に記載の形状測定プログラムを記録し、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。

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