JP2014006149A - 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、および形状測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】形状測定の精度が低下する程度を低減する。
【解決手段】形状測定装置は、ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する投光部と、入力される情報に基づいて、光束のコヒーレンシーを制御する制御部と、光束が投光された測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、撮像部で生成された撮像画像に含まれる光束の位置に基づいて、表面の形状を測定する測定部とを備える。
【選択図】図１

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、および形状測定プログラムに関する。

近年、例えば、レーザー光源からの光を測定対象に投光し、投光した方向とは異なる方向からライン光の像を撮影した場合にライン光の像の位置を検出することにより、測定対象の形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

米国特許第５１７２００１号明細書

しかしながら、上記のような形状測定装置は、測定対象の表面状態によっては、ライン光の像に不均一な強度分布が生じてしまい、ライン光の像の位置を正確に求めることができず、形状測定の精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、形状測定の精度が低下する程度を低減することができる形状測定装置を提供することにある。

本発明の一実施形態は、ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する投光部と、前記光束が投光された測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部で生成された前記撮像画像に含まれる前記光束の位置に基づいて、前記表面の形状を測定する測定部とを有し、前記投光部から投光される光束のコヒーレンシーを制御する制御部を備えることを特徴とする形状測定装置である。

また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する上記の形状測定装置と、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物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である。

また、本発明の一実施形態は、ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する光学系と、前記光束が投光された前記測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部が生成した前記撮像画像に含まれる前記光束の位置に基づいて、前記表面の形状を測定する測定部と、前記コヒーレンシーを制御する制御部とを備える形状測定装置が、入力される情報に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する制御ステップを有することを特徴とする形状測定方法である。

また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、作成された前記構造物の形状を、上記の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法である。

また、本発明の一実施形態は、ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する光学系と、前記光束が投光された測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部が生成した前記撮像画像に含まれる前記光束の位置に基づいて、前記表面の形状を測定する測定部と、前記コヒーレンシーを制御する制御部とを備える形状測定装置のコンピュータに、入力される情報に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する制御ステップを実行させる形状測定プログラムである。

この発明によれば、形状測定の精度が低下する程度を低減することができる。

本実施形態の第１の実施形態に係る形状測定装置の概略構成の一例を示す構成図である。 本実施形態における形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本実施形態の測定プローブの概略構成の一例を示す構成図である。 本実施形態の光学系が射出するライン光によって測定対象の表面に形成される測定ラインの一例を示す模式図である。 本実施形態の光学系によるライン光の射出方向と撮像部の撮像方向との関係を示す模式図である。 本実施形態における形状測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本実施形態の光源及び光学系の構成の一例を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本発明の第６の実施形態に係る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による処理の流れを示したフローチャートである。

［第１の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の第１の実施形態に係る形状測定装置１００の概略構成の一例を示す構成図である。形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット５０とを備えている。以下、各図の説明においては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。測定機本体１の鉛直上方向（図１における紙面下から上方向）をＺ軸の正の方向とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする。ここではＸ軸の正の方向は、図１における紙面の左から右方向とし、Ｙ軸の正の方向は、図１における紙面に垂直な奥から手前方向とする。

測定機本体１は、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面上の水平な上面（基準面）を備えている基台５と、この基台５上に設けられ、測定ヘッド７を支持して移動させる移動部６と、基台５上に設けられ測定対象ＯＢＪを載置する支持装置８とを備えている。また、基台５には、Ｙ方向に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。

移動部６は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱６ａと、支柱６ａと対をなす支柱６ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム６ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部６は、水平フレーム６ｃにおいて、Ｘ方向に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向に移動自在に設けられた測定ヘッド７を備えている。

測定ヘッド７の下部には、測定対象ＯＢＪの表面の形状を検出する測定プローブ３が設けられている。この測定プローブ３は、測定プローブ３の下方に配置される測定対象ＯＢＪとの距離を検出するように、測定ヘッド７に支持されている。測定ヘッド７の位置を制御することにより、測定プローブ３の位置を移動させることができる。また、測定プローブ３とキャリッジとの間には、Ｚ軸方向と平行な軸に対して測定プローブ３を回転させるヘッド回転機構７ａを有している。

また、移動部６の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド７を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向）に電動で移動させるヘッド駆動部４２ａ（図２を参照）と、測定ヘッド７の座標を検出し測定ヘッド７の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部４１ａ（図２を参照）とが設けられている。

基台５上には、支持装置８が設けられている。支持装置８は、ステージ８ａと、支持テーブル８ｂとを備えている。
ステージ８ａは、測定対象ＯＢＪを載置して把持する。
支持テーブル８ｂは、直交する２方向の回転軸周りにステージ８ａを回転可能に支持することによりステージ８ａを基準面に対して傾斜または水平回転させる。具体的には、支持テーブル８ｂは、例えば、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で図１に示すＡ方向に回転可能、かつ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として図１に示すＢ方向に回転可能にステージ８ａを支持している。

また、支持装置８には、入力される駆動信号に基づきステージ８ａを回転軸θ及び回転軸φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部４２ｂ（図２を参照）と、ステージ８ａの座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部４１ｂ（図２を参照）とが設けられている。

制御ユニット５０は、制御装置６０と、モニタ７０と、入力装置８０とを備える。その詳細は後述する。

続いて、図２を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
図２は、本実施形態における形状測定装置１００の構成の一例を示す構成図である。測定機本体１は、上述したように、測定プローブ３と、検出部４１と、駆動部４２とを備えている。この駆動部４２は、上述したように、ヘッド駆動部４２ａと、ステージ駆動部４２ｂとを備えている。

ヘッド駆動部４２ａは、支柱６ａ及び支柱６ｂをＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、測定ヘッド７をＺ方向に駆動するＺ軸用モータ及び測定プローブ３をＺ軸方向と平行な軸に回転するヘッド回転用モータを備えている。ヘッド駆動部４２ａは、後述する駆動制御部６６から供給される駆動信号に基づいて、測定ヘッド７を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。

ステージ駆動部４２ｂは、ステージ８ａを回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備えている。また、ステージ駆動部４２ｂは、後述する駆動制御部６６から供給される駆動信号に基づいて、ステージ８ａを回転軸θ及び回転軸φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。

検出部４１は、上述したように、ヘッド位置検出部４１ａと、ステージ位置検出部４１ｂとを備えている。

ヘッド位置検出部４１ａは、測定ヘッド７のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置及びヘッドの設置角度をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、Ｚ軸用エンコーダ、及びヘッド回転用エンコーダを備えている。また、ヘッド位置検出部４１ａは、それらのエンコーダによって測定ヘッド７の座標を検出し、測定ヘッド７の座標値を示す信号を後述の座標検出部６３に供給する。

ステージ位置検出部４１ｂは、ステージ８ａの回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。また、ステージ位置検出部４１ｂは、それらのエンコーダを用いて、ステージ８ａの回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部６３へ供給する。

測定プローブ３は、光源１０と、光学系２０と、撮像部３０とを備えており、光源１０から光学系２０を介して測定対象ＯＢＪにライン光の光束（以下、単にライン光ともいう。）を照射するとともに、撮像部３０によってライン光が照射された測定対象ＯＢＪを撮像して、照射光切断方式により測定対象ＯＢＪの表面形状を検出する。この測定プローブ３の構成について、図３を参照して説明する。

図３は、本実施形態の測定プローブ３の概略構成の一例を示す構成図である。
測定プローブ３は、光源１０及び光学系２０からなる投光部と撮像部３０との間の相対的な位置が変化しないように、投光部及び撮像部３０を保持している。

投光部を構成する光源１０は、光源制御部６１から供給される光の照射を制御する制御信号に基づいて、所定の光量分布を有する光を射出する。また、光源１０は、射出する光のコヒーレンシーが可変である。具体的には、光源１０は、半導体レーザー発光部を備えている。この半導体レーザー発光部は、レーザーの発振開始電流値以上の電流値の電流が供給された場合には、レーザー発振することによりレーザー光を射出する。また、半導体レーザー発光部は、レーザーの発振開始電流値より小さな電流値の電流が供給された場合には、レーザー発振せずにエレクトロルミネセンス効果により発光する光（エレクトロルミネセンス光）を射出する。ここで、レーザー光とは、エレクトロルミネセンス光に比してコヒーレンシーが高い光である。つまり、レーザー光とは、コヒーレンシーが相対的に高い光である。また、エレクトロルミネセンス光とは、レーザー光に比してコヒーレンシーが低い光である。つまり、エレクトロルミネセンス光は、コヒーレンシーが相対的に低い光である。すなわち、光源１０は、光源制御部６１から供給される電流値に基づいて、コヒーレンシーが相対的に高い光と、コヒーレンシーが相対的に低い光とを射出する。なお、光源１０は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などの非線形光学材料を用いた変調素子を備えていてもよい。これらの変調素子によっても、光源１０は、射出する光のコヒーレンシーを可変にすることができる。なお、光のコヒーレンシーには、時間的コヒーレンシーと、空間的コヒーレンシーとが含まれる。

投光部を構成する光学系２０は、光源１０が射出する光をライン光にして投光する。具体的には、光学系２０は、コリーメーターレンズ２１と、レンズ２２と、シリンドリカルレンズ２３とを備えている。光学系２０は、光源１０から射出された光を、コリーメーターレンズ２１によって平行光に変換するとともに、平行光に変換した光をレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３によってライン光に変換する。また、光学系２０は、変換したライン光を、ステージ８ａ上に載置された測定対象ＯＢＪに投光する。光学系２０から投光されたライン光は、測定対象ＯＢＪの表面において、ライン状に形成される光量分布を有する測定ラインＭＬを形成する。

撮像部３０は、ライン光が投光された測定対象ＯＢＪの表面を撮像した撮像画像を生成する。具体的には、撮像部３０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などを利用したイメージングセンサを備えており、ライン光が投光された測定対象ＯＢＪの表面において、ライン状に形成される光量分布を有する測定ラインＭＬを撮像する。また、撮像部３０は、撮像した測定ラインＭＬの像を含む測定対象ＯＢＪの表面の撮像画像を生成し、生成した撮像画像を後述する間隔調整部６４に出力する。

再び、図２を参照して、制御ユニット５０の構成について説明する。上述したように、制御ユニット５０は、制御装置６０と、モニタ７０と、入力装置８０とを備える。
入力装置８０は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードを備えており、キーボードに入力される指示情報を受け付け、受け付けた指示情報を後述する測定記憶部６８に書き込む。

モニタ７０は、後述するデータ出力部６９から供給されたデータに基づいて、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。

制御装置６０は、光源制御部６１（制御部）と、測定部６２とを備えており、測定機本体１を制御する。
光源制御部６１は、ユーザが入力装置８０から入力するコヒーレンシーを設定する情報に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。つまり、光源制御部６１は、入力される情報に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。

測定部６２は、座標検出部６３と、間隔調整部６４と、座標算出部６５と、駆動制御部６６と、移動指令部６７と、測定記憶部６８と、データ出力部６９とを備えており、撮像部３０で生成された撮像画像に含まれるライン光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。

測定記憶部６８には、測定対象ＯＢＪの測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値と測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、撮像部３０が撮像を行うサンプリング周波数を指定するデータ、及び各測定ポイントの距離間隔が、測定対象ＯＢＪの種類に関連付けられて予め記憶されている。また、測定記憶部６８には、後述する座標算出部６５が算出した三次元座標値の点群データが測定データとして記憶される。また、測定記憶部６８には、後述する座標検出部６３が検出した各測定ポイントの座標情報が記憶される。また、測定記憶部６８には、測定対象ＯＢＪの設計情報（ＣＡＤデータ）が予め記憶されている。

移動指令部６７は、入力装置８０が受け付けた指示情報を測定記憶部６８から読み出す。具体的には、移動指令部６７は、指示情報に含まれる、測定対象ＯＢＪの種類に関連付けられた測定対象ＯＢＪの測定範囲を示す測定ポイントの座標値、測定対象ＯＢＪの測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値、測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータを測定記憶部６８から読み出す。また、移動指令部６７は、読み出したデータに基づいて、測定対象ＯＢＪに対する測定プローブ３の移動経路を算出するとともに、算出した移動経路及び読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、測定ピッチ）に従って、測定ヘッド７およびステージ８ａを駆動させるための指令信号を生成する。そして、移動指令部６７は、生成した指令信号を駆動制御部６６に供給する。

駆動制御部６６は、移動指令部６７からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部４２ａおよびステージ駆動部４２ｂに駆動信号を出力することによって、測定ヘッド７およびステージ８ａの駆動制御を行う。

データ出力部６９は、測定記憶部６８から測定データ（全測定ポイントの座標値）を読み出し、読み出した測定データをモニタ７０に出力する。また、データ出力部６９は、測定データをプリンタやＣＡＤシステムなど設計システム（不図示）へ出力する。

座標検出部６３は、ヘッド位置検出部４１ａから出力される座標信号により、測定プローブ３の位置および、測定プローブ３が備える撮像部３０の撮像方向を検知する。また、座標検出部６３は、ステージ位置検出部４１ｂから出力される回転位置を示す信号により、ステージ８ａの回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置を検知する。座標検出部６３は、それぞれ検知された測定プローブの位置および撮像方向とステージ位置検出部４１ｂから出力される回転位置を示す情報（ステージ８ａの回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部６３は、検出した座標情報を座標算出部６５へ供給する。また、座標検出部６３は、測定プローブ３の位置および撮像方向とステージ８ａの回転位置情報とに基づいて、測定プローブ３とステージ８ａとの相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を移動指令部６７へ供給する。

間隔調整部６４は、座標検出部６３による座標計測が開始される前に、測定記憶部６８から撮像部３０が撮像を行うサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。また、間隔調整部６４は、読み出したサンプリング周波数によって、撮像部３０が生成した撮像画像を取得する。また、間隔調整部６４は、取得した撮像画像から測定対象ＯＢＪの表面の形状データの算出に使用する画像情報を生成する。より具体的には、間隔調整部６４は、撮像部３０が上記のサンプリング周波数によって生成した撮像画像のすべてのフレームのうちから、フレームを間引いた画像情報を生成して、生成した画像情報を座標算出部６５に供給する。

座標算出部６５は、測定プローブ３により検出された測定対象ＯＢＪの表面の形状に基づいて、測定対象ＯＢＪの表面の形状データ、すなわち三次元形状データを算出する。具体的には、座標算出部６５は、撮像部３０が生成した撮像画像を間隔調整部６４を介して取得する。また、座標算出部６５は、座標検出部６３から測定プローブ３の位置および撮像方向とステージ８ａの回転位置情報とを示す座標情報を取得する。そして、座標算出部６５は、取得した撮像画像と、座標情報とに基づいて、測定対象ＯＢＪの各測定ポイントの座標値（三次元座標値）を示す点群データを算出する。このようにして、座標算出部６５は、取得した撮像画像に含まれる測定ラインＭＬの像の位置に基づいて、表面の形状を測定する。この座標算出部６５による表面の形状測定についてのより具体的な構成を、図４を参照して説明する。

図４は、本実施形態の光学系２０が射出するライン光によって測定対象ＯＢＪの表面に形成される測定ラインＭＬの一例を示す模式図である。
同図に示すように、光学系２０は、光源１０が射出する光をライン光にして、同図に示す線分Ｌ１の方向に投光する。ここで、測定対象ＯＢＪは、ステージ８ａ付近に設定されるライン光の射出目標座標である座標Ｆと、測定対象ＯＢＪの測定基準位置とを一致させた状態にして、ステージ８ａ上に載置される。このようにして、光学系２０がライン光を線分Ｌ１の方向に投光することにより、測定対象ＯＢＪの表面には、測定ラインＭＬが形成される。次に、図５を参照して、光学系２０によるライン光の射出方向と撮像部３０の撮像方向との関係を説明する。

図５は、本実施形態の光学系２０によるライン光の射出方向と撮像部３０の撮像方向との関係を示す模式図である。
座標算出部６５は、座標検出部６３から取得した座標情報に基づいて、測定プローブ３の光学系２０の座標およびライン光の射出方向と、撮像部３０の座標および撮像方向を算出する。上述したように、光学系２０および撮像部３０は測定プローブ３に固定されているので、光学系２０の座標およびライン光の射出方向（図５に示す線分Ｌ１の方向）は、測定プローブ３に対して固定である。また、撮像部３０も測定プローブ３に固定されているので、撮像部３０の座標および撮像方向（図５に示す線分Ｌ２の方向）は、測定プローブ３に対して固定である。つまり、測定プローブ３は、光学系２０および撮像部３０を固定して、ライン光の射出方向と撮像方向とのなす角を固定する。

また、座標算出部６５は、光学系２０から射出されたライン光が測定対象ＯＢＪの表面に当たった点の座標、つまり測定ラインＭＬの座標を、撮像画像の画素ごとに、三角測量を用いて算出する。ここで、線分Ｌ１と線分Ｌ２とのなす角及び、座標Ｆは既知であることから、座標算出部６５は、座標Ｆを基準にして、ライン光が測定対象ＯＢＪの表面に当たった点の座標を算出することができる。つまり、光学系２０から射出されたライン光が測定対象ＯＢＪの表面に当たった点の座標は、図５に示すように、光学系２０の座標からライン光の射出方向に引いた線分Ｌ１と、撮像部３０の座標から撮像方向に引いた線分Ｌ２との交点、つまり座標Ｆを基準にして定められる。このようにして、座標算出部６５は、撮像部３０が撮像した撮像画像に含まれる測定ラインＭＬの位置に基づいて、表面の形状を測定する。また、撮像部３０の撮像面と測定ラインＭＬとはシャインプルーフの条件を満たしており、撮像部３０は、鮮鋭な測定ラインＭＬの像を撮像する。

次に、図６に示すフローチャートを用いて、形状測定装置１００が測定対象ＯＢＪの形状測定を実行する処理について説明する。
図６は、本実施形態における形状測定装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

最初に、ユーザは、測定対象ＯＢＪの測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置８０から入力する。入力装置８０は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を測定記憶部６８に記憶させる（ステップＳ１）。

また、ユーザは、測定対象ＯＢＪの測定ポイントの距離間隔を入力装置８０から入力する。入力装置８０は、入力された測定ポイントの距離間隔を測定記憶部６８に記憶させる（ステップＳ２）。

次に、ユーザは、測定対象ＯＢＪの測定ポイントにおける設計情報を基に、測定光の投影方向及び撮像方向を設定する（ステップＳ３）。移動指令部６７は、設定された測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータや、予め設定された測定範囲を示す測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向を測定記憶部６８から読み出す。移動指令部６７は、上記読み出したデータに基づいて、測定対象ＯＢＪに対する測定プローブ３の移動経路を算出する。

次に、移動指令部６７は、算出した移動経路に基づいて、測定ヘッド７及びステージ８ａを駆動させるための指令信号を駆動制御部６６に供給する。駆動制御部６６は、移動指令部６７から供給された指令信号に基づいて、ヘッド駆動部４２ａとステージ駆動部４２ｂとに測定ヘッド７及びステージ８ａを駆動する。これにより、測定ヘッド７及びステージ８ａが駆動され、測定ヘッド７は、測定対象ＯＢＪの測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動する（ステップＳ４）。

次に、間隔調整部６４は、撮像部３０が生成する測定対象ＯＢＪを撮像した撮像画像を取得するとともに、取得した座標算出部６５に供給する。一方、座標検出部６３は、ヘッド位置検出部４１ａが検出する測定プローブの座標情報と、ステージ位置検出部４１ｂが検出するステージ８ａの回転位置情報とを取得し、取得したこれらの情報を座標算出部６５に供給する（ステップＳ６）。

座標算出部６５は、間隔調整部６４から取得した撮像画像と、座標検出部６３から取得した測定プローブ３の座標情報およびステージ８ａの回転位置情報とに基づき、測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する（ステップＳ７）。また、座標算出部６５は、算出した点群データを測定記憶部６８に記憶させる。

次に、移動指令部６７は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。

移動指令部６７は、ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）には、次の測定ポイントに測定プローブ３を移動させる（ステップＳ９）。具体的には、移動指令部６７は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、測定ヘッド７およびステージ８ａを駆動させるための指令信号を駆動制御部６６に出力する。駆動制御部６６は、移動指令部６７から取得した指令信号に基づいて、ヘッド駆動部４２ａを介して測定ヘッド７を駆動するとともに、ステージ駆動部４２ｂを介してステージ８ａを駆動する。そして、移動指令部６７は、ステップＳ６に制御を戻す。一方、移動指令部６７は、ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）には、処理をステップＳ１０に進める。

座標算出部６５は、各測定ポイントにおいて算出した測定ポイント毎の座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて、測定対象ＯＢＪの表面形状データを生成する（ステップＳ１０）。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００は、光源１０と、光学系２０と、光源制御部６１と、撮像部３０と、測定部６２とを備えている。この光源１０は、射出する光のコヒーレンシーが可変である。また、光学系２０は、光源１０が射出する光をライン光にして投光する。また、光源制御部６１は、入力される情報に基づいて、コヒーレンシーを制御する。また、撮像部３０は、ライン光が投光された測定対象ＯＢＪの表面を撮像した撮像画像を生成する。また、測定部６２は、撮像部３０で生成された撮像画像に含まれるライン光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。

ここで、形状測定装置１００において、コヒーレンシーが相対的に高い光を測定対象ＯＢＪに投光すると、測定対象ＯＢＪの表面を撮像した撮像画像の全部または一部にスペックルノイズが生じることがある。ここで、スペックルノイズとは、測定対象ＯＢＪの表面において散乱された散乱光どうしが干渉することによって生じる微細なノイズである。また、コヒーレンシーが相対的に低い光が投光されて生じた散乱光に比して、コヒーレンシーが相対的に高い光が投光されて生じた散乱光のほうが、互いに干渉を生じやすい。つまり、測定対象ＯＢＪにコヒーレンシーが相対的に高い光が投光された場合には、測定対象ＯＢＪを撮像した画像にスペックルノイズが生じやすい。スペックルノイズが生じると、撮像画像に含まれる測定ラインＭＬの像の鮮鋭度が低下するため、測定ラインＭＬの位置の検出精度が低下する。つまり、スペックルノイズが生じると、表面の形状の測定精度が低下する。上述したように形状測定装置１００は、入力される情報に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する光源制御部６１を備えている。これにより、形状測定装置１００は、撮像画像のうちの、スペックルノイズが生じる部分については、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低くして、測定対象ＯＢＪの撮像をすることができる。このような構成を備える形状測定装置１００は、撮像画像のうちのスペックルノイズが生じる部分については光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低く設定した情報をユーザが入力することによって、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低くして、測定対象ＯＢＪの撮像をすることができる。このようにして、形状測定装置１００は、撮像画像に含まれるスペックルノイズを低減することができる。つまり、形状測定装置１００は、形状測定の精度が低下する程度を低減することができる。

また、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低くした場合には、光のコヒーレンシーを相対的に高くした場合に比して光束が空間的に拡散する度合いが大きくなる。このため、光源１０から射出される光からライン光を生成する際にスリットなどのフィルタを用いることがある。このようにフィルタを用いる場合には、ライン光の光量が減少する。ライン光の光量が相対的に少ない場合、形状測定装置１００は、撮像部３０が測定対象ＯＢＪを撮像する際の露光時間を相対的に長く設定することによって、形状測定の精度が低下する程度を低減する。一方、光のコヒーレンシーが相対的に高い光は、光束が空間的に拡散する度合いが相対的に小さいため、スリットなどのフィルタを用いることなくライン光を生成することができる。このため、形状測定装置１００は、撮像部３０が測定対象ＯＢＪを撮像する際の露光時間を相対的に短く設定しても、高精度に形状測定することができる。

このように、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低くした場合には、高コヒーレンシー光を用いた場合に比べて撮像時間が長くなり、形状測定に要する時間が長くなる。したがって、形状測定に要する時間を短くするためには、形状測定装置１００は、高コヒーレンシー光を用いて測定する。一方、上述したように、形状測定装置１００は、高コヒーレンシー光を用いて測定した場合には、スペックルノイズが生じやすくなる。上述したように、スペックルノイズが生じると、表面の形状の測定精度が低下する。そこで、形状測定装置１００は、射出する光のコヒーレンシーを制御することによって、測定対象ＯＢＪの表面のうちの、スペックルノイズが生じにくい部分には、高コヒーレンシー光を投光して形状測定に要する時間を相対的に短縮するとともに、スペックルノイズが生じやすい部分には、低コヒーレンシー光を投光して表面の形状の測定精度が低下する程度を軽減する。つまり、形状測定装置１００は、形状測定に要する時間を短縮しつつ、表面の形状の測定精度が低下する程度を軽減することができる。

［第２の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定装置１００ａの構成の一例を示す構成図である。
形状測定装置１００ａは、制御ユニット５０ａを備えている。この制御ユニット５０ａは、光源制御部６１ａ（制御部）と、測定記憶部６８ａ（記憶部）とを備えている。

測定記憶部６８ａには、ライン光が投光される測定対象ＯＢＪの表面の状態を示す情報が記憶されている。具体的には、測定記憶部６８ａには、測定対象ＯＢＪの設計情報として測定対象ＯＢＪの表面の表面粗さを示す情報と、測定対象ＯＢＪの表面の公差を示す情報と、測定対象ＯＢＪの表面の材質を示す情報とが記憶されている。光源制御部６１ａは、測定記憶部６８ａから測定対象ＯＢＪの設計情報を読み出すとともに、読み出した設計情報（つまり、入力される情報）に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。

より具体的には、測定記憶部６８ａには、次に示すような実験結果に基づいた情報が設計情報として予め記憶されている。測定対象ＯＢＪの表面が金属である場合に、例えば切削や研削による表面加工がなされて表面粗さが５〜５０マイクロメートルである部分については、スペックルノイズが発生しやすい。また、測定対象ＯＢＪの表面が金属である場合に、研磨による表面加工がなされて表面粗さが５マイクロメートル未満であると、スペックルノイズが発生しにくい。また、測定対象ＯＢＪの表面が金属である場合に、鋳造後の鋳肌のように表面粗さが５０マイクロメートル以上であると、スペックルノイズが発生しにくい。また、測定対象ＯＢＪの表面がプラスチックまたはセラミックである場合に、例えば研磨、切削または研削による表面加工がなされて表面粗さが５０マイクロメートル未満である部分については、スペックルノイズが発生しやすい。また、測定対象ＯＢＪの表面がプラスチックまたはセラミックである場合に、鋳造後の鋳肌のように表面粗さが５０マイクロメートル以上であると、スペックルノイズが発生しにくい。測定記憶部６８ａには、このような実験結果に基づいた、測定対象ＯＢＪの表面の加工状態（表面粗さ及び表面の公差）を示す情報と、測定対象ＯＢＪの表面の材質を示す情報と、実験結果に基づいたスペックルノイズの発生難易度を示す情報と、測定対象ＯＢＪの種類とが関連付けられて記憶されている。

形状測定装置１００ａの光源制御部６１ａは、測定記憶部６８ａに記憶されている測定対象ＯＢＪの設計情報に基づいて、スペックルノイズの発生の難易を判定する。具体的には、光源制御部６１ａは、測定対象ＯＢＪの設計情報に含まれる測定対象ＯＢＪの表面の表面粗さを示す情報と、測定対象ＯＢＪの表面の公差を示す情報と、測定対象ＯＢＪの表面の材質を示す情報と、実験結果に基づいたスペックルノイズの発生難易度を示す情報とに基づいて、スペックルノイズの発生の難易を判定する。そして、光源制御部６１ａは、スペックルノイズが発生しにくいと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に高く制御する。一方、形状測定装置１００ａは、スペックルノイズが発生しやすいと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低く制御する。つまり、光源制御部６１ａは、スペックルノイズの発生の難易を判定した結果に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００ａの光源制御部６１ａは、ライン光が投光される表面の状態に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。これにより、形状測定装置１００ａは、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを、測定対象ＯＢＪの表面に応じて設定することができるため、スペックルノイズの発生を低減することができる。つまり、形状測定装置１００ａは、形状測定の精度が低下する程度を低減することができる。

また、形状測定装置１００ａは、ライン光が投光される測定対象ＯＢＪの表面の状態を示す情報を測定記憶部６８ａに記憶させている。これにより、形状測定装置１００ａは、スペックルノイズの発生の難易の判定を自動化することができる。

また、形状測定装置１００ａの光源制御部６１ａに入力される情報は、測定対象ＯＢＪの設計情報であり、光源制御部６１ａは、測定対象ＯＢＪの設計情報によって示される表面の状態に基づいて、コヒーレンシーを制御する。これにより、形状測定装置１００ａは、測定対象ＯＢＪの表面うちの、スペックルノイズの発生しやすい部分を正確に判定することができるため、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。

また、形状測定装置１００ａの光源制御部６１ａに入力される設計情報には、表面の表面粗さを示す情報が含まれており、光源制御部６１ａは、表面粗さを示す情報に基づいて、コヒーレンシーを制御する。これにより、形状測定装置１００ａは、予め実験によって求められている測定対象ＯＢＪの表面の表面粗さと、スペックルノイズの発生の難易との関係に基づいて、コヒーレンシーを制御することができる。つまり、形状測定装置１００ａは、測定対象ＯＢＪの表面うちの、スペックルノイズの発生しやすい部分を正確に判定することができるため、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。

また、形状測定装置１００ａの光源制御部６１ａに入力される設計情報には、表面の公差を示す情報が含まれており、光源制御部６１ａは、公差を示す情報に基づいて、コヒーレンシーを制御する。これにより、形状測定装置１００ａは、予め実験によって求められている測定対象ＯＢＪの表面の公差と、スペックルノイズの発生の難易との関係に基づいて、コヒーレンシーを制御することができる。つまり、形状測定装置１００ａは、測定対象ＯＢＪの表面うちの、スペックルノイズの発生しやすい部分を正確に判定することができるため、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。

［第３の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る形状測定装置１００ｂの構成の一例を示す構成図である。
形状測定装置１００ｂは、測定機本体１ｂと、制御ユニット５０ｂとを備えている。
測定機本体１ｂは、測定プローブ３ｂを備えている。この測定プローブ３ｂは、光源１０ｂと、光学系２０ｂとを備えている。次に、図９を参照して、光源１０ｂ及び光学系２０ｂの構成について説明する。

図９は、本実施形態の光源１０ｂ及び光学系２０ｂの構成の一例を示す構成図である。
光源１０ｂは、第１の光源１０ｂ−１と、第２の光源１０ｂ−２とを備えている。

第１の光源１０ｂ−１は、コヒーレンシーが相対的に高い光を射出する。具体的には、第１の光源１０ｂ−１は、半導体レーザー発光部を備えている。この半導体レーザー発光部は、レーザーの発振開始電流値以上の電流値の電流が供給されて、レーザー発振することによりレーザー光を射出する。

第２の光源１０ｂ−２は、コヒーレンシーが相対的に低い光を射出する。具体的には、第２の光源１０ｂ−２は、ハロゲン光源を備えており、ハロゲン光を射出する。なお、第２の光源１０ｂ−２は、メタルハライド光源などの可干渉性の低い光源を備えていてもよい。また、第２の光源１０ｂ−２は、不図示のスリットを備えており、このスリットによって射出するライン光の幅を設定する。

光学系２０ｂは、第１の光源１０ｂ−１に対応するコリーメーターレンズ２１ｂ−１と、第２の光源１０ｂ−２に対応するコリーメーターレンズ２１ｂ−２と、ハーフミラー２４を備えている。

第１の光源１０ｂ−１と、第２の光源１０ｂ−２とは互いに直交する方向に配置されている。ハーフミラー２４は、第１の光源１０ｂ−１から射出されるレーザー光を透過するとともに、第２の光源１０ｂ−２から射出されるハロゲン光を反射して、ハロゲン光の射出方向を４５度回転させる。つまり、ハーフミラー２４は、第１の光源１０ｂ−１から射出されるレーザー光の射出方向と、第２の光源１０ｂ−２から射出されるハロゲン光の射出方向とが同じ射出方向になるようにして、光の射出方向を設定する。これにより、第１の光源１０ｂ−１から射出されるレーザー光は、コリーメーターレンズ２１ｂ−１によって平行光にされ、ハーフミラー２４を透過してレンズ２２に入射する。一方、第２の光源１０ｂ−２から射出されるハロゲン光は、コリーメーターレンズ２１ｂ−２によって平行光にされ、ハーフミラー２４によって反射されてレンズ２２に入射する。光学系２０ｂは、レンズ２２に入射する平行光をレンズ２２とシリンドリカルレンズ２３とによってライン光に変換する。また、光学系２０ｂは、変換したライン光を、ステージ８ａ上に載置された測定対象ＯＢＪに投光する。光学系２０ｂから投光されたライン光は、測定対象ＯＢＪの表面において、ライン状に形成される光量分布を有する測定ラインＭＬを形成する。

再び図８を参照して制御ユニット５０ｂについて説明する。制御ユニット５０ｂは、制御装置６０ｂを備えている。この制御装置６０ｂは、光源制御部６１ｂ（制御部）を備えている。

光源制御部６１ｂは、第１の光源１０ｂ−１または第２の光源１０ｂ−２をライン光の光源として選択することによってライン光のコヒーレンシーを制御する。具体的には、光源制御部６１ｂは、ユーザが入力装置８０から入力するコヒーレンシーを設定する情報に基づいて、光源１０ｂのうちの第１の光源１０ｂ−１又は第２の光源１０ｂ−２のいずれかをライン光の光源として選択して、選択した光源に電流を供給する。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００ｂは、コヒーレンシーが相対的に高い光を射出する第１の光源１０ｂ−１及びコヒーレンシーが相対的に低い光を射出する第２の光源１０ｂ−２を備えている。また、形状測定装置１００ｂは、第１の光源１０ｂ−１または第２の光源１０ｂ−２をライン光の光源として選択してコヒーレンシーを制御する光源制御部６１ｂを備えている。これにより、形状測定装置１００ｂは、半導体レーザー発光部のコヒーレンシーが固定であっても、ライン光のコヒーレンシーを可変にすることができる。このように、第１の光源１０ｂ−１は、コヒーレンシーが固定の高コヒーレンシー発光部及び低コヒーレンシー発光部を備えることにより、コヒーレンシーが可変の半導体レーザー発光部に比して安定したライン光を射出することができる。つまり、形状測定装置１００ｂは、安定したライン光によって測定することができるため、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。
また、コヒーレンシーには空間的コヒーレンシーと時間的コヒーレンシーとがある。例えば、空間的コヒーレンシーを制御するような場合は、光源１０ｂの発光エリアのうち、測定対象ＯＢＪに投影されるライン光に用いられる発光エリアを可変することで、空間的コヒーレンシーを制御できる。時間的コヒーレンシーについては、上述のようにレーザーとハロゲンランプのように光源自体を変える方法や、ライン光を構成する波長スペクトルの分布をフィルタなどを挿脱するなどして制御することにより行える。同様に非線形光学素子の自己位相変調作用を利用して、時間的コヒーレンシーを制御することも可能である。また、拡散板などを用いて、時間的コヒーレンシーと空間的コヒーレンシーとの両方を制御することも可能である。

［第４の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る形状測定装置１００ｃの構成の一例を示す構成図である。
形状測定装置１００ｃは、制御ユニット５０ｃを備えている。制御ユニット５０ｃは、制御装置６０ｃを備えている。この制御装置６０ｃは、光源制御部６１ｃ（制御部）と、測定部６２ｃとを備えている。測定部６２ｃは、測定記憶部６８ｃを備えている。

測定記憶部６８ｃには、撮像部３０によって生成される撮像画像が記憶されている。具体的には、形状測定装置１００ｃは、測定対象ＯＢＪの形状を予備測定と本測定との２回に分けて測定する。光源制御部６１ｃは、この予備測定において撮像部３０が生成した測定対象ＯＢＪの撮像画像を測定記憶部６８ｃに記憶させる。つまり、測定記憶部６８ｃには、予備測定において測定対象ＯＢＪが撮像された予備測定画像が記憶されている。

光源制御部６１ｃは、撮像部３０によって生成される撮像画像に基づいて、本測定において光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。具体的には、本測定において、光源制御部６１ｃは、予備測定画像を測定記憶部６８ｃから読み出すとともに、読み出した予備測定画像に基づいて、測定対象ＯＢＪの表面におけるスペックルノイズの発生の難易を判定する。そして、光源制御部６１ｃは、スペックルノイズが発生しにくいと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に高く制御する。一方、光源制御部６１ｃは、スペックルノイズが発生しやすいと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低く制御する。このようにして、光源制御部６１ｃは、スペックルノイズの発生の難易を判定した結果に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。

以上説明したように、形状測定装置１００ｃの光源制御部６１ｃは、撮像部３０によって生成される撮像画像に基づいて、コヒーレンシーを制御する。これにより、形状測定装置１００ｃは、予め測定対象ＯＢＪを撮像した予備測定画像に基づいてコヒーレンシーを制御することができるため、予備測定画像に基づかない場合に比して、高精度にコヒーレンシーを制御することができる。つまり、形状測定装置１００ｃは、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。

なお、光源制御部６１ｃは、撮像部３０によって生成された撮像画像に含まれるスペックルノイズの量に基づいて、コヒーレンシーを制御してもよい。具体的には、光源制御部６１ｃは、予め撮像されているスペックルノイズの画像と予備測定画像とを既知のパターンマッチング法により比較して、予備測定画像に含まれるスペックルノイズが発生している領域を抽出する。次に、光源制御部６１ｃは、抽出した予備測定画像に含まれるスペックルノイズが発生している領域の面積に基づいて、撮像画像に含まれるスペックルノイズの量を算出する。次に、光源制御部６１ｃは、算出したスペックルノイズの量が相対的に多いと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低く制御する。一方、光源制御部６１ｃは、算出したスペックルノイズの量が相対的に少ないと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に高く制御する。これにより、形状測定装置１００ｃは、予め測定対象ＯＢＪを撮像した予備測定画像に含まれるスペックルノイズの量に基づいてコヒーレンシーを制御することができるため、予備測定画像に基づかない場合に比して、高精度にコヒーレンシーを制御することができる。つまり、形状測定装置１００ｃは、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。

なお、光源制御部６１ｃは、撮像部３０によって生成された撮像画像のうちの、スペックルノイズの量が相対的に少ない領域についてはコヒーレンシーを相対的に高くして、スペックルノイズの量が相対的に多い領域についてはコヒーレンシーを相対的に低くしてコヒーレンシーを制御してもよい。この構成によっても、形状測定装置１００ｃは、予め測定対象ＯＢＪを撮像した予備測定画像に含まれるスペックルノイズの量に基づいてコヒーレンシーを制御することができるため、予備測定画像に基づかない場合に比して、高精度にコヒーレンシーを制御することができる。つまり、形状測定装置１００ｃは、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。

［第５の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る形状測定装置１００ｄの構成の一例を示す構成図である。
形状測定装置１００ｄは、制御ユニット５０ｄを備えている。制御ユニット５０ｄは、制御装置６０ｄを備えている。この制御装置６０ｄは、光源制御部６１ｄ（制御部）と、測定部６２ｄとを備えている。測定部６２ｄは、測定記憶部６８ｄを備えている。

測定記憶部６８ｄには、撮像部３０によって生成される第１の予備測定画像（第１の撮像画像）と、第２の予備測定画像（第２の撮像画像）とが記憶されている。具体的には、形状測定装置１００ｄは、測定対象ＯＢＪの形状を第１の予備測定、第２の予備測定及び本測定との３回に分けて測定する。第１の予備測定において、光源制御部６１ｄは、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に高く制御する。撮像部３０は、コヒーレンシーが相対的に高いライン光が投光された測定対象ＯＢＪを撮像して、撮像した画像を第１の撮像画像として生成する。光源制御部６１ｄは、撮像部３０が生成した第１の撮像画像を測定記憶部６８ｄに記憶させる。また、第２の予備測定において、光源制御部６１ｄは、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低く制御する。撮像部３０は、コヒーレンシーが相対的に低いライン光が投光された測定対象ＯＢＪを撮像して、撮像した画像を第２の撮像画像として生成する。光源制御部６１ｄは、撮像部３０が生成した第２の撮像画像を測定記憶部６８ｄに記憶させる。つまり、測定記憶部６８ｄには、第１の予備測定において測定対象ＯＢＪが撮像された第１の予備測定画像と、第２の予備測定画像とが記憶されている。ここで、第１の予備測定画像とは、第１の予備測定において、コヒーレンシーが相対的に高いライン光が測定対象ＯＢＪに投光された状態によって撮像部３０が撮像した画像である。また、第２の予備測定画像とは、第２の予備測定において、コヒーレンシーが相対的に低いライン光が測定対象ＯＢＪに投光された状態によって撮像部３０が撮像した画像である。

光源制御部６１ｄは、第１の予備測定画像（第１の撮像画像）が示すライン光の像の明るさの分布と第２の予備測定画像（第２の撮像画像）が示すライン光の像の明るさの分布との差分に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。具体的には、本測定において、光源制御部６１ｄは、第１の予備測定画像及び第２の予備測定画像を測定記憶部６８ｄから読み出す。次に、光源制御部６１ｄは、読み出した第１の予備測定画像に含まれるライン光の像の明るさの分布（第１の強度分布）を既知の構成によって算出する。同様に、光源制御部６１ｄは、読み出した第２の予備測定画像に含まれるライン光の光束の像の明るさの分布（第２の強度分布）を算出する。次に、光源制御部６１ｄは、算出した第１の明るさの分布と第２の明るさの分布との差分を算出し、算出した差分に基づいて、測定対象ＯＢＪの表面におけるスペックルノイズの発生の難易を判定する。そして、光源制御部６１ｄは、スペックルノイズが発生しにくいと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に高く制御する。一方、光源制御部６１ｄは、スペックルノイズが発生しやすいと判定した場合には、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを相対的に低く制御する。このようにして、光源制御部６１ｄは、スペックルノイズの発生の難易を判定した結果に基づいて、光源１０が射出する光のコヒーレンシーを制御する。

以上説明したように、形状測定装置１００ｄの撮像部３０は、コヒーレンシーが相対的に高いライン光が測定対象ＯＢＪに投光された状態によって撮像する第１の予備測定画像と、コヒーレンシーが相対的に低いライン光が測定対象ＯＢＪに投光された状態によって撮像する第２の予備測定画像とを生成する。また、光源制御部６１ｄは、第１の予備測定画像が示すライン光の像の明るさの分布と第２の予備測定画像が示すライン光の像の明るさの分布との差分に基づいて、コヒーレンシーを制御する。これにより、形状測定装置１００ｄは、予め測定対象ＯＢＪを撮像した予備測定画像に基づいてコヒーレンシーを制御することができるため、予備測定画像に基づかない場合に比して、高精度にコヒーレンシーを制御することができる。さらに、形状測定装置１００ｄは、投光するライン光のコヒーレンシーが互いに異なる複数の予備測定画像に基づいてコヒーレンシーを制御することができる。このため、形状測定装置１００ｄは、単一の予備測定画像に基づいて制御する場合に比しても、高精度にコヒーレンシーを制御することができる。つまり、形状測定装置１００ｄは、形状測定の精度が低下する程度をさらに低減することができる。
なお、各画像が示す明るさの分布は、各画像の画像データから明度や輝度情報から求めることができる。

[第６の実施形態]
次に、本発明の第６の実施形態として、上述した各実施形態のいずれかの形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）を備えた構造物製造システムについて説明する。
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る構造物製造システム２００のブロック構成図である。構造物製造システム２００は、上述した形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、リペア装置１４０と、制御装置１５０（検査装置）とを備える。

設計装置１１０は、構造物（例えば、測定対象ＯＢＪ）の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置１２０に送信する。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を制御装置１５０の後述する座標記憶部１５１に記憶させる。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１２０は、設計装置１１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置１２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）は、作製された構造物の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置１５０へ送信する。

制御装置１５０は、座標記憶部１５１と、検査部１５２とを備える。座標記憶部１５１には、前述の通り、設計装置１１０により設計情報が記憶される。検査部１５２は、座標記憶部１５１から設計情報を読み出す。検査部１５２は、形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部１５１から読み出した設計情報とを比較する。

検査部１５２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１５２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１５２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１５２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置１４０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１４０は、制御装置１５０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１３は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。
まず、設計装置１１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ２０１）。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ２０２）。次に、形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ２０３）。次に、制御装置１５０の検査部１５２は、形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ２０４）。

次に、制御装置１５０の検査部１５２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Ｓ２０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、制御装置１５０の検査部１５２は、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Ｓ２０６）。

作成された構造物が修復できると検査部１５２が判断した場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ２０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できないと検査部１５２が判断した場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上により、上記の実施形態における形状測定装置（形状測定装置１００、１００ａ〜１００ｄ）が構造物の座標（３次元形状）を正確に測定することができるので、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。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

なお、上記の実施形態における検出部４１、駆動部４２、上記のいずれかの実施形態における制御ユニット（制御ユニット５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）、（以下、これらを総称して制御部ＣＯＮＴと記載する）又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。

なお、この制御部ＣＯＮＴが備える各部は、メモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

また、制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部ＣＯＮＴが備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、測定対象に投光する光束の強度分布は、ライン状の強度分布のものに限られず、スポット状の強度分布や円環状の強度分布などでもかまわない。

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ…形状測定装置、１０、１０ｂ…光源、１０ｂ−１…第１の光源、１０ｂ−２…第２の光源、２０、２０ｂ…光学系、３０…撮像部、６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ…光源制御部（制御部）、１１０…設計装置、１２０…成形装置、１５０…制御装置（検査装置）、２００…構造物製造システム

Claims (15)

1. ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する投光部と、
   入力される情報に基づいて、前記光束のコヒーレンシーを制御する制御部と、
   前記光束が投光された測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、
   前記撮像部で生成された前記撮像画像に含まれる前記光束の位置に基づいて、前記表面の形状を測定する測定部と、
   を備えることを特徴とする形状測定装置。
2. 前記制御部は、
   前記光束が投光される前記表面の状態に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記情報は、
   前記測定対象の設計情報であり、
   前記表面の状態は、
   前記測定対象の設計情報によって示される
   ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
4. 前記設計情報には、
   前記表面の表面粗さを示す情報が含まれ、
   前記制御部は、
   前記表面粗さを示す情報に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。
5. 前記設計情報には、
   前記表面の公差を示す情報が含まれ、
   前記制御部は、
   前記公差を示す情報に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の形状測定装置。
6. 前記投光部は、
   前記コヒーレンシーが相対的に高い光を射出する第１の光源と、
   前記コヒーレンシーが相対的に低い光を射出する第２の光源と
   を備え、
   前記コヒーレンシーを制御することには、
   前記第１の光源または前記第２の光源を前記光束の光源として選択することが含まれる
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の形状測定装置。
7. 前記制御部は、
   前記撮像部によって予め撮像される前記撮像画像に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
8. 前記撮像部は、
   前記コヒーレンシーが相対的に高い前記光束が前記測定対象に投光された状態によって撮像されたときの第１の撮像画像と、前記コヒーレンシーが相対的に低い前記光束が前記測定対象に投光された状態によって撮像されたときの第２の撮像画像とを生成し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像画像が示す前記光束の像の明るさの分布と前記第２の撮像画像が示す前記光束の明るさの分布との差分に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の形状測定装置。
9. 前記光束の強度分布は、ライン状の分布を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
10. 前記制御部は、
    前記撮像部によって生成された前記撮像画像に含まれるスペックルノイズの量に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
11. 前記制御部は、
    前記撮像部によって生成された前記撮像画像のうちの、スペックルノイズの量が相対的に少ない領域については前記コヒーレンシーを相対的に高くして、スペックルノイズの量が相対的に多い領域については前記コヒーレンシーを相対的に低くして前記コヒーレンシーを制御する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の形状測定装置。
12. 構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、
    前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
    作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
    前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物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。
13. ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する光学系と、前記光束が投光された前記測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部が生成した前記撮像画像に含まれる前記光束の位置に基づいて、前記測定対象の表面の形状を測定する測定部と、前記光束のコヒーレンシーを制御する制御部とを備える形状測定装置が、入力される情報に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する制御ステップ
    を有することを特徴とする形状測定方法。
14. 構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、
    前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
    作成された前記構造物の形状を、請求項１３に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、
    前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、
    を含む構造物製造方法。
15. ある強度分布を有する光束を測定対象に投光する光学系と、前記光束が投光された測定対象の表面を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部が生成した前記撮像画像に含まれる前記光束の位置に基づいて、前記測定対象の表面の形状を測定する測定部と、前記光束のコヒーレンシーを制御する制御部とを備える形状測定装置のコンピュータに、
    入力される情報に基づいて、前記コヒーレンシーを制御する制御ステップ
    を実行させる形状測定プログラム。

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