JP2020046394A - 三次元形状測定装置および三次元形状測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】所望の幾何基準と測定対象物の形状との関係を使用者が容易かつ直感的に把握することを可能にする三次元形状測定装置および三次元形状測定プログラムを提供する。【解決手段】測定対象物の立体形状を示す立体形状データが生成される。生成された立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を含む画像が立体形状画像ＳＩとして姿勢変更可能に表示部に表示される。立体形状画像ＳＩ上で幾何的な基準要素の指定が受け付けられる。受け付けられた基準要素に基づいて、測定対象物の形状測定のための幾何基準が特定される。測定対象物の少なくとも一部分と幾何基準との間の距離に応じた態様を有する距離画像が表示部の立体形状画像ＳＩ上に重畳表示される。【選択図】図１９

Description

本発明は、測定対象物の立体形状を測定する三次元形状測定装置および三次元形状測定プログラムに関する。

測定対象物の表面形状を把握するために、三次元形状測定装置が用いられる。三次元形状測定装置においては、例えば三角測距の原理を利用して測定対象物の立体形状を示すデータが取得される。取得されたデータが寸法測定用のアプリケーションプログラムにより解析され、測定対象物の形状および寸法等が算出される。

このような三次元形状測定装置として特許文献１に記載された三次元測定装置においては、形状を比較する際の基準となる基準立体形状データが保持される。基準立体形状データとして、例えばＣＡＤ（Computer Aided Design）を用いて作成されたＣＡＤデータが用いられる。

測定対象物の形状測定によって得られた測定立体形状データの断面プロファイルと、基準立体形状データの断面プロファイルとが、重ね合わされて計測画面に表示される。このとき、測定立体形状データの断面プロファイルと基準立体形状データの断面プロファイルとの差分に応じて両者のプロファイル間の領域が色付けされる。それにより、使用者は予め定められた形状に対する測定対象物の実際の形状の差異を容易に把握することができる。

特開２０１８−３１７４６号公報

しかしながら、特許文献１の三次元測定装置においては、使用者は、測定立体形状データを用いて測定対象物の形状を解析する前に、予め基準立体形状データを用意する必要がある。このような基準立体形状データの作成および用意は、使用者にとって面倒である。また、上記の例に限らず、測定対象物の各部の形状について、所望の幾何基準からのずれを把握することができれば、三次元測定装置の利便性が向上する。

本発明の目的は、所望の幾何基準と測定対象物の形状との関係を使用者が容易かつ直感的に把握することを可能にする三次元形状測定装置および三次元形状測定プログラムを提供することである。

（１）第１の発明に係る三次元形状測定装置は、測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成する形状データ生成部と、形状データ生成部により生成された立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を含む画像を立体形状画像として姿勢変更可能に表示部に表示させる表示制御部と、表示部に表示された立体形状画像上で、幾何要素の指定を受け付ける要素受付部と、要素受付部により受け付けられた幾何要素に基づいて、測定対象物の立体形状に関する幾何的な基準を幾何基準として特定する特定部とを備え、表示制御部は、測定対象物の少なくとも一部分と特定部により特定された幾何基準との間の距離に応じて、立体形状画像のうちの少なくとも一部分に対応する部分の表示態様を設定する。

その三次元形状測定装置においては、測定対象物の立体形状データが生成され、生成された立体形状データに基づく立体形状画像が表示部に表示される。立体形状画像上で幾何要素の指定が受け付けられ、受け付けられた幾何要素に基づいて幾何基準が特定される。測定対象物の少なくとも一部分と幾何基準との間の距離に応じて、立体形状画像のうち測定対象物の少なくとも一部分に対応する部分の表示態様が設定される。

それにより、使用者は、測定対象物の立体形状画像上で幾何要素を指定し、表示部に表示される立体形状画像を視認することにより、所望の幾何基準と測定対象物の形状との関係を容易かつ直感的に把握することが可能になる。

なお、立体形状画像の部分の表示態様を設定するとは、立体形状画像の部分の表示態様を予め定められた本来の表示態様から上記の距離に応じた表示態様に切り替えることを意味する。換言すれば、立体形状画像の部分の表示態様を設定するとは、立体形状画像の部分の表示態様を予め定められた本来の表示態様から上記の距離に応じた表示態様に変更することを意味する。さらに換言すれば、立体形状画像の部分の表示態様を設定するとは、立体形状画像の部分の表示態様を予め定められた本来の表示態様から上記の距離に応じた表示態様にすることを意味する。

（２）特定部は、要素受付部により受け付けられた幾何要素に基づいて、表示態様が設定されるべき少なくとも一部分をさらに特定してもよい。

この場合、使用者は、測定対象物の立体形状画像上で幾何要素を指定することにより、所望の幾何要素と測定対象物の所望の部分の形状との関係を容易かつ直感的に把握することが可能になる。

（３）表示態様は、少なくとも一部分と幾何基準との間の距離に応じた色であってもよい。

この場合、使用者は、所望の幾何基準と測定対象物の少なくとも一部分の形状との関係をより直感的に把握することが可能になる。

（４）表示制御部は、少なくとも一部分と特定部により特定された幾何基準との幾何的な対比結果を表す指標を表示部に表示させるとともに、表示部に表示される指標が対比結果を強調して表すように、指標の表示態様を調整可能であってもよい。

この場合、使用者は、所望の幾何基準と測定対象物の少なくとも一部分の形状との幾何的な対比結果をより直感的に把握することが可能になる。

（５）三次元形状測定装置は、ステージ保持部と、ステージ保持部により保持され、測定対象物が載置されるステージと、ステージに載置される測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部と、測定対象物により反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部とを含むヘッド部と、ヘッド部とステージ保持部とを固定的に連結する連結部とをさらに備え、形状データ生成部は、受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを立体形状データとして生成してもよい。

上記の構成によれば、投光部、受光部およびステージ保持部が一体的に設けられているので、受光部とステージとの位置関係が一義的に定まる。そのため、高い精度で点群データを得ることができる。したがって、立体形状データに基づいて高い精度で測定対象物の形状測定を行うことができる。

（６）三次元形状測定装置は、立体形状データに基づいて少なくとも一部分と幾何基準との間の距離を算出するとともに算出された距離に基づいて表示態様と距離との対応関係を設定する対応関係設定部をさらに備え、表示制御部は、対応関係設定部により設定された対応関係に基づいて、立体形状画像のうちの少なくとも一部分に対応する部分の表示態様の設定を行ってもよい。

この場合、使用者は、表示態様と距離との対応関係を定める必要がない。また、上記の構成によれば、立体形状データに基づいてより適切な対応関係の設定が可能になる。

（７）三次元形状測定装置は、一の測定対象物について一の幾何基準を特定するための一の幾何要素を指定するために使用者により操作される操作部と、使用者による操作部の操作手順をテンプレート情報として記憶するテンプレート記憶部と、他の測定対象物について、一の幾何基準に対応する他の幾何基準を特定するための他の幾何要素を、一の測定対象物の立体形状データと、当該他の測定対象物の立体形状データと、テンプレート記憶部に記憶されたテンプレート情報とに基づいて指定するテンプレート指定部とをさらに備えてもよい。

この場合、使用者は、共通の形状を有する複数の測定対象物について、互いに対応する幾何基準を設定したい場合に、測定対象物ごとに幾何要素をそれぞれ指定する必要がなくなる。

（８）第２の発明に係る三次元形状測定プログラムは、処理装置により実行可能な三次元形状測定プログラムであって、測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成する処理と、生成された立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を含む画像を立体形状画像として姿勢変更可能に表示部に表示させる処理と、表示部に表示された立体形状画像上で、幾何要素の指定を受け付ける処理と、受け付けられた幾何要素に基づいて、測定対象物の立体形状に関する幾何的な基準を幾何基準として特定する処理とを、処理装置に実行させ、表示部に表示させる処理は、測定対象物の少なくとも一部分と特定された幾何基準との間の距離に応じて、立体形状画像のうちの少なくとも一部分に対応する部分の表示態様を設定する処理を含む。

その三次元形状測定プログラムによれば、測定対象物の立体形状データが生成され、生成された立体形状データに基づく立体形状画像が表示部に表示される。立体形状画像上で幾何要素の指定が受け付けられ、受け付けられた幾何要素に基づいて幾何基準が特定される。測定対象物の少なくとも一部分と幾何基準との間の距離に応じて、立体形状画像のうち測定対象物の少なくとも一部分に対応する部分の表示態様が設定される。

それにより、使用者は、測定対象物の立体形状画像上で幾何要素を指定し、表示部に表示される立体形状画像を視認することにより、所望の幾何基準と測定対象物の形状との関係を容易かつ直感的に把握することが可能になる。

本発明によれば、所望の幾何基準と測定対象物の形状との関係を容易かつ直感的に把握することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る三次元形状測定装置の構成を示すブロック図である。 図１の三次元形状測定装置の測定部の構成を示す模式図である。 測定部の模式的な外観斜視図である。 図３の測定部の模式的側面図である。 三角測距方式の原理を説明するための図である。 複数の方向から測定対象物を撮像することにより複数の立体形状データを生成する例を説明するための図である。 形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。 形状測定処理のフローチャートである。 計測条件の設定例を説明するための図である。 計測条件の設定例を説明するための図である。 計測条件の設定例を説明するための図である。 計測条件の設定例を説明するための図である。 測定対象物の一例を示す外観斜視図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能の他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能のさらに他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能のさらに他の使用例を説明するための図である。 表示態様設定機能のさらに他の使用例を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係る表示態様設定機能を実現するためのＣＰＵの機能ブロック図である。 表示態様設定プログラムに基づく表示態様設定処理の基本的な流れを示すフローチャートである。 平行面抽出機能を説明するための幾何要素設定画面の一例を示す図である。 平行面抽出機能を説明するための幾何要素設定画面の一例を示す図である。 垂直面抽出機能を説明するための幾何要素設定画面の一例を示す図である。 垂直面抽出機能を説明するための幾何要素設定画面の一例を示す図である。 領域抽出機能を説明するための幾何要素設定画面の一例を示す図である。 領域抽出機能を説明するための幾何要素設定画面の一例を示す図である。 表示部に表示される合わせこみ画面の一例を示す図である。 表示部に表示される合わせこみ画面の一例を示す図である。 測定対象物の他の例を示す外観斜視図である。 対比強調表示機能の一使用例を説明するための図である。 対比強調表示機能の一使用例を説明するための図である。 対比強調表示機能の一使用例を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態に係る三次元形状測定装置について図面を参照しながら説明する。

［１］三次元形状測定装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る三次元形状測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の三次元形状測定装置５００の測定部の構成を示す模式図である。以下、本実施の形態に係る三次元形状測定装置５００について、図１および図２を参照しながら説明する。図１に示すように、三次元形状測定装置５００は、測定部１００、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２００、制御部３００および表示部４００を備える。測定部１００は、例えば投受光一体の撮像デバイスであり、投光部１１０、受光部１２０、照明光出力部１３０、ステージ１４０および制御基板１５０を含む。

測定部１００は、複数の投光部１１０を含んでもよい。また、測定部１００は複数の受光部１２０を含んでもよい。本実施の形態では、測定部１００は２つの投光部１１０および２つの受光部１２０を含む。以下、２つの投光部１１０を区別する場合は、一方の投光部１１０を投光部１１０Ａと呼び、他方の投光部１１０を投光部１１０Ｂと呼ぶ。また、２つの受光部１２０を区別する場合は、一方の受光部１２０を受光部１２０Ａと呼び、他方の受光部１２０を受光部１２０Ｂと呼ぶ。

図２では、２つの投光部１１０および２つの受光部１２０のうち、２つの投光部１１０および１つの受光部１２０が示される。投光部１１０および受光部１２０は、ステージ１４０の斜め上方の位置で一方向に並ぶように配置される。投光部１１０および受光部１２０の配置の詳細については後述する。図２に示すように、各投光部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２および複数のレンズ１１３，１１４を含む。受光部１２０は、カメラ１２１およびレンズ１２２を含む。ステージ１４０上には、測定対象物Ｓが載置される。

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

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

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

測定対象物Ｓによりステージ１４０の上方に反射された測定光は、受光部１２０のレンズ１２２により集光および結像され、カメラ１２１の撮像素子１２１ａにより受光される。

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

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

照明光出力部１３０は、測定対象物Ｓに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロＣＣＤを用いた受光部１２０により測定対象物Ｓのカラー画像を撮像することができる。

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

制御基板１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。カメラ１２１から出力される受光信号は、制御部３００による制御に基づいて、制御基板１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次ＰＣ２００に転送される。ここで、カメラ１２１が、例えば、モノクロＣＭＯＳカメラであって、撮像素子１２１ａの各画素から受光量に対応するデジタルの電気信号が制御基板１５０へ出力される場合、Ａ／Ｄ変換器は必ずしも必要ではない。

図１に示すように、ＰＣ２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１０、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２０、作業用メモリ２３０、記憶装置２４０および操作部２５０を含む。操作部２５０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。

ＲＯＭ２２０には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ２３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置２４０は、ハードディスク等からなる。記憶装置２４０には、三次元形状測定プログラムが記憶される。三次元形状測定プログラムには、後述する形状測定プログラムおよび表示態様設定プログラムが含まれる。また、記憶装置２４０は、制御基板１５０から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。

ＣＰＵ２１０は、制御基板１５０から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、ＣＰＵ２１０は、生成した画像データに作業用メモリ２３０を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部４００に表示させる。さらに、ＣＰＵ２１０は、後述するステージ駆動部１４６に制御基板１５０を通して駆動信号を与える。表示部４００は、例えばＬＣＤパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。表示部４００には、例えば受光部１２０のカメラ１２１によりリアルタイムで取得される画像データに基づく画像（以下、ライブ画像と呼ぶ。）が表示される。

図２に示すように、ステージ１４０は、ステージベース１４１およびステージプレート１４２を含む。ステージベース１４１上にステージプレート１４２が配置される。ステージプレート１４２は、測定対象物Ｓが載置される載置面を有する。ステージプレート１４２には、クランプまたは治具等を取り付けるための取付部（例えばねじ孔）が設けられてもよい。本実施の形態に係るステージプレート１４２は円板形状を有する。

ステージプレート１４２上の空間には、略円柱状の有効領域ＭＲが設定される。有効領域ＭＲは、投光部１１０Ａ，１１０Ｂにより測定光を照射可能でかつ受光部１２０により撮像可能な領域である。受光部１２０の撮像視野は、その受光部１２０が有するレンズ１２２の倍率、焦点深度および画角等により定まる。

ステージ１４０は回転機構１４３に取り付けられる。回転機構１４３は、後述する設置部１６１（図４）に固定されている。また、回転機構１４３は、例えばエンコーダおよびステッピングモータを含む。また、回転機構１４３は、図１のステージ操作部１４５またはステージ駆動部１４６により駆動され、ステージ１４０をその中心を通るとともに鉛直方向に延びる回転軸Ａｘの周りで回転させる。使用者は、ステージ操作部１４５を手動で操作することにより、ステージ１４０を回転させることができる。また、ステージ駆動部１４６は、ＰＣ２００より制御基板１５０を通して与えられる駆動信号に基づいて、回転機構１４３に電流を供給することにより、ステージプレート１４２の載置面を受光部１２０に相対的に回転させることができる。

ステージ１４０の回転時には、回転機構１４３のエンコーダから出力される信号が、制御基板１５０を通してＰＣ２００に送られる。それにより、図１のＣＰＵ２１０は、予め定められた基準角度からのステージプレート１４２の回転量（回転位置）を検出する。

制御部３００は、制御基板３１０および照明光源３２０を含む。制御基板３１０には、図示しないＣＰＵが実装される。制御基板３１０のＣＰＵは、ＰＣ２００のＣＰＵ２１０からの指令に基づいて、投光部１１０、受光部１２０および制御基板１５０を制御する。制御基板３１０および照明光源３２０は、測定部１００に搭載されてもよい。

照明光源３２０は、例えば赤色光、緑色光および青色光を出射する３つのＬＥＤを含む。各ＬＥＤから出射される光の輝度を制御することにより、照明光源３２０から任意の色の光を発生することができる。照明光源３２０から発生される光（以下、照明光と呼ぶ。）は、導光部材（ライトガイド）３３０を通して測定部１００の照明光出力部１３０から出力される。なお、制御部３００に照明光源３２０を設けずに、測定部１００に照明光源３２０を設けてもよい。この場合、導光部材３３０は必要ない。

ここで、測定部１００においては、複数の投光部１１０、複数の受光部１２０、照明光出力部１３０およびステージ１４０の位置関係が一定に固定されるように、これらの構成要素が連結される。

図３は、測定部１００の模式的な外観斜視図である。図３では、測定部１００の外観が太い実線で示されるとともに、測定部１００の内部に設けられる一部の構成要素が点線で示される。図３に示すように、測定部１００は台座１７０を含む。台座１７０には、２つの投光部１１０、２つの受光部１２０、照明光出力部１３０および制御基板１５０が取り付けられる。この状態で、２つの投光部１１０、２つの受光部１２０、照明光出力部１３０の位置関係が台座１７０により固定される。２つの受光部１２０は上下に並ぶように配置されている。また、照明光出力部１３０は、楕円筒形状を有し、２つの受光部１２０を取り囲むように配置されている。照明光出力部１３０の一端部には、楕円形状を有する照明光の出射口１３１が形成されている。さらに、２つの投光部１１０は、２つの受光部１２０および照明光出力部１３０を挟んで並ぶように配置される。

台座１７０には、さらに２つの投光部１１０、２つの受光部１２０、照明光出力部１３０および制御基板１５０の一部を収容するヘッドケーシング１８０が取り付けられる。２つの投光部１１０、２つの受光部１２０、照明光出力部１３０、制御基板１５０、台座１７０およびヘッドケーシング１８０によりヘッド部１９０が構成される。

測定部１００は、さらに設置部１６１およびスタンド部１６２を含む。設置部１６１は、平坦な底面を有するとともに略一定幅で一方向に延びるように形成されている。設置部１６１は、テーブルの上面等の水平な設置面上に設置される。

スタンド部１６２は、設置部１６１の一端部に接続され、設置部１６１の一端部から上方に延びるように形成される。設置部１６１の他端部近傍の位置に図２の回転機構１４３が固定されている。回転機構１４３によりステージ１４０が回転可能に保持される。

台座１７０は、スタンド部１６２の上端に着脱可能に構成されている。スタンド部１６２にヘッド部１９０の台座１７０が取り付けられることにより、ヘッド部１９０と設置部１６１とがスタンド部１６２により固定的に連結される。これにより、ステージ１４０、２つの投光部１１０および２つの受光部１２０の位置関係が一定に保持される。

各投光部１１０は、測定光の照射される照射領域がステージ１４０およびその上方の空間を含むように位置決めされる。測定光は、各投光部１１０から測定対象物Ｓに対して斜め下方に導かれる。さらに、各受光部１２０は、光軸が斜め下方に延びるようにかつ図２のカメラ１２１の撮像視野がステージ１４０およびその上方の空間を含むように位置決めされる。図３では、各投光部１１０の照射領域ＩＲが二点鎖線で示されるとともに、一方の受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１が一点鎖線で示される。各受光部１２０Ａ，１２０Ｂは、その光学系の光軸（図２のレンズ１２２の光軸）がステージプレート１４２の載置面に対して予め定められた角度（例えば４５度）をなす状態で固定される。

図３に示すように、２つの投光部１１０Ａ，１１０Ｂの照射領域ＩＲの一部と受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１の一部とは、ステージ１４０の上方の空間内で重なり合う。投光部１１０Ａ，１１０Ｂの照射領域ＩＲと受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１とが重なり合う位置に、受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１が設定される。

本例の測定部１００に設けられる２つの受光部１２０Ａ，１２０Ｂは、レンズ１２２の倍率、焦点深度および画角が互いに異なる。具体的には、受光部１２０Ｂのレンズ１２２の倍率は受光部１２０Ａのレンズ１２２の倍率よりも高い。また、受光部１２０Ｂのレンズ１２２の焦点深度は受光部１２０Ａのレンズ１２２の焦点深度よりも小さい。さらに、受光部１２０Ｂのレンズ１２２の画角は受光部１２０Ａのレンズ１２２の画角よりも小さい。この場合、受光部１２０Ｂの撮像視野は、受光部１２０Ａの撮像視野ＴＲ１よりも小さくなる。それにより、一方の受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１はステージ１４０上に比較的広い範囲で設定される。これに対して、他方の受光部１２０Ｂに対応する有効領域は、受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１よりも狭い範囲でステージ１４０上に設定される。

図４は、図３の測定部１００の模式的側面図である。図４では、受光部１２０Ａの光学系の光軸Ａ１が太い一点鎖線で示され、受光部１２０Ａの有効領域ＭＲ１が太い点線で示される。また、受光部１２０Ｂの光学系の光軸Ａ２が一点鎖線で示され、受光部１２０Ｂの有効領域ＭＲ２が点線で示される。

本実施の形態に係る測定部１００においては、図４に示すように、光軸Ａ２が光軸Ａ１よりも下方に位置する。また、光軸Ａ１，Ａ２は互いに平行である。受光部１２０Ａに対応する有効領域ＭＲ１は、例えばステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０Ａの光学系の焦点面との交点Ｆ１を中心として設定される。受光部１２０Ｂに対応する有効領域ＭＲ２は、例えばステージ１４０の回転軸Ａｘと受光部１２０Ｂの光学系の焦点面との交点Ｆ２を中心として設定される。

図３および図４に示される測定部１００においては、有効領域ＭＲ１，ＭＲ２を含むステージ１４０上の空間に、測定部１００に固有の三次元座標系（以下、装置座標系と呼ぶ。）が定義される。本例の装置座標系は、原点と互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とを含む。以下の説明では、装置座標系のＸ軸に平行な方向をＸ方向と呼び、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向と呼ぶ。さらに、Ｚ軸に平行な軸の周りで回転する方向をθ方向と呼ぶ。Ｘ方向およびＹ方向は、ステージプレート１４２の載置面に平行な面内で互いに直交する。Ｚ方向は、ステージプレート１４２の載置面に平行な面に対して直交する。図３および図４では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびθ方向が矢印で示される。

［２］測定対象物の立体形状を示す立体形状データ
（１）三角測距方式による形状測定
測定部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの形状が測定される。図５は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図５には、装置座標系とともに定義されるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびθ方向がそれぞれ矢印で示される。

図５に示すように、投光部１１０から出射される測定光の光軸と受光部１２０に入射する測定光の光軸（受光部１２０の光軸）との間の角度αが予め設定される。角度αは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。

ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置されない場合、投光部１１０から出射される測定光は、ステージ１４０の載置面の点Ｏにより反射され、受光部１２０に入射する。一方、ステージ１４０上に測定対象物Ｓが載置される場合、投光部１１０から出射される測定光は、測定対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、受光部１２０に入射する。

点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離をｄとすると、ステージ１４０の載置面に対する測定対象物Ｓの点Ａの高さｈは、ｈ＝ｄ÷ｔａｎ（α）により与えられる。図１のＰＣ２００のＣＰＵ２１０は、制御基板１５０により与えられる測定対象物Ｓの画素データに基づいて、Ｘ方向における点Ｏと点Ａとの間の距離ｄを測定する。また、ＣＰＵ２１０は、測定された距離ｄに基づいて、測定対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。測定対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、測定光が照射された全ての点について装置座標系で表される座標を特定することができる。それにより、測定対象物Ｓの三次元的な形状が測定される。

測定対象物Ｓの表面の全ての点に測定光を照射するために、図２の投光部１１０からは種々のパターンを有する測定光が出射される。測定光のパターンは、図２のパターン生成部１１２により制御される。

例えば第１のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有する測定光（以下、ライン状測定光と呼ぶ。）が投光部１１０から出射される。また、第２のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつＸ方向に強度が正弦波状に変化するパターンを有する測定光（以下、正弦波状測定光と呼ぶ。）が投光部１１０から複数回（本例においては４回）出射される。さらに、第３のパターンとして、Ｙ方向に平行でかつＸ方向に並ぶような直線状の断面を有する測定光（以下、縞状測定光と呼ぶ。）が投光部１１０から複数回（本例においては１６回）出射される。さらに、第４のパターンとして、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがＸ方向に並ぶ測定光（以下、コード状測定光と呼ぶ。）が投光部１１０から複数回（本例においては４回）出射される。コード状測定光の明部分および暗部分の割合は、それぞれ５０％である。

上述のライン状測定光を測定対象物Ｓ上で走査する方法は一般に光切断法と呼ばれる。一方、正弦波状測定光、縞状測定光またはコード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は、パターン投影法に分類される。また、パターン投影法の中でも、正弦波状測定光または縞状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は位相シフト法に分類され、コード状測定光を測定対象物Ｓに照射する方法は空間コード法に分類される。

本実施の形態に係る測定部１００においては、ステージ１４０上に載置される測定対象物Ｓに対して互いに異なる複数（本例では２つ）の方向から測定光を投光することができる。それにより、投光部１１０Ａから投光される測定光により測定不可能な部分がある場合に、その測定不可能な部分の形状を投光部１１０Ｂから投光される測定光を用いて測定することができる。同様に、投光部１１０Ｂから投光される測定光により測定不可能な部分がある場合に、その測定不可能な部分の形状を投光部１１０Ａから投光される測定光を用いて測定することができる。これらの結果、測定対象物Ｓにおける測定不可能な部分を低減することができる。

上記の光切断法、パターン投影法、位相シフト法および空間コード法は、各々短所および長所を有しているが、いずれも三角測距の原理を用いている点は共通である。所定パターンを有する測定光が投影された測定対象物Ｓの画像データ（以下、パターン画像データと呼ぶ。）に基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表す点群（ポイントクラウド）データが生成される。

以下の説明では、測定対象物Ｓの立体形状を表す点群データを立体形状データと呼ぶ。立体形状データは、測定対象物Ｓの表面上の複数の点の位置データを含む。位置データは、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における座標を表す。この場合、立体形状データのうち任意の点のデータをＰｎ（ｎは自然数）とすると、Ｐｎは、例えば装置座標系の座標値を用いて（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）で表すことができる。なお、立体形状データは、点群データに基づいて生成される面情報データにより構成されてもよく、ポリゴンメッシュ等の他の形式のデータを含んでもよい。立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表す画像を表示することができる。以下、立体形状データに基づいて表示される測定対象物Ｓの立体形状を含む画像を立体形状画像と呼ぶ。

本実施の形態においては、立体形状画像は、二次元座標系が定義された任意の平面上に立体形状データが投影された状態を示す画像であり、使用者による計測箇所の指定を受け付けるための画像である。使用者は、測定対象物Ｓを見る方向（測定対象物Ｓに対する受光部１２０の位置）として立体形状データが投影される平面を指定することができる。それにより、立体形状画像により表される測定対象物Ｓの姿勢（向き）が変化する。

（２）複数の立体形状データの合成
投光部１１０および受光部１２０に対する測定対象物Ｓの位置および姿勢が一定であると、測定対象物Ｓの一部にしか測定光が照射されない。また、測定対象物Ｓの一部で反射される光しか受光部１２０に入射しない。そのため、測定対象物Ｓの表面の広範囲に渡る立体形状データを求めることができない。そこで、測定対象物Ｓの位置または姿勢を変化させることにより、互いに異なる複数の方向から測定対象物Ｓを撮像し、複数の撮像方向にそれぞれ対応する複数の立体形状データを取得し、取得された複数の立体形状データを合成してもよい。

図６は、複数の方向から測定対象物Ｓを撮像することにより複数の立体形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図６（ａ）に示すように、使用者により測定対象物Ｓの位置および姿勢がステージ１４０上で調整された後、測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像されることにより最初の立体形状データが生成される。これにより取得される立体形状画像の一例が図６（ｄ）に示される。立体形状データは、測定対象物Ｓの表面で反射して受光部１２０に入射する測定光に基づいて生成される。そのため、測定対象物Ｓの表面のうち受光部１２０の位置から視認可能な部分については立体形状データが生成されるが、測定対象物Ｓの表面のうち受光部１２０の位置から視認不可能な部分については立体形状データを生成することができない。

そこで、図６（ｂ）に示すように、図２の回転機構１４３によりステージ１４０が一定角度回転された後、測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像されることにより２番目の立体形状データが生成される。図６（ｂ）の例では、ステージ１４０を上方から見た場合に、ステージ１４０が図６（ａ）の状態から反時計回りに約４５度回転されている。これにより取得される立体形状画像の一例が図６（ｅ）に示される。上記のように、ステージ１４０が回転すると、その回転に伴って測定対象物Ｓの表面のうち受光部１２０の位置から視認可能な部分および視認不可能な部分も変化する。その結果、最初の撮像時には取得されなかった部分を含む立体形状データが生成される。

さらに、図６（ｃ）に示すように、図２の回転機構１４３によりステージ１４０が一定角度回転された後、測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像されることにより３番目の立体形状データが生成される。図６（ｃ）の例では、ステージ１４０を上方から見た場合に、ステージ１４０が図６（ｂ）の状態から反時計回りに約４５度回転されている。これにより取得される立体形状画像の一例が図６（ｆ）に示される。

このようにして、ステージ１４０の回転および測定対象物Ｓの撮像が繰り返されることにより、複数の撮像方向にそれぞれ対応する複数の立体形状データが生成される。

上記の複数の撮像時には、ステージ１４０の回転位置（回転角度）が図１のＣＰＵ２１０により検出される。２つの投光部１１０および２つの受光部１２０とステージ１４０の回転軸Ａｘとの位置関係は一定に保持されている。これらの相対位置を表すパラメータ（以下、機器パラメータ）が、例えば図１の記憶装置２４０に予め記憶される。機器パラメータは、例えば装置座標系で表される。

この場合、機器パラメータとステージ１４０の回転位置とに基づいて、複数の立体形状データに含まれる位置データがステージ１４０の一部を基準とする仮想的な共通の三次元座標系で表されるように、各立体形状データの座標変換を実行することができる。

本例では、上記のように、複数の立体形状データが共通の三次元座標系で表されるように座標変換され、座標変換された複数の立体形状データが互いに重複する部分のパターンマッチングにより合成される。それにより、測定対象物Ｓの外表面の広範囲に渡る立体形状データが生成される。

［３］測定対象物の外観を表すテクスチャ画像データ
測定部１００においては、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光が照射された状態または投光部１１０Ａ，１１０Ｂから測定対象物Ｓに均一な測定光が照射された状態で、測定対象物Ｓの外観（表面状態）を表す画像データ（以下、テクスチャ画像データと呼ぶ。）が生成される。均一な測定光とは、パターンを有さない測定光であり、照明光の代わりに用いることができる。以下、このような測定光を均一測定光と呼ぶ。測定対象物Ｓの表面状態は、例えば模様または色彩を含む。以下、テクスチャ画像データにより表される画像をテクスチャ画像と呼ぶ。

テクスチャ画像データの種々の例について説明する。例えば、測定対象物Ｓに対して受光部１２０の焦点位置が相対的に変化されつつ複数のテクスチャ画像データが取得されてもよい。この場合、複数のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓの表面の全体に焦点が合ったテクスチャ画像データ（以下、全焦点テクスチャ画像データと呼ぶ。）が生成される。なお、全焦点テクスチャ画像データを生成する場合、測定部１００には、受光部１２０の焦点位置を移動させる焦点移動機構が設けられる必要がある。

また、異なる複数の撮像条件で複数のテクスチャ画像データが取得されてもよい。撮像条件は、例えば、受光部１２０の露光時間、照明光出力部１３０からの照明光の強度（明るさ）または投光部１１０からの均一測定光の強度（明るさ）等を含む。この場合、取得された複数のテクスチャ画像データを用いて公知のハイダイナミック（ＨＤＲ）合成を行うことにより、黒つぶれおよび白とび等が抑制されたテクスチャ画像データ（以下、ＨＤＲテクスチャ画像データと呼ぶ。）が生成される。

また、焦点位置が変化されるとともに撮像条件が変化されてもよい。具体的には、測定対象物Ｓに対して受光部１２０の焦点が複数の位置へ相対的に変化されるとともに、各位置において互いに異なる複数の撮像条件でテクスチャ画像データが取得される。取得された複数のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓの表面の全体に焦点が合いかつ黒つぶれおよび白とび等が抑制されたテクスチャ画像データが生成される。

各テクスチャ画像データは、測定対象物Ｓの各点の色または輝度を表すテクスチャ情報（光学的表面状態を表す情報）を含む。一方、上記の立体形状データは、測定対処物Ｓの光学的表面状態の情報を含まない。そこで、立体形状データといずれかのテクスチャ画像データとが合成されることにより、立体形状データにテクスチャ情報が付与されたテクスチャ付き立体形状データが生成される。

テクスチャ付き立体形状データは、測定対象物Ｓの表面上の複数の点の位置データを含むとともに各点の位置データに対応付けられた当該点の色または輝度を示すデータを含む。この場合、テクスチャ付き立体形状データのうち任意の点のデータをＴＰｎ（ｎは自然数）とすると、ＴＰｎは、例えば装置座標系の座標値と、赤色、緑色および青色の三原色の成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とを用いて（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ，Ｒｎ，Ｇｎ，Ｂｎ）で表すことができる。または、ＴＰｎは、例えば装置座標系の座標値と、輝度値（Ｉ）とを用いて（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ，Ｉｎ）で表すことができる。テクスチャ付き立体形状データは、点群データに基づいて生成される面情報データにより構成されてもよい。

以下の説明では、一定の焦点位置および撮像条件で取得されたテクスチャ画像データにより表されるテクスチャ画像を通常テクスチャ画像と呼び、全焦点テクスチャ画像データにより表される画像を全焦点テクスチャ画像と呼び、ＨＤＲテクスチャ画像データにより表される画像をＨＤＲテクスチャ画像と呼ぶ。また、テクスチャ付き立体形状データにより表される画像をテクスチャ付き立体形状画像と呼ぶ。

本実施の形態においては、テクスチャ付き立体形状画像は、二次元座標系が定義された任意の平面上にテクスチャ付き立体形状データが投影された状態を示す画像であり、使用者による計測箇所の指定を受け付けるための画像である。使用者は、測定対象物Ｓを見る方向（測定対象物Ｓに対する受光部１２０の位置）としてテクスチャ付き立体形状データが投影される平面を指定することができる。それにより、テクスチャ付き立体形状画像により表される測定対象物Ｓの向きが変化する。

上記のように、テクスチャ画像データを生成するために、照明光または均一測定光を用いて測定対象物Ｓが撮像される。ここで、上記のように、照明光出力部１３０は、２つの受光部１２０を取り囲むように形成された照明光の出射口１３１を有する。このような構成により、出射口１３１から出射される照明光の少なくとも一部は受光部１２０の光軸とほぼ平行な状態で測定対象物Ｓに照射される。それにより、照明光を用いて測定対象物Ｓが撮像される場合には、生成されるテクスチャ画像データに影の成分が発生しにくい。したがって、テクスチャ画像データの生成時には照明光を用いることが好ましい。

なお、図６の例で示されるように、測定対象物Ｓについて複数の方向から撮像を行うことにより複数の立体形状データを生成する場合には、測定光を用いた撮像とともに照明光または均一測定光を用いた撮像を行ってもよい。この場合、複数の立体形状データにそれぞれ対応する複数のテクスチャ画像データを生成することができる。したがって、複数の立体形状データおよび複数のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓの外表面の広い範囲に渡って立体形状および表面状態を表すテクスチャ付き立体形状データを生成することができる。

［４］形状測定
（１）形状測定の準備
まず使用者は、測定対象物Ｓの測定を行う前に、形状測定の準備を行う。図７は、形状測定の準備の手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図７を参照しながら形状測定の準備の手順を説明する。まず、使用者は、測定対象物Ｓをステージ１４０上に載置する（ステップＳ１）。次に、使用者は、投光部１１０から測定対象物Ｓに測定光を照射する（ステップＳ２）。このとき測定対象物Ｓのライブ画像が表示部４００に表示される。続いて、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を見ながら、取得されるライブ画像の明るさ、ならびに測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整（以下、第１の調整と呼ぶ。）を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３において取得されるライブ画像の明るさは、測定光の光量および受光部１２０の露光時間のうち少なくとも一方を変化させることにより調整することができる。本実施の形態では、測定光を用いて取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、測定光の光量または受光部１２０の露光時間のうち一方が調整される。

ステップＳ２では、上記の第１〜第４のパターンの測定光のいずれかが測定対象物Ｓに照射されてもよく、均一測定光が測定対象物Ｓに照射されてもよい。ステップＳ３において、測定対象物Ｓの計測すべき箇所（以下、計測箇所と呼ぶ）に影が発生していない場合、使用者は、測定対象物Ｓの位置および姿勢の調整を行う必要はなく、測定光の光量または受光部１２０の露光時間の調整を行えばよい。

次に、使用者は、測定光の照射を停止するとともに、照明光出力部１３０から測定対象物Ｓに照明光を照射する（ステップＳ４）。このとき、測定対象物Ｓのライブ画像が表示部４００に表示される。続いて、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を見ながら、取得されるライブ画像の明るさの調整（以下、第２の調整と呼ぶ。）を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５において取得されるライブ画像の明るさは、基本的にステップＳ３の例と同様に、照明光の光量および受光部１２０の露光時間のうち少なくとも一方を変化させることにより調整することができる。本実施の形態では、照明光を用いて取得されるライブ画像の明るさを観察に適した明るさにするために、照明光の光量または受光部１２０の露光時間のうち一方が調整される。

次に、使用者は、表示部４００に表示されたライブ画像を確認し、光量、受光部１２０の露光時間、測定対象物Ｓの位置および姿勢（以下、観察状態と呼ぶ。）が適切であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６においては、測定対象物Ｓに測定光が照射されてもよく、照明光が照射されてもよく、または測定光および照明光が順に照射されてもよい。

ステップＳ６において、観察状態が適切でないと判定した場合、使用者は、ステップＳ２の処理に戻る。一方、ステップＳ６において、観察状態が適切であると判定した場合、使用者は、形状測定の準備を終了する。

なお、上記の例では、第１の調整の後に第２の調整が行われるが、第２の調整の後に第１の調整が行われてもよい。この場合、使用者は、第２の調整において測定対象物Ｓの位置および姿勢を調整し、第１の調整時に測定対象物Ｓの所望の部分に測定光が照射されていることを確認してもよい。測定対象物Ｓの所望の部分に測定光が照射されていない場合には、測定対象物Ｓの位置および姿勢を再調整し、再度第２の調整として照明光の光量または受光部１２０の露光時間の調整等を行ってもよい。

ここで、ステップＳ５の第２の調整時に、使用者は、取得されるべきテクスチャ画像の種類を選択してもよい。テクスチャ画像の種類は、例えば、通常テクスチャ画像、全焦点テクスチャ画像、ＨＤＲテクスチャ画像を含む。この場合、第２の調整が行われることにより、選択されたテクスチャ画像のテクスチャ画像データを生成するために最適な照明光の光量条件、または照明光に対応する受光部１２０の露光時間の条件が自動設定されてもよい。

（２）形状測定処理
使用者による図７の形状測定の準備の後、測定対象物Ｓの形状測定処理が行われる。図８は、形状測定処理のフローチャートである。形状測定処理は、図１のＣＰＵ２１０が使用者による形状測定処理の開始の指示に応答して形状測定プログラムを実行することにより開始される。

まず、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓに測定光を照射し、パターン画像データを取得する（ステップＳ４１）。取得されたパターン画像データは、作業用メモリ２３０に記憶される。

次に、ＣＰＵ２１０は、取得したパターン画像データを所定のアルゴリズムで処理することにより、測定対象物Ｓの立体形状を示す立体形状データを生成する（ステップＳ４２）。生成された立体形状データは、作業用メモリ２３０に記憶される。

次に、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓに照明光または均一測定光を照射し、テクスチャ画像データを取得する（ステップＳ４３）。取得されたテクスチャ画像データは、作業用メモリ２３０に記憶される。

次に、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ４２で生成された立体形状データとステップＳ４３で取得されたテクスチャ画像データとを合成することにより、テクスチャ付き立体形状データを生成する（ステップＳ４４）。

ここで、形状測定処理の開始前には、予め定められたデータの生成条件が図１の記憶装置２４０に記憶されている。データの生成条件には、形状測定処理において生成されるべき立体形状データに関する情報が含まれる。例えば、図６の例で示したように、複数の方向から撮像を行うことにより得られる複数の立体形状データを合成して１つの立体形状データを生成する場合には、複数の立体形状データを生成するためにステージ１４０（図２）を回転させる必要がある。そこで、撮像ごとのステージ１４０の回転位置、ステージ１４０の回転方向および撮像回数等がデータの生成条件として記憶装置２４０に記憶されている。

ＣＰＵ２１０は、ステップＳ４４の処理後、予め設定された生成条件に基づいて、測定対象物Ｓについての全ての撮像が終了したか否かを判定する（ステップＳ４５）。全ての撮像が終了していない場合、ＣＰＵ２１０は、生成条件に基づいてステージ１４０（図２）を予め定められたピッチ分回転させ（ステップＳ４６）、ステップＳ４１の処理に戻る。

ステップＳ４５において全ての撮像が終了すると、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ４２の処理が複数繰り返されることにより生成された複数の立体形状データの合成を行うとともに、ステップＳ４４の処理が複数繰り返されることにより生成された複数のテクスチャ付き立体形状データの合成を行う（ステップＳ４７）。なお、ステップＳ４１〜Ｓ４５の処理が１度しか実行されていない場合、ステップＳ４７の処理は省略される。このようにして、測定対象物Ｓの計測に用いる立体形状データおよびテクスチャ付き立体形状データが生成される。

次に、ＣＰＵ２１０は、生成された立体形状データまたはテクスチャ付き立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓの立体形状画像またはテクスチャ付き立体形状画像を表示部４００に表示させる（ステップＳ４８）。この場合、使用者は、表示部４００に表示すべき画像として立体形状画像またはテクスチャ付き立体形状画像のいずれかを適宜選択することができる。

その後、ＣＰＵ２１０は、使用者による図１の操作部２５０の操作に応答して計測条件の設定を行うとともに設定された計測条件に基づいて計測箇所の計測を行う（ステップＳ４９）。計測条件の設定については後述する。これにより、形状測定処理が終了する。

上記の形状測定処理においては、ステップＳ４１〜Ｓ４５，Ｓ４７，Ｓ４８の処理が主として後述する図３４の形状データ生成部２１１により実行される。

（３）計測条件の設定
計測条件は、計測箇所および計測項目を含む。計測条件の設定時には、上記のステップＳ４８の処理により、例えば立体形状画像が表示部４００に表示されている。使用者は、図１の操作部２５０を操作することにより、測定対象物Ｓを見る方向（測定対象物Ｓに対する受光部１２０の位置）を指定することができる。この場合、ＣＰＵ２１０は、使用者による方向の指定に応答して、指定された方向から測定対象物Ｓを見た状態が再現されるように、表示部４００上に観察対象物Ｓの向きが調整された立体形状画像を表示する。

使用者は、立体形状画像を視認することにより、測定対象物Ｓの各部の形状を大まかに把握しつつ立体形状画像上で計測箇所を指定する。このとき、使用者は、計測箇所を特定するために、計測箇所を含む幾何形状（例えば、点、直線、円、面、球、円筒および円錐等）を指定することができる。また、使用者は、指定した幾何形状についての計測項目を指定することができる。計測項目は、使用者により指定される測定対象物Ｓの計測箇所において計測されるべきパラメータの種類であり、距離、高さ、直径および面積等を含む。

図９〜図１２は、計測条件の設定例を説明するための図である。図９に、基板上に１つの素子が実装された測定対象物Ｓについて、上記のステップＳ４８の処理で表示部４００に表示される立体形状画像ＳＩの一例が示される。図９の立体形状画像ＳＩにおいては、測定対象物Ｓのうち基板および素子をそれぞれ示す画像Ｂ１Ｉ，Ｂ２Ｉが明りょうに区別される。

例えば、使用者は、表示部４００の画面上に表示されるポインタＰＩを操作することにより、図１０に示すように、素子の上面に対応する画像Ｂ２Ｉの部分を計測箇所として指定する。次に、使用者は、ポインタＰＩを操作することにより、図１１に示すように、基板の上面に対応する画像Ｂ１Ｉの部分を計測箇所として指定する。

ここで、計測条件の設定時には、使用者により指定された計測箇所が他の部分とは異なる態様で表示されることが好ましい。図１０および図１１の例では、使用者により指定された計測箇所にハッチングが施されている。これにより、使用者は、自己の指定した計測箇所を容易に識別することができる。

続いて、使用者は、計測項目として指定された２つの計測箇所（平面）間の距離を指定する。それにより、基板の上面に対応する点群データと素子の上面に対応する点群データとに基づいて、基板の上面と素子の上面との間の距離が算出される。その結果、図１２に示すように、算出結果が計測結果として表示部４００に表示される。図１２の例では、基板の上面と素子の上面との間の距離として、“ｚｚ（ｍｍ）”が表示される。

［５］表示態様設定機能
（１）表示態様設定機能の概略
三次元形状測定装置５００は、形状測定処理のステップＳ４１〜Ｓ４７の処理により得られる立体形状データまたはテクスチャ付き立体形状データを用いて測定対象物Ｓの各部の形状をより正確に把握するための表示態様設定機能を有する。

表示態様設定機能は、立体形状データが生成された測定対象物Ｓについて、測定対象物Ｓの立体形状に関する幾何的な基準（以下、幾何基準と呼ぶ。）を設定するとともに、設定された幾何基準に基づいて測定対象物Ｓの立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を設定する機能である。本実施の形態において、立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を設定するとは、立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を予め定められた本来の表示態様から幾何基準に基づいて定められる他の表示態様に切り替えることを意味する。換言すれば、立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を設定するとは、立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を予め定められた本来の表示態様から幾何基準に基づいて定められる他の表示態様に変更することを意味する。さらに換言すれば、立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を設定するとは、立体形状画像の少なくとも一部の表示態様を予め定められた本来の表示態様から幾何基準に基づいて定められる他の表示態様にすることを意味する。

その表示態様設定機能によれば、立体形状画像のうちの測定対象物Ｓの少なくとも一部分に対応する部分の表示態様を、測定対象物Ｓの当該少なくとも一部分と設定された幾何基準との間の距離（以下、対比距離と呼ぶ。）に応じて異なるように設定することができる。本実施の形態では、表示態様として対比距離に応じた色が設定される。

幾何基準は、装置座標系で表される点、線または面からなる幾何的な基準である。さらに、表示態様設定機能においては、表示態様の設定対象となる測定対象物Ｓの部分（以下、測定対象部分と呼ぶ。）を設定することもできる。測定対象部分は、測定対象物Ｓの一部分であってもよいし、測定対象物Ｓの全体であってもよい。

（２）表示態様設定機能の一使用例
以下、表示態様設定機能の基本的な使用例について説明する。図１３は、測定対象物Ｓの一例を示す外観斜視図である。図１３の測定対象物Ｓは、略直方体形状を有する部材の上面に段差が形成されるとともに、その上面の中央部に上方に向いて開口する窪みが形成された構造を有する。

上面は、互いに平行な上段面ｓ１１および下段面ｓ１２を含む。窪みは、上段面ｓ１１および下段面ｓ１２に平行な矩形の底面ｓ２１を有する。底面ｓ２１の一辺から上段面ｓ１１にかけて垂直面ｓ２２が形成されている。底面ｓ２１の一辺に対向する他辺から下段面ｓ１２にかけて傾斜面ｓ２３が形成されている。垂直面ｓ２２は底面ｓ２１に対して垂直であり、傾斜面ｓ２３は底面ｓ２１に対して傾斜している。さらに、測定対象物Ｓは、その長手方向において互いに対向する一端面ｓ３１および他端面ｓ３２を有する。垂直面ｓ２２、一端面ｓ３１および他端面ｓ３２は互いに平行である。

図１４〜図２５は、表示態様設定機能の一使用例を説明するための図である。本例では、図１３の測定対象物Ｓについて、例えば上段面ｓ１１、下段面ｓ１２、底面ｓ２１、垂直面ｓ２２および傾斜面ｓ２３の位置関係の詳細を把握するために、使用者が表示態様設定機能を使用する場合を想定する。なお、図１３の測定対象物Ｓの立体形状データは、予め図１の記憶装置２４０に記憶されているものとする。

使用者による表示態様設定機能の使用の指示に応答して、図１４に示すように、図１の表示部４００に幾何要素設定画面ＳＣ１が表示される。幾何要素設定画面ＳＣ１は、上記の幾何基準または測定対象部分を特定するための幾何的な要素（以下、幾何要素と呼ぶ。）を、使用者が立体形状画像ＳＩ上で指定するための画面である。

幾何要素設定画面ＳＣ１においては、表示部４００の表示領域が、主表示領域ｍａおよび副表示領域ｓａに分割されている。幾何要素設定画面ＳＣ１において、主表示領域ｍａおよび副表示領域ｓａは左右に並ぶ。

主表示領域ｍａには立体形状画像ＳＩが表示される。使用者は、主表示領域ｍａ上でドラッグ操作等を行うことにより、立体形状画像ＳＩにおける測定対象物Ｓの姿勢を所望の姿勢に変更することができる。

副表示領域ｓａには、要素種類選択欄ｅｓ、名称入力欄ｆ０１、戻るボタンｂ０１、設定ボタンｂ０２および表示態様ボタンｂ０３が表示される。要素種類選択欄ｅｓには、複数の幾何的な要素の種類にそれぞれ対応する複数の項目アイコンｉｃが表示される。幾何的な要素の種類には、平面、円筒、円錐、球および点が含まれる。

本例では、使用者は、幾何的な要素の種類、設定対象となる要素の装置座標系上の位置および名称を指定することにより、幾何要素の設定を行う。具体的には、使用者は、要素種類選択欄ｅｓに表示される複数の項目アイコンｉｃのうちいずれかを操作することにより要素の種類を指定する。このとき、指定された項目アイコンｉｃは例えばハイライト表示される。なお、図１４の例では、平面に対応する項目アイコンｉｃが操作されることにより、当該項目アイコンｉｃがハイライト表示されている様子がハッチングで示される。

次に、使用者は、名称入力欄ｆ０１に設定対象となる要素について所望の名称を入力する。なお、名称入力欄ｆ０１には、指定された要素の種類に応じて予め定められた方法に従う名称が自動入力されてもよい。

さらに、使用者は、主表示領域ｍａに表示された立体形状画像ＳＩ上で、要素の位置を指定する。例えば、使用者は、要素の種類として平面が指定された状態で、測定対象物Ｓの３以上の複数の部分にそれぞれ対応する立体形状画像ＳＩ上の複数の部分をシングルクリック操作により指定する。この場合、測定対象物Ｓの３以上の複数の部分により規定される装置座標系上の平面の位置および大きさが定められる。３以上の複数の部分により規定される装置座標系上の平面は、複数の部分を含む平面であってもよいし、複数の部分にフィッティングされた平面であってもよい。

あるいは、使用者は、要素の種類として平面が指定された状態で、測定対象物Ｓの所望の平面部分に対応する立体形状画像ＳＩ上の部分をダブルクリック操作により指定する。この場合、測定対象物Ｓの当該平面部分に対応する装置座標系上の平面の位置および大きさが定められる。

戻るボタンｂ０１は、使用者が表示態様設定機能の使用の取り消しを指令するためのボタンである。使用者は、表示部４００に幾何要素設定画面ＳＣ１が表示された状態で戻るボタンｂ０１を操作する。それにより、表示部４００の表示状態が通常の形状計測時の状態（例えば図９〜図１２に示される状態）に戻る。

設定ボタンｂ０２は、使用者が幾何要素の設定を指令するためのボタンである。使用者は、上記のように、幾何的な要素の種類、設定対象となる要素の装置座標系上の位置および名称を指定した後、設定ボタンｂ０２を操作する。それにより、指定された一連の内容が、幾何要素ごとに図１の記憶装置２４０に記憶される（幾何要素の設定）。

幾何要素の設定時には、図１５に点線およびハッチングで示すように、設定された幾何要素を示す画像が主表示領域ｍａの立体形状画像ＳＩ上に重畳表示される。それにより、使用者は、自己が設定した幾何要素を容易に把握することができる。本例では、図１３の測定対象物Ｓの上段面ｓ１１、下段面ｓ１２、底面ｓ２１、垂直面ｓ２２および傾斜面ｓ２３にそれぞれ対応する幾何要素「平面１」、「平面２」、「平面０」、「平面３」および「平面４」が設定されている。

表示態様ボタンｂ０３は、使用者が主表示領域ｍａに表示されている立体形状画像ＳＩについて上記の対比距離に応じた表示態様の設定を指令するためのボタンである。対比距離に応じた表示態様の設定は、幾何要素設定画面ＳＣ１において設定された１または複数の幾何要素に基づいて行われる。

使用者は、所望の幾何要素を設定した後、表示態様ボタンｂ０３を操作する。それにより、図１６に示すように、表示部４００に表示される画面が幾何要素設定画面ＳＣ１から表示態様設定画面ＳＣ２に切り替わる。表示態様設定画面ＳＣ２においても、幾何要素設定画面ＳＣ１の例と同様に、表示部４００の表示領域は、主表示領域ｍａおよび副表示領域ｓａに分割されている。

画面の切り替わり直後においては、主表示領域ｍａの表示状態は切り替わり前の表示状態で維持される。一方、副表示領域ｓａには、対応関係設定欄ｄｃ、対象プルダウンメニューｍ１１、基準プルダウンメニューｍ１２、戻るボタンｂ０４、ＯＫボタンｂ０５および幾何要素ボタンｂ０６が表示される。

上記のように、本実施の形態に係る表示態様設定機能においては、立体形状画像のうちの測定対象物Ｓの少なくとも一部分に対応する部分の表示態様として、対比距離に応じた色の設定が行われる。対応関係設定欄ｄｃには、対比距離と色との対応関係を設定するためのボタンおよびスライダ等が表示される。

具体的には、対応関係設定欄ｄｃには、色表示バー４１１、距離基準調整バー４１２、色レンジ調整バー４１３、その他設定ボタン４１４および対応自動設定ボタン４１５が表示される。

色表示バー４１１においては、立体形状画像ＳＩにおいて表示可能な複数種類の色が、複数種類の表示態様として予め対応付けられた対比距離に応じた並びで表示される。図１６以降の所定の図面においては、立体形状画像ＳＩにおいて表示される複数種類の色の代わりに、互いに異なる複数種類のドットパターンが示される。図１６に示される色表示バー４１１には、段階的に濃度が異なる６種類のドットパターンが示される。これらのドットパターンは、濃度が濃いものから濃度が薄くなる順に、例えば青色、水色、緑色、黄色、橙色および赤色を表す。このように、色表示バー４１１にスペクトル順に並ぶ色の中心に位置する色を基準色と呼ぶ。

距離基準調整バー４１２はスライダを含む。使用者は、距離基準調整バー４１２のスライダを操作することにより、基準色に対応する対比距離の基準値（以下、基準色距離と呼ぶ。）を設定することができる。例えば、幾何基準として水平な平面が設定されかつ基準色距離が１０．００ｍｍに設定される場合には、測定対象部分が当該平面から上方に１０．００ｍｍ離間しているときに当該測定対象部分の画像が基準色で表されることになる。

色レンジ調整バー４１３はスライダを含む。使用者は、色レンジ調整バー４１３のスライダを操作することにより、色表示バー４１１に表示される複数種類の色により表現されるべき対比距離の範囲を設定することができる。例えば、対比距離の範囲として５．００ｍｍが設定される場合には、上記の基準色距離を中心として±５．００ｍｍの範囲が色表示バー４１１に表示されたいずれかの色に対応付けられる。

対応自動設定ボタン４１５は、対比距離と表示態様（本例では色）との対応関係を自動設定すべきことを使用者が指令するためのボタンである。後述する対象プルダウンメニューｍ１１および基準プルダウンメニューｍ１２が操作されることにより幾何基準および測定対象部分が設定されると、測定対象物Ｓの立体形状データに基づいて対比距離が算出される。対応自動設定ボタン４１５が操作されると、算出される対比距離の最小値および最大値が少なくとも色表示バー４１１に表示されたいずれかの色で表示されるように、対比距離の基準値および表現されるべき対比距離の範囲が図１のＣＰＵ２１０により自動設定される。

その他設定ボタン４１４は、幾何基準に対する対比距離の扱い、色の反転および対比距離の補正に関する設定を行うためのボタンである。その他設定ボタン４１４が操作されると、図１７に示すその他設定ウィンドウＳＷが表示態様設定画面ＳＣ２上に表示される。その他設定ウィンドウＳＷには、３つのチェックボックス４２１，４２２，４２３が表示される。

幾何基準として平面が設定される場合に、通常、その平面から測定対象物Ｓの部分までの対比距離は当該平面を基準として正の値または負の値で算出される。そのため、例えば基準色距離が１０．００ｍｍに設定されかつ対比距離の範囲として５．００ｍｍが設定される場合には、図１８（ａ）にハッチングで示すように、幾何基準となる平面を基準として正の値で算出される対比距離にのみ色表示バー４１１に表される色が対応付けられる。

一方、幾何基準として平面が設定される場合に、その平面から測定対象物Ｓの部分までの距離として算出される値の絶対値を対比距離とする。この場合、当該平面を基準として正の値で算出される対比距離に色表示バー４１１に表される色が対応付けられるとともに、本来的に負の値で算出される対比距離にも色表示バー４１１に表される色が対応付けられる。そのため、例えば基準色距離が１０．００ｍｍに設定されかつ対比距離の範囲として５．００ｍｍが設定される場合には、図１８（ｂ）にハッチングで示すように、幾何基準となる平面を基準として５．００ｍｍ〜１５．００ｍｍの範囲および−１５．００ｍｍ〜−５．００ｍｍの範囲で算出される対比距離に色表示バー４１１で表される色が対応付けられる。

このように、チェックボックス４２１は、幾何基準として平面が設定される場合に、算出される対比距離を絶対値に変換して用いるか否かを設定するために用いられる。

チェックボックス４２２は、幾何基準として平面が設定される場合に、予め対応付けられた対比距離に対する色の対応関係を反転させるために用いられる。

チェックボックス４２３は、幾何基準として円錐の軸（中心軸）が設定される場合に、算出される対比距離を補正するために用いられる。チェックボックス４２３がチェックされることにより行われる対比距離の補正を円錐補正と呼ぶ。円錐補正の詳細は後述する。

図１６の対象プルダウンメニューｍ１１は、使用者が測定対象部分を特定するための幾何要素（以下、対象要素と呼ぶ。）を指定する際に用いられる。対象プルダウンメニューｍ１１においては、使用者の操作に応答して、予め設定されている１または複数の幾何要素が表示される。さらに、設定されている１または複数の幾何要素の組み合わせ等が表示される。これにより、使用者は、対象プルダウンメニューｍ１１を操作することにより、所望の対象要素を指定することができる。なお、対象プルダウンメニューｍ１１においては、使用者の操作に応答して、測定対象物Ｓの全体が対象要素の候補として表示されてもよい。

基準プルダウンメニューｍ１２は、使用者が幾何基準を特定するための幾何要素（以下、基準要素と呼ぶ。）を指定する際に用いられる。基準プルダウンメニューｍ１２においては、使用者の操作に応答して、予め設定されている１または複数の幾何要素が表示される。さらに、設定されている幾何要素に固有の関係を有する幾何要素が表示される。例えば円筒の幾何要素が予め設定されている場合には、当該円筒の軸（中心軸）等が表示される。また、互いに平行な２つの平面の幾何要素が予め設定されている場合には、その２つの平面の中間に位置する面（中面）等が表示される。これにより、使用者は、基準プルダウンメニューｍ１２を操作することにより、所望の基準要素を指定することができる。

戻るボタンｂ０４は、図１４の戻るボタンｂ０１と同様に、使用者が表示態様設定機能の使用の取り消しを指令するためのボタンである。幾何要素ボタンｂ０６は、使用者が新たな幾何要素を設定することを指令するためのボタンである。使用者は、表示態様設定画面ＳＣ２が表示された状態で、新たな幾何要素を設定したい場合に、幾何要素ボタンｂ０６を操作する。それにより、表示部４００に表示される画面が表示態様設定画面ＳＣ２から再度幾何要素設定画面ＳＣ１に切り替わる。

ＯＫボタンｂ０５は、使用者が測定対象部分に対応する立体形状画像ＳＩの部分に対応関係設定欄ｄｃにおいて設定された表示態様を適用することを指令するためのボタンである。使用者は、距離と色との対応関係を設定し、対象要素を指定し、基準要素を指定した後、ＯＫボタンｂ０５を操作する。それにより、設定された対応関係、指定された対象要素および基準要素に基づいて、測定対象部分に対応する立体形状画像ＳＩの部分の色が対比距離に応じた色に変更される。

図１９に、基準要素として図１５の幾何要素「平面０」が指定されるとともに対象要素として図１５の幾何要素「平面０」、「平面１」、「平面２」、「平面３」および「平面４」（設定された幾何要素の全て）が指定され、ＯＫボタンｂ０５が操作された場合の立体形状画像ＳＩの表示例が示される。

上記のように、図１３の測定対象物Ｓにおいて幾何要素「平面１」、「平面２」および「平面０」にそれぞれ対応する上段面ｓ１１、下段面ｓ１２および底面ｓ２１は、互いに平行である。それにより、立体形状画像ＳＩにおいては、幾何要素「平面１」、「平面２」および「平面０」により特定される各部分の画像が単色で表示される。

一方、図１３の測定対象物Ｓにおいて幾何要素「平面３」に対応する垂直面ｓ２２は底面ｓ２１に対して垂直であり、幾何要素「平面４」に対応する傾斜面ｓ２３は底面ｓ２１に対して傾斜している。それにより、立体形状画像ＳＩにおいては、幾何要素「平面３」および「平面４」により特定される各部分の画像が一方向に並ぶ複数種類の色で表示される。

この状態で、使用者は、図２０および図２１に示すように、立体形状画像ＳＩにおける測定対象物Ｓの姿勢を変更することができる。それにより、互いに異なる複数の視点で、幾何要素「平面０」を基準とした場合の測定対象物Ｓの各部の位置関係を容易に把握することができる。

使用者は、図１９〜図２１の表示状態で、その他設定ボタン４１４を操作し、図１７のチェックボックス４２２をチェックすることにより、予め対応付けられた対比距離に対する色の対応関係を反転させることができる。この場合、図２２に示すように、色表示バー４１１に表示される複数種類の色が、図１９の色表示バー４１１に表示される複数種類の色に対して基準色を中心として反転する。また、反転された対応関係に従って立体形状画像ＳＩのうちの測定対象部分に対応する部分の色が変化する。

ところで、図１９〜図２１の例では、立体形状画像ＳＩのうちの幾何要素「平面１」、「平面２」および「平面０」により特定される各部分に対応する部分は、単色で表示される。この場合、使用者は、当該立体形状画像ＳＩを視認することにより、幾何要素「平面１」、「平面２」および「平面０」にそれぞれ対応する測定対象物Ｓの上段面ｓ１１、下段面ｓ１２および底面ｓ２１が互いに平行であることを容易に認識することができる。

しかしながら、図１９〜図２１の例では、立体形状画像ＳＩのうちの幾何要素「平面３」および「平面４」により特定される各部分に対応する部分は、複数種類の色で表示される。この場合、使用者は、当該立体形状画像ＳＩを視認しても、幾何要素「平面３」および「平面４」に対応する測定対象物Ｓの傾斜面ｓ２３および垂直面ｓ２２が互いに平行であるか否かを把握しにくい。

このような場合に、使用者は、幾何要素ボタンｂ０６を操作することにより、新たな幾何要素を設定することができる。例えば、図２３に示すように、上記の幾何要素「平面３」および「平面４」が再設定されるとともに、図１３の測定対象物Ｓの一端面ｓ３１および他端面ｓ３２にそれぞれ対応する幾何要素「平面５」および「平面６」が新たに設定される。

この場合、図２４に示すように、使用者は、表示態様設定画面ＳＣ２において基準プルダウンメニューｍ１２を操作することにより、幾何要素「平面５」および「平面６」の中面を基準要素として指定することができる。

幾何要素「平面５」および「平面６」の中面により特定される仮想面に対して、測定対象物Ｓの垂直面ｓ２２は平行であり、傾斜面ｓ２３は傾斜している。そのため、幾何要素「平面５」および「平面６」の中面が基準要素として指定された状態でＯＫボタンｂ０５が操作されると、図２５に示すように、立体形状画像ＳＩのうちの幾何要素「平面３」により特定される部分に対応する部分は、単色で表示される。一方、図２４に示すように、立体形状画像ＳＩのうちの幾何要素「平面４」により特定される部分に対応する部分は、一方向に並ぶ複数種類の色で表示される。これにより、使用者は、図２４および図２５の立体形状画像ＳＩを視認することにより、幾何要素「平面３」および「平面４」に対応する測定対象物Ｓの傾斜面ｓ２３および垂直面ｓ２２が互いに平行でないことを容易に把握することができる。

使用者は、図２４および図２５の表示状態で、その他設定ボタン４１４を操作し、図１７のチェックボックス４２１をチェックすることにより、中面を基準とする垂直面ｓ２２および傾斜面ｓ２３までの対比距離を同じ対応関係の色で表示させることができる。それにより、使用者は、測定対象物Ｓの長手方向における中心部分から垂直面ｓ２２までの距離と、測定対象物Ｓの長手方向における中心部分から傾斜面ｓ２３までの距離とを容易に対比することができる。

（３）表示態様設定機能の他の使用例
図２６〜図３０は、表示態様設定機能の他の使用例を説明するための図である。本例では、取っ手がない紙コップを測定対象物Ｓとして説明する。表示部４００に幾何要素設定画面ＳＣ１が表示された状態で、図２６に示すように、幾何要素「円錐１」および「平面１０」が設定される。幾何要素「円錐１」は測定対象物Ｓの側面（外周面）全体に対応し、幾何要素「平面１０」は測定対象物Ｓの開口端部を塞ぐ仮想平面に対応する。

その後、表示部４００に表示態様設定画面ＳＣ２が表示された状態で、図２７に示すように、幾何要素「平面１０」が基準要素として指定されるとともに、設定された幾何要素「円錐１」が対象要素として指定される。この場合、幾何要素「平面１０」を基準として対比距離に応じた表示態様を含む立体形状画像ＳＩが表示される。

図２７に示される立体形状画像ＳＩによれば、測定対象物Ｓの側面を示す部分に、色表示バー４１１に示される複数種類の色が並ぶように表示されるが、測定対象物Ｓの側面に発生した膨らみまたは窪み等を把握することはできない。

そこで、図２８に示すように、幾何要素「円錐１」の軸（中心軸）が基準要素として指定されるとともに、設定された幾何要素「円錐１」が対象要素として指定される。それにより、立体形状画像ＳＩにおいては、測定対象物Ｓの側面を示す部分が幾何要素「円錐１」の軸を基準として対比距離に応じた色で表示される。本例における対比距離は、測定対象物Ｓの中心軸から側面までの距離である。したがって、図２８の立体形状画像ＳＩによれば、図２７の立体形状画像ＳＩに比べて測定対象物Ｓの側面に局部的な形状変化部が存在することを把握しやすい。

ここで、使用者は、図２８の表示状態で、その他設定ボタン４１４を操作し、図１７のチェックボックス４２３をチェックすることにより、上記の円錐補正を行うことができる。円錐補正について説明する。

理想的な円錐の側面は、その円錐の軸が延びる方向に対して一定の傾きを有する。この場合、図２９（ａ）に示すように、円錐の軸ａｘから当該円錐の側面まで延びる軸ａｘの垂線ｐｌの長さは、頂点ｐｐから離間するにつれて一定の比率で大きくなる。そのため、円錐の軸を幾何基準としかつ当該円錐の側面を対象要素として表示態様が設定された立体形状画像ＳＩにおいては、円錐の軸方向に円錐の形状に起因する色の変化成分が現れる。

そこで、円錐補正では、円錐の形状に起因する色の変化成分が除去されるように、対比距離が補正される。具体的には、図２９（ｂ）に示すように、設定された円錐の幾何要素において、その軸ａｘ上で基準位置αを定める。また、軸ａｘ上の任意の位置βにおける当該軸ａｘから側面までの垂線の長さｄ２が、基準位置αにおける当該軸ａｘから側面までの垂線の長さｄ１に一致するように軸ａｘ上の位置に応じた演算式を求める。このようにして算出された演算式に基づいて、実際に算出された対比距離を補正する。

上記の補正後の対比距離は、測定対象部分が理想的な円錐形状を有することにより一定の値を示すことになる。一方、測定対象部分が理想的な円錐形状から局所的にずれることにより大きくばらついた値を示すことになる。

それにより、円錐補正後の対比距離に基づいて表示態様が設定された立体形状画像ＳＩにおいては、図３０に示すように、測定対象物Ｓの側面の局所的な形状の変化が顕著に表れる。したがって、使用者は、測定対象物Ｓの側面に局部的な形状変化部が存在することをその形状とともに正確に把握することができる。図３０の例によれば、測定対象物Ｓの側面の一部に局所的な膨らみが発生していることがわかる。

（４）表示態様設定機能のさらに他の使用例
図３１〜図３３は、表示態様設定機能のさらに他の使用例を説明するための図である。本例では、電球を測定対象物Ｓとして説明する。表示部４００に幾何要素設定画面ＳＣ１が表示された状態で、図３１に示すように、幾何要素「球１」および「平面１１」が設定される。幾何要素「球１」は測定対象物Ｓのバルブ全体に対応し、幾何要素「平面１０」は測定対象物Ｓの口金の下端部近傍で当該電球の中心軸に直交する仮想平面に対応する。

その後、表示部４００に表示態様設定画面ＳＣ２が表示された状態で、図３２に示すように、幾何要素「平面１１」が基準要素として指定されるとともに、設定された幾何要素「球１」が対象要素として指定される。この場合、立体形状画像ＳＩにおいては、測定対象物Ｓのバルブ全体を示す部分が幾何要素「平面１１」を基準として対比距離に応じた色で表示される。

図３２に示される立体形状画像ＳＩによれば、測定対象物Ｓのバルブを示す部分に、色表示バー４１１に示される複数種類の色が並ぶように表示されるが、測定対象物Ｓのバルブの外面に発生した膨らみまたは窪み等を把握することはできない。

そこで、図３３に示すように、幾何要素「球１」の中心が基準要素として指定されるとともに、幾何要素「球１」により特定される測定対象物Ｓのバルブの外面全体が対象要素として指定される。この場合、立体形状画像ＳＩにおいては、測定対象物Ｓのバルブ全体を示す部分が幾何要素「球１」の中心を基準として対比距離に応じた色で表示される。本例における対比距離は、測定対象物Ｓのバルブの中心から当該バルブの外面までの距離である。したがって、図３３の立体形状画像ＳＩによれば、図３２の立体形状画像ＳＩに比べて測定対象物Ｓのバルブの外面に局部的な形状変化部が存在することをその形状とともに正確に把握することができる。

（５）表示態様設定機能を実現するためのＣＰＵ２１０の機能的構成
図３４は、本発明の一実施の形態に係る表示態様設定機能を実現するためのＣＰＵ２１０の機能ブロック図である。図３４に示すように、ＣＰＵ２１０は、形状データ生成部２１１、表示制御部２１２、特定部２１３、要素受付部２１４および対応関係設定部２１５を含む。これらの構成要素は、ＣＰＵ２１０が記憶装置２４０に記憶された表示態様設定プログラムを実行することにより実現される。なお、ＣＰＵ２１０に含まれる上記の複数の構成要素の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。

形状データ生成部２１１は、受光部１２０により出力される受光信号に基づいて、測定対象物Ｓの立体形状を表す点群データを立体形状データとして生成し、記憶装置２４０に記憶させる。表示制御部２１２は、記憶装置２４０に記憶された立体形状データに基づいて測定対象物Ｓの立体形状を含む画像を立体形状画像ＳＩとして姿勢変更可能に表示部４００に表示させる。また、表示制御部２１２は、後述する対応関係設定部２１５により設定された対応関係に基づいて立体形状画像ＳＩのうちの測定対象部分に対応する部分の表示態様の設定を行う。さらに、表示制御部２１２は、設定された表示態様を含む立体形状画像ＳＩを表示部４００に表示させる。

要素受付部２１４は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、表示部４００に表示された立体形状画像ＳＩ上で、幾何要素の指定を受け付ける。また、要素受付部２１４は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、設定された幾何要素を用いた基準要素および対象要素の指定を受け付ける。

特定部２１３は、要素受付部２１４により受け付けられた基準要素に基づいて、測定対象物Ｓの立体形状に関する幾何的な基準を幾何基準として特定する。また、特定部２１３は、要素受付部２１４により受け付けられた対象要素に基づいて、表示態様が設定されるべき測定対象物Ｓの測定対象部分を特定する。

対応関係設定部２１５は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、対比距離と色（表示態様）との対応関係を設定する。なお、対応関係設定部２１５は、特定部２１３により特定された測定対象部分の立体形状データと幾何基準との間の距離に基づいて、対比距離と色との対応関係を設定してもよい。例えば、対応関係設定部２１５は、算出される対比距離の最小値および最大値が互いに異なる種類の色で表示されるように、対比距離と色との対応関係を設定してもよい。

（６）表示態様設定処理
図３５は、表示態様設定プログラムに基づく表示態様設定処理の基本的な流れを示すフローチャートである。本例では、初期状態で、予め図３４の形状データ生成部２１１により測定対象物Ｓの立体形状データが生成され、図１の記憶装置２４０に記憶されているものとする。

表示態様設定処理は、使用者による表示態様設定機能の使用の指示に応答して開始される。表示態様設定処理が開始されると、図３４の表示制御部２１２は、記憶装置２４０に記憶された測定対象物Ｓの立体形状データを読み込む（ステップＳ１１）。また、表示制御部２１２は、読み込んだ立体形状データに基づいて図１の表示部４００に測定対象物Ｓの立体形状画像ＳＩを表示させる（ステップＳ１２）。

次に、図３４の要素受付部２１４は、表示部４００に表示される立体形状画像ＳＩ上で幾何要素の指定を受け付ける（ステップＳ１３）。この場合、受け付けられた幾何要素を示す情報は、記憶装置２４０に記憶される。

次に、要素受付部２１４は、指定された幾何要素を用いた基準要素の指定を受け付ける（ステップＳ１４）。そこで、図３４の特定部２１３は、要素受付部２１４により受け付けられた基準要素に基づいて、測定対象物Ｓの形状測定のための幾何基準を特定する（ステップＳ１５）。この場合、特定された幾何基準を示す情報は、記憶装置２４０に記憶される。

次に、要素受付部２１４は、設定された幾何要素を用いた対象要素の指定を受け付ける（ステップＳ１６）。そこで、図３４の特定部２１３は、要素受付部２１４により受け付けられた対象要素に基づいて、測定対象物Ｓの測定対象部分を特定する（ステップＳ１７）。この場合、特定された測定対象部分を示す情報は、記憶装置２４０に記憶される。

次に、図３４の対応関係設定部２１５は、使用者による操作部２５０の操作に基づいて、対比距離と色（表示態様）との対応関係を設定する（ステップＳ１８）。

その後、表示制御部２１２は、対応関係設定部２１５により設定された対応関係に基づいて立体形状画像ＳＩのうちの測定対象部分に対応する部分の色を設定し、対比距離に応じた色を含む立体形状画像ＳＩを表示部４００に表示させる（ステップＳ１９）。これにより、表示態様設定処理が終了する。

上記のステップＳ１４〜Ｓ１９の一連の処理は、例えば上記の表示態様設定画面ＳＣ２のＯＫボタンｂ０５が操作されることにより行われる。

図３５の表示態様設定処理においては、例えばステップＳ１９の処理後に、使用者による操作部２５０の操作に応答して、ステップＳ１３以降の処理が再度行われてもよい。この場合、再度行われるステップＳ１９の処理で新たな表示態様を含む立体形状画像ＳＩが表示部４００に表示されることになる。

［６］効果
本実施の形態に係る三次元形状測定装置５００においては、測定対象物Ｓの立体形状データが生成され、生成された立体形状データに基づく立体形状画像ＳＩが表示部４００に表示される。使用者による操作部２５０の操作に基づいて、立体形状画像ＳＩ上で１または複数の幾何要素が指定される。指定されたいずれかの幾何要素を用いて基準要素の指定がさらに受け付けられ、その基準要素に基づいて幾何基準が特定される。また、指定されたいずれかの幾何要素を用いて対象要素の指定がさらに受け付けられ、その対象要素に基づいて測定対象部分が特定される。測定対象部分と幾何基準との間の対比距離に応じて、立体形状画像ＳＩのうち測定対象部分に対応する部分の表示態様が設定される。対比距離に応じた表示態様を含む立体形状画像ＳＩが、表示部４００に表示される。それにより、使用者は、対比距離に応じた表示態様を含む立体形状画像ＳＩを視認することにより、所望の幾何基準と測定対象物Ｓの所望の部分の形状との関係を容易かつ直感的に把握することが可能になる。

また、本実施の形態に係る三次元形状測定装置５００においては、投光部１１０Ａ，１１０Ｂ、受光部１２０Ａ，１２０Ｂおよびステージ１４０が一体的に設けられているので、受光部１２０Ａ，１２０Ｂとステージ１４０との位置関係が一義的に定まる。そのため、高い精度で立体形状データとしての点群データを得ることができる。したがって、立体形状データに基づいて高い精度で測定対象物Ｓの形状測定を行うことができる。

［７］他の実施の形態
（１）平行面抽出機能
三次元形状測定装置５００は、使用者による幾何要素の設定作業を補助するための平行面抽出機能を有してもよい。本例の平行面抽出機能は、平面の幾何要素が設定された場合に、設定された幾何要素に平行な測定対象物Ｓの平面部分を立体形状データに基づいて抽出し、抽出された平面部分を示す抽出画像を立体形状画像ＳＩ上に重畳表示する機能である。

図３６および図３７は、平行面抽出機能を説明するための幾何要素設定画面ＳＣ１の一例を示す図である。本例の幾何要素設定画面ＳＣ１においては、主表示領域ｍａに図１３の測定対象物Ｓの立体形状画像ＳＩが示される。平行面抽出機能を有する三次元形状測定装置５００においては、幾何要素設定画面ＳＣ１の副表示領域ｓａに平行面抽出ボタンｂ１１が表示される。

例えば、使用者は、図３６に示すように、図１３の測定対象物Ｓの底面ｓ２１に対応する幾何要素「平面０」を設定した後、平行面抽出ボタンｂ１１を操作する。この場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓのうち直前に設定された幾何要素「平面０」に対して予め定められた範囲内の平行度を有する部分（以下、平行部分と呼ぶ。）が存在するか否かを判定する。平行部分が存在する場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データから当該平行部分の立体形状データを抽出する。

なお、この場合、ＣＰＵ２１０は、基準となる幾何要素「平面０」に対応する測定対象物Ｓの部分を抽出しなくてもよいし、抽出してもよい。本例では、ＣＰＵ２１０は、幾何要素「平面０」に対応する測定対象物Ｓの部分を抽出しない。

さらに、ＣＰＵ２１０は、抽出された立体形状データに基づいて、抽出された平行部分を示す抽出画像を、図３７に示すように、立体形状画像ＳＩ上に重畳表示する。図３７の例では、立体形状画像ＳＩのうち図１３の測定対象物Ｓの上段面ｓ１１および下段面ｓ１２に対応する部分にそれぞれ抽出画像が重畳表示されている。抽出画像は、設定済みの幾何要素とは識別可能な態様（例えば色）で表示される。

さらに、立体形状画像ＳＩ上には、抽出画像ごとに当該平行部分を個別に識別可能とするための名称が付される。図３７の例では、２つの抽出画像にそれぞれ「抽出ｅ１」および「抽出ｅ２」の名称が付されている。

この状態で、使用者は、立体形状画像ＳＩ上の所望の抽出画像を選択し、設定ボタンｂ０２を操作することにより、選択された抽出画像に対応する平行部分に基づいて新たな幾何要素を設定することができる。また、使用者は、立体形状画像ＳＩ上の所望の抽出画像を選択し、当該抽出画像を削除することもできる。

なお、平行部分を抽出するための基準となる幾何要素は、平行面抽出ボタンｂ１１の操作の直前に設定される必要はなく、設定済みの複数の幾何要素から使用者により選択されてもよい。

（２）垂直面抽出機能
三次元形状測定装置５００は、使用者による幾何要素の設定作業を補助するための垂直面抽出機能を有してもよい。本例の垂直面抽出機能は、平面の幾何要素が設定された場合に、設定された幾何要素に垂直な測定対象物Ｓの平面部分を立体形状データに基づいて抽出し、抽出された平面部分を示す抽出画像を立体形状画像ＳＩ上に重畳表示する機能である。

図３８および図３９は、垂直面抽出機能を説明するための幾何要素設定画面ＳＣ１の一例を示す図である。本例の幾何要素設定画面ＳＣ１においては、主表示領域ｍａに電子部品からなる測定対象物Ｓの立体形状画像ＳＩが示される。垂直面抽出機能を有する三次元形状測定装置５００においては、幾何要素設定画面ＳＣ１の副表示領域ｓａに垂直面抽出ボタンｂ１２が表示される。

ここで、本例の測定対象物Ｓとなる電子部品は、集積回路を収容する略長方形状のパッケージを有するものとする。パッケージの両側部の各々においては、当該パッケージの内部から複数の帯状リードが引き出されている。複数の帯状リードは、パッケージの長手方向に並ぶ。各帯状リードは、パッケージの両側部から下方に延びるように屈曲されている。パッケージの上面に対して各帯状リードの上下方向に延びる部分は、略垂直であるものとする。

例えば、使用者は、図３８に示すように、電子部品のパッケージの上面に対応する幾何要素「平面５０」を設定した後、垂直面抽出ボタンｂ１２を操作する。この場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データに基づいて、測定対象物Ｓのうち直前に設定された幾何要素「平面５０」に対して予め定められた範囲内の垂直度を有する部分（以下、垂直部分と呼ぶ。）が存在するか否かを判定する。垂直部分が存在する場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データから当該垂直部分の立体形状データを抽出する。

さらに、ＣＰＵ２１０は、抽出された立体形状データに基づいて、抽出された垂直部分を示す抽出画像を、図３９に示すように、立体形状画像ＳＩ上に重畳表示する。図３９の例では、立体形状画像ＳＩのうち電子部品の複数の帯状リードの外面に対応する部分にそれぞれ抽出画像が重畳表示されている。抽出画像は、設定済みの幾何要素とは識別可能な態様（例えば色）で表示される。

さらに、立体形状画像ＳＩ上には、抽出画像ごとに当該垂直部分を個別に識別可能とするための名称が付される。図３９の例では、１４個の抽出画像にそれぞれ「抽出ｅ１」〜「抽出ｅ１４」の名称が付されている。

この状態で、使用者は、立体形状画像ＳＩ上の所望の抽出画像を選択し、設定ボタンｂ０２を操作することにより、選択された抽出画像に対応する垂直部分に基づいて新たな幾何要素を設定することができる。また、使用者は、立体形状画像ＳＩ上の所望の抽出画像を選択し、当該抽出画像を削除することもできる。

なお、垂直部分を抽出するための基準となる幾何要素は、平行面抽出ボタンｂ１１の操作の直前に設定される必要はなく、設定済みの複数の幾何要素から使用者により選択されてもよい。

（３）領域抽出機能
三次元形状測定装置５００は、使用者による幾何要素の設定作業を補助するための領域抽出機能を有してもよい。本例の領域抽出機能は、使用者により立体形状画像ＳＩ上で特定の領域が選択された場合に、選択された領域内に位置する測定対象物Ｓの平面部分を立体形状データに基づいて抽出し、抽出された平面部分を示す抽出画像を立体形状画像ＳＩ上に重畳表示する機能である。

図４０および図４１は、領域抽出機能を説明するための幾何要素設定画面ＳＣ１の一例を示す図である。本例の幾何要素設定画面ＳＣ１においては、図３８および図３９の例と同様に、主表示領域ｍａに電子部品からなる測定対象物Ｓの立体形状画像ＳＩが示される。本例の測定対象物Ｓとなる電子部品は、図３８および図３９に示される測定対象物Ｓの電子部品と同じである。領域抽出機能を有する三次元形状測定装置５００においては、幾何要素設定画面ＳＣ１の副表示領域ｓａに領域抽出ボタンｂ１３が表示される。

例えば、使用者は、領域抽出ボタンｂ１３を操作した後、図４０に太い一点鎖線で示すように、立体形状画像ＳＩ上で所望の領域を選択する。この領域の選択は、例えば立体形状画像ＳＩ上の複数の部分を使用者がシングルクリック操作することにより行われる。

この場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データに基づいて、選択された領域内の画像に対応する測定対象物Ｓの部分で予め定められたサイズ以上の平面部分（以下、領域内部分と呼ぶ。）が存在するか否かを判定する。領域内部分が存在する場合、ＣＰＵ２１０は、測定対象物Ｓの立体形状データから当該領域内部分の立体形状データを抽出する。

さらに、ＣＰＵ２１０は、抽出された立体形状データに基づいて、抽出された領域内部分を示す抽出画像を、図４１に示すように、立体形状画像ＳＩ上に重畳表示する。図４１の例では、立体形状画像ＳＩのうち使用者により選択された領域内に位置しかつ電子部品の複数の帯状リードの外面に対応する部分にそれぞれ抽出画像が重畳表示されている。

さらに、立体形状画像ＳＩ上には、抽出画像ごとに当該領域内部分を個別に識別可能とするための名称が付される。図３９の例では、７個の抽出画像にそれぞれ「抽出ｅ１」〜「抽出ｅ７」の名称が付されている。

この状態で、使用者は、立体形状画像ＳＩ上の所望の抽出画像を選択し、設定ボタンｂ０２を操作することにより、選択された抽出画像に対応する領域内部分に基づいて新たな幾何要素を設定することができる。また、使用者は、立体形状画像ＳＩ上の所望の抽出画像を選択し、当該抽出画像を削除することもできる。

（４）テンプレート設定機能
三次元形状測定装置５００は、使用者による幾何要素の指定作業、基準要素の指定作業および対象要素の指定作業を補助するためのテンプレート設定機能を有してもよい。本例のテンプレート設定機能は、同一形状を有する複数の測定対象物Ｓについて同一内容の形状測定を順次行う場合に、一の測定対象物Ｓに対して行われた各種作業を他の測定対象物Ｓについて自動的に再現する機能である。

テンプレート設定機能では、予め使用者によって基準とすべき測定対象物Ｓが定められる。以下、基準とされた測定対象物Ｓを基準対象物と呼ぶ。使用者は、操作部２５０を操作することにより、基準対象物について立体形状データの生成、幾何要素の指定、基準要素の指定および対象要素の指定等を行う。この場合、ＣＰＵ２１０は、使用者による操作部２５０の操作内容に基づいて、基準対象物に対する幾何要素の指定、基準要素の指定および対象要素の指定の操作手順をテンプレート情報として記憶する。

その後、使用者は、基準対象物と同じ形状を有する他の測定対象物Ｓについて立体形状データを生成した後、上記のテンプレート設定機能の使用を指令する。この場合、ＣＰＵ２１０は、記憶されたテンプレート情報に基づいて、基準対象物について指定された幾何要素に対応する幾何要素を他の測定対象物Ｓについて指定する。また、ＣＰＵ２１０は、テンプレート情報に基づいて、基準対象物について指定された基準要素および対象要素に対応する基準要素および対象要素を他の測定対象物Ｓについて指定する。

これにより、使用者は、基準対象物について幾何要素の指定、基準要素の指定および対象要素の指定を行った後は、同一形状を有する他の測定対象物Ｓについて改めて同じ作業を繰り返すことなく測定対象部分の色が対比距離に応じた色で表された立体形状画像ＳＩの確認等を行うことができる。したがって、三次元形状測定装置５００の利便性が向上する。

ところで、上記のテンプレート設定機能を有効に利用するためには、基準対象物の立体形状データと他の測定対象物Ｓの立体形状データとの位置関係を正確に把握する必要がある。例えば、立体形状データの生成時における基準対象物の姿勢と他の測定対象物Ｓの姿勢とが互いに大きく異なる場合には、上記のテンプレート情報を用いても適切な幾何要素の指定等を行うことができない。

そこで、本例では、テンプレート設定機能の使用が指令されると、その事前処理として他の測定対象物Ｓの立体形状データを基準対象物の立体形状データに合わせこむ処理（以下、合わせこみ処理と呼ぶ。）が行われる。

合わせこみ処理が開始されることにより、合わせこみ画面が表示部４００に表示される。図４２および図４３は、表示部４００に表示される合わせこみ画面の一例を示す図である。合わせこみ画面ＳＣ３においては、表示部４００の表示領域が、第１主表示領域ｍａ１、第２主表示領域ｍａ２、第３主表示領域ｍａ３および副表示領域ｓａに分割されている。

第１主表示領域ｍａ１に他の測定対象物Ｓの立体形状画像ＳＩが表示され、第２主表示領域ｍａ２に基準対象物の立体形状画像ＳＩが表示される。第３主表示領域ｍａ３に、基準対象物の立体形状データに対する他の測定対象物Ｓの立体形状データの合わせこみの程度が画像で表示される。具体的には、基準対象物の立体形状画像ＳＩと他の測定対象物Ｓの立体形状画像とが共通の座標系に従って互いに異なる色で表示される。図４２および図４３の例では、互いに異なる２種類の色がドットパターンとハッチングとで示される。

副表示領域ｓａには、要素種類選択欄ｅｓ、位置合わせ要素表示欄ｅｔ、戻るボタンｂ２１および適用ボタンｂ２２が表示される。要素種類選択欄ｅｓには、上記実施の形態と同様に、複数の幾何的な要素の種類にそれぞれ対応する複数の項目アイコンｉｃが表示される。位置合わせ要素表示欄ｅｔについては後述する。

表示部４００に合わせこみ画面ＳＣ３が表示された状態で、使用者は、第１主表示領域ｍａ１に表示される立体形状画像ＳＩ上で他の測定対象物Ｓの姿勢を変更することができる。また、使用者は、第２主表示領域ｍａ２に表示される立体形状画像ＳＩ上で基準対象物の姿勢を変更することができる。

そこで、使用者は、他の測定対象物Ｓを含む立体形状画像ＳＩと基準対象物を含む立体形状画像ＳＩとを対比しつつ、共通の形状を有しかつ互いに対応する部分を位置合わせ要素として３組指定する。このとき、使用者は、要素種類選択欄ｅｓに表示された複数の項目アイコンｉｃのいずれかを操作することにより、指定対象となる位置合わせ要素の種類を選択することができる。

副表示領域ｓａの位置合わせ要素表示欄ｅｔには、他の測定対象物Ｓおよび基準対象物に関して３組の位置合わせ要素が指定されたか否かが示される。図４２の例では、３組の位置合わせ要素は全く指定されていない。

使用者は、例えば１組目の位置合わせ要素を指定するために平面に対応する項目アイコンｉｃを操作する。その後、他の測定対象物Ｓを含む立体形状画像ＳＩ上および基準対象物を含む立体形状画像ＳＩ上で互いに対応する平面部分をそれぞれダブルクリック操作により指定する。これにより、他の測定対象物Ｓおよび基準対象物について１組目の位置合わせ要素（図４３の「平面Ａ」）の指定が完了する。

次に、使用者は、１番目の位置合わせ要素の指定と同様の手順で、他の測定対象物Ｓおよび基準対象物について２番目および３番目の位置合わせ要素（図４３の「平面Ｂ」および「平面Ｃ」）を順次指定する。このとき、図４３に示すように、指定された位置合わせ要素は、第１主表示領域ｍａ１および第２主表示領域ｍａ２に表示される立体形状画像ＳＩ上に逐次識別可能に表示される。

３組の位置合わせ要素が指定されると、ＣＰＵ２１０は、３組の位置合わせ要素に対応する他の測定対象物Ｓの３つの部分が、３組の位置合わせ要素に対応する基準対象物の３つの部分にそれぞれ一致するように、他の測定対象物Ｓの立体形状データの座標変換を行う。

基準対象物の立体形状データに対する他の測定対象物Ｓの立体形状データの合わせこみが正確に行われることにより、図４３に示すように、第３主表示領域ｍａ３に表示される立体形状画像ＳＩの基準対象物の位置および姿勢と他の測定対象物Ｓの位置および姿勢とが一致する。

使用者は、合わせこみ画面ＳＣ３における第３主表示領域ｍａ３の表示状態を確認しつつ、問題がないと判断すると適用ボタンｂ２２を操作する。それにより、合わせこみ処理が完了する。戻るボタンｂ２１は、使用者が合わせこみ処理の取り消しを指令するためのボタンである。使用者は、表示部４００に合わせこみ画面ＳＣ３が表示された状態で戻るボタンｂ２１を操作する。それにより、表示部４００の表示状態が通常の形状計測時の状態（例えば図９〜図１２に示される状態）に戻る。

なお、図４３の例では、３つの位置合わせ要素として「平面Ａ」、「平面Ｂ」および「平面Ｃ」が指定されているが、これらの要素のうち「平面Ｂ」および「平面Ｃ」は互いに平行な面である。３つの面を用いて上記の合わせこみを行う場合には、３つの位置合わせ要素は互いに交差するように設定されることが望ましい。したがって、例えば図４３の例では、「平面Ｂ」に代えて一点鎖線で示される「平面Ｄ」が位置合わせ要素として指定されてもよい。この場合、互いに交差する位置合わせ要素「平面Ａ」、「平面Ｃ」および「平面Ｄ」を用いることにより、より高い精度で立体形状データの合わせこみを行うことが可能となる。

（５）対比強調表示機能
三次元形状測定装置５００は、幾何基準に対する測定対象部分の幾何的な対比結果を使用者に容易に理解させるための対比強調表示機能を有してもよい。本例の対比強調表示機能は、一方向に延びる幾何基準と他方向に延びる測定対象物Ｓの測定対象部分とが特定される場合に、当該幾何基準に対する当該測定対象部分の傾斜する向きを表す指標（以下、傾斜指標と呼ぶ。）を立体形状画像ＳＩ上に重畳表示させる機能を含む。さらに、本例の対比強調表示機能は、当該幾何基準に対する当該測定対象部分の傾斜する向き（以下、単に傾斜の向きと呼ぶ。）を強調して表すように、傾斜指標の表示態様を調整する機能を含む。以下、対比強調表示機能の使用例について説明する。

図４４は、測定対象物Ｓの他の例を示す外観斜視図である。図４４の測定対象物Ｓは、扁平な直方体形状を有する第１の部材ｐ１、第２の部材ｐ２および第３の部材ｐ３から構成される。第１の部材ｐ１および第２の部材ｐ２は、間隔をおいて互いに対向するように第３の部材ｐ３により連結されている。第１の部材ｐ１および第２の部材ｐ２には、それぞれ円形の第１の貫通孔ｈ１および第２の貫通孔ｈ２が形成されている。

図４４の測定対象物Ｓについて、第２の貫通孔ｈ２の中心軸が第１の貫通孔ｈ１の中心軸に対してどの方向に傾斜しているのかを知りたい場合、使用者は、最初に図４４の測定対象物Ｓについての立体形状データを生成する。その後、使用者は、対比強調表示機能を使用する。

図４５〜図４７は、対比強調表示機能の一使用例を説明するための図である。図４５に示すように、対比強調表示機能を有する三次元形状測定装置５００においては、幾何要素設定画面ＳＣ１の副表示領域ｓａに傾斜確認ボタンｂ３１が表示される。

例えば、使用者は、主表示領域ｍａに図４４の測定対象物Ｓに対応する立体形状画像ＳＩが表示された状態で、図４４の第１の貫通孔ｈ１の内周面に対応する幾何要素「円筒１」を設定する。また、使用者は、図４４の第２の貫通孔ｈ２の内周面に対応する幾何要素「円筒２」を設定する。その後、使用者は、傾斜確認ボタンｂ３１を操作する。

それにより、図４６に示すように、表示部４００に表示される画面が幾何要素設定画面ＳＣ１から傾斜確認画面ＳＣ４に切り替わる。傾斜確認画面ＳＣ４は、対応関係設定欄ｄｃに代えて傾斜確認設定欄ｅｕが表示される点を除いて、上記の表示態様設定画面ＳＣ２と基本的に同じである。

傾斜確認設定欄ｅｕには、チェックボックス４３１および強調度合い調整バー４３２が表示される。チェックボックス４３１は、幾何基準および測定対象部分としてそれぞれ軸が指定される際に、傾斜の向きを強調するように傾斜指標を表示させるか否かを設定するために用いられる。使用者は、チェックボックス４３１をチェックすることにより、傾斜の向きを強調するように傾斜指標を表示させることができる。

強調度合い調整バー４３２はスライダを含む。使用者は、強調度合い調整バー４３２のスライダを操作することにより、傾斜指標により示される傾斜の向きの強調度合いを調整することができる。

本例では、図４６に示すように、使用者は、対象要素として幾何要素「円筒２」の軸を指定し、基準要素として幾何要素「円筒１」の軸を指定するものとする。この場合、図４６に一点鎖線で示すように、幾何要素「円筒１」の軸および幾何要素「円筒２」の軸を示す画像が立体形状画像ＳＩ上に重畳表示される。

この状態で、ＯＫボタンｂ０５が操作されることにより、図４６に白抜きの矢印で示すように、幾何要素「円筒１」の軸に対する幾何要素「円筒２」の軸の傾斜する向きを示す傾斜指標が立体形状画像ＳＩ上に重畳表示される。

ここで、幾何要素「円筒１」の軸に対する幾何要素「円筒２」の軸の傾斜角度が小さいと、使用者は、傾斜指標を視認しても、幾何要素「円筒１」の軸に対して幾何要素「円筒２」の軸はどの方向に傾斜しているのかを把握することが難しい。そこで、使用者は、チェックボックス４３１をチェックし、強調度合い調整バー４３２を操作する。この場合、図４７に示すように、幾何要素「円筒１」の軸に対する幾何要素「円筒２」の軸の傾斜の向きが、傾斜指標により強調表示される。具体的には、装置座標系における基準軸（本例では、幾何要素「円筒１」の軸）に対する対象軸（本例では、幾何要素「円筒２」の軸）の交差角度が、傾斜指標により過大に表示される。それにより、使用者は、幾何要素「円筒１」の軸に対して幾何要素「円筒２」の軸が傾斜する向きを容易に把握することができる。

なお、対比強調表示機能を有する三次元形状測定装置５００においては、図３４の表示制御部２１２は、特定された測定対象部分と幾何基準との幾何的な対比結果として、上記の傾斜の向きを示す傾斜指標を表示部４００に表示させる。また、表示制御部２１２は、使用者による操作部２５０の操作に応答して、傾斜の向きが強調して表されるように傾斜指標の表示態様を調整する。

（６）その他
上記実施の形態では、１または複数の幾何要素が指定および設定された後、設定されたいずれかの幾何要素を用いて基準要素が指定されるが、本発明はこれに限定されない。幾何要素の指定時に、当該幾何要素が基準要素として指定されてもよい。同様に、上記実施の形態では、１または複数の幾何要素が設定された後、設定されたいずれかの幾何要素を用いて対象要素が指定されるが、本発明はこれに限定されない。幾何要素の指定時に、当該幾何要素が対象要素として指定されてもよい。

上記実施の形態では、受光部１２０Ａ，１２０Ｂに単眼カメラが用いられるが、単眼カメラに代えてまたは単眼カメラに加えて、複眼カメラが用いられてもよい。また、複数の受光部１２０Ａおよび複数の受光部１２０Ｂが用いられ、ステレオ法によって立体形状データが生成されてもよい。また、上記実施の形態では、２つの投光部１１０が用いられるが、立体形状データの生成が可能であれば、１つの投光部１１０のみが用いられてもよく、または３つ以上の投光部１１０が用いられてもよい。

また、投光部１１０からの均一な測定光を用いてテクスチャ画像データを取得する場合には、照明光出力部１３０および照明光源３２０が設けられなくてもよい。また、パターン画像データを合成してテクスチャ画像データを生成することも可能であり、その場合にも照明光出力部１３０および照明光源３２０が設けられなくてもよい。

また、上記実施の形態では、パターン画像データおよびテクスチャ画像データが共通の受光部１２０Ａ，１２０Ｂによって取得されるが、立体形状データを取得するための受光部と、ライブ画像データおよびテクスチャ画像データを取得するための受光部とが別個に設けられてもよい。

また、上記実施の形態では、三角測距法により点群データが生成されるが、ＴＯＦ（Time Of Flight）法等の他の方法により点群データが生成されてもよい。

［８］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、形状データ生成部２１１が形状データ生成部の例であり、表示制御部２１２が表示制御部の例であり、要素受付部２１４が要素受付部の例であり、特定部２１３が特定部の例であり、三次元形状測定装置５００が三次元形状測定装置の例である。

また、傾斜指標が指標の例であり、設置部１６１および回転機構１４３がステージ保持部の例であり、ステージ１４０がステージの例であり、投光部１１０，１１０Ａ，１１０Ｂが投光部の例であり、受光部１２０，１２０Ａ，１２０Ｂが受光部の例であり、ヘッド部１９０がヘッド部の例であり、スタンド部１６２が連結部の例である。

さらに、対応関係設定部２１５が対応関係設定部の例であり、操作部２５０が操作部の例であり、ＣＰＵ２１０がテンプレート記憶部およびテンプレート指定部の例であり、ＰＣ２００が処理装置の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

１００…測定部，１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…投光部，１１１…測定光源，１１２…パターン生成部，１１３，１１４，１２２…レンズ，１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ…受光部，１２１…カメラ，１２１ａ…撮像素子，１３０…照明光出力部，１３１…出射口，１４０…ステージ，１４１…ステージベース，１４２…ステージプレート，１４３…回転機構，１４５…ステージ操作部，１４６…ステージ駆動部，１５０，３１０…制御基板，１６１…設置部，１６２…スタンド部，１７０…台座，１８０…ヘッドケーシング，１９０…ヘッド部，２００…ＰＣ，２１０…ＣＰＵ，２１１…形状データ生成部，２１２…表示制御部，２１３…特定部，２１４…要素受付部，２１５…対応関係設定部，２２０…ＲＯＭ，２３０…作業用メモリ，２４０…記憶装置，２５０…操作部，３００…制御部，３２０…照明光源，３３０…導光部材，４００…表示部，４１１…色表示バー，４１２…距離基準調整バー，４１３…色レンジ調整バー，４１４…他設定ボタン，４１５…対応自動設定ボタン，４２１，４２２，４２３，４３１…チェックボックス，４３２…強調度合い調整バー，５００…三次元形状測定装置，Ａ１，Ａ２…光軸，Ａｘ…回転軸，ａｘ…軸，ｂ０１，ｂ０４，ｂ２１…戻るボタン，ｂ０２…設定ボタン，ｂ０３…表示態様ボタン，ｂ０５…ＯＫボタン，ｂ０６…幾何要素ボタン，ｂ１１…平行面抽出ボタン，ｂ１２…垂直面抽出ボタン，ｂ１３…領域抽出ボタン，Ｂ１Ｉ，Ｂ２Ｉ…画像，ｂ２２…適用ボタン，ｂ３１…傾斜確認ボタン，ｄｃ…対応関係設定欄，ｅｓ…要素種類選択欄，ｅｔ…位置合わせ要素表示欄，ｆ０１…名称入力欄，Ｆ１，Ｆ２…交点，ｈ１…第１の貫通孔，ｈ２…第２の貫通孔，ｉｃ…項目アイコン，ＩＲ…照射領域，ｍ１１…対象プルダウンメニュー，ｍ１２…基準プルダウンメニュー，ｍａ…主表示領域，ｍａ１…第１主表示領域，ｍａ２…第２主表示領域，ｍａ３…第３主表示領域，ＭＲ，ＭＲ１，ＭＲ２…有効領域，ｐ１…第１の部材，ｐ２…第２の部材，ｐ３…第３の部材，ＰＩ…ポインタ，ｐｌ…垂線，ｐｐ…頂点，Ｓ…測定対象物，ｓ１１…上段面，ｓ１２…下段面，ｓ２１…底面，ｓ２２…垂直面，ｓ２３…傾斜面，ｓ３１…一端面，ｓ３２…他端面，ｓａ…副表示領域，ＳＣ１…幾何要素設定画面，ＳＣ２…表示態様設定画面，ＳＣ３…合わせこみ画面，ＳＣ４…傾斜確認画面，ＳＩ…立体形状画像，ＳＷ…その他設定ウィンドウ，ＴＲ１…撮像視野

Claims (8)

1. 測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成する形状データ生成部と、
   前記形状データ生成部により生成された立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を含む画像を立体形状画像として姿勢変更可能に表示部に表示させる表示制御部と、
   前記表示部に表示された立体形状画像上で、幾何要素の指定を受け付ける要素受付部と、
   前記要素受付部により受け付けられた幾何要素に基づいて、測定対象物の立体形状に関する幾何的な基準を幾何基準として特定する特定部とを備え、
   前記表示制御部は、測定対象物の少なくとも一部分と前記特定部により特定された前記幾何基準との間の距離に応じて、前記立体形状画像のうちの前記少なくとも一部分に対応する部分の表示態様を設定する、三次元形状測定装置。
2. 前記特定部は、前記要素受付部により受け付けられた幾何要素に基づいて、前記表示態様が設定されるべき前記少なくとも一部分をさらに特定する、請求項１記載の三次元形状測定装置。
3. 前記表示態様は、前記少なくとも一部分と前記幾何基準との間の距離に応じた色である、請求項１または２記載の三次元形状測定装置。
4. 前記表示制御部は、前記少なくとも一部分と前記特定部により特定された前記幾何基準との幾何的な対比結果を表す指標を前記表示部に表示させるとともに、前記表示部に表示される指標が対比結果を強調して表すように、前記指標の表示態様を調整可能である、請求項１または２記載の三次元形状測定装置。
5. ステージ保持部と、
   前記ステージ保持部により保持され、測定対象物が載置されるステージと、
   前記ステージに載置される測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記測定対象物により反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部とを含むヘッド部と、
   前記ヘッド部と前記ステージ保持部とを固定的に連結する連結部とをさらに備え、
   前記形状データ生成部は、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、前記測定対象物の立体形状を表す点群データを前記立体形状データとして生成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
6. 前記立体形状データに基づいて前記少なくとも一部分と前記幾何基準との間の距離を算出するとともに算出された距離に基づいて前記表示態様と距離との対応関係を設定する対応関係設定部をさらに備え、
   前記表示制御部は、前記対応関係設定部により設定された対応関係に基づいて、前記立体形状画像のうちの前記少なくとも一部分に対応する部分の表示態様の設定を行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
7. 一の測定対象物について一の幾何基準を特定するための一の幾何要素を指定するために使用者により操作される操作部と、
   使用者による前記操作部の操作手順をテンプレート情報として記憶するテンプレート記憶部と、
   他の測定対象物について、前記一の幾何基準に対応する他の幾何基準を特定するための他の幾何要素を、前記一の測定対象物の立体形状データと、当該他の測定対象物の立体形状データと、前記テンプレート記憶部に記憶されたテンプレート情報とに基づいて指定するテンプレート指定部とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
8. 処理装置により実行可能な三次元形状測定プログラムであって、
   測定対象物の立体形状を示す立体形状データを生成する処理と、
   前記生成された立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を含む画像を立体形状画像として姿勢変更可能に表示部に表示させる処理と、
   前記表示部に表示された立体形状画像上で、幾何要素の指定を受け付ける処理と、
   前記受け付けられた幾何要素に基づいて、測定対象物の立体形状に関する幾何的な基準を幾何基準として特定する処理とを、前記処理装置に実行させ、
   前記表示部に表示させる処理は、測定対象物の少なくとも一部分と前記特定された前記幾何基準との間の距離に応じて、前記立体形状画像のうちの前記少なくとも一部分に対応する部分の表示態様を設定する処理を含む、三次元形状測定プログラム。

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