JP5817721B2 - 形状測定装置、形状測定方法、およびガラス板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、形状測定装置、形状測定方法、およびガラス板の製造方法に関する。特に、本発明は、ステレオ法を用いた物体の３次元形状の形状測定装置、形状測定方法、およびガラス板の製造方法に関する。

従来、物体の３次元形状を測定する技術として、例えば日本国特開２００９−１８１４９２号公報に開示されているように、物体を２方向から撮像し当該物体上の任意の点の空間座標を認識する技術（ステレオ法）が利用されている。

しかしながら、物体が鏡面である場合には、２方向から鏡面上の同一点を認識できないため従来のステレオ法を適用することが困難である。従って、従来のステレオ法では、鏡面を有する物体（例えば、ガラス）の３次元形状の測定が不可能であるという問題がある。本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、鏡面を有する物体であってもステレオ法を応用し３次元形状を測定することができる技術を提供する。

上記問題を解決するために、本発明の一態様である形状測定装置は、形状を測定する被測定物の鏡面を固定位置に配置された撮像装置によって撮像して得られる撮像画像であって前記被測定物の周辺に配置されたパターンの反射像が撮像されている撮像画像に基づいて、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記被測定物の鏡面上の一の位置の傾斜角度を算出し、前記被測定物を前記撮像装置の撮像範囲内で所定の距離移動させた後に同様に得られる他の前記撮像画像に基づいて、被測定物の移動後の撮像画像内において同一位置を捉えている画素領域を特定し、同一の高さ方向座標を仮定したときの同一位置の傾斜角度を算出する算出部と、前記被測定物の前記位置の前記所定量移動前後における両傾斜角度を比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記位置における高さ方向座標として決定する決定部と、を備える。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である形状測定装置は、形状を測定する被測定物の鏡面を撮像して得られる撮像画像であって前記被測定物の周辺に配置されたパターンの反射像が撮像されている撮像画像に基づいて、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記被測定物の鏡面上の一の位置の傾斜角度と前記一の位置の近傍の他の位置の傾斜角度とを算出する算出部と、前記被測定物の前記一の位置と前記他の位置における両傾斜角度を比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記一の位置における高さ方向座標として決定する決定部と、を備える。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である形状測定装置は、固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の移動前後の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、移動前の前記撮像画像である移動前撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動前撮像パターン位置を特定する移動前パターン位置特定部と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動前の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である移動前撮像位置を算出する移動前撮像位置算出部と、前記第１画素領域と前記移動前撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置における傾斜角度である移動前傾斜角度を算出する移動前傾斜角度算出部と、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動後の鏡面上の位置であって前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置に該当する位置である移動後撮像位置を算出する移動後撮像位置算出部と、前記撮像装置の画素領域であって、前記撮像装置の撮像範囲内で所定の距離移動後の前記撮像画像である移動後撮像画像において前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置を撮像する第２画素領域を特定する第２画素領域特定部と、前記移動後撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動後撮像パターン位置を特定する移動後パターン位置特定部と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置と前記第２画素領域と前記移動後撮像パターン位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置における傾斜角度である移動後傾斜角度を算出する移動後傾斜角度算出部と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前傾斜角度と前記移動後傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記移動前撮像位置における高さ方向座標として決定する高さ方向座標決定部と、を備える。

上記形状測定装置において、前記高さ方向座標決定部によって決定された前記移動前撮像位置毎の高さ方向座標に基づいて、前記被測定物の鏡面の形状情報を出力する出力部をさらに備えるようにしてもよい。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である形状測定装置は、固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第１撮像パターン位置を特定する第１パターン位置特定部と、前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第２撮像パターン位置を特定する第２パターン位置特定部と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である第１撮像位置を算出する第１撮像位置算出部と、前記第１画素領域と前記第１撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置における傾斜角度である第１傾斜角度を算出する第１傾斜角度算出部と、前記第２画素領域と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置および前記第１傾斜角度とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第２画素領域に撮像される位置である第２撮像位置を算出する第２撮像位置算出部と、前記第２画素領域と前記第２撮像パターン位置と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置における傾斜角度である第２傾斜角度を算出する第２傾斜角度算出部と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記第１撮像位置における高さ方向座標として決定する高さ方向座標決定部と、を備える。

上記形状測定装置は、前記高さ方向座標決定部によって決定された前記第１撮像位置毎の高さ方向座標に基づいて、前記被測定物を加工する加工情報を出力する出力部を更に備えるようにしてもよい。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である形状測定方法は、固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の移動前後の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する測定方法であって、移動前の前記撮像画像である移動前撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動前撮像パターン位置を特定する工程と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動前の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である移動前撮像位置を算出する工程と、前記第１画素領域と前記移動前撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置における傾斜角度である移動前傾斜角度を算出する工程と、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動後の鏡面上の位置であって前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置に該当する位置である移動後撮像位置を算出する工程と、前記撮像装置の画素領域であって、前記撮像装置の撮像範囲内で所定の距離移動後の前記撮像画像である移動後撮像画像において前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置を撮像する第２画素領域を特定する工程と、前記移動後撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動後撮像パターン位置を特定する工程と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置と前記第２画素領域と前記移動後撮像パターン位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置における傾斜角度である移動後傾斜角度を算出する工程と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前傾斜角度と前記移動後傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記移動前撮像位置における高さ方向座標として決定する工程と、を有する。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である形状測定方法は、固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する測定方法であって、前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第１撮像パターン位置を特定する工程と、前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第２撮像パターン位置を特定する工程と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である第１撮像位置を算出する工程と、前記第１画素領域と前記第１撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置における傾斜角度である第１傾斜角度を算出する工程と、前記第２画素領域と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置および前記第１傾斜角度とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第２画素領域に撮像される位置である第２撮像位置を算出する工程と、前記第２画素領域と前記第２撮像パターン位置と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置における傾斜角度である第２傾斜角度を算出する工程と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記第１撮像位置における高さ方向座標として決定する工程と、を有する。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様であるガラス板の製造方法は、ガラスの原材料を溶融して溶融ガラスを得る溶融工程と、前記溶融ガラスを連続した板状のガラスリボンに成形する成形工程と、前記ガラスリボンを移動させながら徐々に冷却する徐冷工程と、ガラスリボンを切断する切断工程と、を有するガラス板の製造方法であって、前記徐冷工程と前記切断工程との間でガラスリボンの基準面からの高さ方向座標を上記の形状測定装置で測定する測定工程と、前記測定工程で得られた高さ方向座標に基づいて前記徐冷工程での徐冷条件を制御する制御工程と、を有する。

本発明によれば、鏡面を有する物体であってもステレオ法を応用し３次元形状を測定することができるようになる。また、本発明の形状測定装置又は測定方法を用いれば、ガラス製品の形状品質、具体的には反り等のより少ないガラス板を製造できるようになる。

本発明の第１の実施形態による形状測定装置１の機能ブロック図の一例である。 形状測定装置１の動作を説明するための模式図である。 形状測定装置１の動作を説明するための模式図である。 形状測定装置１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の実施形態による形状測定装置１００の機能ブロック図の一例である。 形状測定装置１００の動作を説明するための模式図である。 形状測定装置１００の動作を説明するための模式図である。 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。 形状測定装置１，１００によって生成される形状情報に基づく出力例である。 形状測定装置１，１００の動作を説明するための模式図である。 形状測定装置１または形状測定装置１００を適用したガラス板の製造ラインの概略説明図である。 ガラス板の製造方法の工程を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による形状測定装置１の機能ブロック図の一例である。図１において、形状測定装置１の測定対象（鏡面を有する物体）であるガラス材３は、その表面が曲面で構成された３次元形状を有している。ガラス材３の上部には、所定の模様（例えば格子状の模様など）を有するパターン４が配置されており、このパターン４の模様がガラス材３の上記表面に反射して映り込んでいる。

本実施形態の形状測定装置１は、このガラス材３表面の反射模様を、ガラス材３を移動させる前後で撮像装置２により撮影し、移動前後で得られた２つの画像を用いて、ガラス材３表面のある測定点における高さ方向（図１に示すｚ方向）の座標（高さ方向座標）を算出する。また、形状測定装置１は、算出した各測定点の座標に基づいて、ガラス材３表面の３次元形状を表す図９のような形状情報を生成し、外部に出力する。なお、ガラス材３を移動させる方法は、従来技術を利用すればよく、一般的に利用される搬送設備や、移動テーブルなどを利用すればよい。

ここで、図１に示す形状測定装置１の各部の機能を説明する前に、図２および図３を参照して、形状測定装置１による３次元形状の測定原理を説明する。

まず、撮像装置２により、ガラス材３の表面に反射したパターン４の模様を撮像し、得られた画像内の予め定めた位置（画素領域Ｐ_０）にパターン４のどの部分が写っているかを調べる。例えば、パターン４が格子状の模様である場合、画像中の格子の本数を数えることによりパターン４内の位置を特定できる。画素領域Ｐ_０に写っているパターン４の一部分の位置をＸ_０とする（図２上）。

このとき、パターン４の位置Ｘ_０を発した光がガラス材３の表面で反射されて、撮像画像内の画素領域Ｐ_０の像を形成していることになるが、ガラス材３の表面形状が未知であるため、真のガラス材３上の反射点は一意に定まらない（反射点は、撮像装置２から見て画素領域Ｐ_０の方向を向いた直線Ｌ_０上のどこかにある）。図２では、高さ（図中に示す基準面Ｍから測ったｚ方向の座標値）が異なる３つの反射点の候補Ａ_０（１），Ａ_０（２），Ａ_０（３）を示している。各反射点Ａ_０（１），Ａ_０（２），Ａ_０（３）の高さを、それぞれＨ_１，Ｈ_２，Ｈ_３（Ｈ_１＜Ｈ_２＜Ｈ_３）とする。以下、高さ方向座標を単に高さと呼ぶ場合もある。

ここで、高さＨ_１の反射点Ａ_０（１）を仮定した場合、この反射点Ａ_０（１）におけるガラス材３表面の（仮定上の）接平面は、パターン４の位置Ｘ_０を発して反射点Ａ_０（１）へ入射する光を撮像装置２の画素領域Ｐ_０へ向けて反射させる反射面Ｓ_１と等しい傾斜角Θ_０（１）を有しているはずである。反射点Ａ_０（２）又はＡ_０（３）を仮定した場合のこれら反射点におけるガラス材３表面の（仮定上の）各接平面も、同様に、それぞれ対応する反射面Ｓ_２，Ｓ_３と等しい傾斜角Θ_０（２），Θ_０（３）を有している。

このとき、反射点が高いほど（即ち、Ａ_０（１）よりＡ_０（２）の方が、更にＡ_０（２）よりＡ_０（３）の方が）パターン４の位置Ｘ_０から各反射面Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３への入射角が浅くなるため、Θ_０（１）＜Θ_０（２）＜Θ_０（３）の関係が成り立っている（ここでは傾斜角を、図中に示すｘ軸負方向と各反射面の図中上側を向く法線とのなす角度で定義するものとする）。この関係を図３のグラフに曲線Ｃ_０として表した。このように、傾斜角Θ_０（ｎ）は反射点の高さＨ_ｎの関数となっている。但し、上述したとおり、真の反射点がこの曲線Ｃ_０上のどの点に対応するものであるかは、一意に定めることができない。

さて、次に、ガラス材３を距離Ｌだけ移動させて、移動後に、再び撮像装置２によりガラス材３の表面に反射したパターン４の模様を撮像する（図２下）。ガラス材３を移動させたことにより、上記仮定した高さＨ_１の反射点Ａ_０（１）は、高さＨ_１を維持したまま元の位置から距離Ｌだけ離れた位置Ａ_Ｌ（１）へと移動している。距離Ｌは撮像装置２の撮像範囲内であれば任意に設定される。

ここで、撮像装置２の撮像方向（撮像装置２が向けられている方向）が既知であるとすると、ガラス材３と撮像装置２の位置関係から、ガラス材３移動後の撮像画像内において位置Ａ_Ｌ（１）を捉えている画素領域Ｐ_Ｌ（１）が分かる。そして、この画素領域Ｐ_Ｌ（１）にパターン４のどの部分が写っているかを、ガラス材３移動前と同様に調べる。画素領域Ｐ_Ｌ（１）に写っているパターン４の一部分の位置をＸ_Ｌ（１）とする。

このとき、パターン４の位置Ｘ_Ｌ（１）を発した光が移動後のガラス材３表面の反射点Ａ_Ｌ（１）で反射されて、移動後に撮像した画像内の画素領域Ｐ_Ｌ（１）の像を形成していることになる。この反射点Ａ_Ｌ（１）におけるガラス材３表面の接平面（パターン４の位置Ｘ_Ｌ（１）を発して反射点Ａ_Ｌ（１）へ入射する光を撮像装置２の画素領域Ｐ_Ｌ（１）へ向けて反射させる反射面Ｓ_Ｌ１）の傾斜角を、Θ_Ｌ（１）とする。

このようにして、ガラス材３移動後においても、反射点Ａ_Ｌ（１）における高さＨ_１と傾斜角Θ_Ｌ（１）とが関係付けられる。反射点Ａ_Ｌ（２）における高さＨ_２と反射面Ｓ_Ｌ２の傾斜角Θ_Ｌ（２）、反射点Ａ_Ｌ（３）における高さＨ_３と反射面Ｓ_Ｌ３の傾斜角Θ_Ｌ（３）についても同様である。

ここで、ガラス材３を移動させる前の反射点Ａ_０（１），Ａ_０（２），Ａ_０（３）は、そのうちのいずれが真の反射点であるかが不定であったが、真の反射点であれば、ガラス材３の移動前後において、当該反射点におけるガラス材３表面の接平面の傾斜角は等しいはずである（移動前後で当該反射点は物理的に同一の点であるため）。図３のグラフに、ガラス材３移動後のΘ_Ｌ（ｎ）とＨ_ｎの関係を表す曲線Ｃ_Ｌが曲線Ｃ_０と一点で交わる様子を示した。したがって、Θ_Ｌ（ｎ）＝Θ_０（ｎ）となるようなＨ_ｎを見つければ、その反射点Ａ_０（ｎ）が真の反射点であり、当該反射点における傾斜角Θ_０（ｎ）と高さＨ_ｎが求められたことになる。こうして、与えられた画素領域Ｐ_０に対してガラス材３上の一点Ａ_０（ｎ）の３次元座標値が決定される。

以上の測定は、画素領域Ｐ_０に対応するガラス材３上の一点についての測定であるが、同様の測定を撮像した全ての画素領域について行うことで、ガラス材３の表面上の全ての点における真の傾斜角Θ_０（ｎ）と真の高さＨ_ｎ、即ちガラス材３の表面の３次元形状を求めることができる。

次に、図１に戻って、上述の測定原理に基づいた形状測定装置１の各部の機能を説明する。

形状測定装置１は、パターン位置特定部２０（移動前パターン位置特定部、移動後パターン位置特定部）、反射点候補選択部３０（移動前撮像位置算出部、移動後撮像位置算出部）、画素領域特定部４０（第２画素領域特定部）、傾斜角度算出部５０（移動前傾斜角度算出部、移動後傾斜角度算出部）、高さ方向座標決定部６０、および出力部８０を備える。なお、これらの各部は、ＣＰＵが所定のプログラムを読み込んで実行することによって実現されるものである。

パターン位置特定部２０は、撮像装置２から、ガラス材３表面に反射しているパターン４の模様をガラス材３の移動前に撮像した画像（以下、移動前撮像画像と称する）を取得する。そして、パターン位置特定部２０は、当該取得した移動前撮像画像内の画素領域Ｐ_０に、パターン４上のどの部分が写っているかを特定する（以下、パターン４の当該特定された部分をパターン位置Ｘ_０と表す）。具体的には、パターン位置特定部２０は、移動前撮像画像上の画素領域Ｐ_０に撮像されている模様を画像処理により認識して、その認識した模様がパターン４のどの部分に該当する模様であるかを調べる（パターン４の模様は既知である）ことにより、当該認識した模様に対応するパターン４上のパターン位置Ｘ_０を特定する。

また同様に、パターン位置特定部２０は、撮像装置２から、ガラス材３表面に反射しているパターン４の模様をガラス材３の移動後に撮像した画像（以下、移動後撮像画像と称する）を取得する。さらに、パターン位置特定部２０は、画素領域特定部４０から画素領域Ｐ_Ｌ（１），Ｐ_Ｌ（２），Ｐ_Ｌ（３），…を示す情報を取得する。そして、パターン位置特定部２０は、上述と同様にして、移動後撮像画像内の各画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）に、パターン４上のどの部分が写っているかを特定する（以下、パターン４の当該特定された部分をパターン位置Ｘ_Ｌ（ｎ）と表す）。

反射点候補選択部３０は、画素領域Ｐ_０に基づいて、ガラス材３の表面の高さを様々な値と仮定した場合の各高さについて、パターン位置Ｘ_０を発した光を反射して画素領域Ｐ_０へと向かわせる反射点の候補Ａ_０（１），Ａ_０（２），Ａ_０（３），…を算出する。図２に示されるように、これらの反射点の候補Ａ_０（ｎ）は、撮像装置２から画素領域Ｐ_０の方向へ引いた直線Ｌ_０が、仮定された各高さのガラス材３表面を貫く位置として求めることができる。

また、反射点候補選択部３０は、各反射点候補Ａ_０（ｎ）に基づいて、ガラス材３を距離Ｌだけ移動させた時にこれら各反射点候補Ａ_０（ｎ）の移動先となる位置Ａ_Ｌ（１），Ａ_Ｌ（２），Ａ_Ｌ（３），…を算出する。これらの各位置Ａ_Ｌ（ｎ）は、図２に示されるように、ガラス材３の移動後において、パターン位置Ｘ_Ｌ（ｎ）からの光を反射して画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）へと向かわせる反射点の候補である。なお、これらの反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）は、ガラス材３移動前の反射点候補Ａ_０（ｎ）を距離Ｌだけ平行移動させることによって求めることができる。

画素領域特定部４０は、ガラス材３を移動させた後の各反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）に基づいて、撮像装置２の画素領域の中から、当該反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）の位置を捉えている画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）をそれぞれ特定する。図２に示されるように、これら画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）は、撮像装置２とガラス材３の位置関係（撮像装置２の撮像方向は既知である）に基づいて、すなわち、撮像装置２と各反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）を結んだ直線が、撮像装置２から画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）の方向へ引いた直線に一致するという条件から、求めることができる。

傾斜角度算出部５０は、ガラス材３が移動する前の各反射点候補Ａ_０（ｎ）について、パターン４上のパターン位置Ｘ_０を発して当該反射点候補Ａ_０（ｎ）へ入射する光を撮像装置２の画素領域Ｐ_０へ向けて反射させる反射面をそれぞれ求め、これら各反射面の傾斜角度Θ_０（ｎ）を算出する。図２に示されるように、上記反射面の傾斜角度は、パターン位置Ｘ_０と各反射点候補Ａ_０（ｎ）を結んだ直線の当該反射面の法線となす角度（反射点候補Ａ_０（ｎ）へ入射する光の入射角）が、各反射点候補Ａ_０（ｎ）と撮像装置２の画素領域Ｐ_０を結んだ直線が当該反射面の法線となす角度（反射点候補Ａ_０（ｎ）から反射される光の反射角）に等しいという条件から、求めることができる。

また、同様にして、傾斜角度算出部５０は、ガラス材３を移動させた後の各反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）について、パターン４上のそれぞれ対応するパターン位置Ｘ_Ｌ（ｎ）を発して当該反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）へ入射する光を撮像装置２の対応する画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）へ向けて反射させる反射面をそれぞれ求め、これら各反射面の傾斜角度Θ_Ｌ（ｎ）を算出する。

高さ方向座標決定部６０は、ガラス材３の上記仮定した各高さ（とその高さに応じて定まる反射点候補Ａ_０（ｎ））について、ガラス材３を移動させる前の傾斜角度として求められたΘ_０（ｎ）とガラス材３を移動させた後の傾斜角度として求められたΘ_Ｌ（ｎ）とを比較する。そして、高さ方向座標決定部６０は、Θ_０（ｎ）とΘ_Ｌ（ｎ）の両者の値が一致するときの反射点候補Ａ_０（ｎ）および高さの仮定値を、画素領域Ｐ_０に対応するガラス材３の真の反射点Ａ_０および当該反射点Ａ_０におけるガラス材３の真の高さとして決定する。実際には、測定上の誤差などによりΘ_０（ｎ）とΘ_Ｌ（ｎ）が厳密には一致しない場合もあるため、Θ_０（ｎ）とΘ_Ｌ（ｎ）の差の２乗が最小となるようなガラス材３の高さを求めるようにしてもよい（図１０参照）。このようにして、撮像装置２から画素領域Ｐ_０を臨んだ方向におけるガラス材３上の一点（反射点Ａ_０）の３次元座標値（水平方向の位置および高さ方向の位置）が決定される。

出力部８０は、高さ方向座標決定部６０によって決定されたガラス材３上の点の位置の座標値（水平方向の位置座標および高さ方向の位置座標）を出力する。また、出力部８０は、ガラス材３上の多数の点について同様の測定を行って求められた各座標値に基づいて、ガラス材３の表面形状を表す図９のような形状情報を生成し出力する。

図４は、形状測定装置１の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図４に示すフローチャートを用いて形状測定装置１の動作を説明する。本フローチャートは、パターン位置特定部２０が移動前撮像画像を撮像装置２から取得することにより開始される。

図４において、移動前撮像画像を取得したパターン位置特定部２０は、移動前撮像画像上の画素領域Ｐ_０に撮像されている模様から、その模様に対応するパターン４上のパターン位置Ｘ_０を特定する（ステップＳ１）。

次に、反射点候補選択部３０は、ｎ＝１として反射点候補Ａ_０（ｎ）を算出する（ステップＳ２，ステップＳ３）。

次に、傾斜角度算出部５０は、反射点候補Ａ_０（ｎ）を反射点として有する反射面を求めてその傾斜角度Θ_０（ｎ）を算出する（ステップＳ４）。

続いて傾斜角度算出部５０は、ｎが予め定めた最大値になったか否か（全ての反射点候補Ａ_０（ｎ）と傾斜角度Θ_０（ｎ）を算出したか否か）を判断する（ステップＳ５）。ｎが最大値でない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）は、ｎが１インクリメントされて（ステップＳ６）、ステップＳ３からステップＳ５が繰り返される。

ｎが最大値である場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、パターン位置特定部２０は、移動後撮像画像を撮像装置２から取得する。そして、反射点候補選択部３０は、ｍ＝１、ｎ＝ｍ，ｍ＋１，ｍ＋２として３点の反射点候補Ａ_０（ｎ）から対応する３点のガラス材３の移動後の反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）をそれぞれ算出する（ステップＳ７，ステップＳ８）。以下、３点それぞれについて実施する。

次に、画素領域特定部４０は、撮像装置２の画素領域の中から反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）に対応する画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）を特定する（ステップＳ９）。

次に、パターン位置特定部２０は、移動後撮像画像上の画素領域Ｐ_Ｌ（ｎ）に撮像されている模様から、その模様に対応するパターン４上のパターン位置Ｘ_Ｌ（ｎ）を特定する（ステップＳ１０）。

次に、傾斜角度算出部５０は、反射点候補Ａ_Ｌ（ｎ）を反射点として有する反射面を求めてその傾斜角度Θ_Ｌ（ｎ）を算出する（ステップＳ１１）。

次に、高さ方向座標決定部６０は、上記で算出した３点の傾斜角度Θ_０（ｎ）と対応する３点の傾斜角度Θ_Ｌ（ｎ）のそれぞれの差の２乗を求め、これらの差を比較して極小値であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。これらのΘ_０（ｎ）とΘ_Ｌ（ｎ）の差の２乗の中に極小値がない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）は、ｍが１インクリメントされて（ステップＳ１３）、すなわちｎが１インクリメントされた３点について、ステップＳ８からステップＳ１２が繰り返される。

Θ_０（ｎ）とΘ_Ｌ（ｎ）の差の２乗の中に極小値がある場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、高さ方向座標決定部６０は、そのときのΘ_０（ｎ）に対応する反射点候補Ａ_０（ｎ）を、撮像装置２から画素領域Ｐ_０を見た方向におけるガラス材３の真の反射点と決定し、反射点候補Ａ_０（ｎ）の高さと仮定した値Ｈ_ｎを、真の反射点Ａ_０の高さ方向座標と決定する（ステップＳ１４）。
以上で、本フローチャートは終了する。

なお、真の高さ方向座標の探索に当たっては、上記に限定されず、また必ずしもｎの最小値から最大値まで全てを計算する必要はない。このような解の探索方法には、公知の種々の高速化アルゴリズムを必要に応じて利用することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図面を参照して説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による形状測定装置１００の機能ブロック図の一例である。図５において、形状測定装置１００の測定対象（鏡面を有する物体）であるガラス材３は、その表面が曲面で構成された３次元形状を有している。ガラス材３の上部には、所定の模様（例えば格子状の模様など）を有するパターン４が配置されており、このパターン４の模様がガラス材３の上記表面に反射して映り込んでいる。

本実施形態の形状測定装置１００は、このガラス材３表面の反射模様を撮像装置２により撮影し、ガラス材３表面のある測定点における高さ方向（図５に示すｚ方向）の座標（高さ方向座標）を、撮影により得られた１つの画像内の２点に着目することで算出する。また、形状測定装置１００は、算出した各測定点の座標に基づいて、ガラス材３表面の３次元形状を表す図９のような形状情報を生成し、外部に出力する。

ここで、図５に示す形状測定装置１００の各部の機能を説明する前に、図６および図７を参照して、形状測定装置１００による３次元形状の測定原理を説明する。

まず、撮像装置２により、ガラス材３の表面に反射したパターン４の模様を撮像し、得られた画像内の予め定めたある１点（画素領域Ｐ_１）にパターン４のどの部分が写っているかを調べる。例えば、パターン４が格子状の模様である場合、画像中の格子の本数を数えることによりパターン４内の位置を特定できる。画素領域Ｐ_１に写っているパターン４の一部分の位置をＸ_１とする。

このとき、パターン４の位置Ｘ_１を発した光がガラス材３の表面で反射されて、撮像画像内の画素領域Ｐ_１の像を形成していることになるが、ガラス材３の表面形状が未知であるため、真のガラス材３上の反射点は一意に定まらない（反射点は、撮像装置２から見て画素領域Ｐ_１の方向を向いた直線Ｌ_１上のどこかにある）。図６では、高さ（図中に示す基準面Ｍから測ったｚ方向の座標値）が異なる３つの反射点の候補Ａ_１（１），Ａ_１（２），Ａ_１（３）を示している。各反射点Ａ_１（１），Ａ_１（２），Ａ_１（３）の高さを、それぞれＨ_１，Ｈ_２，Ｈ_３（Ｈ_１＜Ｈ_２＜Ｈ_３）とする。

ここで、高さＨ_１の反射点Ａ_１（１）を仮定した場合、この反射点Ａ_１（１）におけるガラス材３表面の（仮定上の）接平面は、パターン４の位置Ｘ_１を発して反射点Ａ_１（１）へ入射する光を撮像装置２の画素領域Ｐ_１へ向けて反射させる反射面Ｓ_１と等しい傾斜角Θ_１（１）を有しているはずである。反射点Ａ_１（２）又はＡ_１（３）を仮定した場合のこれら反射点におけるガラス材３表面の（仮定上の）各接平面も、同様に、それぞれ対応する反射面Ｓ_２，Ｓ_３と等しい傾斜角Θ_１（２），Θ_１（３）を有している。

このとき、反射点が高いほど（即ち、Ａ_１（１）よりＡ_１（２）の方が、更にＡ_１（２）よりＡ_１（３）の方が）パターン４の位置Ｘ_１から各反射面Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３への入射角が浅くなるため、Θ_１（１）＜Θ_１（２）＜Θ_１（３）の関係が成り立っている（ここでは傾斜角を、図中に示すｘ軸負方向と各反射面の図中上側を向く法線とのなす角度で定義するものとする）。この関係を図７のグラフに曲線Ｃ_１として表した。このように、傾斜角Θ_１（ｎ）は反射点の高さＨ_ｎの関数となっている。但し、上述したとおり、真の反射点がこの曲線Ｃ_１上のどの点に対応するものであるかは、一意に定めることができない。
なお、ここまでの考え方は、第１の実施形態と同じである。

次に、上記と同じ画像内において、画素領域Ｐ_１とは別の予め定めたある１点（画素領域Ｐ_２）にパターン４のどの部分が写っているかを、上記と同様にして調べる。但し、画素領域Ｐ_１とＰ_２は、互いに近傍の画素領域であるとする。画素領域Ｐ_２に写っているパターン４の一部分の位置をＸ_２とすると、上記と同様に、パターン４の位置Ｘ_２を発した光を撮像装置２の画素領域Ｐ_２へ向けて反射するガラス材３上の反射点は、撮像装置２から見て画素領域Ｐ_２の方向を向いた直線Ｌ_２上のどこかに存在している（一意に定まらない）。

さて、本実施形態では、先述した各反射点の候補Ａ_１（１），Ａ_１（２），Ａ_１（３），…を通る上記の（仮定上の）各接平面（反射面Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，…）が、直線Ｌ_２と交わる交点Ａ_２（１），Ａ_２（２），Ａ_２（３），…に着目する。画素領域Ｐ_１とＰ_２が近傍の領域であるから、各点Ａ_１（ｎ）とこれに対応する点Ａ_２（ｎ）も近傍の点である（ｎ＝１，２，…）。

ここで、ガラス材３の形状の変化が十分に緩やかであるという前提を設けることにする。すると、ガラス材３表面上の互いに近傍の２点において、これら２点のそれぞれを通る各接平面は、同一の平面と見做すことができる。なお、近傍とはガラス材３の形状の変化が無視できるほど小さい範囲のことを意味しており、この範囲内において近傍の２点が任意に設定される。

したがって、上記反射点の候補のうちある点Ａ_１（ｋ）がガラス材３上の真の反射点であるならば、この点Ａ_１（ｋ）を通るガラス材３の接平面（反射面Ｓ_ｋ）上に存在する点Ａ_２（ｋ）もまた、ガラス材３上の点であることになる。そして、この点Ａ_２（ｋ）を反射点としてパターン４の位置Ｘ_２からの光を撮像装置２の画素領域Ｐ_２へ向けて反射する反射面Ｓ_ｋ’を考えると、当該反射面（即ち点Ａ_２（ｋ）におけるガラス材３の接平面）は、点Ａ_１（ｋ）におけるガラス材３の接平面（反射面Ｓ_ｋ）に一致することになり、その傾斜角Θ_２（ｋ）は、傾斜角Θ_１（ｋ）と等しいはずであることが分かる。図６では、点Ａ_１（２）がガラス材３上の真の反射点である状況が描かれている。

一方、ガラス材３上の真の反射点でない点Ａ_１（ｊ）（但し、ｊ≠ｋであり、図６では点Ａ_１（１）とＡ_１（３）が相当する）については、この点Ａ_１（ｊ）を通る（仮定上の）ガラス材３の接平面（反射面Ｓ_ｊ）上に存在する点Ａ_２（ｊ）はガラス材３上の点ではなく、この点Ａ_２（ｊ）でパターン４の位置Ｘ_２からの光を撮像装置２の画素領域Ｐ_２へ向けて反射する反射面の傾斜角Θ_２（ｊ）は、傾斜角Θ_１（ｊ）と異なることになる。

そこで、画素領域Ｐ_１に対応する反射点候補Ａ_１（１），Ａ_１（２），Ａ_１（３），…を通る（仮定上の）各接平面（反射面Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，…）と画素領域Ｐ_２により決まる直線Ｌ_２との上述の各交点Ａ_２（１），Ａ_２（２），Ａ_２（３），…について、それぞれ（仮定上の）接平面（反射面Ｓ_１’，Ｓ_２’，Ｓ_３’，…）の傾斜角Θ_２（１），Θ_２（２），Θ_２（３），…を求め、Θ_２（ｋ）＝Θ_１（ｋ）となるような反射点候補Ａ_１（ｋ）を見つければ、その反射点Ａ_１（ｋ）が真の反射点であり、当該反射点における傾斜角Θ_１（ｋ）と高さＨ_ｋが求められたことになる。こうして、与えられた画素領域Ｐ_１に対してガラス材３上の一点Ａ_１（ｋ）の３次元座標値が決定される。

図７のグラフに、上述した曲線Ｃ_１に加えて、上記の各交点Ａ_２（ｎ）の高さＨ’_ｎと各交点Ａ_２（ｎ）における接平面の傾斜角Θ_２（ｎ）の関係を表す曲線Ｃ_２が表されている。このグラフにおいて、Θ_１（ｎ）の値とΘ_２（ｎ）の値が等しくなる点Ａ_１（２）が、ガラス材３上の真の反射点である。

以上の測定は、画素領域Ｐ_１に対応するガラス材３上の一点についての測定であるが、同様の測定を撮像した全ての画素領域について行うことで、ガラス材３の表面上の全ての点における真の傾斜角Θ_１（ｎ）と真の高さＨ_ｎ、即ちガラス材３の表面の３次元形状を求めることができる。

次に、図５に戻って、上述の測定原理に基づいた形状測定装置１００の各部の機能を説明する。

形状測定装置１００は、パターン位置特定部１２０、反射点候補選択部１３０、傾斜角度算出部１５０、高さ方向座標決定部１６０、および出力部１８０を備える。なお、これらの各部は、ＣＰＵが所定のプログラムを読み込んで実行することによって実現されるものである。

パターン位置特定部１２０は、撮像装置２から、ガラス材３表面に反射しているパターン４の模様を撮像した画像（以下、撮像画像と称する）を取得する。そして、パターン位置特定部１２０は、当該取得した撮像画像内の画素領域Ｐ_１に、パターン４上のどの部分が写っているかを特定する（以下、パターン４の当該特定された部分をパターン位置Ｘ_１と表す）。具体的には、パターン位置特定部１２０は、撮像画像上の画素領域Ｐ_１に撮像されている模様を画像処理により認識して、その認識した模様がパターン４のどの部分に該当する模様であるかを調べる（パターン４の模様は既知である）ことにより、当該認識した模様に対応するパターン４上のパターン位置Ｘ_１を特定する。

また、同様にして、パターン位置特定部１２０は、上記撮像画像（同じ画像）内の画素領域Ｐ_２（画素領域Ｐ_１の近傍）にパターン４上のどの部分が写っているかを特定する（以下、パターン４の当該特定された部分をパターン位置Ｘ_２と表す）。

反射点候補選択部１３０は、画素領域Ｐ_１に基づいて、ガラス材３の表面の高さを様々な値と仮定した場合の各高さについて、パターン位置Ｘ_１を発した光を反射して画素領域Ｐ_１へと向かわせる反射点の候補Ａ_１（１），Ａ_１（２），Ａ_１（３），…を算出する。図６に示されるように、これらの反射点の候補Ａ_１（ｎ）は、撮像装置２から画素領域Ｐ_１の方向へ引いた直線Ｌ_１が、仮定された各高さのガラス材３表面を貫く位置として求めることができる。

また、反射点候補選択部１３０は、傾斜角度算出部１５０から、上記算出した各反射点候補Ａ_１（１），Ａ_１（２），Ａ_１（３），…に対応する各反射面の傾斜角度Θ_１（１），Θ_１（２），Θ_１（３），…の値を得る。そして、反射点候補選択部１３０は、画素領域Ｐ_２と反射点候補Ａ_１（１）とこの反射点候補Ａ_１（１）における反射面の傾斜角度Θ_１（１）とに基づいて、反射点候補Ａ_１（ｎ）における反射面（ガラス材３の接平面）と図６の直線Ｌ_２との交点Ａ_２（１）を算出する。同様に、反射点候補選択部１３０は、反射点候補Ａ_１（２），Ａ_１（３），…のそれぞれにおける反射面（ガラス材３の接平面）と図６の直線Ｌ_２との交点Ａ_２（２），Ａ_２（３），…を算出する。

傾斜角度算出部１５０は、各反射点候補Ａ_１（ｎ）について、パターン４上のパターン位置Ｘ_１を発して当該反射点候補Ａ_１（ｎ）へ入射する光を撮像装置２の画素領域Ｐ_１へ向けて反射させる反射面をそれぞれ求め、これら各反射面の傾斜角度Θ_１（ｎ）を算出する。図６に示されるように、上記反射面の傾斜角度は、パターン位置Ｘ_１と各反射点候補Ａ_１（ｎ）を結んだ直線の当該反射面の法線となす角度（反射点候補Ａ_１（ｎ）へ入射する光の入射角）が、各反射点候補Ａ_１（ｎ）と撮像装置２の画素領域Ｐ_１を結んだ直線が当該反射面の法線となす角度（反射点候補Ａ_１（ｎ）から反射される光の反射角）に等しいという条件から、求めることができる。

また、同様にして、傾斜角度算出部１５０は、各反射点候補Ａ_１（ｎ）のそれぞれに対応する各点Ａ_２（ｎ）について、パターン４上のパターン位置Ｘ_２を発して各点Ａ_２（ｎ）へ入射する光を撮像装置２の画素領域Ｐ_２へ向けて反射させる反射面をそれぞれ求め、これら各反射面の傾斜角度Θ_２（ｎ）を算出する。

高さ方向座標決定部１６０は、各反射点候補Ａ_１（ｎ）における反射面の傾斜角度Θ_１（ｎ）と、当該反射点候補Ａ_１（ｎ）に対応する点Ａ_２（ｎ）における反射面の傾斜角度Θ_２（ｎ）とを比較する。そして、高さ方向座標決定部１６０は、Θ_１（ｎ）とΘ_２（ｎ）の両者の値が一致するときの反射点候補Ａ_１（ｎ）を、直線Ｌ_１方向におけるガラス材３の真の反射点Ａ_１として決定する。実際には、測定上の誤差などによりΘ_１（ｎ）とΘ_２（ｎ）が厳密には一致しない場合もあるため、Θ_１（ｎ）とΘ_２（ｎ）の差の２乗が最小となるように真の反射点Ａ_１を決定してもよい。このようにして、撮像装置２から画素領域Ｐ_１を臨んだ方向におけるガラス材３上の一点（反射点Ａ_１）の３次元座標値（水平方向の位置および高さ方向の位置）が決定される。

出力部１８０は、高さ方向座標決定部１６０によって決定されたガラス材３上の点の位置の座標値（水平方向の位置座標および高さ方向の位置座標）を出力する。また、出力部１８０は、ガラス材３上の多数の点について同様の測定を行って求められた各座標値に基づいて、ガラス材３の表面形状を表す図９のような形状情報を生成し出力する。

図８は、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。以下、図８に示すフローチャートを用いて形状測定装置１００の動作を説明する。本フローチャートは、パターン位置特定部１２０が撮像画像を撮像装置２から取得することにより開始される。

図８において、撮像画像を取得したパターン位置特定部１２０は、撮像画像上の画素領域Ｐ_１および画素領域Ｐ_２に撮像されている模様から、これら各模様に対応するパターン４上のパターン位置Ｘ_１およびパターン位置Ｘ_２を特定する（ステップＳ２１）。

次に、反射点候補選択部１３０は、ｍ＝１、ｎ＝ｍ，ｍ＋１，ｍ＋２として３点の反射点候補Ａ_１（ｎ）を算出する（ステップＳ２２，ステップＳ２３）。

次に、傾斜角度算出部１５０は、反射点候補Ａ_１（ｎ）を反射点として有する反射面を求めてその傾斜角度Θ_１（ｎ）を３点それぞれについて算出する（ステップＳ２４）。

次に、反射点候補選択部１３０は、画素領域Ｐ_２と反射点候補Ａ_１（ｎ）とこの反射点候補Ａ_１（ｎ）における反射面の傾斜角度Θ_１（ｎ）とに基づいて、反射点候補Ａ_１（ｎ）における反射面（ガラス材３の接平面）と図６の直線Ｌ_２との交点Ａ_２（ｎ）を３点それぞれについて算出する（ステップＳ２５）。

次に、傾斜角度算出部１５０は、交点Ａ_２（ｎ）を反射点として有する反射面を求めてその傾斜角度Θ_２（ｎ）を３点それぞれについて算出する（ステップＳ２６）。

次に、高さ方向座標決定部１６０は、上記で算出した３点の傾斜角度Θ_１（ｎ）と対応する３点の傾斜角度Θ_２（ｎ）のそれぞれの差の２乗を求め、これらの差を比較して極小値であるか否かを判断する（ステップＳ２７）。これらのΘ_１（ｎ）とΘ_２（ｎ）の差の２乗の中に極小値がない場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）は、ｍが１インクリメントされて（ステップＳ２８）、すなわちｎが１インクリメントされた３点について、ステップＳ２３からステップＳ２７が繰り返される。

Θ_１（ｎ）とΘ_２（ｎ）の差の２乗の中に極小値がある場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、高さ方向座標決定部１６０は、そのときのΘ_１（ｎ）に対応する反射点候補Ａ_１（ｎ）を、撮像装置２から画素領域Ｐ_１を見た方向におけるガラス材３の真の反射点と決定し、反射点候補Ａ_１（ｎ）の高さと仮定した値Ｈ_ｎを、真の反射点Ａ_１の高さ方向座標と決定する（ステップＳ２９）。
以上で、本フローチャートは終了する。

なお、真の高さ方向座標の探索に当たっては、上記に限定されず、また必ずしもｎの最小値から最大値まで全てを計算する必要はない。このような解の探索方法には、公知の種々の高速化アルゴリズムを必要に応じて利用することができる。

（第３の実施形態）
以下、ガラス板の製造ラインにおける形状測定装置１または形状測定装置１００の適用例について説明する。図１１は、形状測定装置１または形状測定装置１００を適用したガラス板の製造ラインの概略説明図である。図１１に示す製造ラインにおけるガラス板の製造方法は、ガラス原材料を溶融して溶融ガラスを得る溶融工程と、前記溶融ガラスを連続した板状のガラスリボンに成形する成形工程と、前記ガラスリボンを移動させながら徐々に冷却する徐冷工程と、ガラスリボンを切断する切断工程と、を有するガラス板の製造方法において、さらに前記徐冷工程と前記切断工程との間でガラスリボンの基準面からの高さ方向座標を本発明の形状測定装置で測定する測定工程と、前記測定工程で得られた高さ方向座標に基づいて前記徐冷工程での徐冷条件を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。図１２に、ガラス板の製造方法の工程を示す。

具体的には、ガラス板の製造工程の中で、本発明の測定方法で得られる高さのデータの結果から、ガラスリボンのそりが大きいと判断された場合には、そのそりの大きさ、箇所を考慮して、徐冷工程での徐冷条件、例えば冷却速度条件、冷却温度条件を変更する。これによって、そりによる形状不良やそりによる割れを防止し、引いては歩留りよくガラス板を製造できる。

成形工程には、フロート法、ロールアウト法、ダウンドロー法、フュージョン法など種々のものがあり、本発明はこれらのうちいずれか、あるいはその他の方法を適宜用いることができる。図１１の例では、フロート法を用いる場合を例に説明をする。

溶融工程（図１２のＳ１）では、珪砂、石灰石、ソーダ灰等の原材料をガラス製品の組成に合わせて調合し混合したバッチを溶融窯に投入し、ガラスの種類に応じて約１４００℃以上の温度に加熱溶融して溶融ガラスを得る。例えば、溶融窯の一端から溶融窯内へバッチを投入し、重油を燃焼して得られる火炎あるいは天然ガスを空気と混合して燃焼して得られる火炎をこのバッチに吹きつけて、約１５５０℃以上の温度に加熱してバッチを溶かすことによって溶融ガラスを得る。また、電気溶融炉を用いて溶融ガラスを得てもよい。

成形工程（図１２のＳ２）では、溶融工程で得られた溶融ガラスを溶融窯下流部２０１から溶融錫浴２０３へと導入し、溶融錫２０２上に溶融ガラスを浮かせて図中の搬送方向に進行させることによって連続した板状のガラスリボン２０４（ガラス材３に相当する）とする。このとき、所定の板厚のガラスリボン２０４を成形するために、ガラスリボン２０４の両サイド部分に回転するロール（トップロール２０５）を押圧し、ガラスリボン２０４を幅方向（搬送方向に直角な方向）外側に引き伸ばす。

徐冷工程（図１２のＳ３）では、上記成形されたガラスリボン２０４をリフトアウトロール２０８によって溶融錫浴２０３から引き出し、このガラスリボン２０４を、金属ロール２０９を用いて徐冷炉２１０内で図中の搬送方向に移動させて、ガラスリボン２０４の温度を徐々に冷却し、引き続き徐冷炉２１０から出て切断工程に至る間でさらに常温近くまで冷却させる。徐冷炉２１０は、燃焼ガスや電気ヒータによって制御された熱量を供給して徐冷を行うための機構を炉内の必要位置に備えている。徐冷炉２１０から出た段階のガラスリボン２０４の温度は、ガラスリボン２０４のガラスの歪点以下の温度となっており、ガラスの種類にもよるが通常は１５０〜２５０℃まで冷却されている。この徐冷工程は、ガラスリボン２０４内部の残留応力を取り除くことと、ガラスリボン２０４の温度を下げる目的で実施される。徐冷工程において、ガラスリボン２０４は測定部２１１（形状測定装置１、形状測定装置１００に相当する）を通り、さらにその後ガラスリボン切断部２１２まで搬送される。ガラスリボン切断部２１２において常温近くまで徐冷されたガラスリボン２０４が切断される（切断工程、図１２のＳ６）。なお、ガラスリボン切断部２１２におけるガラスリボンの温度は、その場所の雰囲気温度〜５０℃であることが通例である。

測定工程（図１２のＳ４）におけるガラスリボン２０４の撮影位置（すなわち、測定部２１１の位置）は、ガラスリボン２０４の温度がそのガラスの歪点以下の温度にある位置である。通常、測定部２１１は、徐冷炉２１０のガラスリボン出口から搬送方向下流の位置に設けられ、さらにガラスリボン２０４の温度が２００℃以下にある位置に設けられることが好ましい。また、測定部２１１は、切断工程の直前に設けることもできるが、測定工程から得られるデータを切断工程に反映させる場合には、ガラスリボン２０４の移動速度にもよるが、切断位置から３０ｃｍ以上、特に１ｍ以上離れた位置に測定部２１１を設けることが好ましい。

制御工程（図１２のＳ５）では、測定工程で得られた高さ方向座標に基づいて、徐冷炉２１０内の徐冷条件を演算する制御手段（図示省略）を利用する。この制御手段により、徐冷炉２１０に受け渡される徐冷条件の指令に応じて、徐冷炉２１０内に設置してある燃焼ガスや電気ヒータなどの条件を変更する。これにより、ガラスリボン２０４に部分的に与えるエネルギー、あるいは与えるエネルギーの速度を変えて、反り等の変形を抑制する制御ができる。

以上、各実施形態によれば、鏡面を有する物体であってもステレオ法を応用してガラス材の形状を測定することができるようになる。また、形状を測定した結果を利用して、形状に対する品質の高いガラス板を製造できるようになる。

なお、形状測定装置１（または形状測定装置１００）の各処理を実行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、当該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、形状測定装置１（または形状測定装置１００）に係る上述した種々の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であってもよい。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、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、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が送信された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（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））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、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。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良い。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、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態について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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１０年６月７日出願の日本特許出願（特願２０１０-１３０３８７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１…形状測定装置
２…撮像装置
３…ガラス材
４…パターン
２０…パターン位置特定部
３０…反射点候補選択部
４０…画素領域特定部
５０…傾斜角度算出部
６０…高さ方向座標決定部
８０…出力部
１００…形状測定装置
１２０…パターン位置特定部
１３０…反射点候補選択部
１５０…傾斜角度算出部
１６０…高さ方向座標決定部
１８０…出力部

Claims (9)

1. 形状を測定する被測定物の鏡面を固定位置に配置された撮像装置によって撮像して得られる撮像画像であって前記被測定物の周辺に配置されたパターンの反射像が撮像されている撮像画像に基づいて、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記被測定物の鏡面上の一の位置の傾斜角度を算出し、前記被測定物を前記撮像装置の撮像範囲内で所定の距離移動させた後に同様に得られる他の前記撮像画像に基づいて、被測定物の移動後の撮像画像内において同一位置を捉えている画素領域を特定し、同一の高さ方向座標を仮定したときの同一位置の傾斜角度を算出する算出部と、
   前記被測定物の前記位置の前記所定量移動前後における両傾斜角度を比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記位置における高さ方向座標として決定する決定部と、
   を備える形状測定装置。
2. 形状を測定する被測定物の鏡面を撮像して得られる撮像画像であって前記被測定物の周辺に配置されたパターンの反射像が撮像されている撮像画像に基づいて、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記被測定物の鏡面上の一の位置の傾斜角度と前記一の位置の近傍の他の位置の傾斜角度とを算出する算出部と、
   前記被測定物の前記一の位置と前記他の位置における両傾斜角度を比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記一の位置における高さ方向座標として決定する決定部と、
   を備える形状測定装置。
3. 固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の移動前後の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
   移動前の前記撮像画像である移動前撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動前撮像パターン位置を特定する移動前パターン位置特定部と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動前の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である移動前撮像位置を算出する移動前撮像位置算出部と、
   前記第１画素領域と前記移動前撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置における傾斜角度である移動前傾斜角度を算出する移動前傾斜角度算出部と、
   前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動後の鏡面上の位置であって前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置に該当する位置である移動後撮像位置を算出する移動後撮像位置算出部と、
   前記撮像装置の画素領域であって、前記撮像装置の撮像範囲内で所定の距離移動後の前記撮像画像である移動後撮像画像において前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置を撮像する第２画素領域を特定する第２画素領域特定部と、
   前記移動後撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動後撮像パターン位置を特定する移動後パターン位置特定部と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置と前記第２画素領域と前記移動後撮像パターン位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置における傾斜角度である移動後傾斜角度を算出する移動後傾斜角度算出部と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前傾斜角度と前記移動後傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記移動前撮像位置における高さ方向座標として決定する高さ方向座標決定部と、
   を備える形状測定装置。
4. 前記高さ方向座標決定部によって決定された前記移動前撮像位置毎の高さ方向座標に基づいて、前記被測定物の鏡面の形状情報を出力する出力部をさらに備える請求項３に記載の形状測定装置。
5. 固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
   前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第１撮像パターン位置を特定する第１パターン位置特定部と、
   前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第２撮像パターン位置を特定する第２パターン位置特定部と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である第１撮像位置を算出する第１撮像位置算出部と、
   前記第１画素領域と前記第１撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置における傾斜角度である第１傾斜角度を算出する第１傾斜角度算出部と、
   前記第２画素領域と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置および前記第１傾斜角度とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第２画素領域に撮像される位置である第２撮像位置を算出する第２撮像位置算出部と、
   前記第２画素領域と前記第２撮像パターン位置と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置における傾斜角度である第２傾斜角度を算出する第２傾斜角度算出部と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記第１撮像位置における高さ方向座標として決定する高さ方向座標決定部と、
   を備える形状測定装置。
6. 前記高さ方向座標決定部によって決定された前記第１撮像位置毎の高さ方向座標に基づいて、前記被測定物を加工する加工情報を出力する出力部を更に備える請求項５に記載の形状測定装置。
7. 固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の移動前後の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する測定方法であって、
   移動前の前記撮像画像である移動前撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動前撮像パターン位置を特定する工程と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動前の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である移動前撮像位置を算出する工程と、
   前記第１画素領域と前記移動前撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置における傾斜角度である移動前傾斜角度を算出する工程と、
   前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の移動後の鏡面上の位置であって前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前撮像位置に該当する位置である移動後撮像位置を算出する工程と、
   前記撮像装置の画素領域であって、前記撮像装置の撮像範囲内で所定の距離移動後の前記撮像画像である移動後撮像画像において前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置を撮像する第２画素領域を特定する工程と、
   前記移動後撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である移動後撮像パターン位置を特定する工程と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置と前記第２画素領域と前記移動後撮像パターン位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動後撮像位置における傾斜角度である移動後傾斜角度を算出する工程と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記移動前傾斜角度と前記移動後傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記移動前撮像位置における高さ方向座標として決定する工程と、
   を有する形状測定方法。
8. 固定位置に配置された撮像装置によって撮像された鏡面を有する被測定物の撮像画像であって、固定位置に配置されたパターンが前記被測定物の鏡面に反射して撮像された撮像画像を用いて前記被測定物の形状を測定する測定方法であって、
   前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第１画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第１撮像パターン位置を特定する工程と、
   前記撮像画像において撮像された前記パターン上の位置であって、前記撮像装置の所定の第２画素領域に撮像された前記パターン上の位置である第２撮像パターン位置を特定する工程と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定し、前記一の高さ方向座標と前記第１画素領域とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第１画素領域に撮像される位置である第１撮像位置を算出する工程と、
   前記第１画素領域と前記第１撮像パターン位置と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置における傾斜角度である第１傾斜角度を算出する工程と、
   前記第２画素領域と、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１撮像位置および前記第１傾斜角度とから、前記一の高さ方向座標と仮定した前記被測定物の鏡面上の位置であって前記第２画素領域に撮像される位置である第２撮像位置を算出する工程と、
   前記第２画素領域と前記第２撮像パターン位置と、前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置とから、前記一の高さ方向座標と仮定したときの前記第２撮像位置における傾斜角度である第２傾斜角度を算出する工程と、
   前記被測定物の高さ方向座標を一の高さ方向座標と仮定したときの前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度とを比較し、一致するときの高さ方向座標を前記被測定物の前記第１撮像位置における高さ方向座標として決定する工程と、
   を有する形状測定方法。
9. ガラスの原材料を溶融して溶融ガラスを得る溶融工程と、前記溶融ガラスを連続した板状のガラスリボンに成形する成形工程と、前記ガラスリボンを移動させながら徐々に冷却する徐冷工程と、ガラスリボンを切断する切断工程と、を有するガラス板の製造方法であって、
   前記徐冷工程と前記切断工程との間でガラスリボンの基準面からの高さ方向座標を請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の形状測定装置で測定する測定工程と、
   前記測定工程で得られた高さ方向座標に基づいて前記徐冷工程での徐冷条件を制御する制御工程と、
   を有するガラス板の製造方法。

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