JP5488456B2 - 形状測定装置および方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は形状測定装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、単板カラー撮像素子を用いて被検物の３次元形状を測定できるようにした形状測定装置および方法、並びにプログラムに関する。

従来、被検物としての工業製品等の形状を測定する装置として、光切断法により被検物の３次元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１参照）。

そのような形状測定装置では、光源から被検物にスリットパターンが投影され、スリットパターンが投射された方向とは異なる方向から、被検物上において拡散したスリット光の像が検出されて、三角測量の原理により被検物の３次元形状が求められる。

より具体的には、形状測定装置において、被検物に照射されたスリットパターンを撮像する撮像素子の位置と被検物の位置は定められた位置のままとされ、撮像素子の各画素が被検物のどの部位に照射されたスリット光の像を撮像するかは予め定められている。そして、形状測定装置は、光源を回動させて、スリット光の照射方向を変えることによりスリット光を被検物に走査し、スリット光が照射された被検物を撮像する。さらに、形状測定装置は、撮像により得られた画像に基づいて、被検物上の各部位をスリット光が通過したタイミングを検出することにより被検物の形状を測定して、その形状を再現する。

特許第３８７３４０１号公報

ところで、形状測定装置では、撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサからなる単板式白黒センサが用いられている。その理由としては、被検物の測定には色情報が不要な場合が多いこと、高精度な測定には、被検物の形状の情報が撮像素子の全画素にわたって連続して得られることが望ましいことなどが挙げられる。また、単板式白黒センサが用いられる理由として、３板式カラーセンサ向けへの需要があることから、単板式白黒センサの供給が継続されてきたという事情もある。

しかし近年では、撮像素子の画素の微細化により単板式カラーセンサの品質が向上してきており、単板式白黒センサの供給量が減少する傾向にある。そのため、単板式カラーセンサを用いた形状測定装置における、被検物の形状の測定品質の向上が望まれていた。

例えば、単板式カラーセンサでは、互いに隣接する画素が、所定の波長の光に対して異なる受光感度を有しているため、所定の画素に入射する光の光量を周囲の画素に入射した光の光量から補間により求めることが困難であった。

すなわち、例えば所定の画素において受光可能な光の波長の成分が、被検物において吸収されてしまい、その画素において、被検物からの光の光量を検出することができなくなってしまう場合がある。そのような場合、所定の画素において、被検物で反射した光の光量を知ることが困難となるため、その画素から得られるはずの情報が欠落し、被検物の形状を測定できなくなる恐れがある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、単板式カラーセンサを用いて、より簡単かつ確実に被検物の形状を測定することができるようにするものである。

本発明の第１の形状測定装置は、一方向に長いパターンを有した所定波長の測定光を被検物に投光する投光手段と、前記測定光の反射光を受光して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信号に基づいて前記被検物の形状を測定する形状測定手段を有する形状測定装置であって、前記撮像手段は、前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有した第２の画素とが交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とが共に前記被検物の同じ部位からの前記反射光を受光して、互いに異なる画像信号を出力するように構成されており、前記形状測定手段は、前記第１の画素と前記第２の画素の各々からの画像信号を処理し、前記被検物上の部位の形状を測定するための信号処理部を備え、更に前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する飽和検出部と、前記飽和検出部により飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの画像信号に基づいて、前記投光手段から投光される前記測定光の強度を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
本発明の第２の形状測定装置は、一方向に長いパターンを有した所定波長の測定光を被検物に投光する投光手段と、前記測定光の反射光を受光して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信号に基づいて前記被検物の形状を測定する形状測定手段を有する形状測定装置であって、前記撮像手段は、前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有した第２の画素とが交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とが共に前記被検物の同じ部位からの前記反射光を受光して、互いに異なる画像信号を出力するように構成されており、前記形状測定手段は、前記第１の画素と前記第２の画素の各々からの画像信号を処理し、前記被検物上の部位の形状を測定するための信号処理部を備え、前記信号処理部は、前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する飽和検出部と、前記飽和検出部により飽和と検出されたときは、前記第２の画素からの画像信号に基づいて前記第１の画素の受光量に対応した値を補間算出する演算部とを有し、該演算部で算出された値に基づいて前記被検物上の部位の形状を測定することを特徴とする。

本発明の第１の形状測定方法またはプログラムは、一方向に長いパターンを有した所定の波長の測定光を被検物に投光するステップと、前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定の波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有する第２の画素とからなり、前記第１の画素と前記第２の画素とが所定の方向に交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とは共に前記被検物の同じ位置からの反射光を受光する撮像手段により前記測定光が投光された被検物の像に関する画像信号を取得するステップと、前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する検出ステップと、前記飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの信号に基づいて、投光される前記測定光の強度を調整する調整ステップと、前記調光された測定光が投光された前記被検物の像に関する画像信号から、前記被検物の形状を測定する形状測定ステップとを含むことを特徴とする。
本発明の第２の形状測定方法またはプログラムは、一方向に長いパターンを有した所定の波長の測定光を被検物に投光するステップと、前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定の波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有する第２の画素とからなり、前記第１の画素と前記第２の画素とが所定の方向に交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とは共に前記被検物の同じ位置からの反射光を受光する撮像手段により前記測定光が投光された被検物の像に関する画像信号を取得するステップと、前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する検出ステップと、前記飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの信号に基づいて、前記第１の画素の受光量に対応した値を補間算出する補間算出ステップと、前記第１の画素の受光量が補間された前記被検物の像に関する画像信号から、前記被検物の形状を測定する形状測定ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、単板式カラーセンサを用いて、より簡単かつ確実に被検物の形状を測定することできる。

本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態の構成例を示す図である。 ＣＣＤセンサの画素の配列の例を示す図である。 Ｒ、Ｇ、およびＢの画素の各波長に対する受光感度を示す図である。 形状測定処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１１ 形状測定装置， １２ 被検物， ２１ ステージ， ２２ 投光部， ２３ 撮像レンズ， ２４ 光学的ローパスフィルタ， ２５ ＣＣＤセンサ， ２６ 画像処理ユニット， ２７ 点群演算ユニット， ２８ 貼り付けユニット

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態の構成例を示す図である。

形状測定装置１１は、光切断法により被検物１２の３次元形状を測定する装置であり、形状測定装置１１のステージ２１には、測定の対象となる被検物１２が配置され、被検物１２の形状の測定時において、ステージ２１は固定されたままとされる。

投光部２２は、スリット形状の測定光であるスリット光を被検物１２に投光する。また、投光部２２は、スリット形状の長手方向、すなわち図中、奥行き方向に平行な直線を軸として回動することにより、スリット形状を被検物１２上で走査する。

このようにして被検物１２に投影されたスリット形状は、被検物１２の表面において反射（拡散）し、被検物１２の表面の形状に応じて変形して撮像レンズ２３に入射する。撮像レンズ２３は、被検物１２から入射したスリット形状の像を、光学的ローパスフィルタ２４を介してＣＣＤセンサ２５により撮像させる。すなわち、被検物１２にスリット形状が投射される方向とは異なる方向から、ＣＣＤセンサ２５によりスリット形状の被検物１２への投影像が撮像される。

ここで、光学的ローパスフィルタ２４は、例えば、複屈折結晶などからなり、投光部２２と撮像レンズ２３の主点とを結ぶ基線に垂直な方向、つまりＣＣＤセンサ２５に結像されたスリット形状の長手方向にスリット像をシアリング（Shearing）させて広げる光学的なローパスフィルタである。この光学的ローパスフィルタ２４は、被検物１２とＣＣＤセンサ２５との間に配置される。

ＣＣＤセンサ２５は、単板式カラーセンサであり、ＣＣＤセンサ２５の受光面には、Ｒ、Ｇ、およびＢのそれぞれの光を受光するＲ（赤）の画素、Ｇ（緑）の画素、およびＢ（青）の画素のそれぞれがベイヤー配列で並べられて設けられている。また、ＣＣＤセンサ２５では、ＣＣＤセンサ２５を構成する複数のＧの画素のそれぞれが、被検物１２の各部位のうちのどの部位において反射されたスリット光を撮像するかは予め定められている。

画像処理ユニット２６は、ＣＣＤセンサ２５からの画素ごとの画像信号に基づいて、各Ｇの画素に対応する被検物１２の部位をスリット形状の像の中心が通過したタイミングを求める。具体的には、スリット形状の短手方向の光強度分布はガウシアン分布となっているので、各画素の受光光量変化の極大値となるタイミングを求める。そして、画像処理ユニット２６は、各Ｇの画素ごとに求めた通過のタイミングを示す情報を点群演算ユニット２７に供給する。また、画像処理ユニット２６は、Ｒの画素およびＢの画素の画像信号に基づいて投光部２２を制御し、必要に応じて投光部２２から投光されるスリット光の光量（強度）を調整する。

点群演算ユニット２７は、画像処理ユニット２６から供給された、各Ｇの画素ごとのタイミングを示す情報に基づいて、Ｇの画素に対応する被検物１２の部位をスリット光が通過したタイミングにおけるスリット光の投光角θａを求める。ここで、投光角θａとは、投光部２２と撮像レンズ２３の主点とを結ぶ直線である基線、および投光部２２から射出されたスリット光の主光線（スリット光の光路）のなす角度をいう。

また、点群演算ユニット２７は、各Ｇの画素について、そのＧの画素に対して予め定められた被検物１２の部位の位置を、スリット光の受光角θｐ、基線の長さ（基線長Ｌ）、投光角θａなどから演算して、その演算結果を基に被検物１２の各部位の位置を示す位置情報を生成する。なお、受光角θｐは、ＣＣＤセンサ２５に入射するスリット光の主光線（スリット光の光路）と、基線とのなす角度である。

さらに、点群演算ユニット２７は、生成した位置情報を用いて、被検物１２の立体画像データを生成し、貼り付けユニット２８に供給する。

貼り付けユニット２８は、ＣＣＤセンサ２５から供給された被検物１２のカラー画像に基づいて、点群演算ユニット２７から供給された立体画像に被検物１２の表面にある模様がつけられるようにカラーのテクスチャ（模様）を貼り付けて、各画素がＲ、Ｇ、およびＢの各色の情報を有するカラーの立体画像を生成する。貼り付けユニット２８は、生成したカラーの被検物１２の立体形状画像を測定結果として出力する。

ところで、ＣＣＤセンサ２５の受光面には、例えば図２に示すように、Ｒ、Ｇ、およびＢの画素がベイヤー配列で並べられて設けられている。なお、図２において、１つの正方形は１つの画素を示している。また、正方形内の文字「Ｒ」は、Ｒの波長帯域の光を受光するＲの画素を示しており、文字「Ｂ」は、Ｂの波長帯域の光を受光するＢの画素を示している。さらに、正方形内の文字「Ｇ_R」および「Ｇ_B」のそれぞれは、Ｇの波長帯域の光を受光し、基線方向にＲの画素およびＢの画素のそれぞれの間に配置されているＧの画素のそれぞれを示している。なお、この基線方向とは被検物１２に投影されたスリット像をＣＣＤセンサ２５の受光面に結像させたときのスリット像の短手方向と同じ方向である。
さらに、また、図中の点線の長方形はＣＣＤセンサ２５の受光面に結像されたスリット像を示しており、スリット像の長手方向、すなわち図中、縦方向の矢印は、光学的ローパスフィルタ２４による各光束の横ずらし方向を示している。

図２では、Ｇの画素（Ｇ_Rの画素およびＧ_Bの画素）が市松状に配置され、残りの部分にＲの画素およびＢの画素が一行ごとに交互に配置されている。すなわち、図中、縦方向にＲの画素およびＧ_Bの画素が交互に並んでいる列と、縦方向にＢの画素およびＧ_Rの画素が交互に並んでいる列とが、図中、横方向に交互に並んでいる。

また、被検物１２の形状の測定には、Ｇの画素において得られた画像信号が用いられる。例えば、所定のＧ_Rの画素に対応する被検物１２の部位が、スリット光のＧの波長帯域の成分を吸収してしまうなど、何らかの理由により、Ｇ_Rの画素において対応する部位からのスリット光を検出できないことがある。

しかしながら、形状測定装置１１においては、ＣＣＤセンサ２５の受光面と撮像レンズ２３との間に、フィルタの方向が図中、縦方向（基線方向と垂直な方向）である光学的ローパスフィルタ２４が設けられている。そのため、スリット光が図中、縦方向に広がり、Ｇ_Rの画素に到達する光の一部が上下方向に隣接する２つのＢの画素のそれぞれにも入射する。したがって、Ｇ_Rの画素に対応する被検物１２の部位にスリット像が、投影されると、２つのＢの画素にもＧ_Rの画素に集光される光線の一部が入射する。したがって、Ｇ_Rの画素に対応する部位にＧ_Rの受光波長領域の光を吸収してしまうものがあり、スリット像からの光を検出することができない場合にも、それらのＢの画素からＧ_Rの画素に集光する光量の変化を推定でき、そのＧ_Rの画素の情報が欠落することを防止でき、被検物１２の形状を測定することができるようになる。

なお、Ｇ_Rの画素と同様に、Ｇ_Bの画素に集光する光線は、図中、上下方向に隣接する２つのＲの画素のそれぞれに入射する。それゆえ、例えＧ_Bの画素で光を検出できなくなる場合があっても、２つのＲの画素の情報から集光する光量の変化を推定できる。また、光学的ローパスフィルタ２４によりスリット光が広げられる幅は、図中、スリット像の長手方向の解像度が低下しない程度、例えばＣＣＤセンサ２５の受光面上において、上方向に半画素、下方向に半画素の合計１画素分の幅とされる。

さらに、スリット像は基線方向、つまり図中、横方向に走査し、光学的ローパスフィルタ２４の方向は基線方向とは垂直な方向である。そのため、スリット光は被検物１２の形状の測定方向、すなわち基線方向には広がらず、測定方向に対しては、測定により適した高い解像度のスリット光の像を得ることができ、その結果、被検物１２の測定精度を向上させることができる。

このように形状測定装置１１では、各Ｇ（Ｇ_R，Ｇ_B）の画素から得られた画像信号に基づいて被検物１２の形状の演算が行われるので、投光部２２により投光されるスリット像の投影波長は、例えば図３に示すように、Ｇの画素の受光感度が最大となる波長λｇとされることが望ましい。なお、図３において、横軸は光の波長を示しており、縦軸は各画素における光の受光感度を示している。また、曲線ＣＲ、ＣＧ、およびＣＢは、それぞれ各波長におけるＲ、Ｇ、およびＢの画素の受光感度を示している。

図３では、Ｒ、Ｇ、およびＢの画素は、それぞれ異なる波長帯域に対して受光感度を有している。例えば、Ｇの画素の受光感度が最大となる波長はλｇであり、波長λｇにおけるＲの画素およびＢの画素の受光感度はＧの画素の受光感度よりも低く、それぞれ２％および５％程度である。また、Ｒの画素の受光感度が最大となる波長はλｇよりも長い波長であり、Ｂの画素の受光感度が最大となる波長はλｇよりも短い波長である。

また、被検物１２の形状や、被検物１２の有するテクスチャ（模様）により、ＣＣＤセンサ２５に入射するスリット光の強度は大きく変化するため、ＣＣＤセンサ２５の受光面上の画素のうち、一部のＧの画素が飽和してしまうことがあり得る。

Ｒの画素およびＢの画素は、波長λｇの光に対してＧの画素よりも低い、ある程度の受光感度を有しているため、投光部２２から投光されるスリット光の強度が強すぎて、Ｇの画素が飽和してしまう場合においても、Ｒの画素およびＢの画素は飽和しないことが多い。さらに、波長λｇの光について、Ｇの画素に対するＲの画素およびＢの画素の受光感度の比は予め決まっている。

そのため、Ｇの画素が飽和してしまっている場合に、そのＧの画素の周囲のＲの画素およびＢの画素の画像信号により示されるスリット光の光量に基づいて、Ｇの画素が飽和しないために、スリット光の強度をどれだけ弱めればよいかを知ることができる。そこで、画像処理ユニット２６は、例えば、Ｇの画素の画像信号の値が所定の閾値以上であるか否かを判定することでＧの画素の飽和を検出し、Ｒの画素およびＢの画素の画像信号に基づいて、投光部２２から投光されるスリット光の強度を適切な強度に調整する。

次に、図４のフローチャートを参照して、形状測定装置１１が被検物１２の形状を測定する処理である形状測定処理について説明する。

ステップＳ１１において、投光部２２は、被検物１２にスリット像を投影するとともに、光学的ローパスフィルタ２４のシアリング（Shearing）方向と平行な直線を軸として回動し、スリット光で被検物１２を走査する。被検物１２に投光されたスリット光は、被検物１２の表面において反射し、撮像レンズ２３および光学的ローパスフィルタ２４を介してＣＣＤセンサ２５に入射する。

ステップＳ１２において、ＣＣＤセンサ２５は被検物１２を撮像する。すなわち、ＣＣＤセンサ２５の画素のそれぞれは、予め定められた被検物１２の部位に対応して配置しているので、各画素の受光光量の変化を検出しながら被検物１２に投影されたスリット像の像を撮像する。ＣＣＤセンサ２５の画素のそれぞれは、撮像により得られた画像信号を画像処理ユニット２６および貼り付けユニット２８に供給する。これにより、各時刻における被検物１２の画像が得られる。なお、より詳細には、貼り付けユニット２８に供給される被検物１２の画像は、スリット光の投光が開始される前に、環境光のみで撮像が行われ、その後、スリット光の投光が開始されてから、画像処理ユニット２６に供給される画像が撮像される。

ステップＳ１３において、画像処理ユニット２６は、ＣＣＤセンサ２５からの画像信号に基づいて、ＣＣＤセンサ２５の各Ｇの画素について、そのＧの画素に対して予め定められた被検物１２の部位をスリット像の中心が通過するタイミングを検出する。例えば、画像処理ユニット２６は、供給された画像信号に基づいて補間処理を行い、注目しているＧの画素の各時刻における光量を求めて、最も光量の多い時刻を、スリット像の中心が対応する部位を通過した時刻とする。画像処理ユニット２６は、スリット像の中心が対応する部位を通過したタイミングを求めると、Ｇの画素ごとに求めた通過のタイミングを示す情報を点群演算ユニット２７に供給する。

ステップＳ１４において、形状測定装置１１は、被検物１２の撮像を終了するか否かを判定する。例えば、被検物１２のスリット像での走査が終了した場合、撮像を終了すると判定される。

ステップＳ１４において、撮像を終了しないと判定された場合、処理はステップＳ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。つまり、撮像を終了すると判定されるまで、一定の時間間隔で被検物１２の画像が撮像され、スリット像が各部位を通過したタイミングが求められる。

これに対して、ステップＳ１４において撮像を終了すると判定された場合、ステップＳ１５において、画像処理ユニット２６は、ＣＣＤセンサ２５からのＧの画素の画像信号に基づいて、飽和しているＧの画素があるか否かを判定する。例えば、Ｇの画素に対して予め定められた閾値ｔｈｇよりも、画像信号の値が大きいＧの画素がある場合、飽和しているＧの画素があると判定される。

なお、ＣＣＤセンサ２５からのＲの画素およびＢの画素の画像信号に基づいて、飽和しているＧの画素があるか否かが判定されるようにしてもよい。そのような場合、例えば、Ｒの画素に対して予め定められた閾値ｔｈｒよりも、画像信号の値が大きいＲの画素がある場合、またはＢの画素に対して予め定められた閾値ｔｈｂよりも、画像信号の値が大きいＢの画素がある場合に、飽和しているＧの画素があると判定される。

また、波長λｇにおいて、Ｒの画素よりも受光感度の高いＢの画素の画像信号だけを用いてＧの画素の飽和を検出するようにしてもよい。

ステップＳ１５において、飽和しているＧの画素があると判定された場合、ステップＳ１６において、画像処理ユニット２６は、Ｒの画素およびＢの画素の画像信号に基づいて投光部２２を制御し、投光部２２から投光されるスリット像を投影するための光源の強度を変更する。すなわち、画像処理ユニット２６は、ＣＣＤ２５からの画像信号のうち、飽和しているとされたＧの画素近傍のＲの画素およびＢの画素の画像信号の値に基づいて、投光部２２からのスリット像の光強度を、Ｇの画素が飽和しないような強度に変更する。
スリット像の光強度が調整されると、処理は、ステップＳ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。

これに対して、ステップＳ１５において、飽和しているＧの画素がないと判定された場合、ステップＳ１７において、点群演算ユニット２７は、画像処理ユニット２６からのタイミングを示す情報に基づいて、各Ｇの画素に対応する被検物１２の部位の位置を求める。

すなわち、点群演算ユニット２７は、Ｇの画素ごとのタイミングを示す情報に基づいて、Ｇの画素に対応する被検物１２の部位をスリット像が通過したタイミングにおけるスリット光の投光角θａを求める。この投光角θａは、スリット像が部位を通過したタイミング（時刻）における、投光部２２の回動角度から求まる。そして、点群演算ユニット２７は、各Ｇの画素について、予め定められた、受光角θｐ、基線長Ｌ、像距離ｂ、およびＣＣＤセンサ２５上におけるＧの画素の画素位置と、求めた投光角θａとから、三角測量の原理により被検物１２の部位の位置を演算する。

ここで、像距離ｂとは、撮像レンズ２３と、撮像レンズ２３により結像されるスリット像との軸上距離をいい、像距離ｂは予め求められている。また、被検物１２の形状の測定時には、被検物１２、撮像レンズ２３、およびＣＣＤセンサ２５は固定されたままとされるので、受光角θｐは既知の固定値とされる。

点群演算ユニット２７は、各Ｇの画素に対応する被検物１２の部位の位置を求め、各部位の位置を示す位置情報を生成すると、さらに位置情報を用いて立体画像を生成し、貼り付けユニット２８に供給する。

ステップＳ１８において、貼り付けユニット２８は、ＣＣＤセンサ２５から供給された被検物１２の画像に基づいて、点群演算ユニット２７から供給された立体画像にカラーのテクスチャを貼り付ける。これにより、各画素がＲ、Ｇ、およびＢの各色の情報を有するカラーの立体画像が得られる。貼り付けユニット２８は、テクスチャの貼り付けにより得られたカラーの立体画像を被検物１２の形状の測定結果として出力し、形状測定処理は終了する。

このようにして、形状測定装置１１は、スリット光を基線と垂直な方向に広げて、ＣＣＤセンサ２５によりスリット光の像を撮像し、撮像により得られた画像信号に基づいて被検物１２の形状を求める。

このように、光学的ローパスフィルタ２４により、スリット光を基線と垂直な方向に広げることで、測定方向の解像度を維持しつつ、被検物１２のより広い範囲からのスリット光を受光して、情報の欠落を防止することができる。これにより、より簡単かつ確実に被検物１２の形状を測定することができる。

また、Ｇの画素の飽和を検出し、必要に応じてＲの画素およびＢの画素の画像信号に基づいて、投光部２２からのスリット像の光強度を調整することで、Ｇの画素を飽和させることなく、各部位からのスリット光の光量を得ることができる。したがって、より正確にスリット光が対応する部位を通過したタイミングを求めることができ、より高精度かつ確実に被検物１２の形状を測定することができる。

さらに、環境光で撮像した被検物１２のカラーの画像に基づいて、カラーの立体画像を生成することで、被検物１２の形状をより簡単かつリアルに表現することができる。すなわち、従来の単板式白黒センサでは、被検物１２のカラー画像を得るためには、単板式白黒センサに各色のフィルタを挿入して撮像を行う必要があり、煩雑な処理が必要であった。これに対して、ＣＣＤセンサ２５では、特別な作業を必要とせずに簡単に被検物１２のカラー画像を得ることができ、各色の画素が有効に活用される。

また、波長λｇにおけるＲ、Ｇ、およびＢの画素の受光感度の比は予め求められている。そこで、Ｇの画素の飽和が検出された場合には、そのＧの画素近傍にある飽和していないＧの画素の画像信号と、Ｇの画素近傍のＲおよびＢの画素の画像信号とに基づいて、補間処理により、飽和したＧの画素に入射したスリット光の光量を求めるようにしてもよい。

すなわち、飽和したＧの画素近傍の飽和していない他のＧの画素、Ｒの画素、およびＢの画素の画像信号から、飽和したＧの画素に対応する被検物１２の部位をスリット光が通過したタイミングが得られる。

さらに、以上においては、各画素について、スリット光の光量の時間重心を求めて被検物１２の形状を測定する例について説明したが、各時刻において、Ｇの画素のなかから、最も受光量の多い画素を求めて被検物１２の形状を測定するようにしてもよい。

さらに、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。上述した一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、一連の処理を行うために形状測定装置１１に実行させるプログラムは、予め形状測定装置１１内の図示せぬ記録部に記録されているか、または形状測定装置１１と接続されているサーバなどの外部装置から形状測定装置１１の記録部にインストールすることができる。

また、一連の処理を行うために形状測定装置１１に実行させるプログラムは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディアから形状測定装置１１により取得されて、形状測定装置１１の記録部に記録されてもよい。

なお、上述した一連の処理を実行させるプログラムは、必要に応じてルータ、モデムなどのインタフェースを介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の通信媒体を介して形状測定装置１１にインストールされるようにしてもよい。

また、形状測定装置１１等のコンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

Claims (7)

1. 一方向に長いパターンを有した所定波長の測定光を被検物に投光する投光手段と、前記測定光の反射光を受光して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信号に基づいて前記被検物の形状を測定する形状測定手段を有する形状測定装置において、
   前記撮像手段は、
   前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有した第２の画素とが交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とが共に前記被検物の同じ部位からの前記反射光を受光して、互いに異なる画像信号を出力するように構成されており、
   前記形状測定手段は、
   前記第１の画素と前記第２の画素の各々からの画像信号を処理し、前記被検物上の部位の形状を測定するための信号処理部を備え、
   更に前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する飽和検出部と、
   前記飽和検出部により飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの画像信号に基づいて、前記投光手段から投光される前記測定光の強度を調整する調整手段とを備える
   ことを特徴とする形状測定装置。
2. 一方向に長いパターンを有した所定波長の測定光を被検物に投光する投光手段と、前記測定光の反射光を受光して画像信号を出力する撮像手段と、前記画像信号に基づいて前記被検物の形状を測定する形状測定手段を有する形状測定装置において、
   前記撮像手段は、
   前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有した第２の画素とが交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とが共に前記被検物の同じ部位からの前記反射光を受光して、互いに異なる画像信号を出力するように構成されており、
   前記形状測定手段は、
   前記第１の画素と前記第２の画素の各々からの画像信号を処理し、前記被検物上の部位の形状を測定するための信号処理部を備え、
   前記信号処理部は、
   前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する飽和検出部と、
   前記飽和検出部により飽和と検出されたときは、前記第２の画素からの画像信号に基づいて前記第１の画素の受光量に対応した値を補間算出する演算部とを有し、
   該演算部で算出された値に基づいて前記被検物上の部位の形状を測定する
   ことを特徴とする形状測定装置。
3. 前記第１の画素と前記第２の画素は、前記パターンの短手方向と垂直な方向に配列されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２の何れか一項に記載の形状測定装置。
4. 一方向に長いパターンを有した所定の波長の測定光を被検物に投光するステップと、
   前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定の波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有する第２の画素とからなり、前記第１の画素と前記第２の画素とが所定の方向に交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とは共に前記被検物の同じ位置からの反射光を受光する撮像手段により前記測定光が投光された被検物の像に関する画像信号を取得するステップと、
   前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する検出ステップと、
   前記飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの信号に基づいて、投光される前記測定光の強度を調整する調整ステップと、
   前記調光された測定光が投光された前記被検物の像に関する画像信号から、前記被検物の形状を測定する形状測定ステップと
   を含むことを特徴とする形状測定方法。
5. 一方向に長いパターンを有した所定の波長の測定光を被検物に投光するステップと、
   前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定の波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有する第２の画素とからなり、前記第１の画素と前記第２の画素とが所定の方向に交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とは共に前記被検物の同じ位置からの反射光を受光する撮像手段により前記測定光が投光された被検物の像に関する画像信号を取得するステップと、
   前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する検出ステップと、
   前記飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの信号に基づいて、前記第１の画素の受光量に対応した値を補間算出する補間算出ステップと、
   前記第１の画素の受光量が補間された前記被検物の像に関する画像信号から、前記被検物の形状を測定する形状測定ステップと
   を含むことを特徴とする形状測定方法。
6. 一方向に長いパターンを有した所定の波長の測定光を被検物に投光するステップと、
   前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定の波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有する第２の画素とからなり、前記第１の画素と前記第２の画素とが所定の方向に交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とは共に前記被検物の同じ位置からの反射光を受光する撮像手段により前記測定光が投光された被検物の像に関する画像信号を取得するステップと、
   前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する検出ステップと、
   前記飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの信号に基づいて、投光される前記測定光の強度を調整する調整ステップと、
   前記調光された測定光が投光された前記被検物の像に関する画像信号から、前記被検物の形状を測定する形状測定ステップと
   を含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
7. 一方向に長いパターンを有した所定の波長の測定光を被検物に投光するステップと、
   前記所定の波長を含む特定の波長帯域の光を受光する第１の画素と、前記所定の波長の光に対して前記第１の画素よりも低い受光感度を有する第２の画素とからなり、前記第１の画素と前記第２の画素とが所定の方向に交互に配列され、前記第１の画素と前記第２の画素とは共に前記被検物の同じ位置からの反射光を受光する撮像手段により前記測定光が投光された被検物の像に関する画像信号を取得するステップと、
   前記第１の画素に対応した前記画像信号について飽和を検出する検出ステップと、
   前記飽和と検出された前記第１の画素の周囲にある前記第２の画素からの信号に基づいて、前記第１の画素の受光量に対応した値を補間算出する補間算出ステップと、
   前記第１の画素の受光量が補間された前記被検物の像に関する画像信号から、前記被検物の形状を測定する形状測定ステップと
   を含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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