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JPH11148810A - 形状計測装置 - Google Patents

形状計測装置

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Publication number
JPH11148810A
JPH11148810A JP10192166A JP19216698A JPH11148810A JP H11148810 A JPH11148810 A JP H11148810A JP 10192166 A JP10192166 A JP 10192166A JP 19216698 A JP19216698 A JP 19216698A JP H11148810 A JPH11148810 A JP H11148810A
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Japan
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shape
light beam
phase
slit
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Application number
JP10192166A
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Ikuo Futamura
伊久雄 二村
Manabu Okuda
学 奥田
Susumu Shibata
進 柴田
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NEKUSUTA KK
CKD Corp
Original Assignee
NEKUSUTA KK
CKD Corp
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Publication date
Application filed by NEKUSUTA KK, CKD Corp filed Critical NEKUSUTA KK
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Priority to US09/149,138 priority patent/US6075605A/en
Publication of JPH11148810A publication Critical patent/JPH11148810A/ja
Application granted granted Critical
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518Projection by scanning of the object

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 高さの高い被測定物でも計測可能でありなが
ら高分解能の形状計測装置を提供すること。 【解決手段】 形状計測装置100は、スリット状レー
ザ光線を発生する光源1と、これを走査し被測定物Mに
照射するポリゴンミラー5を有する。さらに、1フレー
ム分の撮像期間内に照射される光線の積算照射強度分布
を所定コードに従うストライプ状および正弦波状パター
ンとする空間コード型光線制御手段11と位相シフト型
光線制御手段14とを有し、この光線による被測定物M
の光学像を撮像するCCDカメラ21を有する。また、
撮像した画像情報から、空間コード化法により粗形状を
算出する空間コード型形状演算手段40、位相シフト法
により細部形状を算出する位相シフト型形状演算手段5
0、および、これらのデータを合成し被測定物Mの形状
を算出する形状合成演算手段60を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の変位や
三次元形状を光学的手段を用いて非接触で計測する形状
計測装置に関し、更に詳しくは、光線を被測定物に照射
し、その光学像を撮像した画像情報を演算して形状を算
出する形状計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体の変位および三次元形状を非接触で
計測する手法の1つとして、空間コード化法が知られて
いる。この空間コード化法の一例として、特開平5−3
32737号公報に開示されているものを図33を参照
して説明する。図33の形状計測装置110は、レーザ
光源117と、レーザ光をスリット形に整形するレンズ
系118と、整形されたレーザ光を被測定物Mに向けて
照射するポリゴンミラー119と、被測定物Mによる反
射光を検出するCCDカメラ111と、これらを制御す
るコントロール部112とを有している。
【0003】レーザ光源117は、所定の規則に従って
点滅するように制御されており、ポリゴンミラー119
は回転してレーザ光を偏向・走査する。従って、被測定
物Mの表面には、レーザ光が照射された部分と照射され
なかった部分とのストライプ模様が生ずる。ここで、C
CDカメラ111の1フレーム(1枚分)の蓄積時間
(撮像期間)内にレーザ光の走査が1回行われるように
なっているので、1フレーム分の画像データには、被測
定物Mのストライプ模様状のデータが蓄積される。そし
て、異なる点滅パターンによる複数回の走査をおこなっ
て、異なる複数のストライプ模様データを各走査ごとに
蓄える。ついで、これらのストライプ模様データに基づ
き、コントロール部112に内蔵される演算装置が、被
測定物Mの各点の空間コード番号を算出し、さらに三角
測量の原理を利用して各画素に対応する被測定物M上の
点の座標を算出し、形状を計測する。
【0004】この手法によれば、光が照射される空間
は、多数の断面略扇状の小空間に分けられ、この小空間
には一連の空間コード番号が付されるため、被測定物M
の高さが高くても(高低差が大きくても)、光が照射さ
れる空間内にあれば、空間コード番号から高さが演算で
きる。従って、高さの高い被測定物についても全体にわ
たって形状を計測できる。
【0005】更に、レーザ光を走査して用いたこの例に
おいては、機械的なパターンマスクおよびその入れ替え
操作を不要として、装置の小型化と迅速な計測ができる
利点がある。
【0006】また、他の手法としては、位相シフト法
(格子パターン投影法、しま走査法ともいう)が知られ
ている。この方法では、照度分布を正弦波状に変動させ
た格子パターンをもつ光線を被測定物に投影する。しか
も、正弦波の位相を1/4周期ずつ4段階にずらした格
子パターンで投影し、高さ計測点の各明度値を光線の投
影方向とは別の角度から各パターン毎に測定し、各明度
値より格子パターンの位相値を計算する。計測点の高さ
に応じて、計測点に投影される光線の照度が変わり、格
子パターンの位相が変調されて、被測定物がない場合に
観察される位相とは異なった位相の光線が観察される。
そこで、計測点における光線の位相を計算し、三角測量
の原理を利用して、光学装置の幾何関係式に代入するこ
とにより計測点(従って物体)の高さを計測し、三次元
形状を求める方法である。
【0007】この手法による形状計測装置に一例とし
て、特開平4−278406号公報に開示されているも
のを図34を参照して説明する。図34の形状計測装置
120は、計測の基準となる基準面L上におかれた被測
定物Mの各点の高さや形状を測定するものである。この
装置120は、被測定物Mを撮像する撮像カメラ122
と、格子パターンを投影し、1/4周期ずつシフトさせ
る投影装置123と、格子パターンを1/4周期ずつシ
フトさせる信号を出力する投影制御装置124と、撮像
カメラ122で撮像した画像を指定された時に1枚ずつ
4枚分格納する画像メモリ125と、計測に用いるコン
ピュータ126とを有している。また、コンピュータ1
26は、投影制御装置124の指示、画像メモリ125
の画像格納指示、画像の明度値の読み込みを行う。
【0008】この形状計測装置120のよる計測方法は
以下のようである。即ち、基準面L上におかれた被測定
物Mに投影装置123から照度分布が正弦波状の光を投
影(照射)する。これにより被測定物Mの表面には、濃
淡縞状の模様が形成される。この模様を撮像カメラ12
2によって撮像し、コンピュータ126の指示により第
1枚分として画像メモリ125に格納する。ついで、コ
ンピュータ126の指示により投影制御装置124から
信号を出力させ、これによって投影装置123は、格子
パターンをその位相が1/4周期分シフトした別の格子
パターンに変更する。ついで、上記と同様に被測定物M
に投影装置123から光を投影し、撮像カメラ122で
撮像した画像を第2枚分として画像メモリ125に格納
する。同様に、格子パターンの位相を1/4周期ずつシ
フトさせて撮像した第3、第4枚分の画像を画像メモリ
125に格納する。ついで、画像メモリ125の各画像
データから画像の明度値を読み込み、演算して被測定物
Mの表面各点の高さや形状を算出する。
【0009】この手法によれば、格子パターンの格子間
隔を狭くしなくとも、明度値から算出した位相値によっ
て被測定物の各点の高さを算出できるため、粗く量子化
された高さデータではなく、細かな高さデータを得るこ
とができる、つまり、高さ方向の分解能を小さく(高分
解能に)できる利点がある。
【0010】なお、この手法においては、照度分布が正
弦波状の格子パターンを投影する必要があるが、このよ
うな格子パターンを実現する手段としては、以下のよう
なものがあった。即ち、一定幅のスリットを一定間隔に
並べた、すだれ状のマスクあるいは透明と不透明の部分
を交互に並べたストライプ状のフィルタ(マスク)を形
成しておき、投影光の焦点をずらしながらこのマスクを
透過させて、投影光の照度分布に略正弦波状の変動を与
えていた。また、液晶スリットの透過率を正弦波状に変
化させておき、この液晶スリットを通して投影すること
もあった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した空間コード化
法によれば、許容高さのレンジ(ダイナミックレンジ)
が広く、高さの高い被測定物についても全体にわたって
形状を計測できる。しかし、付与される空間コード番号
の数(小空間の数)を撮像するCCDカメラの光線走査
方向に並ぶ画素数(水平方向の画素数)より多くするこ
とはできない。このため、この手法による高さ方向の分
解能を高くするのには限度がある。従って、空間コード
化法で被測定物の高さを計測した場合、粗く量子化され
た高さデータとなる。
【0012】例えば、図35(a)に示す形状(断面形
状)の被測定物M1の基準面Lからの高さを空間コード
化法で計測した場合について説明する。被測定物M1
は、図中左側に斜面を持ち、右側上面は平面となった断
面台形状の物体である。
【0013】この被測定物M1の高さ(形状)を空間コ
ード化法によって計測した場合、図35(b) に示すよう
に、全体にわたって、高さを測定できる。これは、許容
高さのレンジが広いからである。しかし、高さが空間コ
ード番号ごとに区切られて量子化されるために、斜面で
あっても階段状のデータとして算出されることになる。
【0014】一方、上述した位相シフト法による場合、
通常照射する格子パターンには、正弦波状の波が複数
(数〜数十波長分程度)含まれるようにする。従って、
被測定物の高さが高い場合(高低差が大きい場合)に
は、被測定物M1の各計測点を見込むCCDカメラの各
画素が観察する光線の位相に対し、その画素が、被測定
物M1をなくして基準面Lを見込んだとした場合に、基
準面Lに照射された光線の位相との差である位相の変調
量(ずれ量)が2π(あるいは4π、6π・・)を越え
ることになる。つまり、本来、基準面Lのある部分に照
射された正弦波状パターンの光線をある画素で観察した
ときに算出される光線の位相に比べ、被測定物M1を置
いたために、その画素が観察する光線の位相は、変調さ
れて異なった値となる。この位相のずれ量(変調量)
は、被測定物M1の高さ(正確には、被測定物M1のう
ち、考察している画素が見込む計測点の高さ)が高いほ
ど大きくなる。そして、この被測定物M1(正確には計
測点)の高さが高い場合には、位相のずれ量は、2π
(あるいは4π、6π…)を越える場合もある。
【0015】しかし、画像情報から位相を算出するとき
には正弦波の周期性より、位相が0〜2πの範囲の値で
しか算出されないので、2π(4π、6π・・)を越え
た位相のずれ量のうち2π(4π、6π・・)分は無視
される。即ち、2π(4π、6π・・)を越える分のず
れ量しか位相の計算時に寄与しない。従って、被測定物
の高さが低いもの(位相のずれ量が2π未満のもの)に
ついては、正しく高さを算出できるが、高さの高いもの
(位相のずれ量が2π以上のもの)については、2π
(4π、6π・・)を越える分(本来のずれ量から2π
…を差し引いた分)のずれ量に対応する高さしかないと
算出されてしまう。
【0016】例えば、図35(a) に示す形状の被測定物
M1を、上記した空間コード化法と同様に位相シフト法
で計測すると以下(図35(c) 参照)のようになる。す
なわち、左端点P0から斜面の途中P1まで(A部)に
おいては、被測定物M1の高さが低いため、位相のずれ
量が2π未満となる。したがって、被測定物M1の形状
に沿った形状データが算出される。しかし、位相のずれ
量がちょうど2πとなる点P1では、位相は変調されな
かったように見えるので、高さ=0と算出されてしま
う。従って、位相のずれ量が2πを越える点P1〜P2
の間のB部では、ずれ量のうち2πが無視されるため、
算出された高さデータは一旦0から始まる鋸歯状にな
る。さらに、位相のずれ量が4πを越える点P2から右
端点P4までのC部においても、ずれ量のうち4πが無
視され、同様に高さデータは実際の形状からずれ量4π
分の高さだけ差し引いた形状データとして算出される。
【0017】このように、位相シフト法によれば、被測
定物の高さを高分解能で計測することができるが、測定
できる高さの範囲が、位相のずれ量で2π以内となる低
い高さのもの(高低差の小さいもの)しか計測できな
い。
【0018】さらに、上述した位相シフト法において上
述したスリットを並べたすだれ状マスクやフィルタを用
いる場合には、投影光の照度分布が焦点からのずれ量に
よって影響を受け、必ずしも正弦波状にならないため、
位相の誤差が生じる。また、液晶スリットを用いる場合
にはコントラストの低い液晶スリットを透過させるた
め、投影光の照度分布の変化量も小さくなり明度値の誤
差が大きくなる問題もあった。さらに、被測定物に面状
の光を投影するため、光源の光量が不足していると、投
影される光の照度が低くなり明度値の誤差が大きくな
る。これについては、大光量の光源を用いれば良いが、
そうすると消費電力や発熱、スリット等の耐熱性、装置
の大型化等の問題を生じる。
【0019】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、本発明の目的は、高さの高い被測定物で
も計測可能でありながら高分解能の形状計測装置を提供
することにある。他の目的は、被測定物の各部を均一な
分解能で計測できる形状計測装置を提供することにあ
る。また、他の目的は、スリット状光線を走査して被測
定物に照射して計測することにより、機械的なスリット
等を不要とし、しかも、空間コード化法計測と位相シフ
ト法による計測とを共通の機械構成を用いて行うことの
できる形状計測装置を提供することにある。更に他の目
的は、スリット状光線を走査して被測定物に照射して計
測することにより、機械的なスリット等を不要とした位
相シフト法による形状計測装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】しかし
て、請求項1に記載の解決手段は、1フィールドまたは
1フレーム分の撮像期間内に照射される光線の積算照射
強度分布が、所定コードに従うストライプ状パターンの
光線、および、正弦波状パターンの光線を、順次、被測
定物に照射する光線照射手段と、上記光線により上記被
測定物の表面に生じる光学像を積分型撮像部材によって
撮像する撮像手段と、該撮像手段から出力される複数フ
ィールドまたは複数フレームの画像情報を演算処理する
ことにより上記被測定物の形状を算出する画像情報演算
手段と、を有し、該画像情報演算手段は、上記被測定物
に上記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線
を照射して得られた空間コード化画像情報と、上記被測
定物に上記正弦波状パターンの光線を照射して得られた
位相シフト化画像情報とから、被測定物の形状を算出す
る形状計測装置である。
【0021】上記構成を有する本発明の形状計測装置に
よれば、画像情報演算手段において、被測定物に所定コ
ードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得
られた空間コード化画像情報と、被測定物に正弦波状パ
ターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報
とから、被測定物の形状を算出する。このため、空間コ
ード化画像情報には、許容高さのレンジが広い(ダイナ
ミックレンジの広い)空間コード化法を適用し、また位
相シフト化画像情報には、高分解能の位相シフト法を適
用して、この2つの手法から被測定物の形状を算出でき
るので、ダイナミックレンジが広く、高さの高い被測定
物でも計測でき、しかも高分解能の計測ができる。
【0022】ここで、光線照射手段は、ストライプ状パ
ターンの光線および正弦波状パターンの光線をそれぞれ
被測定物に照射できればよく、光源や照射強度を変化さ
せるための手段については、別々のものを適宜切り替え
て使用してもよく、1つのものを使い分けても良い。ま
た、積算照射強度分布とは、ある期間内に照射される光
線の照射強度を積算したときの照射強度の分布をいう。
従って、本発明では、積算照射強度分布がストライプ状
あるいは正弦波状とされていればよく、ある瞬間に照射
されている光線の照射強度がストライプ状等に分布して
いる必要はない。
【0023】また、積分型撮像部材とは、出力される画
像情報が、照射された光線の照射強度を撮像期間にわた
って積算(積分)した値に従って出力される種類の撮像
部材を指し、具体的には、CCD撮像素子を用いたカメ
ラ(CCDカメラ)が挙げられ、その他、MOS型撮像
素子を用いたものやビジコン等の撮像管を用いても良
い。なお、画像情報としてフィールド単位およびフレー
ム単位のいずれの画像情報を用いるかは、積分型撮像部
材の撮像方式によって異なる。
【0024】また、コードとしては、規則性を有し、空
間コード番号の識別可能なコードであればよく、例えば
グレイコード、バイナリーコード等に従うものが挙げら
れる。特に、グレイコードに従って小空間に一連の空間
コード番号を付する場合には、ある小空間の空間コード
番号を表すグレイコードは、これに隣接する小空間に付
される空間コード番号を表すグレイコードと、常に1ビ
ットのみが異なる。このため、画素が見込む被測定物
(被測定物の一部)がちょうど小空間同士の境界部分に
位置した場合、画素の出力を2値化する際、0か1か
(明か暗か)の判定が変動するのはグレイコードのうち
1ビット分のみであり、他のビットは隣接する小空間で
共通であるので変動しない。しかもこの1ビットが0/
1(明/暗)いずれに判定されても、隣接する小空間の
いずれかに対応するグレイコードになる。従って、異な
るグレイコードが読みとられた場合でも、高さ情報の誤
差が少なくなるという点で他のコードを用いる場合より
も優れている。なお、空間コード番号とは、光線に照射
された空間に付される番号であって、コードに従って照
射された光線の明暗の区切りにそって照射中心を中心
(要)とする扇形状に分割したときの各小空間に付され
た一連番号を指す。
【0025】また、空間コード化画像情報とは、基準
面、被測定物、あるいは基準面と被測定物に所定コード
に従ったストライプ状パターンの光線を照射したとき
に、積分型撮像部材が撮像した画像情報を指す。また、
位相シフト化画像情報とは、基準面、被測定物、あるい
は基準面と被測定物に正弦波状パターンの光線を照射し
たときに、積分型撮像部材が撮像した画像情報を指す。
【0026】さらに、請求項2に記載の解決手段は、請
求項1に記載の形状計測装置であって、前記ストライプ
状パターンの光線と前記正弦波状パターンの光線とは、
0<J≦1としたとき、上記ストライプ状パターンの光
線により1つの空間コード番号が与えられる小空間が、
それぞれ、J周期分の前記正弦波状パターンの光線によ
って照射される小空間に一致する関係とされていること
を特徴とする形状計測装置である。
【0027】上記構成を有する本発明の形状計測装置に
よれば、ストライプ状パターンの光線により1つの空間
コード番号が与えられる小空間が、それぞれ、J周期分
の前記正弦波状パターンの光線によって照射される小空
間に一致する関係とされている。つまり、1つの空間コ
ード番号が与えられる略扇状の小空間(たとえば空間コ
ード番号4の小空間)が、それぞれJ周期分(例えば、
1周期分、1/2周期分、1/4周期分等)の正弦波状
パターンの光線によって照射される小空間と一致する関
係とされている。
【0028】前記したように、位相シフト法は、分解能
は高いが、被測定物の高さが高いために、位相のずれ量
(変調量)が1周期分の位相2π(=360deg )、も
しくは4π、6π…を越えると、それぞれ2π、4π、
6π…に相当する位相ずれ量は無視され、0〜2πの位
相ずれ量に対応する高さのみが算出される。このため、
前記で説明したように(図35(c)参照)、位相デー
タや高さデータが不連続(例えば鋸歯状)になるので、
位相ずれ量が2π、4π…となる前後で、位相データや
高さデータの不連続を修正する必要がある。いわゆる位
相連結問題である。つまり、実際には高さが連続してい
るのに、位相ずれ量のうち、2π、4π…に相当する量
が無視されるために、被測定物が不連続の高さを有する
かのように高さデータが算出される場合があるので、こ
れを修正して真の高さを求めるようにすることが必要に
なる。このためには、被測定物の高さが連続的に変化し
ていると仮定し、高さデータの不連続部分で高さデータ
が連続になるように、不連続部分で高さデータの値が一
致するように調整することで、全体の高さデータを補正
する方法が考えられる。しかし、この手法では、階段状
の形状を持つものなど不連続な高さに見える形状の被測
定物について高さを計測することが困難となるほか、高
さデータの不連続点を探し、その部分の補正をし、次に
移るというように、順に補正することになるため、補正
に時間が掛かる。
【0029】一方、空間コード化法は、前記で説明した
ように(図35(b)参照)、分解能が低いためにとび
とびの量子化された値でしか高さが求められないもの
の、ダイナミックレンジが広い。しかも、ストライプ状
パターンの光線を照射した空間全域を分割した略扇状の
小空間に、一連の空間コード番号が付されるので、2つ
以上の小空間に同じ空間コード番号が付されることはな
い。このため、各小空間を空間コード番号で区別できる
から、位相シフト法のような不具合はない。そこで、本
発明のようにすると、J周期分の正弦波状パターンによ
り照射される小空間には、必ず1つの空間コード番号が
付されることになる。
【0030】位相シフト法によれば、例えば、被測定物
のうち、ある計測点(仮に、A点とする)の高さを計測
した場合に、A点の位相ずれ量が2π(またはその整数
倍)を越えていたとしても、前記したように、その位相
ずれ量のうちの2π(またはその整数倍)分は、無視さ
れることになるため、A点の高さは実際よりも低く算出
され、位相データや高さデータ等に不連続が生じる。し
かし、空間コード化法でA点の高さを計測した場合に
は、量子化された値で算出されるものの、そのようなこ
とは生じない。しかも、1つの空間コード番号が与えら
れる小空間は、正弦波状パターンの光線のJ周期(0<
J≦1)の小空間に一致しているので、空間コード番号
が1だけ異なることは、位相で2π×J分だけ異なるこ
とに相当する。従って、位相シフト法による位相データ
や高さデータの不連続は、空間コード化法による空間コ
ード番号データやこれによって求めた高さデータで補正
できる。しかもこの補正は、隣接する画素にされた補正
に影響されないので、各画素について独立に行え、順に
補正する必要が無いので、容易にかつ速く行うことがで
きる。
【0031】なお、0<J≦1としたのは、1周期分以
上の正弦波状パターンの光線によって照射される小空間
と、1つの空間コード番号が与えられる小空間とを対応
させると、その小空間内において位相データの不連続が
生じるが、これを空間コード番号で補正できないので、
両者を対応させるメリットがないからである。
【0032】ここで、請求項3に記載したように、請求
項2に記載の形状計測装置であって、前記Jを、1また
は1/2としたことを特徴とする形状計測装置とすると
良い。このようにすると、空間コード化法から求めた空
間コード番号と位相シフト法で求めた位相(位相ずれ
量)とを用いて、容易に被測定物の形状を求めることが
出来るからである。即ち、J=1の場合、つまり、1つ
の空間コード番号が与えられる小空間と1周期分の正弦
波パターンの光線によって照射される小空間とが一致す
る関係とすると、空間コード番号が1つ増減すること
は、位相(位相ずれ量)がちょうど1周期分、即ち、2
π(rad)(=360(deg))増減することに対応する。こ
のため、空間コード番号を位相に、また、空間コード番
号のずれ量を位相ずれ量に置き換えることが容易になる
ので、位相シフト法によって求めた位相(位相ずれ量)
と空間コード番号から換算して得た位相ずれ量とを合成
することで、容易に高さ(形状)を求めることができ
る。また、空間コード化画像情報と位相シフト化画像情
報とからそれぞれ高さを求めておき、これらを合成する
場合にも、容易に合成できる。
【0033】また、J=1/2の場合、つまり、1つの
空間コードが与えられる小空間と1/2周期分の正弦波
パターンの光線によって照射される小空間とが一致する
関係とすると、空間コード番号が1つ増減することは、
位相(位相ずれ量)がちょうど1/2周期分、即ち、π
(rad)(=180(deg))増減することに対応する。この
ため、J=1の場合と同様に、空間コード番号やそのず
れ量を位相や位相ずれ量に置き換えることが容易となる
ので、位相シフト法によって求めた位相(位相ずれ量)
と空間コード番号から換算して得た位相ずれ量とを合成
することで、容易に高さ(形状)を求めることができ
る。また、空間コード化画像情報と位相シフト化画像情
報とからそれぞれ高さを求めておき、これらを合成する
ことも容易にできる。
【0034】なお、後述するように、位相シフト法によ
って、互いに位相がπ/2(1/4周期)ずつ異なる4
つの正弦波状パターンの光線(例えば、基準面上の積算
照射強度Iが、I0=cosθ、I1=cos(θ+π/2)、
2=cos(θ+π)、I3=cos(θ+3π/2)で表される
光線)から、ある部位に照射された光線の位相角を算出
する際には、arctan(=tan-1)の計算が必要となる
(後述する(2)式参照)。しかし、tanθ=tan(θ+
π)であるので、つまり、 tanθの値は、位相角θがπ
だけ異なった場合と区別できないので、arctanの
計算だけでは1周期分の位相角が計算できない。このた
め、別途、位相角θの属する象限を判別する計算が必要
となる。これに対し、J=1/2の場合には、空間コー
ド番号が1つ増減する毎に、位相ずれ量としては、πず
つ増減するので、位相シフト法で求める位相角の範囲
は、πの範囲、例えば、θ=−π/2〜π/2やθ=0
〜πの範囲で求めれば良く、arctanの計算だけで
位相角を算出できるので、より計算が容易になる。
【0035】さらに、上記J=1とした場合において、
前記正弦波状パターンの位相と前記小空間との関係を、
4種の正弦波状パターンのうちの1つをIs0=cosθで
表したとき、θ=0,2π,4π…の位置に各小空間同
士の境界が位置するように選択したすることを特徴とす
ると良い。このようにすると、位相シフト法によって算
出される位相θ(精細位相θp)が、θ=0〜2πの範
囲で算出される。また、小空間に与えられた空間コード
番号をSc=0,1,2,3…、n、…とすると、空間
コード番号は容易に粗位相θr(=2nπ)に換算でき
る。このため、両者を容易に合成した合成位相θc(=
θr+θp=2nπ+θp)が求められるからである。
また、このようにすると、空間コード番号n=0の空間
の端部θp=0の点を原点として合成位相θcが計算で
きるので、さらに容易に高さを算出できる。
【0036】また、J=1/2とした場合には、前記正
弦波状パターンの位相と前記小空間との関係を、4種の
正弦波状パターンのうちの1つをIs0=cosθで表した
とき、θ=−π/2,π/2,3π/2…の位置に各小
空間同士の境界が位置するように選択したすることを特
徴とすると良い。このようにすると、位相シフト法によ
って算出される位相θ(精細位相θp)が、θ=−π/
2〜π/2の範囲で算出される。また、小空間に与えら
れた空間コード番号をSc=0,1,2,3…、n、…
とすると、空間コード番号は容易に粗位相θr(=n
π)に換算できる。このため、両者を容易に合成した合
成位相θc(=θr+θp=nπ+θp)が求められる
からである。また、このようにすると、空間コード番号
n=0の空間の端部θp=0の点を原点として合成位相
θcが計算できるので、さらに容易に高さを算出でき
る。
【0037】さらに、請求項4に記載の解決手段は、請
求項2または請求項3に記載の形状計測装置において、
前記1つの空間コード番号が与えられ、かつ前記J周期
分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空
間は、略扇状断面の開き角が、いずれも等角度にされて
いることを特徴とする形状計測装置である。
【0038】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、各小空間の略扇状断面の開き角がいずれも等角度に
されているので、ストライプ状パターンや正弦波状パタ
ーンの光線を生成するための光線照射手段の制御が光線
の偏向角に依存しない。このため、光線照射手段の制御
が容易となる。
【0039】また、請求項5に記載の解決手段は、請求
項2または請求項3に記載の形状計測装置において、前
記積分型撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記光
線の照射中心までの高さと、上記基準面から上記積分型
撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくさ
れ、しかも、前記1つの空間コード番号が与えられ、か
つ前記J周期分の正弦波状パターンの光線によって照射
される各小空間は、上記基準面のうち、上記各小空間に
属する上記基準面上の幅が、いずれも等間隔にされてい
ることを特徴とする形状計測装置である。
【0040】上記構成を有する本発明の形状計測装置に
よれば、基準面から光線の照射中心までの高さと積分型
撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくさ
れ、各小空間に属する基準面上の幅がいずれも等間隔に
されている。このため、照射する光線の偏向角に拘わら
ず高さの分解能が一定となる。つまり、被測定物を基準
面上のどの位置に水平移動させても、形状(高さ)計測
の分解能が同じになるので、被測定物の各部を均一な分
解能で計測することができる。また、形状(高さ)計算
も容易にできる。ここで、基準面は被測定物の高さの基
準となる面を指すが、実在の面であっても仮想の面であ
っても良い。
【0041】さらに、請求項6に記載の解決手段は、請
求項5に記載の形状計測装置において、前記画像情報演
算手段は、前記被測定物に前記所定コードに従ったスト
ライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード
化画像情報と、上記被測定物を無くして前記基準面に上
記ストライプ状パターンの光線を照射したとした場合に
各画素が観察する基準空間コード番号とから、各画素毎
に空間コード番号ずれ量を算出する空間コード番号ずれ
量演算手段と、上記被測定物に前記正弦波状パターンの
光線を照射して得られた位相シフト化画像情報と、上記
被測定物を無くして前記基準面に上記正弦波状パターン
の光線を照射したとした場合に各画素が観察する基準位
相とから、各画素毎に位相ずれ量を算出する位相ずれ量
演算手段と、上記空間コード番号ずれ量と上記位相ずれ
量とから前記被測定物の形状を算出する形状演算手段
と、を有する形状計測装置である。
【0042】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、前記のように、光線の照射中心までの高さと対物レ
ンズの主点までの高さとが等しくされ、しかも、1つの
空間コード番号が与えられ、かつJ周期分の正弦波状パ
ターンの光線によって照射される各小空間は、基準面の
うち、各空間に属する基準面上の幅が、いずれも等間隔
にされている。しかも、空間コード化画像情報と基準空
間コード番号とから各画素毎に空間コード番号ずれ量を
求め、位相シフト化画像情報と、基準位相とから、各画
素毎に位相ずれ量を求める。このため、別途、基準空間
コード番号や基準位相が必要となるが、この2つのずれ
量から前記被測定物の形状を算出するのに、偏向角αを
求め、また、 tanαの計算を含む三角測量の原理による
計算式を用いないで、簡単な計算式で高さを算出するこ
とができる。なお、基準空間コード番号や基準位相は、
被測定物の計測に先立ちあるいは計測後に、基準面に光
線を照射して得ても良いが、予め計測または算出した値
をROM、ハードディスク等のメモリ(記憶媒体)に記
憶させておいても良い。
【0043】さらに、請求項7に記載の解決手段は、請
求項6に記載の形状計測装置において、前記形状演算手
段は、前記空間コード番号ずれ量と前記位相ずれ量と
を、各画素についてそれぞれ合成して得た合成位相ずれ
量から被測定物の形状を算出する合成位相ずれ量−形状
演算手段と、を有する形状計測装置である。
【0044】上記構成を有する本発明の形状計測装置に
よれば、一旦空間コード番号ずれ量と位相ずれ量とを合
成して得た合成位相ずれ量により被測定物の形状を算出
するので、形状の演算が1度で済む点で好ましい。
【0045】さらに、請求項8に記載の解決手段は、請
求項6に記載の形状計測装置において、前記形状演算手
段は、前記空間コード番号ずれ量から前記被測定物の粗
形状を算出する空間コード番号ずれ量−粗形状演算手段
と、前記位相ずれ量から前記被測定物の細部形状を算出
する位相ずれ量−細部形状演算手段と、上記粗形状と細
部形状とを合成して被測定物の形状を算出する形状合成
手段と、を有する形状計測装置である。
【0046】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、空間コード番号ずれ量から粗形状を、位相ずれ量か
ら細部形状を求めるので、形状の算出が各画素について
2回行うことになるが、合成はこれらを足し合わせだけ
足りるので、容易に形状を算出できる。
【0047】また、請求項9に記載の解決手段は、請求
項2〜請求項5のいずれかに記載の形状計測装置におい
て、前記画像情報演算手段は、前記空間コード化画像情
報から各画素毎に前記正弦波状パターンの光線の位相に
相当する粗位相を算出する粗位相演算手段と、前記位相
シフト化画像情報から各画素に精細位相を算出する精細
位相演算手段と、上記粗位相と上記精細位相とを各画素
についてそれぞれ合成して、各画素毎の合成位相を算出
する合成位相演算手段と、上記合成位相から前記被測定
物の形状を算出する合成位相−形状演算手段と、を有す
る形状計測装置である。
【0048】上記構成を有する本発明の形状計測装置に
よれば、粗位相演算手段で、空間コード化画像情報から
各画素毎に粗位相を算出して、位相シフト化画像情報か
ら各画素毎に算出する精細位相と同じく位相の情報とす
る。このため、合成位相演算手段において粗位相と精細
位相とを合成するのに、両者を足し合わせるだけで足
り、容易に合成位相を算出できる。また、合成位相から
被測定物の形状を一度に算出できるので、形状の算出も
容易になる。
【0049】さらに、請求項10に記載の解決手段は、
請求項2〜請求項5のいずれかに記載の形状計測装置に
おいて、前記画像情報演算手段は、前記被測定物に上記
所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射
して得られた空間コード化画像情報から被測定物の粗形
状を算出する空間コード型形状演算手段と、前記被測定
物に上記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位
相シフト化画像情報から被測定物の細部形状を算出する
位相シフト型形状演算手段と、上記空間コード型形状演
算手段により算出された粗形状と上記位相シフト型形状
演算手段により算出された細部形状とを合成して被測定
物の形状を算出する形状合成演算手段と、を有する形状
計測装置である。
【0050】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、ストライプ状パターンの光線を照射して得られた空
間コード化画像情報からは、空間コード型演算手段によ
って被測定物の粗形状を算出する。一方、正弦波状パタ
ーンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報か
らは、位相シフト型演算手段によって被測定物の細部形
状を算出する。さらに、これらによって算出された粗形
状および細部形状を形状合成演算手段によって合成して
被測定物の形状を算出する。
【0051】つまり、本発明によれば、空間コード型形
状演算によって粗形状を算出し、位相シフト型形状演算
によって細部形状を算出し、これを合成するので、高分
解能でありながら、許容高さのレンジの広い(ダイナミ
ックレンジの広い)測定が可能となる。したがって、大
型の被測定物でも計測が可能であり、かつ高分解能に測
ることができる。しかも、被測定物について粗形状と細
部形状の2種の形状を算出する必要があるものの、形状
の合成は足し合わせるだけで足りるので、合成が容易と
なる。
【0052】さらに、請求項11に記載の解決手段は、
請求項1〜請求項10のいずれかに記載の形状計測装置
において、前記光線照射手段が、スリット状光線を発生
する光源と、このスリット状光線を被測定物の表面に照
射しつつ偏向走査させる光線走査手段と、1フィールド
または1フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリ
ット状光線の積算照射強度が、所定コードに従うストラ
イプ状に分布するように上記スリット状光線を制御する
空間コード型光線制御手段と、1フィールドまたは1フ
レーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線
の積算照射強度が、正弦波状に分布するように上記スリ
ット状光線を制御する位相シフト型光線制御手段と、を
有することを特徴とする形状計測装置である。
【0053】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、光線照射手段において、光源からスリット状光線が
発せられ、このスリット状光線は、光線走査手段によっ
て被測定物の表面に照射しつつ偏向走査される。このと
き、1フィールドまたは1フレーム分の撮像期間内に照
射される上記スリット状光線の積算照射強度が、所定コ
ードに従うストライプ状に分布するように空間コード型
光線制御手段がスリット状光線を制御する。また、1フ
ィールドまたは1フレーム分の撮像期間内に照射される
スリット状光線の積算照射強度が、正弦波状に分布する
ように位相シフト型光線制御手段がスリット状光線を制
御する。
【0054】本発明によれば、スリット状光線を用い、
光線の照射強度を1フィールドまたは1フレーム分の撮
像期間について積算した積算照射強度においてそのパタ
ーンがストライプ状や正弦波状になるように制御したの
で、面状光源を用いる必要がなくなり、光量の少ない光
源を用いてもコントラストを高くして測定できる。した
がって、大光量の光源を用いる必要がないので、発熱の
問題もなく装置をコンパクトにできる。また、光源や光
線走査手段を共通とし、制御手段を異ならせて空間コー
ド化法による計測と位相シフト法による計測を行うよう
にしたので、高分解能の計測ができる上、装置がコンパ
クトで安価になる。また、位相シフト化画像情報のコン
トラストを高くできるので、わずかな高さの違いでも明
度の違い(位相の違い)として明瞭に判別できるため、
高さの分解能を向上させうる。また、本発明によれば、
特に輝度の高いレーザ光線等を用いて位相シフト法によ
る計測が可能となる。
【0055】なお、光源としてレーザ光源を用いると、
消費電力が少ないのにも拘わらず照射強度の高いスリッ
ト状光源とすることができるので好ましい。レーザ光源
には、半導体レーザ、気体レーザ、固体レーザ、液体レ
ーザ等のレーザ光源であれば何を用いても良いが、装置
の小型化、高速スイッチング可能の点から半導体レーザ
を用いるのが好ましい。また、レーザ光線の波長は、被
測定物の材質や積分型撮像部材(CCDカメラ等)の感
光性、ノイズとなる外乱光の波長等を考慮して選択すれ
ばよいが、可視光の範囲(例えば、赤、緑、青等)で選
択すると肉眼での動作確認が容易になるので都合がよ
い。また、光線をスリット状に整形するには、シリンド
リカルレンズ等の光学手段を用いて整形するとよい。ま
た、光線走査手段としては、スリット状光線を反射や透
過させる際に、その進行方向を偏向させるものであれば
よく、具体的には、回転多面鏡(以下、ポリゴンミラー
ともいう)、ガルバノミラー等が挙げられる。
【0056】なお、上記請求項11に記載の形状計測装
置において、前記位相シフト型光線制御手段が、フィー
ルド毎またはフレーム毎に前記正弦波の位相が4分の1
周期ずつ異なる積算照射強度分布となるように前記スリ
ット状光線を制御し、前記位相シフト型形状演算手段
が、少なくとも互いに上記正弦波の位相が異なる4フィ
ールドまたは4フレーム分の位相シフト化画像情報を用
いて前記被測定物の細部形状を算出することを特徴とす
る形状計測装置とするとよい。
【0057】位相シフト法によって形状を計測するのに
あたっては、原理的には、位相の異なる3種以上の光線
を照射した3つ以上の画像情報があれば算出できる。し
かし、4分の1周期ずつ異なった4フィールド分または
4フレーム分の位相シフト化画像情報を用いると簡単な
計算で、位相が算出できる上、被測定物の反射率の影響
や外乱光に影響を除外することができるからである。
【0058】さらに、請求項12に記載の解決手段は、
請求項11に記載の形状計測装置において、前記位相シ
フト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリ
ット状光線が点灯しつつ走査する時間を制御して、該小
領域における積算照射強度を調整することを特徴とする
形状計測装置である。
【0059】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、積算照射強度を正弦波状に分布させるために、位相
シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内をスリッ
ト状光線が点灯しつつ走査する時間を制御する。これに
より、その小領域における積算照射強度を調整する。
【0060】つまり、本発明によれば、基準面上のある
小領域内を照射する光線の積算照射強度は、その小領域
をスリット状光線が走査する期間のうち実際に点灯しな
がら走査する時間で調整される。従って、積算照射強度
を正弦波状に分布させるのに、従来のようなすだれ状マ
スクや液晶スリットを用いる必要がない。また、点灯時
間の調整で積算照射強度の分布状態の調整(例えば、分
布の位相や積算照射強度のレンジ等の調整)も行うこと
ができるので、焦点合わせやマスクの取り替え等の機械
的な調整は不要であり、電気回路的調整で足りるため、
分布状態の調整が容易である。
【0061】点灯しつつ走査する時間の制御手法として
は、具体的には、PWM(パルス幅変調)により、ある
小領域内を走査している期間のうち、スリット状光源が
点灯を続ける時間を変化させ、照射強度を強くしたい部
分ほど点灯時間を長くするものが挙げられる。また、あ
る小領域内を走査している期間内に含まれる一定時間幅
の点灯の回数(パルス数)を変化させ、照射強度を強く
したい部分ほど点灯の回数(パルス数)を多くするもの
なども挙げられる。上記制御手法としては、小領域内を
光線が走査する期間のうち光源が実際に点灯している時
間を調整できれば他の手法によってもよい。なお、他の
調整手段として、光源自身の輝度変調により積算照射強
度を変化させるものや、液晶フィルタの透過度変調によ
り積算照射強度を変化させるものなども挙げられる。
【0062】さらに、請求項13に記載の解決手段は、
請求項11に記載の形状計測装置において、前記スリッ
ト状光線走査手段は、1フィールドまたは1フレーム分
の撮像期間内に前記スリット状光線を複数回走査させ、
前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内
を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する回数を制御
して、該小領域における積算照射強度を調整することを
特徴とする形状計測装置である。
【0063】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、積算照射強度を正弦波状に分布させるために、スリ
ット状光線走査手段が、1フィールドまたは1フレーム
分の撮像期間内にスリット状光線を複数回走査させる。
さらに、位相シフト型光線制御手段が、この複数回の走
査のうち、基準面上の小領域内をスリット状光線が点灯
しつつ走査する回数を制御して、この小領域における積
算照射強度を調整する。
【0064】つまり、本発明によれば、基準面上のある
小領域内を照射する光線の積算照射強度は、その小領域
を光線が走査する回数のうち実際に点灯しながら走査す
る回数で制御される。従って、積算照射強度を正弦波状
に分布させるのに、従来のようなすだれ状マスクや液晶
スリットを用いる必要がない。また、点灯回数の調整で
積算照射強度の分布状態の調整も行うことができるの
で、焦点合わせ等の機械的な調整は不要であり、電気回
路的調整で足りるため、分布状態の調整が容易である。
【0065】なお、点灯しつつ走査する回数の制御手法
としては、具体的には以下のようにする。即ち、ある小
領域について見ると、1フィールドまたは1フレーム分
の撮像期間内にスリット状光線が複数回走査されるので
あるが、この複数回の走査のうち、実際に点灯しつつ走
査する回数を制御することにより、撮像期間内にこの小
領域に照射される光線の積算照射強度を変化させる。例
えば、撮像期間中に7回走査される場合、点灯しつつ走
査する回数は、0〜7回の8段階に変化させることがで
きる。
【0066】さらに、請求項14に記載の解決手段は、
前記請求項11に記載の形状計測装置において、前記ス
リット状光線走査手段は、1フィールドまたは1フレー
ム分の撮像期間中に前記スリット状光線を複数回走査さ
せ、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領
域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間及
び回数をそれぞれ制御して、該小領域における積算照射
強度を調整することを特徴とする形状計測装置である。
【0067】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、スリット状光線走査手段が、1フィールドまたは1
フレーム分の撮像期間中にスリット状光線を複数回走査
させる。さらに、位相シフト型光線制御手段が、複数回
の走査のうちに基準面上の小領域内をスリット状光線が
点灯しつつ走査する時間及び回数をそれぞれ制御して、
この小領域の積算照射強度を調整する。
【0068】つまり、本発明によれば、積算照射強度を
正弦波状に分布させるのに、スリット状光線を複数回走
査させ、この複数回の走査のうち、基準面上の小領域を
点灯しつつ走査する回数および点灯しながら走査する時
間をそれぞれ制御することで行うので、従来のようなす
だれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。さら
に、回数と時間は独立に制御できるため、多くの段階を
設けて強度を変化させることができる。従って、変化の
段階を多くすることができ、強度分布をより正弦波形状
に近づけることができ、分布波形の歪みに起因する誤差
を小さくできる。
【0069】なお、上記請求項13および請求項14に
記載の形状計測装置において、前記スリット状光線走査
手段は、前記スリット状光線を回転多面鏡によって偏向
・走査させることを特徴とする形状計測装置とするとよ
い。
【0070】回転多面鏡は、回転数を上げ、また面数を
多くすることで、走査速度を速くできるため、1フィー
ルドまたは1フレーム分の撮像期間内にスリット状光線
を容易に複数回走査させることができる。また、ガルバ
ノミラーのように戻り走査が無いので、走査回数を容易
に調整できる。
【0071】さらに、請求項15に記載の解決手段は、
スリット状光線を発生する光源と、このスリット状光線
を被測定物の表面に照射しつつ偏向走査させる光線走査
手段と、1フィールドまたは1フレーム分の撮像期間内
に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が正弦
波状に分布するように上記スリット状光線を制御する位
相シフト型光線制御手段と、上記スリット状光線により
上記被測定物の表面に生じる光学像を積分型撮像部材に
よって撮像する撮像手段と、上記位相シフト型光線制御
手段によって制御された上記スリット状光線を上記被測
定物に照射して得られた位相シフト化画像情報から被測
定物の形状を算出する位相シフト型形状演算手段と、を
有する形状計測装置である。
【0072】上記構成を有する本発明の形状計測装置で
は、光源によりスリット状光線が発せられ、このスリッ
ト状光線がスリット状光線走査手段により被測定物の表
面に照射しつつ偏向走査される。このとき、1フィール
ドまたは1フレーム分の撮像期間内に照射されるスリッ
ト状光線の積算照射強度が正弦波状に分布するように位
相シフト型光線制御手段がスリット状光線を制御する。
撮像手段がスリット状光線によって被測定物の表面に生
じる光学像を撮像する。さらに、位相シフト型形状演算
手段が、位相シフト型光線制御手段によって制御された
スリット状光線を被測定物に照射して得られた位相シフ
ト化画像情報から被測定物の形状を算出する。
【0073】つまり、本発明によれば、位相シフト法を
適用するにあたって、スリット状光線を用いてこれを走
査し、光線の照射強度を1フィールドまたは1フレーム
分の撮像期間について積算した積算照射強度においてそ
のパターンが正弦波状になるように制御した。このた
め、面状光源を用いる必要がなくなり、光量の少ない光
源を用いてもコントラストを高くして測定できる。した
がって、大光量の光源を用いる必要がないので、発熱の
問題もなく装置をコンパクトにできる。また、位相シフ
ト化画像情報のコントラストを高くできるので、わずか
な高さの違いでも明度の違い(位相の違い)として明瞭
に判別できるため、高さの分解能を向上させうる。ま
た、本発明によれば、特に輝度の高いレーザ光線等を用
いて位相シフト法による計測が可能となる。
【0074】さらに、請求項15に記載の形状計測装置
において、前記位相シフト型光線制御手段が、フィール
ド毎またはフレーム毎に前記正弦波の位相が4分の1周
期ずつ異なる積算照射強度分布となるように上記スリッ
ト状光線を制御し、前記位相シフト型形状演算手段は、
少なくとも互いに上記正弦波の位相が異なる4フィール
ド分または4フレーム分の前記位相シフト化画像情報を
用いて前記被測定物の形状を算出することを特徴とする
形状計測装置とすると良い。4分の1周期ずつ異なった
4フィールドまたは4フレーム分の位相シフト化画像情
報を用いると簡単な計算で、位相が算出できる上、被測
定物の反射率の影響や外乱光に影響を除外することがで
きるからである。
【0075】また、請求項15に記載の形状計測装置に
おいて、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の
小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時
間を制御して、この小領域の積算照射強度を調整するこ
とを特徴とする形状計測装置とするとよい。本発明によ
れば、基準面上のある小領域に照射される光線の積算照
射強度は、その小領域内を光線が走査する期間のうち実
際に点灯しつつ走査する時間で制御する。従って、積算
照射強度を正弦波状に分布させるのに、従来のようなす
だれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。ま
た、点灯時間の制御で積算照射強度の分布状態の調整も
行うことができるので、焦点合わせ等の機械的な調整は
不要であり、電気回路的調整で足りるため、分布状態の
調整が容易である。
【0076】また、請求項15に記載の形状計測装置に
おいて、前記光線走査手段は、1フィールドまたは1フ
レーム分の撮像期間内に前記スリット状光線を複数回走
査させ、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の
小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する回
数を制御して、この小領域の積算照射強度を調整するこ
とを特徴とする形状計測装置とするとよい。本発明によ
れば、ある基準面上のある小領域に照射される光線の積
算照射強度は、その小領域内を光線が走査する期間内に
実際に点灯しつつ走査する回数で制御する。従って、積
算照射強度を正弦波状に分布させるのに、従来のような
すだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。ま
た、点灯回数の制御で積算照射強度の分布状態の調整も
行うことができるので、焦点合わせ等の機械的な調整は
不要であり、電気回路的調整で足りるため、分布状態の
調整が容易である。
【0077】また、請求項15に記載の形状計測装置に
おいて、前記光線走査手段が、1フィールドまたは1フ
レーム分の撮像期間中に前記スリット状光線を複数回走
査させ、前記位相シフト型光線制御手段が、基準面上の
小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時
間及び回数をそれぞれ調整して積算照射強度を変化させ
ることを特徴とする形状計測装置とするとよい。本発明
によれば、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、
スリット状光線を複数回走査させ、この複数回の走査の
うち、基準面上の小領域を点灯つつ走査する回数および
点灯しつつ走査する時間の制御でおこなうので、従来の
ようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がな
い。さらに、回数と時間は独立に制御できるため、多く
の段階を設けて強度を変化させることができる。従っ
て、変化の段階を多くすることができ、強度分布をより
正弦波形状に近づけることができ、分布波形の歪みに起
因する誤差を小さくできる。
【0078】さらに、請求項16に記載の解決手段は、
請求項15に記載の形状計測装置において、前記積分型
撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記光線の照射
中心までの高さと、上記基準面から上記積分型撮像部材
の対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、前記位
相シフト型光線制御手段は、上記基準面に照射された前
記スリット状光線の積算照射強度分布が、上記基準面上
において、一定波長の正弦波パターンとなるように上記
スリット状光線を制御することを特徴とする形状計測装
置である。
【0079】上記構成を有する本発明の形状計測装置に
よれば、基準面から光線の照射中心までの高さと積分型
撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくさ
れ、スリット状光線の積算照射強度分布が、上記基準面
上において、一定波長の正弦波パターンとなるようにさ
れている。このため、照射する光線の偏向角に拘わらず
高さの分解能が一定となる。つまり、被測定物を基準面
上のどの位置に水平移動させても、形状(高さ)計測の
分解能が同じにすることができるので、被測定物の各部
を均一な分解能で計測できる。
【0080】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図と共に以
下に説明する。 (実施形態1)図1は本発明の実施形態1にかかる形状
計測装置100の説明図である。本実施形態の形状計測
装置100は、基準面Lに載置された被測定物Mに光線
を照射する光線照射手段10と、光線を照射されてでき
る光学像を撮像する撮像手段20と、撮像された画像情
報から被測定物Mの高さや形状を算出する画像情報演算
手段30と、コントロール部70とを有している。
【0081】また、光線照射手段10には、スリット状
光線を発する光源1と、このスリット状光線を被測定物
に照射しつつ偏向走査する光線走査手段4と、スリット
状光線を制御する空間コード型光線制御手段11および
位相シフト型光線制御手段14が含まれている。さらに
詳しく言えば、光源1には、レーザ光源2とこのレーザ
光源2からのレーザ光線を整形してスリット状光線とす
るレンズ系3が含まれ、光線走査手段4には、スリット
状光線を反射し、回転によって偏向走査させるポリゴン
ミラー5が含まれている。
【0082】また、空間コード型光線制御手段11に
は、空間コード型光線制御データメモリ(図1ではS型
データメモリと表示)12と、この空間コード型光線制
御データメモリ12に格納されているコードを読み込ん
でこれに従ってレーザ光源2を制御するレーザコントロ
ーラ13が含まれている。なお、このレーザコントロー
ラ13は、位相シフト型光線制御データメモリ(P型デ
ータメモリと表示)15と共に、位相シフト型光線制御
手段14にも含まれており、位相シフト型光線制御デー
タメモリ15に格納された制御データを読み込みこれに
従ってレーザ光源2を制御することをも行う。
【0083】また、撮像手段20には、フィールド蓄積
方式によって画像情報を出力するように設定されたCC
Dカメラ21と画像メモリ22とが含まれており、1フ
ィールド分の撮像期間(1/60秒)毎に、CCDカメ
ラ21が撮像し、これから出力される画像情報を画像メ
モリ22に格納している。
【0084】さらに、画像情報演算手段30は、被測定
物Mの粗形状を算出する空間コード型形状演算手段40
と、被測定物Mの細部形状を算出する位相シフト型形状
演算手段50と、これらを合成して被測定物Mの形状を
算出する形状合成演算手段60とを有している。さらに
詳しく言えば、空間コード型形状演算手段40には、撮
像手段20からの画像情報を取り込んで明暗の二値化画
像情報に変換したうえで格納する空間コード化画像情報
取込回路(S型取込回路と表示)41と、二値化画像情
報から空間コード化法により被測定物Mの粗形状を算出
する空間コード型演算回路(S型演算回路と表示)42
と、算出された粗形状データを格納する粗形状データメ
モリ(粗形状メモリと表示)43とが含まれている。さ
らに、空間コード化画像情報取込回路41は、図2にそ
の詳細を示すように、二値化演算回路44と例えば8個
の二値化画像情報メモリ(二値化画像メモリと表示)4
5a〜45hとを有している。ここでは、画像メモリ2
2から取り込んだ例えば8ビットの階調をもつ各画素毎
の明度画像情報を、まず二値化演算回路44によって各
画素分について明暗二値化情報に変換し、その後、二値
化画像情報メモリ45a〜45hのいずれかに格納す
る。
【0085】また、位相シフト型形状演算手段50に
は、撮像手段20からの画像情報を取り込んで格納する
位相シフト化画像情報取込メモリ(P型取込メモリと表
示)51と、画像情報の明度値から位相シフト法により
被測定物の細部形状を算出する位相シフト型演算回路
(P型演算回路と表示)52と、算出された細部形状デ
ータを格納する細部形状データメモリ(細部形状メモリ
と表示)53とが含まれている。また、形状合成演算手
段60には、粗形状データと細部形状データを合成して
被測定物Mの形状を演算する形状合成処理回路(合成回
路と表示)61が含まれている。なお、位相シフト化画
像情報取込メモリ51には、図3に示すように、4つの
位相シフト化画像情報メモリ(P型画像メモリと表示)
54a〜dが含まれており、画像メモリ22から取り込
んだ例えば8ビットの階調をもつ各画素毎の明度画像情
報を、位相シフト化画像情報メモリ54a〜54dのい
ずれかに格納する。
【0086】さらに、コントロール部70には、同期回
路71とセレクタ72が含まれている。このうち、同期
回路71は、ポリゴンミラー5、レーザコントローラ1
3,およびCCDカメラ21の相互間で撮像等のタイミ
ングを調整する。また、セレクタ72は、空間コード化
法による計測、位相シフト法による計測を切り替える。
【0087】さらに、空間コード化法による計測におい
て、セレクタ72は、レーザコントローラ13が空間コ
ード型光線制御データメモリ12から読み込むコードの
選択(切り替え)および空間コード化画像情報取込回路
41に取り込み二値化した画像情報を格納する二値化画
像情報メモリ45a〜45hの選択を行う。
【0088】同様に、位相シフト法による計測におい
て、セレクタ72は、レーザコントローラ13が位相シ
フト型光線制御データメモリ15から読み込む制御デー
タの選択(切り替え)および位相シフト型形状演算手段
50に取り込んだ画像情報を格納する位相シフト化画像
情報メモリ54a〜54dの選択を行う。
【0089】本実施形態の形状計測装置100では、レ
ーザ光源2から照射されたレーザ光線を、レンズ系3で
スリット状光線に整形し、ポリゴンミラー5で反射しつ
つ偏向走査して被測定物M(および基準面L)に向けて
斜め方向から照射する。
【0090】ここで、まず、セレクタ72により空間コ
ード化法による計測が選択された場合について説明す
る。この場合には、セレクタ72からの指示によりレー
ザコントローラ13は空間コード型光線制御データメモ
リ12からデータを読み込み、このデータに従ってレー
ザ光源2の点滅(スイッチング)の制御を行う。
【0091】この空間コード型光線制御データメモリ1
2には、例えば、図4に示すようなグレイコードに従う
8種のコードが格納されている。そこで、0〜7のメモ
リビットのうちの1つを選択してレーザコントローラ1
2に読み込む。そして、例えば、このコードのデータの
うち「0」を暗(消灯)に、「1」を明(点灯)に対応
させることとして、選択したコードのデータに従って、
例えばクロックパルス等により所定の間隔毎に、0〜2
55のメモリアドレスの順にレーザ光源2を点滅させ
る。このようにすると、例えば、図4のメモリビット0
のコードが選択された場合、所定の時間間隔で、暗、
明、明、暗、暗、明、明、暗、暗・・というパターンで
レーザ光源2を点滅させることになる。
【0092】これにより、一定の回転数(角速度)に保
ったポリゴンミラー5によって走査されるスリット状光
線は、読み込まれたコードに従ったストライプ状パター
ンの光線となり、被測定物Mの表面にはストライプ状パ
ターンの光学像が形成され、被測定物Mの各部分の高さ
はストライプ状パターンの明暗のずれとして観察される
ようになる。上記8種のコードに従った8種の光線を照
射することで、光線が照射される空間は、空間コード化
法により256ヶ(=28 ヶ)の一連の空間コード番号
Scが付された断面略扇状で、この扇状の開き角がいず
れも等しい小空間SSに分割される。したがって、被測
定物Mの各表面部分は、各表面部分が属する(含まれ
る)小空間SSに与えられた空間コードの番号で表され
ることになり、撮像した8種の光学像から判定した空間
コード番号Scから三角測量の原理によって、被測定物
Mの各表面部分の形状(高さ)が算出される。なお、小
空間SSの開き角βを互いに等しくするには、光線の偏
向角によらず、所定時間間隔でレーザ光源2を点滅させ
ることで実現できるので、制御が容易である。
【0093】そこで、これを被測定物Mの図中ほぼ真上
からCCDカメラ21(画素数512×240ヶ)で撮
像し、その出力である画像情報を画像メモリ22に格納
する。なお、CCDカメラ21からの画像情報は、各画
素毎に明度を8ビットの階調で表わしたデータとなって
いる。
【0094】ここで、上述のように同期回路71によ
り、レーザコントローラ13、ポリゴンミラー5および
CCDカメラカメラ21は同期して動作している。即
ち、同期回路71は、CCDカメラ21の1フィールド
分の撮像期間(1/60秒)中に、スリット状光線が被
測定物Mを1または複数回の所定回数走査するように、
CCDカメラの撮像タイミングやポリゴンミラー5の回
転数および各鏡面の角度を制御している。さらに、所定
パターンの光線を被測定物Mに照射するようにレーザコ
ントローラ13がレーザ光源2を制御するタイミングを
もこれらに同期させている。なお、1フィールド分の撮
像期間内にスリット状光線を複数回走査させる場合に
は、レーザ光源2を各走査毎に同じコードに従ったパタ
ーンで点滅させる。ただし、被測定物Mの反射率や外乱
光を考慮して、複数回(例えば5回)の走査のうち、実
際にレーザ光源2を点滅させて走査するのを、このうち
の適数回(例えば2回)だけとし、あとはレーザ光源2
を消灯するようにしてもよい。
【0095】ついで、セレクタ72の指示により、空間
コード化画像情報取込回路41が画像メモリ22に格納
された画像情報を取り込む。これにより、空間コード型
光線制御データメモリ12のデータに従ってレーザコン
トローラ13がレーザ光源2を制御したときに撮像され
た画像情報は、空間コード化画像情報取込回路41に取
り込まれる。一方、後述する位相シフト型光線制御デー
タメモリ125データに従ってレーザコントローラ13
がレーザ光源2を制御したときに撮像された画像情報
は、位相シフト化画像情報取込メモリ51に取り込まれ
る。
【0096】空間コード化画像情報取込回路41につい
ては、図2にその詳細を示すように、画像メモリ22か
ら取り込んだ画像情報を、まず二値化演算回路44によ
って各画素毎に明暗二値化画像情報に変換し、その後、
二値化画像情報メモリ45a〜45hのいずれか(例え
ば45a)に格納する。
【0097】ついで、セレクタ72の指示によりレーザ
コントローラ13が空間コード型光線制御データメモリ
12から、先回の撮像に使用しなかったメモリアドレス
(例えば、メモリアドレス1)のコードを読み込み、こ
れに従って、上記と同様にレーザ光源2を点滅させる。
ついで、このコードに従ったストライプ状パターンの光
線により形成された被測定物Mの光学像を撮像し、上記
と同様に二値化画像情報に変換し、まだ二値化画像情報
が格納されていない二値化画像情報メモリ45a〜45
hのいずれか(例えば45b)に格納する。これを、図
4に示すメモリコード0〜7に格納された8種のコード
について行う。なお、撮像の順序は、メモリコードの順
になっている必要はない。
【0098】各二値化画像情報メモリ45a〜45hへ
各コードに従った二値化画像情報がそれぞれ格納された
ら、この8ヶのメモリ45a〜45hに格納された二値
化画像情報を空間コード型演算回路42に読み込む。そ
の後、公知の空間コード化法と三角測量の原理(後述す
る)を用いて被測定物Mの形状(粗形状)を算出する。
算出された粗形状データは、粗形状データメモリ43に
格納される。
【0099】ついで、セレクタ72によって位相シフト
法による計測が選択された場合について説明する。この
場合には、セレクタ72からの指示によりレーザコント
ローラ13は位相シフト型光線制御データメモリ15か
らデータを読み込んでこのデータに従ってレーザ光源2
の制御を行う。
【0100】位相シフト法により被測定物Mの形状を計
測するには、照射する光線の照度分布を正弦波状にする
必要があるが、CCDカメラ21では、撮像期間中に各
画素が見込む領域に照射された光線の照射強度の積算値
(積分値)が画像情報として出力されることを利用す
る。即ち、図5(a) に示すように、レーザ光源2(レン
ズ系は省略して記載した)からのスリット状光線をポリ
ゴンミラー5によって走査して基準面L上に照射したと
き、CCDカメラ21のある画素p(図示しない)が出
力する画像情報は、この画素pが見込む基準面L上の小
領域sについて、照射強度を撮像期間にわたって積算し
た(積分した)積算照射強度Isに対応したものとな
る。なお、容易に理解されるように、前述したようにス
リット状光線を所定コードに従って点滅させながら走査
偏向して得られたストライプ状パターンも、CCDカメ
ラ21の1フィールド分の撮像期間中の照射強度を積算
したときの分布(積算照射強度分布)がストライプ状パ
ターンとなっているのである。
【0101】そこで、以下に示す手法により、CCDカ
メラ21のある画素pが見込む基準面L上の小領域sに
ついて、積算照射強度Isを変化させる。まず、その第
1の手法は、図5(a) に示すように、スリット状光線が
小領域s内を図中矢印で示すように右から左へ走査する
期間のうち、スリット状光線が実際に点灯しながら走査
する時間を制御する手法である。具体的には、小領域s
内をスリット状光線が走査している期間内に、一定時間
tだけ点灯するパルス状点灯の数(図5(a) では3ヶ)
を増減して点灯している時間を制御するのである。この
手法によれば、図5(b) に示すように、点灯時間tのパ
ルス点灯の数が1ヶ、2ヶ、3ヶと増えるのに比例して
積算照射強度Isも増加する。従って、小領域sをスリ
ット状光線が走査する期間内に、点灯時間tのパルス状
点灯の数を最大mヶにできるとすれば、積算照射強度I
sを(m+1)段階(本例では4段階)に変化させ得る
ことになる。
【0102】その他、図6に示すように、連続して点灯
する時間をt、2t、3tに制御するPWM(パルス幅
変調)を用いて積算照射強度Isを制御しても良い。
【0103】また、第2の手法としては、スリット光線
が小領域s内を走査する回数を複数回とし、この複数回
の走査のうち、スリット状光線が実際に点灯しつつ走査
する走査回数を制御する手法である。具体的には、小領
域sを複数回(図7では4回)走査するようにポリゴン
ミラーを回転させる。そして、4回の走査のうち、第1
回と第2回の走査のときにスリット状光線を実際に点灯
して走査させ、第3回,第4回のときには消灯して走査
させる。これを点灯の場合を白抜き、消灯の場合を斜線
のハッチングで表現すると図7(a) のようになる。従っ
て、n回走査させるとすれば、このうち点灯しながら走
査する回数を変化させることにより、(n+1)段階
(図7(b) の場合は5段階)に積算照射強度Isを変化
させ得ることになる。なお、点灯と消灯を組み合わせる
場合(図7(b) において、Is=1,2,3の場合)に
は、必ずしも図7(b) のように、第1回から連続して所
要回数点灯する必要はなく、例えば、図7(c) のよう
に、第1回と第3回の合計2回点灯して走査させるな
ど、何回目の走査時に点灯させるかは適宜選択すればよ
い。
【0104】また、点灯しつつ走査する場合としては、
小領域s内をスリット状光線が走査する期間全体にわた
ってスリット状光線を点灯させる必要はない。即ち、第
1の手法で説明したのと同様に、1回の走査において、
点灯時間tのパルス状点灯を所定個数照射することとし
てもよい。
【0105】さらに、第3の手法としては、上記第1及
び第2の手法を組み合わせたものを用いることができ
る。即ち、スリット光線が小領域sを走査する回数を複
数回とし、この複数回の走査のうち、スリット状光線が
実際に点灯しつつ走査する時間と走査回数とをそれぞれ
調整する手法である。具体的には、小領域sを複数回
(図8では4回)走査するようにポリゴンミラーを回転
させる。そして、小領域s内をスリット状光線が1回走
査する期間内に、一定時間tだけ点灯するパルスの数
(図8では5ヶ)を増減して点灯している時間を制御
し、さらに、複数回の走査のうち、実際に点灯して走査
する回数をも制御するのである。
【0106】図8の例に即して説明する。まず、1フィ
ールド分の撮像時間内に4回走査することができるよう
にポリゴンミラーを調整する。また、小領域s内をスリ
ット状光線が1回走査する期間内に、点灯時間tのパル
スを最大5ヶ照射することとする。ここで、第1回の走
査では、スリット状光線が点灯しながら走査することと
し、しかも、この走査において、点灯時間tのパルス状
点灯を2回行う。一方、残りの第2,3,4回の走査に
おいては、点灯させなかったとすると、図8(c)のよう
に表すことができ、積算照射強度Is=2とすることが
できる。なお、この図においても、消灯の場合をハッチ
ング、点灯の場合を白抜きとして表現している。また同
様に、第1,2回の走査ではいずれもパルス状点灯を5
回行い、さらに、第3回の走査では、パルス状点灯を3
回行い、第4回の走査では消灯させたとすると、図8
(d)のように表すことができ、Is=13とできる。
【0107】このようにすることで、積算照射強度Is
は、Is=0〜20の21段階に変化させることができ
る(図8(a)〜(h)参照)。一般に、1回の走査において
最大mヶのパルス状点灯を行うことができ、1フィール
ド分の撮像期間内にn回走査させるとすると、積算照射
強度Isは、(m×n+1)段階に変化させることがで
きるようになる。なお、各回の走査におけるパルス状点
灯の回数の配分には、特に限定はなく、例えば、図8
(d)と同じIs=13とするために、図8(i)に示すよう
に、各走査毎に、5回、2回、3回、3回点灯し、合計
13回分パルス点灯を行うようにしてもよい。即ち、パ
ルス点灯の回数が所定の回数となるように調整すれば足
りる。なお、パルス状点灯の数によりスリット状光線が
照射しながら走査する時間を調整し走査回数と組み合わ
せた例を示したが、上記第1の手法において説明したの
と同様に、PWMによりパルス状点灯の時間を調整し
て、走査回数と組み合わせても良い。
【0108】上記のいずれかの手法により、積算照射強
度Isを変化させることができる。そこで、このうちの
第3の手法によって、積算照射強度Isを正弦波状に分
布させる。本実施形態では、1回の走査においてパルス
状点灯を最大4回とし、1フィールド分の撮像期間中に
6回走査する。これにより、積載照射強度Isを25
(=4×6+1)段階に変化させることができる。
【0109】基準面L上において走査方向に並んだ10
1ヶの小領域sについて2波長分(2周期分)の正弦波
状パターンを持つ積算照射強度分布を与えるとした場
合、図9に示すように各小領域sに対応する積算照射強
度Isを変化させればよい。図9において、横軸は小領
域sの番号であり、縦軸は、積算照射強度Isである。
また、実線は理想的な正弦波の形状であり、この正弦波
の形状に近似した分布とするために、各小領域sに照射
されるべき積算照射強度の値をドットで表している。ま
た、小領域sの番号17、37、55については、各々
の小領域sで照射されるべき積算照射強度Isおよび上
記第3の手法でその強度Isを得るためのスリット状光
線の調整の仕方を例示している。即ち、例えば、番号1
7の小領域では、正弦波に近似した分布とするために、
積算照射強度Is=18とする必要があり、そのために
は、第1〜4回の走査において各々4回のパルス状点灯
を行い、さらに第5回の走査において2回のパルス状点
灯を行い、第6回の走査においては消灯すればよいこと
が示されている。なお、いうまでもないが、積算照射強
度Isは、0または正の値のみ取りうることから、積算
照射強度Isは、正確には正弦波ではなく、正弦波を少
なくともその振幅だけ正方向にオフセットさせた波形に
近似した分布としている。
【0110】位相シフト型光線制御データメモリ15に
は、上述の制御をするための制御データが格納されてお
り、この制御データをレーザコントローラ13が読み込
むことにより、レーザ光源2が制御される。しかも、位
相シフト型光線制御データメモリ15には、正弦波の位
相がそれぞれ1/4周期分(位相角θ=0、π/2、
π、3π/2)ずつ異なるように制御する4種のデータ
が格納されており、このうちのいずれかがレーザコント
ローラ13に読み込まれる。なお、走査回数について
は、同期回路71がポリゴンミラー5の回転数を制御す
る。
【0111】なお、本実施形態においては、後述するよ
うに、空間コード化法によって求めた被測定物Mの粗形
状と、位相シフト法によって求めた被測定物Mの細部形
状とを容易に合成できるようにするため、上記したスト
ライプ状パターンの光線によって形成される256ヶの
小空間SSのそれぞれと、正弦波状パターンの光線の1
周期分とが一致するようにしておく。さらに具体的にい
うと、1/4周期ずつずれた4つの正弦波状パターン
が、Is0=cosθ、Is1=cos(θ+π/2)、Is2
cos(θ+π)、Is3=cos(θ+3π/2 )で表されると
き、θ=π、3π、5π、7π…の位置に、各小空間S
S同士の境界が位置するように、正弦波状パターンの位
相と空間コード化法による小空間との関係を決める。こ
れにより、後述するように、位相シフト法によって、
(2) 式を用いて求められる被測定物Mの計測点の位相θ
Mは、−π≦θM≦πの範囲で求められる。前記したよう
に、被測定物Mの計測点の位相θMが、実際はπ≦θM
≦3π 、あるいは、3π≦θM≦5π 、…である場合
には、位相シフト法による位相の算出では、これらのう
ちのπ、3π、5π…分は無視されることになる。しか
し、1つの空間コード番号が与えられる小空間SSと正
弦波パターンの1周期分とが対応するので、このような
場合、例えば、π≦θM≦3π の場合は、空間コード番
号が1だけずれる。同様に、3π≦θM≦5π の場合
は、空間コード番号が2だけずれる。このことから、上
記のような関係にすることで、正弦波の周期性により、
位相θM のうち無視された分は、空間コード化法により
求めた粗形状の値に対応することになる。
【0112】このようにして、スリット状光線を走査し
ながらスリット状光線を点滅させて積算照射強度分布を
正弦波状にすることにより、被測定物Mの表面には、1
フィールド分の撮像期間を通して積算すると濃淡縞状パ
ターンの光学像が形成され、被測定物Mの各部分の高さ
は濃淡縞状パターンの位相のずれ(ずれ量(変調量))
として観察されるようになる。そして、上記4種のデー
タに従った4種の光学像を撮像することで、後述する位
相シフト法により、各部分に照射された光線の位相が算
出でき、後述する三角測量の原理により、被測定物Mの
各部分の形状(高さ)が算出できる。
【0113】そこで、空間コード化法による計測の場合
と同様に、この光学像を被測定物Mの図中ほぼ真上から
CCDカメラ21(画素数512×240ヶ)で撮像
し、その出力である画像情報を画像メモリ22に格納す
る。なお、CCDカメラ21からの画像情報は、各画素
毎に明度を8ビットの階調(28 =256階調)で表わ
したデータとなっている。
【0114】なお、空間コード化法による計測の場合と
同様に、同期回路71の指示により、レーザコントロー
ラ13、ポリゴンミラー5とともに、CCDカメラ21
の撮像は同期して動作している。即ち、同期回路71
は、CCDカメラ21の1フィールド分の撮像期間(1
/60秒)中に、スリット状光線が被測定物Mを1また
は複数回の所定回数(本実施形態では、6回)走査する
ように、CCDカメラ21の撮像タイミングやポリゴン
ミラー5の回転数および各鏡面の角度を制御している。
さらに、位相シフト型光線制御データメモリ15のデー
タに従った所定パターンの光線を被測定物Mに照射する
ように、レーザコントローラ13がレーザ光源2を制御
するタイミングをもこれらに同期させている。
【0115】ついで、前記したように、セレクタ72の
指示により、位相シフト化画像情報取込メモリ51が画
像メモリ22に格納された画像情報を取り込む。これに
より、位相シフト型光線制御データメモリ15のデータ
に従ってレーザコントローラ13がレーザ光源2を制御
したときに撮像された画像情報は、位相シフト化画像情
報取込メモリ51に取り込まれる。
【0116】位相シフト化画像情報取込メモリ51につ
いては、図3にその詳細を示すように、画像メモリ22
から取り込んだ画像情報を、位相シフト化画像情報メモ
リ54a〜54dのいずれか(例えば54a)に格納す
る。
【0117】ついで、セレクタ72の指示によりレーザ
コントローラ13が位相シフト型光線制御データメモリ
15から、先回の撮像に使用しなかった(位相の異な
る)制御データを読み込み、これに従って、上記と同様
にレーザ光源2を点滅させる。ついで、この制御データ
に従い位相の異なる正弦波状パターンの光線により形成
された被測定物Mの光学像を撮像し、まだ位相シフト化
画像情報が格納されていない位相シフト化画像情報メモ
リ54a〜54dのいずれか(例えば54b)に格納す
る。これを、位相が1/4周期(位相角でπ/2)ずつ
異なる4種の制御データについて行う。なお、撮像の順
序は、位相角の順になっている必要はない。
【0118】各位相シフト化画像情報メモリ54a〜5
4dへ各データに従った位相シフト化画像情報がそれぞ
れ格納されたら、この4ヶの位相シフト化画像情報メモ
リ54a〜54dに格納された4フィールド分の位相シ
フト化画像情報を位相シフト型演算回路52に読み込
み、公知の位相シフト法と三角測量の原理(後述する)
に従って被測定物Mの形状(細部形状)を算出する。算
出された細部形状データは、細部形状データメモリ53
に格納される。なお、上記説明においては、先に空間コ
ード化法による粗形状の計測を行い、その後、位相シフ
ト法による細部形状の計測を行ったように記載したが、
計測の順序はこの逆でも良い。さらには、ストライプ状
パターンの光線を照射して行う8フィールド分の撮像
と、正弦波状パターンの光線を照射して行う4フィール
ド分の撮像とは、それぞれをまとめて行う必要はなく、
合計12フィールド分の撮像を任意の順序で行うことが
できる。
【0119】ついで、粗形状データと細部形状データの
合成について説明する。前記のように空間コード型演算
回路42によって算出され、粗形状データメモリ43に
格納された粗形状データと、上述したように位相シフト
型演算回路52によって算出され、細部形状データメモ
リ53に格納された細部形状データは、形状合成演算手
段60の形状合成処理回路61に取り込まれて処理され
る。図10は、形状合成処理回路61で行う合成処理を
説明する説明図である。図10(a) に示すように、破線
で示した略三角形状を有する被測定物Mを計測して得た
粗形状データD1は、量子化された階段状データとな
る。空間コード化法による計測では、被測定物Mの各部
分が属する空間に付された空間コード番号によってその
部分の高さを算出するからである。なお、図10(a)に
おいて、左右両裾(両端)部分は、被測定物Mがなく基
準面Lを計測した部分であるので、高さ=0の基準位置
Oとしている。
【0120】一方、図10(b)に示すように、同じ被測
定物Mを計測して得た細部形状データD2は、鋸歯状デ
ータとなる。位相シフト法による計測では、正弦波の周
期性により、位相のずれ量が2π、4π・・を越える
と、2π、4π・・の分のずれ量は無視して高さが算出
される、つまり本実施形態に即して言えば、、−π〜π
の範囲で位相が算出されるので、位相がπ、3π、5π
…を越えると、これらの値を越えた分は無視されるから
である。なお、図10(b)において、左右両端部分は、
図10(a)と同様に基準面Lを計測した部分であるの
で、高さ=0の基準位置O’としている。また、本実施
形態では、位相シフト法による位相角θの計測範囲を、
θ=−π〜πとした。このため、細部形状データD2
は、基準位置O’を中心として、正または負の高さデー
タとなる。
【0121】ついで、これらのデータD1およびD2を
足し合わせて合成する。なお、このとき、粗形状データ
D1の基準位置Oと細部形状データD2の基準位置O’
とを同じ高さに位置させる。すると、データD1とD2
は、図10(c)に示すように重ねられるので、各部分
(各画素)について高さデータを足し合わせることによ
り、図10(d)に示すように基準面Lからの被測定物M
の高さデータDMが得られた。図10(d)からも明らか
なように、本実施形態の形状計測装置によれば、高さの
高い被測定物Mであっても計測できる広いダイナミック
レンジを有している上に、データが階段状にならず、分
解能の高い計測が可能である。しかも、各部分における
粗形状データD1と細部形状データD2とを足し合わせ
ることで足り、被測定物Mの形状算出も容易である。
【0122】ここで、三角測量による高さ測定および空
間コード化法と位相シフト法による高さ測定の方法につ
いて簡単に説明する。まず、三角測量の原理について、
図11を参照して説明する。ここでは、基準面L上に置
かれた被測定物Mの図中上面を計測点とし、この高さZ
を測定するものとする。レーザ光源2から発射された光
線は、ポリゴンミラー5の鏡面5aで反射して被測定物
Mの上面に照射される。これをCCDカメラ21の対物
レンズ27を通して受光素子28上に結像させて撮像す
る。ここで、CCDカメラ21の光軸Uは、基準面Lに
垂直になるように配置されているものとし、基準面Lか
ら鏡面5aの走査中心MRまでの高さをhm、基準点Aか
らの偏向角をα、基準面LからCCDカメラ21の対物
レンズ27の主点までの高さをhc、対物レンズ27の焦
点距離をf、基準点AからCCDカメラ21の光軸Uま
での基準面L上の距離をm、CCDカメラ21の受光素
子28上の受光した画素位置(被測定物Mの上面を見込
む画素位置)をxとする。
【0123】このとき、被測定物Mの上面の高さZは、 Z={x・hc−f(m−hm・tanα)}/(x+f・tanα) (1) で表すことができる。図11より明らかなように、hc、
f、m、hmはいずれも被測定物Mと無関係な固定値であ
る。従って、xとαが判れば、(1)式よりZが算出でき
る。なお、上記式においては、y方向(図11における
紙面に垂直な方向)の座標(位置)が現れないが、CC
Dカメラ21の受光素子28のy方向画素位置から直接
導出されるので、3次元計測が可能となる。
【0124】ついで、空間コード化法による高さ計測に
ついて説明する。空間コード化法によれば、図12に示
すように光線を照射する空間を一連の空間コード番号S
cが付された小空間SSで細分することができる。即
ち、基準面Lから高さhmの位置にあるポリゴンミラー5
の鏡面5aの走査中心を中心とした断面扇状の小空間S
Sに細分でき、各小空間SSには、一連の空間コード番
号Sc=0、1,2,・・を付すことができる。そし
て、各空間コード番号Scの番号とその空間コードが付
された小空間SSの偏向角αとの関係は鏡面5aの角度
から算出することができる。
【0125】ここで、例えば、被測定物Mの上面が空間
コード番号Sc=4の空間内に位置していた場合には、
この被測定物Mの上面には、空間コード番号Sc=4に
特有のパターンで光線が照射される。例えば、図4に示
したグレイコードによって8フィールド分の撮像を行っ
た場合を考える。もし、メモリビット0から7のコード
の順に各フィールドを撮像したとすると、被測定物Mの
上面は、各フィールド毎に、暗、明、明、暗、暗、暗、
暗、暗(0,1,1,0,0,0,0,0)という順に明暗が現れること
になる(図4の太線枠内参照)。逆に言えば、被測定物
Mの上面の明暗を、8フィールド分の画像情報にわたっ
て点検すれば、その明暗の現れ方によって被測定物Mの
上面が属する空間コード番号Scを知ることができる。
従って、偏向角αも知ることができる。また、被測定物
Mの上面を見込む画素の位置xは明らかであるから、こ
れにより、上記(1)式によって被測定物Mの上面の高さ
Zを算出することができる。
【0126】ついで、位相シフト法による高さ計測につ
いて説明する。位相シフト法による測定においては、前
述のように、積算照射強度Isの分布が正弦波状となる
ように光線を照射する。しかも、各々1/4周期ずつ位
相の異なる分布を持つ4種の光線を照射するので、これ
を1つの図で表すと図13のようになる。即ち、図13
は、位相θ=0〜4πの範囲における積算照射強度Is
の分布を示す。ここで、4種の分布は、それぞれIs0
=cosθ、Is1=cos(θ+π/2)、Is2=cos(θ+
π)、Is4=cos(θ+3π/2) で表すことができる。
なお正確には、振幅の値12(=24/2)およびオフ
セットの値12を考慮すると、Is0=12(1+cos
θ)、Is1=12(1+cos(θ+π/2))、Is2=12
(1+cos(θ+π))、Is4=12(1+cos(θ+3π/
2))で表されるが、下記するように、(2)式において、
振幅およびオフセットの値はキャンセルされるので、こ
れらを無視して上記のように表しても同様の結果とな
る。このため、上記のように略記する。
【0127】ここで、前記三角測量の原理(図11参
照)で説明した被測定物Mの上面に、位相シフト法によ
る4種の分布の光線を照射すると、図13に示すよう
に、例えば、Is0=cosθの分布の光線を照射したとき
には、I0=cosθMの積算照射強度が観察される。同様
に、Is1=cos(θ+π/2)の分布の光線では、I1
cos(θM+π/2)の積算照射強度が観察される。ま
た、同様にI2=cos(θM+π)、I3=cos(θM+3π/
2)の積算照射強度が観察されることになる。ここで、
θMは、被測定物Mの上面(計測点)に光線が照射され
るときの位相角である。
【0128】逆に言えば、被測定物Mの上面(計測点)
の明度を、4フィールド分の画像情報にわたって点検す
れば、その明度の現れ方によって被測定物Mの上面に照
射される光線の位相角θMを知ることができる。具体的
な位相角θMの算出方法は、 θM=arctan{(I3−I1)/(I0−I2)} (2) で求めることができる。なお、明度から位相角θMを求
めるのには、互いに位相の異なる少なくとも3種の分布
の光線を照射すればよい。一方、本実施形態のように、
互いに1/4周期ずつ異なる4種の分布の光線を用いて
計測する場合には、上記式(2)により、被測定物Mの色
調等による反射率の違いや外乱光の影響を除外して位相
角θMが算出できる点で好ましい。
【0129】さらに、偏向角αと、位相角θMとの関係
は、予め求めておくことができるので、上記手法により
位相角θMを算出できれば、これに対応する偏向角αを
求めることができる。また、被測定物Mの上面を見込む
画素の位置xは明らかであるから、これにより、位相シ
フト法によっても上記(1)式によって被測定物Mの上面
の高さZを算出することができる。
【0130】このようにして、算出された被測定物Mの
形状データDMは、その後、演算処理部80や表示処理
部90に送られる。これらでは、被測定物Mの周囲長や
断面形状等を算出したり、ディスプレイ(図示しない)
によって被測定物Mの形状を表示したりする後加工が行
われる。
【0131】このように、本実施形態の形状計測装置1
00によれば、空間コード化法と位相シフト法の2種類
の計測を行うことにより、計測許容範囲(ダイナミック
レンジ)が広く、しかも高さの分解能の高い形状計測装
置とすることができた。また、被測定物Mの形状(高
さ)に不連続な部分(例えば切り立った壁状部分)があ
ったとしても高さを計測できる。なお、本実施形態にお
いては、光源1として、レーザ光源2からのレーザ光線
を整形して用いた例を示したが、レーザ光源を用いずに
通常の光源からの光線を整形して用いても良い。また、
光線走査手段4として、ポリゴンミラー5を用いた例を
示したが、他の偏向装置、例えば、ガルバノミラー等を
用いても良い。また、ポリゴンミラー5の面数について
も回転数や、走査範囲、走査回数等を考慮して適宜選択
すればよい。さらに、本実施形態においては基準面L上
に被測定物Mを載置してその形状を計測したが、計測に
おいて基準面Lが撮像される必要はなく、さらには基準
面Lを無くして、仮想基準面からの高さを計測するよう
にしても良い。
【0132】また、空間コード化法による粗形状の算出
および位相シフト法による細部形状の算出において、三
角測量の原理の基づき式(1) に従って高さZを算出する
点は共通である。従って、空間コード型形状演算手段4
0および位相シフト型形状演算手段50において、さら
に詳しく言えば、空間コード型演算回路42と位相シフ
ト型演算回路52において、共通する演算については、
共通する演算回路によって演算を行うようにしても良
い。
【0133】ところで、上記式(1)によって高さZを算
出するには、αからtanαを算出する必要があり、計算
が面倒で時間が掛かる。空間コード化法による粗形状の
算出においては、ある画素が見込む被測定物Mの表面の
属する空間コード番号Scを求め、この空間コード番号
Scから偏向角αを求め、さらに高さZを求める。従っ
て、ある画素について、ある空間コードが観察されたと
きの高さZの値を予め求めておけば、高さZの算出が容
易になる。そこで、各画素(本実施形態では、512×
240ヶ)について、各空間コード番号Sc(本実施形
態では、256ヶ)が観察された場合の高さZについ
て、予め高さデータテーブルとして保持しておき、面倒
な計算を省略して粗形状を算出するようにしても良い。
【0134】位相シフト法による細部形状測定において
は、式(2)の計算において、arctanの計算が必要であ
り、(I3−I1)/(I0−I2)の値から位相角θMの値を
検索できるように、予め位相角データテーブルを保持し
ておくと良い。また、位相シフト法による細部形状の算
出においては、ある画素が見込む被測定物Mの表面の位
相角θMを求め、この位相角θMから偏向角αを求め、さ
らに高さZを求める。従って、ある画素について、ある
位相角θMが観察されたときの高さZの値を予め求めて
おけば、高さZの算出が容易になる。ただし、位相角θ
Mは上述の空間コード番号Scと異なり連続値であるの
で、適当な間隔で区切る必要がある。このようにして、
各画素(本実施形態では、512×240ヶ)につい
て、有限個に区切った各位相角θMが観察された場合の
高さZについて、予め高さデータテーブルとして保持し
ておき、面倒な計算を省略して細部形状を算出するよう
にしてもよい。
【0135】(実施形態2)次に、本発明の第2の実施
形態について、図面と共に説明する。上記実施形態1で
は、空間コード化法によって形成される断面略扇状の小
空間SSの開き角を互いに等しい角度とし、この小空間
SSと正弦波状パターンの1周期分とをそれぞれ対応さ
せた。従って、正弦波状パターンの1周期分で照射され
る小空間も互いに等角度とした。また、求めた空間コー
ド番号Scから被測定物Mの粗形状を、算出した位相θ
Mから被測定物Mの細部形状をそれぞれ求め、これらを
合成して(足し合わせて)被測定物Mの形状を求めた。
【0136】これに対し、本実施形態では、空間コード
番号が与えられた小空間と1周期分の正弦波状パターン
がなす小空間とを同様に関係付けるものの、基準面のう
ち各小空間に属する(含まれる)基準面上の幅が、いず
れも等間隔となるようにする点で異なる。従って、開き
角度が等しくならず、基準面上の照射される正弦波状パ
ターンの1周期分の幅が、基準面上のいずれの部分でも
等しくされる。また、基準面から光線の照射中心MRま
での高さhcとCCDカメラの対物レンズの主点PLまで
の高さhmとを等しくする。さらに、求めた空間コード番
号から位相シフト法で求めた場合の位相に相当する粗位
相を求め、この粗位相と算出した細部位相とを足し合わ
せた合成位相から被測定物Mの形状を求める点でも異な
る。しかし、その他の部分は、上記実施形態1と同様で
あるので、同様な部分の説明は省略し、上記した相違点
を中心に説明する。
【0137】まず、本実施形態にかかる形状計測装置2
00について、図14とともに説明する。形状計測装置
200は、上記実施形態1の形状計測装置100と概略
同様な構成を備える。即ち、光線照射手段210と、撮
像手段20と、画像情報演算手段230と、コントロー
ル部270とを有している。
【0138】ここで、光線照射手段210は、後述する
ように、光線によって形成される小空間および1周期分
の正弦波状パターンで照射される空間の基準面L上の間
隔が等しくなるように光線を照射するので、このうち、
スリット状光線を制御する空間コード型光線制御手段2
11および位相シフト型光線制御手段214が、上記実
施形態1の形状計測装置100と異なる。この空間コー
ド型光線制御手段211には、空間コード型光線制御デ
ータメモリ(図14ではS型データメモリと表示)21
2と、レーザコントローラ213が含まれて、また、位
相シフト型光線制御手段14には、レーザコントローラ
2213、および、位相シフト型光線制御データメモリ
(P型データメモリと表示)15が含まれている。撮像
手段20は、前記形状計測装置100と同様に、CCD
カメラ21と画像メモリ22とを備える。
【0139】画像情報演算手段230は、被測定物Mの
粗位相θrを算出する空間コード型位相演算手段240
と、被測定物Mの精細位相θpを算出する位相シフト型
位相演算手段250と、これらを合成して被測定物Mの
形状を算出する合成位相−形状演算手段260とを有し
ている。さらに詳しく言えば、空間コード型位相手段2
40には、撮像手段20からの画像情報を取り込んで、
各画素毎に明暗の二値化画像情報に変換したうえで格納
する空間コード化画像情報取込回路(S型取込回路と表
示)241と、二値化画像情報から空間コード化法によ
り空間コード番号Scを知って、各画素毎に被測定物M
の粗位相θrを算出する粗位相演算回路242と、算出
された粗位相データを格納する粗位相データメモリ(粗
位相メモリと表示)243とが含まれている。
【0140】ここで、空間コード化画像情報取込回路2
41は、図15にその詳細を示すように、二値化演算回
路44と4個の二値化画像情報メモリ(二値化画像メモ
リと表示)245a〜245dとを有している。ここで
は、画像メモリ22から取り込んだ例えば8ビットの階
調をもつ各画素毎の明度画像情報を、まず二値化演算回
路44によって各画素分について明暗二値化情報に変換
し、その後、二値化画像情報メモリ245a〜245d
のいずれかに格納する。
【0141】また、位相シフト型画像情報演算手段25
0には、撮像手段20からの画像情報を取り込んで格納
する位相シフト化画像情報取込メモリ(P型取込メモリ
と表示)51と、画像情報の明度値から位相シフト法に
より各画素毎に被測定物Mの精細位相θpを算出する精
細位相演算回路252と、算出された精細位相データを
格納する精細位相データメモリ(精細位相メモリと表
示)253とが含まれている。なお、位相シフト化画像
情報取込メモリ51には、図16に示すように、前記実
施形態1と同様な、4つの位相シフト化画像情報メモリ
(P型画像メモリと表示)54a〜54dが含まれてお
り、画像メモリ22から取り込んだ例えば8ビットの階
調をもつ各画素毎の明度画像情報を、位相シフト化画像
情報メモリ54a〜54dのいずれかに格納する。さら
に、合成位相−形状演算手段260には、対応する画素
毎に粗位相データと精細位相データとを合成して合成位
相θcを求める位相合成回路261と、この合成位相θ
cから被測定物Mの形状を演算する形状演算回路262
とが含まれている。
【0142】さらに、コントロール部270には、同期
回路271とセレクタ72が含まれている。このうち、
同期回路271は、ポリゴンミラー5、レーザコントロ
ーラ213,およびCCDカメラ21の相互間での撮像
等のタイミングを調整する。また、セレクタ72は、空
間コード化法による計測、位相シフト法による計測を切
り替える。さらに、空間コード化法による計測におい
て、セレクタ72は、レーザコントローラ213が空間
コード型光線制御データメモリ212から読み込むコー
ドの選択(切り替え)および空間コード化画像情報取込
回路241に取り込み二値化した画像情報を格納する二
値化画像情報メモリ245a〜245dの選択を行う。
同様に、位相シフト法による計測において、セレクタ7
2は、レーザコントローラ213が位相シフト型光線制
御データメモリ215から読み込む制御データの選択
(切り替え)および位相シフト型形状演算手段50に取
り込んだ画像情報を格納する位相シフト化画像情報メモ
リ54a〜54dの選択を行う。
【0143】ここで、空間コード番号Scと位相との関
係について説明する。本実施形態においては、実施形態
1と同様に、1つの空間コード番号Scが与えられる小
空間SSが、それぞれ1周期分の正弦波状パターンの光
線で照射される小空間に一致するようにされている。さ
らに、正弦波状パターンの位相と空間コード化法による
小空間SSとの関係は、4種の正弦波状パターンのうち
の1つをIs0=cosθで表したとき、θ=0,2π,4
π…の位置に各小空間SS同士の境界SSWが位置する
ように選択した。
【0144】図17に、この関係を示す。空間コード番
号Sc=nおよびn+1が与えられた2つの小空間SS
について、各小空間と1周期分の正弦波状パターン(4
種類)とがそれぞれ対応している。この2つの小空間の
境界において、Is0=cosθ=1、従って、θ=0、
2π、4π…の関係となるようにされている。このよう
な関係を有していることから、空間コード番号Scと正
弦波状パターンの位相θとを関係付けることができる。
例えば、空間コード番号Scを、一連の0または正の整
数nとすれば(Sc=0,1,2,3,…,n,…)、
空間コード番号nは、θr=2nπの式によって、位相
θ(粗位相θr)に換算することができる。一方、各々
の小空間SS内で、位相シフト法によって、前記(2)式
に従い、θp=0〜2πの範囲で位相(精細位相θp)
を求めることができる。
【0145】従って、空間コード化法によって求めた空
間コード番号Scを粗位相θrに換算したことで、位相
シフト法で求めた精細位相θpと足し合わせるだけで、
両方法の結果を合成することができ、合成位相θc(=
θr+θp=2nπ+θp)を得ることができる。この
合成位相θcは、n=0、θp=0においてθc=0と
なるので、関係式が簡単である。しかも、粗位相θr
は、位相シフト法において正弦波の周期性によって無視
された2π、4π…の分の位相に相当するものとなる。
このため、上記実施形態1で説明したように、予め偏向
角αと合成位相θcとの関係を求めておけば、前記した
三角測量の原理に基づいて、前記(1)式によって、被測
定物Mの高さZが求められる。このようにした場合、通
常の位相シフト法では無視される2π、4π…の分の位
相が、粗位相θrによって補われるので、算出した高さ
データは鋸歯状になるなどの位相連結問題は生じない。
従って、算出した高さデータを順につなぎ合わせる補正
を行う必要もなく、各画素毎に求めた空間コード番号S
c及び精細位相θpから、直ちに高さZを求めることが
できる。
【0146】次に、光線を基準面L(および被測定物
M)に照射するにあたり、空間コード化法によって形成
される各小空間および、正弦波状パターンの1周期分の
光線がなす各小空間の開き角を等しくした場合(例え
ば、上記実施形態1の場合、図18参照)と、上記各小
空間に属する基準面L上の幅が、いずれも等間隔になる
ようにした場合(図19参照)、さらに、基準面Lから
照射中心MRまでの高さhmとCCDカメラ21の対物レ
ンズの主点PLまでの高さhcを等しくした場合(図20
参照)との違いについて説明する。
【0147】まず、各小空間の開き角を等しくした場
合、つまり上記実施形態1に相当する場合について説明
する。図18に示すように、照射中心MRを中心として
扇状に拡がり、一連の空間コード番号Sc(Sc=0,
1,2,…)が夫々与えられた小空間SSは、その開き
角βが各々同じにされている。一方、主点PLから放射
状に拡がる線は、CCDカメラ21の各画素(図示しな
い)が見込む光軸(画素光軸)PXLを示す。被測定物
Mが無いとした場合、各画素は、これらの画素光軸PX
Lと基準面Lとの交点a0〜i0に照射されるストライ
プパターンを感知することになる。従って、例えば、交
点c0に対応する画素から、空間コード番号Sc=2を
知るというように、各画素からは、それに対応する交点
a0〜i0が含まれる小空間SSに応じた空間コード番
号Scを知ることができる。なお、交点a0〜i0は等
間隔に並ぶ。これらに対応する画素(図示しない)が、
等間隔に並んで形成されているからである。
【0148】ここで、一定の高さを有する被測定物Mを
基準面L上に置いた場合を想定する。すると、各画素光
軸PXLのうちのいくつかは、この被測定物Mの上面と
の交点(例えば、c1〜g1)を形成する。つまり、こ
れらに対応する画素は、被測定物Mの上面を見込むこと
になる。例えば、もともと基準面Lのうち交点c0を見
込んでいた画素(図示しない)は、被測定物Mの上面の
うち交点c1を見込むことになる。これにより、画素が
感知する空間コード番号Scは、Sc=2からSc=3
に変化する。従って、空間コード番号Scが本来の値か
ら変化したことから、被測定物Mの存在を検知でき、そ
の高さ(量子化された値ではあるが)を算出することが
できる。同様に、交点e0を見込む画素が感知する空間
コード番号Scは、被測定物Mの存在により、Sc=3
からSc=4に変化する。
【0149】しかし、交点d0を見込む画素が感知する
空間コード番号Scは、被測定物Mが有ってもなくて
も、Sc=3のまま変化しない。従って、この画素で
は、被測定物Mの存在を検知できない、また、被測定物
の高さを算出できない。このことから、上記のように、
同じ開き角βをもつ小空間SSを構成するように光線を
照射した場合には、同じ高さの被測定物Mであっても、
その被測定物Mの置かれた基準面L上の位置の違いによ
って、被測定物Mを検出できたりできなかったり、ある
いはその高さを算出できたりできなかったりすること、
つまり、基準面L上の位置によって分解能が異なること
が判る。開き角βを等しくした場合には、小空間SS同
士の境界SSWと画素光軸PXLとの交点のうち隣接す
るもの同士を順に結ぶ線CLが、基準面Lと平行になら
ないためである。なお、1周期分の正弦波状パターンの
光線で照射される小空間SSについて考察する場合にも
同様であるから、位相シフト法によって被測定物Mの高
さを計測する場合にも、同様に分解能が位置によって変
化することが判る。
【0150】ついで、各小空間に属する基準面L上の幅
が、いずれも等間隔になるようにした場合について説明
する。図19に示すように、各小空間SSに属する基準
面L上の幅w、つまり、小空間SS同士の境界SSWと
基準面Lとの交点相互の間隔wがいずれも等しくなるよ
うに光線を照射する。但し、本図では、基準面Lから照
射中心MRまでの高さhmと、基準面Lから主点PLまで
の高さhcとが異なる場合、具体的には、hc<hmの場合に
ついて例示している。この場合にも、図19から判るよ
うに、小空間SS同士の境界SSWと画素光軸PXLと
の交点のうち隣接するもの同士を結ぶ線CLが、基準面
Lと平行にならない。従って、例えば、破線で示すよう
な被測定物Mを基準面L上に置いた場合、場所により各
画素で空間コード番号の変化を検知できるときとできな
いときとがあることが判る。つまり、基準面L上の位置
によって分解能が変化する。
【0151】最後に、各小空間に属する基準面L上の幅
が、いずれも等間隔になるようにし、かつ、hc=hmとし
た場合について説明する。図20に示すように、hc=hm
とした上で、各小空間SSに属する基準面L上の幅wが
いずれも等しくなるように光線を照射する。この場合に
は、図20から判るように、小空間SS同士の境界SS
Wと画素光軸PXLとの交点のうち隣接するもの同士を
結ぶ線CLが、基準面Lと平行になる。従って、例え
ば、図20に示すように、一定の高さを有する被測定物
Mを基準面L上に置いた場合、交点c1〜g1のいずれ
も、その属する小空間SSの空間コード番号Scが、被
測定物Mがない場合(交点c0〜g0の場合)に比べ
て、1だけ多い数になる。従って、場所によらず各画素
で空間コード番号の変化を検知でき、被測定物Mの高さ
が測定できる。つまり、基準面L上の位置によって分解
能が変化しない。このため、被測定物Mを基準面Lのど
の位置に置いたとしても、同様な測定結果が得られるこ
とになる。
【0152】なお、1周期分の正弦波状パターンの光線
で照射される小空間SSについて考察する場合にも同様
であるから、このようにすれば位相シフト法によって被
測定物Mの高さを計測する場合にも、同様に分解能が位
置によって変化しない。そこで、本実施形態では、この
条件に基づいて形状計測を行うようにする。このため、
偏向角αが大きくなるにつれて各小空間SSの開き角β
(図20ではβ0〜β8)が次第に小さくするようにさ
れる(β0>β1>…>β8)。つまり、偏向角αと各
小空間SSとの関係を考慮して、同期回路271および
レーザコントローラ213によって、レーザ光源2の点
滅間隔やポリゴンミラー5回転等を制御することで、上
記条件を実現する。あるいは、十分に速く点滅させうる
レーザ光源を用いて、最も開き角βの小さい小空間でも
十分な回数点滅できるようにした上で、各小空間内で点
滅する回数を制御するようにしても良い。
【0153】まず、セレクタ72により空間コード化法
による計測が選択された場合について説明する。実施形
態1と同様に、セレクタ72からの指示によりレーザコ
ントローラ13は空間コード型光線制御データメモリ2
12からデータを読み込み、このデータに従ってレーザ
光源2の点滅(スイッチング)の制御を行う。この点は
実施形態1と同様である。但し、本実施形態では、この
空間コード型光線制御データメモリ212には、4ビッ
トのグレイコードを用い(図21参照)、実施形態1の
場合(図4参照)よりも小空間SSの数を少なくし、ま
ず、0〜3のメモリビットのうちの1つを選択してレー
ザコントローラ12に読み込む。そして、選択したコー
ドのデータに従って、0〜15のメモリアドレスの順に
レーザ光源2を点滅させる。上記4ビットのグレイコー
ドに従った4種の光線を照射することで、光線が照射さ
れる空間は、空間コード化法により16ヶ(=24ヶ)
の一連の空間コード番号が付された断面略扇状の小空間
SSに分割される。
【0154】本実施形態では、被測定物Mを図14に示
すように、実施形態1と同様、CCDカメラ21で撮像
し、画像情報を画像メモリ22に格納する。同期回路2
71は、1フィールド分の撮像期間中に、スリット状光
線が被測定物Mを6回走査するように、CCDカメラ2
1の撮像タイミングやポリゴンミラー5の回転数、各鏡
面の角度、さらにレーザコントローラ213がレーザ光
源2を制御するタイミングを制御している。
【0155】空間コード化法により被測定物Mの形状を
計測するには、空間コード型光線制御データメモリ12
のデータに従ってレーザ光線を照射したときに撮像され
た画像情報を、セレクタ72の指示により、画像メモリ
22から空間コード化画像情報取込回路241に取り込
む。空間コード化画像情報取込回路241については、
上記において既に図15を参照して説明したように、画
像メモリ22から取り込んだ画像情報を、まず二値化演
算回路44によって各画素毎に明暗二値化画像情報に変
換し、その後、二値化画像情報メモリ245a〜245
dのいずれか(例えば245a)に格納する。ついで、
セレクタ72の指示によりレーザコントローラ213が
空間コード型光線制御データメモリ212から、先回の
撮像に使用しなかったメモリアドレスのコードを読み込
み、これに従ってレーザ光源2を点滅させる。このコー
ドに従ったストライプ状パターンの光線により形成され
た被測定物Mの光学像を撮像し、上記と同様に二値化画
像情報に変換し、まだ二値化画像情報が格納されていな
い二値化画像情報メモリ245a〜245dのいずれか
(例えば245b)に格納する。これを、メモリコード
0〜3に格納された4種のコードについて行う。
【0156】各二値化画像情報メモリ245a〜245
dへ各コードに従った二値化画像情報がそれぞれ格納さ
れたら、この4ヶのメモリ245a〜245dに格納さ
れた二値化画像情報を空間コード型位相演算回路242
に読み込む。その後、空間コード化法により、各画素毎
にその画素が見込む領域の属する小空間SSの空間コー
ド番号Scを算出する。さらに空間コード番号Scは粗
位相θr(=2nπ)に換算され、この粗位相データ
は、粗位相データメモリ243に格納される。
【0157】ついで、セレクタ72によって位相シフト
法による計測が選択された場合について説明する。この
場合には、セレクタ72からの指示によりレーザコント
ローラ213は位相シフト型光線制御データメモリ21
5からデータを読み込んでこのデータに従ってレーザ光
源2の制御を行う。位相シフト型光線制御データメモリ
215データに従ってレーザコントローラ13がレーザ
光源2を制御したときに撮像された画像情報は、位相シ
フト化画像情報取込メモリ51に取り込まれる。
【0158】本実施形態でも、照射する光線の照度分布
を正弦波状にするのに、上記実施形態1と同様に、第3
の手法により積算照射強度Isを変化させるが、前記し
たように6回の走査した上で、パルス状点灯を最大3回
とすることで、19(=3×6+1)段階に変化させ
る。また、基準面L上において走査方向に並んだ32ヶ
の小領域sについて1周期分の正弦波状パターンを持つ
積算照射強度分布を与えるようにした。なお、前記実施
形態では、各小空間SSの開き角βを等しくしたので、
基準面L上の小領域sの走査方向の幅は、偏向角αが大
きいほど小領域sの幅も広くなり、等間隔でなかった
が、本実施形態では、基準面Lが各小空間SSを横切る
幅が等しくされているので、各小領域sの幅も等しくさ
れる。
【0159】このようにして、実施形態1と同様に、4
種の濃淡縞状パターンの光学像をそれぞれ撮像すること
で、位相シフト法により、前記(2)式で各部分に照射さ
れた光線の位相θM(精細位相θp)が算出でき、算出
された精細位相データは、精細位相データメモリ253
に格納される。このようにして求めた粗位相θrおよび
精細位相θpは、位相合成回路261において、各画素
毎に合成される。具体的には、対応する粗位相θrと精
細位相θpとを足し合わせて、合成位相θc(=θr+
θp=2nπ+θp)とする。さらに、形状演算回路2
62において、合成位相θcに対応する偏向角αと画素
の位置xとから、(1)式に基づいて、各画素毎に高さZ
を算出する。従って、被測定物Mの各部の高さ、即ち、
形状が算出できる。以降は、実施形態1と同様に、演算
処理部80及び表示処理部90によって、断面形状を算
出したりワイヤーフレーム処理などを施し、ディスプレ
イなどに被測定物の形状を表示させる等の処理を行うこ
とができる。本実施形態では、空間コード番号Scを粗
位相θrに換算するので、(1)式による高さの計算を各
画素について1度行えば良く、計算が容易となる。しか
も、被測定物Mの位置によらず分解能を一定とすること
ができるので、被測定物Mの各部の形状を均一な分解能
で、しかも高分解能で計測することができる。
【0160】(実施形態3)ついで、本発明の第3の実
施の形態について、図面と共に説明する。本実施形態
は、上記実施形態2と概略同様であるが、被測定物の高
さの計算方法が異なるので異なる点を中心に説明し、同
様な部分は省略あるいは簡略に説明する。上記実施形態
2と同様に、本実施形態では、1つの空間コードが与え
られる小空間SSと1周期分の正弦波状パターンとを対
応させ、基準面のうち各小空間SSに属する基準面上の
幅がいずれも等間隔になるようにし、しかも、基準面L
から光線の照射中心MRまでの高さhcとCCDカメラの
対物レンズの主点PLまでの高さhmとを等しくした。こ
れにより、実施形態2において説明したように(図20
参照)、分解能が基準面L上のいずれの位置でも一定に
なる。このことから、上記実施形態2では用いなかった
が、以下の示すように、高さZの計算をさらに容易にす
ることができる。
【0161】基準面L上に被測定物Mを載置し、その上
面の測定点MSの高さZを測定する場合を考える。図2
2(a)に示すように、基準面Lから光線の照射中心M
Rまでの高さhcとCCDカメラの対物レンズの主点PL
までの高さhmとを等しくし、図示しないが、小空間SS
に属する基準面上の幅がいずれも等間隔になるように、
光線を照射するようにする。ここで、CCDカメラ21
の光軸Uと基準面Lとの交点をL0とし、光線LGTが
計測点MSに照射されているとする。ここで、計測点M
Sを照射する光線LGTと基準面Lとの交点をML0、
MSを見込む受光素子28上の画素の位置をxM、ML
0を見込む画素の位置をxL、xMとxLとの間隔をx0
とする。この場合、計測点MSは、CCDカメラ21の
光軸Uからずれた位置にある。しかし、上記したよう
に、基準面L上のどの位置でも分解能が同じであるか
ら、仮想的に被測定物Mを移動させた被測定物M1の上
面M1Sの高さを計測しても同じである。従って、図2
2(b)に示すように、計測点MS1が光軸U上に位置
するようにした場合について考察することにする。ここ
で、計測点MS1を照射する光線LGT1と基準面Lと
の交点をML1、L0とML1との間隔をm1、L0お
よびMS1を見込む受光素子28上の画素の位置をxL
0、ML1を見込む画素の位置をxL1、xL0とxL
との間隔をx1とする。すると、2つの三角形△PL−
MR−MS1と△L0−ML1−MS1とは、相似形と
なるので(△PL−MR−MS1 △L0−ML1−M
S1)、 (hm−Z)/m=Z/m1 (3) となる。一方、2つの三角形△PL−xL0−xL1と
△PL−L0−ML1も相似形であるので(△PL−x
L0−xL1 △PL−L0−ML1)、 x1/f=m1/hm (4) となる。この2式(3)(4)から、 Z=x1・hm2/(f・m+x1・hm) (5) となる。ここで、hm、m、fは既知であるので、x1が
判れば、tanαの計算を含む前記(1)式を用いなくても、
(5)式によって高さZを求めることができることが判
る。
【0162】受光素子28の位置xMにある画素は、被
測定物Mを置いたために、本来(被測定物がなかったと
した場合)、位置xLにある画素が受光する空間コード
番号Scや位相θMの光を受光する。同じく、位置xL
にある画素は、被測定物M1により、本来、位置xL
の画素で受光するはずの空間コード番号Scや位相θM
の光を受光する。従って、xL0の位置にある画素が、
高さZの被測定物M1によって、本来、距離x1だけず
れた画素で受けるはずの空間コード番号Scや位相θM
の光を受光したとすれば、空間コード番号Scや位相θ
Mのずれ量から、x1を求めることができ、上記(5)式に
よって、高さZと求めることができることになる。
【0163】ここで、上記したように、各小空間SSに
属する基準面L上の幅を等間隔としている。また、受光
素子28上の画素が等間隔に並んでいるため、各画素が
基準面Lを見込む幅も等間隔になる。そこで、例えば、
受光素子28の受光領域の幅W(mm)にVヶの単位受光素
子(画素)が並んでいるとし、1つの空間コード番号を
与える小空間SSに属する基準面L上の領域を、各々P
ヶの画素が見込むとする。位置xL0にある画素が、本
来受光して検知する空間コード番号から、NCヶずれた
空間コード番号(これは、間隔x1だけ離れた位置xL
1にある画素が検知するはずであった)を検知したとす
ると、x1は、 x1=NC・P・W/V (6) によって求めることができる。一方、間隔x0は、被測
定物Mが置かれた基準面L上の位置で異なる値となる
が、前記したように、分解能は位置に依存しない。つま
り、空間コード番号Scのずれ量は、高さZにのみ依存
するので、空間コード番号Scのずれ量も、基準面L上
のいずれの位置にあっても同じになる。つまり、高さZ
の被測定物を基準面上のどの位置に置いても、空間コー
ド番号Scのずれ量は同じ値になる。従って、位置xM
における画素が、本来受光するはずであった光と実際に
受けた光との間の空間コード番号Scの空間コード番号
ずれ量(以下、単に番号ずれ量ともいう)NCを用い
て、上記(6)式からx1を求めることができ、(5)式に
(6)式を代入して、 Z=NC・P・W・hm2/(V・f・m+NC・P・W・hm) (7) により、高さZ(粗形状)を求めることができる。この
ためには、被測定物Mを無くして基準面Lを照射した場
合に、演算されるはずの基準空間コード番号Scbを各
画素毎に基準として記憶しておき、これに対して、実際
に得られた空間コード番号Scとの番号ずれ量NCを算
出すればよい。
【0164】同様に、位相θMについても、高さZが等
しければ、基準面L上の位置に拘わらず、位相のずれ量
は同じになる。従って、1周期分(2π(rad)=360
(deg))の正弦波状パターンをPヶの画素で見込み、位
置xL0にある画素が、本来受光する位相に対してNP
(deg)ずれた位相の光線を受光したとすると、 x1=NP・P・W/(360・V) (8) となる。この(8)式を(5)式に代入して、 Z=NP・P・W・hm2/(360・V・f・m+NP・P・W・hm) (9) により、高さZ(細部形状)を求めることができる。こ
のためには、被測定物Mを無くして基準面Lを照射した
場合に、演算されるはずの基準位相θMbを各画素毎に
基準として記憶しておき、これに対して、実際に得られ
た位相θMとの位相ずれ量NPを算出すればよい。この
ようにすれば、上記(7)式および(8)式でそれぞれ求めた
2つの高さZから、これらを足し合わせることで、tan
の計算などをすること無しに、容易に被測定物Mの形状
を求めることができる。
【0165】本実施形態にかかる形状計測装置300を
図23に示す。この形状計測装置300は、上記実施形
態2の形状計測装置200(図14参照)と概略同様の
構成を有するが、画像情報演算手段330が異なる。こ
の画像情報演算手段330は、被測定物Mの粗形状を算
出する空間コード型形状演算手段340と、被測定物M
の細部形状を算出する位相シフト型形状演算手段35
0、および前記実施形態1と同じく粗形状と細部形状と
を合成して被測定物Mの形状を算出する形状合成演算手
段60とを有している。
【0166】さらに詳しく言えば、空間コード型形状演
算手段340には、実施形態2と同様な空間コード化画
像情報取込回路(S型取込回路と表示)241と、空間
コード番号ずれ量演算回路(番号ずれ量演算回路と表
示)342と、粗形状演算回路344と、実施形態1と
同様な粗形状データメモリ(粗形状メモリと表示)43
とが含まれている。
【0167】ここで、空間コード化画像情報取込回路2
41は、撮像手段20から画像情報を取り込んで明暗の
二値化画像情報に変換したうえで格納する。空間コード
番号ずれ量演算回路342は、各画素毎に二値化画像情
報から空間コード番号Scを演算し、さらに基準空間コ
ード番号Scbとの空間コード番号ずれ量NCを算出す
る。粗形状演算回路344は、番号ずれ量NCから被測
定物Mの粗形状を算出する。粗形状データメモリ43
は、算出された粗形状データを格納する。なお、図24
に示すように、空間コード番号ずれ量演算回路342
は、基準空間コード番号Scbを記憶している基準空間
コード番号メモリ346と、二値化画像情報から空間コ
ード番号Scを演算し、さらに、各画素について基準空
間コード番号Scbとの番号ずれ量NCを算出する番号
・番号ずれ量演算回路345とを有する。また、実施形
態2と同様に、空間コード化画像情報取込回路241に
は、二値化演算回路44と4個の二値化画像情報メモリ
(二値化画像メモリと表示)245a〜245dとを有
している。
【0168】また、位相シフト型形状演算手段350に
は、実施形態1,2と同様の位相シフト化画像情報取込
メモリ(P型取込メモリと表示)51と、位相ずれ量演
算回路352と、細部形状演算回路354と、実施形態
1と同様な細部形状データメモリ(細部形状メモリと表
示)53とが含まれている。ここで、位相シフト化画像
情報取込メモリ51は、撮像手段20からの画像情報を
取り込んで格納する。位相ずれ量演算回路352は、各
画素毎に画像情報から位相θMを演算し、さらに基準位
相θMbとの位相ずれ量NPを算出する。細部形状演算
回路354は、位相ずれ量NPから被測定物Mの細部形
状を算出する。細部形状データメモリ53は、算出され
た細部形状データを格納する。なお、図25に示すよう
に、位相ずれ量演算回路352は、基準位相θMbを記
憶している基準位相メモリ356と、画像情報から位相
θMを演算し、さらに、各画素について基準位相θMbと
の位相ずれ量NPを算出する位相・位相ずれ量演算回路
355とを有する。
【0169】このような形状計測装置300によれば、
空間コード化法及び位相シフト法によって各画素毎に空
間コード番号Scや位相θMを得て、番号ずれ量NCや
位相ずれ量NPから、複雑で時間の掛かるtanの計算を
無くして、容易に粗形状および細部形状を得、さらに、
足し合わせることで容易に、しかも広いダイナミックレ
ンジで、高分解能で被測定物の形状を得ることができ
る。なお、本実施形態においては、上記実施形態1、2
と同様に、各画素毎に粗形状データと細部形状データを
足し合わせれば足り、位相シフト法において生じる高さ
データの不連続解消のための補正作業が不要であること
は、もちろんである。また、上記実施形態2と同様に、
被測定物Mを基準面L上のいずれの位置に置いても、均
一な分解能が得られることも言うまでもない。したがっ
て、被測定物Mの各部の形状を均一な分解能で、しかも
高分解能で計測することができる。また、本実施形態で
は、基準空間コード番号Scbおよび基準位相θMbを
予めメモリ346,356に記憶させておいたが、被測
定物Mの計測の前、または後に基準面Lに光線を照射し
て、この画像情報から基準空間コード番号Scbや基準
位相θMbを得るようにしても良い。
【0170】(実施形態4)さらに、第4の実施の形態
を図面と共に説明する。本実施形態は、上記実施形態3
と概略同様であり、空間コード番号ずれ量NCおよび位
相ずれ量NPを用いて、被測定物の形状を演算するが、
1つの空間コード番号を与えられる小空間と正弦波状パ
ターンのとの関係、および、被測定物の高さの計算方法
が異なるので異なる点を中心に説明し、同様な部分は省
略あるいは簡略に説明する実施形態1〜3においては、
いずれも、1つの空間コード番号Scが与えられる小空
間SSと、1周期分の正弦波状パターンで照射される小
空間とが一致する関係とされていた。これに対し、本実
施形態では、図26に示すように、1つの空間コード番
号Scが与えられる小空間SSは、1/2周期分の正弦
波状パターンで照射される小空間と一致する関係とされ
ている。このようにしても、位相連結問題を解決し、空
間コード化法による計測結果と位相シフト法による計測
結果とを、容易に合成することができる。
【0171】さらに、本実施形態では、正弦波状パター
ンの位相と空間コード化法による小空間SSとの関係
は、4種の正弦波状パターンのうちの1つをIs0=cos
θで表したとき、θ=−π/2、π/2,3π/2、5
π/2,…の位置に各小空間SS同士の境界SSWが位
置するように選択した。このようにすると、前記(2)式
で算出される位相θMが、−π/2〜π/2の範囲で計
算される。前記(2)式では、位相θMを算出するのにarct
anの計算を伴う。関数tanθは、tanθ=tan(θ+π)で
あるから、そのグラフを考えれば容易に判るように、1
周期分の範囲であるθ=−π〜π(あるいは0〜2π)
の範囲において、同じ値となる位相が2つずつ存在す
る。従って、arctanの計算のみでは、−π〜πの範囲に
ある2つの位相のうち、実際の値がどちらであるかを判
別することができない。従って、上記実施形態1〜3の
ように、実際に(2)式で位相θMを算出するには、arctan
の計算とは別に、I3−I1およびI0−I2の正負を
判別して、位相θMが第1〜第4象限のうちのどの象限
に有るかを判別する必要がある。これに対して、本実施
形態のように、位相θMが、θM=−π/2〜π/2の範
囲で計算されるようにすると、この範囲では、位相θM
が一義的に定まるので、上記のようにして、位相θM
属する象限を判断する必要がない。従って、さらに容易
に位相θMを求めることができる。
【0172】空間コード番号Scと正弦波状パターンの
位相θとを上記のような関係にすることにより、空間コ
ード番号Scは位相に換算することができ、図26に示
すように、空間コード番号Sc=0,1,2…n,n+
1,…としたとき、空間コード番号nは、θr=nπの
式によって、位相θ(粗位相θr)に換算することがで
きる。一方、各々の小空間SS内で、位相シフト法によ
って、前記(2)式に従い、θ=−π/2〜π/2の範囲
で位相θM(精細位相θp)を求めることができる。従
って、実施形態2と同様に、空間コード化法によって求
めた空間コード番号Scを粗位相θrに換算したこと
で、位相シフト法で求めた精細位相θpと足し合わせる
だけで、両方法の結果を合成することができ、合成位相
θc(=θr+θp=nπ+θp)を得ることもでき
る。この合成位相θcは、n=0、θp=0で、θc=
0となるので、関係式が簡単である。
【0173】ところで、実施形態3においては、合成位
相θcや粗位相θr、精細位相θpから直接(1)式によ
って高さZを求めないで、基準空間コード番号Scbや
基準位相θbを用いて番号ずれ量NCおよび位相ずれ量
NPを求め、(7)および(9)式により、簡易に粗形状及び
細部形状を求め、これを足し合わせて被測定物の形状を
求めた。そこで、本実施形態でも、合成位相θcや粗位
相θr、精細位相θpから、番号ずれ量NCおよび位相
ずれ量NPを求める手法をとる。ただし、実施形態3と
異なり、番号ずれ量NCを換算して換算位相ずれ量ND
とし、これと位相ずれ量NPとを足し合わせて合成位相
ずれ量NPD(=ND+NP)を求め、(9)式にこの合
成位相ずれ量NPDを適用して形状を求める。つまり、
前記(9)式のNPをNPDに代えて、 Z=NPD・P・W・hm2/(360・V・f・m+NPD・P・W・hm) (10) により求める。これにより、簡易な(10)式により、容易
に被測定物の形状を求めることができる。しかも、実施
形態3に比べても、番号ずれ量NCから粗形状を求める
必要がないので、計算が容易になる。なお、図26から
容易に判るように、空間コード番号Scの値がnからn
+1に変化したとき、粗位相θrの値はnπから(n+
1)πに変化するのであるから、番号ずれ量NCを換算
位相ずれ量NDに換算するには、ND=π・NCとすれ
ばよい。従って、NPD=ND+NP=π・NC+NP
であるので、上記(10)式は、下記のようになる。
【0174】
【数1】
【0175】ついで、本実施形態にかかる形状計測装置
400を図27に示す。この形状計測装置400は、上
記実施形態3の形状計測装置300(図23参照)と概
略同様の構成を有するが、画像情報演算手段430が異
なる。この画像情報演算手段430は、被測定物Mの番
号ずれ量NCを算出する空間コード型ずれ量演算手段4
40と、被測定物Mの位相ずれ量NPを算出する位相シ
フト型ずれ量演算手段350、および番号ずれ量NCと
位相ずれ量NPとを合成して被測定物Mの形状を算出す
る形状演算手段460とを有している。
【0176】さらに詳しく言えば、空間コード型ずれ量
演算手段440には、実施形態2、3と同様な空間コー
ド化画像情報取込回路(S型取込回路と表示)241
と、実施形態3と同様な空間コード番号ずれ量演算回路
(番号ずれ量演算回路と表示)342と、番号ずれ量デ
ータメモリ(番号ずれ量メモリと表示)443とが含ま
れている。ここで、空間コード化画像情報取込回路24
1は、撮像手段20から画像情報を取り込んで明暗の二
値化画像情報に変換したうえで格納する。空間コード番
号ずれ量演算回路342は、各画素毎に二値化画像情報
から空間コード番号Scを演算し、さらに基準空間コー
ド番号Scbとの空間コード番号ずれ量NCを算出す
る。番号ずれ量データメモリ443は、算出された番号
ずれ量データを格納する。なお、図28に示すように、
実施形態3と同様、空間コード番号ずれ量演算回路34
2は、基準空間コードメモリ346と番号・番号ずれ量
演算回路345とを有する。また、実施形態2、3と同
様に、空間コード化画像情報取込回路241には、二値
化演算回路44と4個の二値化画像情報メモリ(二値化
画像メモリと表示)245a〜245dとを有してい
る。
【0177】また、位相シフト型ずれ量演算手段450
には、実施形態1〜3と同様の位相シフト化画像情報取
込メモリ(P型取込メモリと表示)51と、実施形態3
と同様な位相ずれ量演算回路352と、位相ずれ量デー
タメモリ(位相ずれ量メモリと表示)453とが含まれ
ている。ここで、位相シフト化画像情報取込メモリ51
は、撮像手段20からの画像情報を取り込んで格納す
る。位相ずれ量演算回路352は、各画素毎に画像情報
から位相θMを演算し、さらに基準位相θMbとの位相ず
れ量NPを算出する。位相ずれ量データメモリ453
は、算出された位相ずれ量データを格納する。なお、図
29に示すように、実施形態3と同様、位相ずれ量演算
回路352は、基準位相メモリ356と位相・位相ずれ
量演算回路355とを有する。
【0178】また、形状合成演算手段460は、各画素
毎に、番号ずれ量NCを換算位相ずれ量NDに換算し、
これを位相ずれ量NPと足し合わせて合成位相ずれ量N
PDを求めるずれ量合成回路461と、上記(10)式に基
づき、被測定物の形状を求める形状演算回路462とを
有する。なお、上記では、形状合成演算手段460を2
つの回路(ずれ量合成回路461と形状演算回路46
2)で構成したが、前記(11)式を用いて、番号ずれ量N
Cと位相ずれ量NPとから、一挙に被測定物の形状を求
めるようにしても良い。
【0179】このような形状計測装置400によれば、
各画素毎に空間コード番号Scや位相θMを得て、番号
ずれ量NCや位相ずれ量NPを算出し、複雑で時間の掛
かるtanの計算することなく、容易に被測定物の形状を
得ることができる。さらに、番号ずれ量NCを換算位相
ずれ量NDに換算するので、実施形態3に比べても容易
に、しかも広いダイナミックレンジで、高分解能で被測
定物の形状を得ることができる。なお、本実施形態にお
いては、上記実施形態1〜3と同様に、位相シフト法に
おいて生じる高さデータの不連続解消のための補正作業
が不要である。また、上記実施形態2、3と同様に、被
測定物Mを基準面L上のいずれの位置に置いても均一な
分解能が得られるので、被測定物Mの各部の形状を均一
な分解能で、しかも高分解能でく計測することができ
る。また、上記実施形態1〜4においては、積算照射強
度Isを正弦波状に分布させるのに3つ挙げた手法のう
ち、第3の手法によってが、第1、第2の手法によって
も良い。
【0180】(実施形態5)上記実施形態1〜4におい
ては、空間コード化法による計測と位相シフト法により
計測の両方を行ったものについて説明した。本実施形態
では、位相シフト法による計測で被測定物Mの形状を計
測するものを示す。図30は本発明の実施形態5にかか
る形状計測装置500の説明図である。本実施形態の形
状計測装置500は、実施形態1において説明した形状
計測装置とほぼ同じ構成を有する。ただし、空間コード
化法による計測を行わず、また、粗形状とデータと細部
形状データとの合成も行わないので、空間コード型光線
制御データメモリ12や空間コード型形状演算手段4
0、形状合成演算手段60、セレクタ72が除かれてい
る。また、後述するように形状演算において若干異なる
処理を行うため、位相シフト型演算回路(P型演算回路
と表示)552、形状データメモリ(形状メモリと表
示)553となっている。即ち、形状計測装置500
は、基準面Lに載置された被測定物Mに光線を照射する
光線照射手段10と、光線を照射されてできる光学像を
撮像する撮像手段20と、撮像された画像情報から被測
定物Mの高さや形状を算出する位相シフト型形状演算手
段550と、コントロール部70とを有している。
【0181】また、位相シフト型画像情報演算手段55
0には、撮像手段20からの画像情報を取り込んで格納
する位相シフト化画像情報取込メモリ(P型取込メモリ
と表示)51と、画像情報の明度値から位相シフト法に
より被測定物の細部形状を算出し、さらに、不連続なデ
ータをつないで被測定物の形状を算出する位相シフト型
演算回路552と、算出された形状データを格納する形
状データメモリ553とが含まれている。さらに、コン
トロール部70には、同期回路71が含まれている。
【0182】本実施形態の形状計測装置500の各部の
動作は、実施形態1の形状計測装置100における各部
とほぼ同じであるので、同じ部分の説明は省略し、これ
と異なる部分のみ以下に説明する。
【0183】各位相シフト化画像情報取込メモリ51内
に位相シフト化画像情報がそれぞれ格納されたら、この
メモリ51に格納された4フィールド分の位相シフト化
画像情報を位相シフト型演算回路552に読み込み、ま
ず実施例1と同様に位相シフト法と三角測量の原理に従
って被測定物Mの形状(細部形状)を算出する。算出さ
れた細部形状データD2は、実施形態1において説明し
たように、位相がπおよび−πとなる点で不連続になる
(図31(a)参照)。そこで、図31(a)に示すように、
算出された細部形状データD2のうち、不連続点J1〜
J6およびK1〜K6を、被測定物Mが滑らかな連続的
形状であると仮定して、同じ高さと見なして補正する。
即ち、それぞれ対応する点(例えばJ1とK1、J2と
K2・・)を同じ高さとしてデータD2をつなぎあわせ
る。これにより、図31(b) に示すように、被測定物M
の形状データDMを得ることができる。
【0184】本実施形態によれば、被測定物Mの形状
(高さ)に不連続な部分がある場合に補正が困難となる
が、空間コード化法による測定が不要である点で、計測
が簡易になり、高い分解能の計測が可能である。なお、
本実施形態において、積算照射強度Isを正弦波状パタ
ーンとするのに、実施形態1と同様に1フレーム分の撮
像期間内に、6回走査を行い、さらに、各々最大4回の
パルス状点灯を行って、25(=4×6+1)段階に積
算照射強度Isを変化させたが、その他、実施形態1に
おいて説明した第1,第2の手法に従って、積算照射強
度Isを他段階に変化させるようにしても良い。
【0185】(実施形態6)ついで、本発明の第6の実
施の形態について、図面と共に説明する。本実施形態に
おいては、上記実施形態2と同様に、基準面Lのうち、
1周期分の正弦波状パターンの光線にそれぞれ照射され
る小空間SSに属する幅を、いずれも等間隔にした(図
20参照)。つまり、基準面L上に照射された光線のパ
ターンを見たとき、基準面L上のいずれの部分でも波長
が一定となるように光線を照射した。このようにした場
合、前記したように、基準面L上のいずれの位置に被測
定物を置いても、分解能が一定に保たれる。このように
するため、図32に示す本実施形態の形状計測装置60
0は、実施形態5の形状計測装置500とほぼ同様な構
成を有するが、実施形態2と同様に、位相シフト型光線
制御手段614(レーザコントローラ613および位相
シフト型光線制御データメモリ614)やコントロール
部670の同期回路671が、形状計測装置500のそ
れと異なっている。また、位相シフト型画像情報演算手
段650において、位相シフト型演算回路(P型演算回
路と表示)652では、位相シフト法によって前記(2)
式から位相θMを求め、三角測量の原理から(1)式に従っ
て高さZを求め、実施形態5と同様に、不連続点を補正
する。このようにして求めた高さデータ(形状データ)
は、上記したように、位置に拘わらず分解能が一定にな
るので、被測定物Mの各部の形状を均一な分解能で、し
かも高分解能で計測することができる。
【0186】なお、本実施形態では求めた位相θM
ら、直接(1)式を用いて高さZと算出したが、前記実施
形態3,4と同様に、被測定物Mを無くして基準面Lを
照射した場合に、演算されるはずの位相θMbを各画素
毎に基準位相として記憶しておき、これに対して、実際
に得られた位相θMとの位相ずれ量NPを算出し、位相
ずれ量NPから、上記(9)式によって高さZを算出して
も良い。このようにすれば、複雑なtanの計算をするこ
と無しに、容易に高さZを算出することができる。
【0187】以上において、本発明を実施形態1〜6に
即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更
して適用できることはいうまでもない。例えば、上記実
施形態では、1つの空間コード番号が与えられる小空間
が、1周期または1/2周期分の正弦波状パターンの光
線で照射される小空間と一致する関係としたが、1周期
以下の他の値と対応するようにしても良く、例えば、1
/4周期などと対応させるようにしても良い。また、上
記実施形態では、レーザ光源を用いたが、十分な光量を
確保できるならば、他の光源を用いても良い。また、上
記実施形態2〜5においても、実施形態1で説明したの
と同様に、各画素について、空間コード番号や番号ずれ
量、あるいは位相や位相ずれ量を求めたら、予め作成し
ておいたデータテーブルを用いて、粗形状や細部形状、
あるいは被測定物の形状を求めるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1にかかる形状計測装置の説明図であ
る。
【図2】空間コード化画像情報取込回路の内容を説明す
るための説明図である。
【図3】位相シフト化画像情報取込メモリの内容を説明
するための説明図である。
【図4】空間コード型光線制御データメモリのデータ内
容を説明するための説明図である。
【図5】積算照射強度を変化させる第1の手法を説明す
るための説明図である。
【図6】積算照射強度を変化させる第1の手法の変形例
を説明するための説明図である。
【図7】積算照射強度を変化させる第2の手法を説明す
るための説明図である。
【図8】積算照射強度を変化させる第3の手法を説明す
るための説明図である。
【図9】第3の手法によって積算照射強度を正弦波状に
分布させた例である。
【図10】粗形状データと細部形状データとを合成する
様子を説明する説明図である。
【図11】三角測量による高さ計測を説明する説明図で
ある。
【図12】空間コード化法における偏向角の求め方を説
明する説明図である。
【図13】位相シフト法により位相を求める方法を説明
するための説明図である。
【図14】実施形態2にかかる形状計測装置の説明図で
ある。
【図15】実施形態2にかかる空間コード化画像情報取
込回路の内容を説明するための説明図である。
【図16】実施形態2にかかる位相シフト化画像情報取
込メモリの内容を説明するための説明図である。
【図17】空間コード番号と正弦波状パターンとの関
係、空間コード番号から求めた粗位相θr、正弦波状パ
ターンから求めた精細位相θpおよび合成位相θcの関
係を示す説明図である。
【図18】光線によって形成される小空間の開き角が等
しくなるように照射した場合の分解能を説明する説明図
である。
【図19】光線によって形成される小空間のうち、基準
面上の間隔を等しくして照射した場合の分解能を説明す
る説明図である。
【図20】光線によって形成される小空間のうち、基準
面上の間隔を等しく、かつ基準面から照射中心までの高
さhmと対物レンズの主点hcを等しくして照射した場合の
分解能を説明する説明図である。
【図21】実施形態2にかかる空間コード型光線制御デ
ータメモリのデータ内容を説明するための説明図であ
る。
【図22】図20に示す場合において、高さZを簡略に
求める計算式の導出を説明する説明図であり、(a)は
被測定物を移動させる前、(b)は被測定物を仮想的に
移動させた状態を示す説明図である。
【図23】実施形態3にかかる形状計測装置の説明図で
ある。
【図24】実施形態3にかかる空間コード型形状演算手
段の内容を説明するための説明図である。
【図25】実施形態3にかかる位相シフト型形状演算手
段の内容を説明するための説明図である。
【図26】実施形態4にかかる形状計測装置において、
空間コード番号と正弦波状パターンとの関係、空間コー
ド番号から求めた粗位相θr、正弦波状パターンから求
めた精細位相θpおよび合成位相θcの関係を示す説明
図である。
【図27】実施形態4にかかる形状計測装置の説明図で
ある。
【図28】実施形態4にかかる空間コード型形状演算手
段の内容を説明するための説明図である。
【図29】実施形態4にかかる位相シフト型形状演算手
段の内容を説明するための説明図である。
【図30】実施形態5にかかる形状計測装置の説明図で
ある。
【図31】細部形状データの補正方法を説明する説明図
である。
【図32】実施形態6にかかる形状計測装置の説明図で
ある。
【図33】空間コード化法を用いた従来の形状計測装置
の構成を示す図である。
【図34】位相シフト法を用いた従来の形状計測装置の
構成を示す図である。
【図35】被測定物を空間コード化法および位相シフト
法で形状を計測したときの形状データの説明図である。
【符合の説明】
1 光源 2 レーザ光源 4 光線走査手
段 10,210 光線照射手
段 11,211 空間コード
型光線制御手段 14,214,614 位相シフト
型光線制御手段 20 撮像手段 21 CCDカメ
ラ 30,230,430 画像情報演
算手段 40,240,340,440 空間コード
型形状演算手段 50,250,350,450,550,650 位相
シフト型形状演算手段 60,260,460 形状合成演
算手段 70,270,670 コントロー
ル部 100,200,300,400,500,600 形
状計測装置 M 被測定物 L 基準面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 進 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ株式会社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1フィールドまたは1フレーム分の撮像
    期間内に照射される光線の積算照射強度分布が、所定コ
    ードに従うストライプ状パターンの光線、および、正弦
    波状パターンの光線を、順次、被測定物に照射する光線
    照射手段と、 上記光線により上記被測定物の表面に生じる光学像を積
    分型撮像部材によって撮像する撮像手段と、 該撮像手段から出力される複数フィールドまたは複数フ
    レームの画像情報を演算処理することにより上記被測定
    物の形状を算出する画像情報演算手段と、を有し、 該画像情報演算手段は、 上記被測定物に上記所定コードに従ったストライプ状パ
    ターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報
    と、上記被測定物に上記正弦波状パターンの光線を照射
    して得られた位相シフト化画像情報とから、被測定物の
    形状を算出する形状計測装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の形状計測装置であっ
    て、 前記ストライプ状パターンの光線と前記正弦波状パター
    ンの光線とは、 0<J≦1としたとき、上記ストライプ状パターンの光
    線により1つの空間コード番号が与えられる小空間が、
    それぞれ、J周期分の前記正弦波状パターンの光線によ
    って照射される小空間に一致する関係とされていること
    を特徴とする形状計測装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の形状計測装置であっ
    て、 前記Jを、1または1/2としたことを特徴とする形状
    計測装置。
  4. 【請求項4】 請求項2または請求項3に記載の形状計
    測装置において、 前記1つの空間コード番号が与えられ、かつ前記J周期
    分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空
    間は、略扇状断面の開き角が、いずれも等角度にされて
    いることを特徴とする形状計測装置。
  5. 【請求項5】 請求項2または請求項3に記載の形状計
    測装置において、 前記積分型撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記
    光線の照射中心までの高さと、上記基準面から上記積分
    型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくさ
    れ、 しかも、前記1つの空間コード番号が与えられ、かつ前
    記J周期分の正弦波状パターンの光線によって照射され
    る各小空間は、上記基準面のうち、上記各小空間に属す
    る上記基準面上の幅が、いずれも等間隔にされているこ
    とを特徴とする形状計測装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の形状計測装置におい
    て、 前記画像情報演算手段は、 前記被測定物に前記所定コードに従ったストライプ状パ
    ターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報
    と、上記被測定物を無くして前記基準面に上記ストライ
    プ状パターンの光線を照射したとした場合に各画素が観
    察する基準空間コード番号とから、各画素毎に空間コー
    ド番号ずれ量を算出する空間コード番号ずれ量演算手段
    と、 上記被測定物に前記正弦波状パターンの光線を照射して
    得られた位相シフト化画像情報と、上記被測定物を無く
    して前記基準面に上記正弦波状パターンの光線を照射し
    たとした場合に各画素が観察する基準位相とから、各画
    素毎に位相ずれ量を算出する位相ずれ量演算手段と、 上記空間コード番号ずれ量と上記位相ずれ量とから前記
    被測定物の形状を算出する形状演算手段と、を有する形
    状計測装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の形状計測装置におい
    て、 前記形状演算手段は、 前記空間コード番号ずれ量と前記位相ずれ量とを、各画
    素についてそれぞれ合成して得た合成位相ずれ量から被
    測定物の形状を算出する合成位相ずれ量−形状演算手段
    と、を有する形状計測装置。
  8. 【請求項8】 請求項6に記載の形状計測装置におい
    て、 前記形状演算手段は、 前記空間コード番号ずれ量から前記被測定物の粗形状を
    算出する空間コード番号ずれ量−粗形状演算手段と、 前記位相ずれ量から前記被測定物の細部形状を算出する
    位相ずれ量−細部形状演算手段と、 上記粗形状と細部形状とを合成して被測定物の形状を算
    出する形状合成手段と、を有する形状計測装置。
  9. 【請求項9】 請求項2〜請求項5のいずれかに記載の
    形状計測装置において、 前記画像情報演算手段は、 前記空間コード化画像情報から各画素毎に前記正弦波状
    パターンの光線の位相に相当する粗位相を算出する粗位
    相演算手段と、 前記位相シフト化画像情報から各画素に精細位相を算出
    する精細位相演算手段と、 上記粗位相と上記精細位相とを各画素についてそれぞれ
    合成して、各画素毎の合成位相を算出する合成位相演算
    手段と、 上記合成位相から前記被測定物の形状を算出する合成位
    相−形状演算手段と、を有する形状計測装置。
  10. 【請求項10】 請求項2〜請求項5のいずれかに記載
    の形状計測装置において、 前記画像情報演算手段は、 前記被測定物に上記所定コードに従ったストライプ状パ
    ターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報
    から被測定物の粗形状を算出する空間コード型形状演算
    手段と、 前記被測定物に上記正弦波状パターンの光線を照射して
    得られた位相シフト化画像情報から被測定物の細部形状
    を算出する位相シフト型形状演算手段と、 上記空間コード型形状演算手段により算出された粗形状
    と上記位相シフト型形状演算手段により算出された細部
    形状とを合成して被測定物の形状を算出する形状合成演
    算手段と、を有する形状計測装置。
  11. 【請求項11】 請求項1〜請求項10のいずれかに記
    載の形状計測装置において、 前記光線照射手段が、 スリット状光線を発生する光源と、 このスリット状光線を被測定物の表面に照射しつつ偏向
    走査させるスリット状光線走査手段と、 1フィールドまたは1フレーム分の撮像期間内に照射さ
    れる上記スリット状光線の積算照射強度が、所定コード
    に従うストライプ状に分布するように上記スリット状光
    線を制御する空間コード型光線制御手段と、 1フィールドまたは1フレーム分の撮像期間内に照射さ
    れる上記スリット状光線の積算照射強度が、正弦波状に
    分布するように上記スリット状光線を制御する位相シフ
    ト型光線制御手段と、を有することを特徴とする形状計
    測装置。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載の形状計測装置にお
    いて、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小
    領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間
    を制御して、該小領域における積算照射強度を調整する
    ことを特徴とする形状計測装置。
  13. 【請求項13】 請求項11に記載の形状計測装置にお
    いて、前記スリット状光線走査手段は、1フィールドま
    たは1フレーム分の撮像期間内に前記スリット状光線を
    複数回走査させ、前記位相シフト型光線制御手段は、基
    準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走
    査する回数を制御して、該小領域における積算照射強度
    を調整することを特徴とする形状計測装置。
  14. 【請求項14】 請求項11に記載の形状計測装置にお
    いて、前記スリット状光線走査手段は、1フィールドま
    たは1フレーム分の撮像期間中に前記スリット状光線を
    複数回走査させ、前記位相シフト型光線制御手段は、基
    準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走
    査する時間及び回数をそれぞれ制御して、該小領域にお
    ける積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測
    装置。
  15. 【請求項15】 スリット状光線を発生する光源と、 このスリット状光線を被測定物の表面に照射しつつ偏向
    走査させるスリット状光線走査手段と、 1フィールドまたは1フレーム分の撮像期間内に照射さ
    れる上記スリット状光線の積算照射強度が正弦波状に分
    布するように上記スリット状光線を制御する位相シフト
    型光線制御手段と、 上記スリット状光線により上記被測定物の表面に生じる
    光学像を積分型撮像部材によって撮像する撮像手段と、 上記位相シフト型光線制御手段によって制御された上記
    スリット状光線を上記被測定物に照射して得られた位相
    シフト化画像情報から上記被測定物の形状を算出する位
    相シフト型形状演算手段と、を有する形状計測装置。
  16. 【請求項16】 請求項15に記載の形状計測装置にお
    いて、 前記積分型撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記
    光線の照射中心までの高さと、上記基準面から上記積分
    型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくさ
    れ、前記位相シフト型光線制御手段は、上記基準面に照
    射された前記スリット状光線の積算照射強度分布が、上
    記基準面上において、一定波長の正弦波パターンとなる
    ように上記スリット状光線を制御することを特徴とする
    形状計測装置。
JP19216698A 1997-09-09 1998-07-07 形状計測装置 Expired - Lifetime JP3914638B2 (ja)

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