CN102365522B - 三维形状计测装置、方法及程序 - Google Patents

Abstract

一种在维持计测范围的同时简便扩展可计测高度的三维形状计测系统，对投影到计测对象上的亮度因位置而周期性变化的光图案进行分析来计测上述计测对象的三维形状，在三维形状计测系统中，计测对象安装在具有计测对象的高度基准面的安装台上，由计测头将光图案投影到计测对象及基准面上，由移位部使计测头向高度方向移位。由相位计算部(75)计算拍摄到的图像中的某个像素的光图案的相位，由高度计算部(77)基于计算出的相位来计算计测对象的高度，由进给量计算部(78)基于计算出的高度来计算使移位部应当移位的移位量。高度计算部(77)基于由相位计算部(75)计算出的相位来计算高度，并基于移位量来修正计算出的高度，由此计算计测对象的高度。

Description

三维形状计测装置、方法及程序

技术领域

本发明涉及通过对投影到计测对象上的光图案(photo pattern)进行分析，来计测计测对象的三维形状的三维形状计测装置、三维形状计测方法及三维形状计测程序。

背景技术

就通过图像分析得出对象物的三维形状信息的单元来说，存在这样的方法：将光图案投影到存在于规定拍摄视场内的计测对象上，对根据计测对象的三维形状而变形的光图案的变形量进行分析。就具有代表性的方法来说，可例举光切断法、空间编码法及条纹分析法等。这些方法全部都是基于三角测量原理的方法，其中，关于条纹分析法，提出了空间条纹分析、时间条纹分析等多种方法，并视为能够得到高计测精度的方法(专利文献1～3，非专利文献1)。

在上述的方法的情况下，对光图案进行投影的投光单元、放置计测对象的平面即基准面以及拍摄计测对象的拍摄单元之间的几何学位置关系，会影响到高度位置的测定精度。参照图15对该点进行说明。

图15是示出了三角测量原理的图。为了简化说明，考虑利用具有与基准面P0垂直的光轴的拍摄单元Cc，来观测从基准面P0起高度为h的平面Ph。另外，假设投光单元Cp配置在从基准面P0观察时与拍摄单元Cc相同的高度上，并将光图案向基准面P0上的点O的位置进行投影。

在观测与基准面P0平行且与该基准面P0分离相距距离为高度h的平面Ph的情况下，朝向点O的光图案与点P相交。此时，从拍摄单元Cc观察时，能够在从与光轴(Z轴)到相距距离PQ的位置P上观测到向基准面P0投影的光图案。该位置偏移PQ体表现为光图案的相位差。只要能够计算出相位差，就能够利用下面的公式(1)来计算高度h。

公式1

$h=\frac{L}{d}\·\stackrel{\‾}{\mathrm{PQ}}\·\·\·\left(1\right)$

(其中，

表示PQ之间的距离即相位差。另外，d表示拍摄部Cc和投光部Cp的光轴中心之间的距离，L表示从拍摄部Cc到基准面为止的距离，且都是已知的值。)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报“日本特开2002-286433号公报(2002年10月03日公开)”，

专利文献2：日本公开专利公报“日本特开2004-117186号公报(2004年04月15日公开)”，

专利文献3：日本公开专利公报“日本特开2007-114071号公报(2007年05月10日公开)”，

专利文献4：日本公开专利公报“日本特开2002-214147号公报(2002年07月31日公开)”，

专利文献5：日本公开专利公报“日本特开2005-300512号公报(2005年10月27日公开)”。

非专利文献

非专利文献1：“藤垣”等人，“基于多个线性传感器的连续物体形状计测的平行光格子投影方法”，精密工学会秋季大会学术演讲会演讲论文集pp.1061-1062，2004。

发明内容

发明要解决的问题

然而，一般来说，将原来的相位差除以2π而得到的余数，来作为计算出的上述相位差。因此，能够计测的相位差的范围限于2π，导致能够计测的高度的范围(计测范围(Range))被限制。

因此，提出了几个扩展能够计测的高度的方法。就一个方法来说，可例举扩大光图案的周期的方法。若扩大该周期，则与一个周期相对应的位置偏移PQ变长，从而能够扩展上述计测范围。

然而，在上述方法中，若上述相位差的分辨率相同，则位置偏移PQ的分辨率(可识别的最小值)变长，导致上述高度的分辨率变长(恶化)。即，上述高度的精度降低。为了避免该问题，只要提高上述相位差的分辨率即可，但这需要高价的光学系统，且对校正费工夫。

就其他的方法来说，可例举利用新的移位传感器计测计测对象的大致的形状，并基于该形状来变更上述计测范围，由此扩展(增大)能够计测的高度的方法。然而，此时，需要设置新的移位传感器来进行校正，并增加用于计测的成本及工夫。

本发明是鉴于上述的问题点而做出的，其目的在于，提高一种能够在维持计测范围的同时，简便地扩展(增大)能够计测的高度的三维形状计测装置等。

用于解决问题的手段

本发明的三维形状计测装置，通过对投影到计测对象上的其亮度根据位置而周期性地变化的光图案进行分析，来计测上述计测对象的三维形状，为了解决上述问题，该三维形状计测装置特征在于，具有：安装台，其具有成为上述计测对象的高度的基准的基准面，且上述计测对象安装在该安装台上，计测头，其将上述光图案投影到上述计测对象及上述基准面上，并拍摄所投影的光图案，移位部，其使上述安装台及上述计测头这两个构件中的至少一个构件，向上述计测对象的高度方向移位，相位计算单元，其对包含在由上述计测头所拍摄的图像中的某个像素的上述光图案的相位进行计算，高度计算单元，其基于由该相位计算单元计算出的相位，来计算上述计测对象的高度，移位部控制单元，其基于由该高度计算单元计算出的上述计测对象的高度，来控制上述移位部；上述高度计算单元，基于由上述相位计算单元计算出的相位来计算高度，并基于特定移位量来修正计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度，所述特定移位量是指，由上述移位部使上述一个构件在从上述安装台的基准面到上述计测头为止的高度范围内移位的移位量。

另外，本发明的三维形状计测方法，应用于三维形状计测装置，该三维形状计测装置通过对投影到计测对象上的其亮度根据位置而周期性地变化的光图案进行分析，来计测上述计测对象，该三维形状计测方法的特征在于，包括：相位计算步骤，将上述光图案投影到上述计测对象和基准面上，并计算包含在由计测头拍摄到的图像中的某个像素的上述光图案的相位，其中，上述基准面是指，在安装有该计测对象的安装台上成为上述计测对象的高度的基准的基准面，上述计测头用于拍摄所投影的光图案，高度计算步骤，基于由该相位计算步骤计算出的相位，计算上述计测对象的高度，移位部控制步骤，基于由该高度计算步骤计算出的上述计测对象的高度，来使上述安装台及上述计测头这两个构件中的至少一个构件，向上述计测对象的高度方向移位；在上述高度计算步骤中，基于由上述相位计算步骤计算出的相位来计算高度，并基于特定移位量来修正计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度，所述特定移位量是指，由上述移位部使上述一个构件在从上述安装台的基准面到上述计测头为止的高度范围内移位的移位量。

若采用上述的结构及方法，则基于某像素的光图案的相位来计算高度，并基于由移位部使上述一个构件在从安装台的基准面到计测头为止的高度范围内移动的移位量，来修正计算出的高度，由此计算计测对象的高度。并且，基于计算出的上述计测对象的高度，使上述安装台及上述计测头这两个构件中的至少一个构件在上述计测对象的高度方向上移位。

一般来说，为了对三维形状计测装置进行校正，能够调整从上述安装台的基准面到上述计测头为止的上述高度方向的距离(高度)。即，一般来说，在三维形状计测装置上设有用于在上述高度方向上调整上述计测头及/或上述安装台的高度调整机构。

通过将该高度调整机构变更为移位部，能够使计测范围在上述高度方向上容易地移位，所述移位部基于上述计测对象的高度来控制上述计测头及/或上述安装台，以使该计测头及/或上述安装台在上述高度方向上移位。另外，能够与以往的校正一起进行上述移位部的校正，因而能够抑制校正工夫(耗时)增加。

并且，基于由上述移位部使该计测头及/或上述安装台移位的移位量，来修正基于上述相位计算出的高度，由此能够计算出计测对象的准确高度，而不需设置用于计测高度的新传感器。从而，若采用本发明，则能够在维持上述计测范围的同时，简便地扩展可计测的高度。

此外，上述计测对象可以安装在上述基准面上，也可以以与上述基准面分离的方式安装。另外，优选上述移位部使上述计测头在高度方向上移位，但也可以使上述安装台在高度方向上移位，还可以使上述计测头及上述安装台的双方在高度方向上移位。

此外，能够使计算机利用三维形状计测程序来执行上述三维形状计测装置的各步骤。进而，通过将上述三维形状计测程序存储在计算机能够读取的存储介质中，能够在任意的计算机上执行上述三维形状计测程序。

发明效果

如上所述，在本发明的三维形状计测装置中，通过将以往的高度调整机构变更为移位部，能够使计测范围在上述高度方向上容易地移位，且能够抑制校正工夫(耗时)的增加，并且，基于由上述移位部使计测头及/或上述安装台移位的移位量，来修正基于相位计算出的高度，能够计算出上述计测对象的准确高度，而不需设置用于计测高度的新传感器，因而实现能够在维持上述计测范围的同时简便地扩展(增大)可计测的高度的效果，其中，所述移位部用于，基于计测对象的高度来控制计测头及/或安装台，以使该计测头及/或上述安装台在上述高度方向上移位。

基于下面的记载能够充分地了解本发明的其他的目的、特征及优点。另外，能够通过参照附图的下面的说明了解本发明的益处。

附图说明

图1是示出了本发明的一实施方式即三维形状计测系统的控制单元的主要部分结构的框图。

图2是示出了上述三维形状计测系统的概略结构的图，是示出了对计测对象进行计测的图。

图3是放大示出了上述三维形状计测系统的主要部分的图。

图4是示出了上述三维形状计测系统的主要部分结构的框图。

图5是示出了上述三维形状计测系统的投光单元所投影的光图案的一例的图。

图6是示出了计测对象的形状的图，(a)部分是俯视图，(b)部分则是侧视图。

图7是示出了将光图案投影到上述计测对象上的情况下，投影到上述计测对象上的光图案失真(变形)的图，(a)部分是俯视图，(b)部分则是示出了在基准面上的亮度变动和在凸部上的亮度变动的波形图。

图8的(a)部分是示出了投影了光图案的状态下的上述线性图像的一例的图，(b)部分则是示出了上述对照线性图像的一例的图。

图9是利用基板作为计测对象的例子示出了上述三维形状计测系统的计测头的动作的概要图。

图10是上述基板的剖面图，(a)部分是示出了上述三维形状计测系统的计测范围(Range)的变化的情况的图，(b)部分则是示出了以往的三维形状计测系统的计测范围的变化的情况的图。

图11是示出了在计测模式中上述控制单元所进行的处理动作的流程图。

图12是示出了本发明的另一实施方式即三维形状计测系统的控制单元的主要部分结构的框图。

图13是上述基板的剖面图，是示出了上述三维形状计测系统的计测范围的变化的图。

图14是示出了在计测模式中上述控制单元所进行的处理动作的流程图。

图15是用于说明三角测量的原理的图。

具体实施方式

第一实施方式

参照图1～图11，对本发明的一实施方式进行说明。图2是示出了本发明的一实施方式的三维形状计测系统(三维形状计测装置)10的概略结构的图。

如图2所示，在本实施方式的三维形状计测系统10中，通过投光单元13将光图案14投影到放置在传送单元11的传送台41上的计测对象12上，并由拍摄单元(拍摄单元)15对投影到计测对象12上的光图案14进行拍摄，由控制单元16分析拍摄到的光图案14的形状，由传送单元11移动计测对象12而重复以上的动作，由此计测计测对象12整体的三维形状。就被计测的三维形状的例子来说，可例举出设在计测对象12的表面的凹部的深度、凸部的高度及它们的位置等。不特别限定三维形状计测系统10的使用用途，但例如能够应用于检查安装基板的装置等。

此外，在下面的说明中，将传送台41的传送方向(由图2的箭头示出的方向)设定为y轴方向，将垂直于传送台41的方向即高度方向设定为z轴方向。

图4是示出了三维形状计测系统10的主要部分结构的框图。如图2所示，三维形状计测系统10具有传送单元11、投光单元13、拍摄单元15及控制单元16。

如上所述，投光单元13用于将光图案14投影到计测对象12的表面。另外，如图4所示，投光单元13具有：卤素灯(halogen lamp)或氙灯(xenonlamp)等光源31；用于将从光源31照射出来的光的一部分转换成具有图案的光的图案生成元件32；超近摄镜头(macro lens，又称微距镜头)等光学系统33。

就投影的光图案14来说，能够使用正弦波、三角波或矩形波等，根据位置具有周期性且能够确定相位的任意的图案，但在本实施方式中，使用可对提高计测分辨率做出贡献的正弦波状的光图案14。另外，就图案生成元件32来说，能够使用由液晶元件构成的元件、加工玻璃或薄膜而成的元件等。

如上所述，拍摄单元15用于读取投影到光图案14的计测对象12并取得该图像。另外，如图4所示，拍摄单元15具有线性传感器34以及超近摄镜头等光学系统35。此外，在本实施方式中，使用四个线性传感器34。

传送单元11是用于使计测对象12在线性传感器34的主扫描方向(长度方向)以及与该主扫描方向垂直的方向(下面称“副扫描方向”)水平移动的装置。另外，如图4所示，传送单元11具有用于放置计测对象12的传送台41以及用于驱动传送台41的伺服电机42。此外，传送单元11也可以具有用于检测传送台41的位置的线位移传感器(linear scale)43等。

一边利用传送单元11在副扫描方向上移动计测对象12，一边利用线性传感器34逐次拍摄，由此能够计测计测对象12整体的三维形状。另外，与线性传感器34的拍摄范围相比，计测对象12在主扫描方向上的范围更宽的情况下，只要利用传送单元11在主扫描方向上移动计测对象12的并且利用线性传感器34逐次拍摄即可。

控制单元16用于整体控制三维形状计测系统10的各种单元。具体而言，控制单元16通过控制传送单元11、投光单元13及拍摄单元15，利用条纹分析法对由拍摄单元15拍摄得到的图像所含的光图案14进行分析，并计算计测对象12的三维形状。

进而，在本实施方式中，以一体方式设置投光单元13及拍摄单元15来作为计测头17，并设有使计测头17在z轴方向(高度方向)上移动的z轴进给机构(移位部)18。并且，控制单元16通过指示z轴进给机构18，来控制计测头17的高度。

就计测头17的结构来说，可考虑将投光单元13及拍摄单元15设在某一基体(未图示)上，并由z轴进给机构18使该基体在高度方向上移动的结构。此时，优先上述基体具有刚性，即使在高度方向上移动该基体，也能够保持投光单元13及拍摄单元15的几何学位置关系。另外，就z轴进给机构18来说，能够利用螺旋进给机构等使物体移动的公知的机构。

另外，在本实施方式中，控制单元16基于由z轴进给机构18使计测头17从某一基准位置开始在高度方向上移动(移位)的量即进给量(移位量)Δz，来修正利用上述条纹分析法计算出的高度，由此计算计测对象12的高度。并且，控制单元16基于计算出的计测对象12的高度，来控制z轴进给机构18，以使计测头17在高度方向上移动。

从而，通过将以往设置的用于对三维形状计测装置进行校正的高度调整机构，变更为z轴进给机构18，能够使计测范围在高度方向上容易地移位。另外，由于对z轴进给机构18的校正处理能够与以往的校正处理一起进行，因而能够抑制校正的工夫(耗时)的增加。

并且，通过由z轴进给机构18基于进给量Δz来修正利用上述条纹分析法计算出的高度，能够计算计测对象的准确的高度，而不需设置用于计测高度的新的传感器。其结果，能够在保持上述计测范围的同时，简便地扩展(扩大)可计测的高度。此外，在后面详细阐述控制单元16。

接着，对控制单元16进行详细的说明。如图4所示，控制单元16具有图像取得部44、主控制部45、存储部46、输入/设定部47、传送控制部48、投光控制部49及z轴进给控制部(移位部控制单元)50。

主控制部45用于对传送控制部48、投光控制部49及z轴进给控制部50进行各种指示。主控制部45通过使CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)执行各种控制程序来实现功能。或者，也可以通过未图示的DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等来实现功能，以代替上述的CPU。此外，在后面详细阐述主控制部45。

存储部46用于存储各种信息。存储部46通过RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)及外部存储装置等中的某一个装置或者它们的组合来实现功能。此外，在后面详细阐述存储在存储部46中的信息。

图像取得部44用于取得来自拍摄单元15的图像信息，由采集卡(captureboard)等构成。图像取得部44通过主控制部45将取得的图像信息转换成能够处理的图像数据，并将其发送至主控制部45。

输入/设定部47用于接受来自用户的指示输入、信息输入、设定输入等各种输入(信息)，例如由键盘或按钮等键输入设备、鼠标等指示设备(pointingdevice)等构成。此外，也可以与输入/设定部47一起或者代替输入/设定部47，利用以下的装置接受来自外部的上述各种输入，这些装置是：用于读取印刷信息的扫描装置；用于经由无线或有线的传送介质接收信号的接收装置；用于再现记录在外部或自身装置内的存储介质中的数据的再现装置等。

传送控制部48、投光控制部49及z轴进给控制部50基于来自主控制部45的指示，分别控制传送单元11、投光单元13及z轴进给机构18。

下面利用一例，对这样的三维形状计测系统10所具备的各部的几何学位置关系进行说明，但本发明并不限定于此。

在本实施方式的三维形状计测系统10中，拍摄单元15的线性传感器34设置为，其主扫描方向与传送台(安装台)41的放置面(基准面)平行。通过使线性传感器34的主扫描方向与传送台41的放置面平行，能够以均匀的倍率拍摄计测对象12的上表面。另外，由于线性传感器34的主扫描方向与副扫描方向垂直，因而在由一边传送一边拍摄的多个线性图像构成的二维图像中，直角部分被拍摄成直角部分。

另外，投光单元13被设置为，其光轴相对于拍摄单元15的光轴具有规定的角度。由此，如在后面的详细阐述，能够基于投影到计测对象12上的光图案14的偏移，来计算出计测对象12的高度。此外，可以在设置时预先计测拍摄单元15及投光单元13的几何学配置，也可以通过校正来计算。

对这样的三维形状计测系统10的动作进行说明如下。首先，对各种设备进行校正。例如，将校正用靶(未图示)放置在传送台41上，并由拍摄单元15拍摄放置的校正用靶，再由控制单元16分析拍摄到的校正用靶的图像，由此通过计算拍摄单元15的光轴的倾斜度

来对拍摄单元15的光轴进行校正。

各种校正结束后，对计测对象12的三维形状进行计测。首先，根据来自控制单元16的传送控制部48的命令，传送单元11的伺服电机42将传送台41设定在初始设定位置上。该初始设定位置用于决定由拍摄单元15拍摄计测对象12时的在副扫描方向上的拍摄开始位置，优选地，该初始设定位置是，拍摄单元15的拍摄区域到达转载在传送单元11的传送台41上的计测对象12在副扫描方向上的端部的位置。

然后，投光单元13将光图案14投影到计测对象12上。拍摄单元15扫描投影到光图案14的计测对象12，并取得该计测对象12的图像。将由拍摄单元15取得的图像发送至控制单元16，并由控制单元16的图像取得部44将其转换成数字数据。然后，通过由控制单元16的主控制部45分析光图案14，来计算计测对象12的高度信息。

在这里，在本实施方式的三维形状计测系统10中，对图像中的光图案14进行分析时，采用空间条纹分析法。由此，能够根据由拍摄单元15所具备的四个线性传感器34扫描一次而取得的四个线性图像，求出计测对象12的区域即拍摄单元15的扫描区域(拍摄区域)内的各位置的高度。此外，在后面详细阐述空间条纹分析法。

并且，传送单元11根据控制单元16的控制，使计测对象12向副扫描方向仅移动规定距离。由此，由拍摄单元15拍摄计测对象12的拍摄区域和由投光单元13投影的光图案14，在副扫描方向上偏移规定距离。此后，再次由拍摄单元15扫描计测对象12，并取得线性图像。在这里得到的线性图像中，包括计测对象12的特定区域，该特定区域是指，在副扫描方向上比先前的扫描区域仅偏移规定距离的区域。同样地，将得到的图像发送至控制单元16，由此求出新扫描区域内的各位置的三维信息。

这样，通过重复以下的处理，来计测计测对象12的整体的三维形状，这些处理是指，传送单元11再次使计测对象12仅移动规定距离，并由拍摄单元15拍摄计测对象12，再由控制单元16分析线性图像。

此外，能够利用公知的方法，在计测对象12的三维形状信息中，对线性传感器34的在主扫描方向上的长度及在副扫描方向上的长度信息进行计测。例如，能够基于拍摄到线性图像中的计测对象在主扫描方向上的长度，来计算计测对象12在主扫描方向上的长度信息。另外，能够基于传送单元11的移动速度，来计算计测对象12的在副扫描方向上的长度信息。这样，能够通过求出计测对象12在主扫描方向及副扫描方向上的长度信息和高度信息，来得到计测对象12的三维形状信息。

此外，优选地，上述规定距离与在拍摄单元15的拍摄区域在副扫描方向上的长度相等。由此，通过上述工序能够迅速地进行计测，而不遗漏计测对象12的全部区域。

另外，使传送台41以恒定速度移动的同时，使拍摄单元15每隔规定时间进行拍摄，由此能够实现以规定距离为单位的拍摄。此时，传送控制部48每隔例如数KHz数量级(order)的规定时间经由图像取得部44将拍摄驱动信号发送至拍摄单元15。拍摄单元15以该驱动信号作为触发，取得投影到光图案14的计测对象12的图像。另一方面，传送控制部48每隔同样的规定时间还将传送驱动信号发送至传送单元11。传送单元11的伺服电机42以该传送驱动信号作为触发，以恒定速度驱动传送台41。由此，能够逐个针对规定区域拍摄计测对象12。

另外，在以规定距离为单位的拍摄过程中，也可以使用线位移传感器43。此时，如图4所示，线位移传感器43设在传送单元11上，每当在传送台41仅移动规定距离时，将信号发送至传送控制部48。并且，传送控制部48若接收到该信号，则将拍摄驱动信号发送至拍摄单元15的线性传感器34。由此，能够精确地以规定距离为单位进行拍摄，而不会被传送单元11的传送速度不均匀等现象影响，其结果，能够提高三维计测的精度。

接着，对这样的三维形状计测系统10的优点进行说明。在本实施方式中，采用了使用线性传感器34作为包含在拍摄单元15中的读取传感器的结构。例如，在主扫描方向上使用像素数为10000像素的线性传感器34的情况下，能够以约10μm的分辨率拍摄在主扫描方向上的长度为100mm的计测对象。与此相对，例如，在使用横方向的像素数为640像素的区域照相机的情况下，只能以约150μm的分辨率拍摄在横方向上的长度为100mm的计测对象。

另外，为了使上述的区域照相机以与线性传感器34相同的分辨率进行拍摄，需要在主扫描方向上逐个规定距离移动拍摄单元15，并且，最少需要进行12套(set)拍摄的处理工序。此时，为了在主扫描方向上移动拍摄单元15来进行拍摄，需要很长时间。

与此相对，在本实施方式的三维形状计测系统10中，通过使用线性传感器34，能够以高分辨率高速地对计测对象12进行拍摄。

进而，在本实施方式中，利用空间条纹分析法对由拍摄单元15读取的各线性图像进行分析。在空间条纹分析法中，能够根据一个线性图像来计算光图案14的相位偏移，并根据该相位偏移来计算三维信息。因此，由于对计测对象12所需的总计扫描次数为一次即可，因而与需要多次扫描次数的结构相比，能够高速地进行计测。

进而，能够仅基于通过一次扫描取得的线性图像来计测高度，从而能够在扫描的同时进行三维形状的计测。由此，例如在对基板进行检查的情况等下，在作为计测对象12的基板上发现了某个制造上的缺陷时，能够直接中断计测，而不需重复拍摄处理至最后为止，从而能够迅速地对基板进行检查。

接着，对控制单元16的主控制部45的图像分析进行详细的说明。首先，参照图5～图8，对本实施方式的图像分析方法的原理进行说明。

主控制部45基于空间条纹分析法对投影到光图案14的计测对象12的线性图像进行分析。空间条纹分析法是指，如上述那样基于三角测量的原理的分析法。由于在上面参照图15对三角测量原理进行了阐述，因而，下面对条纹分析法及空间条纹分析法依次进行说明。

首先，对条纹分析法进行说明。如上所述，在本实施方式中，使用正弦波状的光图案，来作为向计测对象12投影的光图案14。正弦波状的光图案是指，由正弦函数表示的亮度渐变(Gradation)的图案。换言之，将由正弦函数表示位置和亮度关系的光图案称为正弦波状的光图案。图5示出了正弦波状的光图案的一例。

将这样的光图案投影到如图6的(a)部分及(b)部分示出那样的计测对象12上的情况下，若从上面(上方)观测投影的光图案，则如图7的(a)部分所示。即，从倾斜方向投影的光图案，在具有高度的凸部上产生失真。若利用拍摄单元15的线性传感器34扫描这样投影到光图案的计测对象12，则扫描位置和亮度的关系如图7的(b)部分所示。

如图7的(b)部分的上段所示，在投影到没有凸部的基准面上的光图案中，亮度始终以恒定的周期变化。与此相对，如图7的(b)部分的下段所示，在投影到凸部上的光图案中，亮度的周期基于凸部的倾斜度而变化，其结果，相对于投影到基准面上的光图案而产生相位的偏移。因此，只要求出实际将光图案投影到计测对象12上而拍摄到的图像(线性图像)中所含的某一位置的像素的光图案的相位，和将光图案投影到基准面时的同一像素的相位(基准相位)之差，就能够基于上述的三角测量原理来求出与该像素相对应的位置上的计测对象12的高度。

在计算上述的相位差时，能够通过将光图案投影到基准面上进行拍摄等来预先求出基准相位。另一方面，对于求出实际将光图案投影到计测对象12上而拍摄到的图像(线性图像)中所含的各位置的像素的光图案的相位的方法，大体分为两个方法。空间条纹分析法和时间条纹分析法的不同点在于该相位的求出方法。

如图7的(b)部分所示，在正弦函数中，在一个周期内存在两个用于赋予某一移位的相位。例如，在由y＝sinθ所示的函数中，赋予移位y＝0的相位θ的解是0及π两个。另外，赋予移位y＝1/2的相位θ的解是π/6及5π/6两个。基于这样的理由，在拍摄到的图像中，仅根据单一的像素的亮度值(相当于正弦函数的移位)，不能求出该像素的光图案的相位。

在这里，在以往利用的方法即时间条纹分析法(移向法)中，将仅移动规定量相位的至少三个光图案投影到计测对象12上并拍摄计测对象12，并通过分析得到的图像，来决定一个相位。从而，在利用时间条纹分析法的情况下，即使计测对象12的反射特性严格地保持不变，也最少需要拍摄三次计测对象12。

另一方面，在空间条纹分析法中，基于将要求出的相位的像素(下面称“关注像素”)以及其周围的像素的亮度，来计算关注像素的相位。例如，在上述例子中施加移位y＝0的相位θ是0及π两个，在这里，在关注像素的相位是0的情况和π的情况下，其亮度与周围像素的亮度不同。在关注像素的相位是0的情况下，例如在比关注像素相位稍小的一侧存在的周围像素的亮度值，比关注像素的亮度值小。另一方面，在关注像素的相位是π的情况下，在比关注像素相位稍小一侧存在的周围像素的亮度值，比关注像素的亮度值大。从而，能够基于关注像素附近的像素，将光图案的相位决定为一个相位。这样，空间条纹分析法的特征是，基于存在于关注像素附近的像素的亮度值来决定关注像素的相位。

对于用在本实施方式的三维形状计测系统10中的空间条纹分析法的具体的处理工序，在下面进行详细的阐述，但本发明并不限定于此，只要是基于上述的条纹分析法的原理的方法即可，可以是任一种方法。

在本实施方式中，假定生成从拍摄得到的线性图像将光图案移相了90°的移相光图案。在这里，若将投影的光图案设定为下面的公式(2)，

公式2

I(x)＝B(x)sin(φ(x))                         …(2)

(其中，I(x)是位置x上的亮度，B(x)任意的函数，

表示位置x上的相位。)

则由下面的公式(3)表示将该光图案移相了90°的移相光图案。

公式3

$\hat{I}\left(x\right)=B\left(x\right)\sin (\mathrm{\φ}\left(x\right)+\frac{\mathrm{\π}}{2})\·\·\·\left(3\right)$

$=B\left(x\right)\cos \left(\mathrm{\φ}\left(x\right)\right)$

(其中，

(x)表示移相光图案的位置x上的亮度值。)

从而，能够利用下面的公式(4)求出位置x上的像素的相位

公式4

$\mathrm{\φ}\left(x\right)={\tan }^{-1}\frac{I\left(x\right)}{\hat{I}\left(x\right)}\·\·\·\left(4\right)$

在这里，I(x)的值是主扫描方向上的位置x上的像素的亮度值。另一方面，在计算I^(x)(下面，为方便起见，这样记述标有^符号的I(x))的值时利用希尔伯特(Hilbert)变换。即，由下面的公式(5)表示移相光图案的位置x上的亮度值I^(x)。

公式5

$\hat{I}\left(x\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{I\left(\mathrm{\τ}\right)}{x-\mathrm{\τ}}\mathrm{d\τ}\·\·\·\left(5\right)$

在这里，由于能够取得的亮度数据是以像素为单位的数据，即，是离散的数据，因而使上述公式(5)近似于下面的公式(6)。

公式6

$\hat{I}\left(x\right)=\underset{k=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}h(x-k)I\left(k\right)\·\·\·\left(6\right)$

(其中，h(x)是由

表示的函数，表示希尔伯特变换的时间区域特性。)

能够利用该公式(6)求出I^(x)的值。

根据以上的计算，只要取得亮度值I(x)，就能够根据上述公式(6)求出I^(x)的值，从而能够根据上述公式(4)求出相位并且，能够根据求出的相位和基准面上的相位

之间的相位差基于上述的三角测量的原理，计算出位置x上的高度z。

具体而言，计算高度z作为与基准面之间的距离，能够根据下面的公式(7)求出该高度z。

公式7

$z=f\left(\mathrm{\Δ\φ}\left(x\right)\right)=\frac{\mathrm{\Δ\φ}\left(x\right)}{A(x,z)\mathrm{\Δ\φ}\left(x\right)+B(x,z)}\·\·\·\left(7\right)$

此外，在上述公式(7)中，A(x，z)及B(x，z)是，基于图案周期或从照相机到基准面为止的距离、图案的投影角度等的几何学配置，而以像素为单位决定的函数。但是，由于这些函数是未知数z的函数，因而难以计算严密的函数形式。因此，在本实施方式中，预先观测已知高度的校正用靶之后，以像素x为单位计算A(x，z)及B(x，z)的值，并利用它们根据直线近似或样条函数近似来推定z的函数形。

此外，在本实施方式中，由于计测头17在高度方向上移位，因而上述基准面也移位。从而，计测对象12的高度是，对根据上述公式(7)计算出的高度z加上进给量Δz的高度而得的高度。

接着，对主控制部45的结构进行说明。图1示出了控制单元16的主要部分结构，特别地示出了主控制部45的主要部分结构。主控制部45具有背景除去部72、希尔伯特(Hilbert)变换部74、相位计算部(相位计算单元)75、相位差计算部76、高度计算部(高度计算单元)77及进给量计算部(移位部控制单元)78。另外，控制单元16的存储部46具有余切DB(Database：数据库)62、基准相位DB63、函数DB61、三维形状DB64及进给量DB65。

余切DB62是示出了由y＝tan^-1x表示的函数中的y和x之间的对应关系的数据库，预先将x值与tan^-1x值相对应关联地存储到该余切DB62中。由此，能够基于x值来检索出其余切值y。

在基准相位DB63中，预先存储对投影了光图案的基准面(高度始终是0的平面)进行拍摄而得到的线性图像中的各像素的光图案相位(下面称“基准相位”)。将包含在线性图像中的像素在主扫描方向上的位置x与该像素的基准相位

对应关联地存储在基准相位DB63中。由此，能够基于包含在线性图像中的像素的位置x的信息，来检索出该像素的基准相位

此外，优选在校正模式中将基准相位DB63预先存储或更新到存储部46中。

函数DB61是用于预先存储包含在上述公式(7)中的函数A(x，z)及函数B(x，z)的数据库。将包含在线性图像中的像素在主扫描方向上的位置x与观测校正用靶而推定出来的该像素的函数A(x，z)及函数B(x，z)对应关联地存储在函数DB61中。由此，能够基于包含在线性图像中的像素的位置x的信息来检索出该像素的函数A(x，z)及函数B(x，z)。

三维形状DB64是用于存储通过计测得到的计测对象12的三维形状信息的数据库。将用于确定计测对象12表面上的点的x坐标(相当于主扫描方向)、y坐标(相当于副扫描方向)、z坐标(相当于高度)相对应关联地存储在该三维形状DB64中。由此，在计测结束之后，能够基于计测对象12的x坐标及y坐标来检索出该位置的高度(z坐标)。

进给量DB65用于存储由z轴进给机构18使计测头17在高度方向上从某一基准位置开始移动的量即进给量Δz。此外，也可以将进给量Δz与y坐标相对应关联地存储到进给量DB65中。

背景除去部72从图像取得部44取得线性图像，并从取得的线性图像中除去背景成分。背景除去部72将除去背景成分后的线性图像发送至希尔伯特变换部74及相位计算部75。具体而言，背景除去部72取得对投影有光图案的状态下对计测对象12进行拍摄而得到的线性图像，和在未投影光图案但照射相同亮度的光的状态下对计测对象12进行拍摄而得的对照线性图像，并将投影有光图案的状态下的线性图像的各像素的亮度值除以在上述对照线性图像中所对应的像素的亮度值。

图8的(a)部分示出了投影有光图案的状态下的上述线性图像的一例，图8的(b)部分则示出了上述对照线性图像的一例。如该图的(b)部分所示，能够理解即使向计测对象12照射同样亮度的光，在拍摄得到的图像中也会产生不均匀(斑驳)。这是因计测对象12的各部位的反射特性的不同引起的。如该图的(a)部分所示，上述不均匀也产生在投影有光图案的状态下的线性图像中，在利用上述线性图像计算出的相位上产生误差。

投影有光图案的状态下的上述线性图像的亮度值g1(x)由下面的公式(8)表示。

公式8

g₁(x)＝A(x)I₀{1+B sin[kx+Φ(x)]}             …(8)

在这里，A(x)是计测对象12的反射率，I₀是向计测对象12照射的光的平均强度，B是光图案的振幅，k是光图案的频率，且Φ是基于计测对象12的高度的相位调制。

另一方面，上述对照线性图像的亮度值g₂(x)由下面的公式(9)表示。

公式9

g₂(x)＝A(x)I₀                                …(9)

若将上述公式(8)除以上述公式(9)，则成为下面的公式(10)，

公式10

$\frac{g_1\left(x\right)}{g_2\left(x\right)}=1+B\sin [\mathrm{kx}+\mathrm{\Φ}\left(x\right)]\·\·\·\left(10\right)$

从而能够除去取决于计测对象12的各部位的反射率A(x)。

在本实施方式中，在拍摄单元15上设有用于取得上述线性图像的第一线性传感器和用于取得上述对照线性图像的第二线性传感器，以作为线性传感器34。

图3示出了三维形状计测系统10的主要部分结构。图3的(a)部分示出了设在拍摄单元15的线性传感器34的详细情况。如图所示，在本实施方式中，利用用于拍摄黑白成分(亮度成分)的线性传感器34k和分别用于拍摄蓝色成分、红色成分、绿色成分的线性传感器34b、34r、34g共四个线性传感器。此外，在下面，在总称为线性传感器34k、34b、34r、34g的情况下，记为“线性传感器34”。

图3的(b)部分示出了对计测对象12照射的光图案14和由线性传感器34k、34b、34r、34g分别拍摄的区域即拍摄区域34k′、34b′、34r′、34g′。如图所示，在照射光图案14的区域中包含拍摄黑白成分的拍摄区域34k′，在未照射光图案14的区域中包含分别拍摄蓝色成分、红色成分及绿色成分的拍摄区域34b′、34r′、34g′。即，线性传感器34k相当于第一线性传感器，线性传感器34b、34r、34g则相当于第二线性传感器。

从而，在本实施方式中，仅对计测对象12进行一次扫描，就能够从线性传感器34k的拍摄图像取得上述线性图像，且能够从线性传感器34b、34r、34g的拍摄图像取得计测对象12的彩色图像。并且，通过将该彩色图像转换成亮度图像，能够取得上述对照线性图像。利用上述公式(8)～(10)，能够根据取得的上述线性图像及上述对照线性图像，来仅取得光图案14的图像。从而，仅对计测对象12进行一次扫描，就能够计算计测对象12的高度，因此能够迅速地计测计测对象12的三维形状。

希尔伯特变换部74基于应用了上述公式(10)的上述公式(6)，对来自背景除去部72的线性图像数据即除去了背景成分的线性图像数据，进行希尔伯特变换。希尔伯特变换部74将进行了希尔伯特变换的线性图像数据发送至相位计算部75。

相位计算部75利用由背景除去部72除去了背景成分后的线性图像数据和进而由希尔伯特变换部74进行了希尔伯特变换的线性图像数据，来计算位置x上的光图案的相位。具体而言，相位计算部75基于应用了上述公式(10)的上述公式(4)，来计算位置x上的光图案的相位

相位计算部75将计算出的相位

发送至相位差计算部76。此外，在本实施方式中，相位计算部75通过参照余切DB62来求出上述公式(4)中的余切值，但也可以通过数值运算来求出该余切值。

相位差计算部76用于计算位置x上的相位差(相位的偏移)

相位差计算部76将计算出的相位差

发送至高度计算部77。具体而言，相位差计算部76首先从相位计算部75接收位置x上的光图案的相位

并且参照基准相位DB63来取得位置x上的光图案的基准相位

并且，相位差计算部76通过从上述相位

中减去上述基准相位

来计算位置x上的相位差

高度计算部77用于计算位置x上的计测对象12的高度z。高度计算部77将计算出的高度z与主扫描方向的坐标x及副扫描方向的坐标y相对应关联地存储在三维形状DB64中，并且将该高度z发送至进给量计算部78。

具体而言，高度计算部77首先从相位差计算部76接收位置x上的相位差并且参照函数DB61来取得位置x上的函数A(x，z)及函数B(x，z)。接着，高度计算部77基于上述公式(7)，根据上述相位差

上述函数A(x，z)及上述函数B(x，z)，来计算高度z。并且，高度计算部77通过对计算出的高度z加上来自进给量DB65的进给量Δz，来修正上述计算出的高度z。该修正后的高度z成为位置x上的计测对象12的高度z。

进给量计算部78对于一部分或全部的位置x，计算来自高度计算部77的计测对象12的高度z的平均值，并计算使计算出的平均值成为下一次扫描的计测范围的中心的进给量Δz，并且，将计算出的进给量Δz发送至z轴进给控制部50，并且将其存储至在给量DB65中。由此，z轴进给控制部50控制z轴进给机构18来移位计测头17，使得计测头17的移位量成为来自进给量计算部78的进给量Δz。此外，除了利用平均值以外，也可以利用出现频率最高的值、中位值等的统计值。

图9示出了上述结构的三维形状计测系统10的计测头17的动作的一例。在图示的例中，计测对象12即基板12a弯曲为向上凸，并向y轴方向传送该基板12a。此时，计测头17从该图的左侧开始进行扫描，并与基板12a的弯曲相对应地，计测头17向上方移动之后，再向下方移动。

这样，在与基板12a的弯曲相对应地使计测头17移位的情况下，只要计算在没有配置部件的位置x上的进给量Δz即可。此外，通常由于基板12a的颜色被预先决定为茶色、绿色等，因此能够根据从第二线性传感器取得的彩色图像，容易地判断在基板12a上是否配置有部件。

图10是从x轴方向观察沿y轴方向剖开图9所示的基板12a后的图。该图的(a)部分示出了本实施方式的三维形状计测系统10的计测范围的变化的情况。另外，该图的(b)部分示出了以往的三维形状计测系统的计测范围的变化的情况。

参照图10的(b)部分可知，在以往的例子中，由于计测范围是固定的，因而只能计测基板12a及配置在基板12a上的部件的一部分，但不能计测出剩余的部分。与此相对，参照图10的(a)部分可知，在本实施例中，针对每一次扫描使计测头17移位，以使基板12a的高度z成为下一次扫描的计测范围的中心，因而能够计测出全部基板12a及上述部件。

接着，对上述结构的三维形状计测系统10的处理动作进行说明。三维形状计测系统10首先转移至校正模式来进行校正，然后转移至计测模式来计测计测对象12的三维形状。此外，在校正模式中的处理与以往相同，因而省略其说明。

图11示出了在计测模式中控制单元16所进行的处理。控制单元16针对像素排列成直线状的线性图像，从其一端部向另一端部依次计算高度。从而，首先将主扫描方向的像素的位置x设定为0(步骤S11)。

接着，控制单元16取得位置x上的相位

(步骤S12)。具体而言，首先，希尔伯特变换部74基于应用了上述公式(10)的上述公式(6)，对由背景除去部72除去了背景成分后的线性图像数据，进行希尔伯特变换。然后，相位计算部75基于应用了上述公式(10)的上述公式(4)，利用由背景除去部72除去了背景成分后的线性图像数据和由希尔伯特变换部74进行了希尔伯特变换后的线性图像数据，来计算位置x上的光图案的相位

接着，相位差计算部76，从由相位计算部75计算出的位置x上的相位中减去参照基准相位DB63取得的位置x上的基准相位

由此计算出位置x上的相位差

(步骤S13)。

接着，高度计算部77基于上述公式(7)，根据由相位差计算部76计算出的相位差

和参照函数DB61取得的位置x的函数A(x，z)及函数B(x，z)，来计算位置x上的高度z。接着，高度计算部77通过对计算出的高度z加上存储在进给量DB65中的进给量Δz，来修正高度z(步骤S14)。接着，高度计算部77将修正后的高度z作为计测对象12的高度z，将其与主扫描方向的坐标x及副扫描方向的坐标y相对应关联地存储在三维形状DB64中(步骤S15)。

接着，进给量计算部78经由z轴进给控制部50z来控制轴进给机构18，以使计测对象12基于修正后的高度z而移动(步骤S15)。具体而言，进给量计算部78对于一部分或全部的位置x，计算来自高度计算部77的计测对象12的高度z的平均值，并计算使计算出的平均值成为下一次扫描的计测范围的中心的进给量Δz，并且，将计算出的进给量Δz发送至z轴进给控制部50，并且将其存储至进给量DB65。

接着，主控制部45判断位置x是否是直线状的线性图像的终端(步骤S16)。在这里，在位置x是线性图像的终端的情况下，结束处理。另一方面，在位置x不是线性图像的终端的情况下，为了在主扫描方向上将关注像素的位置移动一个像素，将x的值加一(步骤S17)。并且，返回步骤S12。

通过重复上述的步骤S12～步骤S17的处理，将沿计测对象12的主扫描方向的各位置的高度信息蓄积到三维形状DB64中。另外，与上述的图像分析处理并行地，一边由传送单元11在副扫描方向上移动计测对象12，一边由拍摄单元15再次拍摄计测对象12。并且，基于拍摄得到的线性图像来再次进行上述的图像分析处理。由此，将沿副扫描方向的各位置上的高度信息也依次蓄积到三维形状DB64中，最终将计测对象12的全部三维形状信息蓄积到三维形状DB64中。此外，也可以在上述的图像分析处理结束之后，由传送单元11在副扫描方向上移动计测对象12，并由拍摄单元15再次拍摄计测对象12。

通过重复从上述的步骤S12至步骤S17的处理，将沿计测对象12的主扫描方向的各位置的高度信息蓄积到三维形状DB64中。另外，若上述的处理结束，则由传送单元11在副扫描方向上移动计测对象12，然后由拍摄单元15再次拍摄计测对象12，并基于拍摄得到的线性图像来再次进行上述的图像分析处理。由此，将沿副扫描方向的各位置的高度信息也依次蓄积到三维形状DB64中，最终将计测对象12的全部三维形状信息蓄积到三维形状DB64中。

此外，优选地，在希尔伯特变换部74基于公式(6)来求出位置x上的移相光图案的亮度值时，能够经由输入/设定部47变更公式(6)中的参数N的值。这意味着，能够变更在计算位置x上的移相光图案的亮度时所使用的关注像素附近的像素数量。或者，也可以说能够变更用在空间条纹分析法中的滤光器的尺寸。

在这里，若使N的值变大(即滤光器的尺寸变大)，则能够基于更多的像素来计算相位，由此能够提高最终求出的高度信息的计算精度。另一方面，若使N的值变小(即滤光器的尺寸变小)，则计算I^(x)所需的运算次数变少，由此能够提高计算速度。另外，由于难以在关注像素附近的像素中包含黑点等亮度不连续的点，因而也能够抑制因不连续的点的误差转移的影响。

另外，对于由拍摄单元15拍摄到的线性图像，背景除去部72也可以进行除了除去背景成分的处理以外的预处理。就预处理的内容来说，例如可例举出除去包含在线性图像中的噪声(干扰)等的处理。进而，由相位计算部75计算出相位之后，也可以对计算出的相位进行后处理(post-processing)。例如，可例举出在相位计算部75和相位差计算部76之间进而设置PLL(PhaseLocked Loop：锁相环路)部来减少基于噪声(干扰)的误差等的方法。

此外，上述的预处理只要在图11中示出的步骤S12之前进行即可。另一方面，上述的后处理只要在图11中示出的步骤S12和步骤S13之间进行即可。

如上所述，在控制单元16中，若由高度计算部77计算出计测对象12的高度z，则由进给量计算部78计算出适当的进给量Δz，由此经由z轴进给控制部50来控制z轴进给机构18，以使计测头17移动，并且移动量为所计算出的进给量Δz。此时，以计算计测对象12的高度z的次数的比例，增加由z轴进给机构18使计测头17移动的次数，但不需进行基于计测对象12的高度z来执行如下判断的处理，该判断是指，判断是否应当控制z轴进给机构18来移动计测头17。

此外，在本实施方式中，进给量计算部78针对每一次扫描，计算进给量Δz，并经由z轴进给控制部50来控制z轴进给机构18，但在计测对象12的高度z的变化率低的情况下，也可以隔一次扫描、隔两次扫描等隔开间隔进行。此时，能够降低由z轴进给机构18使计测头17移动的次数。

另外，也可以在由高度计算部77计算出的计测对象12的高度z到达与上述计测范围相对应的高度方向的范围的端部时，由进给量计算部78计算进给量Δz，并经由z轴进给控制部50来控制z轴进给机构18。在这里，可将计测对象12的高度z到达上述端部的情况，视为计测对象12的高度z成为从上述范围即将脱离的情况。若从上述范围脱离，则如上所述，不能计测出准确的高度。

与此相对，若采用上述的结构，则计测对象12的高度z成为即将偏出上述范围的状态时，使计测头17移动，因而能够防止计测对象12的高度z脱离上述范围，其结果，能够恰当地对计测对象12的高度z进行计测。另外，与本实施方式的情况相比，需要进行根据计测对象12的高度z来判断是否使计测头17移动的处理，但能够降低使计测头17移动的次数。

另外，进给量计算部78利用在当次扫描中计算出的计测对象12的高度z来计算进给量Δz，但也可以利用在以前扫描中计算出的计测对象12的高度z来计算进给量Δz。例如，在图9中示出的基板12a的情况下，有时扫描部件密集的区域，无法以高精度计测基板12a的高度z。此时，利用在当次及以前扫描中计算出的基板12a的高度z来计算进给量Δz的方法，能够实现计测精度的提高。

接着，对投影到计测对象12上的光图案的优选的变形例进行说明。

在本实施方式的三维形状计测系统10、上述的专利文献1以及非专利文献1的装置(下面称“以往的装置”)中，投影到计测对象12上的光图案的亮度沿线性传感器34的主扫描方向而变化。在这里，在以往的装置中，为了在将移动了相位的最少三种光图案投影到计测对象上的状态下进行拍摄，需要使光图案亮度变化的间距最小的方向(下面称“最小间距方向”)与线性传感器的主扫描方向不同。这是因为，若使这两个方向一致，则即使向与线性传感器的主扫描方向垂直的方向的传送方向传送计测对象，投影到计测对象的同一部分上的光图案的相位也不发生偏移。

另一方面，在本实施方式的三维形状计测系统10中，仅基于利用线性传感器34拍摄投影到光图案的计测对象12而得到的一个线性图像，就能够计算光图案的相位，进而能够计算相位差。从而，即使光图案的最小间距方向与线性传感器34的主扫描方向一致，也不产生任何问题。

在这里，在利用线性传感器34拍摄的线性图像中，光图案的亮度的间距是，在进行高度计测时决定计测精度的重要因素。具体而言，使间距越小计测精度就越高。并且，在由线性传感器34拍摄的线性图像中光图案的亮度的间距成为最小的情况是，光图案的最小间距方向与线性传感器34的主扫描方向一致的情况。从而，在本实施方式的三维形状计测系统10中，向计测对象12投影的光图案的最小间距方向优选与线性传感器34的主扫描方向平行(相一致)。

另外，将光图案的亮度的间距设置为越小计测精度就越高，但高度的计测范围也变小，因此，在固定计测范围的以往的方法中，能测定的高度变小。与此相对，在本实施方式的三维形状计测系统10中，基于计测对象12的高度z来使计测头17向高度方向移动，由此变更计测范围，并且基于计测头17的进给量Δz来修正计算出的高度，从而计能够恰当地计算出测对象12的高度z，因而能够增加能测定的高度的范围。

而且，在以往的装置中，由于利用多个线性传感器来拍摄光图案，因而需要将光图案分别投影到多个线性传感器的拍摄区域。在这里，在分别对多个线性传感器设置个别的专用投光单元的情况下，会有针对每一个投光单元所投影的光图案产生偏差的问题。因这样的问题，一般设置一个投光单元。然而，设置一个投光单元，需要投影能够覆盖多个线性传感器的全部的拍摄区域的光图案。

然而，在本实施方式的三维形状计测系统10中，采用了由一个线性传感器34拍摄计测对象12的全部区域的结构，因此利用投光单元13投影的光图案只要覆盖一个线性传感器34(拍摄亮度成分的线性传感器34k)的拍摄区域即可。因此，在本实施方式的三维形状计测系统10中，投影的光图案也可以不向二维方向扩展。

此时，为了提高光图案的能源效率，投光单元13优选投影会聚的光图案。具体而言，如图2及图3所示，投光单元13优选将在线性传感器34的主扫描方向延伸的一个轴会聚的直线形状的光图案(严格地讲，在副扫描方向上具有微小的有限宽度)投影到计测对象12上。此时，投光单元13只要具备用于将光图案会聚成一轴的一轴聚光元件，并利用该一轴聚光元件将光图案会聚到朝在主扫描方向上延伸的直线形状即可。以使该直线形状的光图案覆盖线性传感器34的拍摄区域的方式进行投影。

此外，就上述一轴聚光元件的具体例来说，可例举菲涅耳透镜(Fresnellens)或柱面透镜(cylindrical lens)等。只要将这些透镜配置在光源31和图案生成元件32之间，就能够将会聚到一轴的光图案投影到计测对象12上。

接着，对本实施方式的三维形状计测系统10的变形例进行说明。在上述的说明中，采用了拍摄单元15具备四个线性传感器34的结构，但本发明并不限定于此，也可以具备另外的线性传感器。通过具备另外的线性传感器，能够统计性地除去线性传感器的亮度噪声(干扰)，从而能够提高三维形状计测的稳定性。

另外，在本实施方式中，在三维形状计测系统10中，分别构成传送单元11、投光单元13、拍摄单元15及控制单元16等，但也能够将这些结构的一部分或全部做成一体的结构。另外，在本实施方式中，基于空间条纹分析法来分析线性图像，但也能够基于时间条纹分析法来进行分析。

第二实施方式

接着，参照图12～图14，对本发明的另一实施方式进行说明。图12示出了本实施方式的三维形状计测系统10的控制单元16的主要部分结构，特别地示出了主控制部45的主要部分结构。与在图1～图11中示出的三维形状计测系统10相比，本实施方式的三维形状计测系统10的以下结构与前者不同，这些结构是指，在主控制部45上，设置了进给判定部(移位部控制单元)81，以代替进给量计算部78；还设置了相位差计算部(相位修正单元)82，以代替相位差计算部76；并追加了计测范围变更部(计测范围设定单元)83和计测范围DB66。此外，对与在上述实施方式中说明的结构功能相同的结构标注相同的附图标记，并省略其说明。

进给判定部81基于由高度计算部77计算出的计测对象12的高度z，判断是否应当使计测头17移动。在判定为应当使计测头17移动的情况下，进给判定部81计算进给量Δz，将计算出的进给量Δz发送至z轴进给控制部50及计测范围变更部83，并且将其存储至进给量DB65。由此，z轴进给控制部50通过控制z轴进给机构18来使计测头17移位，以使计测头17的移位量(位移量)成为来自进给判定部81的进给量Δz。

具体而言，进给判定部81对于一部分或全部的位置x，计算来自高度计算部77的计测对象12的高度z的平均值，并判定计算出的平均值是否到达了与计测头17的景深相对应的范围的端部，由此进行上述判定。另外，进给量Δz使上述计算出的平均值成为下一次扫描的景深的中心的量。此外，除了利用平均值以外，也可以利用出现频率最高的值、中位值等统计值。

更具体而言，上述端部的上侧是与上述景深相对应的范围的上限值和第一特定值之间的范围，所述特定值小于该上限值，两者相差的量为与上述计测范围对应的范围的一半。另外，上述端部的下侧是与上述景深相对应的范围的下限值和第二特定值之间的范围，所述第二特定值大于该下限值大，两者相差的量为与上述计测范围对应的范围的一半。此外，能够基于计测对象12的高度z的变化率以及到下一次被扫描的位置为止的距离等来适宜地设定上述端部的大小。另外，上述端部的大小可以是规定的大小，也可以例如根据上述变化率而变化。

计测范围DB66是用于存储特定计测范围的数据库，该特定计测范围表示与分析中的像素相对应的位置x上的相位

的取值范围。具体而言，该特定计测范围是位置x的原来的相位的取值范围的上限值及下限值的组。此外，并不限定于此，计测范围也可以是上述下限值和从该下限值到上述上限值为止的大小的组，或者，也可以是上述范围的中央和从该中央到上限值或下限值为止的差值的组。由此，能够检索与分析中的像素相对应的位置x上的计测范围。

相位差计算部82从相位计算部75接收位置x上的光图案的相位

并且参照基准相位DB63取得位置x上的光图案的基准相位接着，相位差计算部82通过从光图案的相位

中减去基准面的相位

来计算修正前相位差

接着，相位差计算部82参照计测范围DB66取得计测范围λ。并且，求出整数k，使得相位差能够取得计测范围λ的范围内的值，并将以求出的整数k代入相位差

的值作为修正相位差

相位差计算部82将修正相位差

作为计算出的相位差

而发送至高度计算部77和计测范围变更部83。

计测范围变更部83用于变更存储于计测范围DB66中的计测范围。具体而言，计测范围变更部83首先从相位差计算部82接收位置x上的修正相位差

计测范围变更部83利用修正相位差

计算下一次进行分析的像素，即，计算与下一次扫描相对应的位置的计测范围，并利用计算出的计测范围更新计测范围DB66。

但是，若使计测头17移位，则计测范围也移位。因此，若计测范围变更部83从进给判定部81接收到进给量Δz，则基于接收到的进给量Δz来变更计测范围，并以变更的计测范围更新计测范围DB66。

在这里，可将计测对象12的高度z到达上述端部的情况，视为计测对象12的高度z即将脱离与景深相对应的范围的情况。若从上述范围脱离，则由计测头17拍摄得到的图像成为焦点模糊的图像，因而不能计测出准确的高度。

与此相对，在本实施方式中，若计测对象12的高度z即将脱离上述范围，则通过使计测头17移动，防止计测对象12的高度z从上述范围脱离。其结果，能够计测出计测对象12的准确的高度。另外，由于景深比计测范围广，因而与基于计测范围使计测头17移动的情况相比，能够降低移动的次数。

但是，一般来说，即使在与来自基准面的高度相对应的相位差超过2π的情况下，附近的像素之间的相位差超过2π的可能性仍然较低。从而，在本实施方式中，在相位差计算部82中，基于计测范围对某个像素修正相位差，并基于修正的相位差和进给量Δz，来对下一次扫描的像素的计测范围进行设定，因而相位差从计测范围脱离的可能性低。其结果，也能够对应该相位在与景深相对应的范围内且原来的相位为2π以上的情况。

图13是从x轴方向观察沿y轴方向剖开图9中示出的基板12a的图，示出了本实施方式的三维形状计测系统10的景深及计测范围变化的情况。在图13中，长粗线表示景深，细线表示计测范围。另外，短粗线表示景深中的上述端部以外的范围。

从而，如图13所示，在基板12a的高度z在短粗线的范围内的情况下，通过变更计测范围来进行对应，另一方面，在基板12a的高度z超过短粗线的范围时，通过使计测头17移动，来变更景深及计测范围进行对应。其结果，在图13的例中，计测头17的移动仅进行五次即可完成。

接着，对上述结构的三维形状计测系统10的计测模式的处理动作进行说明。图14示出了在计测模式下控制单元16所进行的处理。首先，判断全部的线的计测是否结束(步骤S21)。在结束的情况下结束处理。

另一方面，在未结束的情况下，各功能块选择各种高度参数，这些高度参数是用于计算计测对象12的高度z的参数(步骤S22)。例如，在相位差计算部82的情况下，从计测范围DB66取得计测范围。

接着，通过进行扫描，计测一条线在各位置x上的高度z(步骤S23)。具体而言，进行图11中示出的步骤S11～S17中的除了使计测头17移动的处理以外的处理。

接着，高度计算部77利用上述彩色图像的颜色来判定一条线的各位置x是否是基准面，即，是否是成为计测对象12的基准的面(在图13的例中是基板12a的表面)(步骤S24)。接着，高度计算部77计算判定为基准面的位置x的高度z的平均值(步骤S25)。

接着，进给判定部81判断计算出的基准面的高度的平均值是否在上述端部的上侧，即，是否比(与景深相对应的范围的上限值)-(与计测范围相对应的范围的一半)大(步骤S26)。在大于上述值的情况下进入步骤S27，其以外的情况下进入步骤S28。

在步骤S27中，进给判定部81经由z轴进给控制部50来控制z轴进给机构18，由此使计测头17向上方移动，以使上述基准面的高度的平均值成为景深的中心。此后，返回步骤S21，重复上述动作。

在步骤S28中，进给判定部81判断计算出的基准面的高度的平均值是否在上述端部的下侧，即，是否比(与景深相对应的范围的下限值)+(与计测范围相对应的范围的一半)小。在小于上述值的情况下进入步骤S29，其以外的情况下进入步骤S21，重复上述动作。

在步骤S29中，进给判定部81经由z轴进给控制部50控制z轴进给机构18，由此使计测头17向下方移动，以使上述基准面的高度的平均值成为景深的中心。此后，返回步骤S21，重复上述动作。

本发明并不限定于上述的实施方式，能够在权利要求中示出的范围内进行各种变更。即，组合在权利要求中示出的范围内进行适宜变更的技术的单元而得到的实施方式，也包含在本发明的技术的范围内。

例如，在上述实施方式中，将传送台41的上表面作为基准面，并将计测对象12放置在该基准面上。然而，在计测对象12中存在不符合上述放置方式的情况。此时，只要以与上述基准面分离的方式安装计测对象12即可。

就这样的计测对象12的一例而言，可例举出两面安装有多个电子部件的电路基板。此时，只要将保持构件设在传送台41上即可，该保持构件用于，以与传送台41的上表面分离的状态，可装拆地保持上述电路基板的基板部分的两端。此时，预先确定从传送台41的上表面(基准面)到没有弯曲的情况下的上述电路基板的上表面为止的距离，由此能够计算实际的上述电路基板的高度。

另外，在上述实施方式中，采用了由传送单元11使计测对象12移动的结构，但也可以采用使计测头17在副扫描方向上移动进而在主扫描方向上移动的结构，来代替使计测对象12移动的结构。即，只要传送单元11使计测对象12相对于计测头17进行相对移动即可。

另外，在上述实施方式中，使计测头17在z轴方向上移动，但也可以使传送台41在z轴方向上移动，还可以使两者都在z轴方向上移动。另外，在上述实施方式中，在拍摄单元15中采用了线性传感器34，但也可以使用区域照相机来代替线性传感器。

另外，也能够如下表现本发明。如上所述，在本发明的三维形状计测装置中，若由上述高度计算单元计算出上述计测对象的高度，则上述移位部控制单元也可以不使上述移位部进行上述移位。此时，与计算上述计测对象的高度的次数成比例地，增加由上述移位部进行上述移位的次数，但不需进行根据上述计测对象的高度来判断是否进行上述移位的处理。此外，若上述高度计算单元计算出上述计测对象的高度，则上述移位部控制单元可以每次都使上述移位部进行上述移位，也可以隔一次、隔两次等隔开间隔进行。

在本发明的三维形状计测装置中，也可以在由上述高度计算单元计算出的上述计测对象的高度到达特定端部时，上述移位部控制单元使上述移位部进行上述移位，特定端部是指，与表示与上述相位的取值范围的计测范围相对应的高度方向的范围的端部。

在这里，可将上述计测对象的高度到达上述端部的情况，视为上述计测对象的高度即将脱离与上述计测范围相对应的高度方向的范围的情况。若从上述范围脱离，则如上所述，不能计测出准确的高度。

与此相对，若采用本发明的上述的结构，则上述计测对象的高度即将脱离上述范围时，由上述移位部进行上述移位，因而能够防止上述计测对象的高度从上述范围脱离，其结果，能够计测准确的高度。另外，与使上述移位部进行上述移位的上述的情况相比，计算上述计测对象的高度时，必须进行根据上述计测对象的高度来判断是否进行上述移位的处理，但能够降低由上述移位部进行上述移位的次数。

在本发明的三维形状计测装置中，也可以采用如下结构：若由上述高度计算单元计算出的上述计测对象的高度到达与上述计测头的景深相对应的范围的端部，则上述移位部控制单元使上述移位部进行上述移位；该三维形状计测装置还具有相位修正单元，该相位修正单元基于表示上述相位的取值范围的计测范围，来修正由上述相位计算单元计算出的相位；上述高度计算单元基于由上述相位修正单元修正的相位来计算高度，并基于上述移位量来修正计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度；该三维形状计测装置还具有计测范围设定单元，该计测范围设定单元基于由上述相位修正单元修正后的相位和上述移位量来设定上述计测范围。

在这里，可将上述计测对象的高度到达上述端部的情况，视为上述计测对象的高度即将脱离与上述景深相对应的范围的情况。若从上述范围脱离，则由上述计测头拍摄得到的图像成为焦点模糊的图像，因而具有不能计测出准确的高度的忧虑。

与此相对，若采用本发明的上述的结构，则在上述计测对象的高度即将脱离上述范围时，由上述移位部进行上述移位，因而能够防止上述计测对象的高度从上述范围脱离的情况，其结果，能够可靠地计测出准确的高度。另外，由于上述景深比上述计测范围广，因而与基于上述计测范围来使上述移位部进行上述移位的上述的情况相比，能够进而降低由上述移位部进行上述移位的次数。

但是，一般来说，即使在与从基准面起的高度相对应的相位差超过2π的情况下，附近的像素之间的相位差超过2π的可能性仍然较低。从而，若采用本发明的上述的结构，则基于计测范围对某个像素修正相位，并基于修正的相位和上述移位量，来对下一次扫描的像素设定计测范围，因而相位从计测范围脱离的可能性低。其结果，也能够应对位于与上述景深相对应的范围内且原来的相位为2π以上的情况。

此外，也能够基于上述计测对象的倾斜度以及到下一次扫描的位置为止的距离等来适宜地设定上述端部的大小。另外，上述端部的大小可以是规定的大小，例如也可以根据上述计测对象的倾斜度而变化。

但是，在计测到的某个像素的高度中，含有噪声(干扰)或误差。因此，也可以基于以前计测的一个像素的计算结果来设定上述计测范围，但优选基于以前计测的多个像素的计算结果来设定上述计测范围。另外，优选也以相同方法来判断上述计测对象的高度是否到达上述端部。

另外，在上述设定中，可以将上述修正的相位设定为上述计测范围的中央；也可以在计测对象的高度有上升倾向的情况下，将上述修正后的相位设定为上述计测范围的下限；还可以在计测对象的高度有下降倾向的情况下，将上述修正后的相位设定为上述计测范围的上限。同样地，对于上述计测范围，可以将上述设定的基准面设定为中央；也可以在计测对象的高度有上升倾向的情况下，将上述设定的基准面设定为下限；还可以在计测对象的高度有下降倾向的情况下，将上述设定的基准面设定为上限。

但是，一般来说，在部件的检查等中利用三维形状计测装置的情况下，由于预先决定了上述部件的大致的尺寸，因而也决定了部件的各位置的计测范围。

从而，也可以将上述计测对象的位置与计测范围建立对应关系后存储到存储部中，由此，确定与上述像素相对应的上述计测对象的位置，并从存储部读出与所确定的位置相对应的计测范围，基于读出的计测范围来修正上述相位。此时，与上述计测对象的位置相对应地设定计测范围，因而相位从计测范围脱离的可能性低。其结果，也能够对应原来的相位为2π以上的情况。

但是，在用于拍摄上述光图案的图像中，除了上述光图案的图像以外，还含有上述计测对象自身的图像作为背景成分。在难以划分上述光图案和上述背景成分的情况下，由上述相位计算单元计算的上述光图案的相位的误差增大，从而难以计测出上述计测对象的准确的高度。

因此，在本发明的三维形状计测装置中，优选地，上述计测头具有第一线性传感器和第二线性传感器，该第一线性传感器用于拍摄在上述计测对象上投影了上述光图案的区域即光图案照射区域，该第二线性传感器用于拍摄在上述计测对象上未投影上述光图案的区域即光图案非照射区域，优选上述相位计算单元所使用的图像是，利用由第二线性传感器拍摄得到的图像来从由第一线性传感器拍摄得到的图像中除去背景成分后的图像。

此时，由于能够取得除去上述背景成分的图像，因而由上述相位计算单元能够高精度地计算上述光图案的相位，从而能够高精度地计测上述计测对象的高度。另外，由于能够通过一次扫描除去上述背景成分，因而能够迅速地计测上述计测对象的高度。此外，第二线性传感器例如也可以包括分别拍摄红色、绿色及蓝色的三个线性传感器。

最后，控制单元16的各功能块，特别是主控制部45可以由硬件逻辑构成，也可以如下述那样利用CPU来由软件实现。

即，控制单元16具有：用于执行用于实现各功能的控制程序的命令的CPU，用于存储上述程序的ROM，用于展开上述程序的RAM，用于存储上述程序及各种数据的存储器等存储装置(存储介质)等。并且，本发明的目的能够通过以下方式来实现，该方式是：对上述控制单元16供应存储介质，并且计算机(或CPU、MPU(micro processor unit：微处理单位))读出并执行存储介质所记录的程序编码，其中，上述记录介质以计算机能够读取的方式记录有实现上述功能的软件即控制单元16的控制程序的程序编码(执行形式程序、中间编码程序及源程序)。

就上述存储介质来说，例如能够使用磁带类记录介质、盘类记录介质、卡类记录介质及半导体存储器类记录介质等，其中，上述磁带类记录介质为磁带、盒式记录带等，上述盘类记录介质包括软盘(floppy，注册商标)、硬盘等磁盘及CD-ROM(compact disc read only memory：只读光盘)、MO(magneto optical：磁光盘)、MD(Mini Disc：迷你光盘)、DVD(digital versatiledisk：数字多功能光盘)、CD-R(CD Recordable：可录式光盘)等光盘，上述卡类记录介质为IC卡(包括存储卡)、光卡等，上述半导体存储器类记录介质为掩模型存储器(mask ROM)、EPROM(erasable programmableread-only memory：可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(electrically erasableand programmable read only memory：电可擦可编程只读存储器)、闪存ROM等。

另外，能够以与通信网络相连接方式来构成控制单元16，并且通过通信网络供应上述程序编码。就该通信网络来说，并不特别地限定，例如可以利用国际互联网(internet)、企业内部互联网(intranet)、外联网(extranet)、LAN(local area network：局域网)、ISDN(integrated services digital network：综合业务数字网)、VAN(value added network：加值网络)、CATV(communityantenna television：有线电视)通信网、虚拟专用网(virtual private network)、电话线路网，移动体通信网及卫星通信网等。另外，就构成该通信网络的传送介质来说，并不特别地限定，例如，也能以有线方式和无线方式利用，其中，上述有线方式有IEEE(institute of electrical and electronic engineers：电机及电子工程师协会)1394、USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)、电力线传输、电缆TV线路、电话线及ADSL(asynchronous digital subscriberloop：非对称数字用户环路)线路等，上述无线方式有如IrDA(infrared dataassociation：红外数据协会)及遥控器的红外线、Bluetooth(注册商标)、IEEE802.11无线、HDR(high data rate：高速数据传送)、移动电话网、卫星线路及地面波数字网等。此外，在本发明中，上述程序编码也能够以由电子传送体现的内嵌在传送波中的计算机数据信号的方式实现。

此外，用于实施发明的方式中示出的具体的实施方式或实施例仅用于明确本发明的技术内容，而不是限定于那样的具体例来进行狭义的解释的，而且，能够在本发明的精神和下面记载的专利申请的范围内，进行各种变更来实施。

产业上的可利用性

若采用本发明，则能够在维持计测范围的同时简便地扩展能够计测的高度，因此，例如能够最佳地应用在用于检查安装基板的图像检查装置等中。

附图标记的说明

10  三维形状计测系统(三维形状计测装置)

11  传送单元

12  计测对象

13  投光单元

14  光图案

15  拍摄单元

16  控制单元

17  计测头

18  z轴进给机构(移位部)

31  光源

32  图案生成元件

33  光学系统

34  线性传感器

35  光学系统

41  传送台(安装台)

42  伺服电机

43  线位移传感器

44  图像取得部

45  主控制部

46  存储部

47  输入/设定部

48  传送控制部

49  投光控制部

50  z轴进给控制部(移位部控制单元)

72  背景除去部

74  希尔伯特变换部

75  相位计算部(相位计算单元)

76  相位差计算部

77  高度计算部(高度计算单元)

78  进给量计算部(移位部控制单元)

81  进给判定部(移位部控制单元)

82  相位差计算部(相位修正单元)

83  计测范围变更部(计测范围设定单元)

Claims (5)

1.一种三维形状计测装置，通过对投影在计测对象上且亮度根据位置而周期性地变化的光图案进行分析，来计测上述计测对象的三维形状，该三维形状计测装置的特征在于， 

具有： 

安装台，其具有成为上述计测对象的高度的基准的基准面，并且上述计测对象安装在该安装台上， 

计测头，其将上述光图案投影到上述计测对象及上述基准面上，并拍摄所投影的光图案， 

移位部，其使上述安装台及上述计测头这两个构件中的至少一个构件向上述计测对象的高度方向移位， 

相位计算单元，其对包含在由上述计测头拍摄得到的图像中的某个像素的上述光图案的相位进行计算， 

高度计算单元，其基于由该相位计算单元计算出的相位，来计算上述计测对象的高度， 

移位部控制单元，其基于由该高度计算单元计算出的上述计测对象的高度，来控制上述移位部； 

上述高度计算单元，基于由上述相位计算单元计算出的相位来计算高度，并基于特定移位量来修正计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度，所述特定移位量是指，上述移位部使上述一个构件在从上述安装台的基准面到上述计测头为止的高度范围内移位的移位量； 

若由上述高度计算单元计算出的上述计测对象的高度到达与上述计测头的景深相对应的范围的端部，则上述移位部控制单元使上述移位部进行上述移位； 

该三维形状计测装置还具有相位修正单元，该相位修正单元基于表示上述相位的取值范围的计测范围，来修正由上述相位计算单元计算出的相位； 

上述高度计算单元基于由上述相位修正单元修正后的相位来计算高度，并基于上述移位量来修正所计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度； 

该三维形状计测装置还具有计测范围设定单元，该计测范围设定单元基于上述移位量和由上述相位修正单元修正后的相位，来设定上述计测范围。 

2.根据权利要求1记载的三维形状计测装置，其特征在于， 

若由上述高度计算单元计算出上述计测对象的高度，则上述移位部控制单元使上述移位部进行上述移位。 

3.根据权利要求1记载的三维形状计测装置，其特征在于， 

若由上述高度计算单元计算出的上述计测对象的高度到达特定范围的端部，则上述移位部控制单元使上述移位部进行上述移位，所述特定范围是指，与表示上述相位的取值范围的计测范围相对应的高度方向上的范围。 

4.根据权利要求1至3中的任一项记载的三维形状计测装置，其特征在于， 

上述计测头具有： 

第一线性传感器，其用于拍摄光图案照射区域，该光图案照射区域为上述计测对象上的投影有上述光图案的区域， 

第二线性传感器，其用于拍摄光图案非照射区域，该光图案非照射区域为上述计测对象上的未投影有上述光图案的区域； 

上述相位计算单元所使用的图像是，利用由第二线性传感器拍摄得到图像，从由第一线性传感器拍摄得到的图像中除去背景成分后的图像。 

5.一种三维形状计测方法，应用于三维形状计测装置，该三维形状计测装置通过对投影在计测对象上且亮度根据位置而周期性地变化的光图案进行分析，来计测上述计测对象，该三维形状计测方法的特征在于， 

包括： 

相位计算步骤，将上述光图案投影到上述计测对象和基准面上，并计算包含在由计测头拍摄得到的图像中的某个像素的上述光图案的相位，其中，上述基准面是指，安装有该计测对象的安装台所具有的面，且成为上述计测对象的高度的基准的面，上述计测头用于拍摄所投影的光图案， 

高度计算步骤，基于由该相位计算步骤计算出的相位，计算上述计测对象的高度， 

移位部控制步骤，基于由该高度计算步骤计算出的上述计测对象的高度来控制位移部，该位移部使上述安装台及上述计测头这两个构件中的至少一个构件向上述计测对象的高度方向移位； 

在上述高度计算步骤中，基于由上述相位计算步骤计算出的相位来计算 高度，并基于特定移位量来修正计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度，所述特定移位量是指，上述移位部使上述一个构件在从上述安装台的基准面到上述计测头为止的高度范围内移位的移位量；

若通过上述高度计算步骤计算出的上述计测对象的高度到达与上述计测头的景深相对应的范围的端部，则在上述移位部控制步骤中使上述移位部进行上述移位； 

该三维形状计测方法还包括相位修正步骤，在该相位修正步骤中，基于表示上述相位的取值范围的计测范围，来修正通过上述相位计算步骤计算出的相位； 

在上述高度计算步骤中，基于通过上述相位修正步骤修正后的相位来计算高度，并基于上述移位量来修正所计算出的高度，由此计算上述计测对象的高度； 

该三维形状计测方法还包括计测范围设定步骤，在该计测范围设定步骤中，基于上述移位量和由上述相位修正步骤修正后的相位，来设定上述计测范围。 

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