CN104655050A - 校准方法以及形状测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种校准方法以及形状测定装置。该校准方法包括：使用具有距底面(201)的高度沿第一方向变化的参照面(203)的基准量规(200)，并向参照面(203)投射相位沿第一方向为同相位且相对于与第一方向交叉的第二方向变化的条纹图案，并获取条纹图案的拍摄图像的拍摄步骤；计算条纹图案的拍摄图像中沿第一方向的各像素的相位的相位获取步骤；以及生成使与像素对应的参照面(203)的高度、针对该像素计算出的相位、以及计算出该相位时的条纹图案的周期建立关联的关系数据的数据生成步骤。

Description

校准方法以及形状测定装置

技术领域

本发明涉及测定测定对象的三维形状的形状测定装置中的校准方法以及形状测定装置。

背景技术

以往，作为通过三维测定装置获取测定对象的三维的测定值的方法，已知有相移法(例如参照专利文献1)。

在该专利文献1所记载的装置中，从投影部向测定对象投影相位不同的多个格纹，并利用拍摄部拍摄该格纹的图像。然后，根据得到的格纹的图像使用相移法来测定测定对象的三维形状。

这里，在该装置中，在实际的三维测定之前实施校准。在该校准中，首先将平板设置于精密工作台，并通过使工作台在z方向上每次移动Δz来使格纹的相位偏移。

另外，为了高精度地计算z坐标，使用周期不同的粗格纹、细格纹、以及微细格纹，并通过近似式计算出各格纹的拍摄图像中的各像素的z坐标的候补。然后，提取细格纹的z坐标候补与微细格纹的z坐标候补的差最小的组合，并将提取出的组合的微细格纹的z坐标作为计算值。

专利文献1：日本特开2010－203867号公报

然而，在上述专利文献1的测定装置中，通过使工作台在Z方向上每次移动Δz来使格纹的相位偏移。在该情况下，需要使工作台精密地移动的复杂的结构，校准的时间也变长。此时，也多了需要将Δz设定为相位变化不超过2π的值等限制。

并且，为了更加准确地计算z坐标，使用周期不同的格纹(细格纹、微细格纹)，并针对各格纹的拍摄图像计算各像素的相位，并根据相位估算与该像素对应的z坐标。然而，也存在如下等课题，即，作为细格纹以及微细格纹，需要针对z方向的测量范围(工作台可移动量)在各格纹中设置2π以上的相位差，在设定的周期上多了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够以简单的结构，并在短时间内实施校准的校准方法以及形状测定装置。

本发明的校准方法的特征在于，包括：使用具有距基准平面的高度已知且该高度沿第一方向变化的参照面的基准量规，并针对相位沿上述第一方向为同相位且相对于与上述第一方向交叉的第二方向正弦波状地变化的格纹，使上述正弦波的周期多次变化并且针对各周期使上述格纹的相位偏移多次，并将所述格纹投射至上述参照面，并获取拍摄各上述格纹得到的拍摄图像的拍摄步骤；计算在针对上述各周期的上述格纹分别获取且相位分别不同的多个格纹的上述拍摄图像中沿上述第一方向的各像素的相位的相位获取步骤；以及生成使与上述各像素对应的上述参照面的高度、针对该像素计算出的相位、以及计算该相位时的上述格纹的周期建立关联的关系数据的数据生成步骤。

这里，所谓参照面的高度沿第一方向变化能够列举出如下的结构，例如，参照面沿第一方向为阶梯状，并设置多个与基准平面平行且高度不同的面的结构，参照面沿第一方向相对于基准平面倾斜的结构等。

在本发明中，向这样的参照面投射在第一方向即高度变化的方向上为同相位的格纹，并使该格纹的相位多次偏移，获取每次的拍摄图像。而且，通过针对各周期的格纹拍摄使相位偏移形成的多个格纹图案，能够根据这些不同相位的格纹的拍摄图像分别计算出与沿第一方向的位置对应的像素的相位。通常，若高度相同，则这些像素的相位相同，高度变化相位也变化。相位与高度成比例关系，所以通过比较高度已知的基准量规的高度变化量和相位的变化量，能够使高度与相位建立关联。

如上所述，在本发明中，能够不需要像以往那样使精密工作台准确地移动的驱动机构等，所以实现结构的简单化，并且也无需使工作台移动，所以能够实施高速的校准处理。

在本发明的校准方法中，优选上述参照面具备距上述基准平面的高度已知的基准点，在上述相位获取步骤中获取上述基准点的相位。

在本发明中，在基准量规中设置有高度已知的基准点。因此，能够通过获取针对该基准点的位置的相位，来容易地将高度与相位的关系建立关联。

在本发明的校准方法中，优选在上述相位获取步骤中，在上述参照面的高度单调增加或者单调减少时获取的上述相位从单调增加或者单调减少反转的情况下，对该获取的上述相位补偿2π的整数倍。

若向高度在第一方向上单调地增加的参照面投射在高度变化方向上为同相位的格纹，则通常相位也成比例地增加。但由于相位在0～2π之间变化，所以计算出的相位再次返回至0。在该情况下，在相位获取步骤中，能够通过补偿2π，来以在高度单调地变化时相位单调地变化的方式进行修正，能够使高度和相位准确地建立关联。

本发明的形状测定装置的特征在于，具备：数据存储单元，对通过上述那样的校准方法生成的关系数据进行存储；相位获取单元，获取根据相位不同的多个格纹得到的测定点的相位；候补获取单元，基于针对周期不同的多个上述格纹通过上述相位获取单元获取的上述相位、以及上述关系数据，针对上述各周期分别获取多个高度候补；以及高度决定单元，提取针对不同的周期获取的两个上述高度候补的组合中的差最小的组合，并求出上述测定点的实际的高度。

在本发明中，根据针对多个周期使相位多次偏移形成的格纹，通过相位获取单元获取针对多个周期的相位，候补获取单元根据关系数据获取针对各周期的相位的高度的候补。然后，高度决定单元从这些高度的候补中提取出差最小的两个组合，并将其中的一方决定为实际的高度。

在上述那样的结构中，不实施繁琐的处理，能够容易地测定测定对象的高度。另外，在关系数据的获取时，例如无需使工作台移动，能够不需要复杂的结构。

在本发明的形状测定装置中，优选具备：图案投射单元，向测定对象投射上述格纹，并且能够变更投射的上述格纹的相位以及周期；以及拍摄单元，拍摄投射的上述格纹，上述相位获取单元根据通过上述拍摄单元拍摄的拍摄图像的与上述测定点对应的像素的亮度来计算上述相位。

在本发明中，通过图案投射单元投射格纹，并通过拍摄单元对该格纹进行拍摄。在这样的结构中，能够通过变更由图案投射单元投射的图案，来容易地获取使周期、相位变化了的格纹。另外，能够容易地变更格纹的方向(第一方向以及第二方向)，能够根据基准量规、测定对象，生成最佳的格纹。

在本发明的形状测定装置中，优选上述高度决定单元将提取出的上述高度候补的组合中针对上述周期短的格纹获取的高度候补作为上述实际的高度。

在本发明中，格纹的周期越短，测定精度越高。因此，通过获取提取出的一对候补的组合中与周期短的一方对应的高度的一方，能够提高形状测定中的测定精度。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的一实施方式的形状测定装置的概要结构的框图。

图2是表示投射至与xy平面平行的测定对象面的条纹图案的拍摄图像的图。

图3是表示沿图2中x＝x0的线方向(与y轴平行)的亮度的变化的图。

图4是表示图2中x＝x0处的相位变化的图。

图5是表示沿图2中y＝y0的线方向(与x轴平行)的相位的变化的图。

图6是表示本实施方式中的关系数据的一个例子的图。

图7是表示本实施方式的校准方法的流程图。

图8是表示用于本实施方式的校准处理的基准量规的概要的立体图。

图9是表示在本实施方式中拍摄投射至基准量规的条纹图案得到的拍摄图像的图。

图10是表示沿x轴方向进行相位扫描时的针对x轴的计算出的相位以及绝对相位的关系的图。

图11是表示沿y＝y0的各像素的相位的计算结果的图。

图12是表示本实施方式的形状测定方法的流程图。

图13是表示本发明的其他实施方式中的基准量规的一个例子的立体图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的一实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的形状测定装置的概要结构的框图。

如图1所示，本实施方式的形状测定装置1具备能够载置测定对象的工作台10、照射格纹(条纹图案)的图案投射部11、拍摄测定对象的拍摄部12、以及测定控制部20。

在该形状测定装置1中，从图案投射部11向载置于工作台10的测定对象照射条纹图案，并通过拍摄部12拍摄测定对象上的条纹图案。然后，测定控制部20基于条纹图案的拍摄图像通过相移法对测定对象的形状进行测定。以下，具体地对各结构进行说明。

图案投射部11是本发明的图案照明单元，例如由投影仪等构成。该图案投射部11在测定控制部20的控制下向工作台10上的测定对象投射条纹图案。

这里，如图1所示，从图案投射部11投射的条纹图案是相位沿第一方向(例如在图1中为与x轴方向平行的方向)为同相位且沿与x轴方向交叉的第二方向(例如在图1中为与y轴方向平行的方向)为正弦波状地变化的图案。

另外，优选图案投射部11向工作台10从z轴方向(高度方向)照射条纹图案。像这样，通过从z轴方向投射条纹图案，例如能够抑制由测定对象的凹凸等引起的投射光的阴影的产生。另外，也可以为能够变更图案投射部11的位置以及投射方向的结构。在该情况下，能够根据测定对象适当地变更投射方向，向实施了测定的面适当地投射条纹图案。

另外，图案投射部11能够通过测定控制部20的控制来变更投射的条纹图案的方向(第一方向以及第二方向)。

拍摄部12是本发明的拍摄单元，例如由CCD、CMOS等拍摄元件构成。拍摄部12从与图案投射部11的图案投射方向不同的方向拍摄测定对象。具体而言，如图1所示，在从z轴方向投射x轴方向为第一方向的条纹图案的情况下，优选从相对于xz平面倾斜的拍摄方向拍摄测定对象。由此，在测定对象中存在z坐标沿x方向连续地变化的倾斜面的情况下，能够拍摄条纹图案中的相位变化。

图2是表示投射至与xy平面平行的测定对象面的条纹图案的拍摄图像的图。在图2中示出拍摄第一方向为x轴方向、第二方向为y轴方向的条纹图案得到的拍摄图像。

图3是表示沿图2中x＝x0的线方向(与y轴平行)的亮度的变化的图，图4是表示图2中x＝x0处的相位变化的图，图5是表示沿图2中y＝y0的线方向(与x轴平行)的相位的变化的图。

如图3～图4所示，若拍摄上述那样的条纹图案，则得到如下的拍摄图像，该拍摄图像沿作为第一方向的x轴方向为同相位且为同一亮度，且沿作为第二方向的y轴方向为相位以及亮度正弦波状地变化。

测定控制部20由计算机构成，如图1所示，具备存储部21以及控制部22。

存储部21是本发明的数据存储单元，例如由硬盘、存储器等构成，存储部21存储各种程序、各种数据。

作为存储于存储部21的各种数据，例如存储有表示z坐标值与相位的关系的关系数据等。

图6是表示存储于存储部21的关系数据的一个例子的图。

图6是表示照射了第一方向为x轴方向的条纹图案时的相位与高度(z坐标值)的关系的关系数据。

图6所示的关系数据是投射了第一方向为x轴方向的条纹图案的情况下的关系数据。在该情况下，相位随着y的坐标值的变化而变化，所以如图6所示那样，存储针对各y坐标值的关系数据。

另外，将针对周期(在第二方向上表现出的正弦波的周期)不同的多个条纹图案的关系数据分别存储于存储部21。

应予说明，在图6中是条纹图案的第一方向为x轴方向的情况的例子，但除此而外，针对使条纹图案的第一方向变化而形成的多个条纹图案，也可以同样地记录关系数据。例如，也可以记录针对第一方向为y轴方向的条纹图案的关系数据。

控制部22例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等控制电路构成。该控制部22通过在控制形状测定装置1的整体的动作的OS上展开从存储部21读出的各种程序并实施处理，来如图1所示那样，作为条纹图案生成单元221、相位计算单元222(相位获取单元)、候补获取单元223、高度决定单元224、以及校准处理单元225发挥作用。

条纹图案生成单元221生成由图案投射部11照射的条纹图案的图像数据，并输出至图案投射部11。由此，从图案投射部11向测定对象投射生成的条纹图案。

相位计算单元222是本发明的相位获取单元，相位计算单元222基于通过拍摄部12拍摄的拍摄图像的各像素的亮度值来计算投射的条纹图案的相位。更详细而言，若拍摄使相位偏移了多次(例如两次)形成的各条纹图案，则能够如以下这样表示各拍摄图像中的像素(x，y)的亮度值。

公式1

在上述式(1)中，ψ(x，y)是初始相位，Δθ1、Δθ2是相位偏移量。另外，Ib是偏倚成分，IAMP(x，y)是伴随条纹图案的亮度的变化，IAMP(x，y)表示正弦波对比度的强度。如式(1)所示，以初始相位ψ(x，y)、第一相位ψ(x，y)+Δθ1、第二相位ψ(x，y)+Δθ2这三个相位从图案投射部11照射条纹图案，并检测各条纹图案的拍摄图像的像素(x，y)的亮度值。

这里，若设为Δθ1＝2π/3、Δθ2＝4π/3，则能够通过以下的式(2)求出初始相位ψ(x，y)。

应予说明，在本实施方式中，使用多个周期的条纹图案来实施形状测定、校准。因此，相位计算单元222针对这些条纹图案的周期分别计算上述那样的初始相位ψ(x，y)。

公式2

候补获取单元223基于计算出的初始相位ψ(x，y)和存储于存储部21的关系数据求出针对计算出的初始相位ψ(x，y)的z坐标值的候补(高度候补)。

如上述那样，在本实施方式中，使用多个周期的条纹图案来实施形状测定、校准。候补获取单元223针对这些多个周期的条纹图案分别获取高度候补。

高度决定单元224计算通过候补获取单元223求出的高度候补彼此的差分值，并提取该差分值最小的两个高度候补。然后，将这两个高度候补中与条纹图案的周期小的一方对应的高度候补决定为实际的高度。

校准处理单元225使用形状已知的基准量规，实施获取如上述那样的关系数据的校准处理。

形状测定装置的动作处理

校准方法

图7是由本实施方式中的形状测定装置进行的校准方法(校准处理)的流程图。

图8是表示用于校准的基准量规的一个例子的图。

如图8所示，基准量规200具有载置于工作台10的底面201(基准平面)、以及参照面203，该参照面203具备距底面201高度(z轴方向的尺寸)已知的多个阶梯面202(202A、202B、202C)。这里，将阶梯面202A的高度设为zA，将阶梯面202B的高度设为zB，将阶梯面202C的高度设为zC。即，这些阶梯面202为距作为基准平面的底面201的高度已知的基准点。

在本实施方式中示出设置三个阶梯面202的例子，但也可以为根据作为测定对象的z坐标范围、测定精度等设置更多的阶梯面的结构，更精细地设定各阶梯面202的高度的差的结构等。

在校准处理中，首先将上述那样的基准量规200载置在工作台10上。这里，假设基准量规200的参照面203的高度变化的高度变化方向(阶梯方向)为x轴方向。

然后，条纹图案生成单元221生成第一方向为参照面203的高度变化方向的条纹图案n(n为设定变量，将初始值设为1)，并将生成的条纹图案n从图案投射部11投射至基准量规200的参照面203(步骤S1)。

然后，通过拍摄部12拍摄投射至基准量规200的参照面203的条纹图案n(步骤S2)。将拍摄到的拍摄图像适当地存储于存储部21。

图9是拍摄投射至基准量规200的条纹图案得到的拍摄图像的一个例子。

如上述那样，拍摄部12从相对于由条纹图案的第一方向以及z轴方向形成的平面(在上述例中为xz平面)倾斜的拍摄方向拍摄测定对象(基准量规)。因此，如图9所示那样，若在拍摄图像中针对沿第一方向(x轴方向)的各像素进行相位扫描，则相位与参照面203的高度相应地变化。

之后，控制部22判定是否获取了相位不同的多个条纹图案的拍摄图像(步骤S3)。

在步骤S3中判定为否的情况下，条纹图案生成单元221使条纹图案的相位偏移(步骤S4)，并再次返回到步骤S1，获取相位不同的条纹图案的拍摄图像。

应予说明，在本实施方式中，基于上述式(2)计算初始相位ψn(x，y)。因此，在步骤S1～步骤S4中，条纹图案生成单元221依次生成初始相位ψn(x，y)的条纹图案n、从初始相位偏移了Δθ1＝2π/3的第一相位(ψn(x，y)+Δθ1)的条纹图案n、从初始相位偏移了Δθ2＝4π/3的第二相位(ψn(x，y)+Δθ2)的条纹图案n即可。

在步骤S3中判定为是的情况下，相位计算单元222基于这些多个拍摄图像计算出初始相位ψn(x，y)(步骤S5)。

具体而言，相位计算单元222根据规定数量(在本实施方式中为三个)的不同相位的条纹图案n的拍摄图像，针对各像素(x，y)计算初始相位ψn(x，y)。

此时，相位计算单元222扫描沿第一方向的各像素(x，yi)，并使用上述的式(2)计算出像素(x，yi)的初始相位ψn(x，yi)。

然而，通过相位计算单元222，基于式(2)计算出的相位具有2π的整数倍的不确定性。这里，相位计算单元222在进行了沿条纹图案的第一方向的相位扫描时，相位的变化方向发生了变化时，对计算出的相位补偿2π的整数倍，从而求出实际的相位(绝对相位)。

图10是表示计算出的相位和绝对相位的关系的图。例如，向相对于基准平面倾斜了规定的倾斜角的参照面投射第一方向为x轴方向的条纹图案并得到拍摄图像。在该情况下，若沿第一方向进行相位扫描，则如图10所示，相位随着高度发生变化，并反复出现0～2π的相位。因此，如图10所示，相位计算单元222在第一方向上进行相位扫描，并在计算的相位单调增加的情况下计算出的相位从2π变化至0时，对计算出的相位加上2π。换句话说，在第k次从2π变化至0的情况下，对计算出的相位加上2kπ。由此，能够计算出针对高度的绝对相位。

之后，控制部22判定是否计算出了针对预先设定的全部周期的条纹图案的相位。即，在本实施方式中，作为计算针对N个不同的周期的条纹图案的相位，在步骤S6中，判定是否为n≥N(步骤S6)。

而且，在步骤S6中判定为否的情况下，条纹图案生成单元221对设定变量n加1(步骤S7)，并返回到步骤S1。

通过反复实施步骤S1～步骤S7的处理，针对不同的多个周期的条纹图案分别计算出相位。

在步骤S6中判定为是的情况下，校准处理单元225将针对沿第一方向的坐标(x，yi)计算出的初始相位ψn(x，yi)与z坐标建立关联，从而生成如图6所示那样的针对y＝yi(i＝0、1、2…)的关系数据(步骤S8)。

图11是表示沿y＝y0的各像素的初始相位ψn(x，y0)的计算结果的图。

例如，如图11所示，若沿与条纹图案的第一方向平行的直线y＝y0对各像素进行扫描，则由于在参照面203的阶梯部分高度发生变化，所以相位也与该高度的变化量相应地变化。在图11中，x＝x1以及x＝x2的直线部是高度发生变化的阶梯部分。另外，x0＜xA＜x1区域在与阶梯面202A对应的像素坐标中沿x轴方向(第一方向)为同相位。同样，x1＜xB＜x2区域在与阶梯面202B对应的像素坐标中沿第一方向为同相位，x2＜xC＜x3区域在与阶梯面202C对应的像素坐标中沿第一方向为同相位。另外，阶梯面202A、202B、202C的高度(z坐标)分别为已知的值zA、zB、zC。

在该情况下，校准处理单元225生成将z＝zA与初始相位ψn(xA，y0)建立关联、将z＝zB与初始相位ψn(xB，y0)建立关联、将z＝zC与初始相位ψn(xC，y0)建立关联形成的针对y＝y0的关系数据(参照图6)。

另外，校准处理单元225针对其他的y坐标也同样地生成关系数据。并且，校准处理单元225针对其他的周期的条纹图案n也同样地生成关系数据。

形状测定方法

接下来，对由本实施方式的形状测定装置1进行的形状测定方法进行说明。

图12是表示本实施方式的形状测定处理的流程图。

在形状测定处理中，首先与校准处理相同，实施步骤S1～步骤S7的处理。换句话说，与步骤S1相同，从图案投射部11向载置于工作台10的测定对象投射条纹图案n，并通过步骤S2拍摄投射至测定对象的该条纹图案n。此时，条纹图案生成单元221投射与在上述的校准处理中生成了关系数据时的条纹图案n的方向、相位、周期相同的图案。

之后，与步骤S3相同，控制部22判定是否获取了相位不同的多个条纹图案的拍摄图像。

在步骤S3中判定为否的情况下，条纹图案生成单元221通过步骤S4的处理使条纹图案的相位偏移，并再次返回至步骤S1，获取相位不同的条纹图案n的拍摄图像。

在步骤S3中判定为是的情况下，相位计算单元222实施步骤S5的处理，针对各像素(x，y)计算相位。

此时，计算的相位具有2π的整数倍的不确定性，所以计算出的相位为ψn(x，y)+2kπ。

之后，控制部22实施步骤S6的处理，判定是否计算出了针对全部周期的条纹图案的相位。在步骤S6中判定为否的情况下，条纹图案生成单元221实施步骤S7的处理，对设定变量n加1，并返回到步骤S1。

通过反复实施以上的步骤S1～步骤S7的处理，针对不同的多个周期的条纹图案分别计算相位。

之后，候补获取单元223基于计算出的各相位ψn(x，y)+2kπ和存储于存储部21的关系数据，获取针对各像素(x，y)的高度候补(步骤S11)。

这里，如上述那样，由于各相位ψn(x，y)+2kπ具有2π的整数倍的不确定性，所以提取多个高度候补。

另外，针对N个周期的条纹图案分别提取针对ψn(x，y)+2kπ的高度候补。

接下来，高度决定单元224计算在步骤S11中提取出的各高度候补中针对周期不同的条纹图案提取出的一对高度候补的差分(步骤S12)。

例如，在N＝2，k＝1的情况下，针对像素(x，y)提取与ψ1(x，y)对应的高度候补z11、与ψ1(x，y)+2π对应的高度候补z12、与ψ2(x，y)对应的高度候补z21、与ψ2(x，y)+2π对应的高度候补z22的候补。在该情况下，分别计算|z11－z21|、|z11－z22|、|z12－z21|、|z12－z22|。

然后，高度决定单元224提取在步骤S12中计算出的高度候补的差最小的组合(步骤S13)，并将提取出的组合中与周期小的一方对应的高度候补决定为针对像素(x，y)的高度(z坐标)(步骤S14)。

本实施方式的作用效果

在本实施方式中，在校准处理中使用基准量规200，该基准量规200具有距底面201的高度已知的参照面203，并且参照面203的高度沿高度变化方向变化。而且，条纹图案生成单元221向基准量规200的参照面203照射第一方向为高度变化方向的条纹图案，并且使条纹图案的相位偏移多次，并获取各次的拍摄图像。然后，相位计算单元222根据这些拍摄图像沿第一方向计算各像素的相位。另外，条纹图案生成单元221使投射的条纹图案的周期不同，相位计算单元222针对各周期以同样的方式计算针对各像素的相位。然后，校准处理单元225生成使计算出的相位和基准量规200中的参照面203的高度建立关联的关系数据。

在这样的校准方法中，例如不使载置基准量规200的工作台10向z轴方向移动，能够以简单的结构迅速地获取关系数据。

另外，参照面203具备高度不同的多个阶梯面202，这些阶梯面202的高度分别已知。即，各阶梯面202成为高度已知的基准点，相位计算单元222计算出该基准点的相位。

在这样的结构中，能够在拍摄图像中容易地辨别出基准点处的像素位置，所以能够实现校准处理的进一步的高速化。

在本实施方式中，在校准处理中，在参照面203的高度单调增加且相位从2π变化至0时，对计算出的相位加上2kπ。

因此，能够将去除了2kπ的不确定性的绝对相位与基准量规200的高度建立关联。

在本实施方式中，针对多个周期的条纹图案，使相位偏移多次地向测定对象投射，并获取各次的拍摄图像。然后，相位计算单元222针对各周期的条纹图案的拍摄图像计算各像素的相位，候补获取单元223基于计算出的相位和关系数据，提取针对相位的高度候补。然后，高度决定单元224提取这些高度候补的差最小的组合，并将条纹图案的周期低的一方的高度候补决定为该像素处的高度(z坐标)。

由此，不实施复杂的计算，就能够容易地测定出测定对象的各部分的高度。另外，由于使用利用了周期小的条纹图案的相移法，所以能够实现测定精度的提高。

变形例

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改进等也包含于本发明。

例如，在上述实施方式中，作为基准量规200，示出了参照面203具有多个阶梯面202的例子，但并不限定于此。例如，如图13所示，也可以为具备相对于底面201倾斜了规定的倾斜角的参照面204的结构。这里，在基准量规200A中，参照面204的倾斜角度已知，能够容易地计算出参照面204的任意的位置距底面201的高度(z轴方向的尺寸)。

另外，如图13所示，也可以为在参照面204上设置多个作为基准点的标记205的结构。这些标记205距底面201的高度已知，并以规定高度间隔(例如1mm间隔)设置这些标记205。

在上述实施方式中，示出了使相位偏移两次，根据相位不同的三个条纹图案计算出相位的例子，但例如也可以使相位偏移三次以上，并根据相位分别不同的更多的条纹图案计算相位。

也可以为在参照面203中具备检测z坐标变化的高度变化方向(阶梯方向、倾斜方向)的检测传感器的结构，条纹图案生成单元221进行生成以检测出的高度变化方向为第一方向的条纹图案，并使该条纹图案从图案投射部11照射的处理。

优选在该情况下，相位计算单元222的相位扫描方向也自动地变更为沿第一方向的方向。

另外，作为第一方向，并不限定于x轴方向，例如也可以为与x轴交叉(例如45°等)倾斜的轴向。由于参照面203的高度在这样的方向上发生变化，所以能够通过与上述实施方式相同的方法来实施校准处理。

除此而外，能够将本发明实施时的具体的构造在能够实现本发明的目的的范围内适当地变更为其他的构造等。

符号说明：1…形状测定装置，11…图案投射部(图案投射单元)，12…拍摄部(拍摄单元)，20…测定控制部，21…存储部(数据存储单元)，22…控制部，200、200A…基准量规，201…底面(基准平面)，202(202A、202B、202C)…阶梯面，203、204…参照面，205…标记(基准点)，221…条纹图案生成单元，222…相位计算单元(相位获取单元)，223…候补获取单元，224…高度决定单元，225…校准处理单元。

Claims (6)

1.一种校准方法，其特征在于，包括：

使用具有距基准平面的高度在第一方向上变化的参照面的基准量规，并向所述参照面投射相位在所述第一方向上为同相位且相对于与所述第一方向交叉的第二方向正弦波状地变化的格纹，并获取拍摄所述格纹得到的拍摄图像的拍摄步骤；

计算所述格纹的所述拍摄图像中所述第一方向的像素的相位的相位获取步骤；以及

生成使与所述像素对应的所述参照面的高度、针对所述像素计算出的相位、以及计算出了所述相位的所述格纹的周期建立关联的关系数据的数据生成步骤。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，

所述参照面具备相对于所述基准平面的基准点，

在所述相位获取步骤中获取所述基准点的相位。

3.根据权利要求1或者2所述的校准方法，其特征在于，

在所述相位获取步骤中，在所述参照面的高度的所述相位从单调增加或者单调减少反转了的情况下，对该获取的所述相位补偿2π的整数倍。

4.一种形状测定装置，其特征在于，具备：

数据存储单元，对通过在权利要求1～3中任意一项所述的校准方法生成的关系数据进行存储；

相位获取单元，获取根据相位不同的格纹得到的测定点的相位；

候补获取单元，基于针对周期不同的所述格纹通过所述相位获取单元获取的所述相位、以及所述关系数据，针对所述周期获取高度候补；以及

高度决定单元，提取针对不同的周期获取的所述高度候补中的差最小的所述高度候补，并求出所述测定点的实际的高度。

5.根据权利要求4所述的形状测定装置，其特征在于，具备：

图案投射单元，向测定对象投射所述格纹，并且能够变更投射的所述格纹的相位以及周期；以及

拍摄单元，拍摄投射的所述格纹，

所述相位获取单元根据通过所述拍摄单元拍摄的拍摄图像的与所述测定点对应的像素的亮度计算所述相位。

6.根据权利要求4或者5所述的形状测定装置，其特征在于，

所述高度决定单元将提取出的所述高度候补中的针对所述周期短的格纹获取的高度候补作为所述测定点的实际的高度。