JP2002257528A

JP2002257528A - 位相シフト法による三次元形状測定装置

Info

Publication number: JP2002257528A
Application number: JP2001059053A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Sakida; 隆二崎田; Terumi Kamata; 照己鎌田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな面積を持つ対象面の三次元形状を、位
相シフト法を用い高精度かつ高速に測定する三次元形状
測定装置を提供する。【解決手段】照明ユニット２を用いて、被検物３の軸
方向に正弦波状の強度分布を持ったライン照明４を投影
する。被検物３上の正弦波状ライン照明４が投影された
場所を、被検物３の軸方向に画素が並べられたラインセ
ンサカメラ１を用いて撮像する。被検物駆動用モータ５
によって被検物３を回転することにより、被検物３の全
面の撮像を行い、位相シフト法により被検物の三次元形
状を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元形状測定装
置、より詳細には、被検物が移動物体である場合にも適
用可能な、被検物の三次元形状を位相シフト法を用いて
測定する三次元形状測定装置に関し、及び、複写機，レ
ーザープリンタ等の、感光体ドラム，定着ローラ，現像
ローラ等円筒形状物体の表面欠陥検出に適用可能な、ラ
インセンサにより連続して取得される円筒形状もしくは
シート形状の被検物の三次元形状を位相シフト法を用い
て測定する三次元形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元形状を位相シフト法を用いて測定
する方法として、例えば、特開平１１−８３４５４号公
報、特開平１１−２１１４４３号公報、特開平５−２８
０９４５号公報等に記載の発明が挙げられる。

【０００３】図２４は位相シフト法による高さ測定の原
理を説明するための図（特開平５−２８０９４５号公報
参照）、図２５は図２４のシステム構成における処理を
説明するためのフロー図、図２６は図２４の液晶素子の
駆動によって得られる４画面分の画像メモリによって記
憶された各画像を示す図、図２７は位相シフト法（縞走
査法）を説明するための図、図２８は照明の切り換えを
説明するための図である。

【０００４】図２４は、位相シフト法を用いてクリーム
半田の印刷状態を検査する検査装置（特開平５−２８０
９４５３号公報）の例を示す図で、図示のように、プリ
ント基板８０を載置するＸＹテーブル７１と、このプリ
ント基板８０に斜め上方からスリット状の複数の位相変
化する光パターンを照射する照明装置７２と、このプリ
ント基板８０を基板表面に対してほぼ垂直方向から撮像
するＣＣＤカメラ７３とを備えている。プリント基板８
０上には、クリーム半田８０ａが印刷されている。ＸＹ
テーブル７１は、コンピュータ装置７５及びコントロー
ラ７９からの命令をＸＹテーブルコントローラ７４を介
してパルスモータ７１ａ，７１ｂを駆動することによ
り、載置したプリント基板８０をＸ−Ｙ方向の任意位置
に移動させる装置である。照明装置７２は、コントロー
ラ７９の命令を照明コントローラ７６を介してプリント
基板８０に斜め上方から４分の１ピッチづつ位相変化す
る光を照射する照明装置であり、光源からの光を液晶光
学シャッタを介して照射することにより、Ｘ方向または
Ｙ方向に沿って照度が正弦波状に変化する縞状パターン
をプリント基板８０上に照射する。また、この縞状パタ
ーンは液晶光学シャッタを制御して、その位相を任意に
移動させることにより、上記説明のようにＸ方向又はＹ
方向に４分の１ピッチづつ位相が変化する縞状パターン
を生成する。

【０００５】図２４において、プリント基板８０がＸＹ
テーブル７１上に載置されると、まずコンピュータ装置
７５がＸＹテーブルコントローラ７４に移動量等のデー
タと共に指示信号を送り、プリント基板８０を最初の検
査エリア（初期位置）に移動させる。この検査エリア
は、例えばＣＣＤカメラ７３の視野の大きさを単位とし
てプリント基板８０をあらかじめ分割して定めておいた
ものである。次に、コントローラ７９は、照明コントロ
ーラ７６に縞状パターン等のデータと共に、指示信号を
送り、照明装置７２に縞状パターンの照明を開始させる
と共に、この縞状パターンの位相を、図２８に（イ）〜
（ニ）にて示すように、４分の１ピッチずつシフトさせ
て４種類の照明を順次切り換えさせる。このようにして
縞状パターンの位相がシフトする照明が行われている間
に、ＣＣＤカメラ７３は、これらの各照明ごとに検査エ
リアを撮像し、それぞれ４画面分の画像信号を順次出力
する。

【０００６】画像メモリ７８ａは分配器７７を介して送
られて来た４画面分の画像信号を順次記憶する。この記
憶した画像信号をコンピュータ装置７５に送り出す。こ
の画像メモリ７８ａに格納された画像をコンピュータ装
置７５が処理している間に、ＸＹテーブル７１は次の検
査エリアへ移動し、分配器７７はこの検査画像を画像メ
モリ７８ｂへ格納する。一方、コンピュータ装置７５は
メモリ７８ａの画像処理が終わると、すでにメモリ７８
ｂに次の画像信号が入力済みであるために、すぐに次の
画像を処理することができる。つまり、検査は図２５に
示すように、一方で次の検査エリア（ｎ＋１番目）への
移動（Ｓ１）→画像入力（Ｓ２）を行い、他方ではｎ番
目の画像処理（Ｓ３）→比較判定（Ｓ４）を平行処理で
行う。以下、全ての検査エリアの検査が完了するまで、
交互に同様の平行処理を繰り返す。このようにコンピュ
ータ装置７５とコントローラ７９の制御により検査エリ
アを移動しながら、順次画像処理を行うことにより、プ
リント基板８０上のクリーム半田８０ａの印刷状態を高
速かつ確実に検査することができる。

【０００７】次に、コンピュータ装置７５の行う画像処
理と比較判定について説明する。縞状パターンの位相が
４分の１ピッチずつシフトした際の検査エリアの画像
は、図２６（イ）〜（ニ）のようになる。この図２６か
ら明らかなように、プリント基板８０に写し出された縞
状パターンは、基板面上とクリーム半田８０ａとの間で
その高さの相違から、その高さの差に依存した位相のず
れを生じる。そこでコンピュータ装置７５では、これら
４画面の画像信号をもとに、位相シフト法（縞走査法）
によって検査エリア内の各部の反射面の高さを算出す
る。計測手順は図２７に示すようなデータフローによっ
て行われる。図２７において、Ｐは検査エリア内の任意
の画素、Ｉ₀〜Ｉ₃はこの画素Ｐにおける図２６の４画面
の各画素について８ビットに量子化された光強度信号レ
ベル、Ｚはこの画素Ｐの求めるべき高さを表す。そし
て、αとφの１対１関数のデータテーブルは光学概念図
の基準面上にてあらかじめ求めておいたものである。即
ち、４つの光強度信号は次式（１）により、−π／２＜
φ＜π／２について位相φの光強度信号を得る。 φ＝ａｒｃｔａｎ〔（Ｉ₃−Ｉ₁）／（Ｉ₀−Ｉ₂）〕・・・・・（１）

【０００８】次に、位相の光強度信号を一般角φに拡大
する。ここで、ＣＣＤカメラ７３は、図２７（ｂ）に示
すように、プリント基板８０の表面の基準面に対して撮
像中心の原点Ｏから垂直方向に配置され、照明装置７２
は斜めに配置されている。このため、プリント基板８０
の表面のｘ方向の照度Ｉは、図２７（ｃ）に示すよう
に、位相変化する。この位相変化φは、図２７（ｄ）に
示すように、ｘ方向に対して次の関数で表される。ｘ＝ｆ₁（φ）・・・・・（２）

【０００９】また、プリント基板表面の垂直軸に対する
照明装置７２の角度αは、ｘ方向に次式（３）で表され
る。 α＝ｆ₂（ｘ）・・・・・（３）上記式（２），（３）より、次式（４）を得る。 α＝ｆ（φ）・・・・・（４）

【００１０】このαとφの１対１関数のデータテーブル
は、光学概念図の基準面上にてあらかじめ求めておき、
メモリされている。そして、下式（５）より画素単位の
高さデータＺを得る。Ｚ＝Ｌ１−Ｌ２／ｔａｎα＋Ｘ／ｔａｎα ・・・・・（５）

【００１１】このようにして得られた高さデータは、撮
像画面の画素単位にもっており、距離画像としてコンピ
ュータ装置７５のメモリに格納される。以上に説明した
ように、縞状パターンの位相をずらせて得た画像信号に
基づき、位相シフト法によりクリーム半田８０ａの相対
的な高さを検出することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記位相シフト法によ
る高さ測定法では、縞状パターンの間隔を小さくし、Ｃ
ＣＤカメラの倍率を上げるほど分解能が高くなる。しか
し、倍率を上げるほど一度に測定できる面積が小さくな
るため分割撮像等の必要が生じ、測定時間が長くなると
いうトレードオフの関係がある。例えば、１００ｍｍ×
１００ｍｍの検査対象面を、分解能１０μｍ程度で計測
したい場合を考える。このとき、対象面上での縞パター
ン間隔を１００μｍに、ＣＣＤカメラ１画素当たりの視
野範囲を１０μｍ×１０μｍに設定する必要がある。一
般的なＣＣＤカメラを用いた場合、有効画素数は７６８
×４９３程度なので、一度に撮像できる範囲は７.６８
ｍｍ×４.９３ｍｍになる。よって検査範囲全体（１０
０ｍｍ×１００ｍｍ）を撮像するためには２６４回の撮
像が必要になる。さらに位相シフト法を用いるためには
その４倍の１０５６回の撮像が必要となる。１画像の撮
像に１／３０秒かかるとすれば、単純に３５秒必要であ
る。１台のカメラでこれを実現しようとすれば、カメラ
あるいは対象面を機械的に移動させる必要が有り、さら
に多くの測定時間を要する。また、複数カメラの使用に
より測定時間の短縮は可能であるが、その分コストが増
えてしまう。

【００１３】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたものであり、本発明（請求項１〜１１）の目的は、
大きな面積を持つ対象面の三次元形状を、位相シフト法
を用い高精度かつ高速に測定する三次元形状測定装置を
提供することにある。

【００１４】また、従来技術による２次元カメラを用い
た位相シフト法における画像の取得は、そのフレーム画
像毎に、異なる位相の格子パターンを投影し行ってお
り、位相シフト法の原理上少なくとも３回の撮像が必要
となる。ラインセンサに応用した場合も、たとえば円筒
形状の被検物に関しては、従来方法を踏襲し、１周で、
ひとつの位相画像を取得するため３周以上の取り込み動
作が必要となった。この場合、測定時間およびその測定
位置の再現性が問題として挙げられている。

【００１５】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたものであり、本発明（請求項１２〜２１）の目的
は、ラインセンサの蓄積時間が各ラインごとで決まるこ
とに着目し、連続して取り込むライン画像ごとに格子パ
ターンを変更し、円筒形状では１回転で三次元形状測定
用の画像データを取得することにより、高速高精度な三
次元形状測定装置を提供することにある。なお、これに
より従来の方法では検出できなかった紙、鋼板等のシー
ト状に連続して供給されるものに対しての位相シフト法
の適用が可能となる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被検
物と正弦波状の強度分布を持つライン照明する正弦波状
ライン照明ユニットと、該照明ユニットによって照明さ
れた場所を撮像するラインセンサカメラと、被検物を前
記ラインセンサカメラの素子の並びに対して垂直方向に
駆動する駆動装置及びそのコントローラと、前記ライン
センサカメラの撮像位置での正弦波状ライン照明の位相
を変化させるための駆動装置及びそのコントローラと、
それら全体の動きを制御するための演算処理装置とを備
え、位相シフト法により被検物の三次元形状を測定する
ことを特徴としたものである。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、ラインセンサカメラからの画像を記録し、それらの
画像から被検物の三次元形状を演算する信号処理装置を
備えたことを特徴としたものである。

【００１８】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、被検物の位置を検出するためのセンサを搭載したこ
とを特徴としたものである。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、被検物の位置を検出するためのセンサを搭載し、位
相シフトさせた複数画像を得る際に各画像の取り込み開
始位置が異なっていても、位置センサの出力をもとに各
画像の位置を対応させることを特徴としたものである。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、ラインセンサカメラの１ラインの全画素走査終了時
と次ラインの走査開始までの時間内に正弦波状ライン照
明の位相シフトを行うことを特徴としたものである。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、ライン状にしたレーザ光を照明にすることを特徴と
したものである。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、ライン状にしたレーザ光を照明に用い、ガルバノミ
ラーを用いて照明の位相シフトを行うことを特徴とした
ものである。

【００２３】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、矩形開口部の１次元回折像を照明に用いることを特
徴としたものである。

【００２４】請求項９の発明は、請求項１の発明におい
て、矩形開口部の１次元回折像を照明に用い、矩形開口
の中心位置を変化させることにより位相シフトを行うこ
とを特徴としたものである。

【００２５】請求項１０の発明は、請求項１の発明にお
いて、２つのスリットからの干渉した光を照明に用いる
ことを特徴としたものである。

【００２６】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、２つのスリットからの干渉した光を照明に用い、
２つのスリットの中心位置を変化させることにより位相
シフトを行うことを特徴としたものである。

【００２７】請求項１２の発明は、被検物格子パターン
を投影するための光学系とその被検物による変形像を撮
像するためのラインセンサカメラとなる検査光学系と、
被検物をラインセンサに対して鉛直方向に移動可能な駆
動系とを備え、被検物をラインセンサに対して鉛直方向
に相対的に移動させ、被検物表面の凹凸を検出する三次
元形状測定装置において、連続して撮像するラインセン
サの各ライン毎に、異なる格子パターンを投影し、同一
画素のライン間での出力の変化により、高さ検出を行う
ことを特徴としたものである。

【００２８】請求項１３の発明は、請求項１２の発明に
おいて、近接する複数のラインデータから、位相シフト
法によって、高さの位相分布データを作成することを特
徴としたものである。

【００２９】請求項１４の発明は、請求項１２の発明に
おいて、連続して入力される複数のラインデータを、投
影位相角毎に位相シフト法の該当する項として算出し、
各ライン毎に高さの位相分布データを作成することを特
徴としたものである。

【００３０】請求項１５の発明は、請求項１２乃至１４
のいずれか１の発明において、複数の光源をライン同期
信号毎に順次選択して照射することにより位相シフトを
行うことを特徴としたものである。

【００３１】請求項１６の発明は、請求項１２乃至１４
のいずれか１の発明において、格子移動手段を具備し、
撮像位置での格子パターンを、ライン同期信号と同期し
て、順次移動することにより、位相シフトを行うことを
特徴としたものである。

【００３２】請求項１７の発明は、請求項１２乃至１６
のいずれか１の発明において、円筒形状の被検物に対
し、その軸方向に格子パターン投影光学系および撮像系
を相対的に移動する手段を備え、順次移動し複数回撮像
を行うことによって、被検物表面全域の三次元形状の計
測を行うことを特徴としたものである。

【００３３】請求項１８の発明は、請求項１７の発明に
おいて、軸回転制御装置から出力される回転制御信号あ
るいはエンコーダ信号と、その信号を被検物の１回転分
をカウントするカウンタと、そのカウンタの出力でフレ
ーム同期を行い複数回撮像を行う撮像系とによって、測
定範囲全域の画像を生成し、三次元形状の計測を行うこ
とを特徴としたものである。

【００３４】請求項１９の発明は、請求項１７の発明に
おいて、回転制御装置から出力されるパルスもしくはエ
ンコーダ信号により得られる、回転位置情報から、フレ
ームメモリへの先頭アドレスを生成し、測定範囲全域の
画像を生成し、三次元形状の計測を行うことを特徴とし
たものである。

【００３５】請求項２０の発明は、請求項１３の発明に
おいて、少なくとも、投影位相パターン数−１のライン
バッファメモリと、異なるライン間の同一画素信号を、
和、差、除算、逆正接演算する演算処理部と、ライン同
期信号生成部とを備えることを特徴としたものである。

【００３６】請求項２１の発明は、請求項１４の発明に
おいて、少なくとも、投影位相パターン数分のラインバ
ッファメモリと、異なるライン間の同一画素信号を、
和、差、除算、逆正接演算する演算処理部とを備えるこ
とを特徴としたものである。

【００３７】

【発明の実施の形態】請求項１図１は、本発明の基本的な構成を示す図で、以下に、被
検物として円筒状ワークを例に説明を行うが、本発明は
円筒状被検物に限定したものでない。図１において、３
は円筒状の被検物で、この円筒状の被検物３の軸方向に
照明ユニット２を用いて、図２に示すように、正弦波状
の強度分布を持ったライン照明４を投影する。そして、
被検物３上の正弦波状ライン照明４が投影された場所
を、被検物３の軸方向に画素が並べられたラインセンサ
カメラ１を用いて撮像する。さらに、被検物駆動用モー
タ５によって被検物３は回転することにより、被検物３
の全面の撮像が行われる。

【００３８】次に、上記構成により位相シフト法を実現
する方法について述べる。まず、第１回目の撮像では、
図３に示すように、ラインセンサカメラ１の撮像視野に
正弦波状ライン照明４の（１）番目の強度が一致するよ
うに、照明ユニット２の位置を照明ユニット駆動ステー
ジ６を用いて調整する。必ずしも、（１）番目の位置に
一致している必要は無く、初期位置をどこに設定しても
よい。この状態で、円筒状被検物３の１回目の全面撮像
が行われ、各画素毎にＩ₀が得られる。次に、照明ユニ
ット駆動ステージ６を用いて照明ユニット２の位置を、
ラインセンサカメラ１の撮像視野に正弦波状ライン照明
４の図３の（２）番目の強度が一致するように動かす。
図３の（２）番目の位置は、正弦波波状ライン照明４の
円筒状被検物３上での幅をｄとすると、位置（１）とｄ
／４だけ離れた位置である。この状態で円筒状被検物３
の２回目の全面撮像が行われ、Ｉ₁が得られる。同じよ
うにして、Ｉ₂，Ｉ₃が得られる。以上のＩ₀〜Ｉ₃と
（１）式から位相φが、さらに（５）式を用いることに
より、円筒状被検物３の三次元形状を測定することがで
きる。

【００３９】これらの動き全体の制御はコンピュータ１
３によって行われる。つまり、まずコンピュータ１３の
指令により、照明ユニット駆動用コントローラ８が、照
明ユニット駆動ステージ６を動作させ照明ユニット２が
初期位置に動く。次に、コンピュータ１３は被検物駆動
用コントローラ７に指令を出し、その指令により被検物
駆動用モータ５が回転し、円筒状被検物３の回転が始ま
る。さらに、コンピュータ１３は信号処理装置１２に指
令を出し、その指令により信号処理装置１２は画像入力
を始める。このように、コンピュータ１３が、照明ユニ
ット２の移動、円筒状被検物３の回転、画像入力の動作
タイミングをコントロールしている。このような構成に
しておけば、従来のように格子パターン状の照明は必要
でなく、ただ１本の正弦波状照明でよい。

【００４０】ここで比較のために、本手法で、１００ｍ
ｍ×１００ｍｍの検査対象面を、分解能１０μｍ程度で
計測した場合の計測時間について考える。対象面上での
正弦波状ライン照明の幅ｄ＝１００μｍに、４０ＭＨ
ｚ、５０００画素のラインセンサカメラ１を用いるとす
る。１画素当たりの視野範囲を１０μｍに設定し、一度
に５０ｍｍの範囲を撮像する。ラインセンサカメラ１の
駆動周波数が４０ＭＨｚなので１ライン（５０００画
素）の駆動に１２５μｓｅｃかかる。１００ｍｍの範囲
を撮像するには１００００ライン駆動するので１.２５
秒かかる。つまり、５０ｍｍ×１００ｍｍの範囲を１０
μｍ×１０μｍｍの分解能で撮像するのに１.２５秒を
要する。位相シフト法を用いるためには４回の撮像が必
要となるので合計５秒を要する。さらに、もう半分の５
０ｍｍ×１００ｍｍの範囲を測定する必要があるので、
あと５秒かかる。すなわち、１００ｍｍ×１００ｍｍの
範囲に対して、本手法の構成により位相シフト法を用い
た場合の撮像時間は１０秒となり、従来技術で算出した
３５秒に対して測定時間の大幅な短縮が実現できる。

【００４１】請求項２前述のように全体の制御はコンピュータ１３によって行
われる。まず、コンピュータ１３の指令により、照明ユ
ニット駆動用コントローラ８が、照明ユニット駆動ステ
ージ６を動作させ、照明ユニット２が初期位置に動く。
次に、コンピュータ１３は被検物駆動用コントローラ７
に指令を出し、その指令により被検物駆動用モータ５を
回転し、円筒状被検物３の回転が始まる。さらに、コン
ピュータ１３は信号処理装置１２に指令を出し、その指
令により信号処理装置１２の画像入力部９は画像入力を
始める。１回目の画像は信号処理装置１２の画像メモリ
ａ（１０ａ）に保存される。続いて２、３、４回目の撮
像が行われ同じようにそれぞれよう画像メモリｂ〜ｄ
（１０ｂ〜１０ｄ）に保存される。このように保存され
た画像データから、ＣＰＵ１１は（１）式から（５）式
を用いて三次元形状を計算する。（１）式の計算にはあ
らかじめ、換算テーブルを用意しておいて、計算を高速
化するのも良い。

【００４２】請求項３位相シフト法では４枚の画像を用いて（１）式から位相
を計算するが、４枚の画像間で画素のずれが生じると正
しい測定ができない。つまり、（１）式のＩ₀〜Ｉ₃は円
筒状被検物３の同一個所を撮像した画像から求める必要
がある。そこで、被検物駆動用モータ５にロータリエン
コーダ付きのものを用いる。つまり、コンピュータ１３
は、このロータリエンコーダからの信号をもとに、信号
処理装置１２の画像入力部９に撮像開始トリガーを与え
ることにより、４枚の画像が常に円筒状被検物３の同一
個所から撮像を開始するように制御する。

【００４３】請求項４図４に示すように、１回目に撮像が終わった後に照明装
置を移動させる必要があるため、２回目の撮像を１回目
と同じ個所から始めようとした場合、２回の撮像を行う
のに３周以上を要する。最終的に４回の撮像を終えるた
めには７周以上させる必要が生じる。そこで、図５に示
すように、１回目の撮像が終了し照明の移動が終わった
時点ですぐに２回目の撮像を始める。この時、請求項３
で述べたロータリエンコーダの出力から撮像開始位置を
記憶しておく。

【００４４】上述のようにして４回の撮像をおえると、
図６に示すような関係の４枚の画像が得られる。撮像１
回目と２回目の画像では、照明の移動する時間分だけ、
撮像開始位置がずれる。以下、同様に３、４回目でも同
時間分の画像のずれが生じる。この各２画面間での撮像
開始位置の違いは保存されているので、４枚の画像間で
位置の対応をとることが可能である。このような方法に
より、測定時間を短縮することが可能である。

【００４５】請求項５図７（Ａ）は、ラインセンサカメラ１の駆動クロックを
示し、図７（Ｂ）は、円筒状被検物３の１回転を示すロ
ータリエンコーダの出力信号を示す。ラインセンサカメ
ラ１の駆動は、１から５０００画素（そのカメラの画素
数分）まで駆動された後、蓄積時間をおいて次の走査が
また１画素から始められる。ここで蓄積時間とは、この
時間を長く設定するほど電荷が貯まる時間が長くなり、
受光量が同じでも出力が大きくなるため、受光量が弱い
ときには長くするとよい。次に、円筒状被検物３全面を
撮像するために１０００ライン撮像する必要があるとす
る。このとき、実際には、１０００ライン目の５０００
画素目の走査が終わった時点で撮像は終わっている。そ
こで、この１０００ライン目の蓄積時間内を利用して照
明を移動させれば、時間のロスなく２周目の撮像を開始
することができる。

【００４６】請求項６図２に示したような正弦波状の強度分布の照明を得るた
めにスリット状のレーザを用いる。図８に示すように、
半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等のレーザ光源１４の
出射光を、図示されていないレンズにより集光してシリ
ンダレンズ１５に導き、ライン状にする。光の強度をガ
ウス分布半導体レーザを用いてライン状にしてやれば、
正弦波とほぼ等価なライン照明４を形成することができ
る。

【００４７】請求項７図８に示すように、レーザ光源１４をシリンダレンズ１
５でライン状にしたうえで、ガルバノミラー１６で折り
返して正弦波状ライン光源４を形成する。このガルバノ
ミラー１６は駆動モータ１７により回転可能である。こ
の照明ユニットを図１に示した照明ユニット２に用い、
照明ユニットの移動をこの駆動モータ１７の回転により
行い、位相シフト法による三次元計測を実現させる。

【００４８】請求項８更に詳細に説明すると、図９に示すように、レーザのよ
うなコヒーレント光源１８の光をレンズ１９を用いて平
行光にして、幅ａの矩形開口部２０ａをもつ開口板２０
を照射し、シリンダレンズ２１で集光してやると、シリ
ンダレンズ２１の焦点距離ｆの位置にフラウンホーファ
ー回折像が得られる。この回折像の強度分布は、図９の
ようになり、その一断面の強度分布は、図１０に示すよ
うになり、下式（６）で表される。

【００４９】

【数１】

【００５０】上述のような強度分布を持った光のうち、
図１０に示す部分のみをマスク等（図示していない）で
抜き出し、ほぼ正弦波状の光とみなして用いる。

【００５１】請求項９開口板２０を、図１１に示すように、左右に移動可能な
２枚のプレート２２、２３で構成し、矩形開口部２０ａ
の中心位置を変化させると、それに伴い照明光の中心位
置も移動する。そこで、照明の位相シフトを間隔ａを一
定にしたまま、この２枚のプレート２２、２３を移動さ
せることにより行う。また、図１０あるいは（６）式か
らわかるように、使用範囲の幅は、矩形開口部２０ａの
幅ａに反比例する。よって、２枚のプレート２２、２３
をその間隔を変えることにより、ライン照明の幅を変え
ることができる。ライン照明の幅を変えることにより、
三次元測定時の測定分解能を変化させることができる。
つまり、分解能が荒くても良い場合は照明の幅を大きく
し、逆により高い分解能が欲しい場合はその幅を小さく
すれば良い。

【００５２】請求項１０図１２，１３を用いて他の例を説明する。レーザのよう
なコヒーレント光源１８の光をレンズ１９を用いて平行
光にして、ある間隔ｂを隔てて２つのスリット２４ａ，
２４ｂが設けられたスリット板２４を照射し、そのスリ
ット板２４からｌの位置で観測すると光波干渉により図
１２のような強度分布になる。ここでスリット板２４の
２本のスリットの幅は観察距離ｌに比べ充分小さいもの
とする。この干渉縞の強度分布は、図１３のようにな
り、その一断面の強度分布は下式（７）で表される。

【００５３】

【数２】

【００５４】上述のような強度分布を持った光のうち、
図１３に示す部分のみをマスク等（図示していない）で
抜き出し、正弦波状の光とみなして用いる。

【００５５】請求項１１図１４は、他の例を示す図で、図１２に示した２本のス
リットを、図１４に示すように、左右に移動可能な２枚
のプレート２５、２６で構成する。２本のスリット２５
ｂ、２６ｂの中心位置（間隔ｂの中央）を変化させる
と、それに伴い照明光の中心位置も移動する。そこで、
照明の位相シフトを、この２枚のプレート２５、２６を
間隔ｂを一定にしたまま移動させることにより行う。ま
た、図１３あるいは（７）式からわかるように、使用範
囲の幅は、２本のスリット２５ｂ、２６ｂの幅ｂに反比
例する。よって、２枚のプレート２５、２６によりその
間隔ｂを変えることにより、ライン照明の幅を変えるこ
とができる。ライン照明の幅を変えることにより、三次
元測定時の測定分解能を変化させることができる。つま
り、分解能が荒くても良い場合は照明の幅を大きくし、
逆により高い分解能が欲しい場合はその幅を小さくすれ
ば良い。

【００５６】請求項１２円筒形状の被検物に対して格子パターンを投影し、その
縞パターン１周期に対して、１／４周期を位相π／２と
なるように、位相パターンを、シフト４回を一組として
順次撮像し、高さを検出する三次元形状測定機における
実施例に関して以下に、説明を図１５を参照しておこな
う。ただし、１／４周期を位相π／２でシフトして、３
回の撮像を行い、 φ＝ａｒｃｔａｎ〔（Ｉ₃−Ｉ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₂）〕＋π
／４として求めるなど、位相の分割周期および撮像回数は例
の限りではない。

【００５７】また、図１５では投影した格子パターンは
２値の白黒で表しているが、これは説明の便宜上のため
で、実際には被検物上での投影格子パターンの明暗分布
は、正弦波形状である方が演算処理上高精度になる。

【００５８】図１５（Ａ）は、位相角αでの格子パター
ン変化を示す。この格子パターン変化をラインセンサの
各ライン毎に行うことにより、図１５（Ｂ）に示すよう
に、ライン毎に位相パターンが変化する画像を得る（以
下、混合位相シフト画像と呼ぶ）。この画像は、図１５
（Ｃ）に示すように、角位相パターン画像に分離生成す
ることができるため、複数回の撮像を繰り返すことな
く、位相シフト法を適用することができる。

【００５９】この方法は、厳密には同一位置に関しての
位相変化を求めていないため、被検物の濃度変動の影響
を受けたり、高さ変化の影響を受ける。しかしながら、
たとえば、１０００（ライン／回転）で撮像する場合、
４ライン分は高々０.４％であり、４回転分の画素位置
合わせや、回転ムラを考慮すると精度的な優位差はつけ
られない。逆に、回転速度を遅くするなどして、各ライ
ン毎の画素間でオーバーラップして撮像すれば、回転に
よる検出誤差の影響は小さくなる。

【００６０】なお、以上の説明は、等速で移動している
被検物に対しての誤差の問題であるが、当然位相シフト
１セット分を撮像している間、被検物を停止して、順次
位相シフト、被検物の移動を繰り返すことによっても、
同様の画像は得られ、この場合は上述のような誤差もな
くなる。しかしながら、測定時間的には、被検物の停止
制定時間等を考慮すると、連続移動している被検物に対
して、順次位相シフト画像を撮像するほうが効果は大き
い。また、本手法は位相シフト法だけでなく、空間コー
ド法にも同様に適用可能である。

【００６１】請求項１３上記請求項１２で得られた、混合位相シフト画像に対し
て、図１６に示すように一組の位相シフト画像毎に位相
シフト法の演算を行うことにより、ライン数が入力画像
に対して１／４（一組を構成するシフト画像数分の１）
となる、高さの位相画像を得ることができる。

【００６２】請求項１４また、図１７に示すように、各位相シフト画像に分離す
ることなく、また、位相シフト一組ごとに区切ることな
く、混合位相シフト画像から、４ラインを順次抽出し、
それぞれの位相シフト角ごとに式（１）の該当位相部分
にあてはめることにより、ライン数が「元画像−３」ラ
インとなる、高さ位相画像を得ることができる。

【００６３】請求項１５続いて、連続して位相シフトを行い格子パターンを投影
する方法について説明する。図１８において、３１は光
源装置、３２，３４はレンズ、３３は格子で、図示のよ
うに、複数の光源３１₀，３１₁，３１₂，３１₃を、それ
ぞれ被検物表面３５での格子パターンの位相がπ／２と
なるように並べ、それぞれの光源を、１ラインを撮像す
るたびに生成されるライン同期信号毎に、順次点灯・消
灯する、あるいは、順次シャッタを開閉することによっ
て、位相シフトパターンを発生する。

【００６４】請求項１６もしくは、図１９に示すように、格子パターンを生成す
るための格子３３を、１ラインを撮像するたびに生成さ
れるライン同期信号毎に、その縞と垂直方向に移動し、
被検物表面３５での格子パターンの位相がπ／２となる
ように制御することによって、位相シフトパターンを発
生する。

【００６５】請求項１７請求項１２〜１４で得られた三次元形状測定装置は、そ
のセンサや光源の関係上検査範囲が限定されるため、長
い被検物においては全域を検出することができない。こ
のため、円筒形状の被検物に対し、その軸方向に格子パ
ターン投影光学系および撮像系を相対的に移動する手段
を備え、順次移動し、複数回にわたって撮像することに
よって、被測定物表面全域の三次元形状の計測を行うこ
とが可能となる。

【００６６】ただし、各移動毎に順次撮像すると、それ
ぞれの画像で横方向に広がる高さ情報が分断されてしま
う。これに対し、各撮像毎に以下のような同期をとり、
複数の画像を連結し全域の高さ情報を得る。

【００６７】請求項１８図２０に示すように、測定開始信号によって、１枚目の
画像を取り込み開始にあわせ、フレーム入力開始信号を
発生するが、その時点での、被検物回転軸の位置情報を
記憶し、２枚目以降の画像を取り込む際の、フレーム入
力開始信号を、被検物回転軸の１回転を表すパルス数の
整数倍の位置で発生することにより、各画像間での同期
をとり、全域の高さ情報を得ることが可能となる。な
お、被検物回転軸の位置情報はパルスモータ等の一定パ
ルスを与えることで１回転するようなモータを想定して
いるが、エンコーダのある場合はエンコーダ信号を用い
たり、ＤＣモータ等を用いるときは、１回転ごとに信号
を発生するようなセンサを取り付け利用することも可能
である。

【００６８】請求項１９しかし、上記方法では、投影および撮像光学系の移動完
了後に最大１回転分撮像まで待機しなくてはならない
等、測定時間が余計にかかってしまう。ここで、図２１
に示すように、移動完了後の撮像可能タイミングに、そ
の時点の回転軸（被検物）の位置情報（位置カウンタ）
３６から、各フレームメモリの先頭アドレス（クレーム
先頭アドレス生成器）３７を演算し、その先頭アドレス
から順次フレームメモリアドレスを生成するメモリアド
レス生成器３８で示すフレームメモリ位置に、画像情報
を保存することにより、高速に連続して高さ情報を取得
することが可能となる。このメモリアドレス生成器は、
フレームメモリの最後のラインの次に先頭ラインを指す
ように設計されている。

【００６９】以上に説明してきたような構成の三次元形
状測定装置では、その構成上、通常のラインセンサに対
して以下のような構成のハードウエア装置を実装するこ
とにより、容易に三次元入力カメラとして構成できる。
これにより、汎用入力装置で三次元画像を直接入力でき
るので、高速化およびパイプライン化が容易に実現でき
る。

【００７０】請求項２０次に、図２２を参照して請求項１３の処理方法に関して
の処理部構成例について説明する。ただし、４画像に対
しての位相シフト法の適用例である。図２２において、
ラインセンサＣＣＤ４１からの入力信号は、最初にデジ
タル変換４３され、その投影格子パターンの位相角に応
じてセレクタ４５によって対応するラインバッファ４６
₀〜４６₂に一時格納される。図２２では、セレクタの選
択信号として、ラインセンサの１ライン毎に発生するラ
イン同期信号４２を４進カウンタ４４でカウントした値
を利用している。これは格子パターンの投影パターン選
択信号をそのまま用いてもかまわない。１〜３ラインの
画像データは、順次上記ラインバッファ４６₀〜４６₂に
格納され、位相シフト１組の中の最終ラインである４ラ
イン目の画像データはセレクタ信号で選択後直接下段の
減算器に入力される。この４ライン目の画像データの入
力タイミングと同期して、１〜３ラインの画像データを
順次バッファから読み出し、各減算器４７₁，４７₂を同
期動作する（もしくは画像入力クロックを２逓倍して、
バッファ読み出しを２回に分けて行い、減算器の後段に
１段バッファをいれることによって、減算器を１個で構
成することもできる）。減算器で処理された画像データ
は除算４８後、逆正接演算手段４９で位相角に変換さ
れ、位相角出力５０として出力される（請求項２０）。

【００７１】なお、位相角の出力データの同期タイミン
グは上記、４回目の画像入力開始時に発生させる。この
ため図２２では、同期信号の４進カウンタのカウントア
ップ信号をライン同期信号出力５１としている。出力デ
ータは位相角−π／２〜π／２となり、出力データは、
算出位相角と出力信号のＬＵＴ（ルックアップテーブ
ル）等で変換することによって、従来の８ｂｉｔあるい
は１０ｂｉｔ等の整数入力タイプの画像入力装置をその
まま利用することができる。また位相アンラップ処理
は、下段に入れることも可能だが、出力データが整数型
になる場合、量子化誤差が大きくなり測定精度の低下を
招くため必ずしも必要ではない。また、減算器および逆
正接演算器は、参考式である位相シフト式を実現するよ
うに構成しており、これは入力段のシフト数によって異
なる構成となる。

【００７２】請求項２１続いて、図２３を参照して請求項１４の処理方法に関し
ての処理部構成例について説明する。ただし、この場合
も、４画像に対しての位相シフト法の適用例である。図
２２の場合と同様に、ラインセンサＣＣＤ４１からの入
力信号は、最初にデジタル変換４３され、その投影格子
パターンの位相角に応じてセレクタ４５によって対応す
るラインバッファ４６₀〜４６₃に格納される。図２３で
は、セレクタの選択信号として、ラインセンサの１ライ
ン毎に発生するライン同期信号４２を４進カウンタ４４
でカウントした値を利用している。これは格子パターン
の投影パターン選択信号をそのまま用いてもかまわな
い。１〜４ラインの画像データは、順次上記ラインバッ
ファに格納され、４ライン目以降の画像データは、順次
１，２，３，４の画像バッファ４６₀〜４６₃に入力され
る。４ライン目以降の画像データ入力クロックと同期し
て４つのバッファの画像データは順次、下段以降の演算
処理を行う。下段以降の処理は図２２の例と同様であ
る。４ライン目以降は画像データはバッファに入力する
とともに、下段にも同じデータを出力する構成として実
装され、これにより、三次元の位相データとして順次入
力することが可能となる。

【００７３】なお、図示していないが、セレクタ、ライ
ンバッファ、減算器、除算器、逆正接変換は、同一クロ
ックで動作する。また、演算処理部分は処理速度によっ
てはパイプライン化してもよい。

【００７４】

【発明の効果】請求項１の発明の作用効果ライン照明とラインセンサを備えた構成で位相シフト法
による三次元測定を行うことにより、高精度かつ高速な
計測を行うことができる。さらに、従来の位相シフト法
のように正弦波状格子パターンの照明は必要でなく、１
本の正弦波状ライン照明でよい。

【００７５】請求項２の発明の作用効果画像メモリと演算処理装置を備えることにより、請求項
１記載の装置で得られた画像データから、被検物の三次
元形状を算出することができる。

【００７６】請求項３の発明の作用効果被検物の位置を測定するエンコーダを備え、その信号を
もとに画像入力を開始することにより、各画像間での位
置ずれをなくすことができる。

【００７７】請求項４の発明の作用効果被検物の位置を測定するエンコーダを備え、その信号か
ら各画像の入力開始位置を記憶しておき、得られた画像
間での位置対応がとれるようにしておくことにより、測
定時間を短くすることができる。

【００７８】請求項５の発明の作用効果ラインセンサカメラの蓄積時間内に照明の位相シフトを
行うことにより、測定時間を短くすることができる。

【００７９】請求項６の発明の作用効果レーザ光をスリット状にすることにより、請求項１記載
の位相シフト法に必要な、正弦波とほぼ等価なライン照
明を形成することができる。

【００８０】請求項７の発明の作用効果請求項６記載のライン照明をガルバノミラーで反射させ
て被検物上に投影することにより、ガルバノミラーの回
転だけで照明の位相をシフトさせることができ、装置構
成が単純になる。

【００８１】請求項８の発明の作用効果矩形開口の回折像を利用することにより、請求項１記載
の位相シフト法に必要な、正弦波とほぼ等価なライン照
明を形成することができる。

【００８２】請求項９の発明の作用効果請求項８において、矩形開口の中心位置を移動させるこ
とにより、照明の位相をシフトさせることができる。ま
た、矩形幅を可変することにより、測定分解能を調節す
ることもできる。

【００８３】請求項１０の発明の作用効果２本のスリットの干渉を利用することにより、請求項１
記載の位相シフト法に必要な、正弦波とほぼ等価なライ
ン照明を形成することができる。

【００８４】請求項１１の発明の作用効果請求項１０において、２本のスリットの中心位置を移動
させることにより、照明の位相をシフトさせることがで
きる。また、スリットの間隔を可変することにより、測
定分解能を調節することもできる。

【００８５】請求項１２の発明の作用効果連続して入力するラインセンサの各ライン毎に位相シフ
トした格子パターンを投影することにより、複数回の入
力を行うことなく位相シフト法を行うことが可能とな
る。

【００８６】請求項１３の発明の作用効果請求項１２で入力した画像に対して、位相シフト法によ
って高さを算出できる。

【００８７】請求項１４の発明の作用効果請求項１２で入力した画像に対して、位相シフト法によ
って高さを算出できる。

【００８８】請求項１５の発明の作用効果複数の光源を順次照射することにより、請求項１２の画
像入力を実現する。

【００８９】請求項１６の発明の作用効果格子を移動することにより、請求項１２乃至１４の画像
入力を実現する。

【００９０】請求項１７の発明の作用効果パターン投影装置、撮像光学系を移動することによっ
て、より大きな物体の測定が可能となる。

【００９１】請求項１８の発明の作用効果フレーム入力毎に回転軸の入力開始位置を一定とするこ
とによって、請求項１７の横方向につなぎ合わせた画像
間に渡る高さ検出が可能となる。

【００９２】請求項１９の発明の作用効果フレームメモリへの入力アドレスを回転軸の位置によっ
て算出することによって、時間遅れなく、横方向につな
ぎ合わせた画像間に渡る高さ検出が可能となる。

【００９３】請求項２０の発明の作用効果請求項１３を実時間で実現することが可能となる。

【００９４】請求項２１の発明の作用効果請求項１４を実時間で実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す図である。

【図２】正弦波状の強度分布を持ったライン照明を投
影した様子を示す図である。

【図３】ラインセンサカメラの撮像視野に正弦波状ラ
イン照明の強度が一致するように照明ユニットの位置を
調整した様子を示す図である。

【図４】撮像と照明移動の関係を説明するための図で
ある。

【図５】撮像と照明移動の関係の他の例を説明するた
めの図である。

【図６】撮像後の関係を示す図である。

【図７】ラインセンサカメラの駆動を説明するための
図である。

【図８】正弦波状の強度分布の照明を得るためにスリ
ット状のレーザを用いる様子を示した図である。

【図９】フラウンホーファー回析像の強度分布を示す
図である。

【図１０】図９で示したフラウンホーファー回析像の
強度分布の一断面を示す図である。

【図１１】照明の位相シフトを行う例を示す図であ
る。

【図１２】照明の位相シフトを行う他の例を示す図で
ある。

【図１３】照明の位相シフトを行う他の例を示す図で
ある。

【図１４】照明の位相シフトを行う他の例を示す図で
ある。

【図１５】位相角αでの格子パターン変化を示す図で
ある。

【図１６】一組の位相シフト画像毎に位相シフト法の
演算を行うことを示す図である。

【図１７】混合位相シフト画像から高さ位相画像を得
ることを示す図である。

【図１８】複数の光源により位相シフトパターンを発
生する例を説明するための図である。

【図１９】格子パターンを生成するための例を示す図
である。

【図２０】各画像間での同期のとり方を説明するため
の図である。

【図２１】連続して高さ情報を取得するための動作例
を説明するための図である。

【図２２】請求項１３の処理方法に関しての処理部構
成例について説明するための図である。

【図２３】請求項１４の処理方法に関しての処理部構
成例について説明するための図である。

【図２４】位相シフト法を用いてクリーム半田の印刷
状態を検査する検査装置の例を示す図である。

【図２５】図２４のシステム構成における処理を説明
するためのフロー図である。

【図２６】図２４の液晶素子の駆動によって得られる
４画面分の画像メモリによって記憶された各画像を示す
図である。

【図２７】位相シフト法（縞走査法）を説明するため
の図である。

【図２８】照明の切り換えを説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…ラインセンサカメラ、２…照明ユニット、３…被検
物、４…正弦波状のライン照明、５…被検物駆動用モー
タ、６…照明ユニット駆動ステージ、７…被検物駆動用
コントローラ、８…照明ユニット駆動用コントローラ、
９…画像入力部、１０ａ〜１０ｄ…画像メモリ、１１…
ＣＰＵ、１２…信号処理装置、１３…コンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA49 AA53 BB05 BB06 CC02 DD06 FF04 FF66 FF67 GG04 HH01 HH06 HH13 JJ25 LL13 LL30 MM03 QQ24 QQ25 QQ26 QQ27 QQ43 UU01 UU05 5B057 AA03 BA02 CA08 CA12 CA16 CB08 CB13 CB16 CH11 DB03 DB09 DC09 DC36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物と正弦波状の強度分布を持つライ
ン照明する正弦波状ライン照明ユニットと、該照明ユニ
ットによって照明された場所を撮像するラインセンサカ
メラと、被検物を前記ラインセンサカメラの素子の並び
に対して垂直方向に駆動する駆動装置及びそのコントロ
ーラと、前記ラインセンサカメラの撮像位置での正弦波
状ライン照明の位相を変化させるための駆動装置及びそ
のコントローラと、それら全体の動きを制御するための
演算処理装置とを備え、位相シフト法により被検物の三
次元形状を測定することを特徴とする三次元形状測定装
置。
【請求項２】ラインセンサカメラからの画像を記録
し、それらの画像から被検物の三次元形状を演算する信
号処理装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の三
次元形状測定装置。
【請求項３】被検物の位置を検出するためのセンサを
搭載したことを特徴とする請求項１記載の三次元形状測
定装置。
【請求項４】被検物の位置を検出するためのセンサを
搭載し、位相シフトさせた複数画像を得る際に各画像の
取り込み開始位置が異なっていても、位置センサの出力
をもとに各画像の位置を対応させることを特徴とする請
求項１記載の三次元形状測定装置。
【請求項５】ラインセンサカメラの１ラインの全画素
走査終了時と次ラインの走査開始までの時間内に正弦波
状ライン照明の位相シフトを行うことを特徴とする請求
項１記載の三次元形状測定装置。
【請求項６】ライン状にしたレーザ光を照明にするこ
とを特徴とする請求項１記載の三次元形状測定装置。
【請求項７】ライン状にしたレーザ光を照明に用い、
ガルバノミラーを用いて照明の位相シフトを行うことを
特徴とする請求項１記載の三次元形状測定装置。
【請求項８】矩形開口部の１次元回折像を照明に用い
ることを特徴とする請求項１記載の三次元形状測定装
置。
【請求項９】矩形開口部の１次元回折像を照明に用
い、矩形開口の中心位置を変化させることにより位相シ
フトを行うことを特徴とする請求項１記載の三次元形状
測定装置。
【請求項１０】２つのスリットからの干渉した光を照
明に用いることを特徴とする請求項１記載の三次元形状
測定装置。
【請求項１１】２つのスリットからの干渉した光を照
明に用い、２つのスリットの中心位置を変化させること
により位相シフトを行うことを特徴とする請求項１記載
の三次元形状測定装置。
【請求項１２】被検物格子パターンを投影するための
光学系とその被検物による変形像を撮像するためのライ
ンセンサカメラとなる検査光学系と、被検物をラインセ
ンサに対して鉛直方向に移動可能な駆動系とを備え、被
検物をラインセンサに対して鉛直方向に相対的に移動さ
せ、被検物表面の凹凸を検出する三次元形状測定装置に
おいて、連続して撮像するラインセンサの各ライン毎
に、異なる格子パターンを投影し、同一画素のライン間
での出力の変化により、高さ検出を行うことを特徴とす
る三次元形状測定装置。
【請求項１３】近接する複数のラインデータから、位
相シフト法によって、高さの位相分布データを作成する
ことを特徴とする請求項１２記載の三次元形状測定装
置。
【請求項１４】連続して入力される複数のラインデー
タを、投影位相角毎に位相シフト法の該当する項として
算出し、各ライン毎に高さの位相分布データを作成する
ことを特徴とする請求項１２記載の三次元形状測定装
置。
【請求項１５】複数の光源をライン同期信号毎に順次
選択して照射することにより位相シフトを行うことを特
徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１記載の三次元
形状測定装置。
【請求項１６】格子移動手段を具備し、撮像位置での
格子パターンを、ライン同期信号と同期して、順次移動
することにより、位相シフトを行うことを特徴とする請
求項１２乃至１４のいずれか１記載の三次元形状測定装
置。
【請求項１７】円筒形状の被検物に対し、その軸方向
に格子パターン投影光学系および撮像系を相対的に移動
する手段を備え、順次移動し複数回撮像を行うことによ
って、被検物表面全域の三次元形状の計測を行うことを
特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１記載の三次
元形状測定装置。
【請求項１８】軸回転制御装置から出力される回転制
御信号あるいはエンコーダ信号と、その信号を被検物の
１回転分をカウントするカウンタと、そのカウンタの出
力でフレーム同期を行い複数回撮像を行う撮像系とによ
って、測定範囲全域の画像を生成し、三次元形状の計測
を行うことを特徴とする請求項１７記載の三次元形状測
定装置。
【請求項１９】回転制御装置から出力されるパルスも
しくはエンコーダ信号により得られる、回転位置情報か
ら、フレームメモリへの先頭アドレスを生成し、測定範
囲全域の画像を生成し、三次元形状の計測を行うことを
特徴とする請求項１７記載の三次元形状測定装置。
【請求項２０】少なくとも、投影位相パターン数−１
のラインバッファメモリと、異なるライン間の同一画素
信号を、和、差、除算、逆正接演算する演算処理部と、
ライン同期信号生成部とを備えることを特徴とする請求
項１３記載の三次元形状測定装置。
【請求項２１】少なくとも、投影位相パターン数分の
ラインバッファメモリと、異なるライン間の同一画素信
号を、和、差、除算、逆正接演算する演算処理部とを備
えることを特徴とする請求項１４記載の三次元形状測定
装置。