JP2015108602A - 形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パターン光の強度を制御することにより、撮像部の性能を生かす形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法及び形状測定プログラムを提供する。【解決手段】被測定物２にパターン光１００を投光する投光部１０と、パターン光１００が投光された被測定物２を撮像する撮像部５０と、被測定物２までの距離に応じてパターン光１００の強度を制御する制御部６０と、パターン光１００が投光された被測定物２の画像から被測定物２の３次元形状を求める演算部６０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラムに関する。

被測定物の３次元形状を測定する手法として位相シフト法が知られている。この位相シフト法を用いた形状測定装置は、投光部、撮像部、及び演算部を備えている。この投光部は、正弦波状の光強度の分布を有する縞状の光（以下、パターン光という。）を被測定物に投光するとともに、初期位相を例えばπ／２ずつ４回シフトさせる。撮像部は投光部の位置と異なる位置に配置されている。この撮像部は、縞の初期位相が０、π／２、π、３π／２のパターン光が投光された状態で、それぞれ被測定物を撮像する。演算部は、撮像部が撮像した４つの画像における各画素の輝度データを所定の演算式に当てはめ、被測定物の面形状に応じた各画素における初期位相０の縞の位相を求める。そして、演算部は、三角測量の原理を利用して、各画素における縞の位相から被測定物の３次元座標データを算出する。

この位相シフト法を利用した装置は、例えば、特許文献１に開示されている。この装置は、位相シフト法を用いて被測定物の３次元形状を測定する。そして、この装置は、被測定物の３次元形状に基づいて被測定物の欠陥検査を行う。

米国特許出願公開第２０１２／０２３６３１８号明細書

投光部からパターン光が被測定物に対して投光された場合、パターン光が照射された被測定物の面の明るさ（照度）は、投光部から被測定物の面までの距離の２乗に反比例する。このため、被測定物の面において投光部からの距離が異なる場合は、その面内において明るさの差が生じてしまう。明るさの差が撮像部の許容範囲を超えると、撮像部の性能を十分に生かすことができず、被測定物の形状測定に影響が生じる。

本発明の態様では、パターン光の強度を制御することにより、撮像部の性能を生かすことを目的とする。

本発明の第１態様によれば、被測定物にパターン光を投光する投光部と、パターン光が投光された被測定物を撮像する撮像部と、被測定物までの距離に応じてパターン光の強度を制御する制御部と、パターン光が投光された被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求める演算部とを有する形状測定装置が提供される。

本発明の第２態様によれば、被測定物にパターン光と参照光とを投光する投光部と、パターン光と参照光とが投光された被測定物を撮像する撮像部と、被測定物に参照光が投光されたときの反射率に応じてパターン光の強度を制御する制御部と、パターン光が投光された被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求める演算部とを有する形状測定装置が提供される。

本発明の第３態様によれば、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作製された構造物の形状を測定する請求項１から９のいずれか一項に記載の形状測定装置と、形状測定装置によって得られた構造物の形状に関する形状情報と設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムが提供される。

本発明の第４態様によれば、被測定物にパターン光を投光することと、パターン光が投光された被測定物を撮像することと、被測定物までの距離に応じてパターン光の強度を制御することと、パターン光が投光された被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求めることとを含む形状測定方法が提供される。

本発明の第５態様によれば、被測定物にパターン光と参照光とを投光することと、パターン光と参照光とが投光された被測定物を撮像することと、被測定物に参照光が投光されたときの反射率に応じてパターン光の強度を制御することと、パターン光が投光された被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求めることとを含む形状測定方法が提供される。

本発明の第６態様によれば、構造物の形状に関する設計情報を作製することと、設計情報に基づいて構造物を作製することと、作製された構造物の形状を請求項１１または請求項１２に記載の形状測定方法で測定することと、形状測定方法によって得られた構造物の形状に関する形状情報と設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。

本発明の第７態様によれば、被測定物にパターン光を投光する投光部と、パターン光が投光された被測定物を撮像する撮像部とを備えた形状測定装置のコンピュータに、被測定物までの距離に応じてパターン光の強度を制御する制御処理と、パターン光が投光された被測定物の画像から被測定物の３次元形状を求める演算処理とを実行させる形状測定プログラムが提供される。

本発明の第８態様によれば、被測定物にパターン光と参照光とを投光する投光部と、パターン光と参照光とが投光された被測定物を撮像する撮像部とを備えた形状測定装置のコンピュータに、被測定物に参照光が投光されたときの反射率に応じてパターン光の強度を制御する制御処理と、パターン光が投光された被測定物の画像から被測定物の３次元形状を求める演算処理とを実行させる形状測定プログラムが提供される。

本発明の態様によれば、パターン光の強度を制御することにより、撮像部の性能を生かすことができる。

形状測定装置の構成を示す図である。 投光領域における縞パターン（パターン光、第二のパターン光）の強度分布を示す図である。 投光領域と撮像領域との関係を示す図である。 投光部により投光される光と被測定物との位置関係の一例を示す図である。 図１に示す形状測定装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す投光部の概略構成を示す図である。 所定画素の輝度値から求められる正弦波を示す波形図である。 三角測量の原理を説明する図である。 位相シフト法における位相回復及びアンラッピング（位相接続）の処理を説明する図である。 投光領域における空間コードパターン（パターン光、第一のパターン光）の強度分布を示す図である。 標準パターン、４つの空間コードパターン、及び白黒参照パターンを示す図である。 空間コードと領域番号との関係を示す図である。 第１実施形態に係る形状測定方法の一例を説明するフローチャートである。 レーザダイオードの出力と各エッジまでの距離との関係を示す図である。 レーザダイオードの出力の時間変化を示す図である。 第２実施形態に係る形状測定方法の一例を説明するフローチャートである。 レーザダイオードの出力と反射率との関係を示す図である。 構造物製造システムの構成を示すブロック図である。 構造物製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。

＜第１実施形態＞
図１は、形状測定装置の構成を示す図である。また、図２は、投光領域における縞パターンの強度分布を示す図である。また、図３は、投光領域と撮像領域との関係を示す図である。形状測定装置１は、被測定物（測定対象、被検物）２の３次元形状を測定する装置である。形状測定装置１は、図１に示すように、投光部１０と、撮像部５０と、演算処理部（演算部、制御部）６０とを備える。

投光部１０は、ライン状の光、すなわち、一次元の光（以下、ライン光１００という。）を投光領域２００に対して投光する。この投光部１０は、図１に示すように、光生成部２０と、投光光学系３０と、走査部４０とを有する。光生成部２０は、レーザ光源・集光レンズ・シリンドリカルレンズなどを備え第２の方向に無変調なライン光１００を生成する。投光光学系３０は、光生成部２０で生成されたライン光１００を投光領域の所定の位置に結像させる。投光光学系３０は、一つまたは複数の集光レンズなどの透過光学素子または反射光学素子によって構成される。投光光学系３０から出射されたライン光１００は、走査部４０を介して投光領域２００に対して投光される。投光領域２００において、ライン光１００の一次元の方向が第２の方向Ｄ２である。投光領域２００における第２の方向Ｄ２の長さは、投光部１０がライン光１００を投光する際の視野角θと、投光部１０（つまり走査部４０）から被測定物２までの距離とによって決定される。図１に示す例では、被測定物２は投光領域２００内に配置されている。

走査部４０は、投光領域２００においてライン光１００を第１の方向Ｄ１に走査（スキャン）する。走査部４０は、例えばＭＥＭＳミラーで構成される。ＭＥＭＳミラーは、一定の回動周期で振動する微小反射鏡である。このＭＥＭＳミラーは、所定の振幅角及び所定の振動周波数で振動しつつ一次元のライン光１００を反射する。これにより、一次元のライン光１００は、投光領域２００においてＭＥＭＳミラーの振動周期（振動周期＝１／振動周波数）で走査される。走査方向である第１の方向Ｄ１は、図１及び図２に示すように、第２の方向Ｄ２と直交する方向である。走査方向が第１の方向Ｄ１となるように、ＭＥＭＳミラーの振動方向が設定される。また、投光領域２００における第１の方向Ｄ１の長さは、ＭＥＭＳミラーの振幅角と、投光部１０（つまり走査部４０）から被測定物２までの距離とによって決定される。

図２に示すように、光生成部２０からのライン光１００は走査に応じて光強度が正弦波状に変化する。従って、走査部４０がライン光１００を第１の方向Ｄ１に走査することにより、投光領域２００において、第１の方向Ｄ１に沿って正弦波状の周期的な光強度の分布を有する縞パターンが現れる。この縞パターンのことを「パターン光」又は「第二のパターン光」という。位相シフト法では、このような縞パターンが３次元形状の測定に用いられる。縞パターンは、明るい部分（図２の白い部分）と暗い部分（図２の黒い部分）とに徐々に変化する明暗パターンを有する。また、縞パターンは、縦縞状のパターンであるから縦縞パターンとも表現される。また、第１の方向Ｄ１を明暗の方向または濃淡の方向ともいう。図２に示す縞パターンは、第２の方向Ｄ２に所定の長さを有しており、第１の方向Ｄ１に所定の長さにわたって走査されることで、矩形状の投光領域２００が空間上に形成される。

投光領域２００において、縞パターンの各部分における位相は所定時間毎にπ／２ずつ３回シフトされる。投光部１０は、演算処理部６０からの指令信号に基づいて、ライン光１００の正弦波の周期と走査部４０の振動とを同期させるタイミングを変化させることにより、縞パターンの位相をシフトさせる。ここで、同期とは例えば走査部４０の振動の角速度が変化する場合は、その角速度の変化にライン光１００の正弦波の位相を合わせることを含む。

撮像部５０は投光部１０の位置と異なる位置に配置されている。この撮像部５０は、ライン光１００が投光された被測定物２を、投光部１０による投光方向とは異なる方向から撮像する。図３に示す撮像領域（撮像視野）２１０は、撮像部５０により１回に撮像される範囲である。この撮像領域２１０は、投光領域２００の領域内であって、この投光領域２００よりも狭い領域とされている。ただし、撮像領域２１０は、少なくとも投光領域２００の領域外にはみ出さなければよい。例えば、撮像領域２１０は投光領域２００と同じ領域であってもよい。なお、撮像領域２１０とは後述の処理に用いる領域であり、実際に撮像される領域は投光領域２００より大きくてもよい。

撮像部５０は、受光光学系（撮影レンズ）５１及び撮像装置５２を有している。受光光学系５１は、撮像領域２１０上の被測定物２の表面より反射された縞パターンを受光し、受光した縞パターンを撮像装置５２に導く。撮像装置５２は、受光光学系５１からの縞パターンに基づいて被測定物２の画像データを生成するとともに、生成した画像データを記憶する。上述したように、投光領域２００における縞パターンの位相は所定時間毎にπ／２ずつ３回シフトされる。撮像装置５２は、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のタイミングにおいて、それぞれ被測定物２を撮像して画像データを生成する。ここで初期位相とは、左から右へ走査される縞パターンの左端の位相を意味する。

演算処理部６０は、演算部や制御部を含んでいる。演算処理部６０は、光生成部２０によるライン光１００の生成を制御する。また、演算処理部６０は、光生成部２０で生成されるライン光１００の正弦波の周期と走査部４０の振動周期とを同期させるように、光生成部２０と走査部４０とを制御する。また、演算処理部６０は、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のタイミングにおいて撮像部５０に被測定物２を撮像させるように、撮像部５０の撮像タイミングを制御する。また、演算処理部６０は、撮像部５０が撮像した４つの画像データ（縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のときの画像データ）における各画素の輝度データ（信号強度）に基づいて、被測定物２の３次元形状を算出する。

図４は、投光部により投光される光と被測定物との位置関係の一例を示す図である。図４に示すように、投光部１０から投光されるライン光１００（このライン光１００は走査部４０によって走査されることでパターン光となる。）は、第１の方向Ｄ１については、走査部４０の振幅角ωの範囲に投光される。図４に示すように、ライン光１００が投光される被測定物２の面が投光部１０に対して傾斜していると、投光部１０の光学中心座標（すなわち、走査部（ＭＥＭＳミラー）４０の回転中心座標）から被測定物２の面の位置ｐ１までの距離ｈ１よりも、投光部１０の光学中心座標から被測定物２の面の位置ｐ２までの距離ｈ２の方が長くなる。この場合、位置ｐ１と位置ｐ２とで明るさに差が生じてしまう。すなわち、位置ｐ１は位置ｐ２よりも明るく、位置ｐ２は位置ｐ１よりも暗くなる。明るさの差が撮像部５０の許容範囲を超えると、画像においていわゆる白飛びや黒つぶれが発生してしまう。そこで、本実施形態では、後述するように、演算処理部６０に含まれる演算部が投光部１０の光学中心座標から被測定物２までの距離を算出する。そして、演算処理部６０に含まれる制御部が、投光部１０の光学中心座標から被測定物２までの距離に応じてパターン光（ライン光１００）の光強度を制御する。

図５は、図１に示す形状測定装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、投光部１０は、レーザコントローラ２１、レーザダイオード（光源）２２、ライン生成部２３、投光光学系３０、及び走査部４０を有している。すなわち、図１に示す光生成部２０は、レーザコントローラ２１、レーザダイオード２２、及びライン生成部２３を有している。

レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいてレーザダイオード２２によるレーザ光の照射を制御する。レーザダイオード２２は、レーザコントローラ２１からの制御信号に基づいてライン生成部２３に対してレーザ光を照射する光源である。このレーザダイオード２２は、走査部４０の動きに応じた電圧信号が入力されることにより、時間の経過とともに光強度が正弦波状に変化するレーザ光を照射する。また、このレーザダイオード２２は、レーザコントローラ２１からの制御信号に基づいて、レーザ光の光強度を段階的に変化させつつレーザ光を照射することが可能である。ライン生成部２３は、レーザダイオード２２が照射したレーザ光から一次元のライン光１００を生成する。

投光光学系３０は、図１において説明したように、ライン生成部２３が生成したライン光１００を投光する。走査部４０は、図１において説明したように、ライン生成部２３が生成した一次元のライン光１００を走査方向（投光領域２００における第１の方向Ｄ１）に沿って走査する。なお、図４において、第１の方向Ｄ１は紙面と垂直な方向とし、第２の方向Ｄ２は紙面内における左右方向（横方向）としている。

撮像部５０は、受光光学系５１、ＣＣＤカメラ５２ａ（電荷結合素子(Charge Coupled Device）を用いたカメラ)、及び画像メモリ５２ｂを有している。すなわち、図１に示す撮像装置５２は、ＣＣＤカメラ５２ａ及び画像メモリ５２ｂを有している。受光光学系５１は、図１において説明したように、撮像領域２１０上の被測定物２の表面より反射された縞パターンを受光し、被測定物２の表面に投影された縞パターンをＣＣＤカメラ５２ａの受光面に結像させる。

ＣＣＤカメラ５２ａは、受光面における像の光の強度を強度に応じた電荷量に光電変換し、その電荷量を順次読み出して電気信号に変換する。これにより、縞パターンが投光された被測定物２の画像データが生成される。画像データは画素毎の輝度データによって構成される。例えば、画像データは５１２×５１２＝２６２１４４画素とされている。また、１枚の撮像範囲は２３ｃｍ角とされている。ＣＣＤカメラ５２ａは、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のタイミングにおいて、それぞれ被測定物２を撮像して画像データを生成する。画像メモリ５２ｂは、ＣＣＤカメラ５２ａが生成した画像データを記憶する。

演算処理部６０は、操作部６１、制御部６２、設定情報記憶部６３、取込メモリ６４、演算部６５、画像記憶部６６、及び表示制御部６７を有している。なお、演算処理部６０における制御部６２、演算部６５、及び表示制御部６７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置が制御プログラムに従って処理を実行することにより実現される。

操作部６１は、使用者の操作に応じた操作信号を制御部６２に出力する。この操作部６１は、例えば、使用者によって操作されるボタン、スイッチ、表示装置７０の表示画面上のタッチパネルなどにより構成される。

制御部６２は、設定情報記憶部６３に記憶されている制御プログラムに従って以下の制御を実行する。制御部６２は、レーザコントローラ２１に指令信号を出力することにより、レーザダイオード２２からレーザ光を照射させる。このとき、制御部６２は、指令信号において、レーザ光の照射の開始及び終了だけでなく、レーザ光の光強度（レーザ出力）についても指令する。レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号で指令された光強度のレーザ光を照射させるように、レーザダイオード２２を制御する。

また、制御部６２は、レーザコントローラ２１及び走査部４０に指令信号を出力することにより、レーザダイオード２２における光強度と走査部（ＭＥＭＳミラー）４０の振動とを投影される縞パターンの強度変化が正弦波となるように、レーザコントローラ２１及び走査部４０を制御する。なお、レーザダイオード２２における光強度の正弦波の周期と走査部４０の振動との同期がとれていない場合、走査部４０が往復振動する毎に縞パターンにおける縞の位置がずれてしまう。また、制御部６２は、レーザコントローラ２１及び走査部４０に指令信号を出力することにより、縞パターンの位相が所定時間毎にπ／２ずつ順にシフトしていくように、レーザコントローラ２１及び走査部４０を制御する。なお、走査部４０が左から右に走査する場合の左端の位相を初期位相と呼ぶ。

また、制御部６２は、走査部４０及びＣＣＤカメラ５２ａに指令信号を出力することにより、ＣＣＤカメラ５２ａによる被測定物２の撮像を、走査部４０による縞パターンの複数回の走査に同期するように制御する。具体的には、走査部４０の振動周波数は５００Ｈｚ（すなわち、走査部４０の振動周期は往復２ｍｓ）とされ、ＣＣＤカメラ５２ａのシャッター速度（すなわち、ＣＣＤカメラ５２ａの撮像時間）は４０ｍｓとされているものとする。この場合、ＣＣＤカメラ５２ａが１枚の画像を撮像する間に、走査部４０はライン光１００を２０往復走査する。このように、制御部６２は、ＣＣＤカメラ５２ａによる１回の被測定物２の撮像を、走査部４０によるライン光１００の２０往復の走査に同期させる。また、制御部６２は、ＣＣＤカメラ５２ａに指令信号を出力することにより、ＣＣＤカメラ５２ａによる被測定物２の撮像を、縞パターンの位相がシフトされるタイミングと同期させる。

設定情報記憶部６３は、制御部６２に制御を実行させるための制御プログラムを記憶する。また、設定情報記憶部６３は、演算部６５に３次元形状の演算処理を実行させるための制御プログラムを記憶する。また、設定情報記憶部６３は、演算部６５の演算処理において縞パターンの位相から被測定物２の実座標値を算出する際に用いるキャリブレーション情報なども記憶する。

取込メモリ６４は、画像メモリ５２ｂに記憶された画像データを取り込んで記憶する。この取込メモリ６４は、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のときの４つの画像データそれぞれに対応した記憶領域が設けられている。例えば、縞パターンの初期位相が０のときの画像データが画像メモリ５２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ６４の第１記憶領域に記憶される。また、縞パターンの初期位相がπ／２のときの画像データが画像メモリ５２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ６４の第２記憶領域に記憶される。また、縞パターンの初期位相がπのときの画像データが画像メモリ５２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ６４の第３記憶領域に記憶される。また、縞パターンの初期位相が３π／２のときの画像データが画像メモリ５２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ６４の第４記憶領域に記憶される。

演算部６５は、設定情報記憶部６３に記憶されている制御プログラムやキャリブレーション情報に従って、取込メモリ６４の４つの記憶領域に記憶された画像データから被測定物２の３次元形状データ（３次元形状の座標データ）を算出する。画像記憶部６６は、演算部６５が算出した被測定物２の３次元形状データを記憶する。表示制御部６７は、使用者による操作部６１の操作に応じて、又は自動的に、画像記憶部６６に記憶された３次元形状データを読み出す。そして、表示制御部６７は、読み出した３次元形状データに基づいて表示装置７０の表示画面に被測定物２の３次元形状の疑似画像を表示させる制御を実行する。

表示装置７０は、被測定物２の３次元形状の疑似画像を表示する装置である。この表示装置７０は、例えば液晶ディスプレイなどで構成される。なお、図１においては、表示装置７０は形状測定装置１に含まれていなかったが、形状測定装置１に含まれてもよい。

図６は、図１に示す投光部の概略構成を示す図である。図６においては、光軸方向（紙面の右方向）をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するある方向（紙面の表から裏に向かう方向）をＸ軸とし、Ｚ軸及びＸ軸と直交する方向（紙面の上方向）をＹ軸としている。図５に示す投光部１０は、図６に示すレーザダイオード２２、コリメートレンズ２３ａ、シリンドリカルレンズ２３ｂ、投光光学系３０、及び走査部４０を有している。すなわち、図５に示すライン生成部２３は、コリメートレンズ２３ａ及びシリンドリカルレンズ２３ｂを有している。なお、投光部１０はレーザコントローラ２１を備えているが、図６においては省略している。

レーザダイオード（光源）２２は、コリメートレンズ２３ａの前側焦点位置に配置されている。ここで、前側とはレーザダイオード２２側のことをいう。レーザダイオード２２は、レーザコントローラ２１からの制御信号で指定された光強度のレーザ光を出力する。コリメートレンズ２３ａは、レーザダイオード２２が出力したレーザ光を平行光又は略平行光に変換する。シリンドリカルレンズ２３ｂは、コリメートレンズ２３ａにより平行光又は略平行光に変換された光束を集光することにより、シリンドリカルレンズ２３ｂの後側焦点位置に一次元のライン光１００の像を形成する。ここで、後側とはレーザダイオード２２と反対側のことをいう。

図６に示すように、一次元のライン光１００は、レーザ光の照射方向Ｄ３（Ｚ軸方向）と直交する方向Ｄ４（Ｙ軸方向）に生成される。ここで、レーザダイオード２２は、走査部４０の動きに応じた電圧信号が入力されることにより、時間の経過とともに光強度が正弦波状に変化するレーザ光を出力する。従って、ライン生成部２３により生成された方向Ｄ４のライン光１００は、レーザ光の照射方向Ｄ３（Ｚ軸方向）に沿って周期的な光強度の分布を有する光（パターン光）となる。

ライン生成部２３により生成されたライン光１００は、投光光学系３０を通過した後、走査部４０としてのＭＥＭＳミラーに導かれる。ＭＥＭＳミラーは、投光領域２００においてライン光１００が第１の方向Ｄ１に走査される方向に、所定の振幅角及び振動周波数で振動している。このＭＥＭＳミラーがライン光１００を反射することにより、ライン光１００が投光領域２００における第２の方向Ｄ２に投光されるとともに、第１の方向Ｄ１において走査される。これにより、投光領域２００の全面にわたって縞パターンが投光される。

次に、図７〜図９を参照して位相シフト法の原理について説明する。位相シフト法は、三角測量の原理を利用して距離を計測する方法である。位相シフト法は光切断法と計測原理は同じである。光切断法においては、レーザが物体に対してライン状のレーザ光を投光する。また、撮像部が物体表面で反射されたライン光を撮像する。そして、演算部が撮像部５０と走査部４０の距離とスリット光の投影方向と撮像方向に基づいて物体の３次元形状を復元する。光切断法の場合、１回に１ライン分の計測しか行うことができない。従って、撮像部の画面全体の計測値を得るためには、レーザによるレーザ光の投光と撮像部による撮像とを、求められる分解能に応じた分レーザー光をずらしながら必要回数分行う必要がある。

これに対して、位相シフト法においては、正弦波状の縞パターンの位相をシフトさせて撮像した縞画像を解析することにより距離を計測する。このときに投光部から投光される縞パターンは、上述したように、位相をπ／２ずつシフトさせた４種類の画像となる。

縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２とシフトする毎に、縞の濃淡が位相差に対応する分だけずれて投影される。被測定物２が撮像領域２１０内に位置している場合は、被測定物２の表面に縞パターンが現れる。撮像部５０（すなわちＣＣＤカメラ５２ａ）は、表面に縞パターンが現れた被測定物２を、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のタイミングにおいてそれぞれ撮像する。これにより、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のときの４つの画像が得られる。これらの画像を「縞パターン画像」という。

輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）（ｎ＝０，１，２，３）は各位相の縞パターンが投光されたときに撮像された各画像の所定画素（ｘ，ｙ）の輝度値である。すなわち、Ｉ_０は初期位相０の縞パターンが投光されたときに撮像された画像の輝度値である。Ｉ_１は初期位相π／２の縞パターンが投光されたときに撮像された画像の輝度値である。Ｉ_２は初期位相πの縞パターンが投光されたときに撮像された画像の輝度値である。Ｉ_３は初期位相３π／２の縞パターンが投光されたときに撮像された画像の輝度値である。この輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）（ｎ＝０，１，２，３）は下記の式（１）で表される。

Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ（φ（ｘ，ｙ）＋ｎπ／２）＋Ｂ（ｘ，ｙ）・・・（１）

図７は、所定画素の輝度値から求められる正弦波を示す波形図である。図７に示すように、式（１）において、Ｂ（ｘ，ｙ）はバイアス成分を示す。また、Ａ（ｘ，ｙ）は撮像時の正弦波のコントラストの強さを示す。また、φ（ｘ，ｙ）は所定画素（ｘ，ｙ）における正弦波の位相である。４つの画像上の同一画素（同一位置）での輝度値Ｉ_０〜Ｉ_３は、図７に示すように、物体の表面性状や色などにより絶対的な値は変化する。しかし、相対的な輝度値の差は、常に縞パターンの位相差分だけの変化を示す。従って、所定画素（ｘ，ｙ）おける縞パターンの位相φ（ｘ，ｙ）は、４つの画像の同一画素における輝度値から下記の式（２）で求められる。

φ（ｘ，ｙ）＝ｔａｎ^−１｛（Ｉ_３（ｘ，ｙ）−Ｉ_１（ｘ，ｙ））／（Ｉ_０（ｘ，ｙ）−Ｉ_２（ｘ，ｙ））｝・・・（２）

このように、画像の画素毎に正弦波の初期位相０の時の位相を求めることができる。位相φ（ｘ，ｙ）が等しい点を連結して得られる線（等位相線）が、光切断法における切断線と同じく物体をある平面で切断した断面の形状を表す。従って、この位相φ（ｘ，ｙ）に基づいて三角測量の原理により３次元形状（画像の各点での高さ情報）が求められる。

図８は、三角測量の原理を説明する図である。図８において、Ｐｏは投光部１０の光学中心座標、すなわち走査部（ＭＥＭＳミラー）４０の回転中心座標である。また、Ｃｏは撮像部５０（ＣＣＤカメラ５２ａ）の光学中心座標である。所定位置における縞パターンの生成面３００において、縞パターンの位相が同じφである点は線分ＡＢ（等位相線）である。このとき、撮像面４００の点Ｐ（ｉ，ｊ）における位相がφである場合、物体表面上の点Ｘの３次元座標Ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）は平面π（平面ＰｏＡＢが一部をなす平面）上に存在するはずである。また、物体表面上の点Ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）に投光された縞パターンが撮像面４００の点Ｐ（ｉ，ｊ）に反射されたことから、点Ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）は撮像部５０の光学中心座標Ｃｏと撮像面４００の点Ｐ（ｉ，ｊ）とを結ぶ直線Ｌ上に存在するはずである。従って、点Ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）は直線Ｌと平面πとの交点となる。

位相がφとなる平面πは、キャリブレーション情報として予め設定情報記憶部６３に記憶されている。また、直線Ｌを求めるカメラ側のキャリブレーション情報も予め設定情報記憶部６３に記憶されている。従って、撮像面４００における点Ｐ（ｉ，ｊ）の位相φ（画素Ｐ（ｉ，ｊ，φ）の各変数）を所定の演算式に当てはめることにより、物体表面上の点Ｘの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が求められる。

図９は、位相シフト法における位相回復及びアンラッピング（位相接続）の処理を説明する図である。図９に示す横軸は、縞パターンにおける第１の方向Ｄ１の位置（画素）を示す。また、縦軸は、それぞれの位置における位相を示す。上述したように、各画素（ｉ，ｊ）の位相φは、輝度値Ｉ_ｎ（ｘ，ｙ）を上記した式（１）に当てはめることにより求められる。このような処理を位相回復又は位相復元という。

図９に示すように、位相回復された各画素の位相は、縞パターンの縞ごとの位相、すなわち−π〜πの間の値となる。このため、物体の連続した３次元形状を導出するためには、複数の縞の絶対位相を求める必要がある。すなわち、図９における一番左端の縞を基準として−π〜π〜３π〜５π・・・と表される絶対的な位相を求める必要がある。図９に示すように、各縞の位相をつなぎ合わせることで、絶対位相を求めることができる。このような処理を位相接続（アンラッピング）という。

次に、空間コード法で用いる空間コードパターンやその他のパターンについて説明する。上記した位相シフト法における位相接続において、被測定物２の面形状が滑らかに変化する連続的な面形状であるときは、１本の縞に相当する２πの位相を−π〜π〜３π〜５π・・・と単純につなげることが可能である。しかし、被測定物２の面形状が急な段差変化があるような不連続な面形状であるときは、その位相がどの縞の位相であるかがわからなくなる。例えば、ある縞の位相が−π〜πの位相であるか、π〜３πの位相であるかがわからなくなる。この場合、位相が連続して接続されない、いわゆる位相飛び現象が生じる。このような位相飛び現象を防止するため、本実施形態では、位相シフト法と空間コード法を組み合わせて被測定物２の３次元形状を測定する。従って、本実施形態においては、投光部１０は、投光領域２００において、位相シフト法で用いる縞パターンを投光するとともに、空間コード法で用いる空間コードパターンを投光する。なお、この空間コードパターンのことを「パターン光」又は「第一のパターン光」という。

図１０は、投光領域における空間コードパターン（パターン光、第一のパターン光）の強度分布を示す図である。なお、空間コードパターンとして複数のパターンが使用されるが、そのうちの１つのパターンを図１０に示している（図１１（Ｂ）参照）。図１０に示すように、空間コードパターンは、投光領域２００における第１の方向Ｄ１に沿って光強度のプロファイルが矩形波状となっている。この空間コードパターンにおいては、明るい部分（図１０の白い部分）と暗い部分（図１０の黒い部分）が交互に現れる。すなわち、図１０に示す空間コードパターンでは、第２の方向Ｄ２の８本の白のラインと、第２の方向Ｄ２の８本の黒のラインとが交互に配置されている。また、この空間コードパターンにおいて、各ラインの幅はそれぞれｄとなっている。また、この空間コードパターンにおいて、各ラインのエッジ（図１０の黒いラインの両側の境界線）をエッジｅ１〜ｅ１６としている。また、この空間コードパターンにおいて、白又は黒のラインの領域を「区間」ということがある。

なお、本実施形態では、後述するように、演算部６５は、光切断法を用いて、空間コードパターンにおける各ラインのエッジｅ１〜ｅ１６の３次元座標データを算出する。そして、演算部６５は、エッジｅ１〜ｅ１６の３次元座標データに基づいて、投光部１０の光学中心座標から被測定物２の表面上における各ラインのエッジｅ１〜ｅ１６までの距離を算出する。制御部６２は、投光部１０の光学中心座標から被測定物２の表面上における各ラインのエッジｅ１〜ｅ１６までの距離に応じて空間コードパターンの各ライン（各領域）の光強度を制御する。

図６に示す投光部１０は、縞パターンと同じように、空間コードパターンを投光領域２００に投光する。すなわち、レーザダイオード２２は、レーザコントローラ２１からの制御信号で指定された光強度のレーザ光を出力する。コリメートレンズ２３ａは、レーザダイオード２２が出力したレーザ光を平行光又は略平行光に変換する。シリンドリカルレンズ２３ｂは、コリメートレンズ２３ａにより平行光又は略平行光に変換された光束を集光することにより、シリンドリカルレンズ２３ｂの後側焦点位置に一次元のライン光１００の像を形成する。

図６に示すように、一次元のライン光１００は、レーザ光の照射方向Ｄ３（Ｚ軸方向）と直交する方向Ｄ４（Ｙ軸方向）に生成される。ここで、レーザダイオード２２は、矩形波状に変化する電圧信号が入力されることにより、時間の経過とともに光強度が矩形波状に変化するレーザ光を出力する。従って、ライン生成部２３により生成された方向Ｄ４のライン光１００は、レーザ光の照射方向Ｄ３（Ｚ軸方向）に沿って矩形波状の周期的な光強度の分布を有する光（パターン光）となる。

ライン生成部２３により生成されたライン光１００は、投光光学系３０を通過した後、走査部４０としてのＭＥＭＳミラーに導かれる。ＭＥＭＳミラーは、投光領域２００においてライン光１００が第１の方向Ｄ１に走査されるような方向に、所定の振幅角及び振動周波数で振動している。このＭＥＭＳミラーがライン光１００を反射することにより、ライン光１００が投光領域２００における第２の方向Ｄ２に投光されるとともに、第１の方向Ｄ１において走査される。これにより、投光領域２００の全面にわたって白黒のストライプの空間コードパターンが投光される。

図１１は、標準パターン、４つの空間コードパターン、及び白黒参照パターンを示す図である。図１１（Ａ）は標準パターンを示す。図１１（Ｂ）は空間コードパターンを示す。図１１（Ｃ）は白黒参照パターンを示す。表示制御部６７が表示装置７０の表示画面に被測定物２の３次元形状の疑似画像を表示させるときに、３次元形状の表面に色を張り付ける処理（テクスチャ）を行う。図１１（Ａ）に示す標準パターンは、３次元形状の表面に張り付けられる標準の色を取得するために撮像される。なお、標準パターンが投光されているときの被測定物２の画像を「標準画像」という。

図１１（Ｂ）に示す空間コードパターンは、投光領域２００内の複数の領域に空間コードと呼ばれる番号を割り当てるためのパターンである。図１１（Ｂ）に示す例では、（ａ）の空間コードパターンは、左半分が白で右半分が黒となっている。（ｂ）の空間コードパターンは、２本の白のラインと２本の黒のラインが交互に配置されている。（ｃ）の空間コードパターンは、４本の白のラインと４本の黒のラインが交互に配置されている。（ｄ）の空間コードパターンは、８本の白のラインと８本の黒のラインが交互に配置されている。なお、空間コードパターンが投光されているときの被測定物２の画像を「空間コード画像」という。

図１１（Ｃ）に示す白黒参照パターンは、投光領域２００における各領域に付される空間コードの「１」と「０」、すなわち白と黒を判別するときに参照されるパターンである。演算部６５において、空間コードの「１」を判別するときに、白黒参照パターンの白パターンが参照される。また、空間コードの「０」を判別するときに、白黒参照パターンの黒パターンが参照される。なお、白黒参照パターンが投光されているときの被測定物２の画像を「白黒参照画像」という。また、白パターンが投光されているときの被測定物２の画像を「白画像」という。また、黒パターンが投光されているときの被測定物２の画像を「黒画像」という。本実施形態においては、図１１（Ａ）に示す標準パターンと図１１（Ｃ）に示す白黒参照パターンの白パターンとは同じパターンとされている。ここで、黒色とは一般には明度が０を示すが、ここでは識別できる最低限の明るさを黒色と称する。ここで黒色を識別できる最低限の明るさとするのは、黒色で照射されている部分と無照射の部分を識別するためである。

図１２は、空間コードと領域番号との関係を示す図である。図１２に示す「空間コード」において、「０」が黒に対応し、「１」が白に対応する。「空間コード」の１段目は図１１（Ｂ）における（ａ）の空間コードパターンに対応する。「空間コード」の２段目は図１１（Ｂ）における（ｂ）の空間コードパターンに対応する。「空間コード」の３段目は図１１（Ｂ）における（ｃ）の空間コードパターンに対応する。「空間コード」の４段目は図１１（Ｂ）における（ｄ）の空間コードパターンに対応する。図１２に示す「領域番号」は、空間コードによって識別される１６分割された領域に付された番号である。例えば、「領域番号」の「０」は、上から「００００」となっている。また、「領域番号」の「１０」は、上から「１０１０」となっている。このような番号によって投光領域２００内の１６分割された領域が演算部６５により識別される。

次に、第１実施形態に係る形状測定装置１の動作について説明する。

図１３は、第１実施形態に係る形状測定方法の一例を説明するフローチャートである。図１３に示すように、制御部６２は、レーザダイオード２２をオンにするようにレーザコントローラ２１に指令信号を出力する。レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいてレーザダイオード２２をオンにする（ステップＳ１）。また、制御部６２は、走査部４０に指令信号を出力することにより、走査部４０による走査を開始させる（ステップＳ２）。そして、制御部６２は、使用者によるシャッター操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ３）。

使用者によりシャッター操作が行われると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、すなわち、制御部６２は操作部６１からシャッター操作が行われたことを表す信号を入力すると、制御部６２は標準パターンを撮像する（ステップＳ４）。この処理において、レーザダイオード２２は、図１１（Ａ）に示す無変調の光強度（ハイレベル一定の光強度）のレーザ光を出力する。ライン生成部２３が、レーザダイオード２２から出力されたレーザ光から一次元のライン光１００を生成する。そして、走査部４０が一次元のライン光１００を走査することにより、図１１（Ａ）に示すような標準パターンが投光領域２００に投光される。ＣＣＤカメラ５２ａは、図１１（Ａ）に示す標準パターンを撮像して標準画像の画像データを生成する。標準画像の画像データは、一旦、画像メモリ５２ｂに格納された後、取込メモリ６４に設けられた記憶領域（標準画像領域）に記憶される。

次に、制御部６２は、図１１（Ｂ）に示す空間コードパターンを撮像する（ステップＳ５）。この処理において、図１１（Ｂ）の（ａ）〜（ｄ）に示す４つの空間コードパターンがそれぞれ所定時間毎に投光部１０により投光されるように、レーザダイオード２２は光強度の矩形波状の周期を所定時間毎に切り替える。

具体的には、レーザダイオード２２は、図１１（Ｂ）の（ａ）に示す空間コードパターンとなるような矩形波状の周期のレーザ光（すなわち、図１２の「空間コード」の１段目「１１１１１１１１００００００００」を表すパルス状のレーザ光）を出力する。また、所定時間経過後に、レーザダイオード２２は、図１１（Ｂ）の（ｂ）に示す空間コードパターンとなるような矩形波状の周期のレーザ光（すなわち、図１２の「空間コード」の２段目「１１１１００００１１１１００００」を表すパルス状のレーザ光）を出力する。また、所定時間経過後に、レーザダイオード２２は、図１１（Ｂ）の（ｃ）に示す空間コードパターンとなるような矩形波状の周期のレーザ光（すなわち、図１２の「空間コード」の３段目「１１００１１００１１００１１００」を表すパルス状のレーザ光）を出力する。さらに、所定時間経過後に、レーザダイオード２２は、図１１（Ｂ）の（ｄ）に示す空間コードパターンとなるような矩形波状の周期のレーザ光（すなわち、図１２の「空間コード」の１段目「１０１０１０１０１０１０１０１０」を表すパルス状のレーザ光）を出力する。

そして、ライン生成部２３がレーザダイオード２２により出力されたレーザ光から一次元のライン光１００を生成する。その後、走査部４０が一次元のライン光１００を走査することにより、図１１（Ｂ）の（ａ）〜（ｄ）に示すような各空間コードパターンが所定時間毎に投光領域２００に投光される。ＣＣＤカメラ５２ａは、図１１（Ｂ）の（ａ）〜（ｄ）に示す空間コードパターンをそれぞれ撮像して空間コード画像の画像データを生成する。空間コード画像の画像データは、一旦、画像メモリ５２ｂに格納された後、それぞれ、取込メモリ６４に設けられた各記憶領域（第１空間コード領域、第２空間コード領域、第３空間コード領域、第４空間コード領域）に順に記憶される。

次に、制御部６２は、図１１（Ｃ）に示す白黒参照パターンを撮像する（ステップＳ６）。この処理において、レーザダイオード２２は、図１１（Ｃ）に示す無変調の光強度（ハイレベル一定の光強度）のレーザ光を出力する。ライン生成部２３が、レーザダイオード２２から出力されたレーザ光から一次元のライン光１００を生成する。そして、走査部４０が一次元のライン光１００を走査することにより、図１１（Ｃ）に示すような白黒参照パターンの白パターンが投光領域２００に投光される。また、レーザダイオード２２は、図１１（Ｃ）に示す無変調の光強度（ロウレベル一定の光強度）のレーザ光を出力する。ライン生成部２３が、レーザダイオード２２から出力されたレーザ光から一次元のライン光１００を生成する。そして、走査部４０が一次元のライン光１００を走査することにより、図１１（Ｃ）に示すような白黒参照パターンの黒パターンが投光領域２００に投光される。ＣＣＤカメラ５２ａは、図１１（Ｃ）に示す白黒参照パターンをそれぞれ撮像して白黒参照画像の画像データを生成する。白黒参照画像の画像データは、一旦、画像メモリ５２ｂに格納された後、それぞれ、取込メモリ６４に設けられた各記憶領域（白画像領域、黒画像領域）に順に記憶される。

次に、演算部６５は、ステップＳ５で撮像した図１１（Ｂ）の（ｄ）に示す空間コードパターンの画像（空間コード画像）に基づいて、投光部１０の光学中心座標から被測定物２の表面における各エッジｅ１〜ｅ１６までの距離を算出する（ステップＳ７）。具体的には、演算部６５は、光切断法を用いて、図１１（Ｂ）の（ｄ）に示す空間コードパターンにおける各ラインのエッジｅ１〜ｅ１６の３次元座標データを算出する。

すなわち、演算部６５は、図１１（Ｂ）の（ｄ）に示す空間コードパターンにおける各エッジｅ１〜ｅ１６の像の撮像面４００における位置に基づいて、被測定物２の表面における各エッジｅ１〜ｅ１６の３次元座標データを算出する。

次に、制御部６２は、各エッジｅ１〜ｅ１６までの距離に応じた光強度のレーザ光を出力するようにレーザダイオード２２の出力を制御する（ステップＳ８）。なお、第２の方向Ｄ２においてエッジまでの距離が異なる場合がある。その場合は、当該エッジが投影領域２００内で投光部１０からの距離が比較的長い場合は、最も長い距離に基づいてレーザダイオード２２の出力を制御する。また、当該エッジが投影領域内で投光部１０からの距離が比較的短い場合は、最も短い距離基づいてレーザダイオード２２の出力を制御する。それ以外の場合は、平均の距離に基づいてレーザダイオード２２の出力を制御する。

図１４は、レーザダイオードの出力と各エッジまでの距離との関係を示す図である。図１４に示す横軸は、演算部６５がステップＳ７において算出した、投光部１０の光学中心座標から被測定物２の表面上における各エッジｅ１〜ｅ１６までの距離ｄ１〜ｄ１６を示す。また、図１４に示す縦軸は、横軸の距離ｄ１〜ｄ１６に対応するレーザダイオード２２の基準光強度（基準ＬＤ出力値）Ｌ１〜Ｌ１６を示す。

一般に、投光部１０から同一の光強度のライン光１００が被測定物２に対して投光された場合、ライン光１００が照射された被測定物２表面上の所定位置の明るさ（照度）は、投光部１０の光学中心座標から被測定物２表面上の所定位置までの距離の２乗に反比例する。従って、被測定物２表面内において投光部１０からの距離が異なる場合は、その表面内において明るさの差が生じてしまう。そこで、図１４に示すように、投光部１０の光学中心座標から被測定物２表面上における各エッジｅ１〜ｅ１６までの距離ｄ１〜ｄ１６が異なる場合は、制御部６２は、距離が長くなる程、レーザダイオード２２の基準光強度を高くするように、レーザダイオード２２の出力を制御する。すなわち、投光部１０の光学中心座標からの距離がｄ１からｄ１６に向かって徐々に長くなる場合は、制御部６２は、距離ｄ１〜ｄ１６に対応するレーザダイオード２２の基準光強度をＬ１からＬ１６に向かって徐々に高くしていくように制御する。

ここで、設定情報記憶部６３は、予め距離に対応する基準光強度のデータをテーブルデータとして記憶している。制御部６２は、設定情報記憶部６３に記憶されているテーブルデータを参照し、距離に対応する基準光強度のデータを読み出す。そして、制御部６２は、読み出した基準光強度のデータに基づいて、レーザコントローラ２１に指令信号を出力してレーザダイオード２２の出力を制御する。このような制御により、被測定物２表面上における明るさの差が小さくなる。その結果、明るさの差が撮像部５０（ＣＣＤカメラ５２ａ）の感度範囲（例えば２５６階調）内に収まるようになる。

具体的には、走査部４０が第１区間（図１２の領域番号０の領域）内においてライン光１００を走査しているときは、制御部６２は、投光部１０の光学中心座標から第１区間までの距離をエッジｅ１までの距離ｄ１とみなし、レーザダイオード２２から基準光強度Ｌ１のレーザ光を出力させるように制御する。同様に、走査部４０が第２区間（図１２の領域番号１の領域）〜第１６区間（図１２の領域番号１５の領域）内においてそれぞれライン光１００を走査しているときは、制御部６２は、それぞれ、投光部１０の光学中心座標から第２区間〜第１６区間までの距離をエッジｅ２〜ｅ１６までの距離ｄ２〜ｄ１６とみなし、レーザダイオード２２から基準光強度Ｌ２〜Ｌ１６のレーザ光を出力させるように制御する。なお、それぞれの区間までの距離をそれぞれの区間の両側のエッジまでの距離の平均としてもよい。

図１５は、レーザダイオードの出力の時間変化を示す図である。図１５に示すように、レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいて、走査部４０が第１区間内においてライン光１００を走査しているときは（時刻０から時刻ｔ１）、レーザダイオード２２から基準光強度Ｌ１に正弦波状の光強度を変調したレーザ光を出力させる。また、レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいて、走査部４０が第２区間内においてライン光１００を走査しているときは（時刻ｔ１から時刻ｔ２）、レーザダイオード２２から基準光強度Ｌ２に正弦波状の光強度を変調したレーザ光を出力させる。また、レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいて、走査部４０が第３区間内においてライン光１００を走査しているときは（時刻ｔ２から時刻ｔ３）、レーザダイオード２２から基準光強度Ｌ３に正弦波状の光強度を変調したレーザ光を出力させる。なお、図１５に示していないが、走査部４０が第４区間〜第１６区間内においてライン光１００を走査しているときは、レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいて、それぞれ、レーザダイオード２２から基準光強度Ｌ４〜Ｌ１６に正弦波状の光強度を変調したレーザ光を出力させる。

次に、制御部６２は、位相がπ／２ずつシフトされた４つの縞パターンを撮像する（ステップＳ９）。ＣＣＤカメラ５２ａは、制御部６２からの指令信号に基づいて、縞パターンの初期位相が０、π／２、π、３π／２のタイミングにおいて、それぞれ被測定物２を撮像して４つの縞パターン画像の画像データを生成する。ＣＣＤカメラ５２ａが撮像した各位相の縞パターン画像の画像データは、一旦、画像メモリ５２ｂに格納された後、それぞれ、取込メモリ６４に設けられた各記憶領域（第１記憶領域、第２記憶領域、第３記憶領域、第４記憶領域）に順に記憶される。

その後、演算部６５は、取込メモリ６４の記憶領域に記憶された４つの縞パターン画像の画像データに基づいて、各画素の初期位相０における位相分布φ（ｉ，ｊ）を求める。すなわち、位相回復処理を実行する（ステップＳ１０）。そして、演算部６５は、取込メモリ６４の空間コード領域に記憶された４つの空間コード画像の画像データに基づいて、投光領域２００において１６分割された領域（第１区間〜第１６区間）の空間コードを認識する。次に、演算部６５は、認識した各領域の空間コードに基づいて縞パターン画像の縞の次数を検出する（ステップＳ１１）。

演算部６５は、ステップＳ１１の処理において特定した各縞の次数を用いて位相接続処理（アンラッピング処理）を行う（ステップＳ１２）。すなわち、演算部６５は、縞の次数に基づいて、ｎ本目の縞が画像上においてどの位置にあるのかを特定する。そして、演算部６５は、−π〜πの間で求めたｎ本目の縞の位相回復値を正しく接続する。これにより、連続した初期位相分布φ’（ｉ，ｊ）が求められる。その後、演算部６５は、上述した三角測量の原理を用いて、ステップＳ１２において求めた初期位相０における位相分布φ’（ｉ，ｊ）から、被測定物２の３次元形状の座標データＸ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する（ステップＳ１３）。なお、座標データＸはＣＣＤカメラ５２を基準とする座標として求められる。

その後、３次元形状算出部６５は、算出した被測定物２の３次元形状の座標データを画像記憶部６６に記憶する。そして、表示制御部６７は、使用者による操作部６１の操作に応じて、又は自動的に、画像記憶部６６に記憶された３次元形状の座標データを読み出す。表示制御部６７は、読み出した３次元形状の座標データに基づいて表示装置７０の表示画面に被測定物２の３次元形状を表示させる。３次元形状は、３次元空間内の点の集合である点群を疑似的な立体画像として表示される。なお、点群データである３次元座標を、たとえば（ｘ、ｙ、ｚ）の形式で表示することもできる。

表示装置７０は、被測定物２の３次元形状を表示するだけでなく、撮像部５０により撮像された画像を表示する。すなわち、表示制御部６７は、取込メモリ６４に記憶された画像データに基づいて、撮像部５０が撮像した画像を表示装置７０に表示させる。このような構成によれば、使用者が撮像部５０により撮像された画像に基づいて、撮像現場で被測定物２が正確に撮像されたか否かを確認することができる。

また、表示装置７０は、撮像部５０により撮像された画像、及び３次元形状算出部（演算部）６５により算出された３次元形状、のうち少なくとも一方を表示する構成であってもよい。この場合、撮像部５０により撮像された画像、及び３次元形状算出部６５により算出された３次元形状、のうち少なくとも一方に基づいて、使用者は撮像現場で被測定物２が正確に撮像されたか否かを確認することができる。その後、使用者は、形状測定装置１をコンピュータなどに接続して、画像や３次元形状をコンピュータなどに取り込む。そして、使用者は、コンピュータなどの表示部に画像や３次元形状を表示させる。

なお、演算部６５が３次元形状の点群データの算出に失敗した失敗部分や、被測定物２の形状によって影となったオルクージョン部分については、使用者が確認可能な態様で表示する。例えば、表示制御部６７は、失敗部分を赤色で点滅表示し、オルクージョン部分を青色で点滅表示する。また、演算部６５が算出した３次元形状の点群データは、使用者が持ち運び可能なＳＤカードなどの不揮発性の記憶媒体に記憶されてもよい。

以上に説明したように、第１実施形態によれば、被測定物２にパターン光を投光する投光部１０と、パターン光が投光された被測定物２を撮像する撮像部５０と、被測定物２までの距離に応じてパターン光の強度を制御する制御部６２と、パターン光が投光された被測定物２の画像から被測定物２の３次元形状を求める演算部６５とを有する。このような構成によれば、被測定物２までの距離に応じてパターン光の強度を制御することにより、被測定物２表面上における明るさの差が小さくなる。従って、明るさの差が撮像部５０の感度範囲内に収まるようになり、画像における白飛びや黒つぶれの発生を回避することができる。その結果、３次元形状測定において測定漏れが生じることがない。

また、第１実施形態によれば、投光部１０は第一の特徴を有する第一のパターン光（空間コードパターン）と第二の特徴を有する第二のパターン光（縞パターン）を投光可能であり、制御部６１は第一のパターン光が投光された被測定物２の撮像結果から求められた被測定物２までの距離に応じて、第二のパターン光を投光する強度を制御する。このような構成によれば、第一のパターン光に基づいて正確な距離情報を取得することができ、その正確な距離情報に応じて第二のパターン光の強度を制御することができる。

また、第１実施形態によれば、第一のパターン光は矩形波状の周期的な強度の分布を有し、第二のパターン光は正弦波状の周期的な強度の分布を有するので、空間コード法で用いるパターン光を利用して被測定物２までの距離を取得し、取得した距離に基づいて位相シフト法で用いるパターン光の強度を制御することができる。従って、位相シフト法と空間コード法とを組み合わせて被測定物２の３次元形状を測定する形状測定装置において、投光部１０が被測定物２までの距離を測定するためにだけに用いる光を投光する必要がない。

また、第１実施形態によれば、投光部１０は、パターン光を生成するための光源２２を有し、制御部６２は、被測定物２までの距離に応じて光源２２からの光束の強度を制御する。このような構成によれば、被測定物２に対する光量の調整を、光源２２からの光束の強度の制御で行うことができるため、簡易かつ確実にパターン光の強度の制御を実現することができる。

＜第２実施形態＞
上記した第１実施形態では、演算部６５が空間コードパターンの各エッジｅ１〜ｅ１６を利用して、投光部１０の光学中心座標から被測定物２表面上の各エッジｅ１〜ｅ１６までの距離ｄ１〜ｄ１６を算出する。そして、制御部６２が各エッジｅ１〜ｅ１６までの距離ｄ１〜ｄ１６に応じた基準光強度Ｌ１〜Ｌ１６でレーザ光を出力するようにレーザダイオード２２の出力を制御する。しかし、第２実施形態では、演算部６５が白黒参照パターンの白パターンを利用して、被測定物２表面上の光の反射率を算出する。そして、制御部６２が光の反射率に応じた基準光強度でレーザ光を出力するようにレーザダイオード２２の出力を制御する。

図１６は、第２実施形態に係る形状測定方法の一例を説明するフローチャートである。図１６に示す形状測定処理において、ステップＳ１〜Ｓ６の処理については、図１３において説明した処理と同様であるため、同一処理について同一符号を付し、重複する説明を省略する。

ステップＳ６の処理の実行後、演算部６５は、ステップＳ６で撮像した図１１（Ｃ）に示す白黒参照パターンの白パターンの画像（白画像）に基づいて、被測定物２の表面における光の反射率を算出する（ステップＳ７Ａ）。ここで、光の帰還率ｒは、ある面（例えば被測定物２の面）に向けて出射された光束Φ１とし、この面で反射して撮像部に戻ってきた光束Φ２とすると、ｒ＝Φ２／Φ１と定義される。

演算部６５は、ステップＳ７Ａにおいて、空間コードパターンにおける区間（図１２の領域番号０〜１５の領域）のそれぞれについて、それらの領域内の各画素における輝度値の平均値を算出する。設定情報記憶部６３は、予め白パターンが照射されたときの輝度値に対応する帰還率のデータをテーブルデータとして記憶している。演算部６５は、設定情報記憶部６３に記憶されているテーブルデータを参照し、それぞれの領域内の各画素における輝度値の平均値に対応する帰還」率のデータを読み出す。そして、演算部６５は、帰還率情報を制御部６２に出力する。

次に、制御部６２は、演算部６５からの帰還率情報に基づいて、空間コードパターンにおける各区間の帰還率を認識する。そして、制御部６２は、各区間の帰還率に応じた光強度のレーザ光を出力するようにレーザダイオード２２の出力を制御する（ステップＳ８Ａ）。

図１７は、レーザダイオードの出力と帰還率との関係を示す図である。図１７に示す横軸は、演算部６５がステップＳ７Ａにおいて算出した各区間の帰還率ｒ１〜ｒ１６を示す。また、図１７に示す縦軸は、横軸の帰還率ｒ１〜ｒ１６に対応するレーザダイオード２２の基準光強度（基準ＬＤ出力値）Ｌ１〜Ｌ１６を示す。

図１７に示すように、被測定物２表面上における各区間の帰還率が異なる場合は、制御部６２は、帰還率が高くなる程、レーザダイオード２２の基準光強度を低くするように、レーザダイオード２２の出力を制御する。すなわち、帰還率がｒ１からｒ１６に向かって徐々に高くなる場合は、制御部６２は、反射率ｒ１〜ｒ１６に対応するレーザダイオード２２の基準光強度をＬ１からＬ１６に向かって徐々に低くしていくように制御する。

ここで、設定情報記憶部６３は、予め帰還率に対応する基準光強度のデータをテーブルデータとして記憶している。制御部６２は、設定情報記憶部６３に記憶されているテーブルデータを参照し、帰還率に対応する基準光強度のデータを読み出す。そして、制御部６２は、読み出した基準光強度のデータに基づいて、レーザコントローラ２１に指令信号を出力してレーザダイオード２２の出力を制御する。このような制御により、被測定物２表面上における明るさの差が小さくなる。その結果、明るさの差が撮像部５０（ＣＣＤカメラ５２ａ）の感度範囲内に収まるようになる。

具体的には、走査部４０が第１区間（図１２の領域番号０の領域）内においてライン光１００を走査しているときは、制御部６２は、レーザダイオード２２から帰還率ｒ１に対応する基準光強度Ｌ１のレーザ光を出力させるように制御する。同様に、走査部４０が第２区間（図１２の領域番号１の領域）〜第１６区間（図１２の領域番号１５の領域）内においてそれぞれライン光１００を走査しているときは、制御部６２は、それぞれ、レーザダイオード２２から帰還率ｒ２〜ｒ１６に対応する基準光強度Ｌ２〜Ｌ１６のレーザ光を出力させるように制御する。なお、レーザダイオードの出力の時間変化については、図１５で説明した場合と同様であるので、重複する説明を省略する。

その後、演算部６５は、ステップＳ９〜Ｓ１３の処理を実行する。これらステップＳ９〜Ｓ１３の処理は、図１３において説明した処理と同様であるため、重複する説明を省略する。

以上に説明したように、第２実施形態によれば、被測定物２にパターン光（縞パターン）と参照光（白黒参照パターンの白パターン）とを投光する投光部１０と、パターン光と参照光とが投光された被測定物２を撮像する撮像部５０と、被測定物２に参照光が投光されたときの帰還率に応じてパターン光の強度を制御する制御部６２と、パターン光が投光された被測定物２の画像から被測定物２の３次元形状を求める演算部６５とを有する。このような構成によれば、被測定物２の表面の反射率に応じてパターン光の強度を制御することにより、被測定物２表面上における明るさの差が小さくなる。従って、明るさの差が撮像部５０の感度範囲内に収まるようになり、画像における白飛びや黒つぶれの発生を回避することができる。その結果、３次元形状測定において測定漏れが生じることがない。

また、第２実施形態によれば、投光部１０は、参照光を投光した後にパターン光を投光するので、パターン光の強度を制御する前に、被測定物２に参照光を投光したときの帰還率を取得することができる。また、パターン光は、正弦波状の周期的な強度の分布を有するので、位相シフト法を用いた正確な３次元形状測定を行うことができる。

また、第２実施形態によれば、投光部１０は、パターン光及び参照光を生成するための光源２２を有し、制御部６２は、被測定物２に参照光を投光したときの帰還率に応じて、パターン光を生成する際の光源２２からの光束の強度を制御する。このような構成によれば、被測定物２に対する光量の調整を、光源２２からの光束の強度の制御で行うことができるため、簡易かつ確実にパターン光の強度の制御を実現することができる。

＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞
図１８は、構造物製造システムの実施形態の一例を示すブロック図である。図１８に示す構造物製造システムＳＹＳは、上記した形状測定装置１、設計装置７１０、成形装置７２０、制御装置（検査装置）７３０、及びリペア装置７４０を有している。

設計装置７１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する。そして、設計装置７１０は、作製した設計情報を成形装置７２０及び制御装置７３０に送信する。ここで、設計情報とは、たとえば複数の２次元設計情報から求められた構造物の各位置の座標を示す情報である。また、被測定物は、構造物である。

成形装置７２０は、設計装置７１０から送信された設計情報に基づいて構造物を成形する。この成形装置７２０の成形工程は、鋳造、鍛造、または切削などが含まれる。形状測定装置１は、成形装置７２０により作製された構造物（被測定物２）の３次元形状、すなわち構造物の座標を測定する。そして、形状測定装置１は、測定した座標を示す情報（以下、形状情報という。）を制御装置７３０に送信する。

制御装置７３０は、座標記憶部７３１及び検査部７３２を有している。座標記憶部７３１は、設計装置７１０から送信される設計情報を記憶する。検査部７３２は、座標記憶部７３１から設計情報を読み出す。また、検査部７３２は、座標記憶部７３１から読み出した設計情報と、形状測定装置１から送信される形状情報とを比較する。そして、検査部７３２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報の通りに成形されたか否かを検査する。

また、検査部７３２は、成形装置７２０により成形された構造物が良品であるか否かを判定する。構造物が良品であるか否かは、例えば、設計情報と形状情報との誤差が所定の閾値の範囲内であるか否かにより判定する。そして、検査部７３２は、構造物が設計情報の通りに成形されていない場合は、その構造物を設計情報の通りに修復することができるか否かを判定する。修復することができると判定した場合は、検査部７３２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出する。そして、検査部７３２は、不良部位を示す情報（以下、不良部位情報という。）と、修復量を示す情報（以下、修復量情報という。）と、をリペア装置７４０に送信する。

リペア装置７４０は、制御装置７３０から送信された不良部位情報と修復量情報とに基づいて、構造物の不良部位を加工する。

図１９は、構造物製造システムＳＹＳによる処理を示すフローチャートであり、構造物製造方法の実施形態の一例を示している。図１９に示すように、設計装置７１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ３１）。設計装置７１０は、作製した設計情報を成形装置７２０及び制御装置７３０に送信する。制御装置７３０は、設計装置７１０から送信された設計情報を受信する。そして、制御装置７３０は、受信した設計情報を座標記憶部７３１に記憶する。

次に、成形装置７２０は、設計装置７１０が作製した設計情報に基づいて構造物を成形する（ステップＳ３２）。そして、形状測定装置１は、成形装置７２０が成形した構造物の３次元形状を測定する（ステップＳ３３）。その後、形状測定装置１は、構造物の測定結果である形状情報を制御装置７３０に送信する。次に、検査部７３２は、形状測定装置１から送信された形状情報と、座標記憶部７３１に記憶されている設計情報とを比較して、構造物が設計情報の通りに成形されたか否か検査する（ステップＳ３４）。

次に、検査部７３２は、構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。構造物が良品であると判定した場合は（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、構造物製造システムＳＹＳによる処理を終了する。一方、検査部７３２は、構造物が良品でないと判定した場合は（ステップＳ３５：ＮＯ）、検査部７３２は、構造物を修復することができるか否かを判定する（ステップＳ３６）。

検査部７３２が構造物を修復することができると判定した場合は（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、検査部７３２は、ステップＳ３４の比較結果に基づいて、構造物の不良部位と修復量を算出する。そして、検査部７３２は、不良部位情報と修復量情報とをリペア装置７４０に送信する。リペア装置７４０は、不良部位情報と修復量情報とに基づいて構造物のリペア（再加工）を実行する（ステップＳ３７）。そして、ステップＳ３３の処理に移行する。すなわち、リペア装置７４０がリペアを実行した構造物に対してステップＳ３３以降の処理が再度実行される。一方、検査部７３２が構造物を修復することができないと判定した場合は（ステップＳ３６：ＮＯ）、構造物製造システムＳＹＳによる処理を終了する。

このように、構造物製造システムＳＹＳ及び構造物製造方法では、形状測定装置１による構造物の測定結果に基づいて、検査部７３２が設計情報の通りに構造物が作製されたか否かを判定する。これにより、成形装置７２０により作製された構造物が良品であるか否か精度よく判定することができるとともに、その判定の時間を短縮することができる。また、上記した構造物製造システムＳＹＳでは、検査部７３２により構造物が良品でないと判定された場合に、直ちに構造物のリペアを実行することができる。

なお、上記した構造物製造システムＳＹＳ及び構造物製造方法において、リペア装置７４０が加工を実行することに代えて、成形装置７２０が再度加工を実行するように構成してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。また、上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記した実施形態を適宜組み合わせて適用することも可能である。

また、上記した第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせて適用してもよい。例えば、制御部６２が空間コードパターンの撮像（ステップＳ５参照）を行った後に、演算部６５が空間コードパターンのエッジｅ１〜ｅ１６の３次元座標データを算出し、算出したエッジｅ１〜ｅ１６の３次元座標データに基づいて被測定物２におけるエッジｅ１〜ｅ１６までの距離を算出する（ステップＳ７参照）。そして、制御部６２は、算出した距離に応じて白黒参照パターンを撮像する（ステップＳ６参照）。その後、演算部６５は、撮像した白黒参照パターンから反射率を算出し、算出した反射率に応じたレーザダイオード２２の出力制御を行う。

また、上記した第２実施形態において、演算部６５は、被測定物２の表面上における空間コードパターンの各区間（領域番号０〜１５の各領域）の帰還率を算出していた。しかし、そのような構成に限らず、演算部６５は、空間コードパターンの各区間（領域番号０〜１５の各領域）よりも細分化された区間の帰還率を算出してもよい。例えば、制御部６２が、縞パターンの縞の次数にかかわらず、図１１（Ｂ）の（ｄ）よりもストライプの数の多い空間コードパターンを撮像する。そして、演算部６５が、撮像した空間コードパターンを用いて細分化された区間の帰還率を算出する。そして、制御部６２が、細分化された区間の反射率に応じたレーザダイオード２２の出力制御を実行する。

また、空間コードパターンの区分を細分化する方法として、例えば、白とラインを白とグレーのラインに分割し、黒のラインを黒とグレーのラインに分割するようにしてもよい。

また、上記した各実施形態では、第１の方向Ｄ１に対しての光量の調整を行うことができるが、第２の方向Ｄ２に対しての光量の調整を行うことはできない。しかし、２軸の走査部、すなわち、パターン光を第１方向Ｄ１に走査することができるとともに、第２の方向Ｄ２にも走査することができる構成であれば、第１の方向Ｄ１のみならず第２の方向Ｄ２にも光量の調整を行うことができる。

また、レーザダイオード２２からの光が被測定物２に到達するまでのいずれかの箇所において、光量を調整可能なフィルタを設けて、そのフィルタで第２の方向Ｄ２の光量を調整するようにしてもよい。

また、上記した各実施形態において、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とが直交していたが、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とが異なる方向であれば直交していなくてもよい。例えば、第２の方向Ｄ２は、第１の方向Ｄ１に対して６０度や８０度の角度に設定されてもよい。

また、上記した各実施形態において、各図面では光学素子を一つまたは複数で表しているが、特に使用する数を指定しない限り、同様の光学性能を発揮させるものであれば、使用する光学素子の数は任意である。

また、上記した各実施形態において、走査部４０は、パターン光を反射または回折する光学素子を用いているがこれに限定されない。例えば、屈折光学素子や、平行平板ガラス等が用いられてもよい。レンズ等の屈折光学素子を光軸に対して振動させることでパターン光を走査させてもよい。なお、この屈折光学素子としては、投光光学系３０の一部の光学素子が用いられてもよい。

また、上記した各実施形態において、撮像部５０としてＣＣＤカメラ５２ａが用いられるがこれに限定されない。例えば、ＣＣＤカメラに代えて、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ：Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）などのイメージセンサが用いられてもよい。

また、上記した各実施形態において、位相シフト法に用いる縞パターンの位相を一周期の間に４回シフトさせる４バケット法が用いられるが、これに限定されない。例えば、０・π／２・π・３π／２の縞パターンを投影した後に再び０位相の縞パターンを投影する５バケット法や、さらにπ／２位相の縞パターンを投影する６バケット法などが用いられてもよい。

また、上記した各実施形態において、いずれも位相シフト法が用いられているが、空間コード法のみを用いて被測定物２の３次元形状を測定するものでもよい。

また、上記した第１実施形態においては、縞パターンの撮像前に空間コードパターンを撮像していれば、その他のパターンの撮像の順序は問わない。また、上記した第２実施形態においては、縞パターンの撮像前に白黒参照パターンを撮像していれば、その他のパターンの撮像の順序は問わない。

また、上記した各実施形態において、縞パターンや空間コードパターンを白色及び黒色で表していたが、これに限定されず、いずれか一方または双方が着色されたものでもよい。例えば、縞パターンや空間コードパターンは、白色と赤色とで生成されるものでもよい。

また、上記した各実施形態において、図１２に示す空間コードはバイナリコードを用いているが、グレイコードが用いられてもよい。グレイコードは、バイナリコードと符号の付け方が異なる。このため、図１１（Ｂ）に示す空間コードパターンのストライプのパターンも異なるパターンが用いられる。

また、上記した各実施形態において、標準画像を取得しているが、この標準画像は取得しなくてもよい。

また、走査部４０としてＭＥＭＳミラー等の振動ミラーが用いられる場合、角速度の不均一に対応して、レーザダイオード１２１からの光の強度を変更させてもよい。例えば、投光領域２００における走査方向の端部付近では光強度を強くし、中央付近では光強度を低下させるように、レーザダイオード１２１を制御してもよい。これにより、投光領域２００の端部と中央部とで生じる明るさの不均一を抑制できる。

また、上記した第２実施形態において、反射率に応じたレーザダイオード２２の出力制御（ステップＳ７Ａ，Ｓ８Ａ）を空間コードパターンの撮像（ステップＳ５）においても適用してもよい。

また、形状測定装置１の一部の構成をコンピュータにより実現してもよい。例えば、演算部処理部６０をコンピュータにより実現してもよい。この場合、コンピュータは、記憶部に記憶された形状測定プログラムに従って、第１の方向Ｄ１に沿って異なる強度の分布を有するパターン光を生成する光生成処理と、パターン光を第１の方向Ｄ１とは異なる被測定物２上の第２の方向Ｄ２に沿って走査する走査処理と、パターン光が投光された被測定物２を撮像する撮像処理と、撮像処理で得られた被測定物２の像に応じた信号強度に基づいて、被測定物２の形状を算出する演算処理と、を実行する。なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向、ＳＹＳ…構造物製造システム、１…形状測定装置、１Ａ…光照射装置、２…被測定物、１０…投光部、２０…光生成部、２２…レーザダイオード（光源）、２３…ライン生成部、４０…走査部、５０…撮像部、５２ａ…ＣＣＤカメラ、６０…演算処理部（演算部、制御部）、６２…制御部、６５…演算部、１００…ライン光（パターン光）、２００…投光領域、５００…筐体

Claims (15)

1. 被測定物にパターン光を投光する投光部と、
   前記パターン光が投光された前記被測定物を撮像する撮像部と、
   前記被測定物までの距離に応じて前記パターン光の強度を制御する制御部と、
   前記パターン光が投光された前記被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求める演算部とを有する形状測定装置。
2. 前記投光部は第一の特徴を有する第一のパターン光と第二の特徴を有する第二のパターン光を投光可能であり、
   前記制御部は前記第一のパターン光が投光された前記被測定物の撮像結果から求められた前記被測定物までの距離に応じて、前記第二のパターン光を投光する強度を制御する請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記第一のパターン光は矩形波状の周期的な強度の分布を有し、前記第二のパターン光は正弦波状の周期的な強度の分布を有する請求項２に記載の形状測定装置。
4. 前記投光部は前記パターン光を生成するための光源を有し、
   前記制御部は前記被測定物までの距離に応じて前記光源からの光束の強度を制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
5. 被測定物にパターン光と参照光とを投光する投光部と、
   前記パターン光と前記参照光とが投光された前記被測定物を撮像する撮像部と、
   前記被測定物に前記参照光が投光されたときの反射率に応じて前記パターン光の強度を制御する制御部と、
   前記パターン光が投光された前記被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求める演算部とを有する形状測定装置。
6. 前記パターン光は異なる強度の分布を有し、前記参照光は強度が一定である請求項５に記載の形状測定装置。
7. 前記投光部は、前記参照光を投光した後に前記パターン光を投光する請求項５または請求項６記載の形状測定装置。
8. 前記パターン光は、正弦波状の周期的な強度の分布を有する請求項５から７のいずれか一項に記載の形状測定装置。
9. 前記投光部は、前記パターン光及び前記参照光を生成するための光源を有し、
   前記制御部は、前記被測定物に前記参照光が投光されたときの反射率に応じて、前記パターン光を生成する際の前記光源からの光束の強度を制御する請求項５から８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
10. 構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
    作製された前記構造物の形状を測定する請求項１から９のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
    前記形状測定装置によって得られた前記構造物の形状に関する形状情報と前記設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システム。
11. 被測定物にパターン光を投光することと、
    前記パターン光が投光された前記被測定物を撮像することと、
    前記被測定物までの距離に応じて前記パターン光の強度を制御することと、
    前記パターン光が投光された前記被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求めることとを含む形状測定方法。
12. 被測定物にパターン光と参照光とを投光することと、
    前記パターン光と前記参照光とが投光された前記被測定物を撮像することと、
    前記被測定物に前記参照光が投光されたときの反射率に応じて前記パターン光の強度を制御することと、
    前記パターン光が投光された前記被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求めることとを含む形状測定方法。
13. 構造物の形状に関する設計情報を作製することと、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
    作製された前記構造物の形状を請求項１１または請求項１２に記載の形状測定方法で測定することと、
    前記形状測定方法によって得られた前記構造物の形状に関する形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法。
14. 被測定物にパターン光を投光する投光部と、前記パターン光が投光された前記被測定物を撮像する撮像部とを備えた形状測定装置のコンピュータに、
    前記被測定物までの距離に応じて前記パターン光の強度を制御する制御処理と、
    前記パターン光が投光された前記被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求める演算処理とを実行させる形状測定プログラム。
15. 被測定物にパターン光と参照光とを投光する投光部と、前記パターン光と前記参照光とが投光された前記被測定物を撮像する撮像部とを備えた形状測定装置のコンピュータに、
    前記被測定物に前記参照光が投光されたときの反射率に応じて前記パターン光の強度を制御する制御処理と、
    前記パターン光が投光された前記被測定物の画像から該被測定物の３次元形状を求める演算処理とを実行させる形状測定プログラム。