JP2016008838A

JP2016008838A - 形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、及び構造物製造方法

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Publication number: JP2016008838A
Application number: JP2014128145A
Authority: JP
Inventors: 青木　洋; Hiroshi Aoki; 洋青木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-01-18

Abstract

【課題】ぶれが生じた場合においても精度の高い３次元形状を得る形状測定装置を提供する。
【解決手段】異なる複数のパターンを被測定物２に順次投影するパターン投影部１０と、パターンとは異なる指標を投影する指標投影部５１と、パターン投影部１０の姿勢に関わりなく指標投影部の姿勢を保つ指標安定部５０と、複数のパターンが投影された被測定物２をそれぞれ撮像する撮像部６０と、撮像された像に基づいて投影されたパターンのぶれを検出するぶれ検出部７５とを備える。
【選択図】図３

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、及び構造物製造方法に関する。

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、投影部、撮像部、及び演算部を備えている。この投影部は、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。）を被測定物に投影するとともに、初期位相を例えばπ／２ずつ３回シフトさせる。撮像部は投影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のパターン光が投影された状態で、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

撮像部が被測定物を撮像している間に、投影部の投影方向がぶれにより変化した場合、演算部により算出される被測定物の３次元座標データの精度が低下する。

本発明の態様では、ぶれが生じた場合においても精度の高い３次元形状を得ることを目的とする。

本発明の第１態様によれば、異なる複数のパターンを被測定物に順次投影するパターン投影部と、パターンとは異なる指標を投影する指標投影部と、パターン投影部の姿勢に関わりなく指標投影部の姿勢を保つ指標安定部と、複数のパターンが投影された被測定物をそれぞれ撮像する撮像部と、撮像された像に基づいて投影されたパターンのぶれを検出するぶれ検出部と、を備え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、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から請求項８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３態様によれば、パターン投影部が異なる複数のパターンを被測定物に順次投影することと、指標投影部がパターンとは異なる指標を投影することと、パターン投影部の姿勢に関わりなく指標投影部の姿勢を保つことと、複数のパターンが投影された被測定物をそれぞれ撮像することと、撮像された像に基づいて投影されたパターンのぶれを検出することと、を含む形状測定方法が提供される。

本発明の第４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１０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。

本発明の態様によれば、ぶれが生じた場合においても精度の高い３次元形状を得ることができる。

第１実施形態に係る形状測定装置の一例を示す図である。投影領域における縞パターン（パターン光）の強度分布を示す図である。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に示す指標安定部及び指標投影部の構成を示す断面図である。第１実施形態に係る形状測定方法の一例を説明するためのフローチャートである。ぶれのない状態の画像とぶれのある状態の画像とを示す図である。第２実施形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図７に示す指標安定部の構成を示す断面図である。第３実施形態の指標安定部の構成を示す断面図である。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、一部分を大きく又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、第１実施形態に係る形状測定装置１の一例を示す図である。また、図２は、投影領域３００における縞パターンの強度分布を示す図である。なお、図１において、紙面の右方向をＸ１軸（第２軸）とし、Ｘ１軸と直交するある方向をＹ１軸（第１軸）とし、Ｘ１軸及びＹ１軸と直交する方向をＺ１軸としている。また、図１に示すように３軸座標系を設定した場合、図２においては、紙面の右方向がＹ１軸となり、紙面の上方向がＸ１軸となり、紙面の裏から表に向かう方向がＺ１軸となる。

形状測定装置１は、位相シフト法を用いて被測定物（測定対象、被検物）２の三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、パターン投影部１０と、指標安定部５０と、指標投影部５１と、撮像部６０と、演算処理部７０とを備える。

パターン投影部１０は、ライン状の光、すなわち、Ｘ１軸方向において無変調な一次元の光（以下、ライン光１００という。）を投影領域３００に対して投影（投光）する。このパターン投影部１０は、光軸１０１方向にライン光１００を投影する。このパターン投影部１０は、図１に示すように、光生成部２０と、投影光学系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、無変調なライン光１００を生成する。投影光学系３０は、光生成部２０で生成されたライン光１００の１次像を測定領域の所定の位置に結像させる。投影光学系３０は、一つ又は複数の集光レンズなどの透過光学素子又は反射光学素子によって構成される。投影光学系３０から出射されたライン光１００は、走査部４０を介して投影領域３００に対して投影される。投影領域３００において、ライン光１００の一次元の方向が第２の方向Ｄ２（図１のＹ１軸方向）である。投影領域３００における第２の方向Ｄ２の長さは、パターン投影部１０がライン光１００を投影する際の視野角θと、パターン投影部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は投影領域３００内に配置されている。

走査部４０は、投影領域３００においてライン光１００を第１の方向Ｄ１（図１のＸ１軸方向）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、投影領域３００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、投影領域３００における第１の方向Ｄ１の長さは、ＭＥＭＳミラーの振幅角と、パターン投影部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、投影領域３００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」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、第１の方向Ｄ１を明暗の方向又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、矩形状の投影領域３００が空間上に形成される。

投影領域３００において、縞パターンの各部分における縞の位相は所定時間毎にπ／２ずつ３回シフトされる。パターン投影部１０は、演算処理部７０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。

指標投影部５１はパターン投影部１０の位置と異なる位置に配置されている。この指標投影部５１は、点状の光（以下、点光２００という。）を投影領域３００の所定位置（図１に示す例では投影領域３００の中心付近の位置）に対して投影（投光）する。本実施形態では、指標投影部５１による点光２００の投影方向は図１に示すＺ１軸方向（撮像部６０の光軸１０２方向）である。指標安定部５０は、パターン投影部１０のライン光１００の投影方向がぶれにより変化した場合において指標投影部５１の点光２００の投影方向が変化しないように指標投影部５１の姿勢を維持する。なお、指標安定部５０の構成の詳細については後述する。

撮像部６０はパターン投影部１０及び指標投影部５１の位置と異なる位置に配置されている。この撮像部６０は、ライン光１００及び点光２００が投影された被測定物２を撮像する。撮像部６０は、Ｚ１軸を光軸１０２として撮像を行う。不図示の撮像領域（撮像視野）は、撮像部６０により１回に撮像される範囲である。この撮像領域は、投影領域３００の領域内であって、この投影領域３００よりも狭い領域とされている。ただし、撮像領域は、少なくとも投影領域３００の領域外にはみ出さなければよい。例えば、撮像領域は投影領域３００と同じ領域であってもよい。なお、撮像領域とは後述の処理に用いる領域であり、撮像部６０により実際に撮像される領域は投影領域３００より大きくてもよい。

撮像部６０は、受光光学系（撮影レンズ）６１及び撮像装置６２を有している。受光光学系６１は、撮像領域上の被測定物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６２に導く。撮像装置６２は、受光光学系６１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、投影領域３００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６２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７０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７０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７０は、指標投影部５１からの点光２００の照射を制御する。

また、演算処理部７０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６０に被測定物２を撮像させるように、撮像部６０の撮像タイミングを制御する。また、演算処理部７０は、撮像部６０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）における点像（指標投影部５１からの点光２００によって撮像領域３１０内に形成される点状の像）の位置に基づいて、形状測定装置１のぶれ量を検出する。また、演算処理部７０は、撮像部６０が撮像した４つの画像データにおける各画素の輝度データ（信号強度）と、上記のように検出した形状測定装置１のぶれ量とに基づいて、被測定物２の３次元形状を算出する。

なお、図１においては、縮尺などの関係上、指標投影部５１の投影方向（光軸）と撮像部６０の光軸１０２とがＺ１軸と平行となっていないが、以下の説明においては、指標投影部５１の投影方向と撮像部６０の光軸１０２とがＺ１軸と平行なものとして説明する。

次に、図３を参照して形状測定装置１に含まれる投影部１０、指標安定部５０、指標投影部５１、撮像部６０、及び演算処理部７０の詳細な構成について説明する。図３は、図１に示す形状測定装置１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、パターン投影部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、投影光学系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７２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。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。

投影光学系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を投影する。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（投影領域３００における第１の方向Ｄ１）に沿って走査する。なお、図３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。

指標投影部５１は、例えば、レーザダイオード（光源）・コリメートレンズ・投影光学系などを備えた構成である。すなわち、レーザダイオードは、制御部７２からの指令信号に基づいて所定の光強度のレーザ光を出力する。コリメートレンズは、レーザダイオードから出力されたレーザ光を平行光又は略平行光に変換する。そして、コリメートレンズで平行光又は略平行光に変換された光束は、一つ又は複数のレンズで構成された投影光学系を介して点光２００として投影領域３００に投影（照射）される。指標投影部５１は、点光２００を投影方向（Ｚ１軸方向）に投影することにより、投影領域３００の所定位置に円形の点像を形成させる。本実施形態では、指標投影部５１は、点光２００の径（つまりレーザスポット径）が遠距離においても変化しない（又はほとんど変化しない）ように構成されている。なお、指標投影部５１は、円形以外の形状の点像を投影領域３００の所定位置に形成させる構成でもよい。なお、コリメートレンズで十分に小さいスポット光が形成できれば投影光学系を省略することもできる。

指標安定部５０は、所定方向のぶれが発生した場合においてジャイロ効果（物体が自転運動すると物体の姿勢が乱されにくくなる現象）により指標投影部５１の投影方向を維持するジャイロ機構（ぶれ補正機構）で構成される。本実施形態においては、指標安定部５０は、指標投影部５１の投影方向（Ｚ１軸方向）と直交するＸ１軸回り（Ｙａｗ方向）の回転ぶれと、指標投影部５１の投影方向（Ｚ１軸方向）及びＸ１軸と直交するＹ２軸回り（Ｐｉｔｃｈ方向）の回転ぶれとに対して、指標投影部５１の投影方向を維持する（図４参照）。

撮像部６０は、受光光学系６１、ＣＣＤ撮像装置６２ａ（電荷結合素子(Charge Coupled Device）を用いた撮像装置)、及び画像メモリ６２ｂを有している。すなわち、図１に示す撮像装置６２は、ＣＣＤ撮像装置６２ａ及び画像メモリ６２ｂを有している。受光光学系６１は、図１において説明したように、撮像領域３１０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撮像装置６２ａの受光面に結像させる。

ＣＣＤ撮像装置６２ａ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撮像装置６２ａ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６２ｂは、ＣＣＤ撮像装置６２ａが生成した画像データを記憶する。

演算処理部７０は、操作部７１、制御部７２、設定情報記憶部７３、取込メモリ７４、演算部（ぶれ検出部、算出部）７５、画像記憶部７６、及び表示制御部７７を有している。なお、演算処理部７０における制御部７２、演算部７５、及び表示制御部７７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実行する処理に相当する。

操作部７１は、使用者の操作に応じた操作信号を制御部７２に出力する。この操作部７１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８０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７２は、設定情報記憶部７３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７２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７２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７２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７２は、指標投影部５１に指令信号を出力することにより、指標投影部５１のレーザダイオードからレーザ光を照射させる。

また、制御部７２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７２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。なお、縞パターンの位相の切替は撮像の終了に基づいて行うこともできる。

また、制御部７２は、走査部４０及びＣＣＤ撮像装置６２ａに指令信号を出力することにより、ＣＣＤ撮像装置６２ａ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撮像装置６２ａのシャッター速度（すなわち、ＣＣＤ撮像装置６２ａの撮像時間）は４０ｍｓとされているものとする。この場合、ＣＣＤ撮像装置６２ａ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７２は、ＣＣＤ撮像装置６２ａ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７２は、ＣＣＤ撮像装置６２ａに指令信号を出力することにより、ＣＣＤ撮像装置６２ａ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７３は、制御部７２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７３は、演算部７５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７３は、演算部７５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７４は、画像メモリ６２ｂ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７４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６２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ７４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６２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ７４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６２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ７４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６２ｂに記憶され、その画像データが取込メモリ７４の第４記憶領域に記憶される。

演算部７５は、設定情報記憶部７３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７４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７６は、演算部７５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７７は、使用者による操作部７１の操作に応じて、又は自動的に、画像記憶部７６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７７は、読み出した３次元形状データに基づいて表示装置８０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８０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８０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８０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。

本実施形態において、形状測定装置１は、例えば持ち運び可能な小型の装置として構成される。このような装置の場合、パターン投影部１０、指標安定部５０、指標投影部５１、撮像部６０、演算処理部７０、及び表示装置８０は、持ち運び可能な大きさの筐体内に収容される。かかる構成によれば、測定者は、形状測定装置１を被測定物２がある現場まで容易に持ち運ぶことができる。また、例えば大型装置の裏面や背面など、定置型の形状測定装置では測定が難しい被測定物２に対して、容易に形状を測定することができる。反面、測定者が形状測定装置１を用いて測定を行う際に手ぶれが生じやすくなる。

図４は、図１に示す指標安定部５０及び指標投影部５１の構成を示す断面図である。図４において、図１に示すように３軸座標系を設定した場合、紙面の右方向がＸ１軸となり、紙面の上方向がＹ１軸となり、紙面の表から裏に向かう方向がＺ１軸となる。図４に示す指標安定部５０は、Ｘ支持枠（第２支持枠）５２ａ、Ｘ支持軸（第２支持軸）５２ｂ、Ｙ支持枠（第１支持枠）５２ｃ、Ｙ支持軸（第１支持軸）５２ｄ、ジャイロ枠（支持部）５２ｅ、バランサ５２ｆ、ロータ支持軸５２ｇ、及びロータ（回転体）５２ｈを備えている。図４に示すように、Ｘ支持枠５２ａは内部が中空の立方体又は直方体の形状であり、そのＸ支持枠５２ａの底面が形状測定装置１の外観を構成する筐体１ｃの内面に固定されている。Ｘ支持枠５２ａの内部にはＹ支持枠５２ｃが内装されている。このＹ支持枠５２ｃは、Ｘ支持枠５２ａにおけるＸ１軸方向において対向する一対の内面に設けられた一対のＸ支持軸５２ｂにより、Ｘ１軸回りに回動自在に支持されている。

Ｙ支持枠５２ｃも内部が中空の立方体又は直方体の形状である。Ｙ支持枠５２ｃの内部にはリング状のジャイロ枠５２ｅが内装されている。このジャイロ枠５２ｅは、Ｙ支持枠５２ｃにおけるＹ１軸方向において対向する一対の内面に設けられた一対のＹ支持軸５２ｄにより、Ｙ１軸回りに回動自在に支持されている。ジャイロ枠５２ｅの内側に指標投影部５１が取り付けられている。また、ジャイロ枠５２ｅにおける指標投影部５１の取付箇所と対向する箇所の内側に、指標投影部５１とつり合いを取るためのバランサ５２ｆが取り付けられている。また、ジャイロ枠５２ｅの内側であって、Ｙ支持軸５２ｄと同軸上にロータ支持軸５２ｇが設けられている。このロータ支持軸５２ｇは、その中心（又は中心付近）において円板状のロータ５２ｈをＹ１軸回りに回転自在に支持する。

ジャイロ枠５２ｅに支持されたロータ５２ｈは、不図示の駆動機構によりロータ支持軸５２ｇを回転中心に高速で回転する。ジャイロ枠５２ｅは、Ｙ支持枠５２ｃ及びＹ支持軸５２ｄによりＹ１軸回りに回動自在となっており、Ｘ支持枠５２ａ及びＸ支持軸５２ｂによりＸ１軸回りに回動自在となっている。このため、ジャイロ枠５２ｅは、形状測定装置１のＸ１軸回りの回転ぶれとＹ１軸回りの回転ぶれとの影響を受けない構造となっている。ジャイロ枠５２ｅに取り付けられた指標投影部５１は、形状測定装置１のＸ１軸回りの回転ぶれやＹ１軸回りの回転ぶれが生じた場合においても、常に一定方向（投影領域３００内のある点に向けた方向、例えばＺ１軸方向）に点光２００を照射（投影）する。なお、形状測定装置１の筐体１ｃ、Ｘ支持枠５２ａ、及びＹ支持枠５２ｃには、指標投影部５１からの点光２００を投影方向に投影させるための開口部（不図示）が形成されている。

次に、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パターン画像を解析することにより距離を計測する。このときに投影部から投影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６０（すなわちＣＣＤ撮像装置６２ａ）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影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の縞パターンが投影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の縞パターンが投影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の縞パターンが投影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の縞パターンが投影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）

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、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。この位相φ（ｘ，ｙ）から投影角度が求まり、撮像された画素から受光角度が求まるため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。

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。

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、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。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。

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、位相シフト法と公知の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。

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５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５に示すように、制御部７２は、パターン投影部１０のレーザダイオード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７２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。また、制御部７２は、指標投影部５１のレーザダイオードをオンにするように指標投影部５１に指令信号を出力する。指標投影部５１は、制御部７２からの指令信号に基づいてレーザダイオードをオンにする（ステップＳ１）。これにより、パターン投影部１０からライン光１００が投影領域３００に投影されるとともに、指標投影部５１から点光２００が投影領域３００に投影される。このとき、指標投影部５１は、不図示の駆動機構を駆動させることにより、ロータ５２ｈを高速に回転させる制御も行う。

また、制御部７２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７２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７２は操作部７１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７２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、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、標準パターンが投影領域３００に投光される。ＣＣＤ撮像装置６２ａは、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６２ｂに格納された後、取込メモリ７４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７２は、空間コードパターンを撮像する（ステップＳ５）。空間コード画像の画像データは、一旦、画像メモリ６２ｂに格納された後、それぞれ、取込メモリ７４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７２は、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、縞パターンや空間コードの最も明るい部分と同じ明るさの無変調の光強度（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、白黒参照パターンの白パターンが投影領域３００に投光される。また、レーザダイオード２２は、縞パターンや空間コードの最も暗い部分と同じ明るさの無変調の光強度（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、白黒参照パターンの黒パターンが投影領域３００に投光される。ＣＣＤ撮像装置６２ａは、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６２ｂに格納された後、それぞれ、取込メモリ７４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、制御部７２は、縞の位相が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Ｓ７）。ＣＣＤ撮像装置６２ａは、制御部７２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撮像装置６２ａ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６２ｂに格納された後、それぞれ、取込メモリ７４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。

次に、演算部７５は、取込メモリ７４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を読み出す。そして、演算部７５は、読み出した４つの縞パターン画像における点像の位置（画素）のずれ量に基づいて、測定者の手ぶれに基づくぶれ量を検出する（ステップＳ８）。

図６は、ぶれのない状態の画像６００，６１０とぶれのある状態の画像６２０とを示す図である。図６において、図１に示すように３軸座標系を設定した場合、紙面の左方向がＸ１軸となり、紙面の上方向がＹ１軸となり、紙面の裏から表に向かう方向がＺ１軸となる。

図６（ａ）の画像６００は、縞の初期位相が０度のときの画像である。この画像６００において、「Ａ」はライン光（パターン光）１００による被測定物２の像６０１を示し、「・」は点光２００による点像６０２を示している。図６（ａ）に示す例では、被測定物２の像６０１（「Ａ」）は画像６００の中心よりも若干左方に位置し、点像６０２（「・」）は画像６００の中心よりも若干上方に位置している。また、図６（ａ）の画像６００の下に示す正弦波は、縞パターンの明るさ（光強度）の分布を示している。

図６（ｂ）の画像６１０は、縞パターンの初期位相が９０度（π／２）のときの画像であって、ぶれが生じていないときの画像である。この画像６１０における被測定物２の像６０１（「Ａ」）及び点像６０２（「・」）の位置は、それぞれ、画像６００における被測定物２の像６０１及び点像６０２の位置と同じ位置になっている。また、図６（ｂ）に示す正弦波状は、図６（ａ）に示す正弦波よりも左側に９０度シフトされている。

図６（ｃ）の画像６２０は、縞パターンの初期位相が９０度（π／２）のときの画像であって、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれが生じているときの画像である。この画像６２０における被測定物２の像６０１（「Ａ」）の位置は、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれにより、画像６００における被測定物２の像６０１の位置よりもずれ量αだけ左側にずれている。

また、画像６２０における点像６０２（「・」）の位置も、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれにより、画像６００における点像６０２の位置よりもずれ量αだけ左側にずれている。図４において説明したように、指標投影部５１の姿勢が指標安定部５０によって維持されているので、形状測定装置１の回転ぶれが生じた場合においても、指標投影部５１による点光２００の投影方向は常に一定方向となっている。従って、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれが生じた場合においても、被測定物２の像６０１と点像６０２との位置関係は変化しない。つまり、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれが生じた場合、画像６２０における点像６０２の位置は、画像６２０における被測定物２の像６０１とともにずれ量αだけ左側にずれる。このずれ量αは、測定者の手ぶれによって投影領域３００（及び撮像領域３１０）がずれた量に相当する。

一方、パターン投影部１０によるライン光１００の投影方向は、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれによって変化している。この場合、縞パターンの位相は、被測定物２に対して、投影領域３００（及び撮像領域３１０）とともにずれ量αだけずれてしまう。従って、被測定物２の像６０１及び点像６０２と縞パターンの位相との位置関係は、画像６１０と画像６２０との間で変化している。

図６（ｄ）の画像６３０は、図６（ａ）の画像６００と図６（ｃ）の画像６２０とを重ね合わせた画像である。この画像６３０において、ぶれのある状態の被測定物２の像６０１及び点像６０２は黒色で表し、ぶれのない状態の被測定物２の像６０１及び点像６０２は灰色で表している。ぶれのない状態では点像６０２の位置（つまり画素）は縞パターンの初期位相にかからわらず同じ位置になるはずである。このため、演算部７５は、画像６００における点像６０２の位置（画素）と画像６２０における点像６０２の位置（画素）とのずれ量αを、測定者の手ぶれに基づくぶれ量として検出する。

演算部７５は、図６で説明したぶれ量の検出を、初期位相が９０度（π／２）のときの縞パターン画像と初期位相が１８０度（π）のときの縞パターン画像との間においても行う。また、演算部７５は、図６で説明したぶれ量の検出を、初期位相が１８０度（π）のときの縞パターン画像と初期位相が２７０度（３π／２）のときの縞パターン画像との間においても行う。また、演算部７５は、図６で説明したぶれ量の検出と同様に、縞パターン画像中の点像６０２の上下方向（Ｙ１軸方向）のずれ量に基づいてＸ１軸回りの回転ぶれに応じたぶれ量の検出を行う。

図５の説明に戻り、演算部７５は、ステップＳ８で検出したぶれ量に基づいて、被測定物の位置ズレを補正し補正画像とぶれ量に応じた位相ずれからなる補正データを生成する（ステップＳ９）。ここで、補正画像は初期位相０度の画像中の像６０１の位置と初期位相９０度の画像中の像６０１の位置が画素単位で一致するよう縞パターン画像を切り出す。図６（ｄ）に示した例ではＹ１方向にαずれているのでαだけずらした範囲を切り出す。同様にＸ１方向においてもずれ量分ずらした範囲を切り出す。切り出した結果の縞パターン画像６３０の縞画像６２０よりも左の部分は画像情報がないので、実際には測定範囲が狭くなることになる。しかし、ぶれ量は測定範囲に対してわずかなので実質的には問題とはならない。一方、位相ずれはぶれ量αに対応する位相となる。なお、本実施例ではＸ１方向に無変調なライン光を用いているため、位相ずれはＹ１方向だけ考慮すればよい。

その後、演算部７５は、ステップＳ９で生成した４つの縞パターン画像の補正データに基づいて、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）。ここで４つの縞パターンの初期位相のシフト量はそれぞれ９０度ではなくなるので、式（２）では位相は求まらないが、前述のようにぶれ量αから位相のずれを求め公知の方法によって初期位相０の時の位相を求めている。そして、演算部７５は、取込メモリ７４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、投影領域３００において空間コードを認識する。次に、演算部７５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７５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７５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７５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７５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７６に記憶する。そして、表示制御部７７は、使用者による操作部７１の操作に応じて、又は自動的に、画像記憶部７６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７７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８０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、例えば（ｘ、ｙ、ｚ）の形式で表示することもできる。

表示装置８０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６０により撮像された画像を表示する。すなわち、表示制御部７７は、取込メモリ７４に記憶された画像データに基づいて、撮像部６０が撮像した画像を表示装置８０に表示させる。このような構成によれば、使用者が撮像部６０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８０は、撮像部６０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６０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７５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７７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７５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。

上記の図４に示した指標安定部５０は、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転ぶれに対して指標投影部５１の投影方向を維持するように構成されているが、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転ぶれの少なくとも一方に対して指標投影部５１の投影方向を維持する構成でもよい。この場合、演算部７５は、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転ぶれの少なくとも一方に対するぶれ量を求め、そのぶれ量に基づいて補正データを生成する。

なお、上記した第１実施形態では、指標投影部５１の投影方向と撮像部６０の光軸１０２とがＺ１軸と平行なものとしていたが、指標投影部５１の投影方向（光軸）とパターン投影部１０の投影方向（光軸１０１）とがＺ１軸と平行なものであってもよい。

以上に説明したように、第１実施形態によれば、パターン光１００を被測定物２に投影するパターン投影部１０と、パターン光とは異なる光２００を被測定物２に投影する指標投影部５１と、パターン投影部１０の投影方向がぶれにより所定方向に変化した場合において指標投影部５１の投影方向が変化しないように維持する指標安定部５０と、パターン光１００及び光２００が投影された被測定物２を撮像する撮像部６０と、撮像部６０で得られた光２００による像６０２に基づいてぶれを求めるぶれ検出部７５と、撮像部６０で得られたパターン光１００による被測定物２の像６０１及びぶれ検出部７５で求められたぶれに基づいて被測定物２の３次元形状を求める算出部７５とを備える。このような構成によれば、ぶれ検出部７５が光２００による像６０２を被測定物２に対して変化しない基準点（又は不動点）として複数の縞パターン画像間におけるぶれを求めることができる。従って、撮像部６０による撮像中にぶれが生じた場合においても精度の高い３次元形状を得ることができる。

また、第１実施形態では、指標投影部５１は、被測定物２に点光２００を投影し、ぶれ検出部７５は、点光２００による点像６０２に基づいてぶれを求める。このような構成によれば、レーザスポット光を照射するレーザポインタのような構成で指標投影部５１を実現することができる。また、ぶれ検出部７５は縞パターン画像における暗い部分においても基準点となる点像６０２を発見しやすくなり、確実に複数の縞パターン画像間におけるぶれを求めることができる。

また、第１実施形態では、指標安定部５０は、ジャイロ効果により指標投影部５１の投影方向を維持するジャイロ機構で構成される。このような構成によれば、指標安定部５０は複雑な制御を行うことなく指標投影部５１の投影方向を一定方向に維持することができる。また、第１実施形態では、ジャイロ機構は、指標投影部５１の投影方向（例えばＺ１軸方向）と直交する第１軸（例えばＹ１軸）回りの回転ぶれと、指標投影部５１の投影方向及び第１軸と直交する第２軸（例えばＸ１軸）回りの回転ぶれとの少なくとも１つの回転ぶれに対して、指標投影部５１の投影方向を維持する。このような構成によれば、指標安定部５０は、ぶれを検出するセンサなどを用いることなく、少なくとも１つの回転ぶれに対して指標投影部５１の投影方向を一定方向に維持することができる。

＜第２実施形態＞
上記した第１実施形態では、指標安定部５０は、Ｘ１軸回りの回転ぶれ及びＹ１軸回りの回転ぶれに対して指標投影部５１の姿勢を維持する。これに対して、第２実施形態では、指標投影部は、Ｘ１軸回りの回転ぶれ及びＹ１軸回りの回転ぶれに加えて、Ｘ１軸方向の並進ぶれ及びＹ１軸方向の並進ぶれに対しても指標投影部５１の姿勢を維持する。

図７は、第２実施形態に係る形状測定装置１Ａの構成を示すブロック図である。第２実施形態に係る形状測定装置１Ａは、図７に示すように、パターン投影部１０と、指標安定部５０Ａと、指標投影部５１と、撮像部６０と、演算処理部７０と、検出部９０とを備える。すなわち、第２実施形態に係る形状測定装置１Ａは、第１実施形態に係る指標安定部５０に代えて指標安定部５０Ａを備えている。また、第２実施形態に係る形状測定装置１Ａは、第１実施形態に係る形状測定装置１の構成に加えて検出部９０を備えている。なお、図７において、図３に示す構成と同一構成には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

指標安定部５０Ａは、Ｘ１軸回りの回転ぶれ及びＹ１軸回りの回転ぶれに加えて、Ｘ１軸方向の並進ぶれ及びＹ１軸方向の並進ぶれに対しても指標投影部５１の姿勢を維持する構造となっている。なお、指標安定部５０Ａの構成の詳細については後述する（図８参照）。

検出部９０は、３軸回り（Ｘ１軸回り、Ｙ１軸回り、Ｚ１軸回り）の回転ぶれと、３軸方向（Ｘ１軸方向、Ｙ１軸方向、Ｚ１軸方向）の並進ぶれとを検出するセンサである。例えば、検出部９０は、センサ自体の３軸回り（Ｘ１軸回り、Ｙ１軸回り、Ｚ１軸回り）の角加速度を検出する３軸ジャイロセンサと、センサ自体の３軸方向（Ｘ１軸方向、Ｙ１軸方向、Ｚ１軸方向）の並進加速度を検出する３軸加速度センサとで構成される。検出部９０は、検出した加速度（角加速度、直線加速度）を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。第２実施形態においては、検出部９０は第１検出部を構成する。

図８は、図７に示す指標安定部５０Ａの構成を示す断面図である。図８において、図１に示すように３軸座標系を設定した場合、紙面の右方向がＸ１軸となり、紙面の上方向がＹ１軸となり、紙面の表から裏に向かう方向がＺ１軸となる。図８に示す指標安定部５０Ａは、Ｙ摺動枠５３ａ、Ｙ駆動体（第１駆動部）５３ｂ、Ｙ摺動ガイド５３ｃ、Ｘ摺動枠５３ｄ、Ｘ駆動体（第１駆動部）５３ｅ、Ｘ摺動ガイド５３ｆ、及び図４に示した指標安定部５０を備えている。

Ｙ摺動枠５３ａは板が直角（又は略直角）に折れ曲がった形状であり、そのＹ摺動枠５３ａの１つの外面が形状測定装置１の外観を構成する筐体１ｃの内面に固定されている。Ｙ摺動枠５３ａの２つの内面のうちのＹ１軸方向と直交する内面上にはＹ駆動体５３ｂが設けられている。このＹ駆動体５３ｂは、例えばピエゾ素子などの圧電素子とリンク機構とを備えるアクチュエータで構成されている。このＹ駆動体５３ｂは、圧電素子に対する電圧の印加に応じて圧電素子を変形させることでＸ摺動枠５３ｄをＹ１軸方向に移動させる。Ｙ摺動枠５３ａの２つの内面のうちのＸ１軸方向と直交する内面上にはＹ摺動ガイド５３ｃが設けられている。このＹ摺動ガイド５３ｃは、Ｙ駆動体５３ｂがＸ摺動枠５３ｄを移動させる際に、Ｘ摺動枠５３ｄをＹ１軸方向にガイドする部材である。例えば、Ｙ摺動ガイド５３ｃはＹ１軸方向に延びたレールで構成される。

Ｘ摺動枠５３ｄも板が直角（又は略直角）に折れ曲がった形状である。このＸ摺動枠５３ｄの１つの外面がＹ駆動体５３ｂと接し、もう１つの外面がＹ摺動ガイド５３ｃと接している。Ｘ摺動枠５３ｄの２つの内面のうちのＸ１軸方向と直交する内面上にはＸ駆動体５３ｅが設けられている。このＸ駆動体５３ｅも、例えばピエゾ素子などの圧電素子とリンク機構とを備えるアクチュエータとして構成されている。このＸ駆動体５３ｅは、圧電素子に対する電圧の印加に応じて圧電素子を変形させることで指標安定部５０（図４参照）をＸ１軸方向に移動させる。Ｘ摺動枠５３ｄの２つの内面のうちのＹ１軸方向と直交する内面上にはＸ摺動ガイド５３ｆが設けられている。このＸ摺動ガイド５３ｆは、Ｘ駆動体５３ｅが指標安定部５０を移動させる際に、指標安定部５０をＸ１軸方向に摺動させる部材である。例えば、Ｘ摺動ガイド５３ｆはＸ１軸方向に延びたレールで構成される。指標安定部５０は図４に示したジャイロ機構である。指標安定部５０の内部（ジャイロ枠５２ｅ）には指標投影部５１が取り付けられている。なお、指標安定部５０の構成は図４に示した構成と同様であるため、重複する説明を省略する。

次に、指標安定部５０Ａが指標投影部５１の姿勢を維持する方法について説明する。形状測定装置１のＸ１軸方向の並進ぶれが生じた場合、検出部９０はＸ１軸方向の直線加速度を検出し、その直線加速度を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。演算処理部７０の制御部７２は、検出部９０からの加速度情報が示す加速度に応じた制御信号を指標安定部５０ＡのＸ駆動体５３ｅに出力する。Ｘ駆動体５３ｅは、制御部７２からの制御信号に応じた電圧を圧電素子に印加することにより、Ｘ１軸方向の並進ぶれを打ち消すように指標安定部５０を移動させる。このような構成により、指標安定部５０内の指標投影部５１は、Ｘ１軸方向の並進ぶれに対して姿勢が維持される。

また、形状測定装置１のＹ１軸方向の並進ぶれが生じた場合、検出部９０はＹ１軸方向の直線加速度を検出し、その直線加速度を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。演算処理部７０の制御部７２は、検出部９０からの加速度情報が示す加速度に応じた制御信号を指標安定部５０ＡのＹ駆動体５３ｂに出力する。Ｙ駆動体５３ｂは、制御部７２からの制御信号に応じた電圧を圧電素子に印加することにより、Ｙ１軸方向の並進ぶれを打ち消すように指標安定部５０を移動させる。このような構成により、指標安定部５０内の指標投影部５１は、Ｙ１軸方向の並進ぶれに対して姿勢が維持される。

なお、指標安定部５０ＡがＸ１軸回りの回転ぶれ及びＹ１軸回りの回転ぶれに対して姿勢を維持する方法については、図４で説明した方法と同様であるため、重複する説明を省略する。また、演算部７５がＸ１軸方向の並進ぶれ及びＹ１軸方向の並進ぶれに対するぶれ量を求め、そのぶれ量に基づいて補正データを生成する。この処理は図５のステップＳ８，Ｓ９と同様であるため、説明を省略する。

上記の図８に示した指標安定部５０Ａは、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向の並進ぶれに対して指標投影部５１の投影方向を維持するように構成されているが、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向の並進ぶれの少なくとも一方に対して指標投影部５１の投影方向を維持する構成でもよい。この場合、演算部７５は、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向の並進ぶれの少なくとも一方に対するぶれ量を求め、そのぶれ量に基づいて補正データを生成する。

以上に説明したように、第２実施形態によれば、指標安定部５０Ａは、第１軸方向（例えばＹ１軸方向）の並進ぶれと、第２軸方向（例えばＸ１軸方向）の並進ぶれとのうちの少なくとも１つの並進ぶれを検出する第１検出部９０と、第１検出部９０により検出される並進ぶれに応じて、該並進ぶれを打ち消すようにジャイロ機構を移動させる第１駆動部５３ｂ，５３ｅとを含む。このような構成によれば、指標安定部５０Ａは、第１軸回りの回転ぶれ及び第２軸回りの回転ぶれに加えて、第１軸方向の並進ぶれ及び第２軸方向の並進ぶれに対しても指標投影部５１の姿勢を維持することができる。よって、演算部７５が第１実施形態の場合よりも多くの軸方向に対するぶれ量を求め、そのぶれ量に基づいて補正データを生成することができる。その結果、より一層、精度の高い３次元形状データを得ることができる。

なお、図８に示す指標安定部５０Ａにおいて、指標安定部５０に代えて指標投影部５１を設置してもよい。この場合、指標投影部は、第１軸回り（例えばＹ１軸回り）の回転ぶれ及び第２軸回り（例えばＸ１軸回り）の回転ぶれに対して指標投影部５１の姿勢を維持することができず、第１軸方向の並進ぶれ及び第２軸方向の並進ぶれに対してだけ指標投影部５１の姿勢を維持する。また、図８に示す指標安定部５０Ａにおいて、指標安定部５０に代えて、Ｙ１軸回りの回転ぶれに対してだけ姿勢を維持する構成（図４に示すロータ（回転体）とジャイロ枠（支持部）とを有する構成）を設置してもよい。

＜第３実施形態＞
上記した第２実施形態では、指標安定部５０Ａは、ジャイロ機構（指標安定部５０）を用いてＸ１軸回りの回転ぶれ及びＹ１軸回りの回転ぶれを対して指標投影部５１の姿勢を維持していた。これに対して、第３実施形態では、指標投影部は、ジャイロ機構を用いずにＸ１軸回りの回転ぶれ及びＹ１軸回りの回転ぶれを対して指標投影部５１の姿勢を維持する。なお、第３実施形態に係る形状測定装置においても、検出部９０が設けられている。第３実施形態においては、検出部９０は第２検出部を構成する。

図９は、第３実施形態の指標安定部５０Ｂの構成を示す断面図である。図９において、図１に示すように３軸座標系を設定した場合、紙面の右方向がＸ１軸となり、紙面の上方向がＹ１軸となり、紙面の表から裏に向かう方向がＺ１軸となる。図９に示す指標安定部５０Ｂは、Ｘ支持枠５４ａ、Ｘ支持軸５４ｂ、Ｙ支持枠５４ｃ、Ｘ回動部（第２駆動部）５４ｄ、Ｙ支持軸５４ｅ、並進補正枠５４ｆ、Ｙ回動部（第２駆動部）５４ｇ、Ｙ駆動体（第１駆動部）５４ｈ、Ｙ摺動ガイド５４ｉ、Ｘ摺動枠５４ｊ、Ｘ駆動体（第１駆動部）５４ｋ、及びＸ摺動ガイド５４ｌを備えている。

図９に示すように、Ｘ支持枠５４ａは内部が中空の立方体又は直方体の形状であり、そのＸ支持枠５４ａの底面が形状測定装置１の外観を構成する筐体１ｃの内面に固定されている。Ｘ支持枠５４ａの内部にはＹ支持枠５４ｃが内装されている。このＹ支持枠５４ｃは、Ｘ支持枠５４ａにおけるＸ１軸方向において対向する一対の内面に設けられた一対のＸ支持軸５４ｂにより、Ｘ１軸回りに回動自在に支持されている。Ｘ支持枠５４ａにおけるＸ１軸方向において対向する一対の内面のうちのいずれかの面にはＸ回動部５４ｄが設けられている。このＸ回動部５４ｄは、例えばモータに駆動電圧を印加することによりＹ支持枠５４ｃをＸ１軸回りに回動させる。

Ｙ支持枠５４ｃも内部が中空の立方体又は直方体の形状である。Ｙ支持枠５４ｃの内部には並進補正枠５４ｆが内装されている。この並進補正枠５４ｆも内部が中空の立方体又は直方体の形状である。この並進補正枠５４ｆは、Ｙ支持枠５４ｃにおけるＹ１軸方向において対向する一対の内面に設けられた一対のＹ支持軸５４ｅにより、Ｙ１軸回りに回動自在に支持されている。Ｙ支持枠５４ｃにおけるＹ１軸方向において対向する一対の内面のうちのいずれかの面にはＹ回動部５４ｇが設けられている。このＹ回動部５４ｇは、例えばモータに駆動電圧を印加することにより並進補正枠５４ｆをＹ１軸回りに回動させる。

並進補正枠５４ｆにおけるＹ１軸方向において対向する一対の内面のうちの一方の面にはＹ駆動体５４ｈが設けられている。このＹ駆動体５４ｈは、例えばピエゾ素子などの圧電素子とリンク機構とを備えるアクチュエータで構成されている。このＹ駆動体５４ｈは、圧電素子に対する電圧の印加に応じて圧電素子を変形させることでＸ摺動枠５４ｊをＹ１軸方向に移動させる。並進補正枠５４ｆにおけるＸ１軸方向において対向する一対の内面のうちの一方の面にはＹ摺動ガイド５４ｉが設けられている。このＹ摺動ガイド５４ｉは、Ｙ駆動体５４ｈがＸ摺動枠５４ｊを移動させる際に、Ｘ摺動枠５４ｊをＹ１軸方向に摺動させる部材である。例えば、Ｙ摺動ガイド５４ｉはＹ１軸方向に延びたレールで構成される。

Ｘ摺動枠５４ｊは板が直角（又は略直角）に折れ曲がった形状である。このＸ摺動枠５４ｊの１つの外面がＹ駆動体５４ｈと接し、もう１つの外面がＹ摺動ガイド５４ｉと接している。Ｘ摺動枠５４ｊの２つの内面のうちのＸ１軸方向と直交する内面上にはＸ駆動体５４ｋが設けられている。このＸ駆動体５４ｋも、例えばピエゾ素子などの圧電素子とリンク機構とを備えるアクチュエータとして構成されている。このＸ駆動体５４ｋは、圧電素子に対する電圧の印加に応じて圧電素子を変形させることで指標投影部５１をＸ１軸方向に移動させる。Ｘ摺動枠５４ｊの２つの内面のうちのＹ１軸方向と直交する内面上にはＸ摺動ガイド５４ｌが設けられている。このＸ摺動ガイド５４ｌは、Ｘ駆動体５４ｋが指標投影部５１を移動させる際に、指標投影部５１をＸ１軸方向に摺動させる部材である。例えば、Ｘ摺動ガイド５４ｌはＸ１軸方向に延びたレールで構成される。

次に、指標安定部５０Ｂが指標投影部５１の姿勢を維持する方法について説明する。形状測定装置１のＸ１軸回りの回転ぶれが生じた場合、検出部９０はＸ１軸回りの角加速度を検出し、その角加速度を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。演算処理部７０の制御部７２は、検出部９０からの加速度情報が示す加速度に応じた制御信号を指標安定部５０ＢのＸ回動部５４ｄに出力する。Ｘ回動部５４ｄは、制御部７２からの制御信号に応じた駆動電圧をモータに印加することにより、Ｘ１軸回りの回転ぶれを打ち消すようにＹ支持枠５４ｃを回動させる。このような構成により、Ｙ支持枠５４ｃ内の指標投影部５１は、Ｘ１軸回りの回転ぶれに対して姿勢が維持される。

また、形状測定装置１のＹ１軸回りの回転ぶれが生じた場合、検出部９０はＹ１軸回りの角加速度を検出し、その角加速度を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。演算処理部７０の制御部７２は、検出部９０からの加速度情報が示す加速度に応じた制御信号を指標安定部５０ＢのＹ回動部５４ｇに出力する。Ｙ回動部５４ｇは、制御部７２からの制御信号に応じた駆動電圧をモータに印加することにより、Ｙ１軸回りの回転ぶれを打ち消すように並進補正枠５４ｆを回動させる。このような構成により、並進補正枠５４ｆ内の指標投影部５１は、Ｙ１軸回りの回転ぶれに対して姿勢が維持される。

また、形状測定装置１のＸ１軸方向の並進ぶれが生じた場合、検出部９０はＸ１軸方向の並進加速度を検出し、その並進加速度を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。演算処理部７０の制御部７２は、検出部９０からの加速度情報が示す加速度に応じた制御信号を指標安定部５０ＢのＸ駆動体５４ｋに出力する。Ｘ駆動体５４ｋは、制御部７２からの制御信号に応じた電圧を圧電素子に印加することにより、Ｘ１軸方向の並進ぶれを打ち消すように指標投影部５１を移動させる。このような構成により、指標投影部５１は、Ｘ１軸方向の並進ぶれに対して姿勢が維持される。

また、形状測定装置１のＹ１軸方向の並進ぶれが生じた場合、検出部９０はＹ１軸方向の並進加速度を検出し、その並進加速度を示す加速度情報を演算処理部７０に出力する。演算処理部７０の制御部７２は、検出部９０からの加速度情報が示す加速度に応じた制御信号を指標安定部５０ＢのＹ駆動体５４ｈに出力する。Ｙ駆動体５４ｈは、制御部７２からの制御信号に応じた電圧を圧電素子に印加することにより、Ｙ１軸方向の並進ぶれを打ち消すように指標投影部５１を移動させる。このような構成により、指標投影部５１は、Ｙ１軸方向の並進ぶれに対して姿勢が維持される。

なお、演算部７５が並進ぶれ及び回転ぶれに対するぶれ量を求め、そのぶれ量に基づいて補正データを生成する。この処理は図５のステップＳ８，Ｓ９と同様であるため、説明を省略する。

上記の図９に示した指標安定部５０Ｂは、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向の並進ぶれに対して指標投影部５１の投影方向を維持するように構成されているが、Ｘ１軸方向及びＹ１軸方向の並進ぶれの少なくとも一方に対して指標投影部５１の投影方向を維持する構成でもよい。また、上記の図９に示した指標安定部５０Ｂは、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転ぶれに対して指標投影部５１の投影方向を維持するように構成されているが、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転ぶれの少なくとも一方に対して指標投影部５１の投影方向を維持する構成でもよい。

以上に説明したように、第３実施形態によれば、指標安定部５０Ｂは、指標投影部５１の投影方向（例えばＺ１軸方向）と直交する第１軸回り（例えばＹ１軸回り）の回転ぶれと、指標投影部５１の投影方向及び第１軸と直交する第２軸回り（例えばＸ１軸回り）の回転ぶれとのうちの少なくとも１つの回転ぶれを検出する検出部９０と、検出部９０により検出される回転ぶれに応じて、該回転ぶれを打ち消すように指標投影部５１を移動させる第２駆動部５４ｄ，５４ｇとを含む。このような構成によれば、指標安定部５０Ｂは、ジャイロ機構を用いずに、第１軸回りの回転ぶれ及び第２軸回りの回転ぶれに対して指標投影部５１の姿勢を維持することができる。

＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞
図１０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１０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。なお、構造物製造システムＳＹＳは、第１実施形態の形状測定装置１に代えて、第２実施形態の形状測定装置１Ａ又は第３実施形態の形状測定装置を有する構成でもよい。

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、例えば複数の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、又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１１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１１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、多様な変更又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。そのような変更又は改良、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、上記した各実施形態において、指標投影部５１が投影される点光２００の色は、白色、赤色、緑色などのいずれの色であってもよい。ただし、点光２００の色がライン光１００の色と異なる色であれば、演算部７５は点光２００による点像を検出しやすくなる。点光２００の色の変更は、指標投影部５１内のレーザダイオードの種類を変更することにより可能である。

また、指標投影部５１による点像が投影されている部分については縞パターンが見えないため３次元データが得られない。しかし、点像は非常に小さいため点像が投影されている部分を周囲の３次元データから補完することで欠落のない３次元データを得ることができる。また、点像が投影される部分についても位相情報が必要な場合は、４つの位相の異なる縞パターンを投影する時には点像を投影せず、初期位相０度の縞パターン投影・撮像前と初期位相３／２πの縞パターン投影・撮像後にそれぞれ点像を投影・撮像し４つの縞パターン投影・撮像中のぶれを求め内挿処理により補正することができる。

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又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、パターン光を反射又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、投影光学系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６０としてＣＣＤ撮像装置６２ａが用いられるがこれに限定されない。例えば、ＣＣＤ撮像装置に代えて、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、いずれか一方又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、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、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、レーザダイオードからの光の強度を変更させてもよい。例えば、投影領域３００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、レーザダイオードを制御してもよい。これにより、投影領域３００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、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。

ＳＹＳ…構造物製造システム、１，１Ａ…形状測定装置、２…被測定物、１０…パターン投影部、２０…光生成部、４０…走査部、５０，５０Ａ，５０Ｂ…指標安定部、５１…指標投影部、５２ａ…Ｘ支持枠（第２支持枠）、５２ｂ…Ｘ支持軸（第２支持軸）、５２ｃ…Ｙ支持枠（第１支持枠）、５２ｄ…Ｙ支持軸（第１支持軸）、５２ｅ…ジャイロ枠（支持部）、５２ｈ…ロータ（回転体）、５３ｂ，５４ｈ…Ｙ駆動体（第１駆動部）、５３ｅ，５４ｋ…Ｘ駆動体（第１駆動部）、５４ｄ…Ｘ回動部（第２駆動部）、５４ｇ…Ｙ回動部（第２駆動部）、６０…撮像部、７０…演算処理部、７５…演算部（ぶれ検出部、算出部）、９０…検出部（第１検出部、第２検出部）、１００…ライン光（パターン光）、２００…点光（光）、３００…投影領域、６０１…像、６０２…点像

Claims

異なる複数のパターンを被測定物に順次投影するパターン投影部と、
前記パターンとは異なる指標を投影する指標投影部と、
前記パターン投影部の姿勢に関わりなく前記指標投影部の姿勢を保つ指標安定部と、
前記複数のパターンが投影された前記被測定物をそれぞれ撮像する撮像部と、
前記撮像された像に基づいて投影されたパターンのぶれを検出するぶれ検出部と、を備える形状測定装置。
前記ぶれ検出部で検出されたぶれに基づいて前記パターン情報を補正して前記被測定物の形状を求める演算部を備える請求項１に記載の形状測定装置。
前記指標安定部は、回転体と前記指標投影部を支持する支持部とを有する請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
前記回転体は、前記撮像部の光軸または前記パターン投影部の光軸と直交する第１軸回りに回転する請求項３に記載の形状測定装置。
前記支持部は、前記第１軸方向の第１支持軸により、前記支持部を内装する第１支持枠に対して前記第１軸回りに回動自在に支持され、
前記第１支持枠は、前記光軸及び前記第１軸方向と直交する第２軸方向の第２支持軸により、前記第１支持枠を内装する第２支持枠に対して前記第２支持軸回りに回動自在に支持される請求項４に記載の形状測定装置。
前記指標安定部は、
前記撮像部の光軸または前記パターン投影部の光軸と直交する第１軸方向の並進ぶれと、前記光軸及び前記第１軸と直交する第２軸方向の並進ぶれとのうちの少なくとも１つの並進ぶれを検出する第１検出部と、
前記第１検出部により検出される前記並進ぶれに応じて、該並進ぶれを打ち消すように前記指標投影部、前記支持部、または前記第２支持枠を移動させる第１駆動部と、を含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
前記指標安定部は、
前記撮像部の光軸または前記パターン投影部の光軸と直交する第１軸回りの回転ぶれと、前記光軸及び前記第１軸と直交する第２軸回りの回転ぶれとのうちの少なくとも１つの回転ぶれを検出する第２検出部と、
前記第２検出部により検出される前記回転ぶれに応じて、該回転ぶれを打ち消すように前記指標投影部を移動させる第２駆動部と、を含む請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
前記指標安定部は、
前記第１軸方向の並進ぶれと、前記第２軸方向の並進ぶれとのうちの少なくとも１つの並進ぶれを検出する第１検出部と、
前記第１検出部により検出される前記並進ぶれに応じて、該並進ぶれを打ち消すように前記指標投影部を移動させる第１駆動部と、を含む請求項７に記載の形状測定装置。
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から請求項８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。
パターン投影部が異なる複数のパターンを被測定物に順次投影することと、
指標投影部が前記パターンとは異なる指標を投影することと、
前記パターン投影部の姿勢に関わりなく前記指標投影部の姿勢を保つことと、
前記複数のパターンが投影された前記被測定物をそれぞれ撮像することと、
前記撮像された像に基づいて投影されたパターンのぶれを検出することと、を含む形状測定方法。
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１０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。