JP5448599B2 - 測定システム及び測定処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定システム及び測定処理方法に関するものである。

従来より、測定対象物にパターン光を照射して表面形状を測定するパターン投影法が知られており、表面形状の算出方法やパターン光の制御方法等に関して、これまで種々の提案がなされている。

例えば、下記特許文献１には、マトリックス状に配置した極小光学面を、所定の変調パターンに従って切り替えることにより、変調されたパターン光を生成し、測定対象物に照射する構成が開示されている。当該文献には、更に、測定対象物から反射したパターン光を結像することで得られた照射像を変調し、照射像の光量変化成分を抽出することで、測定対象物までの距離に応じた視差情報を算出し、測定対象物の表面形状として出力する構成が開示されている。

また、下記特許文献２には、パターン光を制御するとして、測定対象物までの距離情報を取得するために照射する、可視領域外の波長からなる直線縞状パターン光の間隔または光線走査間隔を、取得した距離情報に基づいて制御する技術が開示されている。

更に、下記特許文献３には、測定対象物にパターン光を照射して、撮影した画像の特徴量や特徴量の変化に応じて、光空間変調素子が照射するパターン光の種類および数を適応制御する構成が開示されている。

特許第３８４７６８６号公報 特開平１１−０４４５１５号公報 特開２００６−２９２３８５号公報

しかしながら、上記先行技術文献において開示された技術はいずれも、測定対象物の表面形状を測定する際に利用される技術であり、これらの文献には、測定対象物の表面形状以外の表面特性を測定する構成までは開示されていない。

一方で、パターン投影法のように、測定対象物にパターン光を照射し表面形状を測定する手法の場合、測定対象物の表面で反射した反射光は、測定対象物の表面状態の影響を少なからず受けていることとなる。

例えば、表面の微細構造の粗さが細かい（表面状態がつるつるした）測定対象物であった場合には、反射光に含まれる成分として、正反射方向の成分が支配的となる。反対に、粗さが粗い（表面状態がざらざらした）測定対象物であった場合には、反射光に含まれる成分として、正反射方向の成分と散乱方向の成分とが混在することとなる。

つまり、測定対象物の表面状態に起因して、正反射方向の成分と散乱方向の成分との比率（これを、以下では測定対象物表面の「散乱特性」と称することとする）が変わってくることとなる。

このため、パターン投影法により測定対象物の表面形状を測定するにあたっては、測定対象物の表面状態もあわせて測定しておくことが望ましい。同様に、測定対象物に照射するパターン光を制御するにあたっては、測定対象物の表面状態である散乱特性を高い精度で測定するために、測定対象物の表面状態を考慮しておくことが望ましい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、パターン投影法により測定対象物の表面形状を測定する測定システムにおいて、第１に、表面形状の測定時に、あわせて測定対象物の散乱特性を測定できるようにすることを目的とする。

第２に、測定した散乱特性に基づいてパターン光を制御する構成とすることにより、測定対象物の散乱特性の測定精度を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る測定システムは以下のような構成を備える。即ち、
予め定められた径からなるドットパターン光、または、予め定められた幅からなる縞パターン光を予め定められた入射角で測定対象に照射する照射手段と、
前記測定対象に照射されたパターン光の反射光を、前記入射角と略等しい反射角で受光する受光手段と、
前記パターン光の反射光の反射方向における複数の異なる位置に焦点位置を設定する設定手段と、
前記受光手段により受光された反射光の受光位置と、予め定められた基準位置との間のずれ量に基づいて、前記パターン光が照射された領域における前記測定対象の表面形状に関する情報を抽出する第１の抽出手段と、
前記受光手段により受光された反射光の輝度値に関する情報と、前記設定手段で設定された複数の焦点位置における前記ドットパターン光のドットの径を比較した場合の拡大率、または、前記縞パターン光の縞の幅を比較した場合の拡大率を含む情報とを、前記パターン光が照射された領域における前記測定対象の散乱特性に関する情報として抽出する第２の抽出手段とを備える。

本発明によれば、パターン投影法により測定対象物の表面形状を測定する測定システムにおいて、第１に、表面形状の測定時に、あわせて測定対象物の散乱特性を測定することが可能となる。

第２に、測定した散乱特性に基づいてパターン光を制御する構成とすることにより、測定対象物の散乱特性の測定精度を向上させることが可能となる。

測定システムの構成を示す図である。 測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。 散乱特性に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の他の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の他の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の他の抽出方法を説明するための図である。 表面形状に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 表面形状に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 表面形状に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 測定システムの構成を示す図である。 測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。 照明部として、液晶プロジェクタを使用した場合の例を示す図である。 ドットパターン光の制御方法を説明するための図である。 ドットパターン光の制御方法を説明するための図である。 ドットパターン光の制御方法を説明するための図である。 ドットの外縁の定義を説明するための図である。 ドットパターン光の制御方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の他の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の他の抽出方法を説明するための図である。 散乱特性に関する情報の他の抽出方法を説明するための図である。 表面形状に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 表面形状に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 表面形状に関する情報の抽出方法を説明するための図である。 縞パターン光の制御方法を説明するための図である。 縞パターン光の制御方法を説明するための図である。 縞パターン光の制御方法を説明するための図である。 縞の外縁の定義を説明するための図である。 縞パターン光の制御方法を説明するための図である。 照明部として、ＤＭＤを用いた場合の一例を示す図である。 マイクロミラーの一例を示す図である。 マイクロミラーの制御方法を説明するための図である。 測定システムにおけるパターン光設定信号再設定処理の流れを示すフローチャートである。 照明部として２次元マルチアレイ光源と２次元スキャンＭＥＭＳミラーを用いた場合の一例を示す図である。 ＭＥＭＳミラーの制御方法を説明するための図である。 ２次元マルチアレイ光源と２次元スキャンＭＥＭＳミラーの制御方法を説明するための図である。 測定システムにおけるパターン光設定信号再設定処理の流れを示すフローチャートである。 パターン光の位相変調を説明するための図である。 測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。 測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。 パターン光の波長変更を説明するための図である。 パターン光の偏光性の切り替えを説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、「鏡面系」とは、反射光において正反射方向の成分が支配的な表面状態を有する測定対象物をいい、表面の微細構造の粗さが細かく、つるつるした物質（鏡や金属等）で構成された測定対象物をいう。また、「粗面系」とは、反射光において正反射方向の成分と散乱方向の成分とが混在する表面状態を有する測定対象物をいい、表面の微細構造の粗さが、鏡面系に比べて粗く、ざらざらした物質（表面処理が施された金属や紙等）で構成された測定対象物をいう。更に、粗面系のうち、反射光において散乱方向の成分が支配的な測定対象物を、特に、粗面系（完全拡散面系）と称することとする。

［第１の実施形態］
＜１．測定システムの構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測定システムであって、パターン投影法により測定対象物の表面形状及び散乱特性を測定可能な測定システムの構成を示す図である。

図１において、測定対象物１００は、本実施形態に係る測定システムにより表面形状及び散乱特性が測定される測定対象である。照明部１１０は、測定対象物１００にパターン光を照射するための手段であり、パターン光照射部１１１とパターン光特性設定部１１２とを備える。

パターン光照射部１１１は、照明部１１０に搭載され、測定対象物１００にパターン光を照射する。パターン光特性設定部１１２は、パターン光照射部１１１から測定対象物１００に照射されるパターン光の特性を設定する。

反射光測定部１２０は、測定対象物に照射されたパターン光の反射光における正反射方向に配置され、測定対象物１００において反射した反射光を受光する。反射光測定部１２０は、測定対象物１００からの反射光を受光する光センサ（受光手段）などを備える。なお、測定対象物１００の散乱特性と受光される反射光との関係については、後述する。反射光抽出部１３０は、反射光測定部１２０で受光された反射光から、測定対象物１００の散乱特性に関する情報や、表面形状に関する情報を抽出する。散乱特性や表面形状に関する情報の抽出方法は、後述する。

出力部１４０は、反射光抽出部１３０により抽出された抽出結果を測定結果として出力する。出力部１４０には、測定結果を表示するためのモニタ、プリンタなどが含まれるものとする。記録部１５０は、反射光抽出部１３０により抽出された抽出結果を測定結果として記録する。記録部１５０には、測定結果のデジタルデータを記録するためのハードディスク、フラッシュメモリなどが含まれるものとする。

制御部１６０は、照明部１１０、反射光測定部１２０、反射光抽出部１３０、出力部１４０、記録部１５０の動作を制御する。制御部１６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭなどを備える。

ＲＯＭに格納された各種制御プログラムには、照明部１１０が照射するパターン光を制御するための制御プログラムや、反射光測定部１２０を制御するための制御プログラム、反射光抽出部１３０を制御するための制御プログラムなどが含まれる。更に、出力部１４０を制御するための制御プログラム、記録部１５０を制御するための制御プログラムなどが含まれる。

以上が、本実施形態に係る測定システムの構成である。なお、測定システムの構成はこれに限定されず、例えば、図１に示したブロックの一部を、一般的なパーソナルコンピュータなどに置き換えて構成してもよいことは言うまでもない。

＜２．測定システムにおける測定処理の流れ＞
図２は、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。図２を用いて、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れについて説明する。

測定処理の開始指示が入力されると、ステップＳ２０１では、制御部１６０が照明部１１０にパターン光設定信号を送る。これにより、照明部１１０では、当該パターン光設定信号に基づくパターン光を測定対象物１００に対して照射する。

ステップＳ２０２では、制御部１６０が反射光測定部１２０に、測定対象物１００からの反射光を受光するよう指示する。これにより、反射光測定部１２０では、測定対象物１００に照射されたパターン光の反射光を受光する。

ステップＳ２０３では、反射光抽出部１３０が、表面形状抽出手段（第１の抽出手段）として機能し、反射光測定部１２０で受光した反射光に基づいて、測定対象物１００の表面形状に関する情報を抽出する。なお、測定対象物１００の表面形状に関する情報の具体的な抽出方法については、後述するものとする。

ステップＳ２０４では、反射光抽出部１３０が、散乱特性抽出手段（第２の抽出手段）として機能し、反射光測定部１２０で受光した反射光に基づいて、測定対象物１００の散乱特性に関する情報を抽出する。なお、測定対象物１００の散乱特性に関する情報の具体的な抽出方法については、後述するものとする。

ステップＳ２０５では、制御部１６０からの指示に基づいて、出力部１４０および記録部１５０が、反射光抽出部１３０において抽出された、測定対象物１００の表面形状および散乱特性に関する情報を、測定結果として出力及び記録する。出力部１４０では、測定対象物１００の表面形状および散乱特性に関する情報を、測定結果としてモニタなどに表示する。記録部１５０では、測定対象物１００の表面形状および散乱特性に関する情報を、測定結果のデジタルデータとしてハードディスク、フラッシュメモリなどの記憶装置に格納する。

＜３．散乱特性に関する情報の抽出方法（その１）＞
次に、散乱特性に関する情報の抽出方法を説明する。はじめに、測定対象物の表面状態と反射光との関係について説明する。

図３（Ａ）は、測定対象物１００が完全拡散面系である場合に、照明部１１０より測定対象物１００に照射されたパターン光と反射光との関係を示した図である。測定対象物１００に対して照明部１１０より入射角θａで照射されたパターン光３０１（ドットパターン光）は、反射角θａ（入射角と略等しい角度）で反射する反射光３０２として反射光測定部１２０において受光される。

図３（Ｂ）は、反射光測定部１２０において受光された受光結果の一例を示している。なお、図中の格子１つは、反射光を受光する光センサの１つに相当する。測定対象物１００が完全拡散面系の場合、測定対象物１００の表面のある点に入射したパターン光（ドットパターン光）は、正反射方向だけでなく散乱方向にも反射する。このため、反射光測定部１２０において受光される反射光は、全体的に幅広く光る成分（散乱方向の成分）により構成されることとなる。このように、ドットパターン光が照射された測定対象物１００が完全拡散面系の場合、散乱方向の成分が支配的であるため、撮影された画像は、図３（Ｂ）に示すように全体に一様な明るさの少し広がったドットとなる。

図４（Ａ）は、測定対象物１００が粗面系である場合に、照明部１１０より測定対象物１００に照射されたパターン光（ドットパターン光）と反射光との関係を示す図である。測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光４０１は、反射角θａで反射する反射光４０２として反射光測定部１２０において受光される。

図４（Ｂ）は、反射光測定部１２０において受光された受光結果の一例を示している。測定対象物が粗面系の場合、測定対象物１００の表面のある点に入射したパターン光（ドットパターン光）は、正反射方向の成分と散乱方向の成分とが混在した反射光となって反射する。このため、反射光測定部１２０において受光される反射光は、散乱方向の成分に加え、正反射方向の成分も混在することとなる。

このように、測定対象物１００が粗面系の場合、散乱方向の成分と正反射方向の成分とが混在するため、撮影された画像は、図４（Ｂ）に示すように全体に一様な明るさの少し広がったドットであって、中心が明るい輝点を持ったドットとなる。

図５（Ａ）は、測定対象物１００の表面が鏡面系である場合に、照明部１１０より測定対象物１００に照射されたパターン光（ドットパターン光）と反射光との関係を示す図である。測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光５０１は、反射角θａで反射する反射光５０２として反射光測定部１２０において受光される。

図５（Ｂ）は、反射光測定部１２０において受光された受光結果の一例を示している。測定対象物が鏡面系の場合、測定対象物１００の表面のある点に入射したパターン光（ドットパターン光）は、正反射方向の成分のみの反射光となって反射する。このため、反射光測定部１２０において受光される反射光は、正反射方向の成分のみで構成されることとなる。このように、ドットパターン光が照射された測定対象物１００が鏡面系の場合、正反射方向の成分が支配的であるため、図５（Ｂ）に示すように、撮影された画像は、中心が非常に明るい輝点のみのドットとなる。

以上のように、ドットパターン光を照射した場合、その反射光は、測定対象物１００の表面状態によって、ドットの広がり方及び輝度分布に違いがあらわれる。そこで、本実施形態に係る測定システムの反射光抽出部１３０では、ドットの径、ドット内の最大輝度値・最小輝度値・平均輝度値、ドット内の輝度値のばらつき、輝度プロファイル等の特徴量を、散乱特性に関する情報として抽出する。

＜４．散乱特性に関する情報の抽出方法（その２）＞
次に、本実施形態に係る測定システムの反射光抽出部１３０において実行される、散乱特性に関する情報の他の抽出方法について説明する。

図６は、測定対象物１００が完全拡散面系である場合におけるパターン光と反射光との関係及び反射光の受光結果の一例を示す図である。照明部１１０より測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（ドットパターン光）６０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光６０２として受光される。

反射光測定部１２０では、測定対象物１００の表面にフォーカス（焦点）が合った状態で、反射光６０２を受光した場合、撮影される画像のドットの径は、照射されたドットパターン光の径とほぼ同じとなる。一方、デフォーカス位置６０３として、反射光６０２の反射方向に向かって他の焦点位置を複数設定し（（ａ）〜（ｃ））、各デフォーカス位置で反射光６０２を受光した場合には、デフォーカス量が大きい位置ほど、散乱光が、広い領域にわたることとなる。そのため、図６の紙面下側に示すように、撮影された画像のドットの径は、（ａ）から（ｃ）になるに従って大きくなる。

図７は、測定対象物１００が粗面系である場合におけるパターン光と反射光との関係及び反射光の受光結果の一例を示す図である。照明部１１０より測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（ドットパターン光）７０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光７０２として受光される。

反射光測定部１２０では、測定対象物１００の表面にフォーカスが合った状態で、反射光７０２を受光した場合、撮影される画像のドットの径は、照射されたドットパターン光の径とほぼ同じとなる。一方、デフォーカス位置７０３として、反射光７０２の反射方向に向かって他の焦点位置を複数設定し（（ａ）〜（ｃ））、各デフォーカス位置で反射光７０２を受光した場合には、デフォーカス量が大きい位置ほど、散乱光が、広い領域にわたることとなる。そのために、図７の紙面下側に示すように、撮影された画像のドットの径は、（ａ）から（ｃ）になるに従って大きくなる。

図８は、測定対象物１００が鏡面系である場合におけるパターン光と反射光との関係及び反射光の受光結果の一例を示す図である。照明部１１０より測定対象物１００に入射角θａで照射されたドットパターン光８０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光８０２として受光される。

反射光測定部１２０では、測定対象物１００の表面にフォーカスが合った状態で、反射光８０２を受光した場合、撮影される画像のドットの径は、照射されたドットパターン光の径とほぼ同じとなる。また、デフォーカス位置７０３として、反射光８０２の反射方向に向かって他の焦点位置を複数設定し（焦点位置（ａ）〜（ｃ））、各デフォーカス位置で反射光８０２を受光した場合でも、散乱方向の成分がほとんど存在しないため、散乱光が広がることはない。そのため、図８の紙面下側に示すように、撮影された画像のドットの径は、（ａ）よりも（ｂ）のほうがやや大きいものの、（ｂ）と（ｃ）とではほぼ同程度の大きさとなる。

以上のように、ドットパターン光を照射し、複数のデフォーカス位置で反射光を受光した場合、測定対象物１００の表面状態によって、各デフォーカス位置におけるドットの広がり方に違いがあらわれる。

そこで、本実施形態に係る測定システムの反射光抽出部１３０では、例えば、複数のデフォーカス位置におけるドット径を比較して拡大率を算出することにより、散乱特性に関する情報として抽出する。

＜５．表面形状に関する情報の抽出方法＞
次に、本実施形態に係る測定システムにおける表面形状の測定方法について説明する。図９は、測定対象物１００の表面が平面である場合の、表面形状を測定する方法を説明するための図である。

測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（ドットパターン光）９０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光９０２として受光される。この時、測定対象物１００が完全拡散面系である場合と、粗面系である場合と、鏡面系である場合とにおける、それぞれの撮影により得られた画像のドットは、図９の紙面下側（（ｂ−１）〜（ｂ−３））に示すとおりである。なお、当該画像は、図３〜５を用いて説明した画像と同一である。

一方、図１０、１１は、測定対象物１００の表面に傾きがある場合に、表面形状を測定する方法を説明するための図である。測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（ドットパターン光）１００１、１１０１は、反射角θａで反射する反射光１００２、１１０２として受光される。この時、測定対象物１００が完全拡散面系である場合と、粗面系である場合と、鏡面系である場合とにおける、それぞれの撮影により得られた画像のドットは、図１０の紙面下側、図１１の紙面下側（（ｂ−１）〜（ｂ−３））に示すとおりである。

測定対象物１００の表面が平面である場合に撮影された画像におけるドットの位置（受光位置）を基準位置とすると、測定対象物１００の表面に傾きがある場合には、その基準位置に対して傾きの変化の大きさに応じてドットの位置がずれることとなる。つまり、図１０に示す位置ずれ量よりも図１１に示す位置ずれ量の方が大きくなる。この位置ずれ量を、測定対象物１００の全体にわたって連続的に測定し、位置ずれ量を傾き角度に変換することにより表面形状を測定することができる。例えば、事前にあらかじめ位置ずれ量と傾き角度の相関を測定しておき、当該相関に基づいて、位置ずれ量を傾き角度に変換することで、測定対象物の表面形状に関する情報を抽出することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る測定システムでは、ドットパターン光により測定対象物をスキャンし、各スキャン位置において、正反射方向から当該ドットパターン光の反射光を受光する構成とした。

そして、測定対象物の表面が平面である場合に撮影された画像におけるドットの位置（受光位置）を基準位置として、測定対象物の各スキャン位置でのドットの位置ずれ量を測定する構成とした。そして、測定した位置ずれ量に基づいて、各スキャン位置での傾きを算出することで、測定対象物の表面形状を測定する構成とした。

更に、このとき各スキャン位置において撮影された画像におけるドットの径、ドット内の最大輝度値・最小輝度値・平均輝度値、ドット内の輝度値のばらつき、輝度プロファイル等の特徴量を散乱特性に関する情報として抽出する構成とした。

更に、ドットパターン光が照射された各スキャン位置において複数のデフォーカス位置で撮影された画像におけるドット径の拡大率を、散乱特性に関する情報として抽出する構成とした。

この結果、測定対象物に対するドットパターン光のスキャンにより、該測定対象物の表面形状に関する情報と散乱特性に関する情報とを、同時に抽出することが可能となった。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、予め定められたドットパターン光により測定対象物をスキャンする構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数のドットパターン光を同時に測定対象物に照射し、その反射光を反射光測定部において同時に受光するように構成してもよい。

しかしながら、この場合、測定対象物の表面状態によっては、撮影された画像において隣接するドットが重畳し、ドットの径を測定することができない場合がありえる。そこで、本実施形態では、測定対象物の表面状態に応じて、ドットパターン光の間隔を制御する構成について説明する。

＜１．測定システムの構成＞
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る測定システムであって、パターン投影法により測定対象物の表面形状及び散乱特性を測定可能であり、かつ、測定対象物の表面状態に応じて、ドットパターン光を制御可能な測定システムの構成を示す図である。

なお、測定システムの構成は、上記第１の実施形態において説明した図１の測定システムとほぼ同じであるため、ここでは異なる点についてのみ説明する。また、測定対象物の散乱特性に関する情報を抽出する手法については、第１の実施形態で説明した手法と同様であるため、ここでは説明を省略する。

測定対象物１２００、照明部１２１０、パターン光照射部１２１１、パターン光特性設定部１２１２、反射光測定部１２２０、反射光抽出部１２３０、出力部１２４０、記録部１２５０は、図１の参照番号１００、１１０〜１１２、１２０〜１５０に対応する。このため、詳細な説明は省略する。なお、本実施形態では、照明部１２１０より複数のドットパターン光が同時に照射されるように構成されているものとする（詳細は後述する）。

制御部１２６０は、反射光測定部１２２０、反射光抽出部１２３０、出力部１２４０、記録部１２５０の動作を制御する。制御部１２６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭなどを備える。

ＲＯＭに格納された各種制御プログラムには、反射光測定部１２２０を制御するための制御プログラム、反射光抽出部１２３０を制御するための制御プログラムなどが含まれる。

また、各種制御プログラムには、出力部１２４０を制御するための制御プログラム、記録部１２５０を制御するための制御プログラムなどが含まれていても良い。

パターン光制御部１２７０は、反射光抽出部１２３０で抽出した測定対象物１２００の散乱特性に関する情報に基づいて照明部１２１０が照射するドットパターン光の特性を制御する。ドットパターン光の特性についての制御方法は、後述する。

パターン光制御部１２７０は、単独の機能を持つ制御部であるが、制御部１２６０の一機能として制御部１２６０に含まれていても良い。

以上が、本実施形態に係る測定システムの構成である。なお、測定システムの構成はこれに限定されず、例えば、図１２に示したブロックの一部を、一般的なパーソナルコンピュータなどに置き換えて構成してもよい。

＜２．測定システムにおける測定処理の流れ＞
図１３は、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。図１３を用いて、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れについて説明する。

測定処理の開始指示が入力されると、ステップＳ１３０１では、制御部１２６０が照明部１２１０に基本パターン光設定信号を送る。これにより、照明部１２１０では、当該基本パターン光設定信号に基づく基本パターン光を測定対象物１２００に照射する。

なお、基本パターン光設定信号に基づく基本パターン光は、例えば、測定対象物１２００の表面形状が平面である場合に、反射光測定部１２２０で撮影された画像における隣接するドットが、分離できるような間隔となるドットパターン光の間隔であればよい。ドットが分離できるような間隔とは、例えば、ドットの外縁どうしが接した状態となるような間隔をいう。

ステップＳ１３０２では、制御部１２６０が反射光測定部１２２０に、測定対象物１２００からの反射光を受光するよう指示する。これにより、反射光測定部１２２０では、測定対象物１２００に照射されたドットパターン光の反射光を受光する。

ステップＳ１３０３では、反射光抽出部１２３０が、表面形状抽出手段（第１の抽出手段）として機能し、反射光測定部１２２０で受光した反射光に基づいて、測定対象物１２００の表面形状に関する情報を抽出する。

ステップＳ１３０４では、反射光抽出部１２３０が、散乱特性抽出手段（第２の抽出手段）として機能し、反射光測定部１２２０で受光した反射光に基づいて、測定対象物１２００の散乱特性に関する情報を抽出する。

ステップＳ１３０５では、反射光抽出部１２３０が、散乱特性抽出手段として機能し、反射光測定部１２２０で受光した反射光に基づいて、ドットの位置（座標）とドットの間隔（距離）を算出する。

ステップＳ１３０６では、反射光抽出部１２３０もしくは制御部１２６０が、判定手段として機能する。具体的には、反射光抽出部１２３０で抽出した測定対象物１２００の表面形状に関する情報と測定対象物１２００の散乱特性に関する情報が、測定対象物１２００の全領域で正しく抽出できるようなドットパターン光の間隔であるか否か判定する。測定対象物１２００の全領域で表面形状に関する情報と散乱特性に関する情報が正しく抽出できるようなドットパターン光の間隔であると判定した場合には、ステップＳ１３０９に移行する。一方、測定対象物１２００の全領域で表面形状に関する情報と散乱特性に関する情報が正しく抽出できるようなドットパターン光の間隔でないと判定した場合には、ステップＳ１３０７に移行する。

ステップＳ１３０７では、パターン光制御部１２７０が照明部１２１０に他のパターン光設定信号を送る。これにより、パターン光設定信号が再設定される。なお、他のパターン光設定信号とは、測定対象物１２００に照射されるドットパターン光が、測定対象物１２００の全領域で表面形状に関する情報と散乱特性に関する情報とを正しく抽出できるような間隔となるパターン光設定信号である。

ステップＳ１３０８では、照明部１２１０が、再設定されたパターン光設定信号に基づいて測定対象物１２００にドットパターン光を照射する。照射後は、ステップＳ１３０２に戻る。

ステップＳ１３０９では、制御部１２６０からの指示に基づいて、出力部１２４０および記録部１２５０が、測定対象物１２００の表面形状および散乱特性に関する情報を、測定結果として出力、記録する。出力部１２４０は、測定対象物１２００の表面形状および散乱特性に関する情報を、測定結果としてモニタなどに表示する。記録部１２５０は、測定対象物１２００の表面形状および散乱特性に関する情報を、測定結果のデジタルデータとしてハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶装置に格納する。

＜３．照明部の詳細構成＞
次に、複数のドットパターン光を同時に測定対象物１２００に照射可能な照明部１２１０の詳細な構成について説明する。図１４は、複数のドットパターン光を同時に測定対象物１２００に照射可能な照明部１２１０として、液晶プロジェクタを使用した例を示す図である。

液晶プロジェクタの場合、照射可能な最小のドットパターン光の大きさや間隔は、液晶プロジェクタの解像度により決定される。このため、液晶プロジェクタを用いた場合、ドットパターン光の径と間隔は、解像度の範囲内で変更することができる。図１４の例では、液晶プロジェクタの解像度４画素分で１つのドットパターン光が構成されており、ドットパターン光の間隔は４画素分となっている。

＜４．ドットパターン光の制御方法＞
次に、ドットパターン光の制御方法について説明する。上述したように、本実施形態に係る測定システムのパターン光制御部１２７０では、測定対象物１２００の散乱特性に関する情報に基づいて照明部１２１０が照射するドットパターン光を制御する。

ここで、測定対象物の表面の散乱特性を精度良く抽出するためには、撮影された画像におけるドットが可能な限り密になるようにドットパターン光が照射されることが望ましい。ただし、ドットを密にしすぎると、隣接するドットが重畳し、分離することができなくなるため、ドットが重畳しないような間隔でドットパターン光が照射されることが必要となる。

図１５は、測定対象物が粗面系の場合に、複数のドットパターン光を照射した際の反射光の例を示す模式図である。図１５の（Ａ）の例では、撮影された画像においてドット間に隙間が生じていることから、散乱特性を精度良く抽出するためには、ドット間隔が狭まるようにドットパターン光の間隔が制御されることが望ましい。一方、図１５の（Ｂ）の例では、ドットが重なってしまっているため、ドット間隔を広げるようにドットパターン光の間隔が制御されることが必要となる。

これに対して、図１５の（Ｃ）の例では、ドット間に隙間がなく、かつドットの外周（外縁）が接した状態となっており分離可能であることから、最適なドット間隔にあるといえる。つまり、パターン光制御部１２７０では、測定対象物が粗面系である場合、図１５の（Ｃ）に示すようなドット間隔となるように、ドットパターン光の間隔を制御する。なお、測定対象物が完全拡散面系である場合も、同様のドット間隔になるようにドットパターン光の間隔を制御する。

一方、図１６は、測定対象物が鏡面系の場合に、複数のドットパターン光を照射した際の反射光の例を示す模式図である。鏡面系の場合も、粗面系の場合と同様に、図１６の（Ａ）では、撮影された画像においてドット間に隙間が生じていることから、散乱特性を精度よく抽出するためには、ドット間隔が狭まるようにドットパターン光の間隔が制御されることが望ましい。反対に図１６の（Ｂ）では、ドットが重なってしまっているため、ドット間隔を広げるようにドットパターン光の間隔が制御されることが望ましい。

これに対して、図１６の（Ｃ）では、ドット間に隙間がなく、かつドットの外周（外縁）が接している状態となっており分離可能であることから、最適なドット間隔にあるといえる。つまり、パターン光制御部１２７０では、測定対象物が鏡面系である場合、図１６（Ｃ）に示すようなドット間隔となるように、ドットパターン光の間隔を制御する。

このように、測定対象物が粗面系であるか、鏡面系であるかに応じて、ドットパターン光の間隔を変更することで、本実施形態に係る測定システムでは、測定対象物の散乱特性を精度よく抽出することが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る測定システムでは、上記第１の実施形態に係る測定システムに加え、更に、抽出した散乱特性に関する情報に基づいて、ドットパターン光の間隔を制御するパターン光制御部を配する構成とした。

この結果、本実施形態に係る測定システムによれば、測定対象物の表面状態に関わらず、測定対象物の散乱特性を精度よく抽出することが可能となった。

なお、本実施形態において説明した図１５及び図１６の例では、ドットが水平方向及び垂直方向に、規則的に並んでいる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、周期性のない不規則なドットであっても、パターン光制御部ではドットが隙間なく、かつ重なることがない間隔となるようにドットパターン光の間隔を制御するものとする。図１７は、周期性のない不規則なドットが、隙間なく、かつ重なることがない間隔となるようにドットパターン光の間隔を制御した場合の、ドットの一例を示す図である。

また、本実施形態においては、ドット間に隙間がなく、かつドットの外縁が接していて分離可能な間隔を最適なドット間隔と定義したが、最適なドット間隔の定義はこれに限定されない。

例えば図１８に示すように、隣接するドットのそれぞれの最大輝度値の座標を通る直線（ＡＢまたはＣＤ）における輝度プロファイルに基づいて、最適なドット間隔を定義するようにしてもよい。具体的には、当該直線（ＡＢまたはＣＤ）における各ドットの輝度プロファイルが重なる部分において、所定の閾値以下となる画素が存在するか否かに基づいて、最適なドット間隔を定義してもよい。

図１８の（Ａ）では、直線ＡＢにおける各ドットの輝度プロファイルが重なる部分において、所定の閾値以下となる画素が複数存在することから、ドット間隔が広いと判定する。一方、図１８の（Ｂ）は、直線ＣＤにおける各ドットの輝度プロファイルが重なる部分において、所定の閾値以下となる画素がないことから、ドット間隔が狭いと判定する。

また、本実施形態においては、複数のドットパターン光の大きさが、すべて同じであるとして説明したが、本発明はこれに限定されず、複数のドットパターン光の大きさがそれぞれ異なっていた場合であっても、同様に制御するものとする。

図１９は、径の異なる複数のドットパターン光を照射した場合に、最適なドット間隔になるように、ドットパターン光の間隔を制御した様子を示す図である。このように、径の大きいドットパターン光を含めた場合、測定対象物のうち、ほぼ平面であるような領域や形状の変化が一定であるような領域については、測定精度の悪化にあまり影響を与えることなく測定時間を短縮することができるという利点がある。

［第３の実施形態］
上記第１の実施形態では、照射するパターン光として、ドットパターン光を利用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、縞パターン光を利用する構成としてもよい。

以下、照射するパターン光として、縞パターン光を利用しながら、測定対象物の表面形状及び散乱特性を測定する測定システムについて説明する。なお、本実施形態に係る測定システムの構成及び測定処理の流れは、上記第１の実施形態において説明した、図１及び図２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

＜１．散乱特性に関する情報の抽出方法（その１）＞
次に、散乱特性に関する情報の抽出方法を説明する。はじめに、測定対象物の表面状態と、縞パターン光を照射した場合の反射光との関係について説明する。

図２０（Ａ）は、測定対象物１００が完全拡散面系である場合に、照明部１１０より測定対象物１００に縞パターン光が照射された際の反射光測定部１２０における反射光の受光結果の一例を示している。なお、図中の格子１つは、反射光を受光する光センサの１つに相当するものとする。

図２０（Ａ）に示すように、測定対象物１００が完全拡散面系の場合、反射光は散乱方向の成分が支配的であるために、撮影された画像は、全体に一様な明るさの少し広がった縞となる。

図２０（Ｂ）は、測定対象物１００が粗面系である場合に、照明部１１０より測定対象物１００に縞パターン光が照射された際の反射光測定部１２０における反射光の受光結果の一例を示している。図２０（Ｂ）に示すように、測定対象物１００が粗面系の場合、反射光には正反射方向の成分と散乱方向の成分とが混在するため、撮影された画像は、全体に一様な明るさの少し広がった縞であって、かつ、中心が明るい輝線を持った縞となる。

図２０（Ｃ）は、測定対象物１００が鏡面系である場合に、照明部１１０より測定対象物１００に縞パターン光が照射された際の反射光測定部１２０における反射光の受光結果の一例を示している。図２０（Ｃ）に示すように、測定対象物１００が鏡面系の場合、反射光は正反射方向の成分が支配的となるため、撮影された画像は、中心が明るい輝線のみの縞となる。

以上のように、縞パターン光を照射した場合、その反射光は、測定対象物１００の表面状態によって、縞の広がり方及び輝度分布に違いがあらわれる。そこで、本実施形態に係る測定システムの反射光抽出部１３０では、縞の幅、縞内の最大輝度値・最小輝度値・平均輝度値、縞内の輝度値のばらつき、輝度プロファイル等の特徴量を、散乱特性に関する情報として抽出する。

＜２．散乱特性に関する情報の抽出方法（その２）＞
次に、本実施形態に係る測定システムの反射光抽出部１３０において実行される、散乱特性に関する情報の他の抽出方法について説明する。

図２１は、測定対象物１００が完全拡散面系である場合におけるパターン光と反射光との関係及び反射光の受光結果の一例を示す図である。照明部１１０より測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（縞パターン光）２１０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光２１０２として受光される。

反射光測定部１２０では、測定対象物１００の表面にフォーカスが合った状態で、反射光２１０２を受光した場合、撮影される画像の縞の幅は、照射された縞パターン光の幅とほぼ同じとなる。一方、デフォーカス位置２１０３として、反射光２１０２の反射方向に向かって他の焦点位置を複数設定し（（ａ）〜（ｃ））、各デフォーカス位置で反射光２１０２を受光した場合には、デフォーカス量が大きい位置ほど、散乱光が広い領域にわたることとなる。そのため、図２１の紙面下側に示すように、撮影された画像の縞の幅は、（ａ）から（ｃ）になるに従って大きくなる。

図２２は、測定対象物１００が粗面系である場合におけるパターン光と反射光との関係及び反射光の受光結果の一例を示す図である。照明部１１０より測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（縞パターン光）２２０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光２２０２として受光される。

反射光測定部１２０では、測定対象物１００の表面にフォーカスが合った状態で、反射光２２０２を受光した場合、撮影される画像の縞の幅は、照射された縞パターン光の幅とほぼ同じとなる。一方、デフォーカス位置２２０３として、反射光２２０２の反射方向に向かって他の焦点位置を複数設定し（（ａ）〜（ｃ））、各デフォーカス位置で反射光２２０２を受光した場合には、デフォーカス量が大きい位置ほど、散乱光が広い領域にわたることとなる。そのため、図２２の紙面下側に示すように、撮影された画像の縞の幅は、（ａ）から（ｃ）になるに従って大きくなる。

図２３は、測定対象物１００が鏡面系である場合におけるパターン光と反射光との関係及び反射光の受光結果の一例を示す図である。照明部１１０より測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光２３０１（縞パターン光）は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光２３０２として測定される。

反射光測定部１２０では、測定対象物１００の表面にフォーカスが合った状態で、反射光２３０２を受光した場合、撮影される画像の縞の幅は、照射された縞パターン光の幅とほぼ同じとなる。また、デフォーカス位置２３０３として、反射光２３０２の反射方向に向かって他の焦点位置を複数設定し（（ａ）〜（ｃ））、各デフォーカス位置で反射光２３０２を受光した場合でも、散乱方向の成分がほとんど存在しないため、散乱光が広がることはない。そのため、図２３の紙面下側に示すように、撮影された画像の縞の幅は、（ａ）よりも（ｂ）のほうがやや大きいものの、（ｂ）と（ｃ）とではほぼ同程度の大きさとなる。

以上のように縞パターン光を照射し、複数のデフォーカス位置で反射光を受光した場合、測定対象物１００の表面状態によって各デフォーカス位置における縞の広がり方に違いがあらわれる。

そこで、本実施形態に係る測定システムの反射光抽出部１３０では、例えば、複数のデフォーカス位置における縞の幅を比較して拡大率を算出することにより、散乱特性に関する情報として抽出する。

＜３．表面形状に関する情報の抽出方法＞
次に、本実施形態に係る測定システムにおける表面形状の測定方法について説明する。図２４は、測定対象物１００の表面が平面である場合の、表面形状を測定する方法を説明するための図である。

測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（縞パターン光）２４０１は、反射光測定部１２０により、反射角θａで反射する反射光２４０２として受光される。この時、測定対象物１００が完全拡散面系である場合と、粗面系である場合と、鏡面系である場合とにおける、それぞれの撮影により得られた画像の縞は、図２４の紙面下側（（ｂ−１）〜（ｂ−３））に示すとおりである。なお、当該画像は、図２０を用いて説明した画像と同一である。

一方、図２５、２６は、測定対象物１００の表面に傾きがある場合に、表面形状を測定する方法を説明するための模式図である。測定対象物１００に入射角θａで照射されたパターン光（縞パターン光）２４０１、２５０１は、反射角θａで反射する反射光２４０２、２５０２として受光される。この時、測定対象物１００が完全拡散面系である場合と、粗面系である場合と、鏡面系である場合とにおける、それぞれの撮影により得られた画像の縞は、図２５の紙面下側、図２６の紙面下側（（ｂ−１）〜（ｂ−３））の示すとおりである。

測定対象物１００の表面が平面である場合に撮影された画像における縞の位置（受光位置）を基準位置とすると、測定対象物１００の表面に傾きがある場合には、その基準位置に対して傾きの変化の大きさに応じて縞の位置がずれることとなる。つまり、図２５に示す位置ずれ量よりも図２６に示す位置ずれ量の方が大きくなる。この位置ずれ量を、測定対象物１００の全体にわたって連続的に測定し、位置ずれ量を傾き角度に変換することにより表面形状を測定することができる。例えば、事前にあらかじめ位置ずれ量と傾き角度の相関を測定しておき、当該相関に基づいて、位置ずれ量を傾き角度に変換することで、測定対象物の表面形状に関する情報を抽出することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る測定システムでは、縞パターン光により測定対象物をスキャンし、各スキャン位置において、正反射方向から当該縞パターン光の反射光を受光する構成とした。

そして、測定対象物の表面が平面である場合に撮影された画像における縞の位置（受光位置）を基準位置として、測定対象物の各スキャン位置での縞の位置ずれ量を測定する構成とした。そして、測定した位置ずれ量に基づいて、各スキャン位置での傾きを算出することで、測定対象物の表面形状を測定する構成とした。

更に、このとき各スキャン位置において撮影された画像における縞の幅、縞内の最大輝度値・最小輝度値・平均輝度値、縞内の輝度値のばらつき、輝度プロファイル等の特徴量を散乱特性に関する情報として抽出する構成とした。

更に、縞パターン光が照射された各スキャン位置において複数のデフォーカス位置で撮影された画像における縞の幅の拡大率を、散乱特性に関する情報として抽出する構成とした。

この結果、測定対象物に対する縞パターン光のスキャンにより、該測定対象物の表面形状に関する情報と散乱特性に関する情報とを、同時に抽出することが可能となった。

［第４の実施形態］
上記第３の実施形態では、予め定められた縞パターン光により測定対象物をスキャンする構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の縞パターン光を同時に測定対象物に照射し、その反射光を反射光測定部において同時に受光するように構成してもよい。

しかしながら、この場合、測定対象物の表面状態によっては、撮影された画像において隣接する縞が重畳し、縞の幅を測定することができない場合がありえる。そこで、本実施形態では、測定対象物の表面状態に応じて、縞パターン光の間隔を制御する構成について説明する。

なお、測定システムの構成及び測定処理の流れは、上記第２の実施形態において説明した、図１２及び図１３と同様であるため、ここでは説明を省略する。

上記第２の実施形態同様、本実施形態に係る測定システムのパターン光制御部１２７０では、測定対象物１２００の散乱特性に関する情報に基づいて照明部１２１０が照射する縞パターン光を制御する。

ここで、測定対象物の表面の散乱特性を精度良く抽出するためには、撮影された画像における縞が可能な限り密になるように縞パターン光が照射されることが望ましい。ただし、縞を密にしすぎると、隣接する縞が重畳し、分離することができなくなるため、縞が重畳しないような間隔で縞パターン光が照射されることが必要である。

図２７は、測定対象物が粗面系の場合に、複数の縞パターン光を照射した際の反射光の例を示す模式図である。図２７（Ａ）の例では、撮影された画像において縞間に隙間が生じていることから、散乱特性を精度よく抽出するためには、縞の間隔が狭まるように縞パターン光の間隔が制御されることが望ましい。一方、図２７の（Ｂ）の例では、縞が重なってしまっているため、縞の間隔を広げるように縞パターン光の間隔が制御されることが必要となる。

これに対して、図２７の（Ｃ）の例では、縞間に隙間がなく、かつ縞の端面（外縁）が接した状態となっており、分離可能であることから、最適な縞間隔にあるといえる。つまり、パターン光制御部１２７０では、測定対象物が粗面系である場合、図２７の（Ｃ）に示すような縞間隔となるように、縞パターン光の間隔を制御する。なお、測定対象物が完全拡散面系である場合も、同様の縞間隔になるように縞パターン光の間隔を制御する。

一方、図２８は、測定対象物が鏡面系の場合に、複数の縞パターン光を照射した際の反射光の例を示す模式図である。鏡面系の場合も、粗面系の場合と同様に、図２８の（Ａ）では、撮影された画像において縞間に隙間が生じていることから、散乱特性を精度よく抽出するためには、縞間隔が狭まるように縞パターン光の間隔が制御されることが望ましい。反対に図２８（Ｂ）では、縞が重なってしまっているため、縞間隔を広げるように縞パターン光の間隔が制御されることが望ましい。

これに対して、図２８（Ｃ）では、縞間に隙間がなく、かつ縞の端面（外縁）が接した状態となっており、分離可能であることから、最適な縞間隔にあるといえる。つまり、パターン光制御部１２７０では、測定対象物が鏡面系である場合、図２８（Ｃ）に示すような縞間隔となるように、縞パターン光の間隔を制御する。

このように、測定対象物が粗面系であるか、鏡面系であるかに応じて、縞パターン光の間隔を変更することで、本実施形態に係る測定システムでは、測定対象物の散乱特性を精度よく抽出することが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る測定システムでは、上記第３の実施形態に係る測定システムに加え、更に、抽出した散乱特性に関する情報に基づいて、縞パターン光の間隔を制御するパターン光制御部を配する構成とした。

この結果、本実施形態に係る測定システムによれば、測定対象物の表面状態に関わらず、測定対象物の散乱特性を精度よく抽出することが可能となった。

なお、本実施形態において説明した図２７及び図２８の例では、同じ幅を持つ縞が水平方向に規則的に並んでいる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、縞の幅が不規則であっても、パターン光制御部では、縞が隙間なく、かつ重なることがない間隔となるように縞パターン光の間隔を制御するものとする。図２９は、縞の幅が不規則な場合において、隙間なく、かつ重なることがない間隔となるように、縞パターン光の間隔を制御した場合の、縞の一例を示す図である。

また、本実施形態においては、縞間に隙間がなく、かつ縞の端面（外縁）が接していて分離可能な間隔を最適な縞間隔と定義したが、最適な縞間隔の定義はこれに限定されない。

例えば図３０に示すように、縞と直交する直線（ＡＢまたはＣＤ）における輝度プロファイルに基づいて、最適な縞間隔を定義するようにしてもよい。具体的には、当該直線（ＡＢまたはＣＤ）における各縞の輝度プロファイルが重なる部分において、所定の閾値以下となる画素が存在するか否かに基づいて、最適な縞間隔を定義するようにしてもよい。

図３０の（Ａ）は、直線ＡＢにおける各縞の輝度プロファイルが重なる部分において、所定の閾値以下となる画素が複数存在することから、縞間隔が広いと判定する。一方、図３０の（Ｂ）は、直線ＣＤにおける各縞の輝度プロファイルが重なる部分において、所定の閾値以下となる画素がないことから、縞間隔が狭いと判定する。

また、本実施形態においては、複数の縞パターン光の幅が、すべて同じであるとして説明したが、本発明はこれに限定されず、複数の縞パターン光の幅がそれぞれ異なっていた場合であっても、同様に制御するものとする。

図３１は、幅の異なる複数の縞パターン光を照射した場合に、最適な縞間隔になるように、縞パターン光の間隔を制御した様子を示す図である。このように、縞の幅の大きい縞パターン光を含めた場合、測定対象物のうち、ほぼ平面であるような領域や形状の変化が一定であるような領域については、測定精度の悪化にあまり影響を与えることなく測定時間を短縮することができるという利点がある。

［第５の実施形態］
上記各実施形態では、照明部として、液晶プロジェクタを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源とＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）とにより構成された照明部を用いるようにしてもよい。ＤＭＤを用いた場合、液晶プロジェクタを用いた場合と比べて、パターン光の位相変調を高速に実施することが可能になるという利点がある。以下、図面を参照しながら本発明の第５の実施形態について説明する。

なお、測定システムの構成は、上記第２の実施形態において説明した、図１２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

＜１．照明部の詳細構成＞
図３２は、照明部１２１０を、光源とＤＭＤとを用いて構成した場合の一例を示す模式図である。光源３２０１から出射した光は、レンズ３２０２を介してＤＭＤ３２０３に導かれる。ＤＭＤは複数の可動式のマイクロミラーにより構成されている。

図３３は、ＤＭＤ３２０３を構成するマイクロミラーの一例を示す図である。図３３に示すように、各マイクロミラーはそれぞれ独立して傾斜を変更することができるよう構成されており、これにより入射光の反射方向を変化させることができる。

このような構成により、光源３２０１からの光を測定対象物１２００の方に導いたり、測定対象物１２００の方に光を導くことなく遮ったりすることができる。ＤＭＤ３２０３によって反射光の反射方向が変更され、測定対象物１２００の方に導かれた光は、レンズ３２０４を介して測定対象物１２００に照射される。この反射方向の変化を複数のマイクロミラーで同時に行い、パターン光を照射することができる。このように、マイクロミラーを個別に制御することによって、図３４のように適切な場所に適切なパターン光を照射することが可能となる。光源とＤＭＤとを用いてパターン光を照射した場合、液晶プロジェクタを使ってパターン光を照射した場合に比べてパターンのＯＮ／ＯＦＦを高速に行うことができるという利点がある。なお、パターン光の分解能はＤＭＤの大きさで決定される。図３２の例では、ＤＭＤの解像度４画素で１つのドットを構成した場合を示している。また、ドット間隔は４画素分となっている。

＜２．測定システムにおける測定処理の流れ＞
次に、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れについて説明する。なお、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れは、上記第２の実施形態において図１３を用いて説明した測定処理の流れと基本的に同じであり、ステップＳ１３０７のパターン光設定信号再設定処理のみが相違する。そこで、以下では、パターン光設定信号再設定処理のみについて説明する。

図３５は、本実施形態に係る測定システムにおけるパターン再設定処理（ステップＳ１３０７）の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ３５０１では、反射光抽出部１２３０もしくは制御部１２６０が、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の間隔が最適な間隔となっていないため、パターン（ドットまたは縞）の分離が不可能な部分を抽出し、選択する。

ステップＳ３５０２では、パターン光特性設定部１２１２もしくは制御部１２６０が、抽出手段および選択手段として機能し、ドットの分離が不可能な部分に対応するマイクロミラーを抽出し、選択する。

ステップＳ３５０３では、パターン光特性設定部１２１２もしくは制御部１２６０が、選択されたマイクロミラーの傾斜を変化させる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る測定システムでは、光源とＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）とを用いて照明部を構成することとした。

これにより、最適なパターン光の間隔を、マイクロミラー単位で制御することが可能となる。

［第６の実施形態］
上記第５の実施形態では、光源とＤＭＤとにより構成された照明部を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、２次元マルチアレイ光源と２次元スキャンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーとにより構成された照明部を用いるようにしてもよい。以下、図面を参照しながら、本発明の第６の実施形態について説明する。

なお、測定システムの構成は、上記第２の実施形態において説明した、図１２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

＜１．照明部の詳細構成＞
図３６は、照明部１１０を、２次元マルチアレイ光源と２次元スキャンＭＥＭＳミラーとを用いて構成した場合の一例を示す模式図である。２次元マルチアレイ光源３６０１から出射した光は、レンズ３６０２を介して２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３に導かれる。２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３は複数の可動式のＭＥＭＳミラーで構成されている。

図３７は、２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３を構成するＭＥＭＳミラーの一例を示す図である。図３７に示すように、各ＭＥＭＳミラーはそれぞれ独立して傾斜を変更させることができるよう構成されており、これにより入射光の反射方向を連続的に変化させることができる。このような構成により、２次元マルチアレイ光源からの光を、測定対象物１２００上の任意の照射位置に移動させることが可能となる。

２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３によって２次元マルチアレイ光源からの光が反射し、測定対象物１２００の方向に導かれ、レンズ３６０４を介して測定対象物１２００に照射される。

ここで、２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３において、ＭＥＭＳミラー１つ１つを個別に制御することにより、測定対象物１２００上において、照射したい領域だけを局所的に選択して、照射することが可能となる。さらに、複数の領域を並列に照射することもできる。

図３８は、２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３において、ＭＥＭＳミラー１つ１つを個別に制御することにより、測定対象物１２００上において、照射したい領域を局所的に選択して照射した様子を示す図である。図３８において、測定対象物１２００上においてドットパターン光を照射しようとしている領域は、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２である。この場合、２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３のうち、当該領域に対応するＭＥＭＳミラーｂ２、ｂ３、ｃ２、ｃ３、ｅ１、ｅ２のみを並列に動作させることで、当該領域にドットパターン光を照射することができる。

このように、２次元スキャンＭＥＭＳミラー３６０３を用いる構成とすることにより、測定対象物１２００全体をスキャンしてドットパターン光を照射する場合と比べて、必要な局所領域だけを並列で同時にスキャンできるようになる。この結果、測定時間を短くすることが可能となる。

また、光源を２次元マルチアレイ光源の構成とすることにより、複数の領域に分けた時に、同じ座標の点に同時に複数のドットパターン光を照射させることが可能となる。さらに、光源１つ１つを個別制御し、測定対象物１２００の中で、照射する部分の光源のみを点灯させ、どの領域にも照射しない部分の光源は消灯させるようにすることもできる。

例えば、図３８のように、２次元マルチアレイ光源３６０１のうち、ｇ６、ｇ７の部分は、測定対象物１２００上にドットパターン光を照射する領域Ｂ２、Ｂ３、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２のどの領域にもドットパターン光を照射しない部分である。したがって、２次元マルチアレイ光源３６０１のｇ６、ｇ７は消灯させて、それ以外のみを点灯させるように制御することができる。この結果、測定対象物１２００全体をスキャンしてドットパターン光を照射する場合と比べて、光源の必要な部分のみを点灯させることできるため、消費電力を抑えることが可能となる。

＜２．測定システムにおける測定処理の流れ＞
次に、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れについて説明する。なお、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れは、上記第２の実施形態において図１３を用いて説明した測定処理の流れと基本的に同じであり、ステップＳ１３０７のパターン再設定処理のみ相違する。そこで、以下では、パターン再設定処理のみ説明する。

図３９は、本実施形態に係る測定システムにおけるパターン光設定信号再設定処理（ステップＳ１３０７）の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ３９０１では、反射光抽出部１２３０もしくは制御部１２６０が、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の間隔が最適な間隔となっていないために、パターン（ドットまたは縞）の分離が不可能な部分を抽出、選択する。

ステップＳ３９０２では、パターン光特性設定部１２１２もしくは制御部１２６０が、パターン（ドットまたは縞）の分離が不可能な部分に対応するＭＥＭＳミラーを抽出、選択する。

ステップＳ３９０３では、パターン光特性設定部１２１２もしくは制御部１２６０が、パターン光の照射に必要な部分に対応する光源を点灯させる。

ステップＳ３９０４では、パターン光特性設定部１２１２もしくは制御部１２６０が、選択されたＭＥＭＳミラーの傾斜を連続的に変化させて、測定対象物１２００上をスキャンする。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る測定システムでは、２次元マルチアレイ光源と２次元スキャンＭＥＭＳミラーとにより構成された照明部を用いる構成とした。

これにより、本実施形態に係る測定システムによれば、必要な局所領域だけを並列にスキャンすることが可能となる。また、同じ領域に同時に照射させることが可能となる。さらに、照射しない部分に対応する光源を消灯させることで、消費電力を抑えることが可能となる。

［第７の実施形態］
上記各実施形態では、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出するにあたり、パターン（ドットまたは縞）が可能な限り密になるようパターン光（ドットパターン光または縞パターン光）を照射することとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の間隔を制御するのではなく、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の位相を変調するように構成してもよい。以下、図面を参照しながら本発明の第７の実施形態について説明する。

なお、測定システムの構成は、上記第２の実施形態において説明した、図１２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

＜１．パターン光の位相変調＞
図４０は、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出するために、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の位相を変調する様子を示した図である。

図４０において、（Ａ−１）、（Ａ−２）は、ドットパターン光の例を、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）は、縞パターン光の例をそれぞれ示している。いずれの場合でも、パターンＡとパターンＢを同時に照射すると、パターン（ドットまたは縞）が重なってしまうが、照射タイミングをずらすことにより、分離することができる。

このように照射タイミングをずらすことによって、パターンＡで照射されなかった部分がパターンＢで照射されることにより、パターンＡでは測定できなかった領域をパターンＢで測定することができるようになる。つまり、測定対象物の表面の散乱特性を精度良く抽出することが可能となる。

＜２．測定システムにおける測定処理の流れ＞
次に、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れについて説明する。図４１及び図４２は、本実施形態に係る測定システムにおける測定処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ４１０１からステップＳ４１０７までの各工程は、上記第２の実施形態において図１３を用いて説明した測定処理における、ステップＳ１３０１からステップＳ１３０６およびステップＳ１３０９の各工程に対応する。このため、ここでは当該各工程における処理の説明は省略し、以下では、図１３に示す測定処理と異なる工程（ステップＳ４２０１〜ステップＳ４２０８）について説明する。

ステップＳ４２０１では、パターン光制御部１２７０が照明部１２１０にパターン光設定信号を送信する。これにより、照明部１２１０には、当該パターン光設定信号が再設定される。

ステップＳ４２０２では、照明部１２１０が、再設定されたパターン光設定信号に基づいて測定対象物１２００にパターン光（ドットパターン光または縞パターン光）を照射する。

ステップＳ４２０３では、制御部１２６０が反射光測定部１２２０に、測定対象物１２００に照射されたパターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の反射光を受光するよう指示する。

ステップＳ４２０４では、反射光抽出部１２３０が、表面形状抽出手段として機能し、反射光測定部１２２０で受光した反射光に基づいて、測定対象物１２００の表面形状に関する情報を抽出する。

ステップＳ４２０５では、反射光抽出部１２３０が、散乱特性抽出手段として機能し、反射光測定部１２２０で受光した反射光に基づいて、測定対象物１２００の散乱特性に関する情報を抽出する。

ステップＳ４２０６では、反射光抽出部１２３０が、散乱特性抽出手段として機能し、反射光測定部１２２０で受光した反射光に基づいて、パターン（ドットまたは縞）の位置（座標）とパターン（ドットまたは縞）の間隔（距離）を算出する。

ステップＳ４２０７では、反射光抽出部１２３０もしくは制御部１２６０が、判定手段として機能する。具体的には、算出したパターンの位置及びパターンの間隔に基づいて、隣り合うパターンどうしに重なりがあるか否かを判定する。隣り合うパターンどうしに重なりがあると判定された場合には、ステップＳ４２０１に戻る。一方、隣り合うパターンどうしに重なりがないと判定された場合には、ステップＳ４２０８に移行する。

ステップＳ４２０８では、反射光抽出部１２３０もしくは制御部１２６０が、判定手段として機能し、パターン光が表面形状と散乱特性を抽出するのに充分な回数照射されたか否かを判定する。パターン光が、表面形状と散乱特性を抽出するのに充分な回数照射されたと判定した場合には、ステップＳ４１０７に移行する。一方、パターン光が、表面形状と散乱特性を抽出するのに充分な回数照射されていないと判定された場合には、ステップＳ４２０１に戻る。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、照射するパターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の位相を変調する（照射タイミングをずらす）構成とした。これにより、パターン（ドットまたは縞）が重なってしまう場合であっても、各パターン（ドットまたは縞）を分離することが可能となる。この結果、パターン（ドットまたは縞）がより密になるようにパターン光（ドットパターン光または縞パターン光）を照射することが可能となり、測定対象物の表面の散乱特性をより精度よく抽出することが可能となった。

［第８の実施形態］
上記第７の実施形態では、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出するにあたり、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の位相を変調する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の波長を変更する構成としてもよい。以下、図面を参照しながら本発明の第８の実施形態について説明する。

なお、測定システムの構成は、上記第２の実施形態において説明した、図１２と同様であり、測定処理の流れは、上記第７の実施形態において説明した、図４１及び図４２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４３は、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出するために、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の波長を変更する様子を示した図である。

図４３において、（Ａ−１）は、赤色の波長成分からなるドットパターン光を、（Ａ−２）は、緑色の波長成分からなるドットパターン光を、それぞれ照射した場合に撮影された画像を示している。また、（Ａ−３）は、青色の波長成分からなるドットパターン光を、（Ａ−４）は、黄色の波長成分からなるドットパターン光をそれぞれ照射した場合に撮影された画像を示している。

更に、（Ｂ−１）は、赤色の波長成分からなる縞パターン光を、（Ｂ−２）は、緑色の波長成分からなる縞パターン光を、それぞれ照射した場合に撮影された画像を示している。また、（Ｂ−３）は、青色の波長成分からなる縞パターン光を、（Ｂ−４）は、黄色の波長成分からなる縞パターン光をそれぞれ照射した場合に撮影された画像を示している。

（Ａ−１）〜（Ａ−４）に示す各ドットに対応する各ドットパターン光を同時に測定対象物に照射した場合、各ドットは重なり合うこととなるが、ドットパターン光の波長が異なっているため、反射光測定部１２２０では波長成分ごとに分離することができる。

このように照射するドットパターン光の波長を変えることにより、赤色の波長成分からなるドットパターン光では照射されなかった領域を、緑色、青色、黄色の波長成分からなる各ドットパターン光を用いて照射することが可能となる。つまり、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出することが可能となる。

同様に、（Ｂ−１）〜（Ｂ−４）に示す各縞に対応する各縞パターン光を同時に測定対象物に照射した場合、各縞が重なり合うこととなるが、互いに縞パターン光の波長が異なっているため、反射光測定部１２２０では波長成分ごとに分離することができる。

このように照射する縞パターン光の波長を変えることにより、赤色の波長成分からなる縞パターン光では照射されなかった領域を、緑色、青色、黄色の波長成分からなる各縞パターン光を用いて照射することが可能となる。つまり、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出することが可能となる。

［第９の実施形態］
上記第８の実施形態では、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出するにあたり、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の波長を変更する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の偏光性を変更する構成としてもよい。以下、図面を参照しながら本発明の第９の実施形態について説明する。

なお、測定システムの構成は、上記第２の実施形態において説明した、図１２と同様であり、測定処理の流れは、上記第７の実施形態において説明した、図４１及び図４２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４４は、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出するために、パターン光（ドットパターン光または縞パターン光）の偏光性を切り替える様子を示した図である。

図４４において、（Ａ−１）は、Ｓ偏光からなるドットパターン光を、（Ａ−２）は、Ｐ偏光からなるドットパターン光を、それぞれ照射した場合に撮影された画像を示している。また、（Ｂ−１）は、Ｓ偏光からなる縞パターン光を、（Ｂ−２）は、Ｐ偏光からなる縞パターン光を、それぞれ照射した場合に撮影された画像を示している。

（Ａ−１）〜（Ａ−２）に示す各ドットに対応する各ドットパターン光を同時に測定対象物に照射した場合、各ドットは重なり合うこととなるが、ドットパターン光の偏光性が異なっているため、反射光測定部１２２０では偏光成分ごとに分離することができる。

このように照射するドットパターン光の偏光性を切り替えることにより、Ｓ偏光成分からなるドットパターン光で照射されなかった領域を、Ｐ偏光成分からなるドットパターン光を用いて照射することが可能となる。つまり、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出することが可能となる。

同様に、（Ｂ−１）〜（Ｂ−２）に示す各縞に対応する各縞パターン光を同時に測定対象物に照射した場合、それぞれの縞が重なり合うこととなるが、互いに縞パターン光の偏光性が異なっているため、反射光測定部では偏光成分ごとに分離することができる。

このように照射する縞パターン光の偏光性を切り替えることにより、Ｓ偏光成分からなるパターン光で照射されなかった領域を、Ｐ偏光成分からなるパターン光を用いて照射することが可能となる。つまり、測定対象物の表面の散乱特性を精度よく抽出することが可能となる。

［他の実施形態］
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (5)

1. 予め定められた径からなるドットパターン光、または、予め定められた幅からなる縞パターン光を予め定められた入射角で測定対象に照射する照射手段と、
   前記測定対象に照射されたパターン光の反射光を、前記入射角と略等しい反射角で受光する受光手段と、
   前記パターン光の反射光の反射方向における複数の異なる位置に焦点位置を設定する設定手段と、
   前記受光手段により受光された反射光の受光位置と、予め定められた基準位置との間のずれ量に基づいて、前記パターン光が照射された領域における前記測定対象の表面形状に関する情報を抽出する第１の抽出手段と、
   前記受光手段により受光された反射光の輝度値に関する情報と、前記設定手段で設定された複数の焦点位置における前記ドットパターン光のドットの径を比較した場合の拡大率、または、前記縞パターン光の縞の幅を比較した場合の拡大率を含む情報とを、前記パターン光が照射された領域における前記測定対象の散乱特性に関する情報として抽出する第２の抽出手段と
   を備えることを特徴とする測定システム。
2. 前記第１の抽出手段により抽出された前記測定対象の表面形状に関する情報と、前記第２の抽出手段により抽出された前記測定対象の散乱特性に関する情報とを、前記測定対象に対する測定結果として出力する出力手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
3. 測定システムにおける測定処理方法であって、
   照射手段が、予め定められた径からなるドットパターン光、または、予め定められた幅からなる縞パターン光を予め定められた入射角で測定対象に照射する照射工程と、
   受光手段が、前記測定対象に照射されたパターン光の反射光を、前記入射角と略等しい反射角で受光する受光工程と、
   設定手段が、前記パターン光の反射光の反射方向における複数の異なる位置に焦点位置を設定する設定工程と、
   第１の抽出手段が、前記受光工程において受光された反射光の受光位置と、予め定められた基準位置との間のずれ量に基づいて、前記パターン光が照射された領域における前記測定対象の表面形状に関する情報を抽出する第１の抽出工程と、
   第２の抽出手段が、前記受光工程において受光された反射光の輝度値に関する情報と、前記設定手段で設定された複数の焦点位置における前記ドットパターン光のドットの径を比較した場合の拡大率、または、前記縞パターン光の縞の幅を比較した場合の拡大率を含む情報とを、前記パターン光が照射された領域における前記測定対象の散乱特性に関する情報として抽出する第２の抽出工程と
   を有することを特徴とする測定処理方法。
4. 出力手段が、前記第１の抽出工程において抽出された前記測定対象の表面形状に関する情報と、前記第２の抽出工程において抽出された前記測定対象の散乱特性に関する情報とを、前記測定対象に対する測定結果として出力する出力工程を更に有することを特徴とする請求項３に記載の測定処理方法。
5. 請求項３に記載の測定処理方法の各工程をコンピュータによって実行させるための制御プログラム。