JP5861899B2 - 面形状測定装置及び面形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定のパターンが形成された光を反射率が大きい平板状の測定対象物に斜めから照射し、測定対象物で反射した光を撮像して得られるパターン画像から、測定対象物の面の形状を測定する面形状測定装置及び面形状測定方法に関する。

従来から、ストライプ状の縞等のパターンが形成された光（以下、パターン光という）を平板状の測定対象物に照射し、測定対象物の表面に形成されるパターンをカメラで撮影し、得られたパターン画像から測定対象物の表面形状を測定する手法として、位相シフト法やモアレトポグラフィー法等が知られている。しかし、これらの方法は通常の写真撮影同様、測定対象物の表面からの散乱光の一部をカメラに入射してパターン画像を得るものであり、測定対象物がガラス板やミラー等、反射率が大きい測定対象物の場合は用いることはできない。反射率が大きい測定対象物にパターン光を照射して、測定対象物の表面形状を測定する場合、例えば、下記特許文献１に示されるように、測定対象物の表面からの反射光をカメラに入射してパターン画像を得る方法が用いられることが多い。この方法において、パターン光は平行光ではないが、カメラの結像レンズの光軸方向に一致する反射光をカメラに入射してパターン画像を形成している。これは、測定対象物の表面をミラーと考え、ミラーに映った光源のパターンをカメラで撮影すると考えることができる。特許文献１に示される装置においては、パターンが形成された面光源からパターン光をガラス板に斜めから照射し、反射光をカメラに入射してパターン画像を得、このパターン画像からガラス板表面のうねり形状を計算している。パターン画像からうねり形状を計算する方法は、端的にいうと、光源のパターンとカメラのパターン画像との同一点の関係から、測定対象物の各点の傾き（水平面に対する角度）を求め、該傾きをうねりに換算する方法である。このときの計算の条件として、ガラス板表面はほぼ平坦であるため各点の厚さ（高さ方向の位置）は一定という条件が用いられている。

特開平１１−１４８８１３号公報

しかしながら、特許文献１のうねり形状の計算は、測定対象物の各点の厚さ（高さ方向の位置）は一定という条件を用いて計算を行っており、この条件に合致しない測定対象物においては精度よくうねり形状を測定することができないという問題がある。特許文献１にあげられている測定対象物はガラスであり、表面がほぼ平坦である上、治具を工夫すれば測定対象物ごとの高さ方向位置を一定にすることができるので上記条件に合致し、精度よくうねり形状を測定することができる。しかし、タブレットＰＣやスマートフォン等のように複数の層からなる平板は、測定対象物ごとに厚さが異なっている場合や、表面のうねりが大きい場合があり、測定対象物の各点の厚さ（高さ方向の位置）は一定という条件でうねり形状を計算すると測定精度が悪くなるという問題がある。また、タブレットＰＣやスマートフォン等は複数層の透光性板状物体とＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を貼り合わせた構造をしており、反射光が透光性板状物体の表面及び透光性板状物体とＬＣＤの境界面の２箇所から発生する。このため、カメラで撮影されるパターン画像は２つの反射光により形成されるものになり、精度よく表面のうねり形状および境界面のうねり形状を求めることができないという問題がある。特にタブレットＰＣのように大型化したタッチパネルは、透光性板状物体とＬＣＤの間にあるＧＡＰ層を均一にする事が重要であるため、境界面のうねり形状を精度よく測定する必要があるが、その要求を満たすことができないという問題がある。

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、パターン光を反射率が大きい平板状の測定対象物に斜めから照射し、測定対象物で反射した光を撮像して得られるパターン画像から測定対象物の面の形状を測定する面形状測定装置及び面形状測定方法において、測定対象物ごとに厚さが異なっている場合や、面のうねりが大きい場合でも精度よく面形状を得ることができる面形状測定装置及び面形状測定方法を提供することにある。また、測定対象物からの反射光が表面と境界面で発生する場合でも、表面と境界面の面形状を精度よく得ることができる面形状測定装置及び面形状測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、パターンが形成された面光源から光を平板状の測定対象物に照射し、測定対象物で入射角度と等しい角度で反射した光をカメラに入射させて撮影することで、面光源に形成されたパターンに相当するパターン画像を取得し、パターン画像から測定対象物の面形状を計算する面形状測定装置において、面光源に形成されたパターンのそれぞれの位置における、測定対象物の面近傍に設定した基準平面からの高さと、面光源に形成されたパターンのそれぞれの位置における、カメラの受光器の位置ごとの、カメラに入射する反射光の光軸が基準平面に交差する箇所までの距離と、カメラの受光器の位置ごとの、カメラに入射する反射光の光軸が基準平面と交差する角度とが予め面形状測定装置には記憶されており、面光源を、測定対象物とカメラに対し相対的に、測定対象物の面近傍に設定した基準平面にカメラの結像レンズの光軸を投影させた方向に設定距離だけ移動する前と後で、カメラによる撮影により第１のパターン画像と第２のパターン画像を取得し、取得した第１のパターン画像と第２のパターン画像のパターンを面光源に形成されたパターンに対応付けるとともに、記憶されている高さ、距離及び角度と、設定距離とを用いて、測定対象物の光が照射された面の各点における位置及び傾きを計算することにある。

これによれば、パターン光の照射位置が異なる２つパターン画像を用いて計算を行うことで、測定対象物の各点の傾きに加え、各点の位置も求めることができる。よって、測定対象物ごとに厚さが異なっている場合や、面のうねりが大きい場合でも精度よく測定対象物の面形状を得ることができる。

また、本発明の他の特徴は、パターンが形成された面光源から光を平板状の測定対象物に照射し、測定対象物で入射角度と等しい角度で反射した光をカメラに入射させて撮影することで、面光源に形成されたパターンに相当するパターン画像を取得し、パターン画像から測定対象物の面形状を計算する面形状測定装置において、面光源を測定対象物とカメラに対し相対的に既知の方向に既知の距離だけ移動する前と後で、カメラによる撮影により第１のパターン画像と第２のパターン画像を取得し、取得した第１のパターン画像と第２のパターン画像とから、測定対象物の光が照射された面の各点における位置及び傾きを計算する面形状測定装置であって、面光源から出射される光を偏光にする手段と、測定対象物で反射した光がカメラに入射する前に配置した偏光板と、偏光板の透過軸方向を変化させる透過軸方向変化手段とを備え、カメラによる撮影は、偏光板の透過軸方向を変化させた少なくとも２つの場合で行うことにより、測定対象物の表面での反射光によるパターン画像と測定対象物の境界面での反射光によるパターン画像とを取得することにある。

これによれば、測定対象物からの反射光が表面と境界面で発生する場合でも、表面と境界面の面形状を精度よく得ることができる。発明者は、測定対象物からの反射光が表面と境界面で発生する場合は、測定対象物に偏光を照射すると、表面からの反射光と境界面からの反射光は偏光方向が異なっていることを見出した。よって、測定対象物で反射した光がカメラに入射する前に偏光板を配置し、この偏光板の透過軸方向を変化させて撮影を行えば、測定対象物の表面に対応するパターン画像と境界面に対応するパターン画像とを取得することができ、それぞれのパターン画像から、表面と境界面の面形状をそれぞれ精度よく得ることができる。

また、本発明は、透光性板状物体と液晶モジュールとを貼り合わせて形成された測定対象物の面形状測定に適用するとよい。これによれば、タブレットＰＣやスマートフォン等のタッチパネル機器において、表面の形状と境界面の形状を精度よく測定することができる。

また、本発明の他の特徴は、面光源に形成されるパターンはストライプ状の縞であり、ストライプ状の縞の方向が異なる少なくとも２つの場合でカメラにより撮影を行い、取得された縞の方向が異なるパターン画像から、測定対象物の光が照射された面の各点における位置と傾きを計算することにある。これによれば、各点における傾きを２方向において取得することができるので、さらに面形状を精度よく測定することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、面形状測定装置としての発明に限定されるものでなく、カメラでパターン画像を撮影し、撮影した画像を別の装置で演算処理する等を行う面形状測定方法の発明としても実施し得るものである。

本発明の実施形態における面形状測定装置の全体構成図である。 面形状測定装置の外観図である。 面形状測定装置の面光源の断面構造を示した図である。 測定の際、面形状測定装置のコントローラが実行するプログラムのフロー図である。 測定対象物の面の各点における位置と傾きの計算方法を説明する際に用いる図である。 測定対象物の面の各点における位置と傾きを計算するために必要なパラメータの値を求める方法を説明する際に用いる図である。 測定対象物の面の各点における位置と傾きを計算するために必要なパラメータの値を求める方法を説明する際に用いる図である。

本発明の実施形態における面形状測定装置の構成について図１乃至図３を用いて説明する。この面形状測定装置は、タッチパネル機器における透明基板の表面形状、及び透明基板とＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の境界面形状を測定するものであり、カメラ１０、面光源２０、面光源駆動機構３０、偏光板回転機構４０、コンピュータ装置５０、ステージＳｔ、及び各種回路から成る。

面光源２０は、大型のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）であり、通常のＬＣＤのようにバックライト、液晶パネル等からなる。面光源２０に後述する面光源用電源装置２２から通電がされ、後述するパターンデータ出力回路２４からデータが入力すると、画面にストライプ状の縞が図１の紙面垂直方向に形成される。これは、面光源２０のバックライトから出射された光がストライプ状に透過率が高い箇所と低い箇所が形成された液晶パネルを介して外部に出射され、これを目視するとストライプ状の縞パターンとして見えるものである。以下、このストライプ状の縞を照明パターンという。面光源２０の断面構造は通常のＬＣＤと同じであり、図３に示すように、バックライトからの光は偏光フィルタを通って外部に出射する。よって、面光源２０から出射された光は偏光方向が１方向の光になっている。

面光源用電源装置２２は後述するコントローラ５１から作動開始の指令が入力すると、面光源２０のバックライト、液晶パネル等に通電を行う。パターンデータ出力回路２４は、後述するコントローラ５１から作動開始の指令が入力すると、面光源２０の液晶パネルに透過率が高い箇所と低い箇所をストライプ状に形成するためのデータ、すなわちストライプ状の縞を形成するためのデータを出力する。そして、コントローラ５１から作動停止の指令が入力すると、面光源用電源装置２２及びパターンデータ出力回路２４は、通電およびデータ出力を停止する。

カメラ１０はデジタルカメラであり、後述するコントローラ５１から作動開始の指令が入力すると、撮影画像のデジタルデータを設定された時間間隔でコントローラ５１に出力する。カメラ１０は、測定対象物ＯＢで入射角度と等しい角度で反射した反射光を結像レンズから入射し、ＣＣＤ又はＣＭＯＳからなる受光器で受光して、面光源２０に形成される照明パターンに対応するパターン画像をデジタルデータで出力する。面光源２０からの光は平行光ではないため、結像レンズに入射する光は面光源２０から出射される光の一部であり、結像レンズに入射する光の光軸が測定対象物ＯＢの表面と交差する点の法線に対し、入射光の成す角度と反射光の成す角度が等しい光のみが結像レンズに入射する。これは、カメラ１０はミラーを介して対象物を撮影するように、測定対象物ＯＢの表面を介して面光源２０の照明パターンを撮影すると見ることができる。すなわち、カメラ１０の受光器の位置ごと（パターン画像の位置ごと）に、像を形成するための測定対象物ＯＢへの入射光の光軸、および測定対象物ＯＢからの反射光の光軸が存在すると見なすことができる。なお、後述するように偏光板４１の透過軸方向を変化させることにより、測定対象物ＯＢの表面の他に、測定対象物ＯＢの境界面を介して照明パターンを撮影することができる。

コンピュータ装置５０は、コントローラ５１、入力装置５２及び表示装置５３からなる。コントローラ５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶されたプログラムを実行してカメラ１０及び各種回路の作動を制御する。また、カメラ１０から入力した画像データを基に表示用の画像データを作成すると共に、予めインストールされている演算プログラムによりカメラ１０から入力した画像データを用いて測定対象物ＯＢの表面および境界面の形状を計算する。入力装置５２は、コントローラ５１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、測定指示などの入力のために利用される。表示装置５３は、表示画面上にカメラ１０による撮影画像、測定における各種の設定状況、装置の作動状況、及び面形状の測定結果などを表示する。

カメラ１０の結像レンズの手前には偏光板４１が配置されており、カメラ１０の結像レンズに入射する光は偏光板４１の透過軸方向の偏光のみが入射する。偏光板４１は外周部が金属性のリングになっており、枠体４２に回転可能に係合している。そして、偏光板４１の外周部の縁は連続する凹凸（歯）が作成されており、モータ４４の回転部の歯と噛み合うようになっている。よって、モータ４４が回転すると偏光板４１も回転し、偏光板４１の透過軸方向が変化する。なお、枠体４２には、偏光板４１の回転を停止させるためのストッパが設けられている。

モータ４４は、後述するモータ制御回路４８から入力する駆動信号により正回転又は逆回転し、偏光板４１の回転位置を変化させる。モータ４４内にはエンコーダ４４ａが組み込まれており、エンコーダ４４ａは、モータ４４が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を後述する回転角度検出回路４６に出力する。このパルス列信号は位相の異なった２つがあり、２つのパルス列信号の位相関係により、モータ４４が正回転か逆回転かを判別することができる。

モータ制御回路４８は、コントローラ５１から回転位置（回転角度）を表す値を入力すると、後述する回転角度検出回路４６から入力する回転位置が、コントローラ５１から入力した回転位置に合うまで、モータ４４を正回転又は逆回転させる駆動信号を出力する。これにより、偏光板４１はコントローラ５１から指令された回転位置になる。回転角度検出回路４６は、エンコーダ４４ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントすると共に、２つのパルス列信号から回転方向を判別し、正回転又は逆回転に応じて、カウントしたパルス数をそれまでの積算カウント値に加算または減算して新たな積算カウント値とする。積算カウント値は回転位置を表す値であり、この値がコントローラ５１及びモータ制御回路４８に出力される。積算カウント値の初期の値は、面形状測定装置に電源が投入されたとき、コントローラ５１からモータ制御回路４８と回転角度検出回路４６に駆動限界位置への駆動指令が入力されることで設定される。この指令が入力すると、モータ制御回路４８はモータ４４を逆回転させる駆動信号を出力し、回転角度検出回路４６は入力するパルス信号のパルス数をカウントし、カウントしなくなった時点でモータ制御回路４８に停止指令を出力して積算カウント値を０にする。すなわち、枠体４２に設けられたストッパで回転が停止する位置が回転位置（回転角度）０となる。また、モータ制御回路４８は、予め回転速度が設定されており、モータ４４に駆動信号を出力する際、エンコーダ４４ａから入力するパルス信号の単位時間当たりのパルス数が、設定された回転速度に相当するパルス数になるよう、駆動信号の強度を制御する。これにより、偏光板４１が回転するときの回転速度は設定された速度になる。

上述したように、面光源２０から出射される光も偏光方向が１方向の光であり、カメラ１０に入射する光も偏光方向が１方向の光である。そして、発明者が確認したところ、タブレットＰＣやスマートフォン等のタッチパネル機器に偏光方向が１方向の光を照射すると、透明基板の表面での反射光及び透明基板とＬＣＤの境界面での反射光が発生するが、これら２つの反射光の偏光方向は異なっていることがわかった。よって、予め偏光板４１の透過軸方向が２つの反射光の偏光方向に合うための、偏光板４１の回転位置をそれぞれ求めてコントローラ５１に記憶しておき、その回転位置を表す値をコントローラ５１からモータ制御回路４８に出力すれば、測定対象物ＯＢの表面からの反射光による撮影画像と境界面からの反射光による撮影画像をそれぞれ得ることができる。

面光源２０は面光源駆動機構３０の移動体３２に固定されており、面光源駆動機構３０の駆動により図１の横方向に移動する。図１の横方向は、カメラ１０の結像レンズの光軸を後述するステージＳｔの表面に投影した方向であり、言い方を変えるとステージＳｔの表面に平行であり、結像レンズの光軸を含みステージＳｔの表面の法線に平行な平面に平行な方向である。

面光源駆動機構３０は、支持部材３１、移動体３２、フィードモータ３６、スクリューロッド３４等から構成される。フィードモータ３６は、面光源駆動機構３０内に固定されており、スクリューロッド３４は、図１の横方向に延設されていて、その一端部がフィードモータ３６の出力軸に連結されている。スクリューロッド３４の他端部は、支持部材３１内に設けた軸受部３３に回転可能に支持されている。また、移動体３２は、支持部材３１の対向する１対の板状のガイドにより挟まれていて、スクリューロッド３４の軸線方向に沿って移動可能となっている。よって、フィードモータ３６を正回転又は逆回転駆動させると、フィードモータ３６の回転運動が移動体３２の直線運動に変換される。フィードモータ３６内には、エンコーダ３６ａが組み込まれており、エンコーダ３６ａは、フィードモータ３６が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を位置検出回路３８及びフィードモータ制御回路３７へ出力する。

フィードモータ制御回路３７及び位置検出回路３８には、面形状測定装置に電源が投入されたとき、コントローラ５１から駆動限界位置への駆動指令が入力し、フィードモータ制御回路３７は、フィードモータ３６を駆動して移動体３２をステージＳｔ側へ移動させる。位置検出回路３８は、エンコーダ２２ａから出力されるパルス列信号が入力されなくなると、移動体３２が図１右方向の移動限界位置に達したことを表す信号をフィードモータ制御回路３７に出力し、カウント値を「０」に設定する。フィードモータ制御回路３７は、位置検出回路３８から移動限界位置を表す信号が入力すると、フィードモータ３６への駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動体３２の原点位置となり、位置検出回路３８は、原点位置を積算カウント値０とする。そして、移動体３２が移動すると、エンコーダ３６ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントすると共に、回転方向（移動方向）を判別し、それまでの積算カウント値に加算または減算して新たな積算カウント値としてフィードモータ制御回路３７及びコントローラ５１に出力する。この積算カウント値が移動体３２の移動位置である。なお、積算カウント値を長さの単位に換算して出力してもよい。

フィードモータ制御回路３７は、コントローラ５１から移動体３２の移動位置を表す値が入力すると、その移動位置に応じてフィードモータ３６を正回転又は逆回転させる駆動信号を出力し、位置検出回路３８から入力する移動位置がコントローラ５１から入力した移動位置に等しくなると駆動信号を停止する。これにより、コントローラ５１から指令された移動位置に面光源２０を位置させることができる。また、フィードモータ制御回路３７は、予め移動体３２の移動速度が設定されており、フィードモータ３６に駆動信号を出力する際、エンコーダ３６ａから入力するパルス信号の単位時間当たりのパルス数が、設定された移動速度に相当するパルス数になるよう、駆動信号の強度を制御する。これにより、移動体３２の移動速度は設定された速度になる。

ステージＳｔは、測定対象物ＯＢであるタブレットＰＣやスマートフォン等のタッチパネル機器を載置する平板状のものである。ステージＳｔの表面には、カメラの結像レンズの光軸が測定対象物ＯＢの中心付近と交差する位置に測定対象物ＯＢが載置されるように、測定対象物ＯＢの側面を押し当てる突起Ｔがある。また、この突起Ｔは底面に固定されたピンによりステージＳｔの表面に抜き差しが可能であり、ステージＳｔの表面にはそれぞれの測定対象物ＯＢの形状と大きさに合わせた位置に抜き差し用の穴が形成されている。作業者は、測定対象物ＯＢに合った位置に突起Ｔをセットして測定対象物ＯＢを載置する。

このように構成した面形状測定装置により測定対象物ＯＢの面形状を測定する際の、作業者の操作及び装置の作動について説明する。及び、取得されたパターン画像から面形状を計算する際の演算方法についても説明する。

まず、作業者は面形状測定装置の電源を投入し、ステージＳｔの測定対象物ＯＢの形状と大きさに合う位置に突起Ｔをセットして、測定対象物ＯＢを突起Ｔに押し付けるようにしてステージＳｔに載置する。次に、入力装置５２から測定開始を入力する。この指令に応答してコントローラ５１は図４に示すフローの制御プログラムの実行を開始する。

コントローラ５１はステップＳ１１でカメラ１０と各回路に作動開始の指令を出力する。これにより面光源用電源装置２２は面光源２０に通電を行い、パターンデータ出力回路２４は面光源２０にストライプ状の縞を表示させるデータを出力する。これにより、面光源２０には照明パターンが表示される。また、カメラ１０は撮影画像データのコントローラ５１への出力を開始し、表示装置５３にはカメラ１０による撮影画像が表示される。

次にステップＳ１２にて、コントローラ５１はフィードモータ制御回路３７に予め記憶されている第１の移動位置を出力することで、面光源２０を第１位置に移動させる。コントローラ５１は位置検出回路３８から入力する移動位置が第１位置になるまで待ち、次のステップＳ１３へ行く。コントローラ５１はステップＳ１３にてモータ制御回路４８に回転位置Ｓを出力することで偏光板４１を回転させ、偏光板４１の透過軸方向が測定対象物ＯＢの表面からの反射光の偏光方向と合うようにする。回転位置Ｓの値は予め測定対象物ＯＢと同じ仕様の物体に対して偏光板４１を回転させながらカメラ１０による撮影画像を見ることで得られ、コントローラ５１に記憶されている。コントローラ５１は回転角度検出回路４６から入力する回転位置が回転位置Ｓになるまで待ち、次のステップＳ１４へ行く。

コントローラ５１はステップＳ１４にて、カメラ１０から入力している撮影画像データをメモリ内に記憶する。記憶されるデータはカメラ１０の画素位置と明度値とを組にしたデータである。次にコントローラ５１はステップＳ１５にて、モータ制御回路４８に回転位置Ｂを出力することで偏光板４１を回転させ、偏光板４１の透過軸方向が測定対象物ＯＢの境界面からの反射光の偏光方向と合うようにする。回転位置Ｂの値も、予め測定対象物ＯＢと同じ仕様の物体に対して偏光板４１を回転させながらカメラ１０による撮影画像を見ることで得られ、コントローラ５１に記憶されている。コントローラ５１は回転角度検出回路４６から入力する回転位置が回転位置Ｂになるまで待ち、次のステップＳ１６へ行く。

コントローラ５１はステップＳ１６にて、カメラ１０から入力している撮影画像データをメモリ内に記憶する。次にコントローラ５１はステップＳ１７にて、フィードモータ制御回路３７に予め記憶されている第２の移動位置を出力することで、面光源２０を第２位置に移動させる。コントローラ５１は位置検出回路３８から入力する移動位置が第２位置になるまで待ち、次のステップＳ１８へ行く。コントローラ５１はステップＳ１８にて、カメラ１０から入力している撮影画像データをメモリ内に記憶する。次にコントローラ５１はステップＳ１９にて、モータ制御回路４８に回転位置Ｓを出力することで偏光板４１を回転させ、偏光板４１の透過軸方向が測定対象物ＯＢの表面からの反射光の偏光方向と合うようにする。コントローラ５１は回転角度検出回路４６から入力する回転位置が回転位置Ｓになるまで待ち、次のステップＳ２０へ行く。

コントローラ５１はステップＳ２０にて、カメラ１０から入力している撮影画像データをメモリ内に記憶する。これで必要な画像データはすべて記憶されるので、コントローラ５１は次のステップＳ２１にて、ステップＳ１１で作動開始したカメラ１０と各回路に作動停止の指令を出力し、次のステップＳ２２にて記憶した画像データから面形状を計算する処理を行う。

ステップＳ２１の時点でコントローラ５１のメモリには、次の４つのパターン画像が記憶されている。
・面光源２０の第１位置における測定対象物ＯＢの表面のパターン画像Ｐ１
・面光源２０の第２位置における測定対象物ＯＢの表面のパターン画像Ｐ２
・面光源２０の第１位置における測定対象物ＯＢの境界面のパターン画像Ｐ３
・面光源２０の第２位置における測定対象物ＯＢの境界面のパターン画像Ｐ４
コントローラ５１はステップＳ２２にてＰ１とＰ２のパターン画像を用いた演算により測定対象物ＯＢの表面の形状を算出し、Ｐ３とＰ４のパターン画像を用いた演算により測定対象物ＯＢの境界面の形状を算出する。この計算方法について図５を用いて説明する。

カメラ１０に入射する測定対象物ＯＢからの反射光の光軸Ｒは、カメラ１０の結像レンズの中心を通るものであるので、カメラ１０の受光器の位置（画素位置、パターン画像の位置）ごとに定まっている。よって、図５に示すように、測定対象物ＯＢの表面及び境界面の近傍に点線で示す基準平面ＳＳを考えると、反射光の光軸Ｒが基準平面ＳＳと交差する点ＳＰは、カメラ１０の受光器の位置ごとに定まっており、この交差する点ＳＰからカメラ１０の結像レンズ中心までの高さＨｃと横方向距離Ｌｃは受光器の位置ごとに定まっている。ここで横方向とは、基準平面ＳＳに投影した反射光の光軸Ｒの方向であり、カメラ１０の受光器の位置ごとに定まっているものである。また、高さ方向は基準平面ＳＳの法線方向である。そして、面光源２０の第１位置と第２位置を設定値とすれば、基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向における移動距離Ｍも設定値であり、基準平面ＳＳに反射光の光軸Ｒを投影した方向（横方向）における移動距離Ｍ’は、基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向と横方向とが成す角度をαとすれば、Ｍ／ｃｏｓαである。基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向は定まっており、横方向はカメラ１０の受光器の位置ごとに定まっているので、角度αもカメラ１０の受光器の位置ごとに定まっている。よって、移動距離Ｍ’もカメラ１０の受光器の位置ごとに定まっている。

また、面光源２０の第１位置と第２位置が設定値であり、面光源２０に表示される照明パターンが一定であれば、面光源２０の第１位置と第２位置における基準平面ＳＳから照明パターンの縞のそれぞれの位置までの高さも定まっている。よって、カメラ１０で得られるパターン画像の縞が面光源２０に形成される縞のどの部分かが分かれば、反射光の光軸Ｒが測定対象物ＯＢで反射して、面光源２０と交差する位置における、基準平面ＳＳからの高さＨｍ，Ｈｍ’がわかる。カメラ１０で得られるパターン画像の縞が、面光源２０に形成される照明パターンのどの部分かを判別するには、縞の濃淡を変化させる、縞ごとに長さの異なる輝線を入れる等の方法がある。また、測定対象物ＯＢの表面や境界面が基準平面ＳＳの近傍であり、ゆがみが大きくなければ、基準平面ＳＳの位置にオプチカルフラットのような高精度の平面の反射体を置き、カメラ１０によるパターン画像の縞と照明パターンの縞との対応関係を求めて記憶しておいてもよい。

また、上述のように、面光源２０の第１位置は設定値であり、交点ＳＰはカメラ１０の受光器の位置ごとに定まっているので、照明パターンのそれぞれの位置から交点ＳＰまでの横方向距離も，カメラ１０の受光器の位置ごとに定まっており、カメラ１０で得られるパターン画像の縞が照明パターンの縞のどの部分かが分かれば、反射光の光軸Ｒが測定対象物ＯＢで反射して面光源２０と交差する位置から交点ＳＰまでの横方向距離Ｌｍがわかる。すなわち図５において、カメラ１０の受光器の位置ごとに高さＨｃと横方向距離Ｌｃと移動距離Ｍ’は定まっており、得られたパターン画像からカメラ１０の受光器の位置ごとに基準平面ＳＳからの高さＨｍ，Ｈｍ’と横方向距離Ｌｍがわかる。

次にカメラ１０の受光器の位置ごとに定まる反射光の光軸Ｒが測定対象物ＯＢと交差する点ＭＰから、交点ＳＰまでの横方向距離をＸ、高さ方向距離をＺとし、交点ＭＰ周りの微小平面が、基準平面ＳＳと成す角度をΘとする。この角度Θは反射光の光軸Ｒを含み基準平面ＳＳに垂直な平面において、交点ＭＰ周りの微小平面が基準平面ＳＳと成す角度である。このＸ，Ｚ，Θは未知数であり、この値をカメラ１０の受光器の位置ごとに算出し、交点ＳＰから横方向にＸ、高さ方向にＺ移動させた点を求める。この点が、測定対象物ＯＢの面における点であり、Θがこの点における横方向からの傾きである。

Ｘ，Ｚ，Θは以下の計算で求めることができる。図５を見ると分かるように、高さＨｃ、横方向距離Ｌｃ、高さＨｍ、高さＨｍ’、距離Ｌｍ、移動距離Ｍ’およびＸ，Ｚ，Θには次の数１の連立方程式が成り立つ。

数１の連立方程式の１番目の式と２番目の式から、次の数２の式が成立する。
数１の連立方程式の３番目の式と数２の式において未知数はＸとＺの２つであるので、これからＸとＺを求めることができる。また、連立方程式の２番目の式において未知数はΘのみであるので、これからΘを求めることができる。また、求めたＸとＺを（１）式に代入してΘを求め、（２）式から求めたΘと平均してもよい。

これにより、カメラ１０の受光器の位置（パターン画像の位置）ごとにＸ，Ｚ，Θが得られ、受光器の位置に対応する基準平面ＳＳ上の座標から、横方向にＸ、高さ方向にＺだけ移動させた座標を計算すれば、測定対象物ＯＢの面における各点の座標が得られる。コントローラ５１は、得られた測定対象物ＯＢの各点の座標と傾きΘから測定対象物ＯＢの表面と境界面の形状の画像を作成し、表示装置５３に表示する。また、面形状のうねりの程度を示す値として、変化範囲（最大高さ−最小高さ）、算術平均粗さ（Ｒａ値）及び二乗平均粗さ（ＲＭＳ値）等の値を計算して表示する。そして、ステップＳ２３にて、プログラムの実行を終了する。作業者は次の測定対象物ＯＢの面形状を測定するときは、ステージＳｔに載置されている測定対象物ＯＢを取り除いて次の測定対象物ＯＢを載置し、上述した操作と同様の操作を行う。

上述した計算方法について、先行技術文献であげた特許文献１に示されている計算方法との違いを説明すると、特許文献１では面光源２０は移動せず、取得するパターン画像は１つであるため、数１の連立方程式の２番目の式を得ることができず、未知数３つに対して式が２つであり、Ｘ，Ｚ，Θを求めることはできない。このため、特許文献１における計算ではＸ、Ｚを０（測定対象物ＯＢの基準平面ＳＳからのずれなし）として、数１の連立方程式の１番目の式からΘを求め、Θのみから表面形状を求めている。これに対し、本願では面光源２０を移動させて２つのパターン画像を得ることでＸ，Ｚ，Θを求めている。これにより、測定対象物ＯＢの面が基準平面ＳＳからずれが大きい場合でも、うねりが大きい場合でも面形状を精度よく求めることができる。

上述した計算を行うには、受光器の位置ごとの高さＨｃ、横方向距離Ｌｃ、移動距離Ｍ’、受光器の位置に対応する基準平面ＳＳの座標（受光器の位置ごとの交点ＳＰの座標）、および受光器の位置ごとの横方向（基準平面ＳＳに投影した反射光の光軸Ｒの方向）、を予め得てコントローラ５１に記憶しておく必要がある。また、得られたパターン画像から受光器の位置（パターン画像の位置）ごとに、高さＨｍ，Ｈｍ’と距離Ｌｍを求めるため、照明パターンの縞のそれぞれの位置から基準平面ＳＳまでの高さと、縞のそれぞれの位置から受光器の位置ごとの交点ＳＰまでの横方向距離も予め得てコントローラ５１に記憶しておく必要がある。以下に、その求め方を説明する。

図６に示すようにステージＳｔを除去し、ステージＳｔの厚さと測定対象物ＯＢの厚さを加算した値に厚さがほぼ等しい高精度の平面を有する透光性物体ＯＰを置く。透光性物体ＯＰはオプチカルフラットのようなものでよく、この透光性物体ＯＰの面が基準平面ＳＳになる。この透光性物体ＯＰの上に９０度で交差するＬ字状物体ＪをＬ字を成す辺の方向が、基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向とこの方向の基準平面ＳＳにおける垂直方向に一致するよう置く。そして、このＬ字状物体ＪのＬ字に側面を押し付けるように十字状に目盛りが刻まれた標準ガラススケールＧを透光性物体ＯＰの面に目盛がくるように、また横軸の目盛りがカメラの撮影画像の横方向（以下、Ｘ軸方向という）に合うよう置く。Ｌ字状物体Ｊが正確に置かれたときは、標準ガラススケールＧをＬ字状物体Ｊに押し当ててカメラの撮影画像の縦方向（以下、Ｙ軸方向という）に移動させても、カメラ１０による撮影画像において標準ガラススケールＧのＹ軸方向の目盛りの位置が変化しないので、この状態になるまでＬ字状物体Ｊの位置を調整する。

次に標準ガラススケールＧのＸ軸方向の目盛りの値を画像位置に対応させて読み、記憶する。具体的には、（目盛の値，０）と画像位置の（ｘ，ｙ）座標を記憶する。次に、標準ガラススケールＧをＬ字状物体ＪのＬ字に側面を押し付けながらＹ軸方向に設定距離ａだけ移動させる。この設定距離ａは先に記憶した画像位置のラインに交差する、標準ガラススケールＧのＹ軸方向の目盛りが−ａになる位置である。そして、同様に標準ガラススケールＧのＸ軸方向の目盛りの値を画像位置に対応させて読み、記憶する。具体的には、（目盛の値，ａ）と画像位置の（ｘ，ｙ）座標を記憶する。これを繰り返し、（目盛の値，２ａ），（目盛の値，３ａ）・・・を画像位置の（ｘ，ｙ）座標に対応させて記憶させる。これによりカメラ１０の受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）に対応させて基準平面ＳＳにおける座標（受光器の位置ごとの交点ＳＰの座標）を得ることができる。なお、Ｘ軸方向の座標が不足しているときは、Ｌ字状物体ＪをＸ軸方向に移動させ、上述したように標準ガラススケールＧとカメラの撮影画像のＸ軸方向とＹ軸方向が一致するよう調整した後、同様の方法で受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）に対応させて基準平面ＳＳにおける座標を得る。このとき、先に得た受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）と重なるようにし、Ｌ字状物体ＪをＸ軸方向に移動させた距離を求め、得られた基準平面ＳＳにおける座標のｘ座標値に加算する。カメラ１０の視野範囲に比べて標準ガラススケールＧの大きさが小さい場合でも、この操作を繰り返すことにより、カメラ１０の受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）に対応させて基準平面ＳＳにおける座標を得ることができる。

次に図６に点線で示すように，透光性物体ＯＰの上にもう１つの高精度平面で表面が正方形の透光性物体ＯＰ’をＬ字状物体Ｊに側面を押し当てるように置き、上述した操作と同様に標準ガラススケールＧを置いて上述した操作と同様の操作を行い、カメラ１０の受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）に対応させて基準平面ＳＳに平行な平面の座標を得る。これにより、基準平面ＳＳと基準平面ＳＳに平行な平面において、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの座標値が得られる。同じ受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）における２つの座標値から、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの横方向（基準平面ＳＳに投影した反射光の光軸Ｒの方向）を求めることができる。このとき、２つの座標値においてｘ座標が変化しない座標群があり、この座標群の横方向が基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向である。よって、横方向と基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向が成す角度αも、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとに得ることができる。この角度αは後述するように移動距離Ｍ’を受光器の位置ごとに求める際に用いられる。

また、２つの座標値から図６に示す距離Ｌｎがわかり、透光性物体ＯＰ’の厚さＨｎは既知の値であるので、Ｈｎ／Ｌｎ がわかる。Ｈｎ／Ｌｎは、Ｈｃ／Ｌｃと等しく、数１の連立方程式を見ると分かるように、Ｈｃ、ＬｃはＨｃ／Ｌｃでしか使用されていないので、これでカメラ１０の受光器の位置ごとの高さＨｃ、横方向距離Ｌｃが得られるとみなすことができる。

次に図７に示すように透光性物体ＯＰを置いた状態で、面光源２０に照明パターン（ストライプ状の縞）を表示させる。そして、図７に示すように標準ブロックＢ１，Ｂ２を透光性物体ＯＰの上に置いて画面に接触させ、標準ブロックＢ１，Ｂ２と接触する縞の位置を求める。面光源２０の画面の仕様と画像データから、接触する縞の位置の間隔Ｗｐがわかり、標準ブロックＢ１，Ｂ２の厚さＨｓ１，Ｈｓ２は既知であるので、次の数３で面光源２の傾きΘｄを求めることができる。
（数３）
Θｄ＝ｃｏｓ^−１｛（Ｈｓ２ − Ｈｓ１）／Ｗｐ｝
そして、面光源２０の画面の仕様と画像データからわかる、照明パターン上における標準ブロックＢ１と接触する縞の位置から他の縞の位置までの距離をＷｅとすると、他の縞の位置の基準平面ＳＳからの高さＨは、次の数４で求めることができる。
（数４）
Ｈ＝Ｗｅ・ｃｏｓΘｄ ＋ Ｈｓ１
これにより、縞のそれぞれの位置（面光源２０の画面のそれぞれの位置）から基準平面ＳＳまでの高さＨが得られる。

次にカメラ１０にて照明パターンの画像を撮影する。透光性物体ＯＰの面は高精度の平面であり、これを基準平面ＳＳとしているので、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの反射光の光軸は、入射角度と反射角度が等しくなる。すなわち、入射角度Θｎは先に得られたｔａｎ^−１（Ｈｎ／Ｌｎ）〔＝ｔａｎ^−１（Ｈｃ／Ｌｃ）〕である。そして、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの基準平面ＳＳの座標（交点ＳＰの座標値）は得られており、照明パターンのそれぞれの位置から基準平面ＳＳまでの高さも得られているので、照明パターンにおける縞と撮影したパターン画像における縞とを対応づければ、照明パターンにおける対応づけられた縞の位置から受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの基準平面ＳＳの座標（交点ＳＰの座標）までの横方向距離Ｌｔを求めることができる。そして、照明パターン上における対応づけられた縞の位置からそれぞれの縞の位置まで距離をＷｆとすると、照明パターンにおける対応づけられた縞の位置からそれぞれの縞の位置までの横方向の距離Ｌｆは、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとに次の数５で求めることができる。角度αは上述したように、受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの横方向と基準平面ＳＳにカメラ１０の結像レンズの光軸を投影した方向とが成す角度である。
（数５）
Ｌｆ＝Ｗｆ・ｃｏｓΘｄ／ｃｏｓα
得られた距離Ｌｆを横方向距離Ｌｔに加算することで、照明パターンにおける縞のそれぞれの位置から受光器の位置（画像上の位置）ごとの基準平面ＳＳの座標（交点ＳＰの座標）までの距離が得られる。

移動距離Ｍ’は、面光源２０（移動体３２）の移動方向が、カメラ１０の結像レンズの光軸を基準平面ＳＳに投影させた方向に調整されていれば、上述したようにＭ／ｃｏｓαである。移動距離Ｍは設定値である第１位置と第２位置との差であるので、既知の値であり、カメラ１０の受光器の位置（画像位置のｘ，ｙ座標）ごとの角度αをＭ／ｃｏｓαに代入すれば、カメラ１０の受光器の位置ごとの移動距離Ｍ’を得ることができる。これにより、測定時の計算に必要なすべての値を得ることができる。

上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、照明パターンが形成された面光源２０から光を、タブレットＰＣやスマートフォン等のタッチパネル機器である測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢで入射角度と等しい角度で反射した光をカメラ１０に入射させて撮影することで、面光源２０に形成された照明パターンに相当するパターン画像を取得し、パターン画像から測定対象物ＯＢの面形状を計算する面形状測定装置において、面光源２０を測定対象物ＯＢとカメラ１０に対し相対的に既知の方向に既知の距離だけ移動する前と後で、カメラ１０による撮影により第１位置のパターン画像と第２位置のパターン画像を取得し、取得した第１位置のパターン画像と第２位置のパターン画像とから、測定対象物ＯＢの光が照射された面の各点における位置又は傾きを計算している。

これによれば、照明パターンの照射位置が異なる２つパターン画像が得られ、得られた２つパターン画像を用いて計算を行うことで、測定対象物ＯＢの各点の傾きに加え、各点の位置も求めることができる。よって、測定対象物ＯＢごとに厚さが異なっている場合や、面のうねりが大きい場合でも精度よく測定対象物ＯＢの面形状を得ることができる。

また、上記実施形態においては、面光源２０内に面光源２０から出射される光を偏光にする偏光フィルタと、測定対象物ＯＢで反射した光がカメラ１０に入射する前に配置した偏光板４１と、偏光板４１の透過軸方向を変化させる枠体４２、モータ４４からなる機構とを備え、カメラ１０による撮影は、偏光板４１の透過軸方向を変化させた少なくとも２つの場合で行うことにより、測定対象物ＯＢの表面での反射光によるパターン画像と測定対象物ＯＢの境界面での反射光によるパターン画像とを取得している。

これによれば、タブレットＰＣやスマートフォン等のタッチパネル機器のように測定対象物ＯＢからの反射光が表面と境界面で発生する場合でも、表面と境界面の面形状を精度よく得ることができる。よって、本発明は、タッチパネル機器のように、透光性板状物体と液晶モジュールとを貼り合わせて形成された測定対象物ＯＢの面形状測定に特に有効である。

なお、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態では、面光源２０に表示させる照明パターンをストライプ状の縞を横方向にしたものにし、照明パターンの縞と撮影により得られるパターン画像の縞との対応づけは、縞の縦方向のみを考え、横方向は対応関係は変化しないとした。別の表現をすると、測定対象物ＯＢから面光源２０に向かう反射光の光軸Ｒは、反射光の光軸Ｒを含み基準平面ＳＳに垂直な平面内においてのみ変化するとした。すなわち、測定対象物ＯＢが基準平面ＳＳと成す角度Θは、反射光の光軸Ｒを含み基準平面ＳＳに垂直な平面における角度Θのみと考えた。これは、カメラ１０の撮影を斜めから行っているので、撮影画像は上記実施形態での角度Θ（以下、Θｘという）が大きく影響するが、横方向周りの角度（傾き）Θｙの影響は小さく、面形状の算出に重要な値である交点ＳＰからの横方向距離Ｘ，高さ方向距離Ｚには角度Θｙは大きく影響しないためである。しかし、角度Θｘに加えて角度Θｙを得た方が面形状をより精度よく求めることができるので、面形状をより高精度で得たい場合は、上記実施形態の様にパターン画像を得ることに加えて、面光源２０に表示させる照明パターンの縞を縦方向にしたパターン画像を得て、Ｘ，Ｚ，Θｘを求めたパターン画像上の位置において、縦方向の縞の本来の位置よりのずれＤｅから角度Θｙを求めて、測定対象物の面における各点の座標とその座標における横方向における傾きΘｘ、と、横方向周りの傾きΘｙとから面形状を計算するようにしてもよい。この場合、横方向周りの傾きΘｙは、次の数６で計算することができる。
（数６）
Θｙ＝ｔａｎ^−１｛Ｄｅ／（Ｈｍ＋Ｚ）｝

また、上記実施形態においては、面光源２０に表示させる照明パターンを横方向のストライプ状の縞にしたが、照明パターンと撮影により得られるパターン画像とを対応づけることができれば、面光源２０に表示させるパターンはどのようなものでもよい。例えば、ドットパターンでもよい。

また、上記実施形態では面光源２０としてＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を用い、ＬＣＤに画像データを入力させてストライプ状の縞を形成したが、照明パターンが得られれば、どのような構成にしてもよい。例えば、長方形状にＬＥＤを並べた照明にストライプ状の縞が形成された透明の枠をはめて、上記実施形態と同様な照明パターンを得るようにしてもよい。

また、上記実施形態では面光源２０のＬＣＤが偏光フィルタを有することから出射する光を偏光にしたが、測定対象物ＯＢに照射される光が偏光であれば、どのような手段で偏光にしてもよい。例えば、上記変形例のように面光源２０にＬＥＤを並べた照明を使用する場合は、偏光板を面光源２０と測定対象物ＯＢの間に配置してもよい。

また、上記実施形態では偏光板４１をモータ４４により回転させることで、偏光板４１の透過軸方向を変化させたが、透過軸方向を変化させることができればどのような構造にしてもよい。例えば、透過軸方向が異なる２枚の偏光板を備え、カメラ１０の結像レンズの手前に来る偏光板が切り替わる構造にしてもよい。

また、上記実施形態では面光源２０がカメラ１０の結像レンズの光軸を基準平面ＳＳに投影した方向に移動するようにしたが、移動方向とカメラ１０の結像レンズの光軸を基準平面ＳＳに投影した方向との関係を精度よく得ることができれば、移動方向はずれていてもよい。この場合は、移動方向の関係から高さＨｍ’と移動距離Ｍを補正して正確な値にすればよい。

また、上記実施形態では面光源２０を移動させたが、面光源２０の位置は測定対象物ＯＢとカメラ１０に対して相対的に移動できればよいので、これに替えて、面光源２０を固定してステージＳｔとカメラ１０を一体にして移動させる構造にしてもよい

また、上記実施形態では測定対象物ＯＢを、タブレットＰＣやスマートフォン等のタッチパネル機器としたが、反射率の大きい平板状の測定対象物ＯＢであれば、本発明はどのような測定対象物ＯＢにも適用可能である。

また、上記実施形態は本発明を面形状測定装置に適用した形態であるが、本発明は、カメラ１０で撮影されたパターン画像を、他のコンピュータ装置で演算させる等の面形状測定方法に適用することもできる。

１０…カメラ、２０…面光源、２２…面光源用電源装置、２４…パターンデータ出力回路、３０…面光源移動機構、３１…支持材、３２…移動体、３６…フィードモータ、３７…フィードモータ制御回路、３８…位置検出回路、４０…偏光板回転機構、４１…偏光板、４２…枠体、４４…モータ、４６…回転角度検出回路、４８…モータ制御回路、５０…コンピュータ装置、５１…コントローラ、５２…入力装置、５３…表示装置、Ｓｔ…ステージ、Ｔ…突起、ＯＰ…透光性物体、Ｊ…Ｌ字状治具、Ｇ…標準ガラススケール、ＯＢ…測定対象物

Claims (5)

1. パターンが形成された面光源から光を平板状の測定対象物に照射し、前記測定対象物で入射角度と等しい角度で反射した光をカメラに入射させて撮影することで、前記面光源に形成されたパターンに相当するパターン画像を取得し、前記パターン画像から前記測定対象物の面形状を計算する面形状測定装置において、
   前記面光源に形成されたパターンのそれぞれの位置における、前記測定対象物の面近傍に設定した基準平面からの高さと、前記面光源に形成されたパターンのそれぞれの位置における、前記カメラの受光器の位置ごとの、前記カメラに入射する反射光の光軸が前記基準平面に交差する箇所までの距離と、前記カメラの受光器の位置ごとの、前記カメラに入射する反射光の光軸が前記基準平面と交差する角度とが予め前記面形状測定装置には記憶されており、
   前記面光源を、前記測定対象物と前記カメラに対し相対的に、前記測定対象物の面近傍に設定した基準平面に前記カメラの結像レンズの光軸を投影させた方向に設定距離だけ移動する前と後で、前記カメラによる撮影により第１のパターン画像と第２のパターン画像を取得し、前記取得した第１のパターン画像と第２のパターン画像のパターンを前記面光源に形成されたパターンに対応付けるとともに、前記記憶されている高さ、距離及び角度と、前記設定距離とを用いて、前記測定対象物の光が照射された面の各点における位置及び傾きを計算することを特徴とする面形状測定装置。
2. パターンが形成された面光源から光を平板状の測定対象物に照射し、前記測定対象物で入射角度と等しい角度で反射した光をカメラに入射させて撮影することで、前記面光源に形成されたパターンに相当するパターン画像を取得し、前記パターン画像から前記測定対象物の面形状を計算する面形状測定装置において、
   前記面光源を、前記測定対象物と前記カメラに対し相対的に既知の方向に既知の距離だけ移動する前と後で、前記カメラによる撮影により第１のパターン画像と第２のパターン画像を取得し、前記取得した第１のパターン画像と第２のパターン画像とから、前記測定対象物の光が照射された面の各点における位置及び傾きを計算する面形状測定装置であって、
   前記面光源から出射される光を偏光にする手段と、
   前記測定対象物で反射した光がカメラに入射する前に配置した偏光板と、
   前記偏光板の透過軸方向を変化させる透過軸方向変化手段とを備え、
   前記カメラによる撮影は、前記偏光板の透過軸方向を変化させた少なくとも２つの場合で行うことにより、前記測定対象物の表面での反射光によるパターン画像と前記測定対象物の境界面での反射光によるパターン画像とを取得することを特徴とする面形状測定装置。
3. 請求項２に記載の面形状測定装置において、
   前記測定対象物は、透光性板状物体と液晶モジュールとを貼り合わせて形成されたものであることを特徴とする面形状測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の面形状測定装置において、
   前記面光源に形成されるパターンはストライプ状の縞であり、前記ストライプ状の縞の方向が異なる少なくとも２つの場合で前記カメラにより撮影を行い、取得された縞の方向が異なるパターン画像から、前記測定対象物の光が照射された面の各点における位置と傾きを計算することを特徴とする面形状測定装置。
5. パターンが形成された面光源から光を平板状の測定対象物に照射し、前記測定対象物で入射角度と等しい角度で反射した光をカメラに入射させて撮影することで、前記面光源に形成されたパターンに相当するパターン画像を取得し、前記パターン画像から前記測定対象物の面形状を計算する面形状測定方法において、
   前記面光源に形成されたパターンのそれぞれの位置における、前記測定対象物の面近傍に設定した基準平面からの高さと、前記面光源に形成されたパターンのそれぞれの位置における、前記カメラの受光器の位置ごとの、前記カメラに入射する反射光の光軸が前記基準平面に交差する箇所までの距離と、前記カメラの受光器の位置ごとの、前記カメラに入射する反射光の光軸が前記基準平面と交差する角度とを予め記憶しておき、
   前記面光源を、前記測定対象物と前記カメラに対し相対的に、前記測定対象物の面近傍に設定した基準平面に前記カメラの結像レンズの光軸を投影させた方向に設定距離だけ移動する前と後で、前記カメラによる撮影により第１のパターン画像と第２のパターン画像を取得し、前記取得した第１のパターン画像と第２のパターン画像のパターンを前記面光源に形成されたパターンに対応付けるとともに、前記記憶しておいた高さ、距離及び角度と、前記設定距離とを用いて、前記測定対象物の光が照射された面の各点における位置及び傾きを計算することを特徴とする面形状測定方法。