(57)【要約】【課題】多重反射の影響を抑えて測定精度を向上させた三次元形状測定装置を提供する。【解決手段】三次元形状測定装置１が、測定対象物５に対して周期的な光強度分布を有した縞パターン１５を投影するパターン投影部１０と、測定対象物５に投影された縞パターン１５を撮像するパターン撮像部２０と、パターン撮像部２０に撮像された縞パターン１５の画像に基づいて、測定対象物５の三次元形状を測定する画像処理部３１とを備え、パターン投影部１０は、縞パターン１５を領域分割した複数の分割縞パターンを個別に測定対象物に対して投影可能に構成され、パターン撮像部２０は、個別に測定対象物に投影された分割縞パターンを撮像し、画像処理部３１は、複数の分割縞パターンについてパターン撮像部２０にそれぞれ撮像された分割縞パターンの画像に基づいて、測定対象物の三次元形状を測定するようになっている。【選択図】図１
2011021970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して周期的な光強度分布を有した縞パターンを投影するパターン投影部と、
前記測定対象物に投影された前記縞パターンを撮像する撮像部と、
前記撮像部に撮像された前記縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する画像処理部とを備え、
前記パターン投影部は、前記縞パターンを領域分割した複数の分割縞パターンを個別に前記測定対象物に対して投影可能に構成され、
前記撮像部は、前記個別に前記測定対象物に投影された前記分割縞パターンを撮像し、
前記画像処理部は、前記複数の分割縞パターンについて前記撮像部にそれぞれ撮像された前記分割縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、前記分割縞パターンの画像に基づいて、前記分割縞パターンが投影された分割エリアでの前記測定対象物の三次元形状を測定し、前記複数の分割縞パターンについてそれぞれ測定した前記分割エリア毎の前記測定の結果を合成することで、前記測定対象物全体の三次元形状を求めることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
前記画像処理部は、前記複数の分割縞パターンについて前記撮像部にそれぞれ撮像された前記分割縞パターンの画像を合成することで、前記測定対象物に投影された前記複数の分割縞パターンからなる前記縞パターンの合成画像を生成し、前記合成画像に基づいて前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項４】
測定対象物に対して周期的な光強度分布を有した縞パターンを投影する第１のステップと、
前記測定対象物に投影された前記縞パターンを撮像する第２のステップと、
前記第２のステップで撮像した前記縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する第３のステップとを有し、
前記第１のステップにおいて、前記縞パターンを領域分割した複数の分割縞パターンを個別に前記測定対象物に対して投影し、
前記第２のステップにおいて、前記個別に前記測定対象物に投影された前記分割縞パターンを撮像し、
前記第３のステップにおいて、前記複数の分割縞パターンについて前記第２のステップでそれぞれ撮像した前記分割縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項５】
前記第３のステップにおいて、前記分割縞パターンの画像に基づいて、前記分割縞パターンが投影された分割エリアでの前記測定対象物の三次元形状を測定し、前記複数の分割縞パターンについてそれぞれ測定した前記分割エリア毎の前記測定の結果を合成することで、前記測定対象物全体の三次元形状を求めることを特徴とする請求項４に記載の三次元形状測定方法。
【請求項６】
前記第３のステップにおいて、前記複数の分割縞パターンについて前記第２のステップでそれぞれ撮像した前記分割縞パターンの画像を合成することで、前記測定対象物に投影された前記複数の分割縞パターンからなる前記縞パターンの合成画像を生成し、前記合成画像に基づいて前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする請求項４に記載の三次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の三次元形状を測定するための三次元形状測定装置および三次元形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の三次元形状を測定する方法として、プローブ法や、光切断法、縞投影法、モアレ法など、様々なアイデアが考案されている。プローブ法は、一般的な三次元測定機に採用されている。プローブ法では、測定対象物に測定子（プローブ）を接触させ、その接触点の三次元座標をリニアスケールなどの機械的検出手段により検出し、検出した複数の点の座標に基づいて三次元形状の測定を行う。なお、測定子として光を利用した非接触プローブが使われる場合もある。
【０００３】
また、光切断法では、物体に斜め方向からシート状の光を投影してスキャンさせ、物体に現れたライン光の（基準位置からの）横ずれを検出することで、物体の三次元形状を算出する。また、縞投影法では、縞パターンを物体に投影してその位相ずれ量を検出することで、物体の三次元形状を算出する。また、モアレ法では、縞パターンを物体に投影してその物体形状に沿った変形縞像を得る。そして、変形縞像をさらに縞パターンを通して観測することでモアレパターン（等高線）を取得し、このモアレパターンから三次元形状を算出する。
【０００４】
このように、三次元形状を測定する方法には様々な方式が存在し、用途や要求精度に応じてユーザが選択している。なかでも、縞投影法、特に、位相シフト法は、簡便な方法で高精度に立体形状を測定できるため、広い分野で利用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、位相シフト法においては、表面に小さな凹凸のある物体に縞パターンを投影すると、凹面において縞パターンの多重反射が起こる場合があり、測定精度が低下する一因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、多重反射の影響を抑えて測定精度を向上させた三次元形状測定装置および三次元形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、測定対象物に対して周期的な光強度分布を有した縞パターンを投影するパターン投影部と、前記測定対象物に投影された前記縞パターンを撮像する撮像部と、前記撮像部に撮像された前記縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する画像処理部とを備え、前記パターン投影部は、前記縞パターンを領域分割した複数の分割縞パターンを個別に前記測定対象物に対して投影可能に構成され、前記撮像部は、前記個別に前記測定対象物に投影された前記分割縞パターンを撮像し、前記画像処理部は、前記複数の分割縞パターンについて前記撮像部にそれぞれ撮像された前記分割縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする三次元形状測定装置が提供される。
【０００９】
また、本発明を例示する態様に従えば、測定対象物に対して周期的な光強度分布を有した縞パターンを投影する第１のステップと、前記測定対象物に投影された前記縞パターンを撮像する第２のステップと、前記第２のステップで撮像した前記縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する第３のステップとを有し、前記第１のステップにおいて、前記縞パターンを領域分割した複数の分割縞パターンを個別に前記測定対象物に対して投影し、前記第２のステップにおいて、前記個別に前記測定対象物に投影された前記分割縞パターンを撮像し、前記第３のステップにおいて、前記複数の分割縞パターンについて前記第２のステップでそれぞれ撮像した前記分割縞パターンの画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする三次元形状測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多重反射の影響を抑えて測定精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の三次元形状測定装置を示す図である。
【図２】位相シフト法の原理図である。
【図３】位相シフト法による三次元形状測定方法を示すフローチャートである。
【図４】凹面での多重反射の影響を示す図である。
【図５】従来の投影パターンを示す図である。
【図６】本実施形態の三次元形状測定方法を示すフローチャートである。
【図７】縞パターンを示す模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）の順に、第１〜第７の分割縞パターンを示す模式図である。
【図９】三次元形状測定方法の変形例を示すフローチャートである。
【図１０】合成画像を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態の三次元形状測定装置１は、図１に示すように、測定対象物５に対して周期的な光強度分布を有した縞パターン１５を投影するパターン投影部１０と、縞パターン１５が投影された測定対象物５を撮像するパターン撮像部２０と、パターン撮像部２０に撮像された測定対象物５および縞パターン１５の画像に基づいて測定対象物５の三次元形状を測定する制御装置３０（画像処理部３１）とを備えて構成される。
【００１３】
パターン投影部１０は、照明素子１１と、パターンマスク１３と、投影レンズ１４とを有して構成される。照明素子１１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等により構成され、照明素子１１と電気的に接続された照明電源１２からの電力の供給を受けて点灯し、パターンマスク１３を照明する。パターンマスク１３は、例えば、光透過型の液晶素子等により構成され、液晶素子と電気的に接続された制御装置３０からの制御信号を受けて、光強度分布が正弦波関数となる縞パターンを形成する。これにより、照明素子１１からの光をパターンマスク１３に通過させ、投影レンズ１４により集光させることで、パターンマスク１３に形成されたパターンを縞パターン１５として測定対象物５の表面に投影することができる。
【００１４】
なお、高精度な測定を行うため、特定のピッチで縞パターン１５の位相をずらすことが要求される。位相シフト法において一般的な４バケット法では、π／２ずつ縞パターン１５の位相をずらす必要がある。本実施形態のように、パターンマスク１３に光透過型の液晶素子を使用する場合には、制御装置３０からの制御信号により液晶上の（格子ストライプの）光透過率を変化させることで、縞パターン１５の位相をずらすことができる。位相をずらす方法については、このような方法に限らず、例えば、パターンマスク１３を移動機構（図示せず）に搭載し、物理的に位相をずらすようにしてもよい。
【００１５】
パターン撮像部２０は、受光レンズ２１と、撮像素子２２とを有して構成される。測定対象物５に投影された縞パターン１５は、受光レンズ２１によって撮像素子２２の撮像面上に結像される。撮像素子２２は、撮像面上に結像した縞パターン１５の像を撮像し、画像データを制御装置３０の画像処理部３１に出力する。また、制御装置３０により、パターンマスク１３の作動制御に応じて撮像素子２２の作動が制御され、投影される縞パターン１５の位相がずれる度に、撮像素子２２が縞パターン１５の画像を逐次取得するようになっている。
【００１６】
制御装置３０は、前述のように、パターンマスク１３や撮像素子２２等の作動を制御する。また、制御装置３０は画像処理部３１を内蔵しており、この画像処理部３１は、制御装置３０の作動制御によって取得された複数の位相がずれた縞パターン１５の画像に対して所定の画像処理を行い、測定対象物５の三次元形状を測定する。位相シフト法における４バケット法の場合、縞位相がπ／２ずつずれた４枚の画像が測定に使用される。本実施形態においては、この４バケット法を例に説明を行う。なお、制御装置３０には入出力装置３５が電気的に接続されており、画像処理部３１による三次元形状の測定結果がこの入出力装置３５で出力表示される。
【００１７】
以上のように構成される三次元形状測定装置１を用いた三次元形状測定方法について、図３および図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図１に示すような凸形状の測定対象物５を測定する場合について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。この場合、従来の測定方法と同様に測定を行う。図３に、従来の測定フローを示す。はじめに、測定対象物５を図示しない載置台に載置する（ステップＳ１０１）。このとき、測定するエリアに対して測定装置の位置等の調整を行い、測定の前準備を完了させる。またこのとき、入出力装置３５の操作により、測定対象物の測定面の性状や形状に合わせて測定条件の設定を行うが、測定対象物が凸形状の測定対象物５であり、多重反射の影響を受けない場合は、従来型のパターン投影方法を選択する。
【００１８】
凸形状の測定対象物５を載置台（図示せず）に載置すると、パターン投影部１０により測定対象物５に対して縞パターン１５を投影する（ステップＳ１０２）。このとき、照明素子１１から射出された光がパターンマスク１３を通過して投影レンズ１４により測定対象物５の表面に集光され、パターンマスク１３に形成されたパターンが縞パターン１５として測定対象物５の表面に投影される。
【００１９】
測定対象物５に投影された縞パターン１５は、パターン撮像部２０の受光レンズ２１によって撮像素子２２の撮像面上に結像される。そこで、撮像素子２２は、撮像面上に結像した縞パターン１５の像を撮像し、画像データを制御装置３０の画像処理部３１に出力する（ステップＳ１０３）。
【００２０】
位相シフト法における４バケット法では、前述したように、π／２（９０度）ずつ位相をずらした４枚の縞パターン１５の画像が必要である。そのため、π／２ずつ位相をずらした４枚の縞パターン１５の画像を取得するまで、縞パターン１５の像を撮像した後、パターンマスク１３の作動により縞パターン１５の位相をπ／２だけずらして（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０３までの処理を繰り返し、縞の位相をπ／２（９０度）、π（１８０度）、３π／２（２７０度）とずらした縞パターン１５の画像を取得する。これにより、図２（ａ）に示すような、π／２（９０度）ずつ位相をずらした４枚の縞パターン１５の画像を取得することができる。なおこのとき、制御装置３０により、パターンマスク１３の作動制御に応じて撮像素子２２の作動が制御され、投影される縞パターン１５の位相がずれる度に、撮像素子２２が縞パターン１５の画像を逐次取得する。
【００２１】
π／２ずつ位相をずらした４枚の縞パターン１５の画像を取得すると、画像処理部３１は、図２（ｂ）にも示すように、取得した４枚の画像の各画素の輝度に着目して（画素毎に）位相計算を実行する（ステップＳ１０５）。なお、４バケット法での位相算出には、次の（１）式を使用する。
【００２２】
θ＝arctan{（Ｉ4−Ｉ2）／（Ｉ1−Ｉ3）}  …（１）
【００２３】
ここで、θは或る画素の初期位相である。また、Ｉ1〜Ｉ4は位相をずらしたそれぞれの画像の算出画素の輝度値である。
【００２４】
位相計算を実行した後、図２（ｃ）にも示すように、位相接続を行う（ステップＳ１０６）。位相接続を行った後、図２（ｄ）にも示すように、画素単位で座標算出を行い（ステップＳ１０７）、最後に三次元形状を構築する（ステップＳ１０８）。なお、初期位相θを算出する際の各画像での輝度値は、測定精度に応じた実際の明るさに対する輝度値のリニアリティが要求される。
【００２５】
位相シフト法は、基本的に、複数の画像にわたる各画素の輝度変化からその画素の初期位相値を算出することにより高精度な測定分解能を実現している。すなわち、初期位相値の算出に使用する輝度値の信頼性がそのポイントの測定信頼性となる。しかしながら、この輝度値は、画像取得の条件や測定対象物の表面の性状および形状により様々な影響を受ける。測定対象物に投影されるパターンは、測定対象物の表面で拡散反射され、受光部のカメラ（撮像素子２２）で位相検出可能な状態になければならない。ポイントは測定対象物の表面での拡散反射にある。例えば、白い石膏面や、白スプレーを塗布した面などでは、理想的な拡散反射が得られるので、高精度な測定が可能である。逆に、切削加工やショットブラスト等により表面に小さな凹凸のある金属表面では、正反射と拡散反射が混じった状態となり、測定精度悪化の要因となる。拡散反射が全く期待できない鏡面では、測定は困難である。
【００２６】
また、表面に小さな凸凹がある金属表面では測定精度が形状に依存しやすい。凸面形状については、外乱は無く、検出可能な拡散反射光が存在すれば測定可能である。しかしながら、凹面形状では、金属表面でパターンの多重反射が起こり、測定の障害となりやすい。例えば、金属面における凹面の傾斜部では、カメラで検出できるパターンの拡散反射光が非常に小さく、ノイズの影響を受けやすくなるのに加え、他の面から反射してくる強い多重反射光が大きな障害となる。場合によっては、拡散反射光よりもノイズ光が強くなり、正確な測定ができない。また、ノイズ光が微弱な場合でも、必要な拡散反射光のコントラストを低下させる要因となってしまう。
【００２７】
図４に、凹形状の物体の一例を示す。凹形状の測定対象物６に上面からパターンを投影すると、（凹面における）傾斜面６ａでの拡散反射による信号光Ａが非常に小さくなる（例えば、図５も参照）。さらに、他の傾斜面６ｂなどからの多重反射光Ｂが信号光Ａのコントラストを低下させて、高精度な測定を困難にする場合がある。逆に、多重反射光Ｂが信号光Ａに比べて大きい場合は、正しい測定ができない。
【００２８】
そこで、図４に示すような凹形状の測定対象物６を測定する場合について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。はじめに、測定対象物６を図示しない載置台に載置する（ステップＳ２０１）。このとき、測定するエリアに対して測定装置の位置等の調整を行い、測定の前準備を完了させる。
【００２９】
測定対象物６を載置台（図示せず）に載置すると、入出力装置３５の操作により、測定対象物の測定面の性状や形状に合わせて、パターン撮像部２０（撮像素子２２）の露出条件、ノイズ除去の手段、縞解析の条件等といった測定条件の設定を行う（ステップＳ２０２）。このとき、測定対象物が凹形状の測定対象物６であり、多重反射の影響を受ける場合は、本実施形態の縞パターン分割投影方法を選択する。
【００３０】
本実施形態の縞パターン分割投影方法では、例えば図７に示すように、画面内１ショットに７本の縞がある縞パターン１５を投影できるように設定した場合、縞パターン１５をそれぞれ７本の縞（以下、第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇと称する）に領域分割する。ここで、１本の縞の範囲、すなわち、各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの範囲は、光強度分布における１周期分の範囲、具体的には、縞の中で最も光強度（輝度値）が高い部分を中心とする±πの位相の範囲に設定される。このように第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇを設定した場合、まず、第１の分割縞パターン１６ａだけを測定対象物６に投影するようにパターンマスク１３を作動させる（ステップＳ２０３）。このとき、パターンマスク１３には、一本の分割縞パターンだけが形成される。
【００３１】
次に、パターン投影部１０により測定対象物６に対して第１の分割縞パターン１６ａを投影する（ステップＳ２０４）。このとき、照明素子１１から射出された光がパターンマスク１３を通過して投影レンズ１４により測定対象物６の表面に集光され、パターンマスク１３に形成されたパターンが第１の分割縞パターン１６ａとして測定対象物６の表面に投影される。
【００３２】
測定対象物６に投影された第１の分割縞パターン１６ａは、パターン撮像部２０の受光レンズ２１によって撮像素子２２の撮像面上に結像される。そこで、撮像素子２２は、撮像面上に結像した第１の分割縞パターン１６ａの像を撮像し、画像データを制御装置３０の画像処理部３１に出力する（ステップＳ２０５）。
【００３３】
縞解析が４バケット法の場合、π／２（９０度）ずつ位相をずらした４枚の分割縞パターン１６ａの画像を取得するまで、第１の分割縞パターン１６ａの像を撮像した後、パターンマスク１３の作動により第１の分割縞パターン１６ａの位相をπ／２だけずらして（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０５までの処理を繰り返し、縞の位相をπ／２（９０度）、π（１８０度）、３π／２（２７０度）とずらした第１の分割縞パターン１６ａの画像を取得する。なおこのとき、制御装置３０により、パターンマスク１３の作動制御に応じて撮像素子２２の作動が制御され、投影される第１の分割縞パターン１６ａの位相がずれる度に、撮像素子２２が第１の分割縞パターン１６ａの画像を逐次取得する。
【００３４】
π／２ずつ位相をずらした４枚の分割縞パターン１６ａの画像を取得すると、画像処理部３１は、取得した４枚の画像に対して、前述の位相計算や位相接続等といった処理演算を行い（ステップＳ２０７）、測定対象物６において第１の分割縞パターン１６ａが投影された分割エリアでの分割点群（画素単位の三次元座標）を算出する（ステップＳ２０８）。
【００３５】
このように分割点群を算出すると、全ての分割縞パターン１６ａ〜１６ｇについて分割点群を算出したか否かを判定する（ステップＳ２０９）。具体的には、第ｎ（ｎ＝１〜７）の分割縞パターンについて分割点群を算出したときに、ｎ＝７であったか否かを判定する。判定がＮｏの場合、ｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ２１０）、ｎ＝７になるまで、すなわち、未だ分割点群を算出していない分割縞パターンについてステップＳ２０３〜ステップＳ２０８の処理を繰り返す。これにより、図８（ａ）〜（ｇ）に示すように、第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇが個別に凹形状の測定対象物６に投影されて、パターン撮像部２０（撮像素子２２）で各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの像が個別に撮像され、画像処理部３１により各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇが投影された分割エリアでの分割点群（分割エリアでの画素単位の三次元座標）が個別に算出されることになる。
【００３６】
一方、判定がＹｅｓの場合、全ての分割縞パターン１６ａ〜１６ｇについてそれぞれ算出した分割エリア毎の分割点群を合成し（ステップＳ２１１）、各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇが投影されたエリア全体の点群（測定対象物６全体での画素単位の三次元座標）を算出する（ステップＳ２１２）。なお、このようにして算出したエリア全体の点群は、入出力装置３５に出力表示される。
【００３７】
位相シフト法（縞投影法）は、撮像エリアを１ショットとして測定する所が特徴であるが、前述したように、凹面では多重反射の影響を受けて測定精度が低下する場合がある。本実施形態では、縞パターン１５を領域分割して投影することにより形状測定エリアの大きさを制限することで、多重反射のリスクを最小限に抑えることができる。このようにすれば、多重反射の影響を抑えて測定精度を向上させることが可能になる。
【００３８】
また、複数の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇについてそれぞれ測定した分割エリア毎の測定結果（分割点群）を合成することで、測定対象物全体の三次元形状を求めるようにすれば、より確実に測定精度を向上させることが可能になる。
【００３９】
次に、縞パターン分割投影方法を選択する場合の変形例について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。はじめに、測定対象物６を図示しない載置台に載置する（ステップＳ３０１）。このとき、前述の実施形態の場合と同様に、入出力装置３５の操作により、測定対象物の測定面の性状や形状に合わせて測定条件の設定を行い、測定対象物が凹形状の測定対象物６であり、多重反射の影響を受ける場合に、縞パターン分割投影方法を選択する。
【００４０】
前述の実施形態の場合と同様に、画面内１ショットに７本の縞がある縞パターン１５を投影できるように設定した場合、縞パターン１５をそれぞれ７本の縞（第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇ）に領域分割する。そこでまず、パターンマスク１３の作動によりパターンの位相を所定の第１の位相に設定するとともに（ステップＳ３０２）、測定対象物６に投影するパターンを第１の分割縞パターン１６ａに設定する（ステップＳ３０３）。
【００４１】
このように設定を行うと、第１の分割縞パターン１６ａを測定対象物６に対して投影し、その画像を取得する（ステップＳ３０４）。このとき、照明素子１１から射出された光がパターンマスク１３を通過して投影レンズ１４により測定対象物６の表面に集光され、パターンマスク１３に形成されたパターンが第１の分割縞パターン１６ａとして測定対象物６の表面に投影される。測定対象物６に投影された第１の分割縞パターン１６ａは、受光レンズ２１によって撮像素子２２の撮像面上に結像されるので、撮像素子２２は、撮像面上に結像した第１の分割縞パターン１６ａの像を撮像し、画像データを制御装置３０の画像処理部３１に出力する。
【００４２】
次に、同じ位相の全ての分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの画像を取得したか否かを判定する（ステップＳ３０５）。具体的には、第ｎ（ｎ＝１〜７）の分割縞パターンの画像を取得したときに、ｎ＝７であったか否かを判定する。判定がＮｏの場合、ｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ３０６）、ｎ＝７になるまで、すなわち、未だ画像を取得していない同じ位相の分割縞パターンについてステップＳ３０３〜ステップＳ３０４の処理を繰り返す。これにより、図８（ａ）〜（ｇ）に示すように、第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇが個別に凹形状の測定対象物６に投影されて、パターン撮像部２０（撮像素子２２）で各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの画像が個別に撮像取得されることになる。
【００４３】
一方、判定がＹｅｓの場合、画像処理部３１は、取得した（同じ位相の）第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの画像を合成し、図１０に示すような、測定対象物６に投影された第１〜第７の分割縞パターン１６ａ〜１６ｇからなる縞パターンの合成画像１８を生成する（ステップＳ３０７）。縞パターンの合成画像１８を生成する方法として、例えば、縞パターンが投影されている部分はそれ以外の部分に比べて明るいため、全ての分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの画像の画素同士を比較し、最も明るい輝度値をその画素の輝度値とする方法が考えられる。こうして得られた合成画像１８は、４バケット法の１枚目（第１の位相）の画像に相当する。また、このような合成画像１８は、縞が領域分割されて投影されているため、従来のように測定エリアを一括で露光する場合に比べ、周辺からの多重反射光の影響は非常に小さい。
【００４４】
縞パターンの合成画像１８を生成すると、全ての位相について合成画像１８を生成したか否かを判定する（ステップＳ３０８）。具体的には、第ｍ（ｍ＝１〜４）の位相の合成画像１８を生成したときに、ｍ＝４であったか否かを判定する。判定がＮｏの場合、各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇの位相をπ／２だけずらしてｍ＝ｍ＋１とし（ステップＳ３０９）、ｍ＝４になるまで、すなわち、未だ合成画像１８を生成していない第ｍの位相についてステップＳ３０２〜ステップＳ３０７の処理を繰り返す。これにより、縞の位相をπ／２（９０度）、π（１８０度）、３π／２（２７０度）とずらした合成画像１８をさらに生成して、π／２（９０度）ずつ位相をずらした４枚の合成画像１８を取得することができる。
【００４５】
π／２ずつ位相をずらした４枚の合成画像１８を取得すると、画像処理部３１は、取得した４枚の合成画像１８の各画素の輝度に着目して（画素毎に）位相計算を実行する（ステップＳ３１０）。なお、位相算出には、前述の（１）式を使用する。
【００４６】
位相計算を実行した後、位相接続を行う（ステップＳ３１１）。そして、位相接続を行った後、画素単位で座標算出を行い（ステップＳ３１２）、最後に三次元形状を構築する（ステップＳ３１３）。
【００４７】
このようにしても、縞パターン１５を領域分割して投影することにより形状測定エリアの大きさを制限することで、多重反射のリスクを最小限に抑えることができるため、多重反射の影響を抑えて測定精度を向上させることが可能になる。また、各分割縞パターン１６ａ〜１６ｇを画像の段階で合成することができるため、三次元の座標算出を行った後にその結果を合成するよりも処理を単純化することができる。
【００４８】
なお、上述の実施形態において、パターン投影部１０がＬＥＤ等の照明素子１１を有して構成されているが、これに限られるものではなく、照明素子１１を内蔵せずに、ハロゲンランプや、メタルハライドランプ、水銀ランプ等といった外部照明からの光を光ファイバ等により導入するようにしてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態において、パターンマスク１３として光透過型の液晶素子を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、反射型の液晶素子やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子等を用いるようにしてもよい。また、縞パターンが形成されたガラスマスクを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  三次元形状測定装置
５  凸形状の測定対象物                  ６  凹形状の測定対象物
１０  パターン投影部                    １５  縞パターン
１６ａ  第１の分割縞パターン            １６ｂ  第２の分割縞パターン
１６ｃ  第３の分割縞パターン            １６ｄ  第４の分割縞パターン
１６ｅ  第５の分割縞パターン            １６ｆ  第６の分割縞パターン
１６ｇ  第７の分割縞パターン
１８  合成画像
２０  パターン撮像部
３０  制御装置                          ３１  画像処理部
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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【図５】
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