(57)【要約】【課題】１種類の投影パターンを用いた簡便な方法で被検物の三次元形状を測定することができる形状測定装置を提供する。【解決手段】形状測定装置１は、被検物５の一部の領域に縞パターンを投影するパターン投影部１０と、被検物５に投影された縞パターンを撮像する撮像部２０と、縞パターンの画像において、画像表面を通る所定の直線上での画像のコントラスト分布を算出し、そのコントラスト分布に基づいて前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出し、前記所定の直線を画像表面に沿って移動させつつ前記中心位置の算出を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて被検物５の断面形状を算出するコンピュータ４０とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2011153922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影するパターン投影部と、
前記パターン投影部により前記被検物に投影された前記投影パターンを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上での前記画像のコントラスト分布を算出し、そのコントラスト分布に基づいて前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する中心演算部と、
前記中心演算部により前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記中心位置の算出を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する形状演算部とを備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記中心演算部は、前記画像における対象点の輝度値と、前記対象点から前記投影パターンの周期の１/２の距離だけ離れた点の輝度の平均値との差分の絶対値を算出して前記コントラスト分布を求めることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記中心演算部は、前記画像における対象点の輝度値と、前記対象点近傍の複数点の輝度の平均値との差分の絶対値を算出して前記コントラスト分布を求めることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影するパターン投影部と、
前記パターン投影部により前記被検物に投影された前記投影パターンを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上における所定領域内での前記画像の最大輝度値分布を算出し、その最大輝度値分布に基づいて前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する中心演算部と、
前記中心演算部により前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記中心位置の算出を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する形状演算部とを備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
前記中心演算部は、前記画像における対象点および前記対象点近傍の複数点内での輝度の最大値を算出して前記最大輝度値分布を求めることを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記中心演算部は、算出した前記コントラスト分布もしくは前記最大輝度値分布に所定の閾値を設け、その閾値を超えるコントラスト値もしくは最大輝度値を有する前記所定の直線上の領域の中心位置を算出することで前記パターン投影領域の中心位置を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記中心演算部は、算出した前記コントラスト分布もしくは前記最大輝度値分布を積分してその重心位置を算出することで前記パターン投影領域の中心位置を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記パターン投影部により前記被検物に投影された前記投影パターンと前記被検物との相対位置を変化させる相対移動部を備え、
前記形状演算部は、前記相対移動部により前記投影パターンと前記被検物との相対位置を変化させながら複数の位置での前記断面形状を算出して前記被検物の三次元形状を求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項９】
被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影する第１のステップと、
前記被検物に投影された前記投影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投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上での前記画像のコントラスト分布を算出する第３のステップと、
前記第３のステップで算出した前記コントラスト分布に基づいて、前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する第４のステップと、
前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記第３および第４のステップの演算を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する第５のステップとを備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項１０】
被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影する第１のステップと、
前記被検物に投影された前記投影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投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上における所定領域内での前記画像の最大輝度値分布を算出する第３のステップと、
前記第３のステップで算出した前記最大輝度値分布に基づいて、前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する第４のステップと、
前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記第３および第４のステップの演算を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する第５のステップとを備えることを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物の形状を測定するための形状測定装置および形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の三次元形状を非接触で高精度に測定する手法の一つとして、パターン投影法が従来から知られている（例えば、非特許文献１を参照）。このパターン投影法は、例えば、光強度分布が一方向に白黒と並んだ縞パターンを被検物の全面に投影し、縞パターンの光強度分布を前記一方向に四分の一周期ずつ移動させて（縞走査を行って）、位相の異なる４枚のパターン画像を取得する。そして、パターン投影法は、取得した４枚のパターン画像から各点における縞パターンの位相を求め、その位相情報から被検物の高さを演算し、被検物の三次元形状を求める手法である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】吉澤徹編著，「最新光三次元計測（第44頁〜第52頁）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなパターン投影法では、表面に段差のある被検物に縞パターンを投影すると、段差の上部と下部とで縞パターンの関係がわからなくなり、段差の量を測定することが困難となる。そのため、縞ピッチの異なる複数の縞パターンを投影する方法（空間コード化法）などを用いて段差の量を測定して被検物の三次元形状を求める必要があった。また、パターン投影法では、上述したように縞走査を行って複数のパターン画像を取得する必要があり、この点でも複数の縞パターンを順次投影する必要があった。このように従来のパターン投影法では、被検物の三次元形状を測定するために、複数の種類のパターンを投影することが必要であった。また、縞パターンを被検物の全面に投影するため、光源から射出された光を被検物の全面に照射するので、得られる画像の光強度が低くなるという問題や、パターンを投影するための投影レンズに高い性能が求められる（ディストーションの小さい投影レンズが求められる）という問題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みたものであり、１種類の投影パターンを用いた簡便な方法で被検物の三次元形状を測定することができる形状測定装置および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】
【０００６】
このような目的を達成するため、第１の本発明に係る形状測定装置は、被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影するパターン投影部と、前記パターン投影部により前記被検物に投影された前記投影パターンを撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上での前記画像のコントラスト分布もしくは強度分布を算出し、そのコントラスト分布もしくは強度分布に基づいて前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する中心演算部と、前記中心演算部により前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記中心位置の算出を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する形状演算部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記のような目的を達成するため、第２の本発明に係る形状測定装置は、被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影するパターン投影部と、前記パターン投影部により前記被検物に投影された前記投影パターンを撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上における所定領域内での前記画像の最大輝度値分布を算出し、その最大輝度値分布に基づいて前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する中心演算部と、前記中心演算部により前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記中心位置の算出を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する形状演算部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、上記のような目的を達成するため、第３の本発明に係る形状測定方法は、被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影する第１のステップと、前記被検物に投影された前記投影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投影パターンの画像において、所定の直線上での前記画像のコントラスト分布を算出する第３のステップと、前記第３のステップで算出した前記コントラスト分布に基づいて、前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する第４のステップと、前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記第３および第４のステップの演算を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する第５のステップとを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記のような目的を達成するため、第４の本発明に係る形状測定方法は、被検物の一部の領域に周期的な光強度分布を有した投影パターンを投影する第１のステップと、前記被検物に投影された前記投影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投影パターンの画像において、前記画像表面を通る所定の直線上における所定領域内での前記画像の最大輝度値分布を算出する第３のステップと、前記第３のステップで算出した前記最大輝度値分布に基づいて、前記所定の直線上におけるパターン投影領域の中心位置を算出する第４のステップと、前記所定の直線を前記画像表面に沿って移動させつつ前記第３および第４のステップの演算を行って取得した各々の前記中心位置に基づいて前記被検物の断面形状を算出する第５のステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１種類の投影パターンを用いた簡便な方法で被検物の三次元形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の形状測定装置を示す図である。
【図２】上記形状測定装置を用いて取得したパターン画像を示す模式図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は図２に示す直線ｘ上での輝度分布が２値化された周期関数となる場合を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す輝度分布から算出したコントラスト分布を示すグラフである。
【図５】本発明に係る第２実施形態の形状測定方法を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は図２に示す直線ｘ上での輝度分布が正弦波状の周期関数となる場合を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す輝度分布から算出した所定領域内での最大輝度値分布を示すグラフである。
【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。本実施形態の形状測定装置１は、図１および図２に示すように、被検物５の一部領域に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が投影された被検物５を撮像する撮像部２０と、パターン投影部１０により投影された縞パターン１５と直交する方向に被検物５を移動させる移動機構３０と、撮像部２０により撮像された被検物５および縞パターン１５の画像に基づいて被検物５の三次元形状を算出するコンピュータ４０とを有して構成される。
【００１３】
パターン投影部１０は、照明光を射出する光源１１と、光源１１から射出された照明光を平行光に変換するコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２によって変換された平行光が入射する位置に設けられ、平行光に光強度分布が一方向に周期関数となる縞パターンを付与する投影チャート１３と、投影チャート１３を透過した光を集光する投影レンズ１６とを有して構成される。投影チャート１３は、光軸方向に貫通したスリットが形成されており、そのスリット内にパターンマスク１４を有して構成される。パターンマスク１４は、光透過型の液晶素子やＤＭＤ（Digital Mirror Device）等により構成され、コンピュータ４０からの制御信号を受けて、光強度分布が一方向に周期関数となる縞パターンを形成する。
【００１４】
このように構成されたパターン投影部１０では、光源１１から射出された照明光をコリメータレンズ１２を介して投影チャート１３に入射させ、投影チャート１３のパターンマスク１４を透過した光を投影レンズ１６により集光させることで、パターンマスク１４に形成された縞パターンを縞パターン１５として被検物５の一部領域に投影することができる。このようにパターン投影部１０では、縞パターンを投影する領域が従来の方法に比べて狭いため、投影レンズは狭い投影領域に対してだけ結像性能を満たしていればよく、特にディストーションの補正が容易になる。このため、投影レンズは簡易な構成となり、小型化および軽量化を実現できる。
【００１５】
撮像部２０は、結像レンズ２１と、撮像素子２２とを有して構成される。被検物５に投影された縞パターン１５は、結像レンズ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、その画像データをコンピュータ４０に出力する。上述のようにパターン投影部１０による投影領域が従来の方法に比べて狭いため、被検物５に照射される光の照度が高くなる。このため、撮像部２０では従来の方法に比べて撮像時間が短くなる。
【００１６】
移動機構３０は、パターン投影部１０により被検物５の一部領域に投影された縞パターン１５をスキャンさせて被検物５の全領域に順次投影させるため、パターン投影部１０により投影された縞パターン１５と直交する方向に被検物５を移動させる機構である。なお、移動機構３０は、このときの移動量を測定するセンサ（測長センサ）を備えている。
【００１７】
コンピュータ４０は、光源１１、撮像素子２２および移動機構３０を駆動制御し、被検物５に投影された縞パターン１５を被検物５の表面においてスキャンさせながら縞パターン１５の画像データを順次取得する。そして、コンピュータ４０は、取得した各縞パターン１５の画像データから被検物５の各位置での断面形状を算出し、それらの断面形状を繋ぎ合わせて被検物５の三次元形状を測定する。この測定方法については後述する。なお、コンピュータ４０には表示装置４５が接続されており、コンピュータ４０により取得された縞パターン１５の画像データおよび被検物５の形状測定結果などが表示装置４５に出力表示される。
【００１８】
以上のように構成された形状測定装置を用いて被検物５の三次元形状を測定する測定方法について、図３および図４を併せて参照しながら説明する。はじめに、パターン投影部１０により被検物５の一部領域に縞パターン１５を投影する（ステップＳ１）。このとき、光源１１から射出された照明光が投影チャート１３のパターンマスク１４を透過して投影レンズ１６により被検物５の表面に集光され、パターンマスク１４に形成された光強度分布が一方向に周期関数となる縞パターンが縞パターン１５として被検物５の一部領域に投影される（図４（ｂ）を参照）。なお、図４では、光強度分布が一方向に２値化された周期関数となる縞パターン１５を投影した場合を示している。
【００１９】
そして、撮像部２０により縞パターン１５が投影された被検物５を撮像し、縞パターン１５の画像を取得する（ステップＳ２）。パターン投影部１０により被検物５に投影された縞パターン１５は、撮像部２０の結像レンズ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、その画像データをコンピュータ４０に出力する。
【００２０】
ステップＳ２で縞パターン１５の画像を取得すると、コンピュータ４０は、取得した画像の各画素の輝度値に基づいて縞パターン１５に直交する直線ｘ（図２を参照）上でのコントラスト分布を算出し（ステップＳ３）、算出したコントラスト分布に基づいて直線ｘ上における縞投影領域の中心位置を算出する（ステップＳ４）。コントラスト分布の算出は、次式（１）を用いて行う。
【００２１】
【数１】
2011153922.tif 000003
【００２２】
ここで、Ｉ(ｎ)は算出対象の画素（以下、対象画素という）の輝度値である。また、Ｉ(ｎ−Ｔ/２)およびＩ(ｎ＋Ｔ/２)はそれぞれ対象画素から投影したパターンの周期の１/２の距離だけ離れた画素の輝度値である。すなわち、Ｄは、対象画素の輝度値と、対象画素から投影したパターンの周期の１/２の距離だけ離れた画素の輝度の平均値との差分の絶対値である。
【００２３】
例えば、図４（ａ）に、光強度分布が２値化された周期関数となる縞パターン１５と直交する直線ｘ上において、縞パターン１５の光強度分布の周期（以下、単に縞パターン１５の周期という）が撮像素子２２の４画素に相当し、そのときの直線ｘ上の各画素の輝度値を示している。この場合に、上記式（１）を用いてコントラスト分布（差分Ｄ）を算出すると、図４（ｂ）に示すように算出される。
【００２４】
ステップＳ３でコントラスト分布が求まると、そのコントラスト分布に所定の閾値を設け、その閾値を超えるコントラスト値を有する直線ｘ上の領域の中心位置を算出することで、直線ｘ上における縞投影領域の中心位置Ｃ（図４（ｂ）を参照）を求める。なお、ステップＳ３で算出したコントラスト分布を積分してその重心位置を算出することで、前記縞投影領域の中心位置Ｃを求めてもよい。
【００２５】
なお、上述のステップＳ３では、上記式（１）を用いてコントラスト分布（差分Ｄ）を算出する場合について説明したが、例えば次式（２）もしくは（３）に示すように、対象画素と対象画素近傍の複数画素の輝度値の平均値との差分の絶対値を算出する式を用いてコントラスト分布を算出してもよい。例えば、図４（ａ）に示すように直線ｘ上の各画素の輝度値が分布する場合に、次式（２）もしくは（３）を用いてコントラスト分布（Ｂ５，Ｂ９）を算出すると、図４（ｂ）に示すように算出される。
【００２６】
【数２】
2011153922.tif 000004
【００２７】
ここで、Ｉ(ｎ)は上記同様に対象画素の輝度値である。また、Ｉ(ｎ−１)およびＩ(ｎ＋１)はそれぞれ対象画素に隣接する画素の輝度値であり、順次、各画素に隣接する画素の輝度値がＩ(ｎ−２)およびＩ(ｎ＋２)、Ｉ(ｎ−３)およびＩ(ｎ＋３)、・・・である。すなわち、Ｂ５は、対象画素の輝度値と対象画素近傍の５個の画素の輝度の平均値との差分の絶対値である。また、Ｂ９は、対象画素の輝度値と対象画素近傍の９個の画素の輝度の平均値との差分の絶対値である。
【００２８】
上記式（１）〜（３）の他に、対象画素の輝度値と対象画素近傍の１３個の画素の輝度の平均値との差分の絶対値（Ｂ１３）を算出する式等を用いてコントラスト分布を算出してもよい。このように、コントラスト分布の算出は、複数の式（例えば上記式（１）〜（３））のいずれかを用いて行うことができるが、縞投影領域およびその近傍領域だけで高いコントラスト値をとる式を、投影した縞パターン１５の周期に応じて選択して用いる。
【００２９】
ステップＳ４で直線ｘ上における縞投影領域の中心位置Ｃが求まると、三角測量法を用いて中心位置Ｃの高さを算出する（ステップＳ５）。なお、三角測量法については公知の算出法であるため、ここでの説明は省略する。
【００３０】
このようにステップＳ３〜Ｓ５を経て、直線ｘ上における縞投影領域の中心位置Ｃの高さが求まると、直線ｘを縞パターン１５の画像表面に沿って移動させつつ上記ステップＳ３〜Ｓ５の演算を行い、算出した各中心位置の高さを繋ぎ合わせて被検物５の断面形状を求める（ステップＳ６）。
【００３１】
ステップＳ６で被検物５の断面形状が求まると、移動機構３０により被検物５を縞パターン１５と直交する方向に移動させて、パターン投影部１０により投影される縞パターン１５をスキャンさせながら縞パターン１５の画像を順次取得し（ステップＳ７）、取得した各画像において上記ステップＳ３〜Ｓ６の演算を行い、算出した被検物５の各断面形状を繋ぎ合わせて被検物５の三次元形状を求め（ステップＳ８）、形状測定を終了する。
【００３２】
このように本実施形態では、被検物５の一部領域に投影した縞パターン１５を被検物５の表面上においてスキャンさせながら縞パターン１５の画像を順次取得し、取得した各々の縞パターン１５の画像において、画像のコントラスト分布に基づいて被検物５の断面形状をそれぞれ算出することで、被検物５の三次元形状を求めることができる。前述したように、従来のパターン投影法では、被検物の三次元形状を求めるために複数の種類のパターンを投影することが必要であるに対し、本実施形態では、１種類の投影パターン（縞パターン１５）を用いた簡便な方法で被検物５の三次元形状を測定することができる。
【００３３】
上述した実施形態では、光強度分布が一方向に２値化された周期関数となる縞パターン１５を投影した場合について説明したが、以下では、光強度分布が一方向に正弦波状の周期関数となる縞パターン１５を投影した場合の測定方法について、図５および図６を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、上述した実施形態と同様に、パターン投影部１０により被検物５の一部領域に縞パターン１５を投影する（ステップＳ１１）。このとき、光源１１から射出された照明光が投影チャート１３のパターンマスク１４を透過して投影レンズ１６により被検物５の表面に集光され、パターンマスク１４に形成された光強度分布が一方向に正弦波状の周期関数となる縞パターンが縞パターン１５として被検物５の一部領域に投影される（図６（ａ）を参照）。
【００３５】
そして、撮像部２０により縞パターン１５が投影された被検物５を撮像し、縞パターン１５の画像を取得する（ステップＳ１２）。パターン投影部１０により被検物５に投影された縞パターン１５は、撮像部２０の結像レンズ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、その画像データをコンピュータ４０に出力する。
【００３６】
ステップＳ１２で縞パターン１５の画像を取得すると、コンピュータ４０は、取得した画像の各画素の輝度値に基づいて縞パターン１５に直交する直線ｘ（図２を参照）上における所定領域内での最大輝度値分布を算出し（ステップＳ１３）、算出した最大輝度値分布に基づいて直線ｘ上における縞投影領域の中心位置を算出する（ステップＳ１４）。最大輝度値分布の算出は、次式（４）を用いて行う。
【００３７】
【数３】
2011153922.tif 000005
【００３８】
ここで、上記同様に、Ｉ(ｎ)は対象画素の輝度値であり、Ｉ(ｎ−１)およびＩ(ｎ＋１)はそれぞれ対象画素に隣接する画素の輝度値であり、Ｉ(ｎ−２)およびＩ(ｎ＋２)はそれぞれＩ(ｎ−１)およびＩ(ｎ＋１)の画素に隣接する画素の輝度値である。すなわち、Ｍ５は、対象画素と対象画素近傍の４個の画素（計５個の画素）内での輝度の最大値である。
【００３９】
例えば、図６（ａ）に、光強度分布が正弦波状の周期関数となる縞パターン１５と直交する直線ｘ上において、縞パターン１５の周期が撮像素子２２の４画素に相当し、そのときの直線ｘ上の各画素の輝度値を示している。この場合に、上記式（４）を用いて最大輝度値分布（Ｍ５）を算出すると、図６（ｂ）に示すように算出される。
【００４０】
ステップＳ１３で最大輝度値分布が求まると、その最大輝度値分布に所定の閾値を設け、その閾値を超える最大輝度値を有する直線ｘ上の領域の中心位置を算出することで、直線ｘ上における縞投影領域の中心位置Ｃ′（図６（ｂ）を参照）を求める。なお、ステップＳ１３で算出した最大輝度値分布を積分してその重心位置を算出することで、前記縞投影領域の中心位置Ｃ′を求めてもよい。
【００４１】
なお、上述のステップＳ１３では、上記式（４）を用いて最大輝度値分布（Ｍ５）を算出する場合について説明したが、例えば、対象画素と対象画素近傍の８個の画素（計９個の画素）内での輝度の最大値を算出する次式（５）を用いて最大輝度値分布を算出してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように直線ｘ上の各画素の輝度値が分布する場合に、次式（５）を用いてコントラスト分布（Ｍ９）を算出すると、図６（ｂ）に示すように算出される。
【００４２】
【数４】
2011153922.tif 000006
【００４３】
ここで、上記同様に、Ｉ(ｎ)は対象画素の輝度値であり、Ｉ(ｎ−１)およびＩ(ｎ＋１)はそれぞれ対象画素に隣接する画素の輝度値であり、順次、各画素に隣接する画素の輝度値がＩ(ｎ−２)およびＩ(ｎ＋２)、Ｉ(ｎ−３)およびＩ(ｎ＋３)、・・・である。
【００４４】
上記式（４），（５）の他に、対象画素と対象画素近傍の１２画素（計１３個の画素）内での輝度の最大値（Ｍ１３）を算出する式等を用いて最大輝度値分布を算出してもよい。このように、最大輝度値分布の算出は、複数の式（例えば上記式（４），（５））のいずれかを用いて行うことができるが、縞投影領域およびその近傍領域だけで最大輝度値をとる式を、投影した縞パターン１５の周期に応じて選択して用いる。
【００４５】
ステップＳ１４で直線ｘ上における縞投影領域の中心位置Ｃ′が求まると、三角測量法を用いて中心位置Ｃ′の高さを算出する（ステップＳ１５）。なお、上記同様に三角測量法については公知の算出法であるため、ここでの説明は省略する。
【００４６】
このようにステップＳ１３〜Ｓ１５を経て、直線ｘ上における縞投影領域の中心位置Ｃ′の高さが求まると、直線ｘを縞パターン１５の画像表面に沿って移動させつつ上記ステップＳ１３〜Ｓ１５の演算を行い、算出した各中心位置の高さを繋ぎ合わせて被検物５の断面形状を求める（ステップＳ１６）。
【００４７】
ステップＳ１６で被検物５の断面形状が求まると、移動機構３０により被検物５を縞パターン１５と直交する方向に移動させて、パターン投影部１０により投影される縞パターン１５をスキャンさせながら縞パターン１５の画像を順次取得し（ステップＳ１７）、取得した各画像において上記ステップＳ１３〜Ｓ１６の演算を行い、算出した被検物５の各断面形状を繋ぎ合わせて被検物５の三次元形状を求め（ステップＳ１８）、形状測定を終了する。
【００４８】
このように本実施形態では、被検物５の一部領域に投影した縞パターン１５を被検物５の表面上においてスキャンさせながら縞パターン１５の画像を順次取得し、取得した各々の縞パターン１５の画像において、画像の所定範囲内での最大輝度値分布に基づいて被検物５の断面形状をそれぞれ算出することで、被検物５の三次元形状を求めることができる。したがって、本実施形態でも、従来のパターン投影法と比べて、１種類の投影パターン（縞パターン１５）を用いた簡便な方法で被検物５の三次元形状を測定することができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、移動機構３０により被検物５を移動させて、パターン投影部１０により投影された縞パターン１５を被検物５の表面上においてスキャンさせる構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、パターン投影部と撮像部を一体として移動させる、もしくはパターン投影部および被検物をそれぞれ移動させて、投影パターンを被検物の表面上においてスキャンさせるように構成してもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、ステップＳ３，Ｓ１３において、縞パターン１５に直交する直線ｘ上でのコントラスト分布、もしくは、直線ｘ上における所定領域内での最大輝度値分布を算出しているが、直線ｘ上でのコントラスト分布もしくは最大輝度値分布を算出するのではなく、任意の直線上でのコントラスト分布もしくは最大輝度値分布を算出するようにしてもよい。ただし、本実施形態のように、投影パターンが一方向に周期関数となる光強度分布を有し、それに直交する方向（直線ｘ上）のコントラスト分布もしくは最大輝度値分布を算出することで演算時間を短縮でき、効率的に計測を行うことができる。
【００５１】
また、上述した実施形態では、光強度分布が一方向に２値化された周期関数となる縞パターンを投影した場合、および、光強度分布が一方向に正弦波状の周期関数となる縞パターンを投影した場合について説明したが、投影パターンはこのようなパターンに限定されない。ただし、投影パターンは略一定の周期の光強度分布を有するコントラストの高いパターンであることが好ましい。また、投影パターンは、撮像素子において撮像された場合に、撮像素子のナイキスト周波数を超えない周期の光強度分布を有するパターンであることが好ましい。また、投影パターンは、撮像素子において撮像された場合に、撮像素子の２画素以上の周期の光強度分布を有するパターンであることが好ましい。
【符号の説明】
【００５２】
１    形状測定装置
５    被検物
１０  パターン投影部
１５  縞パターン（投影パターン）
２０  撮像部
３０  移動機構（相対移動部）
４０  コンピュータ（中心演算部、形状演算部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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