(57)【要約】【課題】測定光の偏向する範囲を拡大させ、測定光を照射する領域を拡大する。【解決手段】所定のパターンの測定光Ｌｓを発生させる測定光発生部２０と、測定光Ｌｓを所定の角度範囲で偏向する偏向部材４１と、前記角度範囲よりも広い範囲に測定光Ｌｓを偏向する偏向範囲拡大部４２と、偏向範囲拡大部４２で拡大された範囲で照射される測定光Ｌｓが照射された被測定物Ｍを撮像する撮像部５０と、撮像部５０で撮像された被測定物Ｍの像から被測定物Ｍの３次元形状を測定する測定部６７と、を備える。【選択図】図１
2015129665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンの測定光を発生させる測定光発生部と、
前記測定光を所定の角度範囲で偏向する偏向部材と、
前記角度範囲よりも広い範囲に前記測定光を偏向する偏向範囲拡大部と、
前記偏向範囲拡大部で拡大された範囲で照射される前記測定光が照射された被測定物を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された被測定物の像から前記被測定物の３次元形状を測定する測定部と、を備える形状測定装置。
【請求項２】
前記偏向部材は、反射部材と前記反射部材を揺動させる揺動部とを備える請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記偏向範囲拡大部は、前記偏向部材から射出する前記測定光の角度範囲を拡大する拡大光学部である請求項１または請求項２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記偏向範囲拡大部は、複数の異なる方向から前記測定光を前記偏向部材に入射可能な光学部材である請求項１または請求項２記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記測定光のそれぞれに対応して前記偏向部材が配置される請求項６記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記偏向部材は、所定の軸周りに前記測定光を回動可能であり、
前記偏向範囲拡大部は、前記偏向部材を前記軸と平行な回転軸周りに回転可能な回転部材である請求項１または請求項２記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記偏向範囲拡大部は、凸形状かつ曲面状に形成された前記偏向部材の前記反射部材である請求項１または請求項２記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記偏向範囲拡大部は、前記測定光発生部からの前記測定光が入射するハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過した光を反射するミラーと、を有し、
前記ハーフミラーと、前記ミラーとは、前記測定光の入射角が異なるように配置される請求項１または請求項２記載の形状測定装置。
【請求項９】
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、
所定のパターンの測定光を発生させ、前記測定光を所定の角度範囲で偏向し、前記角度範囲よりも広い範囲に前記測定光を偏向して偏向範囲を拡大し、拡大された範囲で照射される前記測定光が照射された前記作製された前記構造物を撮像し、撮像された像から３次元形状を測定する形状測定方法と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置及び造物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を用いた形状測定装置が知られている（特許文献１参照。この形状測定装置は、投影部、撮像部、及び測定部を備えている。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、縞パターンという。）を被測定物に投影するとともに、初期移送を１周期にわたって複数回シフトさせる。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、位相がシフトされた縞パターンのそれぞれにおいて被測定物を撮像する。測定部は、撮像部が撮像した複数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縞の位相値を求める。そして、測定部は、三角測量の原理を利用して、各画素における縞の位相値から被測定物の三次元座標データを算出する。
【０００３】
上記した形状測定装置における投影部は、ＬＤ（Laser Diode ）等の測定光発生部、シリンドリカルレンズ、及びＭＥＭＳ（Micro
Electro Mechanical System）による振動ミラー装置を備えている。ＬＤは、正弦波状に変化する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ライン状の光を照射する。ＭＥＭＳミラーは、一定の振幅角及び所定の振動周波数で振動し、ライン状の光を反射しつつ投影領域において走査する。ＬＤからの光は時間の経過とともに光強度が正弦波状に変化するので、投影領域において、正弦波状の光強度の分布を有する縞パターンが投影される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２３６３１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成の形状測定装置ではＭＥＭＳミラーによってライン状の光を偏向（走査）するが、その偏向する角度範囲（投影領域）はＭＥＭＳミラーの振幅角によって決定される。従って、被測定物の形状を計測する場合、被測定物が角度範囲からはみ出すときは被測定物から離れることにより測定光を照射する領域を拡大させるしかない。しかしながら、被測定物から離れると被測定物上の光強度が低下し、縞パターンの撮像を高精度に行うことができないといった問題がある。また、被測定物から離れることができない状況では、被測定物を部分的に撮像してこれをつなぎ合わせるしかなく、利用者にとって面倒であるだけでなく、形状測定装置の測定部に対する負担が過大となる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の態様では、測定光の偏向する範囲を拡大させ、被測定物から離れることなく測定光を照射する領域を拡大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様によれば、所定のパターンの測定光を発生させる測定光発生部と、測定光を所定の角度範囲で偏向する偏向部材と、角度範囲よりも広い範囲に測定光を偏向する偏向範囲拡大部と、偏向範囲拡大部で拡大された範囲で照射される測定光が照射された被測定物を撮像する撮像部と、撮像部で撮像された被測定物の像から被測定物の３次元形状を測定する測定部と、を備える形状測定装置が提供される。
【０００８】
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ことと、設計情報に基づいて構造物を作製することと、所定のパターンの測定光を発生させ、測定光を所定の角度範囲で偏向し、この角度範囲よりも広い範囲に測定光を偏向して偏向範囲を拡大し、拡大された範囲で照射される測定光が照射された前記作製された構造物を撮像し、撮像された像から３次元形状を測定する形状測定方法と、この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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、測定光の偏向する範囲を拡大させ、被測定物から離れることなく測定光を照射する領域を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】投影領域と撮像領域との関係を示す図である。
【図３】図１に示す偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図４】投影領域における構造光（縞パターン）の強度分布の一例を示す図である。
【図５】所定画素の輝度値から求められる正弦波を示す波形図である。
【図６】位相シフト法における位相回復及びアンラッピング（位相接続）の処理を説明する図である。
【図７】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８】投影領域における空間コードパターンの強度分布を示す図である。
【図９】標準画像、空間コード画像、及び白黒参照画像を示す図である。
【図１０】第１変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図１１】第２変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図１２】縞パターンをつなぎ合わせる例を示す図である。
【図１３】第３変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図１４】第４変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図１５】第２実施形態に係る形状測定装置の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示す偏向範囲拡大部の動作の一例を示す図である。
【図１７】図１５に示す偏向範囲拡大部の動作の他の例を示す図である。
【図１８】第５変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図１９】第６変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図２０】第７変形例に係る偏向範囲拡大部の一例を示す図である。
【図２１】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２２】構造物製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、一部分を大きくまた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。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１は、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。形状測定装置１００は、位相シフト法を用いて被測定物Ｍの３次元形状を測定する装置である。形状測定装置１００は、図１に示すように、投影部１０と、撮像部５０と、制御部６０とを備えている。投影部１０は、測定光発生部２０と、投影光学系３０と、走査部４０とを有する。測定光発生部２０は、スリット状の測定光Ｌｓを生成して射出する。測定光発生部２０は、レーザダイオード（不図示）、リレーレンズ（不図示）及びシリンドリカルレンズ（不図示）を有している。
【００１３】
レーザダイオードは、レーザ光Ｌを射出する。リレーレンズは、レーザ光Ｌを平行光としてシリンドリカルレンズへ向けて射出する。シリンドリカルレンズは、レーザ光Ｌを第１の方向Ｄ１にはレンズとして機能せず、第１の方向Ｄ１と直交する方向に集光機能を有し中間像を結像する。つまり、シリンドリカルレンズは、第１の方向Ｄ１に沿うようにレーザ光Ｌの光束をスリット状に集光し、測定光Ｌｓを形成する。測定光Ｌｓは、第１の方向Ｄ１に沿った無変調なライン状の光であり、スリットパターンとして被測定物Ｍに照射される。
【００１４】
投影光学系３０は、測定光発生部２０から射出された測定光Ｌｓを投影する。投影光学系３０は、一つまたは複数の透過光学素子または反射光学素子によって構成される。これら光学素子を駆動する不図示の駆動系が設けられてもよい。駆動系によって１つまたは全部の光学素子を駆動させることにより、測定光Ｌｓの像の大きさ等が調整されてもよい。走査部４０は、測定光Ｌｓの像が投影領域１０１に投影されるように、この測定光Ｌｓを所定の角度範囲において偏向させる。走査部４０は、振動ミラー装置（偏向部材）４１及び偏向範囲拡大部４２を有している。
【００１５】
図２は、スリットパターン７０と投影領域１０１との位置関係を示す図である。なお、図２では、説明のため、被測定物Ｍの図示を省略している。振動ミラー装置４１及び偏向範囲拡大部４２を介した測定光Ｌｓの像は、図２に示すように、スリットパターン７０として投影領域１０１に投影される。スリットパターン７０は、投影領域１０１のうち第１の方向Ｄ１に沿った方向に長手となるように形成される。第１の方向Ｄ１において、スリットパターン７０の寸法は、投影領域１０１の寸法に等しくなっている。なお、図２に示す撮像領域１０２については後述する。
【００１６】
図３は、偏向範囲拡大部４２の構成を模式的に示す平面図である。図３に示すように、振動ミラー装置４１は、投影光学系３０から射出された測定光Ｌｓを反射する。振動ミラー装置４１は、測定光Ｌｓを反射する反射部材４１ａと、反射部材４１ａ揺動させる揺動部４１ｂとを有している。反射部材４１ａは、平面ミラーを有している。揺動部４１ｂは、第１の方向Ｄ１に平行な回転軸を中心として反射部材４１ａを揺動させる。反射部材４１ａが揺動することにより、測定光Ｌｓの反射角度が変化し、測定光Ｌｓの射出方向が第２の方向Ｄ２に変化する。この第２の方向Ｄ２は、第１の方向Ｄ１に直交する方向である。
【００１７】
振動ミラー装置４１は、回転軸周りに往復して揺動することにより、測定光Ｌｓを所定の角度範囲において第２の方向Ｄ２に偏向する（走査する）。本実施形態では、このような振動ミラー装置４１として、例えばＭＥＭＳミラーが用いられる。ＭＥＭＳミラーが用いられることにより、走査部４０を小型化できる。
【００１８】
偏向範囲拡大部４２は、測定光Ｌｓを偏向する角度範囲を拡大する。偏向範囲拡大部４２は、凹光学部材（拡大光学部）４３を有している。凹光学部材４３は、振動ミラー装置４１から射出された測定光Ｌｓの光路上に配置されている。凹光学部材４３は、例えば石英などの光を透過可能な材料によって形成されている。凹光学部材４３は、測定光Ｌｓが入射する光入射面４３ａ、及び測定光Ｌｓを射出する光射出面４３ｂを有している。光入射面４３ａ及び光射出面４３ｂは、凹形状かつ曲面状に形成されている。本実施形態では、光入射面４３ａ及び光射出面４３ｂは、それぞれシリンドリカル面である。なお、光入射面４３ａ及び光射出面４３ｂのいずれか一方がシリンドリカル面で、他方が平面で形成されてもよい。
【００１９】
光入射面４３ａに入射した測定光Ｌｓは、光入射面４３ａにおいて屈折する。このとき、測定光Ｌｓは、光入射面４３ａに対する入射角に応じて屈折する。従って、光入射面４３ａに入射した測定光Ｌｓは、屈折して凹光学部材４３の光軸ＬＸ１から離れる方向に進む。凹光学部材４３内を進んだ測定光Ｌｓは、凹光学部材４３の光射出面４３ｂにより屈折して出射する。このとき、測定光Ｌｓは、光出射面４３ｂに対する入射角に応じて屈折する。従って、光出射面４３ａから出射した測定光Ｌｓは、屈折して凹光学部材４３の光軸ＬＸ１からさらに離れる方向に進む。なお、凹光学部材４３がシリンドリカルレンズの場合の光軸とは対称軸の中央で直交する方向を指し、反射部材４１ａが搖動の中心に位置する時の測定光Ｌｓを含むよう配置されている。
【００２０】
このように凹光学部材４３に入射した測定光Ｌｓは、凹光学部材４３の光軸ＬＸ１から離れる方向に進行方向が変化する。従って、測定光Ｌｓは、投影領域１０１上の第２の方向Ｄ２について、振動ミラー装置４１の揺動のみによる角度範囲１１よりも広い角度範囲１２に投影される。このとき、振動ミラー装置４１の振幅角をαとし、測定光Ｌｓを偏向する角度をβとすると、β＞αとなる。このように、偏向範囲拡大部４２により、振動ミラー装置４１における測定光Ｌｓの偏向の角度範囲が拡大される。なお、凹光学部材４３は光路内に挿脱自在に設けられており、凹光学部材４３を光路から外した状態では図３の角度範囲１１の範囲を測定可能であり、凹光学部材４３を光路に入れた状態で角度範囲１２の範囲を測定可能となっている。
【００２１】
図１に戻り、撮像部５０は、投影部１０の位置と異なる位置に配置されている。撮像部５０は、スリットパターン７０が投影された被測定物Ｍを、投影部１０による投影方向とは異なる方向から撮像する。撮像部５０は、受光光学系５１及び撮像装置５２を有している。受光光学系５１は、被測定物Ｍの表面に投影されたスリットパターン７０の反射光を受光し、その縞パターンの像を撮像装置５２に結像させる光学系である。受光光学系５１は、例えばフォーカスレンズやズームレンズ等の光学素子を有する。これらフォーカスレンズやズームレンズの１つまたは複数の光学素子は、不図示の駆動系によって駆動させてもよい。
【００２２】
撮像装置５２は、受光光学系５１によって結像された縞パターンに基づいて被測定物Ｍ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。撮像装置５２としては、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）のイメージセンサを搭載したカメラなどが用いられる。
【００２３】
図２に示すように、撮像装置５２による撮像領域１０２は、投影領域１０１の領域内に設定される。撮像領域１０２は、上記したカメラにおいて１回で撮像できる撮像視野としての領域と、複数回の撮像をつなぎ合わせた領域との双方を含んでいる。スリットパターン７０を第２の方向Ｄ２に走査することにより、撮像領域１０２の全面にスリットパターン７０が投影される。なお、撮像領域１０２は投影領域１０１と同じ領域であってもよい。投影領域１０１が撮像領域１０２より大きい場合、スリットパターン７０は、撮像領域１０２の外側から走査が開始される場合と、撮像領域１０２内の一部から走査が開始される場合と、のいずれであってもよい。
【００２４】
図１に示す制御部６０は、投影部１０、撮像部５０の各部の動作を制御する。制御部６０は、例えば、光生成制御部６１と、偏向制御部６２と、撮像制御部６３と、投影制御部６４と、記憶部６６と、測定部６７とを備える。光生成制御部６１は、測定光発生部２０による測定光Ｌｓの生成（光強度の変化など）を制御する。偏向制御部６２は、振動ミラー装置４１の振動の開始及び停止、振動速度などを制御する。
【００２５】
撮像制御部６３は、撮像部５０による撮像動作を制御する。投影制御部６４は、測定光発生部２０による測定光Ｌｓの生成と、振動ミラー装置４１の振動とを同期させるように、光生成制御部６１及び偏向制御部６２の動作（投影動作）を制御する。制御部６０は、投影動作と撮像動作とを同期させるように、投影制御部６４及び撮像制御部６３の動作を制御する。
【００２６】
記憶部６６は、撮像部５０の撮像装置５２に記憶された画像データを取り込んで記憶する。また、記憶部６６には、制御部６０の各部に制御を実行させるための制御プログラムや、測定部６７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、測定部６７の演算処理においてスリットパターン７０の位相から被測定物Ｍ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が記憶されている。
【００２７】
測定部６７は、所定の制御プログラムやキャリブレーション情報に従って、記憶部６６に記憶された画像データから被測定物Ｍ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。上記の制御プログラムやキャリブレーション情報は、記憶部６６に記憶されている。また、測定部６７における算出結果（被測定物Ｍの３次元形状データ）は、記憶部６６に記憶される。画像処理部６８は、外部からの操作情報に応じて、又は自動的に、記憶部６６に記憶された３次元形状データを読み出すと共に、読み出した３次元形状データに基づいて出力情報を生成する。
【００２８】
制御部６０には、操作部７１及び出力部７２が接続されている。操作部７１は、使用者が形状測定装置１００の操作情報を入力するための端末である。操作部７１としては、例えばシャッター操作を行うためのボタンなどを含む。出力部７２は、画像処理部６８における出力情報（被測定物Ｍの３次元形状の画像）や制御部６０の処理状況などを出力する。出力部７２としては、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などのディスプレイ装置が用いられる。なお、操作部７１として、液晶表示装置等の出力部７１の表面にタッチパネルが設けられてもよい。
【００２９】
図４は、投影領域１０１に投影されるスリットパターン７０の明度の変化を示す図である。図４に示すように、スリットパターン７０は、第２の方向Ｄ２に沿って周期的に明度が変化するように投影される。このようなスリットパターン７０の周期的な明度の変化は、投影制御部６４によって実現される。すなわち、投影制御部６４は、測定光発生部２０による測定光Ｌｓの生成と、振動ミラー装置４１の振動とを同期させるように光生成制御部６１の動作及び偏向制御部６２の動作を制御する。光生成制御部６１が測定光Ｌｓの光強度を調整することにより、スリットパターン７０の明度の変化が調整される。また、偏向制御部６２が振動ミラー装置４１の振動速度を調整することにより、スリットパターン７０の移動速度が調整される。
【００３０】
この結果、投影領域１０１には、明るい状態（図２の白い部分）から暗い状態（図２の黒い部分）へ徐々に変化する明暗パターンが形成される。本実施形態では、この明暗の縞パターンＰｓを測定用パターンとして用いる。また、投影領域１０１に形成される縞パターンＰｓは、濃淡パターンとも表現される。また、投影領域１０１に投影される縞パターンＰｓは、縦縞状のパターンであるから縦縞パターンとも表現される。第２の方向Ｄ２を明暗の方向または濃淡の方向ともいう。
【００３１】
本実施形態では、振動ミラー装置４１によって測定光Ｌｓを走査するが、上記したように、その走査範囲は偏向範囲拡大部４２（凹光学部材４３）によって拡大されている。縞パターンＰｓの縞の数は、走査範囲を拡大しても同一であり、明暗のピッチが拡大した状態となっている。従って、投影制御部６４は、偏向範囲拡大部４２がない場合と比較して、さらに明暗の周期を早くして、走査範囲における縞パターンＰｓの縞の数を増加させ、明暗のピッチを小さくさせてもよい。
【００３２】
次に、図５及び図６を参照して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。位相シフト法は光切断法と計測原理は同様である。光切断法においては、例えば、物体に対してライン状のレーザ光を投影する。また、撮像部が物体表面で反射されたライン光を撮像する。そして、測定部が撮像部５０と走査部４０の距離と測定光Ｌｓの投影方向と撮像方向に基づいて物体の三次元形状を復元する。この光切断法の場合、１回に１ライン分の計測しか行うことができない。従って、撮像部の画面全体の計測値を得るためには、撮像部の画面全体にわたってレーザ光の照射と撮像とを繰り返し行う必要がある。
【００３３】
位相シフト法は、正弦波状の明暗パターンを有する縞パターンＰｓの位相をシフトさせて撮像した画像を解析することにより三次元的に形状を計測する手法である。位相シフト法では、縞の明暗の一周期を２πとし、その初期位相をπ／２ずつシフトさせた４種類の縞パターンＰｓが用いられる。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。
【００３４】
輝度値Ｉｎ（ｘ，ｙ）（ｎ＝０，１，２，３）は、各位相の縞パターンＰｓ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、Ｉ０は初期位相０の第１パターンＰｓ１が投影されたときに撮像された画像の輝度値である。Ｉ１は初期位相π／２、Ｉ２は初期位相π、Ｉ３は初期位相３π／２、の第２パターンＰｓ２〜第４パターンＰｓ４がそれぞれ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Ｉｎ（ｘ，ｙ）（ｎ＝０，１，２，３）は下記の式（１）で表される。
【００３５】
Ｉｎ（ｘ，ｙ）＝Ａ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ（φ（ｘ，ｙ）＋ｎπ／２）＋Ｂ（ｘ，ｙ）・・・（式１）
【００３６】
図５は、所定画素の輝度値から求められる正弦波を示す波形図である。図５に示すように、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Ｉ０〜Ｉ３は、図５に示すように、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Ｐｓ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Ｐｓ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。
【００３７】
φ（ｘ，ｙ）＝ｔａｎ−１｛（Ｉ３（ｘ，ｙ）−Ｉ１（ｘ，ｙ））／（Ｉ０（ｘ，ｙ）−Ｉ２（ｘ，ｙ））｝・・・（式２）
【００３８】
このように、画像の画素毎に初期位相０の正弦波の位相を求めることができる。位相φ（ｘ，ｙ）が等しい点を連結して得られる線（等位相線）が、光切断法における切断線と同じく物体をある平面で切断した断面の形状を表す。従って、この位相φ（ｘ，ｙ）に基づいて三角測量の原理により三次元形状（画像の各点での高さ情報）が求められる。
【００３９】
上述のように初期位相０の正弦波の位相として求まる位相は、０〜２πの位相となる。しかし、実際は０〜２πに続く正弦波は２π〜４πとしないと３次元座標を求めることができない。そのため、アンラッピングが必要となる。図６は、位相シフト法における位相回復及びアンラッピング（位相接続）の処理を説明するための図である。図６に示す横軸は、縞パターンＰｓにおける縞の方向（第１の方向Ｄ１）の位置（画素）を示す。また、縦軸は、それぞれの位置における位相を示す。上述したように、各画素（ｉ，ｊ）の位相φは、輝度値Ｉｎ（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または位相復元という。
【００４０】
図６に示すように、位相回復された各画素の位相値は、縞パターンＰｓの縞ごとの値、すなわち−π〜πの間の値となる。このため、物体の連続した三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、図６における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。図６に示すように、各縞の位相値をつなぎ合わせることで、絶対位相値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。
【００４１】
次に、第１実施形態に係る形状測定装置１００の動作を用いて、形状測定方法の一例について説明する。図７は、形状測定装置１００の動作を説明しつつ、形状測定方法の一例について説明するフローチャートである。図９の説明に際して、図４のブロック部を適宜参照する。
【００４２】
図７に示すように、形状測定装置１００の電源がオンとなった状態で、制御部６０は、使用者によって操作部７１のシャッター操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ０１）。使用者によるシャッター操作が行われない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）は、待機状態となっている。使用者によりシャッター操作が行われると（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、制御部６０には、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が入力される。なお、ステップＳ０１でシャッター操作が行われた場合、被測定物Ｍとの距離を測定して、投影光学系３０や撮像レンズ５１のフォーカス合わせが行われてもよい。
【００４３】
ステップＳ０１でシャッター操作が行われると、制御部６０（光生成制御部６１）は、レーザダイオードからレーザ光Ｌを射出させる。射出されたレーザ光Ｌは、リレーレンズを介してシリンドリカルレンズに入射する。このレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズによって変形され、測定光Ｌｓが生成される（ステップＳ０２）。
【００４４】
測定光発生部２０で生成された測定光Ｌｓは、投影光学系３０を介して、走査部４０の振動ミラー装置４１に入射する。振動ミラー装置４１に入射した測定光Ｌｓは、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａによって反射され、凹光学部材４３の光入射面４３ａに入射する。凹光学部材４３に入射した測定光Ｌｓは、光入射面４３ａにおいて光軸ＬＸ１から離れる方向に屈折され、さらに光射出面４３ｂにおいて光軸ＬＸ１から離れる方向に屈折されて射出する。光射出面４３ｂから射出した測定光Ｌｓの像は、投影領域１０１においてスリットパターン７０として投影される。
【００４５】
このとき、制御部６０（偏向制御部６２）は、走査部４０に指令信号を出力することにより、走査部４０によって測定光Ｌｓを走査させる（ステップＳ０３）。このステップＳ０３において、偏向制御部６２は、振動ミラー装置４１の揺動部４１ｂを駆動して反射部材４１ａを所定の角度範囲で揺動させるように制御する。この制御により、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａの向きが変化し、この反射部材４１ａの向きの変化に応じて測定光Ｌｓを移動させて第２の方向Ｄ２に走査する。この測定光Ｌｓは、凹光学部材４３によって光軸ＬＸ１から離れた方向に射出されるため、振動ミラー装置４１による測定光Ｌｓの偏向の角度範囲が拡大される。
【００４６】
また、投影制御部６４は、スリットパターン７０の明度が第２の方向Ｄ２に沿って正弦波状に変化するように、光生成制御部６１の動作及び偏向制御部６２の動作を制御する。これにより、測定光発生部２０による測定光Ｌｓの光生成と、振動ミラー装置４１の振動とが同期して行われる。その結果、投影領域１０１には、図４に示すような縞パターンＰｓが投影される。この縞パターンＰｓとしては、投影制御部６４によってスリットパターン７０の明度の周期を変化させることにより、位相がシフトした４種類の第１パターンＰｓ１〜第４パターンＰｓ４が用いられる。
【００４７】
制御部６０は、位相がシフトした縞パターンＰｓごとに、縞パターンＰｓの走査を行う。撮像装置５２は、制御部６０からの指令信号に基づいて、縞パターンＰｓの位相が０、π／２、π、３π／２のそれぞれにおいて、被測定物Ｍの表面の縞パターンＰｓを撮像する（ステップＳ０４）。このステップＳ０４において、縞パターンＰｓの走査回数は任意に設定される。縞パターンＰｓの走査回数は、ステップＳ０４において１回で撮像する時間に合わせて設定されてもよい。撮像装置５２は、各位相の縞パターンＰｓにおける縞画像の画像データを生成する。撮像装置５２が撮像した各位相の縞画像の画像データは、記憶部６６に設けられた各記憶領域に記憶される。
【００４８】
次に、測定部６７は、記憶部６６の各記憶領域に記憶された４つの画像データに基づいて、被測定物Ｍ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Ｓ０５）。このステップＳ０５においては、算出部６７は、まず、各画素の初期位相分布φ（ｉ，ｊ）を求める（位相回復処理を実行する）。次に、測定部６７は、求めた初期位相分布φ（ｉ，ｊ）に対してアンラッピング処理を行う。アンラッピング処理とは、位相接続処理である。これにより、連続した初期位相分布φ’（ｉ，ｊ）が求められる。次に、測定部６７は、求めた初期位相分布φ’（ｉ，ｊ）を、上述した三角測量の原理を用いて、予め設定された基準面からの高さに変換する。これにより、被測定物Ｍの３次元形状の座標データＸ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。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。
【００４９】
制御部６０は、算出した被測定物Ｍの３次元形状の座標データを記憶部６６に記憶させる。制御部６０は、使用者による操作部７１の操作に応じて、または自動的に、記憶部６６に記憶された３次元形状の座標データを読み出す。制御部６０は、読み出した３次元形状の座標データに基づいて出力部７２の表示画面に被測定物Ｍ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で表示される。この点群のデータは、形状測定装置１００から出力可能である。
【００５０】
出力部７２は、被測定物Ｍの３次元形状を表示するだけでなく、撮像部５０により撮像された縞画像を表示させてもよい。すなわち制御部６０は、記憶部６６に記憶された画像データに基づいて、撮像部５０が撮像した縞画像を出力部７２に表示させてもよい。このような構成によれば、使用者が撮像部５０により撮像された縞画像に基づいて、撮像現場で被測定物Ｍが正確に撮像されたか否かを確認することができる。
【００５１】
また、出力部７２は、撮像部５０により撮像された画像、及び測定部６７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５０により撮像された画像、及び測定部６７により算出された３次元形状、のうち少なくとも一方は、形状測定装置１００と無線または有線で接続された外部の表示装置に表示させるものでもよい。
【００５２】
このような形状測定装置１００を用いて被測定物Ｍの３次元形状を測定する場合には、振動ミラー装置４１によって偏向される測定光Ｌｓの角度範囲が凹光学部材４３によって拡大されて被測定物Ｍに照射される。このため、被測定物Ｍが形状測定装置１００から近い場合であっても被測定物Ｍの全体に縞パターンＰｓが投影することができる。これにより、形状測定装置１００を被測定物Ｍから離す必要がなく、使用者の利便性を向上できる。また、形状測定装置１００を被測定物Ｍから離す必要がないため、縞パターンＰｓの強度が低下せず、測定精度の低下を抑制できる。
【００５３】
また、偏向範囲拡大部４２は、振動ミラー装置４１から出射した光が入射して屈折することにより走査範囲を拡大する凹光学部材４３（拡大光学部）を有するので、測定光Ｌｓを偏向する角度範囲（投影領域）を容易に拡大できる。
【００５４】
上記した形状測定方法では、縞パターンＰｓの位相をシフトした像を取得し、位相接続を行うことで１本の縞に相当する２πの位相を−π〜π〜３π〜５π・・・と単純につなげて被測定物Ｍの３次元形状を作成する。この手法では、被測定物Ｍの面形状が滑らかに変化する場合、正確に被測定物Ｍの３次元形状が作成される。
【００５５】
ただし、被測定物Ｍの表面に段差があるような不連続な面形状の場合、その位相がどの縞の位相であるかを確認できない。例えば、ある縞の位相が−π〜πの位相であるか、π〜３πの位相であるかは、位相シフト法のみでは確認できない。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回避するため、位相シフト法と空間コード法とを組み合わせて被測定物Ｍの３次元形状を測定してもよい。
【００５６】
図８は、空間コードパターンＰｓ２の強度分布を示す図である。図８に示すように、空間コードパターンＰｓ２は、第２の方向Ｄ２に沿って光強度が矩形波状に変化するパターンである。この空間コードパターンＰｓ２においては、明るい部分（図８の白い部分）と暗い部分（図８の黒い部分）が交互に現れる。空間コードパターンＰｓ２は、投影領域１０１内の複数の領域に空間コードと呼ばれる番号を割り当てるためのパターンである。空間コードとしては、例えば、図９（Ｂ）に示すものが用いられる。
【００５７】
図９（Ａ）は標準画像、（Ｂ）は空間コード画像、（Ｃ）は白黒参照画像を示している。標準画像は、３次元形状の表面に張り付けられる標準の色を取得するために取得される。制御部６０が出力部７２の表示画面に被測定物Ｍの３次元形状の画像を表示させるときに、標準画像に基づいて三次元形状の表面に色を張り付ける処理（テクスチャ付与）を行う。標準画像は、投影領域１０１において同一の高い光強度により撮像された画像である。また、白黒参照画像は、投影領域１０１において白色または黒色の単一色において撮像された画像である。ここで、黒色とは一般には明度が０を示すが、ここでは識別できる最低限の明るさを黒色と称する。ここで黒色を識別できる最低限の明るさとするのは、黒色で照射されている部分と無照射の部分を識別するためである。
【００５８】
空間コードパターンＰｓ２は、縞パターンＰｓと同様に、第１の方向Ｄ１の測定光Ｌｓの光強度を矩形状に周期的に変化させつつ走査部４０によって第２の方向Ｄ２に走査することにより投影される。また、レーザダイオード２１から面状の光を出射させ、その光を不図示のライトバルブによって白黒のストライプに形成して投影させるものでもよい。ライトバルブとしては、液晶装置やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などが用いられる。このライトバルブを用いて、上記した縞パターンＰｓを生成させてもよい。
【００５９】
次に、図９に示すパターンを用いた３次元形状の測定方法を説明する。制御部６０は、撮像装置５２に指令信号を出力して撮像させ、標準画像を取得する。撮像装置５２は、撮像した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、記憶部６６に設けられた記憶領域（標準画像領域）に記憶される。続いて、制御部６０は、空間コードパターンＰｓ２を撮像する。本実施形態では、４つの空間コードパターンを用いて説明する。
【００６０】
図９（Ｂ）に示す例において、（ａ）の空間コードパターンは、左半分が白で右半分が黒となっている。（ｂ）の空間コードパターンは、２本の白のラインと２本の黒のラインが交互に配置されている。（ｃ）の空間コードパターンは、４本の白のラインと４本の黒のラインが交互に配置されている。（ｄ）の空間コードパターンは、８本の白のラインと８本の黒のラインが交互に配置されている。
【００６１】
測定光発生部２０及び走査部４０等は、制御部６０からの指令信号に基づいて、図９（Ｂ）の（ａ）〜（ｄ）に示す各空間コードパターンＰｓ２を投影領域１０１に投影する。撮像装置５２は、各空間コードパターンＰｓ２をそれぞれ撮像して画像データを生成する。これらの画像データは、それぞれ、記憶部６６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。
【００６２】
次に、制御部６０は、撮像装置５２に指令信号を出力して撮像させ、白黒参照画像を取得する。白黒参照画像は、投影領域１０１における各領域に付される空間コードの「１」と「０」、すなわち白と黒を判別するときに参照される。測定部６７において、空間コードの「１」を判別するときに、白黒参照画像の白画像が参照される。また、空間コードの「０」を判別するときに、白黒参照画像の黒画像が参照される。撮像装置５２は、撮像した白黒参照画像のそれぞれについて画像データを生成する。白黒参照画像の画像データは、記憶部６６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。
【００６３】
続いて、制御部６０は、図７に示すステップＳ０４と同様に縞パターンＰｓを撮像する。空間コードの上方に基づいて投影領域１０１内のある縞が投影領域１０１の一方の端から何番目の縞であるかを特定する。縞の次数は、ある縞が投影領域１０１の一方の端から何番目の縞であるかを特定するための数である。
【００６４】
測定部６７は、こ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。測定部６７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、測定部６７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、測定部６７は、上述した三角測量の原理を用いて、初期位相分布φ’（ｉ，ｊ）から、被測定物Ｍの三次元形状の座標データＸ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。
【００６５】
このように、位相シフト法と空間コード法とを組み合わせることにより、例えば、被測定物Ｍの表面に段差がある場合でも、正確に三次元形状を測定できる。また、測定光発生部２０がライトバルブ等を含む場合は、位相シフト法で用いる縞パターンＰｓと空間コード法で用いる空間コードパターンＰｓ２のいずれも生成でき、縞パターンＰｓと空間コードパターンＰｓ２とで測定光発生部２０を切り替える必要がない。
【００６６】
＜第１変形例＞
図１０は、形状測定装置１００において、第１変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ａの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１０に示すように、偏向範囲拡大部４２Ａは、拡大光学部として上記の凹光学部材４３に代えて凸面鏡４４が用いられる。凸面鏡４４は、振動ミラー装置４１から射出された測定光Ｌｓの光路上に配置されている。凸面鏡４４の光反射面４４ａは、凸形状かつ曲面状に形成されている。本実施形態では、光反射面４４ａは、シリンドリカル面である。
【００６７】
投影光学系３０からの測定光Ｌｓは振動ミラー装置４１の反射部材４１ａにおいて反射される。このとき、揺動部４１ｂによる反射部材４１ａの揺動により、光反射面４４ａには光路Ｌａから光路Ｌｂの範囲で入射する。光路Ｌａを経て凸面鏡４４の光反射面４４ａに入射した測定光Ｌｓは、光入射位置ＰＬａの接平面Ｐａに対する入射角に等しい反射角で反射される。この測定光Ｌｓは、光路Ｌｃを経て投影領域１０１に照射される。一方、光路Ｌｂを経て凸面鏡４４の光反射面４４ａに入射した測定光Ｌｓは、光入射位置ＰＬｂの接平面Ｐｂに対する入射角に等しい反射角で反射される。この測定光Ｌｓは、光路Ｌｄを経て投影領域１０１に照射される。したがって、振動ミラー装置４１により、測定光Ｌｓは、投影領域１０１上において、角度範囲Ａ１内に偏向されることになる。
【００６８】
これに対して、図１０の破線で示すように凸面鏡４４の光入射位置ＰＬａ、ＰＬｂを共有する位置に仮に平面鏡ＦＭを配置した場合、上記光入射位置ＰＬａ、ＰＬｂに配置される測定光Ｌｓは、平面鏡ＦＭの光反射面ＦＭａによって入射角と等しい反射角で反射され、投影領域１０１に照射される。この場合、光入射位置ＰＬａ、ＰＬｂに入射する測定光Ｌｓは、光路Ｌｃ、Ｌｄよりも投影領域１０１の中央側へ向かう光路Ｌｅ、Ｌｆに反射される。このように、測定光Ｌｓは、投影領域１０１上において、角度範囲Ａ１よりも狭い範囲の角度範囲Ａ２内に偏向される。すなわち、凸面鏡４４によって、接平面Ｐａと接平面Ｐｂとで生じた角度分だけ偏向する範囲が拡げられたことになる。
【００６９】
このように、光反射面４４ａを凸形状かつ曲面状に形成された凸面鏡４４（拡大光学部）が用いられることにより、測定光Ｌｓの偏向の角度範囲を容易に拡大できる。なお、光反射面４４ａの曲率によって偏向する拡大量は調整される。また、凸面鏡４４として、光反射面４４ａの曲率を変更可能なものが用いられてもよい。
【００７０】
＜第２変形例＞
図１１は、形状測定装置１００において、第２変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ｂの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１１に示すように、偏向範囲拡大部４２Ｂは、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに対して入射方向が異なる２つの光を出射する出射光学系（光学部材）４５を有する。出射光学系４５は、ハーフミラー４５ａと、反射ミラー４５ｂとを有している。
【００７１】
ハーフミラー４５ａは、投影光学系３０から射出された測定光Ｌｓの一部（第１光Ｌ１）を透過させ、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに向けて射出する。また、ハーフミラー４５ａは、測定光Ｌｓの一部（第２光Ｌ２）を反射する。第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、ハーフミラー４５ａによってほぼ同一の光強度となるように分割される。反射ミラー４５ｂは、ハーフミラー４５ａで反射された第２光Ｌ２を、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに向けて反射する。このように、出射光学系４５は、測定光Ｌｓを２つの第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割し、これら第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに対して入射方向が異なるように出射する。
【００７２】
振動ミラー装置４１の反射部材４１ａが揺動部４１ｂによって振幅角α１で振動する場合、反射部材４１ａで反射された第１光Ｌ１は、第２の方向Ｄ２において、光路Ｌ１１と光路Ｌ１２との間の角度範囲Ｂ１内を偏向する。また、反射部材４１ａで反射された第２光Ｌ２は、第２の方向Ｄ２において、光路Ｌ２１と光路Ｌ２２との間の角度範囲Ｂ２内を偏向する。角度範囲Ｂ１に対して角度範囲Ｂ２は、第２の方向Ｄ２にずれた状態となる。
【００７３】
このように、測定光Ｌｓ全体の偏向の範囲は、第１光Ｌ１による角度範囲Ｂ１と第２光Ｌ２による角度範囲Ｂ２とが接続された角度範囲Ｂ３（角度β１）となり、各々の角度範囲Ｂ１、Ｂ２よりも広くなる。なお、このとき、測定光Ｌｓ全体の角度β１は、振動ミラー装置４１の振幅角αよりも大きくなる。
【００７４】
図１２は、縞パターンをつなぎ合わせる例を示す図である。図１２（ａ）に示すように、角度範囲Ｂ１の一部と角度範囲Ｂ２の一部とが重なった状態で角度範囲Ｂ３を形成している。このとき、角度範囲Ｂ１の縞パターンＰｓと角度範囲Ｂ２の縞パターンＰｓとは、縞が重なるように設定される。これにより、角度範囲Ｂ３において、縞のピッチを第２の方向Ｄ２において一定に維持することができる。また、角度範囲Ｂ１と角度範囲Ｂ２が重なる範囲において第１光Ｌ１と第２光Ｌ２の位相はそろうように調整されている。ただし、角度範囲Ｂ１と角度範囲Ｂ２とを重ねることに限定されない。
【００７５】
図１２（ｂ）に示すように、角度範囲Ｂ１１と角度範囲Ｂ２１とが並んだ状態で角度範囲Ｂ３１が形成されてもよい。この場合、角度範囲Ｂ１１と角度範囲Ｂ２１とは、互いの縞パターンＰｓのピッチが連続するように配置され、位相も連続している。図１２（ｂ）のように、角度範囲Ｂ１１と角度範囲Ｂ２１とを並べることにより、図１２（ａ）と比較してさらに角度範囲を拡大させることができる。
【００７６】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｂでは、出射光学系４５によって振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに対して入射方向が異なる２つの光を入射させるので、走査部４０から後段側に光学部材等を配置する必要がない。また、図１１では測定光Ｌｓを出射光学系４５により第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割しているが、これに代えて、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２をそれぞれ別の光源によって形成させてもよい。
【００７７】
＜第３変形例＞
図１３は、形状測定装置１００において、第３変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ｃの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１３に示すように、偏向範囲拡大部４２Ｃは、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに対して入射方向が異なる３つの光を出射する出射光学系（光学部材）４６を有する。出射光学系４６は、第１ハーフミラー４６ａと、第２ハーフミラー４６ｂと、反射ミラー４６ｃとを有している。
【００７８】
第１ハーフミラー４６ａは、投影光学系３０から射出された測定光Ｌｓの一部（第３光Ｌ３）を透過させ、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに向けて射出する。また、第１ハーフミラー４６ａは、測定光Ｌｓの一部を反射する。第２ハーフミラー４６ｂは、第１ハーフミラー４６ａで反射された反射光の一部（第４光Ｌ４）を反射部材４１ａに向けて反射する。また、第２ハーフミラー４６ｂは、第１ハーフミラー４６ａで反射された反射光の一部（第５光Ｌ５）を透過する。なお、第３光Ｌ３、第４光Ｌ４、及び第５光Ｌ５は、ほぼ同一の光強度となるように設定される。反射ミラー４６ｃは、第５光Ｌ５を、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに向けて反射する。
【００７９】
出射光学系４６は、測定光Ｌｓを３つの第３光Ｌ３、第４光Ｌ４、及び第５光Ｌ５に分割するとともに、これら第３光Ｌ３、第４光Ｌ４、及び第５光Ｌ５を、振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに対してそれぞれ入射方向が異なるように出射する。
【００８０】
振動ミラー装置４１が振幅角αで振動する場合、反射部材４１ａで反射された第３光Ｌ３は、第２の方向Ｄ２において、光路Ｌ３１と光路Ｌ３２との間の角度範囲Ｃ１内に偏向される。また、反射部材４１ａで反射された第４光Ｌ４は、第２の方向Ｄ２において、光路Ｌ４１と光路Ｌ４２との間の角度範囲Ｃ２内に偏向される。また、反射部材４１ａで反射された第５光Ｌ５は、第２の方向Ｄ２において、光路Ｌ５１と光路Ｌ５２との間の角度範囲Ｃ３内に偏向される。角度範囲Ｃ１、角度範囲Ｃ２、及び角度範囲Ｃ３は、互いに第２の方向Ｄ２にずれた状態となる。
【００８１】
測定光Ｌｓ全体の角度範囲は、第３光Ｌ３の角度範囲Ｃ１と、第４光Ｌ４の角度範囲Ｃ２と、第５光Ｌ５の角度範囲Ｃ３とを重ね合わせた角度範囲Ｃ４（角度β２）となり、各々の角度範囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３よりも広くなる。また、このとき、測定光Ｌｓ全体の角度β２は、振動ミラー装置４１の振幅角αよりも大きくなる。
【００８２】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｃでは、出射光学系４６によって振動ミラー装置４１の反射部材４１ａに対して入射方向が異なる３つの光を入射させるので、第２変形例で示した偏向範囲拡大部４２Ｂと同様に、走査部４０から後段側に光学部材等を配置する必要がない。なお、出射光学系４６では３つの光に分割しているが４つ以上の光に分割する場合も同様である。また、図１３では測定光Ｌｓを出射光学系４６により第３光Ｌ３、第４光Ｌ４、及び第５光Ｌ５に分割しているが、これに代えて、第３光Ｌ３、第４光Ｌ４、及び第５光Ｌ５をそれぞれ別の光源によって形成させてもよい。
【００８３】
角度範囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれの一部を重ねた状態で接続されているが、これに代えて、例えば図１２（ｂ）に示すように、３つの角度範囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が並んだ状態で接続されてもよい。
【００８４】
＜第４変形例＞
図１４は、形状測定装置１００において、第４変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ｄの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１４に示すように、偏向範囲拡大部４２Ｄは、凸形状かつ曲面状の反射部材４７ａが形成された振動ミラー装置（偏向部材）４７を有している。本実施形態では、反射部材４７ａは、反射面としてシリンドリカル面を有する。
【００８５】
振動ミラー装置４７は、揺動部４７ｂによって反射部材４７ａが回動中心軸を中心に揺動し、実線で示す位置Ｐ１と、破線で示す位置Ｐ２との間を往復する。このとき振動ミラー装置４７は、振幅角αの範囲で振動する。また、測定光Ｌｓの進行方向は、揺動部４７ｂの中心軸から外れた方向に設定されている。
【００８６】
従って、振動ミラー装置４７が位置Ｐ１にある場合、測定光Ｌｓは、反射部材４７ａ上の入射位置Ｑ１に入射する。測定光Ｌｓは、入射位置Ｑ１における接平面Ｐｄに対する入射角に等しい反射角で反射されて光路Ｌ６を進む。また、振動ミラー装置４７が位置Ｐ２にある場合、測定光Ｌｓは、反射部材４７ａ上の入射位置Ｑ２に入射する。測定光Ｌｓは、入射位置Ｑ２における接平面Ｐｃに対する入射角に等しい反射角で反射されて光路Ｌ７を進む。
【００８７】
反射部材４７ａの反射面が曲面状に形成されているため、接平面Ｐｃと接平面Ｐｄとは、角度α１だけ傾いた状態となっている。この結果、光路Ｌ６と光路Ｌ７との間の振幅角β３は、振動ミラー装置４７の振幅角αに角度α１が加わったβ３となり、振幅角αより大きくなる（β３＝α＋α１）。反射部材４７ａが平面状である場合の光路（図１４に１点鎖線で示す）の角度範囲Ｄ３に比べて、光路Ｌ６から光路Ｌ７までの角度範囲Ｄ４の方が広くなっている。
【００８８】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｄによれば、反射部材４７ａを曲面とすることにより角度範囲を容易に拡大することができる。なお、角度範囲の拡大量は、反射部材４７ａの曲率によって決定される。また、反射部材４７ａとして、曲率を変更可能なものが用いられてもよい。
【００８９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る形状測定装置について説明する。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１５は、第２実施形態に係る形状測定装置の一例を示す図である。図１５に示すように、形状測定装置２００は、偏向範囲拡大部４２Ｅとして、回転部材ＳＴを備える走査部２４０を有している。また、制御部６０は、回転部材ＳＴの回転を制御する回転制御部２６２を有している。なお、その他の構成は、第１実施形態の形状測定装置１００と同様である。
【００９０】
回転部材ＳＴは、振動ミラー装置４１を支持する。振動ミラー装置（偏向部材）４１は、上記のとおり、反射部材４１ａが揺動部４１ｂの回転軸周りに測定光Ｌｓを回動可能である。回転部材ＳＴは、振動ミラー装置４１を揺動部４１ｂの回転軸と平行な回転軸周りに回転可能に設けられている。図１５では、回転部材ＳＴの回転軸は、振動ミラー装置４１の回転軸と一致しているが、一致させなくてもよい。振動ミラー装置４１は回転部材ＳＴ上において揺動する。ただし、振動ミラー装置４１は回転部材ＳＴに載置されているため、振動ミラー装置４１自体が揺動しなくても、回転部材ＳＴが回転することにより、光反射面の角度が変化する。
【００９１】
回転制御部２６２は、投影制御部６４からの指示により、回転部材ＳＴの回転速度や回転位置を制御する。回転部材ＳＴの回転位置等は、エンコーダや光学式センサによって計測させてもよい。
【００９２】
走査部２４０においては、以下の３つの態様で回転する。つまり、振動ミラー装置４１のみが揺動する場合と、回転部材ＳＴのみが回転する場合と、振動ミラー装置４１及び回転部材ＳＴの両方が揺動及び回転する場合とがある。本実施形態では、振動ミラー装置４１の揺動に回転部材ＳＴの回転を足すことにより、振動ミラー装置４１のみを単独で揺動させる場合に比べて、反射部材４７ａによる測定光Ｌｓの偏向の角度範囲を拡大させている。
【００９３】
図１６は、形状測定装置２００の偏向範囲拡大部４２Ｅの動作の一例を示す図である。図１６は、振動ミラー装置４１と回転部材ＳＴとを別々に駆動する場合の動作を説明する。図１６（ａ）に示すように、回転制御部２６２の指示により回転部材ＳＴを止めたまま、偏向制御部６２の指示により振動ミラー装置４１を搖動させる。この場合、反射部材４１ａに入射する測定光Ｌｓは、反射部材４１ａで反射されて投影領域１０１に投影される。この反射光は、振動ミラー装置４１の振動により、光路Ｌ８１から光路Ｌ８２までの角度範囲Ｅ１内において偏向される。
【００９４】
次に、図１６（ｂ）に示すように、回転制御部２６２の指示により回転部材ＳＴを所定角度回転させる。その後、偏向制御部６２の指示により振動ミラー装置４１を搖動させる。この場合、測定光Ｌｓの反射光は、光路Ｌ８３から光路Ｌ８４までの角度範囲Ｅ２内において偏向される。
【００９５】
この結果、測定光Ｌｓは、回転部材ＳＴを回転させる前の角度範囲Ｅ１と、回転部材ＳＴを回転させた後の角度範囲Ｅ２とを加えた角度範囲Ｅ３内を偏向することになる。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示す動作では、角度範囲Ｅ１の一部と角度範囲Ｅ２の一部とが重なる場合を例に挙げて説明した。このとき、図１２（ａ）に示すように、角度範囲Ｅ１の縞パターンＰｓの一部と、角度範囲Ｅ２の縞パターンＰｓの一部とが重なるように、回転制御部２６２によって回転部材ＳＴの回転位置を制御してもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、角度範囲Ｅ１の縞パターンＰｓと、角度範囲Ｅ２の縞パターンＰｓとが並んで接続されるように、回転制御部２６２によって回転部材ＳＴの回転位置を制御してもよい。
【００９６】
このように、振動ミラー装置４１を載置する回転部材ＳＴを回転させることにより、測定光Ｌｓの偏向の角度範囲を容易に拡大することができる。図１６では、回転台ＳＴの２つの回転位置において形成した角度範囲Ｅ１及び角度範囲Ｅ２を接続したが、回転部材ＳＴの３つ以上の回転位置において形成した角度範囲を接続させてもよい。
【００９７】
図１７は、偏向範囲拡大部４２Ｅの動作の他の一例を示す図である。図１７は、振動ミラー装置４１と回転部材ＳＴとを同時に駆動する場合の動作を説明する。振動ミラー装置４１及び回転部材ＳＴは、偏向制御部６２及び回転制御部２６２の指示により同一の振動数で同期して駆動される。図１７（ａ）に示すように、反射部材４１ａで反射された測定光Ｌｓは、光路Ｌ９１を進んで投影領域１０１に投影される。
【００９８】
この状態から、図１７（ｂ）に示すように、偏向制御部６２及び回転制御部２６２の指示により、振動ミラー装置４１及び回転部材ＳＴは、同一速度で同一方向（図１７（ｂ）では反時計回りの方向）に揺動を開始する。これにより、反射部材４１ａの角度変化に回転部材ＳＴの回転角度が加わり、反射部材４１ａで反射した測定光Ｌｓは、光路Ｌ９２を進んで投影領域１０１に投影される。図１７（ｂ）では、投影領域１０１の中央付近に光路Ｌ９２が示されている。
【００９９】
続いて、振動ミラー装置４１及び回転部材ＳＴが共に所定角度だけ回転すると、図１７（ｃ）に示すように、測定光Ｌｓは、振幅角α（図３等参照）に回転部材ＳＴの振幅角α３が加わった方向の光路Ｌ９３を進んで投影領域１０１に投影される。この結果、反射部材４１ａに入射する測定光Ｌｓは、光路Ｌ９１から光路Ｌ９３までの角度範囲Ｅ４内において偏向することになる。
【０１００】
このように、振動ミラー装置４１と回転部材ＳＴとを同期して揺動させることにより、測定光Ｌｓの偏向の角度範囲を容易に拡大することができる。図１７に示す動作において、角度範囲の拡大量は、回転部材ＳＴの振幅角α３によって決定される。なお、回転部材ＳＴは、振動ミラー装置４１と同様に、ＭＥＭＳにより形成されてもよい。
【０１０１】
＜第５変形例＞
図１８は、第５変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ｆの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１８（ａ）に示すように、偏向範囲拡大部４２Ｆは、走査部３４０と、出射光学系（光学部材）３４５とを有する。走査部３４０は、第１振動ミラー装置（偏向部材）３４１と、第２振動ミラー装置（偏向部材）３４２とを有している。第１振動ミラー装置３４１及び第２振動ミラー装置３４２は、図３に示す振動ミラー装置４１と同一の構成のものが用いれ、それぞれ振幅角αで振動する。
【０１０２】
出射光学系３４５は、ハーフミラー３４５ａと、反射ミラー３４５ｂとを有している。ハーフミラー３４５ａは、測定光発生部２０で生成された測定光Ｌｓの一部（第１光Ｌ３０１）を透過させ、第１振動ミラー装置３４１の反射部材３４１ａに向けて射出する。また、ハーフミラー３４５ａは、測定光Ｌｓの一部（第２光Ｌ３０２）を反射する。反射ミラー３４５ｂは、ハーフミラー３４５ａで反射された第２光Ｌ３０２を、第２振動ミラー装置３４２の反射部材３４２ａに向けて反射する。
【０１０３】
出射光学系３４５は、測定光Ｌｓを２つの第１光Ｌ３０１及び第２光Ｌ３０２に分割し、これら第１光Ｌ３０１及び第２光Ｌ３０２を、異なる振動ミラー装置３４１、３４２の反射部材３４１ａ、３４２ａに入射させる。
【０１０４】
第１振動ミラー装置３４１の揺動により、反射部材３４１ａで反射された第１光Ｌ３０１は、光路Ｌ３１１から光路Ｌ３１２までの角度範囲Ｆ１内において偏向される。また、第２振動ミラー装置３４２の揺動により、反射部材３４２ａで反射された第２光Ｌ３０２は、光路Ｌ３２１から光路Ｌ３２２までの角度範囲Ｆ２内において偏向される。角度範囲Ｆ２は、角度範囲Ｆ１に対して第２の方向Ｄ２にずれた状態となる。従って、測定光Ｌｓ全体の角度範囲は、第１光Ｌ３０１の角度範囲Ｆ１と第２光Ｌ３０２の角度範囲Ｆ２とが接続された角度範囲Ｆ３となり、各々の角度範囲Ｆ１、Ｆ２よりも広くなる。
【０１０５】
このとき、図１２（ａ）に示すように、角度範囲Ｆ１の縞パターンＰｓの一部と、角度範囲Ｆ２の縞パターンＰｓの一部とが重なるように、角度範囲Ｆ１、Ｆ２の位置が設定されてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、角度範囲Ｆ１の縞パターンＰｓと、角度範囲Ｆ２の縞パターンＰｓとが並んで接続されるように、角度範囲Ｆ１、Ｆ２の位置が設定されてもよい。
【０１０６】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｆによれば、第１及び第２振動ミラー装置３４１、３４２によって異なる角度範囲Ｆ１、Ｆ２を接続するので、偏向する角度範囲を容易に拡大することができる。なお、図１８（ａ）では、第１及び第２振動ミラー装置３４１、３４２として同一の構成が用いられるが、これに代えて、第１及び第２振動ミラー装置３４１、３４２が、異なる振幅角を持つものが用いられてもよい。また、２つの振動ミラー装置が用いられることに限定されず、３つ以上の振動ミラー装置が、互いの角度範囲を接続させるように形成されたものでもよい。
【０１０７】
また、図１８（ａ）では、出射光学系３４５のハーフミラー３４５ａによって、第１振動ミラー装置３４１及び第２振動ミラー装置３４２の双方に同時に光を入射させるが、これに限定されない。例えば、測定光発生部２０からの測定光Ｌｓを、光路Ｌ３０１またはＬ３０２のいずれか一方を選択してもよい。図１８（ｂ）に示す偏向範囲拡大部４２Ｆａは、測定光Ｌｓを光路Ｌ３０１またはＬ３０２のいずれか一方に選択する出射光学系（光学部材）３４６を有している。
【０１０８】
出射光学系３４６は、反射ミラー３４６ａ、３４６ｂを有している。なお、反射ミラー３４６ｂは、図１８（ａ）に示す反射ミラー３４５ｂと同様である。反射ミラー３４６ａは、移動可能に形成され、不図示の駆動装置によって光路Ｌ３０１に対して挿入または退避が可能となっている。なお、反射ミラー３４６ａの移動は、投影制御部６４によって制御される。
【０１０９】
この偏向範囲拡大部４２Ｆａでは、反射ミラー３４６ａが光路Ｌ３０１から退避した状態で測定光Ｌｓが測定光発生部２０から出射される。これにより、測定光Ｌｓは、角度範囲Ｆ１内において偏向する。続いて、反射ミラー３４６ａが光路Ｌ３０１に挿入された状態で測定光Ｌｓが測定光発生部２０から出射される。これにより、測定光Ｌｓは、角度範囲Ｆ２内において偏向する。これら角度範囲Ｆ１、Ｆ２が接続されることにより、拡大された偏向の角度範囲Ｆ３となる。
【０１１０】
例えば、測定光発生部２０から出射する測定光Ｌｓの光強度が低い場合や被測定物Ｍの反射率が低い場合、図１８（ａ）のようにハーフミラー３４５ａで測定光Ｌｓを分割すると、角度範囲Ｆ１、Ｆ２のそれぞれにおいて必要な明るさの縞パターンＰｓが得られない可能性がある。これに対し、偏向範囲拡大部Ｆａにより角度範囲Ｆ１、Ｆ２を別々に角度させることにより、例えば測定光発生部２０から出射する測定光Ｌｓの光強度が相対的に低い場合でも、各角度範囲Ｆ１、Ｆ２のそれぞれにおいて必要な明るさの縞パターンＰｓを形成できる。
【０１１１】
また、測定光発生部２０からの測定光Ｌｓを分割することに代えて、第１及び第２振動ミラー装置３４１、３４２のそれぞれに対応した測定光発生部が形成されてもよい。図１８（ｃ）に示す偏向範囲拡大部４２Ｆｂは、第１測定光発生部３５１及び第２測定光発生部３５２を持つ測定光発生部３５０を有する。第１測定光発生部３５１及び第２測定光発生部３５２は同一の構成のものが用いられてもよく、また、異なる構成のものが用いられてもよい。
【０１１２】
第１測定光発生部３５１及び第２測定光発生部３５２は、光路Ｌ３０１及び光路Ｌ３０２のそれぞれに対して測定光Ｌｓを出射する。第１測定光発生部３５１及び第２測定光発生部３５２から出射される測定光Ｌｓの強度は同一でもよく、また、異なっていてもよい。スリットＬｓが光路Ｌ３０１及び光路Ｌ３０２を進んだ以降は、図１８（ａ）と同様であり、説明を省略する。
【０１１３】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｆｂによれば、第１及び第２振動ミラー装置３４１、３４２のそれぞれに対応して第１測定光発生部３５１及び第２測定光発生部３５２を備えるので、測定光Ｌｓを光学素子によって分割する必要がない。また、一方の測定光発生部が故障した場合でも、他方の測定光発生部による縞パターンＰｓの投影が可能であり、偏向の角度範囲は縮小するものの被測定物Ｍの測定を継続することができる。
【０１１４】
＜第６変形例＞
図１９は、第６変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ｇの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１９（ａ）に示すように、偏向範囲拡大部４２Ｇは、走査部４４０を有している。走査部４４０は、第１振動ミラー装置（偏向部材）４４１と、第２振動ミラー装置（偏向部材）４４２と、これらを支持するステージＳＴ２とを備えている。
【０１１５】
第１振動ミラー装置４４１及び第２振動ミラー装置４４２は、図３に示す振動ミラー装置４１と同一の構成のものが用いられ、それぞれ振幅角αで振動する。ただし、第１振動ミラー装置４４１及び第２振動ミラー装置４４２は、反射部材４４１ａ、反射部材４４１ａの向きが異なるようにステージＳＴ２に配置されている。ステージＳＴ２は、移動可能に形成され、不図示の駆動系によって移動する。ステージＳＴ２が移動することにより、測定光Ｌｓの光路上に第１振動ミラー装置４４１及び第２振動ミラー装置４４２のいずれか一方が配置される。ステージＳＴ２の移動は、投影制御部６４によって制御される。なお、ステージＳＴ２の位置は接触式または非接触式の各種センサ等によって検出させてもよい。
【０１１６】
図１９（ａ）に示すように、第１振動ミラー装置４４１に測定光Ｌｓが入射する場合、反射部材４４１ａで反射された測定光Ｌｓは、光路Ｌ４１１から光路Ｌ４１２までの角度範囲Ｇ１内において偏向し、投影領域１０１に投影される。また、ステージＳＴ２を移動させて、図１９（ｂ）に示すように、測定光Ｌｓの光路に第２振動ミラー装置４４２が配置された場合、第２振動ミラー装置４４２の反射部材４４２ａで反射された測定光Ｌｓは、光路Ｌ４２１から光路Ｌ４２２までの角度範囲Ｇ２内において偏向し、投影領域１０１に投影される。
【０１１７】
測定光Ｌｓ全体の角度範囲としては、第１振動ミラー装置４４１による角度範囲Ｇ１と、第２振動ミラー装置４４２による角度範囲Ｇ２とを接続した角度範囲Ｇ３となる。角度範囲Ｇ３は、各々の角度範囲Ｇ１、Ｇ２よりも広くなる。このとき、図１２（ａ）に示すように、角度範囲Ｇ１の縞パターンＰｓの一部と、角度範囲Ｇ２の縞パターンＰｓの一部とが重なるように、角度範囲Ｇ１、Ｇ２の位置が設定されてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、角度範囲Ｇ１の縞パターンＰｓと、角度範囲Ｇ２の縞パターンＰｓとが並んで接続されるように、角度範囲Ｇ１、Ｇ２の位置が設定されてもよい。
【０１１８】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｇによれば、第１及び第２振動ミラー装置４４１、４４２によって異なる角度範囲Ｇ１、Ｇ２を接続するので、偏向の角度範囲を容易に拡大することができる。なお、上記では、第１及び第２振動ミラー装置４４１、４４２として同一の構成が用いられるが、これに代えて、異なる構成のものでもよい。また、２つの振動ミラー装置が用いられることに限定されず、３つ以上の振動ミラー装置が、互いの角度範囲を接続させるようにステージＳＴ２に支持されるものでもよい。
【０１１９】
＜第７変形例＞
図２０は、第７変形例に係る偏向範囲拡大部４２Ｈの構成を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図２０に示すように、偏向範囲拡大部４２Ｈは、反射部５４２を有している。反射部５４２は、本体５４２ａと、ハーフミラー面５４２ｂと、全反射ミラー面５４２ｃとを有している。
【０１２０】
本体５４２ａは、ガラスや石英、アクリル、プラスチックなどの光を透過可能な材料により形成される。ハーフミラー面５４２ｂは、本体５４２ａの表面側に形成される。ハーフミラー面５４２ｂは、振動ミラー装置４１によって反射された測定光Ｌｓの一部を反射すると共に、一部を透過させる。全反射ミラー面５４２ｃは、本体５４２ａの内部に設けられている。全反射ミラー面５４２ｃは、ハーフミラー面５４２ｂに対して測定光Ｌｓの反射方向が異なるように配置されている。
【０１２１】
振動ミラー装置４１の反射部材４１ａで反射された測定光Ｌｓは、振動ミラー装置４１の振動により光路Ｌ５０１から光路Ｌ５０２の範囲に偏向される。光路Ｌ５０１を進行する測定光Ｌｓのうち、ハーフミラー面５４２ｂで反射される光は、光路Ｌ５１１を進んで投影領域１０１に投影される。一方、光路Ｌ５０１を進行する測定光Ｌｓのうち、ハーフミラー面５４２ｂを透過して全反射ミラー面５４２ｃで反射される光は、光路Ｌ５２１を進んで投影領域１０１に投影される。また、光路Ｌ５０２を進行する測定光Ｌｓのうち、ハーフミラー面５４２ｂで反射される光は、光路Ｌ５１２を進んで投影領域１０１に投影される。一方、光路Ｌ５０２を進行する測定光Ｌｓのうち、ハーフミラー面５４２ｂを透過して全反射ミラー面５４２ｃで反射される光は、光路Ｌ５２２を進んで投影領域１０１に投影される。
【０１２２】
従って、ハーフミラー面５４２ｂで反射された測定光Ｌｓは、光路Ｌ５１１から光路Ｌ５１２までの角度範囲Ｈ１内において偏向される。一方、全反射ミラー面５４２ｃで反射された測定光Ｌｓは、光路Ｌ５２１から光路Ｌ５２２までの角度範囲Ｈ２内において偏向される。測定光Ｌｓ全体の角度範囲としては、ハーフミラー面５４２ｂによる角度範囲Ｈ１と、全反射ミラー面５４２ｃによる角度範囲Ｈ２とを接続した角度範囲Ｈ３となる。角度範囲Ｈ３は、各々の角度範囲Ｈ１、Ｈ２よりも広くなる。
【０１２３】
このとき、図１２（ａ）に示すように、角度範囲Ｈ１の縞パターンＰｓの一部と、角度範囲Ｈ２の縞パターンＰｓの一部とが重なるように、角度範囲Ｈ１、Ｈ２の位置が設定されてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、角度範囲Ｈ１の縞パターンＰｓと、角度範囲Ｈ２の縞パターンＰｓとが並んで接続されるように、角度範囲Ｈ１、Ｈ２の位置が設定されてもよい。
【０１２４】
このように、偏向範囲拡大部４２Ｈによれば、ハーフミラー面５４２ｂ及び全反射ミラー面５４２ｃによって異なる角度範囲Ｈ１、Ｈ２を接続するので、偏向の角度範囲を容易に拡大することができる。
以上説明した光照射装置は、第一実施形態・第２実施形態及び第１変形例〜第２変形例において形状測定装置として説明したが、形状測定装置に限ることなく様々な光照射装置に応用することができる。
【０１２５】
＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞
図２１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２１に示す構造物製造システムＳＹＳは、上記した形状測定装置１００、設計装置９１０、成形装置９２０、制御装置（検査装置）９３０、及びリペア装置９４０を有している。
【０１２６】
設計装置９１０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９１０は、作製した設計情報を成形装置９２０及び制御装置９３０に送信する。ここで、設計情報とは、たとえば複数の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。
【０１２７】
成形装置９２０は、設計装置９１０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９２０の成形工程は、鋳造、鍛造、または切削などが含まれる。形状測定装置１００は、成形装置９２０により作製された構造物（被測定物Ｍ）の三次元形状、すなわち構造物の座標を測定する。そして、形状測定装置１００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９３０に送信する。
【０１２８】
制御装置９３０は、座標記憶部９３１及び検査部９３２を有している。座標記憶部９３１は、設計装置９１０から送信される設計情報を記憶する。検査部９３２は、座標記憶部９３１から設計情報を読み出す。また、検査部９３２は、座標記憶部９３１から読み出した設計情報と、形状測定装置１００から送信される形状情報とを比較する。そして、検査部９３２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。
【０１２９】
また、検査部９３２は、成形装置９２０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９３２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９３２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９３２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９４０に送信する。
【０１３０】
リペア装置９４０は、制御装置９３０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。
【０１３１】
図２２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２２に示すように、設計装置９１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１１）。設計装置９１０は、作製した設計情報を成形装置９２０及び制御装置９３０に送信する。制御装置９３０は、設計装置９１０から送信された設計情報を受信する。そして、制御装置９３０は、受信した設計情報を座標記憶部９３１に記憶する。
【０１３２】
次に、成形装置９２０は、設計装置９１０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Ｓ１２）。そして、形状測定装置１００は、成形装置９２０が成形した構造物の三次元形状を測定する（ステップＳ１３）。その後、形状測定装置１００は、構造物の測定結果である形状情報を制御装置９３０に送信する。次に、検査部９３２は、形状測定装置１００から送信された形状情報と、座標記憶部９３１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Ｓ１４）。
【０１３３】
次に、検査部９３２は、構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。構造物が良品であると判定した場合は（ステップＳ１５：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９３２は、構造物が良品でないと判定した場合は（ステップＳ１５：ＮＯ）、検査部９３２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Ｓ１６）。
【０１３４】
検査部９３２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Ｓ１６：ＹＥＳ）、検査部９３２は、ステップＳ１４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９３２は、不良部位情報と修復量情報とをリペア装置９４０に送信する。リペア装置９４０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Ｓ１７）。そして、ステップＳ１３の処理に移行する。すなわち、リペア装置９４０がリペアを実行した構造物に対してステップＳ１３以降の処理が再度実行される。一方、検査部９３２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Ｓ１６：ＮＯ）、構造物製造システムＳＹＳによる処理を終了する。
【０１３５】
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１００による構造物の測定結果に基づいて、検査部９３２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９２０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９３２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。
【０１３６】
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９４０が加工を実行することに代えて、成形装置９２０が再度加工を実行するように構成してもよい。
【０１３７】
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、多様な変更また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。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記した実施形態や変形例の構成を適宜組み合わせて適用することも可能である。
【０１３８】
また、上記した各実施形態及び変形例において、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。
【０１３９】
また、上記した各実施形態及び変形例において、測定光発生部２０等が生成する測定光Ｌｓは、可視光領域の波長の光、赤外線領域の波長の光、紫外線領域の波長の光、のいずれが用いられてもよい。可視光領域の波長の光が用いられることにより、使用者が投影領域１０１に投影された縞パターンＰｓ等を認識可能となる。この可視光領域のうち、例えば、赤色の波長が用いられることにより、被測定物Ｍへのダメージを軽減させることができる。
【０１４０】
また、上記した各実施形態及び変形例において、位相シフト法に用いる縞パターンＰｓ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Ｐｓ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、初期位相を２π／ｎずつ位相をシフトしたｎ個の縞パターンから形状を求めることもできる。
【０１４１】
また、上記した各実施形態及び変形例において、いずれも位相シフト法が用いられているが、上記で説明した空間コード法のみを用いて被測定物Ｍの三次元形状を測定するものでもよい。
【０１４２】
また、上記した実施形態及び変形例において、空間コードパターンＰｓ２の撮像後に縞パターンＰｓを撮像しているが、これとは逆に行ってもよい。また、標準画像の取得、空間コードパターンの撮像、白黒参照画像の取得、及び縞パターンの撮像の順序においても特に限定されず、それぞれ任意の順序で撮像可能である。また、上記した実施形態において、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。
【０１４３】
また、上記した実施形態及び変形例において、縞パターンＰｓの投影と空間コードパターンＰｓ２の投影を同時に行ってもよい。この場合、縞パターンＰｓを生成する光の波長と、空間コードパターンＰｓ２を生成する光の波長とを分けて、撮像部において波長ごとに分割して撮像し、それぞれ位相シフト法及び空間コード法を実行させてもよい。
【０１４４】
また、上記した各実施形態及び変形例において、縞パターンＰｓや空間コードパターンＰｓ２を白色及び黒色で表していたが、これに限定されず、いずれか一方または双方が着色されたものでもよい。例えば、縞パターンＰｓや空間コードパターンＰｓ２は、白色と赤色とで生成されるものでもよい。
【０１４５】
また、上記した各実施形態及び変形例において、図８に示す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、図９（Ｂ）に示す空間コード画像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。
【０１４６】
また、上記した各実施形態及び変形例において、測定光発生部２０等は、縞パターンＰｓの生成時と、空間コードパターンＰｓ２の生成時とで、光源を変更してもよい。光源の変更は、制御部６０からの指令信号に基づいて行われるようにしてもよい。空間コードパターンＰｓ２の生成時には、例えば、可干渉性の低い光源、ハロゲンランプやキセノンランプ、発光ダイオード等が用いられてもよい。
【０１４７】
また、上記した各実施形態及び変形例において、振動ミラー装置４１における角速度の不均一に対応して、レーザダイオード２１からの光の強度を変更させてもよい。例えば、投影領域１０１における偏向する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２１を制御してもよい。これにより、投影領域１０１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。
【０１４８】
また、上記した各実施形態及び変形例において、被測定物Ｍが撮像部５０の撮像視野に収まらない場合は、被測定物Ｍの異なる位置をそれぞれ測定して、各測定結果を連結して被測定物Ｍ全体の三次元形状を測定してもよい。測定結果を連結する際には、測定結果の一部を重複させる、オーバーラッピングを行ってもよい。この連結は、測定部６７が行う。
【０１４９】
連結について説明する。先ず、撮像部５０によって被測定物Ｍの第１部分を撮像する。次いで、撮像部５０によって、被測定物Ｍの第１部分と一部重なる第２部分を撮像する。測定部６７は、第１部分及び第２部分についてそれぞれ三次元形状を算出する。さらに、測定部６７は、第１部分と第２部分とが重なる部分をサーチし、この部分を重ねることにより第１部分及び第２部分の三次元形状を連結する。なお、測定部６７は、第１部分の三次元形状と第２部分の三次元形状とで共通の座標データとなる所定領域の画素をサーチして、第１部分と第２部分との重複部分を判断してもよい。
【０１５０】
このような処理を被測定物Ｍの全体が撮像されるまで繰り返し実行することで、被測定物Ｍ全体の三次元形状が測定される。これによれば、被測定物Ｍが大きな物体でも、被測定物Ｍ全体の三次元形状を容易に測定することができる。
【０１５１】
また、上記した実施形態及び変形例において、測定光発生部２０は、第１の方向Ｄ１に沿ったライン状の測定光Ｌｓを射出するが、これに限定されない。例えば、測定光発生部２０においてスポット状の測定光を射出するとともに、この測定光をＭＥＭＳミラー等の振動ミラー装置で第１の方向Ｄ１に偏向させるとともに、偏向部材である振動ミラー装置４１等によって第２の方向Ｄ２に偏向させ、測定光を２次元スキャンさせるようにしてもよい。この場合、スポット状の測定光を第１の方向Ｄ１に偏向する振動ミラー装は、偏向部材に含まれる。
【０１５２】
また、形状測定装置１００等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、制御部６０や測定部６７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に沿った測定光Ｌｓを生成する光生成処理と、被測定物Ｍ上に縞パターン（測定用パターン）Ｐｓ等を投影するように、測定光Ｌｓを第１の方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に沿って走査する走査処理と、測定光Ｌｓの走査範囲を拡大する拡大処理と、縞パターンＬｓ等が投影された被測定物Ｍを撮像する撮像処理と、撮像することで得られた被測定物Ｍの像に応じた信号強度に基づいて、被測定物Ｍの形状を算出する演算処理と、を実行する。
【０１５３】
また、この形状測定プログラムは、光ディスクやＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよい。
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。
【符号の説明】
【０１５４】
１０…投影部、２０…測定光発生部、３０…投影光学系、４１、４７、３４１、３４２、４４１、４４２…振動ミラー装置（偏向部材）、４１ａ、４７ａ、３４１ａ、３４２ａ、４４１ａ、４４２ａ…反射部材、４１ｂ、４７ｂ…揺動部、４２、４２Ａ〜４２Ｈ…偏向範囲拡大部、４３…凹光学部材、４４…凸面鏡、４５、４６、３４５、３４６…出射光学系（光学部材）、５０…撮像部、６７…測定部、１００、２００、６００…形状測定装置、８００…光照射装置、Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向、Ｌｓ…測定光、Ｍ…被測定物、Ｐｓ…縞パターン（測定用パターン）、ＳＴ…回転台、ＳＴ２…ステージ  ＳＹＳ…構造物製造システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図４】
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