(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象の三次元データを精度よく連結する方法を提供する。【解決手段】第１波長を有する形状測定用の構造光を測定対象に対して投影し、測定対象の三次元形状に関する複数の三次元データを取得するＳ０１、測定対象と、測定対象上に配置され第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、第２波長を有する参照光を投影し、複数の三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくともマークを含む参照データを取得するこＳ０２、取得した参照データに含まれるマークの位置に基づいて、参照データに対応する三次元データ同士を、測定対象の形状が復元するように連結するＳ０３、その後三次元形状を算出するＳ０４。【選択図】図５
2015206749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長を有する形状測定用の構造光を測定対象に対して投影し、前記測定対象の三次元形状に関する複数の三次元データを取得することと、
前記測定対象と、該測定対象上に配置され前記第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、前記第２波長を有する参照光を投影し、複数の前記三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくとも前記マークを含む参照データを取得することと、
取得した前記参照データに含まれる前記マークの位置に基づいて、前記参照データに対応する前記三次元データ同士を、前記測定対象の形状が復元するように連結することと
を含む三次元データの連結方法。
【請求項２】
前記三次元データの取得と、前記三次元データに対応する前記参照データの取得とを、同時に行う
請求項１に記載の三次元データの連結方法。
【請求項３】
前記測定像の取得において、少なくとも前記第２波長をカットする
請求項２に記載の三次元データの連結方法。
【請求項４】
前記三次元データの取得と、前記三次元データに対応する前記参照データの取得とを、異なるタイミングで行う
請求項１に記載の三次元データの連結方法。
【請求項５】
前記参照光として、可視光を用いる
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の三次元データの連結方法。
【請求項６】
前記マークとして、前記第２波長を有する光の一部を透過する半透明マークを用いる
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の三次元データの連結方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載した方法で三次元データを連結することと、
連結された結果に基づいて、前記測定対象の三次元形状を算出することと
を含む形状測定方法。
【請求項８】
測定対象の三次元形状を測定する形状測定装置であって、
第１波長を有する形状測定用の構造光を前記測定対象に対して投影し、前記三次元形状に関する複数の三次元データを取得する第１取得部と、
前記測定対象と、該測定対象上に配置され前記第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、前記第２波長を有する参照光を投影し、複数の前記三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくとも前記マークを含む参照データを取得する第２取得部と、
取得した前記参照像に含まれる前記マークの位置に基づいて、前記参照像に対応する前記測定像同士を、前記測定対象の形状が復元するように連結し、連結された結果に基づいて、前記測定対象の三次元形状を算出する制御部と
を備える形状測定装置。
【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、
作製された前記構造物の形状を測定する請求項７に記載の形状測定方法と、
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。
【請求項１０】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
作製された前記構造物の形状を測定する請求項８に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置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検査装置と、
を含む構造物製造システム。
【請求項１１】
形状測定装置に含まれるコンピュータに、
第１波長を有する形状測定用の構造光を測定対象に対して投影し、前記測定対象の三次元形状に関する複数の三次元データを取得する第１取得処理と、
前記測定対象と、該測定対象上に配置され前記第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、前記第２波長を有する参照光を投影し、複数の前記三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくとも前記マークを含む参照データを取得する第２取得処理と、
取得した前記参照データに含まれる前記マークの位置に基づいて、前記参照データに対応する前記三次元データ同士を、前記測定対象の形状が復元するように連結する連結処理と、
連結された結果に基づいて、前記測定対象の三次元形状を算出する算出処理と
を実行させる形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元データの連結方法、形状測定方法、三次元データの連結装置、形状測定装置、構造物製造方法、構造物製造システム、及び形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の三次元形状を測定する手法として、例えば位相シフト法が知られている。位相シフト法を用いた形状測定装置は、投影部、撮像部、及び制御部を備えている。この投影部は、正弦波状の光強度の分布を有する縞状のパターン光（以下、構造光という。）を測定対象に投影する。なお、投影部は正弦波の位相を任意に設定することができる。撮像部は、４種類の異なる位相の構造光がそれぞれ測定対象に投影された状態で、それぞれ測定対象を撮像して４つの位相画像を取得する。制御部は、撮像部が撮像した４つの画像における各画素の信号強度に関するデータを所定の演算式に当てはめ、測定対象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、演算部は、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測定対象の三次元座標データを算出する。この位相シフト法を利用した装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
上記の場合において、例えば測定対象が撮像部の撮像視野に収まらないときには、測定対象の異なる位置を一部が重複するようにそれぞれ測定し、各測定結果を連結することで測定対象全体の三次元形状を測定することができる。測定結果を連結する際には、例えば測定結果の重複する測定結果同士を重ねあわせる、オーバーラッピング処理が行われる。
【０００４】
オーバーラッピング処理では、測定対象の第１部分の画像と、第１部分と一部重なる第２部分の画像から、それぞれ三次元データを算出する。そして、第１部分及び第２部分の各三次元データにおいて、重複して測定された部分同士を重ねるようにして、第１部分の三次元データと第２部分の三次元データとを連結する。このとき、第１部分の三次元データと第２部分の三次元データとで共通の座標データとなる所定領域の画素の輝度情報を比較して、第１部分と第２部分との重複部分を判断する。
【０００５】
このようなオーバーラッピング処理を行う場合には、共通の座標データとして、予め測定対象に、マーカなどの指標を配置し、撮像部において測定対象とマーカとを合わせて撮像するようにしている。これにより、複数の三次元データを連結する際には、同一のマーカ同士を重ねるようにすればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５４５０２０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記手法においては、設置された指標が測定対象の一部を隠してしまい、正確な形状を測定することが困難になるという問題がある。上記のような位相シフト法による場合に限られず、他の手法によって三次元形状を測定する場合についても、同様の問題が生じうる。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明は、測定対象の三次元データを精度よく連結することが可能な三次元データの連結方法及び三次元データの連結装置、また、測定対象の三次元データを精度よく測定することが可能な形状測定方法、形状測定装置、構造物製造方法、構造物製造システム、及び形状測定プログラム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】
【０００９】
本発明の第１態様によれば、第１波長を有する形状測定用の構造光を測定対象に対して投影し、測定対象の三次元形状に関する複数の三次元データを取得することと、測定対象と、該測定対象上に配置され第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、第２波長を有する参照光を投影し、複数の三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくともマークを含む参照データを取得することと、取得した参照データに含まれるマークの位置に基づいて、参照データに対応する三次元データ同士を、測定対象の形状が復元するように連結することとを含む三次元データの連結方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２態様によれば、第１態様による三次元データの連結方法で三次元データを連結することと、連結された結果に基づいて、前記測定対象の三次元形状を算出することとを含む形状測定方法が提供される。
【００１１】
本発明の第３態様によれば、測定対象の三次元形状を測定する形状測定装置であって、第１波長を有する形状測定用の構造光を測定対象に対して投影し、三次元形状に関する複数の三次元データを取得する第１取得部と、測定対象と、該測定対象上に配置され第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、第２波長を有する参照光を投影し、複数の三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくともマークを含む参照データを取得する第２取得部と、取得した参照像に含まれるマークの位置に基づいて、参照像に対応する測定像同士を、測定対象の形状が復元するように連結し、連結された結果に基づいて、測定対象の三次元形状を算出する制御部とを備える形状測定装置が提供される。
【００１２】
本発明の第４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、作製された構造物の形状を測定する第２態様の形状測定方法と、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。
【００１３】
本発明の第５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設計装置と、設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作製された構造物の形状を測定する請求項１３に記載の形状測定装置と、形状測定装置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検査装置とを含む構造物製造システムが提供される。
【００１４】
本発明の第６態様によれば、形状測定装置に含まれるコンピュータに、第１波長を有する形状測定用の構造光を測定対象に対して投影し、測定対象の三次元形状に関する複数の三次元データを取得する第１取得処理と、測定対象と、該測定対象上に配置され第１波長とは異なる第２波長を有する光が投影されて検出可能となるマークと、に対して、第２波長を有する参照光を投影し、複数の三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくともマークを含む参照データを取得する第２取得処理と、取得した参照データに含まれるマークの位置に基づいて、参照データに対応する三次元データ同士を、測定対象の形状が復元するように連結する連結処理と、連結された結果に基づいて、測定対象の三次元形状を算出する算出処理とを実行させる形状測定プログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の態様によれば、測定対象の三次元データを精度よく連結することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】図１に示す形状測定装置の詳細構成の一例を示すブロック図である。
【図３】投影領域における構造光及び参照光の強度分布を示す図である。
【図４】（ａ）は投影領域と撮像領域との関係を示す図、（ｂ）はマーカの一例を示す図、（ｃ）はマーカの他の例を示す図である。
【図５】形状測定装置の動作を説明しつつ、三次元データの連結方法及び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６】第１実施形態に係る三次元データの連結方法において取得される画像データを示す図である。
【図７】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８】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９】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】
【００１７】
＜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。なお、図１において、紙面の右方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交し紙面を貫通する方向をＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸としている。形状測定装置１は、位相シフト法を用いて測定対象２の三次元形状を測定する装置である。形状測定装置１は、図１に示すように、投影部１０と、撮像部５０と、演算処理部（三次元データの連結装置）６０とを備える。
【００１８】
投影部１０は、第１の方向Ｄ１（図１のＸ軸方向）に沿って無変調のライン光である投影光１００を生成する。そして、投影部１０は、生成した投影光１００を第１の方向とは異なる第２の方向Ｄ２（図１のＹ軸方向）に沿って走査することにより、投影領域２００に対して投影光１００を投影する。投影光１００は、構造光１０１及び参照光１０２を含む。第１実施形態の構造光１０１は、位相シフト法で用いる構造光である。また、第１実施形態の参照光１０２は、測定対象２の擬似三次元形状の画像を表示させるときに、三次元形状の表面に色彩に関する情報を張り付けるために用いられる光である。なお、構造光１０１、参照光１０２、及び投影領域２００の詳細については後述する（図３及び図４参照）。
【００１９】
投影部１０は、図１に示すように、光生成部２０と、投影光学系３０と、走査部４０とを有する。光生成部２０は、投影光１００を生成する。投影光学系３０は、光生成部２０で生成された投影光１００を走査部４０へ出射する。投影光学系３０から出射された投影光１００は、走査部４０を介して測定対象２または測定対象２の近傍に向けて投影される。測定対象２は、図１に示す位置関係においては、例えばＹ方向について、投影領域２００よりも大きな寸法となっている。測定対象２は、−Ｙ側の端部を含む第１部分２Ａと、＋Ｙ側の端部を含む第２部分２Ｂとを有している。第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂは、それぞれ測定対象２の一部である。第１部分２Ａの＋Ｙ側の端部と第２部分２Ｂの−Ｙ側の端部とは、Ｙ方向の中央部において重複するように設定されている。測定対象２及びその周囲には、複数のマーカＭＣ（マーカＭＣ１〜ＭＣ６）が配置されている。
【００２０】
マーカＭＣ１〜ＭＣ４は、第１部分２Ａに配置されている。また、マーカＭＣ３〜ＭＣ６は、第２部分２Ｂに配置されている。なお、マーカＭＣ３及びＭＣ４は、第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂの重複部分に配置されている。マーカＭＣの詳細な構成については後述する。走査部４０は、投影光１００を第２の方向Ｄ２（図１のＹ軸方向）に走査する。
【００２１】
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、投影光１００が投影された測定対象２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。例えば、撮像部５０は、構造光１０１が投影された測定対象２の像（以下、「測定像」と表記する。）を撮像する。また、例えば、撮像部５０は、参照光１０２が投影された測定対象２の像（以下、「参照像」と表記する）を撮像する。
【００２２】
撮像部５０は、受光光学系５１、撮像装置５２及び光分岐部５３を有している。受光光学系５１は、測定対象２の表面において、投影光１００が投影された部分を含む領域の像を撮像装置５２に結像させる光学系である。受光光学系５１は、例えば複数のレンズが用いられる。撮像装置５２は、受光光学系５１によって結像された像に基づいて測定対象２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は、ＣＣＤ撮像素子５２ａ及びＣＣＤ撮像素子５２ｂを有している。ＣＣＤ撮像素子５２ａは、構造光１０１による像を撮像する。ＣＣＤ撮像素子５２ｂは、参照光１０２による像を撮像する。
【００２３】
光分岐部５３は、ダイクロイックミラー５３ａと、ミラー５３ｂとを有している。ダイクロイックミラー５３ａは、構造光１０１の波長に対応する波長の光を透過可能であり、かつ、それ以外の波長については反射するように形成されている。ダイクロイックミラー５３ａは、構造光１０１を透過させてＣＣＤ撮像素子５２ａに入射させる。ミラー５３ｂは、ダイクロイックミラー５３ａの反射光の光軸上に配置されている。ミラー５３ｂは、ダイクロイックミラー５３ａで反射された参照光１０２等をＣＣＤ撮像素子５２ｂに入射させる。
【００２４】
演算処理部６０は、光生成部２０による投影光１００の生成を制御する。また、演算処理部６０は、走査部４０による投影光１００の走査と、撮像部５０による測定対象２の撮像とを同期させるように、走査部４０及び撮像部５０を制御する。また、演算処理部６０は、撮像部５０が撮像した画像データにおける各画素の輝度データ（信号強度）に基づいて、測定対象２の三次元形状を算出する。
【００２５】
次に、図２を参照して形状測定装置１に含まれる投影部１０、撮像部５０、及び演算処理部６０の詳細な構成について説明する。図２は、図１に示す形状測定装置１の詳細構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように３軸座標系を設定した場合、図２においては、紙面の右方向がＸ軸となり、紙面の上方向がＺ軸となり、紙面の裏から表に向かう方向がＹ軸となる。図２に示すように、投影部１０は、レーザコントローラ２１、レーザダイオード（光源）２２、投影光学系３０、及び走査部４０を有している。図１に示す光生成部２０は、レーザコントローラ２１、及びレーザダイオード２２を含む。
【００２６】
レーザコントローラ２１は、制御部６２からの指令信号に基づいてレーザダイオード２２によるレーザ光の照射を制御する。レーザダイオード２２は、レーザコントローラ２１からの制御信号に基づいてレーザ光を生成する光源である。レーザダイオード２２は、例えば赤色光を射出する赤色レーザダイオードと、緑色光を射出する緑色レーザダイオードと、青色光を射出する青色レーザダイオードとを有している。
【００２７】
投影光学系３０は、上述したように、レーザダイオード２２で発生したレーザ光を投影領域２００でライン状の投影光１００として投影する。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。
【００２８】
走査部４０は、投影光学系３０から出射された投影光１００を、例えば、ミラー等の反射光学素子を用いて反射し、その反射面を回動することにより投影光１００を第２の方向Ｄ２（図２のＹ軸方向）に走査する。走査部４０を構成する反射光学素子の一例として、静電気でミラーを共振させて投影光１００の反射角を変化させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーが用いられる。第２の方向Ｄ２は、第１の方向Ｄ１（図２のＸ軸方向）と異なる測定対象２上の方向である。例えば、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とは直交している。
【００２９】
ＭＥＭＳミラーは、所定の振動中心を軸として方向Ｒ（図１参照）に回動し、投影光１００を所定の反射角で反射させつつ、その反射角を変化させる。ＭＥＭＳミラーによる第２の方向Ｄ２の走査幅（つまり、投影領域２００における第２の方向Ｄ２の長さ）は、ＭＥＭＳミラーにおける反射角が変化する方向の振幅によって決定される。また、ＭＥＭＳミラーにより投影光１００が第２の方向Ｄ２に走査される速度は、ＭＥＭＳミラーの角速度（つまり、共振周波数）によって決定される。また、ＭＥＭＳミラーを振動させることにより、投影光１００を往復して走査可能となる。投影光１００の走査の開始位置は任意である。例えば、投影領域２００の端から投影光１００の走査が開始されるほかに、投影領域２００の略中央付近から走査が開始されてもよい。
【００３０】
図３は、投影領域における投影光１００の強度分布を示す図である。図３（ａ）は構造光１０１の強度分布を示しており、図３（ｂ）は参照光１０２の強度分布をそれぞれ示している。図１に示すような３軸座標系を設定した場合、図３（ａ）及び（ｂ）においては、紙面の上方向がＸ軸となり、紙面の右方向がＹ軸となり、紙面の裏から表に向かう方向がＺ軸となる。
【００３１】
図３（ａ）及び（ｂ）では、それぞれ投影光１００（構造光１０１又は参照光１０２）が走査部４０により第２の方向Ｄ２にわたって走査された状態を示している。投影光１００は、第１の方向Ｄ１に所定の長さを有するライン状の光である。投影光１００は、第２の方向Ｄ２に所定の距離にわたって走査されることで矩形状の投影領域２００を形成する。投影領域２００は、投影光１００が投影される領域であり、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とで規定される領域である。投影領域２００は、測定対象２の一部または全部を含んでいる。
【００３２】
図３（ａ）に示す構造光１０１は、例えば第１波長（例、約６８０ｎｍ）の光である。構造光１０１を第２の方向Ｄ２に走査することにより、投影領域２００全体としては、縞パターンＰが投影されることになる。したがって、縞パターンＰは、構造光１０１によって形成されるパターンである。縞パターンＰは、第２の方向Ｄ２に沿って正弦波状の周期的な光強度の分布を有している。縞パターンＰは、明るい部分（図３（ａ）の白い部分）と暗い部分（図３（ｂ）の黒い部分）とを有する濃淡パターンとも表現される。また、縞パターンＰは、格子状のパターンであるから格子パターンとも表現される。また、第２の方向Ｄ２を明暗の方向または濃淡の方向、格子の方向ともいう。
【００３３】
一方、図３（ｂ）に示す参照光１０２は、上記の第１波長とは異なる第２波長の光である。参照光１０２として、例えば赤色光、緑色光及び青色光を含む可視光が用いられる。ただし、可視光のうち第１波長と同一の波長を有する光は撮像部５０のダイクロイックミラー５３ａにより除外される。参照光１０２を第２の方向Ｄ２に強度変調せずに走査することにより、投影領域２００全体としては、一様パターンＱが投影されることになる。したがって、一様パターンＱは、参照光１０２によって形成されるパターンである。一様パターンＱは、第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２において光強度（又は、明暗、濃淡）が一様となっている。
【００３４】
続いて、図２に示すように、撮像部５０は、受光光学系５１、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂ及び画像メモリ５２ｃを有している。受光光学系５１は、上述したように、測定対象２の表面のうち、投影光１００が投影された部分を含む領域の像をＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂの受光面に結像させる。ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂは、電荷結合素子(Charge Coupled Device）を用いた撮像素子である。
【００３５】
ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂにより生成される画像データは画素毎の信号強度データによって構成される。例えば、画像データは５１２×５１２＝２６２１４４画素の信号強度データで構成される。画像メモリ５２ｃは、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂが生成した画像データを記憶する。
【００３６】
図４（ａ）は、投影領域と撮像領域との関係を示す図である。図４（ａ）を用いて、撮像部５０が測定対象２を撮像する領域（以下、撮像領域と称する）について簡単に説明する。図１に示すように３軸座標系を設定した場合、図４においては、紙面の上方向がＸ軸となり、紙面の右方向がＹ軸となり、紙面の裏から表に向かう方向がＺ軸となる。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、撮像領域２１０は、撮像部５０により撮像される測定対象２の領域を示している。この撮像領域２１０は、投影領域２００の領域内であって、この投影領域２００よりも狭い領域とされている。ただし、撮像領域２１０は、少なくとも投影領域２００の領域外にはみ出さなければよい。例えば、撮像領域２１０は投影領域２００と同じ領域であってもよい。なお、撮像領域２１０は、投影領域２００よりも大きな領域であってもよい。
【００３８】
また、本明細書においては、撮像領域２１０とは別に撮像視野という表現を適宜用いて説明する。撮像視野は、撮像部５０による１回の撮像で撮像される測定対象２上の範囲である。なお、測定対象２が１回の撮像で撮像部５０の撮像視野に収まらない場合は、測定対象２の異なる位置を複数回にわたって測定し、各測定結果を連結することで測定対象２全体の三次元形状を測定することが可能である。
【００３９】
なお、投影領域２００が撮像領域２１０より大きいとき、構造光１０１は、撮像領域２１０の外側（すなわち撮像視野の外側）から走査が開始される場合と、撮像領域２１０内（すなわち撮像視野内）から走査が開始される場合と、のいずれであってもよい。
【００４０】
投影領域２００（または撮像領域２１０）内には、複数のマーカＭＣが配置されている。複数のマーカＭＣは、外観が互いに異なるように形成されている。  
図４（ｂ）は、マーカＭＣの一例を示す図である。  
図４（ｂ）に示すように、マーカＭＣは、３行×３列のマトリクス状に配置された矩形パターンＳを有している。矩形パターンＳは、着色領域Ｓ１及び非着色領域Ｓ２を有している。着色領域Ｓ１は、構造光１０１と同一波長の光を透過するように形成されている。また、着色領域Ｓ１は、参照光１０２と同一波長の光の照射を受けて吸収する、又は、参照光１０２と同一波長の光を反射するように形成されている。非着色領域Ｓ２は、例えば何も配置されていない領域である。図４（ｂ）に示す矩形パターンＳは、３つの着色領域Ｓ１と６つの非着色領域Ｓ２とを有している。
【００４１】
各マーカＭＣは、着色領域Ｓ１と非着色領域Ｓ２との配置が互いに異なっている。このため、各マーカＭＣは、矩形パターンＳが互いに異なるように形成されている。よって、各マーカＭＣは、互いに識別可能となっている。なお、着色領域Ｓ１は、可視光の照射を受けて少なくとも一部の波長を吸収又は反射可能な構成となっている。これにより、測定者がマーカＭＣを肉眼で見ながら配置させることができる。
【００４２】
図４（ｃ）は、マーカＭＣの他の例を示す図である。  
図４（ｃ）に示すマーカＭＣＡは、図４（ｂ）に示すマーカＭＣに比べて、着色領域Ｓ１Ａにおける吸収量又は反射量が低くなっており、一部の光を透過可能な構成となっている。このため、マーカＭＣＡが配置された領域では、参照光１０２が着色領域ＳＡ１を透過して投影領域２００又は測定対象２上に照射される。この透過光により、投影領域２００又は測定対象２の形状を目視可能となっている。
【００４３】
続いて、図２に示すように、演算処理部６０は、操作部６１、制御部６２、設定情報記憶部６３、取込メモリ６４、演算部６５、三次元情報記憶部６６、及び表示制御部６７を有している。  
操作部６１は、使用者の操作に応じた操作信号を制御部６２に出力する。この操作部６１は、例えば、使用者によって操作されるボタン、スイッチである。また、表示装置７０には例えばタッチパネルが形成されている。このタッチパネルも操作部６１として用いられる。
【００４４】
制御部６２は、第１制御部６２ａ及び第２制御部６２ｂを含む。第１制御部６２ａは、走査部４０と撮像部５０とを制御する。第２制御部６２ｂは、光生成部２０を制御する。制御部６２は、設定情報記憶部６３に記憶されているプログラムに従って次の制御を実行する。
【００４５】
第１制御部６２ａは、走査部４０及びＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂに指令信号を出力し、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂによる測定対象２の撮像が、走査部４０による構造光１０１の走査に同期するように制御する。また、第１制御部６２ａは、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂによる１フレームの撮像と、構造光１０１の複数回の走査とを同期させるように制御する。
【００４６】
第２制御部６２ｂは、レーザコントローラ２１に指令信号を出力することにより、レーザダイオード２２から赤色光、青色光及び緑色光を組み合わせた所望のレーザ光を照射可能である。また、第２制御部６２ｂは、レーザコントローラ２１に指令信号を出力することにより、レーザダイオード２２から照射されるレーザ光の光強度を調整可能である。なお、例えば６８０nmの単色光を照射する場合は、赤色光を用いるとともに不図示のバンドパスフィルターを光路中に挿入する。
【００４７】
走査部４０を構成するＭＥＭＳミラーの周波数は、例えば５００Ｈｚ（ＭＥＭＳミラーの振動周期は往復２ｍｓ）に設定される。また、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂのシャッタースピード（ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂの露光時間）は例えば４０ｍｓに設置される。従って、ＣＣＤ撮像素子５２、５２ｂａが１枚の画像を撮像する間に、走査部４０は構造光１０１を投影領域２００に４０回走査（２０回往復走査）する。第１制御部６２ａは、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂによる１フレームの撮像の間に、例えば走査部４０による構造光１０１を２０回往復させるように制御を行う。ただし、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂによる１フレームの撮像において、構造光１０１を何往復走査させるかは、任意に設定可能である。例えば、ＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂの露光時間の調整や、ＭＥＭＳミラーの周波数の調整により、１フレームの撮像で取り込む構造光１０１の走査数は調整される。
【００４８】
設定情報記憶部６３は、制御部６２に制御を実行させるためのプログラムを記憶する。また、設定情報記憶部６３は、演算部６５に対して、ぶれの検出処理を実行させるためのプログラムや、三次元形状の演算処理を実行させるためのプログラムを記憶する。設定情報記憶部６３は、表示制御部６７に表示制御を実行させるためのプログラムを記憶する。設定情報記憶部６３は、演算部６５の演算処理において構造光１０１の縞の位相から測定対象２の点群データを算出する際に用いるキャリブレーション情報なども記憶する。
【００４９】
取込メモリ６４は、画像メモリ５２ｃに記憶された画像データを取り込んで記憶する。この取込メモリ６４は、構造光１０１を投影して撮像した測定対象２の測定像や、参照光１０２を投影して撮像した測定対象２の参照像などが記憶される。取込メモリ６４には、複数の記憶領域が設けられている。測定像の画像データ及び参照像の画像データは、例えばそれぞれ異なる記憶領域に記憶される。
【００５０】
演算部６５は、設定情報記憶部６３に記憶されているプログラムやキャリブレーション情報に従って、例えば後述するような所定の演算を実行する。三次元情報記憶部６６は、演算部６５が算出した測定対象２の三次元形状データを記憶する。表示制御部６７は、設定情報記憶部６３に記憶されているプログラムに従って疑似三次元形状の画像の表示制御を実行する。すなわち、表示制御部６７は、使用者による操作部６１の操作に応じて、または自動的に、三次元情報記憶部６６に記憶された三次元形状データを読み出す。そして、表示制御部６７は、読み出した三次元形状データに基づいて表示装置７０の表示画面に測定対象２の疑似三次元形状の画像を表示させる制御を実行する。
【００５１】
表示装置７０は、測定対象２の疑似三次元形状の画像を表示する装置である。この表示装置７０は、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などが用いられる。なお、図１では表示装置７０を省略している。
【００５２】
また、上記の制御部６２、演算部６５、及び表示制御部６７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置により構成される。すなわち、演算処理装置が設定情報記憶部６３に記憶されているプログラムに従って制御部６２が実行する処理を行う。また、演算処理装置が設定情報記憶部６３に記憶されているプログラムに従って演算部６５が実行する処理を行う。また、演算処理装置が設定情報記憶部６３に記憶されているプログラムに従って表示制御部６７が実行する処理を行う。このプログラムには、形状測定プログラムが含まれる。
【００５３】
この形状プログラムは、演算処理装置（制御部６２）に対して、構造光１０１を測定対象２に対して投影し測定対象２の三次元形状に関する複数の三次元データを取得する第１取得処理と、測定対象２と、該測定対象２との間で所定の位置関係となるように配置され参照光１０２が投影されて検出可能となるマーカＭＣと、に対して参照光１０２を投影し、複数の三次元データのそれぞれに対応すると共に少なくともマーカＭＣの位置情報を含む参照データを取得する第２取得処理と、を実行させる。また、この形状プログラムは、演算処理装置（演算部６５）に対して、取得した参照データに含まれるマーカＭＣの位置情報に基づいて、参照データに対応する三次元データ同士を、測定対象２の形状が復元するように連結する連結処理と、連結された結果に基づいて、測定対象２の三次元形状を算出する算出処理とを実行させる。
【００５４】
次に、位相シフト法の原理について説明する。  
位相シフト法は、例えば正弦波状の光強度分布を有する構造光１０１の位相をシフトさせて撮像した縞画像（縞パターンＰが投影された測定対象２の測定像）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。第１実施形態において、縞パターンＰは、位相をπ／２ずつシフトさせた４種類の縞パターンＰである。
【００５５】
縞パターンＰの位相は、構造光１０１の強度の分布である正弦波の位相である。以下、例えば正弦波強度分布の初期位相が０である基準の縞パターンＰを第１縞パターン（第１位相光）Ｐ１とし、この第１縞パターンＰ１の位相をπ／２だけシフトさせた縞パターンＰを第２縞パターン（第２位相光）Ｐ２とし、第１縞パターンＰ１の位相をπだけシフトさせた縞パターンＰを第３縞パターン（第３位相光）Ｐ３とし、第１縞パターンＰ１の位相を３π／２だけシフトさせた縞パターンＰを第４縞パターン（第４位相光）Ｐ４とする。ここで初期位相とは、左から右へ走査される縞パターンＰの左端の位相を意味する。
【００５６】
位相シフト法では、第１縞パターンＰ１〜第４縞パターンＰ４を投影部１０から測定対象２に投影し、投影部１０に対して異なる角度に配置される撮像部５０で測定対象２を撮影する。このように配置されているため投影部１０と撮像部５０の距離を基線長として、撮像部５０の画素と位相から三角測量の原理で測定対象物２の三次元形状を求めることができる。
【００５７】
撮像部５０は、第１縞パターンＰ１〜第４縞パターンＰ４がそれぞれ測定対象に投影された状態で、それぞれ測定対象２を撮像して４つの測定像を取得する。そして、演算処理部６０は、撮像部５０が撮像した４つの測定像のそれぞれの信号強度に関するデータを以下の（式１）に当てはめ、測定対象２の面形状に応じた各画素における縞の位相値φを求める。
【００５８】
φ（ｕ，ｖ）＝ｔａｎ−１｛（Ｉ４（ｕ，ｖ）−Ｉ２（ｕ，ｖ））／（Ｉ１（ｕ，ｖ）−Ｉ３（ｕ，ｖ））｝・・・（式１）
ただし、（ｕ、ｖ）は画素の位置座標を示している。また、Ｉ１は第１縞パターンＰ１が投影されたときに撮像された測定像の信号強度である。同様に、Ｉ２は第２縞パターンＰ２、Ｉ３は第３縞パターンＰ３、Ｉ４は第４縞パターンＰ４がそれぞれ投影されたときの測定像の信号強度である。
【００５９】
このように、画像の画素毎に正弦波状に変化する信号強度の位相を求めることができる。この位相φ（ｕ，ｖ）に基づいて基線に対する投影角度が求まり、画素位置に基づいて撮像部５０への入射角が求めることができ、投影部１０と撮像部５０の距離は装置固有の長さなので、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。
【００６０】
次に、第１実施形態に係る三次元データの連結方法の一例と、この連結方法を用いた形状測定方法の一例とについて説明する。第１実施形態では、測定対象２が撮像部５０の撮像視野よりも大きくなるように配置された場合を例に挙げて説明する。例えば、図１に示すように、測定対象２がＹ方向において投影領域２００よりも大きい寸法となっている。この場合、測定対象２のうち−Ｙ側の第１部分２Ａ及び＋Ｙ側の第２部分２Ｂ（図１参照）をそれぞれ測定し、各測定結果をつなぎ合わせることで測定対象２全体の三次元形状を測定する手順を例に挙げる。そして、測定結果同士をつなぎ合わせる際に、測定結果の一部同士を重ねあわせる、オーバーラッピング処理を行う手順を例に挙げる。
【００６１】
図５は、第１実施形態に係る検出方法及び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６（ａ）〜（ｅ）は、以下の検出方法及び形状測定方法において取得又は生成される画像データの一例を示す図である。
【００６２】
まず、測定者は、測定対象２のうち−Ｙ側の第１部分２Ａについて測定する。形状測定装置１の電源がオンとなった状態で、使用者により測定開始操作が行われると、制御部６２は、操作部６１から測定開始操作が行われたことを表す信号が入力される。なお、使用者による測定開始操作が行われない場合は、待機状態となっている。また、測定開始操作が行われた場合、第１部分２Ａ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。
【００６３】
測定開始操作が行われると、制御部６２は、光生成部２０及び走査部４０に対して指令信号を出力し、第１部分２Ａに４種類の縞パターンＰ（図３（ａ）参照）を投影させ、各縞パターンＰが投影された第１部分２Ａの測定像をそれぞれＣＣＤ撮像素子５２ａに撮像させる。その後、演算部６５は、４種類の測定像に基づいて、図６（ａ）に示すように、第１部分２Ａの三次元データＩｍ１を取得する。三次元データＩｍ１は、第１部分２Ａの三次元形状に関する三次元データである。なお、三次元データは点群データであるが、疑似的な三次元像とし表している。第１部分２Ａには、マーカＭＣ１〜ＭＣ４が配置されている。一方、構造光１０１の波長はマーカＭＣ１〜ＭＣ４を透過する。このため、マーカＭＣ１〜ＭＣ４はＣＣＤ撮像素子５２ａには撮像されない。したがって、三次元データＩｍ１にはマーカＭＣ１〜ＭＣ４が含まれない。
【００６４】
次に、制御部６２は、光生成部２０及び走査部４０に対して指令信号を出力し、一様パターンＱ（図３（ｂ）参照）を第１部分２Ａに投影させる。また、制御部６２は、撮像部５０に対して指令信号を出力し、一様パターンＱが投影された第１部分２Ａの参照像をＣＣＤ撮像素子５２ｂに撮像させる。第１部分２ＡにはマーカＭＣ１〜ＭＣ４が配置されている。マーカＭＣ１〜ＭＣ４は参照光１０２の照射を受けることにより、参照光１０２を反射又は吸収する。したがって、ＣＣＤ撮像素子５２ｂによってマーカＭＣ１〜ＭＣ４が撮像される。なお、ＣＣＤ撮像素子５２ａとＣＣＤ撮像素子５２ｂには、同一の受光光学系５１による像が形成されるため、測定対象２の同じ位置の像が形成される。
【００６５】
よって、演算部６５は、図６（ｂ）に示すように、互いにパターンの異なる複数のマーカＭＣ１〜ＭＣ４が配置された第１部分２Ａの参照データＩｍ２を取得する。この参照データＩｍ２は、第１部分２Ａのテクスチャマッピングに用いられるものであり、三次元データＩｍ１と位置関係が対応する画像データである。なお、参照データＩｍ２の取得は、三次元データＩｍ１を取得する前に行ってもよい。
【００６６】
次に、測定者は、測定対象２のうち＋Ｙ側の第２部分２Ｂについて測定する。第１部分２Ａの測定時と同様、形状測定装置１の電源がオンとなった状態で、使用者により測定開始操作が行われると、制御部６２は、操作部６１から測定開始操作が行われたことを表す信号が入力される。なお、使用者による測定開始操作が行われない場合は、待機状態となっている。また、測定開始操作が行われた場合、第２部分２Ｂ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。
【００６７】
測定開始操作が行われると、制御部６２は、光生成部２０及び走査部４０に対して指令信号を出力し、測定対象２のうち＋Ｙ側の第２部分２Ｂに４種類の縞パターンＰを投影させ、各縞パターンＰが投影された第２部分２Ｂの測定像をそれぞれＣＣＤ撮像素子５２ａに撮像させる。その後、演算部６５は、４種類の測定像に基づいて、図６（ｃ）に示すように、第２部分２Ｂの三次元データＩｍ３を取得する。三次元データＩｍ３は、第２部分２Ｂの三次元形状に関する三次元データである。第２部分２Ｂには、マーカＭＣ３〜ＭＣ６が配置されている。一方、構造光１０１の波長はマーカＭＣ３〜ＭＣ６を透過する。このため、マーカＭＣ３〜ＭＣ６はＣＣＤ撮像素子５２ａには撮像されない。したがって、三次元データＩｍ３にはマーカＭＣ３〜ＭＣ６が含まれない。
【００６８】
次に、制御部６２は、光生成部２０及び走査部４０に対して指令信号を出力し、一様パターンＱを第２部分２Ｂに投影させる。また、制御部６２は、撮像部５０に対して指令信号を出力し、一様パターンＱが投影された第２部分２Ｂの参照像をＣＣＤ撮像素子５２ｂに撮像させる。第２部分２ＢにはマーカＭＣ３〜ＭＣ６が配置されている。マーカＭＣ３〜ＭＣ６は参照光１０２の照射を受けることにより、参照光１０２を反射又は吸収する。したがって、ＣＣＤ撮像素子５２ｂによってマーカＭＣ３〜ＭＣ６が撮像される。
【００６９】
よって、演算部６５は、図６（ｄ）に示すように、互いにパターンの異なる複数のマーカＭＣ３〜ＭＣ６が配置された第２部分２Ｂの参照データＩｍ４を取得する。この参照データＩｍ４は、第２部分２Ｂのテクスチャマッピングに用いられるものであり、三次元データＩｍ３と位置関係が対応する画像データである。なお、参照データＩｍ４の取得についても、三次元データＩｍ３を取得する前に行ってもよい。
【００７０】
このようにして、演算処理部６０において、測定対象２の三次元形状に関する複数の三次元データＩｍ１、Ｉｍ３が取得される（ステップＳ０１）。また、演算処理部６０において、各三次元データＩｍ１、Ｉｍ３に対応すると共にマーカＭＣ１〜ＭＣ６の位置情報を含む参照データＩｍ２、Ｉｍ４が取得される（ステップＳ０２）。
【００７１】
次に、演算部６５は、取得した参照データＩｍ２、Ｉｍ４に含まれるマーカＭＣ１〜ＭＣ６の位置情報に基づいて、参照データＩｍ２に対応する三次元データＩｍ１と、参照データＩｍ４に対応する三次元データＩｍ３とを、測定対象２の形状が復元するように連結する（ステップＳ０３）。
【００７２】
上記のマーカＭＣ１〜ＭＣ６のうち、マーカＭＣ３及びＭＣ４は、第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂで重複する位置に配置されている。したがって、第１部分２Ａの参照像に基づく参照データＩｍ２、及び第２部分２Ｂの参照像に基づく参照データＩｍ４には、マーカＭＣ３、ＭＣ４が共通して含まれる。  
【００７３】
ここで、参照データＩｍ２及びＩｍ４と、三次元データＩｍ１及びＩｍ３との間では、位置関係が対応している。そこで、演算部６５は、参照データＩｍ２のマーカＭＣ３に対応する三次元データＩｍ１の点群と参照データＩｍ２のマーカＭＣ４に対応する三次元データＩｍ１の点群が測定対象２の同じ部分であるとしてラフアライメントを行い、次いでCP(Iterative Closest Point)と呼ばれる手法によりファインアライメントを行い、三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ３との連結三次元データＩｍ５を求める。
【００７４】
これにより、例えば図６（ｅ）に示すように、三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ３とを連結したときの測定対象２の全体の連結データＩｍ５が得られる。なお、図６（ｅ）では、説明の便宜のためマーカＭＣ１〜ＭＣ６の位置が示され、マーカＭＣ３とマーカＭＣ４とが重なった状態が示されているが、実際には三次元データＩｍ１及びＩｍ３にはマーカＭＣ１〜ＭＣ６は含まれない。したがって、測定対象２の全体の三次元データは、マーカＭＣ１〜ＭＣ６によって隠されることなく取得される。そして、演算部６５は、得られた連結三次元データＩｍ５に基づいて、測定対象２の三次元形状を算出する（ステップＳ０４）。
【００７５】
演算部６５は、参照データＩｍ２、Ｉｍ４に基づき、測定対象２の三次元形状に対して色彩に関する情報を付加する。そして、演算部６５は、測定対象２の三次元形状の座標データ及び色彩に関する情報を三次元情報記憶部６６に記憶する。表示制御部６７は、使用者による操作部６１の操作に応じて、または自動的に、三次元情報記憶部６６に記憶された三次元形状の座標データを読み出す。表示制御部６７は、読み出した三次元形状の座標データに基づいて表示装置７０の表示画面に測定対象２の疑似三次元形状を表示させる。疑似三次元形状は、三次元空間内の点の集合である点群から生成されたポリゴンで表示される。この点群のデータは、形状測定装置１から出力可能である。
【００７６】
表示装置７０は、測定対象２の疑似三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、表示制御部６７は、取込メモリ６４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表示装置７０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、撮像現場で測定対象２が正確に撮像されたか否かを確認することができる。
【００７７】
また、表示装置７０は、撮像部５０により撮像された画像、及び演算部６５により算出された三次元形状、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、及び演算部６５により算出された三次元形状、のうち少なくとも一方は、形状測定装置１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。
【００７８】
以上のように、第１実施形態によれば、構造光１０１を測定対象２に対して投影し、測定対象２の三次元形状に関する複数の三次元データＩｍ１、Ｉｍ３を取得し、測定対象２と、該測定対象２との間で所定の位置関係となるように配置され参照光１０２が投影されて検出可能となるマーカＭＣ（ＭＣ１〜ＭＣ６）とに対して参照光１０２を投影し、複数の三次元データＩｍ１、Ｉｍ３のそれぞれに対応すると共に少なくともマーカＭＣ１〜ＭＣ６の位置情報を含む参照データＩｍ２、Ｉｍ４を取得し、取得した参照データＩｍ２、Ｉｍ４に含まれるマーカＭＣ３、ＭＣ４の位置情報に基づいて、参照データＩｍ２、Ｉｍ４に対応する三次元データＩｍ１、Ｉｍ３を、測定対象２の形状が復元するように連結するため、測定対象２上にマーカＭＣ１〜ＭＣ６が配置された場合であっても、構造光１０１がマーカＭＣ１〜ＭＣ６を透過するため、マーカＭＣ１〜ＭＣ６によって測定対象２の一部が隠されることがない。
【００７９】
また、第１実施形態によれば、上記連結方法を用いて三次元データを連結し、その結果に基づいて測定対象２の三次元形状を算出するため、測定対象の三次元データを欠落なく測定することが可能となる。
【００８０】
＜第２実施形態＞  
次に、本発明の第２実施形態を説明する。  
図７は、第２実施形態に係る形状測定装置１Ａの一例を示す図である。  
上記第１実施形態においては、１つの撮像部５０で構造光１０１と参照光１０２とを分岐し、別々のＣＣＤ撮像素子５２ａ及び５２ｂによって撮像する構成を例に挙げて説明したが、第２実施形態では、図７に示すように、独立して制御可能な２つの撮像部１５１、１５２を有する構成となっている。なお、他の構成、例えば投影部１０や演算処理部６０の構成、測定対象２やマーカＭＣ（ＭＣ１〜ＭＣ６）などの構成については、第１実施形態と同一である。
【００８１】
一方の撮像部１５１は、受光光学系１５３、撮像装置１５４及びフィルタ１５７を有しており、構造光１０１による像（測定像）を撮像するために用いられる。他方の撮像部１５２は、受光光学系１５５、撮像装置１５６及びフィルタ１５８を有しており、参照光１０２による像（参照像）を撮像するために用いられる。なお、受光光学系１５３、１５５の構成は、上記実施形態と同一である。また、撮像装置１５４、１５６には、それぞれ１つの撮像素子（不図示のＣＣＤ撮像素子など）が設けられている。撮像装置１５４と撮像装置１５６との間では、解像度又は画素数が同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、フィルタ１５７は、構造光１０１の第１波長（第１波長）を透過させ、他の波長を遮光するように形成されている。一方、フィルタ１５８は、構造光１０１の第１波長を遮光し、他の波長を透過させるように形成されている。フィルタ１５７、１５８としては、例えば波長選択フィルタなどが用いられる。
【００８２】
上記構成の形状測定装置１Ａにおいては、投影部１０から構造光１０１の第１波長及び参照光１０２の第２波長を含む投影光１００を測定対象２に投影した場合、測定対象２の測定像は撮像部１５１の受光光学系１５３及びフィルタ１５７を介して撮像装置１５４によって撮像される。このとき、投影光１００に含まれる参照光１０２の参照像は、フィルタ１５７によって遮光されるため、撮像装置１５４では撮像されない。演算部６５は、撮像された測定像に基づいて、測定対象２の第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂの三次元データをそれぞれ求める。
【００８３】
一方、測定対象２の参照像は、撮像部１５２の受光光学系１５５及びフィルタ１５８を介して撮像装置１５６によって撮像される。このとき、測定対象２の測定像は、フィルタ１５８によって遮光されるため、撮像装置１５４では撮像されない。演算部６５は、撮像された参照像に基づいて、測定対象２の第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂの参照データをそれぞれ求める。参照データには、マーカＭＣ１〜ＭＣ６の位置情報が含まれる。
【００８４】
そして、演算部６５は、参照データに含まれるマーカＭＣ１〜ＭＣ６の位置情報に基づいて、参照データに対応する三次元データを、測定対象２の形状が復元するように連結する。
【００８５】
以上のように、本変形例によれば、独立して制御可能な２つの撮像部１５１、１５２を有する構成とすることにより、一の投影光１００に対して、撮像部１５１では測定像を撮像し、撮像部１５２では参照像を撮像することができる。このため、同一のタイミングで三次元データ及び参照データを取得することが可能となる。これにより、三次元データを連結するために要する時間を短縮することが可能となる。
【００８６】
なお、図７に示す構成において、撮像部１５１、１５２で撮像される画像（測定像、参照像）は、各撮像部１５１、１５２のＣＣＤ撮像素子の視差を含むものとなる。この視差については予め撮像距離ごとに撮像部１５１のＣＣＤと撮像部１５２のＣＣＤの画素ごとに対応関係を記憶している。記憶した対応関係に基づいて三次元データと参照データの対応を求めることができる。
【００８７】
＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞  
図８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８に示す構造物製造システムＳＹＳは、上記した形状測定装置１、設計装置７１０、成形装置７２０、制御装置（検査装置）７３０、及びリペア装置７４０を有している。
【００８８】
設計装置７１０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７１０は、作製した設計情報を成形装置７２０及び制御装置７３０に送信する。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。また、測定対象は、構造物である。
【００８９】
成形装置７２０は、設計装置７１０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７２０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１は、成形装置７２０により作製された構造物（測定対象２）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１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７３０に送信する。
【００９０】
制御装置７３０は、座標記憶部７３１及び検査部７３２を有している。座標記憶部７３１は、設計装置７１０から送信される設計情報を記憶する。検査部７３２は、座標記憶部７３１から設計情報を読み出す。また、検査部７３２は、座標記憶部７３１から読み出した設計情報と、形状測定装置１から送信される形状情報とを比較する。そして、検査部７３２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。
【００９１】
また、検査部７３２は、成形装置７２０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７３２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７３２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７３２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７４０に送信する。
【００９２】
リペア装置７４０は、制御装置７３０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。
【００９３】
図９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９に示すように、設計装置７１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ３１）。設計装置７１０は、作製した設計情報を成形装置７２０及び制御装置７３０に送信する。制御装置７３０は、設計装置７１０から送信された設計情報を受信する。そして、制御装置７３０は、受信した設計情報を座標記憶部７３１に記憶する。
【００９４】
次に、成形装置７２０は、設計装置７１０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Ｓ３２）。そして、形状測定装置１は、成形装置７２０が成形した構造物の三次元形状を測定する（ステップＳ３３）。その後、形状測定装置１は、構造物の測定結果である形状情報を制御装置７３０に送信する。次に、検査部７３２は、形状測定装置１から送信された形状情報と、座標記憶部７３１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Ｓ３４）。
【００９５】
次に、検査部７３２は、構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。構造物が良品であると判定した場合は（ステップＳ３５：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７３２は、構造物が良品でないと判定した場合は（ステップＳ３５：ＮＯ）、検査部７３２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Ｓ３６）。
【００９６】
検査部７３２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Ｓ３６：ＹＥＳ）、検査部７３２は、ステップＳ３４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７３２は、不良部位情報と修復量情報とをリペア装置７４０に送信する。リペア装置７４０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Ｓ３７）。そして、ステップＳ３３の処理に移行する。すなわち、リペア装置７４０がリペアを実行した構造物に対してステップＳ３３以降の処理が再度実行される。一方、検査部７３２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Ｓ３６：ＮＯ）、構造物製造システムＳＹＳによる処理を終了する。
【００９７】
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１による構造物の測定結果に基づいて、検査部７３２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７２０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７３２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。
【００９８】
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７４０が加工を実行することに代えて、成形装置７２０が再度加工を実行するように構成してもよい。
【００９９】
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。
【０１００】
例えば、上記実施形態においては、形状測定装置１、１Ａによって得られた三次元データ同士を連結する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、他の手法又は装置によって取得される三次元データ同士を連結する場合においても、同様の説明が可能である。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、参照データを取得する際に、マーカＭＣの位置情報及び測定対象２の色彩に関する情報を同時に撮像する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、マーカＭＣの位置情報と、測定対象２の色彩に関する情報を別の画像として撮像するようにしてもよい。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、上記した各実施形態及び変形例において、各図面では光学素子を一つまたは複数で表しているが、特に使用する数を指定しない限り、同様の光学性能を発揮させるものであれば、使用する光学素子の数は任意である。
【０１０４】
また、上記した各実施形態及び変形例において、光生成部２０等が構造光１０１及び参照光１０２を生成するための光は、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２００を認識可能となる。この可視光領域のうち、赤色の波長が用いられることにより、測定対象２へのダメージを軽減させることができる。
【０１０５】
また、上記した各実施形態及び変形例において、走査部４０は、構造光を反射する光学素子を用いているがこれに限定されない。例えば、回折光学素子や、屈折光学素子、平行平板ガラス等が用いられてもよい。レンズ等の屈折光学素子を光軸に対して振動させることで構造光を走査させてもよい。なお、この屈折光学素子としては、投影光学系３０の一部の光学素子が用いられてもよい。
【０１０６】
また、上記した各実施形態及び変形例において、撮像部５０としてＣＣＤ撮像素子５２ａ、５２ｂが用いられるがこれに限定されない。例えば、ＣＣＤ撮像素子に代えて、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ：Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）などのイメージセンサが用いられてもよい。
【０１０７】
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Ｐ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、縞パターンＰの位相の一周期２πを５分割した５バケット法や、同じく６分割した６バケット法などが用いられてもよい。
【０１０８】
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、空間コード法を併せて用いることで測定対象２の三次元形状を測定するものでもよい。また、位相シフト法に代えて、空間コード法を用いて測定対象２の三次元形状を測定するものでもよい。
【０１０９】
また、上述の実施形態及び変形例において、投影部１０、撮像部５０、演算処理部６０、及び表示装置７０を持ち運びが可能な筐体に収容してもよい。持ち運び可能な筐体内に各構成が収容されているので、測定者は、形状測定装置を測定対象物がある現場まで容易に持ち運ぶことができる。また、例えば大型装置の裏面や背面など、定置型の測定装置では測定が難しい対象物に対して、容易に形状を測定することができる。なお、演算処理部６０の全ての機能を持ち運びが可能な筐体に収容しなくてもよく、演算処理部６０の一部の機能（演算部、三次元情報記憶部、表示制御部、及び設定情報記憶部の少なくとも一部）を外部のコンピュータに持たせてもよい。
【０１１０】
この場合であっても、上述の実施形態と同様に、ＭＥＭＳミラーの往復振動とレーザダイオードから射出される光強度とを同期させる必要がなく、複雑かつ高度な同期制御が不要となる。投影部１０、撮像部５０、演算処理部６０、及び表示装置７０を持ち運びが可能な筐体に収容した形状測定装置を持ち運ぶ場合、特に外部の測定環境（温度、湿度、気圧など）が変化しやすくなるが、外部環境が変化したとしても高精度な測定対象物の形状測定を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１１】
ＭＣ、ＭＣ１〜ＭＣ６、ＭＣＡ…マーカ  Ｉｍ１、Ｉｍ３…三次元データ  Ｉｍ２、Ｉｍ４…参照データ  ＳＹＳ…構造物製造システム  １、１Ａ…形状測定装置  ２…測定対象  ２Ａ…第１部分  ２Ｂ…第２部分  １０…投影部  ２０…投影部  ５０、１５１、１５２…撮像部  ５２、１５４、１５６…撮像装置  ５２ａ、５２ｂ…ＣＣＤ撮像素子  ５３…光分岐部  ６０…演算処理部  １００…投影光  １０１…構造光  １０２…参照光  ７１０…設計装置  ７２０…成形装置  ７３０…制御装置  ７４０…リペア装置
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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