(57)【要約】【課題】測定対象物の三次元形状を短時間で測定する。【解決手段】対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定機で検出可能なマークを対象物に複数投影するマーク投影装置であって、対象物までの距離を測定する測定部と、対象物に複数のマークを投影する投影部と、距離に基づいて複数のマークが対象物上で所定の範囲に入るよう制御する制御部とを備える。【選択図】図１
2015206753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて前記対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定機で検出可能なマークを前記対象物に複数投影するマーク投影装置であって、
前記対象物までの距離を測定する測定部と、
前記対象物に前記複数のマークを投影する投影部と、
前記距離に基づいて前記複数のマークが前記対象物上で所定の範囲に入るよう制御する制御部と
を備えるマーク投影装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記対象物上で所定の間隔となるように複数の前記マークの位置を制御する
請求項１に記載のマーク投影装置。
【請求項３】
前記測定部は、前記対象物の複数の部位までの距離を測定可能であり、
前記制御部は、前記複数の部位までの距離に基づいて前記マークの投影位置と投影形状との少なくとも一方を制御する
請求項１又は請求項２に記載のマーク投影装置。
【請求項４】
前記所定の間隔を外部から入力可能な入力部をさらに有し、
前記制御部は、前記外部から入力された情報に基づいて前記複数のマークの投影を制御する
請求項２又は請求項３に記載のマーク投影装置。
【請求項５】
前記複数のマークの投影の基準となる基準位置を前記対象物上で検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記基準位置に基づいて前記投影を制御する
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のマーク投影装置。
【請求項６】
対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて前記対象物の三次元形状を測定する三次元測定機で検出可能なマークを前記対象物に複数投影するマーク投影方法であって、
対象物までの距離を測定し、
前記距離に基づいて前記複数のマークが前記対象物上で所定の範囲に入るように制御して投影する
マーク投影方法。
【請求項７】
前記投影の基準となる基準位置を前記対象物上で検出し、
前記検出された前記基準位置に基づいて前記投影を制御する
請求項６に記載のマーク投影方法。
【請求項８】
前記基準位置付近の複数の位置までの距離から前記基準位置付近の形状を求め、
前記基準位置付近の形状と前記複数のマークの投影位置を関係づけて記憶する
請求項７に記載のマーク投影方法。
【請求項９】
対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像の結果に基づいて前記対象物の三次元形状を測定する測定部と、
前記撮像部で検出可能なマークを前記対象物に複数投影する投影部と、
前記対象物までの距離を測定する距離測定部と、
前記距離に基づいて前記複数のマークが前記対象物上で所定の範囲に入るよう制御する制御部と
を備える形状測定装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のマーク投影装置と、
対象物を撮像する撮像部と、前記撮像の結果に基づいて前記対象物の三次元形状を測定する測定部とを有する形状測定装置と、を備え、
前記検出されたマークを基準に前記対象物の複数の部分の三次元形状を結合する
形状測定システム。
【請求項１１】
対象物を撮像することと、
前記撮像の結果に基づいて前記対象物の三次元形状を測定することと、
前記撮像部で検出可能なマークを前記対象物に複数投影することと、
前記対象物までの距離を測定することと、
前記距離に基づいて前記複数のマークが前記対象物上で所定の範囲に入るよう制御することと
を備える形状測定方法。
【請求項１２】
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９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１３】
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１１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１４】
対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置に含まれるコンピュータに、
前記対象物を撮像する処理と、
前記撮像の結果に基づいて前記対象物の三次元形状を測定する処理と、
前記撮像部で検出可能なマークを前記対象物に複数投影する処理と、
前記対象物までの距離を測定する処理と、
前記距離に基づいて前記複数のマークが前記対象物上で所定の範囲に入るよう制御する処理と
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、マーク投影装置、マーク投影方法、形状測定装置、形状測定システム、形状測定方法、構造物製造システム、構造物製造方法、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。この際、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るときに、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全体の三次元形状を測定することができる。測定結果をつなぎ合わせる際には、例えば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が行われる。
【０００４】
オーバーラッピング処理では、まず測定対象の第１部分の画像を撮像し、次に第１部分と一部重なる第２部分の画像を撮像し、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、重複して撮像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をサーチして、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、予め測定対象及びその周囲に、マークなどの指標を配置し、撮像部において測定対象とマーク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、同一のマーク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、上記構成においては、互いに異なる複数種類のマークを用いる場合、マークの選択やマークの配置に手間が掛かってしまう。このため、測定対象の三次元形状を測定するために要する時間が長くなってしまう。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明は、測定対象物の三次元形状を短時間で測定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、対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定機で検出可能なマークを対象物に複数投影するマーク投影装置であって、対象物までの距離を測定する測定部と、対象物に複数のマークを投影する投影部と、距離に基づいて複数のマークが対象物上で所定の範囲に入るよう制御する制御部とを備えるマーク投影装置が提供される。
【００１０】
本発明の第２態様によれば、対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する三次元測定機で検出可能なマークを対象物に複数投影するマーク投影方法であって、対象物までの距離を測定し、距離に基づいて複数のマークが対象物上で所定の範囲に入るように制御して投影するマーク投影方法が提供される。
【００１１】
本発明の第３態様によれば、対象物を撮像する撮像部と、撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する測定部と、撮像部で検出可能なマークを対象物に複数投影する投影部と、対象物までの距離を測定する距離測定部と、距離に基づいて複数のマークが対象物上で所定の範囲に入るよう制御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、第１態様によるマーク投影装置と、対象物を撮像する撮像部と、撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する測定部とを有する形状測定装置と、を備え、検出されたマークを基準に対象物の複数の部分の三次元形状を結合する形状測定システムが提供される。
【００１３】
本発明の第５態様によれば、対象物を撮像することと、撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定することと、撮像部で検出可能なマークを対象物に複数投影することと、対象物までの距離を測定することと、距離に基づいて複数のマークが対象物上で所定の範囲に入るよう制御することとを備える形状測定方法が提供される。
【００１４】
本発明の第６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第３態様の形状測定装置と、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。
【００１５】
本発明の第７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５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。
【００１６】
本発明の第８態様によれば、対象物を撮像し、該撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置に含まれるコンピュータに、対象物を撮像する処理と、撮像の結果に基づいて対象物の三次元形状を測定する処理と、撮像部で検出可能なマークを対象物に複数投影する処理と、対象物までの距離を測定する処理と、距離に基づいて複数のマークが対象物上で所定の範囲に入るよう制御する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】
【００１７】
本発明の態様によれば、測定対象物の三次元形状を短時間で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係るマーク投影装置の一例を示す図、（ｂ）及び（ｃ）はマークを説明するための図である。
【図２】マーク投影装置の一例を示すブロック図である。
【図３】マーク投影装置の動作の一例を示す図である。
【図４】マーク投影装置の動作の一例を示す図である。
【図５】マーク投影装置の動作の一例を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る形状測定システムの一例を示す図である。
【図７】形状測定装置の一例を示す図である。
【図８】投影領域と測定領域との関係を示す図である。
【図９】形状測定装置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１０】形状測定方法において取得される画像データを示す図である。
【図１１】変形例に係る形状測定装置の一例を示す図である。
【図１２】変形例に係る形状測定装置の一例を示す図である。
【図１３】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１４】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】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。  
＜第１実施形態＞  
図１（ａ）は、第１実施形態に係るマーク投影装置１００の一例を示す斜視図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、マーク投影装置１００は、筐体１１０と、投影部１２０と、撮像部１３０と、表示部１４０と、制御部１５０とを備えている。筐体１１０は、例えば箱状に形成されており、投影部１２０、撮像部１３０、表示部１４０及び制御部１５０を収容する。
【００２１】
以下、本実施形態では、図１（ａ）に示すようなＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する場合がある。ここでは、マーク投影装置１００によって投影されるマークＭＣ１〜ＭＣ４は投影部１２０により投影面に投影される。なお、投影面に平行な平面内の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向と直交する平面内の一方向をＹ軸方向とし、ＸＹ平面に直交する方向をＺ軸方向とする。なお、図２以降のいくつかの図においては、図１（ａ）の座標軸を基準として、それぞれの図の向きが判別可能となるように座標軸を表示する。
【００２２】
投影部１２０は、対象物２に複数のマークＭＣを投影する。対象物２は、後述する形状測定装置によって三次元形状を測定する測定対象物である。対象物２は、例えば基部２ａと突出部２ｂとで２段に形成されているが、この形状には限定されない。なお、基部２ａ及び突出部２ｂは、それぞれＸＹ平面に平行な平面２ｃ、２ｄを有している。形状測定装置は、対象物２を撮像し、撮像結果を用いて対象物２の三次元形状を測定する。複数のマークＭＣは、この形状測定装置によって画像として検出可能である。
【００２３】
例えば対象物２が形状測定装置の測定領域２１０（図１（ａ）の一点鎖線で囲う領域）よりも大きい場合、形状測定装置では、測定領域２１０を移動させつつ複数回撮像を行い、撮像された複数の画像を連結することにより、対象物２の全体の画像を得るようにしている。この場合において、複数のマークＭＣは、測定結果同士を連結する際の基準の位置を示す指標として用いられる。
【００２４】
本実施形態では、対象物２には、マークＭＣが例えば５つ配置される。マーク投影装置１００は、５つのマークＭＣのうち、マークＭＣ１〜ＭＣ４を投影する。したがって、マークＭＣ１〜ＭＣ４は、投影像である。また、マークＭＣ５は、例えばフィルム状に形成されており、マーク投影装置１００によって投影されるマークＭＣとは別個に対象物２に配置される。マークＭＣ５は、例えばシールなどの形態で対象物２上に接着されてもよい。マークＭＣ５は、例えばマーク投影装置１００の使用者により、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影に先立ち、対象物２上に配置される。本実施形態では、マークＭＣ５は、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影の基準となる位置（基準位置）を示す指標として用いられる。
【００２５】
図１（ａ）には、一例として、マークＭＣ１〜ＭＣ４が対象物２の第１面２ａ上に投影され、マークＭＣ５が投影物２の第２面２ｂ上に配置されている。マークＭＣ１〜ＭＣ５の配置及び個数については、図１（ａ）に示す例に限定されるものではなく、他の配置又は個数であってもよい。
【００２６】
図１（ｂ）は、マークＭＣ１〜ＭＣ４を説明するための図である。なお、図１（ｂ）では、マークＭＣ１〜ＭＣ４のうち、マークＭＣ１を代表させて示している。  
図１（ｂ）に示すように、マークＭＣ１〜ＭＣ４は、投影部１２０によって投影された像である。マークＭＣ１〜ＭＣ４は、例えば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。図１（ｂ）に示すマークＭＣ１の矩形パターン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。なお、他のマークＭＣ２〜ＭＣ４については、例えば図１（ａ）に示すように、マークＭＣ２の矩形パターンは、マークＭＣ１の矩形パターンＳと同様に、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。マークＭＣ３及びＭＣ４の矩形パターンは、４つの着色領域Ｓ１と５つの非着色領域Ｓ２とを有している。
【００２７】
各マークＭＣ１〜ＭＣ４の矩形パターンＳ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、各マークＭＣ１〜ＭＣ４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、各マークＭＣは、互いに識別可能となっている。なお、マークＭＣは、測定者が肉眼で見ることが可能な波長の光によって投影されてもよい。
【００２８】
図１（ｃ）は、マークＭＣ５の一例を示す図である。  
図１（ｃ）に示すように、マークＭＣ５は、上記のマークＭＣ１〜ＭＣ４と同様、３行×３列のマトリクス状に配置された矩形パターンＳａを有している。矩形パターンＳａは、着色領域Ｓａ１及び非着色領域Ｓａ２を有している。着色領域Ｓａ１は、所定波長の光の照射を受けて発光する構成、所定波長の光を反射する構成、又は、所定波長の光を吸収する構成のいずれであってもよい。非着色領域Ｓａ２は、例えば所定波長の光を透過する。図１（ｃ）に示す矩形パターンＳａは、３つの着色領域Ｓａ１と６つの非着色領域Ｓａ２とを有している。
【００２９】
マークＭＣ５の矩形パターンＳａは、上記マークＭＣ１〜ＭＣ４の矩形パターンＳとの間で、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、マークＭＣ５は、矩形パターンＳがマークＭＣ１〜ＭＣ４とは異なるように形成されている。よって、５つのマークＭＣ１〜ＭＣ５は、互いに識別可能となっている。以降の説明で、このようにお互いを識別可能とする配置情報や着色情報をマークのデータと称することがある。なお、マークＭＣ５は、マーク投影装置１００とは異なる投影装置を用いて測定者が肉眼で見ることが可能な波長の光によって投影されてもよい。
【００３０】
続いて、図１（ａ）に示すように、撮像部１３０は、対象物２を撮像する。撮像部１３０は、撮像結果を制御部１５０に送信する。後述するが、制御部１５０では、撮像結果に基づいて対象物２とマーク投影装置１００との距離を測定可能である。したがって、撮像部１３０は、対象物２とマーク投影装置１００との距離を測定する測定部の一部として用いられる。また、後述するが、制御部１５０では、撮像結果に基づいて、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影の基準位置として、マークＭＣ５を検出する。したがって、撮像部１３０は、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影の基準位置を検出する検出部の一部として用いられる。
【００３１】
表示部１４０は、静止画や動画などの画像を表示する。表示部１４０は、例えば撮像部１３０で撮像した画像を表示する。使用者は、表示部１４０に表示された画像を見ることにより、撮像部１３０の撮像範囲を確認することができる。また、表示部１４０には、入力部１６０としてのタッチパネル１６０ａが設けられている。
【００３２】
タッチパネル１６０ａは、使用者の操作により、例えば投影部１２０による投影動作の開始及び終了のタイミング、撮像部１３０による撮像動作の開始及び終了のタイミングなどを入力可能である。なお、入力部１６０として、マーク投影装置１００の電源スイッチ（不図示）が設けられる。また、入力部１６０として、投影光学系１２４や受光光学系１３１の調整を行うボタン（不図示）などが設けられてもよい。
【００３３】
制御部１５０は、投影部１２０、撮像部１３０及び表示部１４０の動作を統括的に制御すると共に、これら各部の動作に関連する各種演算等の処理を行う。
【００３４】
次に、図２を参照して、マーク投影装置１００に含まれる投影部１２０、撮像部１３０、表示部１４０及び制御部１５０の構成を説明する。図２は、図１（ａ）に示すマーク投影装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３５】
図２に示すように、投影部１２０は、レーザダイオード１２１と、コレクタレンズ１２２と、液晶パネル１２３と、投影光学系１２４とを有している。レーザダイオード１２１は、制御部１５０からの指令信号に基づいてレーザ光を射出する光源である。コレクタレンズ１２２は、レーザダイオード１２１から射出されたレーザ光を平行光束又は略平行光束に変換する。
【００３６】
液晶パネル１２３は、画素ごとに光の透過率を変更することができる。液晶パネル１２３は、測定対象物２と共役な関係となる。液晶パネル１２３は、制御部１５０からの指令信号に基づいて各画素の透過率を設定し、液晶パネル１２３を透過する光を所望の強度分布の光に変換する。対象物２に複数のマークＭＣを投影する場合、液晶パネル１２３の各画素の透過率が、複数のマークＭＣに対応するように設定されることにより、液晶パネル１２３を透過した光の強度が複数のマークＭＣを含むパターン光となる。
【００３７】
投影光学系１２４は、液晶パネル１２３によって生成されたパターン光を、対象物２に投影する。投影光学系１２４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。
【００３８】
撮像部１３０は、受光光学系１３１と、ＣＣＤ撮像素子１３２と、画像メモリ１３３とを有している。受光光学系１３１は、対象物２の像をＣＣＤ撮像素子１３２の受光面に結像させる。ＣＣＤ撮像素子１３２は、電荷結合素子(Charge Coupled Device）を用いた撮像素子である。ＣＣＤ撮像素子１３２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。画像メモリ１３３は、ＣＣＤ撮像素子１３２が生成した画像データを記憶する。
【００３９】
制御部１５０は、距離算出部１５１と、マーク検出部１５２と、投影制御部１５３と、演算部１５４と、記憶部１５５とを有している。距離算出部１５１は、撮像部１３０の撮像結果に基づいて、対象物２とマーク投影装置１００との距離を算出する。距離の算出方法は、マーク投影装置１００と撮像部１３０を結ぶ基線に対して垂直なラインをマーク投影部が投影してラインを基線方向に少しずつずらしながら撮像を繰りかえり、得られた画像から距離を求める所謂光切断法を用いることができる。また、前述の位相シフト法を用いることもできる。また、お互いに識別可能な複数のマークを投影してその撮像結果から距離を求めることもできる。このように、距離算出部１５１は、撮像結果に基づいて、対象物２の複数の部位までの距離を算出可能である。例えば、マーク投影装置１００から対象物２の基部２ａまでの距離と、マーク投影装置１００から対象物２の突出部２ｂまでの距離とをそれぞれ測定可能である。このように、撮像部１３０と距離算出部１５１とにより、対象物２とマーク投影装置１００との距離を測定可能な測定部（又は距離測定部）が構成される。なお、撮像部１３０はコントラスト法によるＡＦ（自動合焦）機能を有しており、ＡＦ機能を利用して対象物２の各箇所の距離を求めることもできる。
【００４０】
マーク検出部１５２は、撮像部１３０の撮像結果に基づいて、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影の基準位置であるマークＭＣ５を検出する。この検出を行う場合、例えばマークＭＣ５の画像データを記憶部１５５に記憶させておく。マーク検出部１５２は、記憶されたマークＭＣ５の画像データに基づいて、撮像結果（画像）に含まれるマークＭＣ５を検出する。このように、撮像部１３０とマーク検出部１５２とにより、複数のマークＭＣの投影の基準位置を対象物２上で検出する検出部が構成される。また、マーク検出部１５２は、マークＭＣ５の検出と併せて、マークＭＣ５のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の位置に関する情報を検出する。この場合、Ｘ方向、Ｙ方向についての位置は、例えば対象物２の第２面２ｄ上の位置として求めてもよい。また、Ｚ方向についての位置は、マーク投影装置１００からマークＭＣ５までの距離として求めてもよい。
【００４１】
また、マーク検出部１５２は、マークＭＣ５の他に、例えば対象物２に投影されるマークＭＣ１〜ＭＣ４についても検出可能である。この場合、マークＭＣ５の検出と同様に、例えばマークＭＣ１〜ＭＣ４の画像データを記憶部１５５に記憶させておく。マーク検出部１５２は、記憶されたマークＭＣ１〜ＭＣ４の画像データに基づいて、撮像結果（画像）に含まれるマークＭＣ１〜ＭＣ４を検出する。この場合、マーク検出部１５２は、マークＭＣ１〜ＭＣ４の寸法や形状などを併せて検出する。
【００４２】
また、マーク検出部１５２は、マークＭＣ１〜ＭＣ４の対象物２上の投影位置を検出可能である。この検出を行う場合、マーク検出部１５２は、マークＭＣ１〜ＭＣ４のうち隣接するマークＭＣとの間隔を求めると共に、基準位置であるマークＭＣ５の位置に対して、マークＭＣ１〜ＭＣ４のそれぞれの間隔を求める。
【００４３】
具体的には、図１（ａ）に示すように、マーク検出部１５２は、例えばマークＭＣ１とマークＭＣ２との間隔Ｓ１２、マークＭＣ１とマークＭＣ３との間隔Ｓ１３、マークＭＣ２とマークＭＣ４との間隔Ｓ２４、及びマークＭＣ３とマークＭＣ４との間隔Ｓ３４を求める。また、マーク検出部１５２は、マークＭＣ１とマークＭＣ５との間隔Ｓ１５、マークＭＣ２とマークＭＣ５との間隔Ｓ２５、マークＭＣ３とマークＭＣ５との間隔Ｓ３５、及びマークＭＣ４とマークＭＣ５との間隔Ｓ４５を求める。
【００４４】
投影制御部１５３は、対象物２に投影されるマークＭＣ１〜ＭＣ４が所定の間隔となるように、マークＭＣ１〜ＭＣ４の液晶パネル１２３上の位置を調整する。所定の間隔については、例えば、複数のマークＭＣのうち少なくとも２つが後述の形状測定装置の撮像領域２１０内に収まるように設定される。マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影位置の調整では、例えばマーク検出部１５２において求められた上記の各間隔Ｓ１２〜Ｓ４５を調整する。
【００４５】
本実施形態では、一例として、マークＭＣ１とＭＣ２とがＸ方向に沿って配置され、マークＭＣ３とマークＭＣ４とがＸ方向に沿って配置され、マークＭＣ１とマークＭＣ３とがＹ方向に沿って配置され、マークＭＣ２とマークＭＣ４とがＹ方向に沿って配置され、マークＭＣ５がマークＭＣ１〜ＭＣ４の中心に配置されるように、各間隔Ｓ１２〜Ｓ４５が設定される。
【００４６】
なお、投影制御部１５３は、複数のマークＭＣ同士の間隔に関する情報をタッチパネル１６０ａ等によって入力可能な構成とし、入力された情報に基づいた値を所定の間隔としてもよい。例えば、タッチパネル１６０ａ上に表示されるマークＭＣの画像にタッチしてスライドすることにより、該マークＭＣの位置を所望の位置に変更できるようにしてもよい。
【００４７】
投影制御部１５３は、調整した各間隔Ｓ１２〜Ｓ４５に対応するように液晶パネル１２３の各画素の透過率の設定を調整し、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影位置を調整する。このように、投影制御部１５３は、撮像部１３０による撮像結果を用いて、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影位置を調整する。
【００４８】
演算部１５４は、記憶部１５５に記憶されているプログラムやデータに基づいて、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影動作及びその関連動作に関する各種演算を実行する。演算部１５４は、例えばＣＰＵなどの演算処理装置によって構成される。
【００４９】
記憶部１５５は、マークＭＣ１〜ＭＣ４の投影動作及びその関連動作に関するデータを記憶する。例えば、記憶部１５５には、投影部１２０、撮像部１３０及び表示部１４０の動作に関するプログラムやデータが記憶される。また、記憶部１５５には、複数のマークＭＣの画像データなどが記憶される。例えば、記憶部１５５には、上記のマークＭＣ１〜ＭＣ５の画像データの他、これらとは矩形パターンＳが異なる複数種類のマークＭＣの画像データが記憶されている。また、記憶部１５５には、後述の形状測定装置の撮像範囲２１０の寸法や形状などのデータが記憶される。
【００５０】
次に、上記のように構成されたマーク投影装置１００の動作を説明する。図３〜図５は、マーク投影装置１００の動作の例を示す図である。  
まず、使用者は、例えばマークＭＣ１〜ＭＣ４の投影に先立ち、マークＭＣ５を対象物２の第２面２ｄ上に配置する。この状態で、使用者は、撮像部１３０の撮像領域が対象物２の全体を含むようにマーク投影装置１００の位置又は受光光学系１３１を設定する。そして、使用者は、入力部１６０を介して、撮像開始の操作を行う。
【００５１】
この撮像開始の操作が行われた場合、制御部１５０は、図３（ａ）に示すように、撮像部１３０によって対象物２を撮像させる。撮像された画像は、画像メモリ１３３を介して制御部１５０に送信され、記憶部１５５に記憶される。距離算出部１５１は、記憶された画像に基づいて、対象物２とマーク投影装置１００との距離を算出する。この場合、距離算出部１５１は、マーク投影装置１００から対象物２の第１面２ｃまでの距離Ｌ１と、マーク投影装置１００から対象物２の第２面２ｄまでの距離Ｌ２とをそれぞれ前述の方法で測定する。
【００５２】
次に、マーク検出部１５２は、記憶部１５５に記憶されたマークＭＣ５のデータに基づいて、撮像された画像からマークＭＣ５を検出する。マーク検出部１５２は、マークＭＣ５の検出と併せて、該マークＭＣ５のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の位置に関する情報を検出する。本実施形態では、マークＭＣ５が第２面２ｄ上に配置されるため、マーク投影装置１００からマークＭＣ５までの距離は、マーク投影装置１００から第２面２ｄまでの距離Ｌ２と等しい。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示すように、制御部１５０は、算出した距離Ｌ１、Ｌ２と、基準位置として検出されたマークＭＣ５の位置に関する情報とマークＭＣ１〜マークＭＣ４の間隔情報に基づいて、マークＭＣ１〜マークＭＣ４を対象物２に投影する。本実施形態では、対象物２の第１面２ｃ上の各角部にマークＭＣ１〜ＭＣ４を１つずつ投影しているが、この配置に限定するものではない。
【００５４】
制御部１５０は、マークＭＣ１〜マークＭＣ５のうち少なくとも２つが、対象物２上で測定領域２１０に入るように制御する。例えばマーク検出部１５２は、投影されたマークＭＣ１〜ＭＣ４を検出し、マークＭＣ１〜ＭＣ４のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向についての位置に関する情報や、マークＭＣ１〜ＭＣ４の寸法に関する情報、マークＭＣ１〜ＭＣ４の形状に関する情報などを求める。
【００５５】
例えば、図４（ａ）に示すマークＭＣ１、ＭＣ２のように、第１面２ｃ上には投影されるものの所定の位置に対してずれている場合、マーク検出部１５２は、マークＭＣ１、ＭＣ２の位置情報を求めることで、所定の位置からのズレ量を求める。その後、投影制御部１５３は、マーク検出部１５２で求められたズレ量に応じてマークＭＣ１、ＭＣ２の投影位置を変更する。
【００５６】
また、例えば図４（ａ）に示すマークＭＣ３、ＭＣ４のように、第１面２ｃから一部が欠けるように投影される場合、マーク検出部１５２は、マークＭＣ３、ＭＣ４の一部の形状からマークＭＣ３、ＭＣ４の位置情報を求め、所定の位置からのズレ量を求める。その後、投影制御部１５３は、マーク検出部１５２で求められたズレ量に応じてマークＭＣ３、ＭＣ４の投影位置を変更する。
【００５７】
また、例えば図４（ｂ）に示すように、対象物２のうち少なくとも１つのマークＭＣ（図４（ｂ）ではマークＭＣ１）の所定の投影位置に開口部２ｅなどが形成される場合、投影されたマークＭＣ１の一部が開口部２ｅによって欠けた状態となり、パターンを認識することができない。このようにマークＭＣを識別できない場合、形状測定装置によって撮像される画像を連結する際の位置の基準としての役割を果たさなくなる。このため、投影制御部１５３は、開口部２ｅに重ならないように、開口部２ｅから外れた位置にマークＭＣ１の投影位置を新たに設定する。このように、投影制御部１５３は、マークＭＣ１の投影位置を所定の位置から変更することで、確実にマークＭＣ１を対象物２上に投影する。なお、開口部２ｅに限定されず、鏡面上や空間上にマークＭＣが投影された場合であっても、同様の処理を行うことができる。
【００５８】
また、例えば図５に示すマークＭＣ１、ＭＣ３のように、マークＭＣ５の寸法よりも大きい寸法に投影される場合、マーク検出部１５２は、マークＭＣ１、ＭＣ３の寸法に関する情報をマークＭＣごとに求め、所定の寸法（マークＭＣ５と同一の寸法）からのズレ量をマークＭＣごとに求める。その後、投影制御部１５３は、マーク検出部１５３で求められたズレ量に応じて、所定の寸法となるようにマークＭＣ１、ＭＣ３の寸法をマークＭＣごとに変更する。
【００５９】
また、例えば図５に示すマークＭＣ２のように、マークＭＣ５の形状と異なる形状で投影される場合、マーク検出部１５２は、マークＭＣ２の形状に関する情報を求め、所定の形状（マークＭＣ５と同一の形状）からのズレ量を求める。その後、投影制御部１５３は、マーク検出部１５２で求められたズレ量に応じて、所定の形状となるようにマークＭＣ２の形状を変更する。投影制御部１５３は、例えばマークＭＣ２のように台形状に投影される場合、例えば自動台形補正等の手法によって像を補正してもよい。
【００６０】
なお、投影制御部１５３は、投影するマークＭＣ１〜ＭＣ４が、互いに異なる矩形パターンＳ（図１（ｂ）等参照）となるように、記憶部１５５からマークＭＣの画像データを選択する。このとき、投影制御部１５３は、例えば複数のマークＭＣの画像データから互いに異なる画像のマークＭＣをランダムに選択してもよいし、予め設定された順序に従って選択してもよい。なお、対象物２上で他の部分と識別可能な特徴を有する部分を検出して、マークＭＣ５の代わりに用いることもできる。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、対象物２を撮像し、該撮像の結果に基づいて対象物２の三次元形状を測定する三次元形状測定機で検出可能なマークＭＣ１〜ＭＣ４を対象物２に複数投影するマーク投影装置１００であって、対象物２までの距離を測定する撮像部１３０及び距離算出部１５１と、対象物２にマークＭＣ１〜ＭＣ４を投影する投影部１２０と、距離に基づいてマークＭＣ１〜ＭＣ４が対象物２上で所定の範囲に入るよう制御する制御部１５０とを備えるため、互いに異なる複数種類のマークＭＣ１〜ＭＣ５を用いる場合であっても、マークＭＣ１〜ＭＣ５の選択や配置を簡単に行うことができる。これにより、複数のマークＭＣの選択や配置を迅速に行うことができるため、対象物２の三次元形状を短時間で測定することが可能となる。なお、マークＭＣ５を基準とすることにより、一旦マーク投影装置１００を別な場所に移動した後に再度マークＭＣ１〜ＭＣ４を投影する場合にも再現性の高いマーク投影を可能となっている。また、マークの再現性が不要な場合には、基準となるマークを用いることなく、対象物２までの距離と測定範囲に基づいてマークＭＣを投影することもできる。
【００６２】
＜第２実施形態＞  
次に、第２実施形態を説明する。  
図６は、第２実施形態に係るマーク投影システム２００の一例を示す斜視図である。  
図６に示すように、マーク投影システム２００は、マーク投影装置１００と、形状測定装置１とを備えている。マーク投影装置１００としては、例えば第１実施形態に記載のマーク投影装置１００が用いられる。形状測定装置１は、対象物２の三次元形状を測定する。マーク投影装置１００と、形状測定装置１とは、有線又は無線を介して接続されている。なお、マーク投影装置１００と形状測定装置１とを統括的に制御する上位装置が設けられてもよい。
【００６３】
以下、第２実施形態では、第１実施形態と同様、マーク投影装置１００によるマークＭＣ１〜ＭＣ４の投影面に平行な平面内の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向と直交する平面内の一方向をＹ軸方向とし、ＸＹ平面に直交する方向をＺ軸方向とする。
【００６４】
図７は、形状測定装置１の一例を示す図である。  
形状測定装置１は、図７に示すように、投影部１０と、撮像部５０と、演算処理部６０とを備える。投影部１０は、第１の方向Ｄ１（図７のＸ軸方向）に沿った投影光ＰＬを生成する。そして、投影部１０は、生成した投影光ＰＬを第１の方向とは異なる第２の方向Ｄ２（図７のＹ軸方向）に沿って走査することにより、投影領域２０５に対して構造光１０１を投影する。構造光１０１は、位相シフト法で用いる構造光である。なお、構造光１０１及び投影領域２０５の詳細については後述する（図８参照）。
【００６５】
投影部１０は、図７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ＰＬ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ＰＬ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ＰＬは、走査部４０を介して対象物２または対象物２の近傍に向けて投影される。走査部４０は、投影光ＰＬを第２の方向Ｄ２（図７のＹ軸方向）に走査する。
【００６６】
本実施形態では、第１実施形態と同一構成の対象物２を例に挙げて説明する。したがって、対象物２は、例えば基部２ａと突出部２ｂとで２段に形成されているが、この形状には限定されない。なお、基部２ａ及び突出部２ｂは、それぞれＸＹ平面に平行な平面２ｃ、２ｄを有している。
【００６７】
また、対象物２は、図７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２０５よりも大きな寸法となっている。対象物２は、−Ｙ側の端部を含む第１部分２Ｍと、＋Ｙ側の端部を含む第２部分２Ｎとを有している。第１部分２Ｍ及び第２部分２Ｎは、それぞれ対象物２の一部である。第１部分２Ｍの＋Ｙ側の端部と第２部分２Ｎ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。対象物２及びその周囲には、複数のマークＭＣ（マークＭＣ１〜ＭＣ４）が投影されている。
【００６８】
第１部分２ＭにはマークＭＣ５が配置されるとともにマークＭＣ１とマークＭＣ２が投影されている。また、第２部分２ＮにはマークＭＣ５が配置され、マークＭＣ３とマークＭＣ４が投影されている。なお、マークＭＣ５は、第１部分２Ｍ及び第２部分２Ｎの重複部分に配置されている。
【００６９】
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ＰＬが投影された対象物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が投影された対象物２の像（以下、「測定像」と表記する。）を撮像する。
【００７０】
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、対象物２の表面において、投影光ＰＬ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対象物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。
【００７１】
図８に示すように、測定領域２１０は、撮像部５０により撮像される対象物２の領域を示している。この測定領域２１０は、投影領域２０５の領域内であって、この投影領域２０５よりも狭い領域とされている。ただし、測定領域２１０は、少なくとも投影領域２０５の領域外にはみ出さなければよい。例えば、測定領域２１０は投影領域２０５と同じ領域であってもよい。なお、測定領域２１０は、投影領域２０５よりも大きな領域であってもよい。
【００７２】
また、本明細書においては、測定領域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１３０による１回の撮像で撮像される対象物２上の範囲である。以下の説明では、対象物２の形状測定を行う際に撮像部１３０による撮像が複数回だけしか行われない場合、すなわち、撮像視野と測定領域２１０とが一致する場合について説明する。なお、対象物２が１回の撮像で撮像部１３０の撮像視野に収まらない場合は、対象物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対象物２全体の三次元形状を測定することが可能である。
【００７３】
本実施形態において、マークＭＣ１〜ＭＣ５は、少なくとも２つが測定領域２１０に入るように投影されている。なお、投影領域２０５が測定領域２１０より大きいとき、投影光ＰＬは、測定領域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、測定領域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。
【００７４】
位相シフト法では、初期位相の異なる第１縞パターンＰ１〜第４縞パターンＰ４を投影部１０から対象物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で対象物２を撮影する。このとき、投影部１０、対象物２、撮影部５０は、三角測量の位置関係になるよう配置される。
【００７５】
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物に投影された状態で、それぞれ対象物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から対象物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。
【００７６】
この位相φ（ｕ，ｖ）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。
【００７７】
次に、第２実施形態に係る形状測定方法の一例について説明する。第２実施形態では、対象物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。
【００７８】
例えば、図７に示すように、対象物２がＹ方向において投影領域２０５よりも大きい寸法となっている。この場合、対象物２のうち−Ｙ側の第１部分２Ｍ及び＋Ｙ側の第２部分２Ｎ（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対象物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、測定結果同士を連結する際に、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。
【００７９】
図９は、第２実施形態に係る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１０（ａ）〜（ｃ）は、以下の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。
【００８０】
使用者は、マーク投影装置１００により、マークＭＣ１〜ＭＣ４を対象物２に投影する。この投影に先立ち、第１実施形態と同様、マークＭＣ５を対象物２の第２面２ｄ上に配置する。この状態で、使用者は、第１実施形態と同様に、撮像部１３０の撮像領域が対象物２の全体を含むようにマーク投影装置１００の位置又は受光光学系１３１を設定する。そして、使用者は、入力部１６０を介して、撮像開始の操作を行う。
【００８１】
この撮像開始の操作が行われた場合、マーク投影装置１００では、制御部１５０が第１実施形態と同様の手順で、撮像部１３０によって対象物２を撮像させ、距離算出部１５１が撮像結果に基づいて対象物２とマーク投影装置１００との距離を算出する（ステップＳ０１）。距離算出部１５１は、マーク投影装置１００から対象物２の第１面２ｃまでの距離と、マーク投影装置１００から対象物２の第２面２ｄまでの距離とをそれぞれ測定する。
【００８２】
次に、第１実施形態と同様に、マーク投影装置１００では、撮像された画像からマーク検出部１５２がマークＭＣ５を検出する。そして、マーク投影装置１００では、算出した距離Ｌ１、Ｌ２と、基準位置として検出されたマークＭＣ５の情報とに基づいて、投影制御部１５３がマークＭＣ１〜マークＭＣ４を対象物２に投影する（ステップＳ０２）。このとき、第１実施形態と同様に、制御部１５０は、マークＭＣ１〜マークＭＣ５のうち少なくとも２つが、対象物２上で測定領域２１０に入るように制御する。以上の動作により、対象物２に対してマークＭＣ１〜ＭＣ５を簡単かつ迅速に投影することができる。
【００８３】
次に、測定者は、対象物２のうち−Ｙ側の第１部分２Ｍ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、使用者により測定操作が行われると、演算処理部６０は、操作部６１から測定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、測定操作が行われた場合、第１部分２Ｍ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。
【００８４】
測定操作が行われると、演算処理部６０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２Ｍに初期位相が９０度ずつ異なる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１部分２Ｍの測定像をそれぞれＣＣＤ撮像素子５２ａに撮像させる。また、縞パターンＰの投影前または投影後または投影間のいずれかのタイミングで、無変調な投影を行い第１部分２Ｍの参照像をＣＣＤ５２ａに撮像させる。その後、演算処理部６０は、４種類の測定像に基づいて、図１０（ａ）に示すように、第１部分２Ｍの三次元データＩｍ１を参照像と関連付けて取得する。三次元データＩｍ１は、第１部分２Ｍの三次元形状に関する点群データである。ここで、三次元データと参照像の関連付けとは、三次元データである点群のそれぞれと参照像の画素との対応関係を指す。第１部分２Ｍには、マークＭＣ１、ＭＣ２及びＭＣ５が投影されている。なお、図１０（ａ）では、マークＭＣ１については、突出部２ｂに隠れて見えない状態となっている。
【００８５】
次に、測定者は、対象物２のうち＋Ｙ側の第２部分２Ｎについて第１部分２Ｍと同様に測定する。
【００８６】
測定結果として、第２部分２Ｎの三次元データＩｍ２を参照像と関連付けて取得する。三次元データＩｍ２は、第２部分２Ｎの三次元形状に関する点群データである。第２部分２Ｎには、マークＭＣ３〜ＭＣ５が投影されている。
【００８７】
このようにして、演算処理部６０は、対象物２の三次元形状に関する複数の三次元データＩｍ１、Ｉｍ２を参照像と関連付けて取得する（ステップＳ０３）。
【００８８】
次に、演算処理部６０は、取得した三次元データＩｍ１、Ｉｍ２に含まれるマークＭＣ１〜ＭＣ５の位置を参照像との関連に基づいて求め、三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ３とを、対象物２の形状が復元するように連結する（ステップＳ０４）。
【００８９】
上記のマークＭＣ１〜ＭＣ５のうち、マークＭＣ５は、第１部分２Ｍ及び第２部分２Ｎで重複する位置に投影されている。したがって、第１部分２Ｍの三次元データＩｍ１及び第２部分２Ｎの三次元データＩｍ２には、マークＭＣ５が共通して含まれる。このため、演算処理部６０は、三次元データＩｍ１のマークＭＣ５に対応する部分と三次元データＩｍ２のマークＭＣ５に対応する部分とが重なるように三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ２とを連結し、連結データＩｍ３を生成する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、対象物２の全体の連結データＩｍ３が得られる。そして、演算処理部６０は、得られた連結データＩｍ３に基づいて、対象物２の三次元形状を算出する（ステップＳ０５）。
【００９０】
その後、演算処理部６０は、対象物２の三次元形状に対して色彩に関する情報を付加してもよい。そして、演算処理部６０は、対象物２の三次元形状の座標データ（及び色彩に関する情報）を記憶する。不図示の表示制御部は、使用者による操作に応じて、または自動的に、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の表示画面に対象物２の三次元形状を表示させる。三次元形状は、三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１から出力可能である。
【００９１】
表示装置は、対象物２の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、表示装置は、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、撮像現場で対象物２が正確に撮像されたか否かを確認することができる。
【００９２】
また、表示装置は、撮像部５０により撮像された画像、及び演算処理部６０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、及び演算処理部６０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。
【００９３】
以上のように、第２実施形態によれば、対象物２までの距離を測定する撮像部１３０及び距離算出部１５１と、対象物２にマークＭＣ１〜ＭＣ４を投影する投影部１２０と、距離に基づいてマークＭＣ１〜ＭＣ４が対象物２上で所定の範囲に入るよう制御する制御部１５０とを備えるマーク投影装置１００を用いてマークＭＣ１〜ＭＣ４を投影し、マークＭＣ１〜ＭＣ４が投影された対象物２を撮像して対象物２の形状を形状測定装置１によって測定するため、互いに異なる複数種類のマークＭＣ１〜ＭＣ５を用いる場合であっても、マークＭＣ１〜ＭＣ４の選択や投影を簡単に行うことができる。これにより、複数のマークＭＣの選択や投影を迅速に行うことができるため、対象物２の三次元形状を短時間で測定することが可能となる。
【００９４】
＜変形例＞  
次に、変形例を説明する。  
図１１は、変形例に係る形状測定装置１Ａを示す図である。  
図１１に示すように、形状測定装置１Ａは、投影部１０と、撮像部５０と、演算処理部６０Ａと、マーク投影部１２０Ａとを備える。投影部１０及び撮像部５０は、第２実施形態に記載の構成と同一である。
【００９５】
マーク投影部１２０Ａは、対象物２に対してマークＭＣ１〜ＭＣ４を投影するものであり、例えば第１実施形態に記載の投影部１２０と同一構成を有している。また、演算処理部６０Ａは、第２実施形態に記載の演算処理部６０の構成に加えて、第１実施形態に記載の制御部１５０の構成が設けられている。なお、撮像部５０は、第１実施形態に記載の撮像部１３０を兼ねることができる。このように、第１実施形態に記載のマーク投影装置１００の各部を形状測定装置１Ａに搭載した構成とすることができる。本構成によれば、形状測定装置１Ａの移動に伴って、マーク投影部１２０Ａも移動するが、マークＭＣ５を基準にマークＭＣ１〜ＭＣ４を投影するため、移動に関わらずマークＭＣ１〜ＭＣ４は同じ位置に投影される。
【００９６】
また、上記各実施形態では、測定者が対象物２に予めマークＭＣ５を配置し、そのマークＭＣ５を基準位置として他のマークＭＣ１〜ＭＣ４を投影する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【００９７】
例えば、図１２（ａ）に示すように、マーク投影装置１００がマークＭＣ５についても投影する構成であってもよい。この場合、基準位置として、マークに限定されるものではなく、例えば対象物２上の特徴的形状を基準位置としてもよい。また、形状測定装置の撮像領域２１０の位置、形状及び寸法についての情報を有している場合には、基準位置としてマークＭＣを配置しなくても、複数のマークＭＣを測定領域２１０の内側に複数投影することができる。
【００９８】
また、上記実施形態では、マーク投影装置１００を１つ用い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、図１２（ｂ）に示すように、複数のマーク投影装置１００を用いて、異なる方向から対象物２Ｓに対してマークＭＣを投影してもよい。なお、図１２（ｂ）では、対象物２Ｓの形状が円筒形又は円柱形であるが、これに限定するものではなく、他の形状であっても同様である。また、対象物２Ｓの円筒面にマークＭＣを投影する場合、複数のマーク投影装置１００を用いなくてもよく、例えば１つのマーク投影装置１００によって、対象物２Ｓの周囲に沿って位置を変えながら複数回にわたって投影を行うようにしてもよい。この場合、対象物２Ｓ上の同一の位置には同一パターンのマークＭＣを投影する必要がある。
【００９９】
＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞  
図１３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１３に示す構造物製造システム４００は、上記した形状測定装置１Ａ、設計装置４１０、成形装置４２０、制御装置（検査装置）４３０、及びリペア装置４４０を有している。
【０１００】
設計装置４１０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４１０は、作製した設計情報を成形装置４２０及び制御装置４３０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。
【０１０１】
成形装置４２０は、設計装置４１０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４２０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４２０により作製された構造物（対象物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４３０に送信する。
【０１０２】
制御装置４３０は、座標記憶部４３１及び検査部４３２を有している。座標記憶部４３１は、設計装置４１０から送信される設計情報を記憶する。検査部４３２は、座標記憶部４３１から設計情報を読み出す。また、検査部４３２は、座標記憶部４３１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４３２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。
【０１０３】
また、検査部４３２は、成形装置４２０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４３２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４３２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４３２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４４０に送信する。
【０１０４】
リペア装置４４０は、制御装置４３０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。
【０１０５】
図１４は、構造物製造システム４００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１４に示すように、設計装置４１０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４１０は、作製した設計情報を成形装置４２０及び制御装置４３０に送信する。制御装置４３０は、設計装置４１０から送信された設計情報を受信する。そして、制御装置４３０は、受信した設計情報を座標記憶部４３１に記憶する。
【０１０６】
次に、成形装置４２０は、設計装置４１０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４２０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４３０に送信する。次に、検査部４３２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４３１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）。
【０１０７】
次に、検査部４３２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４００による処理を終了する。一方、検査部４３２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４３２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）。
【０１０８】
検査部４３２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４３２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４３２は、不良部位情報と修復量情報とをリペア装置４４０に送信する。リペア装置４４０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４４０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４３２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４００による処理を終了する。
【０１０９】
このように、構造物製造システム４００及び構造物製造方法では、形状測定装置１Ａによる構造物の測定結果に基づいて、検査部４３２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４２０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４００では、検査部４３２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。
【０１１０】
なお、上記した構造物製造システム４００及び構造物製造方法において、リペア装置４４０が加工を実行することに代えて、成形装置４２０が再度加工を実行するように構成してもよい。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
また、上記した各実施形態及び変形例において、マークＭＣ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２０５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、対象物２へのダメージを軽減させることができる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、測定者が配置したマークＭＣ５について、形状測定装置で認識可能なパターンとしたが、これに限定するものではない。マークＭＣ５については、マーク投影装置１００がマークＭＣを投影するための基準位置として認識できればよく、必ずしも形状測定装置で認識できる構成としなくてもよい。また、マークＭＣを投影するための基準位置として用いるマークは、１つに限られず、複数配置してもよい。また、基準位置として用いるマークは、別途装置で投影されたマークであってもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、同一形状、同一寸法の複数のマークＭＣを投影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く、形状や寸法が異なる複数のマークＭＣを投影してもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、マークＭＣの位置を変更する場合の一例として、タッチパネル１６０ａを用いて入力する態様を説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば測定者が撮像部１３０の測定領域内でジェスチャー等を行う場合に、そのジェスチャーを認識してマークＭＣの位置を変更する態様であってもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１００…マーク投影装置、１…形状測定装置、２…対象物、ＭＣ（ＭＣ１〜ＭＣ５）…マーク、１２０…投影部、１３０…撮像部、１４０…表示部、１５０…制御部、１５１…距離算出部、１５２…マーク検出部、１５３…投影制御部、２００…形状測定システム、４００…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４】
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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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