(57)【要約】【課題】複数の三次元データを連結する場合に生じるズレを抑えることができる。【解決手段】測定対象の複数の領域の三次元形状を各々示す複数の三次元データを取得し、該複数の三次元データを測定対象の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、誤差相当量が最小となるようにそれぞれの連結を補正する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の複数の領域の三次元形状を各々示す複数の三次元データを取得し、
該複数の三次元データを前記測定対象の形状が復元するように連結し、
前記連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、
前記連結の結果、前記三次元データ同士の前記重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、誤差相当量が最小となるようにそれぞれの前記連結を補正する三次元データの連結方法。
【請求項２】
前記測定対象の前記複数の領域内で他の部分と識別可能な特徴部分を検出し、
前記異なる前記三次元データの前記重複領域内の前記特徴部分が一致するように前記連結を補正する
請求項１に記載の三次元データの連結方法。
【請求項３】
前記復元される前記測定対象の範囲が拡大するように前記連結を複数回行い、前記補正は前記複数回の連結のうち少なくとも１つの連結を補正する
請求項１または請求項２に記載の三次元データの連結方法。
【請求項４】
前記複数回の連結によって連結された前記三次元データの位置に応じて重み付けをした前記補正を行う
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元データの連結方法。
【請求項５】
前記測定対象の前記複数の領域の二次元画像を取得し、
前記重複領域に対応する前記二次元画像に基づいて前記補正を行う
請求項１から請求項４の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】
前記二次元画像に基づいて二次元方向の前記補正を行い、前記異なる前記三次元データに基づいて前記二次元方向に直交する方向の前記補正を行う
請求項５に記載の三次元データの連結方法。
【請求項７】
測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを記憶する記憶部と、
該複数の三次元データを前記測定対象の形状が復元するように連結し、前記連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、前記連結の結果、前記三次元データ同士の前記重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように前記連結を補正する処理部と
を備える三次元データ連結装置。
【請求項８】
測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを測定する測定部と、
該複数の三次元データを前記測定対象の形状が復元するように連結し、前記連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、前記連結の結果、前記三次元データ同士の前記重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように前記連結を補正する処理部と、
補正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部と
を備える形状測定装置。
【請求項９】
測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを測定することと、
該複数の三次元データを前記測定対象の形状が復元するように連結し、前記連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、前記連結の結果、前記三次元データ同士の前記重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように前記連結を補正することと、
補正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
を備える形状測定方法。
【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】
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９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１２】
測定対象の三次元形状を測定する形状測定装置に含まれるコンピュータに、
前記測定対象の複数の領域の前記三次元形状を示す複数の三次元データを測定する処理と、
該複数の三次元データを前記測定対象の形状が復元するように連結し、前記連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、前記連結の結果、前記三次元データ同士の前記重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように前記連結を補正する処理と、
補正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、三次元データ連結装置、形状測定装置、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（点群データ）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。三次元データを複数回連結する場合には、順次新たな三次元データを重ねていくようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、上記構成において、各三次元データを連結する毎にズレが生じることがある。３つ以上の三次元データを連結する場合には、このようなズレが累積される可能性がある。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明は、複数の三次元データを連結する場合に生じるズレを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様によれば、測定対象の複数の領域の三次元形状を各々示す複数の三次元データを取得し、該複数の三次元データを測定対象の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、誤差相当量が最小となるようにそれぞれの連結を補正する三次元データの連結方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２態様によれば、測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを記憶する記憶部と、該複数の三次元データを測定対象の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように連結を補正する処理部とを備える三次元データ連結装置が提供される。
【００１０】
本発明の第３態様によれば、測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを測定する測定部と、該複数の三次元データを測定対象の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように連結を補正する処理部と、補正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部とを備える形状測定装置が提供される。
【００１１】
本発明の第４態様によれば、測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを測定することと、該複数の三次元データを測定対象の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように前記連結を補正することと、補正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こととを備える形状測定方法が提供される。
【００１２】
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。
【００１３】
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４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。
【００１４】
本発明の第７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に含まれるコンピュータに、測定対象の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを測定する処理と、該複数の三次元データを測定対象の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように連結を補正する処理と、補正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、複数の三次元データを連結する場合に生じるズレを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図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の強度分布を示す図である。
【図４】投影領域と撮像領域との関係を示す図である。
【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】実施形態に係る三次元データの連結方法において取得又は生成される三次元データを示す図である。
【図７】実施形態に係る三次元データの連結方法において取得又は生成される三次元データを示す図である。
【図８】実施形態に係る三次元データの連結方法において取得又は生成される三次元データを示す図である。
【図９】実施形態に係る三次元データの連結方法において取得又は生成される三次元データを模式的に示す図である。
【図１０】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１１】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】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。  
図１は、本実施形態に係る形状測定装置の一例を示す図である。以下、本実施形態では、図１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。図１において、投影光１００が投影される面に平行な平面の一方向をＸ軸方向とし、その平面内でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸周りの方向をθＸ方向とし、Ｙ軸周りの方向をθＹ方向とし、Ｚ軸周りの方向をθＺ方向とする。
【００１８】
形状測定装置１は、位相シフト法を用いて測定対象物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（三次元データ連結装置）６０とを備える。
【００１９】
投影部１０は、第１の方向Ｄ１（図１のＸ軸方向）に沿った投影光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に対して構造光１０１（図３参照）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２００の詳細については後述する（図３及び図４参照）。
【００２０】
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を介して測定対象物２または測定対象物２の近傍に向けて投影される。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】
また、測定対象物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。測定対象物２として、本実施形態では複数（例、８個）の歯が形成された歯車を例に挙げて説明するが、これには限定されない。
【００２２】
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が投影された測定対象物２の像（以下、「測定像」と表記する。）を撮像する。
【００２３】
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、測定対象物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。
【００２４】
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。
【００２５】
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による測定対象物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、測定対象物２の三次元形状を算出する。
【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照射する光源である。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】
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、その反射角を変化させ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）と異なる測定対象物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。
【００２８】
ＭＥＭＳミラーは、図１に示すように紙面内の振動中心ＡＸを軸として方向Ｖ（図１参照）に回動振動し、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ミラーの振動方向Ｓの振幅角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ミラーを回動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。
【００２９】
投影光学系３０は、上述したように、投影光１００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。
【００３０】
図３は、投影領域２００における構造光１０１の強度分布を示す図である。図１に示すような３軸座標系を設定した場合、図３においては、紙面の右方向がＸ軸となり、紙面の下方向が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に示すように、投影光１００は、第１の方向Ｄ１に所定の長さを有する無変調のスリット状の光である。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、構造光１０１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、測定対象物２の一部または全部を含んでいる。
【００３２】
図３に示す構造光１０１は、第２の方向Ｄ２に沿って周期的な光強度の分布を有するパターン光である。第１実施形態では、構造光１０１の一例として、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する縞パターンＰが用いられる。縞パターンＰは、例えば投影光１００の波長を所定波長（例、約６８０ｎｍ）として正弦波状の周期的に光強度を変化させつつ第２の方向Ｄ２に走査することで形成される。縞パターンＰは、明るい部分（図３の白い部分）と暗い部分（図３の黒い部分）とが第２の方向Ｄ２に沿って変化する明暗パターンを有する。また、縞パターンＰは、濃い部分（図３の黒い部分）と薄い部分（図３の白い部分）とに徐々に変化する濃淡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ともいう。
【００３３】
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、及び画像メモリ５２ｂを有している。撮像装置５２は、ＣＣＤ撮像素子５２ａ及び画像メモリ５２ｂを含む。受光光学系５１は、上述したように、投影光１００が投影された部分を含む領域の測定対象物２の表面の像をＣＣＤ撮像素子５２ａの受光面に結像させる。ＣＣＤ撮像素子５２ａは、電荷結合素子(Charge Coupled Device）を用いたカメラである。
【００３４】
ＣＣＤ撮像素子５２ａ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５２ｂは、ＣＣＤ撮像素子５２ａが生成した画像データを記憶する。
【００３５】
図４は、投影領域と撮像領域との関係を示す図である。図４を用いて、撮像部５０が測定対象物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。
【００３６】
図４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物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。
【００３７】
また、本明細書においては、撮像領域２１０とは別に撮像視野２１０Ａ〜２１０Ｄという表現を適宜用いて説明する。撮像視野２１０Ａ〜２１０Ｄは、撮像部５０による１回の撮像で撮像される測定対象物２上の範囲である。以下の説明では、撮像視野２１０Ａ〜２１０Ｄにおいて測定対象物２を測定し、各測定結果を連結することで測定対象物２全体の三次元形状を測定する場合について説明する。４つの撮像視野２１０Ａ〜２１０Ｄは、互いに重複する領域を有するように設定される。例えば、撮像視野２１０Ａは、図４において撮像領域２１０に重なる位置に配置されている。撮像視野２１０Ａの＋Ｙ側端部と撮像視野２１０Ｂの−Ｙ側端部とが重複している。また、撮像視野２１０Ｂの−Ｘ側端部と撮像視野２１０Ｃの＋Ｘ側端部とが重複している。また、撮像視野２１０Ｃの−Ｙ側端部と撮像視野２１０Ｄの＋Ｙ側端部とが重複している。また、撮像視野２１０Ｄの＋Ｘ側端部と撮像視野２１０Ａの−Ｘ側端部とが重複している。
【００３８】
なお、以下では、測定対象物２のうち、撮像視野２１０Ａに含まれる部分を第１部分２Ａとし、撮像視野２１０Ｂに含まれる部分を第２部分２Ｂとし、撮像視野２１０Ｃに含まれる部分を第３部分２Ｃとし、撮像視野２１０Ｄに含まれる部分を第４部分２Ｄとして説明する。
【００３９】
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（処理部、算出部）６５、三次元データ記憶部（記憶部）６６、及び表示制御部６７を有している。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
第１制御部６２ａは、走査部４０及びＣＣＤ撮像素子５２ａに指令信号を出力し、ＣＣＤ撮像素子５２ａによる測定対象物２の撮像が、走査部４０による縞パターンＰ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による１フレームの撮像と、縞パターンＰの複数回の走査とを同期させるように制御する。
【００４３】
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。制御部６２（第１制御部６２ａ及び第２制御部６２ｂ）は、縞パターンＰを測定対象物２に投影する場合、例えばレーザコントローラ２１と走査部４０とを同期制御することにより、所定波長の投影光１００の光強度を正弦波状の周期的に変化させつつ該投影光１００を第２の方向Ｄ２に走査する。
【００４４】
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のシャッタースピード（ＣＣＤ撮像素子５２ａの露光時間）は例えば４０ｍｓに設置される。従って、ＣＣＤ撮像素子５２ａが１枚の画像を撮像する間に、走査部４０は投影光１００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による１フレームの撮像の間に、例えば走査部４０による投影光１００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による１フレームの撮像において、投影光１００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投影光１００の走査数は調整される。
【００４５】
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物２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も記憶する。
【００４６】
取込メモリ６４は、画像メモリ５２ｂ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、縞パターンＰを投影して撮像した測定対象物２の測定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は、例えばそれぞれ異なる記憶領域に記憶される。
【００４７】
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。三次元データ記憶部６６は、演算部６５が算出した測定対象物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、三次元データ記憶部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物２の三次元形状の疑似画像を表示させる制御を実行する。
【００４８】
表示装置７０は、測定対象物２の三次元形状の疑似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。
【００４９】
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。
【００５０】
この形状プログラムは、演算処理装置（制御部６２に対して、測定対象物２の複数の領域の三次元形状を示す複数の三次元データを測定する処理と、該複数の三次元データを測定対象物２の形状が復元するように連結し、連結された三次元データに基づいて重複して測定された重複領域を検出し、連結の結果、三次元データ同士の重複領域内の同一部分が異なる位置として連結される場合に、該同一部分が一致するように連結を補正する処理と、補正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処理とを実行させる。
【００５１】
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縞パターンＰ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物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。本実施形態において、縞パターンＰは、初期位相をπ／２ずつシフトさせた４種類の縞パターンＰである。ここで初期位相とは、走査を開始する位置における縞パターンの位相を意味する。
【００５２】
縞パターンＰの位相は、縞パターンＰの強度の分布である正弦波の位相である。以下、例えば基準となる縞パターン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の初期位相を０とする。そして、この第１縞パターンＰ１の初期位相を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の初期位相を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の初期位相を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。
【００５３】
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で測定対象物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。
【００５４】
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、それぞれ測定対象物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を以下の（式１）に当てはめ、測定対象物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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
例えば、第２縞パターンＰ２では、第１縞パターンＰ１に対して、縞の位置が位相π／２に対応する距離だけ第２の方向Ｄ２にずれている。また、第３縞パターンＰ３では、第１縞パターンＰ１に対して、縞の位置が位相πに対応する距離だけ第２の方向Ｄ２にずれている。同様に、第４縞パターンＰ４では、第１縞パターンＰ１に対して、縞の位置が位相３π／２に対応する距離だけ第２の方向Ｄ２にずれている。このため、撮像領域２１０上においては、第１縞パターンＰ１から第４縞パターンＰ４にかけて、縞の位置が等間隔ずつ第２の方向Ｄ２にずれた状態で投影される。
【００５８】
なお、測定対象物２がある場合は、測定対象物２の表面に縞パターンＰが投影されるので測定対象物２の形状（高さ）に応じて縞パターンＰの像が第２の方向Ｄ２（図３のＹ軸方向）に沿って変形する。
【００５９】
次に、本実施形態に係る形状測定方法の一例について説明する。本実施形態では、測定対象物２は、４つの撮像視野２１０Ａ〜２１０Ｄに含まれるように配置されている。この場合、各撮像視野２１０Ａ〜２１０Ｄにより、測定対象物２のうち第１部分２Ａ〜第４部分２Ｄをそれぞれ測定し、各測定結果を連結することで測定対象物２全体の三次元形状を測定する。そして、測定結果同士を連結する際には、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。
【００６０】
図５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６〜図８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。
【００６１】
まず、測定者は、測定対象物２のうち撮像領域２１０を撮像視野２１０Ａに一致させ、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や受光光学系５１のフォーカス合わせが行われてもよい。
【００６２】
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点群データである。三次元データＩｍ１には、他の部位との間で識別可能な特徴部分Ｃ１及びＣ４が含まれている。なお、三次元データは点群データであるが、図６〜図８では疑似的な三次元像としている。
【００６３】
次に、測定者は、測定対象物２のうち第２部分２Ｂについて第１部分２Ａと同様に測定する。測定において、演算部６５は、４種類の測定像に基づいて、図６（ｂ）に示すように、第２部分２Ｂの三次元データＩｍ２を取得する。三次元データＩｍ２は、第２部分２Ｂの三次元形状に関する点群データである。三次元データＩｍ２には、上記の三次元データＩｍ１と共通する特徴部分Ｃ１と、この特徴部分Ｃ１とは異なる特徴部分Ｃ２とが含まれている。
【００６４】
同様に、測定者は、測定対象物２のうち第３部分２Ｃ及び第４部分２Ｄについて順に測定する。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、測定対象物２の第３部分２Ｃ及び第４部分２Ｄにそれぞれ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３部分２Ｃ及び第４部分２Ｄ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）及び（ｄ）に示すように、第３部分２Ｃの三次元データＩｍ３及び第４部分２Ｄの三次元データＩｍ４を取得する。
【００６５】
三次元データＩｍ３は、第３部分２Ｃの三次元形状に関する点群データである。三次元データＩｍ３には、上記の三次元データＩｍ２と共通する特徴部分Ｃ２と、この特徴部分Ｃ２とは異なる特徴部分Ｃ３とが含まれている。また、三次元データＩｍ４は、第４部分２Ｄの三次元形状に関する点群データである。三次元データＩｍ４には、上記の三次元データＩｍ３と共通する特徴部分Ｃ３と、上記の三次元データＩｍ１と共通する特徴部分Ｃ４とが含まれている。
【００６６】
このようにして、演算処理部６０は、測定対象物２の三次元形状に関する複数の三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を取得する（ステップＳ０１）。
【００６７】
次に、演算部６５は、取得した三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を、測定対象物２の形状が復元するように連結する（ステップＳ０２）。ステップＳ０２では、演算部６５は、復元される測定対象部２の範囲が拡大するように複数回連結を行う。  
まず、演算部６５は、三次元データＩｍ１に対して三次元データＩｍ２を連結する。演算部６５は、図６（ｅ）に示すように、三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ２との間に共通する特徴部分Ｃ１同士を重ね合わせるように、三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ２とを連結する。これにより、測定対象物２のうち第１部分２Ａと第２部分２Ｂとについての連結データが得られる。また、この連結により、連結前のデータ（第１部分２Ａ三次元データＩｍ１）に比べて、復元される測定対象物２の範囲が拡大する。三次元データ同士を連結する場合、三次元データに含まれる点群同士がズレた状態で重なることがある。このズレは、三次元データ同士を連結する際の誤差相当量である。本実施形態では、第１部分２Ａの点群と第２部分２Ｂの点群とが図６（ｅ）に示すようにズレた状態で重なった場合を例に挙げて説明する。なお、実際にはICP(Iterative Closest Point)と呼ばれる手法によりズレた２つの点群から最も確からしい１つの面を求めるが、図６（ｅ）では２つのズレた面として表現している。（以下の説明および図７、図８も同様）
【００６８】
この状態で、演算部６５は、三次元データＩｍ２と三次元データＩｍ３とを連結する。演算部６５は、図７（ａ）に示すように、三次元データＩｍ２と三次元データＩｍ３との間に共通する特徴部分Ｃ２同士を重ね合わせるように、三次元データＩｍ２と三次元データＩｍ３とを連結する。これにより、測定対象物２のうち第１部分２Ａ、第２部分２Ｂ及び第３部分２Ｃについての連結データが得られる。また、この連結により、連結前のデータ（第１部分２Ａ及び第２部分２Ｂの連結データ）に比べて、復元される測定対象物２の範囲が拡大する。この場合にも、三次元データに含まれる点群同士がズレた状態で重なることがある。本実施形態では、第２部分２Ｂの画像と第３部分２Ｃの点群とが図７（ａ）に示すようにズレた状態で重なった場合を例に挙げて説明する。
【００６９】
この状態で、演算部６５は、三次元データＩｍ３と三次元データＩｍ４とを連結する。演算部６５は、図７（ｂ）に示すように、三次元データＩｍ３と三次元データＩｍ４との間に共通する特徴部分Ｃ３同士を重ね合わせるように、三次元データＩｍ３と三次元データＩｍ４とを連結する。これにより、測定対象物２の全体の連結データＩｍが得られる。また、この連結により、連結前のデータ（第１部分２Ａ、第２部分２Ｂ及び第３部分２Ｃの連結データ）に比べて、復元される測定対象物２の範囲が拡大する。なお、三次元データＩｍ３と三次元データＩｍ４との連結時にも、三次元データに含まれる画像同士がズレた状態で重なることがある。本実施形態では、第３部分２Ｃの点群と第４部分２Ｄの点群とが図７（ｂ）に示すようにズレた状態で重なった場合を例に挙げて説明する。
【００７０】
図７（ｂ）において、このとき、第３部分２Ｃの点群と第４部分２Ｄの点群との間のズレは僅かではあるが、第４部分２Ｄの画像と第１部分２Ａの画像との間のズレは大きくなっている。このように、三次元データ同士を順に連結する場合には、各連結時の誤差が累積することがある。この場合、新たな三次元データを２つ以上の三次元データに同時に重ねる際に、１つの三次元データを基準にして位置を合わせると、連結を重ねるに従ってズレが大きくなってしまうことがある。
【００７１】
これに対して、本実施形態では、各三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の間で互いに重複する領域（重複領域）を検出し（ステップＳ０３）、この重複領域における点群のズレ（誤差相当量）が連結データＩｍ全体で最小となるように三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置を補正する（ステップＳ０４）。具体的には、お互いに連結を行った点群以外の点群間で測定対象物２上の同じ部分に対応する点群（以下の説明でループ部と呼ぶことがある）を検出して、ループ部が同じ点群となるように三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置を補正する。以下、ステップごとに順次説明する。
【００７２】
まず、ステップＳ０３について説明する。  
ステップＳ０３において、演算部６５は、三次元データＩｍ１と三次元データＩｍ２との間の重複領域Ａ１２と、三次元データＩｍ２と三次元データＩｍ３との間の重複領域Ａ２３と、三次元データＩｍ３と三次元データＩｍ４との間の重複領域Ａ３４と、三次元データＩｍ４と三次元データＩｍ１との間の重複領域Ａ４１とを検出する（図７（ｂ）等参照）。そして、演算部６５は、三次元データＩｍ４と三次元データＩｍ１との間に共通の特徴部分（本実施形態では特徴部分Ｃ４）を検出する場合に、その特徴部分の点群のズレを累積誤差と判断する。
【００７３】
次に、ステップＳ０４について説明する。  
ステップＳ０４において、演算部６５は、連結データＩｍ全体の誤差相当量を求めるためのコスト関数を定義する。
【００７４】
三次元データＩｍ１とＩｍ２をＩＣＰで連結した際に得られた変換をＥ１２とする。これは三次元データＩｍ１の座標系をＩｍ２の座標系へ移すユークリッド変換である。同様にＥ２３、Ｅ３４、Ｅ４１も定義する。次に、任意の位置に基準座標系を定義する。例えば、三次元データＩｍ１の座標系に一致するように基準座標系を定義する。基準座標系から三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４への変換をそれぞれＥ１〜Ｅ４とする。
【００７５】
ここで、次のような３つの変換の積を考える。  
Ｅ２−１＊Ｅ１２＊Ｅ１  
【００７６】
なお、Ｅ２−１はＥ２の逆変換を表す。Ｅ１は基準座標系から三次元データＩｍ１の座標系への変換であり、Ｅ１２は三次元データＩｍ１の座標系から三次元データＩｍ２の座標系への変換である事に注意すると、この２つの積Ｅ１２＊Ｅ１は基準座標系から三次元データＩｍ２の座標系への変換となる。また、Ｅ２−１は三次元データＩｍ２の座標系から基準座標系への変換である。以上より、３つの変換の積Ｅ２−１＊Ｅ１２＊Ｅ１は基準座標系から基準座標系への変換、すなわち恒等変換となる事が分かる。しかし、Ｅ２−１、Ｅ１２、Ｅ１のいずれかに誤差がある場合、これらの変換の積は恒等変換とは異なるユークリッド変換となる。このユークリッド変換を表す回転および並進のパラメータを６次元のベクトルｅ１２で表し、これを三次元データＩｍ１、Ｉｍ２間の誤差ベクトルと呼ぶ事にする。ｅ２３、ｅ３４、ｅ４１も同様に定義する。
【００７７】
連結データＩｍ全体のコスト関数を次のように定義する。  
Ｃ（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）＝｜ｅ１２｜２＋｜ｅ２３｜２＋｜ｅ３４｜２＋｜ｅ４１｜２
演算部６５は、定義したコスト関数の値が最小となるように、各三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置（コスト関数の６つのパラメータ）を設定する。
【００７８】
例えば、演算部６５は、各重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１においてズレ（誤差相当量）が均一になるように補正してもよい。この場合、図８（ａ）に示すように、重複領域Ａ４１における第４部分２Ｄの画像と第１部分２Ａの画像とのズレが小さくなる。また、他の重複領域Ａ１２、２３、３４における各点群同士の間では、コスト関数の値に応じた大きさのズレに補正される。各重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１においてズレが均一となるように分散されるため、局所的に目立つズレがなく、全体として確からしさが高い連結三次元データＩｍが得られる。なお、図８（ａ）に示す連結三次元データＩｍを得た後、該連結三次元データＩｍを構成する三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置を調整することで、分散されたズレを補正してもよい。
【００７９】
また、例えば測定対象物２の一部分において高精度の測定が求められる場合などにおいて、演算部６５は、三次元データＩｍの領域に応じて重み付けをした補正を行ってもよい。例えば図８（ｂ）に示すように、測定対象物２の正面部分２Ｅにおいて高精度の測定が求められる場合など、演算部６５は、正面部分２Ｅのズレが背面部分２Ｆのズレよりも小さくなるように重み付けをしてもよい。これにより、正面部分２Ｅでの重ね合わせの精度が高い連結データＩｍＡが得られる。
【００８０】
図９（ａ）〜（ｃ）は、連結データの連結の構成を模式的に示す図である。  
図９（ａ）に示す本実施形態の連結三次元データＩｍにおいては、各三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を丸型で示し、重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１を直線で示している。図９（ａ）に示すように、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を順に連結する場合、三次元データＩｍ４を三次元データＩｍ３に連結するときには、同時に三次元データＩｍ１との間にも重複領域Ａ４１が形成される。この場合、三次元データＩｍ４は、三次元データＩｍ１にも連結されることになる。本実施形態の連結データＩｍでは、４つの三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４が環状に連結されたループ部ＬＡを有する構成となっている。このように連結データＩｍにループ部ＬＡが含まれる場合、演算部６５は、上記のように連結データＩｍを構成する全三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４についてのコスト関数を定義し、連結データＩｍ全体の誤差相当量が最小となるように三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置を補正する。
【００８１】
図９（ｂ）は、三次元データの連結構成が異なる連結データＩｍＢの構成を模式的に示す図である。  
図９（ｂ）に示す連結三次元データＩｍＢは、６つの三次元データＩｍＢ１〜ＩｍＢ６が順に連結された構成を有している。連結三次元データＩｍＢは、７つの重複領域Ｂ１２、Ｂ２３、Ｂ３４、Ｂ４５、Ｂ５６、Ｂ５２、Ｂ６１を有している。図９（ｂ）では、各三次元データＩｍＢ１〜ＩｍＢ６を丸型で示し、重複領域Ｂ１２、Ｂ２３、Ｂ３４、Ｂ４５、Ｂ５６、Ｂ５２、Ｂ６１を直線で示している。
【００８２】
三次元データＩｍＢ１〜ＩｍＢ６を順に連結する場合、まず三次元データＩｍＢ５を三次元データＩｍＢ４に連結するときに、同時に三次元データＩｍＢ２との間にも重複領域Ｂ５２が形成される。この場合、三次元データＩｍＢ５は、三次元データＩｍＢ２にも連結されることになる。また、三次元データＩｍＢ６を三次元データＩｍＢ５に連結するときに、同時に三次元データＩｍＢ１との間にも重複領域Ｂ６１が形成される。この場合、三次元データＩｍＢ６は、三次元データＩｍＢ１にも連結されることになる。このように、連結三次元データＩｍＢでは、４つの三次元データＩｍＢ２〜ＩｍＢ５が環状に連結されたループ部ＬＢ１と、６つの三次元データＩｍＢ１、ＩｍＢ２、ＩｍＢ３、ＩｍＢ４、ＩｍＢ５及びＩｍＢ６が環状に連結されたループ部ＬＢ２とを有する構成となっている。連結データＩｍＢに複数のループ部ＬＢ１、ＬＢ２が含まれる場合、演算部６５は、連結三次元データＩｍＢを構成する全三次元データＩｍＢ１〜ＩｍＢ６についてのコスト関数を定義し、連結三次元データＩｍＢ全体の誤差相当量が最小となるように三次元データＩｍＢ１〜ＩｍＢ６の位置を補正する。なお、演算部６５は、ループ部ＬＢ１、ＬＢ２ごとにコスト関数を別途定義して補正を行ってもよい。
【００８３】
図９（ｃ）は、三次元データの連結構成が異なる連結三次元データＩｍＣの構成を模式的に示す図である。  
図９（ｃ）に示す連結三次元データＩｍＣは、６つの三次元データＩｍＣ１〜ＩｍＣ６が順に連結された構成を有している。連結三次元データＩｍＣは、６つの重複領域Ｃ１２、Ｃ２３、Ｃ３４、Ｃ４５、Ｃ５６、Ｃ５２を有している。図９（ｃ）では、各三次元データＩｍＣ１〜ＩｍＣ６を丸型で示し、重複領域Ｃ１２、Ｃ２３、Ｃ３４、Ｃ４５、Ｃ５６、Ｃ５２を直線で示している。
【００８４】
三次元データＩｍＣ１〜ＩｍＣ６を順に連結する場合、三次元データＩｍＣ５を三次元データＩｍＣ４に連結するときに、同時に三次元データＩｍＣ２との間にも重複領域Ｃ５２が形成される。この場合、三次元データＩｍＣ５は、三次元データＩｍＣ２にも連結されることになる。
【００８５】
このように、連結データＩｍＣでは、４つの三次元データＩｍＣ２〜ＩｍＣ５が環状に連結されたループ部ＬＣを有する構成となっている。また、三次元データＩｍＣ１及びＩｍＣ６は、ループ部ＬＣには含まれない。このように、連結データＩｍＣがループ部ＬＣを有すると共に、ループ部ＬＣに含まれない三次元データＩｍＣ１、ＩｍＣ６を有する場合であっても、演算部６５は、連結データＩｍＣを構成する全三次元データＩｍＣ１〜ＩｍＣ６についてのコスト関数を定義し、連結データＩｍＣ全体の誤差相当量が最小となるように三次元データＩｍＣ１〜ＩｍＣ６の位置を補正する。
【００８６】
上記のような補正を行った後、演算部６５は、補正された連結データＩｍに基づいて、測定対象物２の三次元形状を算出する（ステップＳ０５）。
【００８７】
その後、演算部６５は、測定対象物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、演算部６５は、測定対象物２の三次元形状の座標データ（及び色彩に関する情報）を三次元データ記憶部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、三次元データ記憶部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物２の三次元形状を疑似画像として表示させる。この三次元データは、形状測定装置１から出力可能である。
【００８８】
表示装置７０は、測定対象物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。
【００８９】
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。
【００９０】
以上のように、本実施形態によれば、測定対象物２の複数の領域（第１部分２Ａ〜第４部分２Ｄ）の三次元形状を各々示す複数の三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を取得し、該複数の三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を測定対象物２の形状が復元するように連結し、連結された三次元データ（連結三次元データＩｍ）に基づいて重複して測定された重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１を検出し、連結の結果、重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１内の同一部分（例、特徴領域Ｃ１〜Ｃ４）が異なる位置として連結される場合に、誤差相当量（ズレ）が最小となるようにそれぞれの連結を補正するため、複数の三次元データを連結する場合に生じるズレを抑えることができる。
【００９１】
＜構造物製造システム及び構造物製造方法＞  
図１０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１０に示す構造物製造システム４００は、上記した形状測定装置１、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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（測定対象物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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
図１１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１１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。
【００９８】
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）。
【００９９】
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）。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
例えば、上記実施形態では、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を連結する場合や重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１でのズレを検出する場合に、特徴部分Ｃ１〜Ｃ４を用いて連結又はズレの検出を行う手法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。演算部６５は、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４に特徴部分Ｃ１〜Ｃ４が含まれない場合であっても、連結又はズレの検出を行うことが可能である。例えば、演算部６５は、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４同士を重ね合わせる際に、オーバーラップする部分の点群同士が所定の閾値以内の位置関係となるように三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置を調整する。この場合、演算部６５は、重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１を検出する際に、上記の点群同士のズレを検出すればよい。これにより、特徴部分Ｃ１〜Ｃ４を用いることなく三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の連結及び重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１におけるズレの検出を行うことができる。例えば、形状測定装置１の姿勢（ＸＹＺ軸の並進移動と回転移動）をセンサーで正確に求めながら三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を取得し、求めた姿勢に基づいて三次元データを連結する場合にも適用可能である。この場合、センサー情報からループを検出することができる。
【０１０５】
また、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を連結する際に、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４同士の位置関係を測定者側で把握できる場合がある。このような場合には、例えば測定者が操作部６１を介して三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４の位置情報を入力できる構成としてもよい。演算部６５は、入力された情報に基づいて三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を連結させればよい。
【０１０６】
また、演算部６５は、三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４を連結する際に、連結した２つの三次元データ同士の連結の正確さを判別できる構成であってもよい。例えば、演算部６５は、平面部分の画像を含む三次元データ同士を連結した場合、該平面方向の位置に関するパラメータについてはズレが小さい（信頼性が高い）と判断し、該平面に交差する方向及び該平面上の直線を軸とした場合の軸回り方向（回転方向）の位置に関するパラメータについてはズレが大きい（信頼性が低い）と判断する。また、連結の正確さの判断にＩＣＰの残渣を用いることもできる。
【０１０７】
その後、連結データＩｍの補正を行う場合、演算部６５は、パラメータの信頼性に基いてコスト関数の形を修正してもよい。例えば、信頼性が高いパラメータは初期値から変化させるのに大きなコストがかかり、逆に信頼性が低いパラメータは小さなコストで値を変えられるようにする。
【０１０８】
また、上記実施形態では、測定対象物２の特徴部分又は点群の位置関係によって三次元データＩｍ１〜Ｉｍ４同士を連結する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えばマーク（例、円形上のシールや二次元コードマークなど）を特徴部分として用いてもよい。また、この場合、重複領域Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ａ４１におけるズレの検出を行う場合にも、マークを用いることができる。
【０１０９】
また、例えば、上記した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。
【０１１０】
また、上記した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。
【０１１１】
また、上記した実施形態及び変形例において、光生成部２０等が構造光１０１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、測定対象物２へのダメージを軽減させることができる。
【０１１２】
また、上記した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。
【０１１３】
また、上記した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。
【０１１４】
また、上記した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。
【０１１５】
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物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物２の三次元形状を測定するものでもよく、ステレオカメラ法やＴＯＦ（Time of Flight）法、光切断法にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
Ｐ…縞パターン  Ｉｍ１〜Ｉｍ４、ＩｍＢ１〜ＩｍＢ６、ＩｍＣ１〜ＩｍＣ６…三次元データ  Ｃ１〜Ｃ４…特徴部分  Ｉｍ、ＩｍＡ，ＩｍＢ、ＩｍＣ…連結データ  Ａ１２〜Ａ４１、Ｂ１２〜Ｂ６１、Ｃ１２〜Ｃ５６…重複領域  ２…測定対象物  ２Ａ…第１部分  ２Ｂ…第２部分  ２Ｃ…第３部分  ２Ｄ…第４部分  ２Ｅ…正面部分  ２Ｆ…背面部分  １０…投影部  ５０…撮像部  ６０…演算処理部  ６２…制御部  ６５…演算部  １００…投影光  １０１…構造光  ２００…投影領域  ２１０…撮像領域  ２１０Ａ〜２１０Ｄ…撮像視野  ４００…構造物製造システム  ４１０…設計装置  ４２０…成形装置  ４３０…制御装置  ４４０…リペア装置
【図１】
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【図２】
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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３】
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