(57)【要約】【目的】投影格子および観測用基準格子間の位相差を変化させる第１の移動ステージと、両格子を一体的に光軸に対して移動させる第２の移動ステージとを備えることにより、格子ピッチを粗く設定した場合においても、不要縞を除去しつつリンジスキャン測定を行なえるようにする。【解決手段】第１の移動ステージ５０は、投影格子４０を支持した可動板５１を支持板５３に対して移動させることにより、投影格子４０を観測用基準格子４６に対して相対的に移動させる。第２の移動ステージ６０は、第１の移動ステージ５０および観測用基準格子４６を支持した可動板６１を支持板６３に対して移動させることにより、投影格子４０および観測用基準格子４６を一体的に光軸に対して移動させる。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体上に投影格子の像を投影する投影光学系と、この投影により前記被測定体上に形成された変形格子像を観測用基準格子上に結像させる結像光学系と、この結像により形成されたモアレ縞の画像を取り込む撮像手段とを備えた格子投影型モアレ装置において、
前記投影格子および前記観測用基準格子のいずれか一方の格子を、前記結像光学系の光軸に垂直な面内において他方の格子に対して、これら両格子間の位相差を変化させる方向に移動可能に支持する第１の移動ステージと、
前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して前記方向に移動可能に支持する第２の移動ステージと、
前記第１および第２の移動ステージの駆動を制御する移動制御手段とを備えてなることを特徴とする格子投影型モアレ装置。
【請求項２】
Ｎステップ（Ｎは２以上の任意の整数）のフリンジスキャン測定が実施される際に前記移動制御手段は、
前記第２の移動ステージによって前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して下式（１）で規定される位相δ１分の距離ずつ移動させる毎に、
前記第１の移動ステージによって前記一方の格子を、前記他方の格子に対して両格子間の前記位相差が下式（２）で規定される位相δ２ずつ変化するように移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の格子投影型モアレ装置。
δ１＝ａｐ±ｊｐ／Ｎ  …（１）
δ２＝ｂｐ±ｊｐ／Ｎ  …（２）
ここで、式（１）と式（２）とは複号同順の関係にあり、ａおよびｂは任意の整数、ｊはＮとの間で互いに素となる任意の正の整数、ｐは前記両格子の格子ピッチ（位相２π）を示している。
【請求項３】
前記フリンジスキャン測定が実施される際に前記移動制御手段は、
前記第１の移動ステージと前記第２の移動ステージを同一方向に移動させ、
前記第２の移動ステージによって前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して下式（３）で規定される位相δ３分の距離ずつ移動させる毎に、
前記第１の移動ステージによって前記一方の格子を、前記他方の格子に対して下式（４）で規定される位相δ４分の距離ずつ移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の格子投影型モアレ装置。
δ３＝ｍｐ±ｋｐ／Ｎ  …（３）
δ４＝ｎｐ±ｋｐ／Ｎ  …（４）
ここで、式（３）と式（４）とは複号同順の関係にあり、ｍおよびｎは任意の整数、ｋはＮとの間で互いに素となる任意の正の整数、ｐは前記両格子の格子ピッチ（位相２π）を示している。
【請求項４】
前記移動制御手段は、
前記第１の移動ステージの駆動を停止した状態で前記撮像手段の画像取込時間の期間に対して、前記第２の移動ステージによって前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して位相δ５＝ｓｐ（ｓは０を除く任意の整数、ｐは前記両格子の格子ピッチ（位相２π））分の距離だけ定速移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の格子投影型モアレ装置。
【請求項５】
前記フリンジスキャン測定において前記撮像手段により取り込まれたＮ枚（Ｎは２以上の任意の整数）のモアレ縞画像を平均化することにより、前記被測定体のテクスチャデータを得るように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の格子投影型モアレ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は格子投影型のモアレ装置に関し、特にフリンジスキャン機能を備えた格子投影型モアレ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定体の立体形状情報の取り込みを短時間で容易に行なうための装置として、格子投影型モアレトポグラフィ手法を利用した格子投影型モアレ装置が知られている。この格子投影型モアレ装置は、互いに平行な光軸を有する投影光学系および結像光学系を備えており、投影光学系によって投影格子の像を被測定体上に投影することにより被測定体上に形成された変形格子像を、結像光学系によって観測用基準格子（撮影格子）上に結像させ、この結像により形成される等高線モアレ縞の画像を撮像手段によって取り込むように構成されている。
【０００３】
その際、投影格子および観測用基準格子のどちらか一方の格子を他方の格子に対して、上記光軸と直交する平面内で両格子間の位相差が変化する方向（直線格子の場合は一般的に格子線と直角な方向）に移動させるフリンジスキャンを行なうようにすれば、一方の格子の移動に対する等高線モアレ縞の変化の方向性を観測することにより、被測定体の凹凸判定、さらには位相接続が可能となるので、被測定体の立体形状情報を得ることが可能となる（下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１１４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、格子投影型のモアレトポグラフィ手法において、被測定体の形状測定に必要な情報は低周波数の等高線モアレ縞成分のみであることから、等高線モアレ縞を取り込む画像上に変形格子や観測用基準格子が写り込まないようにするため、投影格子および観測用基準格子の格子ピッチは、撮像手段が解像し得ない程度に細かく設定されるのが一般的である。
【０００６】
しかし、格子ピッチを細かくすると、観測される等高線モアレ縞の縞ピッチも細かくなり、例えば人体のように形状変化が大きな物体を被測定体とする場合には、急峻な部分における等高線モアレ縞の縞ピッチが細かくなりすぎて縞の検出ができなくなるために、十分な形状測定を行なえなくなる虞がある。そこで、形状変化が大きな物体を測定する場合には、格子ピッチを粗く設定して等高線モアレ縞の縞間隔を大きくすることが好ましいが、そうすると画像上に変形格子や観測用基準格子が写り込む虞が生じる。
【０００７】
また、撮像手段においてＣＣＤやＣＭＯＳのように規則正しい画素ピッチを持つ撮像素子を用いている場合には、格子ピッチが画素ピッチに近似すると、撮像素子と変形格子や観測用基準格子との間でいわゆる偽モアレ縞が発生することもある。このような偽モアレ縞は、変形格子像や観測用基準格子像と共に不要縞と称され、誤読み取りや誤解析を引き起こし測定精度を低下させる原因となる。格子投影型のモアレトポグラフィ手法においては、投影格子および観測用基準格子をこれら両格子間の位相差を変えずに共に移動させると、このような不要縞は移動するのに対し等高線モアレ縞は移動しない。このことを利用して、画像取り込み時間内に両格子をゆっくり移動させることにより、不要縞の光強度分布を平均化してこれを除去することができることが知られている。
【０００８】
しかし、等高線モアレ縞を走査するフリンジスキャン測定を行なう場合には、両格子間の位相差を少しずつ変え、変える毎に画像を取り込む必要がある。フリンジスキャン測定において必要な両格子間の位相差を変える操作は、上述した不要縞を除去するために必要な両格子間の位相差を変えずに共に移動させる操作とは相反することとなる。このため、従来の格子投影型モアレ装置においてフリンジスキャン測定を行なう場合には、上述した方法を用いて不要縞を除去することができないという問題がある。
【０００９】
一方、上記特許文献１に記載されているように、格子投影型モアレ装置において被測定体のテクスチャ（模様，材質）情報を取り込み、形状情報と合わせて被測定体の３次元立体画像を作成することも従来行なわれている。格子ピッチが十分細かく、したがって観測用基準格子の写込みが発生しない場合には、投影格子像を被測定体上へ投影しない状態で画像を取り込むことにより、被測定体全域のテクスチャ情報を取得することが可能となる。しかし、格子ピッチを粗くしたことによって、観測用基準格子の写込みが発生する場合には、観測用基準格子像に隠れた部分のテクスチャ情報が得られないことになる。そこで従来は、テクスチャ情報を取り込む際には、投影格子像の被測定体上への投影を行なわないだけではなく、観測用基準格子を結像光学系の光路外に退避させた状態で画像を取り込むようにしていた。このように、従来の格子投影型モアレ装置においてテクスチャ情報を取得するには、形状情報を取得するときとは装置設定を変えなければならず、このため測定手順が煩雑になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フリンジスキャン測定を行なうことが可能で、かつ不要縞を除去して測定精度向上を図ることが可能な格子投影型モアレ装置、特にフリンジスキャン測定時において不要縞を除去し得る格子投影型モアレ装置を提供することを目的とする。また、好ましくはさらに、被測定体のテクスチャ情報をフリンジスキャン測定時に得られた画像に基づき取得し得る格子投影型モアレ装置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】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明に係る格子投影型モアレ装置は、
被測定体上に投影格子の像を投影する投影光学系と、この投影により前記被測定体上に形成された変形格子像を観測用基準格子上に結像させる結像光学系と、この結像により形成されたモアレ縞の画像を取り込む撮像手段とを備えた格子投影型モアレ装置において、
前記投影格子および前記観測用基準格子のいずれか一方の格子を、前記結像光学系の光軸に垂直な面内において他方の格子に対して、これら両格子間の位相差を変化させる方向に移動可能に支持する第１の移動ステージと、
前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して前記方向に移動可能に支持する第２の移動ステージと、
前記第１および第２の移動ステージの駆動を制御する移動制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明において、
Ｎステップ（Ｎは２以上の任意の整数）のフリンジスキャン測定が実施される際に前記移動制御手段は、
前記第２の移動ステージによって前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して下式（１）で規定される位相δ１分の距離ずつ移動させる毎に、
前記第１の移動ステージによって前記一方の格子を、前記他方の格子に対して両格子間の前記位相差が下式（２）で規定される位相δ２ずつ変化するように移動させるように構成されていることが好ましい。
δ１＝ａｐ±ｊｐ／Ｎ  …（１）
δ２＝ｂｐ±ｊｐ／Ｎ  …（２）
ここで、式（１）と式（２）とは複号同順の関係にあり、ａおよびｂは任意の整数、ｊはＮとの間で互いに素となる任意の正の整数、ｐは前記両格子の格子ピッチ（位相２π）を示している。
【００１３】
また、前記フリンジスキャン測定が実施される際に前記移動制御手段は、
前記第１の移動ステージと前記第２の移動ステージを同一方向に移動させ、
前記第２の移動ステージによって前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して下式（３）で規定される位相δ３分の距離ずつ移動させる毎に、
前記第１の移動ステージによって前記一方の格子を、前記他方の格子に対して下式（４）で規定される位相δ４分の距離ずつ移動させるように構成されていることがより好ましい。
δ３＝ｍＰ±ｋｐ／Ｎ  …（３）
δ４＝ｎＰ±ｋｐ／Ｎ  …（４）
ここで、式（３）と式（４）とは複号同順の関係にあり、ｍおよびｎは任意の整数、ｋはＮとの間で互いに素となる任意の正の整数、ｐは前記両格子の格子ピッチ（位相２π）を示している。
【００１４】
これらの場合、前記フリンジスキャン測定のステップ毎に前記撮像手段により取り込まれたＮ枚（Ｎは２以上の任意の整数）のモアレ縞画像を平均化することにより、前記被測定体のテクスチャデータを得るように構成することができる。
【００１５】
また、前記移動制御手段は、前記第１の移動ステージの駆動を停止した状態で前記撮像手段の画像取込時間の期間に対して、前記第２の移動ステージによって前記第１の移動ステージおよび前記他方の格子を、前記光軸に対して位相δ５＝ｓｐ（ｓは０を除く任意の整数、ｐは前記両格子の格子ピッチ（位相２π））分の距離だけ定速移動させるように構成されたものとすることができる。
【００１６】
なお、上記「互いに素となる」とは、両数字（ｊまたはｋとＮ）の公約数が１のみとなる関係を意味する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る格子投影型モアレ装置によれば、上記構成を備えていることにより、フリンジスキャン測定を行なうことができるとともに、不要縞を除去して測定精度向上を図ることが可能となる。
【００１８】
特に、上式（１），（２）または上式（３），（４）に示す移動制御を実施することにより、フリンジスキャン測定時において不要縞を除去することが可能となり、また、この場合において、取り込まれたＮ枚のモアレ縞画像を平均化することにより、被測定体のテクスチャ情報を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る格子投影型モアレ装置の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る格子投影型モアレ装置１０（以下、単に「モアレ装置１０」と称することがある）は、測定ヘッド１２，電源機器駆動部１４，制御部１６，およびモニタ１８を備えてなり、測定ヘッド１２において被測定体２の立体形状情報およびテクスチャ情報を取り込み、これら立体形状情報およびテクスチャ情報を、電源機器駆動部１４を介して制御部１６へ出力し、制御部１６において立体形状情報とテクスチャ情報とを合成処理して被測定体２の３次元イメージを生成し、これをモニタ１８に表示するようになっている。制御部１６には、キーボード２０およびマウス２２が接続されており、これらを操作することにより、モニタ１８における３次元イメージの表示角度の変更等その表示内容の切換え操作を行なうことができるようになっている。
【００２１】
また、上記測定ヘッド１２における立体形状情報の取り込みは、格子投影型モアレトポグラフィ手法を利用して行なうようになっている。図１において、測定ヘッド１２の前方に２点鎖線で示す格子面Ｐｇが、格子投影型モアレトポグラフィ手法における仮想基準格子面である。この測定ヘッド１２の格子投影型モアレ装置としての基本構成および機能を、図２を用いて説明する。図２は、測定ヘッド１２の格子投影型モアレ装置としての基本構成および機能を示す平面図である。
【００２２】
図２に示すように測定ヘッド１２は、投影光学系２６および観測光学系２８を備えてなる。投影光学系２６は、投影用ランプ，熱線カットフィルタおよびコンデンサレンズからなる格子照明系（不図示）と、第１の基準格子としての投影格子４０と、投影レンズ４２とを備えてなり、一方、観測光学系２８は、撮影レンズ４４と、第２の基準格子としての観測用基準格子（撮影格子）４６と、フィールドレンズ，折り返しミラーおよびＣＣＤカメラからなるテレビ光学系（不図示）とを備えてなる。
【００２３】
また、上記投影レンズ４２および撮影レンズ４４は、その各光軸Ａｘ１およびＡｘ２が互いに平行になるようにして取り付けられており、図示せぬ上記格子照明系は、光軸Ａｘ１に対して左斜め後方から投影格子４０を照射するように配置されており、その投影用ランプの像は、投影レンズ４２の入射瞳位置に略結像されるようになっている。
【００２４】
一方、上記観測用基準格子４６は、図示せぬ上記テレビ光学系のフィールドレンズおよび折り返しミラーと共に光軸Ａｘ２上に配置されており、上記ＣＣＤカメラは、光軸Ａｘ２に対して折り返しミラーにより直角に折り返された光軸上に配置されている。
【００２５】
投影格子４０および観測用基準格子４６は、いずれも互いに等しいピッチで上下方向（紙面に垂直な方向）に延びる格子線を有しており、光軸Ａｘ１およびＡｘ２と直交する同一平面内に設けられている。そして、投影格子４０は、該投影格子４０の像が仮想基準格子面Ｐｇに結像されるように仮想基準格子面Ｐｇと共役の位置関係で配置されており、一方、観測用基準格子４６も、仮想基準格子面Ｐｇの像が観測用基準格子４６に結像されるように仮想基準格子面Ｐｇと共役の位置関係で配置されている。
【００２６】
そして測定ヘッド１２は、投影光学系２６により投影格子４０の像を被測定体２上に投影するとともに、この投影により被測定体２上に形成された変形格子像を観測光学系２８により観測用基準格子４６上に結像させ、この結像により生じるモアレ縞を観測するように構成されている。
【００２７】
図２において１点鎖線で示す仮想基準格子面Ｐｇおよびこの仮想基準格子面Ｐｇと平行な実線で示す複数の面が異なる次数の等次数モアレ面（以下、「モアレ面」と称する）を形成しており、これら各モアレ面と被測定体２が交差する曲線に沿ってモアレ縞が形成されることとなる。図２には、仮想基準格子面Ｐｇの手前側（図中下側）にのみ実線でモアレ面を示しているが、仮想基準格子面Ｐｇの奥側（図中上側）にも複数のモアレ面が形成される。したがって、被測定体２が仮想基準格子面Ｐｇを前後にまたがるように配置された場合においてもモアレ縞は形成される。
【００２８】
図２に示す被測定体２は、人体（顔面部）を模式的に表したものである。上述したように、形状変化が大きい人体等の物体を測定する場合には、観測されるモアレ縞の縞間隔を大きくするため、投影格子４０および観測用基準格子４６の格子ピッチをある程度大きく設定することが好ましい。しかし、そうすると画像上に変形格子や観測用基準格子４６が写り込む虞が生じる。また、ＣＣＤカメラが有するＣＣＤイメージセンサの画素ピッチが投影格子４０および観測用基準格子４６の格子ピッチに近似すると、変形格子や観測用基準格子と撮像素子との間で偽モアレ縞が発生することもある。
【００２９】
本実施形態に係る格子投影型モアレ装置は、フリンジスキャン測定を可能としつつ、画像上に生じる変形格子像や観測用基準格子像および偽モアレ縞等の、測定精度を低下させる原因となる不要縞を除去することができるようにするため、以下の特徴を備えている。
【００３０】
すなわち、上記モアレ装置は、投影格子および観測用基準格子のいずれか一方の格子を、結像光学系の光軸に垂直な面内において他方の格子に対して、これら両格子間の位相差を変化させる方向に移動可能に支持する第１の移動ステージと、この第１の移動ステージおよび上記他方の格子を、上記光軸に対して前記方向に移動可能に支持する第２の移動ステージと、上記第１および第２の移動ステージの駆動を制御する移動制御手段とを備えてなる。
【００３１】
以下、この特徴点について、図３を参照しながらより詳細に説明する。図３は投影格子および観測用基準格子の移動機構の構成を概略的に示す図である。
【００３２】
図３に示す投影格子４０は上記一方の格子を構成するものであり、上記他方の格子を構成する観測用基準格子４６に対して、これら両格子４０，４６間の位相差を変化させる方向すなわちこれら両格子４０，４６の格子線と直角な方向（図中水平方向）に移動可能に構成されている。詳しくは、この投影格子４０の観測用基準格子４６に対する移動は、第１の移動ステージ５０によってなされる。すなわち、この第１の移動ステージ５０は、支持フレーム４８に取り付けられた投影格子４０を支持する、ランナ，スライダ等とも称される可動板５１と、この可動板５１を図中水平方向に移動可能に支持する、ベース本体等とも称される支持板５３と、駆動モータ５５とからなり、この駆動モータ５５の駆動力によって、投影格子４０を支持した可動板５１を支持板５３に対して相対的に図中水平方向に移動させ、これにより投影格子４０を観測用基準格子４６に対して移動させることができるように構成されている。
【００３３】
また、図３に示すように上記第１の移動ステージ５０および観測用基準格子４６は、第２の移動ステージ６０上に配置されている。この第２の移動ステージ６０は、測定ヘッド１２（図１参照）の筐体に固定的に設置された支持板６３と、この支持板６３によって図中水平方向に移動可能に支持された可動板６１と、駆動モータ６５とからなり、この駆動モータ６５の駆動力によって、可動板６１を支持板６３に対して相対的に図中水平方向に移動させるように構成されている。観測用基準格子４６は支持フレーム４８を介して固定ステージ５７に固定的に保持されており、上記第２の移動ステージ６０は、この固定ステージ５７および上記第１の移動ステージ５０の支持板５３を支持した上記可動板６１を、駆動モータ６５の駆動力によって支持板６３に対して相対的に図中水平方向に移動させることにより、投影格子４０および観測用基準格子４６を図２に示す光軸Ａｘ１，Ａｘ２に対して移動させることができるように構成されている。
【００３４】
上記第１および第２の移動ステージ５０，６０の移動は、図３に示す移動制御部７０からの制御信号に基づいて行なわれる。この移動制御部７０は、制御部１６内に装備されたＣＰＵやメインメモリおよび該メインメモリに格納されたプログラム等からなり、上記駆動モータ５５，６５の各ドライバ７１，７３と共に上記移動制御手段を構成している。この移動制御部７０からの制御信号に基づいて上記第１の移動ステージ５０が駆動され、投影格子４０が観測用基準格子４６に対して移動した場合には、投影格子４０と観測用基準格子４６との間の位相差が変化し、これに伴ってモアレ縞が移動する。一方、移動制御部７０からの制御信号に基づいて上記第２の移動ステージ６０が駆動され、投影格子４０および観測用基準格子４６がこれら両格子４０，４６間の位相差を変えずに移動した場合には、モアレ縞は移動しないのに対し上記不要縞は移動することとなる。
【００３５】
また、図３に示すように上記制御部１６は、撮像制御部８０および画像処理部９０を備えている。撮像制御部８０は、ＣＰＵやメインメモリ，該メインメモリに格納されたプログラム，フレームメモリおよび画像ボード等からなり、ＣＣＤカメラ８１により撮像された画像のうち、被測定体２（図２参照）の形状やテクスチャ情報を得るために必要な画像を、所定の撮像タイミングで取り込んで記憶するように構成されている。一方、画像処理部９０は、ＣＰＵやメインメモリ，該メインメモリに格納されたプログラム，グラフィックスボード等からなり、撮像制御部８０により記憶された画像に基づき被測定体２の立体形状情報およびテクスチャ情報を算定するとともに、これら立体形状情報およびテクスチャ情報に基づき被測定体２の３次元イメージを生成し、これをモニタ１８に表示するように構成されている。
【００３６】
以下、本実施形態における測定手順について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る測定手順を示すフローチャート、図５はその測定手順における各移動ステージの移動および画像取込みのタイミング例を示すタイミングチャート、図６は各移動ステージの移動に伴う両格子間の位相差がπ／２ラジアンずつずれる様子（同図（ａ）〜（ｄ）に対応）を模式的に示す図である。なお、図４に示す測定手順は、Ｎステップ（Ｎは２以上の任意の整数）のフリンジスキャン測定により被測定体２（図２参照）の高精度な形状情報を得るとともに、上記不要縞を除去して被測定体２のテクスチャ情報を得るためのものであり、図５および図６はそのフリンジスキャン測定が４ステップである場合（上記Ｎ＝４）を例示している。
【００３７】
本測定手順は、以下の２つの特徴〔１〕，〔２〕を備えている。
【００３８】
〔１〕Ｎステップのフリンジスキャン測定が実施される際に、図３に示す第１の移動ステージ５０と第２の移動ステージ６０を同一方向に移動させ、第２の移動ステージ６０によって第１の移動ステージ５０および観測用基準格子４６を、光軸Ａｘ２（図２参照）に対して以下に再掲する式（３）で規定される位相δ３分の距離ずつ移動させる毎に、第１の移動ステージ５０によって投影格子４０を、観測用基準格子４６に対して以下に再掲する式（４）で規定される位相δ４分の距離ずつ移動させる。
【００３９】
δ３＝ｍｐ±ｋｐ／Ｎ  …（３）
δ４＝ｎｐ±ｋｐ／Ｎ  …（４）
ここで、式（３）と式（４）とは複号同順の関係にあり、ｍおよびｎは任意の整数、ｋはＮとの間で互いに素となる任意の正の整数、ｐは両格子４０，４６の格子ピッチ（位相２π）を示している。また移動の向きについては、図２に示す光軸Ａｘ１から光軸Ａｘ２に向かう向きを正の向き、反対の向きを負の向きとする。
【００４０】
〔２〕フリンジスキャン測定のステップ毎に、図３に示すＣＣＤカメラ８１および撮像制御部８０により取り込まれたＮ枚のモアレ縞画像を平均化することにより、被測定体２（図２参照）のテクスチャ情報を得る。
【００４１】
具体的には、図４に示す以下の手順で測定を実施する。
【００４２】
〈１〉図３に示す投影格子４０および観測用基準格子４６間の位相差が０（図６（ａ）参照）となるように、第１および第２の移動ステージ５０，６０を初期位置に設定する（図４のステップＳ１）。
【００４３】
〈２〉第２の移動ステージ６０を駆動させて第１の移動ステージ５０および観測用基準格子４６を、図２に示す光軸Ａｘ２に対して上式（３）で規定される位相δ３（例えば、ｍ＝０，ｋ＝１，Ｎ＝４（設定例１）とすれば、δ３＝ｐ／４）分の距離だけ上記正の向きに移動させる（図４のステップＳ２）。この設定例１のとき、両格子４０，４６間の位相差はπ／２ラジアンのままであり、モアレ縞の位相も移動しない。
【００４４】
〈３〉この移動が終了した後、第１の移動ステージ５０を駆動させて投影格子４０を観測用基準格子４６に対して上式（４）で規定される位相δ４（例えば、δ４＝δ３（設定例２）分の距離だけ上記正の向きに移動させる（図４のステップＳ３）。この設定例２のとき、両格子４０，４６間の位相差はπ／２ラジアンとなり（図６（ｂ）参照）、観察されるモアレ縞の位相もπ／２ラジアン移動する。
【００４５】
〈４〉この移動が終了した後（上記設定例１，２の場合、初期状態と比較すると、投影格子４０は格子２／４ピッチ、観測用基準格子４６は格子１／４ピッチだけそれぞれ光軸Ａｘ２に対して移動し、モアレ縞の位相はπ／２ラジアン移動している）、第２の移動ステージ６０の駆動が完全に停止するまでの所定の時間（図５参照）をおいて、図３に示すＣＣＤカメラ８１および撮像制御部８０によりモアレ縞の画像を取り込み、そのデータを保存する（図４のステップＳ４）。
【００４６】
〈５〉次に、画像の取込み回数がＮ回に達しているか否かを判定し（図４のステップＳ５）、達していない場合は、達するまで上記〈２〉〜〈４〉の手順および本手順〈５〉を繰り返し行ない計Ｎ枚のモアレ縞画像のデータを得る。なお、この繰り返し１回毎に、上記設定例１，２の場合、図３に示す両格子４０，４６間の位相差はπ／２ラジアンずつ拡大し、４回目で位相差０に戻る（図６参照）。また、モアレ縞の位相もπ／２ラジアンずつ移動し、４回目が終了すると初期状態から２πラジアンすなわち１縞分移動する。また、投影格子４０は格子２／４ピッチずつ、観測用基準格子４６は格子１／４ピッチずつそれぞれ光軸Ａｘ２（図２参照）に対して移動していき、４回目で初期状態から、投影格子４０は格子２ピッチ分、観測用基準格子４６は格子１ピッチ分それぞれ光軸Ａｘ２に対して移動している。
【００４７】
〈６〉画像の取込み回数がＮ回に達した場合には、Ｎ枚のモアレ縞画像の各データから、位相計算（図４のステップＳ６）およびアンラップ処理（図４のステップＳ７）を行ない、モアレ縞の縞定数に基づき被測定体２（図２参照）の３次元形状情報を算定する（図４のステップＳ８）。
【００４８】
〈７〉一方、撮像されたＮ枚のモアレ縞画像を平均化する（各画像間で対応する画素同士ごとに各々の持つ濃度値を平均して１枚の画像を生成する）（図４のステップＳ９）ことにより、画像内の縞（モアレ縞像，変形格子像，観測用基準格子像，偽モアレ縞像）の強度分布を均一化してこれを除去する。そして、この平均化後の画像データに基づき、図２に示す被測定体２のテクスチャ情報を算定する（図４のステップＳ１０）。
【００４９】
〈８〉得られた３次元形状情報およびテクスチャ情報に基づき、図２に示す被測定体２に関するメッシュデータ，３次元検査データ，ＣＡＤデータ等の各種データを求めたり、テクスチャ立体像を作成して図１に示すモニタ１８に表示したりする（図４のステップＳ１１）。なお、上記手順〈６〉〜〈８〉は図３に示す画像処理部９０においてなされる。
【００５０】
上述した測定手順によれば、フリンジスキャン測定時において取り込まれたＮ枚のモアレ縞画像を平均化することにより、変形格子像，観測用基準格子像，偽モアレ縞像等の不要縞を除去することができるとともに、被測定体の形状情報とテクスチャ情報とを一連の測定手順の中で一度に得ることが可能となる。なお、本測定手順は上記設定例１，２において例示したケースに限られず、例えば、２つの移動ステージの移動の向きを上記負の向きに設定したり、２つの移動ステージが正負逆向きに移動するように設定したり、両格子間の位相差が２π／Ｎラジアンずつではなく、より大きくずれるように設定（例えば、５ステップのフリンジスキャン測定において、両格子間の位相差が２π＋４π／５ラジアン（格子１＋２／５ピッチ）ずつずれるように設定）したりするなど、上式（３），（４）または課題を解決する手段の欄に記載された式（１），（２）を満たす範囲において両移動ステージの移動量を種々に設定することが可能である。また、各移動ステージの移動タイミングについても、各移動ステージを同時に移動させるなど種々のタイミングに設定することが可能である。
【００５１】
次に、他の測定手順について説明する。この測定手順は、図４に示す流れに基本的に従うが、各移動ステージの移動および画像取込みのタイミングが次のように設定されている点が上記測定手順とは異なっている。
【００５２】
すなわち、図３に示す第１の移動ステージ５０の駆動を停止した状態で、画像取込時間の期間に対して、第２の移動ステージ６０によって第１の移動ステージ５０および観測用基準格子４６を、図２に示す光軸Ａｘ２に対して位相δ５＝ｓｐ（ｓは０を除く任意の整数、ｐは両格子４０，４６の格子ピッチ（位相２π））分の距離だけ定速移動させる。
【００５３】
具体的には、図７に示すタイミングで各移動ステージ５０，６０の移動および画像取込みを行なう。図７は他の測定手順における各移動ステージの移動および画像取込みのタイミング例を示すタイミングチャートである。
【００５４】
すなわち、図３に示す第１の移動ステージ５０を駆動させて投影格子４０を観測用基準格子４６に対して所定距離（例えば、格子１／４ピッチ分（設定例３））だけ上記正の向きに移動させた後、第２の移動ステージ６０を駆動させて第１の移動ステージ５０および観測用基準格子４６を、図２に示す光軸Ａｘ２に対して所定距離（例えば、格子３ピッチ分）だけ上記正または負の向きに移動させる。この第２の移動ステージ６０の移動速度は、画像取込み時間の期間に両格子４０，４６が上記位相δ５（例えばｓ＝１の場合、格子１ピッチ分（設定例４））分の距離だけ定速移動するように設定される。例えば画像取込み時間が１／６０秒の場合、移動速度を６０ｐ毎秒とする。そして、この設定速度により定速移動している期間に画像を取り込む（画像取込み時間中に格子１ピッチ分移動する）。
【００５５】
このような移動および画像取込みを繰り返し計Ｎ回行なう。取り込まれた各画像間においては、モアレ縞が所定の位相（上記設定例３の場合π／２ラジアン）ずつ移動しているのに対し、変形格子像，観測用基準格子像，偽モアレ縞像等の不要縞は、上記設定例４の場合、画像取込み時間内で１位相分移動しているために平均化されて除去されている。また、取り込まれたＮ枚の画像を平均化することにより、モアレ縞も平均化されるのでテクスチャ情報を得ることも可能となる。
【００５６】
なお、フリンジスキャン測定を行なわない場合においても、両格子４０，４６間の相対的な移動を停止した状態で、画像取込時間の期間中、第２の移動ステージ６０によって両格子４０，４６を、光軸Ａｘ２に対して上記位相δ５分の距離だけ定速移動させることにより、不要縞を除去することが可能となる。
【００５７】
なお、上記実施形態においては、図３に示すように第１の移動ステージ５０に支持された投影格子４０が観測用基準格子４６に対して移動するように構成されているが、観測用基準格子４６が第１の移動ステージ４０に支持されて投影格子４０に対して移動するように構成するようにしてもよい。
【００５８】
また、本発明において投影格子および観測用基準格子は、格子線が直線となる直線格子に限定されない。各格子線が平行な状態に並ぶもの（いわゆる平行格子）であれば、格子線が曲線となる曲線格子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る格子投影型モアレ装置の全体構成図
【図２】格子投影型モアレ装置としての基本構成および機能を示す図
【図３】第１および第２の移動ステージの移動機構を概略的に示す図
【図４】実施形態に係る測定手順を示すフローチャート
【図５】図４に示す測定手順におけるタイミングチャート
【図６】各移動ステージの移動に伴う両格子間の位相差を模式的に示す図
【図７】他の測定手順におけるタイミングチャート
【符号の説明】
【００６０】
２      被測定体
１０      格子投影型モアレ装置
１２      測定ヘッド
１４      電源機器駆動部
１６      制御部
１８      モニタ
２６      投影光学系
２８      観測光学系
４０      投影格子
４２      投影レンズ
４４      撮影レンズ
４６      観測用基準格子
４８      支持フレーム
５０      第１の移動ステージ
５１，６１      可動板
５３，６３      支持板
５５，６５      駆動モータ
５７      固定ステージ
６０      第２の移動ステージ
７０      移動制御部
７１，７３      ドライバ
８０      撮像制御部
８１      ＣＣＤカメラ
９０      画像処理部
Ａｘ１、Ａｘ２      光軸
Ｐｇ      仮想基準格子面
【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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