(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される光線の積算照射強度分布が、所定コードに従うストライプ状パターンの光線、および、正弦波状パターンの光線を、順次、被測定物に照射する光線照射手段と、
上記光線により上記被測定物の表面に生じる光学像を積分型撮像部材によって撮像する撮像手段と、
該撮像手段から出力される複数フィールドまたは複数フレームの画像情報を演算処理することにより上記被測定物の形状を算出する画像情報演算手段と、を有し、
該画像情報演算手段は、
上記被測定物に上記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報と、上記被測定物に上記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報とから、被測定物の形状を算出する形状計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状計測装置であって、
前記ストライプ状パターンの光線と前記正弦波状パターンの光線とは、
０＜Ｊ≦１としたとき、上記ストライプ状パターンの光線により１つの空間コード番号が与えられる小空間が、それぞれ、Ｊ周期分の前記正弦波状パターンの光線によって照射される小空間に一致する関係とされていることを特徴とする形状計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の形状計測装置であって、
前記Ｊを、１または１／２としたことを特徴とする形状計測装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の形状計測装置において、
前記１つの空間コード番号が与えられ、かつ前記Ｊ周期分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空間は、
略扇状断面の開き角が、いずれも等角度にされていることを特徴とする形状計測装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の形状計測装置において、
前記積分型撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記光線の照射中心までの高さと、上記基準面から上記積分型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、
しかも、前記１つの空間コード番号が与えられ、かつ前記Ｊ周期分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空間は、上記基準面のうち、上記各小空間に属する上記基準面上の幅が、いずれも等間隔にされていることを特徴とする形状計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の形状計測装置において、
前記画像情報演算手段は、
前記被測定物に前記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報と、上記被測定物を無くして前記基準面に上記ストライプ状パターンの光線を照射したとした場合に各画素が観察する基準空間コード番号とから、各画素毎に空間コード番号ずれ量を算出する空間コード番号ずれ量演算手段と、
上記被測定物に前記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報と、上記被測定物を無くして前記基準面に上記正弦波状パターンの光線を照射したとした場合に各画素が観察する基準位相とから、各画素毎に位相ずれ量を算出する位相ずれ量演算手段と、
上記空間コード番号ずれ量と上記位相ずれ量とから前記被測定物の形状を算出する形状演算手段と、
を有する形状計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の形状計測装置において、
前記形状演算手段は、
前記空間コード番号ずれ量と前記位相ずれ量とを、各画素についてそれぞれ合成して得た合成位相ずれ量から被測定物の形状を算出する合成位相ずれ量−形状演算手段と、
を有する形状計測装置。
【請求項８】
請求項６に記載の形状計測装置において、
前記形状演算手段は、
前記空間コード番号ずれ量から前記被測定物の粗形状を算出する空間コード番号ずれ量−粗形状演算手段と、
前記位相ずれ量から前記被測定物の細部形状を算出する位相ずれ量−細部形状演算手段と、
上記粗形状と細部形状とを合成して被測定物の形状を算出する形状合成手段と、
を有する形状計測装置。
【請求項９】
請求項２〜請求項５のいずれかに記載の形状計測装置において、
前記画像情報演算手段は、
前記空間コード化画像情報から各画素毎に前記正弦波状パターンの光線の位相に相当する粗位相を算出する粗位相演算手段と、
前記位相シフト化画像情報から各画素に精細位相を算出する精細位相演算手段と、
上記粗位相と上記精細位相とを各画素についてそれぞれ合成して、各画素毎の合成位相を算出する合成位相演算手段と、
上記合成位相から前記被測定物の形状を算出する合成位相−形状演算手段と、を有する形状計測装置。
【請求項１０】
請求項２〜請求項５のいずれかに記載の形状計測装置において、
前記画像情報演算手段は、
前記被測定物に上記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報から被測定物の粗形状を算出する空間コード型形状演算手段と、
前記被測定物に上記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報から被測定物の細部形状を算出する位相シフト型形状演算手段と、
上記空間コード型形状演算手段により算出された粗形状と上記位相シフト型形状演算手段により算出された細部形状とを合成して被測定物の形状を算出する形状合成演算手段と、
を有する形状計測装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の形状計測装置において、
前記光線照射手段が、
スリット状光線を発生する光源と、
このスリット状光線を被測定物の表面に照射しつつ偏向走査させるスリット状光線走査手段と、
１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が、所定コードに従うストライプ状に分布するように上記スリット状光線を制御する空間コード型光線制御手段と、
１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が、正弦波状に分布するように上記スリット状光線を制御する位相シフト型光線制御手段と、
を有することを特徴とする形状計測装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間を制御して、該小領域における積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記スリット状光線走査手段は、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に前記スリット状光線を複数回走査させ、
前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する回数を制御して、該小領域における積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の形状計測装置において、
前記スリット状光線走査手段は、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間中に前記スリット状光線を複数回走査させ、
前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間及び回数をそれぞれ制御して、該小領域における積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の変位や三次元形状を光学的手段を用いて非接触で計測する形状計測装置に関し、更に詳しくは、光線を被測定物に照射し、その光学像を撮像した画像情報を演算して形状を算出する形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体の変位および三次元形状を非接触で計測する手法の１つとして、空間コード化法が知られている。この空間コード化法の一例として、特開平５−３３２７３７号公報に開示されているものを図３３を参照して説明する。図３３の形状計測装置１１０は、レーザ光源１１７と、レーザ光をスリット形に整形するレンズ系１１８と、整形されたレーザ光を被測定物Ｍに向けて照射するポリゴンミラー１１９と、被測定物Ｍによる反射光を検出するＣＣＤカメラ１１１と、これらを制御するコントロール部１１２とを有している。
【０００３】
レーザ光源１１７は、所定の規則に従って点滅するように制御されており、ポリゴンミラー１１９は回転してレーザ光を偏向・走査する。従って、被測定物Ｍの表面には、レーザ光が照射された部分と照射されなかった部分とのストライプ模様が生ずる。ここで、ＣＣＤカメラ１１１の１フレーム（１枚分）の蓄積時間（撮像期間）内にレーザ光の走査が１回行われるようになっているので、１フレーム分の画像データには、被測定物Ｍのストライプ模様状のデータが蓄積される。そして、異なる点滅パターンによる複数回の走査をおこなって、異なる複数のストライプ模様データを各走査ごとに蓄える。
ついで、これらのストライプ模様データに基づき、コントロール部１１２に内蔵される演算装置が、被測定物Ｍの各点の空間コード番号を算出し、さらに三角測量の原理を利用して各画素に対応する被測定物Ｍ上の点の座標を算出し、形状を計測する。
【０００４】
この手法によれば、光が照射される空間は、多数の断面略扇状の小空間に分けられ、この小空間には一連の空間コード番号が付されるため、被測定物Ｍの高さが高くても（高低差が大きくても）、光が照射される空間内にあれば、空間コード番号から高さが演算できる。従って、高さの高い被測定物についても全体にわたって形状を計測できる。
【０００５】
更に、レーザ光を走査して用いたこの例においては、機械的なパターンマスクおよびその入れ替え操作を不要として、装置の小型化と迅速な計測ができる利点がある。
【０００６】
また、他の手法としては、位相シフト法（格子パターン投影法、しま走査法ともいう）が知られている。この方法では、照度分布を正弦波状に変動させた格子パターンをもつ光線を被測定物に投影する。しかも、正弦波の位相を１／４周期ずつ４段階にずらした格子パターンで投影し、高さ計測点の各明度値を光線の投影方向とは別の角度から各パターン毎に測定し、各明度値より格子パターンの位相値を計算する。計測点の高さに応じて、計測点に投影される光線の照度が変わり、格子パターンの位相が変調されて、被測定物がない場合に観察される位相とは異なった位相の光線が観察される。そこで、計測点における光線の位相を計算し、三角測量の原理を利用して、光学装置の幾何関係式に代入することにより計測点（従って物体）の高さを計測し、三次元形状を求める方法である。
【０００７】
この手法による形状計測装置に一例として、特開平４−２７８４０６号公報に開示されているものを図３４を参照して説明する。図３４の形状計測装置１２０は、計測の基準となる基準面Ｌ上におかれた被測定物Ｍの各点の高さや形状を測定するものである。この装置１２０は、被測定物Ｍを撮像する撮像カメラ１２２と、格子パターンを投影し、１／４周期ずつシフトさせる投影装置１２３と、格子パターンを１／４周期ずつシフトさせる信号を出力する投影制御装置１２４と、撮像カメラ１２２で撮像した画像を指定された時に１枚ずつ４枚分格納する画像メモリ１２５と、計測に用いるコンピュータ１２６とを有している。また、コンピュータ１２６は、投影制御装置１２４の指示、画像メモリ１２５の画像格納指示、画像の明度値の読み込みを行う。
【０００８】
この形状計測装置１２０のよる計測方法は以下のようである。即ち、基準面Ｌ上におかれた被測定物Ｍに投影装置１２３から照度分布が正弦波状の光を投影（照射）する。これにより被測定物Ｍの表面には、濃淡縞状の模様が形成される。この模様を撮像カメラ１２２によって撮像し、コンピュータ１２６の指示により第１枚分として画像メモリ１２５に格納する。ついで、コンピュータ１２６の指示により投影制御装置１２４から信号を出力させ、これによって投影装置１２３は、格子パターンをその位相が１／４周期分シフトした別の格子パターンに変更する。ついで、上記と同様に被測定物Ｍに投影装置１２３から光を投影し、撮像カメラ１２２で撮像した画像を第２枚分として画像メモリ１２５に格納する。同様に、格子パターンの位相を１／４周期ずつシフトさせて撮像した第３、第４枚分の画像を画像メモリ１２５に格納する。ついで、画像メモリ１２５の各画像データから画像の明度値を読み込み、演算して被測定物Ｍの表面各点の高さや形状を算出する。
【０００９】
この手法によれば、格子パターンの格子間隔を狭くしなくとも、明度値から算出した位相値によって被測定物の各点の高さを算出できるため、粗く量子化された高さデータではなく、細かな高さデータを得ることができる、つまり、高さ方向の分解能を小さく（高分解能に）できる利点がある。
【００１０】
なお、この手法においては、照度分布が正弦波状の格子パターンを投影する必要があるが、このような格子パターンを実現する手段としては、以下のようなものがあった。即ち、一定幅のスリットを一定間隔に並べた、すだれ状のマスクあるいは透明と不透明の部分を交互に並べたストライプ状のフィルタ（マスク）を形成しておき、投影光の焦点をずらしながらこのマスクを透過させて、投影光の照度分布に略正弦波状の変動を与えていた。また、液晶スリットの透過率を正弦波状に変化させておき、この液晶スリットを通して投影することもあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した空間コード化法によれば、許容高さのレンジ（ダイナミックレンジ）が広く、高さの高い被測定物についても全体にわたって形状を計測できる。しかし、付与される空間コード番号の数（小空間の数）を撮像するＣＣＤカメラの光線走査方向に並ぶ画素数（水平方向の画素数）より多くすることはできない。このため、この手法による高さ方向の分解能を高くするのには限度がある。従って、空間コード化法で被測定物の高さを計測した場合、粗く量子化された高さデータとなる。
【００１２】
例えば、図３５(a)に示す形状（断面形状）の被測定物Ｍ１の基準面Ｌからの 高さを空間コード化法で計測した場合について説明する。被測定物Ｍ１は、図中左側に斜面を持ち、右側上面は平面となった断面台形状の物体である。
【００１３】
この被測定物Ｍ１の高さ（形状）を空間コード化法によって計測した場合、図３５(b) に示すように、全体にわたって、高さを測定できる。これは、許容高さのレンジが広いからである。しかし、高さが空間コード番号ごとに区切られて量子化されるために、斜面であっても階段状のデータとして算出されることになる。
【００１４】
一方、上述した位相シフト法による場合、通常照射する格子パターンには、正弦波状の波が複数（数〜数十波長分程度）含まれるようにする。従って、被測定物の高さが高い場合（高低差が大きい場合）には、被測定物Ｍ１の各計測点を見込むＣＣＤカメラの各画素が観察する光線の位相に対し、その画素が、被測定物Ｍ１をなくして基準面Ｌを見込んだとした場合に、基準面Ｌに照射された光線の位相との差である位相の変調量（ずれ量）が２π（あるいは４π、６π・・）を越えることになる。つまり、本来、基準面Ｌのある部分に照射された正弦波状パターンの光線をある画素で観察したときに算出される光線の位相に比べ、被測定物Ｍ１を置いたために、その画素が観察する光線の位相は、変調されて異なった値となる。この位相のずれ量（変調量）は、被測定物Ｍ１の高さ（正確には、被測定物Ｍ１のうち、考察している画素が見込む計測点の高さ）が高いほど大きくなる。そして、この被測定物Ｍ１（正確には計測点）の高さが高い場合には、位相のずれ量は、２π（あるいは４π、６π…）を越える場合もある。
【００１５】
しかし、画像情報から位相を算出するときには正弦波の周期性より、位相が０〜２πの範囲の値でしか算出されないので、２π（４π、６π・・）を越えた位相のずれ量のうち２π（４π、６π・・）分は無視される。即ち、２π（４π、６π・・）を越える分のずれ量しか位相の計算時に寄与しない。従って、被測定物の高さが低いもの（位相のずれ量が２π未満のもの）については、正しく高さを算出できるが、高さの高いもの（位相のずれ量が２π以上のもの）については、２π（４π、６π・・）を越える分（本来のずれ量から２π…を差し引いた分）のずれ量に対応する高さしかないと算出されてしまう。
【００１６】
例えば、図３５(a) に示す形状の被測定物Ｍ１を、上記した空間コード化法と同様に位相シフト法で計測すると以下（図３５(c) 参照）のようになる。すなわち、左端点Ｐ０から斜面の途中Ｐ１まで（Ａ部）においては、被測定物Ｍ１の高さが低いため、位相のずれ量が２π未満となる。したがって、被測定物Ｍ１の形状に沿った形状データが算出される。しかし、位相のずれ量がちょうど２πとなる点Ｐ１では、位相は変調されなかったように見えるので、高さ＝０と算出されてしまう。従って、位相のずれ量が２πを越える点Ｐ１〜Ｐ２の間のＢ部では、ずれ量のうち２πが無視されるため、算出された高さデータは一旦０から始まる鋸歯状になる。さらに、位相のずれ量が４πを越える点Ｐ２から右端点Ｐ４までのＣ部においても、ずれ量のうち４πが無視され、同様に高さデータは実際の形状からずれ量４π分の高さだけ差し引いた形状データとして算出される。
【００１７】
このように、位相シフト法によれば、被測定物の高さを高分解能で計測することができるが、測定できる高さの範囲が、位相のずれ量で２π以内となる低い高さのもの（高低差の小さいもの）しか計測できない。
【００１８】
さらに、上述した位相シフト法において上述したスリットを並べたすだれ状マスクやフィルタを用いる場合には、投影光の照度分布が焦点からのずれ量によって影響を受け、必ずしも正弦波状にならないため、位相の誤差が生じる。また、液晶スリットを用いる場合にはコントラストの低い液晶スリットを透過させるため、投影光の照度分布の変化量も小さくなり明度値の誤差が大きくなる問題もあった。さらに、被測定物に面状の光を投影するため、光源の光量が不足していると、投影される光の照度が低くなり明度値の誤差が大きくなる。これについては、大光量の光源を用いれば良いが、そうすると消費電力や発熱、スリット等の耐熱性、装置の大型化等の問題を生じる。
【００１９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高さの高い被測定物でも計測可能でありながら高分解能の形状計測装置を提供することにある。他の目的は、被測定物の各部を均一な分解能で計測できる形状計測装置を提供することにある。また、他の目的は、スリット状光線を走査して被測定物に照射して計測することにより、機械的なスリット等を不要とし、しかも、空間コード化法計測と位相シフト法による計測とを共通の機械構成を用いて行うことのできる形状計測装置を提供することにある。更に他の目的は、スリット状光線を走査して被測定物に照射して計測することにより、機械的なスリット等を不要とした位相シフト法による形状計測装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
しかして、請求項１に記載の解決手段は、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される光線の積算照射強度分布が、所定コードに従うストライプ状パターンの光線、および、正弦波状パターンの光線を、順次、被測定物に照射する光線照射手段と、上記光線により上記被測定物の表面に生じる光学像を積分型撮像部材によって撮像する撮像手段と、該撮像手段から出力される複数フィールドまたは複数フレームの画像情報を演算処理することにより上記被測定物の形状を算出する画像情報演算手段と、を有し、該画像情報演算手段は、上記被測定物に上記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報と、上記被測定物に上記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報とから、被測定物の形状を算出する形状計測装置である。
【００２１】
上記構成を有する本発明の形状計測装置によれば、画像情報演算手段において、被測定物に所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報と、被測定物に正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報とから、被測定物の形状を算出する。このため、空間コード化画像情報には、許容高さのレンジが広い（ダイナミックレンジの広い）空間コード化法を適用し、また位相シフト化画像情報には、高分解能の位相シフト法を適用して、この２つの手法から被測定物の形状を算出できるので、ダイナミックレンジが広く、高さの高い被測定物でも計測でき、しかも高分解能の計測ができる。
【００２２】
ここで、光線照射手段は、ストライプ状パターンの光線および正弦波状パターンの光線をそれぞれ被測定物に照射できればよく、光源や照射強度を変化させるための手段については、別々のものを適宜切り替えて使用してもよく、１つのものを使い分けても良い。
また、積算照射強度分布とは、ある期間内に照射される光線の照射強度を積算したときの照射強度の分布をいう。従って、本発明では、積算照射強度分布がストライプ状あるいは正弦波状とされていればよく、ある瞬間に照射されている光線の照射強度がストライプ状等に分布している必要はない。
【００２３】
また、積分型撮像部材とは、出力される画像情報が、照射された光線の照射強度を撮像期間にわたって積算（積分）した値に従って出力される種類の撮像部材を指し、具体的には、ＣＣＤ撮像素子を用いたカメラ（ＣＣＤカメラ）が挙げられ、その他、ＭＯＳ型撮像素子を用いたものやビジコン等の撮像管を用いても良い。
なお、画像情報としてフィールド単位およびフレーム単位のいずれの画像情報を用いるかは、積分型撮像部材の撮像方式によって異なる。
【００２４】
また、コードとしては、規則性を有し、空間コード番号の識別可能なコードであればよく、例えばグレイコード、バイナリーコード等に従うものが挙げられる。特に、グレイコードに従って小空間に一連の空間コード番号を付する場合には、ある小空間の空間コード番号を表すグレイコードは、これに隣接する小空間に付される空間コード番号を表すグレイコードと、常に１ビットのみが異なる。このため、画素が見込む被測定物（被測定物の一部）がちょうど小空間同士の境界部分に位置した場合、画素の出力を２値化する際、０か１か（明か暗か）の判定が変動するのはグレイコードのうち１ビット分のみであり、他のビットは隣接する小空間で共通であるので変動しない。しかもこの１ビットが０／１（明／暗）いずれに判定されても、隣接する小空間のいずれかに対応するグレイコードになる。従って、異なるグレイコードが読みとられた場合でも、高さ情報の誤差が少なくなるという点で他のコードを用いる場合よりも優れている。なお、空間コード番号とは、光線に照射された空間に付される番号であって、コードに従って照射された光線の明暗の区切りにそって照射中心を中心（要）とする扇形状に分割したときの各小空間に付された一連番号を指す。
【００２５】
また、空間コード化画像情報とは、基準面、被測定物、あるいは基準面と被測定物に所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射したときに、積分型撮像部材が撮像した画像情報を指す。
また、位相シフト化画像情報とは、基準面、被測定物、あるいは基準面と被測定物に正弦波状パターンの光線を照射したときに、積分型撮像部材が撮像した画像情報を指す。
【００２６】
さらに、請求項２に記載の解決手段は、請求項１に記載の形状計測装置であって、前記ストライプ状パターンの光線と前記正弦波状パターンの光線とは、０＜Ｊ≦１としたとき、上記ストライプ状パターンの光線により１つの空間コード番号が与えられる小空間が、それぞれ、Ｊ周期分の前記正弦波状パターンの光線によって照射される小空間に一致する関係とされていることを特徴とする形状計測装置である。
【００２７】
上記構成を有する本発明の形状計測装置によれば、ストライプ状パターンの光線により１つの空間コード番号が与えられる小空間が、それぞれ、Ｊ周期分の前記正弦波状パターンの光線によって照射される小空間に一致する関係とされている。つまり、１つの空間コード番号が与えられる略扇状の小空間（たとえば空間コード番号４の小空間）が、それぞれＪ周期分（例えば、１周期分、１／２周期分、１／４周期分等）の正弦波状パターンの光線によって照射される小空間と一致する関係とされている。
【００２８】
前記したように、位相シフト法は、分解能は高いが、被測定物の高さが高いために、位相のずれ量（変調量）が１周期分の位相２π（＝３６０deg ）、もしくは４π、６π…を越えると、それぞれ２π、４π、６π…に相当する位相ずれ量は無視され、０〜２πの位相ずれ量に対応する高さのみが算出される。このため、前記で説明したように（図３５（ｃ）参照）、位相データや高さデータが不連続（例えば鋸歯状）になるので、位相ずれ量が２π、４π…となる前後で、位相データや高さデータの不連続を修正する必要がある。いわゆる位相連結問題である。つまり、実際には高さが連続しているのに、位相ずれ量のうち、２π、４π…に相当する量が無視されるために、被測定物が不連続の高さを有するかのように高さデータが算出される場合があるので、これを修正して真の高さを求めるようにすることが必要になる。
このためには、被測定物の高さが連続的に変化していると仮定し、高さデータの不連続部分で高さデータが連続になるように、不連続部分で高さデータの値が一致するように調整することで、全体の高さデータを補正する方法が考えられる。しかし、この手法では、階段状の形状を持つものなど不連続な高さに見える形状の被測定物について高さを計測することが困難となるほか、高さデータの不連続点を探し、その部分の補正をし、次に移るというように、順に補正することになるため、補正に時間が掛かる。
【００２９】
一方、空間コード化法は、前記で説明したように（図３５（ｂ）参照）、分解能が低いためにとびとびの量子化された値でしか高さが求められないものの、ダイナミックレンジが広い。しかも、ストライプ状パターンの光線を照射した空間全域を分割した略扇状の小空間に、一連の空間コード番号が付されるので、２つ以上の小空間に同じ空間コード番号が付されることはない。このため、各小空間を空間コード番号で区別できるから、位相シフト法のような不具合はない。
そこで、本発明のようにすると、Ｊ周期分の正弦波状パターンにより照射される小空間には、必ず１つの空間コード番号が付されることになる。
【００３０】
位相シフト法によれば、例えば、被測定物のうち、ある計測点（仮に、Ａ点とする）の高さを計測した場合に、Ａ点の位相ずれ量が２π（またはその整数倍）を越えていたとしても、前記したように、その位相ずれ量のうちの２π（またはその整数倍）分は、無視されることになるため、Ａ点の高さは実際よりも低く算出され、位相データや高さデータ等に不連続が生じる。
しかし、空間コード化法でＡ点の高さを計測した場合には、量子化された値で算出されるものの、そのようなことは生じない。しかも、１つの空間コード番号が与えられる小空間は、正弦波状パターンの光線のＪ周期（０＜Ｊ≦１）の小空間に一致しているので、空間コード番号が１だけ異なることは、位相で２π×Ｊ分だけ異なることに相当する。従って、位相シフト法による位相データや高さデータの不連続は、空間コード化法による空間コード番号データやこれによって求めた高さデータで補正できる。しかもこの補正は、隣接する画素にされた補正に影響されないので、各画素について独立に行え、順に補正する必要が無いので、容易にかつ速く行うことができる。
【００３１】
なお、０＜Ｊ≦１としたのは、１周期分以上の正弦波状パターンの光線によって照射される小空間と、１つの空間コード番号が与えられる小空間とを対応させると、その小空間内において位相データの不連続が生じるが、これを空間コード番号で補正できないので、両者を対応させるメリットがないからである。
【００３２】
ここで、請求項３に記載したように、請求項２に記載の形状計測装置であって、前記Ｊを、１または１／２としたことを特徴とする形状計測装置とすると良い。
このようにすると、空間コード化法から求めた空間コード番号と位相シフト法で求めた位相（位相ずれ量）とを用いて、容易に被測定物の形状を求めることが出来るからである。
即ち、Ｊ＝１の場合、つまり、１つの空間コード番号が与えられる小空間と１周期分の正弦波パターンの光線によって照射される小空間とが一致する関係とすると、空間コード番号が１つ増減することは、位相（位相ずれ量）がちょうど１周期分、即ち、２π(rad)（＝３６０(deg)）増減することに対応する。このため、空間コード番号を位相に、また、空間コード番号のずれ量を位相ずれ量に置き換えることが容易になるので、位相シフト法によって求めた位相（位相ずれ量）と空間コード番号から換算して得た位相ずれ量とを合成することで、容易に高さ（形状）を求めることができる。
また、空間コード化画像情報と位相シフト化画像情報とからそれぞれ高さを求めておき、これらを合成する場合にも、容易に合成できる。
【００３３】
また、Ｊ＝１／２の場合、つまり、１つの空間コードが与えられる小空間と１／２周期分の正弦波パターンの光線によって照射される小空間とが一致する関係とすると、空間コード番号が１つ増減することは、位相（位相ずれ量）がちょうど１／２周期分、即ち、π(rad)（＝１８０(deg)）増減することに対応する。このため、Ｊ＝１の場合と同様に、空間コード番号やそのずれ量を位相や位相ずれ量に置き換えることが容易となるので、位相シフト法によって求めた位相（位相ずれ量）と空間コード番号から換算して得た位相ずれ量とを合成することで、容易に高さ（形状）を求めることができる。また、空間コード化画像情報と位相シフト化画像情報とからそれぞれ高さを求めておき、これらを合成することも容易にできる。
【００３４】
なお、後述するように、位相シフト法によって、互いに位相がπ／２（１／４周期）ずつ異なる４つの正弦波状パターンの光線（例えば、基準面上の積算照射強度Ｉが、Ｉ0＝cosθ、Ｉ1＝cos(θ＋π／２）、Ｉ2＝cos(θ＋π)、Ｉ3＝cos (θ＋３π／２)で表される光線）から、ある部位に照射された光線の位相角を算出する際には、arctan（＝tan-1）の計算が必要となる（後述する(2)式参照）。しかし、tanθ＝tan（θ＋π）であるので、つまり、 tanθの値は、位相角θがπだけ異なった場合と区別できないので、ａｒｃｔａｎの計算だけでは１周期分の位相角が計算できない。このため、別途、位相角θの属する象限を判別する計算が必要となる。
これに対し、Ｊ＝１／２の場合には、空間コード番号が１つ増減する毎に、位相ずれ量としては、πずつ増減するので、位相シフト法で求める位相角の範囲は、πの範囲、例えば、θ＝−π／２〜π／２やθ＝０〜πの範囲で求めれば良く、ａｒｃｔａｎの計算だけで位相角を算出できるので、より計算が容易になる。
【００３５】
さらに、上記Ｊ＝１とした場合において、前記正弦波状パターンの位相と前記小空間との関係を、４種の正弦波状パターンのうちの１つをＩｓ0＝cosθで表したとき、θ＝０，２π，４π…の位置に各小空間同士の境界が位置するように選択したすることを特徴とすると良い。
このようにすると、位相シフト法によって算出される位相θ（精細位相θｐ）が、θ＝０〜２πの範囲で算出される。また、小空間に与えられた空間コード番号をＳｃ＝０，１，２，３…、ｎ、…とすると、空間コード番号は容易に粗位相θｒ（＝２ｎπ）に換算できる。このため、両者を容易に合成した合成位相θｃ（＝θｒ＋θｐ＝２ｎπ＋θｐ）が求められるからである。また、このようにすると、空間コード番号ｎ＝０の空間の端部θｐ＝０の点を原点として合成位相θｃが計算できるので、さらに容易に高さを算出できる。
【００３６】
また、Ｊ＝１／２とした場合には、前記正弦波状パターンの位相と前記小空間との関係を、４種の正弦波状パターンのうちの１つをＩｓ0＝cosθで表したとき、θ＝−π／２，π／２，３π／２…の位置に各小空間同士の境界が位置するように選択したすることを特徴とすると良い。
このようにすると、位相シフト法によって算出される位相θ（精細位相θｐ）が、θ＝−π／２〜π／２の範囲で算出される。また、小空間に与えられた空間コード番号をＳｃ＝０，１，２，３…、ｎ、…とすると、空間コード番号は容易に粗位相θｒ（＝ｎπ）に換算できる。このため、両者を容易に合成した合成位相θｃ（＝θｒ＋θｐ＝ｎπ＋θｐ）が求められるからである。また、このようにすると、空間コード番号ｎ＝０の空間の端部θｐ＝０の点を原点として合成位相θｃが計算できるので、さらに容易に高さを算出できる。
【００３７】
さらに、請求項４に記載の解決手段は、請求項２または請求項３に記載の形状計測装置において、前記１つの空間コード番号が与えられ、かつ前記Ｊ周期分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空間は、略扇状断面の開き角が、いずれも等角度にされていることを特徴とする形状計測装置である。
【００３８】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、各小空間の略扇状断面の開き角がいずれも等角度にされているので、ストライプ状パターンや正弦波状パターンの光線を生成するための光線照射手段の制御が光線の偏向角に依存しない。このため、光線照射手段の制御が容易となる。
【００３９】
また、請求項５に記載の解決手段は、請求項２または請求項３に記載の形状計測装置において、前記積分型撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記光線の照射中心までの高さと、上記基準面から上記積分型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、しかも、前記１つの空間コード番号が与えられ、かつ前記Ｊ周期分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空間は、上記基準面のうち、上記各小空間に属する上記基準面上の幅が、いずれも等間隔にされていることを特徴とする形状計測装置である。
【００４０】
上記構成を有する本発明の形状計測装置によれば、基準面から光線の照射中心までの高さと積分型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、各小空間に属する基準面上の幅がいずれも等間隔にされている。このため、照射する光線の偏向角に拘わらず高さの分解能が一定となる。つまり、被測定物を基準面上のどの位置に水平移動させても、形状（高さ）計測の分解能が同じになるので、被測定物の各部を均一な分解能で計測することができる。また、形状（高さ）計算も容易にできる。
ここで、基準面は被測定物の高さの基準となる面を指すが、実在の面であっても仮想の面であっても良い。
【００４１】
さらに、請求項６に記載の解決手段は、請求項５に記載の形状計測装置において、前記画像情報演算手段は、前記被測定物に前記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報と、上記被測定物を無くして前記基準面に上記ストライプ状パターンの光線を照射したとした場合に各画素が観察する基準空間コード番号とから、各画素毎に空間コード番号ずれ量を算出する空間コード番号ずれ量演算手段と、上記被測定物に前記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報と、上記被測定物を無くして前記基準面に上記正弦波状パターンの光線を照射したとした場合に各画素が観察する基準位相とから、各画素毎に位相ずれ量を算出する位相ずれ量演算手段と、上記空間コード番号ずれ量と上記位相ずれ量とから前記被測定物の形状を算出する形状演算手段と、を有する形状計測装置である。
【００４２】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、前記のように、光線の照射中心までの高さと対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、しかも、１つの空間コード番号が与えられ、かつＪ周期分の正弦波状パターンの光線によって照射される各小空間は、基準面のうち、各空間に属する基準面上の幅が、いずれも等間隔にされている。
しかも、空間コード化画像情報と基準空間コード番号とから各画素毎に空間コード番号ずれ量を求め、位相シフト化画像情報と、基準位相とから、各画素毎に位相ずれ量を求める。このため、別途、基準空間コード番号や基準位相が必要となるが、この２つのずれ量から前記被測定物の形状を算出するのに、偏向角αを求め、また、 tanαの計算を含む三角測量の原理による計算式を用いないで、簡単な計算式で高さを算出することができる。
なお、基準空間コード番号や基準位相は、被測定物の計測に先立ちあるいは計測後に、基準面に光線を照射して得ても良いが、予め計測または算出した値をＲＯＭ、ハードディスク等のメモリ（記憶媒体）に記憶させておいても良い。
【００４３】
さらに、請求項７に記載の解決手段は、請求項６に記載の形状計測装置において、前記形状演算手段は、前記空間コード番号ずれ量と前記位相ずれ量とを、各画素についてそれぞれ合成して得た合成位相ずれ量から被測定物の形状を算出する合成位相ずれ量−形状演算手段と、を有する形状計測装置である。
【００４４】
上記構成を有する本発明の形状計測装置によれば、一旦空間コード番号ずれ量と位相ずれ量とを合成して得た合成位相ずれ量により被測定物の形状を算出するので、形状の演算が１度で済む点で好ましい。
【００４５】
さらに、請求項８に記載の解決手段は、請求項６に記載の形状計測装置において、前記形状演算手段は、前記空間コード番号ずれ量から前記被測定物の粗形状を算出する空間コード番号ずれ量−粗形状演算手段と、前記位相ずれ量から前記被測定物の細部形状を算出する位相ずれ量−細部形状演算手段と、上記粗形状と細部形状とを合成して被測定物の形状を算出する形状合成手段と、を有する形状計測装置である。
【００４６】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、空間コード番号ずれ量から粗形状を、位相ずれ量から細部形状を求めるので、形状の算出が各画素について２回行うことになるが、合成はこれらを足し合わせだけ足りるので、容易に形状を算出できる。
【００４７】
また、請求項９に記載の解決手段は、請求項２〜請求項５のいずれかに記載の形状計測装置において、前記画像情報演算手段は、前記空間コード化画像情報から各画素毎に前記正弦波状パターンの光線の位相に相当する粗位相を算出する粗位相演算手段と、前記位相シフト化画像情報から各画素に精細位相を算出する精細位相演算手段と、上記粗位相と上記精細位相とを各画素についてそれぞれ合成して、各画素毎の合成位相を算出する合成位相演算手段と、上記合成位相から前記被測定物の形状を算出する合成位相−形状演算手段と、を有する形状計測装置である。
【００４８】
上記構成を有する本発明の形状計測装置によれば、粗位相演算手段で、空間コード化画像情報から各画素毎に粗位相を算出して、位相シフト化画像情報から各画素毎に算出する精細位相と同じく位相の情報とする。このため、合成位相演算手段において粗位相と精細位相とを合成するのに、両者を足し合わせるだけで足り、容易に合成位相を算出できる。また、合成位相から被測定物の形状を一度に算出できるので、形状の算出も容易になる。
【００４９】
さらに、請求項１０に記載の解決手段は、請求項２〜請求項５のいずれかに記載の形状計測装置において、前記画像情報演算手段は、前記被測定物に上記所定コードに従ったストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報から被測定物の粗形状を算出する空間コード型形状演算手段と、前記被測定物に上記正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報から被測定物の細部形状を算出する位相シフト型形状演算手段と、上記空間コード型形状演算手段により算出された粗形状と上記位相シフト型形状演算手段により算出された細部形状とを合成して被測定物の形状を算出する形状合成演算手段と、を有する形状計測装置である。
【００５０】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、ストライプ状パターンの光線を照射して得られた空間コード化画像情報からは、空間コード型演算手段によって被測定物の粗形状を算出する。一方、正弦波状パターンの光線を照射して得られた位相シフト化画像情報からは、位相シフト型演算手段によって被測定物の細部形状を算出する。さらに、これらによって算出された粗形状および細部形状を形状合成演算手段によって合成して被測定物の形状を算出する。
【００５１】
つまり、本発明によれば、空間コード型形状演算によって粗形状を算出し、位相シフト型形状演算によって細部形状を算出し、これを合成するので、高分解能でありながら、許容高さのレンジの広い（ダイナミックレンジの広い）測定が可能となる。したがって、大型の被測定物でも計測が可能であり、かつ高分解能に測ることができる。
しかも、被測定物について粗形状と細部形状の２種の形状を算出する必要があるものの、形状の合成は足し合わせるだけで足りるので、合成が容易となる。
【００５２】
さらに、請求項１１に記載の解決手段は、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の形状計測装置において、前記光線照射手段が、スリット状光線を発生する光源と、このスリット状光線を被測定物の表面に照射しつつ偏向走査させる光線走査手段と、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が、所定コードに従うストライプ状に分布するように上記スリット状光線を制御する空間コード型光線制御手段と、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が、正弦波状に分布するように上記スリット状光線を制御する位相シフト型光線制御手段と、を有することを特徴とする形状計測装置である。
【００５３】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、光線照射手段において、光源からスリット状光線が発せられ、このスリット状光線は、光線走査手段によって被測定物の表面に照射しつつ偏向走査される。このとき、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が、所定コードに従うストライプ状に分布するように空間コード型光線制御手段がスリット状光線を制御する。また、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射されるスリット状光線の積算照射強度が、正弦波状に分布するように位相シフト型光線制御手段がスリット状光線を制御する。
【００５４】
本発明によれば、スリット状光線を用い、光線の照射強度を１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間について積算した積算照射強度においてそのパターンがストライプ状や正弦波状になるように制御したので、面状光源を用いる必要がなくなり、光量の少ない光源を用いてもコントラストを高くして測定できる。したがって、大光量の光源を用いる必要がないので、発熱の問題もなく装置をコンパクトにできる。
また、光源や光線走査手段を共通とし、制御手段を異ならせて空間コード化法による計測と位相シフト法による計測を行うようにしたので、高分解能の計測ができる上、装置がコンパクトで安価になる。
また、位相シフト化画像情報のコントラストを高くできるので、わずかな高さの違いでも明度の違い（位相の違い）として明瞭に判別できるため、高さの分解能を向上させうる。
また、本発明によれば、特に輝度の高いレーザ光線等を用いて位相シフト法による計測が可能となる。
【００５５】
なお、光源としてレーザ光源を用いると、消費電力が少ないのにも拘わらず照射強度の高いスリット状光源とすることができるので好ましい。レーザ光源には、半導体レーザ、気体レーザ、固体レーザ、液体レーザ等のレーザ光源であれば何を用いても良いが、装置の小型化、高速スイッチング可能の点から半導体レーザを用いるのが好ましい。また、レーザ光線の波長は、被測定物の材質や積分型撮像部材（ＣＣＤカメラ等）の感光性、ノイズとなる外乱光の波長等を考慮して選択すればよいが、可視光の範囲（例えば、赤、緑、青等）で選択すると肉眼での動作確認が容易になるので都合がよい。また、光線をスリット状に整形するには、シリンドリカルレンズ等の光学手段を用いて整形するとよい。
また、光線走査手段としては、スリット状光線を反射や透過させる際に、その進行方向を偏向させるものであればよく、具体的には、回転多面鏡（以下、ポリゴンミラーともいう）、ガルバノミラー等が挙げられる。
【００５６】
なお、上記請求項１１に記載の形状計測装置において、前記位相シフト型光線制御手段が、フィールド毎またはフレーム毎に前記正弦波の位相が４分の１周期ずつ異なる積算照射強度分布となるように前記スリット状光線を制御し、前記位相シフト型形状演算手段が、少なくとも互いに上記正弦波の位相が異なる４フィールドまたは４フレーム分の位相シフト化画像情報を用いて前記被測定物の細部形状を算出することを特徴とする形状計測装置とするとよい。
【００５７】
位相シフト法によって形状を計測するのにあたっては、原理的には、位相の異なる３種以上の光線を照射した３つ以上の画像情報があれば算出できる。しかし、４分の１周期ずつ異なった４フィールド分または４フレーム分の位相シフト化画像情報を用いると簡単な計算で、位相が算出できる上、被測定物の反射率の影響や外乱光に影響を除外することができるからである。
【００５８】
さらに、請求項１２に記載の解決手段は、請求項１１に記載の形状計測装置において、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間を制御して、該小領域における積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置である。
【００５９】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、積算照射強度を正弦波状に分布させるために、位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内をスリット状光線が点灯しつつ走査する時間を制御する。これにより、その小領域における積算照射強度を調整する。
【００６０】
つまり、本発明によれば、基準面上のある小領域内を照射する光線の積算照射強度は、その小領域をスリット状光線が走査する期間のうち実際に点灯しながら走査する時間で調整される。従って、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、従来のようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。また、点灯時間の調整で積算照射強度の分布状態の調整（例えば、分布の位相や積算照射強度のレンジ等の調整）も行うことができるので、焦点合わせやマスクの取り替え等の機械的な調整は不要であり、電気回路的調整で足りるため、分布状態の調整が容易である。
【００６１】
点灯しつつ走査する時間の制御手法としては、具体的には、ＰＷＭ（パルス幅変調）により、ある小領域内を走査している期間のうち、スリット状光源が点灯を続ける時間を変化させ、照射強度を強くしたい部分ほど点灯時間を長くするものが挙げられる。また、ある小領域内を走査している期間内に含まれる一定時間幅の点灯の回数（パルス数）を変化させ、照射強度を強くしたい部分ほど点灯の回数（パルス数）を多くするものなども挙げられる。上記制御手法としては、小領域内を光線が走査する期間のうち光源が実際に点灯している時間を調整できれば他の手法によってもよい。
なお、他の調整手段として、光源自身の輝度変調により積算照射強度を変化させるものや、液晶フィルタの透過度変調により積算照射強度を変化させるものなども挙げられる。
【００６２】
さらに、請求項１３に記載の解決手段は、請求項１１に記載の形状計測装置において、前記スリット状光線走査手段は、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に前記スリット状光線を複数回走査させ、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する回数を制御して、該小領域における積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置である。
【００６３】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、積算照射強度を正弦波状に分布させるために、スリット状光線走査手段が、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内にスリット状光線を複数回走査させる。さらに、位相シフト型光線制御手段が、この複数回の走査のうち、基準面上の小領域内をスリット状光線が点灯しつつ走査する回数を制御して、この小領域における積算照射強度を調整する。
【００６４】
つまり、本発明によれば、基準面上のある小領域内を照射する光線の積算照射強度は、その小領域を光線が走査する回数のうち実際に点灯しながら走査する回数で制御される。従って、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、従来のようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。また、点灯回数の調整で積算照射強度の分布状態の調整も行うことができるので、焦点合わせ等の機械的な調整は不要であり、電気回路的調整で足りるため、分布状態の調整が容易である。
【００６５】
なお、点灯しつつ走査する回数の制御手法としては、具体的には以下のようにする。即ち、ある小領域について見ると、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内にスリット状光線が複数回走査されるのであるが、この複数回の走査のうち、実際に点灯しつつ走査する回数を制御することにより、撮像期間内にこの小領域に照射される光線の積算照射強度を変化させる。例えば、撮像期間中に７回走査される場合、点灯しつつ走査する回数は、０〜７回の８段階に変化させることができる。
【００６６】
さらに、請求項１４に記載の解決手段は、前記請求項１１に記載の形状計測装置において、前記スリット状光線走査手段は、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間中に前記スリット状光線を複数回走査させ、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間及び回数をそれぞれ制御して、該小領域における積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置である。
【００６７】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、スリット状光線走査手段が、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間中にスリット状光線を複数回走査させる。さらに、位相シフト型光線制御手段が、複数回の走査のうちに基準面上の小領域内をスリット状光線が点灯しつつ走査する時間及び回数をそれぞれ制御して、この小領域の積算照射強度を調整する。
【００６８】
つまり、本発明によれば、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、スリット状光線を複数回走査させ、この複数回の走査のうち、基準面上の小領域を点灯しつつ走査する回数および点灯しながら走査する時間をそれぞれ制御することで行うので、従来のようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。
さらに、回数と時間は独立に制御できるため、多くの段階を設けて強度を変化させることができる。従って、変化の段階を多くすることができ、強度分布をより正弦波形状に近づけることができ、分布波形の歪みに起因する誤差を小さくできる。
【００６９】
なお、上記請求項１３および請求項１４に記載の形状計測装置において、前記スリット状光線走査手段は、前記スリット状光線を回転多面鏡によって偏向・走査させることを特徴とする形状計測装置とするとよい。
【００７０】
回転多面鏡は、回転数を上げ、また面数を多くすることで、走査速度を速くできるため、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内にスリット状光線を容易に複数回走査させることができる。また、ガルバノミラーのように戻り走査が無いので、走査回数を容易に調整できる。
【００７１】
さらに、請求項１５に記載の解決手段は、スリット状光線を発生する光源と、このスリット状光線を被測定物の表面に照射しつつ偏向走査させる光線走査手段と、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射される上記スリット状光線の積算照射強度が正弦波状に分布するように上記スリット状光線を制御する位相シフト型光線制御手段と、上記スリット状光線により上記被測定物の表面に生じる光学像を積分型撮像部材によって撮像する撮像手段と、上記位相シフト型光線制御手段によって制御された上記スリット状光線を上記被測定物に照射して得られた位相シフト化画像情報から被測定物の形状を算出する位相シフト型形状演算手段と、を有する形状計測装置である。
【００７２】
上記構成を有する本発明の形状計測装置では、光源によりスリット状光線が発せられ、このスリット状光線がスリット状光線走査手段により被測定物の表面に照射しつつ偏向走査される。このとき、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に照射されるスリット状光線の積算照射強度が正弦波状に分布するように位相シフト型光線制御手段がスリット状光線を制御する。撮像手段がスリット状光線によって被測定物の表面に生じる光学像を撮像する。さらに、位相シフト型形状演算手段が、位相シフト型光線制御手段によって制御されたスリット状光線を被測定物に照射して得られた位相シフト化画像情報から被測定物の形状を算出する。
【００７３】
つまり、本発明によれば、位相シフト法を適用するにあたって、スリット状光線を用いてこれを走査し、光線の照射強度を１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間について積算した積算照射強度においてそのパターンが正弦波状になるように制御した。このため、面状光源を用いる必要がなくなり、光量の少ない光源を用いてもコントラストを高くして測定できる。したがって、大光量の光源を用いる必要がないので、発熱の問題もなく装置をコンパクトにできる。
また、位相シフト化画像情報のコントラストを高くできるので、わずかな高さの違いでも明度の違い（位相の違い）として明瞭に判別できるため、高さの分解能を向上させうる。
また、本発明によれば、特に輝度の高いレーザ光線等を用いて位相シフト法による計測が可能となる。
【００７４】
さらに、請求項１５に記載の形状計測装置において、前記位相シフト型光線制御手段が、フィールド毎またはフレーム毎に前記正弦波の位相が４分の１周期ずつ異なる積算照射強度分布となるように上記スリット状光線を制御し、前記位相シフト型形状演算手段は、少なくとも互いに上記正弦波の位相が異なる４フィールド分または４フレーム分の前記位相シフト化画像情報を用いて前記被測定物の形状を算出することを特徴とする形状計測装置とすると良い。
４分の１周期ずつ異なった４フィールドまたは４フレーム分の位相シフト化画像情報を用いると簡単な計算で、位相が算出できる上、被測定物の反射率の影響や外乱光に影響を除外することができるからである。
【００７５】
また、請求項１５に記載の形状計測装置において、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間を制御して、この小領域の積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置とするとよい。
本発明によれば、基準面上のある小領域に照射される光線の積算照射強度は、その小領域内を光線が走査する期間のうち実際に点灯しつつ走査する時間で制御する。従って、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、従来のようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。また、点灯時間の制御で積算照射強度の分布状態の調整も行うことができるので、焦点合わせ等の機械的な調整は不要であり、電気回路的調整で足りるため、分布状態の調整が容易である。
【００７６】
また、請求項１５に記載の形状計測装置において、前記光線走査手段は、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間内に前記スリット状光線を複数回走査させ、前記位相シフト型光線制御手段は、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する回数を制御して、この小領域の積算照射強度を調整することを特徴とする形状計測装置とするとよい。
本発明によれば、ある基準面上のある小領域に照射される光線の積算照射強度は、その小領域内を光線が走査する期間内に実際に点灯しつつ走査する回数で制御する。従って、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、従来のようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。また、点灯回数の制御で積算照射強度の分布状態の調整も行うことができるので、焦点合わせ等の機械的な調整は不要であり、電気回路的調整で足りるため、分布状態の調整が容易である。
【００７７】
また、請求項１５に記載の形状計測装置において、前記光線走査手段が、１フィールドまたは１フレーム分の撮像期間中に前記スリット状光線を複数回走査させ、前記位相シフト型光線制御手段が、基準面上の小領域内を前記スリット状光線が点灯しつつ走査する時間及び回数をそれぞれ調整して積算照射強度を変化させることを特徴とする形状計測装置とするとよい。
本発明によれば、積算照射強度を正弦波状に分布させるのに、スリット状光線を複数回走査させ、この複数回の走査のうち、基準面上の小領域を点灯つつ走査する回数および点灯しつつ走査する時間の制御でおこなうので、従来のようなすだれ状マスクや液晶スリットを用いる必要がない。さらに、回数と時間は独立に制御できるため、多くの段階を設けて強度を変化させることができる。従って、変化の段階を多くすることができ、強度分布をより正弦波形状に近づけることができ、分布波形の歪みに起因する誤差を小さくできる。
【００７８】
さらに、請求項１６に記載の解決手段は、請求項１５に記載の形状計測装置において、前記積分型撮像部材の光軸と直交する基準面から、前記光線の照射中心までの高さと、上記基準面から上記積分型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、前記位相シフト型光線制御手段は、上記基準面に照射された前記スリット状光線の積算照射強度分布が、上記基準面上において、一定波長の正弦波パターンとなるように上記スリット状光線を制御することを特徴とする形状計測装置である。
【００７９】
上記構成を有する本発明の形状計測装置によれば、基準面から光線の照射中心までの高さと積分型撮像部材の対物レンズの主点までの高さとが等しくされ、スリット状光線の積算照射強度分布が、上記基準面上において、一定波長の正弦波パターンとなるようにされている。このため、照射する光線の偏向角に拘わらず高さの分解能が一定となる。つまり、被測定物を基準面上のどの位置に水平移動させても、形状（高さ）計測の分解能が同じにすることができるので、被測定物の各部を均一な分解能で計測できる。
【００８０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図と共に以下に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１にかかる形状計測装置１００の説明図である。本実施形態の形状計測装置１００は、基準面Ｌに載置された被測定物Ｍに光線を照射する光線照射手段１０と、光線を照射されてできる光学像を撮像する撮像手段２０と、撮像された画像情報から被測定物Ｍの高さや形状を算出する画像情報演算手段３０と、コントロール部７０とを有している。
【００８１】
また、光線照射手段１０には、スリット状光線を発する光源１と、このスリット状光線を被測定物に照射しつつ偏向走査する光線走査手段４と、スリット状光線を制御する空間コード型光線制御手段１１および位相シフト型光線制御手段１４が含まれている。さらに詳しく言えば、光源１には、レーザ光源２とこのレーザ光源２からのレーザ光線を整形してスリット状光線とするレンズ系３が含まれ、光線走査手段４には、スリット状光線を反射し、回転によって偏向走査させるポリゴンミラー５が含まれている。
【００８２】
また、空間コード型光線制御手段１１には、空間コード型光線制御データメモリ（図１ではＳ型データメモリと表示）１２と、この空間コード型光線制御データメモリ１２に格納されているコードを読み込んでこれに従ってレーザ光源２を制御するレーザコントローラ１３が含まれている。なお、このレーザコントローラ１３は、位相シフト型光線制御データメモリ（Ｐ型データメモリと表示）１５と共に、位相シフト型光線制御手段１４にも含まれており、位相シフト型光線制御データメモリ１５に格納された制御データを読み込みこれに従ってレーザ光源２を制御することをも行う。
【００８３】
また、撮像手段２０には、フィールド蓄積方式によって画像情報を出力するように設定されたＣＣＤカメラ２１と画像メモリ２２とが含まれており、１フィールド分の撮像期間（１／６０秒）毎に、ＣＣＤカメラ２１が撮像し、これから出力される画像情報を画像メモリ２２に格納している。
【００８４】
さらに、画像情報演算手段３０は、被測定物Ｍの粗形状を算出する空間コード型形状演算手段４０と、被測定物Ｍの細部形状を算出する位相シフト型形状演算手段５０と、これらを合成して被測定物Ｍの形状を算出する形状合成演算手段６０とを有している。さらに詳しく言えば、空間コード型形状演算手段４０には、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで明暗の二値化画像情報に変換したうえで格納する空間コード化画像情報取込回路（Ｓ型取込回路と表示）４１と、二値化画像情報から空間コード化法により被測定物Ｍの粗形状を算出する空間コード型演算回路（Ｓ型演算回路と表示）４２と、算出された粗形状データを格納する粗形状データメモリ（粗形状メモリと表示）４３とが含まれている。
さらに、空間コード化画像情報取込回路４１は、図２にその詳細を示すように、二値化演算回路４４と例えば８個の二値化画像情報メモリ（二値化画像メモリと表示）４５ａ〜４５ｈとを有している。ここでは、画像メモリ２２から取り込んだ例えば８ビットの階調をもつ各画素毎の明度画像情報を、まず二値化演算回路４４によって各画素分について明暗二値化情報に変換し、その後、二値化画像情報メモリ４５ａ〜４５ｈのいずれかに格納する。
【００８５】
また、位相シフト型形状演算手段５０には、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで格納する位相シフト化画像情報取込メモリ（Ｐ型取込メモリと表示）５１と、画像情報の明度値から位相シフト法により被測定物の細部形状を算出する位相シフト型演算回路（Ｐ型演算回路と表示）５２と、算出された細部形状データを格納する細部形状データメモリ（細部形状メモリと表示）５３とが含まれている。また、形状合成演算手段６０には、粗形状データと細部形状データを合成して被測定物Ｍの形状を演算する形状合成処理回路（合成回路と表示）６１が含まれている。なお、位相シフト化画像情報取込メモリ５１には、図３に示すように、４つの位相シフト化画像情報メモリ（Ｐ型画像メモリと表示）５４ａ〜ｄが含まれており、画像メモリ２２から取り込んだ例えば８ビットの階調をもつ各画素毎の明度画像情報を、位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄのいずれかに格納する。
【００８６】
さらに、コントロール部７０には、同期回路７１とセレクタ７２が含まれている。このうち、同期回路７１は、ポリゴンミラー５、レーザコントローラ１３，およびＣＣＤカメラ２１の相互間で撮像等のタイミングを調整する。また、セレクタ７２は、空間コード化法による計測、位相シフト法による計測を切り替える。
【００８７】
さらに、空間コード化法による計測において、セレクタ７２は、レーザコントローラ１３が空間コード型光線制御データメモリ１２から読み込むコードの選択（切り替え）および空間コード化画像情報取込回路４１に取り込み二値化した画像情報を格納する二値化画像情報メモリ４５ａ〜４５ｈの選択を行う。
【００８８】
同様に、位相シフト法による計測において、セレクタ７２は、レーザコントローラ１３が位相シフト型光線制御データメモリ１５から読み込む制御データの選択（切り替え）および位相シフト型形状演算手段５０に取り込んだ画像情報を格納する位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄの選択を行う。
【００８９】
本実施形態の形状計測装置１００では、レーザ光源２から照射されたレーザ光線を、レンズ系３でスリット状光線に整形し、ポリゴンミラー５で反射しつつ偏向走査して被測定物Ｍ（および基準面Ｌ）に向けて斜め方向から照射する。
【００９０】
ここで、まず、セレクタ７２により空間コード化法による計測が選択された場合について説明する。この場合には、セレクタ７２からの指示によりレーザコントローラ１３は空間コード型光線制御データメモリ１２からデータを読み込み、このデータに従ってレーザ光源２の点滅（スイッチング）の制御を行う。
【００９１】
この空間コード型光線制御データメモリ１２には、例えば、図４に示すようなグレイコードに従う８種のコードが格納されている。そこで、０〜７のメモリビットのうちの１つを選択してレーザコントローラ１２に読み込む。そして、例えば、このコードのデータのうち「０」を暗（消灯）に、「１」を明（点灯）に対応させることとして、選択したコードのデータに従って、例えばクロックパルス等により所定の間隔毎に、０〜２５５のメモリアドレスの順にレーザ光源２を点滅させる。このようにすると、例えば、図４のメモリビット０のコードが選択された場合、所定の時間間隔で、暗、明、明、暗、暗、明、明、暗、暗・・というパターンでレーザ光源２を点滅させることになる。
【００９２】
これにより、一定の回転数（角速度）に保ったポリゴンミラー５によって走査されるスリット状光線は、読み込まれたコードに従ったストライプ状パターンの光線となり、被測定物Ｍの表面にはストライプ状パターンの光学像が形成され、被測定物Ｍの各部分の高さはストライプ状パターンの明暗のずれとして観察されるようになる。上記８種のコードに従った８種の光線を照射することで、光線が照射される空間は、空間コード化法により２５６ヶ（＝２8 ヶ）の一連の空間コード番号Ｓｃが付された断面略扇状で、この扇状の開き角がいずれも等しい小空間ＳＳに分割される。したがって、被測定物Ｍの各表面部分は、各表面部分が属する（含まれる）小空間ＳＳに与えられた空間コードの番号で表されることになり、撮像した８種の光学像から判定した空間コード番号Ｓｃから三角測量の原理によって、被測定物Ｍの各表面部分の形状（高さ）が算出される。
なお、小空間ＳＳの開き角βを互いに等しくするには、光線の偏向角によらず、所定時間間隔でレーザ光源２を点滅させることで実現できるので、制御が容易である。
【００９３】
そこで、これを被測定物Ｍの図中ほぼ真上からＣＣＤカメラ２１（画素数５１２×２４０ヶ）で撮像し、その出力である画像情報を画像メモリ２２に格納する。なお、ＣＣＤカメラ２１からの画像情報は、各画素毎に明度を８ビットの階調で表わしたデータとなっている。
【００９４】
ここで、上述のように同期回路７１により、レーザコントローラ１３、ポリゴンミラー５およびＣＣＤカメラカメラ２１は同期して動作している。即ち、同期回路７１は、ＣＣＤカメラ２１の１フィールド分の撮像期間（１／６０秒）中に、スリット状光線が被測定物Ｍを１または複数回の所定回数走査するように、ＣＣＤカメラの撮像タイミングやポリゴンミラー５の回転数および各鏡面の角度を制御している。さらに、所定パターンの光線を被測定物Ｍに照射するようにレーザコントローラ１３がレーザ光源２を制御するタイミングをもこれらに同期させている。なお、１フィールド分の撮像期間内にスリット状光線を複数回走査させる場合には、レーザ光源２を各走査毎に同じコードに従ったパターンで点滅させる。ただし、被測定物Ｍの反射率や外乱光を考慮して、複数回（例えば５回）の走査のうち、実際にレーザ光源２を点滅させて走査するのを、このうちの適数回（例えば２回）だけとし、あとはレーザ光源２を消灯するようにしてもよい。
【００９５】
ついで、セレクタ７２の指示により、空間コード化画像情報取込回路４１が画像メモリ２２に格納された画像情報を取り込む。これにより、空間コード型光線制御データメモリ１２のデータに従ってレーザコントローラ１３がレーザ光源２を制御したときに撮像された画像情報は、空間コード化画像情報取込回路４１に取り込まれる。一方、後述する位相シフト型光線制御データメモリ１２５データに従ってレーザコントローラ１３がレーザ光源２を制御したときに撮像された画像情報は、位相シフト化画像情報取込メモリ５１に取り込まれる。
【００９６】
空間コード化画像情報取込回路４１については、図２にその詳細を示すように、画像メモリ２２から取り込んだ画像情報を、まず二値化演算回路４４によって各画素毎に明暗二値化画像情報に変換し、その後、二値化画像情報メモリ４５ａ〜４５ｈのいずれか（例えば４５ａ）に格納する。
【００９７】
ついで、セレクタ７２の指示によりレーザコントローラ１３が空間コード型光線制御データメモリ１２から、先回の撮像に使用しなかったメモリアドレス（例えば、メモリアドレス１）のコードを読み込み、これに従って、上記と同様にレーザ光源２を点滅させる。ついで、このコードに従ったストライプ状パターンの光線により形成された被測定物Ｍの光学像を撮像し、上記と同様に二値化画像情報に変換し、まだ二値化画像情報が格納されていない二値化画像情報メモリ４５ａ〜４５ｈのいずれか（例えば４５ｂ）に格納する。
これを、図４に示すメモリコード０〜７に格納された８種のコードについて行う。なお、撮像の順序は、メモリコードの順になっている必要はない。
【００９８】
各二値化画像情報メモリ４５ａ〜４５ｈへ各コードに従った二値化画像情報がそれぞれ格納されたら、この８ヶのメモリ４５ａ〜４５ｈに格納された二値化画像情報を空間コード型演算回路４２に読み込む。その後、公知の空間コード化法と三角測量の原理（後述する）を用いて被測定物Ｍの形状（粗形状）を算出する。算出された粗形状データは、粗形状データメモリ４３に格納される。
【００９９】
ついで、セレクタ７２によって位相シフト法による計測が選択された場合について説明する。この場合には、セレクタ７２からの指示によりレーザコントローラ１３は位相シフト型光線制御データメモリ１５からデータを読み込んでこのデータに従ってレーザ光源２の制御を行う。
【０１００】
位相シフト法により被測定物Ｍの形状を計測するには、照射する光線の照度分布を正弦波状にする必要があるが、ＣＣＤカメラ２１では、撮像期間中に各画素が見込む領域に照射された光線の照射強度の積算値（積分値）が画像情報として出力されることを利用する。即ち、図５(a) に示すように、レーザ光源２（レンズ系は省略して記載した）からのスリット状光線をポリゴンミラー５によって走査して基準面Ｌ上に照射したとき、ＣＣＤカメラ２１のある画素ｐ（図示しない）が出力する画像情報は、この画素ｐが見込む基準面Ｌ上の小領域ｓについて、照射強度を撮像期間にわたって積算した（積分した）積算照射強度Ｉｓに対応したものとなる。なお、容易に理解されるように、前述したようにスリット状光線を所定コードに従って点滅させながら走査偏向して得られたストライプ状パターンも、ＣＣＤカメラ２１の１フィールド分の撮像期間中の照射強度を積算したときの分布（積算照射強度分布）がストライプ状パターンとなっているのである。
【０１０１】
そこで、以下に示す手法により、ＣＣＤカメラ２１のある画素ｐが見込む基準面Ｌ上の小領域ｓについて、積算照射強度Ｉｓを変化させる。
まず、その第１の手法は、図５(a) に示すように、スリット状光線が小領域ｓ内を図中矢印で示すように右から左へ走査する期間のうち、スリット状光線が実際に点灯しながら走査する時間を制御する手法である。具体的には、小領域ｓ内をスリット状光線が走査している期間内に、一定時間ｔだけ点灯するパルス状点灯の数（図５(a) では３ヶ）を増減して点灯している時間を制御するのである。この手法によれば、図５(b) に示すように、点灯時間ｔのパルス点灯の数が１ヶ、２ヶ、３ヶと増えるのに比例して積算照射強度Ｉｓも増加する。従って、小領域ｓをスリット状光線が走査する期間内に、点灯時間ｔのパルス状点灯の数を最大ｍヶにできるとすれば、積算照射強度Ｉｓを（ｍ＋１）段階（本例では４段階）に変化させ得ることになる。
【０１０２】
その他、図６に示すように、連続して点灯する時間をｔ、２ｔ、３ｔに制御するＰＷＭ（パルス幅変調）を用いて積算照射強度Ｉｓを制御しても良い。
【０１０３】
また、第２の手法としては、スリット光線が小領域ｓ内を走査する回数を複数回とし、この複数回の走査のうち、スリット状光線が実際に点灯しつつ走査する走査回数を制御する手法である。具体的には、小領域ｓを複数回（図７では４回）走査するようにポリゴンミラーを回転させる。そして、４回の走査のうち、第１回と第２回の走査のときにスリット状光線を実際に点灯して走査させ、第３回，第４回のときには消灯して走査させる。これを点灯の場合を白抜き、消灯の場合を斜線のハッチングで表現すると図７(a) のようになる。従って、ｎ回走査させるとすれば、このうち点灯しながら走査する回数を変化させることにより、（ｎ＋１）段階（図７(b) の場合は５段階）に積算照射強度Ｉｓを変化させ得ることになる。なお、点灯と消灯を組み合わせる場合（図７(b) において、Ｉｓ＝１，２，３の場合）には、必ずしも図７(b) のように、第１回から連続して所要回数点灯する必要はなく、例えば、図７(c) のように、第１回と第３回の合計２回点灯して走査させるなど、何回目の走査時に点灯させるかは適宜選択すればよい。
【０１０４】
また、点灯しつつ走査する場合としては、小領域ｓ内をスリット状光線が走査する期間全体にわたってスリット状光線を点灯させる必要はない。即ち、第１の手法で説明したのと同様に、１回の走査において、点灯時間ｔのパルス状点灯を所定個数照射することとしてもよい。
【０１０５】
さらに、第３の手法としては、上記第１及び第２の手法を組み合わせたものを用いることができる。即ち、スリット光線が小領域ｓを走査する回数を複数回とし、この複数回の走査のうち、スリット状光線が実際に点灯しつつ走査する時間と走査回数とをそれぞれ調整する手法である。具体的には、小領域ｓを複数回（図８では４回）走査するようにポリゴンミラーを回転させる。そして、小領域ｓ内をスリット状光線が１回走査する期間内に、一定時間ｔだけ点灯するパルスの数（図８では５ヶ）を増減して点灯している時間を制御し、さらに、複数回の走査のうち、実際に点灯して走査する回数をも制御するのである。
【０１０６】
図８の例に即して説明する。まず、１フィールド分の撮像時間内に４回走査することができるようにポリゴンミラーを調整する。また、小領域ｓ内をスリット状光線が１回走査する期間内に、点灯時間ｔのパルスを最大５ヶ照射することとする。ここで、第１回の走査では、スリット状光線が点灯しながら走査することとし、しかも、この走査において、点灯時間ｔのパルス状点灯を２回行う。一方、残りの第２，３，４回の走査においては、点灯させなかったとすると、図８(c)のように表すことができ、積算照射強度Ｉｓ＝２とすることができる。なお、 この図においても、消灯の場合をハッチング、点灯の場合を白抜きとして表現している。また同様に、第１，２回の走査ではいずれもパルス状点灯を５回行い、さらに、第３回の走査では、パルス状点灯を３回行い、第４回の走査では消灯させたとすると、図８(d)のように表すことができ、Ｉｓ＝１３とできる。
【０１０７】
このようにすることで、積算照射強度Ｉｓは、Ｉｓ＝０〜２０の２１段階に変化させることができる（図８(a)〜(h)参照）。一般に、１回の走査において最大ｍヶのパルス状点灯を行うことができ、１フィールド分の撮像期間内にｎ回走査させるとすると、積算照射強度Ｉｓは、（ｍ×ｎ＋１）段階に変化させることができるようになる。なお、各回の走査におけるパルス状点灯の回数の配分には、特に限定はなく、例えば、図８(d)と同じＩｓ＝１３とするために、図８(i)に示すように、各走査毎に、５回、２回、３回、３回点灯し、合計１３回分パルス点灯を行うようにしてもよい。即ち、パルス点灯の回数が所定の回数となるように調整すれば足りる。
なお、パルス状点灯の数によりスリット状光線が照射しながら走査する時間を調整し走査回数と組み合わせた例を示したが、上記第１の手法において説明したのと同様に、ＰＷＭによりパルス状点灯の時間を調整して、走査回数と組み合わせても良い。
【０１０８】
上記のいずれかの手法により、積算照射強度Ｉｓを変化させることができる。そこで、このうちの第３の手法によって、積算照射強度Ｉｓを正弦波状に分布させる。本実施形態では、１回の走査においてパルス状点灯を最大４回とし、１フィールド分の撮像期間中に６回走査する。これにより、積載照射強度Ｉｓを２５（＝４×６＋１）段階に変化させることができる。
【０１０９】
基準面Ｌ上において走査方向に並んだ１０１ヶの小領域ｓについて２波長分（２周期分）の正弦波状パターンを持つ積算照射強度分布を与えるとした場合、図９に示すように各小領域ｓに対応する積算照射強度Ｉｓを変化させればよい。図９において、横軸は小領域ｓの番号であり、縦軸は、積算照射強度Ｉｓである。また、実線は理想的な正弦波の形状であり、この正弦波の形状に近似した分布とするために、各小領域ｓに照射されるべき積算照射強度の値をドットで表している。また、小領域ｓの番号１７、３７、５５については、各々の小領域ｓで照射されるべき積算照射強度Ｉｓおよび上記第３の手法でその強度Ｉｓを得るためのスリット状光線の調整の仕方を例示している。即ち、例えば、番号１７の小領域では、正弦波に近似した分布とするために、積算照射強度Ｉｓ＝１８とする必要があり、そのためには、第１〜４回の走査において各々４回のパルス状点灯を行い、さらに第５回の走査において２回のパルス状点灯を行い、第６回の走査においては消灯すればよいことが示されている。
なお、いうまでもないが、積算照射強度Ｉｓは、０または正の値のみ取りうることから、積算照射強度Ｉｓは、正確には正弦波ではなく、正弦波を少なくともその振幅だけ正方向にオフセットさせた波形に近似した分布としている。
【０１１０】
位相シフト型光線制御データメモリ１５には、上述の制御をするための制御データが格納されており、この制御データをレーザコントローラ１３が読み込むことにより、レーザ光源２が制御される。しかも、位相シフト型光線制御データメモリ１５には、正弦波の位相がそれぞれ１／４周期分（位相角θ＝０、π／２、π、３π／２）ずつ異なるように制御する４種のデータが格納されており、このうちのいずれかがレーザコントローラ１３に読み込まれる。なお、走査回数については、同期回路７１がポリゴンミラー５の回転数を制御する。
【０１１１】
なお、本実施形態においては、後述するように、空間コード化法によって求めた被測定物Ｍの粗形状と、位相シフト法によって求めた被測定物Ｍの細部形状とを容易に合成できるようにするため、上記したストライプ状パターンの光線によって形成される２５６ヶの小空間ＳＳのそれぞれと、正弦波状パターンの光線の１周期分とが一致するようにしておく。
さらに具体的にいうと、１／４周期ずつずれた４つの正弦波状パターンが、Ｉｓ0＝cosθ、Ｉｓ1＝cos(θ＋π／２）、Ｉｓ2＝cos(θ＋π)、Ｉｓ3＝cos(θ＋３π／２ )で表されるとき、θ＝π、３π、５π、７π…の位置に、各小空間ＳＳ同士の境界が位置するように、正弦波状パターンの位相と空間コード化法による小空間との関係を決める。
これにより、後述するように、位相シフト法によって、(2) 式を用いて求められる被測定物Ｍの計測点の位相θMは、−π≦θM≦πの範囲で求められる。前記したように、被測定物Ｍの計測点の位相θＭが、実際はπ≦θM≦３π 、あるいは、３π≦θM≦５π 、…である場合には、位相シフト法による位相の算出では、これらのうちのπ、３π、５π…分は無視されることになる。しかし、１つの空間コード番号が与えられる小空間ＳＳと正弦波パターンの１周期分とが対応するので、このような場合、例えば、π≦θM≦３π の場合は、空間コード番号が１だけずれる。同様に、３π≦θM≦５π の場合は、空間コード番号が２だけずれる。このことから、上記のような関係にすることで、正弦波の周期性により、位相θM のうち無視された分は、空間コード化法により求めた粗形状の値に対応することになる。
【０１１２】
このようにして、スリット状光線を走査しながらスリット状光線を点滅させて積算照射強度分布を正弦波状にすることにより、被測定物Ｍの表面には、１フィールド分の撮像期間を通して積算すると濃淡縞状パターンの光学像が形成され、被測定物Ｍの各部分の高さは濃淡縞状パターンの位相のずれ（ずれ量（変調量））として観察されるようになる。そして、上記４種のデータに従った４種の光学像を撮像することで、後述する位相シフト法により、各部分に照射された光線の位相が算出でき、後述する三角測量の原理により、被測定物Ｍの各部分の形状（高さ）が算出できる。
【０１１３】
そこで、空間コード化法による計測の場合と同様に、この光学像を被測定物Ｍの図中ほぼ真上からＣＣＤカメラ２１（画素数５１２×２４０ヶ）で撮像し、その出力である画像情報を画像メモリ２２に格納する。なお、ＣＣＤカメラ２１からの画像情報は、各画素毎に明度を８ビットの階調（２8 ＝２５６階調）で表わしたデータとなっている。
【０１１４】
なお、空間コード化法による計測の場合と同様に、同期回路７１の指示により、レーザコントローラ１３、ポリゴンミラー５とともに、ＣＣＤカメラ２１の撮像は同期して動作している。即ち、同期回路７１は、ＣＣＤカメラ２１の１フィールド分の撮像期間（１／６０秒）中に、スリット状光線が被測定物Ｍを１または複数回の所定回数（本実施形態では、６回）走査するように、ＣＣＤカメラ２１の撮像タイミングやポリゴンミラー５の回転数および各鏡面の角度を制御している。さらに、位相シフト型光線制御データメモリ１５のデータに従った所定パターンの光線を被測定物Ｍに照射するように、レーザコントローラ１３がレーザ光源２を制御するタイミングをもこれらに同期させている。
【０１１５】
ついで、前記したように、セレクタ７２の指示により、位相シフト化画像情報取込メモリ５１が画像メモリ２２に格納された画像情報を取り込む。これにより、位相シフト型光線制御データメモリ１５のデータに従ってレーザコントローラ１３がレーザ光源２を制御したときに撮像された画像情報は、位相シフト化画像情報取込メモリ５１に取り込まれる。
【０１１６】
位相シフト化画像情報取込メモリ５１については、図３にその詳細を示すように、画像メモリ２２から取り込んだ画像情報を、位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄのいずれか（例えば５４ａ）に格納する。
【０１１７】
ついで、セレクタ７２の指示によりレーザコントローラ１３が位相シフト型光線制御データメモリ１５から、先回の撮像に使用しなかった（位相の異なる）制御データを読み込み、これに従って、上記と同様にレーザ光源２を点滅させる。ついで、この制御データに従い位相の異なる正弦波状パターンの光線により形成された被測定物Ｍの光学像を撮像し、まだ位相シフト化画像情報が格納されていない位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄのいずれか（例えば５４ｂ）に格納する。
これを、位相が１／４周期（位相角でπ／２）ずつ異なる４種の制御データについて行う。なお、撮像の順序は、位相角の順になっている必要はない。
【０１１８】
各位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄへ各データに従った位相シフト化画像情報がそれぞれ格納されたら、この４ヶの位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄに格納された４フィールド分の位相シフト化画像情報を位相シフト型演算回路５２に読み込み、公知の位相シフト法と三角測量の原理（後述する）に従って被測定物Ｍの形状（細部形状）を算出する。算出された細部形状データは、細部形状データメモリ５３に格納される。
なお、上記説明においては、先に空間コード化法による粗形状の計測を行い、その後、位相シフト法による細部形状の計測を行ったように記載したが、計測の順序はこの逆でも良い。さらには、ストライプ状パターンの光線を照射して行う８フィールド分の撮像と、正弦波状パターンの光線を照射して行う４フィールド分の撮像とは、それぞれをまとめて行う必要はなく、合計１２フィールド分の撮像を任意の順序で行うことができる。
【０１１９】
ついで、粗形状データと細部形状データの合成について説明する。前記のように空間コード型演算回路４２によって算出され、粗形状データメモリ４３に格納された粗形状データと、上述したように位相シフト型演算回路５２によって算出され、細部形状データメモリ５３に格納された細部形状データは、形状合成演算手段６０の形状合成処理回路６１に取り込まれて処理される。図１０は、形状合成処理回路６１で行う合成処理を説明する説明図である。図１０(a) に示すように、破線で示した略三角形状を有する被測定物Ｍを計測して得た粗形状データＤ１は、量子化された階段状データとなる。空間コード化法による計測では、被測定物Ｍの各部分が属する空間に付された空間コード番号によってその部分の高さを算出するからである。なお、図１０(a)において、左右両裾（両端）部分は、 被測定物Ｍがなく基準面Ｌを計測した部分であるので、高さ＝０の基準位置Ｏとしている。
【０１２０】
一方、図１０(b)に示すように、同じ被測定物Ｍを計測して得た細部形状デー タＤ２は、鋸歯状データとなる。位相シフト法による計測では、正弦波の周期性により、位相のずれ量が２π、４π・・を越えると、２π、４π・・の分のずれ量は無視して高さが算出される、つまり本実施形態に即して言えば、、−π〜πの範囲で位相が算出されるので、位相がπ、３π、５π…を越えると、これらの値を越えた分は無視されるからである。なお、図１０(b)において、左右両端部 分は、図１０(a)と同様に基準面Ｌを計測した部分であるので、高さ＝０の基準 位置Ｏ’としている。また、本実施形態では、位相シフト法による位相角θの計測範囲を、θ＝−π〜πとした。このため、細部形状データＤ２は、基準位置Ｏ’を中心として、正または負の高さデータとなる。
【０１２１】
ついで、これらのデータＤ１およびＤ２を足し合わせて合成する。なお、このとき、粗形状データＤ１の基準位置Ｏと細部形状データＤ２の基準位置Ｏ’とを同じ高さに位置させる。すると、データＤ１とＤ２は、図１０(c)に示すように 重ねられるので、各部分（各画素）について高さデータを足し合わせることにより、図１０(d)に示すように基準面Ｌからの被測定物Ｍの高さデータＤＭが得ら れた。図１０(d)からも明らかなように、本実施形態の形状計測装置によれば、 高さの高い被測定物Ｍであっても計測できる広いダイナミックレンジを有している上に、データが階段状にならず、分解能の高い計測が可能である。しかも、各部分における粗形状データＤ１と細部形状データＤ２とを足し合わせることで足り、被測定物Ｍの形状算出も容易である。
【０１２２】
ここで、三角測量による高さ測定および空間コード化法と位相シフト法による高さ測定の方法について簡単に説明する。まず、三角測量の原理について、図１１を参照して説明する。ここでは、基準面Ｌ上に置かれた被測定物Ｍの図中上面を計測点とし、この高さＺを測定するものとする。レーザ光源２から発射された光線は、ポリゴンミラー５の鏡面５ａで反射して被測定物Ｍの上面に照射される。これをＣＣＤカメラ２１の対物レンズ２７を通して受光素子２８上に結像させて撮像する。ここで、ＣＣＤカメラ２１の光軸Ｕは、基準面Ｌに垂直になるように配置されているものとし、基準面Ｌから鏡面５ａの走査中心ＭＲまでの高さをhm、基準点Ａからの偏向角をα、基準面ＬからＣＣＤカメラ２１の対物レンズ２７の主点までの高さをhc、対物レンズ２７の焦点距離をｆ、基準点ＡからＣＣＤカメラ２１の光軸Ｕまでの基準面Ｌ上の距離をｍ、ＣＣＤカメラ２１の受光素子２８上の受光した画素位置（被測定物Ｍの上面を見込む画素位置）をｘとする。
【０１２３】
このとき、被測定物Ｍの上面の高さＺは、
Ｚ＝｛ｘ・hc−ｆ（ｍ−hm・tanα）｝／（ｘ＋ｆ・tanα）    (1)
で表すことができる。図１１より明らかなように、hc、ｆ、ｍ、hmはいずれも被測定物Ｍと無関係な固定値である。従って、ｘとαが判れば、(1)式よりＺが算 出できる。なお、上記式においては、ｙ方向（図１１における紙面に垂直な方向）の座標（位置）が現れないが、ＣＣＤカメラ２１の受光素子２８のｙ方向画素位置から直接導出されるので、３次元計測が可能となる。
【０１２４】
ついで、空間コード化法による高さ計測について説明する。
空間コード化法によれば、図１２に示すように光線を照射する空間を一連の空間コード番号Ｓｃが付された小空間ＳＳで細分することができる。即ち、基準面Ｌから高さhmの位置にあるポリゴンミラー５の鏡面５ａの走査中心を中心とした断面扇状の小空間ＳＳに細分でき、各小空間ＳＳには、一連の空間コード番号Ｓｃ＝０、１，２，・・を付すことができる。そして、各空間コード番号Ｓｃの番号とその空間コードが付された小空間ＳＳの偏向角αとの関係は鏡面５ａの角度から算出することができる。
【０１２５】
ここで、例えば、被測定物Ｍの上面が空間コード番号Ｓｃ＝４の空間内に位置していた場合には、この被測定物Ｍの上面には、空間コード番号Ｓｃ＝４に特有のパターンで光線が照射される。例えば、図４に示したグレイコードによって８フィールド分の撮像を行った場合を考える。もし、メモリビット０から７のコードの順に各フィールドを撮像したとすると、被測定物Ｍの上面は、各フィールド毎に、暗、明、明、暗、暗、暗、暗、暗(0,1,1,0,0,0,0,0)という順に明暗が現 れることになる（図４の太線枠内参照）。逆に言えば、被測定物Ｍの上面の明暗を、８フィールド分の画像情報にわたって点検すれば、その明暗の現れ方によって被測定物Ｍの上面が属する空間コード番号Ｓｃを知ることができる。従って、偏向角αも知ることができる。また、被測定物Ｍの上面を見込む画素の位置ｘは明らかであるから、これにより、上記(1)式によって被測定物Ｍの上面の高さＺ を算出することができる。
【０１２６】
ついで、位相シフト法による高さ計測について説明する。
位相シフト法による測定においては、前述のように、積算照射強度Ｉｓの分布が正弦波状となるように光線を照射する。しかも、各々１／４周期ずつ位相の異なる分布を持つ４種の光線を照射するので、これを１つの図で表すと図１３のようになる。即ち、図１３は、位相θ＝０〜４πの範囲における積算照射強度Ｉｓの分布を示す。ここで、４種の分布は、それぞれＩｓ0＝cosθ、Ｉｓ1＝cos(θ＋ π／２)、Ｉｓ2＝cos(θ＋π)、Ｉｓ4＝cos(θ＋３π／２) で表すことができる。なお正確には、振幅の値１２（＝２４／２）およびオフセットの値１２を考慮すると、Ｉｓ０＝12(１＋cosθ)、Ｉｓ１＝12(１＋cos(θ＋π／２))、Ｉｓ２＝12(１＋cos(θ＋π))、Ｉｓ４＝12(１＋cos(θ＋３π／２))で表されるが、下記するように、(2)式において、振幅およびオフセットの値はキャンセルされるの で、これらを無視して上記のように表しても同様の結果となる。このため、上記のように略記する。
【０１２７】
ここで、前記三角測量の原理（図１１参照）で説明した被測定物Ｍの上面に、位相シフト法による４種の分布の光線を照射すると、図１３に示すように、例えば、Ｉｓ0＝cosθの分布の光線を照射したときには、Ｉ0＝cosθMの積算照射強 度が観察される。同様に、Ｉｓ1＝cos(θ＋π／２）の分布の光線では、Ｉ1＝cos(θM＋π／２）の積算照射強度が観察される。また、同様にＩ2＝cos(θM＋π)、Ｉ3＝cos(θM＋３π／２)の積算照射強度が観察されることになる。ここで、 θMは、被測定物Ｍの上面（計測点）に光線が照射されるときの位相角である。
【０１２８】
逆に言えば、被測定物Ｍの上面（計測点）の明度を、４フィールド分の画像情報にわたって点検すれば、その明度の現れ方によって被測定物Ｍの上面に照射される光線の位相角θMを知ることができる。具体的な位相角θMの算出方法は、
θM＝arctan{(Ｉ3−Ｉ1)／(Ｉ0−Ｉ2)}    (2)
で求めることができる。なお、明度から位相角θMを求めるのには、互いに位相 の異なる少なくとも３種の分布の光線を照射すればよい。一方、本実施形態のように、互いに１／４周期ずつ異なる４種の分布の光線を用いて計測する場合には、上記式(2)により、被測定物Ｍの色調等による反射率の違いや外乱光の影響を 除外して位相角θMが算出できる点で好ましい。
【０１２９】
さらに、偏向角αと、位相角θMとの関係は、予め求めておくことができるの で、上記手法により位相角θMを算出できれば、これに対応する偏向角αを求め ることができる。また、被測定物Ｍの上面を見込む画素の位置ｘは明らかであるから、これにより、位相シフト法によっても上記(1)式によって被測定物Ｍの上 面の高さＺを算出することができる。
【０１３０】
このようにして、算出された被測定物Ｍの形状データＤＭは、その後、演算処理部８０や表示処理部９０に送られる。これらでは、被測定物Ｍの周囲長や断面形状等を算出したり、ディスプレイ（図示しない）によって被測定物Ｍの形状を表示したりする後加工が行われる。
【０１３１】
このように、本実施形態の形状計測装置１００によれば、空間コード化法と位相シフト法の２種類の計測を行うことにより、計測許容範囲（ダイナミックレンジ）が広く、しかも高さの分解能の高い形状計測装置とすることができた。また、被測定物Ｍの形状（高さ）に不連続な部分（例えば切り立った壁状部分）があったとしても高さを計測できる。
なお、本実施形態においては、光源１として、レーザ光源２からのレーザ光線を整形して用いた例を示したが、レーザ光源を用いずに通常の光源からの光線を整形して用いても良い。また、光線走査手段４として、ポリゴンミラー５を用いた例を示したが、他の偏向装置、例えば、ガルバノミラー等を用いても良い。また、ポリゴンミラー５の面数についても回転数や、走査範囲、走査回数等を考慮して適宜選択すればよい。さらに、本実施形態においては基準面Ｌ上に被測定物Ｍを載置してその形状を計測したが、計測において基準面Ｌが撮像される必要はなく、さらには基準面Ｌを無くして、仮想基準面からの高さを計測するようにしても良い。
【０１３２】
また、空間コード化法による粗形状の算出および位相シフト法による細部形状の算出において、三角測量の原理の基づき式(1) に従って高さＺを算出する点は共通である。従って、空間コード型形状演算手段４０および位相シフト型形状演算手段５０において、さらに詳しく言えば、空間コード型演算回路４２と位相シフト型演算回路５２において、共通する演算については、共通する演算回路によって演算を行うようにしても良い。
【０１３３】
ところで、上記式(1)によって高さＺを算出するには、αからtanαを算出する必要があり、計算が面倒で時間が掛かる。空間コード化法による粗形状の算出においては、ある画素が見込む被測定物Ｍの表面の属する空間コード番号Ｓｃを求め、この空間コード番号Ｓｃから偏向角αを求め、さらに高さＺを求める。従って、ある画素について、ある空間コードが観察されたときの高さＺの値を予め求めておけば、高さＺの算出が容易になる。そこで、各画素（本実施形態では、５１２×２４０ヶ）について、各空間コード番号Ｓｃ（本実施形態では、２５６ヶ）が観察された場合の高さＺについて、予め高さデータテーブルとして保持しておき、面倒な計算を省略して粗形状を算出するようにしても良い。
【０１３４】
位相シフト法による細部形状測定においては、式(2)の計算において、arctan の計算が必要であり、(Ｉ3−Ｉ1)／(Ｉ0−Ｉ2)の値から位相角θMの値を検索で きるように、予め位相角データテーブルを保持しておくと良い。また、位相シフト法による細部形状の算出においては、ある画素が見込む被測定物Ｍの表面の位相角θMを求め、この位相角θMから偏向角αを求め、さらに高さＺを求める。従って、ある画素について、ある位相角θMが観察されたときの高さＺの値を予め 求めておけば、高さＺの算出が容易になる。ただし、位相角θMは上述の空間コ ード番号Ｓｃと異なり連続値であるので、適当な間隔で区切る必要がある。このようにして、各画素（本実施形態では、５１２×２４０ヶ）について、有限個に区切った各位相角θMが観察された場合の高さＺについて、予め高さデータテー ブルとして保持しておき、面倒な計算を省略して細部形状を算出するようにしてもよい。
【０１３５】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面と共に説明する。
上記実施形態１では、空間コード化法によって形成される断面略扇状の小空間ＳＳの開き角を互いに等しい角度とし、この小空間ＳＳと正弦波状パターンの１周期分とをそれぞれ対応させた。従って、正弦波状パターンの１周期分で照射される小空間も互いに等角度とした。また、求めた空間コード番号Ｓｃから被測定物Ｍの粗形状を、算出した位相θMから被測定物Ｍの細部形状をそれぞれ求め、 これらを合成して（足し合わせて）被測定物Ｍの形状を求めた。
【０１３６】
これに対し、本実施形態では、空間コード番号が与えられた小空間と１周期分の正弦波状パターンがなす小空間とを同様に関係付けるものの、基準面のうち各小空間に属する（含まれる）基準面上の幅が、いずれも等間隔となるようにする点で異なる。従って、開き角度が等しくならず、基準面上の照射される正弦波状パターンの１周期分の幅が、基準面上のいずれの部分でも等しくされる。また、基準面から光線の照射中心ＭＲまでの高さhcとＣＣＤカメラの対物レンズの主点ＰＬまでの高さhmとを等しくする。さらに、求めた空間コード番号から位相シフト法で求めた場合の位相に相当する粗位相を求め、この粗位相と算出した細部位相とを足し合わせた合成位相から被測定物Ｍの形状を求める点でも異なる。
しかし、その他の部分は、上記実施形態１と同様であるので、同様な部分の説明は省略し、上記した相違点を中心に説明する。
【０１３７】
まず、本実施形態にかかる形状計測装置２００について、図１４とともに説明する。形状計測装置２００は、上記実施形態１の形状計測装置１００と概略同様な構成を備える。即ち、光線照射手段２１０と、撮像手段２０と、画像情報演算手段２３０と、コントロール部２７０とを有している。
【０１３８】
ここで、光線照射手段２１０は、後述するように、光線によって形成される小空間および１周期分の正弦波状パターンで照射される空間の基準面Ｌ上の間隔が等しくなるように光線を照射するので、このうち、スリット状光線を制御する空間コード型光線制御手段２１１および位相シフト型光線制御手段２１４が、上記実施形態１の形状計測装置１００と異なる。
この空間コード型光線制御手段２１１には、空間コード型光線制御データメモリ（図１４ではＳ型データメモリと表示）２１２と、レーザコントローラ２１３が含まれて、また、位相シフト型光線制御手段１４には、レーザコントローラ２２１３、および、位相シフト型光線制御データメモリ（Ｐ型データメモリと表示）１５が含まれている。
撮像手段２０は、前記形状計測装置１００と同様に、ＣＣＤカメラ２１と画像メモリ２２とを備える。
【０１３９】
画像情報演算手段２３０は、被測定物Ｍの粗位相θｒを算出する空間コード型位相演算手段２４０と、被測定物Ｍの精細位相θｐを算出する位相シフト型位相演算手段２５０と、これらを合成して被測定物Ｍの形状を算出する合成位相−形状演算手段２６０とを有している。
さらに詳しく言えば、空間コード型位相手段２４０には、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで、各画素毎に明暗の二値化画像情報に変換したうえで格納する空間コード化画像情報取込回路（Ｓ型取込回路と表示）２４１と、二値化画像情報から空間コード化法により空間コード番号Ｓｃを知って、各画素毎に被測定物Ｍの粗位相θｒを算出する粗位相演算回路２４２と、算出された粗位相データを格納する粗位相データメモリ（粗位相メモリと表示）２４３とが含まれている。
【０１４０】
ここで、空間コード化画像情報取込回路２４１は、図１５にその詳細を示すように、二値化演算回路４４と４個の二値化画像情報メモリ（二値化画像メモリと表示）２４５ａ〜２４５ｄとを有している。ここでは、画像メモリ２２から取り込んだ例えば８ビットの階調をもつ各画素毎の明度画像情報を、まず二値化演算回路４４によって各画素分について明暗二値化情報に変換し、その後、二値化画像情報メモリ２４５ａ〜２４５ｄのいずれかに格納する。
【０１４１】
また、位相シフト型画像情報演算手段２５０には、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで格納する位相シフト化画像情報取込メモリ（Ｐ型取込メモリと表示）５１と、画像情報の明度値から位相シフト法により各画素毎に被測定物Ｍの精細位相θｐを算出する精細位相演算回路２５２と、算出された精細位相データを格納する精細位相データメモリ（精細位相メモリと表示）２５３とが含まれている。
なお、位相シフト化画像情報取込メモリ５１には、図１６に示すように、前記実施形態１と同様な、４つの位相シフト化画像情報メモリ（Ｐ型画像メモリと表示）５４ａ〜５４ｄが含まれており、画像メモリ２２から取り込んだ例えば８ビットの階調をもつ各画素毎の明度画像情報を、位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄのいずれかに格納する。
さらに、合成位相−形状演算手段２６０には、対応する画素毎に粗位相データと精細位相データとを合成して合成位相θｃを求める位相合成回路２６１と、この合成位相θｃから被測定物Ｍの形状を演算する形状演算回路２６２とが含まれている。
【０１４２】
さらに、コントロール部２７０には、同期回路２７１とセレクタ７２が含まれている。このうち、同期回路２７１は、ポリゴンミラー５、レーザコントローラ２１３，およびＣＣＤカメラ２１の相互間での撮像等のタイミングを調整する。また、セレクタ７２は、空間コード化法による計測、位相シフト法による計測を切り替える。
さらに、空間コード化法による計測において、セレクタ７２は、レーザコントローラ２１３が空間コード型光線制御データメモリ２１２から読み込むコードの選択（切り替え）および空間コード化画像情報取込回路２４１に取り込み二値化した画像情報を格納する二値化画像情報メモリ２４５ａ〜２４５ｄの選択を行う。
同様に、位相シフト法による計測において、セレクタ７２は、レーザコントローラ２１３が位相シフト型光線制御データメモリ２１５から読み込む制御データの選択（切り替え）および位相シフト型形状演算手段５０に取り込んだ画像情報を格納する位相シフト化画像情報メモリ５４ａ〜５４ｄの選択を行う。
【０１４３】
ここで、空間コード番号Ｓｃと位相との関係について説明する。
本実施形態においては、実施形態１と同様に、１つの空間コード番号Ｓｃが与えられる小空間ＳＳが、それぞれ１周期分の正弦波状パターンの光線で照射される小空間に一致するようにされている。さらに、正弦波状パターンの位相と空間コード化法による小空間ＳＳとの関係は、４種の正弦波状パターンのうちの１つをＩｓ0＝cosθで表したとき、θ＝０，２π，４π…の位置に各小空間ＳＳ同士の境界ＳＳＷが位置するように選択した。
【０１４４】
図１７に、この関係を示す。空間コード番号Ｓｃ＝ｎおよびｎ＋１が与えられた２つの小空間ＳＳについて、各小空間と１周期分の正弦波状パターン（４種類）とがそれぞれ対応している。この２つの小空間の境界において、Ｉｓ０＝cos θ＝１、従って、θ＝０、２π、４π…の関係となるようにされている。
このような関係を有していることから、空間コード番号Ｓｃと正弦波状パターンの位相θとを関係付けることができる。例えば、空間コード番号Ｓｃを、一連の０または正の整数ｎとすれば（Ｓｃ＝０，１，２，３，…，ｎ，…）、空間コード番号ｎは、θｒ＝２ｎπの式によって、位相θ（粗位相θｒ）に換算することができる。
一方、各々の小空間ＳＳ内で、位相シフト法によって、前記(2)式に従い、θ ｐ＝０〜２πの範囲で位相（精細位相θｐ）を求めることができる。
【０１４５】
従って、空間コード化法によって求めた空間コード番号Ｓｃを粗位相θｒに換算したことで、位相シフト法で求めた精細位相θｐと足し合わせるだけで、両方法の結果を合成することができ、合成位相θｃ（＝θｒ＋θｐ＝２ｎπ＋θｐ）を得ることができる。この合成位相θｃは、ｎ＝０、θｐ＝０においてθｃ＝０となるので、関係式が簡単である。しかも、粗位相θｒは、位相シフト法において正弦波の周期性によって無視された２π、４π…の分の位相に相当するものとなる。このため、上記実施形態１で説明したように、予め偏向角αと合成位相θｃとの関係を求めておけば、前記した三角測量の原理に基づいて、前記(1)式に よって、被測定物Ｍの高さＺが求められる。このようにした場合、通常の位相シフト法では無視される２π、４π…の分の位相が、粗位相θｒによって補われるので、算出した高さデータは鋸歯状になるなどの位相連結問題は生じない。従って、算出した高さデータを順につなぎ合わせる補正を行う必要もなく、各画素毎に求めた空間コード番号Ｓｃ及び精細位相θｐから、直ちに高さＺを求めることができる。
【０１４６】
次に、光線を基準面Ｌ（および被測定物Ｍ）に照射するにあたり、空間コード化法によって形成される各小空間および、正弦波状パターンの１周期分の光線がなす各小空間の開き角を等しくした場合（例えば、上記実施形態１の場合、図１８参照）と、上記各小空間に属する基準面Ｌ上の幅が、いずれも等間隔になるようにした場合（図１９参照）、さらに、基準面Ｌから照射中心ＭＲまでの高さhmとＣＣＤカメラ２１の対物レンズの主点ＰＬまでの高さhcを等しくした場合（図２０参照）との違いについて説明する。
【０１４７】
まず、各小空間の開き角を等しくした場合、つまり上記実施形態１に相当する場合について説明する。図１８に示すように、照射中心ＭＲを中心として扇状に拡がり、一連の空間コード番号Ｓｃ（Ｓｃ＝０，１，２，…）が夫々与えられた小空間ＳＳは、その開き角βが各々同じにされている。一方、主点ＰＬから放射状に拡がる線は、ＣＣＤカメラ２１の各画素（図示しない）が見込む光軸（画素光軸）ＰＸＬを示す。被測定物Ｍが無いとした場合、各画素は、これらの画素光軸ＰＸＬと基準面Ｌとの交点ａ０〜ｉ０に照射されるストライプパターンを感知することになる。従って、例えば、交点ｃ０に対応する画素から、空間コード番号Ｓｃ＝２を知るというように、各画素からは、それに対応する交点ａ０〜ｉ０が含まれる小空間ＳＳに応じた空間コード番号Ｓｃを知ることができる。なお、交点ａ０〜ｉ０は等間隔に並ぶ。これらに対応する画素（図示しない）が、等間隔に並んで形成されているからである。
【０１４８】
ここで、一定の高さを有する被測定物Ｍを基準面Ｌ上に置いた場合を想定する。すると、各画素光軸ＰＸＬのうちのいくつかは、この被測定物Ｍの上面との交点（例えば、ｃ１〜ｇ１）を形成する。つまり、これらに対応する画素は、被測定物Ｍの上面を見込むことになる。例えば、もともと基準面Ｌのうち交点ｃ０を見込んでいた画素（図示しない）は、被測定物Ｍの上面のうち交点ｃ１を見込むことになる。これにより、画素が感知する空間コード番号Ｓｃは、Ｓｃ＝２からＳｃ＝３に変化する。従って、空間コード番号Ｓｃが本来の値から変化したことから、被測定物Ｍの存在を検知でき、その高さ（量子化された値ではあるが）を算出することができる。同様に、交点ｅ０を見込む画素が感知する空間コード番号Ｓｃは、被測定物Ｍの存在により、Ｓｃ＝３からＳｃ＝４に変化する。
【０１４９】
しかし、交点ｄ０を見込む画素が感知する空間コード番号Ｓｃは、被測定物Ｍが有ってもなくても、Ｓｃ＝３のまま変化しない。従って、この画素では、被測定物Ｍの存在を検知できない、また、被測定物の高さを算出できない。このことから、上記のように、同じ開き角βをもつ小空間ＳＳを構成するように光線を照射した場合には、同じ高さの被測定物Ｍであっても、その被測定物Ｍの置かれた基準面Ｌ上の位置の違いによって、被測定物Ｍを検出できたりできなかったり、あるいはその高さを算出できたりできなかったりすること、つまり、基準面Ｌ上の位置によって分解能が異なることが判る。開き角βを等しくした場合には、小空間ＳＳ同士の境界ＳＳＷと画素光軸ＰＸＬとの交点のうち隣接するもの同士を順に結ぶ線ＣＬが、基準面Ｌと平行にならないためである。
なお、１周期分の正弦波状パターンの光線で照射される小空間ＳＳについて考察する場合にも同様であるから、位相シフト法によって被測定物Ｍの高さを計測する場合にも、同様に分解能が位置によって変化することが判る。
【０１５０】
ついで、各小空間に属する基準面Ｌ上の幅が、いずれも等間隔になるようにした場合について説明する。図１９に示すように、各小空間ＳＳに属する基準面Ｌ上の幅ｗ、つまり、小空間ＳＳ同士の境界ＳＳＷと基準面Ｌとの交点相互の間隔ｗがいずれも等しくなるように光線を照射する。但し、本図では、基準面Ｌから照射中心ＭＲまでの高さhmと、基準面Ｌから主点ＰＬまでの高さhcとが異なる場合、具体的には、hc＜hmの場合について例示している。
この場合にも、図１９から判るように、小空間ＳＳ同士の境界ＳＳＷと画素光軸ＰＸＬとの交点のうち隣接するもの同士を結ぶ線ＣＬが、基準面Ｌと平行にならない。従って、例えば、破線で示すような被測定物Ｍを基準面Ｌ上に置いた場合、場所により各画素で空間コード番号の変化を検知できるときとできないときとがあることが判る。つまり、基準面Ｌ上の位置によって分解能が変化する。
【０１５１】
最後に、各小空間に属する基準面Ｌ上の幅が、いずれも等間隔になるようにし、かつ、hc＝hmとした場合について説明する。図２０に示すように、hc＝hmとした上で、各小空間ＳＳに属する基準面Ｌ上の幅ｗがいずれも等しくなるように光線を照射する。
この場合には、図２０から判るように、小空間ＳＳ同士の境界ＳＳＷと画素光軸ＰＸＬとの交点のうち隣接するもの同士を結ぶ線ＣＬが、基準面Ｌと平行になる。従って、例えば、図２０に示すように、一定の高さを有する被測定物Ｍを基準面Ｌ上に置いた場合、交点ｃ１〜ｇ１のいずれも、その属する小空間ＳＳの空間コード番号Ｓｃが、被測定物Ｍがない場合（交点ｃ０〜ｇ０の場合）に比べて、１だけ多い数になる。従って、場所によらず各画素で空間コード番号の変化を検知でき、被測定物Ｍの高さが測定できる。つまり、基準面Ｌ上の位置によって分解能が変化しない。このため、被測定物Ｍを基準面Ｌのどの位置に置いたとしても、同様な測定結果が得られることになる。
【０１５２】
なお、１周期分の正弦波状パターンの光線で照射される小空間ＳＳについて考察する場合にも同様であるから、このようにすれば位相シフト法によって被測定物Ｍの高さを計測する場合にも、同様に分解能が位置によって変化しない。
そこで、本実施形態では、この条件に基づいて形状計測を行うようにする。このため、偏向角αが大きくなるにつれて各小空間ＳＳの開き角β（図２０ではβ０〜β８）が次第に小さくするようにされる（β０＞β１＞…＞β８）。つまり、偏向角αと各小空間ＳＳとの関係を考慮して、同期回路２７１およびレーザコントローラ２１３によって、レーザ光源２の点滅間隔やポリゴンミラー５回転等を制御することで、上記条件を実現する。あるいは、十分に速く点滅させうるレーザ光源を用いて、最も開き角βの小さい小空間でも十分な回数点滅できるようにした上で、各小空間内で点滅する回数を制御するようにしても良い。
【０１５３】
まず、セレクタ７２により空間コード化法による計測が選択された場合について説明する。実施形態１と同様に、セレクタ７２からの指示によりレーザコントローラ１３は空間コード型光線制御データメモリ２１２からデータを読み込み、このデータに従ってレーザ光源２の点滅（スイッチング）の制御を行う。この点は実施形態１と同様である。
但し、本実施形態では、この空間コード型光線制御データメモリ２１２には、４ビットのグレイコードを用い（図２１参照）、実施形態１の場合（図４参照）よりも小空間ＳＳの数を少なくし、まず、０〜３のメモリビットのうちの１つを選択してレーザコントローラ１２に読み込む。そして、選択したコードのデータに従って、０〜１５のメモリアドレスの順にレーザ光源２を点滅させる。
上記４ビットのグレイコードに従った４種の光線を照射することで、光線が照射される空間は、空間コード化法により１６ヶ（＝２4ヶ）の一連の空間コード 番号が付された断面略扇状の小空間ＳＳに分割される。
【０１５４】
本実施形態では、被測定物Ｍを図１４に示すように、実施形態１と同様、ＣＣＤカメラ２１で撮像し、画像情報を画像メモリ２２に格納する。同期回路２７１は、１フィールド分の撮像期間中に、スリット状光線が被測定物Ｍを６回走査するように、ＣＣＤカメラ２１の撮像タイミングやポリゴンミラー５の回転数、各鏡面の角度、さらにレーザコントローラ２１３がレーザ光源２を制御するタイミングを制御している。
【０１５５】
空間コード化法により被測定物Ｍの形状を計測するには、空間コード型光線制御データメモリ１２のデータに従ってレーザ光線を照射したときに撮像された画像情報を、セレクタ７２の指示により、画像メモリ２２から空間コード化画像情報取込回路２４１に取り込む。
空間コード化画像情報取込回路２４１については、上記において既に図１５を参照して説明したように、画像メモリ２２から取り込んだ画像情報を、まず二値化演算回路４４によって各画素毎に明暗二値化画像情報に変換し、その後、二値化画像情報メモリ２４５ａ〜２４５ｄのいずれか（例えば２４５ａ）に格納する。
ついで、セレクタ７２の指示によりレーザコントローラ２１３が空間コード型光線制御データメモリ２１２から、先回の撮像に使用しなかったメモリアドレスのコードを読み込み、これに従ってレーザ光源２を点滅させる。このコードに従ったストライプ状パターンの光線により形成された被測定物Ｍの光学像を撮像し、上記と同様に二値化画像情報に変換し、まだ二値化画像情報が格納されていない二値化画像情報メモリ２４５ａ〜２４５ｄのいずれか（例えば２４５ｂ）に格納する。これを、メモリコード０〜３に格納された４種のコードについて行う。
【０１５６】
各二値化画像情報メモリ２４５ａ〜２４５ｄへ各コードに従った二値化画像情報がそれぞれ格納されたら、この４ヶのメモリ２４５ａ〜２４５ｄに格納された二値化画像情報を空間コード型位相演算回路２４２に読み込む。その後、空間コード化法により、各画素毎にその画素が見込む領域の属する小空間ＳＳの空間コード番号Ｓｃを算出する。さらに空間コード番号Ｓｃは粗位相θｒ（＝２ｎπ）に換算され、この粗位相データは、粗位相データメモリ２４３に格納される。
【０１５７】
ついで、セレクタ７２によって位相シフト法による計測が選択された場合について説明する。この場合には、セレクタ７２からの指示によりレーザコントローラ２１３は位相シフト型光線制御データメモリ２１５からデータを読み込んでこのデータに従ってレーザ光源２の制御を行う。位相シフト型光線制御データメモリ２１５データに従ってレーザコントローラ１３がレーザ光源２を制御したときに撮像された画像情報は、位相シフト化画像情報取込メモリ５１に取り込まれる。
【０１５８】
本実施形態でも、照射する光線の照度分布を正弦波状にするのに、上記実施形態１と同様に、第３の手法により積算照射強度Ｉｓを変化させるが、前記したように６回の走査した上で、パルス状点灯を最大３回とすることで、１９（＝３×６＋１）段階に変化させる。また、基準面Ｌ上において走査方向に並んだ３２ヶの小領域ｓについて１周期分の正弦波状パターンを持つ積算照射強度分布を与えるようにした。なお、前記実施形態では、各小空間ＳＳの開き角βを等しくしたので、基準面Ｌ上の小領域ｓの走査方向の幅は、偏向角αが大きいほど小領域ｓの幅も広くなり、等間隔でなかったが、本実施形態では、基準面Ｌが各小空間ＳＳを横切る幅が等しくされているので、各小領域ｓの幅も等しくされる。
【０１５９】
このようにして、実施形態１と同様に、４種の濃淡縞状パターンの光学像をそれぞれ撮像することで、位相シフト法により、前記(2)式で各部分に照射された 光線の位相θM（精細位相θｐ）が算出でき、算出された精細位相データは、精 細位相データメモリ２５３に格納される。
このようにして求めた粗位相θｒおよび精細位相θｐは、位相合成回路２６１において、各画素毎に合成される。具体的には、対応する粗位相θｒと精細位相θｐとを足し合わせて、合成位相θｃ（＝θｒ＋θｐ＝２ｎπ＋θｐ）とする。さらに、形状演算回路２６２において、合成位相θｃに対応する偏向角αと画素の位置ｘとから、(1)式に基づいて、各画素毎に高さＺを算出する。従って、被 測定物Ｍの各部の高さ、即ち、形状が算出できる。以降は、実施形態１と同様に、演算処理部８０及び表示処理部９０によって、断面形状を算出したりワイヤーフレーム処理などを施し、ディスプレイなどに被測定物の形状を表示させる等の処理を行うことができる。
本実施形態では、空間コード番号Ｓｃを粗位相θｒに換算するので、(1)式に よる高さの計算を各画素について１度行えば良く、計算が容易となる。しかも、被測定物Ｍの位置によらず分解能を一定とすることができるので、被測定物Ｍの各部の形状を均一な分解能で、しかも高分解能で計測することができる。
【０１６０】
（実施形態３）
ついで、本発明の第３の実施の形態について、図面と共に説明する。
本実施形態は、上記実施形態２と概略同様であるが、被測定物の高さの計算方法が異なるので異なる点を中心に説明し、同様な部分は省略あるいは簡略に説明する。
上記実施形態２と同様に、本実施形態では、１つの空間コードが与えられる小空間ＳＳと１周期分の正弦波状パターンとを対応させ、基準面のうち各小空間ＳＳに属する基準面上の幅がいずれも等間隔になるようにし、しかも、基準面Ｌから光線の照射中心ＭＲまでの高さhcとＣＣＤカメラの対物レンズの主点ＰＬまでの高さhmとを等しくした。これにより、実施形態２において説明したように（図２０参照）、分解能が基準面Ｌ上のいずれの位置でも一定になる。このことから、上記実施形態２では用いなかったが、以下の示すように、高さＺの計算をさらに容易にすることができる。
【０１６１】
基準面Ｌ上に被測定物Ｍを載置し、その上面の測定点ＭＳの高さＺを測定する場合を考える。
図２２（ａ）に示すように、基準面Ｌから光線の照射中心ＭＲまでの高さhcとＣＣＤカメラの対物レンズの主点ＰＬまでの高さhmとを等しくし、図示しないが、小空間ＳＳに属する基準面上の幅がいずれも等間隔になるように、光線を照射するようにする。ここで、ＣＣＤカメラ２１の光軸Ｕと基準面Ｌとの交点をＬ０とし、光線ＬＧＴが計測点ＭＳに照射されているとする。ここで、計測点ＭＳを照射する光線ＬＧＴと基準面Ｌとの交点をＭＬ０、ＭＳを見込む受光素子２８上の画素の位置をｘM、ＭＬ０を見込む画素の位置をｘL、ｘMとｘLとの間隔をｘ０とする。
この場合、計測点ＭＳは、ＣＣＤカメラ２１の光軸Ｕからずれた位置にある。しかし、上記したように、基準面Ｌ上のどの位置でも分解能が同じであるから、仮想的に被測定物Ｍを移動させた被測定物Ｍ１の上面Ｍ１Ｓの高さを計測しても同じである。従って、図２２（ｂ）に示すように、計測点ＭＳ１が光軸Ｕ上に位置するようにした場合について考察することにする。ここで、計測点ＭＳ１を照射する光線ＬＧＴ１と基準面Ｌとの交点をＭＬ１、Ｌ０とＭＬ１との間隔をｍ１、Ｌ０およびＭＳ１を見込む受光素子２８上の画素の位置をｘL０、ＭＬ１を見 込む画素の位置をｘL１、ｘL０とｘL１との間隔をｘ１とする。
すると、２つの三角形△ＰＬ−ＭＲ−ＭＳ１と△Ｌ０−ＭＬ１−ＭＳ１とは、相似形となるので（△ＰＬ−ＭＲ−ＭＳ１  △Ｌ０−ＭＬ１−ＭＳ１）、
（hm−Ｚ）／ｍ＝Ｚ／ｍ１                        (3)
となる。
一方、２つの三角形△ＰＬ−ｘＬ０−ｘＬ１と△ＰＬ−Ｌ０−ＭＬ１も相似形であるので（△ＰＬ−ｘＬ０−ｘＬ１  △ＰＬ−Ｌ０−ＭＬ１）、
ｘ１／ｆ＝ｍ１／hm                              (4)
となる。この２式(3)(4)から、
Ｚ＝ｘ１・hm2／（ｆ・ｍ＋ｘ１・hm）             (5）
となる。ここで、hm、ｍ、ｆは既知であるので、ｘ１が判れば、tanαの計算を 含む前記(1)式を用いなくても、(5)式によって高さＺを求めることができることが判る。
【０１６２】
受光素子２８の位置ｘMにある画素は、被測定物Ｍを置いたために、本来（被 測定物がなかったとした場合）、位置ｘLにある画素が受光する空間コード番号 Ｓｃや位相θMの光を受光する。同じく、位置ｘL０にある画素は、被測定物Ｍ１により、本来、位置ｘL１の画素で受光するはずの空間コード番号Ｓｃや位相θMの光を受光する。
従って、ｘL０の位置にある画素が、高さＺの被測定物Ｍ１によって、本来、 距離ｘ１だけずれた画素で受けるはずの空間コード番号Ｓｃや位相θMの光を受 光したとすれば、空間コード番号Ｓｃや位相θMのずれ量から、ｘ１を求めるこ とができ、上記(5)式によって、高さＺと求めることができることになる。
【０１６３】
ここで、上記したように、各小空間ＳＳに属する基準面Ｌ上の幅を等間隔としている。また、受光素子２８上の画素が等間隔に並んでいるため、各画素が基準面Ｌを見込む幅も等間隔になる。そこで、例えば、受光素子２８の受光領域の幅Ｗ(mm)にＶヶの単位受光素子（画素）が並んでいるとし、１つの空間コード番号を与える小空間ＳＳに属する基準面Ｌ上の領域を、各々Ｐヶの画素が見込むとする。位置ｘL０にある画素が、本来受光して検知する空間コード番号から、ＮＣ ヶずれた空間コード番号（これは、間隔ｘ１だけ離れた位置ｘＬ１にある画素が検知するはずであった）を検知したとすると、ｘ１は、
ｘ１＝ＮＣ・Ｐ・Ｗ／Ｖ                  (6)
によって求めることができる。
一方、間隔ｘ０は、被測定物Ｍが置かれた基準面Ｌ上の位置で異なる値となるが、前記したように、分解能は位置に依存しない。つまり、空間コード番号Ｓｃのずれ量は、高さＺにのみ依存するので、空間コード番号Ｓｃのずれ量も、基準面Ｌ上のいずれの位置にあっても同じになる。つまり、高さＺの被測定物を基準面上のどの位置に置いても、空間コード番号Ｓｃのずれ量は同じ値になる。従って、位置ｘMにおける画素が、本来受光するはずであった光と実際に受けた光と の間の空間コード番号Ｓｃの空間コード番号ずれ量（以下、単に番号ずれ量ともいう）ＮＣを用いて、上記(6)式からｘ１を求めることができ、(5)式に(6)式を 代入して、
Ｚ＝ＮＣ・Ｐ・Ｗ・hm2／（Ｖ・ｆ・ｍ＋ＮＣ・Ｐ・Ｗ・hm）    (7)
により、高さＺ（粗形状）を求めることができる。
このためには、被測定物Ｍを無くして基準面Ｌを照射した場合に、演算されるはずの基準空間コード番号Ｓｃｂを各画素毎に基準として記憶しておき、これに対して、実際に得られた空間コード番号Ｓｃとの番号ずれ量ＮＣを算出すればよい。
【０１６４】
同様に、位相θMについても、高さＺが等しければ、基準面Ｌ上の位置に拘わ らず、位相のずれ量は同じになる。従って、１周期分（２π(rad)＝３６０(deg)）の正弦波状パターンをＰヶの画素で見込み、位置ｘL０にある画素が、本来受 光する位相に対してＮＰ(deg)ずれた位相の光線を受光したとすると、
ｘ１＝ＮＰ・Ｐ・Ｗ／（３６０・Ｖ）          (8)
となる。この(8)式を(5)式に代入して、
Ｚ＝ＮＰ・Ｐ・Ｗ・hm2／（３６０・Ｖ・ｆ・ｍ＋ＮＰ・Ｐ・Ｗ・hm）  (9)
により、高さＺ（細部形状）を求めることができる。
このためには、被測定物Ｍを無くして基準面Ｌを照射した場合に、演算されるはずの基準位相θMｂを各画素毎に基準として記憶しておき、これに対して、実 際に得られた位相θMとの位相ずれ量ＮＰを算出すればよい。
このようにすれば、上記(7)式および(8)式でそれぞれ求めた２つの高さＺから、これらを足し合わせることで、tanの計算などをすること無しに、容易に被測 定物Ｍの形状を求めることができる。
【０１６５】
本実施形態にかかる形状計測装置３００を図２３に示す。この形状計測装置３００は、上記実施形態２の形状計測装置２００（図１４参照）と概略同様の構成を有するが、画像情報演算手段３３０が異なる。この画像情報演算手段３３０は、被測定物Ｍの粗形状を算出する空間コード型形状演算手段３４０と、被測定物Ｍの細部形状を算出する位相シフト型形状演算手段３５０、および前記実施形態１と同じく粗形状と細部形状とを合成して被測定物Ｍの形状を算出する形状合成演算手段６０とを有している。
【０１６６】
さらに詳しく言えば、空間コード型形状演算手段３４０には、実施形態２と同様な空間コード化画像情報取込回路（Ｓ型取込回路と表示）２４１と、空間コード番号ずれ量演算回路（番号ずれ量演算回路と表示）３４２と、粗形状演算回路３４４と、実施形態１と同様な粗形状データメモリ（粗形状メモリと表示）４３とが含まれている。
【０１６７】
ここで、空間コード化画像情報取込回路２４１は、撮像手段２０から画像情報を取り込んで明暗の二値化画像情報に変換したうえで格納する。空間コード番号ずれ量演算回路３４２は、各画素毎に二値化画像情報から空間コード番号Ｓｃを演算し、さらに基準空間コード番号Ｓｃｂとの空間コード番号ずれ量ＮＣを算出する。粗形状演算回路３４４は、番号ずれ量ＮＣから被測定物Ｍの粗形状を算出する。粗形状データメモリ４３は、算出された粗形状データを格納する。
なお、図２４に示すように、空間コード番号ずれ量演算回路３４２は、基準空間コード番号Ｓｃｂを記憶している基準空間コード番号メモリ３４６と、二値化画像情報から空間コード番号Ｓｃを演算し、さらに、各画素について基準空間コード番号Ｓｃｂとの番号ずれ量ＮＣを算出する番号・番号ずれ量演算回路３４５とを有する。
また、実施形態２と同様に、空間コード化画像情報取込回路２４１には、二値化演算回路４４と４個の二値化画像情報メモリ（二値化画像メモリと表示）２４５ａ〜２４５ｄとを有している。
【０１６８】
また、位相シフト型形状演算手段３５０には、実施形態１，２と同様の位相シフト化画像情報取込メモリ（Ｐ型取込メモリと表示）５１と、位相ずれ量演算回路３５２と、細部形状演算回路３５４と、実施形態１と同様な細部形状データメモリ（細部形状メモリと表示）５３とが含まれている。
ここで、位相シフト化画像情報取込メモリ５１は、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで格納する。位相ずれ量演算回路３５２は、各画素毎に画像情報から位相θMを演算し、さらに基準位相θMｂとの位相ずれ量ＮＰを算出する。細部形状演算回路３５４は、位相ずれ量ＮＰから被測定物Ｍの細部形状を算出する。細部形状データメモリ５３は、算出された細部形状データを格納する。
なお、図２５に示すように、位相ずれ量演算回路３５２は、基準位相θMｂを 記憶している基準位相メモリ３５６と、画像情報から位相θMを演算し、さらに 、各画素について基準位相θMｂとの位相ずれ量ＮＰを算出する位相・位相ずれ 量演算回路３５５とを有する。
【０１６９】
このような形状計測装置３００によれば、空間コード化法及び位相シフト法によって各画素毎に空間コード番号Ｓｃや位相θMを得て、番号ずれ量ＮＣや位相 ずれ量ＮＰから、複雑で時間の掛かるtanの計算を無くして、容易に粗形状およ び細部形状を得、さらに、足し合わせることで容易に、しかも広いダイナミックレンジで、高分解能で被測定物の形状を得ることができる。
なお、本実施形態においては、上記実施形態１、２と同様に、各画素毎に粗形状データと細部形状データを足し合わせれば足り、位相シフト法において生じる高さデータの不連続解消のための補正作業が不要であることは、もちろんである。また、上記実施形態２と同様に、被測定物Ｍを基準面Ｌ上のいずれの位置に置いても、均一な分解能が得られることも言うまでもない。したがって、被測定物Ｍの各部の形状を均一な分解能で、しかも高分解能で計測することができる。
また、本実施形態では、基準空間コード番号Ｓｃｂおよび基準位相θMｂを予 めメモリ３４６，３５６に記憶させておいたが、被測定物Ｍの計測の前、または後に基準面Ｌに光線を照射して、この画像情報から基準空間コード番号Ｓｃｂや基準位相θMｂを得るようにしても良い。
【０１７０】
（実施形態４）
さらに、第４の実施の形態を図面と共に説明する。
本実施形態は、上記実施形態３と概略同様であり、空間コード番号ずれ量ＮＣおよび位相ずれ量ＮＰを用いて、被測定物の形状を演算するが、１つの空間コード番号を与えられる小空間と正弦波状パターンのとの関係、および、被測定物の高さの計算方法が異なるので異なる点を中心に説明し、同様な部分は省略あるいは簡略に説明する
実施形態１〜３においては、いずれも、１つの空間コード番号Ｓｃが与えられる小空間ＳＳと、１周期分の正弦波状パターンで照射される小空間とが一致する関係とされていた。これに対し、本実施形態では、図２６に示すように、１つの空間コード番号Ｓｃが与えられる小空間ＳＳは、１／２周期分の正弦波状パターンで照射される小空間と一致する関係とされている。このようにしても、位相連結問題を解決し、空間コード化法による計測結果と位相シフト法による計測結果とを、容易に合成することができる。
【０１７１】
さらに、本実施形態では、正弦波状パターンの位相と空間コード化法による小空間ＳＳとの関係は、４種の正弦波状パターンのうちの１つをＩｓ0＝cosθで表したとき、θ＝−π／２、π／２，３π／２、５π／２，…の位置に各小空間ＳＳ同士の境界ＳＳＷが位置するように選択した。このようにすると、前記(2)式 で算出される位相θMが、−π／２〜π／２の範囲で計算される。
前記(2)式では、位相θMを算出するのにarctanの計算を伴う。関数tanθは、tanθ＝tan(θ＋π)であるから、そのグラフを考えれば容易に判るように、１周 期分の範囲であるθ＝−π〜π（あるいは０〜２π）の範囲において、同じ値となる位相が２つずつ存在する。従って、arctanの計算のみでは、−π〜πの範囲にある２つの位相のうち、実際の値がどちらであるかを判別することができない。従って、上記実施形態１〜３のように、実際に(2)式で位相θMを算出するには、arctanの計算とは別に、Ｉ３−Ｉ１およびＩ０−Ｉ２の正負を判別して、位相θMが第１〜第４象限のうちのどの象限に有るかを判別する必要がある。
これに対して、本実施形態のように、位相θMが、θM＝−π／２〜π／２の範囲で計算されるようにすると、この範囲では、位相θMが一義的に定まるので、 上記のようにして、位相θMの属する象限を判断する必要がない。従って、さら に容易に位相θMを求めることができる。
【０１７２】
空間コード番号Ｓｃと正弦波状パターンの位相θとを上記のような関係にすることにより、空間コード番号Ｓｃは位相に換算することができ、図２６に示すように、空間コード番号Ｓｃ＝０，１，２…ｎ，ｎ＋１，…としたとき、空間コード番号ｎは、θｒ＝ｎπの式によって、位相θ（粗位相θｒ）に換算することができる。一方、各々の小空間ＳＳ内で、位相シフト法によって、前記(2)式に従 い、θ＝−π／２〜π／２の範囲で位相θM（精細位相θｐ）を求めることがで きる。従って、実施形態２と同様に、空間コード化法によって求めた空間コード番号Ｓｃを粗位相θｒに換算したことで、位相シフト法で求めた精細位相θｐと足し合わせるだけで、両方法の結果を合成することができ、合成位相θｃ（＝θｒ＋θｐ＝ｎπ＋θｐ）を得ることもできる。この合成位相θｃは、ｎ＝０、θｐ＝０で、θｃ＝０となるので、関係式が簡単である。
【０１７３】
ところで、実施形態３においては、合成位相θｃや粗位相θｒ、精細位相θｐから直接(1)式によって高さＺを求めないで、基準空間コード番号Ｓｃｂや基準 位相θｂを用いて番号ずれ量ＮＣおよび位相ずれ量ＮＰを求め、(7)および(9)式により、簡易に粗形状及び細部形状を求め、これを足し合わせて被測定物の形状を求めた。
そこで、本実施形態でも、合成位相θｃや粗位相θｒ、精細位相θｐから、番号ずれ量ＮＣおよび位相ずれ量ＮＰを求める手法をとる。ただし、実施形態３と異なり、番号ずれ量ＮＣを換算して換算位相ずれ量ＮＤとし、これと位相ずれ量ＮＰとを足し合わせて合成位相ずれ量ＮＰＤ（＝ＮＤ＋ＮＰ）を求め、(9)式に この合成位相ずれ量ＮＰＤを適用して形状を求める。つまり、前記(9)式のＮＰ をＮＰＤに代えて、
Ｚ＝ＮＰＤ・Ｐ・Ｗ・hm2／（３６０・Ｖ・ｆ・ｍ＋ＮＰＤ・Ｐ・Ｗ・hm）  (10)
により求める。これにより、簡易な(10)式により、容易に被測定物の形状を求めることができる。しかも、実施形態３に比べても、番号ずれ量ＮＣから粗形状を求める必要がないので、計算が容易になる。
なお、図２６から容易に判るように、空間コード番号Ｓｃの値がｎからｎ＋１に変化したとき、粗位相θｒの値はｎπから(ｎ＋１)πに変化するのであるから、番号ずれ量ＮＣを換算位相ずれ量ＮＤに換算するには、ＮＤ＝π・ＮＣとすればよい。従って、ＮＰＤ＝ＮＤ＋ＮＰ＝π・ＮＣ＋ＮＰであるので、上記(10)式 は、下記のようになる。
【０１７４】
【数１】
0003914638.tif 000002
【０１７５】
ついで、本実施形態にかかる形状計測装置４００を図２７に示す。この形状計測装置４００は、上記実施形態３の形状計測装置３００（図２３参照）と概略同様の構成を有するが、画像情報演算手段４３０が異なる。この画像情報演算手段４３０は、被測定物Ｍの番号ずれ量ＮＣを算出する空間コード型ずれ量演算手段４４０と、被測定物Ｍの位相ずれ量ＮＰを算出する位相シフト型ずれ量演算手段３５０、および番号ずれ量ＮＣと位相ずれ量ＮＰとを合成して被測定物Ｍの形状を算出する形状演算手段４６０とを有している。
【０１７６】
さらに詳しく言えば、空間コード型ずれ量演算手段４４０には、実施形態２、３と同様な空間コード化画像情報取込回路（Ｓ型取込回路と表示）２４１と、実施形態３と同様な空間コード番号ずれ量演算回路（番号ずれ量演算回路と表示）３４２と、番号ずれ量データメモリ（番号ずれ量メモリと表示）４４３とが含まれている。
ここで、空間コード化画像情報取込回路２４１は、撮像手段２０から画像情報を取り込んで明暗の二値化画像情報に変換したうえで格納する。空間コード番号ずれ量演算回路３４２は、各画素毎に二値化画像情報から空間コード番号Ｓｃを演算し、さらに基準空間コード番号Ｓｃｂとの空間コード番号ずれ量ＮＣを算出する。番号ずれ量データメモリ４４３は、算出された番号ずれ量データを格納する。
なお、図２８に示すように、実施形態３と同様、空間コード番号ずれ量演算回路３４２は、基準空間コードメモリ３４６と番号・番号ずれ量演算回路３４５とを有する。また、実施形態２、３と同様に、空間コード化画像情報取込回路２４１には、二値化演算回路４４と４個の二値化画像情報メモリ（二値化画像メモリと表示）２４５ａ〜２４５ｄとを有している。
【０１７７】
また、位相シフト型ずれ量演算手段４５０には、実施形態１〜３と同様の位相シフト化画像情報取込メモリ（Ｐ型取込メモリと表示）５１と、実施形態３と同様な位相ずれ量演算回路３５２と、位相ずれ量データメモリ（位相ずれ量メモリと表示）４５３とが含まれている。
ここで、位相シフト化画像情報取込メモリ５１は、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで格納する。位相ずれ量演算回路３５２は、各画素毎に画像情報から位相θMを演算し、さらに基準位相θMｂとの位相ずれ量ＮＰを算出する。位相ずれ量データメモリ４５３は、算出された位相ずれ量データを格納する。
なお、図２９に示すように、実施形態３と同様、位相ずれ量演算回路３５２は、基準位相メモリ３５６と位相・位相ずれ量演算回路３５５とを有する。
【０１７８】
また、形状合成演算手段４６０は、各画素毎に、番号ずれ量ＮＣを換算位相ずれ量ＮＤに換算し、これを位相ずれ量ＮＰと足し合わせて合成位相ずれ量ＮＰＤを求めるずれ量合成回路４６１と、上記(10)式に基づき、被測定物の形状を求める形状演算回路４６２とを有する。
なお、上記では、形状合成演算手段４６０を２つの回路（ずれ量合成回路４６１と形状演算回路４６２）で構成したが、前記(11)式を用いて、番号ずれ量ＮＣと位相ずれ量ＮＰとから、一挙に被測定物の形状を求めるようにしても良い。
【０１７９】
このような形状計測装置４００によれば、各画素毎に空間コード番号Ｓｃや位相θMを得て、番号ずれ量ＮＣや位相ずれ量ＮＰを算出し、複雑で時間の掛かるtanの計算することなく、容易に被測定物の形状を得ることができる。さらに、番号ずれ量ＮＣを換算位相ずれ量ＮＤに換算するので、実施形態３に比べても容易に、しかも広いダイナミックレンジで、高分解能で被測定物の形状を得ることができる。
なお、本実施形態においては、上記実施形態１〜３と同様に、位相シフト法において生じる高さデータの不連続解消のための補正作業が不要である。また、上記実施形態２、３と同様に、被測定物Ｍを基準面Ｌ上のいずれの位置に置いても均一な分解能が得られるので、被測定物Ｍの各部の形状を均一な分解能で、しかも高分解能でく計測することができる。
また、上記実施形態１〜４においては、積算照射強度Ｉｓを正弦波状に分布させるのに３つ挙げた手法のうち、第３の手法によってが、第１、第２の手法によっても良い。
【０１８０】
（実施形態５）
上記実施形態１〜４においては、空間コード化法による計測と位相シフト法により計測の両方を行ったものについて説明した。本実施形態では、位相シフト法による計測で被測定物Ｍの形状を計測するものを示す。
図３０は本発明の実施形態５にかかる形状計測装置５００の説明図である。本実施形態の形状計測装置５００は、実施形態１において説明した形状計測装置とほぼ同じ構成を有する。ただし、空間コード化法による計測を行わず、また、粗形状とデータと細部形状データとの合成も行わないので、空間コード型光線制御データメモリ１２や空間コード型形状演算手段４０、形状合成演算手段６０、セレクタ７２が除かれている。また、後述するように形状演算において若干異なる処理を行うため、位相シフト型演算回路（Ｐ型演算回路と表示）５５２、形状データメモリ（形状メモリと表示）５５３となっている。即ち、形状計測装置５００は、基準面Ｌに載置された被測定物Ｍに光線を照射する光線照射手段１０と、光線を照射されてできる光学像を撮像する撮像手段２０と、撮像された画像情報から被測定物Ｍの高さや形状を算出する位相シフト型形状演算手段５５０と、コントロール部７０とを有している。
【０１８１】
また、位相シフト型画像情報演算手段５５０には、撮像手段２０からの画像情報を取り込んで格納する位相シフト化画像情報取込メモリ（Ｐ型取込メモリと表示）５１と、画像情報の明度値から位相シフト法により被測定物の細部形状を算出し、さらに、不連続なデータをつないで被測定物の形状を算出する位相シフト型演算回路５５２と、算出された形状データを格納する形状データメモリ５５３とが含まれている。
さらに、コントロール部７０には、同期回路７１が含まれている。
【０１８２】
本実施形態の形状計測装置５００の各部の動作は、実施形態１の形状計測装置１００における各部とほぼ同じであるので、同じ部分の説明は省略し、これと異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８３】
各位相シフト化画像情報取込メモリ５１内に位相シフト化画像情報がそれぞれ格納されたら、このメモリ５１に格納された４フィールド分の位相シフト化画像情報を位相シフト型演算回路５５２に読み込み、まず実施例１と同様に位相シフト法と三角測量の原理に従って被測定物Ｍの形状（細部形状）を算出する。算出された細部形状データＤ２は、実施形態１において説明したように、位相がπおよび−πとなる点で不連続になる（図３１(a)参照）。そこで、図３１(a)に示すように、算出された細部形状データＤ２のうち、不連続点Ｊ１〜Ｊ６およびＫ１〜Ｋ６を、被測定物Ｍが滑らかな連続的形状であると仮定して、同じ高さと見なして補正する。即ち、それぞれ対応する点（例えばＪ１とＫ１、Ｊ２とＫ２・・）を同じ高さとしてデータＤ２をつなぎあわせる。これにより、図３１(b) に示すように、被測定物Ｍの形状データＤＭを得ることができる。
【０１８４】
本実施形態によれば、被測定物Ｍの形状（高さ）に不連続な部分がある場合に補正が困難となるが、空間コード化法による測定が不要である点で、計測が簡易になり、高い分解能の計測が可能である。
なお、本実施形態において、積算照射強度Ｉｓを正弦波状パターンとするのに、実施形態１と同様に１フレーム分の撮像期間内に、６回走査を行い、さらに、各々最大４回のパルス状点灯を行って、２５（＝４×６＋１）段階に積算照射強度Ｉｓを変化させたが、その他、実施形態１において説明した第１，第２の手法に従って、積算照射強度Ｉｓを他段階に変化させるようにしても良い。
【０１８５】
（実施形態６）
ついで、本発明の第６の実施の形態について、図面と共に説明する。
本実施形態においては、上記実施形態２と同様に、基準面Ｌのうち、１周期分の正弦波状パターンの光線にそれぞれ照射される小空間ＳＳに属する幅を、いずれも等間隔にした（図２０参照）。つまり、基準面Ｌ上に照射された光線のパターンを見たとき、基準面Ｌ上のいずれの部分でも波長が一定となるように光線を照射した。このようにした場合、前記したように、基準面Ｌ上のいずれの位置に被測定物を置いても、分解能が一定に保たれる。
このようにするため、図３２に示す本実施形態の形状計測装置６００は、実施形態５の形状計測装置５００とほぼ同様な構成を有するが、実施形態２と同様に、位相シフト型光線制御手段６１４（レーザコントローラ６１３および位相シフト型光線制御データメモリ６１４）やコントロール部６７０の同期回路６７１が、形状計測装置５００のそれと異なっている。
また、位相シフト型画像情報演算手段６５０において、位相シフト型演算回路（Ｐ型演算回路と表示）６５２では、位相シフト法によって前記(2)式から位相 θMを求め、三角測量の原理から(1)式に従って高さＺを求め、実施形態５と同様に、不連続点を補正する。このようにして求めた高さデータ（形状データ）は、上記したように、位置に拘わらず分解能が一定になるので、被測定物Ｍの各部の形状を均一な分解能で、しかも高分解能で計測することができる。
【０１８６】
なお、本実施形態では求めた位相θMから、直接(1)式を用いて高さＺと算出したが、前記実施形態３，４と同様に、被測定物Ｍを無くして基準面Ｌを照射した場合に、演算されるはずの位相θMｂを各画素毎に基準位相として記憶しておき 、これに対して、実際に得られた位相θMとの位相ずれ量ＮＰを算出し、位相ず れ量ＮＰから、上記(9)式によって高さＺを算出しても良い。このようにすれば 、複雑なtanの計算をすること無しに、容易に高さＺを算出することができる。
【０１８７】
以上において、本発明を実施形態１〜６に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、１つの空間コード番号が与えられる小空間が、１周期または１／２周期分の正弦波状パターンの光線で照射される小空間と一致する関係としたが、１周期以下の他の値と対応するようにしても良く、例えば、１／４周期などと対応させるようにしても良い。また、上記実施形態では、レーザ光源を用いたが、十分な光量を確保できるならば、他の光源を用いても良い。
また、上記実施形態２〜５においても、実施形態１で説明したのと同様に、各画素について、空間コード番号や番号ずれ量、あるいは位相や位相ずれ量を求めたら、予め作成しておいたデータテーブルを用いて、粗形状や細部形状、あるいは被測定物の形状を求めるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかる形状計測装置の説明図である。
【図２】空間コード化画像情報取込回路の内容を説明するための説明図である。
【図３】位相シフト化画像情報取込メモリの内容を説明するための説明図である。
【図４】空間コード型光線制御データメモリのデータ内容を説明するための説明図である。
【図５】積算照射強度を変化させる第１の手法を説明するための説明図である。
【図６】積算照射強度を変化させる第１の手法の変形例を説明するための説明図である。
【図７】積算照射強度を変化させる第２の手法を説明するための説明図である。
【図８】積算照射強度を変化させる第３の手法を説明するための説明図である。
【図９】第３の手法によって積算照射強度を正弦波状に分布させた例である。
【図１０】粗形状データと細部形状データとを合成する様子を説明する説明図である。
【図１１】三角測量による高さ計測を説明する説明図である。
【図１２】空間コード化法における偏向角の求め方を説明する説明図である。
【図１３】位相シフト法により位相を求める方法を説明するための説明図である。
【図１４】実施形態２にかかる形状計測装置の説明図である。
【図１５】実施形態２にかかる空間コード化画像情報取込回路の内容を説明するための説明図である。
【図１６】実施形態２にかかる位相シフト化画像情報取込メモリの内容を説明するための説明図である。
【図１７】空間コード番号と正弦波状パターンとの関係、空間コード番号から求めた粗位相θｒ、正弦波状パターンから求めた精細位相θｐおよび合成位相θｃの関係を示す説明図である。
【図１８】光線によって形成される小空間の開き角が等しくなるように照射した場合の分解能を説明する説明図である。
【図１９】光線によって形成される小空間のうち、基準面上の間隔を等しくして照射した場合の分解能を説明する説明図である。
【図２０】光線によって形成される小空間のうち、基準面上の間隔を等しく、かつ基準面から照射中心までの高さhmと対物レンズの主点hcを等しくして照射した場合の分解能を説明する説明図である。
【図２１】実施形態２にかかる空間コード型光線制御データメモリのデータ内容を説明するための説明図である。
【図２２】図２０に示す場合において、高さＺを簡略に求める計算式の導出を説明する説明図であり、（ａ）は被測定物を移動させる前、（ｂ）は被測定物を仮想的に移動させた状態を示す説明図である。
【図２３】実施形態３にかかる形状計測装置の説明図である。
【図２４】実施形態３にかかる空間コード型形状演算手段の内容を説明するための説明図である。
【図２５】実施形態３にかかる位相シフト型形状演算手段の内容を説明するための説明図である。
【図２６】実施形態４にかかる形状計測装置において、空間コード番号と正弦波状パターンとの関係、空間コード番号から求めた粗位相θｒ、正弦波状パターンから求めた精細位相θｐおよび合成位相θｃの関係を示す説明図である。
【図２７】実施形態４にかかる形状計測装置の説明図である。
【図２８】実施形態４にかかる空間コード型形状演算手段の内容を説明するための説明図である。
【図２９】実施形態４にかかる位相シフト型形状演算手段の内容を説明するための説明図である。
【図３０】実施形態５にかかる形状計測装置の説明図である。
【図３１】細部形状データの補正方法を説明する説明図である。
【図３２】実施形態６にかかる形状計測装置の説明図である。
【図３３】空間コード化法を用いた従来の形状計測装置の構成を示す図である。
【図３４】位相シフト法を用いた従来の形状計測装置の構成を示す図である。
【図３５】被測定物を空間コード化法および位相シフト法で形状を計測したときの形状データの説明図である。
【符号の説明】
１                                      光源
２                                      レーザ光源
４                                      光線走査手段
１０，２１０                            光線照射手段
１１，２１１                            空間コード型光線制御手段
１４，２１４，６１４                    位相シフト型光線制御手段
２０                                    撮像手段
２１                                    ＣＣＤカメラ
３０，２３０，４３０                    画像情報演算手段
４０，２４０，３４０，４４０            空間コード型形状演算手段
５０，２５０，３５０，４５０，５５０，６５０  位相シフト型形状演算手段
６０，２６０，４６０                    形状合成演算手段
７０，２７０，６７０                    コントロール部
１００，２００，３００，４００，５００，６００  形状計測装置
Ｍ                                      被測定物
Ｌ                                      基準面
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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