(57)【要約】【課題】投光装置の実部品点数を削減し、小型化を実現できる形状計測装置を得る。【解決手段】ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部４を介して投光装置３に伝送すると共に、伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して撮像装置２より撮像された画像に基づいて対象物１の形状を計測する形状計測部５とを備えた形状計測装置において、投光装置３は、光源８、コリメート光学系９、平行ビームを走査する偏向走査装置１１、平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系１０、ビーム制御光学系の反射光を受光する２つの受光素子１２ａ，１２ｂを有し、ビーム制御光学系１０は、平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部１４、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部１５を有し、伝送制御部４は、２つの受光素子の受光信号に基づいて偏向走査装置の走査時間を制御する。【選択図】図２
2009258089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対してビームを照射する投光装置と、
ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、
前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、
ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部と
を備えた形状計測装置において、
前記投光装置は、光を出射する光源と、前記光源からの出射光を平行ビームとするコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、前記ビーム制御光学系の反射光を受光する２つの受光素子を有し、
前記ビーム制御光学系は、前記平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部と、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部とを有し、
前記伝送制御部は、前記２つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御する
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状計測装置において、
前記レンズ部は、トロイダルレンズである
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の形状計測装置において、
前記偏向走査装置は、半導体振動ミラーである
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の形状計測装置において、
前記光源の発光光量を前記偏向走査装置の角速度に逆比例して変動させる
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の形状計測装置において、
前記受光素子は、二分割のフォトダイオードである
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項６】
請求項３から５までのいずれか１項に記載の形状計測装置において、
前記２つの受光素子のうち、一方の受光素子の受光信号に基づいて、パターン照射の開始時間を決定する
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項７】
請求項３から５までのいずれか１項に記載の形状計測装置において、
前記２つの受光素子のうち、一方の受光素子の受光信号の出力タイミングと、次回の出力タイミングの中点を基準として、パターン照射の開始時間を決定する
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項８】
対象物に対してビームを照射する投光装置と、
ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、
前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、
ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部と
を備えた形状計測装置において、
前記投光装置は、光を出射する第一の光源と、前記光源からの出射光を第一の平行ビームとする第一のコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、光を出射する第二の光源と、前記光源からの出射光を第二の平行ビームとする第二のコリメート光学系と、第二の光源から出射され前記偏向走査装置の反射光を受光する２つの受光素子を有し、
前記偏向走査装置は、半導体振動ミラーであり、
前記ビーム制御光学系は、前記第一の平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部を有し、
前記伝送制御部は、前記２つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御する
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の形状計測装置において、
前記レンズ部は、位置によって透過率が異なるレンズであり、
前記受光素子は、レンズ部における反射光の一部を受光する
ことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１０】
請求項３から９までのいずれか１項に記載の形状計測装置において、
前記半導体振動ミラーは、パルス電流を周期的に与えることによって駆動され、
前記二つの受光素子のうち、第一の受光素子の受光信号間隔に基づいて、前記パルス電流の電流値を制御し、
第一の受光素子と第二の受光素子の受光信号間隔に基づいて、前記パルス電流のパルス幅を制御する
ことを特徴とする形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学的な三次元形状計測方法の一つとして広く知られている空間コード化法を用いた形状計測装置に関し、特に、空間コード化法に必要な直線スリット光を生成する投光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の形状計測装置として、レーザ光源と、偏向照射装置と、撮像装置とを備え、偏向照射装置により対象物に対してスリット光を照射し、撮像装置により得られた画像から対象物の形状計測を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ビームの有効走査領域の外側両端に折り返しミラーを配置し、走査ビームを受光素子に導くことにより、両者の検出時間差を測定することで、ミラーの動作を制御するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−７５４３０号公報（段落００１６−００１７及び図１）
【特許文献２】特開２００５−３０５７７０号公報（段落００２６−００２７及び図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１では、偏向照射装置として、スリット形状に整形されたレーザ光をガルバノミラーやポリゴンミラーで偏向走査するもので、これらのミラーは駆動部に電磁力を利用したモータが利用されていることが一般的であり、摩擦による性能や耐久性の劣化が生じ、また、装置の小型化が困難であるという問題がある。
【０００６】
また、上述した特許文献２では、ビームの有効走査領域の両端に折り返しミラーを配置し、ビームを受光素子に導き、受光素子で受光する時間差を測定することにより、ミラーの動作を制御するものであり、ミラーを配置するスペースが必要であり、装置の小型化が困難であるという問題がある。
【０００７】
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、投光装置の実部品点数を削減し、小型化を実現できる形状計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る形状計測装置は、対象物に対してビームを照射する投光装置と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部とを備えた形状計測装置において、前記投光装置は、光を出射する光源と、前記光源からの出射光を平行ビームとするコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、前記ビーム制御光学系の反射光を受光する２つの受光素子を有し、前記ビーム制御光学系は、前記平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部と、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部とを有し、前記伝送制御部は、前記２つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、対象物に対してビームを照射する投光装置と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部とを備えた形状計測装置において、前記投光装置は、光を出射する第一の光源と、前記光源からの出射光を第一の平行ビームとする第一のコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、光を出射する第二の光源と、前記光源からの出射光を第二の平行ビームとする第二のコリメート光学系と、第二の光源から出射され前記偏向走査装置の反射光を受光する２つの受光素子を有し、前記偏向走査装置は、半導体振動ミラーであり、前記ビーム制御光学系は、前記第一の平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部を有し、前記伝送制御部は、前記２つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、投光装置に、ビームを受光素子に導くミラー部とビームをスリット形状に整形するレンズ部を組み合わせたビーム制御光学系を適用することで、投光装置の小型化及び長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る形状計測装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る投光装置３の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る投光装置３の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に関する伝送制御部４における受光信号処理のタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３に係る半導体振動ミラーの振動とビームのスキャン角度を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るビームの振動角度、受光素子の出力タイミング、パターンの発光タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４に係るビームの振動角度、受光素子の出力タイミング、パターンの発光タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】この発明の実施の形態４に係るビームの振動角度が変動した場合における、パターン照射開始位置のずれを示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る投光装置を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係るビームの振動とビームのスキャン角度を示す模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係るビームの振動角度、受光素子の出力タイミング、及びパターンの発光タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る投光装置を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態７に係るビームの振動角度、受光素子の出力タイミング、パターンの発光タイミング、及び半導体振動ミラーの駆動電流を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る形状計測装置の構成を示す図である。図１に示す形状計測装置は、対象物１に対してビームを照射する投光装置３と、ビームの照射範囲を撮像し、取得した画像を伝送制御部４に伝送する撮像装置２と、形状計測部５からの制御信号に基づいて投光装置３及び撮像装置２を同期して駆動制御すると共に、撮像装置２より伝送された画像を形状計測部５に伝送する伝送制御部４と、ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部４を介して投光装置３に伝送すると共に、伝送制御部４を介して伝送される照射パターンに対応する画像に基づいて対象物１の形状を計測する形状計測部５により構成されている。なお、撮像装置２はレンズとＣＣＤを組み合わせて構成することが可能である。
【００１３】
次に、本形状計測装置の動作について説明する。投光装置３は、スリット状のビームを対象物１に対して、明滅しながら走査する。この結果として、対象物１上には明暗パターンが照射される。撮像装置２は、対象物１の形状に応じた明暗パターンを撮像し、伝送制御部４にその画像を伝送する。撮像装置２において明暗パターンを撮像するためには、撮像装置２の撮像タイミングと、投光装置３の走査タイミングを同期させる必要があるため、伝送制御部４では、そのタイミング信号を撮像装置２と投光装置３に伝送し、両者の同期動作を実現する。形状計測部５は、投光装置３によって生成される明暗パターンの照射パターン信号を生成し、伝送制御部４を介して投光装置３に伝送する。このとき、撮像装置２によって得られた画像における明暗パターンは、対象物１の形状を反映した歪みを有することになるため、形状計測部５においてこの歪みを元に対象物１の形状を計測する。
【００１４】
ここで、投光装置３は、図２に示す構成を有する。投光装置３は、図２に示すように、光を出射する光源８と、光源８からの光を平行光とするコリメート光学系９と、コリメート光学系９によって生成された平行光を反射し、一定の周期で振動することにより出射方向を走査する偏向走査装置１１と、偏向走査装置１１によって反射した光のビーム整形及び偏光制御を行うビーム制御光学系１０と、ビーム制御光学系１０の反射光を受光する受光素子１２ａ及び１２ｂによって構成されている。
【００１５】
光源８は、光を出射する素子であり、発光ダイオード、半導体レーザや気体レーザなどを使用することが可能である。装置の小型化、平行ビーム形成の容易さ、及び高い応答速度の点から半導体レーザの使用が望ましい。コリメート光学系９は、一般的には単レンズ、もしくは複数のレンズを組み合わせた光学系、もしくは曲面ミラーなどを使用することが可能である。偏向走査装置１１は、一定周期で振動するミラーであり、ガルバノミラーや撓み張りによって支持された半導体振動ミラーを使用することが可能である。装置の小型化、機械的劣化がなく耐久性の向上等長寿命化の点から半導体振動ミラーの使用が望ましい。ビーム制御光学系１０は、平行ビームを走査方向に垂直な方向に伸張しスリット光を形成するレンズ部１４と、ビームを折り返し受光素子に１２ａ及び１２ｂに導くミラー部１５によって構成されている。レンズ部１４は、ビームの走査方向に垂直な凹面の円柱レンズを使用することができる。受光素子１２ａ及び１２ｂは、受光した光エネルギーを電気信号に変換する素子であり、フォトダイオードやＣＣＤ、光電子増倍管などを使用することが可能である。
【００１６】
次に、投光装置３の動作について説明する。光源８から出射され、コリメート光学系９によって平行ビームとなった光は、偏向走査装置１１によって走査される。走査ビームはビーム制御光学系１０に入射し、ビーム制御光学系１０のレンズ部１４に入射した光は帯状のスリット光となって対象物１に照射される。また、ミラー部１５に入射した光は、鏡面反射して受光素子１２ａ及び１２ｂに入射する。受光素子１２ａ及び１２ｂにおける受光信号は、伝送制御部４に伝送され、それぞれの受光時間差に基づいて偏向走査装置１１の振動時間が計測できる。伝送制御部４では、この振動時間を元に偏向走査装置１１の駆動信号を決定し、偏向走査装置１１の振動時間、すなわち振動周期が一定になるように偏向走査装置１１のフィードバック制御を行う。この制御により、安定したスリットパターンを得ることが可能となり、投光装置３の小型化及び長寿命化が可能となる。
る。
【００１７】
ここで、ビーム制御光学系１０のレンズ部１４として、凹面の円柱レンズに所定の曲率を持たせたトロイダルレンズを使用し、ビームの進行方向を制御してもよい。ミラーの振動は一定の角速度で振動するが、実際に到達するビームの位置はビームの振れ角度θに対してｔａｎθで変動するため、一定速度で移動しない。したがって、一定の明滅パターンで光源８を点滅させた場合、対象物１に投射されるスリットパターンの周期は、振れ角度θが小さい位置では小さく、θが大きい位置では大きい、いわゆるチャープ型の周期パターンとなる。そこで、トロイダル形状をレンズに適用することにより、一定周期のスリットパターンを投影することが可能となり、スリット光の明暗幅の正弦波的な変動を補正することができる。
【００１８】
また、レンズの形状を凹面の円柱レンズとし、明滅パターン信号の明滅周期をビームの到達位置に応じて変化することで補正することも可能である。
【００１９】
また、偏向走査装置１１の振動周期すなわち角速度が変動すると、対象物１上での単位時間当たりの光照射量が変動する。具体的には、角速度に比例して光照射量が減少する。そこで、偏向走査装置１１の角速度に逆比例して光源８の発光量を制御することにより、常に均一な明るさのパターンを得ることが可能となる。
【００２０】
実施の形態２．
次に、図３は、この発明の実施の形態２に係る投光装置３の構成を示す図である。本実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、図３において、受光素子１３ａ及び１３ｂとして、二分割のフォトダイオードを使用したことである。受光素子１３ａ及び１３ｂにおける受光量信号は、伝送制御部４に伝送される。伝送制御部４では、受光素子１３ａないしは１３ｂ内の二つのフォトダイオードについて、差分を演算する処理を行う。
【００２１】
図４に、受光素子１３ａから１３ｂまでビームが通過した場合における伝送制御部４における受光量信号と走査時間計測の様子を示す。受光素子１３ａ内に存在する二つのフォトダイオードをそれぞれＰＤａ及びＰＤｂとした場合、ビームの通過時間がそれぞれ異なるため、受光量信号として時間的にずれた信号を出力する。これらの二つの信号を差分演算し、０点を通過した時間を通過時間とする。受光素子１３ｂについても、同様の演算を行うことで、ビームが１３ａから１３ｂを経た時間、すなわち走査時間Ｔを演算することが可能となる。その他の動作については実施の形態１に準ずる。
【００２２】
以上に示す構成によれば、差分演算により、外乱光や装置内部で反射する迷光の影響をキャンセルすることができるとともに、正確な走査時間Ｔを演算することが可能となる。
【００２３】
実施の形態３．
この実施の形態３に係る形状計測装置は、実施の形態２と同様な投光装置３の構成を備える。図５は、この発明の実施の形態３に係る形状計測装置における偏向走査装置１１として、半導体振動ミラーを使用した場合の半導体振動ミラーの振れ角度（ビームの振れ角度）と、受光素子１３ａ及び１３ｂの位置、ビームの照射角度の位置関係を模式的に表したものである。
【００２４】
偏向走査装置１１としての半導体振動ミラーは、ｘ軸を法線とした面を中心とし、ｚ軸を回転軸として、角度振幅±Ａ／２で、その振れ角度が時間的に正弦波形を描くように振動している。入射ビームは、半導体振動ミラーに対して、−ｘ方向に原点に向かうように進み、半導体振動ミラーの振動に応じて、振動するように構成されている。
【００２５】
このとき、図示するように、最大で±Ａの振れ幅を持って振動することが可能である。ビーム振れ角度θは、時間ｔに対して、正弦波的に変動するため、角度振幅Ａ、振動周波数ｆを用いることで、θ＝Ａｓｉｎ（２πｆｔ）と表すことができる。二つの受光素子１３ａ及び１３ｂは、角度振幅±Ａの内角側に配置され、＋αの位置に第一の受光素子１３ａ、−αの位置に第二の受光素子１３ｂが配置されている。このうち、角度＋Ａから角度−Ａに向かう際、第一の受光素子１３ａを通過後、角度がγに到達した時点からパターン発光を開始し、一定時間パターンの発光を行う。
【００２６】
図６は、上記の動作について時間軸を横軸に取り、ビームの振れ角度θ、受光素子出力、及びパターン発光のタイミングについて、タイミングチャートとして示したものである。ビームの到達角度は、上述したように、正弦波波形を描く。角度θが、αに到達したとき、第一の受光素子１３ａの出力を得、−αに到達したとき、第二の受光素子１３ｂの出力を得る。パターン発光の開始位置は、第一の受光素子１３ａの出力からｔ２経過した後、パターン発光を開始することで、所定の位置からパターン発光を開始する。
【００２７】
以上のような構成とすることで、パターンの発光開始時間（パターン照射の開始時間）が、２つの受光素子のうち、一方の受光素子の受光信号に基づいて、例えば固定された第一の受光素子１３ａを基準として決まるので、物体へ照射するパターンの開始位置を安定して決めることができる。
【００２８】
実施の形態４．
図７は、実施の形態３で述べたビームの開始位置を決める別形態を表すタイミングチャートである。ビームの振れ角度θ、及び二つの受光素子の配置は、実施の形態３と同等であるが、パターン出力開始位置γを決定する方法が異なる。
【００２９】
実施の形態３では、角度振幅の最大値を通過後の第一の受光素子１３ａの出力を基準にパターン発光の開始位置を決めていたが、本実施の形態４では、最大値到達前の第一の受光素子１３ａの出力タイミングと、最大値到達後の第一の受光素子１３ａの出力タイミングの中点ｔ３を基準に時間ｔ４経過後に、パターン発光を開始している点で異なる。このとき、時間ｔ３はビームの振れ角度θが最大となる点となり、この位置を基準とすることとなる。
【００３０】
以上のような構成において、図８に示すように、半導体振動ミラーのジッターや外気温度など環境の変化により角度振幅ＡがＡ＋ΔＡに変化した場合、パターン発光の開始点γが変化する。実施の形態３では、パターン発光開始の基準位置となるαを通過するタイミングが図８のａからｂに変化し、パターン発光の開始位置がｄからｅ（角度γ→γ２）に変化する。
【００３１】
本実施の形態４では、角度振幅が変動しても、つまり半導体振動ミラーの振動振幅が変動した場合でも、パターン開始の基準は変化せず、パターン発光の開始位置はｄからｃに（角度γ→γ１）変化する。基準位置αが角度振幅の最大値に近い場合、γ→γ１の変動量に比べてγ→γ２の変動量が小さくなり、物体へ照射するパターンの開始位置を安定して決めることができ、安定したパターンの照射が可能となる。
【００３２】
実施の形態５．
まず、この実施の形態５に係る形状計測装置は、図１に示す実施の形態１と同様に、対象物１に対してビームを照射する投光装置３と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置２と、投光装置３及び撮像装置２を同期して駆動制御すると共に、撮像装置２より撮像された画像を形状計測部５に伝送する伝送制御部４と、ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部４を介して投光装置３に伝送すると共に、伝送制御部４を介して伝送される照射パターンに対応して撮像装置２より撮像された画像に基づいて対象物１の形状を計測する形状計測部５とを備える。
【００３３】
図９は、前述した実施の形態とは別の形態でなる実施の形態５に係る投光装置を示す模式図である。すなわち、図９に示すように、本実施の形態５に係る投光装置１８は、実施の形態１に係る投光装置３とは別の形態でなり、対象物に対してパターンを照射する第一の光源１９と、第一の光源１９から出射したビームを平行ビームにする第一のコリメートレンズ２０と、平行ビームを走査する偏向走査装置としての半導体振動ミラー２１と、ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系をなす、実施の形態１で述べたビームの方向を変化させるトロイダルレンズ２２と、半導体振動ミラー２１の振動角度をモニタするための第二の光源２３と、第二の光源２３から出射したビームを平行ビームにする第二のコリメートレンズ２４と、第二の光源２３から出射され偏向走査装置としての半導体振動ミラー２１で反射された光を受光しビームの振れ角度が一定値に到達したことを検出する第一の受光素子２５ａ及び第二の受光素子２５ｂとによって構成することが可能である。
【００３４】
ここで、ビーム制御光学系をなすトロイダルレンズ２２は、第一のコリメートレンズ２０を介した第一の平行ビームを整形しスリット光に伸張し、また、伝送制御部４は、２つの受光素子２５ａ及び２５ｂの受光信号に基づいて偏向走査装置としての半導体振動ミラー２１の走査時間を制御する。
【００３５】
上記構成において、第一の光源１９から出射された光が半導体振動ミラー２１によって反射され、対象物に対してスリットパターン照射を行う動作については、実施の形態１及び実施の形態２に記したとおりである。本実施の形態５では、半導体振動ミラー２１の裏面に対して、第二の光源２３によりビームを照射し、その反射光を二つの受光素子２５ａ及び２５ｂによって検出することで、半導体振動ミラー２１の駆動制御、及びパターン発光制御を行う点が、他の実施の形態と異なっている。
【００３６】
図１０は、本実施の形態５に係るビームの照射位置、受光素子、及びパターン発光の照射範囲を模式的に表したものである。ｘ軸を法線とした面と同一面内に半導体振動ミラー２１の振動中心をとり、第一の光源１９の入射ビームの方向を−ｘ軸方向に取った点、及びｘｙｚ軸の方向は実施の形態３における図８と同様である。図１０では、半導体振動ミラー２１の裏面、すなわち＋ｘ軸の方向に第二の光源２３から出射したモニタ用ビームが進行し、角度±γで示されるパターン発光の開始位置がｙ軸について対象になる位置に、第一の受光素子２５ａ及び第二の受光素子２５ｂを配置している点で異なっている。
【００３７】
図１１は、本実施の形態５におけるパターン発光の開始位置の決定、及びビームスキャン速度の制御を行う方法を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートは、上から、入射ビームの振れ角度θ、二つの受光素子２５ａ及び２５ｂの出力、最後にパターン照射の発光タイミングを示している。パターン照射の発光開始位置γと同等の位置に第一の受光素子２５ａ、パターン照射の発光終了位置−γと同等の位置に第二の受光素子２５ｂを配置しているため、第一の受光素子２５ａの受光信号と同時にパターンを発光させている。パターン発光の継続時間は、規定の時間ｔ７で±γの角度で触れる間照射するように設定する。このとき、±γの位置に配置された第一の受光素子２５ａと第二の受光素子２５ｂを通過する時間間隔ｔ６を計測し、時間間隔ｔ６がパターン発光継続時間ｔ７に一致するように、伝送制御部４において、半導体振動ミラー２１のフィードバック制御を行う。すなわち、半導体振動ミラー２１の振動数が一定になるように制御を行う。
【００３８】
以上のような構成とすることで、パターン発光開始位置γについて、半導体振動ミラー２１のジッターや外気温度など環境の変化により角度振幅が変動した場合でも、常に一定の角度でパターン発光を開始することができ、安定したパターンの生成が可能となる。また、パターン発光の開始位置と終了位置をビームが通過する時間を測定し、その経過時間を元に半導体振動ミラー２１の振動数が一定になるようにフィードバック制御を行うことで、安定した照射パターンを得ることができる。このため、半導体振動ミラー２１の振動周期及び振動振幅が変動した場合でも、物体へ照射するパターンを安定して決めることができる。
【００３９】
実施の形態６．
図１２は、実施の形態６に係る形状計測装置における投光装置２６の構成を示す模式図である。本実施の形態６が、実施の形態１と異なる点の一つは、図１２において位置によって透過率が異なる透過率分布型のトロイダルレンズ２７を使用したことである。光源８から出力されるビームスポットは、スポット中心から外側に向かってパワーが減少する分布型のスポットを持つ。このスポットを縦方向（図１２において紙面垂直方向）に伸張させ、スリット光とした場合、中心から外側に向かってパワーが減少する照明となり、均一な輝度を持つ画像が得られない。そこで、トロイダルレンズの透過率分布が、中心から外側に向かって上昇するよう構成することで、輝度の均一な画像を得ることができる。
【００４０】
第二の異なる点は、トロイダルレンズ２７において一部反射する光のうち、パターン照射の開始位置、及び終了位置に到達した光が反射して進行する経路上に、第一の受光素子２９ａ及び第二の受光素子２９ｂを配置したことである。
【００４１】
このような構成とすることで、実施の形態５で述べたように、パターン発光開始位置と終了位置を計測することができるため、半導体振動ミラー２１のジッターや外気温度など環境の変化により角度振幅が変動した場合でも、常に一定の角度でパターン発光を開始することができ、安定したパターンの生成が可能となる。また、パターン発光の開始位置と終了位置をビームが通過する時間を測定し、その経過時間を元に半導体振動ミラー２１の振動数が一定になるようにフィードバック制御を行うことで、安定した照射パターンを得ることができる。このため、半導体振動ミラー２１の振動周期及び振動振幅が変動した場合でも、物体へ照射するパターンを安定して決めることができる。
【００４２】
実施の形態７．
図１３は、本実施の形態７に係る形状計測装置における投光装置のビームの振動角、受光素子出力、パターン発光タイミング、及び半導体振動ミラーを駆動する電流を示すタイミングチャートである。このうち、ビームの振動角、受光素子出力、パターン発光タイミングは、実施の形態３と同じであり、この実施の形態７は、実施の形態３−６に適用できる。
【００４３】
半導体振動ミラー１１（図３参照）は、一定周期ごとにパルス電流を与えることで振動動作を実現しており、そのパルス幅ｔ１１で振動周期を制御し、電流値Ｉで振動振幅を制御することができる。半導体振動ミラー１１の振動周期が変動すると、二つの受光素子１３ａと１３ｂの出力間隔ｔ９が変動する。そこで、このｔ９を計測し、フィードバック制御によりｔ９が一定になるようにパルス幅ｔ１１を設定することで、ミラーの安定した振動周期を得ることができる。また、振動振幅が変動した場合、受光素子１３ａの出力間隔ｔ８が変動する。そこで、このｔ８を計測し、フィードバック制御によりｔ８が一定になるように電流値Ｉを設定することで、ミラーの安定した振動振幅を得ることができる。
【００４４】
以上の構成をとることにより、ミラーの振動周期及び振動振幅が安定するため、安定した照射パターンを得ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  対象物、２  撮像装置、３  投光装置、４  伝送制御部、５  形状計測部、６  視野、７  ビーム、８  光源、９  コリメート光学系、１０  ビーム制御光学系、１１  偏向走査装置（半導体振動ミラー）、１２ａ，１２ｂ  受光素子、１３ａ，１３ｂ  受光素子（二分割フォトダイオード）、１４  レンズ部、１５  ミラー部、１６  半導体振動ミラー、１７ａ、１３ｂ  受光素子、１８  投光装置、１９  第一の光源、２０  第一のコリメートレンズ、２１  半導体振動ミラー、２２  トロイダルレンズ、２３  第二の光源、２４  第二のコリメートレンズ、２５ａ  第一の受光素子、２５ｂ  第二の受光素子。
【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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