(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に関連した寸法情報を決定するための、検出器を備える映像ステーションでの物体の高速走査測定の方法であって、
光のパターンを投射するステップと、
上記の投射された光のパターンと上記の検出器とを実質的に相互に固定した関係に維持するステップと、
上記の投射された光のパターンを上記の物体の表面上を走査して撮像可能な光信号を生成するように、上記の物体を上記の投射された光に相対的に移動するステップと、
上記の光信号を、第１、第２及び第３の検出素子を含む複数の検出素子を備える上記の検出器で撮像するステップであって、上記の物体の表面は、上記の投射された光のパターンの第１位相で上記の第１の検出素子で撮像され、上記の投射された光のパターンの第２位相で上記の第２の検出素子で撮像され、上記の投射された光のパターンの第３位相で上記の第３の検出素子で撮像されるステップと、
上記の物体の表面から上記の第１の検出素子への光量を上記の検出器で第１位相で測定し、上記の物体の表面から上記の第２の検出素子への光量を上記の検出器で第２位相で測定し、上記の物体の表面から上記の第３の検出素子への光量を上記の検出器で第３位相で測定するステップと、
上記の測定ステップでの測定に基づいて寸法情報を計算するステップとからなる方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法において、上記の第１、第２及び第３の検出素子の各々が複数の画素を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載された方法において、上記の検出器は３重リニアアレイカメラを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載された方法において、上記の測定ステップは、上記の３つの位相のそれぞれで振幅値を求め、さらに、測定ステップで得られた位相と振幅の値を基に上記の物体の表面の高さを決定するステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載された方法において、上記の第１と第２の検出素子の間隔は、上記の第２と第３の検出素子の間隔に実質的に等しく、上記に移動するステップで上記の物体の移動が実質的に等速で行われることを特徴とする方法。
【請求項６】
物体に関連した寸法情報を決定するための、映像ステーションでの物体の高速走査測定のシステムであって、
第１、第２及び第３の位相を有する光のパターンを投射する第１プロジェクタと、
上記の投射された光のパターンを上記の物体の表面上を走査して物体の光信号を生成するように、上記の映像ステーションで第１プロジェクタに相対的に上記の物体を移動する駆動装置と、
上記の物体の表面からの物体の光信号における光量を表わす画像値を生成する第１、第２及び第３の検出素子を備える検出器であって、第１の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第１位相で上記の走査される表面の画像に基づいて第１の画像値を生成し、第２の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第２位相で上記の走査される表面の画像に基づいて第２の画像値を生成し、第３の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第３位相で上記の走査される表面の画像に基づいて第３の画像値を生成し、上記の検出器は、上記の第１プロジェクタ及び上記の投射された光のパターンと実質的に相互に固定した関係に維持されている検出器と、
上記の検出器に接続され、上記の第１、第２及び第３の画像値に基いて上記の物体に関連する寸法情報を計算する計算素子と
からなるシステム。
【請求項７】
請求項６に記載されたシステムにおいて、各検出素子が複数の画素を含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載されたシステムにおいて、
上記の検出器は、物体の光信号を受ける光学素子を備え、この光学素子は、光軸を有し、上記の駆動装置は、この光軸に実質的に直交する方向に上記の第１プロジェクタに相対的に上記の物体を移動し、上記の投射されたパターンは複数ラインのストライプを含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項７に記載されたシステムにおいて、上記の計算素子は、上記の第１、第２及び第３の画像値に基いて上記の物体の表面の高さを計算することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項６に記載されたシステムにおいて、上記の光のパターンは偏光され、上記の検出素子の応答は偏光に依存することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項６に記載されたシステムにおいて、上記の第１と第２の検出素子の間隔は、上記の第２と第３の検出素子の間隔に実質的に等しく、上記に物体の移動は実質的に等速で行われることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項６に記載されたシステムにおいて、上記の計算素子は上記の画像を登録することを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項６に記載されたシステムにおいて、
上記の複数の検出素子は、上記の検出器の軸方向に平行に長く、
上記の検出器は、光軸を有する光学素子を備え、
上記の駆動装置は、上記の検出器の軸に実質的に直交する方向に、かつ、上記の光軸に実質的に直交する方向に、上記の第１プロジェクタに相対的に上記の物体を移動する
ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項６に記載されたシステムにおいて、上記の検出器は３重リニアアレイカメラを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項６に記載されたシステムにおいて、さらに第２のプロジェクタを備え、第１と第２のプロジェクタは上記の光のパターンを投射することを特徴とするシステム。
【請求項１６】
物体に関連した寸法情報を決定するための映像ステーションでの物体の高速走査高度測定のシステムであって、光ヘッドを備え、この光ヘッドは、
位置の関数として強度が変化し、第１、第２及び第３の強度を有する光のパターンを投射するプロジェクタと、
上記の物体の表面からの物体の光信号における光量を表わす画像値を生成する第１、第２及び第３の検出素子を備える検出器とを含み、
上記の検出器の第１の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第１強度で上記の走査される表面の画像に基づいて第１の画像値を生成し、第２の検出素子は、上記の投射される光パターンの第２強度で上記の走査される表面の画像に基づいて第２の画像値を生成し、第３の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第３強度で上記の走査される表面の画像に基づいて第３の画像値を生成し、上記の検出器は、上記の第１プロジェクタ及び上記の投射された光のパターンと実質的に相互に固定した関係に維持される
システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載されたシステムであって、さらに、上記の投射された光のパターンを上記の物体の表面上を走査して物体の撮像可能な光信号を生成するように、上記の映像ステーションで上記のプロジェクタに相対的に上記の物体を移動する駆動装置を備えるシステム。
【請求項１８】
請求項１６に記載されたシステムであって、さらに、上記の検出器に接続され、上記の第１、第２及び第３の画像値に基いて上記の物体に関連する寸法情報を計算する計算素子を備えるシステム。
【請求項１９】
請求項１６に記載されたシステムにおいて、上記の検出器は３重リニアアレイを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
物体に関連した寸法情報を決定するための、検出器を備える映像ステーションでの物体の高速走査測定の方法であって、
第１、第２及び第３の位置で第１、第２および第３の強度を有する光のパターンを投射するステップと、
上記の投射された光のパターンと上記の検出器とを実質的に相互に固定した関係に維持するステップと、
上記の投射された光のパターンを上記の物体の表面上を走査して撮像可能な光信号を生成するように、上記の物体を上記の投射された光に相対的に移動するステップと、
上記の光信号を、第１、第２及び第３の検出素子を備える上記の検出器で撮像するステップであって、上記の物体の表面が、上記の投射された光のパターンの第１強度で上記の第１の検出素子に撮像され、上記の投射された光のパターンの第２強度で上記の第２の検出素子に撮像され、上記の投射された光のパターンの第３強度で上記の第３の検出素子に撮像されるステップと、
上記の物体の表面から上記の第１の検出素子への光量を上記の検出器で第１強度で測定し、上記の物体の表面から上記の第２の検出素子への光量を上記の検出器で第２強度で測定し、上記の物体の表面から上記の第３の検出素子への光量を上記の検出器で第３強度で測定するステップと、
上記の測定ステップでの測定に基づいて寸法情報を計算するステップと
からなる方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載された方法において、上記の第１、第２及び第３の検出素子の各々が複数の画素を備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載された方法において、上記の検出器は光軸を有し、上記の移動ステップは、この光軸に実質的に直交する方向に上記の物体を移動し、上記の投射された光のパターンは複数ラインのストライプを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載された方法において、さらに、上記の測定ステップで得られた位相と振幅の値に基づいて上記の物体の表面の高さを決定するステップを備える方法。
【請求項２４】
請求項２０に記載された方法において、上記の第１と第２の検出素子の間隔は、上記の第２と第３の検出素子の間隔に実質的に等しく、上記の移動するステップで上記の物体の移動は実質的に等速で行われることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２０に記載された方法において、上記の検出素子は、上記の検出器の軸方向に平行に長く、上記の検出器は光軸を有し、上記の移動ステップで、上記の物体の移動は、上記の検出器の軸に実質的に直交する方向に、かつ、上記の光軸に実質的に直交する方向に行うことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載された方法において、上記の検出器は３重リニアアレイカメラを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２０に記載された方法において、上記の各検出素子は検出器の軸に実質的に並列に配置される１列のＣＣＤセンサ素子を含み、上記の移動ステップで、上記の物体の移動はＣＣＤセンサ素子の上記の列に実質的に直交する方向に行われる方法。
【請求項２８】
請求項２０に記載された方法において、上記の投射ステップは、２つの投射された光のパターンで投射するステップを含み、上記の移動ステップで、上記の物体の移動は、上記の２つのプロジェクタに相対的に上記の物体を循環することを含み、上記の２つの光のパターンは交互に投射されることを特徴とする方法。
【請求項２９】
物体に関連した寸法情報を決定するための映像ステーションでの物体の高速走査測定のシステムであって、
第１、第２及び第３の強度を有する光のパターンを投射する第１プロジェクタと、
上記の投射された光のパターンを上記の物体の表面上を走査して物体の光信号を生成するように、上記の映像ステーションで第１プロジェクタに相対的に上記の物体を移動する駆動装置と、
上記の物体の表面からの物体の光信号における光量を表わす画像値を生成する第１、第２及び第３の検出素子を備える検出器であって、第１の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第１強度で上記の走査される表面の画像に基づく第１の画像値を生成し、第２の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第２強度で上記の走査される表面の画像に基づく第２の画像値を生成し、第３の検出素子は、上記の投射される光のパターンの第３強度で上記の走査される表面の画像に基づく第３の画像値を生成し、上記の検出器は、上記の第１プロジェクタ及び上記の投射された光のパターンと実質的に相互に固定した関係に維持される検出器と、
上記の検出器に接続され、上記の第１、第２及び第３の画像値に基いて上記の物体に関連する寸法情報を計算する計算素子と
からなるシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載されたシステムにおいて、各検出素子は複数の画素を含み、３重リニアアレイ検出器として配置されることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２９に記載されたシステムにおいて、
上記の検出器は物体の光信号を受け取る光学素子を備え、この光学素子は光軸を有し、上記の駆動装置は、この光軸に実質的に直交する方向に上記の第１プロジェクタに相対的に上記の物体を移動し、上記の光の投射パターンは複数ラインのストライプを含むことを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項２９に記載されたシステムにおいて、上記の計算素子は、上記の第１、第２及び第３の画像の値を基に上記の物体の表面の高さを計算することを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項２９に記載されたシステムにおいて、上記の第１と第２の検出素子の間隔は、上記の第２と第３の検出素子の間隔に実質的に等しく、上記に移動するステップは実質的に等速で行われることを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項２９に記載されたシステムにおいて、さらに第２のプロジェクタを備え、第１と第２のプロジェクタは上記の光のパターンを投射し、上記の駆動装置は、上記の２つのプロジェクタに相対的に上記の物体を循環し、上記の２つのプロジェクタは、複数の連続するサイクルにおいて、交互に上記の光のパターンを投射することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、非破壊測定の方法と装置に関し、より詳細には、映像ステーションでの物体の走査位相測定の方法と装置に関する。
背景技術
光のストライプパターンを表面に投射し、表面に現れる光パターンの像を描きなおすことにより、表面の高さ分布が求められる。この情報を抽出するための最も強力な技法は、表面に現れる多重（３以上）の光パターンの像を得て、投射された光ストライプパターンの位置（位相）をシフトすることに基づくものであり、米国特許第４，６４１，９７２号と同第４，２１２，０７３号に記載されたように位相シフト干渉測定法と呼ばれる。
多重の像は、通常は、ＣＣＤビデオカメラを用いてとられる。像は、デジタル化され、コンピュータに転送される。コンピュータでは、位相シフト解析が、「バケット」として用いられる像に基づいて、情報を表面の等高線マップに変換する。
多重の像を得るために用いられる技法は、カメラと観測される表面とを相互に静止させ、投射されるパターンを移動する方法に基づく。
ライン走査カメラを用いてちょうど１個のバケット像をとらえる技法は、米国特許第４，９６５，６６５号に記載されているが、多数のバケットに基づく位相計算をするための十分な情報がない。
位相シフトを示す他の米国特許には、フィスタへの第５，２０２，７４９号、グレイベンカンプ・ジュニアへの第４，７９４，５５０号、ベーンレーンへの第５，０６９，５４８号およびベーンレーンらへの第５，３０７，１５２号がある。
米国特許第５，３９８，１１３号および第５，３５５，２２１号は、物体の表面の輪郭を描く白色光干渉測定システムを記載する。
上記の出願において、光源、複数のグレーティング、複数のレンズおよびカメラを含む光測定システムが記載される。機械的移動装置は、基準表面に平行な面の中で１個のグレーティングを移動して、測定されるべき等高を示す表面に、グレーティングの投射像の位相シフトを起こさせる。第２の機械的移動装置は、１個のレンズを移動して、等高線の間隔を変化させる。等高を示す表面の上の複数の点の第１位相は、第１の等高間隔で４バケットアルゴリズムを介して得られる。上述の複数の点の第２の位相は、第２の等高間隔で得られる。コンピュータを含む制御システムは、第１と第２の位相の差を用いる粗い測定を決定する。さらに，制御システムは、第１または第２の位相を用いる細かい測定を決定する。基準表面に対する各点の変位すなわち距離は、この粗い測定と細かい測定を用いて，制御システムを介して決定される。
発明の開示
本発明の目的は、光ヘッドに相対的な位置の関数として強度が変化する像を発生することにより、観測される物体の光位相を測定するための光ヘッドを含む方法とシステムを提供することである。ここで、このシステムにおいて、物体が撮像システムに直交する方向に移動されるときに多重の像が異なる位相情報をもち、この多重の像が、位相変化を生じる光現象に比例する位相像を計算するために使用される。
本発明の他の目的は、多重ラインリニア検出器アレイに戻される撮像可能な電磁放射の位相測定をするための光ヘッドを含む方法とシステムを提供することである。ここで、撮像される物体の同じ点について検出器アレイの各ラインが異なった光位相値の像を作るように、異なった位相値が検出器アレイの各ラインに撮像されるように、光ヘッドにおける光学系が組み立てられる。
本発明のさらに他の目的は、表面の高さを走査するための光ヘッドを含む方法とシステムを提供することである。ここで、光ヘッドは、光ストライププロジェクタと撮像システムを含み、投射パターンは撮像システムに相対的に移動せず、光ヘッドは、表面が撮像システムに関して移動されるときに多重の像が異なる位相の情報を持てるように構成され、得られた多重の像が、走査された表面の高さに比例する位相像を計算するために用いられる。
本発明の上述の目的と他の目的を達成するため、物体に関連する物理情報を展開する映像ステーションでの物体の高速走査測定の方法が提供される。この方法は、少なくとも１個のプロジェクタを用いて撮像可能な電磁放射のパターンを投影するステップと、映像ステーションにおいて上記の少なくとも１個のプロジェクタに相対的に物体を移動して物体の表面を電磁放射の投射パターンで走査し、撮像可能な電磁放射の信号を発生するステップとからなる。この方法は、また、複数の別々の検出素子をもつ検出器を用いて物体の表面からの撮像可能な電磁放射信号を受け取るステップと、上記の少なくとも１個のプロジェクタと上記の検出器とを相互に固定した関係に維持するステップとからなる。最後に、この方法は、受け取った電磁放射信号の中の放射エネルギー量を測定するステップ（ここに、検出素子は、測定に基づき同じ走査された表面について異なった位相の像をつくる）と、この像からの異なった値のための位相値と振幅値を計算するステップとからなる。
１実施形態において、好ましくは、物理情報は寸法情報であり、撮像可能な電磁放射は光である。
他の実施形態において、好ましくは、物理情報は分極情報であり、撮像可能な電磁放射は分極され、検出器の応答は分極に依存し、上記の像は表面からの分極に基づいている。
さらに、本発明の上述の目的と他の目的を達成するために、上述のステップを実行するシステムが提供される。
本発明の上述の目的と他の目的、特徴および効果は、本発明を実行するためのベストモードの、添付の図面を用いた以下の詳細な説明からただちに明らかである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の方法とシステムを実行するための光ヘッドを含む機械映像システムの図式的な図である。
図２は、図１の光ヘッドの第１実施形態の詳細を説明する図式的な図である。
図３は、図１の光ヘッドの第２実施形態の詳細を説明する図式的な図であり、ここで、グレーティングが、光モアレパターンを作るために撮像側に導入される。
図４は、分極された電磁放射が投射される発明の他の実施形態の詳細を説明する図式的な図である。
本発明を実行するための最善の方法
図１を参照して説明すると、本発明の方法を実行するための、一般的に数字１２で示される光学ヘッドを含む一般的に数字１０で示されている機械映像システムが、図式的に示されている。本発明の方法およびシステム１０は、物体１４の表面の高さの情報のような寸法情報を明らかにするために映像ステーション１６において物体１４の位相測定を高速で走査するために提供される。物体１４は矢印２０で示されているように光学ヘッド１２に対して相対的に動く。
一般に、本発明は、表面を連続的に走査できる新規なアプローチで、モアレ技術のような技術を用いる表面の輪郭の非破壊３次元測定に関するものである。この方法のより一般的な適用によって、異なる光学的構成を用いずに、同じ走査アプローチにより他の光学パラメーターが測定できる。
機械映像システム１２は、典型的には、光学ヘッド１２と電気的に結合されたイメージデジタイザ／フレームグラバー２２を含む。イメージデジタイザ／フレームグラバー２２は、以下でもっと詳細に説明されるように、光学ヘッド１２内に含まれているカメラのような画像源から入力画像のサンプルをとり、デジタル化する。フレームグラバー２２は、それぞれの入力画像を、画素を有するフレームバッファに配置する。各画素は、たとえば、画像におけるその点の輝度を表す８−ビットの数からなる。
システム１０は、また、画像デジタイザ／フレームグラバー２２からの情報を受け取り、その情報をペンティアムＰＣ２８のようなＩＢＭコンパチブルホストコンピューターに送るシステムバス２６を含む。
システム１０は、１個または複数個のステージを有する駆動装置３１、ロボット、プログラム可能なコントローラ等のような１個または複数個の外部周辺装置とシステム１０が通信できる入力／出力回路３０を含む。駆動装置３１は、物体１４とヘッド１２との間の比較的一定で連続的な移動を提供する。Ｉ／Ｏ回路３０は３軸のステッパーボードを助け（つまり、多数の軸の制御を助ける）、または、他の移動ボードを助ける。
図２に示されているように、光学ヘッド１２のカメラは、３重リニアアレイカメラ２４のような固体画像センサーを含むことが望ましい。たとえば、カメラ２４は、３列の検出器すなわち複数の読取素子２５（それぞれ１列あたり２０９８個、のＣＣＤ読取素子を有する）を含むコダックＣＣＤチップモデルＫＬＩ−２１０３である。各列は、８画素に等しい距離だけ物理的に離れている。カメラ２４は本来はそれぞれの要素の上に赤、緑および青のカラーマスクを設けてカラー走査するために設計された。本発明では、マスクは使用されず、むしろ取り除かれる。
システムバス２６は、ＰＣＩ，ＥＩＳＡ，ＩＳＡまたはＶＬシステムバスまたはその他の標準バスのいずれかである。
イメージデジタイザ／フレームグラバー２２は、イメージングテクノロジーズ（Imaging Technologies）社または他のフレームグラバー製造メーカーによって製造されたような通常の３チャンネルカラーフレームグラバーボードである。また、イメージデジタイザ／フレームグラバー２２は、コグネックス（Cognex）社によって製造されたような視覚プロセッサーボードからなっていてもよい。
機械映像システム１０は、以下でもっと詳細に記載されるように、画像処理および／または画像解析のプログラムを含むように大容量記憶ユニット３２にプログラムされている。
モニター３４も画像を表示するために提供されている。
ふたたび図２について説明すると、一般に、光学ヘッド１２内の互いに対し固定されているライトストリッププロジェクタ３８とカメラ２４によってパターン３６を投影させつつ、物体１４の表面を移動することによって、異なる位相を有する多重の画像が得られる。光学ヘッド１２は、（すなわち、システム１０が走査モアレシステムであるとき）投影されたパターン３６の位置を変える機械的または光学的機構を持たない。多重の位相画像を得るために、光学ヘッド１２と被測定表面１８の間での相対的な移動が行われる。
任意方向における移動に伴う撮像により位相シフトを得る可能性が生ことになるが、ここでは２つの特別な場合のみ議論される。第１の場合では、カメラ２４のレンズの光軸に垂直な方向２０へ物体１４が動いて、これによりカメラ画像が作られる。第２の場合では、レンズ４０の光軸に平行な方向へ物体１４が動き、これにより第２のカメラ画像が作られる。
ＣＣＤリニアアレイで走査するとき、物体１４は、リニアアレイカメラレンズ４０の光軸およびリニアアレイカメラ２４における複数画素の線の両方に垂直な、方向２０へ動かされる。従って、リニアアレイカメラ２４が、１線１線で読み出すとき、その前を通る物体１４の画像が１列１列で作られる。３重リニアアレイカメラ２４を走査のために使用すると、被走査表面１８の３つの画像が得られ、ここに、各画像は、ある数の列だけずれている。このずれは、アレイ間の距離および表面１８の画像が読取素子２５を通過する速度の関数である。
本発明の走査位相測定の概念は、上に示されたカラー３重リニアアレイカラー検出と類似であるが、ただし、カラーフィルターが存在せず、また、３本の走査線のそれぞれは、色の代わりに、投影された光のパターンの異なる位相を測定する。
位相シフト技術の用語において、それぞれの走査線は、異なる“バケット”を測定する。３“バケット”アルゴリズムは、投影された光のパターンの位相を測定するためにコンピュータ２８で使用され、この位相は、走査される物体の表面の高さに比例する。
各走査線での読み取り値から位相が演算される前に、３つの走査された画像は、３つのバケットのそれぞれからの情報が被走査面上の同じ点からのものになるように記録される。もし、電子技術がこの操作モードに適用できるならば、記録の補正および位相の演算は連続的におこなえる。
上に記載したように、３本の走査線が利用される。しかし、もっと多くの走査線が、位相演算において使用されるバケットの数を増加させるために、または、１つのバケットあたり複数の走査線を平均するために使用できないという理由はない。たとえば、１６本の走査線があれば、線１から４までの和は、バケット１のために使用でき、線５から８までの和は、バケット２のために使用でき、線９から１２までの和は、バケット３のために使用でき、線１３から１６までの和は、バケット４のために使用できる。
上述の第２の場合は、おそらく光学ヘッド１２においてＣＣＤエリアアレイを使用するであろうが、リニアアレイまたは一点検出器を使用することもできる。この場合、表面１８が光学ヘッド１２の方向へ、または、光学ヘッド１２から離れる方向へ動くにつれ、投射の位相が変化するときに複数の画像が得られる。解析は、画像間の記憶の補正と、位相の演算のために必要とされるバケットをつくるための画像の使用からなるであろう。もしカメラの画像がテレセントリック的であるまたはほとんどテレセントリック的なら、記憶は要求されないであろう。
第２の場合の構成を使用するシステムは、米国特許第５，３９８，１１３号および第５，３５５，２２１号に記載されているように白色光の干渉測定システムにおいて使用するために記載されているが、モアレ（光ストライプ）の応用のためには記載されていない。
モアレ（光ストライプ）システムに基づく位相演算を行うために、１つの方法が上に記載されているが、この記載された技術は、物体が光ヘッド12に相対的に移動するときに作られる像の間で位相が変化する任意の光学に基づく現象にも応用できるであろう。この位相変化を生じることが可能な技術は、モアレ干渉測定、白色光干渉測定、標準単色光の光学的干渉測定、偏光解析法、複屈折および熱波イメージングを含む。
偏光解析装置を作るために偏光（分極）の使用は、対象としている物体１４が光学ヘッド１２に対して相対的に動くときに生じる複数画像の間で位相が変えられるもう１つの光学に基づく現象を説明している。この走査位相測定技術の偏光解析法および複屈折測定への適用は、（アッザム（Azzam）とバシャラ（Bashara）著「偏光解析法と偏光」という題の本の４１０〜４１３ページに記載されているような）回転検光子偏光解析装置の適用として理解できる。回転検光子偏光解析装置は、偏光を表面に投射する。反射ビーム（または幾何学的寸法に依存する送信ビーム）の偏光は受信検出器の前の検光子（直線偏光器）の回転によって定められる。検出器で受け取られた放射は、それが回転する検光子の周波数の２倍である正弦関数として変化する。信号の振幅は、検光子で受け取られた光の直線偏光の程度に比例する。位相は偏光角を定義する。
この出願の走査位相測定技術を使用すると、回転する検光子は３個以上の検光子によって置き換えられる。ここで、それぞれの検光子は、その後ろに、異なる偏光位相値で受け取られた放射を撮像するために１列の検出素子（走査線）を持つ。測定される物体は、図４に示されているように、光学ヘッド１２上の固定プロジェクタおよび検出器システムの前を通過させる。ここで、（高さ測定システムで記載されるような光のストライプパターンのかわりに）偏光が投射される。各走査線は、正弦偏光信号の異なる位相を測定する。
図４において、先の図におけるものと同じまたは類似の構造および／または機能を有するものは２重プライム記号で表される。たとえば、
・  参照番号１２″は、走査位相測定偏光解析装置の光学ヘッドを表している。
・  参照番号１４″は、偏光応答が測定される物体を表す。
・  参照番号１８″は、物体１４″の表面を表し、プロジェクタ３８を使用するときその物体の偏光応答が測定される。
・  参照番号２０″は、被測定物体１４″の相対的な運動を表わす。
・  参照番号２４″は、検光子２５″を有する３重リニアアレイを表している。
・  参照番号３６″は、投射された偏光を表わす。
・  参照番号３８″は、標準偏光解析装置のための偏光プロジェクタを表わす。
・  参照番号４０″は、撮像レンズを表す。
・  参照番号４２″は、透過モードにおける偏光解析装置（複屈折測定システム）のための偏光プロジェクタを表わす。
参照番号６０、６１および６２は検出器の線の前にある検光子システムを表す。ここにおいて６０は、リニアアレイ２４″に平行な直線偏光器を表し、６１は、リニアアレイ２４″と４５度の角度を成す直線偏光器を表し、６２は、リニアアレイ２４″に垂直な直線偏光器を表す。
図４に示されている例は、０°、４５°、および９０°に配置された検光子（直線偏光器）２５″を有する３重リニアアレイ２４″を使用する。位相シフト技術において、それぞれの走査線は異なる「バケット」を測定し、また３「バケット」アルゴリズムはこの走査検光子システムによって受け取られた信号の位相および振幅の測定のためにコンピュータで使用されている。
ふたたび本発明の第１の実施の形態について説明すると、光学ヘッド１２は、ライトストリッププロジェクタ２８と、３重リニアアレイ２４に被測定表面の焦点を合わせる撮像レンズ４０を含むカメラとを含む。被走査表面は、矢印２０の方向へ光学ヘッド４２の前を通るように移動させる。投射および撮像の両方における斜視（perspective）効果を無視するために、投影および撮像システムが、テレセントリックまたはほとんどテレセントリックのいずれかであるべきである。ほとんどテレセントリックなシステムは、測定深度範囲より十分に大きい光学部品、から離されることによって作られる。
この議論において、検出器における第１リニアアレイからのデータは（バケット１に対して）ｂ１と呼ばれる。同様に第２、第３のリニアアレイからのデータは、それぞれｂ２、ｂ３と呼ばれる。投射された光パターンのピッチは、ｂ１とｂ３の間で１／２周期の位相差を生じる。それぞれのリニアアレイについて、ｂ１（ｉ，ｊ），ｂ２（ｉ，ｊ）およびｂ３（ｉ，ｊ）は、それぞれのリニアアレイについての光強度の大きさを表し、ここに、ｉが画素番号を示し、ｊが走査番号を示す。たとえば、ｂ２（２５，３３）は、３３番目の走査から得られた第２リニアアレイの２５番目の画素の強度の読み値である。
深さに比例する位相値は、光学ヘッド１２の前を一定に物体１４が動くときに、３重リニアアレイからの光強度の読み取り値を用いて、コンピューター２８内で演算される。好ましい方程式は、
位相値（ｉ，ｊ）＝arctan［｛ｂ１（ｉ，ｊ）−ｂ２（ｉ，ｊ＋ｍ）｝／
｛ｂ２（ｉ，ｊ＋ｍ）−ｂ３（ｉ，ｊ＋２ｍ）｝］
ここでｍはｂ１，ｂ２およびｂ３の間の記憶が一致するために必要とされる画像シフトを与える整数である。
同様に、振幅値に対する好ましい方程式は、
振幅値（ｉ，ｊ）＝（（（ｂ１（ｉ，ｊ）−ｂ２（ｉ，ｊ＋ｍ））2＋（ｂ２（ｉ，ｊ）−ｂ３（ｉ，ｊ＋２ｍ））2）1/2
いくつかの例において、一つの角度でなく多くの角度から投射することが望ましい。例えばカメラのそれぞれの側面からの投射は、遮断問題を減らすことができる。異なる等高線間隔（１位相サイクルあたりの深さの変化）を有するパターンで投射すると、測定範囲が１つの等高線間隔より大きければ、あいまいさを減らすために使用できる。
第２プロジェクタ４２を含むことによる複数のプロジェクタを用いた測定は、光学ヘッドの前を通る部分を循環して、各サイクルでどのプロジェクタ３８または４２を用いるかを変えることによって達成できる。または、照射しているプロジェクタ３８または４２の１つが、アレイのそれぞれの走査に対して切り換えられる。たとえば２つのプロジェクタを用いるとすると、ｊが偶数のとき、第１プロジェクタ３８が働き、またｊが奇数のとき第２プロジェクタ４２が働く。この交互のシステムを適切に処理するための演算について、整数のシフト値であるｍは偶数でなければならない。したがって、この交換方法を使用するとき、第１プロジェクタ３８についての画像の位相値は、位相値（ｉ，２ｊ）であり（ここでｊ＝０，１，２，…である）、また、第２プロジェクタ４２についての画像の位相値は、位相値（ｉ，２ｊ＋１）である（ここでｊ＝０，１，２，…である）。
撮像されたグレーティングパターンのピッチを増やすことが望ましいならば、第２グレーティング４４が、図３において図示されているように、撮像側に追加できる。いくつかの例において、グレーティング４４とアレイ２４の間に撮像レンズを含むことが望ましい。図２の部品と同一または類似の機能を有する図３に示されている部品には、プライム記号以外は同じ参照番号が付けられている。
２つのグレーティングパターンの間のビート効果は、光学モアレ効果であり、検出器で撮像されるピッチを増やす。これは、検出器で解像されるものより細かいピッチを使用したいときに望ましくなる。すなわち、基本的なピッチは、画素、の幅より小さい。
本発明を実行するための最善の方法について詳細に記載されているが、当業者は、本発明を実施するためのさまざまな代わりの設計および実施の形態が次の請求項によって限定されていることが分かるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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