特開 2024-117880 ３次元計測装置及び３次元計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117880

(43)【公開日】2024-08-30

(54)【発明の名称】３次元計測装置及び３次元計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20240823BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023945

(22)【出願日】2023-02-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003399

【氏名又は名称】ＪＵＫＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千賀 大輔

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA53

2F065BB05

2F065DD04

2F065FF01

2F065FF02

2F065FF04

2F065FF07

2F065FF09

2F065GG00

2F065HH06

2F065HH12

2F065JJ03

2F065JJ09

2F065JJ26

2F065LL04

2F065LL18

2F065PP22

2F065QQ03

2F065QQ25

(57)【要約】      （修正有）

【課題】２次反射に起因する３次元形状の計測精度の低下を抑制する。
【解決手段】３次元計測装置は、正弦波状の明度分布の縞パターンを物体に投影する投影装置と、縞パターンが投影された物体を撮像する撮像装置と、投影装置及び撮像装置を制御する制御装置からなる。制御装置は、第１基準角度から位相シフトさせた複数の縞パターンの第１縞パターン、及び第２基準角度から位相シフトさせた複数の縞パターンの第２縞パターンを生成するパターン生成部と、第１縞パターンが投影された第１画像データ、及び第２縞パターンが投影された第２画像データを取得する画像データ取得部と、第１画像データの画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値、及び第２画像データの複数の画素の位相値を示す第２位相値を算出する位相値算出部と、第１位相値と第２位相値とを照合してノイズを特定し、ノイズを含まない第１位相値に基づいて、物体の３次元形状を算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正弦波状の明度分布の縞パターンを物体に投影する投影装置と、
前記縞パターンが投影された前記物体を撮像する撮像装置と、
前記投影装置及び前記撮像装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
第１基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の前記縞パターンからなる第１縞パターン、及び第２基準角度から前記シフト量で位相シフトさせた複数の前記縞パターンからなる第２縞パターンを生成するパターン生成部と、
前記第１縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第１画像データ、及び前記第２縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第２画像データを取得する画像データ取得部と、
前記第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値、及び前記第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出する位相値算出部と、
前記第１位相値と前記第２位相値とを照合してノイズを特定する照合部と、
前記ノイズを含まないと判定された第１位相値に基づいて、前記物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、を備える、
３次元計測装置。

【請求項2】

前記第１基準角度と前記第２基準角度との差は、前記シフト量の１／２である、
請求項１に記載の３次元計測装置。

【請求項3】

前記第１縞パターンは、前記第１基準角度が０度であり、前記シフト量が９０度である４つの縞パターンからなり、
前記第２縞パターンは、前記第２基準角度が４５度であり、前記シフト量が９０度である４つの縞パターンからなる、
請求項２に記載の３次元計測装置。

【請求項4】

前記第１位相値と前記第２位相値とを照合することは、前記第１画像データと前記第２画像データとの同一の画素の前記第１位相値と前記第２位相値との差分を算出することを含む、
請求項１に記載の３次元計測装置。

【請求項5】

第１基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の正弦波状の明度分布の縞パターンからなる第１縞パターンを物体に投影することと、
第２基準角度から前記シフト量で位相シフトさせた複数の前記縞パターンからなる第２縞パターンを前記物体に投影することと、
前記第１縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第１画像データを取得することと、
前記第２縞パターンが投影された前記物体の画像を示す第２画像データを取得することと、
前記第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値を算出することと、
前記第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出することと、
前記第１位相値と前記第２位相値とを照合してノイズを特定することと、
前記ノイズを含まないと判定された第１位相値に基づいて、前記物体の３次元形状を算出することと、を含む、
３次元計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示する技術は、３次元計測装置及び３次元計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

物体の３次元形状を計測する技術として、位相シフト法が知られている。位相シフト法においては、正弦波状の明度分布の縞パターンが投影装置により物体に投影され、縞パターンが投影された物体が撮像装置により撮像される。物体の表面の形状に応じて物体の表面に投影された縞パターンに歪み（位相ずれ）が生じるので、撮像装置により撮像された物体の表面の縞パターンが解析されることにより、物体の３次元形状が計測される。

【0003】

投影装置は、物体の表面に縞パターンの光を照射する。撮像装置には、１次反射光のみならず、２次反射光が入射する可能性がある。１次反射光とは、計測対象の物体の表面で１回だけ反射した光をいう。２次反射光とは、計測対象の物体の表面又は他の物体の表面で２回以上反射した光をいう。２次反射光は、物体の表面に投影された縞パターンにノイズとして重畳され、縞パターンの解析に悪影響を与える。そのため、２次反射光が撮像装置に入射すると、物体の３次元形状の計測精度が低下する可能性がある。２次反射光により３次元形状の計測精度が低下する現象は、２次反射又は多重反射と呼ばれる。特許文献１には、計測対象に投影したパターンの位相を基に３次元形状を計測する方法において、多重反射の影響を低減し、計測精度を向上することを目的とした技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１４６４４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されている技術をはじめとして、２次反射に起因する３次元形状の計測精度の低下を抑制するための技術が種々発案されている。しかしながら、これらの技術には、改善の余地がある。

【0006】

本明細書で開示する技術は、２次反射に起因する３次元形状の計測精度の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書は、３次元計測装置を開示する。３次元計測装置は、正弦波状の明度分布の縞パターンを物体に投影する投影装置と、縞パターンが投影された物体を撮像する撮像装置と、投影装置及び撮像装置を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、第１基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の縞パターンからなる第１縞パターン、及び第２基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の縞パターンからなる第２縞パターンを生成するパターン生成部と、第１縞パターンが投影された物体の画像を示す第１画像データ、及び第２縞パターンが投影された物体の画像を示す第２画像データを取得する画像データ取得部と、第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値、及び第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出する位相値算出部と、第１位相値と第２位相値とを照合してノイズを特定する照合部と、ノイズを含まないと判定された第１位相値に基づいて、物体の３次元形状を算出する３次元形状算出部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本明細書で開示する技術によれば、２次反射に起因する３次元形状の計測精度の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る３次元計測装置を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る制御装置を示す機能ブロック図である。

【図3】図３は、実施形態に係る３次元計測方法を示すフローチャートである。

【図4】図４は、実施形態に係る第１縞パターンを示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る第１位相値を示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る第２縞パターンを示す図である。

【図7】図７は、実施形態に係る第２位相値を示す図である。

【図8】図８は、実施形態に係る第１位相値と第２位相値との差分を示す図である。

【図9】図９は、実施形態に係る照合部により特定されたノイズを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0011】

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する所定面のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸ方向とし、Ｙ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹ方向とし、Ｚ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺ方向とする。ＸＹ平面は所定面である。

【0012】

［３次元計測装置］
図１は、実施形態に係る３次元計測装置１を模式的に示す図である。図１に示すように、３次元計測装置１は、計測対象である物体Ｗを支持するステージ２と、ステージ２に支持されている物体Ｗにパターンを投影する投影装置３と、パターンが投影された物体Ｗを撮像する撮像装置４と、投影装置３及び撮像装置４を制御する制御装置５とを備える。

【0013】

投影装置３は、光を発生する光源３１と、光源３１から射出された光を光変調する光変調素子３２と、光変調素子３２で生成されたパターンを物体Ｗに投影する投影光学系３３とを有する。

【0014】

光変調素子３２は、デジタルミラーデバイス(Digital Mirror Device：ＤＭＤ)を含む。なお、光変調素子３２は、透過型の液晶パネルを含んでもよいし、反射型の液晶パネルを含んでもよい。光変調素子３２は、制御装置５から出力されるパターンデータに基づいてパターンの光を生成する。投影装置３は、パターンデータに基づいてパターン化された光を物体Ｗに照射する。

【0015】

撮像装置４は、物体Ｗで反射した光を結像する結像光学系４１と、結像光学系４１を介して物体Ｗの画像データを取得する撮像素子４２とを有する。撮像素子４２は、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）又はＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）を含む固体撮像素子である。

【0016】

制御装置５は、コンピュータシステムを含み、投影装置３及び撮像装置４を制御する。制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。

【0017】

実施形態において、３次元計測装置１は、位相シフト法に基づいて、物体Ｗの３次元形状を計測する。投影装置３は、位相シフト法に基づいて、正弦波状の明度分布の縞パターンを位相シフトさせながら物体Ｗに投影する。撮像装置４は、縞パターンが投影された物体Ｗを撮像する。

【0018】

［制御装置］
図２は、実施形態に係る制御装置５を示す機能ブロック図である。制御装置５は、入出力部５１と、パターン生成部５２と、画像データ取得部５３と、位相値算出部５４と、照合部５５と、３次元形状算出部５６とを有する。

【0019】

パターン生成部５２は、物体Ｗに投影される縞パターンを生成する。パターン生成部５２で生成された縞パターンに係るパターンデータは、入出力部５１を介して光変調素子３２に出力される。投影装置３は、パターン生成部５２で生成された縞パターンを物体Ｗに投影する。実施形態において、パターン生成部５２は、物体Ｗの表面の高さを算出するための第１縞パターンと、ノイズを判定するための第２縞パターンとを生成する。

【0020】

第１縞パターンは、第１基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の縞パターンからなる。第２縞パターンは、第１基準角度とは異なる第２基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の縞パターンからなる。以下の説明において、第１基準角度と第２基準角度との差を適宜、進角差、と称する。

【0021】

実施形態において、第１縞パターンは、第１基準角度が０度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンからなる。第２縞パターンは、第２基準角度が４５度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンからなる。すなわち、第１基準角度と第２基準角度との差を示す進角差は、４５度である。実施形態において、第１基準角度と第２基準角度との差を示す進角差は、シフト量の１／２である。

【0022】

画像データ取得部５３は、入出力部５１を介して、撮像素子４２から画像データを取得する。実施形態において、画像データ取得部５３は、第１縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第１画像データ、及び第２縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第２画像データを取得する。

【0023】

位相値算出部５４は、位相シフトされた縞パターンのそれぞれが投影された物体Ｗの画像を示す複数の画像データの同一の点の輝度に基づいて、その点に対応する画像データの画素の位相値（位相ずれ）を算出する。位相値算出部５４は、画像データの複数の点それぞれの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する。実施形態において、位相値算出部５４は、第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値を算出する。位相値算出部５４は、第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出する。

【0024】

照合部５５は、第１位相値と第２位相値とを照合して、２次反射に起因するノイズを特定する。照合部５５は、第１画像データと第２画像データとの同一の画素の第１位相値と第２位相値とを照合して、第１画像データの複数の画素のうちノイズを含む画素を特定する。

【0025】

第１位相値を所定の進角差だけ進角させた位相値を示す進角位相値は、推測可能である。複数の画素のそれぞれがノイズを含まない場合、第１位相値を４５度だけ進角させた進角位相値は、第２位相値に一致する。したがって、進角位相値と第２位相値とが一致しない画素が存在する場合、照合部５５は、進角位相値と第２位相値とが一致しない画素にノイズが含まれていると判定することができる。

【0026】

実施形態において、第１位相値と第２位相値とを照合することは、第１画像データと第２画像データとの同一の画素の第１位相値と第２位相値との差分を算出することを含む。複数の画素のそれぞれがノイズを含まない場合、複数の画素のそれぞれにおいて、第１位相値と第２位相値との差分は、一定値になる。第１位相値と第２位相値との差分が異常値を示す画素が存在する場合、照合部５５は、差分が異常値を示す画素にノイズが含まれていると判定することができる。

【0027】

３次元形状算出部５６は、第１画像データの複数の画素のそれぞれの第１位相値に基づいて、第１画像データの複数の画素のそれぞれに対応する物体Ｗの複数の点それぞれの高さデータを算出して、物体Ｗの３次元形状を算出する。３次元形状算出部５６は、ノイズを含まないと判定された画素の第１位相値に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する。

【0028】

［３次元計測方法］
次に、実施形態に係る３次元計測方法について説明する。図３は、実施形態に係る３次元計測方法を示すフローチャートである。

【0029】

パターン生成部５２は、第１縞パターンを生成する。実施形態において、パターン生成部５２は、第１縞パターンに係るパターンデータを生成する。第１縞パターンに係るパターンデータは、パターン生成部５２から投影装置３の光変調素子３２に送信される。投影装置３は、第１縞パターンを物体Ｗに投影する。撮像装置４は、第１縞パターンが投影された物体Ｗを撮像する（ステップＳ１）。

【0030】

図４は、実施形態に係る第１縞パターンを示す図である。図４に示すように、第１縞パターンは、第１基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の縞パターンからなる。実施形態において、第１縞パターンは、第１基準角度が０度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、Ｐ１４からなる。４つの縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、Ｐ１４のそれぞれは、正弦波状の明度分布を有する。４つの縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、Ｐ１４の周期及び振幅は、同じである。

【0031】

縞パターンＰ１１は、第１基準角度である０度を原点とする正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ１２は、縞パターンＰ１１をシフト量９０度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ１３は、縞パターンＰ１１をシフト量１８０度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ１４は、縞パターンＰ１１をシフト量２７０度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。

【0032】

投影装置３は、縞パターンＰ１１、縞パターンＰ１２、縞パターンＰ１３、及び縞パターンＰ１４のそれぞれを物体Ｗに順次投影する。撮像装置４は、縞パターンＰ１１が投影された物体Ｗ、縞パターンＰ１２が投影された物体Ｗ、縞パターンＰ１３が投影された物体Ｗ、及び縞パターンＰ１４が投影された物体Ｗのそれぞれを順次撮像する。画像データ取得部５３は、縞パターンＰ１１が投影された物体Ｗの画像データ（第１画像データ）、縞パターンＰ１２が投影された物体Ｗの画像データ（第１画像データ）、縞パターンＰ１３が投影された物体Ｗの画像データ（第１画像データ）、及び縞パターンＰ１４が投影された物体Ｗの画像データ（第１画像データ）を取得する。

【0033】

位相値算出部５４は、第１縞パターン（縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、Ｐ１４）が投影された物体Ｗの画像を示す第１画像データの輝度に基づいて、第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値を算出する（ステップＳ２）。

【0034】

図５は、実施形態に係る第１位相値を示す図である。図５に示すように、位相値算出部５４は、第１縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第１画像データの輝度に基づいて、第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値を算出することができる。

【0035】

パターン生成部５２は、第２縞パターンを生成する。実施形態において、パターン生成部５２は、第２縞パターンに係るパターンデータを生成する。第２縞パターンに係るパターンデータは、パターン生成部５２から投影装置３の光変調素子３２に送信される。投影装置３は、第２縞パターンを物体Ｗに投影する。撮像装置４は、第２縞パターンが投影された物体Ｗを撮像する（ステップＳ３）。

【0036】

図６は、実施形態に係る第２縞パターンを示す図である。図６に示すように、第２縞パターンは、第２基準角度から所定のシフト量で位相シフトさせた複数の縞パターンからなる。実施形態において、第２縞パターンは、第２基準角度が４５度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、Ｐ２４からなる。４つの縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、Ｐ２４のそれぞれは、正弦波状の明度分布を有する。４つの縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、Ｐ２４の周期及び振幅は、同じである。

【0037】

縞パターンＰ２１は、第２基準角度である４５度を原点とする正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ２２は、縞パターンＰ２１をシフト量９０度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ２３は、縞パターンＰ２１をシフト量１８０度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ２４は、縞パターンＰ２１をシフト量２７０度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。

【0038】

すなわち、縞パターンＰ２１は、縞パターンＰ１１を第１基準角度と第２基準角度との進角差である４５度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ２２は、縞パターンＰ１２を４５度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ２３は、縞パターンＰ１３を４５度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ２４は、縞パターンＰ１４を４５度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。すなわち、第２縞パターン（縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４）は、第１縞パターン（縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４）を第１基準角度と第２基準角度との進角差である４５度だけ位相シフトさせた正弦波状の縞パターンである。縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、Ｐ１４，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、Ｐ２４の周期及び振幅は、同じである。

【0039】

投影装置３は、縞パターンＰ２１、縞パターンＰ２２、縞パターンＰ２３、及び縞パターンＰ２４のそれぞれを物体Ｗに順次投影する。撮像装置４は、縞パターンＰ２１が投影された物体Ｗ、縞パターンＰ２２が投影された物体Ｗ、縞パターンＰ２３が投影された物体Ｗ、及び縞パターンＰ２４が投影された物体Ｗのそれぞれを順次撮像する。画像データ取得部５３は、縞パターンＰ２１が投影された物体Ｗの画像データ（第２画像データ）、縞パターンＰ２２が投影された物体Ｗの画像データ（第２画像データ）、縞パターンＰ２３が投影された物体Ｗの画像データ（第２画像データ）、及び縞パターンＰ２４が投影された物体Ｗの画像データ（第２画像データ）を取得する。

【0040】

位相値算出部５４は、第２縞パターン（縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、Ｐ２４）が投影された物体Ｗの画像を示す第２画像データの輝度に基づいて、第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出する（ステップＳ４）。

【0041】

図７は、実施形態に係る第１位相値を示す図である。図７に示すように、位相値算出部５４は、第２縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第２画像データの輝度に基づいて、第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出することができる。

【0042】

照合部５５は、第１位相値と第２位相値とを照合して、２次反射に起因するノイズを特定する。実施形態において、照合部５５は、第１位相値と第２位相値との差分を算出する（ステップＳ５）。

【0043】

図８は、実施形態に係る第１位相値と第２位相値との差分を示す図である。図９は、実施形態に係る照合部５５により特定されたノイズを示す図である。

【0044】

複数の画素のそれぞれがノイズを含まない場合、複数の画素のそれぞれにおいて、第１位相値と第２位相値との差分は、一定値になる。第１位相値と第２位相値との差分が異常値を示す画素が存在する場合、照合部５５は、差分が異常値を示す画素にノイズが含まれていると判定することができる。

【0045】

３次元形状算出部５６は、第１画像データの複数の画素のそれぞれの第１位相値に基づいて、第１画像データの複数の画素のそれぞれに対応する物体Ｗの複数の点それぞれの高さデータを算出して、物体Ｗの３次元形状を算出する。３次元形状算出部５６は、ノイズを含まないと判定された画素の第１位相値に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する。すなわち、３次元形状算出部５６は、ノイズを含むと判定された画素に対応する物体Ｗの点の高さデータを算出しない。３次元形状算出部５６は、ノイズを含まないと判定された画素に対応する物体Ｗの点の高さデータのみを算出して、物体Ｗの３次元形状を算出する（ステップＳ６）。

【0046】

［効果］
以上説明したように、実施形態において、３次元計測装置１は、正弦波状の明度分布の縞パターンを物体Ｗに投影する投影装置３と、縞パターンが投影された物体Ｗを撮像する撮像装置４と、投影装置３及び撮像装置４を制御する制御装置５と、を備える。制御装置５は、第１基準角度である０度から所定のシフト量である９０度で位相シフトさせた複数の縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４からなる第１縞パターン、及び第２基準角度である４５度からシフト量である９０度で位相シフトさせた複数の縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４からなる第２縞パターンを生成するパターン生成部５２と、第１縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第１画像データ、及び第２縞パターンが投影された物体Ｗの画像を示す第２画像データを取得する画像データ取得部５３と、第１画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第１位相値、及び第２画像データの複数の画素のそれぞれの位相値を示す第２位相値を算出する位相値算出部５４と、第１位相値と第２位相値とを照合してノイズを特定する照合部５５と、ノイズを含まないと判定された第１位相値に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する３次元形状算出部５６と、を備える。

【0047】

実施形態によれば、第１縞パターンと、第１縞パターンを所定のシフト量だけ位相シフトさせた第２縞パターンとの両方が物体Ｗに投影され、第１縞パターンが投影された物体Ｗの第１画像データと、第２縞パターンが投影された物体Ｗの第２画像データとが取得され、第１画像データから第１位相値が算出され、第２画像データから第２位相値が算出される。第１位相値を４５度だけ進角させた位相値を示す進角位相値は、推測可能である。複数の画素のそれぞれがノイズを含まない場合、第１位相値を４５度だけ進角させた進角位相値は、第２位相値に一致する。したがって、進角位相値と第２位相値とが一致しない画素が存在する場合、照合部５５は、進角位相値と第２位相値とが一致しない画素に２次反射に起因するノイズが含まれていると判定することができる。３次元形状算出部５６は、ノイズを含むと判定された第１位相値をリジェクトし、ノイズを含まないと判定された第１位相値に基づいて、物体Ｗの３次元形状を算出する。これにより、２次反射に起因する物体Ｗの３次元形状の計測精度の低下が抑制される。

【0048】

第１基準角度と第２基準角度との差を示す進角差は、シフト量の１／２である。実施形態において、シフト量は、９０度であり、進角差は、４５度である。進角差がシフト量の１／２なので、ノイズを含む画素が存在する場合、その画素における進角位相値と第２位相値との差が大きくなるので、ノイズの存在が分かり易くなる。

【0049】

［その他の実施形態］
上述の実施形態において、第１基準角度と第２基準角度との差を示す進角差は、シフト量の１／２であることとした。第１基準角度と第２基準角度との差を示す進角差は、シフト量の１／２でなくてもよい。例えば、第１縞パターンが、第１基準角度が０度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４からなる場合において、第２縞パターンは、第２基準角度が例えば１０度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４からなってもよい。

【0050】

上述の実施形態において、第１縞パターンは、第１基準角度が０度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４からなり、第２縞パターンは、第２基準角度が４５度であり、シフト量が９０度である４つの縞パターンＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４からなることとした。第１縞パターンは、例えば、第１基準角度が０度であり、シフト量が１２０度である３つの縞パターンからなり、第２縞パターンは、第２基準角度が３０度であり、シフト量が１２０度である３つの縞パターンからなってもよい。

【符号の説明】

【0051】

１…３次元計測装置、２…ステージ、３…投影装置、４…撮像装置、５…制御装置、３１…光源、３２…光変調素子、３３…投影光学系、４１…結像光学系、４２…撮像素子、５１…入出力部、５２…パターン生成部、５３…画像データ取得部、５４…位相値算出部、５５…照合部、５６…３次元形状算出部、Ｗ…物体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】