JP2011064482A

JP2011064482A - Device and method of high-speed three-dimensional measurement

Info

Publication number: JP2011064482A
Application number: JP2009213090A
Authority: JP
Inventors: Takafusa Futamura; 孝房二村; Akira Nagai; 亮永井
Original assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-31

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed three-dimensional measurement device which can perform shape measurement by distorting the apparent shape of a measurement object as little as possible and can perform shape measurement even for a long object or a continuously moving object. <P>SOLUTION: The high-speed three-dimensional measurement device includes: a pattern light source irradiating a measurement object with stripe pattern light having light intensity periodically changed along one direction; a line camera capturing, as a set of light signals, reflected light of the stripe pattern light from the measurement object about a line along the one direction; and a measurement part calculating the height of the measurement object on the basis of the relation with the stripe pattern light about the captured set of light signals. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、物体の形状を非接触で計測する高速三次元計測装置及び高速三次元計測方法に関する。 The present invention relates to a high-speed three-dimensional measurement apparatus and a high-speed three-dimensional measurement method for measuring the shape of an object without contact.

従来、位相シフト法による３次元計測では、被測定物を固定（静止）した状態に保ち、その被測定物の全体にわたって、位相シフトさせながら縞状パターンを投影して、エリアセンサカメラで被測定物全体による格子画像を撮影していた。これによって、被測定物全体の各箇所における、投影した縞状パターンと、撮影した格子画像との間の位相差を算出し、各箇所での位相差を高低差に変換して３次元計測していた。 Conventionally, in the three-dimensional measurement by the phase shift method, the object to be measured is kept fixed (stationary), and a striped pattern is projected over the entire object to be measured while the phase is shifted, and the object is measured by the area sensor camera. I was taking a grid image of the whole thing. As a result, the phase difference between the projected striped pattern and the captured grid image at each location of the entire object to be measured is calculated, and the phase difference at each location is converted into a height difference for three-dimensional measurement. It was.

研究成果報告書「高精度高速形状変形計測法」和歌山大学システム工学部光メカトロニクス学科光波画像計測研究グループ、教授森本吉春他、２００１年４月Research report "High-precision and high-speed shape deformation measurement method" Wakayama University, Faculty of Systems Engineering, Department of Opto-Mechatronics, Optical Wave Imaging Research Group, Professor Yoshiharu Morimoto et al., April 2001 研究成果報告書「位相信頼性評価値とＤＭＤカメラを用いた三次元形状計測」和歌山大学システム工学部李志遠、２００７年２月Research report "Phase reliability evaluation value and 3D shape measurement using DMD camera", Shi Won Lee, Faculty of Systems Engineering, Wakayama University, February 2007

しかし、従来の３次元計測装置では、一方向から測定物の全体を観測した場合には被測定物は、遠近による歪みが現れるため台形形状の画像となるという問題がある。また、その遠近による歪みは形状測定の精度にも影響を生じるという問題がある。 However, the conventional three-dimensional measurement apparatus has a problem that when the entire measurement object is observed from one direction, the measurement object becomes a trapezoidal image because distortion due to perspective appears. Further, there is a problem that distortion due to the perspective affects the accuracy of shape measurement.

さらに、被測定物の全体を同時に観測するため、被測定物を静止させて観測する必要があった。このため、長い物や連続的に移動する物は測定できなかった。 Furthermore, since the entire object to be measured is observed at the same time, the object to be measured must be stopped and observed. For this reason, a long thing and the thing which moves continuously cannot be measured.

そこで、本発明の目的は、被測定物の見かけの形状をできるだけ歪ませることなく形状計測できると共に、長い物や連続的に移動する物であっても形状計測できる高速三次元計測装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-speed three-dimensional measuring apparatus capable of measuring a shape of an object to be measured without distorting it as much as possible and measuring the shape of a long object or a continuously moving object. That is.

本発明に係る高速三次元計測装置は、被測定物の上に、一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射するパターン光源と、
前記被測定物からの前記縞状パターン光の反射光を前記一つの方向に沿ったラインについて一組の光信号として取り込むラインカメラと、
取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光との関係に基づいて前記被測定物の高さを算出する計測部と、
を備えたことを特徴とする。 The high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the present invention, on the object to be measured, a pattern light source that emits a striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction,
A line camera that captures the reflected light of the striped pattern light from the object to be measured as a set of optical signals for a line along the one direction;
A measurement unit that calculates the height of the object to be measured based on the relationship with the striped pattern light with respect to the set of captured optical signals;
It is provided with.

また、前記パターン光源は、第１及び第２のパターン光源を有してもよい。 The pattern light source may include first and second pattern light sources.

さらに、前記第１のパターン光源は、第１の周期で光強度が変化する第１の縞状パターン光を照射し、前記第２のパターン光源は、第２の周期で光強度が変化する第２の縞状パターン光を照射してもよい。
この場合、前記計測部は、前記第１の縞状パターン光と、その反射光との間の第１の位相差と、前記第２の縞状パターン光と、その反射光との間の第２の位相差と、を用いて前記被測定物の連続的な高さの変化を算出することができる。 Further, the first pattern light source emits first striped pattern light whose light intensity changes in a first period, and the second pattern light source emits first light whose intensity changes in a second period. You may irradiate 2 striped pattern light.
In this case, the measurement unit includes a first phase difference between the first striped pattern light and the reflected light, and a second phase between the second striped pattern light and the reflected light. The phase difference of 2 can be used to calculate the continuous height change of the object to be measured.

またさらに、前記第１及び第２のパターン光源を交互に照射してもよい。 Furthermore, the first and second pattern light sources may be alternately irradiated.

また、前記第１のパターン光源は、第１の色で前記第１の縞状パターン光を照射し、前記第２のパターン光源は、第２の色で前記第２の縞状パターン光を照射すると共に、前記第１及び第２のパターン光源を同時に照射してもよい。 The first pattern light source emits the first striped pattern light with a first color, and the second pattern light source emits the second striped pattern light with a second color. In addition, the first and second pattern light sources may be irradiated simultaneously.

さらに、前記パターン光源は、光源から、レンズと、光透過量が周期的に変化するパターンを設けたレチクルと、を介して光を照射して、前記被測定物の上に一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射してもよい。 Further, the pattern light source irradiates light from the light source through a lens and a reticle provided with a pattern in which the amount of light transmission periodically changes, along one direction on the object to be measured. The stripe pattern light whose light intensity periodically changes may be irradiated.

また、前記パターン光源は、前記レチクルの光軸を前記レンズの光軸から外して、前記レンズの光軸に垂直な面と、前記レチクルの面を含む平面と、前記被測定物の面と、が一つの線で交差するように配置してもよい。 Further, the pattern light source is configured to remove the optical axis of the reticle from the optical axis of the lens, a plane perpendicular to the optical axis of the lens, a plane including the surface of the reticle, a surface of the object to be measured, May be arranged so as to intersect with one line.

また、前記レチクルは、一つの方向に沿って光透過量が変化する周期が等間隔のパターンが設けられていてもよい。 In addition, the reticle may be provided with a pattern having equal intervals in which the light transmission amount changes along one direction.

さらに、前記パターン光源の前記レチクルは、前記パターン光源の光軸に垂直な面と前記被測定物の面とのなす角度（θ）と、前記パターン光源の光源から光軸に沿った前記被測定物までの距離（Ｄ）と、前記パターン光源の光源と前記レチクルとの距離（ｄ）とを定数とし、前記被測定物上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｌ）をパラメータとして表される下記の関係式、
Ｔ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）
で規定される、前記レチクル上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｔ）で、一つの方向に沿って光透過量が変化するパターンが設けられていてもよい。これによって、前記パターン光源から前記レチクルを介して光強度が一定周期で変化する縞状パターン光を前記被測定物の上に照射することができる。 Further, the reticle of the pattern light source has an angle (θ) between a surface perpendicular to the optical axis of the pattern light source and the surface of the object to be measured, and the measurement object along the optical axis from the light source of the pattern light source. The distance (D) to the object and the distance (d) between the light source of the pattern light source and the reticle are constants, and the distance (L) from the intersection with the optical axis from the light source on the object to be measured The following relational expression expressed as a parameter:
T = d · L · cos θ / (D−L · sin θ)
A pattern in which the amount of light transmission changes along one direction at a distance (T) from the intersection with the optical axis from the light source on the reticle defined in (1) may be provided. As a result, it is possible to irradiate the object to be measured with a striped pattern light whose light intensity changes at a constant period from the pattern light source through the reticle.

またさらに、前記パターン光源の前記レチクルは、前記パターン光源の光軸に垂直な面と前記被測定物の面とのなす角度（θ）と、前記パターン光源の光軸に垂直な面と前記レチクルの面とのなす角度（φ）と、前記パターン光源の光源から光軸に沿った前記被測定物までの距離（Ｄ）と、前記パターン光源の光源と前記レチクルとの距離（ｄ）とを定数とし、前記被測定物上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｌ）をパラメータとして表される下記の関係式、
Ｕ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ・ｃｏｓφ＋Ｌ・ｓｉｎ（φ−θ））
で規定される、前記レチクル上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｕ）で、一つの方向に沿って光透過量が変化するパターンが設けられていてもよい。これによって、前記パターン光源は、前記レチクルを介して光強度が一定周期で変化する縞状パターン光を前記被測定物の上に照射することができる。 Still further, the reticle of the pattern light source includes an angle (θ) between a surface perpendicular to the optical axis of the pattern light source and the surface of the object to be measured, a surface perpendicular to the optical axis of the pattern light source, and the reticle. An angle (φ) between the surface of the pattern light source, a distance (D) from the light source of the pattern light source to the object to be measured along an optical axis, and a distance (d) between the light source of the pattern light source and the reticle The following relational expression expressed as a parameter, the distance (L) from the intersection with the optical axis from the light source on the object to be measured:
U = d · L · cos θ / (D · cos φ + L · sin (φ−θ))
There may be provided a pattern in which the light transmission amount changes along one direction at a distance (U) from the intersection with the optical axis from the light source on the reticle. As a result, the pattern light source can irradiate the object to be measured with a striped pattern light whose light intensity changes at a constant cycle via the reticle.

また、前記パターン光源は、前記光源としてラインレーザを用いてもよい。 The pattern light source may use a line laser as the light source.

またさらに、前記ラインカメラは、外部からの光を取り込むレンズの光軸を前記ラインセンサの光軸から外して、前記ラインセンサの光軸に垂直な面と、前記レンズの面を含む平面と、前記被測定物の面と、が一つの線で交差するように配置してもよい。 Furthermore, the line camera removes the optical axis of the lens that captures light from the outside from the optical axis of the line sensor, a plane perpendicular to the optical axis of the line sensor, and a plane including the surface of the lens, You may arrange | position so that the surface of the said to-be-measured object may cross | intersect on one line.

また、前記計測部は、取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光の周期を用いた位相シフトモアレ法によって、一組の前記信号列から複数組の疑似信号列を生成し、得られた複数組の前記疑似信号列を用いて、前記被測定物の高さを算出してもよい。 Further, the measurement unit generates a plurality of sets of pseudo signal sequences from the set of signal sequences by a phase shift moire method using the period of the striped pattern light for the set of captured optical signals. The height of the object to be measured may be calculated using the plurality of sets of pseudo signal sequences.

さらに、前記計測部は、取り込んだ一組の前記光信号について、フーリエ変換格子法を用いて、前記縞状パターン光の光強度と前記被測定物からの反射光の光強度との位相差を求め、高さを算出してもよい。 Furthermore, the measurement unit uses the Fourier transform lattice method for the set of optical signals taken in, to calculate a phase difference between the light intensity of the striped pattern light and the light intensity of reflected light from the object to be measured. The height may be calculated.

また、本発明に係る高速三次元計測方法は、被測定物の上に、一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射するステップと、
前記被測定物からの前記縞状パターン光の反射光を前記一つの方向に沿ったラインについて一組の光信号として取り込むステップと、
取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光との関係に基づいて前記被測定物の高さを算出するステップと、
を含むことを特徴とする。 Further, the high-speed three-dimensional measurement method according to the present invention irradiates a striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction on the object to be measured;
Capturing reflected light of the striped pattern light from the device under test as a set of optical signals for a line along the one direction;
Calculating a height of the object to be measured based on the relationship with the striped pattern light for the set of captured optical signals;
It is characterized by including.

さらに、前記被測定物の高さを算出するステップでは、取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光の周期を用いた位相シフトモアレ法によって、一組の前記信号列から複数組の疑似信号列を生成し、得られた複数組の前記疑似信号列を用いて、前記被測定物の高さを算出してもよい。 Furthermore, in the step of calculating the height of the object to be measured, a plurality of sets of the signal sequences are obtained from the set of the signal sequences by the phase shift moire method using the period of the striped pattern light. A pseudo signal sequence may be generated, and the height of the device under test may be calculated using the plurality of sets of pseudo signal sequences obtained.

前記被測定物の高さを算出するステップでは、取り込んだ一組の前記光信号について、フーリエ変換格子法を用いて、前記縞状パターン光の光強度と前記被測定物からの反射光の光強度との位相差を求め、高さを算出してもよい。 In the step of calculating the height of the object to be measured, the light intensity of the striped pattern light and the light of the reflected light from the object to be measured are obtained by using a Fourier transform lattice method for the set of captured optical signals. The height may be calculated by obtaining the phase difference from the intensity.

本発明の高速三次元計測装置及び高速三次元計測方法によれば、非測定物を連続搬送状態で形状計測することが可能である。また、シート状の実質的にエンドレスに延在する被測定物の検査も可能である。 According to the high-speed three-dimensional measurement apparatus and the high-speed three-dimensional measurement method of the present invention, it is possible to measure the shape of a non-measurement object in a continuous conveyance state. Further, it is possible to inspect the object to be measured that extends substantially endlessly in the form of a sheet.

本発明の実施の形態１に係る高速三次元計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the high-speed three-dimensional measuring apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. パターン光源の内部構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the internal structure of a pattern light source. ラインカメラの内部構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the internal structure of a line camera. パターン光源を斜め上方に配置し、ラインカメラを真上に配置する構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure which arrange | positions a pattern light source diagonally upward and arrange | positions a line camera right above. パターン光源を真上に配置して、ラインカメラを斜め上方に配置する構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure which arrange | positions a pattern light source directly above and arranges a line camera diagonally upward. パターン光源及びラインカメラを互いに相対する斜め上方に配置する構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure which arrange | positions a pattern light source and a line camera diagonally upward facing each other. 実施の形態１に係る高速三次元計測方法のフローチャートである。3 is a flowchart of a high-speed three-dimensional measurement method according to Embodiment 1. （ａ）〜（ｋ）は、位相シフトモアレ法を説明する概略図である。(A)-(k) is the schematic explaining the phase shift moire method. （ａ）〜（ｅ）はフーリエ変換格子法による位相差の算出を説明する概略図である。(A)-(e) is the schematic explaining the calculation of the phase difference by a Fourier-transform lattice method. 実施の形態２に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源と被測定物との配置関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the arrangement | positioning relationship between the pattern light source and to-be-measured object in the high-speed three-dimensional measuring apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態３に係る高速三次元計測装置におけるラインカメラと被測定物との配置関係を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an arrangement relationship between a line camera and a measurement object in a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to Embodiment 3. 実施の形態４に係る高速三次元計測装置の構成を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to a fourth embodiment. 実施の形態５に係る高速三次元計測装置の構成を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to a fifth embodiment. （ａ）及び（ｂ）は、実施の形態６に係る高速三次元計測装置の構成を示す概略図である。(A) And (b) is the schematic which shows the structure of the high-speed three-dimensional measuring apparatus which concerns on Embodiment 6. FIG. （ａ）は、実施の形態６に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源２ｂによる周期の長い縞状パターン光を示す概略図であり、（ｂ）は、（ａ）の縞状パターン光とその反射光との位相差の変化を示す概略図であり、（ｃ）は、パターン光源２ａによる周期の短い縞状パターン光を示す概略図であり、（ｄ）は、（ｃ）の縞状パターン光とその反射光との位相差の変化を示す概略図であり、（ｅ）は、（ｂ）の結果に基づいて（ｄ）の位相差の変化について部分的に位相接続を行った概略図である。(A) is the schematic which shows the striped pattern light with a long period by the pattern light source 2b in the high-speed three-dimensional measuring apparatus which concerns on Embodiment 6, (b) is the striped pattern light of (a) and its It is the schematic which shows the change of phase difference with reflected light, (c) is the schematic which shows the striped pattern light with a short period by the pattern light source 2a, (d) is the striped pattern of (c). It is the schematic which shows the change of the phase difference of light and its reflected light, (e) is the schematic which performed the phase connection partially about the change of the phase difference of (d) based on the result of (b) It is. 実施の形態７に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源と被測定物との配置関係を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between a pattern light source and an object to be measured in a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to Embodiment 7. 実施の形態７に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源のレチクル上のパターンと被測定物上の縞状パターンとの関係を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a relationship between a pattern on a reticle of a pattern light source and a striped pattern on a measurement object in a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to a seventh embodiment. 実施の形態８に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源のレチクル上のパターンと被測定物上の縞状パターンとの関係を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a relationship between a pattern on a reticle of a pattern light source and a striped pattern on a measurement object in a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to an eighth embodiment.

本発明の実施の形態に係る高速三次元計測装置及び高速三次元計測方法について添付図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付している。 A high-speed three-dimensional measurement apparatus and a high-speed three-dimensional measurement method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are denoted by the same reference numerals.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る高速三次元計測装置の構成を示すブロック図である。この高速三次元計測装置１０は、パターン光源２と、ラインカメラ６と、計測部９と、を備える。図１では、パターン光源２は被測定物１の斜め上方に配置され、ラインカメラ４は被測定物１の真上に配置されている。パターン光源２は、斜め上方から、被測定物１の上に、一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射する。ラインカメラ６は、被測定物１からの縞状パターン光の反射光を上記一つの方向に沿ったラインについて一組の光信号として取り込む。計測部９は、取り込んだ一組の光信号について、縞状パターン光との関係に基づいて被測定物１の高さ（形状）を算出する。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The high-speed three-dimensional measurement apparatus 10 includes a pattern light source 2, a line camera 6, and a measurement unit 9. In FIG. 1, the pattern light source 2 is disposed obliquely above the device under test 1, and the line camera 4 is disposed directly above the device under test 1. The pattern light source 2 irradiates striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction on the DUT 1 from diagonally above. The line camera 6 captures the reflected light of the striped pattern light from the DUT 1 as a set of optical signals for the line along the one direction. The measuring unit 9 calculates the height (shape) of the DUT 1 based on the relationship with the striped pattern light with respect to the set of captured optical signals.

＜パターン光源＞
図２は、パターン光源２の内部構成を示す概略図である。パターン光源２は、光源３と、レンズ４と、光透過量が周期的に変化するレチクル５とを備える。このパターン光源２によって、光源３から、レンズ４とレチクル５とを介して光を照射する。これによって、被測定物１の上に一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射することができる。 <Pattern light source>
FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal configuration of the pattern light source 2. The pattern light source 2 includes a light source 3, a lens 4, and a reticle 5 whose light transmission amount changes periodically. The pattern light source 2 emits light from the light source 3 through the lens 4 and the reticle 5. Thereby, the striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction can be irradiated on the DUT 1.

＜ラインカメラ＞
図３は、ラインカメラ６の内部構成を示す概略図である。ラインカメラ６は、被測定物１からの反射光を、レンズ７を介して一つの方向に沿ったラインについて、ラインセンサ８で一組の光信号として取り込む。 <Line camera>
FIG. 3 is a schematic diagram showing the internal configuration of the line camera 6. The line camera 6 captures the reflected light from the DUT 1 as a set of optical signals by the line sensor 8 for a line along one direction via the lens 7.

＜パターン光源とラインカメラとの位置関係＞
パターン光源２とラインカメラ６とは、それぞれ被測定物１に対して真上、又は、斜め上方のいずれかの配置とすることができる。そのためパターン光源２とラインカメラ６との位置関係としては、様々な配置をとりうる。例えば、図４から図６のいずれの配置であってもよい。図４では、図１と同様にパターン光源２を斜め上方に配置して、被測定物１の上に縞状パターン光を照射している。また、ラインカメラ６を真上に配置している。図５では、図４とは逆に、パターン光源２を真上に配置して、被測定物１の上に縞状パターン光を照射し、ラインカメラ６を斜め上方に配置している。図６では、パターン光源２及びラインカメラ６を互いに相対する斜め上方に配置している。なお、パターン光源２とラインカメラ６との配置は、図４から図６の場合に限られない。 <Positional relationship between pattern light source and line camera>
The pattern light source 2 and the line camera 6 can be arranged either directly above or obliquely above the device under test 1. Therefore, the positional relationship between the pattern light source 2 and the line camera 6 can be variously arranged. For example, any of the arrangements shown in FIGS. 4 to 6 may be used. In FIG. 4, the pattern light source 2 is arranged obliquely upward as in FIG. 1, and the striped pattern light is irradiated on the DUT 1. Further, the line camera 6 is arranged directly above. In FIG. 5, contrary to FIG. 4, the pattern light source 2 is disposed directly above, the striped pattern light is irradiated on the object to be measured 1, and the line camera 6 is disposed obliquely upward. In FIG. 6, the pattern light source 2 and the line camera 6 are arranged obliquely upward relative to each other. In addition, arrangement | positioning with the pattern light source 2 and the line camera 6 is not restricted to the case of FIGS.

＜計測部＞
計測部９は、取り込んだ一組の光信号について、縞状パターン光と反射光との位相差に基づいて被測定物１の高さ（形状）を算出する。計測部９としては、例えば、コンピュータで構成されていてもよい。計測部がコンピュータで構成される場合には、ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶装置１３、インタフェース１４、入力装置１５、出力装置１６等を備える。 <Measurement unit>
The measuring unit 9 calculates the height (shape) of the DUT 1 based on the phase difference between the striped pattern light and the reflected light for the set of captured optical signals. As the measurement part 9, you may be comprised with the computer, for example. When the measurement unit is configured by a computer, the measurement unit includes a CPU 11, a memory 12, a storage device 13, an interface 14, an input device 15, an output device 16, and the like.

＜高速三次元計測方法＞
図７は、実施の形態１に係る高速三次元計測方法のフローチャートである。
ａ）被測定物１の上に、一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射するステップ（Ｓ０１）と、
ｂ）被測定物１からの縞状パターン光の反射光を一つの方向に沿ったラインについて一組の光信号として取り込むステップ（Ｓ０２）と、
ｃ）取り込んだ一組の光信号について、縞状パターン光との関係に基づいて被測定物１の高さを算出するステップ（Ｓ０３）と、
を含む。 <High-speed 3D measurement method>
FIG. 7 is a flowchart of the high-speed three-dimensional measurement method according to the first embodiment.
a) irradiating the device under test 1 with a striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction (S01);
b) capturing the reflected light of the striped pattern light from the DUT 1 as a set of optical signals for a line along one direction (S02);
c) calculating the height of the DUT 1 based on the relationship with the striped pattern light with respect to the set of captured optical signals (S03);
including.

上記の被測定物１の高さを算出するステップ（Ｓ０３）では、例えば、
（１）位相シフトモアレ法
（２）フーリエ変換格子法
のいずれかについても用いることができる。なお、被測定物１の高さを算出するステップは、上記の２つの方法に限られない。
以下に、それぞれの方法について説明する。 In the step of calculating the height of the DUT 1 (S03), for example,
(1) Phase shift moire method (2) Any of the Fourier transform lattice method can be used. Note that the step of calculating the height of the DUT 1 is not limited to the above two methods.
Each method will be described below.

（１）位相シフトモアレ法
取り込んだ一組の光信号について、縞状パターン光の周期を用いた位相シフトモアレ法によって、一組の信号列から複数組の疑似信号列を生成する。次いで、得られた複数組の疑似信号列を用いて、照射した縞状パターン光と被測定物１からの反射光との位相差を求め、位相差に基づいて被測定物１の高さを算出する。 (1) Phase shift moire method A plurality of sets of pseudo signal sequences are generated from a set of signal sequences by a phase shift moire method using the period of the striped pattern light for the set of captured optical signals. Next, the phase difference between the irradiated striped pattern light and the reflected light from the device under test 1 is obtained using the obtained plural sets of pseudo signal sequences, and the height of the device under test 1 is determined based on the phase difference. calculate.

位相シフトモアレ法では、取り込んだ一組の光信号について、作成する疑似信号列の組数に対応する画素数ごとにサンプリングして、とびとびの画素値を有する疑似信号列を作成し、サンプリングする画素をずらせて同様のサンプリングを行って、１組の信号列から複数組の疑似信号列を生成する。 In the phase shift moiré method, a set of captured optical signals is sampled for each number of pixels corresponding to the number of pairs of pseudo signal sequences to be created, and a pseudo signal sequence having discrete pixel values is created. The same sampling is performed by shifting, and a plurality of sets of pseudo signal sequences are generated from one set of signal sequences.

図８（ａ）〜（ｋ）は、位相シフトモアレ法を説明する概略図である。図８（ａ）の黒点は、ラインセンサのサンプリング点（画素）を示すものである。図８（ｂ）は、パターン光源２から照射される明暗の帯が１ラインにわたって交互に繰り返された縞状パターン光のイメージを示すものである。図８（ｃ）は、図８（ｂ）の縞状パターン光の反射光の１ラインを取り込んだ光信号を示すものである。図８（ｄ）は、図８（ｃ）の信号列で、端から一つめの画素から４画素おきに間引いた疑似信号列を示すものである。この場合、４画素おきにしかデータがない。図８（ｅ）は、図８（ｃ）の信号列で、端から二つめの画素から４画素おきに間引いた疑似信号列を示すものである。図８（ｆ）は、図８（ｃ）の信号列で、端から三つめの画素から４画素おきに間引いた疑似信号列を示すものである。図８（ｇ）は、図８（ｃ）の信号列で、端から四つめの画素から４画素おきに間引いた疑似信号列を示すものである。図８（ｈ）は、図８（ｄ）の疑似信号列について、データが存在する画素に基づいて、その間のデータが存在しない画素に対して補間演算を行ってデータを生成した疑似信号列を示すものである。ただし、図８（ｈ）では間のデータは左信号と同一となっているが、補間演算によって信号の強弱は変化する。図８（ｉ）は、図８（ｅ）の疑似信号列について、データが存在する画素に基づいて、その間のデータが存在しない画素に対して補間演算を行ってデータを生成した疑似信号列を示すものである。ただし、図８（ｉ）では間のデータは左信号と同一となっているが、補間演算によって信号の強弱は変化する。図８（ｊ）は、図８（ｆ）の疑似信号列について、データが存在する画素に基づいて、その間のデータが存在しない画素に対して補間演算を行ってデータを生成した疑似信号列を示すものである。ただし、図８（ｊ）では間のデータは左信号と同一となっているが、補間演算によって信号の強弱は変化する。図８（ｋ）は、図８（ｇ）の疑似信号列について、データが存在する画素に基づいて、その間のデータが存在しない画素に対して補間演算を行ってデータを生成した疑似信号列を示すものである。ただし、図８（ｊ）では間のデータは左信号と同一となっているが、補間演算によって信号の強弱は変化する。 8A to 8K are schematic diagrams for explaining the phase shift moire method. The black dots in FIG. 8A indicate the sampling points (pixels) of the line sensor. FIG. 8B shows an image of striped pattern light in which bright and dark bands irradiated from the pattern light source 2 are alternately repeated over one line. FIG. 8C shows an optical signal in which one line of the reflected light of the striped pattern light in FIG. 8B is taken. FIG. 8D shows a pseudo signal sequence obtained by thinning out every fourth pixel from the first pixel from the end in the signal sequence of FIG. In this case, there is data only every four pixels. FIG. 8E shows a pseudo signal sequence obtained by thinning out every fourth pixel from the second pixel from the end in the signal sequence of FIG. 8C. FIG. 8F shows the pseudo signal sequence obtained by thinning out every fourth pixel from the third pixel from the end in the signal sequence of FIG. 8C. FIG. 8G shows a pseudo signal sequence obtained by thinning out every fourth pixel from the fourth pixel from the end in the signal sequence of FIG. FIG. 8 (h) shows a pseudo signal sequence in which the pseudo signal sequence of FIG. 8 (d) is generated by performing an interpolation operation on pixels in which no data exists based on the pixels in which data exists. It is shown. However, in FIG. 8H, the data in the middle is the same as the left signal, but the strength of the signal changes due to the interpolation calculation. FIG. 8 (i) shows a pseudo signal sequence in which the pseudo signal sequence of FIG. 8 (e) is generated by performing an interpolation operation on pixels in which no data exists based on pixels in which data exists. It is shown. However, in FIG. 8 (i), the intervening data is the same as that of the left signal, but the strength of the signal changes due to the interpolation calculation. FIG. 8 (j) shows a pseudo signal sequence in which the pseudo signal sequence of FIG. 8 (f) is generated by performing an interpolation operation on pixels in which no data exists based on the pixels in which data exists. It is shown. However, in FIG. 8J, the data in the middle is the same as the left signal, but the strength of the signal changes due to the interpolation calculation. FIG. 8 (k) shows a pseudo signal sequence in which the pseudo signal sequence of FIG. 8 (g) is generated by performing an interpolation operation on pixels in which no data exists based on pixels in which data exists. It is shown. However, in FIG. 8J, the data in the middle is the same as the left signal, but the strength of the signal changes due to the interpolation calculation.

以下に位相シフトモアレ法の手順を説明する。
（ア）パターン光源２から照射される明暗の帯が１ラインにわたって交互に繰り返された縞状パターン光（図８（ｂ））の反射光の１ラインを取り込んで、図８（ｃ）で示される一組の光信号列を得る。
（イ）図８（ｃ）の光信号列について、作成しようとする疑似信号列が４組の場合には、照射する縞状パターン光（図８（ｂ））の周期に合わせて４画素おきに間引いてサンプリングする。この場合、図８（ｃ）のラインに沿って４画素ごとにサンプリングを行って、図８（ｄ）〜（ｇ）の４画素ごとにとびとびのデータを有する４組の疑似信号列を得る。
（ウ）各組の疑似信号列について、データが存在する画素に基づいて、その間のデータが存在しない画素に対して補間演算を行ってデータを生成した４組の疑似信号列（図８（ｈ）〜図８（ｋ））を得る。 The procedure of the phase shift moire method will be described below.
(A) One line of reflected light of striped pattern light (FIG. 8B) in which the light and dark bands irradiated from the pattern light source 2 are alternately repeated over one line is taken in and shown in FIG. 8C. To obtain a set of optical signal sequences.
(B) For the optical signal sequence in FIG. 8C, when there are four sets of pseudo signal sequences to be created, every four pixels according to the period of the striped pattern light to be irradiated (FIG. 8B). Sampling to sample. In this case, sampling is performed every four pixels along the line in FIG. 8C, and four sets of pseudo signal sequences having discrete data are obtained for every four pixels in FIGS. 8D to 8G.
(C) For each set of pseudo-signal sequences, four sets of pseudo-signal sequences (FIG. 8 (h) ) To FIG. 8 (k)).

上記位相シフトモアレ法で得られた複数組の疑似信号列を用いて、照射した縞状パターン光と被測定物１からの反射光との位相差を求め、位相差に基づいて被測定物１の高さを算出する。例えば、上記の例では４組の疑似信号列は、照射する縞状パターン光の周期が４画素であるのに対して、１画素ずつずらしてサンプリングしており、π／２ごと位相シフトさせた場合に対応する。そこで、このπ／２ごと位相シフトさせた４組の疑似信号列に基づいて、各画素ごとの位相差を求め、この位相差に基づいて高さを算出することができる。これにより、被測定物１を形状計測することができる。具体的には、上記４組の疑似信号列について、各画素ごとについて、０、π／２、π、３π／２の各位相での画素値をプロットして得られる画素値の余弦曲線から各画素での位相差を得ることができる。
今回は、４画素おきに間引いてサンプリングを行い、位相差を求めたが、３画素おき以上で間引いたサンプリングであれば、位相差を計算することができる。
なお、位相シフトモアレ法の詳細については、例えば、非特許文献１や非特許文献２などの文献に示されている。 Using a plurality of sets of pseudo signal sequences obtained by the phase shift moire method, the phase difference between the irradiated striped pattern light and the reflected light from the device under test 1 is obtained, and the device under test 1 is measured based on the phase difference. Calculate the height. For example, in the above example, the four sets of pseudo signal sequences are sampled by shifting one pixel at a time while the period of the striped pattern light to be irradiated is four pixels, and the phase is shifted by π / 2. Corresponds to the case. Therefore, a phase difference for each pixel is obtained based on the four sets of pseudo signal sequences that are phase-shifted by π / 2, and the height can be calculated based on the phase difference. Thereby, the shape of the DUT 1 can be measured. Specifically, for each of the above four sets of pseudo signal sequences, each pixel is obtained from a cosine curve of pixel values obtained by plotting pixel values at respective phases of 0, π / 2, π, and 3π / 2. A phase difference at the pixel can be obtained.
In this example, sampling is performed by thinning out every four pixels and the phase difference is obtained. However, if sampling is performed by thinning out every third pixel or more, the phase difference can be calculated.
The details of the phase shift moire method are shown in documents such as Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.

（２）フーリエ変換格子法
フーリエ変換格子法では、取り込んだ一組の光信号について、反射光についてフーリエ変換を行った後、その１次高調波のみを逆フーリエ変換して、位相差を求め、位相差に基づいて高さを算出する。図９（ａ）〜（ｅ）はフーリエ変換格子法による位相差の算出を説明する概略図である。
（ア）平面に縞状パターン光を投影した場合、図９（ａ）のようになり、この反射光をフーリエ変換すると、図９（ｂ）のように縞状パターン光の周期に対応する箇所（ω１、−ω１）の２箇所に鋭いピークを生じる。
（イ）一方、凹凸面に縞状パターン光を投影した場合、凹凸部分で縞の位置が位相ω１からずれて、図９（ｃ）のようになる。この反射光をフーリエ変換すると、図９（ｄ）に示すように、縞のずれの位相ω２、ω３の対応する成分を示す。
（ウ）（イ）について、フーリエ変換後の１次調和波の付近について逆フーリエ変換を行って、縞のずれの位相ω２、ω３等の成分を求めることができる。ここで、２次高調波以上の高調波はノイズによるものであるので逆フーリエを行う必要はない。また、位相ωの正負の成分は波の進行方向を表している（図９（ｅ））。上記の場合には静止画なので、方向性がないため、正の成分（ω）のみを逆フーリエ変換すればよい。
なお、逆フーリエ変換は、
Ｉ（ｘ、ｙ）＝Ｃ_１ｅｘｐ（ｊω（ｘ、ｙ））
と表すことができる。この式から複素解析的に位相ωを求める事ができる。各画素ごとに得られたω（ｘ、ｙ）は１ラインについての位相画像となる。
得られた位相差に基づいて各画素の位置の高さを求めることができる。
なお、フーリエ変換格子法の詳細については、例えば、非特許文献１などの文献に示されている。 (2) Fourier transform lattice method In the Fourier transform lattice method, after performing a Fourier transform on reflected light for a set of captured optical signals, only the first harmonic is inverse Fourier transformed to obtain a phase difference, The height is calculated based on the phase difference. 9A to 9E are schematic diagrams for explaining the calculation of the phase difference by the Fourier transform lattice method.
(A) When striped pattern light is projected onto a plane, the result is as shown in FIG. 9A. When this reflected light is Fourier transformed, a location corresponding to the period of the striped pattern light as shown in FIG. 9B. Sharp peaks occur at two positions (ω1, −ω1).
(A) On the other hand, when the striped pattern light is projected onto the uneven surface, the position of the stripe is shifted from the phase ω1 in the uneven portion, as shown in FIG. 9C. When the reflected light is subjected to Fourier transform, as shown in FIG. 9D, the corresponding components of the fringe shift phases ω2 and ω3 are shown.
(C) With respect to (a), the inverse Fourier transform is performed in the vicinity of the primary harmonic wave after the Fourier transform, and components such as fringe shift phases ω2, ω3 can be obtained. Here, since harmonics higher than the second harmonic are due to noise, it is not necessary to perform inverse Fourier. Also, the positive and negative components of the phase ω represent the traveling direction of the wave (FIG. 9 (e)). In the above case, since it is a still image, there is no directionality, so only the positive component (ω) needs to be subjected to inverse Fourier transform.
The inverse Fourier transform is
I (x, y) = C ₁ exp (jω (x, y))
It can be expressed as. From this equation, the phase ω can be obtained by complex analysis. Ω (x, y) obtained for each pixel is a phase image for one line.
Based on the obtained phase difference, the height of the position of each pixel can be obtained.
The details of the Fourier transform lattice method are described in documents such as Non-Patent Document 1.

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源２と被測定物との配置関係を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、実施の形態１に係る高速三次元計測装置と比較すると、光源３の光軸に対して、レチクル５の光軸を傾けて配置していることを特徴とする。さらに具体的には、レンズ４の光軸に垂直な面と、レチクル５の面と、被測定物１の面とが一つの線で交差するようにレチクル５の光軸を傾けて配置する。上記の配置の条件は「シャインプルーフの原理」と呼ばれるものであり、この条件を満たす場合には、レチクル５のパターンに対応して、被測定物１の上に照射される縞状パターンの手前と奥とで同時に焦点を合わせることができる。 (Embodiment 2)
FIG. 10 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between the pattern light source 2 and the object to be measured in the high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the second embodiment. Compared with the high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the first embodiment, this high-speed three-dimensional measurement apparatus is characterized in that the optical axis of the reticle 5 is inclined with respect to the optical axis of the light source 3. More specifically, the optical axis of the reticle 5 is tilted so that the surface perpendicular to the optical axis of the lens 4, the surface of the reticle 5, and the surface of the DUT 1 intersect at one line. The above arrangement condition is called “the principle of Scheimpflug”. When this condition is satisfied, the striped pattern irradiated on the object to be measured 1 corresponds to the pattern of the reticle 5. And the back can be focused simultaneously.

（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係る高速三次元計測装置におけるラインカメラ６と被測定物１との配置関係を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、実施の形態１に係る高速三次元計測装置と比較すると、ラインカメラ６自体の光軸に対して、レンズ７の光軸を傾けて配置していることを特徴とする。さらに具体的には、図１１に示されるように、ラインセンサ８の光軸に垂直な面と、レンズ７の面を含む平面と、被測定物１の面と、が一つの線で交差するように配置される。これはパターン光源２のレチクル５の配置と同様に「シャインプルーフの原理」と呼ばれるものであり、上記条件を満たす場合には、ラインセンサ８への光信号の取り込みにおいて被測定物の手前と奥との両方について焦点を合わせることができる。
なお、実施の形態３において、実施の形態１の構成に加えて、実施の形態２のパターン光源の構成を同時に用いてもよい。 (Embodiment 3)
FIG. 11 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between the line camera 6 and the DUT 1 in the high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the third embodiment. Compared with the high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the first embodiment, this high-speed three-dimensional measurement apparatus is characterized in that the optical axis of the lens 7 is arranged to be inclined with respect to the optical axis of the line camera 6 itself. To do. More specifically, as shown in FIG. 11, the surface perpendicular to the optical axis of the line sensor 8, the plane including the surface of the lens 7, and the surface of the DUT 1 intersect with one line. Are arranged as follows. This is called “the principle of Shine proof” as in the case of the arrangement of the reticle 5 of the pattern light source 2. When the above conditions are satisfied, the front and back of the object to be measured are taken in when the optical signal is taken into the line sensor 8. And can focus on both.
In the third embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the configuration of the pattern light source of the second embodiment may be used at the same time.

（実施の形態４）
図１２は、実施の形態４に係る高速三次元計測装置の構成を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、複数のパターン光源２ａ、２ｂを用いて、それぞれ互いに異なる方向から光を照射することを特徴とする。これによって、一方のパターン光源からだけでは影となって高さを計測できない死角となる部分に対して、もう一つのパターン光源から光を照射できるので被測定物上での死角部分を減らすことができる。この実施の形態では、２つの光源を用いたが、より多くの光源を用いて計測することもできる。
なお、この実施の形態４においても、実施の形態１の構成に加えて、実施の形態２のラインカメラ、及び／又は、実施の形態３のパターン光源の構成を同時に用いてもよい。 (Embodiment 4)
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a configuration of a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the fourth embodiment. This high-speed three-dimensional measuring apparatus is characterized by using a plurality of pattern light sources 2a and 2b and irradiating light from different directions. As a result, it is possible to irradiate light from the other pattern light source to the part that becomes a shadow that cannot be measured in height only from one pattern light source, so that the dead angle part on the object to be measured can be reduced. it can. In this embodiment, two light sources are used, but measurement can be performed using more light sources.
In the fourth embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the configuration of the line camera of the second embodiment and / or the pattern light source of the third embodiment may be used simultaneously.

（実施の形態５）
図１３は、実施の形態５に係る高速三次元計測装置の構成を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、複数のラインカメラを使用している。従来、一つのラインカメラを用いた場合には、カメラ位置と被測定物の形状との関係で一つのラインカメラでは観測できない部分、つまり死角部分が生じる場合があった。この高速三次元計測装置では、２台のラインカメラを用いて観測できるので、一方のラインカメラの死角部分を他方のラインカメラでカバーできるので、全体として死角部分を減らすことができる。この実施の形態では、２つのラインカメラを用いたが、より多くのラインカメラを用いて計測することもできる。
なお、この実施の形態５においても、実施の形態１の構成に加えて、実施の形態２から４の少なくとも一つの構成を同時に用いてもよい。 (Embodiment 5)
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of a high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the fifth embodiment. In this high-speed three-dimensional measuring apparatus, a plurality of line cameras are used. Conventionally, when one line camera is used, a portion that cannot be observed by one line camera, that is, a blind spot portion, may occur due to the relationship between the camera position and the shape of the object to be measured. In this high-speed three-dimensional measuring apparatus, since observation can be performed using two line cameras, the blind spot portion of one line camera can be covered with the other line camera, and thus the blind spot portion can be reduced as a whole. In this embodiment, two line cameras are used. However, measurement can be performed using more line cameras.
In the fifth embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, at least one configuration of the second to fourth embodiments may be used at the same time.

（実施の形態６）
図１４（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態６に係る高速三次元計測装置の構成を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、実施の形態４と比較すると、複数のパターン光源を用いる点で同様であるが、さらにそれぞれのパターン光源２ａ、２ｂから照射する縞状パターン光の周期を互いに異なるものとする点で相違する。２つのパターン光源２ａ、２ｂから照射する縞状パターン光の周期を互いに異なるものとすることによって、それぞれのパターン光源からの光の反射光から算出される位相差に対応する周期（長さ方向での周期）が異なる。例えば、図１５（ａ）では、図１５（ｃ）の場合に対して、長さ方向で２倍の周期で位相が変化する。そのため、位相差πから−πへの不連続変化となる箇所がそれぞれの反射光で異なるので、それぞれの反射光による位相差の変化を参照することによって、周囲の画素値を考慮することなく位相接続を確実に行うことができる。
尚、この実施の形態では、２つのパターン光源を用いたが、より多くのパターン光源を用いて実施することもできる。また、この実施の形態６ではパターン光源が被測定物１の真上にあるが、斜めからの照射でもかまわない。この際、実施の形態２で説明されたパターン光源を用いることができる。
なお、この実施の形態６においても、実施の形態１の構成に加えて、実施の形態２から５の少なくとも一つの構成を同時に用いてもよい。 (Embodiment 6)
FIGS. 14A and 14B are schematic views showing the configuration of the high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the sixth embodiment. This high-speed three-dimensional measurement apparatus is similar to the fourth embodiment in that a plurality of pattern light sources are used, but the period of the striped pattern light emitted from each pattern light source 2a, 2b is different from each other. It is different in that. By making the period of the striped pattern light irradiated from the two pattern light sources 2a and 2b different from each other, the period corresponding to the phase difference calculated from the reflected light of the light from each pattern light source (in the length direction) Are different). For example, in FIG. 15A, the phase changes with a period twice as long in the length direction as compared to the case of FIG. For this reason, the location of the discontinuous change from π to -π is different for each reflected light. Therefore, by referring to the change in the phase difference due to each reflected light, the phase can be changed without considering the surrounding pixel values. Connection can be made reliably.
In this embodiment, two pattern light sources are used. However, more pattern light sources can be used. In the sixth embodiment, the pattern light source is directly above the DUT 1, but irradiation from an oblique direction may be used. At this time, the pattern light source described in the second embodiment can be used.
In the sixth embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, at least one configuration of the second to fifth embodiments may be used at the same time.

図１５（ａ）は、パターン光源２ｂによる周期の長い縞状パターン光を示す概略図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の縞状パターン光とその反射光との位相差の変化を示す概略図であり、図１５（ｃ）は、パターン光源２ａによる周期の短い縞状パターン光を示す概略図であり、図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）の縞状パターン光とその反射光との位相差の変化を示す概略図であり、図１５（ｅ）は、図１５（ｂ）の結果に基づいて図１５（ｄ）の位相差の変化について部分的に位相接続を行った概略図である。 FIG. 15A is a schematic view showing a long-period striped pattern light by the pattern light source 2b, and FIG. 15B is a phase difference between the striped pattern light of FIG. 15A and its reflected light. FIG. 15C is a schematic diagram showing a striped pattern light having a short period by the pattern light source 2a, and FIG. 15D is a striped pattern of FIG. 15C. It is the schematic which shows the change of phase difference of light and its reflected light, FIG.15 (e) is a phase partially about change of the phase difference of FIG.15 (d) based on the result of FIG.15 (b). It is the schematic which performed the connection.

一般に、一つのパターン光源からの１種類の周期の縞状パターン光の場合には、位相差の変化がπから−πへと不連続となる箇所では、実際の高さの変化が連続であると仮定して位相接続を行っている。換言すれば、実際の高さの変化が連続である場合にしか確実な位相接続を行うことができない。
これに対して、本実施の形態５に係る高速三次元計測装置では、２つのパターン光源２ａ、２ｂから、２種類の異なる周期の縞状パターン光をそれぞれ照射するので、一方の縞状パターン光の反射光についての位相差の変化がπから−πへと不連続に変化する箇所について、もう一方の縞状パターン光の反射光の位相差変化を参照することで、位相接続を確実に行うことができる。
なお、位相接続の詳細については、例えば、非特許文献１などの文献に示されている。 In general, in the case of a striped pattern light having one kind of period from one pattern light source, the actual height change is continuous at a point where the change in phase difference is discontinuous from π to −π. It is assumed that phase connection is performed. In other words, reliable phase connection can be performed only when the actual change in height is continuous.
On the other hand, in the high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the fifth embodiment, two kinds of striped pattern lights with different periods are respectively emitted from the two pattern light sources 2a and 2b. Phase connection is reliably performed by referring to the phase difference change of the reflected light of the other striped pattern light at the point where the change of the phase difference of the reflected light of the light source changes discontinuously from π to −π. be able to.
The details of the phase connection are described in documents such as Non-Patent Document 1.

（変形例）
なお、実施の形態６の変形例として、第１のパターン光源２ａから照射する光の色と、第２のパターン光源２ｂから照射する光の色をそれぞれ異なる色としてもよい。このようにそれぞれのパターン光源２ａ、２ｂから照射する光の色を異なる色に設定することで、２つのパターン光源２ａ、２ｂから同時に照射しても、被測定物からのそれぞれの反射光を色ごとに分離することで別々に観測できる。このため、２つのパターン光源２ａ、２ｂを順に照射する場合に比べて観測時間を減らすことができ、効率的に観測できる。 (Modification)
As a modification of the sixth embodiment, the color of light emitted from the first pattern light source 2a and the color of light emitted from the second pattern light source 2b may be different from each other. In this way, by setting the color of the light emitted from each pattern light source 2a, 2b to a different color, each reflected light from the object to be measured can be colored even if the pattern light source 2a, 2b is irradiated simultaneously. It can be observed separately by separating each. For this reason, compared with the case where the two pattern light sources 2a and 2b are sequentially irradiated, the observation time can be reduced and the observation can be performed efficiently.

（実施の形態７）
図１６は、実施の形態７に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源２と被測定物１との配置関係を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、パターン光源２のレチクル５上に設けられた光透過量が周期的に変化するパターンの明暗の間隔を非等間隔とすることを特徴とする。具体的には、レチクル５上には、被測定物１上の光源３からの光軸と被測定物１上との交点からの距離（Ｌ）をパラメータとして表される下記の関係式、
Ｔ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）・・・（１）
で規定される、レチクル５上の光軸との交点からの距離（Ｔ）で、一つの方向に沿って光透過量が変化するパターンが設けられている。ここで、θは、パターン光源２の光軸３に垂直な面と被測定物１の面とのなす角度である。また、Ｄは、パターン光源２の光源３から被測定物１までの距離である。さらに、ｄは、パターン光源２の光源３とレチクル５との距離である。これらの角度θ、距離Ｄ、距離ｄは定数である。このレチクル５上のパターンを介して被測定物１の上に光を照射することによって、被測定物１の上に照射された縞状パターン光の明暗の間隔を等間隔とすることができる。 (Embodiment 7)
FIG. 16 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between the pattern light source 2 and the DUT 1 in the high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the seventh embodiment. This high-speed three-dimensional measuring apparatus is characterized in that the light and dark intervals of the pattern in which the light transmission amount provided on the reticle 5 of the pattern light source 2 periodically changes are made non-uniform. Specifically, on the reticle 5, the following relational expression expressed by using a distance (L) from the intersection between the optical axis from the light source 3 on the DUT 1 and the DUT 1 as a parameter:
T = d · L · cos θ / (D−L · sin θ) (1)
A pattern in which the amount of light transmission changes along one direction at a distance (T) from the intersection with the optical axis on the reticle 5 defined in (1) is provided. Here, θ is an angle formed by a plane perpendicular to the optical axis 3 of the pattern light source 2 and the plane of the DUT 1. D is the distance from the light source 3 of the pattern light source 2 to the DUT 1. Furthermore, d is the distance between the light source 3 of the pattern light source 2 and the reticle 5. These angle θ, distance D, and distance d are constants. By irradiating light onto the DUT 1 via the pattern on the reticle 5, the light and dark intervals of the striped pattern light irradiated onto the DUT 1 can be made equal.

図１７は、実施の形態７に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源２のレチクル５上のパターンと被測定物１上の縞状パターンとの関係を示す概略図である。
なお、レチクル５上の帯の位置Ｔは、被測定物１上で等間隔となる場合、つまり、長さＬを間隔ｍでｎ等分する場合（ｎ・ｍ＝Ｌ）、レチクル５上でパターンを構成する明又は暗の位置は、光軸との交点に近い順に、（１）式により
ｄ・ｍ・ｃｏｓθ／（Ｄ−ｍ・ｓｉｎθ）
２ｄ・ｍ・ｃｏｓθ／（Ｄ−２ｍ・ｓｉｎθ）
３ｄ・ｍ・ｃｏｓθ／（Ｄ−３ｍ・ｓｉｎθ）
４ｄ・ｍ・ｃｏｓθ／（Ｄ−４ｍ・ｓｉｎθ）
・・・
となる。つまり、レチクル５上のパターンを構成する明暗は非等間隔で配置される。 FIG. 17 is a schematic diagram showing the relationship between the pattern on the reticle 5 of the pattern light source 2 and the striped pattern on the DUT 1 in the high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the seventh embodiment.
It should be noted that the band positions T on the reticle 5 are equally spaced on the DUT 1, that is, when the length L is equally divided by the interval m (n · m = L), on the reticle 5. The bright or dark positions constituting the pattern are expressed in the order close to the intersection with the optical axis by d · m · cos θ / (D−m · sin θ) according to the equation (1).
2d · m · cos θ / (D-2m · sin θ)
3d · m · cos θ / (D-3m · sin θ)
4d · m · cos θ / (D-4m · sin θ)
...
It becomes. That is, the brightness and darkness constituting the pattern on the reticle 5 are arranged at unequal intervals.

上記関係式の導出について説明する。
図１７から相似関係に基づいて、以下の関係が順に導かれる。
まず、以下の相似関係から
Ｄ：Ｑ＝Ｓ：Ｐ・・・（２）
が導かれる。一方、
Ｐ＝Ｓ−Ｌ・ｃｏｓθ ・・・（３）
Ｑ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・（４）
が導かれる。（３）式と（４）式を（２）式に代入すると
Ｄ：Ｌ・ｓｉｎθ＝Ｓ：（Ｓ−Ｌ・ｃｏｓθ）
上式を変形すると以下のようになる。
Ｓ・Ｌ・ｓｉｎθ＝Ｄ（Ｓ−Ｌ・ｃｏｓθ）
Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ＝Ｄ・Ｓ−Ｓ・Ｌ・ｓｉｎθ
Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ＝Ｓ（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）
Ｓ＝Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）
が導かれる。
次に、Ｓ：Ｄ＝Ｔ：ｄの相似関係から、
Ｔ＝ｄ・Ｓ／Ｄ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）
が導かれる。
なお、この実施の形態７において、実施の形態１の構成に加えて、実施の形態２から６の少なくとも一つの構成を同時に用いてもよい。 Derivation of the above relational expression will be described.
From FIG. 17, the following relationships are derived in order based on the similarity relationship.
First, from the following similarity relationship, D: Q = S: P (2)
Is guided. on the other hand,
P = SL−cos θ (3)
Q = L · sin θ (4)
Is guided. Substituting Equation (3) and Equation (4) into Equation (2) D: L · sin θ = S: (SL−cos θ)
The above equation is transformed as follows.
S · L · sin θ = D (S−L · cos θ)
D · L · cos θ = D · S−S · L · sin θ
D · L · cos θ = S (D−L · sin θ)
S = D · L · cos θ / (D−L · sin θ)
Is guided.
Next, from the similarity relationship of S: D = T: d,
T = d · S / D = d · L · cos θ / (D−L · sin θ)
Is guided.
In the seventh embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, at least one configuration of the second to sixth embodiments may be used simultaneously.

（実施の形態８）
図１８は、実施の形態８に係る高速三次元計測装置におけるパターン光源２のレチクル５上のパターンと被測定物１上の縞状パターンとの関係を示す概略図である。この高速三次元計測装置では、実施の形態７に係る高速三次元計測装置と比較すると、レチクル５の面が光源３の光軸に垂直な面から傾斜させている点で相違する。また、この高速三次元計測装置では、実施の形態２に係る高速三次元計測装置と同様に、レンズ４の光軸に垂直な面と、レチクル５の面と、被測定物１の面とが一つの線で交差するようにレチクル５の光軸を傾けて配置する。上記の配置の条件は「シャインプルーフの原理」と呼ばれるものであり、この条件を満たす場合には、レチクル５のパターンに対応して、被測定物１の上に照射される縞状パターンの手前と奥とで同時に焦点を合わせることができる。これによって、被測定物１の上に等間隔に縞状パターン光を照射すると共に、手前と奥とで同時に焦点を合わせることができる。 (Embodiment 8)
FIG. 18 is a schematic diagram showing the relationship between the pattern on the reticle 5 of the pattern light source 2 and the striped pattern on the DUT 1 in the high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the eighth embodiment. This high-speed three-dimensional measurement apparatus is different from the high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the seventh embodiment in that the surface of the reticle 5 is inclined from a plane perpendicular to the optical axis of the light source 3. Further, in this high-speed three-dimensional measurement apparatus, as in the high-speed three-dimensional measurement apparatus according to the second embodiment, the surface perpendicular to the optical axis of the lens 4, the surface of the reticle 5, and the surface of the object to be measured 1 are provided. The reticle 5 is arranged with its optical axis inclined so as to intersect with one line. The above arrangement condition is called “the principle of Scheimpflug”. When this condition is satisfied, the striped pattern irradiated on the object to be measured 1 corresponds to the pattern of the reticle 5. And the back can be focused simultaneously. Thereby, while being able to irradiate the to-be-measured object 1 with striped pattern light at equal intervals, it is possible to focus on the front side and the back side simultaneously.

この場合、レチクル５上のパターンを構成する明又は暗の位置Ｕは、実施の形態７とは異なる関係式で規定される。具体的には、光源３からの光軸と被測定物１上の交点から被測定物１上での距離（Ｌ）をパラメータとして表される下記の関係式、
Ｕ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ・ｃｏｓφ＋Ｌ・ｓｉｎ（φ−θ））・・・（５）
で規定される、レチクル５上の光軸との交点からの距離（Ｕ）で、一つの方向に沿って光透過量が変化するパターンが設けられている。ここで、θは、パターン光源２の光源３の光軸に垂直な面と被測定物１の面とのなす角度である。φは、パターン光源２の光源３の光軸に垂直な面とレチクル５の面とのなす角度である。また、Ｄは、パターン光源の光源３から被測定物１までの距離である。さらに、ｄは、パターン光源２の光源３とレチクル５との距離である。これらの角度θ、距離Ｄ、距離ｄは定数である。このレチクル５上のパターンを介して被測定物１の上に光を照射することによって、被測定物１の上に照射される縞状パターン光の明暗の間隔を等間隔とすることができる。 In this case, the bright or dark position U constituting the pattern on the reticle 5 is defined by a relational expression different from that in the seventh embodiment. Specifically, the following relational expression expressed as a parameter, the distance (L) on the object to be measured 1 from the intersection of the optical axis from the light source 3 and the object 1 to be measured:
U = d · L · cos θ / (D · cos φ + L · sin (φ−θ)) (5)
A pattern in which the amount of light transmission changes along one direction at a distance (U) from the intersection with the optical axis on the reticle 5 defined in (1) is provided. Here, θ is an angle formed by a surface perpendicular to the optical axis of the light source 3 of the pattern light source 2 and the surface of the DUT 1. φ is an angle formed by a plane perpendicular to the optical axis of the light source 3 of the pattern light source 2 and the plane of the reticle 5. D is a distance from the light source 3 of the pattern light source to the DUT 1. Furthermore, d is the distance between the light source 3 of the pattern light source 2 and the reticle 5. These angle θ, distance D, and distance d are constants. By irradiating light on the DUT 1 through the pattern on the reticle 5, the light and dark intervals of the striped pattern light irradiated on the DUT 1 can be made equal.

上記関係式の導出について説明する。
図１８から相似関係に基づいて、以下の関係が順に導かれる。
まず、
Ｓ＝Ｏ・ｃｏｓφ＋Ａ・・・（６）
の関係と、
Ｏ・ｓｉｎφ：Ｄ＝Ａ：Ｓ・・・（７）
の相似関係に基づいて、
Ｏ・ｓｉｎφ：Ｄ＝（Ｓ−Ｏ・ｃｏｓφ）：Ｓ
Ｓ・Ｏ・ｓｉｎφ＝Ｄ（Ｓ−Ｏ・ｃｏｓφ）
Ｓ・Ｏ・ｓｉｎφ＝Ｄ・Ｓ−Ｄ・Ｏ・ｃｏｓφ
Ｏ（Ｓ・ｓｉｎφ＋Ｄ・ｃｏｓφ）＝Ｄ・Ｓ
Ｏ＝Ｄ・Ｓ／（Ｓ・ｓｉｎφ＋Ｄ・ｃｏｓφ）
が導かれる。
次いで、ｄ：Ｄ＝Ｕ：Ｏの関係から、
Ｄ・Ｕ＝ｄ・Ｏ
Ｄ・Ｕ＝ｄ・Ｄ・Ｓ／（Ｓｓｉｎφ＋Ｄ・ｃｏｓφ）
Ｕ＝ｄ・Ｓ／（Ｓ・ｓｉｎφ＋Ｄ・ｃｏｓφ）
また、実施の形態７から、
Ｓ＝Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）
であるので、
Ｕ＝ｄ（Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ））／（（Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ））・ｓｉｎφ＋Ｄｃｏｓφ）
Ｕ＝ｄ・Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ＋Ｄ・ｃｏｓφ・（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ））
Ｕ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ・ｃｏｓφ＋Ｌ・（ｓｉｎφｃｏｓθ−ｃｏｓφｓｉｎθ））
Ｕ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ・ｃｏｓφ＋Ｌ・ｓｉｎ（φ−θ））
が導かれる。
なお、φ＝０の場合には、実施の形態７の関係式と同じとなる。
なお、この実施の形態８において、実施の形態１の構成に加えて、実施の形態２から６の少なくとも一つの構成を同時に用いてもよい。 Derivation of the above relational expression will be described.
Based on the similarity relationship, the following relationships are sequentially derived from FIG.
First,
S = O · cosφ + A (6)
Relationship with
O · sinφ: D = A: S (7)
Based on the similarity of
O · sinφ: D = (SO · cosφ): S
S · O · sinφ = D (S−O · cosφ)
S ・ O ・ sinφ = D ・ SD ・ O ・ cosφ
O (S · sinφ + D · cosφ) = D · S
O = D · S / (S · sinφ + D · cosφ)
Is guided.
Next, from the relationship d: D = U: O,
D ・ U = d ・ O
D · U = d · D · S / (Ssinφ + D · cosφ)
U = d · S / (S · sinφ + D · cosφ)
From the seventh embodiment,
S = D · L · cos θ / (D−L · sin θ)
So
U = d (D · L · cos θ / (DL · sin θ)) / ((D · L · cos θ / (D · L · sin θ)) · sin φ + D cos φ)
U = d · D · L · cos θ / (D · L · cos θ · sinφ + D · cosφ · (D−L · sin θ))
U = d · L · cos θ / (D · cos φ + L · (sin φcos θ−cos φsin θ))
U = d · L · cos θ / (D · cos φ + L · sin (φ−θ))
Is guided.
When φ = 0, the relational expression is the same as in the seventh embodiment.
In the eighth embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, at least one configuration of the second to sixth embodiments may be used simultaneously.

本発明に係る高速三次元計測装置は、被測定物を連続搬送している状態での形状計測に利用できる。また、シート状の実質的にエンドレスに延在する被測定物の検査に用いることもできる。たとえば、フィルムの表面状態を計測したり、電子基板上に半田印刷されたクリーム半田の高さを計測することができる。 The high-speed three-dimensional measuring apparatus according to the present invention can be used for shape measurement in a state in which an object to be measured is continuously conveyed. Moreover, it can also be used for the test | inspection of the to-be-measured object extended in a sheet form substantially endlessly. For example, the surface state of a film can be measured, or the height of cream solder that has been solder-printed on an electronic substrate can be measured.

１０高速三次元計測装置
１被測定物
２、２ａ、２ｂパターン光源
３光源
４レンズ
５レチクル
６、６ａ、６ｂラインカメラ
７レンズ
８ラインセンサ
９計測部
１１ＣＰＵ
１２メモリ
１３記憶装置
１４インタフェース
１５入力部
１６出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 High-speed three-dimensional measuring device 1 DUT 2, 2a, 2b Pattern light source 3 Light source 4 Lens 5 Reticle 6, 6a, 6b Line camera 7 Lens 8 Line sensor 9 Measuring part 11 CPU
12 Memory 13 Storage Device 14 Interface 15 Input Unit 16 Output Unit

Claims

被測定物の上に、一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射するパターン光源と、
前記被測定物からの前記縞状パターン光の反射光を前記一つの方向に沿ったラインについて一組の光信号として取り込むラインカメラと、
取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光との関係に基づいて前記被測定物の高さを算出する計測部と、
を備えた高速三次元計測装置。 A pattern light source that emits a striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction on the object to be measured;
A line camera that captures the reflected light of the striped pattern light from the object to be measured as a set of optical signals for a line along the one direction;
A measurement unit that calculates the height of the object to be measured based on the relationship with the striped pattern light with respect to the set of captured optical signals;
High-speed three-dimensional measuring device with

前記パターン光源は、第１及び第２のパターン光源を有する、請求項１に
記載の高速三次元計測装置。 The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 1, wherein the pattern light source includes first and second pattern light sources.

前記第１のパターン光源は、第１の周期で光強度が変化する第１の縞状パターン光を照射し、前記第２のパターン光源は、第２の周期で光強度が変化する第２の縞状パターン光を照射し、
前記計測部は、前記第１の縞状パターン光と、その反射光との間の第１の位相差と、前記第２の縞状パターン光と、その反射光との間の第２の位相差と、を用いて前記被測定物の連続的な高さを算出する、請求項２に記載の高速三次元計測装置。 The first pattern light source emits first striped pattern light whose light intensity changes in a first cycle, and the second pattern light source emits second light whose light intensity changes in a second cycle. Irradiate striped pattern light,
The measurement unit includes a first phase difference between the first striped pattern light and the reflected light, and a second position between the second striped pattern light and the reflected light. The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 2, wherein a continuous height of the object to be measured is calculated using a phase difference.

前記第１及び第２のパターン光源を交互に照射する、請求項２又は３に記載の高速三次元計測装置。 The high-speed three-dimensional measuring apparatus according to claim 2 or 3, wherein the first and second pattern light sources are alternately irradiated.

前記第１のパターン光源は、第１の色で前記第１の縞状パターン光を照射し、前記第２のパターン光源は、第２の色で前記第２の縞状パターン光を照射し、
前記第１及び第２のパターン光源を同時に照射する、請求項２又は３に記載の高速三次元計測装置。 The first pattern light source emits the first striped pattern light with a first color, the second pattern light source emits the second striped pattern light with a second color,
The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 2 or 3, wherein the first and second pattern light sources are irradiated simultaneously.

前記パターン光源は、光源から、レンズと、光透過量が周期的に変化するパターンを設けたレチクルと、を介して光を照射して、前記被測定物の上に一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射する、請求項１から５のいずれか一項に記載の高速三次元計測装置。 The pattern light source emits light from a light source through a lens and a reticle provided with a pattern in which the amount of light transmission periodically changes, and the light is emitted along one direction on the object to be measured. The high-speed three-dimensional measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, which irradiates a striped pattern light whose intensity periodically changes.

前記パターン光源は、前記レチクルの光軸を前記レンズの光軸から外して、前記レンズの光軸に垂直な面と、前記レチクルの面を含む平面と、前記被測定物の面と、が一つの線で交差するように配置される、請求項６に記載の高速三次元計測装置。 In the pattern light source, the optical axis of the reticle is removed from the optical axis of the lens, and a surface perpendicular to the optical axis of the lens, a plane including the surface of the reticle, and a surface of the object to be measured are one. The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 6, wherein the high-speed three-dimensional measurement apparatus is arranged so as to intersect with two lines.

前記レチクルは、一つの方向に沿って光透過量が変化する周期が等間隔のパターンが設けられている、請求項６又は７に記載の高速三次元計測装置。 8. The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 6, wherein the reticle is provided with a pattern having equal intervals in which the light transmission amount changes along one direction. 9.

前記レチクルは、前記パターン光源の光軸に垂直な面と前記被測定物の面とのなす角度（θ）と、前記パターン光源の光源から光軸に沿った前記被測定物までの距離（Ｄ）と、前記パターン光源の光源と前記レチクルとの距離（ｄ）とを定数とし、前記被測定物上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｌ）をパラメータとして表される下記の関係式、
Ｔ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ−Ｌ・ｓｉｎθ）
で規定される、前記レチクル上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｔ）で、一つの方向に沿って光透過量が変化するパターンが設けられており、
前記パターン光源は、前記レチクルを介して光強度が一定周期で変化する縞状パターン光を前記被測定物の上に照射する、請求項６又は７に記載の高速三次元計測装置。 The reticle includes an angle (θ) between a surface perpendicular to the optical axis of the pattern light source and the surface of the object to be measured, and a distance (D) from the light source of the pattern light source to the object to be measured along the optical axis. ) And the distance (d) between the light source of the pattern light source and the reticle, and the distance (L) from the intersection with the optical axis from the light source on the object to be measured is expressed as a parameter below. The relation of
T = d · L · cos θ / (D−L · sin θ)
A pattern in which the amount of light transmission changes along one direction at a distance (T) from the intersection with the optical axis from the light source on the reticle defined by
The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 6 or 7, wherein the pattern light source irradiates the object to be measured with a striped pattern light whose light intensity changes at a constant period via the reticle.

前記レチクルは、前記パターン光源の光軸に垂直な面と前記被測定物の面とのなす角度（θ）と、前記パターン光源の光軸に垂直な面と前記レチクルの面とのなす角度（φ）と、前記パターン光源の光源から光軸に沿った前記被測定物までの距離（Ｄ）と、前記パターン光源の光源と前記レチクルとの距離（ｄ）とを定数とし、前記被測定物上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｌ）をパラメータとして表される下記の関係式、
Ｕ＝ｄ・Ｌ・ｃｏｓθ／（Ｄ・ｃｏｓφ＋Ｌ・ｓｉｎ（φ−θ））
で規定される、前記レチクル上の前記光源からの光軸との交点からの距離（Ｕ）で、一つの方向に沿って光透過量が変化するパターンが設けられており、
前記パターン光源は、前記レチクルを介して光強度が一定周期で変化する縞状パターン光を前記被測定物の上に照射する、請求項７に記載の高速三次元計測装置。 The reticle has an angle (θ) formed between a surface perpendicular to the optical axis of the pattern light source and the surface of the object to be measured, and an angle formed between a surface perpendicular to the optical axis of the pattern light source and the surface of the reticle ( φ), a distance (D) from the light source of the pattern light source to the object to be measured along the optical axis, and a distance (d) between the light source of the pattern light source and the reticle, and the object to be measured. The following relational expression expressed as a parameter the distance (L) from the intersection with the optical axis from the light source above:
U = d · L · cos θ / (D · cos φ + L · sin (φ−θ))
A pattern in which the amount of light transmission changes along one direction at a distance (U) from the intersection with the optical axis from the light source on the reticle defined by
The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 7, wherein the pattern light source irradiates the object to be measured with a striped pattern light whose light intensity changes at a constant cycle via the reticle.

前記パターン光源は、前記光源としてラインレーザを用いる、請求項６から１０のいずれか一項に記載の高速三次元計測装置。 The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to claim 6, wherein the pattern light source uses a line laser as the light source.

前記ラインカメラは、外部からの光を取り込むレンズの光軸を前記ラインセンサの光軸から外して、前記ラインセンサの光軸に垂直な面と、前記レンズの面を含む平面と、前記被測定物の面と、が一つの線で交差するように配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の高速三次元計測装置。 The line camera is configured to remove an optical axis of a lens that captures light from the outside from an optical axis of the line sensor, a plane perpendicular to the optical axis of the line sensor, a plane including the surface of the lens, and the measurement target The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the high-speed three-dimensional measurement apparatus is arranged so that the surface of the object intersects with one line.

前記計測部は、取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光の周期を用いた位相シフトモアレ法によって、一組の前記信号列から複数組の疑似信号列を生成し、得られた複数組の前記疑似信号列を用いて、前記被測定物の高さを算出する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の高速三次元計測装置。 The measurement unit is configured to generate a plurality of sets of pseudo signal sequences from the set of signal sequences by a phase shift moire method using the period of the striped pattern light with respect to the set of captured optical signals. The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein a height of the object to be measured is calculated using a plurality of sets of the pseudo signal sequences.

前記計測部は、取り込んだ一組の前記光信号について、フーリエ変換格子法を用いて、前記縞状パターン光の光強度と前記被測定物からの反射光の光強度との位相差を求め、高さを算出する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の高速三次元計測装置。 The measurement unit obtains a phase difference between the light intensity of the striped pattern light and the light intensity of the reflected light from the object to be measured, using a Fourier transform lattice method for the set of captured optical signals, The high-speed three-dimensional measurement apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the height is calculated.

被測定物の上に、一つの方向に沿って光強度が周期的に変化する縞状パターン光を照射するステップと、
前記被測定物からの前記縞状パターン光の反射光を前記一つの方向に沿ったラインについて一組の光信号として取り込むステップと、
取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光との関係に基づいて前記被測定物の高さを算出するステップと、
を含む高速三次元計測方法。 Irradiating the object to be measured with a striped pattern light whose light intensity periodically changes along one direction;
Capturing reflected light of the striped pattern light from the device under test as a set of optical signals for a line along the one direction;
Calculating a height of the object to be measured based on the relationship with the striped pattern light for the set of captured optical signals;
High-speed 3D measurement method including

前記被測定物の高さを算出するステップでは、取り込んだ一組の前記光信号について、前記縞状パターン光の周期を用いた位相シフトモアレ法によって、一組の前記信号列から複数組の疑似信号列を生成し、得られた複数組の前記疑似信号列を用いて、前記被測定物の高さを算出する、請求項１５に記載の高速三次元計測方法。 In the step of calculating the height of the object to be measured, a plurality of sets of pseudo signals are obtained from the set of signal sequences by a phase shift moire method using a period of the striped pattern light with respect to the set of captured optical signals. The high-speed three-dimensional measurement method according to claim 15, wherein a sequence is generated, and the height of the object to be measured is calculated using the plurality of sets of pseudo signal sequences obtained.

前記被測定物の高さを算出するステップでは、取り込んだ一組の前記光信号について、フーリエ変換格子法を用いて、前記縞状パターン光の光強度と前記被測定物からの反射光の光強度との位相差を求め、高さを算出する、請求項１５に記載の高速三次元計測方法。 In the step of calculating the height of the object to be measured, the light intensity of the striped pattern light and the light of the reflected light from the object to be measured are obtained by using a Fourier transform lattice method for the set of captured optical signals. The high-speed three-dimensional measurement method according to claim 15, wherein a phase difference from the intensity is obtained and the height is calculated.