專(zhuān)利名稱(chēng)：三維形狀計(jì)測(cè)裝置、方法及程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)對(duì)投影到計(jì)測(cè)對(duì)象上的光圖案(photo pattern)進(jìn)行分析，來(lái)計(jì)測(cè)計(jì)測(cè)對(duì)象的三維形狀的三維形狀計(jì)測(cè)裝置、三維形狀計(jì)測(cè)方法及三維形狀計(jì)測(cè)程序。
背景技術(shù)：
就通過(guò)圖像分析得出對(duì)象物的三維形狀信息的單元來(lái)說(shuō)，存在這樣的方法將光圖案投影到存在于規(guī)定拍攝視場(chǎng)內(nèi)的計(jì)測(cè)對(duì)象上，對(duì)根據(jù)計(jì)測(cè)對(duì)象的三維形狀而變形的光圖案的變形量進(jìn)行分析。就具有代表性的方法來(lái)說(shuō)，可例舉光切斷法、空間編碼法及條紋分析法等。這些方法全部都是基于三角測(cè)量原理的方法，其中，關(guān)于條紋分析法，提出了空間條紋分析、時(shí)間條紋分析等多種方法，并視為能夠得到高計(jì)測(cè)精度的方法(專(zhuān)利文獻(xiàn)1 3， 非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在上述的方法的情況下，對(duì)光圖案進(jìn)行投影的投光單元、放置計(jì)測(cè)對(duì)象的平面即基準(zhǔn)面以及拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象的拍攝單元之間的幾何學(xué)位置關(guān)系，會(huì)影響到高度位置的測(cè)定精度。參照?qǐng)D15對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。圖15是示出了三角測(cè)量原理的圖。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，考慮利用具有與基準(zhǔn)面PO垂直的光軸的拍攝單元Ce，來(lái)觀測(cè)從基準(zhǔn)面PO起高度為h的平面拖。另外，假設(shè)投光單元Cp 配置在從基準(zhǔn)面PO觀察時(shí)與拍攝單元Cc相同的高度上，并將光圖案向基準(zhǔn)面PO上的點(diǎn)0 的位置進(jìn)行投影。在觀測(cè)與基準(zhǔn)面PO平行且與該基準(zhǔn)面PO分離相距距離為高度h的平面W1的情況下，朝向點(diǎn)0的光圖案與點(diǎn)P相交。此時(shí)，從拍攝單元Cc觀察時(shí)，能夠在從與光軸(Z軸) 到相距距離PQ的位置P上觀測(cè)到向基準(zhǔn)面PO投影的光圖案。該位置偏移PQ體表現(xiàn)為光圖案的相位差。只要能夠計(jì)算出相位差，就能夠利用下面的公式(1)來(lái)計(jì)算高度h。公式1h = ~.PQ... (1)
α(其中，歹^表示PQ之間的距離即相位差。另外，d表示拍攝部Cc和投光部Cp的光軸中心之間的距離，L表示從拍攝部Cc到基準(zhǔn)面為止的距離，且都是已知的值。)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日公開(kāi))”，專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日公開(kāi))”，專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日公開(kāi))”，專(zhuān)利文獻(xiàn)4日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“日本特開(kāi)2002-286433號(hào)公報(bào)(2002年10月03 日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“日本特開(kāi)2004-117186號(hào)公報(bào)(2004年04月15 日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“日本特開(kāi)2007-114071號(hào)公報(bào)(2007年05月10日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“日本特開(kāi)2002-214147號(hào)公報(bào)(2002年07月31
4日公開(kāi))”，專(zhuān)利文獻(xiàn)5 日本公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“日本特開(kāi)2005-300512號(hào)公報(bào)(2005年10月27 日公開(kāi))”。非專(zhuān)利文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1 “藤垣”等人，“基于多個(gè)線性傳感器的連續(xù)物體形狀計(jì)測(cè)的平行光格子投影方法”，精密工學(xué)會(huì)秋季大會(huì)學(xué)術(shù)演講會(huì)演講論文集PP. 1061-1062，2004。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，一般來(lái)說(shuō)，將原來(lái)的相位差除以而得到的余數(shù)，來(lái)作為計(jì)算出的上述相位差。因此，能夠計(jì)測(cè)的相位差的范圍限于2 π，導(dǎo)致能夠計(jì)測(cè)的高度的范圍(計(jì)測(cè)范圍 (Range))被限制。因此，提出了幾個(gè)擴(kuò)展能夠計(jì)測(cè)的高度的方法。就一個(gè)方法來(lái)說(shuō)，可例舉擴(kuò)大光圖案的周期的方法。若擴(kuò)大該周期，則與一個(gè)周期相對(duì)應(yīng)的位置偏移PQ變長(zhǎng)，從而能夠擴(kuò)展上述計(jì)測(cè)范圍。然而，在上述方法中，若上述相位差的分辨率相同，則位置偏移PQ的分辨率(可識(shí)別的最小值)變長(zhǎng)，導(dǎo)致上述高度的分辨率變長(zhǎng)(惡化)。即，上述高度的精度降低。為了避免該問(wèn)題，只要提高上述相位差的分辨率即可，但這需要高價(jià)的光學(xué)系統(tǒng)，且對(duì)校正費(fèi)工夫。就其他的方法來(lái)說(shuō)，可例舉利用新的移位傳感器計(jì)測(cè)計(jì)測(cè)對(duì)象的大致的形狀，并基于該形狀來(lái)變更上述計(jì)測(cè)范圍，由此擴(kuò)展(增大)能夠計(jì)測(cè)的高度的方法。然而，此時(shí)， 需要設(shè)置新的移位傳感器來(lái)進(jìn)行校正，并增加用于計(jì)測(cè)的成本及工夫。本發(fā)明是鑒于上述的問(wèn)題點(diǎn)而做出的，其目的在于，提高一種能夠在維持計(jì)測(cè)范圍的同時(shí)，簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)展(增大)能夠計(jì)測(cè)的高度的三維形狀計(jì)測(cè)裝置等。用于解決問(wèn)題的手段本發(fā)明的三維形狀計(jì)測(cè)裝置，通過(guò)對(duì)投影到計(jì)測(cè)對(duì)象上的其亮度根據(jù)位置而周期性地變化的光圖案進(jìn)行分析，來(lái)計(jì)測(cè)上述計(jì)測(cè)對(duì)象的三維形狀，為了解決上述問(wèn)題，該三維形狀計(jì)測(cè)裝置特征在于，具有安裝臺(tái)，其具有成為上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)面， 且上述計(jì)測(cè)對(duì)象安裝在該安裝臺(tái)上，計(jì)測(cè)頭，其將上述光圖案投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象及上述基準(zhǔn)面上，并拍攝所投影的光圖案，移位部，其使上述安裝臺(tái)及上述計(jì)測(cè)頭這兩個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件，向上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度方向移位，相位計(jì)算單元，其對(duì)包含在由上述計(jì)測(cè)頭所拍攝的圖像中的某個(gè)像素的上述光圖案的相位進(jìn)行計(jì)算，高度計(jì)算單元，其基于由該相位計(jì)算單元計(jì)算出的相位，來(lái)計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，移位部控制單元，其基于由該高度計(jì)算單元計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，來(lái)控制上述移位部；上述高度計(jì)算單元，基于由上述相位計(jì)算單元計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于特定移位量來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，所述特定移位量是指，由上述移位部使上述一個(gè)構(gòu)件在從上述安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到上述計(jì)測(cè)頭為止的高度范圍內(nèi)移位的移位量。另外，本發(fā)明的三維形狀計(jì)測(cè)方法，應(yīng)用于三維形狀計(jì)測(cè)裝置，該三維形狀計(jì)測(cè)裝置通過(guò)對(duì)投影到計(jì)測(cè)對(duì)象上的其亮度根據(jù)位置而周期性地變化的光圖案進(jìn)行分析，來(lái)計(jì)測(cè)上述計(jì)測(cè)對(duì)象，該三維形狀計(jì)測(cè)方法的特征在于，包括相位計(jì)算步驟，將上述光圖案投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象和基準(zhǔn)面上，并計(jì)算包含在由計(jì)測(cè)頭拍攝到的圖像中的某個(gè)像素的上述光圖案的相位，其中，上述基準(zhǔn)面是指，在安裝有該計(jì)測(cè)對(duì)象的安裝臺(tái)上成為上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)面，上述計(jì)測(cè)頭用于拍攝所投影的光圖案，高度計(jì)算步驟，基于由該相位計(jì)算步驟計(jì)算出的相位，計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，移位部控制步驟，基于由該高度計(jì)算步驟計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，來(lái)使上述安裝臺(tái)及上述計(jì)測(cè)頭這兩個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件，向上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度方向移位；在上述高度計(jì)算步驟中，基于由上述相位計(jì)算步驟計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于特定移位量來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，所述特定移位量是指，由上述移位部使上述一個(gè)構(gòu)件在從上述安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到上述計(jì)測(cè)頭為止的高度范圍內(nèi)移位的移位量。若采用上述的結(jié)構(gòu)及方法，則基于某像素的光圖案的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于由移位部使上述一個(gè)構(gòu)件在從安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到計(jì)測(cè)頭為止的高度范圍內(nèi)移動(dòng)的移位量，來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象的高度。并且，基于計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度， 使上述安裝臺(tái)及上述計(jì)測(cè)頭這兩個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件在上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度方向上移位。一般來(lái)說(shuō)，為了對(duì)三維形狀計(jì)測(cè)裝置進(jìn)行校正，能夠調(diào)整從上述安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到上述計(jì)測(cè)頭為止的上述高度方向的距離(高度)。即，一般來(lái)說(shuō)，在三維形狀計(jì)測(cè)裝置上設(shè)有用于在上述高度方向上調(diào)整上述計(jì)測(cè)頭及/或上述安裝臺(tái)的高度調(diào)整機(jī)構(gòu)。通過(guò)將該高度調(diào)整機(jī)構(gòu)變更為移位部，能夠使計(jì)測(cè)范圍在上述高度方向上容易地移位，所述移位部基于上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度來(lái)控制上述計(jì)測(cè)頭及/或上述安裝臺(tái)，以使該計(jì)測(cè)頭及/或上述安裝臺(tái)在上述高度方向上移位。另外，能夠與以往的校正一起進(jìn)行上述移位部的校正，因而能夠抑制校正工夫(耗時(shí))增加。并且，基于由上述移位部使該計(jì)測(cè)頭及/或上述安裝臺(tái)移位的移位量，來(lái)修正基于上述相位計(jì)算出的高度，由此能夠計(jì)算出計(jì)測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確高度，而不需設(shè)置用于計(jì)測(cè)高度的新傳感器。從而，若采用本發(fā)明，則能夠在維持上述計(jì)測(cè)范圍的同時(shí)，簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)展可計(jì)測(cè)的高度。此外，上述計(jì)測(cè)對(duì)象可以安裝在上述基準(zhǔn)面上，也可以以與上述基準(zhǔn)面分離的方式安裝。另外，優(yōu)選上述移位部使上述計(jì)測(cè)頭在高度方向上移位，但也可以使上述安裝臺(tái)在高度方向上移位，還可以使上述計(jì)測(cè)頭及上述安裝臺(tái)的雙方在高度方向上移位。此外，能夠使計(jì)算機(jī)利用三維形狀計(jì)測(cè)程序來(lái)執(zhí)行上述三維形狀計(jì)測(cè)裝置的各步驟。進(jìn)而，通過(guò)將上述三維形狀計(jì)測(cè)程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)能夠讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，能夠在任意的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行上述三維形狀計(jì)測(cè)程序。發(fā)明效果如上所述，在本發(fā)明的三維形狀計(jì)測(cè)裝置中，通過(guò)將以往的高度調(diào)整機(jī)構(gòu)變更為移位部，能夠使計(jì)測(cè)范圍在上述高度方向上容易地移位，且能夠抑制校正工夫(耗時(shí))的增加，并且，基于由上述移位部使計(jì)測(cè)頭及/或上述安裝臺(tái)移位的移位量，來(lái)修正基于相位計(jì)算出的高度，能夠計(jì)算出上述計(jì)測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確高度，而不需設(shè)置用于計(jì)測(cè)高度的新傳感器， 因而實(shí)現(xiàn)能夠在維持上述計(jì)測(cè)范圍的同時(shí)簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)展(增大)可計(jì)測(cè)的高度的效果，其中， 所述移位部用于，基于計(jì)測(cè)對(duì)象的高度來(lái)控制計(jì)測(cè)頭及/或安裝臺(tái)，以使該計(jì)測(cè)頭及/或上述安裝臺(tái)在上述高度方向上移位?；谙旅娴挠涊d能夠充分地了解本發(fā)明的其他的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。另外，能夠通過(guò)參照附圖的下面的說(shuō)明了解本發(fā)明的益處。


圖1是示出了本發(fā)明的一實(shí)施方式即三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的控制單元的主要部分結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的圖，是示出了對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象進(jìn)行計(jì)測(cè)的圖。圖3是放大示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的主要部分的圖。圖4是示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的主要部分結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的投光單元所投影的光圖案的一例的圖。圖6是示出了計(jì)測(cè)對(duì)象的形狀的圖，(a)部分是俯視圖，(b)部分則是側(cè)視圖。圖7是示出了將光圖案投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象上的情況下，投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象上的光圖案失真(變形)的圖，(a)部分是俯視圖，(b)部分則是示出了在基準(zhǔn)面上的亮度變動(dòng)和在凸部上的亮度變動(dòng)的波形圖。圖8的(a)部分是示出了投影了光圖案的狀態(tài)下的上述線性圖像的一例的圖，(b) 部分則是示出了上述對(duì)照線性圖像的一例的圖。圖9是利用基板作為計(jì)測(cè)對(duì)象的例子示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)頭的動(dòng)作的概要圖。圖10是上述基板的剖面圖，(a)部分是示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)范圍 (Range)的變化的情況的圖，(b)部分則是示出了以往的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)范圍的變化的情況的圖。圖11是示出了在計(jì)測(cè)模式中上述控制單元所進(jìn)行的處理動(dòng)作的流程圖。圖12是示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式即三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的控制單元的主要部分結(jié)構(gòu)的框圖。圖13是上述基板的剖面圖，是示出了上述三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)范圍的變化的圖。圖14是示出了在計(jì)測(cè)模式中上述控制單元所進(jìn)行的處理動(dòng)作的流程圖。圖15是用于說(shuō)明三角測(cè)量的原理的圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施方式參照?qǐng)D1 圖11，對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖2是示出了本發(fā)明的一實(shí)施方式的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)(三維形狀計(jì)測(cè)裝置)10的概略結(jié)構(gòu)的圖。如圖2所示，在本實(shí)施方式的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10中，通過(guò)投光單元13將光圖案14投影到放置在傳送單元11的傳送臺(tái)41上的計(jì)測(cè)對(duì)象12上，并由拍攝單元(拍攝單元)15對(duì)投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12上的光圖案14進(jìn)行拍攝，由控制單元16分析拍攝到的光圖案 14的形狀，由傳送單元11移動(dòng)計(jì)測(cè)對(duì)象12而重復(fù)以上的動(dòng)作，由此計(jì)測(cè)計(jì)測(cè)對(duì)象12整體的三維形狀。就被計(jì)測(cè)的三維形狀的例子來(lái)說(shuō)，可例舉出設(shè)在計(jì)測(cè)對(duì)象12的表面的凹部的深度、凸部的高度及它們的位置等。不特別限定三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10的使用用途，但例如能夠應(yīng)用于檢查安裝基板的裝置等。此外，在下面的說(shuō)明中，將傳送臺(tái)41的傳送方向(由圖2的箭頭示出的方向)設(shè)定為y軸方向，將垂直于傳送臺(tái)41的方向即高度方向設(shè)定為ζ軸方向。圖4是示出了三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10的主要部分結(jié)構(gòu)的框圖。如圖2所示，三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10具有傳送單元11、投光單元13、拍攝單元15及控制單元16。如上所述，投光單元13用于將光圖案14投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12的表面。另外，如圖 4所示，投光單元13具有鹵素?zé)?halogen lamp)或氙燈(xenon lamp)等光源31 ；用于將從光源31照射出來(lái)的光的一部分轉(zhuǎn)換成具有圖案的光的圖案生成元件32 ；超近攝鏡頭 (macro lens，又稱(chēng)微距鏡頭)等光學(xué)系統(tǒng)33。就投影的光圖案14來(lái)說(shuō)，能夠使用正弦波、三角波或矩形波等，根據(jù)位置具有周期性且能夠確定相位的任意的圖案，但在本實(shí)施方式中，使用可對(duì)提高計(jì)測(cè)分辨率做出貢獻(xiàn)的正弦波狀的光圖案14。另外，就圖案生成元件32來(lái)說(shuō)，能夠使用由液晶元件構(gòu)成的元件、加工玻璃或薄膜而成的元件等。如上所述，拍攝單元15用于讀取投影到光圖案14的計(jì)測(cè)對(duì)象12并取得該圖像。 另外，如圖4所示，拍攝單元15具有線性傳感器34以及超近攝鏡頭等光學(xué)系統(tǒng)35。此外， 在本實(shí)施方式中，使用四個(gè)線性傳感器34。傳送單元11是用于使計(jì)測(cè)對(duì)象12在線性傳感器34的主掃描方向(長(zhǎng)度方向)以及與該主掃描方向垂直的方向(下面稱(chēng)“副掃描方向”)水平移動(dòng)的裝置。另外，如圖4所示，傳送單元11具有用于放置計(jì)測(cè)對(duì)象12的傳送臺(tái)41以及用于驅(qū)動(dòng)傳送臺(tái)41的伺服電機(jī)42。此外，傳送單元11也可以具有用于檢測(cè)傳送臺(tái)41的位置的線位移傳感器(linear scale) 43 等。一邊利用傳送單元11在副掃描方向上移動(dòng)計(jì)測(cè)對(duì)象12，一邊利用線性傳感器34 逐次拍攝，由此能夠計(jì)測(cè)計(jì)測(cè)對(duì)象12整體的三維形狀。另外，與線性傳感器34的拍攝范圍相比，計(jì)測(cè)對(duì)象12在主掃描方向上的范圍更寬的情況下，只要利用傳送單元11在主掃描方向上移動(dòng)計(jì)測(cè)對(duì)象12的并且利用線性傳感器34逐次拍攝即可?？刂茊卧?6用于整體控制三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10的各種單元。具體而言，控制單元16通過(guò)控制傳送單元11、投光單元13及拍攝單元15，利用條紋分析法對(duì)由拍攝單元15 拍攝得到的圖像所含的光圖案14進(jìn)行分析，并計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象12的三維形狀。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，以一體方式設(shè)置投光單元13及拍攝單元15來(lái)作為計(jì)測(cè)頭 17，并設(shè)有使計(jì)測(cè)頭17在ζ軸方向(高度方向)上移動(dòng)的ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)(移位部)18。并且，控制單元16通過(guò)指示ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18，來(lái)控制計(jì)測(cè)頭17的高度。就計(jì)測(cè)頭17的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可考慮將投光單元13及拍攝單元15設(shè)在某一基體(未圖示)上，并由ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18使該基體在高度方向上移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，優(yōu)先上述基體具有剛性，即使在高度方向上移動(dòng)該基體，也能夠保持投光單元13及拍攝單元15的幾何學(xué)位置關(guān)系。另外，就ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18來(lái)說(shuō)，能夠利用螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)等使物體移動(dòng)的公知的機(jī)構(gòu)。另外，在本實(shí)施方式中，控制單元16基于由ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18使計(jì)測(cè)頭17從某一
8基準(zhǔn)位置開(kāi)始在高度方向上移動(dòng)(移位)的量即進(jìn)給量(移位量)Δζ，來(lái)修正利用上述條紋分析法計(jì)算出的高度，由此計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象12的高度。并且，控制單元16基于計(jì)算出的計(jì)測(cè)對(duì)象12的高度，來(lái)控制ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18，以使計(jì)測(cè)頭17在高度方向上移動(dòng)。從而，通過(guò)將以往設(shè)置的用于對(duì)三維形狀計(jì)測(cè)裝置進(jìn)行校正的高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，變更為ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18，能夠使計(jì)測(cè)范圍在高度方向上容易地移位。另外，由于對(duì)ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18的校正處理能夠與以往的校正處理一起進(jìn)行，因而能夠抑制校正的工夫(耗時(shí))的增加。并且，通過(guò)由ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18基于進(jìn)給量Δ ζ來(lái)修正利用上述條紋分析法計(jì)算出的高度，能夠計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象的準(zhǔn)確的高度，而不需設(shè)置用于計(jì)測(cè)高度的新的傳感器。其結(jié)果，能夠在保持上述計(jì)測(cè)范圍的同時(shí)，簡(jiǎn)便地?cái)U(kuò)展(擴(kuò)大)可計(jì)測(cè)的高度。此外，在后面詳細(xì)闡述控制單元16。接著，對(duì)控制單元16進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖4所示，控制單元16具有圖像取得部 44、主控制部45、存儲(chǔ)部46、輸入/設(shè)定部47、傳送控制部48、投光控制部49及ζ軸進(jìn)給控制部(移位部控制單元)50。主控制部45用于對(duì)傳送控制部48、投光控制部49及ζ軸進(jìn)給控制部50進(jìn)行各種指示。主控制部45通過(guò)使CPU (Central Processing Unit:中央處理單元)執(zhí)行各種控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。或者，也可以通過(guò)未圖示的DSP(Digital Signal I^rocessor 數(shù)字信號(hào)處理器)、FPGA (Field Programmable Gate Array 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)等來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，以代替上述的CPU。此外，在后面詳細(xì)闡述主控制部45。存儲(chǔ)部46用于存儲(chǔ)各種信息。存儲(chǔ)部46通過(guò)RAM (Random Access Memory 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、ROM (Read Only Memory :只讀存儲(chǔ)器)及外部存儲(chǔ)裝置等中的某一個(gè)裝置或者它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。此外，在后面詳細(xì)闡述存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部46中的信息。圖像取得部44用于取得來(lái)自拍攝單元15的圖像信息，由采集卡(capture board) 等構(gòu)成。圖像取得部44通過(guò)主控制部45將取得的圖像信息轉(zhuǎn)換成能夠處理的圖像數(shù)據(jù)， 并將其發(fā)送至主控制部45。輸入/設(shè)定部47用于接受來(lái)自用戶(hù)的指示輸入、信息輸入、設(shè)定輸入等各種輸入 (信息)，例如由鍵盤(pán)或按鈕等鍵輸入設(shè)備、鼠標(biāo)等指示設(shè)備(pointing device)等構(gòu)成。此外，也可以與輸入/設(shè)定部47 —起或者代替輸入/設(shè)定部47，利用以下的裝置接受來(lái)自外部的上述各種輸入，這些裝置是用于讀取印刷信息的掃描裝置；用于經(jīng)由無(wú)線或有線的傳送介質(zhì)接收信號(hào)的接收裝置；用于再現(xiàn)記錄在外部或自身裝置內(nèi)的存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)的再現(xiàn)裝置等。傳送控制部48、投光控制部49及ζ軸進(jìn)給控制部50基于來(lái)自主控制部45的指示，分別控制傳送單元11、投光單元13及ζ軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)18。下面利用一例，對(duì)這樣的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10所具備的各部的幾何學(xué)位置關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此。在本實(shí)施方式的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10中，拍攝單元15的線性傳感器34設(shè)置為， 其主掃描方向與傳送臺(tái)(安裝臺(tái))41的放置面(基準(zhǔn)面)平行。通過(guò)使線性傳感器34的主掃描方向與傳送臺(tái)41的放置面平行，能夠以均勻的倍率拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象12的上表面。另外，由于線性傳感器34的主掃描方向與副掃描方向垂直，因而在由一邊傳送一邊拍攝的多個(gè)線性圖像構(gòu)成的二維圖像中，直角部分被拍攝成直角部分。另外，投光單元13被設(shè)置為，其光軸相對(duì)于拍攝單元15的光軸具有規(guī)定的角度。 由此，如在后面的詳細(xì)闡述，能夠基于投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12上的光圖案14的偏移，來(lái)計(jì)算出計(jì)測(cè)對(duì)象12的高度。此外，可以在設(shè)置時(shí)預(yù)先計(jì)測(cè)拍攝單元15及投光單元13的幾何學(xué)配置，也可以通過(guò)校正來(lái)計(jì)算。對(duì)這樣的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明如下。首先，對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行校正。例如，將校正用靶(未圖示)放置在傳送臺(tái)41上，并由拍攝單元15拍攝放置的校正用靶，再由控制單元16分析拍攝到的校正用靶的圖像，由此通過(guò)計(jì)算拍攝單元15的光軸的傾斜度9，來(lái)對(duì)拍攝單元15的光軸進(jìn)行校正。各種校正結(jié)束后，對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象12的三維形狀進(jìn)行計(jì)測(cè)。首先，根據(jù)來(lái)自控制單元 16的傳送控制部48的命令，傳送單元11的伺服電機(jī)42將傳送臺(tái)41設(shè)定在初始設(shè)定位置上。該初始設(shè)定位置用于決定由拍攝單元15拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象12時(shí)的在副掃描方向上的拍攝開(kāi)始位置，優(yōu)選地，該初始設(shè)定位置是，拍攝單元15的拍攝區(qū)域到達(dá)轉(zhuǎn)載在傳送單元11的傳送臺(tái)41上的計(jì)測(cè)對(duì)象12在副掃描方向上的端部的位置。然后，投光單元13將光圖案14投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12上。拍攝單元15掃描投影到光圖案14的計(jì)測(cè)對(duì)象12，并取得該計(jì)測(cè)對(duì)象12的圖像。將由拍攝單元15取得的圖像發(fā)送至控制單元16，并由控制單元16的圖像取得部44將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。然后，通過(guò)由控制單元16的主控制部45分析光圖案14，來(lái)計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象12的高度信息。在這里，在本實(shí)施方式的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10中，對(duì)圖像中的光圖案14進(jìn)行分析時(shí)，采用空間條紋分析法。由此，能夠根據(jù)由拍攝單元15所具備的四個(gè)線性傳感器34掃描一次而取得的四個(gè)線性圖像，求出計(jì)測(cè)對(duì)象12的區(qū)域即拍攝單元15的掃描區(qū)域(拍攝區(qū)域)內(nèi)的各位置的高度。此外，在后面詳細(xì)闡述空間條紋分析法。并且，傳送單元11根據(jù)控制單元16的控制，使計(jì)測(cè)對(duì)象12向副掃描方向僅移動(dòng)規(guī)定距離。由此，由拍攝單元15拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象12的拍攝區(qū)域和由投光單元13投影的光圖案14，在副掃描方向上偏移規(guī)定距離。此后，再次由拍攝單元15掃描計(jì)測(cè)對(duì)象12，并取得線性圖像。在這里得到的線性圖像中，包括計(jì)測(cè)對(duì)象12的特定區(qū)域，該特定區(qū)域是指，在副掃描方向上比先前的掃描區(qū)域僅偏移規(guī)定距離的區(qū)域。同樣地，將得到的圖像發(fā)送至控制單元16，由此求出新掃描區(qū)域內(nèi)的各位置的三維信息。這樣，通過(guò)重復(fù)以下的處理，來(lái)計(jì)測(cè)計(jì)測(cè)對(duì)象12的整體的三維形狀，這些處理是指，傳送單元11再次使計(jì)測(cè)對(duì)象12僅移動(dòng)規(guī)定距離，并由拍攝單元15拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象12，再由控制單元16分析線性圖像。此外，能夠利用公知的方法，在計(jì)測(cè)對(duì)象12的三維形狀信息中，對(duì)線性傳感器34 的在主掃描方向上的長(zhǎng)度及在副掃描方向上的長(zhǎng)度信息進(jìn)行計(jì)測(cè)。例如，能夠基于拍攝到線性圖像中的計(jì)測(cè)對(duì)象在主掃描方向上的長(zhǎng)度，來(lái)計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象12在主掃描方向上的長(zhǎng)度信息。另外，能夠基于傳送單元11的移動(dòng)速度，來(lái)計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象12的在副掃描方向上的長(zhǎng)度信息。這樣，能夠通過(guò)求出計(jì)測(cè)對(duì)象12在主掃描方向及副掃描方向上的長(zhǎng)度信息和高度信息，來(lái)得到計(jì)測(cè)對(duì)象12的三維形狀信息。此外，優(yōu)選地，上述規(guī)定距離與在拍攝單元15的拍攝區(qū)域在副掃描方向上的長(zhǎng)度相等。由此，通過(guò)上述工序能夠迅速地進(jìn)行計(jì)測(cè)，而不遺漏計(jì)測(cè)對(duì)象12的全部區(qū)域。
另外，使傳送臺(tái)41以恒定速度移動(dòng)的同時(shí)，使拍攝單元15每隔規(guī)定時(shí)間進(jìn)行拍攝，由此能夠?qū)崿F(xiàn)以規(guī)定距離為單位的拍攝。此時(shí)，傳送控制部48每隔例如數(shù)KHz數(shù)量級(jí) (order)的規(guī)定時(shí)間經(jīng)由圖像取得部44將拍攝驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至拍攝單元15。拍攝單元15 以該驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為觸發(fā)，取得投影到光圖案14的計(jì)測(cè)對(duì)象12的圖像。另一方面，傳送控制部48每隔同樣的規(guī)定時(shí)間還將傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至傳送單元11。傳送單元11的伺服電機(jī) 42以該傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為觸發(fā)，以恒定速度驅(qū)動(dòng)傳送臺(tái)41。由此，能夠逐個(gè)針對(duì)規(guī)定區(qū)域拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象12。另外，在以規(guī)定距離為單位的拍攝過(guò)程中，也可以使用線位移傳感器43。此時(shí)，如圖4所示，線位移傳感器43設(shè)在傳送單元11上，每當(dāng)在傳送臺(tái)41僅移動(dòng)規(guī)定距離時(shí)，將信號(hào)發(fā)送至傳送控制部48。并且，傳送控制部48若接收到該信號(hào)，則將拍攝驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至拍攝單元15的線性傳感器34。由此，能夠精確地以規(guī)定距離為單位進(jìn)行拍攝，而不會(huì)被傳送單元11的傳送速度不均勻等現(xiàn)象影響，其結(jié)果，能夠提高三維計(jì)測(cè)的精度。接著，對(duì)這樣的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，采用了使用線性傳感器；34作為包含在拍攝單元15中的讀取傳感器的結(jié)構(gòu)。例如，在主掃描方向上使用像素?cái)?shù)為10000像素的線性傳感器34的情況下，能夠以約10 μ m的分辨率拍攝在主掃描方向上的長(zhǎng)度為IOOmm的計(jì)測(cè)對(duì)象。與此相對(duì)，例如，在使用橫方向的像素?cái)?shù)為640像素的區(qū)域照相機(jī)的情況下，只能以約150 μ m的分辨率拍攝在橫方向上的長(zhǎng)度為IOOmm的計(jì)測(cè)對(duì)象。另外，為了使上述的區(qū)域照相機(jī)以與線性傳感器34相同的分辨率進(jìn)行拍攝，需要在主掃描方向上逐個(gè)規(guī)定距離移動(dòng)拍攝單元15，并且，最少需要進(jìn)行12套(set)拍攝的處理工序。此時(shí)，為了在主掃描方向上移動(dòng)拍攝單元15來(lái)進(jìn)行拍攝，需要很長(zhǎng)時(shí)間。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10中，通過(guò)使用線性傳感器34，能夠以高分辨率高速地對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象12進(jìn)行拍攝。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，利用空間條紋分析法對(duì)由拍攝單元15讀取的各線性圖像進(jìn)行分析。在空間條紋分析法中，能夠根據(jù)一個(gè)線性圖像來(lái)計(jì)算光圖案14的相位偏移，并根據(jù)該相位偏移來(lái)計(jì)算三維信息。因此，由于對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象12所需的總計(jì)掃描次數(shù)為一次即可，因而與需要多次掃描次數(shù)的結(jié)構(gòu)相比，能夠高速地進(jìn)行計(jì)測(cè)。進(jìn)而，能夠僅基于通過(guò)一次掃描取得的線性圖像來(lái)計(jì)測(cè)高度，從而能夠在掃描的同時(shí)進(jìn)行三維形狀的計(jì)測(cè)。由此，例如在對(duì)基板進(jìn)行檢查的情況等下，在作為計(jì)測(cè)對(duì)象12 的基板上發(fā)現(xiàn)了某個(gè)制造上的缺陷時(shí)，能夠直接中斷計(jì)測(cè)，而不需重復(fù)拍攝處理至最后為止，從而能夠迅速地對(duì)基板進(jìn)行檢查。接著，對(duì)控制單元16的主控制部45的圖像分析進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。首先，參照?qǐng)D 5 圖8，對(duì)本實(shí)施方式的圖像分析方法的原理進(jìn)行說(shuō)明。主控制部45基于空間條紋分析法對(duì)投影到光圖案14的計(jì)測(cè)對(duì)象12的線性圖像進(jìn)行分析?？臻g條紋分析法是指，如上述那樣基于三角測(cè)量的原理的分析法。由于在上面參照?qǐng)D15對(duì)三角測(cè)量原理進(jìn)行了闡述，因而，下面對(duì)條紋分析法及空間條紋分析法依次進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)條紋分析法進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，在本實(shí)施方式中，使用正弦波狀的光圖案，來(lái)作為向計(jì)測(cè)對(duì)象12投影的光圖案14。正弦波狀的光圖案是指，由正弦函數(shù)表示的亮度漸變(Gradation)的圖案。換言之，將由正弦函數(shù)表示位置和亮度關(guān)系的光圖案稱(chēng)為正弦波狀的光圖案。圖5示出了正弦波狀的光圖案的一例。將這樣的光圖案投影到如圖6的(a)部分及(b)部分示出那樣的計(jì)測(cè)對(duì)象12上的情況下，若從上面(上方)觀測(cè)投影的光圖案，則如圖7的(a)部分所示。即，從傾斜方向投影的光圖案，在具有高度的凸部上產(chǎn)生失真。若利用拍攝單元15的線性傳感器34掃描這樣投影到光圖案的計(jì)測(cè)對(duì)象12，則掃描位置和亮度的關(guān)系如圖7的(b)部分所示。如圖7的(b)部分的上段所示，在投影到?jīng)]有凸部的基準(zhǔn)面上的光圖案中，亮度始終以恒定的周期變化。與此相對(duì)，如圖7的(b)部分的下段所示，在投影到凸部上的光圖案中，亮度的周期基于凸部的傾斜度而變化，其結(jié)果，相對(duì)于投影到基準(zhǔn)面上的光圖案而產(chǎn)生相位的偏移。因此，只要求出實(shí)際將光圖案投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12上而拍攝到的圖像(線性圖像)中所含的某一位置的像素的光圖案的相位，和將光圖案投影到基準(zhǔn)面時(shí)的同一像素的相位(基準(zhǔn)相位)之差，就能夠基于上述的三角測(cè)量原理來(lái)求出與該像素相對(duì)應(yīng)的位置上的計(jì)測(cè)對(duì)象12的高度。在計(jì)算上述的相位差時(shí)，能夠通過(guò)將光圖案投影到基準(zhǔn)面上進(jìn)行拍攝等來(lái)預(yù)先求出基準(zhǔn)相位。另一方面，對(duì)于求出實(shí)際將光圖案投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12上而拍攝到的圖像(線性圖像)中所含的各位置的像素的光圖案的相位的方法，大體分為兩個(gè)方法?？臻g條紋分析法和時(shí)間條紋分析法的不同點(diǎn)在于該相位的求出方法。如圖7的(b)部分所示，在正弦函數(shù)中，在一個(gè)周期內(nèi)存在兩個(gè)用于賦予某一移位的相位。例如，在由y = Sin θ所示的函數(shù)中，賦予移位y = 0的相位θ的解是0及π兩個(gè)。另外，賦予移位y= 1/2的相位θ的解是π/6及5π/6兩個(gè)。基于這樣的理由，在拍攝到的圖像中，僅根據(jù)單一的像素的亮度值(相當(dāng)于正弦函數(shù)的移位)，不能求出該像素的光圖案的相位。在這里，在以往利用的方法即時(shí)間條紋分析法(移向法)中，將僅移動(dòng)規(guī)定量相位的至少三個(gè)光圖案投影到計(jì)測(cè)對(duì)象12上并拍攝計(jì)測(cè)對(duì)象12，并通過(guò)分析得到的圖像，來(lái)決定一個(gè)相位。從而，在利用時(shí)間條紋分析法的情況下，即使計(jì)測(cè)對(duì)象12的反射特性嚴(yán)格地保持不變，也最少需要拍攝三次計(jì)測(cè)對(duì)象12。另一方面，在空間條紋分析法中，基于將要求出的相位的像素(下面稱(chēng)“關(guān)注像素”)以及其周?chē)南袼氐牧炼龋瑏?lái)計(jì)算關(guān)注像素的相位。例如，在上述例子中施加移位y = 0的相位θ是0及π兩個(gè)，在這里，在關(guān)注像素的相位是0的情況和π的情況下，其亮度與周?chē)袼氐牧炼炔煌Ｔ陉P(guān)注像素的相位是0的情況下，例如在比關(guān)注像素相位稍小的一側(cè)存在的周?chē)袼氐牧炼戎担汝P(guān)注像素的亮度值小。另一方面，在關(guān)注像素的相位是η 的情況下，在比關(guān)注像素相位稍小一側(cè)存在的周?chē)袼氐牧炼戎?，比關(guān)注像素的亮度值大。 從而，能夠基于關(guān)注像素附近的像素，將光圖案的相位決定為一個(gè)相位。這樣，空間條紋分析法的特征是，基于存在于關(guān)注像素附近的像素的亮度值來(lái)決定關(guān)注像素的相位。對(duì)于用在本實(shí)施方式的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)10中的空間條紋分析法的具體的處理工序，在下面進(jìn)行詳細(xì)的闡述，但本發(fā)明并不限定于此，只要是基于上述的條紋分析法的原理的方法即可，可以是任一種方法。在本實(shí)施方式中，假定生成從拍攝得到的線性圖像將光圖案移相了 90°的移相光圖案。在這里，若將投影的光圖案設(shè)定為下面的公式0)，
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公式2I(x) = B(χ) sin( Φ (χ))— (2)(其中，I(X)是位置χ上的亮度，B(x)任意的函數(shù)，φ(X)表示位置χ上的相位。)則由下面的公式(3)表示將該光圖案移相了 90°的移相光圖案。公式權(quán)利要求
1.一種三維形狀計(jì)測(cè)裝置，通過(guò)對(duì)投影在計(jì)測(cè)對(duì)象上且亮度根據(jù)位置而周期性地變化的光圖案進(jìn)行分析，來(lái)計(jì)測(cè)上述計(jì)測(cè)對(duì)象的三維形狀，該三維形狀計(jì)測(cè)裝置的特征在于，具有安裝臺(tái)，其具有成為上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)面，并且上述計(jì)測(cè)對(duì)象安裝在該安裝臺(tái)上，計(jì)測(cè)頭，其將上述光圖案投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象及上述基準(zhǔn)面上，并拍攝所投影的光圖案，移位部，其使上述安裝臺(tái)及上述計(jì)測(cè)頭這兩個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件向上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度方向移位，相位計(jì)算單元，其對(duì)包含在由上述計(jì)測(cè)頭拍攝得到的圖像中的某個(gè)像素的上述光圖案的相位進(jìn)行計(jì)算，高度計(jì)算單元，其基于由該相位計(jì)算單元計(jì)算出的相位，來(lái)計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度， 移位部控制單元，其基于由該高度計(jì)算單元計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，來(lái)控制上述移位部；上述高度計(jì)算單元，基于由上述相位計(jì)算單元計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于特定移位量來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，所述特定移位量是指，上述移位部使上述一個(gè)構(gòu)件在從上述安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到上述計(jì)測(cè)頭為止的高度范圍內(nèi)移位的移位量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的三維形狀計(jì)測(cè)裝置，其特征在于，若由上述高度計(jì)算單元計(jì)算出上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，則上述移位部控制單元使上述移位部進(jìn)行上述移位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的三維形狀計(jì)測(cè)裝置，其特征在于，若由上述高度計(jì)算單元計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度到達(dá)特定范圍的端部，則上述移位部控制單元使上述移位部進(jìn)行上述移位，所述特定范圍是指，與表示上述相位的取值范圍的計(jì)測(cè)范圍相對(duì)應(yīng)的高度方向上的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的三維形狀計(jì)測(cè)裝置，其特征在于，若由上述高度計(jì)算單元計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度到達(dá)與上述計(jì)測(cè)頭的景深相對(duì)應(yīng)的范圍的端部，則上述移位部控制單元使上述移位部進(jìn)行上述移位；該三維形狀計(jì)測(cè)裝置還具有相位修正單元，該相位修正單元基于表示上述相位的取值范圍的計(jì)測(cè)范圍，來(lái)修正由上述相位計(jì)算單元計(jì)算出的相位；上述高度計(jì)算單元基于由上述相位修正單元修正后的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于上述移位量來(lái)修正所計(jì)算出的高度，由此計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度；該三維形狀計(jì)測(cè)裝置還具有計(jì)測(cè)范圍設(shè)定單元，該計(jì)測(cè)范圍設(shè)定單元基于上述移位量和由上述相位修正單元修正后的相位，來(lái)設(shè)定上述計(jì)測(cè)范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)記載的三維形狀計(jì)測(cè)裝置，其特征在于， 上述計(jì)測(cè)頭具有第一線性傳感器，其用于拍攝光圖案照射區(qū)域，該光圖案照射區(qū)域?yàn)樯鲜鲇?jì)測(cè)對(duì)象上的投影有上述光圖案的區(qū)域，第二線性傳感器，其用于拍攝光圖案非照射區(qū)域，該光圖案非照射區(qū)域?yàn)樯鲜鲇?jì)測(cè)對(duì)象上的未投影有上述光圖案的區(qū)域；上述相位計(jì)算單元所使用的圖像是，利用由第二線性傳感器拍攝得到圖像，從由第一線性傳感器拍攝得到的圖像中除去背景成分后的圖像。
6.一種三維形狀計(jì)測(cè)方法，應(yīng)用于三維形狀計(jì)測(cè)裝置，該三維形狀計(jì)測(cè)裝置通過(guò)對(duì)投影在計(jì)測(cè)對(duì)象上且亮度根據(jù)位置而周期性地變化的光圖案進(jìn)行分析，來(lái)計(jì)測(cè)上述計(jì)測(cè)對(duì)象，該三維形狀計(jì)測(cè)方法的特征在于，包括相位計(jì)算步驟，將上述光圖案投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象和基準(zhǔn)面上，并計(jì)算包含在由計(jì)測(cè)頭拍攝得到的圖像中的某個(gè)像素的上述光圖案的相位，其中，上述基準(zhǔn)面是指，安裝有該計(jì)測(cè)對(duì)象的安裝臺(tái)所具有的面，且成為上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度的基準(zhǔn)的面，上述計(jì)測(cè)頭用于拍攝所投影的光圖案，高度計(jì)算步驟，基于由該相位計(jì)算步驟計(jì)算出的相位，計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，移位部控制步驟，基于由該高度計(jì)算步驟計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度來(lái)控制位移部，該位移部使上述安裝臺(tái)及上述計(jì)測(cè)頭這兩個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件向上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度方向移位；在上述高度計(jì)算步驟中，基于由上述相位計(jì)算步驟計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于特定移位量來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，所述特定移位量是指，上述移位部使上述一個(gè)構(gòu)件在從上述安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到上述計(jì)測(cè)頭為止的高度范圍內(nèi)移位的移位量。
7.—種三維形狀計(jì)測(cè)程序，用于使三維形狀計(jì)測(cè)裝置進(jìn)行動(dòng)作，該三維形狀計(jì)測(cè)裝置通過(guò)對(duì)投影在計(jì)測(cè)對(duì)象上且亮度根據(jù)位置而周期性地變化的光圖案進(jìn)行分析，來(lái)計(jì)測(cè)上述計(jì)測(cè)對(duì)象的三維形狀，該三維形狀計(jì)測(cè)程序的特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下的各步驟相位計(jì)算步驟，將上述光圖案投影到上述計(jì)測(cè)對(duì)象和基準(zhǔn)面上，并計(jì)算包含在由計(jì)測(cè)頭拍攝得到的圖像中的某個(gè)像素的上述光圖案的相位，其中，上述基準(zhǔn)面是指，安裝有該計(jì)測(cè)對(duì)象的安裝臺(tái)所具有的面，且成為上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度的基準(zhǔn)的面，上述計(jì)測(cè)頭用于拍攝所投影的光圖案，高度計(jì)算步驟，基于由該相位計(jì)算步驟計(jì)算出的相位，計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，移位部控制步驟，基于由該高度計(jì)算步驟計(jì)算出的上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度來(lái)控制位移部，該位移部使上述安裝臺(tái)及上述計(jì)測(cè)頭這兩個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件向上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度方向移位；在上述高度計(jì)算步驟中，基于由上述相位計(jì)算步驟計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于特定移位量來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算上述計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，所述特定移位量是指，上述移位部使上述一個(gè)構(gòu)件在從上述安裝臺(tái)的基準(zhǔn)面到上述計(jì)測(cè)頭為止的高度范圍內(nèi)移位的移位量。
全文摘要
一種在維持計(jì)測(cè)范圍的同時(shí)簡(jiǎn)便擴(kuò)展可計(jì)測(cè)高度的三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)投影到計(jì)測(cè)對(duì)象上的亮度因位置而周期性變化的光圖案進(jìn)行分析來(lái)計(jì)測(cè)上述計(jì)測(cè)對(duì)象的三維形狀，在三維形狀計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，計(jì)測(cè)對(duì)象安裝在具有計(jì)測(cè)對(duì)象的高度基準(zhǔn)面的安裝臺(tái)上，由計(jì)測(cè)頭將光圖案投影到計(jì)測(cè)對(duì)象及基準(zhǔn)面上，由移位部使計(jì)測(cè)頭向高度方向移位。由相位計(jì)算部(75)計(jì)算拍攝到的圖像中的某個(gè)像素的光圖案的相位，由高度計(jì)算部(77)基于計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象的高度，由進(jìn)給量計(jì)算部(78)基于計(jì)算出的高度來(lái)計(jì)算使移位部應(yīng)當(dāng)移位的移位量。高度計(jì)算部(77)基于由相位計(jì)算部(75)計(jì)算出的相位來(lái)計(jì)算高度，并基于移位量來(lái)修正計(jì)算出的高度，由此計(jì)算計(jì)測(cè)對(duì)象的高度。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102365522SQ20108001410
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
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