阅读说明：本技术 图像处理设备 (Image processing apparatus ) 是由 松田一 于 2020-02-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种图像处理设备。在满足液晶面板的角度特性的要求的同时,使照明装置小型化。光源(31b)布置在液晶面板(31d)的位于照相壳体的径向外侧的外端部侧的上方。液晶面板(31d)和光源(31b)之间的相对位置被设置成使得从光源(31b)发射的光入射在液晶面板(31d)的有效角度范围内。(The present invention relates to an image processing apparatus. The lighting device is miniaturized while satisfying the requirements of the angle characteristics of the liquid crystal panel. The light source (31b) is arranged above the outer end side of the liquid crystal panel (31d) located radially outside the camera housing. The relative position between the liquid crystal panel (31d) and the light source (31b) is set so that the light emitted from the light source (31b) is incident within an effective angle range of the liquid crystal panel (31 d).)

图像处理设备

技术领域

本发明涉及图像处理设备，该图像处理设备包括用于对测量对象进行照明的照明装置和用于接收从测量对象反射的光的摄像装置，并且本发明特别地属于能够获取测量对象的三维形状的构造的技术领域。

背景技术

传统上，作为这种图像处理设备，已知有所谓的图案投影法，该图案投影法将根据位置而具有不同的光强度分布的图案光投射到测量对象上以接收从测量对象反射的光，并且使用基于受光量所获得的高度信息来获取测量对象的三维形状。作为图案投影法，存在以不同的相位多次投射照度分布以正弦图案变化的图案光、并且每次均进行摄像的相移法。

日本专利4,011,561公开了用于生成并投射图案光的照明装置，其中该照明装置包括：光源；聚光透镜，用于会聚从光源发射的光；以及液晶面板，其中由聚光透镜会聚的光入射到该液晶面板上，并且该照明装置被配置为将在液晶面板上形成的图案投射到测量对象上。

在使用液晶面板的情况下，当光平行于液晶面板的显示面的法线入射时，光透过率变为最高。在显示面的法线和光的入射方向之间形成的角度越大，光透过率越低。

总之，液晶面板具有光透过率根据光的入射方向而改变的角度特性。因此，在使用液晶面板生成图案光时，存在将发生与图案光的位置相对应的亮度不均匀的风险。

因此，通常，如日本专利4,011,561中所公开的，光源和液晶面板被定位成使得从光源发射的光的入射方向平行于液晶面板的显示面的法线。

另外，在输送多个测量对象的现场，期望尽可能缩短用于获取一个测量对象的三维形状的时间。然而，在图案投影法中，可能将多个类型的图案光顺次投射到一个测量对象上，并且可能延长获取三维形状所需的时间。结果，可以设想使用响应速度高的TN系统的液晶面板来以高速切换多个类型的图案光。然而，在TN系统的情况下，由于光的入射方向而引起的光透过率的变化大。结果，上述的亮度不均匀的发生显著出现，并且更严格地定义了光的入射方向与液晶面板之间的位置关系。

因此，在使用液晶面板的情况下，需要将光源和液晶面板布置成使得光的入射方向与液晶面板的显示面的法线平行，并且如日本专利4,011,561那样，在液晶面板相对于测量对象倾斜的状态下安装照明装置。另外，由于需要在光源和液晶面板之间布置聚光透镜来会聚光，因此难以使照明装置小型化。此外，在要将图案光从多个方向投射到测量对象上以减少不可测量区域的情况下，照明装置的大小将进一步增大。

发明内容

本发明是有鉴于这一点而作出的，并且本发明的目的是在满足液晶面板的角度特性的要求的同时，使照明装置小型化。

为了实现该目的，在第一发明中，一种图像处理设备，用于对测量对象的高度进行测量，其中所述图像处理设备包括：照明装置，其包括：照明壳体，其具有形成在所述照明壳体的中心的开口部；光源，其在所述照明壳体内被设置在上部，并且发射扩散光；液晶面板，其以从所述光源向下分离的状态设置在所述照明壳体中，并且从所述光源发射的光入射到所述液晶面板上；以及光投射控制部，用于控制所述光源和所述液晶面板，使得将不同的图案光从所述液晶面板多次投射到所述测量对象上；摄像装置，用于经由所述照明壳体的所述开口部接收从所述液晶面板投射的多个图案光中的来自所述测量对象的反射光，并且生成图案图像集；检查对象图像生成部，用于基于所述摄像装置所生成的图案图像集，来生成包括所述测量对象在所述照明装置的中心轴方向上的高度信息的检查对象图像；以及检查部，用于基于所述检查对象图像生成部所生成的检查对象图像来执行检查处理，其中，所述光源被布置在所述液晶面板的位于所述照明壳体的径向外侧的外端部侧的上方，并且所述液晶面板和所述光源之间的相对位置被设置成使得从所述光源发射的光在所述液晶面板上入射到所述液晶面板的有效角度范围内。

根据该结构，在从光源发射的扩散光入射到形成有图案的液晶面板上的情况下，生成图案光并使该图案光投射到测量对象上。从光源发射的光是扩散光，并且该扩散光在液晶面板上入射到液晶面板的有效角度范围内。因此，不太可能发生由于液晶面板的角度特性引起的与图案光的位置相对应的亮度不均匀。在该结构中，不需要使用聚光透镜的聚光构造，因而在将图案光从多个方向投射到测量对象上时，可以使照明装置小型化。

摄像装置接收从液晶面板投射的图案光中的来自测量对象的反射光，并且生成多个图案图像。检查对象图像生成部基于摄像装置所生成的图案图像来生成包括测量对象的高度信息的检查对象图像，并且检查部基于检查对象图像来执行检查处理。

在第二发明中，所述液晶面板的有效角度范围是能够确保图案光的对比度等于或大于预定值的角度范围。

也就是说，由于液晶面板的角度特性，在液晶面板的显示面的法线与光的入射方向之间所形成的角度越大，光透过率越低。因此，认为图案光的对比度根据光的入射角而下降。在本结构中，可以设置液晶面板和光源之间的相对位置，使得图案光的对比度等于或大于预定值，即等于或大于可以基于摄像装置所拍摄到的图案图像来获得测量对象的高度信息的对比度。

在第三发明中，所述液晶面板的有效角度范围是如下的角度范围：在从所述光源发射的光穿过处于光最容易透过的液晶分子排列状态的所述液晶面板时，衰减的光的衰减率为10％以下。

根据该结构，通过设置液晶面板和光源之间的相对位置使得光的衰减率为10％以下，可以确保能够基于摄像装置所拍摄到的图案图像来获得测量对象的高度信息的对比度。光最容易透过的液晶分子排列状态是指液晶分子的排列在几乎不会阻挡光路的方向上的状态，并且这可以通过施加到液晶面板的电压来创建。还可以设置液晶面板的有效角度范围，使得衰减率为5％以下。

在第四发明中，所述液晶面板的驱动方法是扭曲向列(TN)法。

也就是说，通过使用TN方法作为液晶面板的驱动方法，在顺次投射多个类型的图案光的情况下，可以高速切换图案光。然而，光透过率根据光的入射方向而大幅改变，因而认为有可能发生由于液晶面板的角度特性而引起的与图案光的位置相对应的亮度不均匀。在该结构中，由于光入射到有效角度范围内，因此即使由于液晶面板光的入射方向而引起的光透过率的变化大，也不太可能发生与图案光的位置相对应的亮度不均匀。

在第五发明中，所述液晶面板和所述光源之间的相对位置被设置成使得：由从所述光源向着所述液晶面板的显示面绘制的该显示面的法线与外侧虚线所形成的角度为10°以下，所述外侧虚线是从所述光源向着所述液晶面板的有效角度范围中的所述外端部侧的边界绘制的。

根据该结构，从光源发射的光入射到液晶面板上时的角度范围是TN液晶面板的最佳范围，结果可以确保图案光的对比度等于或大于预定值。由法线和外侧虚线形成的角度可以是5°以下，并且也可以是0°。

在第六发明中，所述液晶面板和所述光源之间的相对位置被设置成使得：由从所述光源向着所述液晶面板的显示面绘制的该显示面的法线与内侧虚线所形成的角度为50°以下，所述内侧虚线是从所述光源向着所述液晶面板的有效角度范围中的位于所述照明壳体的径向内侧的内端部侧的边界绘制的。

根据该结构，从光源发射的光入射到液晶面板上时的角度范围是TN液晶面板的最佳范围，结果可以确保图案光的对比度等于或大于预定值。由法线和内侧虚线形成的角度可以是45°以下，并且也可以是40°以下。

在第七发明中，所述光源与所述液晶面板的表面之间的距离大致等于所述液晶面板的有效角度范围的宽度。

在第八发明中，所述光源包括第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源在所述照明壳体内的所述开口部的圆周方向上彼此分开设置，所述液晶面板包括第一液晶面板和第二液晶面板，所述第一液晶面板被布置成与所述第一光源相对应，使得从所述第一光源发射的光入射在有效角度范围内，以及所述第二液晶面板被布置成与所述第二光源相对应，使得从所述第二光源发射的光入射在有效角度范围内，以及所述光投射控制部被配置为控制所述第一光源、所述第二光源、所述第一液晶面板和所述第二液晶面板，使得将不同的图案光从液晶面板多次投射到所述测量对象上。

根据该结构，可以通过第一液晶面板和第二液晶面板将图案光从不同方向投射到测量对象上。因此，例如，可以通过第二液晶面板将图案光投射到在来自第一液晶面板的图案光的投射方向上成为阴影的部分上，并且不可测量区域减少。

在第九发明中，所述第一液晶面板的显示面和所述第二液晶面板的显示面被设置成位于与所述照明壳体的所述开口部的中心轴垂直的同一平面上。

根据该结构，第一液晶面板的显示面和第二液晶面板的显示面位于与照明壳体的开口部的中心轴垂直的同一平面上，因而可以紧凑地形成能够将图案光从多个方向投射到测量对象上的构造。

根据本发明，设置液晶面板和光源之间的相对位置，使得从光源发射的扩散光在液晶面板上入射到液晶面板的有效角度范围内。因此，可以在减少由于液晶面板的角度特性而引起的与图案光的位置相对应的亮度不均匀的发生的同时，使照明装置小型化并且提高照明装置的安装的自由度。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的图像处理设备的系统结构示例的图；

图2是控制器部的框图；

图3是摄像装置的框图；

图4是照明装置的平面图；

图5是根据第二实施例的照明装置的底视图；

图6是沿着图5中的线VI-VI的截面图；

图7是示出发光二极管和液晶面板之间的位置关系的图；

图8是示出根据变形例的发光二极管和液晶面板之间的位置关系的图；

图9是说明图案光生成主旨的图；

图10是示出第一发光二极管的布置示例的图；

图11是示出像素波纹(waviness)与发光二极管的尺寸和波的半周期之比之间的关系的图；

图12是示出第一发光二极管的另一布置示例的图；

图13是照明装置的框图；

图14是示出从图案图像集生成中间图像和可靠度图像的过程的图；

图15是说明使用图像示例从图案图像集生成中间图像和可靠度图像的过程的图；

图16是示出格雷码图案和相移图案的形成处理、相对相位以及绝对相位的关系的图；

图17是说明利用高度测量部的高度测量方法的图；

图18是说明校正处理的流程的图；

图19A至19C是示出校正之前和校正之后的发光二极管的位置的图；

图20是示出倾斜(tilt)的有无的图；

图21是示出在一对发光二极管中发生高度偏差的情况的示意图；

图22是说明偏差的估计和各部的调整的流程的图；

图23是说明估计偏差的方法的示意图；

图24是照相机校准的概念图；

图25A和25B是示出通过改变测量对象的高度来设置照相机参数的状态的示意图；

图26是示出照相机参数矩阵和失真模型的数学公式的图；

图27是示出估计过程的流程图；

图28是示出具有调整机构的第一光投射部的构造示例的侧视图；

图29是示出具有调整机构的第一光投射部的构造示例的平面图；

图30是示出具有另一调整机构的第一光投射部的构造示例的立体图；

图31A和31B是说明使用区段在改变之前和之后的图；

图32是示出在测量对象是长方体盒的情况下、通过利用第一光投射部投射图案光所获得的相移图案图像集的图；

图33是示出基于图32所示的相移图案图像集所获得的相对相位图像和与图32所示的相移图案图像集相对应的中间图像的图；

图34是示出在测量对象是长方体盒的情况下、通过利用第二光投射部投射图案光所获得的相移图案图像集的图；

图35是示出基于图34所示的相移图案图像集所获得的相对相位图像和与图34所示的相移图案图像集相对应的中间图像的图；以及

图36是示出显示在测量对象是长方体盒的情况下的高度图像和截面轮廓的用户界面的图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明本发明的实施例。以下对优选实施例的说明在本质上仅仅是例示性的，并且并不意图限制本发明、其应用、或其用途。

图1是示出根据本发明实施例的图像处理设备1的系统结构示例的图。图像处理设备1包括摄像装置2、照明装置3、控制器部4、显示部5、控制台部6和鼠标7，并且被配置为能够获得测量对象W的高度图像，以基于该高度图像来测量测量对象W的高度，并对测量对象W进行各种检查。

测量对象W处于测量对象W放置在诸如带式输送机等的输送装置的放置面100上的状态，并且对放置在放置面100上的测量对象W进行高度测量和各种检查等。在高度测量期间，测量对象W优选保持静止。

图像处理设备1可以通过信号线101a以有线方式连接至可编程逻辑控制器(PLC)101。然而，这不限于此，并且传统上已知的通信模块并入图像处理设备1和PLC 101中、且图像处理设备1和PLC 101无线连接，这也是可以的。PLC 101是用于进行输送装置和图像处理设备1的序列控制的控制设备，并且可以使用通用PLC。图像处理设备1也可以在不连接至PLC 101的情况下使用。

显示部5是包括例如液晶显示面板的显示装置，并且构成显示单元。显示部5例如可以显示用于操作图像处理设备1的操作用用户界面、用于设置图像处理设备1的设置用用户界面、用于显示测量对象的高度测量结果的高度测量结果显示用用户界面、用于显示测量对象的各种检查结果的检查结果显示用用户界面等。通过从视觉上识别显示部5，图像处理设备1的用户可以进行图像处理设备1的操作和设置，还可以掌握测量对象W的测量结果和检查结果等，并且还可以掌握图像处理设备1的操作状态。

如图2所示，显示部5连接至控制器部4中所包括的显示控制部46，并且被配置为能够由显示控制部46控制以显示上述的用户界面和高度图像等。

控制台部6是用户操作图像处理设备1并输入各种信息所用的输入单元，并且控制台部6连接至控制器部4。鼠标7也是用户操作图像处理设备1并输入各种信息所用的输入单元，并且鼠标7还连接至控制器部4。控制台部6和鼠标7仅仅是输入单元的示例，并且输入单元例如可以是显示部5中所设置的触摸面板画面等、或者语音输入装置、或者将多个这样的输入单元组合的结构。在触摸面板画面的情况下，显示单元和输入单元可以由一个装置实现。

控制器部4可以与用于生成并存储控制器部4的控制程序的通用个人计算机PC连接。此外，可以在个人计算机PC中安装用于进行与图像处理有关的各种设置的图像处理程序，并且可以进行控制器部4所进行的图像处理的各种设置。可选地，可以通过在个人计算机PC上运行的软件来生成定义图像处理的处理顺序的处理顺序程序。在控制器部4处根据处理顺序顺次执行图像处理。个人计算机PC和控制器部4经由通信网络连接，并且在个人计算机PC上生成的处理顺序程序连同例如定义显示部5的显示模式的布局信息一起被传送至控制器部4。相反，也可以从控制器部4读取处理顺序程序、布局信息等，并且在个人计算机PC上编辑。该程序不仅可以在个人计算机PC上生成，而且也可以在控制器部4中生成。

控制器部4也可以由专用硬件构建成。然而，本发明不限于该结构。例如，可以是安装有专用的图像处理程序、检查处理程序、高度测量程序等并且用作控制器部的通用个人计算机PC或工作站。在这种情况下，仅需将摄像装置2、照明装置3、显示部5、控制台部6和鼠标7连接至个人计算机PC或工作站。

尽管后面将说明图像处理设备1的功能，但可以通过控制器部4或通过通用个人计算机PC来实现图像处理设备1的所有功能。另外，还可以通过控制器部4实现图像处理设备1的功能中的一部分，并且通过通用个人计算机PC实现剩余功能。图像处理设备1的功能可以通过软件或者通过硬件的组合来实现。

用于将摄像装置2、照明装置3、显示部5、控制台部6和鼠标7连接至控制器部4的接口可以是专用接口，并且例如，还可以使用诸如以太网(Ethernet，产品名称)、USB和RS-232C等的现有通信标准。

表示测量对象W的高度的高度图像是表示测量对象W在图4所示的照明装置3的开口部30a的(图1所示的)中心轴A的方向上的高度的图像，并且该高度图像可被称为距离图像。高度图像可被显示为以测量对象W的放置面(也称为基准面)100为基准的高度，或者被显示为相对于照明装置3在中心轴A的方向上的相对距离，并且该高度图像是各像素的灰度值根据高度而改变的图像。换句话说，高度图像可被称为基于以测量对象W的放置面100为基准的高度来确定灰度值的图像，并且也可被称为基于相对于照明装置3在中心轴A的方向上的相对距离来确定灰度值的图像。此外，高度图像可被称为灰度值与以测量对象W的放置面100为基准的高度相对应的多值图像，并且也可被称为灰度值与相对于照明装置3在中心轴A的方向上的相对距离相对应的多值图像。此外，高度图像可被称为针对亮度图像的各像素已将以测量对象W的放置面100为基准的高度转换成灰度值的多值图像，并且也可被称为针对亮度图像的各像素已将相对于照明装置3在中心轴A的方向上的相对距离转换成灰度值的多值图像。

此外，高度图像是包括测量对象W的高度信息的图像。例如，可以使用光学亮度图像已被作为纹理信息合成并贴附到距离图像的三维合成图像作为高度图像。高度图像不限于以三维形式显示的图像，并且还包括以二维形式显示的图像。

作为用于获得如上所述的高度图像的方法，通常可以分成两个类型。一个类型的方法是使用在用于获得正常图像的照明条件下拍摄到的图像来生成距离图像的被动法(被动测量法)，以及另一类型的方法是通过用高度方向上的测量所用的光主动照射测量对象W来生成距离图像的主动法(主动测量法)。本实施例使用主动法来获得高度图像，并且具体地使用图案投影法。

图案投影法是如下的方法，该方法通过使投射到测量对象W上的测量图案光(也简称为图案光)的图案的形状和相位偏移以获取多个图像、并且分析所获取到的多个图像，来获得测量对象W的三维形状。存在数个类型的图案投影法。例如，存在如下相移法，该相移法使正弦波条带状图案的相位偏移以获取多个(至少三个)图像，根据这多个图像来针对各像素获得正弦波的相位，并且使用所获得的相位来获得测量对象W的表面的三维坐标。还存在如下的空间编码法，该空间编码法使投射到测量对象W上的图案针对各摄像不同，顺次投射例如黑白色占空比为50％的条带宽度从整个宽度的1/2、1/4、1/8、1/16、…起变小的条带状图案，针对各图案获取图案投影图像，并且获得测量对象W的高度的绝对值。正弦图案光和条带状图案光是具有在一维方向上改变的周期性照度分布的图案光。注意，将测量图案光“投射”到测量对象W上与用测量图案光“照射”测量对象W是同义的。

在根据本实施例的图像处理设备1中，通过将上述的相移法和空间编码法组合来生成高度图像。然而，这不限于此，并且可以仅通过相移法或仅通过空间编码法来生成高度图像。另外，可以使用其它传统上已知的主动法来生成测量对象W的高度图像。

用于利用图像处理设备1来测量测量对象W的高度的方法概述如下。首先，利用由照明装置3的第一光投射部31和第二光投射部32分别生成的第一测量图案光和第二测量图案光来从不同方向照射测量对象W。摄像装置2接收从测量对象W反射的第一测量图案光，并生成包括多个第一图案图像的第一图案图像集，并且摄像装置2还接收从测量对象W反射的第二测量图案光，并生成包括多个第二图案图像的第二图案图像集。然后，基于多个第一图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第一测量图案光的照射角度信息的第一角度图像，并且基于多个第二图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第二测量图案光的照射角度信息的第二角度图像。接着，根据第一角度图像的各像素的照射角度信息和第二角度图像的各像素的照射角度信息、以及第一光投射部31和第二光投射部32的相对位置信息，来生成表示测量对象W的高度的高度图像，并且从该高度图像获得测量对象W的高度。

尽管不是必须的，但如图4所示，在图像处理设备1中，照明装置3除包括第一光投射部31和第二光投射部32之外，还包括第三光投射部33和第四光投射部34。结果，还可以用由照明装置3的第三光投射部33和第四光投射部34分别生成的第三测量图案光和第四测量图案光从不同方向照射测量对象W。在这种情况下，摄像装置2接收从测量对象W反射的第三测量图案光，并生成包含多个第三图案图像的第三图案图像集，并且摄像装置2还接收从测量对象W反射的第四测量图案光，并生成包含多个第四图案图像的第四图案图像集。然后，基于多个第三图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第三测量图案光的照射角度信息的第三角度图像，并且基于多个第四图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第四测量图案光的照射角度信息的第四角度图像。接着，根据第三角度图像的各像素的照射角度信息和第四角度图像的各像素的照射角度信息、以及第三光投射部33和第四光投射部34的相对位置信息，来生成表示测量对象W的高度的高度图像，并且从该高度图像获得测量对象W的高度。

(相移法)

这里将说明相移法。在相移法中，在将具有照度分布正弦状地改变的图案的图案光顺次投射到测量对象W上的情况下，投射具有正弦波相位不同的三个以上的图案的图案光。根据从与图案光的投射方向不同的角度针对各图案拍摄到的图像来获得高度测量点处的各明度值，并且根据各明度值来计算图案光的相位值。投射在测量点上的图案光的相位根据测量点的高度而改变，并且要观察相位与通过在基准位置处反射的图案光所观察到的相位不同的光。因此，计算出测量点处的图案光的相位，并且使用三角测量原理通过将相位代入几何关系表达式来测量测量点的高度。这样，可以获得测量对象W的三维形状。根据相移法，可以通过减小图案光的周期来以高分辨率测量测量对象W的高度。然而，可以测量的高度的范围仅仅是在相移量方面处于2π内的低高度(具有小的高度差)。因此，还使用空间编码法。

(空间编码法)

根据空间编码法，可以将用光照射的空间划分成具有基本上扇状截面的多个小空间，并且可以将一系列空间码编号指派给小空间。由于该原因，即使测量对象W的高度大，也就是说即使高度差大，也可以根据空间码编号来计算高度，只要该高度在利用光照射的空间内即可。因此，可以针对高度大的整个测量对象W测量该测量对象W的形状。根据空间编码法，容许高度的范围(动态范围)变宽。

(照明装置3的详细结构)

如图4所示，根据第一实施例的照明装置3包括照明壳体30、第一光投射部31、第二光投射部32、第三光投射部33、第四光投射部34和光投射控制部39。如图1所示，照明装置3和控制器部4通过连接线3a连接。然而，照明装置3和控制器部4也可以以无线方式连接。

照明装置3可以是仅用于投射图案光的图案光投射专用装置，或者可以是兼用作用于观察测量对象W的观察用照明的装置。在照明装置3是图案光投射专用装置的情况下，可以与图案光投射专用装置分开地或者与图案光投射专用装置一体地设置观察用照明装置。作为观察用照明装置，可以使用发光二极管、半导体激光器、卤素灯、HID等。

照明壳体30在其平面图的中心部具有开口部30a，并且以在平面图中接近矩形的形状连续形成第一边部30A、第二边部30B、第三边部30C和第四边部30D。由于第一边部30A、第二边部30B、第三边部30C和第四边部30D呈直线延伸，因此开口部30a在平面图中也具有接近矩形的形状。

照明壳体30的外部形状和开口部30a的形状不限于附图所示的形状，并且例如可以是圆形等。图1所示的开口部30a的中心轴A是穿过开口部30a的中心并且在与照明壳体30的下面垂直的方向上延伸的轴。在照明装置3被安装成使得照明壳体30的下面呈水平的情况下，开口部30a的中心轴A垂直地延伸。然而，照明装置3也可被安装成使得照明壳体30的下面倾斜，并且在这种情况下，开口部30a的中心轴A倾斜。

开口部30a的中心轴A无需严格地穿过开口部30a的中心。尽管这取决于测量对象W的大小等，但穿过离开口部30a的中心约数毫米远的部位的轴也可以是中心轴A。也就是说，穿过开口部30a的中心和开口部30a的中心附近的轴可被定义为中心轴A。中心轴A的延伸线与放置面100相交。

在以下的说明中，为了方便，如图4所示，第一边部30A侧被称为照明装置3的左侧，第二边部30B侧被称为照明装置3的右侧，第三边部30C侧被称为照明装置3的上侧，并且第四边部30D侧被称为照明装置3的下侧。然而，这并未指定照明装置3在使用时的方向，并且照明装置3在使用时可以在任何方向上。

照明壳体30的第一边部30A、第二边部30B、第三边部30C和第四边部30D的内部为中空。第一光投射部31容纳在第一边部30A的内部。第二光投射部32、第三光投射部33和第四光投射部34分别容纳在第二边部30B、第三边部30C和第四边部30D的内部。第一光投射部31和第二光投射部32是一对，并且第三光投射部33和第四光投射部34是一对。另外，光投射控制部39也容纳在照明壳体30内。

第一边部30A和第二边部30B被布置成在夹持中心轴A的状态下彼此面对，因而第一光投射部31和第二光投射部32被布置成以中心轴A作为对称中心而左右对称(点对称)，并且第一光投射部31和第二光投射部32在中心轴A的圆周方向上彼此分离。

此外，第三边部30C和第四边部30D也被布置成在夹持中心轴A的状态下彼此面对，因而第三光投射部33和第四光投射部34被布置成以中心轴A作为对称中心而上下对称(点对称)，并且第三光投射部33和第四光投射部34在中心轴A的圆周方向上彼此分离。在平面图中，四个光投射部按第一光投射部31、第三光投射部33、第二光投射部32和第四光投射部34的顺序围绕中心轴A沿顺时针方向布置。

图5是根据本发明第二实施例的照明装置3的底视图。在第二实施例中，在照明壳体30的内部设置八个光投射部31～38。在第一光投射部31和第三光投射部33之间设置第五光投射部35，在第二光投射部32和第四光投射部34之间设置有第六光投射部36，在第二光投射部32和第三光投射部33之间设置第七光投射部37，并且在第一光投射部31和第四光投射部34之间设置第八光投射部38。第五光投射部35和第六光投射部36是一对，并且被布置成以中心轴A作为对称中心而对称。第七光投射部37和第八光投射部38是一对，并且被布置成以中心轴A作为对称中心而对称。在平面图中，第一光投射部31、第五光投射部35、第三光投射部33、第七光投射部37、第二光投射部32、第六光投射部36、第四光投射部34和第八光投射部38按该顺序围绕中心轴A沿顺时针方向布置。

在第二实施例的照明装置3中，与光投射部31～38分开设置用于对测量对象W进行照明并观察的观察用照明50。观察用照明50设置在照明壳体30的底部的外周部，并且以包围第一光投射部31～第八光投射部38的环状形成。如图6所示，观察用照明50包括基板51a、安装在基板51a上并发射观察用照明光的多个观察用发光二极管51b、以及盖构件52。基板51a被布置成包围第一光投射部31～第八光投射部38。多个观察用发光二极管51b是沿圆周方向间隔设置的，以包围第一光投射部31～第八光投射部38。盖构件52被设置成从发光面侧覆盖观察用发光二极管41b，并且由具有光透过率和使光扩散的性质的材料制成。

(第一光投射部31的结构)

第一实施例的照明装置1的第一光投射部31～第四光投射部34与第二实施例的照明装置1的第一光投射部31～第四光投射部34相同。

如图6所示，第一光投射部31包括：壳体31a；第一LED(发光二极管)31b，其用作发射扩散光的第一光源；以及第一LCD(第一图案光生成部)31d，用于接收从第一LED 31d发射的扩散光，以顺次生成具有不同图案的多个第一测量图案光，并用第一测量图案光照射测量对象W。LCD是液晶显示器(即，液晶面板)，因而第一LCD 31d是第一液晶面板。光源不限于发光二极管，并且可以是发射扩散光的任何发光器。

如图7所示，第一LCD 31d被布置成对应于第一LED 31b，并且第一LED31b的发光面面向第一LCD 31d。这确保了从第一LED 31b发射的光入射到第一LCD 31d上。作为发光二极管，例如，可以使用白色发光二极管。第一LCD31d被设置成使得第一LCD 31d的显示面(发射面)位于与照明壳体30的开口部30a的中心轴A垂直的平面(其由图6中的虚线200表示)上，并且平面200与第一LCD 31d的显示面位于同一平面上。

第二光投射部32是以与第一光投射部31相同的方式构成的。具体地，如图6所示，第二光投射部32包括壳体32a、安装在基板32c上的第二LED 32b、以及与第二LED 32b相对应地布置的第二LCD(第二图案光生成部)32d。第一LED 31b和第二LED 32b成对。第一LED31b和第二LED 32b附接至照明壳体30，使得可以校正这两者的相对位置。后面将说明相对位置的校正的详情。

以下将详细说明第一光投射部31的结构。如图6和图7所示，存在第一光投射部31的多个第一LED 31b，并且第一LED 31b在照明壳体30内设置在上部。第一LED 31b的布置方向是与发光方向相交的方向。

也就是说，在壳体31a的内部，在上方布置有基板31c。在基板31c的面向下侧的面上安装有多个第一LED 31b。多个第一LED 31b可以呈线状布置，或者相邻的第一LED 31b可被布置成在垂直方向上移位。在生成具有在一维方向上改变的周期性照度分布的图案光的情况下，第一LED 31b沿图案光的照度不改变的方向布置。通过沿着图4所示的照明壳体30的第一边部30A的长边方向布置多个第一LED 31b，从第一LED 31b发射的光变成在第一边部30A的长边方向上基本上连续的光。

多个第一LED 31b的发光方向可以是相同的，并且在本实施例中，如图1中的左下斜线所示，光被设置成从第一LED 31b的正下方与照明壳体30的开口部30a的中心轴A相比至少到达第二边部30B侧(照明装置3的右侧)。利用多个第一LED 31b的光照射范围被设置得比摄像装置2的摄像视野宽。

将具体说明多个第一LED 31b的发光范围。如图17所示，第一光投射部31和第二光投射部32之间的分离方向是X方向，并且垂直方向是Z方向。照明装置3被布置成使得照明装置3的下面变为水平(平行于放置面100)，并且照明装置3放置在测量对象W的放置面100的上方的距离“1”处。X＝0的部位在第一LED 31b的正下方，并且绘制从第一LED 31b延伸到(X,Z)＝(0,0)的C点的直线D。此外，还绘制从第一LED 31b延伸到(X,Z)＝(1,0)的点E的直线F。此时，设置第一LED 31b的方向，并且设计第一LED 31b的光源用透镜，使得多个第一LED 31b的发光范围是夹持在直线D和直线F之间的区域。

如图6所示，第一LCD 31d是以从第一LED 31b向下分离的状态设置在照明壳体30中的。第一LCD 31d的驱动方法是TN(扭曲向列)法。因此，在施加到第一LCD 31d的电压为0时，液晶组成物(液晶分子)被布置成平行于显示面以使第一LED 31b的光通过。在从该状态起电压升高的情况下，液晶组成物垂直于显示面上升，并且在电压达到最大电压时，阻挡第一LED 31b的光。

(LED和LED之间的相对位置)

将说明第一LED 31b和第一LCD 31d之间的相对位置关系。如图9所示，第一LCD31d的显示面位于与照明壳体30的开口部30a的中心轴A垂直的平面200相同的平面上，并且第一LCD 31d在照明壳体30的径向外侧的端部是外端部侧，而第一LCD 31d在照明壳体30的径向内侧的端部是内端部侧。第一LED 31b布置在第一LCD 31d的外端部侧的上方。图9中的附图标记SEG是指第一LCD 31d中所包括的区段。黑色区段SEG是不使光透过的区段，并且白色区段SEG是使光透过的区段。通过在第一LCD 31d的显示面上交替地形成黑色区段SEG和白色区段SEG，透过第一LCD 31d的光如以下所示形成强度周期性改变的正弦图案光。这是图案光生成的原理。可以任意改变黑色区段SEG和白色区段SEG的数量、间隔和形成位置，并且可以生成具有不同的波周期和相位的多个类型的图案光。

黑色区段SEG的数量可被设置为与白色区段SEG的数量相同。结果，在生成图案光时，在具有相同宽度的第一LCD 31d中交替地形成使光透过的区域和不使光透过的区域。这由后面将说明的光投射控制部39进行。

这里，将说明液晶面板的一般性质。在光平行于液晶面板的显示面的法线入射时，光透过率变为最高。在显示面的法线和光的入射方向之间形成的角度越大，光透过率越低。由于液晶面板具有光透过率根据光的入射方向而改变的角度特性，因此在使用液晶面板生成图案光时，存在将发生与图案光的位置相对应的亮度不均匀的风险。

在这方面，在本实施例中，设置第一LCD 31d和第一LED 31b之间的相对位置，使得从第一LED 31b发射的光在第一LCD 31d上入射在第一LCD 31d的有效角度范围内。由于从第一LED 31b发射的扩散光在第一LCD 31d上入射在第一LCD 31d的有效角度范围内，因此不太可能发生由于第一LCD 31d的角度特性引起的与图案光的位置相对应的亮度不均匀。

第一LCD 31d的有效角度范围可以是能够确保图案光的对比度等于或大于预定值的角度范围。图案光的对比度等于或大于预定值意味着如下的程度：在摄像装置2接收到从测量对象W反射的图案光时，摄像装置2可以获得能够生成检查对象图像的图案图像。也就是说，由于第一LCD 31d的角度特性，在第一LCD 31d的显示面的法线和光的入射方向之间形成的角度越大，光透过率越低。因此，认为图案光的对比度根据光的入射角而下降。然而，在本实施例中，第一LCD 31d和第一LED 31b之间的相对位置被设置成具有可以基于摄像装置2所拍摄到的图案图像来获得测量对象W的高度信息的对比度。

此外，可以如下定义第一LCD 31d的有效角度范围。例如，在从第一LED31b发射的光穿过处于光最容易透过的液晶分子排列状态下的第一LCD 31d时，衰减的光的衰减率是10％以下的角度范围是第一LCD 31d的有效角度范围。通过设置第一LCD 31d和第一LED31b之间的相对位置使得光的衰减率是10％以下，可以确保能够基于摄像装置2所拍摄到的图案图像来获得测量对象W的高度信息的对比度。

光最容易透过的液晶分子排列状态是指液晶分子的排列在几乎不能阻挡光路的方向上的状态。第一LCD 31d的有效角度范围还可被设置成使得衰减率是5％以下。

此外，如图9所示，可以设置第一LED 31b和第一LCD 31d之间的相对位置，使得如下的角度α是50°以下，该角度α是由从第一LED 31b的中心(发光面的中心)向着第一LCD31d的显示面绘制的法线201与从第一LED 31b的中心向着第一LCD 31d的有效角度范围中的位于照明壳体30的径向内侧的内端部侧的边界绘制的内侧虚线202形成的。这样，从第一LED 31b发射的光入射到第一LCD 31d时的角度范围成为TN液晶面板的最佳范围，结果可以确保图案光的对比度等于或大于预定值。由法线201和内侧虚线202形成的角度α可被设置为45°以下，并且也可被设置为40°以下。

此外，由从第一LED 31b的中心向着第一LCD 31d的显示面绘制的法线201与从第一LED 31b的中心向着第一LCD 31d的有效角度范围中的外端部侧的边界绘制的外侧虚线203形成的角度β被设置为10°以下。由法线201和外侧虚线203形成的角度可被设置为5°以下，并且也可被设置为0°。这样，从第一LED 31b发射的光入射到第一LCD 31d时的角度范围成为TN液晶面板的最佳范围，结果可以确保图案光的对比度等于或大于预定值。

第一LED 31b与第一LCD 31d的表面(显示面)之间的距离可以基本上等于第一LCD31d的有效角度范围的宽度(第一LCD 31d的外端部与内端部之间的距离)。

(LED的大小)

如图9所示，在第一LED 31b的发光面上波连续的方向上的尺寸K被设置为等于或小于在第一LCD 31d中形成的波的半周期的尺寸。在本实施例中，一个波由沿第一LCD 31d中的波连续的方向布置的八个区段SEG形成，因而四个区段SEG对应于波的半周期。也就是说，沿波连续的方向布置的四个区段SEG的尺寸J等于第一LED 31b的发光面的尺寸K，或者大于尺寸K。

作为实验的结果发现：在第一LED 31b的发光面的尺寸K等于或小于在第一LCD31d的显示面中形成的波的半周期的尺寸(与使光透过的部分的尺寸相同)、即尺寸J时，在某些情况下，图案光可能不具有适当的正弦照度分布。在未适当生成正弦图案光的情况下，当通过图像处理获得高度图像时，在高度图像中可能发生高频波纹，即可能形成实际上是平坦面的波状面，并且这将成为检查的障碍。这同样适用于生成除正弦图案光以外的波状图案光的情况。

在这方面，可以设想选择具有第一LED 31b的发光面的尺寸K大于波的半周期的尺寸J的大小的发光二极管。然而，一般可用的发光二极管的大小受限，并且不能自由地设置发光面的尺寸K。结果，如本实施例那样，可能必须使用发光面的尺寸K等于或小于波的半周期的尺寸J的发光二极管。

图10示出第一LED 31b的布置形式。图10中的左右方向是图案光的照度不改变的方向，并且在图10中64个第一LED 31b按从左侧向右侧的顺序布置。第一LED 31b的数量是示例，并且可以是任意设置的。

位于图10的左端的第一LED 31b被称为第一LED 31b-1，并且其它的第一LED 31b被顺次称为第一LED 31b-2、第一LED 31b-3、…。位于图10的右端的第一LED 31b被称为第一LED 31b-64。第一LED 31b-1至第一LED 31b-64沿图案光的照度不改变的方向布置，并且在图案光的照度改变的方向(图10中的上下方向)上彼此偏离。第一LED 31b-1至第一LED31b-64所照射的光轴位于直线205上。直线205是如下的直线，该直线沿图案光的照度不改变的方向延伸并且穿过LED阵列的光量最大的部分。

第一LED 31b-1至第一LED 31b-64被布置成使得其发光面的中心位于图案光的照度改变的方向(图10的上下方向)上的预定范围内。第一LED 31b-1的发光面的中心和第一LED 31b-64的发光面的中心位于与直线205平行的直线206上，并且第一LED 31b-1和第一LED 31b-64的发光面的中心布置在预定范围的一端。第一LED 31b-32的发光面的中心和第一LED 31b-33的发光面的中心位于与直线205平行的直线207上，并且第一LED 31b-32和第一LED31b-33的发光面的中心布置在预定范围的另一端。

光轴位于的直线205和穿过预定范围的一端的直线206之间的分离尺寸208被设置为等于光轴位于的直线205与穿过预定范围的另一端的直线207之间的分离尺寸209。作为尺寸208和尺寸209的组合的尺寸210成为表示预定范围的尺寸。第一LED 31b-1和第一LED31b-64是发光面的中心位于预定范围的一端的一端发光二极管，并且第一LED 31b-32和第一LED 31b-33是发光面的中心位于预定范围的另一端的另一端发光二极管。第一LED 31b-2至第一LED 31b-31和第一LED 31b-34至第一LED 31b-63是发光面的中心位于预定范围的中间的中间发光二极管。第一LED 31b-2至第一LED 31b-63被布置成在图案光的照度改变的方向上彼此偏离。具体地，第一LED 31b-2至第一LED31b-31和第一LED 31b-34至第一LED31b-63被布置成从预定范围的一端的附近起直到另一端的附近为止按多个阶段偏离。

由于第一LED 31b-1至第一LED 31b-64被布置成使得其发光面的中心在预定范围内偏离，因此如图9所示，在从第一LED 31b-1至第一LED 31b-64布置的方向观看时，第一LED 31b-32和第一LED 31b-33向上移位，而第一LED 31b-1和LED 31b-64向下移位，并且例如，第一LED 31b-16等位于上下方向上的中心附近。如上所述，各第一LED 31b的发光面的尺寸是K。然而，通过将第一LED 31b-1至第一LED 31b-64布置成在预定范围内偏离，第一LED 31b-1至第一LED 31b-64的发光面的表观尺寸是K'，其长于K。尺寸K'长于在第一LCD31d上形成的波的半周期的尺寸J。结果，在检查对象图像中不太可能发生高频波纹。

在第一LCD 31d上形成的波的半周期的尺寸J和在第一LED 31b-1至第一LED 31b-64的表观发光面上波连续的方向上的尺寸K'之间的比在1:1.2～1:1.4的范围内。图11是示出像素波纹和尺寸J与尺寸K'之比之间的关系的图。在图11中，横轴表示尺寸J与尺寸K'之比，以及纵轴表示像素波纹的程度，并且在纵轴上的越上方，像素波纹越强。如该图所示，在尺寸J与尺寸K'之比为1以下时，像素波纹变强。另一方面，在比大于1.2时，像素波纹变小，并且保持于低水平，直到比达到1.4为止。因此，优选将比设置在1:1.2～1:1.4的范围内。

图12是示出第一LED 31b-1至第一LED 31b-64的另一布置示例的图。在该示例中，第一LED 31b-32和第一LED 31b-33的发光面的中心位于预定范围的中心，第一LED 31b-1和第一LED 31b 64的发光面的中心位于预定范围的一端，并且第一LED 31b-2和第一LED31b-63的发光面的中心位于预定范围的另一端。各第一LED 31b被布置成使得：在发光面的中心接近第一LED 31b的布置方向上的中心时，发光面的中心接近预定范围的中心。在该示例中，如图9所示，第一LED 31b-1至第一LED 31b-64的发光面的表观尺寸也是K'，其长于K。

如图8所示，可以在第一LED 31b和第一LCD 31d的发光面之间设置扩散单元31g，该扩散单元31g使从发光面发射的光扩散，并且使光入射到第一LCD 31d。这样，即使第一LED 31b的发光面的尺寸K等于或小于在第一LCD31d上形成的波的半周期的尺寸，光向第一LCD 31d的入射形式也是如发光面的尺寸长于波的半周期的尺寸的情况那样的入射形式。因此，在检查对象图像中不太可能发生高频波纹。扩散单元31g例如可以是扩散板或扩散透镜。在设置扩散单元31g的情况下，由于扩散效应，像素波纹被抑制。因此，第一LED 31b-1至第一LED 31b-64无需被布置成在上下方向上偏移。然而，第一LED 31b-1至第一LED 31b-64可被布置为在上下方向上偏移。

(LED驱动电路和LCD驱动电路)

如图13所示，在第一光投射部31中设置有用于驱动第一LED 31b的第一LED驱动电路(光源驱动电路)31e和用于驱动第一LCD 31d的第一LCD驱动电路(液晶面板驱动电路)31f。第一LED驱动电路31e是用于改变向第一LED31b的供给电流值的电路，并且由光投射控制部39控制。因此，第一LED 31b由光投射控制部39经由第一LED驱动电路31e控制。利用第一LED驱动电路31e的电流值控制是DAC控制。

第一LCD驱动电路31f是用于通过改变施加到第一LCD 31d中所包括的(图9所示的)各区段SEG的电压来改变各区段SEG的液晶组成物的排列的电路。在本实施例中，如图16作为示例所示，在第一LCD 31d中包括64个区段SEG，并且可以改变施加到64个区段SEG中的各区段SEG的电压。针对各区段SEG，可以在使从第一LED 31b发射的光透过的状态和不使从第一LED 31b发射的光透过的状态之间切换。第一LCD驱动电路31f由与第一LED驱动电路31e共同的光投射控制部39控制。因此，第一LCD 31d由光投射控制部39经由第一LCD驱动电路31f控制。另外，由于第一LED驱动电路31e和第一LCD驱动电路31f由共同的光投射控制部39控制，因此可以精确地使第一LED驱动电路31e和第一LCD驱动电路31f同步。

由光投射控制部39控制的第一LCD驱动电路31f驱动第一LCD 31d，因而第一LCD驱动电路31f可以接收从第一LED 31b发射的扩散光，以顺次生成具有不同图案的多个第一测量图案光，并用这些第一测量图案光照射测量对象W。多个第一测量图案光包括空间编码法中使用的空间码(格雷码)所用的图案光、以及相移法中使用的具有周期性照度分布的图案光。

图16的上侧示出利用第一LCD 31d生成空间码所用的图案光的情况，并且图16的下侧示出生成相移法中使用的具有周期性照度分布的图案光的情况。在图16中，涂成黑色的部分是不使从第一LED 31b发射的扩散光透过的区段SEG，并且涂层白色的部分是使从第一LED 31b发射的扩散光透过的区段SEG。此外，图16示出第一LCD 31d中所包括的64个区段SEG沿图16的水平方向布置的情况。

图16的上侧的生成空间码所用的图案光的情况示出生成黑白占空比为50％的条带宽度从整个宽度的1/2、1/4、…起变小的条带状图案的情况。通过控制第一LCD 31d，可以顺次生成空间码所用的图案光。

在图16的下侧的生成相移法所用的图案光的情况下，通过使正弦波条带状图案的相位偏移来生成多个图案光。在该示例中，将二值控制用于LCD显示器以生成矩形波图案。然而，如图9所示，第一LCD 31d所生成的矩形波图案在光照射面上变模糊，从而可以获得正弦图案。更具体地，可以通过将液晶面板上所形成的矩形波上的图案与具有面积的发光二极管的发光图案组合来获得接近正弦波的图案。假定代替LED而使用理想的点光源或线光源，则代替正弦波图案，将获得二值图案。由于该原因，为了获得正弦波图案，LED光源大小和LCD开口大小之间的平衡是重要的。在该示例中，生成八个图案光。通过以这种方式控制第一LCD 31d，可以顺次生成相移法所用的图案光。

也就是说，光投射控制部39控制第一LED 31b和第一LCD 31d，使得顺次生成按照相移法和/或空间编码法的多个图案光。在多个图案光中的一个图案光的投射完成时，投射下一图案光，并且通过重复该处理来投射所有的图案光。后面将说明利用第一LCD 31d的图案形成处理。

注意，空间码所用的图案光的数量和相移法所用的图案光的数量不限于图中所示的数量。

(第二光投射部32的结构)

如图1所示，第二光投射部32的第二LED 32b的发光范围被设置成从第二LED 32b的正下方起、与照明壳体30的开口部30a的中心轴A相比至少到达第一边部30A侧(照明装置3的左侧)。也就是说，第二光投射部32的第二LED 32b的发光范围被设置成以照明壳体30的开口部30a的中心轴A作为对称中心、与第一光投射部31的第一LED 31b的发光范围左右对称。第二LED 32b的发光范围由图1中的右下斜线表示。

如图13所示，在第二光投射部32中设置有用于驱动第二LED 32b的第二LED驱动电路(光源驱动电路)32e和用于驱动第二LCD 32d的第二LCD驱动电路(液晶面板驱动电路)32f，并且第二LED驱动电路32e和第二LCD驱动电路32f由光投射控制部39控制。由于第二LCD 32d是以与第一LCD 31d相同的方式驱动的，因此可以接收从第二LED 32b发射的扩散光，以顺次生成具有不同图案的多个第二测量图案光，并利用这些第二测量图案光照射测量对象W。多个第二测量图案光包括空间码所用的图案光和相移法所用的图案光。

第一光投射部31和第二光投射部32在中心轴A的圆周方向上彼此分离的状态下由照明壳体30一体地支撑，使得从第一光投射部31发射的图案光和从第二光投射部32发射的图案光具有大致相同的扩展角，由此这些图案光在照明壳体30的开口部30a的中心轴A上相交。“一体地支撑”意味着第一光投射部31和第二光投射部32固定到照明壳体30，使得第一光投射部31和第二光投射部32之间的相对位置关系在安装或使用期间不改变。因此，照明壳体30内的第一光投射部31和第二光投射部32之间的相对位置在操作期间不改变。因此，例如，如图17所示，在第一LED 31b的中心部和第二LED 32b的中心部之间的分离距离被预设为I时，第一LED 31b的中心部和第二LED 32b的中心部之间的分离距离在操作期间被固定为I。第一LED 31b的中心部和第二LED 32b的中心部之间的分离距离是照明壳体30内的第一光投射部31和第二光投射部32的相对位置信息，并且可以预先存储在控制器部4或摄像装置2中。在未处于操作中时，可以改变第一LED 31b的中心部和第二LED 32b的中心部之间的分离距离。

此外，照明壳体30内的第一光投射部31和第二光投射部32的相对位置信息可以是第一LED 31b的中心部和第二LED 32b的中心部之间的直线距离，并且在从各LED照射的光由反射镜等返回并照射到测量对象W上时，也可以是考虑到该光的路径长度所设置的距离。

由于第一LCD 31d布置在照明装置3的左侧，因此第一LCD 31d将图案光从左侧投射到放置面100上所放置的测量对象W上。此外，由于第二LCD 32d布置在照明装置3的右侧，因此第二LCD 32d将图案光从右侧投射到放置面100上所放置的测量对象W上。第一LCD 31d和第二LCD 32d是将图案光从不同方向投射到测量对象W上的液晶面板。

(第三光投射部33和第四光投射部34的结构)

第三光投射部33和第四光投射部34是以与第一光投射部31相同的方式构成的。如图13所示，第三光投射部33包括第三LED(第三光源)33b和与第三LED 33b相对应地布置的第三LCD(第三图案光生成部)33d。第四光投射部34包括第四LED(第四光源)34b和与第四LED 34b相对应地布置的第四LCD(第四图案光生成部)34d。第三LED 33b和第四LED 34b成对。第三LED33b和第四LED 34b附接至照明壳体30，使得可以校正这两者的相对位置。后面将说明相对位置的校正的详情。

第三LCD 33d和第四LCD 34d的显示面位于与同照明壳体30的开口部30a的中心轴A垂直的平面(图6中由附图标记200表示的平面)相同的平面上。

第三光投射部33的第三LED 33b的发光范围和第四光投射部34的第四LED 34b的发光范围被设置成与第一光投射部31的第一LED 31b的发光范围和第二光投射部32的第二LED 32b的发光范围之间的关系相同。具体地，第三光投射部33的第三LED 33b的发光范围被设置成使得从第三LED 33b的正下方起、与照明壳体30的开口部30a的中心轴A相比至少到达第四边部30D侧。第四光投射部34的第四LED 34b的发光范围被设置成使得从第四LED34b正下方起、与照明壳体30的开口部30a的中心轴A相比至少到达第三边部30C侧。因此，在照明壳体30的开口部30a的中心轴A被设置为对称的中心时，第三光投射部33的第三LED33b的发光范围和第四光投射部34的第四LED 34b的发光范围被设置成上下对称。

如图13所示，在第三光投射部33中设置有用于驱动第三LED 33b的第三LED驱动电路(光源驱动电路)33e和用于驱动第三LCD 33d的第三LCD驱动电路(液晶面板驱动电路)33f，并且第三LED驱动电路33e和第三LCD驱动电路33f由光投射控制部39控制。由于第三LCD 33d是以与第一LCD 31d相同的方式驱动的，因此可以接收从第三LED 33b发射的扩散光，以顺次生成具有不同图案的多个第三测量图案光，并用这些第三测量图案光照射测量对象W。多个第三测量图案光包括空间码所用的图案光和相移法所用的图案光。

此外，在第四光投射部34中设置有用于驱动第四LED 34b的第四LED驱动电路(光源驱动电路)34e和用于驱动第四LCD 34d的第四LCD驱动电路(液晶面板驱动电路)34f，并且第四LED驱动电路34e和第四LCD驱动电路34f由光投射控制部39控制。由于第四LCD 34d是与第一LCD 31d相同的方式驱动的，因此可以接收从第四LED 34b发射的扩散光，以顺次生成具有不同图案的多个第四测量图案光，并用这些第四测量图案光照射测量对象W。多个第四测量图案光包括空间码所用的图案光和相移法所用的图案光。

第三光投射部33和第四光投射部34在中心轴A的圆周方向上彼此分离的状态下由照明壳体30一体地支撑，使得从第三光投射部33发射的图案光和从第四光投射部34发射的图案光具有大致相同的扩展角，由此这些图案光在照明壳体30的开口部30a的中心轴A上相交。因此，在操作期间，照明壳体30内的第三光投射部33和第四光投射部34的相对位置不改变。因此，在预先将第三LED 33b的中心部和第四LED 34b的中心部之间的分离距离设置为预定值时，在操作期间，第三LED 33b的中心部和第四LED 34b的中心部之间的分离距离固定为该预定值。第三LED 33b的中心部和第四LED 34b的中心部之间的分离距离是照明壳体30内的第三光投射部33和第四光投射部34的相对位置信息，并且可以预先存储在控制器部4或摄像装置2中。

由于第三LCD 33d布置在照明装置3的上侧，因此第三LCD 33d将图案光从该方向投射到放置面100上所放置的测量对象W上。此外，由于第四LCD34d布置在照明装置3的下侧，因此第四LCD 34d将图案光从该方向投射到放置面100上所放置的测量对象W上。第三LCD 33d和第四LCD 34d是将图案光从不同方向投射到测量对象W上的液晶面板。

图5所示的第五光投射部35至第八光投射部38是以与第一光投射部31至第四光投射部34相同的方式构成的。

(利用光投射控制部39的控制)

如图13所示，在本实施例中，第一LED驱动电路31e、第二LED驱动电路32e、第三LED驱动电路33e、第四LED驱动电路34e、第一LCD驱动电路31f、第二LCD驱动电路32f、第三LCD驱动电路33f和第四LCD驱动电路34f由共同的光投射控制部39控制，因而可以精确地使这些驱动电路同步。同样，第五光投射部35至第八光投射部38也具有LED驱动电路和LCD驱动电路，并且可以精确地使这些驱动电路同步。

光投射控制部39控制第一LCD 31d、第二LCD 32d、第三LCD 33d和第四LCD 34d，以便到来自第一LCD 31d、第二LCD 32d、第三LCD 33d和第四LCD34d中的任一液晶面板的多个图案光中的一个图案光的投射完成时，至少在接着要投射图案光的其它液晶面板上完成接着要投射的图案的形成处理，并且在利用上述的一个液晶面板的图案光的投射完成之后，重复用于将下一图案光投射在上述的其它液晶面板上的处理。

具体地，照明装置3的光投射控制部39被配置成使得将用于开始图案光的投射的触发信号和用于在图案光的投射期间与摄像装置2同步的再同步触发信号从控制器部4输入至光投射控制部39。也可以从PLC 101输入触发信号。例如，可以基于连接至PLC 101的光电传感器等所获得的检测结果来将触发信号输入至光投射控制部39。生成触发信号的装置不必是PLC 101，并且可以是光电传感器等。在这种情况下，光电传感器等可以直接连接至光投射控制部39，或者可以经由控制器部4连接至光投射控制部39。

在输入触发信号时，光投射控制部39经由第一LCD驱动电路31f控制第一LCD 31d，以将第一LCD 31d上所形成的图案切换到不同于当前显示形式的图案。这里，为了切换第一LCD 31d上的图案，第一LED驱动电路31e通过公知的方法来改变施加到第一LCD 31d中所包括的各区段的液晶组成物的电压。从改变施加到液晶组成物的电压起直到液晶组成物改变其排列为止的时间长于后面将说明的摄像装置2的摄像间隔。也就是说，为了将第一LCD31d上当前形成的图案切换到不同的图案，需要比摄像装置2的摄像间隔长的预定图案切换时间，并且需要从一个图案切换到另一图案所用的时间。同样，对于第二LCD 32d、第三LCD33d和第四LCD 34d，需要顺次切换图案所用的时间。

在完全形成第一LCD 31d上的图案时，进行控制，使得：与图案的形成同步地从第一LED 31b发射光，并且不从第二LED 32b、第三LED 33b和第四LED 34b发射光。结果，仅将第一LCD 31d上所形成的图案作为图案光投射到测量对象W上，并且第二LCD 32d、第三LCD33d以及第四LCD 34d上所形成的图案将不被投射到测量对象W上。

在第一LCD 31d上形成图案所用的时间是在第二LCD 32d上形成图案所用的图案切换时间的一部分。在第二LCD 32d上形成图案所用的时间长于在第一LCD 31d上形成图案所用的时间，并且具体地，在第二LCD 32d上形成图案所用的时间在第一LCD 31d上完成图案形成之前开始。

在投射在测量对象W上的图案的图案光的摄像完成时，进行控制，使得：在第二LCD32d上完全形成图案期间，与图案的形成同步地从第二LED 32b发射光，并且不从第一LED31b、第三LED 33b和第四LED 34b发射光。结果，仅将第二LCD 32d上所形成的图案作为图案光投射到测量对象W上。

在第二LCD 32d上形成图案所用的时间是在第三LCD 33d上形成图案所用的图案切换时间的一部分。在第三LCD 33d上形成图案所用的时间长于在第二LCD 32d上形成图案所用的时间，并且具体地，在第三LCD 33d上形成图案所用的时间在第一LCD 31d上完成图案形成之前开始。

在投射在测量对象W上的图案的图案光的摄像完成时，进行控制，使得：在第三LCD33d上完全形成图案期间，与图案的形成同步地从第三LED 33b发射光，并且不从第一LED31b、第二LED 32b和第四LED 34b发射光。结果，仅将第三LCD 33d上所形成的图案作为图案光投射到测量对象W上。

在第三LCD 33d上形成图案所用的时间是在第四LCD 34d上形成图案所用的图案切换时间的一部分。在第四LCD 34d上形成图案所用的时间长于在第三LCD 33d上形成图案所用的时间，并且具体地，在第四LCD 34d上形成图案所用的时间在第一LCD 31d上完成图案形成之前开始。

在投射在测量对象W上的图案的图案光的摄像完成时，进行控制，使得：在第四LCD34d上完全形成图案期间，与图案的形成同步地从第四LED 34b发射光，并且不从第一LED31b、第二LED 32b和第三LED 33b发射光。结果，仅将第四LCD 34d上所形成的图案作为图案光投射到测量对象W上。形成该图案所用的时间的一部分是在第一LCD 31d上形成下一图案所用的切换时间的一部分。

也就是说，在本实施例中，在第一LCD 31d、第二LCD 32d、第三LCD 33d和第四LCD34d中，不是通过一个液晶面板顺次且连续地投射多个图案光。控制第一LCD 31d、第二LCD32d、第三LCD 33d和第四LCD 34d，使得：在通过一个液晶面板的第一图案光的投射完成时，另一液晶面板投射第一图案光；在通过该另一液晶面板的第一图案光的投射完成时，又一液晶面板投射第一图案光；在以这种方式在所有的液晶面板中完成第一图案光的投射时，上述的一个液晶面板投射第二图案光；在通过该液晶面板的第二图案光的投射完成时，上述的另一液晶面板投射第二图案光；以及在通过该另一液晶面板的第二图案光的投射完成时，又一液晶面板投射第二图案光。结果，可以在未正进行图案光的投射的液晶面板处准备形成接着要投射的图案，因而可以遮盖液晶面板的慢响应速度。

上述示例说明了通过所有的第一LCD 31d、第二LCD 32d、第三LCD 33d和第四LCD34d投射图案光的情况。然而，这不限于此，并且可以仅利用第一LCD 31d和第二LCD 32d、或者仅利用第三LCD 33d和第四LCD 34d投射图案光。在仅利用第一LCD 31d和第二LCD 32d投射图案光的情况下，可以交替进行图案光的投射。例如，在第一LCD 31d正进行第一图案光的投射期间，在第二LCD 32d上进行第一图案的形成处理。然后，在第二LCD 32d正进行第一图案光的投射期间，在第一LCD 31d上进行第二图案的形成处理。重复该处理。这同样适用于仅利用第三LCD 33d和第四LCD 34d投射图案光的情况。

除了触发信号和再同步触发信号之外，还将图案光形成信息从控制器部4发送至光投射控制部39。将所发送的图案光形成信息暂时存储在光投射控制部39中，并且基于该图案光形成信息来控制第一LED 31b、第二LED 32b、第三LED 33b和第四LED 34b、以及第一LCD 31d、第二LCD 32d、第三LCD33d和第四LCD 34d。

图案光形成信息例如包括照射模式、空间码所用的图案光的照射的有无、空间码所用的图案光的具体图案和数量、相移法所用的图案光的照射的有无、相移法所用的图案光的具体图案和数量、图案光的照射顺序等。照射模式包括：第一照射模式，其中仅通过第一LCD 31d和第二LCD 32d照射图案光并将图案光投射到测量对象W上；第二照射模式，其中通过所有的第一LCD 31d、第二LCD 32d、第三LCD 33d和第四LCD 34d来投射图案光；以及第三照射模式，其中仅通过第三LCD 33d和第四LCD 34d照射图案光并将图案光投射到测量对象W上。

(摄像装置2的结构)

如图1等所示，摄像装置2与照明装置3分开设置。如图1所示，摄像装置2和控制器部4经由连接线2a连接。然而，摄像装置2和控制器部4也可以无线连接。

摄像装置2构成图像处理设备1的一部分，因而也可称为摄像部。由于摄像装置2与照明装置3分开设置，因此可以单独安装摄像装置2和照明装置3。因此，可以改变摄像装置2的安装位置和照明装置3的安装位置，并且可以使摄像装置2的安装位置和照明装置3的安装位置分离。结果，大大提高了摄像装置2和照明装置3的安装自由度，并且可以将图像处理设备1引入各种生产现场等。

注意，在可以使摄像装置2的安装位置和照明装置3的安装位置相同的现场中，摄像装置2和照明装置3可以附接至同一构件，并且用户可以根据现场任意改变安装状态。此外，摄像装置2和照明装置3可以附接至同一构件并一体地使用。

摄像装置2布置在照明装置3的照明壳体30的上方、即与图案光发射方向的相对侧，以便观察照明壳体30的开口部30a。因此，摄像装置2可以经由照明装置3的照明壳体30的开口部30a接收从测量对象W反射的第一测量图案光以生成多个第一图案图像，同时经由照明装置3的照明壳体30的开口部30a接收从测量对象W反射的第二测量图案光以生成多个第二图案图像。在照明装置3包括第三光投射部33和第四光投射部34的情况下，摄像装置2可以经由照明装置3的照明壳体30的开口部30a接收从测量对象W反射的第三测量图案光以生成多个第三图案图像，同时经由照明装置3的照明壳体30的开口部30a接收从测量对象W反射的第四测量图案光以生成多个第四图案图像。同样，在包括第五光投射部35至第八光投射部38的情况下，可以生成第五图案图像至第八图案图像。

如图3所示，摄像装置2包括光学系统中所包括的透镜、以及包含用于接收从透镜21入射的光的受光元件的摄像元件22。所谓的照相机由透镜21和摄像元件22构成。透镜21是用于在摄像元件22上形成测量对象W上的至少高度测量区域或检查对象区域的图像的构件。透镜21的光轴与照明装置3的照明壳体30的开口部30a的中心轴A可以一致或不一致。另外，摄像装置2和照明装置3之间在中心轴A的方向上的距离可以是在照明装置3不会干扰摄像装置2的摄像的范围内任意设置的，并且是以高的安装自由度设计的。

可以使用CCD或CMOS传感器等作为摄像元件22。摄像元件22接收来自测量对象W的反射光以获取图像，并将所获取到的图像数据输出至数据处理部24。在本示例中，使用高分辨率的CMOS传感器作为摄像元件22。还可以使用能够以彩色拍摄图像的摄像元件。摄像元件22除了可以拍摄图案投影图像之外，还可以拍摄正常亮度图像。在拍摄正常亮度图像的情况下，仅需使照明装置3的所有LED 31b、32b、33b和34b都点亮，并控制所有的LCD 31d、32d、33d和34d以不形成图案光。在存在如图5和图6所示的观察用照明50的情况下，摄像装置2可以使用该观察用照明50来拍摄正常亮度图像。

除照相机之外，摄像装置2还包括曝光控制部23、数据处理部24、相位计算部26、图像处理部27、图像存储部28和输出控制部29。数据处理部24、相位计算部26、图像处理部27和图像存储部28连接至摄像装置2中的内置公共总线线路25，并且可以相对于彼此发送和接收数据。曝光控制部23、数据处理部24、相位计算部26、图像处理部27、图像存储部28和输出控制部29可以是利用硬件构成的，并且也可以是利用软件构成的。

(曝光控制部23的结构)

将用于开始摄像的触发信号和用于在摄像期间与照明装置3同步的再同步触发信号从控制器部4输入到曝光控制部23。将要输入至曝光控制部23的触发信号和再同步触发信号的输入定时设置为与要输入至照明装置3的触发信号和再同步触发信号的定时相同。

曝光控制部23是直接控制摄像元件22的部分，并且根据输入至曝光控制部23的触发信号和再同步触发信号来控制摄像元件22的摄像定时和曝光时间。将与摄像条件有关的信息从控制器部4输入至曝光控制部23，并存储在曝光控制部23中。与摄像条件有关的信息例如包括摄像次数、摄像间隔(在摄像之后直到进行下次摄像为止的时间)、摄像时的曝光时间(快门速度)等。

在输入从控制器部4发送的触发信号时，曝光控制部23使摄像元件22开始摄像。在本实施例中，需要针对触发信号的一次输入生成多个图案图像。因此，配置成使得在摄像期间从控制器部4输入再同步触发信号，并且可以通过输入再同步触发信号来实现与照明装置3的同步。

具体地，曝光控制部23控制摄像元件22，使得在正将完全形成在第一LCD 31d上的图案作为图案光投射到测量对象W上期间，摄像元件22进行摄像(曝光)。可以将曝光时间设置为与正将图案作为图案光投射到测量对象W上的时间相同。然而，用于开始曝光的定时可被设置得略迟于开始图案光的投射的定时。

之后，曝光控制部23控制摄像元件22，使得在正将形成在第二LCD 32d上的图案作为图案光投射到测量对象W上期间，摄像元件22进行摄像。在该摄像完成时，曝光控制部23控制摄像元件22，使得在正将形成在第三LCD 33d上的图案作为图案光投射到测量对象W上期间，摄像元件22进行摄像。然后，曝光控制部23控制摄像元件22，使得在正将形成在第四LCD 34d上的图案作为图案光投射到测量对象W上期间，摄像元件22进行摄像。通过重复该操作，生成多个第一图案图像、多个第二图案图像、多个第三图案图像和多个第四图案图像。

摄像元件22在每次摄像完成时，将图像数据传送至数据处理部24。图像数据可以存储在图3所示的图像存储部28中。也就是说，由于摄像元件22的摄像定时与控制器部4的图像请求定时不一致，因此图像存储部28用作用以吸收该时滞的缓冲器。

在摄像和下次摄像之间，将图像数据传送至图3所示的数据处理部24。然而，这不限于此，并且例如，可以并行地进行摄像和数据传送。在利用图案光照射的测量对象W的摄像完成时，在正进行利用下一图案的图案光照射的测量对象W的摄像时，将前一图案的图像数据传送至数据处理部24。这样，可以在下次摄像时将前次拍摄到的图像数据传送至数据处理部24。

此外，还可以对利用某图案的图案光照射的测量对象W进行多次摄像。在这种情况下，第一LED 31b可以仅在摄像元件22的摄像期间点亮。摄像元件22的曝光时间可被设置成使得第一次的摄像比第二次的摄像长，并且还可被设置成使得第二次的摄像比第一次的摄像长。在对利用另一图案的图案光照射的测量对象W进行摄像时，也可以进行多次摄像。这样，可以在正将多个图案光其中之一投射到测量对象W上期间，生成具有不同曝光时间的多个图像。在进行后面将说明的高动态范围处理时，使用具有不同曝光时间的多个图像。在正对利用某图案的图案光照射的测量对象W进行多次摄像期间，第一LED 31b可以保持点亮。

(数据处理部24的结构)

图3所示的数据处理部24基于从摄像元件22输出的图像数据来生成多个图案图像集。在摄像元件22生成多个第一图案图像时，数据处理部24生成包括多个第一图案图像的第一图案图像集。同样，生成包括多个第二图案图像的第二图案图像集，生成包括多个第三图案图像的第三图案图像集，并且生成包括多个第四图案图像的第四图案图像集。因此，摄像装置2可以接收从各液晶面板投射的多个图案光中的来自测量对象W的反射光，并生成与各液晶面板相对应的多个图案图像集。

在仅通过第一LCD 31d和第二LCD 32d投射图案光的情况下，生成第一图案图像集和第二图案图像集。在仅通过第三LCD 33d和第四LCD 34d投射图案光的情况下，生成第三图案图像集和第四图案图像集。

数据处理部24可以通过根据相移法投射图案光来生成相移图案图像集，并且也可以通过根据空间编码法投射图案光来生成格雷码图案图像集。

根据相移法的图案光是使照度分布例如以正弦波形状改变的图案光。然而，也可以是其它图案光。在本实施例中，尽管根据相移法的图案光的数量为8，但不限于此。根据空间编码法的图案光是黑白占空比为50％的条带宽度从整个宽度的1/2、1/4、…起变小的条带状图案。在本实施例中，尽管根据空间编码法的图案光的数量为4，但不限于此。注意，该示例中所述的图案是使用格雷码作为空间码的情况，并且尽管通过使条带宽度减半来形成图案光不是格雷码的目的，而只是作为结果而成为这样。另外，格雷码是通过将与相邻码的汉明(Hamming)距离设置为1来考虑抗噪性的一种编码方式。

如图15所示，在照明装置3的第一光投射部31根据空间编码法用四个图案光照射测量对象W时，数据处理部24生成包括四个不同图像的格雷码图案图像集。在照明装置3的第一光投射部31根据相移法用八个图案光照射测量对象W时，数据处理部24生成包括八个不同图像的相移图案图像集。通过第一光投射部31照射图案光所获得的格雷码图案图像集和相移图案图像集一起是第一图案图像集。

同样，在照明装置3的第二光投射部32根据空间编码法用图案光照射测量对象W时，生成格雷码图案图像集。在根据相移法用图案光照射测量对象W时，生成相移图案图像集。通过第二光投射部32照射图案光所获得的格雷码图案图像集和相移图案图像集一起是第二图案图像集。

同样，在照明装置3的第三光投射部33根据空间编码法用图案光照射测量对象W时，生成格雷码图案图像集。在根据相移法用图案光照射测量对象W时，生成相移图案图像集。通过第三光投射部33照射图案光所获得的格雷码图案图像集和相移图案图像集一起是第三图案图像集。

同样，在照明装置3的第四光投射部34根据空间编码法用图案光照射测量对象W时，生成格雷码图案图像集。在根据相移法用图案光照射测量对象W时，生成相移图案图像集。通过第四光投射部34照射图案光所获得的格雷码图案图像集和相移图案图像集一起是第四图案图像集。

各图案图像集可被存储在图3所示的图像存储部28中。

如图3所示，数据处理部24包括HDR处理部24a。HDR处理是指高动态范围(高动态范围摄像)合成处理，并且在HDR处理部24a中，对曝光时间不同的多个图像进行合成。也就是说，如上所述，在以不同的曝光时间对用某图案的图案光照射的测量对象W进行多次摄像的情况下，获得曝光时间不同的多个亮度图像，并且可以通过合成这些亮度图像来生成动态范围比各亮度图像的动态范围宽的图像。可以使用传统上已知的方法作为HDR合成方法。代替改变曝光时间，也可以改变所照射的光的强度以获得明度不同的多个亮度图像，然后合成这些亮度图像。

(相位计算部26的结构)

图3所示的相位计算部26是计算用作高度图像的原始数据的绝对相位图像的部分。如图14所示，在步骤SA1中，通过获取相移图案图像集的各图像数据并使用相移法来进行相对相位计算处理。这可被表示为图16中的相对相位(解缠(unwrapping)前相位)，并且通过步骤SA1的相对相位计算处理来获得相位图像。

另一方面，在图14的步骤SA3中，进行空间码计算处理，并且通过获取格雷码图案图像集的各图像数据并使用空间编码法来获得条带编号图像。条带编号图像是在将用光照射的空间分成大量小空间的情况下、通过将一系列空间码编号指派至这些小空间而可以识别的图像。图10示出指派一系列空间码编号的主旨。

在图14的步骤SA4中，进行绝对相位定相处理。在该绝对相位定相处理中，通过对在步骤SA1中获得的相位图像和在步骤SA3中获得的条带编号图像进行合成(解缠)来生成绝对相位图像(中间图像)。由于可以使用通过空间编码法获得的空间码编号来进行通过相移法的相位跳变校正(相位解缠)，因此可以在确保高度的宽动态范围的同时获得高分辨率的测量结果。

可以仅通过相移法进行高度测量。在这种情况下，高度的测量动态范围变窄。因此，在高度的差异大而使得相位偏移了一个周期以上的测量对象W的情况下，不能正确地测量高度。相反，在高度的变化小的测量对象W的情况下，不进行通过空间编码法的条带图像的摄像或合成，因而存在相应地提高处理速度的优点。例如，在测量高度方向上的差异小的测量对象W时，无需取宽的动态范围。因此，即使仅通过相移法，也可以在维持高精度的高度测量性能的同时缩短处理时间。另外，由于绝对高度已知，因此可以配置成仅通过空间编码法来测量高度。在这种情况下，可以通过增加码数量来提高精度。

此外，在图14的步骤SA2中，获取相移图案图像集的各图像数据，并且进行可靠度图像计算处理。在可靠度图像计算处理中，计算表示相位可靠度的可靠度图像。这是可用于无效像素的判断的图像。

相位图像、条带编号图像和可靠度图像可以存储在图3所示的图像存储部28中。

相位计算部26所生成的绝对相位图像也可被称为各像素具有向测量对象W的测量图案光的照射角度信息的角度图像。也就是说，由于第一图案图像集(相移图案图像集)包括通过使正弦波条带状图案的相位偏移而摄像得到的八个第一图案图像，因此通过使用相移法，各像素具有向测量对象W的测量图案光的照射角度信息。换句话说，由于相位计算部26是基于多个第一图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第一测量图案光的照射角度信息的第一角度图像的部分，因此相位计算部26也可被称为角度图像生成部。第一角度图像是使从第一LED 31b向测量对象W照射的光的角度图像化的图像。

同样，相位计算部26可以基于多个第二图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第二测量图案光的照射角度信息的第二角度图像，基于多个第三图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第三测量图案光的照射角度信息的第三角度图像，并且基于多个第四图案图像来生成各像素具有向测量对象W的第四测量图案光的照射角度信息的第四角度图像。第二角度图像是使从第二LED 32b向测量对象W照射的光的角度图像化的图像。第三角度图像是使从第三LED 33b向测量对象W照射的光的角度图像化的图像。第四角度图像是使从第四LED 34b向测量对象W照射的光的角度图像化的图像。图15中的中间图像的最上面的图像是第一角度图像，从最上面起的第二个图像是第二角度图像，从最上面起的第三个图像是第三角度图像，并且最下面的图像是第四角度图像。各角度图像中的看起来全黑的部分是作为照明(各LED)的阴影的部分，并且变为无角度信息的无效像素。

(图像处理部27的结构)

图像处理部27是对图案图像、相位图像、条带编号图像和可靠度图像各自进行诸如伽玛校正、白平衡调整和增益校正等的图像处理的部分。图像处理之后的图案图像、相位图像、条带编号图像和可靠度图像各自可以存储在图像存储部28中。图像处理不限于上述处理。

(输出控制部29的结构)

输出控制部29是如下的部分：在接收到从控制器部4输出的图像输出请求信号时，根据该图像输出请求信号，仅将图像存储部28内所存储的图像中的通过该图像输出请求信号指示的图像经由图像处理部27输出到控制器部4。在该示例中，图像处理之前的图案图像、相位图像、条带编号图像和可靠度图像各自存储在图像存储部28中，并且仅通过来自控制器部4的图像输出请求信号所请求的图像经过图像处理部27的图像处理并被输出到控制器部4。在用户进行各种测量操作和检查操作时，可以输出图像输出请求信号。

在本实施例中，数据处理部24、相位计算部26和图像处理部27设置在摄像装置2中。然而，这不限于此，并且这些部分可以设置在控制器部4中。在这种情况下，将从摄像元件22输出的图像数据输出至控制器部4并进行处理。

(控制器部4的结构)

如图2所示，控制器部4包括摄像光投射控制部41、高度测量部42、图像合成部43、检查部45、显示控制部46和历史存储部47。控制器部4是与摄像装置2和照明装置3分开设置的。

(摄像光投射控制部41的结构)

摄像光投射控制部41将图案光的形成信息、触发信号和再同步触发信号按预定定时输出到照明装置3，并且将与摄像条件有关的信息、触发信号和再同步触发信号按预定定时输出到摄像装置2。输出到照明装置3的触发信号和再同步触发信号与输出到摄像装置2的触发信号和再同步触发信号同步。图案光的形成信息和与摄像条件有关的信息例如可以存储在摄像光投射控制部41或其它存储部(未示出)中。在用户进行预定操作(高度测量准备操作、检查准备操作)时，图案光的形成信息被输出到照明装置3并被暂时存储在照明装置3的光投射控制部39中，并且与摄像条件有关的信息被输出到摄像装置2并被暂时存储在曝光控制部23中。在该示例中，照明装置3被配置为用集成在照明装置3中的光投射控制部39来控制LED和LCD，因而照明装置3也可被称为智能型照明装置。摄像装置2被配置为利用集成在摄像装置2中的曝光控制部23来控制摄像元件22，因而摄像装置2可被称为智能型摄像装置。

在摄像装置2和照明装置3单独进行控制的情况下，存在如下的问题：随着摄像次数的增加，摄像定时和照明定时(图案光投射定时)偏移，并且摄像装置2所获得的图像变暗。特别地，如上所述，第一图案图像集包括总共12个图像(即，相移图案图像集中的八个图像和格雷码图案图像集中的四个图像)，并且第二图案图像集以同样的方式构成。在还进行HDR所用的摄像的情况下，摄像次数增加并且摄像定时和照明定时之间的时滞变得显著。

在该示例中，与照明装置3和摄像装置2同步地输出再同步触发信号，因而可以在摄像的中途使照明装置3和摄像装置2同步。结果，即使摄像次数增加，摄像定时和照明定时之间的时滞也如此小而不会引起问题。此外，可以抑制在相移图案或格雷码图案的照射期间图像变暗，并且可以减少相位失真并降低错误码判断的可能性。可以多次输出再同步触发信号。

摄像光投射控制部41包括照射模式切换部41a。可以切换为以下的照射模式中的任一照射模式：第一照射模式，其中通过第一光投射部31和第二光投射部32分别照射第一测量图案光和第二测量图案光；第二照射模式，其中在通过第一光投射部31和第二光投射部32分别照射第一测量图案光和第二测量图案光后，通过第三光投射部33和第四光投射部34分别照射第三测量图案光和第四测量图案光；以及第三照射模式，其中通过第三光投射部33和第四光投射部34分别照射第三测量图案光和第四测量图案光。用户可以通过在观看显示部5的同时操作控制台部6或鼠标7来切换照射模式。另外，控制器部4可被配置为自动切换照射模式。

(高度测量部42的结构)

高度测量部42被配置为能够根据相位计算部26所生成的第一角度图像的各像素的照射角度信息和第二角度图像的各像素的照射角度信息、以及照明装置3的照明壳体30内的第一光投射部31和第二光投射部32之间的相对位置信息，来测量测量对象W在照明装置3的中心轴A的方向上的高度。

以下将说明用于利用高度测量部42测量高度的具体方法。如上所述，通过利用相位解缠生成角度图像，来确定来自针对各像素的照明的角度。第一角度图像是示出从第一LED 31b向测量对象W照射的光的角度的图像，并且第二角度图像是示出从第二LED 32b向测量对象W照射的光的角度的图像。第一LED 31b和第二LED 32b由照明壳体30一体地支撑，并且如上所述，将第一LED 31b和第二LED 32b之间的距离设置为(图17所示的)I。

图17示出获得测量对象W上的任意点H处的高度的情况。将第一LED31b的正下方的方向设置为0°，并且将从第一LED 31b起的45°的方向设置为1。图17的右方向为正，并且左方向为负。可以从与第一角度图像中的点H相对应的像素获得从第一LED 31b向点H照射的光的角度，并且连接该点H和第一LED 31b的直线的倾斜度是1/a1。此外，可以从与第二角度图像中的点H相对应的像素获得从第二LED 32b向点H照射的光的角度，并且连接该点H和第二LED 32b的直线的倾斜度是-1/a2。a1和a2是相位。

Z＝1/a1*X+0 等式1

Z＝-1/a2*(X-1) 等式2

通过针对等式1和等式2求解Z来获得高度。

a1Z＝X

a2Z＝-X+1

Z＝1/(a1+a2)

X＝a1*1/(a1+a2)

这样，可以获得测量对象W上的各点的高度。由于在上述各个等式中不存在与摄像装置2的位置有关的变量，因此可以看出，在获得测量对象W上的各点处的高度时，摄像装置2的位置是无关的。然而，由于针对角度图像中的作为无效像素的像素不存在角度信息，因此不能获得该点处的高度。也就是说，所计算出的Z坐标不表示摄像装置2和测量对象W之间的距离，而是表示在从照明装置3观看时的到测量对象W的距离。与摄像装置2的安装位置无关地，确定通过照明装置3的安装位置所获得的Z坐标。

尽管未在附图中示出，但同样，可以从与第三角度图像中的点H相对应的像素获得从第三LED 33b向点H照射的光的角度，并且可以从与第四角度图像中的点H相对应的像素获得从第四LED 34b向点H照射的光的角度。因此，可以基于第三角度图像和第四角度图像来获得各像素的高度。

例如，图15示出如下的情况：高度测量部42根据第一角度图像的各像素的照射角度信息和第二角度图像的各像素的照射角度信息、以及照明壳体30内的第一光投射部31和第二光投射部32之间的相对位置信息，来生成表示测量对象W的高度的第一高度图像，并且还根据第三角度图像的各像素的照射角度信息和第四角度图像的各像素的照射角度信息、以及照明壳体30内的第三光投射部33和第四光投射部34之间的相对位置信息，来生成表示测量对象W的高度的第二高度图像。

第一高度图像可以掌握各像素的高度，因而可被用作在进行各种检查时使用的检查对象图像。另外，第二高度图像也可以掌握各像素的高度，因而可被用作在进行各种检查时使用的检查对象图像。因此，高度测量部42还可被称为基于多个中间图像来生成检查对象图像的检查对象图像生成部。

在图15所示的情况下，首先，根据通过第一光投射部31投射图案光所获得的第一图案图像集来生成第一角度图像，并且根据通过第二光投射部32投射图案光所获得的第二图案图像集来生成第二角度图像。在第一角度图像中，由于第一光投射部31从测量对象W的左侧照射光，因此在测量对象W的右侧形成阴影，并且该部分变为无效像素。另一方面，在第二角度图像中，由于第二光投射部32从测量对象W的右侧照射光，因此在测量对象W的左侧形成阴影，并且该部分变为无效像素。由于利用第一角度图像和第二角度图像生成第一高度图像，因此在角度图像其中之一中作为无效像素的像素在第一高度图像中也是无效像素。

同样，根据通过第三光投射部33投射图案光所获得的第三图案图像集来生成第三角度图像，并且根据通过第四光投射部34投射图案光所获得的第四图案图像集来生成第四角度图像。在第三角度图像中，由于第三光投射部33从测量对象W的上侧(该图的上侧)照射光，因此在测量对象W的下侧(该图的下侧)形成阴影，并且该部分变为无效像素。另一方面，在第四角度图像中，由于第四光投射部34从测量对象W的下侧照射光，因此在测量对象W的上侧(该图的上侧)形成阴影，并且该部分变为是无效像素。由于利用第三角度图像和第四角度图像生成第二高度图像，因此在角度图像其中之一中作为无效像素的像素在第二高度图像中也是无效像素。为了尽可能地减少无效像素，在本实施例中，如图2所示，在控制器部4中设置图像合成部43。

在本实施例中，已经说明了高度测量部42设置在控制器部4中的情况。然而，这不限于此，并且尽管未在附图中示出，但高度测量部可以设置在摄像装置2中。

(图像合成部43的结构)

图像合成部43被配置为将第一高度图像和第二高度图像合成，以生成合成后高度图像。结果，对于在第一高度图像中是无效像素的部分但是在第二高度图像中不是无效像素的部分，在合成后高度图像中被表示为有效像素。相反，对于在第二高度图像中是无效像素的部分但是在第一高度图像中不是无效像素的部分，在合成后高度图像中被表示为有效像素。因此，可以减少合成后高度图像中的无效像素的数量。相反，在希望获得具有高可靠度的高度的情况下，仅在第一高度图像和第二高度图像这两者都有效、并且这两者之间的差小(即，等于或小于预定值)时，可以使这些图像的平均高度有效。

换句话说，通过从四个不同方向用图案光照射测量对象W，可以增加高度图像中的有效像素的数量并减少盲点，并且还可以提高测量结果的可靠度。对于通过从两个方向照射图案光来充分减少无效像素的测量对象W，仅需生成一个高度图像。在这种情况下，可被配置为使用户选择是生成第一高度图像还是生成第二高度图像。在仅生成一个高度图像的情况下，存在测量时间缩短的优点。

由于合成后高度图像也可以掌握各像素的高度，因此合成后高度图像可被用作在进行各种检查时所使用的检查对象图像。因此，图像合成部43也可被称为用于生成检查对象图像的检查对象图像生成部。

在本实施例中，已经说明了图像合成部43设置在控制器部4中的情况。然而，这不限于此，并且尽管未在附图中示出，但图像合成部可以设置在摄像装置2中。

(检查部45的结构)

检查部45是用于基于第一高度图像、第二高度图像和合成后高度图像中的任意图像来执行检查处理的部分。在检查部45中设置了有无检查部45a、外观检查部45b和尺寸检查部45c。然而，这是示例，并且并非所有这些检查部都是必不可少的，并且可以设置除这些检查部以外的检查部。有无检查部45a被配置为能够通过图像处理来判断测量对象W的有无和附接至测量对象W的组件的有无等。外观检查部45b被配置为能够通过图像处理来判断测量对象W的外形等是否是预先确定的形状。尺寸检查部45c被配置为能够通过图像处理来判断测量对象W的各部分的尺寸是否是预先确定的尺寸、或者判断各部分的尺寸。由于这些判断方法是传统上已知的方法，因而将省略对这些判断方法的详细说明。

(显示控制部46的结构)

显示控制部46被配置为：能够将第一高度图像、第二高度图像和合成后高度图像等显示在显示部5上，并且能够生成用于操作图像处理设备1的操作用用户界面、用于设置图像处理设备1的设置用用户界面、用于显示测量对象的高度测量结果的高度测量结果显示用用户界面、用于显示测量对象的各种检查结果的检查结果显示用用户界面等，以将这些用户界面显示在显示部5上。

(历史存储部47的结构)

历史存储部47可以利用诸如RAM等的存储装置构成。从摄像装置2输出至控制器部4的第一高度图像、第二高度图像和合成后高度图像等可以存储在历史存储部47中。可以通过操作控制台部6或鼠标7来读出历史存储部47中所存储的图像，并将该图像显示在显示部5上。

(校正处理)

如上所述，在本实施例中，通过在从第一光投射部31投射图案光的状态下对测量对象W进行摄像来生成第一图案图像，并且通过在从第二光投射部32投射图案光的状态下对测量对象W进行摄像来生成第二图案图像。基于第一图案图像和第二图案图像来生成具有照射角度信息的角度图像。不论摄像装置2和照明装置3之间的相对位置关系如何，都可以基于第一LED 31b和第二LED 32b之间的已知相对位置以及照射角度信息来对测量对象W的高度进行测量。

在这种情况下，由于第一LED 31b和第二LED 32b之间的相对位置影响高度测量结果，因此需要严格定义第一LED 31b和第二LED 32b之间的相对位置。然而，在制造时，组件和组装位置的变化是不可避免的，并且难以严格定义第一LED 31b和第二LED 32b之间的相对位置。因此，在该示例中，配置成使得可以校正照明装置3中的第一LED 31b或第二LED32b的位置。

在图18中示出校正处理的总体流程。将参考图19A至19C来说明偏离的具体示例。图19A示出如下的情况：在“0”点要位于第一LED 31b的正下方时，第一LED 31b的安装角度将偏离θ0，因而“0”点位于从第一LED 31b的正下方起的仅预定量的负方向(图的左方向)上。图19B示出第一LED 31b在Z方向上偏离的情况，并且在该示例中，第一LED 31b从常规安装位置向下偏离。

如图19C所示，校正这些偏离，使得“0”点位于第一LED 31b的正下方和基准面上，并且具有0～45°的照射角度。具体地，可以基于图18所示的流程来进行该操作。首先，估计绝对相位0的坐标，并且估计绝对相位1的坐标。此外，在估计第一LED 31b的位置之后，导出校正系数。校正可以是线性校正。例如，可以使用等式Φ'＝a*Φ+b，其中Φ'是校正之后的绝对相位，并且Φ是校正之前的绝对相位。在该等式中，a＝tanθ1+tanθ0，b＝-tanθ0。

此外，如图20所示，在存在倾斜角(tilt angle)的情况下，绝对相位越大，其间隔越宽。然而，在不存在倾斜角的理想状态下，绝对相位具有相等间距。在将存在倾斜角的线段230的长度与不存在倾斜角的线段231的长度进行比较时，存在倾斜角的线段230的长度更长，并且该长度的差异变为误差。换句话说，与理想状态相比，存在倾斜角的绝对相位Φ的值偏移，并且小于不存在倾斜角的情况下的值。

为了校正倾斜角，首先，直接测量倾斜并且应用转换等式。在不能直接测量倾斜角的情况下，可以对绝对相位进行二次校正。转换等式是Φ'＝Φcosθ/(1–Φsinθ)，其中Φ为观测的绝对相位，并且Φ'是转换之后的绝对相位(不存在倾斜角时的绝对相位)。

图21示意性示出在一对第一LED 31b和第二LED 32b中发生高度偏差的情况。在该示例中，第二LED 32b位于第一LED 31b的上方的尺寸d处。作为进行第一LED 31b和第二LED32b的高度校正的前提条件，需要第一LED 31b和第二LED 32b的照射角度范围已被标准化(调整)到0°～45°。高度校正的校正等式是h＝(I–d*φ1)/(φ0+φ1)。

也就是说，第一LED 31b和第二LED 32b之间的距离I是I＝h*tanθ0+(h+d)*tanθ1。针对h对该关系求解。

h*(tanθ0+tanθ1)＝I–d*tanθ1

h＝(I–d*tanθ1)/(tanθ0+tanθ1)

这里，由于tanθ0和tanθ1与标准化之后的绝对相位相同，因此变为h＝(I–d*φ1)/(φ0+φ1)。

图22是说明需要校正的部分的估计和用于进行校正的各部分的调整的流程的图。首先，在步骤SB1中安装照明。例如，第一LED 31b和第二LED 32b附接至照明壳体30。然后，在SB2中在第一估计中估计θxy、θxz和残留误差之后，在步骤SB3中调整各θxy和各θxz。在调整之后，处理进入步骤SB4，在第二估计中估计θ0、θ1、照明坐标X、Y、Z、θxy、θyz、θxz和残留误差。在步骤SB5中，判断是否存在残留误差，并且在判断为存在残留误差的情况下，处理进入步骤SB3以进行各调整，并且再次进行第二估计。重复调整和第二估计，直到不存在残留误差为止。在不存在残留误差的情况下，处理进入步骤SB6，其中在步骤SB6中获取并存储估计结果。可以使第一估计和第二估计相同。上述步骤可以由图2所示的误差估计部49a进行。

图23是说明估计偏差的具体方法的示意图。第一LED 31b的中心坐标是(X,0,Z)。坐标x的相位P如下。

t0＝tanθ0

t1＝tanθ1

基线长度1＝(Z–z)*(t0+t1)

从θ0侧端起直到x为止的距离是1x＝(x–X)+(Z–z)*t0

P＝1x/1

P＝{(x–X)+(Z–z)*t0}/{(Z–z)*(t0+t1}

在第一LED 31b倾斜的情况下，可以设置成照明中心位置X具有Y依赖性。

X(y)＝X0+axy*y

P＝{(x–(X0+a*y))+(Z–z)*t0}/{(Z–z)*(t0+t1)}

＝{(x–(X0+a*y))}/{(Z–z)*(t0+t1)}+t0/{t0+t1}

如下总结未知系数。

t0---第一LED 31b的照射宽度0

t1---第一LED 31b的照射宽度1

X0---照明中心的X坐标

a---第一LED 31b的倾斜xy(a＝tanθxy)

Z---第一LED 31b的高度

P＝{(x–(X0+a*y))*Ti}/{(Z–z)+t0*Ti}

这里，最小二乘法的目标函数是J＝(p–P)^2。在该等式中，p是所测量到的相位。

由于P不是未知系数的线性组合，因此需要使用诸如梯度法等的迭代法，并且可以使用Levenberg-MarQuardt法。

在获得各系数之后，校正t0、t1和θxy。

t0’＝t0/cosθxy

t1’＝t1/cosθxy

(照相机校准)

图24是照相机校准的概念的图。首先，估计用于使世界坐标与照相机坐标相关联的系数(照相机参数)。“照相机”是指摄像装置2。在本实施例中，世界坐标＝照明坐标。换句话说，可以通过第一光投射部31和第二光投射部32以及第三光投射部33和第四光投射部34这两对将测量图案光从不同方向投射到测量对象W上。因此，可以在无需使用校准板的情况下获得XYZ。

与测量对象W的世界坐标相对应的照相机坐标是已知的。改变测量对象W的高度，并且进行多次摄像。使用具有高可靠度的采样点(特定点)，并且通过传统上已知的Tsai(1987)的方法来估计照相机参数。尽管平板是Tsai的论文中的前提，但在本实施例中，使用第一LED 31b和第二LED 32b的高度来获得X、Y和Z坐标。因此，不必是平板，并且基本上可以是自由形状。然而，由于在某些情况下相位可能偏差，因此一起使用作为鲁棒估计方法的RANSAC来消除误差因素。

图25A是示出在测量对象W在初始位置(第一高度)的情况下获取采样点SP的X、Y和Z坐标的情况的图。如上所述，可以使用第一图案图像集、第二图案图像集、第三图案图像集、第四图案图像集、第一LED 31b和第二LED32b的距离信息、以及第三LED 33b和第四LED34b的距离信息来获得采样点SP的X、Y和Z坐标。图25B是示出在测量对象W在比初始位置高的位置(第二高度)的情况下获取采样点SP的X、Y和Z坐标的情况的图。可以以与图25A的情况相同的方式获得采样点SP的X、Y、Z坐标。

图26示出照相机参数矩阵和失真模型的数学公式，并且用于获得用于使世界坐标与照相机坐标相关联的参数。这里，x和y是在校正透镜失真之后的照相机坐标，并且是已知的。X、Y和Z是世界坐标，并且也是已知的。使用x、y、X、Y和Z来估计其它参数。这里，s和a分别是歪斜和高宽比，并且通常都可以是1。这里，tx和ty是用作摄像元件22的图像传感器的中心坐标，并且f是垂直和水平的焦距。R是旋转矩阵，并且T是平移矢量。另外，k1、k2、p1和p2是失真参数。

图27是示出各参数的估计过程的流程图。在步骤SC1中，估计tx和ty，并且在步骤SC2中，估计R。步骤SC1和步骤SC2是与2D校准类似的处理，并且相对稳定地获得tx、ty和R。然而，在视野端等处存在具有不正确高度的像素的情况下，将具有大的影响。因此，进行鲁棒估计(RANZAC方法)。

在步骤SC3中，粗略地估计f和tz，并且在步骤SC4中，精确地估计f和tz并估计k。步骤SC3和步骤SC4是变化大且可能无法通过最小二乘法稳定的3D校准和透镜失真估计所用的处理。因此，应用RANZAC方法。步骤SC5不是必须的步骤。然而，步骤SC5是对所有估计值进行微调整的步骤。

f和tz值受到容易受视角影响的外侧像素(图像传感器的中心外的像素)的影响。因此，在进行校准时，可以使用图像传感器外侧的像素。另外，可以省略不受视角影响的点。

为了提高采样点SP的可靠度，针对采样点SP的X坐标、Y坐标和Z坐标，可以考虑与采样点SP周围的点的X坐标、Y坐标和Z坐标有关的信息。例如，可以使用采样点SP和采样点SP周围的点的X坐标、Y坐标和Z坐标的平均值(例如，3×3、中值等)作为采样点SP的X坐标、Y坐标和Z坐标。这样，可以生成高度可靠的校准对象。

在第一LED 31b、第二LED 32b、第三LED 33b和第四LED 34b固定并且相位P已知的情况下，可以从照相机坐标(xf,yf)和相位P导出世界坐标(wx,wy,wz)。

上述照相机参数的估计可以由图1等所示的控制器部4进行。照相机参数是校准对象，并且照相机参数的生成由图2所示的校准对象生成部48a进行。校准对象生成部48a在生成校准对象时，可以使用测量对象W的表面上的采样点SP的X坐标、Y坐标和Z坐标来生成校准对象。也就是说，由于第一图案光生成部31d和第二图案光生成部32d形成一对、并且第三图案光生成部33d和第四图案光生成部34d形成一对，因此可以将各图案光从多个不同方向顺次投射到测量对象W上。结果，图案图像的盲点减少，因而可以基于各图案图像来测量采样点SP的X坐标、Y坐标和Z坐标。测量结果成为校准对象。

图2所示的校准执行部48b使用校准对象生成部48a所生成的校准对象来执行照相机校准。这样，世界坐标和摄像装置2的坐标相关联。因此，不需要校准板来使世界坐标与摄像装置2的坐标相关联。

(光投射部的调整机构)

图28和图29示出包括调整机构的第一光投射部31的构造示例。照明装置3的照明壳体30包括基座构件60、第一LCD 31d固定至的LCD保持件(第一图案光生成部保持件构件)61和第一LED 31b固定至的LED保持件(第一光源保持件构件)62。LCD保持件61附接至基座构件60，使得LCD保持件61的位置是可调整的，并且LED保持件62也附接至基座构件60，使得LED保持件62的位置是可调整的。图28和图29中的宽度方向是指第一LED 31b布置的方向。

也就是说，如图28所示，在基座构件60的上面，凸台部60a以向上突出的方式设置，并且贴板部60b以向上突出的方式设置在宽度方向上远离凸台部60a的部分处。在基座构件60的上面，在宽度方向上远离凸台部60a的部分放置第一垫片63a(其在图28中由左下斜线表示)。LCD保持件61放置在凸台部60a的上端面和第一垫片63a的上面。如图29所示，通过第一螺钉64、第二螺钉65和两个第三螺钉66将LCD保持件61紧固并固定到基座构件60。第一螺钉64和第二螺钉65螺纹连接到基座构件60的凸台部60a。两个第三螺钉66螺纹连接到穿过第一垫片63a的基座构件60。因此，通过改变第一垫片63a的厚度，可以改变LCD保持件61的倾斜度，即，可以改变LED保持件62的倾斜度。总之，可以调整LED保持件62的θzx，并且可以在第一光投射部31和第二光投射部32之间调整θzx。

在LCD保持件61中形成第二螺钉65插入的圆弧状狭缝61c。圆弧状狭缝61c延伸，以绘制以第一螺钉64的中心线为中心的圆弧。另外，在LCD保持件61中形成第三螺钉66插入的狭缝61d。通过形成圆弧状狭缝61c和狭缝61d，可以使LCD保持件61围绕第一螺钉64的中心线转动，并且可以将LCD保持件61固定在任意转动位置。在基座构件60的贴板部60b和LCD保持件61的侧面之间布置有第二垫片63b(其在图28中由右下斜线表示)。结果，通过改变第二垫片63b的厚度，可以改变LCD保持件61的方向、即LED保持件62的方向。总之，可以调整LED保持件62的θxy，并且可以在第一光投射部31和第二光投射部32之间调整θxy。

如图28所示，在LCD保持件61的上面，凸台部61a以向上突出的方式设置，并且贴板部61b以向上突出的方式设置在宽度方向上远离凸台部61a的部分处。在LCD保持件61的上面，在宽度方向上远离凸台部61a的部分放置有第三垫片63c。LED保持件62放置在凸台部61a的上端面和第三垫片63c的上面。LED保持件62以与LCD保持件61向基座构件60的固定构造相同的方式紧固并固定到LCD保持件61。因此，通过改变第三垫片63c的厚度，可以调整LED保持件62的θzx。在这种情况下，可以在第一光投射部31中调整θzx。

此外，在LCD保持件61的贴板部61b和LED保持件62的侧面之间布置有第四垫片63d。因此，通过改变第四垫片63d的厚度，可以调整LED保持件62的θxy。在这种情况下，可以在第一光投射部31中调整θxy。进行各调整，使得高度测量期间的误差最小化。

在图30所示的构造示例中，通过螺钉70将安装有第一LED 31b的基板31c的宽度方向上的一端侧固定到壳体31a。在基板31c的宽度方向上的另一端侧，间隔地设置有在基板31c的宽度方向上长的多个长孔71。螺钉72螺纹连接到壳体31a中的与各长孔71相对应的部分。通过选择基板31c上的要利用螺钉72紧固的位置，可以调整基板31c的角度、即第一LED31b的角度。

在图30所示的构造示例的情况下，第一LED 31b和第一LCD 31d经由壳体31a一体化，并且容易提高彼此的位置准确度。然而，可能发生制造误差，这是不可避免的。在发生误差时，可以转动基板31c，以使高度测量期间的误差最小化。

另外，上述调整机构还可设置在第二光投射部32、第三光投射部33和第四光投射部34中。

(使用区段的改变)

可以通过图2所示的误差估计部49a来估计各误差，并且在这种情况下，还可以估计第一LCD 31d所投射的图案光的投射误差。图31A示出第一LED31b和第一LCD 31d之间的相对位置偏离、并且从第一LED 31b发射的光到达第一LCD 31d的外部的状态。在这种情况下，使用大小比第一LED 31b的照射范围(0°～45°)大的第一LCD 31d，并且确保有效区段和剩余区段。

如图31B所示，第一LED 31b与按设计的视野对准，并且可以从位于第一LED 31b的正下方的区段生成投射图案。基于误差估计部49a的估计结果来确定第一LCD 31d的使用区段，以校正第一LCD 31d所投射的图案光的投射误差。这由图2所示的使用区段确定部49b进行。

图31B中的有效区段是形成图案的区段，并且剩余区段是并非有助于图案形成的区段。可以任意设置有效区段的开始位置和结束位置，并且可以确定有效区段的开始位置和结束位置，使得图案光的投射误差最小化。由于可以在软件上进行使用区段的改变，因此与通过物理调整机构的调整相比更容易。在相移法的情况下，仅需在照射整个区域的同时使相位偏移，因而有效区段的开始位置和结束位置无需是投射端。在格雷码的情况下，由于在照射范围外始终是全黑图案，因此通常，全黑图案和另一空间码之间的边界可以是开始位置和结束位置。

使用区段的改变在第三光投射部33和第四光投射部34中也是可以的。

(照明构造误差和校正方法之间的关系)

上述大多数误差是由照明的构造引起的。例如，可以通过上述调整机构来校正第一光投射部31和第二光投射部32之间的θxy和θzx、以及光投射部31～34各自的θxy和θzx。此外，可以通过改变使用区段来校正视野(θ0,θ1)。另外，可以通过绝对相位校正来校正视野(θ0,θ1)和倾斜角θyz。此外，可以通过高度测量时的参数来校正成对的光投射部的LED之间的距离(I)以及成对的光投射部的LED的高度差(d)。

(操作期间的校正)

在由于环境温度等的影响、因而存在第一LED 31b和第二LED 32b的高度方向上的偏差、或者第三LED 33b和第四LED 34b的高度方向上的偏差的情况下，可以在图像处理设备1的操作期间校正偏差。例如，假定第一LED 31b的高度为真，并且通过最小二乘法来进行校准。

(图像处理设备1的操作期间)

接着，将说明图像处理设备1的操作。图32～图36示出测量对象W是长方体盒并且通过从第一光投射部31和第二光投射部32投射图案光来测量测量对象W的情况。

首先，在用户将测量对象W放置在放置面100上并进行测量开始操作或检查开始操作时，从第一光投射部31和第二光投射部32分别顺次生成相移法所用的八个图案光，并且将这些图案光投射到测量对象W上。摄像装置2在投射各图案光的定时拍摄图像。图32所示的相移图案图像集是通过对从第一光投射部31投射到测量对象W上的图案光进行摄像所获得的图像。在基于图32所示的相移图案图像集来生成相位图像时，该相位图像变为如图33的左侧所示的相位图像。在从相位图像生成中间图像时，该中间图像变为如图33的右侧所示的图像。注意，未示出格雷码图案图像。

另一方面，图34所示的相移图案图像集是通过对从第二光投射部32投射到测量对象W上的图案光进行摄像所获得的图像。在基于图34所示的相移图案图像集来生成相位图像时，该相位图像变为如图35的左侧所示的相位图像。在从相位图像生成中间图像时，该中间图像变为如图35的右侧所示的图像。

在将图33的右侧所示的中间图像和图35的右侧所示的中间图像进行合成时，生成如图36的左侧所示的高度图像。可以通过如图36的右侧所示的用户界面将高度图像的垂直方向上的截面形状显示在显示部5上。

在进行测量开始操作或检查开始操作时，从第三光投射部33和第四光投射部34分别顺次生成相移法所用的八个图案光，并且将这些图案光投射到测量对象W上。摄像装置2在投射各图案光的定时拍摄图像。

(实施例的效果)

如上所述，根据本实施例，可以通过用于投射第一测量图案光的第一光投射部31、用于投射第二测量图案光的第二光投射部32、以及摄像装置2来生成多个第一图案图像和多个第二图案图像。基于第一图案图像和第二图案图像，可以生成各像素具有向测量对象W的第一测量图案光的照射角度信息的第一角度图像以及各像素具有向测量对象W的第二测量图案光的照射角度信息的第二角度图像。

由于照明装置3的照明壳体30内的第一光投射部31和第二光投射部32之间的相对位置是已知的，因此不论摄像装置2和照明装置3之间的相对位置关系如何，都可以基于该相对位置信息、第一角度图像的各像素的照射角度信息、以及第二角度图像的各像素的照射角度信息来测量测量对象W在照明装置3的中心轴A的方向上的高度。

总之，在照明装置3和摄像装置2分开设置使得可以单独安装这两者以增加安装期间的自由度的情况下，即使在没有严格调整摄像装置2相对于照明装置3的位置的情况下，也可以测量测量对象W的绝对形状。因此，安装期间对用户的负担不会增加。

此外，由于将液晶面板作为用于生成图案光的单元用于照明装置3，因此如使用DMD的情况那样的反射光学系统变得不需要，并且如使具有图案的掩模移动的情况那样的驱动系统也变得不需要。因此，简化了照明装置3的结构，并且使照明装置3小型化。特别是在反射光学系统的情况下，包括透镜的光学系统昂贵，并且需要严格的准确度。图案可能由于透镜的变形的发生而失真，这可能导致准确度劣化。然而，本实施例可以具有能够避免这样的风险的效果。

此外，第一LED 31b和第二LED 32b是在照明壳体30的开口部30a的圆周方向上彼此分开设置的，并且从第一LED 31b和第二LED 32b发射的扩散光分别入射到的第一LCD31d和第二LCD 32d设置在与照明壳体30的开口部30a的中心轴A垂直的同一平面上。因此，可以在抑制由于LCD 31d和LCD 32d各自的角度特性引起的与图案光的位置相对应的亮度不均匀的发生的同时，使能够将图案光从多个方向投射到测量对象W的照明装置3小型化并且提高照明装置3的安装自由度。

另外，由于第一LCD 31d和第一LED 31b之间的相对位置被设置成使得从第一LED31b发射的扩散光在第一LCD 31d的有效角度范围内入射到第一LCD 31d，因此可以在抑制由于第一LCD 31d的角度特性引起的与图案光的位置相对应的亮度不均匀的发生的同时，使照明装置3小型化。

此外，在第一LED 31b的发光面的尺寸等于或小于图案光的波的半周期的尺寸的情况下，多个第一LED 31b被布置成在图案光的照度改变的方向上彼此偏离。因此，可以使发光面的表观尺寸长于图案光的波的半周期的尺寸。这样，可以按期望生成波状图案光，并防止在高度图像中发生高频波纹。

此外，可以通过在第一光投射部31中设置调整机构并使得可以改变使用区段来校正第一LED 31b的位置偏差。这样，在基于第一LED 31b和第二LED32b的照射角度信息以及两个LED 31b和32b之间的相对位置来测量测量对象W的高度时，可以获得准确的测量结果。

另外，由于可以基于通过接收测量图案光所获得的图案图像来生成校准对象，因此可以在不使用校准板的情况下将世界坐标与摄像装置3的坐标相关联。

上述实施例在所有方面都仅仅是示例，并且不应以限制方式进行解释。此外，落入所附权利要求书的范围的等同范围内的所有变化和修改都在本发明的范围内。

例如，可以提供被配置成能够在计算机上实现上述处理和功能的程序，以在用户的计算机上实现上述处理和功能。

此外，没有特别限制提供程序的形式。例如，存在通过使用因特网等的网络线来进行提供的方法、提供存储有程序的记录介质的方法等。在这些提供方法中的任何提供方法中，可以通过将程序安装在用户的计算机上来实现上述处理和功能。

此外，作为实现上述的处理和功能的设备，包括以采用软件、固件等的形式以可执行状态安装了上述程序的通用或专用设备。此外，上述的处理和功能的一部分可以以与诸如预定的门阵列(FPGA、ASCI)等的硬件、或者与实现程序软件和硬件的要素中的一部分要素的部分硬件模块混合的形式来实现。

另外，上述的处理和功能也可以通过步骤(处理)的组合来实现。在这种情况下，用户执行图像处理方法。

在本实施例中，已经说明了图案光生成部是液晶面板的情况。然而，这不限于此，并且例如，图案光生成部可以是使用DMD(数字微镜装置)的图案光生成部、或者是使物理地形成有图案的掩模移动的图案光生成部。另外，光源不限于发光二极管。

如上所述，根据本发明的图像处理设备例如可用在测量测量对象的高度的情况或检查测量对象的情况中。