JP2017083419A - 計測装置および方法、物品製造方法、較正マーク部材、加工装置、ならびに加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】 計測精度の点で有利な計測装置を提供すること。【解決手段】 計測装置（１００）は、パターンを有する光と当該パターンを有しない光とを物体に投影する投影部（１３０）と、当該パターンを有する光を投影された物体を撮像してパターン画像を得、当該パターンを有しない光を投影された物体を撮像して濃淡画像を得る撮像部（１３０）と、第１較正データに基づいてパターン画像の歪みを較正する処理を行い、第１較正データとは異なる第２較正データに基づいて濃淡画像の歪みを較正する処理を行って、物体の領域を認識する処理を行う処理部（１５０）と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、計測装置および方法、物品製造方法、較正マーク部材、加工装置、ならびに加工システムに関する。

物体の領域（３次元領域）を計測（認識）する方式の一つにパターン投影法がある。この方式は、例えばストライプ状にパターン化された光（パターン光または構造化光）を物体に投影し、パターン光が投影された物体を撮像してパターン画像を取得する。また、略均一に照明された物体を撮像して濃淡画像を取得する。次に、画像の歪みを較正するための較正データ（キャリブレーションデータまたはパラメータ）を用いてパターン画像および濃淡画像に対して較正（補正）を行ない、較正されたパターン画像および濃淡画像に基づいて物体の領域の計測を行う。

当該較正データを取得する方式として、３次元座標が既知であるマーク（指標）を所定条件で撮像して得られた画像上での当該マークの座標と当該既知の座標との対応関係に基づくものが知られている（特許文献１）。従来の計測装置は、１つの撮像部（撮像装置）に対して較正データを１種類だけ記憶して画像の較正を行っていた。

特開２０１３−３６８３１号公報

ところが、撮像部により得られる画像の歪み（歪み量）は、撮影される物体上の光強度分布と撮像部の点拡がり関数（点像分布関数）とに依って変化する。そのため、パターン画像と濃淡画像とでは、それらに対応する物体上の光強度分布が互いに異なることから、それらが同一の撮像部により得られたものであっても、画像内における歪みの分布が異なる。したがって、画像の種類に依らず１種類の較正データを用いて画像較正を行う従来の計測装置は、計測精度の点で不利であった。

本発明は、例えば、計測精度の点で有利な計測装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面は、パターンを有する光と前記パターンを有しない光とを物体に投影する投影部と、
前記パターンを有する光を投影された前記物体を撮像してパターン画像を得、前記パターンを有しない光を投影された前記物体を撮像して濃淡画像を得る撮像部と、
第１較正データに基づいて前記パターン画像の歪みを較正する処理を行い、前記第１較正データとは異なる第２較正データに基づいて前記濃淡画像の歪みを較正する処理を行って、前記物体の領域を認識する処理を行う処理部と、
を有することを特徴とする計測装置である。

本発明によれば、例えば、計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。

計測装置の構成例を示す図 計測装置における処理の流れを例示する図 較正マーク部材の構成例を示す図 計測装置の構成例（図１）を示す別の図 パターン光を例示する図 パターン画像用の第１較正マークを例示する図 濃淡画像用の第２較正マークを例示する図 第２較正マークと点拡がり関数との関係を説明するための図 パターン光を例示する図 第１較正マークを例示する図 第１較正マークを例示する図

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として（断りのない限り）、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る計測装置１００の構成例を示す図である。図１において、計測装置１００は、投影部（第１投影部１１０、第２投影部１２０）、撮像部１３０、記憶部１４０、および処理部１５０を有する。同図において、１は、物体（対象物）を示す。１１１は、パターン化された光（パターン光または第１パターンを有する光）、１２１は、パターン化されていない光（非パターン光、第１パターンを有しない光、第１パターンとは異なる第２パターンを有する光、または（略）均一化された照度の照明光）を示す。第１投影部１１０は、物体１にパターン光１１１を投影する。また、第２投影部１２０は、物体１に照明光１２１（非パターン光）を投影する。撮像部１３０は、パターン光１１１が投影された物体１を撮像してパターン画像（第１画像）を得、また、照明光１２１が投影された物体１を撮像して濃淡画像（第１画像とは異なる第２画像）を得る。記憶部１４０は、較正データを記憶する。較正データには、撮像部１３０により得られた画像の歪み（ディストーション）を較正するためのデータが含まれる。

記憶部１４０は、画像の歪みを較正するための較正データとして、パターン画像用の較正データ（第１較正データ）と濃淡画像用の較正データ（第１較正データとは異なる第２較正データ）とを記憶している。処理部１５０は、第１較正データに基づいてパターン画像の歪みを較正する処理を行い、第２較正データに基づいて濃淡画像の歪みを較正する処理を行って、物体１の領域を認識する処理を行う。なお、物体１は、物品の製造（加工）のための部品としうる。ここで、図１における２１０は、当該部品に対して加工もしくは組付けまたはそのための保持もしくは移動等（総じて加工という）を行う加工部（例えば、ロボット（ハンド））である。また、２２０は、当該加工部を制御するための制御部である。制御部２２０は、処理部１５０により得られた物体１の領域（位置姿勢）の情報を受信し、当該情報に基づいて加工部２１０の動作を制御する。加工部２１０および制御部２２０は、物体１に対して加工を行う加工装置２００を構成している。また、計測装置１００と加工装置２００とは、加工システムを構成する。

ここで、図２は、計測装置１００における処理の流れを例示する図である。同図において、まず、第１投影部１１０は、パターン光１１１を物体１に投影する（ステップＳ１００１）。次に、撮像部１３０は、パターン光１１１が投影された物体１を撮像してパターン画像を得る（ステップＳ１００２）。次に、撮像部１３０は、パターン画像を処理部１５０に伝送する（ステップＳ１００３）。次に、記憶部１４０は、記憶している第１較正データを処理部１５０に伝送する（ステップＳ１００４）。次に、処理部１５０は、第１較正データに基づいてパターン画像の歪みを較正する処理を行う（ステップＳ１００５）。つづいて、第２投影部１２０は、照明光１２１を物体１に投影する（ステップＳ１００６）。次に、撮像部１３０は、照明光１２１が投影された物体１を撮像して濃淡画像を得る（ステップＳ１００７）。次に、撮像部１３０は、濃淡画像を処理部１５０に伝送する（ステップＳ１００８）。次に、記憶部１４０は、記憶している第２較正データを処理部１５０に伝送する（ステップＳ１００９）。次に、処理部１５０は、第２較正データに基づいて濃淡画像の歪みを較正する処理を行う（ステップＳ１０１０）。最後に、処理部１５０は、較正されたパターン画像と較正された濃淡画像とに基づいて、物体１の領域を認識する（ステップＳ１０１１）。なお、ステップＳ１０１１での認識処理は、公知の処理を採用しうる。例えば、物体の形状を表す３次元モデルを濃淡画像および距離画像の双方にフィッティングする手法を採用しうる。この手法は、『ビンピッキングのための距離・濃淡画像を最尤に統合する高精度高安定なモデルフィッティング手法』（電子情報通信学会論文誌、Ｄ、情報・システム、Ｊ９４−Ｄ（８）、１４１０−１４２２）に記載されている。濃淡画像上の計測誤差と距離画像上の計測誤差とは、計測している物理量が異なるため、単純な誤差最小化は適用できない。そのため、当該手法は、異なる物理量の計測データに含まれている誤差がそれぞれ固有の確率分布に従うものとして、最尤推定により物体の領域（位置姿勢）を得る。なお、ここで、当該距離画像を得るためにパターン光１１１を用い、当該濃淡画像を得るために非パターン光１２１を用いうる。

なお、図２において、各ステップの処理の順番は、上記のものに限定されず、適宜変更が可能である。また、記憶部１４０から処理部１５０への較正データの伝送（ステップＳ１００４およびＳ１００９）は、一括して行ってもよい。また、図２における処理は、図２においてはシリアルに実行されるが、その少なくとも一部が並列に実行されてもよい。また、Ｓ１００５、Ｓ１０１０において、画像較正は、画像の全体に対して行われるものには限らず、例えば、パターン画像または濃淡画像における特徴点（例えば、特定のパターンまたはエッジ）等、画像の部分に対して行なわれるものであってもよい。

以上のように、本実施形態においては、第１較正データに基づいてパターン画像の歪みを較正する処理を行い、第２較正データに基づいて濃淡画像の歪みを較正する処理を行って、物体１の領域を認識する処理を行う。これにより、歪みの量が互いに異なるパターン画像および濃淡画像を正確に較正することができ、もって計測精度（認識精度）の点で有利な計測装置（認識装置）を提供することができる。

〔実施形態２〕
本実施形態は、較正マーク部材に関するものである。ここで、図３は、較正マーク部材の構成例を示す図である。較正マーク部材とは、上記の較正データを得るのに用いられる較正マークを含む部材である。較正データの取得は、３次元座標が既知である較正マーク（指標）を所定条件で撮像して得られた画像上での当該較正マークの座標と当該既知の座標との対応関係に基づいて行われうる。例えば、較正は、相対的な位置（位置座標）の関係が既知である複数の較正マークを含む平板状の較正部材（較正マーク部材）を所定の位置に所定の姿勢で配置して行われうる。なお、当該配置は、位置および姿勢のうち少なくとも一方を制御可能なロボットにより較正マーク部材を保持してなされてもよい。

ここで、撮像部１３０は、撮像部１３０に含まれる光学系の収差等に依存した点拡がり関数を有している。よって、撮像部１３０により取得される画像は、当該点拡がり関数に依存した歪みを有する。そして、当該歪みは、物体１上の光強度分布にも依存する。そこで、較正マーク部材におけるパターン画像用の第１較正マークは、第１投影部１１０により物体１に投影されたパターン光の光強度分布に対応する光強度分布を（例えば、第２投影部１２０により照明光が投影された）第１較正マークが有するように構成される。同様に、濃淡画像用の第２較正マークは、第２投影部１２０により照明光が投影された物体１上の光強度分布に対応する光強度分布を（例えば、第２投影部１２０により照明光が投影された）第２較正マークが有するように構成される。図３において、（Ａ）は、パターン画像用の第１較正マークの一例を示し、（Ｂ）は、濃淡画像用の第２マークの一例を示す。各マーカの詳細は、後述する。なお、第１較正マークと第２較正マークとは、共通の較正マーク部材にではなく、それぞれ別々の較正マーク部材に含まれていてもよい。

本実施形態によれば、そのような較正マーク部材（第１較正マークおよび第２較正マーク）を用いて得られた較正データ（第１較正データおよび第２較正データ）を用いるから、パターン画像の歪みの較正および濃淡画像の歪みの較正を正確に行うことができる。もって、計測精度（認識精度）の点で有利な計測装置（認識装置）を提供することができる。なお、較正マーク部材における第１較正マークおよび第２較正マークについて、以下の実施例において詳細に説明する。

〔実施例１〕
図４は、計測装置の構成例（図１）を示す別の図である。ここで、記憶部１４０および処理部１５０は、図示を省略している。図４において、実線で囲まれた領域１０は、計測装置１００の計測領域（計測可能領域）である。計測領域１０に物体１を配置して計測を行う。計測領域１０のうち計測装置１００に最も近い面をＮ面（図中Ｎ）、最も遠い面をＦ面（図中Ｆ）とする。１３１は、撮像部１３０の光軸である。ここで、図５は、パターン光を例示する図である。ここでは、計測領域１０の一断面に投影されたパターン光１１１の一例を示している。図５において、第１投影部１１０により投影されるパターン光１１１は、白で示された複数の明部（ライン光）である。斜線は、暗部を示している。以下、図において、パターン光１１１（明部）は白で示し、暗部は斜線で示す。また、パターン光１１１を構成する１つのライン状の光の延びる方向（所定方向）をライン方向と呼ぶことにする。ライン方向に沿ったパターン光（複数のライン状の光）は、ライン方向に交差する方向（典型的には直交する方向）に沿って配列される。また、ライン方向に直交する方向における明部の幅をＬＷ０ｏｂｊとし、暗部の幅をＳＷ０ｏｂｊとし、明暗一周期の幅をＰ０ｏｂｊとする。なお、物上での幅とは区別して像上での幅は、添え字をｏｂｊからｉｍｇに替え、明部の幅をＬＷ０ｉｍｇとし、暗部の幅をＳＷ０ｉｍｇとし、明暗一周期の幅をＰ０ｉｍｇとする。

像上での明部の幅ＬＷ０ｉｍｇ、暗部の幅ＳＷ０ｉｍｇ、および明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、計測領域１０内における物体１の位置および姿勢（面の位置及び姿勢）によって変化する。以下、図４の構成例に基づき、像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇと、物体１の面の位置および姿勢との関係を説明する。図４の紙面内において、第１投影部１１０から撮像部１３０へと向かう基線長の方向をｘ軸の正方向とし、ｘ軸に垂直に計測装置から物体１に向かう方向をｚ軸の正方向とし、ｘ軸とｚ軸とで張られる面に垂直に紙面奥から紙面手前に向かう方向をｙ軸の正方向とする。ｙ軸を回転軸とする回転は、右手周り（図４の紙面内において反時計回り）を正の方向とする。

計測領域１０内でｚ軸に垂直な任意の平面を基準面とし、当該基準面をｙ軸の周りに回転させることを考える。基準面を正の方向に回転させると、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは短くなる。逆に、基準面を負の方向に回転すると、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは長くなる。次に、計測領域１０内の位置と像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇとの関係を示す。図４において、撮像部のモデルとしてピンホールカメラを想定する。投影部１１０および撮像部１３０それぞれの倍率は、計測装置１００と物体１との間の距離によって異なる。このため、投影部１１０の投影倍率と撮像部１３０の撮像倍率との比率によって、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは異なる。よって、計測領域１０内の位置によらず当該比率が一定とみなせる場合には、計測領域１０内の位置によらず像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは一定とみなせる。また、計測領域１０内の位置によって当該比率が異なる場合には、計測領域１０内の位置によって像上の明暗一周期の幅ＰＯｉｍｇは変化する。

ここで、計測領域１０内の位置の変化による撮像倍率の変化より当該位置の変化による投影倍率の変化の方が大きい場合を考える。この場合、計測領域１０内においてｚ軸方向に基準面を動かした場合の像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを比較すると、Ｎ面において像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは最も狭く、Ｆ面において像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは最も広くなる。よって、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇが最も狭いのは、計測装置から最も近い位置にある面が正の方向に傾いている場合で、この場合の像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇをＰ０ｉｍｇ＿ｍｉｎとする。また、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇが最も広いのは、計測装置から最も遠い位置にある面が負の方向に傾いている場合で、この場合の像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇをＰ０ｉｍｇ＿ｍａｘとする。ここで、当該面の位置および傾きの範囲は、計測装置１００の計測領域１０および計測可能角度に依存する。よって、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、次式（１）に示す範囲内となる。
Ｐ０ｉｍｇ＿ｍｉｎ≦Ｐ０ｉｍｇ≦Ｐ０ｉｍｇ＿ｍａｘ ・・・（１）

なお、ＰＯｉｍｇ＿ｍｉｎ及びＰ０ｉｍｇ＿ｍａｘは、投影部および撮像部の倍率や配置等、計測装置１００の構成によって異なりうることは当然である。像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、上記のとおり範囲を有するが、像上において隣接する明部と暗部との間の幅の比（ＬＷ０ｉｍｇとＳＷ０ｉｍｇとの比）は、像上における明部の幅ＬＷ０ｉｍｇと暗部の幅ＳＷ０ｉｍｇとが狭いため、概ね一定である。

次に、図６は、パターン画像用較正マーク（第１較正マーク）を例示する図である。同図に示す第１較正マークは、ラインアンドスペースパターン（ＬＳパターンまたはＬＳマーク）であり、同図において、白で示された明部と黒で示された暗部とで形成されている。ＬＳパターンのラインの方向は、パターン光１１１のライン方向（所定方向）とは平行にして配置されうる。第１較正マークは、ライン方向とは直交する方向における画像の歪みを計測するための較正マークである。ＬＳパターンのライン方向に直交する方向における明部の幅をＬＷ１とし、暗部の幅をＳＷ１とし、明部の幅ＬＷ１と暗部の幅ＳＷ１との和であるＬＳパターンの明暗一周期の幅をＰ１とする。なお、実際の幅（物上における幅）には添え字ｏｂｊを付して、明部の幅をＬＷ１ｏｂｊとし、暗部の幅をＳＷ１ｏｂｊとし、明暗一周期の幅をＰ１ｏｂｊとする。また、像上における幅は、添え字ｉｍｇを付して、明部の幅をＬＷ１ｉｍｇ、暗部の幅をＳＷ１ｉｍｇ、明暗一周期の幅をＰ１ｉｍｇとする。

ここで、パターン画像用の第１較正マークの物上における明部の幅ＬＷ１ｏｂｊ、暗部の幅ＳＷ１ｏｂｊ、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊ（第１較正マークにおける所定パターンの寸法）は、次のように決定する。すなわち、第１較正マークの像上における明部の幅ＬＷ１ｉｍｇ、暗部の幅ＳＷ１ｉｍｇ、明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇが、パターン画像における明部の幅ＬＷ０ｉｍｇ、暗部の幅ＳＷ０ｉｍｇ、明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに対応するように決定する。ここで、明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、パターン画像における所定パターンの寸法の一例である。より具体的には、第１較正マークの物上における明部の幅ＬＷ１ｏｂｊと暗部の幅ＳＷ１ｏｂｊとの比は、パターン光１１１の像上における明部の幅ＬＷ０ｉｍｇと暗部の幅ＳＷ０ｉｍｇとの比に同じとする。また、第１較正マークの物上における明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊは、その像上における明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇがパターン光の像上における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに対応するように選択する。但し、パターン光の像上における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、式（１）の範囲を有しているため、当該範囲から明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇを選択する。例えば、Ｐ０ｉｍｇ＿ｍｉｎ（最小値）とＰ０ｉｍｇ＿ｍａｘ（最大値）との平均（中間）に基づいて、第１較正マークの物上における明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊを決定してもよい。また、物体１に関する先験的情報から予め推定が可能ならば、最も出現確率が高いと推定される幅Ｐ０ｉｍｇに基づいて、第１較正マークの物上における明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊを決定してもよい。

なお、パターン画像用の第１較正マークは、１つのＬＳパターンには限らず、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが互いに異なる複数のＬＳパターンを含むものとしてもよい。その場合、計測装置と較正マーク部材との間の相対位置によって、較正データを得るためのＬＳパターンを選択しうる。例えば、まず、較正マーク部材の配置（位置および姿勢のうちの少なくとも一方）におけるパターン光１１１の像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを実測または推定する。そして、当該実測または推定により得られた幅に最も近くなる像上の明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇが得られるようなＬＳパターンを選択すればよい。

また、それには限定されないが、複数のＬＳパターンと複数の配置との複数の組合せそれぞれに対応した較正データを予め取得しておいてもよい。この場合、パターン画像における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに対応した（例えば最も近い）像上の明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇを有するようなＬＳパターンに基づいて予め取得された較正データを計測に用いればよい。

また、第１較正マークは、その像の中で歪みが同一とみなせるようなサイズ（寸法）有するものとする。また、第１較正マークは、図２の（Ａ）のように、図６に示したＬＳパターン（第１ＬＳパターン）のみならず、第１ＬＳパターンのライン方向とは９０°回転したライン方向を有するＬＳパターン（第２ＬＳパターン）も含むものとしてもよい。その場合、第１ＬＳパターンから、そのライン方向とは直交する方向の像上の座標（歪み）を得、第２ＬＳパターンから、そのライン方向とは直交する方向の像上の座標（歪み）を得ることができる。以上のようなパターン画像用の第１較正マークを用いることにより、パターン画像の歪みを較正する正確さの点で有利となる。

つづいて、濃淡画像用の第２較正マークについて説明する。第２投影部１２０から照明光１２１が投影された物体１を撮像部１３０により撮像して得られた画像が濃淡画像である。ここで、物（物体１）上でのエッジＸＲとエッジＸＬの距離（エッジ間距離）をＬｏｂｊとし、像（濃淡画像）上でのエッジ間距離をＬｉｍｇとする。図４において、ｘ方向においてエッジ間距離に着目する。物上でのエッジ間距離Ｌｏｂｊは、変化しないが、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは、撮像部１３０に対する物体１の面の配置（位置および姿勢）によって変化する。物体１上でのエッジ間距離Ｌｏｂｊを有する面が撮像部１３０の光軸１３１に直交する場合の当該面の回転角θをθ＝０とする。また、撮像部１３０の倍率（撮像倍率）をｂとする。当該面を回転角θだけ回転させたときのエッジＸＲをエッジＸＲθ、同エッジＸＬをエッジＸＬθとする。エッジＸＲθおよびエッジＬＲθをピンホールカメラモデルにおいて回転角θ＝０の面に投影して得られる点をそれぞれエッジＸＲθ’およびエッジＬＲθ’とする。このエッジＸＲθ’とエッジＬＲθ’との間の距離（エッジ間距離）をＬｏｂｊ’とすると、回転角θにおける、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは、次式（２）で表せる。
Ｌｉｍｇ＝Ｌｏｂｊ’＊ｂ ・・・（２）

回転角θの範囲は、π／２≦｜θ｜ではエッジ間距離Ｌｏｂｊを有する面は撮像部からは死角となるから、π／２＞｜θ｜となる。また、実際には、撮像部の解像度等によって像上でのエッジ間を分離できる回転角θの限界（θｍａｘ）が決まるため、とりうるθの範囲はさらに狭くなる。すなわち、回転角θの範囲は、θｍａｘ＞｜θ｜となる。

図４の例では、ピンホールカメラを撮像部のモデルとして想定しているため、計測装置と物体の間の距離によって撮像部１３０の倍率が異なる。計測領域１０内のＮ面に物体１があれば、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは最も長くなり、計測領域１０内のＦ面に物体１があれば、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは最も短くなる。よって、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇが最も短いのは、計測装置１００から最も遠い位置に物体１があり、かつ物体１の面が光軸１３１とは直交していない場合であり、この場合の像上でのエッジ間距離ＬｉｍｇをＬｉｍｇ＿ｍｉｎとする。また、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇが最も長いのは、計測装置から最も近い位置に物体１があり、かつ物体１の面が光軸１３１に直交している場合であり、この場合の像上でのエッジ間距離ＬｉｍｇをＬｉｍｇ＿ｍａｘとする。ここで、当該面の位置および傾きの範囲は、計測装置の計測領域１０および計測可能角度に依存する。よって、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは、次式（３）で表せる。
Ｌｉｍｇ＿ｍｉｎ≦Ｌｉｍｇ≦Ｌｉｍｇ＿ｍａｘ ・・・（３）

ここで、物上でのエッジ間距離Ｌｏｂｊは、物体の形状によって異なりうる。また、物体１が計測領域１０内に複数存在する場合、物体１の位置・姿勢によって、像上でのエッジ距離Ｌｉｍｇは変動しうる。物上で最も短いエッジ間距離をＬｍｉｎとし、その場合の像上でのエッジ間距離の最も短いものをＬｍｉｎ＿ｉｍｇ＿ｍｉｎとし、物上で最も長いエッジ間距離をＬｍａｘとし、その場合の像上でのエッジ間距離の最も長いものをＬｍａｘ＿ｉｍｇ＿ｍａｘとする。すると、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは、次式（４）で表せる。
Ｌｍｉｎ＿ｉｍｇ＿ｍｉｎ≦Ｌｉｍｇ≦Ｌｍａｘ＿ｉｍｇ＿ｍａｘ ・・・（４）

つづいて、濃淡画像用の第２較正マークの詳細を説明する。ここで、図７は、濃淡画像用の第２較正マークを例示する図である。図７において、背景は白（明）で示し、第２較正マークは黒（暗）で示している。第２較正マークは、ライン方向（所定方向）に沿ったライン状のパターンを含みうる。暗部の短手方向の幅をＫｏｂｊ、長手方向の幅をＪｏｂｊとしている。第２較正マークを撮像部１３０によって撮像して得た画像上での暗部の幅をＫｉｍｇとする。第２較正マークの暗部の幅Ｋｏｂｊ（第２較正マークにおける所定パターンの寸法）は、像上での暗部の幅Ｋｉｍｇが像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇ（濃淡画像における所定エッジ間の距離）に対応するように決定すればよい。但し、像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇは、式（３）または式（４）の範囲（最小値から最大値までの範囲）を有しているため、この範囲に基づいて像上での暗部の幅Ｋｉｍｇを選択する。また、予め取得した濃淡画像または推定に基づいて最も出現確率の高い像上でのエッジ間距離Ｌｉｍｇを特定してもよい。

第２較正マークは、物上での暗部の幅Ｋｏｂｊの互いに異なる複数のマークを用いてもよい。この場合は、複数のマーカのそれぞれから較正データを得る。そして、濃淡画像より各像高での像上エッジ間距離Ｌｉｍｇを得、当該エッジ間距離Ｌｉｍｇに対応する（例えば、最も近い）像上での暗部の幅Ｋｉｍｇを有する第２較正マークから得られた較正データを用いる。

ここで、物上での暗部の幅Ｊｏｂｊは、撮像部１３０により得られた画像において当該幅内の歪みが同一とみなせるサイズ（寸法）を有するものとする。また、撮像部１３０の点拡がり関数（ＰＳＦ）に基づいて像上暗部の幅Ｋｉｍｇを決定してもよい。画像の歪みは、物上の光強度分布と点拡がり関数とのコンボリューションによって得られる。ここで、図８は、第２較正マークと点拡がり関数との関係を説明するための図である。図８の（Ａ）ないし（Ｃ）は、暗部の幅Ｋｏｂｊが互いに異なる３つの第２較正マークを示す。同図において、破線で示された円（半径Ｈ）は、点拡がり関数の拡がりを示し、マークの右側エッジに当該円の中心を重ねている。（Ａ）は、Ｋｏｂｊ＜Ｈの場合を示し、（Ｂ）は、Ｋｏｂｊ＝Ｈの場合を示し、（Ｃ）は、Ｋｏｂｊ＞Ｈの場合を示している。（Ａ）の場合、点拡がり関数の拡がりの中にマークの左側の背景としての明部が入っている。そのため、マークの右側のエッジにマークの左側の背景として明部の影響が及ぶ。それに対して、（Ｂ）および（Ｃ）の場合、点拡がり関数の拡がりの中にマークの左側の背景としての明部が入っていない。そのため、マークの右側のエッジにマークの左側の背景としての明部の影響は及ばない。（Ｂ）と（Ｃ）とでは、マーク暗部の幅Ｋｏｂｊは異なるが、どちらもＫｏｂｊ≧Ｈ（Ｈは、点拡がり関数の拡がりの１／２）の関係を満たしているため、マークの右側エッジの歪み量は等しくなる。したがって、第２較正マークの寸法は、当該拡がりの１／２以上とするのがよい。ここで、Ｋｏｂｊ＝Ｈとすれば、マークを小さくすることができ、もって、例えば、較正マーク部材上に多くのマークを配置することができる。なお、物体上でのパターン化された光（パターン光）の寸法（例えば明部の幅）は、撮像部１３０の点拡がり関数の拡がり以上の大きさを有している。このことから、パターン画像の有する歪み量と同等または同程度の歪み量を第１較正マークを用いて得るために、第１較正マークの寸法は、撮像部１３０の点拡がり関数の拡がり以上とする。

また、較正マーク部材は、図８に示したパターン（第１矩形パターン）を９０°回転したパターン（第２矩形パターン）も第２較正マークとして含んでいてもよい。第１矩形パターンから、その長手方向に直交する方向における像上での座標（歪み）を得、第２矩形パターンから、その長手方向に直交する方向における像上での座標（歪み）を得ることができる。また、図２の（Ｂ）のような１つのパターンから互いに直交する２つの方向のそれぞれにおける像上での座標（歪み）を得るようにしてもよい。

以上のような濃淡画像用の第２較正マークを用いることにより、濃淡画像の歪みを較正する正確さの点で有利となる。そして、以上のような第１較正マークおよび第２較正マークを使用することによって、計測度の点で有利な計測装置を提供することができる。なお、本実施例において、第２較正マークの（暗部の）幅を濃淡画像におけるエッジ間の距離に対応させたが、それには限定されず、濃淡画像における種々の特徴点間の距離に対応させうる。また、例えば、濃淡画像における特定の２画素の値を参照して領域認識をするような場合は、当該２画素の（座標の）間の距離に対応させうる。

〔実施例２〕
図９は、パターン光を例示する図である。パターン光は、ライン状であり、ライン状の明部または暗部は、そのライン上に間欠部を有する。図９の（Ａ）は、明ライン上に暗間欠部を有している。図９の（Ｂ）は、暗ライン上に明間欠部を有している。ここでは、パターン光は、図９の（Ａ）のようなものとする。実施例２においても、パターン光のラインが延びる方向をライン方向という。図９の（Ａ）では、複数のライン状の光は、ライン方向に沿って配列される。また、パターン光の明ラインの幅をＬＷとし、暗ラインの幅をＳＷとし、ＬＷとＳＷとの和である明暗一周期の幅をＰとし、ライン方向における間欠部の幅をＤＷとし、ライン方向における間欠部間の幅をＤＳＷとする。マスク上での幅は、添え字ｐを付し、明ラインの幅ＬＷ０ｐ、暗部ラインの幅ＳＷ０ｐ、明暗一周期の幅Ｐ０ｐ、間欠部の幅ＤＷｐ、間欠部間の幅ＤＳＷｐとする。物体上での幅は、添え字ｏｂｊを付し、明ラインの幅ＬＷ０ｏｂｊ、暗ラインの幅ＳＷ０ｏｂｊ、明暗一周期の幅Ｐ０ｏｂｊ、間欠部の幅ＤＷ０ｏｂｊ、間欠部間の幅ＤＳＷ０ｏｂｊとする。像上での幅は、添え字ｉｍｇを付し、明ラインの幅ＬＷ０ｉｍｇ、暗ラインの幅ＳＷ０ｉｍｇ、明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇ、間欠部の幅ＤＷｉｍｇ、間欠部間の幅ＤＳＷｉｍｇとする。

間欠部は、主に、パターン光の符号化のために設けられている。そのため、マスクの間欠部の幅ＤＷ０ｐもしくは間欠部間の幅ＤＳＷ０ｐ、またはその両方が一定ではないことがある。実施例１で述べたとおり、像上での明ラインの幅ＬＷ０ｉｍｇと暗部の幅ＳＷ０ｉｍｇとの比は、概ね一定であり、像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、式（１）の範囲の値をとりうる。同様に、像上での間欠部の幅ＤＷ０ｉｍｇと間欠部間の幅ＤＳＷｉｍｇとの比は、概ね一定であり、像上での間欠部の幅ＤＷ０ｉｍｇ、間欠部間の幅ＤＳＷ０ｉｍｇは、それぞれ次式（５）、式（６）の範囲の値をとりうる。
ＤＷ０ｉｍｇ＿ｍｉｎ≦ＤＷ０ｉｍｇ≦ＤＷ０ｉｍｇ＿ｍａｘ ・・・（５）
ＤＳＷ０ｉｍｇ＿ｍｉｎ≦ＤＳＷｉｍｇ≦ＤＳＷ０ｉｍｇ＿ｍａｘ ・・・（６）

ここでは、計測領域１０内の位置の変化による投影倍率の変化より当該位置の変化による撮像倍率の変化の方が大きい場合を前提としている。式中のＤＷ０ｉｍｇ＿ｍｉｎおよびＤＳＷ０ｉｍｇ＿ｍｉｎは、計測装置から最も遠い位置に物体１があり、かつ物面が正の方向に傾いている条件下でのＤＷ０ｉｍｇおよびＤＳＷ０ｉｍｇである。また、式中のＤＷ０ｉｍｇ＿ｍａｘおよびＤＳＷ０ｉｍｇ＿ｍａｘは、計測装置から最も近い位置に物体１があり、かつ物面が負の方向に傾いている条件下でのＤＷ０ｉｍｇおよびＤＳＷ０ｉｍｇである。

次に、図１０は、第１較正マークを例示する図である。同図において、パターン画像用の第１較正マークは、白で示された明部であり、その背景が黒で示された暗部である。実施例１の第１較正マークに対して間欠部が追加されている以外は、実施例１とそれと同様である。第１較正マークの間欠部の幅をＤＷ１、間欠部間の幅をＤＳＷ１とする。物（物体１）上での幅は、添え字ｏｂｊを付し、間欠部の幅をＤＷ１ｏｂｊ、間欠部間の幅をＤＳＷ１ｏｂｊとする。像上での幅は、添え字ｉｍｇを付し、間欠部の幅をＤＷ１ｉｍｇ、間欠部間の幅をＤＳＷ１ｉｍｇとする。ここで、物上での間欠部の幅ＤＷ１ｏｂｊは、像上での間欠部の幅ＤＷ１ｉｍｇが像上での間欠部の幅ＤＷ０ｉｍｇに対応するように決定しうる。また、物上での間欠部間の幅ＤＳＷ１ｏｂｊは、像上での間欠部間の幅ＤＳＷ１ｉｍｇが像上での間欠部間の幅ＤＳＷ０ｃに対応するように決定しうる。但し、像上での間欠部の幅ＤＷ０ｉｍｇ、像上での間欠部間の幅ＤＳＷ０ｉｍｇは、式（５）、（６）に示すように範囲を有しているため、式（５）、（６）の範囲に基づいて、第１較正マークの間欠部の幅ＤＷ１ｉｍｇおよび間欠部間の幅ＤＳＷ１ｉｍｇを選択する。また、図１０の第１較正マークは、中央の明ライン上に、間欠部の幅ＤＷ１ｏｂｊおよび間欠部間の幅ＤＳＷ１ｏｂｊを有する間欠部を有している。しかしながら、式（５）の範囲内の複数の間欠部の幅ＤＷ１ｏｂｊおよび式（６）範囲内の複数の間欠部間の幅ＤＳＷ１ｏｂｊのうち少なくとも一方を有する間欠部を有するようにしてもよい。また、すべての明ライン上に間欠部を有していてもよい。また、物上での明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊ、間欠部の幅ＤＷ１ｏｂｊ、および間欠部間の幅ＤＳＷ１ｏｂｊのうち少なくとも１つが互いに異なる複数種類のマーク（パターン）を用意してもよい。ここで、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊ、間欠部の幅ＤＷ１ｏｂｊ、間欠部間の幅ＤＳＷ１ｏｂｊの間の比は一定とする。例えば、第１マークないし第３マークの３種類のマークを用意する。それぞれのマークの明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊ、間欠部の幅ＤＷ１ｏｂｊ、間欠部間の幅ＤＳＷ１ｏｂｊは、それぞれマークの番号を末尾に付して区別する。第１マークの明暗一周期の幅Ｐ１１ｏｂｊを基準とし、第２マークの明暗周期Ｐ１２ｏｂｊは、Ｐ１１ｏｂｊの１．５倍とし、第３マークの明暗周期Ｐ１３ｏｂｊは、Ｐ１１ｏｂｊの２倍とする。また、第２マークの間欠部の幅ＤＷ１２ｏｂｊは、第１マークの間欠部の幅ＤＷ１１ｏｂｊの１．５倍とし、第３マークの間欠部の幅ＤＷ１３ｏｂｊは、ＤＷ１１ｏｂｊの２倍とする。さらに、間欠部間の幅ＤＳＷｏｂｊについても同様とする。

なお、パターン画像用の第１較正マークは、１種類のマークには限らず、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが互いに異なる複数種類のマークを含むものとしてもよい。その場合、計測装置と較正マーク部材との間の相対的な位置・姿勢によって、較正データを得るためのマークを選択しうる。例えば、まず、較正マーク部材の配置（位置および姿勢のうちの少なくとも一方）におけるパターン光１１１の像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを実測または推定する。そして、当該実測または推定により得られた幅に最も近くなる像上の明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇが得られるようなマークを選択すればよい。

また、それには限定されないが、複数種類のマークと複数の配置との複数の組合せそれぞれに対応した較正データを予め取得しておいてもよい。この場合、パターン画像における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに対応した（例えば最も近い）像上の明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇを有するようなマークに基づいて予め取得された較正データを計測に用いればよい。これにより、複数種類のパターン光を投影して物体の領域を認識するような場合、パターン光の種類ごとに画像（例えば第１および第２画像）を得、そうして得られた複数の画像を別々の較正データ（例えば第１および第２較正データ）に基づいて較正しうる。この場合、各画像の歪みの較正をより適切に行え、計測精度の点で有利となりうる。

また、第１較正マークは、その像の中で歪みが同一とみなせるようなサイズ（寸法）有するものとする。また、図１０のような第１較正マークは、ライン方向に直交する方向において間欠マークのライン（幅）を検出することにより、当該直交方向における画像の歪みを得ることができる。さらに、ライン方向において間欠マークの間欠部を検出することにより、ライン方向における画像の歪みを得ることができる。以上のようなパターン画像用の第１較正マークを用いることにより、パターン画像の歪みを較正する正確さの点で有利となる。濃淡画像用の第２較正マークは、実施例１で説明したものを用いることにより、濃淡画像の歪みを較正する正確さの点で有利となる。そして、以上のような第１較正マークおよび第２較正マークを使用することによって、計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。

〔実施例３〕
図１１は、第１較正マークを例示する図である。同図において、パターン画像用の第１較正マークは、ライン方向が互いに垂直な２つのＬＳパターン（ＬＳマーク）を含む。左側のパターンを第１ＬＳパターン、右側のパターンを第２ＬＳパターンとする。第１ＬＳパターンは、実施例１におけるＬＳパターンと同じものであるため、説明を省略する。第２ＬＳパターンにおいて、明ラインの幅をＬＷ２とし、暗ラインの幅をＳＷ２とする。物上での幅は、添え字ｏｂｊを付し、明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊ、暗ラインの幅ＳＷ２ｏｂｊとする。像上での幅は、添え字ｉｍｇを付し、明ラインの幅ＬＷ２ｉｍｇ、暗ラインの幅ＳＷ２ｉｍｇとする。第２ＬＳパターンの明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊと暗ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊとの比は、その像上での明ラインの幅ＬＷ２ｉｍｇと暗ラインの幅ＳＷ２ｉｍｇとの比に同じとする。

暗ラインの幅ＳＷ２ｏｂｊは、その像上での暗ラインの幅ＳＷ２ｉｍｇがパターン画像における暗ラインの幅ＳＷ０ｉｍｇに対応する（一致または近似する）ように決定する。また、明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊは、その像上での明ラインの幅ＬＷ２ｉｍｇがパターン画像における明ラインの幅ＬＷ０ｉｍｇに対応（一致または近似する）ように決定する。実施例１において述べたように、パターン画像における暗ラインの幅ＳＷ０ｉｍｇおよび明ラインの幅ＬＷ０ｉｍｇは範囲を有するため、実施例１の場合と同様にして、暗ラインの幅ＳＷ２ｏｂｊおよび明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊを選択するのが好ましい。

また、物上での暗ラインの幅ＳＷ２ｏｂｊ、物上での明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊ、物上での明暗一周期の幅Ｐ２ｏｂｊのうち少なくとも１つが互いに異なる複数種類のマーク（パターン）を用意してもよい。ここで、物上での暗ラインの幅ＳＷ２ｏｂｊ、物上での明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊ、物上での明暗一周期の幅Ｐ２ｏｂｊの間の比は一定とする。例えば、第１マークないし第３マークの３種類のマークを用意する。それぞれのマークの物上での暗ラインの幅ＳＷ２ｏｂｊ、物上での明ラインの幅ＬＷ２ｏｂｊ、物上での明暗一周期の幅Ｐ２ｏｂｊは、それぞれマークの番号を末尾に付して区別する。第１マークの物上での暗ラインの幅ＳＷ２１ｏｂｊを基準とし、第２マークの物上での暗ラインの幅ＳＷ２２ｏｂｊは、ＳＷ２１ｏｂｊの１．５倍とし、第３マークの物上での暗ラインの幅ＳＷ２３ｏｂｊは、ＳＷ２１ｏｂｊの２倍とする。また、第２マークの物上での明ラインの幅ＬＷ２２ｏｂｊは、第１マークの物上での明ラインの幅ＬＷ２１ｏｂｊの１．５倍とし、第３マークの物上での明ラインの幅ＬＷ２３ｏｂｊは、ＬＷ２１ｏｂｊの２倍とする。さらに、物上での明暗一周期の幅Ｐ２ｏｂｊについても同様とする。

なお、パターン画像用の第１較正マークは、１種類のマークには限らず、明暗一周期の幅Ｐ２ｏｂｊが互いに異なる複数種類のマークを含むものとしてもよい。その場合、計測装置と較正マーク部材との間の相対的な位置・姿勢によって、較正データを得るためのマークを選択しうる。例えば、まず、較正マーク部材の配置（位置および姿勢のうちの少なくとも一方）におけるパターン光１１１の像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを実測または推定する。そして、当該実測または推定により得られた幅に最も近くなる像上の明暗一周期の幅Ｐ２ｉｍｇが得られるようなマークを選択すればよい。

また、それには限定されないが、複数種類のマークと複数の配置との複数の組合せそれぞれに対応した較正データを予め取得しておいてもよい。この場合、パターン画像における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに対応した（例えば最も近い）像上の明暗一周期の幅Ｐ２ｉｍｇを有するようなマークに基づいて予め取得された較正データを計測に用いればよい。

また、第１較正マークは、その像の中で歪みが同一とみなせるようなサイズ（寸法）有するものとする。また、図１１のような第１較正マークは、左側のマークのライン方向に直交する方向において当該マークのライン（幅）を検出することにより、当該直交方向における画像の歪みを得ることができる。さらに、右側のマークのライン方向に直交する方向おいて当該マークのライン（幅）を検出することにより、当該直交方向における画像の歪みを得ることができる。以上のようなパターン画像用の第１較正マークを用いることにより、パターン画像の歪みを較正する正確さの点で有利となる。濃淡画像用の第２較正マークは、実施例１で説明したものを用いることにより、濃淡画像の歪みを較正する正確さの点で有利となる。そして、以上のような第１較正マークおよび第２較正マークを使用することによって、計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。

〔実施形態１の変形例〕
実施形態１における第１および第２の較正データは、本変形例においては、それぞれ、対応する画像から取得可能な少なくとも１つのパラメータのそれぞれに対応付けられ、当該対応の関係は、例えば、テーブルまたは関数の形で表されうる。ここで、当該画像から取得可能なパラメータは、例えば、撮像により得られた物体１上の光強度分布、または撮像部１３０と物体１上の特徴点（例えばパターン光が投影された点）との間の相対的配置に関するものとしうる。

その場合、ステップＳ１００５は、第１較正データを決定したうえで、それに基づいてパターン画像の歪みを較正する処理を行うようにする。また、ステップＳ１０１０は、第２較正データを決定したうえで、それに基づいて濃淡画像の歪みを較正する処理を行うようにする。なお、Ｓ１００５およびＳ１０１０での較正は、画像（またはその部分）そのものではなく、画像から特徴を抽出して得られた画像上の座標に対して行われるものであってもよい。

ここで、本実施形態におけるＳ１００５について詳述する。上述のように、画像歪みは、物体１上の光強度分布と撮像部１３０の点拡がり関数（点像分布関数）とに依って変化する。そのため、画像歪みを正確に較正するためには、上述のようなパラメータに対応付けられた第１較正データを決定（選択）して用いるのが好ましい。なお、パラメータ（の値）が１つしかない場合は、それに対応する唯一の第１較正データを決定すればよい。それに対し、パラメータ（の値）が複数ある場合は、例えば、以下のようにすればよい。まず、パターン画像から特徴点（予め定められた特徴を有する点）を抽出する。次に、各特徴点におけるパラメータ（例えば、各特徴点での光強度または各特徴点と撮像部１３０との間の相対的配置）を取得する。つづいて、当該パラメータに基づいて、第１較正データを決定する。なお、第１較正データは、パラメータの値に対応する較正データを複数の較正データの中から選択して得られるものであってもよい。また、第１較正データは、複数の較正データに基づいて内挿または外挿して得られるものであってもよい。また、第１較正データは、パラメータを変数とする関数から得られるものであってもよい。第１較正データを決定する方式は、記憶部１４０の容量や、計測精度、処理時間の観点から適宜選択しうる。本実施形態におけるＳ１０１０の処理は、実施形態１におけるＳ１００５の処理を本実施形態におけるＳ１００５の処理に変更したのと同様に、実施形態１におけるＳ１０１０の処理を変更したものとしうる。

〔実施例１の変形例〕
実施例１におけるパターン画像用の第１較正マークは、本変形例においては、１つのＬＳパターンには限らず、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが式（１）の範囲内にあって且つ互いに異なる複数のＬＳパターンを含むものとしうる。この場合、複数の第１較正データを得ることができ、物体の配置（位置および姿勢のうち少なくとも一方）によって変動するパターン光の像上における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇにより整合した第１較正データを決定することができる。そのため、より正確な較正が可能となる。

なお、当該複数のＬＳパターンは、同一の較正マーク部材に設けられていてもよいし、互いに異なる複数の較正マーク部材に設けられていてもよい。後者の場合、較正データを取得するのに複数の較正マーク部材を順次に撮像してもよい。明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが互いに異なる複数のＬＳパターンを用いて取得するのは、１つの較正データであってもよいし、複数の較正データであってもよい。まず、１つの較正データを取得する例を示す。初めに、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが互いに異なる複数のＬＳパターンが設けられた較正マーク部材を撮像して画像を取得する。当該画像は、較正マーク部材の配置（位置及び姿勢のうちの少なくとも一方）が互いに異なる複数の画像を取得する。当該複数の画像から、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが互いに異なるＬＳパターンそれぞれの（画）像上での座標および明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇを得る。次に、各画像を取得したときの較正マーク部材の配置（位置および姿勢のうちの少なくとも一方）を物体がとった場合のパターン光１１１の像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを実測または推定する。そして、同一の較正マーク部材の配置をとる第１較正マーク内の明暗周期の互いに異なる複数のＬＳパターンの中から当該実測または推定により得られた幅に最も近い像上の明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇが得られたＬＳパターンを選択する。そして、選択されたＬＳパターンの物上の三次元座標情報および画像上の二次元座標に基づいて第１較正データを取得する。このようにして、計測装置と較正マーク部材との間の相対的な位置および姿勢（相対的配置）による明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇの変動に基づいて第１較正データを取得すれば、より正確な歪み補正が可能となる。

次に、複数の較正データを取得する例として、像上の明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇと対応付けられた較正データを取得する例を示す。較正データ取得用の画像に基づいて第１較正マークの各明暗一周期の幅Ｐ０ｏｂｊの互いに異なる複数のＬＳパターンそれぞれの画像上での座標および明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇを得るところまでは、上記１つの較正データを取得する場合と同じである。次に、式（１）で表されるパターン光１１１の像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇの範囲を任意の分割数で分割する。そして、分割により得られた明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇの範囲毎に、上記のようにして得られた明暗一周期の幅Ｐ１ｉｍｇに基づいて、全画像の第１較正マークのＬＳパターンをグループ分けする。つづいて、同一グループとなったＬＳパターンの物上での三次元座標および画像上での座標に基づいて較正データを取得する。例えば、パターン光１１１の像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇの範囲を１１分割した場合、較正データは１１種類取得されることとなる。このようにして得られた像上での明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇ（の各範囲）と第１較正データとの対応関係を記憶しておく。

記憶した対応関係の情報は、以下のように利用される。まず、処理部１５０は、パターン画像から物体領域を認識するため、パターン光１１１を検出する。パターン光１１１が検出された点を検出点とする。次に、各検出点における明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを決定する。明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇは、例えば、注目する検出点の座標と、それとはパターン光１１１のライン方向に直交する方向に隣接する検出点の座標との間の距離（の平均）としうる。次に、明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに基づいて第１較正データを決定する。例えば、Ｐ０ｉｍｇと最も近い明暗一周期の幅に対応付けられた第１較正データを採用しうる。また、Ｐ０ｉｍｇに対応する第１較正データから内挿して使用する第１較正データを得てもよい。また、第１較正データは、明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇを変数とする関数として記憶しておいてもよい。この場合は、Ｐ０ｉｍｇを当該関数に代入することにより、第１較正データを決定する。

このようにして第１較正データを決定することにより、明暗一周期の幅Ｐ０ｉｍｇに相関のある画像歪みに対応した、より正確な歪み補正が可能となる。なお、複数の較正データは、複数のＬＳパターンと複数の配置との間の複数の組合せそれぞれに対応したものとしうる。ここで、複数の配置（各ＬＳパターンと撮像部１３０との相対位置）は、例えば、各ＬＳパターンの画像上での座標と物上での三次元座標とに基づいて決定しうる。

次に、式（１）で表されるＰ０ｉｍｇの範囲は、適当な分割数で分割する。また、撮像部の光軸１３１方向における物体の位置の範囲（相対的な配置の範囲、ここでは、光軸に垂直な二つの面の間の計測領域）は、適当な分割数で分割する。そして、上記の分割により得られたＰ０ｉｍｇの範囲と相対的配置の範囲との組合せ毎にＬＳパターンをグループ分けする。同一グループとなった各ＬＳパターンの物上での三次元座標および画像上での座標に基づいて較正データは算出しうる。例えば、Ｐ０ｉｍｇの範囲を１１分割し、かつ相対的配置の範囲を１１分割した場合、較正データは１２１種類取得されることとなる。このようにして得られた上記の組合せと第１較正データとの対応関係を記憶しておく。

そして、物体の領域を認識する場合には、まず、パターン画像におけるＰ０ｉｍｇと、相対的配置とを得る。相対的配置は、上記の分割により得られた複数の範囲から選択して決定しうる。次に、Ｐ０ｉｍｇと相対的配置とに基づいて第１較正データを決定する。上記の組合せに対応する第１較正データを選択しうる。また、第１較正データは、そのような選択に替えて、内挿により取得してもよい。また、第１較正データは、Ｐ０ｉｍｇと相対的配置とを変数とする関数に基づいて取得してもよい。

このようにすることで、Ｐ０ｉｍｇと相対的配置とに対応した第１較正データを使用することができ、より正確な歪み補正が可能となる。

ところで、第１較正マークの像上の歪みは、パターン画像における歪みと略一致していることが求められる。そのため、第１較正マークは、第１較正マーク内の基準位置（例えば中心位置）において、それらの歪みが同一とみなせるような寸法を有するものとする。具体的には、第１較正マークの基準位置における撮像光学系１３０の点拡がり関数の拡がり以上の寸法を有するものとする。これは、像の歪みが物体上の光強度分布と撮像部の点拡がり関数とに依って決定されることによる。そして、撮像部の点拡がり関数の広がりの範囲内の物体上の光強度分布が同一とみなせれば、同一とみなせる歪みが生じうるからである。

つづいて、濃淡画像用の第２較正マークについて述べる。図７において、第２較正マークは、上述のように、ライン方向（所定方向）に沿ったライン状のパターンを含み、暗部の短手方向の幅をＫｏｂｊ、長手方向の幅をＪｏｂｊとしている。第２較正マークは、本変形例では、暗部の短手方向と同じ方向における第２較正マークの幅をＫｏｂｊより大きな幅（Ｍｏｂｊ）とする（暗部の背景は明部となる）。ここで、幅Ｍｏｂｊの範囲内の幅Ｋｏｂｊの暗部の外側の領域には他の暗部を設けない。

第２較正マークは、物上での暗部の幅Ｋｏｂｊが互いに異なる複数のマークを含んでいてもよい。この場合、像上でのエッジ間距離が異なる複数の第２較正データを得ることができ、物体の配置（位置および姿勢のうち少なくとも一方）によって変動する像上でのエッジ間距離に対応した第２較正データを決定することができる。このため、より正確な較正が可能となる。なお、第２較正データの取得方法は、パラメータが、第１較正データに関しては明暗一周期の幅（Ｐ０ｉｍｇ）であったのが第２較正データに関しては像上でのエッジ間距離に替わるだけであるため、その詳細は省略する。

次に、第２較正マークの寸法について述べる。第２較正マークの像上の歪みは、濃淡画像における歪みと略一致していることが求められる。そのため、第２較正マークは、第２較正マーク内の基準位置（例えば中心位置）において、それらの歪みが同一とみなせるような寸法を有するものとする。具体的には、第２較正マークの基準位置における撮像光学系１３０の点拡がり関数の拡がり以上の寸法を有するものとする。これは、像の歪みが物体上の光強度分布と撮像部の点拡がり関数とに依って決定されることによる。そして、撮像部の点拡がり関数の広がりの範囲内の物体上の光強度分布が同一とみなせれば、同一とみなせる歪みが生じうるからである。

〔実施例２の変形例〕
本変形例は、実施例２とは逆に、計測領域１０内の位置の変化による撮像倍率の変化より当該位置の変化による投影倍率の変化が大きい場合についての例である。この場合、式（５）（６）中のＤＷ０ｉｍｇ＿ｍｉｎおよびＤＳＷ０ｉｍｇ＿ｍｉｎは、計測装置から最も近い位置に物体１があり、かつ物体１が正の方向に傾いている条件下でのＤＷ０ｉｍｇおよびＤＳＷ０ｉｍｇである。また、式（５）（６）中のＤＷ０ｉｍｇ＿ｍａｘおよびＤＳＷ０ｉｍｇ＿ｍａｘは、計測装置から最も遠い位置に物体１があり、かつ物体１が負の方向に傾いている条件下でのＤＷ０ｉｍｇおよびＤＳＷ０ｉｍｇである。

なお、パターン画像用の第１較正マークは、実施例１の変形例の場合と同様に、１種類のマークには限られず、明暗一周期の幅Ｐ１ｏｂｊが互いに異なる複数種類のマークを含むものとしてもよい。複数種類のマークを含む場合の実施例は、実施例１の変形例の場合と同様に構成できるのは明らかであるため、その詳細は省略する。

〔実施例３の変形例〕
実施例３におけるパターン画像用の第１較正マークは、１種類のマークには限られず、明暗一周期の幅Ｐ２ｏｂｊが互いに異なる複数種類のマークを含むものとしてもよい。複数種類のマークを含む場合の実施例は、実施例１の変形例の場合と同様に構成できるのは明らかであるため、その詳細は省略する。

〔物品製造方法に係る実施形態〕
以上に説明した実施形態に係る計測装置は、物品製造方法に使用しうる。当該物品製造方法は、当該計測装置を用いて物体の計測を行う工程と、当該工程で計測を行われた物体を処理する工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、加工、切断、搬送、組立（組付）、検査、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００ 計測装置
１１０ 投影部
１３０ 撮像部
１５０ 処理部

Claims (30)

1. パターンを有する光と前記パターンを有しない光とを物体に投影する投影部と、
   前記パターンを有する光を投影された前記物体を撮像してパターン画像を得、前記パターンを有しない光を投影された前記物体を撮像して濃淡画像を得る撮像部と、
   第１較正データに基づいて前記パターン画像の歪みを較正する処理を行い、前記第１較正データとは異なる第２較正データに基づいて前記濃淡画像の歪みを較正する処理を行って、前記物体の領域を認識する処理を行う処理部と、
   を有することを特徴とする計測装置。
2. 前記処理部は、前記撮像部により得られた第１較正マークの画像に基づいて前記第１較正データを得、前記撮像部により得られた第２較正マークの画像に基づいて前記第２較正データを得ることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記パターンを有する光は、それぞれが所定方向に沿った複数のライン状の光を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測装置。
4. 前記複数のライン状の光は、前記所定方向に交差する方向に沿って配列されることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
5. 前記複数のライン状の光は、前記所定方向に沿って配列されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の計測装置。
6. 前記パターンを有しない光は、照度が均一化された光を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記第１較正マークは、それぞれが所定方向に沿った複数のライン状のパターンを含むことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
8. 前記第２較正マークは、所定方向に沿ったライン状のパターンを含むことを特徴とする請求項２または請求項７に記載の計測装置。
9. 前記第１較正マークにおける所定パターンの寸法は、前記パターン画像における所定パターンの寸法に対応することを特徴とする請求項２、請求項７および請求項８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記第１較正マークにおける所定パターンの寸法は、前記パターン画像における所定パターンの寸法の最小値から最大値までの範囲内にある寸法に対応することを特徴とする請求項２、請求項７および請求項８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
11. 前記第２較正マークにおける所定パターンの寸法は、前記濃淡画像における所定エッジ間の距離に対応することを特徴とする請求項２または請求項７ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。
12. 前記第２較正マークにおける所定パターンの寸法は、前記濃淡画像における所定エッジ間の距離の最小値から最大値までの範囲内にある距離に対応することを特徴とする請求項２または請求項７ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。
13. 前記第１較正マークの寸法は、前記撮像部の点拡がり関数の拡がり以上であることを特徴とする請求項２または請求項７ないし請求項１２のうちいずれか１項に記載の計測装置。
14. 前記第２較正マークの寸法は、前記撮像部の点拡がり関数の拡がりの１／２以上であることを特徴とする請求項２または請求項７ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
15. 前記処理部は、前記パターンを有する光の種類および前記物体の種類のうちの少なくとも一方に基づいて、前記第１較正データを取得することを特徴とする請求項１ないし請求項１４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
16. 前記処理部は、前記物体の種類に基づいて、前記第２較正データを取得することを特徴とする請求項１ないし請求項１５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
17. 第１パターンを有する光と前記第１パターンとは異なる第２パターンを有する光とを物体に投影する投影部と、
    前記第１パターンを有する光を投影された前記物体を撮像して第１画像を得、前記第２パターンを有する光を投影された前記物体を撮像して第２画像を得る撮像部と、
    第１較正データに基づいて前記第１画像の歪みを較正する処理を行い、前記第１較正データとは異なる第２較正データに基づいて前記第２画像の歪みを較正する処理を行って、前記物体の領域を認識する処理を行う処理部と、
    を有することを特徴とする計測装置。
18. 前記処理部は、前記パターン画像に基づいて前記第１較正データを得ることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
19. 前記処理部は、前記濃淡画像に基づいて前記第２較正データを得ることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
20. 前記第１較正マークは、その寸法が互いに異なる複数のパターンを含むことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
21. 前記第２較正マークは、その寸法が互いに異なる複数のパターンを含むことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
22. 前記処理部は、前記第１画像に基づいて前記第１較正データを得ることを特徴とする請求項１７に記載の計測装置。
23. 前記処理部は、前記第２画像に基づいて前記第２較正データを得ることを特徴とする請求項１７に記載の計測装置。
24. 請求項１ないし請求項２３のうちいずれか１項に記載の計測装置を用いて物体を計測する工程と、
    前記工程で計測された物体を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。
25. 請求項１ないし請求項２３のうちいずれか１項に記載の計測装置において使用される較正マーク部材であって、
    前記第１較正データを得るために前記撮像部により撮像される第１較正マークと、
    前記第２較正データを得るために前記撮像部により撮像される第２較正マークと、
    を含むことを特徴とする較正マーク部材。
26. パターンを有する光を物体に投影し、
    前記パターンを有する光を投影された前記物体を撮像してパターン画像を得、
    前記パターンを有しない光を前記物体に投影し、
    前記パターンを有しない光を投影された前記物体を撮像して濃淡画像を得、
    第１較正データに基づいて前記パターン画像の歪みを較正する処理と、前記第１較正データとは異なる第２較正データに基づいて前記濃淡画像の歪みを較正する処理とを行って、前記物体の領域を認識する、
    ことを特徴とする計測方法。
27. 第１パターンを有する光を物体に投影し、
    前記第１パターンを有する光を投影された前記物体を撮像して第１画像を得、
    前記第１パターンとは異なる第２パターンを有する光を前記物体に投影し、
    前記第２パターンを有する光を投影された前記物体を撮像して第２画像を得、
    第１較正データに基づいて前記第１画像の歪みを較正する処理と、前記第１較正データとは異なる第２較正データに基づいて前記第２画像の歪みを較正する処理とを行って、前記物体の領域を認識する、
    ことを特徴とする計測方法。
28. 請求項２６または請求項２７に記載の計測方法において使用される較正マーク部材であって、
    前記第１較正データを得るために撮像される第１較正マークと、
    前記第２較正データを得るために撮像される第２較正マークと、
    を含むことを特徴とする較正マーク部材。
29. 物体に対して加工を行う加工部と、
    請求項１ないし請求項２３のうちいずれか１項に記載の計測装置から前記物体の領域の情報を受信し、該情報に基づいて前記加工部を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする加工装置。
30. 請求項１ないし請求項２３のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
    請求項２９に記載の加工装置と、
    を含むことを特徴とする加工システム。

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