JP2020180827A - 計測装置、計測方法、システム及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は簡易な構成で計測時間を短縮し得る高精度な計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】実施例の計測装置は、周期性を有するパターンを投影する投影部と、前記投影部によりパターンが投影された対象物を複数方向から撮像して複数の像信号を取得する第１の撮像手段と、前記投影部に対して視差を有する位置から前記対象物を撮像して前記対象物の画像を取得する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段により取得した複数の像信号に基づき前記対象物までの第１の距離を算出し、前記第１の距離に基づき、第２の撮像手段により取得した前記画像上の特徴部と前記投影パターン上の特徴部を対応付けることにより前記対象物までの第２の距離を算出する処理手段と、を有することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、対象物までの距離や対象物の形状を計測する計測装置等に関する。

計測対象物に光パターンを投影して対象物を撮像する計測ヘッドを有し、撮像して得られた画像データから対象物までの距離または形状をパターン像の各位置につき三角測量の原理を利用して計測する計測装置が知られている。このような計測には、空間符号化法が用いられ得る。

特許第６１６６５３９号明細書

特許文献１は対象物に矩形の明暗パターンを投影し、明暗の境界位置を算出して三角測量の原理から距離を計測するものである。
高い精度で距離を計測しようとすると、明暗の周期（空間周波数）を十分小さくする必要がある。この明暗の境界位置を特定するためには空間符号化法が用いられ、周期が異なる複数の明暗パターンを投影する必要があった。

そのためは異なる周期の明暗パターンを形成可能な投影装置が必要であり装置構成が複雑化する。また、複数のパターンを投影し、複数の画像を撮像してその処理を行う必要があり、計測時間が長くなってしまうという課題があった。

これに対し空間符号化法を用いず、ランダムなドット状のパターン、あるいは位置情報を含んだ固定のパターンを投影して距離を計測する方法もある。しかし、撮像されたパターンと投影パターンを対応付けるためには、ある程度の領域のパターン情報が必要なため、測距点の空間分解能を高くすることが困難である。
本発明は簡易な構成で高い空間分解能を実現しつつ、計測時間を短縮し得る高精度な計測装置を提供することを目的とする。

本発明の計測装置は、
周期性を有するパターンを投影する投影部と、
前記投影部によりパターンが投影された対象物を複数方向から撮像して複数の像信号を取得する第１の撮像手段と、
前記投影部に対して視差を有する位置から前記対象物を撮像して前記対象物の画像を取得する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段により取得した複数の像信号に基づき前記対象物までの第１の距離を算出し、前記第１の距離に基づき、第２の撮像手段により取得した前記画像上の特徴部と前記投影パターン上の特徴部を対応付けることにより前記対象物までの第２の距離を算出する処理手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で計測時間を短縮し得る高精度な計測装置を提供することができる。

実施例１の計測装置の一例を示す概略図である。 実施例１における条件について説明する図である。 実施例１の計測フローを示すフローチャートである。 実施例１のパターン画像を説明する図である。 実施例２の計測フローを示すフローチャートである。 実施例３の計測装置の一例を示す概略図である。 実施例４の計測装置とロボットアームを含む制御システムを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。
＜実施例１＞

図１は、実施例１の計測装置の構成を例示する図である。計測装置は計測ヘッド１と処理部３とで構成されている。計測ヘッド１は、以下の２つの光学部を含んでいる。１つは、光パターン１３を対象物１２に投影する投影部４で、もう１つは、光パターン１３が投影された対象物１２を撮像して画像データを出力する撮像部２である。この計測ヘッド１を用いて三角測量の原理により光パターン像の各部分の距離を算出することができる。
図１において、ｙ軸は、ライン状の光パターン１３のラインと平行な軸であり、ｚ軸は、投影部の光軸と平行な軸であり、ｘ軸は、ｙ軸とｚ軸とに直交する軸である。ｘｚ平面は、投影光学系７の物体側主点と撮像光学系９の像側主点と物点とを含む平面である。

投影部４は、光源５と、不図示の照度分布均一化部（インテグレータ）と、光パターン形成部６と、投影光学系７とを含む。光源５には、ＬＥＤ等の発光素子を用いることができる。インテグレータには、ロッドインテグレータやハエの目レンズ等を用いることができる。
光パターン形成部６は、光源５の光に対して透過率が高い部材と透過率が低い部材もしくは反射率が高い部材と反射率が低い部材とをライン状に交互に配置したマスク等で構成される。投影部４は、光源から出射されインテグレータにより均一化された光で照明された光パターン形成部６を投影光学系７により対象物１２に投影する。

これによって光パターン形成部６に対応した、投影すべき周期性を有する交互に配置されたライン状の明部と暗部を含む光パターン（ストライプパターン）を形成することができる。
光パターン形成部６は駆動ステージ１４により光パターン（ストライプパターン）のラインと直交するｘ方向に移動（駆動）できる構成になっており、これにより明暗の位相を種々変化させたパターンの投影が可能である。また、少なくとも明暗の１／２周期の距離を駆動しながらパターンを投影し撮像することで全面の位相を固定した均一な画像が取得できる。

本実施例では、上述のように、ｙ方向に延びたライン状の光パターン１３を対象物１２に投影する。
撮像部２は、撮像光学系９と撮像素子８とを含む。撮像部２は、撮像光学系９を介して対象物からの光を撮像素子８で受光して対象物の画像を取得する。撮像素子はたとえばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどを含む。
処理部３は取得した画像データから距離を算出する。また、処理部３にはコンピュータとしてのＣＰＵが内蔵されており、不図示のメモリに記憶されたコンピュータプログラムに基づき装置全体の各種動作を実行する制御手段として機能する。

計測ヘッド１は対象物１２に投影された光パターン１３を撮像部２により撮像し、その画像を処理部３で処理することにより対象物１２までの距離を三角測量の原理により、高分解能かつ高精度に計測することができる。
一方、撮像素子８は、像面位相差方式を利用した距離測定が可能な撮像素子で、複数の画素を有する。また１つの画素が１対のフォトダイオードから形成され、各画素の上に配置された１つのマイクロレンズを介した光をそれぞれのフォトダイオード（光電変換部）で受光するように構成されている。各フォトダイオードはそれぞれ異なる入射瞳からの光を受光し撮像することで、位相差のある２つの像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）を形成することができる。ここで、上記異なる入射瞳の間の距離が三角測量における基線長に相当する。また、このとき、異なる入射瞳からの光を受光することで、対象物を複数方向から撮像して複数の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）を取得する第１の撮像手段として機能する。

これによって、計測ヘッド１に対して精度は劣るものの、基線長が比較的短いパッシブ方式で距離計測が可能である。即ち、前記１対のフォトダイオードの内の一方のフォトダイオード群はＡ像信号を出力し、他方のフォトダイオード群はＢ像信号を出力する。そして前記Ａ像信号とＢ像信号の位相差に基づき三角測量の原理で被写体距離を算出する。一方、前記１対のフォトダイオードからのＡ像信号とＢ像信号を加算し平均することで各画素から１つの信号を出力する第２の撮像手段としても機能し、アクティブ方式の測距のための画像を形成することができる。更にはモニター用や記録用の画像を取得することも可能である。

即ち、撮像素子８はＡ像信号とＢ像信号を別々に出力して位相差検出により距離測定を行う際には第１の撮像手段として機能し、Ａ像信号とＢ像信号の平均信号を出力し、投影部４と組み合わせて計測をする際には第２の撮像手段として機能する。このように、本実施例においては、第１の撮像手段と第２の撮像手段は同一の撮像素子を用いている。
なお、前記投影部４の位置と撮像素子８の位置とは視差（基線長）を有するので、投影部と前記のＡ像信号とＢ像信号の加算（平均）信号を用いてアクティブ方式の距離測定を行うことができる。

ここで、撮像素子８の各画素の前記１対のフォトダイオードそれぞれから取得した信号を前述のようにＡ像信号とＢ像信号と呼び、２つの画像を加算（し平均）したものをＡＢ像信号と呼ぶものとする。
なお、本実施例では、上述のように、撮像素子８を第１の撮像手段として機能させる場合に、各画素からＡ像信号とＢ像信号を別々に出力し位相差検出をしている。しかし、基線長離れた位置に２つの撮像素子を配置し、異なる方向から対象物を撮像することによって第１の撮像手段を構成しても良い。

その場合、第１の撮像手段用の撮像素子と第２の撮像手段用の撮像素子の画素構造等を同じにしても良いし、あるいはそれぞれ異ならせても良い。また、例えば第１の撮像手段用の撮像素子を上記のような位相差検出可能な撮像素子とし、第２の撮像手段用の撮像素子は位相差検出ができない通常の撮像素子とすることも可能である。あるいはどちらの撮像素子も位相差検出可能な撮像素子としても良い。
この場合、２つの撮像手段によりそれぞれ位相差検出をして、対象物までの距離を測定しても良い。そしてどちらか一方で測定された距離だけを採用して第１の距離としても良いし、両者を平均した距離を第１の距離としても良い。

更に、２つの撮像手段で計測した距離を比較してその差が所定の閾値を越える場合は信頼できない結果として採用しないことも可能である。所定の閾値とは例えば、後述の計測ヘッド１における１周期隣のパターンと対応した場合との距離の差から決まる値などとすることができる。
次に本実施例における計測方法を説明する。そのおおまかな方法は、まず、撮像素子８のＡ像信号とＢ像信号を別々に出力し位相差検出により第１の距離（概略の距離）を算出する。

そして、この第１の距離に基づき、計測ヘッド１とＡＢ像信号により、画像上の特徴部と前記投影パターン上の特徴部を対応付けることにより第２の距離（詳細の距離）を算出する。なお、以上の一連の動作を処理手段としての処理部３によって実行する。
この方法を実現するための条件としては、以下の第１、第２の条件がある。
第１の条件は、位相差検出により測定された概略の距離（第１の距離）の最小分解能が、計測ヘッド１によるアクティブ方式で計測可能な距離の範囲（計測可能範囲）よりも大きいことである。これにより前記計測可能範囲内において概略の距離（第１の距離）が一意に決定され得る。

この第１の条件は、対象物までの距離、位相差検出により距離測定をする際の撮像素子８の基線長、計測ヘッド１の基線長（投影部４と撮像素子の間隔）、パターンを投影する領域、撮像する視野などの各パラメータにより決まる。従って、この第１の条件を満たすように上記の各パラメータを予め設定する。
第２の条件は、位相差検出により計測した概略の距離（第１の距離）の不確かさが、例えばストライプパターンの正しいエッジに対応した距離と、そのエッジの１周期隣のエッジに対応した距離との間の差よりも小さいということである。即ち、第１の距離の不確かさが、第２の距離と、前記第２の距離の算出過程において対応づけた投影パターンの一周期隣りのパターンと第２の撮像手段により取得された前記画像とを対応付けた場合の距離との差よりも小さいことである。
この条件について、図２を用い計測ヘッド１によるアクティブ方式の距離値の算出方法を交えつつ説明する。

図２の対象物１２に投影された周期的なパターンのうち、着目した特徴部（エッジ２０）について、このエッジに正しく対応する光パターン形成部６上のパターン２１との対応付けができればアクティブ方式の三角測量の原理により正しい距離２２が算出できる。
もしも１周期隣のパターン２３と対応付けてしまうと異なる距離２４が算出される。このように計測ヘッド１によりアクティブ方式で計測される詳細の距離（第２の距離）はアクティブ方式における基線長が撮像素子の位相差検出の基線長よりも長いため高精度ではある。しかし、パターンのエッジとの対応関係を誤ると異なる距離となってしまうという曖昧さを有している。
この距離２２と距離２４の差２８（詳細の距離（第２の距離）の曖昧さ）は計測ヘッド１の計測可能な距離の範囲に対して小さいため、パターンの対応付けがされなければ距離を一意に決定することができない。

しかし、本実施例では、概略の距離（第１の距離）２５を算出し、エッジ２０における誤差を含まない距離を中心にした概略の距離（第１の距離）の不確かさ２６をこの距離の差２８に対して小さく設定する。そうすれば、その不確かさの範囲内に詳細の距離（第２の距離）が唯一つ存在することになり、この概略の距離（第１の距離）に最も近い詳細の距離（第２の距離）２２が、正しく対応付けられた距離であるとすることができる。即ち、詳細の距離（第２の距離）の持つ曖昧さを解決することができる。
この第２の条件は、対象物までの距離、位相差検出用の撮像素子８の基線長、計測ヘッド１の基線長等の各パラメータ、および投影するパターンの周期等から決まるものである。従って、前述の第２の条件を満たすように前記パラメータ等を予め設定しておく。
以上の２つの条件を満たすことによって、対象物までの距離を正しく決定することが可能となる。

このように、本実施例においては後述のように概略の距離（第１の距離）から概略の位置を求め、これによりパターンの位置を特定することで詳細の距離（第２の距離）の曖昧さを解決している。
次に対象物までの距離を計測する具体的な方法について図３および図４を用いて説明する。
図３は実施例１の計測のフローを説明するフローチャートである。
図３のステップＳ００１では、投影部４により対象物に明暗パターン（ポジパターン）を投影し撮像部２により撮像することによりＡ像信号とＢ像信号を別々に出力する。次に駆動ステージ１４によりポジパターンを明暗の１／２周期だけ移動し、投影部４により明暗を反転させたパターン（ネガパターン）を投影し撮像部２により撮像することによりＡ像信号とＢ像信号を別々に出力する。

ステップＳ００２では、撮像したポジパターンとネガパターンのＡ像信号とＢ像信号からそれぞれ強度分布を取得し、強度分布上で両パターンの交点のエッジ位置を算出する。
図４にパターンと強度分布のイメージの対応関係を示している。図４の強度分布は、撮像素子８の画素位置を横軸にして示したものであるが、明暗パターンの位相として考えても良い。なお図４においては実際の強度分布は撮像素子８の画素ごとに取得する離散的な点であるが簡単のため連続的に示している。
ステップＳ００３で、このＡ像信号とＢ像信号のエッジ位置に対して視差量（位相差）を検出し、パッシブ方式の三角測量の原理から対象物までの概略の距離（第１の距離）を算出する。即ち、上記２つのパターンの明部と暗部の境界位置（エッジ位置）の位相を特徴部として用いて第１の距離を算出する。

なお、ここで概略の距離（第１の距離）算出に用いるＡ像信号とＢ像信号の視差計算において、投影したパターン上の特徴を用いたのは、詳細の距離（第２の距離）算出における投影部４と撮像部２の対応付けに用いるパターン上の特徴と同一にするためである。
即ち、Ａ像信号とＢ像信号の視差は、パターン上の特徴に限らず、前記パターン以外の対象物表面のテクスチャや構造起因のエッジ等の特徴部でも視差計算することができる。しかし、これらのエッジは詳細の距離（第２の距離）算出におけるアクティブ方式の測距の際には存在しない特徴であるため、概略の距離（第１の距離）を用いて投影部と撮像部により正しい対応関係を決定する際の阻害要因となりうるからである。

従って、第１の距離算出の際に、上記のように投影パターンを用いて視差（位相差）計算をするようにしている。
ただし、本実施例は概略の距離（第１の距離）の算出と詳細の距離（第２の距離）に用いる画像パターンの特徴部を完全に同一とする場合に限定されない。即ち、概略の距離（第１の距離）を、パターン上の特徴位置だけでなく、パターン以外の対象表面のテクスチャや構造起因のエッジも用いて算出するようにしても良い。そして、詳細の距離（第２の距離）の対応付計算の際にパターン上の特徴以外による距離算出点を弁別するようにしてもよい。

上述の弁別の際にはパターンのない均一照明による視差計算を行えば、テクスチャや構造起因のエッジのみによる概略の距離（第１の距離）が容易に算出でき弁別できる。また、テクスチャや構造起因のエッジのみで十分密に概略の距離（第１の距離）を算出できる場合には、それらの情報を用いて詳細の距離（第２の距離）の算出位置における距離を補間などによって求めてもよい。
また、本実施例においてはポジパターンとネガパターンの強度分布の交点としてエッジ位置を検出した。しかし、例えば明暗パターンのマスク（光パターン形成部）を駆動せず、ポジパターンのみを用い、その強度分布において強度が最大あるいは最小となる位置（位相）を特徴部として用いても良い。

即ち、第１の距離の算出に用いる前記パターンの特徴部と、第２の距離の算出に用いる前記パターンの特徴部は、前記パターンの強度と位相のいずれかを含むようにすれば良い。あるいは、例えば位置および距離が計測可能なようにコード化された別の固定パターンを用いても良い。
また、１種類の固定パターンだけを使う場合は、前述したように例えばパターンを投影せず均一に照明された画像も撮像し、この画像とパターンを投影した画像とを用いて対象物表面のテクスチャや構造起因と特徴部とを弁別するようにしても良い。

また、本実施例で算出したエッジ位置に加えて、ポジパターンとネガパターンをさらにそれぞれ１／４周期ずらした状態における画像を用いて算出した交点のエッジ位置を合わせて用いても良い。こうすることで、より高い空間分解能が実現可能となる。
また、さらに空間的に高い分解能が得られる位相シフト法を組み合わせて使用して位置を検出しても良い。

位相シフト法を使用する場合は、マスク駆動ステージによりマスクを例えばパターンの明暗の１／３周期ずつずらした３つの状態における対象物の画像から算出した強度分布を基に位相を算出する。そして、特徴部（所定の位相、例えばπなど）における視差を検出して距離を算出する。もちろん１／３以下の周期、例えば１／４周期ずつずらした４つの状態などとしても良い。
位相シフト法だけを使用する場合は、位相が整数周期ずれた同位相となる位置に対応する距離を誤って算出してしまう場合がある。従来は空間符号化法などを用いてこの誤った対応を解決していたが、本実施例と組み合わせて使えば、より簡易な構成で高速な計測が可能となる。

ステップＳ００４では、ステップＳ００３で求めた概略の距離（第１の距離）のうちの誤差を含む所定の割合が対象物の存在しうる所定の計測範囲（距離範囲）内か判別する。Ｎｏの場合にはステップＳ００１に戻り再度投影や撮像を行う。ステップＳ００４でＹｅｓの場合にはステップＳ００５に進み、概略の距離（第１の距離）に基づき、計測ヘッド１の基線長、用いたエッジの画像上の位置などを用いて、対応する投影パターンのマスク上の概略の位置を算出する。
なお、図３のフローチャートには示していないが、概略の位置の数値に対して所定の閾値を設け、概略の位置の数値がその所定の閾値内であるかに基づき信頼性を評価して、信頼性が低ければ前記の概略の位置の数値を採用しないものとする。

更にステップＳ００６で、この対応する投影パターンのマスク上の概略の位置に最も近いパターンの位置を、正しく対応したパターンであると決定（特定）する。
次いで、ステップＳ００７ではＡＢ像信号（Ａ像信号とＢ像信号の加算平均）において、ポジパターンと反転したネガパターンの交点のエッジ位置を算出する。

そしてステップＳ００８で前記ＡＢ像信号のエッジ位置及びＳ００６で特定したパターンの位置を用いて対象物までの詳細の距離（第２の距離）を算出する。
即ち、ステップＳ００８では、ＡＢ像信号のエッジ位置とステップＳ００６で特定したパターンの位置、および事前に取得した計測ヘッド１の各パラメータを用いる。そして、アクティブ方式の三角測量の原理により曖昧さのない詳細の距離（第２の距離）を算出する。この曖昧さのない詳細の距離（第２の距離）がそのエッジ位置に対する対象物までの距離となる。

本実施例によれば、撮像素子８により概略計測を行うことで空間符号化法を用いず、光パターンとして単一の空間周波数だけを用いれば良いため、複数の空間周波数のパターンを作成するための投影装置が不要であり簡易な装置構成を実現できる。また、空間符号化法に対してパターンの枚数が少なく、高速な計測が可能である。
＜実施例２＞

本実施例では、実施例１に対して計測フローが異なる例について説明する。その他の装置構成は実施例１と同一であるため説明は省略する。また、実施例１で説明した２つの条件についても満足しているものとする。
本実施例は、概略の距離（第１の距離）に基づき、計測ヘッド１によりアクティブ方式で計測した曖昧さのある詳細の距離（第２の距離）の複数の候補の中から曖昧さのない詳細の距離（第２の距離）すなわち対象物までの距離を決定するものである。

図５は本実施例の計測フローを説明する図である。
図５のステップＳ００１〜ステップＳ００４は実施例１におけるステップＳ００１〜ステップＳ００４とそれぞれ同じであるので説明を省略する。
図５のステップＳ００４では、ステップＳ００３で求めた概略の距離（第１の距離）のうちの誤差を含む所定の割合が対象物の存在しうる所定の計測範囲（距離範囲）内か判別する。Ｎｏの場合にはステップＳ００１に戻り再度投影や撮像を行う。ステップＳ００４でＹｅｓの場合にはステップＳ１０５に進み、ＡＢ像信号（Ａ像信号とＢ像信号の加算平均）において、ポジパターンと反転したネガパターンの交点のエッジ位置を算出する。

そしてステップＳ１０６で前記ＡＢ像信号のエッジ位置を用いて対象物までの詳細の距離（第２の距離）の候補を複数算出する。即ちエッジ位置に対して対象物までの詳細の距離（第２の距離）の候補が複数算出されるが、投影パターンとの対応付けができていないため曖昧さのある詳細の距離（第２の距離）であり、その候補はパターンの総数を上限として存在する。
そこで、次にステップＳ１０７で、ステップＳ１０６で算出された詳細の距離（第２の距離）の複数の候補の内で、ステップＳ００３で算出された概略の距離（第１の距離）に最も近い距離を対象物までの詳細の距離（第２の距離）として決定する。即ち、ステップＳ１０７では、前述の曖昧さのある詳細の距離（第２の距離）の複数の候補の中から、概略の距離（第１の距離）に最も近い距離が曖昧さのない詳細の距離（第２の距離）すなわち対象物までの距離であると決定される。

次にステップＳ１０８で、ステップＳ００３で算出された概略の距離（第１の距離）とステップＳ１０７で決定された詳細の距離（第２の距離）との差の内の所定の割合が所定の閾値以内か判別する。即ち、決定した曖昧さのない詳細の距離（第２の距離）についてはその信頼性が悪ければ計測結果として採用しないようにしている。そのために本実施例では、概略の距離（第１の距離）と曖昧さのない詳細の距離（第２の距離）の差に所定の閾値を設けて閾値を越える場合はステップＳ００１に戻りやり直しとなる。ここで、所定の閾値とは例えば、概略の距離（第１の距離）の不確かさから決まる値とする。
ステップＳ１０８がＹｅｓの場合には図５のフローを終了し、Ｎｏの場合にはステップＳ００１に戻る。
＜実施例３＞

本実施例では、実施例１に対して撮像部２の構成が異なる。
その他の装置構成および計測フローについては実施例１と同一であるため説明は省略する。
図６は本実施例の装置構成を説明する図である。
計測ヘッド１は２つの撮像部４０、４１を含み、それぞれの撮像部は、撮像光学系４２、４３と撮像素子４４、４５から構成される。
２つの撮像部を用いることによって、実施例１において概略の距離（第１の距離）を計測するのに用いた撮像素子８と同じく位相差検出することを可能としている。従って実施例１で説明した第１、第２の条件についても満足するように、投影するパターンおよび計測ヘッド１と撮像部４０、４１のパラメータが設定され配置されている。
なお、本実施例においては、２つの撮像部４０、４１が第１の撮像手段として機能する。そして２つの撮像部４０、４１の内の一方を第２の撮像手段として用いれば良い。

＜実施例４＞
上述の計測装置は、ある支持部材に支持された状態で使用されうる。本実施例４では、一例として、図７のようにロボットアーム３００（把持装置）に備え付けられて使用される制御システムについて説明する。計測装置１００は、支持台３５０に置かれた被検物２１０にパターン光を投影して撮像し、画像を取得する。そして、計測装置１００の処理部３、又は、計測装置１００の制御部から画像データを取得した制御部３１０が、被検物２１０の位置および姿勢を求め、求められた位置および姿勢の情報を取得する。更に制御部３１０は、その位置および姿勢の情報に基づいて、ロボットアーム３００に駆動指令を送ってロボットアーム３００を制御する。

ロボットアーム３００は先端のロボットハンドなど（把持部）で被検物２１０を保持して、並進や回転などの移動をさせる。さらに、ロボットアーム３００によって被検物２１０を他の部品に組み付けることにより、複数の部品で構成された物品、例えば電子回路基板や機械などを製造することができる。また、移動された被検物２１０を加工することにより、物品を製造することができる。制御部３１０は、コンピュータとしてのＣＰＵなどの演算装置や制御部３１０を制御するためのコンピュータプログラムを記憶したメモリなどの記憶装置を有する。なお、ロボットを制御する制御部を制御部３１０の外部に設けても良い。また、計測装置１００により計測された計測データや得られた画像をディスプレイなどの表示部３２０に表示してもよい。

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
また、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して計測装置に供給するようにしてもよい。そしてその計測装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

１ 計測ヘッド
２ 撮像部
３ 処理部
４ 投影部
５ 光源
６ 光パターン形成部
７ 投影光学系
８ 撮像素子
９ 撮像光学系
１２ 対象物
１３ 光パターン
１４ 駆動ステージ

Claims (16)

1. 周期性を有するパターンを投影する投影部と、
   前記投影部によりパターンが投影された対象物を複数方向から撮像して複数の像信号を取得する第１の撮像手段と、
   前記投影部に対して視差を有する位置から前記対象物を撮像して前記対象物の画像を取得する第２の撮像手段と、
   前記第１の撮像手段により取得した複数の像信号に基づき前記対象物までの第１の距離を算出し、前記第１の距離に基づき、第２の撮像手段により取得した前記画像上の特徴部と前記投影パターン上の特徴部を対応付けることにより前記対象物までの第２の距離を算出する処理手段と、を有することを特徴とする計測装置。
2. 前記第１の距離の不確かさが、
   前記第２の距離と、前記第２の距離の算出過程において対応づけた投影パターンの一周期隣りのパターンと第２の撮像手段により取得された前記画像とを対応付けた場合の距離との差よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記第１の距離の算出に用いる前記パターンの特徴部と前記第２の距離の算出に用いる前記パターンの特徴部は同じであることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
4. 前記第１の距離の算出に用いる前記パターンの特徴部と、前記第２の距離の算出に用いる前記パターンの特徴部は、前記パターンの強度と位相のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
5. 前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段は同一の撮像素子であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
6. 前記撮像素子は、複数の画素を含み、各画素は異なる入射瞳からの光を受光する複数の光電変換部を有することを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
7. 前記第２の撮像手段は前記複数の光電変換部からの信号を平均した像信号を取得することを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
8. 前記パターンは交互に配置されたライン状の明部と暗部を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の計測装置。
9. 前記投影部は前記パターンの明暗を反転させた２つのパターンを投影することを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
10. 前記特徴部は前記２つのパターンの明部と暗部の境界位置の位相を含むことを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
11. 前記パターンは交互に配置された明部と暗部を含み、前記投影部は前記パターンの位相を変化させた少なくとも３つのパターンを投影し、前記特徴部は前記少なくとも３つのパターンの画像を基に算出される位相であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の計測装置。
12. 前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段は均一に照明された前記対象物の画像も取得し、前記処理手段は、前記パターンを投影した画像と、前記均一に照明された画像とから前記パターン上の特徴部とパターン以外の画像上の特徴部を弁別することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の計測装置。
13. 前記処理手段は、第２の撮像手段による前記画像上の特徴部と前記投影パターン上の複数の特徴部とを対応付けることにより第２の距離の候補を複数算出し、前記複数の第２の距離の候補の中から前記第１の距離に最も近いものを第２の距離として決定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
14. 投影部によって周期性を有するパターンを投影させる投影ステップと、
    前記投影ステップによりパターンが投影された対象物を複数方向から撮像して複数の像信号を取得させる第１の撮像ステップと、
    前記投影部の位置に対して視差を有する位置から前記対象物を撮像して前記対象物の画像を取得させる第２の撮像ステップと、
    前記第１の撮像ステップにより取得した複数の像信号に基づき前記対象物までの第１の距離を算出し、前記第１の距離に基づき、前記第２の撮像ステップにより取得した前記画像上の特徴部と前記投影パターン上の特徴部を対応付けることにより前記対象物までの第２の距離を算出する処理ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
15. 対象物を計測する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の計測装置と、
    前記計測装置による計測結果に基づいて前記対象物を保持して移動させるロボットと、を有することを特徴とするシステム。
16. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の計測装置を用いて対象物を計測する工程と、
    該計測結果に基づいて対象物を処理することにより物品を製造する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。
    
    

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