JP6325871B2 - 光学式座標測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブを用いる光学式座標測定装置に関する。

光学式座標測定装置には、測定位置を指定するためのプローブが設けられる。プローブにより測定対象物の任意の位置が測定位置として指定され、その測定位置の座標が算出される。測定対象物上の複数の測定位置の座標が算出されることにより、測定対象物の所望の部分の寸法が測定される。

特許文献１には、データプロセッサ、接触プローブおよび角度センサを備えた空間座標の逐点式測定システムが記載されている。接触プローブには、接触点に加えて、複数の点光源が設けられる。角度センサは、測定対象物の本質的な部分を観測可能でかつ接触プローブの複数の点光源を観測可能に設けられる。

角度センサから各光源に向かう空間的方向が記録される。記録された空間的方向に基づいて、角度センサに関する接触プローブの位置と方向とがデータプロセッサにより算出される。接触プローブの位置が接触点の位置および測定対象物の位置に関係付けられる。

特表平６−５１１５５５号公報

特許文献１の逐点式測定システムにおいては、複数の光源の位置関係が微小に変化する可能性がある。その場合、接触プローブの位置を正確に特定することができなくなる。その結果、座標の測定精度が低下する。

本発明の目的は、測定精度の低下が防止された光学式座標測定装置を提供することである。

（１）第１の発明に係る光学式座標測定装置は、複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、プローブの複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成された画像データにより表される複数のマーカに基づいて、プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、プローブは、光源と、複数のマーカの各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、光源により発せられる光を透過する上表面が平面のガラスからなる複数の透光部と、複数のマーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて複数の透光部の上表面に形成される遮光膜と、複数の透光部を保持する保持部とを含む。

この光学式座標測定装置においては、プローブの複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより画像データが生成される。生成された画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置が算出部により算出される。

各透光部の透光領域によりマーカが構成され、その透光領域を除く各透光部の領域の表面に遮光膜が形成される。光源により発せられる光のうち、複数の透光部の透光領域を通る光が、遮光膜によって遮られることなくプローブの外部に放出される。

この場合、各透光部がガラスからなるので、吸湿による各透光部の経時的な寸法変化が防止される。また、保持部により複数の透光部が保持されるので、複数の透光部の位置関係を一定に維持することができる。

また、マーカの外形がガラス表面に形成される遮光膜によって形成されるので、遮光膜の厚みが小さく、撮像で得られるマーカの画像の外形が遮光膜のエッジによって歪むことが防止される。そのため、各マーカの位置を正確に撮像することができる。

これらにより、複数のマーカの画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置の座標を精度良く算出することができる。

（２）第２の発明に係る光学式座標測定装置は、複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、プローブの複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成された画像データに基づいて、プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、プローブは、光源と、各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、光源により発せられる光を透過するガラスからなる複数の透光部と、マーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて複数の透光部の表面に形成される遮光膜と、複数の透光部を保持する保持部とを含み、プローブは、光源と各透光部との間に設けられ、光源により発せられる光を透過しつつ拡散させる拡散部材をさらに含む。

この光学式座標測定装置においては、プローブの複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより画像データが生成される。生成された画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置が算出部により算出される。
各透光部の透光領域によりマーカが構成され、その透光領域を除く各透光部の領域の表面に遮光膜が形成される。光源により発せられる光のうち、複数の透光部の透光領域を通る光が、遮光膜によって遮られることなくプローブの外部に放出される。
この場合、各透光部がガラスからなるので、吸湿による各透光部の経時的な寸法変化が防止される。また、保持部により複数の透光部が保持されるので、複数の透光部の位置関係を一定に維持することができる。
また、マーカの外形がガラス表面に形成される遮光膜によって形成されるので、遮光膜の厚みが小さく、撮像で得られるマーカの画像の外形が遮光膜のエッジによって歪むことが防止される。そのため、各マーカの位置を正確に撮像することができる。
この場合、透光領域を通して種々の方向に光を放出させることができる。
さらに、複数のマーカの画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置の座標を精度良く算出することができる。
（３）第３の発明に係る光学式座標測定装置は、複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、プローブの複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成された画像データに基づいて、プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、プローブは、光源と、各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、光源により発せられる光を透過するガラスからなる複数の透光部と、マーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて複数の透光部の表面に形成される遮光膜と、複数の透光部を保持する保持部とを含み、プローブは、保持部を収容する筐体部をさらに含み、保持部と筐体部との間に柔軟性を有する緩衝部材が配置される。
この光学式座標測定装置においては、プローブの複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより画像データが生成される。生成された画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置が算出部により算出される。
各透光部の透光領域によりマーカが構成され、その透光領域を除く各透光部の領域の表面に遮光膜が形成される。光源により発せられる光のうち、複数の透光部の透光領域を通る光が、遮光膜によって遮られることなくプローブの外部に放出される。
この場合、各透光部がガラスからなるので、吸湿による各透光部の経時的な寸法変化が防止される。また、保持部により複数の透光部が保持されるので、複数の透光部の位置関係を一定に維持することができる。
また、マーカの外形がガラス表面に形成される遮光膜によって形成されるので、遮光膜の厚みが小さく、撮像で得られるマーカの画像の外形が遮光膜のエッジによって歪むことが防止される。そのため、各マーカの位置を正確に撮像することができる。
これらにより、複数のマーカの画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置の座標を精度良く算出することができる。
この場合、外部から保持部に直接的に応力が加わることがない。また、プローブの落下または衝突等によって筐体部に衝撃が加わっても、保持部に伝達される衝撃が緩衝部材により緩和される。それにより、保持部の破損が防止される。
（４）保持部は、ガラス、金属、合金、セラミックス、およびガラスセラミックスから選択される一または複数の材料からなってもよい。
この場合、保持部が低吸湿性および低線膨張係数を有するため、吸湿および熱による保持部の寸法変化が防止される。そのため、複数の透光部の位置関係が一定に維持され、複数のマーカの位置関係が一定に維持される。したがって、複数のマーカの画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置の座標を精度良く算出することができる。

（５）保持部は、石英ガラスからなってもよい。

この場合、吸湿および熱による保持部の寸法変化がより十分に防止される。したがって、複数の透光部の位置関係が維持される。

（６）複数の透光部および保持部は、同じ材料からなってもよい。

この場合、複数の透光部と保持部との間で線膨張係数の差による歪みが生じにくいので、複数の透光部および保持部の寸法安定性が高くなる。

（７）各透光部は板状ガラスからなり、遮光膜は、各透光部の一面のみに形成されてもよい。

この場合、透光領域を斜めに通過してプローブの外部に放出されるべき光が、遮光膜のエッジによって遮られることが防止される。それにより、マーカの画像の歪みが十分に防止される。

（８）遮光膜は、蒸着膜であってもよい。

この場合、遮光膜が極めて小さい厚みを有することができる。それにより、透光領域を斜めに通過してプローブの外部に放出されるべき光が、遮光膜のエッジによって遮られることが防止される。それにより、マーカの画像の歪みが十分に防止される。

（９）遮光膜は、複数のマーカの各外形を円形状に形成してもよい。

本発明によれば、プローブの寸法変化による測定精度の低下が防止される。

本発明の一実施の形態に係る光学式座標測定装置の構成を示すブロック図である。 図１の光学式座標測定装置の測定ヘッドの構成を示す斜視図である。 図２の測定ヘッドのプローブの構成を示す斜視図である。 主撮像部の構成について説明するための図である。 主撮像部と複数のマーカとの関係について説明するための模式図である。 プローブの筐体部内に収容される部材を示す分解斜視図である。 マーカ部材の模式的断面図である。 マーカ部材、拡散板および発光基板の位置関係を示す断面図である。 各発光素子から発せられる赤外線について説明するための図である。 主撮像部に入射する赤外線について説明するための模式図である。 主撮像部に入射する赤外線について説明するための模式図である。 筐体部内における保持部材の保持構造について説明するための模式的断面図である。 図２の表示部に表示される画像の一例を示す図である。 測定対象物の一例を示す図である。 測定例について説明するための図である。 測定例について説明するための図である。 測定例について説明するための図である。 測定例について説明するための図である。 測定例について説明するための図である。 撮像画像上に測定情報が重畳表示された例を示す図である。

（１）光学式座標測定装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学式座標測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の光学式座標測定装置３００の測定ヘッドの構成を示す斜視図である。図３は、図２の測定ヘッド１００のプローブの構成を示す斜視図である。以下、本実施の形態に係る光学式座標測定装置３００について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１に示すように、光学式座標測定装置３００は、測定ヘッド１００および処理装置２００を備える。測定ヘッド１００は、保持部１１０、載置台１２０、主撮像部１３０、プローブ１４０、副撮像部１５０、表示部１６０、操作部１７０および制御基板１８０を含む。

図２に示すように、測定ヘッド１００の保持部１１０は、設置部１１１およびスタンド部１１２を含む。設置部１１１は、水平な平板形状を有し、設置面に設置される。スタンド部１１２は、設置部１１１の一方の端部から上方に延びるように設けられる。

設置部１１１の他方の端部に載置台１２０が設けられる。載置台１２０は、例えば光学定盤である。載置台１２０上には、測定対象物Ｓが載置される。本例においては、載置台１２０は略正方形状を有する。載置台１２０には、互いに直交する２方向に等間隔で並ぶように複数のねじ穴が形成されている。これにより、クランプ部材および固定ねじにより測定対象物Ｓを載置台１２０に固定することができる。載置台１２０は磁性を有していてもよい。この場合、マグネットベース等の磁石を用いた固定部材により測定対象物Ｓを載置台１２０に固定することができる。また、載置台１２０の上面が粘着性を有してもよい。この場合も、測定対象物Ｓを載置台１２０に容易に固定することができる。

スタンド部１１２の上部に主撮像部１３０が設けられる。主撮像部１３０は、スタンド部１１２の上部に着脱自在に設けられてもよく、スタンド部１１２に一体的に設けられてもよい。主撮像部１３０は、撮像素子１３１（後述する図４）および複数のレンズ１３２（後述する図４）を含む。本実施の形態においては、撮像素子１３１は赤外線を検出可能なＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサである。主撮像部１３０は、予め定められた撮像領域Ｖ（後述する図５）から放出される赤外線を検出可能に斜め下方を向くように配置される。

撮像領域Ｖ（図５）は、設置部１１１の載置台１２０およびその周辺を含む一定の領域である。本実施の形態においては、図１の載置台１２０および載置台１２０から図１のプローブ１４０の全長の寸法分だけ突出した領域が撮像領域Ｖとして定義されている。なお、プローブ１４０の全長は、例えば１５０ｍｍ程度である。主撮像部１３０の各画素からは、検出量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）が制御基板１８０に出力される。

図３に示すように、プローブ１４０は、筐体部１４１、把持部１４２、複数のマーカ１４３、スタイラス１４４、電源基板１４５および接続端子１４６を含む。把持部１４２は、第１の方向Ｄ１に延び、筐体部１４１は第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２に延びる。使用者は、把持部１４２を把持してプローブ１４０を操作する。

以下、特に言及しない場合には、プローブ１４０の上下および前後は、使用者が把持部１４２を垂直に保持した状態（第１の方向Ｄ１が上下方向を向く状態）でのプローブ１４０の上下および前後を指す。

筐体部１４１は把持部１４２の上端部に設けられる。筐体部１４１の前部分が把持部１４２の前方に突出し、筐体部１４１の後部分が把持部１４２の後方に突出するように、把持部１４２は筐体部１４１の下面の中央部から下方に延びる。ここで、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を把持部１４２と筐体部１４１の前部分とがなす角度φと定義する。本実施の形態では、角度φは鋭角であり、０°よりも大きく９０°よりも小さい。

把持部１４２が垂直に保持された状態において、筐体部１４１の前端は筐体部１４１の後端よりも下方に位置し、筐体部１４１の上面が後端から前端にかけて斜め下方に傾斜する。この場合、使用者は、筐体部１４１の上面を容易に斜め上方に向けることができる。

本実施の形態では、筐体部１４１の上面は、前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃからなる。前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃは、それぞれ第２の方向Ｄ２に平行である。また、前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃは、第１および第２の方向Ｄ１，Ｄ２を含む平面に垂直である。前部上面１４１ａおよび後部上面１４１ｃは同一の平面上にあり、中央部上面１４１ｂは前部上面１４１ａおよび後部上面１４１ｃよりも高い位置にある。

筐体部１４１の内部には、複数の円形のマーカ１４３を有する保持部材４００が収容される。本例では、各マーカ１４３の形状は円形に限定されず、三角形状、四角形状、または星形状等の他の形状であってもよい。筐体部１４１には、内部の複数のマーカ１４３を露出させるための複数の開口が形成される。保持部材４００およびマーカ１４３の詳細については後述する。

図３の例においては、保持部材４００に７つのマーカ１４３が設けられる。筐体部１４１の前端に３つのマーカ１４３が配置され、中央に２つのマーカ１４３が配置され、後端に２つのマーカ１４３が配置される。前部上面１４１ａには、前端の３つのマーカ１４３を露出させるための開口ＯＰａが形成される。中央部上面１４１ｂには、中央の２つのマーカ１４３を露出させるための開口ＯＰｂが形成される。後部上面１４１ｃには、後端の２つのマーカ１４３を露出させるための開口ＯＰｃが形成される。

本例においては、筐体部１４１の前端の３つのマーカ１４３および後端の２つのマーカ１４３は、同一の平面上に位置するように配置されている。また、中央の２つのマーカ１４３は、他のマーカ１４３が位置する平面よりも高い平面上に位置するように配置されている。

本例において、各マーカ１４３は定期的に波長８６０ｎｍの赤外線を放出する。複数のマーカ１４３から放出された赤外線は、筐体部１４１の複数の開口ＯＰａ，ＯＰｂ，ＯＰｃを通って図２の主撮像部１３０により撮像される。

図２の主撮像部１３０は、載置台１２０の斜め上方に位置する。上記のように、使用者は、筐体部１４１の上面を容易に斜め上方に向けることができる。そのため、主撮像部１３０は、載置台１２０上の測定対象物Ｓの形状測定時に、プローブ１４０の複数のマーカ１４３から放出される赤外線を効率よく撮像することができる。

図３に示すように、スタイラス１４４は、測定対象物Ｓに接触可能な接触部１４４ａを有する棒状の部材である。本実施の形態においては、スタイラス１４４の先端に球状の接触部１４４ａが設けられる。筐体部１４１の前端面および下面には、スタイラス１４４を取り付けるための図示しない取付部が形成されている。使用者は、測定対象物Ｓの形状に応じて、スタイラス１４４の取り付け位置を筐体部１４１の前端面と前端の下面との間で任意に変更することができる。図３の例では、スタイラス１４４は、筐体部１４１の前端面に取り付けられている。

電源基板１４５は、後述の発光基板４３１，４３２，４３３（図６）に電力を供給する。電源基板１４５は、把持部１４２の内部に収納される。接続端子１４６は、把持部１４２の下部に配置される。複数のマーカ１４３の発光動作は、接続端子１４６に接続されたケーブルを通して図１の制御基板１８０により制御される。なお、プローブ１４０と制御基板１８０とが無線により通信可能に設けられてもよい。

副撮像部１５０は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。副撮像部１５０の解像度は、主撮像部１３０の解像度よりも低くてもよい。副撮像部１５０は、プローブ１４０のスタイラス１４４の接触部１４４ａとの位置関係が既知となる位置に配置される。本実施の形態においては、副撮像部１５０は、プローブ１４０の筐体部１４１の前端の端面に配置される。副撮像部１５０の各画素から受光信号が制御基板１８０に出力される。

図２に示すように、表示部１６０は、保持部１１０のスタンド部１１２に支持され、かつ表示部１６０の表示画面が斜め上方を向くように設置部１１１上に設けられる。これにより、使用者は、最小限の視線の移動で測定対象物Ｓおよび表示部１６０を選択的に視認することができ、または測定対象物Ｓおよび表示部１６０を同時に視認することができる。

表示部１６０は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。表示部１６０には、制御基板１８０による制御に基づいて、処理装置２００により生成された画像、光学式座標測定装置３００の操作手順画面、または測定の結果等が表示される。

操作部１７０は、例えば複数の操作ボタンを有する。操作部１７０は、測定を行う測定対象物Ｓの部分を指定するとき等に使用者により操作される。操作部１７０は、プローブ１４０に一体的に設けられてもよい。例えば、図２の把持部１４２に１または複数の操作ボタンが操作部１７０として設けられてもよい。この場合、使用者が一方の手で把持部１４２を把持しつつ操作部１７０を操作することができる。

制御基板１８０は、保持部１１０の設置部１１１内に設けられる。制御基板１８０は、主撮像部１３０、プローブ１４０、副撮像部１５０、表示部１６０および操作部１７０に接続される。処理装置２００は、制御基板１８０を介して主撮像部１３０、プローブ１４０、副撮像部１５０、表示部１６０および操作部１７０の動作を制御する。

制御基板１８０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。主撮像部１３０および副撮像部１５０から出力される受光信号は、制御基板１８０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次処理装置２００に転送される。

本実施の形態においては、図３の複数のマーカ１４３の発光のタイミングと図２の主撮像部１３０の撮像のタイミングとが同期される。複数のマーカ１４３の発光期間に蓄積された画素データが、次のマーカ１４３の消光期間に制御基板１８０から処理装置２００に転送される。

図１に示すように、処理装置２００は、記憶部２１０、制御部２２０および操作部２３０を含む。記憶部２１０は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）およびハードディスクを含む。記憶部２１０には、システムプログラムが記憶される。また、記憶部２１０は、種々のデータの処理および測定ヘッド１００から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。

制御部２２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。本実施の形態においては、記憶部２１０および制御部２２０は、パーソナルコンピュータにより実現される。制御部２２０は、測定ヘッド１００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。制御部２２０は、生成された画像データに基づいて、プローブ１４０のスタイラス１４４の接触部１４４ａの位置を算出する。

操作部２３０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。操作部２３０は、使用者により操作される。

（２）主撮像部の構成
図４は、主撮像部１３０の構成について説明するための図である。図４（ａ）は、主撮像部１３０の模式的断面図であり、図４（ｂ）は、主撮像部１３０の外観斜視図である。

図４（ａ）に示すように、主撮像部１３０は、素子保持部１３０ａ、レンズ保持部１３０ｂ、撮像素子１３１および複数のレンズ１３２を備える。素子保持部１３０ａおよびレンズ保持部１３０ｂは例えば金属材料からなる。素子保持部１３０ａおよびレンズ保持部１３０ｂは、一体成形により共通の部材として設けられもよく、または別体として設けられてもよい。

素子保持部１３０ａの一面に矩形の断面を有する凹部１３３が形成される。凹部１３３に撮像素子１３１が嵌合される。撮像素子１３１の位置ずれを防止するため、凹部１３３内で撮像素子１３１が固定されてもよい。凹部１３３の底面から素子保持部１３０ａの上記一面に平行な他面にかけて貫通孔１３４が形成される。

レンズ保持部１３０ｂは、円筒形状を有する。レンズ保持部１３０ｂの一端部が素子保持部１３０ａの上記他面に固定される。レンズ保持部１３０ｂには種々の大きさを有する複数のレンズ１３２が保持される。複数のレンズ１３２は、素子保持部１３０ａの貫通孔１３４と重なり、かつ互いに光軸が一致するように配置される。レンズ保持部１３０ｂの他端部から複数のレンズ１３２を通して撮像素子１３１に光が入射する。

（３）主撮像部による検出
上記のように、主撮像部１３０は、プローブ１４０の複数のマーカ１４３から放出される赤外線を検出する。図５は、主撮像部１３０と複数のマーカ１４３との関係について説明するための模式図である。図５においては、理解を容易にするため、ピンホールカメラモデルと同様の作用を有する光学的に単純化されたモデルを用いて説明する。図５には、主撮像部１３０の複数のレンズ１３２のうち１つのレンズ１３２のみが示され、そのレンズ１３２の主点１３２ａを通るように撮像素子１３１に光が導かれる。

図５に示すように、主撮像部１３０は、一定の画角（視野角）θを有する。主撮像部１３０の画角θの範囲内に、撮像領域Ｖが含まれる。撮像領域Ｖ内に複数のマーカ１４３がそれぞれ位置する場合、それらのマーカ１４３から放出される赤外線が、レンズ１３２の主点１３２ａを通って撮像素子１３１に入射する。

この場合、撮像素子１３１の受光位置Ｐに基づいて、レンズ１３２の主点１３２ａから各マーカ１４３へ向かう方向が特定される。図５の例では、一点鎖線で示すように、各受光位置Ｐおよびレンズ１３２の主点１３２ａを通る各直線上に各マーカ１４３が位置する。また、複数のマーカ１４３の相対的な位置関係は、例えば図１の記憶部２１０に予め記憶される。

レンズ１３２の主点１３２ａから各マーカ１４３へ向かう方向および複数のマーカ１４３の位置関係に基づいて、各マーカ１４３の中心の位置が一義的に定まる。また、本実施の形態では、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸がそれぞれ定義され、撮像領域Ｖ内の絶対位置が３次元座標で表される。図１の制御部２２０は、撮像素子１３１の受光位置Ｐ、および予め記憶された複数のマーカ１４３の位置関係に基づいて、各マーカ１４３の中心の座標を算出する。

算出された各マーカ１４３の中心の座標に基づいて、プローブ１４０の接触部１４４ａ（図３）と測定対象物Ｓとの接触位置の座標が図１の制御部２２０により算出される。

例えば、各マーカ１４３の中心と接触部１４４ａ（図３）の中心との位置関係が、図１の記憶部２１０に予め記憶される。算出された各マーカ１４３の中心の座標、および予め記憶された各マーカ１４３の中心と接触部１４４ａの中心との位置関係に基づいて、接触部１４４ａの中心の座標が特定される。

また、各マーカ１４３の中心の座標に基づいて、プローブ１４０の姿勢が特定される。これにより、スタイラス１４４の向きが特定される。また、各マーカ１４３の中心の座標の変化に基づいて、接触部１４４ａの移動方向が特定される。通常、接触部１４４ａは、接触されるべき測定対象物Ｓの面に対して垂直に近づけられる。そのため、特定されたスタイラス１４４の向きおよび接触部１４４ａの移動方向に基づいて、接触部１４４ａの中心と接触位置との相対的な位置関係が推定される。推定された位置関係に基づいて、接触部１４４ａの中心の座標から接触部１４４ａと測定対象物Ｓとの接触位置の座標が算出される。

なお、測定対象物Ｓから接触部１４４ａに加わる力の方向を検出するセンサがプローブ１４０に設けられてもよい。その場合、センサの検出結果に基づいて、接触部１４４ａと測定対象物Ｓとの接触位置の座標を算出することができる。

撮像素子１３１と複数のレンズ１３２との位置関係、複数のマーカ１４３の位置関係、および複数のマーカ１４３と接触部１４４ａとの位置関係等に個体差があると、算出される座標にばらつきが生じる。そこで、光学式座標測定装置３００による測定を行う前に、個体差によるばらつきを防止するためのキャリブレーション（校正）が行われることが好ましい。

（４）プローブの内部構成
上記のように、複数のマーカ１４３の位置関係が予め記憶され、その位置関係に基づいて、主撮像部１３０により生成される画像データから種々の座標が算出される。そのため、もし複数のマーカ１４３の位置関係が変化すると、正確な座標を算出することができない。そこで、本実施の形態では、複数のマーカ１４３の位置関係が一定に維持されるようにプローブ１４０が構成される。

プローブ１４０の内部構成について説明する。図６は、プローブ１４０の筐体部１４１内に収容される部材を示す分解斜視図である。図６および後述の図７〜図１２の説明において、上下方向は、図３の第１および第２の方向Ｄ１，Ｄ２を含む平面に平行でかつ第２の方向にＤ２に垂直な方向である。

図３の筐体部１４１内には、図６に示される保持部材４００、マーカ部材４１１，４１２，４１３、拡散板４２１，４２２，４２３、および発光基板４３１，４３２，４３３が収容される。

保持部材４００は、吸湿性が低くかつ線膨張係数が小さい材料からなる。保持部材４００の線膨張係数は、３０×１０^−６／Ｋ以下であることが好ましい。保持部材４００の材料として、例えばガラス、セラミックス、金属、合金またはガラスセラミックスが用いられる。特に、軽量でかつ低コストな石英ガラスが用いられることが好ましい。石英ガラスの線膨張係数は、０．５×１０^−６／Ｋである。

保持部材４００は、下方に開放された舟型形状を有し、前部保持部４０１ａ、中央部保持部４０１ｂおよび後部保持部４０１ｃを含む。前部保持部４０１ａおよび後部保持部４０１ｃは平板状の上面部４０５ａ，４０５ｃをそれぞれ有する。上面部４０５ａ，４０５ｃは同一の平面上にある。中央部保持部４０１ｂは、上方に突出する突出部４０５ｂを有する。突出部４０５ｂは、上面部４０５ｘおよび側面部４０５ｙを含む。前部保持部４０１ａの上面部４０５ａには開口４０２ａが形成され、中央部保持部４０１ｂの上面部４０５ｘには開口４０２ｂが形成され、後部保持部４０１ｃの上面部４０５ｃには開口４０２ｃが形成される。

保持部材４００の上面部４０５ａ，４０５ｘ，４０５ｃは、図３の筐体部１４１の前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃとそれぞれ重なる。

図６の保持部材４００の開口４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃは、図３の筐体部１４１の開口ＯＰａ，ＯＰｂ，ＯＰｃとそれぞれ重なる。図３に示すように、開口４０２ａは開口ＯＰａよりも小さく、開口４０２ａの縁部は開口ＯＰａの縁部の内側にある。開口４０２ｂは開口ＯＰｂよりも小さく、開口４０２ｂの縁部は開口ＯＰｂの縁部の内側にある。開口４０２ｃは開口ＯＰｃよりも小さく、開口４０２ｃの縁部は開口ＯＰｃの縁部の内側にある。

前部保持部４０１ａの上面部４０５ａの下方に、マーカ部材４１１、拡散板４２１および発光基板４３１が配置される。中央部保持部４０１ｂの上面部４０５ｘの下方に、マーカ部材４１２、拡散板４２２および発光基板４３２が配置される。後部保持部４０１ｃの下方に、マーカ部材４１３、拡散板４２３および発光基板４３３が配置される。

マーカ部材４１１，４１２，４１３の一面（図６の上面）には、図３の複数のマーカ１４３をそれぞれ構成する複数の円形領域ＣＲが設けられる。マーカ部材４１１は、３つの円形領域ＣＲを含む上面の領域が前部保持部４０１ａの開口４０２ａ内で露出するように配置される。マーカ部材４１２は、２つの円形領域ＣＲを含む上面の領域が中央部保持部４０１ｂの開口４０２ｂ内で露出するように配置される。マーカ部材４１３は、２つの円形領域ＣＲを含む上面の領域が後部保持部４０１ｃの開口４０２ｃ内で露出するように配置される。マーカ部材４１１，４１２，４１３の詳細については後述する。

拡散板４２１，４２２，４２３は、光を拡散させつつ透過する。拡散板４２１，４２２，４２３は、例えば樹脂からなる。発光基板４３１，４３２，４３３の上面には、複数の発光素子Ｌが実装される。本例において、各発光素子Ｌは、赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）である。赤外ＬＥＤの代わりに、他の波長の光を発するＬＥＤが用いられてもよく、またはフィラメント等の他の発光素子が用いられてもよい。

マーカ部材４１１，４１２，４１３の構成について、マーカ部材４１２を例に説明する。図７は、マーカ部材４１２の模式的断面図である。マーカ部材４１１，４１３は、図７に示されるマーカ部材４１２と同様の構成を有する。

図７に示すように、マーカ部材４１２は、ガラスからなる板状部材ＧＰを含む。板状部材ＧＰは、高い透光性を有する。板状部材ＧＰの材料として、例えば石英ガラスまたはソーダガラスが用いられる。特に、線膨張係数が小さくかつ吸湿性が低い石英ガラスが、板状部材ＧＰの材料として用いられることが好ましい。板状部材ＧＰは、図６の保持部材４００と同じ材料からなることが好ましい。また、板状部材ＧＰと図６の保持部材４００の線膨張係数の差が小さいほど温度補正が容易となるため好ましい。本例では、保持部材４００および板状部材ＧＰがともに石英ガラスからなる。

複数の円形領域ＣＲを除いて板状部材ＧＰの一面に遮光性のマスクＭＫが印刷により形成される。マスクＭＫにより図３の各マーカ１４３の外形が形成される。印刷による形成は、スパッタ法または蒸着法による形成を含む。また、スクリーン印刷等の他の印刷法によりマスクＭＫが形成されてもよい。マスクＭＫの材料として、ガラスに対する吸着性が高い（付着力が強い）金属材料が用いられ、例えばクロムが用いられる。これにより、ガラスからなる板状部材ＧＰ上に膜強度が高くかつ膜厚が小さいマスクＭＫを形成することができる。また、ガラスと吸着しやすい金属材料の薄膜上に、さらに他の金属薄膜を形成することにより、膜強度が高い積層膜からなるマスクＭＫを形成してもよい。また、エマルジョンインクまたは他の有機インク等を用いてマスクＭＫが形成されてもよい。マスクＭＫの厚みは、板状部材ＧＰの厚みよりも小さい。マスクＭＫの厚みは、５μｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であることがより好ましい。

マーカ部材４１１，４１２，４１３、拡散板４２１，４２２，４２３および発光基板４３１，４３２，４３３の位置関係について、マーカ部材４１２、拡散板４２２および発光基板４３２の位置関係を例に説明する。図８は、マーカ部材４１２、拡散板４２２および発光基板４３２の位置関係を示す断面図である。マーカ部材４１１、拡散板４２１および発光基板４３１の位置関係、ならびにマーカ部材４１３、拡散板４２３および発光基板４３３の位置関係は、図８に示されるマーカ部材４１２、拡散板４２２および発光基板４３２の位置関係と同様である。

図８に示すように、中央部保持部４０１ｂの突出部４０５ｂの内部空間は、下方に向かって段階的に拡がるように設けられる。側面部４０５ｙは、内側面として上部側面ＳＰ１および下部側面ＳＰ２を有する。上部側面ＳＰ１は、開口４０２ｂの縁部よりも外側にある。下部側面ＳＰ２は、上部側面ＳＰ１よりも外側にある。

上部側面ＳＰ１により囲まれる領域に、マーカ部材４１２が配置される。マーカ部材４１２は開口４０２ｂよりも大きい。開口４０２ｂの内周面の下端部から上部側面ＳＰ１の上端部にかけて外側に延びるように段差部ＳＴ１が形成される。マーカ部材４１２の上面の周縁部は、段差部ＳＴ１に当接する。上部側面ＳＰ１とマーカ部材４１２の外周面との間には、隙間ＣＬ１が形成される。その隙間ＣＬ１に接着剤が充填されることにより、マーカ部材４１２が開口４０２ｂに重なるように固定される。マーカ部材４１２の上面の周縁部が接着剤により段差部ＳＴ１に接着されてもよい。

なお、上部側面ＳＰ１とマーカ部材４１２の外周面との間に隙間ＣＬ１が存在するので、保持部材４００およびマーカ部材４１２の寸法変化によって隙間ＣＬ１内の接着剤に応力が加わった場合、上部側面ＳＰ１により囲まれる領域内でマーカ部材４１２の位置が変動する可能性がある。本実施の形態では、後述のように、保持部材４００およびマーカ部材４１２の寸法安定性が高い。そのため、隙間ＣＬ１内の接着剤に応力が加わりにくく、マーカ部材４１２の位置変動が防止される。

なお、接着剤を用いた接着の代わりに、融着またはオプティカルコンタクト等の他の方法により保持部材４００にマーカ部材４１１，４１２，４１３が接合されてもよい。

下部側面ＳＰ２により囲まれる領域の上端部に、拡散板４２２が配置される。上部側面ＳＰ１の下端部から下部側面ＳＰ２の上端部にかけて外側に延びるように段差部ＳＴ２が形成される。拡散板４２２の上面は、マーカ部材４１２の下面および段差部ＳＴ２に当接する。拡散板４２２の上面の周縁部が接着剤により段差部ＳＴ２に接着されてもよい。下部側面ＳＰ２と拡散板４２２の外周面との間には、隙間ＣＬ２が形成される。下部側面ＳＰ２に沿って上下に延びるように、筒状の拡散反射シートＲＳが配置される。拡散反射シートＲＳは、光を拡散させつつ反射する。拡散反射シートＲＳは接着剤により下部側面ＳＰ２に接着されてもよい。また、拡散反射シートＲＳの代わりに、ミラーシートが用いられてもよい。拡散反射シートＲＳの上端部は、隙間ＣＬ２内に位置する。

下部側面ＳＰ２の下端部から外側に延びるように段差部ＳＴ３が形成される。段差部ＳＴ３に当接するように発光基板４３２が配置される。発光基板４３２は、接着剤またはねじにより段差部ＳＴ３に固定されてもよい。拡散板４２２と重なる発光基板４３２の領域の全体に、複数の発光素子Ｌが略均一に配置される。

図９は、各発光素子Ｌから発せられる赤外線について説明するための図である。図９においては、一の発光素子Ｌから発せられる赤外線のみが示される。図９に示すように、発光素子Ｌにより発せられる赤外線は、拡散反射シートＲＳ上で反射されることにより種々の方向に拡散される。また、拡散板４２２を透過することによって種々の方向に拡散される。これらの赤外線のうち、マーカ部材４１２のマスクＭＫが形成されない円形領域ＣＲを通過する赤外線のみが、図３の筐体部１４１の外部に放出され、それ以外の赤外線は、マスクＭＫまたは筐体部１４１内の他の部分で遮られて筐体部１４１の外部に放出されない。他の発光素子Ｌから発せられる赤外線も同様に、拡散反射シートＲＳおよび拡散板４２２によって拡散されつつ円形領域ＣＲを通して筐体部１４１の外部に放出される。それにより、図３のプローブ１４０の各マーカ１４３から種々の方向に十分な強度の赤外線が放出される。

拡散板４２２は、マーカ部材４１２より大きいことが好ましい。また、複数の発光素子Ｌはマーカ部材４１２の円形領域ＣＲより広い領域に均一に配置されることが好ましい。具体的には、一の円形領域ＣＲに対して、その円形領域ＣＲの２倍の面積を有する領域に複数の発光素子Ｌが均一に配置されることが好ましい。これらにより、円形領域ＣＲを通して放出される種々の方向の赤外線の強度を均一化させることができる。

本実施の形態では、マーカ部材４１１，４１２，４１３の各々が、高い透光性を有する板状部材ＧＰ、およびその一面に印刷により形成された遮光性を有するマスクＭＫからなる。このようなマーカ部材４１１，４１２，４１３が用いられることにより、プローブ１４０のマーカ１４３の位置特定の精度が向上される。以下、その理由について説明する。

図１０は、比較例としてのマーカ部材を用いた場合に主撮像部１３０に入射する赤外線について説明するための模式図である。図１０の例では、マーカ部材として、遮光性の材料からなる板状部材ＧＰａが用いられる。板状部材ＧＰａには、円形領域ＣＲに対応する貫通孔ＶＨが形成される。板状部材ＧＰの上面および下面は互いに平行であり、貫通孔ＶＨは板状部材ＧＰの上面および下面に対して垂直である。以下の説明において、板状部材ＧＰと直交または斜交するとは、板状部材ＧＰの上面および下面と直交または斜交することをいう。

図１０（ａ）に示すように、主撮像部１３０が板状部材ＧＰａの上方に位置する場合、板状部材ＧＰａと略直交する方向に貫通孔ＶＨを通過する赤外線が、主撮像部１３０に入射する。この場合、貫通孔ＶＨの方向と主撮像部１３０に入射する赤外線の方向とがほぼ一致する。そのため、貫通孔ＶＨの上端開口の全体を通して赤外線が主撮像部１３０に入射する。それにより、貫通孔ＶＨの断面形状に対応する画像データが得られる。

一方、図１０（ｂ）に示すように、主撮像部１３０が、板状部材ＧＰａの斜め上方に位置する場合、板状部材ＧＰａと斜交する方向に貫通孔ＶＨを通過する赤外線が、主撮像部１３０に入射する。この場合、貫通孔ＶＨの方向と主撮像部１３０に入射する赤外線の方向とが異なる。そのため、貫通孔ＶＨの内周面で赤外線が遮られ、貫通孔ＶＨの上端開口の一部を通して赤外線が主撮像部１３０に入射する。それにより、貫通孔ＶＨの断面形状に対応する画像データが得られない。そのため、貫通孔ＶＨの位置を正確に特定することができない。

このように、図１０の例では、マーカ１４３が向けられる方向が異なると、貫通孔ＶＨの位置の特定の精度が異なる。貫通孔ＶＨの方向と主撮像部１３０に入射する赤外線の方向との角度が大きいほど、位置特定の精度が低くなる。また、板状部材ＧＰａの厚みが大きいほど、位置特定の精度が低くなる。

図１１は、本実施の形態に係るマーカ部材４１１，４１２，４１３を用いた場合に主撮像部１３０に入射する赤外線について説明するための模式図である。

本実施の形態では、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、主撮像部１３０が板状部材ＧＰａの上方に位置する場合および斜め上方に位置する場合のいずれにおいても、円形領域ＣＲのほぼ全体を通して赤外線が主撮像部１３０に入射する。これは、遮光性を有するマスクＭＫの厚みを極めて小さくすることができることによる。

したがって、マーカ１４３が向けられる方向が異なっても、円形領域ＣＲの形状に対応する画像データが得られる。それにより、マーカ１４３が向けられる方向によってマーカ１４３の位置特定の精度が低くなることが防止され、マーカ１４３の位置特定の精度が高く維持される。

図１２は、筐体部１４１内における保持部材４００の保持構造について説明するための模式的断面図である。図１２に示すように、筐体部１４１は、上部筐体部１４８および下部筐体部１４９を含む。上部筐体部１４８および下部筐体部１４９により形成される内部空間に、保持部材４００が収容される。

上部筐体部１４８および下部筐体部１４９には、貫通孔１４８ａ，１４９ａがそれぞれ形成される。保持部材４００には、円筒状の挿入部４０６が設けられる。図６に示すように、保持部材４００の前部保持部４０１ａに２つの挿入部４０６が設けられ、後部保持部４０１ｃに１つの挿入部１０６が設けられる。これら３つの挿入部１０６およびその周囲の部分は、互いに同様の構成を有する。

図１２に示すように、挿入部４０６内には、例えば金属からなる円筒状のカラー４０６ａが挿入される。上部筐体部１４８の貫通孔１４８ａ、カラー４０６ａ、および下部筐体部１４９の貫通孔１４９ａを通してねじＳＣが挿入され、ねじＳＣの先端部にナットＮＴが取り付けられる。上部筐体部１４８の上面とねじＳＣの頭部との間にはワッシャＷ１が配置され、下部筐体部１４９の下面とナットＮＴとの間にはワッシャＷ２が配置される。

挿入部４０６およびカラー４０６ａの上端部と上部筐体部１４８の下面との間に形成される隙間には、柔軟性を有するブッシュＢ１が配置される。また、挿入部４０６およびカラー４０６ａの下端部と下部筐体部１４９の上面との間に形成される隙間には、柔軟性を有するブッシュＢ２が配置される。ブッシュＢ１，Ｂ２は、例えばゲル状の材料からなる。ゴムまたはスポンジ等の他の材料によりブッシュＢ１，Ｂ２が形成されてもよい。

この場合、プローブ１４０の落下または衝突等によって筐体部１４１に衝撃が加わっても、筐体部１４１から保持部材４００に伝わる衝撃がブッシュＢ１，Ｂ２によって緩和される。それにより、保持部材４００の破損が防止される。

（５）測定例
光学式座標測定装置３００による測定対象物Ｓの寸法の測定例について説明する。図１３は、図２の表示部１６０に表示される画像の一例を示す図である。図１４は、測定対象物Ｓの一例を示す図である。

図１３には、撮像領域Ｖを仮想的に表す画像（以下、撮像領域仮想画像と呼ぶ）ＶＩが示される。上記のように、撮像領域Ｖには、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸がそれぞれ設定される。本例では、載置台１２０の上面に平行でかつ互いに直交するようにｘ軸およびｙ軸が設定され、載置台１２０の上面に対して垂直にｚ軸が設定される。また、載置台１２０の中心が原点Ｏに設定される。図１３の撮像領域仮想画像ＶＩには、原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が含まれるとともに、載置台１２０の外周を表す線（図１３の点線）が含まれる。

図１４の測定対象物Ｓは、直方体形状を有する。本例では、測定対象物Ｓの一側面Ｓａと、その反対側の側面Ｓｂとの間の距離が測定される。測定対象物Ｓの側面Ｓａ，Ｓｂは、それぞれｘ軸に対して垂直である。

図１５〜図１９は、図１４の測定対象物Ｓにおける具体的な測定例について説明するための図である。図１５（ａ）および図１７（ａ）は、載置台１２０、主撮像部１３０、プローブ１４０および測定対象物Ｓの位置関係を示す正面図であり、図１５（ｂ）および図１７（ｂ）は、プローブ１４０および測定対象物Ｓの外観斜視図である。図１６、図１８および図１９には、表示部１６０に表示される撮像領域仮想画像ＶＩの例が示される。

図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、プローブ１４０の複数のマーカ１４３が撮像領域Ｖ内に位置するように、スタイラス１４４の接触部１４４ａが測定対象物Ｓの側面Ｓａに接触される。その状態で、図１の操作部１７０が操作されることにより、図１５（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓと接触部１４４ａとの接触位置が測定位置Ｍ１ａとして設定される。この場合、測定位置Ｍ１ａの座標が特定される。

同様にして、測定対象物Ｓの側面Ｓａ上の３つの位置が測定位置Ｍ２ａ，Ｍ３ａ，Ｍ４ａとして設定され、測定位置Ｍ２ａ，Ｍ３ａ，Ｍ４ａの座標が特定される。続いて、図１の操作部１７０または操作部２３０が操作されることにより、測定位置Ｍ１ａ〜Ｍ４ａを通る平面が、測定対象物Ｓの側面Ｓａに対応する測定平面ＭＬ１として設定される。この場合、図１６に示すように、撮像領域仮想画像ＶＩ上に、設定された測定平面ＭＬ１が重畳される。

続いて、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、プローブ１４０の複数のマーカ１４３が撮像領域Ｖ内に位置するように、スタイラス１４４の接触部１４４ａが測定対象物Ｓの側面Ｓｂに接触される。その状態で、図１の操作部１７０が操作されることにより、図１７（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓと接触部１４４ａとの接触位置が測定位置Ｍ１ｂとして設定される。この場合、測定位置Ｍ１ｂの座標が特定される。

同様にして、測定対象物Ｓの側面Ｓｂ上の３つの位置が測定位置Ｍ２ｂ，Ｍ３ｂ，Ｍ４ｂとして設定され、測定位置Ｍ２ｂ，Ｍ３ｂ，Ｍ４ｂの座標が特定される。続いて、図１の操作部１７０または操作部２３０が操作されることにより、測定位置Ｍ１ｂ〜Ｍ４ｂを通る平面が、測定対象物Ｓの側面Ｓｂに対応する測定平面ＭＬ２として設定される。この場合、図１８に示すように、撮像領域仮想画像ＶＩ上に、測定平面ＭＬ１に加えて、設定された測定平面ＭＬ２が重畳される。

続いて、図１の操作部１７０または操作部２３０が操作されることにより、図１の制御部２２０において、決定された測定平面ＭＬ１，ＭＬ２の距離が算出され、図１９に示すように、算出結果が撮像領域仮想画像ＶＩ上に表示される。なお、算出結果は、撮像領域仮想画像ＶＩと別個に表示部１６０に表示されてもよい。また、２つの測定平面間の距離の算出条件等は、使用者により適宜設定可能であってもよい。

本例では、４つの測定位置に基づいて１つの測定平面が決定されるが、最少で３つの測定位置に基づいて、１つの測定平面を設定することができる。一方、４つ以上の測定位置を設定することにより、測定対象物Ｓに対応する測定平面をより正確に設定することができる。また、４つ以上の測定位置に基づいて、測定対象物Ｓの面の平面度を求めることもできる。

また、本例では、指定された複数の位置（測定位置）を通る平面（測定平面）が測定対象として設定されるが、測定対象物の形状に応じて、他の幾何学形状が測定対象として設定されてもよい。例えば、指定された複数の位置を通る円筒または球等が測定対象として設定されてもよい。この場合、設定された円筒の断面の径または球の半径等を求めることができる。また、設定された幾何学形状に関する角度または面積等が求められてもよい。

（６）撮像部の使用例
図３の副撮像部１５０によって測定対象物Ｓを撮像することにより、測定対象物Ｓの画像を表示部１６０に表示させることができる。以下、副撮像部１５０により得られる画像を撮像画像と呼ぶ。

複数のマーカ１４３と副撮像部１５０との位置関係、および副撮像部１５０の特性（画角およびディストーション等）は、例えば図１の記憶部２１０に撮像情報として予め記憶される。そのため、複数のマーカ１４３が撮像領域Ｖ内にある場合、副撮像部１５０により撮像される領域が図１の制御部２２０により認識される。すなわち、撮像画像に対応する３次元空間が制御部２２０により認識される。

上記のように、測定位置および測定平面等の測定に関する情報（以下、測定情報と呼ぶ）は、３次元空間で設定される。本実施の形態では、これらの測定情報を撮像画像と対応付け、撮像画像上に測定情報を重畳表示することができる。

図２０は、撮像画像上に測定情報が重畳表示された例を示す図である。図２０の例では、測定対象物Ｓの側面Ｓａが副撮像部１５０により撮像される。その撮像画像ＳＩに、測定位置Ｍ１ａ〜Ｍ４ａを表す複数の球体の画像Ｐ１ａ〜Ｐ４ａが重畳されるとともに、測定平面ＭＬ１を表す画像ＰＬ１が重畳される。

このように、実際に測定対象物Ｓが撮像されることによって得られる撮像画像上に測定情報が重畳されることにより、測定情報を使用者が視覚的に把握しやすくなる。また、一の測定対象物Ｓに対する測定を行った後に、他の測定対象物Ｓに対して同様の測定を行う場合、測定情報が重畳された撮像画像を参照することにより、他の測定対象物Ｓに対する測定を容易に行うことが可能となる。

（７）効果
上記実施の形態に係る光学式座標測定装置３００においては、プローブ１４０の複数のマーカ１４３を構成するマーカ部材４１１，４１２，４１３が、保持部材４００により保持される。

この場合、マーカ部材４１１，４１２，４１３の板状部材ＧＰがガラスからなるため、吸湿によるマーカ部材４１１，４１２，４１３の経時的な寸法変化が防止される。また、保持部材４００により複数のマーカ部材４１２，４１２，４１３の位置関係を一定に維持することができる。

また、線膨張係数が小さくかつ吸湿性が低い石英ガラスにより板状部材ＧＰおよび保持部材４００がそれぞれ形成されるので、熱および吸湿によるマーカ部材４１１，４１２，４１３および保持部材４００の寸法変化が十分に防止される。また、マーカ部材４１１，４１２，４１３と保持部材４００との間で線膨張係数の差による歪みが生じくい。それにより、マーカ部材４１１，４１２，４１３および保持部材４００の寸法安定性が高くなる。

また、マーカ部材４１１，４１２，４１３の各々において、遮光性を有するマスクＭＫが、円形領域ＣＲを除く板状部材ＧＰの一面上の領域に形成される。この場合、マスクＭＫの厚みを小さくすることができるため、円形領域ＣＲを通過してプローブ１４０の外部に放出されるべき赤外線が、マスクＭＫによって遮られることが防止される。そのため、撮像で得られるマーカ１４３の画像の外形が歪むことが防止され、各マーカ１４３の位置を正確に撮像することができる。

これらにより、主撮像部１３０により生成される複数のマーカ１４３の画像データに基づいて、プローブ１４０により指定された測定位置を精度良く算出することができる。

また、上記実施の形態では、発光基板４３１，４３２，４３３とマーカ部材４１１，４１２，４１３との間に拡散板４２１，４２２，４２３が配置され、発光基板４３１，４３２，４３３とマーカ部材４１１，４１２，４１３との間の各空間を取り囲むように拡散反射シートＲＳが配置される。これにより、マーカ部材４１１，４１２，４１３の円形領域ＣＲを通して種々の方向に均一に赤外線を放出することができる。

（８）他の実施の形態
（８−１）
上記実施の形態では、保持部材４００とマーカ部材４１１，４１２，４１３とが別個の部材であるが、これらが一体の部材であってもよい。この場合、保持部材４００とマーカ部材４１１，４１２，４１３との間で歪みが生じること、および保持部材４００に対するマーカ部材４１１，４１２，４１３の位置ずれが生じることが防止される。したがって、複数のマーカ１４３の位置関係の変化がより十分に防止される。

（８−２）
上記実施の形態では、マーカ部材４１１，４１２，４１３に対応するように、拡散板４２１，４２２，４２３および発光基板４３１，４３２，４３３がそれぞれ設けられるが、本発明はこれに限らない。マーカ部材の数と拡散板の数とが一致していなくてもよい。同様に、マーカ部材の数と発光基板の数とが一致していなくてもよい。

例えば、一の拡散板により拡散される光が複数のマーカ部材を通してプローブ１４０から放出されてもよく、または複数の拡散板により拡散される光が一のマーカ部材を通してプローブ１４０から放出されてもよい。同様に、一の発光基板により発せられる光が複数のマーカ部材を通してプローブ１４０から放出されてもよく、または複数の発光基板により拡散される光が一のマーカ部材を通してプローブ１４０から放出されてもよい。

（８−３）
上記実施の形態では、発光基板４３１，４３２，４３３により発せられる光を拡散させるために、拡散板４２１，４２２，４２３および拡散反射シートＲＳが用いられるが、本発明はこれに限らない。複数のマーカ１４３の位置を検出可能であれば、拡散板４２１，４２２，４２３および拡散反射シートＲＳの一方または両方が用いられなくてもよい。

（８−４）
上記実施の形態は、１つの撮像部によってプローブが撮像されることにより測定位置の座標が測定されるシングルカメラ式の光学式座標測定装置に本発明が適用された例であるが、複数の撮像部によってプローブが撮像されることにより測定位置の座標が測定されるマルチカメラ式の光学式座標測定装置に本発明が適用されてもよい。

（９）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、光学式座標測定装置３００が光学式座標測定装置の例であり、マーカ１４３がマーカの例であり、プローブ１４０がプローブの例であり、主撮像部１３０が撮像部の例であり、制御部２２０が算出部の例であり、発光素子Ｌが光源の例であり、円形領域ＣＲが透光領域の例であり、板状部材ＧＰが透光部の例であり、マスクＭＫが遮光膜の例であり、保持部材４００が保持部の例であり、拡散板４２１，４２２，４２３が拡散部材の例であり、筐体部１４１が筐体部の例であり、ブッシュＢ１，Ｂ２が緩衝部材の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、種々の測定対象物の寸法等の測定に有効に利用することができる。
（１０）参考形態
（１）本参考形態に係る光学式座標測定装置は、複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、プローブの複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成された画像データに基づいて、プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、プローブは、光源と、各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、光源により発せられる光を透過するガラスからなる複数の透光部と、マーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて複数の透光部の表面に形成される遮光膜と、複数の透光部を保持する保持部とを含む。
この光学式座標測定装置においては、プローブの複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより画像データが生成される。生成された画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置が算出部により算出される。
各透光部の透光領域によりマーカが構成され、その透光領域を除く各透光部の領域の表面に遮光膜が形成される。光源により発せられる光のうち、複数の透光部の透光領域を通る光が、遮光膜によって遮られることなくプローブの外部に放出される。
この場合、各透光部がガラスからなるので、吸湿による各透光部の経時的な寸法変化が防止される。また、保持部により複数の透光部が保持されるので、複数の透光部の位置関係を一定に維持することができる。
また、マーカの外形がガラス表面に形成される遮光膜によって形成されるので、遮光膜の厚みが小さく、撮像で得られるマーカの画像の外形が遮光膜のエッジによって歪むことが防止される。そのため、各マーカの位置を正確に撮像することができる。
これらにより、複数のマーカの画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置の座標を精度良く算出することができる。
（２）保持部は、ガラス、金属、合金、セラミックス、およびガラスセラミックスから選択される一または複数の材料からなってもよい。
この場合、保持部が低吸湿性および低線膨張係数を有するため、吸湿および熱による保持部の寸法変化が防止される。そのため、複数の透光部の位置関係が一定に維持され、複数のマーカの位置関係が一定に維持される。したがって、複数のマーカの画像データに基づいて、プローブにより指定された測定位置の座標を精度良く算出することができる。
（３）保持部は、石英ガラスからなってもよい。
この場合、吸湿および熱による保持部の寸法変化がより十分に防止される。したがって、複数の透光部の位置関係が維持される。
（４）複数の透光部および保持部は、同じ材料からなってもよい。
この場合、複数の透光部と保持部との間で線膨張係数の差による歪みが生じにくいので、複数の透光部および保持部の寸法安定性が高くなる。
（５）各透光部は板状ガラスからなり、遮光膜は、各透光部の一面のみに形成されてもよい。
この場合、透光領域を斜めに通過してプローブの外部に放出されるべき光が、遮光膜のエッジによって遮られることが防止される。それにより、マーカの画像の歪みが十分に防止される。
（６）遮光膜は、蒸着膜であってもよい。
この場合、遮光膜が極めて小さい厚みを有することができる。それにより、透光領域を斜めに通過してプローブの外部に放出されるべき光が、遮光膜のエッジによって遮られることが防止される。それにより、マーカの画像の歪みが十分に防止される。
（７）プローブは、光源と各透光部との間に設けられ、光源により発せられる光を透過しつつ拡散させる拡散部材をさらに含んでもよい。
この場合、透光領域を通して種々の方向に光を放出させることができる。
（８）プローブは、保持部を収容する筐体部をさらに含み、保持部と筐体部との間に柔軟性を有する緩衝部材が配置されてもよい。
この場合、外部から保持部に直接的に応力が加わることがない。また、プローブの落下または衝突等によって筐体部に衝撃が加わっても、保持部に伝達される衝撃が緩衝部材により緩和される。それにより、保持部の破損が防止される。

１００ 測定ヘッド
１１０ 保持部
１１１ 設置部
１１２ スタンド部
１２０ 載置台
１３０ 主撮像部
１３１ 撮像素子
１３２ レンズ
１４０ プローブ
１４１ 筐体部
１４２ 把持部
１４３ マーカ
１４４ スタイラス
１４４ａ 接触部
１４５ 電源基板
１４６ 接続端子
１５０ 副撮像部
１６０ 表示部
１７０ 操作部
１８０ 制御基板
２００ 処理装置
２１０ 記憶部
２２０ 制御部
２３０ 操作部
３００ 光学式座標測定装置
４００ 保持部材
４１１，４１２，４１３ マーカ部材
４２１，４２２，４２３ 拡散板
４３１，４３２，４３３ 発光基板
Ｂ１，Ｂ２ ブッシュ
ＧＰ 板状部材
Ｌ 発光素子
ＭＫ マスク
Ｓ 測定対象物

Claims (9)

1. 複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、
   前記プローブの前記複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、
   前記撮像部により生成された画像データにより表される前記複数のマーカに基づいて、前記プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、
   前記プローブは、
   光源と、
   前記複数のマーカの各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、前記光源により発せられる光を透過する上表面が平面のガラスからなる複数の透光部と、
   前記複数のマーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて前記複数の透光部の前記上表面に形成される遮光膜と、
   前記複数の透光部を保持する保持部とを含む、光学式座標測定装置。
2. 複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、
   前記プローブの前記複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、
   前記撮像部により生成された画像データに基づいて、前記プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、
   前記プローブは、
   光源と、
   各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、前記光源により発せられる光を透過するガラスからなる複数の透光部と、
   前記マーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて前記複数の透光部の表面に形成される遮光膜と、
   前記複数の透光部を保持する保持部とを含み、
   前記プローブは、前記光源と各透光部との間に設けられ、前記光源により発せられる光を透過しつつ拡散させる拡散部材をさらに含む、光学式座標測定装置。
3. 複数のマーカを有し、測定位置を指定するためのプローブと、
   前記プローブの前記複数のマーカを撮像することにより画像データを生成する撮像部と、
   前記撮像部により生成された画像データに基づいて、前記プローブにより指定される測定位置の座標を算出する算出部とを備え、
   前記プローブは、
   光源と、
   各マーカを構成する透光領域をそれぞれ有し、前記光源により発せられる光を透過するガラスからなる複数の透光部と、
   前記マーカの外形が形成されるように、各透光領域を除いて前記複数の透光部の表面に形成される遮光膜と、
   前記複数の透光部を保持する保持部とを含み、
   前記プローブは、前記保持部を収容する筐体部をさらに含み、
   前記保持部と前記筐体部との間に柔軟性を有する緩衝部材が配置される、光学式座標測定装置。
4. 前記保持部は、ガラス、金属、合金、セラミックス、およびガラスセラミックスから選択される一または複数の材料からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
5. 前記保持部は、石英ガラスからなる、請求項４記載の光学式座標測定装置。
6. 前記複数の透光部および前記保持部は、同じ材料からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
7. 各透光部は板状ガラスからなり、
   前記遮光膜は、各透光部の一面のみに形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
8. 前記遮光膜は、蒸着膜である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
9. 前記遮光膜は、前記複数のマーカの各外形を円形状に形成する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。

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