JP7222765B2

JP7222765B2 - 画像測定装置

Info

Publication number: JP7222765B2
Application number: JP2019049702A
Authority: JP
Inventors: 洵宇佐美; 浩史高橋
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2023-02-15
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: JP2020153685A

Description

本発明は画像測定装置に関する。

画像測定装置は、ワーク（検査対象物）を撮像してワーク画像を生成し、ワーク画像に基づきワークの寸法などを測定する。特許文献１によれば、低倍率カメラに加え、高倍率カメラを搭載した画像測定装置（画像寸法測定装置）が提案されている。

特許第５６７９５６０号公報

ところで、低倍率カメラや高倍率カメラはワークを載置する載置台のほんの一部分だけしか撮像することができない。したがって、載置台のほぼ全体を示すような画像を表示するためには、低倍率カメラや高倍率カメラで取得された多数の画像を連結する必要がある。これは、多くの時間を必要とするだけでなく、ライブ画像を表示することもできない。そこで、低倍率カメラや高倍率カメラなどのワークの測定に使用される測定カメラとは別に、載置台の俯瞰画像を生成する俯瞰カメラを採用することが考えられる。ユーザは、測定カメラと俯瞰カメラとを切り替えることで、ワークの全体を示すような俯瞰画像とワークの一部を拡大したワーク画像とを視認することが可能となろう。ここで、俯瞰カメラと載置台との間の距離の調整をユーザ任せにするとユーザの負担になる。一方で、俯瞰カメラはワークや載置台を俯瞰することが目的であるが、俯瞰カメラと載置台との間の距離がほぼ一定であっても、俯瞰カメラの撮像視野内に載置台またはワークを収めることができる。したがって、ユーザの指示を待たずに俯瞰カメラと載置台との間の距離をほぼ一定に調整することができれば、ユーザの負担が軽減されよう。

そこで、本発明は、測定カメラと俯瞰カメラを有する画像測定装置を使用するユーザの負担を軽減することを目的とする。

本発明は、たとえば、
ワークが載置される載置台と、
前記載置台の上方に設けられ、前記載置台に載置されたワークを撮像し、当該ワークを測定するために利用されるワーク画像を生成するテレセントリック光学系を有し、視野範囲が前記載置台とのＺ方向における距離により変化しない測定カメラと、
前記載置台の上方に設けられ、前記載置台とのＺ方向における距離が所定の位置から前記載置台を俯瞰した俯瞰画像を生成する非テレセントリック光学系を有し、視野範囲が前記載置台とのＺ方向における距離により変化する俯瞰カメラと、
前記測定カメラと前記俯瞰カメラとがマウントされ、前記測定カメラと前記俯瞰カメラとを一体的に移動する構成であるカメラヘッド部と、
前記載置台と前記カメラヘッド部との少なくとも一方を駆動することで前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離と前記載置台と前記俯瞰カメラとのＺ方向における距離を調整し、前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離を調整することで前記測定カメラのピント調整を行い、所定の視野範囲をもつ前記俯瞰画像を取得するために前記俯瞰カメラを所定の位置に復帰させる駆動部と、
前記駆動部を制御するプロセッサと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記測定カメラにより前記ワークを撮像するときは、視野範囲を維持しつつ、前記駆動部を駆動させ、前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離を調整することで前記測定カメラのピント調整を行い、
前記測定カメラにより前記ワークを撮像しているときに、前記俯瞰カメラにより前記俯瞰画像を生成することが指示されると、前記載置台と前記カメラヘッド部のＺ方向における距離が所定距離になるように前記駆動部を制御し、前記俯瞰カメラを所定の位置に復帰させ、前記所定の位置から前記俯瞰カメラに所定の視野範囲をもつ前記俯瞰画像を生成させる、
画像測定装置を提供する。

本発明によれば、測定カメラと俯瞰カメラを有する画像測定装置を使用するユーザの負担が軽減される。

画像測定装置の概略を示す図測定ユニットの断面図俯瞰カメラの配置を説明する図コントローラを説明する図ユーザインタフェースを説明する図ユーザインタフェースを説明する図ユーザインタフェースを説明する図メインの処理を示すフローチャート変形例としての測定ユニットの断面図

以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一または同様の構成には同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。

＜画像測定装置１＞
図１は画像測定装置１の一構成例を示した斜視図である。画像測定装置１は、ワークを撮像してワーク画像を生成し、ワーク画像内のワークの寸法を測定する画像測定装置である。図１において、画像測定装置１は、測定ユニット１０、制御ユニット２０、キーボード３１およびポインティングデバイス３２を有している。ワークは画像測定装置１により形状や寸法を測定される測定対象物である。

測定ユニット１０は、ディスプレイ装置１１、可動ステージ１２、ＸＹ調整つまみ（不図示）、Ｚ調整つまみ１４、電源スイッチ１５および実行ボタン１６を備えている。測定ユニット１０は可動ステージ１２上に載置されたワークに照明光を照射し、ワークの透過光またはワークからの反射光を受光してワーク画像を生成する。ワークは、可動ステージ１２の透光板１３の上に載置される。測定ユニット１０はワーク画像をディスプレイ装置１１の表示画面１８に表示する。

ディスプレイ装置１１はワーク画像や測定結果、設定ＵＩ（ユーザーインターフェース）を表示画面１８に表示する表示装置である。ユーザはディスプレイ装置１１に表示されたワーク画像を見ながらキーボード３１およびポインティングデバイス３２を操作することで、パターンサーチのための特徴箇所や寸法測定のための測定箇所などを設定する。可動ステージ１２はワークを載置するための載置台である。透光板１３は、透光性を有するガラスからなる領域である。可動ステージ１２は、カメラの撮像軸に平行なＺ軸方向と、撮像軸に垂直なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。

ＸＹ調整つまみは、可動ステージ１２をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させることにより、カメラに対する可動ステージ１２の相対的な位置（Ｘ軸方向の位置とＹ軸方向の位置）を調整する。Ｚ調整つまみ１４は、可動ステージ１２をＺ軸方向に移動させることにより、カメラに対する可動ステージ１２の相対的な位置（Ｚ軸方向の位置）を調整する。電源スイッチ１５は、測定ユニット１０および制御ユニット２０の主電源をオン状態およびオフ状態間で切り替えるための操作部である。実行ボタン１６は寸法測定を開始させるための操作部である。

制御ユニット２０は、測定ユニット１０による撮像や画面表示を制御し、ワーク画像を解析してワークの寸法を測定するコントローラである。制御ユニット２０は、キーボード３１およびポインティングデバイス３２を接続されており、キーボード３１およびポインティングデバイス３２を通じてユーザ入力を受け付ける。キーボード３１およびポインティングデバイス３２は操作部３０を形成している。制御ユニット２０は、電源スイッチ１５がオンに切り替えられると、測定ユニット１０を起動する。制御ユニット２０は、実行ボタン１６が操作されると、予め用意された設定データにしたがって測定ユニット１０を制御して、透光板１３内でワークを探索し、ワークの寸法を測定する。

＜測定ユニット１０＞
図２は測定ユニット１０の構成例を模式的に示した断面図である。ここでは測定ユニット１０が撮像軸と平行な垂直面（ＹＺ平面）により切断した場合の切断面が示されている。測定ユニット１０は、ディスプレイ装置１１、可動ステージ１２、筐体１００、ステージ駆動部１０１、鏡筒部１０２、低倍率カメラ１１０、高倍率カメラ１２０、同軸落射照明１３０および透過照明１５０を有している。低倍率カメラ１１０および高倍率カメラ１２０は寸法測定に使用されるため、測定用カメラと呼ばれてもよい。

鏡筒部１０２、低倍率カメラ１１０、高倍率カメラ１２０、同軸落射照明１３０および透過照明１５０は、筐体１００内に配置されている。ステージ駆動部１０１Ｚは、カメラヘッド１０３を可動ステージ１２に対してＺ軸方向に移動させ、低倍率カメラ１１０、高倍率カメラ１２０と可動ステージ１２との間の距離を調整する。なお、ステージ駆動部１０１Ｚは、可動ステージ１２をＺ軸方向に移動させてもよい。ステージ駆動部１０１Ｚは、低倍率カメラ１１０、高倍率カメラ１２０のピントをワークなどに合わせるためにカメラヘッド１０３を移動させてもよい。ステージ駆動部１０１ＸＹは、可動ステージ１２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる。

低倍率カメラ１１０は、高倍率カメラ１２０と比較して、撮像倍率の低い撮像装置である。低倍率カメラ１１０は、撮像素子１１１、結像レンズ１１２、絞り板１１３および受光レンズ１１４を有している。結像レンズ１１２、絞り板１１３および受光レンズ１１４は低倍率光学系を形成している。撮像素子１１１は、照明光を受光してワーク画像を生成する。撮像素子１１１は、受光面を下方に向けて配置されている。結像レンズ１１２は、照明光を撮像素子１１１上に結像させる光学部材である。絞り板１１３は、照明光の透過光量および被写界深度を制御する光学絞りであり、結像レンズ１１２と受光レンズ１１４との間に配置されている。受光レンズ１１４は、ワークからの照明光を集光する光学部材であり、可動ステージ１２に対向させて配置されている。結像レンズ１１２、絞り板１１３および受光レンズ１１４は、上下方向に延びる中心軸を中心として配置されている。

高倍率カメラ１２０は、低倍率カメラ１１０と比較して、撮像倍率の高い撮像装置である。高倍率カメラ１２０は、撮像素子１２１、結像レンズ１２２、絞り板１２３、ハーフミラー１２４および受光レンズ１１４を有している。結像レンズ１２２、絞り板１２３、ハーフミラー１２４および受光レンズ１１４は高倍率光学系を形成している。撮像素子１２１は、照明光を受光してワーク画像を生成する。撮像素子１２１は、受光面を水平方向に向けて配置されている。つまり、受光面と水平方向とは直交している。結像レンズ１２２は、照明光を撮像素子１２１上に結像させる光学部材である。絞り板１２３は、照明光の透過光量を制限する光学絞りであり、結像レンズ１２２及びハーフミラー１２４間に配置されている。受光レンズ１１４は、低倍率カメラ１１０と高倍率カメラ１２０とより共用される。受光レンズ１１４を透過した照明光は、ハーフミラー１２４により水平方向に折り曲げられ、絞り板１２３および結像レンズ１２２を介して撮像素子１２１に結像する。

撮像素子１１１、１２１としては、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）およびＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。受光レンズ１１４としては、受光レンズ１１４とワークとの距離が変化しても、ワークの像の大きさを変化させない性質を有するテレセントリックレンズが用いられる。つまり、低倍率光学系と高倍率光学系はそれぞれテレセントリック性を有する。テレセントリック性の光学系で取得されるワーク画像におけるワークの歪は、非テレセントリック性の光学系で取得されるワーク画像におけるワークの歪と比較して、非常に小さい。そのため、精度良くワークが測定される。なお、低倍率光学系と高倍率光学系はテレセントリック性を有しなくてもよい。

同軸落射照明１３０は可動ステージ１２上のワークに照明光を上方から照射する照明装置である。同軸落射照明１３０に代えてリング照明などの落射照明が採用されてもよい。同軸落射照明１３０の照射光の光軸は撮像軸に一致している。同軸落射照明１３０は、水平方向に照明光を出力するように配置された光源１３１と、光源１３１から出射された照明光を下方に折り曲げるハーフミラー１３２とを有している。同軸落射照明１３０の照明光はワーク表面の凹凸や模様を取得する際に有利である。

また、受光レンズ１１４の周囲には、リング照明１８０が設けられている。ステージ駆動部１８１はリング照明１８０を上下動させる。これにより、ワークへの照明の照射角度が調整され、エッジの際立たせ方が調整可能となる。

結像レンズ１１２、１２２、絞り板１１３、１２３、ハーフミラー１２４、１３２および受光レンズ１１４は、鏡筒部１０２内に配置されている。

透過照明１５０は、可動ステージ１２上のワークに照明光を下方から照射する照明装置である。透過照明１５０は、光源１５１、ミラー１５２および集光レンズ１５３により構成される。光源１５１は、水平方向に向けて照明光を出力するように配置されている。光源１５１から出射された照明光は、ミラー１５２により反射され、集光レンズ１５３により集光される。照明光は、可動ステージ１２を透過してワークに照射される。照明光の一部はワークにより遮断され、照明光の他の一部は受光レンズ１１４に入射する。透過照明１５０の照明光はワークの外形のエッジを取得する際に有利である。

同軸落射照明１３０および透過照明１５０の各光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やハロゲンランプが用いられる。

俯瞰カメラ１７は可動ステージ１２の俯瞰画像を取得するために使用される撮像装置である。俯瞰カメラ１７は結像レンズなどの光学系とＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子とを有している。俯瞰画像は可動ステージ１２のほぼ全体を包含する画像である。俯瞰カメラ１７の撮像視野は、低倍率カメラ１１０や高倍率カメラ１２０の撮像視野よりも広い。そのため、俯瞰カメラ１７は、低倍率カメラ１１０や高倍率カメラ１２０と比較して、より広い範囲の画像を取得することに向いている。その一方で、俯瞰カメラ１７のテレセントリック性は、低倍率カメラ１１０や高倍率カメラ１２０のテレセントリック性と比較して低い。そのため、俯瞰カメラ１７は非テレセントリックカメラと呼ばれてもよい。俯瞰カメラ１７により取得されるワーク画像においてワークの形状は歪むため、低倍率カメラ１１０や高倍率カメラ１２０と比較して、俯瞰カメラ１７はワークの測定には向いていない。なお、光学系の視野は円形であり、視野内の被写体はイメージサークルとなって撮像素子上に結像する。一方で、撮像素子が撮像できる範囲は矩形である。つまり、撮像領域とは、イメージサークル内の一部の矩形領域である。ここでは、撮像素子の撮像領域に対応する可動ステージ１２上における矩形の領域は撮像視野と呼ばれる。

＜俯瞰カメラ＞
図２が示すように、受光レンズ１１４は可動ステージ１２のかなりの部分を覆っている。そのため、俯瞰カメラ１７は受光レンズ１１４を避けた位置に配置される。俯瞰カメラ１７は一つのカメラによって実現されてもよいが、複数のカメラによって実現されてもよい。

図３（Ａ）は測定ユニット１０の正面側から俯瞰カメラ１７を見たときの俯瞰カメラ１７の配置を説明する図である。Ｗはワークを示している。この例では受光レンズ１１４の左側に俯瞰カメラ１７Ｌが配置されており、受光レンズ１１４の右側に俯瞰カメラ１７Ｒが配置されている。Ｒ１は低倍率カメラ１１０の視野範囲を示している。Ｒ２Ｌは俯瞰カメラ１７Ｌの視野範囲を示している。Ｒ２Ｒは俯瞰カメラ１７Ｒの視野範囲を示している。二つの俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌを採用することで可動ステージ１２の大半の部分を一度に撮像可能となる。それでもなお、可動ステージ１２上には、俯瞰カメラ１７Ｌの視野範囲Ｒ２Ｌと、俯瞰カメラ１７Ｌの視野範囲Ｒ２Ｌによってカバーしきれない死角範囲Ｒ３が生じてしまう。

図３（Ｂ）は可動ステージ１２の中央付近に配置されたワークＷを俯瞰カメラ１７により撮像する方法を説明する図である。俯瞰カメラ１７Ｒの光軸と可動ステージ１２の中心とが一致するように、可動ステージ１２を移動することで、可動ステージ１２の中央付近に配置されたワークＷについての俯瞰画像が得られる。ここでは、俯瞰カメラ１７Ｒが利用されているが、俯瞰カメラ１７Ｌが利用されてもよい。

なお、図３（Ａ）において俯瞰カメラ１７Ｌにより取得された俯瞰画像と、俯瞰カメラ１７Ｒにより取得された俯瞰画像と、図３（Ｂ）において俯瞰カメラ１７Ｒにより取得された俯瞰画像とを合成することで可動ステージ１２の全体をカバーする合成俯瞰画像が作成されてもよい。リアルタイムで合成俯瞰画像を作成することはできないものの、リアルタイム性が必要無い場合、合成俯瞰画像が作成可能となる。

図３（Ａ）では、二つの俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌの死角範囲Ｒ３が生じてしまう例が説明されている。しかし、採用される二つの俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌの画角および設置位置等によっては死角範囲Ｒ３がなく、可動ステージ１２の全体が一度に撮像可能となるケースもあろう。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）が示すように、俯瞰画像の生成が指示されると、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３との間の距離が所定距離Ｈ１となるように、制御ユニット２０は、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３とのうちの少なくとも一方を移動する。所定距離Ｈ１は基本的に一定である。

図３（Ｃ）は低倍率カメラ１１０や高倍率カメラ１２０によりワークＷを撮像するときの可動ステージ１２とカメラヘッド１０３との間の距離Ｈ２を示している。制御ユニット２０は、ユーザによるＺ調整つまみ１４の操作に応じて距離Ｈ２を調整する。ディスプレイ装置１１が低倍率画像、高倍率画像または連結画像を表示しているときに、俯瞰画像の生成が指示されると、制御ユニット２０は、ユーザの距離に関する指示に依存することなく、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３との間の距離を所定距離Ｈ１に調整する。したがって、ユーザはＺ調整つまみ１４を操作する必要が無い。ただし、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３との間の距離が所定距離Ｈ１に調整された後に、制御ユニット２０は、ユーザによるＺ調整つまみ１４の操作を受け付けて距離を微調整してもよい。なお、連結画像とは、Ｘ方向またはＹ方向においてそれぞれ隣り合った複数の低倍率画像または複数の高倍率画像を連結することで生成される画像である。

＜コントローラ＞
図４は制御ユニット２０に搭載されるコントローラ６０の機能を説明する図である。図５は俯瞰画像を生成する際に必要となるオプションの機能を示している。コントローラ６０はプロセッサ（例：ＣＰＵなど）により構成され、測定ユニット１０を制御する。ＣＰＵは中央演算処理装置の略称である。コントローラ６０の機能の一部またはすべてはＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウエアによって実現されてもよい。ＡＳＩＣは特定用途集積回路の略称である。ＦＰＧＡはフィールドプログラマブルゲートアレイの略称である。照明制御部８１は制御ユニット２０または測定ユニット１０に搭載され、コントローラ６０からの制御信号にしたがって照明ユニット８４（同軸落射照明１３０、透過照明１５０およびリング照明１８０）を制御する。撮像制御部８２は制御ユニット２０または測定ユニット１０に搭載され、コントローラ６０からの制御信号にしたがってカメラユニット８５（低倍率カメラ１１０、高倍率カメラ１２０および俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌ）を制御する。記憶装置７０はメモリやハードディスクドライブなどを有し、設定データ、低倍率画像、俯瞰画像などを記憶する。コントローラ６０はカメラユニット８５により取得されたワーク画像を用いてワークＷの寸法測定と、測定結果が良品条件（例：公差など）を満たしているかどうかの判定とを実行する。このようにコントローラ６０は寸法測定機能と良品判定機能とを有している。

コントローラ６０のＵＩ部６１は、ユーザインタフェースを作成してディスプレイ装置１１に表示したり、キーボード３１などから入力されるユーザ入力を受け付けたりする。ステージ駆動部１０１Ｚは、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３とのうち少なくとも一方を駆動するＺモータＭ１を有している。ＺモータＭ１が可動ステージ１２とカメラヘッド１０３とのうち少なくとも一方をＺ方向において移動させることで、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３との間のＺ方向における距離が調整される。俯瞰カメラモータＭ４はオプションであり、カメラヘッド１０３から独立して俯瞰カメラ１７Ｒ、１７ＬをＺ方向に移動させるモータである。ステージ駆動部１０１ＸＹは、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３とのうち少なくとも一方をＸ方向に移動させるＸモータＭ２と、可動ステージ１２とカメラヘッド１０３とのうち少なくとも一方をＹ方向に移動させるＹモータＭ３とを有している。記憶装置７０は各種の設定データ、俯瞰画像、低倍率画像、高倍率画像および連結画像などを記憶するメモリなどを含む。低倍率画像、高倍率画像および連結画像はワーク画像と呼ばれてもよい。

表示制御部８３は、コントローラ６０の指示に従って俯瞰画像を表示するユーザインタフェースをディスプレイ装置１１に表示したり、各種の画像を表示したり、測定結果（検査結果）を表示したりする。

＜ユーザインタフェース＞
図５ないし図７は俯瞰画像やワーク画像を表示するユーザインタフェース１６０の一例を示す図である。ポインタ１６１はユーザインタフェース１６０に設けられた各種のコントロールオブジェクトを操作するためのオブジェクトである。画像表示領域１６８は、俯瞰画像ＩＭ０１やワーク画像を表示する領域である。俯瞰モードボタン１６２は俯瞰画像を表示する俯瞰モードを有効化するためのボタンである。モード選択部１６３は、俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌのうち一方のみを用いて俯瞰画像を生成するシングルモードと、俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌとの両方を用いて二つの俯瞰画像を生成するダブルモードとのいずれかを選択するためのラジオボタンである。この例では、シングルモードが選択されているため、ＵＩ部６１は、俯瞰カメラ１７Ｌにより取得された俯瞰画像ＩＭ０１を画像表示領域１６８に表示している。図６ではポインタ１６１によりダブルモードが選択されているため、ＵＩ部６１は、俯瞰カメラ１７Ｌにより取得された俯瞰画像ＩＭ０１ａと俯瞰カメラ１７Ｒにより取得された俯瞰画像ＩＭ０１ｂとを画像表示領域１６８に表示している。詳細モードボタン１６４は低倍率画像や高倍率画像の表示を指示するためのボタンである。倍率選択部１６５は、低倍率画像または高倍率画像を選択するためのラジオボタンである。図７が示すように、ポインタ１６１により詳細モードが選択され、かつ、高倍率が選択されると、ＵＩ部６１は、高倍率カメラ１２０により取得された高倍率画像ＩＭ０２を画像表示領域１６８に表示する。終了ボタン１６６は画像表示の終了を指示するためのボタンである。

＜フローチャート＞
図８は俯瞰画像とワーク画像との切替処理を示すフローチャートである。俯瞰画像とワーク画像は静止画であってもよいし、動画（ライブ画像）であってもよい。

Ｓ８０１でコントローラ６０（ＵＩ部６１）は表示制御部８３を通じてユーザインタフェース１６０をディスプレイ装置１１に表示する。このように、ＵＩ部６１はＵＩ作成機能を有している。

Ｓ８０２でコントローラ６０（ＵＩ部６１）はユーザインタフェース１６０を通じて俯瞰モードが選択されたかどうかを判定する。たとえば、俯瞰モードボタン１６２がポインタ１６１により押し下げされると、ＵＩ部６１は、俯瞰モードが選択されたと判定する。このようにＵＩ部６１はモード判定機能を有している。俯瞰モードが選択されると、コントローラ６０はＳ８０３に進む。俯瞰モードが選択されていなければ、コントローラ６０はＳ８０５に進む。

Ｓ８０３でコントローラ６０（ＵＩ部６１）は、カメラヘッド１０３に設けられた俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌと可動ステージ１２との間の距離を求める。その求めた距離が、所定距離（例：Ｈ１）にあるかないかを判定する。当該求められた距離が所定距離でないと判定されると、コントローラ６０はＳ８０４に進む。Ｓ８０４で、コントローラ６０（ＵＩ部６１）は、ステージ駆動部１０１Ｚを制御し、カメラヘッド１０３に設けられた俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌと可動ステージ１２との間の距離を所定距離（例：Ｈ１）に調整する。所定距離は、画像測定装置の工場出荷時に設定されたデフォルトの値であってもよいし、ユーザにより予め設定された値であってもよい。また所定距離は所定の幅（許容上限距離と許容下限距離とによって定義される許容範囲）を持っていてもよい。Ｓ８０３で、求められた距離が所定距離であると判定されると、コントローラ６０は、その所定距離にて俯瞰画像の取得を行うべく次のＳ８０５に移る。

Ｓ８０５でコントローラ６０（ＵＩ部６１）は、撮像制御部８２を通じて俯瞰カメラ１７Ｒ、１７Ｌを制御し、俯瞰画像を生成し、ディスプレイ装置１１に表示する。上述されたように、モード選択部１６３を通じてシングルモードが選択されていれば、ＵＩ部６１は、撮像制御部８２を通じて俯瞰カメラ１７Ｒ（または俯瞰カメラ１７Ｌ）を制御し、俯瞰画像ＩＭ０１を生成し、画像表示領域１６８に表示する。なお、俯瞰カメラ１７Ｒと俯瞰カメラ１７Ｌとのいずれがシングルモードにおいて使用されるかについても、予めユーザにより選択されていてもよいし、工場出荷時に選択されていてもよい。モード選択部１６３を通じてダブルモードが選択されていれば、ＵＩ部６１は、撮像制御部８２を通じて俯瞰カメラ１７Ｒおよび俯瞰カメラ１７Ｌを制御し、俯瞰画像ＩＭ０１ａ、ＩＭ０１ｂを生成し、画像表示領域１６８に表示する。このように、ＵＩ部６１は、シングルモードとダブルモードとのどちらが選択されているかを判定する判定機能を有する。

ここで、俯瞰モードにおいて、俯瞰カメラ１７と可動ステージとの間の距離が所定距離となるようにステージ駆動部１０１Ｚを制御し、俯瞰カメラ１７を移動または復帰させる理由を説明する。

測定カメラである低倍率カメラ１１０および高倍率カメラ１２０はテレセン光学系を備え、俯瞰カメラ１７は非テレセン光学系（測定カメラよりテレセン性が低い光学系）を備える。測定カメラはテレセン光学系を備えるため、可動ステージ１２（ワークＷ）に対する距離が変化しても視野範囲が変化しない。それに対して俯瞰カメラ１７は、テレセン光学系を備えないため、可動ステージ１２（ワークＷ）に対する距離の変化に応じて俯瞰カメラ１７の視野範囲が変化してしまう。俯瞰カメラ１７の視野範囲が変化すると、ユーザは可動ステージ１２またはワークＷの全体を視覚的に把握しにくくなる。そのため、俯瞰カメラ１７の視野範囲を変化させないための工夫が必要となる。図９が示すように、俯瞰カメラ１７と可動ステージ１２との間の距離が一定に保たれる位置に俯瞰カメラ１７が配置されていれば、俯瞰カメラ１７の視野範囲は変わらない。しかし、図２が示す実施形態のように、測定カメラと俯瞰カメラ１７とが一体的に移動する構成が採用されることもある。この場合、ピントを合わせるためなどの目的で測定カメラをＺ方向に移動させると、俯瞰カメラ１７も測定カメラと一緒にＺ方向に移動してしまう。そうすると、俯瞰カメラ１７と可動ステージ１２との間の距離が変わってしまう。その結果、その距離（高さ）に応じて俯瞰カメラ１７の視野範囲が変化してしまう。

このように、測定カメラは、ピント調整のために、Ｚ方向に駆動させる必要がある。そのため、測定カメラと俯瞰カメラ１７とが、同軸になり、かつ近接するような配置が採用された画像測定装置で、測定カメラにより画像を取得するときには、画像を取得するための位置に測定カメラが俯瞰カメラ１７と一緒に移動する。俯瞰カメラ１７で得られた画像が必要な場合、わざわざ、測定カメラおよび俯瞰カメラ１７は所定の位置に戻り、俯瞰カメラ１７が俯瞰画像を取得する。単にワークＷの全体を把握するだけであれば、多少の歪みや視野範囲の変更を犠牲にして、そのままの位置で俯瞰画像を取得することも考えられるが、敢えて、俯瞰カメラ１７が所定の位置に復帰する。これは、視野範囲の変更および歪みがあると、ユーザは俯瞰画像を視認しにくい。さらに、コントローラ６０が俯瞰画像により得られた画像に画像処理を実行してワークＷの位置を認識するような場合、正確な画像が必要になるからである。

俯瞰画像を用いた画像処理については、本件と同一出願人の特願２０１８－１６２７８０および特願２０１８－１６２７８１に開示されている、その開示の全ては本明細書の一部として援用（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｈｅｒｅｉｎｂｙｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）される。

Ｓ８０６でコントローラ６０（ＵＩ部６１）はユーザインタフェース１６０を通じて詳細モードが選択されたかどうかを判定する。たとえば、詳細モードボタン１６４がポインタ１６１により押し下げされると、ＵＩ部６１は、詳細モードが選択されていると判定する。詳細モードが選択されると、コントローラ６０はＳ８０７に進む。詳細モードが選択されていなければ、コントローラ６０はＳ８０９に進む。

Ｓ８０７でコントローラ６０（ＵＩ部６１）はユーザの指示（Ｚ調整つまみ１４の操作やＸＹ調整つまみの操作など）にしたがってステージ駆動部１０１Ｚ、１０１ＸＹを制御し、カメラヘッド１０３に対して相対的に可動ステージ１２を移動する。

Ｓ８０８でコントローラ６０（ＵＩ部６１）はユーザにより指定された倍率でワーク画像を生成してディスプレイ装置１１に表示する。たとえば、倍率選択部１６５により低倍率が選択されると、ＵＩ部６１は、撮像制御部８２を介して低倍率カメラ１１０を制御して、低倍率画像を生成し、画像表示領域１６８に表示する。倍率選択部１６５により高倍率が選択されると、ＵＩ部６１は、撮像制御部８２を介して高倍率カメラ１２０を制御して、高倍率画像を生成し、画像表示領域１６８に表示する。また、ＵＩ部６１は、ユーザインタフェース１６０に照明の選択部を追加してもよい。ＵＩ部６１は、同軸落射照明１３０と透過照明１５０とのうちユーザインタフェース１６０を通じて選択された照明を選択的に点灯させる。なお、俯瞰画像を生成する際にはリング照明など、可動ステージ１２の全体を照明するような照明装置が向いている。

Ｓ８０９でコントローラ６０（ＵＩ部６１）は表示終了が指示されたかどうかを判定する。たとえば、ＵＩ部６１は終了ボタン１６６がポインタ１６１に押し下げられたかどうかを判定する。終了ボタン１６６がポインタ１６１に押し下げられると、ＵＩ部６１は、画像表示処理を終了する。終了ボタン１６６がポインタ１６１に押し下げられていなければ、ＵＩ部６１は、Ｓ８０２に戻る。

＜まとめ＞
図１などを用いて説明されたように、可動ステージ１２はワークが載置される載置台として機能する。低倍率カメラ１１０や高倍率カメラ１２０は載置台の上方に設けられ、載置台に載置されたワークを撮像し、当該ワークを測定するために利用されるワーク画像を生成する測定カメラとして機能する。俯瞰カメラ１７Ｌ、１７Ｒは載置台の上方に設けられ、載置台を俯瞰した俯瞰画像を生成する俯瞰カメラとして機能する。なお、俯瞰カメラ１７Ｌ、１７Ｒの光軸は載置台の載置面に対して直交している。俯瞰カメラ１７Ｌの光軸と俯瞰カメラ１７Ｒの光軸と、測定カメラの光軸は平行である。これはワークの平面視した画像を生成する際に有利であろう。ステージ駆動部１０１ＺやＺモータＭ１などは載置台と測定カメラとの少なくとも一方を駆動することで載置台と測定カメラとのＺ方向における距離を調整するプロセッサの一例である。プロセッサは載置台と俯瞰カメラとの少なくとも一方を駆動することで載置台と俯瞰カメラとのＺ方向における距離を調整してもよい。カメラヘッド部に測定カメラと俯瞰カメラとの両方が設けられていてもよい。この場合、プロセッサは、載置台とカメラヘッド部との少なくとも一方を駆動することで載置台と測定カメラとのＺ方向における距離と載置台と俯瞰カメラとのＺ方向における距離を調整してもよい。コントローラ６０は駆動部を制御するプロセッサの一例である。Ｓ８０２などに関連して説明されたように、プロセッサは、俯瞰カメラにより俯瞰画像を生成することが指示される場合がある。この場合に、プロセッサは、載置台と俯瞰カメラ（またはカメラヘッド部）のＺ方向における距離が所定距離になるように駆動部を制御し（Ｓ８０３）、俯瞰カメラに俯瞰画像を生成させる（Ｓ８０３）。これにより、測定カメラと俯瞰カメラを有する画像測定装置を使用するユーザの負担が軽減される。

カメラヘッド１０３は測定カメラと俯瞰カメラとが搭載されたカメラヘッドの一例である。Ｓ８０３、Ｓ８０４に関連して説明されたように、駆動部は、載置台とカメラヘッドとの少なくとも一方を駆動することで載置台とカメラヘッドとのＺ方向における距離を調整する。図２、および図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）が示すように、測定カメラと俯瞰カメラとはカメラヘッド１０３と一体に移動してもよい。

図４が示すように、ＺモータＭ１は載置台と測定カメラとの少なくとも一方を駆動することで載置台と測定カメラとのＺ方向における距離を調整する第一モータとして機能する。ＺモータＭ１や俯瞰カメラモータＭ４は載置台と俯瞰カメラとの少なくとも一方を駆動することで載置台と俯瞰カメラとのＺ方向における距離を調整する第二モータとして機能する。

図９が示すように、俯瞰カメラ１７はカメラヘッド１０３から分離されて筐体１００に設けられてもよい。つまり、俯瞰カメラ１７はカメラヘッド１０３とは異なる筐体１００の一部に固定されていてもよい。俯瞰カメラモータＭ４は、可動ステージ１２と俯瞰カメラ１７との少なくとも一方を駆動することで可動ステージ１２と俯瞰カメラ１７とのＺ方向における距離を調整する。このように、測定カメラと俯瞰カメラとは相互に独立して移動するような構造が採用されてもよい。

図５ないし図８を用いて説明されたように、詳細モードは測定カメラにより生成されたワーク画像を表示装置に表示する第一モードの一例である。俯瞰モードは俯瞰カメラにより生成された俯瞰画像を表示装置に表示する第二モードの一例である。プロセッサは、ユーザにより第一モードが指定されると、ユーザによる指示に依存して駆動部を制御する。つまり、詳細モードでは、ユーザによるＺ調整つまみ１４はＸＹ調整つまみ（不図示）の操作に応じてステージ駆動部１０１Ｚ、１０１ＸＹが制御される。一方、プロセッサは、ユーザにより第二モードが指定されると、ユーザによる指示に依存することなく、載置台と俯瞰カメラとのＺ方向における距離が所定距離になるように駆動部を制御する。つまり、俯瞰画像を生成する際には、ユーザがＺ調整つまみ１４はＸＹ調整つまみ（不図示）を操作する必要が無い。たとえば、シングルモードでは、俯瞰カメラ１７Ｌ（または俯瞰カメラ１７Ｒ）の光軸と、可動ステージ１２の中心とが一致するように、ステージ駆動部１０１ＸＹが可動ステージ１２を移動させてもよい。ダブルモードでは、可動ステージ１２上における俯瞰カメラ１７Ｌの光軸と俯瞰カメラ１７Ｒの光軸との中間地点に、可動ステージ１２の中心とが一致するように、ステージ駆動部１０１ＸＹが可動ステージ１２を移動させてもよい。上述されたようにＺ方向の距離は距離Ｈ１に調整される。このように調整された可動ステージ１２の位置と俯瞰カメラ１７の位置とはホームポジションと呼ばれてもよい。

なお、俯瞰カメラと測定カメラとはカメラヘッド１０３に搭載されていてもよいし、カメラヘッド１０３に搭載されていなくてもよい。ただし、俯瞰カメラと測定カメラとはカメラヘッド１０３に搭載することで、俯瞰カメラモータＭ４は不要となるといったメリットが生じる。

俯瞰カメラは、一つであってもよいし、複数であってもよい。また、俯瞰カメラ１７Ｌは第一撮像素子を有し、俯瞰カメラ１７Ｒは第二撮像素子を有する。図３（Ａ）や図６が示すように、第一撮像素子により撮像される載置台の範囲と第二撮像素子により撮像される載置台の範囲とは異なっていてもよい。この場合は、俯瞰カメラ１７Ｌと俯瞰カメラ１７Ｒとの撮像範囲外（死角）となる可動ステージ１２の中央付近の画像が得られなくなるものの、俯瞰カメラ１７Ｌと俯瞰カメラ１７Ｒとの光学系を安価に構成することが可能となる。なお、光学系の価格の制約が少ない場合、死角が無くなるような俯瞰カメラ１７Ｌと俯瞰カメラ１７Ｒが採用可能となろう。

図６が示すように、プロセッサは、第一撮像素子を用いて生成される第一俯瞰画像と第二撮像素子を用いて生成される第二俯瞰画像とを同時に表示装置に表示させてもよい。図５が示すように、プロセッサは、第一撮像素子を用いて生成される第一俯瞰画像と第二撮像素子を用いて生成される第二俯瞰画像との一方を表示装置に表示させてもよい。

なお、俯瞰カメラの構成および動作の詳細については、本件と同一出願人の特願２０１８－１６２７８０および特願２０１８－１６２７８１に開示されている。その開示の全ては本明細書の一部として援用（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｈｅｒｅｉｎｂｙｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）される。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

Claims

ワークが載置される載置台と、
前記載置台の上方に設けられ、前記載置台に載置されたワークを撮像し、当該ワークを測定するために利用されるワーク画像を生成するテレセントリック光学系を有し、視野範囲が前記載置台とのＺ方向における距離により変化しない測定カメラと、
前記載置台の上方に設けられ、前記載置台とのＺ方向における距離が所定の位置から前記載置台を俯瞰した俯瞰画像を生成する非テレセントリック光学系を有し、視野範囲が前記載置台とのＺ方向における距離により変化する俯瞰カメラと、
前記測定カメラと前記俯瞰カメラとがマウントされ、前記測定カメラと前記俯瞰カメラとを一体的に移動する構成であるカメラヘッド部と、
前記載置台と前記カメラヘッド部との少なくとも一方を駆動することで前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離と前記載置台と前記俯瞰カメラとのＺ方向における距離を調整し、前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離を調整することで前記測定カメラのピント調整を行い、所定の視野範囲をもつ前記俯瞰画像を取得するために前記俯瞰カメラを所定の位置に復帰させる駆動部と、
前記駆動部を制御するプロセッサと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記測定カメラにより前記ワークを撮像するときは、視野範囲を維持しつつ、前記駆動部を駆動させ、前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離を調整することで前記測定カメラのピント調整を行い、
前記測定カメラにより前記ワークを撮像しているときに、前記俯瞰カメラにより前記俯瞰画像を生成することが指示されると、前記載置台と前記カメラヘッド部のＺ方向における距離が所定距離になるように前記駆動部を制御し、前記俯瞰カメラを所定の位置に復帰させ、前記所定の位置から前記俯瞰カメラに所定の視野範囲をもつ前記俯瞰画像を生成させる、画像測定装置。
前記プロセッサは、前記測定カメラにより生成された前記ワーク画像を表示装置に表示する第一モードと、前記俯瞰カメラにより生成された前記俯瞰画像を前記表示装置に表示する第二モードと、を有し、
前記プロセッサは、
ユーザにより前記第一モードが指定されると、前記ユーザによる指示に依存して前記駆動部を制御し、
前記ユーザにより前記第二モードが指定されると、前記ユーザによる指示に依存することなく、前記載置台と前記俯瞰カメラとのＺ方向における距離が前記所定距離になるように前記駆動部を制御する、請求項１に記載の画像測定装置。
ワークが載置される載置台と、
前記載置台の上方に設けられたカメラヘッドであって、
前記載置台に載置されたワークを撮像し、当該ワークを測定するために利用されるワーク画像を生成するテレセントリック光学系を有し、視野範囲が前記載置台とのＺ方向における距離により変化しない測定カメラと、
前記載置台を俯瞰した俯瞰画像を生成する非テレセントリック光学系を有し、視野範囲が前記載置台とのＺ方向における距離により変化する俯瞰カメラと、
を有し、前記測定カメラと前記俯瞰カメラとを一体的に移動する構成であるカメラヘッドと、
前記載置台と前記カメラヘッドとの少なくとも一方を駆動することで前記載置台と前記カメラヘッドとのＺ方向における距離を調整し、前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離を調整することで前記測定カメラのピント調整を行い、所定の視野範囲をもつ前記俯瞰画像を取得するために前記俯瞰カメラを所定の位置に復帰させる駆動部と、
前記駆動部を制御するプロセッサと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記測定カメラにより前記ワークを撮像するときは、視野範囲を維持しつつ、前記駆動部を駆動させ、前記載置台と前記測定カメラとのＺ方向における距離を調整することで前記測定カメラのピント調整を行い、
前記測定カメラにより前記ワークを撮像しているときに、前記俯瞰カメラにより前記俯瞰画像を生成することが指示されると、前記載置台と前記カメラヘッドとのＺ方向における距離が所定距離になるように前記駆動部を制御し、前記俯瞰カメラを所定の位置に復帰させ、前記所定の位置から前記俯瞰カメラに所定の視野範囲をもつ前記俯瞰画像を生成させる、画像測定装置。
前記俯瞰カメラは、第一撮像素子と、第二撮像素子とを有し、
前記第一撮像素子により撮像される前記載置台の範囲と前記第二撮像素子により撮像される前記載置台の範囲とは異なっている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像測定装置。
前記プロセッサは、前記第一撮像素子を用いて生成される第一俯瞰画像と前記第二撮像素子を用いて生成される第二俯瞰画像とを同時に表示装置に表示させる、請求項４に記載の画像測定装置。
前記プロセッサは、前記第一撮像素子を用いて生成される第一俯瞰画像と前記第二撮像素子を用いて生成される第二俯瞰画像との一方を表示装置に表示させる、請求項４に記載の画像測定装置。
前記載置台から前記測定カメラまでのＺ方向の距離は、前記載置台から前記俯瞰カメラまでのＺ方向の距離よりも小さい請求項１ないし６のいずれか一項に記載の画像測定装置。
前記測定カメラの光軸中心の周囲にリング照明が設けられ、
前記俯瞰カメラは、前記測定カメラの光軸中心からみて前記リング照明の外側に設けられている請求項１ないし７のいずれか一項に記載の画像測定装置。