(57)【要約】【課題】撮像された際の校正パターンと光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を用いて、精度の高い校正を実現すること。【解決手段】校正装置は、規則的なパターンに２点以上のマークが付与された校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の校正パターンと光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得する画像取得部と、画像ごとに、画像内における２点以上のマークを認識するマーク認識部と、マークの認識結果に基づいて、画像内における規則的なパターンの基準点の概略位置を算出する基準概略位置算出部と、画像ごとに、概略位置とに基づいて、画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、画像内における規則的なパターンの基準点の位置を算出する基準点算出部と、画像ごとの基準点の位置に基づいて、光学系の校正パラメータの値を導出する校正パラメータ値導出部とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得する画像取得部と、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識するマーク認識部と、
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出する基準概略位置算出部と、
前記画像ごとに、前記基準概略位置算出部により算出された前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出する基準点算出部と、
前記基準点算出部により算出された前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する校正パラメータ値導出部とを含む、校正装置。
【請求項２】
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記平面内における基準ラインに対する前記校正パターンの傾きを算出する傾斜算出部を更に含み、
前記基準概略位置算出部は、前記傾きに更に基づいて、前記概略位置を算出する、請求項１に記載の校正装置。
【請求項３】
前記傾斜算出部は、前記画像における水平方向と、前記画像における２つの前記マークを結ぶベクトルの方向とに基づいて、前記傾きを算出する、請求項２に記載の校正装置。
【請求項４】
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、実際の２つの前記マーク間の距離と、前記画像内における同２つの前記マーク間の距離との比を算出する比算出部を更に含み、
前記基準概略位置算出部は、前記比に更に基づいて、前記概略位置を算出する、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
【請求項５】
前記規則的なパターンは、色の異なる２種類の矩形部が前記平面内における直交する２方向のそれぞれで交互に連続して並ぶチェッカーパターンであり、
前記基準点は、前記チェッカーパターンの交点であり、
前記基準点算出部は、前記チェッカーパターンの４つ分の矩形部よりも小さい探索範囲を、前記概略位置に該探索範囲の中心が位置する態様で設定し、前記探索範囲内において前記基準点の位置を算出する、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
【請求項６】
前記２点以上のマークは、前記基準点を形成する矩形部とは異なる矩形部内に付与される、請求項５に記載の校正装置。
【請求項７】
前記２点以上のマークのうちの少なくとも１つは、前記基準点を形成する矩形部内に付与され、
前記基準点算出部は、前記基準点を形成する矩形部内に付与された前記マークに係る画素値を除去して得られる前記画像に基づいて、前記特徴量を導出する、請求項５に記載の校正装置。
【請求項８】
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得し、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識し、
前記マークの認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出し、
前記画像ごとに、前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出し、
前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出することを含む、
コンピュータにより実行される校正方法。
【請求項９】
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得し、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識し、
前記マークの認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出し、
前記画像ごとに、前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出し、
前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する、
処理をコンピュータに実行させる校正プログラム。
【請求項１０】
光学系と、
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを前記光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得する画像取得部と、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識するマーク認識部と、
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出する基準概略位置算出部と、
前記画像ごとに、前記基準概略位置算出部により算出された前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出する基準点算出部と、
前記基準点算出部により算出された前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する校正パラメータ値導出部とを含む、校正システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、校正装置、校正方法、及び校正プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
チェッカーパターンのような校正パターンを光学系で撮像して得られる画像に基づいて、光学系に係る校正を行う技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-7980号公報
【特許文献２】特開2012-2612号公報
【特許文献３】特開平9-329418号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来技術では、撮像された際の校正パターンと光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を用いて校正を行う場合、画像ごとに、共通の校正用の基準点（例えばチェッカーパターンの交点）を精度良く特定することが難しい。例えば、チェッカーパターンの交点が校正用の基準点である場合、チェッカーパターンの交点は多数ある。従って、撮像された際の校正パターンと光学系との位置関係が異なる画像間では、多数の交点のうちから、共通の基準点に係る交点を特定することが困難となる場合がある。共通の基準点に係る交点を誤って特定してしまうと、校正用の基準点の位置を精度良く算出できなくなり、精度の高い校正を実現できなくなる。
【０００５】
そこで、１つの側面では、本発明は、撮像された際の校正パターンと光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を用いて、精度の高い校正を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの側面では、規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得する画像取得部と、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識するマーク認識部と、
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出する基準概略位置算出部と、
前記画像ごとに、前記基準概略位置算出部により算出された前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出する基準点算出部と、
前記基準点算出部により算出された前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する校正パラメータ値導出部とを含む、校正装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
１つの側面では、本発明によれば、撮像された際の校正パターンと光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を用いて、精度の高い校正を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】制御装置を含むシステムの構成を概略的に示す図である。
【図２】校正パターンの説明図である。
【図３】制御装置で用いる校正方法の原理の説明図である。
【図４】制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図５】制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【図６】傾斜角の算出方法の説明図である。
【図７】探索範囲の説明図である。
【図８Ａ】探索範囲内の特徴量の導出方法の具体例の説明図である。
【図８Ｂ】探索範囲内の特徴量の導出方法の具体例の説明図である。
【図９Ａ】マークが付与されない校正パターンの画像の説明図である。
【図９Ｂ】マークが付与されない校正パターンの画像の説明図である。
【図１０Ａ】マークが付与された校正パターンの画像を示す図である。
【図１０Ｂ】マークが付与された校正パターンの画像を示す図である。
【図１１】マークと基準点との位置関係の変形例を示す図である。
【図１２Ａ】マークが探索範囲内にある状態の画像を示す図である。
【図１２Ｂ】マークが探索範囲内にある状態の画像を示す図である。
【図１３Ａ】マークが除去された画像を示す図である。
【図１３Ｂ】マークが除去された画像を示す図である。
【図１４】校正フェーズにおける制御装置の動作例を示す概略フローチャートである。
【図１５】実働フェーズにおける制御装置の動作例を示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、制御装置１０を含むシステム１の構成を概略的に示す図である。図１には、直交する３軸としてＸ，Ｙ，Ｚ軸が示される。
【００１１】
システム１は、サンプルステージ装置２と、撮像装置３（光学系の一例）と、照明装置４と、出力装置５と、ステージコントローラ６Ａと、照明コントローラ６Ｂと、撮像コントローラ６Ｃと、制御装置１０（校正装置の一例）とを含む。尚、撮像装置３及び制御装置１０は、校正システムの一例を形成する。
【００１２】
システム１は、例えばロボットによる電子部品の実装用のシステムであってよい。この場合、サンプルステージ装置２のステージ２３には、サンプルとして基板等のような、電子部品が実装される対象物が載置される。システム１は、その他、部品検査用のシステムであってもよいし、用途は任意である。
【００１３】
サンプルステージ装置２は、駆動機構２０と、固定部２２と、ステージ２３とを含む。
【００１４】
駆動機構２０は、ステージ２３に対する撮像装置３及び照明装置４の位置を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向で可変とする。駆動機構２０は、ステージ２３に対する撮像装置３及び照明装置４の位置をＸ軸方向（第２方向の一例）で可変とする機構２０Ｘと、Ｙ軸方向の機構２０Ｙと、Ｚ軸方向（第１方向の一例）の機構２０Ｚとを含む。固定部２２には、機構２０Ｙを介してステージ２３が設けられる。従って、ステージ２３は、機構２０Ｙを介して固定部２２に対してＹ軸方向に可動に支持される。図１に示す例では、撮像装置３及び照明装置４は、機構２０Ｙ，２０Ｚを介して固定部２２に対してＹ軸方向に可動に支持されている。尚、ステージ２３と撮像装置３との位置関係が３軸方向で可変となる態様であれば、駆動機構２０の各機構の配置は任意であり、例えば、機構２０Ｚは、固定部２２側に設けられてもよいし、機構２０Ｙは、撮像装置３側に設けられてもよい。ステージ２３は、上述のように、サンプルが載置される台である。ステージ２３には、校正時には、後述の校正用ボードが、サンプルの代わりに載置される。
【００１５】
撮像装置３は、単眼のカメラであり、パースペクティブな特性を持つレンズ（図示せず）と、撮像素子とを含む。パースペクティブな特性を持つレンズとは、一般的なレンズであり、いわゆるテレセントリックレンズのような特殊なレンズではないことを意味する。撮像素子は、任意であり、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）やＣＭＯＳ（Complementary  MOS：metal-oxide-semiconductor）などである。
【００１６】
照明装置４は、ステージ２３を照明する。照明装置４は、例えばＬＥＤ（light  emitting  diode）を含んでよい。
【００１７】
出力装置５は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイ等である。ステージコントローラ６Ａは、駆動機構２０を制御するコントローラである。照明コントローラ６Ｂは、照明装置４を制御するコントローラである。撮像コントローラ６Ｃは、撮像装置３を制御するコントローラである。出力装置５、ステージコントローラ６Ａ、照明コントローラ６Ｂ、及び撮像コントローラ６Ｃは、制御装置１０に接続される。
【００１８】
制御装置１０は、システム１の制御を行う装置である。また、制御装置１０は、校正装置の一例としても機能する。但し、変形例では、制御装置１０は、校正装置としてのみ機能し、他の制御を行う制御装置が別に設けられてもよい。以下では、主に、制御装置１０の機能については、校正装置に関連する機能について説明する。
【００１９】
制御装置１０は、撮像装置３に対し、視差を利用して校正を行う。具体的には、制御装置１０は、校正パターン（図２参照）に対する撮像装置３の位置を変化させることで校正パターン上の同一の基準点に対して生じる視差を利用して校正を行う。本実施例では、一例として、撮像装置３の校正パラメータは、ｆ値である。
【００２０】
図２は、校正パターン（キャリブレーションパターン）の説明図である。校正パターンは、校正用ボード（平面を形成する板材）に付与される画像認識可能なパターンであり、校正用に用いられる。校正用ボードは、例えばガラス基板により形成される。ステージ２３上に校正用ボードが載置されると、校正パターンは、ステージ２３の平面（ＸＹ平面）内に延在することになる。
【００２１】
図２には、直交する２軸としてＸ１，Ｙ１軸が示される。Ｘ１及びＹ１軸は、校正用ボードにより規定される軸であり、例えばＸ１軸は、校正用ボードの長手方向に平行であり、Ｙ１軸は、校正用ボードの短手方向に平行である。校正パターンは、Ｘ１Ｙ１平面は、ＸＹ平面と同じ平面を形成するが、ステージ２３に対する校正用ボードの載置態様によっては、Ｘ１軸はＸ軸に対して傾斜する場合がある。
【００２２】
図２に示す例では、校正パターンは、チェッカーパターン（規則的なパターンの一例）を含む。チェッカーパターンは、色（濃淡）の異なる２種類の矩形部が直交する２方向（Ｘ１方向及びＹ１方向）のそれぞれで交互に連続して並ぶ規則的なパターンである。色の異なる２種類の矩形部は、典型的には、白色の正方形の矩形部と、黒色の正方形の矩形部である。従って、チェッカーパターンでは、正方形を形成する４つの矩形部は、２つの白色の正方形の矩形部と、２つの黒色の正方形の矩形部とを含み、正方形を形成する４つの矩形部の中心は、チェッカーパターンの交点を形成する。換言すると、対角方向で隣接する同一色の２つの矩形部の交わる位置が、チェッカーパターンの交点を形成する。
【００２３】
尚、校正パターンのサイズは、チェッカーパターンのサイズに対応するが、チェッカーパターンのサイズは、任意である。例えば、図２に示すチェッカーパターンは、校正用ボード上の校正パターンの一部であってもよい。
【００２４】
本実施例では、校正パターンは、チェッカーパターンに３点のマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与される。尚、マークの点数は、２点であってもよいし、４点以上であってよい。
【００２５】
マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３は、同じ形、同じ色、かつ同じサイズであるが、異なってもよい。但し、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３は、チェッカーパターンの１つの矩形部内に収まるサイズであり、好ましくは、矩形部の中心に配置される。マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３は、校正用ボードが回転しても見え方が変化しない形状であり、図２に示す例では、円形である。
【００２６】
尚、図２に示す例では、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３は、白色の矩形部内にそれぞれ配置され、黒色であるが、逆であってもよい。即ち、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３は、黒色の矩形部内にそれぞれ配置され、白色であってもよい。
【００２７】
マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の配置位置は、任意であるが、後述の傾斜角θを精度良く算出できるように、比較的距離をおいて配置される。例えば、図２に示す例では、マークＭ１及びＭ２は、格子ピッチの２ピッチ分だけＸ１方向でオフセットしている。格子ピッチとは、チェッカーパターンのピッチであり、矩形部の１辺の長さの２倍である。
【００２８】
また、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３（第１マーク、第２マーク、及び第３マークの一例）のように、３点以上のマークを付与する場合、３点以上のマークは、各マークを外接する態様で結んで形成される外形が回転対称とならないように配置される。これは、後述のように、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の認識結果に基づいて、傾斜角θを算出できるようにするためである。図２に示す例では、マークＭ１及びＭ３は、格子ピッチの１ピッチ分だけＹ１方向でオフセットしている。従って、マークＭ１及びＭ２を結ぶ線分の長さ（第１距離の一例）は、マークＭ１及びＭ３を結ぶ線分の長さ（第２距離の一例）よりも大きい。また、マークＭ１及びＭ２を結ぶ線分とマークＭ１及びＭ３を結ぶ線分とのなす角度は、９０度である。
【００２９】
チェッカーパターンには、校正用に用いられる基準点が設定される。基準点は、任意に設定されてよいが、典型的には、チェッカーパターンの交点に設定される。この場合、基準点は、４つの矩形部により形成される（即ち４つの矩形部の中心である）。基準点の個数は、１個で足りるが、２個以上設定されてもよい。基準点は、好ましくは、校正用ボードのＸ１方向の端部付近に設定される。これは、例えばステージ２３の中心に校正用ボードの中心を合わせて校正用ボードをステージ２３上に載置した場合に、撮像装置３をＸ軸方向に動かした際に生じる基準点に係る視差を大きくできるためである。図２に示す例では、基準点Ｒｅｆは、校正用ボードのＸ１方向の端部付近のチェッカーパターンの交点に設定されている。
【００３０】
また、本実施例では、一例として、基準点Ｒｅｆは、図２に示すように、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与されていない矩形部によって形成される。即ち、本実施例では、一例として、基準点Ｒｅｆを形成する矩形部内には、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与されない。この点の技術的な意義は後述する。
【００３１】
以下では、一例として、図２に示すように、各矩形部の１辺の長さが“１”であり、従って、格子ピッチが“２”であるものとする。また、Ｘ１軸及びＹ１軸の座標系に係る原点は、基準点Ｒｅｆに対して格子ピッチの１ピッチ分だけＹ１方向でオフセットしているものとする。この場合、  マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の中心位置の座標は、以下の通りとなる。
マークＭ１の中心位置＝(1.5,3.5)
マークＭ２の中心位置＝(5.5,3.5)
マークＭ３の中心位置＝(1.5,1.5)
【００３２】
図３は、制御装置１０で用いる校正方法の原理の説明図である。図３には、Ｘ軸方向に異なる位置Ｐ１，Ｐ２に撮像装置３が位置するときの状態が示される。また、図３には、各位置Ｐ１，Ｐ２での撮像装置３の視野の拡がりの一部がハッチング範囲ＳＬ，ＳＲで示される。即ち、位置Ｐ１と位置Ｐ２とでは、撮像装置３に対する校正用ボードのＸ軸方向の位置が“ｂ”だけ変化している。距離ｂは、視野に応じて予め決められており、例えば５ｍｍ程度である。図３において、点Ｒｅｆ１、Ｒｅｆ２は、撮像装置３に対する校正用ボードのＺ軸方向の位置が異なるときの基準点Ｒｅｆの各位置を表す。即ち、点Ｒｅｆ１と点Ｒｅｆ２とでは、撮像装置３に対する校正用ボードのＺ軸方向の位置がΔＺだけ変化している。ΔＺは、機構２０Ｚによる移動量に対応し、既知となる。ΔＺは、任意であるが、本実施例では、一例として２０ｍｍである。また、図３には、撮像装置３の校正パラメータであるｆ値が“ｆ”で示される。
【００３３】
図３では、平行ステレオ法による校正方法が示される。平行ステレオ法では、図３中に示される４つのパラメータｘＬ１、ｘＬ２、ｘＲ１、及びｘＲ２が算出される。パラメータｘＬ１は、図３に模式的に示すように、撮像装置３が位置Ｐ２にあり且つ点Ｒｅｆ１に基準点Ｒｅｆが位置する状態において、撮像装置３で得られる画像内における基準点Ｒｅｆの位置（画像左端からの距離）に対応する。パラメータｘＬ２は、図３に模式的に示すように、撮像装置３が位置Ｐ２にあり且つ点Ｒｅｆ２に基準点Ｒｅｆが位置する状態において、撮像装置３で得られる画像内における基準点Ｒｅｆの位置（画像左端からの距離）に対応する。同様に、パラメータｘＲ１は、図３に模式的に示すように、撮像装置３が位置Ｐ１にあり且つ点Ｒｅｆ１に基準点Ｒｅｆが位置する状態において、撮像装置３で得られる画像内における基準点Ｒｅｆの位置（画像左端からの距離）に対応する。パラメータｘＲ２は、図３に模式的に示すように、撮像装置３が位置Ｐ１にあり且つ点Ｒｅｆ２に基準点Ｒｅｆが位置する状態において、撮像装置３で得られる画像内における基準点Ｒｅｆの位置（画像左端からの距離）に対応する。
【００３４】
このとき、各パラメータは、以下の関係式を満たす。
Zｎ=bf/|xLｎ-xRｎ|        式（１）
ここで、Zｎ、xLｎ、及びxRｎにおける下付きの“ｎ”は、図３では、“１”又は“２”であり、具体的には、以下のとおりである。
Z1=bf/|xL1-xR1|        式（２）
Z2=bf/|xL2-xR2|        式（３）
Ｚ１は、図３に示すように、点Ｒｅｆ１と撮像装置３との間のＺ軸方向の距離（第３距離の一例）であり、Ｚ２は、点Ｒｅｆ２と撮像装置３との間のＺ軸方向の距離（第４距離の一例）であり、以下の関係を有する。
Z1=Z2+ΔZ        式（４）
ここで、ｂ、ΔＺは既知であるので、未知数は、ｆ、Ｚ１、及びＺ２の３つである。従って、パラメータｘＬ１、ｘＬ２、ｘＲ１、及びｘＲ２の各値を算出すれば、式（２）〜式（４）を用いて、ｆ値が求まる。パラメータｘＬ１、ｘＬ２、ｘＲ１、及びｘＲ２の各値を精度良く算出できれば、精度の高い校正を実現できる（即ち精度の高いｆ値を求めることができる）。
【００３５】
図４は、制御装置１０のハードウェア構成の一例を示す図である。制御装置１０のハードウェア構成に関連付けて、周辺機器８が模式的に図示されている。周辺機器８は、出力装置５、ステージコントローラ６Ａ、照明コントローラ６Ｂ、及び撮像コントローラ６Ｃを含む。
【００３６】
制御装置１０は、バス１９で接続されたＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１１、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１２、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１３、補助記憶装置１４、ドライブ装置１５、及び通信インターフェース１７、並びに、通信インターフェース１７に接続された有線送受信部２５及び無線送受信部２６を含む。
【００３７】
補助記憶装置１４は、例えばＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）や、ＳＳＤ（Solid  State  Drive）などであり、アプリケーションソフトウェアなどに関連するデータを記憶する記憶装置である。
【００３８】
有線送受信部２５は、有線ネットワークを利用して通信可能な送受信部を含む。有線送受信部２５には、周辺機器８が接続される。但し、周辺機器８の一部又は全部は、バス１９に接続されてもよい。
【００３９】
無線送受信部２６は、無線ネットワークを利用して通信可能な送受信部である。無線ネットワークは、携帯電話の無線通信網、インターネット、World  Wide  Web、VPN（virtual  private  network）、WAN（Wide  Area  Network）等を含んでよい。また、無線送受信部２６は、近距離無線通信（ＮＦＣ：Near  Field  Communication）部、ブルーツース（Bluetooth、登録商標）通信部、Ｗｉ−Ｆｉ（Wireless-Fidelity）送受信部、赤外線送受信部などを含んでもよい。尚、変形例では、無線送受信部２６は省略されてもよい。
【００４０】
尚、制御装置１０は、記録媒体１６と接続可能であってもよい。記録媒体１６は、所定のプログラムを格納する。この記録媒体１６に格納されたプログラムは、ドライブ装置１５を介して制御装置１０の補助記憶装置１４等にインストールされる。インストールされた所定のプログラムは、制御装置１０のＣＰＵ１１により実行可能となる。例えば、記録媒体１６は、ＣＤ(Compact  Disc)−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等の様に情報を光学的，電気的或いは磁気的に記録する記録媒体、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等のように情報を電気的に記録する半導体メモリ等であってよい。なお、記録媒体１６には、搬送波は含まれない。
【００４１】
図５は、制御装置１０の機能構成の一例を示す図である。
【００４２】
制御装置１０は、画像取得部１００と、マーク認識部１０１と、傾斜算出部１０２と、比算出部１０３と、基準概略位置算出部１０４と、基準点算出部１０５と、校正パラメータ値導出部１０６とを含む。また、制御装置１０は、注目点位置導出部１０７と、距離算出部１０８と、校正パラメータ値記憶部１１０とを含む。画像取得部１００、マーク認識部１０１、傾斜算出部１０２、比算出部１０３、基準概略位置算出部１０４、基準点算出部１０５、及び校正パラメータ値導出部１０６は、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１３に記憶された１つ以上のプログラムを実行することで実現できる。また、注目点位置導出部１０７及び距離算出部１０８は、ＣＰＵ１１がＲＯＭ１３に記憶された１つ以上のプログラムを実行することで実現できる。尚、１つ以上のプログラムは、ＲＯＭ１３以外の記憶装置（例えば補助記憶装置１４）に記憶されていてもよい。校正パラメータ値記憶部１１０は、例えば補助記憶装置１４により実現できる。
【００４３】
制御装置１０は、校正フェーズと、実働（稼働）フェーズとでそれぞれ異なる動作を行う。校正フェーズは、実働フェーズの前のフェーズであり、校正フェーズを経て実働フェーズへと移行する。画像取得部１００、マーク認識部１０１、傾斜算出部１０２、比算出部１０３、基準概略位置算出部１０４、基準点算出部１０５、及び校正パラメータ値導出部１０６は、校正フェーズで機能する。画像取得部１００、注目点位置導出部１０７、及び距離算出部１０８は、実働フェーズで機能する。尚、変形例では、制御装置１０は、校正フェーズのみで機能し、実働フェーズで機能する別の制御装置が設けられてもよい。
【００４４】
画像取得部１００は、校正フェーズにおいて、ステージ２３に載置された校正用ボードを撮像装置３で撮像して得られる画像を取得する。尚、校正フェーズでは、校正用ボードは、校正パターンが描画された側の表面が撮像装置３側に向くようにステージ２３に載置される。また、画像取得部１００は、実働フェーズにおいて、ステージ２３に載置されたサンプルを撮像装置３で撮像して得られる画像を取得する。
【００４５】
マーク認識部１０１は、校正フェーズにおいて、画像取得部１００が取得した画像に基づいて、画像内におけるマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を認識する。尚、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の認識には、パターンマッチングのような通常の認識方法が用いられてよい。この際、マーク認識部１０１は、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を識別した上で、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の各位置を検出してもよい。マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３は、認識できた３つのマークの位置の幾何的な関係に基づいて識別できる。本実施例では、一例として、マーク認識部１０１は、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を識別した上で、画像内におけるマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の各位置Ａ〜Ｃを算出する。以下では、画像内におけるマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の各位置Ａ〜Ｃは、画像のｘｙ座標系で、以下の通り算出されたものとする。尚、画像のｘｙ座標系でｘ軸方向は、画像の水平方向である。画像の水平方向はＸ軸方向（図１参照）に一致するものとする。即ち、撮像装置３は、画像の水平方向がＸ軸方向に一致するように配置されているものとする。従って、画像の垂直方向は、Ｙ軸方向（図１参照）と一致する。
マークＭ１の位置Ａ＝(ｘａ,ｙａ)
マークＭ２の位置Ｂ＝(ｘｂ,ｙｂ)
マークＭ３の位置Ｃ＝(ｘｃ,ｙｃ)
【００４６】
傾斜算出部１０２は、校正フェーズにおいて、基準ラインに対する校正パターンの傾きである傾斜角θを算出する。基準ラインは、校正用ボードが載置される平面（即ちＸＹ平面）内の任意の方向であってよいが、一例として、画像の水平方向であるとする。図６は、傾斜角θの算出方法の説明図である。図６は、基準ラインに対する校正パターンが傾斜している状態で得られる画像を示す。図６において、ベクトルｘは、画像の水平方向に沿ったベクトルである。傾斜角θは、図６に示すように、マークＭ１の位置ＡとマークＭ２の位置Ｂとを結ぶベクトル（以下、「ベクトルＡＢ」と称する）と、ベクトルｘとのなす角度である。従って、傾斜角θは、以下のとおりである。
【００４７】
【数１】
2018179584.tif 000003
例えば、図６に示す例では、ベクトルＡＢ=(10,1)であったとすると、傾斜角θ≒５．７度となる。
【００４８】
尚、傾斜算出部１０２は、ベクトルＡＢに代えて、マークＭ１の位置ＡとマークＭ３の位置Ｃとを結ぶベクトル（以下、「ベクトルＡＣ」と称する）を用いて、同様の傾斜角θを算出してもよい。但し、ベクトルＡＢの方がベクトルＡＣよりも大きいので、ベクトルＡＢを用いる方が算出精度が高くなることが期待できる。
【００４９】
比算出部１０３は、校正フェーズにおいて、実際の２つのマークＭ１及びＭ２間の距離Ｄ０ＡＢと、画像内における同２つのマークＭ１及びＭ２間の距離Ｄ１ＡＢとの比であるスケールsを算出する。本実施例では、一例として、スケールsは、距離Ｄ０ＡＢに対する距離Ｄ１ＡＢの比（＝Ｄ１ＡＢ／Ｄ０ＡＢ）として表現されるが、逆の比（＝Ｄ０ＡＢ／Ｄ１ＡＢ）であってもよい。距離Ｄ０ＡＢは、校正用ボードにマークＭ１及びＭ２を付与した段階で決まる既知の値である。例えば、図２に示す例では、距離Ｄ０ＡＢ=4である。距離Ｄ１ＡＢは、ベクトルＡＢの長さを導出することで得られる。従って、スケールｓは、以下のとおりである。
【００５０】
【数２】
2018179584.tif 000004
【００５１】
基準概略位置算出部１０４は、校正フェーズにおいて、傾斜角θとスケールsとに基づいて、基準点Ｒｅｆの概略位置qを算出する。概略位置q（ｘ１、ｙ１）は、マークＭ３の位置Ｃ（＝(ｘｃ,ｙｃ)）を用いて、幾何的に以下のとおり算出される。尚、“概略”位置としているのは、マークＭ３の位置Ｃの算出値等の精度に起因して、後述の基準点算出部１０５により算出される位置よりも相対的に精密性が劣るためである。
【００５２】
【数３】
2018179584.tif 000005
ここで、（L0x,L0y）は、実際のマークＭ３の位置から実際の基準点Ｒｅｆの位置までのベクトルであり、既知である。例えば、図２に示す例では、（L0x,L0y）=(-1.5,0.5)である。
【００５３】
基準点算出部１０５は、校正フェーズにおいて、画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出を行う。具体的には、基準点算出部１０５は、概略位置qと、概略位置qを含む所定領域内の特徴量とに基づいて、画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出を行う。本実施例では、一例として、所定領域を画成する探索範囲が設定される。図７は、探索範囲の説明図である。図７は、前出の図６と同様、基準ラインに対する校正パターンが傾斜している状態で得られる画像を示す。図７には、画像との位置関係を示すために、探索範囲７０の外枠が点線にて示される。
【００５４】
探索範囲７０は、好ましくは、チェッカーパターンの４つ分の矩形部よりも小さい。即ち、探索範囲７０の外枠が正方形であるとき、探索範囲７０の外枠の一辺の長さは、格子ピッチよりも小さく、例えば０．５倍以上かつ０．７倍以下の範囲である。本実施例では、一例として、探索範囲７０の外枠の一辺の長さは、格子ピッチの０．６倍である。
【００５５】
基準点算出部１０５は、探索範囲を、概略位置qに該探索範囲の中心が位置する態様で設定する。基準点算出部１０５は、探索範囲７０の外枠の中心が概略位置qに一致するように、画像に対して探索範囲７０を位置付ける。この際、探索範囲７０は、横方向と縦方向とがそれぞれ画像の水平方向と垂直方向に合う向きで、画像に対して設定されてよい。そして、基準点算出部１０５は、探索範囲７０内の特徴量を導出することで、画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出を行う。画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出には、例えば図８Ａ及び図８Ｂに示す方法が用いられる。
【００５６】
図８Ａ及び図８Ｂは、探索範囲７０内の特徴量の導出方法の具体例の説明図である。図８Ａ及び図８Ｂは、チェッカーパターンの４つ分の矩形部（探索範囲７０を包含する４つの矩形部）を示す。
【００５７】
図８Ａ及び図８Ｂに示す例では、特徴量として、探索範囲内における第１位置ｒ１と第２位置ｒ２とを結ぶベクトル（以下、「ベクトルｒ１ｒ２」と称する）と、第２位置ｒ２での勾配ベクトル∇Ｉ（ｒ２）との内積（以下、「内積＜∇Ｉ（ｒ２）、ｒ１−ｒ２＞」と称する）が用いられる。第１位置ｒ１の初期値は、概略位置qに設定される。第２位置ｒ２は、探索範囲内における任意の位置であり、複数の位置を取るように動かされる。第２位置ｒ２は、例えば探索範囲内における各画素位置である。第２位置ｒ２での勾配ベクトルの方向は、第２位置ｒ２での濃淡の変化勾配が最大となる方向に対応する。ここで、第２位置ｒ２が図８Ａに示すように、矩形部内に位置するとき、勾配ベクトル∇Ｉ（ｒ２）は０である。これは、矩形部内では、濃淡変化が均一であるためである。従って、この場合、∇Ｉ（ｒ２）＝０のため、内積＜∇Ｉ（ｒ２）、ｒ１−ｒ２＞＝０である。また、ベクトルｒ１ｒ２が図８Ｂに示すように、矩形部のエッジに沿っている場合、勾配ベクトル∇Ｉ（ｒ２）はベクトルｒ１ｒ２に直角となる。従って、この場合も、内積＜∇Ｉ（ｒ２）、ｒ１−ｒ２＞＝０である。この点を利用して、基準点算出部１０５は、各第２位置ｒ２に対して内積＜∇Ｉ（ｒ２）、ｒ１−ｒ２＞＝０となる第１位置ｒ１を求め、この値を第１位置ｒ１の新たな初期値として設定し上述の演算を行う。この操作を、所定の精度基準に到達するまで反復的に繰り返して第１位置ｒ１を探索する。そして、基準点算出部１０５は、所定の精度基準に到達した第１位置ｒ１を、基準点Ｒｅｆの位置（精密な解）とする。尚、図８Ａ及び図８Ｂで説明した精密な解の探索方法には、「Gary  Bradski，Adrian  Kaeblerによる“詳解  OpenCV”，O'Reilly，pp．325-326，2011」が参考文献となる。尚、基準点算出部１０５により算出される基準点の位置の精密さは、例えば一画素に対して例えば１／１０〜１／３０のオーダであってよい。
【００５８】
校正パラメータ値導出部１０６は、校正フェーズにおいて、基準点算出部１０５により算出された基準点の位置に基づいて、撮像装置３の校正パラメータの値（即ち、ｆ値）を導出する。ｆ値の導出方法は、図３を参照して上述した通りである。尚、パラメータｘＬ１、ｘＬ２、ｘＲ１、及びｘＲ２の各値は、基準点算出部１０５により算出された基準点の各位置（例えば、画像のｘｙ座標系でのｘ座標の値）に対応する。校正パラメータ値導出部１０６は、ｆ値を導出すると、導出したｆ値を校正パラメータ値記憶部１１０に記憶する。
【００５９】
注目点位置導出部１０７は、実働フェーズにおいて、画像取得部１００からの画像に基づいて、ステージ２３上に載置されたサンプルの注目点の位置（画像内における位置）を導出する。サンプルの注目点は、画像認識可能な態様で予め規定される。サンプルの注目点は、サンプル自体が持つ特徴部分であってもよいし、サンプルに付与されたマーカー等であってもよい。注目点位置導出部１０７は、撮像装置３が位置Ｐ２にあるときに得られた画像と、撮像装置３が位置Ｐ１にあるときに得られた画像とに対して、それぞれ、サンプルの注目点の位置を導出する。
【００６０】
距離算出部１０８は、実働フェーズにおいて、注目点位置導出部１０７により算出されたサンプルの注目点の位置と、校正パラメータ値記憶部１１０に記憶されたｆ値とに基づいて、撮像装置３からサンプルの注目点までの距離（Ｚ軸方向の距離）を算出する。撮像装置３からサンプルの注目点までの距離は、式（１）を用いて算出できる。
【００６１】
ところで、校正フェーズにおいては、撮像装置３の正確な光学倍率が不明である。校正パターンは、チェッカーパターン（規則的なパターン）を有するため、撮像装置３の正確な光学倍率が不明な状況下では、校正用の基準点Ｒｅｆの概略位置でさえも算出することが困難となる場合がある。
【００６２】
また、校正フェーズにおいては、基準ライン（画像の水平方向）に対して校正パターンが傾斜する場合がある。即ち、画像の水平方向に対して、画像中の校正パターンのＸ１軸（図２参照）の方向が傾斜する場合がある。かかる傾斜が発生すると、校正用の基準点Ｒｅｆの概略位置でさえも算出することが困難となる場合がある。校正用ボードを、基準ラインに対して校正パターンが傾斜しないように、配置することは難しい場合がある。
【００６３】
図９Ａ及び図９Ｂは、チェッカーパターンにマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与されない校正パターンの画像を示す図である。図９Ａは、ΔＺ＝０のとき、即ち基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ１（図３参照）に位置するときの画像を示し、図９Ｂは、ΔＺ＝２０のとき、即ち基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ２（図３参照）に位置するときの画像を示す。
【００６４】
図９Ａ及び図９Ｂには、基準点Ｒｅｆの概略位置が矢印Ｒ１，Ｒ２でそれぞれ示される。図９Ａ及び図９Ｂからは、チェッカーパターンの交点に校正用の基準点Ｒｅｆを設定した場合、画像内におけるチェッカーパターンの多数の交点のうちから、基準点に係る交点を特定することが困難であることが分かる。
【００６５】
この点、本実施例によれば、上述のように、マーク認識部１０１、傾斜算出部１０２、比算出部１０３、及び基準概略位置算出部１０４を備える。これにより、チェッカーパターンの交点に校正用の基準点Ｒｅｆを設定した場合に、画像内におけるチェッカーパターンの多数の交点のうちから、基準点Ｒｅｆに係る交点を精度良く特定できる。
【００６６】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、チェッカーパターンにマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与された校正パターンの画像を示す図である。図１０Ａは、ΔＺ＝０のとき、即ち基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ１（図３参照）に位置するときの画像を示し、図１０Ｂは、ΔＺ＝２０のとき、即ち基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ２（図３参照）に位置するときの画像を示す。
【００６７】
図１０Ａ及び図１０Ｂには、基準点Ｒｅｆの概略位置が矢印Ｒ３，Ｒ４でそれぞれ示される。図１０Ａ及び図１０Ｂから分かるように、チェッカーパターンにマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を付与することで、画像内におけるチェッカーパターンの多数の交点のうちから、基準点Ｒｅｆに係る交点を精度良く特定できる。即ち、基準概略位置算出部１０４により算出された基準点Ｒｅｆの概略位置qが基準点Ｒｅｆに係る交点よりも他の交点の近くなるという不都合（即ち基準点Ｒｅｆとは異なる誤った交点に係る概略位置qが算出されてしまう不都合）を、低減できる。この結果、本実施例によれば、精度の高い校正を実現できる。
【００６８】
また、本実施例によれば、上述のように、基準点Ｒｅｆは、図２に示すように、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与されていない矩形部によって形成される。即ち、基準点Ｒｅｆを形成する矩形部内には、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与されていない。これにより、基準点算出部１０５による画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出に、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が影響してしまうことを、防止できる。具体的には、探索範囲７０内にマークＭ１のようなマークが存在すると、該マークに係る画素値が、基準点算出部１０５が算出する特徴量に影響する場合がある。かかる場合、マークに係る画素値に起因して、基準点算出部１０５による画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出が阻害される。この点、本実施例によれば、探索範囲７０内にマークＭ１等に係る画素が含まれないので、マークＭ１等に係る画素値に起因して基準点算出部１０５による画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出が阻害されるという不都合を、無くすことができる。この結果、本実施例によれば、精度の高い校正を実現できる。
【００６９】
但し、図１１に示す変形例のように、基準点Ｒｅｆは、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が付与された矩形部によって形成されてもよい。図１１に示す例では、マークＭ３は、基準点Ｒｅｆを形成する矩形部（基準点Ｒｅｆに対して右下の白い正方形の矩形部）に付与されている。この場合、基準概略位置算出部１０４による基準点Ｒｅｆの概略位置qの算出後であって、基準点算出部１０５による画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出に先立って、画像処理により画像中のマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を除去する処理を行えばよい。
【００７０】
具体的には、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ、及び図１３Ｂは、マークＭ３が基準点Ｒｅｆを形成する矩形部に付与された場合の校正パターンの画像を示す図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、画像処理により画像中のマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を除去する処理を行う前の状態を示し、図１３Ａ及び図１３Ｂは、画像処理により画像中のマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を除去する処理を行った後の状態を示す。また、図１２Ａ及び図１３Ａは、ΔＺ＝０のとき、即ち基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ１（図３参照）に位置するときの画像を示し、図１２Ｂ及び図１３Ｂは、ΔＺ＝２０のとき、即ち基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ２（図３参照）に位置するときの画像を示す。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ、及び図１３Ｂには、探索範囲７０が模式的に示されている。
【００７１】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、マークＭ３が基準点Ｒｅｆを形成する矩形部に付与された場合、探索範囲７０内にマークＭ３に係る画素が含まれる。この結果、上述のように、マークに係る画素値に起因して、基準点算出部１０５による画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出が阻害される。これに対して、画像処理により画像中のマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３を除去する処理を行うと、図１３Ａ及び図１３Ｂにて範囲１３０１〜１３０３に示すように、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３に係る画素値が周辺の画素値で置換される。即ち、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３に係る画素値が、白い矩形部の“白”に係る画素値で置換される。これにより、マークＭ１等に係る画素値に起因して基準点算出部１０５による画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出が阻害されるという不都合を、無くし、精度の高い校正を実現できる。
【００７２】
尚、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す例では、画像処理により画像中のマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が除去されているが、探索範囲７０内に入り得るマークＭ３だけが除去されてもよい。
【００７３】
次に、図１４及び図１５を参照して、制御装置１０の動作例について、校正フェーズと実働フェーズとでそれぞれ説明する。
【００７４】
図１４は、校正フェーズにおける制御装置１０の動作例を示す概略フローチャートである。図１４に示す処理は、例えば、ユーザが校正用ボードを、ステージ２３上に載置し、制御装置１０に対して校正開始指令を入力した場合に、起動される。図１４では、図２に示す校正パターンを有する校正用ボードが用いられるものとする。尚、校正用ボードは、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３が撮像装置３の視野に入るようにステージ２３上に載置される。
【００７５】
ステップＳ１４００では、画像取得部１００は、照明装置４及び撮像装置３を起動し、照明装置４によりステージ２３上を照明させる。
【００７６】
ステップＳ１４０２では、画像取得部１００は、変数“ｎ”をｎ＝１にセットする。
【００７７】
ステップＳ１４０４では、画像取得部１００は、駆動機構２０を駆動して、撮像装置３とステージ２３との位置関係を、初回の位置関係に調整する。図１４では、一例として、初回の位置関係では、Ｚ軸方向で基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ１（図３参照）に位置し、かつ、Ｘ軸方向で撮像装置３が位置Ｐ１（図３参照）に位置する。尚、この初回の位置関係への調整（位置付け）は、必ずしも精密である必要はない。
【００７８】
ステップＳ１４０６では、画像取得部１００は、撮像装置３による撮像を実行させ、ｎ番目の画像を取得する。
【００７９】
ステップＳ１４０８では、マーク認識部１０１は、ステップＳ１４０６で得たｎ番目の画像に基づいて、ｎ番目の画像内における３つのマーク（マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３に係る画素集合）を認識する。マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３に係る画素集合は、例えばパターンマッチングにより認識される。
【００８０】
ステップＳ１４１０では、マーク認識部１０１は、ステップＳ１４０８で得た３つのマークの認識結果に基づいて、３つのマークを結んで形成される三角形のうちの、直角を挟む２辺を特定する。即ち、マーク認識部１０１は、ベクトルＡＢ及びベクトルＡＣに係る２辺とを特定する。
【００８１】
ステップＳ１４１２では、マーク認識部１０１は、ステップＳ１４１０で特定した直角を挟む２辺のうちの、長い方を、ベクトルＡＢに係る辺として認識する。尚、ベクトルＡＢは、図２に示すように、直角を挟む２辺のうちの、長い方の辺に係るベクトルである。この結果、ｎ番目の画像内における３つのマークが、マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３のうちのどれであるかが確定し、画像内におけるマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の各位置Ａ〜Ｃが確定される。
【００８２】
ステップＳ１４１４では、傾斜算出部１０２は、ステップＳ１４１２で得たベクトルＡＢと、ベクトルｘ（画像の水平方向に沿ったベクトル）とのなす角度を、傾斜角θとして算出する。傾斜角θの算出方法は、上述したとおりである。
【００８３】
ステップＳ１４１６では、比算出部１０３は、ステップＳ１４１２で得たベクトルＡＢの長さ（＝Ｄ１ＡＢ）を算出し、実際の２つのマークＭ１及びＭ２間の距離Ｄ０ＡＢに対する比（スケールs＝Ｄ１ＡＢ／Ｄ０ＡＢ）を算出する。
【００８４】
ステップＳ１４１８では、基準概略位置算出部１０４は、ステップＳ１４１２で得たマークＭ３の位置と、ステップＳ１４１４で得た傾斜角θと、ステップＳ１４１６で得たスケールsとに基づいて、基準点Ｒｅｆの概略位置qを算出する。基準点Ｒｅｆの概略位置qの算出方法は、上述したとおりである（数３参照）。
【００８５】
ステップＳ１４２０では、基準点算出部１０５は、ステップＳ１４１８で得た基準点Ｒｅｆの概略位置qに基づいて、基準点Ｒｅｆの概略位置qを中心とした探索範囲７０を設定する。探索範囲７０は、図７を参照して上述した通りである。
【００８６】
ステップＳ１４２２では、基準点算出部１０５は、ステップＳ１４２０で設定した探索範囲７０に基づいて、ステップＳ１４０６で得たｎ番目の画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出を行う。基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出方法は、上述した通りである。この結果、ｎ＝１のときは、パラメータｘＲ１（図３参照）が得られ、ｎ＝３のときは、パラメータｘＲ２（図３参照）が得られる。
【００８７】
ステップＳ１４２４では、画像取得部１００は、変数ｎを“１”だけインクリメントする。
【００８８】
ステップＳ１４２６では、画像取得部１００は、駆動機構２０を駆動して、Ｘ軸方向で撮像装置３が位置Ｐ２（図３参照）に位置するように、機構２０Ｘにより撮像装置３を距離ｂ（図３参照）だけＸ軸負方向に移動させる。尚、このＸ軸方向の距離ｂの移動は、機構２０Ｘにより精密に実現できる。
【００８９】
ステップＳ１４２８では、画像取得部１００は、撮像装置３による撮像を実行させ、ｎ番目の画像を取得する。
【００９０】
ステップＳ１４３０では、マーク認識部１０１は、ステップＳ１４０６で得たｎ番目の画像に基づいて、ｎ番目の画像内における３つのマーク（マークＭ１，Ｍ２、及びＭ３に係る画素集合）を認識する。そして、マーク認識部１０１は、画像内におけるマークＭ１，Ｍ２、及びＭ３の各位置Ａ〜Ｃを導出する。
【００９１】
ステップＳ１４３２では、基準概略位置算出部１０４は、ステップＳ１４３０で得たマークＭ３の位置と、ステップＳ１４１４で得た傾斜角θと、ステップＳ１４１６で得たスケールsとに基づいて、基準点Ｒｅｆの概略位置qを算出する。基準点Ｒｅｆの概略位置qの算出方法は、上述したとおりである（数３参照）。但し、変形例では、基準概略位置算出部１０４は、ステップＳ１４１８で得た基準点Ｒｅｆの概略位置q（距離ｂ移動前の画像に基づく概略位置q）に基づいて、次の通り、基準点Ｒｅｆの概略位置q＝（ｘ２ｎ，ｙ２ｎ）を算出してもよい。
【００９２】
【数４】
2018179584.tif 000006
ここで、（ｘ１ｎ，ｙ１ｎ）は、ステップＳ１４１８で得た基準点Ｒｅｆの概略位置qであり、（ｂｘ、ｂｙ）は、Ｘ軸方向の距離ｂの移動に伴うＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量であり、ここでは、（ｂｘ、ｂｙ）＝（ｂ、０）である。この変形例の場合は、ステップＳ１４３０は不要である。
【００９３】
ステップＳ１４３４では、基準点算出部１０５は、ステップＳ１４３２で得た基準点Ｒｅｆの概略位置qに基づいて、基準点Ｒｅｆの概略位置qを中心とした探索範囲７０を設定する。探索範囲７０は、図７を参照して上述した通りである。
【００９４】
ステップＳ１４３６では、基準点算出部１０５は、ステップＳ１４３４で設定した探索範囲７０に基づいて、ステップＳ１４２８で得たｎ番目の画像内における基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出を行う。基準点Ｒｅｆの位置の精密な算出方法は、上述した通りである。この結果、ｎ＝２のときは、パラメータｘＬ１（図３参照）が得られ、ｎ＝４のときは、パラメータｘＬ２（図３参照）が得られる。
【００９５】
ステップＳ１４３８では、画像取得部１００は、変数“ｎ”が“４”であるか否か、即ちｎ＝４であるか否かを判定する。ｎ＝４である場合は、ステップＳ１４４６に進み、それ以外の場合（ｎ＝２の場合）、ステップＳ１４４０に進む。
【００９６】
ステップＳ１４４０では、画像取得部１００は、駆動機構２０を駆動して、Ｘ軸方向で撮像装置３が位置Ｐ１（図３参照）に位置するように、機構２０Ｘにより撮像装置３を距離ｂ（図３参照）だけＸ軸正方向に移動させる。尚、このＸ軸方向の距離ｂの移動は、機構２０Ｘにより精密に実現できる。
【００９７】
ステップＳ１４４２では、画像取得部１００は、駆動機構２０を駆動して、Ｚ軸方向で基準点Ｒｅｆが点Ｒｅｆ２に位置するように、機構２０Ｚにより撮像装置３を距離ΔＺ（図３参照）だけＺ軸負方向に移動させる。尚、このＺ軸方向の距離ΔＺの移動は、機構２０Ｚにより精密に実現できる。
【００９８】
ステップＳ１４４４では、画像取得部１００は、変数ｎを“１”だけインクリメントする。ステップＳ１４４４が終了すると、ステップＳ１４０６からの処理を繰り返す。但し、この場合、ステップＳ１４１４及びステップＳ１４１６は省略されてもよい。これは、ｎ＝１のときに得られた傾斜角θ及びスケールsはｎ＝３のときも有効に機能できるためである。
【００９９】
ステップＳ１４４６では、校正パラメータ値導出部１０６は、ステップＳ１４２２及びステップＳ１４３６で得たパラメータｘＬ１、ｘＬ２、ｘＲ１、及びｘＲ２の各値に基づいて、ｆ値を導出する。ｆ値の導出方法は、図３を参照して上述した通りであり、具体的には、以下のとおりである。
【０１００】
【数５】
2018179584.tif 000007
校正パラメータ値導出部１０６は、導出したｆ値を校正パラメータ値記憶部１１０に記憶する。
【０１０１】
図１４に示す処理によれば、校正パターンと撮像装置３との位置関係を変化させて、４つの位置関係で得られる画像に基づいて、精度の高いｆ値を導出できる。これにより、精度の高い校正を実現できる。
【０１０２】
図１５は、実働フェーズにおける制御装置１０の動作例を示す概略フローチャートである。図１５に示す処理は、例えばロボットがサンプルをステージ２３上に載置することで制御装置１０に距離算出指令が入力された場合に、起動される。尚、サンプルは、注目点が撮像装置３の視野に入るようにステージ２３上に載置される。
【０１０３】
ステップＳ１５００では、画像取得部１００は、照明装置４及び撮像装置３を起動し、照明装置４によりステージ２３上を照明させる。尚、既に照明装置４及び撮像装置３が起動している場合は、ステップＳ１５００は省略される。
【０１０４】
ステップＳ１５０２では、画像取得部１００は、撮像装置３による撮像を実行させ、撮像装置３をＸ軸方向に移動させる前の画像（サンプルを撮像して得られる画像）を取得する。
【０１０５】
ステップＳ１５０４では、注目点位置導出部１０７は、ステップＳ１５０２で得た画像に基づいて、サンプルの注目点の位置（画像内における位置）を導出する。例えば、サンプルの注目点は、パターンマッチングのような方法で認識されてよい。この結果、サンプルの注目点の位置に対応するパラメータｘＲ（例えばｘ座標の値）が得られる。
【０１０６】
ステップＳ１５０６では、画像取得部１００は、駆動機構２０を駆動して、機構２０Ｘにより撮像装置３を距離ｂ１だけＸ軸負方向に移動させる。距離ｂ１は、上述した距離ｂ（図３参照）と同じであってもよいし、異なってもよい。
【０１０７】
ステップＳ１５０８では、画像取得部１００は、撮像装置３による撮像を実行させ、撮像装置３をＸ軸方向に移動させた後の画像（サンプルを撮像して得られる画像）を取得する。
【０１０８】
ステップＳ１５１０では、注目点位置導出部１０７は、ステップＳ１５０８で得た画像に基づいて、サンプルの注目点の位置（画像内における位置）を導出する。この結果、サンプルの注目点の位置に対応するパラメータｘＬ（例えばｘ座標の値）が得られる。
【０１０９】
ステップＳ１５１２では、距離算出部１０８は、ステップＳ１５０４で得たパラメータｘＲと、ステップＳ１５１０で得たパラメータｘＬと、校正パラメータ値記憶部１１０内のｆ値とに基づいて、撮像装置３からサンプルの注目点までの距離ｄｓを算出する。撮像装置３からサンプルの注目点までの距離ｄｓは、Ｚ軸方向の距離であり、上述した通りであるが、以下の通り算出できる。
【０１１０】
【数６】
2018179584.tif 000008
尚、ｂ１は、ステップＳ１５０６で移動させた距離である。
【０１１１】
図１４に示す処理によれば、上述のようにして精度良く算出したｆ値を用いて、サンプルの注目点までの距離を精度良く算出できる。
【０１１２】
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
【０１１３】
例えば、上述した実施例では、ｆ値の導出には、パラメータｘＬ１、ｘＬ２、ｘＲ１、及びｘＲ２の各値が用いられるが、これに限られない。例えば、パラメータｘＬ１及びｘＲ１に係るＺ１が既知とできる場合は、パラメータｘＬ１及びｘＲ１を用いて上記の式（２）からｆ値を導出することも可能である。
【０１１４】
また、上述した実施例では、校正フェーズにおいて、校正パターンと撮像装置３との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を得るために、画像の水平方向に対応するＸ軸方向で、校正パターンと撮像装置３との間の位置関係を変化させているが、これに限られない。例えば、校正フェーズにおいて、校正パターンと撮像装置３との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を得るために、画像の垂直方向に対応するＹ軸方向で、校正パターンと撮像装置３との間の位置関係が変化されてもよい。
【０１１５】
なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
［付記１］
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得する画像取得部と、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識するマーク認識部と、
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出する基準概略位置算出部と、
前記画像ごとに、前記基準概略位置算出部により算出された前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出する基準点算出部と、
前記基準点算出部により算出された前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する校正パラメータ値導出部とを含む、校正装置。
［付記２］
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記平面内における基準ラインに対する前記校正パターンの傾きを算出する傾斜算出部を更に含み、
前記基準概略位置算出部は、前記傾きに更に基づいて、前記概略位置を算出する、付記１に記載の校正装置。
［付記３］
前記傾斜算出部は、前記画像における水平方向と、前記画像における２つの前記マークを結ぶベクトルの方向とに基づいて、前記傾きを算出する、付記２に記載の校正装置。
［付記４］
前記２点以上のマークは、第１マークと、第２マークと、第３マークとを含み、前記第１マーク及び前記第２マークは、前記基準ラインに平行な方向で第１距離だけ離れており、かつ、前記第１マークと前記第３マークは、前記平面内における前記基準ラインに垂直な方向で、前記第１距離よりも短い第２距離だけ離れており、
前記傾斜算出部は、前記画像における水平方向と、前記画像における前記第１マーク及び前記第２マークを結ぶベクトルの方向とに基づいて、前記傾きを算出する、付記３に記載の校正装置。
［付記５］
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、実際の２つの前記マーク間の距離と、前記画像内における同２つの前記マーク間の距離との比を算出する比算出部を更に含み、
前記基準概略位置算出部は、前記比に更に基づいて、前記概略位置を算出する、付記１〜４のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
［付記６］
前記規則的なパターンは、色の異なる２種類の矩形部が前記平面内における直交する２方向のそれぞれで交互に連続して並ぶチェッカーパターンであり、
前記基準点は、前記チェッカーパターンの交点であり、
前記基準点算出部は、前記チェッカーパターンの４つ分の矩形部よりも小さい探索範囲を、前記概略位置に該探索範囲の中心が位置する態様で設定し、前記探索範囲内において前記基準点の位置を算出する、付記１〜５のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
［付記７］
前記２点以上のマークは、前記基準点を形成する矩形部とは異なる矩形部内に付与される、付記６に記載の校正装置。
［付記８］
前記２点以上のマークのうちの少なくとも１つは、前記基準点を形成する矩形部内に付与され、
前記基準点算出部は、前記基準点を形成する矩形部内に付与された前記マークに係る画素値を除去して得られる前記画像に基づいて、前記特徴量を導出する、付記６に記載の校正装置。
［付記９］
前記特徴量は、前記探索範囲内における第１位置と第２位置とを結ぶベクトルと、前記第２位置での勾配ベクトルとの内積であり、
前記基準点算出部は、前記概略位置を前記第１位置の初期位置として前記第１位置を変化させながら、複数の位置を前記第２位置としても前記内積が０となる前記第１位置を、前記基準点の位置として算出する、付記６〜８のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
［付記１０］
前記複数の画像は、前記校正パターンと前記光学系との位置関係が第１ないし第４位置関係であるときに得られる第１ないし第４画像を含み、
第１位置関係と第２位置関係とは、前記平面に対して垂直な第１方向での前記校正パターンと前記光学系との距離が第３距離で同じであるが、前記平面に対して平行な第２方向での前記校正パターンと前記光学系との距離が異なり、
第３位置関係と第４位置関係とは、前記第１方向での前記校正パターンと前記光学系との距離が、前記第３距離とは異なる第４距離で同じであるが、前記第２方向での前記校正パターンと前記光学系との距離が異なる、付記１〜９のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
［付記１１］
前記校正パラメータは、ｆ値である、付記１〜１０のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
［付記１２］
前記マークは、円形の形態である、付記１〜１１のうちのいずれか１項に記載の校正装置。
［付記１３］
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得し、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識し、
前記マークの認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出し、
前記画像ごとに、前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出し、
前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出することを含む、
コンピュータにより実行される校正方法。
［付記１４］
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得し、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識し、
前記マークの認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出し、
前記画像ごとに、前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出し、
前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する、
処理をコンピュータに実行させる校正プログラム。
［付記１５］
光学系と、
規則的なパターンに２点以上のマークが付与されかつ平面内に延在する校正パターンを前記光学系で撮像して得られる画像であって、撮像された際の前記校正パターンと前記光学系との位置関係がそれぞれ異なる複数の画像を、取得する画像取得部と、
前記画像ごとに、前記画像内における前記２点以上のマークを認識するマーク認識部と、
前記マーク認識部による認識結果に基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の概略位置を算出する基準概略位置算出部と、
前記画像ごとに、前記基準概略位置算出部により算出された前記概略位置と、前記画像の所定領域内の特徴量とに基づいて、前記画像内における前記規則的なパターンの基準点の位置を算出する基準点算出部と、
前記基準点算出部により算出された前記画像ごとの前記基準点の位置に基づいて、前記光学系の校正パラメータの値を導出する校正パラメータ値導出部とを含む、校正システム。
【符号の説明】
【０１１６】
１  システム
２  サンプルステージ装置
３  撮像装置
４  照明装置
５  出力装置
６Ａ  ステージコントローラ
６Ｂ  照明コントローラ
６Ｃ  撮像コントローラ
８  周辺機器
１０  制御装置
１４  補助記憶装置
１５  ドライブ装置
１６  記録媒体
１７  通信インターフェース
１９  バス
２０  駆動機構
２０Ｘ  機構
２０Ｙ  機構
２０Ｚ  機構
２２  固定部
２３  ステージ
２５  有線送受信部
２６  無線送受信部
７０  探索範囲
１００  画像取得部
１０１  マーク認識部
１０２  傾斜算出部
１０３  比算出部
１０４  基準概略位置算出部
１０５  基準点算出部
１０６  校正パラメータ値導出部
１０７  注目点位置導出部
１０８  距離算出部
１１０  校正パラメータ値記憶部
【図１】
2018179584.tif 000009
【図２】
2018179584.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
2018179584.tif 000016
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2018179584.tif 000018
【図９Ｂ】
2018179584.tif 000019
【図１０Ａ】
2018179584.tif 000020
【図１０Ｂ】
2018179584.tif 000021
【図１１】
2018179584.tif 000022
【図１２Ａ】
2018179584.tif 000023
【図１２Ｂ】
2018179584.tif 000024
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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