(57)【要約】      （修正有）【課題】校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる校正具の製造方法を提供する。【解決手段】光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法であって、校正具に設けられた測定用の平面７０上に複数の特徴マーク８を形成するマーク形成ステップと、複数の特徴マークについて寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報を生成する校正情報生成ステップと、校正情報を光学読取コード７２，７３に変換するコード変換ステップと、校正具に光学読取コードを配置するコード配置ステップとにより構成される。【選択図】図８
2018031745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法であって、
前記校正具に設けられた測定用の平面上に複数の特徴マークを形成するマーク形成ステップと、
前記複数の特徴マークについて寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報を生成する校正情報生成ステップと、
前記校正情報を光学読取コードに変換するコード変換ステップと、
前記校正具に前記光学読取コードを配置するコード配置ステップとを備えることを特徴とする校正具の製造方法。
【請求項２】
前記マーク形成ステップは、印刷により前記特徴マークを前記校正具上に形成するステップであることを特徴とする請求項１に記載の校正具の製造方法。
【請求項３】
前記マーク形成ステップは、円板状の前記校正具上に前記特徴マークを形成するステップであり、
前記コード配置ステップは、前記特徴マークの形成領域よりも外側に前記光学読取コードを配置するステップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の校正具の製造方法。
【請求項４】
測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部、及び、前記測定対象物により反射された前記測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部を含むヘッド部と、
光学パラメータを校正するための校正情報を保持する校正情報記憶手段と、
前記受光信号及び前記校正情報に基づいて、前記測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成手段と、
測定箇所の指定を受け付け、前記点群データに基づいて、前記測定箇所の寸法値を算出する寸法算出手段と、
校正具に配置された光学読取コードをデコードし、校正用の寸法値を取得するコード読取手段と、
前記校正用の寸法値、及び、前記校正具を前記測定対象物として算出された寸法値に基づいて、前記校正情報を更新する校正手段とを備え、
前記校正具には、測定用の平面が設けられ、前記平面上に複数の特徴マークが形成され、
前記校正手段は、前記校正具の前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を前記校正用の寸法値と比較した比較結果に基づいて、前記校正情報を更新することを特徴とする三次元測定装置。
【請求項５】
前記コード読取手段は、前記受光部からの前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードすることを特徴とする請求項４に記載の三次元測定装置。
【請求項６】
前記コード読取手段は、前記投光部から均一な測定光が前記校正具に照射された際の前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードすることを特徴とする請求項４又は５に記載の三次元測定装置。
【請求項７】
外乱光が測定領域に進入するのを遮断する遮光手段を更に備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項８】
前記測定対象物が載置される載置面を有するステージと、
上下方向の回転軸を中心として前記ステージを回転可能に保持するステージ保持部と、
前記投光部及び前記受光部の光軸が前記回転軸に対して傾斜する状態で、前記ヘッド部と前記ステージ保持部とを固定的に連結する連結部と、
前記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、
前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データを合成し、合成点群データを生成する点群合成手段とを更に備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項９】
前記校正具は、平板状であり、
前記ステージは、前記回転軸に対して前記載置面を傾斜させる姿勢調整手段を有することを特徴とする請求項８に記載の三次元測定装置。
【請求項１０】
前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データに基づいて、前記校正具の反りを検出する反り検出手段を備え、
前記校正手段は、前記反りの検出結果を用いて、前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を補正することを特徴とする請求項９に記載の三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、校正具の製造方法及び三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法と三次元測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元測定装置は、測定対象物の形状や寸法を三次元的に測定する測定器であり、三角測距の原理等を利用して、三次元空間における多数の測定点の位置情報からなる点群データを取得することができる。例えば、ステージ上に載置された測定対象物に対し、縞状のパターン光を投影し、この状態でステージ上の測定対象物がカメラにより撮影される。測定対象物の高さ情報は、撮影画像を解析し、パターンのずれやゆがみ具合から求められる。
【０００３】
ステージ上の測定対象物に測定光を照射するプロジェクタと、測定対象物により反射された測定光を受光して撮影画像を生成するカメラとを備える光学式の三次元測定装置では、各種の光学パラメータに基づいて、測定点の位置情報が求められる。例えば、レンズの焦点距離及び歪み、カメラとプロジェクタとの相対位置、受光軸とステージ又は投光軸との角度、レンズと撮像素子との相対位置等が光学パラメータとして用いられる。このため、正確な位置情報を得るには、製造時や組立時のばらつきを考慮すれば、実際に出来上がった装置で光学パラメータを測定又は推定する必要があり、その作業が校正（キャリブレーション）と呼ばれる。
【０００４】
三次元測定装置の校正には、既知のパターンや形状を有する校正具が用いられる。校正具を校正対象の三次元測定装置により測定対象物として測定し、得られた寸法値と、校正具について予め測定された校正用の寸法値とを比較して光学パラメータが校正される。通常、校正用の寸法値は、校正対象の三次元測定装置よりも高精度な装置、例えば、画像測定器等によって測定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の三次元測定装置では、校正具と校正用の寸法値とが個別に管理される。このため、校正用の寸法値を取り違え、或いは、紛失してしまうという問題があった。例えば、校正用の寸法値は、光ディスク等の記録媒体に記録して保管される。このため、種類の異なる複数の校正具を使用するユーザが記録媒体を取り違える恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる校正具の製造方法を提供することを目的とする。また、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる校正具の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる三次元測定装置を提供することを目的とする。また、校正具から光学読取コードを読み取って校正用の寸法値を取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による校正具の製造方法は、光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法であって、前記校正具に設けられた測定用の平面上に複数の特徴マークを形成するマーク形成ステップと、前記複数の特徴マークについて寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報を生成する校正情報生成ステップと、前記校正情報を光学読取コードに変換するコード変換ステップと、前記校正具に前記光学読取コードを配置するコード配置ステップとを備える。
【０００９】
この様な構成によれば、校正具に複数の特徴マークを形成した後にこれらの特徴マークについて寸法測定を行い、校正情報を生成するため、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正情報を光学読取コードに変換して校正具に配置するため、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様による校正具の製造方法は、上記構成に加え、前記マーク形成ステップが、印刷により前記特徴マークを前記校正具上に形成するステップであるように構成される。この様な構成によれば、校正具の製造時における印刷誤差の影響を受けることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、各特徴マークの高さを容易に均一化することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様による校正具の製造方法は、上記構成に加え、前記マーク形成ステップが、円板状の前記校正具上に前記特徴マークを形成するステップであり、前記コード配置ステップが、前記特徴マークの形成領域よりも外側に前記光学読取コードを配置するステップであるように構成される。この様な構成によれば、校正精度の低下を抑制しつつ、校正具から特徴マークを読み取る読取手段を用いて光学読取コードを読み取らせることができる。
【００１２】
本発明の第４の態様による三次元測定装置は、測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部、及び、前記測定対象物により反射された前記測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部を含むヘッド部と、光学パラメータを校正するための校正情報を保持する校正情報記憶手段と、前記受光信号及び前記校正情報に基づいて、前記測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成手段と、測定箇所の指定を受け付け、前記点群データに基づいて、前記測定箇所の寸法値を算出する寸法算出手段と、校正具に配置された光学読取コードをデコードし、校正用の寸法値を取得するコード読取手段と、前記校正用の寸法値、及び、前記校正具を前記測定対象物として算出された寸法値に基づいて、前記校正情報を更新する校正手段とを備える。前記校正具には、測定用の平面が設けられ、前記平面上に複数の特徴マークが形成され、前記校正手段は、前記校正具の前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を前記校正用の寸法値と比較した比較結果に基づいて、前記校正情報を更新する。
【００１３】
この様な構成によれば、受光部からの受光信号と校正情報とに基づいて点群データを生成するため、製造時や組立時のばらつきに影響されることなく、正確な位置情報を取得することができる。また、校正具から校正用の寸法値を読み取って校正情報を更新するため、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正具に配置された光学読取コードをデコードするため、校正具から光学読取コードを読み取って校正用の寸法値を取得することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記コード読取手段が、前記受光部からの前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードするように構成される。この様な構成によれば、校正具から光学読取コードを読み取るための受光部を測定用の受光部とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記コード読取手段が、前記投光部から均一な測定光が前記校正具に照射された際の前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードするように構成される。この様な構成によれば、校正具から光学読取コードを読み取るための投光部を測定用の投光部とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。
【００１６】
本発明の第７の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、外乱光が測定領域に進入するのを遮断する遮光手段を更に備える。この様な構成によれば、測定精度が外乱光の影響によって低下するのを防止することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記測定対象物が載置される載置面を有するステージと、上下方向の回転軸を中心として前記ステージを回転可能に保持するステージ保持部と、前記投光部及び前記受光部の光軸が前記回転軸に対して傾斜する状態で、前記ヘッド部と前記ステージ保持部とを固定的に連結する連結部と、前記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データを合成し、合成点群データを生成する点群合成手段とを更に備える。
【００１８】
この様な構成によれば、投光部及び受光部の光軸がステージの回転軸に対して傾斜する状態でヘッド部とステージ保持部とが固定的に連結されるため、ステージを回転させて撮像アングルを切り替えることにより、測定対象物の側面や背面を撮影することができる。また、撮像アングルが異なる複数の点群データを合成することにより、より死角の少ない合成点群データを取得することができる。
【００１９】
本発明の第９の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記校正具が、平板状であり、前記ステージが、前記回転軸に対して前記載置面を傾斜させる姿勢調整手段を有するように構成される。この様な構成によれば、校正具をステージの載置面に載置することにより、校正具を受光部に正対させることができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データに基づいて、前記校正具の反りを検出する反り検出手段を備え、前記校正手段が、前記反りの検出結果を用いて、前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を補正するように構成される。この様な構成によれば、校正具の反りによる寸法誤差を補正するため、校正精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。特に、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる校正具の製造方法を提供することができる。また、校正具から光学読取コードを読み取って校正用の寸法値を取得することができる三次元測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。
【図２】図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。
【図３】三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
【図５】図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
【図６】図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
【図７】図１の測定部２に設けられた遮光カバー６１及び６２と、載置面２１３を傾けることができるステージプレート２１１とを示した図である。
【図８】校正具７の一構成例を示した平面図である。
【図９】図８の校正具７をＡ−Ａ切断線により切断した場合の断面図である。
【図１０】図９のシリコン基板７０の一部を拡大して示した断面図である。
【図１１】校正具７の製造工程の一例を示したフローチャートである。
【図１２】図７のステージプレート２１１に設けられた校正具位置決め用の凸部２１４を示した図である。
【図１３】校正具７がステージプレート２１１上に配置された測定部２を示した図であり、ステージプレート２１１を上方から見た場合が示されている。
【図１４】校正具７がステージプレート２１１上に配置された測定部２を示した図であり、ステージプレート２１１を側方から見た場合が示されている。
【図１５】図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。
【図１６】図１５の情報処理端末５における校正時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される操作画面３０が示されている。
【図１７】図１５の情報処理端末５における校正時の動作の一例を示した図であり、異なる３つの撮像アングルに対応するステージ２１の回転位置が示されている。
【図１８】図１５の情報処理端末５における校正時の動作の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
まず、本発明による三次元測定装置の概略構成について、図１〜図６を用いて以下に説明する。
【００２４】
＜三次元測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置１は、測定対象物Ｗの形状を光学的に測定する測定器であり、測定部２、コントローラ４及び情報処理端末５により構成される。
【００２５】
＜測定部２＞
測定部２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに可視光からなる測定光を照射し、測定対象物Ｗにより反射された測定光を受光して撮影画像を生成する計測ユニットであり、ヘッド部２０、ステージ２１、ステージ保持部２２、回転駆動部２３及び制御基板２７により構成される。
【００２６】
ヘッド部２０は、測定対象物Ｗにパターンを有する測定光を照射する投光部２４と、測定対象物Ｗにより反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部２５と、テクスチャ照明出射部２６とにより構成される。
【００２７】
ステージ２１は、測定対象物Ｗが載置される載置面を有する作業台である。このステージ２１は、円板状のステージプレート２１１と、ステージプレート２１１を支持するステージベース２１２とにより構成される。
【００２８】
ステージプレート２１１は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Ｗを受光部２５に正対させるための傾斜台として機能させることができる。ステージ保持部２２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに対する撮像アングルを調整するために、ステージ２１を回転可能に保持する。回転駆動部２３は、ステージ２１を回転させることにより、撮像アングルを切り替える。
【００２９】
受光部２５は、ステージ２１上の測定対象物Ｗを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ２５１及び撮像素子２５２により構成される。撮像素子２５２は、受光レンズ２５１を介して測定対象物Ｗからの測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する多数の受光素子からなり、受光信号から撮影画像が生成される。撮像素子２５２には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、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。この撮像素子２５２は、例えば、モノクロイメージセンサである。
【００３０】
投光部２４は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに測定光を照射する照明装置であり、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２、パターン生成ユニット２４３及び投光レンズ２４４により構成される。投光用光源２４１には、例えば、単色の光を生成するＬＥＤ（発光ダイオード）又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源２４１を用いる方が有利である。また、波長は短い方が形状測定の解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色ＬＥＤを投光用光源２４１として用いることが好ましい。ただし、撮像素子２５２が良好なＳ／Ｎで受光することができる波長が選択される。
【００３１】
なお、単色の投光用光源２４１を使用する場合、撮像素子２５２がカラーイメージセンサであれば、ＲＧの受光素子が利用できないため、Ｂの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子２５２には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。
【００３２】
投光用光源２４１から出射された光は、コレクタレンズ２４２を介してパターン生成ユニット２４３に入射する。そして、パターン生成ユニット２４３から出射された測定光は、投光レンズ２４４を介してステージ２１上の測定対象物Ｗに照射される。
【００３３】
パターン生成ユニット２４３は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な測定光と、二次元パターンからなる測定光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット２４３には、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）又は液晶パネルが用いられる。ＤＭＤは、多数の微小なミラーが２次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。
【００３４】
三角測距の原理を利用して測定対象物Ｗの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Ｗに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【００３５】
マルチスリット法は、測定対象物Ｗに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【００３６】
空間コード法は、測定対象物Ｗに対し、白黒のデューティ比が５０％であり、縞パターンの幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【００３７】
パターン生成ユニット２４３では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置１では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。
【００３８】
また、この三次元測定装置１では、受光部２５を挟んで２つの投光部２４が左右対称に配置されている。各投光部２４の投光軸Ｊ２及びＪ３は、三角測距の原理を利用するために、受光部２５の受光軸Ｊ１に対して傾斜している。この投光部２４では、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２及びパターン生成ユニット２４３の光軸に対し、投光レンズ２４４を受光軸Ｊ１側にオフセットさせることにより、投光軸Ｊ２及びＪ３を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部２４全体を傾斜させる場合に比べ、測定部２を小型化することができる。
【００３９】
テクスチャ照明出射部２６は、測定対象物Ｗの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ２１上の測定対象物Ｗに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部２６は、投光軸が受光部２５の受光軸Ｊ１と略平行であり、受光部２５の受光レンズ２５１を取り囲むように配置される。このため、投光部２４からの照明と比べて測定対象物Ｗ上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。
【００４０】
制御基板２７は、回転駆動部２３を制御する制御回路、投光部２４の投光用光源２４１及びパターン生成ユニット２４３を駆動する駆動回路、受光部２５の撮像素子２５２からの受光信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。
【００４１】
＜コントローラ４＞
コントローラ４は、測定部２用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源４１と、テクスチャ光源４１用の駆動回路等が設けられた制御基板４２と、測定部２内の各デバイスに電力を供給する電源４３とにより構成される。テクスチャ光源４１は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子２５２がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源４１に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源４１ではＲＧＢを切り替えて照明している。
【００４２】
なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源４１に白色光源、例えば、白色ＬＥＤを用い、或いは、ＲＧＢの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子２５２にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド３を介して測定部２のテクスチャ照明出射部２６に伝送される。制御基板４２及び電源４３は、測定部２の制御基板２７に接続されている。
【００４３】
＜情報処理端末５＞
情報処理端末５は、測定部２を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状データの生成、測定対象物Ｗの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部５１、キーボード５２及びマウス５３が接続されている。表示部５１は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード５２及びマウス５３は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部２の制御基板２７に接続されている。
【００４４】
図２は、図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部２は、撮影倍率が互いに異なる２つの撮像部２５ａ及び２５ｂを備えるヘッド部２０と、上下方向の回転軸Ｊ４を中心としてステージ２１を回転可能に保持するステージ保持部２２と、ヘッド部２０及びステージ保持部２２を連結する連結部２８とにより構成される。
【００４５】
連結部２８は、投光部２４の投光軸Ｊ２及びＪ３と、撮像部２５ａ及び２５ｂの受光軸Ｊ１１及びＪ１２とが回転軸Ｊ４に対して傾斜する状態で、ヘッド部２０とステージ保持部２２とを固定的に連結する。このため、ステージ２１と撮像部２５ａ及び２５ｂとの相対的な位置関係が一定であり、ステージ２１の回転角が互いに異なる複数の撮像アングルについて、点群データの連結合成が容易である。
【００４６】
撮像部２５ａは、低倍率の受光部２５である。撮像部２５ｂは、撮像部２５ａよりも高倍率の受光部２５である。撮像部２５ａ及び２５ｂは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ２１の回転軸Ｊ４に対して受光軸Ｊ１１及びＪ１２が傾斜するように配置されている。
【００４７】
例えば、回転軸Ｊ４に対する受光軸Ｊ１１及びＪ１２の傾斜角は、４５°程度である。また、撮像部２５ｂは、焦点位置ＦＰがステージ２１の回転軸Ｊ４上において撮像部２５ａの焦点位置ＦＰよりも下側となるように、撮像部２５ａの下方に配置され、受光軸Ｊ１２は、受光軸Ｊ１１と略平行である。
【００４８】
この様な構成を採用することにより、撮像部２５ａの測定可能領域Ｒ１と撮像部２５ｂの測定可能領域Ｒ２とをステージ２１上に適切に形成することができる。測定可能領域Ｒ１及びＲ２は、いずれもステージ２１の回転軸Ｊ４を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域Ｒ２は、測定可能領域Ｒ１内に形成される。
【００４９】
図３のステップＳ１０１〜Ｓ１１３は、三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置１は、ステージ２１上に載置された測定対象物Ｗを受光部２５により撮影して撮影画像を表示部５１に表示し、投光照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０１）。この明るさ調整は、投光部２４から均一な測定光を照射し、或いは、パターン光からなる測定光を照射して行われる。
【００５０】
次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部５１に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０２）。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部２６からＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、順序を入れ替えても良い。
【００５１】
三次元測定装置１は、照明条件が確定されるまで、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば（ステップＳ１０３）、投光部２４からパターン光を投影し（ステップＳ１０４）、パターン画像を取得する（ステップＳ１０５）。このパターン画像は、ステージ２１上の測定対象物Ｗが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット２４３と受光部２５とを同期させて行われる。
【００５２】
次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。このテクスチャ画像は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ２１を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理手順が繰り返される（ステップＳ１０８）。
【００５３】
次に、三次元測定装置１は、ステップＳ１０５において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する（ステップＳ１０９）。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置１は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし（ステップＳ１１０）、測定対象物Ｗの立体形状として表示部５１に表示する（ステップＳ１１１）。
【００５４】
三次元測定装置１は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップＳ１０１からステップＳ１１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ１１２）、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Ｗの寸法を算出する（ステップＳ１１３）。
【００５５】
図４のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、左側の投光部２４を点灯し（ステップＳ２０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２０２）。
【００５６】
次に、三次元測定装置１は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部２５ａ又は２５ｂに切り替える（ステップＳ２０３）。このとき、三次元測定装置１は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ２１を回転させることにより、測定対象物Ｗの位置及び姿勢の調整を行う（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部２４を同時に点灯させて行っても良い。
【００５７】
そして、三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける（ステップＳ２０６，Ｓ２０７）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０８）。
【００５８】
次に、三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部２４に切り替えて（ステップＳ２０９）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２１０）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２１０の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ２１１）。
【００５９】
図５のステップＳ３０１〜Ｓ３１３は、図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、テクスチャ照明を点灯し（ステップＳ３０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ３０２）。三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ（ステップＳ３０３）、ステップＳ３０２の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。
【００６０】
次に、三次元測定装置１は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け（ステップＳ３０４）、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１３）。
【００６１】
一方、三次元測定装置１は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する（ステップＳ３０５，Ｓ３０６）。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。
【００６２】
そして、三次元測定装置１は、ユーザによりＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画質が選択されれば、ＨＤＲ画質を指定する（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）。ＨＤＲ画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
【００６３】
次に、三次元測定装置１は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば（ステップＳ３０９）、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し（ステップＳ３１０）、テクスチャ画像を作成して表示部５１に表示する（ステップＳ３１１）。
【００６４】
三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ３０５からステップＳ３１１までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１２）。
【００６５】
図６のステップＳ４０１〜Ｓ４１３は、図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Ｗの立体形状を表示部５１に表示する（ステップＳ４０１，Ｓ４０２）。
【００６６】
次に、三次元測定装置１は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い（ステップＳ４０３）、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける（ステップＳ４０４）。
【００６７】
次に、三次元測定装置１は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を抽出するための点群の指定を受け付ける（ステップＳ４０５）。そして、三次元測定装置１は、幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける（ステップＳ４０６）。形状種別には、点、線、円、面、球、円筒、円錐等がある。ステップＳ４０５とステップＳ４０６とは、順序を入れ替えても良い。
【００６８】
三次元測定装置１は、全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップＳ４０５及びＳ４０６の処理手順を繰り返し（ステップＳ４０７）、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける（ステップＳ４０８）。そして、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける（ステップＳ４０９）。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップＳ４０８とステップＳ４０９とは、順序を入れ替えても良い。
【００６９】
次に、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する（ステップＳ４１０）。次に、三次元測定装置１は、寸法値を測定対象物Ｗの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する（ステップＳ４１１）。三次元測定装置１は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップＳ４０８からステップＳ４１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ４１２）、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する（ステップＳ４１３）。
【００７０】
次に、本発明による三次元測定装置１のさらに詳細な構成について、図７〜図１８を用いて以下に説明する。
【００７１】
図７は、図１の測定部２に設けられた遮光カバー６１及び６２と、載置面２１３を傾けることができるステージプレート２１１とを示した図である。図中には、測定部２の右側面が示されている。
【００７２】
ステージプレート２１１は、中央付近で屈曲させることにより、載置面２１３を回転軸Ｊ４に対して傾斜させることができる。また、載置面２１３を傾斜させた状態で、ステージプレート２１１をステージベース２１２に対して固定することができ、測定対象物Ｗの姿勢を調整することができる。
【００７３】
例えば、ステージプレート２１１は、載置面２１３を水平面に対して傾斜角θ１＝４５°程度傾けた状態で固定することができる。受光部２５の受光軸Ｊ１は、回転軸Ｊ４に対して傾斜角θ２＝４５°程度傾斜している。このため、ステージプレート２１１上で測定対象物Ｗが受光部２５に正対している状態からステージ２１を回転させて撮像アングルを切り替えれば、測定対象物Ｗの側面を撮像することができる。
【００７４】
遮光カバー６１は、測定領域の上面を覆うための樹脂製のシェード部材であり、ステージ２１に対向するように配置される。この遮光カバー６１は、連結部２８に対し、着脱可能に装着されている。遮光カバー６２は、測定領域の側面を覆うための布製のシェード部材であり、遮光カバー６１の外縁に沿って配置される。この遮光カバー６２は、遮光カバー６１に対し、着脱可能に装着され、蛇腹状に折り畳んで収納することができる。
【００７５】
遮光カバー６２を下方に展開させることにより、ステージ２１上の測定領域の上面、左右の側面及び前面が遮光カバー６１及び６２によって覆われ、外乱光が測定領域に進入するのを防止することができる。
【００７６】
＜校正具７＞
図８は、校正具７の一構成例を示した平面図である。図中には、校正具７の前面が示されている。図９は、図８の校正具７をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面を示した断面図である。図１０は、図９のシリコン基板７０の一部を拡大して示した断面図である。
【００７７】
校正具７は、三次元測定装置１の光学パラメータを校正するための検査装置であり、測定用の平面が前面に設けられ、前記平面上に複数の特徴マーク８が形成される。この校正具７は、円板状であり、シリコン基板７０、基板ホルダ７１、光学読取コード７２，７３、緩衝材７５及びベース部材７６により構成される。
【００７８】
シリコン基板７０は、平面度が高い平面を形成するための基材であり、シリコンウエハからなる。このシリコン基板７０は、略円形の平板であり、一方の主面に多数の特徴マーク８が形成されている。シリコン基板７０の直径は、受光部２５の視野をカバーできるサイズ、例えば、３００ｍｍ程度である。なお、シリコンウエハ以外の半導体ウエハを校正具７の基材に用いてもよい。また、表面を研磨することによって数μｍ以下の平面度を達成することができれば、ガラス、セラミック、金属を校正具７の基材に用いてもよい。
【００７９】
特徴マーク８は、印刷によりシリコン基板７０上に形成される校正用の読取オブジェクトである。特徴マーク８は、例えば、サイズが異なるドットからなる。この特徴マーク８は、黒色の下地層９上に白色のドットが形成されている。下地層９は、シリコン基板７０の主面全体にべた塗りされたインク膜である。各ドットは、円形状であり、格子状に配置されている。このドットは、下地層９に重畳させて形成されたインク膜からなる。特徴マーク８及び下地層９は、インク膜の厚さを正確に制御することができる高精度印刷により形成される。例えば、インク膜の厚さは、１μｍ程度である。
【００８０】
シリコン基板７０は、緩衝材７５を介してベース部材７６に固定される。ベース部材７６は、例えば、円板状の金属プレートからなる。緩衝材７５は、振動や衝撃が伝わらないようにシリコン基板７０を支持する支持部材であり、例えば、スポンジ状の樹脂からなる。シリコン基板７０は、背面の周縁部が接着剤を用いて緩衝材７５に接着されている。
【００８１】
基板ホルダ７１は、緩衝材７５及びベース部材７６を介してシリコン基板７０を保持するための保持部材である。この基板ホルダ７１は、円環状の樹脂部材からなり、内周縁部がシリコン基板７０の前面の周縁部と対向し、外周縁部がベース部材７６の周縁部に固定されている。基板ホルダ７１は、ベース部材７６にねじ止めされている。
【００８２】
基板ホルダ７１の内周縁部とシリコン基板７０との間には、間隙が設けられており、基板ホルダ７１からシリコン基板７０に応力が付加されるのを防止し、シリコン基板７０に反りが生じるのを抑制することができる。
【００８３】
光学読取コード７２及び７３は、校正情報を符号化して得られる光学読取可能なオブジェクトである。校正情報は、シリコン基板７０上の複数の特徴マーク８について測定された複数の寸法値からなる。寸法値には、例えば、各特徴マーク８のサイズと、シリコン基板７０の主面内における中心点の位置座標と、主面からの高さとが含まれる。
【００８４】
この光学読取コード７２及び７３は、ＱＲコードやデータマトリクスコード等の２次元コードであり、校正具７の周縁部、すなわち、基板ホルダ７１に配置されている。光学読取コード７２及び７３を校正具７の中央部に配置する場合に比べ、校正精度の低下を抑制することができる。
【００８５】
具体的には、光学読取コード７２及び７３を印刷したシート状の部材が基板ホルダ７１の前面に貼付される。つまり、光学読取コード７２及び７３は、特徴マーク８と同じ面に配置される。また、シート状の部材には、汚れや傷が付くのを防止するために、ラミネートフィルム等の透明な保護シートが貼付される。
【００８６】
この校正具７では、校正情報が４つに分割され、サイズが異なる光学読取コード７２及び７３に変換されている。２つの光学読取コード７３は、いずれもサイズが光学読取コード７２よりも大きく、係合部７４を挟むように係合部７４の近傍に配置されている。２つの光学読取コード７２は、係合部７４に対し、光学読取コード７３よりも遠い位置にそれぞれ配置されている。なお、光学読取コード７２及び７３は、バーコード等の１次元コードであってもよい。
【００８７】
係合部７４は、校正具７を測定部２のステージ２１に対して位置決めするための突出部であり、基板ホルダ７１に設けられている。この係合部７４は、基板ホルダ７１の外縁の一部を外側に向かって突出させた形状からなり、後述するステージプレート２１１の凸部と係合する。
【００８８】
図１１のステップＳ５０１〜Ｓ５０４は、校正具７の製造工程の一例を示したフローチャートである。まず、校正具７に設けられた測定用の平面上に複数の特徴マーク８が印刷により形成される（ステップＳ５０１）。このステップＳ５０１では、円板状のシリコン基板７０上に黒色の下地層９を形成した後、大小のドットからなるドットパターンが下地層９上に形成される。
【００８９】
次に、校正具７上の複数の特徴マーク８について寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報が生成される（ステップＳ５０２）。寸法測定は、ドットパターンの印刷精度よりも高い精度の測定器、例えば、画像測定器を用いて行われる。次に、校正情報を光学読取コード７２及び７３に変換した後（ステップＳ５０３）、校正具７に光学読取コード７２及び７３が配置される（ステップＳ５０４）。光学読取コード７２及び７３は、特徴マーク８の形成領域よりも外側に配置される。
【００９０】
この様な構成を採用することにより、校正具７に複数の特徴マーク８を形成した後にこれらの特徴マーク８について寸法測定を行い、校正情報を生成するため、校正具７の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正情報を光学読取コード７２及び７３に変換して校正具７に配置するため、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる。
【００９１】
また、校正具７の製造時における印刷誤差の影響を受けることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、各特徴マーク８の高さを容易に均一化することができる。さらに、光学読取コード７２及び７３を校正具７の周縁部に配置することにより、校正精度の低下を抑制しつつ、校正具７から特徴マーク８を読み取る読取手段を用いて光学読取コード７２及び７３を読み取らせることができる。
【００９２】
図１２は、図７のステージプレート２１１に設けられた校正具位置決め用の凸部２１４を示した図である。図中には、ステージプレート２１１の上面が示されている。ステージプレート２１１には、校正具７を位置決めするための２つの凸部２１４が設けられている。この凸部２１４は、ステージプレート２１１の周縁部に形成された傾斜面から上方に向かって突出する円柱状の突起からなる。
【００９３】
ステージプレート２１１を屈曲させた状態で校正具７を配置し、係合部７４を凸部２１４間に挿入することにより、校正具７が受光部２５に正対するように位置決めすることができる。また、校正具７をステージプレート２１１の載置面２１３に載置することにより、校正具７を受光部２５に略正対させることができる。
【００９４】
図１３及び図１４は、校正具７がステージプレート２１１上に配置された測定部２を示した図である。図１３には、ステージプレート２１１を上方から見た場合が示されている。図１４には、ステージプレート２１１を側方から見た場合が示されている。
【００９５】
光学パラメータの校正時には、図８〜１０に示した校正具７が測定部２のステージプレート２１１上に配置される。校正具７は、ステージベース２１２に対して載置面２１３を傾けた状態で固定されたステージプレート２１１上に、測定用の平面を上方に向けた状態で配置される。
【００９６】
校正具７の係合部７４をステージプレート２１１の凸部２１４と係合させることにより、傾斜面（測定用の平面）の中心線に関し、光学読取コード７２及び７３が左右対称に配置される。また、校正具７が屈曲させた状態のステージプレート２１１上に配置されるため、測定用の平面に対し、ステージ２１の回転軸Ｊ４と受光部２５の受光軸Ｊ１とは、直角とは若干異なる角度で交差している。
【００９７】
＜情報処理端末５＞
図１５は、図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末５は、測定制御部１０、点群データ生成部１１、校正情報記憶部１２、点群記憶部１３、表示制御部１４、寸法算出部１５、コード読取部１６、校正部１７、点群合成部１８及び反り検出部１９により構成される。
【００９８】
測定制御部１０は、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、回転駆動部２３を制御して撮像アングルを調整し、投光部２４による測定光の照射を制御する。
【００９９】
点群データ生成部１１は、受光部２５からの受光信号と、校正情報記憶部１２内に保持された校正情報とに基づいて、測定対象物Ｗの立体形状を表す点群データを生成し、点群記憶部１３内に格納する。校正情報は、各種の光学パラメータを校正するための複数の校正用の寸法値からなる。点群データは、三次元空間における多数の測定点の位置情報からなり、測定対象物Ｗに測定光として投影される縞パターンを移動させるごとに取得した複数のパターン画像から作成される。
【０１００】
表示制御部１４は、点群記憶部１３内の点群データに基づいて、表示部５１を制御し、測定対象物Ｗの立体形状を表示する。例えば、多数の測定点が三次元的に配置されたオブジェクト体を所定の視点から眺めるように、立体形状が表示部５１の画面に表示される。画面内における立体形状（オブジェクト体）の位置、視点及び表示倍率は、任意に指定することができる。
【０１０１】
寸法算出部１５は、測定箇所の指定を受け付け、点群記憶部１３内の点群データに基づいて、測定箇所の寸法値を算出する。表示制御部１４は、寸法算出部１５により算出された寸法値を立体形状に対応づけて表示する。
【０１０２】
点群合成部１８は、撮像アングルが互いに異なる複数の点群データを合成し、合成点群データを生成する。複数の撮像アングルで求められた複数の点群データを合成することにより、より死角の少ない合成点群データが得られる。この様な連結測定のためのアングル範囲や撮像アングルは、予め指定される。
【０１０３】
コード読取部１６は、校正具７に配置された光学読取コード７２及び７３をデコードし、校正用の寸法値を取得する。このコード読取部１６は、受光部２５からの受光信号に基づいて、光学読取コード７２及び７３をデコードする。具体的には、ステージ２１上に測定対象物Ｗとして載置された校正具７に対し、投光部２４から均一な測定光を照射して取得した撮影画像から光学読取コード７２及び７３が読み取られる。
【０１０４】
この様な構成を採用することにより、校正具７から光学読取コード７２及び７３を読み取るための受光部を測定用の受光部２５とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。また、投光部２４から均一な測定光が校正具７に照射された際の受光信号に基づいて、光学読取コード７２及び７３をデコードするため、校正具７から光学読取コード７２及び７３を読み取るための投光部を測定用の投光部２４とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。なお、投光部２４からパターン光を照射して取得される複数のパターン画像を合成した合成画像から光学読取コード７２及び７３を読み取ってもよい。
【０１０５】
校正部１７は、校正用の寸法値と、校正具７を測定対象物Ｗとして算出された寸法値とに基づいて、校正情報記憶部１２内の校正情報を更新する。この校正部１７は、校正具７の複数の特徴マーク８について算出された複数の寸法値を校正用の寸法値と比較した比較結果に基づいて、校正情報を更新する。具体的には、ステージ２１上に測定対象物Ｗとして載置された校正具７に対し、縞パターンを投影して取得した複数のパターン画像から寸法算出部１５により算出された特徴マーク８についての複数の寸法値（実測値）と、コード読取部１６により取得された校正用の寸法値とが比較される。
【０１０６】
光学パラメータの校正処理は、所定のアルゴリズムに従って行われる。例えば、ステージ２１の回転位置が異なる複数の撮像アングルでパターン画像が取得され、校正具７の立体形状を表す点群データが生成される。具体的には、予め定められた５つの撮像アングルでパターン画像が取得される。
【０１０７】
校正時の撮像アングルには、光学読取コード７２又は７３が読み取り易い回転位置を含むことが望ましい。例えば、光学読取コード７２又は７３が最も大きく撮像される回転位置、或いは、傾かずに正対する回転位置、或いは、コード全体が均一に照明される回転位置を含むことが望ましい。
【０１０８】
この三次元測定装置１では、校正具７が受光部２５に略正対する回転位置と、この回転位置を挟んで右側に回転させた２つの回転位置と、左側に回転させた２つの回転位置とが指定される。係合部７４よりも右側の光学読取コード７２及び７３は、右側に回転させた２つの回転位置に対応する撮像アングルで撮影される。一方、係合部７４よりも左側の光学読取コード７２及び７３は、左側に回転させた２つの回転位置に対応する撮像アングルで撮影される。５つの回転位置は、概ね等間隔である。
【０１０９】
校正対象の光学パラメータには、受光レンズ２５１、コレクタレンズ２４２又は投光レンズ２４４の焦点距離及び歪み、受光部２５（カメラ）と投光部２４（プロジェクタ）との相対位置、受光軸Ｊ１とステージ２１又は投光軸Ｊ２，Ｊ３との角度、受光レンズ２５１と撮像素子２５２との相対位置、コレクタレンズ２４２又は投光レンズ２４４と投光用光源２４１との相対位置等がある。
【０１１０】
受光部２５に関する光学パラメータは、主に、各特徴マーク８のサイズ及び位置に基づいて校正される。一方、受光部２５及び投光部２４の相対位置や、受光軸Ｊ１及び投光軸Ｊ２，Ｊ３の角度は、主に、校正具７の測定用の平面の見え方に基づいて校正される。
【０１１１】
反り検出部１９は、撮像アングルが互いに異なる複数の点群データに基づいて、校正具７の反りを検出し、検出結果を校正部１７へ出力する。
【０１１２】
校正部１７は、反り検出部１９による反りの検出結果を用いて、複数の特徴マーク８について算出された複数の寸法値を補正する。光学パラメータの校正処理は、補正後の寸法値を用いて行われる。この様な構成を採用することにより、校正具７の反りによる寸法誤差を補正するため、校正精度を向上させることができる。
【０１１３】
図１６は、図１５の情報処理端末５における校正時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される操作画面３０が示されている。操作画面３０は、光学パラメータの校正時に表示されるモニタ画面であり、画像表示領域３１には、受光部２５により撮影された撮影画像が表示される。
【０１１４】
ステージプレート２１１の載置面２１３を傾斜させ、この載置面２１３上に校正具７を設置し、そして、遮光カバー６２を下方に展開させた後、操作画面３０内の校正ボタン３２を操作すれば、校正処理を開始させることができる。
【０１１５】
図１７は、図１５の情報処理端末５における校正時の動作の一例を示した図であり、異なる３つの撮像アングルに対応するステージ２１の回転位置が示されている。図中の（ａ）には、ステージ２１を正対位置から３０°程度右方向に回転させた場合の回転位置が示され、（ｂ）には、ステージプレート２１１を受光部２５に略正対させた場合の回転位置が示され、（ｃ）には、ステージ２１を正対位置から３０°程度左方向に回転させた場合の回転位置が示されている。
【０１１６】
ステージ２１を正対位置から３０°程度右方向に回転させることにより、測定用の平面の中心線よりも右側に配置された光学読取コード７２及び７３が手前側に移動する。この様な回転位置に対応する撮像アングルで校正具７を撮像することにより、測定用の平面の中心線よりも右側に配置された光学読取コード７２及び７３が読み取られる。一方、ステージ２１を正対位置から３０°程度左方向に回転させることにより、測定用の平面の中心線よりも左側に配置された光学読取コード７２及び７３が手前側に移動する。この様な回転位置に対応する撮像アングルで校正具７を撮像することにより、測定用の平面の中心線よりも左側に配置された光学読取コード７２及び７３が読み取られる。
【０１１７】
校正具７が載置されたステージ２１は、校正具７の測定用の平面が回転軸Ｊ４に対して非直交である状態で回転するため、ステージ２１の回転位置を調整することにより、測定用の平面に対する撮像アングルを切り替えることができる。
【０１１８】
複数の撮像アングルで校正具７を認識し、光学パラメータの校正を行う場合、校正具７の測定用の平面がステージ２１の回転軸Ｊ４と非直交であり、かつ、受光部２５の光軸Ｊ１とは略正対することにより、ステージ２１の回転に伴い、校正具７の測定用の平面に対する撮像アングルを変更することができるとともに、受光部２５が校正具７の測定用の平面を精度よく認識することができる。
【０１１９】
図１８のステップＳ６０１〜Ｓ６１０は、図１５の情報処理端末５における校正時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末５は、投光部２４を制御して均一な測定光をステージ２１上の校正具７に照射し（ステップＳ６０１）、受光部２５から撮影画像を取得する（ステップＳ６０２）。
【０１２０】
次に、情報処理端末５は、投光部２４を制御してパターン光をステージ２１上の校正具７に照射し（ステップＳ６０３）、受光部２５からパターン画像を取得する（ステップＳ６０４）。パターン画像は、縞パターンを移動させるごとに取得される。
【０１２１】
次に、情報処理端末５は、取得した複数のパターン画像に基づいて点群データを生成する（ステップＳ６０５）。ステップＳ６０１からステップＳ６０５までの処理手順は、撮像アングルを切り替えながら繰り返される（ステップＳ６０６，Ｓ６０７）。情報処理端末５は、予め定められた複数の撮像アングルについて点群データが生成されれば、均一な測定光による撮影画像から光学読取コード７２及び７３を切り出してデコードし、校正用の寸法値を取得する（ステップＳ６０８）。
【０１２２】
次に、情報処理端末５は、点群データに基づいて、校正具７の複数の特徴マーク８の寸法値を算出する（ステップＳ６０９）。情報処理端末５は、複数の特徴マーク８について、寸法値の実測値を校正用の寸法値と比較し、その比較結果に基づいて、校正情報を更新し、この処理を終了する（ステップＳ６１０）。
【０１２３】
本実施の形態によれば、受光部２５からの受光信号と校正情報とに基づいて点群データを生成するため、製造時や組立時のばらつきに影響されることなく、正確な位置情報を取得することができる。また、校正具７から校正用の寸法値を読み取って校正情報を更新するため、校正具７の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正具７に配置された光学読取コード７２及び７３をデコードするため、校正具７から光学読取コード７２及び７３を読み取って校正用の寸法値を取得することができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、ヘッド部２０が１つの受光部２５と２つの投光部２４とを備える場合の例について説明したが、本発明は、ヘッド部２０の構成をこれに限定するものではない。例えば、ヘッド部が１つの受光部２５と１つの投光部２４とを備え、或いは、ヘッド部が２つの受光部２５と１つの投光部２４とを備える場合にも本発明は適用可能である。
【０１２５】
また、本実施の形態では、ヘッド部２０とステージ保持部２２とが固定的に連結される場合の例について説明したが、ヘッド部２０とステージ保持部２２とが分離可能であってもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１  三次元測定装置
２  測定部
２０  ヘッド部
２１  ステージ
２１１  ステージプレート
２１２  ステージベース
２１３  載置面
２１４  凸部
２２  ステージ保持部
２３  回転駆動部
２４  投光部
２５  受光部
２５ａ，２５ｂ  撮像部
２６  テクスチャ照明出射部
２７  制御基板
２８  連結部
３  ライトガイド
４  コントローラ
４１  テクスチャ光源
４２  制御基板
４３  電源
５  情報処理端末
５１  表示部
５２  キーボード
５３  マウス
６１，６２  遮光カバー
７  校正具
７０  シリコン基板
７１  基板ホルダ
７２，７３  光学読取コード
７４  係合部
７５  緩衝材
７６  ベース部材
８  特徴マーク
９  下地層
１０  測定制御部
１１  点群データ生成部
１２  校正情報記憶部
１３  点群記憶部
１４  表示制御部
１５  寸法算出部
１６  コード読取部
１７  校正部
１８  点群合成部
１９  反り検出部
Ｊ１，Ｊ１１，Ｊ１２  受光軸
Ｊ２，Ｊ３  投光軸
Ｊ４  回転軸
Ｗ  測定対象物
【図１】
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【図２】
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【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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