(57)【要約】【課題】レンズの配置を変えることなく撮像倍率を変更可能で、三次元形状の計測精度を高くする。【解決手段】計測制御部１１の制御信号に基づいて３つの可変焦点レンズ５〜７の焦点距離を制御し、対象物Ｗの像を合焦位置を変化させながら撮像素子１５で取得する。画像処理部１６が画像中の着目的の合焦度合いを各画像に対して調べ、奥行取得部１７が最も合焦度合いが高い位置を着目点の合焦位置とする。合焦面の位置は、第１の可変焦点レンズ５で制御し、倍率及びピント合わせは第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７で制御する。【選択図】図２
2016053491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系と、
前記無限遠補正光学系を通した対象物の像を取得する撮像素子と、
前記撮像素子で取得した対象物の像を画像処理し、像内の所定領域の合焦度合いを計算する画像処理部と、
前記無限遠補正光学系の合焦面を変化させながら取得した対象物の像のそれぞれについて合焦度合いを計算し、最も合焦度合いが高くなる合焦面の位置を対象物の領域毎に決定して対象物の三次元形状を取得する奥行情報取得部と、
前記無限遠補正光学系の合焦面の位置と、複数の前記可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する計測制御部と、
を含み、
前記計測制御部は、複数の前記可変焦点レンズとして、前記対象物の最も近く配置される第１の可変焦点レンズと、前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力可能に構成され、前記対象物の最も近く配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離で前記無限遠補正光学系の合焦面の位置を制御し、前記無限遠補正光学系の撮像倍率に合わせて前記第２の可変焦点レンズの焦点距離及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離を変化させて前記対象物の画像のピントを制御するように構成したことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２】
前記計測制御部は、前記第２の可変焦点レンズの焦点距離及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離を、前記レンズ群の焦点距離が、第１の可変焦点レンズの焦点距離と前記撮像素子における前記対象物の撮像倍率の積と等しく、かつ前記レンズ群の像側主点と前記撮像素子間の距離に等しくなる値に設定するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測装置。
【請求項３】
前記対象物の代わりに配置可能で、光軸に平行に移動可能なスケールと、
前記第１の可変焦点レンズと前記第２の可変焦点レンズの間に挿入可能なビームスプリッタと、
前記第１の可変焦点レンズを通り、前記ビームスプリッタで分岐された光を撮像する調整用撮像装置と、
前記調整用撮像装置で取得した前記スケールの像の大きさから前記無限遠補正光学系の実際の倍率である実倍率を算出する倍率判定部と、
前記無限遠補正光学系を通して前記撮像素子で取得した前記スケールの画像の撮像倍率及び合焦度合いを算出する倍率合焦判定部と、
をさらに含み、
前記計測制御部は、前記可変焦点レンズ毎の焦点距離の制御値として、撮像倍率と実倍率が一致したときの値を記憶していることを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項４】
３つの可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系を通して取得した対象物の像を撮像素子で取得するにあたり、最も対象物側に配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離を制御する指令値を出力し、前記無限遠補正光学系から前記対象物上の合焦面までの距離を設定し、
前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力し、設定された撮像倍率において撮像素子で撮像する対象物の画像のピントを制御し、
合焦面毎に取得した対象物の画像中の着目領域の合焦度合いを算出し、異なる複数の合焦面における対象物の画像の中から最も合焦度合いが大きい合焦面の位置を着目領域の合焦位置とし、対象物の複数の着目領域における合焦位置を取得して前記対象物の三次元形状を計測することを特徴とする三次元形状の計測方法。
【請求項５】
前記第１、第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とし、前記第２の可変焦点レンズ及び前記第３の可変焦点レンズを組み合わせたレンズ群の焦点距離をｆｉ、撮像倍率をｍ、前記第２の可変焦点レンズ６の像側主点から前記第３の可変焦点レンズ７の物側主点までの間隔をｄ、第３の可変焦点レンズ７の物側主点から撮像素子１５までの距離をｓとしたときに、
ｆ２＝ｆ１×ｄ／（ｍ×ｆ１−ｓ）
ｆ３＝ｓ×ｄ／（ｓ＋ｄ−ｍ×ｆ１）
として前記第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離を計算することを特徴とする請求項５に記載の三次元形状の計測方法。
【請求項６】
前記第１、第２、第３の可変焦点レンズに対する指令値を、前記無限遠補正光学系が所定の撮像倍率になる値に設定し、
前記第１の可変焦点レンズを通過し、前記第２、第３の可変焦点レンズを通過してない光を撮像して得られる画像から前記第１の可変焦点レンズの実際の倍率を算出し、実際の倍率と撮像倍率が一致するときの指令値を、設定した撮像倍率が得られる前記第１の可変焦点レンズの焦点距離の指令値として記憶し、
前記補正した前記第１の可変焦点レンズ及び前記第２、第３の可変焦点レンズを通過した光を撮像して得られる画像から前記無限遠補正光学系の実際の倍率を算出し、実際の倍率が撮像倍率と一致し、かつ画像の合焦度合いが所定値を越えるときのそれぞれの指令値を、撮像倍率した撮像倍率が得られる前記第２の可変焦点レンズ及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離の指令値として記憶する請求項５又は請求項６に記載の三次元形状の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状計測装置及び三次元形状の計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造ラインでは、部品などの対象物に対し、組み付け作業時の位置決めや、検査を目的として三次元形状を計測することがある。ここで、対象物の三次元形状を計測する方法としては、合焦法が知られている。合焦法では、三次元形状を計測する対象物の近傍で光学系の合焦面を光軸方向に移動させながら複数の画像を取得し、画像処理により三次元形状を取得する。複数の合焦面のそれぞれで取得される画像では、合焦面上に存在する物質の部分にピントが合い、合焦面上に存在しない部分のピントがずれるので、全体としては、ぼけた画像なる。さらに、各画像上の対象物の部分におけるボケ量は、合焦面から離れる程、大きくなる。即ち、１枚の画像上でピントが合っている部分は、他の画像上ではぼけた撮像され、そのボケ量はピントが合っている画像から光軸方向に離れる程、大きくなる。
【０００３】
このように、合焦法では、計測対象となる物質の画像として、ボケ量の異なる複数の画像を取得できるので、画像内の各領域で合焦面の位置と、ピントの合い度合い、即ち合焦度合いとの関係を調べることにより、画像内の各領域の合焦位置を求め、物質の奥行情報を二次元的に取得する。そして、奥行情報と各領域の関連付けを行えば、物質の三次元形状を取得できる。ここで、従来の三次元形状の計測装置では、合焦面を移動させるときには、レンズやレンズを装着したカメラを自動ステージなどにより物理的に移動させている。
【０００４】
ここで、近年では、レンズの媒質として液体を使用し、レンズの曲率等を電気的に制御することにより、レンズの焦点距離を変更可能な可変焦点レンズが開発されている。可変焦点レンズでは、例えば、伸縮性のある樹脂膜に液体を封止し、その一部をピエゾアクチュエータで押し込むことで、液圧により樹脂膜の形状、特に曲率半径を変化させる。また、別の可変焦点レンズは、濡れ性の小さい電極とその上の液滴との間に電圧を印加することによって液滴の接触角が変わるエレクトロウェッティングを利用している。
【０００５】
これらの可変焦点レンズを用いると、レンズやカメラを物理的に移動するよりも早く合焦面を移動することが可能になる。例えば、三次元形状の計測装置の光学系を、可変焦点レンズと固定焦点レンズを組み合わせて構築する場合には、可変焦点レンズの倍率を一定に維持して合焦面を移動することにより、奥行情報取得の際の画像サイズ、即ち撮像範囲の補正が必要なくなるため、画像の処理時間を削減でき、より高速な三次元形状の計測が可能になる。
【０００６】
また、倍率を一定に維持して合焦面を移動する方法としては、例えば、固定焦点レンズの像側主点と可変焦点レンズの物側主点が一致するように２つのレンズを配置したレンズユニットを用いることが知られている。また、３つの可変焦点レンズを配置したオートフォーカスレンズにより、倍率調整とフォーカス合わせと色収差などの光学収差の補正を同時に実施することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９６８５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５６９５６号公報
【特許文献３】特表２００８−５３５０１２号公報
【非特許文献１】水谷、桑野、大谷、梅田、吉澤、「可変焦点レンズを用いたフォーカス法による三次元形状計測」、精密工学会誌、Ｖｏｌ．７２、Ｎｏ．９、ｐｐ．１１５２−１１５６、２００６
【非特許文献２】奥、門内、石川、「ミリセカンド高速液体可変焦点レンズとそのロボットビジョン応用への可能性」、第２６回日本ロボット学会学術講演会予稿集、ＲＳＪ２００８ＡＣ３Ｉ１−０３、２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、大きさの異なる複数の部品の位置決めや、検査を行う観点からは、倍率を変えながら三次元形状を計測することが望ましい。しかしながら、従来のように、倍率を維持しながら合焦面を移動する三次元形状の計測装置では、倍率を変更しながら三次元形状を計測する場合には、レンズの配置及び可変焦点レンズ群の焦点距離を変える必要があり、三次元形状の計測装置の構成が複雑になる。これは、この種の光学系では、像倍率は、固定焦点レンズと撮像素子との距離や固定焦点レンズの焦点距離によって決まるからである。また、３つの可変焦点レンズを配置したオートフォーカスレンズユニットは、倍率を一定に維持しながら合焦面を移動できる構成になっていない。従って、この種のオートフォーカスレンズユニットを使用して倍率を変えながら三次元形状を計測することはできない。
【０００９】
なお、液体を媒質に使用する可変焦点レンズでは、液体の温度や液体に掛かる重力の影響で、所望の焦点距離からずれが生じる可能性がある。この場合には、三次元形状の計測装置に可変焦点レンズを使用するにあたり、可変焦点レンズの形状誤差に起因する三次元形状計測の誤差を抑制することが好ましい。
本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、レンズの配置を変えることなく撮像倍率を変更可能で、三次元形状の計測精度を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の一観点によれば、複数の可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系と、前記無限遠補正光学系を通した対象物の像を取得する撮像素子と、前記撮像素子で取得した対象物の像を画像処理し、像内の所定領域の合焦度合いを計算する画像処理部と、前記無限遠補正光学系の合焦面を変化させながら取得した対象物の像のそれぞれについて合焦度合いを計算し、最も合焦度合いが高くなる合焦面の位置を対象物の領域毎に決定して対象物の三次元形状を取得する奥行情報取得部と、前記無限遠補正光学系の合焦面の位置と、複数の前記可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する計測制御部と、を含み、前記計測制御部は、複数の前記可変焦点レンズとして、前記対象物の最も近く配置される第１の可変焦点レンズと、前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力可能に構成され、前記対象物の最も近く配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離で前記無限遠補正光学系の合焦面の位置を制御し、前記無限遠補正光学系の撮像倍率に合わせて前記第２の可変焦点レンズの焦点距離及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離を変化させて前記対象物の画像のピントを制御するように構成したことを特徴とする三次元形状計測装置が提供される。
【００１１】
また、実施形態の別の観点によれば、３つの可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系を通して取得した対象物の像を撮像素子で取得するにあたり、最も対象物側に配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離を制御する指令値を出力し、前記無限遠補正光学系から前記対象物上の合焦面までの距離を設定し、前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力し、設定された撮像倍率において撮像素子で撮像する対象物の画像のピントを制御し、合焦面毎に取得した対象物の画像中の着目領域の合焦度合いを算出し、異なる複数の合焦面における対象物の画像の中から最も合焦度合いが大きい合焦面の位置を着目領域の合焦位置とし、対象物の複数の着目領域における合焦位置を取得して前記対象物の三次元形状を計測することを特徴とする三次元形状の計測方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
合焦面を変化させたときに、倍率が変化しないようにピントを合わせることが可能になるので、可変焦点レンズの位置を移動させる必要がなくなる。三次元形状を計測するときに画像サイズの補正が不要になり、高速な処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置の計測原理の一例を模式的に説明する図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置の装置構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置の可変焦点レンズの印加電流と、焦点距離及び屈折力の関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置の第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズの焦点距離の計算方法の一例を模式的に説明する図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置において、撮像倍率が１倍のときの第１の可変焦点レンズの焦点距離と、第２及び第３の可変焦点レンズの焦点距離の関係の一例を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置において、撮像倍率が２倍のときの第１の可変焦点レンズの焦点距離と、第２及び第３の可変焦点レンズの焦点距離の関係の一例を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計測方法の一例を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状計測装置の装置構成の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状計測方法の一例を説明するフローチャートである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状計測方法の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００１５】
（第１の実施の形態）
最初に、図１を参照して対象物の三次元形状の計測原理について説明する。
三次元形状計測装置１は、対象物Ｗの画像を合焦面を、例えばＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のように移動させながら複数撮像する。このとき、対象物Ｗ及び三次元形状計測装置１の位置は移動させない。この場合、三次元形状計測装置１は、複数の合焦面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４について、それぞれ画像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を取得する。さらに、各画像Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれにおいて、画像中の着目画素の合焦度合いを画像処理によって調べ、合焦度合いと合焦面の位置をパラメータとする合焦曲線を作成する。例えば、対象物Ｗの着目領域が合焦面Ｄ２上に存在する場合には、合焦面Ｄ２を撮像した画像Ｐ２が最も合焦度合いが大きくなる。これに対して、合焦面Ｄ２から離れた合焦面Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４の画像Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４ではピントがずれて合焦度合いが低くなる。一般に合焦度合いは、合焦している位置からずれる程、大きくなるので、画像Ｐ３と画像Ｐ４とでは、画像Ｐ４の方が合焦度合いが小さくなる。従って、合焦曲線のピーク位置を調べれば、着目領域の合焦位置がわかる。そして、画像Ｐ１〜Ｐ４中の他の領域について同様の処理を行うことにより、対象物Ｗの三次元形状を取得する。
【００１６】
次に、図２を参照して三次元形状計測装置の概略構成について説明する。
三次元形状計測装置１は、対象物Ｗの像を取得するために使用する無限遠補正光学系２を有する。無限遠補正光学系２は、３つの可変焦点レンズ５，６，７を有する。これら可変焦点レンズ５〜７は、対象物Ｗに近い方から順番に、第１の可変焦点レンズ５と、第２の可変焦点レンズ６と、第３の可変焦点レンズ７であり、同一の光軸上に平行に配置されている。さらに、各可変焦点レンズ５〜７には、焦点距離を制御するレンズ制御部８，９，１０が１つずつ接続されている。３つのレンズ制御部８〜１０は、計測制御部１１に接続されている。
【００１７】
計測制御部１１は、対象物Ｗの光軸方向（奥行方向）の計測範囲の情報と、計測範囲内における合焦面の位置の変化量の情報が予め登録されている。合焦面の位置の変化量は、例えば、無限遠補正光学系２の焦点距離の変化量の制御に使用される。これらの情報は、作業者が不図示の入力装置を使用して入力可能に構成しても良い。また、計測制御部１１には、各合焦面において合焦した画像が得られるように各可変焦点レンズ５〜７の焦点距離を制御する指令値が登録されており、各レンズ制御部８〜１０に指令値を出力するように構成されている。
【００１８】
また、三次元形状計測装置１は、無限遠補正光学系２を介して得られる対象物Ｗの像を取得する撮像素子１５を有する。撮像素子１５は、無限遠補正光学系２の光軸上で、かつ対象物Ｗの反対側に配置されている。撮像素子１５には、対象物Ｗの像を電気信号に変換して出力する装置、例えば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）などが使用される。ここで、撮像素子１５は、画像処理部１６に接続されている。
【００１９】
画像処理部１６は、無限遠補正光学系２の焦点距離を変化させながら取得した対象物Ｗの像のそれぞれについて合焦度合いを計算する。画像処理部１６の出力は、奥行取得部１７に接続されている。
奥行取得部１７は、画像処理部１６と計測制御部１１からデータが入力され、画像処理部１６で計算した合焦度合いと、計測制御部１１から得られる合焦面の位置情報とを関連付け、対象物Ｗの表面の各領域の合焦位置を決定し、対象物Ｗの三次元形状のデータを作成する。
【００２０】
なお、計測制御部１１と、画像処理部１６と、奥行取得部１７は、１台のコンピュータであっても良い。三次元形状計測装置１のデータ処理部分にコンピュータを使用する場合には、三次元形状の計測プログラムをコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）に展開させることにより、計測制御部１１と、画像処理部１６と、奥行取得部１７として機能させることが可能になる。また、三次元形状のデータ等を保存する記憶装置や、データの表示装置、データの入出力装置、照明機構を設けることも可能である。
【００２１】
続いて、可変焦点レンズ５〜７の形状及び特性について説明する。各可変焦点レンズ５〜７は、液圧駆動、例えば、伸縮性のある樹脂膜に液体を封止し、その一部をピエゾアクチュエータで押し込むことで、液圧により樹脂膜の形状、特に曲率半径を変化させる液圧駆動タイプを使用している。この実施の形態において、各可変焦点レンズ５〜７は、対応するレンズ制御部８〜１０から印加される電流とレンズの屈折力（焦点距離の逆数）がほぼ比例するものが用いられる。
【００２２】
ここで、図３を参照し、可変焦点レンズ５〜７における印加電流と、焦点距離及び屈折力の関係の一例について説明する。図３の横軸は、印加電流を示し、縦軸は焦点距離及び屈折力を示している。例えば、可変焦点レンズ５〜７に０ｍＡ〜２００ｍＡの電流を印加すると、焦点距離を−∞ｍｍ〜−６０ｍｍ、又は＋６０ｍｍ〜＋∞ｍｍの範囲で可変させることができる。
【００２３】
印加電流と焦点距離の関係式やテーブルは、各レンズ制御部８〜１０内に保存されている。焦点距離を変化させるときは、対象となる可変焦点レンズ５〜７に対応するレンズ制御部８〜１０に対し、計測制御部１１が、焦点距離の情報を指令値として入力する。レンズ制御部８〜１０では、例えば、図３に相当する関係式やテーブルから印加電流を決定し、対応する可変焦点レンズ５〜７に印加する。これにより、可変焦点レンズ５〜７の例えば曲率半径が変化し、指令値に相当する焦点距離が得られる。なお、可変焦点レンズ５〜７の構成や印加電流に対する特性の変化は、これに限定されない。また、計測制御部１１は、各レンズ制御部８〜１０に指令値として印加電流の情報を入力しても良い。
【００２４】
次に、三次元形状計測装置１の無限遠補正光学系２を構成する３つの可変焦点レンズ５〜７の焦点距離の関係について説明する。まず、第１、第２、第３の可変焦点レンズ５〜７の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とする。また、第２、第３の可変焦点レンズ６，７で構成されたレンズ群（以降、結像レンズ群２１と記述する）の焦点距離をｆｉとする。このとき、撮像倍率をｍとすると、３つの可変焦点レンズ５〜７が無限遠補正光学系２を構成していることから、第１の可変焦点レンズ５の焦点距離ｆ１と結像レンズ群２１の焦点距離ｆｉの関係は式（１）になる。
ｆｉ＝ｍ×ｆ１      （１）
【００２５】
一方、図４に模式的に示すように、第２の可変焦点レンズ６の像側主点ｐｐ１から第３の可変焦点レンズ７の物側主点ｐｐ２までの間隔をｄとしたとき、結像レンズ群２１の焦点距離の計算式から焦点距離ｆｉは式（２）で計算される。
ｆｉ＝ｆ２×ｆ３／（ｆ２＋ｆ３−ｄ）      （２）
【００２６】
また、結像レンズ群２１で撮像素子１５上に結像するとき、図４に模式的に示すように、結像レンズ群２１の像側主点ｐｐ３と撮像素子１５間の距離が結像レンズ群２１の焦点距離に等しいことから、式（３）が成り立つ。ここで、ｓは第３の可変焦点レンズ７の物側主点ｐｐ２から撮像素子１５までの距離である。
ｓ＋ｆ１・ｄ／ｆ２＝ｆｉ      （３）
【００２７】
従って、式（１）〜（３）から、焦点距離ｆ２、ｆ３は、焦点距離ｆ１と撮像倍率ｍを用いて、それぞれ式（４）、式（５）で計算される。
ｆ２＝ｆ１×ｄ／（ｍ×ｆ１−ｓ）      （４）
ｆ３＝ｓ×ｄ／（ｓ＋ｄ−ｍ×ｆ１）      （５）
【００２８】
このようにして計算される焦点距離ｆ１〜ｆ３について、第２、第３の可変焦点レンズ６，７の間隔ｄを１００ｍｍ、第３の可変焦点レンズ７と撮像素子１５の間隔ｓを５０ｍｍとし、第１の可変焦点レンズ５から１００ｍｍ離れた対象物の三次元形状を、対象物Ｗの表面が１００±２ｍｍ程度の位置にある場合を想定して説明する。第１の可変焦点レンズ５の焦点距離ｆ１を９５〜１０５ｍｍの範囲で動かすと、撮像倍率ｍを１倍にする場合には、図５に示すように、焦点距離ｆ１に基づいて焦点距離ｆ２及び焦点距離ｆ３を決めれば、それぞれの倍率を一定としたまま合焦面を移動できる。
【００２９】
また、撮像倍率ｍを２倍にする場合には、図６に示すように、焦点距離ｆ１に対して焦点距離ｆ２及び焦点距離ｆ３を決めれば、それぞれの倍率を一定としたまま合焦面を移動できる。他の倍率についても同様であり、可変焦点レンズ５〜７の焦点距離の可変範囲内で自由に倍率を変更することが可能である。このような、倍率毎の焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２、ｆ３の関係は、検索可能なテーブルなどの形式で計測制御部１１に予め記憶される。
【００３０】
次に、三次元形状計測装置１を使用した三次元形状の計測方法について、図７のフローチャートを主に参照して説明する。
まず、ステップＳ１０１で、計測制御部１１が、計測したい奥行範囲から第１の可変焦点レンズ５の焦点距離ｆ１の設定範囲を決定し、その範囲内で焦点距離ｆ１の移動刻みを決定する。焦点距離ｆ１の移動刻みは、等間隔でも良いし、異なる間隔でも良い。続くステップＳ１０２では、第１の可変焦点レンズ５の焦点距離ｆ１が設定される。焦点距離ｆ１は、計測制御部１１の指令に基づいてレンズ制御部８が印加電流を制御することにより設定される。なお、初期段階において、焦点距離ｆ１は、設定範囲の下限値又は上限値に設定される。例えば、焦点距離ｆ１が設定範囲の下限値に設定されると、図１の合焦面Ｄ１に無限遠補正光学系２の焦点距離が設定され、合焦面Ｄ１の画像の取得が可能になる。
【００３１】
ステップＳ１０３では、計測制御部１１が式（４）及び式（５）を使用し、焦点距離ｆ１と撮像倍率ｍに基づき、第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７の焦点距離ｆ２、ｆ３を計算する。続くステップＳ１０４では、それぞれのレンズ制御部９，１０が、第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７の焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３に設定する。これにより、無限遠補正光学系２の撮像倍率とピント合わせが行われる。例えば、焦点距離ｆ１が設定範囲の下限値に設定された場合には、図１の合焦面Ｄ１にピントが合った画像を設定した撮像倍率で取得することが可能になる。このとき、合焦面Ｄ１に存在する対象物Ｗの部分は、ピントが合っているので、合焦度合いが高くなる。一方、対象物Ｗの部分が合焦面Ｄ１から離れた位置にある場合には、画像がぼける。
【００３２】
次に、ステップＳ１０５では、撮像素子１５が、焦点距離を調整した無限遠補正光学系２を介して対象物Ｗの画像を取得する。この後、ステップＳ１０６において、焦点距離ｆ１の値を変更する。具体的には、計測制御部１１が、焦点距離ｆ１を移動刻みだけ大きく、又は小さくする。以降は、ステップＳ１０７において、焦点距離ｆ１が設定範囲の上限値又は下限値になるまでステップＳ１０２からステップＳ１０６の処理を繰り返す。例えば、前記した例では、ステップＳ１０２からステップＳ１０６の処理が繰り返される度に、図１の合焦面Ｄ１、合焦面Ｄ２、合焦面Ｄ３、合焦面Ｄ４の画像Ｐ１〜Ｐ４が順番に取得される。
【００３３】
次に、ステップＳ１０２からステップＳ１０６を複数繰り返すことによって取得される複数の画像からなる画像群に対し、ステップＳ１０８において、画像処理部１６で撮影領域の各画素における合焦度合いを計算し、所定領域、例えば、画素毎に合焦曲線を求める。ここでの合焦度合いは、例えば、１つの画像中の注目画素の５画素近傍における（最大階調値−最小階調値）／（最大階調値＋最小階調値）で計算されるコントラストを用いる。合焦度合いの計算は、別の方法を採用しても良い。最後に、ステップＳ１０９で、各画素における合焦曲線から奥行情報を取得する。ここでは、例えば、図１に示すような合焦曲線をガウス関数で近似し、そのピーク位置をその画素に相当する対象物Ｗの部分の表面位置とする。以上の処理を各画素に対して実行し、奥行取得部１７が画素に相当する二次元状の位置と、奥行情報が関連付けることにより、対象物Ｗの三次元形状が取得される。
【００３４】
以上の説明したように、三次元形状計測装置１では、第１の可変焦点レンズ５の焦点距離で合焦面を制御し、これに合わせて第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７の焦点距離を制御することにより、倍率を一定としたまま合焦面を移動させられるようにした。これにより、対象物Ｗの奥行情報を取得する際に、画像サイズの補正が不要になり、高速な三次元形状計測が可能になる。さらに、可変焦点レンズ５〜７の配置を変えずに撮像倍率が変えられるので、自由度の高い三次元計測が可能になる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素には、同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と重複する説明は省略する。この実施の形態では、三次元形状の計測にあたり、可変焦点レンズの形状誤差に起因する三次元形状計測の誤差を抑制できることを特徴とする。
【００３６】
図８に示すように、三次元形状計測装置５１は、対象物Ｗの位置に、直動自動ステージ５２に搭載された標準スケール５３を有する。標準スケール５３は、直動自動ステージ５２によって光軸方向に移動可能である。直動自動ステージ５２は、ステージ制御部５４を介して計測制御部１１により制御される。
【００３７】
また、三次元形状計測装置５１は、第１、第２の可変焦点レンズ５，６の間に、光を分岐して取り出すビームスプリッタ５５が配置されている。さらに、ビームスプリッタ５５で分岐させた光の光軸上には、固定焦点レンズ５６を介して標準スケール像を取得する調整用撮像装置５７（第２の撮像素子）が配置されている。調整用撮像装置５７は、例えば、ＣＣＤを有し、調整用画像処理部５８（第２の画像処理部）及び倍率判定部５９を介して計測制御部１１に接続されている。一方、撮像素子１５の出力は、画像処理部１６（第１の画像処理部）と、倍率合焦判定部６１に接続されている。倍率合焦判定部６１は、標準スケール５３を撮像素子１５で撮像した標準スケール像の撮像倍率及び合焦度合いを算出する。さらに、倍率合焦判定部６１は、撮像倍率が設定値と一致するか否か、及び標準スケール像が合焦しているかを判定する。判定結果は、計測制御部１１に出力される。
【００３８】
なお、三次元形状計測装置５１は、直動自動ステージ５２と、標準スケール５３と、ビームスプリッタ５５を光軸上から退避させ、代わりに図１に示す対象物Ｗを第１の可変焦点レンズ５側に配置することにより、第１の実施の形態の三次元形状計測装置１と同様の機能を実現することが可能である。また、計測制御部１１と、画像処理部１６，５８と、奥行取得部１７と、倍率判定部５９と、倍率合焦判定部６１は、１台のコンピュータであっても良い。三次元形状計測装置５１のデータ処理部分にコンピュータを使用する場合には、三次元形状の計測プログラムをコンピュータのＣＰＵに展開させることにより、計測制御部１１と、画像処理部１６，５８と、奥行取得部１７と、倍率判定部５９と、倍率合焦判定部６１として機能させることが可能になる。また、三次元形状のデータ等を保存する記憶装置や、データの表示装置、データの入出力装置、照明機構を設けることも可能である。
【００３９】
次に、三次元形状計測装置５１を使用した三次元形状の計測方法について、図９Ａ及び図９Ｂのフローチャートを主に参照して説明する。以下において、焦点距離ｆ１は、下限位置から上限位置まで変化させる場合を例に説明するが、上限位置から下限位置、又はその他の変化方法を採用しても良い。
【００４０】
まず、ステップＳ２０１で、計測制御部１１が、第１の可変焦点レンズ５の焦点距離ｆ１の設定範囲を決定し、その範囲内での移動刻みを決定する。続くステップＳ２０２では、３つの可変焦点レンズ５の焦点距離ｆ１〜ｆ３を設定する。例えば、直動自動ステージ５２に搭載された標準スケール５３を焦点距離ｆ１の設定範囲の下限位置に配置した場合には、計測制御部１１が焦点距離ｆ１を設定範囲の下限値に設定する。また、第１の実施の形態の式（４）及び式（５）に基づいて、焦点距離ｆ２、ｆ３を設定する。
【００４１】
この後、ステップＳ２０３で、調整用撮像装置５７が、第１の可変焦点レンズ５、ビームスプリッタ５５、及び固定焦点レンズ５６を介して入力される標準スケール５３の標準スケール像を取得する。調整用撮像装置５７は、調整用画像処理部５８に画像データを送る。調整用画像処理部５８では、標準スケール５３のライン間隔などから実際の倍率である像倍率ｍ´を算出する。固定焦点レンズ５６の焦点距離をｆｃとすると、像倍率ｍ´はｆｃ／ｆ１で算出される。
【００４２】
ここで、ステップＳ２０４において、倍率判定部５９が、設定した焦点距離ｆ１によって決まる標準スケール像の撮像倍率ｍと、像倍率ｍ´が等しいかどうかを判定する。両者が等しくない場合には、第１の可変焦点レンズ５の液体の温度や液体に掛かる重力の影響で、設定した焦点距離と実際の焦点距離との間にずれが生じているとみなし、ステップＳ２０５に進んで第１の可変焦点レンズ５の印加電流Ｉ１を調整する。印加電流Ｉ１は、レンズ制御部８において、可変焦点レンズ５の倍率を制御するパラメータであるため、印加電流Ｉ１を変化させることにより、設定した焦点距離と実際の焦点距離との間にずれを減少できる。印加電流Ｉ１の変化量は、計測制御部１１に登録されている固定の値を使用しても良いし、設定した焦点距離と実際の焦点距離との間にずれの大きさに比例する値を使用しても良い。
【００４３】
第１の可変焦点レンズ５の印加電流Ｉ１を調整したら、ステップＳ２０３に戻り、調整用撮像装置５７で標準スケール像を再度取得する。そして、ステップＳ２０４で撮像倍率ｍと像倍率ｍ´が等しくなるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２０５までの処理を繰り返す。この結果、計測制御部１１がステップＳ２０２で設定した焦点距離ｆ１と、第１の可変焦点レンズ５の実際の焦点距離とを一致させることができる。
【００４４】
焦点距離ｆ１に対する印加電流Ｉ１の調整が完了したら、ステップＳ２０６に進み、撮像素子１５で標準スケール像を取得する。続くステップＳ２０７では、倍率合焦判定部６１で、標準スケール像の倍率と合焦度合いを算出し、標準スケールの像が撮像倍率ｍに等しく、かつ合焦しているかを判定する。標準スケール像の倍率は、例えば、予め登録されているライン間隔と、標準スケール像のライン間隔の比から算出する。合焦度合いの計算方法は、第１の実施の形態と同様である。撮像倍率の情報は、例えば、計測制御部１１から予め入力された値を使用する。合焦の判定は、例えば、第１の実施の形態と同様に計算した合焦度合いが予め定められた閾値とを比較する。そして、標準スケール像中に合焦度合いが閾値を超える領域が存在している場合に合焦していると判定する。
【００４５】
撮像倍率と一致しない場合、または合焦してない場合には、第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７の液体の温度や液体に掛かる重力の影響で、設定した焦点距離と実際の焦点距離との間にずれが生じているとみなし、ステップＳ２０８に進んで、第２の可変焦点レンズ６の印加電流Ｉ２と、第３の可変焦点レンズ７の印加電流Ｉ３をそれぞれ調整する。
【００４６】
印加電流Ｉ２、Ｉ３は、レンズ制御部９，１０において、可変焦点レンズ６，７の倍率を制御するパラメータであるため、印加電流Ｉ２、Ｉ３を変化させることにより、撮像素子１５で取得される標準スケール像の倍率のずれを減少させると共に、合焦度合いを向上させることができる。印加電流Ｉ２、Ｉ３の変化量は、計測制御部１１に登録されている固定の値を使用しても良いし、設定した焦点距離と実際の焦点距離との間にずれの大きさに比例する値を使用しても良い。
【００４７】
第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７の印加電流Ｉ２、Ｉ３を調整したら、ステップＳ２０６に戻り、撮像素子１５で標準スケール像を再度取得する。そして、ステップＳ２０６で倍率が等しく、かつ合焦するまで、ステップＳ２０６からステップＳ２０８までの処理を繰り返す。この結果、計測制御部１１がステップ２０２で設定した焦点距離ｆ２、ｆ３と、第２の可変焦点レンズ６及び第３の可変焦点レンズ７の実際の焦点距離を一致させることができる。
【００４８】
以上のように印加電流Ｉ１〜Ｉ３を調整したら、ステップＳ２０９に進み、印加電流Ｉ１〜Ｉ３を計測制御部１１に記録する。続いて、ステップＳ２１０で、焦点距離ｆ１の移動刻みだけ標準スケール５３を移動させる。この後、ステップＳ２１１に進み、ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの処理を実行する。これにより、移動刻みだけ移動した位置において所望の倍率及び合焦度合いが得られる印加電流Ｉ１〜Ｉ３が計測制御部１１に記憶される。以降は、焦点距離ｆ１の移動刻みだけ標準スケール５３を移動させながら、焦点距離ｆ１の設定範囲全体で印加電流Ｉ１〜Ｉ３を調整し、その都度、計測制御部１１に記録する。ここまでの処理によって、合焦面の各設定位置と、その位置において正しい焦点距離を得るための印加電流Ｉ１〜Ｉ３を関連付けたテーブル７１が計測制御部１１に作成される。
【００４９】
以上の処理により、各可変焦点レンズ５〜８の焦点距離ｆ１〜ｆ３の調整が終了したので、標準スケール５３の代わりに対象物Ｗを配置し、第１の実施例と同様に合焦面を移動させながら画像を取得する。このとき、各可変焦点レンズ５〜８の焦点距離ｆ１〜ｆ３は、テーブル７１に格納された印加電流Ｉ１〜Ｉ３を使用して制御される。具体的には、端子Ａから進む図９ＢのステップＳ２１２で、印加電流Ｉ１〜Ｉ３を、例えば、テーブル７１における初期状態の焦点距離ｆ１〜ｆ３が得られるように設定する。テーブル７１にお格納されている焦点距離ｆ１〜ｆ３のデータは、重力等の影響を考慮して実際に焦点距離が設定した焦点距離ｆ１〜ｆ３になるように調整したデータなので、各可変焦点レンズ５〜７の焦点距離を、設定値であるｆ１〜ｆ３に一致させることができる。
【００５０】
続くステップＳ２１３で、対象物Ｗの画像を撮像素子１５で取得する。この後、ステップＳ２１４では、印加電流Ｉ１〜Ｉ３を次の焦点距離ｆ１〜ｆ３に相当する値に変更する。例えば、テーブル７１の２番目に格納されている印加電流Ｉ１〜Ｉ３を選択し、これらの値を対応するレンズ制御部８〜１０に入力する。
【００５１】
そして、ステップＳ２１５で、印加電流Ｉ１がテーブル７１の範囲内であれば、ステップＳ２１２〜Ｓ２１４を実行する。この場合には、テーブル７１の２番目の格納されている印加電流Ｉ１〜Ｉ３で設定される焦点距離ｆ１〜ｆ３によって対象物Ｗの画像を取得する。さらに、この後、テーブル７１の３番目の格納されている印加電流Ｉ１〜Ｉ３が設定される。このように、ステップＳ２１５で印加電流Ｉ１がテーブル７１の範囲外になるまで、ステップＳ２１２からステップＳ２１４を繰り返し、それぞれの条件における画像を取得する。
【００５２】
そして、この後、ステップＳ２１６で各画素の合焦曲線を取得し、ステップＳ２１７で各画素の奥行上場を取得する。これらの処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１０８及びステップＳ１０９と同様の処理である。これにより、画素に相当する二次元状の位置と、奥行情報が関連付けられ、対象物Ｗの三次元形状が取得される。
【００５３】
以上に説明したように、三次元形状計測装置５１では、可変焦点レンズ５〜７の配置を変えずに撮像倍率を変えることが可能になり、自由度の高い三次元計測が可能になる。さらに、各合焦面における可変焦点レンズ５〜７の焦点距離を校正する機能を有することにより、可変焦点レンズ５〜７の温度や重力による焦点距離のずれに起因する奥行情報の誤差を排除でき、より精度の高い三次元計測が可能になる。
ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。
【００５４】
以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
（付記１）  複数の可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系と、前記無限遠補正光学系を通した対象物の像を取得する撮像素子と、前記撮像素子で取得した対象物の像を画像処理し、像内の所定領域の合焦度合いを計算する画像処理部と、前記無限遠補正光学系の合焦面を変化させながら取得した対象物の像のそれぞれについて合焦度合いを計算し、最も合焦度合いが高くなる合焦面の位置を対象物の領域毎に決定して対象物の三次元形状を取得する奥行情報取得部と、前記無限遠補正光学系の合焦面の位置と、複数の前記可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する計測制御部と、を含み、前記計測制御部は、複数の前記可変焦点レンズとして、前記対象物の最も近く配置される第１の可変焦点レンズと、前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力可能に構成され、前記対象物の最も近く配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離で前記無限遠補正光学系の合焦面の位置を制御し、前記無限遠補正光学系の撮像倍率に合わせて前記第２の可変焦点レンズの焦点距離及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離を変化させて前記対象物の画像のピントを制御するように構成したことを特徴とする三次元形状計測装置。
（付記２）  前記計測制御部は、前記第２の可変焦点レンズの焦点距離及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離を、前記レンズ群の焦点距離が、第１の可変焦点レンズの焦点距離と前記撮像素子における前記対象物の撮像倍率の積と等しく、かつ前記レンズ群の像側主点と前記撮像素子間の距離に等しくなる値に設定するように構成したことを特徴とする付記１に記載の三次元形状計測装置。
（付記３）  前記計測制御部は、前記第１、第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とし、前記第２の可変焦点レンズ及び前記第３の可変焦点レンズを組み合わせたレンズ群の焦点距離をｆｉ、撮像倍率をｍ、前記第２の可変焦点レンズの像側主点から前記第３の可変焦点レンズの物側主点までの間隔をｄ、第３の可変焦点レンズの物側主点から撮像素子までの距離をｓとしたときに、ｆ２＝ｆ１×ｄ／（ｍ×ｆ１−ｓ）  ｆ３＝ｓ×ｄ／（ｓ＋ｄ−ｍ×ｆ１）として前記第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離を計算するように構成した付記１又は付記２に記載の三次元形状計測装置。
（付記４）  前記対象物（Ｗ）の代わりに配置可能で、光軸に平行に移動可能なスケールと、前記第１の可変焦点レンズと前記第２の可変焦点レンズの間に挿入可能なビームスプリッタと、前記第１の可変焦点レンズを通り、前記ビームスプリッタで分岐された光を撮像する調整用撮像装置と、前記調整用撮像装置で取得した前記スケールの像の大きさから前記無限遠補正光学系の実際の倍率である実倍率を算出する倍率判定部と、前記無限遠補正光学系を通して前記撮像素子で取得した前記スケールの画像の撮像倍率及び合焦度合いを算出する倍率合焦判定部と、をさらに含み、前記計測制御部は、前記可変焦点レンズ毎の焦点距離の制御値として、撮像倍率と実倍率が一致したときの値を記憶していることを特徴とする三次元形状計測装置。
（付記５）  ３つの可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系を通して取得した対象物の像を撮像素子で取得するにあたり、最も対象物側に配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離を制御する指令値を出力し、前記無限遠補正光学系から前記対象物上の合焦面までの距離を設定し、前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力し、設定された撮像倍率において撮像素子で撮像する対象物の画像のピントを制御し、合焦面毎に取得した対象物の画像中の着目領域の合焦度合いを算出し、異なる複数の合焦面における対象物の画像の中から最も合焦度合いが大きい合焦面の位置を着目領域の合焦位置とし、対象物の複数の着目領域における合焦位置を取得して前記対象物の三次元形状を計測することを特徴とする三次元形状の計測方法。
（付記６）  前記第１、第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とし、前記第２の可変焦点レンズ及び前記第３の可変焦点レンズを組み合わせたレンズ群の焦点距離をｆｉ、撮像倍率をｍ、前記第２の可変焦点レンズの像側主点から前記第３の可変焦点レンズの物側主点までの間隔をｄ、第３の可変焦点レンズの物側主点から撮像素子までの距離をｓとしたときに、ｆ２＝ｆ１×ｄ／（ｍ×ｆ１−ｓ）  ｆ３＝ｓ×ｄ／（ｓ＋ｄ−ｍ×ｆ１）として前記第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離を計算することを特徴とする付記５に記載の三次元形状の計測方法。
（付記７）  前記第１、第２、第３の可変焦点レンズに対する指令値を、前記無限遠補正光学系が所定の撮像倍率になる値に設定し、前記第１の可変焦点レンズを通過し、前記第２、第３の可変焦点レンズを通過してない光を撮像して得られる画像から前記第１の可変焦点レンズの実際の倍率を算出し、実際の倍率と撮像倍率が一致するときの指令値を、設定した撮像倍率が得られる前記第１の可変焦点レンズの焦点距離の指令値として記憶し、前記補正した前記第１の可変焦点レンズ及び前記第２、第３の可変焦点レンズを通過した光を撮像して得られる画像から前記無限遠補正光学系の実際の倍率を算出し、実際の倍率が撮像倍率と一致し、かつ画像の合焦度合いが所定値を越えるときのそれぞれの指令値を、撮像倍率した撮像倍率が得られる前記第２の可変焦点レンズ及び前記第３の可変焦点レンズの焦点距離の指令値として記憶する付記５又は付記６に記載の三次元形状の計測方法。
（付記８）  ３つの可変焦点レンズを有する無限遠補正光学系を通して取得した対象物の像を撮像素子で取得するにあたり、最も対象物側に配置された第１の可変焦点レンズの焦点距離を制御する指令値を出力し、前記無限遠補正光学系から前記対象物上の合焦面までの距離を設定し、前記第１の可変焦点レンズより前記撮像素子側に配置された第２の可変焦点レンズ及び第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を制御する指令値を出力し、設定された撮像倍率において撮像素子で撮像する対象物の画像のピントを制御し、合焦面毎に取得した対象物の画像中の着目領域の合焦度合いを算出し、異なる複数の合焦面における対象物の画像の中から最も合焦度合いが大きい合焦面の位置を着目領域の合焦位置とし、対象物の複数の着目領域における合焦位置を取得して前記対象物の三次元形状を計測する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする三次元形状の計測プログラム。
（付記９）  前記第１、第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とし、前記第２の可変焦点レンズ及び前記第３の可変焦点レンズを組み合わせたレンズ群の焦点距離をｆｉ、撮像倍率をｍ、前記第２の可変焦点レンズの像側主点から前記第３の可変焦点レンズの物側主点までの間隔をｄ、第３の可変焦点レンズの物側主点から撮像素子までの距離をｓとしたときに、ｆ２＝ｆ１×ｄ／（ｍ×ｆ１−ｓ）  ｆ３＝ｓ×ｄ／（ｓ＋ｄ−ｍ×ｆ１）として前記第２、第３の可変焦点レンズの焦点距離を計算する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする三次元形状の計測プログラム。
（付記１０）  前記第１、第２、第３の可変焦点レンズに制御信号を入力して焦点距離を制御するにあたり、前記第１、第２、第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離を所定の倍率に相当する値に設定し、前記第１の可変焦点レンズを通過し、前記第２、第３の可変焦点レンズを通過してない光を撮像して得られる画像から前記第１の可変焦点レンズの撮像倍率を算出し、撮像倍率と設定した倍率が一致するときの制御信号を前記第１の可変焦点レンズの焦点距離の制御信号として記憶し、前記補正した前記第１の可変焦点レンズ及び前記第２、第３の可変焦点レンズを通過した光を撮像して得られる画像から前記第２及び前記第３の可変焦点レンズの撮像倍率を算出し、撮像倍率が設定した倍率と一致し、かつ合焦度合いが所定値を越えるときのそれぞれの制御信号を、設定した焦点距離が得られる前記第２及び前記第３の可変焦点レンズのそれぞれの焦点距離の制御信号として記憶する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする三次元形状の計測プログラム。
【符号の説明】
【００５５】
１，５１  三次元形状計測装置
２  無限遠補正光学系
５  第１の可変焦点レンズ
６  第２の可変焦点レンズ
７  第３の可変焦点レンズ
１１  計測制御部
１５  撮像素子
１６  画像処理部
１７  奥行情報取得部
２１  レンズ群
５３  標準スケール
５５  ビームスプリッタ
５７  調整用撮像装置
５９  倍率判定部
６１  倍率合焦判定部
ｆ１、ｆ２、ｆ３  焦点距離
Ｗ  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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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