(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像ユニットを調整することにより、計測誤差を低減する計測装置及びその調整方法を提供する。【解決手段】被検物１１の画像に基づいて被検物を計測する計測装置において、光パターン１２を形成するパターン形成部及び形成された光パターンを被検物に投影する投影光学系を有する投影ユニット１と、被検物１１からの光を受光面で受光して被検物１１の画像を撮る撮像ユニット２及び光パターン１２が投影された被検物１１からの光を受光面に導く結像光学系を有する撮像ユニット２とを有し、撮像ユニット２は、受光面に対する結像光学系の角度を調整可能とする調整部１４を有し、調整部１４はエピポーラ平面に交差する方向の結像光学系の傾き角度を調整する。【選択図】図１
2016061567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の画像に基づいて前記被検物を計測する計測装置であって、
光パターンを形成するパターン形成部、及び、形成された光パターンを前記被検物に投影する投影光学系、を有する投影ユニットと、
受光面を有し、前記被検物からの光を前記受光面で受光して前記被検物の画像を撮る撮像部、及び、前記光パターンが投影された前記被検物からの光を前記受光面に導く結像光学系、を有する撮像ユニットと、を有し、
前記投影ユニット又は撮像ユニットは、前記受光面に対する前記結像光学系の角度を調整可能とする調整部を有し、
前記調整部は、前記投影ユニット及び前記撮像ユニットによるエピポーラ平面に交差する方向の前記投影光学系又は結像光学系の傾き角度を調整可能とすることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
被検物の画像に基づいて前記被検物を計測する計測装置であって、
第１受光面を有し、前記被検物からの光を前記第１受光面で受光して前記被検物の画像を撮る第１撮像部、及び、前記被検物からの光を前記第１受光面に導く第１結像光学系、を有する第１撮像ユニットと、
第２受光面を有し、前記被検物からの光を前記第２受光面で受光して前記被検物の画像を撮る第２撮像部、及び、前記被検物からの光を前記第２受光面に導く第２結像光学系、を有する第２撮像ユニットと、を有し、
前記第１撮像ユニットは、前記第１受光面に対する前記第１結像光学系の角度を調整可能とする調整部を有し、
前記調整部は、前記第１撮像ユニット及び前記第２撮像ユニットによるエピポーラ平面に交差する方向の前記第１結像光学系の傾き角度を調整可能とすることを特徴とする計測装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記結像光学系の取り付け角度を調整するための調整部材を有し、
前記調整部材によって、前記傾き角度が所定の角度となるように前記結像光学系が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記調整部材は、前記撮像部と前記結像光学系を固定するためのマウントと、シムとを有し、
前記撮像部と前記結像光学系の間に前記シムを挟んで前記撮像部と前記結像光学系が固定されていることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記マウントは、前記シムの位置を決めるための位置決め部を有することを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記調整部材は可動部材を有し、
前記可動部材を動かすことによって前記傾き角度が変わることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記撮像部と前記結像光学系との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記結像光学系と前記撮像ユニットの固定面との間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項９】
前記撮像部からの画像の信号を用いて前記被検物の形状を算出する演算部を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
被検物の画像に基づいて前記被検物を計測する計測装置であって、
光パターンを形成するパターン形成部、及び、形成された光パターンを前記被検物に投影する投影光学系、を有する投影ユニットと、
受光面を有し、前記被検物からの光を前記受光面で受光して前記被検物の画像を撮る撮像部、及び、前記光パターンが投影された前記被検物からの光を前記受光面に導く結像光学系、を有する撮像ユニットと、を有し、
前記撮像ユニットは、前記結像光学系の光軸及び前記投影光学系の物体側主点を含む面と前記受光面とが成す角度を調整可能とする調整部を有することを特徴とする計測装置。
【請求項１１】
被検物の画像に基づいて前記被検物を計測する計測装置であって、
第１受光面を有し、前記被検物からの光を前記第１受光面で受光して前記被検物の画像を撮る第１撮像部、及び、前記被検物からの光を前記第１受光面に導く第１結像光学系、を有する第１撮像ユニットと、
第２受光面を有し、前記被検物からの光を前記第２受光面で受光して前記被検物の画像を撮る第２撮像部、及び、前記被検物からの光を前記第２受光面に導く第２結像光学系、を有する第２撮像ユニットと、を有し、
前記第１撮像ユニットは、前記第１結像光学系の光軸及び前記第２結像光学系の像側主点を含む面と前記第１受光面とが成す角度を調整可能とする調整部を有することを特徴とする計測装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の計測装置の調整方法であって、
前記撮像部側の、前記結像光学系を取り付けて固定するための固定面と、前記受光面とが成す角度を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果から、前記投影ユニット及び前記撮像ユニットによるエピポーラ平面に交差する方向の前記結像光学系の傾き角度の調整量を算出する算出工程と、
算出された調整量に基づいて前記傾き角度を調整する調整工程と、を有することを特徴とする調整方法。
【請求項１３】
前記計測工程において、オートコリメータを用いて、前記固定面に配置した基板の面と前記受光面からの反射光を検出して、前記基板の面と前記受光面の角度を計測することにより、前記角度を計測することを特徴とする請求項１２に記載の調整方法。
【請求項１４】
前記計測工程において、前記固定面に配置した基板の面と前記受光面の形状を測定することにより、前記角度を計測することを特徴とする請求項１２に記載の調整方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の計測装置の調整方法であって、
被検物として評価パターンを配置し、前記評価パターンを前記撮像ユニットからの距離を変えながら配置し、複数の前記距離で前記評価パターンの画像を取得する取得工程と、
取得した画像の特性を評価する評価工程と、
前記評価パターンの画像の特性の評価値と前記投影ユニット及び前記撮像ユニットによるエピポーラ平面に交差する方向の前記結像光学系の傾き角度の関係、及び、前記評価工程の評価結果、を用いて、前記傾き角度の調整量を算出する算出工程と、
算出された調整量に基づいて前記傾き角度を調整する調整工程と、を有することを特徴とする調整方法。
【請求項１６】
前記画像の特性は、画像の歪み又は画像のボケであることを特徴とする請求項１５に記載の調整方法。
【請求項１７】
前記関係は、前記評価パターンの画像の特性の評価値に対する前記傾き角度の敏感度であり、
前記敏感度をシミュレーション又は実測により求めることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の調整方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の計測装置の調整方法であって、
前記撮像部側の、前記結像光学系を取り付けて固定するための固定面と、前記受光面とが成す角度を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果から、前記結像光学系の光軸及び前記投影光学系の物体側主点を含む面と前記受光面とが成す角度の調整量を算出する算出工程と、
算出された調整量に基づいて前記角度を調整する調整する調整工程と、を有することを特徴とする調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物に光のパターンを投影して被検物を撮像し、その撮像結果から被検物の三次元形状を計測するパターン投影方式の計測装置がある。
【０００３】
計測装置は、光のパターンを投影する投影ユニットと、被検物を撮像する撮像ユニットとを含むヘッドを有する。また、計測装置の内部又は外部に演算ユニットが設けられている。投影ユニットの投影レンズから既知の光パターンが投影された被検物を、撮像ユニットの撮像レンズを通してセンサで撮像する。演算ユニットは、その撮像結果を用いて三角測量に基づく演算を行って、被検物までの距離や被検物の形状を求める。
【０００４】
計測装置に使用されている撮像ユニットや投影ユニットにはメカ公差や光学系起因の画像歪みなどが生じるので、これらが計測誤差となる。そのため、既知の基準を計測することで計測結果を校正するための校正値を取得し、メカや光学系に起因する計測誤差を除くように計測結果を補正することにより、計測精度を向上させている（特許文献１）。
【０００５】
特許文献１では、基準としての校正用チャートを投影ユニットからの距離を変えながら計測している。撮像レンズの光軸とセンサの相対角度が垂直な角度から傾いた状態では、センサ面内で画像のデフォーカス分布が発生する。また、校正用チャート迄の距離に依存して、そのデフォーカス分布が変化することと、撮像レンズの収差との組合せにより、投影ユニットからの距離に依存する画像の歪みが変化する。
【０００６】
校正用チャートを投影ユニットからの距離を変えながら計測することによって、投影ユニットからの距離に依存する画像の歪みのデータを計測し、校正データとして記憶し、校正データを用いて画像のデータを校正することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７０２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
距離に依存する画像の歪みは、三角測量の際のエピポーラ平面に交差する方向に撮像レンズが傾いて、センサ面と撮像レンズの光軸との成す角度が垂直な角度から傾くことが原因であることが分かった。また、同様に、投影レンズと光パターン形成部との傾き角度も投影される光パターンの歪みの原因となる。
【０００９】
特許文献１には、その傾き角度について言及しておらず、その傾き角度を考慮した撮像ユニットの調整を行っていない。また、特許文献１の方法では、校正データの量が多いと、実際の形状計測において校正のための演算で時間がかかってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、撮像ユニット又は投影ユニットを調整することにより、計測誤差を低減する計測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】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の一側面としての計測装置は、被検物の画像に基づいて前記被検物を計測する計測装置であって、光パターンを形成するパターン形成部、及び、形成された光パターンを前記被検物に投影する投影光学系、を有する投影ユニットと、受光面を有し、前記被検物からの光を前記受光面で受光して前記被検物の画像を撮る撮像部、及び、前記光パターンが投影された前記被検物からの光を前記受光面に導く結像光学系、を有する撮像ユニットと、を有し、前記撮像ユニットは、前記受光面に対する前記結像光学系の角度を調整可能とする調整部を有し、前記調整部は、前記投影ユニット及び前記撮像ユニットによるエピポーラ平面に交差する方向の前記結像光学系の傾き角度を調整可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像ユニット又は投影ユニットを調整することにより、計測誤差を低減する計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の計測装置を示した図である。
【図２】第１実施形態の調整部を説明するための図である。
【図３】第１実施形態のシムを示した図である。
【図４】実施例１の傾き角度の計測を説明するための図である。
【図５】実施例１における挿入するシムの厚さを説明するための図である。
【図６】実施例２の傾き角度の計測を説明するための図である。
【図７】実施例３の傾き角度の計測を説明するための図である。
【図８】実施例３のチャートを示した図である。
【図９】第２実施形態の調整部を説明するための図である。
【図１０】第３実施形態の調整部を説明するための図である。
【図１１】第３実施形態における傾き角度の計測を説明するための図である。
【図１２】実施例１における調整方法のフローチャートである。
【図１３】実施例３における調整方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
〔第１実施形態〕
本実施形態の計測装置について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、計測装置の概略図である。図１（ｂ）は、光パターン１２が投影された被検物１１を示す図である。本実施形態の計測装置は、ヘッド１０（破線部）と演算ユニット（演算部）３で構成され、ヘッド１０は更に、以下２個の光学ユニットを含んでいる。１個目の光学ユニットは予め設定された既知の光パターン（光強度分布）１２を被検物１１に投影する投影ユニット１で、２個目の光学ユニットは光パターン１２が投影された被検物１１を撮像する撮像ユニット２である。
【００１６】
投影ユニット１は、投影パターン設定素子（パターン形成部）６と、筐体５と、投影光学系４と、を有する。投影ユニット１は、光源から出射された光を、光パターンを形成する投影パターン設定素子６に照射し、計測空間に設定されたパターンを投影光学系４で投影している。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、ｙ方向にライン（明暗）が延びるライン状の光パターンを被検物１１に投影している。投影パターン設定素子６には、液晶素子やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などが用いられ、任意の光パターンを設定することを可能にしている。また、光パターンが可変な素子６の代わりに、固定パターンが描画された、固定の光パターンを形成するガラス板を用いることもできる。図１では、ｙ方向に延びる直線群の光パターンを示している。
【００１７】
撮像ユニット２は、受光面を有するセンサ素子９（ＣＭＯＳやＣＣＤなどの光電変換素子）と、被検物からの光を受光面に導く撮像レンズ（結像光学系）７と、センサ筐体８を有する。センサ素子９は、被検物からの光を受光面で受光して被検物の画像を取得する撮像部として機能する。
【００１８】
次に、計測装置を用いた計測方法について述べる。光パターン１２は白と黒の２値の縞で、投影ユニット１が複数種類の光パターンを投影しつつ、撮像ユニット２がパターン毎に撮像し、撮像した画像の信号（データ）を演算ユニット３に保存する。そして縞の設定値と設定値毎の撮像結果のデータから計測空間を分割していき、計測空間内の被検物１１の表面上の物点に対して、投影ユニット１の投影パターン設定素子６の画素位置と、撮像ユニット７のセンサ素子９の画素位置を対応付ける。これら投影ユニット１と撮像ユニット２の相対的な位置と姿勢の関係は予め既知で有ることから、三角測量に基づき被検物１１表面上の点の距離（位置）を演算ユニット３で計算する。これらをパターンが投影された被検物１１表面上の複数点について実施し、被検物１１の形状を求める。パターンの設定は、白黒２値の縞で説明したが、多値或はその他の複数の色でも良い。
【００１９】
撮像ユニット２の詳細を図２（ａ）、（ｂ）に示す。撮像ユニット２は、センサ筐体８と撮像レンズ７との間に調整部１４を有する。撮像ユニット２では、Ｃマウントのような、ねじ込み式のマウントで撮像レンズ７が固定される。調整部１４は、雄ネジ２２、雌ネジ２４、レンズ側固定面２１、センサ側固定面２３、位置決め部（凹部）２６、シム（調整部材）２７で構成される。調整部１４は、センサ素子９の受光面に対する撮像レンズ７の光軸７１の角度θを調整可能とする。撮像レンズ７側に雄ネジ２２、センサ筐体８側に雌ネジ２４（内側部）が形成されているマウントでは、レンズ側固定面２１がセンサ側固定面２３に接触するまで、撮像レンズ７をネジ溝に沿って矢印のように回転させる。これにより、撮像レンズ７が固定される。
【００２０】
計測装置の小型化の影響によるレンズの高倍率化によりセンサ素子９とセンサ側固定面２３との相対角度の要求精度が高精度化しているのに対し、低コスト化の影響から製造誤差により要求精度より傾いてしまうセンサが存在する場合がある。その場合、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３との間に何も挿入せずに、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３を全周にわたり突き当てて固定すると、撮像レンズ７の光軸とセンサ素子９の受光面が垂直な角度から傾いてしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態の撮像ユニット２では、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３との間において、光軸周りの周方向の一部に、予め準備してあるシムの厚みよりも大きい隙間を設けることが可能となっている。具体的には、最大厚さのシムを挿入しても撮像レンズ７が傾いて固定可能となるように、マウントの雄ネジ２２の谷径と外径に対する雌ネジ２４の内径と谷径の大きさが設定されている。準備するシムの最大厚さは、センサ素子９とセンサ側固定面２３の相対角度の製造誤差から見積もることができる。また、センサ側固定面２３の位置決め部２６の近辺でセンサ台２５などがシム２７と干渉しないように、シム２７より大きい空間を設け、シム２７を挿入可能にしている。
【００２２】
シム２７を図３に示す。シム２７は、撮像レンズ７の雄ネジ２２の外径に合わせた円弧に、作業性向上のための取っ手２９がついたＹ字状の部材である。そして、センサ側固定面２３の位置決め部２６に合わせるための段差（凸部）２８が設けられている。
【００２３】
シム２７を位置決め部２６に合わせて、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３との隙間にシム２７を挿入して、撮像レンズ７（雄ネジ）を回転し、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３の一部を接触させて撮像レンズ７を固定する。これにより、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３とが傾いた状態で固定されるため、撮像レンズ７の光軸とセンサ素子９の受光面とが成す角度θが所定の角度となるように調整することが可能となる。センサ側固定面２３の位置決め部２６は、撮像レンズ７の光軸に対して、あるエピポーラ平面に交差する方向（例えば、垂直な方向）に設けられている。そのため、調整部１４は、投影ユニット１及び撮像ユニット２によるエピポーラ平面に交差する方向の撮像レンズ７の傾き角度を調整可能とし、所定の角度となるように撮像レンズ７を取り付けることができる。ここで、エピポーラ平面は、投影レンズ４の物体側主点と撮像レンズ７の像側主点と物点を含む平面である。なお、被検物は大きさをもつため、被検物のある１つの物点について定義されうる。ある物点について、エピポーラ平面は図１のｘｚ平面に平行な面となり、ｙ方向にずれた物点については、エピポーラ平面はｘｚ平面から傾いた平面（概略ｘｚ平面）となる。光パターン１２のラインが延びる方向がｙ方向である場合、ｙ方向に撮像レンズ７が傾くと、デフォーカスによるディストーションが生じて、ｘ方向に画像が歪んでしまう。計測誤差はラインが延びるｙ方向よりは、ラインに対して垂直なｘ方向の画像に敏感であるため、ｙ方向の撮像レンズ７の傾き角度を調整することが好ましい。ｙ方向は、エピポーラ平面がｘｚ平面に平行な面である場合、エピポーラ平面に垂直な方向である。光パターン１２のラインが延びる方向がｙ方向から傾いている場合は、ラインが延びる方向に対応する方向の撮像レンズ７の傾き角度を調整するのがよい。なお、エピポーラ平面とは別の表現を用いて表現すると、調整部１４は、撮像レンズ７の光軸及び投影レンズ４の物体側主点を含む面とセンサ素子９の受光面とが成す角度を調整可能とする。
【００２４】
なお、図２（ｂ）では不図示だが、センサ側固定面２３の反対側にも同様の位置決め部を設けて、その部分にシムを挿入してもよい。また、調整方向を合わせるため位置決め部２６と段差２８を設けたが、目印の線を引くなどの視覚的に位置を合わせる方法や、取っ手２９その物を印として方向を調整してもよい。
【００２５】
本実施形態によれば、画像歪みを低減するように、撮像ユニットを調整することで、計測誤差を低減することができる。また、調整部はシムを挿入して固定するだけの簡単な構成であり、調整方向を１軸とすることにより、多軸の機構よりは簡単な構成となっている。
【００２６】
（実施例１）
次に、上記計測装置の調整方法を説明する。
【００２７】
本実施例では、まず、センサ素子９の受光面とセンサ側（撮像部側）の固定面２３とが成す角度を、オートコリメータ３０を用いて計測する（Ｓ１０１）。図４のように、センサ側固定面２３に直接、透明な平行平面基板３１を配置した状態にセットし、オートコリメータ３０の光がセンサ素子９と基板３１表裏面で反射し、オートコリメータ３０で光点が観察可能となるようにアライメントする。このとき、基板３１の平行度は、基板を往復する光の角度が変化しないことと、基板３１からの反射光が１個であると便利なことから、オートコリメータ３０の分解能以下であることが望ましい。そのため、基板３１の角度はセンサ側固定面２３の角度として扱える。
【００２８】
通常、センサ素子９の手前にカバーガラス（不図示）が存在するため、基板３１とセンサ素子９と合わせて３個の反射光点から、基板３１とセンサ素子９の反射光点を抽出する。まず、基板３１が無い場合には基板３１からの反射光点が存在しないため、基板３１が有るときと無いときそれぞれで反射光点の角度を計測し、両結果の差分から、基板３１からの反射光点を抽出できる。残りはセンサ素子９とカバーガラスからの反射光点だが、カバーガラスは表裏面で２回反射することとウェッジによりセンサ素子９の反射光点よりも光点が明るいため、光量の観点でセンサ素子９の反射光点を抽出できる。以上の方法で、センサ素子９の反射光点と、センサ側固定面２３と角度が等しい基板３１の反射光点とを抽出する。そして、抽出した反射光点の位置から、撮像ユニット２がヘッド１０に搭載されたときの、センサ素子９の受光面とセンサ側固定面２３とが成す角度を求める。そして、その角度から、エピポーラ平面に交差する方向に対する傾き角度成分を抽出する。抽出した角度成分は、エピポーラ平面に交差する方向の撮像レンズ７の傾き角度成分、あるいは、撮像レンズ７の光軸及び投影レンズ４の物体側主点を含む面とセンサ素子９の受光面とが成す角度成分に相当する。
【００２９】
なお、図４のようにセンサ側固定面２３に直接、基板３１をセットできない場合は、センサ側固定面２３と基板３１間の相対的角度が既知のアダプタを使用してもよい。
【００３０】
次に、上記の方法で計測した角度に基づいて調整部による角度の調整量を算出する（Ｓ１０２）。この調整量は、エピポーラ平面に交差する方向の撮像レンズ７の傾き角度、あるいは、撮像レンズ７の光軸及び投影レンズ４の物体側主点を含む面とセンサ素子９の受光面とが成す角度の調整量であり、シム２７の厚さに相当する。図５を用いて、シム２７の厚さの計算方法を説明する。センサ側固定面２３の半径をＲ、マウント中心から、シム２７がレンズ側固定面２１と接する点までの距離をＬ、上述の角度をθとすると、必要なシム２７の厚さＴは、（式１）Ｔ＝Ｔａｎθ×（Ｒ＋Ｌ）で表される。この式より求められた厚さのシム２７を位置決め部２６に合わせて挿入し、撮像レンズ７を回転し固定するとセンサ素子９の受光面と撮像レンズ７の光軸が垂直な角度となるように調整できる（Ｓ１０３）。本来は上記式で求めた厚さのシム２７が最適だが、シム厚がそれぞれ異なる複数のシムを予め用意し、複数のシムから、上記式で求めた厚さに近いシムを挿入してもよい。
【００３１】
この調整方法により、エピポーラ平面に交差する方向の撮像レンズ７の傾き角度、あるいは、撮像レンズ７の光軸及び投影レンズ４の物体側主点を含む面とセンサ素子９の受光面とが成す角度を調整することができる。
【００３２】
（実施例２）
次に、上記計測装置の別の調整方法を説明する。本実施例では、センサ素子９の受光面とセンサ側固定面２３とが成す角度を３次元測定機を用いて計測する。
【００３３】
まず、図６のように、センサ側固定面２３に透明な平行平面基板３１を配置し、３次元測定機のプローブを基板３１の表面に接触させて、表面上の複数点の位置を計測する。そして、複数点の計測値を平面でフィティングすることにより、基板３１の傾き角度を算出する。基板３１の平行精度は必要精度より十分高いとすると、基板３１の傾き角度をセンサ側固定面２３の角度と見なすことができる。
【００３４】
次に、センサ側固定面２３上から基板３１を退避させ、３次元測定機のプローブをセンサ素子９の表面に接触させて、センサ素子９表面上の複数点の位置を計測する。そして、複数点の計測点を平面フィットして、センサ素子９の傾き角度を計測する。通常、センサ素子９の手前にカバーガラスが存在するが、カバーガラスとセンサ素子９間の角度は管理され、これらの相対的角度は既知或は十分小さいこととする。
【００３５】
計測されたセンサ素子９の傾き角度とセンサ側固定面２３の傾き角度より、両者の相対角度が得られる。そして、得られた相対角度のうち、エピポーラ平面に交差する方向に対する傾き角度成分を抽出する。以降の工程は、実施例１と同様である。
【００３６】
本実施例では、基板３１を配置してセンサ側固定面２３の角度を計測したが、センサ側固定面２３の角度に対して面の角度が管理されたアダプタを使用したり、直接、センサ側固定面２３を計測したりしてもよい。また、３次元測定機の代わりに、１軸方向に可動するプローブを用いて高さを計測する高さ測定機を用いてもよい。
【００３７】
（実施例３）
次に、上記計測装置の別の調整方法を説明する。本実施例では、複数の距離で基準となるチャート（評価パターン）１３を撮影し、チャート像から得られる評価結果から調整部による調整量を算出する。
【００３８】
まず、図７のように、チャート１３を計測空間に配置する。図８に、チャート１３の例を２つ示す。チャート１３ａは矩形マーカが並んでいるチャートで、矩形マーカのＸ方向の中心座標を基準の座標とする。Ｘ方向の座標を用いるのは、計測誤差がチャートのエピポーラ平面に平行な方向（Ｘ方向）のズレに大きく影響されるためである。チャート１３ｂは、市松模様のチャートで、白黒の正方形の頂点の交差点を基準の座標としてＸＹ両方の座標を求める。チャート１３ａと１３ｂのそれぞれの下に、チャート１３ａとチャート１３ｂそれぞれを撮像した場合の、断面１３Ａと１３Ｂにおける光量の階調値を示している。基準座標（矩形マーカ中心や正方形頂点）を算出する際には、断面１３Ａと１３Ｂの白黒の境界部（エッジ）の光量差が大きいことを利用して検出し、直線フィットなどから求める。
【００３９】
次に、レンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３の間にシムを挿入していない状態の計測装置を用いて、複数の距離（ｚ方向）でチャート１３を撮影する（Ｓ２０１）。そして、距離毎のチャート像から、チャート像の特性として、センサ素子９の画面内歪みを評価し、距離に依存する画面内歪みを求める（Ｓ２０２）。これを計測Ａとする。ここでの評価値は、基準座標の横ズレ量である画面歪みとしている。例えば、チャート１３ａの場合は中心座標の横ずれ量、チャート１３ｂの場合は交差点座標の横ずれ量である。
【００４０】
次に、既知の厚さＴＢのシムをレンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３の間に挿入することにより、撮像レンズ７をエピポーラ平面に交差する方向に既知の角度量傾ける。そして、計測Ａと同様に、複数の距離でチャート１３撮影し、距離毎にチャート１３から画面内歪みを計測する。これを計測Ｂとする。
【００４１】
このとき挿入したシムの厚さＴＢと、計測Ａの結果と計測Ｂの結果の差分から、シム厚さと画面内歪みの敏感度係数Ｃを、（式２）Ｃ＝ＴＢ／（計測Ｂの距離依存画面内歪み−計測Ａの距離依存画面内歪み）を用いて算出する。ここで、シムの厚さＴＢと式１から、撮像レンズ７の光軸とセンサ素子９の受光面の相対角度の変化が求められるため、敏感度係数Ｃを、その相対角度と画面内歪みの関係として求めてもよい。
【００４２】
次に、計測Ａでの評価結果を用いて、敏感度係数Ｃに計測Ａの距離依存画面内歪みを乗算して、挿入に必要なシムの厚さを求める（Ｓ２０３）。あるいは、式１から、調整すべき撮像レンズ７の光軸とセンサ素子９の受光面の相対角度を求める。そして、求めた厚さのシムを挿入することにより、調整部による調整を行うことができる（Ｓ２０４）。
【００４３】
本実施例では、既知のシム厚を挿入して、距離依存の画面内歪みを実測して、計測結果から敏感度を求めた。ただし、撮像レンズ７の光軸とセンサ素子９の受光面の相対角度とレンズ収差とからチャート像の評価値の敏感度をシミュレーションで予め求めておき、次に、計測Ａの実測結果を用いて計算を調整量の算出を行ってもよい。
【００４４】
また、本実施例では評価値として距離依存の画面内歪み（基準座標の横ズレ量）を用いた。しかし、ボケ量（断面１３Ａと１３Ｂにおける白黒境界部（エッジ）の傾き量）や光量（断面１３Ａと１３Ｂにおける白部の高さ）など他の評価値から相対角度と必要シム厚を求めてもよい。或は、チャートを距離計測し、複数の距離における各チャート上の基準座標の距離（Ｚズレ量）を評価してもよい。
【００４５】
〔第２実施形態〕
次に、第２の実施形態の計測装置を説明する。本実施形態の計測装置は調整部が第１実施形態とは異なる。なお、第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。本実施形態では、撮像ユニット２のレンズ側固定面２１とセンサ側固定面２３の間に、撮像レンズ７のチルトをエピポーラ平面と交差する方向に調整する調整機構（調整部材）１４０が設けられている。エピポーラ平面と交差する方向は、例えば、エピポーラ平面に垂直な方向である。
【００４６】
図９を用いて調整機構１４０を説明する。調整機構１４０は、板４０、ヒンジ４１、バネ４２、調整ビス（可動部材）４３で構成されている。センサ側固定面２３とレンズ側固定面２１にそれぞれ板４０（４０ａ、４０ｂ）があり、これらの板４０をヒンジ４１で接続している。ヒンジ４１の向きは、板４０ｂを介して、撮像レンズ７の光軸をエピポーラ平面に交差する方向に移動することが可能となるように取り付けられている。バネ４２で板４０を近付ける方向に常に力が掛かるようにすることでヒンジ４１が固定される。板４０ａと板４０ｂの相対角度は調整ビス４３による送り量で調整する。調整ビス４３の既知のネジピッチＰと調整ビス４３の回転量Ｒｏｔより求められる送り量Ｌｃ（＝Ｐ×Ｒｏｔ）と、ヒンジ４１から調整ビス４３間の距離Ｌｈより、調整すべき角度θが、（式３）θ＝ＡｒｃＴａｎ（Ｌｃ／Ｌｈ）から得られる。
【００４７】
センサ素子９と撮像レンズ７光軸間の相対角度の実測方法は実施形態１と同様のため省略する。そして、実測した相対角度に基づいて、その相対角度が所定の角度となるように、調整機構１４０によって調整すべき角度θを算出する。そして、調整すべき角度θから調整ビスの送り量Ｌｃを求め、送り量調整ビス４３を回転して相対角度を調整する。
【００４８】
〔第３実施形態〕
次に、第３の実施形態の計測装置を説明する。本実施形態の計測装置は調整部が第１、２実施形態とは異なる。なお、第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。本実施形態では、撮像ユニット２の固定面２３と撮像レンズ７間に撮像レンズ７の傾きを調整する調整機構１４０が設けられている。
【００４９】
本実施形態では、図１０に示すように、センサ筐体８と撮像レンズ７を分離して固定面２３に固定する。固定面２３はｘｚ平面に平行となっている。レンズ側固定面２１は調整機構１４０側（−Ｙ方向側）に配置され、固定面２３とレンズ側固定面２１に板４０（４０ａ、４０ｂ）が取付けられ、これらの板４０をヒンジ４１で接続している。このとき、レンズ側固定面２１に取り付けた板４０ｂと撮像レンズ７の光軸、固定面２３に取り付けた板４０ａとセンサ筐体固定面８１は、十分平行を保持しているとする。また、ヒンジ４１の向きは調整方向がエピポーラ平面に交差する方向となるように取り付けられている。その他のバネ４２と調整ビス４３の構成は第２実施形態と同様であり、バネ４２で板４０を近付ける方向に常に力が掛かるようにすることでヒンジ４１が固定され、センサ素子９と撮像レンズ７光軸間の相対角度は調整ビス４３による送り量で調整する。
【００５０】
次に、センサ素子９の傾き角度を計測する。センサ素子９とセンサ筐体８の固定面８１との相対角度を計測する。まず、図１１のように、オートコリメータ３０とセンサ筐体８を、両者を固定する固定面５０に配置する。固定面５０は十分平面度が出ていることとする。この状態において、オートコリメータ３０でセンサ素子９の受光面からの光を検出する。オートコリメータ３０のωｘ方向の角度の出力が、固定面５０に対するセンサ素子９の受光面の角度である。この角度は、センサ筐体を撮像ユニット２に搭載した場合の、固定面２３に対するセンサ素子９の受光面の相対角度であり、エピポーラ平面に交差する方向に対するセンサ素子９の受光面の傾き角度である。
【００５１】
求められたセンサ素子９の受光面の傾き角度から、調整機構１４０による角度調整量を求め、撮像レンズ７の光軸の角度を調整する。調整機構１４０の調整方法は第２実施形態と同様である。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００５３】
例えば、上記実施形態では、計測装置の内部に演算ユニット３があるが、計測装置の外部に演算ユニット３を設けてもよい。また、上記実施形態では、投影レンズと撮像レンズの主点を結ぶ基線に対して垂直な方向に延びる光パターンを投影した。しかし、その垂直方向から傾いた斜めに延びる光パターンを投影する場合は、調整部による調整方向として、光パターン（２値の場合は白黒のエッジが周期的に並ぶ方向）に対して垂直な方向（パターンの周期方向）に調整してもよい。また、上記実施形態では撮像ユニットの調整部を説明したが、投影ユニットについても、投影レンズと投影パターン設定素子の相対角度の調整について同様の調整部を適用することが可能である。投影ユニットの場合も投影レンズとパターン設定素子の相対角度によって、撮像ユニットの画像歪みと同様に、投影される光パターンの歪みが被検物までの距離に依存して変化してしまい、撮像した結果から距離を算出すると測長誤差が発生してしまう。そのため、投影レンズと投影パターン設定素子の相対角度を調整する必要がある。したがって、投影ユニットも撮像ユニットと同様の調整部を適用することが可能である。投影ユニットの場合は投影レンズを取り付けて固定する固定面と投影パターン設定素子の相対角度を計測し、投影レンズの光軸が投影パターン設定素子に対して交差する角度となるように調整部で調整することができる。調整部は、エピポーラ平面に交差する方向の投影レンズの傾き角度を調整可能であり、投影レンズの光軸及び撮像レンズの像側側主点を含む面とセンサの受光面とが成す角度を調整可能である。
【００５４】
また、上記実施形態ではヘッド内の２つの光学ユニットが撮像ユニットと投影ユニットである場合について説明したが、両方の光学ユニットが撮像ユニットであるステレオ法の計測装置にも適用可能である。具体的には、計測装置は、第１受光面を有し、被検物からの光を第１受光面で受光して被検物の画像を撮る第１撮像部、及び、被検物からの光を第１受光面に導く第１結像光学系、を有する第１撮像ユニットを有する。さらに、第２受光面を有し、被検物からの光を第２受光面で受光して被検物の画像を撮る第２撮像部、及び、被検物からの光を第２受光面に導く第２結像光学系、を有する第２撮像ユニットを有する。この計測装置の場合、少なくとも１つの撮像ユニットに対して調整部による調整を行い、両方の撮像レンズの像側主点と物点を通るエピポーラ平面に交差する方向の撮像レンズの傾き角度を調整可能とする。また、一方の撮像レンズの光軸及び他方の撮像レンズの像側主点を含む面とセンサの受光面とが成す角度を調整可能とする。
【００５５】
また、第２、３実施形態の調整機構１４０において、調整ビスの代わりに、送り量が既知の工具を用いてもよい。また、調整機構は撮像レンズのチルトを調整したが、撮像レンズのチルト調整の代わりに、又は、併せて、センサ筐体８のチルトの調整機構を設けてもよい。
【００５６】
＜物品の製造方法の実施形態＞
本実施形態における物品の製造方法は、例えば、金属部品や光学素子等の物品を製造する際に用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の計測装置を用いて被検物の形状を計測する工程と、かかる工程における計測結果に基づいて被検物を加工する工程とを含む。例えば、被検物の形状を計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて、被検物の形状が設計値になるように当該被検物を加工（製造）する。本実施形態の物品の製造方法は、計測装置により高精度に被検物の形状を計測できるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【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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