JP2019015660A - 撮像装置、光学式測定装置、及び測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、光学式測定装置の測定精度及び測定作業性を向上させることを可能とする撮像装置、その撮像装置が適用された光学式測定装置、及び測定システムを提供すること。【解決手段】本発明の一形態に係る撮像装置は、基体部と、ビームスプリッタと、撮像部とを具備する。前記基体部は、対象物の像をスクリーンに投影する投影光学系を有する光学式測定装置に着脱可能に取付けられる。前記ビームスプリッタは、前記光学式測定装置に前記基体部が取付けられた場合に、前記投影光学系の光軸上に配置される。前記撮像部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を受光する撮像素子を有し、前記基体部が取付けられた場合に前記対象物の像を撮像可能である。【選択図】図６

Description

本発明は、対象物の像をスクリーンに投影する光学式測定装置に関する。

特許文献１には、スクリーンと、測定対象物の光学画像をスクリーンに結像する２つの結像手段とを備える光学式測定装置について開示されている。第１結像手段は、測定対象物のデジタル画像を撮影し、その画像データに基づいて測定対象物の光学画像をスクリーンに投影する。第２結像手段は、測定対象物に照射され反射した照明光を、光学画像としてスクリーンに結像する。第１及び第２の結像手段は、第１結像手段の撮像手段の位置と、第２結像手段の投影レンズの位置とを切替えることで、適宜選択可能である（特許文献１の明細書段落［００２９］−［００３３］［００６２］図２等）。

特開２００８−２６１７２１号公報

このような光学式測定装置において、測定精度及び測定作業性を向上させることを可能とする技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、光学式測定装置の測定精度及び測定作業性を向上させることを可能とする撮像装置、その撮像装置が適用された光学式測定装置、及び測定システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る撮像装置は、基体部と、ビームスプリッタと、撮像部とを具備する。
前記基体部は、対象物の像をスクリーンに投影する投影光学系を有する光学式測定装置に着脱可能に取付けられる。
前記ビームスプリッタは、前記光学式測定装置に前記基体部が取付けられた場合に、前記投影光学系の光軸上に配置される。
前記撮像部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を受光する撮像素子を有し、前記基体部が取付けられた場合に前記対象物の像を撮像可能である。

この撮像装置は、光学式測定装置に着脱可能に取付けられる基体部を有する。光学式測定装置に基体部が取付けらると、投影光学系の光軸上にビームスプリッタが配置され、ビームスプリッタにより分離された光に基づいて対象物の像が撮像可能である。これによりスクリーンに表示される対象物の投影画像と、対象物の撮像画像とに基づいて測定を行うことが可能となる。すなわち光学式測定装置としての機能はそのままで、対象物の撮像画像に基づいて測定を行う画像測定装置の機能を追加することが可能となる。この結果、測定精度及び測定作業性を向上させることが可能となる。

前記基体部は、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系を保持するレンズユニットを着脱可能に保持する前記光学式測定装置の保持機構に取付け可能であってもよい。
これにより、例えば今まで使用していた光学式測定装置に、本撮像装置を容易にアドオンすることが可能となる。この結果、比較的低コストで、光学式測定装置としての機能に画像測定装置の機能を追加することが可能となる。

前記撮像装置は、さらに、前記基体部が取付けられた場合に、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系として機能するレンズ部を具備してもよい。
これにより、例えば今まで使用していたレンズユニットの代わりに、本撮像装置を用いることが可能となる。この結果、光学式測定装置の機能に画像測定装置の機能を容易に追加することが可能となる。

前記基体部は、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系を保持するレンズユニットに着脱可能に取付けられてもよい。
これにより、例えば今まで使用していたレンズユニットに、本撮像装置を容易にアドオンすることが可能となる。この結果、比較的低コストで、光学式測定装置としての機能に画像測定装置の機能を追加することが可能となる。

前記撮像装置は、さらに、前記基体部が取付けられた場合に、前記対象物に光を照射する照明部を具備してもよい。
これにより本撮像装置を取付けることで、対象物への照明が可能となる。

前記ビームスプリッタを第１のビームスプリッタとして、前記撮像部は、前記第１のビームスプリッタにより分離された光を前記撮像素子に導く光学系を有してもよい。この場合、前記照明部は、光源部と、前記光学系の光軸上に配置され前記光源部から出射された光を分離して、前記光学系の光軸に沿って前記第１のビームスプリッタに向けて出射する第２のビームスプリッタとを有してもよい。
これにより同軸落射照明を実現することが可能となる。

前記照明部は、前記基体部が取付けられた場合に前記投影光学系の光軸の周囲に配置されるリング照明を含んでもよい。
これにより効率よく対象物に照明光を照射することが可能となる。

前記撮像部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を縮小又は拡大して前記撮像素子に導く撮像レンズ部を有してもよい。
これにより対象物の像を精度よく撮像することが可能となる。

前記レンズ部は、前記基体部が取付けられた場合に前記対象物の像を所定の倍率で拡大してもよい。この場合、前記撮像レンズ部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を、前記所定の倍率に応じた倍率で縮小して前記撮像素子に導いてもよい。
これにより対象物の像を精度よく撮像することが可能となる。

本発明の一形態に係る光学式測定装置は、スクリーンと、投影光学系と、ビームスプリッタと、撮像部とを具備する。
前記投影光学系は、対象物の像を前記スクリーンに投影する。
前記ビームスプリッタは、前記投影光学系の光軸上に配置される。
前記撮像部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を受光する撮像素子を有し、前記対象物の像を撮像可能である。

これによりスクリーンに表示される対象物の投影画像と、対象物の撮像画像とに基づいて測定を行うことが可能となる。この結果、測定精度及び測定作業性を向上させることが可能となる。

本発明の一形態に係る測定システムは、測定部と、測定処理部とを具備する。
前記測定部は、前記スクリーンと、前記投影光学系と、前記ビームスプリッタと、前記撮像部とを有する。
前記測定処理部は、前記撮像部により撮像された撮像データに基づいて、前記対象物に対する測定処理を実行する。
これによりスクリーンに表示される対象物の投影画像と、対象物の撮像画像とに基づいて測定を行うことが可能となる。この結果、測定精度及び測定作業性を向上させることが可能となる。

前記測定システムは、さらに、前記撮像部により撮像された撮像データに基づいて、前記対象物の画像を表示する表示部を具備してもよい。

以上のように、本発明によれば、光学式測定装置の測定精度及び測定作業性を向上させることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

一実施形態に係る測定システムの構成例を示す模式的なブロック図である。 投影装置の外観を模式的に示す斜視図である。 ステージユニットの構成例を模式的に示す斜視図である。 投影装置の投影光学系の構成例を示す模式図である。 カメラを搭載していないレンズユニットが取付けられた場合の模式図である。 レンズユニットの構成例を示す模式図である。 リング照明部の構成例を示す模式的な下面図である。 スクリーンが配置されたヘッド部の正面図である。 モニタ装置に表示される測定用ＧＵＩの一例を示す模式図である。 投影画像を用いた寸法測定の精度と、測定用ＧＵＩを用いた画像計測ソフトウェア５１による寸法測定の精度とを比較したグラフである。 基準チャートを用いた測定について説明するための模式図である。 他の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す模式図である。 他の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

［測定システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る測定システムの構成例を示す模式的なブロック図である。測定システム１００は、投影装置１０と、データ処理装置５０と、モニタ装置６０とを有する。

投影装置１０及びデータ処理装置５０は、互いに通信可能に接続される。またモニタ装置６０は、データ処理装置５０に接続される。各装置を接続するための構成は限定されず、有線又は無線を介した任意の接続形態が用いられてよい。例えば任意のインタフェース、ケーブル、ネットワークモジュール、近距離無線通信モジュール等を用いることが可能である。

投影装置１０は、ワーク（対象物）に照明光を照射し、ワークの像をスクリーン１２（図２参照）に結像して投影することが可能である。これによりスクリーン１２には、ワークの投影画像が表示される。

図１に示すように投影装置１０は、カメラ搭載型レンズユニット（以下、単にレンズユニットと記載する）３０を有する。レンズユニット３０は、投影装置１０に対して着脱可能に構成され、カメラ３１、投影レンズ部３２、及び撮像レンズ部３３を有する。

本実施形態において、投影装置１０は光学式測定装置に相当する。またレンズユニット３０は、撮像装置に相当する。投影装置１０及びレンズユニット３０については、後に詳しく説明する。

データ処理装置５０は、例えばＧＰＵ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤ等のコンピュータの構成に必要なハードウェアを有する。ＣＰＵがＲＯＭ等に予め記録されているプログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、画像計測ソフトウェア５１が実行される。例えばＰＣ（Personal Computer）等の任意のコンピュータにより、データ処理装置５０を実現することが可能である。

図１に示すように、投影装置１０からデータ処理装置５０に、スケール値及びカメラ信号が送信される。スケール値は、ワークが載置されるステージ１３（図２参照）の位置情報であり、詳しくは後述する。カメラ信号は、カメラ３１により撮像されたワークの撮像データを含む信号である。

投影装置１０から送信されるスケール値（位置情報）及びカメラ信号（撮像データ）に基づいて、画像計測ソフトウェア５１により、種々の測定処理が実行される。例えばエッジ検出、寸法測定、角度測定、真円度測定、形状測定等、任意の測定処理を実行することが可能である。なお位置情報や撮像データ以外の情報が、投影装置１０からデータ処理装置５０に送信され、測定処理に用いられてもよい。

また画像計測ソフトウェア５１は、スケール値やワークの撮像画像等を含む測定用のＧＵＩ（Graphical User Interface）６１（図９参照）を生成する。生成した測定用ＧＵＩ６１の画像信号は、モニタ装置６０に送信される。

モニタ装置６０は、例えば液晶、ＥＬ（Electro-Luminescence）等を用いた表示デバイスである。モニタ装置６０は、データ処理装置５０から送信される画像信号に基づいて、測定用ＧＵＩ６１を表示する。もちろん他の画像を表示することも可能である。

［投影装置］
図２は、投影装置１０の外観を模式的に示す斜視図である。投影装置１０は、本体１１と、スクリーン１２と、ステージ１３と、移動機構１４と、レンズユニット３０とを有する。なお図２では、レンズユニット３０が簡略化されて図示されている。

本体１１は、基体部１５と、支柱部１６と、ヘッド部１７とを有する。基体部１５は、机や作業台等に設置され、上面１５ａを有する。支柱部１６は、基体部１５の後方側の端部に設置され、高さ方向に沿って延在する。ヘッド部１７は、支柱部１６の上方部分に設置される。

スクリーン１２は、ヘッド部１７の前面に設けられ、目視でワークの測定を行う際の２本の基準線１８ａ及び１８ｂを有する。２本の基準線１８ａ及び１８ｂは、円形のスクリーン１２の中心で互いに直交する。

ステージ１３は、基体部１５の上面１５ａに、互いに直交するＸＹＺ方向へ移動可能に設置される。図２に示す例では、基体部１５の上面１５ａに移動機構１４が構成され、当該移動機構１４によりステージ１３がＸＹＺ方向に移動可能に支持される。

なお本実施形態では、投影装置１０の左右方向、前後方向、及び上下方向が、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向となるように、座標系が設定される。なおスクリーン１２の基準線１８ａに沿った左右方向はＸ方向に対応し、基準線１８ｂに沿った上下方向はＹ方向に対応する。

移動機構１４は、ＸＹＺ方向の各々の移動量を検出するための３つのリニアエンコーダ１４ａ〜１４ｃを有する。リニアエンコーダ１４ａ〜１４ｃにより、ＸＹＺの各方向におけるスケール値が算出され、データ処理装置５０に送信される。また移動機構１４は、ユーザの移動操作を受付ける操作部（図示省略）を有し、入力された操作量に応じてステージ１３をＸＹＺの各方向に移動させることが可能である。移動機構１４の構成は限定されず任意の構成が採用されてよい。

図３は、ステージユニットの構成例を模式的に示す斜視図である。ステージユニット８０は、ワークＷが載置されるステージ８１と、Ｘ軸ステージ８２と、Ｙ軸ステージ８３とを有する。Ｘ軸ステージ８２は、Ｙ軸ステージ８３をＸ方向に沿って移動可能に支持する。Ｙ軸ステージ８３は、ステージ８１をＹ軸方向に沿って移動可能に支持する。

Ｘ軸ステージ８２は、Ｘ軸ハンドル８４及びＸ軸リニアエンコーダ（図示省略）を有する。Ｙ軸ステージ８３は、Ｙ軸ハンドル８５及びＹ軸リニアエンコーダ（図示省略）を有する。ユーザは、Ｘ軸ハンドル８４及びＹ軸ハンドル８５を回転させることで、ステージ８１を移動させることが可能である。Ｘ軸ハンドル８４及びＹ軸ハンドル８５は、上記した操作部として機能する。

ステージ８１の移動に応じて、Ｘ軸リニアエンコーダ及びＹ軸リニアエンコーダからは、スケール値が出力される。具体的には、所定の位置を基準（原点）としたＸＹ座標値が出力される。基準となる所定の位置はユーザにより設定可能であり、例えば任意の位置を原点（０、０）に設定すること（ゼロセット）が可能である。

例えば図３に示すステージユニット８０が基体部１５の上面１５ａに配置され、ステージ１３及び移動機構１４として用いられてもよい。またＺ方向の移動について、図示しないＺ軸ハンドルを回転することで、ヘッド部１７が上下方向に移動可能であってもよい。

図４は、投影装置１０の投影光学系の構成例を示す模式図である。投影光学系２０は、ワークの像をスクリーン１２に投影する光学系であり、投影レンズ系と、反射ミラー２１〜２３とを有する。本実施形態では、レンズユニット３０内の投影レンズ部３２が、投影光学系２０に含まれる投影レンズ系として機能する。図４に示すように、ワークにより反射された照明光は、投影光学系２０の光軸Ｏ１に沿ってスクリーン１２まで導かれる。

具体的には、レンズユニット３０の投影レンズ部３２（投影レンズ系）によりワークの像が拡大される。拡大されたワークの像は、反射ミラー２１〜２３により順に反射され、Ｙ方向に沿って後方側からスクリーン１２に投影される。投影光学系２０の構成は限定されず、任意に設計されてよい。例えばヘッド部１７内に他の光学部材が配置されてもよい。

レンズユニット３０の下方部分には、ワークに向けて照明光を照射するリング照明部２５が取付けられる。リング照明部２５は、レンズユニット３０が取付けられた場合に、投影光学系２０の光軸Ｏ１の周囲に配置されるリング照明２６を含む。リング照明２６の照明動作や光量等は、データ処理装置５０により制御可能である。

図４に示すように、ヘッド部１７の下面１７ａには、ユニット保持部２４が設けられる。ユニット保持部２４にレンズユニット３０が取付けられて保持される。レンズユニット３０を保持するための具体的な構成は限定されず、任意に設計されてよい。

図５は、ユニット保持部２４に、カメラを搭載していないレンズユニット９０が取付けられた場合の模式図である。レンズユニット９０は、投影光学系２０に含まれる投影レンズ系を保持するユニットであり、ユニット保持部２４に対して着脱可能に構成されている。すなわちレンズユニット９０の内部には、ユニット保持部２４に取付けられた場合に投影光学系２０の投影レンズ系として機能する投影レンズ部（図示省略）が設けられている。

レンズユニット９０に、図４に示すリング照明部２５が取り付けられてもよい。あるいは図５に例示するように、支柱部１６の正面側に設けられた光源９１と、レンズユニット９０内に設けられたハーフミラー（図示省略）とにより、同軸落射照明が実現されてもよい。

本実施形態では、カメラが搭載されていないレンズユニット９０が、内部の投影レンズ部の倍率等に応じて、ユニット保持部２４に適宜取付けられていた。そのユニット保持部２４に着脱可能なように、本実施形態に係るレンズユニット３０が構成されている。すなわち今まで使用していた投影装置１０にアドオン可能なように、レンズユニット３０が構成されている。ユニット保持部２４は、投影装置１０の保持機構に相当する。

［レンズユニット］
図６は、レンズユニット３０の構成例を示す模式図である。レンズユニット３０は、レンズ保持部３４と、レンズ保持部３４に接続されるカメラ３１とを有する。

レンズ保持部３４は、一方向に延在する略円筒状の本体部３５と、本体部３５の側面に形成される接続部３６とを有する。接続部３６も略円筒状でなり、本体部３５の延在方向に略直交する方向に延在するように、本体部３５の側面に連結されている。図６に示すように、レンズ保持部３４は、全体的にアルファベットのＴを横に倒したような形状を有する。

本体部３５の一方の端部３５ａが上方側となり、図４及び５に示すユニット保持部２４に取付けられる。本体部３５の他方の端部３５ｂが下方側となり、リング照明部２５が取付けられる。本実施形態において、レンズ保持部３４は、基体部に相当する。

カメラ３１は、レンズ保持部３４の接続部３６に、本体部３５の延在方向と略直交する向きで、本体部３５の内部側を向くように接続される。図６に模式的に示すように、カメラ３１は、撮像素子３７を有する。撮像素子３７としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサ等が用いられる。本実施形態において、カメラ３１は、撮像部に相当する。

図６に示すように、レンズ保持部３４の内部には、第１の投影レンズ群３８と、第２の投影レンズ群３９と、ビームスプリッタ４０と、撮像レンズ部３３とが配置される。第１の投影レンズ群３８は、複数のレンズからなり、本体部３５の下方側の端部３５ｂに配置される。第２の投影レンズ群３９は、複数のレンズからなり、本体部３５の上方側の端部３５ａに配置される。

第１及び第２の投影レンズ群３８及び３９により、投影光学系２０に含まれる投影レンズ系として機能する投影レンズ部３２が構成される。第１及び第２の投影レンズ群３８及び３９は、その光軸Ｏ２が本体部３５の延在方向と略平行となるように構成される。そして第１及び第２の投影レンズ群３８及び３９（すなわち投影レンズ部３２）の光軸Ｏ２が、投影光学系２０の光軸Ｏ１となるように、レンズユニット３０がユニット保持部２４に取付けられる。

第１及び第２の投影レンズ群３８及び３９は、光軸Ｏ２（Ｏ１）に沿って入射する光を、所定の倍率で拡大して、スクリーン１２に結像することが可能である。所定の倍率は限定されず、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍等、任意の倍率が実現可能である。なお投影レンズ部３２に構成は限定されず、例えば第１及び第２の投影レンズ群３８及び３９の各々の位置に、複数ではなく１枚のレンズが配置される場合もあり得る。

ビームスプリッタ４０は、第１及び第２の投影レンズ群３８及び３９の間の、光軸Ｏ２上に配置される。すなわちビームスプリッタ４０は、投影光学系２０の光軸Ｏ１上に配置されることになる。

ビームスプリッタ４０は、第１の投影レンズ群３８を通る光の一部を透過させ第１の分離光Ｌ１として、光軸Ｏ２に沿って第２の投影レンズ群３９に出射する。またビームスプリッタ４０は、第１の投影レンズ群３８を通る光の一部を反射し、第２の分離光Ｌ２として、接続部３６に接続されたカメラ３１に出射する。

ビームスプリッタ４０としては、例えばハーフミラーが用いられる。その他、第１及び第２の分離光Ｌ１及びＬ２の各々の光量を制御可能な光分離素子が用いられてもよい。また波長帯域に応じて第１及び第２の分離光Ｌ１及びＬ２を分離可能なダイクロイックミラー等が用いられてもよい。例えばスクリーン１２に表示されるワークの投影画像の色成分と、カメラ３１に撮像されるワークの撮像画像の色成分が互いに異なるように制御することも可能である。

撮像レンズ部３３は、レンズ保持部３４の接続部３６の、カメラ３１とビームスプリッタ４０との間に配置される。撮像レンズ部３３は、ビームスプリッタ４０により分離された第２の分離光Ｌ２を、カメラ３１の撮像素子３７に導く。すなわち撮像レンズ部３３は、投影レンズ部３２の拡大率に応じた倍率で第２の分離光Ｌ２を縮小し、撮像素子３７にワークの像を結像する。撮像レンズ部３３の倍率（縮小率）は、撮像素子３７にワークの像が適正に結像されるように設定される。

なお、撮像レンズ部３３により第２の分離光Ｌ２が縮小される場合に限定される訳ではない。測定用途や光学系の構成等によっては、撮像レンズ部３３により第２の分離光Ｌ２が拡大されて撮像素子３７に導かれることもあり得る。

例えば高倍率の投影レンズ部３２が用いられる場合には、投影される視野は狭くなる。そしてビームスプリッタ４０にて分離された第２の分離光Ｌ２により形成される当該視野の像が、撮像素子３７の有効面積よりも小さくなる場合もあり得る。このような場合には、撮像レンズ部３３により第２の分離光Ｌ２が拡大される。

高倍率の投影レンズ部３２が用いられる場合には、投影される視野は狭くなる一方で、投影画像の解像力は向上する。従って、スクリーン１２の投影画像を限定的に撮像する等の、高い解像力が求められる測定が行われる場合には、撮像素子３７にて撮像可能な面積よりも小さい視野を高倍率で拡大して投影させることは有効である。

本実施形態では、第１の投影レンズ群３８、ビームスプリッタ４０、及び撮像レンズ部３３により、撮像光学系が構成される。第２の分離光Ｌ２は、撮像光学系の光軸Ｏ３に沿って、撮像素子３７に入射する。この結果、カメラ３１により、ワークの像を撮像することが可能となる。撮像レンズ部３３の構成は限定されず、１以上のレンズが設けられる。例えば第１の投影レンズ群３８の設計に合わせて、撮像レンズ部３３を適宜設計することが可能である。また撮像光学系の構成も限定されず、第２の分離光Ｌ２の光路も任意に設計されてよい。

図７は、リング照明２６の構成例を示す模式的な下面図である。リング照明２６は、リング状の本体部２７と、本体部２７に設けられる複数の光源２８とを有する。本体部２７がレンズユニット３０の下方側の端部３５ｂを囲うように、リング照明２６がレンズユニット３０に取付けられる。光源２８としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられるが、これに限定される訳ではない。また光源２８の数や出射光の波長も限定されず、任意に設定されてよい。

本実施形態では、レンズ保持部３４、ビームスプリッタ４０、及びカメラ３１が、投影装置１０に対して着脱可能に取付けることが可能なレンズユニット３０として、一体的に構成される。これによりビームスプリッタ４０やカメラ３１の位置合わせ等が容易となり、ビームスプリッタ４０を投影光学系２０の光軸Ｏ１上に容易に配置することが可能となる。また一体型であるため、ワークの測定時においてカメラ調整等が不要となり、使い勝手が非常によく、高い測定作業性が発揮される。

また本実施形態では、レンズユニット３０をアドオン可能であるので、ビームスプリッタ４０、撮像レンズ部３３、及びカメラ３１を搭載するための新たな機構を構築する必要がなく、コストの削減を図ることが可能である。

もちろん異なる倍率の投影レンズ部３２の各々について、レンズユニット３０を作成しておけば、レンズユニット３０を適宜取り替えることで、所望の倍率にて拡大された投影画像をスクリーン１２に投影することが可能である。またその際のワークの撮像画像を同時に取得することが可能である。すなわち今まで使用していたレンズユニット９０の代わりに、レンズユニット３０を用いることが可能となる。

また本実施形態では、リング照明部２５も、レンズ保持部３４と一体的に構成されるので、レンズユニット３０を取付けるだけで、効率よく照明光をワークに照射することが可能となる。また装置が複雑になることを防止することが可能となる。

［ワークの測定］
図８は、スクリーン１２が配置されたヘッド部１７の正面図である。図９は、モニタ装置６０に表示される測定用ＧＵＩ６１の一例を示す模式図である。

ステージ１３にワークが載置され、リング照明部２５が点灯される。リング照明部２５からワークに向けて照明光が出射され、その反射光がレンズユニット３０に入射する。

第１の投影レンズ群３８、ビームスプリッタ４０、及び第２の投影レンズ群３９を通る第１の分離光Ｌ１は、所定の倍率で拡大されて、ヘッド部１７のスクリーン１２に投影される。これにより図８に示すように、スクリーン１２にワークの投影画像Ｐ１が表示される。

ユーザは、図３に示すようなＸ軸ハンドル８４及びＹ軸ハンドル８５を操作して、ステージ１３を移動させる。これによりスクリーン１２に表示される投影画像Ｐ１を移動させることが可能である。

図８に示すように、スクリーン１２の下には、スケール表示部２９が設けられる。スケール表示部２９には、ワークの投影画像Ｐ１の移動に応じて、Ｘスケール値（Ｘ座標値）、及びＹスケール値（Ｙ座標値）が表示される。これらのスケール値を確認することで、種々の測定を実行することが可能である。

例えば、ステージ１３を移動させて、図８に示す投影画像Ｐ１のポイントＪを、スクリーン１２の基準線１８ｂに合わせる。ＸＹスケール値をゼロセットする。Ｘ方向にステージ１３を移動させ、投影画像Ｐ１のポイントＫを基準線１８ｂに合わせる。その際のＸスケール値を読み取ることで、ワークのＸ方向に沿った内径を測定することが可能である。

レンズユニット３０に入射した光のうち、第１の投影レンズ群３８、ビームスプリッタ４０、及び撮像レンズ部３３を通る第２の分離光Ｌ２は、カメラ３１の撮像素子３７により受光される。これによりワークの像が撮像され、ワークの撮像データが生成される。

撮像データはデータ処理装置５０に送信され測定用ＧＵＩ６１が生成される。生成された測定用ＧＵＩ６１は、モニタ装置６０により表示される。図９に示すように、例えばヘッド部１７のスクリーン１２に対応する測定ウィンドウ６２と、ＸＹスケール値と、種々の測定を実行するための実行ウィンドウ６３とを含む測定用ＧＵＩ６１が表示される。なお測定用ＧＵＩ６１の具体的な構成は限定されず、任意に設計されてよい。

ユーザがステージ１３を移動させると、測定ウィンドウ６２内のワークの撮像画像Ｐ２が移動し、ＸＹスケール値が更新される。撮像画像Ｐ２の位置及びＸＹスケール値は、スクリーン１２に表示される投影画像Ｐ１の位置及びスケール表示部２９に表示されるＸＹスケール値に対応する。もちろんこれに限定されず、異なる基準位置を基準とした撮像画像Ｐ２の移動や、ＸＹスケール値の更新が実行されてもよい。

例えばユーザは、ワークの撮像画像Ｐ２の中心を、測定ウィンドウ６２の中心付近に合わせる。そして実行ウィンドウ６３を適宜操作することで、画像計測ソフトウェア５１により、種々の測定を自動的に実行することが可能である。例えばポイントＪからポイントＫまでのＸ方向に沿った内径を容易に測定することが可能である。

画像計測ソフトウェア５１による自動的な測定が実行されるので、例えば撮像画像Ｐ２の中心を厳密に測定ウィンドウ６２の中心に合わせなくても、高い精度での測定が可能である。あるいはステージ１３を全く動かすことなく、ワークの撮像画像Ｐ２に基づいて、内径等を測定することも可能である。従って高い測定作業性が発揮される。

図１０は、スクリーン１２に表示される投影画像Ｐ１を用いた寸法測定の精度と、測定用ＧＵＩ６１を用いた画像計測ソフトウェア５１による寸法測定の精度とを比較したグラフである。同一の測定対象について、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法とを、３人の測定者に１０回繰り返して測定させた。そして３人の繰返し精度（３σ）の平均をＸＹ方向の各々について算出し、グラフを作成した。その結果、目視による測定と比べて、画像計測ソフトウェア５１による測定の方が、測定者ごとのばらつきが大幅に軽減された。すなわちワークの撮像画像Ｐ２を測定に用いることで、非常に高い測定精度が発揮された。

図１１は、基準チャートを用いた測定について説明するための模式図である。図１１Ａに示すように、ヘッド部１７のスクリーン１２に、基準チャート５が貼り付けられる。基準チャート５とワークの投影画像Ｐ１とを比較することで、ワークの寸法や角度等を測定することが可能である。あるいはワークの寸法等が公差範囲内であるか否かの判定を行うことが可能である。基準チャート５は、測定用途に応じた複数の種類が存在し、ユーザにより適宜交換されて使用される。

本実施形態では、ワークの撮像画像Ｐ２が生成されるので、図１１Ｂに示すように測定用ＧＵＩ６１の測定ウィンドウ６２に、所望の基準チャート画像６を表示させることが可能である。すなわち実際の基準チャート５を準備する必要がない。また基準チャート画像６を、ワークの撮像画像Ｐ２の位置に合わせて所望の位置に表示させることが可能であるので、ステージ１３の位置合わせも不要となる。この結果、非常に高い作業性が発揮される。

また測定精度についても、図１０のグラフに示すのと同様に、目視による測定と比較して、非常に高い測定精度が発揮される。また測定用ＧＵＩ６１を操作することで、基準チャート画像６を容易に変更することが可能である。従って、新たに貼り付ける基準チャート５を準備して基準チャート５を交換する手間が不要となるので、非常に高い作業性が発揮される。

以上、本実施形態に係る測定システム１００では、カメラ３１を搭載したレンズユニット３０が、投影装置１０に着脱可能に取り付けられるレンズ保持部３４を有する。投影装置１０にレンズ保持部３４が取付けらると、投影光学系２０の光軸Ｏ１上にビームスプリッタ４０が配置され、ビームスプリッタ４０により分離された第２の分離光Ｌ２に基づいてワークの像が撮像される。これによりスクリーン１２に表示されるワークの投影画像Ｐ１と、ワークの撮像画像Ｐ２とを同時に観察することが可能となる。また撮像画像Ｐ２に基づいて画像計測ソフトウェア５１による測定を実行することが可能である。

すなわち投影装置１０としての機能はそのままで、ワークの撮像画像Ｐ２に基づいて測定を行う画像測定装置の機能を追加することが可能となる。この結果、測定精度及び測定作業性を向上させることが可能となる。

また今まで使用していた投影装置１０に、レンズユニット３０を容易にアドオンすることが可能であるので、比較的低コストで、投影装置１０としての機能に画像測定装置の機能を追加することが可能となる。

またワークの撮像画像を保存する場合等において、スクリーン１２に表示される投影画像Ｐ１をデジタルカメラ等で撮影する場合を考える。この場合、測定環境（室内の明るさ等）の影響を受けやすく、カメラの位置等の再現性を得るのも難しい。すなわちユーザが撮影するごとに、撮影環境やカメラの位置が変わってしまい、精度のよいワークの撮像画像を保存することが難しかった。

本実施形態では、レンズユニット３０に搭載されたカメラ３１により、ワークの像の投影と同時に、ワークを撮像することが可能である。従って測定環境に依存することなく、高精度にワークの撮像画像Ｐ２を取得することが可能である。すなわち測定環境のばらつきにより撮像画像Ｐ２の画質等にばらつきが発生するといったことを防止することが可能となり、安定した撮像が実現される。

またワークの像を拡大する投影レンズ系の近傍にてビームスプリッタ４０を配置することで、光束が広がる前の状態の光を、第２の分離光Ｌ２として撮像光学系に出射することが可能である。この結果、第２の分離光Ｌ２を撮像素子３７に結像する撮像レンズ部３３の小型化を図ることが可能である。

＜その他の実施形態＞
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

図１２は、他の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す模式図である。上記の実施形態では、本発明に係る撮像装置の実施形態として、投影レンズ部３２を保持するレンズ保持部３４と一体的に構成されたレンズユニット３０を説明した。

図１２に示す撮像装置２３０は、投影レンズ部２３２を保持する、カメラが搭載されていないレンズユニット２９０に対して着脱可能に構成される。すなわちビームスプリッタ２４０、撮像レンズ部２３３、及びカメラ２３１が、レンズユニット２９０に着脱可能に取付けることが可能なユニットとして、一体的に構成される。なおレンズユニット２９０は、典型的には、投影装置に対して着脱可能であるが、これに限定されず、レンズユニット２９０が固定されている構成も含まれる。

図１２に示すように、ビームスプリッタ２４０及び撮像レンズ部２３３を保持する基体部２７５が、レンズユニット２９０に取り付けられる。そうするとビームスプリッタ２４０が投影光学系の光軸Ｏ１上に配置される。ワークの反射光は投影レンズ部２３２に入射する前に、第１の分離光Ｌ１及び第２の分離光Ｌ２に分離される。第１の分離光Ｌ１は投影レンズ部２３２により拡大されてスクリーンに結像される。これによりワークの投影画像が表示される。

第２の分離光Ｌ２は、撮像光学系の光軸Ｏ３に沿って、カメラ２３１の撮像素子２３７に受光される。これによりワークの撮像画像を生成することが可能である。この結果、上記の実施形態と同様に、スクリーン１２に表示されるワークの投影画像Ｐ１と、ワークの撮像画像Ｐ２とを同時に観察することが可能となる。また撮像画像Ｐ２に基づいて画像計測ソフトウェアによる測定を実行することが可能である。すなわち投影装置としての機能に画像測定装置の機能を追加することが可能となる。

またレンズユニット２９０も含めた投影装置側に、ビームスプリッタ２４０、撮像レンズ部２３３、及びカメラ２３１を搭載するための新たな機構を構築する必要がなく、すなわち今まで使用されていた投影装置に対しても、容易に撮像装置２３０を取付けることが可能である。この結果、比較的低コストで、投影装置１０としての機能に画像測定装置の機能を追加することが可能となる。また例えば投影レンズ部２３２の倍率にかかわらず、任意のレンズユニット２９０に容易に撮像装置２３０を取付けることが可能である。

図１３は、他の実施形態に係る撮像装置の構成例を示す模式図である。この実施形態では、撮像装置として、投影レンズ部３３２を保持するレンズ保持部３３４と一体的に構成されたレンズユニット３３０が用いられる。レンズ保持部３３４は、基体部に相当する。

図１３の示すように、レンズユニット３３０は、カメラ３３１が接続される接続部３３６に配置された光源部３７０と、撮像光学系の光軸Ｏ３上に配置されるビームスプリッタ３７１とを有する。

光源部３７０は、例えばＬＥＤ等からなり、ビームスプリッタ３７１に向けて照明光を出射する。ビームスプリッタ３７１は、光源部３７０から出射された光を分離して照明光Ｌ３として、撮像光学系の光軸Ｏ３に沿って投影光学系の光軸Ｏ１上に配置されたビームスプリッタ３４０に向けて出射する。これにより光源部３７０から出射される光の一部である照明光Ｌ３が、撮像光学系を反対向きに進み、投影光学系の光軸Ｏ１に沿ってワークに照射される。この結果、容易に同軸落射照明を実現することが可能となる。

投影光学系の光軸Ｏ１上に配置されたビームスプリッタ３４０は、第１のビームスプリッタに相当する。撮像光学系の光軸Ｏ１上に配置されたビームスプリッタ３７１は、第２のビームスプリッタに相当する。また撮像光学系の光軸Ｏ１は、第１のビームスプリッタ３４０により分離された第２の分離光Ｌ２を撮像素子３３７に導く光学系の光軸に相当する。なお図１３に示す例では、撮像光学系の一部が、当該光学系に相当する。

光源部３７０及びビームスプリッタ３７１は、レンズ保持部３３４が取付けられた場合に、ワークに光を照射する照明部として機能する。

図１２に示す撮像装置２３０に、図１３に示す落射照明用の光源部及びビームスプリッタを搭載することも可能である。この場合、撮像光学系は、ビームスプリッタ２４０による分離された第２の分離光Ｌ２を撮像素子２３７に導く光学系に相当する。

上記では、本技術に係る撮像装置が、投影装置に対して着脱可能な構成であり、今まで使用していた投影装置にアドオン可能な構成である場合を説明した。これに限定されず、本技術に係る撮像装置が投影装置に固定される構成や、ユニット保持部として新たな保持機構が構成される場合も、本技術に係る撮像装置、光学式測定装置、及び測定システムに含まれる。これらの構成が採用される場合でも、スクリーンに表示される対象物の投影画像と、対象物の撮像画像とに基づいて測定を行うことが可能となる。すなわち投影装置の機能と画像測定装置の機能とを両方実現させることが可能である。この結果、測定精度及び測定作業性を向上させることが可能となる。

投影光学系のどの位置にビームスプリッタを配置するかは限定されない。上記したように、投影レンズ部の近傍にビームスプリッタを配置することで装置の小型化には有利であるが、他の位置にビームスプリッタが配置されてもよい。

図１に示す測定システム１００では、投影装置１０が測定部に相当し、データ処理装置５０が測定処理部に相当する。モニタ装置６０が、表示部に相当する。これらの要素を全て具備する装置が、本技術に係る光学式測定装置として構成されてもよい。あるいは測定部と測定処理部が一体的に構成された装置や、測定部と表示部とが一体的に構成された装置が本技術に係る光学式測定装置として構成されてもよい。

上記では光学式測定装置として投影装置を例に挙げた。これに限定されず、スクリーンに被写体の像を投影する任意の光学式測定装置に対して、本技術は適用可能である。

以上説明した本発明に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。

Ｌ１…第１の分離光
Ｌ２…第２の分離光
Ｌ３…照明光
Ｏ１…投影光学系の光軸
Ｏ２…投影レンズ部の光軸
Ｏ３…撮像光学系の光軸
Ｐ１…投影画像
Ｐ２…撮像画像
５…基準チャート
６…基準チャート画像
１０…投影装置
１２…スクリーン
２０…投影光学系
２５…リング照明部
３０、３３０…レンズユニット
３１、２３１、３３１…カメラ
３２、２３２、３３２…投影レンズ部
３３、２３３…撮像レンズ部
３４、３３４…レンズ保持部
３７、２３７、３３７…撮像素子
４０、２４０、３４０、３７１…ビームスプリッタ
５０…データ処理装置
５１…画像計測ソフトウェア
６０…モニタ装置
６１…測定用ＧＵＩ
１００…測定システム
２３０…撮像装置
２７５…基体部
３７０…光源部

Claims (12)

1. 対象物の像をスクリーンに投影する投影光学系を有する光学式測定装置に着脱可能に取付けられる基体部と、
   前記光学式測定装置に前記基体部が取付けられた場合に、前記投影光学系の光軸上に配置されるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタにより分離された光を受光する撮像素子を有し、前記基体部が取付けられた場合に前記対象物の像を撮像可能な撮像部と
   を具備する撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記基体部は、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系を保持するレンズユニットを着脱可能に保持する前記光学式測定装置の保持機構に取付け可能である
   撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置であって、さらに、
   前記基体部が取付けられた場合に、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系として機能するレンズ部を具備する
   撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記基体部は、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系を保持するレンズユニットに着脱可能に取付けられる
   撮像装置。
5. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載の撮像装置であって、さらに、
   前記基体部が取付けられた場合に、前記対象物に光を照射する照明部を具備する
   撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置であって、
   前記ビームスプリッタを第１のビームスプリッタとして、
   前記撮像部は、前記第１のビームスプリッタにより分離された光を前記撮像素子に導く光学系を有し、
   前記照明部は、光源部と、前記光学系の光軸上に配置され前記光源部から出射された光を分離して、前記光学系の光軸に沿って前記第１のビームスプリッタに向けて出射する第２のビームスプリッタとを有する
   撮像装置。
7. 請求項５に記載の撮像装置であって、
   前記照明部は、前記基体部が取付けられた場合に前記投影光学系の光軸の周囲に配置されるリング照明を含む
   撮像装置。
8. 請求項１から７のうちいずれか１項に記載の撮像装置であって、
   前記撮像部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を縮小又は拡大して前記撮像素子に導く撮像レンズ部を有する
   撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置であって、さらに、
   前記基体部が取付けられた場合に、前記投影光学系に含まれる投影レンズ系として機能するレンズ部を具備し、
   前記レンズ部は、前記基体部が取付けられた場合に前記対象物の像を所定の倍率で拡大し、
   前記撮像レンズ部は、前記ビームスプリッタにより分離された光を、前記所定の倍率に応じた倍率で縮小して前記撮像素子に導く
   撮像装置。
10. スクリーンと、
    対象物の像を前記スクリーンに投影する投影光学系と、
    前記投影光学系の光軸上に配置されるビームスプリッタと、
    前記ビームスプリッタにより分離された光を受光する撮像素子を有し、前記対象物の像を撮像可能な撮像部と
    を具備する光学式測定装置。
11. （ａ）スクリーンと、
    対象物の像を前記スクリーンに投影する投影光学系と、
    前記投影光学系の光軸上に配置されるビームスプリッタと、
    前記ビームスプリッタにより分離された光を受光する撮像素子を有し、前記対象物の像を撮像可能な撮像部と
    を有する測定部と、
    （ｂ）前記撮像部により撮像された撮像データに基づいて、前記対象物に対する測定処理を実行する測定処理部と
    を具備する測定システム。
12. 請求項１１に記載の測定システムであって、さらに、
    前記撮像部により撮像された撮像データに基づいて、前記対象物の画像を表示する表示部を具備する
    測定システム。