圖像傳感器、姿勢檢測器、接觸探頭以及多傳感探頭的製作方法與工藝

2023-06-18 19:33:51 3

圖像傳感器、姿勢檢測器、接觸探頭以及多傳感探頭本申請要求2012年1月6日申請的日本專利申請2012-001412號的優先權，引入於此。技術領域本發明涉及一種拍攝條紋用的圖像傳感器，涉及一種能夠成為比以往更簡單的結構並且能夠進行高速檢測的圖像傳感器。另外，涉及一種使用圖像傳感器檢測被照射體的姿勢的姿勢檢測器。並且，涉及一種利用姿勢檢測器的接觸探頭和多傳感探頭。

背景技術：
以往，作為光學檢測被照射體的姿勢的姿勢檢測器，已知一種使用幹涉儀產生幹涉條紋並通過攝像元件(圖像傳感器)檢測該條紋的圖像的姿勢檢測器。說明使用一般的麥可遜型幹涉儀的姿勢檢測器。通過分束器將來自雷射光源的雷射分割為參考光和測量光，使參考光照射至參考鏡，使測量光照射至形成於被照射體的反射面。而且，通過分束器使來自參考鏡的反射光與來自被照射體的反射光產生幹涉，通過圖像傳感器獲取所產生的幹涉條紋。如果被照射體的姿勢變化，則與此相應地拍攝到的幹涉條紋圖像也變化，因此，通過檢測條紋圖像的變化，可知被照射體的姿勢變化。在以往的用於姿勢檢測器的圖像傳感器中，對幹涉條紋圖像那樣的二維圖像進行拍攝，因此，一般使用PSD(光位置傳感器：positionsensordevice)、面陣圖像傳感器等。前者的PSD具有能夠進行高速檢測的優點，但PSD是具有檢測光量的重心值的方式的傳感器。也就是說，適於光點狀的光的檢測，但並不適於幹涉條紋那樣的條紋的檢測。因此，在檢測被照射體的反射面的姿勢(位移、傾斜)這樣的功能性的方面存在問題，需要進行複雜的信號處理以解決該問題。後者的面陣圖像傳感器將多個像素(受光元件)二維地排列在受光面上，由電荷耦合元件(CCD)、互補性金屬氧化膜半導體(CMOS)等電路元件構成。由於能夠對每個像素檢測受光量，因此適於條紋圖像的檢測，可以說被照射體的反射面的姿勢檢測這樣的功能性是足夠的。相比於CCD類型，CMOS類型能夠進行高速檢測。另外，近年來，市場上還銷售一種作為支持高速的照相機用的能夠更高速地進行檢測的面陣圖像傳感器。然而，任何面陣圖像傳感器的檢測速度都遠遠低於前者的PSD的檢測速度。在專利文獻1中，為了改善幹涉條紋的檢測速度，公開有一種以下這樣的接觸探頭：使用一個直線狀的像素列(線陣圖像傳感器)來檢測幹涉條紋，根據其檢測值來執行可動體(觸針)的姿勢檢測。線陣圖像傳感器一般能夠以幾十kHz的採樣頻率(幀速率)執行高速檢測，因此，通過使用該線陣圖像傳感器來改善姿勢檢測器的響應性。比作為面陣圖像傳感器的代表例的CCD的採樣頻率快了1000倍左右，與PSD相比檢測速度也大幅地增加。因此，專利文獻1的利用了線陣圖像傳感器的姿勢檢測器能夠實現具備高解析度、高穩定性、高速響應等的高功能檢測器。專利文獻1：日本特開2008-96295號公報

技術實現要素：
然而，在專利文獻1的接觸探頭中，雖說能夠進行高速響應等，但必須在從幹涉儀到線陣圖像傳感器為止的光路上構成複雜的光學系統。需要該光學系統，以對由幹涉儀產生的幹涉條紋進行分割，使其中一部分幹涉條紋入射至水平配置的線陣圖像傳感器的右半部分，使另一部分幹涉條紋繞光軸旋轉90度後入射至線陣圖像傳感器的左半部分。本發明是用於解決上述問題而完成的，其第一目的在於提供一種光學系統的結構比以往的線陣圖像傳感器簡單並且能夠進行高速檢測的幹涉條紋等的條紋圖像用的圖像傳感器。另外，本發明的第二目的在於提供一種通過上述圖像傳感器檢測基於來自形成於被照射體的反射面的反射光的條紋來檢測被照射體的姿勢、並具備高解析度、高穩定性、高速響應等高功能性的姿勢檢測器。並且，本發明的第三目的在於提供一種內置上述姿勢檢測器作為內置傳感器的三維測量機用的接觸探頭和多傳感探頭。即，本發明所涉及的圖像傳感器具備配置有兩個以上的直線狀的像素列的受光面，根據各像素的受光量對基於來自被照射體的反射光產生的有規則的條紋進行拍攝，其特徵在於：上述像素列中的至少兩個像素列配置為形成大致90度的交角，獲取投射於上述受光面的條紋中的以大致90度交叉的兩個方向的線狀條紋的像。在該結構中，在條紋被投射至圖像傳感器(攝像元件)的受光面這一點上，與以往的CCD那樣的面陣圖像傳感器共通，但以往的面陣圖像傳感器將條紋捕獲為大致完整的二維圖像，但本發明的圖像傳感器只獲取正交的兩個方向的線狀條紋這樣的片段的像。例如，有以下的利用方法：在幹涉條紋的拍攝、規則條紋圖案的拍攝過程中，即使不獲取條紋整體的詳細信息也能夠只通過片段的信息來估計這些條紋的變化，基於這樣估計條紋變化來檢測被照射體的位置、姿勢的變化等。即，包含在線狀條紋中的亮部(或暗部)的個數、它們的位置這樣的片段的信息能夠成為對於圖像傳感器有效的信息。通過這樣使圖像傳感器的用途特殊化為對有規則的條紋進行拍攝(實際上是獲取條紋的一部分的線狀圖像)，來實現能夠進行比以往的面陣圖像傳感器更高速的處理的圖像傳感器。並且，發明人們發現通過針對一個條紋縱向和橫向配置至少兩個像素列，由此與只通過一個方向的像素列掌握條紋的變化相比，能夠更準確地掌握條紋的變化。通過進行將在其中一個像素列中構成線狀條紋的亮部和與其大致正交的另一個像素列的亮部相連接的處理，來估計條紋的整體圖像，從而能夠準確地掌握條紋的變化。在本發明中，在兩個像素列交叉的情況下，在交叉的位置處存在共有的像素。即使在兩個像素列不交叉的情況下，也在各個像素列中存在與對方側的像素列接近的位置的像素。由於在這兩個像素列中存在共有的位置的像素、相互接近的位置的像素，因此通過基於這些像素的信息進行圖像處理，能夠容易且準確地執行亮部之間(或暗部之間)的連接。此外，在專利文獻1中也使用線陣圖像傳感器從幹涉條紋獲取正交的兩個方向的線狀條紋的信息。然而，為了通過一個像素列捕獲兩個方向的線狀條紋，因此對幹涉條紋進行分割，將其中一部分直接投射至像素列的單側一半部分，使分割出的另一部分繞光軸旋轉90度後投射至像素列的另一單側一半部分。雖說通過一個像素列就能夠拍攝兩個方向的線狀條紋，但必須在幹涉儀與傳感器之間配置複雜的光學結構。另一方面，在本發明的圖像傳感器中，不需要對條紋進行分割，能夠由一個圖像傳感器直接接收一個條紋，通過縱向排列的像素列和橫向排列的像素列來同時獲取正交的兩個方向的線狀條紋。另外，優選的是在本發明的圖像傳感器中，還具備：信號讀取單元，其從上述像素列的各像素讀取與受光量相應的信號；以及信號處理單元，其根據讀取出的信號計算出上述線狀條紋的亮部或暗部的位置，其中，上述信號處理單元具有連接處理部，該連接處理部根據規定時間前後的上述亮部或暗部的位置的變化執行將上述兩個方向的線狀條紋的亮部之間或暗部之間相連接的處理，以估計平面的條紋圖像。另外，優選的是在上述至少兩個像素列交叉的位置處配置有共有的像素。另外，優選的是在上述共有的像素的周圍配置有上述像素列的像素以外的多個像素。如上述那樣，能夠通過基於共有的像素的信息進行圖像處理，來容易且準確地執行亮部(或暗部)之間的連接。通過在共有的像素的周圍進一步配置有多個像素，能夠容易地進行連接處理，能夠提高可靠性。另外，優選的是在本發明的圖像傳感器中，具備四個以上的上述直線狀的像素列，沿著大致矩形形狀的四邊配置這些像素列中的四個像素列。如該結構那樣，如果沿著大致矩形形狀的四邊配置四個像素列，則能夠將上述共有的像素設置在四個角，通過基於這些共有像素的信息執行圖像處理，能夠更加容易地進行條紋的連接處理，能夠提高可靠性。本發明所涉及的姿勢檢測器的特徵在於，具備：上述圖像傳感器；以及幹涉儀，其向形成於被照射體的反射面照射光，來將基於該反射光產生的幹涉條紋投射到上述圖像傳感器，其中，根據上述圖像傳感器獲取的兩個方向的線狀條紋的像的變化檢測上述被照射體的姿勢的變化。具體地說，上述幹涉儀可以是麥可遜型幹涉儀，也可以是斐索型幹涉儀，還可以是其它的幹涉儀。優選的是在為麥可遜型幹涉儀的情況下，上述幹涉儀具有：光源，其射出可幹涉光；分束器，其對來自上述光源的光進行分割；以及參考鏡，其接收一部分分割光的照射，其中，照射上述被照射體的反射面的光是來自上述分束器的另一部分分割光，上述圖像傳感器拍攝由於來自上述被照射體的反射面的反射光與來自上述參考鏡的反射光之間的幹涉而產生的幹涉條紋。根據使用了上述幹涉儀的姿勢檢測器的結構，能夠根據光的波長的數量級來檢測被照射體的姿勢。例如，說明以Z軸方向的位移、繞X軸的旋轉以及繞Y軸的旋轉這三個自由度來保持被照射體的姿勢的情況。首先，在條紋圖像中，在縱向的線狀條紋的密度沒有變化而橫向的線狀條紋的密度變化的情況下，判斷為被照射體繞X軸傾斜。另外，在橫向的線狀條紋的密度沒有變化而縱向的線狀條紋的密度變化的情況下，判斷為被照射體繞Y軸傾斜。而且，在縱橫的兩個方向的線狀條紋的密度都沒有變化而條紋漂移的情況下，判斷為被照射體在Z方向上發生了位移。根據這樣的判斷基準，能夠高速地檢測被照射體向照射光的光軸方向的位移(一個自由度)、繞與該光軸正交的兩個軸的傾斜的變化(兩個自由度)。另外，本發明所涉及的姿勢檢測器的特徵在於，具備：上述圖像傳感器；以及圖案投影單元，其將有規則的條紋圖案投影到形成於被照射體的反射面，其中，上述圖案投影單元具有：光源，其射出可幹涉光；以及投影元件，其配置在上述光源與上述被照射體之間的光路上，接收可幹涉光並將上述條紋圖案投影到上述被照射體的反射面，其中，上述圖像傳感器設置於接收來自上述反射面的反射光的位置，根據上述圖像傳感器獲取的兩個方向的線狀條紋的像的變化檢測上述被照射體的姿勢的變化。這樣，上述圖像傳感器不限於基於幹涉儀的姿勢檢測器，也能夠利用於對通過圖案投影單元投影的條紋圖像進行拍攝來檢測被照射體的姿勢的情況。本發明所涉及的接觸探頭的特徵在於，具備：上述姿勢檢測器；殼體，其內置上述姿勢檢測器；可動部，其構成為具有上述被照射體、與該被照射體一體地動作的觸針以及觸頭，該觸頭安裝在該觸針的前端，與被測量物表面接近或抵接；以及支承部，其設置於上述殼體，支承該可動部使得上述可動部的姿勢根據上述觸頭的接近或抵接變化，其中，上述姿勢檢測器通過檢測上述可動部的姿勢的變化，來定量地檢測上述觸頭受到來自被測量物表面的作用力時的該觸頭的三維坐標上的位移。另外，本發明的多傳感探頭中，上述接觸探頭中的上述可動部設置成能夠自由裝卸於上述殼體，該多傳感探頭的特徵在於，在從殼體卸下了上述可動部的狀態下，在卸下前的上述可動部的上述反射面的位置處配置設置於其它的檢測對象物的反射面，來檢測該檢測對象物的姿勢的變化。在上述多傳感探頭中，通過自由裝卸地設置接觸探頭的可動部，能夠實現作為接觸探頭的功能和作為姿勢檢測傳感器的功能這兩個功能。這樣，通過將上述姿勢檢測器用作安裝於三維測量機的接觸探頭的內置傳感器、或者用作準實時地檢測實施了臨界對準的光學部件的姿勢的變化來進行該姿勢的自動調整的多傳感探頭的外置傳感器，能夠使接觸探頭和多傳感探頭具備高解析度、高穩定性、高速響應等高功能性。如上所述，根據本發明，能夠提供一種光學系統的結構比以往的線陣圖像傳感器簡單且能夠進行高速檢測的幹涉條紋等條紋圖像用的圖像傳感器。另外，能夠提供一種姿勢檢測器，其通過上述圖像傳感器檢測基於來自形成於被照射體的反射面的反射光產生的條紋，來檢測被照射體的姿勢，並具備高解析度、高穩定性、高速響應等高功能性的姿勢檢測器。並且，能夠提供一種內置有上述姿勢傳感器作為內置傳感器的三維測量機用的接觸探頭和多傳感探頭。附圖說明圖1的(A)是表示本發明的第一實施方式所涉及的圖像傳感器的像素配置的圖，圖1的(B)是為了比較而表示以往傳感器的像素配置的圖。圖2的(A)、(B)是表示上述圖像傳感器的像素配置的變形例的圖。圖3的(A)、(B)是表示上述圖像傳感器的像素配置的其它的變形例的圖。圖4是表示本發明的第二實施方式所涉及的姿勢檢測器的光學結構的圖。圖5是表示使被照射體繞Y軸旋轉的情況下的幹涉條紋的變化的圖。圖6是表示在上述姿勢檢測器中繞Y軸旋轉前後的兩個線狀條紋的變化的圖。圖7是表示使被照射體在Z軸方向上發生位移的情況下的幹涉條紋的變化的圖。圖8是表示在上述姿勢檢測器中Z軸方向的發生位移前後的兩個線狀條紋的變化的圖。圖9是表示本發明的第三實施方式所涉及的姿勢檢測器的光學結構的圖。圖10是表示本發明的第四實施方式所涉及的接觸探頭的光學結構的圖。圖11是表示本發明的第五實施方式所涉及的多傳感探頭的光學結構的圖。附圖標記說明2：像素；4：共有像素；10、110、210、310、410：圖像傳感器；12：幹涉儀(麥可遜型幹涉儀)；14：被照射體；16：雷射光源；18：參考鏡；20、120：姿勢檢測器；24：反射面；36：線狀條紋的暗部；38：線狀條紋的亮部；52：圖案投影單元；54：光源；56：光柵的底版(投影元件)；62：殼體；64：可動部；66：被照射體；68：觸針；72：觸頭；74：支承部；80：檢測對象物；84：反射面；220：接觸探頭；320：多傳感探頭。具體實施方式根據附圖說明本發明的第一實施方式所涉及的圖像傳感器。圖1的(A)是表示構成本發明所涉及的圖像傳感器(攝像元件)10的像素2的排列的圖。為了比較，在圖1的(B)中示出以往的CMOS型、CCD型等面陣圖像傳感器90。圖1的(A)的圖像傳感器使用多個光電二極體(PD)等像素2，並將它們配置為十字線形狀。準確地表示時，以將多個像素2排列為直線狀而成的像素列(線陣圖像傳感器)作為一個單位，相互大致為直角地配置這些多個像素列(線1、線2)。通過兩個大致正交的像素列(線1、線2)片段地捕獲投影於圖像傳感器10的受光面的一個條紋，獲取兩個方向的線狀條紋的圖像。以後，也將本發明的圖像傳感器稱為矩形線陣圖像傳感器。在圖像傳感器10的縱向和橫向的像素數與圖1的(B)所示的以往的面陣圖像傳感器90相同的情況下，像素數比以往的面陣圖像傳感器90大幅地減少，因此，能夠高速地執行元件整體的檢測。例如，如果與以往的100萬像素的面陣圖像傳感器進行比較，本發明的圖像傳感器為2000像素左右，因此檢測速度為大約500倍高速。以往的面陣圖像傳感器90的一般的幀速率是30fps(與採樣頻率30Hz相同)，因此，本發明的圖像傳感器10的幀速率單純地為15000fps(或者15圖像/秒)。在一般的線陣圖像傳感器中，實現了幾萬行/秒(幾十kHz)的檢測速度，因此，在本發明的圖像傳感器10中也能夠充分地實現相同數量級(15000fps)的幀速率。以往的面陣圖像傳感器90的目的是識別被照射體的形狀、像，與此相對地，本發明的矩形線陣圖像傳感器10的目的是識別被照射體的姿勢變化(位移、傾斜的變化)，為此，特殊化為對幹涉條紋等有規則的條紋進行拍攝。通過對用途進行特殊化，能夠實現檢測速度的高速化。另一方面，在與以往的PSD比較的情況下，PSD只能與分割面數相應地得到兩個或四個信息。各分割面內的受光位置的檢測速度快，但檢測的位置與相對於各分割面內的受光分布的重心位置相等，因此，不適於用於準確地檢測幹涉條紋的移動之類的亮部和暗部的位移的傳感器。與此相對地，本發明的圖像傳感器10通常是2000左右的像素數，能夠準確地針對幹涉條紋的移動檢測亮部和暗部的邊界的移動。並且，能夠得到每秒15000幀的信息，因此其信息量多，因此例如在進行姿勢檢測時產生平均化效果，能夠降低噪聲，能夠更準確地掌握姿勢信息。圖像傳感器10並不限於圖1的(A)的結構，也能夠是圖2的(A)、(B)那樣的應用。在圖1的(A)中，在兩個像素列(線1、線2)交叉的位置處配置有共有像素4，但在圖2的(A)的結構中，在共有像素4的位置和與其鄰接的位置沒有配置像素。換句話說，將四個像素列(線1-1~線2-2)以大致90度的間距放射狀地進行配置。該圖像傳感器110是獨立地使用各個像素列的例子，沒有共有像素4和其鄰接像素，因此，相比於圖1的(A)的圖像傳感器10，能夠縮短圖像處理時間。另外，在圖2的(B)的圖像傳感器210的結構中，還在圖1的(A)的共有像素4的周圍位置處增設有像素8。也就是說，除了兩個像素列(線1、線2)的配置位置以外，還在與共有像素4接近的位置(四個位置)處配置像素8，提高了共有信息的準確性。另外，圖3的(A)的圖像傳感器310的結構是表示以下情況的例子：如圖1的(A)那樣使正交的兩個像素列(線1、線2)在受光面的大致中央處交叉不是本發明的圖像傳感器的必須條件。該圖像傳感器310沿著正方形的四邊配置有四個像素列。該結構的特徵在於：通過在正方形的周邊上配置四個像素列，來將共有像素4配置在其四角。而且，通過基於四個共有像素4的信息進行圖像處理，由此與將共有像素只配置於傳感器中央一處的圖1的(A)的結構相比，能夠高解析度地掌握條紋圖像。圖3的(B)的圖像傳感器410的結構例是將圖1的(A)的十字線狀的兩個像素列與圖3的(A)的正方形狀的四個像素列組合所得的結構，同時具有雙方的優點。並且，在該結構中，十字線狀的縱橫的各像素列的兩端的像素和位於正方形狀的各像素列的中央的像素形成共有像素4。因而，成為等間隔地配置有合計九個共有像素4的狀態，能夠以更高解析度高效地掌握條紋圖像。如上所述，根據本發明的圖像傳感器，不需要專利文獻1的線陣圖像傳感器那樣的在幹涉儀與傳感器之間的複雜的光學結構，能夠直接接收一個條紋的光，通過橫向排列的像素列(線1等)和縱向排列的像素列(線2等)來同時獲取正交的兩個方向的線狀條紋。另外，在幹涉條紋的拍攝、規則的條紋圖案的拍攝等中，即使不獲取條紋整體的詳細信息，只獲取條紋的片段的信息，也能夠估計條紋的變化，因此，存在以下的利用方法：通過這樣估計條紋的變化，來檢測被照射體的位置、姿勢的變化。即，通過本發明的圖像傳感器高速檢測出的線狀條紋的信息能夠成為對於姿勢檢測等有效的信息。此外，本發明的圖像傳感器並不限於上述實施方式所說明的像素列的組合。即，本發明的圖像傳感器具有多個像素列，因此，只要如下構成即可：將其中至少兩個像素列配置為形成大致90度的交角，通過各個像素列捕獲投射於圖像傳感器的受光面的條紋中的以大致90度交叉的兩個方向的線狀條紋的像。接著，根據附圖說明本發明的第二實施方式所涉及的姿勢檢測器20。圖4是利用麥可遜型幹涉儀12檢測被照射體14的姿勢的姿勢檢測器20的結構圖，使用了上述的矩形線陣圖像傳感器10作為幹涉條紋的攝像元件。麥可遜型幹涉儀12具有雷射光源16、分束器(BS)以及參考鏡18。BS對來自雷射光源16的可幹涉光進行分割。即，被BS的半透膜22反射的可幹涉光照射參考鏡18，透過了半透膜22的可幹涉光照射被照射體14。如圖4所示，將從BS向被照射體14的測量光的光軸作為Z軸。被照射體14形成有與Z軸大致正交的反射面24，反射來自BS的可幹涉光來使該可幹涉光返回至BS。該被照射體14的姿勢能夠按照Z軸方向的位移、繞X軸的旋轉以及繞Y軸的旋轉這三個自由度進行變化。參考鏡18也同樣地，反射來自BS的可幹涉光來使該可幹涉光返回至BS。在BS中，被半透膜22反射的來自被照射體14的反射光(測量光)與透過半透膜22的來自參考鏡18的反射光(參考光)產生幹涉，從而使得幹涉條紋投影到配置在這兩個反射光的光軸上的圖像傳感器10的受光面26。根據以上結構的姿勢檢測器20，能夠形成以雷射光源16、BS、參考鏡18以及圖像傳感器10為主要構成要素的簡單的光學配置的檢測器。此外，如果構成為將BS設為PBS(偏振光分束器)，在PBS與參考鏡18之間和PBS與被照射體14之間分別設置二分之一波片(λ/2)，則能夠提高光的回收效率，並且能夠抑制虛像條紋的產生。另外，使用能夠高速檢測正交的兩個方向的線狀條紋的上述實施方式的矩形線陣圖像傳感器10作為幹涉條紋的攝像元件，因此，能夠提高從姿勢信息的獲取指令到獲取實際的姿勢信息為止的響應性，能夠高速檢測被照射體14的三個自由度的姿勢。本發明的姿勢檢測器也被稱為三自由度傳感器。此外，用於姿勢檢測器20的圖像傳感器10具備：信號讀取單元，其讀取與來自多個像素列(線1、線2)的各像素2的受光量相應的照度信號；以及信號處理單元，其根據讀取出的照度信號計算線狀條紋的亮部(或暗部)的位置。在信號讀取單元中能夠採用現有的CCD、CMOS等電路。另外，在信號處理單元中能夠採用與信號讀取單元一體或分體地構成的CPU等運算電路。而且，信號處理單元具有連接處理部，該連接處理部根據規定時間前後的亮部(或暗部)的位置的變化執行將兩個方向的線狀條紋的亮部之間(或暗部之間)相連接的處理，以估計平面的條紋圖像。設定圖像傳感器10中的一個像素列的像素數，使得能夠得到足夠於通過傅立葉變換計算線狀條紋的周期性變化的信息量。其最小像素數是四個。根據圖5~圖8說明基於正交的兩個方向的線狀條紋的圖像進行的被照射體14的姿勢檢測方法的一例。首先，使用圖5說明被照射體14的姿勢變化與產生的幹涉條紋的變化之間的關係。圖5表示在使被照射體14繞Y軸旋轉的情況下投影到圖像傳感器10的受光面的幹涉條紋的變化。在被照射體14的初始狀態下，調整參考鏡18的姿勢，使得圖5的左側所示的幹涉條紋的亮帶32(或暗帶34)向45度方向延伸。這樣的幹涉條紋的初始狀態並沒有特別限定，但為了高效地檢測被照射體14的姿勢變化，優選的是圖5的左側那樣的初始狀態。另外，關於投影到受光面26的幹涉條紋的亮帶32的個數，儘可能少則對於一條亮帶32的解析度越高，提高姿勢檢測精度。實際上，根據與圖像傳感器10的像素數之間的關係和與三個自由度的姿勢的檢測範圍之間的關係，來調整參考鏡18的姿勢使得變成最恰當的亮帶32的個數。而且，在被照射體14繞Y軸旋轉而姿勢發生了變化的情況下，如圖5的右側那樣，幹涉條紋的亮帶32的傾斜變緩，並且亮帶32之間的間隔變窄，投影出的亮帶32的個數增加。接著，使用圖6說明本發明的圖像傳感器10所拍攝的線狀條紋的變化。該圖與圖5對應，示出在姿勢變化前後由圖像傳感器10捕獲的線狀條紋的像。如圖6的左側所示那樣，在初始狀態下，根據縱向的像素列(線2)的信息檢測其中包含的暗部36(或亮部38)的位置和個數。同樣地，根據橫向的像素列(線1)的信息檢測其中包含的暗部36的位置和個數。在此，也將包含在縱橫的各像素列(線1、線2)中的暗部36(或亮部38)的個數稱為該像素列中的「線狀條紋的密度」。如圖6的右側所示那樣，與變化前相比，姿勢變化後的兩個線狀條紋的像的橫向的暗部36的間距PY相同，縱向的暗部36的間距從PZ縮小至PZ』。即，檢測出橫的線狀條紋的密度不變而縱的線狀條紋的密度變大。在該圖中，為了簡化說明，只通過黑白來區分各像素，但如果是光電二極體那樣的像素，則一個像素的信號包含照度信息。因而，通過基於各像素的照度的變化進行圖像處理，能夠更準確地獲取線狀條紋的位置、線狀條紋的密度。另外，如該圖那樣，即使無法清楚地區分暗部36和亮部38，也能夠根據照度信息準確地獲取它們的位置信息。如上那樣，在只有縱的線狀條紋的密度(間距PZ)變化的情況下，能夠判斷為被照射體14繞Y軸進行了旋轉。而且，能夠獲取密度的變化比例作為其旋轉角度。同樣地，在只有橫的線狀條紋的密度(間距PY)變化的情況下，能夠判斷為被照射體14繞X軸旋轉而姿勢發生了變化。另一方面，在被照射體14在Z軸方向上產生了位移的情況下，如圖7的幹涉條紋那樣投影的幹涉條紋的亮帶32(或暗帶34)的個數不變，全部的亮帶32向同一方向平行移動。也將這樣的條紋的變化稱為「條紋漂移」。圖8與圖7對應，示出在姿勢變化前後由圖像傳感器10捕獲的線狀條紋的像。在只有Z軸方向發生位移的情況下，縱橫的各線狀條紋的密度不變。即，各線狀條紋的亮部(或暗部)的間距PZ、PY不變而只有亮部(或暗部)的位置移動。如果在圖8中示出縱向上的特定的暗部42(或亮部44)的位置變化，則可知暗部42(或亮部44)縱向移動了δZ的尺寸。將這樣的暗部42的位置的變化量稱為線狀條紋的相位的變化量。此外，可知橫向上的特定的暗部46的位置也橫向移動了δZ的尺寸。另外，縱向的特定的暗部42和橫向的特定的暗部46伴隨著姿勢變化而移動，如該圖的右側所示那樣，在共有像素4中一致，因此根據這樣的共有像素4的信息，明確地可知兩個暗部42、46連接為同一暗帶。如以上的姿勢檢測的例子那樣，用縱橫的線狀條紋的密度與位置(相位)的變化的組合來表示被照射體14的姿勢在三個自由度上的任意動作。也就是說，圖像傳感器10的線1的線狀條紋的密度與繞X軸的傾斜對應，該線狀條紋的相位與Z軸方向的位移對應。同樣地，線2的線狀條紋的密度與繞Y軸的傾斜對應，該線狀條紋的相位與Z軸方向的位移對應。因而，能夠計算出被照射體的Z軸位移(一個自由度)以及繞X軸的傾斜和繞Y軸的傾斜(兩個自由度)這三個自由度的姿勢變化。此外，線1的相位和線2的相位都與Z軸方向的位移對應，因此，也可以求出Z軸方向的位移作為它們的任意一個或平均值。根據本實施方式的姿勢檢測器20，通過針對一個幹涉條紋在縱向和橫向上配置至少兩個像素列(線1、線2)，由此與只通過一個方向的像素列來掌握幹涉條紋的變化相比，能夠更準確地掌握條紋的變化。在使用兩個以上的像素列(線1、線2)的情況下，通過將一個像素列(線1)中的任意階次的亮部(或暗部)與另一個像素列(線2)中的相同階次的亮部(或暗部)相連接，估計條紋的整體像，由此能夠準確地掌握條紋的變化。具體地說，如本實施方式的圖像傳感器10那樣，在兩個像素列交叉的情況下，在交叉的位置處存在共有像素4。或者，如圖2的(A)的圖像傳感器110那樣，即使在像素列相互不交叉的情況下，在各個像素列(線1-1~線2-2)中也一定存在與其它像素列接近的位置的像素6。通過根據來自這樣的兩個像素列共有的位置的像素4或接近的位置的像素6的信息進行圖像處理，能夠容易且準確地執行亮部之間(或暗部之間)的連接。此外，在本實施方式中，說明了基於麥可遜型幹涉儀12的三個自由度的姿勢檢測器20，但幹涉方式並不限於此，也可以是使用了斐索型幹涉儀等其它幹涉方式的姿勢檢測器。另外，光源16並不限於產生雷射那樣的單一波長的光的光源，也可以是產生由多個波長構成的光、白色光的光源，在該情況下，能夠檢測Z軸方向的位移作為絕對值。根據附圖說明本發明的第三實施方式所涉及的姿勢檢測器。圖9是表示利用光柵投影單元52(光源54和光柵的底版56)進行被照射體14的三個自由度的姿勢的檢測的姿勢檢測器120的光學結構的圖。通過使來自光源54的光對準光柵的底版56，將光柵圖案(條紋圖案)投影到形成於被照射體14的反射面24。而且，通過矩形線陣圖像傳感器10對所投影的條紋圖案進行拍攝。根據本實施方式的姿勢檢測器120，能夠通過光源54、光柵的底版56、圖像傳感器10這樣的簡單的結構來形成檢測器。另外，與第二實施方式同樣地，使用了矩形線陣圖像傳感器10，因此響應性高。此外，該姿勢檢測器120以通過所謂的圖案投影法對被測量物進行三維形狀測量的技術為基礎。然而，通過使用本發明的矩形線陣圖像傳感器10將其特殊化為被照射體14的姿勢檢測這樣的用途，由此能夠與上述的實施方式同樣地實現高速響應的姿勢檢測器120。簡單說明本實施方式的姿勢檢測器120的檢測方法。如果光源54或光柵的底版56與被照射體的反射面24之間的間隔增加，則投影到反射面24的光柵圖案的亮帶的寬度變寬。相反，如果該間隔減少，則光柵圖案的亮帶的寬度變窄。例如，在使用圖2的(A)所示的配置了四個像素列(線1-1~線2-2)的圖像傳感器110作為攝像元件的情況下，將各像素列稱為段1-1、段1-2、段2-1、段2-2，將包含在段1-1~段2-2中的線狀條紋的亮部(或暗部)的個數設為N1-1、N1-2、N2-1、N2-2，將段1-1與段1-2的中心之間的距離設為L1，將段2-1與段2-2的中心之間的距離設為L2。在該情況下，繞X軸的傾斜與[(N1-1)-(N1-2)]/L1對應，繞Y軸的傾斜與[(N2-1)-(N2-2)]/L2對應。Z軸方向的位移與(N1-1)+(N1-2)+(N2-1)+(N2-2)對應。與第二實施方式同樣地，在本實施方式中，也能夠計算出被照射體14的位移(一個自由度)和傾斜(二個自由度)這三個自由度的姿勢變化。此外，在本實施方式中投影光柵圖案，但投影的圖案並不限於此。另外，也可以將姿勢檢測器構成為：在光源54與被照射體14之間或被照射體14與圖像傳感器10之間配置其它圖案的底版，通過本發明的矩形線陣圖像傳感器10對由兩個圖案的幹涉產生的波紋圖案進行拍攝。總之，對於通過本發明的圖像傳感器對兩個方向的線狀條紋進行拍攝的情況來說，優選的是具有亮部和暗部的有規則地交互排列那樣的光柵圖案。上述的第二實施方式的姿勢檢測器20(圖4)在要求高靈敏度的姿勢檢測的情況下有用，另一方面，本實施方式的姿勢檢測器120(圖9)在姿勢的變化大的情況、被照射體的反射面24粗糙的情況下有用。根據附圖說明本發明的第四實施方式所涉及的接觸探頭220和多傳感探頭320。圖10是將圖4所示的姿勢檢測器20作為接觸探頭220的內置傳感器進行使用的情況下的實施例。接觸探頭220在探頭主體的殼體62中內置有上述姿勢檢測器20。姿勢檢測器20的具體結構與第二實施方式相同。另一方面，姿勢檢測器20的探測對象是預先設置於姿勢檢測器20的下部的可動部64，該可動部64被設置於殼體62的未圖示的支承體以能夠相對於姿勢檢測器20相對地進行移動的方式支承。可動部64構成為具有被照射體66、與該被照射體66一體地動作的觸針68、以及安裝於該觸針68的前端並與被測量物W的表面接近或抵接的觸頭72。而且，未圖示的支承體支承該可動部64，使得可動部64的姿勢根據觸頭72與被測量物W的表面接近或抵接而自由地變化。其中，可動部64是與圖4的姿勢檢測器的檢測方法同樣地只能夠進行X軸、Y的旋轉、Z方向的平移運動這三個自由度的運動的機構。該接觸探頭220通過由內置的姿勢檢測器20檢測可動部64的姿勢的變化，能夠定量地檢測觸針68的觸頭72受到來自被測量物W的表面的作用力時的該觸頭72在三維坐標上的位移。此外，姿勢檢測器20檢測由於作為可動部64的一部分的觸針68的觸頭72與被測量物W接近或抵接而產生變化的可動部64的姿勢或姿勢變化，將具有這樣的姿勢檢測功能的探頭整體稱為接觸探頭。如果觸針68的長度、觸頭72的形狀已知，則該接觸探頭220能夠根據可動部64的姿勢來辨識觸頭72的三維的位置。根據本實施方式，能夠通過非常簡單的構造實現高速高精度的接觸探頭220。圖10隻不過是接觸探頭220的一個實施例，例如也能夠通過將可動部64的上表面設為多面體來進行可動部64的六個自由度的姿勢檢測。並且，如果能夠將圖10所示的可動部64從姿勢檢測器20拆卸，則能夠實現能夠在外置傳感器和內置傳感器這兩者中使用姿勢檢測器20的多傳感探頭。圖11中示出多傳感探頭320的一例。在接觸探頭的殼體62的下部設置有自由裝卸的支承部74。可動部64被該支承部74以自由進行三個自由度的姿勢變化的方式支承。如該圖的左側所示那樣，在通過支承部74安裝有可動部64的狀態下，能夠發揮圖10的接觸探頭的功能。如該圖的中央所示那樣，通過針對每個支承部74從殼體62卸下可動部64，由此如該圖的右側所示那樣，還能夠發揮用於檢測其它檢測對象物80的姿勢的功能。檢測對象物80具有被支承為相對於基座86自由地進行三個自由度的姿勢變化的可動部82，在該可動部82的上部形成有反射面84。通過將反射面84配置於與可動部64的反射面24相同的位置，能夠高速、高精度地檢測可動部82的姿勢。