特許 7434761 三次元計測装置用光学アセンブリおよびこれを備えた三次元計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】三次元計測装置用光学アセンブリおよびこれを備えた三次元計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20240214BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20240214BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20240214BHJP

   G03B 15/05 20210101ALI20240214BHJP

   G03B 15/03 20210101ALI20240214BHJP

   G03B 17/55 20210101ALI20240214BHJP

   G03B 17/02 20210101ALI20240214BHJP

   H04N 23/52 20230101ALI20240214BHJP

   H04N 23/56 20230101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G03B15/00 T

G03B15/02 F

G03B15/05

G03B15/03 K

G03B17/55

G03B17/02

H04N23/52

H04N23/56

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2019162342

(22)【出願日】2019-09-05

(65)【公開番号】P2021039075

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-07-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】猪田 岳司

(72)【発明者】

【氏名】有吉 智規

(72)【発明者】

【氏名】中塚 均

(72)【発明者】

【氏名】奥濃 基晴

(72)【発明者】

【氏名】松本 慎也

(72)【発明者】

【氏名】太田 潤

(72)【発明者】

【氏名】木口 哲也

【審査官】飯村 悠斗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１６０８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１１１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／３５６４８４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０１Ｃ １５／００

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｇ０３Ｂ １５／０３

Ｇ０３Ｂ １７／５５

Ｇ０３Ｂ １７／０２

Ｇ０３Ｂ ２１／１６

Ｇ０２Ｂ ７／０２

Ｇ０１Ｓ １７／８８

Ｈ０４Ｎ ２３／５２

Ｈ０４Ｎ ２３／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学的に共役な関係にある一対の共役面を形成する光学レンズと、
前記一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイスと、
前記光学レンズの温度を検出するための温度センサと、
前記光学レンズを加熱するためのヒータと、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記光学レンズが一定温度となるように前記ヒータの動作を制御する制御部とを備え、
前記光学デバイスが、パターン照明を形成するパターン照明形成素子からなり、
前記光学レンズが、前記一対の共役面のうちの他方に配置される被写体に対してパターン照明を投影することで投影パターンを結像するための投光レンズからなる、三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項2】

前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記光学レンズを取り囲んでこれを支持するレンズ支持部をさらに備え、
前記温度センサおよび前記ヒータが、前記レンズ支持部に組付けられている、請求項１に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項3】

前記レンズ支持部を取り囲むとともに前記温度センサおよび前記ヒータを覆うカバー部材をさらに備え、
前記カバー部材の熱伝導率が、前記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さい、請求項２に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項4】

前記レンズ支持部が、前記光学レンズを支持する鏡筒と、前記鏡筒が固定されたマウント部材とを有し、
前記カバー部材が、前記マウント部材を覆い隠す略密閉構造を有している、請求項３に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項5】

前記カバー部材と前記マウント部材との間の少なくとも一部に空気層が設けられている、請求項４に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項6】

前記レンズ支持部が固定されるベース部をさらに備え、
前記ベース部の熱伝導率が、前記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さい、請求項２から５のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項7】

前記ヒータが、電熱線が設けられてなるフレキシブル基板からなるフレキシブルヒータにて構成され、
前記温度センサが、前記フレキシブル基板に実装され、
前記フレキシブルヒータが、前記レンズ支持部の外周面上に配置されている、請求項２から６のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項8】

前記フレキシブルヒータが、高熱伝導性の接着テープにて前記レンズ支持部に貼り付けられている、請求項７に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項9】

前記一定温度が、当該三次元計測装置用光学アセンブリの使用が許容される周囲環境温度の範囲内において前記ヒータによる前記投光レンズの加熱を行なわなかった場合に前記投光レンズが到達し得る最高温度以上であってかつ前記パターン照明形成素子の動作保証温度の上限以下の温度である、請求項１から８のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項10】

光学的に共役な関係にある一対の共役面を形成する光学レンズと、
前記一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイスと、
前記光学レンズの温度を検出するための温度センサと、
前記光学レンズを加熱するためのヒータと、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記光学レンズが一定温度となるように前記ヒータの動作を制御する制御部とを備え、
前記光学デバイスが、撮像面を有する撮像素子からなり、
前記光学レンズが、前記一対の共役面のうちの他方に配置される被写体に投影された投影パターンを前記撮像面に結像するための受光レンズからなる、三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項11】

前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記光学レンズを取り囲んでこれを支持するレンズ支持部をさらに備え、
前記温度センサおよび前記ヒータが、前記レンズ支持部に組付けられている、請求項１０に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項12】

前記レンズ支持部を取り囲むとともに前記温度センサおよび前記ヒータを覆うカバー部材をさらに備え、
前記カバー部材の熱伝導率が、前記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さい、請求項１１に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項13】

前記レンズ支持部が、前記光学レンズを支持する鏡筒と、前記鏡筒が固定されたマウント部材とを有し、
前記カバー部材が、前記マウント部材を覆い隠す略密閉構造を有している、請求項１２に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項14】

前記カバー部材と前記マウント部材との間の少なくとも一部に空気層が設けられている、請求項１３に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項15】

前記レンズ支持部が固定されるベース部をさらに備え、
前記ベース部の熱伝導率が、前記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さい、請求項１１から１４のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項16】

前記ヒータが、電熱線が設けられてなるフレキシブル基板からなるフレキシブルヒータにて構成され、
前記温度センサが、前記フレキシブル基板に実装され、
前記フレキシブルヒータが、前記レンズ支持部の外周面上に配置されている、請求項１１から１５のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項17】

前記フレキシブルヒータが、高熱伝導性の接着テープにて前記レンズ支持部に貼り付けられている、請求項１６に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項18】

前記一定温度が、当該三次元計測装置用光学アセンブリの使用が許容される周囲環境温度の範囲内において前記ヒータによる前記受光レンズの加熱を行なわなかった場合に前記受光レンズが到達し得る最高温度以上であってかつ前記撮像素子の動作保証温度の上限以下の温度である、請求項１０から１７のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。

【請求項19】

請求項１から９のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリを投影部として備えるとともに、請求項１０から１８のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリを撮像部として備えてなる、三次元計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、計測対象物としての被写体に対してパターン照明を投影するとともに、被写体に投影された投影パターンを撮像し、これによって得られた画像を用いて被写体の三次元形状を計測する三次元計測装置、および、当該三次元計測装置に投影部あるいは撮像部として具備される三次元計測装置用光学アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光学的な手法を用いて被写体の三次元形状を計測する技術が知られている。たとえば、特開２０１２－７９２９４号公報（特許文献１）には、複数種類の符号が二次元に並ぶ投影符号列の各符号に符号の種類毎に異なるシンボルを割り当てることで得られた投影パターンを用い、当該投影パターンを被写体に投影し、これを撮像することで得られた画像を用いて被写体の三次元計測を行なう画像情報処理装置が開示されている。

【0003】

また、この種の三次元計測装置に利用可能な撮像部としてのカメラの具体的な構造が開示された文献としては、たとえば米国特許出願公開第２０１７／００９００７６号明細書（特許文献２）がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－７９２９４号公報

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９００７６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

三次元計測装置において使用される投光レンズおよび受光レンズ（ここで、投光レンズおよび受光レンズの各々は、複数のレンズからなる組レンズにてこれが構成される場合もあれば単一のレンズにてこれが構成される場合もある）は、通常、温度に応じて焦点位置が変化する性質（以下、これを単に「温度特性」と称する場合もある）を有している。この投光レンズおよび受光レンズの温度特性は、被写体の三次元形状の計測が可能な計測レンジ（すなわち、当該計測が可能となる計測ヘッドと被写体との間の距離の範囲）の広狭に多大な影響を及ぼす。

【0006】

そのため、定められた温度域において計測レンジが極端に狭まったりあるいは計測レンジ自体が存在しなくなってしまったりすることがないように計測レンジを広く確保するためには、何らかの手当てを講じることが必要になる。

【0007】

したがって、本開示は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、定められた温度域において計測レンジを広く確保することが可能な三次元計測装置およびこれに具備される三次元計測装置用光学アセンブリ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】

本開示に従ったある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリは、光学レンズと、光学デバイスと、温度センサと、ヒータと、制御部とを備えている。上記光学レンズは、光学的に共役な関係にある一対の共役面を形成するものであり、上記光学デバイスは、上記一対の共役面のうちの一方に配置されている。上記温度センサは、上記光学レンズの温度を検出するためのものであり、上記ヒータは、上記光学レンズを加熱するためのものである。上記制御部は、上記温度センサの検出結果に基づいて上記光学レンズが一定温度となるように上記ヒータの動作を制御する。

【0009】

このように構成することにより、光学レンズの温度を一定温度に維持することが可能になるため、三次元計測時において光学レンズの焦点位置に変化が生じることを実質的に抑制できる。そのため、予め加熱後の状態において光学デバイスが光学レンズの焦点位置に配置されるように構成しておくことにより、三次元計測時において光学デバイスを光学レンズの焦点位置に常時配置させた状態が維持可能になる。したがって、上記構成の三次元計測装置用光学アセンブリとすることにより、これを備えた三次元計測装置とした場合に、定められた温度域において計測レンジを広く確保することに資することができる。

【0010】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリは、上記光学レンズの光軸と直交する方向において上記光学レンズを取り囲んでこれを支持するレンズ支持部をさらに備えていてもよく、その場合には、上記温度センサおよび上記ヒータが、上記レンズ支持部に組付けられていてもよい。

【0011】

このように構成することにより、レンズ支持部を介して光学レンズを一定温度に維持することが可能になるとともに、光学レンズを支持するレンズ支持部の温度も一定温度に維持することが可能になるため、三次元計測時において光学レンズと光学デバイスとの間の光軸方向における距離である素子間距離に変動が生じることも実質的に抑制できる。そのため、三次元計測時において光学デバイスを光学レンズの焦点位置に常時配置させた状態がより確実に維持可能になる。

【0012】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリは、上記レンズ支持部を取り囲むとともに上記温度センサおよび上記ヒータを覆うカバー部材をさらに備えていてもよく、その場合には、上記カバー部材の熱伝導率が、上記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さいことが好ましい。

【0013】

このように構成することにより、カバー部材によって断熱効果が発揮されることになるため、光学レンズおよびレンズ支持部を効率的に加熱することができるとともに、光学レンズおよびレンズ支持部の温度を安定的に一定温度に維持することが可能になる。そのため、初期のウォームアップ動作に要する時間の短縮が図られるとともに、三次元計測時において光学デバイスが光学レンズの焦点位置に常時配置させた状態がより確実に維持可能になる。

【0014】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記レンズ支持部が、上記光学レンズを支持する鏡筒と、上記鏡筒が固定されたマウント部材とを有していてもよく、その場合には、上記カバー部材が、上記マウント部材を覆い隠す略密閉構造を有していてもよい。

【0015】

このように構成することにより、カバー部材の断熱効果がより高まることになるため、光学レンズおよびレンズ支持部をより効率的に加熱することができるとともに、光学レンズおよびレンズ支持部の温度をより安定的に一定温度に維持することが可能になる。

【0016】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記カバー部材と上記マウント部材との間の少なくとも一部に空気層が設けられていてもよい。

【0017】

このように構成することにより、カバー部材のみならず空気層によっても断熱効果が発揮されることになるため、光学レンズおよびレンズ支持部をさらに効率的に加熱することができるとともに、光学レンズおよびレンズ支持部の温度をさらに安定的に一定温度に維持することが可能になる。

【0018】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリは、上記レンズ支持部が固定されるベース部をさらに備えていてもよく、その場合には、上記ベース部の熱伝導率が、上記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さいことが好ましい。

【0019】

このように構成することにより、レンズ支持部が固定されるベース部によって断熱効果が発揮されることになるため、光学レンズおよびレンズ支持部を効率的に加熱することができるとともに、光学レンズおよびレンズ支持部の温度を安定的に一定温度に維持することが可能になる。そのため、初期のウォームアップ動作に要する時間の短縮が図られるとともに、三次元計測時において光学デバイスが光学レンズの焦点位置に常時配置させた状態がより確実に維持可能になる。

【0020】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記ヒータが、電熱線が設けられてなるフレキシブル基板からなるフレキシブルヒータにて構成されていてもよく、その場合には、上記温度センサが、上記フレキシブル基板に実装されているとともに、上記フレキシブルヒータが、上記レンズ支持部の外周面上に配置されていることが好ましい。

【0021】

このように構成することにより、簡易な構成にて光学レンズおよびレンズ支持部を加熱することが可能になるとともに、簡易な構成にて光学レンズの温度を測定することが可能になるため、組付作業が容易化することになり、結果として製造コストの削減を図ることができる。

【0022】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記フレキシブルヒータが、高熱伝導性の接着テープにて上記レンズ支持部に貼り付けられていてもよい。

【0023】

このように構成することにより、伝熱効率を高めつつフレキシブルヒータをレンズ支持部に容易に組付けることが可能になるとともに、より正確な温度の測定を可能にしつつ温度センサをレンズ支持部に容易に組付けることが可能になり、さらなる製造コストの削減を図ることができる。

【0024】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記光学デバイスが、パターン照明を形成するパターン照明形成素子にて構成されているとともに、上記光学レンズが、上記一対の共役面のうちの他方に配置される被写体に対してパターン照明を投影することで投影パターンを結像するための投光レンズにて構成されていてもよい。

【0025】

このように構成した場合には、当該三次元計測装置用光学アセンブリを三次元計測装置の投影部として用いることができ、当該投影部を備えた三次元計測装置とした場合に、定められた温度域において計測レンジを広く確保することに資することができる。

【0026】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記一定温度が、当該三次元計測装置用光学アセンブリの使用が許容される周囲環境温度の範囲内において上記ヒータによる上記投光レンズの加熱を行なわなかった場合に上記投光レンズが到達し得る最高温度以上であってかつ上記パターン照明形成素子の動作保証温度の上限以下の温度であることが好ましい。

【0027】

このように構成することにより、定められた温度域において計測レンジを広く確保しつつも長寿命でかつ高信頼性の三次元計測装置用光学アセンブリとすることができる。

【0028】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記光学デバイスが、撮像面を有する撮像素子にて構成されているとともに、上記光学レンズが、上記一対の共役面のうちの他方に配置される被写体に投影された投影パターンを上記撮像面に結像するための受光レンズにて構成されていてもよい。

【0029】

このように構成した場合には、当該三次元計測装置用光学アセンブリを三次元計測装置の撮像部として用いることができ、当該撮像部を備えた三次元計測装置とした場合に、定められた温度域において計測レンジを広く確保することに資することができる。

【0030】

本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリにあっては、上記一定温度が、当該三次元計測装置用光学アセンブリの使用が許容される周囲環境温度の範囲内において上記ヒータによる上記受光レンズの加熱を行なわなかった場合に上記受光レンズが到達し得る最高温度以上であってかつ上記撮像素子の動作保証温度の上限以下の温度であることが好ましい。

【0031】

このように構成することにより、定められた温度域において計測レンジを広く確保しつつも長寿命でかつ高信頼性の三次元計測装置用光学アセンブリとすることができる。

【0032】

本開示に従ったある局面に係る三次元計測装置は、投影部として、本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリを備えているとともに、撮像部として、本開示に従った上記ある局面に係る三次元計測装置用光学アセンブリを備えてなるものである。

【0033】

このように構成することにより、定められた温度域において計測レンジを広く確保することができる三次元計測装置とすることができる。

【発明の効果】

【0034】

本開示に従えば、定められた温度域において計測レンジを広く確保することが可能な三次元計測装置およびこれに具備される三次元計測装置用光学アセンブリを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】実施の形態に係る三次元計測装置の概略図である。

【図2】図１に示す計測ヘッドの機能ブロックの構成を示す模式図である。

【図3】図１に示す計測ヘッドの具体的な構造の概念を示す模式図である。

【図4】図１に示す画像計測装置の機能ブロックの構成を示す模式図である。

【図5】図１に示す三次元計測装置において計測ヘッドから照射される投影パターンの一例を示す図である。

【図6】図１に示す三次元計測装置が実行する三次元計測の原理を説明するための図である。

【図7】図１に示す三次元計測装置の撮像部側の計測レンジを示す図である。

【図8】図１に示す計測ヘッドの外観構造を示す概略斜視図である。

【図9】図１に示す計測ヘッドの内部構造を示す概略斜視図である。

【図10】図９に示す投影部の概略斜視図である。

【図11】図９に示す投影部の模式断面図である。

【図12】図９に示す投影部の組付構造を示す分解斜視図である。

【図13】図９に示す撮像部の概略斜視図である。

【図14】図９に示す撮像部の模式断面図である。

【図15】図９に示す撮像部の組付構造を示す分解斜視図である。

【図16】図９に示す投影部および撮像部の放熱構造を示す概略斜視図である。

【図17】図１に示す計測ヘッドの筐体の密閉構造を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0037】

＜Ａ．三次元計測装置＞
図１は、実施の形態に係る三次元計測装置の概略図である。まず、この図１を参照して、本実施の形態に係る三次元計測装置１について説明する。

【0038】

図１に示すように、三次元計測装置１は、計測ヘッド１０および画像計測装置１０００を備えている。このうち、画像計測装置１０００は、センサコントローラあるいは視覚センサとも称される。

【0039】

画像計測装置１０００は、計測ヘッド１０から予め定められた投影パターンを計測対象物としての被写体に投影した状態において、当該被写体を計測ヘッド１０で撮像した画像（以下、「入力画像」とも称する）を取得する。典型的には、投影パターンとしては、構造化照明に従う投影パターンが採用される。すなわち、投影パターンとしては、それぞれ固有のコードが割当てられた複数種類の基準パターンを所定規則に従って配置したものが採用される（この種の方法は、固有コード法と称される）。

【0040】

画像計測装置１０００は、投影パターンの情報および取得した入力画像に現れる投影パターンの情報を用いて三次元計測処理を実行することにより、三次元計測結果（三次元計測結果画像）を取得する。

【0041】

より具体的には、画像計測装置１０００は、投影された投影パターンに含まれる各基準パターン（以下、「プリミティブ」とも称する）を入力画像内で探索することで、各プリミティブが照射された位置および当該照射されたプリミティブが示すコードの集合を取得する。そして、画像計測装置１０００は、投影パターンに設定される単位領域（以下、「ワード」とも称する）に含まれる所定数の基準パターンが示すコードの配列と同一の配列を示す対応領域（以下、「格子状コードパターン」とも称する）を当該コードの集合から探索する。最終的に、画像計測装置１０００は、格子状コードパターンの探索結果に基づいて、投影パターンの後述する照射基準面から被写体の各部までの距離を算出する。この算出された距離の集合は、三次元計測結果画像として表現される。

【0042】

三次元計測装置１は、各種の用途に用いることができるが、本例では、コンベヤＣ上を搬送されるワークＷＫおよびその周囲の三次元形状を計測する用途に用いられる。具体的には、計測ヘッド１０に設けられた投影部１２から投影パターンが被写体としてのワークＷＫおよびその周囲に向けて投影され、計測ヘッド１０に設けられた撮像部１３により、投影パターンが投影されたワークＷＫおよびその周囲が撮像される。

【0043】

＜Ｂ．計測ヘッド＞
図２は、図１に示す計測ヘッドの機能ブロックの構成を示す模式図であり、図３は、図１に示す計測ヘッドの具体的な構造の概念を示す模式図である。次に、これら図２および図３を参照して、計測ヘッド１０の構成について説明する。

【0044】

図２に示すように、計測ヘッド１０は、処理部１１と、上述した投影部１２および撮像部１３と、表示部１４と、記憶部１５と、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）部１６とを含んでいる。このうち、投影部１２は、上述したように、投影パターンを被写体に対して投影し、撮像部１３は、投影パターンが投影された被写体を撮像する。

【0045】

処理部１１は、計測ヘッド１０における全体処理を司る。処理部１１は、典型的には、プロセッサと、プロセッサで実行される命令コードを格納するストレージと、命令コードを展開するメモリとを含んでいる。この場合、処理部１１において、プロセッサが命令コードをメモリ上に展開して実行することで各種処理を実現する。処理部１１の全部または一部を専用のハードウェア回路（たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等）を用いて実装してもよい。

【0046】

表示部１４は、計測ヘッド１０において取得あるいは算出された各種情報を外部へ通知する。

【0047】

記憶部１５は、撮像部１３により撮像された画像や予め設定されるキャリブレーションパラメータなどを格納する。

【0048】

通信インターフェイス部１６は、計測ヘッド１０と画像計測装置１０００との間のデータの遣り取りを担当する。

【0049】

図３に示すように、投影部１２は、光学デバイスとしてのパターン照明形成素子である光源２４１およびフォトマスク２４４と、光学レンズとしての投光レンズ２２０と、後述する図示しないレンズ支持部等を有している。すなわち、投影部１２は、これら光源２４１、フォトマスク２４４、投光レンズ２２０、レンズ支持部等が互いに組付けられることで構成された三次元計測装置用光学アセンブリにて構成されるが、その詳細な構造については後述することとする。

【0050】

光源２４１は、所定の波長の光をフォトマスク２４４の方向に向けて照射する。フォトマスク２４４には、所定のパターンが形成されている。フォトマスク２４４を通過した光は、投光レンズ２２０を介して、外部に照射される。これにより、外部空間に投影パターンが照射される。

【0051】

一方、撮像部１３は、光学デバイスとしての撮像素子３４１と、光学レンズとしての受光レンズ３２０と、後述する図示しないレンズ支持部等とを有している。すなわち、撮像部１３は、これら撮像素子３４１、受光レンズ３２０、レンズ支持部等が互いに組付けられることで構成された三次元計測装置用光学アセンブリにて構成されるが、その詳細な構造については後述することとする。

【0052】

撮像部１３は、投影パターンが投影された状態の被写体を撮像する。詳しくは、受光レンズ３２０を通過した光を撮像素子３４１が受光することにより、入力画像が得られる。

【0053】

ここで、図２に示すように、投影部１２には、投光レンズ２２０の温度を検出するための温度センサ２５４が設けられており、撮像部１３には、受光レンズ３２０の温度を検出するための温度センサ３５４が設けられている。

【0054】

また、投影部１２には、投光レンズ２２０を加熱するためのヒータであるフレキシブルヒータ２５０（図１１等参照）のヒータ部２５１が設けられており、撮像部１３には、受光レンズ３２０を加熱するためのヒータであるフレキシブルヒータ３５０（図１４等参照）のヒータ部３５１が設けられている。

【0055】

一方、処理部１１には、制御部１１ａが設けられている。制御部１１ａは、三次元計測時において投光レンズ２２０の温度および受光レンズ３２０の温度をそれぞれ予め定めた一定温度に保つための制御を行なう。

【0056】

具体的には、制御部１１ａは、温度センサ２５４の検出結果に基づいてヒータ部２５１の動作を制御することで投光レンズ２２０の温度を一定温度に維持するとともに、温度センサ３５４の検出結果に基づいてヒータ部３５１の動作を制御することで受光レンズ３２０の温度を一定温度に維持する。なお、この点の詳細については後述することとする。

【0057】

＜Ｃ．画像計測装置＞
図４は、図１に示す画像計測装置の機能ブロックの構成を示す模式図である。次に、この図４を参照して、画像計測装置１０００の機能ブロックの構成について説明する。

【0058】

図４に示すように、画像計測装置１０００は、典型的には汎用コンピュータを用いて実現される。画像計測装置１０００は、プロセッサ１０２０と、メインメモリ１０４０と、ストレージ１０６０と、入力部１０８０と、表示部１１００と、光学ドライブ１１２０と、下位インターフェイス部１１４０と、上位インターフェイス部１１６０とを含んでいる。これらのコンポーネントは、プロセッサバス１１８０を介して接続されている。

【0059】

プロセッサ１０２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等で構成され、ストレージ１０６０に格納されたプログラム（一例として、ＯＳ１０６１および三次元計測プログラム１０６２）を読出して、メインメモリ１０４０に展開して実行することで、後述するような各種処理を実現する。

【0060】

メインメモリ１０４０は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の揮発性記憶装置等で構成される。ストレージ１０６０は、たとえば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性記憶装置等で構成される。

【0061】

ストレージ１０６０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ１０６１に加えて、画像計測装置１０００としての機能を提供するための三次元計測プログラム１０６２が格納される。

【0062】

入力部１０８０は、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザ操作を受付ける。表示部１１００は、ディスプレイ、各種インジケータ、プリンタ等で構成され、プロセッサ１０２０からの処理結果等を出力する。

【0063】

下位インターフェイス部１１４０は、計測ヘッド１０との間のデータの遣り取りを担当する。上位インターフェイス部１１６０は、図示しない上位装置（たとえば、ＰＬＣ（プログラマブルコンピュータ）等）との間のデータの遣り取りを担当する。

【0064】

画像計測装置１０００は、光学ドライブ１１２０を有しており、コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に格納する記録媒体１１５０（たとえば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光学記録媒体）から、その中に格納されたプログラムが読取られてストレージ１０６０等にインストールされる。

【0065】

画像計測装置１０００で実行される三次元計測プログラム１０６２等は、コンピュータ読取可能な記録媒体１１５０を介してインストールされてもよいが、ネットワーク上のサーバ装置などからダウンロードする形でインストールされるようにしてもよい。また、本実施の形態に係る三次元計測プログラム１０６２が提供する機能は、ＯＳが提供するモジュールの一部を利用する形で実現される場合もある。

【0066】

図４には、プロセッサ１０２０がプログラムを実行することで、画像計測装置１０００として必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（たとえば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡ等）を用いて実装してもよい。

【0067】

＜Ｄ．三次元計測＞
次に、本実施の形態に係る三次元計測装置１による三次元計測について説明する。本実施の形態においては、構造化照明と称される手法を用いて三次元計測を実現する。構造化照明の手法では、所定の投影パターンを被写体に投影するともに、投影パターンが投影された状態において被写体を撮像することで得られる画像に基づいて被写体の各部の位置（計測ヘッドからの距離）を計測し、これにより被写体の三次元形状を計測する。

【0068】

本実施の形態においては、構造化照明の一例として、予め定められた投影パターン（典型的には、濃淡パターン）をもつ計測光が照射される方法を採用している。なお、以下の説明においては、投影部１２の照射面を投影パターンの「照射基準面」と見なす。

【0069】

三次元計測装置１において、計測ヘッド１０に含まれる投影部１２と撮像部１３との間でキャリブレーションが実行されており、投影部１２および撮像部１３の光学パラメータおよび両者を関連付ける行列は予め決定されている。投影部１２および撮像部１３の光学パラメータは、いずれも同じ基準点に基づいて決定されており、投影部１２の投影面の高さを指定すれば、投影部１２から照射される投影パターンが撮像部１３の撮像面上のどの画素に対応するのかを算出できる。

【0070】

投影部１２から照射される投影パターンは、投影部１２の光軸に対する被写体の位置や傾きに応じて大きさや位置（隣接する要素間の間隔の伸縮）が変化することになり、このような情報に基づいて、三角測量の原理によって、被写体の形状を計測できる。

【0071】

図５は、本実施の形態に係る三次元計測装置において計測ヘッドから照射される投影パターンの一例を示す図である。図６は、本実施の形態に係る三次元計測装置が実行する三次元計測の原理を説明するための図である。

【0072】

計測ヘッド１０の投影部１２からは、たとえば、図５に示すような投影パターンＰを含む計測光が被写体に対して照射される。計測ヘッド１０の撮像部１３は、投影パターンＰが投影された状態で被写体を撮像する。

【0073】

図５に示す投影パターンＰは、空間コードを格子状に配置したもの（以下、「格子状コード」とも称する）であって、所定方向において所定長のパターンについて自己相関が生じないような固有のコードが割当てられている。より具体的には、投影パターンＰは、複数種類のプリミティブ（基準パターンに相当）の組合せによって規定される。

【0074】

図６（Ａ）には、４種類のプリミティブが示される。各プリミティブは、それぞれに割当てられたコード（図６（Ａ）に示す例では、１～４の４つの数値）を示す。各プリミティブは、４つの大きな正方形Ｑａ～Ｑｄと、中心部に位置する１つの小さな正方形Ｑｅとで構成される。正方形Ｑａ～Ｑｄの各々は、プリミティブ位置Ｒがコーナとなるように配置されている。プリミティブ位置Ｒは、小さな正方形Ｑｅの中心位置でもある。

【0075】

図６（Ａ）に示すように、大きな正方形Ｑａ～Ｑｄの交点（格子のコーナ一点）がプリミティブ位置Ｒと定義される。なお、プリミティブ位置Ｒについての大きさおよび形状については限定されない。プリミティブの各々が三次元点の１つとして復元される。

【0076】

図６（Ａ）に示すように、プリミティブ位置Ｒが「白」のときｐ０＝１とし、「黒」のときｐ０＝０とし、プリミティブ位置Ｒの左上の大きい正方形Ｑｂが「白」のときｐ１＝１とし、「黒」のときｐ１＝０と表現する。プリミティブの種類は、２ｐ１＋ｐ０と数値表現できる。

【0077】

図６（Ｂ）には、投影パターンＰ（図５参照）の部分に含まれるプリミティブの種類を数値で表現したものである。すなわち、投影パターンＰに含まれる各プリミティブの種類を特定し、各特定したプリミティブの種類を数値で表現することにより、投影パターンＰと等価な行列Ｋを生成できる。

【0078】

以下の説明においては、投影パターンＰの面内方向をＸ方向およびＹ方向と規定するとともに、光軸方向（高さ）方向をＺ方向と規定する。

【0079】

図６（Ｃ）には、図６（Ｂ）に示す行列Ｋの部分行列が示される。ここでは、行列Ｋに設定される所定の大きさ（ワード高さＨｗｏｒｄ×ワード幅Ｗｗｏｒｄ）の部分行列を想定する。このような部分行列を「ワード」とも称する。すなわち、各ワードは、所定数のプリミティブの種類の組合せ（図６（Ｃ）に示す例では、３×３）によって規定される。投影パターンＰは、すべてのワードの各々がユニークとなるように、プリミティブが配置されることで生成される。

【0080】

投影パターンＰが被写体に投影した状態で撮像することで取得される入力画像から、行列Ｋに含まれるすべてのワードが抽出される。なお、プリミティブを抽出して、ワードを特定あるいは再構成する処理を（ワードの）「デコード」とも称する。

【0081】

図６（Ｃ）には、抽出された３つのワード（ワードＷ１，Ｗ２，Ｗ３）を示している。入力画像に写るパターンからすべてのワードを抽出したときに、各抽出したワード中に部分行列の数値の並びがユニークであれば、そのワードのパターン中での位置が特定される。すなわち、投影パターンＰにおける位置（ワードの位置）を特定できる。

【0082】

計測ヘッド１０（投影部１２）から投影パターンＰを照射する場合において、被写体の表面形状に応じて、投影された像から特定されるワードの位置は変化することになる。

【0083】

このような投影パターンＰを被写体に投影した状態において、当該被写体を撮像して得られる画像に含まれるプリミティブから規定されるワードの大きさおよび隣接するワード間の位置ずれに基づけば、計測ヘッド１０から被写体の各部までの距離および被写体の三次元形状が計測できる。

【0084】

たとえば、図６（Ｃ）に示す例においては、隣り合うワードＷ１～Ｗ３は一部のプリミティブを共有している。

【0085】

画像計測装置１０００は、それぞれの計測ヘッド１０から出力される画像に対して、プリミティブの抽出処理、ならびに、抽出されたプリミティブにより特定されたワードの位置および大きさの評価処理を実行することにより、被写体の三次元形状の計測結果を出力する。

【0086】

なお、図６（Ａ）においては、４種類のプリミティブを使用する例を示しているが、プリミティブの種類数は４種類に限定されない。また、図６（Ａ）に示すようなプリミティブの形状および色に限定されることなく、任意の形状および色を採用できる。

【0087】

また、プリミティブの検出手法としては、各プリミティブをモデルとしたパターンマッチングや、黒画素方向／白画素方向および中央値の色を条件とするフィルタ処理などを採用できる。

【0088】

＜Ｅ．解決すべき課題＞
次に、本開示が解決すべき課題について説明する。本開示が解決すべき課題は、要約すると、上述のように、定められた温度域において計測レンジが極端に狭まったりあるいは計測レンジ自体が存在しなくなってしまったりすることを防止する点にある。

【0089】

ここで、計測レンジとは、被写体の三次元形状の計測が可能となる計測ヘッドと被写体との間の光軸方向に沿った距離の範囲のことを意味しており、当該計測レンジが極端に狭まったりあるいは当該計測レンジ自体が存在しなくなってしまったりした場合には、被写体の三次元形状を計測することができない。

【0090】

この計測レンジには、投影部側での計測レンジと、撮像部側での計測レンジとが含まれている。投影部側の計測レンジの外側に被写体が配置された場合には、被写体に投影された投影パターンがぼやけることになり、入力画像における投影パターンが不鮮明になる。また、撮像部側の計測レンジの外側に被写体が配置された場合には、撮像素子の撮像面上に形成される像がぼやけることになり、入力画像における投影パターンが不鮮明になる。そのため、いずれの場合にも、取得した入力画像から上述したプリミティブを抽出することができず、結果として被写体の三次元形状を計測することが不可能になってしまう。

【0091】

上述したように、三次元計測装置の計測ヘッドには、投影パターンを被写体上において結像するための光学レンズ（投光レンズ）と、投影パターンが被写体に投影された状態の像を撮像素子の撮像面上において結像するための光学レンズ（受光レンズ）とが設けられている。これら光学レンズは、複数のレンズが組み合わされた複合レンズにて構成されることが一般的であるが、通常、温度に応じて焦点位置が変化する性質（温度特性）を有している。上述した計測レンジの有無ならびに広狭には、この光学レンズの温度特性が大きく影響する。

【0092】

図７は、図１に示す三次元計測装置の撮像部側の計測レンジを示す図である。以下、この図７を参照して、光学レンズの温度特性が三次元計測装置１の計測レンジに与える影響について、受光側を例に挙げて詳説する。なお、理解を容易とするために、図７においては、受光レンズ３２０を単一のレンズにて構成した場合を図示しているが、後述する図１４等において示すように、受光レンズ３２０を複数のレンズからなる組レンズにて構成してもよい。

【0093】

ここで、図７（Ａ）は、受光レンズ３２０が温度Ｔにある状態を示しており、図７（Ｂ）は、受光レンズ３２０が温度Ｔ＋ΔＴに昇温した状態を示しており、図７（Ｃ）は、受光レンズ３２０が温度Ｔ－ΔＴに降温した状態を示している。なお、使用する受光レンズ３２０としては、温度の上昇に伴って焦点位置が遠ざかる方向に変化するものを例示する。

【0094】

図７（Ａ）に示すように、受光レンズ３２０は、光学的に共役な関係にある一対の共役面としての物体面および像面を形成する。受光レンズ３２０の主点から物体面までの距離である物体距離Ａと、受光レンズ３２０の主点から像面までの距離である像距離Ｂとは、受光レンズ３２０の焦点距離ｆを用いて下記の式（１）によって決まる。

【0095】

（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／ｆ ・・・（１）

【0096】

ここで、物体面に被写体が配置されるとともに、像面に撮像素子３４１が配置されることにより、撮像素子３４１の撮像面に被写体の像が鮮明に結像される。なお、受光レンズ３２０は、その許容散乱円径Φによって決まる焦点深度δを有しており、当該焦点深度δの範囲内に撮像素子３４１が配置される限りにおいては、被写体の像が撮像素子３４１の撮像面上に鮮明に結像されることになる。

【0097】

受光側の計測レンジは、被写界深度ＤＯＦ（Depth of Field）によって決まる。被写界深度ＤＯＦは、像面において像が鮮明に結像する、被写体が配置される側における光軸方向に沿った範囲であり、物体面から見て受光レンズ３２０側に位置する前側被写界深度Ｌｆと、物体面から見て受光レンズ３２０側とは反対側に位置する後側被写界深度Ｌｒとの和として表わされる。一般に、被写界深度ＤＯＦの受光レンズ３２０側の端点は「近点」と称され、被写界深度ＤＯＦの受光レンズ３２０側とは反対側の端点は「遠点」と称される。

【0098】

ここで、受光レンズ３２０の主点から近点までの距離である近点距離Ｓｎと、受光レンズ３２０の主点から遠点までの距離である遠点距離Ｓｆとは、上述した焦点距離ｆ、物体距離Ａおよび許容散乱円径Φと、受光レンズ３２０の明るさＦとを用いて、それぞれ下記の式（２）および式（３）によって決まる。

【0099】

Ｓｎ＝Φ×Ｆ×Ａ^２／（ｆ^２＋Φ×Ｆ×Ａ） ・・・（２）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×Ａ^２／（ｆ^２－Φ×Ｆ×Ａ） ・・・（３）

【0100】

したがって、撮像素子３４１と受光レンズ３２０との間の光軸方向に沿った距離（これを「素子間距離」と称する）が上述した像距離Ｂである撮像部１３においては、被写体が、受光レンズ３２０からの距離が上記式（２）で表わされる近点距離Ｓｎ以上で、かつ、上記式（３）で表わされる遠点距離Ｓｆ以下の範囲内に配置されることにより、被写体の鮮明な入力画像が取得できることになる。すなわち、当該範囲が、温度Ｔにおける計測レンジとなる。

【0101】

一方、図７（Ｂ）に示すように、受光レンズ３２０が図７（Ａ）に示す状態よりも温度ΔＴだけ昇温した状態においては、受光レンズ３２０の焦点位置が受光レンズ３２０から遠ざかる方向に向けて移動し、これに伴って物体面も受光レンズ３２０から遠ざかる。この遠ざかる距離をΔＡとすると、物体距離は、Ａ＋ΔＡとなる。この場合、近点距離Ｓｎおよび遠点距離Ｓｆは、それぞれ下記の式（４）および式（５）によって決まる。

【0102】

Ｓｎ＝Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）^２／（ｆ^２＋Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）） ・・・（４）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）^２／（ｆ^２－Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）） ・・・（５）

【0103】

すなわち、温度Ｔ＋ΔＴにおける計測レンジは、上述した温度Ｔにおける計測レンジよりも受光レンズ３２０から遠ざかる方向に向けてシフトすることになる。

【0104】

なお、上述のとおり、物体面が受光レンズ３２０から遠ざかった場合には、像面は受光レンズ３２０に近づくことになり、その際の像距離を図中においては、Ｂ’で表わしている。ここで、Ｂ’は、上記式（１）に基づき、ｆ×（Ａ＋ΔＡ）／（Ａ＋ΔＡ－ｆ）となる。

【0105】

他方、図７（Ｃ）に示すように、受光レンズ３２０が図７（Ａ）に示す状態よりも温度ΔＴだけ降温した状態においては、受光レンズ３２０の焦点位置が受光レンズ３２０に近づく方向に向けて移動し、これに伴って物体面も受光レンズ３２０に近づく。この近づく距離をΔＡとすると、物体距離は、Ａ－ΔＡとなる。この場合、近点距離Ｓｎおよび遠点距離Ｓｆは、それぞれ下記の式（６）および式（７）によって決まる。

【0106】

Ｓｎ＝Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）^２／（ｆ^２＋Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）） ・・・（６）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）^２／（ｆ^２－Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）） ・・・（７）

【0107】

すなわち、温度Ｔ－ΔＴにおける計測レンジは、上述した温度Ｔにおける計測レンジよりも受光レンズ３２０に近づく方向に向けてシフトすることになる。

【0108】

なお、上述のとおり、物体面が受光レンズ３２０から近づいた場合には、像面は受光レンズ３２０から遠ざかることになり、その際の像距離を図中においては、Ｂ”で表わしている。ここで、Ｂ”は、上記式（１）に基づき、ｆ×（Ａ－ΔＡ）／（Ａ－ΔＡ－ｆ）となる。

【0109】

以上により、温度Ｔ－ΔＴから温度Ｔ＋ΔＴまでの範囲を計測可能温度域とする三次元計測装置を製作すること想定したとするならば、当該三次元計測装置における実際上の計測レンジは、受光レンズ３２０からの距離が上記式（４）で表わされる温度Ｔ＋ΔＴにおける近点距離Ｓｎ以上で、かつ、上記式（７）で表わされる温度Ｔ－ΔＴにおける遠点距離Ｓｆ以下の範囲（すなわち、図中において符号ＭＲで示す範囲）となる。すなわち、この実際上の計測レンジＭＲを確保するためには、少なくとも（上記式（４）の右辺）＜（上記式（７）の右辺）で示される条件を満たしていることが必要であり、さらに十分にこれを確保するためには、上記式（７）で示される温度Ｔ－ΔＴにおける遠点距離Ｓｆが、上記式（４）で表わされる温度Ｔ＋ΔＴにおける近点距離Ｓｎよりも、十分に大きいことが必要になる。

【0110】

しかしながら、焦点距離ｆ、許容散乱円径Φおよび明るさＦは、いずれも使用する受光レンズ３２０の光学特性によって決まり、多少の微調整は可能ではあるものの、三次元計測を実現する上での種々の制約に基づき、これが自由に設定できるものではない。そのため、本発明者が実仕様を想定して各種の試算を行なったところ、三次元計測を実現する上で光学レンズに求められる上記光学特性を満たしつつ、上述した実際上の計測レンジＭＲを十分に広く確保することが非常に困難な状況にあることが確認され、当該実際上の計測レンジＭＲが極端に狭まるか、あるいは、これがそもそも存在しなくなる問題があることが判明した。

【0111】

なお、ここではその詳細な説明は省略するが、受光レンズ３２０が温度の上昇に伴って焦点位置が近づく方向に変化するものである場合においても、上述した理由と同様の理由によって同じ問題が発生することになり、また、上述した受光レンズ３２０の温度特性が三次元計測装置１の撮像部１３側の計測レンジに与える影響と同様の理由により、投影部１２に設けられる投光レンズ２２０についても、その温度特性が三次元計測装置１の投影部１２側の計測レンジに影響を与えることになる。

【0112】

そこで、本発明者は、本実施の形態に係る三次元計測装置１において、三次元計測時に上述した制御部１１ａによって投光レンズ２２０の温度および受光レンズ３２０の温度をそれぞれ予め定めた一定温度に保つための制御を行なうことにより、当該課題の解決を図っている。以下、本実施の形態に係る三次元計測装置１について、この点を含めてより詳細に説明する。

【0113】

＜Ｆ．計測ヘッドの詳細な構造＞
図８および図９は、それぞれ図１に示す計測ヘッドの外観構造および内部構造を示す概略斜視図である。まず、これら図８および図９を参照して、本実施の形態における計測ヘッド１０の全体構造について説明する。なお、図９においては、内部構成部品の一部について、その図示を省略している。

【0114】

図８に示すように、計測ヘッド１０は、略直方体形状の外形を有しており、筐体１００と、当該筐体１００の内部に収容された三次元計測装置用光学アセンブリとしての投影部１２および撮像部１３とを備えている。

【0115】

筐体１００は、平板状の底板部１０１（図９参照）と、下面開口の箱形状の蓋部１０２とを有しており、底板部１０１によって蓋部１０２の下面開口が閉塞されることで全体として略直方体形状を有している。底板部１０１と蓋部１０２とは、ビス１９１によって固定されている。底板部１０１および蓋部１０２は、いずれも高熱伝導性の金属製の部材にて構成されており、好ましくはアルミニウム合金等によって形成される。

【0116】

筐体１００の前面には、照明用窓部１１０、投光用窓部１２０および受光用窓部１３０の合計で３つの窓部が設けられている。これら照明用窓部１１０、投光用窓部１２０および受光用窓部１３０は、それぞれ透光板１１１，１２１，１３１によって覆われている。

【0117】

筐体１００の内部であってかつ照明用窓部１１０の後方の位置には、たとえばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等からなる照明用光源１１２が配置されている。照明用光源１１２から出射された光は、上述した透光板１１１を透過することで照明用窓部１１０から外部空間に向けて照射され、これにより計測エリアが明るく照らされることになる。この照明用光源１１２は、計測エリアを照らす照明設備がない場合等を考慮して設けられたものであり、上述した三次元計測の実行時以外に照明として使用されるものである。

【0118】

筐体１００の内部であってかつ投光用窓部１２０の後方の位置には、投影部１２が配置されている。図９を参照して、投影部１２は、上述したように、光源２４１、フォトマスク２４４、投光レンズ２２０、レンズ支持部２１０等（このうちの光源２４１とフォトマスク２４４は、図９においては現れていない）が互いに組付けられることで構成された三次元計測装置用光学アセンブリにて構成されている。

【0119】

投影部１２の前方の位置には、レンズ支持部２１０の一部となる鏡筒２１２が配設されている。鏡筒２１２は、その内部において投光レンズ２２０を支持している。これにより、投光レンズ２２０は、上述した投光用窓部１２０を覆う透光板１２１に面するように配置されている。

【0120】

投影部１２の内部においてフォトマスク２４４を通過し、その後投光レンズ２２０を介して投影部１２から出射された光は、上述した透光板１２１を透過することで投光用窓部１２０から外部空間に向けて照射され、これにより外部空間に向けて投影パターンが照射される。上述したように、この投影部１２から照射された投影パターンがワークＷＫおよびその周囲に投影されることにより、三次元計測が可能になる。

【0121】

筐体１００の内部であってかつ受光用窓部１３０の後方の位置には、撮像部１３が配置されている。図９を参照して、撮像部１３は、上述したように、撮像素子３４１、受光レンズ３２０、レンズ支持部３１０等（このうちの撮像素子３４１は、図９においては現れていない）が互いに組付けられることで構成された三次元計測装置用光学アセンブリにて構成されている。

【0122】

撮像部１３の前方の位置には、レンズ支持部３１０の一部となる鏡筒３１２が配設されている。鏡筒３１２は、その内部において受光レンズ３２０を支持している。これにより、受光レンズ３２０は、上述した受光用窓部１３０を覆う透光板１３１に面するように配置されている。

【0123】

投影パターンが投影されたワークＷＫおよびその周囲から発せられた反射光は、上述した透光板１３１を透過することで受光用窓部１３０から撮像部１３へと入射し、受光レンズ３２０を介して撮像素子３４１へと照射される。これにより、上述したように、撮像素子３４１にてこの光が受光されることにより、三次元計測が可能になる。

【0124】

また、筐体１００の側面の所定位置には、接続端子１４１，１４２が設けられている。当該接続端子１４１，１４２は、計測ヘッド１０と画像計測装置１０００等を電気的に接続するためのものである。

【0125】

図９に示すように、筐体１００の内部であって投影部１２および撮像部１３の後方の位置には、金属製の板状部材からなるシャーシ１５０が設けられている。当該シャーシ１５０は、筐体１００の底板部１０１から上方に向けて起立するように設けられており、このシャーシ１５０の前面側には、回路基板１６０が組付けられている。これにより、回路基板１６０は、シャーシ１５０の前方であってかつ投影部１２および撮像部１３の後方の位置に起立姿勢にて配置されている。

【0126】

回路基板１６０は、上述した処理部１１が設けられてなるものであり、図示しないフレキシブル配線基板等を介して投影部１２および撮像部１３にそれぞれ電気的に接続されている。また、回路基板１６０には、後述するフレキシブルヒータ２５０，３５０の動作を制御するための制御部１１ａも設けられており、当該フレキシブルヒータ２５０，３５０の配線部２５２，３５２にも電気的に接続されている。

【0127】

＜Ｇ．投影部の構造＞
図１０および図１１は、それぞれ上述した投影部の概略斜視図および模式断面図であり、図１２は、当該投影部の組付構造を示す分解斜視図である。次に、前述の図９と、これら図１０ないし図１２とを参照して、本実施の形態における投影部１２の詳細な構造について説明する。

【0128】

ここで、図１０（Ａ）は、後述するカバー部材２６０が投影部１２に組付けられた状態を示しており、図１０（Ｂ）は、投影部１２から当該カバー部材２６０が取り外された状態を示している。また、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、それぞれ図１０（Ａ）に示すＸＩＡ－ＸＩＡ線およびＸＩＢ－ＸＩＢ線に沿った断面を表わしている。

【0129】

図９ないし図１２に示すように、投影部１２は、ベース部２００と、レンズ支持部２１０と、投光レンズ２２０と、基板２３０と、光源２４１と、フォトマスク２４４と、フレキシブルヒータ２５０と、温度センサ２５４と、カバー部材２６０とを主として備えている。

【0130】

ベース部２００は、投影部１２の台座となる部分であり、筐体１００の底板部１０１上に設置されている。ベース部２００は、底板部１０１にビスによって固定された第１ベース２０１と、当該第１ベース２０１にビス１９２（図１２参照）によって固定された第２ベース２０２とを含んでいる。このうち、第２ベース２０２は、第１ベース２０１上に載置された状態で固定されており、投光レンズ２２０の光軸と平行な方向に沿って延びる中空部２０２ａを有する外形が角形の筒状部材からなる。

【0131】

図１１および図１２に示すように、第２ベース２０２の後端面（すなわち、上述した回路基板１６０が位置する側の端面）には、基板２３０が組付けられている。より詳細には、基板２３０は、ビス２８１によって第２ベース２０２の後端面に固定されており、これにより第２ベース２０２に設けられた中空部２０２ａが、基板２３０によって閉塞されている。

【0132】

中空部２０２ａを閉塞する部分の基板２３０の表面には、光源２４１が実装されており、これにより、光源２４１は、当該中空部２０２ａに面している。光源２４１は、レンズ２４２，２４３およびフォトマスク２４４と相まって光学デバイスとしてのパターン照明形成素子を構成するものであり、本実施の形態においては、ＬＥＤにて構成されている。

【0133】

第２ベース２０２は、その内部においてレンズ２４２，２４３を支持している。より詳細には、レンズ２４２，２４３は、その周縁が第２ベース２０２によって支持されることで当該第２ベース２０２に固定されており、これにより光源２４１に対向するように当該光源２４１の前方に配置されている。これらレンズ２４２，２４３は、光源２４１から出射された光を平行光化するいわゆるコリメータレンズであり、光源２４１およびフォトマスク２４４と相まって光学デバイスとしてのパターン照明形成素子を構成するものである。

【0134】

第２ベース２０２の前端部には、中空部２０２ａを覆うようにレンズ支持部２１０が組付けられている。レンズ支持部２１０は、その後端部が中空部２０２ａに嵌め込まれるとともに、ビス２８３によって第２ベース２０２に固定されたマウント部材２１１と、投光レンズ２２０を支持するとともに、マウント部材２１１に固定された鏡筒２１２とを含んでいる。

【0135】

マウント部材２１１は、たとえばアルミニウム合金等に代表される高熱伝導性の金属製の部材からなり、投光レンズ２２０の光軸と平行な方向に沿って延びる中空部２１１ａを有する外形が角形の筒状部材からなる。マウント部材２１１は、上述したようにその後端部が第２ベース２０２に固定されているとともに、当該後端部寄りの部分においてフォトマスク２４４および保護部材２４５を支持している。

【0136】

フォトマスク２４４は、上述した光源２４１およびレンズ２４２，２４３と相まって光学デバイスとしてのパターン照明形成素子を構成するものであり、第２ベース２０２によって支持されたコリメータレンズとしてのレンズ２４２，２４３に対向して配置されている。保護部材２４５は、フォトマスクを保護するための部材であり、たとえばガラスによって構成される。これらフォトマスク２４４および保護部材２４５は、これらが重ね合わされた状態でその周縁がマウント部材２１１によって支持されることで当該マウント部材２１１に固定されている。

【0137】

鏡筒２１２は、たとえばアルミニウム合金等に代表される高熱伝導性の金属製の円筒状の部材からなり、その後端部がマウント部材２１１の中空部２１１ａに嵌め込まれることで固定されている。鏡筒２１２は、その前端部がマウント部材２１１から前方に向けて突出しており、これにより当該前端部が、投影部１２の前方の位置に配設されている。

【0138】

ここで、より詳細には、鏡筒２１２の外周面の後端部に雄ネジが設けられており、マウント部材２１１の中空部２１１ａの内周面の前端部に雌ネジが設けられている。これにより、鏡筒２１２は、マウント部材２１１に対して螺合されることで固定されている。この種の固定方式は、一般にＳマウントと称されるレンズの固定方式である。

【0139】

投光レンズ２２０は、複数のレンズ２２１～２２３が組み合わされた複合レンズにて構成されており、これら複数のレンズ２２１～２２３は、互いの光軸が重なるように鏡筒２１２の内部において鏡筒２１２の軸方向に整列して設けられている。これら複数のレンズ２２１～２２３の各々は、それらの周縁が鏡筒２１２によって支持されている。すなわち、鏡筒２１２は、投光レンズ２２０の光軸と直交する方向において当該投光レンズ２２０を取り囲んでこれを支持している。

【0140】

以上により、光源２４１、コリメータレンズとしてのレンズ２４２，２４３、フォトマスク２４４、および、投光レンズ２２０としての複数のレンズ２２１～２２３が、投影部１２の内部において投光レンズ２２０の光軸上に並んで配置されることになり、当該投影部１２から投影パターンを外部に向けて照射することが可能になる。

【0141】

ここで、図１０ないし図１２に示すように、レンズ支持部２１０の一部であるマウント部材２１１の外周面上には、フレキシブルヒータ２５０のヒータ部２５１が組付けられている。より詳細には、フレキシブルヒータ２５０は、電熱線および当該電熱線に通電するための配線が設けられたフレキシブル基板（たとえばポリイミド基板等）からなり、このうちの電熱線が設けられた部分であるヒータ部２５１が、高熱伝導性の接着テープ２５６を介してマウント部材２１１の外周面に貼り付けられている。

【0142】

一方、フレキシブルヒータ２５０の上述した配線が設けられた部分である配線部２５２は、投影部１２の上面から外部に向けて引き出され、その先端が上述した回路基板１６０に接続されることで制御部１１ａに電気的に接続されている。また、フレキシブルヒータ２５０のヒータ部２５１の所定位置には、温度センサ２５４が実装されており、当該温度センサ２５４も、フレキシブルヒータ２５０に設けられた配線を介して制御部１１ａに電気的に接続されている。

【0143】

これにより、フレキシブルヒータ２５０の通電時において、マウント部材２１１および鏡筒２１２を介して投光レンズ２２０が加熱されることになる。また、所定時間にわたってフレキシブルヒータ２５０が通電されることにより、投光レンズ２２０、鏡筒２１２、マウント部材２１１およびフレキシブルヒータ２５０のヒータ部２５１の各々の温度は同等となるため、温度センサ２５４によって投光レンズ２２０の温度が検出可能になる。

【0144】

なお、本実施の形態においては、マウント部材２１１の外周面のうちの第１ベース２０１に面する部分には、フレキシブルヒータ２５０が組付けられていないが、当該部分にもフレキシブルヒータ２５０をさらに組付けてもよい。

【0145】

図９ないし図１２に示すように、投影部１２には、マウント部材２１１を取り囲むようにカバー部材２６０が設けられている。これにより、上述したフレキシブルヒータ２５０のヒータ部２５１と、当該ヒータ部２５１に実装された温度センサ２５４とが、カバー部材２６０によって覆われている。

【0146】

より詳細には、カバー部材２６０は、マウント部材２１１の外周面のうちの第１ベース２０１に面する部分以外の部分と前端面とを覆う略箱形状を有しており、その前端面側の部分がビス２８２によってマウント部材２１１に固定されることにより、マウント部材２１１に組付けられている。

【0147】

ここで、カバー部材２６０は、フレキシブルヒータ２５０の配線部２５２を引き出すための部分を除き、マウント部材２１１の上述した部分の外周面および前端面をほぼ全域にわたって覆っている。これにより、カバー部材２６０は、マウント部材２１１を覆い隠す略密閉構造を有している。

【0148】

図１１に示すように、カバー部材２６０とフレキシブルヒータ２５０との間には、空気層２７０が設けられている。当該空気層２７０は、カバー部材２６０の内面とフレキシブルヒータ２５０の露出表面との間に所定のクリアランスを設けることで構成されており、当該空気層２７０は、実質的にカバー部材２６０によって密閉されている。

【0149】

さらに、本実施の形態においては、第１ベース２０１とマウント部材２１１との間にも所定のクリアランスが設けられることによって空気層２７０が設けられており、当該部分に設けられた空気層２７０も、カバー部材２６０によって密閉されている。

【0150】

このように、投影部１２においては、投光レンズ２２０を取り囲んでこれを支持するレンズ支持部２１０としての鏡筒２１２およびマウント部材２１１が、カバー部材２６０によって空気層２７０を介して取り囲まれているとともに、フレキシブルヒータ２５０のヒータ部２５１および温度センサ２５４が、いずれもカバー部材２６０によって覆われた状態とされている。

【0151】

ここで、上述したように、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、その三次元計測時において、制御部１１ａが、投光レンズ２２０の温度を予め定めた一定温度に保つための制御を行なう。より詳細には、制御部１１ａは、温度センサ２５４の検出結果に基づいてヒータ部２５１の動作の制御（たとえば通電の有無やヒータ出力の調整等）を行なうことで投光レンズ２２０の温度を一定温度に維持する。

【0152】

これにより、投光レンズ２２０の温度を一定温度に維持することが可能になるため、三次元計測時において投光レンズ２２０の焦点位置に変化が生じることが実質的に抑制可能となる。そのため、予め加熱後の状態において投光レンズ２２０の焦点位置にパターン照明形成素子としてのフォトマスク２４４が配置されるように構成しておくことにより、三次元計測時においてフォトマスク２４４を投光レンズ２２０の焦点位置に常時配置させた状態を維持することができる。したがって、当該構成を採用することにより、三次元計測装置１の投影部１２側において、定められた温度域において計測レンジＭＲを広く確保することが可能になる。

【0153】

さらには、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、投光レンズ２２０を支持するレンズ支持部２１０としてのマウント部材２１１および鏡筒２１２の各々の温度も一定温度に維持することが可能になるため、三次元計測時において投光レンズ２２０とフォトマスク２４４との間の光軸方向における距離である素子間距離に変動が生じることも実質的に抑制することができる。そのため、三次元計測時においてフォトマスク２４４を投光レンズ２２０の焦点位置に常時配置させた状態がより確実に維持できることにもなる。

【0154】

なお、本実施の形態のように、投光レンズ２２０を複数のレンズからなる組レンズにて構成した場合には、マウント部材２１１および鏡筒２１２からなるレンズ支持部２１０の温度による膨張および収縮が投光レンズ２２０の焦点位置の変動に大きく影響を与えてしまうことになるため、上記のようにレンズ支持部２１０の温度を一定に保つことが特に有効となる。

【0155】

すなわち、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、当該三次元計測装置１が設置される周囲環境（特に周囲環境温度）の影響を殆ど受けることなく、三次元計測時において投光レンズ２２０が予め定めた一定温度に維持されるため、上述したように、投影部１２側において、定められた温度域において計測レンジＭＲを広く確保することが可能になる。

【0156】

ここで、上述したベース部２００としての第１ベース２０１および第２ベース２０２は、レンズ支持部２１０としてのマウント部材２１１および鏡筒２１２の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する部材にて構成されていることが好ましい。このように構成することにより、ベース部２００によって断熱効果が発揮されることになる。

【0157】

そのため、当該構成を採用することにより、投光レンズ２２０、マウント部材２１１および鏡筒２１２を効率的に加熱することができるとともに、これらの温度を安定的に一定温度に維持することが可能になる。したがって、三次元計測装置１の使用開始時の初期に必要となるウォームアップ動作に要する時間の短縮化が可能になるとともに、三次元計測時においてフォトマスク２４４を投光レンズ２２０の焦点位置に常時配置させた状態をより確実に維持することができる。

【0158】

また、上述したカバー部材２６０は、レンズ支持部２１０としてのマウント部材２１１および鏡筒２１２の熱伝導率と同じかそれよりも小さい熱伝導率を有する部材にて構成されていることが好ましい。より詳細には、本実施の形態の如くカバー部材２６０とマウント部材２１１との間に空気層２７０を設ける場合には、カバー部材２６０の熱伝導率をレンズ支持部２１０の熱伝導率と同じかされよりも小さくすることが好ましく、本実施の形態とは異なり、カバー部材２６０をマウント部材２１１等に密着させる構成を採用する場合には、カバー部材２６０の熱伝導率をレンズ支持部２１０の熱伝導率よりも小さくすることが好ましい。このように構成することにより、カバー部材２６０あるいはこれに加えて空気層２７０によって断熱効果が発揮されることになる。

【0159】

そのため、当該構成を採用することにより、投光レンズ２２０、マウント部材２１１および鏡筒２１２を効率的に加熱することができるとともに、これらの温度を安定的に一定温度に維持することが可能になる。したがって、三次元計測装置１の使用開始時の初期に必要となるウォームアップ動作に要する時間の短縮化が可能になるとともに、三次元計測時においてフォトマスク２４４を投光レンズ２２０の焦点位置に常時配置させた状態をより確実に維持することができる。

【0160】

なお、上述した観点から、ベース部２００としての第１ベース２０１および第２ベース２０２、ならびに、カバー部材２６０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリカーボネート（ＰＣ）樹脂等に代表される樹脂製の部材にて構成されるか、あるいは、比較的低い熱伝導率の金属製の部材にて構成されることが好ましい。ただし、本実施の形態の如くカバー部材２６０とマウント部材２１１との間に空気層２７０を設ける場合には、カバー部材２６０としては、比較的高い熱伝導率の金属製の部材（たとえばアルミニウム合金製）としてもよい。

【0161】

一方、上述した制御部１１ａによって一定に保たれるべき投光レンズ２２０の温度としては、投影部１２の使用が許容される周囲環境温度の範囲内においてフレキシブルヒータ２５０による投光レンズ２２０の加熱を行なわなかった場合に投光レンズ２２０が到達し得る最高温度以上であってパターン照明形成素子の動作保証温度の上限以下の温度であることが好ましい。このように構成することにより、定められた温度域において計測レンジＭＲを広く確保しつつも長寿命でかつ高信頼性の投影部およびこれを備えた三次元計測装置とすることができる。

【0162】

ここで、上述したパターン照明形成素子の動作保証温度の上限とは、パターン照明形成素子が複数の構成部品にて構成されている場合には、当該複数の構成部品の各々の動作保証温度の上限のうちで最も低い温度を指す。そのため、本実施の形態においては、上述したようにパターン照明形成素子が光源２４１とレンズ２４２，２４３とフォトマスク２４４とによって構成されているため、これら光源２４１、レンズ２４２，２４３およびフォトマスク２４４の動作保証温度の上限のうちの最も低い温度が、パターン照明形成素子の動作保証温度の上限となる。なお、当然のことながら、制御部１１ａによって一定に保たれるべき投光レンズ２２０の温度は、投光レンズ２２０の動作保証温度の上限以下であることが必要である。

【0163】

また、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、上述したようにフレキシブルヒータ２５０によって投光レンズ２２０、マウント部材２１１および鏡筒２１２を加熱するように構成するとともに、当該フレキシブルヒータ２５０に温度センサ２５４を実装することとしている。このように構成することにより、簡易な構成にてこれら投光レンズ２２０、マウント部材２１１および鏡筒２１２を加熱することが可能になるとともに、簡易な構成にて投光レンズ２２０の温度を測定することが可能になる、したがって、組付作業が容易化することになり、結果として製造コストの削減が図られる。

【0164】

さらには、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、フレキシブルヒータ２５０を高熱伝導性の接着テープ２５６にてマウント部材２１１に貼り付ける構成としている。このように構成することにより、伝熱効率を高めつつフレキシブルヒータ２５０をマウント部材２１１に容易に組付けることが可能になるとともに、より正確な温度の測定を可能にしつつ温度センサ２５４をマウント部材２１１に容易に組付けることが可能になる。したがって、この点においても製造コストの削減が図られる。

【0165】

＜Ｈ．撮像部の構造＞
図１３および図１４は、それぞれ上述した撮像部の概略斜視図および模式断面図であり、図１５は、当該投影部の組付構造を示す分解斜視図である。次に、前述の図９と、これら図１３ないし図１５とを参照して、本実施の形態における撮像部１３の詳細な構造について説明する。

【0166】

ここで、図１３（Ａ）は、後述するカバー部材３６０が撮像部１３に組付けられた状態を示しており、図１３（Ｂ）は、撮像部１３から当該カバー部材３６０が取り外された状態を示している。また、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、それぞれ図１３（Ａ）に示すＸＩＶＡ－ＸＩＶＡ線およびＸＩＶＢ－ＸＩＶＢ線に沿った断面を表わしている。

【0167】

図９および図１３ないし図１５に示すように、撮像部１３は、ベース部３００と、レンズ支持部３１０と、受光レンズ３２０と、基板３３０と、撮像素子３４１と、フレキシブルヒータ３５０と、温度センサ３５４と、カバー部材３６０とを主として備えている。

【0168】

ベース部３００は、撮像部１３の台座となる部分であり、筐体１００の底板部１０１上に設置されている。ベース部３００は、底板部１０１にビスによって固定されている。

【0169】

ベース部３００上には、レンズ支持部３１０が載置された状態で固定されている。レンズ支持部３１０は、ビス１９３（図１５参照）によってベース部３００に固定されたマウント部材３１１と、受光レンズ３２０を支持するとともに、マウント部材３１１に固定された鏡筒３１２とを含んでいる。

【0170】

マウント部材３１１は、たとえばアルミニウム合金等に代表される高熱伝導性の金属製の部材からなり、受光レンズ３２０の光軸と平行な方向に沿って延びる中空部３１１ａを有する外形が角形の筒状部材からなる。

【0171】

図１４および図１５に示すように、マウント部材３１１の後端面（すなわち、上述した回路基板１６０が位置する側の端面）には、基板３３０が組付けられている。より詳細には、基板３３０は、ビス３８１によってマウント部材３１１の後端面に固定されており、これによりマウント部材３１１に設けられた中空部３１１ａが、基板３３０によって閉塞されている。

【0172】

中空部３１１ａを閉塞する部分の基板３３０の表面には、撮像素子３４１が実装されており、これにより、撮像素子３４１は、当該中空部３１１ａに面している。撮像素子３４１は、たとえば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、ＣＣＤ（Charged-Coupled Devices）イメージセンサ等からなる。基板３３０の表面であって撮像素子３４１の周囲には、額縁状の遮光部材３４２が設けられている。

【0173】

鏡筒３１２は、たとえばアルミニウム合金等に代表される高熱伝導性の金属製の円筒状の部材からなり、その後端部がマウント部材３１１の中空部３１１ａに嵌め込まれることで固定されている。鏡筒３１２は、その前端部がマウント部材３１１から前方に向けて突出しており、これにより当該前端部が、撮像部１３の前方の位置に配設されている。

【0174】

ここで、より詳細には、鏡筒３１２の外周面の後端部に雄ネジが設けられており、マウント部材３１１の中空部３１１ａの内周面の前端部に雌ネジが設けられている。これにより、鏡筒３１２は、マウント部材３１１に対して螺合されることで固定されている。この種の固定方式は、一般にＳマウントと称されるレンズの固定方式である。

【0175】

受光レンズ３２０は、複数のレンズ３２１～３２３が組み合わされた複合レンズにて構成されており、これら複数のレンズ３２１～３２３は、互いの光軸が重なるように鏡筒３１２の内部において鏡筒３１２の軸方向に整列して設けられている。これら複数のレンズ３２１～３２３の各々は、それらの周縁が鏡筒３１２によって支持されている。すなわち、鏡筒３１２は、受光レンズ３２０の光軸と直交する方向において当該受光レンズ３２０を取り囲んでこれを支持している。

【0176】

以上により、撮像素子３４１、および、受光レンズ３２０としての複数のレンズ３２１～３２３が、撮像部１３の内部において受光レンズ３２０の光軸上に並んで配置されることになり、当該撮像部１３に入射した光を撮像素子３４１が受光することにより、入力画像が得られることになる。

【0177】

ここで、図１３ないし図１５に示すように、レンズ支持部３１０の一部であるマウント部材３１１の外周面上には、フレキシブルヒータ３５０のヒータ部３５１が組付けられている。より詳細には、フレキシブルヒータ３５０は、電熱線および当該電熱線に通電するための配線が設けられたフレキシブル基板（たとえばポリイミド基板等）からなり、このうちの電熱線が設けられた部分であるヒータ部３５１が、高熱伝導性の接着テープ３５６を介してマウント部材３１１の外周面に貼り付けられている。

【0178】

一方、フレキシブルヒータ３５０の上述した配線が設けられた部分である配線部３５２は、撮像部１３の上面から外部に向けて引き出され、その先端が上述した回路基板１６０に接続されることで制御部１１ａに電気的に接続されている。また、フレキシブルヒータ３５０のヒータ部３５１の所定位置には、温度センサ３５４が実装されており、当該温度センサ３５４も、フレキシブルヒータ３５０に設けられた配線を介して制御部１１ａに電気的に接続されている。

【0179】

これにより、フレキシブルヒータ３５０の通電時において、マウント部材３１１および鏡筒３１２を介して受光レンズ３２０が加熱されることになる。また、所定時間にわたってフレキシブルヒータ３５０が通電されることにより、受光レンズ３２０、鏡筒３１２、マウント部材３１１およびフレキシブルヒータ３５０のヒータ部３５１の各々の温度は同等となるため、温度センサ３５４によって受光レンズ３２０の温度が検出可能になる。

【0180】

なお、本実施の形態においては、マウント部材３１１の外周面のうちのベース部３００に面する部分は当該ベース部３００に密着しているため、当該部分のマウント部材３１１の外周面には、フレキシブルヒータ３５０は組付けられていない。

【0181】

図９および図１３ないし図１５に示すように、撮像部１３には、マウント部材３１１を取り囲むようにカバー部材３６０が設けられている。これにより、上述したフレキシブルヒータ３５０のヒータ部３５１と、当該ヒータ部３５１に実装された温度センサ３５４とが、カバー部材３６０によって覆われている。

【0182】

より詳細には、カバー部材３６０は、マウント部材３１１の外周面のうちのベース部３００に面する部分以外の部分と前端面とを覆う略箱形状を有しており、その前端面側の部分がビス３８２によってマウント部材３１１に固定されることにより、マウント部材３１１に組付けられている。

【0183】

ここで、カバー部材３６０は、フレキシブルヒータ３５０の配線部３５２を引き出すための部分を除き、マウント部材３１１の上述した部分の外周面および前端面をほぼ全域にわたって覆っている。これにより、カバー部材３６０は、マウント部材３１１を覆い隠す略密閉構造を有している。

【0184】

図１４に示すように、カバー部材３６０とフレキシブルヒータ３５０との間には、空気層３７０が設けられている。当該空気層３７０は、カバー部材３６０の内面とフレキシブルヒータ３５０の露出表面との間に所定のクリアランスを設けることで構成されており、当該空気層３７０は、実質的にカバー部材３６０によって密閉されている。

【0185】

このように、撮像部１３においては、受光レンズ３２０を取り囲んでこれを支持するレンズ支持部３１０としての鏡筒３１２およびマウント部材３１１が、カバー部材３６０によって空気層３７０を介して取り囲まれているとともに、フレキシブルヒータ３５０のヒータ部３５１および温度センサ３５４が、いずれもカバー部材３６０によって覆われた状態とされている。

【0186】

ここで、上述したように、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、その三次元計測時において、制御部１１ａが、受光レンズ３２０の温度を予め定めた一定温度に保つための制御を行なう。より詳細には、制御部１１ａは、温度センサ３５４の検出結果に基づいてヒータ部３５１の動作の制御（たとえば通電の有無やヒータ出力の調整等）を行なうことで受光レンズ３２０の温度を一定温度に維持する。

【0187】

これにより、受光レンズ３２０の温度を一定温度に維持することが可能になるため、三次元計測時において受光レンズ３２０の焦点位置に変化が生じることが実質的に抑制可能となる。そのため、予め加熱後の状態において受光レンズ３２０の焦点位置に撮像素子３４１が配置されるように構成しておくことにより、三次元計測時において撮像素子３４１を受光レンズ３２０の焦点位置に常時配置させた状態を維持することができる。したがって、当該構成を採用することにより、三次元計測装置１の撮像部１３側において、定められた温度域において計測レンジＭＲを広く確保することが可能になる。

【0188】

さらには、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、受光レンズ３２０を支持するレンズ支持部３１０としてのマウント部材３１１および鏡筒３１２の各々の温度も一定温度に維持することが可能になるため、三次元計測時において受光レンズ３２０と撮像素子３４１との間の光軸方向における距離である素子間距離に変動が生じることも実質的に抑制することができる。そのため、三次元計測時において撮像素子３４１を受光レンズ３２０の焦点位置に常時配置させた状態がより確実に維持できることにもなる。

【0189】

なお、本実施の形態のように、受光レンズ３２０を複数のレンズからなる組レンズにて構成した場合には、マウント部材３１１および鏡筒３１２からなるレンズ支持部３１０の温度による膨張および収縮が受光レンズ３２０の焦点位置の変動に大きく影響を与えてしまうことになるため、上記のようにレンズ支持部３１０の温度を一定に保つことが特に有効となる。

【0190】

すなわち、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、当該三次元計測装置１が設置される周囲環境（特に周囲環境温度）の影響を殆ど受けることなく、三次元計測時において受光レンズ３２０が予め定めた一定温度に維持されるため、上述したように、撮像部１３側において、定められた温度域において計測レンジＭＲを広く確保することが可能になる。

【0191】

ここで、上述したベース部３００は、レンズ支持部３１０としてのマウント部材３１１および鏡筒３１２の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する部材にて構成されていることが好ましい。このように構成することにより、ベース部３００によって断熱効果が発揮されることになる。

【0192】

そのため、当該構成を採用することにより、受光レンズ３２０、マウント部材３１１および鏡筒３１２を効率的に加熱することができるとともに、これらの温度を安定的に一定温度に維持することが可能になる。したがって、三次元計測装置１の使用開始時の初期に必要となるウォームアップ動作に要する時間の短縮化が可能になるとともに、三次元計測時において撮像素子３４１を受光レンズ３２０の焦点位置に常時配置させた状態をより確実に維持することができる。

【0193】

また、上述したカバー部材３６０は、レンズ支持部３１０としてのマウント部材３１１および鏡筒３１２の熱伝導率と同じかそれよりも小さい熱伝導率を有する部材にて構成されていることが好ましい。より詳細には、本実施の形態の如くカバー部材３６０とマウント部材３１１との間に空気層３７０を設ける場合には、カバー部材３６０の熱伝導率をレンズ支持部３１０の熱伝導率と同じかされよりも小さくすることが好ましく、本実施の形態とは異なり、カバー部材３６０をマウント部材３１１等に密着させる構成を採用する場合には、カバー部材３６０の熱伝導率をレンズ支持部３１０の熱伝導率よりも小さくすることが好ましい。このように構成することにより、カバー部材３６０あるいはこれに加えて空気層３７０によって断熱効果が発揮されることになる。

【0194】

そのため、当該構成を採用することにより、受光レンズ３２０、マウント部材３１１および鏡筒３１２を効率的に加熱することができるとともに、これらの温度を安定的に一定温度に維持することが可能になる。したがって、三次元計測装置１の使用開始時の初期に必要となるウォームアップ動作に要する時間の短縮化が可能になるとともに、三次元計測時において撮像素子３４１を受光レンズ３２０の焦点位置に常時配置させた状態をより確実に維持することができる。

【0195】

なお、上述した観点から、ベース部３００およびカバー部材３６０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリカーボネート（ＰＣ）樹脂等に代表される樹脂製の部材にて構成されるか、あるいは、比較的低い熱伝導率の金属製の部材にて構成されることが好ましい。ただし、本実施の形態の如くカバー部材３６０とマウント部材３１１との間に空気層３７０を設ける場合には、カバー部材３６０としては、比較的高い熱伝導率の金属製の部材（たとえばアルミニウム合金製）としてもよい。

【0196】

一方、上述した制御部１１ａによって一定に保たれるべき受光レンズ３２０の温度としては、撮像部１３の使用が許容される周囲環境温度の範囲内においてフレキシブルヒータ３５０による受光レンズ３２０の加熱を行なわなかった場合に受光レンズ３２０が到達し得る最高温度以上であってかつ撮像素子３４１の動作保証温度の上限以下の温度であることが好ましい。このように構成することにより、定められた温度域において計測レンジＭＲを広く確保しつつも長寿命でかつ高信頼性の撮像部およびこれを備えた三次元計測装置とすることができる。

【0197】

ここで、上述した撮像素子３４１の動作保証温度の上限とは、本実施の形態のように、撮像素子３４１がＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の単一の構成部品にて構成されている場合には、当該単一の構成部品の動作保証温度の上限となるが、当該撮像素子が複数の構成部品にて構成されている場合には、当該複数の構成部品の各々の動作保証温度の上限のうちで最も低い温度を指すことになる。なお、当然のことながら、制御部１１ａによって一定に保たれるべき受光レンズ３２０の温度は、受光レンズ３２０の動作保証温度の上限以下であることが必要である。

【0198】

また、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、上述したようにフレキシブルヒータ３５０によって受光レンズ３２０、マウント部材３１１および鏡筒３１２を加熱するように構成するとともに、当該フレキシブルヒータ３５０に温度センサ３５４を実装することとしている。このように構成することにより、簡易な構成にてこれら受光レンズ３２０、マウント部材３１１および鏡筒３１２を加熱することが可能になるとともに、簡易な構成にて受光レンズ３２０の温度を測定することが可能になる、したがって、組付作業が容易化することになり、結果として製造コストの削減が図られる。

【0199】

さらには、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、フレキシブルヒータ３５０を高熱伝導性の接着テープ３５６にてマウント部材３１１に貼り付ける構成としている。このように構成することにより、伝熱効率を高めつつフレキシブルヒータ３５０をマウント部材３１１に容易に組付けることが可能になるとともに、より正確な温度の測定を可能にしつつ温度センサ３５４をマウント部材３１１に容易に組付けることが可能になる。したがって、この点においても製造コストの削減が図られる。

【0200】

＜Ｉ．投影部および撮像部の放熱構造＞
図１６は、本実施の形態における投影部および撮像部の放熱構造を示す概略斜視図である。以下、前述の図９とこの図１６とを参照して、本実施の形態における投影部１２および撮像部１３の放熱構造について説明する。なお、図１６においては、内部構成部品の一部について、その図示を省略している。

【0201】

上述した投影部１２に含まれる光源２４１および上述した撮像部１３に含まれる撮像素子３４１は、いずれも発熱部品であり、これら光源２４１および撮像素子３４１は、その動作保証温度範囲内にて使用することが必要である。その場合に何らの放熱構造も採用しなかった場合には、これら光源２４１および撮像素子３４１は、動作保証温度の上限を超えてしまうおそれがある。

【0202】

特に、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、上述したように投影部１２に含まれる投光レンズ２２０および撮像部１３に含まれる受光レンズ３２０をいずれも三次元計測時において加熱される構成のものであるため、特にこれら光源２４１および撮像素子３４１にて発生する熱を効率的に放熱することが必要になる。

【0203】

そのため、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、以下の放熱構造を採用することにより、これら光源２４１および撮像素子３４１にて発生する熱を効率的に放熱することを可能にしている。

【0204】

図９および図１６に示すように、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、投影部１２の後方であって回路基板１６０（図１６においては不図示）の前方に放熱ブロック１７１が設けられている。当該放熱ブロック１７１は、その台座部が筐体１００の底板部１０１に固定されるとともに、当該台座部から立設された部分が投影部１２の後端部に位置する基板２３０の裏面に圧接触している。

【0205】

ここで、放熱ブロック１７１が圧接触する部分の基板２３０の裏面は、上述した光源２４１が実装された部分に該当し、好ましくは放熱ブロック１７１と基板２３０との間に高熱伝導性の放熱シートが介装される。なお、放熱ブロック１７１は、高熱伝導性の金属製の部材にて構成されていることが好ましく、たとえばアルミニウム合金や真鍮が利用できる。

【0206】

このように構成することにより、光源２４１にて発生した熱は、基板２３０および放熱ブロック１７１を介して筐体１００の底板部１０１に伝熱されることになる。そのため、光源２４１にて発生する熱を効率的に放熱することが可能になり、その動作保証温度範囲内においてこれを使用することが可能になる。

【0207】

一方、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、撮像部１３の後方であって回路基板１６０（図１６においては不図示）の前方に放熱ブロック１７２が設けられている。当該放熱ブロック１７２は、その台座部が筐体１００の底板部１０１に固定されるとともに、当該台座部から立設された部分が撮像部１３の後端部に位置する基板３３０の裏面に圧接触している。

【0208】

ここで、放熱ブロック１７２が圧接触する部分の基板３３０の裏面は、上述した撮像素子３４１が実装された部分に該当し、好ましくは放熱ブロック１７２と基板３３０との間に高熱伝導性の放熱シートが介装される。なお、放熱ブロック１７２は、高熱伝導性の金属製の部材にて構成されていることが好ましく、たとえばアルミニウム合金や真鍮が利用できる。

【0209】

このように構成することにより、撮像素子３４１にて発生した熱は、基板３３０および放熱ブロック１７２を介して筐体１００の底板部１０１に伝熱されることになる。そのため、撮像素子３４１にて発生する熱を効率的に放熱することが可能になり、その動作保証温度範囲内においてこれを使用することが可能になる。

【0210】

＜Ｊ．筐体の密閉構造＞
図１７は、本実施の形態における計測ヘッドの筐体の密閉構造を示す模式断面図である。以下、前述の図８および図１６と、この図１７とを参照して、本実施の形態における計測ヘッド１０の筐体１００の密閉構造について説明する。なお、図１７（Ａ）は、筐体１００の組付け前の状態を表わしており、図１７（Ｂ）は、筐体１００の組付け後の状態を表わしている。

【0211】

上述した計測ヘッド１０においては、投影部１２において、加熱対象である投光レンズ２２０およびこれを支持するレンズ支持部２１０等がカバー部材２６０によって実質的に密閉された略密閉構造が採用されているとともに、撮像部１３において、加熱対象である受光レンズ３２０およびこれを支持するレンズ支持部３１０等がカバー部材３６０によって実質的に密閉された略密閉構造が採用されている。

【0212】

しかしながら、これらカバー部材２６０，３６０は、完全な意味において加熱対象を密閉するものではないため、筐体１００の内部の空間が外部空間と連通している場合には、加熱対象を一定温度に維持することが不安定化するおそれもある。さらには、これらカバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３に設けなかった場合には、加熱対象を一定温度に維持することがさらに困難になる。

【0213】

そのため、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、以下の筐体１００の密閉構造を採用することにより、加熱対象を一定温度に維持することの安定化が図られている。

【0214】

図９、図１６および図１７に示すように、筐体１００の底板部１０１には、当該底板部１０１の周縁に沿って延在するように溝部１０１ａが設けられている。当該溝部１０１ａは、筐体１００の蓋部１０２の下端部の周縁と対向するように設けられている。図１７に示すように、この溝部１０１ａの内部には、パッキン１８０が収容されている。

【0215】

一方、図１７に示すように、筐体１００の蓋部１０２の下端部であって上述した溝部１０１ａに対向することとなる部分には、突起部１０２ａが設けられている。当該突起部１０２ａは、蓋部１０２の下端部の周縁に沿って延在するように設けられており、その幅は、溝部１０１ａの幅よりも小さく構成されている。

【0216】

図１７に示すように、筐体１００の組付けに際しては、底板部１０１に対して蓋部１０２が重ね合わされる。これにより、底板部１０１の内部に収容されたパッキン１８０が、蓋部１０２に設けられた突起部１０２ａによって圧縮されることになり、パッキン１８０が底板部１０１と蓋部１０２の双方に密着した状態となる。これにより底板部１０１と蓋部１０２との境目において生じ得る隙間がパッキン１８０によって封止されることになり、筐体１００の内部の空間が外部空間から密閉されることになる。

【0217】

なお、ここではその詳細な説明は省略するが、筐体１００の蓋部１０２のうち、照明用窓部１１０、投光用窓部１２０および受光用窓部１３０、ならびに、接続端子１４１，１４２が設けられた部分においても、それぞれ透光板１１１，１２１，１３１および接続端子１４１，１４２と、当該蓋部１０２に設けられた開口部の周縁との間にパッキンが介装されることにより、これらの部分においても筐体１００の内部の空間が外部空間から密閉されている。

【0218】

このように構成することにより、加熱対象である投光レンズ２２０およびこれを支持するレンズ支持部２１０等、ならびに、受光レンズ３２０およびこれを支持するレンズ支持部３１０等を一定温度に維持することの安定化が図られることになる。
＜Ｋ．その他＞

【0219】

本発明者は、上述した実施の形態に係る三次元計測装置１を実際に試作し、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３に取付けた場合と、これらカバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３から取り外した場合とで、加熱効率の観点でどの程度の差が生じるかの確認を行なった。なお、投光レンズ２２０および受光レンズ３２０の維持すべき一定温度は、６０℃～７０℃程度に設定した。

【0220】

その結果、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３から取り外した場合において、三次元計測装置１の使用開始時の初期に必要となるウォームアップ動作に要する時間（すなわち、投光レンズ２２０および受光レンズ３２０の双方が予め定めた一定温度に達するまでの時間）が約１０分であったところ、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３に取付けることにより、当該ウォームアップ動作に要する時間が約２分にまで短縮化できることが確認された。

【0221】

また、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３から取り外した場合において、フレキシブルヒータ２５０，３５０による加熱を停止してから温度が１℃低下するまでの時間が約１秒であったところ、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３に取付けることにより、当該時間が約１０秒にまで遅延できることが確認された。

【0222】

すなわち、前者の結果は、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３に取付けることにより、投光レンズ２２０および受光レンズ３２０を非常に効率的に加熱できることを示しており、後者の結果は、カバー部材２６０，３６０を投影部１２および撮像部１３に取付けることにより、保温性能が向上し、三次元計測時に加熱に消費される電力を大幅に省エネルギー化できることを示している。

【0223】

このように、本実施の形態に係る三次元計測装置１とすることにより、加熱効率の観点からも好適な三次元計測装置とすることができることが実験的に確認された。

【0224】

＜Ｌ．付記＞
上述した本実施の形態に係る三次元計測装置用光学アセンブリおよびこれを備えた三次元計測装置の特徴的な構成を要約すると、以下のとおりとなる。
［構成１］
光学的に共役な関係にある一対の共役面を形成する光学レンズ（２２０，３２０）と、
前記一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイス（２４４，３４１）と、
前記光学レンズの温度を検出するための温度センサ（２５４，３５４）と、
前記光学レンズを加熱するためのヒータ（２５１，３５１）と、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記光学レンズが一定温度となるように前記ヒータの動作を制御する制御部（１１ａ）とを備えた、三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成２］
前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記光学レンズを取り囲んでこれを支持するレンズ支持部（２１０，３１０）をさらに備え、
前記温度センサおよび前記ヒータが、前記レンズ支持部に組付けられている、構成１に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成３］
前記レンズ支持部を取り囲むとともに前記温度センサおよび前記ヒータを覆うカバー部材（２６０，３６０）をさらに備え、
前記カバー部材の熱伝導率が、前記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さい、構成２に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成４］
前記レンズ支持部が、前記光学レンズを支持する鏡筒（２１２，３１２）と、前記鏡筒が固定されたマウント部材（２１１，３１１）とを有し、
前記カバー部材が、前記マウント部材を覆い隠す略密閉構造を有している、構成３に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成５］
前記カバー部材と前記マウント部材との間の少なくとも一部に空気層（２７０，３７０）が設けられている、構成４に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成６］
前記レンズ支持部が固定されるベース部（２００，３００）をさらに備え、
前記ベース部の熱伝導率が、前記レンズ支持部の熱伝導率と同じかそれよりも小さい、構成２から５のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成７］
前記ヒータが、電熱線が設けられてなるフレキシブル基板からなるフレキシブルヒータ（２５０，３５０）にて構成され、
前記温度センサが、前記フレキシブル基板に実装され、
前記フレキシブルヒータが、前記レンズ支持部の外周面上に配置されている、構成２から６のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成８］
前記フレキシブルヒータが、高熱伝導性の接着テープ（２５６，３５６）にて前記レンズ支持部に貼り付けられている、構成７に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成９］
前記光学デバイスが、パターン照明を形成するパターン照明形成素子（２４１，２４４）からなり、
前記光学レンズが、前記一対の共役面のうちの他方に配置される被写体に対してパターン照明を投影することで投影パターンを結像するための投光レンズ（２２０）からなる、構成１から８のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成１０］
前記一定温度が、当該三次元計測装置用光学アセンブリの使用が許容される周囲環境温度の範囲内において前記ヒータによる前記投光レンズの加熱を行なわなかった場合に前記投光レンズが到達し得る最高温度以上であってかつ前記パターン照明形成素子の動作保証温度の上限以下の温度である、構成９に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成１１］
前記光学デバイスが、撮像面を有する撮像素子（３４１）からなり、
前記光学レンズが、前記一対の共役面のうちの他方に配置される被写体に投影された投影パターンを前記撮像面に結像するための受光レンズ（３２０）からなる、構成１から８のいずれかに記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成１２］
前記一定温度が、当該三次元計測装置用光学アセンブリの使用が許容される周囲環境温度の範囲内において前記ヒータによる前記受光レンズの加熱を行なわなかった場合に前記受光レンズが到達し得る最高温度以上であってかつ前記撮像素子の動作保証温度の上限以下の温度である、構成１１に記載の三次元計測装置用光学アセンブリ。
［構成１３］
構成９または１０に記載の三次元計測装置用光学アセンブリを投影部（１２）として備えるとともに、構成１１または１２に記載の三次元計測装置用光学アセンブリを撮像部（１３）として備えてなる、三次元計測装置。

【0225】

＜Ｍ．その他の形態等＞
上述した実施の形態においては、単一の投影部および単一の撮像部を備えた三次元計測装置およびこれに具備される三次元計測装置用光学アセンブリに本開示を適用した場合を例示して説明を行なったが、本開示は、この種のものにその適用範囲が制限されるものではない。すなわち、本開示は、単一の投影部および複数の撮像部を備えた三次元計測装置、複数の投影部および単一の撮像部を備えた三次元計測装置、ならびに、複数の投影部および複数の撮像部を備えた三次元計測装置のいずれにもその適用が可能なものであり、さらには、これら三次元計測装置に具備される三次元計測装置用光学アセンブリの各々にもその適用が可能なものである。

【0226】

また、上述した実施の形態においては、三次元計測装置として、固有コード法を適用したものを例示して説明を行なったが、この他にも、三次元計測装置としては、ランダムドット法、位相シフト法、空間コード法等を適用したものがある。本開示は、これらいずれの三次元計測装置およびこれに具備される三次元計測装置用光学アセンブリにも適用することができるものであり、固有コード法が適用された三次元計測装置およびこれに具備される三次元計測装置用光学アセンブリにその適用が制限されるものではない。

【0227】

また、上述した実施の形態においては、三次元計測装置の用途として、コンベヤ上を搬送されるワークの三次元形状を計測する用途を例示したが、当然にこの他にも、種々の用途に用いられる三次元計測装置およびこれに具備される三次元計測装置用アセンブリに本開示を適用することができる。ここで、他の用途としては、たとえば、ばら積み状態にあるワークをロボットハンドによって個別にピッキングするに際し、当該ばら積み状態にあるワークの三次元形状を計測してそれらワークの三次元的な位置や姿勢等を個別に認識する用途等が挙げられる。

【0228】

また、上述した実施の形態においては、三次元計測装置として、特定の波長の光を用いて投影パターンを被写体に投影するように構成されたものを例示して説明を行なったが、本開示は、複数の波長の光を用いたり白色光を用いたりすることで投影パターンを被写体に投影するように構成された三次元計測装置にも当然にその適用が可能である。

【0229】

また、上述した実施の形態においては、レンズの固定方式としていわゆるＳマウントが採用された場合を例示して説明を行なったが、Ｃマウントに代表されるようなその他のレンズの固定方式を採用する場合にも、本開示を当然に適用することができる。

【0230】

また、上述した実施の形態においては、投影部に設けられるパターン照明形成素子の光源として、ＬＥＤを用いた場合を例示して説明を行なったが、当該光源としては、この他にも、たとえばＬＤ（Laser diode）、水銀ランプ等が利用できる。また、パターン照明形成素子としては、たとえば、上述した光源と液晶デバイスとの組み合わせ、上述した光源とマイクロミラーアレイとの組み合わせ、有機ＥＬ（electro-luminescence）等を利用することもできる。

【0231】

また、上述した実施の形態においては、前述したように、制御部によって一定に保たれるべき投光レンズの温度（投光レンズの設定温度）を、当該投光レンズが設けられた投影部としての三次元計測装置用光学アセンブリに具備されるパターン照明形成素子の動作保証温度の上限以下の温度に設定するとともに、制御部によって一定に保たれるべき受光レンズの温度（受光レンズの設定温度）を、当該受光レンズが設けられた撮像部としての三次元計測装置用光学アセンブリに具備される撮像素子の動作保証温度の上限以下の温度に設定することが好ましいが、これら投光レンズの設定温度および受光レンズの設定温度は、同じであってもよいし異なっていてもよい。ここで、これら設定温度を同じに設定する場合には、パターン照明形成素子の動作保証温度の上限と撮像素子の動作保証温度の上限とのうちのより低い方の温度を設定温度とすることが好ましい。このように構成すれば、より長寿命で高信頼性の三次元計測装置とすることができる。

【0232】

さらには、上述した実施の形態においては、投影部および撮像部の各々にヒータを設けることで投影部の一部および撮像部の一部を局所的に加熱するように構成した場合を例示して説明を行なったが、これら投影部および撮像部にカバー部材を設けずに筐体の内部の空間にヒータを設置し、筐体の内部の全体を当該ヒータによって加熱することとしてもよい。

【0233】

一方で、関連形態としては、投影部および撮像部の各々にペルチェ素子等の冷却手段を設けるか、あるいは、これら投影部および撮像部にカバー部材を設けずに筐体の内部の空間にペルチェ素子等の冷却手段を設置し、当該冷却手段の駆動を制御部によって制御することにより、投光レンズおよび受光レンズを常温に維持することも想定される。このように構成した場合にも、上述した実施の形態と同様に、定められた温度域において計測レンジを広く確保することが可能になる。

【0234】

今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

【符号の説明】

【0235】

１ 三次元計測装置、１０ 計測ヘッド、１１ 処理部、１１ａ 制御部、１２ 投影部、１３ 撮像部、１４ 表示部、１５ 記憶部、１６ 通信Ｉ／Ｆ部、１００ 筐体、１０１ 底板部、１０１ａ 溝部、１０２ 蓋部、１０２ａ 突起部、１１０ 照明用窓部、１１１ 透光板、１１２ 照明用光源、１２０ 投光用窓部、１２１ 透光板、１３０ 受光用窓部、１３１ 透光板、１４１，１４２ 接続端子、１５０ シャーシ、１６０ 回路基板、１７１，１７２ 放熱ブロック、１８０ パッキン、１９１～１９３ ビス、２００ ベース部、２０１ 第１ベース、２０２ 第２ベース、２０２ａ 中空部、２１０ レンズ支持部、２１１ａ 中空部、２１１ マウント部材、２１２ 鏡筒、２２０ 投光レンズ、２２１～２２３ レンズ、２３０ 基板、２４１ 光源、２４２，２４３ レンズ、２４４ フォトマスク、２４５ 保護部材、２５０ フレキシブルヒータ、２５１ ヒータ部、２５２ 配線部、２５４ 温度センサ、２５６ 接着テープ、２６０ カバー部材、２７０ 空気層、２８１～２８３ ビス、３００ ベース部、３１０ レンズ支持部、３１１ マウント部材、３１１ａ 中空部、３１２ 鏡筒、３２０ 受光レンズ、３２１～３２３ レンズ、３３０ 基板、３４１ 撮像素子、３４２ 遮光部材、３５０ フレキシブルヒータ、３５１ ヒータ部、３５２ 配線部、３５４ 温度センサ、３５６ 接着テープ、３６０ カバー部材、３７０ 空気層、３８１，３８２ ビス、１０００ 画像計測装置、１０２０ プロセッサ、１０４０ メインメモリ、１０６０ ストレージ、１０６１ ＯＳ、１０６２ 三次元計測プログラム、１０８０ 入力部、１１００ 表示部、１１２０ 光学ドライブ、１１４０ 下位Ｉ／Ｆ部、１１５０ 記録媒体、１１６０ 上位Ｉ／Ｆ部、１１８０ プロセッサバス、Ｃ コンベヤ、ＭＲ 計測レンジ、Ｐ 投影パターン、Ｒ プリミティブ位置、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ ワード、ＷＫ ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】