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(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】光学機器
(51)【国際特許分類】
H04N 23/52 20230101AFI20240214BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20240214BHJP
G03B 17/02 20210101ALI20240214BHJP
G03B 17/55 20210101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
H04N23/52
G02B7/02 A
G02B7/02 Z
G03B17/02
G03B17/55
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020031565
(22)【出願日】2020-02-27
(65)【公開番号】P2021136580
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2022-12-07
(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】中塚 均
(72)【発明者】
【氏名】奥濃 基晴
(72)【発明者】
【氏名】有吉 智規
【審査官】▲うし▼田 真悟
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０３９０７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２００１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６７５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１６０８４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１８０４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１５４９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ２３／５２
Ｇ０２Ｂ ７／０２
Ｇ０３Ｂ １７／０２
Ｇ０３Ｂ １７／５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学レンズと、前記光学レンズを保持する鏡筒と、
前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記鏡筒を取り囲んでこれを支持するとともに、周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材と、
前記光学レンズの光軸方向において前記光学レンズと対向するように配置された透光板とを備え、
前記鏡筒は、前記マウント部材よりも前記透光板側に向けて突出する部分を有し、
前記透光板は、前記鏡筒の先端部から距離をもって配置され、
昇温した前記マウント部材を保温するための断熱カバーが、前記マウント部材を取り囲むように設けられているとともに、昇温した前記マウント部材の熱によって前記鏡筒と前記透光板との間の空間を加熱するための伝熱部材が、前記マウント部材から前記空間側に向けて延びるように設けられている、光学機器。
【請求項2】
前記伝熱部材が、前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記空間に対面することとなるように、前記鏡筒よりも前記透光板側に向けて突出した部分を有している、請求項１に記載の光学機器。
【請求項3】
前記伝熱部材の前記部分が、前記空間を挟み込むように一対設けられている、請求項２に記載の光学機器。
【請求項4】
前記断熱カバーが、前記マウント部材のうちの前記光学レンズの光軸と直交する方向の外表面を覆う第１カバー部と、前記マウント部材のうちの前記透光板側に位置する外表面を覆う第２カバー部とを含み、前記第２カバー部の一部に欠除部が設けられるとともに、前記欠除部の内部に前記伝熱部材の一部または前記マウント部材の一部が配置されることにより、前記欠除部の内側の部分に伝熱経路が形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の光学機器。
【請求項5】
前記伝熱部材が、伝熱部材本体と、締結部材とを含み、前記欠除部に前記締結部材が挿入されることにより、前記伝熱部材本体が前記マウント部材に固定されるとともに、前記断熱カバーが前記伝熱部材本体と前記マウント部材とによって挟み込まれることで固定されている、請求項４に記載の光学機器。
【請求項6】
前記光学レンズを加熱するためのヒータをさらに備え、前記ヒータが前記マウント部材に組み付けられることにより、前記ヒータの熱が前記マウント部材および前記鏡筒を介して前記光学レンズに伝熱されるように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の光学機器。
【請求項7】
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さらに備えた、請求項６に記載の光学機器。
【請求項8】
前記光学レンズによって形成される、光学的に共役な関係にある一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイスをさらに備えた、請求項１から７のいずれかに記載の光学機器。
【請求項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、請求項８に記載の光学機器。
【請求項10】
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、請求項９に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光学機器に関し、特に、光学レンズを保持する鏡筒と当該鏡筒を支持するマウント部材とを備えた光学アセンブリが筐体の内部に収容されてなる光学機器に関する。
【背景技術】
【0002】
カメラやプロジェクタ等に代表される光学機器においては、その用途に応じて各種の光学レンズが設けられる。この光学レンズを筐体に対して組み付ける組付構造としては、様々なものが知られているが、その一つに、光学レンズを鏡筒にて保持するとともに当該鏡筒をマウント部材にて支持し、さらにこの鏡筒を支持したマウント部材を筐体に固定するという組付構造がある。
【0003】
上記組付構造が採用された光学機器においては、その製造に際して、まず、上述した光学レンズや鏡筒、マウント部材、さらには各種の光学デバイス等が相互に組み付けられることで構成された光学アセンブリが準備され、その後に、このうちのマウント部材が筐体に対して固定されることになる。その場合、筐体には、透光板が嵌め込まれた窓部が設けられ、上述した光学レンズは、この透光板に対向するように配置される。
【0004】
ここで、上記構成の光学機器において、筐体の内部の空間と筐体の外部の空間との間に温度差が生じた場合には、この温度差に起因して透光板に結露が発生してしまうおそれがある。この結露の発生は、光学機器の動作に悪影響を与えてしまうため、何らかの対策を施すことが必要になる。
【0005】
たとえば特開２０１９－１１８０４４号公報（特許文献１）には、透光板（半球状のレンズ保護部材）に結露が発生してしまうことが防止可能となるように、撮像素子にて発生する熱と、レンズ駆動部（より特定的にはステッピングモータ）にて発生する熱とを、マウント部材（放熱部材）を用いて伝熱し、これによって透光板とマウント部材との間の空間（すなわち、透光板と光学アセンブリとの間の空間）が加熱されるように構成されたネットワークカメラが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１９－１１８０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ある種の光学機器においては、光学的な特性の安定化を図るために、作動時において上述した光学レンズに温度変化が発生することを抑制することが必要になる。その場合、周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材を断熱カバーにて覆うことが有効であり、このように構成すればマウント部材が断熱カバーによって保温されることになり、マウント部材の温度が安定することで当該マウント部材によって保持された光学レンズに温度変化が生じることが抑制できることになる。
【0008】
しかしながら、断熱カバーは、通常はマウント部材よりも熱伝導率が小さい材料にて構成されるため、上述した特許文献１に開示される如くの構成を採用しつつ、鏡筒を支持するマウント部材を取り囲むようにこの断熱カバーを設けた場合には、透光板と光学アセンブリとの間の空間に向けてマウント部材の熱を当該マウント部材を用いて伝熱することが困難になる。そのため、何らかの構造上の工夫が必要になる。
【0009】
ここで、上述したある種の光学機器としては、たとえば光学的な手法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が挙げられる。この三次元計測装置は、所定の投影パターンを被写体に投影するとともに、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（三次元計測装置の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ものである。
【0010】
この三次元計測装置に具備される投影部および撮像部には、これらの光学的な特性の安定化を図るために上述した断熱カバーが設けられることが好ましい。そのため、当該三次元計測装置において透光板の結露の発生を抑制するためには、上述した構造上の工夫を施すことが必要不可欠である。
【0011】
したがって、本開示の目的とするところは、鏡筒を支持するマウント部材を保温するための断熱カバーが設けられた光学機器において、光学レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本開示に従ったある局面に係る光学機器は、光学レンズと、上記光学レンズを保持する鏡筒と、上記光学レンズの光軸と直交する方向において上記鏡筒を取り囲んでこれを支持するとともに、周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材と、上記光学レンズの光軸方向において上記光学レンズと対向するように配置された透光板とを備えている。上記鏡筒は、上記マウント部材よりも上記透光板側に向けて突出する部分を有しており、上記透光板は、上記鏡筒の先端部から距離をもって配置されている。本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、昇温した上記マウント部材を保温するための断熱カバーが、上記マウント部材を取り囲むように設けられているとともに、昇温した上記マウント部材の熱によって上記鏡筒と上記透光板との間の空間を加熱するための伝熱部材が、上記マウント部材から上記空間側に向けて延びるように設けられている。
【0013】
このように構成することにより、マウント部材を断熱カバーで覆いつつも、マウント部材とは別に設けた伝熱部材により、マウント部材の熱を鏡筒と透光板との間の空間に伝熱することが可能になる。したがって、鏡筒を支持するマウント部材を保温するための断熱カバーが設けられてなる光学機器において、光学レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことが効果的に抑制できる。
【0014】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、上記伝熱部材が、上記光学レンズの光軸と直交する方向の少なくとも一部において上記空間に対面することとなるように、上記鏡筒よりも上記透光板側に向けて突出した部分を有していてもよい。
【0015】
このように構成することにより、鏡筒と透光板との間の空間に直接的に対面するように伝熱部材の一部が配置されることになるため、伝熱部材の当該部分によって上記空間を効率的に加熱することができる。
【0016】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、上記伝熱部材の上記部分が、上記空間を挟み込むように一対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、鏡筒と透光板との間の空間が伝熱部材の一部によって挟み込まれて囲われることになるため、さらに効率的に上記空間を加熱することができる。
【0018】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、上記断熱カバーが、上記マウント部材のうちの上記光学レンズの光軸と直交する方向の外表面を覆う第１カバー部と、上記マウント部材のうちの上記透光板側に位置する外表面を覆う第２カバー部とを含んでいてもよく、その場合には、上記第２カバー部の一部に欠除部が設けられるとともに、上記欠除部の内部に上記伝熱部材の一部または上記マウント部材の一部が配置されることにより、上記欠除部の内側の部分に伝熱経路が形成されていてもよい。
【0019】
このように構成することにより、マウント部材の外周面のみならず、鏡筒が前方に向けて突出配置された部分であるマウント部材の前端面側においても、当該マウント部材の外表面を断熱カバーによって覆うことが可能になるため、マウント部材の保温性が飛躍的に向上することになる。さらには、マウント部材の上記前端面を覆う部分である断熱カバーの第２カバー部の一部に欠除部を設けて当該欠除部の内側に伝熱経路を設けることにより、マウント部材の熱を当該伝熱経路を介して最短距離で上記空間に伝熱させることができる。したがって、光学レンズを効率的に加熱しつつも、透光板が結露することが確実に防止できることになる。
【0020】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、上記伝熱部材が、伝熱部材本体と、締結部材とを含んでいてもよく、上記欠除部に上記締結部材が挿入されることにより、上記伝熱部材本体が上記マウント部材に固定されるとともに、上記断熱カバーが上記伝熱部材本体と上記マウント部材とによって挟み込まれることで固定されていてもよい。
【0021】
このように構成することにより、締結部材を用いることで伝熱部材をマウント部材に対して容易に固定することができるばかりでなく、簡素な構成にて上述した伝熱経路を構築することが可能になるため、組立て作業の容易化と製造コストの削減とが図られることになる。
【0022】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器は、上記光学レンズを加熱するためのヒータをさらに備えていてもよい。その場合には、上記ヒータが上記マウント部材に組み付けられることにより、上記ヒータの熱が上記マウント部材および上記鏡筒を介して上記光学レンズに伝熱されるように構成されていてもよい。
【0023】
このように構成することにより、ヒータの熱によって光学レンズならびに上記空間をより効率的に加熱することが可能になるため、高性能の光学機器とすることができる。
【0024】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器は、上記光学レンズの温度を検出するための温度センサと、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制御部とをさらに備えていてもよい。
【0025】
このように構成することにより、ヒータの熱によって光学レンズが一定温度に保たれるようになるため、作動時において光学レンズに温度変化が発生することが確実に防止できる。したがって、高性能の光学機器とすることができる。
【0026】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器は、上記光学レンズによって形成される、光学的に共役な関係にある一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイスをさらに備えていてもよい。
【0027】
このように構成することにより、用途に応じた様々な機能を備えた光学機器において、光学レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことが効果的に抑制できる。
【0028】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、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。
【0029】
このように構成した場合には、光学機器としての三次元計測装置の投影部に具備された投光レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことが抑制可能となる。
【0030】
本開示に従った上記ある局面に係る光学機器にあっては、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。
【0031】
このように構成した場合には、光学機器としての三次元計測装置の撮像部に具備された受光レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことが抑制可能となる。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、鏡筒を支持するマウント部材を保温するための断熱カバーが設けられた光学機器において、光学レンズに対向して配置された透光板に結露が発生してしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】実施の形態に係る三次元計測装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
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。
【0035】
【0036】
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。
【0037】
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）。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
＜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。
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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み付けられることで構成された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。
【0048】
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。
【0049】
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み付けられることで構成された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】
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。
【0051】
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。
【0052】
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１０（Ｂ）等参照）のヒータ部２５３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（Ｂ）等参照）のヒータ部３５３が設けられている。
【0053】
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。
【0054】
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２５３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３５３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。
【0055】
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
＜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。
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
＜Ｅ．計測レンジ＞
上述した本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、定められた温度域において計測レンジが広く確保されることが重要である。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１０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。
上述した本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、定められた温度域において計測レンジが広く確保されることが重要である。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１０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。
【0087】
この計測レンジには、投影部１２側での計測レンジと、撮像部１３側での計測レンジとが含まれている。投影部１２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Ｐがぼやけることになり、入力画像における投影パターンＰが不鮮明になる。また、撮像部１３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３４１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Ｐ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。
【0088】
上述したように、三次元計測装置１の計測ヘッド１０には、投影パターンＰを被写体上において結像するための投光レンズ２２０と、投影パターンＰが被写体に投影された状態の像を撮像素子３４１の撮像面上において結像するための受光レンズ３２０とが設けられている。これら光学レンズ（すなわち、投光レンズ２２０および受光レンズ３２０）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。
【0089】
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１５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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／ｆ ・・・（１）
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
Ｓｎ＝Φ×Ｆ×Ａ２／（ｆ２＋Φ×Ｆ×Ａ） ・・・（２）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×Ａ２／（ｆ２－Φ×Ｆ×Ａ） ・・・（３）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×Ａ２／（ｆ２－Φ×Ｆ×Ａ） ・・・（３）
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
Ｓｎ＝Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）２／（ｆ２＋Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）） ・・・（４）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）２／（ｆ２－Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）） ・・・（５）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）２／（ｆ２－Φ×Ｆ×（Ａ＋ΔＡ）） ・・・（５）
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
Ｓｎ＝Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）２／（ｆ２＋Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）） ・・・（６）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）２／（ｆ２－Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）） ・・・（７）
Ｓｆ＝Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）２／（ｆ２－Φ×Ｆ×（Ａ－ΔＡ）） ・・・（７）
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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、投光レンズ２２０および受光レンズ３２０を保持する後述するレンズ保持部材の一部を断熱カバーによって覆うとともに、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の温度がそれぞれ予め定めた一定温度に保つように制御されることにより、定められた温度域において計測レンジが広く確保されている。この点については、後において詳説する。
【0110】
＜Ｆ．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、上述した投光レンズや受光レンズ等の光学レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことを抑制することにある。
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、上述した投光レンズや受光レンズ等の光学レンズに対向して配置される透光板に結露が発生してしまうことを抑制することにある。
【0111】
すなわち、光学レンズや鏡筒、マウント部材、さらには各種の光学デバイス等が相互に組み付けられることで構成された光学アセンブリが筐体の内部に収容されるように構成された光学機器においては、光学レンズに対向するように筐体に透光板が設けられることになるが、この透光板には、筐体の内部の空間と筐体の外部の空間との間に温度差が生じた場合に、結露が発生してしまうおそれがある。
【0112】
この結露の発生を抑制するためには、透光板と光学アセンブリとの間の空間を加熱することが有効であり、光学アセンブリにて発生する熱をこの加熱に利用することができれば、低コストに上述した結露の発生が抑制できることになる。
【0113】
しかしながら、光学アセンブリの一部を取り囲むように上述した断熱カバーを設けた場合には、透光板と光学アセンブリとの間の空間に向けてマウント部材の熱を当該マウント部材を用いて伝熱することが困難になり、そのため当該空間をマウント部材によって加熱することができなくなる。
【0114】
この点、本実施の形態に係る三次元計測装置１においては、後述するようにマウント部材とは別に伝熱部材を設けることにより、この問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。
【0115】
＜Ｇ．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、本実施の形態に係る計測ヘッド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。
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、本実施の形態に係る計測ヘッド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。
【0116】
図８に示すように、光学機器としての計測ヘッド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。
【0117】
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、図に現れないビス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。
【0118】
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には、それぞれ透光板１１１，１２１，１３１が嵌め込まれている。
【0119】
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。
【0120】
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）が互いに組み付けられることで構成された光学アセンブリにて構成されている。
【0121】
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を保持している。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。
【0122】
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。
【0123】
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）が互いに組み付けられることで構成された光学アセンブリにて構成されている。
【0124】
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を保持している。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。
【0125】
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。
【0126】
また、図８に示すように、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。
【0127】
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が組み付けられている。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。
【0128】
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、処理部１１は、図示しない配線等によって投影部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、制御部１１ａは、この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。
【0129】
ここで、図９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。この溝部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おり、溝部１０１ａの内部には、図示しないパッキンが収容される。
【0130】
これにより、底板部１０１と蓋部１０２との間にパッキンが介在することになり、当該パッキンが底板部１０１および蓋部１０２の双方に密着することで底板部１０１と蓋部１０２との境目において生じ得る隙間がパッキンによって封止される。そのため、当該パッキンによって筐体１００の内部の空間が筐体１００の外部の空間から密閉されることになる。
【0131】
＜Ｈ．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および図１３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１３とを参照して、本実施の形態に係る投影部１２の詳細な構造について説明する。
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および図１３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１３とを参照して、本実施の形態に係る投影部１２の詳細な構造について説明する。
【0132】
ここで、図１０（Ａ）は、後述する断熱カバー２６０および伝熱部材２８０が投影部１２に組み付けられた状態を示しており、図１０（Ｂ）は、投影部１２から当該断熱カバー２６０および伝熱部材２８０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。また、図１２は、投影部１２のうちの一部分（すなわち参照符号１２’で示される部分）の組付構造を示す図であり、図１３は、当該一部分とその余の部分との組付構造を示す図である。
【0133】
図９ないし図１３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、断熱カバー２６０と、伝熱部材２８０とを主として備えている。
【0134】
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に図示しない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２９１（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。
【0135】
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が組み付けられている。より詳細には、基板２３０は、ビス２９２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。
【0136】
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。
【0137】
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。
【0138】
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が組み付けられている。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２９４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。
【0139】
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。
【0140】
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。
【0141】
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。
【0142】
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。なお、本実施の形態においては、鏡筒２１２の雄ネジが設けられた部分に、内周面に雌ネジが設けられたボルト状の固定部材２１３がさらに螺合されており、これにより鏡筒２１２がマウント部材２１１に強固に固定されている。
【0143】
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。
【0144】
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。
【0145】
ここで、図１０ないし図１３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２５３が組み付けられている。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、マウント部材２１１の外周面を取り囲む部分である囲繞部２５１に上述した電熱線が配設されたヒータ部２５３が設けられており、このヒータ部２５３が、図示しない高熱伝導性の接着テープ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。
【0146】
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の囲繞部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。
【0147】
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２５３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。
【0148】
図９ないし図１１および図１３に示すように、投影部１２には、マウント部材２１１を取り囲むように断熱カバー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２５３と、フレキシブルヒータ２５０の囲繞部２５１に実装された温度センサ２５４とが、断熱カバー２６０によって覆われている。
【0149】
より詳細には、断熱カバー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を覆う第１カバー部２６１と、マウント部材２１１の前端面を覆う第２カバー部２６２とを含む略箱形状を有しており、このうちの第２カバー部２６２がビス２９３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に組み付けられている。
【0150】
ここで、第２カバー部２６２の所定位置には、挿通孔２６２ａ（図１３参照）が設けられており、当該挿通孔２６２ａには、マウント部材２１１の前端面から突出する部分の鏡筒２１２が挿通配置される。これにより、断熱カバー２６０は、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。そのため、断熱カバー２６０は、マウント部材２１１を覆い隠す略密閉構造を有することになる。
【0151】
図１１に示すように、断熱カバー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、断熱カバー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、実質的に断熱カバー２６０によって密閉されている。
【0152】
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、断熱カバー２６０によって密閉されている。
【0153】
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、断熱カバー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２５３および温度センサ２５４が、いずれも断熱カバー２６０によって覆われた状態とされている。
【0154】
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２５３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。
【0155】
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。
【0156】
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。
【0157】
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。
【0158】
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。
【0159】
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。
【0160】
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。
【0161】
また、上述した断熱カバー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断熱カバー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、断熱カバー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、断熱カバー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、断熱カバー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、断熱カバー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。
【0162】
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。
【0163】
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、断熱カバー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断熱カバー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、断熱カバー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。
【0164】
図９ないし図１１および図１３に示すように、投影部１２には、マウント部材２１１から前方側に向けて延びるように伝熱部材２８０が設けられている。当該伝熱部材２８０は、鏡筒２１２と透光板１２１（図８参照）との間の空間（すなわち、透光板１２１と投影部１２との間の空間）を加熱するためのものであり、金属製の板状部材のプレス成形品からなる伝熱部材本体と、締結部材としてのビス２８３とを含んでいる。
【0165】
伝熱部材本体は、断熱カバー２６０の第２カバー部２６２に宛がわれる平板状の基部２８１と、当該基部２８１の幅方向（すなわち左右方向）の端部から立設された平板状の一対の立壁部２８２とを含んでいる。このうち、基部２８１は、伝熱部材本体をマウント部材２１１に固定するための部位であり、一対の立壁部２８２は、マウント部材２１１から伝熱部材本体に伝熱された熱を上記空間に伝熱させることで上記空間を加熱するための部位である。
【0166】
基部２８１の所定位置には、挿通孔２８１ａ（図１３参照）が設けられており、当該挿通孔２８１ａには、断熱カバー２６０の第２カバー部２６２から突出する部分の鏡筒２１２が挿通配置される。また、一対の立壁部２８２は、この基部２８１に設けられた挿通孔２８１ａを挿通する部分の鏡筒２１２を挟み込むように伝熱部材本体の縁部を折り曲げることで形成されている。
【0167】
基部２８１の所定位置には、複数の貫通孔２８１ｂ（図１３参照）が設けられている。複数の貫通孔２８１ｂは、伝熱部材本体をマウント部材２１１に固定するために用いられる部位であり、当該複数の貫通孔２８１ｂには、それぞれビス２８３が挿入される。
【0168】
ここで、断熱カバー２６０の第２カバー部２６２には、伝熱部材２８０の基部２８１に設けられた複数の貫通孔２８１ｂに対応して、欠除部としての複数の貫通孔２６２ｂ（図１３参照）が設けられている。また、マウント部材２１１の前端面には、伝熱部材２８０の基部２８１に設けられた複数の貫通孔２８１ｂに対応して複数の突出部２１１ｂ（図１３参照）が設けられている。当該複数の突出部２１１ｂの頂面には、ビス２８３に螺合するビス孔がそれぞれ設けられている。
【0169】
マウント部材２１１の前端面に設けられた突出部２１１ｂは、断熱カバー２６０の第２カバー部２６２に設けられた貫通孔２６２ｂに挿入されて当該貫通孔２６２ｂに嵌め込まれる。さらに、マウント部材２１１の前端面に設けられた突出部２１１ｂの頂面には、伝熱部材２８０の基部２８１に設けられた貫通孔２８１ｂが宛がわれ、この状態において貫通孔２８１ｂにビス２８３が挿入されることでビス２８３が突出部２１１ｂの頂面に設けられたビス孔に螺合される。
【0170】
このように構成すれば、締結部材としてのビス２８３を用いることで伝熱部材本体をマウント部材２１１に対して容易に固定することができるばかりでなく、この伝熱部材本体のマウント部材２１１への固定により、断熱カバー２６０を伝熱部材本体とマウント部材２１１とによって挟み込んで固定することが可能になる。したがって、組立て作業が容易化し、製造コストが削減できることになる。
【0171】
また、断熱カバー２６０の第２カバー部２６２に設けられた欠除部としての複数の貫通孔２６２ｂの内部に、マウント部材２１１の前端面に設けられた突出部２１１ｂおよび伝熱部材の一部を構成するビス２８３が配置されることにより、これらによってマウント部材２１１の熱を伝熱部材本体に伝熱させるための伝熱経路が構築されることになり、断熱カバー２６０によるマウント部材２１１の保温を行ないつつ、その熱の一部を効率的に断熱カバー２６０の外側へ取り出すことができる。したがって、マウント部材２１１の熱を上記伝熱経路を介して最短距離で上記空間（すなわち、鏡筒２１２と透光板１２１との間の空間）に伝熱させることが可能になる。
【0172】
ここで、伝熱部材２８０は、熱伝導率が大きい部材にて構成されていることが好ましく、好適にはマウント部材２１１と同等程度の熱伝導率の部材にて構成される。具体的には、たとえばアルミニウム合金やステンレス合金等からなる部材が利用できる。
【0173】
＜Ｉ．撮像部の構造＞
図１４および図１５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１６および図１７は、当該撮像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１４ないし図１７とを参照して、本実施の形態に係る撮像部１３の詳細な構造について説明する。
図１４および図１５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１６および図１７は、当該撮像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１４ないし図１７とを参照して、本実施の形態に係る撮像部１３の詳細な構造について説明する。
【0174】
ここで、図１４（Ａ）は、後述する断熱カバー３６０および伝熱部材３８０が撮像部１３に組み付けられた状態を示しており、図１４（Ｂ）は、撮像部１３から当該断熱カバー３６０および伝熱部材３８０が取り外された状態を示している。また、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）は、それぞれ図１４（Ａ）に示すＸＶＡ－ＸＶＡ線およびＸＶＢ－ＸＶＢ線に沿った断面を表わしている。また、図１６は、撮像部１３のうちの一部分（すなわち参照符号１３’で示される部分）の組付構造を示す図であり、図１７は、当該一部分とその余の部分との組付構造を示す図である。
【0175】
図９および図１４ないし図１７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、断熱カバー３６０と、伝熱部材３８０とを主として備えている。
【0176】
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に図示しないビスによって固定されている。
【0177】
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３９１（図１６参照）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。
【0178】
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。
【0179】
図１５および図１６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３９２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。
【0180】
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。
【0181】
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。
【0182】
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。なお、本実施の形態においては、鏡筒３１２の雄ネジが設けられた部分に、内周面に雌ネジが設けられたボルト状の固定部材３１３がさらに螺合されており、これにより鏡筒３１２がマウント部材３１１に強固に固定されている。
【0183】
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。
【0184】
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。
【0185】
ここで、図１４ないし図１７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３５３が組み付けられている。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、マウント部材３１１の外周面を取り囲む部分である囲繞部３５１に上述した電熱線が配設されたヒータ部３５３が設けられており、このヒータ部３５３が、図示しない高熱伝導性の接着テープ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。
【0186】
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の囲繞部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。
【0187】
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３５３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。
【0188】
図９、図１４、図１５および図１７に示すように、撮像部１３には、マウント部材３１１を取り囲むように断熱カバー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３５３と、フレキシブルヒータ３５０の囲繞部３５１に実装された温度センサ３５４とが、断熱カバー３６０によって覆われている。
【0189】
より詳細には、断熱カバー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を覆う第１カバー部３６１と、マウント部材３１１の前端面を覆う第２カバー部３６２とを含む略箱形状を有しており、このうちの第２カバー部３６２がビス３９３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に組み付けられている。
【0190】
ここで、第２カバー部３６２の所定位置には、挿通孔３６２ａ（図１７参照）が設けられており、当該挿通孔３６２ａには、マウント部材３１１の前端面から突出する部分の鏡筒３１２が挿通配置される。これにより、断熱カバー３６０は、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。そのため、断熱カバー３６０は、マウント部材３１１を覆い隠す略密閉構造を有することになる。
【0191】
図１５に示すように、断熱カバー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、断熱カバー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、実質的に断熱カバー３６０によって密閉されている。
【0192】
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、断熱カバー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３５３および温度センサ３５４が、いずれも断熱カバー３６０によって覆われた状態とされている。
【0193】
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３５３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。
【0194】
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。
【0195】
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。
【0196】
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。
【0197】
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。
【0198】
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。
【0199】
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。
【0200】
また、上述した断熱カバー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断熱カバー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、断熱カバー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、断熱カバー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、断熱カバー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、断熱カバー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。
【0201】
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。
【0202】
なお、上述した観点から、ベース部３００および断熱カバー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断熱カバー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、断熱カバー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。
【0203】
図９、図１４、図１５および図１７に示すように、撮像部１３には、マウント部材３１１から前方側に向けて延びるように伝熱部材３８０が設けられている。当該伝熱部材３８０は、鏡筒３１２と透光板１３１（図８参照）との間の空間（すなわち、透光板１３１と撮像部１３との間の空間）を加熱するためのものであり、金属製の板状部材のプレス成形品からなる伝熱部材本体と、締結部材としてのビス３８３とを含んでいる。
【0204】
伝熱部材本体は、断熱カバー３６０の第２カバー部３６２に宛がわれる平板状の基部３８１と、当該基部３８１の幅方向（すなわち左右方向）の端部から立設された平板状の一対の立壁部３８２とを含んでいる。このうち、基部３８１は、伝熱部材本体をマウント部材３１１に固定するための部位であり、一対の立壁部３８２は、マウント部材３１１から伝熱部材本体に伝熱された熱を上記空間に伝熱させることで上記空間を加熱するための部位である。
【0205】
基部３８１の所定位置には、挿通孔３８１ａ（図１７参照）が設けられており、当該挿通孔３８１ａには、断熱カバー３６０の第２カバー部３６２から突出する部分の鏡筒３１２が挿通配置される。また、一対の立壁部３８２は、この基部３８１に設けられた挿通孔３８１ａを挿通する部分の鏡筒３１２を挟み込むように伝熱部材本体の縁部を折り曲げることで形成されている。
【0206】
基部３８１の所定位置には、複数の貫通孔３８１ｂ（図１７参照）が設けられている。複数の貫通孔３８１ｂは、伝熱部材本体をマウント部材３１１に固定するために用いられる部位であり、当該複数の貫通孔３８１ｂには、それぞれビス３８３が挿入される。
【0207】
ここで、断熱カバー３６０の第２カバー部３６２には、伝熱部材３８０の基部３８１に設けられた複数の貫通孔３８１ｂに対応して、欠除部としての複数の貫通孔３６２ｂ（図１７参照）が設けられている。また、マウント部材３１１の前端面には、伝熱部材３８０の基部３８１に設けられた複数の貫通孔３８１ｂに対応して複数の突出部３１１ｂ（図１７参照）が設けられている。当該複数の突出部３１１ｂの頂面には、ビス３８３に螺合するビス孔がそれぞれ設けられている。
【0208】
マウント部材３１１の前端面に設けられた突出部３１１ｂは、断熱カバー３６０の第２カバー部３６２に設けられた貫通孔３６２ｂに挿入されて当該貫通孔３６２ｂに嵌め込まれる。さらに、マウント部材３１１の前端面に設けられた突出部３１１ｂの頂面には、伝熱部材３８０の基部３８１に設けられた貫通孔３８１ｂが宛がわれ、この状態において貫通孔３８１ｂにビス３８３が挿入されることでビス３８３が突出部３１１ｂの頂面に設けられたビス孔に螺合される。
【0209】
このように構成すれば、締結部材としてのビス３８３を用いることで伝熱部材本体をマウント部材３１１に対して容易に固定することができるばかりでなく、この伝熱部材本体のマウント部材３１１への固定により、断熱カバー３６０を伝熱部材本体とマウント部材３１１とによって挟み込んで固定することが可能になる。したがって、組立て作業が容易化し、製造コストが削減できることになる。
【0210】
また、断熱カバー３６０の第２カバー部３６２に設けられた欠除部としての複数の貫通孔３６２ｂの内部に、マウント部材３１１の前端面に設けられた突出部３１１ｂおよび伝熱部材の一部を構成するビス３８３が配置されることにより、これらによってマウント部材３１１の熱を伝熱部材本体に伝熱させるための伝熱経路が構築されることになり、断熱カバー３６０によるマウント部材３１１の保温を行ないつつ、その熱の一部を効率的に断熱カバー３６０の外側へ取り出すことができる。したがって、マウント部材３１１の熱を上記伝熱経路を介して最短距離で上記空間（すなわち、鏡筒３１２と透光板１３１との間の空間）に伝熱させることが可能になる。
【0211】
ここで、伝熱部材３８０は、熱伝導率が大きい部材にて構成されていることが好ましく、好適にはマウント部材３１１と同等程度の熱伝導率の部材にて構成される。具体的には、たとえばアルミニウム合金やステンレス合金等からなる部材が利用できる。
【0212】
＜Ｊ．結露防止構造の詳細＞
図１８は、図１に示す計測ヘッドの要部を示す図であり、より特定的には、当該計測ヘッドに設けられた投光用窓部および受光用窓部の近傍の構造を示す模式断面図である。次に、この図１８を参照して、本実施の形態に係る計測ヘッド１０における結露防止構造の詳細について説明する。
図１８は、図１に示す計測ヘッドの要部を示す図であり、より特定的には、当該計測ヘッドに設けられた投光用窓部および受光用窓部の近傍の構造を示す模式断面図である。次に、この図１８を参照して、本実施の形態に係る計測ヘッド１０における結露防止構造の詳細について説明する。
【0213】
図１８を参照して、本実施の形態に係る計測ヘッド１０においては、上述したように、筐体１００の蓋部１０２の前面に設けられた投光用窓部１２０に透光板１２１が嵌め込まれるとともに、当該透光板１２１よりも後方に位置するように、投影部１２が筐体１００の内部に収容されている。投影部１２の鏡筒２１２は、マウント部材２１１よりも透光板１２１側に向けて突出する部分を有しており、透光板１２１は、鏡筒２１２の先端部から図中に示す距離Ａ１をもって配置されている。
【0214】
投影部１２のマウント部材２１１は、作動時において周囲からの入熱を受けて昇温する。断熱カバー２６０は、この周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材２１１を保温するために、当該マウント部材２１１を取り囲むように設けられている。ここで、マウント部材２１１に入熱する熱は、主として上述したフレキシブルヒータ２５０にて発生する熱であり、さらには光源２４１にて発生する熱もマウント部材２１１に入熱され得る。
【0215】
ここで、伝熱部材２８０は、マウント部材２１１の前端面と熱接触するように当該マウント部材２１１に組み付けられており、これにより伝熱部材２８０は、マウント部材２１１から透光板１２１側に向けて延在している。特に、本実施の形態においては、上述したように断熱カバー２６０に欠除部としての貫通孔２６２ｂ（図１３参照）が設けられており、この貫通孔２６２ｂの内部にマウント部材２１１の一部および伝熱部材２８０の一部が配置されることにより、マウント部材２１１からの熱を断熱カバー２６０の外側に引き出すための伝熱経路が構築されている。
【0216】
そして、伝熱部材２８０の一対の立壁部２８２の各々は、鏡筒２１２と透光板１２１との間の空間Ｓ１に向けて延びており、これにより当該空間Ｓ１は、伝熱部材２８０によって加熱されることになる。そのため、透光板１２１に結露が発生してしまうことが効果的に抑制できることになる。
【0217】
ここで、伝熱部材２８０の一対の立壁部２８２は、その先端部が投光レンズ２２０の光軸と直交する方向において上記空間Ｓ１と対面することとなるように、その先端部が鏡筒２１２の先端部よりも透光板１２１側に向けて突出していることが好ましい。すなわち、一対の立壁部２８２の先端部と透光板１２１との間の距離Ａ２は、上述した鏡筒２１２の先端部と透光板１２１との間の距離Ａ１よりも小さいことが好ましい（すなわちＡ１＞Ａ２）。このように構成することにより、効率的に上記空間Ｓ１を加熱することができる。
【0218】
一方、本実施の形態に係る計測ヘッド１０においては、上述したように、筐体１００の蓋部１０２の前面に設けられた受光用窓部１３０に透光板１３１が嵌め込まれるとともに、当該透光板１３１よりも後方に位置するように、撮像部１３が筐体１００の内部に収容されている。撮像部１３の鏡筒３１２は、マウント部材３１１よりも透光板１３１側に向けて突出する部分を有しており、透光板１３１は、鏡筒３１２の先端部から図中に示す距離Ｂ１をもって配置されている。
【0219】
撮像部１３のマウント部材３１１は、作動時において周囲からの入熱を受けて昇温する。断熱カバー３６０は、この周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材３１１を保温するために、当該マウント部材３１１を取り囲むように設けられている。ここで、マウント部材３１１に入熱する熱は、主として上述したフレキシブルヒータ３５０にて発生する熱であり、さらには撮像素子３４１にて発生する熱もマウント部材３１１に入熱され得る。
【0220】
ここで、伝熱部材３８０は、マウント部材３１１の前端面と熱接触するように当該マウント部材３１１に組み付けられており、これにより伝熱部材３８０は、マウント部材３１１から透光板１３１側に向けて延在している。特に、本実施の形態においては、上述したように断熱カバー３６０に欠除部としての貫通孔３６２ｂ（図１７参照）が設けられており、この貫通孔３６２ｂの内部にマウント部材３１１の一部および伝熱部材３８０の一部が配置されることにより、マウント部材３１１からの熱を断熱カバー３６０の外側に引き出すための伝熱経路が構築されている。
【0221】
そして、伝熱部材３８０の一対の立壁部３８２の各々は、鏡筒３１２と透光板１３１との間の空間Ｓ２に向けて延びており、これにより当該空間Ｓ２は、伝熱部材３８０によって加熱されることになる。そのため、透光板１３１に結露が発生してしまうことが効果的に抑制できることになる。
【0222】
ここで、伝熱部材３８０の一対の立壁部３８２は、その先端部が受光レンズ３２０の光軸と直交する方向において上記空間Ｓ２と対面することとなるように、その先端部が鏡筒３１２の先端部よりも透光板１３１側に向けて突出していることが好ましい。すなわち、一対の立壁部３８２の先端部と透光板１３１との間の距離Ｂ２は、上述した鏡筒３１２の先端部と透光板１３１との間の距離Ｂ１よりも小さいことが好ましい（すなわちＢ１＞Ｂ２）。このように構成することにより、効率的に上記空間Ｓ２を加熱することができる。
【0223】
以上において説明した本実施の形態に係る三次元計測装置１の計測ヘッド１０とすることにより、鏡筒２１２，３１２を支持するマウント部材２１１，３１１を保温するための断熱カバー２６０，３６０を設けた場合にも、投光レンズ２２０および受光レンズ３２０に対向して配置された透光板１２１，１３１に結露が発生してしまうことが抑制可能になる。
【0224】
ここで、本実施の形態においては、投影部１２に設けられた伝熱部材２８０の一対の立壁部２８２のうちの撮像部１３側に位置する立壁部と、撮像部１３に設けられた伝熱部材３８０の一対の立壁部３８２のうちの投影部１２側に位置する立壁部とが、投影部１２の鏡筒２１２と撮像部１３の鏡筒３１２との間の位置においていずれもこれら投影部１２と撮像部１３とが並ぶ方向（すなわち左右方向）と直交する方向（すなわち上下方向および前後方向）に延在するように位置している。
【0225】
このように構成した場合には、投影部１２からの出射光がこれら立壁部によって遮られることになるため、この出射光が筐体１００の内部において迷光として撮像部１３に入射されてしまうことが抑制できることになる。したがって、上記構成を採用することにより、入力画像にノイズがのったり入力画像が不鮮明になったりする不具合を回避できるという副次的な効果を得ることもできる。なお、この迷光を防ぐ観点からは、伝熱部材を反射率が低い黒色の部材にて構成することが好ましい。
【0226】
本実施の形態においては、上述したように一対の立壁部によって鏡筒が左右方向において挟み込まれるように構成した場合を例示して説明を行なったが、一対の立壁部によって鏡筒が上下方向において挟み込まれるように構成してもよいし、左右方向および上下方向の双方において鏡筒が複数の立壁部によって挟み込まれるように構成してもよい。また、立壁部は必ずしも複数設ける必要はなく、これが一つのみであってもよい。
【0227】
また、本実施の形態においては、上述したように一対の立壁部の先端部が鏡筒の先端部よりも透光板側に向けて突出するように構成した場合を例示して説明を行なったが、必ずしもこのように構成する必要はなく、一対の立壁部の先端部と鏡筒の先端部とが透光板と同距離に配置されてもよいし、鏡筒の先端部が一対の立壁部の先端部よりも透光板側に向けて突出するように構成してもよい。ただし、上記空間の効率的な加熱を考慮した場合には、一対の立壁部の先端部と鏡筒の先端部とが透光板から同距離に配置されるように構成するか、あるいは、一対の立壁部の先端部が鏡筒の先端部よりも透光板側に向けて突出するように構成することが好ましい。
【0228】
なお、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にて撮像された画像をもとに、透光板１２１，１３１において結露が発生されているか否かをたとえば画像解析を行なうことで判別することもできる。その場合において、結露が発生していると判断した場合には、三次元計測を一時的に停止し、フレキシブルヒータ２５０，３５０による加熱温度を上昇させ、これによって結露した水分の蒸発を図り、結露が解消した時点で三次元計測を再開するようにしてもよい。
【0229】
＜Ｋ．その他の形態等＞
上述した実施の形態においては、断熱カバーがマウント部材の外周面のみならず前端面をも覆うように構成した場合を例示して説明を行なったが、必ずしもこのように構成する必要はなく、断熱カバーがマウント部材の外周面のみを覆うように構成してもよい。その場合にもマウント部材の前端面に熱接触するように伝熱部材を設けることにより、透光板に結露が発生してしまうことを効果的に抑制することができる。
上述した実施の形態においては、断熱カバーがマウント部材の外周面のみならず前端面をも覆うように構成した場合を例示して説明を行なったが、必ずしもこのように構成する必要はなく、断熱カバーがマウント部材の外周面のみを覆うように構成してもよい。その場合にもマウント部材の前端面に熱接触するように伝熱部材を設けることにより、透光板に結露が発生してしまうことを効果的に抑制することができる。
【0230】
また、上述した実施の形態においては、光学レンズを一定温度に保つためのヒータを設けた場合を例示して説明を行なったが、必ずしもヒータを設ける必要はなく、マウント部材に入熱する光源や撮像素子の熱を伝熱部材を用いて伝熱することで結露の発生を防止するように構成してもよい。
【0231】
また、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の計測ヘッドに本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、本発明は、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、本発明は、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の計測ヘッド、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の計測ヘッド、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計測ヘッドのいずれにもその適用が可能なものである。
【0232】
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。本発明は、これらいずれの三次元計測装置の計測ヘッド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の計測ヘッドにその適用が制限されるものではない。
【0233】
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の計測ヘッドに本発明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。
【0234】
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、本発明は、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の計測ヘッドにも当然にその適用が可能である。
【0235】
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（たとえば光源からの光を反射する複数のマイクロミラーを含むＤＭＤ（Digital Mirror Device）等）との組み合わせ、有機ＥＬ（electro-luminescence）、アレイ状に配置されたマイクロＬＥＤ等を利用することもできる。
【0236】
なお、本発明の適用対象は、三次元計測装置の計測ヘッドに限定されるものではなく、様々な種類の他の光学機器への適用が可能である。ただし、その場合にも、光学レンズを保持する鏡筒と当該鏡筒を支持するマウント部材とを備えた光学アセンブリが筐体の内部に収容されてなる光学機器に限定されることは言うまでもない。
【0237】
ここで、上述した実施の形態に係る三次元計測装置の計測ヘッドの如く、産業用途に用いられることが想定された光学機器においては、高い防水性や防塵性が求められる場合が多い。この要求を満たすためには、筐体の密閉性を高めることが必要であり、その場合には、上述した如くの結露の問題が顕著に発生し得る。これは、筐体内部の各種部品が僅からながら吸湿しており、作動時においてこれら部品が昇温することで当該水分が蒸発し、さらにこの状態において周囲の環境温度が低いことにより、筐体内部の空間の水蒸気量が飽和水蒸気量を超えることで発生する。
【0238】
したがって、本発明は、産業用途に用いられることが想定された光学機器において特に好適に利用できるものであるが、その一方で、本発明の適用対象は、産業用途の光学機器に限定されず、他の用途の光学機器にも当然に適用が可能である。
【0239】
＜Ｌ．付記＞
上述した本実施の形態に係る三次元計測装置の計測ヘッド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］
光学レンズ（２２０，３２０）と、
前記光学レンズを保持する鏡筒（２１２，３１２）と、
前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記鏡筒を取り囲んでこれを支持するとともに、周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材（２１１，３１１）と、
前記光学レンズの光軸方向において前記光学レンズと対向するように配置された透光板（１２１，１３１）とを備え、
前記鏡筒は、前記マウント部材よりも前記透光板側に向けて突出する部分を有し、
前記透光板は、前記鏡筒の先端部から距離をもって配置され、
昇温した前記マウント部材を保温するための断熱カバー（２６０，３６０）が、前記マウント部材を取り囲むように設けられているとともに、昇温した前記マウント部材の熱によって前記鏡筒と前記透光板との間の空間（Ｓ１，Ｓ２）を加熱するための伝熱部材（２８０，２８０）が、前記マウント部材から前記空間側に向けて延びるように設けられている、光学機器。
［構成２］
前記伝熱部材が、前記光学レンズの光軸と直交する方向の少なくとも一部において前記空間に対面することとなるように、前記鏡筒よりも前記透光板側に向けて突出した部分を有している、構成１に記載の光学機器。
［構成３］
前記伝熱部材の前記部分が、前記空間を挟み込むように一対設けられている、構成２に記載の光学機器。
［構成４］
前記断熱カバー（２６０，３６０）が、前記マウント部材のうちの前記光学レンズの光軸と直交する方向の外表面を覆う第１カバー部（２６１，３６１）と、前記マウント部材のうちの前記透光板側に位置する外表面を覆う第２カバー部（２６２，３６２）とを含み、
前記第２カバー部の一部に欠除部（２６２ｂ，３６２ｂ）が設けられるとともに、前記欠除部の内部に前記伝熱部材の一部または前記マウント部材の一部が配置されることにより、前記欠除部の内側の部分に伝熱経路が形成されている、構成１から３のいずれかに記載の光学機器。
［構成５］
前記伝熱部材（２８０，３８０）が、伝熱部材本体と、締結部材（２８３，３８３）とを含み、
前記欠除部に前記締結部材が挿入されることにより、前記伝熱部材本体が前記マウント部材に固定されるとともに、前記断熱カバーが前記伝熱部材本体と前記マウント部材とによって挟み込まれることで固定されている、構成４に記載の光学機器。
［構成６］
前記光学レンズを加熱するためのヒータ（２５０，３５０）をさらに備え、
前記ヒータが前記マウント部材に組み付けられることにより、前記ヒータの熱が前記マウント部材および前記鏡筒を介して前記光学レンズに伝熱されるように構成されている、構成１から５のいずれかに記載の光学機器。
［構成７］
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）とをさらに備えた、構成６に記載の光学機器。
［構成８］
前記光学レンズによって形成される、光学的に共役な関係にある一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイスをさらに備えた、構成１から７のいずれかに記載の光学機器。
［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８に記載の光学機器。
［構成１０］
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９に記載の光学機器。
上述した本実施の形態に係る三次元計測装置の計測ヘッド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］
光学レンズ（２２０，３２０）と、
前記光学レンズを保持する鏡筒（２１２，３１２）と、
前記光学レンズの光軸と直交する方向において前記鏡筒を取り囲んでこれを支持するとともに、周囲からの入熱を受けて昇温するマウント部材（２１１，３１１）と、
前記光学レンズの光軸方向において前記光学レンズと対向するように配置された透光板（１２１，１３１）とを備え、
前記鏡筒は、前記マウント部材よりも前記透光板側に向けて突出する部分を有し、
前記透光板は、前記鏡筒の先端部から距離をもって配置され、
昇温した前記マウント部材を保温するための断熱カバー（２６０，３６０）が、前記マウント部材を取り囲むように設けられているとともに、昇温した前記マウント部材の熱によって前記鏡筒と前記透光板との間の空間（Ｓ１，Ｓ２）を加熱するための伝熱部材（２８０，２８０）が、前記マウント部材から前記空間側に向けて延びるように設けられている、光学機器。
［構成２］
前記伝熱部材が、前記光学レンズの光軸と直交する方向の少なくとも一部において前記空間に対面することとなるように、前記鏡筒よりも前記透光板側に向けて突出した部分を有している、構成１に記載の光学機器。
［構成３］
前記伝熱部材の前記部分が、前記空間を挟み込むように一対設けられている、構成２に記載の光学機器。
［構成４］
前記断熱カバー（２６０，３６０）が、前記マウント部材のうちの前記光学レンズの光軸と直交する方向の外表面を覆う第１カバー部（２６１，３６１）と、前記マウント部材のうちの前記透光板側に位置する外表面を覆う第２カバー部（２６２，３６２）とを含み、
前記第２カバー部の一部に欠除部（２６２ｂ，３６２ｂ）が設けられるとともに、前記欠除部の内部に前記伝熱部材の一部または前記マウント部材の一部が配置されることにより、前記欠除部の内側の部分に伝熱経路が形成されている、構成１から３のいずれかに記載の光学機器。
［構成５］
前記伝熱部材（２８０，３８０）が、伝熱部材本体と、締結部材（２８３，３８３）とを含み、
前記欠除部に前記締結部材が挿入されることにより、前記伝熱部材本体が前記マウント部材に固定されるとともに、前記断熱カバーが前記伝熱部材本体と前記マウント部材とによって挟み込まれることで固定されている、構成４に記載の光学機器。
［構成６］
前記光学レンズを加熱するためのヒータ（２５０，３５０）をさらに備え、
前記ヒータが前記マウント部材に組み付けられることにより、前記ヒータの熱が前記マウント部材および前記鏡筒を介して前記光学レンズに伝熱されるように構成されている、構成１から５のいずれかに記載の光学機器。
［構成７］
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）とをさらに備えた、構成６に記載の光学機器。
［構成８］
前記光学レンズによって形成される、光学的に共役な関係にある一対の共役面のうちの一方に配置された光学デバイスをさらに備えた、構成１から７のいずれかに記載の光学機器。
［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８に記載の光学機器。
［構成１０］
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９に記載の光学機器。
【0240】
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】
【0241】
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、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、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、２１１ マウント部材、２１１ａ 中空部、２１１ｂ 突出部、２１２ 鏡筒、２１３ 固定部材、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 囲繞部、２５２ 配線部、２５３ ヒータ部、２５４ 温度センサ、２６０ 断熱カバー、２６１ 第１カバー部、２６２ 第２カバー部、２６２ａ 挿通孔、２６２ｂ 貫通孔、２７０ 空気層、２８０ 伝熱部材、２８１ 基部、２８１ａ 挿通孔、２８１ｂ 貫通孔、２８２ 立壁部、２８３，２９１～２９４ 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、３１１ｂ 突出部、３１２ 鏡筒、３１３ 固定部材、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 囲繞部、３５２ 配線部、３５３ ヒータ部、３５４ 温度センサ、３６０ 断熱カバー、３６１ 第１カバー部、３６２ 第２カバー部、３６２ａ 挿通孔、３６２ｂ 貫通孔、３７０ 空気層、３８０ 伝熱部材、３８１ 基部、３８１ａ 挿通孔、３８１ｂ 貫通孔、３８２ 立壁部、３８３，３９１～３９３ 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】
【図18】