(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】2024-10-17
(45)【発行日】2024-10-25
(54)【発明の名称】光学式変位計
(51)【国際特許分類】
G01B 11/25 20060101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
G01B11/25 H
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2023116890
(22)【出願日】2023-07-18
(62)【分割の表示】P 2019085200の分割
【原出願日】2019-04-26
(65)【公開番号】P2023126981
(43)【公開日】2023-09-12
【審査請求日】2023-07-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮川 裕
【審査官】國田 正久
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１４５１６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２１１８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－２５７４６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２８７３０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－４６２７５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｙ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計であって、Ｘ方向に幅を有するスリット光を前記測定対象物に照射する光源と、
前記測定対象物からの反射光を、受光レンズを介して受光する画像センサであって、前記Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素による前記反射光の受光量を出力する画像センサと、
前記画像センサを収容するとともに、当該画像センサの姿勢を調整可能に支持する筐体と、
前記Ｕ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなる前記Ｖ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段と、
前記Ｕ方向における前記複数の画素列のそれぞれの位置と、前記Ｖ方向における前記ピーク位置とからＸ－Ｚ断面のプロファイルを生成する生成手段と、
前記筐体に支持された前記画像センサの姿勢を調整する調整機構と、
前記筐体を形成する複数の面のうち、前記画像センサの裏面と対向する面であって、当該画像センサと上面視で重複する位置に設けられ、前記調整機構に調整担当者がアクセスするための開口部と、
前記開口部を閉鎖する、取り外し可能なフタ部材と、
を有することを特徴とする光学式変位計。
【請求項2】
前記画像センサは、前記調整機構によって、前記受光レンズ及び前記スリット光の光軸に対してシャインプルーフ光学系を形成する姿勢を実現可能に構成されている請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項3】
前記調整機構は、前記画像センサの前記Ｕ方向の両端を挟持する複数の狭持部材を有し、
前記画像センサは、前記筐体に設けられた前記開口部を介して前記調整担当者によって、前記複数の狭持部材を回転軸として回転させられることによって、その姿勢を調整可能に構成されている請求項１または２に記載の光学式変位計。
【請求項4】
前記複数の狭持部材が構成する前記回転軸は、前記画像センサの前記Ｖ方向の略中心を通過する請求項３に記載の光学式変位計。
【請求項5】
前記画像センサで生成された画像を外部の表示装置に表示するＵＩ部をさらに備え、
前記画像センサで生成された画像を外部の表示装置に前記ＵＩ部により表示しながら、前記画像センサは、前記筐体に設けられた前記開口部を介して前記調整担当者によって、その姿勢を調整可能に構成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の光学式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光学式変位計に関する。
【背景技術】
【0002】
コンベイヤによってＹ方向に搬送される測定対象物（ワーク）についてＺ方向における高さを測定するために、光切断方式の光学式変位計が提案されている（特許文献１、２）。Ｙ方向とＺ方向とに直交する方向がＸ方向であり、ＸＹ平面にワークが載置されている。光学式変位計は、Ｘ方向に幅を有するスリット光をワークに照射し、ワークからの反射光を二次元配列の画像センサで受光する。スリット光の投光方向と画像センサの受光方向とは傾いており、三角測距の原理に基づき、ワークの高さが算出される。このような、光切断方式の光学式変位計はワークのＸ－Ｚ断面の輪郭（プロファイル）を一度に取得できる。Ｙ方向にワークを搬送しながら繰り返し撮像を実行することで、Ｙ方向における異なる位置でのプロファイルが取得される。また、複数のプロファイルからワークの三次元形状を示すデータが取得される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００８－０９６１２５号公報
【文献】特開２０１２－１０３２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、画像センサの受光面側には複数の光電変換素子（画素）を保護するためのカバーガラスが取り付けられている。受光面とカバーガラスとが近接しているため、強い反射光が受光面とカバーガラスとの間で多重反射することがあった。この場合、本来は反射光が入射しないはずの画素にまで多重反射した反射光が入射し、ワークの高さの誤測定が発生する。そこで、本発明は光切断方式の光学式変位計において測定対象物の誤測定を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、たとえば、
Ｙ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計であって、
Ｘ方向に幅を有するスリット光を前記測定対象物に照射する光源と、
前記測定対象物からの反射光を、受光レンズを介して受光する画像センサであって、前記Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素による前記反射光の受光量を出力する画像センサと、
前記画像センサを収容するとともに、当該画像センサの姿勢を調整可能に支持する筐体と、
前記Ｕ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなる前記Ｖ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段と、
前記Ｕ方向における前記複数の画素列のそれぞれの位置と、前記Ｖ方向における前記ピーク位置とからＸ－Ｚ断面のプロファイルを生成する生成手段と、
前記筐体に支持された前記画像センサの姿勢を調整する調整機構と、
前記筐体を形成する複数の面のうち、前記画像センサの裏面と対向する面であって、当該画像センサと上面視で重複する位置に設けられ、前記調整機構に調整担当者がアクセスするための開口部と、
前記開口部を閉鎖する、取り外し可能なフタ部材と、
を有することを特徴とする光学式変位計を提供する。
Ｙ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計であって、
Ｘ方向に幅を有するスリット光を前記測定対象物に照射する光源と、
前記測定対象物からの反射光を、受光レンズを介して受光する画像センサであって、前記Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素による前記反射光の受光量を出力する画像センサと、
前記画像センサを収容するとともに、当該画像センサの姿勢を調整可能に支持する筐体と、
前記Ｕ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなる前記Ｖ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段と、
前記Ｕ方向における前記複数の画素列のそれぞれの位置と、前記Ｖ方向における前記ピーク位置とからＸ－Ｚ断面のプロファイルを生成する生成手段と、
前記筐体に支持された前記画像センサの姿勢を調整する調整機構と、
前記筐体を形成する複数の面のうち、前記画像センサの裏面と対向する面であって、当該画像センサと上面視で重複する位置に設けられ、前記調整機構に調整担当者がアクセスするための開口部と、
前記開口部を閉鎖する、取り外し可能なフタ部材と、
を有することを特徴とする光学式変位計を提供する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、光切断方式の光学式変位計において測定対象物の誤測定が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】光学式変位計を説明する図
【図2】三角測距の原理を説明する図
【図3】プロファイルの測定を説明する図
【図4】ピーク位置の検出方法を説明する図
【図5】光学式変位計を構成する機能を説明するブロック図
【図6】カバーガラスと多重反射との関係を説明する図
【図7】支持部材を用いた密閉構造を説明する図
【図8】姿勢調整機構を説明する図
【図9】姿勢調整機構を説明する図
【図10】多重反射に起因した複数のピークを説明する図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一または同様の構成には同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。
【0009】
＜光学式変位計＞
図１は光学式変位計１００を示す図である。光学式変位計１００はベルトコンベイヤ４によりＹ方向に搬送されるワークＷのプロファイルおよび三次元形状を測定する装置である。この例では、Ｚ方向はワークＷの高さ方向に対応している。ヘッド部１はＸＺ平面と平行なスリット光Ｌ１を出力し、ワークＷからの反射光Ｌ２を受光することで、受光結果を制御部２に出力する。制御部２は、ヘッド部１が出力する受光結果に基づきワークＷのプロファイルを演算する。なお、制御部２はヘッド部１に統合されてもよい。プロファイルとはＸＺ平面と平行なワークＷの切断面の外縁を示すデータである。たとえば、プロファイルは（ｘｉ，ｚｉ）の集合体である（ｉはインデックス）。ｘｉはＸ方向における位置を示す。ｚｉはＺ方向における高さを示す。なお、３次元形状は、（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の集合体である。ｙｉは、Ｙ方向における位置を示す。制御部２は、一定周期ごとに、ヘッド部１に撮像を実行させることで、ｙｉが異なるワークＷのプロファイル（ｘｉ，ｚｉ）を求める。表示装置３は、光学式変位計１００によるワークＷの測定結果を表示したり、光学式変位計１００の設定を行うためのＵＩ（ユーザインタフェース）を表示したりする。操作部５は、光学式変位計１００に対するユーザ入力を受け付けるための入力装置である。
図１は光学式変位計１００を示す図である。光学式変位計１００はベルトコンベイヤ４によりＹ方向に搬送されるワークＷのプロファイルおよび三次元形状を測定する装置である。この例では、Ｚ方向はワークＷの高さ方向に対応している。ヘッド部１はＸＺ平面と平行なスリット光Ｌ１を出力し、ワークＷからの反射光Ｌ２を受光することで、受光結果を制御部２に出力する。制御部２は、ヘッド部１が出力する受光結果に基づきワークＷのプロファイルを演算する。なお、制御部２はヘッド部１に統合されてもよい。プロファイルとはＸＺ平面と平行なワークＷの切断面の外縁を示すデータである。たとえば、プロファイルは（ｘｉ，ｚｉ）の集合体である（ｉはインデックス）。ｘｉはＸ方向における位置を示す。ｚｉはＺ方向における高さを示す。なお、３次元形状は、（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の集合体である。ｙｉは、Ｙ方向における位置を示す。制御部２は、一定周期ごとに、ヘッド部１に撮像を実行させることで、ｙｉが異なるワークＷのプロファイル（ｘｉ，ｚｉ）を求める。表示装置３は、光学式変位計１００によるワークＷの測定結果を表示したり、光学式変位計１００の設定を行うためのＵＩ（ユーザインタフェース）を表示したりする。操作部５は、光学式変位計１００に対するユーザ入力を受け付けるための入力装置である。
【0010】
＜三次元測距の原理＞
図２は光切断方式（三角測距）の原理を説明する図である。ヘッド部１の筐体１５の内部には、光源６、投光レンズ７、受光レンズ１２および画像センサ１３が内蔵されている。光源６から出力された光は投光レンズ７を通過することでスリット光Ｌ１に変換される。筐体１５には、スリット光Ｌ１が通過するための透光窓８が設けられている。透光窓８には、防塵のための透光ガラス９ａが設けられている。同様に、筐体１５には反射光Ｌ２を筐体１５の内部に導くための受光窓１０が設けられている。受光窓１０には、防塵のための透光ガラス９ｂが設けられている。受光レンズ１２は反射光Ｌ２を画像センサ１３に結像させるためのレンズである。画像センサ１３は二次元配列された複数の画素（受光素子や光電変換素子と呼ばれてもよい）を有するセンサである。図２が示すように、光源６の投光軸に対して、画像センサ１３の受光軸は角度θだけ傾いている。つまり、高さＺ０からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ０の位置に結像する。高さＺ１からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ１の位置に結像する。高さＺ２からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ２の位置に結像する。このように画像センサ１３のＶ方向は、ワークＷのＺ方向に対応している。画像センサ１３のＵ方向は図示されていないが、Ｕ方向はワークＷのＸ方向に対応している。つまり、画像センサ１３が出力する受光結果である画像の縦方向はＶ方向であり、横方向はＵ方向である。
図２は光切断方式（三角測距）の原理を説明する図である。ヘッド部１の筐体１５の内部には、光源６、投光レンズ７、受光レンズ１２および画像センサ１３が内蔵されている。光源６から出力された光は投光レンズ７を通過することでスリット光Ｌ１に変換される。筐体１５には、スリット光Ｌ１が通過するための透光窓８が設けられている。透光窓８には、防塵のための透光ガラス９ａが設けられている。同様に、筐体１５には反射光Ｌ２を筐体１５の内部に導くための受光窓１０が設けられている。受光窓１０には、防塵のための透光ガラス９ｂが設けられている。受光レンズ１２は反射光Ｌ２を画像センサ１３に結像させるためのレンズである。画像センサ１３は二次元配列された複数の画素（受光素子や光電変換素子と呼ばれてもよい）を有するセンサである。図２が示すように、光源６の投光軸に対して、画像センサ１３の受光軸は角度θだけ傾いている。つまり、高さＺ０からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ０の位置に結像する。高さＺ１からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ１の位置に結像する。高さＺ２からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ２の位置に結像する。このように画像センサ１３のＶ方向は、ワークＷのＺ方向に対応している。画像センサ１３のＵ方向は図示されていないが、Ｕ方向はワークＷのＸ方向に対応している。つまり、画像センサ１３が出力する受光結果である画像の縦方向はＶ方向であり、横方向はＵ方向である。
【0011】
図２においてはスリット光Ｌ１がＺ軸方向に出力されるように光源６が配置されているが、光源６および投光レンズ７のペアと、画像センサ１３および結像レンズ１２とのペアとの位置関係は逆であってもよい。
【0012】
図３は画像センサ１３が出力する画像Ｉ１と、ワークＷの断面との関係を説明する図である。この例では、ワークＷのＸＺ断面において高さが三段階に変化している。より具体的には、Ｘ方向における位置Ｘ０から位置Ｘ１までの高さはＺ０である。位置Ｘ１からＸ２までの高さはＺ２である。位置Ｘ２からＸ３までの高さはＺ１である。画像Ｉ１は、このようなワークＷをヘッド部１により撮像して得られる画像である。なお、画像Ｉ１のＵ方向（横方向）はワークＷのＸ方向に対応している。つまり、画像Ｉ１の位置Ｕ０、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３はそれぞれ位置Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３に対応している。同様に、画像Ｉ１のＶ方向における位置Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ高さＺ０、Ｚ１、Ｚ２に対応している。スリット光Ｌ１がＸＹ平面に入射することで形成される光スポット（反射位置の集合）は直線状である。つまり、ベルトコンベイヤ４上にワークＷが存在しないときにヘッド部１が出力する画像には、ほぼ一直線状の光スポットが並ぶことになる。その一方で、一般的なワークＷの切断面のエッジの高さは一定でないことが多い。この場合、図３が示すように、複数の高さのそれぞれに対応したＶ方向の位置に光スポットが並ぶことになる。高さに応じてＶ方向の位置が変わることは、図２が示す通りである。このように制御部２は、あるＹ方向の位置で取得された画像ＩＭから各Ｕ方向の位置ごとにＶ方向の位置を演算することでプロファイルを生成する。なお、なお、ＸＺ座標系とＵＶ座標系との間には一定の縮尺関係があるため、制御部２は、簡単な演算により、ＵＶ座標系におけるプロファイルをＸＺ座標系におけるプロファイルに変換できる。
【0013】
＜位置（高さの演算）＞
図４は画像Ｉ１からプロファイルを構成する高さを演算する方法を説明する図である。スリット光Ｌ１はＹ方向において、ある程度の幅を持っている。そのため、反射光Ｌ２が画像センサ１３にもたらす光スポットの幅も複数画素にまたがるような幅となる。そこで、制御部２は各画素の輝度値から輝度値の変化を示す近似曲線Ｐ１を求め、近似曲線Ｐ１においてピーク値をもたらすＶ方向における位置を演算する。図４では一番左の列が注目列であり、注目列の輝度値の分布（近似曲線Ｐ１）が例示されている。近似曲線Ｐ１は、複数のサンプル値をカーブフィッティングするなどして求められる。検出閾値未満のサンプル値は考慮されない。このピーク値をもたらすＶ方向における位置がワークＷの高さを示している。制御部２は、Ｕ方向における各位置（各画素列）ごとに近似曲線Ｐ１を求め、近似曲線Ｐ１からピーク値をもたらすＶ方向の位置（高さ）を演算する。この演算処理をＵ方向における各位置で実行することで、一つのプロファイルが得られる。このような演算処理はサブピクセル処理と呼ばれてもよい。
図４は画像Ｉ１からプロファイルを構成する高さを演算する方法を説明する図である。スリット光Ｌ１はＹ方向において、ある程度の幅を持っている。そのため、反射光Ｌ２が画像センサ１３にもたらす光スポットの幅も複数画素にまたがるような幅となる。そこで、制御部２は各画素の輝度値から輝度値の変化を示す近似曲線Ｐ１を求め、近似曲線Ｐ１においてピーク値をもたらすＶ方向における位置を演算する。図４では一番左の列が注目列であり、注目列の輝度値の分布（近似曲線Ｐ１）が例示されている。近似曲線Ｐ１は、複数のサンプル値をカーブフィッティングするなどして求められる。検出閾値未満のサンプル値は考慮されない。このピーク値をもたらすＶ方向における位置がワークＷの高さを示している。制御部２は、Ｕ方向における各位置（各画素列）ごとに近似曲線Ｐ１を求め、近似曲線Ｐ１からピーク値をもたらすＶ方向の位置（高さ）を演算する。この演算処理をＵ方向における各位置で実行することで、一つのプロファイルが得られる。このような演算処理はサブピクセル処理と呼ばれてもよい。
【0014】
＜内部機能＞
図５は光学式変位計１００の内部機能を示している。ヘッド部１の通信部２１ａは、制御部２と通信するための通信回路である。駆動部２２は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがって駆動電流を光源６に流すことで光源６を点灯させる駆動回路である。センサ制御部２３は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがった所定の露光時間により画像センサ１３に撮像を実行させる制御回路である。なお、本実施形態では、センサ制御部２３は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがって所定のビニングを画像センサ１３に実行させる。
図５は光学式変位計１００の内部機能を示している。ヘッド部１の通信部２１ａは、制御部２と通信するための通信回路である。駆動部２２は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがって駆動電流を光源６に流すことで光源６を点灯させる駆動回路である。センサ制御部２３は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがった所定の露光時間により画像センサ１３に撮像を実行させる制御回路である。なお、本実施形態では、センサ制御部２３は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがって所定のビニングを画像センサ１３に実行させる。
【0015】
制御部２の通信部２１ｂはヘッド部１と通信するための通信回路である。ＣＰＵ２５は記憶部３０に記憶されている制御プログラムを実行することでヘッド部１を制御し、ヘッド部１から出力される受光結果に基づきワークＷのプロファイルおよび三次元形状を測定する。ピーク検出部２６は、画像センサ１３が出力する受光結果に基づき輝度値のピークをもたらすＶ方向の位置（ピーク位置）を検出する。ピーク位置はワークＷの高さに対応している。つまり、ピーク検出部２６は、Ｘ方向における各位置ごとのワークＷの高さを演算により求める。プロファイル生成部２７は、ピーク検出部２６により求められたＸ方向における各位置（ｘｉ）ごとのワークＷの高さ（ｚｉ）をまとめることで、一つのプロファイルデータを生成する。つまり、一つのプロファイルデータは、複数の高さ（ｚｉ）の集合体である。プロファイル生成部２７は、Ｙ方向における異なる位置（ｙｉ）ごとにプロファイルデータを求め、求められた複数のプロファイルデータからワークＷの三次元形状を示すデータを生成する。なお、ワークＷの三次元形状のデータは、求められた複数のプロファイルデータの集合体である。選択部２８は、操作部５から入力されるユーザ指示に基づいて、後述されるビニングの比率を選択する。ＵＩ部２９は、プロファイル生成部２７により求められたプロファイルデータまたは画像Ｉ１を表示装置３に表示したり、ビニングの比率を選択するためのＵＩを表示装置３に表示したりする。
【0016】
＜防塵対策＞
図６（Ａ）は画像センサ１３の防塵構造を説明する図である。画像センサ１３を構成するいずれかの画素にゴミが付着すると、画像にゴミが写り込んでしまう。画像に写り込んだゴミはワークＷの測定結果に誤差をもたらす。そこで、画像センサ１３の受光面側にはカバーガラス１４が固定されている。カバーガラス１４が画像センサ１３の受光面を覆っているため、受光面にはゴミが付着しない。
図６（Ａ）は画像センサ１３の防塵構造を説明する図である。画像センサ１３を構成するいずれかの画素にゴミが付着すると、画像にゴミが写り込んでしまう。画像に写り込んだゴミはワークＷの測定結果に誤差をもたらす。そこで、画像センサ１３の受光面側にはカバーガラス１４が固定されている。カバーガラス１４が画像センサ１３の受光面を覆っているため、受光面にはゴミが付着しない。
【0017】
ところで、三角測距の精度を上げるためには、光源６、受光レンズ１２の主面、および画像センサ１３の受光面がシャインプルーフの条件を満たすことが重要である。シャインプルーフの条件が満たされると、画像センサ１３により生成される画像において、ワークＷにおける高い部分と低い部分との両方にピントが合うようになる（シャインプルーフの原理）。シャインプルーフの条件はワークＷの高さを画像から判定する上で重要な条件である。
【0018】
その一方で、画像センサ１３がシャインプルーフ条件を満たすように配置されたときに、反射光Ｌ２が画像センサ１３の受光面とカバーガラス１４との間で多重反射してしまうことがある。このような場合、図６（Ａ）が示すように、位置Ｖ３だけでなく位置Ｖ３'にも受光量のピークが発生してしまう。ピーク検出部２６が二つのピークのうちどちらを選択するかは大きな問題である。たとえば、ＣＰＵ２５は、ヘッド部１に近い側のピーク（Ｖ３'）を優先する設定と遠い側のピーク（Ｖ３）を優先する設定とのうちのいずれかをユーザに選択させてもよい。しかし、ユーザにとって近い側と遠い側を正しく選択することは簡単ではない。ワークＷの表面の特徴や光学式変位計１００の特徴を十分に理解し、かつ、かなりの測定の経験を積まなければ、ユーザは正しい選択を行うことはできない。
【0019】
図１０は多重反射が発生しかつ遠い側のピークを優先することが選択された事例を示している。この例では、位置Ｖ４に本来のピークが発生しているが、位置Ｖ４'と位置Ｖ４"にも偽のピークが発生している。この場合に近い側のピークが選択されると、図１０のピーク判定結果Ｇが示すように、偽のピークが選択されてしまうことがある。したがって、ユーザに負担をかけることなく、より正しい測定結果を得られるようにするヘッド部１の構造が必要である。
【0020】
図６（Ｂ）はカバーガラス１４を取り去られた画像センサ１３を示している。多重反射の原因であったカバーガラス１４が存在しないため、偽のピークが発生しない。なお、カバーガラス１４が存在しないため、カバーガラス１４に代わる防塵機能が必要となる。これは、たとえば、筐体１５自体を密閉構造（防塵構造）とすることで達成可能である。密閉構造とは、筐体１５の外部から内部への空気の侵入を防ぐことが可能な構造をいう。
【0021】
図７は他の防塵構造を示す図である。この例では、断面がくさび形状をした支持部材１６とカバーガラス１４とで構成された防塵構造が採用されている。支持部材１６は、画像センサ１３と対向し、かつ、画像センサ１３の縁部と結合される頂面４０と、カバーガラス１４が取り付けられる底面４１とを有している。頂面４０は画像センサ１３の受光面に対して平行であるが、底面４１は画像センサ１３の受光面に対して傾斜している。カバーガラス１４は平板であり、受光レンズ１２の主面に対して平行である。支持部材１６の中央に反射光Ｌ２が通過するための空間１７が設けられている。空間１７は、底面４１に設けられた開口部４３から、頂面４０に設けられた開口部４２まで連通した貫通孔である。このように、画像センサ１３の受光面は、支持部材１６とカバーガラス１４とによって密閉されるため、ゴミが受光面に侵入しにくくなる。また、画像センサ１３の受光面とカバーガラス１４とが近接していないため、多重反射が起こりにくい。
【0022】
このように、本来画像センサ１３の表面に付着されるカバーガラスを画像センサ１３から外し、画像センサ１３を支持する支持部材１６の受光レンズ１２に対向する側の位置に設けることにより、画像センサ１３へのゴミ付着を防止するとともに、カバーガラス１４と画像センサ１３の間での多重反射を効果的に防止できる。
【0023】
＜姿勢調整穴＞
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は頂面側からヘッド部１を見た図である。上述したように、画像センサ１３の姿勢はシャインプルーフ条件を満たすことが望ましい。そのため、ヘッド部１の筐体１５の頂面には姿勢調整穴３３が設けられている。図８（Ａ）が示すように、姿勢調整穴３３はフタ５０によって覆われている。フタ５０は四つのビス３１などの固定具により筐体１５に固定される。四つのビス３１は筐体１５に設けられた四つのネジ穴３２にそれぞれ螺合する。
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は頂面側からヘッド部１を見た図である。上述したように、画像センサ１３の姿勢はシャインプルーフ条件を満たすことが望ましい。そのため、ヘッド部１の筐体１５の頂面には姿勢調整穴３３が設けられている。図８（Ａ）が示すように、姿勢調整穴３３はフタ５０によって覆われている。フタ５０は四つのビス３１などの固定具により筐体１５に固定される。四つのビス３１は筐体１５に設けられた四つのネジ穴３２にそれぞれ螺合する。
【0024】
フタ５０を筐体１５から取り外し、姿勢調整穴３３から筐体１５の内部を覗き込むと、図８（Ｂ）が示すように、画像センサ１３を含む基板が見える。画像センサ１３を含む基板は支持部材１６によって支持されている。姿勢調整ネジ３４は、筐体１５に固定された保持部３５のネジ穴に螺合している。
【0025】
図９（Ａ）が示すように、支持部材１６は、画像センサ１３の両端を挟持する挟持部材３７を有している。図９（Ａ）では一つの挟持部材３７が示されているが、画像センサ１３を挟んだ向こう側にはもう一つの挟持部材３７が存在する。挟持部材３７には支持ピン３８が設けられている。支持ピン３８は、筐体１５に設けられた穴に対して回転可能に嵌合する。つまり、支持ピン３８は、画像センサ１３の姿勢を調整するための回転軸となる。この回転軸は、画像センサ１３の中心を通過するように存在している。
【0026】
図９（Ａ）と図９（Ｂ）とから理解可能なように、支持部材１６の後端側には弾性部材３６の一端が当接または結合されている。弾性部材３６の他端は筐体１５に当接または結合されている。図９（Ｂ）が示すように、姿勢調整穴３３から挿入されたマイクロメータ３９の先端が、支持部材１６の先端側を押すことで、支持ピン３８を回転軸として、画像センサ１３は支持部材１６とともに左回りに回転する。これにより、画像センサ１３の姿勢が調整される。なお、画像センサ１３が左回り（半時計方向）に回転すると、弾性部材３６は支持部材１６の後端側により押し上げられて縮む。一方で、画像センサ１３が右回り（時計方向）に回転すると、弾性部材３６は支持部材１６の後端側を押し下げる。弾性部材３６はゴムまたはバネなどであってもよい。組立担当者は、画像センサ１３により取得された画像を確認しながら、マイクロメータ３９を回転させる。これにより、画像センサ１３がシャインプルーフ条件を満たすように支持部材１６および画像センサ１３の姿勢が調整される。
【0027】
＜まとめ＞
［観点１］
図１が示すように光学式変位計１００はＹ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計の一例である。光源６はＸ方向とＺ方向との両方に平行なスリット光Ｌ１を測定対象物（ワークＷ）に照射する光源の一例である。また、光源６はＸ方向に幅を有するスリット光を測定対象物に照射する光源の一例である。画像センサ１３は、測定対象物からの反射光Ｌ２を、受光レンズ１２を介して受光する画像センサであって、Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、複数の画素による反射光の受光量を出力する。図７などが示すように、カバーガラス１４は、画像センサ１３から離間し、かつ画像センサの受光面に対して斜めに配置されたカバーガラスとして機能する。筐体１５は画像センサ１３とカバーガラス１４とを収容する筐体として機能する。ピーク検出部２６はＵ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなるＶ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段として機能する。プロファイル生成部２７はＵ方向における複数の画素列のそれぞれの位置と、Ｖ方向におけるピーク位置とからＸ－Ｚ断面のプロファイルを生成する生成手段として機能する。
［観点１］
図１が示すように光学式変位計１００はＹ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計の一例である。光源６はＸ方向とＺ方向との両方に平行なスリット光Ｌ１を測定対象物（ワークＷ）に照射する光源の一例である。また、光源６はＸ方向に幅を有するスリット光を測定対象物に照射する光源の一例である。画像センサ１３は、測定対象物からの反射光Ｌ２を、受光レンズ１２を介して受光する画像センサであって、Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、複数の画素による反射光の受光量を出力する。図７などが示すように、カバーガラス１４は、画像センサ１３から離間し、かつ画像センサの受光面に対して斜めに配置されたカバーガラスとして機能する。筐体１５は画像センサ１３とカバーガラス１４とを収容する筐体として機能する。ピーク検出部２６はＵ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなるＶ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段として機能する。プロファイル生成部２７はＵ方向における複数の画素列のそれぞれの位置と、Ｖ方向におけるピーク位置とからＸ－Ｚ断面のプロファイルを生成する生成手段として機能する。
【0028】
このように、カバーガラス１４は、画像センサ１３の受光面に対して斜めに配置されているため、多重反射光が発生しにくくなる。その結果、光切断方式の光学式変位計において測定対象物の誤測定が抑えられるようになる。
【0029】
［観点２］
画像センサ１３と受光レンズ１２とはシャインプルーフ光学系を形成するように配置されている。つまり、画像センサ１３、受光レンズ１２およびスリット光Ｌ１の光軸がシャインプルーフ光学系を形成するように配置されている。これにより、ワークＷの様々な位置にピントが合った画像Ｉ１が生成されるようになる。図３の画像Ｉ１が示すように、それぞれ異なる反射位置（ワークＷの高さ）で反射してきた複数の反射光Ｌ２が受光面に結像したときのピークスポットの幅がほぼ一定となる。これにより、精度よく、ピーク位置を特定できるようになるため、ワークＷの高さの測定精度が向上する。
画像センサ１３と受光レンズ１２とはシャインプルーフ光学系を形成するように配置されている。つまり、画像センサ１３、受光レンズ１２およびスリット光Ｌ１の光軸がシャインプルーフ光学系を形成するように配置されている。これにより、ワークＷの様々な位置にピントが合った画像Ｉ１が生成されるようになる。図３の画像Ｉ１が示すように、それぞれ異なる反射位置（ワークＷの高さ）で反射してきた複数の反射光Ｌ２が受光面に結像したときのピークスポットの幅がほぼ一定となる。これにより、精度よく、ピーク位置を特定できるようになるため、ワークＷの高さの測定精度が向上する。
【0030】
［観点３］
支持部材１６はカバーガラス１４と画像センサ１３の受光面とを密閉する密閉部材として機能する。これにより、画像センサ１３の受光面にゴミなどが侵入しにくくなる。
支持部材１６はカバーガラス１４と画像センサ１３の受光面とを密閉する密閉部材として機能する。これにより、画像センサ１３の受光面にゴミなどが侵入しにくくなる。
【0031】
［観点４］
密閉部材として機能する支持部材１６は、画像センサ１３とカバーガラス１４との間に配置され、カバーガラス１４を支持するくさび形の支持部材であってもよい。これにより、画像センサ１３に対して斜めに配置されたカバーガラス１４を安定的に支持することが可能となる。
密閉部材として機能する支持部材１６は、画像センサ１３とカバーガラス１４との間に配置され、カバーガラス１４を支持するくさび形の支持部材であってもよい。これにより、画像センサ１３に対して斜めに配置されたカバーガラス１４を安定的に支持することが可能となる。
【0032】
［観点５］
図６（Ｂ）に関連して説明されたように、筐体１５が密閉部材として機能してもよい。これにより、簡易な構造で防塵機能と、多重反射の低減とを達成することが可能となる。
図６（Ｂ）に関連して説明されたように、筐体１５が密閉部材として機能してもよい。これにより、簡易な構造で防塵機能と、多重反射の低減とを達成することが可能となる。
【0033】
［観点６］
受光レンズ１２は、測定対象物からの反射光Ｌ２を画像センサ１３の受光面に結像させる受光レンズとして機能する。図７が示すように、反射光Ｌ２が入射するカバーガラス１４の入射面は、受光レンズ１２の光軸に対して直交している。つまり、カバーガラス１４の入射面は、受光レンズ１２の主面に対して平行に配置される。
受光レンズ１２は、測定対象物からの反射光Ｌ２を画像センサ１３の受光面に結像させる受光レンズとして機能する。図７が示すように、反射光Ｌ２が入射するカバーガラス１４の入射面は、受光レンズ１２の光軸に対して直交している。つまり、カバーガラス１４の入射面は、受光レンズ１２の主面に対して平行に配置される。
【0034】
［観点７］
図８（Ｂ）、図９（Ａ）および図９（Ｂ）は画像センサ１３の姿勢を調整する調整機構を示している。姿勢調整穴３３は、筐体１５を形成する複数の面のうち、画像センサ１３の裏面と対向する面（頂面）に設けられ、調整機構に調整担当者がアクセスするための開口部として機能する。フタ５０は、開口部を閉鎖する、取り外し可能なフタ部材として機能する。これにより、調整担当者は容易に画像センサ１３の姿勢を調整することが可能となる。
図８（Ｂ）、図９（Ａ）および図９（Ｂ）は画像センサ１３の姿勢を調整する調整機構を示している。姿勢調整穴３３は、筐体１５を形成する複数の面のうち、画像センサ１３の裏面と対向する面（頂面）に設けられ、調整機構に調整担当者がアクセスするための開口部として機能する。フタ５０は、開口部を閉鎖する、取り外し可能なフタ部材として機能する。これにより、調整担当者は容易に画像センサ１３の姿勢を調整することが可能となる。
【0035】
筐体１５は、画像センサ１３を密閉状態で収容する筐体として機能してもよい。つまり、画像センサ１３と受光レンズ１２との間にはカバーガラス１４が設けられていない。この場合、カバーガラス１４が省略可能となり、かつ、多重反射も低減でき、さらに、ゴミの侵入も軽減されよう。
【0036】
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
