JP7478084B2 - 光学測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定領域に測定光を投射して測定対象物を測定する光学測定装置に関する。

例えば、特許文献１には、光源から照射された光を貼り合わせ基板の外周縁越しに画像センサに向けて照射し、基板のエッジの影像を画像センサに投影することで、２枚の基板の位置ずれを検出することが開示されている。画像センサ側には、テレセントリックレンズが設けられており、基板のエッジの影像はテレセントリックレンズを介して画像センサに投影される。

特開２０１２－７８９８号公報

ところで、光源から測定領域に測定光を投射してワーク越しでワークの影像を撮像面に結像させる光学測定装置は、ワークの幾何形状を測定すること以外にも、ワークの位置決めやアライメント測定などにも用いられることがある。その際に、基準となる面に対して、光軸が水平垂直でないと、ワークが光軸方向に移動した時にワークの位置がずれて撮像面に結像してしまい、測定精度の低下をもたらす。したがって、上記のような光学測定装置では、光軸調整を考慮した構造が望まれている。

光軸調整のしやすさを考慮すると、光学系へのアクセスの良さが重視されるので、そのアクセスの良さを優先すべく、まず、筐体とは別体の別ユニットに対して光学系を取り付けるとともに、その別ユニットに発光素子や撮像素子も取り付けるようにし、この取付構造において光学系、発光素子、撮像素子等の位置や傾きを調整し、固定することで光軸調整を可能にすることが考えられる。

ところが、別ユニットは、光学系と撮像素子とを取り付けた状態で筐体内に設置して組み立てることになるので、測定精度の低下をもたらしやすく、筐体内に設置した後は、外部から撮像素子の位置や傾きを調整することは困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基準となる面に対して光軸調整され、高い測定精度が得られる光学測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の開示では、測定領域に向けて平行光を投射する投光用ユニットと、前記投光用ユニット側と対向して配置され、測定領域を通過する前記平行光を受光して、当該測定領域における測定対象物の画像を生成する受光用ユニットと、前記受光用ユニットで生成された画像に基づいて測定対象物の寸法測定を実施する寸法測定手段とを備え、測定領域に測定光を投射してワークを測定する光学測定装置を前提とする。光学測定装置の受光用ユニットは、測定領域を通過した平行光が入射する受光側テレセントリックレンズと、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を受光して、前記測定領域における測定対象物の画像を生成するために前記測定領域における測定対象物を撮像する二次元撮像素子と、一側面に導入用開口が形成されるとともに、設置する時の基準となる基準面と、当該基準面を介して設置するための筐体設置孔とが当該一側面とは異なる外面に設けられた箱形状を有し、前記受光側テレセントリックレンズが取り付けられるとともに前記二次元撮像素子を収容する受光用筐体と、前記受光用筐体の前記一側面と対向する内面に対して前記二次元撮像素子の位置及び姿勢を調整可能に取り付けられる前記二次元撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、前記導入用開口を閉塞する（閉じる）蓋体とを備えている。

この構成によれば、投光用ユニットと受光用ユニットとを測定領域を挟むように設置することで、投光用ユニットから測定領域へ投射された平行光が測定領域を通過して受光用ユニットの受光側テレセントリックレンズに入射する。受光側テレセントリックレンズに入射した平行光は、二次元撮像素子の撮像面で受光される。このとき、測定領域にワークが配置されていると、ワークの影像が二次元撮像素子の撮像面に結像し、これにより、ワークの形状や各部の寸法の測定が可能になる。

また、受光用筐体は、一側面に導入用開口が形成されており、設置する時の基準となる基準面と、基準面を介して設置するための筐体設置孔とが一側面とは異なる外面に設けられた箱形状を有している。このような箱形状の受光用筐体には、受光側テレセントリックレンズが取り付けられている。そして、受光用筐体の一側面と対向する内面に対し、二次元撮像素子を保持する撮像素子ホルダが設けられ、二次元撮像素子は、その位置及び姿勢が調整可能に取り付けられている。つまり、箱形状からなる高剛性の受光用筐体において、導入用開口が形成された一側面とは異なる外面に基準面や筐体設置孔が設けられるとともに、このような受光用筐体に、受光側テレセントリックレンズが取り付けられている。そして、二次元撮像素子は、一側面と対向する内面に、位置及び姿勢が調整可能となるよう取り付けられている。これにより、受光用筐体に対して受光側テレセントリックレンズを高精度に位置決めして高い測定精度が得られるとともに、基準となる面に対して二次元撮像素子の光軸調整を容易に行うことができる。

第２の開示では、前記二次元撮像素子は、当該二次元撮像素子の位置及び姿勢の調整を可能にする調整機構及び前記撮像素子ホルダを介して前記受光用筐体の内面に取り付けられ、前記調整機構は、前記二次元撮像素子を前記受光用筐体に固定した固定状態と、前記二次元撮像素子を前記受光用筐体に対して変位可能にする非固定状態とに切り替える固定具を有し、前記受光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記受光用筐体の外部から前記調整機構の前記固定具にアクセスするための第１アクセス用開口が形成されている。これにより、受光用筐体を設置した状態で、二次元撮像素子の光軸がずれている場合には、受光用筐体に設けられている第１アクセス用開口から調整機構の固定具にアクセスして固定具を操作できる。固定具を操作することで、二次元撮像素子を受光用筐体に対して非固定状態にして二次元撮像素子を変位させることができる。これにより、二次元撮像素子の光軸を調整できる。調整後は、固定具を操作して二次元撮像素子を受光用筐体に対して固定状態にすることができる。つまり、二次元撮像素子を保持した状態の撮像素子ホルダを受光用筐体内に入れるための導入用開口とは別に、第１アクセス用開口を形成していることで、筐体内に設置した状態で二次元撮像素子の光軸調整が容易に行える。

第３の開示では、前記第１アクセス用開口は、前記二次元撮像素子の撮像面と略直交する方向から前記固定具にアクセス可能に形成されている。これにより、二次元撮像素子の撮像面と平行な方向から固定具にアクセスする場合と比べて、受光用筐体に対して二次元撮像素子を固定しやすくなる。

第４の開示では、前記投光用ユニットと前記受光用ユニットとが対向して配置されるよう前記投光用筐体と前記受光用筐体が着脱自在に固定される固定部材を備え、前記固定部材には、当該固定部材に固定された前記受光用筐体に形成された前記第１アクセス用開口と対応する位置に当該第１アクセス用開口と通じる貫通孔が形成されている。この構成によれば、投光用筐体及び受光用筐体を固定部材に固定して位置決めしたまま、固定部材の貫通孔及び受光用筐体のアクセス用開口から調整機構の固定具にアクセスして固定具を容易に操作できる。

第５の開示では、前記受光用筐体は、さらに、前記受光用筐体の前面に測定領域を通過した平行光を内部に受け入れる受光窓を有し、前記受光側テレセントリックレンズは、前記受光窓に取り付けられている。すなわち、受光側テレセントリックレンズは、箱形状の受光用筐体の一部であって、剛性の高い受光窓に取り付けられるので、高い測定精度を得ることができる。

第６の開示では、前記受光用筐体には、前記受光側テレセントリックレンズを取り付けるための第１の座が形成されているので、受光側テレセントリックレンズを受光用筐体に直接取り付けることができ、受光側テレセントリックレンズの受光用筐体に対する位置決め精度を高めることができる。

第７の開示では、前記受光側テレセントリックレンズを前記第１の座に押し付ける方向に付勢するレンズ付勢部材を備えているので、受光側テレセントリックレンズを受光用筐体の予め定められた位置に正確に固定しやすくなり、組立誤差が生じにくくなる。
第８の開示では、前記受光用筐体は、さらに、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体が取り付けられ、前記受光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記受光用筐体に固定的に取り付けられている。反射体による光の折り返しにより、光学測定装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、受光側テレセントリックレンズと反射体の両方を、剛性の高い箱形状の受光用筐体に固定的に取り付けることで、コンパクトな光学測定装置においても高い測定精度を得ることができる。

第９の開示では、前記受光用筐体には、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体を取り付けるための第２の座が形成されているので、反射体を受光用筐体に直接取り付けることができ、反射体の受光用筐体に対する位置決め精度を高めることができる。

第１０の開示では、前記反射体を前記第２の座に押し付ける方向に付勢する反射体付勢部材を備えているので、反射体を受光用筐体の予め定められた位置に正確に固定しやすくなり、組立誤差が生じにくくなる。

第１１の開示では、前記受光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記反射体が嵌め込まれる反射体取付孔が形成され、前記第２の座は、前記反射体取付孔の内周面から径方向内方へ突出する突出部で構成され、前記受光用筐体には、前記反射体取付孔を前記受光用筐体の外から覆うカバーが取り付けられている。

この構成によれば、反射体を反射体取付孔に嵌め込むことで第２の座によって位置決めできる。この状態でカバーを受光用筐体に取り付けると、反射体取付孔が塞がれて防水性及び防塵性が高まるとともに、反射体の脱落が抑制される。加えて、第２の座は、所定面積を有する面で構成されるので、反射体を面で固定でき、位置決め精度を高めることができる。

第１２の開示では、前記撮像素子ホルダは、前記反射体と前記二次元撮像素子との間に配置されて前記反射体にて反射した光が入射し、入射した光を前記二次元撮像素子へ出射させる受光側レンズユニットを有し、前記受光側テレセントリックレンズと前記受光側レンズユニットとは両側テレセントリック光学系を形成している。これにより、場所や角度に対する均一性を増すことができ、ひいては測定再現性を向上させることができる。

第１３の開示では、測定領域に向けて平行光を投射する投光用ユニットと、前記投光用ユニットと対向して配置され、測定領域を通過する前記平行光を受光して、当該測定領域における測定対象物の画像を生成する受光用ユニットと、前記受光用ユニットで生成された画像に基づいて測定対象物の寸法測定を実施する寸法測定手段とを備える光学測定装置を前提とする。前記投光用ユニットは、測定領域に投射する測定光を生成する光源と、前記光源により生成された測定光が入射され、該測定光を測定領域に向けた平行光に変換する投光側テレセントリックレンズと、一側面に導入用開口が形成されるとともに、当該一側面とは異なる外面に、設置する時の基準となる基準面と、当該基準面を介して設置するための筐体設置孔とが設けられた箱形状を有し、前記投光側テレセントリックレンズが取り付けられるとともに前記光源を収容する投光用筐体と、前記投光用筐体の前記一側面と対向する内面に対して前記光源の位置及び姿勢を調整可能に取り付けられる前記光源を保持する光源ホルダと、前記導入用開口を閉塞する蓋体とを備える。これにより、投光側も受光側と同様に、投光側テレセントリックレンズを高精度に位置決めして高い測定精度が得られるとともに、基準となる面に対し、光源の位置及び姿勢の調整を容易に行うことができる。

第１４の開示では、前記光源は、当該光源の位置及び姿勢の調整を可能にする前記光源ホルダを介して前記投光用筐体の内面に取り付けられ、前記投光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記投光用筐体の外部から前記光源ホルダにアクセスするための第２アクセス用開口が形成されている。つまり、投光用筐体における導入用開口が形成された面とは異なる面に第２アクセス用開口を形成していることで、光源ホルダを筐体内に設置した状態で、光源の位置及び姿勢の調整を容易に行うことができる。

第１５の開示では、前記投光用筐体は、さらに、前記投光用筐体の前面に測定領域にむけて投射される平行光が通過する投光窓を有し、前記投光側テレセントリックレンズは、前記投光窓に取り付けられている。すなわち、投光側テレセントリックレンズは、箱形状の投光用筐体の一部であって、剛性の高い投光窓に取り付けられるので、高い測定精度を得ることができる。

第１６の開示では、前記投光用筐体には、前記投光側テレセントリックレンズを取り付けるための第３の座が形成されている。第３の座が投光用筐体に形成されていることで、投光用筐体には投光側テレセントリックレンズを取り付けるための貫通孔が不要になり、防水性及び防塵性が高まる。

第１７の開示では、前記投光側テレセントリックレンズを前記第３の座に押し付ける方向に付勢するレンズ付勢部材を備えている。これにより、投光側テレセントリックレンズを投光用筐体の予め定められた位置に正確に固定しやすくなり、組立誤差が生じにくくなる。

第１８の開示では、前記投光用筐体は、さらに、前記光源からの測定光を折り返して前記投光側テレセントリックレンズに導く反射体が取り付けられ、前記投光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記投光用筐体に固定的に取り付けられている。これにより、反射体による光の折り返しにより、光学測定装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、投光側テレセントリックレンズと反射体の両方を、剛性の高い箱形状の投光用筐体に固定的に取り付けることで、コンパクトな光学測定装置においても高い測定精度を得ることができる。

第１９の開示では、前記受光用筐体には、前記光源からの測定光を折り返して前記投光側テレセントリックレンズに導く反射体を取り付けるための第４の座が形成されている。これにより、コンパクトな光学測定装置において反射体の組み立て誤差を低減することができる。

以上説明したように、箱形状からなる高剛性の受光用筐体の外面に、基準面や筐体設置孔が設けられるとともに、高剛性の受光用筐体に受光側テレセントリックレンズが取り付けられている。そして、二次元撮像素子は、位置及び姿勢が調整可能となるよう取り付けられている。これにより、受光側テレセントリックレンズを高精度に位置決めして高い測定精度が得られるとともに、基準となる面に対して二次元撮像素子の光軸調整を容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係る光学測定装置の模式図である。 投光用ユニット及び受光用ユニットを固定部材に固定して使用する形態を示す斜視図である。 投光用ユニット及び受光用ユニットを固定部材に固定して使用する形態を示す側面図である。 固定部材を使用せずに投光用ユニット及び受光用ユニットを設置する形態を示す斜視図である。 固定部材を使用せずに投光用ユニット及び受光用ユニットを設置する形態を示す側面図である。 投光用ユニット及び受光用ユニットを固定部材に固定して使用する場合の光軸に沿った縦断面図である。 光像の位置や大きさについて説明する図である。 受光用ユニットの縦断面図である。 テレセントリックレンズ及び受光側反射体を外した状態を示す図７相当図である。 受光用筐体への各部材の取付構造の概略を説明する図である。 二次元撮像素子が固定された撮像素子ホルダの斜視図である。 撮像素子ホルダの分解斜視図である。 固定部材に固定された投光用ユニット及び受光用ユニットを斜め下方から見た斜視図であり、受光用ユニットの蓋体を開けた状態を示す。 固定部材を外し、投光用ユニットの側面を開放した状態を示す図１１Ａ相当図である。 投光用ユニットの反射体取付部及びその近傍を示す斜視図である。 受光用ユニットの受光側反射体取付座及びその近傍を示す斜視図である。 受光用ユニットを斜め下方から見た斜視図である。 図３におけるXIII－XIII線断面図である。 投光用ユニット及び受光用ユニットを固定部材に固定して使用する場合の底面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る光学測定装置１の概略構成を模式的に示すものである。光学測定装置１は、測定領域Ｓに測定光を投射して測定対象物であるワークＷを測定する装置であり、投光用ユニット１０と、受光用ユニット３０と、制御装置７０と、キーボード８０及びマウス８１と、表示装置８２と、記憶装置８３とを備えている。また、制御装置７０にはプログラマブルコントローラ９０が接続されている。キーボード８０及びマウス８１は、操作手段の一例であり、例えばタッチパネル式の操作手段等であってもよい。表示装置８２は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成されている。記憶装置８３は、例えばハードディスクドライブやＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等で構成されている。プログラマブルコントローラ９０は、外部制御機器の一例であり、制御装置７０から出力される所定の制御信号を受信し、外部に接続された各種機器を制御する。

投光用ユニット１０は、ワークＷが配置される測定領域Ｓに投射する測定光を生成する光源１１と、光源１１を保持する光源ホルダ１２と、拡散手段１３と、投光側反射体１４と、投光側テレセントリックレンズ１５と、投光用筐体２０とを備えている。

受光用ユニット３０は、二次元撮像素子３１と、二次元撮像素子３１を保持する撮像素子ホルダ３７と、受光レンズ３３と、絞り３４と、受光側反射体３５と、受光側テレセントリックレンズ３６と、撮像制御部３９と、受光用筐体４０とを備えている。撮像制御部３９は、受光用ユニット３０に設けることができるが、投光用ユニット１０に設けられていてもよい。

投光用筐体２０及び受光用筐体４０は高剛性な金属材からなる単一部材で構成されており、各種位置決めの基準となる面や、各部材の取り付けの基準となる面、各部材が接触する面等は切削加工されていて高い精度が確保されている。各種位置決めの基準となる面や、各部材が取り付けの基準となる面、各部材が接触する面等は成型によって形成されてもよい。

また、制御装置７０は、画像取得部７１と、ＤＳＰ７２と、ＣＰＵ７３と、メモリ７４と、入出力回路７５とを備えている。制御装置７０は、例えばパーソナルコンピュータ等で構成することができる。画像取得部７１で取得された測定画像のデータは、ＤＳＰ７２で信号処理された後、ＣＰＵ７３に出力される。ＣＰＵ７３では、測定画像のエッジを抽出し、抽出されたエッジを用いて寸法測定を実行する。測定画像のエッジ抽出処理は従来から周知の手法を用いることができる。寸法測定としては、例えば２つのエッジ間の距離等である。メモリ７４には、ＲＡＭ及びＲＯＭが含まれており、ＣＰＵ７３に所定の機能を実行させるプログラムの記憶や、測定画像、測定結果の一時的な記憶のために利用される部分である。入出力回路７５は、測定画像や測定結果、制御信号を外部へ出力するとともに、キーボード８０やマウス８１の操作状態の入力を受け付ける回路である。測定画像や測定結果は、入出力回路７５から記憶装置８３に出力することができる。また、制御信号は、入出力回路７５からプログラマブルコントローラ９０に出力することができる。さらに、測定画像や測定結果は、所定のユーザーインターフェース画面を示すデータとともに表示装置８２に出力して表示させることができる。ユーザーインターフェース画面は、ＣＰＵ７３で生成することができる。

（光学測定装置１の使用形態）
図２及び図３は、投光用ユニット１０及び受光用ユニット３０を共通の固定部材６０に固定して使用する形態である。固定部材６０は、光学測定装置１の一部を構成する部材であり、所定方向に長い金属製の板材で構成され、高い剛性を持っている。固定部材６０の長手方向一側に投光用ユニット１０を取り付け、固定部材６０の長手方向他側に受光用ユニット３０を取り付けて使用する。固定部材６０の形状は、図示した形状に限られるものではなく、例えば中空状の部材であってもよい。

一方、図３及び図５は、投光用ユニット１０及び受光用ユニット３０を固定部材６０に固定せずに使用する形態である。この形態では、投光用ユニット１０及び受光用ユニット３０を、測定を行う現場にある各種部材（図示せず）に固定して使用する。

どちらの使用形態も、投光用ユニット１０と受光用ユニット３０との間に測定領域Ｓが形成される。また、投光用ユニット１０と受光用ユニット３０との距離（ワーキングディスタンス）は予め設定された距離以内とされている。

また、この実施形態の説明では、図３や図５に示すように、投光用ユニット１０と受光用ユニット３０とが水平方向に離れていて、両ユニット１０、３０の光軸が水平方向に延び、かつ互いに一致する場合について説明するが、光軸が斜めに延びるように両ユニット１０、３０を配置してもよいし、光軸が上下方向に延びるように両ユニット１０、３０を配置してもよい。つまり、両ユニット１０、３０を互いに向き合わせたとき斜め方向や上下方向となるように配置してもよい。

（投光用ユニット１０の構成）
図６Ａにも示すように、投光用ユニット１０の光源１１は、例えばＩｎＧａＮグリーンＬＥＤ等の発光ダイオード等で構成されており、基板１１ａに実装されている。基板１１ａにはマイクロコンピュータ等からなる撮像制御部３９（図１に示す）が接続されており、この撮像制御部３９により、光源１１が制御される。例えば撮像の間隔が数ミリ秒～数十ミリ秒であって各撮像における露光時間が１ミリ秒以下である場合、撮像の間隔や露光時間に応じて、撮像制御部３９により、光源１１がパルス点灯制御される。各撮像における露光時間を例えば１００マイクロ秒とすることで、光学測定装置１は高速搬送ワークも止めずに測定可能となり、撮像の間隔や露光時間に応じて光源１１がパルス点灯制御されることで、光源１１における発熱を抑制することができる。

基板１１ａは、光源ホルダ１２に固定されている。基板１１ａを光源ホルダ１２に固定することで、光源１１を光源ホルダ１２に保持することができる。基板１１ａは、光源ホルダ１２の下部に固定されており、その上に光源１１が配置され、光源１１は上方へ向けて光を投射する姿勢となっている。基板１１ａは、光源ホルダ１２に対して位置調整可能に取り付けられている。

光源ホルダ１２には、平行光が得られるように収差補正されたコリメートレンズ１２ａと、光拡散ユニット１２ｂと、２つの投光レンズ１２ｃとが設けられている。投光レンズ１２ｃは１つであってもよい。コリメートレンズ１２ａは、光源１１の上方に位置しており、光源１１の光がコリメートレンズ１２ａに直接入射するようになっている。コリメートレンズ１２ａに入射した光は、平行光に変換されて上方へ出射する。コリメートレンズ１２ａの光出射面の上方には、光拡散ユニット１２ｂが位置している。光拡散ユニット１２ｂは入射した光を拡散させるための部材であり、光拡散ユニット１２ｂに入射した光は、光拡散ユニット１２ｂを通過することで、拡散されて上方へ出射する。コリメートレンズ１２ａから入射した平行光は、光拡散ユニット１２ｂにおいて円形の光像を形成する。光拡散ユニット１２ｂを通過した平行光は、光像の各点において平行成分をピークとする角度特性の拡散光として光拡散ユニット１２ｂから出射される。２つの投光レンズ１２ｃは、光拡散ユニット１２ｂの光出射面の上方に位置している。光拡散ユニット１２ｂから出射した光は、２つの投光レンズ１２ｃを通過して上方へ出射する。２つの投光レンズ１２ｃは、光拡散ユニット１２ｂから出射した光の広がり角を調整する。光拡散ユニット１２ｂから出射した光の広がり角を狭い角度に調整することで、投光側テレセントリックレンズ１５を通過する光の光密度を高めることができる。また、投光レンズ１２ｃを通過した光は、スリット１２ｄを通過するが、スリット１２ｄ近傍の各位置において、光量の総和や角度分布が全て均質になる。これにより、影像の境界の状態が場所によって変わらず、測定精度を高めることができる。

光源１１、コリメートレンズ１２ａ、光拡散ユニット１２ｂ及び２つの投光レンズ１２ｃは、光源ホルダ１２に固定されて相対変位が不能になっている。この状態で、光源１１の中心を通って当該光源１１の光放射面に垂直な線上に、コリメートレンズ１２ａ、光拡散ユニット１２ｂ及び２つの投光レンズ１２ｃの光軸が位置するように、コリメートレンズ１２ａ、光拡散ユニット１２ｂ及び２つの投光レンズ１２ｃが配置されている。

光源ホルダ１２は、投光用筐体２０の内部に収容された状態で当該投光用筐体２０に取り付けられている。光源ホルダ１２を投光用筐体２０に取り付ける際には、ねじ１６による締結構造を用いることができる。光源ホルダ１２には、ねじ１６が挿通する挿通孔（図示せず）が形成されており、この挿通孔を長穴に形成することで、光源ホルダ１２の位置調整を行うことが可能になる。投光用筐体２０の底部にはアクセス用の開口（第２アクセス用開口の一例）２０ｄが形成されており、光源１１や光源ホルダ１２の位置及び姿勢の調整を行う際にアクセスが容易になる。蓋体２０ｅはアクセス用の開口２０ｄを閉塞する。

投光用筐体２０は、受光用筐体４０と対向する面が前面であり、前面は上下方向にのびている。投光用筐体２０の後面は、受光用筐体４０と対向する面と反対に位置する面であり、この後面は、上端に近づくほど前に位置するように傾斜しており、この傾斜角度は、後述する投光側反射体１４の設置角度と対応している。後面の下側からは受光用ユニット３０と接続される信号ケーブルＣ（図２等に示す）が外部へ出ている。また、投光用筐体２０の両側面は互いに平行に上下方向に延びている。投光用筐体２０の下面は、固定部材６０への取付面となっている。

投光用筐体２０の内部には、投光レンズ１２ｃから出射した光を反射する投光側反射体１４が収容されている。この投光側反射体１４は、例えば平板状のミラー等で構成されている。投光用筐体２０の内部における上側部分には、投光側反射体１４を取り付けるための複数の反射体取付部（第４の座の一例）２１が互いに間隔をあけて設けられている。反射体取付部２１は、投光用筐体２０の内面から突出しており、突出方向先端部には、反射体取付部２１の裏面が当接する当接面２１ａが形成されている（図１１Ｃ参照）。反射体取付部２１は、投光用筐体２０の一方の側面から他方の側面に亘って突出することで、投光用筐体２０の内面を補強してもよい。各当接面２１ａに投光側反射体１４の裏面を当接させた状態で、投光側反射体１４を投光用筐体２０に対して高精度に位置決めすることができる。すなわち、投光用筐体２０に一体成形された反射体取付部２１の当接面２１ａに投光側反射体１４を直接当接させることで、投光用筐体２０と反射体取付部２１との間に別部材が介在しないので、投光用筐体２０の成形精度と同程度の高い精度で投光側反射体１４を位置決めできる。投光側反射体１４は、反射体取付部２１に対して接着剤によって接着してもよいし、ねじ等の締結部材で締結してもよい。

投光側反射体１４は、光源ホルダ１２の投光レンズ１２ｃから出射した光が当該投光側反射体１４の中央部に向けて入射するように配置されている。投光側反射体１４の角度は、投光レンズ１２ｃから入射した光を水平方向に出射するように設定されている。投光側反射体１４は、光路を折りたたむことで投光用筐体２０のサイズを小型化するものであり、投光用筐体２０のサイズを許容するのであれば必ずしも必要ではない。

投光側テレセントリックレンズ１５は、投光用筐体２０における受光側筐体４０と対向する側に取り付けられている。投光用筐体２０における受光側筐体４０と対向する側の壁部には、投光側テレセントリックレンズ１５が嵌め込まれる投光側レンズ取付孔２２が当該壁部を貫通するように形成されている。投光側レンズ取付孔２２の奥側の内周面には、径方向内方へ突出するとともに、周方向に延びる突出部で構成された投光側レンズ取付座（第３の座の一例）２２ａが一体成形されている。この投光側レンズ取付座２２ａに投光側テレセントリックレンズ１５の奥側（光入射側）の端面の周縁部が当接することにより、投光側テレセントリックレンズ１５が投光用筐体２０に対して位置決めされる。投光側テレセントリックレンズ１５も投光側レンズ取付座２２ａに直接当接させることで、投光用筐体２０と投光側テレセントリックレンズ１５との間に別部材が介在しないので、投光用筐体２０の成形精度と同程度の高い精度で投光側テレセントリックレンズ１５を位置決めできる。

投光側テレセントリックレンズ１５は、光軸が水平となるように配置されている。投光側反射体１４から出射した光は、投光側テレセントリックレンズ１５に入射すると、投光側テレセントリックレンズ１５が測定領域Ｓに向けた平行光に変換して出射する。測定領域Ｓにおいて投光側テレセントリックレンズ１５により形成される光像は、投光側テレセントリックレンズ１５の光軸に沿ってその大きさが一定となる。投光側テレセントリックレンズ１５は、投光用筐体２０内に形成された光像を測定領域Ｓ内にピントのあった光像として結像させる。測定領域Ｓのいずれの位置においてもピントのあった光像が形成されることが好ましい。ピントのあった光像は、投光側テレセントリックレンズ１５の光軸に沿って所定の範囲に形成されるが、これは投光用筐体２０内に形成された光像から投光側テレセントリックレンズ１５までの光路長に応じており、光路長が長いほど光像のピントのあう範囲は広くなる。例えば高精度な測定をするための測定領域が大きい光学測定装置１の場合、投光用筐体２０内に形成された光像から投光側テレセントリックレンズ１５までの光路長は長いため、投光側反射体１４により光路を折りたたむことで投光用筐体２０のサイズを小型化するようにしてもよい。

コリメートレンズ１２ａから平行光が入射されて光拡散ユニット１２ｂにおいて円形の光像を形成する場合、光拡散ユニット１２ｂを通過した平行光は、光像の各点において平行成分をピークとする角度特性の拡散光として光拡散ユニット１２ｂから出射される。このような角度特性を有する光像を、投光側テレセントリックレンズ１５を介して測定領域Ｓに照射することで、場所や角度によらず光が略均一な照明光を実現することができる。また、２つの投光レンズ１２ｃにより、光拡散ユニット１２ｂから出射した光の広がり角を狭い角度に調整することで、投光側テレセントリックレンズ１５を通過する光の光密度を高めるようにしてもよい。

投光用筐体２０には、投光側テレセントリックレンズ１５から出射された平行光を測定領域Ｓへ投射するための投光窓２３が設けられている。投光窓２３は、投光側テレセントリックレンズ１５の光出射面を覆うように形成された略円形の投光側カバーガラス２３ａと、投光側カバーガラス２３ａが取り付けられた投光側枠体２３ｂとを有している。投光側枠体２３ｂは、投光側レンズ取付孔２２における投光側テレセントリックレンズ１５の光出射面側に嵌め込まれて投光用筐体２０に固定されている。投光側テレセントリックレンズ１５の光出射面と、投光側枠体２３ｂとの間には、投光側弾性材（レンズ付勢部材の一例）２３ｃが配設されている。投光側弾性材２３ｃは、例えばゴムや弾性を有する金属材等で構成されている。投光側弾性材２３ｃにより、投光側テレセントリックレンズ１５が投光側レンズ取付座２２ａに常時押し付けられるように付勢されている。投光側枠体２３ｂは、投光側レンズ取付孔２２における投光側テレセントリックレンズ１５の光出射面側にねじ止めにより投光用筐体２０に固定され、投光側弾性材２３ｃにより、投光側テレセントリックレンズ１５が投光側レンズ取付座２２ａに押圧固定されてもよい。

図３に示すように、投光用筐体２０の側面（外面）には、当該投光用筐体２０を設置する時の基準となる複数の側方基準面２０ａ（図３では３か所）が設けられている。側方基準面２０ａは、貫通孔２０ｂの円形縁で構成されており、互いに同一平面上に位置する高精度な面である。投光用筐体２０を設置する部材に側方基準面２０ａを当接させることで、投光用筐体２０を高精度に位置決めすることができる。この実施形態では、側方基準面２０ａの中央部に貫通孔２０ｂが形成されている。投光用筐体２０のもう一方の側面（外面）にも同様に側方基準面が設けられていてもよい。

また、投光用筐体２０の底面（外面）には、当該投光用筐体２０を設置する時の基準となる複数の底部基準面２０ｃが設けられている（図１１Ｂ参照）。底部基準面２０ｃは、他の部分と比べて僅かに盛り上がった平面（凸面）で構成されており、互いに同一平面上に位置する高精度な面である。この実施形態では、底部基準面２０ｃに、固定部材２０を固定するためのねじ穴１０１が形成されている。投光用筐体２０を設置する部材に底部基準面２０ｃを当接させることで、投光用筐体２０を高精度に位置決めすることができる。投光用筐体２０を設置する際には、側方基準面２０ａと底部基準面２０ｃのどちらを基準にしてもよい。側方基準面２０ａと底部基準面２０ｃとは他の面よりも突出することで、平面形状の被取付面に当接させることができる。側方基準面２０ａを基準に設置する場合は、被取付面に側方基準面２０ａを当接させて、各側方基準面２０ａの貫通孔２０ｂに取付用のボルトを貫通させて被取付面に投光用筐体２０を固定する。底部基準面２０ｃを基準に設置する場合は、被取付面に底部基準面２０ｃを当接させて、各底部基準面２０ｃのねじ穴１０１に取付用のねじを螺合させて被取付面に投光用筐体２０を固定する。例えば、各底部基準面２０ｃは、固定部材６０の上面と当接した状態でねじ穴１０１に取付用のねじを螺合されて、固定部材６０に固定される。

また、図２に示すように、投光用筐体２０の前面である受光用ユニット３０と対向する面には、ワーキングディスタンス基準面２０ｆが設けられている。

投光用筐体２０は一側面が開口した箱形状を有しており、箱形状の側面及び／又は底面に被取付面に当接するための基準面が形成されている。箱形状の前面及び／又は背面には、測定光の光路を決定する反射体及びレンズ等の光学素子を位置決めする座が形成されている。座は、一方側面から他方の側面に延びで形成され、箱形状の前面及び／又は背面の剛性をより強固なものにしている。例えば、箱形状の前面には、投光側テレセントリックレンズ１５を直接位置決めし、固定的に取り付けるための座が形成され、箱形状の背面（内部）には、投光側反射体１４を直接位置決めし、固定的に取り付けるための座が形成され、箱形状の閉塞した側面には光源ホルダ１２が位置調整可能に取り付けられる。これにより基準面に対して高精度な測定光を照明することができる。なお、箱形状の底面には光源１１や光源ホルダ１２にアクセスするためのアクセス用の開口２０ｄが形成されてもよい。

（受光用ユニット３０の構成）
受光用ユニット３０の二次元撮像素子３１は、例えばＣＭＯＳイメージセンサー等で構成されていて、画素がＸ方向とＹ方向の二次元に配列されている。二次元撮像素子３１は、基板３１ａに実装されている。基板３１ａには、撮像制御部３９（図１に示す）が設けられている。撮像制御部３９によって二次元撮像素子３１が制御される。例えば撮像の間隔が数ミリ秒～数十ミリ秒であって各撮像における露光時間が１００マイクロ秒となるように撮像制御部３９によって二次元撮像素子３１が制御される。露光時間が１ミリ秒以下、例えば１００マイクロ秒とすることで、光学測定装置１は高速搬送ワークも止めずに測定可能となる。露光時間は、光源１１のパルス点灯制御と二次元撮像素子３１のシャッター制御とを同期制御して実現されてもよい。基板３１ａは、撮像素子ホルダ３７に固定されている。基板３１ａを撮像素子ホルダ３７に固定することで、二次元撮像素子３１を撮像素子ホルダ３７に保持することができる。

撮像素子ホルダ３７には、受光側レンズユニット３８が固定されている。図７に示すように、受光側レンズユニット３８には、全体として筒状をなしており、その内部に複数の受光レンズ（結像レンズ）３３が設けられている。受光レンズ３３の光軸は斜め方向に延びており、その受光レンズ３３の光軸の延長線が二次元撮像素子３１の中央部に対して垂直に交わるように、受光側レンズユニット３８と二次元撮像素子３１との相対的な位置関係が設定されている。受光側レンズユニット３８の上部には、絞り３４が設けられている。

絞り３４は、受光側テレセントリックレンズ３６介して受光した平行な光を通過させ、平行な光以外の外乱光を阻止する。これにより外乱光の影響を低減することができる。受光レンズ３３は、像側テレセントリックレンズであってもよい。像側テレセントリックレンズにより、受光レンズ３３と二次元撮像素子３１との間の距離が変化しても、二次元撮像素子３１上に結像される像の大きさは変化しない。例えば撮像素子ホルダ３７が熱膨張することで受光レンズ３３と二次元撮像素子３１との間の距離が変化しても、二次元撮像素子３１上に結像される像の大きさは変化しないため温度変化の影響を低減することができる。投光側テレセントリックレンズ１５を物体側テレセントリックレンズとし、受光レンズ３３を像側テレセントリックレンズとすることで、両側テレセントリックの光学系とすることができる。

撮像素子ホルダ３７は二次元撮像素子３１が固定された状態、即ち、二次元撮像素子３１、受光レンズ３３及び絞り３４の位置関係が一定に保たれた状態で、受光用筐体４０に取り付けられる。図１１Ａに示すように、受光用筐体４０の一方の側壁には、二次元撮像素子３１を保持した状態の撮像素子ホルダ３７を当該受光用筐体４０内に入れるための導入用開口４１が形成されている。導入用開口４１は、受光用筐体４０の一方の側壁の上側の略全域に亘って開口しており、このように導入用開口４１を大きく開口させることで、二次元撮像素子３１と一体化した撮像素子ホルダ３７を受光用筐体４０内に容易に入れることが可能になる。

受光用筐体４０は、投光用筐体２０と対向する面が前面であり、前面は上下方向にのびている。受光用筐体４０の後面は、投光用筐体２０と対向する面と反対に位置する面であり、この後面は、上端に近づくほど前に位置するように傾斜しており、この傾斜角度は、後述する受光側反射体３５の設置角度と対応している。後面の下側からは投光用ユニット１０と接続される信号ケーブルＣ及び制御装置７０と接続される接続ケーブルＤ（図２等に示す）が外部へ出ている。また、受光用筐体４０の両側面は互いに平行に上下方向に延びている。受光用筐体４０の下面は、固定部材６０への取付面となっている。

図２等に示すように、受光用筐体４０には、導入用開口４１を閉塞するための蓋体４１ａが設けられている。蓋体４１ａは、受光用筐体４０に対して着脱可能に取り付けられている。蓋体４１ａの周縁部と、受光用筐体４０における導入用開口４１の周縁部との間にはシール材が配設されている。

図６Ａに示すように、受光側テレセントリックレンズ３６は、受光用筐体４０における投光側筐体２０と対向する側に取り付けられており、その光軸が投光側テレセントリックレンズ１５と同じ光軸上に位置するように配置されている。ここで、図６Ｂを用いて、光像の位置や大きさについて補足する。

図６Ｂにおいて、受光側テレセントリックレンズ３６は、投光側テレセントリックレンズ１５により測定領域Ｓに向けられた平行光を、受光側レンズユニット３８を介して二次元撮像素子３１に導く。測定領域Ｓにおいて投光側テレセントリックレンズ１５により形成される光像は、投光側テレセントリックレンズ１５の光軸に沿ってその大きさが一定となる。同様に、受光側テレセントリックレンズ３６は、受光側テレセントリックレンズ３６の光軸に沿って視野サイズが一定となる。つまり、受光側テレセントリックレンズ３６は、受光側テレセントリックレンズ３６の光軸に沿って異なる位置に測定対象物が配置されても、測定対象物の遮光像に対応する光像の大きさは二次元撮像素子３１上において一定となる。受光側テレセントリックレンズ３６は、測定対象物の測定領域Ｓ内における遮光像を、二次元撮像素子３１上にピントのあった光像として結像させる。測定対象物が測定領域Ｓのいずれの位置に配置されても、二次元撮像素子３１上にピントのあった光像が形成されることが好ましい。二次元撮像素子３１上においてピントのあった光像が形成されるような受光側テレセントリックレンズ３６の光軸に沿った範囲を被写界深度（Ｄ１）と呼ぶことがある。被写界深度の大きさは、受光側テレセントリックレンズ３６から受光用筐体４０内に形成された光像までの光路長に応じており、光路長が長いほど光像のピントのあう範囲は広くなる。例えば高精度な測定をするための測定領域が大きい光学測定装置１の場合、受光側テレセントリックレンズ３６から受光用筐体４０内に形成された光像までの光路長は長いため、受光側反射体３５により光路を折りたたむことで受光用筐体４０のサイズを小型化するようにしてもよい。例えば視野サイズが直径４０ｍｍの光学測定装置１に対して被写界深度は２０ｍｍ程度、視野サイズが直径６４ｍｍの光学測定装置１に対して被写界深度は３０ｍｍ程度が設定されてもよい。この場合、受光側反射体３５により光路を折りたたむことで受光用筐体４０のサイズを小型化するようにしてもよい（図６Ｂにおいて点線で示す。投光側も同様）。また、例えば視野サイズが直径６ｍｍの光学測定装置１に対して被写界深度は４ｍｍ程度が設定されてもよい。この場合、受光側反射体３５を設けずに受光用筐体４０を受光側テレセントリックレンズ３６の光軸に沿って長い形状としてもよい。

図７及び図８Ａに示すように、受光用筐体４０における投光側筐体２０と対向する側の壁部には、受光側テレセントリックレンズ３６が嵌め込まれる受光側レンズ取付孔４２が当該壁部を貫通するように形成されている。受光側レンズ取付孔４２の奥側の内周面には、径方向内方へ突出するとともに、周方向に延びる突出部で構成された受光側レンズ取付座（第１の座の一例）４２ａが一体成形されている。この受光側レンズ取付座４２ａに受光側テレセントリックレンズ３６の奥側（光出射側）の端面の周縁部が当接することにより、受光側テレセントリックレンズ３６が受光用筐体４０に対して位置決めされる。受光側テレセントリックレンズ３６を受光側レンズ取付座４２ａに直接当接させることで、受光用筐体４０と受光側テレセントリックレンズ３６との間に別部材が介在しないので、受光用筐体４０の成形精度と同程度の高い精度で受光側テレセントリックレンズ３６を位置決めできる。

受光用筐体４０には、投光側テレセントリックレンズ１５から出射されて測定領域Ｓを通過した平行光を受光側テレセントリックレンズ３６へ入射させるための受光窓４３が設けられている。受光窓４３は、受光側テレセントリックレンズ３６の光入射面を覆うように形成された略円形の受光側カバーガラス４３ａと、受光側カバーガラス４３ａが取り付けられた受光側枠体４３ｂとを有している。受光側枠体４３ｂは、受光側レンズ取付孔４２における受光側テレセントリックレンズ３６の光入射面側に嵌め込まれて受光用筐体４０に固定されている。受光側テレセントリックレンズ３６の光入射面と、受光側枠体４３ｂとの間には、受光側弾性材（レンズ付勢部材の一例）４３ｃが配設されている。受光側弾性材４３ｃは、例えばゴムや弾性を有する金属材等で構成されており、受光側テレセントリックレンズ３６を受光側レンズ取付座４２ａに押し付ける方向に常時付勢するための部材である。受光側弾性材４３ｃにより、受光側テレセントリックレンズ３６が受光側レンズ取付座４２ａに常時押し付けられた状態で取り付けられる。受光側枠体４３ｂは、受光側レンズ取付孔４２における受光側テレセントリックレンズ３６の光入射面側にねじ止めにより受光用筐体４０に固定され、受光側弾性材４３ｃにより、受光側テレセントリックレンズ３６が受光側レンズ取付座４２ａに押圧固定されてもよい。

受光用筐体４０における導入用開口４１が形成された面とは異なる面、即ち投光用ユニット１０と反対側に位置する面には、受光側反射体３５が嵌め込まれる受光側反射体取付孔４４が開口している。受光側反射体取付孔４４の奥側の内周面には、径方向内方へ突出するとともに、周方向に延びる突出部で構成された受光側反射体取付座（第２の座の一例）４４ａが一体成形されている（図１１Ｄ参照）。この受光側反射体取付座４４ａに受光側反射体３５の奥側の端面の周縁部が当接することにより、受光側反射体３５が受光用筐体４０に対して位置決めされる。受光側反射体３５を受光側反射体取付座４４ａに直接当接させることで、受光用筐体４０と受光側反射体３５との間に別部材が介在しないので、受光用筐体４０の成形精度と同程度の高い精度で受光側反射体３５を位置決めできる。

受光側反射体３５は、例えば平板状のミラー等で構成されている。受光側反射体３５は、受光側テレセントリックレンズ３６の光出射面から出射した光が当該受光側反射体３５の中央部に向けて入射するように配置されている。受光側反射体３５の角度は、受光側テレセントリックレンズ３６を通過した光を反射して折り返し、受光レンズ３３へ向けて出射するように設定されている。受光側反射体３５によって光を折り返すようにしているので、発熱源である二次元撮像素子３１と受光側テレセントリックレンズ３６とを離すことができる。

受光用筐体４０には、反射体取付孔４４を受光用筐体４０の外から覆うカバー４４ｄが取り付けられている。カバー４４ｄは、受光用筐体４０に対して着脱可能に取り付けられている。カバー４４ｄの内面と、受光側反射体３５との間には、反射体側弾性材（反射体付勢部材）４４ｃが配設されている。反射体弾性材４４ｃは、例えばゴムや弾性を有する金属材等で構成されており、受光側反射体３５を受光側反射体取付座４４ａに押し付ける方向に常時付勢するための部材である。反射体側弾性材４４ｃにより、受光側反射体３５が受光側反射体取付座４４ａに常時押し付けられた状態で取り付けられる。カバー４４ｄはねじ止めにより受光用筐体４０に対して固定され、反射体側弾性材４４ｃにより、受光側反射体３５が受光側反射体取付座４４ａに押圧固定されてもよい。

図１２に示すように、受光用筐体４０の側面（外面）には、当該受光用筐体４０を設置する時の基準となる複数の側方基準面４０ａ（図１２では３か所）が設けられている。側方基準面４０ａは、貫通孔４０ｂの円形縁で構成されており、互いに同一平面上に位置する高精度な面である。受光用筐体４０を設置する部材に側方基準面４０ａを当接させることで、受光用筐体４０を高精度に位置決めすることができる。この実施形態では、側方基準面４０ａの中央部に貫通孔４０ｂが形成されている。受光用筐体４０のもう一方の側面（外面）にも同様に側方基準面が設けられていてもよい。

また、受光用筐体４０の底面（外面）には、当該受光用筐体４０を設置する時の基準となる複数の底部基準面４０ｃが設けられている。底部基準面４０ｃは、平面で構成されており、互いに同一平面上に位置する高精度な面である。この実施形態では、底部基準面４０ｃにねじ穴１０１が形成されている。受光用筐体４０を設置する部材に底部基準面４０ｃを当接させることで、受光用筐体４０を高精度に位置決めすることができる。受光用筐体４０を設置する際には、側方基準面４０ａと底部基準面４０ｃのどちらを基準にしてもよい。側方基準面４０ａと底部基準面４０ｃとは他の面よりも突出することで、平面形状の被取付面に当接させることができる。側方基準面４０ａを基準に設置する場合は、被取付面に側方基準面４０ａを当接させて、各側方基準面４０ａの貫通孔４０ｂに取付用のボルトを貫通させて被取付面に受光用筐体４０を固定する。底部基準面４０ｃを基準に設置する場合は、被取付面に底部基準面４０ｃを当接させて、各底部基準面４０ｃのねじ穴１０１に取付用のねじを螺合させて被取付面に受光用筐体４０を固定する。例えば、各底部基準面６０ｃは、固定部材６０の上面と当接した状態でねじ穴１０１に取付用のねじを螺合されて、固定部材６０に固定される。

また、図３に示すように、受光用筐体４０の前面である投光用ユニット１０と対向する面には、ワーキングディスタンス基準面４０ｄが設けられている。

受光用筐体４０は一側面が開口した箱形状を有しており、箱形状の側面及び／又は底面に被取付面に当接するための基準面が形成されている。箱形状の前面及び／又は背面には、測定光の光路を決定する反射体及びレンズ等の光学素子を位置決めする座が形成されている。座は、一方側面から他方の側面に延びで形成され、箱形状の前面及び／又は背面の剛性をより強固なものにしている。例えば、箱形状の前面には、受光側テレセントリックレンズ３６を直接位置決めし、固定的に取り付けるための座が形成され、箱形状の背面（内部）には、受光側反射体３５を直接位置決めし、固定的に取り付けるための座が形成され、箱形状の閉塞した側面には撮像素子ホルダ３７が位置調整可能に取り付けられる。これにより基準面に対して高精度な測定光を照明することができる。なお、箱形状の底面には二次元撮像素子３１や撮像素子ホルダ３７の位置調整するためのアクセス用開口（第１アクセス用開口の一例）４６が形成されてもよい。

要するに、図８Ｂに示すように、本実施形態に係る受光用筐体４０では、受光側テレセントリックレンズ３６と受光側反射体３５を、剛性の高い受光用筐体４０の壁面に固定するとともに、撮像素子ホルダ３７を位置調整可能に取り付けている。これにより、高精度な測定を実現することができる。

（制御装置７０の構成）
図１に示すように、受光用ユニット３０に設けられている撮像制御部３９は、接続ケーブルＤを介して制御装置７０の画像取得部７１によって制御されて、所定のタイミングで光源１１に光を照射させるとともに、二次元撮像素子３１により撮像させる。受光用ユニット３０を駆動する電力は、接続ケーブルＤを介して制御装置７０から供給される。接続ケーブルＤには、耐屈曲ケーブルを用いることができ、受光用ユニット３０及び投光用ユニット１０をロボットアーム等の可動部に設置し、制御装置７０を非可動に設置する等分離して配置することができる。光源１１と二次元撮像素子３１との同期は、信号ケーブルＣによってとることができる。例えば撮像の間隔が数ミリ秒～数十ミリ秒であって各撮像における露光時間が１００マイクロ秒となるように撮像制御部３９によって二次元撮像素子３１に撮像タイミング及び露光タイミングを定義するタイミング信号が供給され、撮像制御部３９によって光源１１に信号ケーブルＣを介して発光タイミングを定義するタイミング信号が供給される。光源１１を駆動する電力は信号ケーブルＣを介して受光用ユニット３０から供給される。光源１１により生成された測定光は、拡散手段１３によって拡散された後、投光側反射体１４で反射して折り返されてから投光側テレセントリックレンズ１５に入射する。投光側テレセントリックレンズ１５は、入射した測定光を平行光に変換して測定領域Ｓに向けて出射する。つまり、投光側テレセントリックレンズ１５は、測定光による拡散手段１３上の光像を、投光側テレセントリックレンズ１５の光軸に沿ってサイズが一定となるような光像が測定領域Ｓに形成されるように測定光を出射する。このとき、平行光は受光窓２３を通過して測定領域Ｓに達する。測定領域ＳにワークＷが配置されていると、平行光の一部がワークＷによって遮られる。

測定領域Ｓを通過した平行光は、受光窓４３を通過して受光側テレセントリックレンズ３６に入射した後、受光側反射体３５で反射して折り返されてから絞り３４、受光レンズ３３を通過する。そして、ワークＷの影像が二次元撮像素子３１の撮像面で結像する。制御装置７０の画像取得部７１は、二次元撮像素子３１を制御して当該二次元撮像素子３１により撮像させてワークＷの測定画像を取得する。取得されたワークＷの測定画像は略円形の画像である。ＤＳＰ７２は、画像取得部７１により取得された測定画像にフィルタ処理等の画像処理を実行する。ＣＰＵ７３は、ＤＳＰ７２から出力された測定画像のエッジを抽出し、抽出されたエッジを用いて寸法測定を実行する。測定画像や測定結果等は一時的にメモリ７４に記憶することができる。測定画像や測定結果等は入出力回路７５から記憶装置８３、プログラマブルコントローラ９０及び表示装置８２に出力される。

（二次元撮像素子の位置及び姿勢の調整機構）
上述したように、光源１１から測定領域Ｓに測定光を投射してワークＷ越しでワークＷの影像を二次元撮像素子３１の撮像面に結像させる光学測定装置１は、ワークＷの幾何形状を測定すること以外にも、ワークＷの位置決めやアライメント測定などにも用いられることがある。その際に、基準となる面に対して、光軸が水平垂直でないと、ワークＷが光軸方向に移動した時にワークＷの位置がずれて撮像面に結像してしまい、測定精度の低下をもたらすおそれがあった。特に、光学測定装置１を構成する部品の製造誤差や組付誤差、調整のための治具の誤差等によって二次元撮像素子３１の光軸が傾いてしまうと、上述した測定精度の低下が顕著なものになる。

そこで、本実施形態では、二次元撮像素子３１が、撮像素子ホルダ３７に保持されているとともに、当該二次元撮像素子３１の位置及び姿勢の調整を可能にする調整機構５０を介して受光側筐体４０に取り付けられている。調整機構５０は、図９に示すように二次元撮像素子３１をＸ方向及びＹ方向に並進させるとともに、θ方向に回動させることが可能に構成されている。また、二次元撮像素子３１は、図７にも示すように調整機構５０によってＺ方向に並進させることも可能になっている。Ｘ方向は、二次元撮像素子３１のＸ方向に対応している。Ｙ方向は、二次元撮像素子３１のＹ方向に対応しており、受光用ユニット３０の幅方向である。Ｚ方向は、二次元撮像素子３１の撮像面に直交する方向である。θ方向は、Ｚ軸回りである。

図１０にも示すように、調整機構５０は、筐体側調整部材５１と、シム５２と、筐体側ねじ５３と、ホルダ側ねじ５４と、撮像素子側ねじ５５とを備えている。筐体側ねじ５３の軸方向とホルダ側ねじ５４の軸方向とは一致しており、Ｙ方向である。また、撮像素子側ねじ５５の軸方向は筐体側ねじ５３の軸方向と直交しており、Ｚ方向である。各ねじ５３、５４、５５の本数は任意に設定することができる。

筐体側調整部材５１は、受光用筐体４０の側壁の内面に沿って延びる板状部材である。筐体側調整部材５１の周縁部には、Ｚ方向に長い３つの長孔５１ａが互いにＸ方向及びＹ方向に間隔をあけて形成されている。受光用筐体４０の側壁の内面には、長孔５１ａに対応する箇所にねじ孔（図示せず）が形成されている。筐体側調整部材５１の長孔５１ａに筐体側ねじ５３を挿通させて受光用筐体４０のねじ孔に螺合させると、筐体側調整部材５１を受光用筐体４０に締結固定することができる。筐体側ねじ５３を締め付けると、筐体側調整部材５１を受光用筐体４０に固定した固定状態にすることができる一方、筐体側ねじ５３を緩めると、筐体側調整部材５１を受光用筐体４０に対してＺ方向に変位可能にする非固定状態にすることができる。

シム５２は、筐体側調整部材５１と撮像素子ホルダ３７との間に配置される部材であり、必要に応じて設けることができる。シム５２の厚みや枚数を変更することで、二次元撮像素子３１のＹ方向の位置調整が可能である。

撮像素子ホルダ３７には、Ｘ方向に長い長孔３７ａが互いにＸ方向に間隔をあけて２つ形成されている（図９及び図１０では１つのみ示す）。シム５２には長孔３７ａに対応する箇所に挿通孔５２ｂが形成されている。また、筐体側調整部材５１には、長孔３７ａに対応する箇所にねじ孔５１ｂが形成されている。撮像素子ホルダ３７の長孔３７ａ及びシム５２の挿通孔５２ｂにホルダ側ねじ５４を挿通させて筐体側調整部材５１のねじ孔５１ｂに螺合させると、撮像素子ホルダ３７を筐体側調整部材５１に締結固定することができる。ホルダ側ねじ５４を締め付けると、撮像素子ホルダ３７を筐体側調整部材５１に固定した固定状態にすることができる一方、ホルダ側ねじ５４を緩めると、撮像素子ホルダ３７を筐体側調整部材５１に対してＸ方向に変位可能にする非固定状態にすることができる。

調整機構５０は、二次元撮像素子３１が固定される撮像素子固定部材５６を更に備えている。撮像素子固定部材５６は、撮像素子ホルダ３７とは別体とされており、撮像素子ホルダ３７と二次元撮像素子３１との間に配置されている。図１０に示すように、撮像素子固定部材５６には、貫通孔５６ａが形成されており、光が二次元撮像素子３１に到達するのを阻害しないように構成されている。撮像素子固定部材５６のＹ方向両側には、調整用孔５６ａが形成されている。調整用孔５６ａは、Ｘ方向に長い形状とされるとともに、Ｙ方向にも大きく形成されている。撮像素子ホルダ３７における調整用孔５６ａに対応する箇所にねじ孔（図示せず）が形成されている。撮像素子側ねじ５５を撮像素子固定部材５６の調整用孔５６ａに挿通させて撮像素子ホルダ３７のねじ孔に螺合させると、撮像素子固定部材５６を撮像素子ホルダ３７に締結固定することができる。撮像素子側ねじ５５を締め付けると、二次元撮像素子３１を、撮像素子固定部材５６、撮像素子ホルダ３７及び筐体側調整部材５１を介して、受光用筐体４０に固定することができる。一方、撮像素子側ねじ５５を緩めると、二次元撮像素子３１を受光用筐体４０に対してＸ方向及びＹ方向へ変位させることが可能になるとともに、θ方向への回動も可能になる。つまり、撮像素子側ねじ５５は、二次元撮像素子３１を受光用筐体４０に固定した固定状態と、二次元撮像素子３１を受光用筐体４０に対して変位可能にする非固定状態とに切り替える固定具である。

図７に示すように、撮像素子側ねじ５５の頭部は斜め下に突出するように配置されている。この撮像素子側ねじ５５の頭部には、六角レンチやドライバ、ソケット等の工具２００（図７に示す）が係合する工具係合部５５ａ（図９に示す）が設けられている。工具係合部５５ａは、工具２００の先端部が差し込まれる穴や窪み等で構成することができる。また、撮像素子側ねじ５５は、六角ボルト等で構成されていてもよい。

受光用筐体４０における底面（導入用開口４１が形成された面とは異なる面）には、受光用筐体４０の外部から調整機構５０の撮像素子側ねじ５５、５５にそれぞれアクセスするためのアクセス用開口４６、４６が形成されている。アクセス用開口４６、４６のＹ方向の間隔は、撮像素子側ねじ５５、５５の間隔と等しく設定されている。撮像素子側ねじ５５の軸線を下方へ延長した時、当該軸線が受光用筐体４０の底面と交差した部分に、アクセス用開口４６が位置している。アクセス用開口４６は受光用筐体４０を貫通して受光用筐体４０の内外を連通させる連通口でもある。したがって、アクセス用開口４６は、二次元撮像素子３１の撮像面と略直交する方向から撮像素子側ねじ５５にアクセス可能になっている。

アクセス用開口４６の径は、工具２００の先端部を受光用筐体４０内へ差し込むことができるように設定されている。また、アクセス用開口４６は撮像素子側ねじ５５の軸線の延長線上に位置しているので、工具２００の先端部をアクセス用開口４６から受光用筐体４０内へ差し込むだけで、撮像素子側ねじ５５の工具係合部５５ａに係合させることが可能になる。したがって、アクセス用開口４６は工具２００の先端部を撮像素子側ねじ５５の工具係合部５５ａへ案内する案内用開口と呼ぶこともできる。アクセス用開口４６が形成されていることで、作業者が撮像素子側ねじ５５を目視することなく、撮像素子側ねじ５５を工具２００によって緩めたり、締め込んだりすることが可能になる。

図８Ａに示すように、受光用筐体４０には、アクセス用開口４６を封止するための封止部材またはアクセス用開口４６を閉塞するための閉塞部材として、ねじ４７とシール材４８とが設けられている。シール材４８は、例えばゴム等の弾性を有するとともに止水性を有する部材で構成されており、アクセス用開口４６の内周面に全周に亘って密着するようになっている。ねじ４７は、アクセス用開口４６の内周面に形成されたねじ溝（図示せず）に螺合するようになっている。ねじ４７とシール材４８とは一体化されていてもよい。ねじ４７とシール材４８をアクセス用開口４６から外部へ出すことで、アクセス用開口４６を開放させて工具２００による撮像素子側ねじ５５の操作が可能になる。一方、ねじ４７とシール材４８でアクセス用開口４６を封止することで、防水性及び防塵性を確保できる。尚、ねじ４７のみでアクセス用開口４６を封止してもよいし、例えばキャップのような部材によってアクセス用開口４６を封止してもよい。

図２及び図３に示す使用形態、即ち固定部材６０を使用する形態の場合、図１４に示すように、固定部材６０には、当該固定部材６０に固定された受光用筐体４０に形成されたアクセス用開口４６と対応する位置に当該アクセス用開口４６と通じる貫通孔６１を形成することができる。貫通孔６１は、固定部材６０の長手方向に長い長穴であってもよい。貫通孔６１の径は、工具２００を挿入可能な大きさとされている。

固定部材６０の構造や形状は特に限定されるものではないが、本実施形態では、固定部材６０の底面に、当該固定部材６０の長手方向に延びる２本の溝６０ａ、６０ａが幅方向に互いに間隔をあけて形成されている。この場合、貫通孔６１は、溝６０ａの内部に開口させることができる。

（調整機構による調整）
次に、上述のように構成された調整機構５０を用いた調整について説明する。ホルダ側ねじ５４のみを緩めて、撮像素子ホルダ３７を筐体側調整部材５１に対してＸ方向に変位させると、受光用筐体４０の底部基準面４０ｃに対する光軸の平行度を調整することが可能になる。また、シム５２の厚みや枚数を変更することによって二次元撮像素子３１をＹ方向に変位させると、受光用筐体４０の側方基準面４０ａに対する光軸の平行度を調整することが可能になる。

筐体側ねじ５３のみを緩めて筐体側調整部材５１を受光用筐体４０に対してＺ方向に変位させると、ワーキングディスタンス基準面４０ｄ（図３に示す）に対するワーキングディスタンスの調整（ピントの調整）を行うことが可能になる。別の言い方をすれば、受光側レンズユニット３８を、基板３１ａに対してＺ方向に変位させると、ワークディスタンスを調整することができる。また、二次元撮像素子３１が固定された撮像素子ホルダ３７を投光用ユニット１０に対して接離する方向に動かすと、光学系のテレセントリック性を調整できる。

また、工具２００によって外部から撮像素子側ねじ５５にアクセスして撮像素子側ねじ５５を緩めると、図７に示すように二次元撮像素子３１をＸ方向及びＹ方向に変位させることができるとともに、θ方向に回動させることができる。二次元撮像素子３１をＸ方向に変位させると視野がＸ’方向に変動し、二次元撮像素子３１をＹ方向に変位させると視野がＹ’方向に変動し、二次元撮像素子３１をθ方向に回動させると視野がθ’方向に変動する。

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、この実施形態によれば、投光用筐体２０と受光用筐体４０とを測定領域Ｓを挟むように設置することで、投光用筐体２０の投光窓２３から測定領域Ｓへ投射された平行光が測定領域Ｓを通過して受光用筐体４０の受光窓４３から受光側テレセントリックレンズ３６に入射する。受光側テレセントリックレンズ３６に入射した平行光は、受光側反射体３５で折り返して二次元撮像素子３１の撮像面で受光される。このとき、測定領域ＳにワークＷが配置されていると、ワークＷの影像が二次元撮像素子３１の撮像面に結像し、これにより、ワークＷの形状や各部の寸法の測定が可能になる。

受光用筐体４０を設置する際には、その外面に設けられている基準面４０ａ、４０ｃを基準として設置することができる。設置した状態で、二次元撮像素子３１の光軸がずれている場合には、受光用筐体４０に設けられているアクセス用開口４６から調整機構５０の撮像素子側ねじ５５にアクセスして撮像素子側ねじ５５を操作できる。撮像素子側ねじ５５を操作することで、二次元撮像素子３１を受光用筐体４０に対して非固定状態にして二次元撮像素子３１を変位させることができる。これにより、二次元撮像素子３１の光軸を調整できる。調整後は、撮像素子側ねじ５５を操作して二次元撮像素子３１を受光用筐体４０に対して固定状態にすることができる。つまり、二次元撮像素子３１を保持した状態の撮像素子ホルダ３７を受光用筐体４０内に入れるための導入用開口４１とは別に、アクセス用開口４６を形成していることで、筐体４０内に設置した状態で二次元撮像素子３１の光軸調整が容易に行える。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る光学測定装置は、投光用筐体と受光用筐体との間に配置したワークの寸法等を測定する場合に利用できる。

１ 光学測定装置
１０ 投光用ユニット
１１ 光源
１２ 光源ホルダ
１５ 投光側テレセントリックレンズ
２０ 投光用筐体
２０ｄ アクセス用開口（第２アクセス用開口）
２２ 投光側レンズ取付孔
２２ａ 投光側レンズ取付座（第３の座）
２３ 投光窓
３０ 受光用ユニット
３１ 二次元撮像素子
３５ 受光側反射体
３６ 受光側テレセントリックレンズ
３８ 受光側レンズユニット
４０ 受光用筐体
４０ａ 側方基準面
４０ｃ 底部基準面
４１ 導入用開口
４１ａ 蓋体
４２ 受光側レンズ取付孔
４２ａ 受光側レンズ取付座（第１の座）
４３ 受光窓
４３ｃ 受光側弾性材（レンズ付勢部材）
４４ 受光側反射体取付孔
４４ａ 受光側反射体取付座（第２の座）
４４ｃ 反射体側弾性材（反射体付勢部材）
４４ｄ カバー
４６ アクセス用開口（第１アクセス用開口）
５０ 調整機構
５５ 撮像素子側ねじ（固定具）
６０ 固定部材
６１ 貫通孔
Ｓ 測定領域
Ｗ ワーク

Claims (19)

1. 測定領域に向けて平行光を投射する投光用ユニットと、
   前記投光用ユニット側と対向して配置され、測定領域を通過する前記平行光を受光して、当該測定領域における測定対象物の画像を生成する受光用ユニットと、
   前記受光用ユニットで生成された画像に基づいて測定対象物の寸法測定を実施する寸法測定手段とを備える光学測定装置であって、
   前記受光用ユニットは、
   測定領域を通過した平行光が入射する受光側テレセントリックレンズと、
   前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を受光して、前記測定領域における測定対象物の画像を生成するために前記測定領域における測定対象物を撮像する二次元撮像素子と、
   一側面に導入用開口が形成されるとともに、設置する時の基準となる基準面と、当該基準面を介して設置するための筐体設置孔とが当該一側面とは異なる外面に設けられた箱形状を有し、前記受光側テレセントリックレンズが取り付けられるとともに前記二次元撮像素子を収容する受光用筐体と、
   前記受光用筐体の前記一側面と対向する内面に対して前記二次元撮像素子の位置及び姿勢を調整可能に取り付けられる前記二次元撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、
   前記導入用開口を閉塞する蓋体とを備える光学測定装置。
2. 請求項１に記載の光学測定装置において、
   前記二次元撮像素子は、当該二次元撮像素子の位置及び姿勢の調整を可能にする調整機構及び前記撮像素子ホルダを介して前記受光用筐体の内面に取り付けられ、
   前記調整機構は、前記二次元撮像素子を前記受光用筐体に固定した固定状態と、前記二次元撮像素子を前記受光用筐体に対して変位可能にする非固定状態とに切り替える固定具を有し、
   前記受光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記受光用筐体の外部から前記調整機構の前記固定具にアクセスするための第１アクセス用開口が形成されている光学測定装置。
3. 請求項２に記載の光学測定装置において、
   前記第１アクセス用開口は、前記二次元撮像素子の撮像面と略直交する方向から前記固定具にアクセス可能に形成されている光学測定装置。
4. 請求項２または３に記載の光学測定装置において、
   前記投光用ユニットと前記受光用ユニットとが対向して配置されるよう投光用筐体と受光用筐体が着脱自在に固定される固定部材を備え、
   前記固定部材には、当該固定部材に固定された前記受光用筐体に形成された前記第１アクセス用開口と対応する位置に当該第１アクセス用開口と通じる貫通孔が形成されている光学測定装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
   前記受光用筐体は、さらに、前記受光用筐体の前面に測定領域を通過した平行光を内部に受け入れる受光窓を有し、
   前記受光側テレセントリックレンズは、前記受光窓に取り付けられている光学測定装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
   前記受光用筐体には、前記受光側テレセントリックレンズを取り付けるための第１の座が形成され、
   前記受光側テレセントリックレンズは前記第１の座に固定されている光学測定装置。
7. 請求項６に記載の光学測定装置において、
   前記受光側テレセントリックレンズを前記第１の座に押し付ける方向に付勢するレンズ付勢部材を備えている光学測定装置。
8. 請求項１から５のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
   前記受光用筐体は、さらに、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体が取り付けられ、
   前記受光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記受光用筐体に固定的に取り付けられている光学測定装置。
9. 請求項１から５のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
   前記受光用筐体には、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体を取り付けるための第２の座が形成されている光学測定装置。
10. 請求項９に記載の光学測定装置において、
    前記反射体を前記第２の座に押し付ける方向に付勢する反射体付勢部材を備えている光学測定装置。
11. 請求項９または１０に記載の光学測定装置において、
    前記受光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記反射体が嵌め込まれる反射体取付孔が形成され、
    前記第２の座は、前記反射体取付孔の内周面から径方向内方へ突出する突出部で構成され、
    前記受光用筐体には、前記反射体取付孔を前記受光用筐体の外から覆うカバーが取り付けられている光学測定装置。
12. 請求項９から１１のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
    前記撮像素子ホルダは、前記反射体と前記二次元撮像素子との間に配置されて前記反射体にて反射した光が入射し、入射した光を前記二次元撮像素子へ出射させる受光側レンズユニットを有し、
    前記受光側テレセントリックレンズと前記受光側レンズユニットとは両側テレセントリック光学系を形成している光学測定装置。
13. 測定領域に向けて平行光を投射する投光用ユニットと、
    前記投光用ユニットと対向して配置され、測定領域を通過する前記平行光を受光して、当該測定領域における測定対象物の画像を生成する受光用ユニットと、
    前記受光用ユニットで生成された画像に基づいて測定対象物の寸法測定を実施する寸法測定手段とを備える光学測定装置であって、
    前記投光用ユニットは、
    測定領域に投射する測定光を生成する光源と、
    前記光源により生成された測定光が入射され、該測定光を測定領域に向けた平行光に変換する投光側テレセントリックレンズと、
    一側面に導入用開口が形成されるとともに、当該一側面とは異なる外面に、設置する時の基準となる基準面と、当該基準面を介して設置するための筐体設置孔とが設けられた箱形状を有し、前記投光側テレセントリックレンズが取り付けられるとともに前記光源を収容する投光用筐体と、
    前記投光用筐体の前記一側面と対向する内面に対して前記光源の位置及び姿勢を調整可能に取り付けられる前記光源を保持する光源ホルダと、
    前記導入用開口を閉塞する蓋体とを備える光学測定装置。
14. 請求項１３に記載の光学測定装置において、
    前記光源は、当該光源の位置及び姿勢の調整を可能にする前記光源ホルダを介して前記投光用筐体の内面に取り付けられ、
    前記投光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記投光用筐体の外部から前記光源ホルダにアクセスするための第２アクセス用開口が形成されている光学測定装置。
15. 請求項１３または１４に記載の光学測定装置において、
    前記投光用筐体は、さらに、前記投光用筐体の前面に測定領域にむけて投射される平行光が通過する投光窓を有し、
    前記投光側テレセントリックレンズは、前記投光窓に取り付けられている光学測定装置。
16. 請求項１３から１５のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
    前記投光用筐体には、前記投光側テレセントリックレンズを取り付けるための第３の座が形成され、
    前記投光側テレセントリックレンズは前記第３の座に固定されている光学測定装置。
17. 請求項１６に記載の光学測定装置において、
    前記投光側テレセントリックレンズを前記第３の座に押し付ける方向に付勢するレンズ付勢部材を備えている光学測定装置。
18. 請求項１３から１５のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
    前記投光用筐体は、さらに、前記光源からの測定光を折り返して前記投光側テレセントリックレンズに導く反射体が取り付けられ、
    前記投光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記投光用筐体に固定的に取り付けられている光学測定装置。
19. 請求項１３から１５のいずれか１つに記載の光学測定装置において、
    受光用筐体には、前記光源からの測定光を折り返して前記投光側テレセントリックレンズに導く反射体を取り付けるための第４の座が形成されている光学測定装置。

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