(57)【要約】【課題】光生成素子およびその支持部材の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能な検査装置を提供する。【解決手段】光生成素子１１８により生成された構造化光が投光レンズ１１９を通して測定対象物に照射される。測定対象物から撮像部の光軸ａｘ０の方向に反射される構造化光が撮像素子により受光され、測定対象物の高さ画像を示す高さデータが生成される。光生成素子１１８および投光レンズ１１９は、光生成素子１１８よりも大きい線膨張係数を有する金属により構成された投光ベース１１０ｂにより支持される。投光ベース１１０ｂは、撮像部の光軸ａｘ０を向く当接面１５ａを有する。光生成素子１１８は、投光ベース１１０ｂに支持された状態で、撮像部の光軸ａｘ０から遠ざかるように固定部材により当接面１５ａに向かう方向に付勢される。【選択図】図８
2020128934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光を受けて構造化光を生成する光生成素子と、
第１の光軸を有する投光レンズを含み、前記光生成素子により生成された構造化光を前記投光レンズを通して測定対象物に照射する投光光学系と、
前記光生成素子よりも大きい線膨張係数を有する金属により構成されかつ前記光生成素子および前記投光レンズを支持する投光ベースと、
前記第１の光軸に交差する第２の光軸を有する受光レンズを含みかつ前記投光ベースに接続される受光光学系と、
測定対象物から前記第２の光軸の方向に反射される構造化光を前記受光光学系を通して受光することにより測定対象物の画像を示すパターン画像データを生成する撮像素子と、
前記光生成素子を前記投光ベースに固定する固定部材とを備え、
前記投光ベースは、前記第２の光軸から離間するとともに前記第２の光軸を向く当接部を有し、
前記固定部材は、温度上昇による前記投光ベースの膨張に起因して前記投光光学系と前記第２の光軸との間の距離が増加する場合に、前記光生成素子から予め設定された基準面を経由して前記撮像素子に至る構造化光の光路長の変化量が０に近づくようにかつ前記光生成素子の任意の部分から前記基準面を経由して前記撮像素子に入射する光の撮像素子上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づくように、前記光生成素子を前記第２の光軸から遠ざかるように前記当接部に向かう方向に付勢する、検査装置。
【請求項２】
前記光生成素子は、デジタルマイクロミラーデバイスである、請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記光生成素子を保持可能に形成された保持具をさらに備え、
前記投光ベースは、前記保持具を支持可能な支持面を有し、
前記保持具は、前記投光ベースの支持面上に支持された状態で前記当接部に当接可能に形成された被当接部を有し、
前記固定部材は、前記被当接部が前記当接部に当接した状態で、前記保持具により保持された前記光生成素子を前記当接部に向かう方向に付勢するように前記投光ベースに設けられた、請求項１または２記載の検査装置。
【請求項４】
前記投光ベースは、前記支持面に交差しかつ前記当接部から前記第２の光軸を向く方向に延びる案内面をさらに有し、
前記保持具は、前記投光ベースの支持面上に支持されかつ前記被当接部が前記当接部に当接した状態で前記案内面に当接可能に形成された被案内部を有し、
前記固定部材は、前記被当接部が前記当接部に当接しかつ前記被案内部が前記案内面に当接した状態で、前記保持具を前記案内面に向かう方向にさらに付勢するように前記投光ベースに設けられた、請求項３記載の検査装置。
【請求項５】
前記撮像素子を支持するとともに前記第２の光軸が上下方向に延びるように前記受光レンズを支持する受光ベースと、
前記光源から出射される光が上方から下方に進行するように前記光源を支持する光源ベースと、
前記光源から出射されて上方から下方に進行する光を前記第２の光軸から遠ざかるように斜め上方へ反射する反射部材とをさらに備え、
前記光生成素子は、前記反射部材により反射される光の少なくとも一部を反射することにより構造化光を生成するように構成され、
前記投光ベースは、前記反射部材を支持するとともに、前記光生成素子により生成された構造化光が前記受光レンズの前記第２の光軸を向いて斜め下方に進行するように前記光生成素子を支持する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記投光ベース、前記受光ベースおよび前記光源ベースを収容するケーシングをさらに備え、
前記投光ベース、前記受光ベースおよび前記光源ベースは、前記ケーシングの内部に固定された、請求項５記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の高さを検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三角測距方式の検査装置においては、投光部により測定対象物の表面に光が照射され、その反射光が１次元または２次元に配列された画素を有する受光部により受光される。受光部により得られる受光量分布のデータに基づいて、測定対象物の高さ画像を示す高さデータが生成される。このような高さデータは、工場等の生産現場において、生産された測定対象物の高さを検査（インライン検査）するために用いられることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１の三次元画像処理装置においては、測定対象物がベルトコンベアにより搬送され、所定の位置で投光手段により測定対象物に構造化光が多数回照射される。また、構造化光の照射ごとに測定対象物から反射される構造化光が撮像部で受光され、測定対象物が撮像される。測定対象物の複数の画像データに基づいて、測定対象物の高さデータ（高さ画像）が生成される。生成された高さ画像に基づいて所定の検査が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−４５５８７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９４６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の構造化光はＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の光生成素子により生成される。このような光生成素子は、高さデータを正確に算出するために、他の光学部材とともに予め定められた位置に精度よく配置されることが望まれる。光生成素子を正確に位置決めするために、光生成素子を検査装置内の予め定められた位置に支持する支持部材が用いられる。
【０００６】
ところで、検査装置内では、光生成素子および各種光源の駆動部が熱を発生することにより支持部材の温度が上昇する可能性がある。温度上昇に伴って光生成素子の位置が予め定められた位置からずれる可能性がある。このような光生成素子の位置ずれは、生成される高さデータの精度を低下させる。
【０００７】
これに対して、特許文献２には、パターン光生成部（光生成素子）により生成されるパターン光（構造化光）の欠損および歪を低減する保持装置が記載されている。その保持装置においては、パターン光生成部を位置決めするための支持部に固定部が固定される。固定部は、当接部および弾性部を含む。当接部は、パターン光生成部の外周に当たるように設けられる。弾性体は、パターン光生成部のうち当接部に当たる部分を当接部に押圧する。
【０００８】
特許文献２の保持装置によれば、パターン光生成部が位置決めのための複数のピンで支持部材に固定されることがないので、パターン光生成部の変形が低減される。また、支持部材とパターン光生成部との位置ずれの予測が容易になる。予測ができれば、計測誤差の補正が可能となる。しかしながら、温度ごとに計測誤差の補正を行うためには煩雑な演算処理が必要となる。
【０００９】
本発明の目的は、光生成素子およびその支持部材の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能な検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る検査装置は、光源と、光源から出射される光を受けて構造化光を生成する光生成素子と、第１の光軸を有する投光レンズを含み、光生成素子により生成された構造化光を投光レンズを通して測定対象物に照射する投光光学系と、光生成素子よりも大きい線膨張係数を有する金属により構成されかつ光生成素子および投光レンズを支持する投光ベースと、第１の光軸に交差する第２の光軸を有する受光レンズを含みかつ投光ベースに接続される受光光学系と、測定対象物から第２の光軸の方向に反射される構造化光を受光光学系を通して受光することにより測定対象物の画像を示すパターン画像データを生成する撮像素子と、光生成素子を投光ベースに固定する固定部材とを備え、投光ベースは、第２の光軸から離間するとともに第２の光軸を向く当接部を有し、固定部材は、温度上昇による投光ベースの膨張に起因して投光光学系と第２の光軸との間の距離が増加する場合に、光生成素子から予め設定された基準面を経由して撮像素子に至る構造化光の光路長の変化量が０に近づくようにかつ光生成素子の任意の部分から基準面を経由して撮像素子に入射する光の撮像素子上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づくように、光生成素子を第２の光軸から遠ざかるように当接部に向かう方向に付勢する。
【００１１】
その検査装置においては、光源から出射された光が光生成素子に入射することにより、構造化光が生成される。生成された構造化光が投光光学系により測定対象物に照射される。測定対象物から第２の光軸の方向に反射される構造化光が受光光学系を通して撮像素子により受光され、パターン画像データが生成される。この場合、三角測距方式により生成されたパターン画像データに基づいて測定対象物の高さ画像を示す高さデータを生成することができる。また、生成された高さデータに基づいて測定対象物の検査を行うことができる。三角測距方式による測定対象物の高さ測定においては、撮像素子に対して予め定められた位置に基準面が設定される。
【００１２】
投光ベースの温度が上昇すると、投光ベースを構成する金属材料の線膨張係数に応じて投光ベースが膨張する。このとき、投光ベースと受光光学系とは互いに接続されているので、当接部および投光レンズは投光ベースの膨張に伴って第２の光軸から遠ざかる。そのため、基準面における投光レンズの第１の光軸の交差位置は、投光ベースの温度上昇前の位置からずれることになる。
【００１３】
ここで、光生成素子の線膨張係数は投光ベースよりも小さいので、光生成素子の膨張の程度は投光ベースの膨張の程度よりも小さい。そのため、光生成素子は、固定部材により第２の光軸から遠ざかるように当接部に向かう方向に付勢されることにより、投光レンズの第１の光軸に対して第２の光軸から遠ざかる方向に相対的に移動する。
【００１４】
この場合、光生成素子から測定対象物に照射される光は、第１の光軸を基準として投光レンズによって反転されつつ進行する。そのため、温度変化の前後で、基準面上の光の照射位置がほとんど変化しない。したがって、光生成素子から予め設定された基準面を経由して前記撮像素子に至る構造化光の光路長の変化量が０に近づく。また、光生成素子の任意の部分から基準面を経由して撮像素子に入射する光の撮像素子上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づく。これにより、投光ベースの温度上昇が測定対象物の高さ測定に及ぼす影響が、投光ベースに対する光生成素子の相対的な移動により相殺される。
【００１５】
その結果、光生成素子および投光ベースの温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能になる。
【００１６】
（２）光生成素子は、デジタルマイクロミラーデバイスであってもよい。
【００１７】
この場合、光源から出射される光の少なくとも一部がデジタルマイクロミラーデバイスにより反射されることにより構造化光が生成される。また、構造化光のパターンを容易かつ自由に設定することが可能になる。
【００１８】
（３）検査装置は、光生成素子を保持可能に形成された保持具をさらに備え、投光ベースは、保持具を支持可能な支持面を有し、保持具は、投光ベースの支持面上に支持された状態で当接部に当接可能に形成された被当接部を有し、固定部材は、被当接部が当接部に当接した状態で、保持具により保持された光生成素子を当接部に向かう方向に付勢するように投光ベースに設けられてもよい。
【００１９】
この場合、光生成素子は、保持具に保持された状態で投光ベースの支持面上に設けられる。それにより、投光ベースへの取り付け時における光生成素子の取り扱いが容易になる。
【００２０】
（４）投光ベースは、支持面に交差しかつ当接部から第２の光軸を向く方向に延びる案内面をさらに有し、保持具は、投光ベースの支持面上に支持されかつ被当接部が当接部に当接した状態で案内面に当接可能に形成された被案内部を有し、固定部材は、被当接部が当接部に当接しかつ被案内部が案内面に当接した状態で、保持具を案内面に向かう方向にさらに付勢するように投光ベースに設けられてもよい。
【００２１】
この場合、保持部の被案内部が投光ベースの案内面に当接した状態で保持具が投光ベースの案内面に向かって付勢されることにより、投光ベースに対する保持具の移動が当接部から第２の光軸を向く方向に規制される。したがって、投光ベースの温度が上昇することにより、投光ベースが膨張する際に、光生成素子を第２の光軸から遠ざかる方向へ正確に移動させることができる。
【００２２】
（５）検査装置は、撮像素子を支持するとともに第２の光軸が上下方向に延びるように受光レンズを支持する受光ベースと、光源から出射される光が上方から下方に進行するように光源を支持する光源ベースと、光源から出射されて上方から下方に進行する光を第２の光軸から遠ざかるように斜め上方へ反射する反射部材とをさらに備え、光生成素子は、反射部材により反射される光の少なくとも一部を反射することにより構造化光を生成するように構成され、投光ベースは、反射部材を支持するとともに、光生成素子により生成された構造化光が受光レンズの第２の光軸を向いて斜め下方に進行するように光生成素子を支持してもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、光源から出射される光の光路が折り返されている。それにより、測定対象物に構造化光を照射するための構成が、その照射方向に大型化することが抑制される。
【００２４】
また、上記の構成によれば、受光光学系の第２の光軸に対して直交する方向において、光源、光源ベースおよび反射部材は、光生成素子と受光光学系の第２の光軸との間に位置する。それにより、受光光学系の第２の光軸に対して直交する方向における光生成素子と受光光学系の第２の光軸との間の空間を有効利用することができる。
【００２５】
したがって、光源、反射部材、光生成素子、受光光学系および撮像素子を含む複数の投受光系の構成をよりコンパクト化することができる。
【００２６】
（６）検査装置は、投光ベース、受光ベースおよび光源ベースを収容するケーシングをさらに備え、投光ベース、受光ベースおよび光源ベースは、ケーシングの内部に固定されてもよい。
【００２７】
この場合、投光ベース、受光ベースおよび光源ベースをケーシング内にコンパクトに収容することができる。したがって、ケーシングの小型化が可能となり、ケーシングの設置スペースを低減することができる。さらに、検査装置の設置時の取り扱いが容易になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光生成素子およびその支持部材の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高い精度で高さデータを生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド部内部の基本構成を説明するための模式図である。
【図３】三角測距方式の原理を説明するための図である。
【図４】図１の検査装置により実行される検査処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】投光ベースにおける光生成素子の支持状態を説明するための分解斜視図である。
【図６】投光ベースにおける光生成素子の支持状態を説明するための外観斜視図である。
【図７】図６の白抜きの矢印Ｑの方向に見た素子支持部の拡大図である。
【図８】温度変化に伴う光生成素子の支持状態の変化を説明するための図である。
【図９】ヘッド部の温度変化に伴う構造化光の光路の変化を説明するための図である。
【図１０】変形例に係る検査装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施の形態に係る検査装置について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（１）検査装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る検査装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、検査装置３００は、ヘッド部１００、コントローラ部２００、操作部３１０および表示部３２０を備える。コントローラ部２００は、プログラマブルロジックコントローラ等の外部機器４００に接続される。
【００３２】
図１に太い矢印で示すように、複数の測定対象物Ｓが、ヘッド部１００の下方の空間を通過するようにベルトコンベア３０１により順次搬送される。各測定対象物Ｓがヘッド部１００の下方の空間を通過する際には、当該測定対象物Ｓがヘッド部１００の下方の所定の位置で一時的に静止するように、ベルトコンベア３０１が一定時間停止する。
【００３３】
ヘッド部１００は、例えば投受光一体の撮像デバイスであり、照明部１１０、撮像部１２０および演算部１３０がヘッドケーシング１００ｃ内に収容された構成を有する。照明部１１０は、赤色、青色、緑色または白色の光であって、かつ、任意のパターンを有する光とパターンを有しない一様な光とを、選択的に斜め上方から測定対象物Ｓに照射可能に構成される。以下、任意のパターンを有する光を構造化光と呼び、一様な光を一様光と呼ぶ。照明部１１０の構成については後述する。
【００３４】
撮像部１２０は、撮像素子１２１および受光レンズ１２２，１２３を備える。受光レンズ１２２，１２３のうち少なくとも受光レンズ１２２は、テレセントリックレンズである。測定対象物Ｓにより上方に反射された構造化光または一様光は、撮像部１２０の受光レンズ１２２，１２３により集光および結像された後、撮像素子１２１により受光される。撮像素子１２１は、例えばモノクロＣＣＤ（電荷結合素子）であり、各画素から受光量に対応するアナログの電気信号を出力することにより画像データを生成する。撮像素子１２１は、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。
【００３５】
本実施の形態においては、構造化光が測定対象物Ｓに照射されたときの測定対象物Ｓの画像を示す画像データをパターン画像データと呼ぶ。これに対し、赤色、青色または緑色のいずれかの波長を有する一様光が測定対象物Ｓに照射されたときの測定対象物Ｓの画像を示す画像データをテクスチャ画像データと呼ぶ。
【００３６】
演算部１３０は、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）により実現され、撮像処理部１３１、演算処理部１３２、記憶部１３３および出力処理部１３４を含む。本実施の形態においては、演算部１３０はＦＰＧＡにより実現されるが、本発明はこれに限定されない。演算部１３０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）により実現されてもよいし、マイクロコンピュータにより実現されてもよい。
【００３７】
撮像処理部１３１は、照明部１１０および撮像部１２０の動作を制御する。演算処理部１３２は、複数のパターン画像データに基づいて測定対象物Ｓの高さ画像を示す高さデータを生成する。また、演算処理部１３２は、赤色、青色および緑色の一様光により生成された赤色、青色および緑色のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Ｓのカラー画像を示すカラーテクスチャ画像データを生成する。記憶部１３３は、撮像部１２０により生成された複数のパターン画像データおよびテクスチャ画像データを一時的に記憶する。また、記憶部１３３は、演算処理部１３２により生成された高さデータおよびカラーテクスチャ画像データを一時的に記憶する。出力処理部１３４は、記憶部１３３に記憶された高さデータまたはカラーテクスチャ画像データを出力する。演算部１３０の詳細については後述する。
【００３８】
コントローラ部２００は、ヘッド制御部２１０、画像メモリ２２０および検査部２３０を含む。ヘッド制御部２１０は、外部機器４００により与えられる指令に基づいて、ヘッド部１００の動作を制御する。画像メモリ２２０は、演算部１３０により出力された高さデータまたはカラーテクスチャ画像データを記憶する。
【００３９】
検査部２３０は、使用者により指定された検査内容に基づいて、画像メモリ２２０に記憶された高さデータまたはカラーテクスチャ画像データについてエッジ検出または寸法計測等の処理を実行する。また、検査部２３０は、計測値を所定のしきい値と比較することにより、測定対象物Ｓの良否を判定し、判定結果を外部機器４００に与える。
【００４０】
コントローラ部２００には、操作部３１０および表示部３２０が接続される。操作部３１０は、キーボード、ポインティングデバイスまたは専用のコンソールを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。使用者は、操作部３１０を操作することにより、コントローラ部２００に所望の検査内容を指定することができる。
【００４１】
表示部３２０は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。表示部３２０は、画像メモリ２２０に記憶された高さデータに基づく高さ画像を表示する。また、表示部３２０は、画像メモリ２２０に記憶されたカラーテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのカラー画像を表示する。さらに、表示部３２０は、検査部２３０による測定対象物Ｓの判定結果を表示する。
【００４２】
（２）ヘッド部１００の基本的な内部構成
図２は、図１のヘッド部１００内部の基本構成を説明するための模式図である。図２に示すように、撮像部１２０は、図１に示される構成要素に加えて受光ベース１２０ａを備える。受光ベース１２０ａは、例えば鏡筒を含み、ヘッドケーシング１００ｃの内部で受光レンズ１２２，１２３および撮像素子１２１を支持する。ヘッドケーシング１００ｃの内部において、受光レンズ１２２，１２３は、共通の光軸ａｘ０が上下方向に延びるように固定されている。撮像素子１２１は、受光レンズ１２２，１２３の共通の光軸ａｘ０上で下方から上方に進行する光を受けるように、受光レンズ１２２，１２３の上方に固定されている。また、本例では、演算部１３０は、基板に実装された状態で撮像部１２０の上方に位置するように、ヘッドケーシング１００ｃ内に固定されている。
【００４３】
ヘッドケーシング１００ｃ内では、水平方向において撮像部１２０に隣り合うように照明部１１０が設けられている。照明部１１０は、光源１１１，１１２，１１３、ダイクロイックミラー１１４，１１５、照明レンズ１１６、ミラー１１７、光生成素子１１８、投光レンズ１１９、光源ベース１１０ａおよび投光ベース１１０ｂを備える。
【００４４】
光源ベース１１０ａは、光源１１１，１１２，１１３、ダイクロイックミラー１１４，１１５および照明レンズ１１６を支持する。投光ベース１１０ｂは、ミラー１１７、光生成素子１１８および投光レンズ１１９を支持する。光源ベース１１０ａは、投光ベース１１０ｂの上方に位置するように投光ベース１１０ｂに接続される。互いに接続された光源ベース１１０ａおよび投光ベース１１０ｂは、連結部材ＪＴを介して撮像部１２０の受光ベース１２０ａに接続されている。光源ベース１１０ａ、投光ベース１１０ｂ、受光ベース１２０ａおよび連結部材ＪＴは、共通の金属材料（本例ではアルミニウム（Ａｌ））により形成されている。予め定められた基準温度(例えば２５℃)において、照明部１１０および撮像部１２０の複数の構成要素は予め定められた位置関係で保持される。
【００４５】
光源１１１，１１２，１１３は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）であり、緑色光、青色光および赤色光をそれぞれ出射する。各光源１１１〜１１３はＬＥＤ以外の他の光源であってもよい。
【００４６】
ダイクロイックミラー１１４は、光源１１１により出射された緑色光と光源１１２により出射された青色光とが重ね合わせ可能となるように光源ベース１１０ａにより支持される。ダイクロイックミラー１１５は、ダイクロイックミラー１１４により重ね合わされた光と光源１１３により出射された赤色光とが重ね合わせ可能となるように光源ベース１１０ａにより支持される。これにより、光源１１１〜１１３から緑色光、青色光および赤色光が同時に出射される際には、それらの光が共通の光路上で重ね合わされ、白色光が生成される。
【００４７】
また、本実施の形態において、光源１１１〜１１３およびダイクロイックミラー１１４，１１５は、光源１１１〜１１３によりそれぞれ出射される複数の光が上方から下方に向かう共通の光路を進行するように、光源ベース１１０ａにより支持される。
【００４８】
照明レンズ１１６は、ダイクロイックミラー１１５の下方の位置で、ダイクロイックミラー１１５を通過または反射した光を集光するように、光源ベース１１０ａにより支持される。ヘッドケーシング１００ｃ内において、照明レンズ１１６により集光される光はさらに上方から下方に向かって進行する。
【００４９】
ミラー１１７は、照明レンズ１１６を通過した光を撮像部１２０の光軸ａｘ０から遠ざかる方向を向いて斜め上方へ反射するように投光ベース１１０ｂにより支持される。光生成素子１１８は、ミラー１１７により反射される光を受けるように、投光ベース１１０ｂにより支持される。本実施の形態においては、光生成素子１１８は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）である。光生成素子１１８は、受けた光の少なくとも一部を撮像部１２０の光軸ａｘ０に近づくように斜め下方に反射することにより構造化光および一様光を選択的に生成する光生成面を有する。光生成素子１１８は、ＬＣＤまたはＬＣＯＳ（反射型液晶素子)であってもよい。投光ベース１１０ｂにおける光生成素子１１８の支持状態の詳細については後述する。
【００５０】
投光レンズ１１９は、投光レンズ１１９の光軸ａｘ１が投光レンズ１１９から撮像部１２０の光軸ａｘ０を向いて斜め下方に延びるように投光ベース１１０ｂにより支持される。本実施の形態においては、投光レンズ１１９は、光生成素子１１８からの光を拡大しつつ図１の測定対象物Ｓに照射する。なお、投光レンズ１１９は、複数のレンズで構成されてもよい。この場合、投光レンズ１１９は、テレセントリック光学系を含んでもよく、光生成素子１１８からの構造化光または一様光を拡大するとともに平行化して測定対象物Ｓに照射可能に設けられてもよい。
【００５１】
上記の構成によれば、光源１１１，１１２，１１３から出射される複数の光に共通の光路が折り返されて測定対象物Ｓに照射される。それにより、光源ベース１１０ａにより支持される各光学系が、投光レンズ１１９の光軸ａｘ１上に並ばない。したがって、測定対象物Ｓに構造化光および一様光を照射するための構成が、その照射方向に大型化することが抑制されている。
【００５２】
また、上記の構成によれば、撮像部１２０の光軸ａｘ０に直交する方向において、光源ベース１１０ａにより支持される複数の光学系の少なくとも一部は、光生成素子１１８と撮像部１２０の光軸ａｘ０との間に位置する。それにより、撮像部１２０の光軸ａｘ０に直交する方向における光生成素子１１８と撮像部１２０の光軸ａｘ０との間の空間を有効利用することができる。
【００５３】
これらの結果、ヘッドケーシング１００ｃ内で照明部１１０および撮像部１２０がコンパクトに配置されるので、ヘッド部１００の小型化が実現されるとともにヘッド部１００のレイアウトの自由度が向上する。さらに、ヘッド部１００の設置スペースが低減されるとともに、ヘッド部１００の設置時の取り扱いが容易になる。
【００５４】
図１の演算部１３０の撮像処理部１３１は、後述する検査処理のフローに従って、光源１１１〜１１３による光の出射を個別に制御する。また、照明部１１０から出射される光に所望のパターンが付与されるように光生成素子１１８を制御する。これにより、照明部１１０は、白色でかつ所定のパターンを有する構造化光と、緑色、青色または赤色の一様光とを選択的に出射する。さらに、撮像処理部１３１は、後述する検査処理のフローに従って、照明部１１０における構造化光または一様光の出射に同期して測定対象物Ｓを撮像するように撮像部１２０を制御する。
【００５５】
（３）高さデータの生成
検査装置３００においては、ヘッド部１００に固有の三次元座標系（以下、装置座標系と呼ぶ。）が定義される。本例の装置座標系は、原点と互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とを含む。以下の説明では、装置座標系のＸ軸に平行な方向をＸ方向と呼び、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向と呼ぶ。Ｘ方向およびＹ方向は、ベルトコンベア３０１の上面に平行な面内で互いに直交する。Ｚ方向は、ベルトコンベア３０１の上面に対して直交する。
【００５６】
ヘッド部１００においては、三角測距方式により測定対象物Ｓの高さ画像を示す高さデータが生成される。三角測距方式による測定対象物の高さ測定においては、撮像素子１２１に対して予め定められた位置に基準面が設定される。本例では、ベルトコンベア３０１の上面が基準面として設定されるものとする。
【００５７】
図３は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図３には、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向がそれぞれ矢印で示される。ここで、検査装置３００のヘッド部１００内部の温度は基準温度であるものとする。
【００５８】
図３に示すように、照明部１１０の光学系（図２の投光レンズ１１９）の光軸ａｘ１と撮像部１２０の光学系（図２の受光レンズ１２２，１２３）の光軸ａｘ０との間の角度αが予め設定される。角度αは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。
【００５９】
ヘッド部１００の下方に測定対象物Ｓが存在しない場合、照明部１１０から出射される光は、基準面Ｒの点Ｏにより反射され、撮像部１２０に入射する。一方、ヘッド部１００の下方に測定対象物Ｓが存在する場合、照明部１１０から出射される光は、測定対象物Ｓの表面の点Ａにより反射され、撮像部１２０に入射する。これにより、測定対象物Ｓが撮像され、測定対象物Ｓの画像を示す画像データが生成される。
【００６０】
点Ｏと点Ａとの間のＸ方向における距離をｄとすると、基準面Ｒに対する測定対象物Ｓの点Ａの高さｈは、ｈ＝ｄ÷ｔａｎ（α）により与えられる。演算部１３０は、撮像部１２０により生成される画像データに基づいて、距離ｄを算出する。また、演算部１３０は、算出された距離ｄに基づいて、測定対象物Ｓの表面の点Ａの高さｈを算出する。測定対象物Ｓの表面の全ての点の高さを算出することにより、光が照射された全ての点について装置座標系で表される座標を特定することができる。それにより、測定対象物Ｓの高さデータが生成される。
【００６１】
測定対象物Ｓの表面の全ての点に光を照射するために、照明部１１０から種々の構造化光が出射される。本実施の形態においては、Ｙ方向に平行でかつＸ方向に並ぶような直線状の断面を有する縞状の構造化光（以下、縞状光と呼ぶ。）が、その空間位相が変化されつつ照明部１１０から複数回出射される。また、Ｙ方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがＸ方向に並ぶコード状の構造化光（以下、コード状光と呼ぶ。）が、その明部分および暗部分がグレイコード状に変化されつつ照明部１１０から複数回出射される。
【００６２】
（４）検査処理
図４は、図１の検査装置３００により実行される検査処理の一例を示すフローチャートである。以下、図１に示される検査装置３００の各構成要素および図４のフローチャートを用いて検査処理を説明する。まず、ヘッド部１００において、撮像処理部１３１は、所定のパターンを有する白色の構造化光を出射するように照明部１１０を制御する（ステップＳ１）。また、撮像処理部１３１は、ステップＳ１における構造化光の出射と同期して測定対象物Ｓを撮像するように撮像部１２０を制御する（ステップＳ２）。これにより、測定対象物Ｓのパターン画像データが撮像部１２０により生成される。
【００６３】
次に、撮像処理部１３１は、直前のステップＳ２で生成されたパターン画像データを記憶部１３３に記憶させる（ステップＳ３）。また、撮像処理部１３１は、所定の回数撮像が実行されたか否かを判定する（ステップＳ４）。所定の回数撮像が実行されていない場合、撮像処理部１３１は、構造化光のパターンを変更するように図２の光生成素子１１８を制御し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。ここで、構造化光のパターンを変更することには、構造化光のパターンの位相をシフトさせることが含まれる。所定の回数撮像が実行されるまで、ステップＳ１〜Ｓ５が繰り返される。これにより、パターンが変化されつつ縞状光およびコード状光が測定対象物Ｓに順次照射されたときの複数のパターン画像データが記憶部１３３に記憶される。なお、縞状光とコード状光とは、いずれが先に出射されてもよい。
【００６４】
ステップＳ４で、所定の回数撮像が実行された場合、演算処理部１３２は、記憶部１３３に記憶された複数のパターン画像データについて演算を行うことにより、高さデータを生成する（ステップＳ６）。その後、出力処理部１３４は、ステップＳ６で生成された高さデータをコントローラ部２００に出力する（ステップＳ７）。これにより、コントローラ部２００の画像メモリ２２０に高さデータが蓄積される。
【００６５】
次に、撮像処理部１３１は、図２の複数の光源１１１，１１２，１１３のうち一の光源を選択するとともに選択された一の光源に対応する色の一様光を出射するように照明部１１０を制御する（ステップＳ８）。また、撮像処理部１３１は、ステップＳ８における一様光の出射と同期して測定対象物Ｓを撮像するように撮像部１２０を制御する（ステップＳ９）。これにより、一の光源に対応する色のテクスチャ画像データが撮像部１２０により生成される。
【００６６】
続いて、撮像処理部１３１は、直前のステップＳ９で生成されたテクスチャ画像データを記憶部１３３に記憶させる（ステップＳ１０）。また、撮像処理部１３１は、全光源１１１〜１１３を用いた撮像が実行されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。全光源１１１〜１１３を用いた撮像が実行されていない場合、撮像処理部１３１は、直前のステップＳ７の処理後で光が出射されていない１または複数の光源から光を出射する光源を決定し（ステップＳ１２）、ステップＳ８に戻る。全光源１１１〜１１３を用いた撮像が実行されるまで、ステップＳ８〜Ｓ１２が繰り返される。これにより、測定対象物Ｓに照射される光の色が変化されつつ一様光が測定対象物Ｓに順次照射されたときの複数のテクスチャ画像データが記憶部１３３に記憶される。
【００６７】
ステップＳ１１で、全光源１１１〜１１３を用いた撮像が実行された場合、演算処理部１３２は、記憶部１３３に記憶された複数のテクスチャ画像データを合成することにより、カラーテクスチャ画像データを生成する（ステップＳ１３）。その後、出力処理部１３４は、ステップＳ１３で生成されたカラーテクスチャ画像データをコントローラ部２００に出力する（ステップＳ１４）。これにより、コントローラ部２００の画像メモリ２２０にカラーテクスチャ画像データが蓄積される。
【００６８】
次に、コントローラ部２００において、検査部２３０は、ステップＳ７，Ｓ１４で画像メモリ２２０に蓄積された高さデータおよびカラーテクスチャ画像データに画像処理を実行する（ステップＳ１５）。これにより、使用者により予め指定された検査内容に基づいて、高さデータまたはカラーテクスチャ画像データにおける所定部分の計測が実行される。具体的には、高さ方向（Ｚ方向）に関する計測は高さデータを用いて行われ、Ｘ方向またはＹ方向に関する計測はカラーテクスチャ画像データを用いて行われる。
【００６９】
続いて、検査部２３０は、ステップＳ１５で得られた計測値を所定のしきい値と比較することにより測定対象物Ｓの良否を判定し（ステップＳ１６）、計測処理を終了する。
【００７０】
ここで、検査部２３０は、ステップＳ１６における判定結果を表示部３２０に表示してもよいし、外部機器４００に与えてもよい。また、検査部２３０は、ステップＳ６の処理で生成される高さデータに基づく高さ画像を表示部３２０に表示させることができる。さらに、表示部３２０は、ステップＳ１３で生成されるカラーテクスチャ画像データに基づく測定対象物Ｓのカラー画像を表示部３２０に表示させることができる。
【００７１】
上記の検査処理においては、ステップＳ１〜Ｓ７が実行された後にステップＳ８〜Ｓ１４が実行されるが、本発明はこれに限定されない。ステップＳ８〜Ｓ１４が実行された後にステップＳ１〜Ｓ７が実行されてもよい。また、ステップＳ７，Ｓ１４は、計測が実行される前におけるいずれの時点で実行されてもよく、他の処理と並列的に実行されてもよい。
【００７２】
（５）ヘッド部１００における光生成素子１１８の支持状態
図５は投光ベース１１０ｂにおける光生成素子１１８の支持状態を説明するための分解斜視図である。投光ベース１１０ｂは、撮像部１２０（図２）に対して予め定められた姿勢（以下、基準姿勢と呼ぶ。）が維持されるようにヘッドケーシング１００ｃ（図２）内に固定される。
【００７３】
図５に示すように、投光ベース１１０ｂは、最外部１１、上面部１２および素子支持部１３を有する。最外部１１は、投光ベース１１０ｂが基準姿勢にある状態で撮像部１２０の逆方向（撮像部１２０から遠ざかる方向）を向く部分であり、投光ベース１１０ｂのうち撮像部１２０から最も遠い位置に配置される部分である。上面部１２は、投光ベース１１０ｂが基準姿勢にある状態で上方を向く面である。最外部１１の上端部と上面部１２とは離間している。
【００７４】
投光ベース１１０ｂの内部には、上面部１２の下方にミラー１１７および投光レンズ１１９が設けられる。ミラー１１７および投光レンズ１１９は、投光ベース１１０ｂの予め定められた部分に固定されている。また、投光ベース１１０ｂの内部には、光源１１１，１１２，１１３から出射された光および光生成素子１１８により生成された構造化光または一様光が進行するための空間が形成されている。上面部１２には、照明レンズ１１６（図２）を通って下方に進行する光をミラー１１７へ導くための開口１２ｏが形成されている。
【００７５】
素子支持部１３は、最外部１１の上端部と上面部１２との間に位置し、支持面１４および支持壁１５を有する。支持面１４は、投光ベース１１０ｂが基準姿勢にある状態で撮像部１２０の逆方向（撮像部１２０から遠ざかる方向）かつ斜め上方を向くように平坦に形成されている。支持面１４の中央部には、投光ベース１１０ｂ内でミラー１１７により反射される光を光生成素子１１８に導くための開口１４ｏが形成されている。
【００７６】
支持壁１５は、略Ｕ字形状を有し、支持面１４を取り囲むようにかつ支持面１４に直交する斜め上方に突出するように形成されている。支持壁１５は、素子支持部１３の中心を向く３つの内側面を有する。３つの内側面のうち一の内側面は支持面１４に直交するとともに撮像部１２０の方向（撮像部１２０に近づく方向）を向きかつ斜め上方を向く。他の２つの内側面は、支持面１４および当接面１５ａに直交するとともに互いに対向する。以下の説明では、少なくとも撮像部１２０を向く支持壁１５の一の内側面を当接面１５ａと呼ぶ。また、支持壁１５の他の２つの内側面をそれぞれ内側面１５ｂ，１５ｃと呼ぶ。支持壁１５には、さらに長尺状の板ばね１６が設けられている。板ばね１６は、支持壁１５の一端部から所定の方向に一定距離延びるように設けられている。
【００７７】
光生成素子１１８は、構造化光を生成するための複数の電気部品と、複数の電気部品が実装された基板と、複数の電気部品および基板の少なくとも一部を収容するパッケージとを含む。光生成素子１１８のパッケージは、投光ベース１１０ｂよりも線膨張係数が小さい材料で形成される。上記のように、投光ベース１１０ｂがアルミニウムで形成される場合、パッケージは例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で形成される。なお、アルミニウムの線膨張係数は２３（×１０−６／℃）程度であり、酸化アルミニウムの線膨張係数は７（×１０−６／℃）程度である。また、本例のパッケージは扁平な直方体形状を有する。
【００７８】
光生成素子１１８は、２つの保持具２０，３０を用いて投光ベース１１０ｂの素子支持部１３に取り付けられる。保持具２０，３０は、投光ベース１１０ｂと同じ金属材料で形成されている。なお、保持具２０，３０は、光生成素子１１８のパッケージと同じ材料で形成されてもよい。
【００７９】
一方の保持具２０は、略長方形の板状部材であり、支持面１４上に載置可能かつスライド可能に形成されている。具体的には、保持具２０は、互いに逆方向を向く上面２８および下面２９を有する。上面２８上には、Ｌ字形状を有する保持壁２１が形成されている。保持壁２１は、保持具２０の一長辺から一短辺に沿って延びるように形成されている。保持壁２１は、保持具２０の中心を向いて互いに直交する２つの内側面を有する。
【００８０】
保持具２０の上面２８上に光生成素子１１８を載置する。この状態で、光生成素子１１８を保持壁２１の２つの内側面に接触させる。それにより、光生成素子１１８を保持具２０に対して予め定められた姿勢で位置決めすることができる。保持具２０の中央部には、光生成素子１１８の光生成面を保持具２０の下方に露出させるための開口が形成されている。
【００８１】
他方の保持具３０は、略長方形の板状部材であり、光生成素子１１８が保持された保持具２０上に載置可能かつスライド可能に形成されている。具体的には、保持具３０は、互いに逆方向を向く上面３８および下面３９を有する。下面３９上には、Ｌ字形状を有する保持壁３１が形成されている。保持壁３１は、保持具３０の中心を向いて互いに直交する２つの内側面を有する。
【００８２】
保持具３０の保持壁３１の厚み（下面３９からの突出量）は、保持具２０の保持壁２１の厚み（上面２８からの突出量）に等しい。保持具２０上に光生成素子１１８が位置決めされた状態で、下面３９が保持具２０を向くように保持具３０を配置する。また、保持具２０の上面２８のうち光生成素子１１８が存在しない領域に保持具３０の保持壁３１が重なるように、保持具２０上に保持具３０を載置する。さらに、光生成素子１１８を保持壁３１の２つの内側面に接触させる。
【００８３】
それにより、光生成素子１１８を保持具３０に対して予め定められた姿勢で位置決めすることができる。保持具３０の中央部には、光生成素子１１８の放熱用の開口が形成されている。保持具３０の４つの隅部のうち保持壁３１の角が位置する隅部には、隣り合う２つの辺に対して傾斜する傾斜面３２が形成されている。
【００８４】
図６は投光ベース１１０ｂにおける光生成素子１１８の支持状態を説明するための外観斜視図であり、図７は図６の白抜きの矢印Ｑの方向に見た素子支持部１３の拡大図である。図７においては、光生成素子１１８の支持状態の理解を容易にするために、図５の保持具３０が太い点線で示される。また、図５の支持壁１５、保持具２０および光生成素子１１８に互いに異なるハッチングまたはドットパターンが付されている。
【００８５】
光生成素子１１８が２つの保持具２０，３０により挟みこまれた状態で、保持具３０の傾斜面３２が上面部１２の近傍に位置するように保持具２０を支持面１４上に載置する。この状態で、板ばね１６は、その先端部が傾斜面３２に当接するようにかつ傾斜面３２を支持壁１５の当接面１５ａおよび内側面１５ｂに向かう方向に付勢するように設けられている。図７では、板ばね１６により傾斜面３２が付勢される向きが白抜きの矢印で示される。
【００８６】
これにより、光生成素子１１８は、素子支持部１３に支持された状態で、板ばね１６の弾性力により保持具２０，３０の保持壁２１，３１を挟んで支持壁１５の当接面１５ａおよび内側面１５ｂを向く方向に付勢され、固定される。
【００８７】
投光ベース１１０ｂに光生成素子１１８が支持された状態で、複数の光源１１１，１１２，１１３のいずれかから出射された光が開口１２ｏに進入する。この場合、開口１２ｏに進入した光は、上記のように、ミラー１１７により反射されて光生成素子１１８の光生成面に導かれる。また、光生成面に導かれた光の少なくとも一部が構造化光または一様光として反射され、投光レンズ１１９を通して測定対象物Ｓに照射される。図６では、投光ベース１１０ｂ内を進行する光の光路が二点鎖線の矢印で示される。
【００８８】
（６）温度変化に伴う光生成素子１１８の支持状態の変化
以下の説明では、撮像部１２０の光軸ａｘ０から離間した任意の位置において、光軸ａｘ０を向く方向（光軸ａｘ０に近づく方向）を内方と呼び、その逆方向（光軸ａｘ０から遠ざかる方向）を外方と呼ぶ。
【００８９】
図８は、温度変化に伴う光生成素子１１８の支持状態の変化を説明するための図である。図８（ａ）に基準温度における光生成素子１１８の支持状態が撮像部１２０の光軸ａｘ０とともに模式的側面図で示される。図８（ａ）に示すように、光生成素子１１８は、基準温度において保持具２０，３０により保持されつつ素子支持部１３の支持面１４上に支持される。このとき、図８（ａ）に白抜きの矢印に示すように、保持具３０の傾斜面３２が少なくとも当接面１５ａに向かう方向に付勢される。それにより、光生成素子１１８は、光生成素子１１８の中心（光生成面の中心）が投光レンズ１１９の光軸ａｘ１上に位置するように位置決めされる。
【００９０】
ヘッド部１００の温度が基準温度から上昇すると、投光ベース１１０ｂの線膨張係数に応じて投光ベース１１０ｂが膨張する。また、光生成素子１１８の線膨張係数に応じて光生成素子１１８が膨張する。図８（ｂ）に温度上昇時における光生成素子１１８の支持状態が撮像部１２０の光軸ａｘ０とともに模式的側面図で示される。投光ベース１１０ｂは、撮像部１２０に接続されている。そのため、ヘッド部１００の温度が基準温度から上昇すると、素子支持部１３の当接面１５ａおよび投光レンズ１１９は、基準温度にある場合に比べて外方へ移動する。すなわち、素子支持部１３の当接面１５ａおよび投光レンズ１１９は投光ベース１１０ｂの膨張に伴って光軸ａｘ０から遠ざかる。
【００９１】
一方、光生成素子１１８の線膨張係数は、投光ベース１１０ｂの線膨張係数よりも小さいので、光生成素子１１８の膨張の程度は投光ベース１１０ｂの膨張の程度よりも小さい。そのため、光生成素子１１８は、図８（ｂ）に示すように、光生成素子１１８の中心が投光レンズ１１９の光軸ａｘ１よりも外方に位置するように投光ベース１１０ｂに対して相対的に移動する。この投光ベース１１０ｂに対する光生成素子１１８の相対的な移動は、温度上昇に起因する高さデータの精度低下を抑制する。この理由について説明する。
【００９２】
図９は、ヘッド部１００の温度変化に伴う構造化光の光路の変化を説明するための図である。図９（ａ）に、基準温度における光生成素子１１８、投光レンズ１１９および撮像部１２０の位置関係が示される。図９（ｂ）に、基準温度よりも高い温度における光生成素子１１８、投光レンズ１１９および撮像部１２０の位置関係が示される。
【００９３】
上記のように、ヘッド部１００が基準温度にある状態で、光生成素子１１８の中心は投光レンズ１１９の光軸ａｘ１上に位置する。そのため、図９（ａ）に太い実線の矢印で示すように、光生成素子１１８の中心から出射される光は、撮像部１２０の光軸ａｘ１上を進行し、２つの光軸ａｘ０，ａｘ１の交点ｃｐ０に到達する。この場合、測定対象物Ｓの高さを算出するための基準面Ｒは、例えば図９（ａ）の交点ｃｐ０を含むように設定される。
【００９４】
ヘッド部１００の温度が基準温度よりも上昇すると、投光レンズ１１９は投光ベース１１０ｂの膨張に伴って撮像部１２０の光軸ａｘ０から遠ざかる。それにより、２つの光軸ａｘ０，ａｘ１の交点ｃｐ０の位置は撮像部１２０から遠ざかる方向（本例では下方）に変化し、交点ｃｐ０と撮像部１２０との間の距離が増加する。それにより、図９（ｂ）に示すように、交点ｃｐ０の位置は、基準面Ｒよりも下方に移動することになる。そのため、光生成素子１１８の中心から出射される光が仮に光軸ａｘ１上を進行すると、その光は基準面Ｒ上の光軸ａｘ０からずれた位置に照射される。したがって、基準温度時と同様の演算方法では正確な高さデータを得ることができない。
【００９５】
これに対して、本実施の形態に係る検査装置３００においては、ヘッド部１００の温度上昇時に光生成素子１１８の中心が投光レンズ１１９の光軸ａｘ１に対して撮像部１２０の外方（撮像部１２０から遠ざかる方向）に移動する。この場合、図９（ｂ）に太い実線の矢印で示すように、光生成素子１１８の中心から出射される光は、光軸ａｘ１を基準として投光レンズ１１９によって反転されつつ進行する。それにより、光生成素子１１８の中心から出射される光は、光軸ａｘ０上で交点ｃｐ０よりも撮像部１２０に近い点ｃｐ１に到達する。
【００９６】
この場合、点ｃｐ１は、基準面Ｒ上に存在するかまたは交点ｃｐ０よりも基準面Ｒに近い位置に存在することになる。本例では、点ｃｐ１は基準面Ｒ上に存在する。したがって、温度変化の前後で、光生成素子１１８の中心から基準面Ｒを経由して撮像素子１２１に入射する光の光路長の変化量が０に近づく。また、光生成素子１１８の中心から基準面Ｒを経由して撮像素子１２１に入射する光の撮像素子１２１上の入射位置が基準温度時における入射位置に近づく。光生成素子１１８の中心以外の部分から基準面Ｒを経由して撮像素子１２１に入射する他の光についても、光生成素子１１８の中心から基準面Ｒを経由して撮像素子１２１に入射する上記の光と同様のことがいえる。それにより、ヘッド部１００の温度上昇時に、基準温度時と同様の演算方法を用いる場合であっても、温度上昇に起因する高さデータの精度低下が抑制される。
【００９７】
（７）実施の形態の効果
（ａ）上記のように、ヘッド部１００においては、光生成素子１１８が、板ばね１６により撮像部１２０の光軸ａｘ０から遠ざかるように投光ベース１１０ｂの当接面１５ａに向かう方向に付勢される。
【００９８】
それにより、ヘッド部１００の温度上昇時に線膨張係数が小さい光生成素子１１８が線膨張係数の大きい投光ベース１１０ｂに支持された投光レンズ１１９の光軸ａｘ１に対して外方に相対的に移動する。この場合、光生成素子１１８から基準面Ｒを経由して撮像素子１２１に至る構造化光の光路長の変化量が０に近づく。また、光生成素子１１８の任意の部分から基準面Ｒを経由して撮像素子１２１に入射する光の撮像素子１２１上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づく。
【００９９】
したがって、ヘッド部１００の温度上昇が測定対象物Ｓの高さ測定に及ぼす影響が、投光ベース１１０ｂに対する光生成素子１１８の相対的な移動により相殺される。その結果、ヘッド部１００の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能になる。
【０１００】
（ｂ）上記のヘッド部１００においては、本実施の形態においては、光生成素子１１８は、ＤＭＤである。この場合、光源１１１，１１２，１１３から出射される光の少なくとも一部がＤＭＤにより反射されることにより構造化光が生成される。また、構造化光のパターンを容易かつ自由に設定することが可能になる。
【０１０１】
（ｃ）投光ベース１１０ｂの素子支持部１３は、保持具２０，３０を支持可能な支持面１４を有する。保持具２０は、素子支持部１３上に支持された状態で当接面１５ａに当接可能に形成された保持壁２１を有する。板ばね１６は、保持壁２１の一部分が当接面１５ａに当接した状態で、保持具２０により保持された光生成素子１１８を当接面１５ａに向かう方向に付勢する。このように、光生成素子１１８は、保持具２０，３０により保持された状態で投光ベース１１０ｂの素子支持部１３に設けられる。それにより、投光ベース１１０ｂへの取り付け時における光生成素子１１８の取り扱いが容易になる。
【０１０２】
（ｄ）素子支持部１３は、支持面１４に交差しかつ当接面１５ａから撮像部１２０を向く方向に少なくとも延びる内側面１５ｂを有する。板ばね１６は、保持具２０の保持壁２１の一部分が当接面１５ａに当接しかつ保持壁２１の他の部分が内側面１５ｂに当接した状態で、保持具２０，３０を内側面１５ｂに向かってさらに付勢する。この場合、投光ベース１１０ｂに対する保持具２０，３０の相対的な移動が内側面１５ｂの延びる方向、すなわち当接面１５ａから撮像部１２０を向く方向に規制される。したがって、ヘッド部１００の温度が上昇することにより、投光ベース１１０ｂが膨張する際に、光生成素子１１８を撮像部１２０から遠ざかる方向へ正確に移動させることができる。
【０１０３】
（ｅ）上記のヘッド部１００においては、高さデータおよびカラーテクスチャ画像データを生成するための複数の投受光系が、ヘッドケーシング１００ｃ内にコンパクトに収容される。したがって、ヘッド部１００の小型化が可能となり、ヘッド部１００の設置スペースを低減することができる。さらに、ヘッド部１００の設置等の取り扱いが容易になる。
【０１０４】
（８）変形例
ヘッド部１００は１個の照明部１１０および１個の撮像部１２０を含むが、本発明はこれに限定されない。図１０は、変形例に係る検査装置３００の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、変形例におけるヘッド部１００は、４個の照明部１１０を含む。なお、図１０においては、演算部１３０の図示が省略されている。
【０１０５】
以下の説明では、４個の照明部１１０を区別する場合は、４個の照明部１１０をそれぞれ照明部１１０Ａ〜１１０Ｄと呼ぶ。照明部１１０Ａ〜１１０Ｄは、互いに同一の構造を有し、９０度間隔で撮像部１２０を取り囲むように設けられる。具体的には、照明部１１０Ａと照明部１１０Ｂとは、撮像部１２０を挟んで対向するように配置される。また、照明部１１０Ｃと照明部１１０Ｄとは、撮像部１２０を挟んで対向するように配置される。さらに、４個の照明部１１０Ａ〜１１０Ｄおよび撮像部１２０は、演算部１３０とともにヘッドケーシング１００ｃ内に収容されている。
【０１０６】
この構成においては、４個の照明部１１０Ａ〜１１０Ｄにより測定対象物Ｓに対して互いに異なる４つの方向から光を出射することができる。それにより、いずれかの照明部１１０から出射される光により測定不可能な部分がある場合でも、その測定不可能な部分の形状を他の照明部１１０から出射される光を用いて測定することができる。そこで、４個の照明部１１０Ａ〜１１０Ｄにそれぞれ対応して生成された高さデータを合成することにより、測定不可能な部分がより低減された合成高さデータを生成することができる。また、４個の照明部１１０Ａ〜１１０Ｄにそれぞれ対応して生成されたカラーテクスチャ画像データを合成することにより、測定不可能な部分がより低減されたカラーテクスチャ画像データを生成することができる。
【０１０７】
（９）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態においては、投光ベース１１０ｂはアルミニウムにより形成され、光生成素子１１８のパッケージは酸化アルミニウムにより形成されるが、本発明はこれに限定されない。
【０１０８】
投光ベース１１０ｂを形成する金属材料は、光生成素子１１８のパッケージを形成する材料よりも大きい線膨張係数を有しているのであれば、アルミニウム以外の金属材料（例えば、銅、鉄、ステンレス等）であってもよい。また、光生成素子１１８のパッケージを形成する材料は、投光ベース１１０ｂを形成する金属材料よりも小さい線膨張係数を有しているのであれば、酸化アルミニウム以外の材料（例えば、窒化アルミニウム等）であってもよい。
【０１０９】
（ｂ）上記実施の形態においては、光生成素子１１８は、保持具２０，３０により保持された状態で投光ベース１１０ｂに取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。光生成素子１１８は、保持具２０，３０を用いることなく直接投光ベース１１０ｂの素子支持部１３に取り付けられてもよい。この場合、板ばね１６は、光生成素子１１８を当接面１５ａに向かう方向に直接付勢する。
【０１１０】
（ｃ）上記実施の形態においては、撮像部１２０から遠ざかる方向に付勢される光生成素子１１８および保持具２０，３０を受けるように素子支持部１３に当接面１５ａが設けられるが、本発明はこれに限定されない。素子支持部１３には、当接面１５ａに代えて光生成素子１１８および保持具２０，３０を受ける１または複数の突起部等が形成されてもよい。
【０１１１】
（ｄ）上記実施の形態においては、光生成素子１１８を当接面１５ａに向かう方向に付勢し、光生成素子１１８を投光ベース１１０ｂに固定するための構成として板ばね１６が用いられるが、本発明はこれに限定されない。光生成素子１１８を当接面１５ａに向かう方向に付勢するための構成として、板ばね１６に代えて、コイルばねまたはゴム等の他の弾性体が用いられてもよい。
【０１１２】
（ｅ）上記実施の形態においては、光源ベース１１０ａおよび投光ベース１１０ｂと受光ベース１２０ａとが連結部材ＪＴを介して接続されるが、光源ベース１１０ａおよび投光ベース１１０ｂと受光ベース１２０ａとは互いに直接接続されてもよい。
【０１１３】
（ｆ）投光ベース１１０ｂの素子支持部１３には、光生成素子１１８を放熱する放熱板が設けられてもよい。
【０１１４】
（１０）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明する。上記実施の形態においては、測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、光源１１１，１１２，１１３が光源の例であり、光生成素子１１８が光生成素子の例であり、光軸ａｘ１が第１の光軸の例であり、投光レンズ１１９が投光レンズおよび投光光学系の例であり、投光ベース１１０ｂが投光ベースの例である。
【０１１５】
また、光軸ａｘ０が第２の光軸の例であり、受光レンズ１２２，１２３が受光レンズおよび受光光学系の例であり、撮像素子１２１が撮像素子の例であり、板ばね１６が固定部材の例であり、素子支持部１３の当接面１５ａが当接部の例であり、検査装置３００が検査装置の例である。
【０１１６】
また、保持具２０，３０が保持具の例であり、支持面１４が支持面の例であり、保持具２０の短辺に沿う保持壁２１の部分が被当接部の例であり、素子支持部１３の内側面１５ｂが案内面の例であり、保持具２０の長辺に沿う保持壁２１の他の部分が被案内部の例であり、受光ベース１２０ａが受光ベースの例であり、光源ベース１１０ａが光源ベースの例であり、ミラー１１７が反射部材の例であり、ヘッドケーシング１００ｃがケーシングの例である。
【０１１７】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【符号の説明】
【０１１８】
１１…最外部，１２…上面部，１２ｏ，１４ｏ…開口，１３…素子支持部，１４…支持面，１５…支持壁，１５ａ…当接面，１５ｂ，１５ｃ…内側面，１６…板ばね，２０，３０…保持具，２１，３１…保持壁，２８，３８…上面，２９，３９…下面，３２…傾斜面，１００…ヘッド部，１００ｃ…ヘッドケーシング，１１０，１１０Ａ〜１１０Ｄ…照明部，１１０ａ…光源ベース，１１０ｂ…投光ベース，１１１，１１２，１１３…光源，１１４，１１５…ダイクロイックミラー，１１６…照明レンズ，１１７…ミラー，１１８…光生成素子，１１９…投光レンズ，１２０…撮像部，１２０ａ…受光ベース，１２１…撮像素子，１２２，１２３…受光レンズ，１３０…演算部，１３１…撮像処理部，１３２…演算処理部，１３３…記憶部，１３４…出力処理部，２００…コントローラ部，２１０…ヘッド制御部，２２０…画像メモリ，２３０…検査部，３００…検査装置，３０１…ベルトコンベア，３１０…操作部，３２０…表示部，４００…外部機器，Ｒ…基準面，Ｓ…測定対象物，ａｘ０，ａｘ１…光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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