DE60020282T2

DE60020282T2 - Illuminator für ein optisches messinstrument

Info

Publication number: DE60020282T2
Application number: DE60020282T
Authority: DE
Inventors: Seiji Kawasaki-shi Shimokawa; Shunsaku Kawasaki-shi Tachibana
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: EP1035427A3; JP2000250100A; EP1035427A2; EP1035427B1; DE60020282D1; TW425488B; US6461030B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Illuminator für ein optisches Messinstrument, welches die in dem Oberbegriffsabschnitt von Anspruch 1 beschriebenen Merkmale umfasst. Ein Illuminator dieses Typs ist auch aus US-A-3 999 855 bekannt. Der Illuminator der vorliegenden Erfindung wird für ein bildverarbeitende Messinstrument und anderes optisches Messinstrument zum Messen der Abmessung und des Profils eines Werkstückes auf der Basis einer durch ein optisches System erhaltenen Abbildung des Werkstückes verwendet. Insbesondere betrifft sie eine Verbesserung eines Illuminators zum Aufstrahlen von Beleuchtungslicht auf das Werkstück aus einer in Bezug auf eine optische Achse des optischen Systems geneigten Richtung.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In einem bildverarbeitenden Messinstrument zur optischen Vergrößerung eines Zielabschnittes eines Werkstückes durch ein vergrößerndes optisches System zum Messen einer Abmessung und eines Profils des Werkstückes auf der Basis eines vergrößerten Bildes, wie z.B. in einem Werkzeugmachermikroskop, einem Projektor und einer Messmaschine mit visuellen Koordinaten spielt die Beleuchtung des Werkstückes eine wichtige Rolle, um die vergrößerte Abbildung des Werkstückes zu erhalten.
Üblicherweise war bisher ein vertikal nach unten gerichtetes Beleuchtungsverfahren, in welchem das Beleuchtungslicht auf das Werkstück angenähert direkt von oben aufgestrahlt wurde, als ein Beleuchtungsverfahren des bildverarbeitenden Messinstrumentes bekannt. Jedoch wird das Verfahren mit vertikal abwärts gerichteter Beleuchtung oft zum Messen eines Werkstückes mit einem relativ einfachen Profil verwendet, und ist zum Messen eines Werkstückes mit einem komplizierten Profil, wie z.B. ein stufenförmiges Werkstück mit einer großen Anzahl von Kantenabschnitten, in welchen der Schatten des Kantenabschnittes manchmal auf der Anzeige unscharf ist, nicht geeignet.
Zur Behebung des vorstehenden Nachteils wurden die nachstehenden Illuminatoren vorgeschlagen, um deutlich den Schatten des Kantenabschnittes durch Aufstrahlen des Beleuchtungslichtes auf das Werkstück in einer zu einem vorbestimmten Winkel bezüglich einer optischen Achse des vergrößernden optischen Systems geneigten Richtung zu detektieren.
Das herkömmliche Beispiel 1 umfaßt einen Faser-Illuminator zum Aufstrahlen des Beleuchtungslichtes parallel zu der vorstehend beschriebenen optischen Achse des optischen Systems, einen Parabolspiegel zum Reflektieren des Beleuchtungslichtes aus der Faser in einer angenähert orthogonalen Richtung zu der optischen Achse des optischen Systems und einen Ringspiegel zum Bündeln des von dem Spiegel reflektierten Lichtes auf das Werkstück.
In dem herkömmlichen Beispiel 1 wird der Beleuchtungswinkel bezüglich des Zielabschnittes durch Einstellen des Vorschubs und des Rückzugs des Parabolspiegels bezüglich des Illuminators und der relativen Position des Ringspiegels auf der optischen Achse verändert.
Ein herkömmliches Beispiel 2 besitzt denselben Faser-Illuminator, eine ringförmige Kondensorlinse, um das Beleuchtungslicht aus der optischen Achse des optischen Systems weg zu brechen, und ein ringförmiges reflektierendes Element zum Bündeln des von der Kondensorlinse gebrochenen Beleuchtungslichtes (Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegung Nr. Hei 7-23208).
Das herkömmliche Beispiel 2 weist eine Vielzahl blütenblattartiger Spiegelstücke auf, die auf einem Kreis um einen Mittelpunkt der optischen Achse angeordnet sind, wobei ein Teil davon sequentiell übereinanderliegt, und sich ein Ende des Spiegelteils öffnet und schließt, um den Beleuchtungswinkel des Werkstückes zu verändern.
Ein herkömmliches Beispiel 3 besitzt eine Vielzahl von auf das Werkstück um die optische Achse herum gerichtete LEDs zum Aufstrahlen des Lichtes, wobei die Beleuchtungsposition der LEDs gesteuert wird, um den Beleuchtungswinkel zu verändern.
Ein herkömmliches Beispiel 4 besitzt eine ringförmige Linse um das optische System herum und der Winkel des auf das Werkstück aufgestrahlten Lichtes wird durch Bewegen der Lichtquelle in radialer Richtung der Linse über der ringförmigen Linse eingestellt.
Ein herkömmliches Beispiel 5 verwendet einen von der optischen Achse des Objektivs entfernten Umfangsabschnitt eines Objektivs, um das Beleuchtungslicht auf das Werkstück schräg aufzustrahlen (Japanische Patentoffenlegung No. Hei 8-166514).
Ein herkömmliches Beispiel 6 hat einen Reflexionsspiegel zum Reflektieren des von der Lichtquelle aufgestrahlten Beleuchtungslichtes und eine feststehende Fresnel-Linse zum Bündeln des von dem Spiegel reflektierten Beleuchtungslichtes auf das Werkstück.
Es treten jedoch die nachstehenden Probleme in den vorstehenden herkömmlichen Beispielen auf.
In dem herkömmlichen Beispiel 1 muss die Reflexionsoberfläche entsprechender Spiegel so geformt sein, dass sie einen Parabolquerschnitt aufweist, um ein vorbestimmtes Reflexionslicht aus dem Faser-Illuminator unter Verwendung von zwei Paar Spiegeln zu erhalten, was eine hoch genaue Oberflächenbearbeitung erfordert, und somit die Herstellungskosten erhöht. Ferner ist ein komplizierter Bewegungsmechanismus für die Relativbewegung der Spiegel erforderlich, wodurch weiter die Herstellungskosten erhöht werden.
Da das herkömmliche Beispiel 2 eine komplizierte Struktur der Vielzahl der blütenblattartigen Spiegelstücke hat, und das ringförmige Reflexionselement durch synchrones Bewegen aller Spiegelstücke geöffnet und geschlossen wird, ist die Einstellung des Beleuchtungslichtes auf das Werkstück schwierig.
In dem herkömmlichen Beispiel 4 liegt, da die Größe der ringförmigen Linse zunimmt, um einen großen Beleuchtungswinkel zu erhalten, eine Beschränkung in der Veränderung des Beleuchtungswinkels vor. Ferner kann der Beleuchtungswinkel nicht verändert werden, wenn ein ringförmiger Faser-Illuminator als die Lichtquelle verwendet wird. Demzufolge muss ein Linien-Faser-Illuminator verwendet werden, welcher eine Beleuchtungsungleichmäßigkeit beim Messen eines zylindrischen Werkstückes bewirken kann.
Da der Beleuchtungswinkel des herkömmlichen Beispiels 5 in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Objektivs festgelegt ist, kann der Beleuchtungswinkel nicht verändert werden.
In dem herkömmlichen Beispiel 6 kann, da die Fresnel-Linse fest ist, der Beleuchtungswinkel nicht wie in dem herkömmlichen Beispiel 5 geändert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der vorstehenden herkömmlichen Probleme und in der Bereitstellung eines Illuminators für ein optisches Messinstrument mit einer einfachen Konfiguration, und der in der Lage ist, einfach den Beleuchtungswinkel auf das Werkstück zu verändern.
Zum Lösen der Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung einen Illuminator für ein optisches Instrument mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beugt der Illuminator das Beleuchtungslicht aus einem Lichtgenerator durch eine Kondensorlinse zur Bündelung auf die optische Achse und verändert den Beleuchtungswinkel durch Bewegen der Kondensorlinse entlang der optischen Achse.
Insbesondere enthält der Illuminator für das optische Messinstrument gemäß der vorliegenden Erfindung: einen zu dem optischen System koaxialen ringförmigen Lichtgenerator zum Erzeugen eines Beleuchtungslichtes radial von einem Mittelpunkt einer optischen Achse eines optischen Systems aus zu der Außenseite hin, und eine Beleuch tungswinkel-Einstelleinrichtung zum Bündeln des Beleuchtungslichtes aus dem Lichtgenerator auf ein Werkstück, wobei die Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung eine ringförmige Kondensorlinse umfasst, um das Licht aus dem Lichtgenerator zu brechen, und entlang der optischen Achse beweglich ist.
Gemäß der so angeordneten vorliegenden Erfindung wird das von dem Lichtgenerator erzeugte Beleuchtungslicht auf das Werkstück durch die die Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung bildende Kondensorlinse aufgestrahlt. Um den Beleuchtungswinkel des Beleuchtungswinkels auf das Werkstück zu verschmälern, wird die Kondensorlinse entlang der optischen Achse bewegt. Beispielsweise wird zum Verschmälern des Beleuchtungswinkels des auf das Werkstück aufgestrahlten Beleuchtungslichtes die Kondensorlinse in eine Position in der Nähe des Lichtgenerators gebracht. Dann wird das durch den Lichtgenerator erzeugte Licht durch einen Innenseitenabschnitt der Kondensorlinse gebrochen, so dass es auf das Werkstück in einem kleinen Winkel aufgestrahlt wird.
Andererseits wird zur Verbreiterung des Beleuchtungswinkels die Kondensorlinse in eine von dem Lichtgenerator entfernte Position gebracht. Dann wird das von dem Lichtgenerator erzeugte Beleuchtungslicht durch einen peripheren Abschnitt der Kondensorlinse gebrochen, so dass es in einem großen Winkel auf das Werkstück aufgestrahlt wird.
Demzufolge kann der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichtes durch Anordnen der Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung mit einem einfachen Aufbau der Kondensorlinse und durch Bewegen der Kondensorlinse entlang der optischen Achse verändert werden.
In der vorstehenden Anordnung ist die Kondensorlinse bevorzugt eine ringförmige Linse, die koaxial zu der optischen Achse des optischen Systems angeordnet ist.
Demzufolge kann das von dem Werkstück reflektierte Beleuchtungslicht mittels des optischen Systems durch die optische Achse des optischen Systems hindurch betrachtet werden, ohne von der ringförmigen Linse blockiert zu werden, wodurch eine korrekte Messung erzielt wird.
Die Kondensorlinse kann mehrfach angeordnet sein.
Demzufolge kann der Beleuchtungswinkel auf das Werkstück durch Platzieren der Kondensorlinsen entlang der optischen Achse und durch Einstellen ihres relativen Abstandes, fein eingestellt werden.
Der Lichtgenerator kann einen Faser-Illuminator aufweisen, der in einer Ringform zu der optischen Achse als ein Mittelpunkt davon ausgebildet ist, oder einen LED-Illuminator, der in einer Ringform mit der optischen Achse als ein Mittelpunkt davon ausgebildet ist.
Gemäß der vorstehenden Anordnung, kann das Lichtvolumen und/oder die Bestrahlungsposition leicht durch selektives Einschalten und Ausschalten des Faser-Illuminators oder des LED-Illuminators geändert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Werkzeugmachermikroskop darstellt, bei dem die erste Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
2 ist ein Querschnitt, der den Hauptabschnitt der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist eine perspektivische Draufsicht von oben, die einen Faser-Illuminator der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Funktion der ersten Ausführungsform;
5 ist eine Ansicht, die den Hauptabschnitt der zweiten Ausführungsform darstellt;
6 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Funktion einer Funktion der zweiten Ausführungsform;
7 ist eine Ansicht, die den Hauptabschnitt der dritten Ausführungsform darstellt;
8 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Funktion einer Funktion der dritten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Illuminators der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Im Übrigen wird dasselbe Bezugszeichen derselben Komponente verliehen, um deren Beschreibung zu unterlassen oder zu vereinfachen.
[Erste Ausführungsform]
Die erste Ausführungsform ist von 1 bis 4 dargestellt. 1 stellt ein Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein bildverarbeitendes Messinstrument dar. Allgemein gesagt besteht das bildverarbeitende Messinstrument aus einem Mikroskop 20 und einer Bildanzeigeeinrichtung 90.
Das Mikroskop 20 enthält ein Trägergestell 21 mit einer L-förmigen Seitenfläche, wobei das Trägergestell 21 einen horizontalen Abschnitt 21a und einen vertikalen Abschnitt 21b besitzt. Ein Tisch 22 für ein darauf aufzulegendes Werkstück 25 ist auf einer Oberseite des horizontalen Abschnittes 21a des Trägergestells 21 vorgesehen. Der Tisch 22 ist aus einem X/Y-Tisch aufgebaut, der in orthogonaler und biaxialer Richtung auf einer horizontalen Fläche, d.h. in Rechts- und Linksrichtung (X-Achsenrichtung) und Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Y-Achsenrichtung) bewegt werden kann, und der Bewegungsanteil in der entsprechenden axialen Richtung kann durch einen X-Achsen-Mikrometerkopf 23 und einen Y-Achsen-Mikrometerkopf 24 eingestellt und/oder gemessen werden.
Eine Hebeführung 27 mit einem Hebeknopf 26 ist auf dem senkrechten Abschnitt 21b des Trägergestells 21 angeordnet. Ein Trägerrahmen 31 mit einer quadratischen C-förmigen Seitenfläche wird in der Höhe verstellbar von der Hebeführung 27 gelagert, so dass er durch Drehen des Hebeknopfes 26 über eine (nicht dargestellte) Zahnstange und ein Ritzel in der Höhe einstellbar ist. Sowohl die rechten als auch die linken Enden der vorne offenen Seite des Trägerrahmens 31 weisen einen (nicht dargestellten) zylindrischen Körper und eine Abdeckung 33 auf, und ein Abdeckung 33 mit einer C-förmigen Ebene ist an einer offenen Seite des Trägerrahmens 31 angebracht.
Ein abbildendes optisches System 37 ist in einem zentralen Abschnitt des Trägerrahmens 31 vorgesehen. Gemäß Darstellung in 2 besteht das abbildende optische System 37 aus einem Objektiv 34, welches unten über den Trägerrahmen 31 hervorsteht, einer koaxial zu dem Objektiv 34 angeordneten Tubuslinse 35, und aus einer koaxial zu der Tubuslinse 35 angeordneten und aus dem Trägerrahmen 31 hervorstehenden CCD-Kamera 36. Die Bildanzeigeinrichtung 90 ist mit der CCD-Kamera 36 über eine Verdrahtungsleitung 38 verbunden.
Ein Illuminator für das optische Messinstrument 40 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem unteren Teil des Trägerrahmens 31 vorgesehen.
Der Illuminator für das optische Messinstrument 40 umfasst einen ringförmigen Lichtgenerator 41 zum Erzeugen eines radialen Beleuchtungslichtes zu der Außenseite hin um eine optische Achse des abbildenden optischen Systems 37 und eine Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 42 zum Bündeln des Beleuchtungslichtes aus dem Lichtgenerator 41 auf das Werkstück 25.
Der Lichtgenerator 41 weist einen Faser-Illuminator 51 mit einer Ringform mit der optischen Achse als dessen Mittelpunkt für die Aufstrahlung von Beleuchtungslicht nach unten auswärts und ein zylindrisches Element 43 zum Befestigen des Faser-Illuminators 51 an dem Trägerrahmen 31 auf.
Das zylindrische Element 43 und der Faser-Illuminator 51 sind koaxial zu der optischen Achse angeordnet und ein vorbestimmter Spalt ist zwischen deren Innenumfang und einem Außenumfang des Objektivs 34 ausgebildet.
Gemäß Darstellung in 3 besteht der Faser-Illuminator 51 aus einem ringförmigen Element 52 mit einem runden Raum darin, und aus einer Vielzahl optischer Fasern 53, die gebündelt, und in dem runden Raum des ringförmigen Körpers 52 untergebracht sind.
Eine Faserspitze 53A entsprechender optischer Fasern 53 ist im Kreis ausgerichtet und jeweils schräg nach unten auf das ringförmige Element 52 hin gerichtet. Im Übrigen ist ein Faserbündel 53B der entsprechenden optischen Fasern 53 mit einer (nicht dargestellten) Lichtquelle verbunden.
Der Faser-Illuminator 51 ist so angeordnet, dass das Beleuchtungslicht teilweise erzeugt werden kann, indem selektiv die entsprechenden optischen Fasern 53 ein- und ausgeschaltet werden.
Die Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 42 enthält eine Kondensorlinse 44 zum Bündeln des Beleuchtungslichtes aus der Lichtquelle 41 auf die optische Achse und einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus zum manuellen oder automatischen Anheben der Kondensorlinse 44 entlang der optischen Achse.
Die Kondensorlinse 44 ist eine ringförmige Linse mit einem mit der optischen Achse übereinstimmenden axialen Kern. Die Kondensorlinse 44 besitzt eine größere Innenumfangsabmessung als die Außenumfangsabmessung des Objektivs 34, um sich nicht mit dem Objektiv 34 zu überschneiden.
Die Kondensorlinse 44 kann aus verschiedenen Linsen wie z.B. asphärischen, ovalen, parabolischen und Fresnel-Linsen aufgebaut sein, und jede Konfiguration kann verwendet werden, solange die Linse das Beleuchtungslicht auf die optische Achse bündelt.
Die Bildanzeigeeinrichtung 90 besteht aus einer CRT 91 (Kathodenstrahlröhre) und einer Steuerung 92 zu Anzeigen des Signals aus der CCD-Kamera 36 auf der Anzeigeeinrichtung 91. Die Steuerung 92 besitzt eine Konsole 93 mit einem Knopf, Schalter oder dergleichen zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Steuervorgangs an ihrem Vorderseitenabschnitt.
Eine Funktion der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Zu Beginn der Messung werden der X-Achsen- und der Y-Achsen-Mikrometerkopf 23 und 24 des Tisches 23 so gedreht, dass das auf den Tisch 22 gelegte Werkstück 25 dem Objektiv 34 gegenüberliegt. Und der Hebeknopf 26 wird so gedreht, dass der Zielabschnitt des Werkstückes 25 an einem Brennpunkt des Objektivs 34 angeordnet ist.
In dem vorstehenden Zustand wird, wie in 4 dargestellt, das aus dem Faser-Illuminator 51 des Lichtgenerators 41 mit einem Spreizwinkel α von der optischen Achse ausgestrahlte Licht durch die Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 gebündelt.
Das Reflexionslicht aus dem Werkstück 25 tritt in die CCD-Kamera 36 durch das Objektiv 34 und die Tubuslinse 35 ein, welches dann durch die CCD-Kamera 36 in ein elektrisches Signal zur Eingabe in die Steuerung 92 der Bildanzeigevorrichtung 90 umgewandelt wird. Demzufolge wird das Bild des Werkstückes 25 auf der CRT 91 dargestellt.
Zum Verändern des Beleuchtungswinkels des Beleuchtungslichtes auf das Werkstück 25 wird die Kondensorlinse 44 entlang der optischen Achse durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus bewegt.
Beispielsweise wird zur Verschmälerung des Beleuchtungswinkels β des auf das Werkstück 25 aufgestrahlten Beleuchtungslichtes die Kondensorlinse 44 auf eine Position in der Nähe des Faser-Illuminators 51 des Lichtgenerators 41 gemäß Darstellung in einer durchgezogenen Linie in 4 gebracht. Dann wird das von dem Faser-Illuminator 51 erzeugte Licht durch einen Innenseitenabschnitt der Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 in einem kleinen Winkel gebrochen.
Andererseits wird zur Vergrößerung des Beleuchtungswinkels β die Kondensorlinse 44 in eine von dem Faser-Illuminator 51 entfernte Position gemäß Darstellung durch eine gestrichelte Linie in 4 gebracht. Dann wird das von dem Faser-Illuminator 51 erzeugte Licht durch einen peripheren Abschnitt der Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 in einem großen Winkel gebrochen.
Im Übrigen werden das Lichtvolumen und die Bestrahlungsposition des Beleuchtungslichtes durch selektives Ein- und Ausschalten des Faser-Illuminators 51 eingestellt.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann der nachstehende Effekt erzielt werden.

(1) Da die Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 42 zur Bündelung des Beleuchtungslichtes aus dem Lichtgenerator 41 auf das Werkstück 25 ein einfach aufgebautes optisches Element der Kondensorlinse 44 umfasst, die entlang der optischen Achse des abbildenden optischen Systems 37 beweglich ist, kann der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichtes auf das Werkstück 25 leicht verändert werden. Demzufolge kann das Beleuchtungslicht in einem geeigneten Winkel in Abhängigkeit von dem Profil des Kantenabschnittes des Werkstückes usw. aufgestrahlt werden, und somit deutlich das Bild des Kantenabschnittes usw. des Werkstückes 25 ohne Beeinträchtigung von dessen räumlichen Effekt abgebildet werden.
(2) Da die Kondensorlinse 44 eine ringförmige Linse mit einem der optischen Achse des abbildenden optischen Systems 37 entsprechenden axialen Kern ist, kann das durch das Werkstück 25 reflektierte durch die optische Achse hindurchtretenden Beleuchtungslicht durch das abbildende optische System 37 gesehen werden, ohne durch die Kondensorlinse 44 blockiert zu werden, und somit eine einwandfreie Messung sichergestellt werden.
(3) Da der Lichtgenerator 41 einen Faser-Illuminator 51 mit einer Ringform um den Mittelpunkt der optischen Achse des abbildenden optischen Systems 37 aufweist, kann das Lichtvolumen und die Bestrahlungsposition leicht durch selektives Ein- und Ausschalten des Faser-Illuminators 51 verändert werden.

[Zweite Ausführungsform]
Anschließend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich der Lichtgenerator 141 von dem Lichtgenerator 41 der ersten Ausführungsform und der Rest der Anordnung ist derselbe wie in der ersten Ausführungsform.
In 5 ist ein Illuminator für das optische Messinstrument 140 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an einem unteren Teil des Trägerrahmens 31 des Mikroskops 20 vorgesehen.
Der Illuminator für das optische Messinstrument 140 enthält einen ringförmigen Lichtgenerator 141 zum radialen Erzeugen von Beleuchtungslicht um einen Mittelpunkt des abbildenden optischen Systems 37 nach außen und zu dem Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 42, der koaxial zu der optischen Achse des abbildenden optischen Systems 37 angeordnet ist.
Der Lichtgenerator 141 weist einen LED-Illuminator 151 mit einer Ringform mit der optischen Achse als ein Mittelpunkt davon, um das Beleuchtungslicht in einer Abwärts/Auswärts-Richtung auszustrahlen, und ein zylindrisches Element 43 zum Befestigen des LED-Illuminators 151 auf dem Trägerrahmen 31 auf.
Das zylindrische Element 43 und der LED-Illuminator 151 sind koaxial zu der optischen Achse angeordnet und ein vorbestimmter Spalt ist zwischen dessen Innenumfang und dem Außenumfang des Objektivs 34 ausgebildet.
Der LED-Illuminator 151 besteht aus einem ringförmigen Rahmen 152 und einer Vielzahl innerhalb des Rahmens 152 angeordneter Lichtemissionselemente 153. Entsprechende Leuchtelemente 153 sind im Kreis ausgerichtet und schräg nach unten zu dem Rahmen 152 gerichtet.
Der LED-Illuminator 151 kann das Beleuchtungslicht teilweise erzeugen, indem selektiv die entsprechenden Leuchtelemente 153 ein- und ausgeschaltet werden. Anschließend wird eine Funktion der zweiten Ausführungsform nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Zu Beginn der Messung werden, wie in der ersten Ausführungsform, das Werkstück 25 auf den Tisch 22 gelegt, dass es dem Objektiv 34 gegenüberliegt und der Zielabschnitt des Werkstückes 25 an einem Brennpunkt des Objektivs 34 angeordnet ist.
In dem vorstehenden Zustand wird, wie in 4 dargestellt, das aus dem LED-Illuminator 151 des Lichtgenerators 141 mit einem Spreizwinkel α von der optischen Achse ausgestrahlte Licht durch die Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 gebündelt.
Zum Verändern des Beleuchtungswinkels des Beleuchtungslichtes auf das Werkstück 25 wird die Kondensorlinse 44 entlang der optischen Achse durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus bewegt.
Beispielsweise wird zur Verschmälerung des Beleuchtungswinkels β des auf das Werkstück 25 aufgestrahlten Beleuchtungslichtes die Kondensorlinse 44 auf eine Position in der Nähe des LED-Illuminators 151 des Lichtgenerators 141 gemäß Darstellung in einer durchgezogenen Linie in 6 gebracht. Dann wird das von dem LED-Illuminator 151 erzeugte Licht durch einen Innenseitenabschnitt der Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 in einem kleinen Winkel gebrochen.
Andererseits wird zur Vergrößerung des Beleuchtungswinkels β die Kondensorlinse 44 in eine von dem LED-Illuminator 151 entfernte Position gemäß Darstellung durch eine gestrichelte Linie in 6 gebracht. Dann wird das von dem LED-Illuminator 151 erzeugte Licht durch einen peripheren Abschnitt der Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 in einem großen Winkel gebrochen.
Im Übrigen werden das Lichtvolumen und die Bestrahlungsposition des Beleuchtungslichtes durch selektives Ein- und Ausschalten des LED-Illuminators 151 eingestellt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der nachstehende Effekt erzielt werden.
Die Effekte (1) und (2) können auch in der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
Ferner kann, da der Lichtgenerator 141 den LED-Illuminator 151 enthält, der in einer Ringform um den Mittelpunkt der optischen Achse des abbildenden optischen Systems 37 herum angeordnet ist, ein Effekt ähnlich dem Effekt (3) der ersten Ausführungsform erzielt werden. Insbesondere können das Lichtvolumen und der Beleuchtungswinkel leicht durch selektives Ein- und Ausschalten des LED-Illuminators (151) geändert werden.
[Dritte Ausführungsform]
Anschließend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben.
In der dritten Ausführungsform unterscheidet sich die Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 242 von der Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 42 der ersten Ausführungsform und der Rest der Anordnung ist derselbe wie in der ersten Ausführungsform.
In 7 ist ein Illuminator für das optische Messinstrument 240 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an einem unteren Teil des Trägerrahmens 31 des Mikroskops 20 vorgesehen.
Der Illuminator für das optische Messinstrument 240 enthält den Lichtgenerator 41 und die zu der optischen Achse des abbildenden optischen Systems 37 koaxiale Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 242 zum Bündeln des Beleuchtungslichtes aus dem Lichtgenerator 41 auf das Werkstück 25.
Der Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung 242 enthält eine Vielzahl (zwei in der Figur) von den Kondensorlinsen 44 zum Brechen des Beleuchtungslichtes aus dem Lichtgenerator 41 auf die optische Achse, und einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus, um manuell oder automatisch die Kondensorlinsen 44 vertikal entlang der optischen Achse zu bewegen.
Die Kondensorlinsen 44 sind vertikal so ausgerichtet, dass deren axialen Kerne mit der optischen Achse zusammenfallen.
Anschließend wird eine Funktion der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben.
Zu Beginn der Messung werden, wie in der ersten Ausführungsform, das Werkstück 25 auf den Tisch 22 gelegt, dass es dem Objektiv 34 gegenüberliegt und der Zielabschnitt des Werkstückes 25 an einem Brennpunkt des Objektivs 34 angeordnet ist.
In dem vorstehenden Zustand wird, wie in 8 dargestellt, das aus dem Faser-Illuminator 51 des Lichtgenerators 41 mit einem Spreizwinkel α von der optischen Achse ausgestrahlte Licht durch die Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 gebündelt.
Zum Verändern des Beleuchtungswinkels des Beleuchtungslichtes auf das Werkstück 25 werden die zwei Kondensorlinsen 44 synchron oder unterschiedlich entlang der optischen Achse durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus bewegt.
Beispielsweise werden zur Verschmälerung des Beleuchtungswinkels β des auf das Werkstück 25 aufgestrahlten Beleuchtungslichtes die zwei Kondensorlinsen 44 auf eine Position in der Nähe des Faser-Illuminators 51 des Lichtgenerators 41 gemäß Darstellung in einer durchgezogenen Linie in 8 gebracht. Dann wird das von dem Faser-Illuminator 51 erzeugte Licht jeweils durch Innenseitenabschnitte der Kondensorlinse 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 in einem kleinen Winkel gebrochen.
Andererseits werden zur Vergrößerung des Beleuchtungswinkels β die Kondensorlinsen 44 in eine von dem Faser-Illuminator 51 entfernte Position gemäß Darstellung durch eine gestrichelte Linie in 8 gebracht. Dann wird das von dem Faser-Illuminator 51 erzeugte Licht durch periphere Abschnitte der Kondensorlinsen 44 zur Aufstrahlung auf das Werkstück 25 in einem großen Winkel gebrochen.
Gemäß der dritten Ausführungsform kann der nachstehende Effekt erzielt werden.
Die Effekte (1), (2) und (3) können auch in der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
Ferner kann, da eine Vielzahl der Kondensorlinsen 44 vorgesehen ist, der Beleuchtungswinkel auf das Werkstück 25 feineingestellt werden, indem die Kondensorlinsen 44 entlang der optischen Achse platziert und ihr relativer Abstand eingestellt wird.
Im Übrigen kann der LED-Illuminator 151 in der dritten Ausführungsform anstelle des Faser-Illuminators 51 verwendet werden.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bisher beschrieben wurde, ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst weitere Modifikationen und Konstruktionsänderungen, sofern sie einen Effekt der vorliegenden Erfindung erzielen können.
Beispielsweise kann, obwohl eine ringförmige Linse als die Kondensorlinse 44 der vorstehenden Ausführungsformen verwendet wird, eine gewöhnliche Linse mit einem mir dem peripheren Abschnitt integrierten axialen Kern ebenfalls verwendet werden, solange das von dem Werkstück 25 reflektierte Licht zu dem abbildenden optischen System 37 übertragen werden kann.
Obwohl optische Fasern und LEDs für die Lichtgeneratoren 41 und 141 verwendet werden, kann auch eine Laservorrichtung dafür verwendet werden.
Ferner wird der Illuminator für das optische Messinstrument gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur für ein Werkzeugmachermikroskop verwendet, sondern kann auch für andere Arten optischer Messinstrumente, wie z.B. als Projektor und Koordinatenmessinstrument verwendet werden.

Claims

Illuminator für ein optisches Messinstrument, der umfasst: eine Lichterzeugungseinrichtung (41, 141), die Beleuchtungslicht radial von einer Mitte einer optischen Achse eines optischen Systems (37) aus nach außen erzeugt; und eine Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung (42), die das Beleuchtungslicht von der Lichterzeugungseinrichtung (41, 141) auf ein Werkstück (25) zu bündelt, wobei die Beleuchtungswinkel-Einstelleinrichtung eine Kondensorlinse (44) aufweist, die das Beleuchtungslicht von der Lichterzeugungseinrichtung auf die optische Achse zu bricht und die entlang der optischen Achse bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensorlinse (44) eine Ringlinse ist, die koaxial zur optischen Achse des optischen Systems angeordnet ist und das Beleuchtungslicht auf die optische Achse bündelt; und dadurch, dass die Lichterzeugungseinrichtung eine ringförmige Lichterzeugungseinrichtung koaxial zu dem optischen System ist.
Illuminator für ein optisches Messinstrument nach Anspruch 1, wobei die Kondensorlinse mehrfach vorhanden ist.
Illuminator für ein optisches Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Lichterzeugungseinrichtung ein ringförmiger Faser-Illuminator (51) ist.
Illuminator für ein optisches Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Lichterzeugungseinrichtung ein ringförmiger LED-Illuminator (151) ist.