JP2003337365A - リング照明装置 - Google Patents
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Abstract
精度の向上を十分に図ることができるリング照明装置を
提供すること。 【解決手段】光学系1の光軸1Aの回りに、互いに異な
る発光色を有する複数の発光素子20のうち、同一色の
発光素子群21,22,23を光軸1Aと略直交する平
面内にリング状に配列し、それらの発光方向前方に、発
光色の異なる出射光を合成し、所定の色合いの照明光を
生成する合成手段30を設け、さらにその前方に、照明
光を光軸1Aの方向に集光する集光手段40を設けるこ
とによって、被測定物3の表面色に応じた均一でムラの
ない色合いの照明光を被測定物3に照射することがで
き、光学系1により得られる像のコントラストが強調さ
れ、被測定物3のエッジ等を検出する精度の向上を十分
に図ることができる。
Description
測定機等の光学測定機に使用されるリング照明装置に関
し、詳しくは、互いに異なる発光色を有する複数の発光
素子の出射光から所定の色合いの照明光を生成するリン
グ照明装置に関する。
的に結像し、その像を観察するための光学顕微鏡や、像
から被測定物の形状や寸法等を検査、測定するための画
像処理型測定機、例えば、測定顕微鏡、工具顕微鏡、投
影機、三次元画像測定機等では、被測定物の画像を鮮明
に得る上で、被測定物に対する照明がきわめて重要な役
割を果たす。
て、被測定物に対して略真上から照明光を被測定物に照
射する垂直落射照明方式が知られている。しかし、垂直
落射照明方式は、形状が比較的簡単な被測定物を測定す
る際に用いられる場合が多く、複雑な形状の被測定物、
例えば、エッジ部を数多く有する階段状の被測定物の測
定では、そのエッジ部の影を鮮明に検出できない場合が
ある。そこで、これを解決するものとして、光学系の光
軸に対して所定の角度で傾斜した方向から照明光を被測
定物に照射することで、エッジ部の影を鮮明に検出でき
るようにしたリング照明装置がある。
ハロゲンランプ等の照明光をファイバにより導光する方
式のファイバ光源が知られている。しかし、ハロゲンラ
ンプ等は、消費電力が大きい上に、耐用寿命が短く、点
灯または消灯を制御する際の応答速度が遅い等の欠点も
有している。また、このようなリング照明装置におい
て、被測定物に照射する照明光の輝度や照射角度を調節
する方法として、ファイバ光源をグルーピングし、その
グループごとに点灯または消灯を制御する方法がある。
この際、光源のグループ数だけランプを用意し、グルー
プごとにランプの点灯または消灯を制御するか、あるい
は、ファイバの途中や端部に光を透過または遮断するシ
ャッター装置等を用意して、各グループのファイバ光源
の点灯または消灯を制御する手段が用いられる。しか
し、このような手段では、多数のランプが必要とされ、
また、構造が複雑化するので、照明装置が大型化し、製
造コストが増大するという問題がある。
表される発光素子は、その高速応答性や長寿命等の特長
から注目され、その高輝度化も相まって様々な分野で光
源として利用され始めている。そして、前述のハロゲン
ランプ等が有する欠点を解消でき、また、個々に点灯ま
たは消灯を制御できる光源として、発光ダイオードを利
用したリング照明装置が考えられている。
示されたリング照明装置がある(従来例1)。従来例1
のリング照明装置は、光源として多数の発光ダイオード
を備え、これらの発光ダイオードは、同心円状に複数の
円形列(同公報の実施例では5列)に配列され、個々の
発光ダイオードは、その発光方向が被測定物に向かうよ
うに方向を決められて取り付けられている。また同公報
には、集光方法の変形例として、個々の発光ダイオード
の発光方向を光軸と平行に向け、発光方向前方にフレネ
ルレンズを配置し、被測定物に集光する方法が示されて
いる。さらに同公報のリング照明装置では、発光ダイオ
ードは、各円形列と、円周方向の扇形にグルーピングさ
れ、このグループごとに点灯または消灯の制御が可能と
されている。従って、光源として複数配列した発光ダイ
オードをグループごとに点灯または消灯制御できるの
で、被測定物に対する配光を適切に調節することができ
る。しかし、従来例1のリング照明装置では、被測定物
に向けて設置された個々の発光ダイオードから出射され
る光は固有の発散角を有しており、被測定物に達するま
でに広がってしまうため、照明効率の向上が十分でな
く、必要な照度を得るためには非常に多数の発光ダイオ
ードを設置しなければならないという問題がある。
させる別の手段として、発光ダイオードの前方にフレネ
ルレンズを設置し、照明光を被測定物に集光する手段が
示されているが、前述のような発光ダイオード固有の発
散角を補正するものではなく、照明効率を著しく向上さ
せることは難しい。また、このようなフレネルレンズは
固有の焦点距離を有しているため、測定の際に被測定物
とリング照明装置との間の距離(作動距離)を被測定物
に応じて変化させると、フレネルレンズの焦点距離と作
動距離とがずれて、照明光が広がってしまうため照明効
率が低下し、また、照明効率を維持するためには、作動
距離を変えることができず、被測定物ごとに最適な照明
光を得ることが難しいという問題がある。
の照射方向を制御可能とするような拡張的な機能を備
え、被測定物のエッジや表面の状態をより鮮明に検出で
きるようにしたリング照明装置がある(従来例2)。従
来例2のリング照明装置では、特定の照射角度に対応し
てリング状に発光ダイオードが取り付けられたリングを
複数種類用意し、これらのリングの発光ダイオードを同
時に、あるいは別々に点灯することで照明角度を制御で
きる。また、各リングごとに円周方向にグルーピングさ
れた発光ダイオードを点灯または消灯制御して、被測定
物に対する配光を適切に調節することができる。
ても前述の従来例1の場合と同様に、個々の発光ダイオ
ードから出射される光の発散角により、照明効率の向上
が十分でなく、必要な照度を得るためには非常に多数の
発光ダイオードを設置しなければならないという問題が
ある。さらに、複数種類のリング同士をそれぞれのリン
グごとに所定の角度となるように取り付けなければなら
ないため、照明装置の構造が複雑になるという問題もあ
る。
定する被測定物の種類は、プリント回路基板(PCB)
等の電子部品や機械部品、半導体部品、印刷物等、非常
に多彩で、また、これらの被測定物の表面色も様々であ
る。画像処理型測定機等で、これらの被測定物の形状等
をCCD(電荷結合素子)等で像として捉え、この像か
らエッジの位置等を検出して寸法等を測定する際に、被
測定物の表面色に応じた適切な色合いを有する照明光を
照射することで、得られる像のコントラストが強調さ
れ、エッジの検出精度の一層の向上が期待できる。
ング照明装置として、前述の従来例1および従来例2の
リング照明装置において、複数の発光ダイオードを数種
類、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれ
異なる発光色を有する3種類の発光ダイオードから構成
し、各発光色の発光ダイオードごとに点灯または消灯制
御することで、照明光の色合いを制御することができ
る。
び従来例2のリング照明装置では、照明効率が低いた
め、非常に多数の発光ダイオードを配置しなければなら
ず、照明装置が大型化し、製造コストが増大するという
問題がある。さらに、異なる発光色を有する数種類の発
光ダイオードを設置し照明光の色合いを制御できるよう
にしたとしても、各発光色の発光ダイオードから被測定
物に向かって出射された光は、被測定物上で合成される
が、各発光ダイオードから被測定物までの距離および角
度は一定ではないので、生成される照明光の色合いが均
一にならず、十分に高精度な像が得られないという問題
がある。
化でき、像の検出精度の向上を十分に図ることができる
リング照明装置を提供することにある。
め、本発明のリング照明装置は、次の構成を採用する。
本発明の請求項1に記載のリング照明装置は、光学系の
光軸の回りに配置され、互いに異なる発光色を有する少
なくとも2種類からなる複数の発光素子を光源として備
えるリング照明装置であって、前記光源を構成する発光
素子のうち同一種類の発光素子群は、前記光軸と略直交
する同一の平面内に、当該光軸の周囲に沿ってリング状
に配列され、前記発光素子の発光方向前方には、当該発
光素子から出射され、互いに異なる発光色を有する出射
光を合成し、所定の色合いを有する照明光を生成する合
成手段が設けられ、前記生成された照明光の進行方向前
方には、当該照明光を前記光軸に沿った所定の位置に集
光する集光手段が設けられることを特徴とする。
グ状に配列」とは、光軸を中心とする円環状や三角形、
四角形または五角形以上の多角形状の配列を含む。ま
た、光軸の周囲に沿った楕円形状や長円形状の配列も含
まれる。
を有する発光素子から出射された出射光がその前方に配
置した合成手段によって所定の色合いの照明光に合成さ
れ、さらに集光手段によって所定の位置に集光されるた
め、合成手段によって予め所定の色合いに合成された照
明光が照射され、被測定物の表面色に応じた均一な色合
いの照明光を照射することができる。従って、光学系に
より得られる像のコントラストが強調され、被測定物の
エッジ等を検出する精度の向上を十分に図ることができ
る。また、集光手段によって所定の位置に照明光を集中
して照明効率を向上できるので、発光素子の設置個数を
低減でき、照明装置の小型化を図ることができる。
項1に記載のリング照明装置において、前記発光色が異
なるリング状に配列された発光素子群は、互いに前記光
軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置され、かつ、発
光方向を前記光軸から離れる方向へ向けて配置されてい
ることを特徴とする。
光学系の光軸と略直交して光軸から離れる方向に向けて
光源を配置することで、発光方向の前方に配置される合
成手段および集光手段を含めて形成される照明装置の大
きさのうち、光軸に平行な方向の寸法を小さくすること
ができるため、光学系に取り付ける際に光軸に沿った取
付位置の自由度が高まり、集光範囲や集光位置の設定を
精度よく行え、被測定物の像の検出精度を向上できる。
項1に記載のリング照明装置において、前記発光色が異
なるリング状に配列された発光素子群は、互いに前記光
軸と略直交する略同一平面上に、当該光軸からの距離が
異なる環に沿って配置され、かつ、発光方向を前記光軸
に略平行な方向に向けて配置されていることを特徴とす
る。
光学系の光軸と略平行な方向に向けて光源を配置するこ
とで、発光方向の前方に配置される合成手段および集光
手段を含めて形成される照明装置の大きさのうち、光軸
を中心とした径方向の寸法を小さくすることができるた
め、光学系に取り付けて測定を行う際に邪魔にならず、
測定作業を迅速に行うことができる。
項1ないし請求項3のいずれかに記載のリング照明装置
において、前記複数の発光素子は、赤(R)、緑
(G)、青(B)それぞれの発光色を有する3種類の発
光ダイオードから構成されていることを特徴とする。
る発光ダイオードを使用することによって、その特長で
ある高速応答性や長寿命等を備えた光源とすることがで
きるとともに、光の3原色であるRGB各色を均等に合
成すれば、照明光の基本色としての白色光を生成でき、
また、RGB各色の合成配分を適切に変えれば、多彩な
色合いを有する照明光を生成することができるため、様
々な表面色を有する被測定物に応じて、最適な色合いの
照明光を照射し、被測定物のエッジ等を検出する精度の
向上を一層十分に図ることができる。
項1ないし請求項4のいずれかに記載のリング照明装置
において、前記合成手段は、平板状に形成されたダイク
ロイックミラーを含んで構成されていることを特徴とす
る。
の光を透過または反射する特性を有したダイクロイック
ミラーにより、発光素子から出射された互いに異なる発
光色を有する出射光を選択的に反射または透過すること
によって、発光色の異なる出射光を合成し、所定の色合
いを有する照明光を生成することができる。また、平板
状の単純な形状をしたダイクロイックミラーを用いるこ
とによって、安価に合成手段を構成できるとともに、曲
面を有したダイクロイックミラーを用いる場合と比較
し、反射および透過する光の軌跡の算出が容易になる。
従って、ダイクロイックミラーの配置や取り付け構造を
簡単にでき、かつ、照明光の合成を正確に行うことがで
きる。
項5に記載のリング照明装置において、前記ダイクロイ
ックミラーは、所定の波長より短い波長の光を反射し、
当該所定の波長より長い波長の光を透過する特性、また
は所定の波長より短い波長の光を透過し、当該所定の波
長より長い波長の光を反射する特性を有することを特徴
とする。
は、光の波長に応じた反射から透過、または、透過から
反射の特性移行の回数が所定の波長における1回のみで
あり、複数の波長において反射、透過の特性を2回以上
移行するダイクロイックミラーと比較して、ミラー表面
蒸着膜の層数が少ないため、成膜処理が容易になり、ダ
イクロイックミラーの反射、透過効率を高めることがで
きる。
項1ないし請求項6のいずれかに記載のリング照明装置
において、前記合成手段によって生成された照明光の進
行方向は、前記光軸に略直交する平面上で当該光軸から
離れる方向とされ、前記集光手段は、前記照明光を前記
光軸方向へ集光する反射鏡を備えて構成され、前記反射
鏡は、前記光軸に平行および直交する2つの断面方向に
関して、それぞれ所定の曲率を有する反射面を備えてい
ることを特徴とする。
りも光軸から離れた位置に設けられた反射鏡によって照
明光が光軸方向へ反射されるため、被測定物に照射され
る照明光の照射角が大きくなり、立体的な形状を有した
被測定物の場合等に、被測定物のエッジ部の影を鮮明に
検出できる。また、反射鏡の反射面には、照明光を所定
の位置に集光するような曲率が設けられているため、照
明光を被測定物の被測定位置に集中して照射することが
できるので、照明効率の向上を図ることができる。
項1ないし請求項6のいずれかに記載のリング照明装置
において、前記合成手段によって生成された照明光の進
行方向は、前記光軸と略平行な方向とされ、前記集光手
段は、前記照明光を前記光軸から離れる方向へ反射する
第1反射鏡と、この反射鏡で反射された照明光を前記光
軸方向へ集光する第2反射鏡とを一組として備えて構成
され、前記第1反射鏡および前記第2反射鏡のうち少な
くとも一方は、前記光軸に平行および直交する2つの断
面方向に関して、それぞれ所定の曲率を有する反射面を
備えていることを特徴とする。
ら光軸と平行な方向で、被測定物に近い位置に反射鏡を
設置することによって、照明装置の大きさのうち、光軸
を中心とした径方向の寸法を小さくすることができる。
また、第1、第2反射鏡の一方または両方の反射面に
は、照明光を所定の位置に集光するような曲率が設けら
れているため、照明光を被測定物の被測定位置に集中し
て照射することができるので、照明効率の向上を図るこ
とができる。
項1ないし請求項8のいずれかに記載のリング照明装置
において、前記光源および前記合成手段は、照明装置本
体に固定されており、前記集光手段は、前記照明装置本
体に対して前記光軸と略平行な方向に相対移動可能に取
り付けられ、前記照明装置本体と前記集光手段とを、相
対移動させて前記照明光が集光される位置を調節する調
節手段を備えることを特徴とする。
固定された照明装置本体と、集光手段とを光軸に沿って
相対移動することによって、反射鏡の曲面を有する反射
面上の、異なる傾斜角の位置で照明光が反射されて反射
角度が変化するため、被測定物に対する照射角度を調節
することができ、被測定物の大きさや形状、表面状態に
応じた適切な照射角度の照明光が得られ、被測定物のエ
ッジ等を検出する精度の向上をさらに図ることができ
る。
求項1ないし請求項6のいずれかに記載のリング照明装
置において、前記合成手段によって生成された照明光の
進行方向は、前記光軸と略平行な方向とされ、前記集光
手段は、中央部に孔を有する略ドーナツ形状のレンズを
備えて構成されていることを特徴とする。
るレンズを用いることによって、低コストで照明装置を
製造できるとともに、高透過率および高精度のレンズを
用いれば、照明光の透過損失を小さくし、また、照明範
囲に正確に照明光を集中させることができ、より照明効
率の向上を図ることができる。また、レンズ中央部に設
けられた孔を通して、光学系としての対物レンズ等がリ
ング照明装置を貫通でき、または、被測定物からの反射
光が遮られることなく対物レンズ等まで到達できるの
で、被測定物の測定を確実に行うことができる。
置の好適な実施形態を挙げ、図面に基づいて詳しく説明
する。なお、以下の説明にあたって、同一構成要件につ
いては、同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略
化する。図1ないし図3には、本発明の第1実施形態に
係るリング照明装置10が示され、図4および図5に
は、第2実施形態および第3実施形態に係るリング照明
装置50,60がそれぞれ示されている。
10の全体斜視図であり、図2は、その断面図、図3
は、その一部を断面した底面図である。図1ないし図3
において、リング照明装置10は、図示しない画像測定
装置の測定台2上の被測定物3(ワーク)を照らす照明
に用いられ、当該測定装置等の拡大光学系としての対物
レンズ1に取り付けられている。画像測定装置は、図示
しない駆動装置によって、測定台2を水平面内の直交二
軸方向、すなわち、図2中左右および前後方向に駆動制
御し、また、対物レンズ1を垂直方向、すなわち、図2
中上下方向に駆動制御することで、被測定物3の被測定
部に適した位置および測定距離を調節できるようになっ
ている。
み、対物レンズ1の光軸1Aの回りに全体リング状に形
成された照明装置本体としてのケース11と、このケー
ス11の内側で対物レンズ1に近接する側に取り付けら
れた光源ボックス12とを備えて構成されている。光源
ボックス12の内部には、光源としての複数の発光ダイ
オード20と、合成手段としてのミラー群30とが設け
られ、光源ボックス12の回りには、集光手段としての
反射鏡40が配置されている。また、図2中対物レンズ
1は、被測定物3と所定の測定距離を離して垂直方向の
位置を決められており、この際、対物レンズ1に取り付
けられたリング照明装置10と、被測定物3との距離
(作動距離)に応じた照明角度θ1で被測定物3に照明
光を照射している。
その中央部を図2中上下に貫通するレンズ挿通孔11A
を備えて、図2中下方に開口したリング状に形成されて
いる。ケース11のレンズ挿通孔11Aは、対物レンズ
1を余裕を持って挿通できる内径寸法を備えており、ケ
ース11には、対物レンズ1を挿通した状態でリング照
明装置10を対物レンズ1に取り付けるための図示しな
い取付部が設けられている。この取付部としては、例え
ば、対物レンズ1に向かって進退可能に支持された3本
のねじが適用できる。
金属板材等から加工され、略矩形の角部が面取りされた
平面略八角形状の箱状部材であり、対物レンズ1から離
れた側の4面には、光軸1Aと略直交する平面に沿った
スリット13が設けられている。光源ボックス12の内
部には、3種類の発光色(赤、緑、青)を有する発光ダ
イオード20が、それぞれの種類ごとに配列されてい
る。各色の発光ダイオード20は、光軸1Aに沿って、
赤色(R)発光ダイオード21、緑色(G)発光ダイオード
22および青色(B)発光ダイオード23が、図2中上か
ら順に所定の間隔を隔て、かつ、それぞれが光軸1Aと
略直交する平面内に、光軸1Aを中心として平面略矩形
状に配列されている。R,G,B各色の発光ダイオード
21,22,23は、平面略矩形状の各辺に沿って7個
ずつ並べられ、それぞれが各辺に略直交し光軸1Aから
離れる方向に発光方向を向けて配置されている。各色の
発光ダイオード20は、発光する照明光の発散角が所定
の角度(例えば、20°)になるよう発光方向先端に集
光レンズが取り付けられたもので、図示しない制御回路
および電源に接続されている。
には、3種類のミラー31,32,33から構成される
ミラー群30が配置されており、それぞれのミラー3
1,32,33は、略長方形の平板状に形成され、それ
らの長手方向がR,G,B各色の発光ダイオード21,
22,23の列と略平行にされ、長手方向の長さが平面
略矩形状に配列された発光ダイオード20の各辺の長さ
と略等しくされている。また、ミラー31,32,33
は、光軸1Aに沿った断面方向に関して、光軸1Aと略
45°傾斜して設置されている。
光ダイオード21から出射された出射光を光軸1Aに沿
って被測定物3の方向へ反射するように設置されてい
る。ミラー32,33はそれぞれ、ダイクロイックミラ
ーであり、所定の波長より短い波長の光を反射し、当該
所定の波長より長い波長の光を透過する特性、または所
定の波長より短い波長の光を透過し、当該所定の波長よ
り長い波長の光を反射する特性を有している。すなわ
ち、ミラー32,33は、光の波長に応じた反射から透
過、または、透過から反射の特性移行の回数が所定の波
長における1回のみのダイクロイックミラーである。ミ
ラー32は、ミラー31で反射された赤色の光を透過
し、緑色発光ダイオード22から出射された赤色の光よ
りも波長の短い緑色の出射光を光軸1Aに沿って被測定
物3の方向へ反射するように設置されている。ミラー3
3は、ミラー32を透過した赤色の光およびミラー32
で反射された緑色の光を反射し、青色発光ダイオード2
3から出射された赤色や緑色の光よりも波長の短い青色
の出射光を透過するように設置されている。
光と、ミラー33を透過した青色の光とが、合成された
照明光の進行方向、すなわち、光軸1Aと略直交する平
面上で光軸1Aから離れる方向の前方には、反射鏡40
が設置されている。この反射鏡40は、光源ボックス1
2の平面矩形状の各辺とケース11との間に設けられ、
ケース11内に設けられた図示しない駆動装置によっ
て、光軸1Aに沿って光源ボックス12との相対位置を
移動可能とされている。
らなり、光軸1Aと対向する側の側面が鏡面仕上げさ
れ、光を反射する反射面42とされている。この反射面
42は、照明光を被測定物3の方向へ反射するように、
光軸1Aに沿った断面方向に関して、光軸1Aから離れ
る方向に凸状の曲率が形成されている。また、光軸1A
と略直交する平面方向に関しても、略矩形状に配列され
た発光ダイオード20の発光方向と略平行に、光軸1A
から離れる方向に進行する照明光を、光軸1Aの方向へ
反射するように、光軸1Aから反射鏡40までの距離の
略2倍の半径を有し、光軸1Aから離れる方向に凸状の
曲率が形成されている。
0の操作について説明する。先ず、被測定物3の大きさ
や形状、測定範囲に応じて設定される測定距離に対物レ
ンズ1を位置調整し、リング照明装置10を対物レンズ
1に取り付ける。被測定物3の色合いに応じて、照明光
の色合いを調節するには、光源として配列されたR,
G,B各色の発光ダイオード21,22,23のうち、
適切な色の発光ダイオード20を選択し、点灯または消
灯制御を行う。すなわち、R,G,B各色の発光ダイオ
ード21,22,23を全て点灯すれば、ミラー群30
によって合成される照明光は白色となり、いずれか1色
のみを点灯すれば、当該1色の照明光となる。また、
R,G,B各色の発光ダイオード21,22,23のう
ち、いずれか2色を選択し点灯すれば、当該選択された
2色が合成された照明光となる。さらに、選択したいず
れかの発光ダイオード21,22,23を部分的に点灯
または消灯すれば、中間色の照明光を合成することもで
きる。
の被測定面の形状により適切な照明角度を考慮し、例え
ば、表面に凹凸の多い被測定物3において凹凸のエッジ
を検出したい場合には大きな照明角度θ2に設定する調
節手段を備えている。すなわち、照明装置本体としての
ケース11および光源ボックス12に対して相対移動可
能に取り付けられた反射鏡40を、図2中二点鎖線で示
すように、光軸1Aに沿って被測定物3から離れる方向
へ移動するとともに、対物レンズ1へのリング照明装置
10の取付位置を被測定物3に近い位置とする。このよ
うにすることで、光源ボックス12のミラー群30で合
成され、光源ボックス12のスリット13を通過した照
明光は、反射鏡40の反射面42の中で被測定物3に近
い位置、つまり、曲率が設けられた反射面42の光軸1
Aに対する傾斜角度の小さい位置で反射される。従っ
て、反射された照明光は、光軸1Aに対して大きな照明
角度θ2で被測定物3に照射されることとなる。
効果が得られる。 (1)R,G,B各色の発光ダイオード21,22,2
3から出射された出射光が、その前方に配置したダイク
ロイックミラー32,33を含むミラー群30によって
所定の色合いの照明光に合成され、合成された照明光が
被測定物3に照射されるので、被測定物3の表面色に応
じた色合いの照明光を照射することができ、対物レンズ
1を通して得られる被測定物3の像のコントラストが強
調され、被測定物3のエッジ等を検出する精度の向上を
十分に図ることができる。
1,22,23から出射された出射光を合成手段である
ミラー群30により合成することによって、ミラー群3
0によって予め所定の色合いに合成された照明光が被測
定物3に照射されるので、被測定物3の表面で各色の光
を合成する場合と比較して、ムラのない均一な色合いの
照明光を照射することができ、より検出精度の向上を図
ることができる。
明光を集中することによって、照明効率が向上され、発
光ダイオード20の設置個数を低減でき、照明装置の小
型化を図ることができる。
20の設置個数が少ないので、発光ダイオード20から
発生する熱が画像測定装置等に与える影響を少なくでき
るとともに、消費電力が少なく電力コストを低減でき
る。
用することによって、その特長である高速応答性や長寿
命等を備えた光源とすることができるとともに、R,
G,B各色の発光ダイオード21,22,23を用いる
ことによって、照明光の基本色としての白色光を生成で
き、RGB各色の合成配分を適切に変えることで、多彩
な色合いを有する照明光が生成されるので、様々な表面
色を有する被測定物3に応じて、最適な色合いの照明光
を照射することができる。
成するダイクロイックミラー32,33によって、所定
の色合いの照明光を合成できる。また、ダイクロイック
ミラー32,33を略長方形平板状の単純な形状とする
ことによって、安価にミラー群30を構成できるととも
に、曲面を有したダイクロイックミラーを用いる場合と
比較し、反射および透過する光の軌跡を容易に算出でき
るので、ダイクロイックミラー32,33の配置や取り
付け方法を簡単に、かつ、照明光の合成を正確に行うこ
とができる。
じた反射から透過、または、透過から反射の特性移行の
回数が所定の波長における1回のみのダイクロイックミ
ラーであるので、複数の波長において反射、透過の特性
を2回以上移行するダイクロイックミラーと比較して、
ミラー表面蒸着膜の層数が少ないため、成膜処理が容易
になり、ダイクロイックミラーの反射、透過効率を高め
ることができる。
離れる方向に発光ダイオード20の発光方向を向け、発
光方向前方にミラー群30および反射鏡40を配置し
て、照明装置を形成することによって、照明装置の大き
さのうち、光軸1Aに平行な方向の寸法が小さくなるた
め、対物レンズ1に取り付ける際に光軸1Aに沿った取
付位置の自由度が高まり、作動距離や照明角度の設定を
精度よく行え、被測定物3の像の検出精度を向上でき
る。
ら離れた位置に反射鏡40を設け、この反射鏡40から
光軸1A方向へ照明光を反射することによって、被測定
物3に照射される照明光の照射角θ1が大きくなり、立
体的な形状を有した被測定物3のエッジ部の影を鮮明に
検出できる。反射鏡40の反射面42には、照明光を所
定の位置に集光するような曲率が設けられているため、
照明光を被測定物の被測定位置に集中して照射すること
で、照明効率の向上を図ることができる。
に沿った断面方向および光軸1Aに略直交する平面方向
の2方向に関して、光軸1Aから離れる方向に凸状の曲
率が設けられているため、照明光を被測定物3の被測定
位置に集中して照射することができるので、より照明効
率の向上を図ることができる。
ボックス12に対して光軸1Aに沿った方向に相対移動
することで、照明光が反射鏡40の曲面を有する反射面
42上の、異なる傾斜角の位置で反射されて、反射角度
が変わり、被測定物3に対する照射角度を調節すること
ができる。従って、被測定物3の大きさや形状、表面状
態に応じた適切な照明角度θ1,θ2の照明光が得ら
れ、被測定物3のエッジ等を検出する精度の向上をさら
に図ることができる。
形態について説明する。図4には、第2実施形態に係る
リング照明装置50の断面図が示されている。このリン
グ照明装置50において、前述の第1実施形態との相違
は、光源としての発光ダイオード20の配置方向およ
び、集光手段として反射鏡40に替えてレンズ54を用
いていることであり、その他の構成は第1実施形態の場
合と同様である。
オード21,22,23は、互いに光軸1Aと略直交す
る平面上にリング状に配置され、各色ごとに光軸1Aか
らの距離が異なる略矩形状に、所定の間隔を隔てて配列
されている。すなわち、光軸1Aに近い側から、赤色
(R)発光ダイオード21、緑色(G)発光ダイオード22
および青色(B)発光ダイオード23の順に配列され、そ
れぞれの発光ダイオード20は、それらの発光方向を光
軸1Aに略平行で、被測定物3に向って配置されてい
る。
前述の第1実施形態の場合と同様のミラー群30が配置
され、このミラー群30によってR,G,B各色の発光
ダイオード21,22,23から出射された出射光が光
軸1Aから離れる方向に反射または透過され、所定の色
合いの照明光が合成される。合成された照明光は、光軸
1Aに略平行で、被測定物3に向って進行する。発光ダ
イオード20およびミラー群30を内蔵する光源ボック
ス52は、被測定物3に対向する底面の対物レンズ1か
ら離れた側に、照明光が通過するスリット53を備えて
いる。光源ボックス52が取り付けられるケース51
は、その中央部を図4中上下に貫通するレンズ挿通孔5
1Aを備えて、図4中下方に開口したリング状に形成さ
れている。
のレンズ54が取り付けられている。レンズ54は、透
明のガラス製で、光軸1Aを略中心とし、外周へ向かう
に従い厚さが薄くなるレンズの略中央に孔55が設けら
れた略ドーナツ形状に加工されている。また、レンズ5
4は、光源ボックス52のスリット53を通過した照明
光を屈折させ、その焦点距離に応じた照明角度θ3で照
明光を被測定物3に集光する働きを有している。
(1)、(2)、(4)ないし(7)の効果に加えて、
次のような効果が得られる。 (12)発光ダイオード20の発光方向を光軸1Aと略平
行な方向に向け、発光方向の前方にミラー群30および
レンズ54を配置して、照明装置を形成することによっ
て、照明装置の大きさのうち、光軸1Aを中心とした径
方向の寸法が小さくなり、照明装置を対物レンズ1に取
り付けて測定を行う際に邪魔にならず、測定作業を迅速
に行うことができる。
を用いることによって、低コストでリング照明装置50
を製造できるとともに、高透過率および高精度のレンズ
54を用いれば、照明光の透過損失を小さく、また、照
明範囲に正確に照明光が集中され、より照明効率の向上
を図ることができる。
を通して、対物レンズ1がリング照明装置50を貫通で
き、または、被測定物3からの反射光が遮られることな
く対物レンズ1まで到達できるので、被測定物3の測定
を確実に行うことができる。
形態について説明する。図5には、第3実施形態に係る
リング照明装置60の断面図が示されている。このリン
グ照明装置60において、前述の第1実施形態との相違
は、光源としての発光ダイオード20の配置方向およ
び、集光手段として反射鏡40の構成であり、その他の
構成は第1実施形態の場合と同様である。
けられるケース61は、その中央部を図5中上下に貫通
するレンズ挿通孔61Aを備えて、図5中下方に開口し
たリング状に形成されている。発光ダイオード20およ
びミラー群30を内蔵する光源ボックス62は、被測定
物3に対向する底面の対物レンズ1に近い側に、照明光
が通過するスリット63を備えている。
2,23は、互いに光軸1Aと略直交する平面上にリン
グ状に配置され、各色ごとに光軸1Aからの距離が異な
る所定の間隔を隔てて配列されている。すなわち、光軸
1Aに近い側から、青色(B)発光ダイオード23、緑色
(G)発光ダイオード22および赤色(R)発光ダイオード
21の順に配列され、それぞれの発光ダイオード20
は、それらの発光方向を光軸1Aに略平行で、被測定物
3に向って配置されている。
前述の第1実施形態の場合と同様のミラー群30が配置
され、このミラー群30によってR,G,B各色の発光
ダイオード21,22,23から出射された出射光が光
軸1Aに近づく方向に反射または透過され、所定の色合
いの照明光が合成される。合成された照明光は、光軸1
Aに略平行な方向へ向かって、光源ボックス62のスリ
ット63を通過して進行する。
定物3側には、集光手段としての反射鏡40が配置され
ている。反射鏡40は、第1反射鏡64および第2反射
鏡66の2種類の反射鏡を組み合わせて構成されてい
る。第1反射鏡64は、スリット63を通過した照明光
を、光軸1Aから離れる方向へ反射する、略平面上に形
成された第1反射面65を備えている。また、第1反射
鏡64は、光源ボックス62と一体に固定されている。
された照明光を、被測定物3の方向へ照明角度θ4をも
って反射、集光するように、光軸1Aに沿った断面方向
および光軸1Aと略直交する平面方向の2方向に関し
て、光軸1Aから離れる方向に凸状の曲率を有した曲面
状に形成された第2反射面67を備えている。また、第
2反射鏡66は、ケース61内に設けられた図示しない
駆動装置によって、光軸1Aに沿って第1反射鏡64と
の相対位置を移動可能とされている。
に応じて照明角度θ4を大きな照明角度θ5に調節する
場合には、第1反射鏡64に対して相対移動可能に取り
付けられた第2反射鏡66を、図5中二点鎖線で示すよ
うに、光軸1Aに沿って光源ボックス62側へ移動する
とともに、対物レンズ1へのリング照明装置60の取付
位置を被測定物3に近い位置とする。このようにするこ
とで、第1反射面65で反射した照明光は、第2反射鏡
66の第2反射面67の中で被測定物3に近い位置、つ
まり、曲率が設けられた第2反射面67の光軸1Aに対
する傾斜角度の小さい位置で反射される。従って、反射
された照明光は、光軸1Aに対して大きな照明角度θ5
で被測定物3に照射されることとなる。
(1)ないし(7)の効果に加えて、次のような効果が
得られる。 (15)発光ダイオード20の発光方向を光軸1Aと略平
行な方向に向け、発光方向の前方にミラー群30、第1
反射鏡64および第2反射鏡66を配置して、照明装置
を形成することによって、照明装置の大きさのうち、光
軸1Aを中心とした径方向の寸法が小さくなり、照明装
置を対物レンズ1に取り付けて測定を行う際に邪魔にな
らず、測定作業を迅速に行うことができる。
1Aに沿った断面方向および光軸1Aに略直交する平面
方向の2方向に関して、光軸1Aから離れる方向に凸状
の曲率が設けられているため、照明光を被測定物3の被
測定位置に集中して照射することができるので、より照
明効率の向上を図ることができる。
対して光軸1Aに沿った方向に相対移動することによっ
て、照明光が第2反射鏡66の曲面を有する第2反射面
67上の、異なる傾斜角の位置で反射されて、反射角度
が変わり、被測定物3に対する照射角度を調節すること
ができる。従って、被測定物3の大きさや形状、表面状
態に応じた適切な照明角度θ4,θ5の照明光が得ら
れ、被測定物3のエッジ等を検出する精度の向上をさら
に図ることができる。
れるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での
変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、
前述の各実施形態では、画像測定装置に用いられるリン
グ照明装置について説明を行ったが、測定顕微鏡、工具
顕微鏡、投影機、三次元画像測定機等に用いてもよい。
また、前述の各実施形態では、リング照明装置を対物レ
ンズ1に取り付けたが、これに限らず、測定装置等の本
体や測定台に取り付けてもよく、また、これらの測定装
置等とは別にリング測定装置を支持する部材を設け、こ
の部材に取り付けてもよい。また、取り付け方法は、対
物レンズ1に向かって進退可能に支持された3本のねじ
による方法に限らず、リング照明装置と被測定物との作
動距離を適切に設定できる方法であれば適用でき、ま
た、光学系の光軸に沿って移動する手段を備えたもので
もよい。
ード20を平面略矩形状に配列したが、これに限らず、
平面略円形状に配列してもよく、また、平面略三角形状
や五角形状または、それ以上の多角形状に配列してもよ
い。また、R,G,B各色の発光ダイオード21,2
2,23の配列は、前述の各実施形態で示した順に限ら
ず、異なった配列としてもよく、その際、R,G,B各
色の発光ダイオード21,22,23の配列に応じた、
反射または透過の特性を有するダイクロイックミラーを
使用することができ、複数の波長において反射、透過の
特性を2回以上移行するダイクロイックミラーであって
もよい。また、R,G,B各色の発光ダイオード21,
22,23に加えて、白色の発光ダイオードを用いても
よい。このようにすれば、照明光の色合いを調節しなが
ら輝度を低下させずに照明を行うことができる。
び光源ボックスは、金属板材から加工されるものとした
が、これに限らず、合成樹脂製であってもよい。また、
反射鏡は、金属製で反射面が鏡面仕上げされるものとし
たが、これに限らず、ガラス製や合成樹脂製としてもよ
く、反射面のみにガラスや金属を用いたものでもよく、
反射面にメッキ等が施されたものでもよい。
よれば、照明効率を向上して小型化でき、像の検出精度
の向上を十分に図ることができる、という効果が期待で
きる。
示す斜視図である。
ある。
ある。
断面図である。
断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 光学系の光軸の回りに配置され、互いに
異なる発光色を有する少なくとも2種類からなる複数の
発光素子を光源として備えるリング照明装置であって、 前記光源を構成する発光素子のうち同一種類の発光素子
群は、前記光軸と略直交する同一の平面内に、当該光軸
の周囲に沿ってリング状に配列され、 前記発光素子の発光方向前方には、当該発光素子から出
射され、互いに異なる発光色を有する出射光を合成し、
所定の色合いを有する照明光を生成する合成手段が設け
られ、 前記生成された照明光の進行方向前方には、当該照明光
を前記光軸に沿った所定の位置に集光する集光手段が設
けられることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のリング照明装置におい
て、 前記発光色が異なるリング状に配列された発光素子群
は、互いに前記光軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配
置され、かつ、発光方向を前記光軸から離れる方向へ向
けて配置されていることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載のリング照明装置におい
て、 前記発光色が異なるリング状に配列された発光素子群
は、互いに前記光軸と略直交する略同一平面上に、当該
光軸からの距離が異なる環に沿って配置され、かつ、発
光方向を前記光軸に略平行な方向に向けて配置されてい
ることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載のリング照明装置において、 前記複数の発光素子は、赤(R)、緑(G)、青(B)
それぞれの発光色を有する3種類の発光ダイオードから
構成されていることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれかに記
載のリング照明装置において、 前記合成手段は、平板状に形成されたダイクロイックミ
ラーを含んで構成されていることを特徴とするリング照
明装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載のリング照明装置におい
て、 前記ダイクロイックミラーは、所定の波長より短い波長
の光を反射し、当該所定の波長より長い波長の光を透過
する特性、または所定の波長より短い波長の光を透過
し、当該所定の波長より長い波長の光を反射する特性を
有することを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項7】 請求項1ないし請求項6のいずれかに記
載のリング照明装置において、 前記合成手段によって生成された照明光の進行方向は、
前記光軸に略直交する平面上で当該光軸から離れる方向
とされ、 前記集光手段は、前記照明光を前記光軸方向へ集光する
反射鏡を備えて構成され、 前記反射鏡は、前記光軸に平行および直交する2つの断
面方向に関して、それぞれ所定の曲率を有する反射面を
備えていることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項8】 請求項1ないし請求項6のいずれかに記
載のリング照明装置において、 前記合成手段によって生成された照明光の進行方向は、
前記光軸と略平行な方向とされ、 前記集光手段は、前記照明光を前記光軸から離れる方向
へ反射する第1反射鏡と、この反射鏡で反射された照明
光を前記光軸方向へ集光する第2反射鏡とを一組として
備えて構成され、 前記第1反射鏡および前記第2反射鏡のうち少なくとも
一方は、前記光軸に平行および直交する2つの断面方向
に関して、それぞれ所定の曲率を有する反射面を備えて
いることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項9】 請求項1ないし請求項8のいずれかに記
載のリング照明装置において、 前記光源および前記合成手段は、照明装置本体に固定さ
れており、 前記集光手段は、前記照明装置本体に対して前記光軸と
略平行な方向に相対移動可能に取り付けられ、 前記照明装置本体と前記集光手段とを、相対移動させて
前記照明光が集光される位置を調節する調節手段を備え
ることを特徴とするリング照明装置。 - 【請求項10】 請求項1ないし請求項6のいずれかに
記載のリング照明装置において、 前記合成手段によって生成された照明光の進行方向は、
前記光軸と略平行な方向とされ、 前記集光手段は、中央部に孔を有する略ドーナツ形状の
レンズを備えて構成されていることを特徴とするリング
照明装置。
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