JP2007010447A - 寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検物体の各面を高精度に同時に寸法測定できる装置を提供すること。
【解決手段】 一例として、被検物体１１の一または二以上の側面について各側面画像を得るための、光路方向転換部３０ａ等を備えた側面画像取得用プリズム系３Ａ等からなる多方向同時観察光学系を用い、その光出力方向上の合焦点位置にテレセントリックレンズ４１を設け、さらに、取得された画像情報に基づき被検物体１１の側面および上面における所望の寸法を測定するための測定手段を備えた構成の寸法測定装置とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は寸法測定装置に係り、特に、被検物体の各面の寸法を高精度に測定することのできる、寸法測定装置に関する。

各産業分野における品質管理その他の目的のために、被検物体の多方向からの寸法の測定が要望される場合がある。
図５、６は、被検物体を多方向から寸法測定する方法の従来例を示す説明図である。図５に示すように従来は、被検物体の各面に対応した読み取り装置を面の数だけ設置する方法が採られている。

あるいはかかる方法を採らない場合は、図６に示すような、平面ミラーを用いて一台の読み取り装置によって被検物体の各面の寸法を測定する方法が採られている。その他、物体の各面の形状を同時に測定する技術としては、次のようなものも提案されている。

特開平５−３２２５２６号公報「３次元形状測定装置」 特開平５−２４０６０７号公報「光学式間隔センサ」

さて、図５、６に示した従来技術では、読み取り装置を被検物体の測定が必要な各面に対応した数だけ設置した場合、時間の節約効果は得られても、コストを押し上げることになる。一方、一台の読み取り装置で各面の寸法測定を行う例では、読み取り装置もしくは被検物体の移動、回転、位置決定に相当の労力・煩雑さが伴うとともに時間を要する。

また、図６に示した方法では、各面の焦点を同時に合わせることができず、正確な寸法測定が可能な装置を構成しない。

そこで本願発明者らは、先に、上記従来技術の問題点を解決するものとして、被検物体の各面を高精度に同時測定することができ、検査等の効率を高めることのできる、低コストの多方向同時観察光学系および画像読み取り装置の提供を課題として特許出願を行った（特願２００４−５４４４０ 本願出願時点で未公開）。ここに開示した発明の概要は、以下の通りである。

（ｐ１） 被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方に設けられ、該プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ光路を遮られないように配置されていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。
（ｐ２） 被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系と、底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系とからなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系および該底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該各プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方周囲および一部は下方位置を占めて設けられ、該各プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置されていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。
（ｐ３） 前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系にはそれぞれ、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に、被検物体の上面を除く各面のワーキングディスタンスを上面のワーキングディスタンスと同一にするための光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能が設けられていることを特徴とする、（ｐ１）または（ｐ２）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ４） 前記光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能は、被検物体の形状や大きさに応じた光路長補正がなされるよう、交換または光路長調整可能に形成されていることを特徴とする、（ｐ３）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ５） 前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては４５°ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはこれらのいずれかの機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（ｐ３）または（ｐ４）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ６） 前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできるペンタプリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（ｐ３）ないし（ｐ５）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。

（ｐ７） 前記各プリズム系には、前記光路方向転換用プリズムの上方に、光路をシフトさせるための光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能が設けられていることを特徴とする、（ｐ１）ないし（ｐ６）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ８） 前記光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能は、レンズ等への入射光面積を縮小して解像度を高めるべく、被検物体各面からの光出力の光路断面を縮小させるように形成されていることを特徴とする、（ｐ７）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ９） 二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、（ｐ３）ないし（ｐ８）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１０） 前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、（ｐ３）ないし（ｐ９）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１１） 前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、（ｐ１０）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１２） 前記側面画像取得用プリズム系および前記底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズまたは被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズをさらに含んでなることを特徴とする、（ｐ３）ないし（ｐ１０）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１３） 前記レンズは、形状に球体や超多面体などを有する複雑な被検物体であっても各面同時に合焦面を合わせられるのに充分な被写界深度を備えていることを特徴とする、（ｐ１２）に記載の多方向同時観察光学系。

（ｐ１４） （ｐ１１）ないし（ｐ１３）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系と、前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子とを備えてなり、画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り装置。
（ｐ１５） （ｐ１１）ないし（ｐ１３）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系により被検物体の各面の画像情報を光として取得し、前記レンズを介して得られる該光をＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子により光電変換処理することによって電気的に処理の可能な画像情報を取得し、これにより画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り方法。
（ｐ１６） 前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、肉眼による目視観察を容易に行えるように、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に開放空間が形成されていることを特徴とする、（ｐ１）または（ｐ２）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１７） 前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては三角ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（ｐ１６）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１８） 前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできる五角形プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（ｐ１６）または（ｐ１７）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ１９） 前記台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能の上方には、反射防止用プリズムまたはその機能が設けられていることを特徴とする、（ｐ１６）ないし（ｐ１８）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ２０） 二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、（ｐ１６）ないし（ｐ１９）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ２１） 前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、（ｐ１６）ないし（ｐ２０）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ２２） 前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、（ｐ２１）に記載の多方向同時観察光学系。
（ｐ２３） （ｐ１）または（ｐ２）に記載の多方向同時観察光学系を二以上用いてなり、それによる被検物体の多方向同時観察が可能であることを特徴とする、多方向同時観察光学系複合体。

かかる先に行った発明によれば、被検物体を各面から高精度に同時観察することができ、検査等の効率を高めることができる。さらに詳述すれば、たとえば下記の各効果を得ることができる。
（Ｉ）被検物体の形状が、概略立方体的に把握できるか直方体的かに関わらず、六面方向全てにおいて同時に合焦面を合わせることができ、かつ、いわゆるケラレのない画像を同時に提供でき、外観欠陥検査等の画像解析を正確に行うことができ、検査等の時間を短縮し、検査等の効率を高め、コストを抑制できる。
（II）被検物体が上下面のある七面体以上の多面体、球体または超多面体であっても、側面画像取得用プリズム系のセット数増加や読み取り装置のレンズの被写界深度を長くすることにより、全ての面において同時に合焦面が合い、かつ、ケラレのない画像を同時に提供することができる。
（III）側面画像取得用プリズム系の４５°ミラープリズムをペンタプリズムに、あるいは三角ミラープリズムを５角形プリズムに置き換えることで、正立した像を同時に提供できる。
（IV）光路シフトプリズムまたは光路シフト用平面ミラー等の光路シフトプリズム機能を追加構成することで、レンズへの入射光面積が小さくなり、撮像素子の1画像当たりの取り込む物体サイズが小さくなり解像力を高めることができる。
（Ｖ）被検物体を移動できる搬送経路を設けることにより、多数の被検物体の多方向同時観察を連続的に行うことができる。
（VI）読み取り装置のレンズに被検物体側テレセントリックレンズを用いることにより、その特性から、構成する各プリズムの大きさを抑制できるとともに、その配置を近接させることができ、全体を小型化できる。また、寸法欠陥検査等の画像計測も正確に行うことができる。

さて、先の発明の応用は多岐に亘って可能であり、観察を効率的に行うことができる。しかしながら上記発明は、寸法の測定に関しても従来より優れた技術であるとはいえ、高精度化を目指したさらなる改良が求められるところである。

したがって本発明が解決しようとする課題は、被検物体の各面を高精度に同時に寸法測定することができ、検査等の効率を高めることができる、多方向同時観察光学系および画像読み取り装置を使用した、被検物体の寸法測定装置を提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、各面からの像について単一の焦点距離を与え得るプリズム配置方法、また、寸法を正確に測定するためのレンズ構成を用いること、さらには、被検物体各面からの画像をレンズに高精度に導くためのプリズムの端面や境界の状態について検討することにより、上記課題の解決が可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下のとおりである。

（１） 被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系を用いた寸法測定装置であって、該側面画像取得用プリズム系、該底面画像取得用プリズム系は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有し、かつ光路長補正機能を有しており、該各プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方位置に、もしくは該底面画像取得用プリズム系の場合には一部下方位置にも設けられ、該各プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うように、もしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置され、該側面画像取得用プリズム系、該底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズは被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズであり、取得された画像情報に基づき被検物体の所望の寸法を測定するための測定手段を備えていることを特徴とする、寸法測定装置。
（２） 前記多方向同時観察光学系と前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子を備えていることを特徴とする、（１）に記載の寸法測定装置。
（３） 前記各プリズム系においては、被検物体側、レンズ側もしくはその両方の面に、光の反射を低減させるＡＲコーティングが施されていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の寸法測定装置。

（４） 前記各プリズム系においては、光路方向転換部の面に、光を反射させるためのコーティングが施されていることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の寸法測定装置。
（５） 前記コーティングにより形成されている被膜は、アルミニウムコートであることを特徴とする、（４）に記載の寸法測定装置。
（６） 前記コーティングにより形成されている被膜は、誘電体多層膜であることを特徴とする、（４）に記載の寸法測定装置。
（７） 前記各プリズム系の光路方向転換部を構成する部材は、光を全反射させるために、入射側よりも小さい屈折率の材料によりなることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の寸法測定装置。
（８） 前記光路方向転換部において光を反射させるために、該光路方向転換部は、アルミニウムコートの形成、誘電体多層膜の形成、または入射側よりも小さい屈折率の材料の使用、の各手段の中から、いずれか二以上が併用されていることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の寸法測定装置。

つまり本発明は、被検物体の各面の寸法を正確に測定するために、まず被検物体側をテレセントリックにすることができるテレセントリックレンズを使用することを、装置の特徴的な構成とするものである。

また本発明装置には、多方向同時観察光学系とレンズを介して得られる光を光電変換処理する電子撮像素子を備えて、画像計測を含む画像解析が可能な構成を備えたものも含まれる。

さらに本発明装置には、被検物体の各面からの像を高精度に導くために、プリズム系の所定箇所に特殊な被膜形成を施す等の構成を備えたものも含まれる。

ＡＲコーティング（anti-reflective coating）は通常、ＣＲＴディスプレイの表面に施される反射防止(ノングレア)処理に用いられている技術であるが、本発明ではこれを、被検物体からレンズへの光の伝達の高精度化に用いたものである。

誘電体多層膜は一般に、基板に対するコーティングによって、光の干渉、吸収、反射などに基づく目的機能を持たせる、いわゆる多層膜蒸着に用いられる。本発明においては、光路方向転換部での光の良好な反射を得るために、たとえば、高い屈折率と低い屈折率を持った複数種類の誘電体を所定の膜厚に交互に組合せて薄膜を多層にコーティングする等の多層膜蒸着手法を、適宜に用いて、所望の誘電体多層膜を形成することができる。

全反射とは、屈折率（ｎ_１）の大きい媒質から小さい媒質（ｎ_０）に光が入る場合、ある臨界角Θｃ（ｓｉｎΘｃ＝（ｎ_０／ｎ_１））以上で入射されると、全ての光が反射されるという現象であるが、本発明装置には、プリズム系の光路方向転換部における反射がかかる全反射となるようにプリズム系を構成したものも含まれる。たとえば、光路方向転換部を構成するプリズム部材として、入射側のプリズム部材よりも小さい屈折率の材質のものを用いる等である。

本発明の寸法測定装置に係る多方向同時観察光学系は、上述の通り、（ア）被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、（イ）底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系、のうち、少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系を用いた寸法測定装置であるから、次の３つのパターンが含まれる。
（Ａ）被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系のみを有してなる多方向同時観察光学系を用いた寸法測定装置。
（Ｂ）被検物体の底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系のみを有してなる多方向同時観察光学系を用いた寸法測定装置。
（Ｃ）被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、および、底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系のいずれも有してなる多方向同時観察光学系を用いた寸法測定装置。

本発明の被検物体の寸法測定装置は上述のように構成されるため、これによれば、被検物体の各面を高精度に同時に寸法測定することができ、検査等の効率を高めることができる。つまり、一台のテレセントリックレンズを含む測定装置で被検物体の各面の寸法を、同時に、かつ高精度で測定することができるため、測定時間を短縮し、労力・コストを抑制することができる。

以下、本発明を図面も用いてより詳細に説明する。
図１−１は、本発明寸法測定装置に係る側面画像取得用プリズム系の一般的な構成例を示す側面図、
図１−２は、本発明寸法測定装置に係る底面画像取得用プリズム系の一般的な構成例を示す側面図、そして、
図１−３は、本発明寸法測定装置に係る、側面画像取得用プリズム系と底面画像取得用プリズム系を一体化させたプリズム系の一般的な構成例を示す側面図である。また、
図２は、被検物体の側面と上面の画像情報を得るための本発明寸法測定装置の要部の側面視構成を示す説明図、
図３は、被検物体の底面と上面の画像情報を得るための本発明寸法測定装置の要部の側面視構成を示す説明図、そして、
図４は、被検物体の側面、底面および上面の画像情報を得るための本発明寸法測定装置の要部の側面視構成を示す説明図である。図２〜４に示す各構成は、図１−１〜１−３に示すプリズム系構成を用いてなるものである。

図２に示す通り、本発明の寸法測定装置の一つの例は、被検物体１１の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一の側面画像取得用プリズム系３Ａ、もしくは二以上の該プリズム系３Ａ、３Ａ’等を有してなる多方向同時観察光学系を用いたものであり、該側面画像取得用プリズム系３Ａ等は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能（以下、単に「光路方向転換用プリズム」または「光路方向転換部」という）３０ａを有し、かつ光路長補正機能を有しており、該プリズム系３Ａ等は、被検物体１１の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方位置に設けられ、該プリズム系３Ａ等は、それにより出される光の光路５ｂが被検物体１１の上方へ向うように、もしくは相互に平行かつ同一方向となるように、また光路５ｂ等を遮られないように配置され、該側面画像取得用プリズム系３Ａ等の光出力方向光路上の合焦点位置に、テレセントリックレンズ４１が設けられており、取得された画像情報に基づき被検物体１１の側面および上面における所望の寸法を測定するための測定手段（図示せず）を備えていることを、主たる構成とする。

図２において本発明装置は上述のように構成されるため、被検物体１１側がテレセントリックとなり、被検物体１１の一または二以上の側面について高精度の側面画像が同時に得られ、かかる高精度の画像情報に基づき被検物体１１の側面および上面における所望の寸法が、前記測定手段によって測定される。

つまり、光学系において絞りの中心を通る光線である主光線が、レンズの被検物体１１側において平行となるため、本発明装置では、被検物体１１の遠近に関わらず倍率変化のない光学系であるテレセントリック光学系が実現する。したがって、ピント合わせ誤差による倍率変動が発生せず、さらに、画像中心と周辺との間で被検物体１１に対する視覚差が生じないため、視野全般に亘って遠近感が発生せず、歪みのない画像が取得され、各面の高精度な寸法測定が実現する。

図において、該側面画像取得用プリズム系３Ａ等が有する光路方向転換用プリズムにより、被検物体１１からこれらに入射した光は、被検物体１１の上方向に向けて光路方向が転換される（光路５ｂ）。被検物体１１の上面画像は、その真上方向に確保された開放空間により、特別プリズム系を通すことなく取得される（光路５ａ）。

前記光路長補正機能は、被検物体１１の各面のワーキングディスタンス（ＷＤ）を同一にする機能として、前記側面画像取得用プリズム系３Ａ等を構成するプリズム自体の屈折率や長さ如何によってこれを構成することができるが、かかる方法に限定されない。すなわちたとえば、該プリズム系３Ａ等の光路方向転換用プリズム上方に、被検物体１１の上面を除く各面のＷＤを上面のＷＤと同一にするための光路長補正用プリズム（図示せず）を特別に設ける構成とすることができる。

ここで該光路長補正用プリズムは、被検物体の形状や大きさに応じた光路長補正がなされるように、これらを適宜交換することにより、またはその他適宜の手段により、光路長調整可能に形成する構成とすることもできる。

図３に示す通り、本発明の寸法測定装置の他の例は、被検物体１１の底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系３ＢＣを有してなる多方向同時観察光学系を用いたものであって、該底面画像取得用プリズム系３ＢＣは、図２で説明した側面画像取得用プリズム系３Ａ等と同様、光路方向転換用プリズムを有し、かつ光路長補正機能を有しており、該プリズム系３ＢＣは、被検物体１１の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに、一部下方位置および側方位置を占めて設けられ、該プリズム系３ＢＣは、それにより出される光の光路５ｃが被検物体１１の上方へ向うように、もしくは上面画像の光路５ａと相互に平行かつ同一方向となるように、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置され、該底面画像取得用プリズム系３ＢＣの光出力方向光路上の合焦点位置に、テレセントリックレンズ４１が設けられており、取得された画像情報に基づき被検物体１１の底面および上面における所望の寸法を測定するための測定手段（図示せず）を備えていることを、主たる構成とする。

図３において本発明装置は上述のように構成されるため、被検物体１１側がテレセントリックとなり、被検物体１１の底面について高精度の底面画像が得られ、かかる高精度の画像情報に基づき被検物体１１の底面および上面における所望の寸法が、前記測定手段によって測定される。

被検物体の底面および上面について寸法測定できる本発明装置において、テレセントリック光学系が実現される構成、光路方向が転換される構成、上面画像が取得される構成、および光路長補正機能ならびに光路長補正用プリズムの構成については、上述の側面画像取得用プリズム系３Ａを用いた装置の場合と同様である。

図４に示す通り、本発明の寸法測定装置のまた他の例は、図２に示した側面画像取得用プリズム系３Ａ等、および図３に示した底面画像取得用プリズム系３ＢＣのいずれをも備えた多方向同時観察光学系を用いたものであって、該側面画像取得用プリズム系３Ａ等および該底面画像取得用プリズム系３ＢＣの光出力方向光路上の合焦点位置にテレセントリックレンズ４１が設けられており、取得された画像情報に基づき被検物体１１の側面、底面および上面における所望の寸法を測定するための測定手段（図示せず）を備えていることを、主たる構成とする。

図４において本発明装置は上述のように構成されるため、被検物体１１側がテレセントリックとなり、被検物体１１の側面および底面について高精度の画像が得られ、かかる高精度の画像情報に基づき被検物体１１の側面、底面および上面における所望の寸法が、前記測定手段によって測定される。

本発明装置において、テレセントリック光学系が実現される構成、光路方向が転換される構成、上面画像が取得される構成、および光路長補正機能ならびに光路長補正用プリズムの構成については、上述した各装置の場合と同様である。

上記の本発明寸法測定装置は、前記多方向同時観察光学系と前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子を備えた構成とすることもできる。これにより本発明寸法測定装置は、適宜の画像解析ソフトなどのソフトウェアとの組み合わせで、画像読み取り、画像計測その他の画像解析を画面上、もしくは画像データ上で行うことができ、高精度、効率的な寸法測定に便宜である。

以上の説明において、図では本発明寸法測定装置の側面画像取得用プリズム系としては、３Ａ、３Ａ’のみが図示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、該側面画像取得用プリズム系の配備数は、より多くてもよい。たとえば被検物体の正六面における寸法測定のために、該プリズム系を４系統配置することも、用途に応じてさらに多い系統数を配置することもできる。

本発明寸法測定装置では、前記各プリズム系３Ａ等において、被検物体側３２ａ、３２ｂ等、レンズ側３３ａ、３３ｂ等、もしくはその両方の面に、光の反射を低減させるＡＲコーティングが施されてＡＲコートが形成されている、特徴的構成を付加することができる。

かかる構成により、ＡＲコーティングが施された各面において光の反射が低減され、各画像を高精度にレンズ４１に対して導くことができ、寸法測定の一層の高精度化を図ることができる。

ＡＲコーティングには、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、その他、本用途において従来公知のものを適宜の構成にて用いることができる。

また、本発明寸法測定装置では、前記各プリズム系において、光路方向転換部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ等の面に、光を反射させるためのコーティングが施されて被膜が形成されている、特徴的構成を付加することができる。

かかる構成により、被膜が施された光路方向転換部３０ａ等の境界面において光が良好に反射され、各画像を高精度にレンズ４１に対して導くことができ、寸法測定の一層の高精度化を図ることができる。

該被膜としては、アルミニウムコート、誘電体多層膜を好適に用いることができる。誘電体多層膜は、たとえば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、その他従来用いられている材料を用い、適宜の構成にて形成することができる。

前記光路方向転換部における光の反射効果を得る構成としては、光を全反射させるために、該光路方向転換部を構成する部材を入射側よりも小さい屈折率の材料とする手段を採用してもよい。また、かかる光の反射効果を得るために、上述の各方法を適宜二以上併用してもよい。

本発明の被検物体の寸法測定装置によれば、被検物体の各面を高精度に同時に寸法測定することができ、検査等の効率を高めることができる。測定時間短縮、労力・コスト抑制効果に優れ、産業上利用価値が高い発明である。

本発明寸法測定装置に係る側面画像取得用プリズム系の一般的な構成例を示す側面図である。 本発明寸法測定装置に係る底面画像取得用プリズム系の一般的な構成例を示す側面図である。 本発明寸法測定装置に係る、側面画像取得用プリズム系と底面画像取得用プリズム系を一体化させたプリズム系の一般的な構成例を示す側面図である。 被検物体の側面と上面の画像情報を得るための本発明寸法測定装置の要部の側面視構成を示す説明図である。 被検物体の底面と上面の画像情報を得るための本発明寸法測定装置の要部の側面視構成を示す説明図である。 被検物体の側面、底面および上面の画像情報を得るための本発明寸法測定装置の要部の側面視構成を示す説明図である。 被検物体を多方向から寸法測定する方法の従来例を示す説明図である。 被検物体を多方向から寸法測定する方法の他の従来例を示す説明図である。

符号の説明

１１…被検物体
３Ａ、３Ａ’…側面画像取得用プリズム系
３ＢＣ…底面画像取得用プリズム系
３０ａ〜３０ｃ…光路方向転換部（光路方向転換プリズム）
３２ａ、３２ｂ…画像取得用プリズム系の物体側の面
３３ａ、３３ｂ…画像取得用プリズム系のレンズ側の面
４１…テレセントリックレンズ
５ａ〜５ｃ…光路
８１ａ〜８１ｆ…被検物体の面
８２ａ〜８２ｆ…平面ミラー
８４０…画像読み取り装置

Claims (8)

1. 被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系を用いた寸法測定装置であって、該側面画像取得用プリズム系、該底面画像取得用プリズム系は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有し、かつ光路長補正機能を有しており、該各プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方位置に、もしくは該底面画像取得用プリズム系の場合には一部下方位置にも設けられ、該各プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うように、もしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置され、該側面画像取得用プリズム系、該底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズは被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズであり、取得された画像情報に基づき被検物体の所望の寸法を測定するための測定手段を備えていることを特徴とする、寸法測定装置。
2. 前記多方向同時観察光学系と前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の寸法測定装置。
3. 前記各プリズム系においては、被検物体側、レンズ側もしくはその両方の面に、光の反射を低減させるＡＲコーティングが施されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の寸法測定装置。
4. 前記各プリズム系においては、光路方向転換部の面に、光を反射させるためのコーティングが施されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の寸法測定装置。
5. 前記コーティングにより形成されている被膜は、アルミニウムコートであることを特徴とする、請求項４に記載の寸法測定装置。
6. 前記コーティングにより形成されている被膜は、誘電体多層膜であることを特徴とする、請求項４に記載の寸法測定装置。
7. 前記各プリズム系の光路方向転換部を構成する部材は、光を全反射させるために、入射側よりも小さい屈折率の材料によりなることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の寸法測定装置。
8. 前記光路方向転換部において光を反射させるために、該光路方向転換部は、アルミニウムコートの形成、誘電体多層膜の形成、または入射側よりも小さい屈折率の材料の使用、の各手段の中から、いずれか二以上が併用されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の寸法測定装置。
   

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