JP2590737Y2 - 画像処理型測定機の照明装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、光学系によって得られ
た被測定物の画像から被測定物の寸法や形状などを測定
する画像処理型測定機の照明装置に関する。詳しくは、
光学系の光軸に対して傾斜した方向から照明光を被測定
物に照射し、特に、被測定物の端部（エッジ部）などの
影を鮮明に描写できるようにした照明装置の改良に関す
る。

【０００２】

【背景技術】拡大光学系によって被測定物の測定部位を
光学的に拡大し、その拡大画像から被測定物の寸法や形
状などを測定する画像処理型測定機、例えば、工具顕微
鏡、投影機、視認型三次元測定機などでは、被測定物の
拡大画像を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。

【０００３】従来、画像処理型測定機における照明方式
として、被測定物に対してほぼ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
を測定するとき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表示装置などに
鮮明に描写できない場合がある。

【０００４】そこで、これを解決するものとして、拡大
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方法が提案されている。例え
ば、米国特許第４５６７５５１号には、光源から照明光
を略水平方向へ出力し、その照明光を固定ミラーで斜め
下方へ反射させた後、ガラス板などで屈折させて被測定
物に照射する方法が提案されている。

【０００５】しかし、これにしても、被測定物に対する
照明光の照射角度が一定であるため、エッジ部の形状に
よってはそのエッジ部の画像を表示装置に鮮明に描写で
きない。例えば、被測定物がコインなどのように比較的
浅い円筒状エッジ部を有するものでは、エッジ部の深さ
と照明光の照射角度との関係によって、そのエッジ部の
影を全周に亘って鮮明に描写できない。このため、表示
装置などに描写される画像は立体感が損なわれる結果、
被測定物の寸法や形状を正確に測定することが困難にな
る。

【０００６】そこで、本出願人は、このような問題を解
消するものとして、先に、実願平４−９７３６号を提案
している。これは、光学系の光軸を中心として外方へ放
射状に照明光を発生するリング状光発生手段を設けると
ともに、この光発生手段からの照明光を反射させ前記光
軸上に集光させるとともに、その光発生手段との光軸方
向における相対位置に応じて光発生手段からの照明光を
異なる角度で反射させるリング状反射面を有するリング
状反射部材を前記光軸と同心状に設け、前記集光点が定
位置に保持されるように光発生手段とリング状反射部材
とを光軸上に沿って差動的に移動させる駆動手段を設け
た構造である。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】上記実願平４−９７３
６号で開示された構成要件のうち、リング状光発生手段
の具体的構造としては、光学系の光軸と同心状に配置さ
れたリング状部材の内部に多数本の光ファイバを束ねた
状態で環状に収納し、それらの光ファイバの先端をリン
グ状部材の外周面に沿って環状に配列し、その先端から
照明光を光軸に対し直角に放射するようにした構造であ
る。しかし、このような構造では、多数本の光ファイバ
の先端を近接して配列しずらいことから、光軸を中心と
する放射状の照明光が得にくいという欠点が考えられ
る。

【０００８】そこで、リング状部材の内部に収納した多
数本の光ファイバの先端をリング状部材の下面に沿って
環状に配列し、その先端から照明光を光軸と平行に放射
するとともに、その照明光を前記光軸と同心状に配置さ
れたリング状反射部材によって光軸を中心として外方へ
直角に、かつ、平行光として反射させるようにした構造
が考えられる。しかし、これにしても、光ファイバから
放射された照明光を光軸を中心として外方へ直角に、か
つ、平行光として反射させるためには、リング状反射部
材のリング状反射面を、光ファイバの先端を焦点とする
断面放物線状に形成しなければならないから、複雑でか
つ高度な加工が要求され、コストアップの要因になって
いた。

【０００９】ここに、本考案の目的は、このような従来
の問題を解消し、製造が容易で、かつ、安価な画像処理
型測定機の照明装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのため、本考案の画像
処理型測定機の照明装置は、光学系によって得られた被
測定物の画像から被測定物の寸法や形状などを測定する
画像処理型測定機の照明装置であって、前記光学系の光
軸を中心として外方へ放射状に照明光を発生する光発生
手段と、前記光学系の光軸と同心で、かつ、前記光発生
手段からの照明光を反射させて前記光軸上に集光させる
リング状反射部材を含み、前記光発生手段からの照明光
の光軸方向位置に拘らず照明光を前記光軸上の定位置に
集光させる集光手段とを備え、前記光発生手段は、前記
光軸を中心とするリング状でかつ被測定物に向かって照
明光を放射するリング照明と、このリング照明から放射
された照明光を前記光軸と平行な光に整形する環状コン
デンサレンズと、この環状コンデンサレンズで整形され
た平行光を前記光軸を中心として外方へ放射状に反射す
るミラーとを含む、ことを特徴とする。

【００１１】前記環状コンデンサレンズと前記ミラーと
は一体的に成形されていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】被測定物に対する照明光の入射角度を変える場
合には、光発生手段から光軸を中心として外方へ放射さ
れる照明光の位置が光軸方向へ移動するように、例え
ば、光発生手段を光軸方向へ移動させる。光発生手段か
ら光軸を中心として外方へ放射される照明光の位置が光
軸方向へ移動しても、リング状反射部材を含む集光手段
によって照明光の集光点が前記光軸上の定位置に保たれ
たまま、その集光点における照明光の入射角度が変化さ
れる。従って、定位置における照明光の光量を変化させ
ることなく、その集光点における照明光の入射角度を変
化させることができる。よって、被測定物のエッジ部の
形状などに応じて適正な角度で照明光を照射することが
できるから、被測定物のエッジ部などの画像も立体感を
損なうことなく鮮明に描写できる。

【００１３】

【実施例】以下、本考案の照明装置について好適な実施
例を挙げ、添付図面を参照しながら詳細に説明する。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。第１実施例 第１実施例を図１〜図９に示す。図１は本考案を画像処
理型測定機に適用した例を示している。同画像処理型測
定機１０は、大きく分けて、顕微鏡２０と、画像表示装
置９０とから構成されている。

【００１４】前記顕微鏡２０は、水平部２１Ａおよび起
立部２１Ｂを有する側面Ｌ字形の支持台２１を含む。支
持台２１の水平部２１Ａ上には、上面に被測定物２５を
載置する載物台２２が設置されている。載物台２２は、
水平面内における直交二軸方向、つまり、左右方向（Ｘ
軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）へそれぞれ移動可
能なＸ−Ｙテーブルから構成され、かつ、各軸方向の移
動量がＸ軸マイクロメータヘッド２３およびＹ軸マイク
ロメータヘッド２４により設定または計測できるように
なっている。

【００１５】前記支持台２１の起立部２１Ｂには、上下
動つまみ２６を有する上下動ガイド２７が設けられてい
る。上下動ガイド２７には、上下動つまみ２６の回動操
作によって、図示しないラックやピニオンなどを介して
上下動する側面コ字形の支持枠３１が上下動可能に支持
されている。支持枠３１の前面開放側において、その左
右両端には円柱体３２がそれぞれ介装されているととも
に、支持枠３１の開放側には平面コ字形のカバー３３が
取り付けられるようになっている。

【００１６】前記支持枠３１の中心部には、結像光学系
３７が設けられている。結像光学系３７は、支持枠３１
の下方に突出した対物レンズ３４と、この対物レンズ３
４と同軸上に設けられた結像レンズ３５と、この結像レ
ンズ３５と同軸上に設けられかつ支持枠３１上に突出し
たＣＣＤカメラ３６とから構成されている。ＣＣＤカメ
ラ３６には、配線コード３８を介して前記画像表示装置
９０が接続されている。

【００１７】前記支持枠３１の内部には、図２にも示す
ように、昇降機構４１，４２を介して昇降軸４３，４４
が上下方向へ昇降可能に支持されている。昇降軸４３の
下部には、連結部材４５，４６を介して前記結像光学系
３７の光軸を中心として外方へ放射状の照明光を発生す
るリング状の光発生手段４７が前記光軸と同心状に配置
されているとともに、この光発生手段４７からの照明光
を内側へ向けて反射させて前記光軸上に集光させるリン
グ状反射部材４８が前記光軸と同心状に配置されてい
る。また、昇降軸４４の下部には、前記リング状反射部
材４８を開閉させる開閉部材４９が取り付けられてい
る。

【００１８】前記光発生手段４７は、前記光軸を中心と
するリング状でかつ下方へ向かって（被測定物２５へ向
かって）照明光を放射するリング照明５１と、このリン
グ照明５１から放射された照明光を前記光軸と平行な光
に整形するとともに、その平行光を前記光軸を中心とし
て外方へ放射状に反射させるミラー付き環状コンデンサ
レンズ５６とから構成されている。

【００１９】前記リング照明５１は、図３に示す如く、
内部に環状空間を有するリング状部材５２と、このリン
グ状部材５２の環状空間内に束ねた状態で収納された複
数本の光ファイバ５３とから構成されている。各光ファ
イバ５３の先端５３Ａは、図４に示す如く、１本ずつリ
ング状部材５２の下面に沿って円環状に整列配列されて
いる。なお、各光ファイバ５３の基端側５３Ｂは、図示
しない光源まで導かれている。

【００２０】前記ミラー付き環状コンデンサレンズ５６
は、図５および図６に示す如く、前記リング照明５１か
ら放射された照明光を前記光軸と平行な光に整形する環
状コンデンサレンズ５７の内側面に、その環状コンデン
サレンズ５７で整形された平行光を前記光軸を中心とし
て外方へ放射状に反射させるミラー５８（前記光軸に対
して４５°の角度のミラー）が一体的に形成された構造
である。

【００２１】前記リング状反射部材４８は、図７および
図８に示す如く、前記光軸を中心とする円周上に順次一
部が重なった状態で配置された花びら形状で、かつ、内
面が球面またはこれに近似した曲面の一部をなす凹面ミ
ラーに形成された複数枚のミラー片６１と、これらのミ
ラー片６１の下端部を前記光軸を中心とする円周上で連
結しかつその円周軸線を支点として上端側を開閉可能に
支持する連結リング６２とを含み構成されている。な
お、これらのミラー片６１は、図示しないばねなどによ
つて常時閉じる方向へ付勢されている。

【００２２】前記ミラー片６１の一つには、前記開閉部
材４９の先端球４９Ａ（図２参照）が内側から当接され
ている。開閉部材４９は、前記昇降機構４２によって前
記光軸方向へ昇降され、ミラー片６１の開閉角度を変化
させる。つまり、リング状反射部材４８によって反射さ
れた照明光の集光点が前記光軸上の定位置に保たれるよ
うに、前記光発生手段４７の光軸方向位置に応じて、前
記各ミラー片６１の開閉角度を昇降機構４２によって変
化させるようになっている。ここに、前記リング状反射
部材４８、昇降機構４２および開閉部材４９により、前
記光発生手段４７からの照明光の光軸方向位置に拘らず
照明光を前記光軸上の定位置に集光させる集光手段７０
が構成されている。

【００２３】前記画像表示装置９０は、ＣＲＴ９１と、
前記各昇降機構４１，４２の駆動制御を行うとともに、
前記ＣＣＤカメラ３６からの信号をＣＲＴ９１に表示さ
せる制御装置９２とから構成されている。制御装置９２
は、前記各制御を行うためのつまみ、スイッチなどから
なる操作部９３をその前部に備えている。

【００２４】次に、本実施例の作用を説明する。測定に
当たっては、載物台２２の上に載置された被測定物２５
が対物レンズ３４に対向位置するように載物台２２のＸ
軸およびＹ軸マイクロメータヘッド２３，２４を回して
設定しておく。また、上下動つまみ２６を回して対物レ
ンズ３４の焦点位置に被測定物２５の測定部位が位置す
るように設定しておく。

【００２５】この状態において、リング照明５１から放
射された光は、ミラー付き環状コンデンサレンズ５６で
平行光に整形されたのち、外方へ向かって放射状に反射
される。その反射光は、各ミラー片６１によって内側へ
向かって反射されたのち、光軸上の被測定物２５に照射
される。被測定物２５からの反射光は、対物レンズ３
４、結像レンズ３５を介してＣＣＤカメラ３６に入射さ
れる。ここで、電気信号に変換された後、画像表示装置
９０の制御装置９２に入力される。その結果、被測定物
２５の画像がＣＲＴ９１に表示される。

【００２６】そこで、被測定物２５に対する照明光の入
射角度を変化させるには、昇降機構４１によって昇降軸
４３を上下方向へ昇降させる。すると、光発生手段４７
（リング照明５１およびミラー付き環状コンデンサレン
ズ５６）とリング状反射部材４８が上下方向へ移動され
る。このとき、昇降機構４２の作動によって、リング状
反射部材４８のミラー片６１の開閉角度が光発生手段４
７（リング照明５１およびミラー付き環状コンデンサレ
ンズ５６）の上下方向位置に応じて開閉される。つま
り、図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す如く、光発生手段４
７（リング照明５１およびミラー付き環状コンデンサレ
ンズ５６）が上方位置に移動するに従って、ミラー片６
１が次第に閉じられていくため、照明光の集光点が定位
置に保たれたまま、被測定物２５に対する照明光の入射
角度が変化される。

【００２７】従って、第１実施例によれば、集光点を光
軸上の定位置に保ったまま、その集光点における照明光
の入射角度を変化させることができるから、被測定物２
５に対する照明光の光量を変化させることなく、被測定
物２５に対する照明光の入射角度を変化させることがで
きる。よって、被測定物２５のエッジ部の形状などに応
じて適正な角度で照明光を照射することができるから、
被測定物２５のエッジ部などの画像も立体感を損なうこ
となく鮮明に描画できる。

【００２８】また、光発生手段４７からの照明光を反射
させて光軸上に集光させるリング状反射部材４８を、光
軸を中心とする円周上に順次一部が重なった状態で配置
され、かつ、その円周軸線を支点として開閉可能に設け
られた花びら形状の複数枚のミラー片６１によって構成
したので、従来のように、単一の反射部材によってリン
グ状反射面を形成する場合に比べ、複雑で高度な加工を
必要としないから、簡易にかつ安価に製造することがで
きる。

【００２９】しかも、照明光の集光点が光軸上の定位置
に保たれるようにするにも、各ミラー片６１の開閉角度
を光発生手段４７の光軸方向位置に応じて変化させるだ
けでよいから、従来のように、光発生手段とリング状反
射部材とを光軸上に沿って差動的に移動させる構造に比
べ簡単である。

【００３０】また、光発生手段４７を、前記光軸を中心
とするリング状でかつ被測定物２５に向かって照明光を
放射するリング照明５１と、このリング照明５１から放
射された照明光を前記光軸と平行な光に整形するととも
に、その平行光を前記光軸を中心として外方へ放射状に
反射するミラー付き環状コンデンサレンズ５６とから構
成したので、光学系の光軸を中心として外方へ放射状に
放射される照明光を簡単に得ることができる。

【００３１】つまり、リング照明５１は、リング状部材
５２の環状空間内に収納した複数本の光ファイバ５３の
先端５３Ａをリング状部材５２の下面に沿って円環状に
整列配置すればよいから、例えば、リング状部材５２の
外周面に沿って光ファイバ５３の先端５３Ａを整列配列
する場合に比べ、光ファイバ５３の先端５３Ａを接近し
た状態で配列することができる。また、その光ファイバ
５３の先端５３Ａから放射された光を単一のミラー付き
環状コンデンサレンズ５６で平行な光に整形できるか
ら、リング状反射面によって照明光を平行光に整形する
場合に比べ、製造が簡単である。

【００３２】なお、上記実施例において、光発生手段４
７および反射部材４８を上下方向へ昇降させる昇降機構
４１とは別に、開閉部材４９を上下方向へ昇降させる昇
降機構４２を設ける構造に限らず、図１０に示すよう
に、両昇降軸４３，４４との間に歯車５０Ａを介在させ
るようにしたものでもよい。

【００３３】また、リング状反射部材４８を構成する各
ミラー片６１の形状は、上記実施例で述べた、球面の一
部をなす凹面ミラーを花びら形状に限らず、他の形状で
もよい。例えば、三角形状でもよい。更に、上記実施例
では、リング状反射部材４８を光発生手段４７とともに
光軸方向へ移動するようにしたが、各ミラー片６１の長
さを光発生手段４７の光軸方向における移動領域に渡る
長さとすれば、リング状反射部材４８を光発生手段４７
とともに光軸方向へ移動させなくてもよい。

【００３４】第２実施例 第２実施例を図１１に示す。第２実施例では、第１実施
例におけるリング状反射部材４８に代えて、前記光学系
３７の光軸と同心で、かつ、前記光発生手段４７の光軸
方向位置に拘らず前記光発生手段４７からの照明光を反
射させて前記光軸上の定位置に集光させるリング状反射
部材４８Ａが設けられている。リング状反射部材４８Ａ
の内面には、光発生手段４７の光軸方向における移動領
域に渡る長さを有し、前記光発生手段４７の光軸方向位
置に応じて異なる角度で照明光を反射して光軸上の定位
置に集光させるリング状反射面７１が形成されている。
ここでは、リング状反射部材４８Ａのみによって、前記
光発生手段４７からの照明光の光軸方向位置に拘らず照
明光を前記光軸上の定位置に集光させる集光手段が構成
されている。

【００３５】従って、第２実施例によれば、リング状反
射部材４８Ａを光発生手段４７とともに光軸方向へ移動
させる機構を設けなくても、集光点を光軸上の定位置に
保ったまま、その集光点における照明光の入射角度を変
化させることができる。

【００３６】第３実施例 第３実施例を図１２に示す。第３実施例では、第１実施
例におけるリング状反射部材４８に代えて、第２実施例
のリング状反射部材４８Ａが設けられている。また、第
１実施例における光発生手段４７に代えて、径の異なる
複数のリング照明５１₁ 〜５１₄ および各リング照明５
１₁ 〜５１₄ に対応配置されたミラー付き環状コンデン
サレンズ５６₁ 〜５６₄ を前記光軸方向に積層した階段
状光発生手段４７Ａが設けられている。ここでも、リン
グ状反射部材４８Ａのみによって前記集光手段が構成さ
れている。

【００３７】従って、第３実施例によれば、階段状光発
生手段４７Ａの中からいずれかのリング照明５１₁ 〜５
１₄ を選択的に点灯させることによって、リング状反射
部材４８Ａに入射する照明光の光軸方向位置が変わる結
果、階段状光発生手段４７Ａについても光軸方向へ移動
させる機構を設けなくても、集光点を光軸上の定位置に
保ったまま、その集光点における照明光の入射角度を変
化させることができる。

【００３８】なお、上記各実施例において、ミラー付き
環状コンデンサレンズ５６については、環状コンデンサ
レズ５７とミラー５８とに分割して構成したものでもよ
い。

【００３９】また、光ファイバ５３の先端５３Ａが配列
された円環状部分を複数の区画に分割し、例えば、９０
度の角度範囲を１区画とする４区画に分割し、各区画内
の光ファイバへ光を導入する光源の点灯、消灯を独立的
に制御するようにすれば、光量の調整が容易にできる。
更に、光ファイバ５３に代えて、発光ダイオードなどの
発光素子をリング状部材５２の下面に沿って一列または
複数列に配列するようにしてもよい。このようにすれ
ば、各発光素子の点灯、消灯を容易にできるから光発生
手段４７の光量を細かく調整できる利点がある。

【００４０】また、本考案に係る画像処理型測定機とし
ては、上記実施例のように工具顕微鏡に適用したものに
限らず、投影機、三次元測定機などの他の形式の光学式
測定機にも適用できるものである。

【００４１】

【考案の効果】以上の通り、本考案によれば、製造が容
易で、かつ、安価な画像処理型測定機の照明装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例を示す斜視図である。

【図２】同上実施例の要部を示す断面図である。

【図３】同上実施例におけるリング照明を上からみた斜
視図である。

【図４】同上実施例におけるリング照明を下からみた斜
視図である。

【図５】同上実施例におけるミラー付き環状コンデンサ
レンズを示す斜視図である。

【図６】同上実施例におけるミラー付き環状コンデンサ
レンズの作用を示す図である。

【図７】同上実施例におけるリング状反射部材を示す斜
視図である。

【図８】同上実施例におけるリング状反射部材の断面を
示す断面図である。

【図９】同上実施例におけるリング状反射部材の開閉角
度を変えた状態を示す図である。

【図１０】同上実施例における開閉手段の他の例を示す
図である。

【図１１】本考案の第２実施例を示す図である。

【図１２】本考案の第３実施例を示す図である。

【符号の説明】

２５ 被測定物 ３７ 光学系 ４７ 光発生手段 ４８ リング状反射部材 ５１ リング照明 ５６ ミラー付き環状コンデンサレンズ ５７ 環状コンデンサレンズ ５８ ミラー ７０ 集光手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−260347（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−10106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−156956（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−71706（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−84556（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01N 21/84 - 21/91

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系によって得られた被測定物の画像か
   ら被測定物の寸法や形状などを測定する画像処理型測定
   機の照明装置であって、 前記光学系の光軸を中心として外方へ放射状に照明光を
   発生する光発生手段と、 前記光学系の光軸と同心で、かつ、前記光発生手段から
   の照明光を反射させて前記光軸上に集光させるリング状
   反射部材を含み、前記光発生手段からの照明光の光軸方
   向位置に拘らず照明光を前記光軸上の定位置に集光させ
   る集光手段とを備え、 前記光発生手段は、前記光軸を中心とするリング状でか
   つ被測定物に向かって照明光を放射するリング照明と、
   このリング照明から放射された照明光を前記光軸と平行
   な光に整形する環状コンデンサレンズと、この環状コン
   デンサレンズで整形された平行光を前記光軸を中心とし
   て外方へ放射状に反射するミラーとを含む、 ことを特徴とする画像処理型測定機の照明装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の画像処理型測定機の照明
   装置において、前記環状コンデンサレンズと前記ミラー
   とは一体的に成形されていることを特徴とする画像処理
   型測定機の照明装置。