JP3889992B2 - リング照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学顕微鏡や画像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。
【０００２】
【背景技術】
光学系によって被測定物の測定部位を光学的に結像し、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。
【０００３】
画像処理型測定機等における照明方法として、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。
【０００４】
リング照明装置に用いられる光源として、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。
【０００５】
一方近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）に代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。
【０００６】
例えば、特開平１０−５４９４０号公報に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。
【０００７】
また、従来例１において、照明光率を向上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。
【０００８】
また、被測定物に対して照明角度や照明光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。
【０００９】
しかし、従来例２のリング照明装置においても前述の従来例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。
【００１０】
一方、画像処理型測定機等により検査、測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。
【００１１】
このような照明光の色合いを制御可能なリ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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例１および従来例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。
【００１３】
本発明の目的は、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リング照明装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、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、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。
【００１５】
なお、ここで、「光軸の周囲に沿ってリング状に配列」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。
【００１６】
この構成の本発明によれば、異なる発光色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。
また、発光素子の発光方向を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。
【００１９】
請求項２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、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。
【００２０】
この構成の本発明によれば、異なる発光色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。
また、発光素子の発光方向を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。
【００２１】
請求項３に記載のリング照明装置は、請求項１または請求項２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。
【００２２】
この構成によれば、代表的な発光素子であ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。
【００２３】
請求項４に記載のリング照明装置は、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。
【００２４】
この構成によれば、光の波長に応じて、そ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。
【００２５】
請求項５に記載のリング照明装置は、請求項４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。
【００２６】
この構成によれば、ダイクロイックミラーは、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。
【００２７】
請求項６に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項５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。
【００２８】
この構成によれば、光源および合成手段よ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。
【００２９】
請求項７に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項５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。
【００３０】
この構成によれば、光源および合成手段か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。
【００３１】
請求項８に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項７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。
【００３２】
この構成によれば、光源および合成手段が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。
【００３３】
請求項９に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項５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。
【００３４】
この構成によれば、汎用的な光学素子であ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。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るリング照明装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。
【００３６】
〔第１実施形態〕
図１は、リング照明装置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。
【００３７】
リング照明装置１０は、対物レンズ１を囲み、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。
【００３８】
ケース１１は、金属板材等から加工され、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。
【００３９】
光源ボックス１２は、ケース１１と同様の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。
【００４０】
各色の発光ダイオード２０の発光方向前方には、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３１，３２，３３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。
【００４１】
ミラー３１は、反射ミラーであり、赤色発光ダイオード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３３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２３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。
【００４２】
ミラー３３で反射された赤色および緑色の光と、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１２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。
【００４３】
反射鏡４０は、金属製の反射鏡本体４１からなり、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。
【００４４】
次に、本実施形態に係るリング照明装置１０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。
【００４５】
また、リング照明装置１０は、被測定物３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θ２で被測定物３に照射されることとなる。
【００４６】
従って、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）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、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。
【００４７】
（２）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３０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。
【００４８】
（３）反射鏡４０によって被測定物３に照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。
【００４９】
（４）従来技術と比較し、発光ダイオード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。
【００５０】
（５）光源として発光ダイオード２０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、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。
【００５１】
（６）合成手段としてのミラー群３０を構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。
【００５２】
（７）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。
【００５３】
（８）光軸１Ａと略直交して光軸１Ａから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。
【００５４】
（９）光源ボックス１２よりも光軸１Ａか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。
【００５５】
（10）反射鏡４０の反射面４２に光軸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。
【００５６】
（11）反射鏡４０をケース１１および光源ボックス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。
【００５７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施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。
【００５８】
図４において、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光ダイオード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。
【００５９】
発光ダイオード２０の発光方向前方には、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５１Ａ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。
【００６０】
ケース５１の開口側には、集光手段としてのレンズ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５４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。
【００６１】
従って、本実施形態によれば、前述の（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。
【００６２】
（13）汎用的な光学素子であるレンズ５４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。
【００６３】
（14）レンズ５４の中央部に設けた孔５５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。
【００６４】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施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。
【００６５】
図５において、光源ボックス６２が取り付けられるケース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。
【００６６】
Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光ダイオード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。
【００６７】
発光ダイオード２０の発光方向前方には、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１Ａ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。
【００６８】
ケース６１内で、光源ボックス６２の被測定物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。
【００６９】
第２反射鏡６６は、第１反射面６５で反射された照明光を、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。
【００７０】
リング照明装置６０において、被測定物３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。
【００７１】
従って、本実施形態によれば、前述の（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。
【００７２】
（16）第２反射鏡６６の反射面６７に光軸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。
【００７３】
（17）第２反射鏡６６を第１反射鏡６４に対して光軸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。
【００７４】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、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。
【００７５】
また、前述の各実施形態では、発光ダイオード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２１，２２，２３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。
【００７６】
また、前述の各実施形態では、ケースおよび光源ボックスは、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。
【００７７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のリング照明装置によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリング照明装置を示す斜視図である。
【図２】前記実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【図３】前記実施形態に係るリング照明装置の底面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ（光学系）
１Ａ 光軸
１１，５１，６１ ケース（照明装置本体）
１２，５２，６２ 光源ボックス（照明装置本体）
２０ 発光ダイオード（光源）
２１ 赤色発光ダイオード
２２ 緑色発光ダイオード
２３ 青色発光ダイオード
３０ ミラー群（合成手段）
３２，３３ ミラー（ダイクロイックミラー）
４０ 反射鏡（集光手段）
４２ 反射面
５４ レンズ（集光手段）
５５ 孔
６４ 第１反射鏡（集光手段）
６５ 第１反射面
６６ 第２反射鏡（集光手段）
６７ 第２反射面
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学顕微鏡や画像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。
【０００２】
【背景技術】
光学系によって被測定物の測定部位を光学的に結像し、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。
【０００３】
画像処理型測定機等における照明方法として、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。
【０００４】
リング照明装置に用いられる光源として、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。
【０００５】
一方近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）に代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。
【０００６】
例えば、特開平１０−５４９４０号公報に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。
【０００７】
また、従来例１において、照明光率を向上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。
【０００８】
また、被測定物に対して照明角度や照明光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。
【０００９】
しかし、従来例２のリング照明装置においても前述の従来例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。
【００１０】
一方、画像処理型測定機等により検査、測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。
【００１１】
このような照明光の色合いを制御可能なリ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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例１および従来例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。
【００１３】
本発明の目的は、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リング照明装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、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、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。
【００１５】
なお、ここで、「光軸の周囲に沿ってリング状に配列」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。
【００１６】
この構成の本発明によれば、異なる発光色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。
また、発光素子の発光方向を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。
【００１９】
請求項２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、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。
【００２０】
この構成の本発明によれば、異なる発光色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。
また、発光素子の発光方向を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。
【００２１】
請求項３に記載のリング照明装置は、請求項１または請求項２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。
【００２２】
この構成によれば、代表的な発光素子であ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。
【００２３】
請求項４に記載のリング照明装置は、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。
【００２４】
この構成によれば、光の波長に応じて、そ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。
【００２５】
請求項５に記載のリング照明装置は、請求項４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。
【００２６】
この構成によれば、ダイクロイックミラーは、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。
【００２７】
請求項６に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項５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。
【００２８】
この構成によれば、光源および合成手段よ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。
【００２９】
請求項７に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項５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。
【００３０】
この構成によれば、光源および合成手段か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。
【００３１】
請求項８に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項７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。
【００３２】
この構成によれば、光源および合成手段が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。
【００３３】
請求項９に記載のリング照明装置は、請求項１ないし請求項５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。
【００３４】
この構成によれば、汎用的な光学素子であ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。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るリング照明装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。
【００３６】
〔第１実施形態〕
図１は、リング照明装置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。
【００３７】
リング照明装置１０は、対物レンズ１を囲み、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。
【００３８】
ケース１１は、金属板材等から加工され、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。
【００３９】
光源ボックス１２は、ケース１１と同様の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。
【００４０】
各色の発光ダイオード２０の発光方向前方には、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３１，３２，３３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。
【００４１】
ミラー３１は、反射ミラーであり、赤色発光ダイオード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３３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２３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。
【００４２】
ミラー３３で反射された赤色および緑色の光と、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１２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。
【００４３】
反射鏡４０は、金属製の反射鏡本体４１からなり、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。
【００４４】
次に、本実施形態に係るリング照明装置１０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。
【００４５】
また、リング照明装置１０は、被測定物３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θ２で被測定物３に照射されることとなる。
【００４６】
従って、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）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、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。
【００４７】
（２）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３０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。
【００４８】
（３）反射鏡４０によって被測定物３に照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。
【００４９】
（４）従来技術と比較し、発光ダイオード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。
【００５０】
（５）光源として発光ダイオード２０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、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。
【００５１】
（６）合成手段としてのミラー群３０を構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。
【００５２】
（７）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。
【００５３】
（８）光軸１Ａと略直交して光軸１Ａから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。
【００５４】
（９）光源ボックス１２よりも光軸１Ａか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。
【００５５】
（10）反射鏡４０の反射面４２に光軸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。
【００５６】
（11）反射鏡４０をケース１１および光源ボックス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。
【００５７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施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。
【００５８】
図４において、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光ダイオード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。
【００５９】
発光ダイオード２０の発光方向前方には、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５１Ａ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。
【００６０】
ケース５１の開口側には、集光手段としてのレンズ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５４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。
【００６１】
従って、本実施形態によれば、前述の（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。
【００６２】
（13）汎用的な光学素子であるレンズ５４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。
【００６３】
（14）レンズ５４の中央部に設けた孔５５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。
【００６４】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施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。
【００６５】
図５において、光源ボックス６２が取り付けられるケース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。
【００６６】
Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光ダイオード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。
【００６７】
発光ダイオード２０の発光方向前方には、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１Ａ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。
【００６８】
ケース６１内で、光源ボックス６２の被測定物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。
【００６９】
第２反射鏡６６は、第１反射面６５で反射された照明光を、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。
【００７０】
リング照明装置６０において、被測定物３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。
【００７１】
従って、本実施形態によれば、前述の（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。
【００７２】
（16）第２反射鏡６６の反射面６７に光軸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。
【００７３】
（17）第２反射鏡６６を第１反射鏡６４に対して光軸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。
【００７４】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、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。
【００７５】
また、前述の各実施形態では、発光ダイオード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２１，２２，２３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。
【００７６】
また、前述の各実施形態では、ケースおよび光源ボックスは、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。
【００７７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のリング照明装置によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリング照明装置を示す斜視図である。
【図２】前記実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【図３】前記実施形態に係るリング照明装置の底面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るリング照明装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ（光学系）
１Ａ 光軸
１１，５１，６１ ケース（照明装置本体）
１２，５２，６２ 光源ボックス（照明装置本体）
２０ 発光ダイオード（光源）
２１ 赤色発光ダイオード
２２ 緑色発光ダイオード
２３ 青色発光ダイオード
３０ ミラー群（合成手段）
３２，３３ ミラー（ダイクロイックミラー）
４０ 反射鏡（集光手段）
４２ 反射面
５４ レンズ（集光手段）
５５ 孔
６４ 第１反射鏡（集光手段）
６５ 第１反射面
６６ 第２反射鏡（集光手段）
６７ 第２反射面
Claims (9)
- 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、
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。 - 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、
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１または請求項２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４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１ないし請求項５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１ないし請求項５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１ないし請求項７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１ないし請求項５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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