JP5091716B2 - テレセントリックレンズ光学系および画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレセントリックレンズ光学系および画像測定装置に関する。

レンズ群が前側レンズ群と後側レンズ群の二つから構成され、前側レンズ群の後側焦点と後側レンズ群の前側焦点とを一致させて配列し、この焦点位置に絞りが設けられた、いわゆる、両側テレセントリックレンズ光学系が知られている。
テレセントリックレンズ光学系は、物体視野が広く、焦点深度が深く、結像倍率が物体の位置に関係なく前側レンズ群と後側レンズ群の焦点距離によって決まるという特徴を有している。そのため、刃工具類や機械部品、アッセンブリされた電子部品等、段差を有する観測対象を観測するのにテレセントリックレンズ光学系がよく用いられる。

しかしながら、テレセントリックレンズ光学系では、その原理上、分解能と焦点深度は反比例する。すなわち、焦点深度を大きく取ろうとすると分解能が小さくなる。いったん焦点深度を深く設定した後、さらに高分解能による観測を行うためには、レンズを倍率の高いレンズに交換するか、別途高分解能の顕微鏡で観測する必要がある。レンズを交換したり、別の顕微鏡を用いると、観測の手間が増えることとなり、作業が煩雑であるため作業効率の低減に繋がるという問題が生じる。また、別途レンズや顕微鏡を用意するためには、コストがかかるという問題が生じる。

そこで、本出願人は、これらの問題を解決したテレセントリックレンズ光学系および画像測定装置を提案した（特許文献１参照）。
これは、前側レンズ群と、この前側レンズ群の後側焦点に前側焦点が一致するように配置された後側レンズ群と、前側レンズ群の後側焦点と後側レンズ群の前側焦点とが一致する位置に配置された絞り機構とを備え、絞り機構に、開口数を変える開口数変更機構が設けられた構造である。

この構造によれば、絞り機構には開口数変更機構が設けられているので、開口数を変更することができる。テレセントリックレンズ光学系においては、焦点深度と分解能は反比例する関係を有する。開口数変更機構で開口数を小さくすると、分解能は低いが、焦点深度を深くすることができる。つまり、段差を有する測定対象を鮮明に観察測定することができる。一方、開口数変更機構で開口数を大きくすると、焦点深度は浅くなるが、分解能を高くすることができる。つまり、測定対象を高分解能で精密に観測測定することができる。

特開２００３−２３２９９９号公報

しかし、上述したテレセントリックレンズ光学系では、単倍率であるため、測定対象ワークが制限されてしまうという課題が残る。
また、テレセントリックレンズ光学系の中にはズームタイプのものが知られているが、このタイプでは、倍率と絞り機構の絞り径とを関連させることが困難になる。

本発明の目的は、従来の問題を解消し、倍率を可変できるとともに、その倍率に合った絞り機構に簡易に切り替えて観察できるようにすることにより、測定対象ワークの拡大および測定作業効率の向上が図れるテレセントリックレンズ光学系および画像測定装置を提供することにある。

本発明のテレセントリックレンズ光学系は、前側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点に前側焦点が一致するように配置された後側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点と前記後側レンズ群の前側焦点とが一致する位置に配置された絞り機構とを備えたテレセントリックレンズ光学系において、前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の一方は、倍率が異なる複数組の変倍レンズ群によって構成され、前記絞り機構は、前記各変倍レンズ群に対応してそれぞれ設けられ、これら変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構のいずれかの対を、前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の他方の光軸上に選択的に切り替える倍率切替機構を備えることを特徴とする。

この構成によれば、前側レンズ群および後側レンズ群の一方は、倍率が異なる複数組の変倍レンズ群によって構成され、絞り機構は、各組の変倍レンズ群に対応してそれぞれ設けられ、これら変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構のいずれかの対を、前側レンズ群および後側レンズ群の他方の光軸上に選択的に切り替える倍率切替機構が設けられているから、倍率切替機構によって、所望の倍率の変倍レンズ群を前側レンズ群および後側レンズ群の他方の光軸上に切り替えると、この変倍レンズ群と対応して設けられた絞り機構も一緒に光軸上に切り替えられる。
従って、測定対象ワークを所望の倍率で観察できるとともに、その倍率に合った絞り機構を自動的に選択できるから、測定対象ワークの拡大とともに、測定作業効率の向上が図れる。

本発明のテレセントリックレンズ光学系において、前記倍率切替機構は、スライドプレートと、このスライドプレートを前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の他方の光軸に対して略直交する方向へスライド可能に支持するガイド機構と、前記スライドプレートをスライド操作する倍率切替操作部とを備え、前記スライドプレートには、前記変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構の対が前記スライド方向に沿って複数対配列されていることが好ましい。

この構成によれば、倍率切替操作部によって、スライドプレートをスライド操作すると、スライドプレートに設けられた変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構の対が、前側レンズ群および後側レンズ群の他方の光軸上に切り替えられる。つまり、スライドプレートをスライド操作するだけで、倍率の切り替え操作を行えるため、切り替え操作が極めて簡易である。

本発明のテレセントリックレンズ光学系において、前記各絞り機構は、開口数を変える開口数変更機構によって構成されていることが好ましい。

この構成によれば、各絞り機構は開口数変更機構によって構成されているので、各絞り機構の開口数を変更することができる。テレセントリックレンズ光学系においては、焦点深度と分解能は反比例する関係を有する。開口数変更機構で開口数を小さくすると、分解能は低いが、焦点深度を深くすることができる。つまり、段差を有する測定対象を鮮明に観察測定することができる。一方、開口数変更機構で開口数を大きくすると、焦点深度は浅くなるが、分解能を高くすることができる。つまり、測定対象を高分解能で精密に観測測定することができる。
従って、開口数変更機構によって開口数を変更することにより、長焦点深度を要する用途から高分解能を要する用途まで幅広く対応することができる。よって、用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ光学系で連続して行うことができる。その結果、作業効率が画期的に向上されるという効果を奏する。さらに、用途に応じて別途顕微鏡等を用意しなくても良いので、コストの削減にも貢献することができる。

本発明のテレセントリックレンズ光学系において、前記開口数変更機構は、段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りを有し、前記絞りを替えることにより、前記開口数を変更することが好ましい。

この構成によれば、開口数の異なる絞りに替えることで、開口数を変更することができる。よって、用途の違う観測（長焦点深度、高分解能など）を一つのテレセントリックレンズ系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。別途顕微鏡を用意しなくてもよいのでコストを削減することができる。
予め規定された開口数を有する絞りを複数用意するとともに、それぞれの開口数に対する光学性能（焦点深度、分解能など）を既知のものとすれば、様々な観測対象や種々の用途に応じて最適な開口数を選択することが容易である。観測した画像を画像処理して画像測定を行う場合などは、光学性能が既知であるので、最適な画像測定を行うことができる。

本発明のテレセントリックレンズ光学系において、前記各絞り機構は、前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の他方の光軸上に配置された第１絞りと、中間部分が揺動可能にかつ先端が前記第１絞りの位置から退避可能に支持された揺動レバーと、この揺動レバーの先端に形成され前記第１絞りの径より小さい径の第２絞りとを含んで構成され、前記各絞り機構の揺動レバーの基端を回動可能に連結し、これらの揺動レバーを揺動支点を中心に揺動させる開口数切替操作部が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、揺動レバーを揺動動作させることにより、光軸上に位置する絞りの開口数を変更することができる。観測対象や用途に応じて開口数を選択することにより、用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ光学系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。
しかも、開口数切替操作部によって、各絞り機構の揺動レバーの基端が回動可能に連結され、各絞り機構の揺動レバーが揺動支点を中心に揺動されるから、変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構のいずれかの対を、前側レンズ群および後側レンズ群の他方の光軸上に切り替えた状態において、開口数切替操作部を操作すれば、光軸上に位置する絞り機構の開口数が可変される。つまり、１つの開口数切替操作部を操作するだけで、光軸上に位置する絞り機構の開口数を可変することができるから、使い勝手に優れる。

本発明のテレセントリックレンズ光学系において、前記倍率切替操作部と前記開口数切替操作部とは、前記スライドプレートに前記スライドプレートのスライド方向と平行にかつ互いに同方向へ突出して設けられていることが好ましい。

この構成によれば、倍率切替操作部と開口数切替操作部とが、スライドプレートのスライド方向と平行にかつ互いに同方向へ突出して設けられているから、まず、倍率切替操作部によって所望の倍率に切り替え操作したのち、開口数切替操作部によって開口数を変更するにも、倍率切替操作部から開口数切替操作部へ持ち替えやすい。つまり、観察光学系から目を離すことなく、倍率切替操作部を操作している片手をずらすだけで持ち替えることができる。

本発明の画像測定装置は、上記のいずれかに記載のテレセントリックレンズ光学系と、前記テレセントリックレンズ光学系に連結された撮像光学系とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、上述した効果を奏する画像測定装置とすることができる。つまり、用途の違う観測を一つの画像測定装置で連続して行うことができる。その結果、作業効率が画期的に向上されるという効果を奏する。さらに、用途に応じて別途画像測定装置を用意しなくても良いので、コストの削減にも貢献することができる。

本発明の画像測定装置は、各絞り機構が開口数を変える開口数変更機構によって構成されたテレセントリックレンズ光学系と、このテレセントリックレンズ光学系に光を導入する照明光学系と、前記倍率切替機構によって切り替えられた倍率を検出する倍率検出手段と、前記開口数変更機構によって切り替えられた開口数を検出する開口数検出手段と、前記テレセントリックレンズ光学系に連結された撮像光学系と、この撮像光学系によって得られた画像情報を処理する画像処理部とを備え、前記画像処理部は、前記倍率検出手段によって検出された倍率および前記開口数検出手段によって検出された開口数に応じて、前記照明光学系の照明条件補正、前記変倍レンズ群の倍率補正、同軸補正のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする。

この構成によれば、倍率検出手段によって、倍率切替機構によって切り替えられた倍率が検出されるとともに、開口数検出手段によって、開口数切替機構によって切り替えられた開口数が検出され、画像処理部において、これら検出された倍率および開口数に応じて、照明光学系の照明条件補正、変倍レンズ群の倍率補正、同軸補正の少なくとも１つが実行されるから、高精度な測定を実現できる。

本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
＜実施形態の構成＞
図１に、本発明のテレセントリックレンズ光学系を用いた画像測定装置に係る実施形態を示す。
本実施形態の画像測定装置１は、内部に空間を有する筒状の鏡筒２と、この鏡筒２の内部に構成されたテレセントリックレンズ光学系３と、鏡筒２に対して垂直に設けられた照明光学系４と、倍率切替機構５と、テレセントリックレンズ光学系３に連結されたＣＣＤカメラなどの撮像光学系６とを備える。

鏡筒２は、前筒部２１と、中筒部２２と、２つの後筒部２３Ａ，２３Ｂとを含んで構成されている。
前筒部２１の後側には、中筒部２２が着脱可能に連結されている。
中筒部２２の後側には、倍率切替機構５を介して２つの後筒部２３Ａ，２３Ｂのいずれかが選択的に連結される。
後筒部２３Ａ，２３Ｂのうち中筒部２２に連結された後筒部２３Ａ，２３Ｂの後側には、撮像光学系６が光学的に連結される。

テレセントリックレンズ光学系３は、前筒部２１内に収納配置された前側レンズ群３１と、後筒部２３Ａ，２３Ｂ内に収納配置された２組の後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂと、各組の後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂに対応してそれぞれ設けられた絞り機構３３Ａ，３３Ｂとを備えている。
前側レンズ群３１は、図２に示すように、凸レンズ、凹レンズおよびこれらの接合レンズから構成されている。後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂも、図２に示すように、凸レンズ、凹レンズおよびこれらの接合レンズから構成されている。ここでは、後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂは、倍率が異なる複数組の変倍レンズ群によって構成されている。
前側レンズ群３１の後側焦点位置と後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂの前側焦点位置とが一致するように前側レンズ群３１と後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂとが配置され、この焦点が一致する位置に絞り機構３３Ａ，３３Ｂが配置される。
ちなみに、前側レンズ群３１や後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂにおいて、テレセントリシティおよび諸収差の補正のためのレンズの組み合わせは、例えば、本出願人による特願２００１−１８５２４１号に提示されている。

照明光学系４は、一端が中筒部２２に対して垂直で、かつ、中筒部２２の内部に貫通して付設された照明用筒部４１と、この照明用筒部４１の他端に連結された光ファイバ４２と、中筒部２２内に設けられ照明用筒部４１からの光を前側レンズ群３１に向かって反射させるビームスプリッタ４３と、光を集光させるリレーレンズ（図示省略）などから構成されている。
光ファイバ４２は、図示しない光源に接続され、光源からの光を照明用筒部４１内に導く。

倍率切替機構５は、スライドプレート５１と、中筒部２２の後側に固定されスライドプレート５１を前側レンズ群３１の光軸に対して略直交し、かつ、照明用筒部４１に対して直交する方向へスライド可能に支持するガイド機構５２と、スライドプレート５１をスライド操作する倍率切替操作部５５とを備えている。
スライドプレート５１には、変倍レンズ群である後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂおよびこれに対応する絞り機構３３Ａ，３３Ｂの対がスライド方向に沿って所定間隔隔てて複数対（２対）配列されている。
ガイド機構５２には、スライドプレート５１の切り替え位置から切り替えられた倍率を検出する倍率検出手段としての倍率検出スイッチ５３，５４（なお、倍率検出スイッチ５３は図１においてスライドプレート５１の下に隠れているため、示されていない。図５参照）が設けられている。つまり、第１変倍レンズ群である後側レンズ群３２Ａが前側レンズ群３１の光軸上に位置したときにスライドプレート５１によってオンされる第１倍率検出スイッチ５３と、第２変倍レンズ群である後側レンズ群３２Ｂが前側レンズ群３１の光軸上に位置したときにスライドプレート５１によってオンされる第２倍率検出スイッチ５４とが設けられている。
倍率切替操作部５５は、スライドプレート５１のスライド方向端面中央にスライド方向に沿って突出する操作杆５６と、この操作杆５６の先端に設けられたつまみ５７とから構成されている。

絞り機構３３Ａ，３３Ｂは、倍率切替機構５と後筒部２３Ａ，２３Ｂとの間に設けられ、段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りを有する開口数変更機構によって構成されている。
具体的には、図３および図４に示すように、前側レンズ群３１の光軸上に配置された第１絞りとしての大開口絞り３４と、中間部分が揺動可能にかつ先端が大開口絞り３４の位置から退避可能に支持された揺動レバー３５と、この揺動レバー３５の先端に形成され大開口絞り３４の径より小さい径の第２絞りとしての小開口絞り３６とを含んで構成されている。
各絞り機構３３Ａ，３３Ｂの揺動レバー３５の基端には、これらを回動可能に連結し、これらの揺動レバー３５を揺動支点を中心に揺動させる開口数切替操作部７０が設けられている。

開口数切替操作部７０は、図１および図３，４に示すように、絞り機構３３Ａ，３３Ｂの揺動レバー３５の基端を回動可能に連結するリンク片７１と、このリンク片７１に回動可能に連結されたスライド片７２と、このスライド片７２をスライドプレート５１のスライド方向と平行な方向へスライド可能に支持するガイド機構７３と、スライド片７２のスライド方向端面に操作杆５６と平行に突出された操作杆７４と、この操作杆７４の先端に設けられたつまみ７５とから構成されている。
ガイド機構７３は、スライドプレート５１から一体的に折り曲げ形成された支持プレート７６と、この支持プレート７６に設けられたスライド片７２を案内するガイドレール７７とを含んで構成されている。

支持プレート７６には、図１に示すように、絞り機構３３Ａ，３３Ｂによって切り替えられた開口数を検出する開口数検出手段としての開口数検出スイッチ７８，７９が設けられている。つまり、小開口絞り３６が大開口絞り３４の位置から退避したときにスライド片７２によってオンされる第１開口数検出スイッチ７８と、小開口絞り３６が大開口絞り３４に位置したときにスライド片７２によってオンされる第２開口数検出スイッチ７９とが設けられている。

撮像光学系６には、図５に示すように、画像処理部６１が接続されている。画像処理部６１は、撮像光学系６によって得られた画像情報を処理し、出力部６２へ出力するとともに、倍率検出スイッチ５３，５４によって検出された倍率と開口数検出スイッチ７８，７９によって検出された開口数との組み合わせ条件に応じて、補正処理を行う。ここでは、照明光学系４の照明条件について補正を行う。

＜実施形態の作用＞
このような構成において、例えば、図２中点Ｐに観測対象を配置する。光ファイバ４２から発せられた光が、ビームスプリッタ４３で反射された後、前側レンズ群３１を通過して測定対象に照射される。すると、観測対象からの光は、前側レンズ群３１、ビームスプリッタ４３を通過した後、絞り機構３３Ａの大開口絞り３４で絞られて後側レンズ群３２Ａに入射し、撮像光学系６で撮像される。

ここで、倍率切替機構５を動作させて、後側レンズ群３２Ｂを前側レンズ群３１の光軸上に切り替える。これには、倍率切替操作部５５をつまみ５７を掴み、図１中左方へ引くと、スライドプレート５１がスライドされる。これにより、後側レンズ群３２Ｂおよび絞り機構３３Ｂが前側レンズ群３１の光軸上に位置されるから、この切り替えられた後側レンズ群３２Ｂの倍率によって測定対象を観察することができる。

いずれかの変倍レンズ群に切り替えられた状態において、絞り機構３３Ａ，３３Ｂの揺動レバー３５を揺動させて、図２に示すように、光軸上に大開口絞り３４をセットすると、つまり、小開口絞り３６を光軸上から退避させると、開口数が大きいので、分解能が高い画像が得られる。
一方、絞り機構３３Ａ，３３Ｂの揺動レバー３５を揺動させて、図６に示すように、光軸上に小開口絞り３６をセットすると、開口数が小さいので、焦点深度の深い画像が得られる。

＜実施形態の効果＞
（１）後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂは、倍率が異なる複数組の変倍レンズ群によって構成され、絞り機構３３Ａ，３３Ｂは、各変倍レンズ群に対応して複数設けられ、これら変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構３３Ａ，３３Ｂのいずれかの対を、前側レンズ群３１の光軸上に選択的に切り替える倍率切替機構５が設けられているから、倍率切替機構５によって、所望の倍率の変倍レンズ群を前側レンズ群３１の光軸上に切り替えると、この変倍レンズ群と対応して設けられた絞り機構３３Ａ，３３Ｂも一緒に光軸上に切り替えられる。
従って、測定対象ワークを所望の倍率で観察できるとともに、その倍率に合った絞り機構３３Ａ，３３Ｂを自動的に選択できるから、測定対象ワークの拡大とともに、測定作業効率の向上が図れる。

（２）倍率切替操作部５５によって、スライドプレート５１をスライドさせると、スライドプレート５１に設けられた変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構３３Ａ，３３Ｂの対が、前側レンズ群３１の光軸上に切り替えられる。つまり、スライドプレート５１をスライド操作するだけで、倍率の切り替え操作を行えるため、切り替え操作が極めて簡易である。

（３）各絞り機構３３Ａ，３３Ｂは開口数変更機構によって構成されているので、開口数を変更することができる。テレセントリックレンズ光学系３においては、焦点深度と分解能は反比例する関係を有する。開口数変更機構で開口数を小さくすると、分解能は低いが、焦点深度を深くすることができる。つまり、段差を有する測定対象を鮮明に観察測定することができる。一方、開口数変更機構で開口数を大きくすると、焦点深度は浅くなるが、分解能を高くすることができる。つまり、測定対象を高分解能で精密に観測測定することができる。
（４）開口数変更機構によって、開口数を変更することにより、長焦点深度を要する用途から高分解能を要する用途にまで幅広く対応することができる。よって、用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ光学系３で連続して行うことができる。その結果、作業効率が画期的に向上されるという効果を奏する。さらに、用途に応じて別途顕微鏡等を用意しなくても良いので、コストの削減にも貢献することができる。

（５）開口数の異なる絞りに替えることで、開口数を変更することができる。よって、用途の違う観測（長焦点深度、高分解能など）を一つのテレセントリックレンズ系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。別途顕微鏡を用意しなくてもよいのでコストを削減することができる。
予め規定された開口数を有する絞りを複数用意するともに、それぞれの開口数に対する光学性能（焦点深度、分解能など）を既知のものとすれば、様々な観測対象や種々の用途に応じて最適な開口数を選択することが容易である。観測した画像を画像処理して画像測定を行う場合などは、光学性能が既知であるので、最適な画像測定を行うことができる。

（６）絞り機構３３Ａ，３３Ｂは、前側レンズ群３１の光軸上に配置された大開口絞り３４と、中間部分が揺動可能にかつ先端が大開口絞り３４の位置から退避可能に支持された揺動レバー３５と、この揺動レバー３５の先端に形成され大開口絞り３４の径より小さい径の小開口絞り３６とを含んで構成されているから、揺動レバー３５を動かして小開口絞り３６を光線軸上に配置させたり、退避させれば、開口数が変更される。観測対象や用途に応じて開口数を選択することにより、用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ光学系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。

（７）絞り機構３３Ａ，３３Ｂにおいて、揺動レバー３５の基端が回動可能に連結され、各絞り機構３３Ａ，３３Ｂの揺動レバー３５が揺動支点を中心に揺動されるから、変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構のいずれかの対を、前側レンズ群３１の光軸上に切り替えた状態において、絞り機構３３Ａ，３３Ｂを操作すれば、光軸上に位置する絞り機構の開口数が可変される。つまり、１つの開口数切替操作部７０を操作するだけで、光軸上に位置する絞り機構の開口数が可変することができるから、使い勝手に優れる。

（８）倍率切替操作部５５と開口数切替操作部７０とが、スライドプレート５１のスライド方向と平行にかつ互いに同方向へ突出して設けられているから、まず、倍率切替操作部５５によって所望の倍率に切り替え操作したのち、開口数切替操作部７０によって開口数を可変するにも、倍率切替操作部５５から開口数切替操作部７０へ持ち替えやすい。つまり、観察光学系から目を離すことなく、倍率切替操作部５５を操作している片手をずらすだけで持ち替えることができる。

（９）画像測定装置１によれば、用途の違う観測を一つの画像測定装置で連続して行うことができる。その結果、作業効率が画期的に向上されるという効果を奏する。さらに、用途に応じて別途画像測定装置を用意しなくても良いので、コストの削減にも貢献することができる。

（１０）特に、倍率検出手段を構成する倍率検出スイッチ５３，５４によって、倍率切替機構５によって切り替えられた倍率が検出されるとともに、開口数検出スイッチ７８，７９によって、開口数切替操作部７０によって切り替えられた開口数が検出され、画像処理部６１において、これらの倍率と開口数との組み合わせ条件に応じて、照明光学系４の照明条件が補正されるから、高精度な測定を実現できる。

＜変形例の説明＞
本発明のテレセントリックレンズ光学系および画像測定装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上述した実施形態では、倍率切替機構５について、スライドプレート５１を前側レンズ群３１の光軸に対して直交する方向へ直線的にスライドさせることにより、変倍レンズ群である後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂを切り替えるようにしたが、スライドプレート５１のスライドに限られない。
例えば、円板状プレートの外周部分の一部が前側レンズ群３１の光軸に重なるように配置し、かつ、円板状プレートを回転可能に構成し、この円板状プレートの回転中心から光軸までの距離を半径とする円周上に変倍レンズ群である後側レンズ群３２Ａ，３２Ｂおよびこれと対応する絞り機構３３Ａ，３３Ｂを配置しても、同様な効果が期待できる。

絞り機構３３Ａ，３３Ｂについても、上述した開口数切替機構に限らず、他の構成であってもよい。
例えば、図７に示すように、前側レンズ群３１の光軸に対して直交する方向へスライド可能に設けられたスライドプレート８１と、このスライドプレート８１のスライド方向に沿って、大開口絞り８２、中開口絞り８３、小開口絞り８４を配列し、このスライドプレート８１をスライドさせることにより、絞りを切り替えるようにしても、同様な効果が期待できる。この場合、スライドプレート８１にＶ溝８５を形成するとともに、これを案内するガイド壁にボール８６をばね８７で突出する方向へ収納したガイド溝８８を形成しておけば、スライドプレート８１を各位置に位置決めできる。

または、図８に示すように、虹彩絞り９０によって構成してもよい。これは、複数の羽９１を重ね合わせるとともに、羽９１の一端をイド壁の内周の円周溝に摺動可能に係合させた構造である。
この構成によれば、羽９１に連結されたレバー９２によって羽９１の角度を変更することにより、開口数を連続的に変更することができるから、観測対象や用途に応じて最適の開口数に調整することができる。

または、開口数変更機構にモータなどの駆動源を設けて、この駆動源によって開口数を変更するようにしてもよい。更に、駆動源の駆動をコンピュータ等で制御するようにしてもよい。このようにすれば、自動観測やインライン計測などに適用できる。
要するに、絞り機構３３Ａ，３３Ｂは、上記実施形態に限られず、開口数を変更できる絞り機構３３Ａ，３３Ｂであればよい。

上述した実施形態では、前側レンズ群３１および後側レンズ群のうち、後側レンズ群を、倍率の異なる変倍レンズ群（３２Ａ，３２Ｂ）として構成したが、前側レンズ群３１を倍率の異なる複数組の変倍レンズ群として構成してもよい。
また、変倍レンズ群の組数は、２組に限らず、３組以上であってよい。

上述した実施形態では、画像処理部６１が、倍率検出スイッチ５３，５４によって検出された倍率と、開口数検出スイッチ７８，７９によって検出された開口数との組み合わせ条件に応じて、照明光学系４の照明条件を補正するようにしたが、これに限られない。
例えば、倍率検出スイッチ５３，５４によって検出された倍率に応じて、変倍レンズ群３２Ａ、３２Ｂの倍率補正や、変倍レンズ群３２Ａ，３２Ｂを切り替えた際に生じる画像の位置ずれを補正する同軸補正などを行うようにしてもよい。
ちなみに、レンズ倍率は、公称値とは若干誤差を持つため、既知の長さを測定した結果（校正用スケールを測定した結果）を基に、倍率を校正し、この校正した倍率で画像のピクセル値を補正することにより行う。あるいは、網目格子状の各格子点の座標が既知（校正データとして記憶されている）の平面状校正用スケールを変倍レンズ群３２Ａ，３２Ｂによって撮像し、この撮像画像データから各格子点の座標を抽出し、この抽出した座標と校正データとの差を基に画像内の場所ごとに倍率を校正し、この校正した倍率で画像のピクセル値を補正するようにしてもよい。
また、同軸補正では、変倍レンズ群３２Ａ，３２Ｂを切り替えた際に画像の位置ずれを生じることがある。この状態で十字線を使って測定する場合、切り替えた変倍レンズ群により、ずれた分だけ位置が変化してしまうため、画像のピクセルにオフセットを与えるなどの補正を行う、あるいは、電動デーブルを備えた自動測定装置の場合には、変倍レンズ群によりずれ量をテーブル移動により補正を行う。

本発明は、テレセントリックレンズ光学系および画像測定装置に利用できる。

本発明に係る実施形態を示す図。 前記実施形態のテレセントリックレンズ光学系を示す図。 前記実施形態の絞り機構を示す図。 前記実施形態の絞り機構の動作説明図。 前記実施形態の画像処理を示すブロック図。 前記実施形態において、絞り機構に小開口絞りをセットした図。 前記実施形態の絞り機構の第１変形例を示す図。 前記実施形態の絞り機構の第２変形例を示す図。

符号の説明

１…画像測定装置、
３…テレセントリックレンズ光学系、
４…照明光学系、
５…倍率切替機構、
６…撮像光学系、
３１…前側レンズ群、
３２Ａ，３２Ｂ…後側レンズ群（変倍レンズ群）、
３３Ａ，３３Ｂ…絞り機構（開口数変更機構）、
３４…大開口絞り（第１絞り）、
３５…揺動レバー、
３６…小開口絞り（第２絞り）、
５１…スライドプレート、
５２…ガイド機構、
５３，５４…倍率検出スイッチ（倍率検出手段）、
５５…倍率切替操作部、
６１…画像処理部、
７０…開口数切替操作部、
７８，７９…開口数検出スイッチ（開口数検出手段）、
８１…スライドプレート、
８２…大開口絞り、
８３…中開口絞り、
８４…小開口絞り、
９１…羽。

Claims (8)

1. 前側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点に前側焦点が一致するように配置された後側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点と前記後側レンズ群の前側焦点とが一致する位置に配置された絞り機構とを備えたテレセントリックレンズ光学系において、
   前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の一方は、倍率が異なる複数組の変倍レンズ群によって構成され、
   前記絞り機構は、前記各変倍レンズ群に対応してそれぞれ設けられ、
   これら変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構のいずれかの対を、前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の他方の光軸上に選択的に切り替える倍率切替機構を備えることを特徴とするテレセントリックレンズ光学系。
2. 請求項１に記載のテレセントリックレンズ光学系において、
   前記倍率切替機構は、スライドプレートと、このスライドプレートを前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の他方の光軸に対して略直交する方向へスライド可能に支持するガイド機構と、前記スライドプレートをスライド操作する倍率切替操作部とを備え、
   前記スライドプレートには、前記変倍レンズ群およびこれに対応する絞り機構の対が前記スライド方向に沿って複数対配列されていることを特徴とするテレセントリックレンズ光学系。
3. 請求項１または請求項２に記載のテレセントリックレンズ光学系において、
   前記各絞り機構は、開口数を変える開口数変更機構によって構成されていることを特徴とするテレセントリックレンズ光学系。
4. 請求項３に記載のテレセントリックレンズ光学系において、
   前記開口数変更機構は、段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りを有し、前記絞りを替えることにより、前記開口数を変更することを特徴とするテレセントリックレンズ光学系。
5. 請求項２に記載のテレセントリックレンズ光学系において、
   前記各絞り機構は、前記前側レンズ群および前記後側レンズ群の他方の光軸上に配置された第１絞りと、中間部分が揺動可能にかつ先端が前記第１絞りの位置から退避可能に支持された揺動レバーと、この揺動レバーの先端に形成され前記第１絞りの径より小さい径の第２絞りとを含んで構成され、
   前記各絞り機構の揺動レバーの基端を回動可能に連結し、これらの揺動レバーを揺動支点を中心に揺動させる開口数切替操作部が設けられていることを特徴とするテレセントリックレンズ光学系。
6. 請求項５に記載のテレセントリックレンズ光学系において、
   前記倍率切替操作部と前記開口数切替操作部とは、前記スライドプレートに前記スライドプレートのスライド方向と平行にかつ互いに同方向へ突出して設けられていることを特徴とするテレセントリックレンズ光学系。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のテレセントリックレンズ光学系と、
   前記テレセントリックレンズ光学系に連結された撮像光学系とを備えることを特徴とする画像測定装置。
8. 請求項３または請求項４に記載のテレセントリックレンズ光学系と、
   このテレセントリックレンズ光学系に光を導入する照明光学系と、
   前記倍率切替機構によって切り替えられた倍率を検出する倍率検出手段と、
   前記開口数変更機構によって切り替えられた開口数を検出する開口数検出手段と、
   前記テレセントリックレンズ光学系に連結された撮像光学系と、
   この撮像光学系によって得られた画像情報を処理する画像処理部とを備え、
   前記画像処理部は、前記倍率検出手段によって検出された倍率および前記開口数検出手段によって検出された開口数に応じて、前記照明光学系の照明条件補正、前記変倍レンズ群の倍率補正、同軸補正のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする画像測定装置。

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