TW425488B - Illuminator for optical measuring instrument - Google Patents

Description

425488 Λ7 B7 五、發明說明（1 ) [發明之領域] 本發明與一種由央.匕，θ 定物之尺寸或形狀等卞被測定物之影像，測定被測 機用照明裝置有關：：：像f里型測定機或其他光學測定 明光照射被測定物之二月二與對光學/光轴傾斜方向將照 谓爻照明裝置之改良有關。 [發明之背景] 由放大光予系以光學方法放大被測定物之測定部位，從 其放大影像測定被漁丨中％ p + + j^、 ^ 疋物^尺寸或形狀寺之影像處理型測 :機：例如工具式顯微鏡、投影機、目視型三次元測定機 等，對被測足物之照明，在取得被測定物之放大影像上， 佔有重要角色》 先前影像處理型剛定機之照明方式，已知有對被測定物 k略正上方將照明光照射被測定物之垂直降射照明方式。 但垂直降射照明方式多被用於測定形狀較簡單之被測定物 時，而形狀複雜之被測定物、例如具有多數轉角部之階悌 狀被測疋物（測疋，有時無法將其轉角部影子明顯描寫於 顯示裝置等。 故爲解決此問題’提出對放大光學系光軸以一定角度傾 斜方向將照明光照射被測定物，而能明顯檢測轉角部影子 之照明裝置α 先前例1有包括：纖維照明裝置，與前述光學系光軸平行 Ηη射ik明光；拋物線型鏡，向光學系光轴略正交方向反射 違纖維,¾、明裝置之照射光；及環型鏡，將前項鏡反射之照 射光向被測定物集光；之裝置。 4- 本纸舟圬中囚國家標準（CNS)A-1規格Γ210 X 297公釐） '----Ί I I,---裝-------"訂--------- (請先閱讀背面之注意事碩再填寫本頁) 經濟部智.^財產局！*工消饽合作社印袈 4 25 4 8 8 A7 ----_____ B7______ 五、發明說明（2 ) 此先前例1以調整對拋物線型鏡照明裝置之進退量，並調 整％型鏡光軸上之相對位置，變更對被測定部之照射角度。 先則例2有包括：同上纖維照明裝置；環狀聚光透鏡，向 離開光學系光軸方向折射該纖維照明裝置之照射光；及環 狀反射構件’將該聚光透鏡折射之照射光向被測定物集光 ;之裝置（參考曰本實開平7-232〇8號）。 遠則例2之環狀反射構件，包括多數花瓣狀鏡片，該鏡片 係在以光轴爲中心之圓周上依序將一部分以重疊狀態配置 ’並由該鏡片端部之開閉變更對被測定物之照射角度。

先前例3係爲照射光而向被測定物之多數LED配置於光軸 周圍’控制此等LED之點燈位置以改變照射角度D 先前例4係將環狀透鏡配置於光學系周邊，於其上方向透 鏡徑方向移動光源，以調整向被測定物照明之光之角度。 先前例5係藉離開對物透鏡光軸之對物透鏡周緣部，向被 測定物照射斜向照明光（參考日本特開平8 _丨665 ] 4號）。 先前例6係包括：反射鏡，反射從光源照射之照明光；及 固定型菲 >里耳透鏡’將前項鏡反射之照射光向被測定物集 光3 但前述各先前例有下列問題。 先前例1因以2組鏡使纖維照明裝置之照射光爲—定之反 #光’故需將各鏡反射面形成於斷面抛物線。因此需高度 反射面加工，有增高製造成本之問題。此外相對移動兩鏡 需複雜之移動機構，因此亦增高製造成本。 先前例2之環狀反射構件’因係包括多數花瓣狀鏡片之複 -5- 11----； —'—^3 裝--------訂---------竣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本#.¾ 0 家標準（CNS)A-l 規格（210 297 公坌） 42548 A7 B7 經-部智"时產局眞工消費合作社印裂 五、發明說明（3 ) . 雜構造，使所有鏡片同步工作以開閉環狀反射構件，故有 向被測定物之反射光調整困難之問題。 先前例3爲變更照射角度需多數LED，不僅製造成本增高 並產生起因發熱等之缺失。 先前例4由於爲了獲得大照射角度，致環狀透鏡大型化故 變更照射角度受限制。加上用環狀纖維照明做爲光源時， 無法變更照射角度。因此必須使用直狀纖維照明，惟在測 定圓筒狀被測定物時，亦有引起照明不均之情形。 先前例5因由對物透鏡之直徑尺寸等決定照射角度，故有 無法變更照射角度之問題。 先前例6因固定菲涅耳透鏡，故與先前例5同樣有無法變 更照射角度之問題。 [發明之概述] 本發明之目的爲提供能消除此種先前之問題，構造簡單 且能簡單改變對被測定物之照射角度之光學測定機用照明 裝置》 因此本發明以集光透鏡折射光產生機構之照明光集光於 先軸上，並沿光軸上移動該集光透鏡，以變更照射角度達 成前述目的。 具體而言、本發明之光學測定機用照明裝置，包含：光 產生機構，以光學系光軸爲中心向外以輕射狀產生照明光 :及照射角度可變機構，將來自前述光產生機構之照明光 向被測定物集光；其特徵爲前述照射角度可變機構，包括 使來自前述光產生機構之照折射集光於前述光軸上， -6 - 纥ti.S用中囷0家ί票準^CKS)A4規格(210x297公餐) (請先間讀背面之汪意事項再填寫本頁) 裝--------訂----- 425488 經-部-"-^產局3、工消费合作社印装 A7 B7 五、發明說明（4 ) . 並沿前述光抽上移動自如之集光透鏡。 此構造之本發明，光產生機構產生之照明光，經構成照 射角度可變機構之集光透鏡照射被測定物。茲欲改變照明 光對被測定物之照射角度時，沿光軸移動集光透鏡。例如 欲減小照射被測定物之照明光照射角度時，將集光透鏡置 於接近光產生機構之位置。則光產生機構產生之照明光， 於集光透鏡中央部被折射以小角度照射被測定物。 針對此、欲加大照射角度時，將集光透鏡置於從光產生 機構隔離之位置。則光產生機構產生之照明光，於集光透 鏡周緣那被折射以大角度照射被測定物。 故由於以集光透鏡之簡單構造構成照射角度變更機構， 並沿光軸上移動集光透鏡，即可簡單變更照明光照射角度。 在此、本發明之前述集光透鏡，以前述光學系之光車由同 心之環狀透鏡爲宜。 本構造’因被反射於被測定物之照明光不致被環狀透鏡 遮蔽，而通過光學系之光軸被光學系觀測，故能確保適正 之測定。 此外前述集光透鏡由多數片構成亦可。 由於沿光軸排列此等集光透鏡，調整此等相對距離即可 微調整對被測定物之照射角度。 又前述光產生機構，包括以前述光軸爲中心形成環狀之 纖維照明’或包括以前述光軸爲中心形成環狀之LED照明。（ 上述構造由於選擇點亮、總^纖維照明或LED照明，即容 馬光量調整或變更照射位置。~ ^ ^ ^—i J —C3* 裝--------訂---------境 Γ靖先閱讀背面之注意事碩再填寫本頁} 本乂 H用，卜四闷家標準（CNSM4規格（210 297公釐） 4 25^98 Α7 — Β7 五'發明說明（5) . 較佳實施例之詳細説明: (請先間讀背面之达意事項再填寫本育) 以下舉較佳實施形態參考附圖詳細說明本發明之照明裝 置。又以下説明對同一構成要件附予同—圖號，省略或簡 化其説明。 [第1實施形態] 第1圖至第4圖表示第1實施形態。第i圖表示將本發明適 用於影像處理型測定機之例。同影像處理型測定機1〇，大 分爲顯微鏡2 0與影像顯示裝置9 0構成。 顯微鏡20包含侧面L字型支架21，具有水平部21A及暨立 部2〗B。支架21之水平邵21A上，設置上面裝置被測定物2 5 之裝物架22。裝物架22包括X-Y擡，可向水平面内正交二 軸方向、即左右方向（X軸方向）及前後方向（γ軸方向）分別 移動’且各軸方向移動量’可由X軸分厘卡頭23及^軸分厘 卡頭2 4設定或測量。 支架21之豎立部21Β，設置具有上下移動旋鈕26之上下 移動導軌27。上下移動導軌27，上下可移動支持由上下移 動旋钮2 6之轉動操作，藉未圖示之齒桿及小齒輪上下移動 之側面Π字形支框3 1。支框3 1前面開放側左右兩端分別藉 裝未圖示之圓柱體，並將平面Π字形蓋33裝於支框31之開 放側。 支框3 1中心部裝設成像光學系3 7。成像光學系3 7係如第 2圖所示包括：對物透鏡3 4 ’突出支框3 1下方；成像透鏡 3 5，設在與該對物透鏡3 4同軸上·，及CCD照相機3 6，設在 與該成像透鏡3 5同轴上且突出支框3 1上。CCD照相機3 6藉 本紙A 甩巾®因家標準（CNS)A-l規格（2]0 X 297公釐） 2 5 4 3 8 A7 B7 蚝涪部廿处时產局MK工消費合作社印說 五、發明說明（6 ) ' 配線3 8連接影像顯示裝置9 〇 ° 支框3 1下方設有本實施形態有關之光學測定機用知明 置40。 光學測定機用照明裝置4 0，包括：環狀之光產生機構4 1 ，以成像光學系3 7之光軸爲中心尚外產生輻射狀照明光； 及照射角度可變機構4 2，向被測定物2 5將光產生機構4 1之 照明光集光。 光產生機構4 1，包括：纖維照明5 1 ’以前述光軸爲中心 之環狀且向下方外側放射照明光；及筒狀構件4 3，將1^纖 維照明5 1裝於支框3 1。 此等筒狀構件4 3及纖維照明5 1 ’被配置在前述光軸同心 上，其内周面與對物透鏡3 4間形成一定尺寸之間隙s 纖維照明5 1係如第3圖所示，包括：環狀構件5 2 ’内部 具有環狀空間；及多數支光纖5 3，以成朿狀態被收容在該 環狀構件5 2之環狀空間内。 各光纖53之前端53 A，逐一向環狀構件52之斜下方以圓 環狀列隊配置。又各光纖5 3之基端侧53B ’被導至未圖示 之光源。 纖維照明5 1係以選擇點亮·熄滅各光纖5 3，產生部分照 明光之構造。 照射角度可變機構4 2，包括：1片集光透鏡4 4，將光產 生機構4 1之照明光折射集光於光軸上；及未圖示之移動機 構，沿光軸上以手動或自動上下移動該集光透鏡4 4。 集光透鏡4 4係其抽心與前述光軸一致之環狀透鏡’該集 -9 - 阀家標準（CNS>A4規格（210x297公沒) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·———

I 線} 4254 8 8 Α7 _ Β7 五、發明說明（7 ) . 光透鏡4 4爲了使其不與對物透鏡3 4干擾，將其内周尺寸形 成大於對物透鏡3 4外周尺寸。 集光透鏡44包括非球面、橢圓、拋物、菲涅耳等各種透 鏡，惟祗要能將照明光集光於光軸上者，並不問其種類。 影像顯示裝置90包括：CRT91 ;及控制裝置92，將<3(；：1) 照相機3 6之訊號顯示於CRT91。控制裝置92之前方具有由 前述各控制用旋鈕、開關等而成之操作部93。 其次依第4圖説明第1實施形態之作用。 在實施測定時，轉動設定裝物架2 2之X軸及Y軸分厘卡頭 2 3、2 4，使置於裝物架2 2上之被測定物2 5相對於對物透 鏡3 4之位置。又轉動上下移動旋鈕2 6設定被測定物2 5之測 定部位位於對物透鏡3 4之焦點位置。 此狀態下如第4圖所示，光產生機構4 1之纖維照明5】以 光軸之廣爲度α放射之光經集光透鏡4 4集光照射被測定物 2 5 〇 從被測定物2 5之反射光，藉對物透鏡3 4、成像透鏡3 5被 射入CCD照相機3 6。在此被變換爲電氣訊號後，輸入影像 顯示裝置9 0之控制裝置9 2 »結果被測定物2 5之影像顯示於 CRT91。 、 在此欲改變照明光對被測定物2 5之照射角度時，以未圖 示之移動機構沿光軸移動集光透鏡44。 例如欲減小照射被測定物2 5之照明光照射角度0時，如 第4圖實線所示，將集光透鏡44置於接近光產生機構4 ^之 織维照明5丨之位置。則纖維,Η^) 5 1產生之照明光，於集光 -10- 本用屮四囵家標準（CNS)a4規格（2iC χ四7公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本莨〕 -〇裝 —1Τ----- ή.. 濟Λι·ν智U.1时產局工消伢合作社印裂

^ · 4 25 4 8 B A7 ________B7____ 五、發明說明（8 ) - 透鏡4 4中央部被折射以小角度照射被測定物2 5。 針對此、欲加大照射被測定物2 5之照明光照射角度/?時 ，如第4圖雙點點劃線所示，將集光透鏡4 4置於從纖維照 明5 1隔離之位置。則纖維照明5 1產生之照明光，於集光透 鏡4 4周緣部被折射以大角度照射被測定物2 5。 又選擇點亮.熄滅纖維照明5〗，以調整照明光之光量或 照射位置。 故依第1實施形態有下列效果》 (1 )因向被測定物2 5將光產生機構4 1之照明光集光之照 射角度可變機構4 2，由具有集光透鏡4 4之簡單構造光學構 件構成，而該集光透鏡4 4可沿成像光學系3 7之光軸移動， 故能簡單變更對被測定物2 5之照明光之照射角度=> 因此由於能隨被測定物2 5之轉角部形狀等以適當角度照 射照明光，故被測定物2 5之轉角部等影像亦能不損及立體 感明顯描續·。 (2 )因集光透鏡4 4爲軸心與成像光學系3 7之光軸一致之 環狀透鏡，故被反射於被測定物2 5之照明光，不致被集光 透鏡4 4遮蔽而通過光轴被成像光學系3 7觀測，故可確保適 正之測定。 (3 )光產生機構4 1，由具有形成以成像光學系3 7之光軸 乌中心之環狀纖維照明5 1構成，故由選擇點亮.熄滅纖維 照明5 1，即容易調整光量或變更照射位置3 ί第2 f施形態] 其次依第5圖及第6圖説明明之第2實施形態。 -11 - fg Η 家鮮（CNSM4 規ϋ (210 X 297 公楚） 一 I,----τ-------ο ^--------訂---------埃J {請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智"时產局m'工消費合作社印製 4 2548 c A7 __B7 五、發明說明（9 ) 第2實施形態除光產生機構141與第1實施形態之光產生機 構4 1不同外，其他構造同第1實施形態。 第5圖中顯微鏡2 0之支框3 1下方，設有本實施形態有關 之光學測定機用照明裝置140。 光學測定機用照明裝置140，包括：環狀光產生機構141， 以成像光學系3 7之光軸爲中心向外產生輻射狀照明光；及 前述照射角度可變機構4 2，與成像光學系3 7之光軸同心配 置。 光產生機構141，包括：LED照明151，以前述光軸爲中心 之環狀且向下方外侧放射照明光；及筒狀構件4 3，將該 LED照明151裝於支框3 1。 此等筒狀構件43及LED照明151，被配置在前述光軸同心 上，其内周面與對物透鏡3 4之外周面間形成一定尺寸之間 隙。 LED照明151，包括：枢架152，環狀；及多數支發光元件 丨53，被配置於該框架1 52内部。 各發光元件1 53，向框架152斜下方以圓環狀列隊配置3 LED照明151，爲由於選擇點亮•熄滅各發光元件153，即 能部分產生照明光之構造。 其次依第6圖説明第2實施形態之作用。 測定時與第1實施形態同樣，設定爲使置於裝物架2 2上之 被測定物2 5相對於對物透鏡3 4之位置，並設定被測定物2 5 之測定部位位於對物透鏡3 4之焦點位置。 此狀態下如第6圖所示，光1生機構41之1^0照明151以 -12 - 本纸乐< 丨屮0國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 - -------訂---------娘}' fe;fie,:智U 產局工消赀合作社印於 425488 A7 __—_B7 五、發明說明（10) 光轴之廣角度β放射之光經集光透鏡4 4集光照射被測定物 25 ° 在此欲改變照明光對被測定物2 5之照射角度時，與第1實 施形態同樣，以未圖示之移動機構沿光軸移動集光透鏡44。 例如欲減小照射被測定物2 5之照明光照射角度Θ時，如 第6圖實線所示，將集光透鏡44置於接近光產生機構141之 LED照明151之位置。則LED照明151產生之照明光，於集光 透鏡4 4中央部被折射以小角度照射被測定物2 5。 針對此、欲加大照射角度卢時，如第6圖雙點點劃線所示 ，將集光透鏡4 4置於從LED照明1 5 I隔離之位置。則LED照 明1 51產生之照明光，於集光透鏡4 4周緣部被折射以大角度 照射被測定物2 5。 又選擇點亮•熄滅LED照明151，以調整照明光之光量或 照射位置。 故依第2實施形態有下列效果α 本實施形態亦同樣可得第1實施形態之效果（1 )( 2 )。 此外因光產生機構141，由具有形成以成像光學系3 7之光 軸爲中心之環狀LED照明1 5 1構成，故可達成與第1實施例 之效果（3 )同樣之作用效果。即由選擇點亮·熄滅LED照明 1 5 1，即容易調整光量或變更照射位置。 [第3實施形態] 其次依第7圖及第8圖説明本發明之第3實施形態。 第3實施形態除光產生機構241與第1、2實施形態之光產 生機構4 1、141不同外，其他:同第l·、2實施形態。 -13- 本紙仏义屮同围家標準（CNS)Ai規格（210x297公发） I.----：---.---裝-------^訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 425 48 8 Α7 Β7 五、發明說明（11) . 第7圖中顯微鏡2〇之支框31下方，設有本實施形態有關 之光學測定機用照明裝置240。 光學測定機用照明裝置240，包括：前述光產生機構4 1 ; 及照射角度可變機構242，與成像光學系37之光軸同心且向 被測定物2 5將光產生機構4 1之照明光集光。 照射角度可變機構242，包括：多數片（圖上爲2片）集光 透鏡44 ’將光產生機構4〗之照明光折射集光於光軸上；及 未圓示之移動機構，沿光軸上以手動或自動上下移動該集 光透鏡44。 此等集光透鏡4 4係使其軸心與前述光軸一致，上下排列 萄己置。 其次依第8圖説明第3實施形態之作用。 測定時與第1實施形態同樣，設定爲使置於裝物架2 2上之 被測定物2 5相對於對物透鏡3 4之位置，並設定被測定物2 5 之測定部位位於對物透鏡3 4之焦點位置。 此狀態下如第8圖所示，光產生機構4 1之纖維照明5 1以 先軸之廣角度α放射之光經2片集光透鏡4 4集光照射被測 定物2 5。 在此欲改變照明光對被測定物2 5之照射角度時，以未圖 示之移動機構沿光軸同步移動或差動2片集光透鏡4 4。 例如欲減小照射被測定物2 5之照明光照射角度/5時，如 第8圖實線所示，將2片集光透鏡44置於接近光產生機構4 1 之纖維照明5 1之位置。則纖維照明5 1產生之照明光，於2 片集光透鏡4 4中央部分別被折射以小角度照射被測定物2 5。 -14 - 本纸丨屮四囹家標準（CNS)A4規格（210 χ的7公釐） --------------裝 *-------訂--------fi}v (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ7 67

五、發明說明（12 ) T 針對此、欲加大照射角度0時，如第8圖雙點點劃線所示 ’將2片集光透鏡4.4置於從纖維照明5〗隔離之位置。則纖 維照明5 1產生之照明光，於集光透鏡4 4周緣部被折射以大 角度照射被測定物2 5。 故依第3實施形態可得下列效果。 本實施形態亦同樣可得第1實施形態之效果（1 )(2)(3)。 此外因集光透鏡4 4具有多數片，沿光軸排列此等集光透 鏡4 4，並調整此等相對距離，即可微調整對被測定物2 5之 照射角度。 又第3實施形態用LED照明1 5 1代替纖維照明5丨亦可。 以上本發明舉較佳實施形態説明，惟本發明並不限於上 述實施形態，祗要不超出本發明之要旨範圍，可做各種改 良及變更設計。 例如前述各實施形態，集光透鏡44爲環狀透鏡，惟本發 明，若被測定物2 5反射之光能傳輸給被測定物2 5，則由輛 心部與周緣部成爲一體之通常透鏡構成亦可。 此外光產生機構4 1、14丨使用光纖或LED，惟亦彳使用雷 射等。 又本發明有關之光學測定機用照明裝置，並不眼於工具 式顯微鏡，而亦可使用於投影機、三次元測定機等其他形 式之光學式測定機。 圖式之簡單説明： 第1圖係依照本發明之第I實施形態適用之工具式顯微镜 透視圖3 -15- 乂 t遶问巾:¾囚家標準（CNS)A4規格（210 X »7公釐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝——訂---------竣、 ^^部智^財產局这工消费合作社印於 4 ^ Q . --—___ B7 五、發明說明（13) 第2圖係第1實施形態之要部面圖。 第3圖係從上看第丨實施形態纖維照明透視圖。 第4圖係説明第i實施形態之作用用之概略構造圖。 第5圖係本.發明之第2實施形態之要部，相當於第2圖之圖 第6圖係説明第2實施形態之作用用之概略構造圖。 第7圖係本發明之第3實施形態之要部，相當於第2圖之圖 第8圖係說明第3實施形態之作用用之概略構造圖。 圖號説明: 2 5..........測定物 3 7.........光學系4 0、1 4 0、2 4 0 · ·光學測定機用照明裝置 41、141......光產生機構. ， 42 > 242 ......照射角度可變機構 44.........集光透鏡 5 1.........纖維照明15 1. . . . . . . · . L E D 照明 Λ7 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- 訂------ 線、 16 本 中因因家標準（CNS>A4規格 (210 X 297 )

Claims (1)

1. 425488 第89103577號專利申請案 中文申請專利範圍修正本（89年6月）〇8

   六、申請專利範圍 ， 1 . 一種光學測定機用照明裝置，其係包含：光產生機構， 以光學系光軸為中心向外以輻射狀產生照明光：及照射 角度可變機構，將來自前述光產生機構之照明光向被測 定物集光；其特徵為前述照射角度可變機構，包括使來 自前述光產生機構之照明光折射集光於前述光軸上’並 沿前述光轴上移動自如之集光透鏡.。 2.如申請專利範園第1項之光學測定機用照明裝置’其中 玫 前述集光透鏡係與前述光學系光軸同心配置之環狀透鏡 诗 。 S 3 .如申請專利範圍第1項之光學測定機用照明装置’其中 前述集光透鏡係由多數片構成。 如申請專利範圍第1項之光學測定機用照明裝置’其十 前述光產生機構，包括以前述光轴為中心形成環狀之纖 維照明。 5.如申請專利範圍第1項之光學測定機用照明装置’其中 前述光產生機構，包括以前述光軸為中心形成環狀尤 LED照明。 m - I -- - I «.ti etn (請先閲讀背面之泫意事項再填寫Ϊ) -/t 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4現格（2! 0 X 297公釐）