JPH06174452A - 光学計測器の照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定物を照明する際に正反射によるグレア
の発生を低減して、被測定物の表面を高精度て観察する
ことができる配光機能を有する照明装置を提供する。 【構成】 リング照明部と照射方向変更アダプタ部と円
筒部の夫々に形成された中空孔が連通するようにし、且
つリング照明部を挟むようにして照射方向変更アダプタ
部と円筒部を連結し、リング照明部から放射された照明
光を照射方向変更アダプタ部が反射させると共に、少な
くとも円筒部の内側面に形成された乱反射部によっても
照明光を乱反射させて、これらの乱反射光を拡散フィル
タの円筒開口部から被測定物に配光させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の表面形状等
を光学的に計測するための光学計測器に使用されて被測
定物の表面を照明するための照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の表面形状等を光学的に計測す
るには、被測定物を適切な照度で照明し、被測定物から
の反射光の空間的輝度分布を解析する方法が採られてい
る。このような光学計測器の従来例として、ブリネル硬
さ試験装置を説明すると、日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ２
２４３）に基づくブリネル硬さ試験方法により、一定荷
重の球圧子を金属等の被測定物の試験面に押込み、それ
によって生じた試験面の窪みをＣＣＤカメラ等で撮像し
て、撮像データをコンピュータが画像処理を行うことに
より試験面の窪みの大きさ（内径）を判定し、更に、該
窪みの大きさから被測定物の硬さを決定する構成となっ
ている。この撮像の際には、照明装置によって、被測定
物の試験面の窪み部分と非窪み部分の境界部分が明確に
区別できるような適正な照度で照明を行うようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
照明装置では、上記の適正な照度を設定することが困難
な場合があった。特に、照明装置に設けられている光源
から放射される照明光が直接に被測定物の試験面に照射
される状態が生じるので、正反射によるグレア（まぶし
さ）が、被測定物の試験面の窪み部分と非窪み部分の境
界部分で発生する。この結果、ＣＣＤカメラ等で撮像す
ると境界部分が高輝度のためにぼけてしまい、画像処理
を行っても窪みの部分の大きさを精度良く計測すること
ができなくなる問題があった。

【０００４】又、ブリネル硬さ試験装置を例に採ってか
かるグレアの問題点を述べたが、この問題は光学顕微鏡
やその他の光学計測器においても一般的に生じることで
あり、かかる問題点の改善が望まれていた。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、被測定物を照明する際に正反射によるグ
レアの発生を低減して、被測定物の表面を高精度て観察
することができる配光機能を有する照明装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、上端から底端まで貫通する中空孔を
有し、且つ該底端の該中空孔より径外の部分から環状の
照明光を被測定物側へ放射するリング照明部と、上記リ
ング照明部の底端に連結されると共に、該リング照明部
からの照明光を入射するように上端から底端まで貫通す
る中空孔を有し、更に、底端の中空孔側に突設されて該
照明光を該中空孔側へ反射させるフランジ部が形成され
た照射方向変更アダプタ部と、上記リング照明部の上端
に連結されると共に、上端から底端まで貫通する中空孔
を有する円筒部と、上記リング照明部と上記円筒部の中
空孔内に嵌挿される円筒状の乱反射部材と、該乱反射部
材を介して上記リング照明部と上記円筒部の中空孔内に
嵌挿され且つ照射方向変更アダプタ部の上記フランジ部
まで達する長さに形成された透光性を有する円筒状の拡
散フィルタとを具備する構成にした。

【０００７】

【作用】このような構成を有する本発明によれば、少な
くとも円筒部の内側面に乱反射部が設けられているの
で、乱反射部で拡散された光が間接光となって被測定物
の試験面に照射される。この結果、被測定物を照明した
ときのグレアの発生を大幅に低減する適正な配光を実現
することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明による照明装置の実施例を図面
と共に説明する。まず、図１に基づいて全体構造を説明
すると、円筒部１とリング照明部２と照射方向変更アダ
プタ部３を組合わせることによって一体化される構成と
なっている。

【０００９】円筒部１は、側面図〔図２（ａ）〕とＡ−
Ａ線に沿った横断面図〔図２（ｂ）〕に示すように、中
空孔１ａを有する円筒状の基部１ｂを有し、基部１ｂの
内側面の全体には、光を乱反射させる白色顔料や白色塗
料等が塗布されたり、光を乱反射させる白色のシート部
材が接着されることによって乱反射部１ｃが形成されて
いる。更に、中空孔１ａ内には、透光性を有するプラス
チックやガラス等によって中空孔１ａと同心円状に形成
された円筒状の拡散フィルタ１ｄが、乱反射部１ｃの表
面に密着するようにして固着されている。尚、拡散フィ
ルタ１ｄは、基部１ｂの長手方向の長さよりも所定の長
さＬ１だけ長いので、その長さ分だけ基部１ｂの底端か
ら突出し、更に、その突出部分の外側面のうち基部１ｂ
の底端から所定の長さＬ２までの部分が、乱反射部１ｃ
と同じ材料によって被覆されている。したがって、突出
部分のうち長さＬ３の残り部分は被覆されていない。
尚、かかる被覆部分と乱反射部１ｃは連続しているの
で、一括して乱反射部１ｃとして説明するものとする。

【００１０】リング照明部２は、側面図〔図３（ａ）〕
と、円筒部１の底端に組付けられる側（上端側）から見
た図〔同図（ｂ）〕及び、下端側から見た図〔同図
（ｃ）〕に示すように、長さがＬ２で中空孔２ａを有す
る環状形状となっている。尚、中空孔２ａの内径は、乱
反射部１ｃで被覆された拡散フィルタ１ｄの突出部分ま
で嵌挿させることができる大きさに設計されている。

【００１１】更に、図３（ｃ）及び縦断面〔図３
（ｄ）〕に示すように、底端面に環状のスリット溝２ｂ
が形成されると共に、スリット溝２ｂの一端から外側端
まで貫通するガイド孔２ｃが形成され、ガイド孔２ｃに
は、ハロゲンランプ等の光源から発せられた照明光をガ
イドする光ファイバケーブル２ｄの終端が連結されてい
る。したがって、光ファイバケーブル２ｄによりガイド
孔２ｃに伝達された照明光は、スリット溝２ｂ内を伝搬
して環状の照明となって底端側へ放射される。

【００１２】照射方向変更アダプタ部３は、側面図〔図
４（ａ）〕と、リング照明部２の底端に組付けられる側
（上端側）から見た図〔同図（ｂ）〕及び、底端側から
見た図〔同図（ｃ）〕に示すように、長さがＬ３で中空
孔３ａを有する環状形状となっている。尚、中空孔３ａ
の上端側の開口内径は、リング照明部２のスリット溝２
ｂの外径よりも若干大きく設計されており、スリット溝
２ｂより放射される照明光を入射させることができる形
状となっている。

【００１３】更に、底端側の内側端には、上端側に所定
角度で対向するように傾斜する内側テーパー面３ｂと上
端面に平行な内側面３ｃとを有する環状のフランジ部３
ｄが一体形成され、内側テーパー面３ｂと内側面３ｃは
乱反射させる塗料等が塗布されたり、鏡面加工が施され
ている。

【００１４】フランジ部３ｄの開口内径は、拡散フィル
タ１ｄの外径より僅かに大径に設計されているので、図
１に示すように円筒部１とリング照明部２及び照射方向
変更アダプタ部３を一体に組付けた場合に、拡散フィル
タ１ｄの底端部分がフランジ部３ｄの開口内に嵌挿され
る。

【００１５】次に、実施例の照明装置の作用を、組付け
た状態での縦断面図〔図５〕に基づいて説明する。照射
方向変更アダプタ部３の底端を被測定物４の試験面に対
向させて光源（図示せず）をオンにすると、照明光が光
ファイバケーブル２ｄを介してリング照明部２のスリッ
ト溝２ｂへ伝達され、スリット溝２ｂの開口端からリン
グ状の照明となってフランジ部３ｄの内側テーパー面３
ｂと内側面３ｃに照射される。更に、この照明光は内側
テーパー面３ｂと内側面３ｃによって中空孔３ａ側へ反
射され、拡散フィルタ１ｄを透過する際に拡散されて中
空孔２ａ，１ａ側にも照射される。そして、拡散光とな
った照明光は更に拡散フィルタ１ｄの外側に設けられて
いる乱反射部１ｃで拡散され、このように拡散が繰返さ
れた照明光がフランジ部３ｄの開口部を介して被測定物
４の試験面に照射される。

【００１６】即ち、最終的に試験面に照射される光は乱
反射部１ｃによる幾多の拡散により間接照明光となるの
で、グレアを抑制することができる配光を実現してい
る。そして、試験面の像を中空孔３ａ，２ａ，１ａを介
して円筒部１の上端開口部を通して観測することがで
き、例えば、円筒部１の上端開口部を、光学顕微鏡の対
物レンズの前面側に連設させたり、ブリネル硬度試験装
置の撮像光学系の前面に対向配置させて、ブリネル硬度
試験を行えば、被測定物４の試験面に形成された窪みと
非窪みの境界部分にグレアが発生せず、境界部分の直径
を高精度で観測し且つ高精度で被測定物４の硬度を計測
することが可能となる。

【００１７】尚、この実施例では、円筒状の拡散フィル
タ１ｄを予め円筒部１の内側に固定しておき、この拡散
フィルタ１ｄをリング照明部２と照射方向変更アダプタ
部３の中空孔２ａと３ａ内に嵌挿させる構成にしたが、
本発明はこの構成に限定されるものではなく、拡散フィ
ルタ１ｄを円筒部１とは別個独立の部品にしておき、こ
の円筒部１とリング照明部２と照射方向変更アダプタ部
３を中空孔１ａ，２ａ，３ａに合わせて連結した状態
で、最後に拡散フィルタ１ｄを中空孔１ａ，２ａ，３ａ
内に挿入する構成にしても良い。

【００１８】又、乱反射部１ｃを固体のシート状部材で
別個独立の部品として形成しておき、乱反射部１ｃと拡
散フィルタ１ｄの無い基部１ｂのみの円筒部１とリング
照明部２と照射方向変更アダプタ部３を中空孔１ａ，２
ａ，３ａに合わせて連結した状態で、まず乱反射部１ｃ
を中空孔１ａ，２ａに挿入し、最後に拡散フィルタ１ｄ
を中空孔１ａ，２ａ，３ａ内に挿入するような構成にし
ても良い。

【００１９】次に、自動的に被測定物の硬度を計測する
ブリネル硬度試験装置にかかる実施例の照明装置を適用
した場合を図６に基づいて示す。

【００２０】試料台５に立設された支軸６に、対物レン
ズ等の光学レンズ群を円筒状の遮光筒体内に内蔵した撮
像光学機構７が上下動可能に支持され、撮像光学機構７
の上端には、この光学レンズ群の光軸に対向して受光面
が配置されたＣＣＤカメラ８が設けられている。更に、
撮像光学機構７の底端に、照明装置の構成要素である円
筒部１とリング照明部２及び照射方向変更アダプタ部３
が連設されている。そして計測時には、リング照明部２
と光源装置９の間を光ファイバーケーブル２ｄで連結
し、被測定物４の試験面が照射方向変更アダプタ部３の
底端部に対向するようにして被測定物４を試料台５に乗
せる。

【００２１】画像処理装置１０は、ＣＣＤカメラ８から
出力された画像データを入力して画像処理を行うと共
に、光源９の点滅と照明光の照度を制御したり、トラッ
クボール１１等の各種の入力装置からの指令に応じた動
作を行ったり、画像処理結果をモニタディスプレイ１２
にグラフィック表示させる等の処理を行うコンピュータ
システムを内蔵している。

【００２２】そして、実施例の照明装置により被測定試
料４の試験面を照明した状態でＣＣＤカメラ８に試験面
の像を撮像させると、画像処理装置１０がその画像デー
タのピクセル毎の階調レベルの分布を求め、この分布に
基づいて試験面の窪み部分と非窪み部分との境界部分を
識別する。ここで、実際には、境界部分は微視的に見る
と凹凸等があるために完全な円とはならないので、画像
処理装置１０は、一旦識別した境界部分のピクセル毎の
画像データの重心を求めることによって、最終的に境界
部分の直径を判定し、更にその直径に基づいて被測定物
４の硬度を決定するようになっている。モニタテレビジ
ョン１２には、ＣＣＤカメラ８から入力した画像データ
に基づいて試験面の像を再生表示したり、上記重心演算
処理の結果を表示したり、最終計測結果である硬度を表
示する等を行う。

【００２３】そして、かかる実施例の照明装置によれ
ば、被測定物４にブレアを生じさせない照明光を配光す
ることができるので、硬度計測の精度向上を図ることが
できる。

【００２４】尚、実施例の適用例としてブリネル硬度試
験装置を説明したが、本発明はかかる装置への適用に限
定されるものではなく、他の光学計測装置に広く適用す
ることができるものである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の照明装置に
よれば、少なくとも円筒部の内側面に乱反射部が設けら
れているので、乱反射部で拡散された光が間接光となっ
て被測定物の試験面に照射される。この結果、被測定物
を照明したときのグレアの発生を大幅に低減する適正な
配光を実現することができ、光学計測の分野で優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による照明装置の一実施例の構成を示す
側面図である。

【図２】図１中の円筒体の構造を示す説明図である。

【図３】図１中のリング照明部の構造を示す説明図であ
る。

【図４】図１中の照射方向変更アダプタ部の構造を示す
説明図である。

【図５】図１の照明装置の縦断面図である。

【図６】実施例の照明装置を適用したブリネル硬度試験
装置の構成を示す構成説明図である。

【符号の説明】

１…円筒体、１ａ…中空孔、１ｂ…基部、１ｃ…乱反射
部、１ｄ…拡散フィルタ、２…リング照明部、２ａ…中
空孔、２ｂ…スリット溝、２ｃ…ガイド孔、２ｄ…光フ
ァイバケーブル、３…照射方向変更アダプタ部、３ａ…
中空孔、３ｂ…テーパー面、３ｃ…内側面、３ｄ…フラ
ンジ部、４…被測定物、５…試料台、６…支軸、７…撮
像光学機構、８…ＣＣＤカメラ、９…光源、１０…画像
処理装置、１１…トラックボール、１２…モニタテレビ
ジョン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端から底端まで貫通する中空孔を有
   し、且つ該底端の該中空孔より径外の部分から環状の照
   明光を被測定物側へ放射するリング照明部と、 上記リング照明部の底端に連結されると共に、該リング
   照明部からの照明光を入射するように上端から底端まで
   貫通する中空孔を有し、更に、底端の中空孔側に突設さ
   れて該照明光を該中空孔側へ反射させるフランジ部が形
   成された照射方向変更アダプタ部と、 上記リング照明部の上端に連結されると共に、上端から
   底端まで貫通する中空孔を有する円筒部と、 上記リング照明部と上記円筒部の中空孔内に嵌挿される
   円筒状の乱反射部材と、 該乱反射部材を介して上記リング照明部と上記円筒部の
   中空孔内に嵌挿され且つ照射方向変更アダプタ部の上記
   フランジ部まで達する長さに形成された透光性を有する
   円筒状の拡散フィルタと、を具備することを特徴とする
   光学計測器の照明装置。
2. 【請求項２】 上端から底端まで貫通する中空孔を有
   し、且つ該底端の該中空孔より径外の部分から環状の照
   明光を被測定物側へ放射するリング照明部と、 上記リング照明部の底端に連結されると共に、該リング
   照明部からの照明光を入射するように上端から底端まで
   貫通する中空孔を有し、更に、底端の中空孔側に突設さ
   れて該照明光を該中空孔側へ反射させるフランジ部が形
   成された照射方向変更アダプタ部と、 上記リング照明部の上端に連結されると共に、上端から
   底端まで貫通する中空孔を有する基部と、少なくとも該
   基部の内側面に設けられた乱反射部を介して該基部内に
   固定され、且つ上記連結に際して上記リング照明部及び
   上記照射方向変更アダプタ部の中空孔を貫通して上記フ
   ランジ部まで達する長さに形成された透光性を有する円
   筒状の拡散フィルタとを備える円筒部と、を具備するこ
   とを特徴とする光学計測器の照明装置。