JPH10170230A - 光学式測定機用照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 段付円柱状の被測定物の小径部直径を精度よ
く測定することを可能とする照明装置を提供する。 【解決手段】 照明手段から出力される照明光を非測定
物に照射することにより、その寸法、形状等を観察又は
測定する光学式測定機の照明装置において、被測定物に
近接して配置する照明光反射手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式測定機に関
し、特に照明装置に関する。

【０００２】

【背景技術】被測定物の寸法、形状等を測定する手段
は、その測定対象物の種類、形状、測定項目等によって
種々の測定装置が開発されているが、近年、光学式測定
機の需要が増加してきている。この光学式測定機は、非
接触で高速測定が可能なため、従来のタッチ信号プロー
ブ等を使用した接触式測定機に比べて、被測定物に傷を
つける可能性がない、やわらかい被測定物でも測定子の
接触による変形を回避出来るため正確な測定が可能、測
定時間短縮による測定コストの低減等の種々の特徴を有
する。

【０００３】このような光学式測定機には、工具顕微
鏡、投影機、視認型三次元測定機等の種々の測定機があ
るが、これらの測定機において、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。この照明方式としては、種々の方式が発明、考
案されており、例えば、ほぼ真上から被測定物を照明す
る垂直落射照明に対し、複雑な被測定物の輪郭形状を鮮
明に検出できるようにした方式が提案されている。例え
ば、米国特許第４５６７５５１号にその技術思想が開示
されている。これは、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を斜め方向から
照明する方法である。

【０００４】一方、電子回路用のプリント基板の外形寸
法と形状、穴やスルーホール等の位置と形状等の測定に
は、被測定物の裏面に照明光を当て、透過した光を検出
して、スルーホール等の形状を測定する透過照明も使用
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが光学的測定器
において、これらの垂直落射照明、斜め照明、透過照明
を使用しても輪郭形状を鮮明にすることが難しく、寸
法、形状等の測定が困難な被測定物がある。その一例と
しては段付き円柱状の被測定物の小径部や、段付き内径
部の大径部測定がある。段付き形状であることから透過
照明光ではへこみ部位が影となるため、垂直落射照明又
は斜め照明を使用せざるをえない。ところが、このよう
な被測定物では照明光はほぼ全面に渡って一様に反射す
るため、段付き部の輪郭形状は不鮮明となり、その寸
法、形状等の測定が困難になる。又、一般の被測定物の
形状輪郭部にはテーパが設けられていることが多く、こ
のため、前記段付き部の輪郭は更に不鮮明となり、測定
の困難さに拍車をかけている。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、段付き形状の被測定物であっても輪
郭形状の検出が簡単で、寸法、形状等の測定が容易に行
える光学式測定機用照明装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、照明手段から出力される照明光を非測定
物に照射することにより、その寸法、形状等を測定する
光学式測定機の照明装置において、被測定物に近接して
配置する照明光反射手段を備えたことを特徴とする。

【０００８】又、照明光反射板は被測定物の被測定部位
の形状に略一致する輪郭部を有し、該輪郭部は前記被測
定部位が外形形状の場合には大き目の内形輪郭であり、
前記被測定部位が内形形状の場合には小さ目の外形輪郭
であることを特徴とする。又、前記照明光反射手段の反
射面は光を乱反射することを特徴とする。更に、前記照
明光反射手段の反射面は、紙製、布製、合成樹脂製、合
成繊維製、金属製又はこれらの複合であることを特徴と
する。又、前記照明光反射手段の反射面の色は、白色を
主色とすることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を用いた好適な実施
の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中に
おいて同一符号を付したものは同一構成要素を表わして
いる。図１は垂直落射照明１、斜め照明２及び透過照明
３を備えた光学式測定機の正面図を示す。垂直落射照明
１からの光は、光軸上に設けられたビームスプリッタ４
により被測定物１０方向に反射され、対物レンズ５を介
して光軸と平行に被測定物１０を照射する。斜め照明２
からの光は、光ファイバーを経由して光軸を中心とする
同一円周上の各点から光軸に対して斜めに放射され、被
測定物１０を照射する。又、透過照明３からの光はステ
ージ６の下から、被測定物１０を照射する。被測定物の
観察は接眼レンズ７を介して行う。

【００１０】図２は被測定物１０の拡大斜視図を示す。
被測定物１０は段付き円柱形状であり、その輪郭形状測
定部位１１の周囲にはテーパ加工が施されている。この
輪郭形状測定部位１１の近傍には、測定に先立ってあら
かじめ照明光反射手段である白色の合成樹脂製の照明光
反射板２０を設置する。図３は被測定物１０と照明光反
射板２０の垂直断面図を示す。照明光反射板２０は固定
部材２１によって被測定物１０に固定されている。固定
部材２１はドーナツ形状のゴム板で、照明光反射板２０
に接着剤により固定されている。固定部材２１の内径
は、被測定物１０の輪郭形状測定部位１１の直径に比べ
てわずかに小さ目に製作されており、ゴムの伸縮性と弾
力性により、照明光反射板２０を被測定物１０に固定す
る。

【００１１】照明光反射板２０の内径ｒは輪郭形状測定
部位１１の直径に対して０．５ｍｍ程度大き目で良く、
必ずしも精密な加工を要しない。又、輪郭形状測定部位
１１に対する照明光反射板２０の設置高さｈについて
は、光学系の焦点深度の略１００乃至２００倍程度と
し、必ずしも精密な高さ位置決めを要しない。一例とし
て、光学系の焦点距離が５μｍの時、照明光反射板２０
の設置高さｈが輪郭形状測定部位１１より１ｍｍ程度下
方となるように照明光反射板２０を設置する。この時、
照明光反射板２０の内径部の一部が被測定物１０に接触
していても良い。

【００１２】次に本実施例の作用を説明する。まず、測
定に先立って、被測定物１０の輪郭形状測定部位１１の
近傍に照明光反射板２０を設置する。次に、垂直落射照
明１又は斜め照明２を点灯させ、前記輪郭形状測定部位
１１が観察視野内に入るように測定機の光学系倍率及び
被測定物１０の位置を調節すると共に、輪郭形状測定部
位１１に光学系の焦点を合わせる。この時、光学系の焦
点深度が例えば５μｍの時、照明光反射板２０の設置高
さｈを１ｍｍ程度としてあるので、照明光反射板２０自
体は焦点深度外となり、照明光反射板２０の輪郭は、ぼ
けて観察される。従って、照明光反射板１０の内径部よ
り内側部分についても反射光が観察され、これらの部分
はハイライト部となる。

【００１３】この時、被測定物１０には垂直落射照明１
又は斜め照明２の照明光が照射されているが、接眼レン
ズ７を通して観察される被測定物１０の像は、シャドウ
部として観察される。このことから、照明光反射板２０
による反射光のハイライト部分と、被測定物１０のシャ
ドウ部分とのコントラストが非常に大きくなり、輪郭測
定部位１１の端縁が明瞭となり、寸法や輪郭形状の測定
を容易に行うことが出来る。照明光反射板２０は前述の
通り、焦点深度外にあるため、照明光反射板２０自体の
像はぼけており、輪郭が明瞭でない。従って、照明光反
射板２０の内径ｒは輪郭形状測定部位１１の直径に対し
て０．５ｍｍ程度大き目でも、照明光反射板２０で反射
した反射光は、輪郭形状測定部位１１の端縁を明瞭にす
る照明光として有効に作用する。つまり、照明光反射板
２０の「ぼけ」の効果によって、その分、照明光反射板
２０の内径ｒの製作精度をラフにすることが出来る。

【００１４】又、照明光反射板２０の反射面は光を乱反
射する表面性状を有することにより、反射光の照明効果
は更に向上する。又、照明光反射板２０は合成樹脂製の
他、紙製、布製、合成繊維製、金属製又はこれらの複合
であっても良く、それぞれ製作の容易さ、耐久性の良さ
等の特徴を持ち、用途によって使い分ける事が出来る。
一例として、照明光反射板２０を紙によって製作した場
合は、定規、コンパス、はさみで製作できる程度の精度
で十分な効果を発揮する。更に、照明光反射板２０の反
射面は、白色を主色とすることにより、照明光の反射効
率を大きくすることができ、輪郭形状測定部位１１の端
縁をより明瞭にする効果をもたらす。

【００１５】図４は、第２の実施例を示す。図４は、段
付き角柱形状の被測定物１０a の輪郭形状測定部位１１
a に照明光反射板２０a を設置した状態の平面図を示し
ている。この図４の場合も、図３と同様に照明光反射板
２０a の内側寸法は輪郭形状測定部位１１a の寸法に対
して０．５ｍｍ程度大き目で良く、必ずしも精密な加工
を要しない。又、輪郭形状測定部位１１a に対する照明
光反射板２０a の設置高さｈについては、図３と同様に
光学系の焦点深度の略１００乃至２００倍程度とし、必
ずしも精密な高さ位置決めを要しない。固定部材２１ａ
はゴム板で、図２の固定部材２１と同様に照明光反射板
２０ａへ接着剤により接着されており、その伸縮性と弾
力性により照明光反射板２０ａを被測定物１０ａに対し
て固定する。

【００１６】図５は、第３の実施例を示す。図５は段付
き円柱形状の被測定物１０ｂに２枚のＬ字形状の照明光
反射板２０ｂを対抗配置している。この第３の実施例で
は、輪郭形状測定部位１１ｂについて、照明光反射板２
０ｂと接触する４個所を測定する例について示してい
る。輪郭形状測定部位１１ｂの形状が略円形状であり、
その直径寸法のみを測定する場合には、このように４個
所を測定するのみで十分な場合が多い。第３の実施例の
特徴は、輪郭形状測定部位１１ｂの直径寸法が異なって
いても、同一の照明光反射板２０ｂを使用できる点にあ
る。

【００１７】図６は、第４の実施例を示す。図６は段付
き角柱形状の被測定物１０ｃに２枚のＬ字形状の照明光
反射板２０ｂを対抗配置している。２枚のＬ字形状の照
明光反射板２０ｂは実施例３と同一のものを角柱形状の
被測定物１０ｃに使用している。この第４の実施例の特
徴も第３の実施例と同様に、輪郭形状測定部位１１ｃの
寸法が異なっていても、同一の照明光反射板２０ｂを使
用できる点にある。

【００１８】図７は、第５の実施例を示す。図７は例え
ばビデオカセットテープの収納ケースのように底面から
多数の円柱状又は角柱状の突起が林立しており、それら
の位置関係や突起形状を測定する場合の照明光反射板２
０ｄの設置状況を示す斜視図である。照明光反射板２０
ｄの被測定物１０ｄの底面からの高さは、図示しないス
ペーサにより、適宜設定することが出来る。図８は照明
光反射板２０ｄの１例を示す。

【００１９】図９は、第６の実施例を示す。図９は内径
部に段付き部位を持った円筒形状の被測定物１０e の内
径を測定する場合の照明光反射板２０e の設置状況の垂
直断面を示す図である。照明光反射板２０e は円盤形状
を呈しており、固定部材２１e は円盤状のゴム板で照明
光反射板２０e に接着剤で固定されている。ここで、照
明光反射板２０eの直径は、被測定物１０e の輪郭形状
測定部位１１e の内径より０．５ｍｍ程度小さ目でよ
い。一方、固定部材２１の直径は、被測定物１０e の輪
郭形状測定部位１１e の内径より若干大き目とし、ゴム
の伸縮性と弾力性によって照明光反射板２０e を固定す
る。

【００２０】以上の説明では、透過照明が使用できず、
一般に測定困難とされる外形又は内径部に段付き部位を
持つ被測定物の段付き部位の測定に絞って説明したが、
図１０の第７の実施例のように被測定物がプリント基板
等の板部材の場合に、その外形、穴の位置及び形状等を
測定する場合には、平板状の照明光反射板２０ｆを被測
定物１０ｆの下部に配置し、垂直落射照明あるいは斜め
照明を使用して測定することが出来る。被測定物１０ｆ
の厚みが薄い場合には、被測定物１０ｆと照明光反射板
２０ｆの間に図示しないスペーサを配置し、光学系の焦
点深度範囲から、照明光反射板２０ｆが十分に外れるよ
うにすることが出来る。この第７の実施例の特徴は透過
照明３を持たない光学式測定機においても、透過照明使
用に近い照明効果が得られる点にある。

【００２１】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能
である。たとえば、上記実施例では、段付き形状の被測
定物の段付き部位の測定例に限って説明したが、円柱や
角柱状の被測定物の外形部あるいは内径部に照明光反射
板を設置することにより、外形や内径の測定が容易とな
る。又さらに、上記実施例では、手動測定式の光学式測
定機に限って説明したが、自動測定式の光学式測定機に
おいても本発明を実施可能である。例えば、図１の光学
式測定機において接眼レンズ７の代わりにビデオカメラ
を設置し、画像処理装置を追加して、画像処理によって
測定を行うことも出来る。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明による光学式測定
機用照明装置を使用すれば、従来測定が困難とされてい
た段付き形状の被測定物であっても容易に測定が出来
る。更に板状の被測定物の測定においては、透過照明装
置を具備しない光学式測定機においても透過照明使用に
近い照明効果が得られ、測定が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学式測定機を示す正面図である。

【図２】被測定物の拡大斜視図を示す。

【図３】被測定物の垂直断面図を示す。

【図４】本発明の第２の実施例を示す。

【図５】本発明の第３の実施例を示す。

【図６】本発明の第４の実施例を示す。

【図７】本発明の第５の実施例を示す。

【図８】第５の実施例における照明光反射板を示す。

【図９】本発明の第６の実施例を示す。

【図１０】本発明の第７の実施例を示す。

【符号の説明】

１ 垂直落射照明 ２ 斜め照明 ３ 透過照明 ４ ビームスプリッタ ５ 対物レンズ ６ ステージ ７ 接眼レンズ １０ 被測定物 １２ 照明光反射板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明手段から出力される照明光を非測定
   物に照射することにより、その寸法、形状等を観察又は
   測定する光学式測定機の照明装置において、被測定物に
   近接して配置する照明光反射手段を有する光学式測定機
   用照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の照明光反射手段は被測
   定物の被測定部位の形状に略一致する輪郭部を有し、該
   輪郭部は前記被測定部位が外形形状の場合には大き目の
   内形輪郭であり、前記被測定部位が内形形状の場合には
   小さ目の外形輪郭であることを特徴とする照明光反射手
   段を有する光学式測定機用照明装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の照明光反射手段の反射
   面は、光を乱反射することを特徴とする照明光反射手段
   を有する光学式測定機用照明装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の照明光反射手段の反射
   面は、紙製、布製、合成樹脂製、合成繊維製、金属製又
   はこれらの複合であることを特徴とする照明光反射手段
   を有する光学式測定機用照明装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の照明光反射手段の反射
   面の色は、白色を主色とすることを特徴とする照明光反
   射手段を有する光学式測定機用照明装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の照明光反射手段の反射
   面は、高反射率であることを特徴とする照明光反射手段
   を有する光学式測定機用照明装置。