專利名稱：照明裝置、圖像測定裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明裝置及圖像測定裝置。特別是涉及能夠改變向對象物的 光照射角度的照明裝置。
背景技術：
目前已知的圖像測定裝置，其向被測定物W照射照明光，并根據(jù)由來自 被測定物W的反射光得到的圖像測定被測定物W形狀。圖8是表示圖像測 定裝置整體結構的圖。圖9是表示圖像測定裝置內(nèi)部結構的圖。圖像測定裝置10包括拍攝被載放在載物臺20上的被測定物W的測定 機主體部11、根據(jù)所拍攝的圖像進行被測定物W的形狀解析的圖像處理部 21、照明被測定物W的照明裝置22。測定機主體部11包括拍攝被測定物W的拍攝裝置12、與被測定物W 的被測定部位對應地使該拍攝裝置12三維移動的移動機構15、載放被測定物 W的載物臺20。拍攝裝置12具有物鏡13及拍攝由該物鏡13所成的像的CCD 照相4幾14。移動機構15具有可以相對載物臺20前后滑動移動地立設的門型架16、 能夠使該門型架16的梁部17左右滑動移動地設置的Z柱體18、在該Z柱體 18內(nèi)可以上下滑動地設置的Z轉軸19。在該Z轉軸19的下端安裝了用于拍 攝被測定物W的物鏡13。圖像處理部21處理由CCD照相機14得到的圖像 數(shù)據(jù)。這里，在圖9中，將物鏡13的光軸A作為圖像測定裝置IO的中心軸。 在使物鏡13插進其中央的狀態(tài)下，在Z轉軸19的下端安裝照明裝置22。并且，向被測定物W發(fā)射以中心軸(光軸A)為中心的環(huán)狀光束，均勻地照明-波測定物W。照明裝置22具有下端面開口并且在上端面的中央具有插進孔的環(huán)狀殼體 23、以及配置在殼體23內(nèi)部的從殼體23的下端面發(fā)射環(huán)狀光束的照明光學 系統(tǒng)24。照明光學系統(tǒng)24包括在殼體23的內(nèi)部全體環(huán)狀配置的作為發(fā)光光源 的多個LED25、向被測定物W反射來自各LED25的光的反射鏡26、將來自 各LED25的光導向反射鏡26的分色鏡27。LED25向下方發(fā)射光。分色鏡27配置在LED25的下方，其形成使來自 LED25的光在大致水平方向向中心軸(光軸A)的相反側反射的凹面形狀。 另外，反射鏡26間隔分色鏡27配置在中心軸(光軸A)的相反側，形成使 來自分色鏡27的光向中心軸側的斜下方反射的凹面形狀。在這樣的結構中，在拍攝被測定物W的圖像時，首先將被測定物W設 置在栽物臺20上。并且，從照明裝置22發(fā)射環(huán)狀光束，來照明被測定物W。 即，從LED25發(fā)射的光由分色鏡27反射，被反射向中心軸(光軸A)的相 反側，進而，該光由反射鏡26向中心軸側的斜下方反射，照射到被測定物W 上。由被測定物W反射的光通過物鏡13由CCD照相機14拍攝。來自CCD 照相機14的圖像數(shù)據(jù)由圖像處理部21進行圖像處理，例如，進行被測定物 W的邊緣、污物、瑕瘋的檢測或尺寸測定等的檢查。其中，通過改變向被測定物W的光的照射角度，能夠強調邊緣等的表面 形狀。因此，為了使朝向被測定對象的光的照射角度變更，使反射鏡26的位 置變化，例如，如圖IO所示，由于使分色鏡27和反射鏡26以相同速度移動， 不會改變反射鏡26上的光入射位置，所以，無法使對于被測定物W的光的 照射角度變化。對此，提案出如下技術，如圖ll所示，使分色鏡27和反射鏡26的位移 速度不同，使分色鏡27以比反射鏡26大的速度移動，伴隨著移動而使它們 的相對位置變化(文獻(日本國)特開昭62-168125號公報)。根據(jù)這樣的結構，由于伴隨著與分色鏡27的相對位置的變化，使反射鏡 26上的光的入射位置變化，所以能夠使對于被測定物W的光的照射角度變 化。并且，通過這樣改變對于被測定物W的光的照射角度，能夠強調被測定 物表面的形狀，能夠根據(jù)圖像數(shù)據(jù)高精度地檢測出邊緣位置或尺寸等。然而，要想如所述文獻中提出的使分色鏡27和反射鏡26以不同速度移 動，就需要使齒輪復雜組合的機構。因此，存在使照明裝置22大型化并且非 常耗費部件成本、組裝成本這樣的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種結構簡單、使向被測定物的光照射角度 變化的照明裝置。本發(fā)明提供一種照明裝置，其在對于被配置在拍攝裝置的光軸上的對象 物利用所述拍攝裝置進行拍攝時，用于照明所述對象物，從相對于所述光軸具有角度的方向將光照射到所述對象物上，其特征在于，包括發(fā)射光的光發(fā)射部、以及具有彼此的相對位置被固定化的多個光學部件的光學單元，所 述光發(fā)射部，其位置被固定并且向遠離所述光軸的方向發(fā)射光，所述光學單對位移，其至少具有一個光學部件，所述光學部件在其內(nèi)部使光反射，根據(jù) 相對所述光發(fā)射部的相對位移量來改變朝向所述對象物的光的照射角度，并 且根據(jù)光的入射位置的不同而使光的反射角不同。在這樣的結構中，由照明裝置照明對象物，用拍攝裝置拍攝對象物的表 面。首先，從光發(fā)射部發(fā)射光。由光學單元內(nèi)的多個光學部件使該光反射后 向對象物發(fā)射光。在此，為了強調對象物表面形狀，改變照射到對象物的光 的照射角度。此時，使光學單元相對于光發(fā)射部相對移動。于是，使來自光 發(fā)射部的光入射到光學單元的光入射位置不同。當在光學單元中光的入射位 置不同時，入射到規(guī)定的光學部件的光的入射位置也不同。通過根據(jù)向該光 學部件的光的入射位置不同而使光的反射方向不同，由此使從光學單元發(fā)射 的光的發(fā)射角度變化。即，當通過光學單元相對于光源相對移動而使得入射 到光學單元的光的光入射位置不同時，使光學單元向規(guī)定光學部件的光的入 射位置不同，光的反射方向就不同。這樣，通過使光學單元移動而改變向對 象物的光照射角度，在強調對象物表面形狀等的情況下，由拍攝裝置拍攝對象物。根據(jù)這樣的結構，在使相對對象物的光的照射角度變化時，由于只要使 光學單元相對光發(fā)射部相對位移即可，所以，能夠極其簡化使光學單元位移 的結構。目前，例如由于必須使兩個反射鏡以相互不同的速度移動，因此需 要復雜地使齒輪組合的結構，從而存在照明裝置大型化、制造成本增大這樣 的問題。對此，在本發(fā)明中，由于只要使光學單元位移即可，所以結構簡單， 能夠實現(xiàn)照明裝置的小型化及制造成本的降低。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述光學單元包括使來自所述光發(fā)射部的光 向所述光軸側反射的第一反射鏡部；使來自所迷第一反射鏡部的光向遠離所述光軸的方向反射的第二反射鏡部；使來自所述第二反射鏡部的光向所述對 象物反射的第三反射鏡部，所述第一反射鏡部、所述第二反射鏡部以及所述 第三反射鏡部相互的位置被固定，所述第一反射鏡部、第二反射鏡部及第三 反射鏡部中至少兩個形成有曲面，所述曲面根據(jù)光的入射位置的變化使光的 反射方向不同并且對于所述對象物的光的照射點不變。在這樣的結構中，來自光發(fā)射部的光在光學單元內(nèi)按照第一反射鏡部、 第二反射鏡部、第三反射鏡部的順序被反射，向對象物照射。當光學單元相 對于光發(fā)射部相對移動時，由于向第一反射鏡部的光的入射位置不同，所以， 按照第一反射鏡部、第二反射鏡部、第三反射鏡部的順序光入射時的各反射 鏡部上的光的入射位置不同。其中，第一反射鏡部、第二反射鏡部、第三反 射鏡部中的兩個以上形成有規(guī)定的曲面。如果只改變向對象物的光的照射角 度，只要有一個根據(jù)光的入射位置而使反射角度不同的曲面的反射面即可。然而，由于光的照射角度改變，所以向對象物的光的照射點變化，從而 產(chǎn)生由于改變光的照射角度而使照明度不同的問題。對此，在本發(fā)明中，將兩個以上的反射鏡部的反射面形成規(guī)定曲面，在 使反射角度變化的基礎上，抵消了由于反射角度不同帶來的光照射點的變化， 使光照射點不變。由此，由于通過使光學單元位移，使得向對象物的光的照射角度變化， 另一方面光照射點不變，所以，能夠以一定的照明度改變光的照射角度，強 調對象物的表面形狀等。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述第一反射鏡部及所述第二反射鏡部形成根 據(jù)光入射位置的變化而使光的反射方向不同的曲面，所述第三反射鏡部是平 面鏡。根據(jù)這種結構，在光學單元相對光發(fā)射部相對位移時，第一反射鏡部的 光的反射角度變化，使第二反射鏡部上的光的入射位置變化。進而，由于向 第二反射鏡部的光的入射位置變化，使得第二反射鏡部的光反射角度變化。 來自第二反射鏡部的光由第三反射鏡反射并照射到對象物上。在這樣的結構中，通過將第 一反射鏡部和第二反射鏡部形成規(guī)定曲面， 由此使向對象物的光照射角度變化，并且，光照射位置不變。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述第一反射鏡部和所述第三反射鏡部被一體化。在這樣的結構中，第 一反射鏡部和第三反射鏡部都比光發(fā)射部更遠離光 軸，并且，向光軸側反射光，從而能夠形成一體化。并且，通過使第一反射 鏡部和第三反射鏡部為一體的反射鏡，能夠減少光學單元的構成部件，能夠 使部件成本及組裝成本降低。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述光發(fā)射部具有使來自規(guī)定光源的光向遠離 所述光軸的方向反射的反射裝置。在這樣的結構中，從規(guī)定的光源發(fā)射的光由反射裝置向遠離光軸的方向 反射，入射到光學單元。根據(jù)這樣的結構，由于照明裝置本身不需要具有光 源，所以能夠使照明裝置小型化。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述光源是安裝了該照明裝置的測定機主體的 光源。在這樣的結構中，在照明裝置被安裝在圖像測定機等的測定裝置上的情 況下，由于圖像測定機具有光源，所以照明裝置只要利用來自所述光源的光 即可。根據(jù)這樣的結構，由于照明裝置本身不需要具有光源，所以能夠使照 明裝置小型化。本發(fā)明提供一種圖像測定裝置，其特征在于，具有所述照明裝置和安裝 了該照明裝置的測定機主體。根據(jù)這樣的結構，能夠獲得與所述發(fā)明相同的作用效果。即，通過用簡單、小型的照明裝置改變向對象物的光照射角度，由此能 夠強調對象物表面形狀等，來測定對象物。


圖1是表示本發(fā)明的照明裝置的一個實施方式的圖； 圖2是表示在所述實施方式中使反射鏡單元移動的狀態(tài)的圖； 圖3是用于說明確定內(nèi)側反射鏡形狀的方法的圖； 圖4是表示從內(nèi)側反射鏡到被測定物的鉛直距離h,處的6與光的照射角 度62的關系的一例的圖；圖5是表示本發(fā)明的變形例1的圖； 圖6是表示本發(fā)明的變形例2的圖；圖7是作為本發(fā)明的變形例表示發(fā)射環(huán)狀光束的照明裝置的圖； 圖8是作為本發(fā)明的背景技術表示圖像測定裝置整體結構的圖；圖9是作為本發(fā)明的背景技術表示圖像測定裝置內(nèi)部結構的圖； 圖10是表示以相同速度移動分色鏡和反射鏡的狀態(tài)的圖； 圖11是表示以不同速度移動分色鏡和反射鏡的狀態(tài)的圖。
具體實施方式
下面，圖示本發(fā)明的實施方式并參照附加給圖中各要素的標號進行說明。對本發(fā)明照明裝置的一個實施方式進行說明。圖1表示本發(fā)明照明裝置 的實施方式。該照明裝置100是向被測定物表面從斜向照射光的照明裝置， 例如，其被安裝在內(nèi)置于圖像測定機主體的拍攝裝置12周圍。例如，在圖1 中，照明裝置100與物鏡13鄰接配置。另外，本實施方式中，按照使光軸A為鉛直方向的方式設置物鏡13,在 該光軸A上配置作為測定對象的被測定物W,照明裝置100從被測定物W的 上方對被測定物W照射光。照明裝置100包括光源(光發(fā)射部)110、反射鏡單元(光學單元)120。 光源110位置被固定。另外，光源IIO在與光軸A正交的方向，向遠離光軸 A的方向發(fā)射光。反射鏡單元120包括外側反射鏡(光學部件)130、內(nèi)側反射鏡(光學 部件)140。外側反射鏡130和內(nèi)側反射鏡140相互的相對位置被固定，被單 元化。并且，反射鏡單元120可以在沿著光軸A的方向上位移，即，相對于光 源110可以上下移動。在反射鏡單元120中，在遠離光軸A側配置外側反射鏡130,在接近光 軸A側配置內(nèi)側反射鏡140。外側反射鏡130配置成使光反射面朝向光軸側，其包括自由曲面部131、 平面反射部132。在圖1中，在外側反射鏡130中，上側是自由曲面部131, 下側是平面反射部132。該自由曲面部131根據(jù)光的入射位置而光的反射方向不同。如果把反射光與水平面成的角稱為傾角則按照如下方式形成自由曲面(參照圖1、圖2)，即，在自由曲面部131中的下側反射光的情況下，傾角^變小，相反，在自由曲面部131中的上側反射光的情況下，傾角e, 變大。內(nèi)側反射鏡140配置成使光反射面141朝向光軸A相反側即外側反射鏡130—側，光反射面141形成自由曲面。該自由曲面根據(jù)來自外側反射鏡130 的光的入射位置，光的反射方向不同。如果把反射光與水平面成的角稱為傾 角62，則按照如下方式形成自由曲面，即，在來自外側反射鏡130的光入射 到自由曲面上側的情況下，傾角62變大，相反，在來自外側反射鏡130的光 入射到自由曲面下側的情況下，傾角62變小。其中，由作為外側反射鏡130上側的自由曲面部131構成第一反射鏡部， 由作為外側反射鏡130下側的平面部132構成第三反射鏡部，由內(nèi)側反射鏡 140構成第二反射鏡部。對從光源110發(fā)射的光照射到被測定物表面的光^各進行說明。在圖1中， 表示反射鏡單元120相對于光源位于上方且向被測定物W以大角度照射光的 例子。從光源110向與光軸A正交且遠離光軸A的方向發(fā)射光。從光源110發(fā) 射的光入射到作為外側反射鏡130上側的自由曲面部131,被反射。此時，光 入射到自由曲面中的下側，以小的傾角6 ,被反射。由自由曲面部131反射的 光朝向斜下方光軸A的方向前進，入射到內(nèi)側反射鏡140,被反射。此時， 由于在自由曲面部131下側以小的傾角6 j皮反射的光入射到內(nèi)側反射鏡140 上側，所以，從內(nèi)側反射鏡140以大的傾角6 2被反射。由內(nèi)側反射鏡140反 射的光向斜下方遠離光軸A的方向前進，入射到作為外側反射鏡130下側的 平面反射部132,被反射。然后，由平面反射部132反射的光照射到被測定物 表面。此時，由于來自內(nèi)側反射鏡140的反射光的傾角62大，所以，光以高 角度照射到被測定物W上。下面，對于使反射鏡單元120相對于光源110向下方移動而向被測定物 W以低角度照射光的例子進行說明(參照圖2)。從光源110發(fā)射的光入射到 外側反射鏡130的自由曲面部131, #:反射。此時，光入射到自由曲面中的上 側，以大的傾角6 ,被反射。由自由曲面部131反射的光入射到內(nèi)側反射鏡140 ， 被反射，在自由曲面部131的上側以大的傾角6 ^皮反射的光入射到內(nèi)側反射 鏡140的下側，所以，從內(nèi)側反射鏡140以小的傾角6 2被反射。由內(nèi)側反射 鏡140反射的光入射到作為外側反射鏡130下側的平面反射部132,被反射。 并且，由平面反射部132反射的光照射到被測定物表面。此時，由于來自內(nèi) 側反射鏡140的反射光的傾角62小，所以，光以低角度照射到被測定物W 上。進而，即使在使反射鏡單元120相對光源110相對移動的情況下，光的照射位置也不變。下面，參照圖3簡單說明確定內(nèi)側反射鏡140的自由曲面形狀的方法。在圖3中，作為與外側反射鏡130的自由曲面部131對應的部件配置第一反 射鏡部133,作為與內(nèi)側反射鏡140的自由曲面對應的部件配置第二反射鏡部 142,作為與外側反射鏡130的平面反射部132對應的部件配置第三反射鏡部 134。并且，在第一反射鏡部133的反射光的傾角是6 ,，并且對被測定物W 的光的照射角度是62的情況下，在距被測定物W的鉛直距離hl的第二反射 鏡部142的光反射點確定內(nèi)側反射鏡140 (第二反射4竟部142)相對于鉛直線 所成的角e。在圖3中，下式成立。整理該式得到下式。tan^2 =...(2)其中，e,、 62及6具有如下關系。(92 二《+26> …(3)由此，根據(jù)三角函數(shù)的加法定理，將式(2)如下展開。tan6>2 =tan(《+2(9)_ tan6\ +tan2<9 …(4)1 —t肌《tan26^因此，由式(2)和式(4)得出如下關系 tan 6\ + tan 29 — ^1 —tan6\ tan2(9 A+Z^ 整理式(5)，得出下式。(5)<formula>formula see original document page 12</formula> …(6)
并且，tan 6以下面的形式表示。<formula>formula see original document page 12</formula> (7)<formula>formula see original document page 12</formula> 其中 <formula>formula see original document page 12</formula>例如，圖4表示設L, = 35mm、 L2 = 15mm，在從內(nèi)側反射鏡140到被測 定物W的鉛直距離h,處的6與光的照射角度e 2的關系的 一例。根據(jù)具有這種結構的本實施方式，能夠獲得下面的效果。 (1 )在反射鏡單元120,外側反射鏡130和內(nèi)側反射鏡140被單元化， 在使對于被測定物W的光的照射角度變化時，只要使反射鏡單元120相對于 光源110相對位移即可。因此，能夠極其筒化使反射鏡單元120位移的結構。 例如，與現(xiàn)有的使齒輪復雜地組合并以彼此不同的速度移動兩個反射鏡的情 況相比，本實施方式的照明裝置100結構簡單，能夠實現(xiàn)小型化及制造成本 的降低。(2)由于將外側反射鏡130的自由曲面部131和內(nèi)側反射鏡140形成規(guī) 定的曲面，使向被測定物W的光照射角度變化，另一方面，光照射點不變， 所以，能夠以一定的照明度改變光的照射角度，強調被測定物W的表面形狀。(3 )作為外側反射鏡130而將第一反射鏡部133和第三反射鏡部134形 成一體的反射鏡，所以，能夠減少反射鏡單元120的構成部件，從而能夠降 低部件成本及組裝成本。(變形例1)參照圖5說明本發(fā)明的變形例1。變形例1的基本結構與所述實施方式相同，但在光發(fā)射部的結構上有特 征。即，光發(fā)射部包括鉛直向下發(fā)射光的光源110、作為向與光軸A大致 正交且遠離光軸A的方向反射來自該光源110的光的反射裝置的反射鏡150。 根據(jù)這樣的變形例l,由于沒有對于光源110的配置位置的限制，所以，設計自由度增大，從而能夠容易實現(xiàn)照明裝置100的小型化。 (變形例2)下面，參照圖6說明本發(fā)明的變形例2。變形例2的基本結構與所述實施方式相同，但在光發(fā)射部的結構上有特 征。即，發(fā)射光的光源為內(nèi)置在圖像測定機主體(參照背景技術的圖8)的光 源，用光纖等光導將來自該光源的光導入照明裝置100內(nèi)。并且，光發(fā)射部 具有作為向與光軸A大致正交且遠離光軸A的方向反射被導入的光的反射裝 置的反射鏡160。根據(jù)這樣的結構，由于照明裝置100本身可以不具有光源，所以能夠使 照明裝置100小型化。另外，本發(fā)明不限于所述實施方式，在能夠達到本發(fā)明目的的范圍內(nèi)的 變形、改進等都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在所述實施方式中，說明了從傾斜的一個方向照明被測定物W的例子， 但例如圖7所示，也可以是以物鏡13為中心環(huán)狀地構成的發(fā)射環(huán)狀光束的照 明裝置100。在所述實施方式中，以在拍攝裝置12側設置照明裝置，從拍攝裝置12 側照明的情況為例進行了說明，但也可以間隔被測定物W,而在拍攝裝置12 的相反側設置照明裝置，例如，可以將該照明裝置作為透過照明使用。此外，反射鏡單元可以手動上下移動，或者，可以利用電動機等的動力 使其位移。作為光學部件不限于反射鏡，例如也可以是棱鏡等。
權利要求
1、一種照明裝置，其在對于被配置在拍攝裝置的光軸上的對象物利用所述拍攝裝置進行拍攝時，用于照明所述對象物，從相對于所述光軸具有角度的方向將光照射到所述對象物上，其特征在于，包括發(fā)射光的光發(fā)射部、以及具有彼此的相對位置被固定化的多個光學部件的光學單元，所述光發(fā)射部，其位置被固定并且向遠離所述光軸的方向發(fā)射光，所述光學單元在與所述光發(fā)射部的光發(fā)射方向交叉的方向上能夠相對于所述光發(fā)射部相對位移，其至少具有一個光學部件，所述光學部件在其內(nèi)部使光反射，根據(jù)相對所述光發(fā)射部的相對位移量來改變朝向所述對象物的光的照射角度，并且根據(jù)光的入射位置的不同而使光的反射角不同。
2、 如權利要求1所述的照明裝置，其特征在于， 所述光學單元包括使來自所述光發(fā)射部的光向所述光軸側反射的第一反射鏡部； 使來自所述第 一反射鏡部的光向遠離所述光軸的方向反射的第二反射 4竟部；以及使來自所述第二反射鏡部的光向所述對象物反射的第三反射鏡部， 所述第一反射鏡部、所述第二反射鏡部以及所述第三反射鏡部相互的位 置被固定，所述第一反射鏡部、第二反射鏡部及第三反射鏡部中至少兩個形成有曲 面，所述曲面根據(jù)光的入射位置的變化使光的反射方向不同并且對于所述對 象物的光的照射點不變。
3、 如權利要求2所述的照明裝置，其特征在于，所述第一反射鏡部和所述第二反射鏡部形成為根據(jù)光入射位置的變化 而使光的反射方向不同的曲面， 所述第三反射鏡部是平面鏡。
4、 如權利要求2所述的照明裝置，其特征在于， 所述第 一反射鏡部和所述第三反射鏡部被一體化。
5、 如權利要求1到權利要求4中任何一項所述的照明裝置，其特征在所述光發(fā)射部具有使來自規(guī)定光源的光向遠離所述光軸的方向反射的 反射裝置。
6、 如權利要求5所述的照明裝置，其特征在于， 所述光源是安裝有所述照明裝置的測定機主體的光源。
7、 一種圖像測定裝置，其包括權利要求1到權利要求6中任何一項所述的照明裝置；以及 安裝有所述照明裝置的測定機主體。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明裝置及圖像測定裝置。光源(110)，其位置被固定，并且向遠離物鏡的光軸(A)的方向發(fā)射光。具有外側反射鏡(光學部件)(130)和內(nèi)側反射鏡(光學部件)(140)。外側反射鏡(130)和內(nèi)側反射鏡(140)相互的相對位置被固定而形成單元化。并且，反射鏡單元(120)可以沿光軸(A)的方向位移，即，相對于光源(110)可以上下移動。外側反射鏡(130)的自由曲面部(131)和內(nèi)側反射鏡(140)的反射面根據(jù)光入射位置而光的反射方向不同。
文檔編號G03B15/02GK101251709SQ20081008048
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權日2007年2月20日
發(fā)明者下川清治, 長濱龍也 申請人:三豐株式會社