(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物をストロボ照明する照明装置において、
複数のストロボ光源と、
これら複数のストロボ光源の発光タイミングを制御するトリガ発信部と、
光入力側が前記複数のストロボ光源に対応して複数に分岐され各ストロボ光源からの光が入力される複数の入力部およびこれら入力部に入力された光を同軸で出力する単一の出力部を有する導光路と、を備え、
前記トリガ発信部は、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ互いに位相をずらして発光させる発光周波数モードと、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ互いに同じタイミングで発光させる光量モードとのいずれかを選択可能に構成されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記導光路は、複数の入力部と、１つの出力部とを有するバンドルファイバによって構成されている、ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
被測定物を載置するステージと、
このステージに載置された被測定物にストロボ照明を照射する照明装置と、
前記ステージに対向して配置された撮像手段と、
前記ステージと前記撮像手段とを相対移動させる相対移動機構とを備えた画像測定機において、
前記照明装置が、請求項１または請求項２に記載の照明装置によって構成されている、ことを特徴とする画像測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置およびこれを用いた画像測定機に関する。詳しくは、被測定物に対してストロボ照明を行う照明装置およびこれを用いた画像測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動する物体の画像を取得する方法として、カメラの露光時間中にストロボ光源を複数回発光させ、その発光中の複数の像（異なる時刻の像）を１枚の画像に収める方法や、カメラとストロボ照明とを同期させて複数の画像を取得する方法などが知られている。
例えば、ステージに載置された被測定物の画像をカメラで撮像し、この画像から被測定物の形状や寸法などを測定する画像測定機においても、カメラとステージとの相対移動中に、被測定物にストロボ照明を照射して相対移動中の画像を取得する方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３７２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、取得する物体の画像によっては、ストロボ光源の光量を維持しつつ、発光周波数を上げたい場合（例えば、高速移動する物体の画像を取得する場合）や、あるいは、発光周波数を維持したまま、ストロボ光源の光量を増大させたい場合（低速移動あるいは静止する物体で、物体の表面性状などによって光量を増大させたい場合）などがある。
一般に、ストロボ光源として用いられるＸｅフラッシュ光源では、発光周波数を上げると光量は減少する傾向にあるため、つまり、発光周波数と光量とはトレードオフの関係となるため、上述した要求を満足させることは難しい。なかには、発光周波数・光量ともに高い性能を持つストロボ光源も開発されているが、非常に高価である。
【０００５】
本発明の目的は、安価にして、上述した要求に応えることができる照明装置およびこれを用いた画像測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の照明装置は、被測定物をストロボ照明する照明装置において、複数のストロボ光源と、これら複数のストロボ光源の発光タイミングを制御するトリガ発信部と、光入力側が前記複数のストロボ光源に対応して複数に分岐され各ストロボ光源からの光が入力される複数の入力部およびこれら入力部に入力された光を同軸で出力する単一の出力部を有する導光路と、を備え、前記トリガ発信部は、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ互いに位相をずらして発光させる発光周波数モードと、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ互いに同じタイミングで発光させる光量モードとのいずれかを選択可能に構成されたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、複数のストロボ光源からの光は、導光路のそれぞれの入力部から入力されたのち、導光路の単一の出力部から同軸な光として出力される。
トリガ発信部において、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ位相をずらして発光させると、導光路の出力部から出射される光の発光周波数を、単一のストロボ光源の発光周波数に対して高くできる。つまり、光量は単一のストロボ光源の光量を維持したまま、発光周波数を、単一のストロボ光源の発光周波数に対して高くすることができる。
例えば、複数のストロボ光源をｎ個とし、トリガ発信部から周波数ｆでかつ位相φが２π／ｎだけずらしたトリガ信号を複数のストロボ光源に入力して、ｎ個のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ位相を２π／ｎだけずらして発光させると、光量は単一のストロボ光源からの光量を維持したまま、発光周波数をｎ・ｆに高めることができる。
【０００９】
また、トリガ発信部において、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ同じタイミングで発光させると、導光路の出力部から出射される光の光量は、単一のストロボ光源からの光量に対して増大させることができる。つまり、発光周波数は単一のストロボ光源の発光周波数を維持したまま、光量は複数のストロボ光源の光量の総和となるから、光量を単一のストロボ光源からの光量に対して増大させることができる。
例えば、複数のストロボ光源をｎ個とし、トリガ発信部から周波数ｆでかつ同じタイミングのトリガ信号をストロボ光源に入力して、ｎ個のストロボ光源を同じタイミングで発光させると、発光周波数は単一のストロボ光源の発光周波数を維持したまま、光量を単一のストロボ光源からの光量に対してｎ倍に増大させることができる。
【００１０】
従って、発光周波数・光量ともに高い性能を持つ高価なストロボ光源を用いなくても、比較的安価なストロボ光源を用いて、光量を維持しつつ、発光周波数を上げたい場合や、発光周波数を維持したまま、ストロボ照明の光量を増大させたい場合などの要求に応えることができる。
【００１１】
本発明の照明装置において、前記導光路は、複数の入力部と、１つの出力部とを有するバンドルファイバによって構成されている、ことが好ましい。
これには、光ファイバ素線を複数本（例えば、数十、数百本）束ね、入力側をストロボ光源の数に対応する束の入力部に分岐することにより構成できる。出力部については、複数の入力部からの光ファイバ素線が均等に分布するように配置するのが好ましい。
このような構成のバンドルファイバを用いれば、安価に構成できる利点がある。
【００１２】
本発明の画像測定機は、被測定物を載置するステージと、このステージに載置された被測定物にストロボ照明を照射する照明装置と、前記ステージに対向して配置された撮像手段と、前記ステージと前記撮像手段とを相対移動させる相対移動機構とを備えた画像測定機において、前記照明装置が、上記のいずれかに記載の照明装置によって構成されている、ことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、照明装置のトリガ発信部において、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ位相をずらして発光させると、単一のストロボ光源からの光量を維持したまま、発光周波数が単一のストロボ光源の発光周波数に対して高いストロボ照明を行うことができる。従って、相対移動機構によって、ステージと撮像手段とを高速で移動させながら高スループットで測定を行うことができる。
また、照明装置のトリガ発信部において、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ同じタイミングで発光させると、単一のストロボ光源の発光周波数を維持したまま、導光路の出力部からの光量を単一のストロボ光源の光量に対して増大させることができる。従って、相対移動機構によって、ステージと撮像手段とを低速移動あるいは静止させた状態において、光量が必要とされる被測定物の表面性状などを高精度に撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る照明装置を適用した画像測定機を示す概略図。
【図２】同上実施形態において、照明装置を示す図。
【図３】同上実施形態において、照明装置のバンドルファイバの出力部を示す図。
【図４】同上実施形態において、照明装置の出力部からの出力波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の照明装置およびこれを適用した画像測定機の例を図面に基づいて説明する。
＜画像測定機の構成（図１参照）＞
本実施形態の画像測定機は、図１に示すように、被測定物を載置するステージ１０と、このステージ１０に載置された被測定物Ｗの画像を撮像する撮像ユニット２０と、ステージ１０と撮像ユニット２０とを相対移動させる相対移動機構４０と、この相対移動機構４０の動作を制御するとともに、撮像ユニット２０によって撮像された画像を取り込み、その画像を処理して被測定物Ｗの寸法や形状などを求める制御装置５０と、この制御装置５０によって得られた測定結果などを表示する表示装置６０とを備える。
【００１６】
撮像ユニット２０は、ステージ１０に対向配置された対物レンズ２１と、この対物レンズ２１の光軸上に配置されたハーフミラー２２および撮像手段としてのＣＣＤカメラ２３と、ハーフミラー２２にストロボ照明を入射する照明装置３０とを含んで構成され、相対移動機構４０によって、ステージ１０に対して三次元方向（図１において、左右方向、前後方向および上下方向）へ相対移動される。
なお、撮像ユニット２０が三次元方向へ移動する構成に限らず、ステージ１０が三次元方向、あるいは、三次元方向の１または２軸方向へ移動してもよい。要は、ステージ１０と撮像ユニット２０とが三次元方向へ相対移動できればよい。
【００１７】
＜照明装置の構成（図２，３，４参照）＞
照明装置３０は、図２に示すように、複数（本実施形態では２個）のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂと、これら複数のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂの発光タイミングを制御するトリガ発信部３２と、各ストロボ光源３１Ａ，３１Ｂが発光する光を集光する集光レンズ３３Ａ，３３Ｂと、この各集光レンズ３３Ａ，３３Ｂで集光された光を入力し同軸の光として出力する導光路３４とを備えて構成されている。
【００１８】
ストロボ光源３１Ａ，３１Ｂは、内部構造を省略したが、電源部（ジェネレータ部）と発光部（フラッシュヘッド部）とにより構成されている。
電源部では、ＡＣ１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源を直流に整流したのち、おおよそ、６００Ｖ〜９００Ｖまで昇圧し、コンデンサ（蓄電器）に電気エネルギーとして蓄えておく。トリガ発信部３２からトリガ信号が与えられると、コンデンサ（蓄電器）に蓄えた電気エネルギーを発光部に放電する。これにより、発光部によってストロボ照明が発光される。
【００１９】
導光路３４は、光入力側が複数のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂに対応して複数（２つ）に分岐され各ストロボ光源３１Ａ，３１Ｂからの光が入力される複数（２つ）の入力部３４Ａ,３４Ｂおよびこれら入力部３４Ａ，３４Ｂに入力された光を同軸で出力する単一の出力部３４Ｃを有する。
具体的には、光ファイバ素線を複数本（例えば、数十、数百本）束ね、光入力側をストロボ光源３１Ａ,３１Ｂの数に対応する束の入力部３４Ａ,３４Ｂに分岐したバンドルファイバ３５によって構成されている。出力部３４Ｃについては、図３に示すように、複数の入力部３４Ａ,３４Ｂからの光ファイバ素線が均等に分布するように配置されている。
【００２０】
トリガ発信部３２では、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを同じ発光周波数でかつ位相をずらして発光させるモード（発光周波数モード）と、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを同じ発光周波数でかつ同じ位相（同じタイミング）で発光させるモード（光量モード）とのいずれか選択できるようになっている。
【００２１】
発光周波数モードにおいて、トリガ発信部３２から、周波数ｆで位相φがπだけずれたトリガ信号をストロボ光源３１Ａ,３１Ｂに入力すると、図４に示すように、バンドルファイバ３５の出力部３４Ｃから出射される光の発光周波数を、ストロボ光源３１Ａ，３１Ｂの発光周波数の２倍にすることができる。つまり、光量は単一のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂからの光量を維持したまま、発光周波数を単一のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂの発光周波数の２倍にすることができる。
光量モードにおいて、トリガ発信部３２から、周波数ｆでかつ位相φが同位相のトリガ信号をストロボ光源３１Ａ，３１Ｂに入力すると、バンドルファイバ３５の出力部３４Ｃから出射される光の光量を、単一のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂの光量に対して２倍にすることができる。つまり、発光周波数はストロボ光源３１Ａ,３１Ｂの発光周波数に維持されたまま、バンドルファイバの出力部３４Ｃから出射される光の光量を、単一のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂの光量に対して２倍にすることができる。
【００２２】
＜実施形態の効果＞
（１）照明装置３０は、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂと、これら複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂの発光タイミングを制御するトリガ発信部３２と、光入力側が複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂに対応して複数に分岐され各ストロボ光源３１Ａ,３１Ｂからの光が入力される複数の入力部３４Ａ,３４Ｂおよびこれら入力部３４Ａ,３４Ｂに入力された光を同軸で出力する単一の出力部３４Ｃを有する導光路３４とを備え、トリガ発信部３２において、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを同じ発光周波数でかつ位相をずらして発光させるモード（発光周波数モード）と、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを同じ発光周波数でかつ同じタイミングで発光させるモード（光量モード）とを選択できるようにしたので、測定条件などによってストロボ照明を使い分けできる。
【００２３】
（２）トリガ発信部３２において、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを同じ発光周波数でかつ位相をずらして発光させることにより、導光路３４の出力部３４Ｃからの光の発光周波数を単一のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂからの発光周波数に対して高めることができる。
（３）トリガ発信部３２において、複数のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを同じ発光周波数でかつ同じタイミングで発光させることにより、導光路３４の出力部３４Ｃから出射される光の光量を単一のストロボ光源３１Ａ,３１Ｂからの光量に対して増大させることができる。
（４）従って、発光周波数・光量ともに高い性能を持つ高価なストロボ光源を用いなくても、比較的安価なストロボ光源を用いて、光量を維持しつつ、発光周波数を上げたい場合や、発光周波数を維持したまま、ストロボ照明の光量を増大させたい場合などの要求に応えることができる。
【００２４】
（５）導光路３４が、複数の入力部３４Ａ,３４Ｂと、１つの出力部３４Ｃとを有するバンドルファイバ３５によって構成されているから、安価に構成できる利点がある。
【００２５】
（６）画像測定機によれば、照明装置３０のトリガ発信部３２において、複数のストロボ光源を同じ発光周波数でかつ位相をずらして発光させると、単一のストロボ光源からの光量が維持されたまま、発光周波数が高いストロボ照明を行うことができる。従って、相対移動機構４０によって、ステージ１０と撮像ユニット２０とを高速で移動させながら高スループット測定を行うことができる。
また、照明装置３０のトリガ発信部３２において、複数のストロボ光源３１Ａ，３１Ｂを同じ周波数でかつ同じタイミングで発光させると、発光周波数が維持されたまま、導光路３４の出力部３４Ｃからの光量を増大させることができる。従って、相対移動機構４０によって、ステージ１０と撮像ユニット２０とを低速移動あるいは静止させた状態において、光量が必要とされる被測定物の表面性状などを高精度に撮像することができる。  
【００２６】
＜変形例＞
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
【００２７】
上記実施形態の照明装置３０では、２つのストロボ光源３１Ａ,３１Ｂを備えた例について説明したが、３つ以上のストロボ光源を備えた照明装置であってもよい。この場合、ストロボ光源の数をｎ個とすると、バンドルファイバ３５の入力部もｎ個の入力部に分岐すればよい。
また、トリガ発信部３２からのトリガ信号については、発光周波数モードでは、周波数ｆで位相φがπ／ｎだけずれたトリガ信号を、光量モードでは、周波数ｆで位相φが同位相のトリガ信号をストロボ光源に入力するようにすればよい。
【００２８】
上記実施形態の照明装置３０では、導光路３４として、光ファイバ素線を複数本（例えば、数十、数百本）束ね、光入力側をストロボ光源３１Ａ,３１Ｂの数に対応する束の入力部３４Ａ,３４Ｂに分岐したバンドルファイバ３５を用いたが、これに限られない。例えば、光ファイバの束を出力側で溶融接合した光ファイバカプラなどでもよい。
【００２９】
上記実施形態の画像測定機では、照明装置３０を落射照明に適用した例について説明したが、これに限られない。例えば、被測定物Ｗに対して斜め上からストロボ照明を照射するリング照明や、被測定物Ｗに対して下からストロボ照明を照射する透過照明などにも適用できるとともに、これらの組み合わせの照明装置にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、画像から被測定物の寸法や形状などを測定する画像測定機のほかに、物体の像を取得し、画像処理する技術分野などにも利用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１０…ステージ、
２３…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、
３０…照明装置、
３１Ａ，３１Ｂ…ストロボ光源、
３２…トリガ発信部、
３４…導光路、
３４Ａ，３４Ｂ…入力部、
３４Ｃ…出力部、
３５…バンドルファイバ、
４０…相対移動機構。
【図１】
0005536569.tif 000002
【図２】
0005536569.tif 000003
【図３】
0005536569.tif 000004
【図４】
0005536569.tif 000005