(57)【要約】【課題】簡易な構成で照明光を切り替えることができる照明装置を提供すること。【解決手段】照明装置１００は、ＬＥＤ１、入力側光学系２、光ファイバ３及び焦点距離可変レンズ１０を有する。入力側光学系２は、ＬＥＤ１から放射される光を集光する。光ファイバ３は、照明光を出力する。焦点距離可変レンズ１０は、入力側光学系２と光ファイバ３との間に挿入され、光ファイバ３に入力するＬＥＤ１から放射される光の照度を変化させる。【選択図】図１
2013239251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源と、
前記第１の光源から放射される第１の光を集光する第１の光学系と、
照明光を出力する第１の光導波路と、
前記第１の光学系と前記第１の光導波路との間に挿入され、前記第１の光導波路に入力する前記第１の光の照度を変化させる減光手段と、を備える、
照明装置。
【請求項２】
第２の光源と、
前記第２の光源から放射される第２の光を集光する第２の光学系と、
照明光を出力する第２の光導波路と、を更に備え、
前記減光手段は、前記第２の光学系と前記第２の光導波路との間に挿入され、前記第２の光導波路に入力する前記第２の光の照度を変化させる、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の光学系と前記減光手段との間に挿入され、前記第１及び第２の光を前記減光手段に入射させる第３の光学系と、
前記減光手段を透過した前記第１の光を前記第１の導波路に入射させ、前記減光手段を透過した前記第２の光を前記第２の導波路に入射させる第４の光学系と、を更に備える、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記減光手段は、焦点距離可変レンズである、
請求項２又は３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記焦点距離可変レンズは、外部からの制御信号に応じて焦点距離を変化させることより、前記第１及び第２の光導波路の入射端面における前記第１及び第２の光のビーム面積を、前記第１及び第２の光導波路のコア面積よりも広くする、
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記焦点距離可変レンズは、焦点距離を前記焦点距離可変レンズと前記第１及び第２の光導波路の前記入射端面との間の距離よりも短くすることにより、前記第１及び第２の光導波路の前記入射端面における前記第１及び第２の光の前記ビーム面積を、前記第１及び第２の光導波路の前記コア面積よりも広くする、
請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記焦点距離可変レンズは、２段階以上の多段階で焦点距離を変化させる、
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記焦点距離可変レンズは、焦点距離を連続的に変化させる、
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記減光手段は、ズームレンズ、ＮＤフィルタ又は液晶素子である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第１及び２の光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２の光導波路は、光ファイバである、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明装置に関し、例えば、光学観察に用いられる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的計測の分野では、近年の測定ワークの拡大に伴って、計測システム用の照明装置に対する高輝度化が望まれてきている。照明装置の高輝度化に対応するためには、光源として、高輝度化が進んでいるハイパワーＬＥＤ（Light Emitting Diode）や高出力のハロゲンランプ（１５０Ｗ〜２００Ｗ程度）などを利用する手法がある。しかし、ハイパワーＬＥＤやハロゲンランプを使用する場合、光源からの発熱が計測の精度に与える影響に注意する必要がある。
【０００３】
例えば、画像測定機などでは、照明装置を、測定機本体に直接搭載する場合がある。しかし、高輝度光源は発熱量が大きいので、位置誤差の発生を避けるため、発熱の影響を抑える必要が有る。そのため、高輝度光源を測定機本体から離れた位置に配置し、光ファイバにより照明光を測定機本体に導く必要がある。
【０００４】
照明装置の一例として、面状の照射領域において色むらを生じない面状照明装置が提案されている（特許文献１）。この面状照明装置は、波長の異なる複数のレーザ光を、光ファイバを用いて照射領域に導く。光ファイバの入射側では、レーザ光のそれぞれに対して、異なる開口数の光学系が設けられている。このような構成により、面状の照射領域での色むら発生を防止することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６６４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、発明者は、上述の手法には、以下の問題点が有ることを見出した。計測システム用の測定機では、測定ワークの反射率や透過率の相違により、照明光の照度を切り替えなければならない場合がある。ところが、光源にＬＥＤなどを用いている場合には、照度を下げるために、ＬＥＤへの印可電圧を下げると、ＬＥＤからの光出力が不安定になることが有る。このため、照明光のちらつきなどが生じ、照明光の品質が低下する。
【０００７】
従って、照明光の照度を安定的に切り替えるには、切り替える照度ごとに照明装置を用意しなければならない。その結果、計測システム用の測定機の大型化、コスト上昇を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様である照明装置は、第１の光源と、前記第１の光源から放射される第１の光を集光する第１の光学系と、照明光を出力する第１の光導波路と、前記第１の光学系と前記第１の光導波路との間に挿入され、前記第１の光導波路に入力する前記第１の光の照度を変化させる減光手段と、を備えるものである。
【０００９】
本発明の第２の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、第２の光源と、前記第２の光源から放射される第２の光を集光する第２の光学系と、照明光を出力する第２の光導波路と、を更に備え、前記減光手段は、前記第２の光学系と前記第２の光導波路との間に挿入され、前記第２の光導波路に入力する前記第２の光の照度を変化させるものである。
【００１０】
本発明の第３の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記第１及び第２の光学系と前記減光手段との間に挿入され、前記第１及び第２の光を前記減光手段に入射させる第３の光学系と、前記減光手段を透過した前記第１の光を前記第１の導波路に入射させ、前記減光手段を透過した前記第２の光を前記第２の導波路に入射させる第４の光学系と、を更に備えるものである。
【００１１】
本発明の第４の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記減光手段は、焦点距離可変レンズであるものである。
【００１２】
本発明の第５の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記焦点距離可変レンズは、外部からの制御信号に応じて焦点距離を変化させることより、前記第１及び第２の光導波路の入射端面における前記第１及び第２の光のビーム面積を、前記第１及び第２の光導波路のコア面積よりも広くするものである。
【００１３】
本発明の第６の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記焦点距離可変レンズは、焦点距離を前記焦点距離可変レンズと前記第１及び第２の光導波路の前記入射端面との間の距離よりも短くすることにより、前記第１及び第２の光導波路の前記入射端面における前記第１及び第２の光の前記ビーム面積を、前記第１及び第２の光導波路の前記コア面積よりも広くするものである。
【００１４】
本発明の第７の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記焦点距離可変レンズは、２段階以上の多段階で焦点距離を変化させるものである。
【００１５】
本発明の第８の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記焦点距離可変レンズは、焦点距離を連続的に変化させるものである。
【００１６】
本発明の第９の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記減光手段は、ズームレンズ、ＮＤフィルタ又は液晶素子であるものである。
【００１７】
本発明の第１０の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記第１及び２の光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であるものである。
【００１８】
本発明の第１１の態様である照明装置は、上記の照明装置であって、前記第１及び第２の光導波路は、光ファイバであるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡易な構成で照明光を切り替えることができる照明装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１にかかる照明装置１００が組み込まれる計測システム１０００の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる照明装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】ＬＥＤ１の像と光ファイバ３のコアとの関係を示す図である。
【図４】高照度の照明光を出力する場合の照明装置１００を模式的に示すブロック図である。
【図５】低照度の照明光を出力する場合の照明装置１００を模式的に示すブロック図である。
【図６】実施の形態２にかかる照明装置２００の構成を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２３】
実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる照明装置１００について説明する。照明装置１００は、例えば、計測システムに組み込まれ、測定機に照明光を出力する。図１は、実施の形態１にかかる照明装置１００が組み込まれる計測システム１０００の構成例を模式的に示す斜視図である。照明装置１００は、光ファイバ１０２を介して、測定機１０１と接続される。そして、照明装置１００は、光ファイバ１０２を介して、照明光１０３を、測定機１０１に出力する。なお、図１では、光ファイバは１本のみ表示しているが、複数の光ファイバを有する構成とすることを妨げるものではない。
【００２４】
図２は、実施の形態１にかかる照明装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。照明装置１００は、ＬＥＤ１、入力側光学系２、焦点距離可変レンズ１０及び光ファイバ３を有する。ＬＥＤ１は、例えば白色ＬＥＤであり、照明装置１００の光源として光を放射する。光ファイバ３は、前述の光ファイバ１０２に相当する。
【００２５】
入力側光学系２は、ＬＥＤ１と焦点距離可変レンズ１０との間に挿入される。一般に、ＬＥＤから放射される光は、大きな放射角（例えば、１２０°程度）を有する。入力側光学系２は、ＬＥＤ１から大きな放射角で放射される光Ｌ１を集光し、焦点距離可変レンズ１０へ向けて出射させる。これにより、ＬＥＤ１から放射される光Ｌ１を高効率で光ファイバ３に導くことができる。この際、光ファイバ３に効率的に光Ｌ１を導くには、入力側光学系２によるＬＥＤ１の像の大きさは、光ファイバ３のコア内に収まることが望ましい。図３は、ＬＥＤ１の像と光ファイバ３のコアとの関係を示す図である。図３に示すように、より望ましくは、矩形状のＬＥＤ１の像５０に対して、光ファイバ３のコアが内接することが好ましい。
【００２６】
焦点距離可変レンズ１０は、例えば外部からの制御信号Ｓ１により、焦点距離を変化させることができるレンズである。具体的には、焦点距離可変レンズ１０は、外部からの制御信号Ｓ１に応じて、レンズ内部に充填された流体の圧力を変化させることで、レンズの曲率を変化させる。これにより、焦点距離可変レンズ１０は、焦点距離を変化させることが可能である。焦点距離可変レンズ１０は、ＬＥＤ１から放射された光Ｌ１を、光ファイバ３に入射させる。光ファイバ３は、入力した光Ｌ１を、照明光として外部の測定機（図示せず）などに導く。
【００２７】
照明装置１００は、測定ワークの相違により、光源であるＬＥＤ１の光出力を変えることなく、出力する照明光の照度を変化させることができる。具体的には、照明装置１００は、焦点距離可変レンズ１０の焦点距離を変化させて、照明光の照度を変化させる。
【００２８】
図４は、高照度の照明光を出力する場合の照明装置１００を模式的に示すブロック図である。この場合、焦点距離可変レンズ１０は、焦点距離を大きくする。これにより、光ファイバ３の端部における光Ｌ１のビーム径が、光ファイバ３のコア径と等しくなる。これにより、光Ｌ１は高効率に光ファイバ３に入射する。
【００２９】
図５は、低照度の照明光を出力する場合の照明装置１００を模式的に示すブロック図である。この場合、焦点距離可変レンズ１０は、焦点距離を小さくする。すると、光Ｌ１は、光ファイバ３の手前で焦点を結んだ後、拡散する。これにより、光ファイバ３の端部における光Ｌ１のビーム径は、光ファイバ３のコア径よりも広がる。これにより、光Ｌ１の一部のみが光ファイバ３に入射し、出力される照明光の照度は、図４の場合と比べて低くなる。
【００３０】
換言すれば、照明装置１００は、ＬＥＤ１と光ファイバ３との間に、焦点距離可変レンズ１０で構成される減光手段を動作させることにより、出力される照明光の照度を変化させることができる。なお、上記では、焦点距離可変レンズ１０は焦点距離を２段階に変化させているが、３段階以上の多段階で変化させてもよい。この場合、照度を多段階で設定することができる。更に、焦点距離可変レンズ１０は、焦点距離を連続的に変化させてもよい。これにより、照度を任意の値に設定することも可能である。
【００３１】
以上のように、照明装置１００は、光源であるＬＥＤ１の光出力を変えることなく、減光手段である焦点距離可変レンズ１０を動作させるのみで、出力される照明光の照度を切り替えることが可能である。
【００３２】
さらに、焦点距離可変レンズ１０は、駆動部品を有しないので、駆動部品の摩耗などによる機械的劣化は生じない。そのため、照明装置１００は、長期信頼性の点で有利である。また、駆動部品や駆動制御用の電子回路などが必要ないので、小型化の点でも有利である。
【００３３】
また、焦点距離可変レンズ１０は、制御信号に追随して、高速に焦点距離を変えることができる。このため、照明装置１００は、駆動部品を有するような一般的な減光手段と比べて、より高速に照度の切り替えを行うことが可能である。
【００３４】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる照明装置２００について説明する。計測システム用の測定機では、測定ワークによっては、落射照明や透過照明など、照明方法を切り替えなければならない場合がある。照明装置２００は、このように、複数の照明方法に対応可能な照明装置として構成される。照明装置２００は、実施の形態１にかかる照明装置１００の変形例であり、光源用のＬＥＤ、入力側光学系及び光ファイバを複数有する。図６は、実施の形態２にかかる照明装置２００の構成を模式的に示すブロック図である。図６では、照明装置２００が光源用のＬＥＤ、入力側光学系及び光ファイバを２つずつ有する例について示している。照明装置２００は、ＬＥＤ１１及び１２、入力側光学系２１及び２２、光ファイバ３１及び３２、両凸レンズ４１及び４２、焦点距離可変レンズ１０を有する。光ファイバ３１及び３２は、前述の光ファイバ１０２に相当する。
【００３５】
ＬＥＤ１１及び１２は、例えば白色ＬＥＤであり、照明装置２００の光源として光を放射する。例えば、ＬＥＤ１１は落射照明用の光源であり、ＬＥＤ１２は透過照明用の光源である。
【００３６】
入力側光学系２１は、ＬＥＤ１１と両凸レンズ４１との間に挿入される。入力側光学系２２は、ＬＥＤ１２と両凸レンズ４１との間に挿入される。入力側光学系２１及び２２は、照明装置１００と同様の原理で、ＬＥＤ１１から放射される光Ｌ１１及びＬＥＤ１２からら放射される光Ｌ１２を、高効率に光ファイバ３１及び３２のそれぞれへ導くことができる。これにより、光源として、様々な大きさや放射角を有するＬＥＤに対応することが可能となる。
【００３７】
両凸レンズ４１は、ＬＥＤ１１からの光Ｌ１１及びＬＥＤ１２からの光Ｌ１２を屈折させる。これにより、光Ｌ１１及びＬ１２は、焦点距離可変レンズ１０に入射する。焦点距離可変レンズ１０については、照明装置１００と同様であるので、説明を省略する。
【００３８】
両凸レンズ４２は、焦点距離可変レンズ１０から出射した光Ｌ１１及びＬ１２を屈折させる。これにより、ＬＥＤ１１からの光Ｌ１１は光ファイバ３１へ入射し、ＬＥＤ１２からの光Ｌ１２は光ファイバ３２へ入射する。
【００３９】
照明装置２００は、上記構成により、単一の測定機に落射照明や透過照明などの複数の照明光を提供することができる。かつ、照明装置２００は、光源であるＬＥＤ１１及び１２の光出力を変えることなく、減光手段である焦点距離可変レンズ１０を１つ設けるのみで、各照明光の照度を変化させることができる。これにより、照明光毎に減光手段を設ける必要が無く、複数照明光の照度切り替えが可能な小型の照明装置を提供することができる。
【００４０】
さらに、焦点距離可変レンズ１０は、照明装置１００と同様に、駆動部品を有しないので、駆動部品の摩耗などによる機械的劣化は生じない。そのため、照明装置２００は、長期信頼性の点で有利である。また、駆動部品や駆動制御用の電子回路などが必要ないので、小型化の点でも有利である。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、焦点距離可変レンズを有する照明装置について説明したが、減光手段は、焦点距離可変レンズに限られない。例えば、ズームレンズやＮＤフィルタを減光手段として用いることも可能である。この場合、制御信号により、ズームレンズの焦点距離を変化させることが可能である。また、制御信号に応じて、光路上にＮＤフィルタを抜き差しすることで、照明光の照度を変化させることができる。他にも、焦点距離可変レンズの代わりに液晶素子を挿入してもよい。液晶の透過率を変化させることで、液晶素子を減光手段として用いることも可能である。
【００４２】
焦点距離可変レンズ１０について、外部からの制御信号に応じて、レンズ内部に充填された流体の圧力を変化させることで、レンズの曲率を変化させ、焦点距離を変化させる例について説明したが、これは一例に過ぎない。例えば、電気光学結晶を硝材として用いたレンズに電圧を印可して電気光学結晶の屈折率を変化させることにより、焦点距離を変化させる焦点距離可変レンズを適用することもできる。すなわち、モータなどの駆動部品を用いた機械的駆動を行わずとも、制御信号を与えることにより、焦点距離を変化させることが可能なレンズを、焦点距離可変レンズとして用いることが可能である。
【００４３】
上述の実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いる場合について説明したが、高出力ハロゲンランプなど、他の光源を用いることも可能である。
【００４４】
実施の形態２にかかる照明装置２００は、光源のＬＥＤ、入力側光学系、光ファイバを２つずつ有する場合について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、光源のＬＥＤ、入力側光学系、光ファイバを３つ以上有する構成とすることも可能である。
【００４５】
実施の形態２にかかる照明装置２００は、焦点距離可変レンズ１０により、それぞれの光源ＬＥＤごとに、適切な焦点距離を設定することも可能である。また、光源ＬＥＤを複数有する場合には、同じＬＥＤを用いてもよいし、大きさや放射波長の異なるＬＥＤを用いることも可能である。さらに、入力側光学系を複数有する場合には、同じ構成の入力側光学系を用いてもよいし、それぞれの入力側光学系の開口数を異ならせることも可能である。
【００４６】
また、上述の実施の形態において、光ファイバの手前に、例えばライトパイプなどの照度均一化手段を設けることで、照明光の面内均一性を向上させることができる。
【００４７】
上述の実施の形態では、照明装置１００及び２００が、計測システムで用いられる場合について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、通常の光学顕微鏡や、半導体検査装置、画像認識装置などの、照明光を必要とする他の装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１、１１、１２  ＬＥＤ
２、２１、２２  入力側光学系
３、３１、３２、１０２  光ファイバ
１０  焦点距離可変レンズ
４１、４２  両凸レンズ
５０  像
１００、２００  照明装置
１０１  測定機
１０３  照明光
Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２  光
【図１】
2013239251.tif 000003
【図２】
2013239251.tif 000004
【図３】
2013239251.tif 000005
【図４】
2013239251.tif 000006
【図５】
2013239251.tif 000007
【図６】
2013239251.tif 000008