(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点に前側焦点が一致するように配置された後側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点と前記後側レンズ群の前側焦点とが一致する位置に配置された絞り機構と、を備えたテレセントリックレンズ系と、
前記テレセントリックレンズ系に連結されるとともに観測対象の像を撮像する撮像光学系と、を備え、
表面に凹凸を有する観測対象に対して長焦点深度の画像測定と高分解能の画像測定との用途の異なる観測を連続して行う長焦点深度かつ高分解能画像測定装置であって、
前記絞り機構には、開口数を替変える開口数変更機構が設けられ、
前記開口数変更機構は、段階的に異なる開口数を有する２つ以上の絞りを有し、前記絞りを替えることにより、前記開口数を変更し、
前記段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りのうち小さい方の絞りでは前記撮像光学系に焦点深度の深い画像を与え、前記段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りのうち大きい方の絞りでは前記撮像光学系に高分解能の画像を与えるものである
ことを特徴とする画像測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記段階的に異なる開口数を有する絞りは、一枚のプレートに連続的に設けられ、前記プレートを移動させることによって、前記開口数を変更する
ことを特徴とする画像測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記段階的に異なる開口数を有する絞りは、それぞれが揺動支持されたレバーを有し、前記レバーによる円弧運動によって、前記開口数を変更する
ことを特徴とする画像測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像測定装置において、
前記前側レンズ群および前記後側レンズ群のいずれかが交換可能に設けられていることを特徴とする画像測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像測定装置において、
照明光を発射する照明光学部を備え、
前記照明光学部は、前記テレセントリックレンズ系に垂直に設けられているとともに前記前側レンズ群と前記後側レンズ群の間に光を入れる照明用筒部と、
前記前側レンズ群と前記後側レンズ群との間に設けられるとともに前記照明用筒部からの光を前記前側レンズ群に向けて反射させるビームスプリッタ、とを備え、
前記ビームスプリッタで反射された光が前側レンズ群を通って観測対象を照明し、
前記段階的に異なる開口数を有する絞りは、一枚のプレートに連続的に設けられ、
前記開口数変更機構、ビームスプリッタおよび照明光学部は、前側レンズ群が配設される前筒部と後側レンズ群が配設される後筒部の間に着脱可能に配置された中筒部に一体的に配設されている
ことを特徴とする画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像測定装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
レンズ群が前側レンズ群と後側レンズ群の二つから構成され、前側レンズ群の後側焦点と後側レンズ群の前側焦点を一致させて配列し、この焦点位置に絞りが設けられたいわゆる両側テレセントリックレンズ系が知られている。
このテレセントリックレンズ系は、物体視野が広く、焦点深度が深く、結像倍率が物体の位置に関係なく前側レンズ群と後側レンズ群の焦点距離によって決まるという特徴を有している。
そのため、刃工具類や機械部品、アッセンブリされた電子部品等、段差を有する観測対象を観測するのにテレセントリックレンズ系がよく用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、テレセントリックレンズ系では、その原理上、分解能と焦点深度は反比例する。すなわち、焦点深度を大きく取ろうとすると分解能が小さくなる。いったん焦点深度を深く設定した後、さらに高分解能による観測を行うためには、レンズを倍率の高いレンズに交換するか、別途高分解能の顕微鏡で観測する必要がある。レンズを交換したり、別の顕微鏡を用いると、観測の手間が増えることとなり、作業が煩雑であるため作業効率の低減に繋がるという問題が生じる。別途レンズや顕微鏡を用意するためには、コストがかかるという問題が生じる。
【０００４】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、広い用途の観測に対応できる画像測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像測定装置は、前側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点に前側焦点が一致するように配置された後側レンズ群と、前記前側レンズ群の後側焦点と前記後側レンズ群の前側焦点とが一致する位置に配置された絞り機構と、を備えたテレセントリックレンズ系と、
前記テレセントリックレンズ系に連結されるとともに観測対象の像を撮像する撮像光学系とを備え、
表面に凹凸を有する観測対象に対して長焦点深度の画像測定と高分解能の画像測定との用途の異なる観測を連続して行う長焦点深度かつ高分解能画像測定装置であって、
前記絞り機構には、開口数を替変える開口数変更機構が設けられ、
前記開口数変更機構は、段階的に異なる開口数を有する２つ以上の絞りを有し、前記絞りを変更することにより、前記開口数を変更し、
前記段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りのうち小さい方の絞りでは前記撮像光学系に焦点深度の深い画像を与え、前記段階的に異なる開口数を有する２以上の絞りのうち大きい方の絞りでは前記撮像光学系に高分解能の画像を与えるものである
ことを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、絞り機構には開口数変更機構が設けられているので、開口数を変更することができる。テレセントリックレンズ系においては、焦点深度と分解能は反比例する関係を有する。開口数変更機構で開口数を小さくすると、分解能は低いが、焦点深度を深くすることができる。つまり、段差を有する測定対象を鮮明に観察測定することができる。一方、開口数変更機構で開口数を大きくすると、焦点深度は浅くなるが、分解能を高くすることができる。つまり、測定対象を高分解能で精密に観測測定することができる。
開口数変更機構によって、開口数を変更することにより、長焦点深度を要する用途から高分解能を要する用途にまで幅広く対応することができる。よって、用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ系で連続して行うことができる。その結果、作業効率が画期的に向上されるという効果を奏する。さらに、用途に応じて別途顕微鏡等を用意しなくても良いので、コストの削減にも貢献することができる。
【０００８】
また、このような構成によれば、開口数の異なる絞りに替えることで、開口数を変更することができる。よって、用途の違う観測（長焦点深度、高分解能など）を一つのテレセントリックレンズ系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。別途顕微鏡を用意しなくてもよいのでコストを削減することができる。
予め規定された開口数を有する絞りを複数用意するともに、それぞれの開口数に対する光学性能（焦点深度、分解能など）を既知のものとすれば、様々な観測対象や種々の用途に応じて最適な開口数を選択することが容易である。観測した画像を画像処理して画像測定を行う場合などは、光学性能が既知であるので、最適な画像測定を行うことができる。
【０００９】
本発明では、前記段階的に異なる開口数を有する絞りは、一枚のプレートに連続的に設けられ、前記プレートを移動させることによって、前記開口数を変更することが好ましい。
【００１０】
開口数の異なる絞りは、一枚のプレート上に一列に設けられていてもよく、また、円周上に配列されていてもよい。このような構成によれば、プレートを移動させることにより、開口数を変更することができる。よって、構造が簡単なうえ、プレートを移動させるだけの簡単な操作で用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。
【００１１】
本発明では、前記段階的に異なる開口数を有する絞りは、それぞれが揺動支持されたレバーを有し、前記レバーによる円弧運動によって、前記開口数を変更することが好ましい。
【００１２】
レバーは光線軸に対して垂直に設けられ、光線軸に対して垂直平面内で揺動するように揺動支持されていることが望ましい。さらに、異なる開口数を有するレバーが光線軸に沿って並べられていることが望ましい。
このような構成によれば、所望の開口数を持つレバーを動かして絞りを光線軸上に配置するようにすれば、開口数が変更される。観測対象や用途に応じて開口数を選択することにより、用途の違う観測を一つのテレセントリックレンズ系で連続して行うことができ、作業効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明では、前記前側レンズ群および前記後側レンズ群のいずれかが交換可能に設けられていることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、開口数変更機構によって長焦点深度から高分解能まで観測できる上、さらに、レンズ群を交換することにより、焦点深度と分解能の設定範囲を拡大することができる。従来、開口数変更機構を備えない場合、一のレンズ群に対して焦点深度と分解能は一義的に決定されるため、幅広い焦点深度と分解能を得るためには、数多くのレンズ群を用意しておく必要があった。しかしながら、開口数変更機構により、一のレンズ群で観測できる焦点距離と分解能の設定範囲を広げることができるので、用意しておくレンズ群の数を激減させることができる。よって、幅広い焦点距離と分解能で観測測定するためのコストを削減することができる。
【００１７】
本発明では、照明光を発射する照明光学部を備え、
前記照明光学部は、前記テレセントリックレンズ系に垂直に設けられているとともに前記前側レンズ群と前記後側レンズ群の間に光を入れる照明用筒部と、
前記前側レンズ群と前記後側レンズ群との間に設けられるとともに前記照明用筒部からの光を前記前側レンズ群に向けて反射させるビームスプリッタと、を備え、
前記ビームスプリッタで反射された光が前側レンズ群を通って観測対象を照明し、
前記段階的に異なる開口数を有する絞りは、一枚のプレートに連続的に設けられ、
前記開口数変更機構、ビームスプリッタおよび照明光学部は、前側レンズ群が配設される前筒部と後側レンズ群が配設される後筒部との間に着脱可能に配置された中筒部に一体的に配設されている
ことが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
（第１実施形態）
図１に、本発明のテレセントリックレンズ系を用いた画像測定装置に係る第１実施形態を示す。
この画像測定装置１は、内部に空間を有する筒状の鏡筒２と、この鏡筒２の内部に構成されたテレセントリックレンズ系３と、鏡筒２に対して垂直に設けられた照明光学部４とを備えて構成されている。
鏡筒２は、前筒部２１と、中筒部２２と、後筒部２３とから構成され、前筒部２１の後側に中筒部２２が連結され、中筒部２２の後側に後筒部２３が連結されている。各連結部はピン２４Ａ、２４Ｂで係止されており、着脱可能となっている。後筒部２３の後側の開口部にはＣＣＤやカメラなどの撮像光学系（不図示）が取り付けられる。
【００２０】
テレセントリックレンズ系３は、前側レンズ群Ｇ１と、後側レンズ群Ｇ２と、絞り機構３１とを備えて構成されている。
前側レンズ群Ｇ１は、凸レンズ、凹レンズおよびこれらの接合レンズから構成され、テレセントリシティおよび諸収差が良好に補正されたレンズ群で構成されている。後側レンズ群Ｇ２は、凸レンズ、凹レンズおよびこれらの接合レンズから構成され、テレセントリシティおよび諸収差が良好に補正されたレンズ群で構成されている。ちなみに、テレセントリシティおよび諸収差の補正のためのレンズの組み合わせは、例えば、本出願人による特願２００１−１８５２４１号に提示されている。
前側レンズ群Ｇ１は、前筒部２１内に配置され、後側レンズ群Ｇ２は後筒部２３内に配置され、前側レンズ群Ｇ１の後側焦点位置と後側レンズ群Ｇ２の前側焦点位置が一致するように前側レンズ群Ｇ１と後側レンズ群Ｇ２とは配置されている。
【００２１】
絞り機構３１は、中筒部２２に設けられている。図２に絞り機構３１を示す。この絞り機構３１は、中筒部２２の筒孔に垂直で、スライド可能に設けられたプレート３２と、このプレート３２に一列に設けられ段階的に異なる径を有する絞り３３と、プレート３２の位置を決める位置決め機構３４とを備えて構成されている。
絞り３３は、大きい径を有する大開口絞り３３Ａと、中位の径を有する中開口絞り３３Ｂと、小さい径を有する小開口絞り３３Ｃの三段階が設けられている。絞り３３は、前側に拡径したテーパを有し、後側の径の大きさが絞り３３の開口数の大きさである。
位置決め機構３４は、絞り３３が光軸線上で位置決めされるように、プレート３２の側面に設けられたＶ字状の切欠き３５と、この切欠き３５と係合するボール３６と、ボール３６をプレート３２に付勢する板ばね３７とを備えて構成されている。
このように、異なる径を有する絞り３３と、位置決め機構３４とから開口数変更機構が構成されている。
【００２２】
照明光学部４は、一端が中筒部２２に対して垂直で、かつ、中筒部２２の内部に貫通して付設された照明用筒部４１と、照明用筒部４１の他端に連結された光ファイバ４２と、中筒部２２内に設けられ照明用筒部４１からの光を前側レンズ群Ｇ１に向かって反射させるビームスプリッタ４３と、光を集光させるリレーレンズ４４とから構成されている。
光ファイバ４２は、図示しない光源に接続され、光源からの光を照明用筒部４１内に導くものである。
【００２３】
このような構成において、図１中点Ｐに観測対象を配置する。光ファイバ４２から発せられた光が、リレーレンズ４４を通過し、ビームスプリッタ４３で反射された後、前側レンズ群Ｇ１を通過して測定対象に照射される。すると、観測対象からの光は、前側レンズ群Ｇ１、ビームスプリッタ４３を通過した後、絞り３３で絞られて後側レンズ群Ｇ２に入射し、撮像光学系で撮像される。このとき、図３に示すように、プレート３２を移動させて大開口絞り３３Ａにセットすると、開口数が大きいので、分解能が高い画像を得る。一方、図４に示すように、小開口絞り３３Ｃにセットすると、開口数が小さいので、焦点深度の深い画像を得る。
【００２４】
このような構成によれば，プレート３２を移動させることにより、開口数を変更することができる。開口数を変更することにより、焦点深度および分解能を変更することができる。例えば、凹凸を有する観測対象を観測するときは、焦点深度を深くするために、開口数を小さくすることができる。よって、凹凸を有する測定対象を鮮明に撮影することができる。一方、高分解能で観測するときは、開口数を大きくすることができる。よって、観測対象を精密に観測することができる。このように、一つの画像測定装置１において、観測対象や用途に応じて、焦点深度および分解能を変更することができる。その結果、作業効率を向上させることができる。観測対象や用途に応じた画像測定装置を複数用意する必要もないので、コストを削減することができる。
【００２５】
絞り機構３１の開口数の大きさは三段階で予め決められていることから、それぞれの開口数に対して光学性能を予め求めることができる。よって、観測対象や用途に応じて適した開口数を容易に選択することができるとともに、画像処理による画像測定も最適に行うことができる。
前筒部２１および後筒部２３は着脱可能に設けられているので、前筒部２１とともに前側レンズ群Ｇ１を交換し、後筒部２３とともに後側レンズ群Ｇ２を交換することが容易にできる。よって、焦点深度および分解能をさらに広範囲に設定することができる。
【００２６】
なお、第１実施形態は上記実施形態に限られず、変更が加えられてもよい。例えば、絞り３３は円板のプレート３２に円形に設けられていてもよい。このような構成によっても、リボルバー式の回転によって開口数を変更することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、基本的構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と異なる点は、絞り機構３１にある。
図５に第２実施形態の絞り機構３１を示す。この絞り機構３１は、中筒部２２に対して揺動支持された複数のレバー５１と、それぞれのレバー５１に設けられた異なる径を有する絞り５２とから構成される。このレバー５１と異なる径を有する絞り５２とから開口数変更機構が構成されている。レバー５１は光軸方向に並べて配列されており、光軸に対して垂直面内で揺動可能に支持されている。レバー５１の先端が、中筒部２２内に設けられた位置決め板５３に当接することによって、レバー５１の位置が固定され、絞り５２が光軸上に位置される。このような構成によれば、レバー５１を動かすことにより、開口数を変更することができる。よって、測定対象や用途に応じて最適の開口数に調整することができる。
なお、レバー５１の揺動方向は光軸に平行であっても差し支えない。
【００２８】
（参考例）
本発明の参考例は、基本的構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と異なる点は、絞り機構３１にある。
図６に参考例の絞り機構３１を示す。この絞り機構３１は、複数の羽５４が重ね合わされるとともに、羽５４の一端が中筒部２２の内周の円周溝に摺動可能に係合されており、開口数変更機構としての虹彩絞りが構成されている。羽５４に連結されたレバー５５によって羽５４の角度を変更することにより、開口数を連続的に変更することができる。このような構成によれば、連続的に開口数を変更することができるので、観測対象や用途に応じて最適の開口数に調整することができる。
【００２９】
尚、本発明のテレセントリックレンズ系３および画像測定装置１は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
開口数変更機構にモータなどの駆動源を設けて、この駆動源によって開口数を変更するようにしてもよい。さらに、駆動源の駆動をコンピュータ等で制御するようにしてもよい。このようにすれば、自動観測やインライン計測などに適用できる。
絞り機構３１は、上記実施形態に限られず、開口数を変更できる絞り機構３１であればよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のテレセントリックレンズ系および画像測定装置によれば、焦点深度と分解能を調節でき、観測の広い用途に適応できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のテレセントリックレンズ系および画像測定装置に係る第１実施形態を示す図である。
【図２】  図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】  前記実施形態において、大開口絞りを適用した例を示す図である。
【図４】  前記実施形態において、小開口絞りを適用した例を示す図である。
【図５】  本発明の第２実施形態の絞り機構を示す図である。
【図６】  本発明の参考例の絞り機構を示す図である。
【符号の説明】
１…画像測定装置、２…鏡筒、３…テレセントリックレンズ系、３１…絞り機構、３２…プレート、３３…絞り、３３Ａ…大開口絞り（開口数変更機構）、３３Ｂ…中開口絞り（開口数変更機構）、３３Ｃ…小開口絞り（開口数変更機構）、３４…位置決め機構（開口数変更機構）、５１…レバー（開口数変更機構）、５２…絞り（開口数変更機構）、５３…位置決め板、５４…羽（開口数変更機構）、５５…レバー（開口数変更機構）、Ｇ１…前側レンズ群、Ｇ２…後側レンズ群。
【図１】
0004157305.tif 000002
【図２】
0004157305.tif 000003
【図３】
0004157305.tif 000004
【図４】
0004157305.tif 000005
【図５】
0004157305.tif 000006
【図６】
0004157305.tif 000007