(57)【要約】【課題】特別な照明装置を必要とすることなく、筒状部材の内壁の観察を簡易に行うことができる顕微鏡の光学装置、測定顕微鏡、および画像測定機を提供すること。【解決手段】  内壁１Ａおよびそれよりも内側の中央部１Ｂを含む範囲が照明される円筒部材１を測定対象とし、内壁１Ａでの反射光を含む光が入射される対物レンズ３２と、対物レンズ３２を介して結像される円筒部材１の像の中央部に対応する光を遮蔽するマスク３３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁およびそれよりも内側の中央部を含む範囲が照明される筒状部材を測定対象とし、
前記内壁からの反射光が入射される対物レンズと、
前記対物レンズを介して結像される像の中央部に対応する光を遮蔽するマスクと、を備える
ことを特徴とする顕微鏡の光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡の光学装置において、
前記マスクは、前記筒状部材の断面内周形状と同じ形状とされ、前記筒状部材の像の中心と同心に配置されている
ことを特徴とする顕微鏡の光学装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の顕微鏡の光学装置において、
前記対物レンズにより結像される像の位置の後段にリレーレンズを備え、
前記マスクは、前記像の位置に配置されている
ことを特徴とする顕微鏡の光学装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の顕微鏡の光学装置において、
前記対物レンズによって結像位置が決まる有限系とされ、
前記対物レンズにおける前記筒状部材側の前側焦点位置または前側焦点位置近傍に開口絞りを備え、
前記マスクは、前記開口絞りと前記対物レンズとの間に配置されている
ことを特徴とする顕微鏡の光学装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の顕微鏡の光学装置を備えた
ことを特徴とする測定顕微鏡。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の顕微鏡の光学装置を備えた
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、顕微鏡の光学装置、測定顕微鏡、および画像測定機に関する。詳しくは、筒状部材の内壁を拡大して観察することが可能な測定顕微鏡光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定顕微鏡や画像測定機等の光学装置は、エッジ像の強調のために、斜め照明を行う照明装置を有している（特許文献１，２）。このような斜め照明装置は、光ファイバー等で構成されており、円筒部材（筒状部材）の内壁の観察にも使用されている。すなわち、円筒部材の内壁を斜めから照明することにより、内壁におけるキズ等のエッジ像の強調が可能となる。
一方、リング状の照明光を円筒部材の内壁に照射する照明装置も知られている（特許文献３）。この照明装置は、コーンレンズによって形成されるリング状の光を収束レンズを介して円筒部材の内壁に斜めに入射させ、内壁からの反射光を結像させる。このようにリング状の照明光を用いることにより、円筒部材の中央部が照明されないので、効率が良くかつ高精度な測定が可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６００２６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７３７１号公報
【特許文献３】特開平１０−３００４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、円筒部材の内壁の観察にあたり、特許文献１，２のような透過照明を行うと、円筒部材の中央部を通過し対物レンズに直接入射する光の方が内壁面で反射された光よりも強いため、内壁の観察が難しい。特に、円筒内径が微小な場合、内壁の観察が極めて難しくなる。
一方、特許文献３のようにリング状の照明光を用いる場合には、円筒中央部が照明されないため、内壁の観察は容易であるが、コーンレンズを備えた特別な構成の照明装置が必要となってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、特別な照明装置を必要とすることなく、筒状部材の内壁の観察を簡易に行うことができる顕微鏡の光学装置、測定顕微鏡、および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】
本発明の顕微鏡の光学装置は、内壁およびそれよりも内側の中央部を含む範囲が照明される筒状部材を測定対象とし、前記内壁からの反射光が入射される対物レンズと、前記対物レンズを介して結像される像の中央部に対応する光を遮蔽するマスクと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、筒状部材の中央部を通過した明るい光がマスクによって遮蔽されて視野内部から除かれる。これにより、特別な光学装置を必要とすることなく、筒状部材の内壁からの反射光による環状の像に基づいて、内壁の観察を簡易に行うことができる。
本発明は、次の２つの知見により構成されている。
（１）筒状部材の中央部を通過した照明光をマスクにより遮蔽する
（２）筒状部材の内壁面からの斜めの反射光だけを有効に結像する
これら（１）および（２）により、内壁像が明確となるので、簡易に内壁を観察することが可能となる。
ここで、（１）に関し、マスクの配置位置は、光学系の種類に応じて決められる。像リレー光学系、有限光学系の場合におけるマスクの位置については後述する。なお、無限系光学系においても、有限光学系と同様に、筒状部材と対物レンズとの間の位置にマスクが配置される。
また、（２）に関しては、後述するように有限光学系では前側（筒状部材側）焦点位置または前側焦点位置近傍に開口絞りを配置することにより、実現できる。この開口絞りの位置は、使用する対物レンズに応じて、筒状部材の内壁からの光が必要な角度をとるように調整可能である。一方、無限光学系の場合には、前側焦点位置が物体位置となって開口絞りを配置できないため、内壁からの斜めの反射光を取り込み可能な対物レンズの開口数（ＮＡ）を適宜選択することによって、実現できる。
【０００８】
なお、筒状部材の照明方法は、筒状部材を挟んで対物レンズの反対側から照明する透過照明でもよいし、筒状部材に対して対物レンズと同じ側から照明する落射照明でもよい。なお、筒状部材の内壁が鏡面または鏡面に近い場合には、透過照明が適し、筒状部材の内壁が鏡面ではなく拡散を生じるような場合には、落射照明が適する。
なお、マスクは、マスクの後段に配置されるレンズの光軸上に配置される。
【０００９】
また、筒状部材への照明光束は、光源から筒状部材に直接射出されていてもよいし、光源光がコンデンサレンズ等を介して射出されていてもよい。
ここで、光源は厳密な点ではなく必ず所定の大きさを持つため、光源光がコンデンサレンズ等によって平行化された場合でも斜光線が生じ、筒状部材の内壁が斜め方向から照明される。すなわち、内壁からの反射光に基づいて、内壁の観察を簡易に行うことができる。
【００１０】
本発明の顕微鏡の光学装置では、前記マスクは、前記筒状部材の断面内周形状と同じ形状とされ、前記筒状部材の像の中心と同心に配置されていることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、内壁に像範囲を制限することが可能となり、筒状部材の像において、内壁の像を際立たせることができる。これにより、内壁の観察をより簡易に行うことができる。
【００１２】
本発明の顕微鏡の光学装置では、前記対物レンズにより結像される像の位置の後段にリレーレンズを備え、前記マスクは、前記像の位置に配置されていることが好ましい。
【００１３】
像リレー光学系に係る本発明では、対物レンズの中間像位置にマスクを配置し、対物レンズのフォーカス調整によって内壁の任意の位置における観察を行うことが可能となる。リレーレンズにより結像される中間像の後段の像は、マスクによって中央部が除かれた環状の像となるため、前述と同様にこの像に基づいて、内壁の観察を行うことができる。
なお、中間像位置に配置されるマスクの大きさは、対物レンズの倍率に応じて切り替えればよい。
【００１４】
本発明の顕微鏡の光学装置では、前記対物レンズによって結像位置が決まる有限系とされ、前記対物レンズにおける前記筒状部材側の前側焦点位置または前側焦点位置近傍に開口絞りを備え、前記マスクは、前記開口絞りと前記対物レンズとの間に配置されていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、対物レンズの前側焦点位置または前側焦点位置近傍に開口絞りが配置されて像側にテレセントリックまたはそれに近い光学系となり、かつ、開口絞りと対物レンズとの間にマスクが配置されているため、筒状部材の中央部を通過した明るい光が除かれた状態で、内壁からの反射光だけを対物レンズに有効に取り込んで結像させることが可能となる。
なお、マスクの大きさは、筒状部材における観察対象位置の内径に応じて決められる。
【００１６】
本発明の測定顕微鏡は、前述の顕微鏡の光学装置を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述の顕微鏡の光学装置を備えることにより、前述と同様の作用効果を享受できる。
【００１７】
本発明の画像測定機は、前述の顕微鏡の光学装置を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述の顕微鏡の光学装置を備えることにより、前述と同様の作用効果を享受できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、以降の説明では、既に説明した構成と略同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
図１は、本実施形態に係る測定顕微鏡の構成の一部を示す。この測定顕微鏡は、円筒部材（筒状部材）１の内壁の観察に使用され、円筒部材１を照明する照明装置２と、円筒部材１を挟んで照明装置２とは反対側に配置される光学装置３と、光学装置３から射出された像を受像するＣＣＤカメラ等を備えている。
ここで、本実施形態の円筒部材１は、光ファイバの接続などに使用されるフェルールとされ、鏡面に近い内壁１Ａを有している。
【００１９】
本実施形態では、照明装置２および光学装置３に共通の光軸Ａが設定されている。この光軸Ａは、円筒部材１の軸線方向に沿っている。
照明装置２は、光源２１と、光源２１から射出された光束を平行化するコンデンサレンズ２２とを有している。
【００２０】
光学装置３は、開口絞り３１と、対物レンズ３２と、光を遮蔽するマスク３３と、リレーレンズ３４と、これらを収納する図示しない鏡筒とを備えている。本実施形態の光学装置３は、像リレー光学系である。
開口絞り３１は、対物レンズ３２の前側焦点位置の近傍に配置されており、この開口絞り３１により、像側にほぼテレセントリックに近い光学系になる。この開口絞り３１が配置される位置を光軸Ａに沿って調整することにより、使用する対物レンズ３２に応じて、円筒部材１の内壁１Ａからの反射光の角度を任意に設定することができる。
対物レンズ３２は、円筒部材１の内壁１Ａおよび中央部１Ｂを視野内とし、複数の倍率に切替可能に構成されている。
【００２１】
マスク３３は、対物レンズ３２により結像される中間像の位置に配置されている。本実施形態のマスク３３は、円筒部材１の内周断面形状と同じ円形状とされ、光軸Ａに同心に（中間像の中心と同心に）配置されている。
ここで、マスク３３は、対物レンズ３２の倍率に応じた複数の大きさに切替可能に構成されている。すなわち、長方形等のガラス板に大きさが異なる複数のマスク３３が設けられており、ガラス板の位置を移動させることにより、マスクの大きさが切り替えられる。勿論、円形のガラス板上に、周方向に沿って複数のマスクが設けられていてもよく、この場合はガラス板を回転させることによってマスクの大きさが切り替えられる。
【００２２】
リレーレンズ３４は、マスク３３の後段に配置される。このリレーレンズ３４を介して、円筒部材１の像が図示しないＣＣＤの受像面に結像される。
【００２３】
以上のような構成の測定顕微鏡では、光源２１から射出された光束がコンデンサレンズ２２を介して円筒部材１を照明する。この際、光源２１は大きさを持つため、コンデンサレンズ２２を介して円筒部材１に入射する光束は、円筒部材１の中央部１Ｂを通過する光軸Ａに平行な光だけでなく、光軸Ａに対して傾斜した斜光線も含まれる。このような斜光線は内壁１Ａで反射される。円筒部材１の中央部１Ｂを通過した光および内壁１Ａで反射された光は、開口絞り３１を介して対物レンズ３２に入射する。この際、使用する対物レンズ３２に応じて位置が調整された開口絞り３１により、内壁１Ａからの斜めの反射光だけが対物レンズ３２に有効に取り込まれ、対物レンズ３２の像位置に中間像として結像する。この中間像の位置でマスク３３によって中間像の中央部の明るい光束が遮蔽されるため、内壁１Ａで反射した光による環状の像がリレーレンズ３４を介してＣＣＤの受像面に結像する。このように、内壁１Ａからの反射光だけが対物レンズ３２に有効に取り込まれ、かつ円筒部材１の中央部１Ｂを通過した明るい光が視野内から除かれるので、内壁１Ａを簡易に観察できる。また、ＣＣＤで受像した像における直径と、結像倍率とに基づいて、円筒部材１の内径計測も容易に行える。
さらに、像リレー光学系に係る本実施形態では、対物レンズ３２のフォーカス調整により、内壁１Ａの任意の位置における観察が可能となる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、対物レンズ３２単独で結像位置が決まる有限系（有限補正光学系）とされている。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る測定顕微鏡の構成の一部を示す。
本実施形態の光学装置４は、対物レンズ３２の前側焦点位置に配置される開口絞り３１と、円筒部材１および対物レンズ３２の間に配置されるマスク４１と、対物レンズ３２とを備えている。
【００２６】
マスク４１は、対物レンズ３２の円筒部材１側の端部近傍に配置されており、開口絞り３１の後段において、円筒部材１の中央部１Ｂを通過した光束を遮蔽する。なお、このマスク４１も、第１実施形態のマスク３３と同様に、円筒部材１の内周断面形状と同じ円形状とされ、光軸Ａに同心に配置されている。
ここで、マスク４１は、観察対象となる円筒部材１の内径に応じた大きさに形成されている。すなわち、内径が異なる円筒部材を測定する場合は、その内径に応じた大きさのマスクを使用すればよい。
【００２７】
本実施形態においても、円筒部材１の中央部１Ｂを通過した光および内壁１Ａで反射された光が開口絞り３１を介して対物レンズ３２に入射しようとするが、マスク４１によって円筒部材１の中央部１Ｂを通過した明るい光束が除かれる。また、開口絞り３１により、内壁１Ａからの反射光だけが対物レンズ３２に有効に取り込まれ、対物レンズ３２の後側焦点位置に結像する。このように、中央部１Ｂを通過した明るい光が視野内から除かれ、かつ内壁１Ａからの斜めの反射光だけが対物レンズ３２に有効に取り込まれることにより、内壁１Ａで反射した光による環状の像に基づいて、内壁１Ａを簡易に観察できる。
なお、本実施形態はリレーレンズを備えていないが、本実施形態と同じ光学系にリレーレンズを追加しても構わない。この場合も、上述と同様の作用効果が得られる。
【００２８】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、対物レンズ３２および結像レンズによって結像させる無限光学系（無限遠補正光学系）とされている。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る測定顕微鏡の構成の一部を示す。
本実施形態の光学装置５は、円筒部材１と対物レンズ３２との間に配置されるマスク４１と、対物レンズ５１と、結像レンズ（チューブレンズ）５２とを備えている。なお、第１、第２実施形態で設けられていた開口絞り３１は設けられていない。
対物レンズ５１は、第１、第２実施形態の対物レンズ３２よりも開口数（ＮＡ）が大きいものとなっている。無限系である本実施形態では、前側焦点位置が物体位置となるため、第１、第２実施形態のような開口絞りを配置できないが、その代わりに開口数（ＮＡ）が大きい対物レンズ５１を用いている。対物レンズ５１の開口数は、円筒部材１の内壁１Ａからの反射光が必要な角度をとるように決められる。
本実施形態では、マスク４１によって円筒部材１の中央部１Ｂを通過した明るい光束が除かれ、かつ対物レンズ５１によって内壁１Ａからの斜めの反射光だけが対物レンズ３２に有効に取り込まれるので、内壁１Ａを簡易に観察できる。
【００３０】
〔本発明の変形例〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されず、本発明の目的を達せられる範囲内で、各種の改良、変形が可能である。
例えば、筒状部材の内壁の反射で偏光が大きい場合には、偏光透過軸が直交する一対の偏光フィルターを照明装置と筒状部材との間と、対物レンズと結像位置との間にそれぞれ配置して直交ニコルの状態とすることが好ましい。これにより、筒状部材の中央部を透過した光は偏光フィルターを透過せずに視野内の筒状部材内部が暗くなるため、内壁で反射し偏光状態が変わって偏光フィルターを透過した光による像に基づいて、内壁を容易に観察できる。
【００３１】
また、前記各実施形態では、円筒部材１の内壁１Ａが鏡面に近いため透過照明を使用したが、筒状部材の内壁が拡散を生じる場合には、落射照明が適する。この落射照明によれば、有底の筒状部材の内壁の観察も可能となる。
本発明の顕微鏡の光学装置には既存の各種の照明装置を使用できる。すなわち、既存の照明装置にマスクを付加することによって、本発明の光学装置を構成できる。
【００３２】
なお、対物レンズ、結像レンズなどの各レンズは、単一のレンズに限らず、複数のレンズで構成された組レンズであってもよい。
前記実施形態のマスクは円形状に形成されていたが、マスクの形状はこれに限らない。マスクの形状は、測定対象である筒状部材の断面内周形状と同じ形状に形成するのが好ましい。
【００３３】
また、図１〜図３に示した光学系では同一直線上に光軸Ａが設定されていたが、これに限らず、例えば、ハーフミラー等を介して直角に光軸が設定されていてもよい。
前記実施形態では測定顕微鏡を例示したが、本発明の顕微鏡の光学装置は、画像測定機にも適用可能である。図１〜図３の顕微鏡光学系は、画像測定機にも適用できる。
【００３４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、測定顕微鏡および画像測定機など、測定顕微鏡光学系を備える装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る測定顕微鏡の構成の一部を示す図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る測定顕微鏡の構成の一部を示す図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る測定顕微鏡の構成の一部を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１      円筒部材
１Ａ    内壁
１Ｂ    中央部
２      照明装置
３      光学装置
４      光学装置
５      光学装置
２１    光源
３２    対物レンズ
３３    マスク
３４    リレーレンズ
４１    マスク
５１    対物レンズ
５２    結像レンズ
Ａ      光軸
【図１】
2009025525.tif 000003
【図２】
2009025525.tif 000004
【図３】
2009025525.tif 000005