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JP2003107390A - 画像装置の視野内の照明濃度を増加するための方法及び装置 - Google Patents

画像装置の視野内の照明濃度を増加するための方法及び装置

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JP2003107390A
JP2003107390A JP2002216243A JP2002216243A JP2003107390A JP 2003107390 A JP2003107390 A JP 2003107390A JP 2002216243 A JP2002216243 A JP 2002216243A JP 2002216243 A JP2002216243 A JP 2002216243A JP 2003107390 A JP2003107390 A JP 2003107390A
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JP
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view
light
light emitting
illumination
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Application number
JP2002216243A
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English (en)
Inventor
Paul G Gladnick
ジー グラドニック ポール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Publication of JP2003107390A publication Critical patent/JP2003107390A/ja
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像装置の視野内の照明濃度を増加させるた
めの照明装置を提供する。 【解決手段】 照明装置は光線を発光する発光装置、光
線の少なくとも１つの軸を屈折するレンズ、入射角に沿
って光線をそろえる反射面を有する。さらに、レンズに
向けて光線をそろえるプリズムによって、より高濃度の
光線を作るための複数の発光装置を備え、この発光装置
は緑色光発光装置、赤色光発光装置、及び青色光発光装
置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像装置の視野内
の照明濃度色を増加させる装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】指定された視野内にある加工物の輪郭を
強調する市販の画像測定装置において、加工物の均一な
拡散光照明がしばしば必要である。ほとんどの加工物
（ワーク）は透明ではないので、加工物の拡散光照明
は、加工物からの反射した光を画像装置によって集光す
ることが必要である。さらに、調節可能な拡散光照明光
源が広く様々な形状を有する加工物の観察及び検査に適
応している。
【０００３】この調節可能な拡散光照明は、例えば、形
状、構成、表面仕上などのような異なる特性を有する加
工物を照明する能力を提供する。倍率が調節可能である
場合には、光源から発光された光の強度が調節できる画
像装置もある。
【０００４】また、従来の照明装置は画像面に垂直な軸
に関して調節可能な角度で加工物に光を投射する。この
角度は入射角と呼ばれる。多くの従来の画像装置におい
ては、画像面に垂直な軸は画像測定装置の光軸に平行、
即ち、光軸と一致している。０°から９０°の間の入射
角度で投射された光は画像の表面コントラストを改善で
き、また、テクスチャ面をより鮮明に照明することもで
きる。典型的には、このような光源は、１０°から７０
°の間で変化する入射角度についての規定範囲を有す
る。このような範囲はかなり広く、したがって、様々な
加工物画像に適切なコントラストを提供する。
【０００５】更に従来の画像測定装置は、光軸の周囲に
おける拡散照明光源の点灯位置を調整或いは選択するこ
とができる。通常は、拡散照明光源の配置は円環状領域
を２分割したセクター(sector)又は４分割したクォッド
ラント(quadrant)の領域ごとに選択および調整可能とな
っている。このように、撮像装置（カメラ）に撮影され
る視野は、セクターやクォッドラントの選択や組合せに
よって選択される拡散照明光源の点灯部分からの光線に
よって照明される。加えて、加工物端の周辺部に対する
照明を最適化するため、各セクターやクォッドラント毎
に独立して拡散照明光源の強度レベルが調整される。
【０００６】例えば、従来の画像測定装置の中には矩形
の又は三角形のパターンを発光する環状照明装置を装備
しているものもある。この環状照明装置は４つのクォッ
ドラントに分割された環状体である。他の従来の画像測
定装置は、さらに８つ又はそれ以上のセクターに分割さ
れた環状体を有するリングライトを装備している。さら
に、従来の画像測定装置の中には光軸を基準とした多く
の位置から光を向けるための半球形状の照明装置を有す
るものもある。半球の中心は光源のための集光点として
の役目を果たす。さらに、セクター又はクォッドラント
のどのような組合せでも照明レベルを変化させながら同
時に照明することができる。
【０００７】従来のプログラマブル環状照明装置では、
非常に多くの光ファイバーケーブルがその第１の端部で
ハロゲンランプのような高強度の光源から光を受光する
ように配されている。光ファイバーケーブルの第２の端
部が光軸を囲んでリング状に配されている。光ファイバ
ーケーブル、即ち光ファイバーケーブルの組は、環状ミ
ラーと放物線環状ミラーとを使用してカメラの視野に光
源からの光を投射するように個々に制御される。
【０００８】近年、従来の画像測定装置の製造者は従来
の拡散光源に使用されてきた伝統的なハロゲンランプに
代わるソリッドステートの代替品の提供を開始した。現
在、これらの製造者は高い信頼性、より長い寿命、より
低いコスト、良好な強度調節機能、及び広範な周波数領
域をもたらす発光ダイオード（ＬＥＤｓ）を提供してい
る。
【０００９】１つの例としてのソリッドステート発光装
置がJohnson,IIに対する米国特許第５，５８０，１６３
号に開示されている。図１３に示すように、この米国特
許第５，５８０，１６３号は複数の発光素子５０４のた
めのフレキシブルマウント５０２を備えた合焦光源を開
示している。各発光素子５０４は予め定めた光のパター
ンを形成するために予め定めた方位角αnで加工物５０
６（図１４参照）に光線を照射する。複数の発光素子５
０４を調節する、即ち、照明光のスポットを合わせるた
めにフレキシブルマウント５０２はその中心に向かう第
１の方向、または、フレキシブルマウント５０２の中心
から離れる第２の方向に回転する。他の様々な実施例に
おいて、発光素子５０４は個別に着色された発光素子で
もよい。多色照明を実現するために複数の発光素子５０
４からの照明が加工物上で結合される。
【００１０】特有の多色照明を実現するために使用され
る光源に対応する全方位角範囲は約ｘαnであり、ここ
でｘは使用される異なる色の発光素子５０４の数であ
る。したがって、このような装置によって提供される多
色照明は発光素子５０４と同様に狭い方位角をインクリ
メントに制御できない。さらに、照明中の各色成分は、
夫々が僅かに異なる方向から投射されるので、視野内の
どのような影でも様々な色輪帯を示す。さらに、照明濃
度、即ち所定の方位角範囲から加工物の視野に投射され
た照明強度は個々の従来の発光素子５０４の特性によっ
て著しく制限される。
【００１１】別の例としての発光装置が米国特許第５，
５８０，１６３号の中で従来技術として示されている。
図１４に示すように、回動部材５０３の角度によって決
定される入射角度βで光線が発光素子５０４から加工物
５０６に向けて発光される。この例示した発光装置は、
ソリドステート光源が発光素子５０４に使用された場合
には、概して米国特許第５，５８０，１６３号の照明装
置について上述した制限を受ける。
【００１２】さらに、図１４は別の特徴的な従来の調節
可能な発光装置を示している。従来の発光装置は各発光
素子から断面が略円形の光線を発光する。この光線は平
行化されても、集束されてもよい。しかし、照明された
加工物表面に対して垂直ではない入射角度β1で光線が
発光された場合、平面の加工物５０６上にほぼ長円形の
即ち楕円形のパターンが照明範囲５１２として作り出さ
れ、この照明場５１２は中心から距離ｘ1及びｙ1のとこ
ろに縁がある。ここで、ｘ1はｙ1よりも大きい。
【００１３】さらに、入射角度がβ2で示すように大き
くなるにしたがって、光軸５０８に沿って位置する平面
に光線が交差するときの照明場５１４の距離ｙ2は照明
場５１２の距離ｙ1と略同じであるが、照明場５１４の
距離ｘ2は距離ｘ1よりも長くなる。光軸５０８に沿った
視野は概して光軸５０８を中心とする円形であるので、
このような楕円形の照明場は所定の種類の発光素子にと
って最大照明濃度を得るためには好ましくない。例え
ば、距離ｙ1が円形視野の略縁に設定された場合、距離
ｘ1は視野の縁を超えて延び、有効な照明エネルギーの
うちの著しい量が視野の外側で無駄になる。
【００１４】別の例としてのソリッドステート発光装置
がChoateに対する米国特許第５，８９７，１９５号に開
示されている。この米国特許第５，８９７，１９５号は
ＬＥＤが円筒形または切頭円錐形に配列されたＬＥＤ斜
照明装置を開示している。このＬＥＤの配列は中空の類
似形状フレネル様ディフューザーの外円周上に形成され
た、軸方向に間隔を空けて位置する傾斜面に向かう平行
光線をもたらす。関連するフレネル様ディフューザーは
光線の輪を反射して加工物の表面に様々な入射角度で向
かわせる。ＬＥＤの配列は関連するフレネル様ディフュ
ーザーの周りを同軸に囲んでいる。関連するフレネル様
ディフューザーは、所望の入射角度に依存して形状が異
なる環状のプリズム型のプロジェクションを有する。所
望の入射角度の光線を作るために、光線がＬＥＤから関
連するフレネル様ディフューザー内のプロジェクション
に発光され、プロジェクションは光線を所望の角度で加
工物に向ける。米国特許第５，８９７，１９５号の発光
装置は、発光素子にソリドステート光源が使用される場
合には、概して米国特許第５，５８０，１６３号の照明
装置について上述した制限を受ける。
【００１５】別の例としてのソリッドステート発光装置
がWeisnerに対する米国特許第４，７０６，１６８号に
開示されており、その全体が本明細書中に取り込まれて
いる。この米国特許第４，７０６，１６８号では、環状
光源からの光が集光器リング上の湾曲した放物面に向け
られる。この湾曲した放物面は光を実質的に平行化し、
半径方向外側に環状リング上の環状反射面に向ける。光
源から放物面に向かう光線と環状反射面を基準にした放
物面の位置との相対角度が目的物の領域に照射される円
錐光の入射角を決定し、特別な特徴ある照明をする。
【００１６】複数の光源からの光を結合するための方法
の一例がHidakaに対する米国特許第４，９１１，５３２
号に開示されており、その全体が本明細書中に参考とし
て取り込まれている。この米国特許第４，９１１，５３
２号は単一の視準レンズ及び結合装置を備えるレーザー
光学装置を開示している。視準レンズ・ユニット及び互
いに異なる波長のレーザービームを発光する複数の半導
体レーザーが光源ユニットのベースに取り付けられてい
る。レーザービームは視準レンズに当る前にダイクロィ
ックプリズムによって別のレーザービームに重ね合わさ
れる。レーザービームを互いに重ね合わせるために、ビ
ームの光軸及び直径が分離微調節ユニットによって調節
される。
【００１７】単一のダイクロィックプリズムの一例がNe
umannその他に対する米国特許第５，８８０，８８９号
に開示されており、その全体が本明細書中に取り込まれ
ている。この米国特許第５，８８０，８８９号は非偏光
光を分離し又は重ね合わせるために使用できる３色ダイ
クロイック・ビームスプリッター／コンバイナーを開示
している。このビームスプリッター／コンバイナーは、
光線を第１の色、第２の色、及び第３の色に対応する３
つの周波数帯に分離する。ガラス支持構造体の構造は、
第１の色の光が第１の方向に向けられ、第２の色の光が
第２の方向に向けられ、第３の色の光が第３の方向に向
けられるように選択される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許第５，５８０，１６３号、同第５，８９７，１９５
号、同第４，７０６，１６８号の何れにも複数の光源を
使用するときに単一の光路に沿って様々な色の光を投射
するための発光装置が開示されていない。さらに、比較
的に経済的でコンパクトなソリッドステート発光装置か
ら得られる光エネルギーは従来のハロゲン光源や光ファ
イバーケーブル光源と比較すると相当に制限されること
が理解されるべきである。米国特許第５，５８０，１６
３号、同第５，８９７，１９５号、同第４，７０６，１
６８号の何れにおいても、発光装置の比較的狭い方位角
範囲に沿って相当に高い白色光照明濃度を提供する複合
発光素子に複数のソリッドステート装置からの光線を結
合するための技術は開示されていない。さらに、複数本
のレーザービームを分離調節ユニットによって重ね合わ
せることは、レーザー光源とそれらの調節ユニットを設
置するためのスペースが極めて少ない場合には、特に難
しい。米国特許第４，９１１，５３２号に開示されてい
るように、ダイクロイック・プリズムを２つ使用する場
合にも複数本のレーザービームを重ね合わせることは難
しい。
【００１９】本発明は、現在、市場に提供されている分
散照明効果を高める制御装置及び制御方法を提供する。
【００２０】本発明は、より簡単、かつ、より丈夫な装
置を用いて、従来型ではあるがより改善され、かつ、よ
り用途の広い分散照明をもたらす装置及び方法を別個に
提供する。
【００２１】本発明は、一組になった２つ又はそれ以上
のソリッドステート光源からの複数本の光線をコンパク
トな空間内に整合させる装置及び方法を別個に提供す
る。
【００２２】本発明は、複合光源内で複数本の光線を結
合する装置及び方法を別個に提供する。
【００２３】本発明は、ソリッドステート光源の組合せ
を用いるときに照明視野内の特定の方向から得られる照
明濃度を増加させる装置及び方法を別個に提供する。
【００２４】本発明は、非均一光エネルギー分散光が照
明視野内に所望の照明分散を提供するように方向づけら
れるように１つ又はそれ以上のソリッドステート光源を
方向づける装置及び方法を別個に提供する。
【００２５】本発明は、視野内に所望の照明分散を提供
するために、形成された光線の断面の長径を光路を基準
にして整合させる装置及び方法を別個に提供する。
【００２６】本発明は、光線によって照明を受けた物体
の映像を受像する装置の光軸に略垂直な平面内に照明光
線の長径が位置するような装置及び方法を別個に提供す
る。
【００２７】本発明は、一組になった２つ又はそれ以上
のソリッドステート装置からの複数本の光線を単一の光
路に沿って整合させる装置及び方法を別個に提供する。
【００２８】本発明は、所望の波長の組合せを高レベル
の空間アドレッサビィティーで含んでいる照明を作り出
す装置及び方法を別個に提供する。
【００２９】多くの模範的な実施の形態において、本発
明の装置及び方法は、少なくとも１色の光を含む光線を
発光する発光源と、少なくとも１つの断面軸に優先的に
沿う光線断面を作るレンズと、入射角に沿って光線を反
射する反射面とを有している。他の模範的な実施の形態
においては、本発明の装置及び方法はさらにプリズムを
有する複数の発光装置から成る複合発光源を備え、その
プリズムは発光装置からの光線をレンズに向けて単一の
光路に沿って整合させ、複数の発光装置は緑色光発光装
置、赤色光発光装置、及び青色光発光装置を有し、これ
によって非常に高い照明濃度に対応できる複数の波長の
光線を作り出す。
【００３０】さらに、模範的な実施の形態においては、
レンズがフレネルレンズであり、このフレネルレンズは
光線を長径と短径を有する楕円形の断面を有するように
形成し、長径は、光線によって照明を受けた物体の映像
を受像する装置の光軸に略垂直な平面内にある。さら
に、模範的な実施の形態においては、反射面が第１の反
射面と第２の反射面とからなる。光線は第１の反射面に
よって第２の反射面の特定の部分に向かうように垂直に
反射される。この第２の反射面の特定の部分は光線を入
射角に沿って整合させる。第１の反射面と第２の反射面
とは上記の入射角を作るために互いに関連して移動可能
である。
【００３１】本発明の装置及び方法の模範的な実施の形
態はさらに米国特許第４，７０６，１６８号に記載され
たような画像測定装置のために対象物を照明する装置及
び方法、並びに米国特許第５，８８０，８８９号に記載
されたダイクロイック・ビームスプリッター／コンバイ
ナーに類似する３色ダイクロイック・ビームコンバイナ
ーを使用する。
【００３２】本発明の上記の及び他の目的は以下の模範
的な実施の形態の記述中に記載され、その記述から明ら
かになる。
【００３３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の照明装置は、少なくとも１つの複合
光源を保持する第１の部材を備え、各複合光源は複数の
制御可能なソリッドステート発光装置及び光結合素子を
有し、複数の発光装置の各々はそれぞれの入力光線を前
記光結合素子に入力するために配置されており、前記各
複合光源は、前記入力光線及び前記光結合素子の特性に
基づいて単一の出力光線を出力し、前記複合光源は、複
数の制御可能なソリッドステート発光装置の任意の１つ
によって提供される光線を使用することができない、出
力光線の少なくとも１つの特性を提供するために使用で
き、前記画像装置の視野を照明するために照明装置が使
用できるように前記出力光線が光路に従うことを特徴と
する。
【００３４】請求項２記載の照明装置は、請求項１記載
の照明装置において、前記単一の出力光線の少なくとも
１つの特性は少なくとも１つの最高強度と波長結合であ
ることを特徴とする。
【００３５】請求項３記載の照明装置は、請求項２記載
の照明装置において、前記波長結合が白色光に近似する
ことを特徴とする。
【００３６】請求項１記載の照明装置は、請求項１記載
の照明装置において、前記複数の制御可能なソリッドス
テート発光装置が緑色光発光装置、赤色光発光装置、及
び青色光発光装置を備えることを特徴とする。
【００３７】請求項５記載の照明装置は、請求項１記載
の照明装置において、前記複数の制御可能なソリッドス
テート発光装置の各々が１つの発光ダイオード及びダイ
オードレーザを備えることを特徴とする。
【００３８】請求項６記載の照明装置は、請求項１記載
の照明装置において、前記光結合素子が少なくとも１つ
のプリズムを備えることを特徴とする。
【００３９】請求項７記載の照明装置は、請求項６記載
の照明装置において、前記少なくとも１つのプリズムが
ダイクロイック・ビームスプリッター／コンバイナー備
えることを特徴とする。
【００４０】請求項８記載の照明装置は、請求項１記載
の照明装置において、前記第１の部材は前記画像装置の
光軸の周りに少なくとも部分的に位置することが可能で
あり、前記複数の複合光源は、前記第１の部材上で前記
画像装置の光軸の周りに少なくとも部分的に位置するこ
とが可能に配置されたことを特徴とする。
【００４１】請求項９記載の照明装置は、請求項８記載
の照明装置において、少なくとも前記複合光源の幾つか
が前記画像装置の光軸に一致するように位置することが
可能な、軸から共通半径上に配置されており、前記共通
半径上に配置された前記複合光源のうち少なくとも幾つ
かは、中心同士に円周方向に個々の前記ソリッドステー
ト発光装置の大きさの３倍よりも小さい間隔をとって互
いに円周方向に離されていることを特徴とする。
【００４２】請求項１０記載の照明装置は、請求項９記
載の照明装置において、前記共通半径上に配置された前
記複合光源のうち少なくとも幾つかが中心同士に円周方
向に個々の前記ソリッドステート発光装置の大きさの２
倍よりも小さい間隔をとって互いに円周方向に離されて
いることを特徴とする。
【００４３】請求項１１記載の照明装置は、請求項１記
載の照明装置において、さらに、少なくとも１つの照明
装置光路素子を備え、該光路素子は前記光路に沿う修正
された出力光線を提供するために前記出力光線の断面及
び方向の少なくとも一方を修正することを特徴とする。
【００４４】請求項１２記載の照明装置は、請求項１１
記載の照明装置において、前記少なくとも１つの照明装
置光路素子が第１の反射面と第２の反射面とを備え、前
記出力光線は前記第１の反射面によって前記第２の反射
面に反射され、前記第２の反射面は、画像装置の照明視
野を照明するために使用できる入射角度に沿って、修正
された出力光線を反射することを特徴とする。
【００４５】請求項１３記載の照明装置は、請求項１２
記載の照明装置において、前記第１の反射面及び第２の
反射面がそれぞれ第１及び第２の環状面の部分を有し、
該第１及び第２の環状面は入射角度を制御するために、
各環状部分の面に垂直な共通中心線に沿って互いに相対
的に移動可能であることを特徴とする。
【００４６】請求項１４記載の照明装置は、請求項１１
記載の照明装置において、前記少なくとも１つの照明装
置光路素子が長径及び短径を有するほぼ楕円形の修正さ
れた出力光線をもたらすレンズを備えることを特徴とす
る。
【００４７】請求項１５記載の照明装置は、請求項１４
記載の照明装置において、前記レンズがフレネルレンズ
及び円柱状レンズの何れか１つであることを特徴とす
る。
【００４８】請求項１６記載の照明装置は、請求項１４
記載の照明装置において、前記レンズが前記修正された
出力光線が前記画像装置の視野を照明する領域におい
て、前記長径が少なくとも前記画像装置の光軸と垂直な
平面にほぼ並ぶように向けられていることを特徴とす
る。
【００４９】請求項１７記載の照明装置は、請求項１６
記載の照明装置において、前記少なくとも１つの照明装
置光路素子がさらに、第１の反射面と環状部分を有する
第２の反射面とを備え、前記修正された出力光線が前記
第１の反射面に受けられて第２の修正された出力光線と
して前記第２の反射面に反射され、前記第２の修正され
た出力光線の長径が環状部分の面に平行な面と少なくと
もほぼ並び、前記第２の反射面が第３の修正された出力
光線を画像装置の視野を照明するために使用される入射
角度に沿って反射することを特徴とする。
【００５０】請求項１８記載の照明装置は、請求項１７
記載の照明装置において、前記照明装置が少なくとも１
つの複合光源を使用して画像装置の視野を照明するとき
に、前記視野内に観察できる平均強度が発光領域の方向
の全範囲に対応して観察できる平均強度の範囲の中間よ
りも大きいように、前記出力光線の断面の発光領域が向
けられることを特徴とする。
【００５１】請求項１９記載の照明装置は、請求項１記
載の照明装置において、前記照明装置が少なくとも１つ
の複合光源を使用して画像装置の視野を照明するとき
に、前記視野内に観察できる平均強度が発光領域の方向
の全範囲に対応して観察できる平均強度の範囲の中間よ
りも大きいように、前記出力光線の断面の発光領域が向
けられることを特徴とする。
【００５２】請求項２０記載の照明装置は、請求項１記
載の照明装置において、前記照明装置が少なくとも１つ
の複合光源を使用して画像装置の視野を照明するとき
に、前記視野内に観察できる平均強度が発光領域の任意
の方向について観察できる最大平均強度の少なくとも７
５％であるように、前記出力光線の断面の発光領域が向
けられることを特徴とする。
【００５３】請求項２１記載の照明装置は、請求項１記
載の照明装置において、前記少なくとも１つの複合光源
が画像装置の視野を照明するために使用される場合に、
前記画像装置の光軸に垂直な面を照明するときは、ほぼ
円形の照明視野が前記視野を囲むことを特徴とする。
【００５４】請求項２２記載の照明装置は、請求項１記
載の照明装置において、前記少なくとも１つの複合光源
が画像装置の視野を照明するために使用される場合に、
前記画像装置の光軸に垂直な面を照明するときは、前記
視野を囲む照明視野の最大寸法が大きくても前記視野の
最大寸法の２倍であることを特徴とする。
【００５５】請求項２３記載の照明装置は、請求項１記
載の照明装置において、前記画像装置が拡大された画像
装置であることを特徴とする。
【００５６】上記目的を達成するために、請求項２４記
載の照明装置は、少なくとも１つの光源を保持する第１
の部材と、画像装置の視野を照明するために前記照明装
置が使用できるように、各光源は、光路を進行する出力
光を提供するために使用できる少なくとも１つの制御可
能なソリッドステート発光装置とを備え、前記照明装置
が少なくとも１つの光源を使用して前記画像装置の視野
を照明するときに視野内に観察できる平均強度が発光領
域の方向の全範囲に対応して観察できる平均強度の範囲
の中間よりも大きいように、出力光線の断面の発光領域
が方向付けられることを特徴とする。
【００５７】請求項２５記載の照明装置は、請求項２４
記載の照明装置において、前記照明装置が少なくとも１
つの光源を使用して前記画像装置の視野を照明するとき
に視野内に観察できる平均強度が発光領域の任意の方向
について観察できる最大平均強度の少なくとも７５％で
あるように、出力光線の断面の発光領域が方向付けられ
ることを特徴とする。
【００５８】請求項２６記載の照明装置は、請求項２４
記載の照明装置において、さらに、少なくとも１つの照
明装置光路素子を備え、該光路素子は前記光路に沿う修
正された出力光線を提供するために前記出力光線の断面
及び方向の少なくとも一方を修正することを特徴とす
る。
【００５９】上記目的を達成するために、請求項２７記
載の照明方法は、少なくとも１つの複合光源を保持する
第１の部材を備え、各複合光源は複数の制御可能なソリ
ッドステート発光装置及び光結合素子を有し、複数の発
光装置の各々はそれぞれの入力光線を前記光結合素子に
入力するために配置されている画像装置の視野を照明す
るための照明方法であって、前記入力光線及び前記光結
合素子の特性に基づいて単一の出力光線を前記各複合光
源から出力し、前記複数の制御可能なソリッドステート
発光装置の任意の１つによって提供される光線を使用す
ることでは得られない、少なくとも１つの特性を前記単
一の出力光線に獲得し、前記画像装置の視野を照明する
ために前記単一の出力光線を光路に従うように向けるこ
とを特徴とする。
【００６０】請求２８記載の照明方法は、請求２７記載
の照明方法において、前記単一の出力光線の少なくとも
１つの特性は少なくとも１つの最高強度と波長結合であ
ることを特徴とする。
【００６１】請求項２９記載の照明方法は、請求項２８
記載の照明方法において、前記波長結合は白色光に近似
することを特徴とする。
【００６２】請求項３０記載の照明方法は、請求項２７
記載の照明方法において、前記光結合素子がダイクロイ
ック・ビームスプリッター／コンバイナーを有する少な
くとも１つのプリズムを備えることを特徴とする。
【００６３】請求項３１記載の照明方法は、請求項２７
記載の照明方法において、前記第１の部材が前記画像装
置の光軸の周りに少なくとも部分的に位置することが可
能であり、前記複数の複合光源は、前記第１の部材上で
前記画像装置の光軸の周りに少なくとも部分的に位置す
ることが可能に配置されたことを特徴とする。
【００６４】請求項３２記載の照明方法は、請求項２７
記載の照明方法において、さらに、少なくとも１つの照
明装置光路素子によって、前記光路に沿う修正された出
力光線を提供するために前記出力光線の断面及び方向の
少なくとも一方を修正することを特徴とする。
【００６５】請求項３３記載の照明方法は、請求項３２
記載の照明方法において、さらに、前記少なくとも１つ
の照明装置光路素子が第１の反射面と第２の反射面とを
備え、前記第１の反射面によって前記単一の出力光線を
前記第２の反射面に反射し、画像装置の視野を照明する
ために使用できる入射角度に沿って修正された出力光線
をつくるために、前記第２の反射面によって前記単一の
出力光線を反射することを特徴とする。
【００６６】請求項３４記載の照明方法は、請求項２７
記載の照明方法において、前記照明装置が少なくとも１
つの複合光源を使用して画像装置の視野を照明するとき
に、視野内に観察できる平均強度が発光領域の方向の全
範囲に対応して観察できる平均強度の範囲の中間よりも
大きいように、前記出力光線の断面の発光領域が向けら
れることを特徴とする。
【００６７】請求項３５記載の照明方法は、請求項２７
記載の照明方法において、前記少なくとも１つの複合光
源が画像装置の視野を照明するために使用される場合
に、前記画像装置の光軸に垂直な面を照明するときは、
前記視野を囲む照明視野が前記視野の最大寸法が大きく
ても前記視野の最大寸法の２倍であることを特徴とす
る。
【００６８】上記目的を達成するために、請求項３６記
載の照明方法は、少なくとも１つの光源を保持する第１
の部材をし、画像装置の視野を照明するために照明装置
が使用できるように、各光源は、光路を進行する出力光
を提供するために使用できる少なくとも１つの制御可能
なソリッドステート発光装置を備える画像装置の視野を
照明するための照明方法であって、前記照明装置が少な
くとも１つの光源を使用して前記画像装置の視野を照明
するときに視野内に観察できる平均強度が発光領域の方
向の全範囲に対応して観察できる平均強度の範囲の中間
よりも大きいように、出力光線の断面の発光領域が方向
付けられる光線を出力することを特徴とする。
【００６９】請求項３７記載の照明方法は、請求項３６
記載の照明方法において、前記照明装置が少なくとも１
つの光源を使用して前記画像装置の視野を照明するとき
に視野内に観察できる平均強度が発光領域の任意の方向
について観察できる最大平均強度の少なくとも７５％で
あるように、前記出力光線の断面の発光領域が方向付け
られることを特徴とする。
【００７０】請求項３８記載の照明方法は、請求項３６
記載の照明方法において、さらに、少なくとも１つの照
明装置光路素子によって、前記光路に沿う修正された出
力光線を提供するために前記出力光線の断面及び方向の
少なくとも一方を修正することを特徴とする。
【００７１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係
る、画像装置の視野内の照明濃度を増加するための方法
及び装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図中、
対応する部品等には同一の参照番号を付す。
【００７２】図１に示すように、本発明による画像測定
装置１０がステージ１４を有する制御基台１２を備えて
いる。ステージ１６がドライブ１８の制御の下にステー
ジ１４に沿って矢印Ｙ方向に移動できる。このドライブ
１８はモータと親ねじとを有している。鉛直方向に向け
て装着されたカメラ３０は光学系３２を介して加工物２
０を観察する。ステージ１６は、通常に示されるよう
に、検査される加工物２０をカメラ３０の視野内の所定
位置に位置させるために移動させることができる。
【００７３】カメラ３０はＺ軸モータによって鉛直方向
に駆動されるＺ軸支持体３４に装着されており、視野内
に置かれる加工物２０の特定の領域及び面に合焦でき
る。カメラ３０及びＺ軸支持体３４はＸ軸キャリッジ４
０にしっかりと装着されておりこのＸ軸キャリッジ４０
は、ステージ１６の上方で視野を跨いでいる振動のない
ブリッジ４２にしっかりと取りつけられている。このキ
ャリッジ４０はモータと親ねじとを備えるドライブ４４
によって水平面内を平行移動する。ドライバ１８及び４
４はＺ軸駆動モータ３６と同様にプロセッサ５０からの
信号によって制御され、プロセッサ５０は典型的にはカ
メラ３０を基準として加工物２０をＸ軸及びＹ軸上の所
定の位置に位置させるとともに加工物２０の特定レベル
にカメラを合焦させるようにプログラムされている。光
学系３２の光軸に同心の部品を有する照明装置１００が
カメラ３０及び光学系３２に結合してＺ軸支持体３４に
装着されている。
【００７４】多様な模範的な実施の形態の中で、図２に
示すように照明装置１００は光源１１０、第１の反射面
１２０、及び第２の反射面１３０を有している。各光源
１１０は少なくとも１つのソリッドステート発光装置１
１５及びレンズ１４０を有している。
【００７５】各ソリッドステート発光装置１１５は、Ｌ
ＥＤ、レーザーダイオード、又は如何なる他の公知の、
あるいは、最新のソリッドステート発光構造体であって
もよい。さらに、各ソリッドステート発光装置１１５
は、紫外線、可視光、近赤外線領域の電磁スペクトルな
どを放射してもよい。電子カメラすなわちデジタルカメ
ラ３０の荷電結合素子のような電子印写要素に感光性が
有るとして知られるスペクトル領域において、各ソリッ
ドステート発光装置１１５が発光するので、各ソリッド
ステート発光装置１１５は選択される。
【００７６】ＬＥＤは、正確な光出力調整がハロゲンラ
ンプよりも容易であるので、ＬＥＤも各ソリッドステー
ト発光装置１１５として使用される。これは、少なくと
も部分的には、ＬＥＤの動作に必要な駆動電流がハロゲ
ンランプより小さいことによる。さらに、ＬＥＤの別個
の特性がＬＥＤから発光される光の波長をより柔軟に選
択可能にする。また、ＬＥＤがワーキングパラメータ内
で電子的に駆動される場合は、ＬＥＤにより出力される
光強度の反復性及び信頼性の何れもが非常に高い。さら
に、結像光学の解像力を改善できる周波数領域である紫
外線を発光できるＬＥＤも有る。レーザーダイオードが
ソリッドステート発光装置１１５に使用されてもよい。
【００７７】光源１１０の各々には１つ又はそれ以上の
光出力監視装置が内蔵されていてもよい。使用の際、様
々な模範的な実施の形態において、光出力監視装置は、
光源１１０内のソリッドステート発光装置１１５のスペ
クトル放射に分光応答度が適合するシリコン・フォトダ
イオードである。これらの光出力監視装置は材質やデザ
インによって制限されることはない。光源１１０内のソ
リッドステート発光装置１１５の光出力を測定できるど
のような公知の又は最新の装置でも使用することができ
る。異なる照明色の光を発光する多くのソリッドステー
ト発光装置１１５のうちの異なるもの間で各光源１１０
を切り替えることができる構成では、光源１１０は各発
光装置１１５のための専用の光出力監視装置を備えても
よい。市販されているソリッドステート発光装置の中に
は、当該発光装置から出力される光出力を示す信号を出
力する検知器を内蔵したものがある。このように、各発
光装置１１５のための光出力監視装置は発光装置１１５
に内蔵してもよいし、光源アセンブリの別部品としても
よい。
【００７８】図２に示すように、光線１１７は発光装置
１１５から発光される。図３に簡略して示すように、発
明者は、様々な模範的なソリッドステート発光装置１１
５から発光された光線１１７の断面が光線の光エネルギ
ーの殆どを供給する１つ又はそれ以上の発光領域１１４
及び光エネルギーを殆ど又は全く伝搬しない非発光領域
１１３を有することを認識した。非発光領域１１３は、
例えば発光装置１１５上のワイアー接着領域に起因する
ものである。
【００７９】加工物上の照明視野内に最良の照明濃度及
び照明分布を得るために、光線１１７内の１つ又はそれ
以上の発光領域１１４に対して所望の方向があることを
本発明者は見出した。本発明による様々な模範的な実施
の形態において、１つ又はそれ以上の発光領域１１４に
対する所望の方向は、発光装置１１５と加工物２０との
間の照明装置光路内の光学素子の効果に関して所望の方
向に発光装置１１５を配設することによって得られる。
【００８０】照明装置１００の様々な模範的な実施の形
態において、発光装置１１５の好適な方向は、適切な測
定装置を用いて、即ち、画像測定装置１０によって提供
された画像データを分析することによる加工物上の照明
視野内での様々な方向におけるテスト及び照明濃度と照
明分布との観測によって決定される。例えば、視野内で
最高の平均照明濃度又は十分かつ制御された照明濃度を
もたらす方向が決定され、選択される。視野内すなわち
全照明視野内に最も均一な照明濃度をもたらすような他
の基準が用いられてもよい。光源１１０を基準にした３
６０度の回転範囲をカバーする様々な方向に発光装置を
設けることによって方向の全範囲がテストできる。
【００８１】図３乃至５は、模範的な照明装置１００の
ための照明装置光路内の光学素子の構成に関する光線１
１７の模範的な発光領域１１４の模範的な方向を示す。
模範的な発光領域１１４の模範的な方向は模範的な発光
装置１１５の好適な機械的方向をも決定する。
【００８２】さらに図２に示すように、光線１１７は第
１の修正された光線１４２を作り出すためにレンズ１４
０を透過する。図３に示すように、発光された光線１１
７の進行方向に垂直な断面の大きさは、様々な模範的な
実施の形態ではレンズ１４０の光軸に垂直な断面の大き
さとほぼ同じ大きさである。光線１１７の断面がレンズ
１４０の断面よりも小さいときは、より高濃度であるが
より小さい断面で発光された光線１４２がもたらされる
ことが分かる。反対に、光線１１７の断面がレンズ１４
０の断面よりも大きいときは、発光された光線１１７の
うちレンズ１４０と一致しない部分は無駄になる。この
ように、発光された光線１１７の断面の大きさがほぼレ
ンズ１４０の断面の大きさに等しいときは、即ち、光線
１１７がレンズ１４０を限界まで満たしているときは、
発光装置１１５によって生成されたエネルギーを無駄に
することなく、より低輝度の発光装置１１５が使用でき
る。
【００８３】様々な模範的な実施例において、レンズ１
４０は、第１の修正された光線１４２に得られる所望の
特性に従って選択されたフレネルレンズ又は円柱レンズ
である。本発明よる装置及び方法の様々な模範的な実施
の形態において、とりわけ模範的な照明装置１００のた
めの照明装置光路における光学素子の構成において、フ
レネルレンズ又は円柱レンズ１４０は、発光された光線
１１７の断面をほぼ楕円形の第１の修正された光線１４
２に形成する形状を有し、方向付けられている。光線１
１７の断面は、楕円形の第１の修正された光線１４２の
長径である第１の軸１１８に関してレンズ１４０によっ
ては本質的に不変である。発光された光線１１７をその
第１の軸１１８に垂直な第２の軸１１９に沿って集束さ
せるために、光線１１７はレンズ１４０によって合焦さ
れる。この第２の軸１１９は、楕円形の第１の修正され
た光線１４２の短径である。光線が楕円形の第１の修正
された光線１４２の短径１１９に沿って集束するとき
は、光線１４２の断面が長径１１８に向かって収束する
ことが分かる。
【００８４】楕円形の第１の修正された光線１４２は次
に第１の反射面１２０によって反射され、第２の修正さ
れた光線１２２になる。反射面１２０は光源１１０の光
路上に在るので、反射面１２０を基準にして光を半径方
向外側に向けて第２の修正された光線１２２を形成す
る。したがって、第２の修正された光線１２２は大部分
がカメラ３０の光軸に垂直に投射される。このように、
反射面１２０は修正された光線の方向を変える光路切換
器としての役目を果たす。図４に示すように、短径１１
９に沿った第２の修正された光線１２２の断面の寸法
は、第１の修正された光線１４２が第１の反射面１２０
の半径方向外側に配置された第２の反射面１３０に向け
て投射されるように長径に向かって収縮していている。
【００８５】外側に向けられた第２の修正された光線１
２２は次に第２の反射面に反射されて、図２及び６に示
すように第３の修正された光線１３２を形成する。様々
な模範的な実施の形態において、第１の反射面１２０及
び第２の反射面１３０は図２及び６において水平面に向
けられたそれぞれの環状部分の表面部分又はファセット
である。第２の反射面１３０は第１の反射面１２０を基
準にしてＺ方向に移動できる。
【００８６】図５に示すように、第２の修正された光線
１２２は第２の反射面１３０に当たるので、楕円形の第
２の修正された光線１２２の短径１１９に沿った光線１
２２の断面の寸法は実質的に長径１１８に収縮してい
る。同時に、長径１１８に沿った光線１２２の断面の寸
法は、第１の反射面１２０が平坦なファセットであるな
らばほとんど変わらない。代わりに、第１の反射面１２
０が円形ミラーであるならば、長径１８８に沿った光線
１２２の断面の寸法は僅かに大きい。図２に示した模範
的な照明装置１００のための照明装置光路内の光学素子
の構成については、短径１１９に沿った光線１２２の収
束及び第２の反射面１３０の集束効果のために、光線１
３２は第２の反射面１３０に最も近い長径１１８に沿っ
て延びる線にほぼ収束し、次に、照明視野１５０を満た
すために短径１１９に沿って発散する。
【００８７】上述した模範的な実施の形態における最も
重要な考察は、光線１１７の光エネルギーの殆ど又は全
てが所望の照明視野内に到達すること、及び照明装置の
光路の外側又は所望の照明視野１５０内の期待視野の外
側で光エネルギーが殆ど又は全く無駄にならないことが
分かる。
【００８８】したがって、様々な模範的な実施の形態に
おいて、ビーム１１７の光エネルギーの殆ど又は全てが
所望の照明視野内に到達すること、及び照明装置光路の
外側又は所望の照明視野１５０内の期待視野の外側で光
エネルギーが殆ど又は全く無駄にならないことをもたら
す一方でさらに、短径又は長径に沿った光線１４２，１
２２，及び１３２の収束及び発散特性が上記の記載から
変わってもよい。関連する画像測定装置の視野における
よりも照明視野においてずっと多くの光エネルギーを無
駄にする市販の多くの照明装置とは対照的に、様々な模
範的な実施の形態において、図２の照明装置構成は視野
よりも著しく大きい照明視野にならない照明視野を提供
する。例えば、様々な模範的な実施の形態において、照
明視野１５０は、照明装置と一緒に使用される模範的な
画像測定装置の視野の最大寸法のほぼ２倍よりも大きい
寸法にはならない。
【００８９】図６に示すように、様々な模範的な実施の
形態において、反射面１３０は放物線状断面を有してい
る。放物線状断面は多くの照明装置に適しているが、双
曲線断面が使用されてもよい。第１の反射面１２０から
の第２の修正された光線１２２が湾曲した反射面１３０
に当たる位置は、第３の修正された光線１３２のステー
ジ１６上への入射角βを決定する。
【００９０】図７に示すように、入射角を変えるために
２つの反射面１２０，１３０は照明視野１５０を照明す
るために照明装置に求められる範囲でＺ軸に沿って共に
動かされるが、所望の入射角を得るために求められる範
囲で互いを基準にＺ軸に沿って動かされる。したがっ
て、入射角度を変え、所望の照明視野位置を維持するた
めに第１の反射面１２０からの光線１２２は反射面１３
０の異なる領域に当たる。
【００９１】図７に示すように、反射面１２０及び１３
０は互いとステージ１６とを基準にしてＺ軸に沿って動
かすことができる。入射角βが変化するときに、第３の
修正された光線１３２を画像測定装置の視野に一致する
ステージ１６又は加工物２０上の同一位置に維持するた
めに、反射面１２０とステージ１６との間の距離ｄが長
くなるに従って反射面１３０の底部と第２の修正された
光線１２２の長径１１８との距離ｈが長くなることが分
かる。反対に、反射面１２０とステージ１６との距離ｄ
が短くなるに従って、反射面１３０の底部と光線１３２
との距離が短くなる。
【００９２】図６及び８に示すように、加工物２０を１
つの照明パターンで囲むために複数の光源１１０が使用
されている。様々な模範的な実施の形態において、この
複数の光源１１０を支持するために照明装置１００の支
持装置１０２がカメラ３０の周りに配設されている。複
数の光源１１０は光軸１０４を囲んでおり、カメラ３０
の光路の外側に配置されている。
【００９３】加工物２０の周りに照明パターンを作り出
すために、各光源１１０は予め定めた方位角増分αで隣
の光源１１０から離されている。光源１１０の１つから
単独に光線１１７が発光されたときは、結果としての第
３の修正された光線１３２は方位角αnに沿うように向
けられる。方位角増分αは、必要ということではないが
概して、光源１１０の物理的寸法が与えられたときに、
光軸１０４から半径方向距離Ｓの所に最大数の光源１１
０が配置できるように決定される。さらに、使用される
光源１１０の数は、第３の修正された光線１３２の重な
り、すなわち、第３の修正された光線１３２間の間隔に
よって生じる所望の光の強さに依存する。
【００９４】様々な模範的な実施の形態において、第２
の修正された光線１２２の断面の長径１１８は「水平」
面内、すなわち、光軸１０４に垂直な面内にあるように
向けられている。第２の修正された光線１２２の長径１
１８が水平面内に、すなわち、環状反射面１３０の面内
にあるように向けられたときは、光線は反射面１３０の
底部から特定距離ｈの所で集中し、これにより、反射面
１３０で反射した光線１３２は、より効果的な照明を視
野内にもたらす。さらに、第３の修正された光線１３２
の断面の長径が水平面内にあるように向けられていると
きは、図１４について以下に記述するように所望の近円
形状の照明視野１５０が照明された面の殆どに得られ
る。
【００９５】図１４に示すように、従来の照明装置は各
発光素子からほぼ円形断面の光線を発光する。光線は平
行化されても集束されてもよい。しかし、照明される加
工物表面に直角ではない入射角度β1で光線が発光され
たときは、平面の加工物５０に第１の照明視野５１２が
ほぼ長円形すなわち楕円形パターンに形成される。第１
の照明視野５１２はそれ自身の中心からｘ1およびｙ1の
距離の所に縁があるが、ここで、ｘ1はｙ1よりも大き
い。さらに、β2で示すように入射角度が大きくなる
と、光軸５０８に沿って位置する平面に光線が交差する
場合は、第２の照明視野５１４の距離ｙ2は第１の照明
視野５１２の距離ｙ1とほぼ同一である。しかし、距離
ｘ2は第１の照明視野５１２の距離ｘ1よりも長くなる。
【００９６】光軸５０８に沿った視野は概して光軸５０
８を中心とする円形であるので、提供されたタイプの発
光素子の場合に最大の照明濃度を得ようとするときは、
上記のような楕円形照明視野は好ましくない。例えば、
距離ｙ1が円形視野の縁あたりに設定されたとすると、
距離ｘ1は円形視野の縁を超えてしまう。その結果、有
効な照明エネルギーの著しい量が視野の外で無駄になっ
てしまう。対照的に、本発明による照明装置では、第３
の修正された光線１３２の断面の長径１１８は、本発明
の装置及び方法の様々な模範的な実施の形態による水平
面内に向けられる。その結果、前述のｘ方向における照
明視野の延びは、加工物表面への入射角度のために、光
線がほぼ水平な照明面に当たるように長径１１９を照明
視野内で効果的に延ばす。従って、所望の近円形状の照
明視野１５０が得られる。
【００９７】照明視野１５０の範囲が画像測定装置の視
野の範囲を超えることは通常のことである。しかし、こ
のような場合でも、以下に記載するように光線及びその
長径１１８と短径１１９を形作ることは、在来の照明装
置によって提供される光線と比較して、より均一な照明
濃度を提供し、画像測定装置の視野を満たし又は覆う照
明区域に相当に高い平均照明濃度を提供する。
【００９８】図９に示すように、光源１１０の第２の模
範的な実施の形態では、レンズ１４０を透過して修正さ
れた光線１４２を作る光線である光源１１０からの複合
発光光線１１７’を作り出すために複数の発光装置が使
用されてもよい。複合発光光線１１７’を作ることによ
って、使用される発光装置１１５の数に従って発光光線
１１７’の光エネルギーをさらに増加させることができ
る。説明の目的ために、３つの発光装置１６０，１７０
及び１８０を有する複合光源１１０について記述する。
しかし、複合光源１１０は必要なビームコンバイナーと
ともに適切に配置されたより多くの発光装置を有するこ
とができる。さらに、発光装置１６０，１７０及び１８
０の１つ又は全てが第１の模範的な実施の形態の発光装
置１１５と同一なものであってもよい。
【００９９】また説明の目的ため、白色複合発光光線１
１７’を作るために３つの発光装置１６０，１７０及び
１８０がそれぞれ赤色光、緑色光及び青色光１１７を発
光するものとして記述される。しかし、発光装置１６
０，１７０及び１８０は様々な色の光線１１７’を作る
ためにどのような色の組合せや濃度でも発光できること
を理解すべきである。
【０１００】様々な模範的な実施例においては、発光装
置１６０，１７０及び１８０の下流かつレンズ１４０の
上流に配置されたプリズム２００によって発光光線１１
７が光路１９０に沿って整合される。説明の目的のため
に、プリズム２００として米国特許第５，８８０，８８
９号に記載された如何なるプリズムも使用することがで
きる。さらに、光路１９０に沿って複合発光光線１１
７’を作るためには、発光装置１６０，１７０及び１８
０から発光された光線１１７を結合させるために使用さ
れる現在入手可能な又は最新の如何なる装置も本発明に
使用できる。
【０１０１】ここに記載した装置及び方法の１つの模範
的な実施の形態では、発明者は、図９に示す模範的な形
態に配置した市販の赤、緑、及び青に発光するＬＥＤを
図２に示す模範的な照明装置の構成に従って、Aurora，
ILに在るMitutoyo AmericaCorporation(MAC) から入
手できる視野監視機のQuick Version シリーズの１つ
の後部に取り付けた。この模範的な装置は、機械の視野
にほぼ白色の光をもたらす場合に、完全に操作可能な照
明濃度の範囲を得た。
【０１０２】このような構成は白色光以外の様々な波長
の組合せをもたらす場合にも制御可能である。さらに、
図面上の垂直方向における複合光源１１０の寸法は、様
々な模範的な実施の形態において同じ寸法である発光装
置１６０，１７０，及び１８０の何れよりも、また、プ
リズム２００よりも著しく大きい必要はない。従って、
本発明の装置及び方法による複合光源の様々な実施の形
態において、如何なる単色光発光装置による光線を使用
しても得られない出力光特性が得られる。さらに、この
ような複合光源は、様々な照明装置において、単色光発
光装置によって得られる間隔に匹敵する近接した間隔で
配置されてもよい。
【０１０３】図１０乃至１２は米国特許第５，８８０，
８８９号に開示されたプリズムの２つの模範的な実施の
形態を示す。図１０に示すように、１つの模範的な実施
例では、プリズム２００は立方体のガラス２１０の立方
体ダイクロイック・ビームスプリッター／コンバイナー
である。ビームスプリッター／コンバイナー２００は立
方体２１０の第１の向い合う縁２２０と第２の向い合う
縁２２２との間に角部を有するダイクロイック青色反射
面２１２を有している。ダイクロイック赤色光反射面２
１８は青色光反射面２１２に直交しており、第３の縁２
１４と第４の縁２１６との間に及んでいる。赤色光反射
面２１８及び青色光反射面２１２は双方ともに緑色光を
透過させる。
【０１０４】発光装置１６０からの赤色光線１６２は立
方体２１０の第１の向かい合う縁２２０に直角に導か
れ、青色光反射面２１２及び赤色光反射面２１８に４５
度の反射角２２６で当たる。赤色光線１６２は光路１９
０に沿った直角方向に向けられる。発光装置１８０から
の青色光線１８２は第２の向かい合う縁２２２に直角に
導かれ、赤色光反射面２１８及び青色光反射面２１２に
４５度の反射角２２６で当たる。赤色光線１６２は光路
１９０に沿った直角方向に向けられる。発光装置１７０
からの緑色光線１７２は青色光反射面２１２及び赤色光
反射面２１８双方に導かれてそれらを透過する。緑色光
線１７２の方向も光路１９０に沿っている。赤色、青
色、及び緑色光線が結合し、白色複合発光光線１１７’
を作ることが分かる。
【０１０５】図１１は米国特許第５，８８０，８８９号
に開示されたようなプリズム２００の第２の模範的な実
施の形態を示す。プリズム２００はダイクロイック・ビ
ームスプリッター／コンバイナー２００である。このビ
ームスプリッター／コンバイナー２００は等しい寸法の
４つの垂直壁２５２を有するガラス支持構造体２５０を
有し、垂直壁２５２が立方体体積２５４を包含するよう
に端と端が連結されている。ガラス支持体２５０は光学
級ガラス、プラスチック又は他の適切な素材によって構
成されてもよい。
【０１０６】ビームスプリッター／コンバイナー２００
は第１の赤色光反射面２５６及びこれと平行に向かい合
う第２の赤色光反射面２５８を有している。第１の青色
光反射面２６０は第２の赤色光反射面２５６に隣接して
直交している。第２の青色光反射面２６２は第１の青色
光反射面２６０と平行に向かい合っている。反射面２５
６，２５８，２６０，２６２は外向きの面であり、一方
の側が大気に晒されており、他方の側がガラス支持構造
体２５０に晒されている。
【０１０７】赤色光反射面２５６及び２５８は従来の赤
色光反射ダイクロイック・コーティングを有している。
同様に、青色光反射面２６０及び２６２は従来の青色光
反射ダイクロイック・コーティングを有している。コー
ティングは、当業者には周知の方法にしたがって塗布さ
れる誘電材料から成る光学的薄膜コーティングである。
【０１０８】説明の目的のために、光線１１７’の各半
分１９４及び１９６について記載する。赤色光線１６２
は第１の赤色光反射面２５６により、光路１９０に沿う
垂直な第１の半分１９４に向きを変えられる。また、赤
色光線１６２は第２の赤色光線反射面２５８により、光
路１９０に沿う垂直な第２の半分１９６にも向きを変え
られる。青色光線１８２は第１の青色光反射面２６０に
より、光路１９０に沿う垂直な第２の半分１９６に向き
を変えられる。また、青色光線１８２は第２の青色光反
射面２６２により、光路１９０に沿う垂直な第１の半分
１９４に向きを変えられる。
【０１０９】緑色光線１７２はダイクロイック面２６
２，２５８，２５６，及び２６０に導かれて透過し、支
持構造体２５０を透過して光路１９０に沿った方向に進
むことになる。この結果、赤色、緑色、及び青色の光線
１６２，１７２，及び１８２は結合されて白色発光光線
１１７’を形成する。
【０１１０】図１２は図１１のビームスプリッター／コ
ンバイナー２００の角部を示す図である。赤色光線１６
２は赤色光反射面２５６によって反射され、垂直な第１
の半分１９２に向けられる。青色光線１８２は青色光反
射面２６２によって反射され、垂直な第１の半分１９２
に向けられる。第２の赤色光反射面２５８（図１１参
照）によって反射される赤色光線１６２は、第２の青色
光反射面２６２を透過する。
【０１１１】China Daheng Corporation, PO BOX 6
971, Beijing, 100086 PR CHINAから入手できる"Color
Biner"プリズムのようなビームスプリッター／コンバイ
ナーは、本発明の装置及び方法による構成要素として適
切な市販の入手可能なものである。プリズムは特別な用
途のために要求される特別な物理的寸法に作られてもよ
い。
【０１１２】白色複合発光光線１１７’は次に、発光光
線１１７と同様に、レンズ１４０と照明装置１００の残
りの部分を通過する。従って、プリズム２００よりも下
流での光線についての記載はここでは繰り返さない。
【０１１３】図８を参照しながら既に議論したように、
第２の反射面１３０は第３の修正された光線１３２をス
テージ１６に向けて投射する。さらに、第２の模範的な
実施の形態である複合複数光源１１０について議論した
ように、複数の発光装置を使用するが複数の色を作り出
すことができる。従って、本発明による装置及び方法は
様々な選択可能な別個の色の光線を任意の単一の方位角
αnに沿って投射でき、図１３に示すように、同様の様
々な色の光線を作るために複数の方位角α1-3の上に広
がった複数の光源５０４を使用しなければならない従来
の装置の欠陥を克服する狭い方位角増分αを作ることが
できる。
【０１１４】本発明は具体的な実施の形態とともに上記
したが、当業者にとっては多くの明らかな代替形態、改
良形態、及び変更形態が明らかである。例えば、上記し
た光線形成法、発光装置及び光線又はこれらの何れかの
非発光領域を方向づける方法、及びソリッドステート発
光装置を使用して高い照明濃度を得るためにコンパクト
なスペースで複合発光光源を構成し、使用する方法等は
皆、照明視野に改良された照明濃度及び照明の均一性を
もたらすために単独又は組み合わせて用いることがで
き、一方、照明及び光線の色双方について高度の空間的
アドレス可能度をもたらす。本発明の照明法は、プログ
ラム可能な発光制御装置、プログラム可能な自動画像測
定装置、並びに自動又は手動の微視的な画像及び検査装
置等と組み合わせて使用することができる。さらに、前
述の方法は本明細書に記載した任意の円形発光装置構成
に適用してもよく、また、光軸を部分的にだけ囲む類似
の発光装置構成に適用してもよいが、前述の方法の有用
性はこれらの構成に限定されるものではない。従って、
上記した本発明の実施の形態は例示であり、限定を目的
とするものではない。本発明の精神及び観点から逸脱す
ることなく、様々な変更態様が可能である。
【０１１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１及
び２４記載の照明装置並びに請求項２７及び３６記載の
照明方法によれば、複合光源によって入射光線及び出力
光線を出力し、複合光源を構成するソリッドステート光
源の１つを使用しないことができるので、分散照明効果
を高めることができ、また、他のソリッドステート光源
による照明視野内の特定の方向からの照明濃度を増加さ
せることができ、さらに、光エネルギー分散が均一でな
い光線を視野内で所望の照明分散させることができる。
【０１１６】請求項４記載の照明装置によれば、複数の
制御可能なソリッドステート発光装置は、緑色発光装
置、赤色発光装置、及び青色発光装置を備えており、こ
れらの発光装置を制御することによって、所望の波長の
組合せを含んでいる照明を高レベルの空間アドレッサビ
ィティーで作り出すことができる。
【０１１７】請求項９記載の照明装置によれば、複合光
源のうち少なくとも幾つかは、中心同士に円周方向に個
々のソリッドステート発光装置をその大きさの３倍より
も小さい間隔をとって互いに円周方向に離れているの
で、ソリッドステート発光装置の配置の効率がよく、従
って、複数本の光線をコンパクトな空間内に並べること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがって照明装置を内蔵する画像測
定装置の部分切欠き斜視図である。
【図２】図１における照明装置の一部の第１の実施の形
態の側方断面図である。
【図３】図２に示す照明装置部分の光路に沿った１つの
点における光線の断面形状を示す図である。
【図４】図２に示す照明装置部分の光路に沿った別の点
における光線の断面形状を示す図である。
【図５】図２に示す照明装置部分の光路に沿ったさらに
異なる点における光線の断面形状を示す図である。
【図６】図２の第１の実施の形態を内蔵する、図１の画
像測定装置の一部を示す側方断面図である。
【図７】図１乃至６の装置における反射器の異なる相対
位置によってもたらされる入射角度の変化を示す概略図
である。
【図８】図２における画像装置の一部である光源の配列
を示す概略平面図である。
【図９】図１における照明装置の一部の第２の模範的な
実施の形態の側方断面図である。
【図１０】立方体ダイクロイック・ビームスプリッター
／コンバイナーの第１の模範的な実施の形態を示す線図
である。
【図１１】本発明のダイクロイック・ビームスプリッタ
ー／コンバイナーの第２の模範的な実施の形態を示す線
図である。
【図１２】図１１におけるビームスプリッター／コンバ
イナーの縁を示す線図である。
【図１３】関連技術による発光装置を示す平面図であ
る。
【図１４】関連技術による発光装置から加工物上に形成
された典型的な照明視野パターンの一例を示す図であ
る。
【符号の説明】
１００ 照明装置 １０４、５０８ 光軸 １１０ 複合光源 １１４ 発光領域 １１５ ソリッドステート発光装置 １１８ 長径 １１９ 短径 １２０ 第１の反射面 １２２ 第２の修正された出力光線 １３０ 第２の反射面 １３２ 第３の修正された出力光線 １４０ レンズ １４２ 第１の修正された出力光線 １５０ 照明視野 ２００ プリズム（ダイクロイック・ビームスプリッタ
ー／コンバイナー） ５０２ フレキシブルマウント β 入射角

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 照明装置であって、 少なくとも１つの複合光源を保持する第１の部材を備
    え、各複合光源は複数の制御可能なソリッドステート発
    光装置及び光結合素子を有し、複数の発光装置の各々は
    それぞれの入力光線を前記光結合素子に入力するために
    配置されており、 前記各複合光源は、前記入力光線及び前記光結合素子の
    特性に基づいて単一の出力光線を出力し、 前記複合光源は、複数の制御可能なソリッドステート発
    光装置の任意の１つの出力光線によっては達成できない
    特性を有する少なくとも１つの出射光線を提供するため
    に使用でき、 前記画像装置の視野を照明するために照明装置が使用で
    きるように前記出力光線が光路に従うことを特徴とする
    照明装置。
  2. 【請求項２】 前記単一の出力光線の少なくとも１つの
    特性は少なくとも１つの最高強度と波長結合であること
    を特徴とする請求項１記載の照明装置。
  3. 【請求項３】 前記波長結合は白色光に近似することを
    特徴とする請求項２記載の照明装置。
  4. 【請求項４】 前記複数の制御可能なソリッドステート
    発光装置は、緑色光発光装置、赤色光発光装置、及び青
    色光発光装置を備えることを特徴とする請求項１記載の
    照明装置。
  5. 【請求項５】 前記複数の制御可能なソリッドステート
    発光装置の各々は１つの発光ダイオード及びダイオード
    レーザを備えることを特徴とする請求項１記載の照明装
    置。
  6. 【請求項６】 前記光結合素子は、少なくとも１つのプ
    リズムを備えることを特徴とする請求項１記載の照明装
    置。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つのプリズムは、ダイ
    クロイック・ビームスプリッター／コンバイナー備える
    ことを特徴とする請求項６記載の照明装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の部材は前記画像装置の光軸の
    周りに少なくとも部分的に位置することが可能であり、
    前記複数の複合光源は、前記第１の部材上で前記画像装
    置の光軸の周りに少なくとも部分的に位置することが可
    能に配置されたことを特徴とする請求項１記載の照明装
    置。
  9. 【請求項９】 少なくとも前記複合光源の幾つかは、前
    記画像装置の光軸に一致するように位置することが可能
    な、軸から共通半径上に配置されており、前記共通半径
    上に配置された前記複合光源のうち少なくとも幾つか
    は、中心同士に円周方向に個々の前記ソリッドステート
    発光装置の大きさの３倍よりも小さい間隔をとって互い
    に円周方向に離されていることを特徴とする請求項８記
    載の照明装置。
  10. 【請求項１０】 前記共通半径上に配置された前記複合
    光源のうち少なくとも幾つかは、中心同士に円周方向に
    個々の前記ソリッドステート発光装置の大きさの２倍よ
    りも小さい間隔をとって互いに円周方向に離されている
    ことを特徴とする請求項９記載の照明装置。
  11. 【請求項１１】 さらに、少なくとも１つの照明装置光
    路素子を備え、該光路素子は前記光路に沿う修正された
    出力光線を提供するために前記出力光線の断面及び方向
    の少なくとも一方を修正することを特徴とする請求項１
    記載の照明装置。
  12. 【請求項１２】 前記少なくとも１つの照明装置光路素
    子は、第１の反射面と第２の反射面とを備え、前記出力
    光線は前記第１の反射面によって前記第２の反射面に反
    射され、前記第２の反射面は、画像装置の照明視野を照
    明するために使用できる入射角度に沿って、修正された
    出力光線を反射することを特徴とする請求項１１記載の
    照明装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１の反射面及び第２の反射面
    は、それぞれ第１及び第２の環状面の部分を有し、該第
    １及び第２の環状面は入射角度を制御するために、各環
    状部分の面に垂直な共通中心線に沿って互いに相対的に
    移動可能であることを特徴とする請求項１２記載の照明
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記少なくとも１つの照明装置光路素
    子は、長径及び短径を有するほぼ楕円形の修正された出
    力光線をもたらすレンズを備えることを特徴とする請求
    項１１記載の照明装置。
  15. 【請求項１５】 前記レンズはフレネルレンズ及び円柱
    状レンズの何れか１つであることを特徴とする請求項１
    ４記載の照明装置。
  16. 【請求項１６】 前記レンズは、前記修正された出力光
    線が前記画像装置の視野を照明する領域において、前記
    長径が少なくとも前記画像装置の光軸と垂直な平面にほ
    ぼ並ぶように向けられていることを特徴とする請求項１
    ４記載の照明装置。
  17. 【請求項１７】 前記少なくとも１つの照明装置光路素
    子はさらに、第１の反射面と環状部分を有する第２の反
    射面とを備え、前記修正された出力光線が前記第１の反
    射面に受けられて第２の修正された出力光線として前記
    第２の反射面に反射され、前記第２の修正された出力光
    線の長径が環状部分の面に平行な面と少なくともほぼ並
    び、前記第２の反射面が第３の修正された出力光線を画
    像装置の視野を照明するために使用される入射角度に沿
    って反射することを特徴とする請求項１６記載の照明装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記照明装置が少なくとも１つの複合
    光源を使用して画像装置の視野を照明するときに、前記
    視野内に観察できる平均強度が発光領域の方向の全範囲
    に対応して観察できる平均強度の範囲の中間よりも大き
    いように、前記出力光線の断面の発光領域が向けられる
    ことを特徴とする請求項１７記載の照明装置。
  19. 【請求項１９】 前記照明装置が少なくとも１つの複合
    光源を使用して画像装置の視野を照明するときに、前記
    視野内に観察できる平均強度が発光領域の方向の全範囲
    に対応して観察できる平均強度の範囲の中間よりも大き
    いように、前記出力光線の断面の発光領域が向けられる
    ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  20. 【請求項２０】 前記照明装置が少なくとも１つの複合
    光源を使用して画像装置の視野を照明するときに、前記
    視野内に観察できる平均強度が発光領域の任意の方向に
    ついて観察できる最大平均強度の少なくとも７５％であ
    るように、前記出力光線の断面の発光領域が向けられる
    ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  21. 【請求項２１】 前記少なくとも１つの複合光源が画像
    装置の視野を照明するために使用される場合に、前記画
    像装置の光軸に垂直な面を照明するときは、ほぼ円形の
    照明視野が前記視野を囲むことを特徴とする請求項１記
    載の照明装置。
  22. 【請求項２２】 前記少なくとも１つの複合光源が画像
    装置の視野を照明するために使用される場合に、前記画
    像装置の光軸に垂直な面を照明するときは、前記視野を
    囲む照明視野の最大寸法が大きくても前記視野の最大寸
    法の２倍であることを特徴とする請求項１記載の照明装
    置。
  23. 【請求項２３】 前記画像装置が拡大された画像装置で
    あることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  24. 【請求項２４】 照明装置であって、 少なくとも１つの光源を保持する第１の部材と、画像装
    置の視野を照明するために前記照明装置が使用できるよ
    うに、各光源は、光路を進行する出力光を提供するため
    に使用できる少なくとも１つの制御可能なソリッドステ
    ート発光装置とを備え、 前記照明装置が少なくとも１つの光源を使用して前記画
    像装置の視野を照明するときに視野内に観察できる平均
    強度が発光領域の方向の全範囲に対応して観察できる平
    均強度の範囲の中間よりも大きいように、出力光線の断
    面の発光領域が方向付けられることを特徴とする照明装
    置。
  25. 【請求項２５】 前記照明装置が少なくとも１つの光源
    を使用して前記画像装置の視野を照明するときに視野内
    に観察できる平均強度が発光領域の任意の方向について
    観察できる最大平均強度の少なくとも７５％であるよう
    に、出力光線の断面の発光領域が方向付けられることを
    特徴とする請求項２４記載の照明装置。
  26. 【請求項２６】 さらに、少なくとも１つの照明装置光
    路素子を備え、該光路素子は前記光路に沿う修正された
    出力光線を提供するために前記出力光線の断面及び方向
    の少なくとも一方を修正することを特徴とする請求項２
    ４記載の照明装置。
  27. 【請求項２７】 少なくとも１つの複合光源を保持する
    第１の部材を備え、各複合光源は複数の制御可能なソリ
    ッドステート発光装置及び光結合素子を有し、複数の発
    光装置の各々はそれぞれの入力光線を前記光結合素子に
    入力するために配置されている画像装置の視野を照明す
    るための照明方法であって、 前記入力光線及び前記光結合素子の特性に基づいて単一
    の出力光線を前記各複合光源から出力し、 前記複数の制御可能なソリッドステート発光装置の任意
    の１つによって提供される光線を使用することでは得ら
    れない、少なくとも１つの特性を前記単一の出力光線に
    獲得し、 前記画像装置の視野を照明するために前記単一の出力光
    線を光路に従うように向けることを特徴とする照明方
    法。
  28. 【請求項２８】 前記単一の出力光線の少なくとも１つ
    の特性は少なくとも１つの最高強度と波長結合であるこ
    とを特徴とする請求２７記載の照明方法。
  29. 【請求項２９】 前記波長結合は白色光に近似すること
    を特徴とする請求項２８記載の照明方法。
  30. 【請求項３０】 前記光結合素子は、ダイクロイック・
    ビームスプリッター／コンバイナーを有する少なくとも
    １つのプリズムを備えることを特徴とする請求項２７記
    載の照明方法。
  31. 【請求項３１】 前記第１の部材は前記画像装置の光軸
    の周りに少なくとも部分的に位置することが可能であ
    り、前記複数の複合光源は、前記第１の部材上で前記画
    像装置の光軸の周りに少なくとも部分的に位置すること
    が可能に配置されたことを特徴とする請求項２７記載の
    照明方法。
  32. 【請求項３２】 さらに、少なくとも１つの照明装置光
    路素子によって、前記光路に沿う修正された出力光線を
    提供するために前記出力光線の断面及び方向の少なくと
    も一方を修正することを特徴とする請求項２７記載の照
    明方法。
  33. 【請求項３３】 さらに、前記少なくとも１つの照明装
    置光路素子は、第１の反射面と第２の反射面とを備え、 前記第１の反射面によって前記単一の出力光線を前記第
    ２の反射面に反射し、 画像装置の視野を照明するために使用できる入射角度に
    沿って修正された出力光線をつくるために、前記第２の
    反射面によって前記単一の出力光線を反射することを特
    徴とする請求項３２記載の照明方法。
  34. 【請求項３４】 前記照明装置が少なくとも１つの複合
    光源を使用して画像装置の視野を照明するときに、視野
    内に観察できる平均強度が発光領域の方向の全範囲に対
    応して観察できる平均強度の範囲の中間よりも大きいよ
    うに、前記出力光線の断面の発光領域が向けられること
    を特徴とする請求項２７記載の照明方法。
  35. 【請求項３５】 前記少なくとも１つの複合光源が画像
    装置の視野を照明するために使用される場合に、前記画
    像装置の光軸に垂直な面を照明するときは、前記視野を
    囲む照明視野が前記視野の最大寸法が大きくても前記視
    野の最大寸法の２倍であることを特徴とする請求項２７
    記載の照明方法。
  36. 【請求項３６】 少なくとも１つの光源を保持する第１
    の部材をし、画像装置の視野を照明するために照明装置
    が使用できるように、各光源は、光路を進行する出力光
    を提供するために使用できる少なくとも１つの制御可能
    なソリッドステート発光装置を備える画像装置の視野を
    照明するための照明方法であって、 前記照明装置が少なくとも１つの光源を使用して前記画
    像装置の視野を照明するときに視野内に観察できる平均
    強度が発光領域の方向の全範囲に対応して観察できる平
    均強度の範囲の中間よりも大きいように、出力光線の断
    面の発光領域が方向付けられる光線を出力することを特
    徴とする照明方法。
  37. 【請求項３７】 前記照明装置が少なくとも１つの光源
    を使用して前記画像装置の視野を照明するときに視野内
    に観察できる平均強度が発光領域の任意の方向について
    観察できる最大平均強度の少なくとも７５％であるよう
    に、前記出力光線の断面の発光領域が方向付けられるこ
    とを特徴とする請求項３６記載の照明方法。
  38. 【請求項３８】 さらに、少なくとも１つの照明装置光
    路素子によって、前記光路に沿う修正された出力光線を
    提供するために前記出力光線の断面及び方向の少なくと
    も一方を修正することを特徴とする請求項３６記載の照
    明方法。
JP2002216243A 2001-07-25 2002-07-25 画像装置の視野内の照明濃度を増加するための方法及び装置 Pending JP2003107390A (ja)

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