专利名称：光学测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学测量装置。更具体地说，本发明涉及一种设置有将发光二极
管作为光源的照明单元的光学测量装置。
背景技术：
已知一种光学测量装置，其具有多种照明单元(例如，入射光照明单元或透射照 明单元)，这些照明单元安装在测量装置主体上，并构造成在将这些照明单元中任一个发出 的光照射到被测物体(工作)时测量被测物体的形状等。 例如，在日本未审专利申请公开No. 2004-220834中所述的图像处理测量装置包 括LED(发光二极管)、CCD(电荷耦合器件)照相头(图像拾取装置)以及构造成控制所 述LED和CCD照相头的控制装置。所述控制装置照射被测物体，同时根据输入的光强命令 值控制被施加至LED的电流，并通过控制CCD照相头以及接收来自被测物体的反射光来获 得图像信息。然后，通过处理获得的图像信息来测得所述被测物体的形状。
在光学测量装置中，亮度的不同影响测量结果，因此有必要使照明单元能够根据 给定的光强命令(目标)值产生准确的光强。然而，在具有以LED作为光源的照明单元的 光学测量装置中，即使LED具有相同型号，光强也会因个体差异而有不同。因此，需要采取 对策来生成对应于光强命令值的预定光强。 例如，如图7所示，在照明控制器6的存储单元48中存储有包括电流命令值和 P丽(脉冲宽度调制)占空比的转换表(校准值)，该转换表用于促使照明单元4的LED 44 产生对应于由测量装置主体或PC(个人电脑)3给出的光强命令值(0至100%)的光强。
除了存储单元48，照明控制器6还设置有DA转换器61、 P丽发生器62、控制单元 63以及恒定电流发生器64，其中，控制单元63构造成在收到光强命令值时从存储单元48 读取与光强命令值相对应的电流命令值和P丽占空比，并且将电流命令值和P丽占空比设 置给DA转换器61和P丽发生器62。 在接收到光强命令值时，控制单元63从存储单元48读取与光强命令值相对应的 校准值(电流命令值和P丽占空比)，并且将电流命令值和P丽占空比设置给DA转换器61 和P丽发生器62。从P丽发生器62产生设定的P丽占空比的控制脉冲。然后，当从P丽发 生器62产生的控制脉冲打开时，恒定电流发生器64将DA转换器61转换的对应于电流命令 值的电流供应至照明单元4的LED 44。从而，LED 44以对应于光强命令值的光强发射光。
在现有技术的光学测量装置中，由于校准值存储在与照明单元分开的照明控制器 中，所以具有以下问题。 (a) —般，LED的寿命比荧光灯等的长，但亮度低。因此，在需要精确亮度的应用 中，需要定期更换。因此，当更换照明单元时，需要向照明控制器写入校准值的操作。
这是影响测量精度的重要设定，并且需要以高度的可靠性来执行，所以制造商的 服务人员有必要去往用户所在地进行设定操作。
(b)只能在照明控制器和照明单元的结合确定以后，执行组装时的校准值的登记。
因此，组装后半段的几乎完成的测量装置必须等待耗时的光校准，所以会导致例 如以下缺点组装期间元件数增加，且空间利用效率降低。 也可设想这样的对策，即提前执行耗时的光校准，并将校准数据存储在FD (软盘) 中，但管理成对的软盘和照明单元很麻烦。 (c)当连接了错误的测量单元时，S卩，当不是预定照明单元的照明单元被连接至照 明控制器时，所述装置会使用错误的亮度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种光学测量装置，其能降低更换照明 单元的成本并改进生产效率以及消除使用具有错误光强的装置的风险。
—种光学测量装置，其包括测量装置主体；照明单元，可拆卸地安装在所述测量
装置上，并以发光二极管作为光源；和照明控制器，构造成根据光强命令值来控制照明单
元，其中所述照明单元包括存储单元，在该存储单元中存储有用于促使发光二极管产生对
应于光强命令值的光强的校准值，并且所述照明控制器在接收到光强命令值时从存储在所
述存储单元中的校准值中读取对应于所述光强命令值的校准值，并基于所述校准值控制所
述发光二极管，并且促使所述发光二极管产生对应于光强命令值的光强。 在这个结构中，由于可拆卸地安装在测量装置主体上的照明单元设置有存储单
元，而该存储单元存储有用于促使发光二极管产生对应于光强命令值的光强的校准值，所
以能够消除更换照明单元时写入校准值的操作。因此，由于服务人员不必去往用户所在地
执行设定操作，所以能降低更换照明单元的成本。 由于能够在组装照明单元之后的任何时间执行光校准，所以能实现生产效率上的 改进。换句话说，消除了例如组装期间元件数目的增多和空间利用率降低的缺点。
同时，消除了以下风险连接错误的照明单元，使用具有错误光强的装置。
优选地，将转换表存储在所述存储单元中作为校准值，所述转换表包括与光强命 令值相对应的施加至发光二极管的电流命令值和对施加至发光二极管的电流进行脉冲控 制时的占空比，并且所述照明控制器在接收到光强命令值时从转换表读出对应于光强命令 值的电流命令值和占空比，并在读出的占空比的控制脉冲为开启时，将对应于电流命令值 的电流施加至照明单元中的发光二极管。 在这个结构中，由于与光强命令值相对应的施加至发光二极管的电流命令值和对 施加至发光二极管的电流进行脉冲控制时的占空比被存储为校准值，所以能通过使用这两 个校准值即电流命令值和占空比来精确地控制发光二极管的光强。 优选地，在光强命令值中，对于低光强命令值，将不同的占空比存储为用于低光强
命令值的校准值，而对于高光强命令值，将不同的电流命令值存储为校准值。 —般，在施加的电流低的范围内，通过改变施加的电流也不能平稳地控制光强，从
而不能得到精确的光强。然而，在施加的电流大于等于某个基准值的范围内，可以通过改变
施加的电流来平稳地控制光强，从而能够获得精确的光强。 根据本发明，由于在光强命令值中，对于低光强命令值(小于预定基准光强命令 值)，将不同占空比存储为用于低光强命令值的校准值，而对于高光强命令值(不低于预定 基准光强命令值)，将不同电流命令值存储为校准值，所以在低光强命令值中能够通过控制脉冲宽度来精确地控制发光二极管的光强，而在高光强命令值中能够通过控制施加至发光 二极管的电流来精确地控制发光二极管的光强。因此，在光强命令值的整个范围中，均能精 确地控制发光二极管的光强。 优选地，所述照明单元包括电缆、发光单元和连接单元，其中所述发光单元设置在 所述电缆的一端并且具有发光二极管，所述连接单元设置在所述电缆的另一端并连接至所 述照明控制器，并且所述存储单元设置在所述连接单元中。 在这种结构中，由于照明单元包括电缆、发光单元和连接单元，且连接单元设置有 存储单元，也就是说，由于存储单元设置在与作为光源的发光单元分开的连接单元中，所以 能够尽可能地防止存储单元被来自发光单元的热量影响。 优选地，所述发光单元包括散热风扇；并且当所述连接单元连接到所述照明控制 器时，通过照明控制器来控制所述散热风扇的操作。 在这种结构中，由于散热风扇设置在发光单元中，并且散热风扇的操作在连接单 元连接至照明控制器时被照明控制器控制，所以特别适用于具有高光强的照明单元。
图1是示出根据本发明的光学测量装置的实施例的示意图；
图2是示出相同实施例的照明单元的示图；
图3是示出相同实施例中的照明控制器的方框图； 图4A和图4B是示出相同实施例中对应于高光强命令值和低光强命令值的控制状 态的示图； 图5是示出相同实施例中光强命令值和CCD照相头拾取的图像信息的亮度的关系 的示图； 图6是示出照明单元的另一示例的示图； 图7是示出现有技术的照明控制器和照明单元之间的关系的示图。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。
〈显微镜的粗略结构(参见图1) > 根据实施例的光学测量装置是应用于显微镜的一个实例。该显微镜包括测量装 置主体1、可拆卸地安装在测量装置主体1上的作为图像拾取装置的CCD(电荷耦合器件) 照相头2、用于通过处理CCD照相头2获取的图像信息来测量被测物体的形状等的PC(个人 电脑)3、可拆卸地安装在测量装置主体1上的入射光照明单元4和透射照明单元5，以及构 造成控制入射光照明单元4和透射照明单元5的照明控制器6。 测量装置主体1包括台面ll，其由玻璃板制成，用于放置被测物体W ;物镜12，设 置在台面11上，从而可向上和向下移动；半透明反射镜13和14，设置在物镜12的光轴上； 反射镜15，设置成允许入射光进入半透明反射镜13 ;以及观测光学系统16，其包括目镜，用 于观察来自半透明反射镜14的反射光。 CCD照相头2包括图像拾取透镜21，其构造成将透射通过半透明反射镜13和14 的光成像在预定位置；以及图像拾取元件，其构造成接收图像拾取透镜21所成图像的光。
PC 3包括CPU(中央处理器)、存储器等，构造成控制整个显微镜，并且能够取样 由CCD照相头2拾取的被测物体W的图像信息并且将其作为图像数据存储在存储器中(图 1中箭头A)，并输出控制信号用于设定CCD照相头2的增益、曝光时间等(图1中箭头B)。 [OO42]〈入射光照明单元(参见图2) > 入射光照明单元4构造成从图1中的上方照射被测物体W，并包括电缆41、设置在 电缆41 一端的发光单元42、和设置在电缆41另一端并连接至的照明控制器6的连接单元 47，如图2所示。 发光单元42包括壳体43，构造成可拆卸地安装在测量装置主体1上；光入射LED 44，作为集成在壳体43中的发光二极管；以及准直透镜45，构造成使从光入射LED 44发射 的光平行化，并引导其进入反射镜15。在其中集成有光入射LED 44的壳体43的外周部分 上设置有作为散热装置的多个散热翼46。从而，来自光入射LED 44的热量经过散热翼46 被排出。 连接单元47设置有存储单元48。所述存储单元48中存储有作为校准值的转换 表，所述转换表包括与光强命令值相对应的被施加至光入射LED 44的电流命令值和对施 加至光入射LED 44的电流进行脉冲控制时的占空比(duty ratio)。更具体地说，在存储 单元48中，在光强命令值中，对于低光强命令值(小于预定基准光强命令值L的光强命令 值)将不同的占空比存储为用于该低光强命令值的校准值，而对于高光强命令值(不低于 预定基准光强命令值L)将不同的电流命令值存储为校准值。
〈透射照明单元〉 透射照明单元5构造成从图1中的下方照射被测物体W，并且在基本结构上大致与 入射光照明单元相同。因此，以图2中的介绍替代其具体描述。然而，在透射照明单元5的 存储单元48中，存储有作为校准值的转换表，该转换表包括与光强命令值相对应的施加至 透射照明LED 49的电流命令值和对施加至透射照明LED 49的电流进行脉冲控制时的占空 比。〈照明控制器(参见图3) > 如图3所示，照明控制器6包括DA转换器61、P丽发生器62、控制单元63、以及恒 定电流发生器64，其中，所述控制单元63构造成在接收到来自PC 3的光强命令值时从入射 光照明单元4和透射照明单元5的存储单元48读取与光强命令值相对应的输出电流命令 值和占空比，并且将读出的电流命令值和占空比设定给DA转换器61和P丽发生器62 ;所 述恒定电流发生器64构造成将DA转换器61在来自P丽发生器62的控制脉冲被打开时所 转换的对应于电流命令值的电流施加至照明单元的LED 44和49。
〈对被测物体的测量> 在对被测物体W的测量中，当使用入射光照明单元4时，从光入射LED44发射的光 经过准直透镜45被反射镜15反射，并通过物镜12从被测物体W的上方射入。来自被测物 体W的反射光经过物镜12、半透明反射镜13和14并进入CCD照相头2，并且从半透明反射 镜14反射的反射光的一部分进入观测光学系统16并通过观测光学系统16被观测。
当使用透射照明单元5时，被测物体W被透射照明LED 49发射的光从下方照射。 经过被测物体W的光经过物镜12、半透明反射镜13和14并进入CCD照相头2，并且从半透 明反射镜14反射的反射光的一部分进入观测光学系统16并通过观测光学系统16被观测。
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然后，PC 3对CCD照相头2拾取的被测物体W的图像信息采样并作为图像数据存 入存储器中，并对存储的图像数据进行处理以测量被测物体W的形状。
〈光强控制器(参见图4和图5) > 图4是示出存储在入射光照明单元4和透射照明单元5的存储单元48中的电流 命令值和占空比的控制状态的示图。在图4A中，横轴表示光强命令值，纵轴表示施加的电 流。在图4B中，横轴表示光强命令值，纵轴表示脉冲的占空比。 图5是示出光强命令值和CCD照相头2拾取的图像数据的亮度的关系的示图。在 图5中，横轴表示光强命令值且纵轴表示图像数据的亮度。 控制单元63基于从存储单元48读出的校准值控制光入射LED 44和透射照明LED 49的光强。 首先，当从存储单元48读出的光强命令值为低光强命令值时，控制施加至光入射 LED 44和透射照明LED 49的电流的脉冲。具体的说，在低光强命令值(当光强命令值小于 基准光强命令值L时)的情况下，无电流状态被指定为低，如图4A所示，能获得基准光强命 令值L的基准电流值I指定为高，并且如图4B所示，通过控制脉冲的占空比来控制低光强 命令值范围内的光强。 另外，当从存储单元48读取的光强命令值为高光强命令值时，控制施加至光入射 LED 44和透射照明LED 49的电流。具体的说，在高光强命令值(当光强命令值不小于基 准光强命令值L时)的情况，如图4B所示，脉冲控制停止(占空比100% )，并且如图4A所 示，通过控制施加的电流来控制高光强命令值范围内的光强。 因此，CCD照相头2拾取的图像数据的亮度具有大致线性关系，如图5所示。
CCD照相头2拾取的图像数据的亮度并不局限于为如图5所示的线性，还可以通过 改变校准值而成为各种曲线。 一般，由于人眼对暗区域的变化敏感，所以也可以采用黑暗时 变化较小的二次函数之类的曲线。
〈实施例的优点〉 (1)由于可拆卸地安装在测量装置主体1上的入射光照明单元4和透射照明单元 5设置有存储单元48，而存储单元48中存储有用于使光入射LED44和透射照明LED 49生 成与光强命令值相对应的光强的校准值，所以能够消除更换入射光照明单元4和透射照明 单元5时写入校准值的操作。因此，由于服务人员不必去到用户所在地执行设定操作，所以 能降低更换入射光照明单元4和透射照明单元5的成本。 (2)由于能够在组装入射光照明单元4和透射照明单元5之后的任何时间执行光 校准，所以能获得生产效率上的改进。换句话说，消除了例如组装期间增加元件数目和降低 空间利用率等缺点。 同时，消除了以下风险连接错误的照明单元和由于连接错误的测量单元而使用 了具有错误光强的装置。 (3)由于与光强命令值相对应的施加至LED 44和49的电流命令值和对施加至 LED 44和49的电流进行脉冲控制时的占空比被存储为校准值，所以能使用这两个校准值 即电流命令值和占空比来精确地控制LED 44和49的光强。 具体说，由于在光强命令值中，对于低光强命令值将不同的占空比存储为用于低 光强命令值的校准值，而对于高光强命令值将不同的电流命令值存储为校准值，所以对于低光强命令值，能通过控制脉冲宽度来精确控制LED44和49的光强，而对于高光强命令值，
能与现有技术一样，通过控制施加至LED 44和49的电流来精确控制高光强范围内的光强。
因此，在光强命令值的整个范围内，LED 44和49的光强均能得到精确控制。 (4)由于入射光照明单元4和透射照明单元5均包括电缆41、发光单元42和连接
单元47，且连接单元47设置有存储单元48，也就是说，由于存储单元设置在与作为光源的
发光单元42分开的连接单元47中，所以能够尽可能地防止存储单元48被来自发光单元42
的热量影响。〈变型例(参见图6)〉 本发明不限于以上描述的实施例，在能实现本发明的范围内的修改或改进也包括 在本发明中。 入射光照明单元4和透射照明单元5不限于实施例中描述的结构。例如，如图6所示 的结构也是可以的。图6所示的照明单元7包括作为集成在发光单元42中的散热装置的散热 风扇50。散热风扇50构造成在连接单元47连接至照明控制器6时被照明控制器6操纵。
因此，根据上述结构，由于散热风扇50设置在发光单元42中，并且当连接单元47 连接至照明控制器6时，散热风扇50被照明控制器6操纵，所以尽可能地避免了来自发光 单元42的热量的有害影响。 具体的说，在这种结构中，由于来自发光单元42的热量可以被有效地排出至外 部，所以适用于需要具有高光强的照明单元的测量装置。 另外，虽然在上述实施例中，对于低光强命令值，是通过控制脉冲的占空比来控制 低光强范围内的光强，但本发明不限于此。例如，可以通过控制脉冲的高电流值来控制低光 强命令值范围中的光强。 另外，对于低光强命令值，也可通过控制CCD照相头2的曝光时间来控制低光强范
围内的光强。或者，可以通过控制图像拾取装置的增益来控制低光强范围中的光强，并且，
也可以通过控制图像拾取装置的增益和曝光时间来控制低光强范围中的光强。 虽然在上述实施例中描述了使用单色LED 44和49的照明单元4和5，但是本发
明也可应用于这样一种光学测量装置，其构造成通过结合例如R(红色)、G (绿色)和B (蓝
色)而产生所需颜色的光，并且用产生的光照射被测物体W来测量被测物体W。 虽然在上述实施例中光强命令值由PC 3给出，但以下结构也是可行的例如，将
光强命令值设定在测量装置主体1中，且从测量装置主体1将该设定的光强命令值提供到
照明控制器6。 虽然在上述实施例中，控制单元63在接收到来自PC 3的光强命令值时从存储单 元48读取与光强命令值相对应的校准值，并基于所述校准值控制LED 44和49，但本发明并 不限于此。例如，当使用EEPROM(电可擦可编程只读存储器)作为存储单元48时，成本会 降低。然而，由于EEPROM的速度低，所以调光反应变慢。因此，通过将控制单元63构造为 具有CPU或RAM(随机存取存储器)，从而在启动CPU时从存储单元48读取校准值并将其存 储在RAM中，并且通过从RAM读取与光强命令值相对应的校准值来控制LED 44和49，从而 能改善调光反应。 本发明应用于设置有将发光二极管作为光源的照明单元的显微镜、图像测量装置 等。
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权利要求
一种光学测量装置，其包括测量装置主体；照明单元，可拆卸地安装在所述测量装置上，并将发光二极管作为光源；照明控制器，构造成根据光强命令值来控制所述照明单元，其中所述照明单元包括存储单元，在该存储单元中存储有用于使所述发光二极管产生对应于所述光强命令值的光强的校准值，以及所述照明控制器在接收到所述光强命令值时，从存储在所述存储单元中的校准值中读取对应于所述光强命令值的校准值，并基于所述校准值控制所述发光二极管，并且促使所述发光二极管产生对应于所述光强命令值的光强。
2. 如权利要求l所述的光学测量装置，其中，在所述存储单元中作为校准值存储有转换表，所述转换表包括与光强命令值相对应的施加至所述发光二极管的电流命令值和对施加至所述发光二极管的电流进行脉冲控制时的占空比，以及所述照明控制器在接收到所述光强命令值时，从所述转换表读出对应于所述光强命令值的电流命令值和占空比，并且在读出的占空比的控制脉冲为开启时，将对应于所述电流命令值的电流施加至所述照明单元中的发光二极管。
3. 如权利要求1或2所述的光学测量装置，其中，在所述存储单元中，在所述光强命令值中，对于低光强命令值，将不同的占空比存储为用于低光强命令值的校准值，而对于高光强命令值，将不同的电流命令值存储为校准值。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的光学测量装置，其中，所述照明单元包括电缆、发光单元和连接单元，其中所述发光单元设置在所述电缆的一端并且具有发光二极管，所述连接单元设置在所述电缆的另一端并连接至所述照明控制器，并且所述存储单元设置在所述连接单元中。
5. 如权利要求4所述的光学测量装置，其中，所述发光单元包括散热风扇；并且当所述连接单元连接到所述照明控制器时，通过所述照明控制器来控制所述散热风扇的操作。
全文摘要
本发明涉及一种光学测量装置，其包括测量装置主体；照明单元，可拆卸地安装在所述测量装置上，并具有作为光源的发光二极管；和照明控制器，构造成根据光强命令值来控制照明单元。所述照明单元包括存储单元，该存储单元中存储有用于产生对应于光强命令值的光强的校准值。所述照明控制器在接收到光强命令值时从照明单元的存储单元中读取对应于光强命令值的校准值，并基于所述校准值控制所述发光二极管。
文档编号H05B37/02GK101793506SQ20101000286
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月29日
发明者白井直树, 越智研司 申请人:株式会社三丰