特許 5871587 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5871587

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 15/05 20060101AFI20160216BHJP

   H04N 5/238 20060101ALI20160216BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20160216BHJP

   G03B 15/02 20060101ALI20160216BHJP

   G03B 15/03 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   G03B15/05

   H04N5/238 Z

   H04N5/225 C

   H04N5/225 D

   G03B15/02 G

   G03B15/02 F

   G03B15/02 P

   G03B15/02 S

   G03B15/03 K

【請求項の数】16

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-256826(P2011-256826)

(22)【出願日】2011年11月24日

(65)【公開番号】特開2013-113858(P2013-113858A)

(43)【公開日】2013年6月10日

【審査請求日】2014年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100098187

【弁理士】

【氏名又は名称】平井 正司

(74)【代理人】

【識別番号】100085707

【弁理士】

【氏名又は名称】神津 堯子

(72)【発明者】

【氏名】林 伸弘

【審査官】 越河 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２８８０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２７７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９２８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７９５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１２０４７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−１３３８５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｇ０３Ｂ １５／０３

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ５／２３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カメラとレンズとを含み、検査対象物を撮像して撮像データを出力する撮像部の鏡筒の周囲に照明用の複数の光源を備え、近位の撮像視野領域と遠位の撮像視野領域とで規定される有効ワーキングディスタンスの範囲内で前記検査対象物の撮像を実行する撮像装置であって、
該各光源の前方に位置決めされた照明用レンズ本体とリフレクタとの組立体を有し、
前記各組立体は、これに対応する各光源が発した光を成形して前記撮像装置の矩形の撮像視野領域とほぼ同じ矩形の照明領域を形成する照明成形部を有し、
前記複数の光源が、前記鏡筒の周囲において互いに間隔を隔てて位置決めされ、
該各照明成形部は、これに対応する各光源が発した光を前記有効ワーキングディスタンスの前記近位の撮像視野領域の当該光源から遠い一辺と、前記遠位の撮像視野領域の当該光源に近い一辺とで規定される矩形の照明範囲を形成することを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

検査対象物を撮像して、該検査対象物の撮像データを出力する撮像部と、
前記撮像部の鏡筒の周囲に互いに間隔を隔てて配置され、前記検査対象物を照明するための複数の光源と、を備え、
前記撮像部から前記撮像部の光軸方向に近位の第１の所定距離だけ離間した位置に、前記撮像部で撮像可能な略矩形の第１の撮像視野領域が形成され、該第１の所定距離よりも前記撮像部の光軸方向に更に離間した位置に、前記撮像部で撮像可能な前記第１の撮像視野領域よりも面積の大きい略矩形の遠位の第２の撮像視野領域が形成され、前記撮像部の光軸方向における該第１の撮像視野領域と該第２の撮像視野領域との間に、前記撮像部のピントが合う撮像許容領域が形成され、該撮像許容領域に位置する前記検査対象物を前記撮像部により撮像する撮像装置であって、
前記光源の前方に位置決めされ、前記光源が発した光を成形して前記撮像部の撮像視野領域とほぼ同じ略矩形の照明領域を形成する照明成形部を備え、
前記照明成形部は、前記光源による照明範囲が、前記第１の撮像視野領域においては撮像視野の前記光源から遠い辺と、前記第２の撮像視野領域においては撮像視野の前記光源に近い辺とに基づき規定されるように、略矩形の照明領域を形成することを特徴とする撮像装置。

【請求項3】

前記撮像部の光軸方向における前記撮像許容領域の上限位置及び下限位置は、前記撮像部の光軸方向における前記第１の撮像視野領域及び前記第２の撮像視野領域の位置と実質的に同じである、請求項２に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記照明成形部により形成される略矩形の照明領域は、前記光源の前方に位置する第１の辺と、該第１の辺と略直交し且つ隣り合う第２の辺と、該第２の辺と隣り合い且つ該第１の辺と対向する第３の辺と、から構成され、
前記光源による照明範囲が、前記第１の撮像視野領域においては前記第３の辺と、前記第２の撮像視野領域においては前記第１の辺とに基づいて規定される、請求項２又は３に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記照明成形部は、前記光源による照明範囲が、前記第１の撮像視野領域及び前記第２の撮像視野領域において撮像視野全体と重なるように、略矩形の照明領域を形成する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記照明成形部により形成される前記矩形の照明領域は、前記第１の撮像視野領域においては前記第１の辺が撮像視野から外方へ離間する位置にあり、前記第２の撮像視野領域においては前記第３の辺が撮像視野から外方へ離間する位置にある、請求項２〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。

【請求項7】

前記照明成形部により形成される前記矩形の照明領域は、前記第１の撮像視野領域及び前記第２の撮像視野領域においては前記第２の辺が撮像視野の辺と実質的に重なる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。

【請求項8】

前記光源は、前記撮像部の光軸を挟んで位置する少なくとも第１の対と第２の対の二対の光源で構成され、
前記照明成形部は、各光源に対応して位置決めされたレンズで構成され、
第１の対の光源の各々に対応したレンズの曲率と第２の対の光源の各々に対応したレンズの曲率とが異なる、請求項１又は２に記載の撮像装置。

【請求項9】

前記複数の光源が配置された光源用基板を更に有し、
前記照明成形部が、前記光源用基板に配置された各々の光源の前方に位置決めされた照明用レンズ本体及びリフレクタからなる組立体で構成されている、請求項１又は２に記載の撮像装置。

【請求項10】

前記照明用レンズ本体及びリフレクタからなる組立体が貫通した中心孔を有し、
前記撮像装置は、前記照明用レンズ本体及びリフレクタからなる組立体を収容するケースを有し、
該ケースは、その中心に延びる鏡筒の周囲に前方に向けて開放したリング状の凹所を備え、該凹所に前記照明用レンズ本体及びリフレクタからなる組立体が収容され、
前記鏡筒を通じて前記撮像部に撮像視野領域の反射光が導かれる、請求項９に記載の撮像装置。

【請求項11】

前記光源がＬＥＤである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の撮像装置。

【請求項12】

前記照明用レンズ本体が、前記光源に対応した位置にトロイダルレンズを有し、該トロイダルレンズが前記照明成形部の一部を構成している、請求項１又は１０に記載の撮像装置。

【請求項13】

前記トロイダルレンズの中心が、該トロイダルレンズに対応する前記光源の光軸に対して前記組立体の中心側にオフセットされている、請求項１２に記載の撮像装置。

【請求項14】

前記リフレクタが、前記光源側から前記レンズ本体側に向けて徐々に拡開するすり鉢状の開口を有し、該開口の前記組立体の中心側の壁が外側の壁に比べて相対的に大きく傾斜している、請求項１０に記載の撮像装置。

【請求項15】

前記照明用レンズ本体が、前記光源に対応した位置にフライアイレンズを有し、
該フライアイレンズが複数の矩形のレンズエレメントからなるレンズアレイで構成されている、請求項１又は１０に記載の撮像装置。

【請求項16】

前記フライアイレンズが前記照明用レンズ本体の検査対象側の面に形成され、該照明用レンズ本体の光源側の面に、前記フライアイレンズに対応してフレネル面が形成され、
該フライアイレンズと前記フレネル面が前記照明成形部の一部を構成している、請求項１５に記載の撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

照明用の光源を備えた撮像装置が知られている。特許文献１は、視覚センサに関し、それまで別体であったカメラとＬＥＤ照明器具とを一体化することを提案している。特許文献２は、カメラのレンズホルダの前端にＬＥＤ基板を配置し、このＬＥＤ基板に数多くのＬＥＤを配置した撮像装置を開示している。この種の撮像装置は例えば工場設備のＦＡセンサとして用いられている。例えばベルトコンベアで次々と流れてくる検査対象物（ワーク）を検査するのに撮像装置が用いられる。

【0003】

撮像装置は、撮像視野内でパターンサーチ等によってワークの検出を行うのが一般的であり、そして、このワークの検出位置は時々刻々と変化することから、撮像視野領域の中心部分だけでなく撮像視野領域の全域を十分な光量で且つ均一に照明することが求められる。

【0004】

上記の特許文献２の図８、図１７、図１８から最も良く分かるように、撮像装置に設置したＬＥＤ基板には数多くのＬＥＤが設置されている。この数多くのＬＥＤの各々の光が撮像視野領域で互いにオーバーラップすることで撮像視野領域の全域を均一に照明することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−３２０５３８号公報

【特許文献2】特開２００７−２１４６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＬＥＤを数多く設置すれば、それだけコストアップ要因になるのは言うまでもない。このことから、少ない数のＬＥＤで撮像視野領域の全域を均一に照明することが技術的課題として浮上する。これに対して、個々のＬＥＤの前方に拡散板を配置することが考えられるが、拡散板は光透過率が低いため、撮像視野領域での光量が減少するという問題が発生する。

【0007】

本発明の目的は、比較的数の少ない光源であっても、近位と遠位で規定される有効ワーキングディスタンスの範囲内において撮像視野領域の全域を均一に照明しながら撮像できる撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
カメラとレンズとを含み、検査対象物を撮像して撮像データを出力する撮像部の鏡筒の周囲に照明用の複数の光源を備え、近位の撮像視野領域と遠位の撮像視野領域とで規定される有効ワーキングディスタンスの範囲内で前記検査対象物の撮像を実行する撮像装置であって、
該各光源の前方に位置決めされた照明用レンズ本体とリフレクタとの組立体を有し、
前記各組立体は、これに対応する各光源が発した光を成形して前記撮像装置の矩形の撮像視野領域とほぼ同じ矩形の照明領域を形成する照明成形部を有し、
前記複数の光源が、前記鏡筒の周囲において互いに間隔を隔てて位置決めされ、
該各照明成形部は、これに対応する各光源が発した光を前記有効ワーキングディスタンスの前記近位の撮像視野領域の当該光源から遠い一辺と、前記遠位の撮像視野領域の当該光源に近い一辺とで規定される矩形の照明範囲を形成することを特徴とする撮像装置を提供することにより達成される。

【0009】

第１の観点の発明によれば、複数の光源の各々の照明範囲が、撮像装置の有効ワーキングディスタンスの近位及び遠位の撮像視野領域の全域を網羅し、また、これに対応する矩形の形状に規定されることから、各光源の光の無駄を省きながら撮像視野領域を均一に照明することができる。

【0010】

上記の技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
検査対象物を撮像して、該検査対象物の撮像データを出力する撮像部と、
前記撮像部の鏡筒の周囲に互いに間隔を隔てて配置され、前記検査対象物を照明するための複数の光源と、を備え、
前記撮像部から前記撮像部の光軸方向に近位の第１の所定距離だけ離間した位置に、前記撮像部で撮像可能な略矩形の第１の撮像視野領域が形成され、該第１の所定距離よりも前記撮像部の光軸方向に更に離間した位置に、前記撮像部で撮像可能な前記第１の撮像視野領域よりも面積の大きい略矩形の遠位の第２の撮像視野領域が形成され、前記撮像部の光軸方向における該第１の撮像視野領域と該第２の撮像視野領域との間に、前記撮像部のピントが合う撮像許容領域が形成され、該撮像許容領域に位置する前記検査対象物を前記撮像部により撮像する撮像装置であって、
前記光源の前方に位置決めされ、前記光源が発した光を成形して前記撮像部の撮像視野領域とほぼ同じ略矩形の照明領域を形成する照明成形部を備え、
前記照明成形部は、前記光源による照明範囲が、前記第１の撮像視野領域においては撮像視野の前記光源から遠い辺と、前記第２の撮像視野領域においては撮像視野の前記光源に近い辺とに基づき規定されるように、略矩形の照明領域を形成することを特徴とする撮像装置を提供することにより達成される。

【0011】

第２の観点の発明によれば、第１の撮像視野領域と第２の撮像視野領域との間を検査対象物が通過する際に、この検査対象物を含む撮像視野領域を均一に照明することができる。

【0012】

本発明の他の目的及び作用効果は後の実施例の詳しい説明から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施例の撮像装置の分解斜視図であって斜め後方から見た図である。

【図2】第１実施例の撮像装置の分解斜視図であって斜め前方から見た図である。

【図3】実施例の撮像装置に含まれる照明ユニットのレンズ本体の正面図である。

【図4】照明ユニットを直径に沿って切断した断面図である。

【図5】照明ユニットの組み立て手順に関して、レンズ本体とリフレクタ本体との組み立てを説明するための図であって、レンズ本体側から見た図である。

【図6】図５に対応する図であって、リフレクタ本体側から見た図である。

【図7】照明ユニットの組み立て手順に関して、レンズ本体及びリフレクタ本体の組立体をＬＥＤ基板と合体させる工程を説明するための図であり、レンズ本体及びリフレクタ本体の組立体側から見た図である。

【図8】図７に対応する図であって、ＬＥＤ基板側から見た図である。

【図9】照明ユニットをケース内に固定する工程を説明するための図である。

【図10】図９に対応して照明ユニットをネジでケースに固定する方法を説明するための図である。

【図11】実施例の撮像装置の有効ワーキングディスタンスを念頭に置いた照明ユニットの設計を説明するための図である。

【図12】実施例の撮像装置の有効ワーキングディスタンスと照明との関係を説明するための図である。

【図13】実施例に含まれるレンズ本体を斜め前方から斜視図である。

【図14】図１３に対応した図であって、レンズ本体を斜め後方から斜視図である。

【図15】図１３、図１４に対応した図であって、レンズ本体の側面図である。

【図16】第１変形例のレンズ本体を斜め前方から見た斜視図である。

【図17】図１６に対応した図であって、第１変形例のレンズ本体を斜め後方から見た斜視図である。

【図18】図１６、図１７に対応した図であって、第１変形例のレンズ本体の側面図である。

【図19】第２変形例のレンズ本体を斜め後方から見た斜視図である。

【図20】図１９に対応した図であって、第２変形例のレンズ本体を斜め前方から見た斜視図である。

【図21】図１９、図２０に対応した図であって、第２変形例のレンズ本体の側面図である。

【図22】第２実施例の撮像装置に含まれる照明ユニットを斜め前方から見た分解斜視図である。

【図23】図２２の照明ユニットの部分断面図である。

【図24】第２実施例の撮像装置の照明ユニットに含まれるレンズ本体の正面図である。

【図25】第２実施例の撮像装置の照明ユニットを直径に沿って切断した断面図である。

【図26】第２実施例の撮像装置の照明に関する設計基準を説明するための図である。

【図27】図２６の破線で囲んだ部分の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0014】

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

【0015】

第１実施例（図１〜図１８）：
図１、図２は実施例の撮像装置の分解斜視図である。図１は撮像装置を斜め後方から見た図であり、図２は撮像装置を斜め前方から見た図である。図１、図２を参照して、実施例の撮像装置１００は、エンド部材２を含むＣＭＯＳカメラユニット４及びレンズユニット６と、照明ユニット８と、複数の基板１０と、前端止めリング１２とを有する。複数の基板１０のうち、電源基板１０ａ（図２）と制御基板１０ｂはＣＭＯＳカメラユニット４及びレンズユニット６の２つの側面にＬ字状に配置されている。電源基板１０ａの前端縁部には、レンズユニット６から前方を臨む位置に第１コネクタ１４（図２）が固設されており、この第１コネクタ１４はレンズユニット６の前端面の前方且つこれに隣接して位置している。

【0016】

図１において、参照符号１０ｃはＬＥＤ基板を示す。このＬＥＤ基板１０ｃは照明ユニット８の後端面を構成しており、このＬＥＤ基板１０ｃの後側（レンズユニット６側）の面に第２コネクタ１８が固設されている。この第２コネクタ１８は前述した第１コネクタ１４に対応した位置に位置決めされている。

【0017】

撮像装置１００のケース１６は、その後側でＣＭＯＳカメラユニット４及びレンズユニット６を包囲するケースを構成している。ケース１６は、また、その前端部に照明ユニット６を収容する照明ユニット６のためのケースを構成している。

【0018】

撮像装置１００は次のようにして組み立てることができる。ケース１６を中心に説明すると、ユニット１６の後端側にＣＭＯＳカメラユニット４及びこれに隣接して且つ前方に位置するレンズユニット６を挿入し、また、ケース１６の前端に照明ユニット８を装着してエンド部材２及び前端止めリング１２をケース１６にネジ止めすることで撮像装置１００を組み立てることができる。図１、図２において、参照符号２０は、ケース１６に設けられたネジ挿入穴であり、このネジ挿入穴２０にネジ（図示せず）を差し込むことで上述したエンド部材２及び前端止めリング１２の相対的な位置決めを行いつつこれらがケース１６にネジ止めされる。また、この組み立て作業に伴って上記の第１、第２のコネクタ１４、１８がコネクタ連結され、これにより照明ユニット８のＬＥＤ基板１０ｃが電源基板１０ａと電気的に接続され、また、電源基板１０ａを介して制御基板１０ｂと接続される。

【0019】

上述した図１、図２の撮像装置１００は、照明ユニット８を動作させて撮像視野領域を照明しながら検査対象物を撮像し、そして撮像データの画像処理を実行して、その結果を出力する。

【0020】

図３は照明ユニット８の正面図であり、図４は照明ユニット８を直径に沿って切断した断面図である。照明ユニット８は平面視円形の輪郭を有し、照明用のレンズ本体２２とリフレクタ本体２４とそして前述したＬＥＤ基板１０ｃの３つの構成要素で作られており、前方から後方に向けてレンズ本体２２、リフレクタ本体２４、ＬＥＤ基板１０ｃの順に位置決めされている（図４）。

【0021】

円形のリング状の形状のＬＥＤ基板１０ｃには、ＣＭＯＳカメラユニット４に含まれるＣＭＯＳカメラの視界を阻害しない状態で周方向に等間隔に４つのＬＥＤ２６が位置決めされている（図７参照）。照明用のレンズ本体２２は、ＬＥＤ２６側の第１の面２２ａと、これとは反対側つまり検査対象側の第２の面２２ｂとを有しており、この実施例では、第１、第２の面２２ａ、２２ｂの双方にトロイダルレンズ２８が形成され、このトロイダルレンズ２８はＬＥＤ２６に対応した位置に配置される。すなわち、第１、第２の面２２ａ、２２ｂの夫々に周方向に等間隔にトロイダルレンズ２８が４つ形成され、各トロイダルレンズ２８はＬＥＤ基板１０ｃの４つのＬＥＤ２６に対応した位置に位置決めされる。トロイダルレンズ２８の詳細は後に説明する。

【0022】

レンズ本体２２とＬＥＤ基板１０ｃとの間に前述したリフレクタ本体２４が配設されている。リフレクタ本体２４は、周方向に等間隔に離間した４つの開口３６を有し、各開口３６はリフレクタ本体２４の厚み方向に貫通している。４つの開口３６はＬＥＤ基板１０ｃに搭載された４つのＬＥＤ２６に対応して位置決めされる。各開口３６は、その後端がＬＥＤ２６側に開放し、他方、開口３６の前端はレンズ本体２２側に開放している（図４）。この開口３６は、ＬＥＤ２６からレンズ本体２２に向けて徐々に拡開したすり鉢状の形状を有し、開口３６の周囲壁３６ａが反射面で構成されている。開口３６の詳細は後に説明する。

【0023】

図５〜図１０を参照して照明ユニット８の組み立て工程を説明する。図５はレンズ本体２２とリフレクタ本体２４をレンズ本体２２側から見た分解斜視図であり、図６はリフレクタ本体２４側から見た図５に対応する分解斜視図である。これら図５、図６を参照して、レンズ本体２２は円形のリング形状を有し、その外周縁部に直径方向に離間した２つの第１貫通孔４０を有している。また、レンズ本体２２の後側の面つまり第１の面２２ａには後方に向けて起立した少なくとも１本の位置決めピン４４（図６）が形成されている。

【0024】

リフレクタ本体２４には、レンズ本体２２の第１貫通孔４０に対応した位置にネジ穴５０が形成されている。また、レンズ本体２２の位置決めピン４４を受け入れる位置決め孔５４が形成されている（図５）。

【0025】

レンズ本体２２とリフレクタ本体２４とを組み立てる際に、位置決めピン４４とこれを受け入れる位置決め孔５４によってレンズ本体２２とリフレクタ本体２４との相対的な回転位置が規定される。次いで、レンズ本体２２とリフレクタ本体２４は、レンズ本体２２の第１貫通孔４０に挿入したネジ４６（図５）によって固定され、レンズ本体２２とリフレクタ本体２４が一体化される。

【0026】

レンズ本体２２とリフレクタ本体２４との適正な離間距離は次の手段により容易に確保することができる。すなわち、リフレクタ本体２４には、互いに隣接する開口３６、３６の間に隆起した台座部４８が形成され（図５）、この台座部４８の高さ寸法を規定することによってレンズ本体２２とリフレクタ本体２４との適正な離間距離を確保するようになっている。

【0027】

図７、図８は、レンズ本体２２及びリフレクタ本体２４の組立体と、ＬＥＤ基板１０ｃとの組み付けを説明するための図である。図７はレンズ本体２２側から見た分解斜視図であり、図８はリフレクタ本体２４側から見た図７に対応する分解斜視図である。図８を参照して、ＬＥＤ基板１０ｃは、外周部分に円周方向に離間した３つのネジ挿入孔５６と、少なくとも一つの位置決め孔５８が形成されている。他方、リフレクタ本体２４の後面には、ＬＥＤ基板１０ｃの上記３つのネジ挿入孔５６に対応した位置にネジ穴６０が形成され（図８）、また、ＬＥＤ基板１０ｃの上記位置決め孔５８に対応した位置に後方に向けて突出した位置決めピン６２が形成されている。

【0028】

図５、図６を参照して説明したレンズ本体２２とリフレクタ本体２４との組立体に対してＬＥＤ基板１０ｃの位置決め孔５８にリフレクタ本体２４の位置決めピン６２を挿入することで、レンズ本体２２及びリフレクタ本体２４の組立体に対してＬＥＤ基板１０ｃの相対的な回転位置を位置決めすることができる。そして、この位置決めによって、ＬＥＤ基板１０の３つのネジ挿入孔５６とリフレクタ本体２４のネジ穴６０が整合され、ＬＥＤ基板１０ｃ側からネジ挿入孔５６にネジ６４を挿入してこのネジ６４をリフレクタ本体２４のネジ穴６０にねじ込むことにより、レンズ本体２２とリフレクタ本体２４との組立体に対してＬＥＤ基板１０ｃが固定され、これにより照明ユニット８ができあがる。

【0029】

次に照明ユニット８をケース１６に固定する工程を説明する（図９、図１０）。照明ユニット８は、周方向に延びる側面に２つの位置決め溝７０（図８、図９）を有し、この２つの位置決め溝７０は、レンズ本体２２、リフレクタ本体２４、ＬＥＤ基板１０ｃに亘って真っ直ぐに延びている。図９に模式的に示すケース１６の前端には、前方に向けて開放した周方向にリング状に延びる凹所７２が形成されており、この凹所７２に照明ユニット８が収容される。凹所７２には、照明ユニット８の上記２つの位置決め溝７０に受け入れられる突起７４が形成されている。照明ユニット８をケース１６の凹所７２に挿入し且つ凹所７２の突起７４と照明ユニット８の２つの位置決め溝７０を係合させることにより照明ユニット８をケース１６の凹所７２に位置決めすることができる。

【0030】

ここに図９等に見られる参照符号３８は鏡筒を示す。鏡筒３８はケース１６の前端部分の中央に形成され、この鏡筒３８を通じて撮像視野領域の反射光がレンズユニット６、ＣＭＯＳカメラユニット４に導かれる。上記の凹所７２はこの鏡筒３８の周囲に形成されている。照明ユニット８は中央開口８ａを有し、この中央開口８ａを鏡筒３８が貫通した状態で照明ユニット８が位置決めされ る。

【0031】

引き続き図９を参照して、照明ユニット８には、周方向に離間して位置する３つの追加の縦溝７６が形成され、これに対応してケース１６には台座７５が形成されている。この追加の縦溝７６はレンズ本体２２、リフレクタ本体２４、ＬＥＤ基板１０ｃに亘って延びているが、この追加の縦溝７６に対応するＬＥＤ基板１０ｃの切欠き７８は相対的に幅狭であり（図１０）、このＬＥＤ基板１０ｃの切欠き７８の幅方向に対向する２つの縁部７８ａ（図１０には作図上の理由で一つの縁部しか現れていない）がネジヘッドの受け部を構成している。すなわち、ケース１６の凹所７２内に照明ユニット８を位置決めした後に、照明ユニット８の追加の縦溝７６に沿って３本のネジ８０を挿入して 、このネジ８０を台座７５の頂面のネジ穴７５ａにネジ止めしたときに、ネジ８０のヘッドがＬＥＤ基板１０ｃの切欠き７８の縁部に着座することにより照明ユニット８が台座７５によってケース１６の底面から離間した状態で固定される。なお、図７及び図９では、レンズ本体２２とリフレクタ本体２４とを連結するネジ４６の図示が省略されている。

【0032】

図１１は、説明のため実施例の撮像装置１００に含まれる４つのＬＥＤ２６のうち、一つのＬＥＤ２６が発する光の広がりを図示してある。ＬＥＤ２６の光の広がりが矩形断面であることに注目すべきである。ＬＥＤ２６の光の広がりを断面矩形に整形するために、実施例では、レンズ本体２２の各トロイダルレンズ２８は、その縦横の曲率が異なっており、これにより矩形の撮像視野領域Ｓsに合致する断面矩形の照明領域Ｌaを形成している。このことに加えて、リフレクタ２４の開口３６が略矩形の断面形状を備え、これにより断面矩形の照明領域に対する集光率を高めるようにしてある。

【0033】

また、４つのＬＥＤ２６に対応して位置する各トロイダルレンズ２８は、矩形の撮像視野領域との相対的な位置に対応した曲率が設定されおり、全てのトロイダルレンズ２８の曲率は同じではない。また、各トロイダルレンズ２８の中心Ｏはこれに対応するＬＥＤ２６の光軸ＬＡに対して撮像視野領域側にオフセットされ（図４）、トロイダルレンズ２８を出る光は撮像視野領域側に向けて斜めに照明するように設定されている。また、図４から最もよく分かるように、ＬＥＤ基板１０ｃに設置した各ＬＥＤ２６は、ＬＥＤ基板１０ｃの外周縁に接近するように位置決めされ、ＬＥＤ２６からトロイダルレンズ２８に斜めに光が入射するように設定されている。また、このことに関連して、リフレクタ本体２４の開口３６の壁３６aは、リフレクタ本体２４の外周側に位置する部分が起立した傾斜面で構成され、リフレクタ本体２４の中心側に位置する部分は傾き角が大きな傾斜面で構成されている（図４）。

【0034】

引き続き図１１を参照して、符号ＷＤは撮像装置１００の有効ワーキングディスタンスＷＤを示し、符号Ｓs１は近位(near)の撮像視野領域を示し、符号Ｓs２は遠位(far)の撮像視野領域を示す。各ＬＥＤ２６が発した光は照明ユニット８によって断面矩形の照明光に成形されるのは上述した通りであり、また、図１１に示す通りであるが、図１１に基づいて説明すると、左方に位置するＬＥＤ２６に関して近位の撮像視野領域Ｓs１の右端つまり当該ＬＥＤ２６に対応するトロイダルレンズ２８から遠い一辺で規定され、また、遠位の撮像視野領域Ｓs２の左端縁つまり当該ＬＥＤ２６に対応するトロイダルレンズ２８から近い一辺で規定されるように照明ユニット８が設計されている。

【0035】

換言すれば、ＣＭＯＳカメラユニット４からＣＭＯＳカメラユニット４の光軸方向（図１１の高さ方向）に離間した位置に略矩形の撮像視野領域Ｓs１が形成されており、また、撮像視野領域Ｓs１からＣＭＯＳカメラユニット４の光軸方向に更に離間した位置に略矩形の撮像視野領域Ｓs２が形成されている。当然のことながら、撮像視野領域Ｓs２は撮像視野領域Ｓs１よりもＣＭＯＳカメラユニット４から離れているので、撮像視野領域Ｓs２は撮像視野領域Ｓs１よりも広がって、撮像視野領域Ｓs２の面積は撮像視野領域Ｓs１の面積よりも大きくなる。そして、検査対象物は、撮像視野領域Ｓs１と撮像視野領域Ｓs２との間を通過する。これら撮像視野領域Ｓs１と撮像視野領域Ｓs２との間が有効ワーキングディスタンスであるといえる。つまり、検査対象物の良否を判定する際に、ＣＭＯＳカメラユニット４と検査対象物との距離（ワーキングディスタンス）が、有効ワーキングディスタンスの中にあれば、ピントぼけなく且つ均一照明にて外観検査を行うことができる。したがって、有効ワーキングディスタンスとは、ＣＭＯＳカメラユニット４のピント（フォーカス位置）が合う距離範囲といってもよいし、或いは、複数のＬＥＤ２６によって均一照明が行われる距離範囲といってもよい。換言すれば、検査対象物が有効ワーキングディスタンスから外れた場合、すなわち検査対象物（ワーク）が撮像視野領域Ｓs１よりもＣＭＯＳカメラユニット４に近い位置にある場合または検査対象物が撮像視野領域Ｓs２よりもＣＭＯＳカメラユニット４から遠い位置にある場合、ＣＭＯＳカメラユニット４のピントが合わないか、或いは、ＬＥＤ２６による照明が相対的に不均一になり、撮像装置１００の仕様における許容範囲の均一照明とは言えなくなる。

【0036】

ここで、照明ユニット８が略矩形の照明領域を形成する際、ＬＥＤ２６による照明範囲は、撮像視野領域Ｓs１のＬＥＤ２６から遠い辺と撮像視野領域Ｓs２のＬＥＤ２６に近い辺とに基づき規定される。つまり、図１１において、照明ユニット８から照射された光が撮像視野領域Ｓs１と同一平面に達したとき、照明範囲の右端（照明範囲を形成する四辺のうち、照明ユニット８から垂線を下ろしたときにその垂線が最も長くなる一辺）は、撮像視野領域Ｓs１の右端（撮像視野領域Ｓs１を形成する四辺のうち、照明ユニット８から垂線を下ろしたときにその垂線が最も長くなる一辺）と略一致する（撮像視野領域Ｓs１の右端が照明範囲の右端とほぼ重なる）。図１１では、説明の便宜上、右端が完全に一致していないが、完全に一致していてもよい。もちろん、多少の誤差があってもよい。

【0037】

また、図１１において、照明ユニット８から照射された光が撮像視野領域Ｓs２と同一平面に達したとき、照明範囲の左端（照明範囲を形成する四辺のうち、照明ユニット８から照射された光が撮像視野領域Ｓs１と同一平面に達したときに特定される照明範囲の一辺と対向する又は反対の一辺）は、撮像視野領域Ｓs２の左端（撮像視野領域Ｓs２を形成する四辺のうち、照明ユニット８から照射された光が撮像視野領域Ｓs２と同一平面に達したときに特定される撮像視野領域の一辺と対向する又は反対の一辺）と略一致する（撮像視野領域Ｓs１の左端が照明範囲の左端とほぼ重なる）。図１１では、説明の便宜上、左端が完全に一致していないが、完全に一致していてもよい。もちろん、多少の誤差があってもよい。

【0038】

別の言い方をすれば、照明ユニット８による照明範囲は略矩形状であり、照明範囲を形成する４辺のうち対向する２辺を、それぞれ２つの撮像視野領域Ｓs１，Ｓs２を形成する特定の辺の位置で規定するようにしている。換言すれば、照明ユニット８による照射角度範囲を、それぞれ２つの撮像視野領域Ｓs１，Ｓs２を形成する特定の辺の位置で規定するようにしている。つまり、ＣＭＯＳカメラユニット４の光軸方向に照明ユニット８から遠ざかるように離れていき、照明ユニット８による照明範囲がＣＭＯＳカメラユニット４の撮像視野領域を全て含むような照明範囲になったとき、このときの撮像視野領域を撮像視野領域Ｓs１としている。このとき、照明範囲と撮像視野領域Ｓs１の特定の一辺（右端）がほぼ一致する（ほぼ重なる）。そして、再びＣＭＯＳカメラユニット４の光軸方向に照明ユニット８から遠ざかるように離れていき、照明ユニット８による照明範囲を形成する４辺のうち、上記特定の一辺と対向する又は反対の一辺（左端）が撮像視野領域の一辺（左端）とほぼ一致した又はほぼ重なったとき、このときの撮像視野領域を撮像視野領域Ｓs２としている（図１１参照）。

【0039】

更に別の言い方をすれば、ＣＭＯＳカメラユニット４の光軸方向において離間した（異なる）位置にある、ＣＭＯＳカメラユニット４の光軸と略直交する撮像視野領域（撮像視野平面）Ｓs１と撮像視野領域（撮像視野平面）Ｓs２のそれぞれから、照明ユニット８による照明範囲または照明角度範囲（指向角度範囲）を規定するために、ＣＭＯＳカメラユニット４に対するＬＥＤ２６（及び照明ユニット８）のオフセット方向（図１１でいうと左右方向）と略直交する方向の二辺の位置情報（３次元空間における位置）を特定し、これらの位置情報に基づいてＬＥＤ２６による照明範囲または照明角度範囲を規定するようにしている。これにより、撮像視野領域Ｓs１と撮像視野領域Ｓs２との間の空間における照明を均一化することができ、この空間に検査対象物が置かれた場合、外観検査の検査精度を高めることができる。

【0040】

図１２は、実施例の撮像装置１００に含まれる４つのＬＥＤ２６及び照明ユニット８によって生成され且つ断面矩形に成形される照明領域Ｌaを示す。各ＬＥＤ２６から照明ユニット８を通過して撮像視野領域Ｓsに向けて斜めに進む照明光は近位の撮像視野領域Ｓs１と遠位の撮像視野領域Ｓs２とで規定される断面矩形の照明領域Ｌaを備えているため、各ＬＥＤ２６の光は近位の撮像視野領域Ｓs１及び遠位の撮像視野領域Ｓs２の全領域を照明する。したがって、全てのＬＥＤ２６の光は近位の撮像視野領域Ｓs１の全領域及び遠位の撮像視野領域Ｓs２の全領域で互いにオーバーラップすることから撮像装置１００の有効ワーキングディスタンスＷＤにおいて均一照明を確保することができる。

【0041】

図１３〜図１５は上述したレンズ本体２２を示す。図１３はレンズ本体２２を検査対象側から見た斜視図であり、図１４はレンズ本体２２をＬＥＤ基板１０ｃ側から見た斜視図であり、図１５はレンズ本体２２の側面図である。前述したように実施例に含まれるレンズ本体２２はその両面２２ａ、２２ｂにトロイダルレンズ２８が形成されている。

【0042】

図１６〜図１８はレンズ本体２２の第１変形例２２Ａを示す。図１６は変形例のレンズ本体２２Ａを検査対象側から見た斜視図であり、図１７は変形例のレンズ本体２２ＡをＬＥＤ基板１０ｃ側から見た斜視図であり、図１８は変形例のレンズ本体２２Ａの側面図である。これらの図面から分かるように、第１変形例のレンズ本体２２Ａは、その第２の面２２ｂつまり検査対象側の面だけにトロイダルレンズ２２Ｆｒが形成されている。

【0043】

図１９〜図２１はレンズ本体２２の第２変形例２２Ｂを示す。図１９は第２変形例のレンズ本体２２Ｂを検査対象側から見た斜視図であり、図２０は第２変形例のレンズ本体２２ＢをＬＥＤ基板１０ｃ側から見た斜視図であり、図２１は第２変形例のレンズ本体２２Ｂの側面図である。これらの図面から分かるように、第２変形例のレンズ本体２２Ｂは、その第１の面２２ａつまりＬＥＤ基板１０ｃ側の面だけにトロイダルレンズ２２Ｆｒが形成されている。

【0044】

上記の図１６〜図２１に示す第１、第２の変形例のレンズ本体２２Ａ、２２Ｂにあっても、近位の撮像視野領域Ｓs１の一方側の端縁で規定され、また、遠位の撮像視野領域Ｓs２の他方側の端縁で規定される照明領域Ｌaを設定することができる（図１１）。

【0045】

第２実施例（図２２〜図２７）：
この第２実施例の基本構成は上述した第１実施例と実質的に同じであり、照明ユニット８に相違点がある。以下に、この第２実施例に含まれる照明ユニット８について説明する。

【0046】

図２２を参照して、照明ユニット８は、第１実施例と同様に、レンズ本体２２と、リフレクタ本体２４と、ＬＥＤ基板１０ｃで構成されている。

【0047】

円形のリング状の形状のＬＥＤ基板１０ｃには周方向にほぼ等間隔に６つのＬＥＤ２６が位置決めされている。実施例では、ＬＥＤ２６は、中心電極２６ａ（図２２）を備えた赤外線ＬＥＤで構成されている。この赤外線ＬＥＤ２６は光軸を横断する方向に広がりを有する平面視矩形の面光源ということができる。なお、中心電極２６ａを備えた赤外線ＬＥＤ２６に代えて、中心電極２６ａ無しの上記第１実施例で採用可能なＬＥＤであってもよい。

【0048】

図２４はレンズ本体２２の正面図である。レンズ本体２２の検査対象側の第２の面２２ｂには、ＬＥＤ２２に対応した位置に６つの円形輪郭のフライアイレンズ領域８２が形成され、各フライアイレンズ領域８２は、数多くのレンズエレメント８４のレンズアレイ８６で構成されている。各レンズエレメント８４は平面視矩形の形状を有している。図２３を参照して、レンズ本体２２のＬＥＤ２６側の第１の面２２ａには、ＬＥＤ２２に対応した位置に６つの円形輪郭のフレネル面領域８８が形成されている。

【0049】

レンズ本体２２とＬＥＤ基板１０ｃとの間に位置するリフレクタ本体２４の開口３６は、ＬＥＤ２６に対応して６つ設けられている。

【0050】

図２５は照明ユニット８を直径に沿って切断した断面図であり、図２６、図２７の矢印はＬＥＤ２６が発した光が進行する光路を示す。図２７は図２６の破線で囲んだ部分を抽出した図である。図２５及び図２７を参照して、リフレクタ本体２４の開口３６の軸線と、レンズ本体２２のフレネル面領域８８及びフライアイレンズ領域８２の軸線は、ＬＥＤ基板１０ｃの鉛直線に対して角度θだけ撮像領域に向けて傾斜して設計されており、この実施例では角度θは２°である。

【0051】

図２７から最もよく分かるように、ＬＥＤ２６が発した光は、レンズ本体２２の第１の面２２ａを構成するフレネル面領域８８によって平行光となってレンズ本体２２を通過し、そして第２の面２２ｂを構成するフライアイレンズ領域８２で散乱される。上述したようにフレネル面領域８８及びフライアイレンズ領域８２が傾斜して位置決めされていることから、フライアイレンズ領域８２の矩形の各レンズエレメント８４から矩形の光の束が撮像視野領域Ｓs(図１１、図１２)に向けて照射される。そして、隣接するレンズエレメント８４の矩形の光の束同士が互いに重複した状態で撮像視野領域を照射することから、撮像視野領域ではその全域に亘って均一な光量となる。また、実施例では、複数のフライアイレンズ領域８２を通過した光が撮像視野領域でオーバーラップすることから撮像視野領域での均一照明が確実なものとなる。したがって中心電極２６ａを備えた赤外線ＬＥＤ２６を使用しても撮像視野領域での均一照明を確保することができる。

【0052】

第２実施例の撮像装置の有効ワーキングディスタンスＷＤは数百mmから数千mmである。図２４に戻って、レンズ本体２２の６つのフライアイレンズ領域８２に形成された各レンズエレメント８４は、その全てが互いに平行な縦横の境界線で区画された矩形の形状を有していることに注目されたい。矩形のレンズエレメント８４を規定する縦横の境界線は撮像装置の矩形の撮像領域を規定する縦横線と平行である。

【0053】

レンズ本体２２の各フライアイレンズ領域８２に属する各レンズエレメント８４は矩形の光を照射し、そして各フライアイレンズ領域８２はこれに属する複数のレンズエレメント８４から出る矩形の光の束が照射される。各フライアイレンズ領域８２は、有効ワーキングディスタンスＷＤ数百mmである近位(near)の撮像視野領域Ｓ１と有効ワーキングディスタンスＷＤ数千mmである遠位(far)の撮像視野領域Ｓ２とを念頭に入れて設計されている。この点について図２６を参照して説明すると、図２６の左側に位置するフライアイレンズ領域８２Ｌは、その照射範囲が近位(near)の撮像視野領域Ｓs１の右端と遠位(far)の撮像視野領域Ｓs２の左端で規定されるように設計されている。他方、図２６の右側のフライアイレンズ領域８２Ｒは、その照射範囲が近位(near)の撮像視野領域Ｓs１の左端つまり撮像視野領域Ｓs１の右側のフライアイレンズ領域８２Ｒから遠い一辺で規定され且つ遠位(far)の撮像視野領域Ｓs２の右端つまり撮像視野領域Ｓs１の右側のフライアイレンズ領域８２Ｒに近い一辺で規定されるように設計されている。この規則はレンズ本体２２の他のフライアイレンズ領域８２についても同じである。

【0054】

したがって、レンズ本体２２の全てのフライアイレンズ領域８２から出る矩形の光の束は、数百mmから数千mmの有効ワーキングディスタンスＷＤでの矩形の撮像視野領域で互いにオーバーラップするだけでなく、撮像視野領域以外の周辺領域を照射する無駄を合理的に無くすることができる。したがって、ＬＥＤ２６が発する光を無駄なく撮像視野領域の照明に使うことができるだけでなく、撮像視野領域で光量のムラ無く均一に照明することができる。したがって中心電極を備えた赤外線ＬＥＤを採用しても光量の減少を招くことなく均一な照明を確保することができる。

【符号の説明】

【0055】

１００ 実施例の撮像装置
４ ＣＭＯＳカメラユニット
６ レンズユニット
８ 照明ユニット
１０ｃ ＬＥＤ基板
１６ ケース
２２ 照明用のレンズ本体
２２ａ 照明用レンズ本体のＬＥＤ側の第１の面
２２ｂ 照明用レンズ本体の検査対象側の第２の面
２４ リフレクタ本体
２６ ＬＥＤ
２８ トロイダルレンズ
３６ 開口（リフレクタ本体）
３８ 鏡筒
７２ 凹所（レンズ本体及びリフレクタの組立体を収容）
ＬＡ ＬＥＤの光軸
Ｏ トロイダルレンズの中心
Ｓs 撮像視野領域
Ｌa 照明領域
ＷＤ 有効ワーキングディスタンス
Ｓs１ 近位(near)の撮像視野領域
Ｓs２ 遠位(far)の撮像視野領域
８２ フライアイレンズ領域
８４ レンズエレメント
８６ レンズアレイ
８８ フレネル面領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】