(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1の反射光学素子は、前記第2の反射光学素子の移動距離に応じて、前記第2の反射光学素子で反射した前記第2の撮像エリアからの光を、前記物体側テレセントリック光学系へ入射させるように角度調整自在に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した非テレセントリック光学系を採用した撮像装置では、物体側に設けられる反射ミラーとレンズとの距離が十分取れない場合、例えば、撮像エリアA1,A2において反射ミラーによって光量が損失する領域が生じ、撮像素子(撮像部B21)の結像面(撮像面)上に結像された2つの画像(エリアPA1,PA2の画像)の間で最適な画像を得られない領域DAが生じる場合がある(
図4(a)、
図4(b)参照)。
【0005】
また、特許文献1に記載の撮像装置において、反射ミラーによる光量の損失を無くすためには、物体に近い位置に配置される全反射ミラー(側面反射ミラー)と結像レンズ手段との距離を長くすることを要し、撮像装置が大型になる。この距離が短い場合、光量の損失が比較的大きくなり、撮像面上の有効画像が小さくなるため、撮像素子から取り出される画像が低分解能となり、低い認識精度となる。例えば、これを補うためには、高画素数の撮像素子を要するが、撮像装置が高価となる。
【0006】
また、複数の撮像領域(撮像エリア)と結像レンズ手段との間の光学距離が異なる場合、各撮像領域について、鮮明な画像を得ることができない場合がある。
【0007】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、簡単な構成で、2つの撮像エリアそれぞれからの光を1つの撮像部の撮像面上の2つのエリアに分けて結像させ鮮明な画像を得ることができる撮像装置を提供すること、小型の撮像装置を提供すること、上記撮像装置を備える実装部品撮像装置を提供すること、などを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
このような目的を達成するために、本発明による撮像装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
第1の撮像エリアおよび第2の撮像エリアからの光を1つの撮像部に結像させる撮像装置であって、
前記第2の撮像エリアからの光を反射する第1の反射光学素子と、
前記第1の撮像エリアからの光を前記撮像部の撮像面上の第1のエリアに結像させるとともに、前記第1の反射光学素子により反射された前記第2の撮像エリアからの光を前記撮像部の撮像面上の第2のエリアに結像させる物体側テレセントリック光学系とを有し、 前記第1の反射光学素子は、前記第1の撮像エリアから前記撮像部の撮像面上の前記第2のエリアへ至る光路を遮蔽するとともに、前記第1の撮像エリアからの光を前記撮像部の撮像面上の前記第1のエリアのみに結像させるように
構成され、前記第2の撮像エリアからの光を反射して前記第1の反射光学素子を介して前記物体側テレセントリック光学系へ入射させるとともに、該第2の撮像エリアから前記物体側テレセントリック光学系を介して前記撮像部へ至る光路長を、前記第1の撮像エリアから前記物体側テレセントリック光学系を介して前記撮像部へ至る光路長に一致させるように移動自在に配置された第2の反射光学素子を備え、前記第2の撮像エリアから前記物体側テレセントリック光学系へ至る光路が、前記第1の撮像エリアから前記物体側テレセントリック光学系へ至る光路を交差するように反射光学素子が配置されていることを特徴とする。
【0009】
また、本発明の実装部品撮像装置は、上記本発明の撮像装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、簡単な構成で、2つの撮像エリアそれぞれからの光を1つの撮像部の撮像面上の2つのエリアに分けて結像させ鮮明な画像を得ることができる撮像装置を提供することができる。小型の撮像装置を提供することができる。上記撮像装置を備える実装部品撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。
【0013】
図1は本発明の実施形態に係る撮像装置100の一例を示す模式図である。
図2は撮像装置100の撮像部における画像の一例を示す図である。
【0014】
本発明の実施形態に係る撮像装置100は、反射光学素子1(第1の反射光学素子)と、反射光学素子2(第2の反射光学素子)と、物体側テレセントリック光学系30と、撮像部21と、などを有する。
撮像部21は、遮光性の暗箱部12内に配置されている。撮像部21は、例えば、CCD、CMOS、MOSなどの撮像素子で構成されている。本実施形態では、2つの撮像エリアA1,A2からの光がそれぞれ、共通の物体側テレセントリック光学系30を介して1つの撮像部21の撮像面(結像面)上の2つのエリアPA1,PA2に分かれて結像される。本発明の実施形態に係る撮像装置100では、撮像部21の撮像面上において、2つの撮像エリアA1,A2からの光量が損失する部分Dが非常に小さくなるように、又は、光量が損失する部分Dがないように構成されている。
【0015】
本実施形態では、第1の撮像エリアA1は物体側テレセントリック光学系30の前方(物体側)に配置されているとともに、物体側テレセントリック光学系30の光軸に略垂直な面内に位置する。第2の撮像エリアA2は第1の撮像エリアA1と物体側テレセントリック光学系30の間に配置されているとともに、物体側テレセントリック光学系30の光軸に対して傾斜した面内に位置する。
反射光学素子1,2は、第1の撮像エリアA1および第2の撮像エリアA2と、物体側テレセントリック光学系30との間に配置されている。反射光学素子1,2は、例えば、全反射ミラーなどで構成されている。
【0016】
物体側テレセントリック光学系30は、レンズなどの光学素子5〜8、開口絞りとしての絞り部9、レンズなどの光学素子10,11などを有する。詳細には、物体側から像面側に向けて、物体側及び像面側に凸面を向けた正の屈折力をもつ両凸形状の第1レンズとしての光学素子5、像面側に凹面を向けた正の屈折力をもつメニスカス形状の第2レンズとしての光学素子6、物体側及び像面側に凸面を向けた正の屈折力をもつ両凸形状の第3レンズとしての光学素子7、この第3レンズ(光学素子7)に接合され、物体側及び像面側に凹面を向けた負の屈折力をもつ両凹形状の第4レンズとしての光学素子8、像面側に凸面を向けた正の屈折力をもつ凸メニスカス形状の第5レンズとしての光学素子10、物体側及び像面側に凸面を向けた正の屈折力をもつ両凸形状の第6レンズとしての光学素子11が光軸に沿って順次に配列されている。第4レンズとしての光学素子8と第5レンズとしての光学素子10との間で、所定の口径をもつ開口絞りとしての絞り部9が配置されている。
尚、物体側テレセントリック光学系30は、上記形態に限られるものではなく、任意の形態であってもよく、被撮像体や外部環境などに応じた態様であってもよい。
【0017】
本実施形態では、この配列構成において、物体側テレセントリック光学系30の第1レンズとしての光学素子5の前方(物体側)には、反射光学素子1、反射光学素子2が配置されている。物体側テレセントリック光学系30の第6レンズとしての光学素子10の後方(像面側)には、CCDなどの撮像部21の撮像面(像面)が配置されている。
【0018】
物体側テレセントリック光学系30は、第1の撮像エリアA1からの光を撮像部21の撮像面上の第1のエリアPA1に結像させるように構成されている。詳細には、第1の撮像エリアA1からの光は、物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズとしての光学素子5の一部分に入射された後、撮像部21の撮像面上の第1のエリアPA1に結像させるように構成されている。
【0019】
第2の撮像エリアA2からの光は、全反射ミラーとしての反射光学素子2で反射され、且つ、全反射ミラーとしての反射光学素子1で反射された後、物体側テレセントリック光学系30に入射する。
また、反射光学素子1は、第1の撮像エリアA1から撮像部21の撮像面上の第2のエリアPA2へ至る光路を遮蔽する。具体的には、反射光学素子1は、第1の撮像エリアA1からの光を、物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズの物体側の面のうち、第2の撮像エリアA2からの光の通る領域へ入射することを防止する位置に配置されている。反射光学素子1は、第1の撮像エリアA1からの光を、撮像部21の撮像面上の第1のエリアPA1のみに、結像させるように規制する構成となっている。つまり、反射光学素子1は、光学素子5側(像面側)の面が反射面であり、物体側の面が遮蔽部となっている。
また、反射光学素子1は、第1の撮像エリアA1からの光を、物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズの物体側の面のうち、第2の撮像エリアA2からの光の通る領域以外の領域へ入射させるように配置されている。
【0020】
また、反射光学素子1は、第2の撮像エリアA2からの光を、物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズの物体側の面のうち、第1の撮像エリアA1からの光の通る領域へ入射することを防止する位置に配置されている。
【0021】
本実施形態に係る撮像装置100は、第2の撮像エリアA2から物体側テレセントリック光学系30へ至る光路が、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30へ至る光路を交差するように反射光学素子(反射光学素子1,反射光学素子2)が配置されている。
詳細には、反射光学素子1と反射光学素子2が所定の間隔をあけて配置され、且つ、反射光学素子1と反射光学素子2の間に、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズとしての光学素子5へ至る光路が位置するように構成されている。
第2の撮像エリアA2からの光は、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30の光学素子5へ至る光路に交差して、反射光学素子2により反射され、再度、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30の光学素子5へ至る光路に交差したのち反射光学素子1に入射し、反射光学素子1で反射されて、物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズとしての光学素子5に入射される。
【0022】
また、反射光学素子2は、第2の撮像エリアA2からの光を反射して反射光学素子1(第1の反射光学素子)を介して物体側テレセントリック光学系30へ入射させるとともに、第2の撮像エリアA2から物体側テレセントリック光学系30を介して撮像部21へ至る光路長を、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30を介して撮像部21へ至る光路長に一致させるように移動自在に配置されている。
また、反射光学素子2は、第2の撮像エリアA2からの光を反射して反射光学素子1(第1の反射光学素子)を介して物体側テレセントリック光学系30へ至る光路長と、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30へ至る光路長と一致するように移動自在に配置されている。
本実施形態では、反射光学素子2は、その反射面が、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30へ至る光路に対して略平行に配置されており、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30へ至る光路に対して略直交する方向に移動自在に配置されている。こうすることにより、撮像部21の撮像面上の各エリアPA1,PA2に鮮明な画像を結像させることができる。
【0023】
反射光学素子1(第1の反射光学素子)は、反射光学素子2の移動距離に応じて、反射光学素子2で反射した第2の撮像エリアA2からの光を、物体側テレセントリック光学系30へ入射させるように角度調整自在に構成されている。この場合、反射光学素子2の移動により光路が僅かにずれた場合であっても、反射光学素子2で反射した第2の撮像エリアA2からの光を、物体側テレセントリック光学系30へ入射させて撮像部21の第2のエリアPA2に確実に結像させることができる。
【0024】
上記実施形態の撮像装置100の動作を説明する。
第1の撮像エリアA1からの光は、1つの物体側テレセントリック光学系30に入射された後、1つの撮像部21の撮像面上の第1のエリアPA1に結像する。
第2の撮像エリアA2からの光は、全反射ミラーとしての反射光学素子2で反射され、且つ、全反射ミラーとしての反射光学素子1で反射された後、同一の物体側テレセントリック光学系30に入射された後、1つの撮像部21の撮像面上の第2のエリアPA2に結像する。
第1の撮像エリアA1から撮像部21の第1のエリアPA1に至る光路長と、第2の撮像エリアA2から撮像部21の第2のエリアPA2に至る光路長を一致させるように調整する場合、反射光学素子2を移動させることでこの調整を行うことができる。この場合、反射光学素子1の角度を微調整することで、光路のずれを補正する。
【0025】
<本発明の他の実施形態>
図3は本発明の他の実施形態に係る撮像装置100Bの一例を示す模式図である。
本実施形態の撮像装置100Bは、直交する2つの撮像エリアA1,A2を同時に撮像するように光学系が構成されており、例えば、第1の撮像エリアA1および第2の撮像エリアA2に共通の1つの被撮像体を配置し、1つの被撮像体を異なる角度から撮像することができる。尚、第1の撮像エリアA1と第2の撮像エリアA2の角度が90°に設定された例を説明するが、この角度は任意の角度であってもよい。
図1に示した実施形態と同じ構成などについては説明を省略する。
【0026】
本発明の実施形態に係る撮像装置100Bは、全反射ミラーなどの反射光学素子3、全反射ミラーなどの反射光学素子4を有する。
反射光学素子4はその反射面が像面側に形成され、第1の撮像エリアA1からの光を反射して、反射光学素子3に入射するように配置されている。反射光学素子3は、反射光学素子4からの光を反射して、物体側テレセントリック光学系30に入射するように配置されている。
つまり、上記実施形態の撮像装置100と比較すると、撮像装置100Bでは第2の撮像エリアA2の位置またはその近傍位置の第1の撮像エリアA1からの光を、全反射ミラーなどの反射光学素子4、反射光学素子3により物体側テレセントリック光学系30に入射することができる。
このように、撮像装置100Bは、撮像装置100と比較して、物体側テレセントリック光学系30の軸方向に沿った長さを短くすることができ、小型の撮像装置100Bを提供することができる。
【0027】
<実装部品撮像装置>
上記本発明に係る撮像装置100,100Bは、例えば、基板等に実装される部品を実装前に撮像し、その部品の正誤を確認する、部品の位置を確認する、などの処理を行うために用いられる。詳細には、吸着ノズルにより電子部品などの部品を吸着してピックアップし、その部品を基板等の所定位置に移動させて実装する部品実装装置に、実装部品撮像装置として本発明に係る撮像装置100,100Bを採用している。部品実装装置は、撮像装置により部品や吸着ノズルなどを撮像し、得られた画像データに基づいて部品と吸着ノズルとの相対的な位置関係を特定し、部品の僅かな位置ずれを補正することで、部品を基板等に高精度に実装することができる。
【0028】
以上、説明したように、本発明に係る撮像装置は、第1の撮像エリアA1および第2の撮像エリアA2からの光を1つの撮像部21の撮像面上の別々のエリアPA1,PA2に結像させる。この撮像装置は、第2の撮像エリアA2からの光を反射する全反射ミラーとしての反射光学素子1と、第1の撮像エリアA1からの光を撮像部21の撮像面上の第1のエリアPA1に結像させるとともに、反射光学素子1により反射された第2の撮像エリアA2からの光を撮像部21の撮像面上の第2のエリアPA2に結像させる物体側テレセントリック光学系30とを有する。反射光学素子1は、第1の撮像エリアA1から撮像部21の撮像面上の第2のエリアPA2へ至る光路を遮蔽するとともに、第1の撮像エリアA1からの光を撮像部21の撮像面上の第1のエリアPA1のみに結像させるように規制する構成となっている。
つまり、各撮像エリアA1,A2からの光を、1つの物体側テレセントリック光学系30を介して1つの撮像部21の撮像面上の2つのエリアPA1,PA2に分けて結像させ鮮明な画像を得ることができる小型の撮像装置を提供することができる。
詳細には、撮像部21の撮像面上において、光量が損失する部分Dを非常に小さくすることができ、各エリア毎に鮮明な画像を得ることができる。
【0029】
例えば、撮像部21に低画素数の撮像素子を採用した場合であっても、各画像の認識に必要な分解能を確保することができ、高画質の撮像素子を使用する必要がなく、高性能で安価な撮像装置を提供することができる。
【0030】
また、本発明の実施形態に係る撮像装置は、物体側テレセントリック光学系30と、全反射ミラーなどの反射光学素子2,1の位置関係を調整可能に構成されている。詳細には、反射光学素子2は、第2の撮像エリアA2からの光を反射して反射光学素子1(第1の反射光学素子)を介して物体側テレセントリック光学系30へ入射させるとともに、第2の撮像エリアA2から物体側テレセントリック光学系30を介して撮像部21へ至る光路長を、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30を介して撮像部21へ至る光路長に一致させるように移動自在に配置されている。また、反射光学素子1の角度を微調整することで、光路のずれを補正する。
このように、各光路長が一致するように容易に調整することができ、第1の撮像エリアA1,第2の撮像エリアA2からの光を、1つの物体側テレセントリック光学系30を介して1つの撮像部21の撮像面上の2つのエリアPA1,PA2に分けて結像させ鮮明な画像を得ることができる。
【0031】
また、本発明の実施形態に係る撮像装置では、第2の撮像エリアA2からの光が、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30の光学素子5へ至る光路に交差して、反射光学素子2により反射され、再度、第1の撮像エリアA1から物体側テレセントリック光学系30の光学素子5へ至る光路に交差したのち反射光学素子1に入射し、反射光学素子1で反射されて、物体側テレセントリック光学系30の第1のレンズとしての光学素子5に入射される。
このため、物体側テレセントリック光学系30の軸方向に沿った長さを短くすることができ、小型の撮像装置を提供することができる。
【0032】
また、上記本発明に係る撮像装置100,100Bを、電子部品などの部品を基板に実装する部品実装装置における実装部品撮像装置として採用することで、部品を基板などに実装する前に、撮像した部品の正誤を確認する、部品の位置を確認する、などの処理を容易行うことができる。
【0033】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
【0034】
上述した実施形態の撮像装置は、2つの撮像エリアA1,A2からの光が反射光学系テレセントリック光学系を通って、撮像部の撮像面(結像面)に結像するように構成されていたが、この形態に限られるものではない。例えば、複数の撮像エリアからの光を撮像するように、撮像装置を構成してもよい。