特許 6262022 撮像装置、実装部品撮像装置

(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】6262022

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】撮像装置、実装部品撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 19/07 20060101AFI20180104BHJP

   G03B 15/00 20060101ALI20180104BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20180104BHJP

   H05K 13/08 20060101ALI20180104BHJP

   G03B 17/17 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   G03B19/07

   G03B15/00 W

   H04N5/225

   H05K13/08

   G03B17/17

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-39310(P2014-39310)

(22)【出願日】2014年2月28日

(65)【公開番号】特開2015-163913(P2015-163913A)

(43)【公開日】2015年9月10日

【審査請求日】2016年10月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】日本電産コパル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】特許業務法人 英知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小▲崎▼ 由紀夫

(72)【発明者】

【氏名】星野 真人

【審査官】 登丸 久寿

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０１９６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０９３８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７８５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０８８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０５１１４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００５／０２４５０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３５４４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００５７８０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２９４７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５２７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２３４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００９５８００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第００９６９３０８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−０５６４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４２５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５４８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７９１６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ １９／０７

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｇ０３Ｂ １７／１７

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０５Ｋ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像部を備えた撮像装置であって、
撮像光学系と、
前記撮像光学系の絞りの位置に、絞りの範囲の一部分に配置された第１の反射光学素子と、
第１の観察光学系と、
前記第１の観察光学系と異なる光軸を有する第２の観察光学系と、
前記絞りの範囲のうち、前記第１の反射光学素子の配置された部分以外の位置に、前記第１の観察光学系に隣接して設けられた第２の反射光学素子と、を有し、
前記撮像光学系の光軸に対して異なる角度の光軸を有する前記第１の観察光学系からの光を、前記第１の反射光学素子により、前記撮像光学系を介して前記撮像部に結像させるように構成され、
前記第２の反射光学素子により、前記第２の観察光学系からの光を前記撮像光学系を介して前記撮像部に結像させるように構成され、
前記第１の反射光学素子、及び前記第２の反射光学素子は、前記撮像部側からの平面視で、前記撮像光学系の光軸に対して互いに逆方向に傾斜した半円形の反射部を有し、前記第１の反射光学素子の半円形の反射部と前記第２の反射光学素子の半円形の反射部とにより、所定口径の円形の反射部が形成され、前記円形の反射部の中心に前記撮像光学系の光軸が通るように、前記第１の反射光学素子、及び前記第２の反射光学素子が隣接して設けられ、且つ、前記円形の反射部よりも径方向外側部分に遮光部が形成され、
前記撮像部側からの平面視で、前記第１の反射光学素子、及び前記第２の反射光学素子それぞれの反射部の半円形の直線部分が、前記第１の観察光学系の光軸、及び前記第２の観察光学系の光軸に沿って配置されていることを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記第１の反射光学素子及び前記第２の反射光学素子は、全反射ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記第１の観察光学系、及び前記第２の観察光学系の近傍位置に照明部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記第１の反射光学素子及び前記第２の反射光学素子は絞り部と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の撮像装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置を備えた実装部品撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置、実装部品撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の撮像素子を搭載し、複数の異なる撮像範囲を撮影し、得られた複数の画像を統合する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−５５５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の撮像装置は、複数の撮像素子により撮影された複数の画像を統合するが、各撮像範囲毎に一つの撮像素子で撮像するように構成されている。この特許文献１に記載の撮像装置は、複数の撮像素子を要するので、製造コストが比較的大きい、小型化することが困難である、などの問題がある。

【0005】

ところで、撮像光学系と異なる光軸を有する観察光学系を備えた撮像装置において、小型の撮像装置が望まれている。

【0006】

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、撮像光学系と異なる光軸を有する観察光学系を備えた撮像装置において、小型化を図ること、簡単な構成で、複数の撮像範囲を１つの撮像部により撮像することができる撮像装置を提供すること、複数の撮像範囲のうち、いずれかの撮像範囲を選択して又は同時に撮像することができる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】

【0007】

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。
撮像部を備えた撮像装置であって、
撮像光学系と、
前記撮像光学系の絞りの位置に、絞りの範囲の一部分に配置された第１の反射光学素子と、
第１の観察光学系と、
前記第１の観察光学系と異なる光軸を有する第２の観察光学系と、
前記絞りの範囲のうち、前記第１の反射光学素子の配置された部分以外の位置に、前記第１の観察光学系に隣接して設けられた第２の反射光学素子と、を有し、
前記撮像光学系の光軸に対して異なる角度の光軸を有する前記第１の観察光学系からの光を、前記第１の反射光学素子により、前記撮像光学系を介して前記撮像部に結像させるように構成され、
前記第２の反射光学素子により、前記第２の観察光学系からの光を前記撮像光学系を介して前記撮像部に結像させるように構成され、
前記第１の反射光学素子、及び前記第２の反射光学素子は、前記撮像部側からの平面視で、前記撮像光学系の光軸に対して互いに逆方向に傾斜した半円形の反射部を有し、前記第１の反射光学素子の半円形の反射部と前記第２の反射光学素子の半円形の反射部とにより、所定口径の円形の反射部が形成され、前記円形の反射部の中心に前記撮像光学系の光軸が通るように、前記第１の反射光学素子、及び前記第２の反射光学素子が隣接して設けられ、且つ、前記円形の反射部よりも径方向外側部分に遮光部が形成され、
前記撮像部側からの平面視で、前記第１の反射光学素子、及び前記第２の反射光学素子それぞれの反射部の半円形の直線部分が、前記第１の観察光学系の光軸、及び前記第２の観察光学系の光軸に沿って配置されていることを特徴とする撮像装置。

【0008】

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】

【0009】

本発明によれば、簡単な構成で、複数の撮像範囲を１つの撮像部により撮像することができる。また、本発明によれば、低コストで製造可能な小型の撮像装置を提供することができる。また、本発明によれば、簡単な構成で、複数の撮像範囲のうち、いずれかの撮像範囲を選択して又は同時に撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例を示す正面側からの斜視図。

【図2】本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例を示す背面側からの斜視図。

【図3】本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例を示す背面側からの部分断面斜視図。

【図4】本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例を示す透過背面図。

【図5】図４に示した撮像装置の横断面図。

【図6】本発明の一実施形態に係る撮像装置の撮像光学系と観察光学系と反射光学素子の一例を示す斜視図。

【図7】本発明の一実施形態に係る撮像装置の観察光学系と反射光学素子の一例を示す上面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

図１は本発明の実施形態に係る撮像装置１００の一例を示す正面側からの斜視図である。図２は撮像装置１００の一例を示す背面側からの斜視図である。図３は撮像装置１００の一例を示す背面側からの部分断面斜視図である。図４は撮像装置１００の一例を示す透過背面図である。図５は図４に示した撮像装置１００の断面図である。

【0013】

図６は撮像装置１００の撮像光学系６と観察光学系８と反射光学素子７の一例を示す斜視図である。図７は撮像装置１００の観察光学系８と反射光学素子７の一例を示す上面図である。

【0014】

本発明の実施形態に係る撮像装置１００は、１つの撮像部としてＣＣＤなどの撮像素子を備え、撮像光学系と、撮像光学系の絞りの位置に、絞りの範囲の一部分に配置された反射光学素子と、観察光学系と、などを備える。この撮像装置１００は、撮像光学系の光軸に対して異なる角度の光軸を有する観察光学系からの光を、全反射ミラーなどの反射光素子により、撮像光学系を介して撮像部に結像させるように構成されている。

【0015】

本発明の実施形態に係る撮像装置は、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。

【0016】

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る撮像装置１００は遮光性の筐体１０を備え、筐体１０は直方体形状の暗箱部１、暗箱部１の下部に設けられた略円筒形状の中間筒部２、中間筒部２の下部に設けられた略四角筒形状の筒部３、筒部３の下部に設けられた横長の略四角筒形状の収容ケース部４を有する。

【0017】

暗箱部１の内部には、１つの撮像部５（撮像手段）が配置されている。筒部３の内部には、撮像光学系６（結像レンズ群など）が配置されている。収容ケース部４の内部には、撮像光学系６のレンズ、全反射ミラーなどの反射光学素子７、観察光学系８（物体側レンズ群や照明部など）が配置されている。

【0018】

撮像部５は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＭＯＳなどの撮像素子で構成されている。

【0019】

撮像光学系６は、複数のレンズで構成された結像レンズユニットなどにより構成されている。本実施形態では、レンズ６１〜６５などで撮像光学系６が構成されている。撮像光学系６の光軸Ｌ６上に撮像部５、各レンズ６１〜６５が配置されている。尚、撮像光学系６の構成はこの形態に限られるものではなく、被撮像体や外部環境などに応じた態様であってもよい。

【0020】

収容ケース部４には、前面側に開口部が形成されている。本実施形態では、収容ケース部４の前面の左右それぞれに開口部４１，４２が形成されている。この略円形状の開口部４１，４２の前方に、電子部品などの被撮像体（不図示）が配置される。

【0021】

開口部４１，４２内には、環状に配列された複数のＬＥＤなどの発光素子で構成された照明部９（９１，９２）が設けられている。

【0022】

収容ケース部４に配置された観察光学系８は、開口部４１側に観察光学系８１（第１の観察光学系）、開口部４２側に観察光学系８２（第２の観察光学系）が設けられている。

【0023】

観察光学系８１は、凹レンズなどの光学素子８１１、ハーフミラーなどの反射光学素子８２１を有する。観察光学系８２は、凹レンズなどの光学素子８１２、ハーフミラーなどの反射光学素子８２２を有する。

【0024】

また、複数のＬＥＤなどの発光素子が面状に配置された照明部９１１，９１２が、収容ケース部４内の反射光学素子８２１，８２２の後方に配置されている。

【0025】

開口部４１に設けられた照明部９１、開口部４２に設けられた照明部９２の一方または両方が発光することにより、開口部４１，４２の前方に配置された電子部品などの被撮像体（不図示）を照らすように構成されている。また、必要に応じて、複数のＬＥＤなどの発光素子が面状に配置された照明部９１１，９１２が発光することにより、開口部４１，４２の前方に配置された電子部品などの被撮像体（不図示）を照らすように構成されている。撮像部５は、照らされた電子部品などの被撮像体を撮像するように構成されている。

【0026】

本発明の実施形態に係る撮像装置１００は、撮像光学系６への光量を制限する開口絞りとしての絞り部７５を有する。絞り部７５は、撮像光学系６と観察光学系８の間に配置されている。この絞り部７５は撮像光学系６の絞りとして機能する。また、絞り部７５は観察光学系の絞りとして機能する。絞り部７５を設けることにより、収差を低減させている。
本実施形態では、全反射ミラーなどの反射光学素子７の表面などに遮光部７６が形成されており、その遮光部７６が絞り部７５として機能する。遮光部７６は、例えば、アルマイト処理により形成してもよい。また、遮光部７６は、梨地処理などの表面処理により形成してもよい。

【0027】

本実施形態では、光路合成用ミラーとして、２つの全反射ミラーなどの反射光学素子７１，７２が側面視で斜めに角度４５°で交差するように配置されている。
反射光学素子７１，７２としての２つの全反射ミラーを上面視した場合（光軸Ｌ６側から見た場合）、略半円形状の反射部が並んで配置されることにより、略円形状の反射部が形成されており、その反射部よりも径方向外側部分に遮光部７６１，７６２が形成されている。このように、絞り部７５としての遮光部７６１，７６２は、光軸Ｌ６側から見た場合、略円形状に絞りとして機能するように構成されている。

【0028】

尚、上記実施形態では、全反射ミラーなどの反射光学素子７に遮光部７６を設けることにより、絞り部７５が形成されていたが、この形態に限られるものではない。例えば、絞り部７５は、全反射ミラーなどの反射光学素子７の近傍に、絞り機能を備えた開口部を備える部材を設けてもよい。

【0029】

上記実施形態では、反射光学素子７として２つの全反射ミラーが絞りの位置の一部分に配置されていたが、その形態に限られるものではない。一つまたは２つ以上の反射光学素子７が絞りの位置の一部分または全部に配置されていてもよい。

【0030】

尚、本実施形態では、２つの全反射ミラーを側面から見た場合、各全反射ミラーの角度が９０°となるように配置されていたが、この形態に限られるものではない。観察光学系と撮像光学系の光軸が９０°以外の角度となるように構成されている場合、それらの光軸に応じた角度となるように、２つの全反射ミラーが配置されていてもよい。

【0031】

本実施形態では、観察光学系８は、ハーフミラーなどの光学素子、対物レンズなどを有する。観察光学系８には、ハーフミラーなどの光学素子が設けられ、絞りの位置に配置されている。

【0032】

被撮像体で反射した光は、開口部４１，４２、観察光学系８を通って、反射光学素子７により反射され、撮像光学系６を介して撮像部５で受光される。撮像装置１００は、１つの撮像部５上で、開口部４１，４２を通った光に基づいた像を同時に又は選択的に撮像することができるように構成されている。このように、撮像装置１００は、異なる位置の２つの撮像部位を同時または選択的に撮像することができる。

【0033】

撮像部５、撮像光学系６の各レンズ６１〜６５は、光軸Ｌ６上に配置されている。
観察光学系８１の光軸Ｌ８１は、光軸Ｌ６に対して異なる角度、本実施形態では、角度９０°などに設定されている。観察光学系８２の光軸Ｌ８２は、光軸Ｌ６に対して異なる角度、本実施形態では、角度９０°などに設定されている。
また、本実施形態では、観察光学系８１と、観察光学系８２の光軸Ｌ８１，Ｌ８２は、反射光学素子７の近傍領域では、略直線となるように構成されている。

【0034】

撮像光学系６の光軸Ｌ６に対して異なる角度の光軸を有する観察光学系からの光を、全反射ミラーなどの反射光素子により、撮像光学系を介して撮像部に結像させるように構成されている。

【0035】

＜撮像装置１００の動作＞
本発明の実施形態に係る撮像装置１００は、２つの異なる撮像範囲それぞれに対応する位置に観察光学系８１，８２が配置されている。撮像範囲に配置された実装部品などの被撮像体を照明部９により照らし、絞り部７５（７５１，７５２）による開口絞りの位置に配置された全反射ミラーなどの反射光学素子７（７１，７２）により、観察光学系８１，８２からの光を合成し、撮像光学系６（結像レンズ群）を介して１つの撮像部５に結像する。
この際、照明部９１，９２の両方を同時に発光させることにより、２つの異なる撮像範囲の像を撮像部５に結像することができる。
また、照明部９１，９２の一方を選択的に発光させることにより、一方の撮像範囲の像を撮像部５に結像することができる。

【0036】

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る撮像装置１００は、撮像部５と、撮像光学系６と、撮像光学系６の絞りの位置に、絞りの範囲の一部分に配置された反射光学素子７と、観察光学系８と、を有する。撮像装置１００は、撮像光学系６の光軸Ｌ６に対して異なる角度の光軸Ｌ８１，Ｌ８２を有する観察光学系８からの光を、反射光学素子７により、撮像光学系６を介して撮像部５に結像させるように構成されている。
つまり、撮像光学系６の絞りの位置に、絞りの範囲の一部分に反射光学素子７を配置し、その反射光学素子７により、観察光学系８からの光を撮像光学系６を介して撮像部５で結像させることで、他の位置に反射光学素子７を配置した場合と比較して、撮像装置１００を小型化することができる。
また、本実施形態では、反射光学素子７としての全反射ミラーの表面に遮光部７６を設けることにより、所定口径の絞り部７５を形成したので、つまり、反射光学素子７は絞り部７５と一体に形成されているので、部品点数が少なく、撮像装置１００を小型化することができる。

【0037】

また、撮像光学系６と異なる光軸を有する観察光学系８を備えた撮像装置１００において、反射光学素子７として全反射ミラーを採用することで、例えば、使用条件に影響を受けるハーフミラーと比べて、撮像装置１００を簡単な構成とすることができる。
また、本発明の撮像装置１００は、ハーフミラーが組み合わされたハーフプリズムを用いることなく、撮像光学系６の絞りの位置に、反射光学素子７として全反射ミラーを備えているので、簡単な構成で、小型の撮像装置１００を提供することができる。

【0038】

また、本発明の実施形態に係る撮像装置１００は、絞りの範囲のうち、反射光学素子７（７１）の配置された部分以外の位置に、他の反射光学素子７（７２）を設け、他の反射光学素子７（７２）により、観察光学系８（８１）の光軸Ｌ８１と異なる光軸Ｌ８２を有する他の観察光学系８（８２）からの光を撮像光学系６を介して撮像部５に結像させるように構成されている。また、反射光学素子７（７１）により、観察光学系８（８１）からの光を撮像光学系６を介して撮像部５で結像させるように構成されている。
このように、絞りの範囲に上記反射光学素子７１，７２を設けたので、観察光学系８１、観察光学系８２、撮像光学系６、１つの撮像部５を有する小型の撮像装置１００を提供することができる。

【0039】

また、観察光学系８（８１）、観察光学系８（８２）からの光を同時に又は選択的に１つの撮像部に入射させることにより、２つの撮像範囲を合成した画像またはいずれか一方の画像を容易に得ることが可能な撮像装置１００を提供することができる。

【0040】

また、観察光学系８１の近傍位置に設けられ撮像範囲を照射可能な照明部９１（照明部９１１）、観察光学系８２の近傍位置に設けられた他の撮像範囲を照射可能な照明部９２（照明部９１２）を、同時または選択的に発光させることにより、各撮像範囲を同時にまたは選択的に撮影することができる。

【0041】

また、本発明の実施形態では、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、などの所定の処理を行う実装部品撮像装置として、撮像装置１００を採用している。このため、簡単な構造で、小型の実装部品撮像装置を提供することができる。

【0042】

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。

【0043】

例えば、絞りの位置に設けられた反射光学素子７１としての全反射ミラーにより、撮像光学系６の光軸Ｌ６に対して９０°以外の任意の角度の光軸を有する観察光学系８１からの光を、撮像光学系６を介して撮像部５に結像させてもよい。
例えば、絞りの位置に設けられた反射光学素子７２としての全反射ミラーにより、撮像光学系６の光軸Ｌ６に対して９０°以外の任意の角度の光軸を有する観察光学系８２からの光を、撮像光学系６を介して撮像部５に結像させてもよい。

【0044】

また、絞りの範囲内に複数の反射光学素子７を設け、それぞれ複数の観察光学系８からの光を撮像光学系６を介して撮像部５に結像させてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１…暗箱部、２…中間筒部、３…筒部、４…収容ケース部、５…撮像部、６…撮像光学系（結像レンズ群等）、７，７１，７２…反射光学素子（全反射ミラー等）、８，８１，８２…観察光学系（物体側レンズ群等）、９，９１，９２，９１１，９１２…照明部、１０…筐体、７５…絞り部、１００…撮像装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】