特開 2024-41395 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024041395

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 19/02 20210101AFI20240319BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20240319BHJP

   G02B 17/00 20060101ALI20240319BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20240319BHJP

   G01N 21/84 20060101ALI20240319BHJP

   H04N 23/55 20230101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

G03B19/02

G02B5/08 Z

G02B17/00

G03B15/00

G01N21/84 Z

H04N5/225 400

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022146194

(22)【出願日】2022-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100135013

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 隆美

(72)【発明者】

【氏名】古谷 祥雄

【テーマコード（参考）】

2G051

2H042

2H054

2H087

5C122

【Ｆターム（参考）】

2G051AA01

2G051AB20

2G051BA20

2G051CA03

2G051CA04

2G051CB01

2G051CB02

2G051CB05

2G051CC09

2G051CC11

2H042DB01

2H042DB14

2H054BB02

2H087KA01

2H087KA02

2H087LA01

2H087NA02

2H087TA02

5C122DA12

5C122FB02

5C122FB03

5C122FB11

(57)【要約】

【課題】ミラーを介してワークを撮像する装置において、撮像角度および撮像倍率を維持しつつ、ミラー配置の制約を緩和することができる技術を提供する。
【解決手段】撮像装置１３は、ワーク９を複数の方向から撮像する。撮像装置１３は、単一のカメラ２０と、ワーク９からカメラ２０に至る第１光路ＬＰ１上に位置するミラー４１と、第１光路ＬＰ１とは異なる光路であって、ワーク９からカメラ２０に至る第２光路ＬＰ２上に位置するミラー５１およびミラー５２とを備える。第２光路ＬＰ２上において、ミラー５２は、ワーク９とミラー５１との間に位置する。第１光路ＬＰ１の光路長と第２光路ＬＰ２の光路長とが等しい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを複数の方向から撮像する撮像装置であって、
単一のカメラと、
前記ワークから前記カメラに至る第１光路上に位置する第１ミラーと、
前記第１光路とは異なる光路であって、前記ワークから前記カメラに至る第２光路上に位置する第２ミラーおよび第３ミラーと、
を備え、
前記第２光路上において、前記第３ミラーは、前記ワークと前記第２ミラーとの間に位置し、
前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが等しい、撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像装置であって、
前記第２光路上に位置し、前記第２光路上において、前記第３ミラーと前記第２ミラーとの間に位置する第４ミラー、
をさらに備える、撮像装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記第１光路および前記第２光路の始点は、前記撮像ワークにおける同じ部位に設定される、撮像装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記第１光路および前記第２光路の始点は、前記撮像ワークにおける異なる部位に設定される、撮像装置。

【請求項5】

請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記カメラは、
イメージセンサと、
前記イメージセンサに結像する撮像レンズと、
を備え、
前記撮像レンズは、前記物体側テレセントリックレンズを含む、撮像装置。

【請求項6】

請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記ワークを照明する反射照明光源、
をさらに備え、
前記第１ミラーおよび前記第２ミラーは、前記ワークから第１方向に離れて位置し、
前記反射照明光源は、前記第１方向において、前記ワークと前記第１ミラーとの間、かつ、前記ワークと前記第２ミラーとの間に位置する、撮像装置。

【請求項7】

請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記第３ミラーは、前記第１ミラーよりも、前記ワークの近くに位置する、撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示される主題は、撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ワークをカメラで撮像することによって得られる撮像画像に基づいて、ワークの外観を検査する検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、検査対象の周辺に２つのミラーを配置される。２つミラーは、カメラの撮像画像に検査対象の外観の鏡像が含まれるようにそれぞれ配置される。これにより、撮像画像に基づいて、ワークの外観が複数の方向から観察される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１４８７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、複数のミラーを同時に視野に入れて撮像する場合、撮像角度と撮像倍率とにより、ミラー配置は一意に決まってしまう。このため、装置の設計自由度は比較的低くなってしまう。例えば、所望の撮像角度および所望の撮像倍率を得るためにワークとミラーと間の距離が短くなってしまう場合には、これらの間に反射照明光源などを設置するためのクリアランスを確保することが困難となる。このため、撮像角度や撮像倍率を維持しつつ、ミラー配置の制約を緩和することができる技術が求められている。

【0005】

本発明の目的は、ミラーを介してワークを撮像する装置において、撮像角度および撮像倍率を維持しつつ、ミラー配置の制約を緩和することができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、第１態様は、ワークを複数の方向から撮像する撮像装置であって、単一のカメラと、前記ワークから前記カメラに至る第１光路上に位置する第１ミラーと、前記第１光路とは異なる光路であって、前記ワークから前記カメラに至る第２光路上に位置する第２ミラーおよび第３ミラーと、を備え、前記第２光路上において、前記第３ミラーは、前記ワークと前記第２ミラーとの間に位置し、前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが等しい。

【0007】

第２態様は、第１態様の撮像装置であって、前記第２光路上に位置し、前記第２光路上において、前記第３ミラーと前記第２ミラーとの間に位置する第４ミラーをさらに備える。

【0008】

第３態様は、第１態様または第２態様の撮像装置であって、前記第１光路および前記第２光路の始点は、前記撮像ワークにおける同じ部位に設定される。

【0009】

第４態様は、第１態様または第２態様の撮像装置であって、前記第１光路および前記第２光路の始点は、前記撮像ワークにおける異なる部位に設定される。

【0010】

第５態様は、第１態様から第４態様のいずれか１つの撮像装置であって、前記カメラは、イメージセンサと、前記イメージセンサに結像する撮像レンズと、を備え、前記撮像レンズは、前記物体側テレセントリックレンズを含む。

【0011】

第６態様は、第１態様から第５態様のいずれか１つの撮像装置であって、前記ワークを照明する反射照明光源、をさらに備え、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーは、前記ワークから第１方向に離れて位置し、前記反射照明光源は、前記第１方向において、前記ワークと前記第１ミラーとの間、かつ、前記ワークと前記第２ミラーとの間に位置する。

【0012】

第７態様は、第１態様から第６態様のいずれか１つの撮像装置であって、前記第３ミラーは、前記第１ミラーよりも、前記ワークの近くに位置する。

【発明の効果】

【0013】

第１態様から第７態様の撮像装置によれば、第２光路について、ワークから第２ミラーまでの光路長を、第３ミラーによって延長できる。これにより、第２ミラーの位置を変更しても、第３ミラーの位置を調整することによって、第２光路の光路長を一定に維持できる。このため、撮像角度および撮像倍率を維持しつつ、ミラー配置の制約を緩和できる。

【0014】

第２態様の撮像装置によれば、第４ミラーを設けることによって、第２光路の光路長の調整が容易になる。また、撮像画像において、ミラー内によりワークを大きく捉えるためには、光路上において、できるだけミラーの面同士が向き合うような配置（すなわち、ミラー上における光路の折り返し角が４５°にできるだけ近い配置）とすることが好ましい。第４ミラーを設けることにより、このような配置を取ることがより容易となる。

【0015】

第３態様の撮像装置によれば、ワークの一部位を複数の方向から同じ倍率で同時に撮像できる。

【0016】

第４態様の撮像装置によれば、ワークの異なる部位を同時に同じ倍率で撮像できる。

【0017】

第５態様の撮像装置によれば、物体側の光学系の設計を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係る検査装置の側面図である。

【図2】図１に示されるカメラによって得られる撮像画像を示す図である。

【図3】実施形態に係る撮像装置における光路図を示す図である。

【図4】図１に示される第２光路において、迂回用のミラーがない場合の第１ミラー配置を示す図である。

【図5】図４に示される第２光路において、迂回用のミラーが追加された第２ミラー配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。

【0020】

図１および以降の各図においては、各要素の位置関係の理解を容易にするため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示す矢印が付されている場合がある。Ｘ方向およびＹ方向は、好ましくは水平方向であり、Ｚ方向は、好ましくは鉛直方向である。

【0021】

＜１． 実施形態＞
図１は、実施形態に係る検査装置１の側面図である。検査装置１は、ワーク９を撮像して得られる画像に基づいて、ワーク９を検査する装置である。ワーク９は、例えば、レンズまたは金属部品である。レンズとしては、例えば、生体に着用されるレンズ（眼内レンズ、コンタクトレンズなど）、カメラなどに使用される光学部品としてのレンズが挙げられる。また、金属部品としては、例えば、自動車などの工業製品に用いられる部品が挙げられる。

【0022】

図１に示されるように、検査装置１は、ワーク保持部１１と、撮像装置１３と、制御部１５とを有する。

【0023】

ワーク保持部１１は、ワーク９の側面を露出させつつ、ワーク９を下方から保持する。撮像装置１３は、ワーク保持部１１に保持されているワーク９を撮像する。制御部１５は、撮像装置１３が撮像した画像を処理する。制御部１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置等がバスラインを介して相互接続された一般的なコンピュータを含む。ＲＯＭは基本プログラム等を格納しており、ＲＡＭはＣＰＵが所定の処理を行う際の作業領域として供される。記憶装置は、フラッシュメモリ、あるいは、ハードディスク装置等の不揮発性の記憶装置を含む。記憶装置にはプログラムが格納されており、このプログラムに記述された手順に従って、主制御部としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、各種処理（例えば、画像生成処理、画像診断）が実行される。

【0024】

撮像装置１３は、カメラ２０と、反射照明光源３０と、複数個（ここでは、５個）のミラー４１，５１，５２，５３，６１とを有する。各ミラー４１，５１～５３，６１は、光を反射する平坦な反射面（鏡面）を有する。

【0025】

カメラ２０は、イメージセンサ２１と、鏡筒２２と、撮像レンズ２３とを有する。イメージセンサ２１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの撮像素子により構成される。カメラ２０は、ミラー４１、ミラー５１およびミラー６１のそれぞれに映るワーク９を、同一の視野内に捉えて撮像する。これにより、カメラ２０は、１つのイメージセンサ２１によって、ワーク９を同時に複数の方向から撮像する。

【0026】

図２は、図１に示されるカメラ２０によって得られる撮像画像９１を示す図である。図２に示される例では、１枚の撮像画像９１中には、ミラー４１に映るワーク９の像９ａと、ミラー５１に映るワーク９の像９ｂ、ミラー６１に映るワーク９の像９ｃとが含まれる。

【0027】

図１に示されるように、鏡筒２２は、撮像レンズ２３を含む撮像光学系を保持する。撮像レンズ２３は、ミラー４１，５１，６１に映る各ワーク９をイメージセンサ２１に結像する。本例では、撮像レンズ２３は、物体側テレセントリックレンズである。

【0028】

反射照明光源３０は、ワーク９におけるカメラ２０によって撮像する部位（ここでは、ワーク９の側部）を照明する。反射照明光源３０は、スポットライトであってもよいし、あるいはライン照明やリング照明であってもよい。反射照明光源３０は、Ｘ方向において、ワーク９から離れて位置する。

【0029】

図１に示されるように、撮像装置１３においては、ワーク９からの反射もしくは透過散乱光は、第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２および第３光路ＬＰ３をそれぞれ経由して、カメラ２０に入射する。ミラー４１は、ワーク９からカメラ２０に至る第１光路ＬＰ１上に位置する。すなわち、ワーク９からの光は、ミラー４１で反射して、カメラ２０に入射する。

【0030】

ミラー５１～５３は、ワーク９からイメージセンサ２１に至る第２光路ＬＰ２上に位置する。第２光路ＬＰ２において、ミラー５２およびミラー５３は、ワーク９とミラー５１との間に位置する。第２光路ＬＰ２において、ミラー５２は、ミラー５３よりも上流側（ワーク９に近い側）に位置する。すなわち、ワーク９からの光は、順に、ミラー５２、ミラー５３で反射した後、ミラー５１で反射して、カメラ２０に入射する。ミラー５２，５３は、ワーク９からミラー５１へ進む光の光路長を延長するために設けられた、迂回用のミラーである。

【0031】

ミラー６１は、ワーク９からカメラ２０に至る第３光路ＬＰ３上に位置する。ワーク９からの光は、ミラー６１で反射してカメラ２０に入射する。

【0032】

ミラー４１、５１～５３，６１は、ワーク９に対して、Ｘ方向に離れて位置する。Ｘ方向は、「第１方向」の一例である。

【0033】

ミラー４１，５１～５３、６１は、第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２および第３光路ＬＰ３の光路長が等しくなるように配置されている。これにより、第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２および第３光路ＬＰ３について、フォーカスを合わせることができる。

【0034】

ミラー４１は、Ｚ方向において、ワーク９と同じ高さに位置する。ワーク９からミラー４１へ向かう光（主光線）は、水平方向であるＸ方向と平行に進む。このため、ミラー４１に映るワーク９をカメラ２０で撮像することによって、ワーク９を水平方向から撮像した像９ａを取得できる。ミラー４１は、「第１ミラー」の一例である。

【0035】

ミラー５２は、ワーク９に対して、上側（＋Ｚ側）に位置する。ミラー５３およびミラー５１を介して、ミラー５２に映るワーク９をカメラ２０で撮像することによって、ワーク９を見下ろす角度（俯角θ_ｅ）で撮像した像９ｂを取得できる。

【0036】

ミラー６１は、ワーク９に対して、下側（－Ｚ側）に位置する。ミラー６１に映るワーク９をカメラ２０で撮像することによって、ワーク９を見上げる角度（仰角θ_ｄ）で撮像した画像を取得できる。

【0037】

図２に示される例では、ミラー５１～５３は、Ｚ方向において、ミラー４１よりもカメラ２０の近くに位置する。ミラー５２，５３は、Ｘ方向において、ワーク９とミラー５１との間に位置する。ミラー５３は、Ｘ方向において、ミラー５２よりも、ミラー５１の近くに位置する。また、ミラー５２は、Ｘ方向において、ミラー４１よりもワーク９に近くに位置する。なお、ミラー５２，５３の位置は、図２に示される位置に限定されるものではなく、適宜変更可能である。ミラー５１は「第２ミラー」の一例であり、ミラー５２は「第３ミラー」の一例であり、ミラー５３は「第４ミラー」の一例である。

【0038】

ミラー６１は、Ｚ方向において、ミラー４１よりもカメラ２０から離れて位置する。ミラー６１は、ワーク９からの光がカメラ２０のイメージセンサ２１に到達するまでに経由する第３光路ＬＰ３上に位置する。

【0039】

図１に示されるように、反射照明光源３０は、Ｘ方向において、ワーク９とミラー４１との間に位置する。また、反射照明光源３０は、Ｘ方向において、ワーク９とミラー５２との間に位置する。さらに、反射照明光源３０は、Ｘ方向において、ワーク９とミラー６１との間に位置する。また、反射照明光源３０は、Ｚ方向において、第２光路ＬＰ２よりもカメラ２０の近くに位置する。

【0040】

図３は、実施形態に係る撮像装置１３における光路図を示す図である。撮像レンズ２３が物体側テレセントリックレンズであるため、撮像レンズ２３に入射するときの第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２および第３光路ＬＰ３上の、主光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（物点から開口絞りの中心を通る光線）は、撮像レンズ２３の光軸と平行となる。すなわち、主光線Ｌ１～Ｌ３は、互いに平行となる。

【0041】

＜ミラー５２，５３の作用効果について＞
次に、第２光路ＬＰ２上に迂回用のミラー５２，５３を設けることの作用効果について、図４および図５を参照しつつ説明する。ここでは理解容易のため、まず、ミラー５２，５３を設けない場合のミラー配置（以下、「第１ミラー配置」と称する。）について、図４を参照しつつ説明する。その後、ミラー５２，５３を設けた場合のミラー配置（以下、「第２ミラー配置」と称する。）について、図５を参照しつつ説明する。

【0042】

図４は、図１に示される第２光路ＬＰ２において、迂回用のミラー５２，５３がない場合の第１ミラー配置を示す図である。図４に示される各点Ｐ_０，Ｐ_１１，Ｐ_１２，Ｐ_２１，Ｐ_２２，Ｃ_１，Ｃ_２は、以下のように定義される。
点Ｐ_０：ワーク９の位置
点Ｐ_１１：ミラー４１に対する主光線Ｌ１の入射位置
点Ｐ_１２：撮像レンズ２３に対する主光線Ｌ１の入射位置
点Ｐ_２１：ミラー５１に対する主光線Ｌ２の入射位置
点Ｐ_２２：撮像レンズ２３に対する主光線Ｌ２の入射位置
点Ｃ_１：線Ｐ_０Ｐ_２１と線Ｐ_１１Ｐ_１２との交点
点Ｃ_２：点Ｐ_２１から線Ｐ_１１Ｐ_１２へ垂直に下ろした線と線Ｐ_１１Ｐ_１２との交点

【0043】

また、図４に示される各変数Ｌ_１１，Ｌ_２１，Ｄ_１，Ｄ_２，θ_ｅ，θ_ｗ，ａ，ｂ，ｃ，ｄは、以下のように定義される。
Ｌ_１１：Ｐ_０Ｐ_１１間の直線距離
Ｌ_２１：Ｐ_１１Ｐ_１２間の直線距離
Ｄ_１：Ｘ方向におけるＰ_１１Ｐ_２１間の距離
Ｄ_２：Ｐ_１２Ｐ_２２間の直線距離
θ_ｅ：俯角∠Ｐ_２１Ｐ_０Ｐ_１１
θ_ｗ：点Ｐ_１１で反射した主光線Ｌ１が鉛直方向（Ｚ方向）に対して成す角度
ａ：Ｐ_１１Ｃ_１間の直線距離
ｂ：Ｐ_０Ｃ_１間の直線距離
ｃ：Ｃ_１Ｐ_２１間の直線距離
ｄ：Ｃ_１Ｃ_２間の直線距離

【0044】

図２に示されるように、第１光路ＬＰ１の像９ａと第２光路ＬＰ２の像９ｂとの間の距離は、主光線Ｌ１および主光線Ｌ２の入射位置（Ｐ_１２Ｐ_２２）間の直線距離Ｄ_２に、撮像レンズ２３の倍率Ｍを掛けた値となる。

【0045】

本実施形態では、撮像レンズ２３が物体側テレセントリックレンズであるため、点Ｐ_２１で反射した主光線Ｌ２が鉛直方向に対して成す角度も、θ_ｗとなる。このように、撮像レンズ２３を物体側テレセントリックレンズとすることによって、第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２および第３光路ＬＰ３について、角度θ_ｗを同じとすることができるため、ミラー配置の設計を容易にすることができる。

【0046】

図４に示される左下の三角形Ｐ_０Ｐ_１１Ｃ_１について、正弦定理より以下の式（１）および式（２）が成り立つ。

【数1】

【数2】

【0047】

上記式（１）および（２）により、ａ，ｂは、次式（３）および（４）でそれぞれ表される。

【数3】

【数4】

【0048】

また、図４から、明らかに次式（５）が成り立つ。

【数5】

【0049】

上記式（４）および（５）より、次式（６）が導かれる。

【数6】

【0050】

続いて、図４に示される右上の三角形Ｃ_１Ｃ_２Ｐ_２１について、以下の式（７）が成り立つ。

【数7】

【0051】

式（６）および式（７）より、次式（８）が導かれる。

【数8】

【0052】

Ｐ_０Ｐ_２１間の距離（＝ｂ＋ｃ）は、Ｐ_０Ｐ_１１間の距離（＝Ｌ_１１）よりも大きい。Ｐ_０Ｐ_２１間の距離とＰ_０Ｐ_１１間の距離との差を「ΔＬ_１」とすると、ΔＬ_１は、次式（９）で表される。

【数9】

【0053】

第１光路ＬＰ１と第２光路ＬＰ２の光路長は等しいため、Ｐ_１１Ｐ_１２間の直線距離は、Ｐ_２１Ｐ_２２の直線距離よりも長い。Ｐ_１１Ｐ_１２間の直線距離とＰ_２１Ｐ_２２間の直線距離との差を「ΔＬ_２」とすると、ΔＬ_２は、次式（１０）で表される。

【数10】

【0054】

第１光路ＬＰ１と第２光路ＬＰ２との光路長を一致させるため、次式（１１）が成り立つ。

【数11】

【0055】

式（１１）に式（９）および式（１０）を代入すると、距離Ｄ_１は、次式（１２）で表される。

【数12】

【0056】

また、図４に示される右上の三角形Ｃ_１Ｃ_２ Ｐ_２１について、距離Ｄ_２は、次式（１３）で導かれる。

【数13】

【0057】

式（６）および式（１３）より、距離Ｄ_２は次式で表される。

【数14】

【0058】

上記式（１２）により、第１光路ＬＰ１および第２光路ＬＰ２についてのミラー配置が決まる。また、式（１４）により、各光路のイメージセンサ２１の撮像面上での配置が決まる。

【0059】

なお、図４に示されるように、第１光路ＬＰ１および第２光路ＬＰ２について、１枚のミラー４１，５１だけで撮像する場合、ワーク９とミラー４１との間の距離、および、ワーク９とミラー５１との間の距離が、撮像角度（俯角θ_ｅ）および撮像レンズ２３の光学倍率によって一意に決まる。このため、例えば、ミラー４１とワーク９との間の距離が短い場合、反射照明光源などを設置するためのクリアランスを確保することが難しい場合がある。

【0060】

図５は、図４に示される第２光路ＬＰ２において、迂回用のミラー５２，５３が追加された第２ミラー配置を示す図である。図５に示される第２ミラー配置では、ワーク９とミラー４１との間に空間を確保するため、図４に示される第１ミラー配置の場合よりも、ワーク９がミラー４１から離れた位置に配置されている。一方で、第１光路ＬＰ１の光路長を維持するため、撮像レンズ２３をミラー４１に近づけている。また、第２光路ＬＰ２については、撮像角度（俯角θｅ）およびイメージセンサ２１への入射位置を維持するためには、ミラー５１の位置をカメラ２０の近くへ移動させる必要がある（点Ｐ_２１→点Ｑ_２２）。ただし、ミラー５１を移動させると、第２光路ＬＰ２が短縮されるため、これを補正するために、ミラー５１と撮像レンズ２３との間に迂回用のミラー５２，５３が配置される。以下、図５を参照しつつ、ミラー５２，５３の配置について説明する。

【0061】

図５に示される各点Ｑ_０，Ｑ_１２，Ｑ_２１，Ｑ_２２，Ｑ_２３，Ｑ_２４，Ｃ_３，Ｃ_４は、以下のように定義される。
点Ｑ_０：第２ミラー配置におけるワーク９の位置
点Ｑ_１２：第２ミラー配置における撮像レンズ２３に対する主光線Ｌ１の入射位置
点Ｑ_２１：第２ミラー配置におけるミラー５１に対する主光線Ｌ２の入射位置
点Ｑ_２２：第２ミラー配置における撮像レンズ２３に対する主光線Ｌ２の入射位置
点Ｑ_２３：ミラー５２に対する主光線Ｌ２の入射位置
点Ｑ_２４：ミラー５３に対する主光線Ｌ２の入射位置
点Ｃ_３：点Ｐ_０から線分Ｑ_０Ｑ_２３に対して垂直に下ろした直線と線分Ｑ_０Ｑ_２３との交点
点Ｃ_４：点Ｐ_２１から線分Ｑ_２３Ｑ_２１に対して垂直に下ろした直線と線分Ｑ_２３Ｑ_２１との交点

【0062】

また、図５に示される変数ｄｚ，ｄｙ′，ｄｚ′_１，ｄｚ′_２，ｄｓは、以下のように定義される。
ｄｚ：Ｑ_０Ｐ_０間の直線距離
ｄｙ′：主光線Ｌ２のシフト量（Ｐ_０Ｃ_３間の直線距離）
ｄｚ′_１：Ｑ_０Ｃ_３間の直線距離（第２ミラー配置における第２光路ＬＰ２の光路長の増加量）
ｄｚ′_２：Ｃ_４Ｑ_２１間の直線距離(第２ミラー配置における第２光路ＬＰ２の光路長の増加量)
ｄｓ：Ｐ_２１Ｑ_２１間の直線距離（第２ミラー配置における第２光路ＬＰ２の光路長の減少量）

【0063】

第２ミラー配置では、ワーク９の位置が、点Ｐ_０から、点Ｑ_０へ移動する。点Ｑ_０は、Ｘ方向において、点Ｐ_０よりもミラー４１（点Ｐ_１１）から遠い位置にある。また、図５に示されるように、撮像レンズ２３の位置は、破線で示される位置からｄｚだけミラー４１およびミラー５１に近づく。これにより、撮像レンズ２３に対する、主光線Ｌ１の入射位置が点Ｐ_１２から点Ｑ_１２に、主光線Ｌ２の入射位置が点Ｐ_２２から点Ｑ_２２に、それぞれ移動する。点Ｑ_１２および点Ｑ_２２は、点Ｐ_１２および点Ｐ_２２から主光線Ｌ１（または主光線Ｌ２）の進む方向にｄｚだけミラー４１（点Ｐ_１１）に近づく。

【0064】

図５より、以下の式（１５）～（１８）が成り立つ。

【数15】

【数16】

【数17】

【数18】

【0065】

第１ミラー配置から第２ミラー配置に変更したことによる、第１光路ＬＰ１の増加量ΔＬ_１は、次式（１９）で示されるように、ミラー４１の前後で相殺される。

【数19】

【0066】

第１ミラー配置から第２ミラー配置に変更したことによる、第２光路ＬＰ２の増加量ΔＬ_２は、次式（２０）で表される。

【数20】

【0067】

式（２０）に式（１５）～（１８）を代入すると、増加量ΔＬ_２は、次式（２１）で表される。

【数21】

【0068】

上記のΔＬ_２がゼロであれば、第１光路ＬＰ１および第２光路ＬＰ２の各光路長が一致するため、これらのフォーカスを一致させることができる。ただし、式（２１）において、ｄｚ＞０、θ_ｅ＞０の場合、ΔＬ２＜０となる。このため、第１光路ＬＰ１および第２光路ＬＰ２の各光路長を一致させるためには、第２光路ＬＰ２の光路長をΔＬ_２（の絶対値）だけ延ばす必要がある。そこで、図５に示されるように、ミラー５２，５３によって、Ｑ２３→Ｑ２４→Ｑ２１の迂回路を設けることによって、直進時（Ｑ２３→Ｑ２１）に対してΔＬ_２（の絶対値）分増加させる。これにより、第１光路ＬＰ１と第２光路ＬＰ２との間の光路差が補正される。

【0069】

以上のように、第２光路ＬＰ２上にミラー５２，５３で迂回路を形成することによって、第２光路ＬＰ２のうち、ワーク９からミラー５１までの光路長を延長できる。このため、ミラー５２，５３の位置を調整することによって、第２配置において、ミラー５１を点Ｐ_２１から点Ｑ_２１に移動させても、第１配置のときの撮像角度および撮像倍率を維持できる。したがって、ミラー配置の制約を緩和できる。

【0070】

＜２． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【0071】

例えば、ミラー５２，５３の位置（点Ｑ_２３、点Ｑ_２４の位置）は、一意ではなく、光路長補正が可能であり、かつ、光線の干渉等が起きない範囲で、自由に設定することができる。例えば、図５に示される例では、Ｘ方向において、Ｑ_０Ｐ_１１間の距離よりも、Ｑ_０Ｑ_２３間の距離を短くしている。しかしながら、Ｘ方向において、Ｐ_０Ｐ_１１間の距離よりも、Ｑ_０Ｑ_２３間の距離を長くしてもよい。

【0072】

上記実施形態では、第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２の始点は、ワーク９の同じ部位（側部）に設定されている。このため、ワークの一部位を複数の方向から同じ倍率で撮像できる。ただし、第１光路ＬＰ１および第２光路ＬＰ２の始点は、ワーク９の異なる部位（例えば、側部と頂部）にそれぞれ設定されていてもよい。この場合、ワーク９の異なる部位を同じ倍率で撮像できる。

【0073】

また、上記実施形態では、第２光路ＬＰ２上に、２個の迂回用のミラー５２，５３が設けられている。しかしながら、１個のみまたは３個以上の迂回用のミラーが設けられてもよい。また、第１光路ＬＰ１または第３光路ＬＰ３に、迂回用のミラーが設けられてもよい。

【0074】

上記実施形態では、ミラー４１はＺ方向において、ワーク９と同じ高さに位置したが、必ずしもワーク９と同じ高さに位置するミラーを配置しなくてもよい。すなわち、必ずしもワーク９を水平方向から撮像した像９ａを取得しなくてもよく、必要に応じて任意の方向から撮像した像を取得してよい。

【0075】

また、撮像レンズ２３は、テレセントリックレンズではなく、非テレセントリックレンズであってもよい。撮像レンズ２３が非テレセントリックレンズの場合、第１光路ＬＰ１、第２光路ＬＰ２，第３光路ＬＰ３ごとに、角度θ_ｗをそれぞれ設定して、ミラー配置を設計するとよい。

【0076】

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

【符号の説明】

【0077】

９ ワーク
１３ 撮像装置
２０ カメラ
２１ イメージセンサ
２３ 撮像レンズ
３０ 反射照明光源
４１ ミラー（第１ミラー）
５１ ミラー（第２ミラー）
５２ ミラー（第３ミラー）
５３ ミラー（第４ミラー）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】