JP4160180B2 - 光学的撮像装置および光学的撮像方法 - Google Patents
光学的撮像装置および光学的撮像方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、たとえば電子部品などの外観検査において、一定間隔で搬送されている複数の搬送物を一のフレーム画像上に写し撮る光学的撮像装置、および光学的撮像方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、たとえばチップ抵抗器などの電子部品を外観検査するには、CCDなどを備えた光学的撮像装置が使用されており、この種の光学的撮像装置は、電子部品が一定した間隔をもって並んで搬送されている搬送ライン上から、その搬送物とされた電子部品をCCDにより撮像している。
【0003】
このような光学的撮像装置を使用した搬送物の外観検査においては、検査作業のスピードアップおよび効率化の観点から、複数の搬送物を同一のフレーム画像に写し撮る方式が採用されている。このような方式では、搬送ライン上の所定位置に到達した複数の搬送物が光学的撮像装置により同一のフレーム画像に写し撮られる。その後、光学的撮像装置から得られたフレーム画像は、所定の画像処理が順次施されてモニタ画面に表示され、所定数の搬送物に関する外観検査がモニタ画面に表示された一フレーム画像ごとに一括して行われている。
【0004】
図12は、従来の光学的撮像装置における光学系を示した概略説明図であって、この図に示すように、複数の搬送物Bは、一定した間隔Tで搬送されている状況にあり、そのうちのたとえば2個が所定の位置にて光学的撮像装置に撮像される。具体的に説明すると、この図に示す光学的撮像装置は、2個の搬送物を含む範囲をターゲット領域TGとしており、そのターゲット領域TGからの全反射光をレンズ92にて透過させている。レンズ92を透過した反射光は、開口絞り部93を通じてCCD受光面94に導かれ、そのCCD受光面94には、各搬送物Bの像が結像された状態となる。つまり、2個の搬送物Bは、それらの像を同時に捕捉したCCD受光面94からの電荷信号に基づいて一つのフレーム画像に写し撮られ、一フレーム画像に写し撮られた2個の搬送物Bの像は、実際の間隔Tに拡大率αを乗じた間隔αTの像間部分とともにモニタ画面に表示されることとなる。
【0005】
図13は、従来の光学的撮像装置によりモニタ画面に表示されたフレーム画像を示した説明図であって、この図に示すように、モニタ画面に表示されたフレーム画像には、2個の搬送物Bの像αBがモニタ画面全体に収まった状態で写し出され、間隔αTの像間部分B−Bもモニタ画面全体に収まった状態で写し出されることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の光学的撮像装置では、2個の搬送物の像を同時に捉えたフレーム画像をモニタ画面に表示してみると、図13に示すように、各搬送物Bの像αBとともに像間部分B−Bも間隔αTをもって同時に表示されることとなる。そして、検査精度を向上するために、拡大率αを上げることで各搬送物Bの像αBを大きくして高精細化すると、その拡大率αに準じて像間部分B−Bの間隔αTも増大して写し出される。そのため、各搬送物Bの像αBは、モニタ画面サイズの制約に加えて増大する間隔αTの制約を受け、モニタ画面中に余裕をもった状態で許容限度内の拡大率αに応じて表示されることとなる。つまり、複数の搬送物を同時に捉えたフレーム画像では、各搬送物の像とともに実際の間隔Tに相当する間隔αTの像間部分B−Bも写し撮られるので、フレーム画像を単に拡大するだけでは、各搬送物Bの像αBをモニタ画面全体に対して相当十分な大きさをもって表示することができず、複数の搬送物Bの像αBを高精細化するには、到底及ばないという不具合があった。
【0007】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、複数の搬送物の像を一フレーム画像に写し撮ることにより、そのフレーム画像を用いた順次処理作業のスピードアップおよび効率化を実現可能とし、しかも、フレーム画像に対して複数の搬送物の像を高精細に写し撮ることができる光学的撮像装置、および光学的撮像方法を提供することをその課題とする。
【0008】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0009】
すなわち、本願発明の第1の側面により提供される光学的撮像装置は、複数の搬送物が一定した間隔で搬送されている状況において、各搬送物からの反射光を一の受光面にて同時に捕捉することにより、一のフレーム画像に上記複数の搬送物を写し撮る光学的撮像装置であって、上記複数の搬送物からの各反射光を透過しつつ、上記一の受光面に対して各搬送物の像を結像させるレンズと、上記複数の搬送物から上記レンズへと進向する各反射光の光束進路を相互に接近させて上記一の受光面へと導く光束整形手段と、を備え、上記光束整形手段は、屈折体を組み合わせて構成されており、かつ、上記屈折体は、それぞれ一定厚みを有する複数枚の平面状の光学ガラスが、重なり枚数が異なる領域が形成される積層状態において、上記各反射光が厚み方向に透過するようにして上記光束進路に対して傾斜状に配置され、各重なり枚数が異なる領域を各反射光が透過するように構成されていることを特徴としている。
【0010】
上記技術的手段が講じられた第1の側面により提供される光学的撮像装置では、各搬送物からの反射光を一の受光面にて同時に捕捉することにより、その受光面からの電荷信号に基づいて一のフレーム画像に複数の搬送物の像が写し撮られる。そうして得られたフレーム画像を用いることにより、所定数の搬送物に関する処理作業が一フレーム画像ごとに順次一括して行われることとなる。また、レンズを透過して複数の搬送物から受光面へと進向する各反射光は、光束整形手段により相互に接近する光束進路にそって受光面へと導かれる。つまり、搬送物間の間隔部分からの反射光は、光束整形手段によって部分的に取り除かれた状態で受光面に達することなく、その実際の間隔部分に相当する像間部分は、完全な状態でフレーム画像に写し撮られないこととなる。これにより、一のフレーム画像には、各搬送物の像が大きく写し撮られた状態となり、そのフレーム画像をたとえばモニタ画面などに拡大して表示すると、各搬送物の像がモニタ画像全体に対して相当十分な大きさをもって表示されることとなる。
【0011】
したがって、本願発明の第1の側面により提供される光学的撮像装置によれば、一のフレーム画像に複数の搬送物の像を写し撮っているので、そうして得られたフレーム画像を用いることで順次処理作業のスピードアップおよび効率化を図ることができる。しかも、一のフレーム画像には、搬送物間の実際の間隔部分に相当する余分な像間部分が完全な状態で写し撮られることなく、各搬送物の像が大きく写し撮られるので、そのフレーム画像をたとえばモニタ画面などに拡大して表示すると、各搬送物の像がモニタ画像全体に対して相当十分な大きさをもって表示されることとなり、フレーム画像に対して複数の搬送物の像を高精細に写し撮ることができる。
【0012】
なお、上記搬送物としては、たとえば外観検査の対象物となるチップ抵抗器などの電子部品が適しているが、その他の搬送物についても勿論適用可能である。
【0013】
また、上記受光面としては、たとえばCCDなどの受光素子により構成された受光面が適しているが、特にCCDに限ることはなく、その他の受光素子により構成されていてもよい。
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
また、本願発明の第2の側面により提供される光学的撮像方法は、複数の搬送物が一定した間隔で搬送されている状況において、各搬送物からの反射光を一の受光面にて同時に捕捉し、一のフレーム画像に上記複数の搬送物を写し撮る光学的撮像方法において、上記複数の搬送物からの各反射光をレンズに透過させつつ、上記一の受光面に対して各搬送物の像を結像させる際、請求項1に記載の光学的撮像装置を用い、上記複数の搬送物から上記レンズへと進向する各反射光の光束進路を相互に接近させて上記一の受光面へと導く構成としたことを特徴としている。
【0021】
上記技術的手段が講じられた第2の側面により提供される光学的撮像方法では、各搬送物からの反射光を一の受光面にて同時に捕捉し、その受光面からの電荷信号に基づいて一のフレーム画像に複数の搬送物の像を写し撮る。そうして得られたフレーム画像を用いれば、所定数の搬送物に関する処理作業が一フレーム画像ごとに順次一括して行われることとなる。また、複数の搬送物からの各反射光は、レンズを透過しつつ受光面へと進向することにより、その受光面には、各搬送物の像が結像するが、この際、各反射光は、相互に接近する光束進路にそって一の受光面へと向かうこととなる。つまり、搬送物間の間隔部分からの反射光は、部分的に取り除かれた状態で受光面に達することなく、その実際の間隔部分に相当する像間部分は、完全な状態でフレーム画像に写し撮られないこととなる。これにより、一のフレーム画像には、各搬送物の像が大きく写し撮られた状態となり、そのフレーム画像をたとえばモニタ画面などに拡大して表示すると、各搬送物の像がモニタ画面全体に対して相当十分な大きさをもって表示されることとなる。
【0022】
したがって、本願発明の第2の側面により提供される光学的撮像方法によれば、上記した本願発明の第1の側面により提供される光学的撮像装置によるものと同様の効果を得ることができる。
【0023】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【0025】
図1は、本願発明の参考例としての光学的撮像装置Aの使用形態を示した説明図であって、光学的撮像装置Aは、一定間隔Tをもって並んだ状態で搬送方向Fにそって搬送されているチップ抵抗器(以下、「搬送物」という)B…の外観検査を行うために利用されている。光学的撮像装置Aは、搬送ライン上の所定位置における一定範囲をターゲット領域TGとし、そのターゲット領域TGに到達した搬送物Bを所定個数ずつ同時にCCD撮像方式によって撮像している。このような光学的撮像装置Aは、搬送物Bを写し撮ったフレーム画像を順次画像処理して外観検査を行う画像処理装置Cに接続されており、その画像処理装置Cには、光学的撮像装置Aで得られたフレーム画像を出力画像として表示するためのCRTモニタC1が備えられている。このようなCRTモニタC1は、そのモニタ画面がたとえば640×480画素などの固定解像度とされている。なお、隣り合う搬送物Bの間隔Tは、その搬送物Bの寸法よりも極めて大きいとされている。
【0026】
図2は、上記光学的撮像装置Aの内部における光学系を示した説明図であって、この図に示すように、光学的撮像装置Aは、光源1、第1および第2の反射体2,3、光学レンズ4、開口絞り部5、およびCCD受光面6などを具備して構成されている。
【0027】
光源1は、搬送ライン上のターゲット領域TGにおける2個の搬送物Bに対して照射光を照射する状態で配置されている。
【0028】
第1および第2の反射体2,3は、ターゲット領域TGにおける2個の搬送物Bとその周辺にて反射した光を入射光R1,R2とし、それら各入射光R1,R2を所定回数反射することで出射光R1a,R2aを相互に接近させて後述する光学レンズ4へと導いている。この入射光R1,R2から出射光R1a,R2aまでの光路は、各搬送物Bにて反射した光が光学レンズ4のレンズ面に達するまでの光束進路であり、第1および第2の反射体2,3のそれぞれは、各光束進路を相互に接近させて光学レンズ4へと導く光束整形手段を実現している。
【0029】
これら第1および第2の反射体2,3についてさらに具体的に説明すると、第1および第2の反射体2,3のそれぞれは、断面形状を略平行四辺形としたプリズムにより構成されている。第1および第2の反射体2,3それぞれにおける2a,2bおよび3a,3bの位置の傾斜面は、全反射面(以下、下向きミラー面2a,3a、上向きミラー面2b,3bという)とされている。つまり、第1および第2の反射体2,3による反射の第1段階においては、搬送方向Fに対して前方、後方に位置する搬送物Bからの入射光R1,R2が、下向きミラー面2a,3aを介してほぼ直角に反射することで、互いに内向して接近しつつ水平方向にそって進向する。さらに進んで反射の第2段階では、下向きミラー面2a,3aを介して反射した入射光R1,R2が、上向きミラー面2b,3bを介してほぼ直角に再び反射することにより、互いに平行して上昇しつつ鉛直方向に進向する。最終的に、入射光R1,R2は、上向きミラー面2b,3bで反射した後、平行光束の出射光R1a,R2aとして光学レンズ4に達することとなる。すなわち、入射光R1,R2から出射光R1a,R2aまでの光束進路は、入射進路間隔RTからそれよりも小さい出射進路間隔RTaに狭められた状態で光路形成されている。
【0030】
光学レンズ4は、第1および第2の反射体2,3からの出射光R1a,R2aを収束しつつ、各搬送物Bの像を後述するCCD受光面6に結像させる集光レンズである。
【0031】
開口絞り部5は、光学レンズ4と後述するCCD受光面6との光学的位置関係から配置されたものであり、光学レンズ4からの光束を絞りつつCCD受光面6にピントの合った像を形成するために、所望の焦点深度となる位置に配置されている。
【0032】
ここで、光学レンズ4と開口絞り部5との光学的位置関係としては、テレセントリック光学系が採用されている。このテレセントリック光学系とは、主光線(光軸外の対象点から出て開口絞り部5の中心を通る光線)が焦点を通るように配置された光学系をいう。つまり、このテレセントリック光学系を用いることによって、搬送物Bから平行に進向する反射光のみが上記第1および第2の反射体2,3を経由しつつ、開口絞り部5の中心を通って後述するCCD受光面6に達することとなり、光軸方向に搬送物Bが変化してもCCD受光面6上での像の大きさは変化しないものとされている。
【0033】
CCD受光面6は、多数のCCD素子を画素配列した受光面であって、光学レンズ4から開口絞り部5を経由して受光した光の強度に応じた電荷を蓄積する。このCCD受光面6からの電荷信号は、図示しないアンプで信号増幅されることにより、最終的に2個の搬送物の像を捉えたフレーム画像が生成され、そのフレーム画像が画像処理装置Cに出力されることとなる。
【0034】
次に、上記光学的撮像装置Aの光学系の作用について、図2とともに図3を参照して説明する。
【0035】
まず、図2に示すように、一定した間隔Tをもって2個の搬送物Bがターゲット領域TGに達すると、各搬送物Bにて反射した光が入射光R1,R2として第1および第2の反射体2,3に入射する。
【0036】
この際、入射光R1,R2は、第1および第2の反射体2,3の内部にて所定回数反射することで、互いに接近した平行光束の出射光R1a,R2aとして光学レンズ4に達することとなり、隣り合う搬送物Bの間隔Tに相当する部分からの反射光は、第1および第2の反射体2,3や光学レンズ4を経由することなく、部分的に取り除かれた状態となる。
【0037】
そうして、互いに接近した状態で光学レンズ4に達した出射光R1a,R2aは、その光学レンズ4に収束されつつ開口絞り部5を経由してCCD受光面6にて受光される。つまり、CCD受光面6には、隣り合う2個の搬送物Bの像が極めて接近した状態で結像され、CCD受光面6からの電荷信号に応じて形成されるフレーム画像にも、隣り合う2個の搬送物Bの像が接近した状態で大きく写し撮られることとなる。
【0038】
図3は、図2に示すCCD受光面6により形成されたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図であって、この図に示すように、CRTモニタC1のモニタ画面に表示されたフレーム画像には、隣り合う2個の搬送物Bの像が拡大率αで拡大された拡大像αBとして写し出されている。
【0039】
ここで、通常の撮像方式によれば、隣り合う搬送物B間の実際の間隔Tに相当する部分が拡大率αをもって拡大されるため、像間部分B−Bが間隔αTをもってモニタ画面に写し出されることとなるが(図12参照)、搬送物Bの像αBは、実際の間隔Tよりも接近した状態でCCD受光面6に結像していることから、その像間部分B−Bの間隔は、従来の撮像方式による場合のαTよりも狭い間隔βTをもって写し出されることとなる。つまり、フレーム画像を最大限に拡大表示した状態では、隣り合う2個の搬送物の拡大像αBがCRTモニタC1のモニタ画面全体に対して相当十分な大きさをもって表示されることとなる。
【0040】
したがって、第1の実施形態にかかる光学的撮像装置Aによれば、一のフレーム画像に隣り合う2個の搬送物Bの像αBを写し撮っているので、そうして得られたフレーム画像を用いることにより、順次行われる搬送物Bの外観検査についてスピードアップおよび効率化を図ることができる。
【0041】
しかも、一のフレーム画像には、隣り合う2個の搬送物Bの間隔Tに相当する余分な像間部分B−Bがほとんど写し撮られることなく、各搬送物Bの像αBがフレーム画像に対して大きく写し撮られるので、そのフレーム画像をCRTモニタC1により拡大表示すると、各搬送物Bの像αBがモニタ画像全体に対して相当十分な大きさをもって表示されることとなり、フレーム画像に対して隣り合う所定個数の搬送物Bの像αBを高精細に写し撮ることができる。
【0042】
次に、本願発明の他の参考例にかかる光学的撮像装置について図4を参照して説明する。なお、第1の実施形態にかかる光学的撮像装置は、図1に示された光学的撮像装置Aと同様の使用形態であるが、搬送物Bは、図1に示す間隔Tよりも狭い間隔T1をもって搬送されている状況であるとする。また、図1に示した参考例と同一部材については、図面において同一符号を付してその説明を省略する。
【0043】
この図4に示す光学的撮像装置には、上記参考例として説明した光学的撮像装置における第1および第2の反射体2,3に代えて、光学レンズ4とターゲット領域TGとの間に第1および第2の屈折体12,13が設けられている。
【0044】
第1および第2の屈折体12,13は、ターゲット領域TGにおける2個の搬送物Bとその周辺にて反射した光を入射光R1,R2とし、それら各入射光R1,R2を屈折させることによって出射光R1a,R2aを相互に接近させて光学レンズ4へと導いている。この入射光R1,R2から出射光R1a,R2aまでの光路は、各搬送物Bにて反射した光が光学レンズ4のレンズ面に達するまでの光束進路であり、第1および第2の屈折体12,13のそれぞれは、各光束進路を相互に接近させて光学レンズ4へと導く光束整形手段を実現している。
【0045】
第1および第2の屈折体12,13についてさらに具体的に説明すると、第1および第2の屈折体12,13のそれぞれは、所定の厚みを有する光学ガラスの平面板により構成されている。これら第1および第2の屈折体12,13の断面構造を搬送方向Fに直交する方向から見ると(図面上で表面から見た状態)、第1および第2の屈折体12,13は、ターゲット領域TGの中心部を基準に対称な谷型に配置されて一体化されており、各屈折体12,13それぞれの入射面12a,13aおよび出射面12b,13bは、互いに所定の角度θをなすように構成されている。つまり、第1および第2の屈折体12,13それぞれの入射面12a,13aにおいては、搬送方向Fに対して前方、後方に位置する搬送物Bからの入射光R1,R2が所定の入射角をもって入射するとともに、それら入射光R1,R2が互いに内向する方向に屈折することで次第に接近しつつ出射面12b,13bへと進向する。最終的に、入射光R1,R2は、第1および第2の屈折体12,13それぞれの出射面12b,13bにて再び屈折することにより、互いに平行して鉛直方向上向きに進向することとなり、各入射光R1,R2のそれぞれは、平行光束の出射光R1a,R2aとして光学レンズ4に達する。すなわち、入射光R1,R2から出射光R1a,R2aまでの光束進路は、入射進路間隔RT1それよりも小さい出射進路間隔RTbに若干狭められた状態で光路形成されている。
【0046】
ここで、この参考例における光学レンズ4と開口絞り部5との光学的位置関係としても、テレセントリック光学系が採用されており、搬送物Bから平行に進向する反射光のみが上記第1および第2の屈折体12,13を経由しつつ、開口絞り部5の中心を通って後述するCCD受光面6に達することとなり、光軸方向に搬送物Bが変化してもCCD受光面6上での像の大きさは変化しないものとされている。
【0047】
次に、この参考例にかかる光学的撮像装置の光学系の作用について、図4とともに図5を参照して説明する。
【0048】
まず、図4に示すように、一定した間隔T1をもって2個の搬送物Bがターゲット領域TGに達すると、各搬送物Bにて反射した光が入射光R1,R2として第1および第2の屈折体12,13に入射する。
【0049】
この際、入射光R1,R2は、第1および第2の屈折体12,13の内部にて屈折することで、互いに接近した平行光束の出射光R1a,R2aとして光学レンズ4に達することとなり、隣り合う搬送物Bの間隔T1部分からの反射光は、若干重なり合った状態で光学レンズ4へと導かれることとなる。
【0050】
そうして、接近した状態で光学レンズ4に達した出射光R1a,R2aは、その光学レンズ4に収束されつつ開口絞り部5を経由してCCD受光面6にて受光される。つまり、CCD受光面6には、隣り合う2個の搬送物Bの像が若干接近した状態で結像され、それによって、CCD受光面6からの電荷信号に応じて形成されるフレーム画像にも、隣り合う2個の搬送物Bの像が若干接近した状態で大きく写し撮られることとなる。
【0051】
図5は、図4に示すCCD受光面6により形成されたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図であって、この図に示すように、CRTモニタC1のモニタ画面に表示されたフレーム画像には、隣り合う2個の搬送物Bの像が拡大率αで拡大された拡大像αBとして写し出されている。
【0052】
ここで、通常の撮像方式によれば、隣り合う搬送物B間の実際の間隔T1に相当する部分も拡大率αをもって拡大されることにより、像間部分B−Bが間隔αT1をもって写し出されることとなるが(図12参照)、搬送物Bの像は、実際の間隔T1よりも若干接近した状態でCCD受光面6に結像していることから、その像間部分B−Bの間隔は、αT1よりもある程度狭い間隔γT1をもって写し出されることとなる。つまり、フレーム画像を最大限に拡大表示した状態では、隣り合う2個の搬送物の拡大像αBがCRTモニタC1のモニタ画面全体に対して通常より大きく表示されることとなる。
【0053】
したがって、この参考例にかかる光学的撮像装置によれば、一のフレーム画像には、隣り合う2個の搬送物Bの間隔T1に相当する余分な像間部分B−Bが縮小された状態で写し撮られることにより、各搬送物Bの像αBがフレーム画像に対して通常より大きく写し撮られるので、そのフレーム画像をCRTモニタC1で拡大表示すると、各搬送物Bの像αBがモニタ画像全体に対して十分な大きさをもって表示されることとなり、フレーム画像に対して隣り合う所定個数の搬送物Bの像αBを高精細に写し撮ることができる。
【0054】
また、この図4に示す参考例においては、先述した参考例とは異なり、隣り合う搬送物Bの間隔T1が搬送物Bの寸法に比べてそれほど広く設定されていないが、ある程度の厚みを有する第1および第2の屈折体12,13を、光学レンズ4とターゲット領域TGとの間に配置することによって、間隔が狭い状態で搬送物Bが搬送されている場合でも、簡単な構造として対応することができる。
【0055】
なお、図4に示す第1および第2の屈折体12,13を用いつつも、図4に示した配置構造とは異なり、これら第1および第2の屈折体12,13を光学レンズ4とCCD受光面6との間に配置した場合に、搬送物Bの像αBを最も高精細に写し撮ることができるという実験結果が得られた。
【0056】
図6は、図4の参考例の一変形例を示した説明図であって、この図に示すように、第1および第2の屈折体12,13は、全体を図示しないCCD自体に取り付けられた状態で光学レンズ4とCCD受光面6との間に配置されており、搬送物BとCCD受光面6上の像との両側においては、テレセントリック系の光学的位置関係が保たれている。このような場合、光学レンズ4を透過した後の出射光Rbは、第1および第2の屈折体12,13によって屈折されることで、互いに接近した出射光Rcとして光学レンズ4に達することとなる。つまり、光学レンズ4よりCCD受光面6側に近い位置にて各搬送物Bの像αBが互いに接近した状態とされることから、各搬送物Bの像αBがCCD受光面6上にて高精細に結像される。
【0057】
次に、本願発明の一実施形態にかかる光学的撮像装置について図7を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる光学的撮像装置も、図1に示された光学的撮像装置Aと同様の使用形態であるが、搬送物Bは、図1に示す間隔Tよりも狭い間隔T1をもって搬送されている状況である。また、上記各参考例におけるものと同一部材については、図面において同一符号を付してその説明を省略する。
【0058】
図7は、本願発明の一実施形態にかかる光学的撮像装置の内部における光学系を示した説明図であって、この図に示す光学的撮像装置には、光学レンズ4とターゲット領域TGとの間に第3および第4の屈折体22,23が配置されている。
【0059】
第3および第4の屈折体22,23は、ターゲット領域TGにおける2個の搬送物Bとその周辺にて反射した光を入射光R1,R2とし、それら各入射光R1,R2を屈折させることによって出射光R1a,R2aを相互に接近させて光学レンズ4へと導いている。この入射光R1,R2から出射光R1a,R2aまでの光路は、各搬送物Bにて反射した光が光学レンズ4のレンズ面に達するまでの光束進路であり、第3および第4の屈折体22,23のそれぞれは、各光束進路を相互に接近させて光学レンズ4へと導く光束整形手段を実現している。
【0060】
第3および第4の屈折体22,23についてさらに具体的に説明すると、第3および第4の屈折体22,23のそれぞれは、所定の厚みを有する光学ガラスの平面板により構成されている。これら第3および第4の屈折体22,23の断面構造を搬送方向Fに直交する方向から見ると(図面上で表面から見た状態)、第3および第4の屈折体22,23は、搬送面に対して所定の角度λに保たれた状態で一体化されており、特に、第4の屈折体23は、ターゲット領域TGのほぼ半分の領域をカバーする状態で、第3の屈折体22における光学レンズ4の近い傾斜面上に接合されている。第3の屈折体22の入射面22aおよび出射面22bは、ターゲット領域TGのほぼ全域をカバーしているとともに、第4の屈折体23の入射面23aおよび出射面23bは、ターゲット領域TGのほぼ半分の領域をカバーしている状態である。つまり、第3の屈折体22の入射面22a全体には、搬送方向Fに対して前方、後方に位置する搬送物Bからの入射光R1,R2が所定の入射角をもって入射するとともに、それら入射光R1,R2が同一方向に屈折して出射面22bへと進向する。出射面22bから出射した入射光R1は、その出射面22bにて再び屈折することにより、光軸のずれた出射光R1aとしてその出射面22bから鉛直方向にそって上昇する。一方、出射面22bから出射した他方の入射光R2は、さらに第4の屈折体23の入射面23aに入射するとともに、その第4の屈折体23の出射面23bにて再び屈折することにより、上記出射光R1aよりも大きく光軸のずれた出射光R2aとして出射面23bから鉛直方向上向きに進向する。簡単に言えば、最終的に、入射光R1,R2は、同一方向に光軸のずれた互いに平行な出射光R1a,R2aとして光学レンズ4に達するが、一方の出射光R2aは、他方の出射光R1aよりも大きく光軸がずれた状態で光学レンズ4に達している。すなわち、入射光R1,R2から出射光R1a,R2aまでの光束進路は、入射進路間隔RT1よりも小さい出射進路間隔RTcに若干狭められた状態で光路形成されている。
【0061】
ここで、この実施形態においても、光学レンズ4と開口絞り部5との光学的位置関係としては、テレセントリック光学系が採用されており、搬送物Bから平行に進向する反射光のみが上記第3および第4の屈折体22,23を経由しつつ、開口絞り部5の中心を通って後述するCCD受光面6に達することとなり、光軸方向に搬送物Bが変化してもCCD受光面6上での像の大きさは変化しないものとされている。なお、この実施形態において、各搬送物Bから光学レンズ4に達するまでの反射光は、第3の屈折体22の一方のみ、または第3および第4の屈折体22,23の両方を透過することによって、その光学的な光路長が各搬送物Bごとに異なっている。このような場合、2つの搬送物Bの像を両方ともピント良く結像させるのは困難であるが、各搬送物Bからの反射光の光路長を一致させて両方の搬送物Bの像をピント良く結像させるために、出射光R1aの光路途中に所定の厚みを有する屈折体を配置し、その屈折体にて出射光R1aを透過させる構成とすればよい。そうすれば、両方の搬送物Bからの反射光がほぼ一致した光路長にそって進向することから、CCD受光面6に対してピント良く両搬送物Bの像が結像することとなる。
【0062】
次に、この実施形態にかかる光学的撮像装置の光学系の作用について、図7とともに図8を参照して説明する。
【0063】
まず、図7に示すように、一定した間隔T1をもって2個の搬送物Bがターゲット領域TGに達すると、搬送方向Fに対して前方に位置する搬送物Bからの入射光R1が第3の屈折体22に入射するとともに、搬送方向Fに対して後方に位置する搬送物Bからの入射光R2が第3および第4の屈折体22,23に入射する。
【0064】
この際、入射光R1,R2は、所定の角度λに保たれた第3の屈折体22に入射することによって、互いに平行しつつ同一方向に屈折した状態で光学レンズ4に達するが、一方の入射光R2は、他方の入射光R1と異なり、第4の屈折体23の厚み分大きく屈折してずれた状態で光学レンズ4に達している。つまり、入射光R1,R2は、互いに接近した平行光束の出射光R1a,R2aとして光学レンズ4へと導かれており、隣り合う搬送物Bの間隔T1部分からの反射光は、若干重なり合った状態で光学レンズ4へと導かれることとなる。
【0065】
そうして、接近した状態で光学レンズ4に達した出射光R1a,R2aは、その光学レンズ4に収束されつつ開口絞り部5を経由してCCD受光面6にて受光される。つまり、CCD受光面6には、隣り合う2個の搬送物Bの像が若干接近した状態で結像され、それによって、CCD受光面6からの電荷信号に応じて形成されるフレーム画像にも、隣り合う2個の搬送物Bの像が若干接近した状態で大きく写し撮られることとなる。
【0066】
図8は、図7に示すCCD受光面6により形成されたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図であって、この図に示すように、CRTモニタC1のモニタ画面に表示されたフレーム画像には、隣り合う2個の搬送物Bの像が拡大率αで拡大された拡大像αBとして写し出されている。
【0067】
ここで、通常の撮像方式によれば、隣り合う搬送物B間の実際の間隔T1も拡大率αをもって拡大されることにより、像間部分B−Bが間隔αT1をもって写し出されることとなるが(図13参照)、搬送物Bの像は、実際の間隔T1よりも若干接近した状態でCCD受光面6に結像していることから、その像間部分B−Bの間隔は、αT1よりもある程度狭い間隔δT1をもって写し出されることとなる。つまり、フレーム画像を最大限に拡大表示した状態では、隣り合う2個の搬送物の拡大像αBがCRTモニタC1のモニタ画面全体に対して十分な大きさをもって表示されることとなる。
【0068】
したがって、図7に示す実施形態にかかる光学的撮像装置によっても、一のフレーム画像には、隣り合う2個の搬送物Bの間隔T1に相当する余分な像間部分B−Bが実際の拡大寸法よりも縮小されて写し撮られる。その結果、各搬送物Bの像αBをフレーム画像に対してより大きく写し得るので、そのフレーム画像をCRTモニタC1により拡大表示すると、各搬送物Bの像αBがモニタ画像全体に対して十分な大きさをもって表示可能となり、フレーム画像に対して隣り合う所定個数の搬送物Bの像αBを高精細に写し撮ることができる。
【0069】
また、この実施形態においても、先述した参考例と同様に、隣り合う搬送物Bの間隔T1が搬送物Bの寸法に比べてそれほど広く設定されていないが、ある程度の厚みを有する第3および第4の屈折体22,23を光学レンズ4とターゲット領域TGとの間に設けることによって、そのように間隔が狭い状態で搬送物Bが搬送されている場合においても、簡単な構造で対応することができる。
【0070】
さらにまた、本願発明の他の参考例にかかる光学的撮像装置について簡単に説明する。
【0071】
図9は、本願発明の他の参考例にかかる光学的撮像装置の使用形態を示した説明図であって、この図に示す光学的撮像装置A1は、縦横一定間隔T2,T3をもって2列に並んだ状態で搬送方向Fにそって搬送されている搬送物B…を、所定個数ずつターゲット領域TGにて撮像するものである。なお、この光学的撮像装置A1は、図1に示された光学的撮像装置Aとほぼ同様の使用形態であるが、4個の搬送物Bについて同時に撮像する方式とされている。また、上記した各参考例または実施形態におけるものと同一部材については、図面において同一符号を付してその図示説明を一部省略する。
【0072】
図10は、図9に示す光学的撮像装置A1の内部における光学系を示した斜視図であって、この図に示す光学的撮像装置A1は、図4に示す参考例の変形例として採用されたものである。光学的撮像装置A1の内部には、図示しない光学レンズとターゲット領域TGとの間に、扁平菱形の4枚の角錐状屈折体30a〜30dのそれぞれが、搬送面に対して所定の同一角度に保たれた状態で一体化されて配置されている。各角錐状屈折体30a〜30dは、その先端頂点をターゲット領域TGのほぼ中央部に向けて配置されている。つまり、4枚の角錐状屈折体30a〜30dが一体化された構造においては、四角錐体の底面とその周囲四隅部周辺とを取り除いたような構造とされており、各角錐状屈折体30a〜30dのそれぞれは、ターゲット領域TGにおける4個の搬送物B周辺をカバーした状態で配置されている。このような配置構造の角錐状屈折体30a〜30dは、先述した第2の実施形態における第1および第2の屈折体12,13とほぼ同様の作用効果を有する。つまり、角錐状屈折体30a〜30dは、図4の変形例について説明した第1および第2の屈折体12,13と同様の光学ガラスより形成されたものであって、それら第1および第2の屈折体12,13の配置構造とは異なる点を特徴としたものである。
【0073】
各角錐状屈折体30a〜30dは、ターゲット領域TGにおける4個の搬送物Bとその周辺にて反射した光を入射光S1〜S4とし、それら各入射光S1〜S4を屈折させることによって出射光S1a〜S4aを相互に接近させて光学レンズへと導いている。入射光S1〜S4から出射光S1a〜S4aまでの光路は、4個の各搬送物Bにて反射した光が光学レンズのレンズ面に達するまでの光束進路であり、角錐状屈折体30a〜30dのそれぞれは、各光束進路を相互に接近させて光学レンズへと導く光束整形手段を実現している。
【0074】
すなわち、この変形例においては、各角錐状屈折体30a〜30dのそれぞれが4個の搬送物Bからの反射光を互いに接近させることにより、入射光S1〜S4から出射光S1a〜S4aまでの光束進路が互いに接近し合う状態で光学レンズへと導かれている。
【0075】
図11は、図10に示す構造により得られたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図であって、この図に示すように、CRTモニタC1のモニタ画面に表示されたフレーム画像には、互いに隣り合う4個の搬送物Bの像が拡大率αで拡大された拡大像αBとして写し出されている。
【0076】
ここで、通常の撮像方式によれば、縦横に隣り合う搬送物B間の実際の間隔T2,T3も拡大率αをもって拡大されることにより、像間部分B−Bが間隔αT2,αT3をもって写し出されることとなるが、搬送物Bの像αBは、実際の間隔T2,T3よりも若干接近した状態でCCD受光面に結像することから、その像間部分B−Bの間隔は、αT2,αT3よりもある程度狭い間隔εT2,εT3をもって写し出されることとなる。つまり、フレーム画像を最大限に拡大表示した状態では、互いに隣り合う4個の搬送物の拡大像αBがCRTモニタC1のモニタ画面全体に対して通常よりも大きく表示されることとなる。
【0077】
したがって、図9、図10に示す参考例にかかる光学的撮像装置A1によれば、一のフレーム画像に互いに隣り合う4個の搬送物Bの像が写し撮られるので、そうして得られたフレーム画像を用いれば、上記の各参考例および実施形態に比べてより大幅に搬送物Bの外観検査についてスピードアップおよび効率化を図ることができる。
【0078】
しかも、一のフレーム画像には、互いに隣り合う4個の搬送物Bの間隔T2,T3に相当する余分な像間部分B−Bが若干縮小された状態で写し撮られることにより、各搬送物Bの像αBをモニタ画面に通常よりも大きく写し出すことができるので、そのフレーム画像をCRTモニタC1により拡大表示すると、各搬送物Bの像αBがモニタ画像全体に対して十分な大きさをもって表示されることとなり、フレーム画像に対して多数の搬送物Bの像αBを高精細に写し撮ることができる。
【0079】
【0080】
【0081】
なお、上記の実施形態において用いた屈折体の厚みを相当厚く形成すれば、各搬送物からの反射光をより接近させた状態とすることができる。
【0082】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の参考例にかかる光学的撮像装置の使用形態を示した説明図である。
【図2】 参考例にかかる光学的撮像装置Aの内部における光学系を示した説明図である。
【図3】 図2に示すCCD受光面により形成されたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図である。
【図4】 本願発明の他の参考例にかかる光学的撮像装置の内部における光学系を示した説明図である。
【図5】 図4に示すCCD受光面により形成されたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図である。
【図6】 本願発明の上記他の参考例の一変形例を示した説明図である。
【図7】 本願発明の一実施形態にかかる光学的撮像装置の内部における光学系を示した説明図である。
【図8】 図7に示すCCD受光面により形成されたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図である。
【図9】 本願発明のさらに他の参考例にかかる光学的撮像装置の使用形態を示した説明図である。
【図10】 図9の光学的撮像装置の内部における光学系を示した斜視図である。
【図11】 図10に示す構造により得られたフレーム画像をモニタ画面に出力表示した状態を示した説明図である。
【図12】 従来の光学的撮像装置における光学系を示した概略説明図である。
【図13】 従来の光学的撮像装置によりモニタ画面に表示されたフレーム画像を示した説明図である。
【符号の説明】
A,A1 光学的撮像装置
B 搬送物
C 画像処理装置
1 光源
2 第1の反射体
3 第2の反射体
4 光学レンズ
5 開口絞り部
6 CCD受光面
12 第1の屈折体
13 第2の屈折体
22 第3の屈折体
23 第4の屈折体
30a〜30d 角錐状屈折体
Claims (2)
- 複数の搬送物が一定した間隔で搬送されている状況において、各搬送物からの反射光を一の受光面にて同時に捕捉することにより、一のフレーム画像に上記複数の搬送物を写し撮る光学的撮像装置であって、
上記複数の搬送物からの各反射光を透過しつつ、上記一の受光面に対して各搬送物の像を結像させるレンズと、
上記複数の搬送物から上記レンズへと進向する各反射光の光束進路を相互に接近させて上記一の受光面へと導く光束整形手段と、
を備え、
上記光束整形手段は、屈折体を組み合わせて構成されており、かつ、
上記屈折体は、それぞれ一定厚みを有する複数枚の平面状の光学ガラスが、重なり枚数が異なる領域が形成される積層状態において、上記各反射光が厚み方向に透過するようにして上記光束進路に対して傾斜状に配置され、各重なり枚数が異なる領域を各反射光が透過するように構成されていることを特徴とする、光学的撮像装置。 - 複数の搬送物が一定した間隔で搬送されている状況において、各搬送物からの反射光を一の受光面にて同時に捕捉し、一のフレーム画像に上記複数の搬送物を写し撮る光学的撮像方法において、
上記複数の搬送物からの各反射光をレンズに透過させつつ、上記一の受光面に対して各搬送物の像を結像させる際、請求項1に記載の光学的撮像装置を用い、上記複数の搬送物から上記レンズへと進向する各反射光の光束進路を相互に接近させて上記一の受光面へと導く構成としたことを特徴とする、光学的撮像方法。
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