JP5905514B2 - 撮像装置、実装部品撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、実装部品撮像装置に関する。

電子部品を回路基板に実装する際に、電子部品を撮像する撮像装置が知られている。例えば、２つ以上の異なる撮像範囲（撮像エリア）を撮影するために、レンズより物体側に角度の異なる反射ミラーを設け、撮像範囲（撮像エリア）からの光を撮像素子に結像する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の撮像装置などは、一般的に非テレセントリック光学系を有し、２つ以上の撮像範囲からの光を非テレセントリック光学系を介して撮像素子上に結像させている。例えば、物体面としての２つの撮像エリアからの光が、非テレセントリック光学系としてのレンズ群に入射され、撮像素子の結像面（撮像面）上の異なるエリアにそれぞれ結像される。

特開平１０−６８６１４号公報

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態に係る撮像装置の一例を示す模式図。 撮像装置の撮像部における画像の一例を示す図。 本発明の他の実施形態に係る撮像装置の一例を示す模式図。 従来の非テレセントリック光学系（レンズ群等）を有する撮像装置の一例を説明するための図、（ａ）は非テレセントリック光学系を介して撮像面（結像面）に結像された画像の一例を示す図、（ｂ）は非テレセントリック光学系の模式図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１…反射光学素子（全反射ミラー；第１の反射光学素子）、２…反射光学素子（全反射ミラー；第２の反射光学素子）、３…反射光学素子（全反射ミラー）、４…反射光学素子（全反射ミラー）、５…光学素子（第１のレンズ）、６…光学素子（第２のレンズ）、７…光学素子（第３のレンズ）、８…光学素子（第４のレンズ）、９…絞り部（開口絞り）、１０…光学素子（第５のレンズ）、１１…光学素子（第６のレンズ）、２１…撮像部（撮像素子）、３０…物体側テレセントリック光学系、１００，１００Ｂ…撮像装置。

Claims (3)

1. 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
   撮像装置。
2. 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。
3. 請求項１または請求項２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。
   

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