撮像装置および撮像方法
【課題】撮像に要求される分解能が縦横方向によって異なる撮像対象に適した撮像を、少ない撮像回数で行うことができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像領域１と対峙するように配されたシリンドリカルレンズ６ａ・６ｂと、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂを透過した光を反射する第１ミラー２ａ・２ｂと、第１ミラー２ａ・２ｂに反射した光を反射する第２ミラー３ａ・３ｂと、撮像素子領域４を有するカメラ５とを備えている。第１ミラー２ａ・２ｂは、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの伸長方向に整列するように配置されているとともに、撮像領域１に対する角度が互いに異なるように配置されており、第２ミラー３ａ・３ｂは、第１ミラー２ａ・２ｂに反射した光をそれぞれ、撮像素子領域４の異なる領域に導くように配置されている。
【解決手段】撮像領域１と対峙するように配されたシリンドリカルレンズ６ａ・６ｂと、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂを透過した光を反射する第１ミラー２ａ・２ｂと、第１ミラー２ａ・２ｂに反射した光を反射する第２ミラー３ａ・３ｂと、撮像素子領域４を有するカメラ５とを備えている。第１ミラー２ａ・２ｂは、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの伸長方向に整列するように配置されているとともに、撮像領域１に対する角度が互いに異なるように配置されており、第２ミラー３ａ・３ｂは、第１ミラー２ａ・２ｂに反射した光をそれぞれ、撮像素子領域４の異なる領域に導くように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像対象物の像を分割し、再配置することにより当該撮像対象物を撮像する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示用パネル、例えば、液晶パネルの撮像において、パネルのアスペクト比は撮像素子のアスペクト比とほぼ同等であるため、撮像素子の領域全体を用いて対象を撮像する必要がある。しかし、パネルのＲＧＢの開口部形状は縦長であるため、観察画像を用いて検査処理を行う場合には、縦方向と横方向とで必要な撮像分解能が異なる。
【０００３】
とくに、パネル開口部の横方向の周波数成分が撮像素子に関して、ナイキスト限界付近およびそれ以上の周波数を持つ場合、その周波数成分をもつパターンは大きく減衰され、観測困難もしくは観測不可能となる。そのため、撮像時にはパネルのパターンがその周波数成分を持たないように撮像する必要がある。
【０００４】
そこで、横方向に対して検査に必要な撮像分解能が満たされない場合には、高倍率のレンズを使用して光学的に撮像対象を拡大して撮像する。このとき、拡大された撮像対象物の像を形成するためには、より高画素の撮像素子が必要となるが、拡大によって撮像対象物がカメラの撮像領域に入りきらない場合には複数回に分けて撮像する必要がある。
【０００５】
もし、撮像に要求される撮像分解能が縦横方向で変わらず、単に撮像対象が細長くて撮像領域に入らない場合には、特許文献１に示される方法のように、ミラーを使用して、撮像対象の像を分割し、撮像素子上に再配置することで、分解能を下げなくとも像の全体を１回で撮像することができる。
【特許文献１】特開平１１−２８１３３２号公報（１９９９年１０月１５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、撮像対象が液晶パネルのようにアスペクト比が撮像素子と同じような場合には、上記従来の構成で像を分解・再配置したとしても撮像分解能はほとんど向上しないため、前記の課題を解決することは難しい。
【０００７】
そのため、撮像対象物の像を分解するとともに撮像対象物の縦横方向によって異なる要求分解能に応じて、像のアスペクト比を変化させ、かつカメラの撮像領域に入るように再配置して撮像する必要がある。この必要性について、以下に具体的に説明する。
【０００８】
図８は液晶パネル４０の絵素を示す概略図である。図８に示すように、横方向であるＹ軸方向に開口部（絵素）が、左から赤色４０ａ、緑色４０ｂ、青色４０ｃの順に並んでいる。３色の絵素を一組として絵素部４１とした場合、絵素部４１の形状は正方形に近い。
【０００９】
また、開口部同士の間には開口部の仕切りとなるブラックマトリクス部分４０ｄがあるため、開口部自体の形状はＸ軸方向（縦方向）の長さがＹ軸方向の長さの約４倍の長方形形状となる。そのため、液晶パネル４０を撮像・検査するためには、Ｙ軸方向にはＸ軸方向の４倍の撮像分解能が必要となる。
【００１０】
一方、Ｙ軸方向における開口部のパターンが撮像限界周波数であるナイキスト限界周波数付近、もしくはそれ以上の周波数成分を持つ場合には、その周波数成分は大きく減衰されるため、開口部のパターンは撮像困難もしくは撮像不可能となる。そこで、液晶パネル４０の撮像時には、開口部のパターンがその周波数付近の成分を持たないように、レンズ等によって撮像倍率を変化させて撮像する必要がある。
【００１１】
上記従来の構成では、液晶パネル４０のアスペクト比が撮像素子のアスペクト比と同等であり、撮像素子のほぼ全域を用いて液晶パネルを撮像しても横方向の撮像分解能が不足する場合には、Ｙ軸方向の撮像に適した分解能に合わせるように液晶パネル４０全体を撮像することになる。この場合、液晶パネルのＸ軸方向に対する撮像分解能は冗長となる。
【００１２】
このとき、撮像装置の分解能をＹ軸方向の撮像に適したものにすることで、撮像可能な領域が液晶パネル４０のサイズよりも小さくなる場合には、液晶パネル４０を複数の部分に分割して撮像する必要がある。
【００１３】
このとき、像を分割・再配置して対象を撮像したとしても撮像分解能はほとんど変化しない。そのため、撮像時にナイキスト限界の周波数以上の周波数成分を持たないようにするようにするためには、レンズ等により撮像対象を拡大し、複数回に分けて撮像する必要があり、撮像回数が多くなるという問題が生じる。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、撮像に要求される分解能が縦横方向によって異なる撮像対象に適した撮像を少ない撮像回数で行うことができる撮像装置および撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、上記の課題を解決するために、撮像対象物を撮像するための撮像面に対峙するように配された変倍手段と、上記変倍手段を透過した光を反射する複数の第１ミラーと、上記複数の第１ミラーに反射した光をさらに反射する複数の第２ミラーと、撮像素子が配列されている撮像素子領域を有する撮像手段とを備え、上記複数の第１ミラーは、上記変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、上記撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されており、上記複数の第２ミラーは、上記複数の第１ミラーに反射した光をそれぞれ上記撮像素子領域の異なる領域に導くように配置されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係る撮像方法は、上記の課題を解決するために、変倍手段を撮像対象物と対峙するように配し、上記変倍手段を透過した光を、当該変倍手段の伸長方向に整列するように配置され、かつ、上記撮像対象物に対する角度が互いに異なるように配置された複数の第１ミラーにより反射し、上記複数の第１ミラーに反射した光を複数の第２ミラーによりさらに反射することにより、当該光を、撮像手段が有する撮像素子領域の異なる領域に導くことを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、撮像対象物の像を形成する光が変倍手段を透過することにより、当該像のアスペクト比が変化する。すなわち、変倍手段は、当該像を当該変倍手段の伸長方向に直交する方向に変倍させる。変倍手段を透過した光は、複数の第１ミラーによって反射され、複数の第２ミラーに導かれる。
【００１８】
このとき、複数の第１ミラーは、変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されているため、撮像対象物の像は変倍手段の伸長方向に沿って分割され、分割された像を形成する光は、互いに異なる方向に反射される。
【００１９】
複数の第１ミラーによって、互いに異なる方向に反射された上記光は、複数の第２ミラーによってそれぞれ反射され、撮像素子領域を有する撮像手段へと導かれる。このとき、複数の第２ミラーは、上記光をそれぞれ、撮像素子領域の異なる領域に導く。これにより、分割された撮像対象物の像は、撮像素子領域上で再配置される。
【００２０】
それゆえ、撮像時に要求される分解能が、撮像対象物の縦横方向によって異なる場合でも、撮像対象物の像のアスペクト比を変えるとともに、当該像を分割・再配置することにより、撮像対象物の縦横方向に適した分解能で、撮像対象物の全体を少ない回数で撮像することができる。
【００２１】
また、上記変倍手段は、３つ以上の円筒状レンズからなり、上記３つ以上の円筒状レンズは、上記撮像面に垂直な方向に整列していることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、円筒状レンズを３つ以上設けることにより、撮像対象物の像の変倍率をより厳密に変えることができる。
【００２３】
また、上記３つ以上の円筒状レンズのうち、少なくとも２つの円筒状レンズを上記撮像面に垂直な方向に沿って移動させることができることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、３つ以上の円筒状レンズを備え、そのうち少なくとも２つの円筒状レンズの間の、撮像面に垂直な方向における距離を変えることにより、円筒状レンズの変倍率を変化することができる。
【００２５】
また、上記撮像面と上記変倍手段との間に、球面レンズが配置されていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成により、変倍手段に入射する像を球面レンズにより縮小することができるため、撮像装置のサイズを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る撮像装置は、以上のように、撮像対象物を撮像するための撮像面に対峙するように配された変倍手段と、上記変倍手段を透過した光を反射する複数の第１ミラーと、上記複数の第１ミラーに反射した光をさらに反射する複数の第２ミラーと、撮像素子が配列されている撮像素子領域を有する撮像手段とを備え、上記複数の第１ミラーは、上記変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、上記撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されており、上記複数の第２ミラーは、上記複数の第１ミラーに反射した光をそれぞれ上記撮像素子領域の異なる領域に導くように配置されている構成である。
【００２８】
それゆえ、撮像対象物の縦横方向において必要な撮像分解能が異なる場合は、撮像対象物の像を分解すると同時に、アスペクト比を変化させることで、それぞれの方向に対して必要な撮像分解能を維持しつつ、最小限の回数で撮像対象物の全体を撮像することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の一形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３０】
（画像検査装置３０の構成）
図２は、本実施の形態の画像検査装置３０の構成を示す概略図である。この画像検査装置３０は、撮像対象物をカメラ５（撮像手段）によって撮像し、その撮像した画像を画素ずらし等の方法を用いて高解像度化し、撮像対象物に対して欠陥抽出等の検査処理を行うことを目的としたものである。撮像対象物としては、例えば、液晶パネルを挙げることができる。
【００３１】
図２に示すように、画像検査装置３０は、撮像装置２０および計算機２１を備えている。撮像装置２０は、カメラ５、第１ミラー群２（複数の第１ミラー）、第２ミラー群３（複数の第２ミラー）、シリンドリカルレンズ６ａおよび６ｂ（変倍手段、円筒状レンズ）、設置台９を備えている。
【００３２】
撮像対象物である液晶パネル４０は、撮像時には設置台９に固定される。この設置台９はＸＹ平面（撮像装置２０が載置される面）に平行な表面を有し、その上に液晶パネル４０を固定するための固定具１０が設けられている。
【００３３】
また、設置台９と液晶パネル４０との間には、ＬＥＤ等の光源を用いた点灯装置１１が備えられている。撮像時には、この点灯装置１１によって下方向から液晶パネル４０に白色光を照射して撮像する。
【００３４】
カメラ５、第１ミラー群２、第２ミラー群３、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂは、アーム等を介してフレーム構造８に取り付けられている。
【００３５】
カメラ５は、ピエゾアクチュエータを用いたステージ７に取り付けられており、ステージ７は、フレーム構造８の、ＸＹ平面に垂直な壁面に取り付けられている。このカメラ５は、例えば、ＣＣＤカメラであり、２次元に分布した撮像素子を有している。
【００３６】
第１ミラー群２は、図２に示すように、フレーム構造８の、ＸＹ平面に平行な壁面に取り付けられており、設置台９の上方に配置されている。
【００３７】
シリンドリカルレンズ６ａおよび６ｂは、設置台９と第１ミラー群２との間に位置するように、フレーム構造８の、ＸＹ平面に垂直な壁面に取り付けられている。
【００３８】
第２ミラー群３は、カメラ５が取り付けられているフレーム構造８の壁面と対向する面に取り付けられており、カメラ５とほぼ同じ高さに位置している。
【００３９】
撮像装置２０の外部には、計算機２１が設置されていおり、この計算機２１は、画像取込ボード２２および制御用ボード２３を備えている。制御用ボード２３には、ステージ７が接続されており、ステージ７は、計算機２１によって位置制御される。また、画像取込ボード２２にはカメラ５が接続されており、カメラ５によって撮像された画像は計算機２１内部の記録装置（不図示）に保存される。
【００４０】
画像検査装置３０では、ステージ７によってカメラ５を一定量ずつ移動させて複数の画像を撮像し、それらを画素ずらし等によって合成することで高解像度画像を生成する。また、高解像度画像の生成後は、この画像にフィルタリング、色抽出等の画像処理を施して必要なデータを算出する。
【００４１】
（撮像装置２０のより詳細な構成）
図１は、撮像装置２０の詳細な構成を示す斜視図である。より具体的には、図１には、図２におけるカメラ５、第１ミラー群２および第２ミラー群３、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの位置関係が示されている。
【００４２】
図１に示すように、カメラ５は内部に撮像素子領域４を有し、撮像対象物の像を撮像素子領域４に投影することにより撮像する。ここでは、撮像対象物１３を撮像する撮像領域１（撮像面）を、図１に示すように、Ｙ軸方向に沿って２つの小領域１ａと１ｂとに分割した場合について示す。ここで、撮像対象物１３の長手方向とＹ軸方向とは平行である。そのため、撮像領域１をＹ軸方向に沿って２つの小領域１ａと１ｂとに分割することにより、撮像対象物１３の像を、その長手方向の辺において２分することになる。
【００４３】
まず、撮像装置２０の内部において、それぞれの小領域１ａと１ｂとに対して所定の距離だけＺ軸正方向に離れた位置に、凸型シリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ６ａと凹型シリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ６ｂとが配置されている。
【００４４】
換言すれば、撮像領域１の上方にシリンドリカルレンズ６ａが配置され、さらにその上方にシリンドリカルレンズ６ｂが配置されている。シリンドリカルレンズ６ａとシリンドリカルレンズ６ｂとは撮像領域１に対して平行であり、かつ、Ｙ軸に平行に配置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂは、撮像対象物１３の長手方向の辺と平行になっている。
【００４５】
図３は、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂを用いた像の縮小方法を説明するための図である。図３に示すように、撮像領域１の像はシリンドリカルレンズ６ａ・６ｂによってＸ軸方向のみに縮小され、そのアスペクト比が変化する。
【００４６】
また、シリンドリカルレンズ６ｂから所定の距離だけＺ軸正方向に離れた位置に第１ミラー２ａと２ｂとが設けられている。第１ミラー２ａ・２ｂは、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの伸長方向（Ｙ軸方向）に整列するように配置されているとともに、αＹ度及びαＺ度だけＹ軸およびＺ軸に対して回転するように設置されている。
【００４７】
さらに、第１ミラー２ａと２ｂとによって反射された光を受け取ることができる位置に、第２ミラー３ａと３ｂとが設けられている。第２ミラー３ａと３ｂとは、Ｙ座標がほぼ等しく、Ｚ軸方向において互いに重ならない位置に設けられており、Ｘ軸およびＺ軸に対して、それぞれβＸ度およびβＺ度だけ回転して設置されている。
【００４８】
また、カメラ５は、第２ミラー３ａ・３ｂの鏡面に対向して、所定の距離だけＸ軸負方向に離れた位置に配されており、撮像素子領域４がＹＺ平面と平行になるように配置されている。
【００４９】
さらに、第２ミラー３ａおよび３ｂに反射した光が、撮像素子領域４の異なる小領域に投影されるように、第２ミラー３ａ・３ｂおよびカメラ５の位置関係が規定されている。より具体的には、カメラ５の撮像素子領域４がＹＺ平面に平行であるので、第１ミラー２ａの角度αＺと第２ミラー３ａの角度βＺとはその差が４５度となるように、また、角度αＹと角度βＸの和が９０度となるように、各ミラーを配置する。
【００５０】
第２ミラー３ａに反射した光は小領域４ａに投影され、第２ミラー３ｂに反射した光は小領域４ｂに投影される。小領域４ａと小領域４ｂとは、Ｚ軸方向に整列している。これにより、撮像領域１においては横並びであった像は、撮像素子領域４において縦並びとなる。
【００５１】
（第１ミラー２ａ・２ｂおよび第２ミラー３ａ・３ｂの配置方法）
ここで、第１および第２ミラーの配置について、図４を参照しつつ、より詳細に説明する。図４は、第１ミラー２ａ・２ｂおよび第２ミラー３ａ・３ｂの配置を示す概略図である。図４（ａ）は、Ｙ軸負方向から見た場合の構成を示すものであり、図４（ｂ）は、Ｚ軸正方向から見た場合の構成を示すものである。
【００５２】
まず、第１ミラー２ａについて説明する。図４（ａ）および（ｂ）に示すように、第１ミラー２ａ上にあり、かつ図４（ａ）および図４（ｂ）の紙面上にある互いに独立した２つのベクトルをそれぞれベクトルＶａａ、ベクトルＶａｂとする。図４（ａ）に示すように、撮像対象物からの光が、第１ミラー２ａに反射し、第２ミラー３ａに反射する場合には、第１ミラー２ａおよび第２ミラー３ａの座標をそれぞれ（Ｘ２ａ、Ｙ２ａ、Ｚ２ａ）、(Ｘ３ａ、Ｙ３ａ、Ｚ３ａ)とすると、ベクトルＶａａは、式１に示す方向成分を持つベクトルとなる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
但し、Ｚ３２ａ＝Ｚ３ａ−Ｚ２ａ、Ｘ３２ａ＝Ｘ３ａ−Ｘ２ａである。
【００５５】
一方、ベクトルＶａｂは、式２に示す方向成分を持つベクトルとして表される。
【００５６】
【数２】
【００５７】
よって、第１ミラー２ａは、式３に示す、これら両方のベクトルに垂直なベクトルを法線とするように傾けばよい。
【００５８】
【数３】
【００５９】
但し、Ｙ３２ａ＝Ｙ３ａ−Ｙ２ａであり、Ｘ３２ａ、Ｚ３２ａは、同上である。
【００６０】
同様に、第１ミラー２ｂに関しても、第１ミラー２ｂおよび第２ミラー３ｂの座標をそれぞれ（Ｘ２ｂ、Ｙ２ｂ、Ｚ２ｂ）、(Ｘ３ｂ、Ｙ３ｂ、Ｚ３ｂ)とすると、式４に示すベクトルを法線とするように傾けばよい。
【００６１】
【数４】
【００６２】
但し、Ｘ３２ｂ＝Ｘ３ｂ−Ｘ２ｂ、Ｙ３２ｂ＝Ｙ３ｂ−Ｙ２ｂ、Ｚ３２ｂ＝Ｚ３ｂ−Ｚ２ｂである。
【００６３】
また、第２ミラー３ａおよび３ｂの法線は、上記の式で用いられた変数を用いて、それぞれ式５、式６で表される。
【００６４】
【数５】
【００６５】
【数６】
【００６６】
（撮像装置２０における光路）
次に、撮像対象物１３を撮像する場合の、撮像装置２０における光路について、図１を参照しつつ説明する。
【００６７】
撮像対象物１３に反射（または撮像対象物１３を透過）した光は、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとを透過する。そして、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとによってＸ軸方向に縮小された像は、第１ミラー２ａと２ｂとにより、２つに分割された後、第２ミラー３ａと３ｂとに反射されて、カメラ５の撮像素子領域４に到達する。
【００６８】
これにより、撮像装置２０によって小領域１ａと１ｂは、それぞれ光路１６ａと１６ｂに沿って、撮像素子領域４上の小領域４ａと４ｂとに投影され、像の位置関係は横並びから縦並び変換される。つまり、図５（ａ）に示すように、横方向（Ｙ軸方向）に並ぶように分割された撮像領域は、撮像素子領域４上で、図５（ｂ）に示すように、縦方向（Ｚ軸方向）に並ぶように再配置される。
【００６９】
小領域１ａのアスペクト比がａ：ｂであったとすると、上記の投影により、撮像素子領域４上の小領域４ａのアスペクト比はａ／２：２ｂに変換される。
【００７０】
（撮像装置２０の効果）
次に、撮像装置２０を用いて液晶パネル４０を撮像した場合の効果について説明する。図８を用いて既に説明したように、液晶パネル４０を撮像・検査するためには、Ｙ軸方向にはＸ軸方向の４倍の撮像分解能が必要となる。
【００７１】
撮像装置２０を用いて液晶パネル４０を撮像した場合には、液晶パネル４０の像のＹ軸方向の長さが２倍に、Ｘ軸方向の長さは２分の１になるため、開口部のアスペクト比は１：４から１：１になり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して要求される撮像分解能は同等になる。
【００７２】
また、従来と同一の撮像素子を持つカメラを用いて撮像した場合、Ｘ軸方向の撮像分解能方向は２分の１となるが、Ｙ軸方向に対しては２倍の撮像分解能が得られる。また、Ｘ軸方向に対する撮像分解能が冗長となることがなく、撮像素子領域全体を有効利用することができる。
【００７３】
一方、上述したように、Ｙ軸方向における開口部のパターンが撮像限界周波数であるナイキスト限界周波数付近、もしくはそれ以上の周波数成分を持つ場合には、開口部のパターンがその周波数付近の成分を持たないように、レンズ等によって撮像倍率を変化させて撮像する必要がある。
【００７４】
撮像装置２０を用いて液晶パネル４０を撮像した場合には、撮像分解能が変化するため、撮像時にナイキスト限界の周波数以上の周波数成分を持たないようにレンズ等により撮像対象を拡大し、複数回に分けて撮像する必要がなくなる。そのため、最小限度の撮像回数で液晶パネル４０を撮像することができる。
【００７５】
つまり、撮像装置２０においては、比変化によってＹ軸方向を拡大する一方、Ｘ軸方向を収縮させて、撮像領域の面積を変化させることなく、それらのパターンの周波数を撮像限界の周波数内に押さえ、再配置を同時に行うことで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向共にナイキスト限界以上の周波数が現れるのを回避し、かつ１回の撮像で全絵素を撮影することができる。
【００７６】
（変更例）
上述の構成では、変倍手段としてシリンドリカルレンズを用いたが、シリンドリカルレンズの替わりにフレネルレンズや回折レンズを用いてもよい。また、第１ミラー群２または第２ミラー群３もしくはその両方を凹面鏡や凸面鏡とし、これらミラー群を変倍手段として利用してもよい。
【００７７】
（領域分割数の変更例）
上記の構成では、撮像装置２０は、領域分割数が２の場合に対応したものであるが、縦横方向に要求される撮像分解能の差がさらに大きな撮像対象を撮像する場合には、その要求される撮像分解能に応じて撮像領域の分割数Ｎを変化させればよい。
【００７８】
分割数がＮの場合には、図６に示すようにシリンドリカルレンズを３つ以上設け、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとの間の、Ｚ軸方向の距離を変化させて、撮像対象物のＸ軸方向の縮小率をＮ倍にし、第１ミラー群２および第２ミラー群３のミラー数をそれぞれＮとして配置すればよい。
【００７９】
例えば、第１・第２ミラーが、それぞれ３枚である場合には、ミラーの配置をそれぞれＹ軸負方向およびＺ軸正方向から見た構成は、それぞれ図４(ｃ)および図４(ｄ)に示すようになる。
【００８０】
すなわち、第１ミラー群２が第１ミラー２ａ・２ｂ・２ｃで構成され、第２ミラー群３が第２ミラー３ａ・３ｂ・３ｃで構成された場合には、第１ミラー２ａ・２ｂ・２ｃは、Ｘ座標が等しくなるように（シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの伸長方向に沿う方向に）配列され、かつ、ＸＹ平面およびＸＺ平面に対して互いに異なる角度で傾斜するように配置される。
【００８１】
そして、第１ミラー２ａに反射した光が第２ミラー３ａに、第１ミラー２ｂに反射した光が第２ミラー３ｂに、第１ミラー２ｃに反射した光が第２ミラー３ｃにそれぞれ到達するように各ミラーが配置される。
【００８２】
さらに、第２ミラー３ａ・３ｂ・３ｃに反射した光が、撮像素子領域４の異なる３つの小領域にそれぞれ投影されるように、各ミラーおよびカメラ５の位置が規定される。ここで、上記異なる３つの小領域は、Ｚ軸方向に整列しているものである。上記３枚のミラーの傾きも２枚の場合と同様に計算できる。
【００８３】
（シリンドリカルレンズの構成の変更例）
図６は、シリンドリカルレンズの変位機構を示す概略図である。図６に示すように、凹型シリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ６ｃをさらに設けるとともに、シリンドリカルレンズ６ａおよび６ｂに対してＺ軸方向に移動可能であるスライダ１７ａおよび１７ｂをそれぞれ取り付けてもよい。なお、このスライダ１７ａ、１７ｂおよびシリンドリカルレンズ６ｃは、図２に示すフレーム構造８に取り付けられる。
【００８４】
スライダ１７ａとスライダ１７ｂとにより、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとはＺ軸方向に移動可能である。これにより、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとの間の距離およびシリンドリカルレンズ６ｂと６ｃとの間の距離を変化させることができ、撮像対象物のＸ軸方向の縮小率を変化させることができる。
【００８５】
シリンドリカルレンズが２枚の場合には、比変化におけるアスペクト比（縮小率）が決まっているのに対し、シリンドリカルレンズを３枚構成とすることにより、このアスペクト比を変化させることが可能である。この原理について以下に説明する。
【００８６】
２枚のシリンドリカルレンズを組み合わせた場合に、焦点距離は以下の式７で表すことができる。
【００８７】
【数７】
【００８８】
ここでｆ１およびｆ２は２枚のシリンドリカルレンズの焦点距離、ｄはレンズ間距離、ｆは２枚のシリンドリカルレンズを１枚のレンズとした場合の焦点距離である。
【００８９】
撮像装置２０においてＸ軸方向のみを収縮させた場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向との焦点距離を合わせるにはシリンドリカルレンズ群のＸ軸方向に対する焦点距離ｆは∞となる必要がある。よって、レンズ間距離は、式８に示すように一定となる。
ｄ＝ｆ１＋ｆ２ ・・・（式８）
よって２枚のシリンドリカルレンズを用い、レンズの焦点距離ｆ１、ｆ２が不変の場合には、アスペクト比を変化させることができない。
【００９０】
一方、３枚以上のシリンドリカルレンズを用いた場合、式８において或るシリンドリカルレンズの焦点距離ｆ１が一定でも、それ以外の２枚のレンズを用いてｆ２を変化させることが可能となるので、アスペクト比の変化が可能となる。
【００９１】
液晶パネルは、図８を用いて説明したように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで開口部の長さが異なるため、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで液晶パネルのパターンが有する空間周波数成分が異なる。そこで、上記の変位機構によりＸ軸方向の縮小率を細かく設定し、開口部の像が正方形形状となるように変形し、Ｘ軸およびＹ軸方向の空間周波数成分の分布領域を等しくすることで、画素ずらし等の高解像化手法の効果をＸ軸方向とＹ軸方向とで一致させることができる。
【００９２】
図７は、シリンドリカルレンズの構成のさらなる変更例を示す概略図である。図７に示すように、撮像対象物とシリンドリカルレンズ６ａから所定の距離だけそれぞれＺ軸正方向およびＺ軸負方向に離れた位置、すなわち、撮像対象物とシリンドリカルレンズ６ａとの間に、球面レンズ１８を設けてもよい。
【００９３】
この構成により、シリンドリカルレンズ６ａに入射される像は、球面レンズ１８により縮小され、Ｘ軸およびＹ軸の両方向に関して実際の撮像対象物よりも小さなサイズになるので、撮像装置２０全体の構成部品のサイズを小さくすることができる。
【００９４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９５】
なお、本発明の撮像装置は、以下のようにも表現できる。
【００９６】
すなわち、上記撮像装置は、撮像素子を持つカメラを備えた撮像装置であって、ＸＹ平面に平行な撮像領域をＹ軸方向に複数個に分割した小領域に対し、前記小領域から所定の距離だけＺ軸正方向に離れて複数のシリンドリカルレンズ群が配置され、前記レンズからさらに所定の距離だけＺ軸正方向に離れてＹ軸およびＺ軸に対してそれぞれ所定の角度αＹおよびαＺだけ傾いた複数の第１ミラー群が配置され、さらに前記第１ミラー群の鏡面に対向するように所定の距離だけ離れたＹ座標が等しく、Ｚ座標方向に重ならない位置に複数の第２ミラー群がＸ軸およびＹ軸に対して所定の角度βＸおよびβＺだけ傾いて配置され、さらに前記カメラを前記第2ミラー群の鏡面に対向して所定の距離だけＸ軸負方向に離れた位置に配置することを特徴としている。
【００９７】
また、前記撮像装置において、前記シリンドリカルレンズ群のレンズ間距離が可変であることが好ましい。
【００９８】
また、前記撮像装置において、前記撮像領域から所定の距離だけＺ軸正方向に離れ、かつ前記シリンドリカルレンズ群から所定の距離だけＺ軸負方向に離れた位置に、複数の球面レンズ群を配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
撮像に要求される分解能が縦横方向によって異なる撮像対象に適した撮像を少ない撮像回数で行うことができるため、上記撮像対象の撮像装置および検査装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】一実施形態の画像検査装置が備える撮像装置の構成を示す斜視図である。
【図２】一本実施の形態の画像検査装置の構成を示す概略図である。
【図３】シリンドリカルレンズを用いた像の縮小方法を説明するための図である。
【図４】第１ミラーおよび第２ミラーの配置を示すものであり、（ａ）および（ｂ）は、第１ミラーおよび第２ミラーがそれぞれ２枚の場合の配置を示す概略図であり、（ｃ）および（ｄ）は、第１ミラーおよび第２ミラーがそれぞれ３枚の場合の配置を示す概略図である。
【図５】（ａ）は、横方向に並ぶように分割された撮像領域を示す図であり、（ｂ）は、縦方向に並ぶように再配置された撮像画像を示す図である。
【図６】シリンドリカルレンズの変位機構を示す概略図である。
【図７】シリンドリカルレンズの構成のさらなる変更例を示す概略図である。
【図８】液晶パネルの絵素の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 撮像領域（撮像面）
２ 第１ミラー群
２ａ 第１ミラー
２ｂ 第１ミラー
２ｃ 第１ミラー
３ 第２ミラー群
３ａ 第２ミラー
３ｂ 第２ミラー
３ｃ 第２ミラー
４ 撮像素子領域
５ カメラ（撮像手段）
６ａ シリンドリカルレンズ（変倍手段、円筒状レンズ）
６ｂ シリンドリカルレンズ（変倍手段、円筒状レンズ）
６ｃ シリンドリカルレンズ（変倍手段、円筒状レンズ）
１３ 撮像対象物
１８ 球面レンズ
２０ 撮像装置
４０ 液晶パネル（撮像対象物）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像対象物の像を分割し、再配置することにより当該撮像対象物を撮像する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示用パネル、例えば、液晶パネルの撮像において、パネルのアスペクト比は撮像素子のアスペクト比とほぼ同等であるため、撮像素子の領域全体を用いて対象を撮像する必要がある。しかし、パネルのＲＧＢの開口部形状は縦長であるため、観察画像を用いて検査処理を行う場合には、縦方向と横方向とで必要な撮像分解能が異なる。
【０００３】
とくに、パネル開口部の横方向の周波数成分が撮像素子に関して、ナイキスト限界付近およびそれ以上の周波数を持つ場合、その周波数成分をもつパターンは大きく減衰され、観測困難もしくは観測不可能となる。そのため、撮像時にはパネルのパターンがその周波数成分を持たないように撮像する必要がある。
【０００４】
そこで、横方向に対して検査に必要な撮像分解能が満たされない場合には、高倍率のレンズを使用して光学的に撮像対象を拡大して撮像する。このとき、拡大された撮像対象物の像を形成するためには、より高画素の撮像素子が必要となるが、拡大によって撮像対象物がカメラの撮像領域に入りきらない場合には複数回に分けて撮像する必要がある。
【０００５】
もし、撮像に要求される撮像分解能が縦横方向で変わらず、単に撮像対象が細長くて撮像領域に入らない場合には、特許文献１に示される方法のように、ミラーを使用して、撮像対象の像を分割し、撮像素子上に再配置することで、分解能を下げなくとも像の全体を１回で撮像することができる。
【特許文献１】特開平１１−２８１３３２号公報（１９９９年１０月１５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、撮像対象が液晶パネルのようにアスペクト比が撮像素子と同じような場合には、上記従来の構成で像を分解・再配置したとしても撮像分解能はほとんど向上しないため、前記の課題を解決することは難しい。
【０００７】
そのため、撮像対象物の像を分解するとともに撮像対象物の縦横方向によって異なる要求分解能に応じて、像のアスペクト比を変化させ、かつカメラの撮像領域に入るように再配置して撮像する必要がある。この必要性について、以下に具体的に説明する。
【０００８】
図８は液晶パネル４０の絵素を示す概略図である。図８に示すように、横方向であるＹ軸方向に開口部（絵素）が、左から赤色４０ａ、緑色４０ｂ、青色４０ｃの順に並んでいる。３色の絵素を一組として絵素部４１とした場合、絵素部４１の形状は正方形に近い。
【０００９】
また、開口部同士の間には開口部の仕切りとなるブラックマトリクス部分４０ｄがあるため、開口部自体の形状はＸ軸方向（縦方向）の長さがＹ軸方向の長さの約４倍の長方形形状となる。そのため、液晶パネル４０を撮像・検査するためには、Ｙ軸方向にはＸ軸方向の４倍の撮像分解能が必要となる。
【００１０】
一方、Ｙ軸方向における開口部のパターンが撮像限界周波数であるナイキスト限界周波数付近、もしくはそれ以上の周波数成分を持つ場合には、その周波数成分は大きく減衰されるため、開口部のパターンは撮像困難もしくは撮像不可能となる。そこで、液晶パネル４０の撮像時には、開口部のパターンがその周波数付近の成分を持たないように、レンズ等によって撮像倍率を変化させて撮像する必要がある。
【００１１】
上記従来の構成では、液晶パネル４０のアスペクト比が撮像素子のアスペクト比と同等であり、撮像素子のほぼ全域を用いて液晶パネルを撮像しても横方向の撮像分解能が不足する場合には、Ｙ軸方向の撮像に適した分解能に合わせるように液晶パネル４０全体を撮像することになる。この場合、液晶パネルのＸ軸方向に対する撮像分解能は冗長となる。
【００１２】
このとき、撮像装置の分解能をＹ軸方向の撮像に適したものにすることで、撮像可能な領域が液晶パネル４０のサイズよりも小さくなる場合には、液晶パネル４０を複数の部分に分割して撮像する必要がある。
【００１３】
このとき、像を分割・再配置して対象を撮像したとしても撮像分解能はほとんど変化しない。そのため、撮像時にナイキスト限界の周波数以上の周波数成分を持たないようにするようにするためには、レンズ等により撮像対象を拡大し、複数回に分けて撮像する必要があり、撮像回数が多くなるという問題が生じる。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、撮像に要求される分解能が縦横方向によって異なる撮像対象に適した撮像を少ない撮像回数で行うことができる撮像装置および撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、上記の課題を解決するために、撮像対象物を撮像するための撮像面に対峙するように配された変倍手段と、上記変倍手段を透過した光を反射する複数の第１ミラーと、上記複数の第１ミラーに反射した光をさらに反射する複数の第２ミラーと、撮像素子が配列されている撮像素子領域を有する撮像手段とを備え、上記複数の第１ミラーは、上記変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、上記撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されており、上記複数の第２ミラーは、上記複数の第１ミラーに反射した光をそれぞれ上記撮像素子領域の異なる領域に導くように配置されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係る撮像方法は、上記の課題を解決するために、変倍手段を撮像対象物と対峙するように配し、上記変倍手段を透過した光を、当該変倍手段の伸長方向に整列するように配置され、かつ、上記撮像対象物に対する角度が互いに異なるように配置された複数の第１ミラーにより反射し、上記複数の第１ミラーに反射した光を複数の第２ミラーによりさらに反射することにより、当該光を、撮像手段が有する撮像素子領域の異なる領域に導くことを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、撮像対象物の像を形成する光が変倍手段を透過することにより、当該像のアスペクト比が変化する。すなわち、変倍手段は、当該像を当該変倍手段の伸長方向に直交する方向に変倍させる。変倍手段を透過した光は、複数の第１ミラーによって反射され、複数の第２ミラーに導かれる。
【００１８】
このとき、複数の第１ミラーは、変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されているため、撮像対象物の像は変倍手段の伸長方向に沿って分割され、分割された像を形成する光は、互いに異なる方向に反射される。
【００１９】
複数の第１ミラーによって、互いに異なる方向に反射された上記光は、複数の第２ミラーによってそれぞれ反射され、撮像素子領域を有する撮像手段へと導かれる。このとき、複数の第２ミラーは、上記光をそれぞれ、撮像素子領域の異なる領域に導く。これにより、分割された撮像対象物の像は、撮像素子領域上で再配置される。
【００２０】
それゆえ、撮像時に要求される分解能が、撮像対象物の縦横方向によって異なる場合でも、撮像対象物の像のアスペクト比を変えるとともに、当該像を分割・再配置することにより、撮像対象物の縦横方向に適した分解能で、撮像対象物の全体を少ない回数で撮像することができる。
【００２１】
また、上記変倍手段は、３つ以上の円筒状レンズからなり、上記３つ以上の円筒状レンズは、上記撮像面に垂直な方向に整列していることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、円筒状レンズを３つ以上設けることにより、撮像対象物の像の変倍率をより厳密に変えることができる。
【００２３】
また、上記３つ以上の円筒状レンズのうち、少なくとも２つの円筒状レンズを上記撮像面に垂直な方向に沿って移動させることができることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、３つ以上の円筒状レンズを備え、そのうち少なくとも２つの円筒状レンズの間の、撮像面に垂直な方向における距離を変えることにより、円筒状レンズの変倍率を変化することができる。
【００２５】
また、上記撮像面と上記変倍手段との間に、球面レンズが配置されていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成により、変倍手段に入射する像を球面レンズにより縮小することができるため、撮像装置のサイズを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る撮像装置は、以上のように、撮像対象物を撮像するための撮像面に対峙するように配された変倍手段と、上記変倍手段を透過した光を反射する複数の第１ミラーと、上記複数の第１ミラーに反射した光をさらに反射する複数の第２ミラーと、撮像素子が配列されている撮像素子領域を有する撮像手段とを備え、上記複数の第１ミラーは、上記変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、上記撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されており、上記複数の第２ミラーは、上記複数の第１ミラーに反射した光をそれぞれ上記撮像素子領域の異なる領域に導くように配置されている構成である。
【００２８】
それゆえ、撮像対象物の縦横方向において必要な撮像分解能が異なる場合は、撮像対象物の像を分解すると同時に、アスペクト比を変化させることで、それぞれの方向に対して必要な撮像分解能を維持しつつ、最小限の回数で撮像対象物の全体を撮像することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の一形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３０】
（画像検査装置３０の構成）
図２は、本実施の形態の画像検査装置３０の構成を示す概略図である。この画像検査装置３０は、撮像対象物をカメラ５（撮像手段）によって撮像し、その撮像した画像を画素ずらし等の方法を用いて高解像度化し、撮像対象物に対して欠陥抽出等の検査処理を行うことを目的としたものである。撮像対象物としては、例えば、液晶パネルを挙げることができる。
【００３１】
図２に示すように、画像検査装置３０は、撮像装置２０および計算機２１を備えている。撮像装置２０は、カメラ５、第１ミラー群２（複数の第１ミラー）、第２ミラー群３（複数の第２ミラー）、シリンドリカルレンズ６ａおよび６ｂ（変倍手段、円筒状レンズ）、設置台９を備えている。
【００３２】
撮像対象物である液晶パネル４０は、撮像時には設置台９に固定される。この設置台９はＸＹ平面（撮像装置２０が載置される面）に平行な表面を有し、その上に液晶パネル４０を固定するための固定具１０が設けられている。
【００３３】
また、設置台９と液晶パネル４０との間には、ＬＥＤ等の光源を用いた点灯装置１１が備えられている。撮像時には、この点灯装置１１によって下方向から液晶パネル４０に白色光を照射して撮像する。
【００３４】
カメラ５、第１ミラー群２、第２ミラー群３、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂは、アーム等を介してフレーム構造８に取り付けられている。
【００３５】
カメラ５は、ピエゾアクチュエータを用いたステージ７に取り付けられており、ステージ７は、フレーム構造８の、ＸＹ平面に垂直な壁面に取り付けられている。このカメラ５は、例えば、ＣＣＤカメラであり、２次元に分布した撮像素子を有している。
【００３６】
第１ミラー群２は、図２に示すように、フレーム構造８の、ＸＹ平面に平行な壁面に取り付けられており、設置台９の上方に配置されている。
【００３７】
シリンドリカルレンズ６ａおよび６ｂは、設置台９と第１ミラー群２との間に位置するように、フレーム構造８の、ＸＹ平面に垂直な壁面に取り付けられている。
【００３８】
第２ミラー群３は、カメラ５が取り付けられているフレーム構造８の壁面と対向する面に取り付けられており、カメラ５とほぼ同じ高さに位置している。
【００３９】
撮像装置２０の外部には、計算機２１が設置されていおり、この計算機２１は、画像取込ボード２２および制御用ボード２３を備えている。制御用ボード２３には、ステージ７が接続されており、ステージ７は、計算機２１によって位置制御される。また、画像取込ボード２２にはカメラ５が接続されており、カメラ５によって撮像された画像は計算機２１内部の記録装置（不図示）に保存される。
【００４０】
画像検査装置３０では、ステージ７によってカメラ５を一定量ずつ移動させて複数の画像を撮像し、それらを画素ずらし等によって合成することで高解像度画像を生成する。また、高解像度画像の生成後は、この画像にフィルタリング、色抽出等の画像処理を施して必要なデータを算出する。
【００４１】
（撮像装置２０のより詳細な構成）
図１は、撮像装置２０の詳細な構成を示す斜視図である。より具体的には、図１には、図２におけるカメラ５、第１ミラー群２および第２ミラー群３、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの位置関係が示されている。
【００４２】
図１に示すように、カメラ５は内部に撮像素子領域４を有し、撮像対象物の像を撮像素子領域４に投影することにより撮像する。ここでは、撮像対象物１３を撮像する撮像領域１（撮像面）を、図１に示すように、Ｙ軸方向に沿って２つの小領域１ａと１ｂとに分割した場合について示す。ここで、撮像対象物１３の長手方向とＹ軸方向とは平行である。そのため、撮像領域１をＹ軸方向に沿って２つの小領域１ａと１ｂとに分割することにより、撮像対象物１３の像を、その長手方向の辺において２分することになる。
【００４３】
まず、撮像装置２０の内部において、それぞれの小領域１ａと１ｂとに対して所定の距離だけＺ軸正方向に離れた位置に、凸型シリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ６ａと凹型シリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ６ｂとが配置されている。
【００４４】
換言すれば、撮像領域１の上方にシリンドリカルレンズ６ａが配置され、さらにその上方にシリンドリカルレンズ６ｂが配置されている。シリンドリカルレンズ６ａとシリンドリカルレンズ６ｂとは撮像領域１に対して平行であり、かつ、Ｙ軸に平行に配置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂは、撮像対象物１３の長手方向の辺と平行になっている。
【００４５】
図３は、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂを用いた像の縮小方法を説明するための図である。図３に示すように、撮像領域１の像はシリンドリカルレンズ６ａ・６ｂによってＸ軸方向のみに縮小され、そのアスペクト比が変化する。
【００４６】
また、シリンドリカルレンズ６ｂから所定の距離だけＺ軸正方向に離れた位置に第１ミラー２ａと２ｂとが設けられている。第１ミラー２ａ・２ｂは、シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの伸長方向（Ｙ軸方向）に整列するように配置されているとともに、αＹ度及びαＺ度だけＹ軸およびＺ軸に対して回転するように設置されている。
【００４７】
さらに、第１ミラー２ａと２ｂとによって反射された光を受け取ることができる位置に、第２ミラー３ａと３ｂとが設けられている。第２ミラー３ａと３ｂとは、Ｙ座標がほぼ等しく、Ｚ軸方向において互いに重ならない位置に設けられており、Ｘ軸およびＺ軸に対して、それぞれβＸ度およびβＺ度だけ回転して設置されている。
【００４８】
また、カメラ５は、第２ミラー３ａ・３ｂの鏡面に対向して、所定の距離だけＸ軸負方向に離れた位置に配されており、撮像素子領域４がＹＺ平面と平行になるように配置されている。
【００４９】
さらに、第２ミラー３ａおよび３ｂに反射した光が、撮像素子領域４の異なる小領域に投影されるように、第２ミラー３ａ・３ｂおよびカメラ５の位置関係が規定されている。より具体的には、カメラ５の撮像素子領域４がＹＺ平面に平行であるので、第１ミラー２ａの角度αＺと第２ミラー３ａの角度βＺとはその差が４５度となるように、また、角度αＹと角度βＸの和が９０度となるように、各ミラーを配置する。
【００５０】
第２ミラー３ａに反射した光は小領域４ａに投影され、第２ミラー３ｂに反射した光は小領域４ｂに投影される。小領域４ａと小領域４ｂとは、Ｚ軸方向に整列している。これにより、撮像領域１においては横並びであった像は、撮像素子領域４において縦並びとなる。
【００５１】
（第１ミラー２ａ・２ｂおよび第２ミラー３ａ・３ｂの配置方法）
ここで、第１および第２ミラーの配置について、図４を参照しつつ、より詳細に説明する。図４は、第１ミラー２ａ・２ｂおよび第２ミラー３ａ・３ｂの配置を示す概略図である。図４（ａ）は、Ｙ軸負方向から見た場合の構成を示すものであり、図４（ｂ）は、Ｚ軸正方向から見た場合の構成を示すものである。
【００５２】
まず、第１ミラー２ａについて説明する。図４（ａ）および（ｂ）に示すように、第１ミラー２ａ上にあり、かつ図４（ａ）および図４（ｂ）の紙面上にある互いに独立した２つのベクトルをそれぞれベクトルＶａａ、ベクトルＶａｂとする。図４（ａ）に示すように、撮像対象物からの光が、第１ミラー２ａに反射し、第２ミラー３ａに反射する場合には、第１ミラー２ａおよび第２ミラー３ａの座標をそれぞれ（Ｘ２ａ、Ｙ２ａ、Ｚ２ａ）、(Ｘ３ａ、Ｙ３ａ、Ｚ３ａ)とすると、ベクトルＶａａは、式１に示す方向成分を持つベクトルとなる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
但し、Ｚ３２ａ＝Ｚ３ａ−Ｚ２ａ、Ｘ３２ａ＝Ｘ３ａ−Ｘ２ａである。
【００５５】
一方、ベクトルＶａｂは、式２に示す方向成分を持つベクトルとして表される。
【００５６】
【数２】
【００５７】
よって、第１ミラー２ａは、式３に示す、これら両方のベクトルに垂直なベクトルを法線とするように傾けばよい。
【００５８】
【数３】
【００５９】
但し、Ｙ３２ａ＝Ｙ３ａ−Ｙ２ａであり、Ｘ３２ａ、Ｚ３２ａは、同上である。
【００６０】
同様に、第１ミラー２ｂに関しても、第１ミラー２ｂおよび第２ミラー３ｂの座標をそれぞれ（Ｘ２ｂ、Ｙ２ｂ、Ｚ２ｂ）、(Ｘ３ｂ、Ｙ３ｂ、Ｚ３ｂ)とすると、式４に示すベクトルを法線とするように傾けばよい。
【００６１】
【数４】
【００６２】
但し、Ｘ３２ｂ＝Ｘ３ｂ−Ｘ２ｂ、Ｙ３２ｂ＝Ｙ３ｂ−Ｙ２ｂ、Ｚ３２ｂ＝Ｚ３ｂ−Ｚ２ｂである。
【００６３】
また、第２ミラー３ａおよび３ｂの法線は、上記の式で用いられた変数を用いて、それぞれ式５、式６で表される。
【００６４】
【数５】
【００６５】
【数６】
【００６６】
（撮像装置２０における光路）
次に、撮像対象物１３を撮像する場合の、撮像装置２０における光路について、図１を参照しつつ説明する。
【００６７】
撮像対象物１３に反射（または撮像対象物１３を透過）した光は、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとを透過する。そして、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとによってＸ軸方向に縮小された像は、第１ミラー２ａと２ｂとにより、２つに分割された後、第２ミラー３ａと３ｂとに反射されて、カメラ５の撮像素子領域４に到達する。
【００６８】
これにより、撮像装置２０によって小領域１ａと１ｂは、それぞれ光路１６ａと１６ｂに沿って、撮像素子領域４上の小領域４ａと４ｂとに投影され、像の位置関係は横並びから縦並び変換される。つまり、図５（ａ）に示すように、横方向（Ｙ軸方向）に並ぶように分割された撮像領域は、撮像素子領域４上で、図５（ｂ）に示すように、縦方向（Ｚ軸方向）に並ぶように再配置される。
【００６９】
小領域１ａのアスペクト比がａ：ｂであったとすると、上記の投影により、撮像素子領域４上の小領域４ａのアスペクト比はａ／２：２ｂに変換される。
【００７０】
（撮像装置２０の効果）
次に、撮像装置２０を用いて液晶パネル４０を撮像した場合の効果について説明する。図８を用いて既に説明したように、液晶パネル４０を撮像・検査するためには、Ｙ軸方向にはＸ軸方向の４倍の撮像分解能が必要となる。
【００７１】
撮像装置２０を用いて液晶パネル４０を撮像した場合には、液晶パネル４０の像のＹ軸方向の長さが２倍に、Ｘ軸方向の長さは２分の１になるため、開口部のアスペクト比は１：４から１：１になり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して要求される撮像分解能は同等になる。
【００７２】
また、従来と同一の撮像素子を持つカメラを用いて撮像した場合、Ｘ軸方向の撮像分解能方向は２分の１となるが、Ｙ軸方向に対しては２倍の撮像分解能が得られる。また、Ｘ軸方向に対する撮像分解能が冗長となることがなく、撮像素子領域全体を有効利用することができる。
【００７３】
一方、上述したように、Ｙ軸方向における開口部のパターンが撮像限界周波数であるナイキスト限界周波数付近、もしくはそれ以上の周波数成分を持つ場合には、開口部のパターンがその周波数付近の成分を持たないように、レンズ等によって撮像倍率を変化させて撮像する必要がある。
【００７４】
撮像装置２０を用いて液晶パネル４０を撮像した場合には、撮像分解能が変化するため、撮像時にナイキスト限界の周波数以上の周波数成分を持たないようにレンズ等により撮像対象を拡大し、複数回に分けて撮像する必要がなくなる。そのため、最小限度の撮像回数で液晶パネル４０を撮像することができる。
【００７５】
つまり、撮像装置２０においては、比変化によってＹ軸方向を拡大する一方、Ｘ軸方向を収縮させて、撮像領域の面積を変化させることなく、それらのパターンの周波数を撮像限界の周波数内に押さえ、再配置を同時に行うことで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向共にナイキスト限界以上の周波数が現れるのを回避し、かつ１回の撮像で全絵素を撮影することができる。
【００７６】
（変更例）
上述の構成では、変倍手段としてシリンドリカルレンズを用いたが、シリンドリカルレンズの替わりにフレネルレンズや回折レンズを用いてもよい。また、第１ミラー群２または第２ミラー群３もしくはその両方を凹面鏡や凸面鏡とし、これらミラー群を変倍手段として利用してもよい。
【００７７】
（領域分割数の変更例）
上記の構成では、撮像装置２０は、領域分割数が２の場合に対応したものであるが、縦横方向に要求される撮像分解能の差がさらに大きな撮像対象を撮像する場合には、その要求される撮像分解能に応じて撮像領域の分割数Ｎを変化させればよい。
【００７８】
分割数がＮの場合には、図６に示すようにシリンドリカルレンズを３つ以上設け、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとの間の、Ｚ軸方向の距離を変化させて、撮像対象物のＸ軸方向の縮小率をＮ倍にし、第１ミラー群２および第２ミラー群３のミラー数をそれぞれＮとして配置すればよい。
【００７９】
例えば、第１・第２ミラーが、それぞれ３枚である場合には、ミラーの配置をそれぞれＹ軸負方向およびＺ軸正方向から見た構成は、それぞれ図４(ｃ)および図４(ｄ)に示すようになる。
【００８０】
すなわち、第１ミラー群２が第１ミラー２ａ・２ｂ・２ｃで構成され、第２ミラー群３が第２ミラー３ａ・３ｂ・３ｃで構成された場合には、第１ミラー２ａ・２ｂ・２ｃは、Ｘ座標が等しくなるように（シリンドリカルレンズ６ａ・６ｂの伸長方向に沿う方向に）配列され、かつ、ＸＹ平面およびＸＺ平面に対して互いに異なる角度で傾斜するように配置される。
【００８１】
そして、第１ミラー２ａに反射した光が第２ミラー３ａに、第１ミラー２ｂに反射した光が第２ミラー３ｂに、第１ミラー２ｃに反射した光が第２ミラー３ｃにそれぞれ到達するように各ミラーが配置される。
【００８２】
さらに、第２ミラー３ａ・３ｂ・３ｃに反射した光が、撮像素子領域４の異なる３つの小領域にそれぞれ投影されるように、各ミラーおよびカメラ５の位置が規定される。ここで、上記異なる３つの小領域は、Ｚ軸方向に整列しているものである。上記３枚のミラーの傾きも２枚の場合と同様に計算できる。
【００８３】
（シリンドリカルレンズの構成の変更例）
図６は、シリンドリカルレンズの変位機構を示す概略図である。図６に示すように、凹型シリンドリカルレンズであるシリンドリカルレンズ６ｃをさらに設けるとともに、シリンドリカルレンズ６ａおよび６ｂに対してＺ軸方向に移動可能であるスライダ１７ａおよび１７ｂをそれぞれ取り付けてもよい。なお、このスライダ１７ａ、１７ｂおよびシリンドリカルレンズ６ｃは、図２に示すフレーム構造８に取り付けられる。
【００８４】
スライダ１７ａとスライダ１７ｂとにより、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとはＺ軸方向に移動可能である。これにより、シリンドリカルレンズ６ａと６ｂとの間の距離およびシリンドリカルレンズ６ｂと６ｃとの間の距離を変化させることができ、撮像対象物のＸ軸方向の縮小率を変化させることができる。
【００８５】
シリンドリカルレンズが２枚の場合には、比変化におけるアスペクト比（縮小率）が決まっているのに対し、シリンドリカルレンズを３枚構成とすることにより、このアスペクト比を変化させることが可能である。この原理について以下に説明する。
【００８６】
２枚のシリンドリカルレンズを組み合わせた場合に、焦点距離は以下の式７で表すことができる。
【００８７】
【数７】
【００８８】
ここでｆ１およびｆ２は２枚のシリンドリカルレンズの焦点距離、ｄはレンズ間距離、ｆは２枚のシリンドリカルレンズを１枚のレンズとした場合の焦点距離である。
【００８９】
撮像装置２０においてＸ軸方向のみを収縮させた場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向との焦点距離を合わせるにはシリンドリカルレンズ群のＸ軸方向に対する焦点距離ｆは∞となる必要がある。よって、レンズ間距離は、式８に示すように一定となる。
ｄ＝ｆ１＋ｆ２ ・・・（式８）
よって２枚のシリンドリカルレンズを用い、レンズの焦点距離ｆ１、ｆ２が不変の場合には、アスペクト比を変化させることができない。
【００９０】
一方、３枚以上のシリンドリカルレンズを用いた場合、式８において或るシリンドリカルレンズの焦点距離ｆ１が一定でも、それ以外の２枚のレンズを用いてｆ２を変化させることが可能となるので、アスペクト比の変化が可能となる。
【００９１】
液晶パネルは、図８を用いて説明したように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで開口部の長さが異なるため、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで液晶パネルのパターンが有する空間周波数成分が異なる。そこで、上記の変位機構によりＸ軸方向の縮小率を細かく設定し、開口部の像が正方形形状となるように変形し、Ｘ軸およびＹ軸方向の空間周波数成分の分布領域を等しくすることで、画素ずらし等の高解像化手法の効果をＸ軸方向とＹ軸方向とで一致させることができる。
【００９２】
図７は、シリンドリカルレンズの構成のさらなる変更例を示す概略図である。図７に示すように、撮像対象物とシリンドリカルレンズ６ａから所定の距離だけそれぞれＺ軸正方向およびＺ軸負方向に離れた位置、すなわち、撮像対象物とシリンドリカルレンズ６ａとの間に、球面レンズ１８を設けてもよい。
【００９３】
この構成により、シリンドリカルレンズ６ａに入射される像は、球面レンズ１８により縮小され、Ｘ軸およびＹ軸の両方向に関して実際の撮像対象物よりも小さなサイズになるので、撮像装置２０全体の構成部品のサイズを小さくすることができる。
【００９４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９５】
なお、本発明の撮像装置は、以下のようにも表現できる。
【００９６】
すなわち、上記撮像装置は、撮像素子を持つカメラを備えた撮像装置であって、ＸＹ平面に平行な撮像領域をＹ軸方向に複数個に分割した小領域に対し、前記小領域から所定の距離だけＺ軸正方向に離れて複数のシリンドリカルレンズ群が配置され、前記レンズからさらに所定の距離だけＺ軸正方向に離れてＹ軸およびＺ軸に対してそれぞれ所定の角度αＹおよびαＺだけ傾いた複数の第１ミラー群が配置され、さらに前記第１ミラー群の鏡面に対向するように所定の距離だけ離れたＹ座標が等しく、Ｚ座標方向に重ならない位置に複数の第２ミラー群がＸ軸およびＹ軸に対して所定の角度βＸおよびβＺだけ傾いて配置され、さらに前記カメラを前記第2ミラー群の鏡面に対向して所定の距離だけＸ軸負方向に離れた位置に配置することを特徴としている。
【００９７】
また、前記撮像装置において、前記シリンドリカルレンズ群のレンズ間距離が可変であることが好ましい。
【００９８】
また、前記撮像装置において、前記撮像領域から所定の距離だけＺ軸正方向に離れ、かつ前記シリンドリカルレンズ群から所定の距離だけＺ軸負方向に離れた位置に、複数の球面レンズ群を配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
撮像に要求される分解能が縦横方向によって異なる撮像対象に適した撮像を少ない撮像回数で行うことができるため、上記撮像対象の撮像装置および検査装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】一実施形態の画像検査装置が備える撮像装置の構成を示す斜視図である。
【図２】一本実施の形態の画像検査装置の構成を示す概略図である。
【図３】シリンドリカルレンズを用いた像の縮小方法を説明するための図である。
【図４】第１ミラーおよび第２ミラーの配置を示すものであり、（ａ）および（ｂ）は、第１ミラーおよび第２ミラーがそれぞれ２枚の場合の配置を示す概略図であり、（ｃ）および（ｄ）は、第１ミラーおよび第２ミラーがそれぞれ３枚の場合の配置を示す概略図である。
【図５】（ａ）は、横方向に並ぶように分割された撮像領域を示す図であり、（ｂ）は、縦方向に並ぶように再配置された撮像画像を示す図である。
【図６】シリンドリカルレンズの変位機構を示す概略図である。
【図７】シリンドリカルレンズの構成のさらなる変更例を示す概略図である。
【図８】液晶パネルの絵素の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 撮像領域（撮像面）
２ 第１ミラー群
２ａ 第１ミラー
２ｂ 第１ミラー
２ｃ 第１ミラー
３ 第２ミラー群
３ａ 第２ミラー
３ｂ 第２ミラー
３ｃ 第２ミラー
４ 撮像素子領域
５ カメラ（撮像手段）
６ａ シリンドリカルレンズ（変倍手段、円筒状レンズ）
６ｂ シリンドリカルレンズ（変倍手段、円筒状レンズ）
６ｃ シリンドリカルレンズ（変倍手段、円筒状レンズ）
１３ 撮像対象物
１８ 球面レンズ
２０ 撮像装置
４０ 液晶パネル（撮像対象物）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象物を撮像するための撮像面に対峙するように配された変倍手段と、
上記変倍手段を透過した光を反射する複数の第１ミラーと、
上記複数の第１ミラーに反射した光をさらに反射する複数の第２ミラーと、
撮像素子が配列されている撮像素子領域を有する撮像手段とを備え、
上記複数の第１ミラーは、上記変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、上記撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されており、
上記複数の第２ミラーは、上記複数の第１ミラーに反射した光をそれぞれ上記撮像素子領域の異なる領域に導くように配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記変倍手段は、３つ以上の円筒状レンズからなり、
上記３つ以上の円筒状レンズは、上記撮像面に垂直な方向に整列してい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】
上記３つ以上の円筒状レンズのうち、少なくとも２つの円筒状レンズを上記撮像面に垂直な方向に沿って移動させることができることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記撮像面と上記変倍手段との間に、球面レンズが配置されていることを特徴とする請求項１の撮像装置。
【請求項５】
変倍手段を撮像対象物と対峙するように配し、
上記変倍手段を透過した光を、当該変倍手段の伸長方向に整列するように配置され、かつ、上記撮像対象物に対する角度が互いに異なるように配置された複数の第１ミラーにより反射し、
上記複数の第１ミラーに反射した光を複数の第２ミラーによりさらに反射することにより、当該光を、撮像手段が有する撮像素子領域の異なる領域に導くことを特徴とする撮像方法。
【請求項１】
撮像対象物を撮像するための撮像面に対峙するように配された変倍手段と、
上記変倍手段を透過した光を反射する複数の第１ミラーと、
上記複数の第１ミラーに反射した光をさらに反射する複数の第２ミラーと、
撮像素子が配列されている撮像素子領域を有する撮像手段とを備え、
上記複数の第１ミラーは、上記変倍手段の伸長方向に整列するように配置されているとともに、上記撮像面に対する角度が互いに異なるように配置されており、
上記複数の第２ミラーは、上記複数の第１ミラーに反射した光をそれぞれ上記撮像素子領域の異なる領域に導くように配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記変倍手段は、３つ以上の円筒状レンズからなり、
上記３つ以上の円筒状レンズは、上記撮像面に垂直な方向に整列してい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】
上記３つ以上の円筒状レンズのうち、少なくとも２つの円筒状レンズを上記撮像面に垂直な方向に沿って移動させることができることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記撮像面と上記変倍手段との間に、球面レンズが配置されていることを特徴とする請求項１の撮像装置。
【請求項５】
変倍手段を撮像対象物と対峙するように配し、
上記変倍手段を透過した光を、当該変倍手段の伸長方向に整列するように配置され、かつ、上記撮像対象物に対する角度が互いに異なるように配置された複数の第１ミラーにより反射し、
上記複数の第１ミラーに反射した光を複数の第２ミラーによりさらに反射することにより、当該光を、撮像手段が有する撮像素子領域の異なる領域に導くことを特徴とする撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２４３２４４（Ｐ２００７−２４３２４４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５８５９８（Ｐ２００６−５８５９８）
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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