撮像装置
【課題】複数の撮像光学系を含む撮像装置において、簡素化、小型化等を図る。
【解決手段】被写体光を複数の光路に分割してそれぞれの光路上で被写体を撮像するべく、被写体光の主光線を光軸Ｌと平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系３０、物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を複数の光路に分割する光路分割要素４０、光路分割要素により分割された複数の光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系５０、７０を含む。これにより、被写体が所定の撮像位置から変動しあるいは周辺領域を撮像する場合でも、物体側テレセントリックレンズ光学系により、被写体の変動あるいは撮像領域に影響されない高精度な画像を撮像することができる。又、複数の撮像レンズ光学系５０，７０は、単一の物体側テレセントリックレンズ光学系３０を共用するため、部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成できる。
【解決手段】被写体光を複数の光路に分割してそれぞれの光路上で被写体を撮像するべく、被写体光の主光線を光軸Ｌと平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系３０、物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を複数の光路に分割する光路分割要素４０、光路分割要素により分割された複数の光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系５０、７０を含む。これにより、被写体が所定の撮像位置から変動しあるいは周辺領域を撮像する場合でも、物体側テレセントリックレンズ光学系により、被写体の変動あるいは撮像領域に影響されない高精度な画像を撮像することができる。又、複数の撮像レンズ光学系５０，７０は、単一の物体側テレセントリックレンズ光学系３０を共用するため、部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ノズルによって吸着された電子部品等の被写体（物体）に光を照射し、撮像して得られた画像に基づいて電子部品等の位置や姿勢及び欠陥等を認識するための撮像装置に関し、特に、電子部品等の全体あるいは細部を撮像し得る複数の撮像レンズ光学系を含む撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、吸着ノズルに吸着された半導体チップや抵抗器等の電子部品を、プリント基板等に搬送して実装する表面実装機が知られている。このような表面実装機は、電子部品を撮像し、吸着ノズルと電子部品との間に生じた吸着時の位置ずれや姿勢の傾き等を検出するための撮像装置を備えている。
従来、この種の撮像装置としては、上方に電子部品等の被写体からの被写体光（物体光）を通す透明の防塵ガラスが配置されかつ内部に被写体光の光路を画定するケーシング、ケーシング内に配置されて被写体光を透過及び反射するハーフミラー、ハーフミラーを透過した被写体光を反射する全反射ミラー、ハーフミラーにより反射された被写体光を受光して細部を撮像する小視野用の撮像カメラ、全反射ミラーにより反射された被写体光を受光して全体を撮像する大視野用の撮像カメラ等を備え、小視野用の撮像カメラと大視野用の撮像カメラを切り替えることにより、電子部品の細部画像又は全体画像を撮像するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような撮像装置では、小視野用の撮像カメラと大視野用の撮像カメラがそれぞれ専用のレンズ光学系を含むものであるため、被写体光の主光線を光軸と平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系を採用する場合、それぞれの撮像カメラにおいてこの物体側テレセントリックレンズ光学系を採用する必要があり、部品点数が増大し、装置の大型化、複雑化、高コスト化等を招くという欠点があった。
また、２つの撮像カメラは、ケーシングに対して固定されており、予め選定された仕様以外の光学特性にて撮像を行うことは困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２４７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数の削減、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を図りつつ、電子部品等の被写体（物体）を全体に亘ってあるいは部分的に詳細に撮像することができ、特に電子部品等の実装工程において適用され得る撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、被写体光を複数の光路に分割してそれぞれの光路上で被写体を撮像する撮像装置であって、被写体光の主光線を光軸と平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系と、物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を複数の光路に分割する光路分割要素と、光路分割要素により分割された複数の光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系を含む、ことを特徴としている。
この構成によれば、被写体光は物体側テレセントリックレンズ光学系を通過した後、光路分割要素により複数の光路に分割され、それぞれの光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系によりそれぞれ撮像される。
すなわち、被写体が所定の撮像位置から変動しあるいは周辺領域を撮像する場合でも、物体側テレセントリックレンズ光学系により、被写体の変動あるいは撮像領域に影響されない高精度な画像を撮像することができ、又、複数の撮像レンズ光学系は、単一つの物体側テレセントリックレンズ光学系を共用するため、それぞれに物体側テレセントリックレンズ光学系を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成することができる。
【０００７】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系は、最も結像側において、所定の口径をなす開口絞りを含み、光路分割要素は、開口絞りよりも被写体側に配置されて物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を透過及び反射する、構成を採用することができる。
この構成によれば、物体側テレセントリンクレンズ光学系を通過した被写体光を、低コスト化を達成しつつ、二つの光路に容易に分割することができる。
【０００８】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系は、光路分割要素に向けて平行光束を出射し、光路分割要素は、平行光束を透過及び反射する、構成を採用することができる。
この構成によれば、物体側テレセントリックレンズ光学系から出射された被写体光が平行光束をなすため、光路分割要素の下流側に配置される撮像レンズ光学系として、光学特性の異なった種々の撮像レンズ光学系を適用することが可能になり、汎用性が向上する。
【０００９】
上記構成において、複数の撮像レンズ光学系は、被写体の狭い範囲を撮像する小視野撮像レンズ光学系と、被写体の広い範囲を撮像する大視野撮像レンズ光学系を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、被写体の細部を詳細に拡大して撮像する場合は、小視野撮像レンズ光学系を用いて撮像することができ、又、被写体の全体を撮像する場合は、大視野撮像レンズ光学系を用いて撮像することができる。すなわち、撮影モードに応じて、細部画像又は全体画像の一方のみを又は両方を同時に撮像することができる。
【００１０】
上記構成において、光路分割要素よりも結像側には、光路分割要素により反射された反射光を屈曲して小視野撮像レンズ系又は大視野撮像レンズ系に導く屈曲要素が配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、光路分割要素により反射された被写体光を屈曲要素により屈曲させて小視野撮像レンズ系又は大視野撮像レンズ系に導くことができるため、例えば、光路分割要素を透過した光路上に大視野撮像レンズ光学系を配置し、光路分割要素により反射されかつ屈曲要素により（例えば９０度）屈曲されて方向変換された光路上に小視野撮像レンズ光学系を配置することで、両方の撮像レンズ光学系を並べて配置することができ、全体として装置を小型化、薄型化することができる。
【００１１】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系及び光路分割要素又は屈曲要素を保持するケーシングを含み、複数の撮像レンズ光学系は、ケーシングに対して脱着可能にユニット化されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、複数の撮像レンズ光学系がケーシングに対して脱着自在にユニット化されているため、物体側テレセントリックレンズ光学系を共通にした状態で、撮影要求に応じて適宜所望の光学特性をなす撮像レンズ光学系に交換することができる。
【００１２】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系よりも被写体側には、被写体光を屈曲して物体側テレセントリックレンズ光学系に導く屈曲要素が配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、例えば、上方から下方に向けて反射された被写体光を、屈曲要素で水平方向に方向変換して物体側テレセントリックレンズ光学系に導くようにすることで、装置の薄型化等を達成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成をなす撮像装置によれば、部品点数の削減、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成しつつ、電子部品等の被写体を全体に亘ってあるいは部分的に詳細に撮像することができ、特に電子部品等の実装工程において適用され得る撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１ないし図１２は、本発明に係る撮像装置の一実施の形態を示すものであり、図１は装置の内部を示す斜視断面図、図２は装置の平面図、図３は装置の断面図、図４は大視野撮像光学系を示す構成図、図５は小視野撮像光学系を示す構成図、図６は物体側テレセントリックレンズ光学系の部分拡大断面図、図７は大視野撮像レンズ光学系及び小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図、図８は大視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図、図９は小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図、図１０は大視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図、図１１は小視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図、図１２及び図１３は収差図である。
【００１５】
この撮像装置は、図１ないし図３に示すように、全体を覆うケーシング１０、屈折要素としての第１ハーフミラー２０、物体側テレセントリックレンズ光学系３０、光路分割要素としての第２ハーフミラー４０、第２ハーフミラー４０を透過した光路上に配置された大視野撮像レンズ光学系５０、第２ハーフミラー４０により反射された光路上に配置され被写体光を屈曲させる屈曲要素としての全反射ミラー６０、全反射ミラー６０に反射された被写体光の光路上に配置された小視野撮像レンズ光学系７０、第１ハーフミラー２０の上方に環状に配置された環状照明用の光源８０、第１ハーフミラー２０の下方に配置された同軸照明用の光源９０等を備えている。
そして、この撮像装置においては、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び大視野撮像レンズ光学系５０により、被写体ＯＢＪを広い範囲に亘って撮像する大視野撮像光学系が形成され、又、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び小視野撮像レンズ光学系７０により、被写体ＯＢＪの狭い範囲を部分的に拡大して詳細に撮像する小視野撮像光学系が形成されている。
【００１６】
ケーシング１０は、図１ないし図３に示すように、縦断面が略Ｌ字形状をなすように形成され、吸着ノズルＮにより保持されて所定の撮像位置に搬入されてきた被写体（電子部品）ＯＢＪから反射される被写体光を通す円形の開口部１１、開口部１１を覆う透明の防振ガラス１２、光源８０を保持する保持枠１３、第１ハーフミラー２０を保持する保持枠１４、光源９０を保持する保持板１５、物体側テレセントリックレンズ光学系３０を保持する保持筒１６、第２ハーフミラー４０を保持する保持枠１７、全反射ミラー６０を保持する保持枠１８、大視野撮像レンズ光学系５０を脱着自在に取り付ける取付孔１９ａ及び小視野撮像レンズ光学系７０を脱着自在に取り付ける取付孔１９ｂをもつフランジ部１９等を備えている。
【００１７】
第１ハーフミラー２０は、光を透過及び反射する作用をなすものであり、図１及び図３に示すように、被写体ＯＢＪにより下方に向けて発せられる被写体光を水平方向に屈曲させるように略４５度傾斜させた状態で保持枠１４に固定されている。
すなわち、上方から下方に向けて発せられた被写体光を水平方向に反射（方向変換）して物体側テレセントリックレンズ光学系３０に導くようになっている。
このように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０よりも被写体側において、被写体光を屈曲させる第１ハーフミラー２０（屈曲要素）を配置したことにより、上下方向に向かう被写体光を水平方向に導くことができ、装置の薄型化を達成することができる。また、第１ハーフミラー２０の背後（下方）に同軸照明用の光源９０を配置することができるため、全体として無駄なスペースを省き、装置を小型化することができる。
【００１８】
光源８０は、図１及び図３に示すように、開口部１１の下方近傍でかつ第１ハーフミラー２０の上方領域（被写体側寄り）おいて、３段に設けられた保持枠１３にそれぞれ環状に配列して固定された複数の発光ダイオードにより形成されており、被写体ＯＢＪに対して斜め方向から照明光を照射するようになっている。
光源９０は、図１及び図３に示すように、第１ハーフミラー２０の下方（背後）領域において、保持板１５上に面状に配列して固定された複数の発光ダイオード、発光ダイオードの光を拡散する拡散板等により形成されており、第１ハーフミラー２０を透過して上方に位置する被写体ＯＢＪに向けて照明光を照射するようになっている。
【００１９】
物体側テレセントリックレンズ光学系３０は、図１及び図５に示すように、鏡筒３１、鏡筒３１内に被写体側から結像面側に向けて順に配列された、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、第３レンズＧ３、後述するユニットケース５１，７１に設けられた所定口径をなす開口絞りＳＤにより形成されている。
ここで、第１レンズＧ１は、図３及び図４に示すように、被写体側及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第２レンズＧ２は、図３及び図４に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズである。
第３レンズＧ３は、図３及び図４に示すように、被写体側に平面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する平凹レンズである。
そして、３つのレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３を保持した鏡筒３１は、保持筒１６に嵌合されて光軸Ｌが水平になるように方向付けられている。
【００２０】
すなわち、物体側テレセントリックレンズ光学系３０に進入する被写体光は、図４及び図５に示すように、その主光線Ｌ１が光軸Ｌに対して平行になるように形成されている。
したがって、被写体ＯＢＪが所定の撮像位置から変動した場合あるいは周辺領域を撮像する際においても、これらの変動あるいは撮像領域に影響されない高精度な画像を撮像することができ、又、大視野撮像光学系及び小視野撮像光学系のために単一つの物体側テレセントリックレンズ光学系３０を共用するため、それぞれに物体側テレセントリックレンズ光学系を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成することができる。
【００２１】
また、物体側テレセントリックレンズ光学系３０は、第３レンズＧ３を通過した被写体光の光束が、図６に示すように、平行拘束として出射され第２ハーフミラー４０に導かれるように形成されている。
このように、平行光束として出射させることにより、光路分割要素としての第２ハーフミラー４０の配置が容易になり、又、第２ハーフミラー４０の下流側（結像面側）に配置される撮像レンズ光学系として、光学特性の異なった種々の撮像レンズ光学系を適用することが可能になり、汎用性が向上する。
【００２２】
第２ハーフミラー４０は、図１及び図３に示すように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の第３レンズＧ３よりも下流側（結像面側）で開口絞りＳＤよりも被写体側において、その水平な光軸Ｌ上に４５度に傾斜した状態に配置されて保持枠１７に固定されており、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の（第３レンズＧ３を通過した）出射光を、そのまま透過させて直進させる光路と、９０度下向きに反射して直進させる光路との二つの光路に分割するようになっている。
ここでは、光路分割要素として第２ハーフミラー４０を採用しているため、所定の透過率及び反射率を容易に選定することができ、又、狭いスペースにおいて簡単にケーシング１０内に取り付けて固定することができる。
【００２３】
大視野撮像レンズ光学系５０は、図３、図７及び図８に示すように、ケーシング１０のフランジ部１９に形成された取付孔１９ａに対して脱着自在に形成されたユニットケース５１、ユニットケース５１に内において被写体側から結像面側に向けて順に光軸Ｌ上に配列された、第４レンズＧ４、第５レンズＧ５、第６レンズＧ６、第７レンズＧ７、第８レンズＧ８、撮像素子５２等を備えている。
尚、ユニットケース５１には、第４レンズＧ４よりも被写体側において、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の一部をなす所定口径の開口絞りＳＤが設けられている。
【００２４】
ここで、第４レンズＧ４は、図８に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第５レンズＧ５は、図８に示すように、被写体側に凹面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する両凹レンズであり、第４レンズＧ４に接合されている。
第６レンズＧ６は、図８に示すように、被写体側に凹面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する両凹レンズである。
第７レンズＧ７は、図８に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズであり、第６レンズＧ６に接合されている。
第８レンズＧ８は、図８に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
撮像素子５２は、結像面Ｐを画定するエリアＣＣＤである。このように、撮像素子５２としてライン（線）ではなくエリア（面）にて撮像できるエリアＣＣＤを用いることにより、撮像時間を短縮することができ、この撮像装置を実装ライン等に適用した場合に、実装スピードを速くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００２５】
したがって、被写体ＯＢＪを大視野にて撮像する場合は、図４に示すように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び大視野撮像レンズ光学系５０からなる大視野撮像光学系により撮像される。すなわち、被写体ＯＢＪ→第１ハーフミラー２０（反射）→物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１→第２レンズＧ２→第３レンズＧ３）→第２ハーフミラー４０（透過）→開口絞りＳＤ→大視野撮像レンズ光学系５０（第４レンズＧ４→第５レンズＧ５→第６レンズＧ６→第７レンズＧ７→第８レンズＧ８→撮像素子５２）という光路を経て、大視野画像が撮像される。
【００２６】
また、大視野撮像レンズ光学系５０は、ユニット化されて、そのユニットケース５１がケーシング１０（の取付孔１９ａ）に対して脱着自在となっているため、物体側テレセントリックレンズ光学系３０（の第１レンズＧ１，第２レンズＧ２，第３レンズＧ３）を共通にした状態で、撮影要求に応じて適宜他の光学特性をなす撮像レンズ光学系に容易に交換することができる。
【００２７】
全反射ミラー６０は、図１及び図３に示すように、第２ハーフミラー４０よりも結像面側でかつ下方において、第２ハーフミラー４０と平行になるように４５度に傾斜した状態に配置されて保持枠１８に固定されており、第２ハーフミラー４０により下方に向けて反射された被写体光を、さらに水平方向に屈曲させて反射し、その下流側（結像面側）に位置する小視野撮像レンズ光学系７０に導くようになっている。
このように、屈曲要素として全反射ミラー６０を採用しているため、狭いスペースにおいて簡単にケーシング１０内に取り付けて固定することができ、又、第２ハーフミラー４０を透過した光路上に配置された大視野撮像レンズ光学系５０と、第２ハーフミラー４０により反射されかつ全反射ミラー６０により反射された光路上に配置された小視野撮像レンズ光学系７０を平行に並べて配置することができ、全反射ミラー６０を設けない場合に比べて、全体として装置を小型化、薄型化を達成することができる。
【００２８】
小視野撮像レンズ光学系７０は、図３、図７及び図９に示すように、ケーシング１０のフランジ部１９に形成された取付孔１９ｂに対して脱着自在に形成されたユニットケース７１、ユニットケース７１に内において被写体側から結像面側に向けて順に光軸Ｌ上に配列された、第９レンズＧ９、第１０レンズＧ１０、第１１レンズＧ１１、撮像素子７２等を備えている。
尚、ユニットケース７１には、第９レンズＧ９よりも被写体側において、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の一部をなす所定口径の開口絞りＳＤが設けられている。
【００２９】
ここで、第９レンズＧ９は、図９に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第１０レンズＧ１０は、図９に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第１１レンズＧ１１は、図９に示すように、被写体側に凹面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する両凹レンズであり、第１０レンズＧ１０に接合されている。
撮像素子７２は、結像面Ｐを画定するエリアＣＣＤである。このように、撮像素子７２としてライン（線）ではなくエリア（面）にて撮像できるエリアＣＣＤを用いることにより、撮像時間を短縮することができ、この撮像装置を実装ライン等に適用した場合に、実装スピードを速くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００３０】
したがって、被写体ＯＢＪを小視野にて撮像する場合は、図５に示すように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び小視野撮像レンズ光学系７０からなる小視野撮像光学系により撮像される。すなわち、被写体ＯＢＪ→第１ハーフミラー２０（反射）→物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１→第２レンズＧ２→第３レンズＧ３）→第２ハーフミラー４０（反射）→全反射ミラー６０（反射）→開口絞りＳＤ→小視野撮像レンズ光学系７０（第９レンズＧ９→第１０レンズＧ１０→第１１レンズＧ１１→撮像素子７２）という光路を経て、小視野画像が撮像される。
【００３１】
上記のように、被写体ＯＢＪの広い範囲を撮像する場合は大視野撮像光学系（３０，５０）で撮像し、被写体ＯＢＪの狭い範囲を詳細に撮像する場合は小視野撮像光学系（３０，７０）で撮像することができ、これらの撮像動作は、モニターが一つの場合は必要に応じて適宜切替えて一方の画像のみを撮像してもよく、又、モニターが二つの場合は同時に大小の画像を撮像してもよい。
すなわち、上記撮像装置によれば、撮影光路上において、被写体側には単一の物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１，第２レンズＧ２，第３レンズＧ３）を配置し、その下流側には第２ハーフミラー４０を介して一つの光路を二つの光路に分割し、それぞれの光路を通して大視野画像と小視野画像を撮像することができるため、被写体ＯＢＪが所定の撮像位置から変動しても、大視野画像及び小視野画像を共に高精度な画像として撮像することができ、又、単一つの物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１，第２レンズＧ２，第３レンズＧ３）を共用するため、それぞれに物体側テレセントリックレンズ光学系を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成することができる。
尚、上記構成においては、開口絞りＳＤをユニットケース５１，７１に設けた場合を示したが、ユニットケース５１，７１に設ける替わりに、ケーシング１０の一部に固定して設けてもよい。
【００３２】
次に、大視野撮像光学系（物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び大視野撮像レンズ光学系５０）の具体的な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）を示すと、以下の通りである。尚、図１０に示すように、第１レンズＧ１〜第８レンズＧ８において、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜１４）、各々の面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１４）、各々のレンズの屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜８）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜８）、光軸Ｌ上における距離（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１５）、各々のレンズの外径寸法をφｉ（ｉ＝１〜８）で表す。
【００３３】
＜仕様緒元＞
使用波長＝５２５ｎｍ、焦点距離＝１８２．２ｍｍ、撮像範囲＝φ９５ｍｍ、開口絞りＳＤ２の口径＝φ０．１９ｍｍ、明るさ（Ｆナンバー）＝７．０、共役長（被写体ＯＢＪ〜結像面Ｐ）＝３６９ｍｍ、レンズ全長＝１６９．５ｍｍ
第１レンズＧ１→φ１＝９０ｍｍ、Ｎ１＝１．７７２５、ν１＝４９．６
第２レンズＧ２→φ２＝８０ｍｍ、Ｎ２＝１．４８７４９、ν２＝７０．２
第３レンズＧ３→φ３＝６８ｍｍ、Ｎ３＝１．７８４７２、ν３＝２５．７
第４レンズＧ４→φ４＝１．６ｍｍ、Ｎ４＝１．７７２５、ν４＝４９．６
第５レンズＧ５→φ５＝２．０ｍｍ、Ｎ５＝１．５１６３３、ν５＝６４．１
第６レンズＧ６→φ６＝２．４ｍｍ、Ｎ６＝１．７８４７２、ν６＝２５．７
第７レンズＧ７→φ７＝３．２ｍｍ、Ｎ７＝１．６２００４、ν７＝３６．３
第８レンズＧ８→φ８＝５．２ｍｍ、Ｎ８＝１．６９６８、ν８＝５５．５
【００３４】
＜第１レンズＧ１〜第８レンズＧ８の曲率半径Ｒｉ（ｍｍ）＞
Ｒ１＝１９３．３４２５ｍｍ、Ｒ２＝−４０１．１５９２ｍｍ、Ｒ３＝６６．８９０１ｍｍ、Ｒ４＝２３１．４４７８ｍｍ、Ｒ５＝∞、Ｒ６＝１０５．５９１８ｍｍ、Ｒ７＝５．７５４８ｍｍ、Ｒ８＝−５．７５４８ｍｍ、Ｒ９＝５．７０９４ｍｍ、Ｒ１０＝−３．０４６２ｍｍ、Ｒ１１＝５．２６３２ｍｍ、Ｒ１２＝−４．３０３５ｍｍ、Ｒ１３＝２４．００４６ｍｍ、Ｒ１４＝−１１．０９８４ｍｍ
【００３５】
＜光軸上の面間隔（ｍｍ）＞
Ｄ１＝１９９．４５６０ｍｍ、Ｄ２＝１０．００００ｍｍ、Ｄ３＝１．００００ｍｍ、Ｄ４＝１６．００００ｍｍ、Ｄ５＝９．０４２９ｍｍ、Ｄ６＝３．００００ｍｍ、Ｄ７＝１１２．８７５８ｍｍ＋（開口絞りＳＤ）＋０．１９２６ｍｍ、Ｄ８＝１．００００ｍｍ、Ｄ９＝０．８０００ｍｍ、Ｄ１０＝１．５０００ｍｍ、Ｄ１１＝１．１０００ｍｍ、Ｄ１２＝２．００００ｍｍ、Ｄ１３＝０．５０００ｍｍ、Ｄ１４＝１．５０００ｍｍ、Ｄ１５＝８．９５７０ｍｍ
【００３６】
上記構成をなす大視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図は、図１２に示す結果となる。尚、図１２中の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００３７】
次に、小視野撮像光学系（物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び小視野撮像レンズ光学系７０）の具体的な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）を示すと、以下の通りである。尚、図１１に示すように、第１レンズＧ１〜第３レンズＧ３、第９レンズＧ９〜第１１レンズＧ１１において、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜６，１５〜１９）、各々の面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜６，１５〜１９）、各々のレンズの屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜３，９〜１１）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜３，９〜１１）、光軸Ｌ上における距離（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜６，１６〜２１）、各々のレンズの外径寸法をφｉ（ｉ＝１〜３，９〜１１）で表す。
【００３８】
＜仕様緒元＞
使用波長＝５２５ｎｍ、焦点距離＝９１．７４ｍｍ、撮像範囲＝φ４０ｍｍ、開口絞りＳＤ３の口径＝φ４．０６ｍｍ、明るさ（Ｆナンバー）＝７．０、共役長（被写体ＯＢＪ〜結像面Ｐ）＝４０１．４５ｍｍ、レンズ全長＝２０２ｍｍ
【００３９】
第１レンズＧ１→φ１＝９０ｍｍ、Ｎ１＝１．７７２５、ν１＝４９．６
第２レンズＧ２→φ２＝８０ｍｍ、Ｎ２＝１．４８７４９、ν２＝７０．２
第３レンズＧ３→φ３＝６８ｍｍ、Ｎ３＝１．７８４７２、ν３＝２５．７
第９レンズＧ９→φ９＝１０ｍｍ、Ｎ９＝１．８４６６６、ν９＝２３．８
第１０レンズＧ１０→φ１０＝９ｍｍ、Ｎ１０＝１．４８７４９、ν１０＝７０．２
第１１レンズＧ１１→φ１１＝８ｍｍ、Ｎ１１＝１．８４６６６、ν１１＝２３．８
【００４０】
＜第１レンズＧ１〜第３レンズＧ３、第９レンズＧ９〜第１１レンズＧ１１の曲率半径Ｒｉ（ｍｍ）＞
Ｒ１＝１９３．３４２５ｍｍ、Ｒ２＝−４０１．１５９２ｍｍ、Ｒ３＝６６．８９０１ｍｍ、Ｒ４＝２３１．４４７８ｍｍ、Ｒ５＝∞、Ｒ６＝１０５．５９１８ｍｍ、Ｒ１５＝３９．５４７７ｍｍ、Ｒ１６＝−２８．９１４１ｍｍ、Ｒ１７＝８．３９２４ｍｍ、Ｒ１８＝−４６．２０５９ｍｍ、Ｒ１９＝８．３８９８ｍｍ
【００４１】
＜光軸上の面間隔（ｍｍ）＞
Ｄ１＝１９９．４５６０ｍｍ、Ｄ２＝１０．００００ｍｍ、Ｄ３＝１．００００ｍｍ、Ｄ４＝１６．００００ｍｍ、Ｄ５＝９．０４２９ｍｍ、Ｄ６＝３．００００ｍｍ、Ｄ１６＝１１２．８７５８ｍｍ＋（開口絞りＳＤ）＋０．１９２６ｍｍ、Ｄ１７＝４．００００ｍｍ、Ｄ１８＝１．０６４０ｍｍ、Ｄ１９＝２．８０００ｍｍ、Ｄ２０＝２．００００ｍｍ、Ｄ２１＝１７．１５４０ｍｍ
【００４２】
上記構成をなす小視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図は、図１３に示す結果となる。尚、図１３中の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００４３】
上記実施形態においては、光路分割要素として、透過する光路と反射する光路とに二分割する第２ハーフミラー４０を示し、かつ、複数の撮像レンズ光学系として大視野撮像レンズ光学系５０及び小視野撮像レンズ光学系７０の２つを示したが、これに限定されるものではなく、その他複数の光路に分割する光路分割要素を採用し、かつ、２つ以外の複数の撮像レンズ光学系を適用してもよい。
上記実施形態においては、第２ハーフミラー４０により反射された被写体光をさらに反射する全反射ミラー６０を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、全反射ミラー６０を廃止して、第２ハーフミラー４０により反射された光路上に小視野撮像レンズ光学系７０を配置してもよい。
【００４４】
上記実施形態においては、第２ハーフミラー４０を透過した被写体光の光路上に大視野撮像レンズ光学系５０を配置し、第２ハーフミラー４０により反射された被写体光の光路上に小視野撮像レンズ光学系７０を配置した場合を示したが、これに限定されるものではなく、大視野撮像レンズ系５０と小視野撮像レンズ系７０を入れ替えて配置してもよい。
上記実施形態においては、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の上流側（被写体側）に第１ハーフミラー２０を配置した場合を示したが、これに限定されるものではなく、光源９０を他の手法により配置できれば第１ハーフミラー２０を廃止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すものであり、装置の内部を示す斜視断面図である。
【図２】図１に示す撮像装置の平面図である。
【図３】図１に示す撮像装置の断面図である。
【図４】撮像装置に含まれる大視野撮像光学系を示す構成図である。
【図５】撮像装置に含まれる小視野撮像光学系を示す構成図である。
【図６】撮像装置に含まれる物体側テレセントリックレンズ光学系の部分拡大断面図である。
【図７】撮像装置に含まれる大視野撮像レンズ光学系及び小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図である。
【図８】大視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図である。
【図９】小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図である。
【図１０】大視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図である。
【図１１】小視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図である。
【図１２】大視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
【図１３】小視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ ケーシング
１１ 開口部
１２ 防塵ガラス
１３，１４ 保持枠
１５ 保持板
１６ 保持筒
１７，１８ 保持枠
１９ フランジ部
１９ａ，１９ｂ 取付孔
２０ 第１ハーフミラー（屈曲要素）
３０ 物体側テレセントリックレンズ光学系
３１ 鏡筒
Ｇ１ 第１レンズ
Ｇ２ 第２レンズ
Ｇ３ 第３レンズ
ＳＤ 開口絞り
４０ 第２ハーフミラー（光路分割要素）
５０ 大視野撮像レンズ光学系
５１ ユニットケース
５２ 撮像素子
Ｇ４ 第４レンズ
Ｇ５ 第５レンズ
Ｇ６ 第６レンズ
Ｇ７ 第７レンズ
Ｇ８ 第８レンズ
６０ 全反射ミラー（屈曲要素）
７０ 小視野撮像レンズ光学系
７１ ユニットケース
７２ 撮像素子
Ｇ９ 第９レンズ
Ｇ１０ 第９レンズ
Ｇ１１ 第１１レンズ
８０，９０ 光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ノズルによって吸着された電子部品等の被写体（物体）に光を照射し、撮像して得られた画像に基づいて電子部品等の位置や姿勢及び欠陥等を認識するための撮像装置に関し、特に、電子部品等の全体あるいは細部を撮像し得る複数の撮像レンズ光学系を含む撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、吸着ノズルに吸着された半導体チップや抵抗器等の電子部品を、プリント基板等に搬送して実装する表面実装機が知られている。このような表面実装機は、電子部品を撮像し、吸着ノズルと電子部品との間に生じた吸着時の位置ずれや姿勢の傾き等を検出するための撮像装置を備えている。
従来、この種の撮像装置としては、上方に電子部品等の被写体からの被写体光（物体光）を通す透明の防塵ガラスが配置されかつ内部に被写体光の光路を画定するケーシング、ケーシング内に配置されて被写体光を透過及び反射するハーフミラー、ハーフミラーを透過した被写体光を反射する全反射ミラー、ハーフミラーにより反射された被写体光を受光して細部を撮像する小視野用の撮像カメラ、全反射ミラーにより反射された被写体光を受光して全体を撮像する大視野用の撮像カメラ等を備え、小視野用の撮像カメラと大視野用の撮像カメラを切り替えることにより、電子部品の細部画像又は全体画像を撮像するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような撮像装置では、小視野用の撮像カメラと大視野用の撮像カメラがそれぞれ専用のレンズ光学系を含むものであるため、被写体光の主光線を光軸と平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系を採用する場合、それぞれの撮像カメラにおいてこの物体側テレセントリックレンズ光学系を採用する必要があり、部品点数が増大し、装置の大型化、複雑化、高コスト化等を招くという欠点があった。
また、２つの撮像カメラは、ケーシングに対して固定されており、予め選定された仕様以外の光学特性にて撮像を行うことは困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２４７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数の削減、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を図りつつ、電子部品等の被写体（物体）を全体に亘ってあるいは部分的に詳細に撮像することができ、特に電子部品等の実装工程において適用され得る撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、被写体光を複数の光路に分割してそれぞれの光路上で被写体を撮像する撮像装置であって、被写体光の主光線を光軸と平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系と、物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を複数の光路に分割する光路分割要素と、光路分割要素により分割された複数の光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系を含む、ことを特徴としている。
この構成によれば、被写体光は物体側テレセントリックレンズ光学系を通過した後、光路分割要素により複数の光路に分割され、それぞれの光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系によりそれぞれ撮像される。
すなわち、被写体が所定の撮像位置から変動しあるいは周辺領域を撮像する場合でも、物体側テレセントリックレンズ光学系により、被写体の変動あるいは撮像領域に影響されない高精度な画像を撮像することができ、又、複数の撮像レンズ光学系は、単一つの物体側テレセントリックレンズ光学系を共用するため、それぞれに物体側テレセントリックレンズ光学系を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成することができる。
【０００７】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系は、最も結像側において、所定の口径をなす開口絞りを含み、光路分割要素は、開口絞りよりも被写体側に配置されて物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を透過及び反射する、構成を採用することができる。
この構成によれば、物体側テレセントリンクレンズ光学系を通過した被写体光を、低コスト化を達成しつつ、二つの光路に容易に分割することができる。
【０００８】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系は、光路分割要素に向けて平行光束を出射し、光路分割要素は、平行光束を透過及び反射する、構成を採用することができる。
この構成によれば、物体側テレセントリックレンズ光学系から出射された被写体光が平行光束をなすため、光路分割要素の下流側に配置される撮像レンズ光学系として、光学特性の異なった種々の撮像レンズ光学系を適用することが可能になり、汎用性が向上する。
【０００９】
上記構成において、複数の撮像レンズ光学系は、被写体の狭い範囲を撮像する小視野撮像レンズ光学系と、被写体の広い範囲を撮像する大視野撮像レンズ光学系を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、被写体の細部を詳細に拡大して撮像する場合は、小視野撮像レンズ光学系を用いて撮像することができ、又、被写体の全体を撮像する場合は、大視野撮像レンズ光学系を用いて撮像することができる。すなわち、撮影モードに応じて、細部画像又は全体画像の一方のみを又は両方を同時に撮像することができる。
【００１０】
上記構成において、光路分割要素よりも結像側には、光路分割要素により反射された反射光を屈曲して小視野撮像レンズ系又は大視野撮像レンズ系に導く屈曲要素が配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、光路分割要素により反射された被写体光を屈曲要素により屈曲させて小視野撮像レンズ系又は大視野撮像レンズ系に導くことができるため、例えば、光路分割要素を透過した光路上に大視野撮像レンズ光学系を配置し、光路分割要素により反射されかつ屈曲要素により（例えば９０度）屈曲されて方向変換された光路上に小視野撮像レンズ光学系を配置することで、両方の撮像レンズ光学系を並べて配置することができ、全体として装置を小型化、薄型化することができる。
【００１１】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系及び光路分割要素又は屈曲要素を保持するケーシングを含み、複数の撮像レンズ光学系は、ケーシングに対して脱着可能にユニット化されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、複数の撮像レンズ光学系がケーシングに対して脱着自在にユニット化されているため、物体側テレセントリックレンズ光学系を共通にした状態で、撮影要求に応じて適宜所望の光学特性をなす撮像レンズ光学系に交換することができる。
【００１２】
上記構成において、物体側テレセントリックレンズ光学系よりも被写体側には、被写体光を屈曲して物体側テレセントリックレンズ光学系に導く屈曲要素が配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、例えば、上方から下方に向けて反射された被写体光を、屈曲要素で水平方向に方向変換して物体側テレセントリックレンズ光学系に導くようにすることで、装置の薄型化等を達成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成をなす撮像装置によれば、部品点数の削減、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成しつつ、電子部品等の被写体を全体に亘ってあるいは部分的に詳細に撮像することができ、特に電子部品等の実装工程において適用され得る撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１ないし図１２は、本発明に係る撮像装置の一実施の形態を示すものであり、図１は装置の内部を示す斜視断面図、図２は装置の平面図、図３は装置の断面図、図４は大視野撮像光学系を示す構成図、図５は小視野撮像光学系を示す構成図、図６は物体側テレセントリックレンズ光学系の部分拡大断面図、図７は大視野撮像レンズ光学系及び小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図、図８は大視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図、図９は小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図、図１０は大視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図、図１１は小視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図、図１２及び図１３は収差図である。
【００１５】
この撮像装置は、図１ないし図３に示すように、全体を覆うケーシング１０、屈折要素としての第１ハーフミラー２０、物体側テレセントリックレンズ光学系３０、光路分割要素としての第２ハーフミラー４０、第２ハーフミラー４０を透過した光路上に配置された大視野撮像レンズ光学系５０、第２ハーフミラー４０により反射された光路上に配置され被写体光を屈曲させる屈曲要素としての全反射ミラー６０、全反射ミラー６０に反射された被写体光の光路上に配置された小視野撮像レンズ光学系７０、第１ハーフミラー２０の上方に環状に配置された環状照明用の光源８０、第１ハーフミラー２０の下方に配置された同軸照明用の光源９０等を備えている。
そして、この撮像装置においては、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び大視野撮像レンズ光学系５０により、被写体ＯＢＪを広い範囲に亘って撮像する大視野撮像光学系が形成され、又、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び小視野撮像レンズ光学系７０により、被写体ＯＢＪの狭い範囲を部分的に拡大して詳細に撮像する小視野撮像光学系が形成されている。
【００１６】
ケーシング１０は、図１ないし図３に示すように、縦断面が略Ｌ字形状をなすように形成され、吸着ノズルＮにより保持されて所定の撮像位置に搬入されてきた被写体（電子部品）ＯＢＪから反射される被写体光を通す円形の開口部１１、開口部１１を覆う透明の防振ガラス１２、光源８０を保持する保持枠１３、第１ハーフミラー２０を保持する保持枠１４、光源９０を保持する保持板１５、物体側テレセントリックレンズ光学系３０を保持する保持筒１６、第２ハーフミラー４０を保持する保持枠１７、全反射ミラー６０を保持する保持枠１８、大視野撮像レンズ光学系５０を脱着自在に取り付ける取付孔１９ａ及び小視野撮像レンズ光学系７０を脱着自在に取り付ける取付孔１９ｂをもつフランジ部１９等を備えている。
【００１７】
第１ハーフミラー２０は、光を透過及び反射する作用をなすものであり、図１及び図３に示すように、被写体ＯＢＪにより下方に向けて発せられる被写体光を水平方向に屈曲させるように略４５度傾斜させた状態で保持枠１４に固定されている。
すなわち、上方から下方に向けて発せられた被写体光を水平方向に反射（方向変換）して物体側テレセントリックレンズ光学系３０に導くようになっている。
このように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０よりも被写体側において、被写体光を屈曲させる第１ハーフミラー２０（屈曲要素）を配置したことにより、上下方向に向かう被写体光を水平方向に導くことができ、装置の薄型化を達成することができる。また、第１ハーフミラー２０の背後（下方）に同軸照明用の光源９０を配置することができるため、全体として無駄なスペースを省き、装置を小型化することができる。
【００１８】
光源８０は、図１及び図３に示すように、開口部１１の下方近傍でかつ第１ハーフミラー２０の上方領域（被写体側寄り）おいて、３段に設けられた保持枠１３にそれぞれ環状に配列して固定された複数の発光ダイオードにより形成されており、被写体ＯＢＪに対して斜め方向から照明光を照射するようになっている。
光源９０は、図１及び図３に示すように、第１ハーフミラー２０の下方（背後）領域において、保持板１５上に面状に配列して固定された複数の発光ダイオード、発光ダイオードの光を拡散する拡散板等により形成されており、第１ハーフミラー２０を透過して上方に位置する被写体ＯＢＪに向けて照明光を照射するようになっている。
【００１９】
物体側テレセントリックレンズ光学系３０は、図１及び図５に示すように、鏡筒３１、鏡筒３１内に被写体側から結像面側に向けて順に配列された、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、第３レンズＧ３、後述するユニットケース５１，７１に設けられた所定口径をなす開口絞りＳＤにより形成されている。
ここで、第１レンズＧ１は、図３及び図４に示すように、被写体側及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第２レンズＧ２は、図３及び図４に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズである。
第３レンズＧ３は、図３及び図４に示すように、被写体側に平面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する平凹レンズである。
そして、３つのレンズＧ１，Ｇ２，Ｇ３を保持した鏡筒３１は、保持筒１６に嵌合されて光軸Ｌが水平になるように方向付けられている。
【００２０】
すなわち、物体側テレセントリックレンズ光学系３０に進入する被写体光は、図４及び図５に示すように、その主光線Ｌ１が光軸Ｌに対して平行になるように形成されている。
したがって、被写体ＯＢＪが所定の撮像位置から変動した場合あるいは周辺領域を撮像する際においても、これらの変動あるいは撮像領域に影響されない高精度な画像を撮像することができ、又、大視野撮像光学系及び小視野撮像光学系のために単一つの物体側テレセントリックレンズ光学系３０を共用するため、それぞれに物体側テレセントリックレンズ光学系を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成することができる。
【００２１】
また、物体側テレセントリックレンズ光学系３０は、第３レンズＧ３を通過した被写体光の光束が、図６に示すように、平行拘束として出射され第２ハーフミラー４０に導かれるように形成されている。
このように、平行光束として出射させることにより、光路分割要素としての第２ハーフミラー４０の配置が容易になり、又、第２ハーフミラー４０の下流側（結像面側）に配置される撮像レンズ光学系として、光学特性の異なった種々の撮像レンズ光学系を適用することが可能になり、汎用性が向上する。
【００２２】
第２ハーフミラー４０は、図１及び図３に示すように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の第３レンズＧ３よりも下流側（結像面側）で開口絞りＳＤよりも被写体側において、その水平な光軸Ｌ上に４５度に傾斜した状態に配置されて保持枠１７に固定されており、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の（第３レンズＧ３を通過した）出射光を、そのまま透過させて直進させる光路と、９０度下向きに反射して直進させる光路との二つの光路に分割するようになっている。
ここでは、光路分割要素として第２ハーフミラー４０を採用しているため、所定の透過率及び反射率を容易に選定することができ、又、狭いスペースにおいて簡単にケーシング１０内に取り付けて固定することができる。
【００２３】
大視野撮像レンズ光学系５０は、図３、図７及び図８に示すように、ケーシング１０のフランジ部１９に形成された取付孔１９ａに対して脱着自在に形成されたユニットケース５１、ユニットケース５１に内において被写体側から結像面側に向けて順に光軸Ｌ上に配列された、第４レンズＧ４、第５レンズＧ５、第６レンズＧ６、第７レンズＧ７、第８レンズＧ８、撮像素子５２等を備えている。
尚、ユニットケース５１には、第４レンズＧ４よりも被写体側において、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の一部をなす所定口径の開口絞りＳＤが設けられている。
【００２４】
ここで、第４レンズＧ４は、図８に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第５レンズＧ５は、図８に示すように、被写体側に凹面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する両凹レンズであり、第４レンズＧ４に接合されている。
第６レンズＧ６は、図８に示すように、被写体側に凹面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する両凹レンズである。
第７レンズＧ７は、図８に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズであり、第６レンズＧ６に接合されている。
第８レンズＧ８は、図８に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
撮像素子５２は、結像面Ｐを画定するエリアＣＣＤである。このように、撮像素子５２としてライン（線）ではなくエリア（面）にて撮像できるエリアＣＣＤを用いることにより、撮像時間を短縮することができ、この撮像装置を実装ライン等に適用した場合に、実装スピードを速くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００２５】
したがって、被写体ＯＢＪを大視野にて撮像する場合は、図４に示すように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び大視野撮像レンズ光学系５０からなる大視野撮像光学系により撮像される。すなわち、被写体ＯＢＪ→第１ハーフミラー２０（反射）→物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１→第２レンズＧ２→第３レンズＧ３）→第２ハーフミラー４０（透過）→開口絞りＳＤ→大視野撮像レンズ光学系５０（第４レンズＧ４→第５レンズＧ５→第６レンズＧ６→第７レンズＧ７→第８レンズＧ８→撮像素子５２）という光路を経て、大視野画像が撮像される。
【００２６】
また、大視野撮像レンズ光学系５０は、ユニット化されて、そのユニットケース５１がケーシング１０（の取付孔１９ａ）に対して脱着自在となっているため、物体側テレセントリックレンズ光学系３０（の第１レンズＧ１，第２レンズＧ２，第３レンズＧ３）を共通にした状態で、撮影要求に応じて適宜他の光学特性をなす撮像レンズ光学系に容易に交換することができる。
【００２７】
全反射ミラー６０は、図１及び図３に示すように、第２ハーフミラー４０よりも結像面側でかつ下方において、第２ハーフミラー４０と平行になるように４５度に傾斜した状態に配置されて保持枠１８に固定されており、第２ハーフミラー４０により下方に向けて反射された被写体光を、さらに水平方向に屈曲させて反射し、その下流側（結像面側）に位置する小視野撮像レンズ光学系７０に導くようになっている。
このように、屈曲要素として全反射ミラー６０を採用しているため、狭いスペースにおいて簡単にケーシング１０内に取り付けて固定することができ、又、第２ハーフミラー４０を透過した光路上に配置された大視野撮像レンズ光学系５０と、第２ハーフミラー４０により反射されかつ全反射ミラー６０により反射された光路上に配置された小視野撮像レンズ光学系７０を平行に並べて配置することができ、全反射ミラー６０を設けない場合に比べて、全体として装置を小型化、薄型化を達成することができる。
【００２８】
小視野撮像レンズ光学系７０は、図３、図７及び図９に示すように、ケーシング１０のフランジ部１９に形成された取付孔１９ｂに対して脱着自在に形成されたユニットケース７１、ユニットケース７１に内において被写体側から結像面側に向けて順に光軸Ｌ上に配列された、第９レンズＧ９、第１０レンズＧ１０、第１１レンズＧ１１、撮像素子７２等を備えている。
尚、ユニットケース７１には、第９レンズＧ９よりも被写体側において、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の一部をなす所定口径の開口絞りＳＤが設けられている。
【００２９】
ここで、第９レンズＧ９は、図９に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第１０レンズＧ１０は、図９に示すように、被写体側に凸面及び結像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する両凸レンズである。
第１１レンズＧ１１は、図９に示すように、被写体側に凹面及び結像面側に凹面を向けた負の屈折力を有する両凹レンズであり、第１０レンズＧ１０に接合されている。
撮像素子７２は、結像面Ｐを画定するエリアＣＣＤである。このように、撮像素子７２としてライン（線）ではなくエリア（面）にて撮像できるエリアＣＣＤを用いることにより、撮像時間を短縮することができ、この撮像装置を実装ライン等に適用した場合に、実装スピードを速くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００３０】
したがって、被写体ＯＢＪを小視野にて撮像する場合は、図５に示すように、物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び小視野撮像レンズ光学系７０からなる小視野撮像光学系により撮像される。すなわち、被写体ＯＢＪ→第１ハーフミラー２０（反射）→物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１→第２レンズＧ２→第３レンズＧ３）→第２ハーフミラー４０（反射）→全反射ミラー６０（反射）→開口絞りＳＤ→小視野撮像レンズ光学系７０（第９レンズＧ９→第１０レンズＧ１０→第１１レンズＧ１１→撮像素子７２）という光路を経て、小視野画像が撮像される。
【００３１】
上記のように、被写体ＯＢＪの広い範囲を撮像する場合は大視野撮像光学系（３０，５０）で撮像し、被写体ＯＢＪの狭い範囲を詳細に撮像する場合は小視野撮像光学系（３０，７０）で撮像することができ、これらの撮像動作は、モニターが一つの場合は必要に応じて適宜切替えて一方の画像のみを撮像してもよく、又、モニターが二つの場合は同時に大小の画像を撮像してもよい。
すなわち、上記撮像装置によれば、撮影光路上において、被写体側には単一の物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１，第２レンズＧ２，第３レンズＧ３）を配置し、その下流側には第２ハーフミラー４０を介して一つの光路を二つの光路に分割し、それぞれの光路を通して大視野画像と小視野画像を撮像することができるため、被写体ＯＢＪが所定の撮像位置から変動しても、大視野画像及び小視野画像を共に高精度な画像として撮像することができ、又、単一つの物体側テレセントリックレンズ光学系３０（第１レンズＧ１，第２レンズＧ２，第３レンズＧ３）を共用するため、それぞれに物体側テレセントリックレンズ光学系を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、構造の簡素化、装置の小型化、低コスト化等を達成することができる。
尚、上記構成においては、開口絞りＳＤをユニットケース５１，７１に設けた場合を示したが、ユニットケース５１，７１に設ける替わりに、ケーシング１０の一部に固定して設けてもよい。
【００３２】
次に、大視野撮像光学系（物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び大視野撮像レンズ光学系５０）の具体的な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）を示すと、以下の通りである。尚、図１０に示すように、第１レンズＧ１〜第８レンズＧ８において、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜１４）、各々の面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１４）、各々のレンズの屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜８）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜８）、光軸Ｌ上における距離（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１５）、各々のレンズの外径寸法をφｉ（ｉ＝１〜８）で表す。
【００３３】
＜仕様緒元＞
使用波長＝５２５ｎｍ、焦点距離＝１８２．２ｍｍ、撮像範囲＝φ９５ｍｍ、開口絞りＳＤ２の口径＝φ０．１９ｍｍ、明るさ（Ｆナンバー）＝７．０、共役長（被写体ＯＢＪ〜結像面Ｐ）＝３６９ｍｍ、レンズ全長＝１６９．５ｍｍ
第１レンズＧ１→φ１＝９０ｍｍ、Ｎ１＝１．７７２５、ν１＝４９．６
第２レンズＧ２→φ２＝８０ｍｍ、Ｎ２＝１．４８７４９、ν２＝７０．２
第３レンズＧ３→φ３＝６８ｍｍ、Ｎ３＝１．７８４７２、ν３＝２５．７
第４レンズＧ４→φ４＝１．６ｍｍ、Ｎ４＝１．７７２５、ν４＝４９．６
第５レンズＧ５→φ５＝２．０ｍｍ、Ｎ５＝１．５１６３３、ν５＝６４．１
第６レンズＧ６→φ６＝２．４ｍｍ、Ｎ６＝１．７８４７２、ν６＝２５．７
第７レンズＧ７→φ７＝３．２ｍｍ、Ｎ７＝１．６２００４、ν７＝３６．３
第８レンズＧ８→φ８＝５．２ｍｍ、Ｎ８＝１．６９６８、ν８＝５５．５
【００３４】
＜第１レンズＧ１〜第８レンズＧ８の曲率半径Ｒｉ（ｍｍ）＞
Ｒ１＝１９３．３４２５ｍｍ、Ｒ２＝−４０１．１５９２ｍｍ、Ｒ３＝６６．８９０１ｍｍ、Ｒ４＝２３１．４４７８ｍｍ、Ｒ５＝∞、Ｒ６＝１０５．５９１８ｍｍ、Ｒ７＝５．７５４８ｍｍ、Ｒ８＝−５．７５４８ｍｍ、Ｒ９＝５．７０９４ｍｍ、Ｒ１０＝−３．０４６２ｍｍ、Ｒ１１＝５．２６３２ｍｍ、Ｒ１２＝−４．３０３５ｍｍ、Ｒ１３＝２４．００４６ｍｍ、Ｒ１４＝−１１．０９８４ｍｍ
【００３５】
＜光軸上の面間隔（ｍｍ）＞
Ｄ１＝１９９．４５６０ｍｍ、Ｄ２＝１０．００００ｍｍ、Ｄ３＝１．００００ｍｍ、Ｄ４＝１６．００００ｍｍ、Ｄ５＝９．０４２９ｍｍ、Ｄ６＝３．００００ｍｍ、Ｄ７＝１１２．８７５８ｍｍ＋（開口絞りＳＤ）＋０．１９２６ｍｍ、Ｄ８＝１．００００ｍｍ、Ｄ９＝０．８０００ｍｍ、Ｄ１０＝１．５０００ｍｍ、Ｄ１１＝１．１０００ｍｍ、Ｄ１２＝２．００００ｍｍ、Ｄ１３＝０．５０００ｍｍ、Ｄ１４＝１．５０００ｍｍ、Ｄ１５＝８．９５７０ｍｍ
【００３６】
上記構成をなす大視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図は、図１２に示す結果となる。尚、図１２中の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００３７】
次に、小視野撮像光学系（物体側テレセントリックレンズ光学系３０及び小視野撮像レンズ光学系７０）の具体的な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）を示すと、以下の通りである。尚、図１１に示すように、第１レンズＧ１〜第３レンズＧ３、第９レンズＧ９〜第１１レンズＧ１１において、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜６，１５〜１９）、各々の面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜６，１５〜１９）、各々のレンズの屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜３，９〜１１）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜３，９〜１１）、光軸Ｌ上における距離（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜６，１６〜２１）、各々のレンズの外径寸法をφｉ（ｉ＝１〜３，９〜１１）で表す。
【００３８】
＜仕様緒元＞
使用波長＝５２５ｎｍ、焦点距離＝９１．７４ｍｍ、撮像範囲＝φ４０ｍｍ、開口絞りＳＤ３の口径＝φ４．０６ｍｍ、明るさ（Ｆナンバー）＝７．０、共役長（被写体ＯＢＪ〜結像面Ｐ）＝４０１．４５ｍｍ、レンズ全長＝２０２ｍｍ
【００３９】
第１レンズＧ１→φ１＝９０ｍｍ、Ｎ１＝１．７７２５、ν１＝４９．６
第２レンズＧ２→φ２＝８０ｍｍ、Ｎ２＝１．４８７４９、ν２＝７０．２
第３レンズＧ３→φ３＝６８ｍｍ、Ｎ３＝１．７８４７２、ν３＝２５．７
第９レンズＧ９→φ９＝１０ｍｍ、Ｎ９＝１．８４６６６、ν９＝２３．８
第１０レンズＧ１０→φ１０＝９ｍｍ、Ｎ１０＝１．４８７４９、ν１０＝７０．２
第１１レンズＧ１１→φ１１＝８ｍｍ、Ｎ１１＝１．８４６６６、ν１１＝２３．８
【００４０】
＜第１レンズＧ１〜第３レンズＧ３、第９レンズＧ９〜第１１レンズＧ１１の曲率半径Ｒｉ（ｍｍ）＞
Ｒ１＝１９３．３４２５ｍｍ、Ｒ２＝−４０１．１５９２ｍｍ、Ｒ３＝６６．８９０１ｍｍ、Ｒ４＝２３１．４４７８ｍｍ、Ｒ５＝∞、Ｒ６＝１０５．５９１８ｍｍ、Ｒ１５＝３９．５４７７ｍｍ、Ｒ１６＝−２８．９１４１ｍｍ、Ｒ１７＝８．３９２４ｍｍ、Ｒ１８＝−４６．２０５９ｍｍ、Ｒ１９＝８．３８９８ｍｍ
【００４１】
＜光軸上の面間隔（ｍｍ）＞
Ｄ１＝１９９．４５６０ｍｍ、Ｄ２＝１０．００００ｍｍ、Ｄ３＝１．００００ｍｍ、Ｄ４＝１６．００００ｍｍ、Ｄ５＝９．０４２９ｍｍ、Ｄ６＝３．００００ｍｍ、Ｄ１６＝１１２．８７５８ｍｍ＋（開口絞りＳＤ）＋０．１９２６ｍｍ、Ｄ１７＝４．００００ｍｍ、Ｄ１８＝１．０６４０ｍｍ、Ｄ１９＝２．８０００ｍｍ、Ｄ２０＝２．００００ｍｍ、Ｄ２１＝１７．１５４０ｍｍ
【００４２】
上記構成をなす小視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図は、図１３に示す結果となる。尚、図１３中の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００４３】
上記実施形態においては、光路分割要素として、透過する光路と反射する光路とに二分割する第２ハーフミラー４０を示し、かつ、複数の撮像レンズ光学系として大視野撮像レンズ光学系５０及び小視野撮像レンズ光学系７０の２つを示したが、これに限定されるものではなく、その他複数の光路に分割する光路分割要素を採用し、かつ、２つ以外の複数の撮像レンズ光学系を適用してもよい。
上記実施形態においては、第２ハーフミラー４０により反射された被写体光をさらに反射する全反射ミラー６０を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、全反射ミラー６０を廃止して、第２ハーフミラー４０により反射された光路上に小視野撮像レンズ光学系７０を配置してもよい。
【００４４】
上記実施形態においては、第２ハーフミラー４０を透過した被写体光の光路上に大視野撮像レンズ光学系５０を配置し、第２ハーフミラー４０により反射された被写体光の光路上に小視野撮像レンズ光学系７０を配置した場合を示したが、これに限定されるものではなく、大視野撮像レンズ系５０と小視野撮像レンズ系７０を入れ替えて配置してもよい。
上記実施形態においては、物体側テレセントリックレンズ光学系３０の上流側（被写体側）に第１ハーフミラー２０を配置した場合を示したが、これに限定されるものではなく、光源９０を他の手法により配置できれば第１ハーフミラー２０を廃止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すものであり、装置の内部を示す斜視断面図である。
【図２】図１に示す撮像装置の平面図である。
【図３】図１に示す撮像装置の断面図である。
【図４】撮像装置に含まれる大視野撮像光学系を示す構成図である。
【図５】撮像装置に含まれる小視野撮像光学系を示す構成図である。
【図６】撮像装置に含まれる物体側テレセントリックレンズ光学系の部分拡大断面図である。
【図７】撮像装置に含まれる大視野撮像レンズ光学系及び小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図である。
【図８】大視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図である。
【図９】小視野撮像レンズ光学系を示す部分断面図である。
【図１０】大視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図である。
【図１１】小視野撮像光学系のレンズ構成を示す構成図である。
【図１２】大視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
【図１３】小視野撮像光学系における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ ケーシング
１１ 開口部
１２ 防塵ガラス
１３，１４ 保持枠
１５ 保持板
１６ 保持筒
１７，１８ 保持枠
１９ フランジ部
１９ａ，１９ｂ 取付孔
２０ 第１ハーフミラー（屈曲要素）
３０ 物体側テレセントリックレンズ光学系
３１ 鏡筒
Ｇ１ 第１レンズ
Ｇ２ 第２レンズ
Ｇ３ 第３レンズ
ＳＤ 開口絞り
４０ 第２ハーフミラー（光路分割要素）
５０ 大視野撮像レンズ光学系
５１ ユニットケース
５２ 撮像素子
Ｇ４ 第４レンズ
Ｇ５ 第５レンズ
Ｇ６ 第６レンズ
Ｇ７ 第７レンズ
Ｇ８ 第８レンズ
６０ 全反射ミラー（屈曲要素）
７０ 小視野撮像レンズ光学系
７１ ユニットケース
７２ 撮像素子
Ｇ９ 第９レンズ
Ｇ１０ 第９レンズ
Ｇ１１ 第１１レンズ
８０，９０ 光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を複数の光路に分割してそれぞれの光路上で前記被写体を撮像する撮像装置であって、
前記被写体光の主光線を光軸と平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系と、
前記物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を複数の光路に分割する光路分割要素と、
前記光路分割要素により分割された複数の光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系は、最も結像側において、所定の口径をなす開口絞りを含み、
前記光路分割要素は、前記開口絞りよりも被写体側に配置されて前記物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を透過及び反射する、
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系は、前記光路分割要素に向けて平行光束を出射し、
前記光路分割要素は、平行光束を透過及び反射する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の撮像レンズ光学系は、被写体の狭い範囲を撮像する小視野撮像レンズ光学系と、被写体の広い範囲を撮像する大視野撮像レンズ光学系を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光路分割要素よりも結像側には、前記光路分割要素により反射された反射光を屈曲して前記小視野撮像レンズ系又は大視野撮像レンズ系に導く屈曲要素が配置されている、
ことを特徴とする請求項２ないし４いずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系及び光路分割要素又は屈曲要素を保持するケーシングを含み、
前記複数の撮像レンズ光学系は、前記ケーシングに対して脱着可能にユニット化されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系よりも被写体側には、被写体光を屈曲して前記物体側テレセントリックレンズ光学系に導く屈曲要素が配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の撮像装置。
【請求項１】
被写体光を複数の光路に分割してそれぞれの光路上で前記被写体を撮像する撮像装置であって、
前記被写体光の主光線を光軸と平行に導く物体側テレセントリックレンズ光学系と、
前記物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を複数の光路に分割する光路分割要素と、
前記光路分割要素により分割された複数の光路上に配置された複数の撮像レンズ光学系と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系は、最も結像側において、所定の口径をなす開口絞りを含み、
前記光路分割要素は、前記開口絞りよりも被写体側に配置されて前記物体側テレセントリックレンズ光学系の出射光を透過及び反射する、
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系は、前記光路分割要素に向けて平行光束を出射し、
前記光路分割要素は、平行光束を透過及び反射する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の撮像レンズ光学系は、被写体の狭い範囲を撮像する小視野撮像レンズ光学系と、被写体の広い範囲を撮像する大視野撮像レンズ光学系を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光路分割要素よりも結像側には、前記光路分割要素により反射された反射光を屈曲して前記小視野撮像レンズ系又は大視野撮像レンズ系に導く屈曲要素が配置されている、
ことを特徴とする請求項２ないし４いずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系及び光路分割要素又は屈曲要素を保持するケーシングを含み、
前記複数の撮像レンズ光学系は、前記ケーシングに対して脱着可能にユニット化されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記物体側テレセントリックレンズ光学系よりも被写体側には、被写体光を屈曲して前記物体側テレセントリックレンズ光学系に導く屈曲要素が配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２９４３１７（Ｐ２００８−２９４３１７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３９９２８（Ｐ２００７−１３９９２８）
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（０００００１２２５）日本電産コパル株式会社 (755)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（０００００１２２５）日本電産コパル株式会社 (755)
【Ｆターム（参考）】
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