JP2008294317A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention is directed to imaging for recognizing the position, orientation, defects, and the like of an electronic component based on an image obtained by irradiating a subject (object) such as an electronic component sucked by a suction nozzle with light. More particularly, the present invention relates to an image pickup apparatus including a plurality of image pickup lens optical systems capable of picking up images of all or details of electronic components and the like.
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)。
In general, a surface mounter is known that transports and mounts electronic components such as semiconductor chips and resistors adsorbed by an adsorption nozzle onto a printed circuit board or the like. Such a surface mounter includes an image pickup device for picking up an image of an electronic component and detecting a positional deviation or an inclination of a posture at the time of suction generated between the suction nozzle and the electronic component.
Conventionally, as this type of imaging apparatus, a transparent dustproof glass that passes subject light (object light) from a subject such as an electronic component is disposed above and a casing that demarcates the optical path of the subject light is disposed inside the casing. A half mirror that transmits and reflects the subject light, a total reflection mirror that reflects the subject light that has passed through the half mirror, a small-field imaging camera that receives the subject light reflected by the half mirror and captures details. It is equipped with an imaging camera for a large field of view that receives the subject light reflected by the reflecting mirror and captures the entire image, and by switching between an imaging camera for a small field of view and an imaging camera for a large field of view, An apparatus that captures an entire image is known (for example, see Patent Document 1).
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。
However, in such an imaging apparatus, since the imaging camera for the small field of view and the imaging camera for the large field of view each include a dedicated lens optical system, the object side telecentric lens that guides the principal ray of the subject light in parallel with the optical axis When using an optical system, it is necessary to use this object-side telecentric lens optical system in each imaging camera, which increases the number of parts, leading to an increase in the size, complexity, and cost of the apparatus. It was.
Further, the two imaging cameras are fixed with respect to the casing, and it is difficult to perform imaging with optical characteristics other than the preselected specifications.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to reduce the number of components, simplify the structure, reduce the size of the device, reduce the cost, etc. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can image a subject (object) in detail over the whole or a part thereof and that can be applied particularly in a mounting process of an electronic component or the like.
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。
An imaging apparatus according to the present invention is an imaging apparatus that divides subject light into a plurality of optical paths and images the subject on each of the optical paths, and is an object-side telecentric lens optical system that guides the principal ray of the subject light parallel to the optical axis And an optical path dividing element that divides the outgoing light of the object side telecentric lens optical system into a plurality of optical paths, and a plurality of imaging lens optical systems arranged on the plurality of optical paths divided by the optical path dividing element. It is said.
According to this configuration, the subject light passes through the object-side telecentric lens optical system, is then divided into a plurality of optical paths by the optical path dividing element, and is imaged by the plurality of imaging lens optical systems disposed on the respective optical paths. .
That is, even when the subject fluctuates from a predetermined imaging position or images a peripheral region, the object-side telecentric lens optical system can capture a highly accurate image that is not affected by the subject variation or the imaging region, Since multiple imaging lens optical systems share a single object-side telecentric lens optical system, the number of parts can be reduced compared to the case where each object-side telecentric lens optical system is provided, the structure is simplified, and the device is compact. And cost reduction can be achieved.
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。
In the above configuration, the object-side telecentric lens optical system includes an aperture stop having a predetermined aperture on the most imaging side, and the optical path splitting element is disposed closer to the subject side than the aperture stop, and the object-side telecentric lens optical system A configuration that transmits and reflects outgoing light can be employed.
According to this configuration, the subject light that has passed through the object-side telecentric lens optical system can be easily divided into two optical paths while achieving cost reduction.
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。
In the above configuration, the object-side telecentric lens optical system can employ a configuration in which a parallel light beam is emitted toward the optical path dividing element, and the optical path dividing element transmits and reflects the parallel light beam.
According to this configuration, since the subject light emitted from the object side telecentric lens optical system forms a parallel light beam, various imaging lenses having different optical characteristics can be used as the imaging lens optical system disposed on the downstream side of the optical path dividing element. An optical system can be applied, and versatility is improved.
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。
In the above configuration, the plurality of imaging lens optical systems may include a small-field imaging lens optical system that captures a narrow range of the subject and a large-field imaging lens optical system that captures a wide range of the subject. .
According to this configuration, when the details of the subject are enlarged in detail, the small-field imaging lens optical system can be used for imaging, and when the entire subject is imaged, the large-field imaging lens. Imaging can be performed using an optical system. In other words, depending on the shooting mode, only one or both of the detail image and the entire image can be captured simultaneously.
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。
In the above configuration, a bending element that bends the reflected light reflected by the optical path dividing element and guides it to the small-field imaging lens system or the large-field imaging lens system is disposed on the imaging side of the optical path dividing element. Can be adopted.
According to this configuration, since the subject light reflected by the optical path dividing element can be bent by the bending element and guided to the small-field imaging lens system or the large-field imaging lens system, for example, on the optical path transmitted through the optical path dividing element By arranging the large-field imaging lens optical system in the optical path, and by arranging the small-field imaging lens optical system on the optical path reflected by the optical path dividing element and bent by the bending element (for example, 90 degrees), the direction is changed. The imaging lens optical system can be arranged side by side, and the apparatus can be reduced in size and thickness as a whole.
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。
The above configuration adopts a configuration including an object-side telecentric lens optical system and a casing that holds an optical path dividing element or a bending element, and the plurality of imaging lens optical systems are unitized so as to be detachable from the casing. Can do.
According to this configuration, since a plurality of imaging lens optical systems are unitized so as to be detachable from the casing, desired optical characteristics can be appropriately selected according to photographing requirements in a state where the object side telecentric lens optical system is shared. It can be exchanged for an imaging lens optical system.
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。
In the above configuration, it is possible to employ a configuration in which a bending element that bends subject light and guides it to the object side telecentric lens optical system is disposed closer to the subject side than the object side telecentric lens optical system.
According to this configuration, for example, the subject light reflected from the upper side to the lower side is changed in the horizontal direction by the bending element and guided to the object-side telecentric lens optical system, thereby reducing the thickness of the apparatus. Can be achieved.
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。 According to the imaging apparatus having the above-described configuration, a subject such as an electronic component is entirely or partially detailed while achieving reduction in the number of parts, simplification of the structure, miniaturization of the apparatus, cost reduction, and the like. It is possible to obtain an image pickup apparatus that can take an image and can be applied particularly in a mounting process of an electronic component or the like.
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。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 12 show an embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a perspective sectional view showing the inside of the apparatus, FIG. 2 is a plan view of the apparatus, and FIG. 3 is a sectional view of the apparatus. 4 is a block diagram showing a large-field imaging optical system, FIG. 5 is a block diagram showing a small-field imaging optical system, FIG. 6 is a partially enlarged sectional view of an object-side telecentric lens optical system, and FIG. FIG. 8 is a partial sectional view showing a large-field imaging lens optical system, FIG. 9 is a partial sectional view showing a small-field imaging lens optical system, and FIG. 10 is a large field-of-view. FIG. 11 is a structural diagram showing the lens configuration of the small-field imaging optical system, and FIGS. 12 and 13 are aberration diagrams.
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。
As shown in FIGS. 1 to 3, the imaging device includes a
In this imaging apparatus, the object-side telecentric lens
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。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
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。
The
That is, the subject light emitted from the upper side to the lower side is reflected in the horizontal direction (direction change) and guided to the object-side telecentric lens
As described above, by arranging the first half mirror 20 (bending element) that bends the subject light on the subject side of the object side telecentric lens
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。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
As shown in FIGS. 1 and 3, the
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。
As shown in FIGS. 1 and 5, the object-side telecentric lens
Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the first lens G <b> 1 is a biconvex lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side and the imaging surface side.
As shown in FIGS. 3 and 4, the second lens G2 is a meniscus lens having a positive refractive power with a convex surface on the subject side and a concave surface on the imaging surface side.
As shown in FIGS. 3 and 4, the third lens G <b> 3 is a plano-concave lens having a negative refractive power with a plane facing the subject and a concave surface facing the imaging surface.
The
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。
That is, the subject light entering the object-side telecentric lens
Therefore, even when the subject OBJ fluctuates from a predetermined imaging position or when a peripheral area is imaged, a highly accurate image that is not affected by these fluctuations or the imaging area can be captured, and a large-field imaging optical system In addition, since the single object-side telecentric lens
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。
Further, the object side telecentric lens
Thus, by emitting as a parallel light flux, the arrangement of the
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。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
Here, since the
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。
As shown in FIGS. 3, 7 and 8, the large-field imaging lens
The
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。
Here, as shown in FIG. 8, the fourth lens G4 is a biconvex lens having a positive refractive power with a convex surface facing the subject and a convex surface facing the imaging surface.
As shown in FIG. 8, the fifth lens G5 is a biconcave lens having negative refractive power with a concave surface on the subject side and a concave surface on the imaging surface side, and is joined to the fourth lens G4.
As shown in FIG. 8, the sixth lens G6 is a biconcave lens having negative refractive power with a concave surface on the subject side and a concave surface on the imaging surface side.
As shown in FIG. 8, the seventh lens G7 is a biconvex lens having a positive refractive power with a convex surface on the subject side and a convex surface on the imaging surface side, and is joined to the sixth lens G6.
As shown in FIG. 8, the eighth lens G8 is a biconvex lens having a positive refractive power with a convex surface facing the subject and a convex surface facing the imaging surface.
The
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。
Therefore, when the subject OBJ is imaged with a large field of view, the image is captured by the large field imaging optical system including the object side telecentric lens
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。
Further, since the large-field imaging lens
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。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
As described above, since the
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。
As shown in FIGS. 3, 7 and 9, the small-field imaging lens
The
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。
Here, as shown in FIG. 9, the ninth lens G9 is a biconvex lens having a positive refractive power with a convex surface on the subject side and a convex surface on the imaging surface side.
As shown in FIG. 9, the tenth lens G10 is a biconvex lens having a positive refractive power with a convex surface facing the subject and a convex surface facing the imaging surface.
As shown in FIG. 9, the eleventh lens G11 is a biconcave lens having negative refractive power with a concave surface on the subject side and a concave surface on the imaging surface side, and is joined to the tenth lens G10.
The
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。
Therefore, when the subject OBJ is imaged with a small field of view, as shown in FIG. 5, the object OBJ is imaged with a small field imaging optical system including the object side telecentric lens
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。
As described above, when imaging a wide range of the subject OBJ, the large-field imaging optical system (30, 50) is used. When imaging a narrow range of the subject OBJ in detail, the small-field imaging optical system (30, 70) is used. These imaging operations may be switched as needed when there is a single monitor, and only one image may be taken. If there are two monitors, large and small images can be taken simultaneously. May be imaged.
That is, according to the imaging apparatus, on the subject optical path, the single object-side telecentric lens optical system 30 (the first lens G1, the second lens G2, and the third lens G3) is disposed on the subject side, and downstream thereof. On the side, one optical path can be divided into two optical paths via the
Although the case where the aperture stop SD is provided in the
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。
Next, specific specifications and various numerical data (setting values) of the large-field imaging optical system (the object-side telecentric lens
<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
<Specification specifications>
Working wavelength = 525 nm, focal length = 182.2 mm, imaging range = φ95 mm, aperture stop SD2 aperture = φ0.19 mm, brightness (F number) = 7.0, conjugate length (subject OBJ to imaging plane P) = 369 mm, total lens length = 169.5 mm
First lens G1 → φ1 = 90 mm, N1 = 1.7725, ν1 = 49.6
Second lens G2 → φ2 = 80 mm, N2 = 1.48749, ν2 = 70.2
Third lens G3 → φ3 = 68 mm, N3 = 1.78472, ν3 = 25.7
Fourth lens G4 → φ4 = 1.6 mm, N4 = 1.7725, ν4 = 49.6
5th lens G5 → φ5 = 2.0 mm, N5 = 1.51633, ν5 = 64.1
6th lens G6 → φ6 = 2.4 mm, N6 = 1.78472, ν6 = 25.7
7th lens G7 → φ7 = 3.2 mm, N7 = 1.62004, ν7 = 36.3
Eighth lens G8 → φ8 = 5.2 mm, N8 = 1.6968, ν8 = 55.5
<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
<Curvature radius Ri (mm) of first lens G1 to eighth lens G8>
R1 = 193.425 mm, R2 = −401.1592 mm, R3 = 66.8901 mm, R4 = 231.478 mm, R5 = ∞, R6 = 105.5918 mm, R7 = 5.7548 mm, R8 = −5.7548 mm, R9 = 5.7094 mm, R10 = −3.0462 mm, R11 = 5.2632 mm, R12 = −4.3035 mm, R13 = 24.0046 mm, R14 = −11.0984 mm
<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
<Surface spacing on the optical axis (mm)>
D1 = 199.4560 mm, D2 = 10.0000 mm, D3 = 1.0000 mm, D4 = 16.0000 mm, D5 = 9.0429 mm, D6 = 3.0000 mm, D7 = 112.8758 mm + (aperture stop SD) + 0.1926 mm, D8 = 1.0000 mm, D9 = 0.8000 mm, D10 = 1.5000 mm, D11 = 1.1000 mm, D12 = 2.0000 mm, D13 = 0.5000 mm, D14 = 1.5000 mm, D15 = 8.9570 mm
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。 Aberration diagrams showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the large-field imaging optical system configured as described above are the results shown in FIG. In the astigmatism in FIG. 12, S represents the aberration on the sagittal plane, and M represents the aberration on the meridional plane.
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。
Next, specific specification specifications and various numerical data (setting values) of the small-field imaging optical system (the object-side telecentric lens
<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
<Specification specifications>
Use wavelength = 525 nm, focal length = 91.74 mm, imaging range = φ40 mm, aperture diameter of the aperture stop SD3 = φ4.06 mm, brightness (F number) = 7.0, conjugate length (subject OBJ to imaging plane P) = 401.45 mm, total lens length = 202 mm
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
First lens G1 → φ1 = 90 mm, N1 = 1.7725, ν1 = 49.6
Second lens G2 → φ2 = 80 mm, N2 = 1.48749, ν2 = 70.2
Third lens G3 → φ3 = 68 mm, N3 = 1.78472, ν3 = 25.7
9th lens G9 → φ9 = 10 mm, N9 = 1.84666, ν9 = 23.8
10th lens G10 → φ10 = 9 mm, N10 = 1.48749, ν10 = 70.2
Eleventh lens G11 → φ11 = 8 mm, N11 = 1.84666, ν11 = 23.8
<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
<Curvature radii Ri (mm) of the first lens G1 to the third lens G3 and the ninth lens G9 to the eleventh lens G11>
R1 = 193.425 mm, R2 = −401.1592 mm, R3 = 66.8901 mm, R4 = 231.478 mm, R5 = ∞, R6 = 105.5918 mm, R15 = 39.5477 mm, R16 = −288.9141 mm, R17 = 8.3924 mm, R18 = −46.2059 mm, R19 = 8.3898 mm
<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
<Surface spacing on the optical axis (mm)>
D1 = 199.4560 mm, D2 = 10.0000 mm, D3 = 1.0000 mm, D4 = 16.0000 mm, D5 = 9.0429 mm, D6 = 3.0000 mm, D16 = 112.8758 mm + (aperture stop SD) + 0.1926 mm, D17 = 4.0000 mm, D18 = 1.0640 mm, D19 = 2.8000 mm, D20 = 2.0000 mm, D21 = 17.1540 mm
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。 Aberration diagrams showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the small-field imaging optical system configured as described above are the results shown in FIG. In the astigmatism in FIG. 13, S represents the aberration on the sagittal plane, and M represents the aberration on the meridional plane.
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。
In the above-described embodiment, the
In the above-described embodiment, the case where the
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。
In the above-described embodiment, the large-field imaging lens
In the above-described embodiment, the case where the
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
DESCRIPTION OF
30 Object-side telecentric lens
50 Large-field imaging lens
70 Small-field imaging lens
Claims (7)
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。 An imaging apparatus that divides subject light into a plurality of optical paths and images the subject on each optical path,
An object side telecentric lens optical system for guiding the principal ray of the subject light in parallel with the optical axis;
An optical path splitting element that splits outgoing light of the object side telecentric lens optical system into a plurality of optical paths;
A plurality of imaging lens optical systems disposed on a plurality of optical paths divided by the optical path dividing element;
An imaging apparatus comprising:
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。 The object-side telecentric lens optical system includes an aperture stop having a predetermined aperture on the most imaging side,
The optical path splitting element is disposed closer to the subject than the aperture stop and transmits and reflects the emitted light of the object side telecentric lens optical system;
The imaging apparatus according to claim 1.
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。 The object side telecentric lens optical system emits a parallel light beam toward the optical path dividing element,
The optical path splitting element transmits and reflects parallel light flux;
The imaging apparatus according to claim 1 or 2, wherein
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。 The plurality of imaging lens optical systems include a small-field imaging lens optical system that images a narrow range of a subject and a large-field imaging lens optical system that images a wide range of the subject.
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is an image pickup apparatus.
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。 A bending element that bends the reflected light reflected by the optical path dividing element and guides it to the small-field imaging lens system or the large-field imaging lens system is disposed closer to the imaging side than the optical path dividing element.
The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the image pickup apparatus is an image pickup apparatus.
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。 A casing for holding the object side telecentric lens optical system and an optical path dividing element or a bending element;
The plurality of imaging lens optical systems are unitized so as to be detachable from the casing.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein
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。
A bending element that bends subject light and guides it to the object side telecentric lens optical system is disposed closer to the subject than the object side telecentric lens optical system.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
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