JP2019070741A - Scheimpflug optical system, tilt mechanism unit, image capturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体や電子回路基板、液晶などの製造に用いる製造装置やそれらの検査装置において画像の取り込みに用いるシャインプルーフ光学系およびそのチルト機構ユニット並びに画像取込装置に関する。 The present invention relates to a shine-proof optical system used for capturing an image in a manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor, an electronic circuit board, liquid crystal, etc., and an inspection apparatus thereof, a tilt mechanism unit thereof, and an image capturing apparatus.
近年、半導体や電子回路基板、液晶などの製造に用いる製造装置やそれらの検査装置において、画像取込に使用するカメラのイメージサイズの大型化と高精細化に伴い広い撮像エリアを一度で取込む事が可能となった。その場合、当然カメラに用いるレンズも低倍率となり、それに伴いレンズの外径と全長も大きくなり、それに比例して被写体までの作動距離も長くなる。従って、このようなカメラを用いる装置の天面まで十分なスペースが必要となり、その結果装置全体が大きくなってしまう問題が生じている。 In recent years, in manufacturing devices used for manufacturing semiconductors, electronic circuit boards, liquid crystals, etc., and inspection devices therefor, a wide imaging area is captured at one time as the image size of a camera used for image capturing increases and the resolution increases. Things became possible. In that case, as a matter of course, the lens used for the camera also has a low magnification, and accordingly the outer diameter and the total length of the lens increase, and the working distance to the subject also increases in proportion thereto. Therefore, a sufficient space is required to the top surface of an apparatus using such a camera, resulting in a problem that the entire apparatus becomes large.
また、被写体の画像を取り込むときに位置的な制約があると、被写体の中央で垂直の位置から撮像できない場合がある。この場合、カメラで斜め方向から撮像すると、被写体画像は撮像できるが、得られた画像は中央部のみピントが合っており、手前側と奥側のピントがずれてしまう。この問題を解決するために、図1、図2を参照して後述するシャインプルーフの原理又は法則を応用したアオリ機構付レンズが知られている(例えば、特許文献1参照)。これは従来からフィルムを使った一般用カメラのジャバラ機構付きレンズで応用されている技術である。 In addition, when there is positional restriction when capturing an image of a subject, it may not be possible to capture an image from the vertical position at the center of the subject. In this case, when the camera captures an image from an oblique direction, the subject image can be captured, but the obtained image is focused only at the central portion, and the front and back sides are out of focus. In order to solve this problem, there is known a lens with an Aori mechanism to which the principle or rule of the Shine proof described later with reference to FIGS. 1 and 2 is applied (see, for example, Patent Document 1). This is a technology conventionally applied to a lens with a bellows mechanism of a general camera using a film.
例えば、特許文献1に記載されているようにアオリを行うには、結像レンズと撮像素子との間にチルト機構を挿入する必要がある。この点で、この種の画像取込装置として広く利用されているCマウントレンズの規格では、フランジバック(レンズのマウント面から撮像素子までの距離)が17.526mmと短いため、結像レンズと撮像素子との間にチルト機構を挿入できなかった。
For example, in order to tilt as described in
チルト機構を結像レンズと撮像素子との間に挿入するために、フランジバックの長い結像レンズを用いることも考えられる。その場合、市販されているフランジバックの長いレンズである一般民製品の35mmデジタルカメラ用交換レンズなどを使用することができる。これらのレンズはフランジバックが例えば46.5mmと長いため、物理的にチルト機構を結像レンズと撮像素子との間に装着する事は可能である。しかしながら、結像レンズそのものが大きくなるため、チルト機構を利用して斜めに配置しても全体的に大きくなってしまい、元々の主旨であるレンズを用いた画像取込装置を備える製造装置や検査装置のコンパクト化を達成することはできなかった。 It is also conceivable to use a long flange back imaging lens to insert the tilt mechanism between the imaging lens and the imaging device. In that case, it is possible to use a 35 mm digital camera interchangeable lens for ordinary household products which is a lens with a long flange back that is commercially available. Since these lenses have a long flange back, for example, 46.5 mm, it is possible to physically mount a tilt mechanism between the imaging lens and the imaging device. However, since the image forming lens itself becomes large, it becomes large as a whole even when disposed obliquely using the tilt mechanism, and a manufacturing apparatus or an inspection provided with an image capturing device using a lens that is originally intended It has not been possible to achieve compactness of the device.
本発明の目的は、上述した問題を解消して、Cマウント規格のレンズとカメラを用いてアオリを実現することができ、Cマウントレンズを装着したカメラとともに画像取込装置として組み込んだ場合、それを用いる製造装置や検査装置をコンパクトに構成することができるシャインプルーフ光学系およびそれを用いた画像取込装置を提供しようとするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to realize tilt using a lens of C mount standard and a camera, when incorporated as an image capture device together with a camera equipped with a C mount lens SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Shine proof optical system and an image capturing apparatus using the same, which can be compactly configured as a manufacturing apparatus and an inspection apparatus.
従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために、発明者らは、以下に述べる新規なシャインプルーフ光学系を開発するに到った。即ち、本発明は、結像レンズと、当該結像レンズを被写体に対し斜め方向に配置するチルト機構と、カメラに装着するための所定規格のマウント部と、を備えるシャインプルーフ光学系であって、カメラに装着した状態で、結像レンズのバックフォーカス距離を変化するリアコンバータレンズを、前記チルト機構と前記カメラの撮像素子との間に配置したことを特徴とするシャインプルーフ光学系である。 In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and to achieve the above-mentioned purpose, the inventors have developed a novel shine proof optical system described below. That is, the present invention is a shine-proof optical system including an imaging lens, a tilt mechanism for disposing the imaging lens in an oblique direction with respect to a subject, and a mount unit of a predetermined standard for mounting on a camera. According to another aspect of the present invention, there is provided a shine-proof optical system in which a rear converter lens that changes a back focus distance of an imaging lens in a state of being mounted on a camera is disposed between the tilt mechanism and an imaging element of the camera.
なお、前記のように構成される本発明に係るシャインプルーフ光学系においては、前記所定規格が、CマウントまたはCSマウントであること、がより好ましい解決手段となるものと考えられる。 In the shine-proof optical system according to the present invention configured as described above, it is considered that a preferable solution is that the predetermined standard is a C mount or a CS mount.
また、本発明は、上述したシャインプルーフ光学系をカメラに装着した画像取込部を有することを特徴とする画像取込装置である。 Further, according to the present invention, there is provided an image capturing apparatus having an image capturing unit in which the above-mentioned shine proof optical system is mounted on a camera.
さらに本発明は、所定規格の結像レンズとカメラとの間に装着してシャインプルーフ光学系を構成するためのチルト機構ユニットにおいて、前記結像レンズを装着するためのレンズマウント部と、前記結像レンズを被写体に対し斜め方向に配置するチルト機構と、前記レンズマウント部に対応する構成を有するカメラマウント部と、前記チルト機構ユニットの光軸距離分だけ前記結像レンズのバックフォーカス距離を伸ばすコンバータレンズと具えることを特徴とするチルト機構ユニットに関する。 Further, according to the present invention, in a tilt mechanism unit mounted between an image forming lens of a predetermined standard and a camera to constitute a shineproof optical system, a lens mount unit for mounting the image forming lens, and the connecting member. A back focus distance of the imaging lens is extended by an optical axis distance of the tilt mechanism unit, which has a tilt mechanism for disposing an image lens in an oblique direction with respect to a subject, a camera mount having a configuration corresponding to the lens mount, The present invention relates to a tilt mechanism unit characterized by comprising a converter lens.
本発明のシャインプルーフ光学系によれば、リアコンバータレンズを用いて結像レンズのバックフォーカス距離を長くすることで、CマウントレンズまたはCSマウントレンズの規格に合わせて設計してもシャインプルーフの原理に基づくアオリ機構を備えることができ、光学系を斜めに設けた場合でも画面全体にピントを合わせることができる。また、Cマウントレンズを装着したカメラとともに画像取込装置として組み込んだ場合、被写体に対しカメラを斜め方向に配置できるため、撮像視野を大きく確保しつつ、それを用いる製造装置や検査装置をコンパクトに構成することができる。 According to the Shine proof optical system of the present invention, the principle of Shine proof is designed even if it is designed according to the standard of C mount lens or CS mount lens by extending the back focus distance of the imaging lens using a rear converter lens. It is possible to provide an alignment mechanism based on the above, and to focus on the whole screen even when the optical system is provided obliquely. In addition, when incorporated as an image capture device with a camera equipped with a C-mount lens, the camera can be arranged obliquely with respect to the subject, so a large imaging field of view can be secured, and a manufacturing apparatus or inspection device using it can be compact. It can be configured.
本発明のシャインプルーフ光学系は、所定の規格のマウントを有するカメラ、例えば、Cマウント(内径25.4mm、ネジピッチ0.794mm)を有するカメラにチルト機構ユニットを有するシャインプルーフ光学系を装着可能とするため、チルト機構ユニットとカメラの撮像子との間に、結像レンズのバックフォーカス距離を変えるリアコンバータレンズを設けた点に特徴がある。以下、本発明の前提となるシャインプルーフの原理および本発明のシャインプルーフ光学系について、順に説明する。 The Scheinproof optical system according to the present invention can mount a Scheinproof optical system having a tilt mechanism unit to a camera having a mount of a predetermined standard, for example, a camera having a C mount (inner diameter 25.4 mm, thread pitch 0.794 mm). In order to do this, it is characterized in that a rear converter lens for changing the back focus distance of the imaging lens is provided between the tilt mechanism unit and the image pickup element of the camera. Hereinafter, the principle of the shine proof which is the premise of the present invention and the shine proof optical system of the present invention will be described in order.
<シャインプルーフの原理について>
図1および図2は、それぞれ、シャインプルーフの原理を説明するために用いる、従来の非シャインプルーフ光学系およびシャインプルーフ光学系の一例を説明するための図である。図1に示すように、通常の非シャインプルーフ光学系を有するカメラでは、フィルム面とレンズ主面とは平行に取り付けられており、フィルム面とレンズ主面とが交わることはない。この時、図2に示すように、フィルム面とレンズ主面と物面とが同一線上で交わるのが、シャインプルーフの原理となる。物面がレンズ主面と平行でないため、図2に示すようにシャインプルーフの原理を応用したカメラは、近距離にあるものと遠距離にあるものとに対し、同時に焦点を合わせることができる。
<On the principle of Shine Proof>
FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining an example of a conventional non-shine proof optical system and a shine proof optical system used to explain the principle of shine proof. As shown in FIG. 1, in a camera having an ordinary non-Shane proof optical system, the film surface and the lens main surface are attached in parallel, and the film surface and the lens main surface do not intersect. At this time, as shown in FIG. 2, the principle of the shine proof is that the film surface, the lens main surface, and the object surface intersect on the same line. Since the object plane is not parallel to the lens main surface, as shown in FIG. 2, the camera applying the principle of shine proof can simultaneously focus on one at a short distance and one at a long distance.
図3に、非シャインプルーフ光学系の通常のカメラレンズで撮像した電子回路基板の一例を示すとともに、図4に、シャインプルーフ光学系のカメラレンズで撮像した半導体装置の一例を示す。図3および図4を比較するとわかるように、図3の従来例では画像の上端および下端部分のピント合わないのに対し、図4のシャインプルーフ光学系のカメラレンズで撮像した例では画像のすべての面でピントが合っているのがわかる。 FIG. 3 shows an example of an electronic circuit board imaged by a normal camera lens of the non-Shineproof optical system, and FIG. 4 shows an example of a semiconductor device imaged by the camera lens of the Scheimprein optical system. As can be seen by comparing FIGS. 3 and 4, the conventional example of FIG. 3 does not focus on the upper and lower end portions of the image, while the example taken by the camera lens of the shineproof optical system of FIG. You can see that the camera is in focus on the
<本発明のシャインプルーフ光学系について>
以下、図5〜図9を参照して、本発明のシャインプルーフ光学系について説明する。図5〜図9に示す例において、1はシャインプルーフ光学系、2は結像レンズとしてのCマウントレンズ、3はレンズ側のCマウント部、4はアオリ機構を実現するチルト機構ユニット、5はリアコンバータレンズ、6はバックフォーカスの長いレンズである。また、11はCマウントカメラ、12は撮像素子、13はカメラ側のマウント部である。さらに、51は非シャインプルーフ光学系、52はCマウントレンズ、53はレンズ側のマウント部である。
<About the Shine proof optical system of the present invention>
The Shine proof optical system of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the example shown in FIGS. 5 to 9, 1 is a shineproof optical system, 2 is a C mount lens as an imaging lens, 3 is a C mount portion on the lens side, 4 is a tilt mechanism unit for realizing an oblique mechanism, and 5 is The
図5は、Cマウントカメラ11に対し、チルト機構ユニットを有していない従来の非シャインプルーフ光学系51の結像レンズとしてCマウントレンズ52を装着した状態を示す図である。図5に示した例においては、フランジバック距離が17.526mmに設計されているCマウントレンズ52を用いているため、物体の像がCマウントカメラ11の撮像素子12に結像する。
FIG. 5 is a view showing a state in which a
図6および図7は、上記Cマウントカメラ11に対し、結像レンズとしてのマクロレンズ6とチルト機構ユニット4とCマウント部3を有するシャインプルーフ光学系1を装着した状態を示す図である。図6および図7に示した例において、シャインプルーフ光学系を実現するためにチルト機構ユニット4を用いるとその分フランジバック距離が長くなり、汎用規格であるCマウントレンズ(フランジバック17.526mm)をこれに装着しても撮像素子12上に結像せず、Cマウントレンズを用いることができなかった。そのため、結像レンズとして撮像素子との間のバックフォーカスの長いレンズ6を用意する必要があった。市販されているバックフォーカスの長いレンズ6は、一般民製品の35mmデジタルカメラ用交換レンズなどがある。これらはフランジバックが46.5mmと長く、物理的にもアオリを可能とするチルト機構ユニット4をレンズ6とCマウントカメラ11との間に装着する事は十分可能だが、レンズ6そのものが大きく、斜めに配置しても全体的に大きくなってしまい、元々の主旨である装置のコンパクト化にそぐわない。また、一部の光学メーカーでシャインプルーフの原理を応用した特殊光学系を開発・販売をしているが、高価で独自設計でレンズとアオリ機構が一体化され、ラインナップも限定され使用する範囲が狭まっている。
FIGS. 6 and 7 are views showing the
この点で、コンパクトなレンズでラインナップも各社で取り揃えている、Cマウント仕様のCマウントレンズ2を使用出来、しかもアオリを達成するチルト機構ユニット4を備えるシャインプルーフ光学系1を開発するに至った。Cマウントレンズ2とは産業用途、監視用途で一般に使用されているレンズの事で、フランジバックが17.526mmと短く、レンズサイズも非常にコンパクトな設計となっており、短焦点距離(f3mm前後)から長焦点距離(f100mm位)までラインナップが揃っている。また、基本的に全て近接から無限遠までピント調整が可能で、これらを使用出来ればユーザーが必要とされる各種の被写体サイズを殆ど網羅できることになる。
In this respect, we have developed a Shine-proof
以上のことから、図8および図9に示すように、チルト機構ユニット4とCマウントカメラ11の撮像子12との間に、Cマウントレンズ2のバックフォーカス距離を変えるリアコンバータレンズ5を設けて、本発明のシャインプルーフ光学系1を構成した。チルト機構自体は公知であるため詳細な説明は省略するが、撮像素子12からの距離を一定に保った台座またはレール上で、レンズマウント部を任意の角度に移動/摺動させて固定することにより、撮像素子12からの距離を変えずに光軸を傾けることができる。そのレンズマウント部の光軸上にリアコンバータレンズ5を配置してチルト機構ユニット4を構成する。
From the above, as shown in FIGS. 8 and 9, a
図10は、マスターレンズ(例えばCマウントレンズ、CSマウントレンズ)用のチルト機構ユニットを構成する場合の、リアコンバータレンズの設計方法を示す図である。図10(a)に示すように、マスターレンズの結像倍率Mは、M=S’/Sで表すことができる。ここでSはマスターレンズの前側主点から物点までの距離であり、S’はマスターレンズの後側主点から像点までの距離である。他方、図10(b)に示すように、リアコンバータレンズの結像倍率M2は、M2=S2’/S2で表すことができる。ここでS2はリアコンバータレンズの前側主点から物点までの距離であり、S2’はリアコンバータレンズの後側主点から像点までの距離である。チルト機構にリアコンバータレンズを組み込む際には、図10(c)に示すように、マスターレンズの像点(Cマウントレンズの場合はフランジバック17.526mm、CSマウントレンズの場合はフランジバック12.5mmの距離)にリアコンバータレンズの物点が一致するようにチルト機構ユニット4内に組み込む。このとき総合倍率MT=M×M2となる。
FIG. 10 is a view showing a method of designing a rear converter lens when configuring a tilt mechanism unit for a master lens (for example, a C mount lens, a CS mount lens). As shown in FIG. 10A, the imaging magnification M of the master lens can be expressed by M = S ′ / S. Here, S is the distance from the front principal point of the master lens to the object point, and S ′ is the distance from the rear principal point of the master lens to the image point. On the other hand, as shown in FIG. 10B, the imaging magnification M 2 of the rear converter lens can be expressed by M 2 = S 2 ′ / S 2 . Here S 2 is the distance from the front principal point of the rear converter lens to the object point,
例えば、焦点距離f12のレンズと×2の倍率のリアコンバータレンズを組み合わせると、f12は2倍のf24mmの焦点距離になる。×1.5の倍率のリアコンバータレンズを使用すれば、f12は1.5倍のf18mmとなる。この時、結像レンズとしてのCマウントレンズと被写体との距離(W.D.)は元の距離を維持したままである。リアコンバータレンズを使用することで、作動距離は変化しない。なお、リアコンバータレンズ5としては、従来からCCTVレンズとして広く使用されているリアコンバータレンズを応用することができる。
For example, when a lens of focal length f12 and a rear converter lens of magnification of x2 are combined, f12 becomes a focal length of f24 mm which is double. If a rear converter lens of × 1.5 magnification is used, f12 will be 1.5 times f18 mm. At this time, the distance (W.D.) between the C mount lens as the imaging lens and the subject remains the original distance. The working distance does not change by using the rear converter lens. As the
ただ、通常のCマウント用のリアコンバータレンズでは、結像レンズ側(メス)とカメラ側(オス)はCマウント規格の17.526mmにて設計されている。これを結像レンズ側(メス)は変えずにカメラ側を例えば35mm一眼レフ用デジタルカメラレンズのように、46.5mmと長く設計する。そうすれば、このリアコンバータレンズを結像レンズとカメラの撮像素子との間に装着する事により、カメラとの間にアオリ機構を行うチルト機構ユニットを取付けることが十分可能となる。また、このリアコンバータレンズの倍率を1倍にする事で、元の結像レンズの画角、F値を変化させずに維持する事が可能である。 However, in the rear converter lens for a normal C mount, the imaging lens side (female) and the camera side (male) are designed at 17.526 mm according to the C mount standard. Without changing the imaging lens side (female), the camera side is designed to be as long as 46.5 mm, for example, like a 35 mm single lens reflex digital camera lens. Then, by mounting this rear converter lens between the imaging lens and the image pickup device of the camera, it becomes possible to mount a tilt mechanism unit that performs an tilt mechanism with the camera. Further, by setting the magnification of this rear converter lens to one, it is possible to maintain the angle of view of the original imaging lens and the F value without changing it.
リアコンバータレンズの倍率として1倍以外、例えば1.5倍、2倍、3倍等を選択することも可能である。 As the magnification of the rear converter lens, for example, 1.5 times, 2 times, 3 times or the like other than 1 time can be selected.
また、カメラ側のバックフォーカスも本例では46.5mmとしたが、使用するカメラの撮像素子サイズにより自由度を持たせることも可能である。また、結像レンズ側もイメージサイズ(2/3”→1”→1.1”→4/3”など)の大型化により変化させることも可能である。これらリアコンバータレンズの基本設計に自由度を持たせることにより、幅広い結像レンズとしてのCマウントレンズとカメラとを、アオリを行うチルト機構ユニットとともに使用して、シャインプルーフの原理に基づいた仕様で使う事が可能となる。 In addition, although the back focus on the camera side is 46.5 mm in this example, it is also possible to give freedom depending on the size of the imaging device of the camera used. Further, it is also possible to change the imaging lens side by increasing the size of the image (2/3 ′ ′ → 1 ′ ′ → 1.1 ′ ′ → 4/3 ′ ′). By giving freedom to the basic design of these rear converter lenses, using a C mount lens as a wide imaging lens and a camera together with a tilt mechanism unit that performs tilt, it is a specification based on the principle of shine proof. It becomes possible to use.
なお、上述した例ではCマウント規格を例にとって説明したが、それに準ずる例えばCSマウントなどの他の規格マウントでも、本発明のシャインプルーフ光学系を用いることができる。 Although the C-mount standard has been described as an example in the above-described example, the shine-proof optical system of the present invention can also be used with another standard mount such as a CS mount according to that.
また、上述した本発明のシャインプルーフ光学系をカメラに装着した画像取込部を、電子回路基板の外観検査装置や製造装置の画像取込部として使用することで、被写体に対しカメラを斜め方向に配置できるため、撮像視野を大きく確保しつつ、装置をコンパクトに構成することができる。 In addition, by using the image capturing unit in which the above-described shineproof optical system of the present invention is attached to the camera as an image capturing unit of an electronic circuit board appearance inspection apparatus or manufacturing apparatus, Therefore, the device can be configured compactly while securing a large imaging field of view.
本発明のシャインプルーフ光学系は、例えばCマウントカメラに対しCマウントレンズを用いる場合であって、アオリを実施するためにチルト機構ユニットを挿入する必要がある場合に、効果的に用いることができる。 The Shine proof optical system of the present invention can be effectively used, for example, when a C mount lens is used for a C mount camera and it is necessary to insert a tilt mechanism unit in order to carry out a tilt. .
1 シャインプルーフ光学系
2 結像レンズとしてのCマウントレンズ
3 レンズ側Cマウント部
4 アオリを実現するチルト機構ユニット
5 リアコンバータレンズ
6 バックフォーカスの長いレンズ
11 Cマウントカメラ
12 撮像素子
13 カメラ側Cマウント部
51 非シャインプルーフ光学系
52 Cマウントレンズ
53 レンズ側Cマウント部
Claims (5)
前記結像レンズを装着するためのレンズマウント部と、前記結像レンズを被写体に対し斜めに配向可能なチルト機構と、前記レンズマウント部に対応する構成を有するカメラマウント部と、前記チルト機構ユニットの光軸距離分だけ前記結像レンズのバックフォーカス距離を伸ばすコンバータレンズと具えることを特徴とするチルト機構ユニット。 A tilt mechanism unit mounted between an imaging lens of a predetermined standard and a camera to constitute a shineproof optical system;
A lens mount unit for mounting the imaging lens, a tilt mechanism capable of obliquely orienting the imaging lens with respect to a subject, a camera mount unit having a configuration corresponding to the lens mount unit, and the tilt mechanism unit And a converter lens for extending the back focus distance of the imaging lens by an optical axis distance of the tilt mechanism unit.
5. The tilt mechanism unit according to claim 4, wherein the predetermined standard is a C mount or a CS mount.
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