JP2022189305A

JP2022189305A - 撮影装置及び撮影方法

Info

Publication number: JP2022189305A
Application number: JP2021097821A
Authority: JP
Inventors: 翔悟小松; Shogo Komatsu
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-12-22

Abstract

【課題】撮像部から見て透明体の向こう側の必要空間が小さくて済み且つコントラストの高い画像を得ることができる撮影装置を提供する。【解決手段】撮影装置は、照明装置と、前記照明装置から照射された光を反射するハーフミラーと、平面ミラーと、前記ハーフミラーで反射し、前記平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光を集光するテレセントリックレンズと、前記テレセントリックレンズにより集光された受光する撮像部と、を備える。前記ハーフミラーの反射面と前記仮想基準平面とのなす狭角は略４５度であり、前記テレセントリックレンズの光軸と前記仮想基準平面とは略垂直である。前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記平面ミラーの反射面が前記仮想基準平面に対して傾く。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス等の透明体を撮影する技術に関する。

ガラス等の透明体の位置を透明体の撮影画像を用いて測定する場合、一般的にはカメラからみて透明体の向こう側に、平行度の高い光を照射する照明装置を設置する。平行度の低い光を透明体に照射すると、図１Ａに示すように透明体の内部を通ってカメラに到達する光があるせいで、コントラストの高い画像が得られないためである。

裏を返せば、平行度の高い光を透明体に照射することで、コントラストの高い画像を得ることができる。

特開２０１４－１５７１０６号公報

しかしながら、平行度の高い光を透明体に照射するためには、図１Ｂに示すようにコリメータレンズを用いたり、図１Ｃに示すように照明装置から透明体までの光路長を長くする必要があり、カメラから見て透明体の向こう側に大きな空間が必要となる。これにより、撮影装置を含む設備の設計自由度が損なわれていた。

なお、特許文献１で開示されている形状測定装置は、ウェハのエッジと測定領域の表面形状とを測定しており、ガラス等の透明体を測定対象としていない。つまり、特許文献１には、ガラス等の透明体を撮影対象とした場合にコントラストの高い画像を得ることができる撮影技術は開示されていない。

本発明は、上記課題に鑑みて、撮像部から見て透明体の向こう側の必要空間が小さくて済み且つコントラストの高い画像を得ることができる撮影技術を提供することを目的とする。

本発明の第１局面に係る撮影装置は、照明装置と、前記照明装置から照射された光を反射するハーフミラーと、平面ミラーと、前記ハーフミラーで反射し、前記平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光を集光するテレセントリックレンズと、前記テレセントリックレンズにより集光された光を受光する撮像部と、を備え、前記ハーフミラーの反射面と仮想基準平面とのなす狭角は略４５度であり、前記テレセントリックレンズの光軸と前記仮想基準平面とは略垂直であり、前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記平面ミラーの反射面が前記仮想基準平面に対して傾く構成（第１の構成）である。

上記第１の構成の撮影装置において、前記平面ミラーの反射面と前記仮想基準平面とのなす狭角は０．５度以上１．５度以下である構成（第２の構成）であってもよい。

本発明の第２局面に係る撮影装置は、仮想基準平面と平行な光を照射する照明装置と、前記照明装置から照射された光を反射するハーフミラーと、平面ミラーと、前記ハーフミラーで反射し、前記平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光を集光するテレセントリックレンズと、前記テレセントリックレンズにより集光された光を受光する撮像部と、を備え、前記平面ミラーの反射面は前記仮想基準平面と平行であり、前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記ハーフミラーの反射面が前記仮想基準平面とのなす狭角が４５度の方向に対して傾き、前記テレセントリックレンズの光軸が前記仮想基準平面の垂線方向に対して傾く構成（第３の構成）である。

上記第３の構成の撮影装置において、前記ハーフミラーの反射面と前記仮想基準平面とのなす狭角は４３．５度以上４４．５度以下であり、前記テレセントリックレンズの光軸は前記仮想基準平面の垂線方向に対して０．５度以上１．５度以下傾く構成（第４の構成）であってもよい。

上記第１～第４いずれかの構成の撮影装置において、前記平面ミラーと前記透明体との間の距離は、前記テレセントリックレンズと前記透明体との距離より短い構成（第５の構成）であってもよい。

本発明の第３局面に係る撮影方法は、照明装置から照射された光をハーフミラーで反射し、平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光をテレセントリックレンズで集光する集光工程と、前記テレセントリックレンズにより集光された光を撮像部で受光する受光工程と、を備え、前記ハーフミラーの反射面と仮想基準平面とのなす狭角は略４５度であり、前記テレセントリックレンズの光軸と前記仮想基準平面とは略垂直であり、前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記平面ミラーの反射面が前記仮想基準平面に対して傾く構成（第６の構成）である。

本発明の第４局面に係る撮影方法は、照明装置から照射された仮想基準平面と平行な光をハーフミラーで反射し、平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光をテレセントリックレンズで集光する集光工程と、前記テレセントリックレンズにより集光された光を撮像部で受光する受光工程と、を備え、前記平面ミラーの反射面は前記仮想基準平面と平行であり、前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記ハーフミラーの反射面が仮想基準平面とのなす狭角が４５度の方向に対して傾き、前記テレセントリックレンズの光軸が前記仮想基準平面の垂線方向に対して傾く構成（第７の構成）である。

本発明によると、撮像部から見て透明体の向こう側の必要空間が小さくて済み且つコントラストの高い画像を得ることができる。

透明体を撮影する一般的な撮影装置の概略構成例を示す図透明体を撮影する一般的な撮影装置の他の概略構成例を示す図透明体を撮影する一般的な撮影装置のさらに他の概略構成例を示す図第１実施形態に係る撮影装置の概略構成例を示す図比較例に係る撮影装置の概略構成例を示す図比較例に係る撮影装置を用いて撮影された撮影画像の一例を示す図第１実施形態に係る撮影装置を用いて撮影された撮影画像の一例を示す図第１実施形態に係る撮影装置を用いた撮影の手順を示すフローチャート第２実施形態に係る撮影装置の概略構成例を示す図位置測定装置の概略構成例を示す図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る撮影装置の概略構成例を示す図である。第１実施形態に係る撮影装置１１は、照明装置１と、ハーフミラー２と、平面ミラー３と、テレセントリックレンズ４と、撮像部５と、を備える。

第１実施形態に係る撮影装置１１は、ガラス等の透明体６を撮影する。

仮想基準平面７は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って広がる平面である。仮想基準平面７の垂線はＺ軸方向に平行である。Ｚ軸方向の負の向きは例えば鉛直方向にしてもよいが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向はこの例示に限定されない。

Ｚ軸方向において、撮像部５、テレセントリックレンズ４、ハーフミラー２、及び平面ミラー３が順に配置される。透明体６は、搬送装置（不図示）によって、ハーフミラー２と平面ミラー３との間の位置に搬送される。照明装置１及びハーフミラー２はＸ軸方向に並ぶ。

照明装置１は、複数の光源１Ａと、拡散板１Ｂと、を備える。光源１Ａとしては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。

照明装置１から照射される光は、概ね仮想基準平面７と平行な光であるが、拡散板１Ｂによって拡散しているので、厳密な平行光ではない。なお、照明装置１から照射される光が厳密な平行光である場合は撮像部５に光が届かないため、照明装置１から照射される光は、平行度の低い光にする必要がある。

ハーフミラー２は、照明装置１から照射された光を反射する。

テレセントリックレンズ４は、ハーフミラー２で反射し、平面ミラー３又は透明体６でさらに反射した後、ハーフミラー２を通過した光を集光する。テレセントリックレンズ４は、テレセントリックレンズ４の光軸に平行な光のみを撮像部５に導く。

撮像部５は、テレセントリックレンズ４により集光された光を受光する。撮像部５としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等を用いることができる。

ハーフミラー２の反射面と仮想基準平面７とのなす狭角βは略４５度である。略４５度とは、設計値としては４５度であるが、４５±１度程度までは許容されることを意味する。

テレセントリックレンズ４の光軸と仮想基準平面７とは略垂直である。略垂直とは、設計値としては９０度であるが、９０±１度程度までは許容されることを意味する。

ここで、図３に示す比較例に係る撮影装置１１’について説明する。図３に示す比較例に係る撮影装置１１’は、第１実施形態に係る撮影装置１１と同様にハーフミラー２を用いることで撮像部５から見て透明体６の向こう側の必要空間を小さくしている。図３に示す比較例に係る撮影装置１１’は、照明装置１’から照射される光が平行光であり且つテレセントリックレンズ４の光軸が平面ミラー３に対して垂直であるように設計されている点で第１実施形態に係る撮影装置１１と異なる。しかしながら、図３に示す比較例に係る撮影装置１１’では、各部品の配置の誤差により、テレセントリックレンズ４の光軸が平面ミラー３に対して垂直になっていない場合や照明装置１’から照射される平行光の平行度が低い場合、ハーフミラー２で反射して平面ミラー３へ向かう光が透明体６から離れながら平面ミラー３へ向かうと、透明体６の影が撮影されてしまう。その結果、透明体６の撮影画像は図４に示すようになる。図４に示す撮影画像の第１部分Ｐ１’は、平面ミラー３で反射した光ＬＴ１に対応する部分である。図４に示す撮影画像の第２部分Ｐ２’は、透明体６のエッジ部で反射した光ＬＴ２に対応する部分である。図４に示す撮影画像の第３部分Ｐ３’は、透明体６の仮想基準平面７に平行な面で反射した光ＬＴ３に対応する部分である。図４に示す撮影画像の第４部分Ｐ４’は、平面ミラー３に映っている透明体６の影ＳＤ１に対応する部分である。第４部分Ｐ４’と第２部分Ｐ２’との境界が、透明体６の外形である。しかしながら、第４部分Ｐ４’が透明体６の影に対応する部分であるため、第４部分Ｐ４’と第２部分Ｐ２’とのコントラストは低い。第４部分Ｐ４’と第２部分Ｐ２’とのコントラストは低いが低いと、第４部分Ｐ４’と第２部分Ｐ２’との境界が不明瞭となり、透明体６の外形が不明瞭となる。つまり、透明体６の外形が明瞭となるコントラストの高い画像を得るためには、透明体６の影が撮影画像に映らないようにする必要がある。そこで、透明体６の影が撮影画像に映らないようにするために、第１実施形態に係る撮影装置１１では、撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影が透明体６によって隠れるように、つまり、ハーフミラー２で反射して透明体６から近づきながら平面ミラー３へ向かう光が平面ミラー３で反射してテレセントリックレンズ４の光軸に平行になるように、平面ミラー３の反射面が仮想基準平面７に対して傾く。撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影が透明体６によって隠れるようにしているため、平面ミラー３で反射した光に対応する部分と透明体６のエッジ部で反射した光に対応する部分との境界においてコントラストが高く、平面ミラー３で反射した光に対応する部分と透明体６のエッジ部で反射した光に対応する部分との境界が明瞭であり、透明体６の外形が明瞭となる画像を得ることができる。そして、上述した通り、ハーフミラー２の反射面と仮想基準平面７とのなす狭角βの誤差、及びテレセントリックレンズ４の光軸と仮想基準平面７とのなく角度の誤差が許容される。これにより、ハーフミラー２等の位置調整機構を廃止又は簡略化できるので、低コスト化を図ることができる。また、誤差が許容されることにより、第１実施形態に係る撮影装置１１を組み立てる際の手間、第１実施形態に係る撮影装置１１をメンテナンスする際の手間を軽減することができる。

撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影ＳＤ１が透明体６によって隠れるので、透明体６の撮影画像は図５に示すようになる。

図５に示す撮影画像の第１部分Ｐ１は、平面ミラー３で反射した光ＬＴ１に対応する部分である。図５に示す撮影画像の第２部分Ｐ２は、透明体６のエッジ部で反射した光ＬＴ２に対応する部分である。図５に示す撮影画像の第３部分Ｐ３は、透明体６の仮想基準平面７に平行な面で反射した光ＬＴ３に対応する部分である。撮影画像の第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との境界が、透明体６の外形である。

第１実施形態に係る撮影装置１１は、図１Ａ～図１Ｃに示す撮影装置とは異なり、平行度の高い光を透明体６に照射しなくてよいため、撮像部５から見て透明体６の向こう側に大きな空間を必要としない。これにより、撮影装置を含む設備の設計自由度が高くなる。

平面ミラー３の反射面と仮想基準平面７とのなす狭角αは０．５度以上１．５度以下であることが望ましい。平面ミラー３の反射面と仮想基準平面７とのなす狭角αを０．５度以上１．５度以下にすることで、撮像部５から見て透明体６の向こう側の空間占有を抑制して第１実施形態に係る撮影装置１１の大型化を抑えることができる。なお、平面ミラー３は、Ｘ軸方向において透明体６から離れるほどＺ軸方向においても透明体６から離れるように傾いている。平面ミラー３をＸ軸方向において透明体６から離れるほどＺ軸方向においても透明体６から離れるように傾けることで、撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影を透明体６によって隠すことができる。したがって、図５に示す撮影画像を得ることができる。逆に、平面ミラー３をＸ軸方向において透明体６から離れるほどＺ軸方向において透明体６に近づくように傾けた場合には、撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影が透明体６からはみ出てしまい、図５に示す撮影画像を得ることができず、図４に示す撮影画像と同じような撮影画像しか得ることができない。

また、平面ミラー３と透明体６との間の距離Ｌ１は、テレセントリックレンズ４と透明体６との距離Ｌ２より短いことが望ましい。これにより、撮影装置を含む設備の設計自由度をより一層高くすることができる。

図６は、第１実施形態に係る撮影装置１１を用いた撮影の手順を示すフローチャートである。

まず初めに、搬送装置（不図示）が透明体６をハーフミラー２と平面ミラー３との間の位置に搬送する（ステップＳ１０）。

次に、照明装置１が光を照射する（ステップＳ２０）。なお、ステップＳ１０よりも前にステップＳ２０の処理を開始してもよい。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０において、テレセントリックレンズ４が光を集光する。そして、撮像部５がテレセントリックレンズ４により集光された光を受光する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の処理が完了すると、撮影が終了する。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態に係る撮影装置の概略構成例を示す図である。第２実施形態に係る撮影装置１２において第１実施形態に係る撮影装置１１と同様の部分については適宜説明を省略し、第２実施形態に係る撮影装置１２において第１実施形態に係る撮影装置１１と異なる部分について以下に説明する。

照明装置１は、複数の光源１Ａと、コリメータレンズ１Ｃと、を備える。照明装置１から照射される光は、仮想基準平面７と平行な光である。

平面ミラー３の反射面は仮想基準平面７と平行である。

撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影が透明体６によって隠れるように、ハーフミラー２の反射面が仮想基準平面７とのなす狭角が４５度の方向に対して傾き、テレセントリックレンズ４の光軸が仮想基準平面７の垂線方向に対して傾く。撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影が透明体６によって隠れるようにしているため、コントラストの高い画像を得ることができる。

第２実施形態に係る撮影装置１２は、図１Ａ～図１Ｃに示す撮影装置とは異なり、平行度の高い光を透明体６に照射しなくてよいため、撮像部５から見て透明体６の向こう側に大きな空間を必要としない。これにより、撮影装置を含む設備の設計自由度が高くなる。

ハーフミラー２の反射面と仮想基準平面７とのなす狭角βは４３．５度以上４４．５度以下であり、テレセントリックレンズ４の光軸ＡＸは仮想基準平面７の垂線方向に対して０．５度以上１．５度以下傾く、すなわちテレセントリックレンズ４の光軸ＡＸと仮想基準平面７の垂線方向とのなす狭角γは０．５度以上１．５度以下であることが望ましい。これにより、撮像部５から見て透明体６の向こう側の空間占有を抑制することで第２実施形態に係る撮影装置１２の大型化を抑えつつ、撮像部５から仮想基準平面７の垂線方向で平面ミラー３及び透明体６を見たときに透明体６の影が透明体６によって隠れるようにすることができる。

＜適用例＞
第１実施形態に係る撮影装置１１及び第２実施形態に係る撮影装置１２は、例えば透明体６の位置を測定する位置測定装置に適用することができる。図８は、位置測定装置の概略構成例を示す図である。

位置測定装置１３は、第１実施形態に係る撮影装置１１と、画像処理部１４と、を備える。画像処理部１４は、第１実施形態に係る撮影装置１１から出力される撮影画像のデータを画像処理して、撮影画像における透明体６の外形を示す座標を検出し、その検出結果に基づいて透明体６の位置を測定する。

なお、位置測定装置１３では第１実施形態に係る撮影装置１１を用いたが、第１実施形態に係る撮影装置１１の代わりに第２実施形態に係る撮影装置１２を用いてもよい。

＜留意点＞
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

１照明装置
１Ａ光源
１Ｂ拡散板
１Ｃコリメータレンズ
２ハーフミラー
３平面ミラー
４テレセントリックレンズ
５撮像部
６透明体
７仮想基準平面
１１第１実施形態に係る撮影装置
１２第２実施形態に係る撮影装置
１３位置測定装置
１４画像処理部

Claims

照明装置と、
前記照明装置から照射された光を反射するハーフミラーと、
平面ミラーと、
前記ハーフミラーで反射し、前記平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光を集光するテレセントリックレンズと、
前記テレセントリックレンズにより集光された光を受光する撮像部と、
を備え、
前記ハーフミラーの反射面と仮想基準平面とのなす狭角は略４５度であり、前記テレセントリックレンズの光軸と前記仮想基準平面とは略垂直であり、
前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記平面ミラーの反射面が前記仮想基準平面に対して傾く、撮影装置。
前記平面ミラーの反射面と前記仮想基準平面とのなす狭角は０．５度以上１．５度以下である、請求項１に記載の撮影装置。
仮想基準平面と平行な光を照射する照明装置と、
前記照明装置から照射された光を反射するハーフミラーと、
平面ミラーと、
前記ハーフミラーで反射し、前記平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光を集光するテレセントリックレンズと、
前記テレセントリックレンズにより集光された光を受光する撮像部と、
を備え、
前記平面ミラーの反射面は前記仮想基準平面と平行であり、
前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記ハーフミラーの反射面が前記仮想基準平面とのなす狭角が４５度の方向に対して傾き、前記テレセントリックレンズの光軸が前記仮想基準平面の垂線方向に対して傾く、撮影装置。
前記ハーフミラーの反射面と前記仮想基準平面とのなす狭角は４３．５度以上４４．５度以下であり、前記テレセントリックレンズの光軸は前記仮想基準平面の垂線方向に対して０．５度以上１．５度以下傾く、請求項３に記載の撮影装置。
前記平面ミラーと前記透明体との間の距離は、前記テレセントリックレンズと前記透明体との距離より短い、請求項１～４のいずれか一項に記載の撮影装置。
照明装置から照射された光をハーフミラーで反射し、平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光をテレセントリックレンズで集光する集光工程と、
前記テレセントリックレンズにより集光された光を撮像部で受光する受光工程と、
を備え、
前記ハーフミラーの反射面と仮想基準平面とのなす狭角は略４５度であり、前記テレセントリックレンズの光軸と前記仮想基準平面とは略垂直であり、
前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記平面ミラーの反射面が前記仮想基準平面に対して傾く、撮影方法。
照明装置から照射された仮想基準平面と平行な光をハーフミラーで反射し、平面ミラー又は透明体でさらに反射した後、前記ハーフミラーを通過した光をテレセントリックレンズで集光する集光工程と、
前記テレセントリックレンズにより集光された光を撮像部で受光する受光工程と、
を備え、
前記平面ミラーの反射面は前記仮想基準平面と平行であり、
前記撮像部から前記仮想基準平面の垂線方向で前記平面ミラー及び前記透明体を見たときに前記透明体の影が前記透明体によって隠れるように、前記ハーフミラーの反射面が仮想基準平面とのなす狭角が４５度の方向に対して傾き、前記テレセントリックレンズの光軸が前記仮想基準平面の垂線方向に対して傾く、撮影方法。