JP2565496B2 - 被検対象物体の撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検対象物体の寸法、形状、表面状態等を
測定、検査するに当たり、被検対象物体を光学的に撮像
するための光学系装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、光学的撮像素子の発達により、被検対象物体の
寸法測定、形状測定、表面状態等の測定検査を光学的撮
像の手段で行うことが一般的になってきている。

従来、光学的撮像による測定検査において、対象物体
の光学的撮像を撮像素子上に結像させるために種々の光
学系が使用されているが、基本的には、第３図に示され
ているように、１と２の位置にある被検対象物体の像
を、レンズ３によって撮像素子４の表面に結像させる方
式である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる測定検査において、その精度に大きな影響を及
ぼすのは、被検対象物体の光学撮像素子４への撮像の良
し悪しであり、この点から言って、上記従来法において
は次のような本質的問題がある。

第１の問題は、被検対象物体が１から２の位置に移動
あるいは変位した場合、結像位置は５から６に移動する
ため、同じ被検対象物体でもレンズ３との距離ａとａ−
１の変化によって、ｂとして示される焦点距離は同じで
あっても、光学的倍率が変わってしまうことである。こ
れは、被検対象物体の寸法測定等の場合において、特に
大きな問題となる。

第２の問題は、被検対象物体の光軸からの距離によっ
て視角が変わる問題である。これは、対象物の位置によ
って対象を見る条件が変わってしまうことであり、常に
一定の条件で撮像したい場合は大きな問題となる。

さらには、大きな視野を得る場合、レンズでは歪が大
きくなったり、また極めて高価になる等の問題があっ
た。

本発明は、上記のような従来の撮像上の問題を解決
し、被検対象物体の位置が変化しても光学的倍率の変化
がなく、光軸からの距離が変化しても常に光軸に平行な
方向から撮像することができる装置を提供するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の被検対象物体の撮像装置は、光軸から外れた
位置での反射面を有する大口径でしかも縦長の軸外し放
物面鏡と、前記大口径の軸外し放物面鏡の焦点位置に配
置した小口径の凸レンズと、前記大口径の軸外し放物面
鏡と前記小口径の凸レンズとの合成による被検対象物体
の結像面に配置した撮像素子とからなり、前記被検対象
物体からの光軸に平行な光のみを撮像素子に結像させる
ことを特徴とする。

大口径で縦長の軸外し放物面鏡の焦点位置に配置した
小径の凸レンズは、大口径の軸外し放物面鏡の焦点位置
を通過する光束の口径を制限し、かつ結像の位置及び倍
率を選択できる機能を有するもので、大口径の軸外し放
物面鏡に入射した光軸に平行な光束が通るだけの口径を
有するものであれば良く、大口径の軸外し放物面鏡の径
（縦長辺をいう）と比較して1/5〜1/500程度の充分に小
さい口径である必要がある。

〔作用〕

本発明に係る被検対象物体の撮像装置は、常に光軸に
平行な方向からの光で撮像できるようにしているので、
対象までの距離が変化しても光学的倍率の変化を少なく
することができ、被検対象物体の寸法測定、形状測定、
表面状態の測定を行うとその精度は極めて高くなる。

また、被検対象物体が走行中であるときには、当然な
がら被検対象物体の像は不可避的に例えば上下に変位す
るが、このような場合でも測定精度は優れたものとな
る。

また、被検対象物体の大きさが大口径の軸外し放物面
鏡の口径より小さい範囲であれば被検対象物体の大きさ
によらず、撮像は常に光軸に平行な方向から行われるこ
とになり、また、縦長で軸外しの大口径の軸外し放物面
鏡を使用し、且つ、この大口径の軸外し放物面鏡の軸を
被検対象物体お光軸から外すことによって、上下方向に
広い視野の被検対象物体を撮像することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例に係る被検対象物体の撮像装
置を示し、第２図は第１図を上方から見た状態を示す。

これらの図において、１及び２は上記従来例の説明と
同じく、それぞれ第１と第２の位置にある被検対象物体
を示し、大口径の軸外し放物面鏡13と小口径の凸レンズ
９の合成による被検対象物体１、２のそれぞれの結像面
10、11を含む位置に撮像素子４が設けられる。

大口径の軸外し放物面鏡13と小口径の凸レンズ９との
間隔ｂを大口径の軸外し放物面鏡13の焦点距離に等しく
なるように設定する。

また小口径の凸レンズ９と撮像素子４との間隔ｃは、
被検対象物体の像が撮像素子４の上に結像するように設
定する。この際、本発明の被検対象物体の撮像装置にお
いては、大口径の軸外し放物面鏡13は、第２図に示すよ
うに、被検対象物体１、２とは光軸を外した位置に配置
されており、小口径の凸レンズ９の口径は、大口径の軸
外し放物面鏡13に入射した光軸８に平行な光束12が通る
だけの前記大口径の軸外し放物面鏡13の口径、即ち縦長
辺よりも1/5〜1/500程度に充分に小さいものとする。

以上のようにすれば、被検対象物体１の上端が結像面
10、11に結像するのは、小口径の凸レンズ９の口径と距
離ｂ、ｃで決定される平行な光束12によってのみ行われ
ることになる。光束12の中心軸は光軸８に平行であるた
め、被検対象物体１の位置が２の位置に移動し、大口径
の軸外し放物面鏡13と被検対象物体１との間隔ａが、ａ
−１に広がっても、光束12は点線のように変化するだけ
で、撮像素子４上の結像面10、11の位置は殆ど変化しな
いことになる。従って、被検対象物体１の移動範囲が結
像面10、11での焦点ボケ量が余り大きくならない範囲
で、光学倍率の変化は非常に小さいものとなる。

本発明による撮像装置を用いて、被検対象物体１の寸
法測定、形状測定あるいは表面状態の検査を行うと、そ
れらの精度は極めて高くなる。また、被検対象物体１が
走行中であるときには、当然ながら被検対象物体の像は
不可避的に例えば上下に変位するが、このような場合で
も測定精度は優れたものとなる。また、被検対象物体の
大きさが大口径の軸外し放物面鏡13の口径より小さい範
囲であれば被検対象物体１の大きさによらず、撮像は常
に光軸８に平行な方向から行われることになる。

以上のようにすれば、第１図の場合とは同様の原理で
被検対象物体が移動しても光学的倍率の変化は非常に小
さいものとなり、被検対象物体の位置によらずに撮像は
常に光軸に平行な方向から行われることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高価かつ製作困難な大口径レンズを
使用することなく被検対象物体の変位、移動などに全く
影響されずに、撮像素子に被検対象物体が撮像されるの
で、寸法測定、形状測定、表面状態の検査等の精度が著
しく優れた結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の実施例を示し、第３図は従来
の測定検査のための光学系を示す図である。 １、２……被検対象物体、３……レンズ、４……撮像素
子、５、６……結像位置、８……光軸、９……小口径の
凸レンズ、10、11……結像面、12……光束、13……大口
径の軸外し放物面鏡

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光軸から外れた位置の反射面を有する大口
   径でしかも縦長の軸外し放物面鏡と、 前記大口径の軸外し放物面鏡の焦点位置に配置した小口
   径の凸レンズと、 前記大口径の軸外し放物面鏡と前記小口径の凸レンズと
   の合成による被検対象物体の結像面に配置した撮像素子
   とからなり、 前記被検対象物体からの光軸に平行な光のみを撮像素子
   に結像させることを特徴とする被検対象物体の撮像装
   置。