JP3626468B2 - 二視野撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、XYZ座標の原点から略等距離にあるX軸上の二つの撮像エリアを個別に撮像する二視野撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
二視野撮像装置は、プリント配線基板にチップ状電子部品を実装する電子回路や、ハイブリッド集積回路の製造工程等において、電子部品の位置確認やハンダ付け状態の良否を検査する場合等に用いられる。
【0003】
図4は電子回路の製造工程で使用する従来の二視野撮像装置を示す説明図である(特開平3−212609号公報参照)。
この二視野撮像装置41は、プリント配線基板42の回路面上に実装されるチップ状電子部品43の両端に形成された電極位置を撮像エリア44R、44Lとして、二台の撮像素子45R、45Lで同時に撮像するものである。
【0004】
そして、各撮像素子45R、45Lから撮像エリア44R、44Lに至る撮像光軸46R、46Lに、レンズ(結像光学系)47L、47Rと、プリズムやミラーなどで形成された左右一対の反射面48R、48Lが介装され、各撮像エリア44R、44Lからの光が前記反射面48R、48Lで反射され、撮像素子45R、45Lに入射されるようになっている。
【0005】
また、電子部品43の大きさや電極位置などに応じて撮像エリア44R、44Lの間隔を変えることができるように、各撮像素子45R、45L、レンズ47L、47R及び各反射面48R、48Lを含む左右の撮像光学系49R、49Lが左右に移動可能に設けられている
【0006】
しかしながら、各撮像光学系49R、49Lを別方向に移動させなければならないことから、駆動機構が複雑になるという問題があった。
このため、本出願人は図5に示すように駆動機構が単純な二視野撮像装置51を試作した。
【0007】
これは、プリズムやミラーなどで形成された左右一対の反射面48R、48Lを固定しておき、各撮像素子45R、45L及び各反射面48R、48Lを一体に配した撮像光学系52が上下に位置調整可能に設けられている。
【0008】
これらによれば、いずれの二視野撮像装置41及び51も、撮像光学系49R,49L及び52を左右又は上下に移動させることにより、チップ状電子部品43の大きさに応じて撮像エリア44R、44Lを互いに遠ざけたり近づけたりして、視野間隔を調整することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多品種の製品が製造可能な汎用ラインでは、製造計画に従って夫々の製品を所定数ずつ製造することから、例えば、午前中に製造される製品と、午後に製造される製品では、検査すべきチップ状電子部品43の大きさも、電極間隔が数mm以下というものから数cm程度のものまで多岐にわたる。
したがって、このようなラインを流れる製品に応じて撮像すべき二つの視野間隔も調整しなければならず、1台の撮像装置で0〜数cmという広いレンジの全てに対応することが要求されている。
【0010】
しがしながら、従来のいずれのタイプの二視野撮像装置41及び51も、比較的視野間隔が広い場合は撮像可能であるが、重なる程度に近接した撮像エリア44R、44Lを撮像することは構造上不可能であった。
【0011】
すなわち、左右の撮像光学系49R、49Lが左右方向に移動して撮像エリア44R、44Lの間隔を調整するタイプの二視野撮像装置41は、撮像光学系49R、49Lを最も近接させたときに反射面48R、48L同士がぶつからないように予めある程度の間隔をあけて設計せざるを得ない。
したがって、重なる程度に近接した撮像エリア44R、44Lを撮像することができなかった。
【0012】
また、撮像光学系52を上下移動させて間隔を調整するタイプの二視野撮像装置51は、二つの反射面48R、48Lを固定して設けることができるので、その下端部同士を接して配することができるので、その分、視野間隔を近づけることができる。
この場合の理論上の最近接視野間隔(光軸間距離)は、撮像光束の直径に等しく、したがって二つの撮像エリア44R、44Lを接するまで近づけることができる。
【0013】
しかし現実には、プリズムの下端部は割れ防止の面取加工がなされており、ミラーは厚みがある。
このため、撮像エリア44R、44Lが近づいて、その光が反射面48R、48Lの下端部近傍で反射されるようになると、像が暗くなって解像度が低下したり、視野の端部が欠け、二つの撮像エリア44R、44Lを接するまで近づけて撮像することができないという問題があった。
【0014】
そこで本発明は、二つの撮像素子の撮像エリアを重なる程度まで近接させた0cmの撮像間隔から、数cm程度まで広範囲にわたって撮像できるようにすることを技術的課題としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項1の発明は、XYZ座標の原点から略等距離にあるX軸上の二つの撮像エリアを個別に撮像する二視野撮像装置であって、Z軸に対して所定の傾斜角度に配された一対の傾斜反射面により、原点から撮像エリアまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って反射される前記各撮像エリアの像を、Z軸方向に位置調整可能に配された一対の撮像素子で撮像する撮像光学系を備え、各撮像エリアと前記各傾斜反射面の間に、各撮像エリアから夫々の反射面に向う光軸の一方をY軸方向にオフセットさせる光軸調整素子が配されると共に、前記一対の反射面同士が、そのオフセット量に応じてY軸方向に重なってYZ面と交差する位置に配されたことを特徴としている。
【0016】
請求項1の発明によれば、撮像エリアと傾斜反射面の間に、各撮像エリアから夫々の反射面に向う光軸の一方をY軸方向にオフセットさせる光軸調整素子が配されているので、撮像エリアから反射面に向う一の光はZ軸方向に沿って直進し、もう一方の光軸はY軸方向に折り曲げられて所定量オフセットされた後、再びZ軸方向に折り曲げられて反射面に達する。
【0017】
各反射面はそのオフセット量に応じてY軸方向に重なっているので、撮像エリアからの光は夫々の反射面で反射されて、原点から撮像エリアまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って進む。
このとき、原点から撮像エリアまでの間隔が小さければ傾斜反射面のZ軸方向下端寄りで反射され、原点から撮像エリアまでの間隔が広ければZ軸方向上端寄りで反射される。
したがって、各撮像光軸が前記傾斜反射面の反射光軸に一致するように撮像素子をZ軸方向に移動させることにより、原点から撮像エリアまでの距離に応じて視野間隔が自由に調整される。
【0018】
また、各反射面は、YZ面と交差するように配されているので、撮像エリアを原点に重ねたときに、夫々の撮像エリアからの光は光軸調整素子によりY軸方向に二つに分岐され、夫々が傾斜反射面によりX軸の正方向及び負方向に向って個別に反射される。
したがって視野間隔を0まで近付けても、像が暗くなったりけられたりすることなく鮮明に撮像できる。
【0019】
請求項2の発明は、Z軸に対して所定の傾斜角度に配された一対の傾斜反射面により、原点から撮像エリアまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って反射される前記各撮像エリアの像を、Z軸方向に位置調整可能に配された一対の撮像素子で撮像する撮像光学系を備え、各傾斜反射面が、所定のZ座標位置に調整された撮像素子の撮像光軸を原点で交差させるように反射させる傾斜角度に設定されたことを特徴としている。
【0020】
請求項2の発明によれば、各撮像エリアの像が一対の傾斜反射面で反射されると、原点から撮像エリアまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って進む。
このとき、原点から撮像エリアまでの間隔が小さければ傾斜反射面のZ軸方向下端寄りで反射され、原点から撮像エリアまでの間隔が広ければZ軸方向上端寄りで反射される。
したがって、各撮像光軸が前記傾斜反射面の反射光軸に一致するように撮像素子をZ軸方向に移動させることにより、原点から撮像エリアまでの距離に応じて視野間隔が自由に調整される。
【0021】
このとき、各傾斜反射面が、所定のZ座標位置に調整された撮像素子の撮像光軸を原点で交差させるように反射させる傾斜角度に設定されているので、撮像エリアを原点に重ねたときに、夫々の撮像エリアからの光はZ軸方向に広がりながら夫々の傾斜反射面でX軸の正方向及び負方向に向って個別に反射される。
したがって視野間隔を0まで近付けても、像が暗くなったりけられたりすることなく鮮明に撮像できる。
【0022】
請求項3の発明のように、平行入射光軸に対して平行出射光軸が得られる両側テレセントリックレンズを撮像素子の結像光学系として用いれば、撮像光束が平行に維持されるので光学設計が容易で、解像度も向上する。
【0023】
請求項4の発明のように、結像光学系を通して撮像光軸に照明光を同軸落射させて被観察面の撮像エリアを照明する照明装置を設ければ、撮像エリアを確実に照明できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図1は本発明に係る二視野撮像装置の概略構成を示す斜視図、図2はその正面図、図3は他の実施形態を示す説明図である。
【0025】
図1に示す二視野撮像装置1は、XYZ座標の原点Pから略等距離にあるX軸上の二つの撮像エリア2R,2Lを個別に撮像するもので、例えば、被観察面となるXY面の原点P上に定置された被観察物3について、その両端に形成された電極部を撮像する場合などに使用される。
【0026】
この二視野撮像装置1は、Z軸に対して所定の傾斜角度に配された一対の傾斜反射面4R、4Lにより、原点Pから撮像エリア2R,2Lまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って反射される前記各撮像エリア2R,2Lの像を、Z軸方向に位置調整可能に配された一対の撮像素子7R、7Lで撮像する撮像光学系を備えている。
撮像素子7R、7Lの撮像光軸5R、5Lは、前記一対の傾斜反射面4R、4Lにより反射される各撮像エリア2R,2Lの像の反射光軸と平行に設定され、撮像素子7R、7Lから各反射面4R、4Lに至る撮像光軸5R、5Lに、結像光学系となるレンズ6R、6Lが介装されている。
【0027】
前記撮像素子7R、7LをZ軸方向に位置調整する視野間隔構成機構8は、一対の傾斜反射面4R、4Lと後述する光軸調整素子9を設けた固定ベース10と、当該固定ベース10上をZ軸方向にスライド可能なスライダ11からなり、このスライダ11に前記撮像素子7R、7Lと、そのレンズ6R、6Lが搭載されている。
なお、スライダ11の駆動機構は問わないが、本例ではモータ12で送りネジ13を正逆回転させることにより位置調整できるようになっている。
【0028】
前記固定ベース10に取り付けられる傾斜反射面4R、4Lは、各撮像エリア2R、2LからZ軸と平行に向かう光をX軸の正方向及び負方向に向って直角に曲げる傾斜角度45°のプリズムやミラーが用いられており、Y軸方向に重なってYZ面と交差する位置に配されている。
【0029】
光軸調整素子9は、前記傾斜反射面4R、4Lと各撮像エリア2R、2Lの間に配され、各撮像エリア2R、2Lからの光をZ軸方向及びY軸方向に分岐させるハーフミラー9Aと、そのY軸方向に分岐された光をさらにZ軸方向に反射させるミラー9Bとからなる。
【0030】
そして、ハーフミラー9Aが一方の傾斜反射面4RとXY面の間に配されると共に、ミラー9Bがもう他方の傾斜反射面4LとXY面の間に配されている。
これにより、一方の撮像エリア2Rから反射面4Rに向う一の光はハーフミラー9Aを透過してZ軸方向に沿って直進し、もう一方の撮像エリア2Lから反射面4Lに向う光はハーフミラー9AでY軸方向に反射され、所定量オフセットされたところで、ミラー9Bで再びZ軸方向に反射される。
【0031】
また、スライダ11に取り付けられる撮像素子7R、7Lは、その撮像光軸5R、5LがX軸と平行になるようにセットされ、スライダ11を移動させて傾斜反射面4R、4Lの反射光軸と一致させることにより、傾斜反射面4R、4LでX軸の正方向及び負方向に向って反射された各撮像エリア2R、2Lの光を受光できるように配されている。
【0032】
なお本例では、撮像素子5R、5Lの結像光学系として、平行入射光軸に対して平行出射光軸が得られる両側テレセントリックレンズ6R、6Lが用いられている。このレンズ6R、6Lは、平行入射光軸に対して平行出射光軸が得られ、レンズ6R、6Lを透過する前後で撮像光束が平行に維持されるので光学設計が容易で、解像度も向上する。
【0033】
さらに、撮像素子7R、7Lとレンズ6R、6Lの間の撮像光軸5R、5Lにはハーフミラー14が介装され、離れた位置に配された光源15から照射され光ファイバ16で導かれた照明光を撮像光軸5R、5Lに同軸落射させて各撮像エリア2R、2Lを照明する照明装置17を備えている。
【0034】
以上が本発明の構成例であって、次にその作用について説明する。二視野撮像装置1を用いて、プリント配線基板の回路面にはんだ付けされたチップ状電子部品を検査する場合、その電子部品の両端に形成された電極間隔に応じて撮像エリア2R、2Lを撮像できるようにスライダ11をZ軸方向に移動させる。
【0035】
この場合に、撮像エリア2R、2LからZ軸と平行に進む光は光軸調整素子9に入射される。
ここで、一方の撮像エリア2Rからの光はハーフミラー9Aを透過してZ軸と平行に直進し、一方の傾斜反射面4Rに達して直角に反射され、X軸の正方向に曲げられる。
また、他方の撮像エリア2Lからの光はハーフミラー9Aで反射されてY軸方向に曲げられ、ミラー9Bで反射されてZ軸方向に曲げられ、他方の傾斜反射面4Lに達して直角に反射され、X軸の負方向に曲げられる。
【0036】
このとき、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が小さければ、撮像エリア2R、2Lからの光は各傾斜反射面4R、4LのZ軸方向下端寄りで反射されるので、その反射光軸のZ軸座標が小さい。
【0037】
そして、各撮像エリア2R、2Lを近付けて原点Pに重ねると、原点からZ軸と平行に直進する光は、光軸調整素子9によりYZ軸面をZ軸方向に進む二つの平行な光に分岐された後、夫々が各傾斜反射面4R、4LでX軸の正方向及び負方向に反射される。
この反射面4R、4Lは、YZ面と交差しているのでYZ面上を進む光もその全部を確実に反射させることができ、画像が暗くなったり像がけられたりすることもない。
【0038】
また、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が大きければ、撮像エリア2R、2Lからの光は各傾斜反射面4R、4LのZ軸方向上端寄りで反射されるので、その反射光軸のZ軸座標が大きい。
【0039】
したがって、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が小さいときはスライダ11をZ軸方向下方に、また、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が大きいときはスライダ11をZ軸方向上方に移動させることにより、撮像光軸5R、5Lを各傾斜反射面4R、4Lの反射光軸と一致させれば、視野間隔が調整され、各撮像エリア2R、2Lを撮像できる。
【0040】
なお、上述したように、必ずしも傾斜反射面4R、4Lの傾斜角度を45°とし、各撮像素子7R、7Lの撮像光軸5R、5LをX軸と平行にしなければならないものではないが、このように設定すれば、スライダ11をZ軸方向に移動させても、レンズ6R,6Lから各撮像エリア2R、2Lまでの至る光路長は常に一定であるので、被写界深度の浅い高倍率レンズを使用しても撮像エリア2R、2Lのピントがボケることがなく、また、夫々の光軸を水平・垂直に設定すればよいので光軸合せも容易になる。
【0041】
さらに、照明装置17から各撮像エリア2R、2Lに照明光が同軸落射されるので、拡大倍率が大きいときでもその撮像エリア2R、2Lを確実に照明することができる。
【0042】
図3は他の実施形態を示す説明図であって、図1及び図2と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の二視野撮像装置21は、各撮像エリア2R、2LからZ軸方向に向かう光を原点Pから撮像エリア2R、2Lまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って反射させる一対の傾斜反射面22R,22Lと、その反射光を入射可能な方向の撮像光軸5R、5L及びレンズ6R、6Lを有する一対の撮像素子7R、7Lと、前記各撮像光軸5R、5Lが前記傾斜反射面22R,22Lの反射光軸に一致するように前記撮像素子7R、7LをZ軸方向に移動させる視野間隔調整機構8を備えている。
【0043】
そして、撮像素子7R,7Rの撮像光軸5R、5Lが、原点Pから夫々の反射面22R,22Lに対して所定の傾斜角度θで拡がりながら入射される光の反射光軸と平行に配されている。
本例では、傾斜反射面22R,22LとZ軸のなす角が46°に設定されているので、原点PからZ軸に対して傾斜角度2°で拡がりながら夫々の反射面22R,22Lに達した光が、X軸と平行にその正方向及び負方向に反射されるようになっている。
したがって、撮像素子7R,7Rの撮像光軸5R、5Lは、X軸と平行に設定されている。
【0044】
原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が小さければ、撮像エリア2R、2Lからの光は各傾斜反射面22R、22LのZ軸方向下端寄りで反射されるので、その反射光軸のZ軸座標が小さい。
なお、原点Pから反射面22R,22Lに達するまでの光の光路長が約10cmだとすると、各撮像エリア2R、2Lを近付けて原点P上で重ねても、当該光路はYZ面から約3.5mm離れたところで夫々の反射面22R,22Lに入射される。
したがって、反射面22R、22Lがプリズムで形成されている場合にその下端部が面取りされていても、また、ミラーで形成されている場合にその厚みがある場合でも、原点Pの画像が暗くなったりけられたりすることもない。
【0045】
また、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が大きければ、撮像エリア2R、2Lからの光は各傾斜反射面22R、22LのZ軸方向上端寄りで反射されるので、その反射光軸のZ軸座標が大きい。
【0046】
したがって、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が小さいときはスライダ11をZ軸方向下方に、また、原点Pから各撮像エリア2R、2Lまでの距離が大きいときはスライダ11をZ軸方向上方に移動させることにより、撮像光軸5R、5Lを各傾斜反射面22R、22Lの反射光軸と一致させれば、視野間隔が調整され、各撮像エリア2R、2Lを撮像できる。
【0047】
なお本例では、スライダ11のZ軸方向の移動範囲が30mm程度の場合に、レンズ6R,6Lから各撮像エリア2R、2Lまでの至る距離の変化はせいぜい1mm程度であるので、十分にレンズの被写界深度に入り、撮像エリア2R、2Lのピントがボケることもない。
【0048】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、一つのラインを流れる製品に応じて撮像すべき二つの視野間隔を広範に調整しなければならない場合でも、そのレンジがも0〜数cmと極めて広く、1台の撮像装置で、撮像エリアが重なる程度まで近接した0cmの撮像間隔から、数cm程度まで広範囲にわたって撮像することができると言う大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る二視野撮像装置を示す説明図。
【図2】その正面図。
【図3】他の実施形態を示す説明図。
【図4】従来装置を示す説明図。
【図5】従来装置を示す説明図。
【符号の説明】
1………………二視野撮像装置
P………………原点
2R,2L……撮像エリア
3………………被観察物
4R、4L……傾斜反射面
5R、5L……撮像光軸
6R、6L……結像光学系
7R、7L……撮像素子
8………………視野間隔調整機構
9………………光軸調整素子
14………………ハーフミラー
15………………光源
17………………照明装置
Claims (4)
- XYZ座標の原点から略等距離にあるX軸上の二つの撮像エリアを個別に撮像する二視野撮像装置であって、
Z軸に対して所定の傾斜角度に配された一対の傾斜反射面により原点から撮像エリアまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って反射される前記各撮像エリアの像をZ軸方向に位置調整可能に配された一対の撮像素子で撮像する撮像光学系を備え、
各撮像エリアと前記各傾斜反射面の間に、各撮像エリアから夫々の反射面に向う光軸の一方をY軸方向にオフセットさせる光軸調整素子が配されると共に、前記一対の反射面同士が、そのオフセット量に応じてY軸方向に重なってYZ面と交差する位置に配されたことを特徴とする二視野撮像装置。 - XYZ座標の原点から略等距離にあるX軸上の二つの撮像エリアを個別に撮像する二視野撮像装置であって、
Z軸に対して所定の傾斜角度に配された一対の傾斜反射面により、原点から撮像エリアまでの距離に応じたZ座標位置でX軸の正方向及び負方向に向って反射される前記各撮像エリアの像を、Z軸方向に位置調整可能に配された一対の撮像素子で撮像する撮像光学系を備え、
前記各傾斜反射面が、所定のZ座標位置に調整された撮像素子の撮像光軸を原点で交差させるように反射させる傾斜角度に設定されたことを特徴とする二視野撮像装置。 - 前記撮像素子から傾斜反射面に至る撮像光軸に、両側テレセントリックレンズからなる結像光学系が介装された請求項1又は2記載の二視野撮像装置。
- 前記撮像素子から傾斜反射面に至る撮像光軸に結像光学系が介装されると共に、撮像素子と結像光学系の間に介装されたハーフミラーにより、照明光を撮像光軸に同軸落射させて各撮像エリアを照明する照明装置を備えた請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二視野撮像装置。
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