JPH08210988A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速で倍率切換動作が可能な耐久性ある撮像
装置を提供する。 【構成】 ビームスプリッタ２２により、分岐された光
路に倍率の異なる第１及び第２のレンズ２６，２８と、
第１又は第２のレンズからの光のいずれか一方を選択し
て遮断するシャッタ３０とを備えたことにより、シャッ
タの運動のみによって光学系の倍率を変化させることが
できる。倍率を変化させるために、レンズを機械的に運
動させる必要がないので、高速で倍率切換動作が可能な
耐久性ある撮像装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子部品の検査
装置や実装装置、或いは、精密部品の検査装置や組立装
置において用いられる撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電子部品の検査装置において
は、作業者が微細な電子部品を観察するために、電子部
品の検査装置にＣＣＤカメラのような撮像装置が備えら
れ、撮像装置によって撮像された電子部品の画像をテレ
ビモニタ等に映し出すようにしている。また、撮像され
た画像を処理することによって電子部品の寸法計測等も
行われる。

【０００３】同様に、電子部品の実装装置にも撮像装置
が備えられているのが一般的であり、撮像された電子部
品の画像を処理することで、実装の際の位置合わせ等を
行うこととしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、撮像
対象物となる電子部品は様々な大きさを有しているため
に、撮像装置に用いられる光学系の倍率を変化させて、
撮像装置に内蔵された撮像デバイスの撮像面上に適当な
大きさの電子部品の像を結像させる必要がある。

【０００５】また、電子部品実装装置における電子部品
の実装において電子部品の位置合わせを行う際にも同様
に、例えば、低倍率で粗い位置合わせを行い、高倍率で
正確な位置合わせを行うというように撮像装置に用いら
れる光学系の倍率を変化させる必要がある。

【０００６】このため、撮像装置に用いられる光学系の
倍率を変化させるための手段として、従来からズームレ
ンズや二焦点切替レンズを用いたものが提案されてい
る。しかし、これらの手段はレンズが機械的に移動され
る構造であるので、耐久性或いは倍率切換の動作速度に
改善点を有している。近年、電子部品の検査装置や実装
装置には倍率切換動作時間の短縮化が要求されると共
に、倍率切換動作回数が極めて多く且つ高い耐久性が要
求されるため、ズームレンズ等を用いた従来の手段では
十分に対応することができなかった。

【０００７】また、１つの対象物を倍率の異なる光学系
を有する複数の撮像装置によって撮像した場合には、撮
像装置からの信号を電気的に選択することによって倍率
の選択が可能になるが、複数の撮像デバイスが必要にな
り装置全体のコストが上昇することになる。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みて為されたもの
であり、その目的は、高速で倍率切換動作が可能で且つ
十分な耐久性を有するローコストな撮像装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、撮像対象物からの光が入射
され、この光の一部を透過させ、残りを反射させる光分
割手段と、光分割手段によって反射された光を、光分割
手段を透過した光の光路に導くよう反射させる複数の全
反射ミラーと、光分割手段を透過した光及び全反射ミラ
ーにより導かれた光が入射され、これらの光を合成して
出射することのできる光合成手段と、光合成手段から出
射された光の光路上に配置された撮像手段と、光分割手
段を透過した光が光分割手段及び光合成手段の間で進む
第１の光路上に配置され、撮像手段の撮像面に撮像対象
物の像を所定の倍率で結像する第１のレンズと、光分割
手段により反射された光が光分割手段及び光合成手段の
間で進む第２の光路上に配置され、撮像手段の撮像面に
撮像対象物の像を前記第１のレンズと異なる所定の倍率
で結像する第２のレンズと、第１の光路又は第２の光路
のいずれか一方を選択的に遮断するシャッタとを備える
ことを特徴としている。

【００１０】また、光分割手段及び光合成手段として、
ビームスプリッタ又は偏光ビームスプリッタを用いるの
が有効である。

【００１１】

【作用】請求項１に係る撮像装置においては、撮像対象
物からの光は光分割手段を透過する光と光分割手段によ
って反射される光とに分割される。透過光及び反射光は
それぞれ倍率の異なる第１のレンズ及び第２のレンズに
入射され、それぞれのレンズからの出射光はシャッタに
よってどちらか一方が選択的に遮断される。

【００１２】また、光合成手段によって、第１又は第２
のどちらのレンズからの光も同軸上に導かれる。この軸
上に撮像手段が配置されているため、これらの光は撮像
手段に入射され、撮像手段で画像信号に変換されて出力
される。従って、シャッタの運動のみで第１又は第２の
レンズの倍率のいずれか一方が選択される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による撮像装置の好適な実施例
について、図面を用いて説明する。

【００１４】図１は、本発明の第１の実施例による撮像
装置１０の全体構成を示す斜視図である。図１におい
て、符号１２は、例えば電子部品や精密部品のような撮
像対象物を示し、符号１４は撮像手段としてのＣＣＤ
（電荷結合素子）型固体撮像素子（以下、「撮像素子」
という）を示している。この撮像素子１４の撮像面１６
上に、第１及び第２の全反射ミラー１８，２０、第１及
び第２のビームスプリッタ２２，２４、倍率の異なる第
１及び第２のレンズ２６，２８、及び、回転式のシャッ
タ３０から構成される光学系によって、対象物１２の像
が結像される。

【００１５】この対象物１２を照明する照明装置３２
は、図１に示すようにＬＥＤ３４がそれぞれ埋設された
４枚のプレートから構成され、これらのプレートは対象
物１２の方に向くように配置され、４枚のプレートから
構成された形状の中央部には貫通穴３６が形成されてい
る。

【００１６】次に、照明装置３２によって対象物１２が
照明された際の対象物１２からの光の進み方について説
明する。

【００１７】照明装置３２による照明光は対象物１２に
よって反射され、反射された光は、図中軸Ａ１で示す一
点鎖線に沿って図の左方に進み、本発明の光学系を構成
する光学部品の１つであり、軸Ａ１上に配置された第１
のビームスプリッタ（光分割手段）２２に入射される。

【００１８】ビームスプリッタ２２は、２つの直角プリ
ズムから構成され、一方の直角プリズムの斜面に半透膜
をコートして２つの斜面同士を接合したものであって、
光を分割させることができる。従って、軸Ａ１に沿って
進みビームスプリッタ２２に入射された光の約５０％は
透過されて更に軸Ａ１に沿って進み、入射された光の他
の約５０％は反射されて軸Ａ１に対して直角に延びる軸
Ａ２に沿って進むようになる。

【００１９】第１のビームスプリッタ２２の左方には、
第１のレンズ２６がその光軸を軸Ａ１に実質的に一致さ
せるようにして配置されている。この実施例において
は、第１のレンズ２６は高倍率のものが使用されてい
る。また、図示の第１のレンズ２６は、色収差をはじめ
として諸収差を補正する目的で複数枚のレンズから構成
されているが、１枚のレンズから構成された単レンズで
あってもよい。第１のビームスプリッタ２２を透過した
光は、この第１のレンズ２６を透過した後、更に軸Ａ１
に沿って左方に進む。

【００２０】図１において、第１のレンズ２６の左方に
は、第１のレンズ２６を透過した光を遮断することがで
きるように配置されたシャッタ３０が設けられている。
このシャッタ３０の回転によって、第１のレンズ２６を
透過した光の遮断及び透過が制御されるが、この動作の
詳細については後述する。

【００２１】このシャッタ３０の更に左方であって軸Ａ
１上には第２のビームスプリッタ（光合成手段）２４が
配置されている。この第２のビームスプリッタ２４は、
上述した第１のビームスプリッタ２２と同様な構成にな
っており、２つの直角プリズム間に半透膜が形成されて
いる。この第２のビームスプリッタ２４は、軸Ａ１に沿
ってビームスプリッタ２４に入射された光の約５０％を
透過、直進させ、撮像素子１４の撮像面１６に入射させ
る。

【００２２】上述したように、第１のビームスプリッタ
２２によって光量が約５０％減少され、更に、第２のビ
ームスプリッタ２４によって光量が約５０％減少される
ため、撮像面１６に入射される光量は第１のビームスプ
リッタ２２に入射された光量に対して約２５％になる。

【００２３】撮像素子１４の撮像面１６上には、第１の
レンズ２６によって対象物１２の像が結像される。第１
のレンズ２６は、第２のレンズ２８に比して高倍率とな
るので、撮像面１６における対象物１２の像は第２のレ
ンズ２８を介した像よりも大きく得られる。このように
して対象物１２の像が撮像面１６上で結像されると、撮
像素子１４は、その光学像の各部の光強度に対応して電
気的な画像信号に変換する。このような画像信号は本発
明による撮像装置が用いられる電子部品の検査装置や実
装装置、或いは、精密部品の検査装置や組立装置等にお
いて、検査、実装或いは組立等を目的とした情報として
利用される。

【００２４】一方、第１のビームスプリッタ２２によっ
て反射されて軸Ａ２に沿って進む光は、軸Ａ２上に配置
された第１の全反射ミラー１８によって反射され、軸Ａ
２に直交する軸Ａ３に沿って進む。この全反射ミラー１
８は、軸Ａ１と軸Ａ３とが実質的に平行となるように配
置されている。

【００２５】図１で第１の全反射ミラー１８の左方に
は、第２のレンズ２８がその光軸を軸Ａ３に一致させる
ようにして配置されている。第２のレンズ２８は、第１
のレンズ２６よりも低倍率のものとなっている。尚、図
示の第２のレンズ２８は、色収差をはじめとして諸収差
を補正する目的で複数枚のレンズから構成されている
が、第１のレンズ２６と同様、１枚のレンズから構成さ
れた単レンズであってもよい。

【００２６】この第２のレンズ２８を透過した光は、更
に軸Ａ３に沿って左方に進んだ後、軸Ａ３上に設けられ
た回転式のシャッタ３０によって、遮断できるようにな
っている。このシャッタ３０はアクチュエータ３８の回
転軸に固定され、この回転軸の回転によってシャッタ３
０は回転駆動される。

【００２７】図２には、シャッタ３０の動作が更に詳細
に示されている。シャッタ３０の回転角度が、図２
（ａ）に示すような位置にある場合には、第１のレンズ
２６から出射された光は遮られず、第２のレンズ２８か
ら出射された光は遮られる。次に、シャッタ３０の回転
角度が図２（ｂ）に示すような位置にある場合には、図
Ａ（ａ）の場合と逆であり、第１のレンズ２６から出射
された光は遮られ、第２のレンズから出射された光は遮
られる。このため、図２（ａ）に示すシャッタ３０の角
度から図２（ｂ）に示すシャッタ３０の角度までの角度
範囲でシャッタ３０を回転往復運動させることによっ
て、第１のレンズからの光又は第２のレンズからの光の
どちらか一方を選択することができる。

【００２８】第２のレンズ２８から出射された光は、上
述したシャッタ３０を経て軸Ａ３に沿って更に進み、軸
Ａ３上に配置された第２の全反射ミラー２０に入射され
る。第２の全反射ミラー２０によって反射された光は、
軸Ａ３に直交する軸Ａ４に沿って進む。この全反射ミラ
ー２０は、軸Ａ４が軸Ａ２と実質的に平行となり且つ第
２のビームスプリッタ２４の斜面上で軸Ａ１と交差する
ように位置決めされている。

【００２９】軸Ａ４を進む光は第２のビームスプリッタ
２４に入射される。この場合、半透膜の特性から、入射
された光の約５０％が透過され、残りの約５０％が反射
される。そして、この反射された光は軸Ａ１に沿って左
方に進み、撮像素子１４の撮像面１６に入射される。

【００３０】この場合においても、上述した場合と同様
に、第１のビームスプリッタ２２によって光量が約５０
％減少され、更に、第２のビームスプリッタ２４によっ
て光量が約５０％減少されるので、撮像面１６に入射さ
れる光量は、第１のビームスプリッタ２２に入射された
光量に比較して、約２５％になる。

【００３１】このように、軸Ａ４に沿った光が撮像素子
１４の撮像面１６に入射された場合、その撮像面１６上
には第２のレンズ３４により対象物１２の像が結像され
る。第２のレンズ２８は第１のレンズ２６より低倍率で
あるため、同一寸法の対象物を撮像した場合、第２のレ
ンズ２８によって結像される像は第１のレンズ２６によ
って結像される像よりも小さなものとなる。

【００３２】次に、本発明の第２の実施例として、撮像
装置１０で用いられた第１、第２のビームスプリッタ２
２，２４の代わりに、第１、第２の偏光ビームスプリッ
タ５２，５４を用いた撮像装置５０を図３に沿って説明
する。

【００３３】撮像装置５０の全体構成は、ビームスプリ
ッタ２２，２４の代わりに偏光ビームスプリッタ５２，
５４を用いた点を除き、図１によって示される撮像装置
１０と同様である。

【００３４】偏光ビームスプリッタ５２，５４は、ビー
ムスプリッタ２２，２４と同様に２つの直角プリズムか
ら構成されているが、一方のプリズムの斜面に特定構造
の多層膜をコートして２つの斜面同士を接合したもので
ある。多層膜の特性から、多層膜を透過した光と多層膜
によって反射された光とが互いに直交した偏光となる。

【００３５】照明装置３２によって照明された撮像対象
物１２による反射光は、軸Ａ１に沿って進み、第１の偏
光ビームスプリッタ５２に入射される。図中に、符号５
６で示した丸印、及び、符号５８で示した短線は、この
撮像対象物１２による反射光の偏光の方向を示してい
る。丸印５６は、光の方向に対して垂直であって紙面に
対して垂直方向の偏光を示しており、単線５８は、光の
方向に対して垂直であって紙面に対して平行な方向の偏
光を示している。

【００３６】第１の偏光ビームスプリッタ５２は、丸印
５６方向に偏光した光を透過させ、短線５８方向に偏光
した光を反射させる性質を有している。このため、第１
の偏光ビームスプリッタ５２を透過した光の偏光と第２
の偏光ビームスプリッタ５２によって反射された光の偏
光とは、互いに直交するようになる。この際に、第１の
偏光ビームスプリッタ５２の透過光量と反射光量はそれ
ぞれ、第１の偏光ビームスプリッタ５２に入射される光
量の約５０％となる。

【００３７】第１の偏光ビームスプリッタ５２を透過し
た丸印５６方向に偏光した光は、軸Ａ１に沿って更に進
み、第１のレンズ２６、シャッタ３０を経て、第２の偏
光ビームスプリッタ５４に入射される。この第２の偏光
ビームスプリッタ５４も、第１の偏光ビームスプリッタ
５２と同様な性質、つまり、丸印５６方向に偏光した光
を透過させ、単線５８方向に偏光した光を反射させる性
質を有している。従って、既に丸印５６方向に偏光して
いる第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射される光
は、全て（光量では約１００％）第２の偏光ビームスプ
リッタ５４を透過して、撮像素子１４の撮像面１６に入
射される。

【００３８】一方、第１の偏光ビームスプリッタ５２に
よって反射された短線５８方向に偏光した光は、第１の
全反射ミラー１８、第２のレンズ２８、シャッタ３０及
び全反射ミラー２０の順で、軸Ａ２、軸Ａ３、軸Ａ４に
沿って進み、第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射さ
れる。この光は、既に短線５８方向に偏光されているの
で、上述した性質を有する第２の偏光ビームスプリッタ
５４によって全て（光量では約１００％）反射され、撮
像素子１４の撮像面１６に入射される。

【００３９】第１の実施例による撮像装置１０で説明し
たように、シャッタ３０の動作によって、第１のレンズ
からの光と第２のレンズからの光とのどちらか一方が選
択される。このため、撮像面に入射される光は、丸印５
６方向に偏光された光、又は、短線５８方向に偏光され
た光のどちらか一方となり、撮像素子１４の撮像面１６
への入射光量は、第１の偏光ビームスプリッタ５２への
入射光量に対して約５０％となる。従って、第１の実施
例においては、撮像面１６に入射される光量は第１のビ
ームスプリッタ２２に入射された光量に対して約２５％
であったが、第２の実施例では、約２倍である約５０％
の光量の光を撮像面に入射することができる。

【００４０】その他の構成、及び、同一符号の部分につ
いては、第１の実施例と実質的に同様であるので、その
詳細な説明は省略する。

【００４１】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は上記の第１及び第２の実施例に限定さ
れないことは言うまでもない。例えば、上記実施例で
は、４枚のプレート上にＬＥＤが取り付けられ且つ配置
されているが、円錐状に形成されたプレート状にＬＥＤ
が取り付けられていてもよいし、取り付けられているＬ
ＥＤの個数も図示した個数に限定されない。また、照明
装置を撮像対象物の後方に配置して（図１においては右
側）、撮像対象物のシルエット映像を撮像するようにし
てもよい。

【００４２】更に、撮像手段としては、上記のＣＣＤ型
固体撮像素子以外にも、ＭＯＳ型等の他の方式による固
体撮像素子或いは光電管型等の撮像管のような種々の撮
像デバイスを用いることができる。

【００４３】また、上記実施例では、第１のレンズを高
倍率とし、第２のレンズを低倍率レンズとしているが、
これらを逆にして第１のレンズを低倍率とし、第２のレ
ンズを高倍率レンズとしてもよい。また、シャッタは上
記実施例のような回転式のシャッタに限られず、第１の
レンズ及び第２のレンズからの光をそれぞれ個別に遮断
することができるように、２つの別個のシャッタを用い
て構成してもよい。この場合、シャッタをモータ、ソレ
ノイド等のいかなる手段によって駆動させてもよい。ま
た、シャッタを配置する位置は、上記実施例では第１、
第２のレンズから出射された光を遮断することができる
ような位置に配置されているが、第１、第２のレンズに
入射される光を遮断することができるような位置に配置
されていてもよい。即ち、光が第１のビームスプリッタ
（偏光ビームスプリッタ）から第１のレンズを通り、第
２のビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタ）に至る
光路（第１の光路）上、及び、光が第１のビームスプリ
ッタ（偏光ビームスプリッタ）から第１，第２の全反射
ミラーを経て、第２のビームスプリッタ（偏光ビームス
プリッタ）に至る第２の光路（第２の光路）上であれ
ば、シャッタを配置する位置は特に限定されない。

【００４４】更にまた、半透膜が形成されたビームスプ
リッタの反射率は、約５０％になるよう設定してある
が、これに必ずしも限定されるものではなく、それぞれ
の光学系が必要とする光量の重み付けに応じて適当な比
率となるよう変更及び選択が可能である。また、光分割
手段及び光合成手段としてビームスプリッタ又は偏光ビ
ームスプリッタを用いることとしたが、同様の機能を有
する光学素子、例えばハーフミラー（半透鏡）等を用い
ることも可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明による撮像装置は、以上述べたよ
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。

【００４６】即ち、シャッタの運動のみによって光学系
の倍率を変化させることができる。従って、倍率を変化
させるために、例えばズームレンズ又は二焦点切換レン
ズを用いた場合のようにレンズを機械的に運動させる必
要がなくなる。このため、光学系の構成が簡素になり光
学系の製造コストを減少させることができると共に、非
常に高速な倍率切換動作が可能になり、極めて多い倍率
切換動作回数にも十分対応できるような耐久性を持った
撮像装置を実現することができる。

【００４７】また、本発明によれば、１個の撮像デバイ
スを用いて倍率切換可能な撮像装置を実現できるので、
撮像デバイスのコストを大幅に削減することができると
共に、撮像デバイスが接続される画像信号回路部を１個
にすることができ、画像信号回路部のコストも同時に削
減することができる。

【００４８】更に、偏光ビームスプリッタを用いた場
合、２つの偏光ビームスプリッタによる光量の減少を約
５０％に抑えることができ、比較的明るい光学系を構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による撮像装置を示す斜
視図である。

【図２】図１におけるシャッタの動作を詳細に示した図
である。

【図３】本発明の第２の実施例による撮像装置の光学経
路を示した図である。

【符号の説明】

１０…撮像装置、１２…対象物、１４…撮像素子、１８
…第１の全反射ミラー、２０…第２の全反射ミラー、２
２…第１のビームスプリッタ、２４…第２のビームスプ
リッタ、２６…第１のレンズ、２８…第２のレンズ、３
０…シャッタ、３２…照明装置、３８…アクチュエー
タ、５０…撮像装置、５２…第１の偏光ビームスプリッ
タ、５４…第２の偏光ビームスプリッタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像対象物からの光が入射され、この光
   の一部を透過させ、残りを反射させる光分割手段と、 前記光分割手段によって反射された光を、前記光分割手
   段を透過した光の光路に導くよう反射させる複数の全反
   射ミラーと、 前記光分割手段を透過した光及び前記全反射ミラーによ
   り導かれた光が入射され、これらの光を合成して出射す
   ることのできる光合成手段と、 前記光合成手段から出射された光の光路上に配置された
   撮像手段と、 前記光分割手段を透過した光が前記光分割手段及び前記
   光合成手段の間で進む第１の光路上に配置され、前記撮
   像手段の撮像面に撮像対象物の像を所定の倍率で結像す
   る第１のレンズと、 前記光分割手段により反射された光が前記光分割手段及
   び前記光合成手段の間で進む第２の光路上に配置され、
   前記撮像手段の前記撮像面に撮像対象物の像を前記第１
   のレンズと異なる所定の倍率で結像する第２のレンズ
   と、 前記第１の光路又は前記第２の光路のいずれか一方を選
   択的に遮断するシャッタとを備える撮像装置。
2. 【請求項２】 前記光分割手段及び前記光合成手段がそ
   れぞれビームスプリッタである請求項１記載の撮像装
   置。
3. 【請求項３】 前記光分割手段及び前記光合成手段がそ
   れぞれ偏光ビームスプリッタである請求項１記載の撮像
   装置。