JPH09289605A

JPH09289605A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH09289605A
Application number: JP8100745A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tanabe; 敦田邉; Masamichi Morimoto; 正通森本; Mamoru Inoue; 守井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度の画像を、高速かつ容易で安価に撮
像することができる撮像装置を提供する。【解決手段】レンズ４２で集光された撮像対象領域４
１からの光を均等に分岐手段４３で分岐する。分岐され
た各光を、結像面４５内で撮像対象領域４１の異なる一
部分を受光するように配置されている各ＣＣＤ４４で受
光する。各ＣＣＤ４４で受光した光を電気信号に変換
し、映像信号として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理を行う対
象物の画像を得るために、その対象物を撮像する撮像装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】年々、産業界では高速かつ高精度に製品
を生産することが望まれており、その一方で、製品を構
成している部品は縮小かつ高集積傾向にあり形状も複雑
化してきている。そういった部品を高精度に実装或いは
組み立てるため、近年では画像処理技術が活用されてき
ている。この画像処理ではデジタル化された画像の特徴
から対象物の位置や形状を検出しており、それらの情報
をもとに、実装或いは組立行程での位置補正や検査を行
っている。

【０００３】画像処理を行う場合の対象物の画像を得る
ために、その対象物を撮像する方法としては、可視光線
を電気信号に変換して画像処理装置に入力する方法がも
っとも一般的である。可視光線を電気信号に変換する受
光素子としてはＣＣＤ（Charge Coupled Device ）が一
般的に用いられている。ＣＣＤを用いた撮像装置には、
撮像装置（あるいは撮像対象）を移動することで２次元
の撮像対象領域を撮像するラインセンサーと、２次元の
対象領域の移動をともなわずに撮像するエリアセンサー
がある。一般的には、信号の伝達方式の関係で、５１２
×４８０画素の画像が撮像できるエリアセンサーが多く
用いられている。

【０００４】しかし、近年の撮像対象の細密かつ複雑化
にともない、対象物をより高い分解能で撮像することが
必要となってきた。そのため、高精度を要求される分野
では、一般的な５１２×４８０画素からなるものよりも
高解像度の画像が必要とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高解像度の画像を得る
ための撮像方法としては、大きく３種類が考えられる。
その１つは、図１に示すように、１０２４×１０２４画
素相当の撮像対象領域内にある撮像対象１０に対し、撮
像装置として５１２×４８０画素のエリアセンサー１１
を例えば矢印Ｙ１〜Ｙ３で示すように移動させ、その位
置毎に撮像対象１０を撮像し、複数の分割画像１２（こ
の例では、４枚となる）を得る方法である。

【０００６】この方法は最も安価ではあるが、画像を入
力する時間とエリアセンサー１１を用いた撮像装置の移
動時間の両方が必要なので、全体として撮像時間の合計
は大きくなり、撮像スピードとしては大変遅いものとな
る。また、画像処理においては、４枚の分割画像１２を
結合処理して得られた結合画像１３として扱わなければ
ならない。この結合には、撮像装置の取り付け角度およ
び回転のズレや、撮像装置の移動方向および抑揚のズレ
などの要素を考慮しなければならず、完璧に結合するの
は大変困難であり、間違って結合すると結合画像１４の
ような画像を処理することになり、正確な画像認識が行
えない。

【０００７】なお、撮像装置を移動させる代わりに複数
台（この例の場合４台）の撮像装置を用いて行うことも
可能であり、この場合には、ズレ要素も軽減するが依然
として画像を結合する処理は必要となり、さらに撮像装
置の増加台数分高価になるだけで、あまり問題が解決さ
れたとはいえない。

【０００８】撮像装置を移動させるもう一つの方法は、
図２に示すように、１０２４×１０２４画素相当の撮像
対象領域内にある撮像対象２０に対し、撮像装置として
１行１０２４画素のラインセンサー２１を例えば矢印Ｙ
４で示すように移動させながら、各行ごとに撮像対象２
０を撮像し、各行ごとの撮像画素を連続的に蓄積して１
枚の画像２２を得る方法である。

【０００９】この方法は比較的安価に実現可能であり、
得られる画像２２も画像処理装置に入力される段階から
連続しているため、画像処理としては扱いやすい。しか
し、この方法でも、撮像装置を移動しながら撮像するた
め、全体として撮像時間は大きくなり撮像スピードとし
ては大変遅いものとなる。

【００１０】また、行単位の撮像であるため、ラインセ
ンサー２１の取り付け角度および回転のズレや、移動方
向および抑揚などにより、撮像された画像が変形画像２
３のようになる場合がある。これを回避するためには、
上記の要素を校正してやらなければならないが、撮像が
撮像装置の移動をともなうため大変な手間となる。

【００１１】最も単純な方法としては、図３に示すよう
に、１０２４×１０２４画素相当の撮像対象領域内にあ
る撮像対象３０に対し、図１に示す５１２×４８０画素
のエリアセンサー１１より高解像度である例えば１０２
４×１０２４画素のエリアセンサー３１を撮像装置とし
て用いて、一回の撮像で画像３２を得る方法などがあ
る。

【００１２】この方法は、撮像装置の移動をともなわな
いため撮像時間もかからず連続した画像３２を得ること
ができるが、使用しているＣＣＤは、その画素数が５１
２×４８０画素のエリアセンサーの４倍程度で生産が非
常に困難であり一般的に普及していないこともあって、
非常に高価となり実用的ではなくなる。

【００１３】本発明は、上記の問題点を解決するもの
で、組立・加工工程における撮像画像に対する画像処理
による各種計測により位置検出および検査される撮像対
象物に対して、その位置検出および検査を高精度化する
ために、より高分解能で高精度な画像認識を可能とする
高解像度の画像を、高速かつ容易で安価に撮像すること
ができる撮像装置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置におい
ては、分岐手段により分岐された各光をそれぞれ受光す
る各撮像素子を、撮像対象領域を撮像素子数で分割した
それぞれ異なる領域からの光を受光するように配置し、
各撮像素子から得られた画像を連結し撮像対象領域の全
域の映像信号として出力することを特徴としたものであ
り、組立・加工工程における撮像画像に対する画像処理
による各種計測により位置検出および検査される撮像対
象物に対して、その位置検出および検査を高精度化する
ために、より高分解能で高精度な画像認識を可能とする
高解像度の画像を、高速かつ容易で安価に撮像すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の撮像装
置は、画像処理を行う対象物の画像を得るために、その
対象物が含まれる撮像対象領域を撮像する撮像装置にお
いて、レンズにより集光された前記撮像対象領域からの
光を複数に分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分
岐された各光をそれぞれ受光する複数の撮像素子とを備
え、各撮像素子を、前記撮像対象領域を撮像素子数で分
割したそれぞれ異なる領域からの光を受光するように配
置し、各撮像素子から得られた画像を連結し前記撮像対
象領域の全域の映像信号として出力することを特徴とす
る。

【００１６】請求項２に記載の撮像装置は、請求項１に
記載の分岐手段を、透過性のある鏡で構成したことを特
徴とする。請求項３に記載の撮像装置は、請求項１に記
載の各撮像素子から得られた画像の大きさが等しくなる
ように分岐手段と撮像素子との間隔を調整する機構を備
えたことを特徴とする。

【００１７】請求項４に記載の撮像装置は、請求項１に
記載の各撮像素子から得られた画像が連続するように、
撮像対象領域からの光の結像面での撮像素子の配置を調
整する機構を備えたことを特徴とする。

【００１８】請求項５に記載の撮像装置は、請求項１に
記載の各撮像素子から得られた画像の重複部分の映像信
号をカットして出力する回路を備えたことを特徴とす
る。請求項６に記載の撮像装置は、請求項１に記載の各
撮像素子から得られた画像に対応する映像信号のレベル
を同一に調整して出力する回路を備えたことを特徴とす
る。

【００１９】請求項７に記載の撮像装置は、請求項１に
記載の各撮像素子から得られた画像に対応する映像信号
を連結して出力する回路と、独立して出力する回路とを
備えたことを特徴とする。

【００２０】請求項８に記載の撮像装置は、請求項２か
ら請求項７に記載の構成から、いずれか複数組み合わせ
て構成したことを特徴とする。以上の構成により、レン
ズにより集光し分岐手段により均等に分岐した撮像対象
領域からの光の各結像面内に、その光の異なる一部分を
それぞれ受光するように配置された各撮像素子により、
各結像面内への光を受光して電気信号に変換し、映像信
号として出力する。

【００２１】以下、本発明の実施の形態を示す撮像装置
について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発
明の第１の実施の形態の撮像装置を図４に基づいて説明
する。

【００２２】本実施の形態の撮像装置４０は、図４に示
すように、撮像対象として星模様が描かれた１０２４×
１０２４画素相当の撮像対象領域４１を、５１２×５１
２画素の撮像素子としてのＣＣＤ４４を４つ組み合わせ
て撮像する例である。

【００２３】図４（ａ）は撮像装置４０で対象領域４１
を撮像している様子を示している。対象領域４１からの
光はレンズ４２で集光され、分岐手段４３にて４つのＣ
ＣＤ４４に均等に分割され受光される。受光された光は
各ＣＣＤ４４で電気信号に変換される。各ＣＣＤ４４は
それぞれの結像面４５内でそれぞれ対象領域の異なる４
分の１領域を受光するように配置しておく。撮像装置４
０からはそれぞれのＣＣＤ４４の電気信号を連結して合
成した映像信号として出力する。

【００２４】図４（ｂ）は撮像装置４０から出力された
映像信号を画像処理装置に入力したときの画像イメージ
である。この画像イメージは、１０２４×１０２４画素
からなり高解像度のうえ画像処理装置に入力された段階
で適正に結合されているため、高精度な画像処理を行う
ことが可能となる。

【００２５】本発明の第２の実施の形態の撮像装置を図
５に基づいて説明する。本実施の形態の撮像装置５０
は、図５に示すように、撮像対象として星模様が描かれ
た１０２４×１０２４画素相当の撮像対象領域５１を、
５１２×５１２画素からなる４つの撮像素子としてのＣ
ＣＤ５４，５６，５８，５９を組み合わせて撮像する例
である。

【００２６】図５（ａ）は撮像装置５０で対象領域５１
を撮像している様子を示している。対象領域５１からの
光はレンズ５２で集光され４分の３透過ミラー５３に当
たる。この光のうち４分の１の光は反射しＣＣＤ５４に
受光される。残りの４分の３は通過し３分の２透過ミラ
ー５５に当たる。この光のうち３分の１の光は反射しＣ
ＣＤ５６に受光される。残りの３分の２は通過し２分の
１透過ミラー５７に当たる。この光のうち半分の光は反
射しＣＣＤ５８に受光される。残りの半分は通過しＣＣ
Ｄ５９に受光される。

【００２７】結局、レンズ５２から入った光は、ＣＣＤ
５４，５６，５８，５９に均等に受光されることにな
る。ＣＣＤ５４，５６，５８，５９は、それぞれ画像５
４′，５６′，５８′，５９′のように、対象領域５１
のうちのそれぞれ異なる４分の１の領域を受光するよう
に配置しておく。ＣＣＤ５４，５６，５８，５９で受光
された光はそれぞれ電気信号に変換され、撮像装置５０
からはＣＣＤ５４，５６，５８，５９の電気信号を連結
して合成した映像信号として出力する。

【００２８】図５（ｂ）は撮像装置５０から出力された
映像信号を画像処理装置に入力したときの画像イメージ
である。本発明の第３の実施の形態の撮像装置を図６に
基づいて説明する。

【００２９】本実施の形態の撮像装置６０は、図６に示
すように、撮像対象として太い格子模様が描かれた１０
２４×１０２４画素相当の撮像対象領域６１を、５１２
×５１２画素の撮像素子としてのＣＣＤ６３を４つ組み
合わせて撮像する例である。

【００３０】ここでは、図６（ａ）に示すように、撮像
装置６０で対象領域６１を撮像する。撮像装置６０の内
部は、図６（ｂ）に示すように、入力光Ｈ１を分岐手段
６２で４つに均等に分岐させ、４つのＣＣＤ６３にそれ
ぞれ受光させるようになっている。ＣＣＤ６３はそれぞ
れ対象領域６１の異なる４分の１の領域を受光するよう
に配置してある。また、ＣＣＤ６３は分岐手段６２の方
向へ微動可能になっている。受光された光はそれぞれの
ＣＣＤ６３で電気信号に変換され、それらの電気信号を
連結して合成し一つの映像信号として撮像装置６０から
出力する。

【００３１】対象領域６１から各ＣＣＤ６３までの光路
長が４つとも等しい場合、出力される映像信号を画像入
力装置に入力した画像イメージとしては、図６（ｃ）に
示すように、格子模様の太さの均一な対象領域６１と同
等の画像イメージになる。しかし、各光路長が異なって
いる場合、図６（ｄ）に示すように、格子模様の太さの
異なる画像イメージになる。その場合、ＣＣＤ６３を分
岐手段６２へ近づける或いは遠ざける方向へ移動させて
光路長を変更することで、図６（ｃ）のような画像イメ
ージに調整することができる。

【００３２】なお、ＣＣＤ６３の移動による調整の代わ
りに、分岐手段６２とＣＣＤ６３の間にズームレンズを
入れ調整する方法でも同様の効果が得られる。本発明の
第４の実施の形態の撮像装置を図７に基づいて説明す
る。

【００３３】本実施の形態の撮像装置７０は、図７に示
すように、撮像対象として格子模様が描かれた１０２４
×１０２４画素相当の撮像対象領域７１を、５１２×５
１２画素の撮像素子としてのＣＣＤ７２を４つ組み合わ
せて撮像する例である。

【００３４】ここでは、図７（ａ）に示すように、撮像
装置７０で対象領域７１を撮像する。撮像装置７０の内
部には、図７（ｂ）に示すように、４つのＣＣＤ７２が
それぞれ対象領域７１のうち異なる４分の１の領域を受
光するように配置してある。また、各ＣＣＤ７２は、図
７（ｂ）に示すように、結像面７３内を上下左右かつ回
転移動ができるようになっている。受光された光は各Ｃ
ＣＤ７２で電気信号に変換され、それらの電気信号を連
結して合成し一つの映像信号として撮像装置７０から出
力する。

【００３５】ＣＣＤ７２が正しく配置されている場合、
出力される映像信号を画像入力装置に入力した画像イメ
ージは、図７（ｃ）に示すように、格子模様が連続した
対象領域７１と同等の画像イメージになる。しかし、平
行または回転ズレして配置されている場合、図７（ｄ）
に示すような格子が不連続な画像イメージになる。この
ような場合は、各ＣＣＤ７２を結像面７３内で移動する
ことで、図７（ｃ）のような画像イメージになるように
調整できる。

【００３６】本発明の第５の実施の形態の撮像装置を図
８に基づいて説明する。本実施の形態の撮像装置８０
は、図８に示すように、撮像対象として格子模様が描か
れた１０２４×１０２４画素相当の撮像対象領域８１
を、５５２×５５２画素の撮像素子としてのＣＣＤ８２
を４つ組み合わせて撮像する例である。

【００３７】ここでは、図８（ａ）に示すように、撮像
装置８０で対象領域８１を撮像する。撮像装置８０の内
部には、図８（ｂ）に示すように、４つのＣＣＤ８２が
それぞれ対象領域８１のうちの異なる４分の１の領域を
受光するように配置してある。ただし、ＣＣＤ８２は、
図８（ｂ）に示すように、結像面８３外に２０画素程度
はみ出し、他のＣＣＤと２０画素程度重複するような位
置に配置されている。受光された光は各ＣＣＤ８２で電
気信号に変換され、それらの電気信号のうち有効範囲８
４に相当する部分のみを連結して合成し一つの映像信号
として撮像装置８０から出力する。

【００３８】各ＣＣＤ８２が正しく配置され、かつ各有
効範囲８４が正しく設定されている場合、出力される映
像信号を画像入力装置に入力した画像イメージは、図８
（ｃ）に示すように、格子模様が連続した対象領域８１
と同等の画像イメージになる。しかし、ＣＣＤ８２が正
しく配置されていない場合、図８（ｄ）に示すような格
子が不連続な画像イメージになる。このような場合は、
有効範囲８４の設定を変更することで、図８（ｃ）のよ
うな画像イメージになるように調整できる。

【００３９】本発明の第６の実施の形態の撮像装置を図
９に基づいて説明する。本実施の形態の撮像装置９０
は、図９に示すように、撮像対象としては白地である１
０２４×１０２４画素相当の撮像対象領域９１を、５１
２×５１２画素の撮像素子としてのＣＣＤ９２を４つ組
み合わせて撮像する例である。

【００４０】ここでは、図９（ａ）に示すように、撮像
装置９０で対象領域９１を撮像する。撮像装置９０の内
部には、図９（ｂ）に示すように、４つのＣＣＤ９２が
それぞれ対象領域９１のうちの異なる４分の１の領域を
受光するように配置してある。受光された光はそれぞれ
のＣＣＤ９２で電気信号に変換され、それらの電気信号
をゲインコントロール９３を通しセレクタ９４で連結し
て合成し一つの映像信号として撮像装置９０から出力す
る。

【００４１】ＣＣＤ９２の感度がすべて等しい場合、出
力される映像信号を画像入力装置に入力した画像イメー
ジは、図９（ｃ）に示すように、均一な対象領域９１と
同等の画像イメージになる。しかし、ＣＣＤ９２の感度
がそれぞれ異なる場合、図９（ｄ）に示すような明るさ
むらのある画像イメージになる。このような場合は、各
ゲインコントロール９３の設定を変更することで、図９
（ｃ）のような均一な画像イメージになるように調整す
ることができる。

【００４２】本発明の第７の実施の形態の撮像装置を図
１０に基づいて説明する。本実施の形態の撮像装置１０
１は、図１０に示すように、撮像対象として星模様が描
かれた１０２４×１０２４画素相当の撮像対象領域を、
５１２×５１２画素の撮像素子としてのＣＣＤ１００を
４つ組み合わせて撮像し、それらの映像信号を高速に画
像処理装置１０４に転送する例である。

【００４３】ここでは、図１０（ａ）に示すように、４
つのＣＣＤ１００がそれぞれ対象領域のうちの異なる４
分の１の領域を受光するように配置された撮像装置１０
１で対象領域を撮像する。受光された光はそれぞれのＣ
ＣＤ１００で電気信号に変換される。

【００４４】図１０（ａ）に示すように、撮像した対象
領域をモニタ１０２に表示する場合、図１０（ｂ）に示
す各ＣＣＤ１００から出力された各電気信号をセレクタ
１０３で切り替え、各電気信号の太線の部分を合成し連
続した映像信号として転送する。同様に、画像処理装置
１０４にも転送は行えるが、高速に転送を行うために、
図１０（ｃ）に示す各ＣＣＤ１００から出力された映像
信号からなる電気信号を４系統並列に画像処理装置１０
４に転送する。これらの電気信号に含まれる各映像信号
を画像処理装置１０４では４つのメモリ１０５に独立し
て格納し、画像処理を行う際には４つのメモリ１０５を
１つのメモリとして処理をおこなう。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レンズに
より集光し分岐手段により均等に分岐した撮像対象領域
からの光の各結像面内に、その光の異なる一部分をそれ
ぞれ受光するように配置された各撮像素子により、各結
像面内への光を受光して電気信号に変換し、映像信号と
して出力することができる。

【００４６】そのため、単一の高解像度の撮像素子を使
用した撮像装置と同一解像度の撮像装置を安価に実現す
ることができる。また、撮像装置または対象物の移動を
ともなわないため、高速に撮像することができるととも
に、撮像画像の変形の発生を防止することができる。

【００４７】また、画像処理装置への画像転送も単一の
高解像度の撮像素子を使用した撮像装置より高速化する
ことができる。また、撮像装置から出力された画像は単
一の高解像度の撮像素子で撮像された画像と変わらない
結合状態にすることができ、従来の画像処理による複雑
な画像の結合が必要なくなり、簡単にかつ正確に画像認
識することができる。

【００４８】以上により、組立・加工工程における撮像
画像に対する画像処理による各種計測により位置検出お
よび検査される撮像対象物に対して、その位置検出およ
び検査を高精度化するために、より高分解能で高精度な
画像認識を可能とする高解像度の画像を、高速かつ容易
で安価に撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の撮像装置による画像撮像の説明図

【図２】従来の別の撮像装置による画像撮像の説明図

【図３】従来のさらに別の撮像装置による画像撮像の説
明図

【図４】本発明の第１の実施の形態の撮像装置による画
像撮像の説明図

【図５】本発明の第２の実施の形態の撮像装置による画
像撮像の説明図

【図６】本発明の第３の実施の形態の撮像装置による画
像撮像の説明図

【図７】本発明の第４の実施の形態の撮像装置による画
像撮像の説明図

【図８】本発明の第５の実施の形態の撮像装置による画
像撮像の説明図

【図９】本発明の第６の実施の形態の撮像装置による画
像撮像の説明図

【図１０】本発明の第７の実施の形態の撮像装置による
画像撮像の説明図

【符号の説明】４３，６２分岐手段４４，５４，５６，５８，５９，６３，７２，８２，９
２，１００ＣＣＤ５３４分の１透過ミラー５５３分の１透過ミラー５７２分の１透過ミラー９３ゲインコントロール９４，１０３セレクタ１０２モニタ１０４画像処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像処理を行う対象物の画像を得るため
に、その対象物が含まれる撮像対象領域を撮像する撮像
装置において、レンズにより集光された前記撮像対象領
域からの光を複数に分岐する分岐手段と、前記分岐手段
により分岐された各光をそれぞれ受光する複数の撮像素
子とを備え、各撮像素子を、前記撮像対象領域を撮像素
子数で分割したそれぞれ異なる領域からの光を受光する
ように配置し、各撮像素子から得られた画像を連結し前
記撮像対象領域の全域の映像信号として出力する撮像装
置。
【請求項２】分岐手段を、透過性のある鏡で構成した
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】各撮像素子から得られた画像の大きさが
等しくなるように分岐手段と撮像素子との間隔を調整す
る機構を備えた請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】各撮像素子から得られた画像が連続する
ように、撮像対象領域からの光の結像面での撮像素子の
配置を調整する機構を備えた請求項１に記載の撮像装
置。
【請求項５】各撮像素子から得られた画像の重複部分
の映像信号をカットして出力する回路を備えた請求項１
に記載の撮像装置。
【請求項６】各撮像素子から得られた画像に対応する
映像信号のレベルを同一に調整して出力する回路を備え
た請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】各撮像素子から得られた画像に対応する
映像信号を連結して出力する回路と、独立して出力する
回路とを備えた請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】請求項２から請求項７に記載の構成か
ら、いずれか複数組み合わせて構成した撮像装置。