(57)【要約】【課題】  静止画撮像を行う際、被写体の撮像箇所まで撮像デバイスを高速に移動できるようにする。【解決手段】  静止画を分割撮像する撮像デバイス２５を有するＸＹテーブル２６と、ＸＹテーブル２６を貫通して、Ｘ軸方向にＸＹテーブル２６を移動可能とするＸ軸シャフト３５と、ＸＹテーブル２６をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に、Ｘ軸シャフト３５とずらせて、貫通して、Ｙ軸方向にＸＹテーブル２６を移動可能とするＹ軸シャフト４５と、ＸＹテーブル２６と第１及びＹ軸シャフト４５とを接続し、ＸＹテーブル２６を滑らかに移動可能とする摩擦減少部材と、撮像デバイス２５により分割撮像された静止画に所定の画像処理を施す画像処理部とを備えることで、Ｘ，Ｙ方向に撮像デバイス２５を高速に移動可能とし、広画角な静止画像を得るようにした。【選択図】    図１
2006261961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止画を分割撮像する撮像素子を有するテーブルと、
前記テーブルを貫通して、第１の方向に前記テーブルを移動可能とする第１の支持部材と、
前記テーブルを前記第１の方向に直交する第２の方向に、前記第１の支持部材とずらせて、貫通して、前記第２の方向に前記テーブルを移動可能とする第２の支持部材と、
前記テーブルと前記第１及び第２の支持部材とを接続し、前記テーブルを滑らかに移動可能とする摩擦減少部材と、
前記第１の支持部材の両端部を前記第１の方向にスライドさせる第１のスライド部と、
前記第２の支持部材の両端部を前記第２の方向にスライドさせる第２のスライド部と、
前記第１及び第２のスライド部が固定されたベースと、
前記第１及び第２のスライド部によるスライドで前記テーブルを移動させながら、前記撮像素子により被写体を分割撮像させ、その分割撮像された静止画に所定の画像処理を施す画像処理部とを備えることを特徴とする
静止画撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の静止画撮像装置において、
前記画像処理部による前記所定の画像処理は、分割画像の合成、シェーディング補正の少なくとも１つであることを特徴とする
静止画撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の静止画撮像装置において、
前記摩擦減少部材は、リニアボールベアリングであることを特徴とする
静止画撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動機構上に撮像デバイスを搭載し、静止画像を分割撮像する静止画撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大型プリント基板や液晶表示装置などの検査工程において、表面状態を高精細に撮像するために、カメラ機能を備えた撮像デバイスをＸＹテーブル上に設置して、分割撮像を行っていた。分割撮像とは、被写体画像の一部分を複数部に分割して読み取り、それらを貼り合わせることで画像を再現し、撮像素子そのものが持つ画像解像度以上の解像度を得ることができる技術である。
【０００３】
ＸＹテーブルとは、例えば、Ｘ軸方向に駆動するＸテーブルに対して、直交するＹ軸方向に駆動するＹテーブルを組み合わせるようにした装置である。Ｙテーブルに搭載した撮像デバイスを、２次元平面上を任意に移動可能としたことで、広範囲の撮像を実現している。また、撮像デバイスは、撮像素子を縦横に配列させたエリアセンサとすることで、撮像素子を一列に配置したラインセンサを用いる場合などと比べて、無駄なく、特定の箇所に対して集中検査を行うことも可能である。
【０００４】
ここで、従来のＸＹテーブル装置の構成例について図５を参照して説明する。ＸＹテーブル装置１は、静止した被写体に対して、高精細な静止画を撮像することが可能である。図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ）は、それぞれ従来のＸＹテーブル装置の上面図、正面図、側面図である。図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照して、Ｙ軸方向の移動機構の構成について説明すると、Ｙテーブル７は、Ｙ軸モータ９の駆動により正逆回転するＹ軸ボールネジ８の回転に合わせて、図５（ｂ）のＹ軸リニアガイド１０に沿ってＹ軸方向に移動可能としてある。ボールネジとは、工作機械等で高精度の位置制御をするために使われるシャフト状のネジのことである。なお、Ｙ軸モータ９、Ｙ軸リニアガイド１０は、図示しないベース上に固定してある。そして、Ｙテーブル７上に、Ｘ軸方向の移動機構が設置してある。図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、Ｘ軸方向の移動機構の構成について説明すると、Ｘテーブル３は、Ｙテーブル７上に設置されたＸ軸モータ５の駆動により正逆回転するＸ軸ボールネジ４の回転に合わせ、Ｙテーブル７上に設置されたＸ軸リニアガイド６に沿ってＸ軸方向に移動可能としてある。そして、Ｘテーブル３の中央部には、ＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）イメージャ、カメラレンズ等のカメラ機能を備えた撮像デバイス２が設置してあり、ＸＹテーブルをそれぞれＸ，Ｙ方向に移動させることで、撮像デバイス２を２次元平面内の任意の箇所へ移動させることが可能である。撮像デバイス２はＸ軸モータ５、Ｙ軸モータ９の制御により、微小距離を移動することができるため、Ｘ，Ｙ方向にそれぞれ１／２画素だけ移動させ、見かけ上の画素数を２倍にするような分割撮像による高精細撮像を行うことができる。
【０００５】
ＸＹテーブルを用いて分割撮像を行うことで画像を得ることができる技術が特許文献１、特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開平３−２４０３７２号公報（第１図）
【特許文献２】特開平４−４６４５８号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＸＹテーブルを用いて静止画撮像を行う場合、被写体を分割して撮影するため、撮像デバイスの移動時間によって、撮影時間が長くなるという問題があった。分割撮像を行うためには、複数枚の分割画像を連続撮影することになるため、撮像動作、遮光動作、撮像データ転送動作、撮像位置移動動作、そして次の位置での撮像動作といった一連の動作を高速に行う必要がある。このためには撮像デバイスを高速移動できる機構が必要とされる。
【０００７】
撮像デバイスの高速移動を実現するためには、Ｘ軸、Ｙ軸モータのそれぞれに対して大型、高出力のモータを使用することが必須条件となる。しかしながら、図５に示した従来のＸＹテーブル装置１は、Ｙ軸の移動機構は図示しないベース上に固定されているが、Ｘ軸の移動機構は、Ｙテーブル７上に固定されている。この結果、ベースに固定されたＹ軸モータ９の駆動力によって、Ｙテーブル７上に固定されたＸ軸モータ５及びＸテーブル３が移動するため、Ｘ軸モータ５を含めたＹテーブル７が、Ｙ軸モータ９に対して負荷として作用してしまう。この結果、撮像デバイス２の高速移動が妨害されてしまう。同様に、特許文献１及び２に示したような従来のＸＹテーブルにおいても、軸モータを移動機構上に固定してあるため、軸モータを大型化すると可動部の質量が増大してしまい、撮像デバイスの移動処理を高速化することができないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、静止画の撮像を行う際の移動処理を高速に行うようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、静止画を分割撮像する撮像素子を有するテーブルと、テーブルを貫通して、第１の方向にテーブルを移動可能とする第１の支持部材と、テーブルを第１の方向に直交する第２の方向に、第１の支持部材とずらせて、貫通して、第２の方向にテーブルを移動可能とする第２の支持部材と、テーブルと第１及び第２の支持部材とを接続し、テーブルを滑らかに移動可能とする摩擦減少部材と、第１の支持部材の両端部を第１の方向にスライドさせる第１のスライド部と、第２の支持部材の両端部を第２の方向にスライドさせる第２のスライド部と、第１及び第２のスライド部が固定されたベースと、第１及び第２のスライド部によるスライドでテーブルを移動させながら撮像素子により被写体を分割撮像させ、その分割撮像された静止画に所定の画像処理を施す画像処理部とを備える。
【００１０】
このようにしたことで、直交する２方向にスライドさせるそれぞれの機構をベース上に設置することで、２次元平面上を自在に移動可能にしたテーブルを用いて静止画撮像を行うことが可能となった。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、２次元平面上を自在に移動可能にしたテーブルを用いて静止画撮像を行うことができ、高速にテーブル上の撮像素子を移動させて静止画撮像を行えるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態を、図１及び図４を参照して説明する。本実施の形態では、液晶表示装置などの高画素映像デバイス等の検査に用いられる、高精細かつ広画角な静止画像を撮像する、撮像デバイスを搭載したＸＹテーブルを備えた静止画撮像装置に適用した例としてある。
【００１３】
まず、本例の静止画撮像装置の構成例について図１を参照して説明する。本例においては、ＸＹテーブルを移動可能に配置したＸＹテーブル装置２０を使用して、静止画撮像装置が構成させてある。図１（ａ），図１（ｂ）は、それぞれＸＹテーブル装置２０の上面図、正面図である。ＸＹテーブル装置２０は、レンズ、鏡筒などから構成される光学系２２と、被写体の結像面上に位置する撮像デバイス２５と、結像面上で２次元移動するＸＹテーブル２６で構成してあり、ベース５０に取り付けてある。光学系２２は、ベース５０に対して固定させてある。ＸＹテーブル２６上に撮像デバイス２５が設置してあるため、撮像デバイス２５は、２次元平面上を移動可能である。そして、モータ制御、撮像画像の取り込み、画像処理等を行う制御機器部２４がＸＹテーブル２６に接続してある。このような構成により、撮像デバイス２５で撮像した撮像画像は随時、制御機器部２４に供給され、所定の処理が行われる。
【００１４】
次に、本例のＸＹテーブルの構成例について図２を参照して説明する。Ｘ軸、Ｙ軸方向への移動機構を備え、２次元平面上を移動可能なＸＹテーブル２６を有するＸＹテーブル装置２０は、Ｘ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ平行な２辺で構成される四角形状の領域内に設置された被写体について静止画撮像を行うことができる。図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ）は、それぞれＸＹテーブル装置２０の上面図、正面図、側面図である。ＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）イメージャ等の撮像機能を有する撮像デバイス２５は、互いに直交するＸ軸シャフト３５、及びＹ軸シャフト４５で支持された、ＸＹテーブル２６上に設置してある。このＸＹテーブル２６には、Ｘ，Ｙ軸の高さ方向にオフセットした位置でＸ軸リニアボールベアリング３４、Ｙ軸リニアボールベアリング４４が取り付けられており、それぞれＸ軸シャフト３５、Ｙ軸シャフト４５が貫通している。こうすることで、ＸＹテーブル２６は、滑らかに２次元平面上を移動することが可能である。ここで、ボールベアリングとは、回転軸との間に金属球を入れ、その転がりによって摩擦を小さくする軸受けのことである。
【００１５】
本例のＸＹテーブル装置２０では、Ｘ軸方向の２辺にＸ軸方向の制御機構が構成してある。Ｘ軸方向へＸＹテーブル２６を移動させるためには、Ｘ軸方向の１辺に設置された正逆回転駆動するＸ軸モータ３１を駆動させることで、Ｘ軸ボールネジ３２を正逆回転させ、Ｙ軸シャフト４５を支持するＹ軸シャフト連結部４６ａをＸ軸リニアガイド３３ａに沿って、ＸＹテーブル２６をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸リニアガイドは、対辺にも設置してある。同じく、Ｙ軸シャフト連結部４６ｂがＸ軸リニアガイド３３ｂ上を滑らかに移動する構成としてあり、Ｙ軸シャフト４５の両端を、Ｘ軸リニアガイド３３ａ，３３ｂで支えることでＹ軸方向の安定性を確保している。そして、Ｘ軸モータ３１及びＸ軸リニアガイド３３ａ，３３ｂは、図示しないベース上に固定されている。
【００１６】
また、Ｙ軸方向の２辺にＹ軸方向の制御機構が構成してある。Ｙ軸方向へＸＹテーブル２６を移動させるためには、Ｙ軸方向の１辺に設置された正逆回転駆動するＹ軸モータ４１を駆動させることで、Ｙ軸ボールネジ４２を正逆回転させ、Ｘ軸シャフト３５を支持するＸ軸シャフト連結部３６ａをＹ軸リニアガイド４３ａに沿って、ＸＹテーブル２６をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸リニアガイドは、対辺にも設置してあり、同じく、Ｘ軸シャフト連結部３６ｂがＹ軸リニアガイド４３ｂ上を滑らかに移動する構成としてあり、Ｘ軸シャフト３５の両端を、Ｙ軸リニアガイド４３ａ，４３ｂで支えることでＸ軸方向の安定性を確保している。そして、Ｙ軸モータ４１及びＹ軸リニアガイド４３ａ，４３ｂは、図示しないベース上に固定されている。
【００１７】
ここで、制御機器部２４の内部構成例について図３のブロック図を参照して説明する。本例のＸＹテーブル装置２０の処理を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２４ａは、軸モータの駆動によるＸＹテーブル２６の移動処理、撮像デバイス２５の撮像処理、画像処理部２４ｂの画像変換処理等の制御を行っている。モータ駆動部２４ｄは、ＣＰＵ２４ａから供給される制御信号によってＸ軸モータ３１，Ｙ軸モータ４１を駆動させ、ＸＹテーブル２６を移動させる。
【００１８】
撮像デバイス２５によって分割撮像されたアナログ静止画像は、Ａ／Ｄ変換部２４ｃによりデジタル変換が施され、デジタルデータとして画像処理部２４ｂに供給される。画像処理部２４ｂでは、デジタル静止画像データに対して、撮像デバイス２５の各受光部の感度ばらつき補正や、ホワイトバランスの補正、画像濃度の補正、分割画像の合成、シェーディング補正等の各種画像処理を行なう。そして、画像処理が施された静止画像データは、書換え可能なフラッシュメモリ等の記憶媒体が用いられたメモリ２４ｅに保存される。メモリ２４ｅは、制御機器部２４から着脱可能であるし、あるいは制御機器部２４に搭載したまま、ネットワーク接続することで外部端末からデータを読み出すようにしてもよい。
【００１９】
ここで、本例のＸＹテーブル装置２０で撮像を行う際の制御シーケンスの例を、図４のタイミングチャートを用いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、ＣＰＵ２４ａからの取り込み信号として、撮像を開始するための光電変換開始信号が撮像デバイス２５に供給される。この図４（ａ）の光電変換開始信号の立下りにより、図４（ｂ）に示すように、撮像画像の電荷蓄積が開始される。撮像画像の電荷蓄積は、図４（ｂ）に示す信号のハイレベル期間に行われる。電荷蓄積が完了すると、図４（ｃ）に示す電荷転送信号が供給されて、蓄積電荷がＡ／Ｄ変換部２４ｃに転送される。蓄積電荷の転送は、図４（ｃ）に示す電荷転送信号のハイレベル期間に行われる。
【００２０】
同時に、図４（ｅ）にモータ移動信号として示すように、ＣＰＵ２４ａからモータ駆動部２４ｄにＸ軸モータ３１、Ｙ軸モータ４１の回転指示が行われ、ＸＹテーブル２６を次の撮像箇所まで移動させる処理が開始される。そして、図４（ｅ）に示すモータ移動信号のハイレベル期間に、モータの駆動が行われる。そして、図４（ｃ）の電荷転送が完了したタイミングで、図４（ｄ）に示すように画像処理が行われる。図４（ｄ）に示す信号のハイレベル期間は、画像処理が行われる期間を示している。ここでは、Ａ／Ｄ変換された静止画像データに対して、画像処理部２４ｂで分割画像の合成、シェーディング補正等の各種画像処理が実施される。そして、図４（ｄ）の画像処理、及び図４（ｅ）のモータ移動が共に完了したタイミングで、次の光電変換開始信号がＣＰＵ２４Ａから撮像デバイス２５に供給され、次の撮像処理が行われる。このようにして、各処理が連続して行われる。
【００２１】
このようにしたことで、本実施の形態では、ＸＹテーブル２６に搭載された撮像デバイス２５を、２次元平面内で移動することにより、分割された静止画像データを取得し、この静止画像データを貼り合わせ合成することで、ラインセンサを用いるものよりも、広画角で高精細な静止画像を得ることが可能となる。
【００２２】
この場合、Ｘ軸モータ３１、Ｙ軸モータ４１をベース５０に固定した構造とすることで、大型の軸モータを使用した場合にもＸＹテーブル２６の重量が増大しないため、２次元移動機構の薄型化、低重心化を図ることができ、ＸＹテーブル２６の高精度の位置決め、及び高速移動が可能となるという効果がある。
【００２３】
また、軸シャフトの軸受けにリニアボールベアリングを用いることで、ＸＹテーブル２６の移動時における摩擦抵抗を減少させ、余計な摩擦熱の放出を抑制することが可能である。そして、摩擦抵抗を低く抑えてあることにより、Ｘ軸モータ３１、Ｙ軸モータ４１に余分な負荷をかけることがなく、ＸＹテーブル２６の位置決めを高精度に行うことができるという効果がある。
【００２４】
また、ＸＹテーブル２６を高速移動させることが可能であるため、撮像デバイス２５の取り込み周期での移動が可能となり、撮像処理を高速化することが可能であるとともに、高速に高精細画像を取得することができる。
【００２５】
なお、ＸＹテーブル２６上に取り付けられた撮像デバイスは、１台とは限らず、複数台を並べた構成としてもよい。この場合、複数台の撮像デバイスで同時に撮像が可能であるため、１回の撮像に対する撮像範囲を拡張することができ、広範囲の撮像対象に対して、短時間で撮像処理を完了させることができる。
【００２６】
また、駆動用のＸ軸モータ、Ｙ軸モータは、パルスモータ、サーボモータに限らず、リニアモータを使用することもできる。リニアモータを使用した場合は、ボールネジは不要となる。また、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータをリニアモータにすることで静音化にも効果があり、軸リニアガイドに直接接触しないことで移動の安定性を向上させることも可能である。
【００２７】
また、上述した実施の形態では、各Ｘ，Ｙ軸方向の移動機構のために取り付けられた軸モータは１台ずつであるが、これに限定されるものではなく、軸シャフトの両端に１台ずつ軸モータを取り付けて動作させることにより、剛性、速度性能を向上させることも可能である。
【００２８】
また、撮像デバイスには、ＣＣＤイメージャ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどを使用するが、モノクロ、カラー双方の撮像デバイスを使用することで、撮像目的に柔軟に対応することも可能となる。
【００２９】
また、上述した実施の形態では、軸受けとして一般に「転がり軸受け」と称されるボールベアリングを用いたが、「滑り軸受け」と称される潤滑油などの薄膜を介する流体軸受けを用いるようにしてもよい。これによりボールベアリングのような金属接触が無いため、騒音や振動、寿命の点で有利となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態における静止画撮像装置の構成例を示した構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるＸＹテーブル装置の構成例を示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態における制御機器部の内部構成例を示したブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態における制御タイミングの例を示した説明図である。
【図５】従来のＸＹテーブル装置の構成例を示した構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…ＸＹテーブル装置、２…撮像デバイス、３…Ｘテーブル、４…Ｘ軸ボールネジ、５…Ｘ軸モータ、６…Ｘ軸リニアガイド、７…Ｙテーブル、８…Ｙ軸ボールネジ、９…Ｙ軸モータ、１０…Ｙ軸リニアガイド、２０…ＸＹテーブル装置、２２…光学系、２４…制御機器部、２５…撮像デバイス、２６…ＸＹテーブル、２４ａ…ＣＰＵ、２４ｂ…画像処理部、２４ｃ…Ａ／Ｄ変換部、２４ｄ…モータ駆動部、２４ｅ…メモリ３１…Ｘ軸モータ、３２…Ｘ軸ボールネジ、３３ａ，３３ｂ…Ｘ軸リニアガイド、３４…Ｘ軸リニアボールベアリング、３５…Ｘ軸シャフト、３６ａ，３６ｂ…Ｘ軸シャフト連結部、４１…Ｙ軸モータ、４２…Ｙ軸ボールネジ、４３ａ，４３ｂ…Ｙ軸リニアガイド、４４…Ｙ軸リニアボールベアリング、４５…Ｙ軸シャフト、４６ａ，４６ｂ…Ｙ軸シャフト連結部、５０…ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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