(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｃマウントレンズの規格に合わせて設計してもアオリ機構を備えることができ、Ｃマウントレンズを装着したカメラとともに画像取込装置として組み込んだ場合、それを用いる製造装置や検査装置をコンパクトに構成することができるシャインプルーフ光学系およびそれを用いた画像取込装置を提供する。【解決手段】結像レンズ２と、結像レンズ２を被写体に対し斜め方向に配置するチルト機構４と、カメラ１１に装着するための所定規格のマウント部３と、を備えるシャインプルーフ光学系１であって、カメラに装着した状態で、結像レンズ２のバックフォーカス距離を変化するリアコンバータレンズ５を、チルト機構４とカメラ１１の撮像素子１２との間に配置する。【選択図】図９
2019070741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像レンズと、当該結像レンズを被写体に対し斜めに配向可能なチルト機構と、カメラに装着するための所定規格のマウント部と、を備えるシャインプルーフ光学系であって、カメラに装着した状態で、結像レンズのバックフォーカス距離を変化するリアコンバータレンズを、前記チルト機構と前記カメラの撮像素子との間に配置したことを特徴とするシャインプルーフ光学系。
【請求項２】
前記所定規格が、ＣマウントまたはＣＳマウントであることを特徴とする請求項１に記載のシャインプルーフ光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシャインプルーフ光学系をカメラに装着した画像取込部を有することを特徴とする画像取込装置。
【請求項４】
所定規格の結像レンズとカメラとの間に装着してシャインプルーフ光学系を構成するためのチルト機構ユニットにおいて、
前記結像レンズを装着するためのレンズマウント部と、前記結像レンズを被写体に対し斜めに配向可能なチルト機構と、前記レンズマウント部に対応する構成を有するカメラマウント部と、前記チルト機構ユニットの光軸距離分だけ前記結像レンズのバックフォーカス距離を伸ばすコンバータレンズと具えることを特徴とするチルト機構ユニット。
【請求項５】
前記所定規格が、ＣマウントまたはＣＳマウントであることを特徴とする請求項４に記載のチルト機構ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や電子回路基板、液晶などの製造に用いる製造装置やそれらの検査装置において画像の取り込みに用いるシャインプルーフ光学系およびそのチルト機構ユニット並びに画像取込装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体や電子回路基板、液晶などの製造に用いる製造装置やそれらの検査装置において、画像取込に使用するカメラのイメージサイズの大型化と高精細化に伴い広い撮像エリアを一度で取込む事が可能となった。その場合、当然カメラに用いるレンズも低倍率となり、それに伴いレンズの外径と全長も大きくなり、それに比例して被写体までの作動距離も長くなる。従って、このようなカメラを用いる装置の天面まで十分なスペースが必要となり、その結果装置全体が大きくなってしまう問題が生じている。
【０００３】
また、被写体の画像を取り込むときに位置的な制約があると、被写体の中央で垂直の位置から撮像できない場合がある。この場合、カメラで斜め方向から撮像すると、被写体画像は撮像できるが、得られた画像は中央部のみピントが合っており、手前側と奥側のピントがずれてしまう。この問題を解決するために、図１、図２を参照して後述するシャインプルーフの原理又は法則を応用したアオリ機構付レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。これは従来からフィルムを使った一般用カメラのジャバラ機構付きレンズで応用されている技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９０８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１に記載されているようにアオリを行うには、結像レンズと撮像素子との間にチルト機構を挿入する必要がある。この点で、この種の画像取込装置として広く利用されているＣマウントレンズの規格では、フランジバック（レンズのマウント面から撮像素子までの距離）が１７．５２６ｍｍと短いため、結像レンズと撮像素子との間にチルト機構を挿入できなかった。
【０００６】
チルト機構を結像レンズと撮像素子との間に挿入するために、フランジバックの長い結像レンズを用いることも考えられる。その場合、市販されているフランジバックの長いレンズである一般民製品の３５ｍｍデジタルカメラ用交換レンズなどを使用することができる。これらのレンズはフランジバックが例えば４６．５ｍｍと長いため、物理的にチルト機構を結像レンズと撮像素子との間に装着する事は可能である。しかしながら、結像レンズそのものが大きくなるため、チルト機構を利用して斜めに配置しても全体的に大きくなってしまい、元々の主旨であるレンズを用いた画像取込装置を備える製造装置や検査装置のコンパクト化を達成することはできなかった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した問題を解消して、Ｃマウント規格のレンズとカメラを用いてアオリを実現することができ、Ｃマウントレンズを装着したカメラとともに画像取込装置として組み込んだ場合、それを用いる製造装置や検査装置をコンパクトに構成することができるシャインプルーフ光学系およびそれを用いた画像取込装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために、発明者らは、以下に述べる新規なシャインプルーフ光学系を開発するに到った。即ち、本発明は、結像レンズと、当該結像レンズを被写体に対し斜め方向に配置するチルト機構と、カメラに装着するための所定規格のマウント部と、を備えるシャインプルーフ光学系であって、カメラに装着した状態で、結像レンズのバックフォーカス距離を変化するリアコンバータレンズを、前記チルト機構と前記カメラの撮像素子との間に配置したことを特徴とするシャインプルーフ光学系である。
【０００９】
なお、前記のように構成される本発明に係るシャインプルーフ光学系においては、前記所定規格が、ＣマウントまたはＣＳマウントであること、がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【００１０】
また、本発明は、上述したシャインプルーフ光学系をカメラに装着した画像取込部を有することを特徴とする画像取込装置である。
【００１１】
さらに本発明は、所定規格の結像レンズとカメラとの間に装着してシャインプルーフ光学系を構成するためのチルト機構ユニットにおいて、前記結像レンズを装着するためのレンズマウント部と、前記結像レンズを被写体に対し斜め方向に配置するチルト機構と、前記レンズマウント部に対応する構成を有するカメラマウント部と、前記チルト機構ユニットの光軸距離分だけ前記結像レンズのバックフォーカス距離を伸ばすコンバータレンズと具えることを特徴とするチルト機構ユニットに関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のシャインプルーフ光学系によれば、リアコンバータレンズを用いて結像レンズのバックフォーカス距離を長くすることで、ＣマウントレンズまたはＣＳマウントレンズの規格に合わせて設計してもシャインプルーフの原理に基づくアオリ機構を備えることができ、光学系を斜めに設けた場合でも画面全体にピントを合わせることができる。また、Ｃマウントレンズを装着したカメラとともに画像取込装置として組み込んだ場合、被写体に対しカメラを斜め方向に配置できるため、撮像視野を大きく確保しつつ、それを用いる製造装置や検査装置をコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】シャインプルーフの原理を説明するために用いる、従来の非シャインプルーフ光学系の一例を説明するための図である。
【図２】シャインプルーフの原理を説明するために用いる、本発明の前提となるシャインプルーフ光学系の一例を説明するための図である。
【図３】非シャインプルーフ光学系の通常のカメラレンズで撮像した半導体装置の一例を示す図である。
【図４】シャインプルーフ光学系のカメラレンズで撮像した電子回路基板の一例を示す図である。
【図５】Ｃマウントカメラに対し、従来のチルト機構ユニットを有していない非シャインプルーフ光学系の結像レンズとしてＣマウントレンズを装着した状態を示す図である。
【図６】Ｃマウントカメラに対し、結像レンズとチルト機構ユニットとＣマウント部を有するシャインプルーフ光学系を装着した状態を示す図である。
【図７】図６に示す例において、チルト機構ユニットを傾けてアオリを実施する例を示す図である。
【図８】チルト機構ユニットとカメラの撮像子との間に、結像レンズのバックフォーカス距離を変えるリアコンバータレンズを設けて、本発明のシャインプルーフ光学系を構成した例を示す図である。
【図９】図８に示す例において、チルト機構ユニットを傾けてアオリを実施する例を示す図である。
【図１０】マスターレンズとリアコンバータレンズを組み合わせた場合の光学的効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のシャインプルーフ光学系は、所定の規格のマウントを有するカメラ、例えば、Ｃマウント（内径２５．４ｍｍ、ネジピッチ０．７９４ｍｍ）を有するカメラにチルト機構ユニットを有するシャインプルーフ光学系を装着可能とするため、チルト機構ユニットとカメラの撮像子との間に、結像レンズのバックフォーカス距離を変えるリアコンバータレンズを設けた点に特徴がある。以下、本発明の前提となるシャインプルーフの原理および本発明のシャインプルーフ光学系について、順に説明する。
【００１５】
＜シャインプルーフの原理について＞
図１および図２は、それぞれ、シャインプルーフの原理を説明するために用いる、従来の非シャインプルーフ光学系およびシャインプルーフ光学系の一例を説明するための図である。図１に示すように、通常の非シャインプルーフ光学系を有するカメラでは、フィルム面とレンズ主面とは平行に取り付けられており、フィルム面とレンズ主面とが交わることはない。この時、図２に示すように、フィルム面とレンズ主面と物面とが同一線上で交わるのが、シャインプルーフの原理となる。物面がレンズ主面と平行でないため、図２に示すようにシャインプルーフの原理を応用したカメラは、近距離にあるものと遠距離にあるものとに対し、同時に焦点を合わせることができる。
【００１６】
図３に、非シャインプルーフ光学系の通常のカメラレンズで撮像した電子回路基板の一例を示すとともに、図４に、シャインプルーフ光学系のカメラレンズで撮像した半導体装置の一例を示す。図３および図４を比較するとわかるように、図３の従来例では画像の上端および下端部分のピント合わないのに対し、図４のシャインプルーフ光学系のカメラレンズで撮像した例では画像のすべての面でピントが合っているのがわかる。
【００１７】
＜本発明のシャインプルーフ光学系について＞
以下、図５〜図９を参照して、本発明のシャインプルーフ光学系について説明する。図５〜図９に示す例において、１はシャインプルーフ光学系、２は結像レンズとしてのＣマウントレンズ、３はレンズ側のＣマウント部、４はアオリ機構を実現するチルト機構ユニット、５はリアコンバータレンズ、６はバックフォーカスの長いレンズである。また、１１はＣマウントカメラ、１２は撮像素子、１３はカメラ側のマウント部である。さらに、５１は非シャインプルーフ光学系、５２はＣマウントレンズ、５３はレンズ側のマウント部である。
【００１８】
図５は、Ｃマウントカメラ１１に対し、チルト機構ユニットを有していない従来の非シャインプルーフ光学系５１の結像レンズとしてＣマウントレンズ５２を装着した状態を示す図である。図５に示した例においては、フランジバック距離が１７．５２６ｍｍに設計されているＣマウントレンズ５２を用いているため、物体の像がＣマウントカメラ１１の撮像素子１２に結像する。
【００１９】
図６および図７は、上記Ｃマウントカメラ１１に対し、結像レンズとしてのマクロレンズ６とチルト機構ユニット４とＣマウント部３を有するシャインプルーフ光学系１を装着した状態を示す図である。図６および図７に示した例において、シャインプルーフ光学系を実現するためにチルト機構ユニット４を用いるとその分フランジバック距離が長くなり、汎用規格であるＣマウントレンズ（フランジバック１７．５２６ｍｍ）をこれに装着しても撮像素子１２上に結像せず、Ｃマウントレンズを用いることができなかった。そのため、結像レンズとして撮像素子との間のバックフォーカスの長いレンズ６を用意する必要があった。市販されているバックフォーカスの長いレンズ６は、一般民製品の３５ｍｍデジタルカメラ用交換レンズなどがある。これらはフランジバックが４６．５ｍｍと長く、物理的にもアオリを可能とするチルト機構ユニット４をレンズ６とＣマウントカメラ１１との間に装着する事は十分可能だが、レンズ６そのものが大きく、斜めに配置しても全体的に大きくなってしまい、元々の主旨である装置のコンパクト化にそぐわない。また、一部の光学メーカーでシャインプルーフの原理を応用した特殊光学系を開発・販売をしているが、高価で独自設計でレンズとアオリ機構が一体化され、ラインナップも限定され使用する範囲が狭まっている。
【００２０】
この点で、コンパクトなレンズでラインナップも各社で取り揃えている、Ｃマウント仕様のＣマウントレンズ２を使用出来、しかもアオリを達成するチルト機構ユニット４を備えるシャインプルーフ光学系１を開発するに至った。Ｃマウントレンズ２とは産業用途、監視用途で一般に使用されているレンズの事で、フランジバックが１７．５２６ｍｍと短く、レンズサイズも非常にコンパクトな設計となっており、短焦点距離（ｆ３ｍｍ前後）から長焦点距離（ｆ１００ｍｍ位）までラインナップが揃っている。また、基本的に全て近接から無限遠までピント調整が可能で、これらを使用出来ればユーザーが必要とされる各種の被写体サイズを殆ど網羅できることになる。
【００２１】
以上のことから、図８および図９に示すように、チルト機構ユニット４とＣマウントカメラ１１の撮像子１２との間に、Ｃマウントレンズ２のバックフォーカス距離を変えるリアコンバータレンズ５を設けて、本発明のシャインプルーフ光学系１を構成した。チルト機構自体は公知であるため詳細な説明は省略するが、撮像素子１２からの距離を一定に保った台座またはレール上で、レンズマウント部を任意の角度に移動／摺動させて固定することにより、撮像素子１２からの距離を変えずに光軸を傾けることができる。そのレンズマウント部の光軸上にリアコンバータレンズ５を配置してチルト機構ユニット４を構成する。
【００２２】
図１０は、マスターレンズ（例えばＣマウントレンズ、ＣＳマウントレンズ）用のチルト機構ユニットを構成する場合の、リアコンバータレンズの設計方法を示す図である。図１０（ａ）に示すように、マスターレンズの結像倍率Ｍは、Ｍ＝Ｓ’／Ｓで表すことができる。ここでＳはマスターレンズの前側主点から物点までの距離であり、Ｓ’はマスターレンズの後側主点から像点までの距離である。他方、図１０（ｂ）に示すように、リアコンバータレンズの結像倍率Ｍ２は、Ｍ２＝Ｓ２’／Ｓ２で表すことができる。ここでＳ２はリアコンバータレンズの前側主点から物点までの距離であり、Ｓ２’はリアコンバータレンズの後側主点から像点までの距離である。チルト機構にリアコンバータレンズを組み込む際には、図１０（ｃ）に示すように、マスターレンズの像点（Ｃマウントレンズの場合はフランジバック１７．５２６ｍｍ、ＣＳマウントレンズの場合はフランジバック１２．５ｍｍの距離）にリアコンバータレンズの物点が一致するようにチルト機構ユニット４内に組み込む。このとき総合倍率ＭＴ＝Ｍ×Ｍ２となる。
【００２３】
例えば、焦点距離ｆ１２のレンズと×２の倍率のリアコンバータレンズを組み合わせると、ｆ１２は２倍のｆ２４ｍｍの焦点距離になる。×１．５の倍率のリアコンバータレンズを使用すれば、ｆ１２は１．５倍のｆ１８ｍｍとなる。この時、結像レンズとしてのＣマウントレンズと被写体との距離（Ｗ．Ｄ．）は元の距離を維持したままである。リアコンバータレンズを使用することで、作動距離は変化しない。なお、リアコンバータレンズ５としては、従来からＣＣＴＶレンズとして広く使用されているリアコンバータレンズを応用することができる。
【００２４】
ただ、通常のＣマウント用のリアコンバータレンズでは、結像レンズ側（メス）とカメラ側（オス）はＣマウント規格の１７．５２６ｍｍにて設計されている。これを結像レンズ側(メス)は変えずにカメラ側を例えば３５ｍｍ一眼レフ用デジタルカメラレンズのように、４６．５ｍｍと長く設計する。そうすれば、このリアコンバータレンズを結像レンズとカメラの撮像素子との間に装着する事により、カメラとの間にアオリ機構を行うチルト機構ユニットを取付けることが十分可能となる。また、このリアコンバータレンズの倍率を１倍にする事で、元の結像レンズの画角、Ｆ値を変化させずに維持する事が可能である。
【００２５】
リアコンバータレンズの倍率として１倍以外、例えば１．５倍、２倍、３倍等を選択することも可能である。
【００２６】
また、カメラ側のバックフォーカスも本例では４６．５ｍｍとしたが、使用するカメラの撮像素子サイズにより自由度を持たせることも可能である。また、結像レンズ側もイメージサイズ（２／３”→１”→１．１”→４／３”など）の大型化により変化させることも可能である。これらリアコンバータレンズの基本設計に自由度を持たせることにより、幅広い結像レンズとしてのＣマウントレンズとカメラとを、アオリを行うチルト機構ユニットとともに使用して、シャインプルーフの原理に基づいた仕様で使う事が可能となる。
【００２７】
なお、上述した例ではＣマウント規格を例にとって説明したが、それに準ずる例えばＣＳマウントなどの他の規格マウントでも、本発明のシャインプルーフ光学系を用いることができる。
【００２８】
また、上述した本発明のシャインプルーフ光学系をカメラに装着した画像取込部を、電子回路基板の外観検査装置や製造装置の画像取込部として使用することで、被写体に対しカメラを斜め方向に配置できるため、撮像視野を大きく確保しつつ、装置をコンパクトに構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のシャインプルーフ光学系は、例えばＣマウントカメラに対しＣマウントレンズを用いる場合であって、アオリを実施するためにチルト機構ユニットを挿入する必要がある場合に、効果的に用いることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１    シャインプルーフ光学系
２    結像レンズとしてのＣマウントレンズ
３    レンズ側Ｃマウント部
４    アオリを実現するチルト機構ユニット
５    リアコンバータレンズ
６    バックフォーカスの長いレンズ
１１  Ｃマウントカメラ
１２  撮像素子
１３  カメラ側Ｃマウント部
５１  非シャインプルーフ光学系
５２  Ｃマウントレンズ
５３  レンズ側Ｃマウント部
【図１】
2019070741.tif 000003
【図２】
2019070741.tif 000004
【図３】
2019070741.tif 000005
【図４】
2019070741.tif 000006
【図５】
2019070741.tif 000007
【図６】
2019070741.tif 000008
【図７】
2019070741.tif 000009
【図８】
2019070741.tif 000010
【図９】
2019070741.tif 000011
【図１０】
2019070741.tif 000012