(57)【要約】【課題】実装ライン等での基板の位置ずれを測定するのに適した物体側テレセントリックレンズを安価に提供する。【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもつ両凸の第１レンズ１１、第１レンズ１１から所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２レンズ１２、第２レンズ１２から所定の間隔を隔てて配置され所定の口径をもつ開口絞り１３により、テレセントリックレンズを構成する。これにより、物体が光軸方向に前後移動しても像の位置及び寸法は変化せず、諸収差が補正された像を安定し結像させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の主光線が光軸と平行に入射するテレセントリックレンズであって、
物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもつ第１レンズと、前記第１レンズから所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ第２レンズと、前記第２レンズから所定の間隔を隔てて配置され所定の口径をもつ開口絞りと、
を有する、ことを特徴とするテレセントリックレンズ。
【請求項２】
前記第２レンズは、物体側に凹面及び像面側に凸面を向けたメニスカスレンズである、
ことを特徴とする請求項１記載のテレセントリックレンズ。
【請求項３】
前記第２レンズは、物体側に凹面及び像面側に平面を向けた平凹レンズである、
ことを特徴とする請求項１記載のテレセントリックレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の主光線が光軸と平行に入射するテレセントリックレンズに関し、特に電子部品等の実装工程において基板の位置合わせを行なうため用いられるテレセントリックレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に種々の電子部品を実装する工程においては、図９に示すように、ベルトコンベア１により基板２を搬送し、基板２が所定位置に達すると、実装機３が吸着した電子部品Ｗを下降させて、基板２上の所定の装着位置に挿入する。
ところで、基板２は、ベルトコンベア１により搬送される際中に摩擦力その他の要因等により徐々に斜めに回転し、ベルトコンベア１に沿う平行な方向からずれた状態で搬送される場合がある。そこで、撮像カメラ４により、基板２上に設けられた位置決めマークＭを撮影し、得られた画像データから基板２のずれ量を予め測定し、その測定結果に基づいて実装機３（の電子部品Ｗを吸着したノズル）の位置を適宜補正した上で、電子部品Ｗの実装が行なわれる。
【０００３】
ここで、レンズ光学系として、図１０に示すように、レンズ５、レンズ５の後方に近接して配置された開口絞り６を備える非テレセントリックレンズを採用する場合について説明すると、基板２上で光軸Ｌから最も離れたＡ点より出た光の主光線Ｌ１は、光軸Ｌと角度αをなしてレンズ５に入射し、開口絞り６を通過した後、像面ＳｉのＡ´点に達する。
一方、基板２が光軸Ｌ方向に離れて基板２´に移動した場合は、図１０に示すように、基板２´上で光軸Ｌから最も離れたＢ点より出た光の主光線Ｌ１´は、光軸Ｌと角度βをなしてレンズ５に入射する。このとき、β＜αであるため、図１１（図１０中のＣ領域を拡大した図）に示すように、Ａ´点は光軸Ｌに近づくと同時にレンズ５にも近づきＢ´点に移動する。その結果、像面Ｓｉには、外形寸法がφＡよりも小さい寸法φＢでかつ輪郭がぼけた像Ｂ´´が結像する。
【０００４】
このように、寸法及び位置が変化（φＡ→φＢ）した撮影画像に基づいて測定を行なっても、高精度な位置決めを行なうことができないため、撮像カメラ４のレンズ光学系に要求される性能としては、解像力及び収差補正が良好であると同時に、撮影される物体（基板２）の光軸Ｌ方向における位置（奥行き）の変動に拘わらず、撮影画像の位置や寸法がほぼ一定となることが求められる。
【０００５】
これに対処するべく、物体の主光線が光軸Ｌと平行に入射する結像光学系（いわゆる、テレセントリックレンズ）を採用することが考えられる。このテレセントリックレンズにおいては、物体が光軸方向に前後移動しても、像面には輪郭がぼけるだけで位置が変動しない像が投影されることになる。
従来のテレセントリックレンズとしては、例えば物体側と像側との両方においてテレセントリック性をもつものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−８０３０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のテレセントリックレンズにおいては、トリプレット、テッサ−、ダブルガウスと呼ばれる伝統的なレンズ構成と同等の結像性能を得るために複数のレンズを組み合わせたものが主流であり、コストアップの要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、適用する光の波長を絞ることにより、わずか２枚のレンズを採用して、物体側のテレセントリック性を確保しつつ、良好な結像性能が得られ、安価にして、実装ライン等での位置決めに用いられる撮像カメラのレンズ光学系に適したテレセントリックレンズを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のテレセントリックレンズは、物体の主光線が光軸と平行に入射するテレセントリックレンズであって、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもつ第１レンズと、第１レンズから所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ第２レンズと、第２レンズから所定の間隔を隔てて配置され所定の口径をもつ開口絞りと、を有することを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、物体から発せられる光の主光線は、光軸と平行に進んで第１レンズに入射する。そして、第１レンズはその光線を収斂させる方向に屈折させる。続いて、屈折された光線が第２レンズを通過することにより、第１レンズで生じた球面収差等の諸収差が補正されて像面に結像する。
ここで、第２レンズの後方に所定の間隔を隔てて配置された開口絞りにより、物体側のテレセントリック性が最適化される。そして、物体が光軸方向に前後移動しても、像の位置及び寸法は変化せず、諸収差が補正された像が安定した状態で像面に結像する。また、第１レンズと第２レンズとの２枚により構成されているため、安価なレンズ光学系を提供できる。
【００１１】
上記構成において、第２レンズとしては、物体側に凹面及び像面側に凸面を向けたメニスカスレンズ、あるいは、物体側に凹面及び像面側に平面を向けた平凹レンズを採用することができる。
この構成によれば、第２レンズとして、メニスカスレンズあるいは平凹レンズのいずれかを適宜選択することで、測定用の撮像カメラに最適な結像性能をもつテレセントリックレンズを提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るテレセントリックレンズの一実施形態を示す基本構成図である。このテレセントリックレンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、正の屈折力をもつ第１レンズ１１、第１レンズ１１から所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ第２レンズ１２、第２レンズ１２から所定の間隔を隔てて配置され所定の口径をもつ開口絞り１３を備えている。
【００１３】
ここで、第１レンズ１１及び第２レンズ１２においては、図１に示すように、レンズの面をＳｉ（ｉ＝１〜４）、それぞれの面の曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜４）、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ（ｉ＝１，２）及びアッベ数νｉ（ｉ＝１，２）で表す。また、開口絞り１３の面Ｓ５の曲率半径をＲ５、第１レンズ１１から像面までのそれぞれの光軸方向Ｌにおける面間隔をＤｉ（ｉ＝１〜５）で表す。
【００１４】
第１レンズ１１は、所定の外径寸法φ１をなし、物体側及び像面側の両側に凸面（Ｓ１，Ｓ２）を向けた両凸レンズであり、両方の凸面（Ｓ１，Ｓ２）は球面に形成されている。
第２レンズ１２は、所定の外形寸法φ２をなし、物体側に凹面（Ｓ３）を向けかつ像面側に凸面（Ｓ４）を向けたメニスカスレンズであり、両方の面（Ｓ３，Ｓ４）は球面に形成されている。
【００１５】
図２は、前述の図１に示す第２レンズ１２を変更した以外は、同一の構成をなすテレセントリックレンズを示すものである。すなわち、このテレセントリックレンズにおいて、第２レンズ１２´は、所定の外形寸法φ２をなし、物体側に凹面（Ｓ３）を向けかつ像面側に平面（Ｓ４）を向けた平凹レンズであり、凹面（Ｓ３）は球面に形成されている。
【００１６】
次に、本発明に係るテレセントリックレンズの作用を、図３及び図４に基づいて説明する。物体１４上で光軸Ｌから最も離れたＡ点より出た光の主光線Ｌ１は、光軸Ｌと平行に進んで第１レンズ１１に入射する。そして、第１レンズ１１はその光線を収斂させる方向に屈折させて射出し、第２レンズ１２に導く。
第２レンズ１２は、その光線を拡散側に若干屈折させて、第１レンズ１１で発生した球面収差等の諸収差を補正する。続いて、光線は、開口絞り１３を通過して、最適なテレセントリック性が確保されつつ、像面ＳｉのＡ´点に達する。
【００１７】
一方、物体１４が光軸Ｌ方向に離れて物体１４´に移動した場合は、図３に示すように、物体１４´上で光軸Ｌから最も離れたＢ点より出た光の主光線Ｌ１´は、同様に光軸Ｌと平行に進んで第１レンズ１１に入射する。
そして、前述同様に、第１レンズ１１及び第２レンズ１２並びに開口絞り１３を通過した主光線Ｌ´は、図４（図３中のＣ´領域を拡大した図）に示すように、光軸Ｌとなす角度を一定に保持しつつ、Ａ´点から第２レンズ１２´（１２）寄りに近づいたＢ´点にて合焦するものの光軸Ｌには近づかず、像面Ｓｉ上ではＡ´点と同一位置に到達する。
すなわち、像面Ｓｉに結像される像は、物体１４の前後移動に拘わらず、その位置及び寸法（φＡ＝φＢ）が同一で輪郭が若干ぼけた像Ｂ´´として結像する。
【００１８】
次に、上記の構成からなるテレセントリックレンズが、実装ラインで用いられる撮像カメラ４０のレンズ光学系として組み込まれた場合について説明する。
撮像カメラ４０は、図５に示すように、光軸方向Ｌに伸長する鏡筒４１、鏡筒４１の先端側において物体側から順に配置された第１レンズ１１及び第２レンズ１２´、鏡筒４１の中間寄りも上方領域に配置された所定の口径をもつ開口絞り１３、開口絞り１３の上方領域に配置された撮像素子としてのＣＣＤ４２等を備えている。
【００１９】
ここで、第１レンズ１１及び第２レンズ１２´の組付けは、先ず第２レンズ１２´が挿入された後にスペーサリング４３が嵌め込まれ、その後から第１レンズ１１が挿入され、その外側から押えリング４４が鏡筒４１の内壁に形成された雌ネジに螺合されることで、一体的に固定されている。また、開口絞り１３は、鏡筒４１の内壁に形成された雌ネジに螺合されて固定されている。
このように、撮像カメラ４０は、２枚のレンズからなる簡略な構造であるため、従来のものに比べてコストが低減されると共に、実装ライン等での位置検出のための画像撮影に適したものとして提供される。
【００２０】
次に、上記構成からなるテレセントリックレンズの具体的な数値による実施例を実施例１ないし実施例３として以下に示す。尚、実施例１ないし実施例３において、照射光としては、波長６６０ｎｍの単色光を使用し、投影倍率１：１とする。ここで、屈折率Ｎｉとアッベ数νｉとは、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での値（Ｎｄ，νｄ）である。
【００２１】
＜実施例１＞
実施例１における仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に示す。また、実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図６に示されるような結果となる。尚、図６ないし図８において、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２２】
【表１】
2004184816.tif 000003
【００２３】
【表２】
2004184816.tif 000004
【００２４】
上記実施例１によれば、物体側テレセントリック性を保持しつつ、球面収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差が良好に補正されて、光軸方向における物体の前後移動に拘わらず、像の位置及び寸法等が変化しない良好な結像性能をもつテレセントリックレンズを安価に提供することができる。
【００２５】
＜実施例２＞
実施例２における仕様諸元は表３に、種々の数値データ（設定値）は表４に示す。また、実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図７に示されるような結果となる。
【００２６】
【表３】
2004184816.tif 000005
【００２７】
【表４】
2004184816.tif 000006
【００２８】
上記実施例２によれば、物体側テレセントリック性を保持しつつ、球面収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差が良好に補正されて、光軸方向における物体の前後移動に拘わらず、像の位置及び寸法等が変化しない良好な結像性能をもつテレセントリックレンズを安価に提供することができる。
【００２９】
＜実施例３＞
実施例３における仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６に示す。また、実施例３における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図８に示されるような結果となる。
【００３０】
【表５】
2004184816.tif 000007
【００３１】
【表６】
2004184816.tif 000008
【００３２】
上記実施例３によれば、物体側テレセントリック性を保持しつつ、球面収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差が良好に補正されて、光軸方向における物体の前後移動に拘わらず、像の位置及び寸法等が変化しない良好な結像性能をもつテレセントリックレンズを安価に提供することができる。
【００３３】
上記実施形態においては、本発明に係るテレセントリックレンズを、実装ラインに用いられて位置決めを行なうための撮像カメラ４０に適用する場合を示したが、これに限定されるものではなく、物体の前後移動に拘わらず安定した結像特性が要求されるものであれば、その他の機器にも適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のテレセントリックレンズによれば、物体側から像面側に向けて順に配置された正の屈折力をもつ第１レンズ及び負の屈折力をもつ第２レンズ並びに所定の口径をもつ開口絞りを備えるだけの２枚のレンズ構成にて物体側テレセントリック性を確保したことにより、物体が光軸方向に前後移動しても、像の位置及び寸法の変化がなく、諸収差が補正された安定した結像を得ることができる。また、このテレセントリックレンズを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るテレセントリックレンズの一実施形態を示す基本構成図である。
【図２】本発明に係るテレセントリックレンズの他の実施形態を示す基本構成図である。
【図３】本発明に係るテレセントリックレンズの作用を説明するための光線図である。
【図４】図３中のＣ´領域を拡大した拡大図である。
【図５】本発明に係るテレセントリックレンズを、実装ラインで用いられるレンズ光学系として適用した撮像カメラの断面図である。
【図６】実施例１での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図７】実施例２での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図８】実施例３での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図９】実装ラインにおいて基板の位置ずれを測定する撮像カメラ及び実装機等を示す斜視図である。
【図１０】非テレセントリックレンズの構成及び作用を示す光線図である。
【図１１】図１０中のＣ領域を拡大した拡大図である。
【符号の説明】
Ｌ  光軸
Ｌ１，Ｌ１´  主光線
１  ベルトコンベア
２  基板（物体）
３  実装機
１１  第１レンズ
１２  メニスカスレンズ（第２レンズ）
１２´  平凹レンズ（第２レンズ）
１３  開口絞り
１４，１４´  物体
４０  撮像カメラ
４１  鏡筒
４２  ＣＣＤ
【図１】
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【図２】
2004184816.tif 000010
【図３】
2004184816.tif 000011
【図４】
2004184816.tif 000012
【図５】
2004184816.tif 000013
【図６】
2004184816.tif 000014
【図７】
2004184816.tif 000015
【図８】
2004184816.tif 000016
【図９】
2004184816.tif 000017
【図１０】
2004184816.tif 000018
【図１１】
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