(57)【要約】    本発明の多方向同時観察光学系は、図２のように、被検物体１１の各側面画像を得るための側面画像取得用プリズム系１４５Ａ、１４５Ｂ等と、底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系１８５Ｆとからなり、各プリズム系１４５Ａ等はそれぞれ光路方向転換用プリズム１４Ａ、１４Ｂ、１８Ｆ等を有し、被検物体１１の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保され、各プリズム系１４５Ａ等から出される光の光路が被検物体１１の上方へ向い、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置されることを主たる構成とする。これにより被検物体を各面から高精度に同時観察することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方に設けられ、該プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ光路を遮られないように配置されていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。 
【請求項２】
被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系と、底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系とからなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系および該底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該各プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方周囲および一部は下方位置を占めて設けられ、該各プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置されていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。 
【請求項３】
前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系にはそれぞれ、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に、被検物体の上面を除く各面のワーキングディスタンスを上面のワーキングディスタンスと同一にするための光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項４】
前記光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能は、被検物体の形状や大きさに応じた光路長補正がなされるよう、交換または光路長調整可能に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項５】
前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては４５°ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはこれらのいずれかの機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項３または４に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項６】
前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできるペンタプリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項３ないし５のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項７】
前記各プリズム系には、前記光路方向転換用プリズムの上方に、光路をシフトさせるための光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項８】
前記光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能は、レンズ等への入射光面積を縮小して解像度を高めるべく、被検物体各面からの光出力の光路断面を縮小させるように形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項９】
二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、請求項３ないし８のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１０】
前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、請求項３ないし９のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１１】
前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１２】
前記側面画像取得用プリズム系および前記底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズまたは被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズをさらに含んでなることを特徴とする、請求項３ないし１０のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１３】
前記レンズは、形状に球体や超多面体などを有する複雑な被検物体であっても各面同時に合焦面を合わせられるのに充分な被写界深度を備えていることを特徴とする、請求項１２に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれかに記載の多方向同時観察光学系と、前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子とを備えてなり、画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り装置。 
【請求項１５】
請求項１１ないし１３のいずれかに記載の多方向同時観察光学系により被検物体の各面の画像情報を光として取得し、前記レンズを介して得られる該光をＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子により光電変換処理することによって電気的に処理の可能な画像情報を取得し、これにより画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り方法。 
【請求項１６】
前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、肉眼による目視観察を容易に行えるように、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に開放空間が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１７】
前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては三角ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項１６に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１８】
前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできる五角形プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項１９】
前記台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能の上方には、反射防止用プリズムまたはその機能が設けられていることを特徴とする、請求項１６ないし１８のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項２０】
二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、請求項１６ないし１９のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項２１】
前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、請求項１６ないし２０のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項２２】
前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、請求項２１に記載の多方向同時観察光学系。 
【請求項２３】
請求項１または２に記載の多方向同時観察光学系を二以上用いてなり、それによる被検物体の多方向同時観察が可能であることを特徴とする、多方向同時観察光学系複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法および多方向同時観察光学系複合体に係り、特に、被検物体を各面から高精度に同時観察することができ、検査等の効率を高めることのできる、多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法および多方向同時観察光学系複合体に関する。 
【背景技術】
【０００２】
各産業分野における品質管理その他の目的のために、被検物体外観の多方向からの観察・測定が要望される場合がある。 
図１２は、被検物体の多方向からの観察方法の従来例を示す説明図である。図示するように、面１ｂ、１ｃ、１ｅ等を備えてなる被検物体を観察する場合、その正面・背面・左右側面・平面・底面すなわち六面方向からの観察により、その外観を把握することができるが、ここでは、読み取り装置４０７を適宜移動させて被検物体観察の方向を変えることで、多方向（表裏・左右・上下など）からの観察がなされる。多方向からの観察を１台の読み取り装置４０７の移動により行う場合は、読み取り装置４０７の位置決定には、相当複雑かつ高度な移動機構が必要であり、その設定には労力と時間を要する。 【０００３】
あるいはかかる方法を採らない場合は、任意の一方向から観察し、観察する被検物体を動かし向きを変えることもなされているが、被検物体の移動と位置決めに相当の労力・煩雑さが伴い、また作業効率や観察精度向上に限界がある。 【０００４】
多方向からの同時観察・測定をテーマとした特許出願等の状況を知るために、下記により、特許庁特許電子図書館により検索調査を試みた。 
（Ｉ）検索調査１ 
メニュー：公報テキスト検索 
検索式：（六面＋多面）＊測定＊同時＊（像＋画＋図＋撮） 
資料：特許公開公報 
検索月日：平成１５年１２月１８日 
ヒット件数：２８件 【０００５】
（ＩＩ）検索調査２ 
メニュー：公報テキスト検索 
検索式：（六面＋多面）＊観察＊同時＊（光学＋プリズム） 
資料：特許公開公報、特許公報 
検索月日：平成１６年２月１９日 
ヒット件数：４件 【０００６】
これらのうち、後掲特許文献１として示すものは、複数の測定対象間の位置把握技術に係るものであり、特許文献２として示すものは、死角が生じる場合の形状測定のために複数の鏡による構成を用いるものであり（以上、上記検索調査１より）、また特許文献３として示すものは、光学式間隔センサにおける分解能の向上と二次光反射感度の低減化を図る技術に係るものである。 【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５６３３３号公報。「測距装置、他」。要約。
【特許文献２】特開平５−３２２５２６号公報。「３次元形状測定装置」。要約。
【特許文献３】特開平５−２４０６０７号公報。「光学式間隔センサ」。要約。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、図１２を用いて上述した従来例では、被検物体を多方面から観察・計測する場合、所要時間を抑制するために、観察方向の違う位置に固定した読み取り装置４０７を必要台数設置することによっても対応がなされてきた。しかし、かかる方法は時間節約になったとしても、一方コストを押し上げることとなっている。 【０００９】
図１３は、披検物体面４０１とレンズ４０５、および像面４０３の関係を示した説明図である。図において、レンズ４０５の端部位置４０６から被検物体面４０１までの距離をワーキングディスタンス（以下ＷＤ）４０２と称するが、通常、固定倍率のレンズのＷＤは変化することはない。図に示す結像位置関係を満足しないと合焦面（ピント面）がボケてしまい、読み取り装置から鮮明な映像を出力することができない。 【００１０】
図１４は、コスト抑制のために読み取り装置の設置数量を減らし、被検物体（図中、立方体）を多方向から観察するシステムの配置構成を示した説明図である。図示するようにこの方法では、平面ミラー４０３０ａ〜４０３０ｆを用いて、被検物体面１ａ〜１ｆの六面の映像をレンズ４０５に導くよう平面ミラー配置関係を調整する。ここで各面のＷＤを比較すると、（１）２ａ〜２ｄは共通、（２）２ｅ、（３）２ｆ  の三通りの違った値となる。かかるＷＤの相違の発生により、この方法では合焦面がボケてしまい、六面の被検物体面を同時に正確に観察できる読み取り装置とはなっていない。 【００１１】
他方、かかる観察系を人間の目に置き換えて目視で観察する場合を考えると、三通りの値をとるＷＤに対して人間の目は自動的にピント調整をすることができるため、六面の被検物体面の同時観察において、読み取り装置における不都合が多少は軽減される。しかしながら、視線を移動する時間と手間は必要となるため、観察にはよけいに労力と時間を伴い、疲労を招き、観察精度の低下を早期に招くこととなる。 【００１２】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を除き、被検物体を各面から高精度に同時観察することができ、検査等の効率を高めることのできる、多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法および多方向同時観察光学系複合体を提供することである。 
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者は上記課題について検討した結果、各面からの像について単一のＷＤを与え得るプリズム配置方法を構成することによって課題解決可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求もしくは少なくとも開示される発明は、以下のとおりである。 【００１４】
（１）  被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方に設けられ、該プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ光路を遮られないように配置されていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。 
（２）  被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系と、底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系とからなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系および該底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該各プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方周囲および一部は下方位置を占めて設けられ、該各プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置されていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。 
（３）  前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系にはそれぞれ、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に、被検物体の上面を除く各面のワーキングディスタンスを上面のワーキングディスタンスと同一にするための光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能が設けられていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の多方向同時観察光学系。 
（４）  前記光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能は、被検物体の形状や大きさに応じた光路長補正がなされるよう、交換または光路長調整可能に形成されていることを特徴とする、（３）に記載の多方向同時観察光学系。 
（５）  前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては４５°ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはこれらのいずれかの機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（３）または（４）に記載の多方向同時観察光学系。
（６）  前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできるペンタプリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（３）ないし（５）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
（７）  前記各プリズム系には、前記光路方向転換用プリズムの上方に、光路をシフトさせるための光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能が設けられていることを特徴とする、（１）ないし（６）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
（８）  前記光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能は、レンズ等への入射光面積を縮小して解像度を高めるべく、被検物体各面からの光出力の光路断面を縮小させるように形成されていることを特徴とする、（７）に記載の多方向同時観察光学系。 
（９）  二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、（３）ないし（８）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 【００１５】
（１０）  前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、（３）ないし（９）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
（１１）  前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、（１０）に記載の多方向同時観察光学系。 
（１２）  前記側面画像取得用プリズム系および前記底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズまたは被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズをさらに含んでなることを特徴とする、（３）ないし（１０）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
（１３）  前記レンズは、形状に球体や超多面体などを有する複雑な被検物体であっても各面同時に合焦面を合わせられるのに充分な被写界深度を備えていることを特徴とする、（１２）に記載の多方向同時観察光学系。 【００１６】
（１４）  （１１）ないし（１３）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系と、前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子とを備えてなり、画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り装置。 
（１５）  （１１）ないし（１３）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系により被検物体の各面の画像情報を光として取得し、前記レンズを介して得られる該光をＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子により光電変換処理することによって電気的に処理の可能な画像情報を取得し、これにより画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り方法。 【００１７】
（１６）  前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、肉眼による目視観察を容易に行えるように、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に開放空間が形成されていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の多方向同時観察光学系。 
（１７）  前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては三角ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（１６）に記載の多方向同時観察光学系。 
（１８）  前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできる五角形プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、（１６）または（１７）に記載の多方向同時観察光学系。 
（１９）  前記台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能の上方には、反射防止用プリズムまたはその機能が設けられていることを特徴とする、（１６）ないし（１８）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
（２０）  二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、（１６）ないし（１９）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 【００１８】
（２１）  前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、（１６）ないし（２０）のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。 
（２２）  前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、（２１）に記載の多方向同時観察光学系。 
（２３）  （１）または（２）に記載の多方向同時観察光学系を二以上用いてなり、それによる被検物体の多方向同時観察が可能であることを特徴とする、多方向同時観察光学系複合体。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法および多方向同時観察光学系複合体は上述のように構成されるため、これによれば、被検物体を各面から高精度に同時観察することができ、検査等の効率を高めることができる。 【００２０】
さらに詳述すれば、本発明の多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法または多方向同時観察光学系複合体を用いることにより、下記の各効果を得ることができる。 
（Ｉ）被検物体の形状が、概略立方体的に把握できるか直方体的かに関わらず、六面方向全てにおいて同時に合焦面を合わせることができ、かつ、いわゆるケラレのない画像を同時に提供でき、外観欠陥検査等の画像解析を正確に行うことができ、検査等の時間を短縮し、検査等の効率を高め、コストを抑制できる（上記（１）、（４）、（１２）、（１４）、（１６）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 
（II）被検物体が上下面のある七面体以上の多面体であっても、側面画像取得用プリズム系のセット数を増やすことで、全ての面において同時に合焦面が合い、、かつ、ケラレのない画像を同時に提供することができる（上記（４）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 【００２１】
（III）被検物体が球体または超多面体であっても、読み取り装置のレンズの被写界深度を長くすることにより、合焦面が合い、かつ、ケラレのない画像を同時に提供することができる（上記（４）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 
（IV）側面画像取得用プリズム系の４５°ミラープリズムをペンタプリズムに、あるいは三角ミラープリズムを５角形プリズムに置き換えることで、正立した像を同時に提供できる（上記（６）、（１８）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 【００２２】
（Ｖ）光路シフトプリズムまたは光路シフト用平面ミラー等の光路シフトプリズム機能を追加構成することで、レンズへの入射光面積が小さくなり、撮像素子の1画像当たりの取り込む物体サイズが小さくなり解像力を高めることができる（上記（７）、（８）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 【００２３】
（VI）被検物体を移動できる搬送経路を設けることにより、多数の被検物体の多方向同時観察を連続的に行うことができる（上記（９）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 【００２４】
（VII）読み取り装置のレンズに被検物体側テレセントリックレンズを用いることにより、その特性から、構成する各プリズムの大きさを抑制できるとともに、その配置を近接させることができ、全体を小型化できる。また、寸法欠陥検査等の画像計測も正確に行うことができる（上記（２）、（１２）などの多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法、多方向同時観察光学系複合体）。 
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の説明に用いる被検物体のモデルを示す斜視説明図である。
【図２】本発明の多方向同時観察光学系の基本構成を概念的に示す説明図である。
【図２−２】本発明の多方向同時観察光学系のうち、底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す説明図である。
【図２−３】図２−２の底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す斜視図である。
【図２−４】図２−２の底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す斜視図である。
【図２−５】図２−２の底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す斜視図である。
【図２−６】図２−２の底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す斜視図である。
【図２−７】図２−２の底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の多方向同時観察光学系の構成例として六面の画像情報を得るための構成を示す斜視図である。
【図４（Ａ）】図３のＡ−Ａ切断線またはＡ’−Ａ’切断線による縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図である。
【図４（Ｂ）】図３のＢ−Ｂ切断線による縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図である。
【図５】正立像を得るための本発明多方向同時観察光学系の基本構成例を示す斜視図である。
【図６（Ａ）】図３に示した本発明多方向同時観察光学系の縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図である。
【図６（Ｂ）】図６（Ａ）に別の構成を付加した本発明多方向同時観察光学系の縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図であり、（Ｂ−１）はまた別の本発明多方向同時観察光学系の縦断面図である。
【図６−２】本発明の多方向同時観察光学系の配置例を示す平面図である。
【図７】本発明の画像読み取り装置の原理構成を示す説明図であり、（Ａ）は側面画像取得用プリズム系主体に、（Ｂ）は側面画像取得用プリズム系主体に、それぞれ示したものである。
【図８】本発明の多方向同時観察光学系の構成例として目視観察用途に用いることのできる構成を示す斜視図である。
【図９（Ａ）】図８のＡ−Ａ切断線またはＡ’−Ａ’切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図である。
【図９（Ｂ）】図８のＢ−Ｂ切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図である。
【図１０】本発明の簡易型多方向同時観察光学系の構成例として五角形プリズムを用いた構成を示す斜視図である。
【図１１（Ａ）】図１０のＡ−Ａ切断線またはＡ’−Ａ’切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図である。
【図１１（Ｂ）】図１０のＢ−Ｂ切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図である。
【図１２】被検物体の多方向からの観察方法の従来例を示す説明図である。
【図１３】一般的な披検物体面とレンズ、および像面の関係を示した説明図である。
【図１４】従来において、コスト抑制のために読み取り装置の設置数量を減らし、被検物体を多方向から観察するシステムの配置構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ〜１ｆ…被検物体の面、  １０…肉眼、  １１…被検物体、  １４Ａ、１４Ｂ、１８Ｆ…光路方向転換用プリズム、  １５Ａ、１５Ｂ、１５Ｆ…光路長補正用プリズム、  １４５Ａ、１４５Ｂ…側面画像取得用プリズム系、  １８５Ｆ…底面画像取得用プリズム系、  １９…被検物体の載置される部位（被検物体搬送手段、被検物体載置部）、  
２ａ、２ｂ、２ｅ、２ｆ…ＷＤ、  ２１３…ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の電子撮像素子、  ２１４５Ａ、２１４５Ｂ、２１４５Ｃ…側面画像取得用プリズム系、  ２１５…レンズ、  ２１８…台形プリズム、  ２１８５Ｆ…底面画像取得用プリズム系、  ３…結像される像面 
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…４５°ミラープリズム、  ４１ａ〜４１ｄ…光路方向転換用プリズム（三角ミラープリズム） 
５…レンズ、  ５０ａ〜５０ｆ…光路長補正用プリズム 
６…レンズ端面、  ６０ａ〜６０ｄ…ペンタプリズム、  ６１ａ〜６１ｄ…五角形プリズム 
７０ａ、７０ｂ…光路シフトプリズム 
８ａ、８ｂ…台形プリズム、  ８０ａ、８０ｂ…光路シフト用平面ミラー 
９…被検物体搬送手段（被検物体載置部）、  ９０…反射防止用プリズム 
Ａ−Ａ、Ａ’−Ａ’、Ｂ−Ｂ…説明のための切断線 
４０１…披検物体面、  ４０２…ワーキングディスタンス（ＷＤ）、  ４０２ａ〜４０２ｆ…ＷＤ、  ４０３…像面、  ４０３０ａ〜４０３０ｆ…平面ミラー、  ４０４…撮像素子、  ４０５…レンズ、  ４０６…レンズの端部位置、  ４０７…読み取り装置 
３５…底面画像取得専用観察光学系の光路長補正用プリズム
３８Ｆ…底面画像取得専用観察光学系の光路方向転換用プリズム（部分）
３９…被検物体の載置される部位（被検物体載置部）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８…側面画像取得用プリズム系
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。以下の説明では、複数の図にわたって基本的に同一の機能を有する要素や、対応するプリズム面から出る光を、同一の符合で表すことがある。 
図１は、本発明の説明に用いる被検物体のモデルを示す斜視説明図、 
図２は、本発明の多方向同時観察光学系の基本構成を概念的に示す説明図である。 【００２８】
図２において本多方向同時観察光学系は、被検物体１１の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系１４５Ａ、１４５Ｂ等と、底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系１８５Ｆとからなる光学系であって、該側面画像取得用プリズム系１４５Ａ等および該底面画像取得用プリズム系１８５Ｆはそれぞれ、光路方向転換用プリズム１４Ａ、１４Ｂ、１８Ｆ等または光路方向転換用プリズム機能（以下、まとめて「光路方向転換用プリズム」ともいう。）を有しており、該各プリズム系１４５Ａ、１８５Ｆ等は、被検物体１１の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体１１載置空間部が確保されるように、該空間の側方周囲を占めて、また一部は下方位置を占めて設けられ、該各プリズム系１４５Ａ、１８５Ｆ等は、それぞれにより出される光の光路が被検物体１１の上方へ向い、かつ他のプリズム系により光路を遮られないように配置されていることを、主たる構成とする。 【００２９】
図２中、１９は、被検物体の載置される部位であり、これを、後述するような被検物体搬送手段とすることもできる。 【００３０】
かかる構成により本多方向同時観察光学系では、一または二以上の側面画像取得用プリズム系１４５Ａ、１４５Ｂ等によって、被検物体１１の一または二以上の側面について各側面画像が得られ、底面画像取得用プリズム系１８５Ｆによって底面画像が得られる。 【００３１】
該側面画像取得用プリズム系１４５Ａ等および該底面画像取得用プリズム系１８５Ｆがそれぞれ有する光路方向転換用プリズム１４Ａ等により、被検物体１１からこれらに入射した光は、被検物体１１の上方向に向けて光路方向が転換される。被検物体１１の上面画像は、その真上方向に確保された開放空間により、つまり特別プリズム系を通すことなく取得される。 【００３２】
各プリズム系１４５Ａ、１８５Ｆ等が該開放空間の側方周囲を占めて、また一部は下方位置を占めて設けられることにより、被検物体１１の載置空間部が確保される。 【００３３】
該各プリズム系１４５Ａ、１８５Ｆ等の配設構成により、それぞれにより出される光の光路は被検物体１１の上方へ向い、かつ他のプリズム系により光路を遮られずに上方へ向かい、各面の画像として取得される。 【００３４】
図２において各プリズム系１４５Ａ、１８５Ｆ等の配置は、それぞれにより出される光の光路が相互に平行かつ同一方向となり、他のプリズム系により光路を遮られないように配置されるものとすることができる。 【００３５】
かかる構成をとることにより、光学系において絞りの中心を通る光線である主光線が、レンズの被検物体側において平行となるため、本発明多方向同時観察光学系では、被検物体の遠近に関わらず倍率変化のない光学系であるテレセントリック光学系が実現する。したがって、ピント合わせ誤差による倍率変動が発生せず、さらに、画像中心と周辺との間で被検物体に対する視覚差が生じないため、視野全般に亘って遠近感が発生せず、歪みのない画像が取得され、画像処理・計測においても高い精度を得ることができる。 【００３６】
図において本発明多方向同時観察光学系は、上述の構成に加え、前記側面画像取得用プリズム系１４５Ａ等および底面画像取得用プリズム系１８５Ｆにはそれぞれ、前記光路方向転換用プリズム１４Ａ等の上方に、被検物体１１の上面を除く各面のＷＤを上面のＷＤと同一にするための光路長補正用プリズム１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｆ等または光路長補正用プリズム機能（以下、まとめて「光路長補正用用プリズム」ともいう。）が設けられた構成とすることができる。 
かかる構成により本多方向同時観察光学系では、該光路長補正用プリズム１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｆ等により、被検物体１１の上面を除く各面のＷＤが上面のＷＤと同一となるように補正される、つまりかかる補正により、各面からの像についてＷＤが等しくなり、合焦面（ピント面）が合い、読み取り装置においては鮮明な映像の出力を得ることができる。
ここで該光路長補正用プリズム１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｆ等は、被検物体の形状や大きさに応じた光路長補正がなされるように、これらを適宜交換することにより、またはその他適宜の手段により、光路長調整可能に形成する構成をとることができる。 【００３７】
図２−２は、本発明の多方向同時観察光学系のうち、底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す説明図であり、側面図である。また、
図２−３は、図２−２の底面画像取得専用観察光学系の構成例を示す斜視図である。上述のように本発明は、被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系であるから、これらの図に示すように、光路長補正用プリズム３５および光路方向転換用プリズムもしくは光路方向転換用プリズム機能部分たる３８Ｆとから基本的に構成される、底面画像取得専用観察光学系も、本発明の範囲内である。本観察光学系では、プリズム系からは底面画像のみが得られ、被検物体載置部３９上方からは平面（上面）画像が得られ、計２画像が得られる。側面画像の取得が不要で、底面画像は必要な場合においては、この底面画像取得専用観察光学系が必要充分な構成である。なお、図２−４ないし２−７は図２−２の構成例の正面、背面、底面、平面の各図である。【００３８】
本発明の多方向同時観察光学系では、これを構成する側面画像取得用プリズム系の数は限定されない。たとえばその系統数は、２、３、４、５、６、もしくは７のいずれかとすることができるが、８以上でもよい。【００３９】
図３は、本発明の多方向同時観察光学系の構成例として六面の画像情報を得るための構成を示す斜視図、 
図４（Ａ）は、図３のＡ−Ａ切断線またはＡ’−Ａ’切断線による縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図、 
図４（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ切断線による縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図である。 【００４０】
これらの図において、本多方向同時観察光学系は、前記光路方向転換用プリズム等として、前記側面画像取得用プリズム系においては４５°ミラープリズム４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄまたはその機能を有するプリズム（以下、まとめて「４５°ミラープリズム」ともいう。）を、一方、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズム８ａもしくは三角プリズムまたはこれらのいずれかの機能を有するプリズム（以下、まとめて「台形プリズム」ともいう。）を、それぞれ用いることができる。 【００４１】
なお、これらの図はあくまで、立方体を含む、六面から外観を把握できる被検物体についてこれを多方向から同時に観察するのに適した、六面の画像情報を得るための構成例であり、本発明はかかる面数に限定されるものではない。これらの図中、５０ａ、５０ｂ、・・・、５０ｆは光路長補正用プリズムである。また、５はレンズ、６はレンズ端面、３は結像される像面である。 【００４２】
図４（Ａ）および図３により、本発明多方向同時観察光学系における被検物体の側面および上面画像の取得について、さらに説明する。 
光は、空気中を伝達する速度よりも、ガラスの中を伝達する速度の方が速くなる。すなわち、ガラス中の光路長は、これを空気中の光路長に換算すると短くなる。したがって、側面の被検物体面1ａからレンズ端面６までのＷＤ  ２ａと、上面の被検物体面１ｅからレンズ端面６までのＷＤ  ２ｅとは異なったものとなる。 【００４３】
そこで、より距離の長い２ａにおいて、２ａと２ｅの距離が空気中の光路長に換算して同じ値になるように、側面の被検物体面1ａからレンズまでの光路間に光路長補正用プリズム５０ａを配置することにより、被検物体面の側面１ａと上面１ｅの合焦面を、共通の読み取り装置において合わせることが可能となる。 【００４４】
被検物体面の側面１ａと１ｂのＷＤは、それぞれの方向は違うものの、距離２ａ、２ｂは等しいため、被検物体面の同時観察のためには、光路長補正用プリズム５０ａと５０ｂは同じ仕様のものを配置すればよい。同様の原理により、被検物体面の四方向の側面は、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの各光路長補正用プリズムの仕様を共通のものとする構成により、容易に同時観察することができる。 【００４５】
また、前出図１４の従来例で説明したような平面ミラー４０３０ａ〜４０３０ｆではなく４５°ミラープリズム４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを使用することにより、光路長補正用プリズム５０ａ、５０ｂ等のサイズを小型化することができる。 【００４６】
後述するように本多方向同時観察光学系では、被検物体を保持しこれを移動できるようにするために、被検物体搬送手段９を被検物体の下方に配置するように設けることができる。該被検物体搬送手段９は、これを透して被検物体の底面画像を取得できるように、ガラス等の透明材料を用いて構成することができる。ガラスを用いる場合、以下、被検物体搬送手段を「被検物体搬送用ガラス板」ということがある。該被検物体搬送用ガラス板９をその長手方向に適宜の手段によって移動させることにより、これに載置された複数の被検物体を、連続的に効率よく観察、検査することができる。 【００４７】
図４（Ｂ）および図３により、本発明多方向同時観察光学系における被検物体の上面および底面（下面）画像の取得について、さらに説明する。 
二つの反射面を持つ台形プリズム（または三角プリズム）８ａを被検物体と被検物体搬送用ガラス板９の下方に配置し、二回光路を反射させることにより、光路をレンズ５の方向に折り曲げる。 【００４８】
上述した側面の被検物体面の場合と同様に、下面の被検物体面１ｆからレンズ５までのＷＤ  ２ｆと、上面の被検物体面１ｅからレンズ５までのＷＤ  ２ｅの距離が、空気中の光路長に換算して同じに値になるように光路長補正用プリズム５０ｆならびに５０ｅ、および二つの反射面を持つ台形プリズム（または三角プリズム）８ａを配置する。それにより、被検物体の合焦面が合い、共通の読み取り装置で下面の被検物体面１ｆと上面の被検物体面１ｅを同時に観察できる。つまり、被検物体面の下面１ｆと上面１ｅの合焦面を、共通の読み取り装置において合わせることが可能となる。 【００４９】
これらの図において、光路長補正用プリズム５０ａと５０ｂの間隔および５０ｄと５０ｃの間隔を調整することにより、上述の被検物体を搬送するスペース（９）を確保することができる。 【００５０】
図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を用いて説明したように、本発明の多方向同時観察光学系によれば、上下面と四方向の側面をあわせた合計六面の被検物体面を同時に一つの読み取り装置、撮影装置で観察することができる。図３に示すように、各部品（プリズム）は相互に干渉しないように配置されるため、六つの光路が相互に遮られることがなく、像のケラレも発生しない。 【００５１】
図５は、正立像を得るための本発明多方向同時観察光学系の基本構成例を示す斜視図である。図において本多方向同時観察光学系には、前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズム等として、正立像を得ることのできるペンタプリズム６０ａ等またはその機能を有するプリズム（以下、まとめて「ペンタプリズム」ともいう。）を用いることができる。 【００５２】
ここで、ペンタプリズムとは五角形プリズムの一種であり、特に、入射光をプリズム内部で二回反射させることにより、像反転の発生せず、正立像のまま９０°折り曲げて反射することができる五角形プリズムをいう。かかるペンタプリズムの利用により、取得されるすべての画像を正立像とすることができる。 【００５３】
図５の例をさらに説明すると、該ペンタプリズム６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは、前出図３における４５°ミラープリズム４０ａ等に替えて光路方向転換用プリズムとして用いたものである。 【００５４】
図３のミラープリズム４０ａ等では、ミラー反射面の一回の反射により９０°折り曲げて反射される。ここでの像生成を前出図１４を参照して確認すると、一回反射した４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃおよび４０２ｄの各像と、二回反射した４０２ｆの像とでは、像の向きが異なることとなる。したがって、図３における４５°ミラープリズム４０ａ等を本図５のようにペンタプリズム６０ａ等に替えることにより、被検物体の各側面の像を下面の像と同じ二回反射にすることができ、全被検物体面について、方向のそろった像、つまり正立像を得ることができる。 【００５５】
図６（Ａ）は、図３に示した本発明多方向同時観察光学系の縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図、 
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に別の構成を付加した本発明多方向同時観察光学系の縦断面ならびに結像の得られる状況を示す説明図であり、本図中の（Ｂ−１）は、また別の本発明多方向同時観察光学系の縦断面図である。 【００５６】
これらの図（特に、図６（Ｂ）、（Ｂ−１））において示すように、本多方向同時観察光学系の各プリズム系には、前記光路方向転換用プリズム４０ａ等の上方に、光路をシフトさせるための光路シフトプリズム７０ａ、７０ｂ、８０ａ等、または光路シフトプリズム機能（以下、まとめて「光路シフトプリズム」ともいう。）を設けることができる。ここで「シフト」は、各プリズム７０ａ、７０ｂ等、あるいはまた８０ａ、８０ｂ等からの光の進行方向の断面方向における移動を指す。 【００５７】
図６（Ｂ）、（Ｂ−１）において、該光路シフトプリズム７０ａ等は、レンズ等への入射光面積を縮小して解像度を高めるべく、被検物体各面からの光出力の光路断面を縮小させるように配置構成することができる。つまり、各プリズム５０ａ等中を上方に進行してきた光を、光軸中央寄りに収束させるように、光路シフトプリズム７０ａ等を配置構成する。 【００５８】
これらの図でさらに説明すれば、光路方向転換用プリズム４０ａ等の上方、かつ、側面の光路長補正用プリズム５０ａ〜５０ｄの上方もしくは下方に、光路シフトプリズム７０ａ、７０ｂ等か、または光路シフト用ミラー８０ａ、８０ｂ等を配置することにより、側面画像の光軸を平行シフトすることができる。上述のようにレンズへの入射光面積を小さくするように配置すれば、結果的には、被検物体から取得すべき像全体のサイズを小さくすることができる。撮像素子の一画素当たりに取り込む物体サイズを小さくすることができ、分解能を向上させることができる。したがって、同じ撮像素子を使用した場合、より解像力を高めての観察が可能となる。 【００５９】
図３、図５等に示したとおり、本発明の多方向同時観察光学系には、二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段９を設けることができ、前記各プリズム系５０ａ、５０ｅ等は、該被検物体搬送手段９の搬送経路が確保されるように配置する構成をとることができる。 
各図における例示に用いたように、本発明の多方向同時観察光学系は、前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面を含めて被検物体の正六面の各画像情報を光として取得可能なものとして構成することができる。産業財産権手続における意匠の特定に常用されているように、被検物体の外観を六面により把握することは、検査等における外観特定のための条件を満たす場合が多いため、かかる構成には相当の利用価値がある。 【００６０】
図６−２は、本発明の多方向同時観察光学系の配置例を示す平面図である。図示するように前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交して配置（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）される構成とすることができる（図６−２（ａ））。また、該２組は任意の角度でもって配置（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８）される構成とすることもできる（図６−２（ｂ））。
本発明では、前記対向する２系統は、３組以上配置するように構成することもできる。たとえばこれを３組配置すれば、側面が５つある７面体以上の多面体の多方向同時観察も可能である。【００６１】
各図において説明したように、本発明の多方向同時観察光学系は、前記側面画像取得用プリズム系および前記底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズを含んだものとしてこれを特定することも、あるいはまたレンズは除外したものとしてこれを特定することもできる。 【００６２】
また、前記レンズには、被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズを用いることによって、その特性により、寸法計測等の画像計測を正確に行うことのできるシステムを構成することができる。また、テレセントリックレンズの使用は、本光学系を構成する各プリズムの寸法を小型化することを可能とし、さらに、各プリズム構成からなる光学系全体の小型化も可能とする。 【００６３】
前記レンズとしては、形状に球体や超多面体などを有する複雑な被検物体であっても各面同時に合焦面を合わせられるのに充分な被写界深度を備えたものを、特に用いることができる。 【００６４】
被検物体としては、種々の形状のものがあり得る。以上の説明は、図１に被検物体のモデルとして示した立方体的形状を中心にしたものであるが、各辺の長さが違う直方体あるいは直方体的形状の場合は、前記光路長補正用プリズム５０ａ等の大きさを適当なものに変えることによって、全ての被検物体面に同時に合焦させることができる（図３、図４（Ａ）、（Ｂ）等参照）。 【００６５】
また、上下面が平行でかつ側面が五面以上あるような異形多面体の場合は、側面の光路長補正用プリズム５０ａ等と４５°ミラープリズム４０ａ等のセット数を、側面の面数分だけ増やすことにより、対応することができる。 【００６６】
さらに、被検物体が球体や、非常に面数の多い超多面体の場合は、上述のように読み取り装置のレンズの被写界深度を深くすることにより、球体または超多面体にも合焦面を合わせることができ、本発明の効果を得ることができる。 【００６７】
このような、被検物体としての形状の複雑さを一または二以上併せ持つ場合であっても、 
（ア）光路長補正用プリズム５０ａ等の大きさを適当なものに変える 
（イ）光路長補正用プリズム５０ａ等と４５°ミラープリズム４０ａ等のセット数を、側面の面数分だけ増やす 
（ウ）レンズの被写界深度を深くする 
の各方法を適宜組み合わせたり、あるいは単独で採用することにより、対応することができる。 【００６８】
図７は、本発明の画像読み取り装置の原理構成を示す説明図であり、（Ａ）は側面画像取得用プリズム系主体に、（Ｂ）は側面画像取得用プリズム系主体に、それぞれ示したものである。 
図において本画像読み取り装置は、側面画像取得用プリズム系２１４５Ａ、２１４５Ｂ等および底面画像取得用プリズム系２１８５Ｆとから主として構成される、上述したいずれかの多方向同時観察光学系と、前記レンズ２１５を介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤあるいはＣＭＯＳ、もしくはラインＣＣＤ等の電子撮像素子２１３とを備えることを原理構成とする。ラインＣＣＤを用いることにより、線状物等、長尺の被検物体を移動させながら連続的に多方向同時観察することができる。【００６９】
かかる構成により本画像読み取り装置は、適宜の画像解析ソフトなどのソフトウェアとの組み合わせで、画像計測を含む画像解析に用いることができる。 【００７０】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示した原理構成を用いて、２１４５Ａ、２１８５Ｆ等からなる該多方向同時観察光学系により被検物体の各面の画像情報を光として取得し、前記レンズ２１５を介して得られる該光をＣＣＤあるいはＣＭＯＳ、もしくはラインＣＣＤ等の電子撮像素子２１３により光電変換処理することによって電気的に処理の可能な画像情報を取得し、これにより画像計測を含む画像解析を行うことができる。 【００７１】
図８は、本発明の多方向同時観察光学系の構成例として目視観察用途に用いることのできる構成を示す斜視図、 
図９（Ａ）は、図８のＡ−Ａ切断線またはＡ’−Ａ’切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図、 
図９（Ｂ）は、図８のＢ−Ｂ切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図である。 【００７２】
これらの図において本多方向同時観察光学系は、前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系においてそれぞれ、前記光路方向転換用プリズム４１ａ等の上方に開放空間が形成されていることを特徴的な構成とする。すなわち、上述の光路長補正用プリズムを設けない構成である。 【００７３】
敢えて光路長補正用プリズムを設けないこととしたかかる構成によっても、肉眼１０による目視観察であれば、被検物体の多方向同時観察を充分に、かつ容易に行うことができる。構成を簡便化できるためコスト上有利であり、廉価版観察光学系として提供することができる。 【００７４】
図において本多方向同時観察光学系は、前記光路方向転換用プリズムとしては、前記側面画像取得用プリズム系においては三角ミラープリズム４１ａ等を用い、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズム８ｂもしくは三角プリズム等を用いることができる。 【００７５】
さらに図示の具体例により説明すれば、図３等における光路長補正用プリズム５０ａ等を削除し、前記読み取り装置を人の目１０に置き換え、４５°ミラープリズム４０ａ等を、三角ミラープリズム４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに置き換え、また、光路長補正用プリズム５０ｆの位置に反射防止用プリズム９０を配置することにより、本多方向同時観察光学系を構成できる。 【００７６】
これにより、本発明光学系を小型化し、またその構成を簡素化することができる。六面全ての被検物体面に同時に合焦面（ピント面）が合い、前記多方向同時観察光学系を構成する各プリズムを、それぞれの光路が相互に遮られることのないように配置することにより、ケラレのない被検物体の六面全ての画像を、同時に提供することができる。 【００７７】
本構成は、光路長補正用プリズム５０ａ等と読み取り装置を備えることを不要とするため、たとえば目視検査用途に、簡易型の観察光学系として充分な機能を発揮することができる。 【００７８】
図１０は、本発明の簡易型多方向同時観察光学系の構成例として五角形プリズムを用いた構成を示す斜視図、 
図１１（Ａ）は、図１０のＡ−Ａ切断線またはＡ’−Ａ’切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図、 
図１１（Ｂ）は、図１０のＢ−Ｂ切断線による縦断面ならびに肉眼による結像の得られる状況を示す説明図である。 【００７９】
これらの図において、前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムには、正立像を得ることのできる五角形プリズム６１ａ等、またはその機能を有するプリズムを用いることができる。 【００８０】
かかる構成による作用効果は、先に図５を用いて説明したペンタプリズムにおける作用効果と、基本的に同様である。すなわち、図８に示したミラープリズム４１ａ等では、ミラー反射面の一回の反射によって折り曲げるところ、図１０等に示した五角形プリズム利用の構成では、各五角形プリズム６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、台形プリズム８ｂと同じく二回反射するため、被検物体各面の像を同方向の像にすることができる。 【００８１】
図８、１０等において示されるように、本簡易型多方向同時観察光学系においても、二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段９を設けることができる。 【００８２】
各図に例示されるように、本簡易型多方向同時観察光学系においても、前記側面画像取得用プリズム系を４系統とし、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面を含めて被検物体の正六面の各画像情報を光として取得可能な構成をとることができる。４系統の側面画像取得用プリズム系は、図６−２を用いて先に説明したように、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交して配置（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）される構成とすることができる（図６−２（ａ））。また、該２組は任意の角度でもって配置（Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８）される構成とすることもできる（図６−２（ｂ））。【００８３】
以上説明した多方向同時観察光学系を二以上用いることによって、たとえばサイズの相当大きな被検物体の多方向同時観察を可能とするような、多方向同時観察光学系複合体を構成することも可能である。 
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の多方向同時観察光学系、画像読み取り装置、画像読み取り方法および多方向同時観察光学系複合体は上述のように構成されているため、被検物体を各面から高精度に同時観察することができ、検査等の効率を高めることができ、産業上利用価値が極めて高い発明である。 
【図１】
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【図２】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図５】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９（Ａ）】
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【図９（Ｂ）】
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【図１０】
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【図１１（Ａ）】
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【図１１（Ｂ）】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体の一または二以上の側面について各側面画像を得るための一または二以上の側面画像取得用プリズム系、もしくは底面画像を得るための底面画像取得用プリズム系の少なくともいずれかを有してなる多方向同時観察光学系であって、該側面画像取得用プリズム系は、光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能を有しており、該プリズム系は、被検物体の真上方向にはその上面画像を取得するための開放空間が確保されるとともに被検物体載置空間部が確保されるように該空間の側方に設けられ、該プリズム系は、それぞれにより出される光の光路が被検物体の上方へ向うようにもしくは相互に平行かつ同一方向となるように、かつ光路を遮られないように配置されており、該側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系にはそれぞれ、該光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に、被検物体の上面を除く各面のワーキングディスタンスを上面のワーキングディスタンスと同一にするための光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能が設けられていることを特徴とする、多方向同時観察光学系。
【請求項２】
前記光路長補正用プリズムまたは光路長補正用プリズム機能は、被検物体の形状や大きさに応じた光路長補正がなされるよう、交換または光路長調整可能に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項３】
前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては４５°ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはこれらのいずれかの機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項１または２に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項４】
前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできるペンタプリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項５】
前記各プリズム系には、前記光路方向転換用プリズムの上方に、光路をシフトさせるための光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項６】
前記光路シフトプリズムまたは光路シフトプリズム機能は、レンズ等への入射光面積を縮小して解像度を高めるべく、被検物体各面からの光出力の光路断面を縮小させるように形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項７】
二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項８】
前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項９】
前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１０】
前記側面画像取得用プリズム系および前記底面画像取得用プリズム系の光出力方向に設けられたレンズまたは被検物体側をテレセントリックとすることができるテレセントリックレンズをさらに含んでなることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１１】
前記レンズは、形状に球体や超多面体などを有する複雑な被検物体であっても各面同時に合焦面を合わせられるのに充分な被写界深度を備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれかに記載の多方向同時観察光学系と、前記レンズを介して得られる光を光電変換処理するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子とを備えてなり、画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り装置。
【請求項１３】
請求項９ないし１１のいずれかに記載の多方向同時観察光学系により被検物体の各面の画像情報を光として取得し、前記レンズを介して得られる該光をＣＣＤ、ＣＭＯＳもしくはラインＣＣＤを含む電子撮像素子により光電変換処理することによって電気的に処理の可能な画像情報を取得し、これにより画像計測を含む画像解析に用いることができることを特徴とする、画像読み取り方法。
【請求項１４】
前記側面画像取得用プリズム系および底面画像取得用プリズム系はそれぞれ、肉眼による目視観察を容易に行えるように、前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能の上方に開放空間が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１５】
前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、前記側面画像取得用プリズム系においては三角ミラープリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられ、前記底面画像取得用プリズム系においては二度の方向転換を得ることのできる台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項１４に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１６】
前記側面画像取得用プリズム系における前記光路方向転換用プリズムまたは光路方向転換用プリズム機能には、正立像を得ることのできる五角形プリズムまたはその機能を有するプリズムが用いられることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１７】
前記台形プリズムもしくは三角プリズムまたはその機能の上方には、反射防止用プリズムまたはその機能が設けられていることを特徴とする、請求項１４ないし１６のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１８】
二以上の被検物体を載置し、これらを前記被検物体載置空間部を経由して搬送することのできる被検物体搬送手段が設けられ、前記各プリズム系は該被検物体搬送手段の経路が確保されるように配置されることを特徴とする、請求項１４ないし１７のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項１９】
前記側面画像取得用プリズム系は４系統設けられ、前記各プリズム系なしに光出力の得られる上面方向を含めて被検物体の六方向からの各画像情報を光として取得可能であることを特徴とする、請求項１４ないし１８のいずれかに記載の多方向同時観察光学系。
【請求項２０】
前記４系統の側面画像取得用プリズム系は、前記被検物体載置空間部を挟んで対向する２系統による組が２組配置されていて、各組は相互に直交しているか、または任意の角度でもって配置されていることを特徴とする、請求項１９に記載の多方向同時観察光学系。
【請求項２１】
請求項１に記載の多方向同時観察光学系を二以上用いてなり、それによる被検物体の多方向同時観察が可能であることを特徴とする、多方向同時観察光学系複合体。
【国際調査報告】
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