JPH02199705A - 照明方法および照明装置ならびに対象物体の外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、対象物体、特に主表面に凹凸部を有する対象
物体を無陰影でかつ均一に照明する方法およびそのため
の装置ならびにこれらを使用する対象物体の外観検査方
法および装置に関する。

［従来の技術］ 対象物体を照明するに際し、対象物体の主表面に凸部が
あり、対象物体に入射した光が主表面で反射される場合
、この主表面が光を正反射する構造・材質の場合は勿論
のこと、乱反射する場合であっても、入射する光の方向
が主表面の法線方向でない場合には、凸部の陰影（陰）
がすぐ近傍の主表面に映り、その陰影部分は十分に照明
されないことになる。

また、対象物体の主表面の一部に凹部が存在する場合、
凹部の周囲の主表面の陰影がこの凹部に映り、凹部が十
分に照明されないことになる。

対象物体を照明して、これらの陰影のない画像を得るに
は、主表面に存在する凹部や凸部により陰影が生じない
ような方向、即ち、主表面の法線方向から光を照射する
ことが必要である。従って、対象物体を照明する場合、
凸部や凹部の端面が対象物体の主表面に対して急峻に（
例えば直角に近い角度で）立ち上がったり、または切り
立っている場合には、これらの凹凸部が存在する主表面
を真正面から照明しなければならない。凹凸部を有する
主表面が複数存在する場合、それぞれの主表面に対して
上記の条件を満足する必要がある。

一般に、対象物体の１つの平坦な主表面のみを照明する
必要がある場合であれば、主表面に対して平行な面光源
から光を照射することにより上記の条件を満足でき、陰
影の発生を防止できる。

しかしながら、対象物体が複数の主表面を有する立体で
ある場合、特に曲面を有する場合、例えば円柱構造物等
である場合には、上述のように面光源を使用して同時に
各主表面に対して法線方向から光を照射することは困難
である。

例えば表面に凹凸部を有する円柱構造物の表面を照明し
てこれを撮像することによりその外観上の異常を検出す
る外観検査装置の開発において、主表面の法線方向から
光が照射されないために凹凸部による陰影が生じ、その
陰影部分については外観検査が十分できないということ
が問題点として指摘されている。

このような問題点の解決方法として内側表面として正反
射面もしくは乱反射面を有する楕円筒容器または回転楕
円体容器の一方の焦点に光源を配置し、他方の光源に対
象物体を配置する照明方法および照明装置が本願と同一
出願人による平成１年１月２４日出願の日本国特許出願
において提案されている。

これらの特許出願に記載の方法および装置を使用するこ
とにより表面に凹凸部を有する対象物体を照明する場合
、明らかな陰影の発生を防止することが可能となったが
、第１図を参照して後で詳細に原理的に説明するように
、対象物体の光源に面する表面より反対側の表面の照度
（または対象物体に照射される光の光束密度）が小さく
なり、対象物体表面の照度差の発生を避けることが困難
であることが艶出された。このような照度差は、場合に
より物体の外観検査において重大な障害になることがあ
り、発生を抑制するのが望ましい。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、本発明の課題は、楕円筒容器または回転楕円体
容器を使用する対象物体の照明方法および照明装置にお
いて、対象物体を照明する際に生じる対象物体表面の照
度差を抑制して均一に対象物体を照明する方法および装
置を提供することである。

更に、上記方法および装置を使用することにより、対象
物体の表面状況を精度よく観察または撮像することが可
能となるので、これらを使用する対象物体の外観検査方
法およびそのための装置を提供することも本発明の課題
である。

即ち、対象物体の主表面に対して斜め方向からの光によ
り凸部の陰影や凹部に周囲部の陰影を生じ得る対象物体
を、陰影を生じることなく均一に照明して対象物体の表
面を撮像し、撮像画像を用いて対象物体の外観上の異常
を検出する外観検査装置および方法、例えば対象物体が
円柱状であるような軸対称または球状の対象物体の表面
上の異常を検出する検査装置および方法を提供すること
である。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、対象物体を照明する場合、対象物体を内部
に配置する容器の内側表面の反射率を変えて対象物体を
照射する光の光束密度を一定にすることにより解決され
ることが見出された。

従って、本発明の第」の要旨では、軸方向に対して垂直
な断面が楕円形である楕円筒容器を使用し、楕円断面の
一方の焦点に光源を配置し、楕円断面の他方の焦点に対
象物体を配置し、光源から対象物体に光を照射すること
を含んで成る対象物体の照明方法であって、式： ％式％（１） ［式中、 Ｒは楕円筒容器の内側表面の反射率、 Ｋは対象物体に照射される光束密度が最も小さい光を反
射する楕円筒容器の内側表面の反射点の反射率、 Ｌｏは反射率がＫの反射点から対象物体が配置される焦
点までの距離（Ｌ、１．）の、光源が配置される焦点か
ら反射率がＫの反射点までの距離（Ｌ、、、）に対する
比（ＬＯ−Ｌ−１−／Ｌ−−−）、Ｌは光源が配置され
る焦点から光が反射される楕円筒容器の内側表面の反射
点までの距離、ａは楕円の長径の１／２である。１ を満足する反射率を有する正反射面を内側表面として有
する楕円筒容器を使用し、要すれば光源からの対象物体
への直射光を遮断することを特徴とする照明方法を提供
する。

本明細書において使用する「反射率」なる語は、反射点
において入射する光量に対する反射される光量の割合を
意味する。

本明細書において使用する「楕円筒容器」なる語は、筒
状容器の長手方向軸（または楕円筒袖）に対して垂直な
断面が楕円形である中空容器を意味し、楕円の形状は実
質的に楕円であればよく、例えば実際に機械加工できる
程度の精度を有する楕円で十分である。従って、楕円筒
容器を例えばガラス、セラミックまたは金属により作る
場合は、型成形により楕円筒容器を作ることができる。

楕円筒容器の内側表面は少なくとも反射光を実質的に正
反射するように形成されており、例えば塗料を内側表面
に塗布するか、金属である場合は鏡面仕上にするか、あ
るいはグラスチック板もしくは金属板またはその薄膜を
楕円筒容器の内側表面に適用してよい。

プラスチック板などを内側表面に適用する場合、板を内
側表面に貼り付けてもよいが、例えば第２図に示すよう
に楕円筒の側面を構成するように格子を作り、その内側
にプラスチック板を丸めて嵌め込み、弾性を利用して格
子に係合させることにより楕円筒容器を形成することも
可能である。

本発明の第１の要旨の方法において、楕円筒容器内部（
中空部）に楕円筒軸に対して垂直な各楕円断面の焦点に
相当する部分に微小光源を設け、これが全体として（即
ち、点光源が楕円筒軸方向に積分された形態として）楕
円筒容器の軸に平行な線光源、例えば細い円筒状の光源
（例えば蛍光燈光源）を構成するのが好ましい。

本明細書で使用する正反射とは、実質的な正反射で十分
であり、実用的には例えば反射光の８０％以上が反射角
を挟む２０°以下、好ましくは１５″以下、例えば３〜
１０６の立体角に入るような程度で十分である。

一方、楕円の他方の焦点に相当する部分には、照明すべ
き対象物体を配置する。本発明の第１の要旨の照明方法
により照明できる対象物体は、特に限定されるものでは
ないが、軸対称物体が好ましい。また、本発明の方法は
、特に円筒状物体を照明する場合に特に有効である。

本発明の第１の要旨において、「対象物体を楕円断面の
焦点に配置する」という場合、対象物体が楕円筒容器と
の相対的な関係において実質的に点であると考えられる
場合は、文字通り楕円断面の焦点に配置することを意味
する。しかしながら、対象物体がある程度の長さを有す
る場合は、「対象物体を楕円断面の焦点に配置する」と
いう場合は、以下に説明するように対象物体を配置する
ことも意味する。

軸対称物体については、その対称軸が楕円断面の焦点の
集合（以下、単に焦点軸と呼ぶ）に一致するように配置
する。また、その他の形態の対象物体については、当業
者であれば、試行錯誤により対象物体が焦点軸を含んで
陰影が生じない適当な配置を容易に決定できる。

一般的には、楕円筒軸に垂直な方向の対象物体断面にお
いて、断面の周上の点と楕円の焦点とを結ぶ直線がいず
れも交差しないように楕円の焦点が位置するように対象
物体を配置するのが好ましい。

対象物体と楕円筒容器との相対的な大きさに関しては、
原理的には楕円筒容器の内部に入り得る大きさの対象物
体であればその大きさを限定するものではない。これは
、対象物体が円筒形であると見なし得るなら、楕円筒容
器の内側表面で反射された光が焦点に集まる場合、その
焦点を中心とする円に対して円の大きさに無関係に全て
の光が法線方向から入射するためである。即ち、楕円筒
容器の内側表面で反射された光が焦点軸に集まる場合、
その焦点軸を中心とする円筒面に対し、円筒の直径の大
きさに無関係に全ての光が円筒面の法線方向から入射す
るためである。しかしながら、実際には対象物体があま
り大きくなり過ぎると、その存在のために光源からの光
の経路が妨げられ、上記原理を適用できる範囲が狭くな
る。

実際には楕円筒容器が大きければ大きいほど、両者の相
対的な関係において対象物体が点または円筒に近づくの
で好ましくなるが、光源の光度にも限界があることを考
慮する必要がある。従って、楕円筒軸に垂直方向の対象
物体の断面を内側に含む最小径のその円周上の点と楕円
筒容器の最短距離に対する比は小さい方が一般的には好
ましい。

その値は対象物体の表面に実際上要求される均等照度の
範囲、その位置、大きさによって決められるものである
。

本発明の楕円筒容器に使用する材料は、上述のように内
側表面を正反射面にできればいずれの材料または構造で
あってもよく、楕円筒容器の外側から目視または適当な
センサーによる観察を考慮して半透鏡のような材料を使
用することも可能である。また、材料が不透明である場
合は、楕円筒容器の側面に相対的に小さい開口部を設け
て目視により観察したり、あるいは開口部分にセンサー
を取り付けて対象物体を撮像することも可能である。

本発明の第１の要旨の方法において、楕円筒容器の内側
表面は、上述のように式（１）を満足するような反射率
を有する必要がある。

式（１）の物理的意味は、第１図を参照することにより
容易に理解できるであろう。第１図は楕円筒容器ｌの楕
円筒軸に垂直方向の模式断面図である。光源２は点光源
または線光源である。ここで、楕円筒軸に垂直方向の断
面を考えているので、光源２から中心角δで楕円筒容器
の内側表面に向かって放射される光量は一定である。

従って、光源と反射点までの距離が大きくなればなるほ
ど反射点における入射光の光束密度は小さくなる。例え
ば、第１図の楕円弧Ａ、とＡ、とを比較すると、光源か
らの反射点までの距離Ｌｌが大きいＡ２の長さが明らか
に長い。Ａ１とＡ、に照射される全光量は一定であるか
ら、光源から遠い程、反射点における光束密度（または
楕円筒容器の反射点における照度）は小さくなる。

楕円弧Ａ、およびＡ２の長さは、δを微小角度とすると
、半径り、の円の中心角δの円弧と考えることができる
ので、楕円弧の長さはり、に比例することになり、反射
点における照度はＬ□に反比例する。

次に、照射光は反射点から他方の焦点に向かうが、この
場合、第１図から明らかなように対象物体の表面に至る
までに光束密度が反射点における光束密度より大きくな
る。この大きくなる割合は、対象物のある焦点Ｆ″から
の距離Ｌ２（−２ａ−Ｌｔ）（ａは楕円の長径の１／２
）に比例する。しかも、光源（焦点Ｆ）から楕円筒容器
の内側表面を経て、対象物（焦点Ｆ″）に至る間の距離
は全て一定（−２ａ）である（楕円の基本公理）から、
光源Ｆから出た光の光束密度はＬ２／Ｌ＋−（２ａ−Ｌ
工／Ｌ１倍となって対象物の表面に照射される（従って
、光源から反射点までの距離のみにより表される）、（
−船釣には、上記検討は、光が球面的に周囲に広がるの
で距離の２乗に比例するとして行う必要があるが、本発
明では後述するように対象物体の長さに比べて相当長い
線光源を使用するため、楕円筒軸に垂直な方向以外の方
向へ放射される光については考慮する必要がない。）従
って、総括的には光源から放射されて反射点で反射して
対象物体に照射される光の光束密度は、Ｌ！／Ｌｌに比
例することになる。従って、対象物体の表面の照度が最
も小さい点（Ｌ、が最小（Ｌ−１−）となり、Ｌ、が最
大（Ｌ、、、）となる点）を照射する光が反射される点
く即ち、光源に対して対象物体の真後近くで、光源Ｆか
らの光が直接（楕円筒容器の内側表面での反射なしに）
到達する楕円筒容器の内側表面上の点）の楕円筒容器の
内側表面の反射率を基準反射率にとする場合、他の部分
の反射率Ｒが式（１）を満足するようにすることにより
、上述のような対象物体表面における照度差の発生を抑
制して均一に照明することが可能となる。

内側表面の反射率を変える方法は、特に限定されるもの
ではないが、例えば以下のような方法を適用することが
できる： （１）反射面に黒ずんだ着色を施し、その程度を変える
方法： （２）反射面に微小な黒点を付加し、その点の密度を変
える方法； （３）反射面に幅の狭い黒色の短冊を付加し、その短冊
の分布密度を変える方法： （４）反射面に微小な穴をあけ、その穴の密度を変える
方法；および （５）楕円筒容器を透明な材料で作り、反射面の透明度
を変えて透過光の量を変化させることにより反射光の量
を変える方法。

方法（２）〜（４）は式（１）に従っＩ；正確な反射率
を有する反射面を得ることが比較的容易であるため本発
明に特に好ましい。

また、これらの方法の少なくとも２つを組み合わせるこ
とにより反射率を変えることも可能である。

本発明の第１の要旨では、凹凸部が主表面に存在する対
象物体の主表面に陰影を生じることなく、主表面を同時
かつ均一に照明する上述の本発明の第１の要旨の方法を
実施するための対象物体の照明装置を更に提供する。

上記の照明装置は、軸方向に対して垂直な断面が楕円形
である楕円筒容器、楕円断面の一方の焦点に配置される
対象物体を照射する光源、好ましくは楕円筒容器の焦点
軸に配置される長尺光源および楕円断面の他方の焦点ま
たは焦点軸に対象物体を配置して支持する手段ならびに
要すれば光源から光が（楕円筒容器の内側表面で反射さ
れずに）直接対象物表面を照射することを妨げるための
遮蔽物体を有して成り、楕円筒容器の内側表面は式（１
）を満足する反射率を有する。

長尺光源としては例えば通常の蛍光灯を使用するのが適
当である。

対象物体を支持する装置は特に限定されるものではない
が、対象物体を光源に対して最適位置に配置して、即ち
、対象物体を楕円断面の焦点に配置して支持できるのが
好ましい。例えば光源軸が重力の作用する方向に平行な
場合には、対象物体の重心軸が重力の作用する方向に平
行になるように吊り下げたり、軸が焦点軸に重なるよう
に下方からの支持台に載せたり、その支持台を焦点軸の
周りに回転させて載せたりする。また、光源軸が重力の
作用する方向に平行でない場合には、対象物体の軸に垂
直な側面を吸着機構で吸着し、そのまま物体の軸の周り
に回転させて保持したりする。

更に、本発明の第１の要旨では、上記の第１の要旨の照
明方法および照明装置を使用する対象物体の外観検査方
法を提供する。

上記対象物体の外観検査方法は、第１の要旨の照明装置
を使用して光源および外観を検査すべき対象物体を楕円
断面の各焦点に配置し、第１の要旨の方法を使用して対
象物体を照明することを含んで成る。

外観検査は、楕円筒容器に設けた開口部から直接目視に
より、あるいは上述のように撮像した画像を適当な画像
処理装置を使用して処理することにより検査物体の表面
の異常の有無を検出することにより行う。

更に、照明装置にセンサー、例えばビデオカメラやＣ，
Ｃ，Ｄ、カメラを取り付けて対象物体の表面を撮像する
のが好ましい。

また、本発明の第１の要旨では、上記対象物体の外観検
査方法に使用する外観検査装置を提供する。本発明の外
観検査装置は、上記照明・装置および照明された対象物
体を観察または撮像する手段、例えばセンサーを有して
成る。

更に、上記対象物体の外観検査装置は、撮像した原始画
像を処理する適当な処理装置を含むのが好ましい。

本発明の第２の要旨では、回転楕円体容器を使用し、回
転軸を含む楕円体断面の一方の焦点に光源を配置し、楕
円体断面の他方の焦点に対象物体を配置し、光源から対
象物体に光を照射することを含んで成る対象物体の照明
方法であって、回転楕円体容器の内側表面が、式： ％式％（２） ［式中、 ｒは回転楕円体容器の内側表面の反射率、ｋは対象物体
に照射される光束密度が最も小さい光を反射する回転楕
円体容器の内側表面の反射点の反射率、 ａｏは反射率がｋの反射点から対象物体が配置される焦
点までの距離（１２，’ｓ）の、光源が配置される焦点
から反射率がｋの反射点までの距離（１２，、、）に対
する比（１２゜−Ｑ、＋、／１２．．．）、αは光源が
配置される焦点から光が反射される回転楕円体容器の内
側表面の反射点までの距離、ａは楕円の長径の１／２で
ある。］ を満足する反射率を有する正反射面を内側表面として有
する楕円筒容器を使用し、要すれば光源から対象物体へ
の直射光を遮断することを特徴とする照明方法を提供す
る。式（２）の物理的意味は、上述の式（１）の物理的
意味の説明と同じ考え方を適用することにより容易に理
解できるであろう。

（式（２）中の使用記号に関しては、第３図に具体的に
示しているので参照されたい。）本明細書において使用
する「回転楕円体容器」なる語は、楕円を軸方向に回転
させた形状を有する中空容器を意味し、回転楕円体の形
状は、実際に機械加工できる程度の精度を有する回転楕
円体で十分である。回転楕円体容器は、一体物である必
要はなく、複数の要素、例えば半回転楕円体２つから回
転楕円体を構成できれば十分である。

従って、楕円筒容器を例えばガラス、セラミックまたは
金属により作る場合は、型成形により回転楕円体容器を
作ることができる。

回転楕円体容器の内側表面は少なくとも反射光を実質的
に正反射するように形成されており、例えば塗料を内側
表面に塗布するか、金属である場合は鏡面仕上にするか
、あるいはプラスチックまたは金属の薄膜を回転楕円体
容器の内側表面に適用してよい。

第２の要旨において、光源は点光源が最も好ましいが、
球状光源のように有限の大きさを持つことも実用上許容
される場合が多い。この許容できるか否の判断基準は、
本発明の方法を実際に適用する際の許容される照度バラ
ツキの幅に従って決められる。

本発明の第２の要旨の方法において、回転楕円体容器内
部の回転楕円体の回転軸を含む楕円体断面の焦点に相当
する部分に点光源を設ける。

一方、楕円体断面の他方の焦点に相当する部分には、照
明すべき対象物体を配置する。本発明の方法により照明
できる対象物体は、特に限定されるものではないが、軸
対称物体、特にそれほど長くない軸対称物体、特に球の
場合においてその効果を発揮する。球の場合は、その直
径がかなり大きくとも、直射光により影にならない部分
の球面を照射する場合において著しい効果を発揮する。

本明細書において、「対象物体を楕円体断面の焦点に配
置する」という場合、対象物体が回転楕円体容器との相
対的な関係において実質的に点であると考えられる場合
は、文字通り回転楕円体の回転軸を含む楕円体断面の焦
点に配置することを意味する。

しかしながら、対象物体がある程度の大きさを有する場
合は、「対象物体を楕円体断面の焦点に配置する」とい
う場合は、以下に説明するように対象物体を配置するこ
とも意味する。

軸対称物体については、その対称軸の両端の中点が楕円
体断面の焦点に一致するよさに配置する。

その他の形態の対象物体については、当業者であれば、
試行錯誤により対象物体の位置を変えることにより、対
象物体が楕円体断面の焦点を含んで陰影が生じない適当
な配置を容易に決定できる。

対象物体と回転楕円体との相対的な大きさに関しては、
原理的には回転楕円体容器の内部に入り得る大きさの対
象物体であれば、その大きさを限定するものではない。

これは、対象物体を球形と見なし得るなら、回転楕円体
容器の内側表面で反射された光が焦点に集まる場合、そ
の焦点を中心とする球に対して球の大きさに無関係に法
線方向から全ての光が入射するためである。即ち、回転
楕円体容器の内側表面で反射された光が焦点に集まる場
合、その焦点を中心とする球面に対し、その球の直径に
無関係に全て法線方向から入射するためである。しかし
、実際上は対象物体があまり大きくなると、その存在の
ために光源からの光の経路が妨げられ、上記原理を適用
できる範囲が狭くなる。

実用的には回転楕円体が大きければ大きいほど、両者の
相対的な関係において対象物体が点または球に近づくの
で好ましくなるが、光源の光度にも限界があることを考
慮する必要がある。従って、対象物体の任意の断面を含
む最小径の円の直径に対するその円周上の点と回転楕円
体容器との最短距離に対する比は小さい方が一般的には
好ましい。

その値は対象物体の表面に実際上要求される均等照度の
範囲およびその位置、大きさなどによって決められるも
のである。

本発明の回転楕円体容器に使用する材料は、上述のよう
に内側表面を正反射面にできればいずれの材料または構
造であってもよく、従って、第１の要旨の楕円筒容器に
使用する材料と一般的に同様である。

回転楕円体の場合についても、回転軸を含む断面を考え
ると、先に説明した楕円筒容器における反射率を変える
原理的な説明が当てはまり、これを回転軸の回りで積分
すると考えてよい。また、内側表面の反射率を変える方
法についても、先に説明した本発明の第１の要旨の楕円
筒容器の内側表面の反射率を変える方法を適用できる。

本発明の第２の要旨では、凹凸部が主表面に存在する対
象物体の主表面に陰影を生じることなく全主表面を同時
かつ均一に照明する上記第２の要旨の照明方法を実施す
るための照明装置を更に提供する。

上記照明装置は、回転楕円体容器、回転楕円体の回転軸
を含む楕円体断面の一方の焦点に配置されて対象物体を
照射する光源、好ましくは点光源および楕円体断面の他
方の焦点に対象物体を配置して支持する手段ならびに要
すれば光源から直接（回転楕円体内面での反射が１回も
なく）対象物体の表面を照射することを妨げるための遮
蔽物体を有して成る。回転楕円体容器の内側表面は式（
２）を満足する反射率を有するように形成されている。

点光源としては例えばハロゲンランプ、白熱灯電球、球
状蛍光灯など各種の連続発光光源が用いられる。また、
これらの不連続光、瞬間光などでもよい。更に、レーザ
ー光の如く本来一方方向にのみ放射される光を立体的に
回転させることにより、実質的に広い空間領域に放射さ
れるようなものを使用してもよい。

対象物体を支持する装置は特に限定されるものではない
が、対象物体を光源に対して最適位置に配置して、即ち
、対象物体を楕円体断面の焦点に配置して支持できるの
が好ましい。

更に、本発明の第２の要旨では、上記照明方法および照
明装置を使用する対象物体外観検査方法を提供する。

上記対象物体外観検査方法は、第２の要旨の照明装置を
使用して光源および外観を検査すべき対象物体を楕円体
断面の各焦点に配置し、−第２の要旨の照明方法により
対象物体を照明することを含んで成る。

また、本発明は、第２の要旨の上記対象物体の外観検査
方法に使用する外観検査装置を提供する。

この外観検査装置は、第２の要旨の上記照明装置および
照明された対象物体を観察または撮像する手段、例えば
センサーを有して成る。

上述のように第１の要旨および第２の要旨における照明
方法、照明装置および外観検査の装置において、光源か
ら対象物体への直射光を一遮断することが好ましい場合
が多い。楕円筒容器の楕円筒軸に垂直な断面図または回
転楕円体容器の回転軸を含む断面図である第４図を参照
してこのことに関して説明する。第４図において、楕円
筒容器ｌ（または回転楕円体容器６）の一方の焦点下に
有限の大きさを有する円筒形（球形）の対象物体３が配
置されている。光遮蔽手段１２が光源２と対象物体３と
の間に配置されている。

光源２の表面からは四方六方に光が放射されるが、その
うち、第４図に向かって、光源の最上方の点すから出た
光および最下方の点ａから出た光がそれぞれ対象物体３
の上方の点ｄおよび下方の点Ｃを経て楕円筒容器ｌの面
に照射されたとする。

対象物体３の右側の回転楕円体の内側表面には木彫（弧
ロバ）の部分と、半影（弧イロおよび弧ハニ）が生じる
。これらの影を生ぜしめる原因となる光は、本発明の方
法および装置においては、いわゆる直接光として対象物
体Ｂを照射しており、楕円筒容器の内側表面で反射して
対象物体の向かって左側の面に入射する反射光に重畳す
る為、この部分の照度が異常に増加する。従って、対象
物体の表面に等しい照度の光を照射するには有害である
。従って、光源２と対象物体３との間に光遮蔽手段１２
を挿入すると、木彫および半影が生じなくなる。第４図
から明らかなように、光遮断手段１２は、木彫を作る光
の経路ｂ−ｄ間とａ−ｃ間を結ぶ線に挟まれている部分
を遮蔽する必要がある。この光遮蔽手段１２はその上端
ｅが光源と対象物体の上端を結ぶ線ｂ−ｄと同じかやや
上に、また下端ｆが光源と対象物体の下端を結ぶ線ａ−
Ｃと同じかやや下にくるように設定する。また、光遮断
手段の面（ｅ−ｆ）で反射が生じると、新たな光源とな
り、上述の光学系のバランスを崩すことになり好ましく
ないので反射の無い（反射率が実質的にＯ）ことが必要
である。実際的には黒体、またはそれに近い黒色の反射
率の非常に小さい物体を光遮断手段として配置するのが
好ましい。

光遮断手段は、楕円筒容器の場合は焦点軸の方向に広が
ったものとなり、回転楕円体容器の場合は円形のものと
なる。また、−船釣に設置位置は光源２と対象物体３と
の間のいずれの位置であってもよい。

また、特別な場合として光遮蔽手段に適当なスリットま
たは穴などを設けることにより、または半透明の遮断手
段を使用することにより、直射光を部分的に遮断するの
も好ましいことがある。

更に、対象物体の表面の中でも光源に最も近い表面が最
も照度が大きくなることを考慮して、光源に近いほど直
射光をより多く遮断するように、直射光遮蔽率た分布を
持たせることが好ましい場合もある。

上述の第１の要旨および第２の要旨において説明した態
様は、楕円筒容器および回転楕円体の内側表面が正反射
面を有する場合であるが、いずれの理論によっても拘束
されるものではないが、本発明の第３の要旨では、上述
の第１の要旨および第２の要旨において、内側表面が正
反射面に代えて乱反射面を有する楕円筒容器または回転
楕円体容器を使用する対象物体の照明方法、照明装置お
よび対象物体の外観検査方法を提供する。第３の要旨の
方法および装置は、光源や対象物の位置決めや形状の若
干のずれや楕円筒容器や回転楕円体容器の歪みによる光
源経路の不均一さに基づく照明分布が緩和されることが
あり、実用的には正反射面を用いるよりもより好ましい
ことがある。

但し、乱反射する光の割合を過度に多くすると、本発明
の主旨にもとるようになる。乱反射の割合をいかにする
のが適当かは、個々の用途、目的、反射面の材料、構造
などにより適宜に選定するのが妥当であるが、反射光全
体に対する乱反射光の割合は通常は５０％以下、特に２
０％以下が好ましい。

適当な方法により楕円筒容器の内側表面を乱反射面にで
きるが、例えば容器の内側表面に酸化マグネシウム、酸
化カルシウムまたは硫酸バリウムの粉末を付着させたり
、それらを含有する塗料を内側表面にコーティングする
ことなどにより乱反射面を形成できる。また、目的に応
じて着色した内面に仕上げてもよい。

別法では、光拡散剤として使用されるシリカ微粉末また
はリン酸カルシウムなどを付着させても乱反射面を形成
できる。

更に、第３の要旨では、上述の第１の要旨または第２の
要旨の対象物体の照明装置において、楕円筒容器または
回転楕円体容器が正反射面に代えて乱反射面を有して成
る照明装置を提供する。

また、本発明は、上記乱反射面および直射光遮断手段を
有する照明装置を使用して第３の要旨の上記照明方法を
適用する対象物体の外観検査方法を提供する。

更に、第３の要旨の照明装置および照明された対象物体
を観察または撮像する手段を有して成る対象物体の外観
検査方法を提供する。

次に、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する
。

第５図に本発明の第１の要旨の方法の原理図を楕円筒容
器ｌの楕円筒軸に垂直な方向の断面図で示す。Ｆおよび
Ｆ′により示される点は楕円断面の焦点である。焦点Ｆ
に光源２が配置され、焦点Ｆ′に例えば円筒構造の対象
物体３がその対称軸が楕円筒の焦点軸と一致するように
支持要素５により配置されている。楕円筒容器の内側表
面ば式（１）に従った反射率で正反射するように形成さ
れている。第６図に第１の要旨の方法を実施する場合の
概略透視図を示す。

光源２は楕円の焦点Ｆに配置されているので、光源から
楕円筒袖に垂直な方向に放射された光は、第５図に示す
ように例えば入射角αまたはβで楕円筒形容器の内側表
面に入射して、反射角ａまたはβで反射し、矢印で示す
ような経路を経て楕円の他方の焦点Ｆ゛に向かって進む
。第６図に示すように、要すれば対象物体への直射光を
遮断する手段（直射光遮断手段）１２を光源と対象物体
との間に配置してよい。

従って、対象物体が円筒形である場合、楕円筒軸に垂直
方向の断面を考えると、光は対象物体の中心に向かって
進むことになる。このように、楕円筒袖に垂直な方向に
放射状に発射される光は楕円筒形容器の内側表面で反射
され、楕円軸に垂直な方向からの光として他の焦点Ｆ′
に集光する。

即ち、対象物体の表面には、光源から放射された光が四
方から集まり、対象物体はその全主表面の法線方向から
照明されることになる。

更に、楕円筒容器の内側表面の反射率は式（１）を満足
するように形成されているため、先に説明したように対
象物体に照射される光の光束密度が同じとなり、均一な
照明が確保される。

対象物体が円筒状でない場合、上述の説明は厳密には当
てはまらないが、極端な場合を除いて、楕円筒容器と対
象物体の大きさとの相対的関係により対象物体は点また
は円筒に近づくので、実際問題としては対象物体の主表
面に対してほぼ法線方向から光を均一に照射することが
できる。

楕円筒袖に垂直でない方向に光源から放射された光は、
楕円筒容器の内面で反射されるが、その入射光と反射光
の経路を含む平面内で移動する。

この平面内の３次元的な光の動きは、楕円筒軸に垂直な
平面内での２次元的な動きと、この面に垂直な方向（軸
方向）の１次元的な動きに分解できる。前者については
既述の通り楕円周で反射されるが、後者については壁面
に斜めに入射した光と同じように正反射される。従って
、この光は対象物体の他の部分を照射することになるが
、光源からはあらゆる方向に均等に光が放射されるので
、光源の長さおよび楕円筒容器の長さが対象物体の長さ
に比べて十分に長ければ（例えば約３倍以上）、これら
の影響は相殺される。即ち、楕円筒の一方の焦点に設、
置された光源から放射状に放射された光が他方の焦点に
位置する対象物体を四方六方から照明することになり、
影響は相殺される結果、楕円筒袖に垂直な方向に放射さ
れる光だけを考慮すればよいことになり、全体としては
反射面で１回反射した経路長の等しい光で主として照射
され、対象物体の表面では照度むらの極めて少ない照明
が可能となる。

更に、対象物体が充分に長い場合であっても、検出しよ
うとする部位が特定の狭い部位である場合などにおいて
は第１の要旨の照明方法を適用できる。

例えば第７図に示すように、楕円筒容器ｌの一方の焦点
軸に、例えば異型押出品のように長尺の対象物体３を配
置し、他方の焦点軸に有限長の光源２を配置し、１ケ所
にセンサー（例えばビデオカメラ）４を設置して外観を
検査しようとする場合、陰影が存在せずに、照度の差が
少ない条件下で効率よく表面異常を検出できる。

所望によりセンサーを複数設けることも可能であり、あ
るいは、第８図に示すように、対象物体を中心にして矢
印の方向に装置を回転させたりまたは楕円筒容器の軸方
向に往復運動させることにより、対象物体の外側表面を
死角なく観察することも可能である。

異型押出製品のような非対称物体の場合は、その形状に
よっては光が照射されない陰影部分が生じる場合もあり
得るが、このような場合であっても少なくとも最も重要
な外側になる（部分）を正確に観察でき、また、本発明
の第３の要旨の照明方法を適用すると更に好ましい照明
が可能となるので産業上の利用価値は非常に大きい。

第９図に本発明の第２の要旨の照明方法の原理図である
、回転楕円体容器６の斜視透視図を、第１Ｏ図に第２の
要旨の本発明の照明装置の一例を示す。第１θ図では、
回転楕円体容器６は２つの要素から成り、これらの要素
は、相互に例えば蝶番付けされ、矢印で示すように回転
楕円体容器を構成できるようになっている。要すれば、
光源と対象物体との間に光源から対象物体への直射光を
遮断する手段１２を配置してよい。

回転楕円体容器の内側表面は正反射するように形成され
ている。ＦおよびＦ′により示される点は回転楕円体の
回転軸を含む楕円体断面の焦点である。焦点Ｆに点光源
７が配置され、焦点Ｆ′に例えば球状対象物体８、例え
ばゴルフボールが支持要素９により配置されている。第
８図に示すように回転楕円体容器を複数の要素から構成
して、要素の一部を取り外して対象物体を配置すること
が可能である。

光源は楕円体断面の焦点Ｆに配置されているので、光源
からあらゆる方向に放射された光は、第９図に示すよう
に例えば入射角αまたはβで回転楕円体容器の内側表面
に入射して、反射角αまたはβで反射し、矢印で示すよ
うな経路を経て楕円断面の他方の焦点Ｆ′に向かって進
む。

従って、対象物体が球状である場合、回転楕円体の回転
軸を含む断面を考えると、光は対象物体の断面である円
の中心に向かって進むことになる。

このように、点光源から放射される光は回転楕円体容器
の内側表面で反射され、他方の焦点Ｆ′に集光する。即
ち、対象物体の表面には、光源から放射された光が四方
六方から集まり、対象物体はその全主表面の法線方向か
ら照明されることになる。

対象物体が球状でない場合、上述の説明は厳密には当て
はまらないが、極端な場合を除いて、楕円筒容器と対象
物体の大きさとの相対的関係により対象物体は点または
球に近づくので、実際問題としては、本発明の照明方法
により対象物体の主表面に対してほぼ法線方向から光を
照射することが可能となる。

例えば第１Ｏ図に示すように、回転楕円体容器の壁面に
センサー（例えばビデオカメラ）ＩＯを設置して外観を
検査しようとする場合、均一に照明して効率よく表面異
常を検出できる。所望によりセンサーを複数設けること
も可能である。

更に、第１１図に示すように、例えば回転楕円体の壁面
の２箇所に開口部１１を設けて、回転楕円体の回転軸を
含む楕円断面の焦点を対象物体が連続的に通過するよう
に対象物体を回転楕円体内に供給することにより対象物
体の外観検査を連続的に行うことも可能である。

球状でない対象物体の場合は、その形状によっては光が
照射されない陰影部分が生じる場合もあり得るが、この
ような場合であっても、少なくとも最も重要な外側にな
る部分を正確に観察でき、更に、本発明の第３の要旨の
方法を適用するとより良好に照明できるので本発明の産
業上の利用価値は非常に大きい。

［発明の効果］ 本発明は、凹凸部を有する主表面を有する、立体、特に
円筒状または球状対象物体の表面を陰影が生じないよう
様に均一照度で照明できるので、目視観察は勿論のこと
、対象物体を撮像して原始画像を処理する検査装置を使
用する対象物体の外観検査が容易となり、異常検出効率
が向上する。

また、本発明の方法および装置は、陰影が生じないよう
に物品を照明する必要がある場合、例えば商品などを展
示する場合に使用するデイスプレィ装置および方法とし
て適用することにより、商品のいずれの面にも陰影が生
じないように均一照度で照明するととも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の要旨の原理図、第２図は第１の要旨の方
法に使用する楕円筒容器の一製法を示す模式図、第３図
は第２の要旨の原理図であって、回転楕円体容器の長径
を含む概略断面図および概略側面図、第４図は本発明の
第１の要旨および第２の要旨に適宜使用できる直射光遮
断手段を設ける原理を示す模式図、第５図は本発明の第
１の要旨の方法の原理図、第６図は第１の要旨の方法を
実施する場合の概略透視図、第７図は第１の要旨の方法
を使用して連続的に対象物体の外観検査を行う方法を示
す概略図、第８図は≠１の要旨の方法の外観検査装置の
概略図、第９図は第２の要旨の方法の原理図、第１０図
は第２の要旨の方法を実施する場合の概略透視図、第１
１図は第２の要旨の方法を使用して連続的に対象物体の
外観検査を行う方法を示す模式図である。 ｌ・・・楕円筒容器、２・・・光源、３・・・対象物体
、４・・・センサー、５・・・支持要素、６・・・回転
楕円体容器、７・・・光源、８・・・対象物体、９・・
・支持要素、ｌＯ・・・センサー、ｌｌ・・・開口部、
１２・・・直射光遮蔽手段。 特許出願人鐘淵化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸方向に対して垂直な断面が楕円形である楕円筒容
   器を使用し、楕円断面の一方の焦点に光源を配置し、楕
   円断面の他方の焦点に対象物体を配置し、光源から対象
   物体に光を照射する対象物体の照明方法であって、楕円
   筒容器の内側表面が、式： Ｒ＝Ｋ×Ｌ＿０×Ｌ／（２ａ−Ｌ）（１） ［式中、 Ｒは楕円筒容器の内側表面の反射率、 には対象物体に照射される光束密度が最も小さい光を反
   射する楕円筒容器の内側表面の反射点の反射率、 Ｌ＿０は反射率がＫの反射点から対象物体が配置される
   焦点までの距離（Ｌ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）の、光源が配置され
   る焦点から反射率がＫの反射点までの距離（Ｌ＿ｍ＿ａ
   ＿ｘ）に対する比（Ｌ＿０＝Ｌ＿ｍ＿ｉ＿ｎ／Ｌ＿ｍ＿
   ａ＿ｘ）、Ｌは光源が配置される焦点から光が反射され
   る楕円筒容器の内側表面の反射点までの距離、ａは楕円
   の長径の１／２である。］ を満足する反射率を有する正反射面を内側表面として有
   する楕円筒容器を使用し、要すれば光源から対象物体へ
   の直射光を遮断することを特徴とする照明方法。 ２、軸方向に対して垂直な断面が楕円形である楕円筒容
   器、楕円断面の一方の焦点に配置されて対象物体を照明
   する光源および楕円断面の他方の焦点に対象物体を配置
   して支持する手段ならびに要すれば光源からの対象物体
   への直射光を遮断するための手段を有して成る対象物体
   の照明装置であって、楕円筒容器の内側表面が請求項１
   記載の式（１）を満足する反射率を有する正反射面を有
   することを特徴とする照明装置。 ３、請求項１記載の方法および請求項２記載の装置を使
   用して照明することを含んで成る対象物体の外観検査方
   法。 ４、回転楕円体容器を使用し、回転軸を含む回転楕円体
   の楕円体断面の一方の焦点に光源を配置し、楕円体断面
   の他方の焦点に対象物体を配置し、光源から対象物体に
   光を照射することを含んで成る対象物体の照明方法であ
   って、回転楕円体容器の内側表面が、式： ｒ＝ｋ×ｌ＿０×ｌ／（２ａ−ｌ）（２） ［式中、 ｒは回転楕円体容器の内側表面の反射率、 ｋは対象物体に照射される光束密度が最も小さい光を反
   射する回転楕円体容器の内側表面の反射点の反射率、 ｌ＿０は反射率がｋの反射点から対象物体が配置される
   焦点までの距離（ｌ＿ｍ＿ｉ＿ｎ）の、光源が配置され
   る焦点から反射率がｋの反射点までの距離（ｌ＿ｍ＿ａ
   ＿ｘ）に対する比（ｌ＿０＝ｌ＿ｍ＿ｉ＿ｎ／ｌ＿ｍ＿
   ａ＿ｘ）、ｌは光源が配置される焦点から光が反射され
   る回転楕円体容器の内側表面の反射点までの距離、ａは
   楕円の長径の１／２である。］ を満足する反射率を有する正反射面を内側表面として有
   する回転楕円体容器を使用し、要すれば光源から対象物
   体への直射光を遮断することを特徴とする照明方法。 ５、回転楕円体容器、回転軸を含む楕円体断面の一方の
   焦点に配置されて対象物体を照明する光源および楕円体
   断面の他方の焦点に対象物体を配置して支持する手段な
   らびに要すれば光源からの対象物体への直射光を遮断す
   るための手段を有して成る対象物体の照明装置であって
   、回転楕円体容器の内側表面が請求項４記載の式（２）
   を満足する反射率を有する正反射面を有することを特徴
   とする照明装置。 ６、請求項４記載の方法および請求項５記載の装置を使
   用して照明することを含んで成る対象物体の外観検査方
   法。 ７、正反射面に代えて乱反射面を内側表面に有する楕円
   筒容器を使用する請求項１記載の照明方法。 ８、正反射面に代えて乱反射面を内側表面に有する回転
   楕円体容器を使用する請求項４記載の照明方法。 ９、正反射面に代えて乱反射面を内側表面に有する楕円
   筒容器を使用する請求項２記載の照明装置。 １０、正反射面に代えて乱反射面を内側表面に有する回
   転楕円体容器を使用する請求項５記載の照明装置。