JPH04165337A - 照明光学系 - 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、光源からの光束をワークの被撮像面に多方向
から照射することができる照明光学系に関するもので１
例えば画像処理装置などに適用可能なものである。

（従来の技術） 例えば１画像処理装置では、ワークの画像信号を処理装
置に入力するための画像入力装置が必要である。画像入
力装置は、基本的にはワークの載置部と、この載置部に
載置されたワークの被撮像面に対向配置したカメラ乃至
は結像光学系と、ワークの被撮像面を照明する照明光学
系とを有してなる。第１０図、第１３図は、従来の画像
入力装置の例を示す。何れの例も、ワーク載置部３２の
上にワーク３１をその被撮像面が上になるように載置し
、ワーク３１の上方に、レンズ３７を有するテレビカメ
ラ３６をレンズ３７がワーク３１の被撮像面と対向する
ように配置している。そして第１０図の例では、上記レ
ンズ３７の側方両側に配置した照明光源３４によってワ
ーク３１の被撮像面を照明するようになっている。第１
３図の例では、照明光ｇ３４からの照明光束をレンズ３
８を介してライトガイド３９の一端面に集束させ、ライ
トガイド３９によって導かれた照明光束を上記カメラ３
６のレンズ３７の周囲から下方に向けて照射することに
よりワーク３１の被撮像面を照明するようになっている
。

（発明が解決しようとする課題） 第１０図に示す画像入力装置の照明光学系は、ワーク３
１の被撮像面を２方向から照明するようになっていて、
ワーク３１の被撮像面が平面状のものであり、その明暗
や色の差などを検出するには何ら支障はない。しかし、
画像を入力しようとするワークが同一種類の材料ででき
ていて、同じ色をしており、しかも被撮像面に凹凸の模
様があってこの凹凸の模様を検出しようとする場合には
、第１０図に示す照明光学系は不適当である。即ち、二
つの光源３４．３４からの照明光は、第１２図に配光特
性曲線４０で示すように、ワークの被撮像面のある一点
Ｏに対して２方向から集中的に照射され、この２方向に
対して直交する方向のエリア４１の照度は相対的に低い
。従って、第１１図に示すように、ワーク３１がコイン
などのように凹凸模様を有する場合は、ワーク３１の凹
凸模様のうち、光源３４．３４からの照明光束に対し直
交するエツジ部分が極端に明るく、それ以外の部分は相
対的に暗くなるというように極端な明暗の差を生じる。

ここで、ワーク３１の向きが一定であるとすれば、明暗
の差が生じても画像処理に支障はないが、ワーク３１が
コインのような場合はその向きが不定であるため、明暗
の差があるとワークの向きによって明暗の模様の形が変
化してしまい、取り込まれる画像が異なったものになっ
て、正しい画像認識ができなくなる。

また、第１３図に示す画像入力装置の照明光学系によれ
ば、カメラ３６のレンズ３７の周囲から照明光が照射さ
れるため、リング状の照明となり、よって、リング照明
の中心とワーク３１の中心とを一致させれば、ワーク３
１側からみて照明光の方向性がなくなり、凹凸模様のエ
ツジは全体が均一に明るくなるため、ワーク３１の向き
が不定でも正しい画像認識が可能である。しかしながら
、リング照明をしようとすると、光源あるいは照明光の
出射部をリング状にする必要があるため、これを設置す
るのに比較的大きな空間を必要とし、設置空間が狭い範
囲に限定される場合は、リング照明を採用することは不
可能である。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、ワークの向きがまちまちであってもワー
クの凹凸模様の明暗が変化せず、また、設置空間が狭い
範囲に限定される場合でも設置することができる照明光
学系を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ワークの被撮像面に光束を照射する光源と、
光源と被撮像面との間に設けられていて光源からの光束
を屈折させて被撮像面に照射する屈折部材とを有し、上
記屈折部材には、第１屈折部と第２屈折部が光束の入射
方向に対し互いに対称形にかつ適宜瞠傾斜角をもって形
成されていることを特徴とする。

（作用） 光源から出射した照明光は、まず屈折部材に入射する。

屈折部材は、その第１屈折部と第２屈折部によって入射
光束を相互に異なる向きに、しかも光束の入射方向に対
し互いに対称な方向に分割する。分割された照明光はワ
ークの被撮像面に照射される。このようにして、一つの
光源からの照明光が複数に分割されてワークの被撮像面
に照射されることになる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明にかかる照明光学系の
実施例について説明する。

第１図において、直方体状のケース９の一方の内部には
複数の光源１が配置されている。光源１は、適宜の発光
素子１例えばＬＥＤでなり、複数の光源１が基板２上に
ライン状に配列されて固定されている。基板２はその長
平方向の仮想線を中心に回転させて傾けられ、よって、
各光源ｌから照明光が斜め上方に向かって出射するよう
になっている。光源１を構成する発光素子の数は、後述
のワークの大きさやその材質等によって適宜変更してよ
い。

各光源１から出射した照明光はケース９の天井部に達す
るが、この天井部には透明のカバーガラス４が固定され
ている。カバーガラス４の上面はケース９の上面と一致
するように取付けられている。カバーガラス４の上をワ
ーク５が図において奥の方から手前側に向かって搬送さ
れるようになっている。ワーク５は、例えばコインやメ
ダルなどであり、カバーガラス４の上面と接するワーク
５の下面が被撮像面５ａとなっている。

上記光源１とワーク５の被撮像面５ａとの間には、光源
１からの光束を分割し屈折させて被撮像面５ａに照射す
る屈折部材１１と、屈折部材１１を透過した照明光の一
部を反射して上記被撮像面５ａに照射するミラー１２が
設けられている。第３図、第４図に示すように、上記屈
折部材１１は板状の第１のプリズム板１３と第２のプリ
ズム板１４からなる。

第１のプリズム板１３は、−側面が平坦面１５、他端面
が波形の凹凸面になっており、この凹凸面は、上記平坦
面１５と平行に形成された上記波形の谷部に相当する光
透過部１６および上記波形の山部に相当する光透過部１
７と、これらの光透過部１６．１７をつなぐ傾斜面でな
る第１屈折部１８および第２屈折部１９とからなる。上
記波形の凹凸面はプリズム板１３の長手方向に連続して
いる。プリズム板１３には上記平坦面１５側から光源１
の照明光が入射するようになっており、上記第１、第２
屈折部１８．１９は、上記照明光の入射方向に対し互い
に対称形にかつ適宜の傾斜角をもって形成されている。

第２のプリズム板１４も同様に、−側面が平坦面２０、
他端面が波形の凹凸面になっており、この凹凸面は、上
記平坦面２０と平行に形成された上記波形の谷部に相当
する光透過部２１および上記波形の山部に相当する光透
過部２２と、これらの光透過部２１．２２をつなぐ傾斜
面でなる第１屈折部２３および第２屈折部２４とからな
る。上記波形の凹凸面はプリズム板１４の長手方向に連
続している。プリズム板１４には上記凹凸面側から光源
１の照明光が入射するようになっており、上記第１、第
２屈折部２３．２４は、上記照明光の入射方向に対し互
いに対称形にかつ適宜の傾斜角をもって形成されている
。

第１、第２のプリズム板１３．１４はそれぞれの凹凸面
の光透過部１７．２２同志が重ねられて一体に接合され
、屈折部材１１が形成されている。

第６図に示すように、第２のプリズム板１４の光透過部
２２の幅をＷとすると、第１のプリズム板１３の光透過
部１７の幅も同じになっている。また、第２のプリズム
板１４の光透過部２２への入射光の中心線に対する第１
、第２屈折部２３，２４の傾斜角は等しく、この傾斜角
をθとすると、第４図に示す第１、第２の屈折部２３．
２４相互のなす角度θ２はθ十〇＝２０となる。この角
度θ２を頂角という。同様に、第１のプリズム板１３の
第１、第２屈折部１８．１９相互のなす角度θ、を頂角
という。

第７図にも示すように、屈折部材１１の上下方向の幅に
対しミラー１２の上下方向の幅は１７２程度に小さくな
っていて、屈折部材１１を透過した照明光の一部は、直
接カバーガラス４上に線状に照射され、また、屈折部材
１１を透過した照明光の他の一部は、ミラー１２で反射
痺れて上記照射位置と同じ位置に線状に照射されるよう
になっている。第２図において符号８は、照明光の照射
範囲の中心線を示す。ワーク５の搬送方向は第１図、第
２図に矢印で示すように上記照射範囲の中心線８に対し
直交する方向である。

第１図、第２図において、ワーク５の被撮像面５ａから
下方に反射される反射光は、前記ケース９内の一側下部
に固定されたミラー３で側方に反射され、結像光学系６
に導かれるようになっている。結像光学系６は、ワーク
５の被撮像面５ａの画像をラインセンサ７上に結像させ
る。ラインセンサ７は、光源１からの照明光で屈折部材
１１およびミラー１２を介し照明されたワーク５の被撮
像面５ａの画像を、ワーク５の搬送方向に対し直交する
方向に１ラインごとに検出し１画像信号として出力する
。この画像信号は１画像処理装置等に入力される。

次に、上記実施例の動作、特に屈折部材１１の作用につ
いて説明する。

第５図に示すように、屈折部材１１を構成する第１のプ
リズム板１３の平坦面１５側を照明光の入射面とし、第
２のプリズム板１４の平坦面２０側を照明光の出射面と
する。また、第１屈折部１８への入射光束をｆｌ、光透
過部１７への入射光束をｆ２、第２屈折部１９への入射
光束をｆ３、光透過部１６への入射光束をｆ４とする。

第１、第２のプリズム板１３．１４の光透過部１６，１
．７゜２１．２２の幅と第１、第２屈折部１８，１９゜
２３．２４の輻との関係から、入射光束ｆ０．ｆ３は入
射光束ｆ２．ｆ４のほぼ２倍になっている。

いま、光源１から照明光を出射させ、第７図に示すよう
に、屈折部材１１に対して紙面に平行でかつ斜めの方向
に入射させると、照明光束ｆ２は平坦面１７．２２を直
角に横切り、照明光束ｆ４は平坦面１６．２１を直角に
横切るため、これら照明光束ｆ２．ｆ４は屈折部材１１
内を直進し、第２のプリズム板１４の平坦面２０から直
角に出射する。一方、照明光束ｆ１は、第１のプリズム
板１３の第１屈折部１８、第２のプリズム板１４の第１
屈折部２３、平坦面２０でそれぞれ屈折され、この平坦
面２ｏに対しである角度をもって出射する。同様に、照
明光束ｆ３は、第１のプリズム板１３の第２屈折部１９
、第２のプリズム板１４の第２屈折部２４、平坦面２０
でそれぞれ屈折され、この平坦面２０に対しある角度を
もって出射する。

この実施例では、照明光束ｆ、は照明光束ｆ２．　ｆ４
に対して一６０°の角度で出射し、照明光束ｆ３は照明
光束ｆ２’、ｆ４に対して６０°の角度で出射するよう
に、上記各屈折部の角度が設定されている。

屈折部材１１を直進して透過しまた屈折しながら透過し
た上記各照明光束ｆ□＋　ｆ２＋　ｆ３１　ｆ４の約半
分は、前述のようにカバーガラス４上に線状に照射され
、上記各照明光束ｆ、、ｆ２．ｆ、、ｆ。

の他の約半分はミラー１２に至り、このミラー１２で反
射されてカバーガラス４上に線状に照射される。

ここで、第８図に示すように、ワーク５の被撮像面５ａ
の一点Ａに対する上記各照明光の方向をみると、屈折部
材１１を透過した照明光が３方向から照射され、屈折部
材１１を透過し、かつミラー１２で反射された照明光が
３方向から照射されて、合計６方向から照射されること
になる。しかも、６方向の各光束は相互に６０’の角度
をもっているから、結果的には、光源１を出射した照明
光束が六つに等角度で分割されて６方向から照射される
ことになる。また、上記各照明光束ｆ　１１ｆ、、ｆ３
．ｆ４のうち直進する照明光束ｆ２．　ｆ４は、屈折す
る照明光束ｆ１．ｆ３のほぼ１／２であるから、一方向
に向かう照明光束ｆ１と、他の方向に向かう照明光束ｆ
、と、直進する照明光束ｆ　２１ｆ４を合わせた照明光
束とがそれぞれ等しくなる。

以上説明した作用は、ワーク５の被撮像面５ａの他の点
についても同様であり、よって、ワーク５の被撮像面５
ａが多方向から均等に照明されることになる。

このように、上記実施例によれば、ワーク５の被撮像面
５ａが多方向から均等に照明されるため、被撮像面５ａ
の凹凸模様のエツジが全周にわたって明るくなり、一部
分のみが極端に明るくなるというようなことはなくなる
から、ワーク５の方向が変わることによって凹凸模様の
明暗が変わることはない。従って、センサ７の出力信号
である画像信号は被撮像面５ａの凹凸模様に忠実な信号
となり、この信号を画像処理装置に入力して画像認識に
供したとき、画像認識の精度が向上する。

また、ワーク５の被撮像面５ａを多方向から均等に照明
するに当たり、屈折部材１１とミラー１２を用いたため
、従来のようにリング照明手段を用いる必要がなくなり
、空間的に限られた装置であっても、組み込むことが可
能になった。

上記実施例のように、光源１からの照明光を屈折部材１
１によって相互に６０″′の間隔で３分割するようにす
れば、ミラー１２の併用によってワーク５の被撮像面５
ａを多方向から均等な角度で照明することができるため
効果的である。照明光を３分割するに当たり、屈折部材
１１は必ずしも上記実施例のように２枚のプリズム板１
３．１４で構成する必要はないが、２枚のプリズム板１
３゜１４を用いることによって設計上の自由度が大きく
なり、偏向光の透過エネルギーが最大になるような頂角
を比較的容易に設定することができる、という利点があ
る。プリズム板１３．１４の頂角θ１．θ、はプリズム
板１３．１４の材料によって異なるが、上記実施例では
θ１を１２０°程度、θ、を６０°程度に設定した。プ
リズム板１３゜１４の材料としては、ＰＭＭＡ等のプラ
スチック、眼鏡レンズに用いられるガラスその他を用い
ることができる。

次に、上記実施例を基礎にした各種変形例を説明する。

第９図は屈折部材を構成するプリズム板の変形例を示す
もので、第１、第２屈折部をそれぞれ傾斜角度の異なる
複数の傾斜面で形成したものである。即ち、プリズム板
２６は、入射光束が直進する幅Ｗの光透過部２７と、こ
の光透過部２７の両側に光束の入射方向に対して互いに
対称形に形成された傾斜面２８．２９と、傾斜面２８に
続く傾斜面３０と、傾斜面２９に続く傾斜面３１とを有
してなる。各傾斜面２８，２９，３０．３１は屈折部を
構成している。ここでは傾斜面２８．３０を第１屈折部
とし、傾斜面２９．３１を第２屈折部とする。傾斜面２
８．２９の傾斜角度と傾斜面３０．３１の傾斜角度は異
なっている。このような構成にしておけば、入射される
照明光束を５方向に分割することができるし、前記実施
例のミラー１２と同様のミラーを併用すれば、被撮像面
をよりキメ細かに多方向から均等に照明することができ
る。

屈折部材を構成するプリズム板は、少なくとも対称形に
形成された第１、第２屈折部があればよく、平坦面でな
る光透過部は必ずしも必要ではない。この場合でも、入
射光束は少なくとも２方向に分割されるし、前記実施例
のミラー１２と同様のミラーを併用すれば、被撮像面は
少なくとも４方向から照明されるため、所期の目的を果
たすことができる。

前記実施例では、第７図に示すように、屈折部材に対し
て照明光が斜めに入射するようになっていたが、この入
射角度は特に所定の角度に限られるものではなく、屈折
部材に対して直角に入射するようにしてもよい。

前記実施例のミラー１２に相当するミラーは本発明に必
須のものではない。ただし、この場合は２組の光源と屈
折部材とを対にして用いることにより、被撮像面を両側
から照明するようにする。

前記実施例では、照明光束を等角度になるように分割し
ていたが、必ずしも等角度になるように分割する必要は
なく、要するに、等方的な照明、即ち、被撮像面の周囲
から照明光が照射されるようになっていればよい。

本発明にかかる照明光学系は、コインの判別装置や、ベ
ルトコンベア上のワーク判別のための画像処理装置その
他に適用可能であり、特に、ワークの被撮像面の凹凸模
様を認識する装置の照明光学系として用いれば効果的で
ある。

（発明の効果） 本発明によれば、光源と被撮像面との間に屈折部材を設
け、この屈折部材には、第１屈折部と第２屈折部を光束
の入射方向に対し互いに対称形にかつ適宜の傾斜角をも
って形成したため、入射光束が屈折部材で複数に分割さ
れて被撮像面に多方向から照射されることになり、被撮
像面の凹凸模様のエツジが全周にわたって明るくなり、
ワークの方向が変わることによって凹凸模様の明暗が変
わることはない。

また、被撮像面を均等に照明するに当たり、従来のよう
にリング照明手段を用いる必要がないので、限られた狭
い空間にも設置することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる照明光学系の実施例を示す斜視
図、第２図は同上実施例の光路を示す斜視図、第３図は
同上実施例中の屈折部材を拡大して示す斜視図、第４図
は同上平面図、第５図は上記屈折部材による光の屈折作
用を示す平面図、第６図は上記屈折部材の一部をさらに
拡大して示す平面図、第７図は上記屈折部材から被撮像
面に至る光路の側面図、第８図は同上平面図、第９図は
本発明に適用可能な屈折部材の別の例の一部を拡大して
示す平面図、第１０図は従来の照明光学系の−例を示す
正面図、第１１図は同上従来例によるワークの照明の様
子を示す平面図、第１２図は同じく配光特性を示す線図
、第１３図は従来の照明光学系の別の例を示す正面図で
ある６１・・・光源　　　　　　　５・・・ワーク５ａ
・・・被撮像面　　１１・・・屈折部材１８．２３，２
８．３０・・・第１屈折部１９．２４，２９．３１・・
・第２屈折部第１図 第５図 ｆ３　ｆ、２　ｆ、　ｆ４　ｆ３　ｔ２ｆ。 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ワークの被撮像面に光束を照射する光源と、上記光源と
   上記被撮像面との間に設けられていて光源からの光束を
   屈折させて被撮像面に照射する屈折部材とを有し、 上記屈折部材には、第１屈折部と第２屈折部が光束の入
   射方向に対し互いに対称形にかつ適宜の傾斜角をもって
   形成されていることを特徴とする照明光学系。