JPH0448247A - 照明方法および照明装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、対象物体、特に主表面に凹凸部を有する対象
物体を無陰影かつ均等に照明する方法およびそのための
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、例えば円柱状構造物
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状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、他方の焦点に対
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日出願の平成１年特許願
第１４５４９号（発明の名称：照明方法および照明装置
ならびに物体の外観検査方法）において提案されている
。

こ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育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、こ
のような照明方法を適用する場合であっても、常に満足
すべき結果がもたらされるとは限らず、別の問題点が存
在し、対象物体を照明する場合において、これが問題と
なる場合があることが判っている。

次に、この問題点について第５図を参照して説明する。

第５図は、正反射面を内側表面として有する楕円筒容器
１の楕円筒容器の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。

今、楕円筒容器の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ＭＬ、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５図の中心角が共にδの楕円弧Ａ１と楕円弧
Ａ、とを比較すると、光源からの反射点までの距１１１
Ｌ、が長い楕円弧Ａ、の長さが明らかに長い。楕円弧Ａ
、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Ａ、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
点における照度はり、に反比例する。

次に、（後述するように）楕円筒容器が内側表面として
正反射面を有する場合、照射光は反射点から他方の焦点
に向かうが、この場合、第５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
密度より太き（なる。

この大きくなる割合は、対象物のある焦点Ｆ°から反射
点までの距離Ｌｘ　　（＝２ａ　　ＬＩ）（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、対象物体（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り、／
Ｌ、＝　（（２ａ−Ｌ、’）／Ｌ、１倍となって対象物
の表面に照射される。

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、／Ｌ、に
比例することになり、光源から等光量で光が放射される
場合、対象物体の表面の照度は対象物体上の各点の位置
に応じて異なることになる。

従って、対象物体の光源に面する側の表面より反対側の
表面の照度（または対象物体に照射される光の光束密度
）が相対的に小さくなり、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見出されている。この
ような照度差は、場合により物体の外観検査などにおい
て対象物体を均等に照明したい場合に重大な障害になる
ことがあり、照度差の発生を抑制するのが望ましい。

このような問題点を解決する方法として、上記特許出願
にかかる発明を修正して、楕円筒容器の内壁面の反射率
を連続的に変化させることにより、より均等に照明する
方法およびそのための装置が本願と同一出願人による平
成１年１月２７日の平成１年特許願第１８９４０号（発
明の名称：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）に記載されている。

この特許出願のように楕円筒容器の内壁面において反射
率を連続的に変化させることは種々の方法により可能で
はあるが、いずれの方法を適用する場合であっても、広
大な面積にわたっである数式を満足する反射率を有する
反射面を形成する必要があり、これは、技術的にも容易
なことではなく、また、製造コストの面でも好ましくな
いことが予想される。

上述のように反射面の反射率を変える方法に代えて、光
源から放射される光量を変える方法が、本願と同一出願
人による平成１年４月１１日の特許出願（発明の名称「
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」）に記載されている。

この特許出願では、ある数式に基づいた濃淡度または黒
色度（もしくは透明度）などの分布を有するフィルムを
光源の周囲に配置して照明する方法が記載されている。

［発明が解決しようする課題］ しかしながら、数式に基づいてフィルムが濃淡度の分布
を有するようにすることは必ずしも容易なものではなく
、容易に濃淡度の分布を有するフィルムを形成でき、得
られたフィルムを光源の周囲に配置して対象物体を均等
に照明する方法を提供することが期待される。

従って、本発明の課題は、楕円筒容器を使用する照明方
法および照明装置であって、光源から放射される光の光
量を変えることにより楕円筒容器の内側に配置した対象
物体を均等に照明する方法において・、容易かつ経済的
に形成され、また、光源の周囲に配置されて、光源から
放射される光の光ｊｌ（または光束密度）を変えるよう
に濃淡度の分布を有するフィルムを使用する対象物体の
照明方法および照明装置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、 軸方向に対して垂直な断面が楕円形であり、正反射面を
内側表面として有する楕円筒容器を使用し、楕円断面の
一方の焦点に楕円筒容器の軸に対して平行になるように
軸状光源を配置し、楕円断面の他方の焦点に対象物体を
配置し、要すれば光源と対象物体との間に光遮断手段を
配置し、光源から放射される光による対象物体の照明方
法において、 対象物体の照明に先立ち、対象物体を配置すべき該他方
の焦点に円筒状感光性フィルムを軸状光源に対して平行
に配置し、該一方の焦点に配置した軸状光源から光を放
射して露光した感光フィルムを得、得られた感光フィル
ムを光源の周囲に配置し、対象物体を該他方の焦点に配
置して光源から光を放射して対象物体を照明することを
特徴とする照明方法 により解決されることが見出された。

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（または楕円筒軸）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
るいはプラスチ・ツ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４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。

楕円筒容器の軸方向に垂直な楕円形の断面について考察
すると、楕円筒容器の内側表面が正反射面を有する場合
、原理的に以下のことが導かれ、本発明はこの原理を利
用するものである：楕円断面の一方の焦点Ｆには光源が
、他方の焦点Ｆ′には照明すべき（例えば断面が円形の
）対象物体が配置されている状態を考える。楕円筒容器
の内側表面が正反射面である場合、光［Ｆから放射され
たいずれの光も楕円筒容器の内側表面で反射された後に
他方の焦点Ｆ“に同かって進む。

従って、対象物体の断面が円である場合には、反射され
た光は円の法線方向から対象物体に当たることになる。

即ち、対象物体は、真正面から照明されることになる。

このことは、対象物体の寸法には関係なく当てはまるこ
とである。より詳細には、第１図を参照して後で説明す
る。

本明細書においては、「光源」なる語は、いわゆる可視
光を放射する光源だけでなく、それ以外のものであって
も、感光性フィルムを感光させ得る波長を有するもの、
例えば赤外線、Ｘ線などを放射するものも光源に包含さ
れるものとして使用している。

本発明の照明方法においては、楕円筒容器内部（中空部
）に楕円筒軸に対して垂直な楕円断面の焦点に楕円筒軸
と平行になるように輪状光源を配置する。本明細書にお
いてＵ軸状光源ヨなる語は、線状光源、例えば蛍光灯の
ような細い円筒状の光源だけではなく、点光源のような
微小光源を連続的または適当な間隔をあけて配置するこ
とにより実質的に軸状の光源とみなすことができるよう
な光源をも包含するものとして使用する。

光源の軸方向の長さは、照明すべき対象物体の軸方向の
長さに応じて適当に選択できるが、対象物体の長さ方向
について、−度に全部を照明する必要がある場合には少
なくとも対象物体の軸方向長さと同程度、好ましくは対
象物体の軸方向長さの少なくとも３倍程度の軸状光源を
使用する。しかしながら、対象物体の長さ方向について
、−度に全部を照明する必要がない場合は、順に部分的
に照明すればよく、従って、軸状光源の長さは任意の長
さであってよい。極端な場合、軸状光源が点光源であっ
てもよい。

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−力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リ、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。

本明細書で使用する「正反射Ｊ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
３〜１０°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。例えば、本発明の方法は、特に円筒
状物体および球状物体を照明する場合に有効である。

本明細書において、「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に近いと考えてもよい場合は、
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。例えば円筒状物体を照明する場合では、物体の中
心軸が焦点軸に一致するように配置する。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ので、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線に近づくので
好ましくなるが、光源の光量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円の直径の、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、大きさに応じて適
当に決められる。

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
センサーにより均等に照明された対象物体を観察するこ
と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対象
物体を観察したり、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。

本発明の照明方法において、対象物体の照明に先立って
、照明に使用する光源を軸方向に包囲できる円筒状感光
性フィルムを対象物体を配置すべき焦点に楕円筒容器の
軸と平行になるように配置し、対象物体を照明すべき光
源から放射されろ光に感光性フィルムを露光してフィル
ムを感光させる。

この円筒状フィルムは、上述のように光源の周囲に配置
できる必要があり、従って、軸状光源の直径に実質的に
等しいか、あるいは光源の直径以上の直径を有する円筒
状のフィルムである。光源と実質的に同じ直径のフィル
ムを使用する場合、フィルムを光源に直接付着させるこ
とができる。

また、光源の直接より大きい直径の円筒とする場合は、
光源の周囲に例えばガラス製の透明の円筒を同心状に配
置して、その周囲にフィルムを付着させることができる
。この場合、光源とガラス円筒との間を空冷することも
可能である。円筒状フィルムの軸方同長さは、軸状光源
の長さ同じであるか、あるいはそれ以上であるのが好ま
しい。

本明細書で使用する「感光性フィルム」なる語は、光、
例えば可視光、赤外線、Ｘ線などの電磁波により感光し
て、フィルム表面に照射された光の光束密度（または光
量）に応じた濃淡度（または透明度もしくは黒色度）を
有する光透過性フィルムを形成できるようなフィルムを
意味するものとして使用している。例えば、光学写真機
に使用するいわゆる（モノクロまたはカラー）フィルム
や赤外線感光性フィルム、Ｘ線感光性フィルムなとが包
含される。迷惑光性フィルムであっても、あるいは遅感
光性フィルムであってもよい。

フィルムは、ネガタイプであっても、あるいはポジタイ
プであっても、相互に容易に変換できるのでいずれであ
ってもよい。従って、以下、ポジタイプのフィルム（即
ち、感光したフィルムを現像すると、光束密度が大きい
光により照射された部分がより白っぽく透明になり、光
束密度が小さい光により照射された部分がより黒っぽく
不透明になるフィルム）を例にして説明する。

上述のような感光性フィルムを楕円断面の対象物体に配
置すべき楕円断面の焦点に光源に対して平行になるよう
に配置して、光源から光を放射する場合を考える。

第５図を参照した従来技術における問題点の説明におい
て、対象物体の代わりに円筒状感光性フィルムを配置し
た状態を考えると容易に理解できるように、フィルム上
の各点に照射される光の光量が異なるので、フィルムが
露光した場合、フィルムの各点は、その点における照度
に応じた感光度となる。従って、感光性フィルムを現像
すると、フィルムの各点はそれぞれが照射された光量に
応じた濃淡度を有するようになる。

このようにして得られた濃淡度の分布を有するフィルム
を光源と対象物体との間に介在させると、光源から放射
される光量は、フィルムを通過する際にフィルムのその
部分の濃淡度に応じて光が吸収されて透過光量が減少す
る。即ち、フィルムの濃い部分（黒っぽい部分）はより
多（割合の光を吸収し、淡い部分（白っぽい部分）はよ
り多くの割合の光を透過することができる。

従って、対象物体と光源との間に濃淡度の分布を有する
フィルムを介在させて、（フィルムが介在しないなら）
光束密度が大きい状態で対象物体を照射することになる
光については吸収される光量の割合を多くし、（フィル
ムが介在しないなら）光束密度が小さい状態で対象物体
を照射することになる光については、吸収される光量の
割合を小さくして、好ましくは全く吸収されないように
、フィルムの濃淡度の分布と対象物体を照射する光の光
束密度とを対応させて光源の周囲にフィルムを配置する
。

具体的には以下のように配置する。光源から放射された
光に露光させて感光性フィルムを感光させる場合、光源
に最も近いフィルム上の点においてり、／Ｌ、が最も大
きくなるので、この部分は最も光束密度が大きい光によ
り照射されることになり、従って、フィルムのこの部分
は（現像後に）最も白っぽくなる。従って、フィルムを
光源の周囲に配置する場合は、この最も白っぽい部分を
、対象物体を照明する光の内で（フィルムが介在しない
なら）最も光束密度が小さい光（即ち、Ｌ。

／Ｌ、が最も小さくなるように進行する光）が透過する
ように配置する。従って、対象物体に最も近い光源部分
から対象物体に向かって放射される光がそのような白っ
ぽい部分を通過するようにする。

逆に、光源からの光により感光性フィルムを露光させて
感光させる場合、光源から最も遠いフィルム上の点がり
、／Ｌ、が最も小さいので、この部分は最も光束密度が
小さい光により照射されることになり、従って、フィル
ムのこの部分は（現像後に）最も黒っぽくなる。従って
、フィルムを光源の周囲に配置する場合は、この最も黒
っぽい部分を、対象物体を照明する光の内で（フィルム
が介在しないなら）最も光束密度が大きい光（即ち、Ｌ
、／Ｌ、が最も大きくなるように進行する光）が透過す
るように配置する。従って、対象物体から最も遠い光源
部分から対象物体に向がって放射される光がそのような
黒っぽい部分を通過するようにする。

結局、−殻内にフィルム感光時に光源に最も近かったフ
ィルム上の点および遠かったフィルム上の点が、それぞ
れ対象物体に最も近くおよび遠くなるようにフィルムを
光源の周囲に配置する。

しかしながら、実際の照明では、対象物体は有限の大き
さを有するので、本来は光源に対して対象物体の裏側に
照射されるべき光が対象物体の光源側の表面に照射され
ることになる。従って、上述のようにフィルムを配置し
て照明した場合、対象物体の裏側を照明すべき光は対象
物体の光源側の表面を直接照射することになる。更に、
この表面には、光源からの（本来的に対象物体の照明に
使用すべき）反射光が照射される。従って、上述のよう
にフィルムを配置した場合、直射光および反射光の双方
が照射される部分はとりわけ明るく照明されることにな
り、それ以外の部分とでは照度が異なることになるが、
反射光のみにより照射される部分のみについては均等な
照明が可能である。

光が照射される部分全体を均等に照明するのが一般的に
はより好ましく、上述のように直射光を受ける部分が存
在するのは好ましくない。そこでかかる部分への直射光
を避けることにより、より均等な照明が可能になること
が見出された。

更に、実際には、光源も有限の大きさを有し、また、光
源の中心からすべての光線が放射されるとは限らない。

このように、より実際的に状態考察すると、対象物体を
照明する場合は、第６図のような状況をモデルとして考
察するのが好ましい。

第６図では、楕円筒容器１の楕円断面の一方の焦点Ｆに
光源２が配置され、他方の焦点Ｆ′対象物体３が配置さ
れている。

光源２の表面からは四方へ方に光が放射されるが、その
うち、第６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が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に接して楕円筒容器１の
面に照射されたとする。対象物体３の右側の楕円筒容器
の内側表面には木彫（弧ロバ）および半影（弧イロおよ
び弧ハニ）が生じる。このような影を生ぜしめる原因と
なる光は、上述のように直接光として対象物体３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
部分の照度が相対的に増加する。このような現象は対象
物体の表面を均等に照明するには好ましくない。

そこで、光源２と対象物体３との間に光遮断手段７を配
置すると、対象物体の光源側の面に直接照射される光線
は光遮断手段によりその進行が遮断されるので、かかる
部分には反射光のみが照射されることになる。即ち、光
遮断手段７を配置することにより、対象物体への直射光
は全く存在しなくなり、対象物体の表面の内で光が照射
される部分では均等な照明が確保される。

第６図から明らかなように、光遮断手段７は、木彫を形
成する光の経路ｂ−ｄ間とａ−ｃ間を結ぶ線に挟まれて
いる部分を遮断するのが好ましい。

従って、光遮断手段７はその上端ｅが光源と対象物体の
上端を結ぶ線ｂ−ｄと同しかやや上に、また下端ｆが光
源と対象物体の下端を結ふ線ａ−ｃと同じかやや下にく
るような寸法にするのが好ましい。光遮断手段７が上述
の寸法より大き過ぎる場合は、反射光により照射される
面積が小さくなるだけに過ぎない。逆に、光遮断手段が
小さ過ぎる場合は、上述のような重畳部分が生じるに過
ぎず、いずれの場合であっても、目的とする用途に応じ
ては採用できる態様である。光遮断手段７に照射される
光が、その表面（ｅ−ｆ）で反射されると、新たな光源
となり、楕円筒容器内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
）のが好ましい。

従って、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７として配置するの
が好ましい。光源が軸状であり光遮断手段７は焦点軸の
方向に広がったものとなる。

また、−殻内に、光遮断手段の設置位置は光源２と対象
物体３との間のいずれの位置であってもよい。

従って、先に説明したようにして濃淡度の分布を有する
ように形成したフィルムを光源の周囲に配置して照明す
る場合、光源と対象物体との間に光遮断手段を配置する
と、光源から対象物体への直射光を遮断できることにな
り、対象物体が光源からの直射光により照射されず、よ
り広い範囲で均等な照明が可能となる。

本発明のより好ましい態様では、フィルム感光時におい
ても光遮断手段を配置した状態で濃淡度の分布を有する
フィルムを形成する。

第７図に上記の最も好ましい態様によりフィルム６を形
成する工程の模式図を示している。正反射面を内側表面
として有する楕円筒容器ｌには、光源２および感光性フ
ィルム６が配置され、その間には上述のように光遮断手
段７が中間に配置されている。光源２からの代表的な光
線として光源の中心から放射状に放射される光線（矢印
を付した直線で示す）を考えると、光遮断手段７が存在
するのでフィルム６の弧ＡＢおよび弧ＣＤには光が照射
されず、その部分は感光しない。その他のフィルムの部
分（弧ＡＣおよび弧ＢＤ）は、光源からの反射光の光束
密度（照度）に応じて感光する。第７図のようにしてフ
ィルムを露光して感光させると、フィルム上の点Ａから
点Ｃ（または点Ｂから点Ｄ）に向かって照度が小さくな
るので現像後のフィルムは点Ａから点Ｃに向かってより
黒っぽくなる。

次に、第７図の工程により形成したフィルム６を第８図
のように光源２の周囲に配置する。このような配置は、
先に説明した対象物体の大きさを考慮しない場合と同様
の配置方法である（但し、第８図においては簡単のため
にフィルム８の内側の光源２を省略している）。即ち、
弧ＡＢが対象物体３に最も近い側に位置するように光源
の周囲に配置されている。また、点Ａから点Ｃ（または
点Ｂから点Ｃ）に向かってフィルム８は黒っぽくなって
いる。光源２から放射される光は、フィルム８が存在し
ない場合、弧ＡＣを通過する光線については点Ａに近い
部分を通過する光のほうが対象物体に照射される時の光
束密度が小さい。フィルム６が存在する場合、点Ａに近
付くほどフィルムは白っぽく、そのような光の光量は余
り吸収されない。逆に、点Ｃに近い部分を通過する光線
は、対象物体に照射される時の光束密度が大きいが、点
Ｃは黒っぽいのでより多くの割合で光量が吸収される。

従って、均等な照明が可能となる。

実際には、光源の中心から放射状に光が放射されている
とは必ずしも言えず、光の反射も一回には限られない。

また、楕円筒容器の内側表面も完全な正反射であるわけ
でもないので、第７図および第８図を参照した説明が完
全に当てはまることにはならないが、大部分の光は上述
のように挙動すると考えることが可能である。従って、
実際の照明では光が照射される部分とされない部分との
間で明確な境界があるわけではなく、上述の理想的な状
態よりも緩やかな条件（即ち、光遮断手段７が必ずしも
中央に存在せず、光が複数回数反射し、また、ある程度
正反射しないという条件）であっても実質的に均等な照
明という点に関して特に問題は生じることはない。光遮
断手段７がフィルムの中央に配置されない場合は、フィ
ルムが濃淡度の分布を有する範囲と対象物体に届かない
ような光が放射される範囲とが一部分で一致しないだけ
であり、少なくともこれらの範囲が重複する部分を通過
する光に関しては、対象物体に照射される時、実質的に
等しい光量を有する。

本発明の方法において形成されるフィルムの濃淡度の分
布は、基本的には光源と対象物体との位置関係（即ち、
Ｌ、／Ｌ、）により一義的に決定されるものであり、光
源から均等な光が放射される限り、光源の種類や対象物
体に依存しない。従って、相似的な楕円筒容器を使用す
る場合であれば、光源の大きさや明るさ、対象物体の種
類などが変わっても同じフィルムを使用できるという利
点がある。

更に、いかなる理論によっても拘束されるものではない
が、本発明の上述の方法において楕円筒容器の内側表面
を正反射面に変えて乱反射面とすることによっても対象
物体を均等に照明できることが見出された。

従って、本発明は、 軸方向に対して垂直な断面が楕円形であり、乱反射面を
内側表面として有する楕円筒容器を使用し、楕円断面の
一方の焦点に楕円筒容器の軸に対して平行になるように
軸状光源を配置し、楕円断面の他方の焦点に対象物体を
配置し、要すれば光源と対象物体との間に光遮断手段を
配置し、光源から放射された光による対象物体の照明方
法において、 対象物体の照明に先立ち、対象物体を配置すべき該他方
の焦点に円筒状感光性フィルムを軸状光源に対して平行
に配置し、該一方の焦点に配置した軸状光源から光を放
射して光に露光した感光フィルムを得、得られた感光フ
ィルムを光源の周囲に配置し、対象物体を該他方の焦点
に配置して光源から光を放射して対象物体を照明するこ
とを特徴とする照明方法 を提供する。

本明細書において、「乱反射面」なる語は、いわゆる乱
反射面であれば充分であり、具体的には例えば正反射率
が２０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは
５％以下の面であれば充分である。

正反射面を有する楕円筒容器を使用する上記照明方法に
関連して説明した楕円筒容器、光源およびその配置、対
象物体およびその配置、感光性フィルム、フィルムの配
置方法、光遮断手段などの説明は、乱反射面を有する楕
円筒容器を使用する照明方法においても同じことが当て
はまる。

本発明は、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等に照明
する上述の本発明の照明方法を実施する対象物体の照明
装置を更に提供する。

上記照明装置は、 軸方向に対して垂直な断面が楕円形であり、正反射面ま
たは乱反射面を内側表面として存する楕円筒容器、楕円
断面の一方の焦点に楕円筒容器の軸に対して平行に配置
されて対象物体を照明する光を放射する軸状光源、軸状
光源の周囲に配置されて軸状光源から放射されて透過す
る光の光量を調節するフィルム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
ば光源から対象物体への直射光を遮断するための手段を
有して成り、 フィルムは、対象物体を照明するに先立ち、対象物体を
配置すべき該他方の焦点に配置して、光源から放射した
光に露光して感光させることにより形成された光の透過
性に分布を有する円筒状感光性フィルムであることを特
徴とする。

本発明の上記照明方法に関連して説明した楕円筒容器、
光源およびその配置、対象物体およびその配置、感光性
フィルム、フィルムの配置方法、光遮断手段などの説明
は、本発明の照明装置にも当てはまる。

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
か、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、重心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する。

更に、本発明では、上記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伊する。

上記対象物体の外観検査方法は、本発明の照明装置を使
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、本発明の照明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、例えば楕円筒容器に設けた開口部から直接
目視により、あるいは開口部を介して撮像した画像を適
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。

本発明により、照明すべき対象物体が透明な円柱状容器
である場合は、容器壁内部に含まれる異物や容器内側の
傷や汚れなども同時に検出できるし、また、透明な円柱
状容器内に内容物が収納されている場合は、内容物の外
観、配列、異常などをも同時に検査できる。

例えばビン詰めの薬品や飲食物、透明ケースに収容され
ている電子部品や医療用器具などの評価や検査にも利用
できる。

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。

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１図に本発明の照明方法の原理図として楕円筒容器１
の楕円筒軸に垂直な方向の断面図（代表的な光線を矢印
を付した実線で示している。）を示し、第２図に本発明
の照明方法を実施する一態様の概略透視斜視図を示す。

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に楕円筒容器１の軸と平行に輪状光源２が配置
され、先に説明したようにして濃淡度の分布を有するよ
うに形成したフィルム６が光源の周囲に配置され、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。

第２図の態様では、光源２と対象物体３との間に光遮断
手段７が配置されている。

光源２は楕円の焦点Ｆに配置されており、楕円筒容器の
内側表面は正反射面であるので、光源から楕円筒軸に垂
直な方向に放射された光は、第１図に示すように例えば
入射角αで楕円筒形容器の内側表面に入射して、反射角
α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。

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、光は対象物体の断面の中心に同
かって進むことになる。このように、楕円筒軸に垂直な
方向に放射状に放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、光源から均等な拘束密度で放射される光は、濃淡
度の分布を有するフィルム６を通過した後、ａ淡度に応
じて光束密度が変化するが、光源から反射点までの距離
および反射点から対象物体への距離による光束密度の変
化が、濃淡度の分布により相殺されて、結果的に対象物
体に照射される光の光束密度が同じとなり、均等な照明
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等に照射することが
できる。

楕円筒軸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、楕円筒袖に垂直な
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長いほど（例えば約３倍以上）
、これらの影響は実質的に相殺される。

即ち、楕円筒容器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
四方へ方から照明することになり、影響は相殺される結
果、楕円筒軸に垂直な方同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、照明しよ
うとする部位が特定の有限のそれほど長くない部分であ
る場合などにおいては本発明の照明方法を適用できる。

例えば、第３図の透視斜視図に示すように、楕円筒容器
１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
配置して、その周囲に濃淡度の分布を有するフィルム６
を配置する。また、図示するように、光源２と対象物体
との間に光遮断手段７を配置するのが好ましい。１ケ所
にセンサー（例えばビデオカメラ）４を設置すると、対
象物体の例えば外観検査しようとする場合に、陰影が存
在せずに、照度が均等である条件下で効率よく対象物体
の表面異常などを検出できる。

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）を均等に照明できる。

［発明の効果コ 本発明は、凹凸部を有する主表面を有する、立体、特に
軸対象の対象物体、例えば円筒状対象物体の表面を陰影
が生じないよう様に均等照度で照明できる。従って、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
じないように均等照度で照明することも可能となる。

更に、本発明により従来のように楕円筒容器の反射面の
反射率を変えたり、あるいは数式に基づく濃淡度の分布
を有するフィルムを形成する方法より遥かに容易に、迅
速にかつ経済的にフィルムを形成できる利点を有する照
明方法および照明装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の照明方法を原理的に示す楕円筒容器の
軸方向に垂直な断面図、第２図は本発明の照明装置の概
略透視斜視図、第３図は本発明の照明方法の一態様の概
略透視斜視図、第４図は楕円筒容器を製造する方法を示
す斜視図、第５図は従来技術の照明方法の問題点を説明
するための楕円筒容器の軸方向に垂直な断面図、第６図
は対象物体への直射光を避けるのが好ましいこと説明す
るための楕円筒容器の軸方向に垂直な断面図、第７図お
よび第８図は本発明の照明方法の原理を説明するための
楕円筒容器の模式断面図である。 Ｉ・・楕円筒容器、２・・・光源、３・・・対象物体、
４・・・センサー、５・・・支持要素、６・・・感光性
フィルム、７・光遮断手段。 特許出願人鐘淵化学工業株式会社 代　理　人　弁理士　青　山　葆　はか１名第１図 第２図 第５図 第６図 第３図 第４図 第７図 第？図

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り、正反射
   面を内側表面として有する楕円筒容器を使用し、楕円断
   面の一方の焦点に楕円筒容器の軸に対して平行になるよ
   うに軸状光源を配置し、楕円断面の他方の焦点に対象物
   体を配置し、要すれば光源と対象物体との間に光遮断手
   段を配置し、光源から放射される光による対象物体の照
   明方法において、 対象物体の照明に先立ち、対象物体を配置すべき該他方
   の焦点に円筒状感光性フィルムを軸状光源に対して平行
   に配置し、該一方の焦点に配置した軸状光源から光を放
   射して露光した感光フィルムを得、得られた感光フィル
   ムを光源の周囲に配置し、対象物体を該他方の焦点に配
   置して光源から光を放射して対象物体を照明することを
   特徴とする照明方法。２、軸方向に対して垂直な断面が
   楕円形であり、正反射面を内側表面として有する楕円筒
   容器、楕円断面の一方の焦点に楕円筒容器の軸に対して
   平行に配置されて対象物体を照明する光を放射する軸状
   光源、軸状光源の周囲に配置されて軸状光源から放射さ
   れて透過する光の光量を調節するフィルムおよび楕円断
   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対象物体への直射光を遮断するた
   めの手段を有して成り、 フィルムは、対象物体を照明するに先立ち、対象物体を
   配置すべき該他方の焦点に配置して、光源から放射した
   光に露光して感光させることにより形成された光の透過
   性に分布を有する円筒状感光性フィルムであることを特
   徴とする対象物体の照明装置。 ３、請求項１において、正反射面に代えて乱反射面を内
   側表面として有する楕円筒容器を使用することを特徴と
   する対象物体の照明方法。 ４、請求項２において、正反射面に代えて乱反射面を内
   側表面として有する楕円筒容器を使用することを特徴と
   する対象物体の照明装置。