JPH0786923B2 - 照明光学系 - Google Patents

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、
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、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７図、第10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７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10図の例では、照明光源34か
らの照明光束をレンズ38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36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７図に示す画像入力装置の照明光学系は、ワーク31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
７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９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８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34,3
4からの照明光束に対し直交するエッジ部分が極端に明
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10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、
リング状の照明となる。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31側からみて照
明光の方向性がなくなり、凹凸模様のエッジは全体が均
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
を反射して被撮像面に照射する反射部材とを有し、この
反射部材の反射面には、第１傾斜反射部と第２傾斜反射
部とが形成されており、この第１反射部と第２反射部と
は光束の入射方向に対し互いに対称形にかつ所定の傾斜
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、反射部材に入射し、反射部
材は、その第１傾斜反射部と第２傾斜反射部で入射光束
を相互に異なる向きに、しかも光束の入射方向に対し互
いに対称となるように斜め方向に分割して反射する。分
割された照射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射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の一方の内底部に
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、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。光源１の配列方
向はケース９の長手方向である。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、後述の反射部材によっ
て反射されたあとケース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、次のよ
うな反射部材が配置されている。第１図、第２図におい
て、光源１の上方には、光源１からの照明光を斜め上方
に反射させる平面ミラー10が配置されている。平面ミラ
ー10による照明光の反射光路上には平面ミラー11と反射
部材12が上下方向に近接して配置され、平面ミラー10で
反射された照明光の約半分は平面ミラー11で斜め上方に
反射され、残りの約半分は反射部材12で斜め上方に反射
されて被撮像面5aに照射されるようになっている。平面
ミラー11による照明光の反射光路上には反射部材13が配
置され、平面ミラー11で反射された照射光は反射部材13
で斜め上方に反射されて被撮像面5aに照射されるように
なっている。各平面ミラー10,11及び各反射部材12,13は
複数の光源１の列設方向に長く形成されている。

第３図に示すように、上記反射部材12は一方の面が平坦
面、他方の面には凹凸が交互に形成されて波形の面とな
っており、この波形の面が反射面となっている。さらに
詳細には、上記波形の反射面は、上記一方の平坦面と平
行に形成された上記波形の谷部に相当する平坦反射部16
および上記波形の山部に相当する平坦反射部17と、これ
らの平坦反射部16,17をつなぐ第１傾斜反射部18および
第２傾斜反射部19とからなる。上記波形の反射面は反射
部材12の長手方向に連続している。また、反射部材12
は、相隣接する反射面の境界に形成される稜線が第３図
において紙面にほぼ直角な方向に配置されている。波形
の反射面には光源１の照明光が入射するようになってい
る。上記第１、第２傾斜反射部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。従って、第１、第２傾斜反射部18,1
9に入射した照明光は、照射光の入射方向に対し互いに
対称となるように斜め方向に反射され、二つの光束に分
割される。一方、各平坦反射部16,17に入射した照明光
は、上面または底面側から見ると入射方向に沿い逆向き
に反射され、分割されることはない。このようにして、
結局、反射部材12に入射した照明光は３方向の光束に分
割された形で反射される。

他方の反射部材13も、第３図に示す反射部材12と全く同
様に構成されていて、入射した照明光を３方向の光束に
分割した形で反射するようになっている。

第２図に示すように、ミラー11と反射部材12と反射部材
13の上下方向の幅寸法はほぼ等しくなっている。前述の
ように、ミラー10で反射された光源１からの照明光の約
半分は反射部材12で反射されてカバーガラス４上に線状
に照射され、また、ミラー10で反射された光源１からの
照明光の残りの約半分はミラー11で反射され、さらに反
射部材13で反射されてカバーガラス４上に線状に照射さ
れ、カバーガラス４上を搬送されるワーク５の被撮像面
5aを、第２図において紙面に直交する方向に線状に照明
するようになっている。第２図において符号Ａは、照明
光の線状の照射範囲の一点を示す。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線状の照射範
囲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からの照明光でミラー10,11
および反射部材12,13を介し照射されたワーク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、画像信号として出力する。
この画像信号は、画像処理装置等に入力される。

次に、上記実施例の動作、特に反射部材12,13の作用に
ついて説明する。

第３図に示すように、反射部材12の第１傾斜反射部18へ
の入射光束をf₁、平坦反射部16への入射光束をf₂、第２
傾斜反射部19への入射光束をf₃、平坦反射部17への入射
光束をf₄とする。第１傾斜反射部18及び第２傾斜反射部
19の幅と、平坦反射部16及び平坦反射部17の幅との関係
から、入射光束f₁,f₃は入射光束f₂,f₄のほぼ２倍になっ
ている。もう一つの反射部材13の作用も全く同じであ
る。

いま、光源１から照明光を出射させると、第２図に示す
ように、照明光はまずミラー10で右斜め上方に反射さ
れ、さらにミラー11と反射部材12で左斜め上方に反射さ
れる。ミラー11で反射された照明光はさらに反射部材13
で右斜め上方に反射される。第２図に示すように、照明
光の約半分は反射部材12に対して紙面に平行でかつ斜め
方向に入射する。この照明光の入射光束のうち光束f₂と
f₄はそれぞれ平坦反射部16と平坦反射部17で反射される
ため、入射光束の光路を含む垂直面と共通の面内におい
て、従って平面的に見れば、第３図のように入射光束と
平行に、斜め上方に進む。一方、入射光束f₁は、第１傾
斜反射部18で反射され、入射光束に対してある角度をも
って反射される。同様に、照明光束f₃は、第２傾斜反射
部19で反射され、入射光束に対してある角度をもち、か
つ、上記光束f₁の反射方向とは逆の向きに対称的に反射
される。図示の実施例では、照明光束f₁は照明光束f₂,f
₄に対し−60゜の角度で反射され、照明光束f₃は照明光
束f₂,f₄に対し60゜の角度で反射されるように、上記各
反射部16,17,18,19の角度が設定されている。

また、ミラー11で反射された照明光束の残りの約半分は
反射部材13で反射される。反射部材13も上記反射部材12
と同様に構成されているため、照明光束は、平面または
底面から見て、反射部材13に対し直角方向に反射される
光束と、反射部材13に対し−60゜の角度で反射される光
束と、反射部材13に対し60゜の方向に反射される光束と
に３分割されることになる。

反射部材12で反射された上記各照明光束f₁,f₂,f₃,f
₄は、前述のようにカバーガラス４上に線状に照射さ
れ、反射部材13で反射された残り半分の照明光束も同様
にカバーガラス４上に線状に照射される。

ここで、第４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、反射部材
12で反射された照明光が３方向から照射され、反射部材
13で反射された照射光が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f₁,f₂,f₃,f₄のうち入射光束と共通の平面内で反射さ
れる照明光束f₂,f₄は、−60゜または60゜の角度で反射
される照明光束f₁,f₃のほぼ1/2であるから、一方向に反
射される照明光束f₁と、他の方向に反射される照明光束
f₃と、入射光束と共通の平面内で反射される照明光束
f₂,f₄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5a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
凸模様のエッ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、反射部材12,13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。

また、上記実施例のように、光源１からの照明光を反射
部材12,13によって相互に60゜の間隔でそれぞれ３分割
するようにすれば、ワーク５の被撮像面5a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。

上記実施例では、照明光を単に反射するミラーと照明光
を分割する反射部材がそれぞれ分離されていたが、これ
らは一体のものとして構成することができる。第５図、
第６図はその例である。

第５図、第６図において、光学ガラス等でなる反射部材
20の下部は互いに平行な垂直面30,14になっており、上
記反射部材20の上記垂直面30,14の上には波形の反射面2
9,15が形成されている。上記垂直面30は照明光束の入射
面になっていて、照明光束が斜め下方から入射する。上
記他方の垂直面14および上記波形の反射面29,15にはそ
れぞれ外側面に反射膜が成膜されて裏面反射するように
なっている。

上記垂直面30から入射した光束の約半分は垂直反射面14
で斜め上方に反射され、さらに反射面29で斜め上方に反
射されて図示されないワークを線状に照明するようにな
っている。上記垂直面30から入射した光束の残りの約半
分は反射面15で斜め上方に反射されて図示されないワー
クを線状に照明するようになっている。波形の反射面15
は谷側の平坦反射部21と山側の平坦反射部22とこれらの
反射部をつなぐ第１傾斜反射部23と第２傾斜反射部24と
を有してなる。他方の波形の反射面29も同様に、谷側の
平坦反射部25と山側の平坦反射部26とこれらの反射部を
つなぐ第１傾斜反射部27と第２傾斜反射部28とを有して
なる。このように構成された波形の反射面15,29の作用
効果は、前述の実施例における反射部材12,13の作用効
果と同じであるから、説明は省略する。

なお、反射部材は、少なくとも対称形に形成された第
１、第２傾斜反射部があればよく、平坦面でなる反射部
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方向に分割されて反射されるし、入射光束を
２分割する反射部材を２個併用すれば、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。

第１図、第２図に示す実施例のミラー10に相当するミラ
ーはこれを省略してもよい。その場合は、ミラー11、反
射部材12に対して光源１からの照明光を直線入射させ
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。

反射部材に形成する第１、第２の傾斜反射部は、必ずし
も一つの面で形成する必要はなく、傾斜角度の異なる複
数の面で形成してもよい。こうすることにより照明光の
分割数を増やすことができる。また、第１、第２の傾斜
反射部は、連続した曲面で形成してもよい。要は、傾斜
反射部が対称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反射部材を設
け、この反射部材には、第１傾斜反射部と第２傾斜反射
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、入射光束が反射部材で複数
に分割されて被撮像面に多方向から照射されることによ
り、被撮像面の凹凸模様のエッ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側面図、第３図は
同上実施例中の反射部材による光の反射作用を示す拡大
平面図、第４図は上記実施例中の二つの反射部材による
照明光の反射作用を示す平面図、第５図は本発明に適用
可能な反射部材の別の例を示す平面図、第６図は同上側
面図、第７図は従来の照明光学系の一例を示す正面図、
第８図は同上実施例によるワークの照明の様子を示す平
面図、第９図は同じく配光特性を示す線図、第10図は従
来の照明光学系の別の例を示す正面図である。 １……光源、５……ワーク 5a……被撮像面 12,13,20……反射部材 18,19,23,24,27,28……傾斜反射部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   らの光束を反射して被撮像面に照射する反射部材とを有
   し、 上記反射部材の反射面には、第１傾斜反射部と第２傾斜
   反射部とが形成されており、この第１反射部と第２反射
   部とは光束の入射方向に対し互いに対称形にかつ所定の
   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。