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Diese Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung,
die ein Bild eines Gegenstandes aufnimmt, um den Gegenstand zu untersuchen
oder zu messen, wobei sie ein Bildverarbeitungsverfahren verwendet.
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Es ist gut bekannt, eine Bilduntersuchungsvorrichtung
zu verwenden, die ein Bild eines Gegenstandes durch eine Bildaufnahmevorrichtung
aufnimmt, um einen Vergleich des aufgenommenen Eingangsbildes mit
einem Modellbild als Referenz auszuführen, um auf der Basis eines
Ergebnisses des Vergleichs zu beurteilen, ob der Gegenstand gut
ist oder nicht. 19 zeigt
ein Blockdiagramm einer solchen herkömmlichen Bilduntersuchungsvorrichtung, bei
der eine Kamera 71 ein Bild eines Gegenstands 70 aufnimmt
und das aufgenommene Eingangsbild auf einem Monitorbildschirm 73a einer
Bildanzeigevorrichtung 73 angezeigt wird. Beim Einstellen
der Vorrichtung stellt eine Bedienperson die Positionsbeziehung
des Gegenstandes 70 und der Kamera 71 durch Betrachten
der Bildanzeigevorrichtung 73 so, dass das Eingangsbild 70p des
Gegenstandes 70 innerhalb des Bereichs des Monitorbildschirms 73a erscheint,
oder durch visuelles Beobachten der Unschärfe des Eingangsbildes 70p,
so dass es fokussiert werden kann, ein.
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Die Bedienperson betrachtet gleichzeitig
das Eingangsbild 70p und ein Bereichsfestlegungsbild 72p mit
einer Rahmenform, das von der Steuereinheit 72 erzeugt
wird, welche auf dem Monitorbildschirm 73a so angezeigt
werden, dass das Bereichsfestlegungsbild 72p mit dem Eingangsbild 70p überlappt
wird, indem ein Manipulator 74 zum Festlegen eines Erfassungsgegenstandsbereichs
bedient wird.
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In einer solchen herkömmlichen
Bilduntersuchungsvorrichtung müssen
das Eingangsbild 70p des Gegenstandes 70 und das
Bereichsfestlegungsbild 72p auf dem Monitorbild 73a der
Bildanzeigevorrichtung 73 angezeigt werden, wobei eine
Bildausgabefunktion und eine Graphikprozessfunktion oder dergleichen
erforderlich sind, die zu einem teuren System führen.
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Eine Position der Kamera 71 muss
durch eine Bedienperson eingestellt werden, die den Brennpunkt des
Eingangsbildes 70p mit dem Monitorbildschirm 73a für eine Scharfeinstellung
bestätigt. Folglich
ist die Scharfeinstellung schwierig, wenn die Installationsposition
der Kamera 71 von der Installationsposition der Bildanzeigevorrichtung 73 weit
entfernt ist.
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US
4 677 286 offenbart ein selbstfokussierendes Mikroskop
mit einem Projektionsmittel, das einen quadratischen Punkt auf einen
zu beobachtenden Bereich projiziert und für welches eine Selbstfokussierung
durchgeführt
werden sollte. Eine Lichtquelle projiziert eine quadratische Blende über einen halbdurchlässigen Spiegel
und eine Linse auf den Gegenstand. Das reflektierte Licht vom Gegenstand wird
durch die Linse auf einen CCD-Abtaster projiziert.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
eine Bildaufnahmevorrichtung bereitzustellen, bei der eine Deckungsfläche für ein Modellbild
leicht für
den Bildaufnahmeprozess markiert wird.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch
1 definierten Merkmale gelöst.
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Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Gemäß Anspruch 1 wird eine Bildaufnahmevorrichtung
bereitgestellt, die ein Bildaufnahmemittel, welches ein Bild eines
Gegenstandes aufnimmt, das durch eine Linse fokussiert wird, und
ein Projektionsmittel zum Projizieren eines Bildes mit vorbestimmter Form
auf den Gegenstand umfasst. In dieser Vorrichtung kann ein Bereichsfestlegungsbild
durch das Projektionsmittel direkt auf den Gegenstand projiziert werden
und eine Positions- und
Scharfeinstellung für einen
vorbestimmten Bereich kann durch visuelles Beobachten des projizierten
Bildes ohne Verwendung irgendeiner Bildanzeigevorrichtung ausgeführt werden.
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Weitere Aufgaben und Vorteile dieser
Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leichter
ersichtlich, die in Verbindung mit den folgenden Figuren bereitgestellt
wird, in welchen gilt:
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung und einer Bildverarbeitungsvorrichtung
als erstes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
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2 zeigt
eine Konstruktion einer Schlitzplatte;
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3 ist
eine Draufsicht auf ein Bedienfeld eines Gehäuses der Bildverarbeitungsvorrichtung;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der Bildaufnahmevorrichtung und eines
Gegenstandes, um eine Positionsbeziehung zwischen diesen zu zeigen;
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5 zeigt
ein auf den Gegenstand projiziertes Bild;
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6 zeigt
einen Zustand, in dem ein Bildaufnahmebereich eines Bildaufnahmeelements
mit einem auf den Gegenstand projizierten Bereichsfestlegungsbild
zusammenfällt;
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7 zeigt
einen Zustand, in dem ein Bildaufnahmebereich des Bildaufnahmeelements
gegenüber
einem auf den Gegenstand projizierten Bereichsfestlegungsbild versetzt
ist;
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8 zeigt
einen Zustand, in dem ein Messbereichsbild durch ein Modellbild
gesucht wird;
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9 ist
ein Ablaufplan von (a) einem Bildsignal, (b) einer Projektionszeitsteuerung
einer Lichtquelle, und (c) einer Lichtempfangs-Zeitsteuerung durch
ein Bildaufnahmeelement;
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10 ist
ein Ablaufplan von (a) einem Bildsignal, (b) einer Projektionszeitsteuerung
einer Lichtquelle, (c) einer Lichtempfangs-Zeitsteuerung durch ein
Bildaufnahmeelement, in das extern und unregelmäßig Licht eintritt, und (d)
einer Lichtprojektions-Zeitsteuerung, die der Lichtempfangs-Zeitsteuerung
Priorität
gibt;
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11 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung und einer Bildverarbeitungsvorrichtung
als zweites Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
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12 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung und einer Bildverarbeitungsvorrichtung
als drittes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
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13 ist
eine Vorderansicht der Bildaufnahmevorrichtung, die eine Positionsbeziehung
einer Linse und einer Beleuchtungslichtquelle zeigt;
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14 zeigt,
dass eine gemessene Oberfläche
eines Gegenstandes mit Licht bestrahlt wird, wobei eine Projektionslichtfarbe
einer Projektionslichtquelle von einer Beleuchtungslichtfarbe einer
Beleuchtungslichtquelle verschieden ist;
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15 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung und einer Bildverarbeitungsvorrichtung
als viertes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
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16 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer Bildaufnahmevorrichtung
als fünftes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
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17 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer Bildaufnahmevorrichtung
als sechstes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
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18 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer Bildaufnahmevorrichtung
als siebtes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung; und
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19 ist
ein Blockdiagramm einer herkömmlichen
Bilduntersuchungsvorrichtung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit Bezug auf 1 ist ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung 2 und
einer Bildverarbeitungsvorrichtung 4 als erstes Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung gezeigt, in dem ein Bild eines zu untersuchenden oder
zu messenden Gegenstandes 1 durch die Bildaufnahmevorrichtung 2 aufgenommen wird,
um ein Bildsignal zu erzeugen, und der Gegenstand 1 von
der Bildverarbeitungsvorrichtung 4 unter Verwendung eines
Digitalbild-Verarbeitungsverfahrens auf der Basis des erzeugten
Bildsignals untersucht wird. Die Vorrichtungen 2 und 4 sind
jeweils von separaten Gehäusen
umschlossen. Die Bildaufnahmevorrichtung 2 ist auf einer
Linie angeordnet, die vom Gegenstand 1, beispielsweise
für Intervalle von
50 cm, durchlaufen wird, und die Bildverarbeitungsvorrichtung 4 ist
von der Bildaufnahmevorrichtung 2 entfernt angeordnet und über ein
Kabel verbunden.
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Die Bildaufnahmevorrichtung 2 umfasst
ein Bildaufnahmeelement 22 (beispielsweise eine zweidimensionale
CCD-Bildaufnahmevorrichtung), die in einer Position angeordnet ist,
auf die ein Bild des Gegenstandes 1 durch eine Linse 21 fokussiert
wird, eine Bildaufnahme-Steuereinheit 23,
die das Bildaufnahmesignal, das durch Ansteuerung des Elements 22 für die photoelektrische
Umwandlung erhalten wird, in ein Bildsignal umwandelt, und einen
Halbspiegel 24, der als Halbdurchlassspiegel dient und der
zwischen der Linse 21 und dem Element 22 angeordnet
ist. Der Halbspiegel kann gegen einen dichroitischen Spiegel als
Halbdurchlassspiegel ausgetauscht werden, falls erwünscht. Da
der Halbspiegel einen Teil von einfallendem Licht durchlässt und den
Rest reflektiert, werden sowohl die durchgelassene Lichtmenge als
auch die reflektierte Lichtmenge verringert. Der dichroitische Spiegel
reflektiert jedoch selektiv einen Teil des einfallenden Lichts in
einem sichtbaren Lichtbereich und lässt den Rest unter Verwendung
von optischer Interferenz durch, so dass die Verringerung einer
Menge an Projektionslicht durch eine Projektionslichtquelle 25 und
einer Menge an empfangenem Licht durch das Bildaufnahmeelement 22 minimiert
werden kann.
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Der Halbspiegel 24 wird
in einem vorbestimmten Winkel (in diesem Ausführungsbeispiel 45 Grad) auf
einer optischen Achse L1 angeordnet, die sich zum Gegenstand 1 und
zum Bildaufnahmeelement 22 erstreckt. Der Spiegel reflektiert
einen Teil des Lichts, das von der Lichtquelle 25 (wie
z. B. einer Leuchtdiode) projiziert wird, welche auf einer optischen
Achse L2 angeordnet ist, die die optische Achse L1 kreuzt (in diesem
Ausführungsbeispiel
in 90 Grad), zur Linse 21 und lässt einen Teil des von der Linse 21 durchgelassenen
Lichts durch, damit es auf das Bildaufnahmeelement 22 fokussiert
wird. Die Lichtquelle 25 wird von einem Ansteuersignal,
das von einem Lichtquellentreiber 26 erzeugt wird, schnell
angesteuert.
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Eine Schlitzplatte 27, die
mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen ist, ist so vor der Lichtquelle 25 angeordnet,
dass der Abstand von der Platte 27 zum Spiegel 24 auf
der optischen Achse L2 der gleiche ist wie jener vom Spiegel 24 zum
Element 22 auf der optischen Achse L1. Folglich wird eine
Form von Schlitzen auf der Schlitzplatte 27 auf eine Oberfläche (Messfläche) 11 des
Gegenstandes 1 projiziert und fokussiert. Die Schlitze
der Schlitzplatte 27 werden später mit Bezug auf 2 im einzelnen beschrieben.
Somit besteht ein Projektionsmittel aus der Projektionslichtquelle 25 und
der Schlitzplatte 27.
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Die Bildverarbeitungsvorrichtung 4 umfasst einen
Analog/Digital- (A/D) Wandler 41 zum Umwandeln des von
der Bildaufnahmevorrichtung 2 erzeugten Bildsignals in
ein digitales Bildsignal, und der A/D-Wandler 41 ist mit
einem Systembus 42 verbunden.
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Der Systembus 42 ist mit
einer CPU 43 zum Steuern der gesamten Vorrichtung, einem
Festwertspeicher (ROM) 44 zum Speichern von Programmdaten
zum Betreiben der CPU 43 und verschiedenen Daten, einem
Lese/Schreib-Direktzugriffsspeicher (RAM) 45,
der verarbeitete Daten vorübergehend speichert,
einem Taktsignalgenerator 46, der den Lichtquellentreiber 26 steuert,
einem Modellspeicher
47, der ein Modellbild speichert,
das eine Referenz darstellt, einem Bildspeicher 48, der
ein Eingangsbild speichert, einer Suchmesseinheit 49, die
das Eingangsbild mit dem Modellbild vergleicht, einer Betriebseinheit 50,
die die Deckung des Modellbildes und die Untersuchung und Messung
des Gegenstandes 1 befiehlt, und einer Ausgabeeinheit 51,
die ein Beurteilungsergebnis über
die Qualität
des Gegenstandes 1 erzeugt, versehen.
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In 2 ist
eine Konstruktion der Schlitzplatte 27 gezeigt, die mit
der Vielzahl von Schlitzen 27a bis 27f versehen
ist, die auf einer ebenen Platte angeordnet sind, die das Licht
sperrt, um Licht durch diese hindurchzulassen, wobei vier Schlitze 27a bis 27d mit
einer dünnen
Bandform zum Projizieren einer Messfläche eines viereckigen Rahmens
auf den Gegenstand 1 angeordnet sind und der viereckige Schlitz 27e in
einer Mitte angeordnet ist, um eine Deckungsfläche zu projizieren, um ein
Modellbild zur Deckung zu bringen.
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Der Schlitz 27f mit einer
Pfeilmarkierungsform, der außerhalb
vom und parallel zum Schlitz 27c zum Bilden der Messfläche angeordnet
ist, ist angeordnet, um eine Flussrichtung der Linie zu projizieren,
in der sich der Gegenstand zur Bildaufnahme bewegt, so dass eine
Bedienperson die Bildaufnahmevorrichtung 2 in eine korrekte
Richtung einstellen kann, wobei sie das Pfeilmarkierungsbild, das
vom Schlitz 27f projiziert wird, betrachtet.
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3 ist
ein Beispiel einer Draufsicht auf ein Bedienfeld eines Gehäuses 4a der
Bildverarbeitungsvorrichtung 4, die die Betriebseinheit
(50) mit verschiedenen Manipulatoren 50a bis 50c und
die Ausgabeeinheit (51) mit verschiedenen Anzeigelampen 51a bis 51c umfasst.
Eine Betriebsanzeigelampe 51a ist durch eine LED (Leuchtdiode)
dargestellt, die einschaltet, wenn ein Ergebnis der Untersuchung des
Gegenstandes 1 zur Ausgabe bereit ist, jedoch abschaltet,
wenn dies nicht der Fall ist. Eine Niveauanzeigelampe 51b ist
eine Serie von LEDs, die einen konsistenten Grad zwischen einem
Eingangsbild des Gegenstandes 1 und einem Modellbild in
acht Schritten 0 bis 7 anzeigen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die LEDs
0 bis 5 eingeschaltet, wobei der konsistente Grad als 5 angegeben
ist. Eine Schwellenlampe 51c ist eine Reihe von LEDs, die
acht Schritte 0 bis 7 über
einen Schwellenwert anzeigen, der die Qualität des Gegenstandes 1 beurteilt.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist eine LED zwischen 3 und 4 eingeschaltet, was bedeutet, dass
eine Schwelle dazwischen liegt. Eine Schwellenwert-Abgleichsvorrichtung 50a ist
ein Drehmanipulator zum Einstellen eines Schwellenwerts, um die
Qualität
des Gegenstandes 1 zu beurteilen. Eine Lehrtaste 50b ist
ein Schaltermanipulator, der herabgedrückt werden soll, wenn ein Modellbild
zur Deckung gebracht wird. Ein Betriebsarten-Auswahlschalter 50c ist
ein Schiebermanipulator, um eine von einer LEHREN-Betriebsart, um
ein Modellbild zur Deckung zu bringen, und einer ABLAUF-Betriebsart, um den
auf der Linie übertragenen
Gegenstand 1 zu untersuchen und zu messen, auszuwählen.
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Beim Einstellen von so konstruierten
Vorrichtungen, wie in 4 gezeigt,
wird die Bildaufnahmevorrichtung 2 in einem vorbestimmten
Abstand D vom Gegenstand 1 angeordnet, um die Position
der Vorrichtung 2 so einzustellen, dass ein Bereichsfestlegungsbild 27p,
das durch die Schlitze 27a bis 27f der Schlitzplatte 27 projiziert
wird, auf eine vorbestimmte Position einer Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 fokussiert werden kann, wobei die Bildaufnahmevorrichtung 2 so
angeordnet wird, dass die optische Achse L1 zur Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 senkrecht ist und der Abstand D durch eine Brennweite
der Linse 21 festgelegt ist.
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Die Bedienperson beobachtet den Unschärfezustand
des Bereichsfestlegungsbildes 27p, das auf den Gegenstand 1 fokussiert
wird, durch visuelle Untersuchung, stellt den Abstand D, wenn die
Kontur verschwommen ist, für
eine Scharfeinstellung ein, um eine scharfe Kontur des Bildes zu
erhalten, wie in 5 gezeigt.
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Nach Beendung einer solchen Scharfeinstellung
führt die
Bedienperson einen Erkennungsprozess aus, um eine Positionsbeziehung
zwischen dem Aufnahmebereich des Bildaufnahmeelements 22 und dem
Bereichsfestlegungsbild 27p, das auf die gemessene Oberfläche 1a des
Gegenstandes 1 projiziert wird, zu erkennen. Wie in 6 gezeigt, ist es erwünscht, dass
beide Mittelpositionen des Bildaufnahmebereichs 22a des
Bildaufnahmeelements 22, der in gestrichelten Linien dargestellt
ist, und des Bereichsfestlegungsbildes 27p übereinstimmen.
Für diesen
Zweck wird jedoch eine äußerst hohe
Genauigkeit zum Positionieren des Bildaufnahmeelements 22 und
der Schlitzplatte 27 verlangt.
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Für
eine genaue Bildverarbeitung, wenn die Genauigkeit zum Positionieren
des Bildaufnahmeelements 22 und der Schlitzplatte 27 grob
ist und der Bildaufnahmebereich 22a vom Bereichsfestlegungsbild 27p um
ihre Positionen etwas abweicht, wie in 7 gezeigt, wird die Positionsbeziehung
zwischen dem Bildaufnahmebereich 22a und dem Bereichsfestlegungsbild 27p im
voraus erkannt, so dass die Position des Bereichsfestlegungsbildes 27p zu
einer Position innerhalb des Bildaufnahmebereichs 22a festgelegt
werden kann.
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Die Erkennung von vorbestimmten Koordinaten
des Bildaufnahmebereichs 22a und des Bereichsfestlegungsbildes 27p,
beispielsweise der Koordinaten der Punkte A und B oben links, ermöglicht, dass
die Positionsbeziehung zwischen dem Bildaufnahmebereich 22a und
dem Bereichsfestlegungsbild 27p erkannt wird. Als weiteres
Verfahren zum Erkennen der Positionsbeziehung der beiden wird weißes Papier
auf die Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 gelegt und das Bereichsfestlegungsbild 27p wird
auf das weiße
Papier projiziert, damit es vom Bildaufnahmeelement 22 aufgenommen
wird. Wenn der Halbspiegel 24 gegen einen dichroitischen
Spiegel ausgetauscht wird, um den Durchlass von Licht des Bereichsfestlegungsbildes 27p zu
stoppen, kann ein Blatt Papier, das durch ein Muster mit derselben
Größe wie jenem
des Bereichsfestlegungsbildes 27p dargestellt ist, mit
der Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 zusammengesetzt werden und das Bereichsfestlegungsbild 27p kann
auf das weiße
Papier projiziert werden, damit es vom Bildaufnahmeelement 22 aufgenommen
wird.
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Als nächstes bringt die Bedienperson
ein Modellbild zur Deckung, das eine Referenz darstellt. Dieser
Deckungsprozess wird vom Bildaufnahmeelement 22 durchgeführt, das
ein Bild eines Musters innerhalb eines Deckungsbereichsbildes 27q aufnimmt,
das auf die Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 durch den Schlitz 27e der Schlitzplatte 27 projiziert wird,
und indem das aufgenommene Muster als Modellbild im Modellspeicher 47 der
Bildverarbeitungsvorrichtung 4 gespeichert wird. Dieser
Prozess wird durch Betätigen
des Betriebsarten-Auswahlschalters 50c der
Betriebseinheit 50 zu einer Seite "LEHREN" und Herabdrücken der Lehrtaste 50b durchgeführt.
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Die Bildaufnahmevorrichtung 2 nimmt
ein Bild des Gegenstandes durch das Bildaufnahmeelement 22 auf,
um das aufgenommene Aufnahmesignal durch die Bildaufnahme-Steuereinheit 23 in
ein Bildsignal zum Anlegen an die Bildverarbeitungsvorrichtung 4 umzuwandeln,
die das Bildsignal durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales
Bildsignal umwandelt, damit es im Bildspeicher 48 gespeichert wird.
Die CPU 43 findet eine Position für den Deckungsbildbereich 27q angesichts
der vorher erhaltenen Positionsbeziehung des Bildaufnahmebereichs 22a und
des Bereichsfestlegungsbildes 27p und liest ein Bild an
der gefundenen Position aus dem Bildspeicher 48, damit
es im Modellspeicher 47 gespeichert wird. Das so gespeicherte
Bild ist das Modellbild.
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Bei der Beendung der Einstellung
der Positionsbeziehung zwischen dem Gegenstand 1 und der Bildaufnahmevorrichtung 2 und
der Deckung des Modellbildes, betätigt die Bedienperson die Linie, schaltet
den Betriebsarten-Auswahlschalter 50c der Betriebseinheit 50 auf
eine ABLAUF-Betriebsart, um die Messung und Untersuchung des auf
der Linie beförderten
Gegenstandes 1 einzuleiten.
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Das heißt, das Bildaufnahmeelement 22 nimmt
ein Bild einer vorbestimmten Position der Messfläche 11 des Gegenstandes 1 jedes
Mal auf, wenn der Gegenstand 1 erscheint, und erzeugt das aufgenommene
Bildaufnahmesignal für
die Bildaufnahme-Steuereinheit 23,
die das Aufnahmesignal in ein an die Bildverarbeitungsvorrichtung 4 anzulegendes
Bildsignal umwandelt.
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In der Bildverarbeitungsvorrichtung 4 wird das
Bildsignal durch den A/D-Wandler 41 in ein digitales Bildsignal
umgewandelt, damit es im Bildspeicher 48 gespeichert wird.
Die CPU 43 findet eine Position eines Messbereichsbildes 27r,
das von den Schlitzen 27a bis 27d der Schlitzplatte 27 projiziert wird,
auf der Basis der vorher erhaltenen Positionsbeziehung des Bildaufnahmebereichs 22a und
des Bereichsfestlegungsbildes 27p, liest ein Bild an der Position
vom Bildspeicher 48, führt
eine Grausuche in der Suchmesseinheit 49 auf der Basis
des im Modellspeicher 47 gespeicherten Modellbildes durch, um
zu beurteilen, ob der Gegenstand gut oder schlecht ist. Ein Ergebnis
der Beurteilung wird in acht Schritten durch die Niveauanzeigelampe 51b der Ausgabeeinheit 51 angezeigt.
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Die Grausuche führt einen Prozess aus, bei dem
Bilddaten als Schattierungsdaten mit mehreren Bits ohne Binärcodierung
behandelt werden, und das Deckungsbild und das Eingangsbild als übereinstimmend
erkannt werden, wenn ein Korrelationswert durch Durchführung eines
Vergleichs der Deckungs- und Eingangsdaten größer ist als ein Schwellenwert. Im
Allgemeinen ist das Deckungsbild kleiner als das Eingangsbild, so
dass das Deckungsbild nacheinander um ein Pixel verschoben wird,
damit das Eingangsbild mit demselben von Ende zu Ende desselben
verglichen wird, um einen Übereinstimmungspunkt
zu finden.
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Dieser Prozess ist in 8 gezeigt, in der ein Messbereichsbild 27r,
das die Buchstaben A, B und C enthält, durch ein Bereichsfestlegungsbild
(Modellbild) 27q des Buchstaben A von links oben nach rechts
unten durchsucht wird. Dasselbe Bild wie das Modellbild, nämlich das
Bild des Buchstaben A, wird in der Position gefunden, in der der
Korrelationswert beider Bilder einen Referenzwert übersteigt.
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Der Suchprozess in der Suchmesseinheit 49 kann
anstelle der Grausuche, falls erwünscht, eine Binärcodiersuche
verwenden, bei der die Bilddaten mit einem Referenzschattierungspegel
binär codiert werden,
damit sie mit einem Referenzflächenwert verglichen
werden, indem die Fläche
zum Beurteilen der Qualität
gemessen wird.
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Die Grausuche hat Vorteile. Eine
genaue Erkennung kann durch eine Abschätzung durchgeführt werden,
selbst wenn irgendeine Positionsverschiebung, die kleiner ist als
eine Pixeleinheit, zwischen dem Deckungsbild und dem Eingangsbild
erzeugt wird. Wenn eine gewisse Helligkeitsänderung zwischen dem Deckungsbild
und dem Eingangsbild geschieht, nimmt der Vergleich über ihre
Form eine Priorität
an, um fast dasselbe Ergebnis wie jenes eines Vergleichs, wenn beide
Bilder dieselbe Helligkeit aufweisen, zu liefern.
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9 zeigt
Wellenformen, die ein Bildsignal (a) von einem Vollbild eines Videobildschirms
(1 horizontale Periode: 16,7 ms), das von der Bildaufnahme-Steuereinheit 23 erzeugt
wird, eine Projektionszeitsteuerung (b) einer Projektionslichtquelle 25 für das Bildsignal
(a) und eine Lichtempfangs-Zeitsteuerung (c) durch das Bildaufnahmeelement 22 darstellen.
Die Projektionszeitsteuerung wird auf mehrere Millisekunden eingestellt,
wenn eine horizontale Periode beginnt, und die Lichtempfangs-Zeitsteuerung wird
auf mehrere Millisekunden eingestellt, wenn eine horizontale Periode
endet. Die Einstellung der Zeitsteuerung ist festgelegt.
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Somit wird das Bildaufnahmeelement 22 vor einer
Beeinflussung durch Licht von der Projektionslichtquelle 25 durch
Verschieben der Lichtempfangs-Zeitsteuerung des Elements 22 gegenüber der Projektionszeitsteuerung
der Lichtquelle 25 geschützt. Die Projektionslichtquelle 25 sieht
visuell aus, als ob sie immer durch synchrone Beleuchtung leuchtet.
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Nun wird die Lichtempfangs-Zeitsteuerung des
Bildaufnahmeelements 22 nachstehend beschrieben. Im Allgemeinen
besteht ein Bildaufnahmeelement aus einem photoelektrischen Sensor,
einem Schieberegister und so weiter, die auf einem Halbleitersubstrat
angeordnet sind, und weist Eigenschaften auf, so dass es Signalladungen
speichert, die vom photoelektrischen Sensor photoelektrisch umgesetzt
werden, wenn eine Substratspannung eine normale Spannung ist, aber
die gespeicherten Signalladungen nach außen entlädt, ohne sie zum Schieberegister
zu verschieben, wenn die Substratspannung höher ist als die normale Spannung.
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Angesichts solcher Eigenschaften
wird die Substratspannung sofort bei jeder horizontalen Periode
auf eine hohe Spannung erhöht,
um die Signalladungen, die im photoelektrischen Sensor gespeichert
wurden, zu entladen. Die Lichtempfangs-Zeitsteuerung wird durch
Halten der Substratspannung auf einer normalen Spannung für eine vorbestimmte Periode
vor dem Ende eines Vollbildes des Videobildschirms und durch Übertragen
nur der Signalladungen von empfangenem Licht ab dem Zeitpunkt, zu dem
die Basisspannung schließlich
zu einer hohen Spannung wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Signalladungen
zum Schieberegister übertragen
werden, festgelegt.
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10 zeigt
Wellenformen, wenn eine Lichtempfangs-Zeitsteuerung (c) der Bildaufnahme 22 unregelmäßig vorkommt.
Eine Projektionszeitsteuerung (b) der Projektionslichtquelle 25 für ein Bildsignal
(a) wird am Beginn einer horizontalen Periode festgelegt und stoppt
die Projektion der Lichtquelle 25, um der Lichtempfangs-Zeitsteuerung (c)
Priorität
zu geben, wenn sie mit der Lichtempfangs-Zeitsteuerung (c) überlappt
ist, um eine Lichtprojektions-Zeitsteuerung (d) zu steuern.
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Auch in diesem Fall wird das Bildaufnahmeelement 22 vor
einer Beeinflussung durch Licht von der Projektionslichtquelle 25 geschützt, die
visuell aussieht, als ob sie immer durch synchrone Beleuchtung leuchtet.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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In 11 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung 2 und einer
Bildverarbeitungsvorrichtung 4 als zweites Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung gezeigt, in welchem den Komponenten, die jenen
des ersten Ausführungsbeispiels
(in 1 gezeigt) entsprechen,
dieselben Bezugsziffern gegeben sind und auf ihre ausführliche
Erläuterung
verzichtet wird.
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Eine Bildaufnahmevorrichtung 2 dieses
Ausführungsbeispiels
ist mit einer Flüssigkristall-Schlitzplatte 28 anstelle
der Schlitzplatte 27 des ersten Ausführungsbeispiels und einem Flüssigkristall-Anzeigetreiber 29,
der die Platte 28 ansteuert, versehen. Folglich ist der
Taktsignalgenerator 46 der Bildverarbeitungsvorrichtung 4 so
ausgelegt, dass er eine Funktion aufweist, die den Flüssigkristalltreiber 29 steuert.
Die andere Konstruktion ist dieselbe wie jene des ersten Ausführungsbeispiels
(1).
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Die Flüssigkristall-Schlitzplatte 28 besteht aus
einer Vielzahl von Flüssigkristallzellen,
von denen jede ihre Lichtdurchlässigkeit
durch eine angelegte Spannung ändert.
Somit wird ein Projektionsbild mit gewünschter Form durch Auswählen der
angesteuerten Flüssigkristallzellen
durch den Taktsignalgenerator 46 erzeugt. Es ist beispielsweise
möglich,
dass nur das Deckungsbereichsbild 27q projiziert wird,
wenn ein Modellbild zur Deckung gebracht wird, und nur das Messbereichsbild 27r projiziert wird,
wenn der Gegenstand 1 gemessen und untersucht wird.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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In 12 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung 2 und einer
Bildverarbeitungsvorrichtung 4 als drittes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung gezeigt, in welchem den Komponenten, die jenen
des ersten Ausführungsbeispiels
(in 1 gezeigt) entsprechen,
dieselben Bezugsziffern gegeben sind und auf ihre ausführliche
Erläuterung
verzichtet wird. In diesem Ausführungsbeispiel
sind eine Vielzahl von Beleuchtungslichtquellen 30 wie
z. B. LEDs um die Linse 21 vorgesehen, um eine Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 zu beleuchten. In diesem Ausführungsbeispiel ist
eine Bildaufnahmevorrichtung 2 dieses Ausführungsbeispiels
mit einem Beleuchtungstreiber 31 zum Ansteuern der Lichtquellen 30 versehen
und der Taktsignalgenerator 46 der Bildverarbeitungsvorrichtung 4 ist
so ausgelegt, dass er eine Funktion aufweist, um den Beleuchtungstreiber 31 zu
steuern. Die andere Konstruktion ist dieselbe wie jene des ersten
Ausführungsbeispiels
( 1).
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13 ist
eine Vorderansicht der Bildaufnahmevorrichtung 2, die eine
Positionsbeziehung der Linse 21 und der Vielzahl von Lichtquellen 30 zeigt, die
auf einem Umfang der Linse 21 angeordnet sind, wobei sechzehn
Beleuchtungslichtquellen 30, nämlich fünf Quellen in jeder horizontalen
Richtung bzw. jeder vertikalen Richtung, vorhanden sind. Somit stellt
die Konstruktion eine ausreichende Helligkeit bereit.
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Wie in 14 gezeigt,
kann die Messfläche 11 des
Gegenstandes 1 mit einer roten Beleuchtungsfarbe (RD) bestrahlt
werden und das Bereichsfestlegungsbild 27p kann mit einer
grünen
Farbe (GD) projiziert werden, indem die Projektionsfarbe der Projektionslichtquelle 25 von
der Beleuchtungsfarbe der Beleuchtungslichtquellen 30 geändert wird, beispielsweise
die Lumineszenzfrequenz der Quellen 25 in einen grünen Bereich
(GR) und die Lumineszenzfrequenz der Quellen 30 in einen
roten Bereich (RD) gesetzt wird. Wenn gemäß diesem Ausführungsbeispiel
eine Stroboskoplumineszenz mit Übereinstimmung
zwischen der Lichtprojektions-Zeitsteuerung der Beleuchtungslichtquellen 30 und
der Lichtempfangs-Zeitsteuerung des Bildaufnahmeelements 22 durchgeführt wird,
um die Verschiebungssteuerung der Projektionszeitsteuerung der Projektionslichtquelle 25 gegenüber der
Lichtempfangs-Zeitsteuerung
des Bildaufnahmeelements 22 auszuführen, wie in 9 und 10 gezeigt,
wird der Schutz des Bildaufnahmeelements 22 vor einer Beeinflussung
durch externes Licht verbessert.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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In 15 ist
ein Blockdiagramm einer Bildaufnahmevorrichtung 2 und einer
Bildverarbeitungsvorrichtung 4 als viertes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung gezeigt, in welchem den Komponenten, die jenen
des dritten Ausführungsbeispiels
(in 12 gezeigt) entsprechen,
dieselben Bezugsziffern gegeben sind und auf ihre ausführliche
Erläuterung
verzichtet wird. In diesem Ausführungsbeispiel
wird dieselbe Konstruktion verwendet wie jene von 12, abgesehen von einer solchen Konstruktion,
in der ein optisches Filter 32, das nur das Signal mit
derselben Frequenz wie der Beleuchtungsfrequenz der Beleuchtungslichtquellen 30 durchlässt, vor
dem Bildaufnahmeelement 22 angeordnet ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel lässt das
optische Filter 32 nur das Lumineszenzfrequenzsignal der
Lichtquellen 30 durch und fängt das Lumineszenzfrequenzsignal
der Projektionslichtquelle 25 ab, wodurch irgendeine Verschiebungssteuerung,
wie z. B. die Verschiebung der Projektionszeitsteuerung der Quelle 25 gegenüber der
Lichtempfangs-Zeitsteuerung des Elements 22 (wie in 9 und 10 gezeigt), nicht erforderlich ist,
und die Untersuchung und Messung durchgeführt werden können, während die
Projektionslichtquelle 25 immer einen Untersuchungsbereich
anzeigt.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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16 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer Bildaufnahmevorrichtung,
um ein konkretes Halterungsrahmenbeispiel als fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
zu zeigen, in dem den Komponenten, die jenen des dritten Ausführungsbeispiels
(in 12 gezeigt) entsprechen,
dieselben Bezugsziffern gegeben sind und auf ihre ausführliche Erläuterung
verzichtet wird. Eine Bildaufnahmevorrichtung 2 weist ein
abgedichtetes Gehäuse
mit einer rechteckigen oder zylindrischen Gestalt auf, wobei eine Öffnung des
C-förmigen
Gehäuses 2a durch eine
transparente Platte 2b fixiert ist. Innerhalb der transparenten
Platte 2b ist eine Zylinderlinseneinheit 2c montiert,
die in einer Tiefenrichtung eine Kombinationslinse einschließt, die
der Linse 21 von 12 entspricht.
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Eine Vielzahl von Beleuchtungslichtquellen 30 sind
auf einer Leiterplatte 2e durch Abstandhalter 2d befestigt.
Die Lichtquellen 30 sind durch die Abstandhalter 2d leicht
nach innen abfallend montiert, um die gemessene Oberfläche 11 des
Gegenstandes 1 zu beleuchten.
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Ein Polarisationsfilter 2f und
eine MLA (Mikrolinsenanordnung) 2g sind in geschichteter
Weise und vor den Lichtquellen 30 an der Innenseite der transparenten
Platte 2b montiert. Die MLA 2g besteht aus einer
großen
Anzahl von Mikrolinsen, die auf einer flachen Ebene ausgebildet
sind und verwendet werden, um Licht, das von den Quellen 30 projiziert wird,
für gleichmäßige Helligkeit
gleichmäßig auf
eine flache Ebene zu richten, um eine gleichmäßige Beleuchtung bereitzustellen.
Falls erwünscht,
können die
transparente Platte 2b und die MLA 2g als einzelne
Einheit geformt werden.
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Ein optischer Halter 2p ist
hinter der Leiterplatte 2e montiert und nimmt einen hinteren
halben Teil der Linseneinheit 2c darin auf. Hinter der
Linseneinheit 2c sind ein Halbspiegel 24 und ein
Bildaufnahmeelement 22 auf einer optischen Achse L1 montiert.
Ein Polarisationsfilter 2q ist an einer Vorderwand des
Aufnahmeelements 22 montiert und eine Leiterplatte 2r,
die an einer Rückseite
des optischen Halters 2p montiert ist, ist an einer Rückwand des Elements 22 montiert.
An der Platte 2r sind elektronische Bauteile (nicht dargestellt)
montiert, um eine periphere Schaltung des Bildaufnahmeelements 22 vorzusehen.
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Die Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter 2q und 2f sind
relativ zueinander gekreuzt, um den Eintritt von Licht von der Beleuchtungslichtquelle 30 in
das Aufnahmeelement 22 zu vermeiden. Das Polarisationsfilter 2q ist
zwischen den Halbspiegel 24 und das Bildaufnahmeelement 22 eingefügt, ohne
dass es innerhalb eines Weges angeordnet ist, der von der Projektionslichtquelle 25 durch
die Linseneinheit 2c projiziert wird, um die Verringerung
der Lichtmenge der Projektion zu vermeiden.
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Eine Schlitzplatte 27 ist
auf der optischen Achse L2 in einer Reflexionsrichtung des Halbspiegels 24 um
denselben Abstand wie jenen zum Aufnahmeelement 22 montiert
und ein Spiegel 2s ist hinter der Platte 27 angeordnet.
Die Projektionslichtquelle 25 ist in der Reflexionsrichtung
des Spiegels 2s angeordnet. Der Halbspiegel 24 und
der Spiegel 2s sind jeweils in einem schrägen Winkel
von 45 Grad auf den optischen Achsen L1 und L2 angeordnet, so dass
die Projektionslichtquelle 25 parallel zur optischen Achse
L1 hinter der Leiterplatte 2e montiert ist.
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Die Linseneinheit 2c ist
für eine
Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
angeordnet, indem die Linseneinheit 2c am optischen Halter 2p durch
eine Schraube 2t für
einen Schraubeneingriff montiert ist.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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17 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer Bildaufnahmevorrichtung,
um ein konkretes Halterungsrahmenbeispiel als sechstes Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung zu zeigen, in dem den Komponenten, die jenen des
fünften
Ausführungsbeispiels
(in 16 gezeigt) entsprechen,
dieselben Bezugsziffern gegeben sind und auf ihre ausführliche
Erläuterung
verzichtet wird.
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Eine Bildaufnahmevorrichtung 2 dieses
Ausführungsbeispiels
weist dieselbe Konstruktion auf wie jene des fünften Ausführungsbeispiels, das in 16 gezeigt ist, abgesehen
von einer solchen Konstruktion, dass eine Anordnung 2h von
transparenten Prismen anstelle der transparenten Platte 2b angeordnet
ist und eine Vielzahl von Beleuchtungslichtquellen 30 direkt
auf einer Leiterplatte 2e ohne Verwendung des Abstandhalters 2d montiert
sind.
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Die Prismenanordnung 2h besteht
aus einer großen
Anzahl von Mikroprismen, die in einer Ebene entgegengesetzt zu den
Lichtquellen 30 ausgebildet sind, um Licht, das von den
Lichtquellen 30 projiziert wird, ein wenig nach innen auf
die Messfläche 11 des Gegenstandes 1 zu
brechen. Folglich können
die Lichtquellen normalerweise so montiert werden, dass sie auf
der Platte 2e aufrecht stehen.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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18 ist
eine schematische Seitenschnittansicht einer Bildaufnahmevorrichtung,
um ein konkretes Halterungsrahmenbeispiel als siebtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung zu zeigen, in dem den Komponenten, die jenen des fünften Ausführungsbeispiels
(in 16 gezeigt) entsprechen,
dieselben Bezugsziffern gegeben sind und auf ihre ausführliche Erläuterung
verzichtet wird.
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Eine Bildaufnahmevorrichtung 2 dieses
Ausführungsbeispiels
umfasst Linsen 21, einen Halbspiegel 24, eine
Schlitzplatte 27 und eine Projektionslichtquelle 25 auf
einer optischen Achse L1, die innerhalb der transparenten Platte 2b angeordnet
sind, die an einer Öffnung
eines C-förmigen
Gehäuses 2a befestigt
ist.
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Eine Vielzahl von Beleuchtungslichtquellen 30 sind
auf einer Leiterplatte 2e durch Abstandhalter 2d am
Umfang der Linse 21 montiert. Die Quellen 30 sind
durch die Abstandhalter 2d ein wenig nach innen abfallend
montiert, um Licht auf die Messfläche 11 des Gegenstandes
zu projizieren. Ein Polarisationsfilter 2f und eine MLA 2g sind
geschichtet und vor jeder Lichtquelle 30 angeordnet.
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Auf einer optischen Achse L2 in einer
Reflexionsrichtung des Halbspiegels 24 ist ein Bildaufnahmeelement 22 montiert,
das durch Beabstanden in demselben entfernten Abstand vom Spiegel 24 wie jenem
der Schlitzplatte 27 angeordnet wird. Ein Polarisationsfilter 28 ist
vor dem Element 22 montiert, um die Polarisationsrichtung
der Polarisationsfilter 2f zu kreuzen, und eine Leiterplatte 2r ist
horizontal an der Rückseite
des Elements angeordnet. An der Platte 2r sind elektronische
Bauteile (in den Zeichnungen nicht dargestellt) und die Projektionslichtquelle 25 montiert.
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Indem das Aufnahmeelement 22 so
in der Reflexionsrichtung angeordnet wird, wird die Verzerrung des
Bildes im Vergleich zur Montage des Elements in der Durchlassrichtung
verbessert, da die Verzerrung des Bildes durch die Differenz von
Einfallswinkeln auf den Spiegel 24 erscheint.