JP2000055812A - 照明系を備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で照明ムラがなく、照度も確保できる照
明を行うことができる撮像装置を提供する。 【解決手段】 レリーフのある被照明物としてのプリン
ト基板３に光を落射照明する照明系と、該照明系による
前記プリント基板３からの反射光を受光して画像を得る
撮像部６とを有する撮像装置において、前記照明系は、
面光源としての散乱板１を有すると共に、該散乱板１と
前記プリント基板３との間に配置される半透鏡４を備
え、該半透鏡４は、前記散乱板１からの光を前記プリン
ト基板３側に透過する平板状基板４ａを有すると共に、
前記プリント基板３からの光を前記撮像部６に向けて反
射する傾斜面４ｂが前記平板状基板４ａに形成して構成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、写真や画像処理
欠陥検査装置や画像処理計測装置等に用いられ、物体表
面にレリーフのある光沢面を撮像する場合の照明系を備
えた撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、プラスチック成形部品のよう
な凹凸のある光沢面、半田付けのような立体形状の金属
表面、ビンの蓋や王冠にレリーフ状に形成された模様
面、コインの表面、ペンダント等の宝飾品、表面に模様
のある歯車や座金、時計の文字盤等、レリーフのある光
沢面を撮像する場合や、その画像を用いて欠陥検査や寸
法の計測等をする装置には、通常、被照明物を照明する
照明系を備えた撮像装置が設けられている。

【０００３】このような立体形状をもつ被照明物の照明
方法として、落射照明や斜方照明を用いた照明方法が知
られており、又、特願平９ー３６２６６２号の特許出願
では、一様な明るさを持つ面照明を用いて、撮像光学系
の物体側開口数よりも大きな開口数を持つインコヒーレ
ント照明に近い照明方法が提案されている。

【０００４】図４には、特願平９ー３６２６６２号に記
載されている照明装置と撮像装置を示す。図中符号１０
１は入射した光を拡散する散乱板で、被照明物であるプ
リント基板１０４の照明面積よりも広く形成されてい
る。また、散乱板１０１を照明する照明光学系１０２に
は、図示していないが、多数の光ファイバーが一定間隔
で、散乱板１０１の略全面に対応して配置されており、
散乱板１０１を略全体に渡って均一に照明するようにし
ている。さらに、散乱板１０１の下方には、散乱板１０
１により散乱された光の一部を反射し、見かけ上面光源
を大きくする反射部材１０３が配置されている。

【０００５】そして、散乱板１０１からなる拡散面光源
と、被照明物であるプリント基板１０４の間には、半透
鏡１０６が配置され、プリント基板１０４には散乱板１
０１からの光を照明し、プリント基板１０４から散乱さ
れる光を半透鏡１０６によって側方に反射して撮像レン
ズ及びエリアＣＣＤを含む撮像部１０７に導くように照
明を含んだ撮像装置が構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、レリーフのある被照明物（プリン
ト基板１０４）を撮像するときに、レリーフのエッジ部
と、その他の部分とのコントラストが略明確になるよう
に照明することができるが、実際に半透鏡１０６を拡散
面光源（散乱板１０１）と被照明物（プリント基板１０
４）の間に配置する場合、撮像するエリアをカバーし、
且つ、拡散面光源をもカバーするような大きな半透鏡１
０６を配置する必要がある。

【０００７】してみれば、図４に示すような小型の半透
鏡１０６を配置すると、被照明物（プリント基板１０
４）に照明される光には、半透鏡１０６を透過する光
と、透過しない光が混在し、照明される光の方向による
ムラが生じる。また、実際には、半透鏡１０６は、図５
に示すように、金属の支持部材１０８により支持される
ので、この支持部材１０８による照明光の遮蔽も発生
し、これによっても照明光の方向によるムラを生じるこ
とになる。このような影響を防ぐために、図６に示すよ
うに、半透鏡１０６のサイズを単純に大きくして配置す
ると、拡散面光源（散乱板１０１）と被照明物（プリン
ト基板１０４）の間の空間的な距離が増大し、被照明物
（プリント基板１０４）位置での照度の低下を招いてし
まうという問題を生じる。

【０００８】そこで、この発明は、上記問題点に鑑み、
小型で照明ムラがなく、照度も確保できる照明を行うこ
とができる撮像装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１に記載された発明は、レリーフのある被照
明物に光を落射照明する照明系と、該照明系による前記
被照明物からの反射光を受光して画像を得る撮像部とを
有する撮像装置において、前記照明系は、面光源を有す
ると共に、該面光源と前記被照明物との間に配置される
半透鏡を備え、該半透鏡は、前記面光源からの光を前記
被照明物側に透過する平板状基板を有すると共に、前記
被照明物からの光を前記撮像部に向けて反射する傾斜面
が前記平板状基板に形成されて構成された照明系を備え
た撮像装置としたことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載の構成に加え、前記平板状基板の、前記被照明物に
対向する面側に、前記傾斜面が形成されることにより、
前記半透鏡は、段差形状を呈していることを特徴とす
る。

【００１１】請求項３に記載された発明は、請求項１に
記載の構成に加え、前記平板状基板の端面が斜めにカッ
トされることにより、前記傾斜面が形成されていること
を特徴とする。

【００１２】請求項４に記載された発明は、請求項１乃
至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記平板状基板
の前記被照明物に対向する面に半透膜を施したことを特
徴とする。

【００１３】請求項５に記載された発明は、請求項１乃
至４の何れか一つに記載の構成に加え、前記平板状基板
の前記面光源に対向する面に反射防止膜を施したことを
特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１５】［発明の実施の形態１］図１及び図２は、
この発明の実施の形態１を示す。ここでは、この実施の
形態１の撮像装置を用いて、レリーフのある被照明物、
例えば表面に半田付けされた部分（レリーフ）を有する
プリント基板３を撮像する場合について説明する。

【００１６】まず、構成を説明すると、図１中、符号１
は、入射される光を拡散して射出する「面光源」として
の散乱板で、この実施の形態では、オパールガラスを用
いている。この散乱板１は、ガラスやアクリル樹脂など
の表面をエッチングや砂かけ処理したものを用いても良
い。

【００１７】この散乱板１の図中上方には、照射光学系
２が配置されており、これによって散乱板１の略全体に
渡って光を照射するようにしている。この照明光学系２
は、図示していないが、多数の光ファイバが一定間隔
で、その散乱板１の略全面に対応して配置されることに
より、この散乱板１を略全体に渡って均等に照明するよ
うに構成されている。

【００１８】なお、散乱板１は、「被照明物」であるプ
リント基板３の撮像エリアのサイズより広く形成されて
いる。

【００１９】そして、散乱板１とプリント基板３との間
には、散乱板１のサイズ以上の有効径を持つ半透鏡４が
配置されており、プリント基板３に遮蔽のない照明を与
えている。

【００２０】プリント基板３の表面で散乱された光は、
半透鏡４の傾斜面４ｂの反射により側方に導かれ、その
後方に配置される撮像レンズ及びエリアＣＣＤを含んだ
撮像部６によってプリント基板３の表面を撮像するよう
になっている。

【００２１】図２には、この実施の形態において用いて
いる半透鏡４等の構成と、プリント基板３の撮像エリア
に対して照明される代表的な光線４１〜４５を示してい
る。

【００２２】その半透鏡４は、散乱板１とプリント基板
３との間に配置され、図２に示すような断面構造で、散
乱板１からの光をプリント基板３側に透過する平板状基
板４ａを有し、この平板状基板４ａの下面側（プリント
基板３に対向する面側）には、略４５°の斜度を持つ傾
斜面４ｂが形成されることにより、段差形状を呈してい
る。そして、この平板状基板４ａの下面側（プリント基
板３と対向した面側）の、傾斜面４ｂと平面４ｃとに
は、半透膜４ｄが施され、散乱板１から発せられる光束
は、すべてその半透膜４ｄを透過して被照射面に達す
る。

【００２３】この被照射面に対向した平面４ｃと傾斜面
４ｂでは、光の入射角が異なるので、異なる組成の半透
膜４ｄを用いた方が好ましいが、入射角による半透膜４
ｄの特性の変化が顕著でなければ同じ組成の半透膜４ｄ
を用いても構わない。また、場合によっては、半透膜４
ｄを施さずに、平板状基板４ａ自体の反射を利用するこ
ともできる。実用上は、撮像時の光量を無駄なくするた
めに、半透膜４ｄの透過率・反射率の比は略１：１とす
ることが望ましい。

【００２４】また、平板状基板４ａの上面の、散乱板１
に対向する平面には、反射防止膜４ｅが施されている
が、光量ロスや照明ムラに対する影響が少なければ施さ
なくても良い。

【００２５】さらに、その平板状基板４ａは、散乱板１
と同程度の有効径を持つ平行平面板４ｆと、この略半分
の大きさで、端面を４５°の斜度でカットした平行平面
板４ｇとを接合して構成している。そのカット面による
段差Ｈ、つまり、平行平面板４ｇの厚さは、撮像部６の
撮像レンズのＮＡと入射瞳位置、プリント基板３と半透
鏡４の距離等によって決まるが、被照射面（プリント基
板３）の大きさ、撮像部６と照明装置（照明光学系２）
などの位置や大きさに応じて、半透鏡４の傾斜面４ｂの
角度は任意に選択すればよい。

【００２６】また、半透鏡４は、面光源の大きさ以上の
有効径を有しているので、図５に示すような平行平面板
型の小型の半透鏡１０６で問題になる支持部材１０８に
よる遮蔽の問題や、図６に示すように、遮蔽を避けるた
めに大きな平行平面板の半透鏡１０９を配置することに
よって面光源が被照射面から離れてしまうという問題が
解消され、小型で、照明ムラがなく、照度も確保できる
照明系を構成することができ、図２に示すように、被照
射面（撮像エリア）の中心に達する光線４１〜４５のよ
うに、面光源から遮蔽なく照明を与えることが可能とな
る。これは、撮像エリアの他の位置でも同様である。

【００２７】但し、図４の（ａ）のような構成をとる場
合、支持部材１０８をガラスで構成すれば遮蔽を避ける
ことが出来る。この考えに基づいて考えられる方式は次
に示す実施の形態２である。

【００２８】［発明の実施の形態２］図３には、この発
明の実施の形態２を示す。

【００２９】この実施の形態２は、上記実施の形態１と
略同様であるが、半透鏡９の形状が相違する。

【００３０】すなわち、この半透鏡９は、散乱板１の略
半分の大きさの平板状基板９ａの端面を４５度の斜度で
カットすることにより、傾斜面９ｄが形成されている。
そして、この平板状基板９ａの面光源に対向する上面側
の平面には、反射防止膜９ｂが施されている。この場合
も、光量ロスや照明ムラに対する影響が少なければ、平
板状基板９ａのままでよい。また、ここでは、平板状基
板９ａの被照射面（プリント基板３）に対向する下面側
の平面９ｃと傾斜面９ｄとには、半透膜は施されていな
い。

【００３１】図３には、被照射面（プリント基板３）の
中心に達する代表的な光線７１〜７５を示すが、半透鏡
９を透過する光線７２〜７５と、半透鏡９を透過しない
光線７１との透過率の差は、半透鏡９の屈折率を１．５
とすると、光線７１の透過率１００％に対して光線７２
〜７５の透過率は約９２％であり、この程度の差を問題
としない場合には、この実施の形態２のようなより簡易
な構成をとることが可能である。この実施の形態２の構
成は、コスト等の面でも大変有利である。

【００３２】なお、上記実施の形態では、円形の散乱板
１を面光源として用いた説明をしたが、特願平９ー３６
２６６２号に提案されているように、散乱板を覆う円筒
ミラーを用いて、開口数可変の落射照明を用いても良い
し、又、円形散乱板面光源のみならずドーム状の拡散光
源を用いることもできる。

【００３３】また、撮像の方法としては、同様に特願平
９ー３６２６６２号に提案されているように、被照射面
を走査してライセンサにより画像を得る方式を合わせて
利用することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、各請求項に記
載された発明によれば、照明光と撮像光を分離する半透
鏡の形状を傾斜面を有する平板状基板、或いは、端面を
傾斜面にした平板状基板とすることで、照明ムラがな
く、照度も確保でき、プラスチック成型部品のような凹
凸のある光沢面、半田付けのような立体形状の金属表
面、ビンの蓋や王冠にリレーフ状に形成された模様面、
コインの表面、ペンダント等の宝飾品、表面に模様のあ
る歯車や座金等、リレーフのある光沢面を撮像するとき
の画像の不安定要因を除去でき、面に付いた汚れ等を明
瞭に撮像することが可能な照明を与えられると共に、小
型の照明系を構成することができる。

【００３５】請求項３に記載された発明によれば、上記
効果に加え、半透鏡の形状が単純であるため製造が簡単
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る撮像装置の概略
斜視図である。

【図２】同実施の形態１に係る撮像装置の概略正面図で
ある。

【図３】この発明の実施の形態２に係る撮像装置の概略
正面図である。

【図４】既に特許出願されている撮像装置の概略図であ
る。

【図５】半透鏡を支持部材で支持した状態を示す撮像装
置の概略図である。

【図６】半透鏡を大型にした場合の撮像装置の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 散乱板（面光源） ２ 照明光学系 ３ プリント基板（被照明物） ４，９ 半透鏡 ４ａ，９ａ 平板状基板 ４ｂ，９ｄ 傾斜面 ４ｄ 半透膜 ４ｅ，９ｂ 反射防止膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA61 AA65 AA81 AB01 AB07 AB14 BA20 BB20 CA03 CB01 CB05 CC11 CD03 GC04 GC13 GC17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レリーフのある被照明物に光を落射照明
   する照明系と、該照明系による前記被照明物からの反射
   光を受光して画像を得る撮像部とを有する撮像装置にお
   いて、 前記照明系は、面光源を有すると共に、該面光源と前記
   被照明物との間に配置される半透鏡を備え、該半透鏡
   は、前記面光源からの光を前記被照明物側に透過する平
   板状基板を有すると共に、前記被照明物からの光を前記
   撮像部に向けて反射する傾斜面が前記平板状基板に形成
   されて構成されたことを特徴とする照明系を備えた撮像
   装置。
2. 【請求項２】 前記平板状基板の、前記被照明物に対向
   する面側に、前記傾斜面が形成されることにより、前記
   半透鏡は、段差形状を呈していることを特徴とする請求
   項１記載の照明系を備えた撮像装置。
3. 【請求項３】 前記平板状基板の端面が斜めにカットさ
   れることにより、前記傾斜面が形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の照明系を備えた撮像装置。
4. 【請求項４】 前記平板状基板の前記被照明物に対向す
   る面に半透膜を施したことを特徴とする請求項１乃至３
   の何れか一つに記載の照明系を備えた撮像装置。
5. 【請求項５】 前記平板状基板の前記面光源に対向する
   面に反射防止膜を施したことを特徴とする請求項１乃至
   ４の何れか一つに記載の照明系を備えた撮像装置。