JP2004310695A - Image distinction sensor with underexposure compensation function - Google Patents

Image distinction sensor with underexposure compensation function Download PDF

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JP2004310695A
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Atsushi Okazoe
篤 岡副
Tsunehiro Tomita
常弘 富田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated image distinction sensor not generating imperfect image pickup by underexposure. <P>SOLUTION: This integrated image distinction sensor has: a solid-state image sensor 24; a lens holder 17 provided with a lens optical system 30 forming an image of a detection object on the solid-state image sensor; and a detection object-irradiating light source surrounding the lens holder or disposed close to the holder. The integrated image distinction sensor is provided with auxiliary light sources 25a, 25b around the solid-state image sensor, and has a diffusible/light-transmissible plate body 29 having diffusibility/light-transmissibility for diffusively radiating light emitted from the auxiliary light sources onto the solid-state image sensor, formed with an aperture 29b allowing the formation of an image forming optical path from the lens optical system to the solid-state image sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像判別センサ、特に製造ライン上を移動する物体の形状又は物体に張付けられたシールなどを撮像・比較することによって物体の欠損や良否判断、及びマーク認識等を行うに適した画像判別センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、画像判別センサには、良好な画像を得るための手段として、対象物品を照明するための装置をカメラと共に用いることが不可欠であり(例えば、特許文献1参照)、その照明においては照明ムラを少なくするためのリング照明や(例えば、特許文献2参照)、LEDを多数取り付けた照明装置 (例えば、特許文献3参照)等が提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平9‐259278号公報(要約、及び図1〜図5参照)
【0004】
【特許文献2】
特開2002−319021号公報(図3参照)
【0005】
【特許文献3】
特開平10‐320538号公報(図2、及び図6〜図8参照)
【0006】
一方、撮像装置では高速、高精度要求に応えてカメラの画素数を増加させたり、撮像素子の感度のバラツキを校正するためにカメラ視野内に光拡散板を設ける等の対策が講じられている(例えば、特許文献4参照)。
【0007】
【特許文献4】
特開2002−318200号公報(要約、及び図1、図2参照)
【0008】
このように画像判別センサにおいては、照明装置を用いて対象物体を照射し、その反射光をCCDなどの固体撮像素子で撮像・処理するものであるから、その撮像に当たって出来るだけ良好な画像データを得ることを至上命題としている。しかしながら、撮像条件が過酷な場合、特に製造ライン上を高速で移動する物体を撮像する場合等には、上のような種々の試みも効果的ではなかったのが実情である。
【0009】
また、対象物体を照射し、その反射光をCCDなどの固体撮像素子で撮像・処理する画像判別センサにおいては、照明装置として単一色、例えば赤色のLEDを複数個配置し、撮像・処理によって対象物の二次元情報を取得する方式として確立されたものが大半であり、上述した特許文献1〜4に記載されたものも、その例にもれない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第1の課題として、画像判別センサを精密生産ラインなどの多様な検査工程に適合させるために、検出物体照射用光源を付設したコンパクトな一体型とするには、この照射用光源と固体撮像素子への結像レンズ系の大きさを可能な限り小さくする必要があるが、それらを小さくすると、検出物体への光照射量が減少するとともに、結像レンズ系を通して固体撮像素子に入射する光量も減少し、検出物体像のコントラスト(S/N 比)が悪くなる。さらに高速で移動する物体においては、高速になればなるほど露光時間が短くなり、通常速度では得られていた画像判別可能なレベルの出力が得られないことになる。これは、絶対的な撮像素子出力の不足を意味するため、増幅系における感度調整では解決できないものである。
【0011】
本発明の第2の課題は、照明装置として一色ごとに発光する多色光源を用いることにより、対象物に生ずる輝度差を利用したマーク等識別法を提供することであるが、この課題の解決手段については、上記第1の課題を解決するための複数の手段を説明した後に説明する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的構成は、固体撮像素子と、検出物体の像をその固体撮像素子に結像するレンズ光学系を備えた画像判別センサにおいて、前記固体撮像素子の周囲に補助光源を設けると共に、前記補助光源から出た光を前記固体撮像素子に拡散照射するための拡散・導光性を有し、且つ前記レンズ光学系から固体撮像素子に至る結像光路を通すための開口を形成してなる拡散・導光性板体を装備したものである。
【0013】
上記の構成は、補助光源から拡散・導光性板体を経て固体撮像素子に拡散照射される光により、高速撮像の場合の絶対的な露光不足を解消し、常時一定の露光量の上に、検出物体からの光 (画像光入力)を固体撮像素子に入射させ、画像判別可能とするものである。
【0014】
本発明はさらに、前記レンズ光学系を包囲し若しくは同光学系に近接して配置された検出物体照射用光源と、前記レンズ光学系の前端及び検出物体照射用光源の正面を覆うカバーレンズとを備え、前記カバーレンズが前記検出物体照射用光源から発せられた光を検出物体に均一に照射するための光拡散機能を有する一体型画像判別センサを構成したものである。
【0015】
上記の更なる構成によれば、一体型センサを構成するため撮像光軸に近接して組込まれた検出物体照射用光源からの直射光線が検出物体に当たることを防止し、もし直射光線が当たっていたならば、その検出物体から固体撮像素子に向かって直接反射してくる光によりハレーション等の画像乱調が生じるであろうという不都合を生じないで、鮮明な画像が得られるものである。
【0016】
本発明はまた、前記一体型画像判別センサが更に、前記カバーレンズを装備したフロントパネルと、リアパネルと、これら両パネル間の四側面を覆う熱伝導体からなるケース部材とより組み立てられる筐体をもって前記一体型画像判別センサの外装とし、この筐体内に、前記検出物体照射用光源の裏面と熱伝達可能に接合された正面部を有する熱伝導性の放熱手段を収納するとともに、その放熱手段の翼部を前記ケース部材の内面に接触させたものである。
【0017】
上記の外装放熱構成は、主光源たる検出物体照射用光源 (以下「主光源」という。)が十分な光量を発するものであること、すなわちLED等の個数が多く発熱量も大きい場合に、放熱を促進し、一体型画像判別センサが温度上昇によって故障したり、異常を生じることがないようにしたものである。これは、前述した補助光源の助けを借りる前に、検出物体には高速処理を意図した十分な光量を照射すべきであることからして、きわめて有意義である。
【0018】
本発明はさらに、前記筐体内に、固体撮像素子及び補助光源を取り付けたプリント基板からなる撮像・画像処理ブロックと、ディスプレイ素子及び設定キーその他の使用者操作手段に連動するタッチセンサを取り付けたプリント基板からなるユーザーインターフェースブロックを装備し、前記リアパネルが、前記ディスプレイ素子の画面を観察するための窓と、前記使用者操作手段を露出させる表面部を有することを特徴とするものである。
【0019】
上記の構成によれば、一基の一体型画像判別センサごとに、固体撮像素子による撮像処理を、その撮像・画像処理ブロックにおいて制御すると共に、画像処理をも行うものである。使用者はまた、リアパネルの窓からディスプレイ素子の表示を参照し且つ使用者操作手段を用いて、画像処理結果が、検出物体の欠損や良否判断にとって最適な状態に設定できるため、センサ設置現場に応じた調整が可能となる。
【0020】
本発明はさらに、前述した第2の課題を解決するため、前記レンズ光学系を包囲し若しくは同ホルダに近接して配置された検出物体照射用光源を、2色あるいはそれ以上の色の各々において発光する光源の組み合わせとし、順次各色を発光させることにより、特定色の物体又はマーク等を、その特定色の光によって照射されたときと、他色の光によって照射されたときの画像の輝度差から検出するようにしたものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図7を参照して本発明の一体型画像判別センサの好ましい実施形態を説明する。図1及び図2に示す通り、一体型センサとしての外観構造は正面側におけるフロントパネル1、背面側におけるリアパネル2、及びその両パネル1,2間において上下左右の四側面を覆う金属等の熱伝導性物質からなるケース部材3とから構成される筐体をなしている。
【0022】
フロントパネル1の主要部はカバーレンズ4であり、正面から見ると、このカバーレンズ4と、その直後に配置されたフィルター(後述)を通して、センサ内部における対物レンズと周辺の高密度LED配置からなる主光源とが、透視される。一方、リアパネル2には窓5が形成され、その窓5内には、センサ内部でその直前に配置されたユーザーインターフェース中のディスプレイ素子6が位置している。リアパネル2には更に電源及び信号ライン用コネクタ端子7と、使用者操作手段としての設定キー8及びカーソルキー8a、8bが配置されている。
【0023】
図3は、好ましい実施形態における一体型画像判別センサの分解斜視図である。フロントパネル1の裏面には主光源9を固定するための4個の雌ネジブロック10a、10b・・・が突設され、主光源9の支持プリント基板11の外縁に設けた取り付け孔に挿通したネジ12を受け入れ、この主光源9を固定支持できるようになっている。
【0024】
主光源9の高密度LED配置9aは、対物レンズ等を支持したレンズホルダを挿通するための中心開口を有するLEDの環状配列であり、このLED配置9aの正面には検出物体への照射光の偏光方向を特定する偏光フィルタ13が配置される。この偏光フィルタ13にはLED配置9aと同様な中心開口を有し、この中心開口に対応する位置には、これに対応する大きさの同様な偏光フィルタ14が配置される。これにより、主光源9から照射された光は、偏光フィルタ13により特定角度に直線偏光して検出物体に当たり、検出物体から対物レンズに向かってくる光は偏光フィルタ14で更に偏光角度を変えられるため、検出物体での直接反射光は入射せず、その撮像を妨害しない構成となっている。
【0025】
ケース部材3とリアパネル2は、長ネジ15をそれらの四隅の孔に挿通し、フロントパネル1の裏面に設けられた対応するネジ孔(図示せず)に螺合させることにより一体化され、その内側に、前述した主光源9のほか、主光源9のための放熱板16、固体撮像素子を含むレンズホルダ17とそれを取り付けた基板とからなる撮像・画像処理ブロック18、及びディスプレイ素子6を取り付けたプリント基板からなるユーザーインターフェースブロック19が固定支持される。
【0026】
次に図4及び図5を参照し、実施例の一体型画像判別センサを組立てたときに、好ましいセンサ機能を実行する前提となる内部構造を説明する。図4は主光源のLED配置9aと、フロントパネル1のカバーレンズ4との関連構造を示すもので、(a)はカバーレンズ4のみを被せたものとして主光源9のLED配置9aを正面から見た図であり、(b)はその正面図(a)のA−A矢視線に沿って見た要部断面図である。カバーレンズ4の裏面はLED配置9aの樹脂製保持基板20における中心開口21の軸線、すなわち光軸からの半径位置に応じたLED円周配列ごとに、凹レンズとして対向するように、円周状凹面22a,22b,22c,を順次形成する。従って、円周状凹面はLED円周配列数に応じた段数だけ形成される。
【0027】
これにより、各LEDからの発光はカバーレンズ4を拡散放射状に透過するため、検出物体が集中照射されて、直接反射光が大量に帰ってくることによる画像の乱れを阻止することが出来る。なお、カバーレンズ4とLED配置9aとの間には、前述したように検出物体からの直接反射光を撮像素子に入射させないための、薄い偏光フィルタ13,14が存在するが、図4においては複雑化を避けるため、その図示を省略してある。
【0028】
図5は(a)LED配置9aを有する主光源9と放熱板16との関係を主とする筐体内構造、及び (b)放熱板16の後方に位置するユーザーインターフェースブロック19の正面(センサ構造の背面側に位置する面)を、それぞれ示したものである。同図(a)において、主光源9の支持プリント基板11の裏面には、放熱板16の正面部緩衝用として、例えばシリコンゴムからなる熱伝導シート23が圧接している。熱伝導シート23は熱伝導率が高く電気絶縁性にも優れており、プリント基板11との接触面積が大きく、厚みも薄いため、LEDによる発熱量をプリント基板11から放熱板16本体へ十分に伝達する。
【0029】
放熱板16本体は熱良導体である銅板等からなり、略直角に折り曲げられたその上下翼部が、金属製ケース部材3の上下内側面に圧接し、プリント基板11から受け取った熱量をこのケース部材3に伝導する。ケース部材3は、センサ構造の正面側及び背面側を除く大部分の上下左右側面を占めて十分な表面積を有すると共に、適当な熱容量を有するため、ある程度まで緩慢に温度上昇すると共に周囲空間に放熱し、筐体内の構造及び電気的特性を、温度上昇による劣化から守り、且つ使用者の安全を図るものである。
【0030】
図5(b)に示すとおり、ユーザーインターフェースブロック19には使用者モニター用のディスプレイ素子6が、リアパネル2の窓5(図2)に露出するように配置されていると共に、リアパネル2の設定キー8及びカーソルキー8a、8bに対応するタッチセンサ8a’、8b’及び8’が装備されている。
【0031】
本発明の核心を為す固体撮像素子の露光不足補償構造は、図6及び図7に示す通りに構成される。図6において、撮像・画像処理ブロック18の基板には固体撮像素子24が固定され、その素子24の上方及び下方位置にはこの場合、各一対の補助LED素子25a,25bが取り付けられる。補助LED素子25a,25bの各外側に隣接した位置には、レンズホルダ17のベース(ホルダベース)17aを固着するためのネジ26を挿通するための孔27が形成される。
【0032】
ホルダベース17aには、ネジ26のためのネジ孔28を有する四脚が後方に向かって突出し、ネジ(26)により、これら四脚の突端がブロック18の基板面に固着されると、その基板面とホルダベース17aの裏面との間には、固体撮像素子24の取り付け厚さだけでなく、更なる余裕空間が生じるため、ここに前記補助LED素子25a,25bから出た光を固体撮像素子24に拡散照射する拡散・導光性板体としての導光ゴム29が配置される。導光ゴム29は固体撮像素子24を覆う裏面段落と、ホルダベース17aの裏面開口に入る正面ボス状部29aを有し、更にこのボス状部29aと本体部とを通じてレンズホルダ17のレンズ筒30から固体撮像素子24に至る結像光学系の形成を許容するための開口を有している。なお、導光ゴムのボス状部29aの正面には、所望に応じた特性の波長選択フィルタ31があてがわれる。
【0033】
かくして、撮像・画像処理ブロック18の基板に、上述したレンズ筒30までの構成部材を組み付け固定して得られる一体化構造は図7に示すごとくになる。これにより、補助LED素子25a,25bから出た光は導光ゴム29内に入射して散乱するもの、その外側面に達して導光ゴム内部に乱反射するものとが渾然一体となり、内側面29bから滲み出すようにして、固体撮像素子24上に均一に拡散して薄明照射する。この薄明照射は、前述した通り、検出・撮像光路を十分に許容する導光ゴム29の開口内側面29bから出るものであるため、レンズ筒30を通って固体撮像素子24上に達する検知・撮像光路中の光線32の信号性には影響しない。
【0034】
図8は、上記のごとく構成された実施例のセンサ構造で採用した固体撮像素子の一般的な光入力/電気出力特性を示すグラフである。横軸は固体撮像素子に入射する平均光強度、縦軸は出力信号強度であり、入射光強度がゼロからある微弱な強度L1までの範囲にあると、電気出力はゼロからノイズレベルの上限、すなわち有為信号強度の開始レベルO1までの不安定な範囲となり、入射光強度がこのL1を越えて飽和レベルL2に達するまでの間で変化して初めて、電気出力は入射光強度に対応したO1〜O2の範囲内の所定値となる。入射光強度が飽和レベルL2を越えると、出力はO2で飽和し、光入力に対応しなくなる。
【0035】
したがって、固体撮像素子への光入力強度はL1〜L2の範囲内になければ、出力のゲインを如何に調整してもノイズレベル又は飽和レベルにある光入力強度は検出できないことになる。本発明の場合、補助LED素子25a,25bから出た光を導光ゴム29内において渾然一体とし、その内側面29bから滲み出すようにした、固体撮像素子24上への均一な薄明照射により、有為な光入力強度L1以上の一定の光入力を与え、検出物体の撮像光入力はこの上に重なって、画像を再現し得るものとなる。
【0036】
また、明るい撮像光入力が容易に飽和レベルL2を越えないように、主光源9の適度な設定や、迷光の阻止等、周知の光学技術設計が採用される。主光源9を構成するLED配置9aは、例えば16ミリ秒間隔でオン/オフされる。この場合はモノトーン検出であるが、選択的にLED配置9aを青色と赤色、又はこれら一色と白色との組み合わせ等、2色あるいはそれ以上の色の各々を発光するLEDの組み合わせとし、例えば16ミリ秒間隔で順次発光させることにより、特有色の物体又はマーク等を、その特有色の光によって照射されたときと、他色の光によって照射されたときのマーク等の輝度差から検出することが出来る。
【0037】
従来例によってマーク等を識別する場合、図9(a)に示すように、例えば白地33内の文字マーク「A」34が赤色であるとき、赤色単一波長光による照明であれば、白地33の輝度と文字マーク34の輝度は実質的に等しくなり、両者のコントラストは得られなくなるため、(b)のごとく、文字マーク34’は白地33’に対してまったく認識できないか、又は殆ど認識できないほど不鮮明となる。
【0038】
本発明の多色照射における図10に示した実施例では、前述した図9(a,b)の過程と同様に、まず図10(a)において、赤色文字マーク「A」34への赤色単一波長光による照明と撮像を行って(b)の等輝度(白背景地へのマーク埋没)画像データを記憶し、次に青色単一波長光による照明と撮像を行って(c)のごとく輝度差 (白地高輝度/赤マーク低輝度)を得る。更に(b)及び(c)の画像輝度データの差分画像を求めると、(d)のごとく赤色単一波長光による照明と青色単一波長光による照明との間で輝度差の殆ど生じない白地33は、不要な素地33”として黒く映し出され、赤色単一波長光による照明と青色単一波長光による照明との間で輝度差の大きい文字マーク34は、白抜き文字34”として映し出される。これらの処理は前述した撮像・画像処理ブロック18により行われる。
【0039】
次に、従来例によって視野内に背景35を含む白地33中のマーク (この場合、白地33の一角に表示された四角いマーク36)を識別する場合、図11(a)に示すように、例えば白地33内のマーク36が赤色であるとき、赤色単一波長光による照明であれば、白地33の輝度とマーク36の輝度は実質的に等しくなり、両者のコントラストは得られなくなるため、(b)のごとく、マーク36’は白地33’に対してまったく認識できないか、又は殆ど認識できないほど不鮮明となる。
【0040】
そこで、対象物を青色の単一波長光のみによって照射すると、白地33の輝度と赤色マーク36の低輝度との顕著な差が生じ、十分なコントラストを得ることができる。しかし、背景35の画像も(c)において35’で示すように低輝度であり、赤色マーク画像36’との識別が困難となる。
【0041】
このような場合、本発明の図12に示した実施例では、まず図11(a〜c)の過程と同様に、図12(a)において背景35中の白地33と赤色マーク36への赤色単一波長光による照明と撮像を行って(b)の等輝度(白地へのマーク埋没)画像データを記憶し、次に青色単一波長光による照明と撮像を行って(c)のごとく白地輝度差 (白地高輝度/赤マーク及び背景低輝度)を得る。更に(b)及び(c)の画像輝度データの差分画像を求めると、(d)のごとく赤色単一波長光による照明と青色単一波長光による照明との間で輝度差の殆ど生じない白地33は、不要な素地33”として黒く映し出され、赤色単一波長光による照明と青色単一波長光による照明との間で輝度差の大きいマーク36は、暗く映し出された白地33”と背景33”からの白抜きマーク36”として映し出される。これらの処理は前述した撮像・画像処理ブロック18により行われる。
【0042】
上記の通り、本発明の多色照射においては、
(1)一般に単一色光の照射により対象物白地上のマーク検出を行うとき、その光が同色のマークと白地に照射されてもその波長は同様に反射され、白地との輝度差が実質的に生じないために白地画像に埋没し検出できないという欠点を解消する。これは2色の光照射による対象物の各輝度の差分画像で、輝度差のあるマーク部分を輝度差のない白地(黒い画像)から白抜きしたように、撮像した画像の中から検出したい対象(マーク)のみを抽出できるからである。
(2)また、対象物だけではなく背景も含まれる中から、対象物白地上のマーク検知出を行うとき、背景とマーク、もしくは白地とマークとの輝度差が実質的に生じないために、背景画像もしくは白地画像に埋没し検出できないという欠点を解消する。これは2色の光照射による対象物の各輝度の差分画像で、輝度差のあるマーク部分を輝度差のない白地(黒い画像)と背景(黒い画像)から白抜きしたように、撮像した画像の中から検出したい対象(マーク)のみを抽出できるからである。背景空間にも照射される光は実質的に反射されることがなく、赤色単一波長光及び青色単一波長光の各照射時のそれぞれの場合の(背景画像の)輝度差は生じないため、背景も白地と同様に黒い画像となる。
(3)外乱光による影響を受けない。これは、上記のように赤色単一波長光及び青色単一波長光をそれぞれ照射した場合の対象物表面の輝度を求める上で、外乱光があれば各照射時における輝度の絶対値そのものは変化するが、それらの輝度差を求めれば外乱光による変化分は捨象され、相対値は変化しないため影響を受けなくなるからである。
(4)固体撮像素子(CCDなど)を用い、照明手段及び画像処理手段 (画像判別手段)と共に組込んだことにより、単なる点・線情報 (一次元情報)のみでなく、二次元画像情報を容易に得ることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明は固体撮像素子に結像するレンズ光学系を備えた一体型画像判別センサにおいて、固体撮像素子の周囲に補助光源を設け、且つその補助光源から出た光を固体撮像素子に拡散照射するとともに、レンズ光学系から固体撮像素子に至る結像光路の形成を許容する開口をもった拡散・導光性ゴム板体を装備したものであるため、その拡散照射光により、高速撮像の場合の絶対的な露光不足を解消し、常時一定の露光量の上に、検出物体からの光 (画像光入力)を固体撮像素子に入射させ、明確な画像判別を可能としたものである。
【0044】
本発明はさらに、前記レンズ光学系を包囲するか、又は同光学系に近接して配置された検出物体照射用光源と、前記レンズ光学系の前端及び検出物体照射用光源の正面を覆うカバーレンズとを備え、前記カバーレンズが前記検出物体照射用光源から発せられた光を検出物体に均一に照射するための光拡散機能を有する一体型画像判別センサを構成し、撮像光軸に近接して組込まれた検出物体照射用光源からの直射光線が検出物体に当たることを防止し、検出物体の鮮明な画像が得られるようにしたものである。
【0045】
本発明はさらに、一体型画像判別センサを、前記カバーレンズを有するフロントパネルと、リアパネルと、これら両パネル間の四側面を覆う熱伝導体からなるケース部材とより組み立てられる筐体内において構造化し、更にこの筐体内に前記主光源の裏面と熱伝達可能に接合された正面部を有する熱伝導性の放熱手段を収納するとともに、その放熱手段の翼部を前記ケース部材の内面に接触させて、主光源たる多数のLEDからの比較的大きい発熱量を蓄積することなく放熱させ、一体型センサが温度上昇によって故障したり、異常を生じることがないようにしたものである。これは、高速処理ライン中の検出物体には十分な大きさの光量を照射すべきであることからして、きわめて有意義であることがわかる。
【0046】
本発明はさらに、一個の筐体内に、撮像・画像処理ブロックと、ディスプレイ素子及び設定キーその他の使用者操作手段に連動するタッチセンサを取り付けたユーザーインターフェースブロックを装備し、リアパネルが、ディスプレイ素子の画面を観察するための窓と、使用者操作手段を露出させる表面部を有しているため、この一基の一体型画像判別センサごとに、固体撮像素子による撮像処理を制御すると共に、画像処理をも行うものである。使用者はまた、ディスプレイ素子の表示を参照し且つ使用者操作手段を用いて、画像処理結果が、検出物体の欠損や良否判断にとって最適な状態に設定できるため、センサ設置現場に応じた調整を可能にするものである。
【0047】
本発明はさらに、前記レンズ光学系を包囲し若しくは同ホルダに近接して配置された検出物体照射用光源を、2色あるいはそれ以上の色の各々において発光するLEDの組み合わせとし順次各色を発光させて、特定色の物体又はマーク等を、その特定色の光によって照射されたときと、他色の光によって照射されたときの対象物画像の輝度差から検出する等により、単色照明で同色対象物を検査する場合の不感応性の排除、外乱光による対象物画像の輝度変化を捨象した正確な画像認識等の効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態における一体型センサの正面側における外観構造を示す斜視図である。
【図2】図1の一体型センサの背面側における外観構造を示す斜視図である。
【図3】本発明の好ましい実施形態における一体型センサの分解斜視図である。
【図4】本発明の好ましい実施形態における主光源のLED配置と、フロントパネルのカバーレンズとの関連構造を示すもので、(a)はカバーレンズを被せたものとして主光源のLED配置を正面から見た図、(b)はそのA−A矢視線に沿って見た要部断面図である。
【図5】(a)はLED配置を有する主光源と放熱板との関係を示す断面図、(b)は放熱板の後方に位置するユーザーインターフェースブロックの正面(センサ構造の背面側に位置する面)を示す図である。
【図6】レンズホルダを有し、且つ固体撮像素子を固定した撮像・画像処理ブロックの分解斜視図である。
【図7】撮像・画像処理ブロックの基板に、レンズ筒までの構成部材を組み付け固定して得られる一体化構造を示す側断面図である。
【図8】実施例のセンサ構造で採用した固体撮像素子の一般的な光入力/電気出力特性を示すグラフである。
【図9】従来例によって(a)に示す着色マーク等を同色の光で識別しようとする場合、(b)のごとくマークが白地に対して殆ど認識できないほど不鮮明となることを示す模式図である。
【図10】図9(a,b)の過程と同様に、まず(a)で、赤色文字マーク「A」への赤色単一波長光による照明と撮像を行って(b)の等輝度(白背景地へのマーク埋没)画像データを記憶し、次に青色単一波長光による照明と撮像を行って(c)のごとく輝度差 (白地高輝度/赤マーク低輝度)を得、更にこれらの画像輝度データの差分画像を求めると、(d)のごとく白地は、不要な素地として黒く映し出され、赤色単一波長光による照明と青色単一波長光による照明との間で輝度差の大きい文字マークが白抜き文字として映し出されることを示す模式図である。
【図11】従来例によって視野内に背景を含む白地中のマークを識別する場合、(a)に示すように、例えば白地内のマークが赤色であるとき、赤色単一波長光による照明であれば、白地の輝度とマークの輝度は実質的に等しくなるため、(b)のごとく、マークは白地に対して殆ど認識できないほど不鮮明となることを示す模式図である。
【図12】図11(a〜c)の過程と同様に、(a)で背景中の白地と赤色マークへの赤色光による照明と撮像を行って(b)の等輝度(白地へのマーク埋没)画像データを記憶し、次に青色光による照明と撮像を行って(c)の白地輝度差 (白地高輝度/赤マーク及び背景低輝度)を得、更にこれらの輝度差分画像を求めて(d)で輝度差が殆ど生じない白地を暗く映し出し、輝度差の大きいマークはその暗い白地と背景からの白抜きマークとして映し出されることを示す模式図である。
【符号の説明】
1 フロントパネル
2 リアパネル
3 ケース部材
4 カバーレンズ
5 窓
6 ディスプレイ素子
7 コネクタ端子
8 設定キー
9 主光源
10a、10b 雌ネジブロック
11 支持プリント基板
13、14 偏光フィルタ
16 放熱板
17 レンズホルダ
18 撮像・画像処理ブロック
19 ユーザーインターフェースブロック
20 保持基板
21 中心開口
22a,22b,22c 円周状凹面
23 熱伝導シート
24 固体撮像素子
25a,25b 補助LED素子
29 導光ゴム
30 レンズ筒
31 波長選択フィルタ
32 検出・撮像光路中の光線
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image discrimination sensor, in particular, an image discrimination suitable for performing a defect or defective judgment of an object by performing imaging / comparison of a shape of an object moving on a production line or a sticker attached to the object, and mark recognition. It concerns a sensor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, it is essential for an image discrimination sensor to use a device for illuminating a target article together with a camera as a means for obtaining a good image (for example, see Patent Document 1). Ring illumination for reducing the number of pixels (for example, see Patent Document 2), and a lighting device equipped with a large number of LEDs (for example, see Patent Document 3) have been proposed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-259278 (refer to the abstract and FIGS. 1 to 5)
[0004]
[Patent Document 2]
JP-A-2002-319021 (see FIG. 3)
[0005]
[Patent Document 3]
JP-A-10-320538 (see FIG. 2 and FIGS. 6 to 8)
[0006]
On the other hand, in the imaging device, measures such as increasing the number of pixels of the camera in response to high-speed, high-precision requirements, and providing a light diffusion plate in the camera field of view to calibrate the variation in sensitivity of the imaging device are taken. (For example, see Patent Document 4).
[0007]
[Patent Document 4]
JP-A-2002-318200 (refer to the abstract and FIGS. 1 and 2)
[0008]
As described above, since the image discrimination sensor irradiates the target object using the illumination device and captures and processes the reflected light with a solid-state imaging device such as a CCD, image data as good as possible in the imaging is obtained. Obtaining a supreme proposition. However, when imaging conditions are severe, especially when imaging an object moving at high speed on a production line, the above various attempts have not been effective.
[0009]
In an image discrimination sensor that irradiates a target object and captures and processes the reflected light with a solid-state imaging device such as a CCD, a plurality of LEDs of a single color, for example, red, are arranged as an illumination device, and the target is captured and processed. Most of the methods have been established as methods for acquiring two-dimensional information of an object, and the methods described in Patent Literatures 1 to 4 described above are not examples.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As a first problem of the present invention, in order to adapt the image discrimination sensor to various inspection processes such as a precision production line, a compact integrated type equipped with a light source for illuminating a detection object is required. It is necessary to make the size of the imaging lens system for the solid-state imaging device as small as possible.However, when they are made smaller, the amount of light irradiation on the detection object decreases and the light enters the solid-state imaging device through the imaging lens system. The amount of light to be detected also decreases, and the contrast (S / N ratio) of the detected object image deteriorates. In the case of an object moving at a higher speed, the exposure time becomes shorter as the speed increases, and an output of a level at which the image can be discriminated, which has been obtained at the normal speed, cannot be obtained. This means that absolute output of the image sensor is insufficient, and cannot be solved by sensitivity adjustment in the amplification system.
[0011]
A second object of the present invention is to provide a method for identifying a mark or the like using a luminance difference generated in an object by using a multicolor light source emitting light for each color as a lighting device. The means will be described after describing a plurality of means for solving the first problem.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The basic configuration of the present invention is a solid-state image sensor, an image discriminating sensor including a lens optical system that forms an image of a detection object on the solid-state image sensor, and an auxiliary light source provided around the solid-state image sensor. The solid-state imaging device has a diffusion / light-guiding property for diffusing and irradiating light emitted from the auxiliary light source to the solid-state imaging device, and an opening for passing an imaging optical path from the lens optical system to the solid-state imaging device is formed. Equipped with a light diffusing and light guiding plate.
[0013]
The above configuration eliminates the absolute lack of exposure in the case of high-speed imaging by light that is diffused from the auxiliary light source to the solid-state imaging device via the diffusion / light guide plate, and constantly increases the exposure amount. In addition, light from a detection object (image light input) is made incident on a solid-state imaging device to enable image discrimination.
[0014]
The present invention further includes a detection object irradiation light source surrounding the lens optical system or disposed in close proximity to the optical system, and a cover lens that covers the front end of the lens optical system and the front of the detection object irradiation light source. The cover lens constitutes an integrated image discriminating sensor having a light diffusion function for uniformly irradiating the detection object with light emitted from the detection object irradiation light source.
[0015]
According to the above further configuration, it is possible to prevent a direct ray from a light source for detecting object irradiation incorporated in proximity to an imaging optical axis from forming on the detection object in order to form an integrated sensor. If this is the case, clear images can be obtained without inconvenience that image irregularities such as halation will occur due to light directly reflected from the detection object toward the solid-state imaging device.
[0016]
The present invention also has a housing in which the integrated image discriminating sensor is further assembled with a front panel equipped with the cover lens, a rear panel, and a case member made of a heat conductor covering four side surfaces between these two panels. As the exterior of the integrated image discriminating sensor, a heat conductive heat radiating means having a front part which is heat-transferably joined to the back surface of the light source for detecting object irradiation is housed in this housing, and the heat radiating means is provided. The wing is brought into contact with the inner surface of the case member.
[0017]
The above-mentioned exterior heat radiation structure is that the light source for detecting object irradiation (hereinafter referred to as “main light source”) as the main light source emits a sufficient amount of light. And the integrated image discrimination sensor is prevented from being broken down or abnormal due to a rise in temperature. This is very significant since the detected object should be illuminated with a sufficient amount of light intended for high-speed processing before the aid of the aforementioned auxiliary light source.
[0018]
The present invention further provides an imaging / image processing block comprising a printed circuit board on which a solid-state image sensor and an auxiliary light source are mounted, and a print sensor having a touch sensor interlocked with a display element and setting keys and other user operation means. A user interface block comprising a substrate is provided, and the rear panel has a window for observing a screen of the display element and a surface portion exposing the user operation means.
[0019]
According to the above configuration, the imaging process by the solid-state imaging device is controlled by the imaging / image processing block and image processing is performed for each of the integrated image discrimination sensors. The user can also refer to the display on the display element from the window of the rear panel and use the user operation means to set the image processing result to an optimal state for detecting the defect of the detected object or determining whether the sensor is good or bad. Adjustments can be made accordingly.
[0020]
The present invention further provides a light source for detecting object irradiation, which surrounds the lens optical system or is disposed in close proximity to the holder, in two or more colors in order to solve the second problem described above. By combining the light sources that emit light and sequentially emitting light of each color, the luminance difference between the image when an object or mark or the like of a specific color is illuminated with the light of the specific color and when illuminated with light of another color Is to be detected.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the integrated image discrimination sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the external structure of the integrated sensor includes a front panel 1 on the front side, a rear panel 2 on the rear side, and a heat source such as a metal covering the four upper, lower, left and right sides between the panels 1 and 2. And a case member 3 made of a conductive material.
[0022]
A main part of the front panel 1 is a cover lens 4 which, when viewed from the front, includes the cover lens 4 and an objective lens inside the sensor and a high-density LED arrangement in the periphery through a filter (described later) disposed immediately after the cover lens 4. The main light source is seen through. On the other hand, a window 5 is formed in the rear panel 2, and a display element 6 in a user interface arranged immediately before the sensor inside the sensor is located in the window 5. The rear panel 2 is further provided with a power and signal line connector terminal 7, a setting key 8 as user operation means, and cursor keys 8a and 8b.
[0023]
FIG. 3 is an exploded perspective view of the integrated image discrimination sensor according to the preferred embodiment. Four female screw blocks 10a, 10b,... For fixing the main light source 9 project from the back surface of the front panel 1, and are inserted into mounting holes provided on the outer edge of the support printed board 11 of the main light source 9. The main light source 9 can be fixedly supported by receiving the screw 12.
[0024]
The high-density LED arrangement 9a of the main light source 9 is an annular array of LEDs having a center opening for inserting a lens holder supporting an objective lens and the like, and the front of the LED arrangement 9a is used to emit light to a detection object. A polarization filter 13 for specifying the polarization direction is provided. The polarization filter 13 has a central opening similar to that of the LED arrangement 9a, and a similar polarization filter 14 having a size corresponding to the central opening is disposed at a position corresponding to the central opening. Thereby, the light emitted from the main light source 9 is linearly polarized at a specific angle by the polarizing filter 13 and hits the detection object, and the light coming from the detection object toward the objective lens can be further changed in the polarization angle by the polarizing filter 14. In this configuration, the direct reflection light from the detection object does not enter and does not disturb the imaging.
[0025]
The case member 3 and the rear panel 2 are integrated by inserting long screws 15 into holes at their four corners and screwing them into corresponding screw holes (not shown) provided on the back surface of the front panel 1. Inside, in addition to the main light source 9 described above, a radiator plate 16 for the main light source 9, an imaging / image processing block 18 including a lens holder 17 including a solid-state image sensor and a substrate to which the lens holder 17 is attached, and the display element 6. A user interface block 19 made of a printed circuit board is fixedly supported.
[0026]
Next, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, an internal structure on which a preferable sensor function is performed when the integrated image discrimination sensor of the embodiment is assembled will be described. FIGS. 4A and 4B show the related structure of the LED arrangement 9a of the main light source and the cover lens 4 of the front panel 1. FIG. 4A shows the LED arrangement 9a of the main light source 9 as viewed from the front with only the cover lens 4 covered. It is the figure which looked at, and (b) is the principal part sectional drawing seen along the AA arrow line of the front view (a). The rear surface of the cover lens 4 has a circumferential concave surface so as to face as a concave lens for each LED circumferential array corresponding to the axis of the central opening 21 in the resin holding substrate 20 of the LED arrangement 9a, that is, the radial position from the optical axis. 22a, 22b, 22c are sequentially formed. Therefore, the circumferential concave surface is formed by the number of steps corresponding to the number of LED circumferential arrays.
[0027]
Thus, since the light emitted from each LED is transmitted through the cover lens 4 in a diffuse radial manner, it is possible to prevent the image from being disturbed due to the concentrated irradiation of the detection object and the return of a large amount of directly reflected light. As described above, there are thin polarizing filters 13 and 14 between the cover lens 4 and the LED arrangement 9a to prevent light directly reflected from the detection object from being incident on the image pickup device. The illustration is omitted to avoid complication.
[0028]
FIGS. 5A and 5B show (a) an internal structure mainly including a relationship between the main light source 9 having the LED arrangement 9a and the heat radiating plate 16, and (b) a front surface of the user interface block 19 located behind the heat radiating plate 16 (sensor structure). Are located on the back side. In FIG. 3A, a heat conductive sheet 23 made of, for example, silicon rubber is pressed against the back surface of the support printed board 11 of the main light source 9 for buffering the front part of the heat radiating plate 16. The heat conductive sheet 23 has high thermal conductivity and excellent electrical insulation, has a large contact area with the printed board 11, and is thin, so that the heat generated by the LED can be sufficiently transferred from the printed board 11 to the heat radiating plate 16 body. introduce.
[0029]
The main body of the heat radiating plate 16 is made of a copper plate or the like, which is a good conductor, and its upper and lower wings, which are bent at substantially right angles, are pressed against the upper and lower inner surfaces of the metal case member 3 and the amount of heat received from the printed circuit board 11 is transferred to the case member. Conduction to 3. The case member 3 occupies most of the upper, lower, left and right sides except for the front side and the back side of the sensor structure, has a sufficient surface area, and has an appropriate heat capacity. In addition, the structure and electrical characteristics in the housing are protected from deterioration due to temperature rise, and safety of a user is achieved.
[0030]
As shown in FIG. 5B, the user interface block 19 has a display element 6 for a user monitor arranged so as to be exposed on the window 5 (FIG. 2) of the rear panel 2 and a setting key of the rear panel 2. 8 and touch sensors 8a ', 8b' and 8 'corresponding to the cursor keys 8a and 8b.
[0031]
The underexposure compensation structure of the solid-state imaging device which is the core of the present invention is configured as shown in FIGS. In FIG. 6, a solid-state imaging device 24 is fixed to a substrate of the imaging / image processing block 18, and a pair of auxiliary LED devices 25a and 25b are attached above and below the device 24 in this case. A hole 27 for inserting a screw 26 for fixing a base (holder base) 17a of the lens holder 17 is formed at a position adjacent to the outside of each of the auxiliary LED elements 25a and 25b.
[0032]
When the holder base 17a has four legs having screw holes 28 for screws 26 projecting rearward, and the tips of these four legs are fixed to the substrate surface of the block 18 by the screws (26), the substrate Between the surface and the back surface of the holder base 17a, not only the mounting thickness of the solid-state imaging device 24 but also a further extra space is generated, and the light emitted from the auxiliary LED elements 25a and 25b is transmitted to the solid-state imaging device here. A light guide rubber 29 as a diffusion / light guide plate for diffusing and irradiating 24 is disposed. The light guide rubber 29 has a back surface section covering the solid-state imaging device 24, and a front boss-like portion 29a that enters the back surface opening of the holder base 17a, and furthermore, the lens tube 30 of the lens holder 17 through the boss-like portion 29a and the main body. It has an opening for allowing formation of an imaging optical system from to the solid-state imaging device 24. A wavelength selection filter 31 having desired characteristics is applied to the front of the boss-like portion 29a of the light guide rubber.
[0033]
Thus, an integrated structure obtained by assembling and fixing the components up to the lens barrel 30 to the substrate of the imaging / image processing block 18 is as shown in FIG. As a result, the light emitted from the auxiliary LED elements 25a and 25b enters the light guide rubber 29 and is scattered, and the light reaching the outer surface and irregularly reflected inside the light guide rubber is completely integrated with the inner surface 29b. The light is uniformly diffused onto the solid-state imaging device 24 and illuminated with light. As described above, since the dim light is emitted from the inner surface 29b of the opening of the light guide rubber 29 that allows the detection / imaging optical path sufficiently, as described above, the detection / imaging reaches the solid-state imaging device 24 through the lens barrel 30. It does not affect the signal of the light beam 32 in the optical path.
[0034]
FIG. 8 is a graph showing general light input / electric output characteristics of the solid-state imaging device employed in the sensor structure of the embodiment configured as described above. The horizontal axis is the average light intensity incident on the solid-state imaging device, and the vertical axis is the output signal intensity. When the incident light intensity is in a range from zero to a weak intensity L1, the electric output is from zero to the upper limit of the noise level, In other words, the electric signal becomes unstable in the unstable range up to the start level O1 of the significant signal intensity, and the electric output is changed to O1 corresponding to the incident light intensity only when the incident light intensity changes from the level L1 to the saturation level L2. It becomes a predetermined value within the range of ~ O2. When the incident light intensity exceeds the saturation level L2, the output is saturated at O2 and no longer corresponds to the light input.
[0035]
Therefore, if the light input intensity to the solid-state imaging device is not within the range of L1 to L2, the light input intensity at the noise level or the saturation level cannot be detected no matter how the output gain is adjusted. In the case of the present invention, the light emitted from the auxiliary LED elements 25a and 25b is completely integrated in the light guide rubber 29, and is uniformly dimly irradiated on the solid-state imaging element 24 so as to seep out from the inner surface 29b. A constant light input of a significant light input intensity L1 or more is given, and the imaging light input of the detected object is superimposed on this, so that an image can be reproduced.
[0036]
Further, a well-known optical technology design such as appropriate setting of the main light source 9 and prevention of stray light is adopted so that a bright imaging light input does not easily exceed the saturation level L2. The LED arrangement 9a constituting the main light source 9 is turned on / off at intervals of, for example, 16 milliseconds. In this case, monotone detection is performed, but the LED arrangement 9a is selectively a combination of LEDs emitting two or more colors, such as blue and red, or a combination of one color and white, for example, 16 mm. By sequentially emitting light at intervals of seconds, it is possible to detect an object or a mark of a specific color from the luminance difference between the mark or the like when illuminated with the light of the specific color and when illuminated with light of another color. I can do it.
[0037]
When a mark or the like is identified according to a conventional example, as shown in FIG. 9A, for example, when the character mark “A” 34 in the white background 33 is red, if the illumination is a single wavelength red light, the white background 33 is used. Is substantially equal to the luminance of the character mark 34, and the contrast between the two cannot be obtained. Therefore, the character mark 34 'cannot be recognized at all or hardly recognized with respect to the white background 33' as shown in FIG. The more blurred it becomes.
[0038]
In the embodiment shown in FIG. 10 in the multicolor irradiation of the present invention, first, as shown in FIG. 9 (a, b), first, in FIG. Illumination and imaging with one-wavelength light are performed to store the image data of (b) equal luminance (embedment of a mark on a white background), and then illumination and imaging with blue single-wavelength light are performed as shown in (c). Obtain the luminance difference (white background high luminance / red mark low luminance). Further, when a difference image between the image luminance data of (b) and (c) is obtained, as shown in (d), there is almost no difference in luminance between the illumination with the single red wavelength light and the illumination with the single blue wavelength light. 33 is projected as black as an unnecessary base 33 ", and a character mark 34 having a large difference in luminance between illumination by red single wavelength light and illumination by blue single wavelength light is projected as white characters 34". These processes are performed by the above-described imaging / image processing block 18.
[0039]
Next, when a mark in a white background 33 including a background 35 in the field of view (in this case, a square mark 36 displayed in one corner of the white background 33) is identified by a conventional example, as shown in FIG. When the mark 36 in the white background 33 is red, if the illumination is the single-wavelength red light, the luminance of the white background 33 and the luminance of the mark 36 become substantially equal, and the contrast between the two cannot be obtained. ), The mark 36 ′ is completely unrecognizable with respect to the white background 33 ′, or is so blurred that it cannot be recognized.
[0040]
Therefore, when the object is illuminated with only blue single-wavelength light, a remarkable difference occurs between the luminance of the white background 33 and the low luminance of the red mark 36, and a sufficient contrast can be obtained. However, the image of the background 35 also has low brightness as indicated by 35 'in (c), and it is difficult to distinguish it from the red mark image 36'.
[0041]
In such a case, in the embodiment shown in FIG. 12 of the present invention, first, as in the process of FIGS. 11A to 11C, a red background 33 and a red mark 36 on the red mark 36 in the background 35 in FIG. Illumination and imaging with single-wavelength light are performed to store (b) image data of equal luminance (embedment of a mark on a white background), and then illumination and imaging with blue single-wavelength light are performed and white background as shown in (c). Obtain the luminance difference (white background high luminance / red mark and background low luminance). Further, when a difference image between the image luminance data of (b) and (c) is obtained, as shown in (d), there is almost no difference in luminance between the illumination with the single red wavelength light and the illumination with the single blue wavelength light. The mark 33 has a large difference in luminance between the illumination with the single-wavelength red light and the illumination with the single-wavelength blue light. This is displayed as a white mark 36 from "". These processes are performed by the above-described imaging / image processing block 18.
[0042]
As described above, in the multicolor irradiation of the present invention,
(1) In general, when a mark is detected on a white background of an object by irradiating a single color light, even if the light is irradiated on a mark of the same color and a white background, the wavelength is similarly reflected, and the luminance difference from the white background is substantially reduced. This eliminates the drawback of being buried in a white background image and undetectable because it does not occur. This is a difference image of each luminance of the object due to the irradiation of two colors of light. The target part to be detected from the captured image is as if a mark part having a luminance difference is outlined from a white background (black image) having no luminance difference. This is because only (mark) can be extracted.
(2) In addition, when performing mark detection on a white background of an object from among objects including not only the object but also the background, there is substantially no difference in luminance between the background and the mark or between the white background and the mark. It eliminates the disadvantage that it cannot be detected by being buried in a background image or a white background image. This is a difference image of each luminance of the object by light irradiation of two colors, and is an image taken as if a mark part having a luminance difference was whitened out from a white background (black image) and a background (black image) having no luminance difference. This is because only the target (mark) to be detected can be extracted from among. Since the light irradiated also to the background space is not substantially reflected, and there is no difference in luminance (of the background image) in each case of the irradiation of the red single wavelength light and the blue single wavelength light. , The background becomes a black image as well as the white background.
(3) It is not affected by disturbance light. This is because, when calculating the luminance of the object surface when irradiating red single wavelength light and blue single wavelength light as described above, if there is disturbance light, the absolute value of the luminance itself at each irradiation changes if there is disturbance light. However, if the luminance difference is obtained, the change due to the disturbance light is neglected, and the relative value does not change, so that it is not affected.
(4) By using a solid-state imaging device (such as a CCD) and incorporating it together with illumination means and image processing means (image discrimination means), not only point / line information (one-dimensional information) but also two-dimensional image information can be obtained. Can be easily obtained.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides an integrated image discrimination sensor having a lens optical system that forms an image on a solid-state imaging device, in which an auxiliary light source is provided around the solid-state imaging device, and light emitted from the auxiliary light source is used for solid-state imaging. The device is equipped with a diffused and light-guiding rubber plate with an opening that allows the formation of an imaging optical path from the lens optical system to the solid-state imaging device, while irradiating the device with diffused light. Absolute underexposure in high-speed imaging is eliminated, and light (image light input) from the detected object is always incident on the solid-state imaging device with a constant exposure amount, enabling clear image discrimination. It is.
[0044]
The present invention further provides a detection object irradiation light source surrounding the lens optical system or disposed close to the lens optical system, and a cover lens covering a front end of the lens optical system and a front surface of the detection object irradiation light source. Comprising an integrated image discriminating sensor having a light diffusion function for uniformly irradiating the detection object with light emitted from the detection object irradiation light source, wherein the cover lens is close to the imaging optical axis. This prevents direct rays of light from a built-in light source for detecting object irradiation from hitting the detected object so that a clear image of the detected object can be obtained.
[0045]
The present invention further structures an integrated image discrimination sensor in a housing assembled from a front panel having the cover lens, a rear panel, and a case member made of a heat conductor covering four side surfaces between these two panels, Further, a heat conductive heat dissipating means having a front part which is heat-transferably joined to the back surface of the main light source is housed in the housing, and the wings of the heat dissipating means are brought into contact with the inner surface of the case member, A relatively large amount of heat generated by a large number of LEDs as a main light source is dissipated without accumulating, so that the integrated sensor does not fail due to a rise in temperature or cause an abnormality. This proves to be extremely significant since a sufficiently large amount of light should be applied to the detection object in the high-speed processing line.
[0046]
The present invention further includes, in a single housing, an imaging / image processing block, and a user interface block attached with a display element and a touch sensor linked to a setting key or other user operation means, and a rear panel is provided with a display element. Since it has a window for observing the screen and a surface for exposing the user operation means, the image processing by the solid-state image sensor is controlled and the image processing is performed for each of the integrated image discriminating sensors. Is also performed. The user can also refer to the display on the display element and use the user operation means to set the image processing result to an optimal state for the loss of the detected object or the quality judgment, so that the adjustment according to the sensor installation site can be performed. Is what makes it possible.
[0047]
The present invention further provides a light source for detecting object irradiation, which surrounds the lens optical system or is disposed in close proximity to the holder, as a combination of LEDs that emit light in each of two or more colors, and sequentially emits each color. The object or mark, etc. of a specific color is detected by detecting the difference between the luminance of the target image when illuminated with the light of the specific color and the luminance of the target image when illuminated with the light of another color. It is effective in eliminating insensitivity when inspecting an object, and accurately recognizing an image by omitting a change in luminance of an object image due to disturbance light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external structure on a front side of an integrated sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an external structure on a back side of the integrated sensor of FIG. 1;
FIG. 3 is an exploded perspective view of the integrated sensor according to the preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B show a related structure between an LED arrangement of a main light source and a cover lens of a front panel in a preferred embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view of a main part taken along line AA of FIG.
5A is a cross-sectional view illustrating a relationship between a main light source having an LED arrangement and a heat sink, and FIG. 5B is a front view of a user interface block located behind the heat sink (located on the back side of the sensor structure). FIG.
FIG. 6 is an exploded perspective view of an imaging / image processing block having a lens holder and fixing a solid-state imaging device.
FIG. 7 is a side sectional view showing an integrated structure obtained by assembling and fixing components up to a lens barrel to a substrate of an imaging / image processing block.
FIG. 8 is a graph showing general light input / electric output characteristics of a solid-state imaging device employed in the sensor structure of the example.
FIG. 9 is a schematic diagram showing that, when a colored mark or the like shown in (a) is to be identified by light of the same color according to a conventional example, the mark becomes unclear such that it is hardly recognizable on a white background as shown in (b). is there.
10A and 10B, in the same manner as in the process of FIGS. 9A and 9B, first, in FIG. 9A, the red character mark “A” is illuminated and imaged with red single-wavelength light, and the brightness of FIG. (Embedment of mark on white background) Image data is stored, and then illumination and imaging with blue single wavelength light are performed to obtain a luminance difference (white background high luminance / red mark low luminance) as shown in (c). When the difference image of the image luminance data is obtained, the white background is projected as black as an unnecessary base as shown in (d), and the luminance difference between the illumination by the red single wavelength light and the illumination by the blue single wavelength light is large. It is a schematic diagram which shows that a character mark is projected as a white character.
FIG. 11 shows a conventional example in which a mark in a white background including a background in a field of view is identified, as shown in FIG. For example, since the luminance of a white background is substantially equal to the luminance of a mark, as shown in FIG. 4B, the mark becomes unclear such that the white background is hardly recognizable.
FIG. 12 is a view similar to the process shown in FIGS. 11A to 11C. Illumination and imaging of red light on a white background and a red mark in the background are performed in FIG. (Buried) image data is stored, and then illumination and imaging with blue light are performed to obtain a white background luminance difference (white background high luminance / red mark and background low luminance) of (c), and further, these luminance difference images are obtained. FIG. 4D is a schematic diagram showing that a white background where a luminance difference hardly occurs is darkly projected, and a mark with a large luminance difference is projected as a white mark from the dark white background and the background.
[Explanation of symbols]
1 Front panel
2 Rear panel
3 Case members
4 Cover lens
5 windows
6 Display elements
7 Connector terminal
8 Setting key
9 Main light source
10a, 10b Female thread block
11 Support printed circuit board
13,14 Polarizing filter
16 Heat sink
17 Lens holder
18 Imaging / Image processing block
19 User interface block
20 Holding substrate
21 Center opening
22a, 22b, 22c Circular concave surface
23 Thermal conductive sheet
24 solid-state imaging device
25a, 25b Auxiliary LED element
29 Light guide rubber
30 lens barrel
31 Wavelength Selection Filter
32 Light rays in the detection / imaging optical path

Claims (5)

固体撮像素子と、検出物体の像をその固体撮像素子に結像するレンズ光学系を備えた画像判別センサにおいて、前記固体撮像素子の周囲に補助光源を設けると共に、前記補助光源から出た光を前記固体撮像素子に拡散照射するための拡散・導光性を有し、且つ前記レンズ光学系から固体撮像素子に至る結像光路を通すための開口を形成してなる拡散・導光性板体を装備したことを特徴とする露光不足補償機能を備えた画像判別センサ。In a solid-state image sensor, an image determination sensor including a lens optical system that forms an image of a detection object on the solid-state image sensor, an auxiliary light source is provided around the solid-state image sensor, and light emitted from the auxiliary light source is emitted. A diffusing / light-guiding plate having a diffusing / light-guiding property for diffusing and irradiating the solid-state imaging element, and having an opening for passing an imaging optical path from the lens optical system to the solid-state imaging element; An image discrimination sensor equipped with an underexposure compensation function, comprising: 請求項1に記載した画像判別センサが更に、前記レンズ光学系を包囲し若しくは同光学系に近接して配置された検出物体照射用光源と、前記レンズ光学系の前端及び検出物体照射用光源の正面を覆うカバーレンズとを備え、前記カバーレンズが前記検出物体照射用光源から発せられた光を検出物体に均一に照射するための光拡散機能を有するものであることを特徴とする一体型画像判別センサ。The image discriminating sensor according to claim 1, further comprising: a light source for detecting object irradiation surrounding or surrounding the lens optical system; and a light source for front end of the lens optical system and light source for detecting object irradiation. A cover lens that covers the front surface, wherein the cover lens has a light diffusion function for uniformly irradiating the detection object with light emitted from the detection object irradiation light source. Discrimination sensor. 前記一体型画像判別センサが更に、前記カバーレンズを装備したフロントパネルと、リアパネルと、これら両パネル間の四側面を覆う熱伝導体からなるケース部材とより組み立てられる筐体をもって前記一体型画像判別センサの外装とし、この筐体内に、前記検出物体照射用光源の裏面と熱伝達可能に接合された正面部を有する熱伝導性の放熱手段を収納するとともに、その放熱手段の翼部を前記ケース部材の内面に接触させたことを特徴とする請求項2に記載の一体型画像判別センサ。The integrated image discrimination sensor further includes a housing that is assembled from a front panel equipped with the cover lens, a rear panel, and a case member made of a heat conductor that covers four side surfaces between the two panels. As the exterior of the sensor, heat-conducting heat-dissipating means having a front part which is heat-transferably joined to the back surface of the light source for detecting object irradiation is housed in this housing, and the wings of the heat-dissipating means are placed in the case. The integrated image discrimination sensor according to claim 2, wherein the sensor is in contact with an inner surface of the member. 前記筐体内に、固体撮像素子及び補助光源を取り付けたプリント基板からなる撮像・画像処理ブロックと、ディスプレイ素子及び設定キーその他の使用者操作手段に連動するタッチセンサを取り付けたプリント基板からなるユーザーインターフェースブロックを装備し、前記リアパネルが、前記ディスプレイ素子の画面を観察するための窓と、前記使用者操作手段を露出させる表面部を有するものであることを特徴とする請求項3に記載の一体型画像判別センサ。An imaging / image processing block composed of a printed circuit board having a solid-state image sensor and an auxiliary light source mounted therein, and a user interface composed of a printed circuit board having a touch sensor interlocked with a display element and setting keys and other user operation means. The integrated type according to claim 3, further comprising a block, wherein the rear panel has a window for observing a screen of the display element and a surface portion for exposing the user operation means. Image discrimination sensor. 前記レンズ光学系を包囲し若しくは同ホルダに近接して配置された検出物体照射用光源を、2色あるいはそれ以上の色の各々において発光する光源の組み合わせとし、順次各色を発光させることにより、特定色の物体又はマーク等を、その特定色の光によって照射されたときと、他色の光によって照射されたときの画像の輝度差から検出するようにしたことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の一体型画像判別センサ。A light source for detecting object irradiation, which surrounds the lens optical system or is disposed close to the holder, is a combination of light sources that emit light in each of two or more colors, and sequentially emits each color, thereby specifying 5. The method according to claim 2, wherein a color object or a mark is detected based on a luminance difference between an image illuminated by the specific color light and an image illuminated by another color light. The integrated image discrimination sensor according to any one of the above items.
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