JP2007156643A - Optical inspection equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、読み取り対象物から反射された反射光に基づいて読み取り対象物の判別、識別等の検査を行う光学検査装置に関するものである。 The present invention relates to an optical inspection apparatus that performs inspections such as discrimination and identification of a reading object based on reflected light reflected from the reading object.
従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の硬貨判別装置がある。この公報に記載された硬貨判別装置は、波長の異なる2種類の光を硬貨に順次照射し、硬貨から反射された光を受光素子で検出して、受光素子からの出力を比較することによって硬貨の真偽を判別する。この硬貨判別装置においては、発光波長の異なるLED等の2つの光源から硬貨に光を照射し、硬貨からの反射光をレンズを介して受光素子によって受光する。
しかしながら、上述した硬貨判別装置においては、波長の異なる照明光を直接硬貨に照射することによって生じる反射光を、別々のタイミングで受光素子によって受光して、その結果得られた受光素子からの出力信号を用いて判別しているため、硬貨の位置及び向きによって硬貨における照明光の強度分布が異なり、反射光の強度分布も変動する。その結果、異なる波長領域ごとの照明光の照射条件が変動し、対象物の安定した検出が困難である。 However, in the coin discriminating apparatus described above, reflected light generated by directly irradiating coins with illumination light having different wavelengths is received by the light receiving element at different timings, and the output signal from the light receiving element obtained as a result is received. Therefore, the intensity distribution of the illumination light in the coin differs depending on the position and orientation of the coin, and the intensity distribution of the reflected light also varies. As a result, the irradiation condition of the illumination light for each different wavelength region varies, and it is difficult to stably detect the object.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、各波長領域毎に読み取り対象物の反射特性を均一に検出することで、対象物の安定した検出が可能な光学検査装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an optical inspection apparatus capable of stably detecting an object by uniformly detecting the reflection characteristics of the object to be read for each wavelength region. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、本発明の光学検査装置は、照明用光源から発せられる照明光を読み取り対象物に照射し、読み取り対象物の所定の検出範囲から反射された反射光に基づいて、読み取り対象物の検査を行う光学検査装置において、照明光の光路上に設けられ、照明光を所定の検出範囲に向けて反射させる第1の反射面及び第2の反射面がそれぞれ略平面状で形成された反射板と、反射板によって反射された照明光のうち所定の検出範囲から反射された反射光を複数の波長領域毎に受光する受光素子とを備え、第1の反射面と第2の反射面とは、照明光の光軸に略垂直に交差する直線上において接するとともに、一方の面が他方の面に対して光軸側に傾斜するように設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the optical inspection apparatus of the present invention irradiates the reading object with illumination light emitted from the illumination light source, and reads based on the reflected light reflected from the predetermined detection range of the reading object. In an optical inspection apparatus that inspects an object, a first reflection surface and a second reflection surface that are provided on an optical path of illumination light and reflect the illumination light toward a predetermined detection range are each formed in a substantially planar shape. And a light receiving element that receives, for each of a plurality of wavelength regions, reflected light reflected from a predetermined detection range among illumination light reflected by the reflecting plate, and includes a first reflecting surface and a second reflecting surface. The reflection surface is characterized in that it is in contact with a straight line that intersects the optical axis of the illumination light substantially perpendicularly, and one surface is inclined to the optical axis side with respect to the other surface.
このような光学検査装置においては、照明用光源からの照明光が、照明用光源の光軸上に設けられた2つの反射面を有する反射板によって反射されることによって、その照明光の光束が、光軸を含む平面によって2分されてそれぞれが読み取り対象物の所定の検出範囲に向けて照射され、読み取り対象物の検出範囲から反射された反射光は、複数の波長領域毎に受光素子によって受光される。このとき、反射板における2つの反射面は一方が他方に対して光軸側に傾斜しているので、検出範囲内における照明光の照度の差異を小さくすることができる。これにより、各波長領域の検査時の照明光の照射条件が一致するとともに、受光素子における各波長領域の受光面の位置の違いによる反射光の受光信号強度の変動を防止することができるので、読み取り対象物の安定した検出が可能となる。 In such an optical inspection apparatus, the illumination light from the illumination light source is reflected by a reflecting plate having two reflecting surfaces provided on the optical axis of the illumination light source, so that the luminous flux of the illumination light is reflected. The reflected light which is divided into two by the plane including the optical axis and is irradiated toward the predetermined detection range of the reading object, and reflected from the detection range of the reading object is received by the light receiving element for each of a plurality of wavelength regions. Received light. At this time, since one of the two reflecting surfaces of the reflecting plate is inclined toward the optical axis side with respect to the other, the difference in illuminance of the illumination light within the detection range can be reduced. Thereby, the irradiation condition of the illumination light at the time of inspection of each wavelength region is matched, and variation in the received light signal intensity of the reflected light due to the difference in the position of the light receiving surface of each wavelength region in the light receiving element can be prevented. Stable detection of the reading object is possible.
第1の反射面及び第2の反射面は、それぞれ、照明光の光軸上の光成分を所定の検出範囲内の周縁部に向けて反射するように設けられていることが好ましい。かかる構成とすれば、照明光の光束の光量の大きい部分が検出範囲の周縁部に向けて反射されるので、照明光の照度を検出範囲に渡ってより均一にすることができる。 The first reflecting surface and the second reflecting surface are preferably provided so as to reflect the light component on the optical axis of the illumination light toward the peripheral edge within the predetermined detection range. With such a configuration, the portion with a large amount of the luminous flux of the illumination light is reflected toward the peripheral edge of the detection range, so that the illuminance of the illumination light can be made more uniform over the detection range.
本発明によれば、各波長領域毎に読み取り対象物の反射特性を均一に検出することで、対象物の安定した検出が可能となる。 According to the present invention, the object can be stably detected by uniformly detecting the reflection characteristic of the object to be read for each wavelength region.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る色判別装置の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a color discrimination device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)に示す色判別装置1は、所定の撮像位置に搬送された硬貨(読み取り対象物)の色の判別を行う光学検査装置であり、例えば、銀行ATM等の硬貨を搬送処理する装置内に内蔵されるものである。なお、ここで言う硬貨には、通貨として使用される狭義の硬貨のみならず遊技用等に用いられるコインをも含むものとする。
A
色判別装置1は、箱状の筐体2を有し、筐体2の一方の端面を形成する基板3の内側には、白色LED(照明用光源)4がその光軸C1が基板3の内面に略垂直に、かつ、内側を向くように配置されている。筐体2の他方の端面には、透明材料からなる窓部5が固定され、窓部5の外側において窓部5の外面に平行な方向に硬貨Aが搬送可能とされている。筐体2の内部の窓部5と白色LED4との間において、白色LED4から発せられる照明光L1の光路上には、照明光L1を窓部5の外側の硬貨Aの所定の検出範囲Rに向けて反射させるための反射板6が設置されている。この反射板6は、白色LED4の光軸C1に対して傾斜角の異なる2つの平面状の反射面を有し、検出範囲Rに向けて均一に照明光L1を反射させる役割を担う。
The
さらに、筐体2の内部においては、反射板6によって反射された照明光L1のうち硬貨Aの検出範囲Rから筐体2の内部に向けて反射された反射光L2を集光する集光レンズ部8が、窓部5に対向して配置されている。ここで、集光レンズ部8は検出範囲Rからの反射光を集光可能な位置に設けられているので、硬貨Aの表面における凹凸形状に起因した照明光L1の拡散反射によって発生した反射光L2が、集光レンズ部8に入射することになる。この集光レンズ部8と基板3との間には、反射光L2を受光するフォトダイオードアレイ(受光素子)9が、集光レンズ部8の光軸C2がフォトダイオードアレイ9の受光面の中心を通る垂線と一致するように固定されている。
Further, in the
以下、図2及び図3を参照して、反射板6の構成及び反射板6による照明光L1の反射状態について説明する。
Hereinafter, the configuration of the reflecting
図2(a)に示すように、反射板6は、白色LED4の光軸C1に垂直に交差する直線B1を境界線として2つの反射面6a,6bが接するように断面V字状で形成されている。この反射面6a,6bは、反射面6aの光軸C1に対する傾斜角θ1が約31度、反射面6bの光軸C1に対する傾斜角θ2が約143度とされ、一方の面が他方の面に対して光軸C1側に傾斜するように配置されている。なお、集光レンズ部8の光軸C2と白色LED4の光軸C1との距離が約8mm、硬貨Aの検出範囲Rを含む平面と境界線B1との距離が約3mm、検出範囲Rの直径が約4mmとなっている。このような反射面6aにおいて、光軸C1に沿って入射した照明光L1の成分は、検出範囲Rの光軸C1寄りの周縁部E1に向けて反射される。また、反射面6aにおける照明光L1の入射位置が境界線B1から離れるに従って、その照明光L1の成分の反射位置は、検出範囲Rの中心部、さらには反対側の周縁部E2に向けてシフトする。これにより、照明光L1の光量は光軸C1に近いほど強いので、反射面6aによって反射された照明光L1の各成分に対応する硬貨A上の相対照度は、周縁部E1にピークを持ち、周縁部E2に向けて単調に減少するような分布となる(図2(b))。
As shown in FIG. 2A, the reflecting
一方、図3(a)に示すように、反射面6bにおいて、光軸C1に沿って入射した照明光L1の成分は、検出範囲Rの周縁部E2に向けて反射される。また、反射面6bにおける照明光L1の入射位置が境界線B1から離れるに従って、その照明光L1の成分の反射位置は、検出範囲Rの中心部、さらには反対側の周縁部E1に向けてシフトする。これにより、反射面6bによって反射された照明光L1の成分に対応する硬貨A上の相対照度は、周縁部E2にピークを持ち、反対側の周縁部E1に向けて単調に減少するような分布となる(図3(b))。その結果、図4に示すように、照明光L1の全成分に対応する硬貨A上の相対照度の分布G1は、照明光L1を直接検出範囲Rに照射させた場合の照度分布G2に比較して、検出範囲Rに渡ってほぼ均一な分布を持つようになる。
On the other hand, as shown in FIG. 3A, the component of the illumination light L1 incident along the optical axis C1 is reflected toward the peripheral edge E2 of the detection range R on the
次に、フォトダイオードアレイ9の構成について説明する。
Next, the configuration of the
図1(a)におけるフォトダイオードアレイ9を受光面側から見た平面図である図1(b)に示すように、フォトダイオードアレイ9は、赤色光、緑色光、及び青色光毎に同時に受光してそれぞれの強度に応じた電圧信号を出力するマトリクス型のフォトダイオードアレイである。より詳細には、フォトダイオードアレイ9の受光面10には、赤色光領域(例えば、590nm〜720nm)に分光感度特性を有する16個のフォトダイオード11a、緑色光領域(例えば、480nm〜600nm)に分光感度特性を有する16個のフォトダイオード11b、青色光領域(例えば、400nm〜540nm)に分光感度特性を有する16個のフォトダイオード11c、及び可視光領域全体に感度を有する16個のフォトダイオード11dからなるフォトダイオード群11が、異なる分光感度特性を有するフォトダイオードが隣り合うように8×8で2次元的に配列されている。これらのフォトダイオード11a,11b,11cは、それぞれ、波長600〜620nm、530〜540nm、及び460〜470nmにおいて受光感度が最大となっている。このフォトダイオードアレイ9においては、16個のフォトダイオード11a,11b,11cが、それぞれ並列に接続されることにより、反射光L2の受光によって生成された電流が、3種類のフォトダイオード11a,11b,11c毎に出力された後、反射光L2の赤色光成分、緑色光成分、青色光成分の強度に応じた3つの電圧信号に変換されて出力される。
As shown in FIG. 1B, which is a plan view of the
図5は、色判別装置1の基板3に実装された制御回路の回路構成を示す図である。同図に示すように、白色LED4の両端間には、白色LED4に直列に接続されたトランジスタ12を介して駆動電圧が印可されている。このトランジスタ12は、ベース端子に入力された制御信号S1に応じて白色LED4の両端間に印加される駆動電圧をオン−オフすることによって、白色LED4の発光を制御する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration of a control circuit mounted on the
フォトダイオードアレイ9において、16個のフォトダイオード11bの両端には、反射光L2の緑色光成分の受光によって生成された電流を電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ(電流電圧変換回路)13bが接続されている。このトランスインピーダンスアンプ13bは、帰還抵抗によって決定される変換率で、フォトダイオード11bによって生成された電流を出力電圧信号Vbに変換して出力する。同様に16個のフォトダイオード11c及び16個のフォトダイオード11aには、それぞれ、トランスインピーダンスアンプ13c及びトランスインピーダンスアンプ13aが接続されている。トランスインピーダンスアンプ13c,13aは、それぞれ、フォトダイオード11c,11aによって生成された電流を出力電圧信号Vc、及び出力電圧信号Vaに変換して出力する。さらに、トランスインピーダンスアンプ13b,13c,13aの出力には、それぞれ、出力電圧信号Vb,Vc,Vaから高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ14b,14c,14aが接続されている。
In the
これらのローパスフィルタ14b,14c,14aの出力側には、3つの差動増幅器15,16,17からなる比較部24が接続されている。差動増幅器15の非反転入力端子18は、ローパスフィルタ14bを介してトランスインピーダンスアンプ13bの出力と接続され、差動増幅器15の反転入力端子19はローパスフィルタ14cを介してトランスインピーダンスアンプ13cの出力と接続されている。差動増幅器15は、基準電圧信号である出力電圧信号Vcのレベルを基準とした出力電圧信号Vbのレベルを正方向の増幅率で増幅(非反転増幅)して比較信号V1として出力する。一方、差動増幅器16の非反転入力端子20は、ローパスフィルタ14cを介してトランスインピーダンスアンプ13cの出力と接続され、差動増幅器16の反転入力端子21はローパスフィルタ14aを介してトランスインピーダンスアンプ13aの出力と接続されている。差動増幅器16は、基準電圧信号である出力電圧信号Vcのレベルを基準とした出力電圧信号Vaのレベルを負方向の増幅率で増幅(反転増幅)して比較信号V2として出力する。
A
さらに、差動増幅器17の反転入力端子22は、差動増幅器15の出力と接続され、非反転入力端子23は、差動増幅器16の出力と接続されている。差動増幅器17は、比較信号V1と比較信号V2との差分を増幅して比較信号V3として出力する。ここで、差動増幅器17に対する差動増幅器15,16の接続は、逆に接続されていてもよい。
Further, the inverting input terminal 22 of the
差動増幅器17から出力された比較信号V3は、信号処理部25に入力され、信号処理部25において比較信号V3に基づいて硬貨Aの色が判別され、判別結果が外部に出力される。具体的には、信号処理部25は、予め保持された複数の信号データと比較信号V3のレベルの時間変化とを比較して、レベル差が所定の誤差範囲内にある信号データを特定することにより、硬貨Aの色を判別する。また、信号処理部25は、予め保持された信号データと比較信号V3とのレベル差が所定の誤差範囲内にない場合には、硬貨Aの特定種類の硬貨の色との不一致を判別することもできる。ここで、信号処理部25は、色判別装置1の筐体2内に設けられてもよいし、筐体2の外部に設けられてもよい。
Comparison signal V 3 outputted from the
以下、色判別装置1の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the
まず、硬貨Aが窓部5の外面に平行に搬送されて検出範囲Rに到達すると、外部からの制御信号S1によって白色LED4の発光が開始され、照明光L1が反射板6に向けて照射され、反射板6の2つの反射面6a,6bによって2つの光成分に分離して硬貨Aの検出範囲Rに向けて反射される。このようにして硬貨Aの検出範囲R全体に入射した照明光L1によって、検出範囲Rから集光レンズ部8に向けて反射光L2が発生し、反射光L2は、集光レンズ部8によって集光されてフォトダイオードアレイの受光面10に入射する。
First, when the coin A reaches the detection range R is conveyed in parallel to the outer surface of the
これに対して、受光面10を構成するフォトダイオード11a,11b,11cの反射光L2の受光によって、反射光L2の赤色光成分、緑色光成分、及び青色光成分のそれぞれの強度に対応した出力電圧信号Va,Vb,Vcが出力される。次に、出力電圧信号Va,Vb,Vcから高周波ノイズが除去された後、差動増幅器15によって出力電圧信号Vcのレベルを基準とした出力電圧信号Vbのレベルが非反転増幅されて出力されると同時に、差動増幅器16によって出力電圧信号Vcのレベルを基準とした出力電圧信号Vaのレベルが反転増幅されて出力される。さらに、差動増幅器15の出力電圧と差動増幅器16の出力電圧との差分が増幅されて、比較信号V3として出力される。このとき、比較信号V3は、硬貨Aが検出範囲Rを通過するまで連続して出力される。その後、信号処理部25によって予め保持されていた信号データと比較信号V3とが比較されることにより、硬貨Aの色が判別される。
On the other hand, the output corresponding to each intensity | strength of the red light component of the reflected light L2, the green light component, and the blue light component by light reception of the reflected light L2 of the
以上説明した色判別装置1によれば、白色LED4からの照明光L1が、白色LED4の光軸C1上に設けられた2つの反射面6a,6bを有する反射板6によって反射されることによって、その照明光L1の光束が、光軸C1を含む平面によって2分されてそれぞれが硬貨Aの検出範囲Rに向けて照射され、検出範囲Rから反射された反射光L2は、複数の波長領域毎にフォトダイオードアレイ9によって受光される。このとき、反射板6における2つの反射面6a,6bは一方が他方に対して光軸C1側に傾斜しているので、検出範囲R内における照明光L1の照度の差異を小さくすることができる。これにより、各波長領域の検査時の照明光L1の照射条件が一致するとともに、フォトダイオードアレイ9を構成するフォトダイオード11a,11b,11cの受光面の位置の違いによる反射光L2の受光信号Va,Vb,Vcの強度の変動を防止することができるので、硬貨Aの安定した検出が可能となる。この効果は、硬貨のような凹凸面を多く有する検出対象物の場合に特に顕著である。特に、反射面6a,6bは、それぞれ、照明光L1の光軸C1に沿った光成分を検出範囲R内の周縁部E1,E2に向けて反射するように設けられており、照明光L1の光束の光量の大きい部分が検出範囲Rの周縁部に向けて反射されるので、照明光L1の照度を検出範囲Rに渡ってより均一にすることができる。
According to the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、反射光L2を受光する受光素子の構成としては、特定の構成のものに限られるものではない。図6(a)には、本発明の変形例である色判別装置31の一部破断図、図6(b)は、(a)におけるカラーセンサ39の受光面側から見た平面図である。これらの図に示すように、色判別装置31においては、フォトダイオードアレイ9に代えて3ch型のカラーセンサ(受光素子)39が設けられている。このカラーセンサ39は、円形の受光面40を有し、この受光面40には、受光面40を3分割するように扇形状の受光面を有するフォトダイオード41a,41b,41cが配置されている。これらのフォトダイオード41a,41b,41cは、それぞれ、フォトダイオード11a,11b,11cと同様の分光感度特性を有する。カラーセンサ39は、その受光面40の中心部を通る垂線が、集光レンズ部8の光軸C2とほぼ一致するように、窓部5に対向して設置されている。また、硬貨Aの検出範囲Rとカラーセンサ39の間における受光面40の近傍には、受光面40に平行になるように拡散シート42が配置されている。拡散シート42は、硬貨Aの検出範囲Rから集光レンズ部8を通過して入射する反射光L2を、カラーセンサ39の受光面40に向けて拡散させる。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the configuration of the light receiving element that receives the reflected light L2 is not limited to a specific configuration. FIG. 6A is a partially cutaway view of a
このような色判別装置31の制御回路の構成は、図7に示すように、カラーセンサ39においてそれぞれのフォトダイオード41a,41b,41cにトランスインピーダンスアンプ13a,13b,13cが接続されている点を除いては、色判別装置1と同様である。
The configuration of the control circuit of such a
図8〜図11には、色判別装置31において出力される信号の例を示す。これらの図には、2種類の硬貨について4回ずつ搬送させた場合の結果を示している。図8(a)〜(c)は、それぞれ、硬貨Aを検出させた場合のトランスインピーダンスアンプ13c,13b,13aから出力される出力電圧信号Vc,Vb,Vaの時間変化を示すグラフ、図9(a)〜(c)は、それぞれ、硬貨Aとは異なる種類の硬貨を検出させた場合の出力電圧信号Vc,Vb,Vaの時間変化を示すグラフ、図10は、図8に示す出力電圧信号に対して差動増幅器17から出力された比較信号V3の時間変化を示すグラフ、図11は、図9に示す出力電圧信号に対して差動増幅器17から出力された比較信号V3の時間変化を示すグラフである。比較信号V3は信号処理部25に入力され、信号処理部25においてこの比較信号V3に基づいて硬貨Aの色が判別されることになる。これらの結果を見てわかるように、複数回同一の硬貨を検出された場合であっても、各色成分において安定した出力電圧信号Vc,Vb,Va及び比較信号V3が得られている。
8 to 11 show examples of signals output from the
以上のような構成の色判別装置31においては、反射板6を経由して硬貨Aの検出範囲Rに照明光L1が照射され、その結果生じた検出範囲Rからの反射光L2が、3ch型のカラーセンサ39の受光面40に向けて拡散されて、3種類の分光感度特性を有するフォトダイオードが分割配置されたカラーセンサ39で受光される。このように反射板6及び拡散シート42の協働によって、カラーセンサ39を構成するフォトダイオード41a,41b,41cの受光面の位置の違いによる反射光L2の受光信号Va,Vb,Vcの強度の変動を防止することができるので、硬貨Aの安定した検出が可能となる。
In the
また、色判別装置1,31の差動増幅器15,16においては、反転入力端子19及び非反転入力端子20には、出力電圧信号Va,Vb,Vcのいずれを基準電圧信号として入力させてもよいし、非反転入力端子18及び反転入力端子21には、上記基準電圧信号以外の出力電圧信号Va,Vb,Vcのいずれを入力させてもよい。すなわち、受光素子からの3つの出力電圧信号Va,Vb,Vcのいずれを基準として比較信号V1,V2を生成してもよい。
In the
また、読み取り対象物としては、硬貨以外のクレジットカード、ICカード等のカード類や、印刷物等を対象としても良い。 Further, the reading object may be a card such as a credit card other than a coin, an IC card, or a printed material.
1,31…色判別装置(光学検査装置)、4…白色LED(照明用光源)、6…反射板、6a,6b…反射面、9…フォトダイオードアレイ(受光素子)、39…カラーセンサ(受光素子)、A…硬貨(読み取り対象物)、B1…境界線、C1…光軸、E1,E2…周縁部、L1…照明光、L2…反射光、R…検出範囲。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記照明光の光路上に設けられ、前記照明光を前記所定の検出範囲に向けて反射させる第1の反射面及び第2の反射面がそれぞれ略平面状で形成された反射板と、
前記反射板によって反射された照明光のうち前記所定の検出範囲から反射された反射光を複数の波長領域毎に受光する受光素子とを備え、
前記第1の反射面と前記第2の反射面とは、前記照明光の光軸に略垂直に交差する直線上において接するとともに、一方の面が他方の面に対して前記光軸側に傾斜するように設けられている、
ことを特徴とする光学検査装置。 In an optical inspection apparatus that irradiates a reading object with illumination light emitted from an illumination light source and inspects the reading object based on reflected light reflected from a predetermined detection range of the reading object.
A reflection plate provided on the optical path of the illumination light, the first reflection surface and the second reflection surface each reflecting the illumination light toward the predetermined detection range;
A light receiving element that receives the reflected light reflected from the predetermined detection range of the illumination light reflected by the reflecting plate for each of a plurality of wavelength regions;
The first reflective surface and the second reflective surface are in contact with each other on a straight line that intersects the optical axis of the illumination light substantially perpendicularly, and one surface is inclined toward the optical axis with respect to the other surface. Provided to
An optical inspection device.
ことを特徴とする光学検査装置。 Each of the first reflection surface and the second reflection surface is provided so as to reflect a light component on the optical axis of the illumination light toward a peripheral edge within the predetermined detection range.
An optical inspection device.
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