JP2013531307A - 物体に適用される光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

物体に適用される光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法において、本方法は、マーキングによって第１の視角で反射される第１の光およびマーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように光学的可変マーキングを照らすステップであって、第１および第２の光は、光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有するステップと、第２の反射光を光学センサの方へ向け直すように光学ユニットを通って第２の反射光を屈折させるステップと、第１の光および第２の屈折光を光学センサで同時に獲得するステップと、獲得した第１および第２の光に基づいて光学的可変マーキングの光学特性を決定するステップとを含む。

Description

本発明は、物体に適用される光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法およびデバイスに関し、光学的可変マーキングから来る光は、異なる角度から見るとき異なるスペクトル組成（分光組成）を有する。

ラベル、マーキングおよび可視タグの光学検査の分野では、通常レンズおよび画像センサを有するカメラシステムが使用され、フレーム取込み器およびコンピュータシステムに結合される。画像センサは、ラベル、マーキングまたは可視コードを運ぶ物体がカメラシステムの視野に入るとき画像を獲得するようにトリガーできる。物体が通る間に、物体のラベルは、特別なトリガー事象の後に画像センサによって、例えばラベルのデジタル画像を形成できるような動き検出センサによって獲得できる。画像センサはそれによって、高速積分時間で動作してぼやけのない画像を生成することになり、通常獲得した光をアナログデジタル変換によってデジタル画像に変換するために必要なドライバーおよび信号電子機器を有する。デジタル画像は、フレーム取込み器によって保持され、フォーマットされることもあり、特定の画像処理アルゴリズムを使用することによって、さらに処理するためにコンピュータシステムに移すことができる。例えば、物体の寸法の光学測定が行われることもあり、光学的文字認識またはパターン照合アルゴリズムが、ラベルおよびマーキングによって表されるある情報を検出し、読み出すために使用できる。

さらに、自動検査のためのカメラシステムを使用することなく、光学的可変インクから作られるラベルおよびマーキングを人間観測者によって検査するためのデバイスが提案されている。これらのデバイスは、人間観測者が固定空間定位から光学的可変マーキングを調べることができるように、光学的可変マーキングから放出される光を反射するために視覚デバイスに導入されたミラーを使用することを提案している。これは、観測者が光学的可変マーキングの画像を観測者の動きなしに第１および第２の色で同時に見ることを可能にする。

光学検査システムの分野でのすべての技術にかかわらず、光学的可変マーキングの特性を測定する分野では、専用の光学検査解決策が、これらのシステムのコスト、性能および汎用性を改善するために、なお必要とされる。

本発明の一態様は、物体に適用される光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法を提供する。好ましくは、本方法は、マーキングによって第１の視角で反射される第１の光およびマーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように光学的可変マーキングを照らすステップであって、第１および第２の光は光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有するステップと、第２の反射光を光学センサの方へ向け直すように光学ユニットを通って第２の反射光を屈折させるステップとを含む。さらに、本方法はさらに好ましくは、第１の光および第２の屈折光を光学センサで同時に獲得するステップと、獲得した第１および第２の光に基づいて光学的可変マーキングの光学特性を決定するステップとを含む。

本発明の別の態様によると、物体に適用される光学的可変マーキングの特性を測定するように構成されるデバイスが提供される。デバイスは好ましくは、マーキングによって第１の視角で反射される第１の光およびマーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように光学的可変マーキングを照らす光源であって、第１および第２の光は光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有する光源と、第２の反射光を向け直すように第２の反射光を屈折させるプリズムとを含む。さらに、デバイスは好ましくは、第１の光および第２の屈折光を同時に光学センサで獲得するカメラと、獲得した第１の光および第２の屈折光に基づいて光学的可変マーキングの光学特性を決定する処理ユニットとを含む。

本発明のなお別の態様によると、光学的可変マーキングの特性を測定するためのデバイスが提供され、そのマーキングは物体に適用される。デバイスは好ましくは、マーキングによって第１の視角で反射される第１の光およびマーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように光学的可変マーキングを照らす光源であって、第１および第２の光は光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有する光源と、第２の反射光を第２の視角と異なる方向に屈折させて、向け直された第２の光を形成するための光学デバイスとを含む。さらに、デバイスは好ましくは、反射された第１の光および向け直された第２の光を同時に光学センサで獲得するカメラと、反射された第１の光および向け直された第２の光に基づいて光学的可変マーキングの光学特性を決定する処理ユニットとを含む。

発明の概要は、それが本発明の限界および範囲を代表していると解釈されることを意図してもいないし、解釈すべきでもなく、その追加の態様は、特に添付の図面と一緒に受け取られるとき、詳細な説明からより容易に明らかとなる。

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、次の説明、添付のクレームおよび付随する図面に関してより良く理解されることになる。

本発明の実施形態による光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスの概略図を示す図である。 本発明による光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法のステップを表す流れ図を示す図である。 本発明による光学的可変マーキングの特性を測定するためのデバイスの概略断面図および正面図を示す図である。 本発明による光学的可変マーキングの特性を測定するためのデバイスの概略断面図および正面図を示す図である。 要素のいくつかの寸法および幾何学的関係とともに光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスの概略図を示す図である。 本発明の別の態様による光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスの概略図を示す図である。 本発明のなお別の態様による光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスの概略図を示す図である。 本発明のなお別の態様による、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスとの組合せで使用できる異なる種類のプリズムの概略図を表す図である。 本発明のなお別の態様による、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスとの組合せで使用できる異なる種類のプリズムの概略図を表す図である。 本発明のなお別の態様による、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスとの組合せで使用できる異なる種類のプリズムの概略図を表す図である。 本発明のなお別の態様による光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスの概略図を示す図である。 本発明のなお別の態様による光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスの概略図を示す図であり、ここでは光のどれも、画像センサに垂直に伝搬しない。

本明細書では、同一の参照数字が可能であれば図に共通する同一の要素を指定するために使用される。図面での画像は、例示目的のために簡略化され、一定の縮尺で描写されないこともある。

本発明によると、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイス５は、図１で概略的に例示される。検査すべき物体１０、例えば医薬品のための包装、またはあるセキュリティ特徴（セキュリティ機能）を光学的可変マーキングの形で有する銀行券（紙幣）は、例えば自動包装システムのコンベヤーベルトを使用することによって、レンズ４０によって定義される光学軸Ｏに実質的に垂直である方向Ｖにデバイス５を過ぎて移動される。物体１０は、それの前面１２に印刷される光学的可変マーキング１５を有する。マーキング１５は、光学的可変インク（ＯＶＩ）の使用によって物体１０にあらかじめ印刷されていてもよい。マーキング１５は、反射光の色または波長が観測または反射の角度の関数として変化することになるように、異なる光学的厚さおよび屈折率を持つ薄膜多層コーティングによって作られてもよい。

例えば、マーキング１５は、異なる方向で見るとき光の異なるスペクトル組成を形成するために、表面１２への視角に応じて、それを照明光のある波長を異なる仕方で反射できるようにする特性を有してもよい。例えば、ＯＶＩは、物体１０の前面１２に実質的に垂直である視角α_１（α_１＝０°、＋／−５°）からは、マーキング１５が原色ＰＣ、例えば緑色に見え、マーキング１５が前面１２に関して斜角、例えば角度α_２から見られるときは、二次色ＳＣが見えるような色シフト特性を有するように作ることができる。マーキング１５のＯＶＩはまた、原色、二次色および三次色、ＰＣ、ＳＣおよびＴＣが、それぞれの視角またはより多くの角度から見え、色シフトが視角の連続的変化とともに連続的に変化するように作ることもできる。

例えばマーキング１５のＯＶＩは、マーキング１５から反射される光が、例えば物体１０の前面１２に実質的に垂直である角度α_１＝０°、＋／−５°から始まる視角の増加とともに赤色から緑色に変化するように作ることができる。波長の関数としての反射率は、視角に応じて可変である。例えば反射率曲線は、ある波長で、例えば赤色については６５０ｎｍでピークを有することもあり、視角に応じて、反射率曲線のピークは緑色については５１０ｎｍに移動する。マーキング１５の別の変形形態では、ＯＶＩは、異なる視角から見るとき、異なる偏光の光が放出されるように作られる。偏光は、観測角度の関数として変化する可能性があり、従って異なる観測角度が、異なる偏光を分析するために使用される。さらに、ＯＶＩでできている光学的可変層によって覆われるロゴ、テキストまたは絵が、視角とともに変化する可変透明度を有するようにマーキング１５を作ることが可能である。それによって、ロゴは、もし１つの角度から見るならば隠れていることもあるが、しかし第２の角度から見るときは目に見える可能性がある。ＯＶＩ材料の化学的および光学的特性ならびに印刷環境に応じて、角度α_１≠０°が、原色ＰＣを見るために使用されなければならないこともまたあり得る。

物体１０に印刷されるマーキング１５は、ある情報を含み、デバイス５によって容易に分析できる特定のパターンまたは形状を含んでもよい。例えば、特殊文字、マトリックスコード、バーコード、画像などが、マーキング１５として印刷されてもよい。照明デバイス２０は、例えば白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用によって、マーキング１５上に光２５を放出するために使用される。照明デバイス２０は、画像センサがさらなる処理のために放出光を獲得することができるように、十分な光がマーキング１５から反射されるように構成される。例として、照明は、ＬＥＤによって生成される光強度に応じて、１つまたは複数の白色ＬＥＤを使用する指向性光源、例えばＥｄｍｕｎｄ（商標）高度照明高強度ＬＥＤスポットライトとすることができる。照明角度α_ｉｌｌはまた、色シフト特性の角度に影響を及ぼすこともある。変形形態では、照明デバイス２０は、光２５によるマーキング１５の照明の均一性を増加させるように、表面１_２の前の様々な場所に配置できる。広いスペクトルの白色光２５は次いで、マーキング１５から反射される。第１の光ｌ_１は、物体１０の表面１２から第１の角度で、図示される例では表面１_２に実質的に垂直である角度０°で反射される。第１の光ｌ_１は、第１の特性、例えば第１の原色（ＰＣ）、または第１の角度から見える第１のパターンもしくは偏光を有することができる。加えて、物体１０の前面１２に対して斜めである角度から、図示される例では約４５°で見ると、第１の特性と異なる第２の特性を有する第２の光ｌ_２が反射される。第２の特性は、二次色（ＳＣ）、または第２の角度からは見えるが、しかし第１の角度からは見えない第２のパターンの放出である可能性もある。第１および第２の特性が、異なる色ＰＣおよびＳＣである場合には、第１の光ｌ_１および第２の光ｌ_２は、これらの色ＰＣおよびＳＣで放出されることになり、２００ｎｍから９００ｎｍの間の実質的に重ならない波長範囲、例えばそれのピークを６５０ｎｍに有するＰＣの波長の関数としてのスペクトル組成、およびそれのピークを５１０ｎｍに有するＳＣの波長の関数としてのスペクトル組成を有することになる。

デバイス５は、第２の光ｌ_２がプリズム３０の前面３１の方へ反射され、プリズム３０の第１の部分３２に入り、第１の部分３２の後面３６の方へ向けられるように構成される。プリズム３０は、周囲の環境、すなわち空気の屈折率ｎ_ｅｎｖと異なる屈折率ｎを有する。第２の屈折光ｌ_２１は次いで、第２の光ｌ_２の伝播角度と異なる角度で、プリズム３０の第１の部分３２の後面３６から出る。第２の屈折光ｌ_２１はそれによって、それの方向を変え、プリズムに使用される材料に大きく依存するいくらかの色分散を有することもあるが、しかし波長のシフトは生じない。第２の屈折光ｌ_２１は、レンズ４０によって獲得され、マーキング１５のパターン５２は次いで、画像センサ５０上の第１の場所に形成され、獲得される。同時に、第１の光ｌ_１は、プリズム３０の前面３１の方へ反射され、プリズム３０の第２の部分３４に入る。第１および第２の光ｌ_１およびｌ_２は、物体１０の前面１２に関して異なる伝播角度を有する。図示される変形形態では、第１の光ｌ_１の角度は、光学軸Ｏに実質的に平行であり、物体１０の前面１２に実質的に垂直であり、レンズの方へ向けられ、一方ｌ_２の角度は、レンズに直接ぶつかるには大きすぎる。第１の光ｌ_１は次いで、第１の部分３４の後面３８の方へ伝播し、第１の光ｌ_１の伝播角度と実質的に同じ角度で第１の光ｌ_１１として後面３８から出る。好ましくは、第２の屈折光ｌ_２１と第１の光ｌ_１１との間の角度分離は１０°を超えない。

プリズム３０は、第２の屈折光ｌ_２１もまたレンズ４０の方へ向けられ、レンズ４０によって画像センサ５０の方へ案内されるように配置される。第１の光ｌ_１１は次いで、レンズ４０によって獲得され、マーキング１５のパターン５４は次いで、画像センサ５０の第１の場所と重ならない第２の場所の第２の部分、画像センサ５０の異なる場所によって獲得される。この配置は、第１および第２のパターン５２および５４を画像センサ５０で同時に獲得することを可能にし、パターン５２および５４は、どんな追加のカメラまたは同期機構も必要とすることなく、第２の屈折光ｌ_２１および第１の光ｌ_１１によってそれぞれ形成される。これは、センサ５０から獲得された単一画像での両方のパターン５２および５４にデジタル処理を適用することを可能にする。例えば同時獲得は、画像センサ５０の同じ積分時間内にパターン５２および５４を獲得することを可能にする。

プリズム３０の使用は、光ｌ_１およびｌ_２を反射するためにミラーを使用するのと比較して、ＯＶＩでできているマーキング１５を検査するときにいくつかの利点を提示する。例えば、ミラーは通常、センサ５０によって獲得される画像に直線歪みを導入し、その結果さらなる補正処理が、必要とされることもあり、マーキング１５の第１および第２の特性の検出品質および精度は、強く低減される可能性がある。加えて、ミラーの使用は、追加の多重反射を導入する可能性があり、その結果デバイス５での要素からの多重反射と重なることなく、パターン５２および５４を画像センサ５０の分離した領域に別々に投影することができないことになる。多重反射は、光が２つ以上のミラー間で２回以上反射されるときに生じる。追加の望ましくない二次反射はその結果、光の一次の望ましい反射によって生成される画像と干渉することもある。レンズ４０およびプリズム３０の使用は、光の伝播を変えるためにミラーに基づくシステムと比較すると直線歪みを実質的に低減することを可能にし、またある測定を妨げるまたは不可能にすることもあるミラーに基づくシステムに優るミラー間の二重反射を避けることができる実質的な利点を提示することも可能にする。

画像センサ５０の同じ積分時間中に異なる角度で反射された第１および第２の特性を有する異なる光についてのパターン５２、５４のこの同時獲得は、測定および分析目的のために追加の利点を提供する。画像センサ５０、例えば電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）撮像センサの、例えば１μｓから１００ｍｓの範囲の特定の積分時間を所与とすると、パターン５２および５４を同時に獲得し、その後同じマーキング１５から生じるパターン５２および５４を直接比較することは可能である。

変形形態では、三角形断面形状であるプリズム３０の第１の部分３２だけを使用することもまた可能であり、一方第２の部分３４は存在せず、第１の光ｌ_１は別の光学媒体を通過しない。それによって、マーキング１５から垂直に放出される第１の光ｌ_１は、レンズ４０および画像センサ５０によって直接獲得されることになる。プリズムの第１の部分３２の前面３１の部分は、それの幅が、例えば物体１０の移動方向Ｖでマーキング１５の幅よりも広いように配置される。

画像センサ５０は次いで、第１および第２のパターン５２および５４の画像を獲得するために使用され、その画像はデジタル形式に変換できる。画像センサ５０は、画像センサ５０によって獲得される画像を読み出すように構成されるドライバーユニット５６と結合される。例えば、すべてのドライバー、クロック信号発生器、供給および参照電圧（基準電圧）発生器、アナログデジタル変換器、タイミング信号発生器、メモリバッファーなどは、ドライバーユニット５６の一部とすることができる。ドライバーユニット５６それ自体は、画像センサ５０によって獲得される画像についてデータおよび画像処理を行うことができる処理ユニット６０に結合される。処理ユニット６０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）によって、または処理ユニット６０、画像センサ５０およびドライバーユニット５６をすべて再結合させる知的カメラシステム、例としてＣｏｇｎｅｘ（商標）ＩｎＳｉｇｈｔ １４００ｃによって実現でき、ハードウェアプロセッサおよびメモリを含むことができ、そのメモリは、命令がプロセッサで実行されるとき、様々なデータ処理、視覚化および通信機能を行うことができるコンピュータ可読命令を保存するように構成される。メモリは、揮発性もしくはＦＬＡＳＨメモリ、またはそれらの組合せとすることができる。加えて、処理ユニット６０はまた、画像処理、特徴抽出、統計アルゴリズム、および較正アルゴリズム、その他などのデータ処理を行うことができるハードウェア符号化画像処理チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または複合プログラマブル論理回路（ＣＰＬＤ）を含んでもよい。例えば、ユニット６０は、メディアンフィルタ処理、画像較正、背景画像センサ雑音較正、統計的画像分析、推定、ルックアップテーブル生成および管理、その他などの画像フィルタ処理を行ってもよい。

第１および第２の特性、例えば原色および二次色ＰＣ、ＳＣをそれぞれ有するパターン５２および５４を表す獲得された画像データを使って処理ユニット６０によってなされる典型的な測定は、データマトリックスコード、バーコードの読出し、色品質印刷検査、偏光パターンの分析、マーキングの幾何学的形状の検証などを含む。例えば、そのような測定は、もし色画像センサ５０が使用されるならば、マーキング１５が、正確に定義される色シフト特性を有する特殊なＯＶＩ型でできているかどうかを検証することを可能にする。例えば、処理ユニット６０は、波長の関数としての第１および第２の光ｌ_１１およびｌ_２１の両方についてのスペクトルのプロファイルを、処理ユニット６０に保存される参照プロファイルと比較することができる。別の例として、異なる角度から見るときのマーキング１５の可変透明度を考慮すると、パターン５４は、光ｌ_１１によって見える第１のロゴを示してもよく、一方パターン５２は、光ｌ_２１によって第１のロゴと異なる第２のロゴを示してもよい。

図２は、図１で示されるようなデバイス５で行うことができる光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法のステップを表す図を示す。物体１０は、マーキング１５がレンズ４０および画像センサ５０の視野にあるように、光学的可変マーキング１５の特性を測定するように構成されるデバイス５の前を通り、ステップＳ１０で広いスペクトルの白色光を持つ照明デバイス２０によって照らされる。次に、第１の光ｌ_１は、ステップＳ２２で物体１０の表面１２から第１の角度でマーキング１５から反射され、第２の光ｌ_２は、ステップＳ２０で物体１０の表面１２から第２の角度でマーキング１５から反射される。反射された第２の光ｌ_２は、プリズム３０の第１の部分３２の方へ放出され、ステップ３０で第１の部分３２で屈折されて、屈折された第２の光ｌ_２１として退出する。同時に、示される図では、第１の光ｌ_１は、画像センサ５０上に結像させるためのレンズ４０以外のどんな他の光学媒体も通過しない。変形形態では、第１の光ｌ_１は、プリズム３０の第２の部分３４などの光学媒体を通って案内されてもよい。

次に、第２の屈折光ｌ_２１および第１の光ｌ_１は、レンズ４０の方へ伝播し、レンズ４０によって画像センサ５０上に結像されて、ステップＳ４０で第２の屈折光ｌ_２１および第１の光ｌ_１のパターン５２および５４をそれぞれ形成する。信号を画像センサユニット５０またはドライバーユニット５６に提供するトリガーステップＳ４５は、パターン５２および５４の画像が獲得されるべき時を指示するために行われる。プリズム３０の前面３１への第１の光ｌ_１によるパターン５４としてのマーキング１５の投影が、プリズム３０の第１の部分３２の領域内に位置するとすぐに、トリガー信号は、センサユニット５０による画像積分をトリガーすることができる。例えば、そのようなトリガーは、トリガーゾーンへの物体１０の到着を検出する光バリアーによって、またはセンサユニット５０それ自体によって、物体１０の到着を検出するために高周波数で部分的画像を読み出すことによって実施されてもよい。次いで、これらのパターン５２および５４は、ステップＳ４０で画像センサの同じ積分時間で同時に獲得され、デジタル画像に変換され、そのデジタル画像は、処理ユニット６０に提出される。

次のステップＳ５０では、処理ユニット６０は、獲得されたデジタル画像ならびに第１および第２の特性をそれぞれ有するパターン５２および５４を評価する。例えば、各パターン５２、５４についてある波長に関する色範囲および強度が、特定の波長λが振幅と比較される所定のパターンに対応するかどうかを検証するための色処理が行われてもよい。また、処理ユニット６０は、画像についての特徴検出、画像分割または色分析が容易にできるように、ＲＧＢ色情報を色相−彩度−明度（ＨＳＬ）または色相−彩度−値（ＨＳＶ）色情報に変換してもよい。そのような色処理は、他の処理アルゴリズム、例えばバーコードまたはマトリックスコードの読出し、マーキング１５のある寸法の測定、ある印刷情報の読出し、シンボルまたはロゴの識別などと組み合わせることができる。別の例として、異なる特性を有するパターン５２および５４へのパターン照合が行われてもよい。

次に、図３Ａおよび図３Ｂでは、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイス１０５の概略断面図および正面図が描写される。検査すべき物体１１０は、デバイス１０５の方を向く表面１１２上に光学的可変マーキング１１５を有し、コンベヤーベルト１１７によってデバイス１０５の視野を過ぎて移動される。デバイス１０５は、耐スクラッチ性石英ガラスまたは普通のガラスで作ることができる前部窓１９４を備えるケーシング１９０、例えばアルミニウムまたはポリマー側面、およびその中に配置されたコネクタ１８０、１８１を有する後部密閉部１９２で構成される。コネクタ１８０は、カメラ１５０によって配送されるデジタル画像のさらなる処理のための処理ユニット１６０にカメラ１５０を接続する高速画像データ転送バス１８２とすることができる。この適用のための例となるカメラ１５０は、６４０×４８０画素の解像度を持つＧｅｎｉｅ（商標）Ｃ６４０−１／３である可能性もあり、ＣマウントまたはＣＳマウントのレンズ接合面を有する。カメラ１５０は、ケーシング１９０の側壁に保持用ブラケット１５６を使って取り付けられる。さらに、レンズ１４０は、ケーシング１９０にブラケット１４２を使って取り付けられ、カメラ１５０のＣマウントまたはＣＳマウント接合面に結合される。この適用に使用される可能性がある典型的なレンズ１４０は、Ｃｏｍｐｕｔａｒ（商標）またはＦｕｊｉｎｏｎ（商標）レンズであってもよい。ブラケット１４２は、レンズ１４０を安定させるのに役立つが、しかしまたレンズ１４０の焦点をある位置に固定するのにも役立つ。

さらに、プリズム１３０は、ケーシング１９０の内部に配置され、前部窓１９４と直接接触しており、取付け要素１３９は、プリズム１３０を固定位置に取り付けるためにケーシング１９０中に配置される。前部窓１９４およびプリズム１３０はまた、１つの単体物から作ることもできる。プリズムは、シリカ、サファイア、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなポリマーなどの材料から作ることができる。例となるプリズムは、Ｅｄｍｕｎｄ（商標）ＮＴ４３−６７２、１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍ×２１．９ｍｍのようなリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）分散プリズムである可能性もある。プリズム１３０は、ケーシング内部幅ほど広くなく、その結果照明デバイス１２０は、プリズム１３０の隣に配置でき、また前部窓１９４の方を向いてもいる。変形形態では、照明デバイス１２０はまた、前部窓１９４での反射を避けるためにケーシング１２０の外部に配置することもできる。分離シールド１２７は、プリズム１３０の内部でマーキング１１５からの第１および第２の光ｌ_１およびｌ_２と干渉することになる寄生光が、プリズム１３０の側壁を通って入ることを避けるために、照明部分をプリズム１３０から光学的に分離するように配置される。ケーシングの内部は、黒色塗料でまたは非常に低い反射特性を有するコーティングで覆われてもよく、スクリーンが、プリズムの視野を低減するためにプリズム１３０に追加されてもよい。これらのスクリーンは、光ｌ_２およびｌ_１のための入射ゾーンを定義するためにプリズム１３０の前面１３１に適用されてもよい。照明デバイス１２０は、反射体１２２と、電力供給ユニット１２６に接続される発光ダイオード（ＬＥＤ）またはハロゲン球などの発光素子１２４とを含むことができる。例えば、照明デバイス１２０は、Ｅｄｍｕｎｄ（商標）高度照明高強度ＬＥＤスポットライトである可能性もある。照明デバイス１２０は、ケーシング１９０の内部に配置でき、照明源１２０のストロボスコープ照明のための電力制御、トリガー信号を提供することができる制御ユニット１７０に接続される。トリガー検出ユニット１７２、例えば光バリアー１７２もまた、制御ユニット１７０と接続でき、その結果カメラ１５０による画像取得をトリガーするためのおよびストロボスコープ照明１２０のためのトリガー信号が提供できる。制御ユニット１７０それ自体は、ポート１８１によって外部電力供給装置１６１と接続でき、またトリガー信号ならびに例えば電力供給装置および温度１０５を管理するための他の制御情報を提供するまたは受け取るために処理ユニット１６０とも接続できる。

図３Ｂは、ケーシング１９０の中で左側に位置するプリズム１３０の第１および第２の部分１３２、１３４を示すデバイス１０５の正面図を描写する。分離シールド１２７は、ケーシング１９０の右側の領域に位置し、発光素子１２４および反射体１２２を備える照明デバイス１２０を取り囲む。さらに、プリズム１３０および分離シールド１２７をケーシング１９０の中の定義された位置に収める取付け要素１３９もまた、透明な前部窓１９４を通って示される。

図４は、画像獲得の可能性のある時間事例での光検出デバイス５の要素およびマーキング１５を備える物体１０についての寸法および幾何学的関係の概略図を示す。寸法および幾何学的関係は主に、マーキング１５のサイズおよびＯＶＩの特性によって決定される。例えば、使用されるＯＶＩおよびマーキング１５の多層構造に応じて、マーキングの異なる特性は、理想的な角度α_２を決定することになる。加えて、照明の角度α_ｉｌｌは、理想的な角度α_２に影響を及ぼすことになる。角度α_２は通常、直接反射を避けるためにα_ｉｌｌよりも大きく選択される。例えば、第１および第２の特性が、原色および二次色ＰＣ、ＳＣである場合には、角度α_２はＳＣが容易に検出でき、理想的には角度α_１＝０°から見ることができるＰＣと明らかに区別できるように、かつ斜角の下でマーキング１５の可読性の幾何学的考察に基づいて決定されることになる。寸法および幾何学的関係は、第２の屈折光ｌ_２１および第１の光ｌ_１１が、レンズ４０を用いて画像センサ５０の方へ伝播することになるように設定される。好ましくは、ｌ_１１とｌ_２１との間の角度分離は、パターン５２およびパターン５４の中心間の距離Ｇを所与として、パターン５２および５４が互いに十分に間隔をあけられ、その結果それらが画像センサ５０のそれぞれの領域に投影されるように選択される。画像センサ５０は、レンズ４０のない図４では不釣り合いに示され、画像センサ５０の幅は通常、ＢおよびＦよりも小さいことに留意されたい。

マーキング１５は、定義された幅Ｌを有し、プリズム３０の第１の部分３２の前面は、幅Ｂを有し、プリズム３０の第２の部分３４の前面は幅Ｆを有する。さらに、物体１０の前面１２とプリズム３０の前面３１との間の距離は、表面１２に垂直な方向にＤである。幅Ｅは、センサ５０による画像獲得の時のマーキング１５の前方エッジとプリズム３０の第１の部分３２の右側エッジとの間の横方向距離を表す。図示される変形形態では、プリズムの第１の部分３２は、直角三角形の断面形状を有する。さらに、画像センサ５０およびレンズ４０（図１）の光学軸Ｏはまた、物体１０の前面１２に垂直でもある。照明デバイス２０は、マーキング１５からプリズム３０の前面３１への光の反射を妨害しないように右側に配置され、光学軸Ｏに関して角度α_ｉｌｌを照らすように配置される。第２の反射光ｌ_２は、角度α_２でマーキング１５から放出され、前面３１に垂直な軸に関して角度φ_１でプリズム３０の前面３１に入る。図示される変形形態では、前面３１に垂直な軸は、光学軸と平行である。

次に、第２の反射光ｌ_２は、プリズム３０の第１の部分３２の内部では、前面３１に垂直な軸に関して角度φ_２で、かつ前面３１それ自体に関して角度β_１で伝播し、プリズム３０の第１の部分３２の後面３６に、後面３６に垂直な軸Ａに関して角度φ_３で、かつ後面３６それ自体に関して角度β_２でぶつかる。第２の屈折光ｌ_２１は、プリズム３０から出るときそれの方位角を変え、後面３６に垂直な軸Ａに関して角度φ_４を有する。さらに、プリズム３０の第１の部分３２の傾斜角はβである。図示される変形形態では、プリズム３０のβおよび寸法は、第２の屈折光ｌ_２１および第１の光ｌ_１１が、レンズ４０および画像センサ５０の方へ伝播するように選択される。例えば文字Ａを提示する、画像センサ５０に形成されるパターン５２および５４は、プリズム３０の後面３６および３８からそれぞれ投影される。

デバイス５、１０５をそれの要素とともに設計するとき、次の関係が見いだされた。直角三角形の側部を形成する屈折率ｎを有するプリズム３０の第１の部分３２の前面の幅Ｂは好ましくは、マーキングの幅Ｌの１．２倍から３倍の間の範囲の、より好ましくは幅Ｌの１．５から２倍の間の範囲の倍数である。幅Ｂは、マーキング１５の幾何学的形状を２つの完全なパターン５２および５４によって調べる必要がない場合には、幅Ｌよりも小さくすることができる。さらに、画像獲得の時の距離Ｅは、それが幅Ｌの０．１倍からＬの０．５倍に至るまでの間の範囲、より好ましくはＬの０．２倍から幅Ｌの０．３倍の間の範囲にあるようなものである。幅Ｌは一般に、１ｍｍよりも大きい。第２の反射光ｌ_２の観測角α_２は、マーキング１５に使用されるＯＶＩの種類に従って選択され、４０°から８５°の範囲にあり、第１の光ｌ_１の観測角α_１は約０°である。図示される変形形態では、角度α_２は約４５°である。これらのパラメーターに基づくと、好ましい距離Ｄは次の方程式［１］

に基づいて計算できる。

さらに、プリズム３０の三角形の第１の部分３２に使用されるべき角度βは、次の［３］の通りに定義される。

また、角度φ２は、次の方程式［３］によって定義される。

これらの方程式［１］、［２］、および［３］は、β＋β_１＋β_２＝１８０°という事実に基づいており、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則［４］および［５］を与える。

さらに、前面３１が光学軸Ｏに垂直である図４で示される配置では、次の方程式［６］もまた、当てはまる。

その結果ｌ_２１およびｌ_１１の方向は、光学軸Ｏによって定義される方向にレンズ４０および画像センサ５０の配置の方へ伝播する。

さらに、画像センサ５０の視野の幅Ｗは、それがプリズム３０の後面３６から第２の屈折光ｌ_２１によって放出されるパターン５２、およびプリズム３０の後面３８から第１の光ｌ_１１によって放出されるパターン５４の両方をカバーするように配置される。この配置は、投影のための対応するレンズ４０と一緒に適正なサイズを持つ画像センサ５０を有することによって達成される。

図５は、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイス２０５の変形形態の概略断面図を描写し、ここでは異なる偏光フィルタ２８２、２８５は、軸対称に反対の角度α_２で両方とも放出される第２の反射光ｌ_２１およびｌ_２２をフィルタ処理するために使用される。フィルタ２８２、２８５は、第２の反射光ｌ_２１およびｌ_２２が、フィルタ２８２、２８５を通過後、例えば角度α_２で伝播する二次色ＳＣの異なる偏光状態を有するように構成され、プリズム２３０の前面２３１上に膜または層として適用できる。変形形態ではこれらのフィルタは、前面２３１と接触することなくプリズム２３０の前に、またはプリズム２３０の後ろでプリズム２３０と画像センサ２５０との間に、例えばレンズ（図示されず）のところに配置できる。デバイス２０５は、画像が画像センサ２５０によって獲得され、物体２１０がレンズの光学軸Ｏに沿ったプリズム２３０の軸対称中心線によって定義される中心に実質的に位置する時間事例で描写される。物体２１０上のマーキング２１５は、第２の光を角度α_２で両側の方へ互いに対称的に放出する。プリズム２３０は、特殊な台形断面形状を有し、両方の三角形の外側部分２３２および２３６は傾斜角βを有する。斜めの後面２３７および２３９は、パターン２５２および２５６を画像センサ２５０上に形成することになる光を放出することになる。プリズムの中央部分２３４はまた、省略される可能性もあり、その結果原色ＰＣのパターン２５４は、マーキング２１５から直接獲得され、プリズム部分２３２および２３６は、三角形断面形状を有する２つの別個のプリズムを形成する。この配置は、２つの偏光フィルタ２８２、２８５が対応する光学経路に挿入されるとき、９０°だけシフトする異なる偏光、例えば左偏光ＬＰおよび右偏光ＲＰを持つ第２の特性、例えば二次色またはある偏光を有する第２の光ｌ_２１およびｌ_２２の２つのパターン２５２および２５６を作成することを可能にする。

プリズム２３０の対称的幾何形状を使ってマーキング２１５からの光放出から生成されるが、しかしフィルタ２８２、２８５によって生成される異なる偏光をそれぞれ有する２つの実質的に同一のパターン２５２および２５６の生成は、ＯＶＩの液晶ポリマーの性質を分析し、それが元のまたは改ざんされたマーキング２１５であるかを検証するのに役立つことができる。

図６は、光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイス３０５の変形形態の概略断面図を描写し、例えばここではマーキング３１５の３つの異なる特性が、検出されなければならない。例えば、マーキング３１５は、物体３１０上のマーキング３１５から反射される原色、二次色および三次色ＰＣ、ＳＣ、およびＴＣを生成する可能性がある。この場合もやはり、デバイス３０５は、画像が画像センサ３５０によって獲得され、物体３１０が実質的にプリズム３３０の中央部分３３４の中心に位置する時間事例で描写される。マーキング３１５は、原色ＰＣが物体３１０の表面３１２から垂直に反射され、二次色ＳＣが角度α_２１によって反射され、三次色ＴＣが物体の前面３１２から離れて角度α_２２によって反射されるようなＯＶＩを備えて配置される。図示される例では、α_２１は約４２°であり、α_２２は約６５°である。プリズム３３０は、異なる傾斜角β_２１およびβ_２２をそれぞれ有する２つの三角形部分３３２および３３６で形成される。角度β_２１は、方程式［２］を使って決定できるが、三角形部分３３６の角度β_２２は、三次色の伝播角度α_２２に基づいて、同等の方程式を使って決定される。パターン３５２、３５４および３５６は、プリズム３３０の後面３３７、３３８および３３９から放出された原色、二次色および三次色ＰＣ、ＳＣ、およびＴＣの各々について画像センサ３５０上に形成される。プリズムの中央部分３３４はまた、省略される可能性もあり、その結果原色ＰＣのパターン３５４は、レンズまたは保護ガラス（図示されず）以外の光学媒体を通過することなくマーキング３１５から直接獲得され、プリズム部分３３２および３３６は、三角形断面形状を有する２つの別個のプリズムを形成する可能性がある。この場合もやはり、画像センサ３５０およびレンズ（図示されず）を含む光学システムは、それの視野がセンサ３５０の同じ積分時間に３つのパターン３５２、３５４および３５６をすべて獲得できるように配置される。

図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、画像センサによって獲得された画像を使って光学的可変マーキングの光学特性を測定するように構成されるデバイスのためのプリズムの実現の様々な変化を示す。これらのプリズムの使用の１つの目標は、画像センサの１つの単一積分時間で、色、偏光、形状、パターン、可変透明度などに関係する様々な特性が、単一の獲得画像内で測定できるように、ＯＶＩでできているマーキングから反射される光をカメラの単一画像センサ５０に向け直すことである。マーキング４１５の異なる特性が、色シフト効果に起因して異なる色である場合には、本デバイスの別の目標は、マーキング４１５から反射されるすべての異なる色をレンズおよび画像センサの方へ画像センサの上面に垂直に伝播させることである。例えば、図７Ａは、被検査物体の前面から垂直に見たプリズム４３０を示し、ここではプリズム４３０の左および右部分４３６、４３９は、左および右偏光フィルタを通過した光を屈折させて、左偏光ＬＰおよび右偏光ＲＰを生成するために使用される。加えて、下方部分４３２は、物体のマーキング４１５の二次色ＳＣを屈折させるために使用される。中央部分４３８は、原色ＰＣを画像センサ（図示されず）に渡すために使用される。

別の変形形態は、図７Ｂで示され、ここではプリズム５３０の左および右部分５３６、５３９は、図５に関して説明されるように配置される可能性がある左および右偏光フィルタを通過した光を屈折させて、左偏光ＬＰおよび右偏光ＲＰを生成するために使用される。加えて、下方部分および上方部分５３２、５３４は、物体のマーキング５１５の二次色ＳＣおよび三次色ＴＣを屈折させて、ＳＣおよびＴＣを画像センサの方へ向けるために使用できる。中央部分５３８は、原色ＰＣを画像センサ（図示されず）に渡すために使用される。加えて、図７Ｃは、プリズム６３０を描写し、ここでは中央部分は、六角形断面形状を有し、突出プリズム部分（protruding prism portions）６３６は、六角形状の周りに配置される。突出プリズム部分６３６は、中央部分６３８および６つの突出部分６３６の使用によって単一のマーキング６１５から放出される異なる色の７つの異なるパターンを屈折させて、例えば異なる偏光および色を投影するように構成できる。突出部分は、マーキング６１５からの異なる色を屈折させるために、図６で示されるように、異なる角度を持つ三角形状を有することができる。

図８は、光学的可変マーキング７１５の光学特性を測定するためのデバイス７０５の別の変形形態の概略断面図を描写する。図示される変形形態では、画像センサ７５０の上面７５１は、第２の特性を持つ光ｌ_２を放出する物体７１０の上面７１２に平行ではないが、しかし画像センサ７５０およびレンズ（図示されず）は、角度α_２で放出される観測光ｌ_２によって形成される軸と垂直に配置される。第１の特性を有する第１の光ｌ_１は、物体７１０の表面７１２から角度α_１＝０°で垂直に放出され、三角形断面形状を有するプリズム７３０の前面７３１に入る。光ｌ_２は次いで、プリズムの後面７３６から出て、第１の特性を有する光ｌ_１２として画像センサの方へ垂直に向け直される。照明デバイス７２０は、広いスペクトルの白色光をある照明角度α_ｉｌｌで投影し、プリズム７３０および画像センサ７５０の方への光ｌ_１およびｌ_２の反射を妨害しないように配置される。

図９は、光学的可変マーキング８１５の光学特性を測定するためのデバイス８０５の別の変形形態の概略断面図を描写し、ここでは第１および第２の特性をそれぞれ有する第１および第２の光ｌ_１およびｌ_２の伝播角度α_１およびα_２のどれも、画像センサ８５０の上面８５１に垂直でない。そのような構成では、プリズム８３０の２つの部分８３２および８３４は、光ｌ_１１およびｌ_２１としてレンズ（図示されず）および画像センサ８５０の方へ向けられ、画像センサ８５０の上面に垂直にぶつかるように両方の光ｌ_１およびｌ_２を屈折させるために使用されなければならない。この変形形態は、プリズム８３０の内部で光ｌ_１およびｌ_２のための非常に似た伝播経路長を有するプリズム８３０を設計するために使用でき、その結果パターン８５２および８５４は、プリズム８３０から生じる似た形状およびサイズを有することになる。

本発明は本明細書で、特定の実施形態を参照して述べられたけれども、これらの実施形態は、本発明の原理および適用の実例となるにすぎないと理解すべきである。従って、多数の変更が、実例となる実施形態になされてもよく、他の配置が、添付のクレームによって定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく考案されてもよいと理解すべきである。

Claims (13)

1. 物体に適用される光学的可変マーキングの光学特性を測定するための方法において、
   前記マーキングによって第１の視角で反射される第１の光および前記マーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように前記光学的可変マーキングを照らすステップであって、前記第１および第２の光は、前記光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有するステップと、
   反射した前記第２の光を光学センサの方へ向け直すように、反射した前記第２の光を、光学ユニットを通して屈折させるステップと、
   前記第１の光および屈折した前記第２の光を前記光学センサで同時に獲得するステップと、
   獲得した前記第１および第２の光に基づいて前記光学的可変マーキングの光学特性を決定するステップとを含む方法。
2. 反射した前記第１の光を、前記光学ユニットを通して屈折させるステップをさらに含み、反射した前記第１の光は、前記光学ユニットの第１の部分を通って屈折し、一方反射した前記第２の光は、前記光学ユニットの第２の部分を通って屈折し、前記光学ユニットの前記第１および第２の部分は、互いに異なる屈折特性を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記光学センサはカラーセンサを含み、前記光学特性を決定するステップはさらに、
   獲得した前記第１および第２の光の色特性を測定するステップを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記光学センサでの前記獲得するステップの前に前記第１および第２の光の少なくとも１つを偏光フィルタでフィルタ処理するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。
5. 前記測定するステップは、前記物体上の前記光学的可変マーキングの幾何学的特性を測定するステップを含む請求項３に記載の方法。
6. 物体に適用される光学的可変マーキングの特性を測定するように構成されるデバイスにおいて、
   前記マーキングによって第１の視角で反射される第１の光および前記マーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように前記光学的可変マーキングを照らす動作が可能な光源であって、前記第１および第２の光は、前記光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有する前記光源と、
   反射した前記第２の光を向け直すように、反射した前記第２の光を屈折させる動作が可能なプリズムと、
   前記第１の光および屈折した（向け直された）前記第２の光を同時に獲得する動作が可能な光学センサと、
   獲得した前記第１の光および屈折した前記第２の光に基づいて前記光学的可変マーキングの光学特性を決定する動作が可能な処理ユニットとを含むデバイス。
7. 前記プリズムは、反射した前記第１の光を屈折させる動作が可能であり、反射した前記第１の光は、前記プリズムの第１の部分を通って屈折し、一方反射された前記第２の光は、前記プリズムの第２の部分を通って屈折し、前記プリズムの前記第１および第２の部分は、互いに異なる屈折特性を有する請求項６に記載のデバイス。
8. 前記光をカメラで獲得する前に反射された前記第１および第２の光の少なくとも１つをフィルタ処理する動作が可能な偏光フィルタをさらに含む請求項６に記載のデバイス。
9. 前記プリズムはさらに、
   反射した前記第１の光を屈折させる動作が可能な第１の部分と、
   反射した前記第２の光を屈折させる動作が可能な第２の部分とを含み、
   前記プリズムの前記第１および第２の部分は、互いに異なる屈折特性を有する請求項６に記載のデバイス。
10. 前記光源はさらに、前記光学的可変マーキングによって第３の視角で反射される第３の光を形成するように前記光学的可変マーキングを照らす動作が可能であり、前記第３の視角は、前記第１および第２の視角と異なり、
    前記プリズムはさらに、反射された前記第３の光を屈折させる動作が可能な第３の部分を含み、
    前記プリズムの前記第１、第２および第３の部分は、互いに異なる屈折特性を有する請求項９に記載のデバイス。
11. 物体に適用される光学的可変マーキングの光学特性を測定するためのデバイスにおいて、
    前記マーキングによって第１の視角で反射される第１の光および前記マーキングによって第２の視角で反射される第２の光を形成するように前記光学的可変マーキングを照らす動作が可能な光源であって、前記第１および第２の光は、前記光学的可変マーキングの結果として異なるスペクトル組成を有する前記光源と、
    反射した前記第２の光を前記第２の視角と異なる方向に屈折させて、向け直された第２の光を形成する動作が可能な光学手段と、
    反射した前記第１の光および向け直された前記第２の光を同時に光学センサで獲得する動作が可能な光学センサと、
    前記光学センサに接続され、前記光学センサから受け取る信号に基づいて前記光学的可変マーキングの光学特性を決定する動作が可能な処理ユニットとを含むデバイス。
12. 向け直された前記第２の光および反射した前記第１の光からの変化の角度は、１０°を超えない請求項１１に記載のデバイス。
13. 反射された前記第１の光の光学経路および向け直された前記第２の光の光学経路は、それらがカメラの方へ伝播して、屈折された前記第２の光および反射された前記第１の光について前記光学センサ上に２つの別個の重ならない投影を生成するようなものである請求項１１に記載のデバイス。

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