JP2019216400A - Imaging apparatus and imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging method.
撮像装置に関して、塵やほこりなどの汚染物質が撮像部へ付着しないようにするために様々な提案がなされている。例えば特許文献1には、気密に保った防塵ケース内にテレビカメラを納装した防塵装置において、防塵ケースの前面を構成する透明体に向けて、防塵ケース内に供給した圧力空気を噴射する噴射口を形成することが開示されている。また特許文献2には、撮像素子を覆い且つレンズの所定領域に対応する開口部を設けたカバー部と、該カバー部と一体的に設けられる窓部とを備えるカメラモジュール構造が開示されている。同文献には、窓部に遮光部を施してもよいことも記載されている。
Various proposals have been made with respect to imaging devices in order to prevent contaminants such as dust and dust from adhering to the imaging unit. For example, in
ところで、製品の製造工程において、粉粒体等の散布対象物を散布によって製品に含有させる場合、散布される粉粒体等を精度良く撮像して、その散布状況を定期的に確認することが製品の品質や性能の安定性の観点から重要となる。しかし、特許文献1に記載の防塵装置は、防塵ケースの前面に圧力空気を噴射するので、接着性の高い粉粒体等を撮像する場合には、散布時に飛散した粉粒体等が防塵ケースの前面に付着しやすくなり、その結果、撮像部が汚染され撮像精度が低下してしまう。また特許文献2に記載のカメラモジュール構造は、散布された粉粒体等を撮像する技術ではない。
By the way, in the production process of a product, when an object to be scattered such as a powder or the like is contained in the product by spraying, it is necessary to accurately image the powder or the like to be scattered and periodically check the scattered state. This is important in terms of product quality and performance stability. However, the dustproof device described in
したがって、本発明の課題は、従来技術が有する課題を解決し得る撮像装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an imaging device that can solve the problems of the related art.
本発明は、レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備えた撮像装置であって、
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像するようになされている撮像装置を提供するものである。
The present invention is an imaging device including a lens and a photoelectric conversion unit that converts light collected by the lens into an electric signal,
At least the lens of the imaging device is housed in a housing,
The housing has a penetrating light-receiving window that allows light to enter at least a part of the light-receiving surface at a portion facing the light-receiving surface of the lens, and blocks light from entering the light-receiving window. Has a gas inlet in a non-
It is an object of the present invention to provide an image pickup apparatus configured to take an image of a gas supplied into the housing through the gas inlet while discharging the gas through the light receiving window.
また本発明は、レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備えた撮像装置によって、空気中を移動する粉粒体を撮像する撮像方法であって、
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像する、撮像方法を提供するものである。
Further, the present invention is an imaging method for imaging a powder moving in the air by an imaging device including a lens and a photoelectric conversion unit that converts light collected by the lens into an electric signal,
At least the lens of the imaging device is housed in a housing,
The housing has a penetrating light-receiving window that allows light to enter at least a part of the light-receiving surface at a portion facing the light-receiving surface of the lens, and blocks light from entering the light-receiving window. Has a gas inlet in a non-
It is an object of the present invention to provide an imaging method for imaging the gas supplied into the housing through the gas inlet while discharging the gas through the light receiving window.
本発明によれば、粉粒体などの汚染材料が存在する環境であっても、該汚染材料による撮像視野の汚染を防いで撮像対象物を安定的に撮像することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, even in an environment where a contaminant material such as a granular material is present, it is possible to prevent the contamination of the imaging visual field by the contaminant material and to stably image the imaging target.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1には、本発明の撮像装置の一実施形態が示されている。同図に示すように、撮像装置10は、レンズ11と、レンズ11によって集光された光を電気信号に変換する光電変換部12とを備えている。レンズの外面である受光面11Sは、所定の撮像領域を照らす照明部20と向かい合うように対向して配置されており、レンズ11と照明部20との間に撮像対象物30が移動できるように配置されている。同図では、撮像対象物30が、平板31上から、レンズ11と照明部20との間に落下するようになっている。
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the imaging apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the
本発明で用いられる撮像装置10は、レンズ11及び光電変換部12を備えるものであって、空気中を移動する粉粒体等といった撮像対象物を静止画像として撮像できる装置であれば特に制限なく採用できる。このような撮像装置としては、例えばCCD方式のエリアカメラやラインスキャンカメラなどが挙げられる。画像処理の効率化を図る観点から、光電変換素子を複数有する光電変換部12を備える撮像装置を用いることが好ましく、特にラインスキャンカメラなどの複数の光電変換素子が列状に配置された光電変換部を備える撮像装置を用いることが更に好ましい。光電変換素子としては、電荷結合素子(CCD)であってもよく、あるいはCMOSセンサであってもよい。光電変換素子は、必ずしもカラー光電変換素子であることを要せず、例えば256階調のグレースケールでの階調表現ができる光電変換素子が好ましく、更に高階調な階調表現ができる光電変換素子がより好ましい。また、撮像する粒子に対する分解能を上げることが、より鮮明な画像を得るために好ましい。
The
撮像装置10は、筐体40を更に備えている。筐体40は、撮像装置10のうち少なくともレンズを筐体40内に収容できるようになっていれば、その形状や材質は特に制限されず、例えば形状としては筒状、箱状等が挙げられ、材質としては木、プラスチック、金属等が挙げられる。筐体40は、これ自体が光透過性であっても光不透過性であってもよい。筐体40の寸法は、少なくともレンズ11を筐体40内に収容可能であれば特に制限されず、用いる撮像装置10の寸法に応じて適宜調整することができる。
The
撮影対象物によるレンズの汚染を防いで安定的な撮像を行うとともに、撮像装置10の保守を容易にする観点から、図1に示すように、撮像装置10の全体が筐体40内に収容されていることが更に好ましい。同図に示す筐体40は、箱状の部材となっており、その内部に撮像装置10の全体が収容されている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、筐体40は、貫通した受光窓40Aを有していることが好ましい。同図に示す受光窓40Aは、レンズ11の受光面11Sと対向する部位に配されており、該受光面11Sの少なくとも一部に光の入射をできるようになっている。このような構成を有していることによって、レンズの受光面11Sの撮像対象物による意図しない汚染を防ぎつつ、撮像対象物の撮像を安定的に行うことができる。
As shown in FIG. 1, the
筐体40は、少なくとも受光窓40Aの周囲が遮光されるように構成されていることが好ましい。このような構成とすることによって、筐体40における受光窓40Aの周囲が撮像時間の経過とともに撮像対象物で汚染してしまった場合でも、その汚染に依存することなく撮像対象物の撮像をより安定的に行うことができる。筐体40の遮光の方法は、例えば黒色の部材や金属製部材などの光不透過性部材又は光反射性部材からなる筐体40を用いたり、筐体40の外面又は内面に光不透過性部材又は光反射性部材を取り付けたりして行うことができる。
The
図2(a)には、図1における撮像装置10の要部拡大図が示されている。同図に示すように、筐体40は気体導入口50を更に備えている。気体導入口50は、空気等の気体を外部から筐体40内へ供給する貫通口である。同図においては、ポンプ等の気体を供給する気体供給部60が気体導入路61を介して気体導入口50に接続されている。
FIG. 2A is an enlarged view of a main part of the
撮像対象物の撮像を安定的に行う観点から、気体導入口50は、筐体40における受光窓40Aへの光の入射を遮らない部位に気体導入口50を配することが好ましい。気体導入口50の配置位置は、例えば撮像装置10の全体を箱状の筐体40内に収容した場合には、筐体の天面、底面又は背面に配置したり、レンズの受光面11Sよりも後方に配置したりすることができる。気体導入口50は、一箇所に配置してもよく、複数箇所に配置してもよい。
From the viewpoint of performing stable imaging of the imaging target, it is preferable that the
図1に示すように、撮像装置10は、受光窓40A及び気体導入口50を有する筐体40に収容されていることによって、気体導入口50を通じて筐体40内に供給した気体を流通させて、受光窓40Aを通じて気体流Aとして排出しながら撮像できるようになっている。このような構成となっていることで、受光窓40Aを通じて排出される気体流Aによって、撮像対象物が受光窓40Aに付着することを防ぐことができ、仮に撮像対象物が受光窓40Aに付着した場合であっても付着物を容易に吹き飛ばすことができる。その結果、撮像装置の撮像視野の汚染を防ぎ、撮像対象物の安定的な撮像を行うことができる。
As shown in FIG. 1, the
特に、撮像に適切な光量の確保と、撮像対象物の一層安定的な撮像とをより効果的に両立する観点から、受光窓40Aが撮像装置10における光電変換部12の撮像可能視野と一致するか、又は該視野よりも大きい相似形となるように設けられていることが好ましい。光電変換部12の撮像可能視野は、光電変化部12に内蔵されている光電変換素子の配置位置によって決まるので、図2(b)に示すように、例えばラインスキャンカメラ等といった光電変換部12に複数の光電変換素子15が列状に配置された撮像装置を用いた場合には、光電変換素子15の配置に対応させて、少なくとも撮像可能視野全体を確保できる寸法を有する矩形状の受光窓40Aを設けることができる。
In particular, the
上述のように、ラインスキャンカメラを撮像装置10として用いた場合に、受光窓40Aの形状を矩形状とすることによって、該形状を円形状とした場合に比べて、気体導入口50から供給される気体の流量が少ない場合でも、受光窓40Aから気体を十分に排出することができ、受光窓40A及びその近傍における撮像対象物による汚染を防止できる。その結果、撮像対象物の一層安定的な撮像を実現することができる。
As described above, when the line scan camera is used as the
気体導入口50から供給される気体の流量が少ない場合でも、筐体40の内部から気体を排出可能にして、撮像対象物の一層安定的な撮像を実現する観点から、受光窓40Aは矩形状のものとしたときに、その寸法は以下の関係となっていることが好ましい。
Even when the flow rate of the gas supplied from the
すなわち、図2(a)ないし(c)に示すように、筐体40を箱形とし、筐体40におけるレンズの受光面11Sと対向する部材(以下、この部材を「筐体対向部材40S」ともいう。)及び受光窓40Aをともに矩形状のものとした場合に、受光窓40Aの高さH1(図2(b)中、X方向の長さH1)は、筐体対向部材40Sの高さH2に対して、H1/H2として、2/3倍以下であることが好ましく、1/2倍以下であることがより好ましく、1/10倍以下であることが更に好ましい。
That is, as shown in FIGS. 2A to 2C, the
同様の観点から、受光窓40Aの幅W1(図2(b)中、Y方向の長さW1)は、筐体対向部材40Sの幅W2に対して、W1/W2として、1倍以下であることが好ましく、3/4倍以下であることがより好ましく、1/2倍以下であることが更に好ましい。
From a similar viewpoint, the width W1 of the
また同様の観点から、受光窓40Aの奥行D1(図2(c)中、Z方向の長さD1)は、筐体対向部材40Sの厚さと同じとすることができる。
In addition, from a similar viewpoint, the depth D1 of the
詳細には、受光窓40Aの高さH1は、0.3mm以上であることが好ましく、0.5mm以上であることがより好ましく、1mm以上であることが更に好ましく、また5cm以下であることが好ましく、3cm以下であることがより好ましく、1cm以下であることが更に好ましい。
Specifically, the height H1 of the
受光窓40Aの幅W1は、5mm以上であることが好ましく、1cm以上であることがより好ましく、3cm以上であることが更に好ましく、また30cm以下であることが好ましく、10cm以下であることがより好ましく、5cm以下であることが更に好ましい。
The width W1 of the
受光窓40Aの奥行D1は、3cm以下であることが好ましく、1cm以下であることがより好ましく、1mm以下であることが更に好ましい。
The depth D1 of the
撮像に適切な光量を確保しつつ、撮像対象物の安定的な撮像を行う観点から、レンズ11を円形状のものとしたときに、受光窓40Aの高さH1は、レンズ11の直径C1(図2(b)参照)に対して、H1/C1として、1/100倍以上であることが好ましく、1/20倍以上であることがより好ましく、1/10倍以上であることが更に好ましい。
From the viewpoint of securing stable light quantity for imaging and performing stable imaging of an imaging target, when the
同様の観点から、受光窓40Aの幅W1は、レンズ11の直径C1に対して、W1/C1として、1/100倍以上であることが好ましく、1/10倍以上であることがより好ましく、1/2倍以上であることが更に好ましい。
From the same viewpoint, the width W1 of the light-receiving
また同様の観点から、レンズの受光面11Sと受光窓40Aとの間隔L1は、用いるレンズの焦点距離等によって適宜調整することができるが、レンズ11の直径C1に対して、L1/C1として、1倍以下であることが好ましく、1/2倍以下であることがより好ましく、1/5倍以下であることが更に好ましい。
From the same viewpoint, the distance L1 between the
詳細には、レンズの受光面11Sと受光窓40Aとの間隔L1は、0.1mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、5mm以上であることが更に好ましく、また10cm以下であることが好ましく、5cm以下であることがより好ましく、3cm以下であることが更に好ましい。このような寸法となっていれば、気体供給部60から供給された気体が筐体40内から受光窓40Aを通じて容易に排出できる。
Specifically, the distance L1 between the
粉粒体の移動を乱さないように受光窓40Aからの気体の排出を確保しつつ、撮像対象物の安定的な撮像を実現する観点から、気体供給部60から気体導入口50を通じて供給される気体の流量は、気体供給部60からの気体の導入度合によって適宜変更することでき、受光窓40Aの形状や寸法及び筐体40の内容積に応じて、気体の流量を後述する範囲に設定することが好ましい。本実施形態では、気体供給部60から気体導入口50を通じて供給される気体の流量は、0.01m/s以上であることが好ましく、0.1m/s以上であることがより好ましく、0.3m/s以上であることが更に好ましく、また、1m/s以下であることが好ましく、0.8m/s以下であることがより好ましく、0.6m/s以下であることが更に好ましい。
The gas is supplied from the
撮像装置10は、自由落下、散布又は空気流等によって空気中を移動する粉粒体等を撮像対象とすることができる。撮像対象物としては、例えば紙粉、パルプ、木粉、活性炭、砂糖、小麦粉、樹脂ペレット、樹脂ビーズ及び吸水性ポリマーの粒子等の有機物の粉粒体や、金属粉、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム及び石灰等の金属又は金属塩の粉粒体、ガラス等の無機物の粉粒体などが挙げられる。これらの粉粒体は、粘着剤等のバインダーが更に混合、添加又は被覆され、粘着性を有するものとなっていてもよい。粉粒体の形状は特に制限されず、例えば球状、碁石状、楕円状、針状等が挙げられる。
The
これらの撮像対象物は粉粒体であるので、該粉粒体が落下等の過程で飛散し、撮像装置10等の意図しない部材や領域に付着及び堆積してしまうことがある。特に、塩化マグネシウム等の潮解性を有する粉粒体や、吸水性ポリマーなどの粘着性を有する粒子からなる粉粒体は、意図しない部材や領域に付着及び堆積してしまうと、これらの除去が非常に困難となる。この点に関して、本発明の撮像装置は少なくともレンズ11を覆う筐体40を有しているので、潮解性又は粘着性を有する粉粒体を撮像対象とした場合でも、レンズ11及び受光窓40A付近に飛散した粉粒体が、筐体40内から受光窓40Aを介して排出された気体流Aによって吹き飛ばされ、受光窓40Aに付着することを防ぐことができる。その結果、撮像装置の撮像視野を確保し、安定的な撮像を実現することができる。
Since the imaging target is a granular material, the granular material may be scattered in a process such as dropping, and may adhere and accumulate on unintended members or regions such as the
製品製造過程における撮像対象物の撮像を経時的に行い、そのデータをリアルタイムに処理可能とする観点から、撮像装置10には、画像処理部70が接続されていることが好ましい。画像処理部70の内部には、例えば電気信号処理部、濃度判定処理部、演算部、解析部及び処理部などの複数の構成部を有しており(図示せず)、光電変換部12によって変換された電気信号を画像化できるようになっている。画像処理部70は、更に照明部20と接続されて、画像処理部70に伝送された電気信号に基づいて、照明強度が自動的に調整されるようになっていてもよい。画像処理部70は、例えば、画像処理ソフトウェア等がインストールされたコンピュータや画像コントローラをもとに構築した装置などを用いることができる。
An
本発明の撮像方法は、上述の構成を有する撮像装置を用いて、撮像対象として空気中を移動する粉粒体を撮像するものである。特に、本方法では、気体導入口50から筐体40内に供給された気体を受光窓40Aを通じて排出しながら撮像するので、筐体外に浮遊する塵やほこり、粉粒体等が受光窓40Aから筐体内へ侵入することを防ぐことができ、その結果、撮像装置の撮像視野を確保して安定的な撮像を実現することができる。
An imaging method according to the present invention is an imaging method of imaging a granular material moving in the air as an imaging target using the imaging device having the above-described configuration. In particular, in the present method, since the gas supplied from the
本発明の撮像装置及び撮像方法は、上記実施形態に限定されない。例えば筐体40は箱形のものとして説明したが、本発明の効果が奏される限りにおいて、筐体40は円筒状等の箱形以外の形状であってもよい。筐体40を円筒状とした場合には、該筐体40の円形面を筐体対向部材40Sとすることができ、該部材40Sにおける高さH2及び幅W2はそれぞれ該部材40Sの直径とすることができる。
The imaging device and the imaging method of the present invention are not limited to the above embodiment. For example, although the
また上述の筐体40は、受光窓を除きいずれの面も開口していない箱形のものとして説明したが、本発明の効果が奏される限りこれに限られない。例えば、撮像装置10を平面部材上に載置し、然る後に、底面が開口した箱状の筐体40を撮像装置10を覆うようにかぶせて撮像することもできる。
In addition, the above-described
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
〔実施例1〕
図1に示すように、筐体40内に収容された撮像装置10を用いて、撮像対象物の撮像を経時的に行った。詳細には、受光窓40A及び気体導入口50を有する筐体40内に、受光窓とレンズの受光面11Sとが対向するように撮像装置を収容した状態で、撮像対象物として空気中を落下する粉粒体30の撮像を行った。受光窓40Aの寸法を高さ5mm×幅40mm×奥行0.1mmとし、筐体40の内容積を0.54Lとした。この筐体40内に、気体導入口50を介して気体(空気)を0.42m/sで供給し、受光窓40Aを通じて空気を排出できるようにした。撮像装置10としては、ラインスキャンカメラ(キーエンス社製、XG−HL04M)を用いた。ラインスキャンカメラは、画像処理部70と接続して、バックグラウンドの濃淡変化に起因する撮影画像の濃淡処理を自動で行った。経時的な画素数の変化を図3(a)に示す。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, the imaging target was imaged with the lapse of time using the
〔比較例1〕
本比較例では筐体40を使用しなかった。そしてレンズの受光面に直接気体を1m/sで吹き付けながら、空気中を落下する粉粒体の撮像を経時的に行った。そのほかは、実施例1と同様に撮像を行った。経時的な画素数の変化を図3(b)に示す。
[Comparative Example 1]
In this comparative example, the
図3(a)に示すように、実施例の撮像装置は、経時的な画素数の変化が非常に少なく、一層安定的に撮像対象物を撮像できていることが判る。一方、図3(b)に示すように、比較例の撮像装置では、経時的に画素数が減少し、安定的に撮像対象物を撮像できなくなっていることが判る。この理由として、比較例の撮像装置におけるレンズの受光面が、気体の吹き付けによる撮像対象物の除去が不可能なほど汚染されてしまい、バックグラウンドの濃淡処理を行った場合でも、その濃淡処理に対応できないほどバックグラウンドが濃くなり、その結果、撮像対象物を明確に撮像できなくなったと考えられる。 As shown in FIG. 3A, it can be seen that the imaging apparatus of the embodiment has a very small change in the number of pixels over time, and can more stably image the imaging target. On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the imaging device of the comparative example, it can be seen that the number of pixels decreases over time, and the imaging target cannot be imaged stably. The reason for this is that the light receiving surface of the lens in the imaging device of the comparative example is so contaminated that it is impossible to remove the imaging target by blowing gas, and even if background shading is performed, It is considered that the background was so dark that it could not be handled, and as a result, it was not possible to clearly image the imaging target.
10 撮像装置
11 レンズ
11S レンズの受光面
12 光電変換部
30 撮像対象物(粉粒体)
40 筐体
40A 受光窓
40S 筐体対向部材
50 気体導入口
60 気体供給部
70 画像処理部
Claims (6)
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像するようになされている撮像装置。 An imaging apparatus including a lens and a photoelectric conversion unit that converts light collected by the lens into an electric signal,
At least the lens of the imaging device is housed in a housing,
The housing has a penetrating light-receiving window that allows light to enter at least a part of the light-receiving surface at a portion facing the light-receiving surface of the lens, and blocks light from entering the light-receiving window. Has a gas inlet in a non-
An imaging device configured to capture an image of a gas supplied into the housing through the gas inlet while discharging the gas through the light receiving window.
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像する、撮像方法。
An imaging method for imaging a granular material moving in the air by a lens and an imaging device including a photoelectric conversion unit that converts light collected by the lens into an electric signal,
At least the lens of the imaging device is housed in a housing,
The housing has a penetrating light-receiving window that allows light to enter at least a part of the light-receiving surface at a portion facing the light-receiving surface of the lens, and blocks light from entering the light-receiving window. Has a gas inlet in a non-
An imaging method, wherein imaging is performed while discharging the gas supplied into the housing through the gas inlet through the light receiving window.
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