JP2521366B2

JP2521366B2 - 照明光学系

Info

Publication number: JP2521366B2
Application number: JP2211332A
Authority: JP
Inventors: 一雄東浦
Original assignee: Glory Ltd; Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Glory Ltd; Nidec Instruments Corp
Priority date: 1990-08-08
Filing date: 1990-08-08
Publication date: 1996-08-07
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JPH04165337A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光源からの光束をワークの被撮像面に多方
向から照射することができる照明光学系に関するもの
で、例えば画像処理装置などに適用可能なものである。

（従来の技術）例えば、画像処理装置では、ワークの画像信号を処理
装置に入力するための画像入力装置が必要である。画像
入力装置は、基本的にはワークの載置部と、この載置部
に載置されたワークの被撮像面に対向配置したカメラ乃
至は結像光学系と、ワークの被撮像面を照明する照明光
学系とを有してなる。第10図、第13図は、従来の画像入
力装置の例を示す。何れの例も、ワーク載置部32の上に
ワーク31をその被撮像面が上になるように載置し、ワー
ク31の上方に、レンズ37を有するテレビカメラ36をレン
ズ37がワーク31の被撮像面と対向するように配置してい
る。そして第10図の例では、上記レンズ37の側方両側に
配置した照明光源34によってワーク31の被撮像面を照明
するようになっている。第13図の例では、照明光源34か
らの照明光束をレンズ38を介してライトガイド39の一端
面に集束させ、ライトガイド39によって導かれた照明光
束を上記カメラ36のレンズ37の周囲から下方に向けて照
射することによりワーク31の被撮像面を照明するように
なっている。

（発明が解決しようとする課題）第10図に示す画像入力装置の照明光学系は、ワーク31
の被撮像面を２方向から照明するようになっていて、ワ
ーク31の被撮像面が平面状のものであり、その明暗や色
の差などを検出するには何ら支障はない。しかし、画像
を入力しようとするワークが同一種類の材料でできてい
て、同じ色をしており、しかも被撮像面に凹凸の模様が
あってこの凹凸の模様を検出しようとする場合には、第
10図に示す照明光学系は不適当である。即ち、二つの光
源34,34からの照明光は、第12図に配光特性曲線40で示
すように、ワークの被撮像面のある一点Ｏに対して２方
向から集中的に照射され、この２方向に対して直交する
方向のエリア41の照度は相対的に低い。従って、第11図
に示すように、ワーク31がコインなどのように凹凸模様
を有する場合は、ワーク31の凹凸模様のうち、光源34,3
4からの照明光束に対し直交するエッジ部分が極端に明
るく、それ以外の部分は相対的に暗くなるというように
極端な明暗の差を生じる。ここで、ワーク31の向きが一
定であるとすれば、明暗の差が生じても画像処理に支障
はないが、ワーク31がコインのような場合はその向きが
不定であるため、明暗の差があるとワークの向きによっ
て明暗の模様の形が変化してしまい、取り込まれる画像
が異なったものになって、正しい画像認識ができなくな
る。

また、第13図に示す画像入力装置の照明光学系によれ
ば、カメラ36のレンズ37の周囲から照明光が照射される
ため、リング状の照明となり、よって、リング照明の中
心とワーク31の中心とを一致させれば、ワーク31側から
みて照明光の方向性がなくなり、凹凸模様のエッジは全
体が均一に明るくなるため、ワーク31の向きが不定でも
正しい画像認識が可能である。しかしながら、リング照
明をしようとすると、光源あるいは照明光の出射部をリ
ング状にする必要があるため、これを設置するのに比較
的大きな空間を必要とし、設置空間が狭い範囲に限定さ
れる場合は、リング照明を採用することは不可能であ
る。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するために
なされたもので、ワークの向きがまちまちであってもワ
ークの凹凸模様の明暗が変化せず、また、設置空間が狭
い範囲に限定される場合でも設置することができる照明
光学系を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、ワークの被撮像面に斜方向から光束を照射
する光源と、光源と被撮像面との間に設けられていて光
源からの光束を屈折させて被撮像面に照射する屈折部材
と、被撮像面に対して上記屈折部材と反対側で屈折部材
と対向する位置にミラー若しくは上記と同様の光源およ
び屈折部材を設け、上記屈折部材には、第１屈折部と第
２屈折部が光束の入射方向に対して対称形にかつ適宜の
傾斜角をもって形成されていることを特徴とする。

（作用）光源から出射した照明光は、まず屈折部材に入射す
る。屈折部材は、その第１屈折部と第２屈折部によって
入射光束を相互に異なる向きに、しかも光束の入射方向
に対し互いに対称な方向に分割する。分割された照明光
はワークの被撮像面に照射される。このようにして、一
つの光源からの照明光が複数に分割されてワークの被撮
像面に照射されることになる。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明にかかる照明光学系
の実施例について説明する。

第１図において、直方体状のケース９の一方の内部に
は複数の光源１が配置されている。光源１は、適宜の発
光素子、例えばLEDでなり、複数の光源１が基板２上に
ライン状に配列されて固定されている。基板２はその長
手方向の仮想線を中心に回転させられて傾けられ、よっ
て、各光源１から照明光が斜め上方に向かって出射する
ようになっている。光源１を構成する発光素子の数は、
後述のワークの大きさやその材質等によって適宜変更し
てよい。

各光源１から出射した照明光はケース９の天井部に達
するが、この天井部には透明のカバーガラス４が固定さ
れている。カバーガラス４の上面はケース９の上面と一
致するように取付けられている。カバーガラス４の上を
ワーク５が図において奥の方から手前側に向かって搬送
されるようになっている。ワーク５は、例えばコインや
メダルなどであり、カバーガラス４の上面と接するワー
ク５の下面が被撮像面5aとなっている。

上記光源１とワーク５の被撮像面5aとの間には、光源
１からの光束を分割し屈折させて被撮像面5aに照射する
屈折部材11と、屈折部材11を透過した照明光の一部を反
射して上記被撮像面5aに照射するミラー12が設けられて
いる。第３図、第４図に示すように、上記屈折部材11は
板状の第１のプリズム板13と第２のプリズム板14からな
る。

第１のプリズム板13は、一側面が平坦面15、他端面が
波形の凹凸面になっており、この凹凸面は、上記平坦面
15と平行に形成された上記波形の谷部に相当する光透過
部16および上記波形の山部に相当する光透過部17と、こ
れらの光透過部16,17をつなぐ傾斜面でなる第１屈折部1
8および第２屈折部19とからなる。上記波形の凹凸面は
プリズム板13の長手方向に連続している。プリズム板13
には上記平坦面15側から光源１の照明光が入射するよう
になっており、上記第１、第２屈折部18,19は、上記照
明光の入射方向に対し互いに対称形にかつ適宜の傾斜角
をもって形成されている。

第２のプリズム板14も同様に、一側面が平坦面20、他
端面が波形の凹凸面になっており、この凹凸面は、上記
平坦面20と平行に形成された上記波形の谷部に相当する
光透過部21および上記波形の山部に相当する光透過部22
と、これらの光透過部21,22をつなぐ傾斜面でなる第１
屈折部23および第２屈折部24とからなる。上記波形の凹
凸面はプリズム板14の長手方向に連続している。プリズ
ム板14には上記凹凸面側から光源１の照明光が入射する
ようになっており、上記第１、第２屈折部23,24は、上
記照明光の入射方向に対し互いに対称形にかつ適宜の傾
斜角をもって形成されている。

第１、第２のプリズム板13,14はそれぞれの凹凸面の
光透過部17,22同志が重ねられて一体に接合され、屈折
部材11が形成されている。第６図に示すように、第２の
プリズム板14の光透過部22の幅をＷとすると、第１のプ
リズム板13の光透過部17の幅も同じになっている。ま
た、第２のプリズム板14の光透過部22への入射光の中心
線に対する第１、第２屈折部23,24の傾斜角は等しく、
この傾斜角をθとすると、第４図に示す第１、第２の屈
折部23,24相互のなす角度θ_ｚはθ＋θ＝２θとなる。
この角度θ_ｚを頂角という。同様に、第１のプリズム板
13の第１、第２屈折部18,19相互のなす角度θ_１を頂角
という。

第７図にも示すように、屈折部材11の上下方向の幅に
対しミラー12の上下方向の幅は1/2程度に小さくなって
いて、屈折部材11を透過した照明光の一部は、直接カバ
ーガラス４上に線状に照射され、また、屈折部材11を透
過した照明光の他の一部は、ミラー12で反射されて上記
照射位置と同じ位置に線状に照射されるようになってい
る。第２図において符号８は、照明光の照射範囲の中心
線を示す。ワーク５の搬送方向は第１図、第２図に矢印
で示すように上記照射範囲の中心線８に対し直交する方
向である。

第１図、第２図において、ワーク５の被撮像面5aから
下方に反射される反射光は、前記ケース９内の一側下部
に固定されたミラー３で側方に反射され、結像光学系６
に導かれるようになっている。結像光学系６は、ワーク
５の被撮像面5aの画像をラインセンサ７上に結像させ
る。ラインセンサ７は、光源１からの照明光で屈折部材
11およびミラー12を介し照明されたワーク５の被撮像面
5aの画像を、ワーク５の搬送方向に対し直交する方向に
１ラインごとに検出し、画像信号として出力する。この
画像信号は、画像処理装置等に入力される。

次に、上記実施例の動作、特に屈折部材11の作用につ
いて説明する。

第５図に示すように、屈折部材11を構成する第１のプ
リズム板13の平坦面15側を照明光の入射面とし、第２の
プリズム板14の平坦面20側を照明光の出射面とする。ま
た、第１屈折部18への入射光束をf₁、光透過部17への入
射光束をf₂、第２屈折部19への入射光束をf₃、光透過部
16への入射光束をf₄とする。第１、第２のプリズム板1
3,14の光透過部16,17,21,22の幅と第１、第２屈折部18,
19,23,24の幅との関係から、入射光束f₁,f₃は入射光束f
₂,f₄のほぼ２倍になっている。

いま、光源１から照明光を出射させ、第７図に示すよ
うに、屈折部材11に対して紙面に平行でかつ斜めの方向
に入射させると、照明光束f₂は平坦面17,22を直角に横
切り、照明光束f₄は平坦面16,21を直角に横切るため、
これら照明光束f₂,f₄は屈折部材11内を直進し、第２の
プリズム板14の平坦面20から直角に出射する。一方、照
明光束f₁は、第１のプリズム板13の第１屈折部18、第２
のプリズム板14の第１屈折部23、平坦面20でそれぞれ屈
折され、この平坦面20に対してある角度をもって出射す
る。同様に、照明光束f₃は、第１のプリズム板13の第２
屈折部19、第２のプリズム板14の第２屈折部24、平坦面
20でそれぞれ屈折され、この平坦面20に対しある角度を
もって出射する。この実施例では、照明光束f₁は照明光
束f₂,f₄に対して−60゜の角度で出射し、照明光束f₃は
照明光束f₂,f₄に対して60゜の角度で出射するように、
上記各屈折部の角度が設定されている。

屈折部材11を直進して透過しまた屈折しながら透過し
た上記各照明光束f₁,f₂,f₃,f₄の約半分は、前述のよう
にカバーガラス４上に線状に照射され、上記各照明光束
f₁,f₂,f₃,f₄の他の約半分はミラー12に至り、このミラ
ー12で反射されてカバーガラス４上に線状に照射され
る。

ここで、第８図に示すように、ワーク５の被撮像面5a
の一点Ａに対する上記各照明光の方向をみると、屈折部
材11を透過した照明光が３方向から照射され、屈折部材
11を透過し、かつミラー12で反射された照明光が３方向
から照射されて、合計６方向から照射されることにな
る。しかも、６方向の各光束は相互に60゜の角度をもっ
ているから、結果的には、光源１を出射した照明光束が
六つに等角度で分割されて６方向から照射されることに
なる。また、上記各照明光束f₁,f₂,f₃,f₄のうち直進す
る照明光束f₂,f₄は、屈折する照明光束f₁,f₃のほぼ1/2
であるから、一方向に向かう照明光束f₁と、他の方向に
向かう照明光束f₃と、直進する照明光束f₂,f₄を合わせ
た照明光束とがそれぞれ等しくなる。以上説明した作用
は、ワーク５の被撮像面5aの他の点についても同様であ
り、よって、ワーク５の被撮像面5aが多方向から均等に
照明されることになる。

このように、上記実施例によれば、ワーク５の被撮像
面5aが多方向から均等に照明されるため、被撮像面5aの
凹凸模様のエッジが全周にわたって明るくなり、一部分
のみが極端に明るくなるというようなことはなくなるか
ら、ワーク５の方向が変わることによって凹凸模様の明
暗が変わることはない。従って、センサ７の出力信号で
ある画像信号は被撮像面5aの凹凸模様に忠実な信号とな
り、この信号を画像処理装置に入力して画像認識に供し
たとき、画像認識の精度が向上する。

また、ワーク５の被撮像面5aを多方向から均等に照明
するに当たり、屈折部材11とミラー12を用いたため、従
来のようにリング照明手段を用いる必要がなくなり、空
間的に限られた装置であっても、組み込むことが可能に
なった。

上記実施例のように、光源１からの照明光を屈折部材
11によって相互に60゜の間隔で３分割するようにすれ
ば、ミラー12の併用によってワーク５の被撮像面5aを多
方向から均等な角度で照明することができるため効果的
である。照明光を３分割するに当たり、屈折部材11は必
ずしも上記実施例のように２枚のプリズム板13,14で構
成する必要はないが、２枚のプリズム板13,14を用いる
ことによって設計上の自由度が大きくなり、偏向光の透
過エネルギーが最大になるような頂角を比較的容易に設
定することができる、という利点がある。プリズム板1
3,14の頂角θ₁,θ_２はプリズム板13,14の材料によって
異なるが、上記実施例ではθ_１を120゜程度、θ_２を60
゜程度に設定した。プリズム板13,14の材料としては、P
MMA等のプラスチック、眼鏡レンズに用いられるガラス
その他を用いることができる。

次に、上記実施例を基礎にした各種変形例を説明す
る。

第９図は屈折部材を構成するプリズム板の変形例を示
すもので、第１、第２屈折部をそれぞれ傾斜角度の異な
る複数の傾斜面で形成したものである。即ち、プリズム
板26は、入射光束が直進する幅Ｗの光透過部27と、この
光透過部27の両側に光束の入射方向に対して互いに対称
形に形成された傾斜面28,29と、傾斜面28に続く傾斜面3
0と、傾斜面29に続く傾斜面31とを有してなる。各傾斜
面28,29,30,31は屈折部を構成している。ここでは傾斜
面28,30を第１屈折部とし、傾斜面29,31を第２屈折部と
する。傾斜面28,29の傾斜角度と傾斜面30,31の傾斜角度
は異なっている。このような構成にしておけば、入射さ
れる照明光束を５方向に分割することができるし、前記
実施例のミラー12と同様のミラーを併用すれば、被撮像
面をよりキメ細かに多方向から均等に証明することがで
きる。

屈折部材を構成するプリズム板は、少なくとも対称形
に形成された第１、第２屈折部があればよく、平坦面で
なる光透過部は必ずしも必要ではない。この場合でも、
入射光束は少なくとも２方向に分割されるし、前記実施
例のミラー12と同様のミラーを併用すれば、被撮像面は
少なくとも４方向から照明されるため、所期の目的を果
たすことができる。

前記実施例では、第７図に示すように、屈折部材に対
して照明光が斜めに入射するようになっていたが、この
入射角度は特に所定の角度に限られるものではなく、屈
折部材に対して直角に入射するようにしてもよい。

前記実施例のミラー12に相当するミラーをなくし、２
組の光源と屈折部材とを対にして用いることにより、被
撮像面を両側から照明するようにする。

前記実施例では、照明光束を等角度になるように分割
していたが、必ずしも等角度になるように分割する必要
はなく、要するに、等方的な照明、即ち、被撮像面の周
囲から照明光が照射されるようになっていればよい。

本発明にかかる照明光学系は、コインの判別装置や、
ベルトコンベア上のワーク判別のための画像処理装置そ
の他に適用可能であり、特に、ワークの被撮像面の凹凸
模様を認識する装置の照明光学系として用いれば効果的
である。

（発明の効果）本発明によれば、光源と被撮像面との間に屈折部材
と、被撮像面に対して上記屈折部材と反対側で屈折部材
と対向する位置にミラー若しくは上記と同様の光源およ
び屈折部材を設け、この屈折部材には、第１屈折部と第
２屈折部を光束の入射方向に対して対称形にかつ適宜の
傾斜角をもって形成したため、入射光束が屈折部材で複
数に分割され、さらにミラーで反射され若しくは別の屈
折部材で屈折されて被撮像面に多方向から照射されるこ
とになり、被撮像面の凹凸模様のエッジが全周にわたっ
て明るくなり、ワークの方向が変わることによって凹凸
模様の明暗が変わることはない。

また、被撮像面を均等に照明するに当たり、従来のよ
うにリング照明手段を用いる必要がないので、限られた
狭い空間にも設置することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる照明光学系の実施例を示す斜視
図、第２図は同上実施例の光路を示す斜視図、第３図は
同上実施例中の屈折部材を拡大して示す斜視図、第４図
は同上平面図、第５図は上記屈折部材による光の屈折作
用を示す平面図、第６図は上記屈折部材の一部をさらに
拡大して示す平面図、第７図は上記屈折部材から被撮像
面に至る光路の側面図、第８図は同上平面図、第９図は
本発明に適用可能な屈折部材の別の例の一部を拡大して
示す平面図、第10図は従来の照明光学系の一例を示す正
面図、第11図は同上従来例によるワークの照明の様子を
示す平面図、第12図は同じく配光特性を示す線図、第13
図は従来の照明光学系の別の例を示す正面図である。１……光源、５……ワーク 5a……被撮像面、11……屈折部材 18,23,28,30……第１屈折部 19,24,29,31……第２屈折部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−94202（ＪＰ，Ａ) 特開平２−228689（ＪＰ，Ａ) 特公平７−79003（ＪＰ，Ｂ２) 実公平２−9444（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの被撮像面に斜方向から光束を照射
する光源と、上記光源と上記被撮像面との間に設けられていて光源か
らの光束を屈折させて被撮像面に照射する屈折部材と、被撮像面に対して上記屈折部材と反対側で屈折部材と対
向する位置にミラー若しくは上記と同様の光源および屈
折部材を設け、上記屈折部材には、第１屈折部と第２屈折部が光束の入
射方向に対して対称形にかつ適宜の傾斜角をもって形成
されていることを特徴とする照明光学系。