JP3716036B2 - 刻印読取り装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、刻印読取り装置に関し、特に、硬貨、メダル或いはカード等に設けられた刻印を読み取るための刻印読取り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来における刻印読取り装置は、特開平5−89276号公報に開示されているように、円周上に配置された複数の光源から出射した発散光が、筐体の下部に配置された反射鏡で反射して、略水平方向から読取対象物を照らした後、この読取対象物をCCDカメラ等の撮像手段で撮像するように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各光源から出射した発散光は、光源中心軸線(光軸ともいう)上の輝度が最も高く光源中心軸線から離れるにつれて輝度が低くなるといった発光特性を有している。そこで、刻印読取り装置を各種装置に組み込み易くするために、刻印読取り装置を小型化した場合、光源と読取対象物との光路が短くなり、読取対象物の表面における照度不均一(以下、照明ムラという)が顕著になる。そして、この照明ムラによって撮像手段で撮像された画像は、読取対象物表面の凹凸の一部が消えた画像となり、例えば、この画像から読取対象物の重心を求めるといったような画像処理を行うことは困難であった。
【0004】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、装置を小型化して光源と読取対象物との光路を短くした場合であっても、照明ムラがほとんど発生しない刻印読取り装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の刻印読取り装置は、読取面上の読取部位に配置された読取対象物の刻印を読み取る刻印読取装置において、読取面に対向して配置させて、読取対象物を撮像する撮像手段と、読取部位の周囲に環状に配置させて、外方に向けて発散光を出射する複数の光源と、各光源の周囲に配置させて、各光源から出射した発散光を読取対象物に向けて反射させる環状の反射鏡とを備え、反射鏡の反射面と読取面とがなす撮像手段側の内角を直角以上にすると共に、読取面の垂線方向において、反射面に対して光源の光源中心軸線を傾けたことを特徴とする。
【0006】
本発明の刻印読取り装置によれば、各光源から外方にむけて出射した発散光は、反射鏡の反射面に入射する。読取面の垂線方向において、光源中心軸線は反射面に対して傾いているので、反射面で反射した光の半分近くの光が読取対象物に向かって直進する。そして、読取対象物に到達する各光線は、光源中心軸線に沿った光線が最も長い光路で遠方に導かれ、光源中心軸線との角度が大きくなるにつれて徐々に短い光路で近方に導かれる。
【0007】
ここで、各光源から出射した発散光は、光源中心軸線上の輝度が最も高く光源中心軸線との角度が大きくなるにつれて輝度が低くなるといった発光特性を有している。また、各光源から出射した発散光は、光路が長くなるにつれて輝度が低下する。
【0008】
このように、輝度の高い光線が長い光路で読取対象物に到達して、輝度の低い光線が短い光路で読取対象物に到達するため、各光線が読取対象物に到達した際の輝度はほぼ等しくなる。その結果、読取対象物の表面における照度がほぼ均一となる。このため、装置を小型にして光源と読取対象物との光路を短くした場合であっても、読取対象物の表面での照明ムラがほとんど発生することはなく、表面の凹凸が明瞭な読取対象物の画像を撮像手段で撮像することができる。この画像に基づいて画像処理を行えば、例えば、読取対象物の重心を容易且つ確実に求めることができる。
【0009】
ここで、反射鏡の反射面と読取面とがなす撮像手段側の内角を鈍角にすると共に、光源の光源中心軸線を、透明板の内面に対して平行に延ばすことが好ましい。
【0010】
また、反射鏡の反射面と読取面とがなす撮像手段側の内角を直角にすると共に、光源の光源中心軸線を、読取面に対して撮像手段側に傾けて延ばすことが好ましい。
【0011】
さらに、反射鏡の反射面と読取面とがなす撮像手段側の内角を直角にすると共に、光源の光源中心軸線を、読取面に対して読取面側に傾けて延ばすことが好ましい。
【0012】
さらにまた、反射鏡の反射面と読取面とがなす撮像手段側の内角を鈍角にすると共に、光源の光源中心軸線を、読取面に対して撮像手段側に傾けて延ばすことが好ましい。
【0013】
さらにまた、光源からの発散光であって光源中心軸に沿った光線の光強度に対して半分の光強度を有する光線について、この光線が読取部位を光源中心軸方向に4分割した際の最も反射面に近い領域の範囲に導かれるように、反射面に対して光源の光源中心軸線を傾けることが好ましい。
【0014】
さらにまた、開口部を有し、内部に撮像手段、光源、及び反射鏡を収容した筐体と、開口部に設けられて、読取面と外面とを一致させた透明板とを更に備えることが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
【0016】
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る第1の実施形態である刻印読取り装置1を示す斜視図である。刻印読取り装置1は、樹脂からなるボックス状の筺体10を備えており、この筺体10の上面に円形状の開口部11が設けられている。そして、この開口部11にはサファイアガラス等で形成された透明板12が固定されており、この透明板12の外面と一致させた読取面12b上の読取部位12cに読取対象物(例えば500円硬貨)20を配置させることができる。また、筺体10の上方には、透明板12上まで読取対象物20を搬送させるための搬送装置30が設けられている。この搬送装置30は、読取対象物20の搬送方向Aに延在する無端ベルト31と、この無端ベルト31を循環駆動させるための一対のプーリ32,33と、刻印読取り装置1の上面に隣接して搬送方向Aに延びる搬送テーブル34とを備えている。従って、図示しないモータによりプーリ33を回転させることで、無端ベルト31を駆動させて、読取対象物20を透明板12の読取部位12c上まで自動的に搬送させることができる。
【0017】
また、筺体10の内部において、透明板12の内面12aと近接した位置には照明部40が設けられている。この照明部40は、透明板12の読取部位12cの周囲に環状に配置させて、外方に向けて発散光を出射する複数の光源41(例えば発光ダイオード)と、各光源41の周囲に配置させて、各光源41からの照射光を透明板12上の読取対象物20に向けて反射させる環状の反射鏡42とを備えている。さらに、筺体10の内部において、透明板12の下方位置には撮像手段としてのCCDカメラ50と、透明板12に向けて光を出射させるLED60とが設けられている。
【0018】
さらにまた、透明板12の上方において、透明板12を介してLED60と対向する位置には、LED60から出射した光を受光する受光素子61が設けられている。そして、LED60と受光素子61とから読取対象物20の通過を検出するセンサが構成され、このセンサを用いることによって読取対象物20がCCDカメラ50の上方に到達したか否かを判断することができる。このセンサからの信号は搬送装置30、光源41及びCCDカメラ50に与えられて、この信号によって搬送装置30が停止すると共に、光源41及びCCDカメラ50が作動を開始する。なお、光源41からの光は極めて短時間であるので、CCDカメラ50では、搬送中の読取対象物20の一瞬を捕らえた静止画像が撮像できる。
【0019】
図2に示すように、光源41は回路基板13上に環状に固定され、この回路基板13は、筺体10内に設けられた支持フレーム14の上端に固定されて、透明板12の内面12aに対して平行に配置されると共に、中央に撮像用の開口部14aを有している。また、光源41は、この回路基板13の上面で等間隔で且つ環状に配置されると共に、外方に向けて放射状に発散光を出射する。
【0020】
さらに、回路基板13上には、各光源41の周囲に環状の反射鏡42が配置されている。この反射鏡42は、筺体10の内壁面10aに立て掛けられると共に、筺体10の蓋部10bと回路基板13とにより挟持されることで位置決め固定がなされる。また、図3及び図4に示すように、反射鏡42の内壁面には、複数の反射面43が各光源41とそれぞれ対面させて形成されている。そして、各反射面43の溝底43aには発散光の光源中心軸線Bが延びている。
【0021】
図5に示すように、反射鏡42の反射面43と読取面12bとがなすCCDカメラ50側の内角Sは、鈍角である。また、光源41の光源中心軸線Bは、透明板12の内面12aに対して平行に延びている。このため、読取面12bの垂線方向Cにおいて、反射鏡42の反射面43は光源41の光源中心軸線Bに対して、CCDカメラ50側に傾くこととなる。即ち、反射鏡42の反射面43は、光源41の光源中心軸線Bに垂直な面に対して3.96度の角度で傾いている。
【0022】
このように、反射面43は光源中心軸線Bに対して傾いているので、反射面43で反射して透明板12に到達する光線のうち、光源中心軸線Bに沿った光線Dが最長の光路で遠方に導かれる。さらに、透明板12に到達する光線は、光源中心軸線Bとの角度が大きくなるにつれて徐々に光路が短くなり、光源中心軸線Bとの角度が最も大きい光線Eが最短の光路で近方に導かれる。
【0023】
ここで、図6に示すように、各光源41から出射した光は、光源中心軸線B上の輝度が最も高く、光源中心軸線Bとの角度が大きくなるにつれて輝度が低くなるといった発光特性を有している。また、各光源41から出射した発散光は、光路が長くなるにつれて輝度が低下する。このように、輝度の高い光線Dが長い光路で読取対象物20に到達し、輝度の低い光線Eが短い光路で読取対象物20に到達するために、各光線が読取対象物20に到達した際の輝度はほぼ等しくなる。その結果、読取対象物20の表面における照度がほぼ均一となり、読取対象物20の表面における照明ムラが効果的に抑えられる。よって、読取対象物20表面の凹凸が明瞭な画像をCCDカメラ50で撮像することができる。
【0024】
上述したように、反射鏡42の反射面43は、光源41の光源中心軸線Bに垂直な面に対して約4度の角度で傾いている。この角度に反射面43を傾けることにより、読取対象物20の表面での照明ムラが最小になる。反射面43の傾斜角は、次のように調整される。
【0025】
即ち、図6から判るように、光源41から放射した発散光は、光源中心軸線B上の光強度が最も強く、光源中心軸線Bから離れるにつれて光強度が低下する。そして、光源中心軸線に対して20度の角度で直進する光線が、光源中心軸線Bに沿った光線に対して50%の光強度となる(この角度を半値角という)。反射鏡42の反射面43は、この半値角の光線Fが、読取部位12cにおける特定の領域に到達するように傾斜している。
【0026】
つまり、発明者による研究の結果、読取部位12cを径方向(光源中心軸B方向)に4分割した際の最も反射面43に近い領域71に、半値角の光線Fが到達するよう反射面43の傾斜角を設定すると、読取対象物20の表面における照度がほぼ均一になることが判かった。そこで、半値角の光線Fが領域71のいずれかの位置に到達するように反射面43の傾斜角を調整することによって、読取対象物20の表面での照明ムラを最小にしている。
【0027】
ここで、半値角の光線Fが到達する領域71のいずれかの位置とは、反射面43で反射した発散光によって、読取部位12c全体を照明できる所望の位置である。即ち、光源41の配置上、反射面43で反射した発散光の一部が光源41によって遮られて、読取部位12c全体を照明できない場合がある。そこで、読取部位12c全体に光線が到達するように、半値角の光線Fの入射位置は調整されている。なお、この調整での調整量は、光源41の配光特性等によって異なる光源41固有の値である。
【0028】
また、光源41の光源中心軸線B方向における各部材の配置は次のように行われる。即ち、光源41を反射面43に近付けすぎると、反射面43で反射した光線の一部が光源41によって遮られてしまう。また、光源41を反射面43から離しすぎると、光源41が読取部位12cに入ってしまう。そこで、反射光が光源41によって遮られない程度に光源41を反射面43から離すと共に、光源41が読取部位12cに入らない程度に光源41を読取部位12cから離している。
【0029】
以上のように、反射面43の角度を調整して、この反射面43で反射した光を用いて読取対象物20を照明することにより、読取対象物20の表面における照度が均一になる。その結果、読取対象物20の表面での照明ムラが最小になり、読取対象物20表面の凹凸が明瞭な画像をCCDカメラ50で撮像することができる。
【0030】
(第2の実施形態)
次に、本発明に係る第2の実施形態である刻印読取り装置2を説明する。図7及び図8は、刻印読取り装置2の要部を示す断面図である。この第2の実施形態が図1に示す第1の実施形態と異なるのは、光源41の光源中心軸線Bを傾けて、透明板12の内面12aを傾けていない点である。その他の構成については第1の実施形態と同一又は同等である。なお、第1の実施形態と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【0031】
図7及び図8に示すように、反射鏡42の反射面43と読取面12bとがなすCCDカメラ50側の内角Sは、直角である。また、光源41の光源中心軸線Bは、透明板12の内面12aに対して、CCDカメラ50側に傾いて延びている。このため、読取面12bの垂線方向Cにおいて、光源41の光源中心軸線Bは、反射鏡42の反射面43に対して傾くこととなる。即ち、図7において、光源41の光源中心軸線Bに垂直な面は、反射鏡42の反射面43に対して1.2度の角度で傾いている。また、図8において、光源41の光源中心軸線Bに垂直な面は、反射鏡42の反射面43に対して6.48度の角度で傾いている。
【0032】
このように、光源中心軸線Bは反射面43に対して傾いているので、反射面43で反射して透明板12に到達する光線のうち、光源中心軸線Bに沿った光線Dが最も長い光路で遠方に導かれる。さらに、透明板12に到達する光線は、光源中心軸線Bとの角度が大きくなるにつれて徐々に光路が短くなり、光源中心軸線Bとの角度が最も大きい光線Eが最短の光路で最も近方に導かれる。
【0033】
その結果、各光線が読取対象物20に到達した際の輝度がほぼ等しくなり、読取対象物20の表面における照明ムラが効果的に抑えられる。よって、読取対象物20表面の凹凸が明瞭な画像をCCDカメラ50で撮像することができる。
【0034】
なお、図7では、反射面43で反射した半値角の光線Fが領域71の一端71aに到達している。また、図8では、反射面43で反射した半値角の光線Fが領域71の他端71bに到達している。このように、光源中心軸線Bの傾斜角を調整することによって、領域71の所望の位置に光線Fを到達させることができる。
【0035】
(第3の実施形態)
次に、本発明に係る第3の実施形態である刻印読取り装置3を説明する。図9は、刻印読取り装置3の要部を示す断面図である。この第3の実施形態が図1に示す第1の実施形態と異なるのは、光源41の光源中心軸線Bを傾けて、透明板12の内面12aを傾けていない点である。その他の構成については第1の実施形態と同一又は同等である。なお、第1の実施形態と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【0036】
図9に示すように、反射鏡42の反射面43と読取面12bとがなすCCDカメラ50側の内角Sは、直角である。また、光源41の光源中心軸線Bは、透明板12の内面12aに対して、内面12a側に傾いて延びている。このため、読取面12bの垂線方向Cにおいて、光源41の光源中心軸線Bは、反射鏡42の反射面43に対して傾くこととなる。即ち、光源41の光源中心軸線Bに垂直な面は、反射鏡42の反射面43に対して6.8度の角度で傾いている。
【0037】
このように、光源中心軸線Bは反射面43に対して傾いているので、反射面43で反射して透明板12に到達する光線のうち、光源中心軸線Bに沿った光線Dが最も長い光路で遠方に導かれる。さらに、透明板12に到達する光線は、光源中心軸線Bとの角度が大きくなるにつれて徐々に光路が短くなり、光源中心軸線Bとの角度が最も大きい光線Eが最短の光路で最も近方に導かれる。
【0038】
その結果、各光線が読取対象物20に到達した際の輝度はほぼ等しくなり、読取対象物20の表面における照明ムラが効果的に抑えられる。よって、読取対象物20表面の凹凸が明瞭な画像をCCDカメラ50で撮像することができる。
【0039】
(第4の実施形態)
次に、本発明に係る第4の実施形態である刻印読取り装置4を説明する。図10は、刻印読取り装置4の要部を示す断面図である。この第4の実施形態が図1に示す第1の実施形態と異なるのは、光源41の光源中心軸線Bと透明板12の内面12aとを共に傾けている点である。その他の構成については第1の実施形態と同一又は同等である。なお、第1の実施形態と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【0040】
図10に示すように、反射鏡42の反射面43と読取面12bとがなすCCDカメラ50側の内角Sは鈍角である。また、光源41の光源中心軸線Bは、透明板12の内面12aに対して、CCDカメラ50側に傾いて延びている。このため、読取面12bの垂線方向Cにおいて、光源41の光源中心軸線Bは、反射鏡42の反射面43に対して傾くこととなる。即ち、光源41の光源中心軸線Bに垂直な面は、読取面12bの垂線方向Cに1.0度の角度で傾いている。また、反射鏡42の反射面43は、読取面12bの垂線方向Cに2.0度の角度で傾いている。
【0041】
このように、光源41の光源中心軸線Bと反射鏡42の反射面43とを共に傾けることにより、反射面43で反射して透明板12に到達する光線のうち、光源中心軸線Bに沿った光線Dが最も長い光路で遠方に導かれる。さらに、透明板12に到達する光線は、光源中心軸線Bとの角度が大きくなるにつれて徐々に光路が短くなり、光源中心軸線Bとの角度が最も大きい光線Eが最短の光路で最も近方に導かれる。
【0042】
その結果、各光線が読取対象物20に到達した際の輝度はほぼ等しくなり、読取対象物20の表面における照明ムラが効果的に抑えられる。よって、読取対象物20表面の凹凸が明瞭な画像をCCDカメラ50で撮像することができる。
【0043】
なお、光源41の光源中心軸線Bは、透明板12の内面12a側に傾いて延びてもよい。この場合でも、反射面43で反射した発散光の一部を用いて、ほとんど照明ムラを発生させることなく読取対象物20全体を照明することができる。
【0044】
本発明は、前述した実施形態に限定されることはない。例えば、樹脂製の反射鏡42の底面を広く形成して、その底面を回路基板13に固定することにより、反射鏡42の着座性を良くすることができる。
【0045】
また、読取対象物20の例として、硬貨に限らず、メダルやエンボス(刻印)加工されたカード等がある。
【0046】
なお、前述した刻印読取り装置1は、透明板12を筺体10の上部に配置した例を示したが、透明板12を筺体10の下部又は側部に配置してもよいことは言うまでもない。
【0047】
【発明の効果】
本発明による刻印読取り装置は、以上のように構成されているため次のような効果を得ることができる。
【0048】
即ち、読取面の垂線方向において、光源中心軸線は反射面に対して傾いているので、光源中心軸線に沿った光線が最も長い光路で読取対象物に到達し、光源中心軸線との角度が大きな光線になるにつれて徐々に短い光路で読取対象物に到達する。また、光源中心軸線に沿った光線が最も輝度が高く、光源中心軸線との角度が大きな光線になるにつれて徐々に輝度が低くなる。
【0049】
その結果、各光源によって照らされた読取対象物の表面における照度がほぼ均一になり、読取対象物の表面での照明ムラが効果的に抑えられる。このように、読取対象物の表面における照明ムラがほとんど発生しないため、表面の凹凸の明瞭な読取対象物の画像を撮像手段で撮像することができる。
【0050】
また、各光源から出射した発散光を一旦反射鏡で反射させて読取対象物に到達させることにより、狭いスペースで光源から読取対象物までの光路を稼ぐことができる。このため、装置を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る刻印読取り装置の第1の実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1の刻印読取り装置の要部を示す断面図である。
【図3】図1の刻印読取り装置に適用させる反射鏡を示す斜視図である。
【図4】図1の刻印読取り装置を示す平面図である。
【図5】図1の刻印読取り装置による光の発散状態を示す要部拡大図である。
【図6】図1の刻印読取り装置に適用させる光源の指向特性を示す図である。
【図7】本発明に係る刻印読取り装置の第2の実施形態を示す断面図である。
【図8】本発明に係る刻印読取り装置の第2の実施形態を示す断面図である。
【図9】本発明に係る刻印読取り装置の第3の実施形態を示す断面図である。
【図10】本発明に係る刻印読取り装置の第4の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1…刻印読取り装置、10…筐体、11…開口部、12…透明板、12a…内面、12b…読取面、12c…読取部位、20…読取対象物、41…光源、42…反射鏡、43…反射面、50…CCDカメラ(撮像手段)、71…領域、B…光源中心軸線、C…垂線方向、S…内角。
Claims (7)
- 読取面上の読取部位に配置された読取対象物の刻印を読み取る刻印読取装置において、
前記読取面に対向して配置させて、前記読取対象物を撮像する撮像手段と、
前記読取部位の周囲に環状に配置させて、外方に向けて発散光を出射する複数の光源と、
前記各光源の周囲に配置させて、前記各光源から出射した発散光を前記読取対象物に向けて反射させる環状の反射鏡とを備え、
前記反射鏡の反射面と前記読取面とがなす前記撮像手段側の内角を直角以上にすると共に、前記読取面の垂線方向において、前記反射面に対して前記光源の光源中心軸線を傾けたことを特徴とした刻印読取り装置。 - 前記反射鏡の反射面と前記読取面とがなす前記撮像手段側の前記内角を鈍角にすると共に、前記光源の前記光源中心軸線を、前記透明板の内面に対して平行に延ばしたことを特徴とした請求項1記載の刻印読取り装置。
- 前記反射鏡の反射面と前記読取面とがなす前記撮像手段側の前記内角を直角にすると共に、前記光源の前記光源中心軸線を、前記読取面に対して前記撮像手段側に傾けて延ばしたことを特徴とした請求項1記載の刻印読取り装置。
- 前記反射鏡の反射面と前記読取面とがなす前記撮像手段側の前記内角を直角にすると共に、前記光源の前記光源中心軸線を、前記読取面に対して前記読取面側に傾けて延ばしたことを特徴とした請求項1記載の刻印読取り装置。
- 前記反射鏡の反射面と前記読取面とがなす前記撮像手段側の前記内角を鈍角にすると共に、前記光源の前記光源中心軸線を、前記読取面に対して前記撮像手段側に傾けて延ばしたことを特徴とした請求項1記載の刻印読取り装置。
- 前記光源からの発散光であって前記光源中心軸に沿った光線の光強度に対して半分の光強度を有する光線について、この光線が前記読取部位を前記光源中心軸方向に4分割した際の最も前記反射面に近い領域の範囲に導かれるように、前記反射面に対して前記光源の光源中心軸線を傾けたことを特徴とした請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の刻印読取り装置。
- 開口部を有し、内部に前記撮像手段、前記光源、及び前記反射鏡を収容した筐体と、
前記開口部に設けられて、前記読取面と外面とを一致させた透明板とを更に備えることを特徴とした請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の刻印読取り装置。
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