JP4210844B2 - 撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ベルトコンベア等の搬送手段により移動する被写体を固体撮像カメラで撮像し、前記被写体の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置の固体撮像カメラ自体に、最適撮像タイミングを検知する機能を具備させた検査・選別機用撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベルトコンベア等の搬送手段により移動する被写体を固体撮像カメラで撮像し、各種画像解析等によって前記被写体の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置においては、検査・選別の対象となる被写体が固体撮像カメラの適正撮像位置に到達したときの静止画像を得るため、図９の従来の検査機の構成及び作用の説明図に示すように、被写体２２の移動方向に対して固体撮像カメラ２１の上手で、かつ被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段２３の脇や上部などに、近接スイッチや赤外線センサ等の位置検出センサ２４を配設し、これら位置検出センサ２４が被写体２２の通過を検知して発するトリガを、前記ベルトコンベア等の搬送手段２３の速度や、被写体の大きさ、検査すべき位置等に応じて予め設定された遅延時間を持たせて前記固体撮像カメラ２１に送り、このトリガが到着した時点で固体撮像デバイスの受光素子全面に蓄積されている電荷を画像信号として読み出すという方法が一般的に使用されている。
しかし、この方法では、検査、選別の対象物である被写体２２の大きや検査すべき位置等が変化すると、前記位置検出センサ２４の配設位置を移動するとか、予め複数の位置検出センサ２４を設置位置を変えて配設しておき、必要に応じてそのいずれかを選択使用するなどの対策が必要となり、検査システムが複雑になり、操作に手間が掛かり、設備経費も嵩むという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術に鑑み、ベルトコンベア等の搬送手段２３で搬送される被写体２２の位置を、外部に位置検出センサ２４を配設することなく、固体撮像カメラ２１が撮像した被写体の画像信号から検出し、被写体２２が固体撮像カメラ２１の所定撮像位置に到達したとき前記被写体２２を撮像して、検査、選別等画像処理に使用する静止画像を得る撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を下記の手段により解決した。
（１）ベルトコンベア等の搬送手段により搬送される被写体を固体撮像カメラで撮像し、前記被写体の検査・選別を行う各種検査・選別機用撮像装置において、
前記固体撮像カメラの固体撮像デバイスの駆動を、該固体撮像デバイスの受光素子の中の任意に選択した一部分からの電荷を画像信号として高速で繰り返し読み出す高速走査モードと、前記固体撮像デバイスのすべての受光素子からの電荷を画像信号として読み出す標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段を備え、
かつ前記高速走査モードで読み出された画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するために予め設定された被写体情報と、前記高速モードで読み出される画像信号と前記被写体情報とを常時パイプライン動作で比較し、前記高速走査モードで読み出される画像信号に前記被写体情報が見いだされたときにトリガを発する比較手段とを備えて、前記撮像デバイス制御手段の高速操作モードから標準操作モードに切り替えるタイミングを与えてなることを特徴とする撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
（２）前記撮像デバイス制御手段の切り替え動作が、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の任意に定める位置に移動した時点で行えるよう、前記比較手段が発したトリガを被写体の移動に要する時間をおいて前記撮像デバイス制御手段に与える切替タイミング制御手段を備えてなることを特徴とする前項（１）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００５】
（３）前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号が出力できるＣＭＯＳ等のエリアセンサであり、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、水平方向又は垂直方向に走査されてなる前記受光素子の１列又は複数列の部分であることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００６】
（４）前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分であって、この部分から出力される画像信号が前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された最初の時点で第１のトリガを、また前記被写体情報との一致が確認されなくなった時点で第２のトリガを発し、つまり前記被写体の後端部が検知された時点で前記比較手段からトリガを発し、この二つのトリガ間の時間をカウントして被写体の移動方向の長さを検知し、前記二つのトリガの発生時間間隔とベルトコンベア等の搬送手段の搬送速度とによって、前記比較手段が発した第２のトリガから前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に搬送されるまでの時間を算出し、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に搬送されたとき、前記固体撮像デバイスの駆動を前記高速走査モードから前記標準走査モードに切り替える切替タイミング制御手段と、
前記標準走査モードでの画像信号出力が完了した時点でトリガを発し、前記固体撮像デバイスの駆動を標準走査モードから高速走査モードに戻す信号出力完了検知回路と、
を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００７】
（５）前記被写体の移動方向の長さが既知の場合、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分であって、この部分から出力される画像信号が前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された最初の時点で前記比較手段からトリガを発し、その時点から前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に到達するまでの時間差に相当する遅延時間を与えるトリガ遅延回路と、前記標準走査モードでの画像信号出力が完了した時点でトリガを発し、前記固体撮像デバイスの駆動を標準走査モードから高速走査モードに戻す信号出力完了検知回路と、
を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
（６）前記トリガ遅延回路の遅延時間が、前記被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段の搬送速度に基づいて予め設定され、又は前記ベルトコンベア等の搬送手段に配設されたロータリエンコーダ等の速度検知器から得られる速度情報によって制御されるものであることを特徴とする前項（５）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００８】
（７）前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号が読み出せるＣＭＯＳ等のエリアセンサであり、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された時点で、それまでの水平走査による１列又は複数列の部分から、垂直走査による１列又は複数列の部分に切り替えられることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
（８）前記固体撮像デバイスの水平走査による１列又は複数列の部分が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像が最初に出力される部分であり、かつこの部分から出力される画像信号と比較する前記被写体情報が、予め設定された前記被写体の特徴的な点を示す特徴点情報であり、
また、前記固体デバイスの垂直走査による１列又は複数列の部分が、前記水平走査によって出力される画像信号と前記特徴点情報の比較によって特定される前記被写体の特徴点の検出位置の受光素子を含む部分であって、この部分から出力される画像信号の中の前記特徴点の位置が、被写体情報として予め設定された撮像位置情報の位置に到達したとき、前記固体撮像素子の駆動を標準走査モードに切り替えることを特徴とする前項（７）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００９】
（９）前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号を出力することができるＣＭＯＳ等のラインセンサであって、
前記高速走査モードでの出力画像信号、つまりラインセンサの受光素子の一部から出力される画像信号が、前記比較手段によって前記被写体情報と一致したと判断された時点でトリガを出力して、前記ラインセンサの駆動を標準走査モードとして前記ラインセンサの受光素子すべてからの画像信号出力を行い、また前記受光素子からの画像信号が前記被写体情報に一致しなくなりトリガの出力がなくなることにより、前記撮像デバイス制御手段を、標準走査の信号出力モードから高速走査モードに戻すように構成されてなることを特徴とする前項（１）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【００１０】
（１０）被写体が固体撮像カメラの撮像領域に入ったと判断するための被写体情報が、被写体の輝度、長さ、面積、位置、形状、重心点等のいずれか１種又は２種以上の組み合わせで設定可能であることを特徴とする前項（１）〜（９）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例の図に基づいて説明する。
図１は固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した実施例のブロック図、図２は図１の実施例の作用の説明図で、（ａ）は被写体検出前の状態、（ｂ）は第１トリガ発生時の状態、（ｃ）は第２トリガ発生時の状態であり、図３は図１の実施例の作用の説明図で、図２に続く状態を示している。すなわち、（ｄ）は被写体が撮像位置へ移動中の状態、（ｅ）は標準走査モード時の状態を示したものである。
また図４は固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した他の実施例のブロック図、図５は固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した第３の実施例のブロック図、図６は図５の実施例の作用の説明図で、（ａ）は被写体検知時の状態、（ｂ）は被写体検知によって水平走査から垂直走査に切り替わった状態、（ｃ）は被写体の移動を追跡中の状態、（ｄ）は標準走査モード時の状態を示したものである。
さらに図７は固体撮像デバイスとしてラインセンサを使用した実施例のブロック図、図８は図７の実施例の作用の説明図で、（ａ）は被写体検知前の状態、（ｂ）は被写体検知によってモードが切り替わった状態、（ｃ）は標準走査モードで被写体を継続撮像中の状態、（ｄ）は被写体検知完了後の状態を示したものである。
なお図９は従来の検査・選別機用撮像装置の構成図で、（ａ）は被写体検知前の状態、（ｂ）は被写体検知時の状態、（ｃ）は被写体撮像時の状態である。
図において１は撮像タイミング自動機能を有する検査・選別機用撮像装置、２は固体撮像デバイス、３は撮像デバイス制御手段、４は比較手段、４ａは比較手段１、４ｂは比較手段２、５は被写体情報、５ａは特徴点情報、５ｂは撮像位置情報、６は切替タイミング制御手段、７は信号出力完了検知回路、８はトリガ遅延回路、９は速度情報、１０は画像信号出力端子、１１は走査切替信号出力回路であり、また２１は固体撮像カメラ、２２は被写体、２２ａは特徴点、２３はベルトコンベア、２４は位置検出センサ、２５はエリアセンサの受光面、２５’はラインセンサの撮像領域、２５ａは電荷を画像信号として読み出す領域、２５ｂは電荷を掃き捨てる領域である。
【００１２】
本発明は、図９に示し、従来技術の項で説明したベルトコンベア等の搬送手段２３によって移動する被写体２２を固体撮像カメラ２１で撮像し、前記被写体２２の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置において、従来固体撮像カメラの外部に被写体の位置を検知するために配設していた位置検出センサ２４を配設することなく、固体撮像カメラ２１自体が撮像した被写体像により前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入ったことを検知し、前記被写体２２が最適撮像位置に達するタイミングに合わせて前記固体撮像カメラ２１から検査、選別等の画像処理装置に適した静止画像を出力するというものである。
【００１３】
（実施例１）
上記動作を実現する第１の実施例として、固体撮像デバイスにエリアセンサを使用した場合について説明する。
本実施例は、図１に示すような手段、回路によって構成される。すなわち、
（ア）レンズ（図示しない）からの入射光を光電変換する固体撮像デバイス２と、
（イ）固体撮像デバイス２の駆動を、該固体撮像デバイス２の受光素子の任意に選択した一部からの画像信号を繰り返し高速で出力する高速走査モードと、前記固体撮像デバイス２のすべての受光素子からの画像信号を出力する標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段３と、
（ウ）前記高速走査モードで読み出された画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するために予め設定された被写体情報５と、
（エ）前記高速モードで読み出されたされる画像信号と前記被写体情報５とを常時パイプライン動作で比較し、前記高速走査モードで読み出される画像信号と前記被写体情報とが一致したときにトリガを発する比較手段４と、
（オ）前記比較手段４が前記被写体画像の存在を確認して発したトリガを、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の任意に定めた位置に移動するまでの時間をおいて、前記固体撮像デバイス２の駆動を前記高速走査モードから前記標準走査モードに切り替えるタイミングを前記撮像デバイス制御手段３に与える切替タイミング制御手段６と、
（カ）前記標準操作モードでの画像信号読み出しが完了し、画像信号出力端子１０から外部に出力されたことを検知して前記撮像デバイス制御手段３にトリガを送り、固体撮像デバイスの駆動を標準操作モードから高速操作モードに切り替える信号出力完了検知回路７と、
である。
【００１４】
本実施例の作用を、図１〜図３に基づいて説明する。本実施例の作用に関する説明は、前記受光素子の一部からの画像信号読み出しを、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分２５ａからとして行う。
図２に示すように、固体撮像カメラ２１は、その撮像デバイス２であるエリアセンサの水平走査方向がベルトコンベア２３の搬送方向に直交するように配置され、図２（ａ）に示すように被写体２２が固体撮像カメラ２１の撮像領域に入っていない場合には、エリアセンサの受光面２５の一部２５ａの受光素子の電荷のみを画像信号として読み出し、他の部分２５ｂの受光素子の電荷は、例えば１万フレーム／毎秒という走査速度で掃き捨てている。
今、図２（ｂ）に示すようにベルトコンベア２３で搬送された被写体２２が固体撮像カメラ２１の撮像領域に入ってくると、前記受光面の一部２５ａの受光素子から読み出される画像信号に変化が生じる。例えば灰色のコンベアベルト２３により明るい色彩の被写体２２が搬送されてきたとすれば、前記受光面の一部２５ａの受光素子から高速で読み出される画像信号の中で被写体２２に相当する画像信号の部分に輝度変化が生じ、この変化が図１に示した比較手段４によって被写体情報５、例えば「ある閾値を超える輝度」という被写体情報５に適合すると、その時点で比較手段４は前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域内に入ったと判断してトリガを発生する。
【００１５】
固体撮像カメラ２１を使用した各種検査・選別機では、固体撮像カメラ２１に接続された図示しない画像処理装置において、被写体２２の静止画像を、基準となる画像と比較してその合否、類別等を判別している。したがって、図３（ｅ）に示すように、被写体２２が固体撮像カメラ２１の所定の撮像位置（図３（ｅ）の場合は受光面２５の中央位置）に移動した時点で前記受光面２５のすべての受光素子に蓄積されている電荷を画像信号として出力することが必要になる。この場合目的とする被写体が撮像領域の中央部に位置することが好ましい。
そこで図２（ｂ）に示した時点で発せられたトリガを、被写体２２が図３（ｅ）に示す撮像位置に搬送されるまでの時間分遅延させて、前記撮像デバイス制御手段３に加え、前記固体撮像デバイス２の駆動を、その受光面の一部２５ａ、つまり１本又は複数本の水平走査に対応する部分の受光素子の電荷のみを画像信号として読み出す高速走査モードから、固体撮像デバイス２の受光面２５のすべての受光素子の電荷を画像信号として読み出す標準走査モードに切り替えるよう切替タイミング制御手段６によってタイミング調整が行われる。
【００１６】
前記撮像デバイス制御手段３に駆動モードの切り替えタイミングを与える切替タイミング制御手段６の一例としては、前記比較手段４が、図２（ｂ）に示す高速走査モードで出力した画像信号の中に被写体情報５との比較によって得られる被写体画像信号の存在を検知した時点で第１のトリガを、図２（ｃ）に示す高速走査モードでの出力画像信号に被写体画像の存在が検知されなくなった時点で第２のトリガを発し、この二つのトリガ間の時間差により被写体２２の移動方向の長さを計測し、その長さとベルトコンベア２３の搬送速度とから第２のトリガが発せられた時点から、モード切替時間を算出するものが考えられる。なお図３（ｄ）は前記第２のトリガ発生時から標準走査モードに至る経過を示したものである。
この方法は、被写体の大きさが未知な場合、又は大きさが不揃いな場合に有効に作用する。
【００１７】
（実施例２）
図１に示した前記撮像デバイス制御手段３に駆動モードの切り替えタイミングを与える切替タイミング制御手段６の他の例として、図４に示すトリガ遅延回路８がある。
この例では、前記比較手段４が図２（ｂ）に示す時点で発したトリガに、前記トリガ発生時点から被写体が予め定められた撮像位置に移動するまでの時間差を与えて前記撮像デバイス制御手段に加えるものであって、前記トリガ遅延回路８の遅延時間は、被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段の動作速度に基づいて予め設定されるか、又は前記ベルトコンベア等の搬送手段に配設されたロータリエンコーダ等の速度検知器から得られる速度情報９によって制御される。したがって、この方式では図２（ｃ）に示した第２トリガの発生の必要はない。
この方式は予め大きさがわかり、かつ大きさが揃った被写体の場合に有効に作用する。
【００１８】
（実施例３）
前記固体撮像デバイス２にエリアセンサを使用した場合の第３の実施例について図５、図６に基づき説明する。
本実施例では、前記固体撮像デバイス２の駆動方式を、
・水平走査による高速走査モード
・垂直走査による高速走査モード
・標準走査モード
の３つの形態に、撮像デバイス制御手段３によって順次切り替えている。この駆動方式の切り替えるタイミング、作用について以下に説明する。
【００１９】
本実施例の作用としては、まず図６（ａ）に示すように、前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入るまでは、前記固体撮像デバイス２の受光素子のベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分２５ａを高速走査モードで駆動し、出力された画像信号と前記被写体情報５として予め設定された前記被写体の特徴的な点を示す特徴点情報５ａ（図６においては三角形の頂点）とを比較手段１（４ａ）によって常時比較を行う。
前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入り、前記受光素子の一部を水平走査することによって出力された画像信号と前記特徴点情報５ａとの一致が比較手段１（４ａ）で確認されると、その時点での画像信号から前記被写体の特徴点の受光面上の位置が特定できるので、前記固体撮像デバイス２の駆動を、図５（ｂ）に示すように、前記被写体の特徴点の位置の受光素子を含む垂直走査の１列又は複数列の部分から画像信号を出力する垂直走査による高速走査モード切り替える。このため、図５に示すように、比較手段１（４ａ）の判断に基づき前記撮像デバイスの駆動方法を切り替えるための信号を出力する走査切替信号出力回路１１を設けている。
この垂直走査による高速走査モードで繰り返し出力される画像信号では、被写体の移動に伴って前記画像信号内の前記被写体特徴点２２ａの位置が順次移動する。したがってこの画像信号から得られる特徴点２２ａの位置を、予め前記被写体情報５として設定された前記被写体２２が撮像されるとき前記特徴点２２ａのあるべき位置を示す撮像位置情報５ｂとを比較手段２（４ｂ）で比較し、両者の一致が確認された時点でトリガを発し、図４（d）に示す標準走査モードに切り替える。
【００２０】
上記の実施例１〜３のいずれにおいても、前記固体撮像デバイス２の駆動が、高速走査モードから標準走査モードに切り替わると、前記標準走査モードで出力された画像信号、すなわち固体撮像デバイス２のすべての受光素子に蓄積されているすべての電荷を読み出してなる画像信号は、出力端子１０から、検査、選別に使用される１枚の静止画像信号として図示しない画像処理装置に送出される。
前記標準走査モードでの画像信号の外部への出力が完了すると、信号出力完了検知回路７がそれを検知してトリガを発し、撮像デバイス制御手段３を介して固体撮像デバイス２の駆動を、標準走査モードから高速走査モードに切り替え、図２（ａ）又は図５（ａ）に示した状態に戻して次の被写体の搬送に備える。
【００２１】
上記実施例１及び２の作用の説明では、高速走査モードで画像信号を出力する受光素子の一部を、固体撮像デバイス２であるエリアセンサの受光面２５の走査開始部にあたる１本又は数本の水平走査に相当する部分２５ａとしたが、実施例３に示したように被写体情報５として被写体２２の特定な点を示す特徴点情報５ａを予め選定すれば、その特徴点情報の如何によっては、高速走査モードでの画像信号出力をエリアセンサの走査開始部に限らず走査中央部など任意な場所に設定でき、また１列又は複数列の水平走査の全受光素子を光電面の一部２５ａとしてとらえる必要もなく、特徴点が存在する付近の複数個の受光素子を光電面の一部２５ａとして動作させることもできる。また、水平走査の互いに隣接する複数列を受光面の一部２５ａとするのではなく、飛び越し走査など間隔の開いた水平走査の複数列で構成されてもよい。
また実施例３では、最初水平走査による高速走査モードにより被写体の特徴点２２ａの位置を検出し、次いで垂直走査による高速走査モードで出力した画像信号と撮像位置情報５ｂとの比較を行っているが、ベルトコンベア２３で搬送される複数個の被写体２２の特徴点２２ａの位置がほぼ一定の場合、例えば搬送されるビン等を真横から撮像するような場合には、水平走査による高速走査モードを省略してもよい。
【００２２】
上記実施例の説明では、被写体情報５の例として実施例１及び２では輝度を、実施例では三角形の頂点を取り上げたが、被写体２２の長さや面積、位置、形状、重心点など被写体の特徴を示す要素のいずれか１種、または２種以上の組み合わせであってもよい。
【００２３】
（実施例４）
先に従来技術の項で図９に基づいて説明したベルトコンベア等の搬送手段２３によって移動する被写体２２を固体撮像カメラ２１で撮像し、前記被写体２２の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置において、従来固体撮像カメラ２１の外部に前記被写体２２の位置を検知するために配設していた位置検出センサ２４を配設することなく、固体撮像カメラ２１自体が撮像した被写体像により前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入ったことを検知し、前記固体撮像カメラ２１から静止画像を出力させるという本発明の課題を実現する第４の実施例として、前記固体撮像カメラ２１の撮像デバイス２にラインセンサを用いた場合について説明する。
【００２４】
上記動作を行わせるために、本実施例は、図７に示すような手段、回路によって構成される。すなわち、
（Ａ）レンズ（図示しない）から入射する光学像を光電変換する固体撮像デバイス（ラインセンサ）２と、
（Ｂ）固体撮像デバイス２であるラインセンサの駆動を、該ラインセンサの一列に配設された受光素子の中の任意に選択された一部の受光素子からの画像信号を繰り返し高速で出力する高速走査モードと、前記ラインセンサのすべての受光素子からの画像信号を出力する標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段３と、
（Ｃ）前記高速走査モードで出力される画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するための被写体情報５と、
（Ｄ）前記高速走査モードで出力される画像信号と前記被写体情報５とを常時パイプライン動作で比較し、高速走査モードで出力される画像信号の中に前記被写体画像信号の存在を確認して前記撮像デバイス制御手段３を介して固体撮像デバイス２を標準走査モードで駆動する比較手段４と、
である。
【００２５】
図８（ａ）に示すように、固体撮像カメラの撮像デバイス２であるラインセンサがベルトコンベア２３の搬送方向に直交するように配置され、図８（ａ）に示すように被写体２２がラインセンサの撮像領域２５に入っていない場合には、ラインセンサの１列に並んだ受光素子の一部２５ａの電荷のみを画像信号として読み出し、他の部分２５ｂの電荷は、高速度で掃き捨てている。
今、図８（ｂ）に示すようにベルトコンベア２３に搬送されて被写体２２が前記ラインセンサの撮像領域２５に入ってくると、前記受光素子の一部２５ａから読み出される画像信号に変化が生じる。例えば灰色のベルトコンベア２３で明るい色彩の被写体２２が搬送されてきたとすれば、前記受光素子の一部２５ａからの高速走査モードの画像信号の中の被写体２２の画像信号に相当する部分に輝度変化を生じる。この変化が、図７に示した比較手段４によって被写体情報５、例えば「ある閾値を超える輝度」という被写体情報５に適合すると判断されると、図７に示す比較手段４からトリガが発せられ、撮像デバイス制御手段３を介して固体撮像デバイス２の駆動を、前記ラインセンサの受光素子の一部２５ａからのみ電荷を画像信号として読み出す高速走査モードから、前記固体撮像デバイス２のすべての受光素子の電荷を画像信号として読み出す標準走査モードに切り替える。
この場合固体撮像デバイス２である前記ラインセンサが被写体２２を検知し、受光素子のすべてからの画像信号に切り替わるのに少なくとも前記比較手段での比較、判断に要する時間の遅れが生じるが、この遅延時間はベルトコンベアの移動速度に比して無視できるほど小さいので問題にはならない。
【００２６】
図８（c）に示すように、被写体がラインセンサの撮像領域２５にある間は、前記固体撮像デバイス２は前記標準走査モードで駆動され、この標準走査での出力画像信号が前記比較手段４で被写体情報５と比較され、前記画像信号が前記被写体情報５に適合している間は、前記標準走査モードでの画像信号出力が継続される。
固体撮像カメラを使用した各種検査・選別機では、固体撮像カメラに接続された図示しない画像処理装置において、被写体２２の静止画像を、基準となる画像と比較してその合否、類別等を判別している。したがって、図８（ｃ）に示すように、被写体２２がラインセンサの撮像領域２５にある間標準走査モードで継続読み出された画像信号は、出力端子１０から出力され、外部のメモリ等に蓄積、記録され、画像処理用の静止画像に構成される。
【００２７】
図８（ｄ）に示すように、被写体がラインセンサの撮像領域２５外に出たときには、標準走査モードで出力されている画像信号の中に被写体２２の画像信号に対応する部分がなくなり、前記比較手段４において被写体情報５との適合がとれなくなるので、比較手段４からのトリガ発生が停止され、図７に示す撮像デバイス制御手段３によって、固体撮像デバイス２であるラインセンサの駆動を、標準走査モードから高速走査モードに切り替え、図８（ａ）に示す状態に戻す。
【００２８】
被写体情報５を設定するにあたっては、その被写体情報５が高速走査モードと標準走査モードとのいずれの出力画像信号とも比較できるものであることが好ましく、また高速走査モードで読み出す固体撮像デバイス２の一部の受光素子の位置も、前記２つのモードに共通して認識できる位置を選択することが望ましい。さらには、前記選択位置も１箇所でなく複数箇所設定し、被写体の識別を確実にできるようにすることも好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置によれば、下記のような効果が発される。
▲１▼ 検査・選別機用撮像装置自体が、ベルトコンベア等の搬送手段によって搬送されてくる検査、選別対象の被写体の存在を、被写体情報との比較によって検知するので、従来被写体の存在や位置を検出して検査用撮像装置の撮像タイミングを与えるためにベルトコンベア等の搬送手段の脇や上部に配設されていた位置検知センサが不要になる。
▲２▼ 被写体の検知が高速モード時の出力画像と被写体情報との比較によって行われるので、従来検査・選別機用撮像装置に入力する被写体情報を変えるだけで、異なる検査対象物の検査、選別が容易に可能になる。したがって、従来、検査被写体の大きさ、形状等が異なるたびに前記位置検出センサの取り付け位置を変えたり、前もって配設された複数のセンサのいずれかを選択使用したりしていた検査・選別機用撮像装置の操作上の煩雑さや、複数のセンサの設置に伴う設備費用の高騰も避けられ、簡便かつ経済性に優れた検査・選別機が実現できる。
▲３▼ 検査、選別用の１枚の静止画像を出力するとき以外は、固体撮像デバイスの受光素子の任意の一部の電荷のみを画像信号として読み出して、前記被写体情報とパイプライン動作により比較し、他の部分の電荷は高速で掃き捨てるので、比較手段での画像信号と被写体情報との比較を数万分の１秒という極めて短い間隔で行えるので、ベルトコンベア等の搬送手段の速い動きに対しても被写体の位置が的確に把握でき、検査、選別洩れがなくなり、精度の高い静止画像出力が得られる。
▲４▼ ベルトコンベア等の搬送手段の搬送機を用いた検査、選別機ばかりでなく、映画フィルム等連続走行される物体の傷の調査や、印刷文字の正誤や傾きの判定等にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した実施例のブロック図。
【図２】 図１の実施例の作用の説明図。
（ａ）被写体検出前の状態
（ｂ）第１トリガ発生時の状態
（ｃ）第２トリガ発生時の状態
【図３】 図１の実施例の作用の説明図。
（ｄ）被写体が撮像位置へ移動中の状態
（ｅ）標準走査モード時の状態
【図４】 固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した他の実施例のブロック図。
【図５】 固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した第３の実施例のブロック図。
【図６】 図５の実施例の作用の説明図。
（ａ）被写体検知時の状態。
（ｂ）被写体検知によって水平走査から垂直走査に切り替わった状態。
（ｃ）被写体の移動を追跡中の状態。
（ｄ）標準走査モード時の状態。
【図７】 固体撮像デバイスとしてラインセンサを使用した実施例のブロック図。
【図８】 図７の実施例の作用の説明図。
（ａ）被写体検知前の状態。
（ｂ）被写体検知によってモードが切り替わった状態。
（ｃ）標準走査モードで被写体を継続撮像中の状態。
（ｄ）被写体検知完了後の状態。
【図９】 従来の検査・選別機用撮像装置の構成図。
（ａ）被写体検知前の状態。
（ｂ）被写体検知時の状態。
（ｃ）被写体撮像時の状態。
【符号の説明】
１：撮像タイミング自動検知機能を有する検査・選別機用撮像装置
２：固体撮像デバイス ３：撮像デバイス制御手段
４：比較手段
４ａ：比較手段１ ４ｂ：比較手段２
５：被写体情報
５ａ：特徴点情報 ５ｂ：撮像位置情報
６：切替タイミング制御手段 ７：信号出力完了検知回路
８：トリガ遅延回路 ９：速度情報
１０：画像信号出力端子 １１：操作切替信号出力回路
２１：固体撮像カメラ ２２：被写体
２２ａ：特徴点 ２３：ベルトコンベア
２４：位置検出センサ ２５：エリアセンサの受光面
２５’：ラインセンサの撮像領域
２５ａ：電荷を画像信号として読み出す領域
２５ｂ：電荷を掃き捨てる領域
【発明の属する技術分野】
ベルトコンベア等の搬送手段により移動する被写体を固体撮像カメラで撮像し、前記被写体の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置の固体撮像カメラ自体に、最適撮像タイミングを検知する機能を具備させた検査・選別機用撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベルトコンベア等の搬送手段により移動する被写体を固体撮像カメラで撮像し、各種画像解析等によって前記被写体の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置においては、検査・選別の対象となる被写体が固体撮像カメラの適正撮像位置に到達したときの静止画像を得るため、図９の従来の検査機の構成及び作用の説明図に示すように、被写体２２の移動方向に対して固体撮像カメラ２１の上手で、かつ被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段２３の脇や上部などに、近接スイッチや赤外線センサ等の位置検出センサ２４を配設し、これら位置検出センサ２４が被写体２２の通過を検知して発するトリガを、前記ベルトコンベア等の搬送手段２３の速度や、被写体の大きさ、検査すべき位置等に応じて予め設定された遅延時間を持たせて前記固体撮像カメラ２１に送り、このトリガが到着した時点で固体撮像デバイスの受光素子全面に蓄積されている電荷を画像信号として読み出すという方法が一般的に使用されている。
しかし、この方法では、検査、選別の対象物である被写体２２の大きや検査すべき位置等が変化すると、前記位置検出センサ２４の配設位置を移動するとか、予め複数の位置検出センサ２４を設置位置を変えて配設しておき、必要に応じてそのいずれかを選択使用するなどの対策が必要となり、検査システムが複雑になり、操作に手間が掛かり、設備経費も嵩むという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術に鑑み、ベルトコンベア等の搬送手段２３で搬送される被写体２２の位置を、外部に位置検出センサ２４を配設することなく、固体撮像カメラ２１が撮像した被写体の画像信号から検出し、被写体２２が固体撮像カメラ２１の所定撮像位置に到達したとき前記被写体２２を撮像して、検査、選別等画像処理に使用する静止画像を得る撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を下記の手段により解決した。
（１）ベルトコンベア等の搬送手段により搬送される被写体を固体撮像カメラで撮像し、前記被写体の検査・選別を行う各種検査・選別機用撮像装置において、
前記固体撮像カメラの固体撮像デバイスの駆動を、該固体撮像デバイスの受光素子の中の任意に選択した一部分からの電荷を画像信号として高速で繰り返し読み出す高速走査モードと、前記固体撮像デバイスのすべての受光素子からの電荷を画像信号として読み出す標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段を備え、
かつ前記高速走査モードで読み出された画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するために予め設定された被写体情報と、前記高速モードで読み出される画像信号と前記被写体情報とを常時パイプライン動作で比較し、前記高速走査モードで読み出される画像信号に前記被写体情報が見いだされたときにトリガを発する比較手段とを備えて、前記撮像デバイス制御手段の高速操作モードから標準操作モードに切り替えるタイミングを与えてなることを特徴とする撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
（２）前記撮像デバイス制御手段の切り替え動作が、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の任意に定める位置に移動した時点で行えるよう、前記比較手段が発したトリガを被写体の移動に要する時間をおいて前記撮像デバイス制御手段に与える切替タイミング制御手段を備えてなることを特徴とする前項（１）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００５】
（３）前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号が出力できるＣＭＯＳ等のエリアセンサであり、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、水平方向又は垂直方向に走査されてなる前記受光素子の１列又は複数列の部分であることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００６】
（４）前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分であって、この部分から出力される画像信号が前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された最初の時点で第１のトリガを、また前記被写体情報との一致が確認されなくなった時点で第２のトリガを発し、つまり前記被写体の後端部が検知された時点で前記比較手段からトリガを発し、この二つのトリガ間の時間をカウントして被写体の移動方向の長さを検知し、前記二つのトリガの発生時間間隔とベルトコンベア等の搬送手段の搬送速度とによって、前記比較手段が発した第２のトリガから前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に搬送されるまでの時間を算出し、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に搬送されたとき、前記固体撮像デバイスの駆動を前記高速走査モードから前記標準走査モードに切り替える切替タイミング制御手段と、
前記標準走査モードでの画像信号出力が完了した時点でトリガを発し、前記固体撮像デバイスの駆動を標準走査モードから高速走査モードに戻す信号出力完了検知回路と、
を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００７】
（５）前記被写体の移動方向の長さが既知の場合、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分であって、この部分から出力される画像信号が前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された最初の時点で前記比較手段からトリガを発し、その時点から前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に到達するまでの時間差に相当する遅延時間を与えるトリガ遅延回路と、前記標準走査モードでの画像信号出力が完了した時点でトリガを発し、前記固体撮像デバイスの駆動を標準走査モードから高速走査モードに戻す信号出力完了検知回路と、
を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
（６）前記トリガ遅延回路の遅延時間が、前記被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段の搬送速度に基づいて予め設定され、又は前記ベルトコンベア等の搬送手段に配設されたロータリエンコーダ等の速度検知器から得られる速度情報によって制御されるものであることを特徴とする前項（５）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００８】
（７）前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号が読み出せるＣＭＯＳ等のエリアセンサであり、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された時点で、それまでの水平走査による１列又は複数列の部分から、垂直走査による１列又は複数列の部分に切り替えられることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
（８）前記固体撮像デバイスの水平走査による１列又は複数列の部分が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像が最初に出力される部分であり、かつこの部分から出力される画像信号と比較する前記被写体情報が、予め設定された前記被写体の特徴的な点を示す特徴点情報であり、
また、前記固体デバイスの垂直走査による１列又は複数列の部分が、前記水平走査によって出力される画像信号と前記特徴点情報の比較によって特定される前記被写体の特徴点の検出位置の受光素子を含む部分であって、この部分から出力される画像信号の中の前記特徴点の位置が、被写体情報として予め設定された撮像位置情報の位置に到達したとき、前記固体撮像素子の駆動を標準走査モードに切り替えることを特徴とする前項（７）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【０００９】
（９）前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号を出力することができるＣＭＯＳ等のラインセンサであって、
前記高速走査モードでの出力画像信号、つまりラインセンサの受光素子の一部から出力される画像信号が、前記比較手段によって前記被写体情報と一致したと判断された時点でトリガを出力して、前記ラインセンサの駆動を標準走査モードとして前記ラインセンサの受光素子すべてからの画像信号出力を行い、また前記受光素子からの画像信号が前記被写体情報に一致しなくなりトリガの出力がなくなることにより、前記撮像デバイス制御手段を、標準走査の信号出力モードから高速走査モードに戻すように構成されてなることを特徴とする前項（１）に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【００１０】
（１０）被写体が固体撮像カメラの撮像領域に入ったと判断するための被写体情報が、被写体の輝度、長さ、面積、位置、形状、重心点等のいずれか１種又は２種以上の組み合わせで設定可能であることを特徴とする前項（１）〜（９）のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例の図に基づいて説明する。
図１は固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した実施例のブロック図、図２は図１の実施例の作用の説明図で、（ａ）は被写体検出前の状態、（ｂ）は第１トリガ発生時の状態、（ｃ）は第２トリガ発生時の状態であり、図３は図１の実施例の作用の説明図で、図２に続く状態を示している。すなわち、（ｄ）は被写体が撮像位置へ移動中の状態、（ｅ）は標準走査モード時の状態を示したものである。
また図４は固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した他の実施例のブロック図、図５は固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した第３の実施例のブロック図、図６は図５の実施例の作用の説明図で、（ａ）は被写体検知時の状態、（ｂ）は被写体検知によって水平走査から垂直走査に切り替わった状態、（ｃ）は被写体の移動を追跡中の状態、（ｄ）は標準走査モード時の状態を示したものである。
さらに図７は固体撮像デバイスとしてラインセンサを使用した実施例のブロック図、図８は図７の実施例の作用の説明図で、（ａ）は被写体検知前の状態、（ｂ）は被写体検知によってモードが切り替わった状態、（ｃ）は標準走査モードで被写体を継続撮像中の状態、（ｄ）は被写体検知完了後の状態を示したものである。
なお図９は従来の検査・選別機用撮像装置の構成図で、（ａ）は被写体検知前の状態、（ｂ）は被写体検知時の状態、（ｃ）は被写体撮像時の状態である。
図において１は撮像タイミング自動機能を有する検査・選別機用撮像装置、２は固体撮像デバイス、３は撮像デバイス制御手段、４は比較手段、４ａは比較手段１、４ｂは比較手段２、５は被写体情報、５ａは特徴点情報、５ｂは撮像位置情報、６は切替タイミング制御手段、７は信号出力完了検知回路、８はトリガ遅延回路、９は速度情報、１０は画像信号出力端子、１１は走査切替信号出力回路であり、また２１は固体撮像カメラ、２２は被写体、２２ａは特徴点、２３はベルトコンベア、２４は位置検出センサ、２５はエリアセンサの受光面、２５’はラインセンサの撮像領域、２５ａは電荷を画像信号として読み出す領域、２５ｂは電荷を掃き捨てる領域である。
【００１２】
本発明は、図９に示し、従来技術の項で説明したベルトコンベア等の搬送手段２３によって移動する被写体２２を固体撮像カメラ２１で撮像し、前記被写体２２の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置において、従来固体撮像カメラの外部に被写体の位置を検知するために配設していた位置検出センサ２４を配設することなく、固体撮像カメラ２１自体が撮像した被写体像により前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入ったことを検知し、前記被写体２２が最適撮像位置に達するタイミングに合わせて前記固体撮像カメラ２１から検査、選別等の画像処理装置に適した静止画像を出力するというものである。
【００１３】
（実施例１）
上記動作を実現する第１の実施例として、固体撮像デバイスにエリアセンサを使用した場合について説明する。
本実施例は、図１に示すような手段、回路によって構成される。すなわち、
（ア）レンズ（図示しない）からの入射光を光電変換する固体撮像デバイス２と、
（イ）固体撮像デバイス２の駆動を、該固体撮像デバイス２の受光素子の任意に選択した一部からの画像信号を繰り返し高速で出力する高速走査モードと、前記固体撮像デバイス２のすべての受光素子からの画像信号を出力する標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段３と、
（ウ）前記高速走査モードで読み出された画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するために予め設定された被写体情報５と、
（エ）前記高速モードで読み出されたされる画像信号と前記被写体情報５とを常時パイプライン動作で比較し、前記高速走査モードで読み出される画像信号と前記被写体情報とが一致したときにトリガを発する比較手段４と、
（オ）前記比較手段４が前記被写体画像の存在を確認して発したトリガを、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の任意に定めた位置に移動するまでの時間をおいて、前記固体撮像デバイス２の駆動を前記高速走査モードから前記標準走査モードに切り替えるタイミングを前記撮像デバイス制御手段３に与える切替タイミング制御手段６と、
（カ）前記標準操作モードでの画像信号読み出しが完了し、画像信号出力端子１０から外部に出力されたことを検知して前記撮像デバイス制御手段３にトリガを送り、固体撮像デバイスの駆動を標準操作モードから高速操作モードに切り替える信号出力完了検知回路７と、
である。
【００１４】
本実施例の作用を、図１〜図３に基づいて説明する。本実施例の作用に関する説明は、前記受光素子の一部からの画像信号読み出しを、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分２５ａからとして行う。
図２に示すように、固体撮像カメラ２１は、その撮像デバイス２であるエリアセンサの水平走査方向がベルトコンベア２３の搬送方向に直交するように配置され、図２（ａ）に示すように被写体２２が固体撮像カメラ２１の撮像領域に入っていない場合には、エリアセンサの受光面２５の一部２５ａの受光素子の電荷のみを画像信号として読み出し、他の部分２５ｂの受光素子の電荷は、例えば１万フレーム／毎秒という走査速度で掃き捨てている。
今、図２（ｂ）に示すようにベルトコンベア２３で搬送された被写体２２が固体撮像カメラ２１の撮像領域に入ってくると、前記受光面の一部２５ａの受光素子から読み出される画像信号に変化が生じる。例えば灰色のコンベアベルト２３により明るい色彩の被写体２２が搬送されてきたとすれば、前記受光面の一部２５ａの受光素子から高速で読み出される画像信号の中で被写体２２に相当する画像信号の部分に輝度変化が生じ、この変化が図１に示した比較手段４によって被写体情報５、例えば「ある閾値を超える輝度」という被写体情報５に適合すると、その時点で比較手段４は前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域内に入ったと判断してトリガを発生する。
【００１５】
固体撮像カメラ２１を使用した各種検査・選別機では、固体撮像カメラ２１に接続された図示しない画像処理装置において、被写体２２の静止画像を、基準となる画像と比較してその合否、類別等を判別している。したがって、図３（ｅ）に示すように、被写体２２が固体撮像カメラ２１の所定の撮像位置（図３（ｅ）の場合は受光面２５の中央位置）に移動した時点で前記受光面２５のすべての受光素子に蓄積されている電荷を画像信号として出力することが必要になる。この場合目的とする被写体が撮像領域の中央部に位置することが好ましい。
そこで図２（ｂ）に示した時点で発せられたトリガを、被写体２２が図３（ｅ）に示す撮像位置に搬送されるまでの時間分遅延させて、前記撮像デバイス制御手段３に加え、前記固体撮像デバイス２の駆動を、その受光面の一部２５ａ、つまり１本又は複数本の水平走査に対応する部分の受光素子の電荷のみを画像信号として読み出す高速走査モードから、固体撮像デバイス２の受光面２５のすべての受光素子の電荷を画像信号として読み出す標準走査モードに切り替えるよう切替タイミング制御手段６によってタイミング調整が行われる。
【００１６】
前記撮像デバイス制御手段３に駆動モードの切り替えタイミングを与える切替タイミング制御手段６の一例としては、前記比較手段４が、図２（ｂ）に示す高速走査モードで出力した画像信号の中に被写体情報５との比較によって得られる被写体画像信号の存在を検知した時点で第１のトリガを、図２（ｃ）に示す高速走査モードでの出力画像信号に被写体画像の存在が検知されなくなった時点で第２のトリガを発し、この二つのトリガ間の時間差により被写体２２の移動方向の長さを計測し、その長さとベルトコンベア２３の搬送速度とから第２のトリガが発せられた時点から、モード切替時間を算出するものが考えられる。なお図３（ｄ）は前記第２のトリガ発生時から標準走査モードに至る経過を示したものである。
この方法は、被写体の大きさが未知な場合、又は大きさが不揃いな場合に有効に作用する。
【００１７】
（実施例２）
図１に示した前記撮像デバイス制御手段３に駆動モードの切り替えタイミングを与える切替タイミング制御手段６の他の例として、図４に示すトリガ遅延回路８がある。
この例では、前記比較手段４が図２（ｂ）に示す時点で発したトリガに、前記トリガ発生時点から被写体が予め定められた撮像位置に移動するまでの時間差を与えて前記撮像デバイス制御手段に加えるものであって、前記トリガ遅延回路８の遅延時間は、被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段の動作速度に基づいて予め設定されるか、又は前記ベルトコンベア等の搬送手段に配設されたロータリエンコーダ等の速度検知器から得られる速度情報９によって制御される。したがって、この方式では図２（ｃ）に示した第２トリガの発生の必要はない。
この方式は予め大きさがわかり、かつ大きさが揃った被写体の場合に有効に作用する。
【００１８】
（実施例３）
前記固体撮像デバイス２にエリアセンサを使用した場合の第３の実施例について図５、図６に基づき説明する。
本実施例では、前記固体撮像デバイス２の駆動方式を、
・水平走査による高速走査モード
・垂直走査による高速走査モード
・標準走査モード
の３つの形態に、撮像デバイス制御手段３によって順次切り替えている。この駆動方式の切り替えるタイミング、作用について以下に説明する。
【００１９】
本実施例の作用としては、まず図６（ａ）に示すように、前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入るまでは、前記固体撮像デバイス２の受光素子のベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分２５ａを高速走査モードで駆動し、出力された画像信号と前記被写体情報５として予め設定された前記被写体の特徴的な点を示す特徴点情報５ａ（図６においては三角形の頂点）とを比較手段１（４ａ）によって常時比較を行う。
前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入り、前記受光素子の一部を水平走査することによって出力された画像信号と前記特徴点情報５ａとの一致が比較手段１（４ａ）で確認されると、その時点での画像信号から前記被写体の特徴点の受光面上の位置が特定できるので、前記固体撮像デバイス２の駆動を、図５（ｂ）に示すように、前記被写体の特徴点の位置の受光素子を含む垂直走査の１列又は複数列の部分から画像信号を出力する垂直走査による高速走査モード切り替える。このため、図５に示すように、比較手段１（４ａ）の判断に基づき前記撮像デバイスの駆動方法を切り替えるための信号を出力する走査切替信号出力回路１１を設けている。
この垂直走査による高速走査モードで繰り返し出力される画像信号では、被写体の移動に伴って前記画像信号内の前記被写体特徴点２２ａの位置が順次移動する。したがってこの画像信号から得られる特徴点２２ａの位置を、予め前記被写体情報５として設定された前記被写体２２が撮像されるとき前記特徴点２２ａのあるべき位置を示す撮像位置情報５ｂとを比較手段２（４ｂ）で比較し、両者の一致が確認された時点でトリガを発し、図４（d）に示す標準走査モードに切り替える。
【００２０】
上記の実施例１〜３のいずれにおいても、前記固体撮像デバイス２の駆動が、高速走査モードから標準走査モードに切り替わると、前記標準走査モードで出力された画像信号、すなわち固体撮像デバイス２のすべての受光素子に蓄積されているすべての電荷を読み出してなる画像信号は、出力端子１０から、検査、選別に使用される１枚の静止画像信号として図示しない画像処理装置に送出される。
前記標準走査モードでの画像信号の外部への出力が完了すると、信号出力完了検知回路７がそれを検知してトリガを発し、撮像デバイス制御手段３を介して固体撮像デバイス２の駆動を、標準走査モードから高速走査モードに切り替え、図２（ａ）又は図５（ａ）に示した状態に戻して次の被写体の搬送に備える。
【００２１】
上記実施例１及び２の作用の説明では、高速走査モードで画像信号を出力する受光素子の一部を、固体撮像デバイス２であるエリアセンサの受光面２５の走査開始部にあたる１本又は数本の水平走査に相当する部分２５ａとしたが、実施例３に示したように被写体情報５として被写体２２の特定な点を示す特徴点情報５ａを予め選定すれば、その特徴点情報の如何によっては、高速走査モードでの画像信号出力をエリアセンサの走査開始部に限らず走査中央部など任意な場所に設定でき、また１列又は複数列の水平走査の全受光素子を光電面の一部２５ａとしてとらえる必要もなく、特徴点が存在する付近の複数個の受光素子を光電面の一部２５ａとして動作させることもできる。また、水平走査の互いに隣接する複数列を受光面の一部２５ａとするのではなく、飛び越し走査など間隔の開いた水平走査の複数列で構成されてもよい。
また実施例３では、最初水平走査による高速走査モードにより被写体の特徴点２２ａの位置を検出し、次いで垂直走査による高速走査モードで出力した画像信号と撮像位置情報５ｂとの比較を行っているが、ベルトコンベア２３で搬送される複数個の被写体２２の特徴点２２ａの位置がほぼ一定の場合、例えば搬送されるビン等を真横から撮像するような場合には、水平走査による高速走査モードを省略してもよい。
【００２２】
上記実施例の説明では、被写体情報５の例として実施例１及び２では輝度を、実施例では三角形の頂点を取り上げたが、被写体２２の長さや面積、位置、形状、重心点など被写体の特徴を示す要素のいずれか１種、または２種以上の組み合わせであってもよい。
【００２３】
（実施例４）
先に従来技術の項で図９に基づいて説明したベルトコンベア等の搬送手段２３によって移動する被写体２２を固体撮像カメラ２１で撮像し、前記被写体２２の検査、選別等を行う各種検査・選別機用撮像装置において、従来固体撮像カメラ２１の外部に前記被写体２２の位置を検知するために配設していた位置検出センサ２４を配設することなく、固体撮像カメラ２１自体が撮像した被写体像により前記被写体２２が前記固体撮像カメラ２１の撮像領域に入ったことを検知し、前記固体撮像カメラ２１から静止画像を出力させるという本発明の課題を実現する第４の実施例として、前記固体撮像カメラ２１の撮像デバイス２にラインセンサを用いた場合について説明する。
【００２４】
上記動作を行わせるために、本実施例は、図７に示すような手段、回路によって構成される。すなわち、
（Ａ）レンズ（図示しない）から入射する光学像を光電変換する固体撮像デバイス（ラインセンサ）２と、
（Ｂ）固体撮像デバイス２であるラインセンサの駆動を、該ラインセンサの一列に配設された受光素子の中の任意に選択された一部の受光素子からの画像信号を繰り返し高速で出力する高速走査モードと、前記ラインセンサのすべての受光素子からの画像信号を出力する標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段３と、
（Ｃ）前記高速走査モードで出力される画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するための被写体情報５と、
（Ｄ）前記高速走査モードで出力される画像信号と前記被写体情報５とを常時パイプライン動作で比較し、高速走査モードで出力される画像信号の中に前記被写体画像信号の存在を確認して前記撮像デバイス制御手段３を介して固体撮像デバイス２を標準走査モードで駆動する比較手段４と、
である。
【００２５】
図８（ａ）に示すように、固体撮像カメラの撮像デバイス２であるラインセンサがベルトコンベア２３の搬送方向に直交するように配置され、図８（ａ）に示すように被写体２２がラインセンサの撮像領域２５に入っていない場合には、ラインセンサの１列に並んだ受光素子の一部２５ａの電荷のみを画像信号として読み出し、他の部分２５ｂの電荷は、高速度で掃き捨てている。
今、図８（ｂ）に示すようにベルトコンベア２３に搬送されて被写体２２が前記ラインセンサの撮像領域２５に入ってくると、前記受光素子の一部２５ａから読み出される画像信号に変化が生じる。例えば灰色のベルトコンベア２３で明るい色彩の被写体２２が搬送されてきたとすれば、前記受光素子の一部２５ａからの高速走査モードの画像信号の中の被写体２２の画像信号に相当する部分に輝度変化を生じる。この変化が、図７に示した比較手段４によって被写体情報５、例えば「ある閾値を超える輝度」という被写体情報５に適合すると判断されると、図７に示す比較手段４からトリガが発せられ、撮像デバイス制御手段３を介して固体撮像デバイス２の駆動を、前記ラインセンサの受光素子の一部２５ａからのみ電荷を画像信号として読み出す高速走査モードから、前記固体撮像デバイス２のすべての受光素子の電荷を画像信号として読み出す標準走査モードに切り替える。
この場合固体撮像デバイス２である前記ラインセンサが被写体２２を検知し、受光素子のすべてからの画像信号に切り替わるのに少なくとも前記比較手段での比較、判断に要する時間の遅れが生じるが、この遅延時間はベルトコンベアの移動速度に比して無視できるほど小さいので問題にはならない。
【００２６】
図８（c）に示すように、被写体がラインセンサの撮像領域２５にある間は、前記固体撮像デバイス２は前記標準走査モードで駆動され、この標準走査での出力画像信号が前記比較手段４で被写体情報５と比較され、前記画像信号が前記被写体情報５に適合している間は、前記標準走査モードでの画像信号出力が継続される。
固体撮像カメラを使用した各種検査・選別機では、固体撮像カメラに接続された図示しない画像処理装置において、被写体２２の静止画像を、基準となる画像と比較してその合否、類別等を判別している。したがって、図８（ｃ）に示すように、被写体２２がラインセンサの撮像領域２５にある間標準走査モードで継続読み出された画像信号は、出力端子１０から出力され、外部のメモリ等に蓄積、記録され、画像処理用の静止画像に構成される。
【００２７】
図８（ｄ）に示すように、被写体がラインセンサの撮像領域２５外に出たときには、標準走査モードで出力されている画像信号の中に被写体２２の画像信号に対応する部分がなくなり、前記比較手段４において被写体情報５との適合がとれなくなるので、比較手段４からのトリガ発生が停止され、図７に示す撮像デバイス制御手段３によって、固体撮像デバイス２であるラインセンサの駆動を、標準走査モードから高速走査モードに切り替え、図８（ａ）に示す状態に戻す。
【００２８】
被写体情報５を設定するにあたっては、その被写体情報５が高速走査モードと標準走査モードとのいずれの出力画像信号とも比較できるものであることが好ましく、また高速走査モードで読み出す固体撮像デバイス２の一部の受光素子の位置も、前記２つのモードに共通して認識できる位置を選択することが望ましい。さらには、前記選択位置も１箇所でなく複数箇所設定し、被写体の識別を確実にできるようにすることも好ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置によれば、下記のような効果が発される。
▲１▼ 検査・選別機用撮像装置自体が、ベルトコンベア等の搬送手段によって搬送されてくる検査、選別対象の被写体の存在を、被写体情報との比較によって検知するので、従来被写体の存在や位置を検出して検査用撮像装置の撮像タイミングを与えるためにベルトコンベア等の搬送手段の脇や上部に配設されていた位置検知センサが不要になる。
▲２▼ 被写体の検知が高速モード時の出力画像と被写体情報との比較によって行われるので、従来検査・選別機用撮像装置に入力する被写体情報を変えるだけで、異なる検査対象物の検査、選別が容易に可能になる。したがって、従来、検査被写体の大きさ、形状等が異なるたびに前記位置検出センサの取り付け位置を変えたり、前もって配設された複数のセンサのいずれかを選択使用したりしていた検査・選別機用撮像装置の操作上の煩雑さや、複数のセンサの設置に伴う設備費用の高騰も避けられ、簡便かつ経済性に優れた検査・選別機が実現できる。
▲３▼ 検査、選別用の１枚の静止画像を出力するとき以外は、固体撮像デバイスの受光素子の任意の一部の電荷のみを画像信号として読み出して、前記被写体情報とパイプライン動作により比較し、他の部分の電荷は高速で掃き捨てるので、比較手段での画像信号と被写体情報との比較を数万分の１秒という極めて短い間隔で行えるので、ベルトコンベア等の搬送手段の速い動きに対しても被写体の位置が的確に把握でき、検査、選別洩れがなくなり、精度の高い静止画像出力が得られる。
▲４▼ ベルトコンベア等の搬送手段の搬送機を用いた検査、選別機ばかりでなく、映画フィルム等連続走行される物体の傷の調査や、印刷文字の正誤や傾きの判定等にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した実施例のブロック図。
【図２】 図１の実施例の作用の説明図。
（ａ）被写体検出前の状態
（ｂ）第１トリガ発生時の状態
（ｃ）第２トリガ発生時の状態
【図３】 図１の実施例の作用の説明図。
（ｄ）被写体が撮像位置へ移動中の状態
（ｅ）標準走査モード時の状態
【図４】 固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した他の実施例のブロック図。
【図５】 固体撮像デバイスとしてエリアセンサを使用した第３の実施例のブロック図。
【図６】 図５の実施例の作用の説明図。
（ａ）被写体検知時の状態。
（ｂ）被写体検知によって水平走査から垂直走査に切り替わった状態。
（ｃ）被写体の移動を追跡中の状態。
（ｄ）標準走査モード時の状態。
【図７】 固体撮像デバイスとしてラインセンサを使用した実施例のブロック図。
【図８】 図７の実施例の作用の説明図。
（ａ）被写体検知前の状態。
（ｂ）被写体検知によってモードが切り替わった状態。
（ｃ）標準走査モードで被写体を継続撮像中の状態。
（ｄ）被写体検知完了後の状態。
【図９】 従来の検査・選別機用撮像装置の構成図。
（ａ）被写体検知前の状態。
（ｂ）被写体検知時の状態。
（ｃ）被写体撮像時の状態。
【符号の説明】
１：撮像タイミング自動検知機能を有する検査・選別機用撮像装置
２：固体撮像デバイス ３：撮像デバイス制御手段
４：比較手段
４ａ：比較手段１ ４ｂ：比較手段２
５：被写体情報
５ａ：特徴点情報 ５ｂ：撮像位置情報
６：切替タイミング制御手段 ７：信号出力完了検知回路
８：トリガ遅延回路 ９：速度情報
１０：画像信号出力端子 １１：操作切替信号出力回路
２１：固体撮像カメラ ２２：被写体
２２ａ：特徴点 ２３：ベルトコンベア
２４：位置検出センサ ２５：エリアセンサの受光面
２５’：ラインセンサの撮像領域
２５ａ：電荷を画像信号として読み出す領域
２５ｂ：電荷を掃き捨てる領域
Claims (10)
- ベルトコンベア等の搬送手段により搬送される被写体を固体撮像カメラで撮像し、前記被写体の検査・選別を行う各種検査・選別機用撮像装置において、
前記固体撮像カメラの固体撮像デバイスの駆動を、該固体撮像デバイスの受光素子の中の任意に選択した一部分からの電荷を画像信号として高速で繰り返し読み出す高速走査モードと、前記固体撮像デバイスのすべての受光素子からの電荷を画像信号として読み出す標準走査モードとに切り替える撮像デバイス制御手段を備え、
かつ前記高速走査モードで読み出された画像信号の中から被写体画像信号の存在を検出するために予め設定された被写体情報と、前記高速モードで読み出される画像信号と前記被写体情報とを常時パイプライン動作で比較し、前記高速走査モードで読み出される画像信号に前記被写体情報が見いだされたときにトリガを発する比較手段とを備えて、前記撮像デバイス制御手段の高速操作モードから標準操作モードに切り替えるタイミングを与えてなることを特徴とする撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。 - 前記撮像デバイス制御手段の切り替え動作が、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の任意に定める位置に移動した時点で行えるよう、前記比較手段が発したトリガを被写体の移動に要する時間をおいて前記撮像デバイス制御手段に与える切替タイミング制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
- 前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号が出力できるＣＭＯＳ等のエリアセンサであり、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、水平方向又は垂直方向に走査されてなる前記受光素子の１列又は複数列の部分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
- 前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分であって、この部分から出力される画像信号が前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された最初の時点で第１のトリガを、また前記被写体情報との一致が確認されなくなった時点で第２のトリガを発し、つまり前記被写体の後端部が検知された時点で前記比較手段からトリガを発し、この二つのトリガ間の時間をカウントして被写体の移動方向の長さを検知し、前記二つのトリガの発生時間間隔とベルトコンベア等の搬送速度とによって、前記比較手段が発した第２のトリガから前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に搬送されるまでの時間を算出し、前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に搬送されたとき、前記固体撮像デバイスの駆動を前記高速走査モードから前記標準走査モードに切り替える切替タイミング制御手段と、
前記標準走査モードでの画像信号出力が完了した時点でトリガを発し、前記固体撮像デバイスの駆動を標準走査モードから高速走査モードに戻す信号出力完了検知回路と、
を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。 - 前記被写体の移動方向の長さが既知の場合、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像信号が最初に出力される水平走査による１列又は複数列の部分であって、この部分から出力される画像信号が前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された最初の時点で前記比較手段からトリガを発し、その時点から前記被写体が前記固体撮像カメラの撮像領域の中央部に到達するまでの時間差に相当する遅延時間を与えるトリガ遅延回路と、
前記標準走査モードでの画像信号出力が完了した時点でトリガを発し、前記固体撮像デバイスの駆動を標準走査モードから高速走査モードに戻す信号出力完了検知回路と、
を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。 - 前記トリガ遅延回路の遅延時間が、前記被写体を搬送するベルトコンベア等の搬送手段の搬送速度に基づいて予め設定され、又は前記ベルトコンベア等の搬送手段に配設されたロータリエンコーダ等の速度検知器から得られる速度情報によって制御されるものであることを特徴とする請求項５に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
- 前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号が読み出せるＣＭＯＳ等のエリアセンサであり、前記高速走査モードで駆動される前記固体撮像デバイスの受光素子の一部が、前記比較手段によって前記被写体情報との一致が確認された時点で、それまでの水平走査による１列又は複数列の部分から、垂直走査による１列又は複数列の部分に切り替えられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
- 前記固体撮像デバイスの水平走査による１列又は複数列の部分が、ベルトコンベア等の搬送手段で搬送されてくる前記被写体の先頭部の画像が最初に出力される部分であり、かつこの部分から出力される画像信号と比較する前記被写体情報が、予め設定された前記被写体の特徴的な点を示す特徴点情報であり、
また、前記固体デバイスの垂直走査による１列又は複数列の部分が、前記水平走査によって出力される画像信号と前記特徴点情報の比較によって特定される前記被写体の特徴点の検出位置の受光素子を含む部分であって、この部分から出力される画像信号の中の前記特徴点の位置が、被写体情報として予め設定された撮像位置情報の位置に到達したとき、前記固体撮像素子の駆動を標準走査モードに切り替えることを特徴とする請求項７に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。 - 前記固体撮像デバイスが、受光素子の一部からも任意に画像信号を出力することができるＣＭＯＳ等のラインセンサであって、
前記高速走査モードでの出力画像信号、つまりラインセンサの受光素子の一部から出力される画像信号が、前記比較手段によって前記被写体情報と一致したと判断された時点でトリガを出力して、前記ラインセンサの駆動を標準走査モードとして前記ラインセンサの受光素子すべてからの画像信号出力を行い、また前記受光素子からの画像信号が前記被写体情報に一致しなくなりトリガの出力がなくなることにより、前記撮像デバイス制御手段を、標準走査の信号出力モードから高速走査モードに戻すように構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。 - 被写体が固体撮像カメラの撮像領域に入ったと判断するための被写体情報が、被写体の輝度、長さ、面積、位置、形状、重心点等のいずれか１種又は２種以上の組み合わせで設定可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像タイミング自動検知機能を備えた検査・選別機用撮像装置。
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