JP4796345B2 - 透明フィルム検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明フィルム検出装置に係り、更に詳しくは、反射光に基づいて透明フィルムを判別する装置、例えば、食料品収容箱が透明フィルムにより包装されているか否かを検査するための装置に関する。

透明フィルムの検出を行うためには、対象物の光沢度を検出する必要がある。従来の光沢度検出装置としては、ＣＣＤ等の撮像素子を用いて対象物を撮影し、得られた２次元画像について画像処理を行って、輝度分布等を解析することにより、対象物の光沢を判別する装置が知られている（例えば、特許文献１）。しかしながら、このような画像処理は演算負荷が大きいことから、検出装置が高価となり、あるいは、検出時間が長くなってしまうという問題があった。

また、従来の光学式センサ装置としては、対象物からの反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓを測定し、これらの差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓを光沢度として利用し、透明フィルムを検出する装置が知られている（例えば、特許文献２）。

特開平４−３６９４６８号公報 特開平８−３２７５４４号公報

後述する発明者の実験によれば、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓは、同一の透明フィルムを測定した場合であっても測定結果のばらつきが大きい。このため、偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓに基づいて、透明フィルムを判別することは容易ではないという問題があった。すなわち、反射光に含まれる偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓを判別閾値と比較して透明フィルムを判別しようとしても、判別閾値を決定することが容易ではなかった。さらに、フィルムの種類などの諸条件によっては、適切な判別閾値が存在していない場合もある。このような事情から、光電センサを用いた透明フィルムの判別は、実用的な精度を確保することができず、この種の透明フィルム検出装置は、未だ実用化されていない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、透明フィルムの判別を行うことができる透明フィルム検出装置を提供することを目的とする。特に、透明フィルムの配置方向にかかわらず、判別を行うことができる透明フィルム検出装置を提供することを目的とする。また、透明フィルムの判別を行うことができる透明フィルム検出装置を安価に提供することを目的とする。さらに、ユーザが判別基準を容易に設定することができる透明フィルム検出装置を提供することを目的とする。

第１の本発明による透明フィルム検出装置は、第１偏光を主成分とする照射光を検出エリアへ照射する投光部と、上記検出エリアからの反射光に含まれる偏光面の異なる第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２を測定する受光部と、上記受光部の測定結果から評価式（Ｄ _１ ＋ｋＤ _２ ）を用いて求められる評価値及び判別閾値を比較することにより、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するフィルム判別手段と、上記検出エリア内に配置された透明フィルムについて、上記照射光の偏光面に対する該透明フィルムの配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果から得られる第１偏光成分Ｄ _１ に対する第２偏光成分Ｄ _２ の変化率に基づいて、上記係数ｋを決定する評価式決定手段とを備え、第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２のうち、一方がＰ偏光成分であり、他方がＳ偏光成分であるように構成される。

この様な構成により、配置方向の異なる透明フィルムを測定した２以上の測定結果が得られ、これらの測定結果に基づいて、透明フィルムの判別に用いられる評価式を決定することができる。従って、透明フィルムの配置方向が反射光に含まれる各偏光成分に与える影響を考慮した透明フィルムの判別を行うことができ、高い判別精度で透明フィルムを判別することができる。また、評価式（Ｄ１＋ｋＤ２）によって求められる評価値について、透明フィルムの配置方向による影響を補償し、あるいは、抑制することができる係数ｋが得られる。従って、透明フィルムの配置方向にかかわらず、透明フィルムを精度良く判別することができる。

第２の本発明による透明フィルム検出装置は、第１偏光を主成分とする照射光を検出エリアへ照射する投光部と、上記検出エリアからの反射光に含まれる偏光面の異なる第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２を測定する受光部と、上記受光部による測定結果及び予め定められた係数ｋを用いた評価式（Ｄ_１＋ｋＤ_２）を用いて求められる評価値及び判別閾値を比較し、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するフィルム判別手段と、上記検出エリア内に配置された透明フィルムについて、上記照射光の偏光面に対する該透明フィルムの配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定する閾値決定手段とを備え、第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２のうち、一方がＰ偏光成分であり、他方がＳ偏光成分であるように構成される。

この様な構成により、配置方向の異なる透明フィルムを測定した２以上の測定結果が得られ、これらの測定結果に基づいて、透明フィルムの判別に用いられる判別閾値を決定することができる。従って、透明フィルムの配置方向が反射光に含まれる各偏光成分に与える影響を考慮した透明フィルムの判別を行うことができ、高い判別精度で透明フィルムを判別することができる。

第３の本発明による透明フィルム検出装置は、上記構成に加えて、上記閾値決定手段が、上記透明フィルムの測定結果のうち、第２偏光成分Ｄ２が最大となる測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定するように構成される。この様な構成により、２以上の測定結果のうち、より誤判別が発生しやすい測定結果に基づいて、判別閾値を決定することができ、高い判別精度で透明フィルムを判別することができる。

第４の本発明による透明フィルム検出装置は、第１偏光を主成分とする照射光を対象物へ照射する投光部と、上記対象物からの反射光に含まれる偏光面の異なる第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２を測定する受光部と、上記受光部による測定結果及び予め定められた係数ｋを用いた評価式（Ｄ_１＋ｋＤ_２）を用いて求められる評価値及び判別閾値を比較し、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するフィルム判別手段と、透明フィルムを有しない対象物を測定した少なくとも１つの測定結果、及び、透明フィルムを有する対象物の上記照射光の偏光面に対する配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定する閾値決定手段とを備え、第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２のうち、一方がＰ偏光成分であり、他方がＳ偏光成分であるように構成される。

第５の本発明による透明フィルム検出装置は、上記構成に加えて、上記閾値決定手段が、上記透明フィルムを有しない対象物の上記照射光の偏光面に対する配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定するように構成される。

この様な構成により、透明フィルムを有する対象物と、透明フィルムを有しない対象物のいずれについても、配置方向を異ならせて測定した２以上の測定結果が得られ、これらの４以上の測定結果のうち、より誤判別が発生しやすい測定結果に基づいて、判別閾値を決定することができ、高い判別精度で透明フィルムを判別することができる。

第６の本発明による透明フィルム検出装置は、上記構成に加えて、上記予め定められた係数ｋが０であって、上記フィルム判別手段が、上記評価式（Ｄ_１）を用いて求められる上記評価値及び上記判別閾値を比較し、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するように構成される。この様な構成により、高い判別精度で透明フィルムを判別する透明フィルム検出装置を安価に提供することができる。また、判別速度を向上させることができる。

本発明によれば、透明フィルムの判別を行うことができる透明フィルム検出装置を提供することができる。特に、透明フィルムの配置方向にかかわらず、判別を行うことができる透明フィルム検出装置を提供することができる。また、透明フィルムの判別を行うことができる透明フィルム検出装置を安価に提供することができる。さらに、ユーザが判別基準を容易に設定することができる透明フィルム検出装置を提供することができる。

実施の形態１．
［装置構成］
図１は、本発明の実施の形態１による透明フィルム検出装置１０の一構成例を示したブロック図である。この透明フィルム検出装置１０は、対象物２０へ光を照射する投光部１と、対象物からの反射光を受光する受光部２と、透明フィルムの有無を判別するフィルム判別部３と、透明フィルムの判別基準を決定する判別基準決定部４と、動作モードを指定する動作モード制御部５によって構成される。

この透明フィルム検出装置１０は、対象物２０からの反射光に基づいて対象物２０の光沢を示す評価値Ｈを求め、この評価値Ｈを判別閾値Ｈthと比較することによって、透明フィルムの有無を判別するセンサ装置である。例えば、工場の生産ライン等に設置して、生産ライン上を搬送される対象物２０が検出エリアに到達した場合に、投光部１から光を照射し、その反射光を受光部２で受光することにより、対象物２０が透明フィルムにより包装されているか否かを検査することができる。

投光部１は、偏光面を一致させた照射光を生成して対象物２０へ照射している。照射光の偏光面は、周知の偏光フィルタを通過させることによって揃えることができる。この例では、ＬＥＤやレーザからの光路上に偏光フィルタを配置し、Ｐ偏光を主成分とする照射光を生成しているものとする。

受光部２は、反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐを測定するＰ偏光測定部２１と、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓを測定するＳ偏光測定部２２により構成される。Ｐ偏光及びＳ偏光は、偏光面が互いに直交する偏光であり、上記Ｐ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓは、各偏光ごとの受光量である。ここでは、Ｐ偏光測定部２１及びＳ偏光検出部２２が、偏光フィルタ及び光電素子によって構成され、スプリッタによって分光された反射光の光路上にそれぞれ配置されているものとする。

フィルム判別部３は、受光部２から出力される偏光成分Ｄ_Ｐ，Ｄ_Ｓに基づいて、透明フィルムの有無を判別し、判別結果として出力する。このフィルム判別部３は、評価値算出部３１及び比較判別部３２からなる。

評価値算出部３１は、予め与えられる評価式に従って、光沢度を示す評価値Ｈを求めている。この評価式は、受光部２からのＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓと、予め与えられた係数ｋとを用いた次式（１）で与えられる。つまり、評価値Ｈは、係数ｋによって重み付けされたＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓの和として与えられる。
Ｈ＝Ｄ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓ （１）

比較判別部３２は、上式（１）によって求められた評価値Ｈを予め与えられた判別閾値Ｈthと比較し、透明フィルムの有無を判別している。つまり、評価値Ｈが判別閾値Ｈthを越えている場合には、透明フィルムであると判断し、判別閾値Ｈth以下である場合には、透明フィルムではないと判断する。

判別基準決定部４は、評価式決定部４１及び閾値決定部４２により構成される。評価式決定部４１は、評価値算出部３１で用いられる評価式を決定している。ここでは、評価式決定部４１において、上式（１）における係数ｋが決定される。閾値決定部４２は、比較判別部３２で用いられる判別閾値Ｈthを決定している。

動作モード制御部５は、ユーザ操作に基づいて、透明フィルム検出装置１０の動作モードを切り替えている。ここでは、動作モード制御部５が「判別モード」及び「ティーチングモード」のいずれかを選択して指定するものとする。判別モードとは、未知の対象物に光を照射して、透明フィルムの有無を判別する動作モードであり、透明フィルム検出装置１０としての本来の動作モードである。一方、ティーチングモードとは、既知の対象物に光を照射して、判別基準としての係数ｋ及び判別閾値Ｈthを決定する動作モードであり、判別モードの実行前に実行されるパラメータ設定のための動作モードである。従って、受光部２の出力Ｄ_Ｐ，Ｄ_Ｓは、判別モード時にはフィルム判別部３に入力され、ティーチングモード時には判別基準決定部４に入力される。

上記ティーチングモードは、さらに検出ティーチングモードと、非検出ティーチングモードとに区分される。検出ティーチングモードは、既知の対象物として、透明フィルムを有する対象物を用いて行われるティーチングモードであり、非検出ティーチングモードは、透明フィルムを有しない対象物を用いて行われるティーチングモードである。

判別モードは、検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードの両方を予め実行し、評価式の係数ｋ及び判別閾値Ｈthを決定した後でなければ実行することはできない。検出ティーチングモードでは、対象物２０の配置方向を異ならせて２回以上のサンプリング（反射光の測定）を行って、評価式の係数ｋが求められる。このため、透明フィルムの素材、厚さ、表面状態、あるいは、測定環境などに応じた評価式が得られ、フィルム判別部３における判別精度を飛躍的に向上させることができる。一方、非検出ティーチングモードでは少なくとも１回のサンプリングが行われればよい。

［動作原理］
次に、本発明による透明フィルム検出装置１０の動作原理、つまり、透明フィルムであるか否かを判別する方法について説明する。

図２は、対象物２０の配置方向を変化させて、反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓを測定した実験結果を示した図である。この実験では、異なる２つの製品２０Ａ及び２０Ｂのそれぞれについて、透明延伸フィルムで包装した物と未包装の物とを準備し、これらの４種類の対象物２０について、それぞれ配置方向を変化させながら、反射光に含まれる各偏光成分Ｄ_Ｐ，Ｄ_Ｓを測定した。

図３は、対象物２０の配置方向を変化させる際の様子を示した説明図である。対象物２０の配置方向を変化させる際には、照射光を反射する測定面２０Ｆの位置を変化させないように、対象物２０を回転させている。つまり、同一の製品については、照射光の光軸に対する角度や、投光部１及び受光部２からの距離、その他の測定環境がそれぞれ同一となる条件下で実験が行われた。なお、後述するティーチングモードにおける対象物２０についての配置方向の変化も同様にして行われる。

このような実験の結果が、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓを横軸、Ｐ及びＳ偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓを縦軸として図２に示されており、包装済みの製品２０Ａが○印、未包装の製品２０Ａが□印、包装済みの製品２０Ｂが△印、未包装の製品２０Ｂが×印でプロットされている。

この実験結果によれば、製品２０Ａについては、偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓに基づいて、包装済みの物（○印）と未包装の物（□印）を識別することは不可能であることが読み取れる。また、製品２０Ｂについては、適切な判別閾値を予め与えることができるならば、偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓに基づいて、包装済みの物（△印）と未包装の物（×印）とを識別可能であるが、両者の縦軸方向における間隔が狭く、適切な判別閾値をユーザが設定するのは容易でないことが読み取れる。

本願発明者は、様々な対象物について同様の実験を行った。その結果、偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓに基づいて、対象物が包装済みか未包装かを判別することが不可能となる場合があることが明らかになった。また、辛うじて判別可能ではあるが、偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓ上における間隔が狭い場合が少なくなく、この様な場合には、従来のようなティーチング動作を行ったとしても、判別のための閾値を適切に決定することはできないことが明らかになった。

また、本願発明者は、このような実験結果から、透明フィルムからの反射光を測定した場合に、その配置方向によってＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓが大きく変化し、更に当該変化は直線的であることを発見した。なお、反射面が透明フィルムでない場合には、配置方向による変化は比較的小さいことがわかる。

さらに、本願発明者は、透明フィルムの配置方向に応じた特性変化は、その傾きが透明フィルムによって異なることを発見した。この傾きは、透明フィルムの素材、厚さ、製造方法などに依存すると考えられる。

一般に、光沢を有する反射面では、入射角と反射角が等しい正反射が生じ、光沢を有しない反射面では、反射角が入射角とは無関係となる散乱反射が生ずることが知られている。また、正反射の場合には、入射光の偏光面が反射光においても維持されるが、散乱反射の場合には、反射時に偏光面がランダムに変化することが知られている。つまり、入射光がＰ偏光であれば、正反射面からの反射光はＰ偏光となるが、散乱反射面からの反射光はＰ偏光成分及びＳ偏光成分が等しくなっている。

一方、透明フィルムに光を照射した場合には、複屈折が生じることが知られている。つまり、透明フィルム内外の密度差に起因して、入射光はフィルム内において位相の異なる光成分に分離され、これらの光成分が相互に干渉することによって、入射光の偏光面は反射時に回転し、入射光がＰ偏光であった場合、反射光には、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分が所定の比率で含まれることになる。この比率は、素材、厚さなどの透明フィルムの諸特性や入射角に依存する。

これに加えて、図２の実験結果によれば、包装済みの対象物は、その配置方向によって、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の比率が大きく変化しており、透明フィルムにおける複屈折現象は異方性を有することが読み取れる。このような異方性は、透明フィルムの製造工程や、対象物の包装工程などに起因して発生すると考えられる。特に、圧延フィルムの場合、製造工程における延伸方向と照射光の入射方向との関係に依存して、反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓの比率が変化し、Ｄ_Ｓ，Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓ平面上において直線状の特性を示すことが実験により明らかとなった。また、この特性の傾きが、透明フィルムの種類によって異なることも明らかになった。

図４は、本発明の実施の形態１による評価式及び判別閾値Ｈthの決定方法についての説明図である。図中の２０ｗは包装済みの対象物の特性、２０ｎは未包装の対象物の特性、４２Ｌは判別ラインを示している。また、図中の（ａ）及び（ｂ）は、同じデータを座標軸を異ならせて示した図であり、横軸はともにＤ_Ｓであるが、縦軸は（ａ）がＤ_Ｐ−Ｄ_Ｓ、（ｂ）がＤ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓとなっている。

サンプリング点Ｓｗ１及びＳｗ２は、透明フィルムで包装された既知の対象物を測定する検出ティーチングモードにおいて、対象物の配置方向を異ならせて測定された測定データである。これらのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２から、包装済みの特性２０ｗの傾きを求めることができる。

サンプリング点Ｓｎは、未包装の既知の対象物を測定する非検出ティーチングモードにおいて測定された測定データである。判別ライン４２Ｌは、特性２０ｗに平行、かつ、２つのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｎを結ぶ中点を通る直線からなる。このような判別ライン４２Ｌは、３つのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２，Ｓｎのみに基づいて決定することができ、当該判別ライン４２Ｌを用いれば、包装済みの対象物と、未包装の対象物とを精度良く判別することができる。

図中の（ｂ）は、判別ライン４２Ｌが横軸に平行となるように、図中の（ａ）を座標変換して示したものである。つまり、（ａ）における特性２０ｗの傾きがａであれば、ｋ＝−ａ−１とすればよい。この様にして求められた（ｂ）の縦軸Ｄ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓは、評価値算出部３１において用いられる評価式に相当し、横軸に平行な判別ライン４２Ｌの値は、比較判別部３２において用いられる判別閾値Ｈthに相当する。

図５は、図４に示した本発明の実施の形態１に対する比較例を示した説明図である。この図では、検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードにおいて、それぞれ１つのサンプリング点Ｓｗ，Ｓｎの測定を行って、これらのサンプリング点Ｓｗ，Ｓｎを結ぶ中点を通る横軸に平行な直線を判別ライン４２Ｌ’として採用した例である。つまり、評価式としてＤ_Ｐ−Ｄ_Ｓを採用し、２つのサンプリング点Ｓｗ，Ｓｎの中央を判別閾値Ｈthとしている。この場合、判別ライン４２Ｌ’が特性２０ｗと交差しているため、誤判別が発生してしまう。

なお、図５の場合でも、検出ティーチングモードにおいて得られたサンプリング点Ｓｗ１が、偶然、特性２０ｗ上における更に右寄りの位置であった場合には、判別モードにおいて正しく判別することが可能となる。つまり、ユーザは、検出ティーチングを行うたびに、誤判別が発生しないかを検証する操作を繰り返せば、このような特性２０ｗ，２０ｎの場合であれば、適切な判別閾値Ｈthを得ることができる。ただし、図２に示した製品２０Ａのように、特性２０ｗと２０ｎが横軸方向に重なっている場合には、誤判別を生じさせない判別閾値Ｈthが存在せず、この様な試行錯誤によって適切な判別閾値Ｈthが得られることはない。

［動作説明］
次に、本発明の実施の形態１による透明フィルム検出装置１０の動作について説明する。

図６のステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図１の透明フィルム検出装置１０における動作の一例を示したフローチャートである。まず、ユーザによって、ティーチングモード又は判別モードのいずれかが選択される（ステップＳ１０１）。ティーチングモードが選択された場合には、ステップＳ１０２へ進み、判別モードが選択された場合には、ステップＳ１０７へ進む。ただし、評価式の係数ｋ又は判別閾値Ｈthがまだ決定されていない場合には、強制的にティーチングモードへ進む。

ティーチングモード時は、ユーザが準備した既知の対象物について測定が行われる。ここでは、検出ティーチングモードが実行された後に、非検出ティーチングモードが実行される例について説明するが、両ティーチングモードの実行の順序は重要でなく、また、必要に応じて一方のティーチングモードのみを実行することもできる。

検出ティーチングモードでは、透明フィルムを有する対象物の配置方向を変化させながら、２回以上のサンプリングが行われる（ステップＳ１０２）。このサンプリング処理は、判別モードの場合と同様、反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓを測定する処理であり、検出ティーチングモードが終了するまで繰り返される（ステップＳ１０３）。サンプリング処理は、ユーザ操作をトリガーとして行ってもよいが、所定時間ごとにサンプリング処理が繰り返し実行されるようにしておくことが望ましい。また、検出ティーチングモードの終了は、ユーザ操作によって行ってもよいが、サンプリング数が予め定められた終了回数に達し、あるいは、予め定められたサンプリング時間が経過したことを検出ティーチング処理の終了条件とすることもできる。

検出ティーチングモードが終了すれば、検出ティーチングモードにおいて得られた２つのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２の傾きから評価式の係数ｋが算出される（ステップＳ１０４）。例えば、サンプリング点Ｓｗ１のＰ，Ｓ偏光成分をＤ_Ｐｗ１，Ｄ_Ｓｗ１とし、サンプリング点Ｓｗ２のＰ，Ｓ偏光成分がＤ_Ｐｗ２，Ｄ_Ｓｗ２とし、これらのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２がＤ_Ｓｗ１<Ｄ_Ｓｗ２の関係にある場合、係数ｋは次式（２）によって求めることができる。つまり、係数ｋは、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓに対するＰ偏光成分Ｄ_Ｐの変化率の符号を反転させた値となる。

なお、検出ティーチングモードにおいて３以上のサンプリング点が得られた場合には、互いに最も離れている２個のサンプリング点をＳｗ１，Ｓｗ２とすれば、上式（２）から係数ｋを求めることができる。一般に、サンプリング数が多くなるほど、より離れた２個のサンプリング点が得られることから、より望ましい係数ｋを求めることができる。

次に、非検出ティーチングモードに移行する。非検出ティーチングモードでは、透明フィルムを有しない対象物について少なくとも１回のサンプリングが行われる（ステップＳ１０５）。このサンプリング処理も、判別モード時と同様、反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓを測定する処理である。

検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードが終了すれば、両ティーチングモードで得られた測定データから判別閾値Ｈthが算出される（ステップＳ１０６）。すなわち、ステップＳ１０４で求められた係数ｋを含む評価式を用いて、検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードで測定された各１個のサンプリング点Ｓｗ，Ｓｎに関する評価値Ｈｗ，Ｈｓがそれぞれ求められる。判別閾値Ｈthは、少なくともこれらの評価値の間の値として決定される。ここでは、評価値Ｈｗ，Ｈｓの中央値（Ｈｗ＋Ｈｓ）／２を判別閾値Ｈthとしている。

ステップＳ１０１で判別モードが選択された場合、あるいは、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６において評価式の係数ｋ及び判別閾値Ｈthが決定された場合には、判別モードに移行する。判別モードでは、透明フィルムを有するか否かが未知の対象物についてサンプリングが行われる（ステップＳ１０７）。このサンプリング処理により、未知の対象物からの反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓが測定される。

この測定結果に基づいて、ステップＳ１０４で求められた評価式Ｄ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓを用いて、評価値Ｈが算出される（ステップＳ１０８）。算出された評価値Ｈは、ステップＳ１０６で求められた判別閾値Ｈthと比較され、その比較結果が判別結果として出力される。つまり、評価値Ｈが判別閾値Ｈthを越えていれば、透明フィルムを有する対象物であると判別され、判別閾値Ｈth以下であれば、透明フィルムを有しない対象物であると判別される。

本実施の形態による透明フィルム検出装置は、透明フィルムを有する既知の対象物についてＰ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｐ，Ｄ_Ｓを測定する検出ティーチングモードにおいて、対象物の配置方向を異ならせて２回以上の測定を行って、評価式Ｄ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓの係数ｋを決定している。従って、未知の対象物について測定されたＰ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｐ，Ｄ_Ｓを上記評価式を用いて評価値Ｈに変換し、この評価値Ｈに基づいて透明フィルムを判別すれば、対象物の配置方向に依存しない透明フィルムの判別処理を行うことができる。

従って、Ｐ及びＳ偏光成分の差分Ｄ_Ｐ−Ｄ_Ｓに基づく従来の判別方法では判別不可能であった透明フィルムであっても判別することができる。また、従来の判別方法でも判別ができるが、判別閾値を決定することが困難な透明フィルムの場合であっても、容易に判別閾値を決定することができる。さらに、いずれの場合にも、ユーザは検出ティーチングモード時に対象物を回転させるだけでよく、透明フィルムの異方性の影響について深く理解することなく、高精度の判別を行うことができる。

なお、本実施の形態では、照射光としてＰ偏光を用いる透明フィルム検出装置の例について説明したが、本発明はこのような場合には限定されない。例えば、照射光としてＳ偏光を用いることもできる。この場合、フィルム判別部３及び判別基準決定部４では、受光部２からのＰ偏光成分及びＳ偏光成分を入れ替えて取り扱う必要があることは言うまでもない。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、検出ティーチングモード時に、対象物の配置方向を異ならせて２回以上のサンプリングを行う透明フィルム検出装置の例について説明した。本実施の形態では、更に、非検出ティーチングモード時についても、対象物の配置方向を異ならせて２回以上のサンプリングを行う透明フィルム検出装置について説明する。

図７は、本発明の実施の形態２による評価式及び判別閾値Ｈthの決定方法についての説明図である。図中の２０ｗは包装済みの対象物の特性、２０ｎは未包装の対象物の特性、４２Ｌは判別ラインを示している。また、図中の（ａ）及び（ｂ）は、同じデータを座標軸を異ならせて示した図であり、横軸はともにＤ_Ｓであるが、縦軸は（ａ）がＤ_Ｐ−Ｄ_Ｓ、（ｂ）がＤ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓとなっている。

サンプリング点Ｓｗ１及びＳｗ２は、透明フィルムで包装された既知の対象物を測定する検出ティーチングモードにおいて、対象物の配置方向を異ならせて測定された測定データである。これらのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２から、包装済みの特性２０ｗの傾きを求めることができる。

サンプリング点Ｓｎ１，Ｓｎ２は、未包装の既知の対象物を測定する非検出ティーチングモードにおいて測定された測定データである。本実施の形態では、非検出ティーチングモードにおいても、対象物の配置方向を異ならせて２回以上のサンプリングが行われており、これらのサンプリング点Ｓｎ１，Ｓｎ２から、未包装の特性２０ｎの傾きを求めることができる。

判別ライン４２Ｌの傾きは、特性２０ｗ及び特性２０ｎの傾きの間の値となるように決定される。ここでは、特性２０ｗ，２０ｎの傾きの平均値を判別ライン４２Ｌの傾きとしている。また、判別ライン４２Ｌは、特性２０ｗ上の任意のサンプリング点Ｓｗ１と、２０ｎ上の任意のサンプリング点Ｓｎ１の中点を通る直線として決定される。

図２の実験結果に示した通り、特性２０ｎについても、特性２０ｗに比べて変化量は小さいが、対象物の配置方向に応じて変化していることが読み取れる。しかも、特性２０ｗ及び２０ｎの傾きは異なっていることから、両特性２０ｗ及び２０ｎの傾きを考慮して、判別ライン４２Ｌの傾きを決定すれば、両特性２０ｗ及び２０ｎの距離が近い場合であっても精度よく判別することが可能となる。

図中の（ｂ）は判別ライン４２Ｌが横軸に平行となるように、図中の（ａ）を座標変換して示したものである。つまり、（ａ）における特性２０ｗの傾きがａ、特性２０ｎの傾きがｂであれば、ｋ＝−（ａ＋ｂ）／２−１にすればよい。この様にして求められた（ｂ）の縦軸Ｄ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓは、評価値算出部３１において用いられる評価式に相当し、判別ライン４２Ｌの値は、比較判別部３２において用いられる判別閾値Ｈthに相当する。

図８のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、本発明の実施の形態２による動作の一例を示したフローチャートである。図６のフローチャートと比較すれば、ステップＳ２０５（非検出ティーチングモードの終了）が追加されるとともに、ステップＳ２０６（係数算出）が非検出ティーチングモードの終了後に実行される点で異なる。

非検出ティーチングモードでは、透明フィルムを有しない既知の対象物の配置方向を変化させながら、２回以上のサンプリングが行われる（ステップＳ２０４）。このサンプリング処理は、非検出ティーチングモードが終了するまで繰り返される（ステップＳ２０５）。サンプリング処理は、ユーザ操作をトリガーとして行ってもよいが、所定時間ごとにサンプリング処理が繰り返し実行されるようにしておくことが望ましい。また、非検出ティーチングモードの終了は、ユーザ操作によって指定してもよいが、サンプリング数が予め定められた終了回数に達し、あるいは、予め定められたサンプリング時間が経過したことを検出ティーチング処理の終了条件とすることもできる。

非検出ティーチングモードが終了すれば、検出ティーチングモードで得られた２つのサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２から特性２０ｗの傾きａが求められるとともに、非検出ティーチングモードで得られた２つのサンプリング点Ｓｎ１，Ｓｎ２の傾きから特性２０ｎの傾きｂが得られる。これらの傾きａ，ｂから評価式の係数ｋが算出される（ステップＳ２０６）。例えば、サンプリング点Ｓｗｉ（ｉ＝１，２）のＰ，Ｓ偏光成分をＤ_Ｐｗｉ，Ｄ_Ｓｗｉとし，サンプリング点Ｓｎｉ（ｉ＝１，２）のＰ，Ｓ偏光成分をＤ_Ｐｎｉ，Ｄ_Ｓｎｉとし、これらのサンプリング点がＤ_Ｓｗ１<Ｄ_Ｓｗ２，Ｄ_Ｓｎ１<Ｄ_Ｓｎ２の関係にあるとすれば、係数ｋは次式（３）によって求めることができる。つまり、係数ｋは、検出ティーチングモード及び検出ティーチングモードについて、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓに対するＰ偏光成分Ｄ_Ｐの変化率をそれぞれ求め、これらの平均値の符号を反転させた値となる。

なお、非検出ティーチングモードにおいて３以上のサンプリング点が得られた場合には、互いに最も離れている２個のサンプリング点をＳｎ１，Ｓｎ２とすれば、上式（３）から係数ｋを求めることができる。一般に、サンプリング数が多くなるほど、より離れた２個のサンプリング点が得られることから、より望ましい係数ｋを求めることができる。

本実施の形態による透明フィルム検出装置は、検出ティーチングモードだけでなく、非検出ティーチングモードにおいても、対象物の配置方向を異ならせて２回以上の測定を行って、評価式Ｄ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓの係数ｋを決定している。つまり、透明フィルムを有する対象物の特性２０ｗの傾きだけでなく、透明フィルムを有しない対象物の特性２０ｎの傾きも考慮した評価値を用いて判別することができる。従って、特性２０ｗ及び２０ｎが近接しており、その最短距離が短い場合であっても、誤判別が発生しにくくなり、判別閾値Ｈthの決定も容易になる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、評価式の係数ｋを決定するために、ティーチングモード時に対象物の配置方向を異ならせて２回以上のサンプリングを行う透明フィルム検出装置の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、評価式の係数ｋは予め定められる一方、判別閾値Ｈthを決定するために、ティーチングモード時に対象物の配置方向を異ならせて２回以上のサンプリングを行って透明フィルム検出装置について説明する。

図９は、本発明の実施の形態３による透明フィルム検出装置１０の一構成例を示したブロック図である。図１に示したブロック図と比較すれば、評価式決定部４１を備えていない点で異なる。

本実施の形態では、評価値算出部３１が、予め定められた係数ｋを用いて評価値Ｈを求めている。例えば−１<ｋ<１の範囲内であって、製造時に決定されている値、あるいは、ユーザが任意に指定した値を係数ｋとして使用する。ここで、ｋ＝０とすれば、評価値ＨはＰ偏光成分Ｄ_Ｐに等しくなる。つまり、Ｐ偏光測定部２１の出力Ｄ_Ｐを評価値Ｈとして使用することができるので、評価値算出部３１を省略することができ、装置構成を簡略化することができるとともに、判別処理の速度を向上させることができる。

閾値決定部４２は、検出ティーチングモードにおいて２以上のサンプリング点Ｓｗ１，Ｓｗ２，…が得られた場合には、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓがより大きいサンプリング点を選択する。同様にして、非検出ティーチングモードにおいて２つのサンプリング点Ｓｎ１，Ｓｎ２，…が得られた場合には、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓがより大きいサンプリング点を選択する。このようにして選択された２個のサンプリング点に基づいて、判別閾値Ｈthを決定する。

図１０は、本発明の実施の形態３による判別閾値Ｈthの決定方法についての説明図である。図中の２０ｗは包装済みの対象物の特性、２０ｎは未包装の対象物の特性、４２Ｌは判別ラインを示している。また、図中の（ａ）及び（ｂ）は、同じデータを座標軸を異ならせて示した図であり、横軸はともにＤ_Ｓであるが、縦軸は（ａ）がＤ_Ｐ−Ｄ_Ｓ，（ｂ）がＤ_Ｐ＋ｋＤ_Ｓとなっている。

また、サンプリング点Ｓｗ１及びＳｗ２は、透明フィルムで包装された既知の対象物を測定する検出ティーチングモードにおいて、対象物の配置方向を異ならせて測定された測定データである。また、サンプリング点Ｓｎ１，Ｓｎ２は、未包装の既知の対象物を測定する非検出ティーチングモードにおいて測定された測定データである。

本実施の形態では係数ｋが予め定められていることから、判別ライン４２Ｌの傾き−ｋ−１）は予め定められている。この判別ライン４２Ｌは、判別が最も難しい特性２０ｗ上のサンプリング点と、判別が最も難しい特性２０ｎ上のサンプリング点との間を通るように決定される。ここでは、両サンプリング点を結ぶ中点を通る様に決定されるものとする。

図中の（ａ）において、特性２０ｗは右下がりの特性を有し、特性２０ｎは特性２０ｗよりも下方に位置し、水平又はやや右肩上がりの特性を示す。このため、両特性２０ｗ，２０ｎは、図中で右へ行くほど互いの距離が近くなると考えられる。このため、特性２０ｗ，２０ｎのそれぞれについて、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓが最大となるサンプリング点を選択すれば、判別が最も難しいサンプリング点の組み合わせが得られる。

図中の（ｂ）は判別ライン４２Ｌが横軸に平行となるように、図中の（ａ）を座標変換して示したものである。（ｂ）における判別ライン４２Ｌの縦軸の値は、比較判別部３２において用いられる判別閾値Ｈthに相当する。

図１１のステップＳ３０１〜Ｓ３１０は、本発明の実施の形態３による動作の一例を示したフローチャートである。図８のフローチャートと比較すれば、ステップＳ２０６（係数算出）が行われない点で異なる。

ステップＳ３０６では、Ｓ偏光成分Ｄ_Ｓに基づいて、検出ティーチングモードで得られた１個のサンプリング点と、非検出ティーチングモードで得られた１個のサンプリング点が選択され、これらの２個のサンプリング点に基づいて判別閾値Ｈthが決定される。すなわち、閾値決定部４２により選択された特性２０ｗ上のサンプリング点ＳｗのＰ，Ｓ偏光成分をＤ_Ｐｗ，Ｄ_Ｓｗとし、特性２０ｎ上のサンプリング点ＳｎのＰ，Ｓ偏光成分をＤ_Ｐｎ，Ｄ_Ｓｎとすれば、判別閾値Ｈthは、次式（４）によって求めることができる。

なお、ティーチングモードにけるサンプリング数が多くなるほど、判別がより難しいサンプリング点Ｓｗ，Ｓｎの組み合わせが得られると考えられ、より望ましい判別閾値Ｈthを求めることができる。

本実施の形態による透明フィルム検出装置は、検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードのそれぞれにおいて、対象物の配置方向を異ならせて２回以上の測定を行って、判別閾値Ｈthを決定している。従って、透明フィルムを有する対象物の特性２０ｗと、透明フィルムを有しない対象物の特性２０ｎが近接し、その最短距離が短い場合であっても、適切な判別閾値Ｈthが得られ、誤判別が発生しにくくなる。

なお、本実施の形態では、検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードのそれぞれについて２回以上のサンプリングを行う例について説明したが、本発明は、このような場合に限定されない。すなわち、検出ティーチングモード及び非検出ティーチングモードの少なくとも一方について２回以上のサンプリングが行われ、判別が最も難しいサンプリング点が選択されたならば、一定の効果が得られる。特に、対象物の配置方向によって特性が大きく変化する検出ティーチングモードについて、２回以上のサンプリングが行われることが望ましい。

また、上記実施の形態１〜３に記載された各構成は、適宜に組み合わせて採用することができる。例えば、実施の形態２における評価式の係数ｋの決定方法と、実施の形態３における判別閾値Ｈthの決定方法をともに採用した透明フィルム検出装置を実現することもできる。

また、上記実施の形態１〜３では、透明フィルムで包装された対象物と、未包装の対象物を判別する場合の例について説明したが、本発明は、透明フィルムによる包装の有無を検出するための装置には限定されない。すなわち、本発明による透明フィルム検出装置は、反射面が透明フィルムからなるか否かを検出することができる装置であり、対象物を包装している透明フィルムの判別処理には限定されない。例えば、対象物の一部が透明フィルムで構成される場合に、当該透明フィルム部の判別処理にも利用することができる。

また、上記実施の形態１〜３では、対象物に付随する透明フィルムの検出を行う場合の例について説明したが、本発明はこのような場合には限定されない。すなわち、対象物が透明フィルムそれ自体であり、透明フィルムを検出することによって、対象物を検出する装置として利用することもできる。例えば、製造ライン上を透明フィルムのみが搬送されている場合に、その有無を検出する装置として利用することもできる。

さらに、上記実施の形態１〜３では、ティーチングモード及び判別モードが、順に実行される場合の例について説明したが、本発明による透明フィルム検出装置はこのようなものに限定されない。例えば、ティーチングモード及び判別モードが並列実行されるものであってもよい。

本発明の実施の形態１による透明フィルム検出装置１０の一構成例を示したブロック図である。 対象物２０の配置方向を変化させて、反射光に含まれるＰ偏光成分Ｄ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｄ_Ｓを測定した実験結果を示した図である。 対象物２０の配置方向を変化させる様子を示した説明図である。 本発明の実施の形態１による評価式及び判別閾値Ｈthの決定方法についての説明図である。 図４に示した本発明の実施の形態１に対する比較例を示した説明図である。 図１の透明フィルム検出装置１０における動作の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態２による評価式及び判別閾値Ｈthの決定方法についての説明図である。 本発明の実施の形態２による動作の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態３による透明フィルム検出装置１０の一構成例を示したブロック図である。 本発明の実施の形態３による判別閾値Ｈthの決定方法についての説明図である。 本発明の実施の形態３による動作の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 投光部
２ 受光部
２１ Ｐ偏光測定部
２２ Ｓ偏光測定部
３ フィルム判別部
３１ 評価値算出部
３２ 比較判別部
４ 判別基準決定部
４１ 評価式決定部
４２ 閾値決定部
４２Ｌ 判別ライン
５ 動作モード制御部
１０ 透明フィルム検出装置
２０ 対象物
２０ｎ 未包装の対象物の特性
２０ｗ 包装済みの対象物の特性
Ｄ_Ｐ Ｐ偏光成分
Ｄ_Ｓ Ｓ偏光成分
Ｈ，Ｈｓ，Ｈｗ 評価値
Ｈth 判別閾値
ｋ 係数
Ｓｎ，Ｓｎ１，Ｓｎ２ 非検出ティーチングモードでのサンプリング点
Ｓｗ，Ｓｗ１，Ｓｗ２ 検出ティーチングモードでのサンプリング点

Claims (6)

1. 第１偏光を主成分とする照射光を検出エリアへ照射する投光部と、
   上記検出エリアからの反射光に含まれる偏光面の異なる第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２を測定する受光部と、
   上記受光部の測定結果から評価式（Ｄ _１ ＋ｋＤ _２ ）を用いて求められる評価値及び判別閾値を比較することにより、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するフィルム判別手段と、
   上記検出エリア内に配置された透明フィルムについて、上記照射光の偏光面に対する該透明フィルムの配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果から得られる第１偏光成分Ｄ _１ に対する第２偏光成分Ｄ _２ の変化率に基づいて、上記係数ｋを決定する評価式決定手段とを備え、
   第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２のうち、一方がＰ偏光成分であり、他方がＳ偏光成分であることを特徴とする透明フィルム検出装置。
2. 第１偏光を主成分とする照射光を検出エリアへ照射する投光部と、
   上記検出エリアからの反射光に含まれる偏光面の異なる第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２を測定する受光部と、
   上記受光部による測定結果及び予め定められた係数ｋを用いた評価式（Ｄ_１＋ｋＤ_２）を用いて求められる評価値及び判別閾値を比較し、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するフィルム判別手段と、
   上記検出エリア内に配置された透明フィルムについて、上記照射光の偏光面に対する該透明フィルムの配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定する閾値決定手段とを備え、
   第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２のうち、一方がＰ偏光成分であり、他方がＳ偏光成分であることを特徴とする透明フィルム検出装置。
3. 上記閾値決定手段は、上記透明フィルムの測定結果のうち、第２偏光成分Ｄ_２が最大となる測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定することを特徴とする請求項２に記載の透明フィルム検出装置。
4. 第１偏光を主成分とする照射光を対象物へ照射する投光部と、
   上記対象物からの反射光に含まれる偏光面の異なる第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２を測定する受光部と、
   上記受光部による測定結果及び予め定められた係数ｋを用いた評価式（Ｄ_１＋ｋＤ_２）を用いて求められる評価値及び判別閾値を比較し、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別するフィルム判別手段と、
   透明フィルムを有しない対象物を測定した少なくとも１つの測定結果、及び、透明フィルムを有する対象物の上記照射光の偏光面に対する配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定する閾値決定手段とを備え、
   第１偏光成分Ｄ_１及び第２偏光成分Ｄ_２のうち、一方がＰ偏光成分であり、他方がＳ偏光成分であることを特徴とする透明フィルム検出装置。
5. 上記閾値決定手段は、上記透明フィルムを有しない対象物の上記照射光の偏光面に対する配置方向を該照射光の光軸周りに異ならせて測定した２以上の測定結果に基づいて、上記判別閾値を決定することを特徴とする請求項４に記載の透明フィルム検出装置。
6. 上記予め定められた係数ｋが０であって、
   上記フィルム判別手段は、上記評価式（Ｄ_１）を用いて求められる上記評価値及び上記判別閾値を比較し、上記反射光が透明フィルムによる反射光であるか否かを判別することを特徴とする請求項４に記載の透明フィルム検出装置。

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