JP4967109B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、高速で連続的に移動する対象物をグローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子で撮像して画像化する撮像装置に関する。

製造ラインを連続して高速に流れる対象物、例えば書籍のようなオフセット印刷物・フィルム・樹脂板など、の検査には、撮像素子としてＣＣＤラインセンサを備えたラインカメラが従来使用されている。ラインカメラは、高速で移動する対象物の主走査方向の画像をＣＣＤラインセンサでスキャン（撮像）し、対象物が一定距離移動する毎にＣＣＤラインセンサがスキャンした画像を読み出して、各画像を順番に並べていくことにより全体の画像を形成させて出力する。

また、ＣＣＤラインセンサを用いた検査装置としては、例えば、高速で走行するウエブ（輪転印刷用の巻き取り紙）に印刷されたカラーの絵柄をプリズムによりＲ、Ｇ、Ｂの画像に分光させて、各色の画像を高速型モノクロＣＣＤで撮像することで印刷汚れを正確に検出する印刷物の汚れ検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２４１３５７号公報

ＣＣＤラインセンサは、受光素子で発生した電荷が所定のタイミングで転送用素子に移動され、転送用素子に移動された電荷がバケツリレーのように隣の転送用素子に順次移動されて、一番端の転送用素子から１ラインの画像データが１画素ずつ取り出される。そのため、１ライン分のデータ（蓄積電荷）を全て読み出してしまわないと次のデータを読み出すことができず、ＣＣＤラインセンサで画像を撮像するためには、ある程度の時間が必要である。また、１ラインの画素数が多いＣＣＤラインセンサほど、データの読み出しに時間が必要である。

一方、オフセット印刷物・フィルム・樹脂板などの製造ラインでは、近時、対象物の移動速度が更に高速化されつつあるが、対象物の移動速度がＣＣＤラインセンサの動作時間よりも高速であると、ＣＣＤラインセンサを備えたラインカメラでの撮像が間に合わなくなり、対象物を検査できない場合があった。

この問題を解決するためには、画素数が少なく短時間でデータの読み出すことができるＣＣＤラインセンサを複数使用する必要がある。しかしながら、ＣＣＤラインセンサは、コピー・ＦＡＸ・スキャナなど多画素化のニーズが強い商品に主に使用され、画素数が少ないＣＣＤラインセンサを使用する商品が少なくなっているため、画素数が少ないＣＣＤラインセンサの生産量が減少している。また、画素数が少ないＣＣＤラインセンサは主として特殊用途向けに製造されているため、民生用途向けのものに比べて非常に高価であるという問題があった。

そこで、本発明は、高速で連続的に移動する対象物を確実に撮像することができる撮像装置を安価に提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

（１）副走査方向に移動する対象物を連続的に撮像する撮像装置であって、
主走査方向の所定領域を撮像するライン状撮像エリアが副走査方向に連続して複数設定されたグローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子と、
前記エリア型撮像素子の１行以上の特定ラインに対して、前記対象物の未撮像領域が対向する毎に、前記エリア型撮像素子に前記対象物を撮像させて、前記特定ラインが撮像した画像をライン毎に読み出す制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、撮像装置はエリア型撮像素子の１行以上の特定ラインに対して、前記対象物の未撮像領域が対向する毎に対象物を撮像して、エリア型撮像素子の特定ラインが撮像した画像をライン毎に読み出す。したがって、エリア型撮像素子は、特定ラインの画像を連続的に撮像するので、ライン状撮像エリアで対象物の主走査方向の画像を確実に撮像することができ、またエリア型撮像素子をラインセンサとして使用することができる。

ここで、グローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子は、主走査方向の所定領域を撮像するライン状撮像エリアが副走査方向に連続して複数設定され、全画素（全ライン）同時タイミングでシャッター動作（撮像）する撮像素子であり、撮像した全画素（全ライン）を一度に読み出すものの他に、撮像した全ラインのうち、１行以上の特定ラインのみを読み出すことができるものがある。本願発明では、この特定ラインのみを読み出すことができるものを用いる。

（２）前記対象物が一定量移動して、前記エリア型撮像素子の特定ラインに対して、前記対象物の未撮像領域が対向する毎に信号を出力する信号出力手段を備え、
前記制御手段は、前記信号出力手段が信号を出力する毎に前記エリア型撮像素子に前記対象物を撮像させることを特徴とする。

この構成においては、対象物が一定量移動して、エリア型撮像素子の特定ラインに対して対象物の未撮像領域が対向して信号出力手段が信号を出力する毎に、制御手段はエリア型撮像素子に対象物を撮像させる。したがって、対象物の移動速度が可変となる場合でも、確実にエリア型撮像素子で対象物の画像を連続的に撮像することができる。

本発明の撮像装置は、連続的に移動する対象物を、グローバルシャッタータイプのＣＭＯＳエリアセンサ等のエリア型撮像素子を用いて、このエリア型撮像素子の１行以上の特定ラインに対して、対象物の未撮像領域が対向する毎に、エリア型撮像素子に対象物を撮像させて、上記特定ラインが撮像した画像をライン毎に読み出す。そのため、グローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子を用いて、確実に対象物の画像を連続的に撮像することができ、また、従来の装置よりも低コストで高速スキャンが可能な撮像装置を提供することができる。

以下の説明では、オフセット輪転機において印刷紙面の欠陥を検査する印刷欠陥検査装置に本発明の撮像装置を適用した例を挙げて説明するが、本発明の適用分野はこれに限るものではなく、連続的に一定速度で移動する対象物を連続的に画像化する分野や、従来ラインエリアセンサが用いられている分野に適用できる。例えば、印刷物の品質検査装置、用紙・フィルムなどの品質検査装置等で対象物の画像を撮像する装置に適用できる。

なお、従来の印刷欠陥検査装置は、ＣＣＤラインセンサで印刷物を読み取って画像化し、基準紙の画像データと比較して、その差異に基づいて、印刷物のインキ・油・水だれなどによる汚れ、インキ量の変動による濃度変化、インキかすれや版磨耗などによる白抜けなどの各種印刷不良を検出する。

また、以下の説明で主走査方向とは対象物の幅方向であり、副走査方向とは対象物の送り方向である。

図１は、オフセット輪転機の概観図である。オフセット輪転機１０１は、給紙装置１０２にセットされたロール紙Ｒから連続紙Ｐを供給し、印刷ユニット１０３でブラック・シアン・マゼンタ・イエローの順に印刷を行い、ドライヤ１０４で連続紙Ｐを加熱して乾燥させる。そして、冷却胴１０５で連続紙Ｐを冷却して、アジャストローラ１０６でカットオフ調整を行い、ウェッブガイド装置１０７で連続紙Ｐの蛇行補正を行って、撮像装置２ａ，２ｂで印刷紙面の両面の欠陥検査を行うと、三角板１０８で連続紙Ｐを所定のサイズに折り曲げる。

図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えた印刷欠陥検査装置の概略構成を示したブロック図である。印刷欠陥検査装置１は、撮像装置２、基準画像メモリ３、差分回路４、エッジ画像生成回路５、エッジマスク回路６、比較回路７、及び欠陥報知回路８を備えている。撮像装置２は、印刷紙面の画像をスキャンして読み取った画像を出力する。基準画像メモリ３は、撮像装置２がスキャンした良品の印刷紙面の画像を基準画像として記憶する。差分回路４は、撮像装置２がスキャンした印刷紙面の画像と、基準画像メモリ３が記憶する基準画像との差を計算する。エッジ画像生成回路５は、印刷紙面のエッジ画像を作成する。エッジマスク回路６は、エッジ画像生成回路５が作成したエッジ画像を用いて、印刷紙面の空間的な動きに対して変動しやすい部分に対してマスクをかけて変動分をキャンセルする。比較回路７は、エッジマスク回路６からの出力に基づいて画像の欠陥を判定する。欠陥報知回路８は、比較回路７が画像の欠陥を検出した場合、ユーザに欠陥があったことを報知する。印刷欠陥検査装置１は、上記のような構成により、汚れ・濃度変化・白抜けなど印刷紙面の各種の欠陥を判定する。

次に、撮像装置２の概略構成について説明する。図３は、撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図３に示すように、撮像装置２は、レンズ１０、ＣＭＯＳエリアセンサ１１、ドライバ１２、画像処理回路１３、メモリ１４、及び出力回路１５を備えている。レンズ１０は、対象物の画像をＣＭＯＳエリアセンサ１１上に結像する。

ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、マトリックス状に受光素子が配置されたｍ行ｎ列構成のグローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子であり、一定時間Ｔ毎に全画素で対象物（または対象物及びその周辺）の画像を読み取って（撮像して）電気信号に変換して画像データを出力する。

ドライバ１２は、ＣＭＯＳエリアセンサ１１や画像処理回路１３等、撮像装置２の各部の動作を制御する制御手段である。

画像処理回路１３は、ＣＭＯＳエリアセンサ１１から出力された対象物の画像に対してＡ／Ｄ変換や圧縮などの処理を行って、この画像データをメモリ１４に記憶させる。また、画像処理回路１３は、メモリ１４に一定量の画像データが蓄積されると、メモリ１４から画像データを読み出して各画像データを合成して連続的な画像のデータを出力する。

出力回路１５は、画像処理回路１３から出力された画像データを基準画像メモリ３または差分回路４へ出力する。

ここで、グローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子について説明する。

一般的に、グローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子は、全画素（全ライン）同時タイミングでシャッター動作（撮像）する。また、このタイプのエリア型撮像素子では、撮像した全画素（全ライン）を一度に読み出すものの他に、撮像した全ラインのうちの１行以上の特定ラインのみを読み出すことができるものがある。本願発明では、この特定ラインのみを読み出すことができるものを用いる。グローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子としては、特定のラインのみを読み出すことができるＣＭＯＳエリアセンサやＣＣＤエリアセンサが好適である。

なお、エリア型撮像素子には、周知のようにローリングシャッタータイプのものもあり、このタイプのエリア型撮像素子は走査ラインごとに順次シャッタ動作を行う。

次に、撮像装置２の印刷紙面の撮像動作について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するための概念図である。ここで、ＣＭＯＳエリアセンサ１１はｍ×ｎ個の受光素子がマトリックス状に配列された構成であるが、以下の説明では、図４（１）に示すように一例として、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の一部である４×ｎ個の受光素子による特定の連続したライン状の撮像エリアを使用して、この撮像エリアに対象物の未撮像領域が対向する毎に画像を撮像する方式について説明する。図４（１）には、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の４×ｎ個の受光素子列を示している。なお、本発明では、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の連続する４ラインを使用する例を説明するが、これに限るのものではなく、撮像装置の構成や対象物等に応じて、１行以上の特定のラインを使用すると良い。

ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、グローバルシャッタータイプのエリアセンサであり、図４（１）に示した４ライン（４行）を含む全ライン（ｍライン）を同一タイミングで受光して電荷を蓄積する。このとき、シャッターの時間は、１ラインが進む程度の時間とする。そして、撮像装置２では、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の全ラインのうち、図４（１）に示した特定の連続した４ライン（４行）である１ラインから４ラインの画像データが読み出される。

図４（２）は、対象物１２の移動の様子を示しており、図４（２）Ａ〜Ｄは、対象物が同図の上から下の方向（副走査方向）へ等速で移動している様子を示している。

ここで、ＣＭＯＳエリアセンサ１１のライン数をＭ（行）（図４では４行）、各ラインの画素幅（視野高さ）をｄ（ｍｍ）とし、対象物（印刷紙面）の移動速度をＶ（ｍｍ／秒）、１行の読み出し時間をＴｒ（秒）とする。ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、副走査方向にｍラインを有しており、このｍラインについて撮像を行うが、ラインセンサとして用いるのは、このうちの特定の連続した４ライン（Ｍライン）である。また、ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、ブランク期間がＢライン（行）のデバイスであり、１行の読み出し時間がＴｒ（秒）であり、Ｂラインの読み出しが必要な場合、このブランク期間をＢ・Ｔｒ（秒）とする。

この場合、下記の式を満足するように撮像タイミングを設定する。

Ｍ・ｄ／Ｖ＝（Ｍ＋Ｂ）・Ｔｒ
なお、紙面の移動速度Ｖが可変となる場合も多いので、１行の読み出し時間Ｔｒ（秒）が対象物（印刷紙面）の移動速度Ｖに依存するように、印刷機にロータリーエンコーダ１６等の信号出力手段を取り付けて、このロータリーエンコーダ１６が出力する同期信号により上記撮像タイミングを調整すると良い。

すなわち、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の第１ライン〜第４ラインに対して、対象物（印刷紙面）が副走査方向に一定量移動して未撮像領域が対向する毎に、ロータリーエンコーダ１６が信号を出力するように設定する。そして、ドライバ１２は、ロータリーエンコーダ１６が信号を出力する毎にＣＭＯＳエリアセンサ１１に対象物（印刷紙面）を撮像させる。

図４（２）Ａに示すように、ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、あるタイミングにおいて、対象物（印刷紙面）のＮライン〜Ｎ＋３ラインの画像を第１ライン〜第４ラインで瞬時（上記のシャッターの時間）に撮像してこの画像の電荷を蓄積する。そして、撮像素子の４ライン分の画像の電荷をライン毎に順次読み出すと、紙面上のＮライン、Ｎ＋１ライン、Ｎ＋２ライン、Ｎ＋３ラインの画像データを読み出すことができる。その後、次のシャッタータイミング（４行分の時間と、垂直ブランク時間の間）に、図４（２）Ｂに示すように、Ｎ＋４ライン〜Ｎ＋７ラインの４ラインをＣＭＯＳエリアセンサ１１の第１ライン〜第４ラインで撮像できる状態まで印刷紙面が移動するように、印刷紙面の移動速度と、撮像範囲の高さ（撮像エリア）と、スキャン時間と、の関係を選んでおく。これにより、図４（２）Ｂに示したように、次のシャッタータイミングで、ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、第１ライン〜第４ラインでＮ＋４ライン〜Ｎ＋７ラインまでの画像の電荷を蓄積することになる。そして、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の４ライン分の画像の電荷をライン毎に順次読み出すと、印刷紙面状のＮ＋４ライン、Ｎ＋５ライン、Ｎ＋６ライン、Ｎ＋７ラインの画像を読み出すことができる。

同様に、ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、次の撮像タイミングで、図４（２）Ｃに示すように、ＣＭＯＳエリアセンサ１１の第１ライン〜第４ラインはＮ＋８ライン〜Ｎ＋１１ラインを撮像し、更に次の撮像タイミングで、図４（２）Ｄに示すように、第１ライン〜第４ラインはＮ＋１２ライン〜Ｎ＋１５ラインを撮像する。

このように、ＣＭＯＳエリアセンサ１１は、全ライン（全画素）で対象物を撮像して、そのうちの特定の連続する４ラインで撮像した画像を１ラインずつ読み出すことができるので、連続的にラインを撮像するラインセンサとしてこのＣＭＯＳエリアセンサ１１を使用できる。

ここで、本発明の実施形態に係る撮像装置で使用するＣＭＯＳエリアセンサは、リニアＣＣＤのような小型のライン型撮像素子の代用として小型のものを使用することで、さらに高速に対象物の画像を撮像することができる。しかし、この場合には、対象物のサイズによっては、ＣＭＯＳエリアセンサの主走査方向（幅方向）の撮像範囲が狭いために、対象物の全体を撮像できないことがある。そこで、このような場合には、撮像装置を以下のように構成すれば良い。図５は、撮像範囲を拡げた撮像装置の構成を示した概観図である。図５（１）に示すように、複数の撮像装置２を主走査方向に、各撮像装置２の撮像範囲の一部が重複するように、所定の間隔で配置すると良い。または、各撮像装置２の撮像範囲が重複しないように、所定の間隔で配置しても良い。そして、各撮像装置２が、同時に上記のいずれかの方法を実行して対象物の撮像を行うように設定すると良い。また、このように構成した場合には、各撮像装置２が出力した画像を合成して対象物の全体の画像を出力する画像合成回路９を設けると良い。この画像合成回路９により各撮像装置２の撮像範囲の重複部分を調整しておくことで、各撮像装置２の取り付け誤差などを補正した対象物の全体の画像を取得できる。また、撮像範囲が重複しないように配置した場合には、各撮像装置２の画像を連続的に並べることで、対象物の全体の画像を取得できる。

また、図５（２）に示すように、１台の撮像装置２の内部に複数のレンズ１０及びＣＭＯＳエリアセンサ１１を設けるようにしても良い。この場合も、各ＣＭＯＳエリアセンサ１１の撮像範囲の一部が重複するように、所定の間隔でレンズ１０及びＣＭＯＳエリアセンサ１１を配置すると良い。そして、各ＣＭＯＳエリアセンサ１１が、同時に上記のいずれかの方法を実行して対象物の撮像を行うように設定すると良い。また、ドライバ１２の駆動能力に応じて、各ＣＭＯＳエリアセンサ１１を１つのドライバ１２で一括して駆動するようにしても良いし、また複数のドライバ１２で各ＣＭＯＳエリアセンサ１１を駆動するようにしても良い。また、各ＣＭＯＳエリアセンサ１１が出力した画像データは、画像処理回路１３で合成処理を行うようにすると良い。このように構成することで、対象物の撮像範囲が広い場合でも、安価な構成で容易に全体を撮像することができる。

以上のように、本発明の撮像装置は、連続的に高速で移動する対象物の画像を安価な構成で確実に撮像することできるので、本発明の撮像装置を印刷欠陥検査装置に適用することで、オフセット輪転機で高速印刷した印刷紙面であっても確実に欠陥を検出することができる。

連続的に移動する対象物を連続的に画像化する分野、従来ラインエリアセンサが用いられている分野、例えば、印刷物の品質検査装置、用紙、フィルムなどの品質検査装置等の分野に適用できる。

オフセット輪転機の概観図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置を備えた印刷欠陥検査装置の概略構成を示したブロック図である。 撮像装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するための概念図である。 撮像範囲を拡げた撮像装置の構成を示した概観図である。

符号の説明

１−印刷欠陥検査装置、２−撮像装置、１０−レンズ、１１−ＣＭＯＳエリアセンサ、１２−ドライバ、１３−画像処理回路、１４−メモリ、１５−出力回路、１６−ロータリーエンコーダ

Claims (2)

1. 副走査方向に移動する対象物を連続的に撮像する撮像装置であって、
   主走査方向の所定領域を撮像するライン状撮像エリアが副走査方向に連続して複数設定されたグローバルシャッタータイプのエリア型撮像素子と、
   前記エリア型撮像素子の１行以上の特定ラインに対して、前記対象物の未撮像領域が対向する毎に、前記エリア型撮像素子に前記対象物を撮像させて、前記特定ラインが撮像した画像をライン毎に読み出す制御手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記対象物が一定量移動して、前記エリア型撮像素子の特定ラインに対して前記対象物の未撮像領域が対向する毎に、信号を出力する信号出力手段を備え、
   前記制御手段は、前記信号出力手段が信号を出力する毎に前記エリア型撮像素子に前記対象物を撮像させる請求項１に記載の撮像装置。

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