JP5584732B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子を備えた固体撮像カメラを用いて被写体を撮像して、被写体の画像情報を得る撮像装置に関するものである。

瓶などの被検査対象物を製造ラインで検査する装置として、被検査対象物をテレビカメラで撮像して得た画像信号を処理することにより、割れの有無や、異物の混入の有無、或いはラベルの異常などを検査する装置が用いられている。

この種の検査装置では、被検査対象物の全外周の画像情報を必要とする。被検査対象物の全外周の画像情報を得るには、被検査対象物を定位置でその軸線の回りに回転させながら、その軸線に対して直角な方向から被検査対象物を撮像すればよいが、被検査対象物を定位置で回転させながら撮像を行なう場合には、製造ラインを止める必要があるため好ましくない。

そこで、被検査対象物をその中心軸線を中心に回転させながら、ターンテーブルやベルトコンベア等の搬送装置により、その中心軸線と直交する平面上で、円弧状または直線状等の定められた搬送軌道に沿って移動させて、その移動の過程で被検査対象物を複数回撮像することにより、被写体の周方向に位置がずれた部分の複数の静止画像を得て、これらの静止画像から被検査対象物の全周の画像情報を得ることが行なわれている。

回転しながら円弧状または直線状の搬送軌道に沿って移動する被検査対象物を、その移動の過程で複数回撮像して被写体の周方向に位置がずれた部分の複数の静止画像を得る方法として、テレビカメラを被検査対象物に追従させて移動させる方法が考えられるが、この場合、被検査対象物を移動させる搬送装置の側方にテレビカメラを保持して往復移動させる機構を設ける必要があるため、撮像装置の構成が複雑になるのを避けられない。

そこで、特許文献１に示されているように、被検査対象物（被写体）を搬送する搬送装置とテレビカメラとの間に、被検査対象物の移動に同期して回転するミラーを配置して、ミラーにより反射した被検査対象物をカメラで狙うことにより被検査対象物を追尾し、その追尾の過程で被検査対象物を複数回撮像することが行なわれている。

特開昭６０−２２０８５０号公報

しかしながら、被検査対象物（被写体）を搬送する搬送装置とテレビカメラとの間に、回転ミラーを配置する構成をとった場合にも、ミラーを回転させる機構を設ける必要があるため、装置の構成が複雑になるのを避けられなかった。またミラーを回転させる機構のように、可動部を有する機構を用いると、装置の寿命が短くなるだけでなく、保守点検に手間がかかるという問題があった。

本発明の目的は、被写体を搬送する搬送装置以外に機械的な可動部を有する機構を設けることなく、定位置に設置した固体撮像カメラで、被写体の周方向に位置を異にした複数の部分の画像情報を部分画像情報として得て、これらの部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報を得ることができるようにした撮像装置を提供することにある。

本発明は、一方向に延びる回転中心軸線を中心に回転しながら前記回転中心軸線と直交する平面（本明細書ではこの平面を基準平面と呼ぶ。）上で定められた搬送軌道に沿って移動する被写体を撮像して、該被写体の全周の画像情報を得る撮像装置を対象とする。

本発明に係る撮像装置は、レンズを通過した被写体の像が結像される結像面を有して結像面に結像した被写体画像の情報を蓄積する固体撮像素子を備えて、結像面の垂直方向に測った幅寸法Ｗｓが結像面の垂直方向寸法よりも小さい一定寸法に制限された結像面上の領域を部分走査領域として、結像面上での部分走査領域の位置を指示する部分走査指令信号が与えられる毎に該部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像された被写体画像の情報を部分画像情報として固体撮像素子から読み出す部分走査を行うように構成され、レンズの光軸を被写体の移動方向を横切る方向に向け、かつ結像面の垂直方向を基準平面と平行な方向に向けた状態で配置されて被写体を定位置で撮像する固体撮像カメラと、被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間にカメラに部分走査を繰り返し行わせるように、カメラに部分走査指令信号を与える部分走査指令手段と、各部分走査を行っている間に固体撮像素子に蓄積されている画像情報を変化させないように、各部分走査を開始する直前に瞬時的に結像面に露光する露光手段とを備えている。

本発明においては、被写体が前記搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間に被写体が１回転以上回転し、かつ被写体がカメラの視野内にある間に複数回行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報が得られるように、被写体の回転速度Ｎ［rpm］と、被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、カメラのレンズの倍率とが設定される。また部分走査指令手段は、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように部分走査指令信号を発生する。

上記のように、回転しながら搬送軌道に沿って移動している被写体を撮像する場合に、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように部分走査指令信号を発生させることは、被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して固体撮像素子の結像面上で生じる被写体の移動に合わせて部分走査領域を移動させることにより、部分走査領域で被写体画像を追尾することを意味する。このように構成しておくと、固体撮像素子の結像面上の定位置に部分走査領域を固定した固体撮像カメラを定位置で回転している被写体に向けて、固体撮像素子への露光と、当該部分走査領域に結像された被写体の部分画像の情報の読み出し（部分走査）とを繰り返し行うことにより被写体の全周に亘る画像情報を得る場合と同じ状態を、回転しながら搬送軌道に沿って移動している被写体を撮像する場合にも実現することができる。

上記のように構成すると、固体撮像カメラを定位置に設置した状態で、被写体の周方向位置を異にした複数の部分画像情報を得ることができ、これら複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報を得ることができるため、カメラを被写体に追従させて移動させる機構を設けたり、カメラと被写体との間に回転ミラーを設けたりすることなく、簡単な構成で、被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。

本発明の好ましい態様では、固体撮像素子の結像面上での被写体の全周長に相当する長さをＷf、被写体の回転速度をＮ［rpm］、各部分走査を完了するのに要する時間（固体撮像素子から部分画像情報を読み出すのに要する時間）をＴs ［sec］としたときに、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎ（＝Ｗf／Ｗs）を被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とするようにカメラのレンズの倍率が設定され、Ｎ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように、被写体の回転速度Ｎが設定され、かつ被写体が搬送軌道に沿ってカメラの視野に入る区間を移動するのに要する時間をＴｓ＊ｎ以上とするように、被写体の搬送軌道に沿った移動速度が設定される。

被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間に被写体が１回転以上回転するようにしておいて、被写体の回転速度Ｎと、被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、カメラのレンズの倍率とを上記の不等式を満足するように設定することにより、被写体がカメラの視野内にある間に繰り返し行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な上記ｎ（被写体が１回転する間に得られる静止部分画像の数）の値は、被写体の形状によっても異なるが、２以上である必要がある。被写体の全周に亘る画像情報を正確に得るためには、ｎの値をある程度大きい値（例えばｎ≧６）に設定することが好ましい。

本発明の他の好ましい態様では、部分走査指令手段が、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して結像面上で生じる被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して生じる被写体画像の移動方向に移動させるべく、カメラに部分走査指令信号を与えるように構成される。

このように部分走査指令手段を構成することにより、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせることができるため、回転するミラーを用いたり、カメラを被写体とともに移動させたりすることなく、被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。

上記の構成では、垂直方向の幅寸法が限定された領域を部分走査領域として、部分走査領域を結像面の垂直方向に移動させ得るようにした固体撮像カメラを用いたが、結像面の水平方向に測った幅寸法が限定された領域を部分走査領域として、この部分走査町域を結像面の水平方向に移動させ得るようにした固体撮像カメラを用いることもできる。

即ち、本発明の他の態様では、固体撮像カメラが、レンズを通過した被写体の像が結像される結像面を有して該結像面に結像した被写体画像の情報を蓄積する固体撮像素子を備えて、結像面の水平方向に測った幅寸法Ｗｓが結像面の水平方向寸法よりも小さい一定寸法に制限された結像面上の領域を部分走査領域として、結像面上での部分走査領域の位置を指示する部分走査指令信号が与えられる毎に該部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像された被写体画像の情報を部分画像情報として固体撮像素子から読み出す部分走査を行うように構成され、この固体撮像カメラが、レンズの光軸を被写体の移動方向を横切る方向に向け、かつ結像面の水平方向を基準平面と平行な方向に向けた状態で配置されて被写体を定位置で撮像する。本実施態様においても、被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間にカメラに部分走査を繰り返し行わせるように、カメラに部分走査指令信号を与える部分走査指令手段と、各部分走査を行っている間に固体撮像素子に蓄積されている画像情報を変化させないように、各部分走査を開始する直前に瞬時的に結像面に露光する露光手段が設けられる。

本態様においても、被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間に被写体が１回転以上回転し、かつ被写体がカメラの視野内にある間に複数回行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報が得られるように、被写体の回転速度Ｎ［rpm］と、被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、カメラのレンズの倍率とが設定される。また部分走査指令手段は、部分走査領域の結像面上での位置と前記被写体の回転中心軸線の前記結像面上での位置との間の相対的な位置関係を同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように部分走査指令信号を発生する。

上記のように、水平方向に部分走査領域を移動させることができる固体撮像カメラを用いる場合も、結像面上での被写体の全周長に相当する長さをＷf、被写体の回転速度をＮ［rpm］、各部分走査を完了するのに要する時間をＴs としたときに、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎ（＝Ｗf／Ｗs）を被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とし、かつＮ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように、被写体の回転速度Ｎと、被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、カメラのレンズの倍率とを設定することにより、被写体がカメラの視野内にある間に複数回切れ目なく行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。

また、部分走査指令手段は、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に行われた搬送軌道に沿った被写体の移動に起因して結像面上で生じる被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、搬送軌道に沿った被写体の移動に起因した被写体画像の移動方向に移動させるべく、カメラに部分走査指令信号を与えるように構成する。

このように部分走査指令手段を構成することにより、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の前記結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせることができる。

本発明の好ましい態様では、被写体の搬送軌道に沿った方向への移動速度と、被写体の回転速度とが常に一定の関係を持つように、被写体を搬送軌道に沿って移動させる機構と、被写体を回転中心軸線を中心として回転させる機構とが構成される。また被写体の搬送軌道に沿った位置の情報を含む位置検出信号を出力する位置センサが設けられる。

この場合、部分走査指令手段は、各部分走査を完了するのに要する時間Ｔｓが経過する毎にトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、トリガ信号が発生する毎に、被写体の搬送軌道に沿った移動に起因してカメラの前方の合焦点位置でカメラのレンズの光軸と直交する平面上で観察される被写体の見かけの移動量Δｒを、位置センサにより検出される被写体の位置情報から演算する被写体移動量演算手段と、被写体移動量演算手段により演算された被写体の見かけの移動量Δｒを結像面上での被写体画像の移動量ΔＷに換算して、換算された被写体画像の移動量ΔＷと、前回の部分走査における部分走査領域の結合面上での位置とから、次の部分走査を行う部分走査領域の結像面上での位置を演算する部分走査領域位置演算手段と、部分走査領域位置演算手段により演算された部分走査領域の結像面上での位置の情報を含む信号を部分走査指令信号としてカメラに与える部分走査指令信号出力手段とを備えることにより構成される。前記露光手段は、トリガ信号が発生したときにカメラの結像面に露光を行う。

上記の構成をとることにより、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に行われた搬送軌道に沿った被写体の移動に起因して結像面上で生じた被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、搬送軌道に沿った被写体の移動に起因した被写体画像の移動方向に移動させるべく、カメラに部分走査指令信号を与える部分走査指令手段を実現できる。

本発明においては、回転中心軸線を中心にして回転しながら回転中心軸線と直交する基準平面上で定められた搬送軌道に沿って移動する被写体を、固体撮像カメラで撮像して被写体の画像情報を得るに当たり、固体撮像カメラとして、結像面上に設定した部分走査領域のみの走査（部分走査）が可能なカメラを用い、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように、搬送軌道に沿った被写体の移動に追従して、部分走査領域をカメラの固体撮像素子の結像面上で垂直方向または水平方向に移動させながら（一定の搬送軌道に沿って移動している被写体を部分走査領域で追尾しながら）回転している被写体を撮像するようにしたので、カメラを移動させる機構や、回転ミラーを用いることなく、簡単な構成で被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。

特に、請求項３，６又は７に記載された発明によれば、固体撮像カメラが各部分走査を完了する毎に、各部分走査を行っていた間に行われた被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して結像面上で生じる被写体画像の移動量を検出して、検出した移動量分だけ次に部分走査を行う部分走査領域を垂直方向又は水平方向に移動させることにより、カメラを動かすことなく、移動する被写体を追尾するようにしたので、複数の部分画像情報を取り込むために必要な処理時間を、固体撮像カメラの性能（部分走査を行うのに必要な時間）上許容されるぎりぎりの時間まで短縮することができるため、被写体の移動速度を速くして、被写体の画像情報の取得を能率よく行うことができる。従って、固体撮像カメラを用いて被写体の検査を行う際に、被写体の移動速度を高めて、その検査能率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係わる撮像装置の、一部をブロックで示した上面図である。 本発明の一実施形態に係わる撮像装置の、一部をブロックで示した正面図である。 本実施形態で撮像する被写体の斜視図である。 本実施形態で撮像する被写体の展開図である。 （Ａ）ないし（Ｆ）は本発明の実施形態において、部分走査領域が撮像カメラの結像面上で移動していく様子を説明する説明図である。 本発明の実施形態で用いる部分走査指令手段の構成例を示したブロック図である。 図６に示した部分走査指令手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 図６に示されたタイミングジェネレータが出力するタイミング信号を示した波形図である。

以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明に係わる撮像装置の実施形態の構成を概略的に示したもので、図１は一部をブロックで示した上面図、図２は一部をブロックで示した正面図である。これらの図において、１は複数の被写体２，２，…を搬送する搬送装置を構成するターンテーブルである。ターンテーブル１は、その回転軸１ａを垂直方向に向けた状態で配置されていて、モータＭにより駆動されて図１の矢印ＣＬＷ方向に一定の回転速度Ｖtで回転する。

図２に示されているように、ターンテーブル１の上には、複数の被写体保持具３，３，…が等角度間隔（図示の例では６０度間隔）で配置されている。各被写体保持具３は、垂直方向（鉛直方向）に延びる回転中心軸線Ｏ−Ｏを中心に回転自在に設けられていて、各被写体保持具３の上に、被写体２がその中心軸線を回転中心軸線Ｏ−Ｏに一致させた状態で保持されるようになっている。

本実施形態では、ターンテーブル１を駆動するモータＭの回転を図示しない動力伝達機構を介して各被写体保持具３に伝達して、各被写体保持具３をその回転中心軸線Ｏ−Ｏを中心として一定の（同じ）回転速度で回転させる回転駆動機構が設けられている。従って、一連の被写体２，２，…は、それぞれを保持している被写体保持具３，３，…とともに、それぞれの回転中心軸線Ｏ−Ｏを中心にして同じ回転速度で回転しながら、ターンテーブル１により、回転中心軸線Ｏ−Ｏと直交する平面（この平面を基準平面と呼ぶ。）上で、円弧状の搬送軌道Ｈに沿って一定の移動速度で移動させられる。本実施形態では、基準平面が水平面である。図示の例では、各被写体２を被写体保持具３の上に載せて、各被写体２の下端のみを支えているが、各被写体２を確実に保持するために、各被写体２をその軸線方向（回転中心軸線に沿う方向）の両端から（図示の例では上下から）挟むようにして保持するようにすることもできる。

モータＭの回転をターンテーブル１に伝達する機構は、チェーンスプロケット機構や歯車機構のような、スリップを生じる部分を有しない機構からなっている。同様にモータＭの回転を各被写体保持具３に伝達する機構もスリップを伴わない機構からなっている。ターンテーブル１と被写体保持具３とは同じモータＭにより、スリップを伴わない動力伝達機構を介して回転駆動されるため、ターンテーブル１と各被写体保持具３とはそれぞれの回転速度が常に一定の関係を保持した状態で回転駆動される。

後述するように、本発明に係る撮像装置においては、各被写体２が搬送軌道Ｈに沿って一定の距離を移動する間に、その全周の画像情報を得る。そのため、各被写体保持具３の回転速度（各被写体の回転速度）は、搬送軌道Ｈに沿って一定の距離を移動する間に少なくとも１回転以上回転するように、ターンテーブル１の回転速度よりも高く設定される。各被写体２の回転速度と、ターンテーブル１の回転速度（各被写体の移動速度）とは、一定の関係を有していることが必要とされるが、ターンテーブル１の回転の向きと各被写体２の回転の向きとの関係は任意である。各被写体２は、ターンテーブル１と同じ向きに回転させるようにしてもよく、ターンテーブル１と逆向きに回転させるようにしてもよい。

被写体２の形状は任意であるが、本実施形態では、説明を簡単にするために、被写体２が図３に示すような円筒体からなっているものとする。また説明の便宜上、各被写体２の外周に、ａないしｆの文字が周方向に一定の間隔を隔てて印刷されているものとする。図４は被写体２の展開図である。

ターンテーブル１の回転軸には、被写体２が搬送軌道Ｈに沿って移動していく過程で各瞬時における被写体の搬送軌道Ｈに沿った位置を検出する位置センサ４が設けられている。この位置センサ４は、ロータリエンコーダにより構成することができる。位置センサ４を構成するエンコーダはインクリメンタル方式のものでも、アブソリュート方式のものでもよい。本実施形態で用い位置センサ４は、ターンテーブル１の基準位置からの回転角度又は移動量を示す信号を出力するアブソリュート方式のロータリエンコーダからなっている。

なおターンテーブル１の上に一度に配置できる被写体の数は、ターンテーブルの径と、被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要とされるカメラの視野角とにより決まる。ターンテーブル１上に配置された一連の被写体の撮像が終了した際に、ターンテーブル上の被写体を新たな被写体と置き換えるようにしてもよいが、実際の製造ラインで瓶などの検査を連続的に行う場合には、ターンテーブル１上で撮像が終了した被写体を、図示しない搬送装置により、順次他のステーションに搬出し、ターンテーブル上から一つの被写体を搬出する毎に新たな被写体を搬入して、ターンテーブル上の被写体保持具３にセットする。従って、被写体２の撮像は、停止指令が与えられない限り連続的に行われる。

５は、レンズを通過した被写体２の像（被写体画像）が結像される結像面を有する固体撮像素子と、この固体撮像素子に蓄積された画像情報を水平走査方向及び垂直走査方向に走査して読み出す走査手段とを備えた固体撮像カメラである。固体撮像素子は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどからなっていて、結像面に結像された被写体の画像の各画素の明暗を電荷に変換して蓄積することにより被写体の画像情報を蓄積する。

立体である被写体をカメラで撮像して、その全周に亘る画像情報を取得するためには、被写体を回転させながら複数回の露光を行って、複数の部分画像情報を得る必要がある。この場合、各部分画像がカバーする範囲（視野角）が広すぎると、全体に焦点が合った画像を得ることができないため、被写体の各部の情報を正確に得ることができない。被写体全体の画像情報を正確に得るためには、被写体の周方向領域を多数の領域に分けて、各領域毎に部分画像情報を得る必要がある。

そのため、本実施形態では、固体撮像カメラ５として、垂直方向への走査幅を一定値に制限した部分走査（固体撮像素子の結像面全体に結像された画像全体の情報を読み出すのではなく、垂直方向の走査幅を一定幅に制限した部分走査領域に結像された部分画像の情報のみを読み出すこと）が可能で、外部から与える部分走査指令信号により、部分走査領域の結像面上での位置を任意に指定できる機能を有するものを用いる。このような機能を有する固体撮像カメラとしては、市販品をそのまま用いることができる。部分走査が可能な固体撮像カメラは、例えば特開２０１１−１５１４６８号公報に開示されている。

本実施形態で用いる固体撮像カメラ５は、レンズを通過した被写体の像が結像される結像面を有して該結像面に結像した被写体画像の情報を蓄積する固体撮像素子を備えて、結像面の垂直方向に測った幅寸法Ｗｓが結像面の垂直方向寸法よりも小さい一定寸法に制限された結像面上の領域を部分走査領域として、結像面上での部分走査領域の位置を指示する部分走査指令信号が与えられる毎に該部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像された被写体画像の情報を部分画像情報として固体撮像素子から読み出す部分走査を行うように構成されている。部分画像情報を固体撮像素子から読み出す動作は、結像面の部分走査領域に結像された部分画像の各画素の明暗に相応する電圧を蓄積している素子から蓄積されている電圧を順次読み出す動作であるため、各部分画像情報を読み出すためには一定の時間を必要とする。従って、各部分走査を行うためには一定の時間Ｔｓを必要とする。各部分走査を行うのに要する時間Ｔｓは、使用するカメラ５及び部分走査領域の走査幅Ｗｓが決まれば一定である。

固体撮像カメラ５は、そのレンズの光軸Ａを各被写体の移動方向を横切る方向（基準平面と平行で、かつ各被写体の搬送軌道に沿った移動方向に対して直角な方向）に向け、かつその固体撮像素子の垂直走査方向を基準平面（各被写体２の回転中心軸線Ｏ−Ｏと直交する平面）と平行な方向に向けた状態で（水平走査方向を被写体の回転中心軸線と平行な方向に向けた状態で）、被写体の搬送装置の側方の定位置に配置されて、被写体２を定位置で撮像する。図示のように、被写体２を搬送軌道Ｈに沿って搬送する搬送装置としてターンテーブル１を用いる場合には、固体撮像カメラ５のレンズの光軸Ａがターンテーブル１の回転中心軸線と直角に交わるように、固体撮像カメラ５を位置決めする。

本実施形態では、固体撮像素子の垂直走査方向を基準平面（各被写体２の回転中心軸線Ｏ−Ｏと直交する平面）と平行な方向に向け、水平走査方向を被写体の回転中心軸線と平行な方向に向けた状態で固体撮像カメラ５を設置してあるため、固体撮像カメラ５の撮像素子の結像面には、被写体２の像が、その軸線を水平走査方向に向けた状態で結像され、被写体２の移動に伴って、被写体２の像が結像面上を垂直走査方向に移動していく。

回転しながら移動している被写体を、部分走査を行うことができる固体撮像カメラで撮像して、被写体が回転する過程で複数の部分画像情報を得ることにより、被写体の全周に亘る画像情報を得る場合、各部分画像を撮像する際のカメラの位置と被写体の回転中心軸線との間の位置関係が毎回異なると、被写体の全周に亘る画像情報を、順次切れ目なく得ることができない。そこで、本発明においては、後で詳述するように、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるようにカメラ５を制御する。

カメラ５を制御するため、部分走査指令手段６と、露光手段７と、部分走査画像信号取込み手段８とを備えた撮像制御部９が設けられ、この制御部とカメラ５とにより、本発明に係わる撮像装置が構成されている。撮像制御部９は、マイクロプロセッサにより構成することができる。

部分走査指令手段６は、カメラ５に部分走査を切れ目なく繰り返し行わせるように、カメラに部分走査指令信号Ｓi を与える手段である。部分走査指令信号Ｓｉは、部分走査領域の走査開始位置を指示するデジタル値を有する信号である。

部分走査指令手段６は、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるようにカメラ５に部分走査指令信号Ｓi を与える。本実施形態で用いる部分走査指令手段６は、位置センサ４により、各被写体の基準位置からの移動量が、撮像領域（被写体がカメラの視野に入る領域）の始点に達したことが検出され、露光手段７が固体撮像素子の結像面に最初の露光を行った後に、カメラ５に部分走査指令信号を与えて、最初の部分走査を行わせる。以後、部分走査を行うのに要する時間Ｔｓが経過する毎に、被写体２の搬送軌道に沿った移動に追従して部分走査領域を移動させながら、順次部分走査を行わせるように、カメラ５に部分走査指令信号Ｓｉを与える。部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるようにするため、部分走査指令手段６は、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に被写体２の搬送軌道Ｈに沿った移動に起因して結像面上で生じた被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して生じる被写体画像の移動方向に移動させるべく、カメラ５に部分走査指令信号Ｓｉを与える。

本実施形態で用いる固体撮像カメラ５においては、垂直方向への部分走査を行う際の走査開始位置を、結像面の上端位置を０として、外部から与えられる走査指令信号Ｓiのデジタル値により任意に指定できるようになっており、走査指令信号のデジタル値を変化させることにより、部分走査領域（部分走査を行う領域）を垂直方向に移動させることができるようになっている。また垂直方向の走査幅も任意に設定することができるようになっている。

露光手段７は、各部分走査を開始する直前にカメラ５にトリガ信号Ｓｔを与えてその電子シャッターを開くことによりカメラの固体撮像素子の結像面に露光する手段である。各部分走査を行っている間に固体撮像素子に蓄積されている画像情報を変化させないようにするため、露光手段７は、カメラの電子シャッターをきわめて短い時間の間だけ開いて、固体撮像素子の結像面に瞬時的に露光する。

本実施形態では、位置センサ４により各被写体の基準位置からの移動量が、撮像領域の始点Ｐ１に達したことが検出され、かつ一定時間Ｔｓ毎に到来する露光タイミングが検出されたときに、露光手段７がカメラ５に最初のトリガ信号を与えてそのシャッターを短時間の間開き、固体撮像素子の結像面に露光する。露光手段７は、以後一定時間Ｔｓが経過する毎にカメラ５にトリガ信号を与えて固体撮像素子の結像面に露光する。

部分走査画像信号取込み手段８は、露光手段７がカメラ５にトリガ信号Ｓｔを与えた後に、カメラ５に読み出しパルスＳrを与えて、カメラ５の結像面の部分走査領域に結像されている部分画像の情報を読み出し（部分走査を行ない）、各部分走査領域に結像された部分画像を表す画像信号Ｓｖを、部分走査画像信号として取り込む。部分走査画像信号取込み手段８は、取り込んだ部分走査画像信号により表される画像を所定のフォーマットでメモリに記憶させる。

各露光は瞬時的に（きわめて短い時間の間だけ）行われるため、各露光を行った後、次の露光を行うまでの間、カメラ５の固体撮像素子には、各露光を行った瞬間に結像面に結像された像の情報が静止画像情報として蓄積される。本実施形態では、各露光により固体撮像素子に静止画像情報が蓄積される毎にカメラに部分走査指令信号Ｓiを与えて部分走査を行い、部分走査領域に結像された部分画像の情報を固体撮像素子から読み出して取り込む。各部分画像は、垂直走査方向に位置を異ならせて被写体の像の一部を矩形状に切り取った画像となる。各部分走査が完了する毎に次の露光を行って次の部分走査を行うが、次の部分走査を行う際には、走査指令信号Ｓiのデジタル値を変化させることにより、今まで行っていた部分走査の間に移動した被写体の移動量（搬送軌道Ｈに沿った移動量）に相当する移動量だけ、部分走査領域を結像面上で、被写体の搬送軌道に沿った移動に起因する被写体画像の移動方向に移動させる。これにより、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせることを可能にする。

本発明においては、被写体２がカメラ５の視野の範囲にある間に、回転している被写体の全周に亘る画像情報を得る。そのため、本発明においては、被写体が回転しながら搬送軌道に沿って移動していく過程で、被写体２がカメラ５の視野に入る領域（この領域を撮像領域という。）にある間に被写体が１回転以上回転し、かつ被写体２がカメラの視野に入る領域にある間に複数回切れ目なく行われる部分走査により得られる複数の部分画像の情報（部分画像情報）から被写体の全周に亘る画像情報が得られるように、被写体の回転速度Ｎ［rpm］と、被写体の搬送軌道Ｈに沿った移動速度と、カメラのレンズの倍率とが設定される。

図１において、ターンテーブル１の右端に実線で示された被写体２は、撮像領域（カメラ５の視野に入る領域）の始点位置Ｐ１にある被写体を示しており、一点鎖線で示された被写体２は、撮像領域の終点位置Ｐ２にある被写体を示している。撮像領域の始点位置Ｐ１は、被写体２の一部の像が撮像素子の結像面に現れ始めるときの被写体の位置であり、撮像領域の終点位置Ｐ２は、被写体２の像が撮像素子の結像面から消えるときの被写体の位置である。すなわち被写体２が、図に実線で示されたように始点位置Ｐ１に達したときに、カメラ５の撮像素子の結像面に被写体２の端の部分の像が現れ始め、被写体２が、図に鎖線で示したように終点位置Ｐ２に達したときに、被写体の像が結像面から消える。

被写体２がカメラの視野に入る領域にある間に、一定の時間Ｔs が経過する毎に行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体２の全周に亘る画像情報を得るようにするためには、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎを被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とするようにカメラのレンズの倍率を設定する必要がある。被写体の全周に亘る画像情報を得るためには、少なくともｎが２以上である必要があるが、焦点が合った複数の部分画像を得て被写体の画像情報を正確に得るためには、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎをある程度多くしておく必要がある。ｎの最適値は被写体の形状によっても異なるが、被写体が円筒である場合、ｎは例えば６以上に設定することが好ましい。

結像面上での被写体の全周長に相当する長さをＷf、結像面上での部分走査領域の幅寸法（走査幅）をＷｓとすると、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎは、ｎ＝Ｗf／Ｗsで与えられる。ここで、結像面上での被写体の全周長に相当する長さＷｆはカメラのレンズの倍率により調整することができる。ｎ＝Ｗf／Ｗsの値が被写体全体の画像情報を得るために必要な値となるように、結像面上における部分走査領域の幅数法Ｗｓの値を考慮して、レンズの倍率を設定する。

また被写体がカメラ５の視野に入っている間にｎ個の部分画像の情報を得るためには、被写体２が距離（円弧長）Ｒの撮像領域（図１のＰ1 からＰ2 の区間）を移動するのに要する時間がＴｓ*ｎ（＊は乗算記号）以上になるように、ターンテーブル１による被写体の移動速度を設定する必要がある。

更に、１回の部分走査にＴs 時間を要するカメラを用いて、被写体が１回転する間にｎ個以上の部分画像の情報を得るためには、Ｎ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように被写体の回転速度Ｎを設定する必要がある。

上記のことから、結像面上での垂直方向への走査幅がＷｓに設定された部分走査領域の部分走査を１回行うのにＴｓ時間を必要とする固体撮像カメラ５を使用して、被写体２の全周の画像情報を得るためには、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎ（＝Ｗf／Ｗs）を被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とするようにカメラのレンズの倍率を設定し、Ｎ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように、被写体の回転速度Ｎを設定し、かつ被写体２が搬送軌道に沿ってカメラの視野に入る区間を移動するのに要する時間をＴｓ＊ｎ以上とするように、被写体の搬送軌道に沿った移動速度を設定する必要がある。ここで、Ｎ＝６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように被写体の回転速度Ｎを設定した場合には、隣り合う部分画像の一部をオーバラップさせない状態で、ｎ個の部分画像（被写体を周方向にｎ等分した部分画像）の情報を得ることができる。Ｎ＜６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように被写体の回転速度Ｎを設定した場合には、隣り合う部分画像の一部をオーバラップさせた状態で、ｎ個の部分画像の情報を得ることができる。

図６を参照すると、部分走査領域の結像面上での位置と被写体２の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように部分走査指令信号を発生する部分走査指令手段６の構成例が示されている。図６において、６Ａは、位置センサ４の出力から、被写体２が撮像領域の開始位置Ｐ１に達したことを検出する撮像開始位置検出手段であり、６Ｂは水晶発振器のような安定化された発振器を信号源としたパルス発生器が発生するクロックパルスを計数して、一定の時間Ｔｓが計測される毎に図８に示すようなタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ、６Ｃはトリガ信号発生手段である。トリガ信号発生手段６Ｃは、撮像開始位置検出手段６Ａにより撮像開始位置が検出され、かつタイミングジェネレータ６Ｂからタイミング信号が与えられたときに最初のトリガ信号Ｓｔを発生し、以後タイミングジェネレータ６Ｂからタイミング信号が与えられる毎に２番目以降のトリガ信号Ｓｔを発生する。トリガ信号Ｓｔは狭いパルス幅を有するパルス波形の信号である。

トリガ信号発生手段６Ｃが発生するトリガ信号Ｓｔは、カメラ５に与えられる。カメラ５はトリガ信号Ｓｔが与えられている微小時間の間シャッターを開くことにより、固体撮像素子の結像面に瞬時的な露光をする。図６に示した例では、トリガ信号発生手段６Ｃが露光手段を構成している。

被写体移動量演算手段６Ｄは、トリガ信号が発生する毎に、被写体２の搬送軌道に沿った移動に起因してカメラ５の前方の合焦点位置でカメラのレンズの光軸と直交する平面上で観察される被写体２の見かけの移動量Δｒを、位置センサ４により検出される被写体の位置情報から演算する手段である。なおここで、カメラの前方の合焦点位置とは、カメラのレンズの前方の光軸上の位置のうち、カメラの固体撮像素子の結像面にピントが合う位置を意味する。合焦点位置は一義的に決められるのではなく、被写体の形状や、カメラの被写界深度や、製品検査を行う上で部分画像の各部に要求される鮮明度などを考慮して、被写体の外周面に近い適宜の位置に設定される。ターンテーブル１の径が十分い大きい場合には、位置センサ４により検出されるターンテーブルの回転角度と、基準平面上でターンテーブルの回転中心と被写体の回転中心軸線とを結ぶ直線に沿って測った、ターンテーブルの中心から被写体２の外周部（カメラのレンズの合焦点位置に近い部分）までの距離とから求めた被写体２の外周部の実際の移動量（ターンテーブルの周方向に沿った搬送軌道方向の移動量）を上記見かけの移動量と見なすことができる。

被写体移動量演算手段６Ｄにより演算された被写体の見かけの移動量Δｒは、部分走査領域位置演算手段６Ｅに与えられる。部分走査領域位置演算手段６Ｅは、被写体移動量演算手段６Ｄにより演算された被写体の見かけの移動量Δｒを、カメラ５のレンズの倍率を用いて、カメラ５の固体撮像素子の結像面上での被写体画像の移動量ΔＷに換算し、換算された被写体画像の移動量ΔＷと、前回の部分走査における部分走査領域の結合面上での位置とから、次の部分走査を行う部分走査領域の結像面上での位置を演算する。

部分走査領域位置演算手段６Ｅにより演算された次の部分走査を行う部分走査領域の位置は、部分走査指令信号出力手段６Ｆに与えられる。部分走査指令信号出力手段６Ｆは、部分走査領域位置演算手段６Ｅにより演算された次の部分走査領域の位置の情報を含む信号を部分走査指令信号Ｓｉとしてカメラ５に与えるとともに、部分走査画像信号取込み手段８に部分走査開始指令を与える。部分走査画像信号取込み手段８は、カメラ５に読み出しパルスＳrを与えて、部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像されている部分画像の情報を読み出し（部分走査を行ない）、各部分走査領域に結像された部分画像を表す画像信号Ｓｖを、部分走査画像信号として取り込む。

図６に示した部分走査指令手段６のタイミングジェネレータ６Ｂ以外の部分及び部分走査画像信号取込み手段８をマイクロプロセッサにより構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を図７に示した。図７の処理は被写体の検査を開始する指令が与えられたときに開始される。この処理が開始されると、先ずステップＳ１で、位置センサ４により検出されるターンテーブルの位置を読み込み、ステップＳ２で、読み込んだターンテーブルの位置のデータを用いて、これから撮像の対象とする（カメラ５の視野に入ろうとする）被写体２が撮像開始位置Ｐ１に達したか否かを判定する。撮像の対象とする被写体２の位置は、当該被写体の中心位置（回転中心軸線の位置）の基準位置からの移動量ｒとして検出し、この移動量ｒが基準位置から撮像開始位置Ｐ１までの距離ｒp1に等しくなったか否かを判定することにより、これから撮像の対象とする被写体の位置が撮像開始位置Ｐ１に達したか否かを判定する。ステップＳ２で被写体２が撮像開始位置Ｐ１に達したと判定されなかったとき（ｒ≠ｒp1と判定されたとき）にはステップＳ１に戻る。この例では、位置センサ４により検出されるターンテーブル１の回転角度と、基準平面上でターンテーブルの回転中心と被写体の回転中心軸線とを結ぶ直線に沿って測った、ターンテーブルの中心からカメラのレンズの合焦点位置までの距離とから求めた被写体２の合焦点位置（結像面上にピントが合う位置）の実際の移動量（ターンテーブルの周方向に沿った搬送軌道方向の移動量）を上記見かけの移動量と見なしている。

ステップＳ２で撮像の対象とする被写体２が撮像開始位置Ｐ１に達したと判定されたとき（ｒ＝ｒp1であると判定されたとき）には、ステップＳ３に進んで、今回検出された変位量ｒを前回の部分走査開始時の被写体位置ｒaを記憶するメモリに記憶させる。

次いでステップＳ４で、タイミングジェネレータ６Ｂが露光タイミングであることを示すタイミング信号を発生しているか否かを判定する。その結果、タイミング信号が発生している場合には、ステップＳ５に進んでカメラに狭いパルス幅を有するトリガ信号Ｓｔを与える。これにより、カメラ５のシャッターを微小時間の間開いて固体撮像素子の結像面に露光する。

ステップＳ５で固体撮像素子の結像面に露光した後、ステップＳ６で被写体の搬送軌道Ｈに沿った移動に起因してカメラのレンズの光軸と直交する平面上で観察される被写体の見かけの移動量Δｒ＝ｒ−ｒａを演算し、更にこの移動量Δｒにカメラのレンズの倍率により決まる比例定数Ｋを乗じることにより、移動量Δｒを結像面上での被写体画像の移動量ΔＷに換算する。換算された被写体画像の移動量ΔＷを、前回の部分走査における部分走査領域の結合面上での位置に加算することにより、次の部分走査を行う部分走査領域の結像面上での位置を演算する。

ステップＳ６で次の部分走査を行う部分走査領域の結像面上での位置を演算した後、ステップＳ７で今回検出された変位量ｒを前回の部分走査開始時の被写体位置ｒaを記憶するメモリに記憶させ、ステップＳ８で部分走査指令信号をカメラ５に与えて、次に部分走査を行う部分走査領域の位置を指定する。次いでステップＳ９で、カメラ５に読み出しパルスＳｒを与えて、結像面の部分走査領域に結像されている部分画像の情報を読み出し（部分走査を行ない）、各部分走査領域に結像された部分画像を表す画像信号Ｓｖを、部分走査画像信号として取り込む。部分画像情報の取込みが完了した後、ステップＳ１０に進んで新たにターンテーブルの位置を読み込む。

ステップＳ１０でターンテーブルの位置を読み込んだ後、ステップＳ１１で撮像中の被写体の中心の基準位置からの変位量ｒが、基準位置から撮像終了位置Ｐ２までの距離ｒp2に等しくなったか否かを判定することにより、撮像中の被写体２の位置が撮像終了位置Ｐ２に達したか否かを判定する。その結果、撮像中の被写体２の位置が撮像終了位置Ｐ２に達していないと判定されたときには、ステップＳ４に戻ってステップＳ４ないしＳ１１を繰り返す。ステップＳ１１で撮像中の被写体２の位置が撮像終了位置Ｐ２に達していると判定されたときには、ステップＳ１２に移行して停止指令が与えられているか否かを判定し、停止指令が与えられていないときには、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１２で停止指令が与えられていると判定されたときには、この処理を終了する。停止指令は、ラインに異常が生じたときや、１ロットの製品の検査を終了してラインを一旦止めるとき等に与えられる。

図７に示された処理において、ステップＳ２で、被写体が撮像開始位置Ｐ１に達したことが検出された後、最初にステップＳ４が実行された際にたまたま露光タイミングが到来していた場合には、ステップＳ５で露光が行われた後、ステップＳ６でΔｒを演算する際にｒ＝ｒａとなっているため、Δｒは０になる。このとき結像面上での被写体画像の移動量ΔＷも０であるため、撮像開始位置Ｐ1に達した被写体に対して最初の露光を行った後、最初に部分走査を行う部分走査領域は、結像面の一端に設定される。ステップＳ２で、被写体が撮像開始位置Ｐ１に達したことが検出された後、最初にステップＳ４が実行された際に露光タイミングが到来していない場合には、ステップＳ１０に移行してターンテーブルの新たな位置が読み込まれる。ステップＳ４とステップＳ１０とステップＳ１１とが何回か繰り返された後に、ステップＳ４で露光タイミングであると判定されると、ステップＳ５が実行されて露光が行われ、ステップＳ６でΔｒとΔＷとが演算されるが、この場合は、もはやｒ＝ｒａではなく、最初の露光タイミングが到来する直前にステップＳ１０で検出されたターンテーブル位置ｒとステップＳ３で記憶されたｒａとに基づいてΔｒ（＝ｒ−ｒａ）が演算され、このΔｒが結像面上での被写体画像の移動量ΔＷの初期値に換算されて、最初の部分走査を行う部分走査領域の位置が決定される。この場合、撮像開始位置Ｐ１に達した被写体に対して最初の露光を行った後、最初に部分走査を行う部分走査領域は、結像面上の一端から他端側に僅かに移動した位置に設定される。２回目以降の部分走査が行われる部分走査領域は、今まで行われていた部分走査を完了するのに要した時間Ｔｓの間に生じた被写体２の軌道Ｈに沿った移動に起因して結像面上に生じた被写体画像の移動量ΔＷだけ前回の部分走査が行われた部分走査領域よりも、被写体の軌道Ｈに沿った移動に起因する被写体画像の移動方向に移動させられる。

図７に示されたアルゴリズムによる場合、ステップＳ２により撮像開始位置検出手段６Ａが構成され、ステップＳ５によりトリガ信号発生手段（露光手段）が構成される。またステップＳ６により、被写体移動量（Δｒ）演算手段６Ｄと部分走査領域位置演算手段６Ｅとが構成され、ステップＳ８により、部分走査指令信号出力手段６Ｆが構成される。更にステップＳ９により、部分走査画像信号取込み手段８が構成される。

なお本実施形態では、部分走査指令手段６，露光手段７及び部分走査画像信号取込み手段８をマイクロプロセッサを用いて構成しているが、これらの一部又は全部をハードウェア回路により構成することもできる。

図５（Ａ）ないし（Ｆ）は、カメラ５の固体撮像素子の結像面上で部分走査領域ＰＳが移動していく様子を模式的に示したものである。図５に示した例では、被写体の全周を６分割して、６つの部分画像の情報を順次得ることにより部分走査を行わせている。図５（Ａ）では、被写体の文字ａが印刷された部分が部分走査領域ＰＳに含まれているため、この領域を走査することにより、被写体の文字ａが印刷された部分の画像が得られる。また図５（Ｂ）では、被写体の文字ｂが印刷された部分が部分走査領域ＰＳに含まれているため、この領域を走査することにより、被写体の文字ｂが印刷された部分の画像が得られる。以下同様に文字ｃ，ｄ，…，ｆがそれぞれ印刷された部分の画像が得られる。図５（Ａ）ないし（Ｆ）において、Ｓ1ないしＳ6は部分走査領域の走査開始位置を示している。

上記のようにして、カメラ５の視野に撮像の対象とする被写体２が入っている間に、カメラ５のレンズと被写体の中心軸線との間の相対的な位置関係を同じにした状態で、一連の部分走査を行わせるように、固体撮像素子の結像面上での被写体の移動方向に部分走査領域を移動させながら、部分走査を繰り返し行なわせて、垂直走査方向に沿って撮像位置を異ならせた被写体の複数の部分走査画像（静止画像）の情報を得ると、撮像カメラ５を定位置に固定した状態で、被写体の周方向に位置がずれた部分の静止画像を得て、被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。

上記の例では、カメラが１回の部分走査を行うために不可避的に必要な時間（部分走査領域に結蔵された部分画像の情報を固体撮像素子から読み出すのに要する時間）Ｔｓに等しい時間間隔で結像面に露光して、部分走査を行わせるようにしているが、このように構成しておくと、被写体の全周の画像情報を最短時間で得ることができる。しかしながら、本発明は、上記のようにカメラが１回の部分走査を行うために必要な時間Ｔｓに等しい時間間隔で結像面に露光して、部分走査を行わせる場合に限定されるものではなく、カメラが１回の部分走査を行うのに要する時間Ｔｓよりも長い時間間隔で結像面に露光して、部分走査を行わせるようにしてもよい。

上記の例では、部分走査領域を垂直走査方向に移動させるとしたが、部分走査領域を水平走査方向に移動させながら、被写体の周方向に位置をずらした複数枚の静止画像を得て、被写体の周方向の全体の画像情報を得るようにすることもできる。

この場合には、レンズを通過した被写体の像が結像される結像面を有して結像面に結像した被写体画像の情報を蓄積する固体撮像素子を備えて、結像面の水平方向に測った幅寸法Ｗｓが結像面の水平方向寸法よりも小さい一定寸法に制限された結像面上の領域を部分走査領域として、結像面上での部分走査領域の位置を指示する部分走査指令信号が与えられる毎に該部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像された被写体画像の情報を部分画像情報として固体撮像素子から読み出す部分走査を行うように構成された固体撮像カメラを用いる。この場合、レンズの光軸を被写体の移動方向を横切る方向に向け、かつ結像面の水平方向を基準平面と平行な方向に向けた状態でカメラを配置して、被写体を定位置で撮像する。

また被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間にカメラに部分走査を繰り返し行わせるように、カメラに部分走査指令信号を与える部分走査指令手段と、各部分走査を行っている間に固体撮像素子に蓄積されている画像情報を変化させないように、各部分走査を開始する直前に瞬時的に結像面に露光する露光手段とを設ける。この場合も、被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間に被写体が１回転以上回転し、かつ被写体がカメラの視野内にある間に複数回行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報が得られるように、被写体の回転速度Ｎ［rpm］と、被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、カメラのレンズの倍率とが設定される。

例えば、結像面上での被写体の全周長に相当する長さをＷf、被写体の回転速度をＮ［rpm］、固体撮像素子から各部分画像情報を読み出すために必要な時間を各部分走査を完了するのに要する時間Ｔs ［sec］としたときに、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎ（＝Ｗf／Ｗs）を被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とするようにカメラのレンズの倍率を設定し、Ｎ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように、被写体の回転速度Ｎを設定する。また被写体が搬送軌道に沿ってカメラの視野に入る区間を移動するのに要する時間をＴｓ＊ｎ以上とするように、被写体の搬送軌道に沿った移動速度を設定する。

また部分走査領域を水平走査方向に移動させながら、被写体の周方向に位置をずらした複数枚の静止画像を得て、被写体の周方向の全体の画像情報を得る場合も、部分走査指令手段は、部分走査領域の結像面上での位置と被写体の回転中心軸線の結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように部分走査指令信号を発生する。

部分走査指令手段は、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に行われた搬送軌道に沿った被写体の移動に起因して結像面上で生じる被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、搬送軌道に沿った被写体の移動に起因した被写体画像の移動方向に移動させるべく、前記カメラに部分走査指令信号を与えるように構成する。この部分走査指令手段は、図６に示したものと同様に構成することができる。

上記の各実施形態のように、カメラ５が各部分走査を行うのに必要な時間Ｔｓが経過する毎に、固体撮像素子の結像面への露光と、その露光により固体撮像素子に蓄積された画像情報のうち、所定の部分走査領域に結像された部分画像の情報の読み出し（部分走査）とを行わせるようにすると、複数の部分画像情報を取り込むために必要な処理時間を、固体撮像カメラの性能（部分走査を行うのに必要な時間）上許容されるぎりぎりの時間まで短縮することができるため、被写体の移動速度を速くして、被写体の画像情報の取得を能率よく行うことができる。

しかしながら、本発明は、このように構成する場合に限定されるものではない。例えば、被写体の外周を周方向に複数の領域に分けて、各領域の画像を部分画像として撮像する場合に、各部分画像が固体撮像素子の結像面の所定の部分走査領域に結像されるタイミングを露光タイミングとして、この露光タイミングを被写体の回転角度位置から検出し、露光タイミングが検出される毎に固体撮像素子の結像面に露光を行って、その露光の直後に部分走査領域に結像された部分画像の情報を固体撮像素子から読み出す部分走査を行わせるようにしてもよい。被写体の搬送軌道に沿った方向への移動速度と、被写体の回転速度とが常に一定の関係を持つように、被写体を搬送軌道に沿って移動させる機構と被写体を回転中心軸線を中心として回転させる機構とを構成しておけば、露光タイミングを与える被写体の回転角度位置は、被写体の搬送軌道に沿った位置を検出する位置センサ（例えば上記の各実施形態で用いた位置センサ４）の出力から容易に検出することができる。

上記の各実施形態では、被写体が搬送軌道に沿って移動していく過程で被写体がカメラの視野内にある間にカメラに部分走査を切れ目なく（部分走査を行わない休止期間を設けることなく）繰り返し行わせるように、部分走査指令手段６からカメラ５に部分走査指令信号を与えるようにしたが、場合によっては、部分走査指令信号を所定の時間間隔をあけてカメラに与えるように部分走査指令手段６を構成して、被写体がカメラの視野内にある間に部分走査を間欠的に行わせるように構成することもできる。

例えば、回転中心軸線と直交する断面の輪郭形状が多角形状を呈する多面体を被写体２とする場合には、被写体の平坦な各側面がカメラのレンズに正対向する（レンズの光軸と直交した状態で対向する）タイミングを露光タイミングとして検出して、各露光タイミングが検出される毎に露光を行い、各露光を行った直後に部分走査指令手段６からカメラ５に部分走査指令信号を与えて、部分走査を行わせるように構成することができる。

上記の説明では、ターンテーブルを用いて、被写体を円弧状の軌跡Ｈに沿って移動させるようにしたが、ターンテーブルに代えてベルトコンベアを用い、このベルトコンベアの上に被写体保持具３，３，…を保持して、被写体を回転させながら直線状の軌跡に沿って移動させるようにしてもよい。

本発明によれば、被写体を搬送する装置以外に機械的な可動部を有する機構を設けることなく、定位置に設置した固体撮像カメラで、被写体の周方向に位置を異にした部分の静止画像を複数枚得て、これらから被写体の全周に亘る画像情報を得ることができる。従って本発明は、固体撮像カメラで被写体を撮像して得た画像情報を用いて各種の製品の検査を行う場合に、その検査に用いる設備のコストの削減に寄与するものであり、産業上の利用可能性が大である。

１ ターンテーブル
２ 被写体
３ 被写体保持具
４ エンコーダ
５ 撮像カメラ
６ 部分部分走査指令手段
６Ａ 撮像開始位置検出手段
６Ｂ タイミングジェネレータ
６Ｃ トリガ信号発生手段
６Ｄ 被写体移動量演算手段
６Ｅ 部分走査領域位置演算手段
６Ｆ 部分走査指令信号出力手段
７ 露光手段
８ 部分走査画像信号取込み手段

Claims (7)

1. 一方向に延びる回転中心軸線を中心に回転しながら前記回転中心軸線と直交する基準平面上で定められた搬送軌道に沿って移動する被写体を撮像して、該被写体の全周の画像情報を得る撮像装置であって、
   レンズを通過した被写体の像が結像される結像面を有して前記結像面に結像した被写体画像の情報を蓄積する固体撮像素子を備えて、前記結像面の垂直方向に測った幅寸法Ｗｓが前記結像面の垂直方向寸法よりも小さい一定寸法に制限された前記結像面上の領域を部分走査領域として、前記結像面上での前記部分走査領域の位置を指示する部分走査指令信号が与えられる毎に該部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像された被写体画像の情報を部分画像情報として前記固体撮像素子から読み出す部分走査を行うように構成され、前記レンズの光軸を前記被写体の移動方向を横切る方向に向け、かつ前記結像面の垂直方向を前記基準平面と平行な方向に向けた状態で配置されて前記被写体を定位置で撮像する固体撮像カメラと、
   前記被写体が前記搬送軌道に沿って移動していく過程で前記被写体が前記カメラの視野内にある間に前記カメラに前記部分走査を繰り返し行わせるように、前記カメラに部分走査指令信号を与える部分走査指令手段と、
   各部分走査を行っている間に前記固体撮像素子に蓄積されている画像情報を変化させないように、各部分走査を開始する直前に瞬時的に前記結像面に露光する露光手段と、
   を具備し、
   前記被写体が前記搬送軌道に沿って移動していく過程で前記被写体が前記カメラの視野内にある間に前記被写体が１回転以上回転し、かつ前記被写体が前記カメラの視野内にある間に複数回行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報が得られるように、前記被写体の回転速度Ｎ［rpm］と、前記被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、前記カメラのレンズの倍率とが設定され、
   前記部分走査指令手段は、部分走査領域の結像面上での位置と前記被写体の回転中心軸線の前記結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように前記部分走査指令信号を発生すること、
   を特徴とする撮像装置。
2. 前記結像面上での被写体の全周長に相当する長さをＷf、前記被写体の回転速度をＮ［rpm］、各部分走査を行うのに要する時間をＴs ［sec］としたときに、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎ（＝Ｗf／Ｗs）を被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とするようにカメラのレンズの倍率が設定され、Ｎ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように、前記被写体の回転速度Ｎが設定され、かつ前記被写体が搬送軌道に沿ってカメラの視野に入る区間を移動するのに要する時間をＴｓ＊ｎ以上とするように、被写体の搬送軌道に沿った移動速度が設定されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記部分走査指令手段は、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して結像面上で生じる被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、被写体の搬送軌道に沿った移動に起因して生じる被写体画像の移動方向に移動させるべく、前記カメラに部分走査指令信号を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 一方向に延びる回転中心軸線を中心に回転しながら前記回転中心軸線と直交する基準平面上で定められた搬送軌道に沿って移動する被写体を撮像して、該被写体の全周の画像情報を得る撮像装置であって、
   レンズを通過した被写体の像が結像される結像面を有して前記結像面に結像した被写体画像の情報を蓄積する固体撮像素子を備えて、前記結像面の水平方向に測った幅寸法Ｗｓが前記結像面の水平方向寸法よりも小さい一定寸法に制限された前記結像面上の領域を部分走査領域として、前記結像面上での前記部分走査領域の位置を指示する部分走査指令信号が与えられる毎に該部分走査指令信号により指示された位置にある部分走査領域に結像された被写体画像の情報を部分画像情報として前記固体撮像素子から読み出す部分走査を行うように構成され、前記レンズの光軸を前記被写体の移動方向を横切る方向に向け、かつ前記結像面の水平方向を前記基準平面と平行な方向に向けた状態で配置されて前記被写体を定位置で撮像する固体撮像カメラと、
   前記被写体が前記搬送軌道に沿って移動していく過程で前記被写体が前記カメラの視野内にある間に前記カメラに部分走査を繰り返し行わせるように、前記カメラに部分走査指令信号を与える部分走査指令手段と、
   各部分走査を行っている間に前記固体撮像素子に蓄積されている画像情報を変化させないように、各部分走査を開始する直前に瞬時的に前記結像面に露光する露光手段と、
   を具備し、
   前記被写体が前記搬送軌道に沿って移動していく過程で前記被写体が前記カメラの視野内にある間に前記被写体が１回転以上回転し、かつ前記被写体が前記カメラの視野内にある間に複数回行われる部分走査により得られる複数の部分画像情報から被写体の全周に亘る画像情報が得られるように、前記被写体の回転速度Ｎ［rpm］と、前記被写体の搬送軌道に沿った移動速度と、前記カメラのレンズの倍率とが設定され、
   前記部分走査指令手段は、部分走査領域の結像面上での位置と前記被写体の回転中心軸線の前記結像面上での位置との間の相対的な位置関係を毎回同じにした状態で一連の部分走査を行わせるように前記部分走査指令信号を発生すること、
   を特徴とする撮像装置。
5. 前記結像面上での被写体の全周長に相当する長さをＷf、前記被写体の回転速度をＮ［rpm］、各部分走査を完了するのに要する時間をＴs ［sec］としたときに、被写体が１回転する間に得られる部分画像の数ｎ（＝Ｗf／Ｗs）を被写体の全周に亘る画像情報を得るために必要な値とするようにカメラのレンズの倍率が設定され、Ｎ≦６０／（Ｔｓ＊ｎ）の関係が成立するように、前記被写体の回転速度Ｎが設定され、かつ前記被写体が搬送軌道に沿ってカメラの視野に入る区間を移動するのに要する時間をＴｓ＊ｎ以上とするように、被写体の搬送軌道に沿った移動速度が設定されていること、
   を特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記部分走査指令手段は、各部分走査が完了する毎に、今まで行われていた部分走査の間に行われた搬送軌道に沿った被写体の移動に起因して結像面上で生じる被写体画像の移動量ΔＷを検出して、次に部分走査を行う部分走査領域を、今まで部分走査が行われていた部分走査領域よりも、検出された移動量ΔＷだけ、搬送軌道に沿った被写体の移動に起因した被写体画像の移動方向に移動させるべく、前記カメラに部分走査指令信号を与えるように構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の撮像装置。
7. 前記被写体の前記搬送軌道に沿った方向への移動速度と、前記被写体の回転速度とが常に一定の関係を持つように、前記被写体を搬送軌道に沿って移動させる機構と前記被写体を回転中心軸線を中心として回転させる機構とが構成され、
   前記被写体の前記搬送軌道に沿った位置の情報を含む位置検出信号を出力する位置センサが設けられ、
   前記部分走査指令手段は、
   各部分走査を完了するのに要する時間Ｔｓが経過する毎にトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、
   前記トリガ信号が発生する毎に、前記被写体の搬送軌道に沿った移動に起因してカメラの前方の合焦点位置でカメラのレンズの光軸と直交する平面上で観察される被写体の見かけの移動量Δｒを、前記位置センサにより検出される被写体の位置情報から演算する被写体移動量演算手段と、
   前記被写体移動量演算手段により演算された被写体の見かけの移動量Δｒを前記結像面上での被写体画像の移動量ΔＷに換算して、換算された被写体画像の移動量ΔＷと、前回の部分走査における部分走査領域の結合面上での位置とから、次に部分走査を行う部分走査領域の結像面上での位置を演算する部分走査領域位置演算手段と、
   前記部分走査領域位置演算手段により演算された部分走査領域の結像面上での位置の情報を含む信号を前記部分走査指令信号として前記カメラに与える部分走査指令信号出力手段と、
   を備え、
   前記露光手段は、前記トリガ信号が発生したときに前記カメラの結像面に露光を行うこと、
   を特徴とする請求項３又は６に記載の撮像装置。

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