JP6909407B2 - 選別機又は検査機用照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、穀粒や樹脂ペレット等の粒状物を色彩により選別したり検査する色彩選別機等に関するものであり、特に、光学検出手段が被検出物である粒状物を撮影する際に、被検出物を照明する照明装置に関する技術である。
従来より、米や大豆等の穀粒、樹脂ペレット、コーヒー豆、その他の粒型の被検出物が色彩や形状等に関して所定の基準内のものと基準外のものを分別したり、混入している異物を選別して除去する選別機が知られている（下記の特許文献１参照）。
特許文献１のように、従来の選別機における光学検出部は、選別機に配置した傾斜台（以下、「シュート」と称する。）に沿って斜め下方に向かって流下移動する被検出物（例えば、穀粒）を撮像する。この光学検出部は、少なくとも可視光用のカメラと蛍光灯等の可視光源（さらに、近赤外光用のカメラとハロゲンランプ等の近赤外光源を含むこともある。）を備える。このような光学検出部による穀粒の検出画像に影が生じることなく且つ穀粒の全体を明瞭に検出しようとすると、流下軌跡の前後両側（１つのカメラから米粒をみたときに、カメラ側に向いた米粒の表面が前側物体面、その反対側が後側物体面という意味で、「前後」を表すとする。以下、同じ。）からの撮影をすることは勿論のこと、前後各々の側において上方からの照明と共に下方からの照明という、つまり、合計４箇所からの照明が求められる。このため、光学検出部の照明光源は４個（前側で２個、後側で２個）の数が必要であった。
また、カメラが受光する各穀粒の光量値が所定の適正範囲を外れている場合、その穀粒は不良品として推定され、イジェクターノズルからの噴風により弾き飛ばして良品と分別する。穀粒の撮影にあたり穀粒の流下軌跡を予測しておき、穀粒の物体面に光があたるように照明装置を配置するが、物体面が予測位置から外れたり、或いは照射光の入射角の影響で穀粒の一部に光があたらなかったりすると、非鮮明な検出画像が生成されてしまう。これは、良又は不良を判断しながら不良粒を除去する選別機の性能の一指標である検出精度が低下する要因に直結する。照明装置の光源を光学検出部のどの位置に設置し、その光源から照射される光が穀粒の物体面全体を確実且つ効率よく照らすにはどうすればよいかを検討することは、選別機の設計・製作において重要な事項である。
特開２００７−２８３２０４号公報
従来の選別機における光学検出部のように４箇所に、照明光源を配置して穀粒を照らそうとすると、例えば、１箇所の照明光源がシュートの幅にあわせて複数（Ｎ個）のＬＥＤチップを並べたＬＥＤ基板で構成した場合には、４Ｎ個のＬＥＤチップ数を要する。また、各ＬＥＤ基板における球切れを電気的に検知するにはＬＥＤチップ数に比例する複数の駆動回路も必要となり、コスト高を生じていた。照明光源の数を、そして１つの照明光源におけるＬＥＤチップ数を減らすことができれば、ＬＥＤチップのコスト代が抑えられる。更に、少ないＬＥＤチップ数により駆動回路の簡略化が図られた廉価な球切れ検知機構を選別機に組み込むことも可能になる。
被検出物を移送するシュートからは１秒間に何千何万個という穀粒が一気に勢いよく流れ込むが、穀粒の一部はシュート上で跳ねながら落下してくる。当然ながらこのような一部の穀粒の物体面は、跳ねずに落下する穀粒の物体面と同一面上にない。一方で、これまでの光学検出部は、各穀粒の物体面が同一面に揃っていると仮定し、その仮定した物体面に照明光源からの光が集光するよう光学設計されている。このため、シュート上で跳ねながら落下するような穀粒には十分に照明光が当たらない状態が生じていた。その結果、光量不足のために検出画像が暗くなったり、穀粒全体に十分な光量が供給されていれば生じることのない影が画像内に出てしまい、検出精度が低下するという問題があった。
これらに鑑みて、本発明は、照明光源の数を減らす一方で、被検出物に十分な光量を供給して全体が明るく且つ影の部分が少ない検出画像が作成されるようにするための手段である照明装置を備えた選別機又は検査機を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明に係る選別機又は検査機用照明装置は、光学検出手段による被検出物の検出画像に基づき、当該被検出物が良品であるか又は不良品であるかを区別するために、照明光を発光する光源を有する光源部と、前記光源部からの光線を前記被検出物に向けて反射する複数のリフレクタであって、前記光学検出手段の光軸を挟んで配置される第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを含み、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの少なくとも何れかは凹曲面鏡である前記複数のリフレクタとを備え、同一の前記光源部からの光線が前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタにより反射されて前記被検出物に向かう光路をとることで前記被検出物を上下方向から照明することを特徴とする。
また、本発明に係る選別機又は検査機用照明装置は、光学検出手段による被検出物の検出画像に基づき、当該被検出物が良品であるか又は不良品であるかを区別するために、照明光を発光する光源を有する光源部と、前記光源部からの光線を前記被検出物に向けて反射する複数のリフレクタであって、前記光学検出手段の光軸を挟んで配置される第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを含み、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタは平面鏡である前記複数のリフレクタと、前記光源部から放射された光線のうちの少なくとも一部の光線の光路上に配置した屈折鏡であって、第１の凹曲反射面及び第２の凹曲反射面をもつ前記屈折鏡とを備え、前記第１の凹曲反射面は、前記光源部から放射された光線の少なくとも一部の光路を折り曲げて前記第１のリフレクタに向かうよう反射させ、前記第２の凹曲反射面は、前記１の凹曲反射面に到達しない前記光線の少なくとも一部を前記第２のリフレクタに向かうよう反射させ、これにより、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタにより反射された前記光線が前記被検出物に向かう光路をとることで前記被検出物を上下方向から照明することを特徴とする。
本願発明に係る照明装置は、被検出物の流下軌跡の前後それぞれの側において被検出物の上方向からの照明及び下方向からの照明に必要な光源を共通化し、一つの照明光源から放射される光線群の一部は第１のリフレクタで、光線群の他の一部は第２のリフレクタで各々反射する。照明光源からの光を複数のリフレクタによる反射後に上方向と下方向の照明になるよう分けるともに、集光した光線群で被検出物を照らすことを可能にしている。これにより、従来の照明装置と較べて光量を極端に低下させることなく、照明光源の数を減らせるので、照明装置、ひいては照明装置を組み入れた選別機の低価格化に寄与する。
また、本願発明に係る照明装置は、照明光源からの少なくとも一部の光線の光路を、屈折鏡により光路変更させた後に、第１のリフレクタ又は第２のリフレクタの少なくとも何れかで受けてから被検出物を照光する。これにより、照明装置の包絡サイズが縮小することとなり、選別機全体の小型化を実現する。
また、本願発明に係る照明装置における第１のリフレクタ又は第２のリフレクタの少なくとも何れかは凹曲面鏡（一方向にのみ曲率を持つ凹面シリンドリカルミラー）である。また、その凹曲面が曲率の異なる複数の凹曲部分面から構成されたり、局所的な曲率半径が凹曲面上の位置や方位によって連続的かつ任意に変化する自由凹曲面（一般的な呼称でいえば、自由曲面、回転対称性を持たないアナモフィック非球面、或いは高次回転非球面）であったり、或いは複数の平面で近似した凹曲面であるなどの特殊な凹曲面鏡であってもよい。照明光源からの光線は、これらの凹曲面上の各位置での曲率に基づく反射角度で被検出物に向かうため、被検出物を含む幅のある領域が照明範囲となるように集光する。これにより、被検出物の落下軌跡が想定より外れてしまっても上記照明範囲内に被検出物が存在するため、カメラによる検出画像内に影が生じたり、画像自体が暗くなってしまうことがない。その結果、検出精度の低下を防止することができる。
本発明に係る照明装置の第１の実施形態をあらわす断面概略図である。 本発明に係る照明装置の第２の実施形態をあらわす断面概略図である。 第２の実施形態における屈折鏡を凹曲面鏡にし、第１のリフレクタを平面鏡にした構成を示した断面概略図である。 第２の実施形態における屈折鏡及び第１のリフレクタを凹曲面鏡にした構成を示した断面概略図である。 本発明に係る照明装置の第３の実施形態をあらわす断面概略図である。 第３の実施形態における屈折鏡を複数の凹曲面鏡で構成した構成を示した断面概略図である。 第３の実施形態における屈折鏡を複数の凹曲面鏡にし、第１及び第２のリフレクタを平面鏡にした構成を示した断面概略図である。 第２の実施形態における屈折鏡及び第１のリフレクタを一体構造にした、本発明に係る照明装置の第４の実施形態をあらわす断面概略図である。 第３の実施形態における屈折鏡及び第１のリフレクタを一体構造にした、本発明に係る照明装置の第５の実施形態をあらわす断面概略図である。 被検出物の落下軌跡と照明光源からの光の光路の関係を説明するための選別機の断面概略図である。 本発明に係る照明装置の第６の実施形態をあらわす断面概略図である。 本発明に係る照明装置の第７の実施形態をあらわす断面概略図である。 本発明に係る照明装置の第８の実施形態をあらわす断面概略図である。 第６の実施形態の第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを、第１の実施形態の照明装置に用いたときの第９の実施形態をあらわす断面概略図である。 第１のリフレクタ及び第２のリフレクタによる反射光を、被検出物の後方に集光させたときの光路を示した図である。 第６の実施形態の第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを用いたとき、各凹曲部分面の面曲率の違いによって被検出物に向かう光線の入射角ごとに光量配分を制御できることを説明するための図である。 表面に光沢のある被検出物の検出画像に、照明光源のＬＥＤ発光面が写り込んだ一例を示した図である。 本発明に係る照明装置の第１０の実施形態であり、第１のリフレクタ又は第２のリフレクタの凹曲面に複数の筋を設けた一例を示す図である。
以下に図面を参照しながら、本発明に係る照明装置を選別機に適用したときの実施形態について説明する。
上記引用文献１と同様に、選別機の構造は、被検出物を上方から傾斜シュートに流し込み落下させ、落下途中で流下軌跡を挟んで前後に設置した一対又は片側の照明装置を含む光学検出部によって被検出物をカメラ（例えば、ラインセンサカメラ）で撮像する。照明装置の照明光源から発した光を被検出物に照射後、反射若しくは透過した光をカメラで撮像することで、被検出物の光学的情報を取得する。以下の実施形態において、選別機により選別される被検出物は米粒とする。収穫される米には、不良米や石などの異物が一定程度含まれているためこれらを除去する必要があり、選別機は取得した光学的情報に基づき、基準を満たす米とそれ以外のものとに分別する。
基準外や異物と判定された被検出物は、イジェクターノズルから噴出されるエアーの力で良品とは別の経路へと搬送されることになる。
本発明は、選別機の備える構成の中で特に照明装置に関する技術である。選別機による良又は不良判別のため、光を被検出物に向けて照射する手段である照明装置は、少なくとも照明光源及び複数のリフレクタを含んで構成される。なお、以下の説明においては、本発明と直接関係しない照明装置以外の構成及び機能についての詳細は省略する。
＜第１の実施形態＞
本実施形態の照明装置に適用する照明光源は、シュートの幅に応じて基板上にＬＥＤチップを１列若しくは平面的に複数個配列して構成する。ＬＥＤは複数色を混在してもよい。なお、別の実施形態においては、ＬＥＤチップ以外の発光体を用いてもよい。
また、本実施形態おいて使用する複数のリフレクタは凹曲面鏡であり、楕円の曲率を持つ楕円凹曲面鏡を用いている。また、凹曲面は必ずしも楕円の曲率にしなければならないというわけではなく、被検出物に対する光の集光を弱めたい場合などによっては放物線や双曲線の曲率をもつ凹面面でもよい。さらに、被検出物へ向かう光の入射角、集光位置、集光具合を自在に設定できる自由曲面でもよい。
図１は、第１の実施形態における照明装置１００の概略図であり、照明光源１から放射された光が、被検出物である米粒２を照明するためにどのような光路を形成するかを実線で示している。
図１に示すように、カメラ３と米粒２の間であって、カメラ３と米粒２を結ぶ光軸Oを挟むように２つのリフレクタ４，５を配置する。上述したように、本実施形態の場合、リフレクタ４，５は各々凹曲面鏡である。ここでは、便宜上、光軸Oの下方に配置する凹曲面鏡を「第１のリフレクタ４」、光軸Oの上方に配置する凹曲面鏡を「第２のリフレクタ５」とする。これは、特許請求の範囲に記載する「第１のリフレクタ」及び「第２のリフレクタ」に対応する。
また、照明光源１は第２のリフレクタ５側にのみ配置する。すなわち、照明光源１からの光線群が第１のリフレクタ４及び第２のリフレクタ５に入射する構成であり、それぞれのリフレクタに対する照明光源が別個独立して存在するものではない。
したがって、照明光源１からの一部の光線が第１のリフレクタ４によって反射されて米粒２へ向かって進むとともに、照明光源１からの別の一部の光線が第２のリフレクタ５によって反射されて米粒２へ向かう。つまり、図１に示す本実施形態の場合、第２のリフレクタ５によって反射された光は米粒２の前側上半分を、第１のリフレクタ４によって反射された光は米粒２の前側下半分を照らすことになる。なお、図１は、米粒２の前側の照明についてのみを示しており、米粒２の後側を照明するには、同様の照明装置を米粒２の流下軌跡Ｚを挟んで後側に配置すればよい。
本実施形態の場合、一つの照明装置１００が米粒２の前後いずれか片側の上半分と下半分を同時に照らすことになるため、照明光源が放射する光量を有効に利用でき、その結果、従来の照明光源の数を単純に２分の１に削減できる。したがって、照明装置のために要するコストを低減することが可能となる。
なお、図１の構成は、照明光源１を光軸Ｏの上方に位置する第２のリフレクタ５側に配置した場合を示したが、光軸Ｏを対称に照明光源１、リフレクタ４，５を反転した配置関係であっても、同様の技術的効果を奏することは言うまでもない。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の照明装置２００は、図２に示すように屈折鏡６を更に備える。他の構成要素の機能については第１の実施形態と同じであるため説明は省略する。
本実施形態における屈折鏡６は平面鏡であり、照明光源１から放射された光の光路を折り曲げ、その光を第１のリフレクタ４に到達させるために用いる。そのため、第１の実施形態における配置とは異なり、図２に示すように照明光源１は第１のリフレクタ４と第２のリフレクタ５の間に配置し、第１のリフレクタ４（例えば、楕円凹曲面鏡）と第２のリフレクタ５は互いに向き合うように配置する。図示したとおり、照明光源１からの光線群は直接、第１のリフレクタ４に入射するのではなく、まず、照明光源１からの光線群の一部は屈折鏡６に向かって進行し、この屈折鏡６による反射光が第１のリフレクタ４への入射光となる光路が形成されるようにする。屈折鏡６が照明光源１に対向するとともに、第１のリフレクタ４に対しても対向する位置関係に配置させることで、照明光源１の光線が複数回の光路折り曲げを通じて米粒２に向かうことができる。
また、照明光源１からの光線群すべての光路が、屈折鏡６により曲げられるというわけではない。図２に示すとおり、第２のリフレクタ５（例えば、楕円凹曲面鏡）へは照明光源１からの光線が直接入射し、屈折鏡６で折り曲げられるのは第１のリフレクタの入射光のみである。なお、図２の屈折鏡６の位置は光軸Ｏよりも下方であって第１のリフレクタ４に近い場所に配置しているが、照明光源１の光線放射の方向や屈折鏡６の傾きの関係によっては、光軸Ｏより上方の第２のリフレクタ５側に屈折鏡６の一部又は全部を配置することもあり得る。
いずれにしても、第２の実施形態の照明装置の場合、照明光源１からの光線の一部が屈折鏡６に入射し、その後に屈折鏡６で折り曲げられた光線が第１のリフレクタ４に向かって進み、且つ第２のリフレクタ５には照明光源１からの光線が直接入射するよう、照明光源１、屈折鏡６、並びに第１及び第２のリフレクタ４，５の位置及び向きを調整する。
また、図２の構成は、照明光源１及び屈折鏡６を光軸Ｏよりも下方の側であって第１のリフレクタ４に近い場所に配置している例を示したが、光軸Oを対称に照明光源１、リフレクタ４，５、屈折鏡６を反転した配置関係であっても、同様の技術的効果を奏することは言うまでもない。
さらに、本実施形態の場合、屈折鏡６として平面鏡を採用したが、必ずしも平面鏡でなければならないというわけではない。平面鏡を使用したときと同じように照明光源１からの光線群を分離させ、第１のリフレクタ４及び第２のリフレクタ５が存在する各方向に向かわせることが可能な凹曲面形状の屈折鏡６’を採用してもよい。この場合、図３（Ａ）のように平面鏡の第１のリフレクタ４’であってもよいし、或いは図３（Ｂ）のように凹曲面鏡の第１のリフレクタ４であってもよい。
なお、照明光源１から米粒２に至る上側及び下側それぞれの光路中で、凹曲面鏡（或いは凹曲面形状の屈折鏡）によって照明光源１からの光を１回だけ反射させる場合は、その凹曲面鏡（或いは凹曲面形状の屈折鏡）は楕円凹曲面鏡であることが好ましい。これに対し、２回反射させる場合は、凹曲面鏡又は凹曲面形状の屈折鏡は放物凹曲面鏡を用いることが好ましい。１回目の放物凹曲面鏡により平行な反射光にした後、２回目の放物凹曲面鏡によってその平行光を米粒に向かって集光させる。
したがって、平面鏡の第１のリフレクタ４’を用いる図３（Ａ）の場合、凹曲面形状の屈折鏡６’は楕円凹曲面鏡を採用することが好ましい。また、屈折鏡６’からの反射光が入射されない第２のリフレクタ５も楕円凹曲面鏡を採用することが好ましい。図３（Ｂ）の場合は、凹曲面形状の屈折鏡６’のみならず、凹曲面鏡の第１のリフレクタ４を用いるため、屈折鏡６’及び第１のリフレクタ４の各々は放物凹曲面鏡を採用することが好ましい。
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態の照明装置３００は図４に示すように、屈折鏡６が複数の反射面６ａ，６ｂを有することが特徴である。図示するように、第２の反射面６ａで光路が折曲げられた照明光源１からの一部の光線が凹曲面鏡（例えば、楕円凹曲面鏡）である第１のリフレクタ４によって反射された後、その反射光線は米粒２の下方向からの照明光となる。同様に、第２の反射面６ｂで光路が折曲げられた照明光源１からの一部の光線が、凹曲面鏡（例えば、楕円凹曲面鏡）である第２のリフレクタ５によって反射された後、その反射光線は米粒２の上方向からの照明光となる。
つまり、図２に示す第２の実施形態における屈折鏡６は単一の反射面によって照明光源１からの光線を折り曲げて第１のリフレクタ４へ光線が向かうようにしているのに対し、第３の実施形態の屈折鏡６はこれと同様の機能を有する第２の反射面６ａの他に、第２の反射面６ｂによっても照明光源１からの光線を折り曲げて、これを第１のリフレクタ４の他に、第２のリフレクタ５へと向かわせる構造である。
なお、図４において、屈折鏡６における第１の反射面６ａ及び第２の反射面６ｂは、それぞれ平面の反射鏡を示しているが、第２の実施形態で説明したのと同様に平面の反射面でなければならないという制約はなく、凹曲面形状の反射面の場合もあり得る。図５（Ａ）は、図４に示す照明装置３００における屈折鏡６の２つの反射面が凹曲面鏡の屈折鏡６’（反射面６ａ’，６ｂ’）で構成した例を示している。
更なる変形例を図５（Ｂ）に示す。屈折鏡６’の２つの反射面６ａ’，６ｂ’が凹曲面鏡であるのは図５（Ａ）の場合と同じであるが、第１のリフレクタ４及び第２のリフレクタ５が凹曲面鏡に代わり平面鏡である第１のリフレクタ４’及び第２のリフレクタ５’で構成したケースである。本構成によっても、２つのリフレクタによる反射光が米粒２を上下方向から照らすことができる。
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の場合と同じ理由で、図５（Ａ）に示す屈折鏡６’の２つの反射面６ａ’，６ｂ’、第１のリフレクタ４、第２のリフレクタ５の各々は、放物凹曲面鏡を採用することが好ましい。第１のリフレクタ４と第２のリフレクタ５が平面鏡である図５（B）の場合、屈折鏡６の２つの反射面６ａ’，６ｂ’は、楕円凹曲面鏡を採用することが好ましい。
さらに、屈折鏡６，６’の一部又は全部が光軸Ｏより上方の第２のリフレクタ５，５’側に存在するよう屈折鏡６，６’が配置されるようにしてもよいことも第２の実施形態と同様である。さらに、光軸Oを対称に照明光源１、屈折鏡６，６’、第１のリフレクタ４，４’、第２のリフレクタ５，５’を反転した配置関係であっても、同様の技術的効果を奏することは上述した実施形態と同じである。
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態の照明装置４００は、図６に示すように、図２に示す第２の実施形態の屈折鏡６と第１のリフレクタ４を一体構造にした点が特徴である。第２の実施形態と対比して説明すると、図６に示す第１のリフレクタ７の反射部分面７ｃが第２の実施形態における屈折鏡６に相当し、反射部分面７ａが第２の実施形態における第１のリフレクタ４に相当する。なお、他の構成要素については第１〜第３の実施形態と同じであるため説明は省略する。
第１のリフレクタ７の反射部分面７ｃに向かった照明光源１からの光線が反射して反射部分面７ａへ向けて光路を変える。さらに反射部分面７ａで反射したその光線は米粒２へ向かって進み、米粒２の下方向からの照明光となる。なお、反射部分面７ｃに向かわない光線群の少なくとも一部が第２のリフレクタ５に直接入射し、その反射光線が米粒２の上方向からの照明光となるのは、第２の実施形態と同じである。
また、図６の変形例として、第１のリフレクタ７の一部又は全部が光軸Ｏより上方の第２のリフレクタ５側に存在するよう第１のリフレクタ７が配置されるようにしてもよいことも上述した実施形態と同様である。さらに、光軸Oを対称に照明光源１、第１のリフレクタ７、第２のリフレクタ５を反転した配置関係でも同様の技術的効果を奏することは上述した実施形態と同じである。
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態の照明装置５００は、図７に示すように、図４に示す第３の実施形態の屈折鏡６と第１のリフレクタ４を一体構造にした点が特徴である。第３の実施形態と対比して説明すると、図７に示す第１のリフレクタ８の反射部分面８ｂ、８ｃが、第３の実施形態における第１の反射面６ａ、６ｂを有する屈折鏡６に相当し、反射部分面８ａが第３の実施形態における第１のリフレクタ４に相当する。なお、他の構成要素については他の実施形態と同じであるため説明は省略する。なお、図示はしないが、第３の実施形態の応用例である図５（Ａ）及び図５（Ｂ）における屈折鏡６’と第１のリフレクタ４又は４’を一体構造にした場合も、第５の実施形態の応用例として含まれることはいうまでもない。
第１のリフレクタ８の反射部分面８ｂに向かった照明光源１からの光線が反射して反射部分面８ａへ向けて光路を変える。さらに反射部分面８ａで反射したその光線は米粒２へ向かって進み、米粒２の下方向からの照明光となる。なお、照明光源１からの光線の一部が反射部分面８ｃにより反射されて第２のリフレクタ５に向かうよう光路を変え、その反射光線が米粒２の上方向からの照明光となるのは、第３の実施形態と同じである。
また、光軸Oを対称に照明光源１、第１のリフレクタ８、第２のリフレクタ５を反転した配置関係でも同様の技術的効果を奏することは上述した実施形態と同じである。さらに、図７の変形例として、第１のリフレクタ８の一部又は全部が光軸Ｏより上方の第２のリフレクタ５側に存在するよう第１のリフレクタ８が配置されるようにしてもよいことも上述した実施形態と同様である。
また、第４の実施形態及び第５の実施形態は、照明光源１からの光線群をカメラの光軸Ｏを挟んで上方又は下方に配置した複数のリフレクタに振り分けるための屈折鏡と、一つのリフレクタとを一体構造にする点に焦点をあてた態様を説明したに過ぎない。したがって、第２及び第３の実施形態と同様に、屈折鏡６又は６’と同等の機能をもつ反射部分面７ｃ，８ｂ，８ｃは平面鏡のみならず、凹曲面鏡の形状であることを含む。さらに、第１のリフレクタ４又は４’と同等の機能をもつ反射部分面７ａ，８ａ及び第２のリフレクタ５についても、平面鏡及び凹曲面鏡の両方を含むことに留意されたい。その他、第１のリフレクタ７，８の一部又は全部が光軸Ｏより上方の第２のリフレクタ５又は５’側に存在するよう第１のリフレクタ７，８が配置されるようにしてもよいことや、光軸Oを対称に照明光源１、第１のリフレクタ７，８、第２のリフレクタ５を反転した配置関係にしてもよいことも上述した実施形態と同様である。
第２〜第５の実施形態に記載した照明装置は、第１の実施形態の照明装置１００と同様に、一つの照明光源１が米粒２の前後片側の上半分と下半分を同時に照らすための共通光源として機能する。このため、一つの照明光源が放射する光量を有効に利用でき、その結果、従来の照明光源の数を単純に２分の１に削減できる。したがって、照明装置のために要するコストを低減することが可能となる。
また、照明光源１は、第１の実施形態のようなリフレクタの外側に存在するのではなく、２つのリフレクタの間（内部）に配置するので、第１の実施形態と比較しても選別機全体のより一層の小型化の実現に有効な構成となる。
＜第６の実施形態＞
次に、上述した第１のリフレクタ又は第２のリフレクタに凹曲面鏡を使用する場合であり、その凹曲面形状が１箇所に光を集光させず、集光位置を前後に分散させるケースを説明する。そのような鏡面形状は、上記実施形態における第１及び第２の凹曲面鏡４，５のみならず、リフレクタ７，８の反射部分面７ａ，８ａにも適用され得る。
以下では、説明の便宜上、第２の実施形態で示した照明装置２００の構成に適用した場合を説明することにする。
図８に示すように、選別機は、シュートから落ちて落下軌跡Ｚに沿って移動する米粒２を、ラインセンサカメラである２台のカメラ３（フロントカメラ３ａ及びリアカメラ３ｂ）によって前後それぞれの側から撮像する。フロントカメラ３ａによる米粒前側の撮像において、多数の米粒の中には米粒２がシュート上で跳ねたことにより、フロントカメラ３ａの光軸Ｏと落下軌跡Ｚが交わる理想的な検出位置Ｐよりも、フロントカメラ３ａ側に寄った検出位置Ｐ’、リアカメラ３ｂ側に寄った検出位置Ｐ”で米が撮像されることがある（図８参照）。なお、米粒は微小であるので、米粒の物体面が米粒中心とみなし、米粒中心の落下軌跡Ｚを図示している。なお、９ａ，９ｂは対向するカメラのためのバックグランドである。
通常、照明光源からの光線群は、理想的な検出位置Ｐが米粒２の物体面、つまり米粒中心に合致すると仮定して集光させることにより米粒２の物体面が照らされるようにする。このため、フロントカメラ３ａによる米粒前側の撮像において、カメラ３ａ側に寄ったズレの程度が大きい場合、第１のリフレクタ４による下方向からの光線群の光路上にない物体面、同様に第２のリフレクタ５による上方向からの光線群の光路上にない物体面が生じてしまう。例えば、図８に示すＰ’に寄った米粒２には光線があたっていない。
なお、米粒がリアカメラ３ｂ側のＰ”に寄ってしまう場合もあるが、ズレの程度が大きければやはりリフレクタで反射された光線群の光路上に物体面がない米粒となり、その米粒に光があたらない。なお、リアカメラ３ｂによる米粒後側の撮像については、フロントカメラ３ａによる米粒前側の撮像における上記問題が同様にあてはまる。
このような被検出物がシュート上で跳ねながら落下すること等に基づく物体面の位置のズレから生じる検出画像への影響を解決するために考え出されたのが、図９に示す第６の実施形態である。第６の実施形態の照明装置における第１のリフレクタ１４及び第２のリフレクタ１５は、曲率の異なる複数の凹曲部分面（例えば、２つの楕円凹曲面）を有する。この複数の凹曲部分面は、少なくとも、第１の曲率で規定される第１の凹曲部分面と、第１の曲率とは異なる第２の曲率で規定される第２の凹曲部分面とを含んで構成される。
なお、他の構成要素については、第１の実施形態と同じであるため、以下では「複数の凹曲部分面」のある凹曲面鏡による効果について説明する。
図９に示すとおり、複数の凹曲部分面のあるリフレクタ１４，１５を用いることにより、集光される領域に幅を生みだしているのが特徴である。
図９に示す第１のリフレクタ１４の断面があらわすとおり、第１のリフレクタ１４は、第１の凹曲部分面１４ａ及び第２の凹曲部分面１４ｂを含む。同様に、第２のリフレクタ１５は、第１の凹曲部分面１５ａ及び第２の凹曲部分面１５ｂを含む。第１のリフレクタ１４における第１の凹曲部分面１４ａ及び第２の凹曲部分面１４ｂは共に、照明光源１からの光線を反射させて米粒２を下方向から照らすが、第１の凹曲部分面１４ａによる反射光の集光位置は、第２の凹曲部分面１４ｂによる反射光の集光位置と同一ではない。これは、第１の凹曲部分面１４ａを規定する面曲率と、第２の凹曲部分面１４ｂを規定する曲率とが異なるからに他ならない。
例えば、第１の凹曲部分面１４ａで反射された下方向からの光線群のすべてを一箇所に集光させるのではなく、米粒２の理想的な検出位置Ｐから後方（図９において、カメラ３から遠ざかる方向）の所定の範囲にわたり集光するように第１の凹曲部分面１４ａの面曲率を設計しておく。第１の凹曲部分面１４ｂで反射された光線群も同様に、米粒２の理想的な検出位置Ｐから前方（図９において、カメラ３に近づく方向）の所定の範囲にわたり集光するように第１の凹曲部分面１４ｂの面曲率を設計しておく。上方向からの照明についても同様の考え方で、第２のリフレクタ１５における第１の凹曲部分面１５ａ、第２の凹曲部分面１５ｂにより反射される各光線群が、米粒２の理想的な検出位置Ｐから後方又は前方の所定の範囲にわたり集光するよう第２のリフレクタ１５の面曲率を設計しておく。
なお、図９は、第１の凹曲部分面１４ａによる照明範囲と、第２の凹曲部分面１４ｂによる照明範囲とが重ならないケースを示したが、一部重なることもあり得る。各凹曲部分面の曲率を調整し、第１の凹曲部分面及び第２の凹曲部分面による反射光の光線群の一部が重なり、米粒２や米粒２’又は２''の物体面の一部が２つの凹曲部分面からの反射光で照らされるようにしてもよい。さらに、第１の凹曲部分面１４ａで反射された光線群が米粒２の理想的な検出位置Ｐから前方の所定の範囲にわたり集光し、第２の凹曲部分面１４ｂで反射された光線群が米粒２の理想的な検出位置Ｐから後方の所定の範囲にわたり集光することもあり得る。これは、各凹曲部分面の面曲率に依存する。
第１の凹曲部分面１５ａと第２の凹曲部分面１５ｂについても同様である。
このような集光特性のある第１のリフレクタ１４及び第２のリフレクタ１５を用いて集光位置のコントロールを行うことで、理想的な落下軌跡どおりに移動する米粒２は勿論のこと、米粒２’，２''のように落下軌跡Ｚから前後にずれて落下した場合でも、各米粒の前半分全体をカバーした照明が可能である。なお、図９は、図８のフロントカメラ３ａ側のみを示すが、リアカメラ３ｂによる各米粒の後半分全体のための照明についてもまったく同様であるので省略する。
ところで、シュート上で米粒２が跳ねる場合、どの程度跳ねた米粒２’，２”になるか（言い換えると、米粒２の位置Ｐと、米粒２’，２”の位置Ｐ’，Ｐ”との乖離αの決定）は、跳ねながら落下する米粒すべてに正確にあてはまるものではないが、米粒の重さ及び落下速度等から理論的に計算可能であり、或いは実際の観測に基づきおよその期待値を出すことが可能である。乖離αに基づき、上述した各凹曲部分面の面曲率を決定すればよい。
＜第７の実施形態＞
図１０に示す第７の実施形態において、第１及び第２のリフレクタ２４，２５を用いた集光位置のコントロールの考え方は、基本的に第６の実施形態と同じである。異なる点は、第６の実施形態における第１及び第２のリフレクタ１４，１５の面形状が、曲率の異なる複数の凹曲部分面を組み合わせた凹曲面形状であり、各凹曲部分面ごとに集光位置が米粒の前後になるよう設計してあるのに対し、第７の実施形態の第１及び第２のリフレクタ２４，２５の場合は、１つの凹曲面を形成する自由凹曲面形状であり、その自由凹曲面上の任意の位置の曲率によって集光領域に幅を生み出しているのが特徴である。
＜第８の実施形態＞
図１１に示す第８の実施形態において、第１及び第２のリフレクタ３４，３５を用いた集光位置のコントロールの考え方は、基本的に第６の実施形態と同じである。異なる点は、第６の実施形態における第１及び第２のリフレクタ１４，１５の面形状が、曲率の異なる複数の凹曲部分面を組み合わせた凹曲面形状であり、各凹曲部分面ごとに集光位置が米粒の前後になるよう設計してあるのに対し、第８の実施形態の第１及び第２のリフレクタ３４，３５の場合は、凹曲面を複数の平面で近似した鏡面形状にすることによって集光される領域に幅を生み出しているのが特徴である。
＜第９の実施形態＞
第６の実施形態における第１及び第２のリフレクタ１４，１５（曲率の異なる複数の凹曲部分面があるリフレクタ）の技術思想を、第１の実施形態の照明装置に用いたときの照明用光源の光路を示したのが図１２である。また、図示しないが、第２の実施形態の応用例である図３（Ａ）における第２のリフレクタ５、図３（Ｂ）における第１及び第２のリフレクタ４，５、第３の実施形態である図４及びその応用例である図５（Ａ）に示す構成における第１及び第２のリフレクタ４，５にも適用可能であることは言うまでもない。
第６の実施形態〜第９の実施形態で示したとおり、第１のリフレクタ１４，２４，３４及び第２のリフレクタ１５，２５，３５を使用した場合は、各リフレクタの面形状を規定する曲率に基づき、米粒の理想的な検出位置Ｐを含む前後の所定の範囲にわたり照明されるような集光コントロールが可能になる。第１の実施形態や第２の実施形態で示したような凹曲面鏡面で規定される一般的なリフレクタを使用する照明装置とは異なり、第６の実施形態〜第９の実施形態の照明装置は、各米粒の物体面の位置が多少ズレたとしても、検出画像が暗くなったり、影が生じてしまう問題がなくなる。これにより、検出精度が低下しない選別機を製作することができるのである。
もちろん、第６の実施形態〜第９の実施形態以外の実施形態で説明した凹曲面で規定されるリフレクタを使用したとしても、例えば、図１３に示すように米粒２の後方に集光させれば、想定する理想の流下軌跡から大きく外れて落ちてきた場合でも、その物体面に光を照射することが期待できる。
一方で、第６の実施形態〜第９の実施形態のリフレクタの場合は、被検出物に向かう光線の入射角ごとに光量配分を制御できるという優れた効果が生じる。
したがって、第６の実施形態〜第９の実施形態で示した凹曲面で規定されるリフレクタを使用すれば、被検出物が想定した理想軌跡で落下しない場合でも、光量配分を適切に制御しながらその物体面全体を網羅する照明を可能にできるという特徴がある。これは、米粒などの被検出物上の不良部が、影で隠れることなく、検出画像において明瞭に不良部として識別されることにつながり、不良検出物の認識率を飛躍的に向上させるという効果をもたらす。
さらに、リフレクタを第１の凹曲部分面及び第２の凹曲部分面で構成する利点として、それぞれの凹曲部分面からの光量が異なるようにコントロールできるということもある。なお、図１４は、光量コントロールを説明するために、図９に示す第１の凹曲部分面１４ａ,１５ａ及び第２の凹曲部分面１４ｂ,１５ｂの表面積比率を変えたものである。
図１４に示すように、光軸Ｏから遠い第１の凹曲部分面１４ａ，１５ａを反射した照明光源からの光が、大きな入射角（θ1，θ4）で被検出部である米粒２を照射する。また、光軸Ｏにより近い第２の凹曲部分面１４ｂ，１５ｂを反射した照明光源からの光は、小さな入射角（θ2，θ3）で米粒２を照射する。特に、米粒のような物体とは異なり、光を透過させない被検出物の場合、入射角度の小さな光源光が照射されると、その検出画像には被検出物の輪郭周辺に大きな影が出てしまうことが、本出願人による実験結果でも判明している。
そこで、照明光源光から放射される光が、より大きな放射角（θ1’，θ4’）で光軸Ｏから遠い第１の凹曲部分面１４ａ，１５ａを反射することにより、被検出物の輪郭周辺の影を少なくすることができる。被検出物の輪郭周辺（特に、上輪郭部分及び下輪郭部分）に影がある検出画像が取得されるという特殊な事情があるとき、このようなリフレクタを使用すると顕著な効果を呈する。
なお、図９〜図１２は、第１のリフレクタ１４，２４，３４及び第２のリフレクタ１５，２５，３５の両方に被検出物を含む幅のある領域が照明範囲となるように集光を分散させたケースであるが、何れか一方のリフレクタのみに適用することを排除していない。また、第６の実施形態ではリフレクタを２つの凹曲面（第１の凹曲面と第２の凹曲面）で定義したが、これに限定していない。更に多くの凹曲面を有するようにしてもよく、例えば、３つの凹曲部分面で凹曲面全体を構成することも含む。
また、上下輪郭部に影が大きく出ない被検出物であれば、図１４における第１の凹曲部分面１４ａ，１５ａを反射する光量を、第２の凹曲部分面１４ｂ，１５ｂそれぞれから反射する光量と同等または少なくするようθ1，θ2，θ3，θ4，θ1’，θ2’，θ3’，θ4’を設定し、これに対応する表面積の凹曲面を形成してよい。
＜第１０の実施形態＞
次に、これまで述べてきた第１のリフレクタ又は第２のリフレクタの少なくとも何れか一つの凹曲面に、複数の筋が追加された態様を説明する。
表面が曲率を持ち且つ光沢のある被検出物をカメラ（例えば、ラインセンサカメラ）で撮像して検出画像を得た場合、照明光源の発光面が写り込んでしまうことがある（図１５の点線で囲った部分を参照）。例えば、複数のＬＥＤチップを発光体として照明光源を構成した場合、被検出物の表面に複数の並んだ発光体の存在が識別できるように写ってしまい、写り込み光が本来の照明光に加重されてしまう。これは、照明光源の光が第１及び第２のリフレクタにより反射された後、表面が曲率をもつ被検出物の特定の場所で正反射されると、カメラがその光を受光してしまうからである。光沢のある被検出物は特にこの影響が大きい。検出精度を上げるには、被検出物の表面にＬＥＤチップが写り込むことを回避する必要がある。
そこで、第１０の実施形態の照明装置は、第１のリフレクタ又は第２のリフレクタの凹曲面を、アルミの圧延材料で圧延方向の筋が縦筋となるよう凹曲面に曲げて凹曲面鏡を形成する。または、鏡面のアルミ板にヘアライン加工のような無数の細かな筋（図１６参照）を縦に加えた後、凹曲面に曲げることで凹曲面鏡を形成する。或いは、第１のリフレクタ又は第２のリフレクタを樹脂成形で製作する場合においては、凹曲面の反射面に縦溝が出来るように金型に縦筋を施し、この縦筋のある面にアルミを蒸着させることで凹曲面鏡を形成してもよい。
第１のリフレクタ又は第２のリフレクタの凹曲面における縦筋の存在は、照明光源からの光が各凹曲面鏡を反射後に横方向に錯乱させる効果を生み出す。これにより、被検出物表面へのＬＥＤチップ発光面の写り込みは横方向に分散する。
また、筋に代わり、縦横比を任意に設定したディンプル（凹み）を形成することで、照明光源からの光が各凹曲面鏡を反射後に横方向のみならず縦方向にも錯乱させる効果を生み出す。これにより、被検出物表面へのＬＥＤチップ発光面の写り込みは横及び縦方向に分散する。この場合、被検出物へ向かう光量は著しく低下するが、ＬＥＤの光量が十分にある場合は、ＬＥＤチップの写り込みを回避する手段としては効果が非常に大きいものとなる。
さらに、上述した実施形態に示す照明装置のいずれにおいても、照明光源は任意の発光体を使用してよい。特に限定するものではないが、例えば、ＬＥＤチップを用いた場合、従来の照明装置では、多くのＬＥＤチップを使用し、それに応じた多くの駆動回路を用いて点灯することでＬＥＤの球切れ検知を行っていた。そのため、ＬＥＤチップやＬＥＤ駆動回路に多くのコストを要していた。または、ＬＥＤチップを並列回路で点灯させることでＬＥＤ駆動回路を減らし安価にすることもできたが、ＬＥＤの球切れ検知ができないという課題があった。
本発明によれば１つの照明光源が上下の照明用に併用できるため、照明光源のみならずＬＥＤチップを単純に２分の１に削減でき、ＬＥＤ駆動回路も減らすことができる。その結果、コストを下げながらＬＥＤ球切れ検知を実現することができる。
また、１つの照明光源を上下の照明用に併用したとしても、被検出物への照明光はリフレクタを用いない従来の照明装置よりも２倍以上であるため、例えば、白色ＬＥＤで構成された照明光源の一部をＩＲ ＬＥＤなどの別の波長のＬＥＤに入れ替えが可能であり、１つの照明装置で複数の波長の光を同照射することができる。何れにしても、少ないチップで従来の照明装置以上の光量を得られるため、白色ＬＥＤよりも高価なＩＲ ＬＥＤを使用するときのコストダウン効果が非常に大きい。
（産業上の利用可能性）
上述してきた実施形態においては、米粒を対象とした選別機の例を説明したが、必ずしもこれに限定するわけではない。例えば、米以外の大豆等の穀粒やコーヒー豆や種などの粒型固体はもちろんのこと、茶葉やタブレット、さらには自動車のバンパーなどの合成樹脂はリサイクル工程でペレット状に加工されるが、色塗料を含む樹脂ペレットを本願発明の選別機による選別の対象として用いることができる。
さらにまた、被検出物が米粒などの粒型の対象物ではなく、例えばコンベア上に積置したシート若しくはフィルム状の対象物である場合は、そのシート状等の対象物を鉛直方向からカメラによって観察し、シート状の対象物内で異物を検出するとコンベア上の搬路変更手段が駆動して、異物を含んだシート状の対象物のみが規格外対象物用の貯留ケースに搬送されるようにすることが可能である。
１ 照明光源
２，２’，２” 米粒
３，３ａ，３ｂ カメラ
４，４’ 第１のリフレクタ
５，５’ 第２のリフレクタ
６，６’ 屈折鏡
６ａ，６ａ’ 第１の反射面
６ｂ，６ｂ’ 第２の反射面
７ 第１のリフレクタ
７ａ，７ｂ，７ｃ 反射部分面
８ 第１のリフレクタ
８ａ，８ｂ，８ｃ 反射部分面
９ａ，９ｂ バックグランド
１４，２４，３４ 第１のリフレクタ
１５，２５，３５ 第２のリフレクタ
１４ａ，１５ａ 第１の凹曲部分面
１４ｂ，１５ｂ 第２の凹曲部分面
Ｚ 被検出物の落下軌跡
Ｏ 光軸
Ｐ 理想的な検出位置
Ｐ’ フロントカメラ３ａ側に寄った検出位置
Ｐ” リアカメラ３ｂ側に寄った検出位置

Claims (8)

  1. 光学検出手段による被検出物の検出画像に基づき、当該被検出物が良品であるか又は不良品であるかを区別する選別機又は検査機に用いられる照明装置であって、
    照明光を発光する光源を有する光源部と、
    前記光源部からの光線を前記被検出物に向けて反射する複数のリフレクタであって、前記光学検出手段の光軸を挟んで配置される第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを含み、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの少なくとも何れかは凹曲面鏡である前記複数のリフレクタと、
    を備え、
    前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが受ける光線は、共有の前記光源部から出射し、
    前記光源部から放射された光線のうちの少なくとも一部の光線の光路上に屈折鏡を配置し、
    前記屈折鏡の第１の反射面は、前記少なくとも一部の光線の光路を折り曲げて前記第１のリフレクタに向けて進ませ、前記光源部から放射された光線のうち、前記屈折鏡に到達しない光線の少なくとも一部が前記第２のリフレクタに入射する、
    ことを特徴とする、選別機又は検査機用照明装置。
  2. 光学検出手段による被検出物の検出画像に基づき、当該被検出物が良品であるか又は不良品であるかを区別する選別機又は検査機に用いられる照明装置であって、
    照明光を発光する光源を有する光源部と、
    前記光源部からの光線を前記被検出物に向けて反射する複数のリフレクタであって、前記光学検出手段の光軸を挟んで配置される第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを含み、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの少なくとも何れかは凹曲面鏡である前記複数のリフレクタと、
    を備え、
    前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが受ける光線は、共有の前記光源部から出射し、
    前記光源部から放射された光線の光路上に屈折鏡を配置し、
    前記屈折鏡は、第１の反射面と、前記第１の反射面とは異なる方向に光路を変える第２の反射面とを有し、
    前記第１の反射面は、前記光源部から放射された光線の一部の光路を折り曲げて前記第１のリフレクタに向かうよう反射させ、
    前記第２の反射面は、前記１の反射面に到達しない前記光源部からの光線の少なくとも一部を前記第２のリフレクタに向かうよう反射させる、選別機又は検査機用照明装置。
  3. 前記凹曲面鏡は、第１の曲率により規定される第１の凹曲部分面と、前記第１の曲率とは異なる第２の曲率により規定される第２の凹曲部分面とを有し、凹曲面全体が前記第１の凹曲部分面と前記第２の凹曲部分面で構成される凹面形状である、請求項１又は２に記載の選別機又は検査機用照明装置。
  4. 前記凹曲面鏡は、局所的な曲率半径が凹曲面上の位置や方位によって連続的に変化する自由凹曲面鏡である、請求項１又は２に記載の選別機又は検査機用照明装置。
  5. 前記凹曲面鏡は、凹曲面が平面で近似された凹曲面鏡である、請求項２〜６の何れか１項に記載の選別機又は検査機用照明装置。
  6. 前記第１のリフレクタ及び第２のリフレクタの少なくとも１つは、リフレクタ反射面の曲率方向に沿って複数の溝が存在するよう加工された面形状を有する、請求項１又は２に記載の選別機又は検査機用照明装置。
  7. 光学検出手段による被検出物の検出画像に基づき、当該被検出物が良品であるか又は不良品であるかを区別する選別機又は検査機に用いられる照明装置であって、
    照明光を発光する光源を有する光源部と、
    前記光源部からの光線を前記被検出物に向けて反射する複数のリフレクタであって、前記光学検出手段の光軸を挟んで配置される第１のリフレクタ及び第２のリフレクタを含み、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタは平面鏡である前記複数のリフレクタと、
    を備え、
    前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが受ける光線は、共有の前記光源部から出射し、
    前記光源部から放射された光線のうちの少なくとも一部の光線の光路上に配置した屈折鏡であって、第１の凹曲反射面及び第２の凹曲反射面をもつ前記屈折鏡を更に備え、
    前記第１の凹曲反射面は、前記光源部から放射された光線の少なくとも一部の光路を折り曲げて前記第１のリフレクタに向かうよう反射させ、前記第２の凹曲反射面は、前記第１の凹曲反射面に到達しない前記光線の少なくとも一部を前記第２のリフレクタに向かうよう反射させ、これにより、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタにより反射された前記光線が前記被検出物に向かう光路をとることで前記被検出物を上下方向から照明する、
    ことを特徴とする選別機又は検査機用照明装置。
  8. 前記第１のリフレクタ及び前記屈折鏡が単一構造の鏡体である、請求項１、２又は７の何れか１項に記載の選別機又は検査機用照明装置。
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