JPH02269941A - 照明方法および照明装置ならびに対象物体の外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、対象物体、特に主表面に凹凸部を有する対象
物体を無陰影でかつ均等に照明する方法およびそのため
の装置ならびにこれらを使用する対象物体の外観検査方
法および装置に関する。

［従来の技術］ 対象物体を照明するに際し、対象物体の主表面に凸部が
あり、対象物体に入射した光が主表面で反射される場合
、この主表面が光を正反射する構造・材質の場合は勿論
のこと、乱反射する場合であっても、入射する光の方向
が主表面の法線方向でない場合には、凸部の陰影（陰）
がすぐ近傍の主表面に映り、その陰影部分は十分に照明
されないことになる。

また、対象物体の主表面の一部に凹部が存在する場合、
凹部の周囲の主表面の陰影がこの凹部に映り、凹部が十
分に照明されないことになる。

対象物体を照明して、これらの陰影のない画像を得るに
は、主表面に存在する凹部や凸部により陰影が生じない
ような方向、即ち、主表面の法線方向から光を照射する
ことが必要である。従って、対象物体を照明する場合、
凸部や凹部の端面が対象物体の主表面に対して急峻に（
例えば直角に近い角度で）立ち上がったり、または切り
立っている場合には、これらの凹凸部が存在する主表面
を真正面から照明しなければならない。凹凸部を有する
主表面が複数存在する場合、それぞれの主表面に対して
上記の条件を満足する必要がある。

一般に、対象物体の１つの平坦な主表面のみを照明する
必要がある場合であれば、主表面に対して平行な面光源
から光を照射することにより上記の条件を満足でき、陰
影の発生を防止できる。

しかしながら、対象物体が複数の主表面を有する立体で
ある場合、特に曲面を有する場合、例えば円柱状構造物
等である場合には、上述のように面光源を使用して同時
に各主表面に対して法線方向から光を照射することは困
難である。

例えば表面に凹凸部を有する円柱状構造物の表面を照明
してこれを撮像することによりその外観上の異常を検出
する外観検査装置の開発において、主表面の法線方向か
ら光が照射されないために凹凸部による陰影が生じ、そ
の陰影部分については外観検査が十分できないというこ
とが問題点として指摘されている。

このような問題点の解決方法として内側表面として正反
射面もしくは乱反射面を有する楕円筒容器または回転楕
円体容器の一方の焦点に光源を配置し、他方の焦点に対
象物体を配置する照明方法および照明装置が本願と同一
出願人による平成１年１月２４日出願の日本国特許出願
において提案されている（発明め名称：照明方法および
照明装置ならびに物体の外観検査方法）。

この特許出願に記載の方法および装置を使用することに
より表面に凹凸部を有する対象物体を照明する場合、明
らかな陰影の発生を防止することが可能となったが、こ
のような照明方法を適用する場合であっても、常に満足
すべき結果がもたらされるとは限らず、別の問題点が存
在し、対象物体を照明する場合において、これが問題と
なる場合があることが判っている。

次に、この問題点について第７図を参照して説明する。

第７図は、正反射面を内側表面として有する楕円筒容器
１の楕円筒容器の軸に垂直方向の模式断面図である。光
源２は点光源または線光源である。

今、楕円筒容器の軸に垂直方向の断面を考えているので
、光源２から中心角δで楕円筒容器の内側表面に向かっ
て放射される光量は一定である。

従って、光源と反射点までの距離が大きくなればなるほ
ど反射点における入射光の光束密度は小さくなる。例え
ば、第７図の楕円弧Ａ１と楕円弧Ａ２とを比較すると、
光源からの反射点までの距離Ｌ１が長い楕円弧Ａ２の長
さが明らかに長い。楕円弧ＡＩとＡ２に照射される全光
量は一定であるから、光源から遠い程、反射点における
光束密度（または楕円筒容器の反射点における照度）は
小さくなる。

楕円弧Ａ、およびＡ２の長さは、δを微小角度とすると
、半径り、の円の中心角δの円弧と考えることができる
ので、楕円弧の長さはＬｌに比例することになり、反射
点における照度はＬｌに反比例する。

次に、（ｆ＆述するように）楕円筒容器が内側表面とし
て正反射面を有する場合、照射光は反射点から他方の焦
点に向かうが、この場合、第７図から明らかなように対
象物体の表面に至るまでに光束密度が反射点における光
束密度より大きくなる。

この大きくなる割合は、対象物のある焦点Ｆ′からの距
離Ｌ２（−２８Ｌ＋）（ａは楕円の長径のｊ／２）に比
例する。しかも、光源（焦点Ｆ）から楕円筒容器の内側
表面を経て、対象物体（焦点Ｆ’）に至る間の距離は全
て一定（−２ａ）である（楕円の基本公理）から、光ｒ
１１Ｆから出た光の光束密度はＬ！／Ｌｌ−（（２ａ−
Ｌ、）／Ｌ＋）倍となって対象物の表面に照射される。

従って、総括的には光源から放射されて反射点で反射し
て対象物体に照射される光の光束密度は、Ｌ　２／　Ｌ
　＋に比例することになり、光源から等光量で光が放射
される場合、対象物体の表面の照度は位置により異なる
ことになる。

このように対象物体の光源に面する表面より反対側の表
面の照度（または対象物体に照射される光の光束密度）
が小さくなり、対象物体表面の照度差の発生を避（プる
ことが困難であることが見出されている。このような照
度差は、場合により物体の外観検査において重大な障害
になることがあり、発生を抑制するのが望ましい。

このような問題点を解決する方法として、上記特許出願
にかかる発明を修正して、楕円筒容器の内壁面の反射率
を連続的に変化させることにより、より均等に照明する
方法およびそのための装置が本願と同一出願人により平
成１年１月２７日に出願されている（発明の名称：照明
方法および照明装置ならびに対象物体の外観検査方法）
。

上記の後者特許出願のように楕円筒容器の内壁面におい
て反射率を連続的に変化させることは種々の方法により
可能であるが、いずれの方法を適用する場合であっても
、広大な面積にわたっである数式を満足する反射面を形
成する必要があり、これは、技術的にも容易なことでは
なく、また、製造コストの面でも好ましくないことが予
想される。

［発明が解決しようする課題］ 従って、本発明の課題は、楕円筒容器を使用する照明方
法および照明装置において、楕円筒容器の内側表面の反
射率を変化させる方法に代わり、容易かつ経済的に対象
物体を均等に照明するための照明方法および照明装置を
提供しようとすることである。

更に、上記方法および照明装置を使用することにより、
対象物体の表面状況を精度よく観察または撮像すること
が可能となるので、これらを使用する対象物体の外観検
査方法を提供することも本発明の課題である。

即ち、対象物体の主表面に対して斜め方向からの光によ
り凸部の陰影や凹部に周囲部の陰影を生じ得る対象物体
を、陰影を生じることなく均等に照明して対象物体の表
面を撮像し、撮像画像を用いて対象物体の外観上の異常
を検出する外観検査装置および方法、例えば対象物体が
円柱状であるような軸対称の対象物体の表面上の異常を
検出する検査装置および方法を提供することである。

このような課題を解決することにより、対象物体が透明
な円柱状容器である場合は、容器壁内部に含まれる異物
Ａ゛容器内側の傷や汚れなども同時に検出できるし、ま
た、透明な円柱状容器内に内容物が収納されている場合
は、内容物の外観、配列、異常などをも同時に検査でき
る。

例えばビン詰めの薬品や飲食物、透明ケースに収容され
ている電子部品や医療用器具などの評価や検査にも利用
できる。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、対象物体を照明する場合、正反射面を内側
表面に有する楕円筒容器内に照明すべき対象物体および
対象物体を照明する光源を配置して、光源から放射され
る光の光束密度を光の放射方向に応じて変化させて、対
象物体の表面の照度を均等にすることにより解決される
ことが見出されＩこ。

即ち、本発明は、 軸方向に対して垂直な断面が楕円形であり、正反射面を
内側表面として有する楕円筒容器を使用し、楕円断面の
一方の焦点に楕円筒容器の軸に平行になるように軸状光
源を配置し、楕円断面の他方の焦点に対象物体を配置し
、光源から対象物体に光を照射する対象物体の照明方法
であって、光源から放射される光の光量（または光束密
度）が、式： ％式％） ［式中、Ｒは光束密度の変化の割合、Ｌ、は光源を配置
する楕円の焦点Ｆと楕円上の任意の点Ｂとの距離、ａお
よびｂは楕円の長径および短径のそれぞれｌ／２、ｅは
楕円の離心率（即ちｅ＝（ａ”Ｂ２）ｌ／２／ａ）、θ
は楕円の両焦点を結ぶ直線と楕円の焦点Ｆと楕円上の点
Ｂとを結ぶ直線（即ち、光源から点Ｂに向かって放射さ
れる光線）との成す角度（第９図参照）である。］ を満足し、要すれば光源から対象物体への直射光を遮断
することを特徴とする照明方法 を提供する。

本明細書において使用する「楕円筒容器」なる語は、筒
状容器の長手方向軸（または楕円筒軸）に対して垂直な
断面が楕円形である中空容器を意味し、楕円の形状は実
質的に楕円であればよく、例えば実際に機械加工できる
程度の精度を有する楕円で十分である。従って、楕円筒
容器を例えばガラス、セラミックまたは金属により作る
場合は、型成形により楕円筒容器を作ることができる。

楕円筒容器の内側表面は少なくとも反射光を実質的に正
反射するように形成されており、例えば塗料を内側表面
に塗布するか、金属である場合は鏡面仕上にするか、あ
るいはプラスチック板もしくは金属板またはその薄膜を
楕円筒容器の内側表面に適用してよい。

プラスチック板などを内側表面に適用する場合、板を内
側表面に貼り付けてもよいが、例えば第６図に示すよう
に楕円筒の側面を構成するように格子を作り、その内側
にプラスチック板を丸めて嵌め込み、弾性を利用して格
子に係合させることにより楕円筒容器を形成することも
可能である。

楕円筒容器の軸方向に垂直な楕円形の断面について考察
すると、楕円筒容器の内側表面が正反射面を有する場合
、原理的に以下のことが導かれ、本発明はこの原理を利
用するものであるニ一方の焦点Ｆには光源が、他方の焦
点Ｆ′には照明すべき（例えば断面が円形の）対象物体
が配置されている状態を考える。楕円筒容器の内側表面
が正反射面である場合、光源から放射されたいずれの光
も楕円筒容器の内側表面で反射された後に他方の焦点に
向かって進む。従って、対象物体の断面が円である場合
には、反射された光は円の法線方向から対象物体に当た
ることになる。即ち、対象物体は、真正面から照明され
ることになる。

このことは、対象物体の寸法には関係なくあてはまるこ
とである。より詳細には、第１図を参照して後で説明す
る。

更に、本発明の照明方法において、軸状光源から放射さ
れる光の光量（または光束密度）は、式（１）を満足す
る必要がある。式（１）の物理的意味は楕円筒容器ｌの
軸に垂直な断面を模式的に示す第９図を参照した以下の
説明により容易に理解できるであろう。

第９図では、楕円断面の一方の焦点Ｆに光源２が配置さ
れ、他方の焦点Ｆ′に対象物体３が配置されている。光
源から放射されて楕円筒容器の内側表面の点Ｂで反射さ
れ、対象物体に照射される光の光束密度は、先に説明し
たようにＬ□／　ｒ−１に比例する。対象物体に照射さ
れる光の中で最も光束密度が最も小さい光は、図示する
ように対象物体３に接する光、即ち、点Ａにおいて反射
される光である。従って、対象物体に照射される全ての
光の光束密度を点Ａにおいて反射される光の光束密度に
等しくすることにより、対象物体を均等に照明すること
が可能となる。

具体的には、以下のように考察することにより、式（１
）が導出される。

楕円の焦点Ｆを原点とする極座標によると楕円は、一般
式： ％式％）） ［式中、Ｌ、は楕円の（光源を配置する）焦点Ｆと楕円
上の任意の点Ｂとの距離、ａおよびｂは楕円の長径およ
び短径のそれぞれｌ／２、ｅは楕円の離心率（＝（ａ”
−ｂすｌ　／　２　／　ａ　）、θは楕円の両焦点を結
ぶ直線と楕円の焦点Ｆと楕円上の点Ｂとを結ぶ直線との
成す角度（楕円の焦点Ｆから他方の焦点Ｆ″に対して反
対向きの半直線と焦点Ｆに配置された光源から点Ｂに向
かって放射される光線との成す角度、第９図参照）であ
る。］により表される。まｔ；、 Ｌ、＋Ｌ、−２８ であるので、光源から放射される光の単位角度当たりの
光束密度をＫとすると、点Ｂにおいて反射されて対象物
体に照射される光の光束密度はＢｏは、 Ｂ　ｏ　＝　Ｋ　φＬ　２　／　Ｌ　＋（ｂ”／ａ）（
１／（１＋ｅ−ｃｏ　ｓθ））＝（Ｋ／ｂす（２ａ”（
１＋ｅ　−ｃｏｓθ）−ｂ”）となる。

また、点Ａにおいて反射されて対象物体に照射される光
の光束密Ａ０度は、同様に Ａ　ｏ　−Ｋ−Ｌ　！　／　Ｌ　＋ −（Ｋ／　ｂ　２）（２ａ　”（１＋　ｅ　−ｃｏｓθ
ｏ）　　ｂ”）［式中、θ。は光源から点Ａに向かって
放射される光線の場合のθ（第９図参照）である。］均
等に対象物体を照明するには、対象物体に照射される光
の光束密度を等しくする必要がある、即ち、Ａ　ｏ　−
Ｂ　ｏであるので、点Ｂにおいて反射される光の光束密
度を光源から放射された時点で予め、 にすれば、対象物体に照射される光の光束密度はいずれ
の点で反射されても等しくなる。

更に、実用上ではθ。は約１８０°として問題はないの
で、光源から放射される光の光束密度がとなるような光
源にすればよい。

このように放射される光の光量が放射方向により変化す
る光源としては種々の態様の光源が考えられる。光源か
ら放射される光自体の量を変える態様（例えば異なる光
量の光を放射する微小または非常に細い光源を楕円断面
の焦点に周状に設ける態様）も考えられるが、これは技
術的には容易ではないので、実用的には光源自体は通常
の光源、即ち、放射される光の光量については等方性の
光源を使用して、光源の周囲に式（１）に従って透過光
量を変える手段を設けるのが好ましい。

従って、本明細書においては、「光源」なる語は、いわ
ゆる光源だけでなく、透過光量を変える手段を有する光
源をも含むものとして使用している。

後者の好ましい態様では、例えば、光源を包囲する透明
膜を設け、その透明膜が式（１）に基づいて透過光の量
を制限するようにする。具体的には、以下のような方法
を適用できる： （１）透明膜に黒ずんだ着色を施し、その着色の程度を
変化させる方法； （２）透明膜も微小な黒点を密度を変えて付渭させる方
法； （３）透明膜に幅の狭い黒色の短冊を付着させ、その短
冊の密度を変える方法；および （４）透明膜の透明度を変える方法。

透明膜としては、例えばガラス板、プラスチックフィル
ムなどを使用するのが好ましい。

上記（４）の方法を実施するには、例えば次のような方
法により透明膜の透明度を変えることができる。

（ａ）遅感光性フィルムを以下の手順で感光させる方法
（第１θ図参照）： （１）暗室内で遅感光性フィルム８と光源９との間に光
遮蔽手段１０を設けてフィルムに光が照射されないよう
にする。

（ｉｉ）　７（ルムの透明度（即ち、感光度）と露光時
間との相関関係を予め求めておき、式（１）に従って透
明度を与えるフィルムの各部分の露光時間を算出する。

（ｉｉ）フィルムの各部分が所定の時間だけ露光される
ように（コンピューター制御により）光遮蔽手段ｌＯを
移動させて、フィルムの各部分への露光時間を変化させ
る。

（ｉｖ）感光させたフィルムを現像して、所定の透明度
の膜を得る。

（ｂ）半透明物１１、例えばゼラチンを介して感光性フ
ィルム１２に光源１３から一定量の光を照射する方法（
第１１図参照）： （ｉ）フィルムの感光度と露光量との相関関係および透
過光量と半透明物の断面厚さとの相関関係を予め求める
。

（ｉ）得られた関係から半透明物の断面厚さが長手方向
に沿って変化し、それに基づいて変化する透過光がフィ
ルムを感光させて式（１）を満足するフィルムを形成で
きるように、半透明物を作る。

（ｉｉＩ）半透明物を介して一定光源から光を適度な感
度を有するフィルムに照射する。

（Ｉ■）フィルムを現像して所定の透明度の膜を得る。

また、透明膜の代わりに光を透過しない膜を光源の周囲
に配置し、この膜に微小な穴または幅の狭いスリットを
設けて膜を透過する光量を式（１）に基づいて変える態
様も適用できる。

このような透過光量を変える手段は光源に直接接触して
も、あるいは光源と手段との間に間隔が存在していても
よい。光源と手段が接触する場合、透明膜を省略する態
様、即ち、光源の外側面を透明膜として使用する態様も
可能である。

本発明の照明方法において、楕円筒容器内部（中空部）
に楕円筒軸に対して垂直な楕円断面の焦点に楕円筒軸と
平行になるように軸状光源を設ける。

本明細書において「軸状光源」なる語は、線状光源、例
えば蛍光灯のような細い円筒状の光源だけではなく、点
光源のような微小光源を連続的または適当な間隔をあけ
て配置することにより実質的に軸状の光源とみなすこと
ができるような光源をも包含するものとして使用する。

光源の軸方向の長さは、照明すべき対象物体の軸方向の
長さに応じて適当に選択できるが、対象物体の長さ方向
について、−度に全部を照明する必要がある場合には少
なくとも対象物体の軸方向長さと同程度、好ましくは対
象物体の軸方向長さの少なくとも３倍程度の軸状光源を
使用する。しかしながら、対象物体の長さ方向について
、−度に全部を照明する必要がない場合は、順に部分的
に照明すればよく、従って、軸状光源の長さは任意の長
さであってよい。極端な場合、軸状光源が点光源であっ
てもよい。

点光源としては例えばハロゲンランプ、白熱灯電球、球
状蛍光灯など各種の連続発光光源が用いられる。また、
これらの不連続光、瞬間光などでもよい。更に、レーザ
ー光の如く本来−力方向にのみ放射される光を立体的に
回転させることにより、実質的に広い空間領域に放射さ
れるようなものを使用してもよい。

本明細書で使用する正反射とは、実質的な正反射で十分
であり、実用的には例えば反射光の８０％以上が反射角
を挟む２０°以下、好ましくは１５°以下、例えば３〜
ｌＯ°の立体角に入るような程度で十分である。

一方、楕円の他方の焦点に相当する部分には、照明すべ
き対象物体を配置する。本発明の照明方法により照明で
きる対象物体は、特に限定されるものではないが、軸対
称物体が好ましい。例えば、本発明の方法は、特に円筒
状物体および球状物体を照明する場合に有効である。

本明細書において、「対象物体を楕円断面の焦点に配置
する」という場合、対象物体が楕円筒容器との相対的な
関係において実質的に点に近いと考えられる場合は、文
字通り楕円断面の焦点に配置することを意味する。しか
しながら、対象物体がある程度の長さを有する場合は、
「対象物体を楕円断面の焦点に配置する」という場合は
、以下に説明するように対象物体を配置することも意味
する。

軸対称物体については、その対称軸が楕円断面の焦点の
集合（以下、単に焦点軸と呼ぶ）に一致するように配置
する。例えば円筒状物体を照明する場合では、物体の中
心軸が焦点軸に一致するように配置する。その僧の形態
の対象物体については、当業者であれば、試行錯誤によ
り対象物体が焦点軸を含んで陰影が生じない適当な配置
を容易に決定できる。

一般的には、楕円筒軸に垂直な方向の対象物体断面にお
いて、断面の周上の点と楕円の焦点とを結ぶ直線がいず
れも交差しないように楕円の焦点が位置するように対象
物体を配置するのが好ましい。

対象物体と楕円筒容器との相対的な大きさに関しては、
原理的には楕円筒容器の内部に入り得る大きさの対象物
体であればその大きさを限定するものではない。これは
、対象物体が円筒形であると見なし得るなら、楕円筒容
器の内側表面で反射された光が焦点に集まるので、その
焦点を中心とする円に対して円の大きさに無関係に全て
の光が法線方向から入射するためである。即ち、楕円筒
容器の内側表面で反射された光が焦点軸に集まる場合、
その焦点軸を中心とする円筒面に対し、円筒の直径の大
きさに無関係に全ての光が円筒面の法線方向から入射す
るｔ；めである。しかしながら、実際には対象物体があ
まり大きくなり過ぎると、その存在のために光源からの
光の経路が妨げられ、上記原理を適用できる範囲が狭く
なる。

実際には楕円筒容器が大きければ大きいほど、両者の相
対的な関係において対象物体が点または線に近づくので
好ましくなるが、光源の光量にも限界があることを考慮
する必要がある。従って、楕円筒軸に垂直方向の対象物
体の断面を内側に含む最小径のその円周上の点と楕円筒
容器の最短距離に対する比は小さい方が一般的には好ま
しい。

その値は対象物体の表面に実際上要求される均等照度の
範囲、その位置、大きさによって決められるものである
。

本発明の楕円筒容器に使用する材料は、上述のように内
側表面を正反射面にできればいずれの材料または構造で
あってもよく、楕円筒容器の外側から目視または適当な
センサーによる観察を考慮して半透鏡のような材料を使
用することも可能である。また、材料が不透明である場
合は、楕円筒容器の側面に相対的に小さい開口部を設け
て目視により観察したり、あるいは開口部分にセンサー
を取り付けて対象物体を撮像することも可能であ本発明
では、凹凸部が主表面に存在する対象物体の主表面に陰
影を生じることなく、主表面を同時かつ均等に照明する
上述の本発明の照明方法を実施するための対象物体の照
明装置を更に提供する。

上記の照明装置は、軸方向に対して垂直な断面が楕円形
であり、正反射面を内側表面として有する楕円筒容器、
楕円断面の一方の焦点に楕円筒容器の軸に平行になるよ
うに配置されて対象物体を照射する軸状光源および楕円
断面の他方の焦点または焦点軸に対象物体を配置して支
持する手段ならびに要すれば光源から対象物体への直射
光を遮断するための手段を有して成り、光源から放射さ
れる光の光量は、式（１）を満足する。

先に説明したように、軸状光源としてはいずれの光源を
使用することも可能であるが、蛍光灯を使用して放射さ
れる光量を変化させるようにするのが特に好ましい。

対象物体を支持する装置は特に限定されるものではない
が、対象物体を光源に対して最適位置に配置して、即ち
、対象物体を楕円断面の焦点に配置して支持できるのが
好ましい。例えば光源軸が重力の作用する方向に平行な
場合には、対象物体の重心軸が重力の作用する方向に平
行になるように吊り下げたり、軸が焦点軸に重なるよう
に下方からの支持台に載せたり、その支持台を焦点軸の
周りに回転させて載せたりする。また、光源軸が重力の
作用する方向に平行でない場合には、対象物体の軸に垂
直な側面を吸着機構で吸着し、そのまま物体の軸の周り
に回転させて保持したりする。

本発明の特に好ましい態様では、光源から対象物体に光
が直接照射されるのを防止する。このことは、以下のよ
うな物理的意味を有する：楕円筒容器の楕円筒袖に垂直
な断面図である第８図を参照してこのことに関して説明
する。第８図において、楕円筒容器１の一方の焦点下に
有限の大きさを有する円筒形の対象物体３が配置されて
いる。光遮蔽手段７が光源２と対象物体３との間に配置
されている。

光源２の表面からは四方人力に光が放射されるが、その
うち、第８図に向かって、光源の最上方の点すから出た
光および最下方の点ａから出た光がそれぞれ対象物体３
の上方の点ｄおよび下方の点Ｃを経て楕円筒容器１の面
に照射されたとする。

対象物体３の右側の回転楕円体の内側表面には木彫（弧
ロバ）の部分と、半影（弧イロおよび弧ハニ）が生じる
。これらの影を生ぜしめる原因となる光は、本発明の方
法および装置においては、いわゆる直接光として対象物
体Ｂを照射し゛ており、楕円筒容器の内側表面で反射し
て対象物体の向か−で左側の面に入射する反射光に重畳
する為、この部分の照度が相対的に増加する。従って、
かかる現象は対象物体の表面に等しい照度の光を照射す
るには好ましくない。そこで、光源２と対象物体３との
間に光遮蔽手段７を挿入すると、木彫および半影が生じ
なくなφ。第７図から明らかなように、光遮断手段７は
、木彫を作る光の経路ｂ−ｄ間とａ−ｃ間を結ぶ線に挟
まれている部分を遮蔽する必要がある。この光遮蔽手段
７はその上端ｅが光源と対象物体の上端を結ぶ線ｂ−ｄ
と同じかやや上に、また下端ｆが光源と対象物体の下端
を結ぶ線ａ−ｃと同じかやや下にくるように設定する。

また、光遮断手段の面（ｅ−ｆ）で反射が生じると、新
たな光源となり、上述の光学系のバランスを崩すことに
なり好ましくないので反射の無い（反射率が実質的に０
）ことが必要である。実際的には黒体、またはそれに近
い黒色の反射率の非常に小さい物体を光遮断手段として
配置するのが好ましい。光遮断手段は、楕円筒容器の場
合は）　　焦点軸の方向に広がったものとなる。また、
一般的に設置位置は光源２と対象物体３との間のいずれ
の位置であってもよい。

また、特別な場合として光遮蔽手段に適当なスリットま
たは穴などを設けることにより、または半透明の遮断手
段を使用することにより、直射光を部分的に遮断するの
も好ましいことがある。

更に、対象物体の表面の中でも光源に最も近い表面が最
も照度が大きくなることを考慮して、光源に近いほど直
射光をより多く遮断するように、直射光遮蔽率に分布を
持たせることが好ましい場合もある。

更に、本発明では、上記の照明方法および照明装置を使
用する対象物体の外観検査方法を提供する。

上記対象物体の外観検査方法は、本発明の照明装置を使
用して光源および外観を検査すべき対象物体を楕円断面
の各焦点に配置し、本発明の照明方法を使用して対象物
体を照明することを含んで成る。

外観検査は、楕円筒容器に設けた開口部から直接目視に
より、あるいは開口部を介して撮像した画像を適当な画
像処理装置を使用して処理することにより検査物体の表
面の異常の有無を検出することにより行う。

本発明により、対象物体が透明な円柱状容器である場合
は、容器壁内部に含まれる異物や容器内側の傷や汚れな
ども同時に検出できるし、また、透明な円柱状容器内に
内容物が収納されている場合は、内容物の外観、配列、
異常などをも同時に検査できる。

例えばビン詰めの薬品や飲食物、透明ケースに収容され
ている電子部品や医療用器具などの評価や検査にも利用
できる。

更に、照明装置にセンサー、例えばビデオカメラやＣ，
Ｃ，Ｄ、カメラを取り付けて対象物体の表面を撮像する
のが好ましい。

また、本発明では、上記対象物体の外観検査方法に使用
する外観検査装置を提供する。本発明の外観検査装置は
、上記照明装置および照明された対象物体を観察または
撮像する手段、例えばセンサーを有して成る。

更に、上記対象物体の外観検査装置は、撮像した原始画
像を処理する適当な処理装置を含むのが好ましい。

次に、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する
。

第１図に本発明の開明方法の厘理図として楕円筒容器ｌ
の楕円筒袖に垂直な方向の断面図（代表的な光線を矢印
を付した実線で示している。）を示し、第２図に本発明
の照明方法を実施する御飯様の概略斜視図を示す。

ＦおよびＦ″により示される点は楕円断面の焦点である
。焦点Ｆに楕円筒容器ｌの軸と平行に軸状光源２が配置
され、焦点Ｆ′に例えば円筒構造の対象物体３がその対
称軸が楕円筒の焦点軸と一致するように支持要素５によ
り配置されている。

楕円筒容器１は正反射面を有し、軸状光源２から放射さ
れる光の光量は式（１）を満足するようになっている。

光源２は楕円の焦点Ｆに配置されており、楕円筒容器の
内側表面は正反射面であるので、光源から楕円筒袖に垂
直な方向に放射された光は、第１図に示すように例えば
入射角αで楕円筒形容器の内側表面に入射して、反射角
ａで反射し、矢印で示すような経路を経て楕円の他方の
焦点Ｆ′に向かって進む。

従って、対象物体が円筒形である場合、楕円筒軸に垂直
方向の断面を考えると、光は対象物体の断面の中心に向
かって進むことになる。このように、楕円筒軸に垂直な
方向に放射状に放射される光は楕円筒形容器の内側表面
で反射され、楕円軸に垂直な方向からの光として他の焦
点Ｆ′に集光する。即ち、対象物体の表面には、光源か
ら放射された光が四方から集まり、対象物体はその全主
表面の法線方向から照明されることになる。

更に、光源から放射される光の光量は式（１）を満足す
るようになっているので、先に説明したように対象物体
に照射される光の光束密度が同じとなり、均等な照明が
確保される。

対象物体が円筒状でない場合、上述の説明は厳密には当
てはまらないが、極端な場合を除いて、楕円筒容器と対
象物体の大きさとの相対的関係により対象物体は点また
は円筒に近づくので、実際問題としては対象物体の主表
面に対してほぼ法線方向から光を均等に照射することが
できる。

楕円筒袖に垂直でない方向に光源から放射された光は、
楕円筒容器の内面で反射されるが、その入射光と反射光
の経時を含む平面内で移動する。

この平面内の３次元的な光の動きは、楕円筒袖に垂直な
平面内での２次元的な動きと、この面に垂直な方向（軸
方向）の１次元的な動きに分解できる。前者については
既述の通り楕円周で反射されるが、後者については壁面
に斜めに入射した光と同じように正反射される。従って
、この光は対象物体の他の部分を照射することになるが
、光源からはあらゆる方向に均等に光が放射されるので
、光源の長さおよび楕円筒容器の長さが対象物体の長さ
に比べて十分に長ければ長いほど（例えば約３倍以上）
、これらの影響は実質的に相殺される。

即ち、楕円筒容器の一方の焦点に設置された光源から放
射状に放射された光が他方の焦点に位置する対象物体を
四方六方から照明することになり、影響は相殺される結
果、楕円筒袖に垂直な方向に放射される光だけを考慮す
ればよいことになり、全体としては反射面で１回反射し
た経路長の等しい光で主として照射され、対象物体の表
面では照度むらの極めて少ない照明が可能となる。

更に、先に説明したように、対象物体が充分に長い場合
であっても、検出しようとする部位が特定の狭い部位で
ある場合などにおいては本発明の照明方法を適用できる
。

例えば第３図に示すように、楕円筒容器ｌの一方の焦点
軸に、例えば異型押出品のように長尺の対象物体３を配
置し、他方の焦点軸に有限長の光源２を配置し、１ケ所
にセンサー（例えばビデオカメラ）４を設置して外観を
検査しようとする場合、陰影が存在せずに、照度の差が
少ない条件下で効率よく表面異常を検出できる。

所望によりセンサーを複数設けることも可能であり、あ
るいは、第４図に示すように、対象物体を中心にして矢
印の方向に装置を回転させたりまたは楕円筒容器の軸方
向に往復運動させることにより、対象物体の外側表面を
死角なく観察することも可能である。逆に、観察すべき
対象物体を装置に対して相対的に移動させることにより
対象物体の外側表面を死角なく観察することも可能であ
る。

異型押出製品のような非対称物体の場合は、その形状に
よっては光が照射されない陰影部分が生じる場合もあり
得るが、このような場合であっても少なくとも最も重要
な外側になる（部分）を正確に観察できる。

本発明により、対象物体が透明な円柱状容器である場合
は、容器壁内部に含まれる異物や容器内側の傷や汚れな
ども同時に検出できるし、また、透明な円柱状容器内に
内容物が収納されている場合は、内容物の外観、配列、
異常などをも同時に検査できる。

例えばビン詰めの薬品や飲食物、透明ケースに収容され
ている電子部品や医療用器具などの評価や検査にも利用
できる。

第５図は、本発明の別の態様の概略斜視図である。図示
した態様では、光源２自体が透過光量を変化させる手段
を有し、光源２と対象物体３との間には光遮断手段７が
配置されている。

［発明の効果］ 本発明は、凹凸部を有する主表面を有する、立体、特に
軸対象の対象物体、例えば円筒状対象物体の表面を陰影
が生じないよう様に均等照度で照明できるので、目視観
察は勿論のこと、対象物体を撮像して原始画像を処理す
る検査装置を使用する対象物体の外観検査が容易となり
、異常検出効率が向上する。

また、本発明の方法および装置は、陰影が生じないよう
に物品を照明する必要がある場合、例えば商品などを展
示する場合に使用するデイスプレィ装置および方法とし
て適用することにより、商品のいずれの面にも陰影が生
じないように均等照度で照明することも可能となる。

更に、楕円筒容器を使用する従来の照明方法と比較する
場合、光源から放射される光の光量を変化させる本発明
の場合は、楕円筒容器の反射面の反射率を連続的に変え
ることよりも容易かつ経済的に実施できる。即ち、楕円
筒容器の内側表面全体を処理する大掛かりな方法に比べ
て、光源の周囲に透過光量を変化させる膜を設けるだけ
で十分である。また、断面が相似形の楕円筒容器を使用
する場合なら、同じ光源を使用できるという利点もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の照明方法を原理的に示す楕円筒容器の
軸方向に垂直な断面図、第２図は本発明の照明装置の概
略斜視図、第３図は本発明の照明方法の御飯様の概略斜
視図、第４図は本発明の照明方法の別の御飯様の断面図
、第５図は本発明の別の態様を示す概略斜視図、第６図
は楕円筒容器を製造する方法を示す斜視図、第７図は従
来技術の照明方法の問題点を説明するための楕円筒容器
の軸方向に垂直な断面図、第８図は対象物体への直射光
を避けるのが好ましいこと説明するための楕円筒容器の
軸方向に垂直な断面図、第９図は本発明に８ける式（１
）を導出するための説明図、第１０図および第１１図は
本発明に使用する透明性フィルムを製造する方法を模式
的に示す図である。 ■・・・楕円筒容器、２・・・光源、３・・・対象物体
、４・・・センサー、５・・・支持要素、６・・・透過
光量変化手段、７・・・光遮断手段。 ８・・・遅感光性フィルム、９・・・光源、１０・・・
光遮蔽手段、１１・・・半透明物、１２・・・感光性フ
ィルム、１３・・・光源。 特許出願人鐘淵化学工業株式会社 代理　人　弁理士前　山　葆　はかＩ名第１　図 第２図 第３図 第４図 第５７ ｇ６　ズ 第７図 第８図 第′ｉ１図 第１０図 第１１図 手続補正書 平成　１年　５１１１７１１ 平成　１年　　特許願　　第０９２６６４号２、発明の
名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（０９４）鐘淵化学工業株式会社４、代理人 自　　発 ６、補正の対象 図面の第９図、第１Ｏ図および第１１図７、補正の内容 別紙の通り 第９図 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸方向に対して垂直な断面が楕円形であり、正反射
   面を内側表面として有する楕円筒容器を使用し、楕円断
   面の一方の焦点に楕円筒容器の軸に平行になるように軸
   状光源を配置し、楕円断面の他方の焦点に対象物体を配
   置し、光源から対象物体に光を照射する対象物体の照明
   方法であって、光源から放射される光の光量（または光
   束密度）が、式： Ｒ＝｛２ａ＾２（１−ｅ）−ｂ＾２｝／｛２ａ＾２（１
   ＋ｅ・ｃｏｓθ）−ｂ＾２｝（１）［式中、Ｒは光束密
   度の変化の割合、Ｌ＿１は光源を配置する楕円の焦点と
   楕円上の任意の点との距離、ａおよびｂは楕円の長径お
   よび短径のそれぞれ１／２、ｅは楕円の離心率、θは楕
   円の両焦点を結ぶ直線と光源から該任意の点に向かって
   放射される光線との成す角度である。］ を満足し、要すれば光源から対象物体への直射光を遮断
   することを特徴とする照明方法。 ２、軸方向に対して垂直な断面が楕円形であり、正反射
   面を内側表面として有する楕円筒容器、楕円断面の一方
   の焦点に楕円筒容器の軸に平行になるように配置されて
   対象物体を照明する軸状光源および楕円断面の他方の焦
   点に対象物体を配置して支持する手段ならびに要すれば
   光源からの対象物体への直射光を遮断するための手段を
   有して成る対象物体の照明装置であって、光源から放射
   される光は請求項１記載の式（１）を満足することを特
   徴とする照明装置。 ３、請求項１記載の方法および請求項２記載の装置を使
   用して照明することを含んで成る対象物体の外観検査方
   法。