JPH04165475A - 照明光学系 - 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） 本発明は、光源からの光束をワークの被撮像面に多方向
から照射することができる照明光学系に関するもので、
例えば画像処理装置などに適用可能なものである。

（従来の技術） 例えば、画像処理装置では、ワークの画像信号を処理装
置に入力するための画像入力装置が必要である。画像入
力装置は、基本的にはワークの載置部と、この載置部に
載置されたワークの被撮像面に対向配置したカメラ乃至
は結像光学系と、ワークの被撮像面を照明する照明光学
系とを有してなる。第７図、第１０図は、従来の画像入
力装置の例を示す。何れの例も、ワーク載置部３２の上
にワーク３１をその被撮像面が上になるように載置し、
ワーク３１の上方に、レンズ３７を有するテレビカメラ
３６をレンズ３７がワーク３１の被撮像面と対向するよ
うに配置している。そして第７図の例では、上記レンズ
３７の側方両側に配置した照明光源３４によってワーク
３１の被撮像面を照明するようになっている。第１０図
の例では、照明光源３４からの照明光束をレンズ３８を
介してライトガイド３９の一端面に集束させ、ライトガ
イド３９によって導かれた照明光束を上記カメラ３６の
レンズ３７の周囲から下方番と向けて照射することによ
りワーク３１の被撮像面を照明するようになっている。

（発明が解決しようとする課Ｍ） 第７図に示す画像入力装置の照明光学系は、ワーク３１
の被撮像面を２方向から照明するようになっていて、ワ
ーク３１の被撮像面が平面状のものであり、その明暗や
色の差などを検出するには何ら支障はない。しかし、画
像登入力しようとするワークが同一種類の材料でできて
いて、同じ色をしており、しかも被撮像面に凹凸の模様
があってこの凹凸の模様を検出しようとする場合には、
第７図に示す照明光学系は不適当である。即ち、二つの
光源３４．３４からの照明光は、第９図に配光特性曲線
４０で示すように、ワークの被撮像面のある一点０に対
して２方向から集中的に照射され、この２方向に対して
直交する方向のエリア４１の照度は相対的に低い。従っ
て、第８図に示すように、ワーク３１がコインなどのよ
うに凹凸模様を有する場合は、ワーク３１の凹凸模様の
うち、光源３４．３４からの照明光束に対し直交するエ
ツジ部分が極端に明るく、それ以外の部分は相対的に暗
くなるというように極端な明暗の差を生じる。ここで、
ワーク３１の向きが一定であるとすれば、明暗の差が生
じても画像処理に支障はないが、ワーク３１がコインの
ような場合はその向きが不定であるため、明暗の差があ
るとワークの向きによって明暗の模様の形が変化してし
まい、取り込まれる画像が異なったものになって、正し
い画像認識ができなくなる。

また、第１０図に示す画像入力装置の照明光学系によれ
ば、カメラ３６のレンズ３７の周囲から照明光が照射さ
れ、リング状の照明となる。よって、リング照明の中心
とワーク３１の中心とを一致させれば、ワーク３１側か
らみて照明光の方向性がなくなり、凹凸模様のエツジは
全体が均一に明るくなるため、ワーク３１の向きが不定
でも正しい画像認識が可能である。しかしながら、リン
グ照明をしようとすると、光源あるいは照明光の出射部
をリング状にする必要があるため、これを設置するのに
比較的大きな空間を必要とし、設置空間が狭い範囲に限
定される場合は、リング照明を採用することは不可能で
ある。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、ワークの向きがまちまちであってもワー
クの凹凸模様の明暗が変化せず、また、設置空間が狭い
範囲に限定される場合でも設置することができる照明光
学系を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、ワークの被撮像面に光束を照射する光源と、
光源と被撮像面との間に設けられていて光源からの光束
を反射して被撮像面に照射する反射部材とを有し、この
反射部材には、入射光束を同入射光束に対し互いに対称
となるように斜め方向に反射させる傾斜反射部が形成さ
れていることを特徴とする。

（作用） 光源から出射した照明光は、反射部材に入射し、反射部
材は、その傾斜反射部で入射光束を相互に異なる向きに
、しかも光束の入射方向に対し互いに対称となるように
斜め方向に分割して反射する。

分割された照明光はワークの被撮像面に照射される。こ
のようにして、一つの光源からの照明光が複数に分割さ
れてワークの被撮像面に照射されることになる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明にかかる照明光学系の
実施例について説明する。

第１図において、直方体状のケース９の一方の内底部に
は複数の光源１が配置されている。光源１は、適宜の発
光素子、例えばＬＥＤでなり、複数の光ｇ１が基板２上
にライン状に配列されて固定されている。光源１の配列
方向はケース９の長手方向である。光源１を構成する発
光素子の数は、後述のワークの大きさやその材質等によ
って適宜変更してよい。

各光源１から出射した照明光は、後述の反射部材によっ
て反射されたあとケース９の天井部に達するが、この天
井部には透明のカバーガラス４が固定されている。カバ
ーガラス４の上面はケース９の上面と一致するように取
付けられている。カバーガラス４の上をワーク５が図に
おいて奥の方から手前側に向かって搬送されるようにな
っている。ワーク５は、例えばコインやメダルなどであ
り、カバーガラス４の上面と接するワーク５の下面が被
撮像面５ａとなっている。

上記光源１とワーク５の被撮像面５ａとの間には、次の
ような反射部材が配置されている。第１図、第２図にお
いて、光源１の上方には、光源１からの照明光を斜め上
方に反射させる平面ミラー１０が配置されている。平面
ミラー１０による照明光の反射光路上には平面ミラー１
１と反射部材１２が上下方向に近接して配置され、平面
ミラー１０で反射された照明光の約半分は平面ミラー１
１で斜め上方に反射され、残りの約半分は反射部材１２
で斜め上方に反射されて被撮像面５ａに照射されるよう
になっている。平面ミラー１１による照明光の反射光路
上には反射部材１３が配置され、平面ミラー１１で反射
された照明光は反射部材１３で斜め上方に反射されて被
撮像面５ａに照射されるようになっている。各平面ミラ
ー１０゜１１及び各反射部材１２．１３は複数の光源１
の列設方向に長く形成されている。

第３図に示すように、上記反射部材１２は一方の面が平
坦面、他方の面には凹凸が交互に形成されて波形の面と
なっており、この波形の面が反射面となっている。さら
に詳細には、上記波形の反射面は、上記一方の平坦面と
平行に形成された上記波形の谷部に相当する平坦反射部
１６および上記波形の山部に相当する平坦反射部１７と
、これらの平坦反射部１６．１７をつなぐ第１傾斜反射
部１８および第２傾斜反射部１９とからなる。上記波形
の反射面は反射部材１２の長手方向に連続している。ま
た、反射部材１２は、相隣接する反射面の境界に形成さ
れる稜線が第３図において紙面にほぼ直角な方向に配置
されている。波形の反射面には光［１の照明光が入射す
るようになっている。上記第１．第２傾斜反射部１８．
１９は。

上記照明光の入射方向に対し互いに対称形にかつ適宜の
傾斜角をもって形成されている。従って、第１、第２傾
斜反射部１８．１９に入射した照明光は、照明光の入射
方向に対し互いに対称となるように斜め方向に反射され
、二つの光束に分割される。一方、各平坦反射部１６．
１７に入射した照明光は、上面または底面側から見ると
入射方向に沿い逆向きに反射され１分割されることはな
い。

このようにして、結局、反射部材１２に入射した照明光
は３方向の光束に分割された形で反射される。

他方の反射部材１３も、第３図に示す反射部材１２と全
く同様に構成されていて、入射した照明光を３方向の光
束に分割した形で反射するようになっている。

第２図に示すように、ミラー１１と反射部材１２と反射
部材１３の上下方向の幅寸法はほぼ等しくなっている。

前述のように、ミラー１０で反射された光源１からの照
明光の約半分は反射部材１２で反射されてカバーガラス
４上に線状に照射され、また、ミラー１０で反射された
光源１からの照明光の残りの約半分はミラー１１で反射
され、さらに反射部材１３で反射されてカバーガラス４
上に線状に照射され、カバーがラス４上を搬送されるワ
ーク５の被撮像面５ａを、第２図において紙面に直交す
る方向に線状に照明するようになっている。第２図にお
いて符号Ａは、照明光の線状の照射範囲の一点を示す。

ワーク５の搬送方向は第１図、第２図に矢印で示すよう
に上記線状の照射範囲に対し直交する方向である。

第１図、第２図において、ワーク５の被撮像面５ａから
下方に反射される反射光は、前記ケース９内の一側下部
に固定されたミラー３で側方に反射され、結像光学系６
に導かれるようになっている。結像光学系６は、ワーク
５の被撮像面５ａの画像をラインセンサ７上に結像させ
る。ラインセンサ７は、光源１からの照明光でミラー１
０，１１および反射部材１２．１３を介し照明されたワ
ーク５の被撮像面５ａの画像を、ワーク５の搬送方向に
対し直交する方向′に１ラインごとに検出し、画像信号
として出力する。この画像信号は５画像処理装置等に入
力される。

次に、上記実施例の動作、特に反射部材１２゜１３の作
用について説明する。

第３図に示すように、反射部材１２の第１傾斜反射部１
８への入射光束をｆｌ、平坦反射部１６への入射光束を
ｆ２、第２傾斜反射部１９への入射光束をｆｌ、平坦反
射部１７への入射光束をｆ４とする。第１傾斜反射部１
８及び第２傾斜反射部１９の幅と、平坦反射部１６及び
平坦反射部１７の幅との関係から、入射光束ｆ、、ｆ、
は入射光束ｆ、、ｆ、のほぼ２倍になっている。もう一
つの反射部材１３の作用も全く同じである。

いま、光源１から照明光を出射させると、第２図に示す
ように、照明光はまずミラー１０で右斜め上方に反射さ
れ、さらにミラー１１と反射部材１２で左斜め上方に反
射される。ミラー１１で反射された照明光はさらに反射
部材１３で右斜め上方に反射される。第２図に示すよう
に、照明光の約半分は反射部材１２に対して紙面に平行
でかつ斜め方向に入射する。この照明光の入射光束のう
ち光束ｆ２とｆ４はそれぞれ平坦反射部１６と平坦反射
部１７で反射されるため、入射光束の光路を含む垂直面
と共通の面内において、従って平面的に見れば、第３図
のように入射光束と平行に、斜め上方に進む。一方、入
射光束ｆ、は、第１傾斜反射部１８で反射され、入射光
束に対しである角度をもって反射される。同様に、照明
光束ｆ３は、第２傾斜反射部１９で反射され、入射光束
に対しである角度をもち、かつ、上記光束ｆ１の反射方
向とは逆の向きに対称的に反射される。図示の実施例で
は、照明光束ｆ１は照明光束ｆ２．　ｆ４に対し一６０
’の角度で反射され、照明光束ｆ３は照明光束ｆ、、、
ｆ４に対し６０’の角度で反射されるように、上記各反
射部１６．１７，１８．１９の角度が設定されている。

また、ミラー１１で反射された照明光束の残りの約半分
は反射部材〕３で反射される。反射部材１３も上記反射
部材１２と同様に構成されているため、照明光束は、平
面または底面から見て、反射部材１３に対し直角方向に
反射される光束と、反射部材１３に対し一６０°の角度
で反射される光束と、反射部材１３に対し６０°の方向
に反射される光束とに３分割されることになる。

反射部材１２で反射された上記各照明光束ｆ、。

ｆ２．ｆ、、ｆ、１よ、前述のようにカバーガラス４上
に線状に照射され、反射部材１３で反射された残り半分
の照明光束も同様にカバーガラス４上に線状に照射され
る。

ここで、第４図に示すように、ワーク５の被撮像面５ａ
の一点Ａに対する上記各照明光の方向をみると、反射部
材１２で反射された照明光が３方向から照射され、反射
部材１３で反射された照明光が３方向から照射されて、
合計６方向から照射されることになる。しかも、６方向
の各光束は相互に６０″の角度をもっているから、結果
的には、光源１を出射した照明光束が六つに等角度で分
割されて６方向から照射されることになる。また、上記
各照明光束ｆ、、、ｆ２．ｆ３．ｆ４のうち入射光束と
共通の平面内で反射される照明光束ｆ２．　ｆ４は、−
６０°または６０’の角度で反射される照明光束ｆ、、
ｆ、のほぼ１／２であるから、一方向に反射される照明
光束ｆ、と、他の方向に反射される照明光束ｆ３と、入
射光束と共通の平面内で反射される照明光束ｆ２．ｆ４
を合わせた照明光束とがそれぞれ等しくなる。以上説明
した作用は、ワーク５の被撮像面５ａの他の点について
も同様であり、よって、ワーク５の被撮像面５ａが多方
向から均等に照明されることになる。

このように、上記実施例によれば、ワーク５の被撮像面
５ａが多方向から均等に照明されるため、被撮像面５ａ
の凹凸模様のエツジが全周にわたって明るくなり、一部
分のみが極端に明るくなるというようなことはなくなる
から、ワーク５の方向が変わることによって凹凸模様の
明暗が変わることはない。従って、センサ７の出力信号
である画像信号は被撮像面５ａの凹凸模様に忠実な信号
となり、この信号を画像処理装置に入力して画像認識に
供したとき１画像認識の精度が向上する。

また、ワーク５の被撮像面５ａを多方向から均等に照明
するに当たり、反射部材１２．１３を用いたため、従来
のようにリング照明手段を用いる必要がなくなり、空間
的に限られた装置であっても、組み込むことが可能にな
った。

また、上記実施例のように、光源１からの照明光を反射
部材１２．１３によって相互に６０”の間隔でそれぞれ
３分割するようにすれば、ワーク５の被撮像面５ａを多
方向から均等な角度で照明することができるため効果的
である。

上記実施例では、照明光を単に反射するミラーと照明光
を分割する反射部材がそれぞれ分離されていたが、これ
らは一体のものとして構成することができる。第５図、
第６図はその例である。

第５図、第６図において、光学ガラス等でなる反射部材
２０の下部は互いに平行な垂直面３０゜１４になってお
り、上記反射部材２０の上記垂直面３０．１４の上には
波形の反射面２９．１５が形成されている。上記垂直面
３０は照明光束の入射面になっていて、照明光束が斜め
下方から入射する。上記他方の垂直面１４および上記波
形の反射面２９．１５にはそれぞれ外側面に反射膜が成
膜されて裏面反射するようになっている。

上記垂直面３０から入射した光束の約半分は垂直反射面
１４で斜め上方に反射され、さらに反射面２９で斜め上
方に反射されて図示されないワークを線状に照明するよ
うになっている。上記垂直面３０から入射した光束の残
りの約半分は反射面１５で斜め上方に反射されて図示さ
れないワークを線状に照明するようになっている。波形
の反射面１５は谷側の平坦反射部２１と山側の平坦反射
部２２とこれらの反射部をつなぐ第１傾斜反射部２３と
第２傾斜反射部２４とを有してなる。他方の波形の反射
面２９も同様に、谷側の平坦反射部２５と山側の平坦反
射部２６とこれらの反射部をつなぐ第１傾斜反射部２７
と第２傾斜反射部２８とを有してなる。このように構成
された波形の反射面１５．２９の作用効果は、前述の実
施例における反射部材１２．１３の作用効果と同じであ
るから、説明は省略する。

なお、反射部材は、少なくとも対称形に形成された第１
．第２傾斜反射部があればよく、平坦面でなる反射部は
必ずしも必要ではない。この場合でも、入射光束は少な
くとも２方向に分割されて反射されるし、入射光束を２
分割する反射部材を２個併用すれば、被撮像面は少なく
とも４方向から照明されるため、所期の目的を果たすこ
とができる。

第１図、第２図に示す実施例のミラー１０に相当するミ
ラーはこれを省略してもよい。その場合は、ミラー１１
、反射部材１２に対して光源１からの照明光を直接入射
させる。

前記実施例では、照明光束を等角度になるように分割し
ていたが、必ずしも等角度になるように分割する必要は
なく、要するに、等方的な照明、即ち、被撮像面の周囲
から照明光が照射されるようになっていればよい。

反射部材に形成する第１、第２の傾斜反射部は、必ずし
も一つの面で形成する必要はなく、傾斜角度の異なる複
数の面で形成してもよい。こうすることにより照明光の
分割数を増やすことができる。

また、第１、第２の傾斜反射部は、連続した曲面で形成
してもよい。要は、傾斜反射部が対称になっていればよ
い。

本発明にかかる照明光学系は、コインの判別装置や、ベ
ルトコンベア上のワーク判別のための画像処理装置その
他に適用可能であり、特に、ワークの被撮像面の凹凸模
様を認識する装置の照明光学系として用いれば効果的で
ある。

（発明の効果） 本発明によれば、光源と被撮像面との間に反射部材を設
け、この反射部材には、第１傾斜反射部と第２傾斜反射
部を光束の入射方向に対し互いに対称形にかつ適宜の傾
斜角をもって形成したため、入射光束が反射部材で複数
に分割されて被撮像面に多方向から照射されることにな
り、被撮像面の凹凸模様のエツジが全周にわたって明る
くなり、ワークの方向が変わることによって凹凸模様の
明暗が変わることはない。

また、被撮像面を均等に照明するに当たり、従来のよう
にリング照明手段を用いる必要がないので、限られた狭
い空間にも設置することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる照明光学系の実施例を示す斜視
図、第２図は同上実施例の光路を示す側面図、第３図は
同上実施例中の反射部材による光の反射作用を示す拡大
平面図、第４図は上記実施例中の二つの反射部材による
照明光の反射作用を示す平面図、第５図は本発明に適用
可能な反射部材の別の例に示す平面図、第６図は同上側
面図、第７図は従来の照明光学系の一例を示す正面図、
第８図は同上従来例によるワークの照明の様子を示す平
面図、第９図は同じく配光特性を示す線図、第１０図は
従来の照明光学系の別の例を示す正面図である。 １・・光源　　　　　　　５・・・ワーク５ａ・・・被
撮像面 １２．１３．２０・・・反射部材 １８、］、、９，２３，２４，２７．２８・・・傾斜反
射部。 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図　　　　第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ワークの被撮像面に光束を照射する光源と、上記光源と
   上記被撮像面との間に設けられていて光源からの光束を
   反射して被撮像面に照射する反射部材とを有し、 上記反射部材には、入射光束を同入射光束の入射方向に
   対し互いに対称となるように斜め方向に反射させる傾斜
   反射部が形成されていることを特徴とする照明光学系。