JPH10161197A - 照明装置付きカメラ - Google Patents

照明装置付きカメラ

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JPH10161197A
JPH10161197A JP32394496A JP32394496A JPH10161197A JP H10161197 A JPH10161197 A JP H10161197A JP 32394496 A JP32394496 A JP 32394496A JP 32394496 A JP32394496 A JP 32394496A JP H10161197 A JPH10161197 A JP H10161197A
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JP
Japan
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light
camera
detection object
light source
image sensor
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Application number
JP32394496A
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Inventor
Kohei Tomita
公平 冨田
Hayami Hosokawa
速美 細川
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出物体に対して光を照射する投光部が受光
レンズの周囲に配置されている照明装置付きカメラにお
いて、検出物体が光沢がある場合でも、その上に形成さ
れているパターン等を安定して検出できるようにする。 【解決手段】 投光部21は、イメージセンサ4による
検出物体X上の観察視野Rの鏡面反射領域K内に含まれ
るように配置されており、かつ、この投光部21からの
出射光が全体としてイメージセンサ4の検出物体X上の
観察視野Rの全部を覆うとともに、検出物体X上の観察
視野Rからの正反射光が受光レンズ6に直接入射しない
ような光学条件を満たす照射角度と広がり角度に設定さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を検出物体に照
射し、検出物体のパターンなどを認識する場合に使用さ
れる照明装置付きカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、たとえば、瓶、缶、パッケージ
などの容器の表面に、文字、記号、絵柄などのパターン
を刻印したりするような製造工程においては、所定の位
置にパターンが精確に形成されているか否かを検査する
ことが必要となる。
【0003】このような場合には、従来、図11および
図12に示すような照明装置付きカメラが使用されるこ
とがある。
【0004】この照明装置付きカメラ100は、検出物
体Xに形成されているパターンPを撮像するヘッド部1
02と、このヘッド部102からの出力信号を処理する
アンプ部104とからなる。
【0005】ヘッド部102は、検出物体Xのパターン
Pを撮像するイメージセンサ106の前方に検出物体X
からの反射光をイメージセンサ106に結像させる受光
レンズ108が配置されるとともに、この受光レンズ1
08の周囲には、検出物体Xに対して光を照射するLE
Dやランプ等の複数の光源110が配置されて投光部が
構成されている。受光レンズ108の周りに複数の光源
110を配置しているのは、単一の光源では、パターン
Pの認識上、十分なコントラストが得られないためであ
る。
【0006】さらに、このヘッド部102には、イメー
ジセンサの出力を電気信号に変換して出力するととも
に、イメージセンサを駆動するドライバ回路112と、
このドライバ回路112からのタイミング信号に合わせ
て各光源110をパルス発光させるためのストロボ制御
回路114が設けられている。
【0007】一方、アンプ部104は、A/D変換器1
16、予め基準パターンが記憶されたメモリ部118、
ヘッド部102で撮像されたパターンを基準パターンと
照合してその判定を行うデジタルシグナルプロセッシン
グ部(DSP部)120、および判定結果を出力する出力
部122を備える。
【0008】この構成の照明装置付きカメラにおいて、
ヘッド部102におけるストロボ制御回路114は、ド
ライバ回路112からのタイミング信号に応じて、各光
源110をパルス発光させる。各光源110からの出射
光は、検出物体Xに照射され、検出物体Xからの反射光
が受光レンズ108で受光されて、イメージセンサ10
6に検出物体Xのパターン(ここでは文字の“A”)が撮
像される。そして、ドライバ回路112は、光源110
が発光している期間にイメージセンサ106で撮像して
得られた映像信号をアンプ部104に出力する。
【0009】アンプ部104では、A/Dコンバータ1
16によって映像信号がデジタル化された後、DSP部
120に取り込まれて、その映像データが一旦メモリ部
118に記憶される。続いて、DSP部120は、ヘッ
ド部102で得られた映像データに基づくパターンをメ
モリ部118に予め記憶されている基準パターンと照合
して両パターンが一致しているか否かの判定を行う。そ
して、その判定結果が出力部122から出力される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図11およ
び図12に示したような構成の従来の照明装置付きカメ
ラ100では、撮像対象となる検出物体Xに光沢がある
と、次のような不都合を生じる。
【0011】いま、図13に示すように、投光部を構成
する各光源110から検出物体Xに対して光を照射した
場合、その照射された光は、検出物体X上で反射され
る。特に、検出物体Xの表面が極めて滑らかで光沢があ
ると、その正反射光(鏡面反射光)の成分がそのまま受光
レンズ108を介してイメージセンサ106に入射され
る。すなわち、図中、下側の光源110からの正反射光
は、符号L1'で示す範囲で存在し、また、上側の光源1
10からの正反射光は、符号L2'で示す範囲で存在す
る。このとき、両正反射光の範囲L1',L2'内に受光レ
ンズ108が含まれていることから、イメージセンサ1
06で得られる映像は、図14に示すように、ハレーシ
ョンを起こしてパターンPの一部が欠落し、その結果、
イメージセンサ106で得られる画像のパターンと基準
パターンとが一致しなくなる。
【0012】このような不都合を防止するため、従来技
術では、たとえば、図15に示すように、各光源110
を、図12に示した場合よりも受光レンズ108から離
間させて配置し、検出物体Xの表面からの正反射光(鏡
面反射光)の成分が受光レンズ108に直接入射しない
ように、換言すれば、各光源110による正反射光の各
範囲L1'',L2''から受光レンズ108の位置が外れる
ようにした構成が採られている。
【0013】このようにすれば、イメージセンサ106
で得られる映像は、図14に示したようなハレーション
は生じなくなるものの、このように、各光源110を受
光レンズ108から極端に離間させて配置すると、ヘッ
ド部102全体が大型化してしまい、小型化の要求に応
えられないという問題がある。
【0014】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、装置を徒に大型化することなく、検出
物体の光沢の影響を受けずに安定したパターンを認識す
ることができる照明装置付きカメラを提供することを課
題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、検出物体に対して光を照射する投光部
と、前記検出物体のパターンを検出するイメージセンサ
と、前記検出物体からの反射光をイメージセンサに結像
させる受光レンズとを備え、前記投光部が受光レンズの
周囲に配置されている照明装置付きカメラにおいて、次
の構成を採用している。
【0016】すなわち、請求項1記載に係る発明では、
投光部は、イメージセンサによる検出物体上の観察視野
の鏡面反射領域内に含まれるように配置されており、か
つ、この投光部からの出射光が全体としてイメージセン
サの検出物体上の観察視野の全部を覆うとともに、検出
物体上の観察視野からの正反射光が受光レンズに直接入
射しないような光学条件を満たす照射角度と広がり角度
に設定されていることを特徴としている。
【0017】請求項2記載に係る発明では、請求項1記
載の構成において、投光部は、複数の光源を備えるとと
もに、各々の光源の前面には、検出物体上での光の強度
分布を均一にするための非球面レンズが個別に配置され
て構成されていることを特徴としている。
【0018】請求項3記載に係る発明では、請求項1ま
たは請求項2記載の構成において、光源の前面には、光
源からの光を屈折させるプリズムが配置されていること
を特徴としている。
【0019】請求項4記載に係る発明では、請求項1記
載の構成において、光源の前面には、光源からの光を屈
折させるフレネルレンズが配置されていることを特徴と
している。
【0020】請求項5記載に係る発明では、 請求項4
記載の構成において、フレネルレンズには、光の強度分
布を均一にするためのレンズアレーが形成されているこ
とを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】実施形態1 図1は、この実施形態1の照明装置付きカメラの光学的
な配置関係を示す構成図、図2は同装置の撮像用のヘッ
ド部の構成を示す図であり、図2(a)はその側面図、図
2(b)はその正面図である。
【0022】この実施形態1の照明装置付きカメラは、
検出物体Xに対して光を照射する投光部21と、検出物
体Xのパターンを検出するイメージセンサ4と、検出物
体Xからの反射光をイメージセンサ4に結像させる受光
レンズ6とを備える。
【0023】そして、投光部21は、LEDやランプ等
からなる複数(この例では8個)の光源8が受光レンズ6
の周囲に配置されて構成されている。なお、この実施形
態1では、各光源8は、受光レンズ6の光軸を中心とし
て同心円状に配置されているが、図3に示すように矩形
状に配置することもできる。また、光源の数は8個に限
定されるものではなく、必要に応じて2個以上配置され
る。
【0024】さらに、この実施形態1では、投光部21
を構成する各光源8は、次の〜の光学的な条件を全
て満たすような照射角度と広がり角度に予め設定されて
いる。
【0025】いま、イメージセンサ4による検出物体X
上の観察視野をR、その観察視野Rの鏡面反射領域を
K、各々の光源8による検出物体X上の照射領域をSと
する。
【0026】このとき、 各光源8は、イメージセンサ4による検出物体X上
の観察視野Rの鏡面反射領域K内に含まれるように配置
されている。
【0027】 また、各々の光源8から検出物体X上
に照射されるスポット光が担う領域Sは、図4に示すよ
うに、観察視野Rの一部であるが、各照射領域Sの全体
としては、各スポット光の照射領域Sが互いに一部がオ
ーバーラップして観察視野Rの全部を覆うように設定さ
れている。
【0028】 さらに、各々の光源8により検出物体
Xを照明した場合の観察視野Rからの正反射光は、いず
れも受光レンズ6に直接に入射しないように、すなわ
ち、検出物体Xの表面からの正反射光のいずれの範囲L
1,L2にも受光レンズ6が含まれないように設定されて
いる。
【0029】このような〜の光学的条件を満たすよ
うにすれば、受光レンズ6からの各光源8の離間距離が
比較的小さいにもかかわらず、受光レンズ6には、検出
物体Xの観察視野Rからの正反射光が直接入射しないた
め、検出物体Xが光沢がある場合でも、その上のパター
ンPを安定して検出できることになる。
【0030】実施形態2 図5は、この実施形態2の照明装置付きカメラの光学的
な配置関係を示す構成図であり、図1ないし図4に示し
た実施形態1に対応する部分には同一の符号を付す。
【0031】この実施形態2の照明装置付きカメラの特
徴は、各々の光源8の前面に検出物体X上での光の強度
分布を均一にするための非球面レンズ10を個別に配置
して投光部22が構成されていることである。つまり、
この非球面レンズ10は、曲率半径が球面の場合よりも
小さくし、負のコニック係数の非球面に設定されてお
り、これによって、各々の光源8から検出物体X上に照
射されるスポット光が担う領域S(図4参照)における強
度分布が、図6に示すように、比較的平坦なピークとな
るようにしている。
【0032】その他の構成は、実施形態1の場合と同様
であるから詳しい説明は省略する。
【0033】この実施形態2においても、実施形態1の
場合と同様に、各々の光源8から検出物体X上に照射さ
れるスポット光が担う領域Sは、図4に示すように、観
察視野Rの一部である。
【0034】ここで、各光源8からのスポット光の指向
性が狭くて鋭い場合には、検出物体X上のスポット光の
各照射領域Sにおいて、中央とその周辺とで明るさにむ
らが生じ、その結果、観察視野R内でのコントラストも
変わるために、パターン認識を誤るおそれがある。
【0035】これに対して、この実施形態2のように、
各光源8の前面に非球面レンズ10を配置しておけば、
各スポット光の照射領域Sは、それぞれ略均一な強度分
布となるため、図4に示す観察視野Rも全体的に見て略
均一な明るさとなる。
【0036】したがって、検出物体Xが光沢がある場合
でも、その上のパターンPを実施形態1の場合よりも一
層安定して検出することが可能となる。
【0037】実施形態3 図7は、この実施形態1の照明装置付きカメラの光学的
な配置関係を示す構成図、図8は同装置の撮像用のヘッ
ド部の構成を示す図であり、図8(a)はその側面図、図
8(b)はその正面図である。
【0038】この実施形態3の照明装置付きカメラの特
徴は、各々の光源8がその光軸を全て受光レンズ6の光
軸と平行になるように平板状をした単一の取付基板14
に固定されるとともに、各光源8の前面には光を屈折さ
せる透明部材としてのプリズム12が個別に配置されて
投光部23が構成されていることである。しかも、その
場合、プリズム12からの出射光は、前述の〜の光
学的な条件を満たすように設定されている。
【0039】その他の構成は、実施形態1の場合と同様
であるから詳しい説明は省略する。
【0040】前述の各実施形態1,2の場合には、〜
の光学的条件を満たすためには、各々の光源8を受光
レンズ6の光軸に対してそれぞれ所定角度だけ傾斜して
個別に配置する必要がある。しかし、このように各光源
8を個別に傾斜配置するのは、光源8を取り付ける基板
の構造が極めて複雑になり、また、組み立て性が悪く、
コストアップを招来する。
【0041】これに対して、この実施形態3の場合、各
光源8は、平板状をした単一の取付基板14上にいずれ
も受光レンズ6の光軸と平行になるように垂直に取り付
ければよく、また、各プリズム12は、たとえば図示し
ない単一のフレームにそれぞれ所定の角度に設定して取
り付ければよいので、実施形態1の場合に比べて構造が
一層簡単となり、かつ組み立て性も改善される。
【0042】なお、この実施形態3において、各光源8
とプリズム12との間に、実施形態2で示したような非
球面レンズ10を配置して各スポット光の照射領域Sが
それぞれ略均一な強度分布となるようにすることも可能
である。
【0043】実施形態4 図9は、この実施形態4の照明装置付きカメラの撮像用
のヘッド部の構成を示す図であり、図9(a)はその側面
図、図9(b)はその正面図である。
【0044】この実施形態4の照明装置付きカメラの特
徴は、各光源8の前面には光を屈折させる透明部材とし
てのリング状をしたフレネルレンズ16が、受光レンズ
6の光軸と同心に配置されて投光部24が構成されてい
ることである。
【0045】このフレネルレンズ16は、図10(a)に
示すように、たとえばプラスチック製の基板16aの表
面に輪帯状の溝16bを形成して、段階状に光を屈折さ
せるようにしたものであって、この場合も、各光源8か
らの光がこのレンズ16を通過して屈折した後、前述の
〜の光学的条件を満たすように設定されている。
【0046】その他の構成は、実施形態3の場合と同様
であるから詳しい説明は省略する。
【0047】上記の実施形態3の場合には、各光源8に
対して個別にプリズム12を配置する必要があるため、
各プリズム12の取り付けや調整に手間がかかるが、こ
の実施形態4の場合には、一つのフレネルレンズ16を
取り付けるだけで済むため、実施形態3の場合よりも一
層構造が簡単となり、組み立て性が改良される。また、
このフレネルレンズ16は、各プリズム12を設ける場
合よりも薄型にできるため、小型化を図る上でも有利で
ある。
【0048】なお、この実施形態4において、各光源8
からのスポット光の照射領域Sがそれぞれ略均一な強度
分布となるようにするには、図10(b)に示すように、
フレネルレンズ16の裏面側において、各溝16bに対
応させてレンズアレー16cを形成することができる。
このようにすれば、実施形態2のように、各光源8に対
して非球面レンズ10を個別に配置する場合よりもさら
に一層構造が簡単になり、かつ、組み立て性が改善さ
れ、小型化を図ることができる。
【0049】また、この実施形態4では、複数の光源8
を配置しているが、リング型の蛍光灯の場合のように、
単一の光源を使用することも可能である。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。
【0051】(1) 請求項1記載に係る発明では、受光
レンズに対す投光部の離間距離が比較的小さいにもかか
わらず、受光レンズには、検出物体の観察視野からの正
反射光が直接入射しないため、検出物体が光沢がある場
合でも、その上に形成されているパターン等を安定して
検出することが可能となる。
【0052】(2) 請求項2記載に係る発明では、請求
項1記載の発明の効果に加えて、非球面レンズによって
各光源によるスポット光の照射領域がそれぞれ略均一な
強度分布となるため、イメージセンサの観察視野も全体
的に見て略均一な明るさとなり、コントラストの不均一
性に起因したパターンの誤認識が解消される。
【0053】(3) 請求項3記載に係る発明では、請求
項1または請求項2の効果に加えて、プリズムによって
光源からの出射光を屈折させるようにしているので、各
光源は受光レンズの光軸と平行になるように取り付ける
ことができ、このため、構造が一層簡単となり、かつ組
み立て性が改善される。
【0054】(4) 請求項4記載に係る発明では、請求
項1の効果に加えて、光源の前面に設けたフレネルレン
ズによって光源からの出射光を屈折させるようにしてい
るので、各光源に個別にプリズムを配置する場合よりも
一層構造が簡単で、かつ組み立て性が改善され、さらに
薄型になるために小型化を図ることが可能となる。
【0055】(5) 請求項5記載に係る発明では、請求
項4の効果に加えて、フレネルレンズに光強度分布を均
一にするためのレンズアレーを設けているので、各光源
に対して非球面レンズを個別に配置する場合よりもさら
に一層構造が簡単になり、かつ、組み立て性が改善さ
れ、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係る照明装置付きカメラ
の光学的な配置関係を示す構成図である。
【図2】図1のカメラの撮像用のヘッド部の構成を示す
図であり、同図(a)はその側面図、同図(b)はその正面図
である。
【図3】図1のカメラのヘッド部の構成の変形例を示す
正面図である。
【図4】図1のカメラの投光部を構成する各々の光源か
ら検出物体上に照射されるスポット光が担う領域Sと観
察視野Rとの関係を示す説明図である。
【図5】本発明の実施形態2に係る照明装置付きカメラ
の光学的な配置関係を示す構成図である。
【図6】図5のカメラにおいて、非球面レンズを通過し
た光の強度分布を示す特性図である。
【図7】本発明の実施形態3に係る照明装置付きカメラ
の光学的な配置関係を示す構成図である。
【図8】図7のカメラの撮像用のヘッド部の構成を示す
図であり、同図(a)はその側面図、同図(b)はその正面図
である。
【図9】本発明の実施形態4に係る照明装置付きカメラ
の撮像用のヘッド部の構成を示す図であり、同図(a)は
その側面図、同図(b)はその正面図である。
【図10】図9のヘッド部に使用されるフレネルレンズ
の構成を示す断面図である。
【図11】照明装置付きカメラの全体構成を示す斜視図
である。
【図12】図11のカメラの内部構成の詳細を示すブロ
ック図である。
【図13】従来の照明装置付きカメラの光学的な配置関
係を示す構成図である。
【図14】図13のカメラで撮影されるパターンを示す
図である。
【図15】従来の照明装置付きカメラにおいて、光学的
な配置関係を変更した場合を示す構成図である。
【符号の説明】
1,22,23,24…投光部、4…イメージセンサ、6
…受光レンズ、8…光源、10…非球面レンズ、12…
プリズム、16…フレネルレンズ、16a…基板、16b
…溝、16c…レンズアレー、X…検出物体、R…観察
視野、K…鏡面反射領域、L1,L2…正反射光の範囲。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出物体に対して光を照射する投光部
    と、前記検出物体のパターンを検出するイメージセンサ
    と、前記検出物体からの反射光をイメージセンサに結像
    させる受光レンズとを備え、前記投光部が受光レンズの
    周囲に配置されている照明装置付きカメラにおいて、 前記投光部は、イメージセンサによる検出物体上の観察
    視野の鏡面反射領域内に含まれるように配置されてお
    り、かつ、この投光部からの出射光が全体としてイメー
    ジセンサの検出物体上の観察視野の全部を覆うととも
    に、検出物体上の観察視野からの正反射光が受光レンズ
    に直接入射しないような光学条件を満たす照射角度と広
    がり角度に設定されていることを特徴とする照明装置付
    きカメラ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の照明装置付きカメラにお
    いて、 前記投光部は、複数の光源を備えるとともに、各々の光
    源の前面には、検出物体上での光の強度分布を均一にす
    るための非球面レンズが個別に配置されて構成されてい
    ることを特徴とする照明装置付きカメラ。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の照明装置
    付きカメラにおいて、 光源の前面には、光源からの光を屈折させるプリズムが
    配置されていることを特徴とする照明装置付きカメラ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の照明装置付きカメラにお
    いて、 前記光源の前面には、光源からの光を屈折させるフレネ
    ルレンズが配置されていることを特徴とする照明装置付
    きカメラ。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の照明装置付きカメラにお
    いて、 前記フレネルレンズには、光の強度分布を均一にするた
    めのレンズアレーが形成されていることを特徴とする照
    明装置付きカメラ。
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