JPS63309059A - 固体光源装置 - 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〉 この発明は、視覚画像処理用に撮像される物体を照明す
るための装置に関連し、殊にこの発明は、光源として固
体撮像素子が用いられる固体光源装置に関する。

〈従来の技術〉 例えば産業用ロボットにおいて、アーム先端部には被処
理物体を撮像して画像認識するための撮像装置が配備さ
れると共に、ごの認識対象物に対し適度な照明を施すた
めの照明装置が設けられている。この種照明装置には、
認識対象物に応じて定常光を照射する方式のものと、パ
ルス光を照射する方式のものとがあり、前者の方式では
その光源として電球や蛍光灯が、また後者の方式ではス
トロボ球が、それぞれ用いられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが従来のこの種照明装置では、定常光またはパル
ス光のいずれかを照射することができるのみで、認識対
象物に応じていずれかまたは両方の照明装置を予め用意
して、これらを使い分ける必要がある。また光源として
の蛍光灯やストロボ球はその明るさが固有の値をとるた
め、照度を最適値に調整するなど困難であり、適正かつ
鮮明な画像を得るには限界がある。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、光源
として固体発光素子を用いることにより、定常光および
パルス光のいずれもを所望の照度に調整して照射できる
新規な固体光源装置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、複数個の固体
発光素子と、固体発光素子を継続的に点灯動作させるた
めの定常点灯回路と、固体発光素子を瞬時的に点灯動作
させるためのパルス点灯回路と、固体発光素子に対し定
常点灯回路とパルス点灯回路を切り換え接続するための
切換回路と、固体発光素子に流す電流の大きさまたは駆
動させる固体発光素子の個数を制御して明るさを調整す
るための明るさ調整回路とで固体光源装置を構成すると
共に、前記パルス点灯回路には、固体発光素子の駆動期
間を制御する器間制御部を設けるようにした。

く作用〉 この発明の固体光源装置において、切換回路により定常
点灯回路を固体発光素子に接続すると、各固体発光素子
が’ｆｔｎ、Ｖｔ的に点灯動作して定常光が照射される
。一方パルス点灯回路を固体発光素子に接続すると、各
固体発光素子が瞬時的に点灯動作してパルス光が照射さ
れる。

この場合に、明るさ調整回路で固体発光素子に流す電流
の大きさを制御するか、または駆動させる固体発光素子
の個数を制御することによって、照射光の明るさを調整
できる。さらに照射光がパルス光の場合は、器間制御部
によって固体発光素子の駆動期間を制御でき、これによ
り明るさの調整が可能である。

従ってこの発明によれば、定常光およびパルス光のいず
れもを所望の照度に調整して照射することができる。

〈実施例〉 第２図は、この発明が適用実施される視覚認識システム
の全体構成例を示すもので、静止または移動する物体１
に対し固体発光による照明を施すための固体光６ｆＸ、
装置２と、この照明下で前記物体１を撮像するための撮
像装置３と、この撮像装置３で得た物体画像を取り込み
２値化して視覚認識に関する各種演算や処理を実行する
画像演算装置４とから構成されている。

図示例の固体光源装置２は、前記撮像装置３と共にロボ
ットアームなどに一体固定される発光部５と、この発光
部５を電流駆動して固体発光させる電流駆動回路部７と
を含んでおり、この電流駆動回路部７は前記発光部５が
有するプリント基板８　（詳細は後述する）上に組み込
み配備されている。

第３図は、前記固体光源装置２と撮像装置３とをロボッ
トアーム１０の先端部に装着した状態を示している。

撮像装置３にはＬ型金具１１の一辺１１Ａがビス止めさ
れ、このＬ型金具１１をロボットアーム１０に取り付け
ることで、撮像装置３をロボットアームの先端部に位置
決め固定する。

このＬ型金具１１の他辺１１Ｂには前記発光部５が取り
付けである。この発光部５は前面開口の保護フード１２
を備え、この保護フード１２およびＬ型金具１１の辺１
１Ｂの中央に孔１３゜１４を設けて、その孔１３．１４
より撮像装置３のレンズ部１５を突出させている。保護
フード１２の内側には、第４図に示す如く、中央に円形
の貫通孔１６を備えたプリン１４板８が配備しである。

前記貫通孔１６は撮像装置３の光軸にその中心が一致さ
せてあり、レンズ視野に応じた大きさに形成しである。

この貫通孔１６の周囲には光照射方向を撮像装置３の向
きに対応させて複数個の固体発光素子エフが配備されて
いる′。図示例の固体発光素子１７は発光ダイオードで
あるが、これに限らず、例えばレーザダイオードであっ
てもよい。

各固体発光素子１７は、他の固体発光素子の光照射で生
ずる被撮像物体１の影を打ち消して消失するような配列
方法で配設されるもので、図示例では撮像装置３の光軸
を中心とする径の異なる同心円１．、ｌ、、ｌ、を想定
して、各同心円Ａ、、Ｎ２，１３に沿って複数個の固体
撮像素子１７を一定間隔毎に配列しである。第５図は、
プリン）　７Ｊ板８上の固体発光素子１７の他の配列例
を示しており、撮像装置３の光軸を中心とする仮想円２
に沿って複数個の固体発光素子１７が密に配列されてい
る。

第６図は、プリント基板８上の固体発光素子１７のさら
に他の配列例を示しており、撮像装置３の光軸の周囲に
複数個の固体発光素子１７が網目状かつ密に配列しであ
る。なお同図のプリント基板８は正方形状をなしており
、この場合は前記保護フード１２も同様の形状に設定す
ることは勿論である。

なお固体発光素子１７の配列方法は、上記に限らず、均
一照明を実現できる配列、ずなわら被撮像物体の影を発
生させないような配列であれば、いかなる配列方法であ
ってもよい。この場合に少ない個数の固体発光素子１７
をもって均一照明を実現すれば装置のコストを低減でき
る。

前記プリント基板８には固体発光素子１７の配列に対応
する導電パターンが形成してあり、この導電パターンを
通じて各固体発光素子１７へ順方向電流を流すことによ
り、各固体発光素子１７が固体発光して、被撮像物体に
対して均一な照明を施す。

第７図は、第５図に示す発光部５による光照射面１８の
照度分布Ｉ９を示している。図中、１７ａ、１７ｂは撮
像装置３の光軸に対し対角位置にある固体発光素子であ
って、前記照度分布１９は各固体発光素子１７ａ、１７
ｂによる照度分布２０ａ、２０ｂを合成した形となる。

同図によれば、各固体発光素子１７ａ、１７ｂをある高
さｈに位置させたときの照度分布１９は中央部分におい
て平坦な形状、すなわら均一照明状態となっている。な
お前記の高さｈは、固定発光素子１７ａ、１７ｂ間の間
隔ｄと各固体発光素子１７ａ、１７ｂの照射光の拡がり
角度θとから決まる。

第３図に戻って、保護フード１２の開口面には中央に透
光孔２１を備えた保護板２２が配備しである。この保護
板２２は保護フードＩ２内の固体発光素子１７を保護す
るためのもので、必要に応じて装着すればよい。図示例
の場合、この保護板２２は光を拡散させるための拡散機
が用いであるが、これに限らず、透明のガラス板や樹脂
板であってもよい。

第１図は、前記電流駆動回路部７０回路構成例を示して
いる。この電流駆動回路部７は、複数個の固体発光素子
１７を継続的に点灯動作させるための定常点灯回路４１
と、複数個の固体発光素子１７を瞬時的に点灯動作させ
るためのパルス点灯回路４２とを備えており、これら定
常点灯回路４１とパルス点灯回路４２とが切換スイッチ
４３を介して駆動トランジスタ４４に接続されている。

この駆動トランジスタ４４には、第１〜第３の各駆動回
路４４ａ、４４ｂ。

４４ＣがｔＤ　’＋１され、各駆動回路には各固体発光
素子１７に流す電流の大きさを制御する可変抵抗器４５
より成る第１の明るさ調整回路４６と、駆動させる固体
発光素子１７の個数を制御する選択スイッチ４７より成
る第２の明るさ調整回路４８とが直列接続されている。

第１の駆動回路４４ａは、同心円β１上に並ぶ第１群の
各固体発光素子１７を駆動するためのものであり、同様
に第２．第３の各駆動回路４４ｂ、４４ｃは他の同心円
ｆｆ２．６３上に並ぶ第２群、第３群の各固体発光素子
１７を駆動するためのものである。従って前記選択スイ
ッチ４７は、第１群〜第３群のうちいずれの群の固体発
光素子１７を駆動するかを選定するのに用いられる。

前記パルス点灯回路４２は、周期的にトリガ信号を生成
するパルス生成回路部６　（第２図に示す）と、前記ト
リガ信号によりトリガされて所定のパルス幅の駆動パル
スを生成するシングルショット回路部４９とを含んでお
り、このシングルショット回路部４９には、駆動パルス
のパルス幅を可変設定して固体発光素子１７の駆動量間
を制御する可変抵抗器５０が設けられている。

第２図に戻って、図示例の撮像装置３はＣＣＯ型または
ＭＯＳ型の固体撮像素子より成るもので、第８図（１１
に示すようなコンポジットビデオ信号Ａを画像演算装置
４およびパルス生成回路部６に与える。このパルス生成
回路部６は同期分離回路２３およびタイミング回路２４
を含んでおり、同期分離回路２３は前記コンポジットビ
デオ信号Ａより垂直同期信号Ａ、を分離し、タイミング
回路２４はこの同期分離信号Ａ、より一定時間Ｔ、たけ
遅れたタイミングで立ち上がるトリガ信号Ｂ（第８図（
２）に示す）を生成する。

このトリガ信号Ｂは垂直帰線期間Ｔ、の期間内に発生し
て電流駆動回路部７および計測期間パルス発生回路２５
に出力されるもので、電流駆動回路部７においてシング
ルショット回路部４９をトリガして駆動パルスを生成し
、この駆動パルスにより発光部５の各固体発光素子１７
を垂直同期信号Ａ、の周期（図示例の場合、１／６０秒
）毎に一斉にパルス電流駆動してストロボ発光させる。

前記計測期間パルス発生回路２５は、トリガ信号Ｂを受
けて第８図（３）に示す計測期間パルスＣを発生させ、
これを画像演算装置４へ出力するもので、画像演算装置
４はこの計測期間パルスＣの期間にビデオ信号Ａｔを２
値化した上で所定の画像処理を行うことになる。

しかして照明動作に先立ち、まず第２の明るさ調整回路
４７の選択スイッチ４７をオン・オフ操作して、いずれ
の駆動回路を駆動するかを決定した後、第１の明るさ調
整回路４６の可変抵抗器４５を調整してその駆動回路に
流す電流の大きさを設定して、照度調整を行う。

つぎに撮像対象に対し定常光により照明を施す場合には
、切換スイッチ４３を定常点灯回路４１の側にセットす
ると、駆動トランジスタ４４力４区動されて定常点灯回
路４１が通電し、選択された駆動回路に駆動電流が継続
的に与えられる。これにより対応する群の固体発光素子
１７が継続点灯動作し、撮像対象へ定常光が照射される
。

これに対し撮像対象に対しパルス光によるストロボ照明
を施す場合には、シングルショット回路部４９の可変抵
抗器５０を調整して、駆動パルスのパルス幅を調整した
後、切換スイッチ４３をパルス点灯回路４１の側にセッ
トする。

これによりパルス点灯回路４１が通電可能状態となり、
前記シングルショット回路部４９にトリガ信号Ｂが周期
的に与えられると、その都度駆動パルスが生成され、こ
の駆動パルスで選択された群の固体発光素子１７がパル
ス電流駆動され、撮像対象へパルス光が照射される。

この周期的な発光動作の間に撮像装置３の視野内に移動
物体１が入ると、その物体１に対しストロボ発光による
均一照明が施される。この瞬時照明下の物体１は撮像装
置３により画像化され、その画像は撮像装置３の各画素
に電荷情報として蓄えられる。各画素の電荷情報は第８
図（１）中斜線で示す電荷転送期間Ｔ、にそれぞれのシ
フトレジスタに転送された後、これをシリアルに取り出
すことでビデオ信号Ａ２が生成される。

このビデオ信号ＡＺは画像演算装置４に取り込まれ、前
記計測期間パルスＣに相当する期間にビデオ信号Ａ２が
２値化されて視覚認識に関する各種演算や処理が実行さ
れる。

第９図は、パルス生成回路部６の他の実施例（第２実施
例）の構成を示している。

この第２実施例は、前記第１実施例が垂直同期信号Ａ、
の周期に合わせて周期的にストロボ発光させているのに
対し、物体１が撮像装置３の視野内の所定位置にきたと
きストロボ発光させる点で差異がある。それゆえこの実
施例では、撮像装置３の視野内の所定位置に光電スイッ
チのような物体検知手段２６を配備し、この物体検知手
段２６が物体１を検知したとき、外部トリガ信号Ｆを出
力してこれをフリップフロップなどの記憶回路２７に記
憶するよう構成しである。

第１０図はこの第２実施例のタイミングチャートを示し
ており、第１０図（１）には垂直同期信号Ａ、およびビ
デオ信号Ａ２を含むコンポジットビデオ信号Ａが、また
第１０図（４）には物体検知手段２６が出力する外部ト
リガ信号Ｆが、それぞれ示しである。

またこの実施例では、撮像装置３はＣＣＤ型の固体撮像
素子より成り、パルス生成回路部６はこの撮像装置３に
おける電荷転送３１Ｊ１間Ｔ、にストロボ発光が起こら
ないような回路構成、すなわち同期分離回路２８．タイ
ミング回路２９゜マスク設定回路３０．ゲート回路３１
．パルス発生回路３２．遅延回路３３により構成しであ
る。

同期分離回路２日は前記コンポジットビデオ信号Ａより
垂直同期信号Ａ１を分離する。タイミング回路２９はこ
の垂直同期信号Ａ＋　より一定時間Ｔ、たけ遅れたタイ
ミングで立ち上がる計測スタートパルスＤ（第１０図（
２）に示す）を生成し、またマスク設定回路３０は垂直
同期信号Ａ、より一定時間Ｔ４だけ遅れたタイミングで
立ち下がるマスク信号Ｅを生成する。このマスク信号Ｅ
は前記電荷転送期間Ｔ、を含む時間タイミングで生成さ
れるもので、このマスク信号Ｅにより前記ゲート回路３
１を閉じて、前記記憶回路２７の記憶出力（外部トリガ
信号Ｆ）の通過を規制する。

パルス発生回路３２はゲート回路３１を通過する外部ト
リガ信号Ｆに基づきトリガ信号Ｂ（第１０図（５）に示
す）を生成して電流駆動回路部７へ出力するためのもの
で、このトリガ信号Ｂにより電流駆動回路部７のシング
ルショット回路４９がトリガされて駆動パルスが生成さ
れ、この駆動パルスで発光部５の各固体発光素子１７が
一斉にパルス電流駆動されてストロボ発光する。

遅延回路３３は、前記トリガ信号Ｂの発生が第１０図に
示すように前記電荷転送期間Ｔ、の前であるときは、計
測期間パルス発生回路２５に対し計測スタートパルスＤ
の入力で直ちに計測期間パルスＣ（第１０図（６）に示
す）を発生させるが、トリガ信号Ｂの発生が第１１図に
示すように前記電荷転送期間Ｔ、の後であるときは、計
測期間パルスＣの発生を遅らせ、計測期間パルス発生回
路２５に対しつぎの計測スタートパルスＤ（第１１図（
２）参照）の人力で計測期間パルスＣ（第１１図（６）
参照）を発生させるものである。従ってこの第１１図は
、マスク信号Ｅ（第１１図（３）参照）の期間に外部ト
リガ信号Ｆ（第１１図（４）参照）が立ち上がった場合
のタイミングチャートである。

前記計測期間パルスＣは画像演算装置４へ出力され、こ
の画像演算装置４は計測期間パルスＣの期間にビデオ信
号Ａ２を２値化した上で画像処理を行うことになる。

しかして第９圓に示す第２実施例において、物体が撮像
装置３の視野内の所定位置に到達すると、物体検知手段
２６の検知動作に基づきパルス発生回路２２はトリガ信
号Ｂを生成する。

このトリガ信号Ｂが電流駆動回路部７に与えられると、
駆動電流回路部７は駆動パルスを生成して、発光部５の
各固体発光素子１７をパルス電流駆動する。これにより
各固体発光素子１７は一斉にストロボ発光し、その光は
物体１に向けて照射される。この瞬時照明下の物体１は
撮像装置３により画像化され、その百橡は措像装置３の
各画素に電荷情報として蓄えられる。

この場合に前記トリガ信号Ｂが電荷転送期間Ｔ、の前に
生成されたときは、その電荷転送１１ＩＩ間Ｔ、に各画
素の蓄積電荷がそれぞれのシフトレジスタに転送された
後、これをビットシリアルに取り出されることでビデオ
信号Ａ２が生成される。このビデオ信号Ａ２は画像演算
装置４に取り込まれ、すぐの計測期間パルスＣ（第１０
図（６）に示す）に相当する期間にビデオ信号Ａ２が２
値化されて視覚認識に関する各種演算や処理が実行され
る。

一方前記トリガ信号Ｂが電荷転送期間Ｔ、の後に生成さ
れたときは、つぎの電荷転送期間Ｔ。

に各画素の蓄積電荷がそれぞれのシフトレジスタに転送
された後、これがビットシリアルに取り出されることで
ビデオ信号Ａ２が生成される。

このビデオ信号Ａ２は画像演算装置４に取り込まれ、つ
ぎの計測期間パルスＣ（第１１図（６）に示す）に相当
する期間にビデオ信号Ａ２が２値化されて視覚認識に関
する各種演算や処理が実行される。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、複数個の固体発光素子に対し定
常点灯回路またはパルス点灯回路を切り換え接続するよ
う構成したから、必要に応じて定常光およびパルス光の
いずれでも照射でき、装置の簡略化と利便を向上できる
。また明るさ調整回路で固体発光素子に流す電流の大き
さを制御するか、または駆動させる固体発光素子の個数
を制御し、しかも照射光がパルス光の場合は、さらに期
間制御部によって固体発光素子の駆動期間を制御するよ
うにしたから、明るさの調整を容易に行うことができ、
定常光およびパルス光のいずれもを所望の照度に調整し
て照射し得るなど、発明目的を達成した顕著な効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる固体光源装置の回
路構成を示す電気回路図、第２図はこの発明の適用例を
示すブロック図、第３図は固体光源装置の発光部の構造
例を示す断面図、第４図は第３図Ａ−Ａ線に沿う断面図
、第５図および第６図は固体発光素子の他の配列方法を
示す説明図、第７図はこの発明の固体光源装置による光
照射面の照度分布を示す説明図、第８図は第２図の回路
構成例のタイミングチャート、第９図はパルス生成回路
部の他の実力缶例を示すブロック図、第１０図および第
１１図は第９図の回路構成例のタイミングチャートであ
る。 １７・・・・固体発光素子 ４１・・・・定常点灯回路 ４２・・・・パルス点灯回路 ４３・・・・切換スイッチ ４６、４８・・・・明るさ調整回路 ４９・・・・シングルショット回路 ５０・・・・可変抵抗器 特　許　出　願人　　立石電機株式会社’＋７＋￥ｌ　
；／Ｉｈ月Ｑ同坏先憶口ｖ、にるえりべｓｉｍｅｚ　蝋
≠ｐホすｔａｙＡｍ丹ｚｔノθ）Ｄ　　　　ｎ＋！ｆｆ
１ｎｌｉ１足各４島−戸に漆を１のクイミラ２′チヤー
ト→：ｉツノ）２１　　→←９ルΔの目３ｈＵ、掃・１
めタイミン２□ナヤート、６．′

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の固体発光素子と、 固体発光素子を継続的に点灯動作させるための定常点灯
   回路と、 固体発光素子を瞬時的に点灯動作させるためのパルス点
   灯回路と、 固体発光素子に対し定常点灯回路とパルス点灯回路を切
   り換え接続するための切換回路と、固体発光素子に流す
   電流の大きさまたは駆動させる固体発光素子の個数を制
   御して明るさを調整するための明るさ調整回路とを備え
   、 前記パルス点灯回路は、固体発光素子の駆動期間を制御
   する期間制御部を有して成る固体光源装置。
2. （２）固体光源素子は、発光ダイオードである特許請求
   の範囲第１項記載の固体光源装置。
3. （３）固体光源素子は、レーザダイオードである特許請
   求の範囲第１項記載の固体光源装置。
4. （４）各固体光源素子は、リング状に配設されている特
   許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の固体光
   源装置。
5. （５）各固体発光素子は、径が異なる同心円に沿って配
   設されている特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか
   に記載の固体光源装置。
6. （６）各固体発光素子は、網目状に配設されている特許
   請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の固体光源
   装置。