TWI654425B - 照明裝置、照明方法及攝像裝置 - Google Patents

照明裝置、照明方法及攝像裝置

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TWI654425B
TWI654425B TW106142572A TW106142572A TWI654425B TW I654425 B TWI654425 B TW I654425B TW 106142572 A TW106142572 A TW 106142572A TW 106142572 A TW106142572 A TW 106142572A TW I654425 B TWI654425 B TW I654425B
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Abstract

本發明以小型化且低成本地提供可以複數種照明態樣對物體進行照明之照明技術。
本發明之照明裝置具備有：發光部，其具有朝向物體發光之第1發光元件及第2發光元件；光學系統，其具有將自第1發光元件所出射之光之配光變更為第1配光並朝物體導光之第1光學元件，並且將以與第1配光不同之第2配光而自第2發光元件所出射之光朝物體導光；以及照明控制部，其相互獨立地控制第1發光元件及第2發光元件之發光。

Description

照明裝置、照明方法及攝像裝置
本發明係關於對物體進行照明之照明裝置及照明方法、以及使用上述照明裝置之攝像裝置。
[相關申請案之相互參照]
以下所示之日本申請案之說明書、圖式及申請專利範圍之揭示內容係藉由參照而將其所有內容包含於本說明書中： 日本專利特願2017-57449(2017年3月23日申請)。
對物體進行照明之照明技術被利用於各種領域。作為其一態樣，例如於日本專利特開2016-57075號公報中，記載有對物體照射光而拍攝物體之影像，並根據該攝像圖像來檢查物體之外觀的檢查裝置。於該裝置中，裝備有用以對被載置於平台上之物體進行照明之光源單元。光源單元具有自正上方對平台上之物體進行照明之上方向光源部、自斜上方對該物體進行照明之複數個斜方向光源部、及自側方向對該物體進行照明之複數個側方向光源部。該等之中，斜方向光源部及側方向光源部係以包圍平台之方式而以等角度間隔被配置。於該光源單元中，選擇性地指定對應於物體中欲拍攝之對象區域之光源部，使照明光自該光源部被照射於物體。然 後，經照明之對象區域藉由攝像部而被拍攝。
記載於日本專利特開2016-57075號公報之裝置所採用之各光源部，具有單一之配光。例如側方向光源部係設定為對對象區域之大致一半照射光。因此，依據成為檢查對象物之物體之形狀或表面狀態，存在有無法得到為了拍攝對檢查有助益之圖像所需要的照明條件。例如，為了避免因照明而產生之陰影，較佳為自多方向進行配光擴散之照明。又，為了檢查物體之表面之傷痕等，較佳為藉由縮小配光來特定照明方向而觀測傷痕部分之照明光的散射光。雖存在有如此能根據物體之形狀或表面狀態或檢查之內容來變更照明態樣之要求，但習知之光源部難以滿足上述要求。
此處，為了對應複數種照明態樣，雖可考慮事先準備配光互不相同之複數個光源部，而構成為根據照明態樣而選擇性地使光源部發光，但於該情形時，無法避免照明裝置之大型化與裝置成本之增大。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於以小型化且低成本地提供可以複數種照明態樣對物體進行照明之照明技術，並提供可使用該照明技術適當地拍攝物體之攝像技術。
本發明第1態樣係一種，其對物體進行照明之照明裝置，其特徵在於具備有：發光部，其具有朝向物體發光之第1發光元件及第2發光元件；光學系統，其具有將自第1發光元件所出射之光之配光變更為第1配光並朝物體導光之第1光學元件，並且將以與第1配光不同之第2配光而自第2發光元件所出射之光朝物體導光；以及照明控制部，其相互獨立地控制第1發光元件及第2發 光元件之發光。
又，本發明第2態樣係一種，使用第1發光元件及第2發光元件對物體進行照明之照明方法，其特徵在於，藉由相互獨立地控制第1發光元件及第2發光元件之發光，而可執行第1照明動作與第2照明動作中之至少一者，從而調整對物體進行照明之光之配光，其中，上述第1照明動作係將變更自第1發光元件所出射之光之配光而得到之光，作為第1照明光而朝物體導光者；上述第2照明動作係將使自第2發光元件所出射之光之配光變更為與第1照明光之配光不同之配光而得到之光、或自第2發光元件所出射之光，作為第2照明光而朝物體導光者。
此外，本發明第3態樣係一種攝像裝置，其特徵在於具備有：平台，其保持物體；上述照明裝置，其對平台所保持之物體進行照明；及攝像部，其拍攝由照明裝置所照明之物體。
於如此所構成之發明中，若第1發光元件及第2發光元件中僅第1發光元件發光，物體由第1配光之光所照明。另一方面，若僅第2發光元件發光，物體由第2配光之光所照明。此外，若第1發光元件及第2發光元件一起發光時，物體由合成第1配光與第2配光而成之另一配光所照明。亦即，可不針對每種照明態樣設置發光部，而藉由選擇第1發光元件及第2發光元件之發光來使物體由複數種照明態樣所照明。
如上所述，根據本發明，可藉由相互獨立地控制第1發光元件及第2發光元件之發光，一邊避免裝置之大型化與成本增大，一邊以複數種照明態樣對物體進行照明。
前述之本發明之各態樣所具有之複數個構成元件並 非全為必需者，為了解決前述之課題之一部分或全部，或者為了達成本說明書所記載之效果之一部分或全部，而適當地對上述複數個構成元件之部分的構成元件進行其變更、刪除、與其他新構成元件之替換、或限定內容之部分刪除。又，為了解決前述之課題之一部分或全部，或者達成本說明書所記載之效果之一部分或全部，亦可將前述之本發明一態樣所包含之技術特徵之一部分或全部、與前述之本發明其他態樣所包含之技術特徵之一部分或全部加以組合，而設為本發明獨立之一形態。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧物體
3‧‧‧平台
4‧‧‧相機(攝像部)
5‧‧‧控制單元
11‧‧‧發光元件
11a‧‧‧第1發光元件
11b‧‧‧第2發光元件
11c‧‧‧第3發光元件
12‧‧‧發光部
13‧‧‧光學系統
14‧‧‧驅動單元
15‧‧‧照明控制部
16、17‧‧‧照明頭
18A、18B、18C、18D‧‧‧環狀照明系統
21‧‧‧照明對象區域
22‧‧‧水平面
23‧‧‧緩斜面
24‧‧‧陡斜面
25‧‧‧檢查對象面
26‧‧‧上部平面部
27‧‧‧下部平面部
31‧‧‧平台移動機構(位置調整部)
32‧‧‧平台驅動控制部(位置調整部)
33‧‧‧平台轉動機構
35‧‧‧平台移動轉動機構(位置調整部)
41‧‧‧圖像處理部
42‧‧‧相機移動機構
43‧‧‧相機驅動控制部
51‧‧‧運算處理部
52‧‧‧記憶體
100‧‧‧檢查裝置
121‧‧‧基板
131‧‧‧聚光透鏡(第1光學元件)
132‧‧‧透明基材
133‧‧‧線性菲涅爾透鏡(第1光學元件、第2光學元件)
141‧‧‧控制信號展開部
142‧‧‧驅動器
161‧‧‧頭移動機構(位置調整部)
162‧‧‧頭驅動控制部(位置調整部)
163、164‧‧‧頭轉動機構(位置調整部)
AX1、AX2、AX3‧‧‧轉動軸
X、Y‧‧‧排列方向(水平方向)
圖1係表示本發明之照明裝置之第1實施形態之圖。
圖2係示意性地表示圖1所示之照明裝置所進行物體2之照明態樣之圖。
圖3係表示本發明之照明裝置之第2實施形態之圖。
圖4係表示本發明之照明裝置之第3實施形態之圖。
圖5係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第1實施形態之圖。
圖6係示意性地表示圖5所示之檢查裝置之照明態樣及攝像態樣之圖。
圖7A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第2實施形態之圖。
圖7B係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第3實施形態之圖。
圖7C係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第4實施形 態之圖。
圖8A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第5實施形態之圖。
圖8B係圖8A之B-B線箭視俯視圖。
圖8C係示意性地表示照明頭與照明控制部之連接關係之圖。
圖9A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第6實施形態之圖。
圖9B係圖9A所示之檢查裝置之局部俯視圖。
圖10A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第7實施形態之圖。
圖10B係示意性地表示圖10A所示之檢查裝置之照明頭之移動動作之圖。
圖11A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第8實施形態之圖。
圖11B係示意性地表示圖11A所示之檢查裝置之照明頭之移動動作之圖。
圖12係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第9實施形態之圖。
圖13係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第10實施形態之圖。
圖14係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第11實施形態之圖。
A.照明裝置
圖1係表示本發明之照明裝置之第1實施形態之圖，於該圖中之(c)欄表示整體構成，並且將該欄中之A-A線箭視圖及B-B線箭視圖分別表示於(a)欄及(b)欄。又，圖2係示意性地表示圖1所示之照明裝置所進行物體2之照明態樣之圖。照明裝置1係對物體2進行照明之裝置，如圖1所示，具備有：發光部12，其具有複數個發光元件11；光學系統13，其將自各發光元件11所出射之光朝物體2之照明對象區域21導光；驅動單元14，其驅動各發光元件11；及照明控制部15，其相互獨立地控制各發光元件11之發光。
於發光部12中，如圖1之(b)欄及(c)欄所示，複數個發光元件11呈3列×16行之矩陣狀地被配設於基板121上。該等發光元件11中一半作為本發明之「第1發光元件」而發揮功能，另一方面，剩餘的一半作為本發明之「第2發光元件」而發揮功能，該等第1發光元件及第2發光元件係相互交替地被配置。於本說明書中，為了區分第1發光元件及第2發光元件，適當地分別稱為「第1發光元件11a」及「第2發光元件11b」。
對應於如此發光部12具有2種發光元件11a、11b之情形，於光學系統13中，作為本發明之「第1光學元件」之一例而設置有複數個聚光透鏡131。更詳細而言，於光學系統13中，相對於在發光部12之物體側(圖1之(c)欄中之上方側)所配置之平行平板狀之透明基材132，複數個聚光透鏡131被設置為一對一地與第1發光元件11a對向。透明基材132係由使自發光元件11所出射之光穿透之材料所構成。因此，若發光元件11a發光，自發光元件11a出射之光便一邊藉由聚光透鏡131所聚光，一邊被導光至物 體2之照明對象區域21。另一方面，若發光元件11b發光，自發光元件11b所出射之光不會通過聚光透鏡131，而直接被導光至物體2之照明對象區域21。
各發光元件11之發光，係根據自照明控制部15所賦予之控制信號來進行。該控制信號包含有與利用各發光元件11之開燈/關燈及脈寬調變(PWM：Pulse Width Modulation)所進行之調光相關的串列資料。接收該控制信號之驅動單元14，具有控制信號展開部141、及與發光元件11一對一對應地被設置之驅動器142。驅動單元14若接收到上述控制信號，便藉由控制信號展開部141將控制信號展開並生成與每個發光元件11之發光相關之資料(發光元件11之順向電流值、PWM之調光值、開燈/關燈)。然後，針對每個發光元件11，驅動器142根據上述資料來驅動發光元件11。藉此，可執行僅使發光元件11a發光之動作(第1照明動作)、僅使發光元件11b發光之動作(第2照明動作)、及使所有發光元件11發光之動作(第1照明動作+第2照明動作)。
於本實施形態中，採用LED(發光二極體；Light Emitting Diode)來作為發光元件11，第1發光元件11a及第2發光元件11b具有相同配光、即相對於光之照射方向大範圍地擴散之寬的配光。此處，所謂「配光」係表示光以何種角度、何種強度所照射者，如日本工業標準(JIS)所規定，意指一次光源(發光元件11)及二次光源(光學系統13)之發光強度相對於角度之變化或分佈。於第1照明動作中，自發光元件11a出射之光，配光係藉由聚光透鏡131所聚光而加以變更，並以該變更後之配光作為第1照明光而被導光至物體2之照明對象區域21。其結果，例如如圖2之(a)欄所示， 可以縮小照明範圍並且相對地增大照度之照明態樣，來對物體2之照明對象區域21進行照明。另一方面，藉由執行第2照明動作，可使自發光元件11b出射之光以不通過聚光透鏡131之方式通過平行平板部分，而不變更配光地直接作為第2照明光被導光至物體2之照明對象區域21。其結果，例如如圖2之(c)欄所示，可大範圍地對物體2之照明對象區域21進行照明(第2照明動作)。此外，若使所有發光元件11發光(第1照明動作+第2照明動作)，例如如圖2之(b)欄所示，便可以合成第1照明動作之配光與第2照明動作之配光而成之中間的配光，而大範圍地對物體2之照明對象區域21進行照明。
如上所述，根據本發明之第1實施形態，可僅藉由相互獨立地控制構成發光部12之複數個發光元件11之發光，便以3種配光對物體2之照明對象區域21進行照明。亦即，可不針對每種照明態樣設置專用之發光部，便由於可小型化且低成本地以複數種照明態樣對物體2進行照明。又，由於可藉由切換發光元件11之開燈與關燈來變更被照射至照明對象區域21之照明光之配光，因此可在短時間進行配光之切換。
圖3係表示本發明之照明裝置之第2實施形態之圖。該第2實施形態與第1實施形態較大之不同點，基本上在於發光部12及光學系統13之構成，其他構成則與第1實施形態相同。以下，以不同點為中心進行說明，對相同構成標示相同符號並省略說明。
於第2實施形態之發光部12，複數個發光元件11被配設為2列×16行之矩陣狀，且相對於構成上段列之發光元件係作為第1發光元件11a而發揮功能，構成下段列之發光元件係作為第 2發光元件11b而發揮功能。又，與此對應地，於光學系統13中，線性菲涅爾透鏡133係作為本發明之「第1光學元件」之一例而設置。更詳細而言，於光學系統13中，相對於被配置於發光部12之物體側之平行平板狀之透明基材132，線性菲涅爾透鏡133係對應於發光部12之上段列(第1發光元件11a)而設置。該線性菲涅爾透鏡133係將菲涅爾透鏡之原理應用於圓柱透鏡而成者，與第1發光元件11a之排列方向X平行地設置有直線溝。
於如此所構成之照明裝置1中，若根據自照明控制部15所賦予之控制信號而僅第1發光元件11a發光，自第1發光元件11a所出射之光便藉由線性菲涅爾透鏡133而被聚光於直線溝之排列方向Y，其結果，可僅沿著於排列方向Y縮小照明範圍，呈線狀地對物體2之照明對象區域21(參照圖1)進行照明(第1照明動作)。另一方面，若僅第2發光元件11b發光，便可與第1實施形態同樣地直接以寬的配光之狀態對物體2之照明對象區域21進行照明(第2照明動作)。如此自線性菲涅爾透鏡133所出射之光及自第2發光元件11b所出射之光，分別相當於本發明之「第1照明光」及「第2照明光」之一例。
如上所述，根據第2實施形態，可僅藉由相互獨立地控制構成發光部12之複數個發光元件11之發光，便以2種配光對物體2之照明對象區域21進行照明。亦即，可不針對每種照明態樣設置發光部，便小型化且低成本地以複數種照明態樣對物體2進行照明。再者，於第2實施形態中，雖不進行第1發光元件11a及第2發光元件11b之同時發光，但若有必要，亦可同時進行發光。又，亦可取代線性菲涅爾透鏡133而設置圓柱透鏡來作為本發明之 「第1光學元件」。
圖4係表示本發明之照明裝置之第3實施形態之圖。該第3實施形態與第1實施形態較大之不同點，在於光學系統13之構成，其他構成則與第1實施形態相同。以下，以不同點為中心進行說明，對相同構成標示相同符號並省略說明。
於第3實施形態中，構成發光部12之發光元件11中，構成上段列之發光元件11c係作為本發明之「第3發光元件」而發揮功能。另一方面，剩餘者則與第1實施形態同樣地作為第1發光元件11a及第2發光元件11b而發揮功能，且相互交替地被配置。而且，於光學系統13中，相對於被配置於發光部12之物體側之平行平板狀之透明基材132，線性菲涅爾透鏡133對應於發光部12之上段列(第3發光元件11c)而設置，並且複數個聚光透鏡131以與第1發光元件11a一對一地對向之方式被設置。
於如此所構成之照明裝置1中，若根據自照明控制部15(參照圖1)所賦予之控制信號，而與第1實施形態同樣地僅第1發光元件11a發光，便可以二維地縮小照明範圍並且相對地增大照度之第1配光(參照圖2之(a)欄)對物體2之照明對象區域21進行照明。又，若僅第2發光元件11b發光，自發光元件11b所出射之光便可以不通過聚光透鏡131及線性菲涅爾透鏡133之方式通過平行平板部分，而藉由第2配光(參照圖2之(c)欄)大範圍地對物體2之照明對象區域21進行照明。若使第1發光元件11a及第2發光元件11b發光，便可藉由合成第1照明動作之配光與第2照明動作之配光而成之中間的配光(參照圖2之(b)欄)而大範圍地對物體2之照明對象區域21進行照明。此外，若僅第3發光元件11c發光， 自第3發光元件11c所出射之光便被聚光於直線溝之排列方向，而可藉由僅沿著該排列方向縮小照明範圍之第3配光，呈線狀地對物體2之照明對象區域21進行照明。
如上所述，根據第3實施形態，使用對透明基材132分別設置聚光透鏡131及線性菲涅爾透鏡133來作為本發明之「第1光學元件」及「第2光學元件」之一例的光學系統13，可僅藉由相互獨立地控制構成發光部12之複數個發光元件11之發光，便以4種配光對物體2之照明對象區域21進行照明。亦即，第3實施形態係組合第1實施形態與第2實施形態而成者，可增加照明態樣。如此於第3實施形態中，自聚光透鏡131所出射之光及自線性菲涅爾透鏡133所出射之光，分別相當於本發明之「第1照明光」及「第2照明光」之一例。
再者，光學系統13之構成並非限定於前述之實施形態者，例如亦可使用相對於線性菲涅爾透鏡133對應於構成發光部12之複數個發光元件11中部分之發光元件11c而設置，而以相對於剩餘之發光元件11a以一對一地對應之方式設置聚光透鏡131之光學系統13。於該情形時，可選擇性地執行藉由發光元件11a之發光而二維地縮小照明範圍之照明態樣、及藉由發光元件11c之發光而具有線狀之照明範圍之照明態樣。
B.裝備上述照明裝置之檢查裝置
其次，一邊參照圖式，一邊對藉由上述照明裝置1而對物體照射光並拍攝物體之影像，並根據該攝像圖像對物體之外觀進行檢查之檢查裝置進行說明。
圖5係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第1 實施形態之圖。又，圖6係示意性地表示圖5所示之檢查裝置之照明態樣及攝像態樣之圖。檢查裝置100係一邊藉由圖1所示之照明裝置對被載置於平台3上之物體(檢查對象物)2進行照明，一邊拍攝物體2並進行檢查的裝置。該檢查裝置100在平台3之上方固定配置有照明頭16。該照明頭16係一體地保持照明裝置之構成零件中之發光部、光學系統及驅動單元者，且以對應於來自照明控制部15之控制信號之照明態樣，自上方對平台3上之物體2進行照明。
於照明頭16之下方側，平台3係設置為於水平方向X、Y上移動自如。該平台3係連接於平台移動機構31。而且，藉由平台移動機構31對應於來自平台驅動控制部32之移動指令而作動，平台3於水平方向X、Y上移動，而可將自照明頭16所出射之照明光照射至物體2之所期望區域。亦即，於本實施形態中，照明頭16係設置為可相對於物體2相對地移動，而可切換物體2之照明對象區域21(圖6)。
為了拍攝由照明頭16所照明之照明對象區域21，相機4被配置於平台3之斜上方。該相機4將對應於拍攝照明對象區域21所取得之圖像之圖像資料傳輸至圖像處理部41。另一方面，圖像處理部41匯入來自相機4之圖像資料，並進行二值化等之圖像處理。
檢查裝置100具有用以控制裝置各部之控制單元5。控制單元5除了前述之照明控制部15、平台驅動控制部32及圖像處理部41以外，還具有運算處理部51及記憶體52。記憶體52儲存檢查程式、初始設定等或裝置動作中之各種資料。另一方面，運算處理部51具有執行邏輯運算之周知之CPU(中央處理單元； Central Processing Unit)，並根據記憶體52所預先儲存之檢查程式來控制裝置各部而進行物體2之外觀檢查。尤其，於本實施形態中，如以下所說明般，藉由對應於外觀檢查內容來切換照明態樣而謀求檢查精度之提升。
於檢查裝置100中，照明裝置由照明控制部15及照明頭16所構成，其具體之構成與圖1所示之照明裝置1相同。例如以圖2之(c)欄所示之照明態樣對物體2進行照明，藉此可對形狀複雜之照明對象區域21進行不易因照明而產生陰影之拍攝。另一方面，以圖2之(a)欄所示之照明態樣對物體2進行照明，藉此亦可拍攝存在於照明對象區域21之凹凸之陰影，從而容易特定出凹凸為藉由缺陷或傷痕所產生者之情形時之檢查對象。因此，較佳為根據物體2之形狀或表面狀態等來切換照明態樣。對此，例示物體2之一例而對具體之照明態樣之切換進行說明。再者，此處，一邊參照圖6，一邊對拍攝具有水平面22、緩斜面23及陡斜面24之物體2並於根據該等之攝像圖像而進行水平面22之檢查時之照明態樣的切換進行說明。
若成為檢查對象之物體2藉由省略圖示之搬送機器人或使用者被載置於平台3上，運算處理部51便根據記憶體52所預先儲存之檢查程式來控制裝置各部而進行物體2之照明、拍攝及檢查。於拍攝成為檢查對象之除了水平面22以外亦包含有斜面之物體2時，若由斜面鏡面所反射之光直接入射至相機4，便存在有對攝像圖像造成不良影響之可能性。例如如圖6之(a)欄所示，於物體2之表面中藉由照明頭16所照明之區域、即照明對象區域21除了水平面22以外還存在有緩斜面23之情形時，被緩斜面23鏡面 反射而直接入射至相機4之光很少。因此，即便以相對於光之照射方向大範圍地擴散之寬的第2配光進行照明，亦不會對攝像圖像造成不良影響，而可良好地檢查水平面22。然而，若平台3移動而如圖6之(b)欄所示，於照明對象區域21除了水平面22以外還存在有陡斜面24，被陡斜面24鏡面反射而直接入射至相機4之光之量便會變多，而存在有難以藉由相機4取得適當之圖像之情形，於該情形時，藉由照明頭16所進行之照明被切換為縮小照明範圍之第1配光(參照圖2之(a)欄)，可抑制來自陡斜面24之反射光入射至相機4之情形，而可藉由相機4來拍攝對水平面22之檢查而言較佳之圖像。
如上所述，根據裝備有本發明之照明裝置之檢查裝置100，可根據物體2之形狀等來切換照明態樣，而可拍攝對檢查而言較佳之圖像，其結果，可高精度地進行檢查。
又，由於可藉由發光元件11之開燈及關燈來進行照明態樣之切換，即藉由電性切換控制來進行照明態樣之切換，因此相較於藉由機械方式進行照明態樣之切換之習知技術，可大幅地縮短切換所需之時間。尤其，檢查裝置100可進行必須檢查多品種之物體2而以短時間切換照明態樣之技術特徵非常地有用。
此外，於使用習知之照明裝置之檢查裝置中，雖藉由處理由複數次照明/拍攝所得到之複數個圖像而得到檢查結果，但本實施形態之檢查裝置100亦存在利用可藉由照明頭16來變更照明光之配光之特性而可減少1次檢查所應進行之拍攝次數之事例，而於該情形時，可大幅地縮短檢查時間。
如此，於圖5及圖6所示之實施形態中，照明控制部 15及照明頭16係作為本發明之「照明裝置」而發揮功能，相機4係作為本發明之「攝像部」而發揮功能，將該等與平台3組合而成者係作為本發明之「攝像裝置」而發揮功能。
然而，於上述檢查裝置100中雖固定配置有照明頭16，但例如亦可如圖7A所示般將照明頭16構成為可沿著鉛垂方向升降(檢查裝置之第2實施形態)。於該實施形態中，對照明頭16連接頭移動機構161，並根據自設置於控制單元5之頭驅動控制部162所賦予之升降指令使頭移動機構161作動，藉此可調整在鉛垂方向上照明頭16相對於物體2之相對位置關係。因此，可藉由該位置調整來變更照明頭16至物體2之距離、即照明光之照射距離而將照明條件適當化。如此於第2實施形態中，頭移動機構161及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
又，例如亦可如圖7B所示般將照明頭16構成為可繞與水平方向平行之轉動軸AX1轉動(檢查裝置之第3實施形態)。於該實施形態中，將頭轉動機構163連接於照明頭16，並根據自設置於控制單元5之頭驅動控制部162所賦予之轉動指令使頭轉動機構163作動，藉此可使照明頭16以轉動軸AX1為轉動中心轉動而調整相對於物體2之相對位置關係。因此，可藉由該位置調整使照明光之照射面符合繞轉動軸AX1之照明對象區域21之傾斜。如此於第3實施形態中，頭轉動機構163及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
轉動方向並非限定於以上述轉動軸AX1為轉動中心之方向者，例如亦可如圖7C所示般構成為可繞與轉動軸AX1不同 之轉動軸AX2轉動(檢查裝置之第4實施形態)。於該實施形態中，將頭轉動機構164連接於照明頭16，並根據自設置於控制單元5之頭驅動控制部162所賦予之轉動指令使頭轉動機構164作動，藉此可使照明頭16以轉動軸AX2為轉動中心轉動而調整相對於物體2之相對位置關係。因此，可藉由該位置調整使照明光之照射面符合繞轉動軸AX2之照明對象區域21之傾斜。如此於第4實施形態中，頭轉動機構164及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
照明頭16相對於物體2之相對位置調整並非限定於單一方向者，亦可複合地將該等加以組合。例如亦可構成為將照明頭16設置為可沿著鉛垂方向及繞轉動軸AX1、AX2移動，並根據來自頭驅動控制部162之指令使照明頭16藉由頭移動轉動機構(省略圖示)朝3個方向移動而使其轉動，從而調整相對於物體2之相對位置關係。再者，此處，頭移動轉動機構及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
圖8A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第5實施形態之圖。又，圖8B係圖8A之B-B線箭視俯視圖。此外，圖8C係示意性地表示照明頭與照明控制部之連接關係之圖。於該第5實施形態之檢查裝置100中，平台3繞沿著鉛垂方向延伸之轉動軸AX3轉動自如。平台3係連接於平台轉動機構33。而且，平台轉動機構33根據來自平台驅動控制部32之轉動指令而作動，藉此使平台3繞轉動軸AX3轉動。又，複數個照明頭17係以包圍被載置於平台3上之物體2之方式被配置，而可自側方向呈環狀地對物體2進行照明。如此，複數個照明頭17作為側方向光源部發揮 功能而進行環狀照明。
各照明頭17一體地保持圖3所示之照明裝置1之構成零件中之發光部12、光學系統13及驅動單元14。如圖8C所示，照明頭17之驅動單元14係成為2個系統地被纜線連接於照明控制部15。而且，與上述照明裝置1相同地，若串列資料作為控制信號而自照明控制部15被傳輸至各驅動單元14，將控制信號展開，並將成為控制資訊之LED之順向電流值、PWM之調光值、開燈/關燈等傳送至驅動器142(參照圖1)。藉此，藉由僅發光元件11a發光，而如圖8A所示，線狀之照明光被照射至平台3上之物體2，而進行利用自與物體2之檢查對象面25接近平行之角度所縮減的第1配光之全周照明。另一方面，雖於圖8A中省略圖示，但藉由僅發光元件11b發光而可自側方向大範圍地對物體2進行照明。
於如此被照明之物體2之鉛垂上方，如圖8A所示配置有相機4，而可自鉛垂上方拍攝物體2之檢查對象面25。因此，可藉由僅相互獨立地控制發光元件11之發光便以2種配光對物體2之檢查對象面25進行照明。亦即，可不針對每種照明態樣設置發光部，便小型化且低成本地以複數種照明態樣對物體2進行照明。尤其，於該實施形態中，作為檢查對象物之物體2位於由複數個照明頭17所構成之環狀照明系統之中心部，而以上述第1配光進行全周照明、即在進行低角度之暗視野照明之狀態下進行藉由相機4之拍攝。因此，可拍攝存在於檢查對象面25之細微之傷痕等。其結果，可高精度地進行物體2之外觀檢查。
圖9A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第6實施形態之圖。又，圖9B係圖9A所示之檢查裝置之局部俯視圖。 該第6實施形態之檢查裝置100與第5實施形態較大之不同點，在於與照明裝置及相機相關之構成，其他構成基本上與第5實施形態共通。因此，於以下之說明中，以不同點為中心進行說明，而對相同構成標示相同符號並省略構成說明。
於第6實施形態中，與第5實施形態相同地，載置作為檢查對象物之物體2之平台3係與平台轉動機構33連接，並藉由根據來自平台驅動控制部32之轉動指令使平台轉動機構33作動而使平台3繞轉動軸AX3轉動。又，複數個照明頭16係以呈圓頂狀地包圍被載置於平台3上之物體2之方式被配置。更詳細而言，設置有環直徑互不相同之4個環狀照明系統18A~18D，可以側方向、第1斜方向、第2斜方向及上方之4個階段呈環狀地對物體2進行照明。
該等中，環直直徑最大之第1段之環狀照明系統18A，係以包圍被載置於平台3上之物體2之方式配置有複數個照明頭16，而可自側方向呈環狀地對物體2進行照明。又，於該環狀照明系統18A中，若僅發光元件11a發光，便可以二維地縮小照明範圍之第1配光(參照圖2之(a)欄)自側方向對物體2向進行環狀照明。又，若僅發光元件11b發光，便可以照明光大範圍地擴散之第2配光(參照圖2之(c)欄)自側方向對物體2進行環狀照明。此外，若發光元件11a、11b發光，便可以中間的配光(參照圖2之(b)欄)自側方向對物體2進行環狀照明。其他環狀照明系統18B~18D除了環直徑不同及照明光之照射方向不同以外，被構成為與環狀照明系統18A相同。如此於本實施形態中，可以互不相同之3種配光對平台3上之物體2進行照明。而且，藉由控制PWM之調光值而可 調整環狀照明之照度分佈或配光分佈。對此，於後所說明之實施形態亦相同。
又，為了自各種角度拍攝物體2，而於照明頭16之間隙之複數個部位，分別各配置有1台相機4。再者，於圖9A及圖9B中，為了於視覺上與照明頭16加以區分而對相機4標示點(dot)。對此，於後所說明之實施形態亦相同。
於如此所構成之檢查裝置100中，可藉由僅相互獨立地控制發光元件11之發光，便以3種配光對物體2進行照明。亦即，可不針對每種照明態樣設置發光部，便小型化且低成本地以複數種照明態樣對物體2進行照明。
再者，於第6實施形態中，雖以照明頭16構成所有環狀照明系統18A~18D，但為了檢查存在於作為檢查對象物之物體2之上表面之傷痕等，亦可與第5實施形態同樣地使用低角度之環狀照明。亦即，亦可由照明頭17來構成第1段之環狀照明系統18A。然而，該環狀照明系統18A之環直徑較大，且照明頭17至物體2之照明光之照射距離相對較大。因此，存在有因照度低下或照明光之擴散而難以良好地拍攝存在於物體2之上表面之傷痕等的情形。因此，較佳為將頭移動機構161連接於構成環狀照明系統18A之照明頭17，並於藉由環狀照明系統18A對物體2進行照明時使照明頭17接近物體2(第7實施形態)。以下，一邊參照圖10A及圖10B一邊對第7實施形態之檢查裝置100進行說明。
圖10A係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第7實施形態之圖。又，圖10B係示意性地表示圖10A所示之檢查裝置之照明頭之移動動作之圖。該第7實施形態之檢查裝置100 與第6實施形態較大之不同點，在於與照明裝置相關之構成，其他構成基本上與第6實施形態共通。因此，於以下之說明中，以不同點為中心進行說明，對相同構成標示相同符號並省略構成說明。
於第7實施形態中，雖與第6實施形態相同地，設置有環直徑互不相同之4個環狀照明系統18A~18D，但其中之環狀照明系統18A係由照明頭17所構成。而且，如圖10A所示，於各照明頭17連接有頭移動機構161。而且，針對每個照明頭17，頭移動機構161根據自頭驅動控制部162所賦予之移動指令而作動，藉此可調整環狀照明系統18A之徑向上照明頭17相對於物體2之相對位置關係。因此，藉由該位置調整可變更照明頭17至物體2之距離、即照明光之照射距離，而將照明條件適當化。
於如此所構成之第7實施形態中，如圖10B所示，根據被載置於平台3上之物體2之大小，構成環狀照明系統18A之照明頭17之一部分接近物體2，藉由僅該接近之照明頭17開燈，而可以較高之照度進行低角度之暗視野照明。其結果，可良好地拍攝存在於物體2之上表面之細微之傷痕等，而可高精度地進行物體2之外觀檢查。如此於第7實施形態中，頭移動機構161及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
再者，於圖10B中，雖使構成環狀照明系統18A之照明頭17之一半接近物體2，但要移動之照明頭17之選擇或移動距離為任意，較佳為根據物體2之大小來設定。例如，較佳為隨著物體2變小使選擇之照明頭17之個數減少並且使移動距離變大。又，較佳係如圖11A及圖11B所示般，對應於縮小照明頭17之暗 視野照明之範圍而使被配置於物體2之鉛垂上方之相機4接近物體2(第8實施形態)。於該第8實施形態中，對上述相機4連接有使其沿著鉛垂方向升降之相機移動機構42。而且，藉由相機移動機構42根據自被設置於控制單元5之相機驅動控制部43所賦予之升降指令而作動，可使相機4沿著鉛垂方向移動而調整相對於物體2之相對位置關係。因此，藉由該位置調整，自經暗視野照明之物體2所出射的光以充分之光量被相機4接收，而可確實地拍攝物體2之暗視野像。其結果，可以更良好之圖像品質拍攝存在於物體2之上表面之細微之傷痕等，而可進一步提升物體2之外觀檢查之精度。
圖12係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第9實施形態之圖。該第9實施形態之檢查裝置100相對於圖9A及圖9B所示之檢查裝置100，附加有頭移動轉動機構(省略圖示)及頭驅動控制部162。頭移動轉動機構具有組合圖7A所示之頭移動機構161與圖7B所示之頭轉動機構163而調整照明頭16相對於被載置於平台3上之物體2之相對位置的功能。而且，頭移動轉動機構被分別連接於呈圓頂狀地被配置之照明頭16，並藉由頭移動轉動機構根據自被設置於控制單元5之頭驅動控制部162所賦予之移動轉動指令而作動，可調整照明頭16相對於物體2之相對位置關係。再者，其他構成基本上與圖9A及圖9B所示之檢查裝置100相同。
於如此所構成之檢查裝置100中，藉由對應於被載置於平台3上之物體2之形狀來調整照明頭16之位置而可合理地拍攝物體2。例如如圖12所示，於檢查剖面形狀為大致I字狀之物體2時，在進行以下之位置調整後：‧使構成環狀照明系統18A之照明頭16之一部分朝環狀照明 系統18A之徑向內側移動而接近物體2，並且使剩餘之照明頭16朝斜上方轉動；‧使構成環狀照明系統18C之照明頭16之一部分朝環狀照明系統18C之徑向內側移動而接近物體2；利用環狀照明系統18A、18C之照明頭16對物體2進行照明，藉此可同時拍攝對物體2之上部平面部26之傷痕檢查與下部平面部27之傷痕檢查而言較佳之圖像。其結果，可良好地拍攝存在於上部平面部26及下部平面部27之細微之傷痕等，而可以短時間且高精度地進行具有複雜形狀之物體2之外觀檢查。如此，於第9實施形態中，頭移動轉動機構及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
再者，於本實施形態中，亦可構成為相對於平台轉動機構33組入使平台3升降之平台移動機構，並使平台3對應於物體2之形狀等升降，從而調整物體2與照明頭16之位置關係。又，亦可構成為將照明頭16之一部分或全部置換為照明頭17而可執行暗視野照明。對此，以下之實施形態亦相同。
圖13係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第10實施形態之圖。該第10實施形態之檢查裝置100相對於圖12所示之檢查裝置100，附加有相機移動轉動機構(省略圖示)及相機驅動控制部43。相機移動轉動機構同時具備有藉由與頭移動轉動機構相同之機構而使相機4朝向物體2進退移動之機構、及使相機4繞轉動軸轉動而使攝影角度變更之機構，而具有調整相機4相對於被載置於平台3上之物體2之相對位置的功能。而且，於每個相機4連接有相機移動轉動機構，藉由相機移動轉動機構根據自被設置 於控制單元5之相機驅動控制部43所賦予之移動轉動指令而作動，而可調整相機4相對於物體2之相對位置關係。再者，其他構成基本上與圖12所示之檢查裝置100相同。
於如此所構成之檢查裝置100中，藉由對應於被載置於平台3上之物體2之形狀來調整照明頭16之位置及相機4之位置，可合理地拍攝物體2。例如如圖13所示，在以包圍物體2之方式將照明頭16及相機4定位後，利用環狀照明系統18A~18D之照明頭16對物體2進行照明，藉此可一邊均勻地對物體2進行照明一邊拍攝物體2。其結果，可以短時間且高精度地進行物體2之外觀檢查。如此，於第10實施形態中，頭移動轉動機構及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
圖14係表示裝備本發明之照明裝置之檢查裝置之第11實施形態之圖。該第11實施形態之檢查裝置100取代圖12所示之檢查裝置100之平台轉動機構33，而設置有平台移動轉動機構35。再者，其他構成與第10實施形態之檢查裝置100相同。
平台移動轉動機構35係相對於平台轉動機構33附加使平台3沿著鉛垂方向升降之平台移動機構而成者，且與載置作為檢查對象物之物體2之平台3連接。而且，藉由平台移動轉動機構35對應於來自平台驅動控制部32之移動指令而作動，可使平台3升降並將物體2定位於適於拍攝之位置。
於如此所構成之檢查裝置100中，藉由對應於被載置於平台3上之物體2之大小來調整鉛垂方向上之平台3之高度位置及照明頭16之位置，可合理地拍攝物體2。例如如圖14所示般檢 查薄板狀之物體2時，在進行以下之位置調整後：‧藉由使平台3上升而使物體2位於使攝像面(省略圖示)朝向鉛垂下方之相機4之正下方；‧以構成上述相機4所接近之環狀照明系統18D的照明頭16之照明方向朝向內側之方式使照明頭16轉動；利用環狀照明系統18D之照明頭16對物體2進行照明，藉此可拍攝對物體2之檢查而言較佳之圖像。其結果，可進行無法僅藉由照明頭16之可動配置來彌補之照明調整，從而可提高檢查裝置100之通用性。如此於第11實施形態中，頭移動轉動機構及頭驅動控制部162之組合相當於本發明之「頭驅動部」及「位置調整部」之一例。
C.其他
再者，本發明並非限定於上述實施形態者，只要不脫離其主旨便可進行除上所述者以外之各種變更。例如，於上述實施形態中，雖變更使用聚光透鏡131或線性菲涅爾透鏡133之配光，但亦可藉由其他光學透鏡來變更配光。
又，於使用複數個照明頭16(或17)對作為檢查對象物之物體2進行照明之檢查裝置100中，例如如圖8C所示，雖藉由2個纜線系統來傳輸控制信號，但控制信號之傳輸系統並非限定於此者，亦可藉由1個或3個以上之纜線系統來傳輸控制信號。
於第5實施形態至第11實施形態之檢查裝置100中，雖一邊使物體2與平台3一起轉動一邊拍攝物體2之圖像，但使物體2轉動或旋轉並非必要條件，亦可將物體2維持在固定之狀態下進行一連串之處理(照明/攝像/檢查)。
又，於第5實施形態至第11實施形態之檢查裝置100中，雖將複數個照明頭16(或17)呈環狀地排列而構成環狀照明系統18A~18D，但照明頭16(或17)之排列並非限定於環形狀者，亦可排列成多邊形形狀。
又，於第6實施形態至第11實施形態之檢查裝置100中，雖藉由設置4個環狀照明系統18A~18D而將複數個照明頭16(或17)配置成圓頂狀，但環狀照明系統之個數或配置等並非限定於此者。
此外，於前述中雖應用於一邊藉由本發明之照明裝置1對物體2進行照明一邊進行物體2之外觀檢查的檢查裝置100，但照明裝置1之應用對象並非限定於此者。例如可作為被裝備於一邊對自吐出口吐出液體(處理液、墨水等)之噴嘴進行照明一邊拍攝噴嘴之吐出口而進行觀察的攝像裝置、一邊對培養有細胞等之試樣進行照明一邊拍攝試樣而進行觀察的攝像裝置、或一邊對利用三維印表機所得到之造形物進行照明一邊拍攝造形物而進行觀察的攝像裝置等之照明裝置而使用。
以上，雖已依特定之實施例對發明進行說明，但該說明並非意圖以限定性之意涵所解釋者。只要參照發明之說明，則所揭示之實施形態之各種變形例便與本發明之其他實施形態同樣地，可由本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知悉者。因此，隨附之申請專利範圍係可於不脫離發明之真正範圍的範圍內，包含該變形例或實施形態者。
本發明可應用於所有對物體進行照明之照明裝置及照明方法、以及使用上述照明裝置之攝像裝置。

Claims (11)

  1. 一種照明裝置，係對物體進行照明者，其特徵在於，其具備有：發光部，其有朝向上述物體發光之第1發光元件及第2發光元件；光學系統，其具有將自上述第1發光元件所出射之光之配光變更為第1配光並朝上述物體導光之第1光學元件，並且將以與上述第1配光不同之第2配光而自上述第2發光元件所出射之光朝上述物體導光；照明控制部，其相互獨立地控制上述第1發光元件及上述第2發光元件之發光；以及照明頭，其係設置為可一邊一體地保持上述發光部及上述光學系統一邊相對於上述物體相對地移動。
  2. 如請求項1之照明裝置，其中，上述第1發光元件及上述第2發光元件出射上述第2配光之光，上述光學系統將自上述第2發光元件所出射之光維持為上述第2配光而朝上述物體導光。
  3. 如請求項1之照明裝置，其中，上述光學系統具有使自上述第2發光元件所出射之光之配光變更為上述第2配光之第2光學元件。
  4. 如請求項3之照明裝置，其中，上述發光部進一步具有朝向上述物體發光之第3發光元件，上述第1發光元件及上述第3發光元件出射與上述第1配光及上述第2配光皆不同之第3配光之光，上述光學系統將自上述第3發光元件所出射之光維持為上述第3配光而朝上述物體導光，上述照明控制部以獨立於上述第1發光元件及上述第2發光元件之發光之方式，控制上述第3發光元件之發光。
  5. 如請求項3或4之照明裝置，其中，相對於上述第1光學元件為聚光透鏡，上述第2光學元件為圓柱透鏡或線性菲涅爾透鏡。
  6. 如請求項1至4中任一項之照明裝置，其中，其進一步具備有頭驅動部，該頭驅動部使上述照明頭相對於上述物體移動。
  7. 一種照明方法，係使用照明裝置對物體進行照明者，該照明裝置具備有：發光部，其具有朝向上述物體發光之第1發光元件及第2發光元件；光學系統，其將自上述第1發光元件及上述第2發光元件所出射之光朝上述物體導光；照明控制部，其控制上述第1發光元件及上述第2發光元件之發光；及照明頭，其係設置為可一邊一體地保持上述發光部及上述光學系統一邊相對於上述物體相對地移動；如此之照明方法，其特徵在於，藉由相互獨立地控制上述第1發光元件及上述第2發光元件之發光，而可執行第1照明動作及第2照明動作中之至少一者，從而調整對上述物體進行照明之光之配光，其中，上述第1照明動作係將變更自上述第1發光元件所出射之光之配光而得到之光，作為第1照明光而朝上述物體導光；上述第2照明動作係將使自上述第2發光元件所出射之光之配光變更為與上述第1照明光之配光不同之配光而得到之光、或自上述第2發光元件所出射之光，作為第2照明光而朝上述物體導光。
  8. 一種攝像裝置，其特徵在於，其具備有：平台，其保持物體；請求項1至4中任一項所記載之照明裝置，其對上述平台所保持之上述物體進行照明；及攝像部，其拍攝由上述照明裝置所照明之上述物體。
  9. 如請求項8之攝像裝置，其中，其進一步具備有位置調整部，該位置調整部使上述平台及上述照明頭中之至少一者移動而調整上述照明頭相對於上述物體之相對位置關係。
  10. 如請求項9之攝像裝置，其中，上述位置調整部具有使上述照明頭移動之頭移動機構。
  11. 如請求項9或10之攝像裝置，其中，上述位置調整部具有使上述平台移動之平台移動機構。
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