(57)【要約】【課題】対象物の内部構造を精度よく観察する。【解決手段】照明された対象物の外形の外側を通過する光束を制限する制限部と、対象物を透過した光束による像を撮像する撮像部とを備え、制限部は、対象物の形状により、光束を制限する領域が変更される撮像装置を提供する。制限部は、対象物に光を照射する発光領域の形状を制御してよく、対象物を透過する光束の周囲の光束を減光する減光領域の形状を制御してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明された対象物の外形の外側を通過する光束を制限する制限部と、
前記対象物を透過した光束による像を撮像する撮像部と
を備え、
前記制限部は、前記対象物の形状により、前記光束を制限する領域が変更される撮像装置。
【請求項２】
前記対象物を照明する光の発光領域の形状が可変である発光部を有し、
前記制限部は、前記撮像部による第１の撮像で得られる第１の画像における前記対象物の形状に基づいて、前記撮像部による第２の撮像における前記発光領域の形状を変更する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記発光部は、
前記第１の撮像において第１の発光領域で発光し、
前記第２の撮像において前記第１の発光領域よりも小さい第２の発光領域で発光する
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の発光領域は、
前記第１の画像に基づいて検出される、前記発光部において前記対象物により遮光された遮光領域の少なくとも一部を含む
請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記対象物が配置されていない状態で、前記発光部は予め定められた第１のキャリブレーション用パターンで光を照射し、
前記撮像部は、前記第１のキャリブレーション用パターンを撮像して第１のキャリブレーション用画像を取得し、
前記発光部は、前記第１のキャリブレーション用画像に基づいて、前記遮光領域に対する前記第２の発光領域の縮小量を決定する
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記発光部は、前記第１のキャリブレーション用画像に基づいて、前記発光部の光照射面の複数の位置における画像ボケ量を算出し、前記画像ボケ量に基づいて、前記光照射面の複数の位置における前記縮小量を決定する
請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記発光部は、前記第２の発光領域の端部における単位面積当たりの第１の発光強度を、前記第２の発光領域の中央部における単位面積当たりの第２の発光強度よりも大きくする
請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記発光部は、前記縮小量に基づいて前記第１の発光強度を制御する
請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像部は、光を受光する受光面を有し、
前記対象物と前記受光面とが共役の位置に配置され、且つ、前記発光部の光照射面と前記受光面とが共役ではない位置に配置されている
請求項２から８のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記対象物は、前記発光部の上方を移動し、
前記発光部は、前記第２の撮像における前記対象物の位置に基づいて、前記発光領域の位置を定める
請求項２から９のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記発光部は、前記第２の撮像における前記対象物の画角に基づいて、前記第２の撮像における前記発光領域の位置を前記対象物の位置に対してシフトさせる
請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記発光部は、前記第２の撮像における前記対象物の画角に基づいて、前記第２の撮像における前記発光領域を、前記第１の画像において前記対象物により遮光された領域よりも縮小させる
請求項１０または１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像部は、前記第２の撮像によって第２の画像を取得した後に第３の撮像によって第３の画像を取得し、
前記発光部は、前記第２の撮像および前記第３の撮像において、前記発光領域の前記対象物に対する相対位置を異ならせるとともに、前記第１の画像における前記対象物の形状に基づいて、前記第３の撮像における前記発光領域の形状を定める
請求項２から１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第２の画像と前記第３の画像とに基づいて、前記対象物の内部における３次元情報を算出する処理装置を更に備える
請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記対象物が配置されていない状態で、前記発光部は予め定められた第２のキャリブレーション用パターンで光を照射し、
前記撮像部は、前記第２のキャリブレーション用パターンを撮像して第２のキャリブレーション用画像を取得し、
前記発光部は、前記第２のキャリブレーション用画像に基づいて、前記発光領域における各位置の発光強度を調整する
請求項２から１４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記撮像部は、撮像レンズの絞り値が可変であり、
前記撮像部は、前記撮像レンズの絞り値毎に前記第２のキャリブレーション用画像を取得し、
前記発光部は、前記撮像レンズの絞り値毎に前記発光強度を調整する
請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記発光部は、前記第１の画像において前記対象物により遮光された領域の複数の位置の画素値に基づいて、前記第２の撮像における前記発光領域の複数の位置における発光強度を制御する
請求項２から１６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記対象物を照明する照明部を備え、
前記制限部は、前記撮像部と前記対象物との間に配置され、照明された前記対象物を透過する光束の周囲の光束を減光する減光領域を有し、
前記減光領域は、前記撮像部による第１の撮像で得られる第１の画像における前記対象物の形状に基づいて、前記撮像部による第２の撮像における形状が変更される
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記制限部と、前記第１の撮像における前記対象物との間に配置され、前記対象物を照明する光源を有し、
前記制限部は、前記第１の撮像において、前記光源による光の前記対象物からの反射光を透過する
請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記光源は、照射する光の波長特性が可変であり、前記対象物の表面における反射率が極大となる波長に基づいて、前記照射する光の前記波長特性を制御する
請求項１９に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記撮像部は、前記第１の撮像および前記第２の撮像を、同一の画角で行う
請求項１８から２０のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記対象物は、前記照明部と前記撮像部との間を通過するように移動し、
前記制限部は、前記対象物の移動速度と、前記第２の撮像における前記撮像部の露光時間とに基づいて、前記減光領域の形状を制御する
請求項１８から２１のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記対象物は、前記照明部と前記撮像部との間を通過するように移動し、
前記制限部は、前記第２の撮像における前記撮像部の露光時間が予め定められた基準時間以下であると、前記撮像部が露光している間、前記減光領域の位置を固定し、前記露光時間が前記基準時間より長いと、前記撮像部が露光している間、前記減光領域の位置を前記対象物の移動速度に応じて移動させる
請求項１８から２１のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項２４】
前記制限部は、前記撮像部に向かう光の配向角が異なる領域を有する
請求項１８から２３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物を透過した光を受光することで、対象物の内部構造を観察する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開平１０−６２３６２号公報
【０００３】
対象物を透過していない光を受光すると、対象物の内部構造の観察精度が劣化してしまう。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一つの態様においては、照明された対象物の外形の外側を通過する光束を制限する制限部と、対象物を透過した光束による像を撮像する撮像部とを備え、制限部は、対象物の形状により、光束を制限する領域が変更される撮像装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る撮像装置１０の一例を示す模式図である。
【図２】光照射部４０における発光領域の制御を説明する図である。
【図３】第２の発光領域４２の他の例を説明する図である。
【図４】第２の発光領域４２の他の例を説明する図である。
【図５】第２の発光領域４２の一例を示す図である。
【図６】第２の発光領域４２から照射された光を説明する図である。
【図７】図５に示したＡ−Ａ線における、発光強度分布の一例を示す図である。
【図８】撮像部２０の受光面２２、対象物１２、および、光照射面４４の配置例を示す図である。
【図９】画像ボケ量を決定するキャリブレーション動作に用いる第１のキャリブレーション用画像１０４の一例を説明する図である。
【図１０】画像ボケ部５２の拡大図である。
【図１１】第２の発光領域４２の他の制御例を説明する図である。
【図１２】第２の発光領域４２の他の制御例を説明する図である。
【図１３】第２の発光領域４２の他の制御例を説明する図である。
【図１４】光照射部４０における発光方式の一例を説明する図である。
【図１５】光照射部４０における発光方式の一例を説明する図である。
【図１６】光照射部４０における発光方式の一例を説明する図である。
【図１７】光照射面４４の各位置における発光強度の調整例を説明する図である。
【図１８】第２の発光領域４２における発光強度の調整例を説明する図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に係る撮像装置２１０の一例を示す模式図である。
【図２０】第１の撮像段階Ｓ２０１および第２の撮像段階Ｓ２０２の一例を示す図である。
【図２１】比較例に係る撮像装置３１０を説明する図である。
【図２２】第１の撮像段階Ｓ２０１の一例を説明する図である。
【図２３】対象物１２の表面における反射スペクトルの一例を示す図である。
【図２４】第１の撮像段階Ｓ２０１の他の例を示す図である。
【図２５】第２の撮像段階Ｓ２０２の一例を説明する図である。
【図２６】第２の撮像段階Ｓ２０２の他の例を説明する図である。
【図２７】第２の撮像段階Ｓ２０２の他の例を説明する図である。
【図２８】減光部２４１の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る撮像装置１０の一例を示す模式図である。撮像装置１０は、対象物１２に光を照射して、対象物１２の内部を通過した光を受光する。これにより、撮像装置１０は、対象物１２の内部構造を示す画像を撮像する。対象物１２は、一例として果物等の農作物であるが、これに限定されない。対象物１２は、内部構造の形状等が個体によって異なる植物または動物を含んでよく、植物または動物の少なくとも一部を加工したものを含んでよい。さらに、対象物１２は、樹脂成型品等の工業生産物を含んでもよい。
【０００９】
撮像装置１０は、光照射部４０および撮像部２０を備える。撮像装置１０は、処理装置３０を更に備えてもよい。光照射部４０は、対象物１２を照明する光を照射する発光部として機能する。また光照射部４０は、対象物１２の外形の外側を通過する光束を制限する制限部として機能する。本例の光照射部４０は、対象物１２に光を照射する光照射面４４を含む。光照射部４０は、光照射面４４において光を照射する発光領域の形状が可変である。本例の光照射部４０は、対象物１２の外形に基づいて発光領域の形状を制御することで、対象物１２の外側を通過する光束を制限する。なお、図１において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義している。光照射面４４は、ＸＹ平面と平行な面である。
【００１０】
例えば光照射部４０は、複数の発光素子を備えており、それぞれの発光素子の発光を独立に制御可能な面光源である。光照射部４０は、ＬＥＤや有機ＥＬ等の発光素子が２次元に配列された光源であってよい。また光照射部４０は、一様に発光する面光源と、面光源が発光した光を通過させるか否かを、面光源の領域毎に制御する制御部とを有していてもよい。制御部は、液晶を用いて、領域毎に光を通過させるか、遮光するかを制御してよい。光照射部４０は、射出する光の強度も、領域毎に制御可能であってよい。
【００１１】
光照射部４０は、観察対象の内部構造に対応する波長帯域の光を照射する。光照射部４０は、対象物１２の内部構造のうち、観察対象の内部構造と、他の内部構造との吸光度の差異が大きい波長帯域の光を照射してよい。光照射部４０は、近赤外帯域の波長の光を照射してよく、可視帯域の波長の光を照射してもよく、他の帯域の波長の光を照射してもよい。
【００１２】
光照射部４０が対象物１２に照射した光は、対象物１２の内部を通過して射出する。撮像部２０は、対象物１２を透過して射出された光を受光する。これにより、撮像部２０は対象物１２の内部構造に関する情報を含む画像を撮像する。本例の撮像部２０は、光照射部４０の光照射面４４と対向して配置されている。撮像部２０は、２次元に配列された複数の画素を備え、対象物１２の２次元画像を撮像してよい。撮像部２０に含まれるセンサは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等のイメージセンサであってよい。
【００１３】
対象物１２は、撮像部２０と光照射面４４との間に配置される。光照射部４０は、対象物１２が光照射面４４に載置された状態で、光を照射してよい。なお、光照射面４４と撮像部２０との間に対象物１２が配置されるとは、光照射面４４から照射した光が対象物１２の一方の面に入射し、且つ、対象物１２の他の面から射出した光が撮像部２０に受光されるような配置を指す。光照射面４４、撮像部２０および対象物１２は、直線上に配置されていてもよいが、直線上に配置されていなくともよい。
【００１４】
処理装置３０は、撮像部２０が撮像した画像の画像データを取得する。処理装置３０は、画像データに基づいて光照射部４０を制御する。処理装置３０は、光照射部４０の一部であってよい。処理装置３０は、一例としてＣＰＵ、メモリおよびインターフェース等を備えるコンピュータである。本例の処理装置３０は、取得した画像データに基づいて、光照射部４０における発光領域を制御する。また、処理装置３０は、記憶部に記憶された、対象物１２と同じ種類の物体の内部構造の状態ごとの画像データと、撮像部２０から取得した画像データとを比較して、対象物１２の内部構造の状態を判別する判別部を有してもよい。
【００１５】
図２は、光照射部４０における発光領域の制御を説明する図である。本例の撮像部２０は、第１の撮像段階Ｓ２０１において第１の画像１０１を取得し、第２の撮像段階Ｓ２０２において第２の画像１０２を取得する。第２の撮像段階Ｓ２０２は、第１の撮像段階Ｓ２０１の後に実行される。第１の画像１０１における対象物１２の形状に基づいて第２の撮像段階Ｓ２０２における発光領域の形状を制御することで、第２の撮像段階Ｓ２０２において対象物１２を通過せずに撮像部２０に到達する非透過光（迷光とも称する）を低減できる。
【００１６】
光照射部４０は、第１の画像１０１における対象物１２の形状に基づいて、第２の撮像段階Ｓ２０２における発光領域の形状を定める。処理装置３０は、第１の撮像段階Ｓ２０１において、対象物１２の形状を取得する。処理装置３０は、第２の撮像段階Ｓ２０２における発光領域の形状を、対象物１２の形状に合わせる。例えば処理装置３０は、光照射面４４のうち、対象物１２の下方の領域だけを発光させる。これにより、第２の撮像段階Ｓ２０２において、対象物１２を透過していない光が、撮像部２０に到達することを抑制できる。より具体的には、対象物１２を透過していない光によって、フレアが発生して対象物１２の内部構造のコントラストが低下したり、ゴーストが発生したりすることを抑制できる。このため、対象物１２の内部構造を精度よく観察できる。
【００１７】
本例の光照射部４０は、第１の撮像段階Ｓ２０１において第１の発光領域４１で発光し、第２の撮像段階Ｓ２０２において第２の発光領域４２で発光する。図２においては、第１の発光領域４１および第２の発光領域４２を破線で示している。第２の発光領域４２は、第１の発光領域４１よりも小さい。一例として第１の発光領域４１は、光照射面４４の全面である。つまり、第１の発光領域４１は、光照射面４４において発光可能な最大の領域である。第２の発光領域４２の面積を小さくすることで、第２の撮像段階Ｓ２０２において、対象物１２を透過していない光が、撮像部２０に到達する割合を低減できる。
【００１８】
処理装置３０は、第１の画像１０１に基づいて、光照射面４４において対象物１２により遮光された遮光領域１１１を検出する。処理装置３０は、第１の画像１０１において、画素値（輝度値）が予め定められた値より小さい領域を遮光領域１１１として検出してよい。遮光領域１１１の形状は、対象物１２の平面形状を示している。
【００１９】
処理装置３０は、遮光領域１１１の位置および形状に基づいて、第２の発光領域４２の位置および形状を制御する。第２の発光領域４２は、遮光領域１１１の少なくとも一部が含まれる。処理装置３０は、第２の発光領域４２の範囲を、遮光領域１１１と同一か、または、遮光領域１１１よりも小さくする。光照射面４４において、第２の発光領域４２以外の領域は発光しない。図２では、光照射面４４において、発光しない領域に斜線のハッチングを付している。これにより、第２の撮像段階Ｓ２０２における第２の発光領域４２を、対象物１２と重なる領域に限定できる。
【００２０】
第２の画像１０２には、画像要素１１４が含まれる。画像要素１１４は、対象物１２の内部構造に関する情報を含む。上述したように、第２の撮像段階Ｓ２０２では、光照射面４４において対象物１２と重ならない領域は発光しない。このため、対象物１２を透過していない光が撮像部２０に受光されることを抑制でき、画像要素１１４は、対象物１２の内部構造を高いコントラストで表示できる。
【００２１】
図３は、第２の発光領域４２の他の例を説明する図である。本例の撮像装置１０は、複数の対象物１２の内部構造を同時に観察する。本例の光照射面４４には、複数の対象物１２が載置されている。処理装置３０は、図２において説明した第１の撮像段階Ｓ２０１において、それぞれの対象物１２の遮光領域１１１を検出する。
【００２２】
光照射部４０は、第２の撮像段階Ｓ２０２において、それぞれの遮光領域１１１に対応する第２の発光領域４２で発光する。処理装置３０は、遮光領域１１１毎に独立して、第２の発光領域４２の形状、大きさ、位置を制御する。これにより、複数の対象物１２の内部構造を同時に観察できる。
【００２３】
図４は、第２の発光領域４２の他の例を説明する図である。図４においては、第２の撮像段階Ｓ２０２において発光しない領域のハッチングを省略している。本例の撮像装置１０は、光照射面４４の上方を、第１の方向（Ｘ軸方向）に移動する対象物１２の画像を撮像する。第１の撮像段階Ｓ２０１における対象物１２のＸ軸における位置をｘ１、第２の撮像段階Ｓ２０２における対象物１２のＸ軸における位置をｘ２とする。対象物１２の位置は、対象物１２の中心の位置であってよい。
【００２４】
対象物１２が移動する場合、遮光領域１１１と、第２の発光領域４２との位置は一致しない。本例の処理装置３０は、第２の撮像段階Ｓ２０２における対象物１２の位置ｘ２に基づいて、光照射面４４における第２の発光領域４２の位置を定める。これにより、移動する対象物１２についても、内部構造を精度よく観察できる。処理装置３０には、位置ｘ２を示す情報が予め入力されてよい。処理装置３０には、対象物１２の移動方向、移動速度、第２の撮像段階Ｓ２０２のタイミングに関する情報が入力されてもよい。処理装置３０は、これらの情報に基づいて、位置ｘ２を算出してよい。撮像装置１０は、対象物１２の位置を取得するべく、対象物１２の画像を撮像してもよい。
【００２５】
図５は、第２の発光領域４２の一例を示す図である。図５は、対象物１２をＺ軸方向から見た図である。本例の第２の発光領域４２は、遮光領域１１１よりも小さい。第２の発光領域４２は、遮光領域１１１の外周から、縮小量Ｌ１だけ内側に縮小した領域であってよい。縮小量Ｌ１は、第２の発光領域４２の外周全体において一定であってよく、一定でなくてもよい。
【００２６】
第２の発光領域４２を、遮光領域１１１と同じ大きさにした場合、第２の発光領域４２の外周近傍において照射された光が、対象物１２を通過せずに、撮像部２０に到達する場合がある。この場合、第２の画像１０２において、対象物１２の内部構造のコントラストが低下してしまう。本例では、第２の発光領域４２を遮光領域１１１よりも小さくしているので、対象物１２を通過していない光が、撮像部２０に到達することを抑制できる。
【００２７】
図６は、第２の発光領域４２から照射された光を説明する図である。図６は、対象物１２及び撮像装置１０をＹ軸方向から見た図である。図６においては、第２の発光領域４２を、遮光領域１１１（すなわち、対象物１２の平面形状）と同じ大きさにしている。
【００２８】
本例の撮像部２０は、撮像素子２１、絞り２４および撮像光学系２６を有する。撮像素子２１は、受光面２２を有する。撮像素子２１は、半導体基板を有するチップであってよい。撮像光学系２６は、光照射部４０からの光を、受光面２２に結像させる。撮像光学系２６は、撮像レンズを有してよい。絞り２４は、光束が通過する開口の幅Ｗ（物体側ＮＡ）を調整することで、受光面２２に入射する光を制限する。つまり絞り２４は、撮像レンズの絞り値を調整する。
【００２９】
第２の発光領域４２の端部から照射した光のうちの一部は、対象物１２の内部を通過して、透過光４６として対象物１２から射出する。透過光４６は、撮像光学系２６により、受光面２２に収束する。
【００３０】
また、第２の発光領域４２の端部から照射した光のうちの一部は、対象物１２の内部を通過しない非透過光４８となる。非透過光４８のうちの一部は、撮像光学系２６を通過して、受光面２２に到達する。
【００３１】
これに対して、図５に示したように、第２の発光領域４２を、遮光領域１１１よりも小さくすることで、撮像光学系２６を通過する非透過光４８の割合を小さくできる。これにより、第２の画像１０２において、対象物１２の内部構造のコントラストを向上できる。
【００３２】
なお、撮像光学系２６を通過する非透過光４８の割合は、絞り２４の絞り値（つまり幅Ｗ）により変化する。幅Ｗが大きいほど、非透過光４８が撮像光学系２６を通過しやすくなる。本例の絞り２４の幅Ｗは可変である。処理装置３０は、絞り２４の幅Ｗ（すなわち、物体側ＮＡ）が大きいほど、縮小量Ｌ１を大きくしてよい。
【００３３】
図７は、図５に示したＡ−Ａ線における、発光強度分布の一例を示す図である。Ａ−Ａ線は、第２の発光領域４２の平面形状の中心Ｃを通る直線である。図７において、横軸は光照射面４４内の位置を示し、縦軸は光照射面４４における発光強度を示す。本例では、遮光領域１１１の外周の位置をＰ１、第２の発光領域４２の外周の位置をＰ２、第２の発光領域４２の中央部の位置をＰｃとする。本例において中央部とは、第２の発光領域４２の平面形状の中心Ｃである。
【００３４】
第２の発光領域４２の外周位置Ｐ２は、遮光領域１１１の外周位置Ｐ１よりも、遮光領域１１１の内側に縮小量Ｌ１だけ離れている。位置Ｐ２と位置Ｐ１の間の領域における発光強度は、ゼロであってよい。位置Ｐ２よりも内側の第２の発光領域４２では、光照射面４４は所定の発光強度で発光する。
【００３５】
第２の発光領域４２が、遮光領域１１１よりも小さい場合、対象物１２の端部に照射される光量が少なくなり、対象物１２の端部の観測精度が劣化することも考えられる。本例の光照射部４０は、第２の発光領域４２の端部４３における単位面積当たりの第１の発光強度Ｉ１を、第２の発光領域４２の中央部（本例では中心Ｐｃ）における単位面積当たりの第２の発光強度Ｉ２よりも大きくする。
【００３６】
端部４３は、第２の発光領域４２のうち、外周Ｐ２に接する領域である。端部４３は、外周Ｐ２から予め定められた距離（または画素数）内の領域であってよい。例えば、均一な物質である対象物１２を撮像部２０が撮像した際に、第１の発光強度Ｉ１で照射された対象物１２の端部４３の輝度と、第２の発光強度Ｉ２で照射された対象物１２の中央部の輝度とが等しくなるような距離を予め定めてよい。端部４３の第１の発光強度Ｉ１を大きくすることで、対象物１２の端部に入射する光量を増大させることができる。このため、第２の発光領域４２を小さくして非透過光４８を低減することと、対象物１２の端部への入射光の光量維持とを両立できる。
【００３７】
処理装置３０は、縮小量Ｌ１に基づいて、第１の発光強度Ｉ１を制御してよい。処理装置３０は、縮小量Ｌ１が大きいほど、第１の発光強度Ｉ１を大きくしてよい。処理装置３０は、縮小量Ｌ１が小さいほど、第１の発光強度Ｉ１を小さくしてよい。処理装置３０は、縮小量Ｌ１が大きいほど、端部４３の幅を大きくしてもよい。処理装置３０は、縮小量Ｌ１が小さいほど、端部４３の幅を小さくしてもよい。縮小量Ｌ１が大きいほど対象物１２の端部に入射する光量は減少するが、第１の発光強度Ｉ１を縮小量Ｌ１に基づいて制御することで、対象物１２の端部に入射する光量を適切に制御できる。図７においては、端部４３における発光強度を第１の発光強度Ｉ１と第２の発光強度Ｉ２の２段階に変化させているが、端部４３における発光強度は、３段階以上のステップで変化してよく、連続的に変化してもよい。
【００３８】
処理装置３０は、図６において説明したように、絞り２４の幅Ｗに応じて縮小量Ｌ１を制御した場合に、第１の発光強度Ｉ１を合わせて制御してよい。処理装置３０は、他の理由で縮小量Ｌ１を制御してもよい。この場合も、処理装置３０は、第１の発光強度Ｉ１を合わせて制御してよい。
【００３９】
図８は、撮像部２０の受光面２２、対象物１２、および、光照射面４４の配置例を示す図である。図８は、対象物１２及び撮像装置１０をＹ軸方向から見た図である。受光面２２は、光を受光する面である。本例においては、受光面２２と対象物１２とが、光学的に共役の位置に配置されている。なお対象物１２の位置は、対象物１２の厚みの中心としてよい。なお、受光面２２と対象物１２とは、厳密に共役な配置でなくてもよい。例えば、対象物１２の位置が、共役点に対して、対象物１２の厚みの１０％以内の誤差を有する場合、対象物１２は共役点に配置されているとしてよい。なお、受光面２２と対象物１２の表面とが、光学的に共役の位置に配置されてもよい。
【００４０】
対象物１２を、受光面２２に対して共役点に配置することで、撮像画像におけるモアレを低減できる。ただし、光照射面４４と受光面２２とは共役ではない位置に配置される。このため、撮像画像において、光照射面４４のボケ量が増大する。撮像画像におけるボケ量が増大すると、より内側の発光領域からの非透過光４８が、受光面２２に到達する場合がある。
【００４１】
処理装置３０は、光照射面４４における画像ボケ量に基づいて、第２の発光領域４２の縮小量Ｌ１を制御してよい。光照射面４４における画像ボケ量は、処理装置３０に予め設定されていてよく、キャリブレーション動作により処理装置３０が決定してもよい。
【００４２】
図９は、画像ボケ量を決定するキャリブレーション動作に用いる第１のキャリブレーション用画像１０４の一例を説明する図である。図９は、撮像部２０が光照射部４０を撮像した画像である。光照射部４０は、対象物１２が配置されていない状態で、光照射面４４において予め定められた第１のキャリブレーション用パターンで光を照射する。本例の光照射面４４には、予め設定された発光強度および形状のドット５０が、予め定められた配列パターンで配置されている。それぞれのドット５０の間隔は、光照射面４４における画像ボケ量より大きい。それぞれのドット５０は、画像ボケ量の２倍以上の間隔で、光照射面４４内に一様に分布していてよい。それぞれのドット５０の発光強度は、撮影画像の画素値が飽和しない発光強度であればよい。それぞれのドット５０の発光強度は、図７において説明した第１の発光強度Ｉ１と同じであってよく、第２の発光強度Ｉ２と同じであってもよい。
【００４３】
撮像部２０は、第１のキャリブレーション用パターンで光を照射している光照射面４４を撮像して、第１のキャリブレーション用画像１０４を取得する。撮像部２０は、第２の撮像段階Ｓ２０２と同一の撮像条件で、光照射面４４を撮像してよい。また撮像部２０は、互いに異なる複数の撮像条件で、光照射面４４を撮像してもよい。この場合、処理装置３０は、撮像条件ごとに、画像ボケ量を決定する。撮像条件とは、例えば絞り値、撮像部２０と光照射面４４との距離等を含む。
【００４４】
処理装置３０は、第１のキャリブレーション用画像１０４に基づいて、光照射面４４における画像ボケ量を算出する。本例の処理装置３０は、第１のキャリブレーション用パターンにおけるドット５０の配列パターンに基づいて、第１のキャリブレーション用画像１０４における各ドット５０を検出する。処理装置３０は、第１のキャリブレーション用画像１０４において、それぞれのドット５０の周囲に現れる画像ボケ部５２を検出する。本例では、画像ボケ部５２に斜線のハッチングを付している。画像ボケ部５２は、ドット５０の周囲において、ドット５０の輝度値に対して予め定められた割合以上の輝度値を有する画素領域であってよい。
【００４５】
図１０は、画像ボケ部５２の拡大図である。処理装置３０は、検出したそれぞれの画像ボケ部５２に基づいて、画像ボケ量を決定する。画像ボケ量は、ドット５０と、画像ボケ部５２の外周端との距離Ｌ２であってよい。処理装置３０は、それぞれのドット５０および画像ボケ部５２に対して、画像ボケ量を決定してよい。これにより、光照射面４４の面内の複数の位置における画像ボケ量の分布を算出できる。処理装置３０は、取得した画像ボケ量に関する情報を記憶する。
【００４６】
処理装置３０は、取得した画像ボケ量の分布に基づいて、第２の発光領域４２における縮小量Ｌ１を決定する。処理装置３０は、第２の発光領域４２の位置に対応する画像ボケ量を用いて、第２の発光領域４２の縮小量Ｌ１を決定してよい。また、処理装置３０は、光照射面４４の複数の位置における縮小量Ｌ１を決定してもよい。例えば処理装置３０は、第２の発光領域４２の外周を複数の部分に分割して、各部分の位置に対応する画像ボケ量を用いて、各部分における縮小量Ｌ１をそれぞれ決定してもよい。
【００４７】
図１１、図１２および図１３は、第２の発光領域４２の他の制御例を説明する図である。本例の処理装置３０は、第２の撮像段階Ｓ２０２における対象物１２の画角θに基づいて、対象物１２に対する第２の発光領域４２の相対位置、または、第２の発光領域４２の大きさを制御する。
【００４８】
なお対象物１２の画角θは、撮像部２０の光軸１８と、撮像部２０および対象物１２の端部Ｐ３を結ぶ直線とがなす角度である。端部Ｐ３は、対象物１２の端部のうち、撮像部２０に最も近い端部である。また本例では、対象物１２の端部のうち、撮像部２０に最も遠い端部をＰ４とする。撮像部２０および光照射面４４の相対位置が既知の場合、画角θとして、光照射面４４における対象物１２の端部Ｐ３の位置を用いることもできる。
【００４９】
図１１は、画角θによらず第２の発光領域４２の相対位置および大きさを一定にした例を示す。図１１から図１３においては、第２の発光領域４２の縮小量Ｌ１をゼロとしているが、第２の発光領域４２は、図１から図１０において説明した縮小量Ｌ１を有していてよい。
【００５０】
図１１に示すように、対象物１２の画角θがゼロの場合、すなわち、撮像部２０の直下に対象物１２が配置されている場合、第２の発光領域４２が対象物１２に覆われていれば、第２の発光領域４２からの非透過光４８が撮像部２０に到達する割合は小さい。これに対して画角θが大きくなると、撮像部２０に対して対象物１２により遮蔽されない、第２の発光領域４２の面積が増加する。例えば端部Ｐ３の近傍においては、第２の発光領域４２が撮像部２０に直接観察されてしまう。このため、非透過光４８が撮像部２０に受光される割合が増大する。
【００５１】
図１２は、画角θに基づいて、対象物１２に対する第２の発光領域４２の相対位置を制御する例を示す。本例の処理装置３０は、画角θに基づいて、第２の発光領域４２の位置を、端部Ｐ３から端部Ｐ４に向かう方向にシフトする。本例の処理装置３０は、第２の発光領域４２の形状および大きさは変更しない。
【００５２】
これにより、端部Ｐ３の近傍において、第２の発光領域４２が撮像部２０に直接観察されてしまうことを抑制できる。従って、非透過光４８が撮像部２０に受光される割合を低減できる。なお、端部Ｐ４の近傍においては、光照射面４４と垂直な方向において、第２の発光領域４２が対象物１２に覆われていない部分が生じる。当該領域は、撮像部２０からは直接観察されない。ただし、当該領域からの非透過光４９が、周囲の壁、仕切り等で反射して、迷光となり撮像部２０に受光されることも考えられる。
【００５３】
図１３は、画角θに基づいて、第２の発光領域４２を、遮光領域１１１よりも縮小させる例を示す。図１３において説明する第２の発光領域４２の縮小は、図１から図１０において説明した縮小とは独立して行ってよい。本例の処理装置３０は、図１２において説明した第２の発光領域４２の位置シフトに伴い、端部Ｐ４の近傍において生じる第２の発光領域４２のはみだしを縮小する。
【００５４】
処理装置３０は、第２の発光領域４２を第１の方向にシフト量Ｌ３でシフトさせる場合に、第２の発光領域４２の第１の方向における幅をシフト量Ｌ３に応じて縮小してよい。縮小量は、シフト量Ｌ３と同一であってよい。これにより、第２の発光領域４２をシフトさせた場合に、非透過光４９が撮像部２０に受光される割合を低減できる。
【００５５】
図１４、図１５および図１６は、光照射部４０における発光方式の一例を説明する図である。図１４は、対象物１２及び光照射部４０をＹ軸方向から見た図である。本例の光照射部４０は、一つの対象物１２に対して、互いに位置の異なる複数の第２の発光領域４２−１、４２−２を設定する。本例における複数の第２の発光領域４２−１、４２−２は、図１から図１３において説明した第２の発光領域４２を複数に分割した領域であってよい。
【００５６】
光照射部４０は、いずれかの第２の発光領域４２（例えば第２の発光領域４２−１）を発光させて第２の撮像段階Ｓ２０２を実行した後、他の第２の発光領域４２（例えば第２の発光領域４２−２）を発光させて、第３の撮像段階Ｓ２０３を実行する。このような方式により、対象物１２の内部構造１４の３次元形状に関する３次元情報を取得できる。内部構造１４は、例えば対象物１２に生じたクラック等である。
【００５７】
図１５は、第２の撮像段階Ｓ２０２で取得した第２の画像１０２の一例を示す図である。第２の撮像段階Ｓ２０２においては、第２の発光領域４２−１を発光させて、第２の画像１０２を撮像する。本例において第２の発光領域４２−１は、内部構造１４とは重ならない領域である。この場合、図１５に示すように、第２の画像１０２においては、内部構造１４に隣接して影部１６が現れる。影部１６は、内部構造１４に対して、第２の発光領域４２−１とは逆側に配置されている。影部１６の幅は、内部構造１４の深さ方向における長さ等に応じて大きくなる。
【００５８】
図１６は、第３の撮像段階Ｓ２０３で取得した第３の画像１０３の一例を示す図である。第３の撮像段階Ｓ２０３においては、第２の発光領域４２−２を発光させて、第３の画像１０３を撮像する。本例において第２の発光領域４２−２は、内部構造１４と重なる領域である。この場合、図１６に示すように、第３の画像１０３においては、内部構造１４に隣接する影部が存在しないか、または、第２の画像１０２よりも影部が小さくなる。
【００５９】
処理装置３０は、第２の画像１０２および第３の画像１０３における内部構造１４と影部１６の位置および大きさ、ならびに、それぞれの第２の発光領域４２と内部構造１４および影部１６との相対位置とに基づいて、内部構造１４の３次元情報を算出してよい。本例では、２つの第２の発光領域４２を順番に発光させたが、他の例では、より多くの第２の発光領域４２を順番に発光させて、より多くの画像を取得してもよい。なお、処理装置３０は、複数の第３の画像１０３と、それぞれに対応する内部構造１４の３次元情報とを取得して、画像と３次元情報との関係を機械学習する学習部を有してもよい。
【００６０】
それぞれの第２の発光領域４２の形状は、第１の画像１０１における遮光領域１１１の形状に基づいて定められてよい。本例においては、それぞれの第２の発光領域４２の形状は、遮光領域１１１を複数に分割した領域の形状から定められる。
【００６１】
図１７は、光照射面４４の各位置における発光強度の調整例を説明する図である。撮像部２０の光学系の特性等により、光照射面４４の面内で一様な発光強度で発光した場合でも、撮像画像における光照射面４４の輝度は一様にならない場合がある。本例の処理装置３０は、撮像部２０の光学系の特性等によって生じる撮像画像の輝度分布を補償するように、各発光領域における発光強度の分布を制御する。処理装置３０は、第１の発光領域４１および第２の発光領域４２の一方の発光強度分布を調整してよく、両方の発光強度分布を調整してもよい。本例の発光強度の調整は、図１から図１６において説明した各態様と組み合わせてよい。
【００６２】
本例の光照射部４０は、光照射面４４に対象物１２が配置されていない状態で、光照射面４４において予め定められた第２のキャリブレーション用パターン１０６で光を照射する。第２のキャリブレーション用パターン１０６は、例えば光照射面４４の全面における発光強度が一様なパターンである。第２のキャリブレーション用パターン１０６は、撮影画像の画素値が飽和しない発光強度であればよい。第２のキャリブレーション用パターン１０６は、単位面積当たりの発光強度が、第１の発光領域４１または第２の発光領域４２における単位面積当たりの発光強度と同一であってよい。
【００６３】
撮像部２０は、第２のキャリブレーション用パターン１０６を撮像して、第２のキャリブレーション用画像１０８を取得する。処理装置３０は、第２のキャリブレーション用画像１０８における輝度分布に基づいて、各発光領域における各位置の発光強度を調整する。例えば第２のキャリブレーション用画像１０８においては、画像の中心（つまり、撮像部２０の光軸に対応する位置）から離れるほど輝度値が減少する場合がある。図１７の例においては、第２のキャリブレーション用画像１０８は、中心領域１１６、中間領域１１２および外側領域１１０を有する。中心領域１１６は、画像の中心を含む領域であり、輝度値の平均が他の領域よりも高い。中間領域１１２は、中心領域１１６を囲む領域であり、輝度値の平均が中心領域１１６より低く、外側領域１１０よりも高い。外側領域１１０は、中間領域１１２を囲む領域であり、輝度値の平均が他の領域よりも低い。
【００６４】
光照射部４０は、第１の発光領域４１または第２の発光領域４２において、外側領域１１０に位置する部分の発光強度を、中心領域１１６および中間領域１１２に位置する部分の発光強度よりも高くしてよい。同様に光照射部４０は、第１の発光領域４１または第２の発光領域４２において、中心領域１１６に位置する部分の発光強度を、外側領域１１０および中間領域１１２に位置する部分の発光強度よりも低くしてよい。
【００６５】
このような処理により、撮像部２０の光学系の特性等による輝度分布を補償できる。図１７の例では、複数の領域で段階的に発光強度を制御している。他の例では、光照射部４０の発光素子単位で、発光強度を調整してもよい。
【００６６】
また、撮像部２０における撮像レンズの絞り値が可変の場合、処理装置３０は、撮像レンズの絞り値毎に、発光領域の発光強度分布を調整してよい。この場合、撮像部２０は、撮像レンズの絞り値毎に、第２のキャリブレーション用画像１０８を撮像する。処理装置３０は、撮像レンズの絞り値毎に、発光強度を調整するための情報を予め取得して記憶する。
【００６７】
図１８は、第２の発光領域４２における発光強度の調整例を説明する図である。本例の処理装置３０は、対象物１２の厚みに応じた光の減衰を補償するように、第２の発光領域４２における発光強度分布を調整する。なお、この対象物１２は、均一な物質で構成されているものとする。本例の発光強度の調整は、図１から図１７において説明した各態様と組み合わせてよい。
【００６８】
処理装置３０は、第１の画像１０１における遮光領域１１１の複数の画像位置１２１、１２２の画素値（例えば輝度値）を取得する。画素値が小さいほど、対象物１２の当該画像位置における光の減衰が大きいので、厚みが大きいと推測される。図１８の例では、２つの画像位置１２１、１２２を例示しているが、処理装置３０は、より多くの画像位置の画素値を取得してよい。処理装置３０は、遮光領域１１１を複数の領域に分割した各領域について、画素値の平均を算出してよい。
【００６９】
処理装置３０は、第２の発光領域４２の複数の発光位置１３１、１３２の発光強度を、複数の画像位置１２１、１２２の画素値に基づいて制御する。発光位置１３１は、画像位置１２１に対応しており、発光位置１３２は、画像位置１２２に対応している。処理装置３０は、画像位置における画素値が小さいほど、対応する発光位置の発光強度を大きくしてよい。これにより、対象物１２が一様な厚みでない場合であっても、対象物１２から射出される光の強度を一様にできる。
【００７０】
図１９は、本発明の他の実施形態に係る撮像装置２１０の一例を示す模式図である。撮像装置２１０は、対象物１２に光を照射して、対象物１２の内部を通過した光を受光する。これにより、撮像装置２１０は、対象物１２の内部構造を示す画像を撮像する。本例の撮像装置２１０も、図１から図１８において説明した撮像装置１０と同様に、第１の撮像段階と、第２の撮像段階とを実行する。ただし、第１の撮像段階および第２の撮像段階の具体的な内容は、撮像装置１０と相違する。撮像装置２１０は、第１の撮像段階において対象物１２の形状を取得する。撮像装置２１０は、対象物１２の形状に基づいて、第２の撮像段階における迷光を抑制する。
【００７１】
撮像装置２１０は、制限部の構造が、図１において説明した撮像装置１０と相違する。制限部以外の構造および機能は、撮像装置１０と同様である。例えば、撮像装置２１０の撮像部２０および処理装置３０は、撮像装置１０の撮像部２０および処理装置３０と同様の構造および機能を有する。
【００７２】
撮像装置２１０は、光照射部２４０および減光部２４１を有する。本例においては、減光部２４１が、対象物１２の外側を通過する光束を制限する制限部として機能する。光照射部２４０は、対象物１２に光を照射する照明部として機能する。光照射部２４０は、光照射部４０と同様に面光源であってよく、面光源でなくともよい。光照射部２４０が面光源の場合、光照射面における発光領域の形状は可変でなくてよい。本例の光照射部２４０は、発光面の大きさが、対象物１２よりも小さい光源であってよい。これにより、撮像部２０に、対象物１２を透過していない非透過光が到達するのを抑制できる。
【００７３】
減光部２４１は、撮像部２０と、第２の撮像段階における対象物１２との間に配置される。なお、対象物１２と撮像部２０との間に減光部２４１が配置されるとは、対象物１２を通過した光が、減光部２４１を通過して、撮像部２０に受光されるような配置を指す。対象物１２、第２の撮像段階における対象物１２および撮像部２０は、直線上に配置されていてもよいが、直線上に配置されていなくともよい。
【００７４】
本例の撮像装置２１０は、対象物１２をＸ軸方向に搬送する搬送部１４０を備えている。搬送部１４０は例えばベルトコンベアを有する。この場合、減光部２４１は、搬送部１４０と撮像部２０との間に配置されている。減光部２４１は、搬送部１４０と撮像部２０とを結ぶ直線上に配置されてよい。
【００７５】
光照射部２４０は、観察対象の内部構造に対応する波長帯域の光を照射する。光照射部２４０は、対象物１２の内部構造のうち、観察対象の内部構造と、他の内部構造との吸光度の差異が大きい波長帯域の光を照射してよい。光照射部２４０が照射する光のスペクトルは、光照射部４０が照射する光のスペクトルと同様であってよい。光照射部２４０が照射した光は、対象物１２を通過して、減光部２４１に入射する。減光部２４１は、対象物１２からの光を透過させて、撮像部２０に受光させる。減光部２４１は、光を透過させる透過領域２４２と、光を減光させる減光領域２２０とを有する。減光領域２２０は、照明された対象物１２を透過した光束の周囲の光束（つまり、対象物１２を透過しない光束）を減光する。減光領域２２０は、光照射部２４０が照射する光の透過率が、透過領域２４２に比べて１０％以下の領域であってよく、１％以下の領域であってもよい。
【００７６】
減光部２４１は、透過領域２４２の形状が可変である。透過領域２４２の形状とは、撮像部２０の光軸と垂直な面（本例ではＸＺ面）における形状を指してよい。なお、減光部２４１において、透過領域２４２以外の領域は減光領域２２０であってよい。つまり、透過領域２４２の形状を定めることで、減光領域２２０の形状も定まる。減光部２４１は、光の透過率を独立して制御可能な光学素子が２次元に配置されていてよい。処理装置３０は、減光部２４１の領域毎に、光を通過させるか、減光するかを制御してよい。処理装置３０は、光の透過率も、領域毎に制御してよい。一例として減光部２４１は、液晶パネルを有している。処理装置３０は、対象物１２の形状に基づいて、第２の撮像段階における透過領域２４２の形状を制御する。例えば処理装置３０は、透過領域２４２の形状を、対象物１２の形状と同一に制御する。他の例では、処理装置３０は、透過領域２４２の形状を、対象物１２の形状を所定の割合で縮小した形状にしてもよい。
【００７７】
このような制御により、第２の撮像段階において、対象物１２を透過していない非透過光を遮光して、撮像部２０に到達することを抑制できる。このため、対象物１２の内部構造を精度よく観察できる。
【００７８】
図２０は、第１の撮像段階Ｓ２０１および第２の撮像段階Ｓ２０２の一例を示す図である。本例では、第１の撮像段階Ｓ２０１および第２の撮像段階Ｓ２０２を実行する間、対象物１２は静止している。他の例では、対象物１２は動いていてもよい。
【００７９】
撮像部２０は、第１の撮像段階Ｓ２０１において第１の画像１０１を取得する。第１の撮像段階Ｓ２０１においては、光照射部２４０が対象物１２に光を照射してよく、他の光源から対象物１２に光を照射してもよい。
【００８０】
本例の第１の撮像段階Ｓ２０１においては、減光部２４１は、全面が透過領域２４２となるように制御される。撮像部２０は、第１の画像１０１上における、減光部２４１に対する対象物１２の位置が判別可能なように、第１の画像１０１を取得してよい。例えば撮像部２０は、減光部２４１の全体を含む第１の画像１０１を取得してよく、減光部２４１に設けられたマーカーを含む第１の画像１０１を取得してもよい。これにより、減光部２４１に対する対象物１２の位置を判別できる。
【００８１】
第２の撮像段階Ｓ２０２において、減光部２４１は、第１の画像１０１における対象物１２の位置および形状に基づいて、第２の撮像段階Ｓ２０２における透過領域２４２の位置および形状を定める。透過領域２４２の位置および形状は、第１の画像１０１における対象物１２の位置および形状と同一か、小さくてよい。このような構成によっても、撮像装置１０と同様に、第２の撮像段階Ｓ２０２において、対象物１２を透過していない光が、撮像部２０に到達することを抑制できる。
【００８２】
本例では、第１の撮像段階Ｓ２０１における透過領域２４２よりも、第２の撮像段階Ｓ２０２における透過領域２４２の方が小さい。第２の撮像段階Ｓ２０２における透過領域２４２の面積を小さくすることで、第２の撮像段階Ｓ２０２において、対象物１２を透過していない光が、撮像部２０に到達する割合を低減できる。
【００８３】
なお、第１の撮像段階Ｓ２０１において第１の画像１０１を撮像する撮像部２０の画角θと、第２の撮像段階Ｓ２０２において第２の画像１０２を撮像する撮像部２０の画角θとは、同一であることが好ましい。これにより、第１の画像１０１から取得した対象物１２の形状に基づいて、第２の撮像段階Ｓ２０２における透過領域２４２の形状を適切に設定しやすくなる。図２０においては、Ｚ軸方向の画角θｚが、第１の撮像段階Ｓ２０１および第２の撮像段階Ｓ２０２において同一である例を示しているが、Ｘ軸方向の画角も、第１の撮像段階Ｓ２０１および第２の撮像段階Ｓ２０２において同一であることが好ましい。第１の撮像段階Ｓ２０１および第２の撮像段階Ｓ２０２においては、同一の撮像部２０を用いて、撮像部２０の画角を変更しないことが好ましい。
【００８４】
図２１は、比較例に係る撮像装置３１０を説明する図である。本例の撮像装置３１０は、撮像装置２１０に比べて、減光部２４１を備えていない点で相違する。光照射部２４０が照射した照射光４７の一部は、対象物１２の表面で反射する。対象物１２の表面で反射した光は、搬送部１４０等の周囲環境で反射して、対象物１２を透過しない非透過光４８として、撮像部２０に到達する場合がある。なお図２１においては、非透過光４８と対象物１２とを重ねて表示しているが、非透過光４８は、Ｘ軸方向において対象物１２とは異なる位置を通過している。
【００８５】
非透過光４８が撮像部２０に到達すると、撮像部２０が撮像する第１の画像１０１には、対象物１２に加えて、非透過光４８が含まれてしまう。非透過光４８は対象物１２による光強度の減衰が無いので、第１の画像１０１において、非透過光４８は対象物１２よりも明るくなってしまう場合が多い。このため、非透過光４８が第１の画像１０１に含まれると、対象物１２の内部構造を精度よく観察することが困難になってしまう。
【００８６】
これに対して、図１９および図２０において説明した撮像装置２１０によれば、減光部２４１により、非透過光４８が撮像部２０に到達することを抑制できる。従って、対象物１２の内部構造を精度よく観察できる。
【００８７】
図２２は、第１の撮像段階Ｓ２０１の一例を説明する図である。本例の撮像装置２１０は、図１９および図２０において説明した撮像装置２１０の構成に加えて、光源２４４を備える。他の構造は、図１９および図２０において説明した例と同一である。
【００８８】
光源２４４は、減光部２４１と、第１の撮像段階Ｓ２０１における対象物１２との間に配置される。本例においては、光源２４４は、搬送部１４０と、減光部２４１との間に配置される。なお、対象物１２（または搬送部１４０）と、減光部２４１との間とは、対象物１２（または搬送部１４０）と減光部２４１とを結ぶ直線上の領域に限定されない。撮像部２０の光軸方向（本例ではＹ軸方向）において、光源２４４の位置が、対象物１２（または搬送部１４０）の位置と、減光部２４１の位置との間であればよい。
【００８９】
本例の減光部２４１は、第１の撮像段階Ｓ２０１において、光源２４４が照射した光の対象物１２からの反射光を透過する。本例の減光部２４１は、第１の撮像段階Ｓ２０１において、全面が透過領域２４２となるように動作してよい。なお減光部２４１の全面とは、透過領域２４２と減光領域２２０を切り替えられる領域の全体を指す。
【００９０】
撮像装置２１０は、複数の光源２４４を備えていてもよい。複数の光源２４４は、異なる方向から、対象物１２に光を照射してよい。
【００９１】
光源２４４は、光照射部２４０とは異なる波長の光を照射してよい。光照射部２４０が照射する光は、対象物１２の内部を観察するために用いられるので、対象物１２の表面における反射が小さいことが好ましい。これに対して、光源２４４が照射する光は、反射光により対象物１２の外形を観察するために用いられるので、対象物１２の表面における反射が大きいことが好ましい。このため、光源２４４が照射する光は、光照射部２４０が照射する光よりも、対象物１２の表面における反射率が大きいことが好ましい。対象物１２の表面における反射率とは、光源から対象物１２の表面に照射した光の強度に対する、対象物１２の表面で反射される光の強度の比率を指す。当該比率は、撮像部２０が感度を有する全ての波長帯域における光の強度を積算して算出してよく、特定の波長帯域における光の強度を用いて算出してもよい。
【００９２】
また、光源２４４が照射する光は、対象物１２の表面における反射スペクトルに応じた波長成分を有することが好ましい。反射スペクトルとは、光の各波長に対する反射率を示すスペクトルである。光源２４４は、対象物１２の表面における反射率が極大となる波長成分を含むことが好ましい。
【００９３】
図２３は、対象物１２の表面における反射スペクトルの一例を示す図である。本例の反射スペクトルは、３つの極大ピーク２５０−１、２５０−２、２５０−３を有しているが、反射スペクトルの形状はこれに限定されない。本例では、極大ピーク２５０−１、２５０−２、２５０−３の各頂点の波長を、ｎ１、ｎ２、ｎ３とする。なお、それぞれの極大ピーク２５０は、撮像部２０が感度を有する波長帯域内に配置されたピークである。
【００９４】
光源２４４は、いずれかの極大ピーク２５０の、半値全幅内の波長を含む光を照射してよい。光源２４４が照射する光のスペクトルにおいて、強度が最大となる波長が、いずれかの極大ピーク２５０の半値全幅内に配置されていてもよい。図２３の例では、光源２４４の照射光において強度が最大となるピーク波長Ｎが、極大ピーク２５０−３の半値全幅Ｒ３内に配置されている。極大ピーク２５０−３は、複数の極大ピーク２５０のうち、強度Ｐ３が最大となる極大ピーク２５０であってよい。
【００９５】
光源２４４は、照射光の波長特性が可変であってよい。例えば光源２４４は、異なる波長の光を照射できる複数の発光デバイスを有していてよい。この場合、光源２４４は、対象物１２の表面における反射率が極大となる波長に基づいて、照射光の波長特性を制御してよい。対象物１２の表面における反射率が極大となる波長は、光源２４４に予め設定されてよい。他の例では、処理装置３０には、対象物１２の種類を示す情報が入力されてよい。処理装置３０には、対象物１２の反射スペクトルに関する情報が、対象物１２の種類毎に予め記録されていてよい。この場合、処理装置３０は、対象物１２の種類に対応する反射スペクトルに基づいて、光源２４４の照射光の波長特性を制御する。
【００９６】
図２４は、第１の撮像段階Ｓ２０１の他の例を示す図である。本例においては、ラインスキャンにより、対象物１２のＸＺ面における２次元画像（第１の画像）を取得する。本例の撮像装置２１０は、スキャン部２３を備える。本例のスキャン部２３は、Ｘ軸方向の各位置における、Ｚ軸方向の対象物１２の長さを検出することで、対象物１２の２次元画像を取得する。第１の撮像段階Ｓ２０１においては、対象物１２と、スキャン部２３における測定位置とが、Ｘ軸方向に相対的に移動する。第１の撮像段階Ｓ２０１においては、対象物１２が移動していてよく、スキャン部２３における測定位置が移動していてもよい。
【００９７】
図２５は、第２の撮像段階Ｓ２０２の一例を説明する図である。本例においては、対象物１２は、第２の撮像段階Ｓ２０２の間に、光照射部２４０と撮像部２０との間を通過するように移動する。つまり、対象物１２は、撮像部２０の露光時間中も移動している。
【００９８】
本例の減光部２４１は、対象物１２の移動速度と、第２の撮像段階Ｓ２０２における露光時間に基づいて、透過領域２４２の形状を制御する。本例では、第２の撮像段階Ｓ２０２の露光開始時における対象物１２の位置を開始位置２５２−１とし、露光終了時における対象物１２の位置を終了位置２５２−２とする。露光時間中に対象物１２が移動している場合、開始位置２５２−１と終了位置２５２−２とは一致しない。このため、開始位置２５２−１に合わせて透過領域２４２を設定すると、露光終了時には、透過領域２４２と終了位置２５２−２とが一致せずに、非透過光４８が撮像部２０に到達しやすくなる。
【００９９】
本例の減光部２４１は、対象物１２の移動方向（本例ではＸ軸方向）において、透過領域２４２の長さを、対象物１２の長さよりも小さくする。なお、Ｚ軸方向においては、透過領域２４２の長さは、対象物１２の長さと同一であってよい。つまり、透過領域２４２のＺ軸方向の長さに対するＸ軸方向の長さの比は、対象物１２のＺ軸方向の長さに対するＸ軸方向の長さの比よりも小さい。これにより、非透過光４８が撮像部２０に到達するのを抑制できる。減光部２４１は、Ｘ軸方向における、透過領域２４２の長さと対象物１２の長さとの差分Ｄを、対象物１２の移動速度と、露光時間とに基づいて設定する。差分Ｄは、移動速度と、露光時間との積により定められてよい。つまり、移動速度および露光時間の積が大きくなるほど、差分Ｄは大きくなる。
【０１００】
減光部２４１は、開始位置２５２−１における対象物１２と、終了位置２５２−２における対象物１２とが重なる領域に、透過領域２４２を設定してもよい。これにより、露光時間中に常に対象物１２が存在する領域に透過領域２４２を設定できる。このため、非透過光４８が撮像部２０に到達するのを抑制できる。
【０１０１】
図２６は、第２の撮像段階Ｓ２０２の他の例を説明する図である。本例においても、対象物１２は、第２の撮像段階Ｓ２０２の間に、光照射部２４０と撮像部２０との間を通過するように移動する。
【０１０２】
本例の減光部２４１は、撮像部２０が露光している間、透過領域２４２の位置を対象物１２の移動速度に応じて、開始位置２４２−１から終了位置２４２−２まで移動させる。本例では、透過領域２４２のＸ軸方向の長さを短くしなくてよい。つまり、透過領域２４２のＸ軸方向における長さと、Ｚ軸方向における長さの比は、対象物１２のＸ軸方向における長さと、Ｚ軸方向における長さの比と同一であってよい。
【０１０３】
本例によれば、透過領域２４２が、対象物１２の移動に追従するので、露光時間中に対象物１２が移動する場合であっても、非透過光４８が撮像部２０に到達するのを抑制できる。また、透過領域２４２を縮小しないので、対象物１２の全体を容易に観察できる。
【０１０４】
図２７は、第２の撮像段階Ｓ２０２の他の例を説明する図である。本例の撮像装置２１０は、図２５において説明した透過領域２４２の制御と、図２６において説明した透過領域２４２の制御とを使い分ける。図２５において説明した制御においては、Ｘ軸方向において、透過領域２４２が対象物１２よりも差分Ｄだけ小さくなる。図２６において説明した制御においては、透過領域２４２を移動させるので、減光部２４１の応答速度に応じて、透過領域２４２の端部の透過率と、透過領域２４２の中央部の透過率との間でバラツキが生じる場合がある。
【０１０５】
本例においては判定段階Ｓ２０３において、減光部２４１が、第２の撮像段階Ｓ２０２における露光時間が基準値以下であるか否かを判定する。露光時間が長いほど、図２５に示した差分Ｄが大きくなる。減光部２４１は、差分Ｄが基準値以下であるか否かを判定してよい。つまり、撮像部２０の露光時間と、対象物１２の移動速度との積が、所定の基準値以下であるか否かを判定してもよい。減光部２４１は、露光時間と比較する基準値を、対象物１２の移動速度で除算して用いてもよい。一例として減光部２４１は、図２５において示した差分Ｄが、対象物１２のＸ軸方向の長さの５％以下の場合に、露光時間が基準値以下と判定してよい。
【０１０６】
露光時間が基準値以下の場合、減光部２４１は、図２５において説明したように、透過領域２４２をＸ軸方向に縮小し、且つ、透過領域２４２の位置を固定する（Ｓ２０４）。また、露光時間が基準値より大きい場合、減光部２４１は、図２６において説明したように、透過領域２４２を対象物１２の移動に追従させる（Ｓ２０５）。これらの制御を行い、撮像装置２１０は、第２の画像１０２を取得する（Ｓ２０６）。これにより、第２の撮像段階Ｓ２０２が終了する。
【０１０７】
本例によれば、撮像部２０の露光時間に基づいて、図２５の制御と、図２６の制御を使い分ける。このため、撮像部２０の露光時間に応じた適切な第２の画像１０２を取得できる。本例においては、各段階の演算等の処理を減光部２４１が行っているが、各処理は処理装置３０が行ってもよい。
【０１０８】
他の例においては、判定段階Ｓ２０３において、減光部２４１の応答速度に基づいて判定を行ってよい。減光部２４１の応答速度とは、減光部２４１の所定の領域を減光領域２２０から透過領域２４２に変更するのに要する時間である。減光部２４１が液晶パネルの場合、応答速度はリフレッシュレートとも称される。一例として減光部２４１は、第２の撮像段階Ｓ２０２における露光時間が、減光部２４１の応答速度の２倍以上の場合にＳ２０５の処理を選択し、２倍より小さい場合にＳ２０４の処理を選択してよい。
【０１０９】
図２８は、減光部２４１の他の例を説明する図である。本例の減光部２４１は、撮像部２０に向かう光の配向角αが異なる領域を有する。配向角αは、減光部２４１にＹ軸と平行な光が入射したときに減光部２４１が射出する光の、撮像部２０の光軸に対する角度である。配向角αは、ＹＺ面における角度であってよい。
【０１１０】
本例の減光部２４１は、Ｚ軸方向における位置に応じて、配向角αが異なっている。より具体的には、減光部２４１の光射出面において、撮像部２０の光軸と交差する位置に近い領域２５６の配向角は、光軸と交差する位置から遠い領域２５４の配向角よりも小さい。つまり、減光部２４１は、撮像部２０に射出光が集光するように、それぞれの位置の配向角αが設定されていてよい。このような構成により、対象物１２を透過しない非透過光が、撮像部２０に到達することを更に抑制できる。配向角αの絶対値は、２０度以下であってよく、１０度以下であってよく、５度以下であってもよい。また、図２８においては、ＹＺ面における配向角αを説明したが、ＸＺ面における配向角もＸ軸方向の位置毎に異なっていてよい。
【０１１１】
減光部２４１の光射出面と、撮像部２０との間には、減光部２４１の各領域の配向角を調整する光学部材が設けられてよい。光学部材は、例えばレンチキュラーレンズである。減光部２４１のＺ軸方向における画素周期と、レンチキュラーレンズのＺ軸方向におけるレンズ周期とをずらすことで、Ｚ軸方向の各位置における配向角を異ならせることができる。
【０１１２】
なお、図１から図１８において説明した光照射部４０の制御を、図１９から図２８において説明した減光部２４１の制御に適宜適用してよい。この場合、光照射部４０の発光領域を透過領域に読み替え、遮光領域を減光領域に読み替え、発光強度を透過率に読み替え、発光位置を透過位置に読み替え、発光素子を透過画素に読み替え、光照射面を光透過面に読み替えてよい。
【０１１３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０・・・撮像装置、１２・・・対象物、１４・・・内部構造、１６・・・影部、１８・・・光軸、２０・・・撮像部、２１・・・撮像素子、２２・・・受光面、２３・・・スキャン部、２４・・・絞り、２６・・・撮像光学系、３０・・・処理装置、４０・・・光照射部、４１・・・第１の発光領域、４２・・・第２の発光領域、４３・・・端部、４４・・・光照射面、４６・・・透過光、４７・・・照射光、４８・・・非透過光、４９・・・非透過光、５０・・・ドット、５２・・・画像ボケ部、１０１・・・第１の画像、１０２・・・第２の画像、１０３・・・第３の画像、１０４・・・第１のキャリブレーション用画像、１０６・・・第２のキャリブレーション用パターン、１０８・・・第２のキャリブレーション用画像、１１０・・・外側領域、１１１・・・遮光領域、１１２・・・中間領域、１１４・・・画像要素、１１６・・・中心領域、１２１・・・画像位置、１２２・・・画像位置、１３１・・・発光位置、１３２・・・発光位置、１４０・・・搬送部、２１０・・・撮像装置、２２０・・・減光領域、２４０・・・光照射部、２４１・・・減光部、２４２・・・透過領域、２４２−１・・・開始位置、２４２−２・・・終了位置、２４４・・・光源、２５０・・・極大ピーク、２５２−１・・・開始位置、２５２−２・・・終了位置、２５４、２５６・・・位置、３１０・・・撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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