(57)【要約】【課題】対象物の正対位置からの撮像と当該対象物の正対位置からの照明とを可能にした光照射器を提供すること。【解決手段】光源の光を対象物に照射する光照射器２において、平行光化された前記光源の光を前記対象物に向けて反射する反射板４４を備え、前記反射板４４には、前記対象物に向かう平行光の光軸Ｌと交差する箇所に、前記対象物を前記反射板４４を挟んだ位置から撮像可能にする撮像用開口５０を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の光を対象物に照射する光照射器において、
平行光化された前記光源の光を前記対象物に向けて反射する反射板を備え、
前記反射板には、前記対象物に向かう平行光の光軸と交差する箇所に、前記対象物を前記反射板を挟んだ位置から撮像可能にする撮像用開口を設けたことを特徴とする光照射器。
【請求項２】
前記撮像用開口に、前記光軸と同軸に筒体を挿入したことを特徴とする請求項１に記載の光照射器。
【請求項３】
前記反射板と前記対象物の間に、前記撮像用開口により断面環状の光量分布となった平行光を拡散し断面内の光量分布を均一化する拡散板を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射器。
【請求項４】
前記拡散板に、前記対象物に向かう平行光の光軸と同軸に、前記撮像用開口により光量が低下した範囲を縁取った形状の開口を有した筒体を挿入し、当該筒体の内周面には、中心部に向かって突出する遮光部を全周に亘って設けたことを特徴とする請求項３に記載の光照射器。
【請求項５】
前記光源が集光反射鏡を備え、前記集光反射鏡の光軸上に、前記光源から出射された光を断面環状の光量分布を有する光に変換するコーンレンズ、及び、当該コーンレンズの出射光を平行光化する光学レンズを設け、前記反射板に前記撮像用開口を囲む位置を照らす平行光を入射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光照射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像に用いて好適な光照射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製品などの検査分野では、検査対象物に光を照射しながら、当該光照射箇所の画像をＣＣＤカメラ等の撮像装置で取り込む撮像システムが知られている。
ところで、検査対象物が容器内に密封状態で配置されている場合には、当該容器に設けた観察窓を通じてＣＣＤカメラで検査対象物の画像を撮影する必要がある。この場合には、容器に照明用窓を観察窓と別に設け、この照明用窓を通じて検査対象物に光を照射することになる。
しかしながら、照明用窓と観察窓を容器に別々に設けられるとは限らず、その場合には、検査対象物の照明と撮影とを１つの観察窓を通じて行う必要がある。そこで従来においては、撮像装置を観察窓に正対して配置するとともに、この観察窓から帯状平行光束を所定の照射角で入射して検査対象物を照明する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平３−４６４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術においては、観察窓から検査対象物までの距離が大きくなるほど上記照射角を小さくする必要があり、観察窓に正対する位置から検査対象物を照射しなければならい事がある。しかしながら、観察窓の正対位置には撮像装置が配置されることから検査対象物を照明することができない、という問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、１つの観察窓から対象物の撮像と当該対象物の照明とを可能にする光照射器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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、光源の光を対象物に照射する光照射器において、平行光化された前記光源の光を前記対象物に向けて反射する反射板を備え、前記反射板には、前記対象物に向かう平行光の光軸と交差する箇所に、前記対象物を前記反射板を挟んだ位置から撮像可能にする撮像用開口を設けたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、上記光照射器において、前記撮像用開口に、前記光軸と同軸に筒体を挿入したことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記光照射器において、前記反射板と前記対象物の間に、前記撮像用開口により断面環状の光量分布となった平行光を拡散し断面内の光量分布を均一化する拡散板を備えることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記光照射器において、前記拡散板に、前記対象物に向かう平行光の光軸と同軸に、前記撮像用開口により光量が低下した範囲を縁取った形状の開口を有した筒体を挿入し、当該筒体の内周面には、中心部に向かって突出する遮光部を全周に亘って設けたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記光照射器において、前記光源が集光反射鏡を備え、前記集光反射鏡の光軸上に、前記光源から出射された光を断面環状の光量分布を有する光に変換するコーンレンズ、及び、当該コーンレンズの出射光を平行光化する光学レンズを設け、前記反射板に前記撮像用開口を囲む位置を照らす平行光を入射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平行光化された光源の光を対象物に向けて反射する反射板を備え、反射板には、対象物に向かう平行光の光軸と交差する箇所に、対象物を前記反射板を挟んだ位置から撮像可能にする撮像用開口を設ける構成とした。この構成によれば、対象物に向かう光と同軸に撮像手段を配置し撮像用開口から対象物を撮像することができる。このため、対象物を臨む観察窓が１つであっても、その観察窓の大きさや観察窓から対象物までの距離に制限されることなく対象物を良好に撮像できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像システムの構成を示す図である。
【図２】撮像システムによる撮像態様を模式的に示す図である。
【図３】光学系の構成を示す図である。
【図４】拡散板に設けた遮光筒の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る撮像システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は本実施形態に係る撮像システム１の構成を示す図であり、図２は撮像システム１による撮像態様を模式的に示す図である。
撮像システム１は、図２に示すように、容器や部屋の壁面６に設けられた観察窓８から内部に光を入射して当該観察窓８から比較的遠方（例えば数メートル）に位置した被照射面（対象物）１０を照射するとともに、この被照射面１０を観察窓８の外から撮影する用途に好適なものであり、図１に示すように、大別すると、光照射器２と、撮像装置４とを備えている。
【００１３】
光照射器２は、図１に示すように、略直方形状の筐体１２を備え、この筐体１２の底面１２Ａには、固定脚１４、及び、光の出射口１６が設けられており、当該出射口１６を観察窓８に対面させて設置される。この出射口１６は透明な例えばガラス板で塞がれている。
この光照射器２には、光源ユニット２０と、この光源ユニット２０の放射光を平行光化して出射口１６から出射する光学系２２が納められており、また、この他にも光源ユニット２０を点灯するための安定器２４や光源ユニット２０を空冷するための空冷ファン２６なども設けられている。
光源ユニット２０は、光源たる放電ランプ３０と、放電ランプ３０の光を集光する集光反射鏡３２とを一体に備えた、いわゆる集光型放電ランプとして構成されている。
【００１４】
図３は光学系２２の構成を示す図である。
光学系２２は、図２及び図３に示すように、コーンレンズ４０と、１対のコリメートレンズ４２Ａ、４２Ｂと、反射板４４とを備え、光源ユニット２０の光軸Ｋに同軸にこれらの順番で配置されている。
コーンレンズ４０は、図２に示すように、光源ユニット２０の光線Ｒ１を、光軸Ｋを中心に中抜けした断面円環状の光量分布を有する光線Ｒ２に変換してコリメートレンズ４２Ａに入射する。また、１対のコリメートレンズ４２Ａ、４２Ｂは、コリメートレンズ４２Ａに入射した光線Ｒ２の断面径を所定倍率で拡大し平行光化した光線Ｒ３をコリメートレンズ４２Ｂから出射し反射板４４に入射する。反射板４４は、光線Ｒ３の進行方向を約９０度下方に向けて折り曲げ出射口１６に入射する。これにより、出射口１６から断面円環状の平行光の光線Ｒ４が出射され、観察窓８を通して被照射面１０に照射される。このように出射光を平行光とすることで被照射面１０に至るまでに光が拡がることがないため、観察窓８の大きさで規制された範囲に効率良く光を通し被照射面１０に到達させることができる。
【００１５】
図２に示すように、出射口１６には、光線Ｒ４が通過する範囲に拡散板４６が配置されている。この拡散板４６は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、光線Ｒ４の進行に伴い断面円環状の光線Ｒ４の中抜け部分に光を入り込ませて中抜けした内径部分を縮小し、被照射面１０に到達する時には、図２（Ｃ）に示すように、中心にまで光が入り込んだ断面円形状の光線Ｒ４とするものである。また、この図２（Ｃ）の状態においては、断面内の光量分布が均一となるように拡散板４６の拡散率などが規定されている。これにより、被照射面１０が光線Ｒ４により均等にむら無く照射されることとなる。
【００１６】
次いで、撮像装置４は、例えばＣＣＤカメラを内蔵し、被照射面１０の画像を取り込むものである。この画像は、静止画像及び動画像のどちらでもよい。撮像装置４は、図２に示すように、その光軸Ｍ（レンズの中心軸）が出射口１６から被照射面１０に向かう光線Ｒ４の光軸Ｌと同軸になる（重なる）ように被照射面１０に正対して配置されている。
【００１７】
撮像装置４と被照射面１０との間には、上記反射板４４が位置することになるが、この反射板４４には、図２及び図３に示すように、被照射面１０に向かう光線Ｒ４の光軸Ｌと交差する箇所に、当該光軸Ｌを中心に円形の撮像用開口５０が設けられ、また、撮像装置４の光軸Ｍが光線Ｒ４と同軸になるように配置されている。すなわち、図２に示すように、撮像装置４の位置では撮像用開口５０を通じて被照射面１０を臨むことができ、これにより、光照射器２で照らされた被照射面１０を良好に撮像することができることとなる。この撮像用開口５０は、少なくとも投影面が観察窓８に含まれる大きさであり、また、光線Ｒ４の断面径よりも小さくされている。
【００１８】
さて、反射板４４に撮像用開口５０を設けた構成においては、この撮像用開口５０の範囲に照射された光は被照射面１０に向かうことが無く無駄になってしまう。そこで、本実施形態では、上記コーンレンズ４０によって断面円環状の光量分布の光線Ｒ２を生成し、図２に示すように、この円環状の内径部分（光量がゼロの部分）が撮像用開口５０を含むように、すなわち、この撮像用開口５０を囲む位置を照らすように、一対のコリメートレンズ４２Ａ、４２Ｂで拡大し反射板４４に入射している。これにより、撮像用開口５０に光が入射しないため、光源ユニット２０が放射する光を無駄なく被照射面１０に向かわせることができる。
【００１９】
ここで、光学設計の誤差やコーンレンズ４０や一対のコリメートレンズ４２Ａ、４２Ｂの位置ずれなどにより、撮像用開口５０に光が照射された場合、この撮像用開口５０で光が乱反射して撮像装置４に迷光が入射する虞がある。また、出射口１６に設けた拡散板４６に光が入射した際の反射光が迷光になって撮像装置４に入射する虞もある。このような迷光が撮像装置４に入射すると撮像装置４のノイズとなるばかりか露出オーバーにより、いわゆる色飛びが発生するなどの画質低下を招く。
【００２０】
そこで、本実施形態では、図１〜図３に示すように、撮像装置４の光軸Ｍと同軸に遮蔽筒（筒体）６０を反射板４４の撮像用開口５０に挿入配置するとともに、拡散板４６にも光軸Ｍと同軸に遮蔽筒（筒体）６２を挿入固定し、撮像装置４に迷光が入り込まないようにしている。
このとき、遮蔽筒６０においては、反射板４４を貫通して出射口１６側に延び出た端部６０Ａが、当該反射板４４に入射する光線Ｒ３の中抜けの範囲内に位置しており、遮蔽筒６０によって、反射板４４に入る光が遮られないようにしている。
【００２１】
また、同様に、拡散板４６に挿入された遮蔽筒６２においても、図２に示すように、その開口径が、拡散板４６に入射する光線Ｒ４の中抜け部分（断面円環状の内径）と略一致するように構成されている。このとき、遮蔽筒６２の内部に光線Ｒ４が入り込むと、出射口１６や観察窓８での反射光が迷光となって撮像装置４に入り込む虞がある。そこで、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、遮蔽筒６２の内周面６２Ａから中心部に向かって突出した遮光部６４が内周面６２Ａの全周に亘って形成されている。これにより、遮蔽筒６２の開口６３から入り込んだ光は遮光部６４によって遮光されることとなり、迷光となって撮像装置４に入り込むことが防止される。
【００２２】
このように本実施形態によれば、平行光化された光線Ｒ３を被照射面１０に向けて反射する反射板４４に、被照射面１０に向かう光線Ｒ４の光軸Ｌと交差する箇所に、被照射面１０を反射板４４を挟んだ位置から撮像可能にする撮像用開口５０を設ける構成とした。
この構成によれば、被照射面１０に向かう光線Ｒ４と同軸に配置した撮像装置４から撮像用開口５０を通じて被照射面１０を撮像することができる。このため、観察窓８が１つであっても、その観察窓８の大きさや観察窓８から被照射面１０までの距離に制限されることなく被照射面１０を良好に撮像できる。
また、被照射面１０に向かう光線Ｒ４を平行光とすることで被照射面１０に至るまでに光が拡がることがなく、観察窓８の大きさで規制された範囲に効率良く光を通して被照射面１０に到達させることができる。
【００２３】
また本実施形態によれば、撮像用開口５０に、光軸Ｌと同軸に遮蔽筒６０を挿入したため、この撮像用開口５０で乱反射した光が迷光となって撮像装置４に入り込むことが防止される。
【００２４】
また本実施形態によれば、反射板４４と被照射面１０の間である出射口１６に、撮像用開口５０により断面円環状の光量分布となった光線Ｒ４を拡散し断面内の光量分布を均一化する拡散板４６を備える構成とした。この構成により、被照射面１０を均等にむら無く照射できる。
【００２５】
また本実施形態によれば、拡散板４６に、光線Ｒ４の光軸Ｌと同軸に、当該光線Ｒ４の断面円環状の光量分布の内径と一致する形状の開口６３を有した遮蔽筒６２を挿入し、当該遮蔽筒６２の内周面６２Ａには、中心部に向かって突出する遮光部６４を全周に亘って設ける構成とした。
この構成によれば、拡散板４６での乱反射により撮像装置４に迷光が入り込むことが防止されるとともに、当該遮蔽筒６２に入り込んだ光が迷光となって撮像装置４に入り込むことも防止できる。
【００２６】
また本実施形態によれば、集光反射鏡３２を備える光源ユニット２０の光軸Ｋ上に、光源ユニット２０から出射された光線Ｒ１を断面円環状の光量分布を有する光線Ｒ２に変換するコーンレンズ４０、及び、当該コーンレンズ４０の出射光を平行光化する一対のコリメートレンズ４２Ａ、４２Ｂを設け、反射板４４には撮像用開口５０を囲む平行光を入射する構成とした。
この構成により、撮像用開口５０に光が入射しないため、光源ユニット２０が放射する光を無駄なく被照射面１０に向かわせることができる。
【００２７】
［第２実施形態］
本実施形態では、光源の光を対象物に照射する光照射器において、断面環状の光量分布を有し平行光化した前記光源の光を前記対象物に向けて照射するとともに、前記平行光の光軸上に前記対象物を映すミラーを配置し、前記ミラーに写った対象物の像を撮像可能にした光照射器について説明する。
図５は、本実施形態に係る撮像システム１００の構成を模式的に示す図である。なお、同図において、第１実施形態と同じ部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
この図に示すように、撮像システム１００は、被照射面１０の正対位置に配置された光照射器１０２と、光照射器１０２から被照射面１０に向かう光の光軸Ｌから外れた位置に配置された撮像装置４とを備えている。
光照射器１０２は、第１実施形態と同様に、コーンレンズ４０及びコリメートレンズ４２Ａ、４２Ｂを備え、コリメートレンズ４２Ｂから断面円環状の平行光化された光線Ｒ３を出射する。このコリメートレンズ４２Ｂの光軸Ｋ上には、光線Ｒ３の断面円環状の内径に相当する位置に、被照射面１０の像を映すミラー７０が、光線Ｒ３が透過する例えば透明なガラス板７１に担持されて配置されている。すなわち、ガラス板７１を透過した光線Ｒ３は断面円環状の光量分布を維持したまま透過し、光線Ｒ４として被照射面１０に照射される。
【００２９】
また、ガラス板７１とコリメートレンズ４２Ｂの間には、拡散板４６が配置されており、光線Ｒ４が被照射面１０に到達したときに、断面の光量分布が略均一化されるように構成されている。
一方、上記撮像装置４は、ミラー７０に映った像を撮像可能な位置に配置されている。これにより、光線Ｒ４で照射された被照射面１０をミラー７０に映った像を通じて撮像装置４で撮像できることとなる。
【００３０】
このように本実施形態によれば、光源ユニット２０（光源）の光を被照照射面１０（対象物）に照射する光照射器１０２において、断面円環状（断面環状であれば円環でなくともよい）の光量分布を有し平行光化した前記光源ユニット２０の光を前記被照射面１０に向けて照射するとともに、前記平行光の光軸Ｌ上に前記被照射面１０を映すミラー７０を配置し、前記ミラー７０に写った被照射面１０の像を撮像可能な構成とした。この構成によれば、観察窓８が１つの場合でも、上記ミラー７０に写った被照射面１０の像を撮像することで、光照射器１０２で照明された被照射面１０を良好に観察することができる。
【００３１】
なお、上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の趣旨の範囲内に任意に変形及び応用が可能であることは勿論である。
例えば上述した実施形態では、被照射面１０に向かう光線Ｒ４の断面内の光量分布を円環状としたが、環状であれば中抜け部分は円形でなくともよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  撮像システム
２、１０２  光照射器
４  撮像装置
８  観察窓
１０  被照射面（対象物）
２０  光源ユニット
２２  光学系
３０  放電ランプ
３２  集光反射鏡
４０  コーンレンズ
４２Ａ、４２Ｂ  コリメートレンズ（光学レンズ）
４４  反射板
４６  拡散板
５０  撮像用開口
６０、６２  遮蔽筒（筒体）
６２Ａ  内周面
６３  開口
６４  遮光部
７０  ミラー
Ｋ、Ｌ、Ｍ  光軸
Ｒ１〜Ｒ４  光線
【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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