(57)【要約】【課題】粉粒体などの汚染材料が存在する環境であっても、該汚染材料による撮像視野の汚染を防いで撮像対象物を安定的に撮像することができる撮像装置及び撮像方法を提供すること。【解決手段】本発明の撮像装置は、レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備える。撮像装置のうち少なくともレンズが筐体内に収容されている。筐体は、レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有する。撮像装置は、気体導入口を通じて筐体内に供給した気体を、受光窓を通じて排出しながら撮像するようになされている。また、本発明の撮像方法は、前記の構成を有する撮像装置を用いて撮像する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備えた撮像装置であって、
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像するようになされている撮像装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記受光窓の周囲が遮光されている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換部が、複数の光電変換素子が列状に配置されて構成されている請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
空気中を移動する粉粒体を撮像対象とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記粉粒体が粘着性を有する粒子であり、空気中を落下する該粒子を撮像対象とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備えた撮像装置によって、空気中を移動する粉粒体を撮像する撮像方法であって、
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像する、撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置に関して、塵やほこりなどの汚染物質が撮像部へ付着しないようにするために様々な提案がなされている。例えば特許文献１には、気密に保った防塵ケース内にテレビカメラを納装した防塵装置において、防塵ケースの前面を構成する透明体に向けて、防塵ケース内に供給した圧力空気を噴射する噴射口を形成することが開示されている。また特許文献２には、撮像素子を覆い且つレンズの所定領域に対応する開口部を設けたカバー部と、該カバー部と一体的に設けられる窓部とを備えるカメラモジュール構造が開示されている。同文献には、窓部に遮光部を施してもよいことも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５６−８５４６０号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、製品の製造工程において、粉粒体等の散布対象物を散布によって製品に含有させる場合、散布される粉粒体等を精度良く撮像して、その散布状況を定期的に確認することが製品の品質や性能の安定性の観点から重要となる。しかし、特許文献１に記載の防塵装置は、防塵ケースの前面に圧力空気を噴射するので、接着性の高い粉粒体等を撮像する場合には、散布時に飛散した粉粒体等が防塵ケースの前面に付着しやすくなり、その結果、撮像部が汚染され撮像精度が低下してしまう。また特許文献２に記載のカメラモジュール構造は、散布された粉粒体等を撮像する技術ではない。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、従来技術が有する課題を解決し得る撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備えた撮像装置であって、
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像するようになされている撮像装置を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、レンズと、該レンズによって集光された光を電気信号に変換する光電変換部とを備えた撮像装置によって、空気中を移動する粉粒体を撮像する撮像方法であって、
前記撮像装置のうち少なくとも前記レンズが筐体内に収容されており、
前記筐体は、前記レンズの受光面と対向する部位に、該受光面の少なくとも一部への光の入射を可能とする貫通した受光窓を有するとともに、該受光窓への光の入射を遮らない部位に気体導入口を有し、
前記気体導入口を通じて前記筐体内に供給した気体を、前記受光窓を通じて排出しながら撮像する、撮像方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、粉粒体などの汚染材料が存在する環境であっても、該汚染材料による撮像視野の汚染を防いで撮像対象物を安定的に撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の撮像装置の拡大断面図（図１相当図）であり、図２（ｂ）は、本発明の撮像装置を受光窓側から見た正面模式図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）の拡大模式図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例の画素数の経時的な変化を示すグラフであり、図３（ｂ）は、比較例の画素数の経時的な変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の撮像装置の一実施形態が示されている。同図に示すように、撮像装置１０は、レンズ１１と、レンズ１１によって集光された光を電気信号に変換する光電変換部１２とを備えている。レンズの外面である受光面１１Ｓは、所定の撮像領域を照らす照明部２０と向かい合うように対向して配置されており、レンズ１１と照明部２０との間に撮像対象物３０が移動できるように配置されている。同図では、撮像対象物３０が、平板３１上から、レンズ１１と照明部２０との間に落下するようになっている。
【００１１】
本発明で用いられる撮像装置１０は、レンズ１１及び光電変換部１２を備えるものであって、空気中を移動する粉粒体等といった撮像対象物を静止画像として撮像できる装置であれば特に制限なく採用できる。このような撮像装置としては、例えばＣＣＤ方式のエリアカメラやラインスキャンカメラなどが挙げられる。画像処理の効率化を図る観点から、光電変換素子を複数有する光電変換部１２を備える撮像装置を用いることが好ましく、特にラインスキャンカメラなどの複数の光電変換素子が列状に配置された光電変換部を備える撮像装置を用いることが更に好ましい。光電変換素子としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）であってもよく、あるいはＣＭＯＳセンサであってもよい。光電変換素子は、必ずしもカラー光電変換素子であることを要せず、例えば２５６階調のグレースケールでの階調表現ができる光電変換素子が好ましく、更に高階調な階調表現ができる光電変換素子がより好ましい。また、撮像する粒子に対する分解能を上げることが、より鮮明な画像を得るために好ましい。
【００１２】
撮像装置１０は、筐体４０を更に備えている。筐体４０は、撮像装置１０のうち少なくともレンズを筐体４０内に収容できるようになっていれば、その形状や材質は特に制限されず、例えば形状としては筒状、箱状等が挙げられ、材質としては木、プラスチック、金属等が挙げられる。筐体４０は、これ自体が光透過性であっても光不透過性であってもよい。筐体４０の寸法は、少なくともレンズ１１を筐体４０内に収容可能であれば特に制限されず、用いる撮像装置１０の寸法に応じて適宜調整することができる。
【００１３】
撮影対象物によるレンズの汚染を防いで安定的な撮像を行うとともに、撮像装置１０の保守を容易にする観点から、図１に示すように、撮像装置１０の全体が筐体４０内に収容されていることが更に好ましい。同図に示す筐体４０は、箱状の部材となっており、その内部に撮像装置１０の全体が収容されている。
【００１４】
図１に示すように、筐体４０は、貫通した受光窓４０Ａを有していることが好ましい。同図に示す受光窓４０Ａは、レンズ１１の受光面１１Ｓと対向する部位に配されており、該受光面１１Ｓの少なくとも一部に光の入射をできるようになっている。このような構成を有していることによって、レンズの受光面１１Ｓの撮像対象物による意図しない汚染を防ぎつつ、撮像対象物の撮像を安定的に行うことができる。
【００１５】
筐体４０は、少なくとも受光窓４０Ａの周囲が遮光されるように構成されていることが好ましい。このような構成とすることによって、筐体４０における受光窓４０Ａの周囲が撮像時間の経過とともに撮像対象物で汚染してしまった場合でも、その汚染に依存することなく撮像対象物の撮像をより安定的に行うことができる。筐体４０の遮光の方法は、例えば黒色の部材や金属製部材などの光不透過性部材又は光反射性部材からなる筐体４０を用いたり、筐体４０の外面又は内面に光不透過性部材又は光反射性部材を取り付けたりして行うことができる。
【００１６】
図２（ａ）には、図１における撮像装置１０の要部拡大図が示されている。同図に示すように、筐体４０は気体導入口５０を更に備えている。気体導入口５０は、空気等の気体を外部から筐体４０内へ供給する貫通口である。同図においては、ポンプ等の気体を供給する気体供給部６０が気体導入路６１を介して気体導入口５０に接続されている。
【００１７】
撮像対象物の撮像を安定的に行う観点から、気体導入口５０は、筐体４０における受光窓４０Ａへの光の入射を遮らない部位に気体導入口５０を配することが好ましい。気体導入口５０の配置位置は、例えば撮像装置１０の全体を箱状の筐体４０内に収容した場合には、筐体の天面、底面又は背面に配置したり、レンズの受光面１１Ｓよりも後方に配置したりすることができる。気体導入口５０は、一箇所に配置してもよく、複数箇所に配置してもよい。
【００１８】
図１に示すように、撮像装置１０は、受光窓４０Ａ及び気体導入口５０を有する筐体４０に収容されていることによって、気体導入口５０を通じて筐体４０内に供給した気体を流通させて、受光窓４０Ａを通じて気体流Ａとして排出しながら撮像できるようになっている。このような構成となっていることで、受光窓４０Ａを通じて排出される気体流Ａによって、撮像対象物が受光窓４０Ａに付着することを防ぐことができ、仮に撮像対象物が受光窓４０Ａに付着した場合であっても付着物を容易に吹き飛ばすことができる。その結果、撮像装置の撮像視野の汚染を防ぎ、撮像対象物の安定的な撮像を行うことができる。
【００１９】
特に、撮像に適切な光量の確保と、撮像対象物の一層安定的な撮像とをより効果的に両立する観点から、受光窓４０Ａが撮像装置１０における光電変換部１２の撮像可能視野と一致するか、又は該視野よりも大きい相似形となるように設けられていることが好ましい。光電変換部１２の撮像可能視野は、光電変化部１２に内蔵されている光電変換素子の配置位置によって決まるので、図２（ｂ）に示すように、例えばラインスキャンカメラ等といった光電変換部１２に複数の光電変換素子１５が列状に配置された撮像装置を用いた場合には、光電変換素子１５の配置に対応させて、少なくとも撮像可能視野全体を確保できる寸法を有する矩形状の受光窓４０Ａを設けることができる。
【００２０】
上述のように、ラインスキャンカメラを撮像装置１０として用いた場合に、受光窓４０Ａの形状を矩形状とすることによって、該形状を円形状とした場合に比べて、気体導入口５０から供給される気体の流量が少ない場合でも、受光窓４０Ａから気体を十分に排出することができ、受光窓４０Ａ及びその近傍における撮像対象物による汚染を防止できる。その結果、撮像対象物の一層安定的な撮像を実現することができる。
【００２１】
気体導入口５０から供給される気体の流量が少ない場合でも、筐体４０の内部から気体を排出可能にして、撮像対象物の一層安定的な撮像を実現する観点から、受光窓４０Ａは矩形状のものとしたときに、その寸法は以下の関係となっていることが好ましい。
【００２２】
すなわち、図２（ａ）ないし（ｃ）に示すように、筐体４０を箱形とし、筐体４０におけるレンズの受光面１１Ｓと対向する部材（以下、この部材を「筐体対向部材４０Ｓ」ともいう。）及び受光窓４０Ａをともに矩形状のものとした場合に、受光窓４０Ａの高さＨ１（図２（ｂ）中、Ｘ方向の長さＨ１）は、筐体対向部材４０Ｓの高さＨ２に対して、Ｈ１／Ｈ２として、２／３倍以下であることが好ましく、１／２倍以下であることがより好ましく、１／１０倍以下であることが更に好ましい。
【００２３】
同様の観点から、受光窓４０Ａの幅Ｗ１（図２（ｂ）中、Ｙ方向の長さＷ１）は、筐体対向部材４０Ｓの幅Ｗ２に対して、Ｗ１／Ｗ２として、１倍以下であることが好ましく、３／４倍以下であることがより好ましく、１／２倍以下であることが更に好ましい。
【００２４】
また同様の観点から、受光窓４０Ａの奥行Ｄ１（図２（ｃ）中、Ｚ方向の長さＤ１）は、筐体対向部材４０Ｓの厚さと同じとすることができる。
【００２５】
詳細には、受光窓４０Ａの高さＨ１は、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１ｍｍ以上であることが更に好ましく、また５ｃｍ以下であることが好ましく、３ｃｍ以下であることがより好ましく、１ｃｍ以下であることが更に好ましい。
【００２６】
受光窓４０Ａの幅Ｗ１は、５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｃｍ以上であることがより好ましく、３ｃｍ以上であることが更に好ましく、また３０ｃｍ以下であることが好ましく、１０ｃｍ以下であることがより好ましく、５ｃｍ以下であることが更に好ましい。
【００２７】
受光窓４０Ａの奥行Ｄ１は、３ｃｍ以下であることが好ましく、１ｃｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００２８】
撮像に適切な光量を確保しつつ、撮像対象物の安定的な撮像を行う観点から、レンズ１１を円形状のものとしたときに、受光窓４０Ａの高さＨ１は、レンズ１１の直径Ｃ１（図２（ｂ）参照）に対して、Ｈ１／Ｃ１として、１／１００倍以上であることが好ましく、１／２０倍以上であることがより好ましく、１／１０倍以上であることが更に好ましい。
【００２９】
同様の観点から、受光窓４０Ａの幅Ｗ１は、レンズ１１の直径Ｃ１に対して、Ｗ１／Ｃ１として、１／１００倍以上であることが好ましく、１／１０倍以上であることがより好ましく、１／２倍以上であることが更に好ましい。
【００３０】
また同様の観点から、レンズの受光面１１Ｓと受光窓４０Ａとの間隔Ｌ１は、用いるレンズの焦点距離等によって適宜調整することができるが、レンズ１１の直径Ｃ１に対して、Ｌ１／Ｃ１として、１倍以下であることが好ましく、１／２倍以下であることがより好ましく、１／５倍以下であることが更に好ましい。
【００３１】
詳細には、レンズの受光面１１Ｓと受光窓４０Ａとの間隔Ｌ１は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが更に好ましく、また１０ｃｍ以下であることが好ましく、５ｃｍ以下であることがより好ましく、３ｃｍ以下であることが更に好ましい。このような寸法となっていれば、気体供給部６０から供給された気体が筐体４０内から受光窓４０Ａを通じて容易に排出できる。
【００３２】
粉粒体の移動を乱さないように受光窓４０Ａからの気体の排出を確保しつつ、撮像対象物の安定的な撮像を実現する観点から、気体供給部６０から気体導入口５０を通じて供給される気体の流量は、気体供給部６０からの気体の導入度合によって適宜変更することでき、受光窓４０Ａの形状や寸法及び筐体４０の内容積に応じて、気体の流量を後述する範囲に設定することが好ましい。本実施形態では、気体供給部６０から気体導入口５０を通じて供給される気体の流量は、０．０１ｍ／ｓ以上であることが好ましく、０．１ｍ／ｓ以上であることがより好ましく、０．３ｍ／ｓ以上であることが更に好ましく、また、１ｍ／ｓ以下であることが好ましく、０．８ｍ／ｓ以下であることがより好ましく、０．６ｍ／ｓ以下であることが更に好ましい。
【００３３】
撮像装置１０は、自由落下、散布又は空気流等によって空気中を移動する粉粒体等を撮像対象とすることができる。撮像対象物としては、例えば紙粉、パルプ、木粉、活性炭、砂糖、小麦粉、樹脂ペレット、樹脂ビーズ及び吸水性ポリマーの粒子等の有機物の粉粒体や、金属粉、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム及び石灰等の金属又は金属塩の粉粒体、ガラス等の無機物の粉粒体などが挙げられる。これらの粉粒体は、粘着剤等のバインダーが更に混合、添加又は被覆され、粘着性を有するものとなっていてもよい。粉粒体の形状は特に制限されず、例えば球状、碁石状、楕円状、針状等が挙げられる。
【００３４】
これらの撮像対象物は粉粒体であるので、該粉粒体が落下等の過程で飛散し、撮像装置１０等の意図しない部材や領域に付着及び堆積してしまうことがある。特に、塩化マグネシウム等の潮解性を有する粉粒体や、吸水性ポリマーなどの粘着性を有する粒子からなる粉粒体は、意図しない部材や領域に付着及び堆積してしまうと、これらの除去が非常に困難となる。この点に関して、本発明の撮像装置は少なくともレンズ１１を覆う筐体４０を有しているので、潮解性又は粘着性を有する粉粒体を撮像対象とした場合でも、レンズ１１及び受光窓４０Ａ付近に飛散した粉粒体が、筐体４０内から受光窓４０Ａを介して排出された気体流Ａによって吹き飛ばされ、受光窓４０Ａに付着することを防ぐことができる。その結果、撮像装置の撮像視野を確保し、安定的な撮像を実現することができる。
【００３５】
製品製造過程における撮像対象物の撮像を経時的に行い、そのデータをリアルタイムに処理可能とする観点から、撮像装置１０には、画像処理部７０が接続されていることが好ましい。画像処理部７０の内部には、例えば電気信号処理部、濃度判定処理部、演算部、解析部及び処理部などの複数の構成部を有しており（図示せず）、光電変換部１２によって変換された電気信号を画像化できるようになっている。画像処理部７０は、更に照明部２０と接続されて、画像処理部７０に伝送された電気信号に基づいて、照明強度が自動的に調整されるようになっていてもよい。画像処理部７０は、例えば、画像処理ソフトウェア等がインストールされたコンピュータや画像コントローラをもとに構築した装置などを用いることができる。
【００３６】
本発明の撮像方法は、上述の構成を有する撮像装置を用いて、撮像対象として空気中を移動する粉粒体を撮像するものである。特に、本方法では、気体導入口５０から筐体４０内に供給された気体を受光窓４０Ａを通じて排出しながら撮像するので、筐体外に浮遊する塵やほこり、粉粒体等が受光窓４０Ａから筐体内へ侵入することを防ぐことができ、その結果、撮像装置の撮像視野を確保して安定的な撮像を実現することができる。
【００３７】
本発明の撮像装置及び撮像方法は、上記実施形態に限定されない。例えば筐体４０は箱形のものとして説明したが、本発明の効果が奏される限りにおいて、筐体４０は円筒状等の箱形以外の形状であってもよい。筐体４０を円筒状とした場合には、該筐体４０の円形面を筐体対向部材４０Ｓとすることができ、該部材４０Ｓにおける高さＨ２及び幅Ｗ２はそれぞれ該部材４０Ｓの直径とすることができる。
【００３８】
また上述の筐体４０は、受光窓を除きいずれの面も開口していない箱形のものとして説明したが、本発明の効果が奏される限りこれに限られない。例えば、撮像装置１０を平面部材上に載置し、然る後に、底面が開口した箱状の筐体４０を撮像装置１０を覆うようにかぶせて撮像することもできる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。
【００４０】
〔実施例１〕
図１に示すように、筐体４０内に収容された撮像装置１０を用いて、撮像対象物の撮像を経時的に行った。詳細には、受光窓４０Ａ及び気体導入口５０を有する筐体４０内に、受光窓とレンズの受光面１１Ｓとが対向するように撮像装置を収容した状態で、撮像対象物として空気中を落下する粉粒体３０の撮像を行った。受光窓４０Ａの寸法を高さ５ｍｍ×幅４０ｍｍ×奥行０．１ｍｍとし、筐体４０の内容積を０．５４Ｌとした。この筐体４０内に、気体導入口５０を介して気体（空気）を０．４２ｍ／ｓで供給し、受光窓４０Ａを通じて空気を排出できるようにした。撮像装置１０としては、ラインスキャンカメラ（キーエンス社製、ＸＧ−ＨＬ０４Ｍ）を用いた。ラインスキャンカメラは、画像処理部７０と接続して、バックグラウンドの濃淡変化に起因する撮影画像の濃淡処理を自動で行った。経時的な画素数の変化を図３（ａ）に示す。
【００４１】
〔比較例１〕
本比較例では筐体４０を使用しなかった。そしてレンズの受光面に直接気体を１ｍ／ｓで吹き付けながら、空気中を落下する粉粒体の撮像を経時的に行った。そのほかは、実施例１と同様に撮像を行った。経時的な画素数の変化を図３（ｂ）に示す。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、実施例の撮像装置は、経時的な画素数の変化が非常に少なく、一層安定的に撮像対象物を撮像できていることが判る。一方、図３（ｂ）に示すように、比較例の撮像装置では、経時的に画素数が減少し、安定的に撮像対象物を撮像できなくなっていることが判る。この理由として、比較例の撮像装置におけるレンズの受光面が、気体の吹き付けによる撮像対象物の除去が不可能なほど汚染されてしまい、バックグラウンドの濃淡処理を行った場合でも、その濃淡処理に対応できないほどバックグラウンドが濃くなり、その結果、撮像対象物を明確に撮像できなくなったと考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１０    撮像装置
１１    レンズ
１１Ｓ  レンズの受光面
１２    光電変換部
３０    撮像対象物（粉粒体）
４０    筐体
４０Ａ  受光窓
４０Ｓ  筐体対向部材
５０    気体導入口
６０    気体供給部
７０    画像処理部
【図１】
2019216400.tif 000003
【図２】
2019216400.tif 000004
【図３】
2019216400.tif 000005