(57)【要約】【課題】タイヤの表面に照射したライン光の像を撮像した画像に基づいて光切断法による形状検出を行う場合に，ライン光の強度を増強することなく，十分に高い撮像レートでライン光の像の撮像を行っても，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができる。【解決手段】タイヤ１の表面の一の線Ｌｓ上に光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向（Ｚ軸方向）とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射，又は１つのライン光をそのライン長方向において集光して照射する投光装置１０と，タイヤ１の表面に一の線状に連ねて照射されたライン光の像を，複数のシート光それぞれの主光線がタイヤ１の表面に対して正反射する方向において，又は集光された１つのライン光の主光線がタイヤ１の表面に対して正反射する方向において撮像するカメラ２０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出装置であって，
前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，該光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射するライン光照射手段と，
前記タイヤの表面に照射された前記複数のライン光の像を，該複数のライン光それぞれの主光線が前記タイヤの表面に対して正反射する方向において撮像する撮像手段と，
を具備してなることを特徴とするタイヤ形状検出装置。
【請求項２】
前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に照射される複数のライン光それぞれをそのライン長方向においてコリメートするコリメート手段を具備してなる請求項１に記載のタイヤ形状検出装置。
【請求項３】
前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に照射される複数のライン光それぞれをそのライン長方向において集光する集光手段を具備してなる請求項１に記載のタイヤ形状検出装置。
【請求項４】
相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出装置であって，
前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，該光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から１つのライン光をそのライン長方向において集光して照射するライン光照射手段と，
前記タイヤの表面に照射された前記ライン光の像を，該ライン光の主光線が前記タイヤの表面に対して正反射する方向において撮像する撮像手段と，
を具備してなることを特徴とするタイヤ形状検出装置。
【請求項５】
前記タイヤにおける複数の面それぞれについて並行して前記ライン光の照射及び該ライン光の像の撮像を行う複数組の前記ライン光照射手段及び前記撮像手段のセットを具備してなる請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ形状検出装置。
【請求項６】
前記タイヤにおける複数の面それぞれに対応する複数の前記ライン光照射手段がそれぞれ異なる波長の前記ライン光を出力してなる請求項５に記載のタイヤ形状検出装置。
【請求項７】
前記ライン光照射手段が，前記タイヤのサイドウォール面における前記タイヤの半径方向に沿って一の光切断線が形成されるように，該光切断線における検出高さ方向とは異なる方向からライン光を照射する第１のライン光照射手段を具備し，
前記撮像手段が，前記第１のライン光照射手段により前記タイヤのサイドウォール面に照射された前記ライン光の像を撮像する第１の撮像手段を具備してなる請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ形状検出装置。
【請求項８】
前記ライン光照射手段が，前記タイヤのトレッド面における前記タイヤの周方向に直交する方向に沿って一の光切断線が形成されるように，該光切断線における検出高さ方向とは異なる方向からライン光を照射する第２のライン光照射手段を具備し，
前記撮像手段が，前記第２のライン光照射手段により前記タイヤのトレッド面に照射された前記ライン光の像を撮像する第２の撮像手段を具備してなる請求項７に記載のタイヤ形状検出装置。
【請求項９】
相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出方法であって，
前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，該光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射するライン光照射手段，及び前記タイヤの表面に連ねて照射された前記複数のライン光の像を撮像する撮像手段を，前記複数のライン光それぞれの主光線に沿う光が前記タイヤの表面に対して正反射する方向に前記撮像手段の視野範囲が位置するように保持した状態で，前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に前記複数のライン光を連ねて照射しつつ，該複数のライン光の像を前記撮像手段により撮像してなることを特徴とするタイヤ形状検出方法。
【請求項１０】
相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出方法であって，
前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，該光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から１つのライン光をそのライン長方向において集光して照射するライン光照射手段，及び前記タイヤの表面に照射された前記ライン光の像を撮像する撮像手段を，前記ライン光の主光線が前記タイヤの表面に対して正反射する方向に前記撮像手段の視野範囲が位置するように保持した状態で，前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に前記ライン光を照射しつつ，該ライン光の像を前記撮像手段により撮像してなることを特徴とするタイヤ形状検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤは，ゴムや化学繊維，スチールコード等の各種材料が積層された構造を有し，その積層構造に不均一な部分が存在すると，空気が充填された場合に相対的に耐圧性の弱い部分においてバルジと呼ばれる隆起部（凸部）や，デント又はデプレッションと呼ばれる窪み部（凹部）が生じる。そのようなバルジやデント等の形状欠陥が生じるタイヤは，安全上の問題或いは外観不良の問題から，検査して出荷対象から除外する必要がある。
従来，タイヤの形状欠陥の検査は，タイヤを回転機で回転させながら接触式もしくは非接触式のポイント測定式センサにより複数ポイントの表面高さを検出し，その表面高さの分布からタイヤの表面形状を検出することによって行われてきた。しかしながら，ポイント測定式センサを用いたタイヤの形状検出に基づく形状欠陥の検査では，配列するセンサの数の制約及び検査時間の制約から，タイヤにおける形状欠陥の検出対象面全体の形状を網羅的に検出することができず，形状欠陥の検出漏れが生じやすいという問題点があった。
一方，特許文献１には，回転するタイヤの表面にスリット光（ライン光）を照射してそのスリット光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤの表面形状を検出する技術について示されている。その特許文献１に示される技術によれば，タイヤにおける形状欠陥の検出対象面（タイヤのサイドウォール面やトレッド面）全体の形状を網羅的に（連続的に）検出することができ，形状欠陥の検出漏れを防止できる。
特許文献１にも示されるように，一般に，光切断法による形状検出を行う場合，検出対象面（タイヤのサイドウォール面等）に一の光切断線（１本の線上に光が照射された部分）が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向（検出する表面高さの方向）から１つのライン光を照射し，その散乱反射光を特定の方向に配置されたカメラで捉えて線状のライン光の像を撮像する。
【特許文献１】特開平１１−１３８６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで，タイヤの表面（特に，サイドウォール面）は，黒色である上にその光沢度が高く，タイヤの表面に照射されたライン光が散乱反射する比率は比較的低い。また，タイヤの表面（特に，サイドウォール面）は，全体的に山状に形成されており，必要な被写界深度を得るためにカメラの絞りを絞る必要がある。
このため，特許文献１に示されるタイヤの表面形状検出において，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得るためには，ライン光の強度（光量）を強くするか，或いはカメラの撮像レートを低く（シャッタースピードを遅く）して露光時間を長くする必要がある。
しかしながら，ライン光の強度を強くした場合，黒色で光を吸収しやいタイヤが熱的な損傷を受ける可能性があるという問題点があった。さらに，パワーの大きな光源（通常はレーザ光源）の採用は，冷却装置を必要として装置の大型化，高コスト化を招き，メンテナンス性も悪化するという問題点があった。
また，製品検査に許容される限られた時間内に，ライン光の像を回転するタイヤの周方向において十分な空間分解能で撮像しようとすると，ライン光の明瞭な像を得られるほどカメラの撮像レート（単位時間当たりの撮像回数）を低くできないという問題点があった。
例えば，タイヤの形状欠陥検査に許容される検査時間は１秒程度である。また，光切断法によるタイヤの形状検出では，ライン光の像とタイヤ表面に記された文字とを区別するため，回転するタイヤの周方向において，少なくともその文字の線幅（１ｍｍ程度）以下の空間分解能で撮像を行う必要がある。そして，その検査時間及び空間分解能の要件を満たすためには，乗用車用タイヤでは１秒当たり２０００フレーム，それより大きなトラック用或いはバス用のタイヤでは１秒当たり４０００フレームの撮像を行う必要がある。しかしながら，１秒当たり４０００フレームという高い撮像レートで撮像を行うと，特許文献１に示される技術によっては，ライン光の明瞭な像を得ることができない。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，黒色で光沢のあるタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤの表面形状を検出する場合に，ライン光の強度を増強することなく，十分に高い撮像レート（例えば，１秒当たり４０００フレーム以上）でライン光の像の撮像を行っても，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができるタイヤ形状検出装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために第１の発明は，相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出装置であり，次の（１）及び（２）に示す各構成要素を備えるものである。
（１）前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射するライン光照射手段。
（２）前記タイヤの表面に連ねて照射された前記複数のライン光の像を，その複数のライン光それぞれの主光線が前記タイヤの表面に対して正反射する方向において撮像する撮像手段。
黒色で光沢のあるタイヤの表面にライン光を照射した場合，特定の方向（カメラの撮像範囲）に向かう散乱反射光よりも正反射光の方が光量が大きくなる。また，タイヤの表面は湾曲しているため，ライン長の長い１つライン光の像を，そのライン光の主光線（中心線に沿う光）の正反射方向において前記撮像手段による撮像を行っても，そのライン光のうち主光線から両外側へ離れた光線の正反射光は撮像手段に到達せず，ライン光の像全体のうち中心から離れた部分については，やはり前記撮像手段に到達する反射光の光量が不足して明瞭な像が得られない。
これに対し，第１の発明に係るタイヤ形状検出装置は，タイヤの表面に照射したライン光の正反射方向に配置された前記撮像手段によりライン光の像を撮像するので，ライン光の強度を増強することなく，十分に高い撮像レート（例えば，１秒当たり４０００フレーム以上）でライン光の像の撮像を行っても，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができる。しかも，第１の発明に係るタイヤ形状検出装置は，ライン長の短い複数のライン光を連ねてタイヤ表面に照射し，その複数のライン光それぞれの主光線の正反射方向に前記撮像手段が位置するため，複数のライン光の像全体について明瞭な像を得ることができる。
なお，「相対的に回転するタイヤ」とは，タイヤ自体がその回転軸を中心に回転する場合と，タイヤ自体は固定された状態で当該タイヤ形状検出装置がタイヤの回転軸を中心に回転する場合とを含むことを意味する。
【０００５】
また，第１の発明に係るタイヤ形状検出装置が，さらに，次の（３）又は（４）のいずれかに示す構成要素を備えればなお好適である。
（３）前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に照射される複数のライン光それぞれをそのライン長方向においてコリメートするコリメート手段。
（４）前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に照射される複数のライン光それぞれをそのライン長方向において集光する集光手段。
これにより，湾曲したタイヤ表面に照射される複数のライン光それぞれの長さを多少長くしても，その主光線から両外側へ離れた光線の正反射方向を，前記撮像手段の方向に近づけることができる。その結果，ライン光の数を少なくして装置を簡素化できる。
【０００６】
また，上記目的を達成するために第２の発明は，相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出装置であり，次の（５）及び（６）に示す各構成要素を備えるものである。
（５）前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から１つのライン光をそのライン長方向において集光して照射するライン光照射手段。
（６）前記タイヤの表面に照射された前記ライン光の像を，該ライン光の主光線が前記タイヤの表面に対して正反射する方向において撮像する撮像手段。
このような第２の発明に係るタイヤ形状検出装置においても，タイヤの表面に照射したライン光の正反射方向に配置された前記撮像手段によりライン光の像を撮像するので，ライン光の強度を増強することなく，十分に高い撮像レート（例えば，１秒当たり４０００フレーム以上）でライン光の像の撮像を行っても，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができる。しかも，第２の発明に係るタイヤ形状検出装置は，ライン光をそのライン長方向において集光しつタイヤ表面に照射するので，湾曲した凸面であるタイヤ表面（例えば，サイドウォール面）に照射したライン光全体（主光線を含む）がほぼ同じ方向に正反射するように構成でき，そのライン光の主光線の正反射方向に前記撮像手段が位置するため，ライン光の像全体について明瞭な像を得ることができる。
【０００７】
また，本発明（前記第１の発明及び前記第２の発明を含む）に係るタイヤ形状検出装置が，前記タイヤにおける複数の面それぞれについて並行して前記ライン光の照射及びそのライン光の像の撮像を行う複数組の前記第ライン光照射手段及び前記撮像手段のセットを具備することが考えられる。
これにより，タイヤの複数の面（例えば，サイドウォール面及びトレッド面）の形状検出を同時に行うことができ，タイヤの検出対象面全体の形状検出に要する時間を短縮できる。
その場合，前記タイヤにおける複数の面それぞれに対応する複数の前記ライン光照射手段がそれぞれ異なる波長の前記ライン光を出力するものであれば好適である。
この場合，例えば，複数の前記撮像手段それぞれの撮像画像について，所定の画像処理手段により対応する波長（色）の像をライン光の像として抽出することが考えられる。或いは，当該タイヤ形状検出装置が，複数の前記撮像手段それぞれへの入射光の光路に，対応する波長の光を選択的に透過させる光フィルタを備えることも考えられる。
これにより，タイヤの複数の面について，ある面の形状検出において他の面で用いられているライン光がノイズ光となることを防止できる。
【０００８】
また，表面に文字が記されるタイヤのサイドウォール面の形状検出においては，前述したように，その文字とライン光の像とを識別するために，高い撮像レートで撮像を行うことによって高い空間分解能を確保する必要がある。本発明は，そのような検出対象への適用に好適である。
そこで，本発明に係るタイヤ形状検出装置が，以下の構成を備えれば好適である。
即ち，前記ライン光照射手段が，前記タイヤのサイドウォール面における前記タイヤの半径方向に沿って１本の光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向とは異なる方向からライン光（複数のライン光を連ねたもの又はライン長方向に集光されたもの）を照射する第１のライン光照射手段を備える。さらに，前記撮像手段が，前記第１のライン光照射手段により前記タイヤのサイドウォール面に照射された前記ライン光の像を撮像する第１の撮像手段を備える。
これにより，タイヤのサイドウォール面の形状を高速かつ高い空間分解能で検出できる。
また，本発明に係るタイヤ形状検出装置が，さらに以下の構成を備えることも考えられる。
即ち，前記ライン光照射手段が，前記タイヤのトレッド面における前記タイヤの周方向に直交する方向に沿って一の光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射する第２のライン光照射手段を備える。さらに，前記撮像手段が，前記第２のライン光照射手段により前記タイヤのトレッド面に照射された前記複数のライン光の像を，その複数のライン光それぞれの主光線が前記トレッド面に対して正反射する方向において撮像する第２の撮像手段を備える。
【０００９】
また，本発明は，以上に示したタイヤ形状検出装置を用いて，相対的に回転するタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによって前記タイヤの表面形状を検出するタイヤ形状検出方法として捉えることもできる。
即ち，第１の発明に係るタイヤ形状検出方法においては，前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射するライン光照射手段，及び前記タイヤの表面に照射された前記複数のライン光の像を撮像する撮像手段を，前記複数のライン光それぞれの主光線が前記タイヤの表面に対して正反射する方向に前記撮像手段の視野範囲が位置するように保持する。そして，前記ライン光照射手段及び前記撮像手段を上記のように保持した状態で，前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に前記複数のライン光を連ねて照射しつつ，その複数のライン光の像を前記撮像手段により撮像する。
また，第２の発明に係るタイヤ形状検出方法においては，前記タイヤの表面に一の光切断線が形成されるように，その光切断線における検出高さ方向とは異なる方向からライン光をそのライン長方向において集光して照射するライン光照射手段，及び前記タイヤの表面に照射された前記ライン光の像を撮像する撮像手段を，前記ライン光が前記タイヤの表面に対して正反射する方向に前記撮像手段の視野範囲が位置するように保持する。そして，前記ライン光照射手段及び前記撮像手段を上記のように保持した状態で，前記ライン光照射手段により前記タイヤの表面に前記ライン光を照射しつつ，そのライン光の像を前記撮像手段により撮像する。
これにより，本発明に係るタイヤ形状検出方法は，本発明に係るタイヤ形状検出装置と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，黒色で光沢のあるタイヤの表面に照射したライン光の像を撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤの表面形状を検出する場合に，ライン光の強度を増強することなく，十分に高い撮像レート（例えば，１秒当たり４０００フレーム以上）でライン光の像の撮像を行っても，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができる。その結果，タイヤに熱的損傷を生じさせることなく，タイヤの表面形状を高速かつ高い空間分解能で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係るタイヤ形状検出装置Ｗの概略構成を表す図，図２はタイヤ形状検出装置Ｗが備えるセンサユニットにおける光源及びカメラの三次元配置を模式的に表した図，図３は特定の方向（Ｙ軸方向）から見たときのセンサユニットにおけるライン光源及びカメラの配置を模式的に表した図，図４はライン光の主光線が到達する位置のタイヤ表面に垂直な方向から見たときのセンサユニットにおけるライン光源及びカメラの配置を模式的に表した図，図５はセンサユニットにおいてライン光がコリメートされる様子を模式的に表した図，図６はセンサユニットにおいてライン光が集光される様子を模式的に表した図である。
【００１２】
まず，図１を参照しつつ，本発明の実施形態に係るタイヤ形状検出装置Ｗの全体構成について説明する。
本発明の実施形態に係るタイヤ形状検出装置Ｗは，回転するタイヤ１の表面に照射したライン光の像をカメラによって撮像し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出を行うことによってタイヤ１の表面形状を検出する装置である。
図１に示すように，タイヤ形状検出装置Ｗは，タイヤ回転機２，センサユニット３，ユニット駆動装置４，エンコーダ５及び画像処理装置６等を備えている。
前記タイヤ回転機２は，形状検出の対象であるタイヤ１をその回転軸１ｇを中心に回転させるモータ等の回転装置である。例えば，前記タイヤ回転機２は，タイヤ１を６０ｒｐｍの回転速度で回転させる。これにより，タイヤ形状検出装置Ｗは，タイヤ１を１回転させる１秒の間に，後述するセンサユニット３によって，タイヤ１のトレッド面及びサイドウォール面の全周範囲の表面形状を検出する。
前記センサユニット３は，回転するタイヤ１の表面にライン光を照射する光源及びタイヤ１の表面上のライン光の像を撮像するカメラなどが組み込まれたユニットである。本実施形態では，タイヤ１の２つのサイドウォール面それぞれの形状測定に用いられる２つのセンサユニット３ａ，３ｃと，タイヤ１のトレッド面の形状測定に用いられる１つのセンサユニット３ｂとを併せて３つのセンサユニット３を備えている。これらセンサユニット３の詳細については後述する。
【００１３】
前記ユニット駆動装置４は，センサユニット３それぞれをサーボモータ等の駆動装置を駆動源として移動可能に支持し，タイヤ１に対する各センサユニット３の位置を位置決めする装置である。前記ユニット駆動装置４は，所定の操作部に対する操作に応じて，又は外部装置からの制御指令に応じて，タイヤ１が前記タイヤ回転機２に対して着脱される前に，各センサユニット３をタイヤ１から離間した所定の退避位置に位置決めし，新たなタイヤ１が前記タイヤ回転機２に装着された後，各センサユニット３をタイヤ１に近接した所定の検査位置に位置決めする。
前記エンコーダ５は，前記タイヤ回転機２の回転軸の回転角度，即ち，タイヤ１の回転角度を検出するセンサであり，その検出信号は，前記センサユニット３が備えるカメラの撮像タイミングの制御に用いられる。
前記画像処理装置６は，前記エンコーダ５の検出信号に基づいて，前記センサユニット３が備えるカメラのシャッター制御（撮像タイミングの制御）を行う。例えば，前記画像処理装置６は，６０ｒｐｍの速度で回転するタイヤ１が０．０９°（＝３６０°／４０００）回転したことが前記エンコーダ５によって検出されるごとに，前記カメラのシャッターが切られるよう制御する。これにより，１秒間に４０００フレームの撮像レートでの撮像が行われる。
さらに，前記画像処理装置６は，前記センサユニット３が備えるカメラによって撮像された画像，即ち，タイヤ１の表面に照射したライン光の像の撮像画像のデータを入力し，その撮像画像に基づいて光切断法による形状検出処理を実行し，その検出結果である形状データ（タイヤ１表面の高さ分布を表すデータ）を不図示のホストコンピュータへ出力する。その際，前記画像処理装置６は，タイヤ１のサイドウォール面については，所定の画像処理を実行することにより，そこに記されている文字の画像を除去してライン光の画像のみを抽出し，抽出したライン光の画像に基づいて，光切断法による形状検出処理を実行する。この画像処理装置６は，例えばＤＳＰ(Digital Signal Processor)によって実現される。
そして，前記ホストコンピュータが，タイヤ１の各面ごとに検出された表面形状が，タイヤ１の各面ごとに予め設定された許容条件を満たすか否かを判別し，その判別結果を所定の表示部に表示，或いは所定の制御信号として出力する。
なお，光切断法による形状検出処理は周知であるのでここでは説明を省略する。
【００１４】
次に，図２〜図４を参照しつつ，前記センサユニット３について説明する。
図２に示すように，前記センサユニット３は，複数のライン光を出力する投光装置１０と，カメラ２０とを備えている。
図２において，Ｘ軸はタイヤ１の形状検出位置におけるタイヤ回転の円周に接する方向，Ｚ軸はタイヤ１の形状検出位置における検出高さ方向（検出する表面高さの方向），Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸に直交する方向を表す。
即ち，タイヤ１のサイドウォール面の形状検出に用いられる前記センサユニット３ａ，３ｃにおいては，Ｚ軸はタイヤ１の回転軸１ｇの方向であり，Ｙ軸はタイヤ１の半径方向（タイヤ１の回転軸１ｇに対する法線の方向）である。
また，タイヤ１のトレッド面の形状検出に用いられる前記センサユニット３ｂにおいては，Ｚ軸はタイヤ１の半径方向であり，Ｙ軸はタイヤ１の回転軸１ｇの方向である。
【００１５】
前記投光装置１０は，複数（図２では３つ）のライン光源１１〜１３を備え，それら複数のライン光源１１〜１３により，タイヤ１の表面の一の線Ｌｓ上に１本の光切断線が形成されるように，その一の線Ｌｓ（光切断線）における検出高さ方向（Ｚ軸方向）とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射する（隣り合うライン光の端部が互いに重なるように連ねて全体として一本のライン光を照射する）装置である（前記ライン光照射手段の一例）。
また，前記カメラ２０は，カメラレンズ２２及び撮像素子２１（受光部）を備え，タイヤ１の表面に連ねて照射された複数のライン光の像ｖ１（前記一の線Ｌｓ上の光切断線の像）を撮像するものである。
従って，サイドウォール面用の前記センサユニット３ａ，３ｃにおいては，前記投光装置１０は，タイヤ１のサイドウォール面におけるタイヤ１の半径方向（Ｙ軸方向）に沿う一の線Ｌｓ上に光切断線（１本の光切断線）が形成されるように，その一の線Ｌｓ（光切断線）における検出高さ方向（Ｚ軸方向）とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射する（前記第１のライン光照射手段の一例）。
一方，トレッド面用の前記センサユニット３ｂにおいては，前記投光装置１０は，タイヤ１のトレッド面におけるタイヤの周方向に直交する方向に沿う一の線Ｌｓ上に光切断線が形成されるように，その一の線Ｌｓ（光切断線）における検出高さ方向（Ｚ軸方向）とは異なる方向から複数のライン光を連ねて照射する（前記第２のライン光照射手段の一例）。
なお，本実施形態では，タイヤ１の各面ごとに（前記センサユニット３ごとに）３つのライン光を照射することを例示するが，前記ライン光源１１〜１３の数を増減することにより，タイヤ１の各面ごとに２つのライン光，或いは４つ以上のライン光を照射することも考えられる。
【００１６】
また，前記投光装置１０及び前記カメラ２０は，不図示の保持機構により，前記ライン光源１１〜１３から出力される複数のライン光それぞれの主光線（中心線に沿う光）が，タイヤ１の表面に対して正反射する方向に前記カメラ２０の視野範囲が存在するように保持されている。これにより，前記カメラ２０は，複数のライン光それぞれの主光線がタイヤ１の表面に対して正反射する方向において複数のライン光の像を撮像する（前記撮像手段の一例）。例えば，前記投光装置１０及び前記カメラ２０の位置関係は，まず，前記カメラ２０の位置及び向きを光切断線の検出高さ方向とは異なる方向において設定した上で，前記ライン光それぞれの主光線の正反射光がそのカメラ２０の撮像範囲に向かうように前記投光装置１０における各ライン光源１１〜１３の位置及び向きを設定するというプロセスによって設計することが考えられる。もちろんその逆の手順で前記投光装置１０及び前記カメラ２０の位置関係を定めてもよい。
即ち，サイドウォール面用の前記センサユニット３ａ，３ｃにおける前記カメラ２０は，前記ライン光源１０によりタイヤ１のサイドウォール面に照射された複数のライン光の像を，その複数のライン光それぞれの主光線が前記サイドウォール面に対して正反射する方向において撮像する（前記第１の撮像手段の一例）。
また，トレッド面用の前記センサユニット３ｂにおける前記カメラ２０は，前記ライン光源１０によりタイヤ１のサイドウォール面に照射された複数のライン光の像を，その複数のライン光それぞれの主光線が前記サイドウォール面に対して正反射する方向において撮像する（前記第１の撮像手段の一例）。
【００１７】
図３及び図４は，前記センサユニット３における前記ライン光源１０及びカメラ２０の配置を模式的に表した図であり，図３はＹ軸方向からみたとき，図４はライン光の主光線それぞれが到達する位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（以下，主光線到達位置という）のタイヤ表面に垂直な方向から見たときの状態を表す。なお，図３（ａ），図４（ａ）及び図４（ｃ）はサイドウォール面用の前記センサユニット３ａ，３ｂについての図，図３（ｂ）及び図４（ｂ）はトラッド面用の前記センサユニット３ｂについての図である。
図３（ａ），（ｂ）に示すように，サイドウォール面及びトレッド面のいずれに対する前記センサユニット３においても，Ｙ軸方向から見た場合，複数のライン光それぞれにおける主光線Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３がＺ軸に対してなす角度（又はタイヤ１の表面に対してなす角度）と，それに対応する前記主光線到達位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と前記カメラ２０の撮像素子２１の中心とを結ぶ線（以下，撮像中心線Ｌｏ１，Ｌｏ２，Ｌｏ３という）がＺ軸に対してなす角度（又は，タイヤ１の表面に対してなす角度）とが等しくなるように，各ライン光源１１〜１３とカメラ２０とが保持される。
また，図４（ａ）〜（ｃ）に示すように，サイドウォール面及びトレッド面のいずれに対する前記センサユニット３においても，前記主光線到達位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のタイヤ表面に垂直な方向から見た場合 複数のライン光それぞれにおける主光線Ｌｉ１，Ｌｉ２，Ｌｉ３と，それに対応する前記撮像中心線Ｌｏ１，Ｌｏ２，Ｌｏ３とが一の直線をなすように，各ライン光源１１〜１３とカメラ２０とが保持される。
なお，以上に示した前記投光装置１０及び前記カメラ２０の位置関係は，ライン光の主光線が到達するタイヤ１の表面（前記主光線到達位置Ｐ１〜Ｐ３の面）を基準として設定される位置関係として示した。その位置関係は，被検体であるタイヤ１ごとに前記投光装置１０及び前記カメラ２０の位置が設定されることを意味するものではなく，検査対象となるタイヤ１の平均的な表面形状を基準として設定されることを意味する。例えば，検査対象となるタイヤ１の平均的な表面形状を表す仮想の基準面を想定し，前記投光装置１０及び前記カメラ２０を，タイヤ１の表面に連ねて照射された複数のライン光それぞれの主光線が，前記基準面に対して正反射する方向に前記カメラ２０の撮像範囲が位置するよう所定の保持機構により保持する。
【００１８】
以上に示したように，タイヤ形状検出装置Ｗにおいては，前記投光装置１０及び前記カメラ２０は，不図示の保持機構により，複数のライン光それぞれの主光線（中心線に沿う光）が，タイヤ１の表面に対して正反射する方向に前記カメラ２０の視野範囲が存在するように保持されている。そして，前記投光装置１０及び前記カメラ２０が上記のように保持された状態で，前記投光装置１０によりタイヤ１の表面に複数のライン光連ねて照射しつつ，その複数のライン光の像を前記カメラ２０により撮像する。
黒色で光沢のあるタイヤ１の表面にライン光を照射した場合，特定の方向（カメラの撮像範囲）に向かう散乱反射光よりも正反射光の方が光量が大きくなる。また，タイヤ１の表面（特にサイドウォール面）は湾曲しているため，ライン長の長い１つのライン光の像を，そのライン光の主光線の正反射方向において前記カメラ２０による撮像を行っても，そのライン光のうち主光線から両外側へ離れた光線の正反射光は前記カメラ２０に到達しない。
例えば，図２において，中央の前記ライン光源１２が出力するライン光の長さを長くした場合，そのライン光における両端付近の光の正反射光は，前記カメラ２０の方向とは全く異なる方向へ向かうことになる。そのため，ライン光の像全体のうち中心から離れた部分については，やはり前記カメラ２０に到達する反射光の光量が不足し，明瞭な像が得られない。
【００１９】
一方，前記タイヤ形状検出装置Ｗは，タイヤ１の表面に照射したライン光の正反射方向に配置された前記カメラ２０によりライン光の像を撮像するので，ライン光の強度を増強することなく（高パワーのライン光源を用いることなく），十分に高い撮像レート（例えば，１秒当たり４０００フレーム以上）でライン光の像の撮像を行っても，タイヤ１の表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができる。しかも，複数の前記ライン光源１１〜１３により，ライン長が比較的短い複数のライン光を連ねてタイヤ表面に照射し，その複数のライン光それぞれの主光線の正反射方向に前記カメラ２０が位置するため，連ねられた複数のライン光の像全体について明瞭な像を得ることができる。その結果，タイヤ１に熱的損傷を生じさせることなく，タイヤ１の表面形状を高速かつ高い空間分解能で検出することができる。
また，前記タイヤ形状検出装置Ｗは，それぞれ一組の前記投光装置１０（ライン光照射手段）及びカメラ２０のセットを備えたセンサユニット３を複数備え，それら複数のセンサユニット３により，タイヤ１における複数の面（表裏のサイドウォール面及びトレッド面）それぞれについて並行して，前記投光装置１０によるライン光の照射及び前記カメラ２０によるそのライン光の像の撮像を行う。これにより，タイヤの複数の面（サイドウォール面及びトレッド面）の形状検出を同時に行うことができ，タイヤ１の検出対象面全体の形状検出に要する時間を短縮できる。
【００２０】
ところで，図５に示すように，本発明の実施形態に係るタイヤ形状検出装置Ｗが，前記投光装置１０（前記ライン光照射手段の一例）によりタイヤ１の表面に照射される複数のライン光それぞれをそのライン長方向においてコリメートするコリメートレンズ３０（前記コリメート手段に相当）を備えることが考えられる。
或いは，図６に示すように，前記タイヤ形状検出装置Ｗが，前記投光装置１０（前記ライン光照射手段の一例）によりタイヤ１の表面に照射される複数のライン光それぞれをそのライン長方向において集光する集光レンズ４０（前記集光手段に相当）を備えることも考えられる。
これらコリメートレンズ３０又は集光レンズ４０が設けられることにより，湾曲したタイヤ１の表面に照射される複数のライン光それぞれのライン長を多少長くしても，そのライン光における主光線から両外側へ離れた光線の正反射方向を，前記カメラ２０の撮像範囲の方向に近づけることができる。その結果，ライン光の数を少なくして装置を簡素化できる。
【００２１】
また，前述した実施形態では，複数の光源（前記ライン光源１１〜１３）を備えた前記投光装置１０を示したが，タイヤ表面に一の光切断線が形成されるように複数のライン光を連ねて照射するための投光装置としては，他の構成も考えられる。
例えば，前記投光装置１０が，１つのライン光源と，そのライン光源から出射されるライン光を複数のライン光に分岐し，その分岐後の複数のライン光を，タイヤ表面において一の光切断線が形成されるように連ねて照射する光学機器とを備えた実施形態も考えられる。これにより，光源の数を少なくできる。
【００２２】
また，本発明の実施形態に係るタイヤ形状検出装置Ｗが，前記投光装置１０の代わりに，その投光装置１０の構成を一部変更した以下のような構成を有する投光装置（以下，投光装置１０’と称する）を備えた実施形態も考えられる。
即ち，前記投光装置１０’は，１つのライン光を出力する光源（前記ライン光源１２に相当するもの）と，その１つのライン光を図６に示すようにライン長方向において集光する集光レンズ４０とを備え，前記タイヤの表面の一の線Ｌｓ上に光切断線が形成されるように，その一の線Ｌｓ（光切断線）における検出高さ方向とは異なる方向から１つのライン光をそのライン長方向において集光して照射する。
この場合，前記カメラ２０は，タイヤの表面に照射されたライン光の像を，そのライン光の主光線がタイヤの表面に対して正反射する方向において撮像する。即ち，前記投光装置１０’及び前記カメラ２０の位置関係が，その投光装置１０’から出力されるライン光の主光線がタイヤ表面で正反射する方向に前記カメラ２０の視野範囲が存在するように調節されている。
このよう投光装置１０’を備えたタイヤ形状検出装置においても，タイヤの表面に照射したライン光の正反射方向に配置された前記カメラ２０によりライン光の像を撮像するので，ライン光の強度を増強することなく，十分に高い撮像レートでライン光の像の撮像を行っても，タイヤの表面に照射したライン光の明瞭な像を得ることができる。しかも，前記投光装置１０’においては，ライン光をそのライン長方向において集光しつタイヤ表面に照射するので，湾曲した凸面であるタイヤ表面（例えば，サイドウォール面）に照射したライン光全体（主光線を含む）がほぼ同じ方向に正反射するように構成でき，そのライン光の主光線の正反射方向に前記カメラ２０が位置するため，ライン光の像全体について明瞭な像を得ることができる。
【００２３】
また，タイヤ１の検査対象面ごとに設けられた複数の前記投光装置１０が，検査対象面ごとにそれぞれ異なる波長のライン光を出力する前記ライン光源１１〜１３を備えることが考えられる。
その場合，複数の前記センサユニット３それぞれにおいて，前記カメラ２０への入射光の光路に，そのカメラ２０に対応する前記投光装置１０が出力する所定の波長の光を選択的に透過させる光フィルタが設けられる。
例えば，各センサユニット３ａ〜３ｃにおける前記投光装置１０が，それぞれ６５０ｎｍ，６７０ｎｍ，６９０ｎｍの波長のライン光を出力し，そのライン光の像を撮像するカメラ２０の前面に，それぞれ波長が６５０±５ｎｍ，６７０±５ｎｍ，６９０±５ｎｍの光を選択的に透過させるバンドパスフィルタを配置することが考えられる。
これにより，タイヤ１のある面の形状検出において，他の面で用いられているライン光がノイズ光となることを防止できる。
また，複数の前記投光装置１０が，それぞれ異なる色（波長）のライン光を出力し，前記画像処理装置６が，カラー画像を撮像する前記カメラ２０それぞれの撮像画像（カラー画像）について，対応する色（波長）の画像をライン光の画像として抽出することも考えられる。
【００２４】
また，前述した実施形態では，前記タイヤ回転機２によりタイヤ１をその回転軸１ｇを中心に回転させつつ形状検出を行う例を示した。
しかしながら，タイヤ１自体は固定された状態で，当該タイヤ形状検出装置Ｗ全体又はその一部である前記センサユニット３（３ａ〜３ｃ）が，所定の回転機構によってタイヤ１の回転軸１ｇを中心に回転させることも考えられる。
また，前記タイヤ形状検出装置Ｗに，前記センサユニット３（３ａ〜３ｃ）がタイヤ１に対して所定距離よりも近接したことを検出する近接センサを設け，前記ユニット駆動装置４が，その近接センサの検出結果に基づいて，前記センサユニット３（３ａ〜３ｃ）がタイヤ１に接触しないよう制御する機能を備えることが望ましい。
また，前記センサユニット３（３ａ〜３ｃ）の支持機構が，前記センサユニット３（３ａ〜３ｃ）それぞれを支持するとともに，タイヤ１の回転方向に所定以上の力が加わった場合にタイヤ１の回転方向に折れる関節部を有するアーム，又はその衝撃を吸収するダンパーを備えれば好適である。
これにより，前記センサユニット３が万一タイヤ１に接触した場合でも，装置が破損することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は，タイヤ形状検出装置への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るタイヤ形状検出装置Ｗの概略構成を表す図。
【図２】タイヤ形状検出装置Ｗが備えるセンサユニットにおける光源及びカメラの三次元配置を模式的に表した図。
【図３】特定の方向（Ｙ軸方向）から見たときのセンサユニットにおけるライン光源及びカメラの配置を模式的に表した図。
【図４】ライン光の主光線が到達する位置のタイヤ表面に垂直な方向から見たときのセンサユニットにおけるライン光源及びカメラの配置を模式的に表した図。
【図５】センサユニットにおいてライン光がコリメートされる様子を模式的に表した図。
【図６】センサユニットにおいてライン光が集光される様子を模式的に表した図。
【符号の説明】
【００２７】
Ｗ  ：タイヤ形状検出装置
１  ：タイヤ
２  ：タイヤ回転機
３  ：センサユニット
４  ：ユニット駆動装置
５  ：エンコーダ
６  ：画像処理装置
１０：投光装置
１１，１２，１３：ライン光源
２０：カメラ
２１：撮像素子
２２：カメラレンズ
【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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