特開 2024-70555 光照射装置及び撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070555

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】光照射装置及び撮像システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/84 20060101AFI20240516BHJP

【ＦＩ】

G01N21/84 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181124

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】596099446

【氏名又は名称】シーシーエス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(72)【発明者】

【氏名】星野 文吾

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 顕治

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA90

2G051BA20

2G051BB11

2G051BB17

2G051CB02

(57)【要約】

【課題】透明板から反射部に入射する光の透過や吸収を抑制し、反射部において拡散反射される光の量を増加させることができ、例えば外観検査等に好適な光照射装置、及び、それを用いた撮像システムを提供する。
【解決手段】第１面が光照射対象であるワークに対向するワーク対向面２１ａとなる透光板２１と、前記透光板２１の前記第１面と対向する第２面上において、互いに隙間が形成されるように設けられた多数の反射部２２と、射出した光が前記透光板２１内を通り前記多数の反射部２２に到達する位置に設けられた光源部３とを備え、前記多数の反射部２２で反射された光が前記ワークＷに照射されるとともに、前記ワークＷで反射された光が前記多数の反射２２部の前記隙間Ｓを通して前記ワークＷとは反対側に透過可能に構成されており、前記反射部２２が、前記第２面上に塗布された、透明な反射粒子を含有する第１反射層２２１と、前記第１反射層２２１の外側に直接塗布された、非透明な反射粒子を含有する第２反射層２２２とを具備した。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面が光照射対象であるワークに対向するワーク対向面となる透光板と、
前記透光板の前記第１面と対向する第２面上において、互いに隙間が形成されるように設けられた多数の反射部と、
射出した光が前記透光板内を通り前記多数の反射部に到達する位置に設けられた光源部とを備え、
前記多数の反射部で反射された光が前記ワークに照射されるとともに、前記ワークで反射された光が前記多数の反射部の前記隙間を通して前記ワークとは反対側に透過可能に構成されており、
前記反射部が、
前記第２面上に塗布された、透明な反射粒子を含有する第１反射層と、
前記第１反射層の外側に塗布された、非透明な反射粒子を含有する第２反射層とを具備することを特徴とする光照射装置。

【請求項2】

前記透明な反射粒子が粒状をなし、前記非透明な反射粒子が鱗片状をなすものである請求項１に記載の光照射装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の光照射装置と、
前記ワークで反射し、前記隙間を通って前記透光板を通過した光を捕捉することにより、前記ワークを撮像する撮像装置とを備えた撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば工場等において製品等の対象物（ワーク）に光を照射するものであって、その外観検査や、表面に記載された例えば文字や二次元コード等の記号読取の際に好適に用いられる光照射装置、及び、当該光照射装置を用いた撮像システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば製品等の対象物に光を照射して好適な照明環境を作り出した上で、当該対象物をＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像し、自動外観検査や自動記号読取を行うようにしたシステムが知られている。

【0003】

このシステムに用いられる光照射装置としては、特許文献１に示すように、多数の微細な反射部を、互いの間に隙間が形成されるように、透明板の反対象物側の面に並べ設けるとともに、その透明板の側周端面からＬＥＤ光を導入するようにしたものがある。光は、透明板の中を全反射しながら進行するが、そのうちの一部は、反射部で反射されて透明板から対象物に向かって照射される。なお、撮像装置は、反射部の間に隙間があるため、網戸から明るい部屋の中を覗くように、反射部にほとんど影響されることなく、対象物を撮像することができる。

【0004】

また、このような光照射装置における微細な多数の反射部は、透明板の表面に白色インキをドット状に塗布し、さらに白色インキの外側に黒色インキを被覆するように塗布して形成される。黒色インキは、透明板から白色インキに入射し、反射されずに透過してしまう光を吸収するので、対象物において反射又は散乱されていない透過光が直接ＣＣＤカメラに入射することを防ぐことができる。この結果、撮像画像中において対象物以外に反射部自体が白く写る白浮きが発生するのを防ぐことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－９８０９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記のような反射部であれば白浮きは防ぐことができるものの、黒色インキにおいて光の吸収が発生しているため、ＬＥＤから射出された光の一部は無駄となってしまい、光照射装置としての明るさは低下してしまう。また、白色インキを用いることなく、例えば銀インキにより反射部を構成すると、透過光はほぼ生じないようになるが、白色インキで生じていたような配光特性がほぼ均等なミー散乱による拡散反射も生じにくくなる。そうすると反射部における反射光の配光特性に偏りが生じるため、透明板における対象物と対向する面から射出される光の均一性が悪くなり、外観検査や記号読取（以下において外観検査等ともいう）に適さない可能性がある。

【0007】

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、透明板から反射部に入射する光の透過や吸収を抑制し、反射部において拡散反射される光の量を増加させることができ、例えば外観検査等に好適な光照射装置、及び、それを用いた撮像システム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】

【0008】

すなわち、本発明に係る光照射装置は、第１面が光照射対象であるワークに対向するワーク対向面となる透光板と、前記透光板の前記第１面と対向する第２面上において、互いに隙間が形成されるように設けられた多数の反射部と、射出した光が前記透光板内を通り前記多数の反射部に到達する位置に設けられた光源部とを備え、前記多数の反射部で反射された光が前記ワークに照射されるとともに、前記ワークで反射された光が前記多数の反射部の前記隙間を通して前記ワークとは反対側に透過可能に構成されており、前記反射部が、前記第２面上に塗布された、透明な反射粒子を含有する第１反射層と、前記第１反射層の外側に塗布された、非透明な反射粒子を含有する第２反射層とを具備することを特徴とする。

【0009】

このようなものであれば、反射部において、例えば白色インキ等の透明な反射粒子を含有する第１反射層の外側を、例えば銀色インキ等の非透明な反射粒子を含有する第２反射層で覆っているので、第１反射層を透過した光を、そのまま外部に透過させることなく第２反射層によりワーク側に反射させることができる。これにより、例えば黒インキ等の光吸収層で第１反射層を被覆する場合に比べて、前記光源部から射出された光の透過や吸収による損失を低減し、前記透光板においてワーク対向面である前記第１面から射出される光量を増加させることができる。
また、前記第２反射層内の前記非透明な反射粒子による反射光の配光特性に偏りがあったとしても、前記第１反射層内を通過する際に透明な反射粒子により散乱されて配光特性の偏りを低減することができる。
したがって、前記反射部から前記透光板内へと反射される光はほぼ均等拡散反射に近い状態にでき、ワークに対して均一な光を照射することが可能となる。すなわち、均一性の高い光を前記透光板の前記第１面全体からワークに対して高光量で照射することが可能となるので、例えばワークの外観検査等を精度良く実施することができるようになる。

【0010】

前記反射部は、前記透明な反射粒子が粒状をなし、前記非透明な反射粒子が鱗片状をなすものであるのが好ましい。
このようなものであれば、非透明な反射粒子が鱗片状をなすことにより、第２反射層における光の透過をより低減し、かつ反射効率を高めることができ、第１面から射出される光量をより増加できる。一方で、非透明な反射粒子が鱗片状をなすことにより、第２反射層からの反射光を占める正反射成分の割合が大きくなるが、第１反射層が含有する透明な反射粒子が粒状をなすことにより、第１反射層内の反射においてミー散乱による拡散反射成分を大きくすることができる。これにより、反射部全体として配光特性の偏りを抑えながら、第１面から射出される光量を一層増加することができる。

【0011】

本発明に係る光照射装置と、前記ワークで反射し、前記隙間を通って前記透光板を通過した光を捕捉することにより、前記ワークを撮像する撮像装置とを備えた撮像システムであれば、前記光照射装置から均一性の高い光を前記ワークに照射し、その散乱光や反射光を前記撮像装置で補足できるので、例えば撮像画像において前記ワークに形成された傷や記号等を明瞭に撮像し、外観検査の精度や記号の読取精度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

このように構成した本発明によれば、黒色インキ等の光吸収層ではなく、非透明な反射粒子を含む前記第２反射層により第１反射層の外側を被覆しているので、前記第１反射層を透過する光を第２反射層において遮光し、かつ前記透光板側へ反射することができ、従来であれば反射部において吸収されて無駄になっていた光も利用して、対象物に照射される光量を増加させることができる。また、前記第２反射層で反射された光は前記第１反射層内で拡散反射されるので、前記反射部から射出される際の配光特性は均一な状態にできる。したがって、前記透光板の第１面全体から射出される光の配光特性を均一にでき、例えば外観検査等に好適な照射状態を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態における光照射装置の内部構造を示す中央縦正端面図。

【図2】同実施形態における光照射装置の平面図。

【図3】同実施形態における光照射装置の反射部を主として示す部分拡大縦正端面図。

【図4】反射部の内部構造を示す模式図。

【図5】従来の光照射装置の反射部における反射と、同実施形態における光照射装置の反射部における反射の模式的比較図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明に係る光照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0015】

本実施形態に係る光照射装置１は、図１及び図２に示すように、全体として薄い板状をなすもので、ワークＷと撮像装置５との間の撮像軸Ｃ上に直交して配置され、ワークＷを照明するとともに、ワークＷからの反射光の一部を透過させて、撮像装置５によるワークＷの撮像を可能ならしめるものである。なお、この光照射装置１と、撮像装置５とにより撮像システム１００が構成される。

【0016】

具体的にこの光照射装置１は、略板状をなす光学部材２と、その光学部材２の側周囲から光を照射する光源部３と、光学部材２及び光源部３を保持する枠体４とを備えている。

【0017】

光学部材２は、特に図３に示すように、第１面をワーク対向面２１ａとして、光照射対象である製品等のワークＷに向けて設置される透光板２１と、透光板２１における第２面（第１面と対向する反ワーク対向面）であるカメラ対向面２１ｂに並べ設けた多数の反射部２２とを有する。この透光板２１は、平面視において、例えば矩形状、円形状又は多角形状等の任意の形状であってよい。

【0018】

透光板２１は、等厚で平面視正方形状の板状をなす無色透明のものであり、例えばアクリルやガラスなどを素材としている。

【0019】

反射部２２は、図３及び図４に示すように、光を乱反射する透明結晶からなる反射粒子（以下、単に透明粒子ともいう）を含有する第１反射層２２１と、光を遮光し、かつ反射させる非透明な反射粒子（以下、単に非透明粒子ともいう）を含有する第２反射層２２２との２層構造をなし、その一つ一つは、例えば平面視円形状をなし、径が数十～数百μｍ、厚みがミクロンオーダーの極めて小さく薄いものである。そして、この反射部２２を、互いの間に微細な隙間Ｓが形成されるように、透光板２１におけるカメラ対向面２１ｂにおける側周縁部を除く略全面に亘って、略一定の間隔で規則正しく多数並べ設けてある。

【0020】

また、各反射部２２は、第１反射層２２１がワークＷ側を向くように、すなわち第１反射層２２１を、透光板２１のカメラ対向面２１ｂに付着させてある。なお、図３は理解のための模式図であり、反射部２２の厚みを誇張し、また透光板２１の厚みを実際より薄く表現してある。

【0021】

第１反射層２２１は、光拡散部材である粒状（球状、多角形状を含む）の反射フィラである透明粒子を透明バインダ内に含有させたものであり、例えば白色インキ等である。この透明粒子は、例えば酸化チタンや酸化亜鉛等、各種金属酸化物等で形成したものであり、好ましい粒径としては、例えば数十ｎｍ～数μｍである。第１反射層２２１と透光板２１との界面、又は、第１反射層２２１と第２反射層２２２との界面である光反射面において、主として光を反射する。また、第１反射層２２１内部に侵入した光の一部は、透明粒子で拡散反射される。ここで第１反射層２２１における反射は、例えばミー散乱によるほぼ均等な拡散反射、又は、それに準ずるような反射となるように構成されている。すなわち、第１反射層２２１で生じた反射光の配光特性はほぼ均一な状態となる。

【0022】

一方、第２反射層２２２は、鱗片状の反射フィラである非透明粒子を透明バインダ内に含有させたものである。本実施形態では第２反射層２２２は例えば銀インキである。非透明粒子は金属光沢を有する鱗片状をなすものであり、具体的は例えば銀やアルミニウム等の単体金属粒子を色材とするものである。つまり、銀インキにおける「銀」とはそのインキとしての色味を指すものであり、必ずしも銀が透明バインダ内に含有されているとは限らない。本実施形態では、第２反射層２２２の非透明粒子における反射は、第１反射層２２１の透明粒子における反射特性よりも指向性が強いものである。言い換えると、非透明粒子は金属粒子であるため、そこで生じる反射は正反射成分の占める割合が拡散反射成分よりも大きい。

【0023】

加えて、第１反射層２２１に対して第２反射層２２２は直接塗布されており、第１反射層２２１と第２反射層２２２との間には例えば金属膜等は形成されていない。

【0024】

光源部３は、透光板２１の４つの側周端面２１ｃにそれぞれ対応する４つのユニットからなる。各ユニットは、帯状をなす１つの配線基板３２とその配線基板３２に等間隔１列で搭載した複数のＬＥＤ３１からなり、それらＬＥＤ３１が、透光板２１の側周端面２１ｃに臨むように配置され、当該側周端面２１ｃから透光板２１の内部に向かって光を照射する。

【0025】

枠体４は、例えば矩形（正方形）環状をなし、例えば内周面に開口する周回溝を有した例えば金属製又は樹脂製のもので、その周回溝の中に光源部３を保持収容する。またその溝の開口縁部で、透光板２１の側周縁部を厚み方向から挟み込んで保持する。なお、枠体４の形状は円形状等、透光板２１の形状に合わせた任意の形状であってよい。

【0026】

次に、このように構成した光照射装置１の作用を説明する。
まず、図１に示すように、ワークＷと撮像装置５とを対向させて設置し、その間に、光照射装置１を、そのワーク対向面２１ａがワークＷに向くようにして、撮像軸Ｃ上に設置する。

【0027】

この状態で、光源部３から光が照射されると、その光は、透光板２１の側周端面２１ｃから内部に進入し、図３に示すように、中央部に向かって、ワーク対向面２１ａとカメラ対向面２１ｂとの間で全反射しながら進行する。その過程で、カメラ対向面２１ｂに貼り付けられた反射部２２に到達した光は、そこで乱反射し、均一化された拡散光としてワーク対向面２１ａから出て、ワークＷに向かって照射される。この光で、ワークＷは一様に照明される。

【0028】

一方、撮像装置５は、ワークＷで反射し、反射部２２の間の隙間Ｓを通って透光板２１を通過した光を捕捉することにより、上述のごとくワークＷを撮像し、当該ワークＷの表面検査や記号読取を行う。なお、反射部２２は微細であるために、網戸を介して明るい部屋の中を見ることができるように、この反射部２２が撮像の邪魔にはなることは基本的にはない。このようにして、反射部２２での反射光により撮像装置５の撮像軸Ｃと同軸方向からの照明が行えるとともに、ワークＷを、隙間Ｓを介して撮像装置５で撮像し、検査等を行うことができる。

【0029】

さらに、図５を参照しながら従来の光照射装置１Ａにおける第１反射層２２１Ａの外側が黒色インキ等の光吸収層２２２Ａで被覆された反射部２２Ａと、本実施形態の光照射装置１における反射部２２の違いについて説明する。従来の反射部２２Ａでは、第１反射層２２１Ａを透過して光吸収層２２２Ａに入射する光や、光吸収層２２２Ａに直接入射する光は吸収されてしまう。このため、反射部２２Ａを透過した光が撮像装置に直接入射することはないものの、光の一部は透光板２１ＡからワークＷへ照射されず、無駄になってしまっている。

【0030】

これに対して本実施形態の反射部２２であれば、第１反射層２２１を透過して第２反射層２２２に入射する光や、第２反射層２２２に直接入射する光は非透明粒子や界面において反射されて透光板２１へと戻すことができる。また、第２反射層２２２において正反射された光であっても、第１反射層２２１へ入射し、透明粒子で拡散反射されることでその配光特性は均一な状態となってから透光板２１へ入射する。したがって、透光板２１からワークＷに照射される光量を増加させるとともに、その配光特性の均一性も高いものにできる。したがって、ワークＷの外観検査等に適した光を透光板２１のワーク対向面２１ａから一様に射出することができる。

【0031】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
第１反射層に含有される透明粒子の材質等については種々のものを用いることができる。また、第２反射層についてはいわゆる銀インキを例示したが、非透明であり、かつ反射が生じるものであればよく、例えばミラーインキであってもよい。

【0032】

光源部に用いられるＬＥＤについても表面実装型ＬＥＤに限られるものではなく、砲弾型ＬＥＤやＣＯＢ型（チップオンボード型）ＬＥＤであってもよい。

【0033】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0034】

１００ ：撮像システム
１ ：光照射装置
２ ：光学部材
３ ：光源部
５ ：撮像装置
２１ ：透光板
２１ａ ：ワーク対向面
２１ｂ ：カメラ対向面
２２ ：反射部
２２１ ：第１反射層
２２２ ：第２反射層
Ｃ ：撮像軸
Ｓ ：隙間
Ｗ ：ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】