線状照明装置

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【発明の名称】	線状照明装置
【発明者】	【氏名】大塚宏樹【氏名】川井博【氏名】蒲生等【氏名】板垣忠司
【要約】	【課題】一つの直管型の蛍光灯を使用して高い照度を一様に線状に得ることができ、簡易な構成で、かつ低コスト化を実現できる線状照明装置を得る。【解決手段】直管蛍光灯１と、直管蛍光灯１を覆う開口部２ａを有し、開口部２ａの前記直管蛍光灯１の長さ方向に直交する断面形状が楕円形状を有し、開口部２ａ先端が第１次焦点位置より外側に位置して、直管蛍光灯１の光を第２次焦点に線状に集光させる反射体２と、反射体２により集光される集光領域の照度分布を直管蛍光灯１の長さ方向にわたって一様化するための補助反射体３とを備えた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】線状光源と、前記線状光源を覆う開口部を有し、該開口部の前記線状光源の長さ方向に直交する断面形状が二次曲線を有し、前記開口部先端が第１次焦点位置より外側に位置して、前記線状光源の光を線状に集光させる反射体と、前記反射体により集光される集光領域の照度分布を前記線状光源の長さ方向にわたって一様化するための補助反射体とを備えてなる線状照明装置。
【請求項２】線状光源と、前記線状光源を覆う開口部を有し、該開口部の前記線状光源の長さ方向に直交する断面形状が楕円形状を有する反射体であって、該反射体の第１次焦点位置に前記線状光源を支持して、該反射体の第２次焦点位置に前記線状光源の光を線状に集光させる反射体と、前記反射体により集光される集光領域の照度分布を前記線状光源の長さ方向にわたって一様化するための補助反射体とを備えてなる線状照明装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の線状照明装置において、前記補助反射体は、前記線状光源の長さ方向に沿って所定長さを有し、且つその両端が中央部に対して、前記線状光源に近づくように傾斜する反射面を有し、前記線状光源に沿って複数設けられている線状照明装置。
【請求項４】請求項１又は請求項２に記載の線状照明装置において、前記補助反射体は、前記線状光源の長さ方向における両端部近傍に設けられ、前記線状光源からの光を下方に反射させる反射プレートで構成される線状照明装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の線状照明装置において、前記線状光源は可視領域から紫外領域の波長領域内の光を照射する線状照明装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の線状照明装置において、該線状照明装置は、移動するワークをラインセンサカメラにおいて撮像し、該ラインセンサカメラの撮像信号を用いて、画像処理検査を行う画像処理検査装置に使用される照明装置であって、前記ラインセンサカメラの撮像領域を照明するラインセンサ用の照明装置である線状照明装置。
【請求項７】線状光源と、前記線状光源を覆う開口部を有し、該開口部の前記線状光源の長さ方向に直交する断面形状が二次曲線を有し、前記開口部先端が第１次焦点位置より外側に位置して、前記線状光源の光を線状に集光させる反射体とを備える線状照明装置であって、移動するワークをラインセンサカメラにおいて撮像し、該ラインセンサカメラの撮像信号を用いて、画像処理検査を行う画像処理検査装置に使用され、前記ラインセンサカメラの撮像領域を照明するラインセンサ用の照明装置である線状照明装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、線状に光を照射する線状照明装置に関して、特に、画像処理装置に使用されるラインセンサカメラの線状撮像領域を高照度に、且つ照度分布を均一に照明することができる線状照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、シート状物体（フィルム、織物、不織布、金属薄板等）等のワークをラインセンサカメラで撮像し、得られた画像信号に基づいて、ワークの明暗欠陥や微小欠陥を検査するようにした画像処理検査装置が知られている。
【０００３】例えば、図９は従来の画像処理検査装置を示している。この画像処理検査装置は、一定幅を有し、一方向に移動するシート状物体３１を撮像するラインセンサカメラ３２と、カメラ３２の撮像領域を照光する照明装置３３，３４と、カメラ３２により撮像された撮像データを処理して、欠陥を検出する画像処理装置３５とを備えている。
【０００４】ラインセンサカメラ３２は、ライン上に配列された例えば１０２４個の受光素子（ＣＣＤ）から構成され、そして、シート状物体３１の幅方向Ｗの中央部上方において、シート状物体３１の幅方向に対してカメラ３２のラインが平行となるように配置されている。また、照明装置３３，３４はカメラ３２を挟んで対称位置に２つ設けられ、それぞれが線状の撮像領域Ｒを照光する。
【０００５】このような画像検査装置において、照明装置には、次のようなラインセンサカメラ３２の使用条件を満たすものが要求される。
（１）ラインセンサカメラを構成するＣＣＤの電荷蓄積時間が数百μ秒以内という短時間であるため、撮像領域において高照度が得られること。
（２）ラインセンサカメラは被撮像体の照度分布に比例した映像を出力するので撮像領域において、照明による照度むらが少ない一様な照度が得られること。
（３）被撮像体表面の凹凸や振動により照明装置から被撮像体までの距離に小さな変動が生じても安定した略一定の照度が得られること。
（４）光源ランプには寿命があるので、ランプ交換が容易であること。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来より、上述した照明装置においては、直管型の蛍光灯の使用が望まれている。蛍光灯は取り扱いが容易で、低コストであり、寿命も２０００時間以上という長い寿命を有する。しかしながら、蛍光灯は光量が少なく、ラインセンサカメラにおいては、光量不足（照度不足）が生じる。この為、従来では、照明装置としてメタルハライドランプや石英ロッドを使った照明装置を構成する必要があった。しかし、これらは価格が高く、またランニングコストも高く、さらには、色の制限、発熱量が大きい等の種々の問題点がある。一方、蛍光灯の光量不足を解消するため、図９に示したように、照明装置を２つ（複数）用いることも行われているが、この場合も複数分のコストがかかって高コストになると共に、さらに使用スペースが大きくなるという問題点がある。
【０００７】そこで、本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、一つの直管型の蛍光灯を使用しても、高い照度を一様に線状に得ることができ、簡易な構成で、かつ低コスト化を実現できる線状照明装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決するため、本発明の請求項１に係る線状照明装置は、線状光源（実施の形態においては直管蛍光灯１）と、前記線状光源を覆う開口部を有し、該開口部の前記線状光源の長さ方向に直交する断面形状が二次曲線を有し、前記開口部先端が第１次焦点位置より外側に位置して、前記線状光源の光を線状に集光させる反射体（実施の形態においては反射体２）と、前記反射体により集光される集光領域の照度分布を前記線状光源の長さ方向にわたって一様化するための補助反射体（実施の形態においては補助反射体３）とを備えてなるものである。
【０００９】このような構成において、反射体は線状光源の光を線状の集光領域に集光させることができて高い照度を得ることができる。この場合、開口部の先端が第１次焦点より外側に位置しているため、線状光源より照射される光（光量）をより多く集光して、線状光源より発光される光量の照射面（例えば撮像領域）に対する照度寄与率を高めることができる。更に、補助反射体は、線状に集光する光量を一様化するため、線状領域において一様な照度を得ることができ、例えば本発明をラインセンサ用の照明に適用した場合は、ラインセンサの長さ方向に生じる背景明度の変動を防止することができ、信頼性ある検査を行うことができる。また、本発明によれば、開口部より線状光源の着脱作業が容易であり、その交換作業が容易となる。
【００１０】また、本発明の請求項２に係る線状照明装置は、線状光源（直管蛍光灯１）と、前記線状光源を覆う開口部２ａを有し、該開口部の前記線状光源の長さ方向に直交する断面形状が楕円形状を有する反射体２であって、該反射体の第１次焦点位置に前記線状光源を支持して、該反射体の第２次焦点位置に前記線状光源の光を線状に集光させる反射体２と、前記反射体により集光される集光領域の照度分布を前記線状光源の長さ方向にわたって一様化するための補助反射体３とを備えてなるものである。
【００１１】このような構成において、線状光源は楕円の第１次焦点に置かれてその光が第２次焦点に集光されるので、該集光領域を例えば撮像領域とすることにより、一つの直管蛍光灯を用いたとしても高い照度を得ることができる。また、補助反射体によって、一様な照度分布を得ることができる。
【００１２】また、本発明の請求項３に係る線状照明装置は、請求項１又は請求項２に記載の線状照明装置において、前記補助反射体は、前記線状光源の長さ方向に沿って所定長さを有し、且つその両端が中央部に対して、前記線状光源に近づくように傾斜する反射面３ａ，３ｂを有し、前記線状光源に沿って複数設けられているものである。
【００１３】上記補助反射体が無い場合には、線状光源より開口部内方における楕円頂点方向に照射された光は、第２次焦点の中央部に集光する。その結果、線状でほぼ対称の照度分布をもち、特に中央部の照度が高くなる。上記のような補助反射体により線状光源端部方向へ反射される光線群が増加し中央部へ集光されていた光を左右に振り分けることができて、中央部の照度が高くなり過ぎるのを防止でき、線状の集光領域における照度を一様化できる。なお、請求項３においては、補助反射体の形状を逆Ｖ字状に限定したが、請求項１または請求項２の補助反射体はＶ字状でもよく、或いはその他、水平板、曲率半径の小さな曲面状等、要は光を左右に一様に振り分け、撮像領域を一様な照度にするものをすべて含む概念である。
【００１４】更に、この発明の実施の形態においては、補助反射体は線状光源の長さ方向中央部に対応する位置に１つ設けられているが、複数を並べて設けるようにしてもよい。また、それぞれの傾斜角度や長さを異ならせても上述したような、作用効果を得られることは明白である。
【００１５】また、本発明の請求項４に係る線状照明装置は、請求項１又は請求項２に記載の線状照明装置において、前記補助反射体は、前記線状光源の長さ方向における両端部近傍に設けられ、前記線状光源からの光を下方に反射させる反射プレート２ｂで構成されるものである。
【００１６】このような、反射プレートによれば、線状光源からその長さ方向について、集光領域外方へ漏れる光を線状の集光領域の両端部に集光させることができる。従って、該両端部に集光される光量を増やすことができて、集光領域両端部の照度を高めることができ、その照度の一様化を達成できる。
【００１７】また、本発明の請求項５に係る線状照明装置は、請求項１乃至請求４のいずれかに記載の線状照明装置において、前記線状光源は可視領域から紫外領域の波長領域内（３００ｎｍ～７８０ｎｍ）の光を照射するものである。
【００１８】このような構成によれば、可視光の他に紫外光も高い照度に集光できるため、例えば、この線状照明装置をブラックライト照射用に用いることにより、可視光、近赤外光の照射によっては認識できない、例えばシート状物体の基材、塗膜部分に含まれる蛍光塗料との蛍光反応を盛んに生じさせることもできるので、これをラインセンサカメラにより撮像して、画像処理を行わせることも可能となる。
【００１９】また、本発明の請求項６に係る線状照明装置は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の線状照明装置において、該線状照明装置は、移動するワークをラインセンサカメラにおいて撮像し、該ラインセンサカメラの撮像信号を用いて、画像処理を行う画像処理検査装置に使用される照明装置であって、前記ラインセンサカメラの撮像領域を照明するラインセンサ用の照明装置としたものである。
【００２０】上述したように、本発明に係る線状照明装置は、上述したラインセンサカメラの使用条件を十分に満たすことができるので、該線状照明装置を画像処理検査装置に使用した場合に、信頼性の高い画像処理結果を得ることができ、検査の信頼性を向上させることができる。なお、請求項１乃至請求項６に記載の線状照明装置は、画像処理検査装置の使用に限定されることはなく、例えばインクあるいは塗料の硬化用にも用いられる。
【００２１】更に、本発明は、線状光源と、前記線状光源を覆う開口部を有し、該開口部の前記線状光源の長さ方向に直交する断面形状が二次曲線を有し、前記開口部先端が第１次焦点位置より外側に位置して、前記線状光源の光を線状に集光させる反射体とを備えてなる線状照明装置であって、移動するワークをラインセンサカメラにおいて撮像し、該ラインセンサカメラの撮像信号を用いて、画像処理検査を行う画像処理検査装置に使用され、前記ラインセンサカメラの撮像領域を照明するラインセンサ用の照明装置である。
【００２２】このような反射体と線状光源によれば、極めて高い照度を得ることができ、また撮像面と光源との距離にワークの振動、凹凸等による変動が生じても、撮像面をほぼ一定の照度に維持でき、経時的にも安定した照度を得ることができる。したがって、本線状照明装置により、極めて高い照度が得られる撮像領域をラインセンサカメラの撮像領域に設定できるような、画像処理検査装置においては、精度が高く、信頼性の高い画像処理検査を行うことができる。また、低コスト、ランプ交換作業の容易性、設置スペースの削減をも図り得る。
【００２３】なお、以上の構成において、反射体や補助反射体の反射率は高いものが望まれ、例えば実施の形態では、反射特性が９０%以上のものが使用されている。この反射体は、例えばアルミニウム金属、或いはアルミニウム金属表面にガラス薄膜や銀のコーティングを施したものなどが使用され得る。また、線状光源としては、例えば、８φ，２５．５φ，３８φなどの直径を有する一般の直管蛍光灯が使用され得る。
【００２４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１における線状照明装置を示す正面図、図２は同側面図である。また、図１は図２のＢ－Ｂ断面図であり、図２は図１のＡ－Ａ断面図である。この線状照明装置は、直管蛍光灯１と、この直管蛍光灯１を覆う反射体２と、この反射体２に取り付けられた補助反射体３と、直管蛍光灯１及び反射体２を固定支持するためのケース４と、ケース４の前面に付設されたガラス板５とを備えている。
【００２５】ケース４は一側面が開放された断面四角形状をなし、直管蛍光灯１はその両端がアダプタ６を介してケース４の底面部４ａに支持される。ここで直管蛍光灯１にはφ２５．５ｍｍ、長さが１１９８ｍｍ、消費電力４０Ｗ程度のものが使用されている。
【００２６】反射体２は直管蛍光灯１の長さ方向に直交する断面形状が二次曲線の一つである楕円形状の開口部２ａを有し、直管蛍光灯１はこの開口部２ａ内における第１次焦点上に直管蛍光灯の中心軸が重なるように支持されている。この反射体２の第２次焦点は、例えば、図１では図示しないラインセンサカメラの撮像領域（図９のＲ）に一致する。また、この反射体２においては、開口部２ａの先端が第１次焦点より外側に位置して、直管蛍光灯１より照射される光（光量）をより多く集光して、直管蛍光灯１より発光される光量の照射面（撮像領域）に対する照度寄与率を高めるよう構成されている。
【００２７】また、反射体２の長さ方向（図１の左右方向）両端部には、直管蛍光灯１より該両端部に進行してきた光を下方に反射させるため、直管蛍光灯１の軸線に対して直交する垂直線ｍと所定角度αをなすように傾斜した反射板２ｂが形成されている。
【００２８】なお、この反射板２ｂは、板状反射面に代わり、図示しない曲面状の反射面を有するように構成されてもよい。また、更にこの反射板は図示しない垂直線とのなす角度の大きい上段反射板と上記所定角度の小さい下段反射板とからなる２段状或いは多段状に構成されるようにしてもよい。
【００２９】このように、直管蛍光灯１を楕円形状の反射体２内における第１次焦点に置くことにより、また、開口部２ａの先端を第１次焦点より外側に位置させることにより、更に、反射板２ｂを設けることにより、図３の表に示されるように、第２次焦点上には極めて高い照度あるいは図３最右表に示す単位電力当りの照度を得ることができる。なお、図３の表においては、蛍光灯の他、ＵＶ光についても併せて示している。このＵＶについては、更に図４により、従来のＵＶ照明装置に比較して極めて高い照度が得られることが示されている。図４における横軸は照明装置の一方の端部（ユニット端）からの距離を示している。
【００３０】図１に戻り、直管蛍光灯１の長さ方向中央部付近における反射体２の開口部２ａ内の天井側（頂部付近）には、補助反射体３が設けられる。この補助反射体３は図１に示されるように正面視において、所定長さ（例えば、蛍光灯長さ１１９８ｍｍに対して２４０ｍｍ×２）を有し、その中央部に対して両端が蛍光灯１側に接近する２つの反射面３ａ，３ｂが形成された逆Ｖ字状をなしている。
【００３１】実施の形態における補助反射体３は、その中央部３ｃが直管蛍光灯１の長さ方向中央部において、反射体２の頂点（開口部天井）部分と略同じ高さとなるよう取り付けられている。また、各反斜面３ａ，３ｂの水平面となす角度は約３°とされ、補助反射体３の幅（紙面垂直方向の長さ）は約４０ｍｍとなっている。これら値は一例であり、これら値は本発明の効果が得られる範囲において他の値を取り得ることは明白である。上述の反射体２、補助反射体３、反射板２ｂはアルミ板より形成されている。このアルミ板表面には、ガラス薄膜のコーテイングや銀メッキを行って、反射特性をさらに高めることもできる。
【００３２】図５は実施の形態１の作用を示す説明図である。図５は縦軸に照度の最高値に対する割合％（相対照度）を示し、横軸に照明装置端部からの距離を示している。図５において、点線は補助反射体３が設けられていない場合を示し、実線は補助反射体３が反射体２に対し傾斜角度約３°で設けられている場合を示している。補助反射体３が無い場合は、直管蛍光灯の長さ方向中央部において最高照度が若干高くなるが、両端部近傍で照度低下の程度が大きく、高い照度（最高照度から８０％）を維持できる範囲が狭くなる。一方、補助反射体がある場合は、両端部近傍で照度が中央部よりも若干高くなり、照度を最高値から８０％の値に維持できる範囲が７５０ｍｍから９００ｍｍに広げられている。
【００３３】したがって、かかる照明装置を画像処理検査装置におけるラインセンサ用の照明装置として使用すれば、照度の一様な部分を広げられるので、シート状物体の渡り方向における明暗変動を防止でき、良好な画像信号を得ることができる。
【００３４】実施の形態２．図６は本発明の実施の形態２における線状照明装置を示す正面図、図７は同側面図である。これらの図において、図１や図２と同一符号は同一又は相当物を示しおり、ここでの説明を省略する。実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、補助反射体３Ａがケース４の天井側に取り付けられ、直管蛍光灯１側からその補助反射体３が臨めるように、反射体２の天井に開口する共に、反射体の傾斜角度を約３°から約５°にした点である。そして、このような構成によっても、実施の形態１とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００３５】図８は実施の形態１や実施の形態２で示した照明装置を用いた画像検査装置における４種の観測系を示す概略図である。図８において，１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ２５．５φの直管蛍光灯を示し、１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ８φの直管蛍光灯を示している。また、１２は１０Ａ，１１Ａの蛍光灯に対する反射体（楕円形状）を示し、１３は１０Ｂ，１１Ｂの蛍光灯に対する反射体を示している。これら開口部の楕円形状は以下の通りである。
【００３６】
【表１】
開口部１２開口部１３長径（ｍｍ）３４１１７短径（ｍｍ）２３６０焦点距離（ｍｍ）９．１１６．６曲率１５．７１３０．８４離心率０．５４０．７４焦点間距離５０２００【００３７】以上の構成において、上記系における、各蛍光灯の直径をＡ、シート状物体表面より上方に置かれたラインセンサカメラの視野の半分の距離をＬ１、各反射体の開口部先端とシート状物体の撮像面までの距離をＬ２、照明入射角度をθ、開口部の径をＤとした場合に、４種の系はそれぞれ次式の関係を満たしている。
【００３８】
【数１】０<θ≦４５°Ｄ＝２×（Ｌ２×ｔａｎθ－Ｌ１／ｃｏｓθ）
【００３９】このような設置方法によれば、照明装置光源から撮像面までの距離変動に対してほぼ一定の照度を維持させることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明によれば、一つの直管型の蛍光灯を使用して高い照度を一様に線状に得ることができ、簡易な構成で、かつ低コスト化を実現できる線状照明装置を得ることができるという効果を奏する。

【出願人】	【識別番号】００００００１９２【氏名又は名称】岩崎電気株式会社【識別番号】０００２２１０１８【氏名又は名称】東芝エンジニアリング株式会社
【出願日】	平成１０年７月１５日（１９９８．７．１５）
【代理人】	【識別番号】１０００６１６９７【弁理士】【氏名又は名称】石戸元（外３名）
【公開番号】	特開２０００－３０５１６（Ｐ２０００－３０５１６Ａ）
【公開日】	平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【出願番号】	特願平１０－２００３３２