CN112558379A - 图像检测装置、脉冲照明装置、以及脉冲照明方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像检测装置、脉冲照明装置以及脉冲照明方法。所述图像检测装置包括：焦点位置周期性地变化的液体谐振式的透镜***(3)；通过透镜***(3)检测对象物的图像的图像检测部(4)；与焦点位置同步地对对象物进行脉冲照明的脉冲照明部(5)；以及控制脉冲照明部(5)的照明控制部(62)，脉冲照明部(5)包括：主照明部(51)；以及辅助照明部(52)，照明控制部(62)通过主照明部(51)对对象物进行脉冲照明，并且在主照明部(51)产生的对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，通过辅助照明部(52)补偿对象物的照度。

Description

图像检测装置、脉冲照明装置、以及脉冲照明方法
技术领域
本发明涉及图像检测装置、脉冲照明装置、以及脉冲照明方法。
背景技术
作为焦距可变透镜，正在开发液体谐振式的透镜***。正在开发：在该透镜***中组合脉冲照明装置，检测焦点聚焦在被摄体的任意位置的图像的图像检测装置(文献1：参考日本专利特开2018－189702号公报)。
在液体谐振式的透镜***中，通过周期性的驱动信号使内部的液体产生驻波，使作为透镜的焦点位置周期性地变化。
在图像检测装置中，通过使脉冲照明与驱动透镜***的驱动信号的规定的相位角同步，可以检测成为与相位角对应的焦点位置的摄像面中的图像。通过在一周期内设定多个脉冲照明进行同步的相位角，可以检测被摄体的多个焦点图像。
在前述的图像检测装置中，需要根据在摄像面表示的被摄体的表面状态，调整脉冲照明的光量。
例如，在IC芯片为被摄体的情况下，在IC芯片中，有黑色的树脂封装表面那样的反射少的面，也有布线用的金属管脚那样的反射大的面。因此，存在在通常的光量一定的照明中，在反射少的面中无法得到清楚的图像，在反射大的面中产生白点等问题。
因此，在焦点位置发生了变化时，需要根据焦点位置所处的摄像面的状态使脉冲照明的光量进行增减。特别是，在检测多个焦点图像的情况下，需要在多个焦点位置的每一个中，使脉冲照明的光量增减。
然而，液体谐振式的透镜***由于焦点高速变化，所以为了在脉冲照明下切出规定的焦点位置的摄像面的图像，需要将脉冲照明的间隔设为微秒单位，脉冲宽度设为数十纳秒单位。在这样的条件的脉冲照明下，存在脉冲发光时间的占空比变小，作为照明的光量不足的问题。
进而，在高速下使时间宽度短的脉冲照明同步对于电路来说是困难的，所以也无法预计增加发光元件造成的光量的增加，被要求使用了液体谐振式的透镜***那样的高速的焦距可变透镜的图像检测装置以及该脉冲照明中的光量不足的改善。
发明内容
本发明的目的是提供使用液体谐振式的透镜***，可以一边进行图像检测一边确保足够的光量的图像检测装置、脉冲照明装置、以及脉冲照明方法。
本发明的图像检测装置的特征在于，包括：焦点位置周期性地变化的液体谐振式的透镜***；通过所述透镜***检测对象物的图像的图像检测部；与所述焦点位置同步地对所述对象物进行脉冲照明的脉冲照明部；以及控制所述脉冲照明部的照明控制部，所述脉冲照明部包括：主照明部；以及辅助照明部，所述照明控制部通过所述主照明部对所述对象物进行脉冲照明，并且在所述主照明部产生的所述对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，通过所述辅助照明部补偿所述对象物的照度。
在这样的本发明中，在使透镜***的焦点位置周期性地变化的状态下，由图像检测部通过透镜***检测对象物的图像。在此期间，通过以照明控制部控制脉冲照明部，与焦点位置同步地对对象物进行脉冲照明，能够检测期望的焦点位置的摄像面中的图像。
脉冲照明部通常通过主照明部对对象物进行脉冲照明，并且在主照明部产生的对象物的照度为规定的阈值以下时，通过辅助照明部补偿对象物的照度。由此，可以充分确保作为脉冲照明的光量，并且也可以应对高速动作。即，脉冲照明部通过以主照明部保证脉冲照明所需要的光量变化以及高速动作，以辅助照明部保证大光量这样的分担，可以作为脉冲照明部的整体兼备高速动作和大光量。
这样，在本发明的图像检测装置中，可以使用液体谐振式的透镜***进行图像检测，同时可以确保足够的光量。
在本发明的图像检测装置中，优选所述辅助照明部进行连续照明。
在这样的本发明中，对辅助照明部不需要作为脉冲照明的定时控制，谋求控制结构的简化。辅助照明部即使在设为连续照明的情况下，若辅助照明部产生的对象物的照度为规定值以下，则可以避免对检测图像的影响。
另外，也可以使辅助照明部进行脉冲照明，若主要的脉冲照明定时由主照明部确保，则可以缓和辅助照明部的脉冲照明定时的精度，能够实现控制的简化。
在本发明的图像检测装置中，优选所述主照明部为落射照明装置，所述辅助照明部为环形照明装置。
在这样的本发明中，通过将主照明部设为落射照明装置，检测图像中优先脉冲照明，可以提高基于脉冲照明的定时控制的焦点位置的精度。另一方面，通过将辅助照明部设为环形照明装置，可以设为从对象物的周围提高整体的照度的照明，可以补偿对象物的照度，同时避免对主照明部的脉冲照明的影响。
本发明的脉冲照明装置是在使用液体谐振式的透镜***拍摄对象物时，进行所述对象物的脉冲照明的脉冲照明装置，其特征在于，该脉冲照明装置包括：对所述对象物进行脉冲照明的脉冲照明部；以及控制所述脉冲照明部的照明控制部，所述脉冲照明部包括主照明部以及辅助照明部，所述照明控制部在所述主照明部产生的所述对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，通过所述辅助照明部补偿所述对象物的照度。
本发明的脉冲照明方法是在使用液体谐振式的透镜***拍摄对象物时，进行所述对象物的脉冲照明的脉冲照明方法，其特征在于，通常通过主照明部对所述对象物进行脉冲照明，并且在所述主照明部产生的所述对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，通过辅助照明部补偿所述对象物的照度。
在这样的本发明中，可以充分确保作为脉冲照明的光量，并且也可以应对高速动作。即，通过以主照明部保证脉冲照明所需要的光量变化以及高速动作、以辅助照明部保证大光量这样的分担，可以作为整体兼备高速动作和大光量。
通过以上说明，在本发明的脉冲照明装置以及脉冲照明方法中，当进行使用了液体谐振式的透镜***的图像检测时，可以确保足够的光量。
按照本发明，可以提供使用液体谐振式的透镜***进行图像检测，同时可确保足够的光量的图像检测装置、脉冲照明装置、以及脉冲照明方法。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的整体结构的方框图。
图2是表示所述实施方式的主要部分的方框图。
图3是表示仅通过所述实施方式的主照明部进行照明时的照度的曲线图。
图4是表示使用了所述实施方式的辅助照明部时的照度的曲线图。
图5是表示所述实施方式的辅助照明部的发光特性的曲线图。
图6是表示所述实施方式的主照明部的仅落射照明的照明状态的图。
图7是表示合并了所述实施方式的辅助照明部的环形照明的照明状态的图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的一个实施方式。
在图1中示出作为本发明的一个实施方式的图像检测装置1的整体结构。
图像检测装置1是一边使焦距周期性地变化，一边检测被置于摄像区域中的测量对象物9的表面的图像的装置，并包括被配置在与该表面交叉的相同的光轴A上的物镜2、透镜***3以及图像检测部4。
进而，图像检测装置1还包括：对测量对象物9的表面进行脉冲照明的脉冲照明部5、控制透镜***3以及脉冲照明部5的动作的透镜控制部6、以及用于操作透镜控制部6的控制用PC7。
物镜2由已知的凸透镜构成。
透镜***3是液体谐振式的焦距可变透镜，折射率根据从透镜控制部6输入的驱动信号Cf变化。驱动信号Cf是使透镜***3产生驻波的频率的交流，为正弦波状的交流信号。
在图像检测装置1中，可以通过将物镜2的焦距设为基础，使透镜***3的折射率变化，而使在焦点位置Pf的焦距Df任意地变化。
在图像检测装置1中，驱动信号Cf是正弦波状的交流信号，焦点位置Pf以及焦距Df也以正弦波状周期性地变动。
这时，若在焦点位置Pf的振动波形的任意的时刻对处于焦点位置Pf的测量对象物9进行脉冲照明，检测在该时刻被照明的图像，则得到焦点位置Pf的图像。
图像检测部4可以由已知的CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图形传感器或者其它形式的摄像机等构成，将入射的图像Lg作为规定的信号形式的检测图像Im输出到控制用PC7。
脉冲照明部5可以由LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等发光元件构成，在从透镜控制部6被输入了发光信号Ci时，能够使照明光Li仅发光规定时间，进行对于测量对象物9的表面的脉冲照明。
在图像检测装置1中，透镜***3的驱动、脉冲照明部5的发光以及图像检测部4的图像检测，由来自透镜控制部6的驱动信号Cf以及发光信号Ci以及图像检测信号Cc控制。为了操作控制这些的透镜控制部6的设定等，连接于控制用PC7。
在图2中，示出本实施方式的透镜控制部6以及控制用PC7的结构。
透镜控制部6是由控制透镜***3以及脉冲照明部5的动作的硬件构成的专用单元，包括：对透镜***3输出驱动信号Cf的驱动控制部61、对脉冲照明部5输出发光信号Ci的照明控制部62、以及对图像检测部4输出图像检测信号Cc的图像检测控制部63。
驱动控制部61在对透镜***3输出驱动信号Cf，并且透镜***3基于驱动信号Cf进行了振动时，从对透镜***3施加的有效电力或者驱动电流，检测透镜***3的振动状态Vf。并且，通过参考透镜***3的振动状态Vf而调整驱动信号Cf的频率，可以锁定在透镜***3的当前的谐振频率上。另外，振动状态Vf也可以通过在透镜***3上设置的振动传感器进行检测。
照明控制部62对脉冲照明部5输出发光信号Ci，使摄像区域的测量对象物9被脉冲照明。发光信号Ci的发光定时与驱动信号Cf同步，对于焦点位置Pf以规定的相位角设定。
图像检测控制部63对图像检测部4输出图像检测信号Cc，控制图像检测的接通关断。另外，在从图像检测接通至关断为止的期间，在图像检测部4中检测到的相当于1帧的检测图像Im被送到控制用PC7后进行处理。
在本实施方式中，图像检测信号Cc持续规定的期间，通过在此期间持续多次在焦点位置Pf的规定的位置(变动周期中的相位角)对测量对象物9进行脉冲照明，检测在照明时刻的焦点位置Pf的图像。通过在焦点位置Pf的变动范围内设定多个指定发光定时的发光信号Ci，能够检测聚焦在各焦点位置Pf的多个图像被重叠的多焦点图像。
控制用PC7包括：对透镜控制部6进行各种设定操作等的透镜操作部71、从图像检测部4取入检测图像Im进行处理的图像处理部72、以及接受用户对于图像检测装置1的操作的操作接口73。
控制用PC7由通用的个人计算机构成，通过执行专用的软件，实现所期望的功能。即，通过执行透镜操作软件，实现控制透镜控制部6的透镜操作部71的功能。另外，通过执行图像处理软件，实现处理来自图像检测部4的检测图像Im的图像处理部72的功能。用户可以经由使用了控制用PC7的显示画面以及输入装置的操作接口73来操作这些透镜操作软件以及图像处理软件。
在本实施方式中，脉冲照明部5包括使用了LED发光式的落射照明装置的主照明部51、以及使用了LED发光式的环形照明装置的辅助照明部52的2种光源装置。
在本实施方式中，照明控制部62在进行如前所述的用于图像检测的脉冲照明时，通常通过主照明部51对测量对象物9进行脉冲照明，并且具有在主照明部51产生的测量对象物9的照度为规定的阈值以下的状态下，通过辅助照明部52对测量对象物9的照度进行补偿的控制功能。
作为进行阈值判定的测量对象物9的照度，照明控制部62使用在控制用PC7的图像处理部72中得到的测量对象物9的检测图像Im中的照度。作为规定的阈值，设为在由图像检测部4对检测图像Im进行检测时足够的照度。
在图3中，在测量对象物9被脉冲照明的状态下，与脉冲状的照明光Li对应，测量对象物9的照度E表示脉冲状的波形。
若设为仅通过主照明部51的脉冲照明进行了测量对象物9的脉冲照明，则在测量对象物9的表面反射率比较大的情况下等，得到超过照度阈值Er的足够的照度E1。另一方面，存在在测量对象物9的表面反射率比较小的情况下等，仅通过主照明部51的脉冲照明，照度E2相对于照度阈值Er不足的情况。
在仅主照明部51的脉冲照明的照度E2相对照度阈值Er不足时，本实施方式的照明控制部62使用辅助照明部52补偿照度。
在图4中，即使主照明部51的脉冲照明产生的测量对象物9的照度E2比照度阈值Er小，通过追加辅助照明部52产生的照度Ea，也可以将合计的照度E3设为比照度阈值Er大的值。
这时，辅助照明部52产生的辅助照明设为以得到照度Ea的光量连续照明即可。若照度Ea比照度阈值Er小，则避免被图像检测部4检测作为图像。
在进行辅助照明部52产生的照度的补偿时，照明控制部62从在控制用PC7的图像处理部72中得到的检测图像Im检测测量对象物9的反射光水平，根据该值调整辅助照明部52的辅助照明水平。
如图5所示，照明控制部62进行的辅助照明部52的输出调整基于反射光水平Vr和辅助照明水平Va成大致反比例的曲线来进行。
若反射光水平Vr足够大，则助照明水平Va被设为0，仅通过主照明部51的脉冲照明得到照度E1(图4左侧)。
随着反射光水平Vr变小，辅助照明水平Va被增加，对主照明部51的脉冲照明追加辅助照明部52的连续照明，得到在照度E2中加上照度Ea的照度E3(图4右侧)。
根据这样的本实施方式得到如下的效果。
在本实施方式的图像检测装置1中，在使透镜***3的焦点位置Pf周期性地变化的状态下，由图像检测部4通过透镜***3检测测量对象物9的图像。在此期间，通过照明控制部62控制脉冲照明部5，并与焦点位置Pf同步而对测量对象物9进行脉冲照明，能够检测期望的焦点位置Pf的摄像面中的检测图像Im。
脉冲照明部5通常通过主照明部51对测量对象物9进行脉冲照明，并且在主照明部51产生的测量对象物9的照度E2为规定的照度阈值Er以下时，通过辅助照明部52补偿测量对象物9的照度。由此，可以充分确保作为脉冲照明的光量，并且也可以应对高速动作。即，脉冲照明部5通过以主照明部51保证脉冲照明所需要的光量变化以及高速动作，以辅助照明部52保证大光量这样的分担，可以作为脉冲照明部5的整体兼备高速动作和大光量。
这样，在本实施方式的图像检测装置1中，能够使用液体谐振式的透镜***3进行图像检测，同时确保足够的光量。
在本实施方式的图像检测装置1中，设为对于主照明部51产生的脉冲照明，辅助照明部52进行连续照明。因此，对于辅助照明部52不需要作为脉冲照明的定时控制，可以简化控制结构。另一方面，即使在将辅助照明部52设为连续照明的情况下，若辅助照明部52产生的测量对象物9的照度Ea为规定的照度阈值Er以下，则可以避免对检测图像的影响。
例如，在本实施方式的图像检测装置1中，在扫描进行脉冲照明的相位角而合成了多个焦点的各图像的全焦点图像中，存在包含由于连续光而对焦模糊部分的可能性，但是因为在本实施方式的辅助照明部52中光量被抑制，所以预计固定焦点位置的单纯的光量的增加。
在本实施方式的图像检测装置1中，作为主照明部51而使用落射照明装置，作为辅助照明部52而使用了环形照明装置。通过将主照明部51设为落射照明装置，在检测图像Im中优先脉冲照明，可以提高基于脉冲照明的定时控制的焦点位置Pf的精度。另一方面，通过将辅助照明部52设为环形照明装置，可以设为从测量对象物9的周围提高整体的照度的照明，补偿测量对象物9的照度，同时可以避免主照明部51造成的对脉冲照明的影响。
进而，在主照明部51的落射照明装置和辅助照明部52的环形照明装置中，来自各方的照明光Li的入射角度不同，可以一边观察仅通过主照明部51无法取得对比的测量对象物9的区域一边获取任意的固定焦点图像。
但是，在使用这样的辅助照明部52的情况下，有可能因辅助照明部52的连续光导致主照明部51的脉冲照明造成的对比被失去，固定焦点图像的画质被损害。因此，为了在主照明部51进行的脉冲照明中得到足够的对比，调整辅助照明部52的光量非常重要。
在图6中，在主照明部51的落射照明的光束Li1被照射在测量对象物9的情况下，在测量对象物9的表面中接近水平的区域91，光束Li1的入射角小，被明亮地照明。另一方面，在测量对象物9的表面中接近垂直的区域92，光束Li1的入射角大，处于较暗的状态。因此，测量对象物9的表面的形状造成的对比变大。
在图7中，在主照明部51的落射照明的光束Li1和辅助照明部52的环形照明的光束Li2被照射到测量对象物9的情况下，测量对象物9的表面中接近垂直的区域92被光束Li2明亮地照明，与接近水平的区域91的对比缩小。因此，优选调整辅助照明部52的光量，确保适当的对比。
另外，本发明不被限定于前述的实施方式，可以达到本发明的目的的范围中的变形等被包含在本发明中。
在上述实施方式中，设为了辅助照明部52进行连续照明，但是对于辅助照明部52也可以进行依照主照明部51的脉冲照明。若主要的脉冲照明定时在主照明部51中被确保，则可以缓和辅助照明部52的脉冲照明定时的精度，能够进行控制的简化。
在上述实施方式中，将主照明部51设为落射照明装置，将辅助照明部52设为了环形照明装置，但是也可以将主照明部51以及辅助照明部52一同设为落射照明或者环形照明。但是，主照明部51为了以足够的光量进行脉冲照明，优选设为落射照明，从设置空间的关系出发辅助照明部52优选设为环形照明而不是落射照明。
在上述实施方式中，为了进行透镜***3的驱动以及控制，使用了透镜控制部6和控制用PC7的组合，但是这些也可以设为统一进行透镜***3的驱动、控制乃至操作的一体的装置。可是，如上述实施方式那样，通过设为透镜控制部6和控制用PC7的组合，可以使透镜***3的驱动以及控制所需要的硬件独立作为专用的透镜控制装置。另外，可以使用通用性高的个人计算机实现透镜控制部6的操作或设定调整，进而直至图像的取入。
在上述实施方式中，将驱动信号Cf设为正弦波，使焦点位置Pf正弦波振动，但是这也可以是三角波、锯齿波、矩形波及其它的波形。
透镜***3的具体的结构可以适当变更，不限于上述的文献1中记载的结构，也可以适当选择封装的形状尺寸或者谐振的液体的属性。
图像检测部4除了CCD图形传感器，也可以设为利用了CMOS(互补型金属氧化物半导体)传感器等其它的固体摄像元件的图形传感器。
脉冲照明部5除了LED，也可以设为LD(激光二极管)或者SLD(Super LuminescentDiode，超发光二极管)等可高速开关的其它发光元件。

Claims (5)

1.一种图像检测装置，其特征在于，包括：
液体谐振式的透镜***，焦点位置周期性地变化；
图像检测部，通过所述透镜***检测对象物的图像；
脉冲照明部，与所述焦点位置同步，对所述对象物进行脉冲照明；以及
照明控制部，控制所述脉冲照明部，
所述脉冲照明部包括：主照明部；以及辅助照明部，
所述照明控制部通过所述主照明部对所述对象物进行脉冲照明，并且在所述主照明部产生的所述对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，通过所述辅助照明部补偿所述对象物的照度。
2.如权利要求1所述的图像检测装置，其特征在于，
所述辅助照明部进行连续照明。
3.如权利要求1或者权利要求2所述的图像检测装置，其特征在于，
所述主照明部为落射照明装置，
所述辅助照明部为环形照明装置。
4.一种脉冲照明装置，在使用液体谐振式的透镜***拍摄对象物时，进行所述对象物的脉冲照明，其特征在于，
所述脉冲照明装置包括：
脉冲照明部，对所述对象物进行脉冲照明；以及
照明控制部，控制所述脉冲照明部，
所述脉冲照明部包括：主照明部；以及辅助照明部，
在所述主照明部产生的所述对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，所述照明控制部通过所述辅助照明部补偿所述对象物的照度。
5.一种脉冲照明方法，在使用液体谐振式的透镜***拍摄对象物时，进行所述对象物的脉冲照明，其特征在于，
通常通过主照明部对所述对象物进行脉冲照明，
在所述主照明部产生的所述对象物的照度为规定的阈值以下的状态下，通过辅助照明部补偿所述对象物的照度。
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