JP2014053106A - 照明装置及び画像検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明ムラを低減可能な照明装置を提供すること。
【解決手段】本照明装置は、所定方向に並べて配置された複数の反射型発光ダイオードと、各々の前記反射型発光ダイオードの最大照度部分を避けて、各々の前記反射型発光ダイオード上に設置された拡散フィルタと、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対象物を照明する照明装置、及び前記照明装置を搭載した画像検査装置に関する。

従来、複数の発光素子を配列した照明装置が知られている。一例として、複数の発光ダイオードの光軸をスリットで合わせて、そのスリットから入射する光がフレネルレンズを通って平行光に変換される照明装置を挙げることができる。しかし、この照明装置では、複数の発光ダイオードからの光は、スリットによる回折及びフレネルレンズによる回折により、大幅に減少してしまう問題があり、広範囲へ平行光を照射する照明装置としては適さない。

ところで、反射型の発光ダイオードを用いて平行光を照射する技術が検討されている。反射型の発光ダイオードは、従来の砲弾型の発光ダイオードとは異なり、発光ダイオード単体で平行光を照射できる。従って、反射型の発光ダイオードを敷き詰めることによって、広範囲へ平行光を照射できる可能性がある。

しかし、反射型の発光ダイオードを敷き詰めると、発光ダイオードと発光ダイオードの間からは光が照射されず、又、照射される光が平行光であるため、照明ムラが大きくなるという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、照明ムラを低減可能な照明装置を提供することを課題とする。

本照明装置は、所定方向に並べて配置された複数の反射型発光ダイオードと、各々の前記反射型発光ダイオードの最大照度部分を避けて、各々の前記反射型発光ダイオード上に設置された拡散フィルタと、を有することを要件とする。

開示の技術によれば、照明ムラを低減可能な照明装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る照明装置を例示する正面図である。 第１の実施の形態に係る照明装置の構成図と照明分布を例示する図である。 比較例に係る照明装置を例示する正面図である。 比較例に係る照明装置の構成図と照明分布を例示する図である。 第２の実施の形態に係る照明装置を例示する正面図である。 反射型ＬＥＤの照度分布をシミュレートした結果を例示する図（その１）である。 反射型ＬＥＤの照度分布をシミュレートした結果を例示する図（その２）である。 第３の実施の形態に係る照明装置を例示する図（その１）である。 第３の実施の形態に係る照明装置を例示する図（その２）である。 第４の実施の形態に係る画像検査装置を例示する側面図である。 第４の実施の形態に係る画像検査装置を例示する正面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る照明装置を例示する正面図である。図２は、第１の実施の形態に係る照明装置の構成図と照明分布を例示する図であり、（ａ）が図１のＡ方向から見た図（底面）、（ｂ）が図１のＢ方向から見た図（右端面）、（ｃ）が照明分布を例示する図である。

図１及び図２を参照するに、第１の実施の形態に係る照明装置１０は、コンタクトガラス１１と、複数の反射型発光ダイオード１２と（以降、反射型ＬＥＤ１２とする）、拡散フィルタ１３とを有する。反射型ＬＥＤ１２のリード端子１２ａ側には基板（図示せず）が配置され、リード端子１２ａは例えば基板（図示せず）に形成された貫通孔に挿入され、貫通孔周囲のランド部分とはんだ等により電気的及び機械的に接続されている。

各反射型ＬＥＤ１２は、各々の上面（発光側の面）をコンタクトガラス１１の下面に密着させて1列に配列されている。照明ムラを低減するためには、各反射型ＬＥＤ１２を隙間なく（互いに側面同士が接するように）整列して配置することが好ましい。但し、各反射型ＬＥＤ１２を基板（図示せず）に実装する都合上、隣接する反射型ＬＥＤ１２間に多少（１ｍｍ以下程度）の隙間ができてもよい。

なお、以降、配列された複数の反射型ＬＥＤ１２を一まとめにして反射型ＬＥＤ列と称する場合がある。図１の例では、１６個の反射型ＬＥＤ１２が配列されて、１つの反射型ＬＥＤ列を形成している。

各反射型ＬＥＤ１２は、互いに略平行な照明光を照射する機能を有する。各反射型ＬＥＤ１２から照射された光は、各反射型ＬＥＤ１２の照明光に対して透明な材料から形成されたコンタクトガラス１１を透過して、例えば線状平行光として対象物（図示せず）に照射される。

拡散フィルタ１３は、各反射型ＬＥＤ１２の最大照度部分を避けて、各反射型ＬＥＤ１２上に（コンタクトガラス１１を介して）設置されている。各反射型ＬＥＤ１２の最大照度部分は、後述の図６及び図７に示すように、各反射型ＬＥＤ１２の中央部近傍である。そこで、図１及び図２の例では、拡散フィルタ１３を、隣接する反射型ＬＥＤ１２間（隣接する反射型ＬＥＤ１２の境界部）及び反射型ＬＥＤ列の両端部に１つずつ設置している。

但し、各反射型ＬＥＤ１２の最大照度部分（中央部近傍）を露出する複数の開口部が形成された１つの細長状の拡散フィルタ１３を、反射型ＬＥＤ列の一端部から他端部までを覆うように設置してもよい。

拡散フィルタ１３としては、例えば、各反射型ＬＥＤ１２の照明光に対して透明な材料から形成された樹脂基板等の表面に、使用波長或いはそれ以下のランダムな微少凹凸やライン状の凹凸等を形成した部材を用いることができる。拡散フィルタ１３として、例えば、磨りガラス等を用いてもよい。

図３は、比較例に係る照明装置を例示する正面図である。図４は、比較例に係る照明装置の構成図と照明分布を例示する図であり、（ａ）が図３のＡ方向から見た図（底面）、（ｂ）が図３のＢ方向から見た図（右端面）、（ｃ）が照明分布を例示する図である。

図３及び図４を参照するに、比較例に係る照明装置１００は、拡散フィルタ１３が設けられていない点のみが、照明装置１０（図１及び図２参照）と相違する。照明装置１００では、隣接する反射型ＬＥＤ１２間からは光が照射されないため、図４（ｃ）に示す照明分布のように、各反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍と隣接する反射型ＬＥＤ１２間とに大きな照明ムラが生じてしまう。

一方、照明装置１０では、明装置１００とは異なり、隣接する反射型ＬＥＤ１２間及び反射型ＬＥＤ列の両端部に拡散フィルタ１３が設置されているため、反射型ＬＥＤ１２から照射される光の一部が拡散フィルタ１３に入射し、拡散フィルタ１３で拡散される。

そのため、図２（ｃ）に示す照明分布の実線部分のように、図４（ｃ）に示す照明分布と比べて、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量及び反射型ＬＥＤ列の両端部の光量を増加させることができる。なお、図２（ｃ）に示す照明分布の破線部分は、比較のため、図４（ｃ）に示す照明分布を示したものである。つまり、図２（ｃ）において、実線部分が破線部分よりも大きくなっている領域では、拡散フィルタ１３を設置した効果により、光量が増加していることになる。

なお、反射型ＬＥＤ列全体に開口部を有しない１つの細長状の拡散フィルタを配置しても隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量及び反射型ＬＥＤ列の両端部の光量を増加させることができる。しかしながら、この方法は、反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍の光量が減少するため好ましくない。

照明装置１０のように、反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍（最大照度部分）を露出するように隣接する反射型ＬＥＤ１２間及び反射型ＬＥＤ列の両端部に拡散フィルタ１３を配置することが好ましい。これにより、反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍（最大照度部分）の光量を減少させることなく、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量及び反射型ＬＥＤ列の両端部の光量を増加させることができる。

拡散フィルタ１３を入れる範囲と拡散度の基準は、例えば、市販の拡散ライン照明で拡散反射率が高いワーク（低光沢物；例えば、拡散反射率９９％の標準反射板）と、鏡面反射率が高いワーク（高光沢物；例えば、鏡面反射率が９７％以上の鏡）を撮影し、『評価値 ＝ 高光沢物の計測値の平均 ／ 低光沢物の計測値の平均』と『平坦度 ＝ 1 ／ 高光沢物の計測値の標準偏差』の２つを測定した値を用いることができる。

次に、拡散フィルタ１３を入れる範囲と、拡散度を振って、上記２つの評価値を測定し、基準値よりも良くなる範囲と拡散度を求める。特に評価値は、平行光の多さの目安であるため、この値が基準値よりも倍以上良くなるように、拡散フィルタ１３を入れる範囲と拡散度を選ぶことが好ましい。

例えば、表１のような値となった場合には、評価値と平坦度から、拡散フィルタ１３の範囲を５ｍｍ、拡散度を５°とすることが好ましい。なお、この時点で軽減できない照明ムラは、ソフト処理によっても軽減できるため、評価値が大きく減少する拡散フィルタ１３を入れることは好ましくない。なお、表１は、拡散フィルタ１３の範囲及び拡散度と評価値及び平坦度との関係を示しており、評価値＝４、平坦度＝０．０３３が基準値となる。

ソフト処理による照明ムラの軽減方法としては、一例として、リファレンスを撮影して、撮影した画像から補正値を計算し、照明ムラを軽減する方法を挙げることができる。処理方法としては、例えば、白色度の高いワークと照明がない場合の画像を撮影し、白色度の高いワークの撮影画像から照明ムラの補正値を、照明がない場合の画像からオフセット値を決定し、下記の式（１）で補正を行うことができる。

ここで、画素の座標を横：ｗ，高さ：ｈ、観測された信号値をＸ（ｗ，ｈ）、補正後の信号値をＹ（ｗ，ｈ）、期待される上限値をＥ（例えば、０〜２５５の値）、オフセット値をＯ（ｗ）、補正値をＲ（ｗ）としている。オフセット値Ｏ（ｗ）は、例えば、全ての反射型ＬＥＤ１２を消灯した状態（遮光した状態）における受光素子（図示せず）の画像データ（黒一色の画像データ）により得られる。又、補正値Ｒ（ｗ）は、例えば、全ての反射型ＬＥＤ１２を点灯して白色基準板を照射し、その反射光を受光素子（図示せず）で読み取った画像データにより得られる。

なお、隣接する反射型ＬＥＤ１２間及び反射型ＬＥＤ列の両端部のみに、予め個片化された複数の拡散フィルタ１３を設置すると、設置精度や設置方法の問題が生じるおそれがある。そこで、実際に照明装置１０を作製する際には、反射型ＬＥＤ列全体を覆う拡散フィルタを設け、その後各反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍（最大照度部分）の拡散フィルタのみを除去することが、配置作業を軽減できる点で好ましい。

このように、複数の反射型ＬＥＤ１２を1列に密に配列し、各反射型ＬＥＤ１２の最大照度部分を避けて、隣接する反射型ＬＥＤ１２間及び反射型ＬＥＤ列の両端部に拡散フィルタ１３を設置する。これにより、反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍（最大照度部分）の光量を減少させることなく、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量及び反射型ＬＥＤ列の両端部の光量を増加させることができる。つまり、拡散フィルタ１３で光を拡散させることにより、照明ムラを低減できる。

なお、隣接する反射型ＬＥＤ１２間に拡散フィルタ１３を設置し、反射型ＬＥＤ列の両端部には拡散フィルタ１３を設置しない場合にも、一定の効果（照明ムラを低減する効果）を奏する。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、拡散フィルタを用いずに照明装置の照度ムラを低減する方法の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図５は、第２の実施の形態に係る照明装置を例示する正面図である。図５を参照するに、第２の実施の形態に係る照明装置１０Ａにおいて、コンタクトガラス１１には、複数の反射型ＬＥＤ１２がＣ方向（以降、配列方向Ｃとする）に1列に密に配列されている。

但し、照明装置１０（図１及び図２参照）では、正面視において、各反射型ＬＥＤ１２の側面が反射型ＬＥＤ１２の配列方向に対して垂直になるように配置されていた。これに対し、照明装置１０Ａでは、正面視において、各反射型ＬＥＤ１２の側面が反射型ＬＥＤ１２の配列方向Ｃに対して斜めになるように配置されている（傾いて配置されている）。

各反射型ＬＥＤ１２の側面の配列方向Ｃに垂直な方向に対する傾斜角θは、適宜決定できるが、例えば、１５度程度とすることができる。なお、正面視とは、照明装置１０Ａ等を反射型ＬＥＤ１２の発光側の面に対して垂直な方向から視ることをいう。

このように、各反射型ＬＥＤ１２を、正面視において、各反射型ＬＥＤ１２の側面が配列方向Ｃに対して斜めになるように配置することにより、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の照明光量が少ない部分が横方向に分散される。そのため、照明装置１０Ａの照度ムラを低減できる。

傾斜角θの値は、反射型ＬＥＤ１２の照度分布や、隣接する反射型ＬＥＤ１２の重なる部分の長さＬ等の情報から決定できる。例えば、平面形状が１１ｍｍ×７ｍｍの反射型ＬＥＤ１２を０．３ｍｍ間隔で配置し、傾斜角θ＝１５度とした場合、長さＬが約２ｍｍとなる。

ここで、反射型ＬＥＤ１２の配列方向Ｃの照度分布を計測し、計測した照度分布を使って、２ｍｍの重なりがあった場合の照度分布をシミュレートする。図６は、隣接する反射型ＬＥＤ１２に２ｍｍの重なりがあった場合（Ｌ＝２ｍｍの場合）の照度分布をシミュレートした結果を例示する図である。図６に示すように、各反射型ＬＥＤ１２の照度は、中央のピーク（最大照度）から周辺に行くにしたがって緩やかに減少し、端の部分は暗くなる。

しかしながら、２ｍｍの重なりがあるため、実際には、図７の実線で示すように端の部分（隣接する反射型ＬＥＤ１２間）の照度を上げることができる。なお、適切な傾斜角θの値は、隣接する反射型ＬＥＤ１２間における照度が、各反射型ＬＥＤ１２の最大照度と同程度に引き上げられる角度である。

図７では、隣接する反射型ＬＥＤ１２間における照度が、各反射型ＬＥＤ１２の最大照度と同程度に引き上げられているため、シミュレートに使用した反射型ＬＥＤ１２では、傾斜角θ＝１５度がおおよそ適切な角度である。但し、適切な傾斜角θは反射型ＬＥＤ１２の照度分布や配置によって変わるため、反射型ＬＥＤ１２の照度分布や配置の条件が変わった場合には、このようなシミュレーションを活用して、その都度傾斜角θの最適値を決定することになる。

なお、第１の実施の形態と同様に、この時点で軽減できない照明ムラは、ソフト処理によっても軽減できる。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、反射型ＬＥＤを複数列に配列する例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図８は、第３の実施の形態に係る照明装置を例示する図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が（ａ）のＤ方向から見た図（左端面）である。図８を参照するに、第３の実施の形態に係る照明装置１０Ｂは、ダイクロイックミラー１５と、複数の反射型ＬＥＤ１２と、複数の反射型ＬＥＤ２２とを有する。

反射型ＬＥＤ２２は、リード端子２２ａを有する。反射型ＬＥＤ２２のリード端子２２ａ側には反射型ＬＥＤ１２を固定する基板とは異なる基板（図示せず）が配置され、リード端子２２ａは例えば基板に形成された貫通孔に挿入され、貫通孔周囲のランド部分とはんだ等により電気的及び機械的に接続されている。

各反射型ＬＥＤ１２は各々の上面（発光側の面）をダイクロイックミラー１５の下面に密着させて1列に配列されており、各反射型ＬＥＤ２２は各々の上面（発光側の面）をダイクロイックミラー１５の一方の側面に密着させて1列に配列されている。なお、反射型ＬＥＤ１２の列と反射型ＬＥＤ２２の列とは、略平行である。

但し、反射型ＬＥＤ１２と反射型ＬＥＤ２２との配列方向における位置をずらしている。つまり、各反射型ＬＥＤ１２と各反射型ＬＥＤ２２とは、各反射型ＬＥＤ１２のピーク（最大照度）と各反射型ＬＥＤ２２のピーク（最大照度）とが、互いに配列方向の異なる位置にくるように配置されている。

照明ムラを低減するためには、各反射型ＬＥＤ１２及び２２を各々隙間なく（互いに側面同士が接するように）整列して配置することが好ましい。但し、各反射型ＬＥＤ１２及び２２を各々基板（図示せず）に実装する都合上、隣接する反射型ＬＥＤ１２間及び隣接する反射型ＬＥＤ２２間に多少の隙間ができてもよい。

各反射型ＬＥＤ１２及び２２は、互いに略平行な照明光を照射する機能を有する。但し、反射型ＬＥＤ２２は、反射型ＬＥＤ１２とは異なる波長の照明光を照射する機能を有する。例えば、反射型ＬＥＤ１２を赤色ＬＥＤ、反射型ＬＥＤ２２を緑色ＬＥＤとすることができる。反射型ＬＥＤ２２の外形形状は、反射型ＬＥＤ１２の外形形状と同一であっても構わない。

各反射型ＬＥＤ１２から照射された光はダイクロイックミラー１５に入射し、各反射型ＬＥＤ１２の照明光の波長を透過するダイクロイックミラー１５から出射して、対象物（図示せず）に照射される。又、各反射型ＬＥＤ２２から照射された光はダイクロイックミラー１５に入射し、各反射型ＬＥＤ２２の照明光の波長を反射するダイクロイックミラー１５で光路を変換された後に出射して、対象物（図示せず）に照射される。

なお、図８（ｂ）では、説明の便宜上、各反射型ＬＥＤ１２の照明光（実線矢印）と各反射型ＬＥＤ２２の照明光（破線矢印）とをずらして図示しているが、これらはダイクロイックミラー１５により同一光軸上に合成されて対象物（図示せず）に照射される。

このように、波長の異なる複数個の反射型ＬＥＤ１２及び２２を、各々所定方向に配列させ、反射型ＬＥＤ１２及び２２からの各々の照明光をダイクロイックミラー１５で反射及び透過させて同一光軸上に重ね合わせる。更に、反射型ＬＥＤの１２のピーク（最大照度）と反射型ＬＥＤ２２のピーク（最大照度）との配列方向の位置をずらす。これにより、光量不足を補うことができる。つまり、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量が低下する部分は反射型ＬＥＤ２２の光量で補い、隣接する反射型ＬＥＤ２２間の光量が低下する部分は反射型ＬＥＤ１２の光量で補うことができる。これにより、照明ムラを低減できる。

なお、図９に示す照明装置１０Ｃのように、更に複数の反射型ＬＥＤ３２を追加してもよい。反射型ＬＥＤ３２は、リード端子３２ａを有する。反射型ＬＥＤ３２のリード端子３２ａ側には反射型ＬＥＤ１２及び２２を固定する基板とは異なる基板（図示せず）が配置されている。そして、リード端子３２ａは例えば基板に形成された貫通孔に挿入され、貫通孔周囲のランド部分とはんだ等により電気的及び機械的に接続されている。

各反射型ＬＥＤ３２は各々の上面（発光側の面）をダイクロイックミラー１５の他方の側面に密着させて1列に配列されている。なお、反射型ＬＥＤ１２の列と反射型ＬＥＤ２２の列と反射型ＬＥＤ３２の列とは、略平行である。

但し、反射型ＬＥＤ１２と反射型ＬＥＤ２２と反射型ＬＥＤ３２との配列方向における位置をずらしている。つまり、各反射型ＬＥＤ１２と各反射型ＬＥＤ２２と各反射型ＬＥＤ３２とは、各反射型ＬＥＤ１２のピーク（最大照度）と各反射型ＬＥＤ２２のピーク（最大照度）と各反射型ＬＥＤ３２のピーク（最大照度）とが、互いに配列方向の異なる位置にくるように配置されている。

照明ムラを低減するためには、各反射型ＬＥＤ１２、２２、及び３２を各々隙間なく（互いに側面同士が接するように）整列して配置することが好ましい。但し、各反射型ＬＥＤ１２、２２、及び３２を各々基板（図示せず）に実装する都合上、隣接する反射型ＬＥＤ１２間、隣接する反射型ＬＥＤ２２間、及び隣接する反射型ＬＥＤ３２間に多少の隙間ができてもよい。

各反射型ＬＥＤ１２、２２、及び３２は、互いに略平行な照明光を照射する機能を有する。但し、反射型ＬＥＤ１２、２２、及び３２は、各々異なる波長の照明光を照射する機能を有する。例えば、反射型ＬＥＤ１２を赤色ＬＥＤ、反射型ＬＥＤ２２を緑色ＬＥＤ、反射型ＬＥＤ３２を青色ＬＥＤとすることができる。反射型ＬＥＤ３２の外形形状は、反射型ＬＥＤ１２や２２の外形形状と同一であっても構わない。

各反射型ＬＥＤ１２から照射された光はダイクロイックミラー１５に入射し、各反射型ＬＥＤ１２の照明光の波長を透過するダイクロイックミラー１５から出射して、対象物（図示せず）に照射される。又、各反射型ＬＥＤ２２から照射された光はダイクロイックミラー１５に入射し、各反射型ＬＥＤ２２の照明光の波長を反射するダイクロイックミラー１５で光路を変換された後に出射して、対象物（図示せず）に照射される。又、各反射型ＬＥＤ３２から照射された光はダイクロイックミラー１５に入射し、各反射型ＬＥＤ３２の照明光の波長を反射するダイクロイックミラー１５で光路を変換された後に出射して、対象物（図示せず）に照射される。

なお、図９（ｂ）では、説明の便宜上、各反射型ＬＥＤ１２の照明光（実線矢印）と各反射型ＬＥＤ２２の照明光（破線矢印）と各反射型ＬＥＤ３２の照明光（一点鎖線矢印）とをずらして図示している。しかし、実際には、これらはダイクロイックミラー１５により同一光軸上に合成されて対象物（図示せず）に照射される。図９に示す照明装置１０Ｃも、図８に示す照明装置１０Ｂと同様に、光量不足を補うことができる。

照明装置１０Ｂ及び１０Ｃを使用する場合は、正反射光を撮影する場合にモノクロカメラを用い、撮影した画像の信号値に対して波長毎のオフセット値を加算して補正する必要がある。補正値は、高光沢のミラー等をワーク（対象物）とし、その反射光を撮影することで求めることができる。

又、撮影するワークの色により、点灯する反射型ＬＥＤの色を変更することにより、正反射光のみの画像を撮影することが可能である。例えば、赤色のワークを撮影する場合には、青色又は緑色（或いは、青色及び緑色）の反射型ＬＥＤを点灯し、ワークからの拡散反射光が極力少なくなるようにする等である。なお、モノクロ画像に変換された後は、第１の実施の形態と同様に、この時点で軽減できない照明ムラは、ソフト処理によっても軽減できる。

〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、第１の実施の形態に係る照明装置１０を搭載した画像検査装置の例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図１０は、第４の実施の形態に係る画像検査装置を例示する側面図である。図１１は、第４の実施の形態に係る画像検査装置を例示する正面図である。なお、説明の便宜上、図１１において図１０の一部の構成要素を省略している。

図１０及び図１１を参照するに、画像検査装置４０は、照明装置１０と、曲面ミラー４１と、濃度用照明装置４２と、結像レンズ４３と、撮像素子４４と、搬送手段４５とを有する。又、９０は計測対象物である紙等の画像担持媒体（以降、画像担持媒体９０とする）を、９０ａは画像検査装置４０にて光沢分布及び濃度分布を読み取る画像担持媒体９０上の１ラインの読取領域（以降、読取領域９０ａとする）を、９０ｂは画像担持媒体９０の搬送方向（以降、搬送方向９０ｂとする）を、それぞれ示している。

なお、正反射光とは、照明装置１０から画像担持媒体９０に照射される照明光の入射角と同じ角度で、入射方向とは反対側に反射する反射光を指し、拡散反射光とは、正反射光以外の反射光を指す。

照明装置１０の各反射型ＬＥＤ１２は、曲面ミラー４１に入射する互いに略平行な照明光１２ｘを照射する機能を有する。つまり、照明装置１０は、線状の略平行光を生成する線状平行光光源である。照明装置１０では、各反射型ＬＥＤ１２の発光部の全面で略平行光が発生するので、読取領域９０ａの全域で照明光が途切れることがないという効果を奏する。

なお、図１では照明装置１０の有する反射型ＬＥＤ１２の個数を１６個としたが、照明装置１０の有する反射型ＬＥＤ１２の個数は任意に設定して構わない。反射型ＬＥＤ１２を読取領域９０ａの方向（図１０及び図１１のＹ方向）に密に配置しないと、読取領域９０ａの全領域に対して漏れなく正反射光を生じる照明光を発生させることができないので、反射型ＬＥＤ１２の個数は多いほど好ましい。

曲面ミラー４１は、照明装置１０の線方向（長手方向）に所定の曲率の凹状の曲面を有する。曲面ミラー４１は、照明装置１０からの略平行な照明光１２ｘを反射（光路変換）し、計測対象物に照射された際の正反射光が結像レンズ４３の瞳に対して入射する照明光１２ｙを生成する機能を有する。曲面ミラー４１の凹状の曲面は、照明光１２ｙに対応する正反射光１２ｚが結像レンズ４３の瞳に対して入射する曲率とされている。

すなわち、照明装置１０の各反射型ＬＥＤ１２から照射された略平行な照明光１２ｘは、所定の曲率の凹状の曲面を有する曲面ミラー４１に入射し、曲面ミラー４１で反射されてそれぞれ異なる方向に進行する照明光１２ｙとなる。曲面ミラー４１で反射された照明光１２ｙは、画像担持媒体９０の読取領域９０ａの全域に入射角度θ_１で入射する。そして、照明光１２ｙは読取領域９０ａの全域で正反射され、正反射光１２ｚとなる（ここで、入射角度θ_１＝反射角度θ_２である）。正反射光１２ｚは、それぞれ結像レンズ４３の瞳に入射するよう指向されている。なお、照明装置１０及び曲面ミラー４１は、本発明に係る光照明手段の代表的な一例である。

濃度用照明装置４２は、画像担持媒体９０の読取領域９０ａに所定の角度で入射する照明光４２ｘを照射する機能を有する。所定の角度は、入射角度θ_１と異なる角度であれば任意で構わないが、例えば９０ｄｅｇとすることができる。濃度用照明装置４２としては、例えばキセノンランプやＬＥＤアレイ等の拡散照明装置を用いることができる。なお、光沢用照明装置である照明装置１０と濃度用照明装置４２が同時に光を出射することはなく、撮像素子４４の駆動に合わせて交互に光を出射したり、何れか一方が随時光を出射したりするように構成されている。

結像レンズ４３及び撮像素子４４は、正反射光１２ｚを受光可能な位置に配置されている。又、結像レンズ４３及び撮像素子４４は、濃度用照明装置４２から画像担持媒体９０の読取領域９０ａに出射された照明光４２ｘの拡散反射光の一部である拡散反射光４２ｙを受光可能な位置に配置されている。結像レンズ４３は、例えば複数枚のレンズから構成され、画像担持媒体９０に照射された照明光１２ｙの正反射光１２ｚ又は照明光４２ｘの拡散反射光４２ｙを撮像素子４４に結像する機能を有する。

撮像素子４４は、複数の画素から構成され、結像レンズ４３を介して入射する正反射光１２ｚ又は拡散反射光４２ｙの光量を取得する機能を有する。撮像素子４４としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）等を用いることができる。本実施の形態では、撮像素子４４として、１次元で読み取るタイプの撮像素子を用いる。カラー画像を対象とする場合には、ＲＧＢの各色に感度を有する３ラインタイプ等の撮像素子を用いればよい。なお、撮像素子４４は、本発明に係る撮像手段の代表的な一例である。

搬送手段４５は、画像担持媒体９０を、例えば搬送方向９０ｂ（図１０のＸ方向）に搬送する機能を有する。なお、照明装置１０の各反射型ＬＥＤ１２の配列方向は、例えば、搬送手段４５の搬送方向９０ｂと垂直な方向とすることができる。

画像検査装置４０における光沢分布及び濃度分布の検査は以下のように行われる。すなわち、画像検査装置４０は、初めに照明装置１０を点灯し（濃度用照明装置４２は消灯）、１ラインの読取領域９０ａに照明光１２ｙを照射する。そして、撮像素子４４で読取領域９０ａからの正反射光１２ｚの光量を取得する。そして、取得した正反射光１２ｚの光量に基づいて、読取領域９０ａの光沢分布を検査する。

次に画像検査装置４０は、濃度用照明装置４２を点灯し（照明装置１０は消灯）、１ラインの読取領域９０ａに照明光４２ｘを照射する。そして、撮像素子４４で読取領域９０ａからの拡散反射光４２ｙの光量を取得する。そして、取得した拡散反射光４２ｙの光量に基づいて、読取領域９０ａの濃度分布を検査する。これで、１ライン（１次元）の光沢分布及び濃度分布の検査が終了する。

１ライン（１次元）の光沢分布及び濃度分布の検査が終了すると、搬送手段４５は、画像担持媒体９０を搬送方向９０ｂに所定の距離だけ搬送する。そして次の１ライン（１次元）について上記と同様の検査を行う。この動作を繰り返すことにより、２次元の光沢分布及び濃度分布の検査を行うことができる。

なお、以下のように、１ライン（１次元）毎の光沢分布及び濃度分布の検査を行わず、２次元の光沢分布及び濃度分布の検査のみを行ってもよい。すなわち、画像検査装置４０は、初めに照明装置１０を点灯し（濃度用照明装置４２は消灯）、１ラインの読取領域９０ａに照明光１２ｙを照射する。そして、撮像素子４４で読取領域９０ａからの正反射光１２ｚの光量を取得して記憶する。

次に画像検査装置４０は、濃度用照明装置４２を点灯し（照明装置１０は消灯）、１ラインの読取領域９０ａに照明光４２ｘを照射する。そして、撮像素子４４で読取領域９０ａからの拡散反射光４２ｙの光量を取得して記憶する。

次に、搬送手段４５は、画像担持媒体９０を搬送方向９０ｂに所定の距離だけ搬送する。そして次の１ライン（１次元）について上記と同様に正反射光１２ｚの光量及び拡散反射光４２ｙの光量を取得して記憶する。この動作を繰り返すことにより、２次元において正反射光１２ｚの光量及び拡散反射光４２ｙの光量を取得できる。その後、２次元において取得して記憶した正反射光１２ｚの光量及び拡散反射光４２ｙの光量に基づいて、２次元の光沢分布及び濃度分布の検査を行う。

画像検査装置４０において、照明装置１０は略平行光であり、その主光線が瞳方向に指向性を持っているほどよく、他の方向への光が少ないほどよい。そのため、拡散反射光がない構成が望ましい。又、仮に照明装置１０において隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量が少ないと照明ムラ（以降、照明ムラ部分をギャップと称する場合がある）が生じ、ギャップ部分では検査精度が極端に低下する。そのため、検査時にはギャップ部分で撮影された部分を２次元光沢分布から排除する必要がある。

しかし、第１の実施の形態で示したように、照明装置１０では複数の反射型ＬＥＤ１２を1列に密に配列し、隣接する反射型ＬＥＤ１２間に１つずつ拡散フィルタ１３を配置している。そして、これにより、反射型ＬＥＤ１２の中心部近傍の光量を減少させることなく、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光量を増加させている。そのため、画像検査装置４０において、隣接する反射型ＬＥＤ１２間の光で撮影された部分を２次元光沢分布から排除する必要はない。

但し、拡散フィルタ１３を挿入している部分は、拡散フィルタ１３を挿入していない部分よりも精度が落ちる。もし、拡散光の影響が大きい場合には、拡散反射率が高く、正反射率が低い被撮影物を撮影した２次元光沢分布から、拡散反射光の割合を求めておく。そして、その割合と２次元濃度分布から求めた推定濃度分布を２次元光沢分布から減算することで拡散光の影響を少なくすることが可能である。

このように、第１の実施の形態に係る照明装置１０を画像検査装置４０に搭載することにより、照明ムラが少ない２次元光沢分布を撮影することが可能となり、撮像した２次元光沢分布を検査に用いることができる。その結果、より精度の高い検査を行うことができる。

〈第４の実施の形態の変形例１〉
第４の実施の形態の変形例１では、第２の実施の形態に係る照明装置１０Ａを搭載した画像検査装置の例を示す。なお、第４の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図１０及び図１１において、照明装置１０に代えて、第２の実施の形態に係る照明装置１０Ａを搭載してもよい。照明装置１０Ａを搭載した場合も、照明装置１０搭載した場合と同様に、照明ムラが少ない２次元光沢分布を撮影することが可能となり、撮像した２次元光沢分布を検査に用いることができる。その結果、より精度の高い検査を行うことができる。

なお、照明装置１０Ａは、照明装置１０とは異なり、拡散フィルタ１３が挿入されていないため、通常の反射型ＬＥＤと同様の平行光が照射される。そのため、第４の実施の形態で説明した拡散光の減算を行う必要がない点で好適である。

但し、照明装置１０Ａでは、各反射型ＬＥＤ１２の側面が反射型ＬＥＤ１２の配列方向Ｃに対して傾いて配置されている（斜めに配置されている）ため、平行光の強弱が発生する。そのため、平行光の強弱の補正を行うことが好ましい。平行光の強弱の補正は、例えば、印刷前の紙（計測対象である印刷物と同じ、又は、同様の白色度及び正反射率を持った物）を撮影して求めた２次元光沢分布から照明ムラを計算することで行うことができる。なお、検査対象が光沢の強度ではない場合には、平行光の強弱の補正を行う必要はない。

〈第４の実施の形態の変形例２〉
第４の実施の形態の変形例２では、第３の実施の形態に係る照明装置１０Ｂを搭載した画像検査装置の例を示す。なお、第４の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図１０及び図１１において、照明装置１０に代えて、第３の実施の形態に係る照明装置１０Ｂを搭載してもよい。照明装置１０Ｂを搭載した場合も、照明装置１０搭載した場合と同様に、照明ムラが少ない２次元光沢分布を撮影することが可能となり、撮像した２次元光沢分布を検査に用いることができる。その結果、より精度の高い検査を行うことができる。

なお、照明装置１０Ｂは、照明装置１０とは異なり、拡散フィルタ１３が挿入されていないため、通常の反射型ＬＥＤと同様の平行光が照射される。そのため、第４の実施の形態で説明した拡散光の減算を行う必要がない点で好適である。

照明装置１０Ｂを搭載する際に、図６に示したように各反射型ＬＥＤの照度がピークから緩やかに落ちている場合には、各波長帯の画像を重ね合わせる際にピーク部分はそのまま採用し、緩やかに落ちている部分は重みを付けた値を計算することが好ましい。又は、２次元濃度分布を参照して、最も影響が少ない波長帯のデータを採用し、検査精度を上げることも可能である。

なお、照明装置１０Ｂに代えて照明装置１０Ｃを搭載しても同様の効果を奏する。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第３の実施の形態において、反射型ＬＥＤの上面がダイクロイックミラーの所定の面と接するように配置した。しかし、第１の実施の形態のように、反射型ＬＥＤの上面がコンタクトガラスの下面と接するように配置し、反射型ＬＥＤの出射光をコンタクトガラスを介してダイクロイックミラーに入射する構成としてもよい。

又、第３の実施の形態の図９において、反射型ＬＥＤ２２及び３２のみを用い、反射型ＬＥＤ１２を削除した構成としてもよい。つまり、ダイクロイックミラーを介して波長の異なる反射型ＬＥＤを対向配置し、それぞれの反射型ＬＥＤからの照明光をダイクロイックミラーで反射させて合成してもよい。

又、各実施の形態において、各反射型ＬＥＤからの照明光を対象物に直線状に照射する場合、各反射型ＬＥＤの配列を直線状としなくてもよい。例えば、各反射型ＬＥＤを曲線状（アーチ状）に配列し、各反射型ＬＥＤからの照明光が曲面ミラーで反射後に直線状になるような構成としてもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 照明装置
１１ コンタクトガラス
１２、２２、３２ 反射型発光ダイオード（反射型ＬＥＤ）
１２ａ、２２ａ、３２ａ リード端子
１２ｘ、１２ｙ、４２ｘ 照明光
１２ｚ 正反射光
１３ 拡散フィルタ
１５ ダイクロイックミラー
４０ 画像検査装置
４１ 曲面ミラー
４２ 濃度用照明装置
４２ｙ 拡散反射光
４３ 結像レンズ
４４ 撮像素子
４５ 搬送手段
９０ 画像担持媒体
９０ａ 読取領域
９０ｂ 搬送方向
θ_１ 入射角度
θ_２ 反射角度

特開２００５−１４７８１７号公報

Claims (10)

1. 所定方向に並べて配置された複数の反射型発光ダイオードと、
   各々の前記反射型発光ダイオードの最大照度部分を避けて、各々の前記反射型発光ダイオード上に設置された拡散フィルタと、を有する照明装置。
2. 前記拡散フィルタは、少なくとも隣接する前記反射型発光ダイオードの境界部を覆うように設置されている請求項１記載の照明装置。
3. 前記拡散フィルタは前記複数の反射型発光ダイオード全体を覆うように設置され、前記拡散フィルタには各々の前記反射型発光ダイオードの最大照度部分を露出する複数の開口部が形成されている請求項１又は２記載の照明装置。
4. 所定方向に並べて配置された複数の反射型発光ダイオードを有し、
   各々の前記反射型発光ダイオードは、正面視において、各々の前記反射型発光ダイオードの側面が前記所定方向に対して斜めになるように配置されている照明装置。
5. 所定方向に並べて配置された、第１の波長を含む光を発する複数の第１の反射型発光ダイオードと、
   前記所定方向と平行な方向に並べて配置された第２の波長を含む光を発する複数の第２の反射型発光ダイオードと、
   前記第１の波長を含む光と前記第２の波長を含む光を入射し、同一光軸上に重ね合わせて出射するダイクロイックミラーと、を有し、
   各々の前記第１の反射型発光ダイオードと各々の前記第２の反射型発光ダイオードとは、各々の前記第１の反射型発光ダイオードの最大照度部分と各々の前記第２の反射型発光ダイオードの最大照度部分とが前記所定方向の異なる位置にくるように配置されている照明装置。
6. 各々の前記第１の反射型発光ダイオードは、発光側の面が前記ダイクロイックミラーの第１の面に接するように、前記ダイクロイックミラーの第１の面に並べて配置され、
   各々の前記第２の反射型発光ダイオードは、発光側の面が前記ダイクロイックミラーの第２の面に接するように、前記ダイクロイックミラーの第２の面に並べて配置されている請求項５記載の照明装置。
7. 前記所定方向と平行な方向に並べて配置された第３の波長を含む光を発する複数の第３の反射型発光ダイオードを有し、
   各々の前記第１の反射型発光ダイオードと、各々の前記第２の反射型発光ダイオードと、各々の前記第３の反射型発光ダイオードとは、各々の前記第１の反射型発光ダイオードの最大照度部分と各々の前記第２の反射型発光ダイオードの最大照度部分と各々の前記第３の反射型発光ダイオードの最大照度部分とが前記所定方向の異なる位置にくるように配置されている請求項５又は６記載の照明装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項記載の照明装置を含み、画像が形成された対象物に対して斜め方向から照明光を照射する光照明手段と、
   前記対象物に照射された前記照明光の正反射光を受光する撮像手段と、を有し、
   前記撮像手段の受光した前記正反射光の光量に基づいて前記画像を検査する画像検査装置。
9. 前記撮像手段が受光した前記正反射光の光量に基づいて前記対象物の光沢分布を検査する請求項８記載の画像検査装置。
10. 前記対象物を搬送する搬送手段を有し、
    前記所定方向は、前記搬送手段の搬送方向と垂直な方向である請求項８又は９記載の画像検査装置。

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