JP2001202496A

JP2001202496A - 画像入力装置

Info

Publication number: JP2001202496A
Application number: JP2000008468A
Authority: JP
Inventors: Hideto Sakata; 英人坂田; Shusuke Yamamoto; 秀典山本; Yasutaka Fujii; 康隆藤井
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】平らな物品の表面の欠陥を検査する表面検査に
おいて好適な画像入力装置を提供する。【解決手段】発光手段と揃光手段と撮像手段とを有する
画像入力装置であって、前記発光手段は、前記揃光手段
に向かう光線を出射し、前記揃光手段は、屈折率分散型
レンズをその光軸が平行となるように配列して成り、入
射する光線の方向が前記光軸と平行となるように屈折さ
せて出射し、前記撮像手段は、前記揃光手段が出射する
光線によって照射される領域内の線状の撮像領域を撮像
し撮像信号を生成するようにした画像入力装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像入力装置の技術
分野に属する。特に、ウェブ、枚葉、等の形態によらず
平らな物品の表面におけるキズ（疵）やヘコミ（凹み）
等の欠陥を検査する表面検査において好適な画像入力装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像入力装置の応用例として表面検査装
置を、また平らな物品の一例としてプラスチックカード
を挙げる。プラスチックカードはキャッシュカード、ク
レジットカード、会員証、等で使用される。プラスチッ
クカードは、プラスチックシートを積層した構成を有す
る。たとえば、白色プラスチックシートの表面に印刷が
施された２層のコアと、そのコアの両側の表面に設けら
れた透明プラスチックシートの表面から構成される。プ
ラスチックカードのその表面にキズやヘコミ等の欠陥が
存在する場合がある。この欠陥には、素材としての透明
プラスチックシートにもともと存在するものや、製造工
程において発生するものがある。

【０００３】この欠陥を有する不良プラスチックカード
が製品に混入して出荷されないように、製造工程におい
てオペレータが目視により検査することが行われてい
る。ところが、オペレータが目視検査をすべてのプラス
チックカードについて行うことは、他の作業を有するた
め不可能である。また、製品の出荷検査のための専任者
を置いてプラスチックカードの目視検査を行うことも行
われている。しかし、人間が行うことである以上、検査
基準のバラツキや不良の見落としを避けることができな
い。

【０００４】そこで本発明の目的は、平らな物品の表面
の欠陥を検査する表面検査において好適な画像入力装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は下記の本発
明によって達成される。すなわち、本発明の請求項１に
係る画像入力装置は、発光手段と揃光手段と撮像手段と
を有する画像入力装置であって、前記発光手段は、前記
揃光手段に向かう光線を出射し、前記揃光手段は、屈折
率分散型レンズをその光軸が平行となるように配列して
成り、入射する光線の方向が前記光軸と平行となるよう
に屈折させて出射し、前記撮像手段は、前記揃光手段が
出射する光線によって照射される領域内の線状の撮像領
域を撮像し撮像信号を生成するようにしたものである。
本発明によれば、揃光手段によって平行光線が出射さ
れ、その平行光線によって照明され領域内において撮像
が行われる。これは表面検査において好適な画像入力形
態である。したがって、平らな物品の表面の欠陥を検査
する表面検査において好適な画像入力装置が提供され
る。

【０００６】また、本発明の請求項２に係る画像入力装
置は、請求項１に係る画像入力装置において、前記線状
の撮像領域は撮像対象である平らな物品の表面に存在
し、前記撮像手段が前記平らな物品からの正反射光を受
光するように前記撮像手段と前記揃光手段と前記平らな
物品を配置するようにしたものである。本発明によれ
ば、撮像手段は平らな物品からの正反射光を受光する。
したがって、正反射光による表面検査を行うことができ
る。

【０００７】また、本発明の請求項３に係る画像入力装
置は、請求項１または２に係る画像入力装置において、
前記揃光手段は線状の照射領域を有するようにしたもの
である。本発明によれば、撮像領域と照射領域の一致度
がよく、撮像に悪影響する光のノイズ（迷光、等）が少
なくなる。したがって、表面検査において高い検査性能
を得ることができる。

【０００８】また、本発明の請求項４に係る画像入力装
置は、請求項１〜３のいずれかに係る画像入力装置にお
いて、前記揃光手段を形成する屈折率分散型レンズの開
口角度は２０°以下であるようにしたものである。本発
明によれば、揃光手段によって２０°以下となるように
揃えられた平行度が高い光線を得ることができる。

【０００９】また、本発明の請求項５に係る画像入力装
置は、請求項１〜４のいずれかに係る画像入力装置にお
いて、前記揃光手段を形成する屈折率分散型レンズの出
射部を除く外面から出射する光線を吸収する光吸収性体
を前記揃光手段が有するようにしたものである。本発明
によれば、揃光手段を形成する屈折率分散型レンズの開
口角度を超えて入射した光線がレンズの外側に出た後に
効率よく吸収される。したがって、揃光手段によって平
行度が高い光線を得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明について実施の形態
により説明する。本発明の画像入力装置における撮像系
の構成の一例を図１に示す。図１において、１はライン
光源、２は揃光手段、３はラインセンサカメラ、４は撮
像対象物品である。撮像対象物品４は、ウェブ、枚葉、
等の形態によらない平らな物品である。ここでは、具体
的な一例としてプラスチックカードを撮像対象物品４と
して挙げる。プラスチックカードは、すでに説明したよ
うに、キャッシュカード、クレジットカード、会員証、
等のカード、または、そのカードへの加工が完了してい
ない中間材料としてのカードである。たとえば、ＪＩＳ
−Ｘ６３０１、ＪＩＳ−Ｘ６３０２、ＩＳＯ７８１３、
のような規格のあるカードである。

【００１１】ライン光源１は、発光部分の形状がライン
形の光源である。これは、発光手段の好適な一例であ
り、揃光手段２に向かう光線を出射する。撮像領域が線
状である場合には、その線状の撮像領域だけを照明すれ
ばよい。したがって、発光手段がライン光源１である場
合には、その撮像領域を効率的に照明することができ
る。本発明においては撮像領域とライン光源１との間に
屈折率分散型レンズを用いた揃光手段２を介在させる
が、その場合においても同様である。

【００１２】ライン光源１としては、たといえば、蛍光
灯、ネオンランプ、線状ハロゲンランプ、等の本質的に
発光部分が線状のものを用いることができる。また、点
状の光源と光ファイバーやライトガイドとの組み合わせ
によって発光部分を線状にしたものを用いることができ
る。これらのライン光源１は点光源を線状に配列したの
と同様の放射特性を有する。すなわち、図１に示すよう
に、各点光源から出射する光線の方向は、点光源から遠
ざかるに連れて広がって行く光線、すなわち拡散型の非
平行光線となる。

【００１３】揃光手段２は、屈折率分散型レンズをその
光軸が平行となるように配列した構成を有する。そし
て、入射する光線の方向が平行となるように屈折させて
出射する。この揃光手段２によりライン光源１が出射す
る非平行光線は平行光線となる。完全な平行光線となら
ないまでも、ライン光源１が出射する光線と比較して、
極めて平行度の高い光線となる（図２参照）。

【００１４】屈折率分散型レンズとしては、外観形状が
円柱状であるロッドレンズがよく知られている。通常、
ロッドレンズにおける円柱の両端面は円柱軸に直行する
面となっている。その一方の面から光線を入射させ、他
方の面から光線を出射させる。ロッドレンズは円柱軸か
ら外円に向かって屈折率が漸次変化する光学的特性を有
する。光線を収束させる場合には凸レンズが用いられ
る。凸レンズであるロッドレンズは、円柱の外周円から
中心軸に向かって屈折率が漸次増加する光学的特性を有
する。揃光手段２には、このような屈折率分散型レンズ
が用いられる。

【００１５】ラインセンサカメラ３は、線状の撮像領域
を有する撮像手段の一例である。ラインセンサカメラ３
を用いる場合には、プラスチックカードを直線状の撮像
領域と直行する方向に移送しながら２次元の領域を撮像
する。すなわち、ラインセンサカメラによる主走査とプ
ラスチックカードの移送による副走査により２次元の領
域を撮像する。ラインセンサカメラ３は揃光手段２が出
射する光線によって照射される領域内の線状の撮像領域
を撮像し撮像信号を出力する。

【００１６】ラインセンサカメラ３は、受光素子（画
素）を一列に配列したＣＣＤ（chargecoupled device）
センサ、等を有する。受光素子が行列配置のエリアセン
サカメラと比較して、ラインセンサカメラ３は一列当た
りの受光素子の個数を多くすることができる。したがっ
て、高画素密度の撮像を行うことができ、高精細な撮像
画像を得ることができる。表面検査であれば、高精細な
撮像画像に基づくから、高い検査精度を得ることができ
る。

【００１７】撮像対象物品４は、すでに説明したよう
に、ウェブ、枚葉、等の形態によらない平らな物品であ
る。ここでは、具体的な一例としてプラスチックカード
を撮像対象物品４として挙げている。前述のラインセン
サカメラ３の撮像領域は撮像対象物品４の表面に存在す
る。また、撮像対象物品４の表面に対する揃光手段２が
出射する光線の角度と、撮像対象物品４の表面に対する
ラインセンサカメラ３が撮像する撮像光軸の角度とは一
致する。すなわち、揃光手段２が出射する光線は撮像対
象物品４の表面において反射するが、ラインセンサカメ
ラ３は撮像対象物品４の表面において正反射する光線を
受光して撮像を行う。

【００１８】撮像対象物品４の表面における光学的特性
によっては、正反射光だけでなく乱反射光（散乱光）も
生じる。一般的には、正反射光と乱反射光が混在するこ
ととなる。撮像対象物品４の表面を撮像して得る撮像画
像において、正反射光を撮像して得た撮像画像と乱反射
光を撮像して得た撮像画像とでは、全く異なった表面特
性を反映した撮像画像となる。乱反射光だけで撮像する
と、表面の色を反映した撮像画像となる。つまり、表面
の絵柄模様が撮像されることとなる。一方、正反射光だ
けで撮像すると、表面の凹凸や歪みまたはキズを反映し
た撮像画像となる。この場合、表面の絵柄は撮像されな
い。

【００１９】本発明の画像入力装置は主として後者の撮
像を目標としており、乱反射光はノイズとなる場合が多
い。したがって、これを含めノイズとなるような光線を
極力少なくする構成を本発明の画像入力装置は有する。
特に、揃光手段２を構成に含むことにより、撮像対象物
品４の表面において正反射する光線以外の光線を受光し
ないようにする。これは、揃光手段を用いない画像入力
装置の構成と比較すると明確となる。揃光手段を用いな
い画像入力装置の構成の一例を参考図として図３に示
す。

【００２０】ノイズとなるような光線の受光を極力少な
くするために、図１に示す本発明の画像入力装置におい
ては、揃光手段２の照射領域を線状の照射領域として撮
像しない領域からの迷光が発生しないようにする。ま
た、揃光手段２において用いる屈折率分散型レンズとし
て開口角度が２０°以下の屈折率分散型レンズを用い
る。これにより、２０°以下となるように揃えられた平
行度の高い光線が得られる。また、揃光手段２において
屈折率分散型レンズの出射部（円柱の両端面）を除く外
面（円柱の周面）から出射する光線を吸収する光吸収体
を揃光手段２に設ける。これにより、揃光手段２を形成
する屈折率分散型レンズの開口角度を超えて入射した光
線がレンズの外側に出た後に効率よく吸収され、平行度
の高い光線が得られる。

【００２１】次に、本発明の画像入力装置を表面検査装
置に応用したときの撮像信号とデータ処理について説明
する。ラインセンサカメラ３に結像する撮像対象物品
（プラスチックカード）４の光学像は撮像信号としてラ
インセンサカメラ３から出力される。この撮像信号は、
ラインセンサカメラ３による主走査と撮像対象物品４の
移送による副走査に基づいて順次出力される２次元の撮
像領域における撮像信号である。この撮像信号はＡ／Ｄ
変換手段によりディジタルデータに変換される。受光素
子の出力の走査はクロック信号に同期して行われるか
ら、撮像信号のＡ／Ｄ変換をクロック信号に同期して行
うことにより、受光素子に対応する画素値から成るディ
ジタルデータが得られる。

【００２２】撮像信号をＡ／Ｄ変換手段によりディジタ
ルデータに変換する処理において、撮像信号のレベルと
データとの関係を規定しておく。たとえば、撮像信号の
電圧値が“０”ボルトのときデータを“０”とし、撮像
信号の電圧値が“１”ボルトのときデータを“２５５”
とし、その間は直線的に変換するように規定する。この
規定は、照明等の撮像条件、撮像手段の出力増幅器、Ａ
／Ｄ変換手段の変換特性、等を総合的に判断し表面検査
に適するように決定される。単純な決定の方法として
は、たとえば、入力画像データの背景部分（図３参照）
のデータが“０”となり、カードの部分（図３参照）が
“２５５”となるように８ビットのデータとして規定す
る。

【００２３】表面検査装置における入力画像（検査対象
画像）の一例を図３に示す。入力画像は、ディジタルデ
ータを画像として図示したものである。図３において、
３１は入力画像におけるプラスチックカードの部分、３
２は入力画像における背景の部分を示している。また、
入力画像におけるプラスチックカード３１の部分におい
て、３３はキズ、３４はヘコミを示している。図３に示
す一例においては、プラスチックカード３１において表
面の欠陥が存在しない部分は明るい画像として、また背
景３２は暗い画像として撮像されている。プラスチック
カード３１において表面の欠陥が存在する部分、すなわ
ちキズ３３、ヘコミ３４の画像は、相対的に暗い画像と
して、その形状が撮像されている。

【００２４】次に、図３に示すような入力画像（検査対
象画像）において欠陥の有無を検出する過程と撮像対象
物品（プラスチックカード）４の良否を判定する過程に
ついて説明する。この過程はデータ処理手段（図示せ
ず）によって行われる。データ処理手段は、マイクロコ
ンピュータ、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装
置のハードウェアとソフトウェアによって構成すること
ができる。上述のような欠陥を検出する方法としては、
基準画像のデータを用いない方法と、基準画像のデータ
を用いる方法とを本発明において適用することができ
る。

【００２５】まず、基準画像のデータを用いない方法
（第１の検出方法）について一例を説明する。まず、第
１のステップＳ１１（図示せず；以下同様）において、
検査対象画像について微分処理を行い微分検査対象画像
を得る。この微分処理においては、欠陥のエッジ部分、
細かい欠陥が強調されるとともに、照明ムラ、結像レン
ズの特性、等に起因する比較的大きな範囲におけるノイ
ズ成分（レベル変化）が除去される。すなわち、微分検
査対象画像においては、欠陥のエッジ部分と細かい欠陥
が強調されデータが有限値となり、その他の部分はデー
タがほぼ“０”となる。

【００２６】次に、第２のステップＳ１２において、所
定の閾値を用いて微分検査対象画像の２値化を行い、そ
の所定の閾値を越える画素とその所定の閾値以下の画素
とを区分する。その所定の閾値を越える画素は欠陥箇所
の画素であり、これは欠陥を抽出したのと同様の意味を
有する。次に、第３のステップＳ１３において、欠陥箇
所の画素の数、または、欠陥箇所の画素に基づいて演算
される欠陥のサイズ、個数、等に基づいて、その検査対
象画像の撮像対象物品（プラスチックカード）４の良否
を判定する。

【００２７】次に、基準画像のデータを用いる方法（第
２の検出方法）について一例を説明する。まず、通常の
検査を行う前の第１のステップＳ２１（図示せず；以下
同様）において、欠陥の存在しない良品の基準となる撮
像対象物品（プラスチックカード）４を撮像し基準画像
を得る。この基準画像には、照明ムラ、結像レンズの特
性、等の撮像条件に係わるノイズ成分（レベル変化）が
含まれている。また撮像データに撮像対象物品（プラス
チックカード）４に存在する印刷絵柄の影響等が現れる
場合には、その影響はノイズ成分であり、それも含まれ
ている。

【００２８】次に、第２のステップＳ２２において、検
査対象画像と基準画像とについて対応する画素ごとに差
または差の絶対値を演算し差画像を得る。この差画像は
検査対象画像と基準画像との相違点の画像である。すな
わち検査対象画像には存在し基準画像には存在しない欠
陥を示す画像である。次に、第３のステップＳ２３にお
いて、所定の閾値を用いて差画像の２値化を行い、その
所定の閾値を越える画素とその所定の閾値以下の画素と
を区分する。その所定の閾値を越える画素は欠陥箇所の
画素であり、これは欠陥を抽出したのと同様の意味を有
する。次に、第４のステップＳ２４において、欠陥箇所
の画素の数、または、欠陥箇所の画素に基づいて演算さ
れる欠陥のサイズ、個数、等に基づいて、その検査対象
画像の撮像対象物品（プラスチックカード）４の良否を
判定する。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおりであるから、本発明の請求
項１に係る画像入力装置によれば、平らな物品の表面の
欠陥を検査する表面検査において好適な画像入力装置が
提供される。また、本発明の請求項２に係る画像入力装
置によれば、正反射光による表面検査を行うことができ
る。また、本発明の請求項３に係る画像入力装置によれ
ば、表面検査において高い検査性能を得ることができ
る。また、本発明の請求項４に係る画像入力装置によれ
ば、揃光手段によって２０°以下となるように揃えられ
た平行度が高い光線を得ることができる。また、本発明
の請求項５に係る画像入力装置によれば、揃光手段によ
って平行度が高い光線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像入力装置における構成の一例を示
す図である。

【図２】揃光手段を用いない画像入力装置の構成の一例
を示す図である。

【図３】表面検査装置における入力画像（検査対象画
像）の一例を示す参考図である。

【符号の説明】

１，１０１ライン光源２揃光手段（屈折率分散型レンズ）結像レンズ３，１０３ラインセンサカメラ４，１０４撮像対象物品３１プラスチックカード３２背景３３キズ３４ヘコミ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井康隆東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内Ｆターム(参考） 2G051 AA41 AA90 AB02 BA20 BB01 BB09 CA03 CA06 CB01 EA11 EB01 5B047 AA11 BA01 BB06 BC05 BC12 BC14 CA19 CB04 CB05 CB06 CB22 DB01 DB03 5B057 AA01 BA02 BA19 BA21 BA28 DA03 DC22 5C022 AA01 AC42 CA00 5C054 AA05 CA00 CA04 CC00 EB05 FC01 GB12 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段と揃光手段と撮像手段とを有する
画像入力装置であって、前記発光手段は、前記揃光手段に向かう光線を出射し、前記揃光手段は、屈折率分散型レンズをその光軸が平行
となるように配列して成り、入射する光線の方向が前記
光軸と平行となるように屈折させて出射し、前記撮像手段は、前記揃光手段が出射する光線によって
照射される領域内の線状の撮像領域を撮像し撮像信号を
生成する、ことを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】請求項１記載の画像入力装置において、前
記線状の撮像領域は撮像対象である平らな物品の表面に
存在し、前記撮像手段が前記平らな物品からの正反射光
を受光するように前記撮像手段と前記揃光手段と前記平
らな物品を配置することを特徴とする画像入力装置。
【請求項３】請求項１または２記載の画像入力装置にお
いて、前記揃光手段は線状の照射領域を有することを特
徴とする画像入力装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の画像入力
装置において、前記揃光手段を形成する屈折率分散型レ
ンズの開口角度は２０°以下であることを特徴とする画
像入力装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の画像入力
装置において、前記揃光手段を形成する屈折率分散型レ
ンズの出射部を除く外面から出射する光線を吸収する光
吸収性体を前記揃光手段が有することを特徴とする画像
入力装置。