特許 6955910 超解像度ボア撮像システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6955910

(24)【登録日】2021年10月6日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】超解像度ボア撮像システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/954 20060101AFI20211018BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20211018BHJP

   G03B 15/05 20210101ALI20211018BHJP

   H04N 5/349 20110101ALI20211018BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20211018BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20211018BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/954 A

   G03B15/00 H

   G03B15/00 W

   G03B15/05

   H04N5/349

   H04N5/232 380

   H04N5/225 600

【請求項の数】20

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-116710(P2017-116710)

(22)【出願日】2017年6月14日

(65)【公開番号】特開2017-223675(P2017-223675A)

(43)【公開日】2017年12月21日

【審査請求日】2020年5月21日

(31)【優先権主張番号】15/186,231

(32)【優先日】2016年6月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ユーファ ディング

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３３３６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０７−０２３２１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０５８１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９４１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８７９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２５６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４３０４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１５２８０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ − Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｈ０４Ｎ ５／２２２ − Ｈ０４Ｎ ５／２５７

Ｈ０４Ｎ ５／３０ − Ｈ０４Ｎ ５／３７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

略円筒形のボアの内側において、軸方向及び前記軸方向を横切る円周方向に沿ったボア表面を撮像する超解像度ボア撮像システムであって、
前記円周方向に相当する第１方向に沿って配置された第１の画素セットを含む幾何学的形状の画素を有し、前記第１の画素セットの少なくともいくつかが、前記軸方向に相当する第２方向に沿った最大寸法Ａを有し、前記第１の画素セットの少なくともいくつかが、前記第１方向に沿った最大寸法Ｃを有する、光検出器構成と、
前記ボア表面上の撮像領域から生じる画像光を前記光検出器構成に伝送し、光学倍率Ｍを与えるように構成されたボア表面撮像機構と、
前記ボア表面上のボア表面セグメントを含む複数の画像データセットを取得するように前記超解像度ボア撮像システムを動作させるよう構成された制御部と、
を備え、
前記複数の画像データセットが、
撮像対象の前記ボア表面セグメントに対して前記軸方向に沿った第１の撮像Ｚ座標Ｚ１及び前記円周方向に沿った第１の撮像Φ座標Φ１に位置決めされた前記光検出器構成の前記第１の画素セットを用いて取得された前記ボア表面セグメントを含む第１の取得画像データセットであって、前記軸方向及び前記円周方向の原データ解像度を有する、第１の取得画像データセットと、
撮像対象の前記ボア表面セグメントに対して前記軸方向に沿った各撮像Ｚ座標Ｚｉ（ｉは整数）及び前記円周方向に沿った各撮像Φ座標Φｉに位置決めされた前記光検出器構成の画素セットを用いて取得された前記ボア表面セグメントを含む少なくとも１つの追加の取得画像データセットであって、各々が前記軸方向及び前記円周方向の原データ解像度を有する、追加の取得画像データセットと、
を備え、
前記超解像度ボア撮像システムが、前記ボア表面セグメントの前記複数の画像データセットの少なくとも１つに用いられる前記各撮像座標Ｚｉ及びΦｉの少なくとも１つが、対応する撮像座標Ｚ１及びΦ１とは異なり、条件（ａ）Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）（ｋは１．０未満の数）、又は条件（ｂ）Φｉ＝Φ１＋ｊ（Ｃ／Ｍ）又はΦｉ＝Φ１−ｊ（Ｃ／Ｍ）（ｊは１．０未満の数）の少なくとも１つを満たすように構成され、
前記制御部が、前記幾何学的形状の画素及び前記撮像座標に基づいて、前記ボア表面セグメントを含む前記複数の画像データセットを合成して、前記ボア表面セグメントに対応する、前記軸方向の解像度又は前記円周方向の解像度の少なくとも一方が、その対応する方向の前記原データ解像度よりも精細である超解像度画像データセットを提供するように構成された、超解像度ボア撮像システム。

【請求項2】

前記条件（ａ）が満たされ、
前記超解像度ボア撮像システムが前記軸方向に沿って移動して、前記複数の画像データセットのうち少なくとも２つの取得の間で前記撮像Ｚ座標を変化させ、
前記超解像度画像データセットの前記軸方向の解像度が前記軸方向の前記原データ解像度よりも精細である、請求項１に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項3】

前記複数の画像データセットがＮ個（Ｎは少なくとも２）の画像データセットを含み、
前記Ｎ個の画像データセットの各々が前記第１の画素セットを用いて各露光期間中に取得され、
前記超解像度ボア撮像システムが前記軸方向に沿って移動して、前記Ｎ個の画像データセット間で前記撮像Ｚ座標を変化させる、請求項２に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項4】

前記超解像度ボア撮像システムが前記軸方向に沿って移動して、ｋが略１／Ｎであるように前記複数の画像データセットの取得の間で前記撮像Ｚ座標を変化させ、
前記複数の画像データセットの前記撮像Ｚ座標が前記軸方向に沿ってほぼ均一に離間している、請求項３に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項5】

前記超解像度ボア撮像システムがストロボ光源を備え、
前記制御部が、
前記複数の画像データセットを取得しながら連続的に前記軸方向に沿って前記超解像度ボア撮像システムを移動させ、
前記複数の画像データセットの各々を取得するため、各撮像Ｚ座標で実行されるようにタイミング調整された各画像露光を与えるよう前記ストロボ光源を動作させる、
ように構成されている、請求項２に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項6】

前記第１の画素セットの画素が、前記第１方向に沿ったタイル配置画素パターン内に収まるような多角形状になっている、請求項２に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項7】

前記制御部が、前記タイル配置画素パターンと前記軸方向に沿った移動との組み合わせによって与えられる前記複数の画像データセットを合成して、前記ボア表面セグメントに対応する、前記軸方向及び前記円周方向の各々の解像度が、その対応する方向の前記原データ解像度よりも精細である超解像度画像データセットを提供するように構成された、請求項６に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項8】

前記最大寸法Ａが前記最大寸法Ｃよりも小さい、請求項６に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項9】

前記光検出器構成が、前記第１方向に沿って配置された第２の画素セットをさらに有し、
前記第１及び第２の画素セットが、前記第２方向に沿って異なる位置にあり、
前記第２の画素セットが、前記第１方向に沿って前記第１の画素セットからＣよりも小さいオフセット量でオフセットされ、
前記制御部が、前記複数の画像データセットを取得するように前記超解像度ボア撮像システムを動作させて、前記第１の撮像Ｚ座標Ｚ１で前記第１の画素セットを用いて第１の露光期間中に前記第１の取得画像データセットを取得し、各撮像Ｚ座標Ｚｉで前記第２の画素セットを用いて各露光期間中に少なくとも１つの追加の取得画像データセットを取得するように構成され、
前記制御部が、前記各撮像Ｚ座標Ｚｉで前記第２の画素セットを用いるため、前記第１の取得画像データセットを取得した後に、前記軸方向に沿って前記超解像度ボア撮像システムを移動させるように構成されている、請求項１に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項10】

前記第１の画素セットが、前記第１方向に沿って前記第２の画素セットから０．５Ｃのオフセット量でオフセットされている、請求項９に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項11】

ｋが整数であり、条件（ａ）が満たされず、条件（ｂ）が、前記第１方向に沿ったＣよりも小さいオフセットでの前記第１の画素セットからの前記第２の画素セットのオフセットにより、前記条件Φｉ＝Φ１＋ｊ（Ｃ／Ｍ）又はΦｉ＝Φ１−ｊ（Ｃ／Ｍ）（ｊは１．０未満の数）を満たす前記円周方向に沿った各撮像Φ座標Φｉを与えるように、前記制御部が、各撮像Ｚ座標Ｚｉで前記第２の画素セットを用いるため、前記第１の取得画像データセットを取得した後に、前記軸方向に沿って前記超解像度ボア撮像システムを移動させるように構成され、
前記ボア表面セグメントの前記超解像度画像データセットの前記円周方向の解像度が前記円周方向の前記原データ解像度よりも精細である、請求項９に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項12】

ｋが１．０未満の数であり、条件（ａ）が満たされ、条件（ｂ）が、前記第１方向に沿ったＣよりも小さいオフセットでの前記第１の画素セットからの前記第２の画素セットのオフセットにより、前記条件Φｉ＝Φ１＋ｊ（Ｃ／Ｍ）又はΦｉ＝Φ１−ｊ（Ｃ／Ｍ）（ｊは１．０未満の数）を満たす前記円周方向に沿った各撮像Φ座標Φｉを与えるように、前記制御部が、各撮像Ｚ座標Ｚｉで前記第２の画素セットを用いるため、前記第１の取得画像データセットを取得した後に、前記軸方向に沿って前記超解像度ボア撮像システムを移動させるように構成され、
前記ボア表面セグメントの前記超解像度画像データセットの前記軸方向及び前記円周方向の各々の解像度がその対応する方向の前記原データ解像度よりも精細である、請求項９に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項13】

前記第１及び第２の画素セットが、前記第１及び第２方向のそれぞれに沿ったタイル配置画素パターン内に収まるような多角形状になっている、請求項１２に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項14】

前記超解像度ボア撮像システムがストロボ光源を備え、
前記制御部が、
前記複数の画像データセットを取得しながら連続的に前記軸方向に沿って前記超解像度ボア撮像システムを移動させ、
前記複数の画像データセットの各々を取得するため、各撮像Ｚ座標で実行されるようにタイミング調整された各画像露光を与えるよう前記ストロボ光源を動作させる、
ように構成されている、請求項９に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項15】

前記光検出器構成に含まれる各画素セットは、前記第１方向の長さが前記第２方向の長さより長い、請求項１に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項16】

前記光検出器構成は、前記軸方向に直交する平面上において前記第１の画素セットが円又は弧を描くように配置された平面状であり、前記第１方向は前記ボアの前記円周方向に沿っている、請求項１５に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項17】

前記光検出器構成は、略円筒形を含み、前記第１方向は前記ボアの前記円周方向に沿っている、請求項１５に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項18】

Ａ又はＣの少なくとも１つが少なくとも８マイクロメートルである、請求項１に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項19】

Ｍが最大でも０．１である、請求項１に記載の超解像度ボア撮像システム。

【請求項20】

前記幾何学的形状の画素が、タイル配置画素パターン内に収まるように多角形状に配置された画素を含む、請求項１に記載の超解像度ボア撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は一般にボア検査システムに関し、より具体的には、マルチフレーム超解像度撮像機能を有するボア撮像システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えばエンジンのシリンダボアのようなボアの内部を撮像するためのボア表面撮像機構を用いた様々なボア撮像システムが知られている。例示的なボア検査システムは、米国特許第４，８４９，６２６号、第７，６３６，２０４号、第８，３３４，９７１号、第８，５７０，５０５号、米国特許公報第２０１３／０１１２８８１号、及び２０１４年１２月２３日に出願された米国特許出願第１４／５８１，９２６号に開示されている。このようなボア撮像システムは、形状の誤差又は表面の欠陥を検査するために、ボア内部の３６０度のビュー（パノラマビュー及び／又はパノラマ画像とも呼ばれる）を提供するように構成され得る。これらのシステムは、信号処理を用いて、画像画素信号又は検出器要素信号をボア内面上の座標にマッピングすることができる。そのようなシステムのいくつかは、画素サイズの小さい光検出器要素を含む高解像度撮像構成を用いる。しかしながら、小さい画素サイズは低い信号対雑音比を生じることがあり、及び／又は集光が不充分なことがあり、これが高品質の画像取得を妨げる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

高解像度を達成するため小さい画素サイズだけに頼らず、なおかつ高いボア検査スキャニングレートを達成する、高解像度の計測用のボア撮像システムが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

高（超）解像度で略円筒形のボアの内側のボア表面を撮像するための超解像度ボア撮像システムが開示される。ボア表面は、軸方向及び軸方向を横切る円周方向に沿っている。超解像度ボア撮像システムは、光検出器構成であって、円周方向に相当する光検出器構成の方向に沿って配置された少なくとも第１の画素セットを含む幾何学的形状の画素を有し、第１の画素セットの少なくともいくつかが、軸方向に相当する光検出器構成の方向に沿った最大寸法Ａを有し、第１の画素セットの少なくともいくつかが、円周方向に相当する光検出器構成の方向に沿った最大寸法Ｃを有する、光検出器構成を含む。超解像度ボア撮像システムは更に、ボア表面上の撮像領域から生じる画像光を光検出器構成に伝送し、光学倍率（又は縮小率）Ｍを与えるように構成されたボア表面撮像機構を含む。超解像度ボア撮像システムは更に、ボア表面上のボア表面セグメントを含む複数の画像データセットを取得するように超解像度ボア撮像システムを動作させるよう構成された制御部を含む。複数の画像データセットは、ボア表面セグメントを含む第１の取得画像データセットと、ボア表面セグメントを含む少なくとも１つの追加の取得画像データセットと、を備えている。第１の取得画像データセットは、ボア表面セグメントに対して軸方向に沿った第１の撮像Ｚ座標Ｚ１及び円周方向に沿った第１の撮像Φ座標Φ１に位置決めされた光検出器構成の第１の画素セットを用いて取得されたボア表面セグメントを含み、第１の画像データセットは、軸方向及び円周方向の原データ解像度を有する。少なくとも１つの追加の取得画像データセットは、ボア表面セグメントに対して軸方向に沿った各撮像Ｚ座標Ｚｉ及び円周方向に沿った各撮像Φ座標Φｉに位置決めされた光検出器構成の画素セットを用いて取得されたボア表面セグメントを含む。各追加の取得画像データセットは、軸方向及び円周方向の原データ解像度を有する。超解像度ボア撮像システムは、ボア表面セグメントの複数の画像データセットの少なくとも１つに用いられる各撮像座標Ｚｉ及びΦｉの少なくとも１つが、対応する撮像座標Ｚ１及びΦ１とは異なり、条件（ａ）Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）（ｋは１．０未満の数）、又は条件（ｂ）Φｉ＝Φ１＋ｊ（Ｃ／Ｍ）又はΦｉ＝Φ１−ｊ（Ｃ／Ｍ）（ｊは１．０未満の数）の少なくとも１つを満たすように構成されている。条件（ｂ）の表現の形式は、撮像座標のサブ画素オフセットを与える原理を強調するため選択されている。しかしながら、この表現における寸法の一貫性のため、Ｃは、（例えば図に示されるような）直線画素寸法から対応する適切な度数又はラジアン数に変換してもよいことは理解されよう。従って、ｋ又はｊの少なくとも一方はサブ画素シフトに相当する。制御部は、幾何学的形状の画素及び撮像座標に基づいて、ボア表面セグメントを含む複数の画像データセットを合成して、ボア表面セグメントの対応する超解像度画像データセットを提供するように構成され、この超解像度画像データセットの軸方向の解像度又は円周方向の解像度の少なくとも一方は、その対応する方向の原データ解像度よりも精細である。

【0005】

以下で更に詳しく述べるように、様々な実施形態において、超解像度ボア撮像システムの軸方向の移動又は位置決めを、この軸方向の移動と効率的に相互作用するように構成された有利な幾何学的形状の画素を有する光検出器構成と組み合わせて用いることで、複数の合成可能画像データセットを提供し、高スループットで超解像度の（例えば顕微鏡的な）ボア検査画像を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

前述の態様及び付随する利点の多くは、以下の詳細な説明を添付図面と関連付けて参照することでより良く理解すれば、いっそう容易に認められよう。

【0007】

【図1】本明細書に開示する原理に従って超解像度ボア撮像を達成する際に使用するのに適したボア撮像システムの一実施形態の概略図である。

【図2A】本明細書に開示する原理に従って超解像度ボア撮像を達成するため図１に示すボア撮像システムにおいて使用可能な、光検出器構成及びマイクロレンズを用いるボア表面撮像機構の１つの例示的な実施形態の概略図である。

【図2B】本明細書に開示する原理に従って超解像度ボア撮像を達成するため図１に示すボア撮像システムにおいて使用可能な、光検出器構成及びマイクロレンズを用いるボア表面撮像機構の１つの例示的な実施形態の概略図である。

【図3】本明細書に開示する原理に従って超解像度ボア撮像を達成するためボア撮像システムにおいて使用可能な光検出器構成及びボア表面撮像機構の別の例示的な実施形態の概略図である。

【図4】マルチフレーム超解像度撮像の概念を説明する概略図である。

【図5A】本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システムの様々な実施形態における光検出器構成で使用可能な幾何学的形状の画素パターン又は配列の例示的な実施形態の概略図である。

【図5B】本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システムの様々な実施形態における光検出器構成で使用可能な幾何学的形状の画素パターン又は配列の例示的な実施形態の概略図である。

【図5C】本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システムの様々な実施形態における光検出器構成で使用可能な幾何学的形状の画素パターン又は配列の例示的な実施形態の概略図である。

【図5D】本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システムの様々な実施形態における光検出器構成で使用可能な幾何学的形状の画素パターン又は配列の例示的な実施形態の概略図である。

【図5E】本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システムの様々な実施形態における光検出器構成で使用可能な幾何学的形状の画素パターン又は配列の例示的な実施形態の概略図である。

【図6】本明細書に開示する原理に従ってボア表面を超解像度撮像する方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本明細書に開示する原理に従った、超解像度ボア撮像を達成する際に使用するのに適したボア撮像システム１００の一実施形態の概略図である。この実施形態においてボア撮像システム１００は、光検出器構成１１０（本明細書では単に光検出器とも称する）及びボア表面撮像機構１２０を備え、これらは双方とも、安定した形態にこれらを保持する湾曲キャリア１７０上に支持されている。ボア撮像システム１００は、概略的に図示する筐体部材１８０上に支持され得る。筐体部材１８０は、全ての部分を適正な関係に保持すると共に、ボア撮像システム１００を軸方向スキャニング方向ＳＤに沿ってスキャンしてボア表面１６０の所望の軸方向断面を撮像するための（例えば図１の「移動制御１０２」によって制御されるような）移動制御システム等に搭載されるか又はこれを含むことができる。いくつかの実施形態では、ボア撮像システム１００は更に照明部１８５を備えることができる。様々な実施形態において、照明部１８５は、露光の持続時間及びタイミング（例えば特定の撮像位置でトリガされるタイミング）を決定するように制御可能なストロボ光源を備えることができる。図１は、円筒形のボアと位置合わせされた円筒形座標Ｚ、Ｒ、及びΦに従って配置されている。Ｚは軸方向に相当し、Φ（又は「Ｐ」）はボア表面１６０の円周方向に相当する。光検出器１１０は、撮像画素１３２ａ〜１３２ｎのアレイ及び画素基板１３４を備えている。いくつかの実施形態では、画素１３２ａ〜１３２ｎ及び画素基板１３４は、一体化されている及び／又は区別できない場合がある（例えば、薄い半導体基板上の半導体光検出器アレイの形態）。他の実施形態では、それらは、相互接続部等も支持している可撓性材料に接合された、区別できるダイシング済み半導体光検出器要素であり得る。いずれの場合であっても、画素１３２ａ〜１３２ｎは、画像データ（例えば強度値）を与える光検出要素で形成されている。この画像データは、個別にもしくは並列に出力されるか、又は接続部１３３に出力される前に多重化、もしくはシリアル化、もしくは他の方法で処理することができる。すなわち、いくつかの実施形態では、光検出器１１０の一部として及び／又はキャリア１７０上に処理回路を設けることができる。他の実施形態では、制御部１０６に光検出器処理回路１０４を設け、光検出器１１０から接続部１３３を介して画像画素信号を受信することができる。

【0009】

ボア表面撮像機構１２０は、光学倍率Ｍを与えながらボア表面１６０を撮像画素１３２ａ〜１３２ｎ上に結像するレンズ機構１９０を備えている。この実施形態において、レンズ機構１９０はレンズ要素１９０ａ〜１９０ｎのアレイの形態を取る。これについては図２Ａ及び図２Ｂを参照して以下で更に詳しく説明する。照明部１８５は、照明／制御ライン１８６を介して、制御部１０６の一部として又は制御部１０６に接続して設けることができる照明電力及び制御要素に接続されている。動作において、照明部１８５は、ボア表面１６０上の撮像領域１５０に照明１８７を与えるように配置されている。代替的な実施形態では、照明部を省略するか、又はキャリア１７０上に設けるか、又は他の任意の好都合な形態とすることも可能である。いずれの場合であっても、ボア表面撮像機構１２０は、撮像領域１５０から生じる画像光１４０を光検出器１１０に、そして撮像画素１３２ａ〜１３２ｎに伝送するように構成されている。

【0010】

図１に示す実施形態では、ボア撮像システム１００をスキャニング方向ＳＤに沿ってボア表面１６０に対して移動させることで、軸方向Ｚに沿ってボア表面１６０をカバーする複数の画像を提供する。様々な実施形態において、ボア撮像システム１００又はボア表面１６０の一方を静止状態として、他方を既知の方法に従ってボア撮像システム１００により測定及び制御されるように移動させることができる。

【0011】

図１に示す実施形態において、光検出器１１０はキャリア１７０上でほぼ円形の形状に湾曲している。いくつかの実施形態において、キャリア１７０は筐体部材１８０の一部とすることができる。様々な実施形態において、基板１３４は、可撓性プリント基板、エラストマ、又は薄型半導体基板、又は湾曲撮像アレイを提供するため必要な特性を与える別の湾曲可能基板とすればよい。いくつかの実施形態において、湾曲光検出器１１０は、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（アイダホ州ボイシ）から入手可能なＦｌｅｘ（商標）Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｐｏｌｙｍｅｒ（商標）ＣＭＯＳセンサ等の可撓性ＩＣセンサ、又はＡｎｄａｎｔａ（ドイツ、オルヒング）により提供される湾曲高解像度ＣＣＤセンサで形成することができる。湾曲光検出器構成を製造するために使用可能な様々な他の代替物は、米国特許第６，７９１，０７２号、第６，８４９，８４３号、第７，７８６，４２１号、第８，３７２，７２６号、第８，７４２，３２５号、及び米国特許公報２０１０／０２６４５０２号、及び第２０１２／０２６１５５１号に開示されている。

【0012】

いくつかの実施形態において、光検出器１１０は多数の光検出器要素アレイを備えることができ、それらの各々は限られた長さにわたって名目上平坦であるが、光検出器１１０の湾曲形状に沿って配置されている。例えば、複数の名目上平坦な光検出器アレイを、光検出器１１０の湾曲形状に沿った可撓性基板上に設けることができる。そのような実施形態において設計上考慮すべきことの１つは、光検出器アレイの各々が、撮像領域１５０の対応部分の許容できないほどピンぼけした画像を受信してはならないということである。このため、いかなるレンズ機構１９０及びこれと協働する光検出器１１０も、各光検出器又は画素を所望の焦点深度又は焦点範囲内に維持するために必要な程度の相補的な曲率を有するように設計しなければならない。

【0013】

図２Ａ及び図２Ｂは、本明細書に開示する原理に従って超解像度ボア撮像を達成するため図１に示すボア撮像システム１００において使用可能な、光検出器構成２１０及びレンズ機構２９０を用いるボア表面撮像機構２２０の１つの例示的な実施形態の概略図である。図２Ａは、撮像画素の各々２３２ａと協働して動作するレンズ要素の各々２９０ａを含む１つの典型的な画像チャネルＩＣ２３０ａの構成要素を示す。ボア表面撮像機構２２０及び光検出器２１０は、複数の同様の画像チャネルを備えている。当業者には明らかであろうが、図２Ａ及び図２Ｂにおいて２ＸＸと付番された多くの要素は、図１において１ＸＸと付番された要素と同様又は同一とすることができ、特に断りのない限り、前述の記載又は類似性に基づいて理解すればよい。

【0014】

図２Ａは、画像チャネルＩＣ２３０ａのＲ−Ｚ面に垂直な方向から見た側面図を示し、図２Ｂは、軸方向Ｚに平行な方向から見た２つの隣接する画像チャネルＩＣ２３０ａ及び画像チャネルＩＣ２３０ｂの上面図を示す。画像チャネルＩＣ２３０ａに関連付けられたレンズ機構２９０の部分は２９０ａと表され、マイクロレンズ２９３ａの前方に位置付けられたアパーチャ２９１ａと、マイクロレンズ２９３ａの後焦点面に位置付けられたアパーチャ２９２ａと、を備えている。画像チャネルＩＣ２３０ｂに関連付けられたレンズ機構２９０の部分は２９０ｂと示されている。画像チャネルＩＣ２３０ａは更に、撮像画素（光検出器要素）２３２ａを備えている。撮像画素２３２ａは、キャリア２７０に取り付けた基板２３４上（又はその一部の上）に配置されている。撮像画素２３２ａは、一実施形態においてボア撮像システム１００の接続部１３３の個別の例の１つとして理解し得る接続部２３３ａに結合されている。マイクロレンズ２９３ａ並びにアパーチャ２９１ａ及び２９２ａは、ボア表面２６０の撮像領域２５０（図２Ａ）からの名目上平行光２４０を撮像画素２３２ａに集束するように構成されている。いくつかの実施形態において、マイクロレンズ２９３ａは−１の倍率（Ｍ）を有し得る。図２Ｂに示すように、アパーチャ２９１ａ及びアパーチャ２９２ａは、視野２５１ａの外側から発する光線２４１等の非平行光が画像チャネルＩＣ２３０ａに入射するのを阻止するように構成されている。これにより、隣接する撮像画素によって名目上撮像されるはずである領域からの（例えば画像チャネルＩＣ２３０ｂの視野２５１ｂの領域からの）光が撮像画素２３２ａに入射することを防ぎ、従って隣接する撮像画素間の「画像クロストーク」が抑えられる。これは、システムの横方向の画像解像度を向上させるものとして理解することができる。隣接する画像チャネルＩＣ２３０ｂは、上述の画像チャネルＩＣ２３０ａと同様に構成され、接続部２３３ｂに結合された撮像画素２３２ｂを含む。また、そのようなレンズ機構では被写界深度が深くなり、ある範囲にわたるボアサイズの計測用の撮像が可能となることは認められよう。図２Ａに示すように、撮像画素２３２ａ〜２３２ｎは軸方向（第２方向）に沿った寸法Ａを有し、図２Ｂに示すように、円周方向（第１方向）に沿った寸法Ｃを有する。図２Ｂは、明確な図示のため、隣接する画像チャネルＩＣ２３０ａ及びＩＣ２３０ｂの構成要素を相互に分離した（距離をあけた）ものとして示すが、様々な実施形態では、それらは相互に名目上隣接して構成及び配置され得ることに留意すべきである。

【0015】

図３は、本明細書に開示する原理に従って超解像度撮像を達成するためボア撮像システム３００において使用可能な検出器構成３１０及びボア表面撮像機構３２０の別の例示的な実施形態の概略図である。当業者によって認められるように、図３において３ＸＸと付番された多くの要素は、図１において１ＸＸと付番された要素と類似又は同様とすることができ（例えば３１０は１１０と類似）、特に断りのない限り、前述の記載又は類似性に基づいて理解すればよい。場合によってはサイズ又は形態が異なることがあるが、機能、製造、又は目的は同様であり得る。このことは本開示に基づいて当業者に理解されよう。

【0016】

いくつかの実施形態において、ボア撮像システム３００は、図示しない照明部（例えば図１に示す照明部１８５と類似のもの）を含むことができ、図１のボア撮像システム１００を参照して前述したように、筐体部材又はフレーム上に配置され、既知の方法に従った移動制御システムを含むことができる。光検出器３１０は、小型であるだけで、光検出器１１０（及び／又は２１０）と類似のものと理解すればよく、撮像画素３３２ａ〜３３２ｎのアレイ及び基板を含むように同様に製造され得る。撮像画素３３２ａ〜３３２ｎは、前述のように、画像データを光検出器処理回路３０４に出力するように構成された接続部３３３に結合されている。いくつかの実施形態では、この画像データは処理済み画像データであってもよい。ボア表面撮像機構３２０は、前述の図に示したボア表面撮像機構１２０及び２２０とは形態が異なっている。ボア表面撮像機構３２０は、約３６０のアジマス角度を反射する第１のリフレクタ要素３２１、レンズ機構３２５、及び約３６０のアジマス角度を反射する第２のリフレクタ要素３２２を含むパノラマ撮像機構を備え、これらは全て撮像領域３５０と光検出器３１０との間の光路に沿って位置付けられている。第１のリフレクタ要素３２１は、ボア表面３６０の撮像領域３５０から生じる画像光３４０を、パノラマ出力方向ＰＯＤに沿ってレンズ機構３２５へ反射する。レンズ機構３２５は、画像光３４０を縮小する（Ｍ＜１）と共にこれを第２のリフレクタ要素３２２に伝送するように構成されている。第２のリフレクタ要素３２２は、レンズ機構３２５からの画像光３４０を受光し、これを偏向させ、画像光３４０を、軸方向Ｚを横切る方向に沿って（例えばほぼ半径方向Ｒに沿って）光検出器３１０に伝送するように配置されている。このような実施形態において、光検出器構成３１０は円筒形状を含み（例えば部分的な円筒形又は完全な円筒形）、この円筒形状の円周は、ボアの円周（すなわち、ボア表面３６０）に沿う。図３に示す実施形態において、第１のリフレクタ要素３２１及び第２のリフレクタ要素３２２は、ほぼ円錐形状を有するように見える。しかしながら、異なる形状のリフレクタ要素を用いることで、例えば画像ひずみを改善するか又は撮像解像度を向上させ得ることは認められよう。

【0017】

いくつかの実施形態では、動作の間、ボア撮像システム３００をスキャニング方向ＳＤに沿って移動させることで、軸方向に沿ってボア表面３６０をカバーする複数の画像を提供する。代替的な実施形態では、ボア表面撮像機構３２０は、スキャニング方向ＳＤに沿って（Ｚ方向又は軸方向に沿って）ボア表面撮像機構３２０全体を移動させる必要なく、ボア表面３６０に沿って軸方向にシステム３００の視野及び焦点を曲げる変形可能及び／又は連動可動撮像要素を含む画像経路調節要素を備えてもよい。最新の光学設計シミュレーションソフトウェア及び／又は光線追跡プログラムを用いて、光学設計分野の当業者により、そのようなシステムのための様々な構成を実現することができる。

【0018】

いくつかの代替的な実施形態では、第２のリフレクタ要素３２２を省略すると共に、光検出器構成を、パノラマ出力方向ＰＯＤに対して直交する平面に平行な平面状の構成としてもよい。すなわち、撮像画素３３２ａ〜３３２ｎの受光面をレンズ機構３２５側に向けて、かつパノラマ出力方向ＰＯＤに直交する平面上において、撮像画素３３２ａ〜３３２ｎを円（完全な円でも部分的な円である弧でもよい）を描くように配置して、レンズ機構３２５から画像光３４０を直接受光してもよい。そのような実施形態では、光検出器構成の弧又は円周は、ボアの円周（すなわち、ボア表面３６０）に沿う。

【0019】

図４は、様々な実施形態に従った、超解像度ボア撮像を達成するために適用されるマルチフレーム超解像度撮像の概念を示す概略図である。マルチフレーム超解像度撮像は、信号処理技法を用いて、多数の低解像度（ＬＲ）画像データセットを合成して、１つの高解像度（ＨＲ）画像データセットを数学的に生成する。この超解像度撮像プロセスを説明する別の方法は、単位画像エリア当たりに提供する仮想ＨＲ撮像画素又は画像データロケーションの数を増大することで、元の原画素画像解像度よりも精細な画像解像度を与えるということである。慣例として本明細書では、原画像の低解像度（ＬＲ）画素に対して、これらの高解像度（ＨＲ）仮想画素ロケーションを「ＨＲ画素」又は「ＨＲグリッド」と称する。図４は撮像画素４００の２×２アレイを示し、これは、時点Ｔ１において画像エリアＩ当たり２×２の解像度の第１のターゲット低解像度画像データセットを取得するために用いられる光検出器アレイの代表部分と見なすことができる。次いでこの撮像画素４００の２×２アレイを、１つ以上の方向に沿って、この１つ以上の方向に沿ったサブ画素サイズに相当する距離だけ、ターゲットに対してシフトさせる。図４の左側に、変位量を誇張した例示的なシフトを示す。これと同一方向に沿って例示的な０．５画素のサブ画素シフトで実際のシフトを行った撮像画素４００の２×２アレイが図４の右側に示され、時点Ｔ２において画像エリアＩ当たり２×２という同一の低解像度の第２のターゲット低解像度画像データセットを得ている。より一般的には、そのように取得された複数の画像データセット（例えば、追加のサブ画素オフセット量及び／又はオフセット方向から得られた追加の取得画像データを含む）を、適切なマルチフレーム超解像度アルゴリズムを用いて処理することで、取得された複数の低解像度画像データセットを合成して、共有の又は一致した画像データを含む１つの対応した超解像度画像データセット（例えば図４に示すＨＲ画素を含む）を算出することができる。これは、図４にハッチングで示す重複エリアに相当し、図示する例では、ほぼ２倍高い解像度（すなわち、画像エリアＩ当たり４×４の密度）を有し得る。この２×２の例とは対照的に、大きい光検出器アレイではＨＲ画素が連続した大きいエリアを有し得ることは理解されよう。当技術分野では様々なマルチフレーム超解像度アルゴリズムが既知であり、そのほとんどは、取得された複数の低解像度画像データセットから１つの超解像度画像データセットを数学的に構築する。高速かつロバストであり、様々な実施形態での利用に適した１つのそのようなアルゴリズムは、Ｆａｒｓｉｕ等によって記載されている（Ｆａｒｓｉｕ， Ｓ．、Ｒｏｂｉｎｓｏｎ， Ｍ．Ｄ．、Ｅｌａｄ， Ｍ．、Ｍｉｌａｎｆａｒ， Ｐ．、「Ｆａｓｔ ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔ ｍｕｌｔｉｆｒａｍｅ ｓｕｐｅｒ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ」、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｖｏｌ． １３、ｎｏ． １０、ｐｐ． １３２７−１３４４、２００４年１０月）。当業者には認められるであろうが、他のアルゴリズムも様々な実施形態での利用に適切であり得る。

【0020】

以下で更に詳しく説明するように、様々な実施形態において、超解像度ボア撮像システムの軸方向移動スキャンモード又は位置決め調整を、この軸方向移動と効率的に相互作用するように構成された有利な幾何学的形状の画素を有する光検出器構成と組み合わせて用いることで、複数の合成可能画像データセットを提供し、高スループットで超解像度の（例えば顕微鏡的な）ボア検査画像を提供する。スキャンモードとは、このシステムを用いてボア表面１６０の様々なセグメントを撮像するためのスキャニングのモードを意味する。スキャンモードは、軸方向スキャニング方向ＳＤに沿ったボア表面１６０に対するボア撮像システム１００（又は３００）の相対移動によって、及び／又はボア表面１６０に対するボア撮像システム１００（又は３００）の撮像経路の調整によって、制御することができる。いくつかの実施形態では、ボア撮像システム１００（又は３００）とボア表面１６０との間の円周方向に沿った相対的な移動を達成するため、適切な移動制御機構を設けてもよい。この代わりに又はこれに加えて、ボア表面１６０の様々なセグメントの選択的なスキャニングを達成するため、いくつかの市販の光検出器アレイを、光検出器画素のうち選択されたサブセット又はアドレス可能なサブセットを読み出すように制御又は構成してもよい。１つのそのようなデバイスは、Ｔｒｕｅｓｅｎｓｅ Ｉｍａｇｉｎｇ， Ｉｎｃ．（ニューヨーク州ロチェスター）及びその他から入手可能な、高フレームレートの部分スキャン動作モードで動作するＫｏｄａｃ ＫＡＩ−０３４０イメージセンサである。

【0021】

図１に戻ると、ボア撮像システム１００の制御部１０６は、ボア撮像システム１００のスキャンモードを制御して、相互にサブ画素オフセットを有する複数の（「低解像度」）画像データセットを取得するため、光検出器処理回路１０４及び移動制御１０２等の必要な回路やプロセッサ等を含む。制御部１０６は更に、マルチフレーム超解像度アルゴリズムを実行して、取得された複数の画像データセットを合成することで、低解像度画像データの解像度よりも精細な解像度を有する対応した１つの超解像度画像データセットを与えるように構成されている。

【0022】

図５Ａ〜図５Ｅは、光検出器構成（例えば光検出器構成１１０）において使用可能な幾何学的形状の画素パターン又は配列の、５つの例示的な実施形態の概略図である。これらは、ボア撮像システムに適したスキャンモード（例えば軸方向位置測定を含む軸方向スキャンモード）と組み合わせて用いて、超解像度処理に適した多数の低解像度画像データセットを効率的に取得するためには特に好都合である。

【0023】

図５Ａは、画素５１２Ａの（第１の）セットを含む第１の幾何学的形状の画素５００Ａについて、画素パターンを「（ａ）」で示す。画素のサイズはＣμｍ×Ａμｍであり、この図示する具体例においては４μｍ×４μｍである。図５Ａは、光検出器構成の「円周方向」に沿って相互に隣接して配置された３つだけの画素５１２Ａを示すが、図５Ａ〜図５Ｅにおいて、図示する画素は、検出器構成の円周方向に沿って配置された画素の一部のみを表し得ることは理解されよう。いくつかの図では、円筒形状又は平面状の光検出器構成上の湾曲した又は円形の光検出器構成の円周方向を概略的に表すため、軸Φ及び特定の画素境界を湾曲させて図示する。本明細書に概略的に示される全ての幾何学的形状の画素がそのような光検出器構成と両立できることは理解されよう。様々な実施形態において、光検出器構成に含まれる各画素セットは、円周方向に相当する光検出器構成の方向に沿って比較的長く、軸方向に相当する光検出器構成の方向に沿って比較的短いことが有利であり得る。例えば、本明細書に開示する原理に従った１つの例示的な実施形態において、１つ以上の画素セット（例えば以下に記載する画素セット）は、円周方向に相当する円に沿って平面状の光検出器構成上に配置することができる。一実施形態では、この円は約１０ｍｍの直径を有し、約４０００から８０００の画素を含み得る。既知の画素読み出し技法及び本明細書に開示する他の技法を用いて、１６０ｍｍの軸方向寸法のボア表面をそのような光検出器構成を用いて１ｋＨｚのフレームレートで８秒以下で撮像することができ、本明細書に開示する原理に従ってボア表面の超解像度画像を提供するため必要な原画像を与えることができる。

【0024】

図５Ａの部分（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、「通常」スキャンモード及び超解像度スキャンモードのボア壁の物体面における画素ロケーションを示す。図５Ａ〜図５Ｅの例では、ボア表面撮像機構が０．１の光学倍率を与えることで、例えば図５Ａの部分（ｂ）及び（ｃ）に示すように、（ボア表面１６０における）物体面上のＣ／Ｍμｍ×Ａ／Ｍμｍの「表面画素単位サイズ」、又はこの具体例では４０μｍ×４０μｍを、Ｃ＝４μｍ×Ａ＝４μｍのサイズの対応した画素上に結像することができる。

【0025】

通常スキャンモード（図５Ａの部分（ｂ）に示す）において、スキャンモードは、連続フレーム（フレームｉとフレームｉ＋１）間の撮像Ｚ座標の変化が画素の最大寸法Ａとほぼ同じであるように構成されている。一方、超解像度スキャンモードでは、スキャンモードは、連続フレーム間の撮像Ｚ座標の変化がサブ画素距離（例えば図５Ａの部分（ｃ）に示す例では０．５画素）であるように構成されている。すなわち、画素５１２Ａのセットは、撮像対象のボア表面セグメントに対して、軸方向Ｚに沿った第１の撮像Ｚ座標Ｚ１に位置決め又は調整されてフレーム１を取得し、次いで、撮像対象のボア表面セグメントに対して、第２の撮像Ｚ座標Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）に位置決め又は調整されてフレームｉ＝２を取得することができる。ここで、ｋは１．０未満であり（例えば、様々な望ましい実施形態においてｋは最大でも０．３、又は０．５、又は０．７であり得る）、Ｍはボア表面撮像機構１２０の光学倍率である。いくつかのそのような実施形態において、フレーム１で表される第１の画像データセットは、第１の露光期間中に画素５１２Ａのセットを用いて取得され、フレームｉ＝２で表される第２の画像データセットは、第２の露光期間中に同じ画素５１２Ａのセットを用いて取得される。次いで、これらの原画像フレーム（及び、いくつかの実施形態における追加の原画像）を、適切なマルチフレーム超解像度アルゴリズムを用いて合成して、Ｃ／Ｍμｍ×Ａ／２Ｍμｍ、又はこの特定の例では４０μｍ×２０μｍの表面単位画素サイズを有する超解像度画像データを生成することができる。表面単位画素サイズとは、上述のように、１つの画素に結像される物体面上の「画像単位」のことである。すなわち、この例では、超解像度（又は高解像度ＨＲ）画像データのスキャン方向（図示する例ではＺ方向）に沿った解像度は、原フレーム（又は低解像度ＬＲ）画像データの解像度の約２倍の高さになる。従って、本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システム及び方法は、この例では４０μｍ×２０μｍの表面単位画素サイズを有する高解像度（ＨＲ）グリッド５１４Ａを達成することができる。

【0026】

図５Ｂは、画素５１２Ｂの（第１の）セットを含む第２の幾何学的形状の画素５００Ｂについて、画素パターンを「（ａ）」で示す。画素のサイズはＣμｍ×Ａμｍであり、この具体例においては４μｍ×８μｍである。画素最大寸法Ａが異なることを除いて、図５Ｂの要素は図５Ａのものと同じであり、画素５１２Ｂのセットでのスキャンモード動作は図５Ａを参照して説明したものによって理解することができる。すなわち、画素５１２Ｂのセットは、撮像対象のボア表面セグメントに対して、軸方向Ｚに沿った第１の撮像Ｚ座標Ｚ１に位置決め又は調整されてフレーム１を取得し、次いで、撮像対象のボア表面セグメントに対して、第２の撮像Ｚ座標Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）に位置決め又は調整されてフレームｉ＝２を取得することができる。ここで、図５Ａを参照して前述したように、ｋは１．０未満である。図示する例では、ｋ＝０．５である。次いで、これらの原画像フレーム（及び、いくつかの実施形態における追加の原画像）を、適切なマルチフレーム超解像度アルゴリズムを用いて合成することができる。従って、本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システム及び方法は、４μｍ×８μｍ画素５１２Ｂのセットの幾何学的形状の画素を用いて、この例では４０μｍ×４０μｍの表面単位画素サイズを有する高解像度（ＨＲ）グリッド５１４Ｂを達成することができる。

【0027】

前述の記載に基づき、他の実施形態又は実施においては、各撮像Ｚ座標Ｚｉ＝Ｚ１、Ｚ２等の間の異なるオフセット量を用いて、異なる表面単位画素サイズ又は解像度を有する異なる超解像度画像データを達成し得ることは理解されよう。例えば、Ｚ_ｉ＋１＝Ｚ_ｉ＋０．２５（Ａ／Ｍ）で取得された複数の原画像を用いて、理想的には、約Ｃ／Ｍμｍ×Ａ／４Ｍμｍの表面単位画素サイズを有する超解像度画像データが取得され得る。従って、説明する例は例示であり、限定ではない。

【0028】

図５Ｃは、画素５１２Ｃの（第１の）セット及び画素５１２Ｃ’の（第２の）セットを含む第３の幾何学的形状の画素５００Ｃについて、画素パターンを「（ａ）」で示す。図５Ａの実施形態に比べ、このセットの画素はスキャニング方向Ｚに直交する方向に長く、Ｃ＝２Ａであり、この具体例では８μｍ×４μｍのサイズであり、これによってスキャニング方向Ｚに直交する表面単位画素サイズを２倍の８０μｍ×４０μｍとする。更に、画素５１２Ｃ’のセットは画素５１２Ｃのセットに対して円周方向φに沿ってオフセットされており、オフセット量は円周方向に沿った画素サイズＣの１．０倍未満である。

【0029】

図５Ｃの部分（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、「通常」スキャンモード及び超解像度スキャンモードのボア壁の物体面における画素ロケーションを示す。図５Ｃの部分（ｂ）に示す通常スキャンモードでは、スキャンモードは、連続フレーム（フレームｉとフレームｉ＋１）間の撮像Ｚ座標の変化が画素の最大寸法Ａの２倍とほぼ同じであるように、すなわち、２つの画素セットの寸法Ａを合わせたものと同じであるように構成されている。

【0030】

一方、図５Ｃの部分（ｃ）に示す超解像度スキャンモードでは、スキャンモードは、連続フレーム間の撮像Ｚ座標の変化が、セット５１２Ｃ及び５１２Ｃ’の各々の画素の寸法Ａと同じであるように構成されている。この場合、画素５１２Ｃのセットはフレームｉ＋１において、フレームｉで画素５１２Ｃ’のセットに用いたものと同じ撮像Ｚ座標を用いてボアセグメントを撮像するように位置決め又は調整することができる。この場合、撮像ボアセグメントのフレームｉ＝２を取得するため用いられる第２の撮像Ｚ座標Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）は、ｋが１．０未満であるという条件を満たさない（軸方向のサブ画素オフセットは用いられない）。しかしながら、画素セット５１２Ｃ’が円周方向φに沿って画素セット５１２Ｃに対して画素サイズＣの１．０倍未満のオフセット量でオフセットされているため、円周方向に沿った各撮像Φ座標Φｉが条件Φｉ＝Φ１＋ｊ（Ｃ／Ｍ）又はΦｉ＝Φ１−ｊ（Ｃ／Ｍ）（ｊは１．０未満の数である）を満たすという条件が満たされる。この結果、図５Ｃの部分（ｃ）に示されるＨＲグリッド５１４Ｃが表すボア表面セグメントの超解像度画像データセットは、円周方向に沿った解像度が、円周方向に沿った原データの解像度よりも精細である。図示する特定の実施形態では、このオフセットは約０．５＊Ｃ又はＣ／２である。従ってこの具体例では、超解像度（又は高解像度ＨＲ）画像データの円周方向に沿った解像度は、原フレーム（又は低解像度ＬＲ）画像データの解像度の約２倍の高さになる。このため、図５Ｃに開示する原理に従った超解像度ボア撮像システム及び方法は、４μｍ×８μｍ画素５１２Ｃ及び５１２Ｃ’の２つのセットから成る幾何学的形状の画素５００Ｃを用いて、この例では４０μｍ×４０μｍの表面単位画素サイズを有する高解像度（ＨＲ）グリッド５１４Ｃを達成することができる。

【0031】

前述の記載（Ｎ＝２）に基づき、他の実施形態又は実施においては、円周方向に沿ってＣ／Ｎだけオフセットした異なる数のＮ個の画素セットを用い得ることは理解されよう。この場合、各画素セットについて同じ撮像Ｚ座標を用いてボアセグメントを撮像した少なくともＮ個の複数の原画像を取得することで、理想的には、約Ａ／Ｍμｍ×Ｃ／ＮＭμｍの表面単位画素サイズを有する超解像度画像データが取得され得る。従って、説明する例は例示であり、限定ではない。

【0032】

図５Ｄは、第４の幾何学的形状の画素５００Ｄ１、第５の幾何学的形状の画素５００Ｄ２、及び第６の幾何学的形状の画素５００Ｄ３を示す。幾何学的形状の画素５００Ｄ１の単一のＺ型画素セットと、幾何学的形状の画素５００Ｄ２の単一のＴ型画素セットは、軸方向Ｚに沿って最大寸法Ａ＝８μｍを有し、円周方向φに沿って最大寸法Ｃ＝１２μｍを有する画素を示す。幾何学的形状の画素５００Ｄ１及び５００Ｄ２の画素セットは四角形でない形状（例えば、多角形状）の画素を含み、これら複数の画素は、円周方向φに相当する方向に沿ったタイル配置（ｔｉｌｅｄ）画素パターン内に収まるような形状となっている。

【0033】

図５Ｅの部分（ａ）は、図５Ｄの幾何学的形状の画素５００Ｄ１の追加の態様を示す。画素セット５１２Ｄ１における画素境界は寸法Ｃ／３だけ離間していることがわかる。これが、以下で更に説明するように、この処理の結果得られる超解像度画像のＨＲグリッドを画定する。図５Ｅの部分（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、「通常」スキャンモード及び超解像度スキャンモードのボア壁の物体面における画素ロケーションを示す。図５Ｅの部分（ｂ）に示す通常スキャンモードでは、スキャンモードは、連続フレーム（フレームｉとフレームｉ＋１）間の撮像Ｚ座標の変化が、画素セット５１２Ｄ１の画素の最大寸法Ａとほぼ同じであるように構成されている。

【0034】

一方、図５Ｅの部分（ｃ）に示す超解像度スキャンモードでは、スキャンモードは、連続フレーム間の撮像Ｚ座標の変化が、画素セット５１２Ｄ１における画素の寸法Ａの半分であるように構成されている。この場合、撮像ボアセグメントのフレームｉ＝２を取得するため用いられる第２の撮像Ｚ座標Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）は、ｋが１．０未満であるという条件を満たす（軸方向のサブ画素オフセットが用いられる）。更に、画素セット５１２Ｄ１内の画素の形状のため、特に、（図５Ｅの部分（ａ）に示すように）画素セット５１２Ｄ１における境界が寸法Ｃ／３だけ離間しているため、この撮像Ｚ座標の変化が画素形状と組み合わされるか又は相互作用することで、図５Ｅの部分（ｃ）に示すＨＲグリッド５１４Ｄ１を与えることは認められよう。ＨＲグリッド５１４Ｄ１は、画素形状のため、円周方向に沿った原データ解像度よりも精細であるＣ／３Ｍ（又は４０μｍ）の円周方向に沿った解像度を有し、更に、原画像に用いた撮像Ｚ座標のため、軸方向に沿った原データ解像度よりも精細である０．５ＡＭ又はＡ／２Ｍ（又は４０μｍ）の軸方向に沿った解像度を有する。従って、図５Ｅに開示する原理に従った超解像度ボア撮像システム及び方法は、Ｚ型の８μｍ×１２μｍ画素のセット５１２Ｄ１から成る幾何学的形状の画素５００Ｄ１を用いて、この例では４０μｍ×４０μｍの表面単位画素サイズを有する高解像度ＨＲグリッド５１４Ｄ１を達成することができる。

【0035】

幾何学的形状の画素５００Ｄ１及びこれに関連した超解像度スキャンモード動作の前述の説明の基づき、類推によって、図５Ｄに示す幾何学的形状の画素５００Ｄ２は、Ｔ型の８μｍ×１２μｍ画素のセット５１２Ｄ２を用いることを除いて、ＨＲグリッド５１４Ｄ１と同じＨＲ解像度を有する高解像度（ＨＲ）グリッドを与え得ることは理解されよう。

【0036】

図５Ｄに示す幾何学的形状の画素５００Ｄ３は、Ｌ型画素５１２Ｄ３の（第１の）セット及びＬ型画素５１２Ｄ３’の（第２の）セットを備えている。幾何学的形状の画素５００Ｄ３が示す１つの例示的な実施形態では、第１及び第２の画素セットは四角形でない形状の画素を複数含み、第１及び第２の画素セットは軸方向及び円周方向の双方に相当する方向に沿ったタイル配置画素パターン内に収まるような形状となっている。幾何学的形状の画素５００Ｄ１及びこれに関連した超解像度スキャンモード動作の前述の説明に基づき、類推によって、図５Ｄに示す幾何学的形状の画素５００Ｄ３は、同様の撮像Ｚ座標と共に用いてボアセグメントの複数の原画像を取得した場合、Ｌ型の８μｍ×８μｍ画素がタイル配置されたセット５１２Ｄ３及び５１２Ｄ３’を用いることを除いて、ＨＲグリッド５１４Ｄ１と同じＨＲ解像度を有する高解像度（ＨＲ）グリッドを与え得ることは理解されよう。

【0037】

幾何学的形状の画素５００Ｄ３はＬ型画素の２つのセットを備えたタイル配置パターンを含むが、本明細書に開示する原理に従った様々な実施形態において、２つ又は３つのセットに配置された他の画素形状を同様に交互配置又はタイル配置して用い得ることは認められよう。従って、説明する例は例示であり、限定ではない。

【0038】

図６は、本明細書に開示する原理に従った、ボア表面を超解像度撮像する方法のフローチャートである。ステップ６０２では、既知の幾何学的形状の画素を有する光検出器構成とボア表面撮像機構とを備えた超解像度ボア撮像システムの構成要素をボア内に配置する。この場合、光検出器構成は、ボアの円周方向に相当する光検出器構成の方向に沿って配置された少なくとも第１の画素セットを備え、第１の画素セットの少なくともいくつかは、ボアの軸方向に相当する光検出器構成の方向に沿った最大寸法Ａを有し、更に、第１の画素セットの少なくともいくつかは、ボアの円周方向に相当する光検出器構成の方向に沿った最大寸法Ｃを有する。ボア表面撮像機構は、ボア表面上の撮像領域から生じる画像光を光検出器構成に伝送し、光学倍率Ｍを与えるように構成されている。

【0039】

ステップ６０４では、超解像度ボア撮像システムの制御部は、ボア表面上のボア表面セグメントを含む複数の画像データセットを取得するように動作する。複数の画像データセットは、撮像対象のボア表面セグメントに対して軸方向に沿った第１の撮像Ｚ座標Ｚ１及び円周方向に沿った第１の撮像Φ座標Φ１に位置決めされた光検出器構成の第１の画素セットを用いて取得されたボア表面セグメントを含む第１の取得画像データセットであって、軸方向及び円周方向に沿って原データ解像度を有する第１の取得画像データセットと、撮像対象のボア表面セグメントに対して各撮像Ｚ座標Ｚｉ及び円周方向に沿った各撮像Φ座標Φｉに位置決めされた光検出器構成の画素セットを用いて取得されたボア表面セグメントを含む少なくとも１つの追加の取得画像データセットであって、ｉがインデクス整数（ｉｎｄｅｘ ｉｎｔｅｇｅｒ）であり、各々が軸方向及び円周方向に沿って原データ解像度を有する、追加の取得画像データセットと、を備える。超解像度ボア撮像システム及び／又は制御部は、ボア表面セグメントの複数の画像データセットの少なくとも１つに用いられる各撮像座標Ｚｉ及びΦｉの少なくとも１つが、対応する撮像座標Ｚ１及びΦ１とは異なり、条件（ａ）Ｚｉ＝Ｚ１＋ｋ（Ａ／Ｍ）又はＺｉ＝Ｚ１−ｋ（Ａ／Ｍ）、ここでｋは１．０未満の数である、又は条件（ｂ）Φｉ＝Φ１＋ｊ（Ｃ／Ｍ）又はΦｉ＝Φ１−ｊ（Ｃ／Ｍ）、ここでｊは１．０未満の数である、の少なくとも１つを満たすように構成されている。前述のように、条件（ｂ）の表現の形式は、撮像座標のサブ画素オフセットを与える原理を強調するため選択されている。しかしながら、この表現における寸法の一貫性のため、Ｃは、（例えば図に表現されるような）直線画素寸法から対応する適切な度数又はラジアン数に変換してもよいことは理解されよう。これらの条件は、取得画像データセット内の各画像間で少なくとも１つの方向に沿ったサブ画素オフセットを有する撮像座標又は画素位置に対応することは認められよう。

【0040】

ステップ６０６では、制御部は、既知の幾何学的形状の画素及び撮像座標に基づいて、ボア表面セグメントを含む複数の画像データセットを合成して、ボア表面セグメントの対応する超解像度画像データセットを提供するように動作し、この超解像度画像データセットの軸方向又は円周方向の少なくとも１つに沿った解像度は、その対応する方向に沿った原データ解像度よりも精細である。

【0041】

上述の図面及び関連した記載において、説明した画素パターン及び／又は幾何学的形状の画素は概して、１行又は数行の画素（１行は円周方向に沿う）を示す。これらは本明細書の基本原理を開示するために用いられる代表的な行と見なされ得ること、更に、様々な実施形態では、本発明に従った光検出器構成に含まれる画素の１つのセット（又は複数のセット）はそのような１行又は複数行の画素を含み得ることは認められよう。いくつかの実施形態では、軸方向に相当する方向に沿って多数行の画素を相互に隣接するように構成してもよい。ボア表面上の撮像領域のサイズは概ね、（任意の１つの画像データセットについての）画素セットのサイズに対応することは認められよう。従って、比較的大きい画素セットを用いる場合、比較的少数かつ大きい撮像領域を用いてボア全体を撮像することが可能となり得る。各撮像領域内で、本明細書に開示し特許請求する画像取得及び処理が適している。

【0042】

本明細書に開示する原理に従って、高解像度の計測用のボア撮像システムは、高解像度撮像を達成するため小さい画素サイズのみに頼らない。本明細書に開示する様々な実施形態は、以前から既知のボア撮像システムでは得られない解像度、経済性、画素ＳＮＲ、及びスループットの有利な組み合わせを提供する。様々な実施形態を図示し記載したが、本開示に基づき、当業者には、図示し記載した要素の構成及び動作のシーケンスにおける多数の変形が明らかであろう。特に、各実施形態に関して詳細に記載した様々な要素を組み合わせるか又は置換して、本明細書に開示する原理に従った超解像度ボア撮像システム及び方法を達成するために要素の別の組み合わせを生成してもよい。従って、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を実施できることは認められよう。

【符号の説明】

【0043】

１００ ボア撮像システム
１０２ 移動制御
１０４ 光検出器処理回路
１０６ 制御部
１１０ 光検出器構成
１２０ ボア表面撮像機構
１３３ 接続部
１３４ 画素基板
１４０ 画像光
１５０ 撮像領域
１６０ ボア表面
１７０ キャリア
１８０ 筐体部材
１８５ 照明部
１８６ 制御ライン
１８７ 照明
１９０ レンズ機構

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6】