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特開2024-164932光学ラインセンサ、画像処理方法、画像処理システム及び３次元断層像形成装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024164932
(43)【公開日】2024-11-28
(54)【発明の名称】光学ラインセンサ、画像処理方法、画像処理システム及び３次元断層像形成装置
(51)【国際特許分類】
H04N 1/028 20060101AFI20241121BHJP
G01N 21/892 20060101ALI20241121BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20241121BHJP
H04N 1/04 20060101ALI20241121BHJP
H04N 1/191 20060101ALI20241121BHJP
G01B 11/245 20060101ALI20241121BHJP
【ＦＩ】
H04N1/028 Z
G01N21/892 A
G01J1/02 Q
H04N1/12 Z
H04N1/04 101
H04N1/191
G01B11/245 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】54
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023080671
(22)【出願日】2023-05-16
(71)【出願人】
【識別番号】510192019
【氏名又は名称】株式会社ヴィーネックス
(74)【代理人】
【識別番号】100141852
【弁理士】
【氏名又は名称】吉本 力
(72)【発明者】
【氏名】岩崎 修
(72)【発明者】
【氏名】龍満 和明
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 龍太
【テーマコード（参考）】
2F065
2G051
2G065
5C051
5C072
【Ｆターム（参考）】
2F065AA52
2F065BB05
2F065BB23
2F065FF46
2F065HH15
2F065JJ02
2F065JJ25
2F065LL07
2F065LL10
2F065MM09
2G051AA32
2G051AA41
2G051AB02
2G051CA03
2G051CB01
2G051CB02
2G051CC07
2G051CC09
2G051CC17
2G065AA04
2G065BA04
2G065BB02
2G065BB06
2G065BB20
5C051AA01
5C051BA04
5C051DA04
5C051DB01
5C051DB04
5C051DB22
5C051DB23
5C051DB24
5C051DB29
5C051DB34
5C051DC02
5C051DC04
5C051DC05
5C051DC07
5C051DE02
5C051DE30
5C072AA01
5C072BA04
5C072BA15
5C072CA05
5C072CA06
5C072CA07
5C072CA12
5C072CA14
5C072DA02
5C072DA03
5C072DA04
5C072DA09
5C072DA10
5C072DA15
5C072DA18
5C072DA25
5C072EA05
5C072EA07
5C072FA06
5C072FA07
5C072FB01
5C072NA01
5C072NA04
(57)【要約】
【課題】被写界深度が深くコンパクト化された光学ラインセンサ、並びに、これを用いた画像処理方法、画像処理システム及び３次元断層像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の受光レンズ１１は、主走査方向に沿って複数配置されている。複数の受光素子は、主走査方向に沿ってライン状に配置され、複数の受光レンズ１１を透過した光を受光する。複数の受光レンズ１１は、該受光レンズ１１の各視野に重ならないように互いに離間して配置される。複数の受光レンズ１１は、アパチャー２１とともにテレセントリック光学系３００を構成している。複数の受光素子は、アレイ状に配置されることにより、少なくとも１列以上の読取ラインを形成する受光素子アレイ１２０を構成する。複数の受光素子の受光面手前に、光電面２０１、マイクロチャンネルプレート２０２及び蛍光体面２０３を含むイメージインテンシファイア２００が対向配置される。
【選択図】 図１６Ａ
【解決手段】複数の受光レンズ１１は、主走査方向に沿って複数配置されている。複数の受光素子は、主走査方向に沿ってライン状に配置され、複数の受光レンズ１１を透過した光を受光する。複数の受光レンズ１１は、該受光レンズ１１の各視野に重ならないように互いに離間して配置される。複数の受光レンズ１１は、アパチャー２１とともにテレセントリック光学系３００を構成している。複数の受光素子は、アレイ状に配置されることにより、少なくとも１列以上の読取ラインを形成する受光素子アレイ１２０を構成する。複数の受光素子の受光面手前に、光電面２０１、マイクロチャンネルプレート２０２及び蛍光体面２０３を含むイメージインテンシファイア２００が対向配置される。
【選択図】 図１６Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
副走査方向に搬送される検査対象物を主走査方向に延びる読取ラインで読み取る光学ラインセンサであって、
主走査方向に沿って複数配置された複数の受光レンズと、
主走査方向に沿ってライン状に配置され、前記複数の受光レンズを透過した光を受光する複数の受光素子とを備え、
前記複数の受光レンズは、該受光レンズの各視野に重ならないように互いに離間して配置され、
前記複数の受光レンズは、アパチャーとともにテレセントリック光学系を構成しており、
前記複数の受光素子は、アレイ状に配置されることにより、少なくとも１列以上の前記読取ラインを形成する受光素子アレイを構成し、
前記複数の受光素子の受光面手前に、光電面、マイクロチャンネルプレート及び蛍光体面を含むイメージインテンシファイアが対向配置されたことを特徴とする光学ラインセンサ。
主走査方向に沿って複数配置された複数の受光レンズと、
主走査方向に沿ってライン状に配置され、前記複数の受光レンズを透過した光を受光する複数の受光素子とを備え、
前記複数の受光レンズは、該受光レンズの各視野に重ならないように互いに離間して配置され、
前記複数の受光レンズは、アパチャーとともにテレセントリック光学系を構成しており、
前記複数の受光素子は、アレイ状に配置されることにより、少なくとも１列以上の前記読取ラインを形成する受光素子アレイを構成し、
前記複数の受光素子の受光面手前に、光電面、マイクロチャンネルプレート及び蛍光体面を含むイメージインテンシファイアが対向配置されたことを特徴とする光学ラインセンサ。
【請求項2】
前記イメージインテンシファイアのゲート動作時間と、検査対象物を照明する光源の発光時間とが、それぞれ前記受光素子の蓄積時間よりも短く、
前記受光素子、前記光源及び前記イメージインテンシファイアの一連の動作の１周期において、
前記光源の発光開始時刻と発光終了時刻が、前記受光素子の蓄積動作開始時刻よりも早く、
前記イメージインテンシファイアのゲート動作開始時刻が、前記受光素子の蓄積動作終了時刻よりも早く、かつ、前記受光素子の蓄積動作終了時刻が、前記イメージインテンシファイアのゲート動作終了時刻よりも早く、
前記イメージインテンシファイア及び前記光源の少なくとも一方が、遅延回路を備えており、前記光源と前記イメージインテンシファイアの動作時刻を調整することが出来ることを特徴とする請求項１に記載の光学ライセンサ。
前記受光素子、前記光源及び前記イメージインテンシファイアの一連の動作の１周期において、
前記光源の発光開始時刻と発光終了時刻が、前記受光素子の蓄積動作開始時刻よりも早く、
前記イメージインテンシファイアのゲート動作開始時刻が、前記受光素子の蓄積動作終了時刻よりも早く、かつ、前記受光素子の蓄積動作終了時刻が、前記イメージインテンシファイアのゲート動作終了時刻よりも早く、
前記イメージインテンシファイア及び前記光源の少なくとも一方が、遅延回路を備えており、前記光源と前記イメージインテンシファイアの動作時刻を調整することが出来ることを特徴とする請求項１に記載の光学ライセンサ。
【請求項3】
前記受光レンズは、前記主走査方向及び前記副走査方向に直交する方向から見て矩形状に形成されており、前記受光レンズの光軸が、前記受光レンズの副走査方向の幅の略中央に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項4】
少なくとも2組以上の前記テレセントリック光学系が光軸上に配置され、前記テレセントリック光学系の上流側に配置されたアパチャーが、下流側のアパチャーよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の光学ラインセンサ。
【請求項5】
前記複数の受光レンズは、該受光レンズの主走査方向における幅以下に互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項6】
前記複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の前記受光素子アレイを構成し、
前記複数の受光レンズは、前記複数の受光素子アレイに対応した数だけ配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸は、各受光素子アレイの略中央部を貫くことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
前記複数の受光レンズは、前記複数の受光素子アレイに対応した数だけ配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸は、各受光素子アレイの略中央部を貫くことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項7】
前記複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の前記受光素子アレイを構成し、
前記複数の受光レンズは、前記複数の受光素子アレイに対応した数だけ配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸は、各受光素子アレイの略中央部から副走査方向に平行に離れた位置を貫くことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
前記複数の受光レンズは、前記複数の受光素子アレイに対応した数だけ配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸は、各受光素子アレイの略中央部から副走査方向に平行に離れた位置を貫くことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項8】
前記複数の受光素子アレイは、２列の読取ラインにそれぞれ複数配置された各読取ラインよりも短い受光素子アレイであり、一方の読取ラインに配置された受光素子アレイと他方の読取ラインに配置された受光素子アレイとが、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学ラインセンサ。
【請求項9】
前記受光レンズは、前記主走査方向及び前記副走査方向に直交する方向から見て矩形状に形成されており、
前記受光レンズは、千鳥状に配置された各受光素子アレイに1対1に対応しており、前記受光レンズの光軸が、前記千鳥状に配置された受光素子アレイの略中央部を貫くことを特徴とする請求項８に記載の光学ラインセンサ。
前記受光レンズは、千鳥状に配置された各受光素子アレイに1対1に対応しており、前記受光レンズの光軸が、前記千鳥状に配置された受光素子アレイの略中央部を貫くことを特徴とする請求項８に記載の光学ラインセンサ。
【請求項10】
検査対象物に光を照射する複数の光源をさらに備え、
前記複数の光源は、前記読取ラインに平行に並べて配置され、前記複数の光源の光軸は、前記複数の受光レンズを透過して前記複数の受光素子に導かれる光の光軸と交点を結び、かつ該複数の受光レンズを透過して前記複数の受光素子に導かれる光の光軸と交差する仮想平面の任意の位置に配置され、更に互いに隣接する受光レンズの間の略中央部に光源が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
前記複数の光源は、前記読取ラインに平行に並べて配置され、前記複数の光源の光軸は、前記複数の受光レンズを透過して前記複数の受光素子に導かれる光の光軸と交点を結び、かつ該複数の受光レンズを透過して前記複数の受光素子に導かれる光の光軸と交差する仮想平面の任意の位置に配置され、更に互いに隣接する受光レンズの間の略中央部に光源が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項11】
前記複数の光源は、複数の異なる波長を有する光源を含み、該複数の異なる波長を有する光源を１単位として、該１単位の光源が主走査方向に複数並べられたことを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
【請求項12】
前記複数の光源からの光束を集光する集光レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
【請求項13】
前記集光レンズは、主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きい第１集光レンズと、副走査方向のパワーが主走査方向のパワーよりも大きい第２集光レンズとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の光学ラインセンサ。
【請求項14】
前記集光レンズは、１個のレンズ体であり、該レンズ体が有する主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載の光学ラインセンサ。
【請求項15】
前記集光レンズは、主走査方向のパワーを前記第１集光レンズと前記第２集光レンズにより調整可能であることを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
【請求項16】
前記集光レンズが、シリンドリカルレンズ或いはフレネルレンズであることを特徴とする請求項１２に記載の光学ラインセンサ。
【請求項17】
前記第１集光レンズが、レンチキュラーレンズ或いはプリズム列であり、
前記第２集光レンズが、フレネルレンズ或いはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
前記第２集光レンズが、フレネルレンズ或いはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
【請求項18】
前記複数の光源が、白色ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
【請求項19】
前記複数の光源が、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
【請求項20】
前記複数の光源が、レーザダイオードを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
【請求項21】
前記複数の光源が実装された光源基板と、
前記光源基板に取り付けられたヒートシンクをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
前記光源基板に取り付けられたヒートシンクをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
【請求項22】
前記複数の受光レンズは、主走査方向に沿って１列に配置されており、
前記複数の受光レンズは、主走査方向に隣り合う前記受光レンズの端部同士が連結された状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
前記複数の受光レンズは、主走査方向に隣り合う前記受光レンズの端部同士が連結された状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項23】
前記複数の受光レンズは、主走査方向に対し垂直な方向から見たときに同じ形状を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学ラインセンサ。
【請求項24】
前記複数の受光レンズは、隣り合う前記受光レンズが反転し連結された状態で配置されていることを特徴とする請求項２３に記載の光学ラインセンサ。
【請求項25】
前記複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の前記受光素子アレイを構成し、
前記複数の受光素子アレイは、前記複数の受光レンズのそれぞれの主走査方向の中央部に配置され、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の光学ラインセンサ。
前記複数の受光素子アレイは、前記複数の受光レンズのそれぞれの主走査方向の中央部に配置され、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の光学ラインセンサ。
【請求項26】
前記複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の前記受光素子アレイを構成し、
検査対象物を照明し、前記複数の受光素子アレイと一対一に対応している複数の光源をさらに備えることを特徴とする請求項２２又は２５に記載の光学ラインセンサ。
検査対象物を照明し、前記複数の受光素子アレイと一対一に対応している複数の光源をさらに備えることを特徴とする請求項２２又は２５に記載の光学ラインセンサ。
【請求項27】
前記複数の光源が、該光源の光軸方向断面視において前記複数の受光素子アレイの各々の端部近傍に、かつ、副走査方向において対向する前記複数の受光素子アレイの略中央部に位置することを特徴とする請求項２６に記載の光学ラインセンサ。
【請求項28】
前記複数の光源が、前記複数の受光素子アレイに対応して副走査方向に複数ラインの照明光の光強度分布を有することを特徴とする請求項２６に記載の光学ラインセンサ。
【請求項29】
主走査方向に隣り合う前記受光レンズの端部間から前記複数の受光素子に向かって延長され、少なくとも前記受光レンズの副走査方向の幅以上の幅を有する遮蔽部をさらに備えることを特徴とする請求項２２又は２５に記載の光学ラインセンサ。
【請求項30】
前記遮蔽部が、前記受光レンズから検査対象物方向に突出していることを特徴とする請求項２９に記載の光学ラインセンサ。
【請求項31】
前記マイクロチャンネルプレートがオートゲート機能を有しており、該オートゲート機能に応じて光源側が連動して光量を調整する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項32】
前記受光レンズの光軸上において、前記イメージインテンシファイアと前記テレセントリック光学系の前記受光素子アレイ側の前記受光レンズとの間に偏光ビームスプリッタが配置され、
前記テレセントリック光学系の前記受光素子アレイ側の前記受光レンズと偏光ビームスプリッタとの間、或いは、前記テレセントリック光学系の検査対象物側の前記受光レンズと検査対象物との間、或いは、前記テレセントリック光学系の前記受光素子アレイ側の前記受光レンズ又は検査対象物側の前記受光レンズと前記アパチャーとの間の何れかにλ／４波長板が配置され、
前記偏光ビームスプリッタと前記λ／４波長板は、主走査方向における幅が前記受光素子アレイよりも長く、前記受光レンズは、副走査方向における幅が主走査方向における幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
前記テレセントリック光学系の前記受光素子アレイ側の前記受光レンズと偏光ビームスプリッタとの間、或いは、前記テレセントリック光学系の検査対象物側の前記受光レンズと検査対象物との間、或いは、前記テレセントリック光学系の前記受光素子アレイ側の前記受光レンズ又は検査対象物側の前記受光レンズと前記アパチャーとの間の何れかにλ／４波長板が配置され、
前記偏光ビームスプリッタと前記λ／４波長板は、主走査方向における幅が前記受光素子アレイよりも長く、前記受光レンズは、副走査方向における幅が主走査方向における幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項33】
前記受光レンズの光軸上において、前記イメージインテンシファイアと前記テレセントリック光学系の前記受光素子アレイ側の前記受光レンズとの間、かつ、前記アパチャー近傍に偏光ビームスプリッタが配置されるか、入・出射面にアパチャーを設けた偏光ビームスプリッタが各光ビームの交差する近傍に配置されるかの何れかであり、
前記テレセントリック光学系の検査対象物側の前記受光レンズと検査対象物の間にλ／４波長板が配置されるか、或いは、該受光レンズと前記偏光ビームスプリッタの間で、前記受光レンズ近傍にλ／４波長板が配置されるかの何れかであり、
前記偏光ビームスプリッタと前記λ／４波長板は、主走査方向における幅が前記受光素子アレイよりも長く、前記受光レンズは、副走査方向における幅が主走査方向における幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
前記テレセントリック光学系の検査対象物側の前記受光レンズと検査対象物の間にλ／４波長板が配置されるか、或いは、該受光レンズと前記偏光ビームスプリッタの間で、前記受光レンズ近傍にλ／４波長板が配置されるかの何れかであり、
前記偏光ビームスプリッタと前記λ／４波長板は、主走査方向における幅が前記受光素子アレイよりも長く、前記受光レンズは、副走査方向における幅が主走査方向における幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項34】
前記テレセントリック光学系から前記受光レンズ及び前記アパチャーを除き、該受光レンズの位置に直角プリズム並びに一対の平面ミラーが対向配置され、かつ、搬送方向に対し垂直な平行平面となるように前記一対の平面ミラーが配置され、該平面ミラーの検査対象物側の一方の端部に前記直角プリズムが配置され、該直角プリズムに入射した検査対象物から発出した光線が、前記検査対象物が搬送される方向に対し垂直な光線であり、該光線は、続いて、前記直角プリズムの全反射面となる斜面に入射し、前記直角プリズムの直角となる辺の一方が前記平面ミラーに対して非平行であり、前記直角プリズムを射出した光線が、一方の前記平面ミラーの反射面に非垂直に入射し、前記一対の平面ミラーの間を反射・屈曲しながら前記平面ミラーの奥行方向へと長い光路を進行した後、前記平面ミラーの検査対象物とは反対側の他方の端部から射出し、該射出した光線が前記イメージインテンシファイアを介して受光素子アレイに入射することを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
【請求項35】
外乱光を遮断する主走査方向に長い開口部を有するスリットを前記平面ミラーの端部に配置することを特徴する請求項３４に記載の光学ライセンサ。
【請求項36】
前記検査対象物の光軸方向の厚みよりも前記検査対象物側の前記受光レンズの被写界深度が深いか、若しくは、光源側にコリメータを配置して前記検査対象物に入射する光束を光軸に対し略平行としたことを特徴とする請求項３２に記載の光学ラインセンサ。
【請求項37】
前記受光レンズの前記受光素子アレイ側の焦点位置に前記テレセントリック光学系の前記検査対象物側の焦点位置を略一致させたことを特徴とする請求項３６に記載の光学ラインセンサ。
【請求項38】
請求項２５に記載の光学ラインセンサを用いた画像処理方法であって、
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子の出力信号が他方の前記受光素子の出力信号と重なり合った部分の出力信号の一方を選択し、かつ、基準媒体により予め補正した出力信号の一方の信号と他方の出力信号の比による補正をして一方の信号と他方の信号とを合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理方法。
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子の出力信号が他方の前記受光素子の出力信号と重なり合った部分の出力信号の一方を選択し、かつ、基準媒体により予め補正した出力信号の一方の信号と他方の出力信号の比による補正をして一方の信号と他方の信号とを合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理方法。
【請求項39】
請求項２５に記載の光学ラインセンサを用いた画像処理方法であって、
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子からの出力信号が他方の前記受光素子からの出力信号よりも低く、一方の前記受光素子からの出力信号が閾値に満たない場合に、他方の前記受光素子からの出力信号で補間し、その補間された出力信号を前記一方の受光素子に対して主走査方向の他の位置にある前記受光素子からの出力信号と合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理方法。
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子からの出力信号が他方の前記受光素子からの出力信号よりも低く、一方の前記受光素子からの出力信号が閾値に満たない場合に、他方の前記受光素子からの出力信号で補間し、その補間された出力信号を前記一方の受光素子に対して主走査方向の他の位置にある前記受光素子からの出力信号と合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理方法。
【請求項40】
請求項２５に記載の光学ラインセンサを用いた画像処理システムであって、
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子の出力信号が他方の前記受光素子の出力信号と重なり合った部分の出力信号の一方を選択し、かつ、基準媒体により予め補正した出力信号の一方の信号と他方の出力信号の比による補正をして一方の信号と他方の信号とを合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理システム。
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子の出力信号が他方の前記受光素子の出力信号と重なり合った部分の出力信号の一方を選択し、かつ、基準媒体により予め補正した出力信号の一方の信号と他方の出力信号の比による補正をして一方の信号と他方の信号とを合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理システム。
【請求項41】
請求項２５に記載の光学ラインセンサを用いた画像処理システムであって、
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子からの出力信号が他方の前記受光素子からの出力信号よりも低く、一方の前記受光素子からの出力信号が閾値に満たない場合に、他方の前記受光素子からの出力信号で補間し、その補間された出力信号を前記一方の受光素子に対して主走査方向の他の位置にある前記受光素子からの出力信号と合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理システム。
主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの前記受光素子からの出力信号について、一方の前記受光素子からの出力信号が他方の前記受光素子からの出力信号よりも低く、一方の前記受光素子からの出力信号が閾値に満たない場合に、他方の前記受光素子からの出力信号で補間し、その補間された出力信号を前記一方の受光素子に対して主走査方向の他の位置にある前記受光素子からの出力信号と合成することにより、前記読取ラインに対応する１列の出力信号とすることを特徴とする画像処理システム。
【請求項42】
請求項１に記載の光学ラインセンサを用いた３次元断層像形成装置であって、
光軸方向断面が矩形である平行ビームを照射し、前記テレセントリック光学系と対向して配置される照明光学系を有し、かつ、前記照明光学系と前記テレセントリック光学系が円周上に配置されており、
前記照明光学系と前記テレセントリック光学系の少なくとも１組が前記円周上を回転し、円周上の略中央部に配置された検査対象物を透過した光を前記テレセントリック光学系で受光し、所定の演算により３次元断層像を構築することを特徴とする３次元断層像形成装置。
光軸方向断面が矩形である平行ビームを照射し、前記テレセントリック光学系と対向して配置される照明光学系を有し、かつ、前記照明光学系と前記テレセントリック光学系が円周上に配置されており、
前記照明光学系と前記テレセントリック光学系の少なくとも１組が前記円周上を回転し、円周上の略中央部に配置された検査対象物を透過した光を前記テレセントリック光学系で受光し、所定の演算により３次元断層像を構築することを特徴とする３次元断層像形成装置。
【請求項43】
前記主走査方向が、少なくとも１組の前記照明光学系と前記テレセントリック光学系の光軸が回転する円周の接線に略垂直であり、かつ、前記主走査方向に対して前記受光素子アレイが略平行であることを特徴とする請求項４２に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項44】
前記テレセントリック光学系の前記受光レンズは、光軸方向断面において矩形形状であることを特徴とする請求項４３に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項45】
前記照明光学系と前記テレセントリック光学系との組が、前記円周上に複数配置されたことを特徴とする請求項４２に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項46】
光軸上において、２組以上の前記テレセントリック光学系が配置され、かつ、各テレセントリック光学系に含まれるアパチャーの径が異なることを特徴する請求項４２に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項47】
光軸上において、１組以上の前記テレセントリック光学系が配置され、かつ、各テレセントリック光学系に含まれるアパチャーの径が前記受光レンズの略回折限界であるか、或いは、前記受光素子の略１画素に相当する径であることを特徴する請求項４２に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項48】
請求項３６又は３７に記載の光学ラインセンサを用いた３次元断層像形成装置であって、
光軸方向断面が矩形である平行ビームを照射する照明光学系を有し、前記照明光学系と前記テレセントリック光学系が円周上に配置されており、
前記テレセントリック光学系が前記円周上若しくは円周上の一部を回転し、円周上の略中央部に配置された検査対象物から反射した光を前記テレセントリック光学系で受光し、所定の演算により３次元断層像を構築することを特徴とする３次元断層像形成装置。
光軸方向断面が矩形である平行ビームを照射する照明光学系を有し、前記照明光学系と前記テレセントリック光学系が円周上に配置されており、
前記テレセントリック光学系が前記円周上若しくは円周上の一部を回転し、円周上の略中央部に配置された検査対象物から反射した光を前記テレセントリック光学系で受光し、所定の演算により３次元断層像を構築することを特徴とする３次元断層像形成装置。
【請求項49】
前記主走査方向が、少なくとも１組の前記照明光学系と前記テレセントリック光学系の光軸が回転する円周の接線に略垂直であり、かつ、前記主走査方向に対して前記受光素子アレイが略平行であることを特徴とする請求項４８に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項50】
前記テレセントリック光学系の前記受光レンズは、光軸方向断面において矩形形状であることを特徴とする請求項４９に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項51】
前記照明光学系と前記テレセントリック光学系との組が、前記円周上に複数配置されたことを特徴とする請求項５０に記載の３次元断層像形成装置。
【請求項52】
請求項４２に記載の３次元断層像形成装置を用いて、画像再構成法である、解析的再構成法、或いは代数的再構成法の何れかの手法を用い3次元断層像を得ることを特徴とする画像処理方法。
【請求項53】
請求項４８に記載の３次元断層像形成装置を用いて、画像再構成法である、解析的再構成法、或いは代数的再構成法の何れかの手法を用い3次元断層像を得ることを特徴とする画像処理方法。
【請求項54】
請求項５３の画像処理方法を用いることにより、得られることを特徴とした３次元断層像。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、主として印刷物やフィルムなど薄い検査対象物の表面のキズ・欠陥及び透明フィルムの内部のキズ・欠陥を検出する光学ラインセンサ、並びに、これを用いた画像処理方法、画像処理システム及び３次元断層像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
紙幣などの真贋を判別する検査機や、業務用複写機や、家庭用プリンタスキャナなどのフラットベットスキャナに用いられてきた密着型光学センサ（以下ＣＩＳと記す）を、印刷物の印刷の出来のチェック、薄物・広幅のフィルム製品の製造工程における表面検査、各種の飲料容器や食品容器及び缶などに貼り付けたラベルの検査などを検査対象とした所謂面検機に応用することが検討されてきており、一部は製品化されている。
【0003】
しかしながら、依然としてＳＥＬＦＯＣレンズ（「ＳＥＬＦＯＣ」は登録商標。以下同様。）を応用したＣＩＳでは作動距離（以下Ｗ．Ｄ．と記す）が短く、工程で用いる場面では接触を回避するため、Ｗ．Ｄ．の長いＣＩＳが望まれている。加えて、紙幣等の紙葉類の検査では、被写界深度は比較的浅くとも使用に耐えられたが、前記検査対象物の製造工程では該検査対象物の光軸方向への変動が大きい理由からも被写界深度が深いＣＩＳも強く望まれている。
【0004】
被写界深度の深いＣＩＳは、特許文献１～５に示されるようにミラー光学系を用いたテレセントリック光学系が代表的である。前記特許文献から、該光学系は非常に複雑であることが分かる。該光学系を製造し、商品として運用する際には、非常な困難を伴う。即ち、製造時には、工程が複雑化し、製造安定性やコストアップが問題となる。また、商品化された後にも、環境の変化や経時変化による複雑な光学系であるが故の光軸の狂いが発生し、従来の簡素な構造のＣＩＳに比べて性能の劣化を生じ易いなどの問題が残る。
【0005】
そこで、前記テレセントリック反射光学系を用いず、ガラスや樹脂を用いた屈折系のレンズを用い、Ｗ．Ｄ．や被写界深度を向上させることが考えられる。前記の屈折系の光学系については、特許文献６及び特許文献７に示されるように一定程度の解決策が提案されている。例えば、特許文献６においては、千鳥配置したラインセンサに1個のテレセントリック屈折光学系を離間させて配置し、前記屈折光学系であるレンズを離間配置してアレイ化することにより、被写界深度の深い光学系を実現しようとしている。また、特許文献７においては、離間したレンズの間に仕切り板を設けることにより、レンズ間のクロストークを防止する方法について検討されている。前記の特許文献６及び特許文献７においては、被写界深度の向上並びにレンズ間のクロストークを防止することは出来るが、通常のテレセントリック屈折光学系は、大型であり、コンパクト化は困難である。また、特許文献７に示されている仕切り板では、読み取り時に欠落画素が発生し、読み取りが不完全となる。更に、レンズが離間することにより発生する1個のレンズが原理的に有するシェーディングの解決策については、示されていない。読取ライン方向の所謂リップルの抑制方法についても言及されていない。しかも、現在までに前記の屈折光学系方式は、実現されてもいない。
【0006】
更に、前記方式と別方式であるラインカメラなどのカメラレンズを用いた検査機は、大型であり、製造現場の広幅の検査対象物に対応させるためには、多くの台数が必要である。そのため、装置全体が非常に大型になり、しかもそのコストも莫大なものとなるため、工場の各工程に配備することは困難である。
【0007】
上記の問題を解決するために、工場の各工程に対しても導入可能な小型で安価であり、かつ、Ｗ．Ｄ．が長く被写界深度の深い新たな屈折系レンズを用い、かつ個々のレンズの有するシェーディングに起因する受光センサ上の光学的ムラであるリップルに対し、新たな抑制方法を用いた照明系からなる光学ラインセンサが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１８－０１９３３４号公報
【特許文献2】特開２０１８－１５２７１３号公報
【特許文献3】特開２００９－２４４５００号公報
【特許文献4】特開２０１８－０１９３３４号公報
【特許文献5】特開２０１８－０２２９４８号公報
【特許文献6】特開２００９－２４６６２３号公報
【特許文献7】特開平５－１４６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで、本願発明は、被写界深度が深くコンパクト化された光学ラインセンサ、並びに、これを用いた画像処理方法、画像処理システム及び３次元断層像形成装置を提供することを目的とする。また、本願発明は、異物や欠陥の検出の精度及び確度を向上することができる光学ラインセンサ、並びに、これを用いた画像処理方法、画像処理システム及び３次元断層像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願発明に係る光学ラインセンサは、副走査方向に搬送される検査対象物を主走査方向に延びる読取ラインで読み取る光学ラインセンサであって、主走査方向に沿って複数配置された複数の受光レンズと、主走査方向に沿ってライン状に配置され、前記複数の受光レンズを透過した光を受光する複数の受光素子とを備える。前記複数の受光レンズは、該受光レンズの各視野に重ならないように互いに離間して配置されている。前記複数の受光レンズは、アパチャーとともにテレセントリック光学系を構成している。前記複数の受光素子は、アレイ状に配置されることにより、少なくとも１列以上の前記読取ラインを形成する受光素子アレイを構成している。前記複数の受光素子の受光面手前に、光電面、マイクロチャンネルプレート及び蛍光体面を含むイメージインテンシファイアが対向配置されている。
【発明の効果】
【0011】
本願発明によれば、テレセントリック光学系を用いることにより、被写界深度が深くコンパクト化された光学ラインセンサを実現することができる。また、テレセントリック光学系とイメージインテンシファイアを組み合わせることにより、異物や欠陥の検出の精度及び確度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】典型的なＣＩＳの断面図である。
【図2】ＣＩＳ用ライン状照明光学系の分解斜視図である。
【図3】各受光レンズが単眼レンズとして作用するように配置した場合、各受光レンズの視野が重ならないようにした受光系の模式図である。
【図4】複数の受光素子アレイが配置された受光系の他の例を示した模式図である。
【図5】複数の受光素子アレイが配置された受光系のさらに他の例を示した模式図である。
【図6】各波長に対するＮ．Ａ．と回折限界の関係を表すグラフである。
【図7A】ＳＥＬＦＯＣレンズＡの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図7B】ＳＥＬＦＯＣレンズＢの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図7C】ＳＥＬＦＯＣレンズＣの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図8A】ロッドレンズＡの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図8B】ロッドレンズＢの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図8C】ロッドレンズＣの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図8D】ロッドレンズＤの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。
【図9A】ＲＧＢ－ＬＥＤ、或いは、ＲＧＢ-ＬＤ（レーザダイオード；半導体レーザ）を光源として用いる場合の配置方法の１例を示した模式図である。
【図9B】ＬＤを光源として用いる場合の配置方法の具体例を示した側面図である。
【図10A】光源と受光レンズの位置関係を示した模式図であり、受光素子アレイが２列の場合である。
【図10B】主走査方向における光源（検査面上）の光量分布、受光素子面上の光量分布、受光レンズのシェーディングの関係を示した図である。
【図10C】レンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフ（√Ａ＝０．０７７）である。
【図10D】レンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフ（√Ａ＝０．１５４）である。
【図10E】屈折率分布定数√Ａが√Ａ＝０．１０２７の受光光学系のＭＴＦのグラフである。
【図11】デフォーカス時のＭＴＦ特性を示すグラフである。
【図12A】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12B】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12C】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12D】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12E】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12F】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12G】受光系の変形例を示した模式図である。
【図12H】受光系における光軸の位置について説明するための模式図である。
【図12I】受光系における光軸の位置について説明するための模式図である。
【図13】レンズ端部が平行四辺形の場合の光源の光強度分布がフラットな場合の受光素子アレイの受光面上の光強度分布を示す図である。
【図14】隣り合う受光レンズ同士の連結部近傍の光強度分布の詳細を示す図である。
【図16A】主走査方向から見た受光光学系（テレセントリック系）の断面図である。
【図16B】矩形断面形状のマイクロチャンネルプレートの模式図である。
【図16C】マイクロチャンネルプレートに受光素子アレイ（３ライン）重ねた光軸方向視図である。
【図17】副走査方向から見たイメージインテンシファイアの断面模式図である。
【図18】パルス遅延位相差検出方法の模式図である。
【図19】パルス遅延位相差検出方法のタイミングチャートの概略図である。
【図20A】遅延梯子型ゲート回路の例(インダクタンスと抵抗からなる回路にスイッチを付与した場合の模式図である。（遅延梯子型ゲート回路の例(インダクタンスと抵抗からなる回路にスイッチを付与)
【図21】ストリップラインの模式図である。
【図22A】反射型光学系の模式図であり、λ／４波長板を受光レンズとイメージインテンシファイアの間に配置した場合を示す。
【図22B】反射型光学系の模式図であり、λ／４波長板を受光レンズと検査対象物の間に配置した場合を示す。
【図22C】他の反射型光学系の模式図であり、物体側テレセントリック光学系を示す。
【図22D】他の反射型光学系の模式図であり、両側テレセントリック光学系を示す。
【図23】多段のテレセントリック受光光学系及び前段のアパチャー径が後段のアパチャー径よりも小さいことを示した概略図である。
【図24A】ガントリー内に配置された光学系の模式図である。
【図25A】ガントリー内の一対の多列受光素子アレイと平面光源の回転を表した模式図である。
【図25B】受光素子アレイの主走査方向を光学系全体がガントリー内を回転する方向に平行にした場合の模式図である。
【図25C】受光素子アレイと受光レンズで構成される受光光学系の模式図である。
【図26A】テレセントリック光学系のレンズを除いた場合を示す模式図である。
【図26B】多重反射ミラーにより、長光路の光学系をコンパクト化した場合の模式図である。
【図27】回転角ピッチと受光素子アレイの長さの関係を表す模式図であり、一部の受光素子と光源のみを示す。
【図28A】反射型トモグラフィ用の反射型光学系を示す模式図である。
【図28B】受光レンズの焦点距離を長くした反射型トモグラフィ用の反射型光学系を示す模式図である。
【図28C】他の変形例に比べ、より平行光束を受光できる光学系を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
１．光学ラインセンサの全体構成
典型的なＣＩＳを図１に、同様にＣＩＳ用ライン状照明光学系を図２に示す。図１においては、ＣＩＳの長手方向中央部近傍における断面図が示されている。一方、図２は分解斜視図である。Ｘ方向が主走査方向であり、Ｙ方向が副走査方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交している。ライン状の光源部１０は、主走査方向に細長い光量分布を有する照明光学系である。
典型的なＣＩＳを図１に、同様にＣＩＳ用ライン状照明光学系を図２に示す。図１においては、ＣＩＳの長手方向中央部近傍における断面図が示されている。一方、図２は分解斜視図である。Ｘ方向が主走査方向であり、Ｙ方向が副走査方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交している。ライン状の光源部１０は、主走査方向に細長い光量分布を有する照明光学系である。
【0014】
図１に示すＣＩＳでは、焦点面（検査面）２０を挟んで２つの筐体１６が対向配置されている。各筐体１６内には、焦点面２０上にある検査対象物を照明するためのライン状の光源部１０が設けられている。一方の筐体１６内には、受光レンズ１１及び受光部１２が設けられており、照明された検査対象物からの光は、受光レンズ１１により受光部１２へと導かれる。受光レンズ１１は、検査対象物からの光を受光部１２に結像する。図１に示すＣＩＳでは、焦点面２０を基準にして、２つの光源部１０のうちの一方が受光部１２側に配置され、他方が受光部１２側とは反対側に配置されている。
【0015】
受光部１２は、一方の筐体１６に固定された基板１３に実装されている。受光レンズ１１を通過した光は、受光部１２の受光面１２Ａで受光され、その受光量に応じた信号が受光部１２から出力される。検査対象物が焦点面２０に沿って一方向Ｙに搬送されることにより、検査対象物からの光が連続的に受光部１２で受光され、受光部１２からの出力信号に基づいて検査対象物の画像（カラー画像や蛍光画像など）が得られる。このように、副走査方向（Ｙ方向）に搬送される検査対象物は、主走査方向（Ｘ方向）に延びる受光部１２によって、該受光部１２の受光面１２Ａにより構成される読取ラインで読み取られる。
【0016】
一方の光源部１０から出射された光Ｂ３は、筐体１６に固定された保護ガラス１４を透過して、他方の筐体１６に固定された保護ガラス１４Ａの内面に設けられている反射部材１７Ａで反射し、焦点面２０に導かれる。焦点面２０から受光部１２までの任意の位置には、受光部１２に紫外光が入射するのを阻止する紫外光遮断フィルタ（ＵＶカットフィルタ）１５が設けられている。また、受光部１２と紫外光遮断フィルタ１５との間には、特定波長範囲の可視光を通過させるカラーフィルタ１８が設けられている。一方の筐体１６内における光源部１０の底面に対向する位置には、光源部１０に備えられた光源１０３（紫外光源や可視光源など）を固定するための基板５が設置されている。
【0017】
図１及び図２に示す例では、光源部１０は、長手方向Ｌに沿って延びる透明な導光体１０１と、長手方向Ｌの一方の端面付近に設けられた光源１０３と、導光体１０１の各側面を保持するためのカバー部材１０２とを備えている。光源１０３から出射した光は、導光体１０１に入射し、該導光体１０１中を伝搬しながら光拡散パターンＰにより適宜反射され、光出射面から矢印方向に出射し、ライン状の照明光となって検査対象物を照明する。このようなＣＩＳの被写界深度は浅く、検査対象物に厚みがある場合は厚み方向全体の検査は困難であり、かつ、Ｗ．Ｄ．が狭いため、検査対象物に接触し、検査そのものが成立しない場合が多い。
【0018】
前記のようなＣＩＳでは、受光レンズ１１として、例えばＳＥＬＦＯＣ（日本板硝子株式会社製）レンズアレイが用いられる。ＳＥＬＦＯＣレンズアレイは、正立等倍のレンズアレイである。該レンズアレイでは、円柱状のＳＥＬＦＯＣレンズを俵積みし、多眼レンズとしている。多眼レンズの利点は、レンズ単体よりも所謂レンズの明るさを明るくすることが可能であることである。即ち、レンズ単体のＦナンバーよりも単体レンズを複数個並べて多眼レンズとした場合のＦナンバーのほうが小さい。これは、任意の位置にある１個のレンズの焦点位置と該レンズの周囲のレンズの焦点位置が一致した箇所で、有効Ｆナンバーが小さくなるからである。逆に言えば、正立レンズ系においては、開口数（以下Ｎ．Ａ．と記す）がレンズ単体よりもアレイ化したほうが大きくなることを意味する。この性質が、ＣＩＳにＳＥＬＦＯＣレンズアレイが用いられる大きな理由となっている。
【0019】
前記のようなＣＩＳの利点は、被写界深度及び焦点深度の観点からは、逆に不利となる。単眼レンズでもそうであるように、開口数が大きくなれば、被写界深度は浅くなる。例えば顕微鏡対物レンズでは、倍率が大きくなり、即ちＮ．Ａ．が大きくなるに従い、被写界深度が浅くなることは、よく知られていることである。また、カメラレンズにおいても、遠景と近景とでは、被写界深度の長短が如実に示され、被写界深度を確保するために絞りで調整している。即ち、Ｎ．Ａ．を変化させ、所望の被写界深度を得ている。加えて、ＳＥＬＦＯＣレンズに代表される正立多眼レンズは、各レンズの光軸が異なり交差するため、単眼レンズと比べ、検査対象物が光軸方向に変化した場合に像がボケ易い構造となっている。上記が俵積み方式の多眼ＳＥＬＦＯＣレンズアレイの大きな欠点である。そこで、如何にすれば、コンパクトな光学ラインセンサの被写界深度を深くすることが可能であるかを検討した結果、得られた実施例を以下に記す。以下の実施例において、受光レンズ１１は、テレセントリック光学系を構成している。
【0020】
２．受光系の実施例
まず、第一の方法は、図３に示すように光学ラインセンサを単眼レンズ化したと見做せるアレイ構造とすることである。図３は、各受光レンズ１１の視野が重ならないようにした受光系の模式図である。図３では、各受光レンズ１１の視野が重ならないように、各受光レンズ１１を主走査方向（Ｘ方向）に離間して配置するとともに、各受光レンズ１１を副走査方向（Ｙ方向）にも離間させることにより、各受光レンズ１１が千鳥状に配置されている。
まず、第一の方法は、図３に示すように光学ラインセンサを単眼レンズ化したと見做せるアレイ構造とすることである。図３は、各受光レンズ１１の視野が重ならないようにした受光系の模式図である。図３では、各受光レンズ１１の視野が重ならないように、各受光レンズ１１を主走査方向（Ｘ方向）に離間して配置するとともに、各受光レンズ１１を副走査方向（Ｙ方向）にも離間させることにより、各受光レンズ１１が千鳥状に配置されている。
【0021】
即ち、俵積み方式ではなく、主走査方向（Ｘ方向）に沿って複数配置された複数の受光レンズ１１同士が、互いに離間して配置されている。主走査方向（Ｘ方向）に沿って複数配置された複数の受光レンズ１１は、レンズホルダー１１０により一体的に保持されている。各受光レンズ１１に対してＺ方向に対向する位置には、複数の受光素子（図示せず）が主走査方向（Ｘ方向）に沿ってライン状に配置されることにより構成される受光素子アレイ１２０が配置されている。すなわち、複数の受光素子が、主走査方向（Ｘ方向）に沿ってアレイ状に配置されることにより１つの受光素子アレイ１２０が構成されている。各受光素子は、各受光レンズ１１を透過した光を受光する。
【0022】
この例では、各受光レンズ１１に対応付けて受光素子アレイ１２０が配置されている。これにより、短尺センサからなる各受光素子アレイ１２０が、主走査方向（Ｘ方向）に沿って交互に千鳥状に配置されている。主走査方向（Ｘ方向）に沿って複数配置された複数の受光素子アレイ１２０は、１列の読取ラインＬを形成しており、図３の例では２列の読取ラインＬが形成されている。レンズホルダー１１０は、各読取ラインＬに対応付けて設けられる構成に限らず、１つのレンズホルダーで各読取ラインＬに対応する複数の受光レンズ１１を一体的に保持するような構成であってもよい。
【0023】
この図３に示すように、１つの受光素子アレイ１２０に対し、１つの受光レンズ１１を対応させることにより、複数の受光素子アレイ１２０に対応した数だけ複数の受光レンズ１１が配置されてもよい。各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸は、１対１に対応する各受光素子アレイ１２０の主走査方向（Ｘ方向）の略中央部を貫いてもよい。この方式では、複数の受光素子アレイ１２０を副走査方向（Ｙ方向）に複数列並べる。即ち受光素子の配列方向（Ｘ方向）に対して直角方向（Ｙ方向）に離間して、複数列の受光素子アレイ１２０が配置される。
【0024】
各受光レンズ１１は、副走査方向における幅Ｗ１が主走査方向における幅Ｗ２（レンズ径）よりも小さい。すなわち、各受光レンズ１１は、主走査方向に沿って細長い形状を有している。各受光レンズ１１の副走査方向における幅Ｗ１は、各受光レンズ１１の副走査方向における視野に対応している。また、各受光レンズ１１の主走査方向における幅Ｗ２は、各受光レンズ１１の主走査方向における視野に対応している。各受光レンズ１１は、Ｎ．Ａ．が０．００５＜Ｎ．Ａ．＜０．０３を満足するように、副走査方向における幅Ｗ１が設定されていることが好ましい。この例では、各受光レンズ１１が同一形状を有しており、それぞれ主走査方向及び副走査方向に直交する方向（Ｚ方向）から見て矩形状に形成されている。ただし、各受光レンズ１１は、矩形（長方形）に限らず、長円形又は楕円形であってもよいし、他の形状であってもよい。
【0025】
複数の受光レンズ１１は、該受光レンズ１１の主走査方向における幅Ｗ２以下に互いに離間して配置されている。すなわち、複数の受光レンズ１１は、該受光レンズ１１の主走査方向における視野寸法以下（視野範囲内）に互いに離間して配置されていることが好ましい。図３の例のように、副走査方向において各受光レンズ１１の視野を重畳させてもよい。この場合は、複数の受光レンズ１１の視野が重なった部分の受光素子について、該受光素子からの画素出力を減算処理すればよい。例えば、該受光素子より出力されたデータから一方の受光レンズ１１の画像（一方の受光レンズ１１を透過した光の受光量）を除外するか、或いは、画像合成する際に該受光素子からの画素出力を略半分の出力値とすればよい。複数の受光素子列（受光素子アレイ１２０）を用いれば、画素欠落の発生を１ラインの受光素子列の場合よりも確実に防止できる。
【0026】
図４は、複数の受光素子アレイ１２０が配置された受光系の他の例を示した模式図である。図４の例では、各受光レンズ１１と各受光素子アレイ１２０が１対１に対応するのではなく、主走査方向に並ぶ複数（この例では２つ）の受光レンズ１１が１つの受光素子アレイ１２０に対応している。
【0027】
１つの受光素子アレイ１２０に対応する複数の受光レンズ１１は、主走査方向に隣接している。ただし、１つの受光素子アレイ１２０に対応する複数の受光レンズ１１は、互いに離間していてもよく、この場合、受光レンズ１１の主走査方向における幅Ｗ２以下に互いに離間していてもよい。また、各受光レンズ１１の間には、遮光部材が設けられていてもよい。
【0028】
図５は、複数の受光素子アレイ１２０が配置された受光系のさらに他の例を示した模式図である。図５では、同じ長さの長尺センサ（主走査方向全長に対応した長さ）からなる各受光素子アレイ１２０が、副走査方向に並べて平行に複数（この例では２つ）配置されている。この図５に示すように、主走査方向（Ｘ方向）に並ぶ複数の受光レンズ１１に対し、１つの受光素子アレイ１２０を対応させることにより、副走査方向（Ｙ方向）の受光レンズ１１の列の数だけ複数の受光素子アレイ１２０が配置されてもよい。
【0029】
図３～図５のいずれにおいても、受光レンズ１１の副走査方向における幅Ｗ１が主走査方向における幅Ｗ２よりも小さいため、受光レンズ１１を副走査方向に近づけて配置することができ、その結果、光学ラインセンサをコンパクト化することができる。上記のように、短尺の受光素子アレイ１２０を千鳥状配列して用いるか（図３及び図４参照）、或いは、２列の受光素子アレイ１２０を離間して配置して用いてもよいが（図５参照）、これに限らず、更に多くの複数の受光素子アレイ１２０を副走査方向（Ｙ方向）に離間して配置してもよい。
【0030】
３．受光レンズの長焦点化
次に、受光レンズの長焦点化について述べる。従来のＳＥＬＦＯＣレンズはＣＩＳのコンパクト化やコストダウンに重きを置き、共役長のより短いレンズが求められてきた。しかしながら、この流れは、許容される被写界深度を減じてしまうことを助長する要因となっている。しかもレンズ径は益々小さくなってきている。受光レンズを長焦点化する場合、従来の受光レンズを利用すると、Ｎ．Ａ．が極端に小さくなる。故に回折の影響が大きくなり、受光レンズ自身の有する幾何光学的な収差によるボケよりも回折限界によるボケが光学的分解能劣化の支配要因となる。従来方式のＣＩＳは、Ｎ．Ａ．が大きいため、回折限界による像のボケが生じることを無視出来ていた。しかし、Ｗ．Ｄ．を長くとるためには、受光レンズの焦点距離を延ばすことが必要であり、即ち、Ｎ．Ａ．が小さくなってしまうため、従来のレンズ径では、焦点距離が増大すればするほど回折の影響もそれに伴い増大する。本実施形態では、レンズ径を大きくすることでＷ．Ｄ．を長くし、回折限界による像のボケを減じた場合においても、光学的分解能を劣化させない方法を提案する。
次に、受光レンズの長焦点化について述べる。従来のＳＥＬＦＯＣレンズはＣＩＳのコンパクト化やコストダウンに重きを置き、共役長のより短いレンズが求められてきた。しかしながら、この流れは、許容される被写界深度を減じてしまうことを助長する要因となっている。しかもレンズ径は益々小さくなってきている。受光レンズを長焦点化する場合、従来の受光レンズを利用すると、Ｎ．Ａ．が極端に小さくなる。故に回折の影響が大きくなり、受光レンズ自身の有する幾何光学的な収差によるボケよりも回折限界によるボケが光学的分解能劣化の支配要因となる。従来方式のＣＩＳは、Ｎ．Ａ．が大きいため、回折限界による像のボケが生じることを無視出来ていた。しかし、Ｗ．Ｄ．を長くとるためには、受光レンズの焦点距離を延ばすことが必要であり、即ち、Ｎ．Ａ．が小さくなってしまうため、従来のレンズ径では、焦点距離が増大すればするほど回折の影響もそれに伴い増大する。本実施形態では、レンズ径を大きくすることでＷ．Ｄ．を長くし、回折限界による像のボケを減じた場合においても、光学的分解能を劣化させない方法を提案する。
【0031】
アッベの回折限界ｄは、開口数Ｎ．Ａ．に逆比例する。光学系は空気中にあるため、空気中の波長λを用いて下記式１が成り立つ。
ｄ＝λ／Ｎ．Ａ． （式１）
図６に各波長に対するＮ．Ａ．と回折限界の関係を表す。同じレンズパラメータの受光レンズ１１においては、受光レンズ１１自身の所謂ピッチを短くすれば焦点距離は伸び、収差の影響も少なくなる。
ｄ＝λ／Ｎ．Ａ． （式１）
図６に各波長に対するＮ．Ａ．と回折限界の関係を表す。同じレンズパラメータの受光レンズ１１においては、受光レンズ１１自身の所謂ピッチを短くすれば焦点距離は伸び、収差の影響も少なくなる。
【0032】
以上より、受光レンズ１１を長焦点化するためには、レンズ径をより大きくする必要があることが分かる。Ｎ．Ａ．を同一に保てば、回折の影響を短い焦点の受光レンズ１１と同等にできる。しかしながら、レンズ径を大きくすると幾何光学的収差が大きくなる。そこで、レンズパラメータの異なる受光レンズ１１において、レンズ径を大きくした場合の最小錯乱円径を検討する必要がある。波長λは、回折限界径の大きいλ＝６３０ｎｍとした。
【0033】
本願発明者による検討の結果、ある受光レンズ１１の各焦点距離に対する最小錯乱円の関係を考えればよいことが判明した。例えば、焦点距離ｆがｆ＝５０ｍｍの場合を図７Ａ～図７Ｃに示す。ここでは、受光レンズ１１として３種類のＳＥＬＦＯＣレンズ（ＳＥＬＦＯＣレンズＡ、ＳＥＬＦＯＣレンズＢ及びＳＥＬＦＯＣレンズＣ）を用いた場合に、図７ＡはＳＥＬＦＯＣレンズＡの有効径と錯乱円径の関係、図７ＢはＳＥＬＦＯＣレンズＢの有効径と錯乱円径の関係、図７ＣはＳＥＬＦＯＣレンズＣの有効径と錯乱円径の関係をそれぞれ示している。図７Ａ～図７Ｃにおいて、実線はトータルの錯乱円、破線は回折による錯乱円、一点鎖線は幾何光学的錯乱円をそれぞれ示している。
【0034】
図６と図７Ａによれば、最小錯乱円と回折限界の関係、即ち、あるレンズ径と焦点距離における光学的分解能が分かる。故に、図７Ａに示した受光レンズ１１の場合は、有効径Φが大きくなるほど、錯乱円径が小さくなり、有効径Φが１．０ｍｍ≦Φ≦３．０ｍｍであれば良いことが分かる。
【0035】
一方、図６と図７Ｂによれば幾何光学的錯乱円が大きく、回折による依存度が少なくなるため、Φ＝１．０ｍｍの錯乱円径が一番小さい。しかも、Φ＝１．０ｍｍのときでも、図７Ａに示した受光レンズ１１の倍近くの錯乱円径となる。図７Ａに示した受光レンズ１１は、図７Ｂに示した受光レンズ１１よりも収差が小さく、有効径が大きいＳＥＬＦＯＣレンズであり、図７Ａの受光レンズ１１を選択すべきであることが分かる。更に、同じ焦点距離である図７Ａの受光レンズ１１は、図７Ｂの受光レンズ１１よりもＮ．Ａ．が少なくとも３倍は大きくでき、即ち、受光光量は、９倍以上になり、故に、受光素子の出力も９倍以上になる。それに伴い受光素子の受光光量に依存するショットノイズも１／３に減じられるため、ノイズ抑制の観点からも図７Ａに示した受光レンズ１１が好ましい。また、同じノイズ量が許容される場合は、図７Ａの受光レンズ１１が図７Ｂの受光レンズ１１に比べ、９倍に走査速度を向上させることが出来るとも言える。
【0036】
図７Ｃによれば、ＳＥＬＦＯＣレンズＣもＳＥＬＦＯＣレンズＡと同様に収差が少なく、有効径を大きくとることが可能である。
【0037】
次に、図７Ａ～図７Ｃに示したＳＥＬＦＯＣレンズＡ～Ｃのパラメータを下記表１に示す。表１に示した中で最も重要なパラメータは屈折率分布定数である。有効径を拡大し、焦点距離を伸ばした際に収差が少ない受光レンズ１１は、屈折率分布定数が最も小さいＳＥＬＦＯＣレンズＡであり、次に収差が少ない受光レンズ１１は、ＳＥＬＦＯＣレンズＣである。高解像度で高速検査を目指すには、有効径が大きくて明るく、収差の少ない受光レンズ１１が好ましいことは言うまでもない。
【表1】
【0038】
更に、受光レンズ１１として４種類のプラスチックロッドレンズ（プラスチック屈折率分布型レンズ）を用いた場合に、図８ＡはロッドレンズＡの有効径と錯乱円径の関係、図８ＢはロッドレンズＢの有効径と錯乱円径の関係、図８ＣはロッドレンズＣの有効径と錯乱円径の関係、図８ＤはロッドレンズＤの有効径と錯乱円径の関係をそれぞれ示している。図８Ａ～図８Ｄにおいて、実線はトータルの錯乱円、破線は回折による錯乱円、一点鎖線は幾何光学的錯乱円をそれぞれ示している。また、図８Ａ～図８Ｄに示したロッドレンズＡ～Ｄのパラメータを下記表２に示す。プラスチックロッドレンズにおいてもＳＥＬＦＯＣレンズと同様の傾向があることが分かる。プラスチックロッドレンズの屈折率、及びガラスレンズの屈折率を考慮すると、軸上屈折率は、１．４５程度から１．６５程度が好ましい。
【表2】
【0039】
以上より、屈折率分布定数が収差の支配要因であることが分かる。理想的な屈折率分布型レンズであれば、屈折率が緩やかに変化すればするほど収差は少なくなる。これは、通常の球面レンズであっても急激な角度変化が収差の発生要因であるのと同様である。急激な角度変化は、Snell’Lawを多項式展開した際の高次の非線形効果の増大を意味する。即ち、近軸光学からの逸脱が大きくなるために収差が大きくなるのである。本願発明者は、焦点距離、或いは、Ｗ．Ｄ．を略５０ｍｍ以上、有効径Φが略Φ≧１．０ｍｍにおいて、解像度が４００ｄｐｉ以上の画素分解能を達成するために、屈折率分布定数を０．１２以下にすることが好ましいことを見出した。
【0040】
４．受光レンズの変形例
本願発明における受光レンズ１１は、ＳＥＬＦＯＣレンズやプラスチックロッドレンズなどの屈折率分布型のレンズに限らず、他のレンズ、例えば、アクロマート（色消し）、アポクロマートなどにおいて、コストを考慮し、前記の屈折率分布型レンズにおける非線形効果による収差を同等にした、即ち球面収差、コマ収差、非点収差を同等にしたレンズ、或いは、テレセントリック屈折光学系を前記の屈折率分布型レンズにおける非線形効果による収差および回折限界が同等のＳＥＬＦＯＣレンズやプラスチックロッドレンズなどの屈折率分布型のレンズに代えて同様な配置や寸法（口径）で用いることも可能である。これは、後述する倒立像を形成する受光レンズ１１においても同様である。
本願発明における受光レンズ１１は、ＳＥＬＦＯＣレンズやプラスチックロッドレンズなどの屈折率分布型のレンズに限らず、他のレンズ、例えば、アクロマート（色消し）、アポクロマートなどにおいて、コストを考慮し、前記の屈折率分布型レンズにおける非線形効果による収差を同等にした、即ち球面収差、コマ収差、非点収差を同等にしたレンズ、或いは、テレセントリック屈折光学系を前記の屈折率分布型レンズにおける非線形効果による収差および回折限界が同等のＳＥＬＦＯＣレンズやプラスチックロッドレンズなどの屈折率分布型のレンズに代えて同様な配置や寸法（口径）で用いることも可能である。これは、後述する倒立像を形成する受光レンズ１１においても同様である。
【0041】
前述した光学系は、正立レンズを中心にした場合であるが、視野が重ならない場合においては倒立光学系であってもよい。すなわち、複数の受光レンズ１１が、倒立像を形成するような構成であってもよい。２列方式のレンズアレイであれば、倒立光学系の採用も可能である。倒立光学系の場合は、像が光軸を中心に反転対称となるため、画像合成する際に画像処理によって倒立像を正立像に変換すればよい。すなわち、複数の受光レンズ１１の反転像を反転させ、正立像に変換した後に画像合成処理をすればよい。また、その操作の過程で、補正アルゴリズムから重なり合った部分の要又は不要を決定及び補正し、決定した画素間の関係から正立像に変換すればよい。或いは、画像を構築しない場合の検査においては、キズ又は欠陥を検出するのみでよいため、画像合成並びに画像処理の必要はなく、検査面における検出部分が重畳していてもよい。重畳する場合は、予め補正チャートによる位置の補正をしておく。
【0042】
更に、倒立型屈折光学系の場合は、各受光素子に対する信号処理において、例えば、副走査方向に離間するように千鳥配置された２列の受光素子アレイの一方から得たデータを長めに取得し、他方の受光素子アレイから得たデータを短めに取得し、取得した像の正立像への反転操作を行った後に、画像合成してもよい。或いは、各受光素子の倒立像データを正立像に各々変換した後に、画像合成する際に重なり合った部分に補正係数を掛けるか減算してもよい。
【0043】
具体的には、倒立型屈折光学系において、複数の受光素子アレイが、２列の読取ラインにそれぞれ複数配置された各読取ラインよりも短い受光素子アレイであってもよい。また、一方の読取ラインに配置された受光素子アレイと他方の読取ラインに配置された受光素子アレイとが、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置されていてもよい。このような構成は、図３において説明した正立型屈折光学系の場合と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【0044】
この場合、図３に示すように、複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の受光素子アレイ１２０を構成している。また、複数の受光素子アレイ１２０の各々は、読取ラインＬに直交する方向において受光レンズ１１の主走査方向における幅Ｗ２以下に互いに離間して配置されている。複数の受光レンズ１１は、複数の受光素子アレイ１２０に対応した数だけ配置され、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸は、各受光素子アレイ１２０の略中央部を貫く。
【0045】
５．照明光学系の構成
本実施例において、受光レンズ１１の焦点距離ｆは、ｆ＝５０ｍｍ、Ｎ．Ａ．は、Ｎ．Ａ．＝０．０１、０．０２、０．０２５、０．０３とし、屈折率分布定数√Ａは、√Ａ＝０．０７７とした。光源１０３に関しては、Ｗ．Ｄ．が従来のＣＩＳに比べて１０倍以上長いため、等倍系では、検査面照度は１００倍以上を必要とする。そのため、光源１０３として、例えば高輝度の白色ＬＥＤアレイを用いる。すなわち、複数の光源１０３が、白色ＬＥＤを含む構成であってもよい。可視域の半導体レーザを光源１０３として用いる場合は、出射ビームを主走査方向に拡大し、副走査方向にコリメーションすることで照射時の光量ムラを低減する。
本実施例において、受光レンズ１１の焦点距離ｆは、ｆ＝５０ｍｍ、Ｎ．Ａ．は、Ｎ．Ａ．＝０．０１、０．０２、０．０２５、０．０３とし、屈折率分布定数√Ａは、√Ａ＝０．０７７とした。光源１０３に関しては、Ｗ．Ｄ．が従来のＣＩＳに比べて１０倍以上長いため、等倍系では、検査面照度は１００倍以上を必要とする。そのため、光源１０３として、例えば高輝度の白色ＬＥＤアレイを用いる。すなわち、複数の光源１０３が、白色ＬＥＤを含む構成であってもよい。可視域の半導体レーザを光源１０３として用いる場合は、出射ビームを主走査方向に拡大し、副走査方向にコリメーションすることで照射時の光量ムラを低減する。
【0046】
ＲＧＢ－ＬＥＤ、或いは、ＲＧＢ-ＬＤ（レーザダイオード；半導体レーザ）を光源１０３として用いる場合の配置方法の１例を図９Ａに示す。このように、複数の光源１０３が、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）及び青色ＬＥＤ（Ｂ）を含む構成であってもよいし、レーザダイオードを含む構成であってもよい。図９Ａにおいて、複数の光源１０３は光源基板１３４に実装されており、光源基板１３４にはヒートシンク１３５が取り付けられている。各光源１０３から出射されたビームは、主走査方向と副走査方向とでレンズパワーが異なる楕円体形状の集光レンズ１０４でコリメートされ、検査対象物に照射される。ここでは、楕円体形状の集光レンズ１０４を示したが、主走査方向と副走査方向とで適宜レンズパワーが異なるレンズであればよい。なお、レンズのパワーとは、焦点距離の逆数であり、レンズの屈折力を表す尺度である。
【0047】
或いは、ＬＤに関しては、ＬＤ自身の出射ビームの拡がり角が水平方向及び垂直方向で異なる端面発光型のＬＤを用いれば、通常のコリメータレンズでもよい。図９Ｂは、ＬＤを光源１０３として用いる場合の配置方法の具体例を示した側面図である。この場合は、拡がり角が大きいほうのＬＤを主走査方向に対して平行に配置する。光源１０３を構成する赤色ＬＤ１３１、緑色ＬＤ１３２及び青色ＬＤ１３３から出射されたビームは、それぞれに対応付けられた集光レンズ１０４でコリメートされた後、シリンドリカルレンズ１０５により検査面に絞り込まれる。こうすることで、ＲＧＢの各色が副走査方向においてほぼ同じ位置に照射され、副走査方向に対する色ムラを低減することが可能になる。一方、ＬＥＤやＬＤなどの光源１０３により照射され、検査面で拡散反射された光は、受光レンズ系で受光素子アレイに結像される。受光素子は、等倍光学系では、４００ｄｐｉ相当の６２μｍの素子サイズから６００ｄｐｉ相当の４２μｍの素子サイズを用いる。６００ｄｐｉ以上の素子サイズを用いる場合は、照明光のパワーをそれに応じて増大させればよい。このように、複数の光源１０３が、複数の異なる波長を有する光源１３１～１３３を含み、該光源１３１～１３３を１単位として、該１単位の光源１０３が主走査方向（Ｘ方向）に複数並べられた構成であってもよい。
【0048】
更に、単位面積当たりの放射輝度が同じであっても受光素子のサイズが異なれば、発光部の面積が異なることと同義になるため、受光素子面積のほぼ二乗に逆比例して受光光量が低下する。以上を考慮し、照明光量を決定する。素子サイズが小さくなると、同じ蓄積時間では、素子面積に逆比例して受光光量が減少する。これは半導体受光素子の物理的な性質であり、Ｓ／Ｎを維持するためには、照明光を増大させて、パワー密度を増大させ、単位時間に発生する生成電子数を同数にすればよい。これにより、ショットノイズを受光素子のサイズが減少しても大きなサイズの受光素子と同等に維持できる。また、受光素子が受光する光は、検査面の照度だけでなく、受光する際に受光素子の見ている範囲にも依存する。言うまでもなく受光立体角が異なり、その角度が減少すれば、受光量も減少し、検査面が完全拡散面であれば、所謂ｃｏｓθ則に応じた受光光量となる。検査面上から拡散反射された光は、受光レンズにより補足され受光素子に集光され、その出力信号が、受光素子から出力される。また、受光素子列からの出力信号は、シリアルからパラレルに分岐されて、処理速度を向上させ、画像処理装置に伝達される。
【0049】
図１０Ａは、光源１０３と受光レンズ１１の位置関係を示した模式図であり、受光素子アレイ１２０が２列の場合である。図１０Ａでは、２列に配列した受光レンズ１１並びに受光素子アレイ１２０に対する光源１０３の配置が示されている。本実施例では、光源１０３が２列の読取ラインＬの略中央部に配置されている。各光源１０３は、読取ラインＬに平行に並べて配置されている。また、各光源１０３の光軸は、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸と交点を結び、かつ各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸と交差する仮想平面の任意の位置に配置されている。本実施例においては、受光レンズ１１の焦点距離ｆがｆ＝５０ｍｍ、レンズ径ΦがΦ＝４ｍｍ（但し、幾何光学的収差を考慮し、アパチャーを用いて有効径Φ’はΦ’＝２．５ｍｍとした）である。本実施例では、検査面に対して、約４５度の角度で光源１０３から光が照射される。そのため、受光レンズ１１のＷ．Ｄ．を考慮し、光源１０３と検査面との距離は７０ｍｍとした。本実施例では、ＬＤを用いたが、各波長のＬＥＤを用いてもよい。
【0050】
光源１０３の配列ピッチはレンズ間距離に合わせ、互いに隣接する受光レンズ１１の間の略中央部であると同時に２列の読取ラインＬの略中央部である位置に光源１０３が配置されている。こうすることにより検査面上の画素の欠落をより防止出来ると同時に、受光レンズ１１のシェーディング並びに光源１０３の光量ムラをより低減出来る。各列の受光レンズ１１間のレンズピッチを７ｍｍとした。この場合、実質的なレンズピッチは、３．５ｍｍとなる。
【0051】
図１０Ｂは、主走査方向における光源１０３（検査面上）の光量分布、受光素子面上の光量分布、受光レンズ１１のシェーディングの関係を示した図である。図１０Ａのレイアウトにおいて、受光素子アレイ１２０上の光量分布は、模式的に図１０Ｂで示すようにフラットになり、受光素子のダイナミックレンジを有効に用いることが可能になる。
【0052】
６．リップルの抑制方法
次に、個々の受光レンズ１１に起因するシェーディングが読取ラインＬ方向に対するリップルを発生させ、ひいては、受光素子のダイナミックレンジを狭くすることに繋がるのであるが、この抑制方法について述べる。
次に、個々の受光レンズ１１に起因するシェーディングが読取ラインＬ方向に対するリップルを発生させ、ひいては、受光素子のダイナミックレンジを狭くすることに繋がるのであるが、この抑制方法について述べる。
【0053】
まず、予め照明系により負の強度分布を有する照明光を検査対象物に照射しておく。例えば、隣接する受光レンズ１１の間に光源１０３を配置する方法では、完全に各種の受光レンズ１１に対応したシェーディング抑制方法にはならない。即ち、個々の受光レンズ１１に特有のシェーディングが存在し、受光レンズ１１が異なれば、それに応じた照明光学系を用いなければならない。本実施形態では、主走査方向に大きいパワーを有する集光レンズ１０４が配置される。該集光レンズ１０４を透過した光束は、次にシリンドリカルレンズ１０５などの収束レンズにより検査対象物に導かれ、受光レンズ１１のシェーディングに応じた光強度を検査対象物上に形成する。そして、受光レンズ１１のシェーディングに応じて、集光レンズ１０４の光軸方向の位置を適宜変更することで、例えば、検査対象物がキャリブレーション用の白色基準板であれば受光素子上の光強度分布を平滑化出来る。前記の集光レンズ１０４は副走査方向にパワーを有していてもよい。要するに、受光レンズ１１のシェーディングを完全なまでに抑制し、かつ検査対象物に対し受光レンズ１１の焦点距離を考慮した有効な光強度分布が同時に実現出来ればよい。即ち、主走査方向のレンズパワーが副走査方向のレンズパワーよりも大きいことが好ましい。集光レンズ１０４としては、例えば、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ、又は、プリズムシートと球面レンズの組み合わせなどが好ましい。光源１０３の主走査方向に対する位置関係は、各受光レンズ１１の中間位置に配置してもよいし、受光レンズ１１の光軸上に配置してもよい。更には、受光レンズ１１の外周の位置に光源１０３を配置してもよい。また更に主走査方向にパワーの分布を有するレンズであればより好ましい。
【0054】
本実施形態では、複数の光源１０３からの光束を集光する集光レンズ１０４が、１個のレンズ体として設けられており、該レンズ体が有する主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きい。ただし、集光レンズ１０４が、１個のレンズ体ではなく、第１集光レンズ及び第２集光レンズを含む構成であってもよい。この場合、第１集光レンズは、主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きく、第２集光レンズは、副走査方向のパワーが主走査方向のパワーよりも大きくてもよい。また、主走査方向のパワーを第１集光レンズと第２集光レンズにより調整可能であってもよい。
【0055】
上記のような第１集光レンズ及び第２集光レンズを備えた集光レンズ１０４において、第１集光レンズ及び第２集光レンズは、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ、又は、プリズム列などにより構成することができる。例えば、第１集光レンズは、レンチキュラーレンズ或いはプリズム列であってもよい。また、第２集光レンズは、フレネルレンズ或いはシリンドリカルレンズであってもよい。
【0056】
７．受光レンズのパラメータ
本実施形態におけるレンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフを図１０Ｃに示す。比較例として、図１０Ｄに屈折率分布定数√Ａ＝０．１５４の場合を示す。実線、短破線、長破線、一点鎖線の順番に、有効径ΦがΦ＝１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ｍｍの場合を示している。尚、受光素子の画素寸法は、６００ｄｐｉ相当に合わせ主走査方向、副走査方向とも４２.３μｍとしている。
本実施形態におけるレンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフを図１０Ｃに示す。比較例として、図１０Ｄに屈折率分布定数√Ａ＝０．１５４の場合を示す。実線、短破線、長破線、一点鎖線の順番に、有効径ΦがΦ＝１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ｍｍの場合を示している。尚、受光素子の画素寸法は、６００ｄｐｉ相当に合わせ主走査方向、副走査方向とも４２.３μｍとしている。
【0057】
本実施形態では、有効径Φにおいて、屈折率分布定数√Ａが√Ａ＝０．０７７の条件では、６００ｄｐｉ相当の１２ライン／ｍｍで３０％程度の性能であれば、Φ１．０ｍｍからΦ３．０ｍｍまでの範囲のＭＴＦ特性を満足している。それに対し、比較例は、有効径Φについてすべての範囲でＭＴＦ特性を満足していない。これは、√Ａが√Ａ＝０．０７７の場合の方が√Ａ＝０．１５４の場合よりも収差特性が優れていることを示している。また、焦点距離ｆ＝５０ｍｍの場合について、屈折率分布定数√Ａが√Ａ＝０．１０２７の場合の受光光学系のＭＴＦを求め、図１０Ｅに示す。図１０Ｅによれば、√Ａが√Ａ＝０．１０２７の場合においても、６００ｄｐｉの解像度に相当する１２ライン／ｍｍでΦ１．０ｍｍからΦ３．０ｍｍまでの範囲においてＭＴＦ特性を満足している。
【0058】
受光レンズ１１が屈折率分布型レンズである場合、該レンズはガラス或いは樹脂からなることが好ましい。この場合、受光レンズ１１のレンズパラメータにおいて、軸上屈折率Ｎ０が１．４５≦Ｎ０≦１．６５であり、屈折率分布定数√Ａが０．０５≦√Ａ≦０．１２であり、焦点距離ｆが５０ｍｍ≦ｆ≦１５０ｍｍであることが好ましい。
【0059】
受光レンズ１１は、それぞれ複数枚のレンズを組み合わせたアクロマート又はアポクロマートであってもよい。この場合、複数枚のレンズとして凸レンズのみを組み合わせたレンズ系であるか、或いは、複数枚のレンズとして凸レンズと凹レンズを組み合わせたレンズ系であってもよい。また、複数枚のレンズの焦点距離ｆが５０ｍｍ≦ｆ≦２５０ｍｍであり、更に複数枚のレンズの口径Φが２ｍｍ≦Φ≦２０ｍｍであることが好ましい。
【0060】
次に、被写界深度並びに解像度を向上させるために、受光レンズ系を縮小光学系としたものを例示する。光学系の構成は図１０Ａと同様であり、受光レンズ１１の倍率を変化させている。即ち、受光レンズ１１の物点と像点の横倍率の関係を９：１や４：１のように変化させる。こうすることにより、被写界深度は、横倍率が９：１の場合は等倍系の３倍に、横倍率が４：１の場合は等倍系の２倍に増大する。被写界深度を３倍とする場合には、受光素子のサイズは等倍系の受光素子の１／９のサイズとする。また、被写界深度を２倍とする場合には、受光素子のサイズは等倍系の受光素子の１／４のサイズとする。本実施形態においては、１／４のサイズの受光素子を用いて、被写界深度を２倍とした。
【0061】
本実施形態における縮小光学系のデフォーカス時のＭＴＦ特性を図１１のグラフ（実線）に示す。比較例として、等倍系のデフォーカス時のＭＴＦ特性を図１１のグラフ（破線）に示す。図の縮小系と等倍系の比較から、縮小光学系の被写界深度が等倍系よりも約２倍深いことが分かる。また、受光レンズ１１のＮ．Ａ．は、縮小比をＳとすれば、その逆数である１／Ｓだけ増大する。そのため、受光レンズ１１のレンズ径が小さい場合においても、焦点距離に応じて縮小率を増せば、実効的なＮ．Ａ．は維持されるため、回折効果によるボケも一定に出来る。
【0062】
本実施形態では、焦点距離をｆ＝５０ｍｍ、横倍率比を１／４としたため、レンズ径Φは原理的にはΦ＝０．２５ｍｍまで用いることが可能である。図１０Ａの場合と同じレンズを用いるので、レンズ径ΦはΦ＝４ｍｍであり、有効径Φ’はΦ’＝２．５ｍｍである。Ｎ．Ａ．は、等倍系である図１０Ａの場合と比べて４倍になる。故に受光光量は１６倍になり、受光素子サイズを１／４にサイズダウンしたことによる受光光量の１／１６の減少を相殺出来る。
【0063】
８．テレセントリック光学系
次に本実施形態に適用されたテレセントリック光学系について説明する。テレセントリック光学系を用いることにより、組み立て容易で経時変化が少ない構成にすることができる。テレセントリック光学系では、アパチャー（光透過部）を挟んで両側又は片方に受光レンズ１１が配置される。すなわち、テレセントリック光学系は、検査対象物側と受光素子アレイ１２０側の両方に受光レンズ１１が配置された両側テレセントリック光学系、又は、検査対象物側のみに受光レンズ１１が配置された物体側テレセントリック光学系である。
次に本実施形態に適用されたテレセントリック光学系について説明する。テレセントリック光学系を用いることにより、組み立て容易で経時変化が少ない構成にすることができる。テレセントリック光学系では、アパチャー（光透過部）を挟んで両側又は片方に受光レンズ１１が配置される。すなわち、テレセントリック光学系は、検査対象物側と受光素子アレイ１２０側の両方に受光レンズ１１が配置された両側テレセントリック光学系、又は、検査対象物側のみに受光レンズ１１が配置された物体側テレセントリック光学系である。
【0064】
両側テレセントリック光学系では、検査対象物から光軸に平行に細く拡がる光束が前側レンズを透過することにより平行光束となり、前側レンズの後に挿入されたアパチャーを通過した平行光束が、後側レンズを透過して受光素子アレイ１２０の各受光素子に絞り込まれる。
【0065】
図３又は図４のように、受光素子アレイ１２０が副走査方向に千鳥配置となっている場合は、副走査方向の距離が大きくなるほど、メモリ容量を大きくする必要がある。メモリ容量が大きくなれば、それだけコストアップしてしまう。本実施形態においては、テレセントリックレンズ光学系を用いることにより、Ｎ．Ａ．を０．０３程度とすると、焦点距離が５０ｍｍのレンズの場合、レンズの主平面状でΦ＝３ｍｍと物点とを結ぶ円錐形の受光立体角となる。故に、副走査方向の千鳥配置の受光素子アレイ１２０の最短距離Ｌｓは、Ｌｓ＞３ｍｍであればこと足りる。したがって、通常のレンズの円形の外周部を各種加工又は成型手段により矩形の外周部とし、図３又は図４のように受光素子アレイ１２０の千鳥配置の間隔を狭くして配置すれば、受光立体角を満足しコンパクト化が可能になると同時にメモリ容量を小さく出来る。尚、受光レンズ１１のＮ．Ａ．は、照明光量の観点から０．００５～０．０３程度が望ましい。以上、副走査方向の受光レンズ１１の厚みは、テレセントリック光学系のＮ．Ａ．で規定される立体角によって決定されるため副走査方向に短くでき、コンパクトになる。
【0066】
９．受光系の変形例
次に、図１２Ａ～図１２Ｇを用いて受光系の変形例について説明する。上記実施形態では、複数の受光レンズ１１が副走査方向に２列で配置された構成について説明したが、図１２Ａ～図１２Ｇでは、複数の受光レンズ１１が主走査方向に沿って１列に配置された構成、具体的には、１列の受光レンズ１１と千鳥配置の受光素子アレイ１２０のレイアウトについて説明する。図１２Ａ～図１２Ｇにおいて、複数の受光レンズ１１は、複数の受光素子アレイ１２０に対応した数だけ配置されている。即ち、各受光レンズ１１は、千鳥状に配置された各受光素子アレイ１２０に1対1に対応している。
次に、図１２Ａ～図１２Ｇを用いて受光系の変形例について説明する。上記実施形態では、複数の受光レンズ１１が副走査方向に２列で配置された構成について説明したが、図１２Ａ～図１２Ｇでは、複数の受光レンズ１１が主走査方向に沿って１列に配置された構成、具体的には、１列の受光レンズ１１と千鳥配置の受光素子アレイ１２０のレイアウトについて説明する。図１２Ａ～図１２Ｇにおいて、複数の受光レンズ１１は、複数の受光素子アレイ１２０に対応した数だけ配置されている。即ち、各受光レンズ１１は、千鳥状に配置された各受光素子アレイ１２０に1対1に対応している。
【0067】
受光素子アレイ１２０を千鳥配置することにより２列の読取ラインＬを形成する場合、受光素子アレイ１２０と同様に受光レンズ１１も２列に千鳥配置すると、受光レンズ系の必要なＮ．Ａ．を満足させるために、受光レンズ１１の副走査方向の幅以上に受光素子アレイ１２０の副走査方向の間隔を設ける必要があった。そこで、図１２Ａ～図１２Ｇのように、受光レンズ１１を受光系に必要なＮ．Ａ．を満足させるように矩形レンズの幅を設定し、２列から１列にすれば、受光素子アレイ１２０の副走査方向の間隔をより狭めることが可能になる。即ち、副走査方向の速度変動の影響をより少なくし、同時に、受光レンズ１１のコストダウンが達成できる。以下、複数の受光レンズ１１を１列に配置する方法について記す。
【0068】
図１２Ａ～図１２Ｇでは、複数の受光レンズ１１が、それぞれ主走査方向に対し垂直な方向から見たときに同じ形状を有する。具体的には、主走査方向（Ｘ方向）及び副走査方向（Ｙ方向）に対し垂直なＺ方向から見たときの各受光レンズ１１の形状が同じ形状である。図１２Ａ～図１２Ｇにおいて、受光レンズ１１は、主走査方向及び副走査方向に直交する方向（Ｚ方向）から見て矩形状に形成されている。なお、「同じ形状」には、反転形状などの実質的に同じ形状が含まれ、若干の形状の相違は「同じ形状」に含まれるものとする。
【0069】
図１２Ａでは、Ｚ方向に見た各受光レンズ１１の形状が平行四辺形形状である。すなわち、各受光レンズ１１の主走査方向の両端面が、副走査方向に対して傾斜している。各受光レンズ１１の主走査方向の両端面の傾斜角は、同一である。図１２Ａのように主走査方向に複数の受光レンズ１１を並べて配置した場合、各受光レンズ１１の両端面に、隣り合う受光レンズ１１の端面が対向することにより、主走査方向に隣り合う受光レンズ１１の端部同士が隙間なく連結された状態で配置される。
【0070】
図１２Ｂでは、Ｚ方向に見た各受光レンズ１１の主走査方向の両端面に、矩形形状の切り欠きが形成されている。図１２Ｂのように主走査方向に複数の受光レンズ１１を並べて配置した場合、各受光レンズ１１の両端面に形成された切り欠きに、隣り合う受光レンズ１１の一部が嵌め合わせられることにより、主走査方向に隣り合う受光レンズ１１の端部同士が隙間なく連結された状態で配置される。
【0071】
図１２Ｃでは、Ｚ方向に見た各受光レンズ１１の形状が台形形状である。すなわち、各受光レンズ１１の主走査方向の両端面が、副走査方向に対して傾斜している。各受光レンズ１１をＺ方向に見た形状は、主走査方向に隣り合う受光レンズ１１をＺ方向に見た形状に対して、主走査方向を基準に反転形状である。図１２Ｃのように主走査方向に複数の受光レンズ１１を並べて配置した場合、各受光レンズ１１の両端面に、隣り合う受光レンズ１１の端面が対向することにより、主走査方向に隣り合う受光レンズ１１の端部同士が隙間なく連結された状態で配置される。これにより、複数の受光レンズ１１は、隣り合う受光レンズ１１が反転し連結された状態で配置される。
【0072】
図１２Ｄでは、Ｚ方向に見た各受光レンズ１１の主走査方向の両端面に、曲線形状（半円形状又は半楕円形状）の切り欠きが形成されている。図１２Ｄのように主走査方向に複数の受光レンズ１１を並べて配置した場合、各受光レンズ１１の両端面に形成された切り欠きに、隣り合う受光レンズ１１の一部が嵌め合わせられることにより、主走査方向に隣り合う受光レンズ１１の端部同士が隙間なく連結された状態で配置される。
【0073】
次に、図１２Ｅ～図１２Ｇの変形例について説明する。図１２Ｅは、図１２Ｃの変形例であり、前述した受光素子アレイ１２０に欠落画素を極力生じさせないように出来る。図１２Ｅでは台形状の各受光レンズ１１の幅方向の中央部よりも長辺側に各受光素子アレイ１２０を配置している。また、各受光素子アレイ１２０の主走査方向の長さは、該受光素子アレイ１２０が配置された位置における前記台形状の各受光レンズ１１の主走査方向の長さにほぼ一致している。こうすることにより、図１２Ｅの破線で示した部分が隣り合う千鳥配置の受光素子アレイ１２０同士が主走査方向においてオーバーラップし、後述するように、図１２Ｃで示した千鳥配置の受光素子アレイ１２０のような出力信号の欠落部を生じない。
【0074】
上記は、台形状の受光レンズ１１に限らず、各々の受光レンズ１１を副走査方向に反転させて受光レンズアレイとした際に隙間なく連結される形状であればよい。その例を図１２Ｆ及び図１２Ｇに示す。図１２Ｆは矩形の切り欠き形状からなる複数の受光レンズ１１を反転し連結させた場合であり、図１２Ｇは、円形の切り欠きを有する複数の受光レンズ１１を反転し連結させた場合である。このように、図１２Ｅ～図１２Ｇにおいて、複数の受光レンズ１１は、隣り合う受光レンズ１１が反転し連結された状態で配置される。概ね、副走査方向において受光レンズ１１が線対象であれば反転連結可能である。図１２Ｆ及び図１２Ｇも図１２Ｅの台形形状の反転連結と同様に破線部がオーバーラップしており、後述するように、信号欠落部を生じない。なお、図１２Ｇの受光レンズ１１は、剛性を確保し、割れを回避するための縁部１１２を備えている。
【0075】
図１２Ａ～図１２Ｇのように、受光レンズ１１の光軸方向断面視においてレンズ端部を平行四辺形形状、台形形状、矩形形状又は曲線形状（円、楕円）の切り欠き形状などの断面形状として受光レンズ系のＮ．Ａ．を満足する副走査方向の幅を設定し、1列に繋ぐことにより、主走査方向に一直線状に延びるレンズアレイが形成される。また、前記レンズアレイの副走査方向の中央部に、千鳥配置の２列の受光素子アレイ１２０を設ける。具体的には、複数の受光素子アレイ１２０が、複数の受光レンズ１１のそれぞれの主走査方向の中央部に配置され、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置される。こうすることにより、1列のレンズアレイで２列の千鳥配置の受光素子アレイ１２０に検査対象物から出射された光を届けることが出来る。
【0076】
図１２Ａに示すように、主走査方向に隣り合う受光レンズ１１の端部間には、遮蔽部１１１が設けられている。遮蔽部１１１は、薄肉の板状に形成されている。遮蔽部１１１は、各受光レンズ１１の端部間から受光素子（受光素子アレイ１２０）に向かって延長され、受光レンズ１１から検査対象物方向に突出している。また、遮蔽部１１１は、少なくとも受光レンズ１１の副走査方向の幅Ｗ１以上の幅を有する。図１２Ｂ～図１２Ｇでは遮蔽部１１１を省略して示しているが、同様に遮蔽部１１１が各受光レンズ１１の端部間に設けられていてもよい。尚、図１２Ｆと図１２Ｇの実施例において、遮蔽部１１１は各々薄いクランク型、波型の遮蔽板とする。要は、連結部において、隣り合う受光系に光が漏れ出ないようにすればよい。
【0077】
図１２Ｂ～図１２Ｄに示すように、複数の受光素子アレイ１２０と一対一に対応するように、検査対象物を照明する複数の光源１０３が設けられていてもよい。複数の光源１０３は、それぞれ主走査方向に沿って一直線状に延びる細長い形状であってもよく、この場合、図１２Ｂ～図１２Ｄに示すように、複数の光源１０３が各受光素子アレイ１２０に対してＺ方向に対向していてもよい。これにより、複数の光源１０３を千鳥状に配置し、各受光素子アレイ１２０に効率よく線分状の光を入射させることができる。
【0078】
複数の光源１０３は、複数の受光素子アレイ１２０に対応して副走査方向に複数ラインの照明光の光強度分布を有する。図１２Ａ、図１２Ｅ～図１２Ｇでは光源１０３を省略して示しているが、同様に複数の光源１０３が複数の受光素子アレイ１２０と一対一に対応するように設けられていてもよい。ただし、複数の光源１０３を千鳥状に配置せずとも、各読取ラインＬの受光素子アレイ１２０に光強度のピークを持たせるように、副走査方向において２つの強度ピークを含むような光強度分布を有するライン照明を用いてもよい。また、千鳥配置の受光素子アレイ１２０の副走査方向の間隔が狭いため、１つのピークを有するライン照明でもよい。また、複数の光源１０３が、該光源１０３の光軸方向断面視において複数の受光素子アレイ１２０の各々の端部近傍に、かつ、副走査方向において対向する複数の受光素子アレイ１２０の略中央部に位置していてもよい。
【0079】
図１２Ｈ及び図１２Ｉは、受光系における光軸１１３の位置について説明するための模式図である。以下では、図１２Ｅの構成を一例として、図１２Ｈ及び図１２Ｉを用いて受光系における光軸１１３の位置について説明するが、図１２Ａ～図１２Ｄ、図１２Ｆ、図１２Ｇなどの他の構成においても、光軸１１３の位置を同様に設定することが可能である。
【0080】
図１２Ｈでは、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸１１３が、千鳥状に配置された各受光素子アレイ１２０の略中央部から副走査方向（Ｙ方向）に平行に離れた位置を貫く。この例では、各光軸１１３が主走査方向（Ｘ方向）に沿って１列に並んでいるが、このような構成に限られるものではない。
【0081】
図１２Ｉでは、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸１１３が、千鳥状に配置された各受光素子アレイ１２０の略中央部を貫く。したがって、各光軸１１３は、２列の読取ラインＬに沿って、各受光素子アレイ１２０と同様に千鳥配置されている。このように、受光レンズ１１の光軸１１３が、受光レンズ１１の副走査方向の幅の略中央に位置するように、各受光レンズ１１の光軸１１３を各受光素子アレイ１２０に合わせることにより、収差を少なくすることができる。
【0082】
図１３にレンズ端部が平行四辺形の場合の光源１０３の光強度分布がフラットな場合の受光素子アレイ１２０の受光面上の光強度分布を示す。図１３では、図１２Ａの構成を採用した場合における各受光素子アレイ１２０の受光面上の光強度分布の一例が示されている。複数の受光レンズ１１からなるレンズアレイは、説明のため、便宜上３個の受光レンズ１１からなるレンズアレイとしている。
【0083】
図１３の左側の図にレンズアレイ全体の各受光素子アレイ１２０上の光強度を示し、右側の２つの図に拡大図を示している。また、図１４に隣り合う受光レンズ１１同士の連結部近傍の光強度分布の詳細を示す。本実施形態では、千鳥配置された隣接する２つの受光素子アレイ１２０において、一方の受光素子アレイ１２０の信号欠落画素を他方の受光素子アレイ１２０の画素で補間する。図１４では、矢印のマークにより、信号欠落画素の信号を補間する方法を示した。
【0084】
図１４において破線で囲んだ部分１２１は、隣り合う受光レンズ１１同士の連結部に位置する受光素子であり、当該受光素子に光が届かなくなることにより信号欠落部が発生する。そこで、本実施形態では、千鳥配置された隣接する受光素子アレイ１２０において、上記部分１２１の受光素子に対し副走査方向に対向する受光素子（実線で囲んだ部分１２２）の出力信号で信号欠落部の信号を補う。このように、隣り合う受光レンズ１１同士の連結部には、副走査方向に沿って画素補間部が形成されている（図１３参照）。信号欠落部は予め検査用の基準媒体により補正しておけばよい。基準媒体にはシェーディング補正用の白色チャートや格子パターンなどを用いることができる。
【0085】
図１３における受光レンズ１１の副走査方向の幅は５ｍｍであり、故に受光レンズ１１を２列の千鳥配置とした場合は、千鳥配置の受光素子アレイ１２０の最小の間隔は５ｍｍ以上が必要であるが、上記のように１列のレンズアレイを用いると約１／２程度（３．０ｍｍ弱）の間隔になる。また、受光素子アレイ１２０のダイナミックレンジ等を考慮しつつ、シェーディング補正をすれば、更に間隔を狭めることが可能である。即ち、千鳥配置の受光素子アレイ１２０の副走査方向の間隔が狭まると同時に、受光レンズ１１の数を半分にすることが可能になる。故に、副走査方向の搬送速度の変動の影響を受けにくくすると同時に、コストダウンも図れるメリットが生まれる。
【0086】
図１３における遮蔽部１１１には、厚みｔ＝０．２ｍｍの遮蔽板を配置した。ｔ＝０．２ｍｍであれば強度的に問題ない。また、レンズ系は両側テレセントリック系である。勿論、物体側テレセントリック系としてもよいことは言うまでもない。
【0087】
具体的な画像処理方法又は画像処理システムによる処理としては、主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの受光素子からの出力信号について、一方の受光素子（破線で囲んだ部分１２１）からの出力信号が他方の受光素子（実線で囲んだ部分１２２）からの出力信号よりも低く、一方の受光素子からの出力信号が閾値に満たない場合に、他方の受光素子からの出力信号で補間する。また、その補間された出力信号を一方の受光素子に対して主走査方向の他の位置にある受光素子からの出力信号と合成することにより、読取ラインＬに対応する１列の出力信号とする。
【0088】
なお、図１４において二点鎖線で囲んだ部分１２３の受光素子は、副走査方向に互いに対向するが、いずれも隣り合う受光レンズ１１同士の連結部からずれることにより、互いにオーバーラップしている。このようなオーバーラップする部分については、受光素子からの出力信号の欠落が生じないため、補間の必要はない。
【0089】
図１２Ｅの例において、受光領域の光強度を示し、信号欠落部が生じない理由を図１５に概略的に表す。図１５は図１４と同じく千鳥配置した受光素子アレイ１２０の端部の光強度分布を表している。図１５において二点鎖線で囲んだ部分１２４の受光素子は、副走査方向に互いに対向するが、いずれも隣り合う受光レンズ１１同士の連結部からずれることにより、互いにオーバーラップしている。図１５のように、台形状の受光レンズ１１の幅方向において受光素子アレイ１２０を長辺側に配置することにより、受光部における信号欠落部分を除いて、千鳥配置した受光素子アレイ１２０の1列の読取ラインＬに必要な信号を得ることが可能になる。
【0090】
具体的な画像処理方法又は画像処理システムによる処理としては、主走査方向の同じ位置において副走査方向に離間する２つの受光素子（破線で囲んだ部分１２４）からの出力信号について、一方の受光素子の出力信号が他方の受光素子の出力信号と重なり合った部分の出力信号の一方を選択し、かつ、基準媒体により予め補正した出力信号の一方の信号と他方の出力信号の比による補正をして一方の信号と他方の信号とを合成することにより、読取ラインＬに対応する１列の出力信号とする。
【0091】
１０．受光光学系及び検出回路系の実施例
図１６Ａに受光素子アレイ１２０の手前にイメージインテンシファイア２００を配置した実施例を示す。また、図１６Ｂに受光素子アレイ１２０の手前にイメージインテンシファイア２００を配置した場合のより詳細な模式図を示す。イメージインテンシファイア２００は、光が作る像の強度を増幅するためのものであり、複数の受光素子（受光素子アレイ１２０）の受光面手前に対向配置される。イメージインテンシファイア２００には、光電面２０１、マイクロチャンネルプレート２０２（以下ＭＣＰ２０２と記す）及び蛍光体面２０３などが含まれる。イメージインテンシファイア２００と受光素子アレイ１２０との間には、光ファイバプレート２０４が配置されている。光電面２０１、マイクロチャンネルプレート２０２及び蛍光体面２０３は、セラミック製の真空封止体２０５内で互いに近接配置されている。
図１６Ａに受光素子アレイ１２０の手前にイメージインテンシファイア２００を配置した実施例を示す。また、図１６Ｂに受光素子アレイ１２０の手前にイメージインテンシファイア２００を配置した場合のより詳細な模式図を示す。イメージインテンシファイア２００は、光が作る像の強度を増幅するためのものであり、複数の受光素子（受光素子アレイ１２０）の受光面手前に対向配置される。イメージインテンシファイア２００には、光電面２０１、マイクロチャンネルプレート２０２（以下ＭＣＰ２０２と記す）及び蛍光体面２０３などが含まれる。イメージインテンシファイア２００と受光素子アレイ１２０との間には、光ファイバプレート２０４が配置されている。光電面２０１、マイクロチャンネルプレート２０２及び蛍光体面２０３は、セラミック製の真空封止体２０５内で互いに近接配置されている。
【0092】
光電面２０１は、光を電子に変換する。ＭＣＰ２０２は、光電面２０１により光から変換された電子を増倍する。蛍光体面２０３は、ＭＣＰ２０２により増倍された電子を光に変換する。光ファイバプレート２０４は、蛍光体面２０３により電子から変換された光を受光素子アレイ１２０の各受光素子に導く。具体的には、光電面２０１上に結像された光が、光電面２０１により電子に変換され、その電子がＭＣＰ２０２の各チャンネルに入射する。ＭＣＰ２０２の各チャンネルに入射した電子は、ＭＣＰ２０２の両端の高電圧勾配により電子雪崩効果（バランシェ効果）により増倍された後、蛍光体面２０３に衝突する。蛍光体面２０３では、衝突した電子量に応じた光が出力され、その出力された光が光ファイバプレート２０４を介して受光素子アレイ１２０の各受光素子に導かれる。
【0093】
図１６Ｂでは、イメージインテンシファイア２００を含む光学ラインセンサ（受光素子アレイ１２０）に合わせ、矩形形状のＭＣＰ２０２としている。図１６Ａの受光光学系は、テレセントリック光学系３００であり、両側テレセントリック光学系を示している。具体的には、アパチャー２１の上流側及び下流側にそれぞれ受光レンズ１１が配置された受光光学系により、検査対象物からの光がイメージインテンシファイア２００を介して受光素子アレイ１２０に導かれる。すなわち、複数の受光レンズ１１がテレセントリック光学系３００を構成している。但し、テレセントリック光学系３００は、必ずしも両側テレセントリック光学系でなくともよく、物体側テレセントリック光学系、或いは、受光素子アレイ１２０と検査対象物の観測点との対応が可能な他の結像レンズ系を用いてもよい。また、図１６Ｃは、図１６Ｂの受光素子アレイ１２０を３ラインセンサとした場合を示した。
【0094】
図１７にイメージインテンシファイア２００の断面模式図を示す。図１７の紙面左方向から極微弱光がイメージインテンシファイア２００の光電面２０１に入射し、次に光電面２０１で光電子を生成し、該光電子は、ＭＣＰ２０２の入射面側に入射する。次にＭＣＰ２０２の二次電子増倍電極面により区画される各チューブに入射した光電子がＭＣＰ２０２の出射口に向かい、前述した電子雪崩効果（アバランシェ効果）により増倍され電子数を増してゆく。ＭＣＰ２０２の出射口に到達した電子は、蛍光体面２０３に入射し、蛍光を生成する。前記蛍光は、光ファイバプレート２０４を構成する各光ファイバ２０６に入射して伝搬され、光ファイバプレート２０４の出射口から出射する。光ファイバプレート２０４の各光ファイバ２０６から出射する蛍光は、受光素子アレイ１２０における極微弱光が入射したＭＣＰ２０２の各チューブと対応する画素に入射し、極微弱光から直接に得られる出力の数千倍から数万倍の出力を得ることが可能になる。
【0095】
前記の実施例は、内部に異物や欠陥を含む検査対象物に対し特に有効である。即ち、内部に異物や欠陥を含み透過率の低い媒体であっても、所謂フォトンカウンティングに近い撮像が可能となり、異物や欠陥の弁別が容易となる。加えて、テレセントリック光学系３００を採用した場合に、回折限界と受光光学系のＮ．Ａ．の関係、更には倍率（縮小率）も合わせて考慮して、アパチャー径を絞り込むことにより、幾何光学的な直進光成分のみに選別できるため、得られる異物や欠陥の画像がより鮮明（コントラストが良好）になり、結果、異物や欠陥の種類、材質などを特定することも期待できる。
【0096】
テレセントリック光学系３００とイメージインテンシファイア２００を組み合わせ、テレセントリック光学系３００のアパチャーサイズを回折限界と幾何光学のバランスを取りながら極めて小さくすることにより、異物や欠陥の検出の精度及び確度が向上する。前述した図６の回折限界とＮ．Ａ．の関係により、波長λ＝８５０ｎｍで約２０μｍの分解能（１２００ｄｐｉ相当）を得るためには、Ｎ．Ａ．≒０．０２が必要になる。故にＷ．Ｄ．の長い受光レンズ１１を検査対象物側に用いる場合は、受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１に焦点距離の短いレンズを用いて縮小光学系とすればよい。例えば、検査対象物側にｆ＝１００ｍｍの焦点距離の受光レンズ１１を用い、アパチャーサイズＤaをＤa＝８００μｍとした場合の受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１の焦点距離は、ｆ＝１０ｍｍ、即ち、１０：１の縮小光学系とすればよい。
【0097】
尚、ＭＣＰ２０２には、図１７に示したように、入・出射面に垂直な方向とＭＣＰ２０２の各チューブの軸線（中心線）との間にバイアス角が設けられている。光電子が二次電子増倍電極面に必ず入射し、当たらずに直接通り抜けることがないように、バイアス角は数度設けてあり、図１７に示した如く、主走査方向にバイアス角が最大になるように固定する。例えば、主走査方向に対し、バイアス角θbがθb＝８°、ＭＣＰ２０２の厚みが０．５ｍｍの場合、ＭＣＰ２０２の各チューブの入射面と出射面の軸ずれＬsは、Ｌs＝６２５μｍとなるので、主走査方向に前記軸のずれ量よりも長い光学ラインセンサ（受光素子アレイ１２０）を用いるか、予めＭＣＰ２０２よりも若干長い光学ラインセンサ（受光素子アレイ１２０）をバイアス角により主走査方向にずらして配置すればよい。
【0098】
検査対象物は透過率分布を有している場合がほとんどであり、イメージインテンシファイア２００を用いた際に、検査対象物の透過率が高い場合には、イメージインテンシファイア２００自身のオートゲート機能により、イメージインテンシファイア２００の出力飽和を緩和する方策がとられる。しかし、イメージインテンシファイア２００に出力飽和対策が施された場合でも透過率変動の制御範囲を超える場合が想定される。故に出力が飽和したと同時に光源１０３側の光量を制御することにより、飽和抑制を図ることが可能となる。そのため、イメージインテンシファイア２００のオートゲート機能が働いた際に光源１０３側にフィードバック信号が出力され、それに基づいて光源１０３の光量を減じる手段があり、かつ、減じる光量を複数段階用意しておき、フィードバックされる毎に繰り返し光量を増減させればよい。このように、イメージインテンシファイア２００（ＭＣＰ２０２）がオートゲート機能を有しており、該オートゲート機能に応じて光源１０３側が連動して光量を調整する機能を有していてもよい。
【0099】
次に、散乱光を除去する手段として、光路差即ち飛行時間差の違いを活用する方法について述べる。図１８は、本発明に用いる時間ゲート法について説明するための図である。受光素子が蓄積を開始して一定時間が経過し、光源１０３を発光させると、イメージインテンシファイア２００においてＭＣＰ２０２内を電子が高電圧により加速飛行し、ＭＣＰ２０２の壁面と衝突を繰り返した後に蛍光体面２０３に到達するため、蛍光体面２０３から出射する蛍光は非常に短い時間であるが遅延する。受光素子の蓄積時間と、イメージインテンシファイア２００が蛍光発光し、受光素子の蓄積時間が終了する時間手前の極めて短い時間だけ、蛍光照明光が前記受光素子を照明すれば、蛍光の発光初期段階、即ち、早く到達した光のみを受光することが可能になる。早く到達する光は、光路の短い直進光成分であり、散乱光成分は、光路が長く、直進光成分に比べ、遅れて受光素子に到達するため、前記のように、散乱光成分を蓄積時間内に受光素子に到達させないようにすることが可能である。こうすることで、散乱光成分を除去でき、Ｓ／Ｎの良い、コントラストの良い計測が可能になり、ひいては透過性のある光散乱媒質中の異物や欠陥の検出も可能になる。
【0100】
図１９は、パルス遅延位相差検出方法のタイミングチャートの概略図である。受光素子はスタートパルスから予め決められ時間遅延して、イメージインテンシファイア２００から射出した蛍光により発生した光電子の蓄積を開始する。次に蓄積終了以前に光源１０３をＯＮにする。この際、図２０Ａに示す遅延回路（等価回路）２１０を用いて、スタートパルスから一定時間遅延して光源１０３をパルス発光させる。遅延回路（等価回路）２１０は、複数のＬＣ回路２１１を有する遅延梯子型ゲート回路であり、各ＬＣ回路２１１にスイッチ２１２が備えられている。
【0101】
次にごく短時間で光源１０３をＯＦＦにする。或いは、イメージインテンシファイア２００のゲートを閉じてもよい。しかし、蛍光残光が受光素子を照らし続けるので、受光素子が蛍光残光によるゲインを得ないように蓄積時間を終了する。光源１０３の発光タイミングと蓄積時間の終了のタイミングやイメージインテンシファイア２００のゲート回路は、前述した図２０Ａの遅延回路（等価回路）２１０のスイッチ２１２の開閉でＬＣ回路２１１のパラメータと数を増減させて合わせる（チューニングする）ことができる。
【0102】
遅延回路２１０の代表としては高周波伝送路（導波路）である同軸ケーブルがある。また、同軸ケーブルと同様、高周波伝送路であるストリップラインやマイクロストリップライン等がある。前記のストリップラインやマイクロストリップラインも基本的には同軸ケーブルの原理と同じであり、長さにより、インピーダンスが変化せず、遅延時間のみが変化する。ストリップラインは、同軸ケーブルに代わる回路として、同軸ケーブルの外部導体の両側面を切り開いて２枚の板とし、内部導体を箔状に引き延ばした形状であり、近年では携帯電話などに用いられている。
【0103】
図２１はストリップライン２２０の模式図である。ストリップライン２２０は、板状の誘電体２２１の表面及び裏面にそれぞれ導体２２２が設けられるとともに、誘電体２２１の内部に線状の導体２２３が設けられた構成であり、導体２２２は接地されている。Ｈはストリップライン２２０の高さ、Ｗは導体２２３の幅、ｔは導体２２３の厚みである。ストリップライン２２０は、数ｍ程度の短距離では同軸ケーブルと同等のインピーダンス特性を実現可能であり、特性インピーダンスＺ０を長さに依存しない一定のＺ０≒５０Ω、或いは、Ｚ０≒７５Ωにすることが可能である。
【0104】
例えば、図２１において、Ｈ＝０．２ｍｍ、Ｗ＝０．３３ｍｍ、ｔ＝０．０４ｍｍ、誘電体２２１の誘電率εr＝４（エポキシ系の樹脂とする）とすると、特性インピーダンスＺ０はＺ０≒５０Ωとなる。遅延時間Ｔrは、１０３√εr／０．３ｎｓｅｃ／ｍより、Ｔr≒６．７ｎｓｅｃ／ｍとなり、結局、ストリップライン２２０の遅延時間はＴr≒６．７ｐｓｅｃ／ｍｍとなる。また同軸ケーブルにおいては、遅延時間はＴr≒５ｎｓｅｃ/ｍであるので、５ｐｓｅｃ／ｍｍの遅延時間になる。よって、複数のスイッチ位置の異なるストリップラインを基板上に作成しておき、ＦＰＧＡのゲートで複数の連なった梯子段回路の切り替えをすることにより、遅延時間をチューニングすることが簡単な方法である。或いは、長さの異なる極細同軸ケーブルを基板上に作成しておき、スイッチにより適宜極細同軸ケーブルの長さを変更する方法やマイクロストリップラインなどを用いる方法もある。径が極めて細い直径がΦ=０．２～０．３ｍｍの同軸ケーブルは既に市販され、携帯電話やノートパソコンなどの屈曲部に用いられている。以上より、イメージインテンシファイア２００の蛍光発光時間と受光素子の蓄積時間のタイミングを調整することにより、散乱光成分を除去し、直進光成分のみを得ることが出来るため、検査対象物の内部の異物や欠陥の検出精度が向上する。遅延が安定していれば他の遅延素子や遅延回路であってもよく、回路の時定数と各素子の動作する閾値で遅延時間を設定すればよい。
【0105】
受光素子の蓄積時間の終端付近で、光源１０３の応答時間やイメージインテンシファイア２００の応答時間をそれぞれに考慮して、光源１０３をＯＮ／ＯＦＦ、及びイメージインテンシファイア２００のゲートをＯＮ／ＯＦＦすれば光観測時間が短くなり、一番早く受光素子に到達する検査対象物から出射した直進光成分のみを受光することが可能になる。イメージインテンシファイア２００の応答性は、数１０ｎｓｅｃであるため、イメージインテンシファイア２００の応答の遅延時間も考慮し、イメージインテンシファイア２００のゲートのシャッターを閉じるタイミングを調整する。その際の時間調整は、同軸ケーブルの長さを変更した同軸ケーブル回路網を用いてＦＰＧＡにより前記回路網における特定の回路を選択すること（回路を切り替えること）により行う。或いは、同軸ケーブル回路網に代えてストリップライン回路網を用いてもよい。前記回路網は、光源１０３とイメージインテンシファイア２００で別の回路として、夫々の応答時間に応じた遅延時間をチューニングすることもできる。ちなみに10ｐｓｅｃの遅延ゲート機能を有するカメラは「ＩＣＣＤカメラ」として市販されている。
【0106】
前述したパルス遅延位相差検出に用いる光源１０３として、ピコ秒パルスレーザーやフェムト秒パルスレーザーがあり、繰り返しパルスと蓄積時間を同期させることにより、イメージインテンシファイア２００とパルスレーザーを組み合わせた遅延位相差検出方法において効率のよい異物・欠陥検出が可能になる。ライン型ＣＭＯＳセンサのラインレートは、１００～２００ＫＨｚ程度であるので、繰り返しパルスレーザーの繰り返しレートは問題なく実現可能である。
【0107】
高繰り返しレーザーと受光素子の繰り返し蓄積時間を同期させれば、光散乱性の媒質中の異物・欠陥を検出できる。また、複数のフェムト秒レベルのパルスレーザーを組み合わせることで、図１８の位相ずれを複数有する検出器により、検査対象物の厚み方向の位置が光路差として現れ、厚み方向に対する位置情報を得ることにより、該検査対象物自身の内部構造の把握が可能になる。また、前記高繰り返しレーザーに加え、イメージインテンシファイア２００のゲート開閉時間や繰り返し周波数も検討する必要があり、ゲート時間は３ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は３００ＫＨｚ程度の性能の市販品が存在する。即ち、高繰り返しレーザーと同等の応答性を有している市販品が存在する。各素子のタイミングのマッチングには、少ないジッターが求められるが、本実施例においては、１ｎｓｅｃ以下の蛍光取得時間としており、１０ｐｓｅｃ（ｒｍｓ値）以下のジッターであれば、１％以内の誤差範囲に収まる。基準クロックのジッターが一番重要であり、１ＧＨｚのクロック周波数においては、既に１ｐｓｅｃ以下のジッター（ｒｍｓ値）を実現した市販品が以前からある。
【0108】
光源１０３並びにイメージインテンシファイア２００の繰り返し周波数、受光素子の蓄積時間のタイミング（時間間隔）及び搬送速度を考慮し、各パラメータの最適値を決めればよい。更には、前記検査対象物の厚み方向に対する受光素子の出力の主走査方向と副走査方向の一定のデータについて離散フーリエ変換することで、検査対象物の任意の体積について濃度情報が得られ、検査対象物の３次元構造を得ることも可能である。但し、その際には、厚み（深さ）方向にスキャンすることが必要になる。
【0109】
以下に、変形例について具体的に説明する。前記の受光素子アレイ１２０のラインレートは１２５ＫＨｚである。また、イメージインテンシファイア２００のゲートの開・閉時間の繰り返し周波数も前記受光素子アレイ１２０のラインレートに合わせ１２５ＫＨｚとし、ゲート時間を５ｎｓｅｃとした。また、前記受光素子アレイ１２０の蓄積時間は、ラインレートを考慮して、５μｓｅｃとした。即ち、蓄積時間のうち、最後の１０００分の一の時間だけゲートを開け、イメージインテンシファイア２００から射出する蛍光を受光素子アレイ１２０が受光する。また、高繰り返しレーザーについては、パルス幅変調（ＰＷＭ）を実施し、パルス幅は、イメージインテンシファイア２００のゲート動作時間よりも短く、２ｎｓｅｃとした。また、光源１０３とイメージインテンシファイア２００の動作時間の位相をずらし、イメージインテンシファイア２００の光電面２０１への光入射を制限することも可能である。光源１０３を早く発光させ、イメージインテンシファイア２００のゲート動作開始を遅らせれば、重畳された時間のみに光量はより制限される。また、デューティ比を小さくすれば、短い時間で高い出力を実現可能である。繰り返し周波数は、受光素子アレイ１２０のラインレートに合わせ１２５ＫＨｚとしている。
【0110】
イメージインテンシファイア２００は、光が光電面２０１に到達して蛍光体面２０３から射出するまでに一定の時間を要する。即ち、イメージインテンシファイア２００が無い場合に受光素子アレイ１２０に到達する場合と比べると遅延する。本実施例におけるイメージインテンシファイア２００の遅延時間は、個体差があるが、概ね５０～６０ｎｓｅｃとされている。故に蓄積時間の開始を５０～６０ｎｓｅｃ遅らせれば、イメージインテンシファイア２００が無い場合と同じ時刻に受光できる。個体差については、遅延回路網を用いチューニングして各素子の動作とマッチングを取ればよい。
【0111】
即ち、イメージインテンシファイア２００のゲートを開き、光源１０３を光らせるまで、蓄積開始タイミングを５０～６０ｎｓｅｃ遅らせて行えばよい。更に、イメージインテンシファイア２００の製造ばらつきで、遅延時間がばらついた場合でも、前記遅延回路２１０による遅延時間を回路長（或いは、同軸ケーブル長）の切り替えにより対応すればよい。マイクロストリップラインや同軸ケーブルについても製造しやすい長さを用いればよい。５ｐｓｅｃの遅延時間差は、１ｍｍであるが、例えば１１ｍｍを基準（この場合は５５ｐｓｅｃ遅延する）にして１ｍｍずつ増してゆき、５ｐｓｅｃ分解能の遅延時間の調整が可能な遅延回路２１０を実現することが可能である。
【0112】
更に、蓄積時間内の終了タイミング前の５ｎｓｅｃの時間だけ受光するために、前記の蓄積時間のタイミングについては、イメージインテンシファイア２００や光源１０３の動作時間を４５～５５ｎｓｅｃ（素子の固体ばらつきを把握した後は、固定の遅延時間に設定する）遅らせることとすればよい。この場合、光源１０３の応答性やイメージインテンシファイア２００の応答性も勘案し、図２０Ａや図２０Ｂに示した遅延回路２１０を用いて、光源１０３、イメージインテンシファイア２００、受光素子回路の応答に関する固体ばらつきも含めたタイミング合わせにｐｓｅｃオーダーのチューニングを実施し、高ゲインかつＳ／Ｎの良い信号を得ることが可能になる。換言すれば、散乱光成分を除去し、高ゲイン、高Ｓ／Ｎの信号を得るためにチューニングを実施するのである。
【0113】
以上の結果によれば、受光素子、光源１０３及びイメージインテンシファイア２００の動作について、以下のように設定することが好ましい。すなわち、イメージインテンシファイア２００のゲート動作時間と、検査対象物を照明する光源１０３の発光時間とが、それぞれ受光素子の蓄積時間よりも短いことが好ましい。また、受光素子、光源１０３及びイメージインテンシファイア２００の一連の動作の１周期において、（１）光源１０３の発光開始時刻と発光終了時刻が、受光素子の蓄積動作開始時刻よりも早く、（２）イメージインテンシファイア２００のゲート動作開始時刻が、受光素子の蓄積動作終了時刻よりも早く、かつ、受光素子の蓄積動作終了時刻が、イメージインテンシファイア２００のゲート動作終了時刻よりも早いことが好ましい。イメージインテンシファイア２００及び光源１０３の少なくとも一方は、遅延回路２１０を備えており、光源１０３とイメージインテンシファイア２００の動作時刻を調整することが出来ることが好ましい。
【0114】
１１．光学系の変形例
図２２Ａ及び図２２Ｂに、反射型光学系の模式図を示す。図２２Ａ及び図２２Ｂでは、主走査方向から見た図と主走査方向に直角な方向から見た図とが並べて示されている。図２２及び図２２Ｂでは、反射型同軸光学系が示されており、偏光ビームスプリッタ２３１（Polarizing Beam Splitter；以下ＰＢＳ２３１と記す）とλ／４波長板２３２により、照射光と反射光を分離して測光することができる。図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、ＰＢＳ２３１は、イメージインテンシファイア２００と受光レンズ１１との間に配置されている。図２２Ａでは、λ／４波長板２３２が受光レンズ１１とイメージインテンシファイア２００の間に配置され、図２２Ｂでは、λ／４波長板２３２が受光レンズ１１と検査対象物の間に配置されている。ただし、λ／４波長板２３２が受光レンズ１１とアパチャー２１との間に配置されていてもよい。
図２２Ａ及び図２２Ｂに、反射型光学系の模式図を示す。図２２Ａ及び図２２Ｂでは、主走査方向から見た図と主走査方向に直角な方向から見た図とが並べて示されている。図２２及び図２２Ｂでは、反射型同軸光学系が示されており、偏光ビームスプリッタ２３１（Polarizing Beam Splitter；以下ＰＢＳ２３１と記す）とλ／４波長板２３２により、照射光と反射光を分離して測光することができる。図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、ＰＢＳ２３１は、イメージインテンシファイア２００と受光レンズ１１との間に配置されている。図２２Ａでは、λ／４波長板２３２が受光レンズ１１とイメージインテンシファイア２００の間に配置され、図２２Ｂでは、λ／４波長板２３２が受光レンズ１１と検査対象物の間に配置されている。ただし、λ／４波長板２３２が受光レンズ１１とアパチャー２１との間に配置されていてもよい。
【0115】
このように、受光レンズ１１の光軸上において、イメージインテンシファイア２００とテレセントリック光学系３００の受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１との間にＰＢＳ２３１が配置されている。また、テレセントリック光学系３００の受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１とＰＢＳ２３１との間、或いは、テレセントリック光学系３００の検査対象物側の受光レンズ１１と検査対象物との間、或いは、テレセントリック光学系３００の受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１又は検査対象物側の受光レンズ１１とアパチャー２１との間の何れかにλ／４波長板２３２が配置されている。ＰＢＳ２３１とλ／４波長板２３２は、主走査方向における幅が受光素子アレイ１２０よりも長い。
【0116】
ダイオードなどの光源１０３から射出したＳ偏光ビームは、偏光ビームスプリッタ２３１（Polarizing Beam Splitter；以下ＰＢＳ２３１と記す）によりほぼ全反射し、λ／４波長板２３２に入射し、円偏光となって、照明光学系のレンズを経て検査対象物に入射する。次に検査対象物の反射成分が反対回りの円偏光となって受光光学系並びにλ／４波長板２３２に再入射し、Ｐ偏光ビームとなり、ＰＢＳ２３１に入射する。Ｐ偏光ビームは、ＰＢＳ２３１を透過してＭＣＰ２０２に入射し、光強度が増幅された後に受光素子アレイ１２０に入射することにより、増倍された電気的出力が得られる。透過型と同様に直進光成分のみを得ることが可能であり、かつ、光軸は、照明光学系と受光光学系で自動的に合致する点で透過型よりもはるかに扱いやすい利点がある。尚、偏光特性、光強度、応答性が優れていれば他の光源でもよい。
【0117】
反射型が、透過型よりも不利な点は、透過型の検査対象物において受光強度が３桁程度低下することである。この場合は２段のＭＣＰ２０２を用いれば光量の低下を補うことが可能になる。ＭＣＰ２０２を１段から２段に置き換えることで、３桁以上光強度が向上し、透過型と同等程度の出力が得られる。
【0118】
尚、透過型においては、反射型で用いた光源（直線偏光光源）１０３、ＰＢＳ２３１、λ／４波長板２３２の組み合わせに加えて、受光部にＰＢＳ２３１を透過したＰ偏光成分と同じ偏光方向を有する偏光板を用いてもよい。また、言うまでもなく図２２Ａや図２２Ｂの光学系に前記偏光板を追加することにより更に偏光度の優れた直進光成分を得られる。
【0119】
図２２Ｃ及び図２２Ｄに、他の反射型光学系の模式図を示す。図２２Ｃでは物体側テレセントリック光学系を示し、図２２Ｄでは両側テレセントリック光学系を示している。図２２Ｃ及び図２２Ｄでは、受光レンズ１１の両面に対向してλ／４波長板２３２が示されているが、受光レンズ１１のいずれか一方の面に対向してλ／４波長板２３２が設けられていればよい。
【0120】
図２２Ｃでは、受光レンズ１１の光軸上において、イメージインテンシファイア２００とテレセントリック光学系３００の受光レンズ１１との間、かつ、アパチャー２１近傍にＰＢＳ２３１が配置されている。ただし、入・出射面にアパチャー２１を設けたＰＢＳ２３１が各光ビームの交差する近傍に配置された構成であってもよい。また、テレセントリック光学系３００の受光レンズ１１と検査対象物の間にλ／４波長板２３２が配置されるか、或いは、該受光レンズ１１とＰＢＳ２３１の間で、受光レンズ１１近傍にλ／４波長板２３２が配置される。ＰＢＳ２３１とλ／４波長板２３２は、主走査方向における幅が受光素子アレイ１２０よりも長い。なお、図２２Ｃに示すような物体側テレセントリック光学系では、両側テレセントリック光学系における受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１と検査対象物側の受光レンズ１１が、１つ、或いはアクロマートやセパレート式アクロマート、アポクロマートなどが代表的な複数のレンズから成るＧａｕｓｓ型レンズを含む１組（１群）の受光レンズ１１で代用されてもよい。
【0121】
図２２Ｄでは、受光レンズ１１の光軸上において、イメージインテンシファイア２００とテレセントリック光学系３００の受光素子アレイ１２０側の受光レンズ１１との間にＰＢＳ２３１が配置されている。ただし、入・出射面にアパチャー２１を設けたＰＢＳ２３１が各光ビームの交差する近傍に配置された構成であってもよい。また、テレセントリック光学系３００の検査対象物側の受光レンズ１１近傍と検査対象物の間にλ／４波長板２３２が配置されるか、或いは、該受光レンズ１１とＰＢＳ２３１の間で、受光レンズ１１近傍にλ／４波長板２３２が配置される。ＰＢＳ２３１とλ／４波長板２３２は、主走査方向における幅が受光素子アレイ１２０よりも長い。図２２Ｄでは、前記受光レンズ１１の近傍にすべてのλ／４波長板２３２を配置した図となっているが、図２２Ｄの何れか１か所に配置すればよい。
【0122】
１２．受光光学系の変形例
次に受光光学系の別態様について記す。図２３は、光源（偏光光源）１０３から光を照射して多段（図２３の場合は２段）のテレセントリック光学系３００で受光する場合を示しており、光源１０３側のテレセントリック光学系３００（テレセントリック光学系３０１）と、受光素子アレイ１２０側のテレセントリック光学系３００（テレセントリック光学系３０２）とが備えられている。テレセントリック光学系３０１は、１対の受光レンズ３１１と、その間に設けられたアパチャー２１１とを含む。テレセントリック光学系３０２は、１対の受光レンズ３１２と、その間に設けられたアパチャー２１２とを含む。図２３では、光源１０３側のアパチャー２１１の径を小さくし、後段の受光素子アレイ１２０側のアパチャー２１２を通常の大きさとした場合を示す。即ち、２組のテレセントリック光学系３００が光軸上に配置され、かつ、各テレセントリック光学系３００に含まれるアパチャー２１の径（アパチャー径）が異なる。具体的には、テレセントリック光学系３００の上流側に配置されたアパチャー２１１が、下流側のアパチャー２１２よりも小さい。各テレセントリック光学系３００に含まれるアパチャー２１の径は、受光レンズ１１の略回折限界であるか、或いは、受光素子の略１画素に相当する径であることが好ましい。
次に受光光学系の別態様について記す。図２３は、光源（偏光光源）１０３から光を照射して多段（図２３の場合は２段）のテレセントリック光学系３００で受光する場合を示しており、光源１０３側のテレセントリック光学系３００（テレセントリック光学系３０１）と、受光素子アレイ１２０側のテレセントリック光学系３００（テレセントリック光学系３０２）とが備えられている。テレセントリック光学系３０１は、１対の受光レンズ３１１と、その間に設けられたアパチャー２１１とを含む。テレセントリック光学系３０２は、１対の受光レンズ３１２と、その間に設けられたアパチャー２１２とを含む。図２３では、光源１０３側のアパチャー２１１の径を小さくし、後段の受光素子アレイ１２０側のアパチャー２１２を通常の大きさとした場合を示す。即ち、２組のテレセントリック光学系３００が光軸上に配置され、かつ、各テレセントリック光学系３００に含まれるアパチャー２１の径（アパチャー径）が異なる。具体的には、テレセントリック光学系３００の上流側に配置されたアパチャー２１１が、下流側のアパチャー２１２よりも小さい。各テレセントリック光学系３００に含まれるアパチャー２１の径は、受光レンズ１１の略回折限界であるか、或いは、受光素子の略１画素に相当する径であることが好ましい。
【0123】
実施例において、テレセントリック光学系３０１のアパチャー２１１の直径を１０μm、テレセントリック光学系３０２のアパチャー２１２の直径を８００μmとした。こうすることにより、アパチャー２１１では、回折効果が顕著になり、検査対象物側の受光レンズ３１１により平行光束となった光は、１０μm径のアパチャー２１１により、アパチャー２１１から出射した時のＡｉｒｙ Ｄｉｓｃの拡がり角θdがθd≒１２．５°となる。回折拡がりも利用し、テレセントリック光学系３０１の後段の受光レンズ３１１をアパチャー２１１に若干近づけることにより、アパチャー２１１から出射した光は、該受光レンズ３１１を通過し、拡散しつつ、テレセントリック光学系３０２の前段の受光レンズ３１２を通過し、アパチャー２１２に入射する。該アパチャー２１２の回折効果によるＡｉｒｙ Ｄｉｓｃの拡がり角θd´は、θd´≒０．０８°であり、非常に小さく、即ち、後段のアパチャー２１２の回折効果は無視してよい。即ち、前段（1段目）のアパチャー２１１で、光束を拡げ、後段（２段目）のアパチャー２１２で拡がった光の中央部近傍を捉え、平行光束に戻すことにより、より直進光成分のみを選択的に受光できるようになる。故に、検査対象物中にある異物・欠陥により散乱された光の内、直進光成分をより選択的に受光できる。結果、検査対象物中に埋もれている異物・欠陥を更に高精度に検出できるようになる。
【0124】
尚、本実施例では、テレセントリック光学系３００は２段としたが、更に３段、４段と段数を増加すれば、より直進光成分を選択的に受光出来るようになる。その際には、受光素子アレイ１２０側のアパチャー２１のみ平行光束を受光できるアパチャー径とし、他のアパチャー２１は、回折による拡がりを考慮した径にすればよい。回折効果により拡がった光が多くなり、直進光成分が弱くなるが、イメージインテンシファイア２００を多段にすることで対応できる。例えば、簡単のため回折光が光軸に対しフラットな強度分布であると仮定すると、前記の２段のテレセントリック光学系３００によって、１/６４００の光量となるため、数千倍から数万倍の増倍率を有する１段型のイメージインテンシファイア２００を用いる。３段のアパチャー２１の場合、上流側のアパチャー２１が両者とも２０μmとすると、最終的に受光素子アレイ１２０側のアパチャー２１を通り抜ける光量は、（1/１６00）×（1/１６00）≒１/２，５６０，０００となる。そのため、この場合は、数十万倍から数百万倍の増倍率を有する２段型のイメージインテンシファイア２００を用いればよい。
【0125】
尚、光源１０３側に配置されたテレセントリック光学系３０１の後段の受光レンズ３１１は、アパチャー２１１に対し、若干近づけている。そうすることにより、光束が拡がり、テレセントリック光学系３０２の前段の受光レンズ３１２により、拡がった光束の拡がりが少なくなって平行光束に近づき、テレセントリック光学系３０２の本来必要な平行光束のみがアパチャー２１２により選択され受光素子アレイ１２０に結像する。即ち一旦光束を拡げ、拡がった光束のうち光軸に近い成分を選択することにより、更なる直進光成分のみを受光できる。更に、図１８から図２１で示した時間差により直進光成分を抽出する方法では、レンズ系を用いないイメージインテンシファイア２００と受光素子アレイ１２０の組み合わせにおいて、図１６Ａの受光レンズ１１を取り除いてイメージインテンシファイア２００と受光素子アレイのみとし、検査対象物に対向させた配置でもよい。
【0126】
図２６Ａにレンズ系を除いた場合の模式図を示す。検査対象物と受光素子の１画素の張る立体角（半角）が１°程度であれば、本願発明で用いているテレセントリック光学系３００のＮ．Ａ．にほぼ近い光束に絞ることが出来、その場合の受光系と検査対象物との距離は、Ｎ．Ａ．＝０．０２の場合で、７５００ｍｍ程度である。６００ｄｐｉ相当（画素サイズ４２μｍ相当）であれば、隣接画素との光路差は、平面ミラーなどの部材を用いて、光路の折り曲げを多数回実施することで、比較的コンパクトになる。反射面の反射率は９９．５％である。誘電体多層膜を用いた反射面は、一般的に実施されており、ｎ＝３０回程度の反射回数でも最終的な光線の強度は入射時に比べて出射時の光線の強度が８５％以上になるため、実用に際して問題はない。図２６Ｂに平面ミラー３０３を用いて、光路を折り曲げ、コンパクト化した場合の模式図を示す。また、前述のテレセントリック光学系３００と同様にＰＢＳ２３１をイメージインテンシファイア２００の受光部手前に配置し、直線偏光光源から出射した光を図示しないコリメーション手段によりコリメートし、図示しないシート状にコリメート光を整形する手段を用い、イメージインテンシファイア２００への透過光の入射角に垂直になるように調整し、かつプリズム３０４近傍にλ／４波長板、偏光フィルタを前述の実施例（変形例）のように配置すれば反射型も実現可能である。
【0127】
図２６Ｂの光学系においては、検査対象物からの光が直角プリズム３０４により折り曲げられた後、平行に配置された一対の平面ミラー３０３の間で繰り返し折り曲げられる。約２５０ｍｍの平面ミラー３０３同士の折り曲げ光路方向の間隔は約２５０ｍｍであり、光を２８回折り曲げているため、光路長は約７５００ｍｍとなる。その場合の隣接画素との光路差は約１．５ｍｍであり、時間差で弁別できる最大分解能１．５ｍｍとほぼ一致するため、テレセントリック光学系３００とほぼ同等の性能を満足する。
【0128】
図２６Ａ及び図２６Ｂの例では、テレセントリック光学系３００から受光レンズ１１及びアパチャー２１が除かれ、受光レンズ１１の位置に直角プリズム３０４並びに一対の平面ミラー３０３が対向配置されている。また、搬送方向に対し垂直な平行平面となるように一対の平面ミラー３０３が配置され、該平面ミラー３０３の検査対象物側の一方の端部に直角プリズム３０４が配置されている。直角プリズム３０４に入射した検査対象物から発出した光線は、検査対象物が搬送される方向に対し垂直な光線であり、該光線は、続いて、直角プリズム３０４の全反射面となる斜面に入射する。直角プリズム３０４の直角となる辺の一方は、平面ミラー３０３に対して非平行である。直角プリズム３０４を射出した光線は、一方の平面ミラー３０３の反射面に非垂直に入射し、一対の平面ミラー３０３の間を反射・屈曲しながら平面ミラー３０３の奥行方向へと長い光路を進行した後、平面ミラー３０３の検査対象物とは反対側の他方の端部から射出する。射出した光線は、イメージインテンシファイア２００を介して受光素子アレイ１２０に入射する。なお、外乱光を遮断する主走査方向に長い開口部を有するスリット（図示せず）が、平面ミラー３０３の端部に配置されていてもよい。
【0129】
１３．トモグラフィへの応用
前述までの検査装置はリアルタイムの検査が目的であったが、本実施例で記す検査装置は、主としてオフライン検査を目的とする。前述の透過型、反射型の光学系は、イメージインテンシファイア２００と遅延回路２１０を用いることにより、直進光を受光できるため、検査対象物と前記光学系を相対的に回転させ、Ｘ線ＣＴなどで用いられているRadon変換、2次元Ｆｏｕｒｉｅｒ変換、或いは、逐次近似法などを用いて３次元断層像（３次元断層画像又は３次元断層映像）を得ることが可能である。図２４Ａに実施例（模式図）を示す。図２４Ａの右下の太枠線内の構成が図１６Ａ、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３に相当する。また、遅延回路２１０を用いず、光学系とイメージインテンシファイア２００のみを用いてシステムを構成してもよい。
前述までの検査装置はリアルタイムの検査が目的であったが、本実施例で記す検査装置は、主としてオフライン検査を目的とする。前述の透過型、反射型の光学系は、イメージインテンシファイア２００と遅延回路２１０を用いることにより、直進光を受光できるため、検査対象物と前記光学系を相対的に回転させ、Ｘ線ＣＴなどで用いられているRadon変換、2次元Ｆｏｕｒｉｅｒ変換、或いは、逐次近似法などを用いて３次元断層像（３次元断層画像又は３次元断層映像）を得ることが可能である。図２４Ａに実施例（模式図）を示す。図２４Ａの右下の太枠線内の構成が図１６Ａ、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３に相当する。また、遅延回路２１０を用いず、光学系とイメージインテンシファイア２００のみを用いてシステムを構成してもよい。
【0130】
尚、前述した受光光学系はテレセントリック光学系３００を基本としているが、トモグラフィは、結像光学系は不要である。検査対象物の任意の位置における透過率を求めることで断層像を得るため、光源１０３を射出した光を検査対象物に入射させ、検査対象物を出射したビームの平行光束成分を受光素子アレイ１２０にて受光し、その出力を求める。故に必ずしも結像させる必要はない。テレセントリック光学系３００は、それに用いるアパチャー径を極めて小さくすることで、平行光束に近い光線として受光素子アレイ１２０に入射させる役目を担う。但し、アパチャー径を単純に小さくしただけでは、回折効果によりアパチャー２１を出射した光が広がってしまうため、丁度光路となる中心部付近の光線だけ受光素子アレイ１２０に入射させる必要がある。そのため、２段のテレセントリック光学系３０１，３０２を用い、前段のテレセントリック光学系３０１で、アパチャー２１１を絞り、入射光線を回折させ、次に回折光の略中央部のみを受光するために、後段のテレセントリック光学系３０２により、回折した光の中心部を受光素子アレイ１２０に導く。
【0131】
また本願発明は、Ｘ線ＣＴにおける平行ビーム方式やファンビーム方式と類似のシステムであるが、近赤外線領域を用い、屈折率を有する硝材や樹脂を用いて前述したテレセントリック光学系３００を構成するレンズを作ることができるため、光源１０３から射出した光を比較的容易に平行なシートビームとすることが出来、かつ、受光素子の画素サイズは非常に小さくも出来、また受光素子アレイ１２０の走査速度が速いため、Ｘ線ＣＴを上回る解像度、並びに、検査速度を実現できる。更に、受光光学系は継ぎ足すことが可能であり、故に、Ｘ線ＣＴに用いられているヘリカルスキャンなどの主走査方向へのスキャンが不要になる。但し、ヘリカルスキャンも用いることは可能である。この場合は、検査対象物を主走査方向に移動させるか、或いは、光学系全体を検査対象物に対し、相対的に移動させてもよい。赤外線光源を用いることにより、Ｘ線による放射線被爆の問題もなくなる。また、図２４Ａに示したガントリー（破線）内にある照明光学系と受光光学系の距離（直径）を変更することで、検査対象物のサイズに応じた検査が可能になる。
【0132】
図２４Ｂに、後述する図２５Ａに模式的に示した矩形状の受光レンズ１１と受光素子アレイ１２０を千鳥配置した構成がガントリー内に配置された場合の模式図を示す。本実施例において受光レンズ１１は１列の場合を示した。図２５Ａでは、イメージインテンシファイア２００は図示を省略している。また、受光素子アレイ１２０を中心とする円周上に、やや幅広で円周に対して垂直方向に長い矩形状断面の光強度分布を有するシートビーム光源が、受光素子アレイ１２０に対向させて配置されている。受光素子アレイ１２０は、マルチラインであり、例えば２５６ラインＣＣＤセンサなどが市販されている。ＣＣＤセンサはＣＭＯＳセンサに比べると読み出し周波数は低いが、Ｓ／Ｎは良好である。ラインレートは、１ＫＨｚ程度が市販品にある。
【0133】
図２５Ａに示した構成により、上述の光学ラインセンサを用いた３次元断層像形成装置（３次元断層画像形成装置又は３次元断層映像形成装置）を構成することができる。この３次元断層像形成装置は、光軸方向断面が矩形である平行ビームを照射し、テレセントリック光学系３００と対向して配置される照明光学系１００を有する。照明光学系１００には、光源１０３、コリメータ１３０及び集光レンズ１０４などが含まれていてもよい。照明光学系１００とテレセントリック光学系２００は、円周上に配置されており、当該円周上を回転する。円周上の略中央部に配置された検査対象物を透過した光は、テレセントリック光学系３００で受光され、所定の演算により３次元断層像（３次元断層画像又は３次元断層映像）が構築される。図２５Ａの例では、照明光学系１００とテレセントリック光学系２００との組が、円周上に複数配置されているが、照明光学系１００とテレセントリック光学系２００の少なくとも１組が円周上に配置され、当該円周上を回転するような構成であればよい。
【0134】
受光素子アレイ１２０の主走査方向に直角方向であるガントリーの回転方向の幅Ｐｇが、Ｐｇ＝２．５ｍｍの場合、２．５ｍｍピッチ回転させることになり、ガントリーの半径ｒｇがｒｇ＝２５０ｍｍの場合、ガントリーの円周ＣｇはＣｇ≒１５７０ｍｍとなる。故に、マルチラインの各受光素子アレイ１２０の読み取りが並列出力であり、1回転に要する繰り返しの読取回数は６２７回となるため、１回転に要する時間Ｔｇは、Ｔｇ≒０．６２８ｓｅｃとなる。故に、他の信号処理も含めても短時間での測定・検査が可能になる。前記の１受光素子（マルチラインセンサ）の繰り返し回数は、ガントリー１周分について６２８回であるため、角度ピッチθｇはθｇ≒０．５７°となる。図２７に5度ピッチ、１０度ピッチ、２０度ピッチで隙間なく回転させる場合の模式図を示す。隙間なくデータを取得するために、受光素子アレイ１２０のライン数或いは、主走査方向の長さ（素子数）を変えている。但し、画像再構成時に圧縮センシング技術を用いれば、ある程度の間引き処理も可能となり、より高速の読み取りが可能になる。例えば前述したθｇ≒０．５７°をθｇ＝１°として間引き出力してもよい。
【0135】
ここで、トモグラフィの画像処理方法を図２４Ａを参考にして簡単に記す。ライン数が検査対象物のｘ－ｙ座標とある角度θ傾いた回転座標を考えると、円の中心から円周に向かい、１本の線分が定義され、図２４Ａの傾斜した線分の太線について、ｘ－ｙ座標とｓ－ｔ座標の関係は、下記式（１）で表される。
ここで、ｓは、図２４Ａのｓ－ｔ座標の太い線分とｙ軸との距離であり、定数である。
【数1】
【0136】
そして、太線ｓの任意の点における検査対象物の使用波長における吸収率をμt（ｓ、θ）とすると、ｔ軸上に積算した値が、太線ｓ上の全ての吸収を表す。即ち、ｓ上の角度θにおける全吸収量μ（ｓ、θ）は、下記式（２）で表される。
故に、各線分において、積分（線積分）をとれば、式（２）の値は、各画素に対応しており、故にｉ番目の画素に対応した線分ｓｉの出力値は、μ（ｓｉ、θ）となる。θについても離散的な値となる。
【数2】
【0137】
また、一般的にｘ－ｙ座標において、μ（ｘ、ｙ）のＦｏｕｒｉｅｒ変換Fμ（u、v）は、下記式（３）で表される。
故に、μ（ｓ、θ）からμ（ｘ、ｙ）を求めれば、ｘ－ｙ座標における各点の濃度が得られる（画像再構成（復元））。
【数3】
【0138】
今、図２４Ａのμ（ｓ、θ）の変数ｓについてのＦｏｕｒｉｅｒ変換をＦμ（ｓ、θ）とすると、Ｆμ（ｓ、θ）は下記式（４）で表される。
ここで、ｒは周波数空間の極座標表示における動径（半径）である。
【数4】
【0139】
そして、Ｆμ（ｓ、θ）は、Ｒａｄｏｎ逆変換により、下記式（５）に変換され、故に、ｘ－ｙ座標の各点における濃度μ（ｘ、ｙ）が得られ、検査対象物の断層画像が得られる。
【数5】
【0140】
以上は、連続的な値に対する数学的方法であり、実際のデータは、離散的である。そのため、式（５）の変換を実施する際に高周波域の誤差が大きくなるため、高周波成分を強調するフィルタを掛ける。前記フィルタには、周知の各種のフィルタが存在するが、本願発明では省略する。また、式（５）を得ることを「断層画像の再構成」、或いは、「断層画像の復元」などというが、断層画像の再構成には、前記のＦｏｕｒｉｅｒ変換法（離散Ｆｏｕｒｉｅｒ変換）以外に連立方程式を用いた逐次近似法がある。本願発明においては、周知の各種の断層画像の再構成については省略する。尚、本願発明において、以下ではＦｏｕｒｉｅｒ変換法を用いる手法を「解析的再構成法」、逐次近似法などを用いる手法を「代数的再構成法」と呼ぶことにする。
【0141】
また、Ｒａｄｏｎ(逆)変換、1次元のFｏｕｒｉｅｒ変換、２次元のＦｏｕｒｉｅｒ（逆）変換、CT画像再構成法であるフィルタ補正逆投影法や逐次近似法などに掛かる演算時間は僅かであるため、オフライン検査に用いるトモグラフィには十分である。
【0142】
図２５Ｂに、受光素子アレイ１２０の主走査方向を光学系全体がガントリー内を回転する方向に平行にした場合の模式図を示す。図２５Ｂでは、主走査方向が、少なくとも１組の照明光学系１００とテレセントリック光学系２００の光軸が回転する円周の接線に略垂直であり、かつ、主走査方向に対して受光素子アレイ１２０が略平行である。この場合の受光素子アレイ１２０の主走査方向の長さは、約１５ｍｍであり、主走査方向に対して直角方向（副走査方向）に受光素子が隙間なく配列されている。１列目の受光素子アレイ１２０において３ラインとすると、ライン間の隙間に２列目の受光素子アレイ１２０、３列目の受光素子アレイ１２０を回転方向と直交する方向に（通常は副走査方向）ずらして隙間を埋めて配置している。また、受光レンズ１１は矩形形状である。
【0143】
図２５Ｃに、受光素子アレイ１２０と受光レンズ１１で構成される受光光学系の模式図を示す。イメージインテンシファイア２００は省略している。図２５Ｃにおいて、テレセントリック光学系３００の受光レンズ１１は、光軸方向断面において矩形形状である。
【0144】
但し、副走査方向に隙間を設けて、ガントリーが１回転する間に隙間分副走査（短距離のヘリカルスキャン）させてもよい。図２５Ｂ、図２５Ｃに示した受光素子アレイ１２０のガントリーの回転方向への配列数は、３列である。故に約４５ｍｍのピッチで回転させればよい。或いは、ガントリーの回転に同期させて、信号の取り込み間隔を４５ｍｍピッチで行ってもよい。また、受光レンズ１１の光軸方向断面の形状は矩形である。
【0145】
前述した如く、図２５Ａの場合、ガントリー内での回転時の角度ピッチθｇは、θｇ≒０．５７°であるが、図２５Ｂの場合は、θｇ≒１０°である。故に図２５Ａと図２５Ｂの受光素子アレイ１２０のラインレートが同じであれば、約１８倍の検出速度が実現できる。即ちＴｇ≒３６ｍｓｅｃとなり、ほぼテレビレートに近いため、動的な生体観察も可能になる。ガントリーの半径を大きくしたり、小さくしたりすることで、検査対象物として人や不透明な微小動物まで対応できる。更に図２５Ａと図２５Ｂに示した光学系の１組を複数にしてＮ組とし、後段の演算処理に対しパラレル出力した場合、同じ円周上であれば、検査時間はＮ倍早くなり、３次元断層画像のみならず、３次元断層映像も取得可能となる。たとえば、図２５Ａについて、１組であったものを１８組とすれば、図２５Ｂと同じ検査速度になり、３次元断層映像の取得も可能になる。図２７に回転角ピッチと受光素子アレイ１２０の長さの関係を表す模式図を示す。
【0146】
１４．反射型トモグラフィ
変形例１．
図２８Ａに、反射型トモグラフィを示す。Ｘ線トモグラフィは、透過型であり、ガントリーを中心に光源１０３と受光系が対向している。そのため、光軸合わせが困難であり、装置サイズが大きくなる。本変形例では、その弱点を克服した反射型を提案する。本変形例では、前記反射型光学系のアパチャー２１は１個とし、代わりに受光レンズ１１の焦点距離を長くしている。また、受光レンズ１１のＮ．Ａ．については、該受光レンズ１１（検査対象物側の受光レンズ１１）の被写界深度を検査対象物の光軸方向の厚みよりも深くしている。こうすることにより、直線光に近い成分を受光することが可能になる。受光光量は、透過型に比べ少なくなるが、受光素子のゲイン（フォトンカウンティング）を満足する程度の光量が得られるように光源１０３側の出射強度を調整し、かつ、イメージインテンシファイア２００を多段にして感度を増大させる。
変形例１．
図２８Ａに、反射型トモグラフィを示す。Ｘ線トモグラフィは、透過型であり、ガントリーを中心に光源１０３と受光系が対向している。そのため、光軸合わせが困難であり、装置サイズが大きくなる。本変形例では、その弱点を克服した反射型を提案する。本変形例では、前記反射型光学系のアパチャー２１は１個とし、代わりに受光レンズ１１の焦点距離を長くしている。また、受光レンズ１１のＮ．Ａ．については、該受光レンズ１１（検査対象物側の受光レンズ１１）の被写界深度を検査対象物の光軸方向の厚みよりも深くしている。こうすることにより、直線光に近い成分を受光することが可能になる。受光光量は、透過型に比べ少なくなるが、受光素子のゲイン（フォトンカウンティング）を満足する程度の光量が得られるように光源１０３側の出射強度を調整し、かつ、イメージインテンシファイア２００を多段にして感度を増大させる。
【0147】
本変形例では、ガントリー円周上に反射光学系を配置するため、円周は確保する必要があるが、画像の再構成に円周上の一部を用いることも可能であるため、トモグラフィ装置の小型化を実現できる。変形例１では、検査対象物側の受光レンズ１１の被写界深度を検査対象物の光軸方向の厚みよりも深くしたが、図２８Ｂのように光源１０３側にコリメータ１３０を配置して検査対象物に入射する光束を光軸に対し略平行（平行光束）としてもよい。また、受光レンズ１１の受光素子アレイ１２０側の焦点位置にテレセントリック光学系３００の検査対象物側の焦点位置を略一致させてもよい。
【0148】
図２８Ａ又は図２８Ｂの構成について、具体的には、以下のとおりである。
（１）テレセントリック光学系自身のＮ．Ａ．を保持しつつ、光源１０３側のコリメータ１３０によって、検査対象物への入射光を平行光束にする。
（２）テレセントリック光学系の焦点距離は長くし、Ｎ．Ａ．を光源１３０のコリメーション角度と同等にする。
（３）アパチャー径は回折限界によるビームの拡がり角と同等にする（テレセントリック光学系のＮ．Ａ．と光源１０３の有する拡がり角をＮ．Ａ．換算したときに同等とする）。
（４）テレセントリック光学系の被写界深度を検査対象物の厚み以上にする。
（１）テレセントリック光学系自身のＮ．Ａ．を保持しつつ、光源１０３側のコリメータ１３０によって、検査対象物への入射光を平行光束にする。
（２）テレセントリック光学系の焦点距離は長くし、Ｎ．Ａ．を光源１３０のコリメーション角度と同等にする。
（３）アパチャー径は回折限界によるビームの拡がり角と同等にする（テレセントリック光学系のＮ．Ａ．と光源１０３の有する拡がり角をＮ．Ａ．換算したときに同等とする）。
（４）テレセントリック光学系の被写界深度を検査対象物の厚み以上にする。
【0149】
変形例２．
図２８Ｃに、他の変形例に比べ、より平行光束を受光できる光学系を示す。本変形例は、図２８Ａに示した光学系の後段に図２３の光学系を配置し、より平行光束を受光可能にしたものである。図２８Ａの光学系及び図２３の光学系はいずれも被写界深度及び焦点深度が深いため、図２８Ａの光学系の検査対象物側の焦点位置と、図２３の光学系の受光素子アレイ１２０側の焦点位置を略一致させればよい。
図２８Ｃに、他の変形例に比べ、より平行光束を受光できる光学系を示す。本変形例は、図２８Ａに示した光学系の後段に図２３の光学系を配置し、より平行光束を受光可能にしたものである。図２８Ａの光学系及び図２３の光学系はいずれも被写界深度及び焦点深度が深いため、図２８Ａの光学系の検査対象物側の焦点位置と、図２３の光学系の受光素子アレイ１２０側の焦点位置を略一致させればよい。
【0150】
以上の変形例により、円弧状に移動するのみで３次元断層像（３次元断層画像又は３次元断層映像）を取得可能なトモグラフィを実現できるため、装置のより小型化、簡便化、コストダウンが図れる。上記変形例に係る３次元断層像形成装置は、光軸方向断面が矩形である平行ビームを照射する照明光学系１００を有し、照明光学系１００とテレセントリック光学系３００が円周上に配置される。また、テレセントリック光学系３００が円周上若しくは円周上の一部を回転し、円周上の略中央部に配置された検査対象物から反射した光がテレセントリック光学系３００で受光され、所定の演算により３次元断層像が構築される。
【0151】
上記変形例に係る３次元断層像形成装置において、主走査方向は、少なくとも１組の照明光学系１００とテレセントリック光学系３００の光軸が回転する円周の接線に略垂直であり、かつ、主走査方向に対して受光素子アレイ１２０が略平行であってもよい。また、テレセントリック光学系３００の受光レンズ１１は、光軸方向断面において矩形形状であってもよい。また、照明光学系１００とテレセントリック光学系３００との組が、前記円周上に複数配置されていてもよい。尚、前述した反射型光学系は、トモグラフィのみならず、異物・欠陥検出装置として用いることが出来ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0152】
１０ 光源部
１１ 受光レンズ
１２ 受光部
２０ 焦点面
１０３ 光源
１０４ 集光レンズ
１０５ シリンドリカルレンズ
１１０ レンズホルダー
１１１ 遮蔽部
１２０ 受光素子アレイ
１３１ 赤色ＬＤ
１３２ 緑色ＬＤ
１３３ 青色ＬＤ
１３４ 光源基板
１３５ ヒートシンク
１１ 受光レンズ
１２ 受光部
２０ 焦点面
１０３ 光源
１０４ 集光レンズ
１０５ シリンドリカルレンズ
１１０ レンズホルダー
１１１ 遮蔽部
１２０ 受光素子アレイ
１３１ 赤色ＬＤ
１３２ 緑色ＬＤ
１３３ 青色ＬＤ
１３４ 光源基板
１３５ ヒートシンク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図12F】
【図12G】
【図12H】
【図12I】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図22C】
【図22D】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図26A】
【図26B】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図28C】