JP2011223233A - ラインセンサカメラおよびこれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の凹凸を有する撮像対象物を鮮明に撮像することができるラインセンサカメラおよびこれ備えた撮像装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明のラインセンサカメラ１０は、対物レンズ２４と、対物レンズ２４の結像深度内に配設され、複数の撮像素子２９から成るラインスキャンセンサ２８をスキャン方向に複数組連設した撮像部２７と、を備え、複数組のラインスキャンセンサ２７は、相互の結像位置が異なるように配設されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の撮像素子から成るラインスキャンセンサを有したラインセンサカメラおよびこれを備えた撮像装置に関する。

従来、この種の技術として、ラインセンサ（ラインスキャンセンサ）を有したＣＣＤカメラ（ラインセンサカメラ）を、撮像対象物である光学パネルの上方に設置し、光学パネルの表示面に焦点を合わせた状態で、ＣＣＤカメラと光学パネルとを相対移動させて、ラインセンサの撮像エリアを光学パネルの表示面に沿って走査して、光学パネルを撮像する撮像手段および撮像方法が知られている（特許文献１参照）。当該撮像手段は、ライン状の各撮像エリアに対応する連続した撮像画像を取り込んで合成させることで、エリア状の撮像画像を生成しての光学パネルを撮像する。

特開閉２００６−２４２８２１号公報

しかし、上記の撮像手段は、サインセンサカメラの移動開始位置における撮像エリアで撮像対象物の表示面に焦点を合わせた状態で、すなわち、焦点位置が深度方向において一定に固定されたまま、撮像エリアを走査して撮像するため、撮像対象物の浮きやたわみにより表示面に凹凸が生じていた場合、撮像（生成）されたエリア状の撮像画像に焦点が合わずにぼやけた部分が発生してしまうという問題があった。また、全てのエリアを鮮明に撮像するためには、焦点調整処理を何度も繰り返さなければならないという問題もある。

本発明は、上記の点に鑑み、表面の凹凸を有する撮像対象物を鮮明に撮像することができるラインセンサカメラおよびこれ備えた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明のラインセンサカメラは、対物レンズと、対物レンズの結像深度内に配設され、複数の撮像素子から成るラインスキャンセンサをスキャン方向に複数組連設した撮像部と、を備え、複数組のラインスキャンセンサは、相互の結像位置が異なるように配設されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、結像位置が異なる複数のラインスキャンセンサにより、撮像部が有するライン状の撮像エリアにおいて、焦点位置の異なった撮像画像を取り込むことができる。また、ラインセンサカメラと撮像対象物とを相対移動させることで、ライン状の撮像エリアを走査させて、焦点位置の異なった複数のエリア状の撮像画像を取り込むことができる。よって、焦点が合った撮像データを抽出・合成することにより、表面に凹凸を持った撮像対象物の表面全体を、鮮明に撮像することができる。また、焦点調整処理を何度も行うことなく、容易に、表面に凹凸を持った撮像対象物を、鮮明に撮像することができる。

この場合、複数組のラインスキャンセンサは、それぞれの受光面を対物レンズの光軸に対し傾いた面内に沿わせて配設されていることが好ましい。

上記の構成によれば、複数の撮像素子を平面状に連ね、所定の角度だけ傾けることで撮像部を構成できるため、焦点位置の異なった撮像画像を取り込むことができるラインセンサカメラを簡単な構成で製造することができる。また、対物レンズの結像深度内において、各ラインスキャンセンサの結像位置が連続的に異なるように配置されているため、深度方向の凹凸に対して感度良く撮像することができる。

また、複数組のラインスキャンセンサは、それぞれ受光面を対物レンズの光軸に直交させた状態で階段状に配設されていることが好ましい。

この場合、各ラインスキャンセンサは、ＴＤＩ方式で読み出される複数のセンサアレイで構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、同一の撮像エリアに対して多重スキャンし、各焦点位置の撮像画像を高感度に得ることができるため、全体としてより高感度なラインセンサカメラを実現することができる。

また、対物レンズは、光軸がスキャン方向に傾くように斜めに配設されていることが好ましい。

上記の構成によれば、撮像部を既存のままの構成で、対物レンズの傾きにより、焦点位置の異なる複数の撮像画像を得ることができるため、簡単な構成で、表面に凹凸を持った撮像対象物を、鮮明に撮像可能なラインセンサカメラを実現することができる。

これらの場合、撮像素子は、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサで構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、小型で感度のよいラインセンサカメラを提供することができる。

本発明の撮像装置は、上記のラインセンサカメラと、複数組のラインスキャンセンサの撮像結果を、撮像素子単位で順に読み出す画像読出し手段と、読み出した複数の単位撮像画像のうちから合焦画像を抽出する合焦画像抽出手段と、抽出した合焦画像を合成して合焦撮像画像を生成する合焦撮像画像生成手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。

上記の構成によれば、撮像対象物の表面に凹凸が生じていても、焦点位置の異なった単位撮像画像のうちから焦点の合った合焦画像を抽出・合成するため、全体として鮮明な撮像画像を得ることができる。

撮像装置を模式的に表した斜視図である。 第１実施形態に係るラインセンサカメラの模式断面図である。 第１実施形態に係るラインセンサカメラの模式断面図である。 第１実施形態に係る撮像部および撮像データの模式図である。 第２実施形態に係るラインセンサカメラの模式断面図である。 第２実施形態に係る撮像部の模式図である。 第３実施形態に係るラインセンサカメラの模式断面図である。

以下、添付の図面を参照し、本発明の一実施形態に係るラインセンサカメラおよびこれを備えた撮像装置について説明する。図１に示すように、撮像装置１は、撮像ターゲット２の上方に配設され、ライン状の撮像エリアＡを有するラインセンサカメラ１０と、ラインセンサカメラ１０を撮像ターゲット２の上方で移動させるカメラ移動機構１１と、ラインセンサカメラ１０およびカメラ移動機構１１を統括制御する制御装置１２と、を備えている。

撮像ターゲット２は、リールツーリールで送られるシート状の印刷媒体であり、撮像ターゲット２の被撮像エリア３が図外のシート送り機構により送られて、吸着ステージにセットされる。ラインセンサカメラ１０による撮像処理が終了すると、シート送り機構より撮像済みの被撮像エリア３が吸着ステージ上から送り出され、未撮像の被撮像エリア３が吸着ステージに新たに送り込まれる。

カメラ移動機構１１は、図外の支軸に支持され、Ｘ軸方向（水平方向）に延設されたカメラレール１３と、カメラレール１３にスライド自在に設けられたカメラスライダ１４と、を有している。ラインセンサカメラ１０は、カメラスライダ１４に搭載され、カメラ移動機構１１は、カメラスライダ１４をカメラレール１３に沿ってスライドさせることにより、ラインセンサカメラ１０をＸ軸方向（スキャン方向）に移動させる。ラインセンサカメラ１０は、直下に撮像ターゲット２の幅方向にライン状の撮像エリアＡを有しており、カメラ移動機構１１は、この撮像エリアＡが、被撮像エリア３の前端から後端までを走査するように、ラインセンサカメラ１０を移動させる。

制御装置１２は、カメラ移動機構１１の駆動を制御する移動制御部１５と、ラインセンサカメラ１０の駆動を制御する撮像制御部１６と、ラインセンサカメラ１０により撮像された撮像画像を処理する画像処理部１７と、を有している。

移動制御部１５は、カメラ移動機構１１のカメラスライダ１４を駆動させ、ラインセンサカメラ１０の移動開始・停止タイミング、移動スピードを制御する。撮像制御部１６は、ラインセンサカメラ１０の焦点調整処理、スキャンタイミング、スピード等を制御する。制御装置１２は、移動制御部１５および撮像制御部１６によりラインセンサカメラ１０の移動とスキャン動作を同期制御して、ラインセンサカメラ１０が撮像ターゲット２の被撮像エリア３上を移動中にラインセンサカメラ１０を駆動させることで、連続スキャン動作を行う。

画像処理部１７は、ラインセンサカメラ１０によりスキャン動作と並行して出力された電気信号を受け取り、画素（撮像素子２９）単位の単位撮像データ３１（単位撮像画像）を読み出す。読み出した複数の単位撮像データ３１を合成することにより、撮像ターゲット２の被撮像エリア３に対応した撮像データ３２を生成する。本発明では特に、焦点位置の異なった複数の撮像データ３２の中から、焦点の合った単位合焦データ３３を抽出・合成（図４参照、詳しくは後述する）して合焦撮像画像を生成する。

なお、撮像装置１は、ラインセンサカメラ１０を固定し、撮像ターゲット２を移動させてスキャンする形態としてもよい。すなわち、ラインセンサカメラ１０と、撮像ターゲット２とが相対的に移動する構成であればよい。

図２ないし図４を参照し、第１実施形態に係るラインセンサカメラ１０について説明する。図２は、紙面を貫通する方向をＸ軸方向とした模式断面図であり、図３は、紙面を貫通する方向をＹ軸方向とした模式断面図である。ラインセンサカメラ１０は、撮像ターゲット２からの入射光を集光・結像する光学ユニット２１と、光学ユニットにより結像された像を撮像する撮像ユニット２２と、を有している。光学ユニット２１は、鏡筒２３と、鏡筒２３内に設けられた結像レンズ２４（対物レンズ）と、結像レンズ２４を光軸方向に昇降させるレンズ昇降機構２５と、を有している。結像レンズ２４は、撮像ターゲット２からの入射光を集光して結像する。レンズ昇降機構２５は、アクチュエーター等で構成され、撮像ターゲット２とラインセンサカメラ１０との距離に応じて、結像レンズ２４を光軸方向に昇降させることで、結像レンズ２４の結像位置（焦点位置）を調節する。

撮像ユニット２２は、撮像ケース２６と、結像レンズ２４と同軸上で、撮像ケース２６内の結像保障範囲Ｂ（結像深度）に配置された撮像部２７と、光電変換部（図示省略）と、を有している。撮像部２７は、ラインスキャンセンサ２８が複数連ねて構成され、結像レンズ２４によって結像された結像光を受光する。ラインスキャンセンサ２８は、ＣＣＤセンサもしくはＣＭＯＳセンサで構成された撮像素子２９を複数直線状に連ねて構成されている。光電変換部は、順次、撮像素子２９が受光した光量に応じた電気信号を制御装置１２の画像処理部１７へ出力する。

図３および図４に示すように、撮像部２７は、複数のラインスキャンセンサ２８がＸ軸方向に連ねられ、さらに、撮像部２７の受光面３０が結像レンズ２４の光軸に対して、Ｘ軸方向に傾けて配置されている。撮像部２７の受光面３０の傾きは、撮像ケース２６内の結像保障範囲Ｂ内に収められている。すなわち、各ラインスキャンセンサ２８が、結像保障範囲Ｂ内において、結像位置の異なる位置に配置されているため、ある程度の鮮明度を保った焦点位置の異なる撮像データ３２を得ることができる。

図２および図３に示すように、撮像エリアＡは、撮像部２７（ラインスキャンセンサ２８）に対応した撮像ターゲット２上の領域であり、ラインセンサカメラ１０および撮像ターゲット２が共に停止状態でスキャンされたときに撮像可能なエリアである。また、結像保障範囲Ｂ（結像深度）とは、撮像ケース２６内において結像レンズ２４の結像位置を中心として設定された所定の範囲であり、結像レンズ２４による結像光がこの範囲内で撮像（受光）された撮像データ３２は所定の明るさ、鮮明度が保障されるものとする。本発明の撮像部２７は、複数のラインスキャンセンサ２８が結像保障範囲Ｂ内において、光軸方向に位置ずれして配置されている。よって、撮像エリアＡは、垂直方向に幅（撮像可能深度範囲Ｃ）を持ち、焦点位置の異なった撮像データ３２を撮像することができる。

ここで、撮像装置１の撮像処理について説明する。図４は、撮像部２７および撮像部２７が撮像する撮像データ３２の関係を示したイメージ図である。撮像装置１（制御装置１２）は、ラインセンサカメラ１０（撮像部２７）を撮像開始位置に移動させ、この撮像開始位置において撮像ターゲット２の表面に焦点が合うように焦点調整処理を行う。このとき、結像レンズ２４の結像位置は、光軸方向において中心に配置されたラインスキャンセンサ２８の受光面３０に調節され、上下に位置ずれした他のラインスキャンセンサ２８は、結像保障範囲Ｂ内に収まるようになっている。

この状態で、ラインセンサカメラ１０を駆動させながら撮像終了位置までＸ軸方向に移動させ、被撮像エリア３をスキャンする。このとき、画像処理部１７は、ラインセンサカメラ１０のスキャン動作と並行して、スキャン済みの単位撮像データ３１を読み出す。各ラインスキャンセンサ２８は、それぞれ焦点位置の異なった部分をスキャンし、スキャン終了時には、画像処理部１７は図示のように積層された複数の撮像データ３２を得る。

撮像ターゲット２の表面に凹凸があった場合、仮想的に積層された焦点位置の異なる複数の撮像データ３２において、撮像ターゲット２の表面位置が焦点位置と一致する単位撮像データ３１が、焦点の合った単位合焦データ３３（合焦画像）となる。画像処理部１７は、複数の単位撮像データ３１の中から、単位合焦データ３３を抽出する。そして、抽出した単位合焦データ３３を合成して合焦撮像画像を生成する。

このように、ラインセンサカメラ１０において、複数のラインスキャンセンサ２８を、結像保障範囲Ｂにおいて、結像位置が異なるように配置することで、焦点位置が異なった複数の撮像データ３２を撮像することができ、画像処理部１７の処理により、表面に凹凸のある撮像対象ターゲット２の表面を鮮明に撮像することができる。また、本実施形態においては、複数のラインスキャンセンサ２８を水平に連ねたものを結像レンズ２４の光軸に対して傾けることで、容易に上記の構成を得ることができる。また、光軸方向において、各ラインスキャンセンサ２８の結像位置が連続的に異なるように配置されているため、深度方向の凹凸に対して感度良く撮像することができる。

また、抽出した単位合焦データ３３を解析して、各単位合焦データ３３の焦点深度を算出することで、被撮像エリア３における撮像ターゲット２の表面の凹凸の高さを計測することも可能である。

なお、請求項における「画像読出し手段」「合焦画像抽出手段」「合焦撮像画像生成手段」とは、撮像部２７および画像処理部１７を指す。

図５を参照し、第２実施形態に係るラインセンサカメラ１０について説明する。同図（ａ）は、紙面を貫通する方向をＸ軸方向とし、（ｂ）は、紙面を貫通する方向をＹ軸方向とした模式断面図である。同図（ｂ）に示すように、撮像部２７は、受光面３０が結像レンズ２４の光軸に対して直交するように形成されたラインスキャンセンサ２８が３つＸ軸方向に連ねられ、さらに、各ラインスキャンセンサ２８は、撮像ケース２６内の結像保障範囲Ｂ内で、階段状に構成されている。

図６（ａ）は、本実施形態に係るラ撮像部２７の上面図であり、（ｂ）は、Ｙ軸方向における側面図である。同図（ａ）に示すように、撮像部２７を構成する各ラインスキャンセンサ２８は、他の実施形態と異なり、撮像素子２９を複数ライン（図示では３ライン）水平に連ねて構成されている。そして、各ラインスキャンセンサ２８は、いわゆるＴＤＩ（Time Delay Integration）方式で撮像データ３２が読み出される。すなわち、撮像エリアＡの１画素に対して３回の多重キャンを行い、各焦点位置において、より明るく鮮明な撮像データ３２を得ることができる。このラインスキャンセンサ２８を結像位置が異なるように配置することで、全体としてより高感度なラインセンサカメラ１０を実現することができる。

図７を参照し、第３実施形態に係るラインセンサカメラ１０について詳述する。同図（ａ）は、紙面を貫通する方向をＸ軸方向とし、（ｂ）は、紙面を貫通する方向をＹ軸方向とした模式断面図である。撮像部２７は、複数（図示では３つ）のラインスキャンセンサ２８がＸ軸方向に水平に連ねて構成されている。また、結像レンズ２４は、各ラインスキャンセンサ２８の焦点位置が異なるように光軸に対してＸ軸方向に傾けて鏡筒２３内に取り付けられている。これにより、焦点位置の異なる撮像データ３２を得ることができる。

この構成によれば、撮像部２７を既存のままの構成で、結像レンズ２４を傾倒させるだけで、焦点位置の異なる複数の撮像データ３２を得ることができるため、簡単な構成で、表面に凹凸を持った撮像ターゲット２を、鮮明に撮像可能なラインセンサカメラ１０を実現することができる。

これまで説明してきたラインセンサカメラ１０および撮像装置１によれば、結像位置が異なる複数のラインスキャンセンサ２８により、焦点位置の異なった撮像データ３２を撮像することができる。よって、焦点が合った単位合焦データ３３を抽出・合成することにより、表面に凹凸を持った撮像対象物の表面全体を、鮮明に撮像することができる。また、焦点調整処理を何度も行うことなく、容易に、表面に凹凸を持った撮像ターゲット２を、鮮明に撮像することができる。

１：撮像装置 １０：ラインセンサカメラ １２：制御装置 １７：画像処理部 ２４：結像レンズ ２７：撮像部 ２８：ラインスキャンセンサ ２９：撮像素子 ３０：受光面 ３１：単位撮像データ ３２：撮像データ ３３：単位合焦データ

Claims (7)

1. 対物レンズと、
   前記対物レンズの結像深度内に配設され、複数の撮像素子から成るラインスキャンセンサをスキャン方向に複数組連設した撮像部と、を備え、
   複数組の前記ラインスキャンセンサは、相互の結像位置が異なるように配設されていることを特徴とするラインセンサカメラ。
2. 複数組の前記ラインスキャンセンサは、それぞれの受光面を前記対物レンズの光軸に対し傾いた面内に沿わせて配設されていることを特徴とする請求項１に記載のラインセンサカメラ。
3. 複数組の前記ラインスキャンセンサは、それぞれ受光面を前記対物レンズの光軸に直交させた状態で階段状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のラインセンサカメラ。
4. 前記各ラインスキャンセンサは、ＴＤＩ方式で読み出される複数のセンサアレイで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のラインセンサカメラ。
5. 前記対物レンズは、光軸がスキャン方向に傾くように斜めに配設されていることを特徴とする請求項１に記載のラインセンサカメラ。
6. 前記撮像素子は、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサで構成されていることを特徴とする請求項１ないし５に記載のラインセンサカメラ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のラインセンサカメラと、
   複数組の前記ラインスキャンセンサの撮像結果を、前記撮像素子単位で順に読み出す画像読出し手段と、
   読み出した複数の単位撮像画像のうちから合焦画像を抽出する合焦画像抽出手段と、
   抽出した合焦画像を合成して合焦撮像画像を生成する合焦撮像画像生成手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。

Images