JP4332906B2 - ラインセンサカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素ずらし手法により画素周期よりも高解像度な画像を撮像可能なラインセンサカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤやＣＭＯＳなどの感光素子を使用したデジタルカメラの解像度を決定する要素の一つとして、素子上に形成されている画素間の周期がある。例えば画素数が同じならば画素間の周期が短いほど高解像度の画像が得られる。しかし、画素間の周期を短くすれば必然的に画素サイズが小さくなり、感度やダイナミックレンジなど感光素子の性能低下を招くことになる。
【０００３】
ここで画素サイズを変えないで感光素子の性能を維持したまま、解像度を上げた画像を得る方法として、画素ずらしと呼ばれる方法が従来より知られている。これは、撮像した画像に対して、感光素子の画素間の周期の１／ｎ（ｎは正整数）だけ位置をずらした画像を撮像し元の画像と合成して、解像度を上げた画像を得る方法である。
【０００４】
この、画素ずらしと呼ばれる方法は、エリアセンサを使った撮像装置に適用され、既に実現している。エリアセンサで画素ずらしによる高解像度の画像を得る方法としては、被写体を移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、エリアセンサカメラを移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、光学素子によりエリアセンサ素子の面上での結像位置をずらして複数回撮像した画像を合成する方法、ビームスプリッターで像を分けて複数のエリアセンサカメラで撮像した画像を合成する方法などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ラインセンサは、比較的容易に画素数の多い感光素子を製作できるというメリットがある。例えばＣＣＤエリアセンサでは、１０００×１０００程度の画素数になると画素全てに欠陥がない素子を製作するのは困難であるが、ＣＣＤラインセンサでは５０００画素程度の素子が比較的容易に製作されている。従ってラインセンサを使えば、エリアセンサよりも幅の広い領域を観察することができるメリットがある。
【０００６】
しかしながら、ラインセンサを使った撮像装置で画素ずらしを適用したものは今までなく、エリアセンサを使った場合との相違点やラインセンサを使った場合の特有の問題点についての検討も行われていなかった。
【０００７】
エリアセンサが、画素を２次元に並べた感光素子であるのに対して、ラインセンサは画素を１次元的に並べた感光素子である。従って、ラインセンサが２次元的な画像を得るためには、その画素の並び方向と垂直な方向に被写体あるいはラインセンサ自体を、撮像タイミングと同期させて動かさなければならないという特徴がある。通常の２次元的な画像を得るために必要なこれらの動作を行いながら、さらに画素ずらしによる高解像度の画像を得ようとすると、前述したエリアセンサで画素ずらしを実現するための方法の一部（被写体を移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、エリアセンサカメラを移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、光学素子によりエリアセンサ素子の面上での結像位置をずらして複数回撮像した画像を合成する方法）は、ラインセンサに単純に適用しても、動作や装置構造が複雑になったり撮像にかかる時間が長くなったりするので現実的ではない。
【０００８】
本発明は、画素列１本だけの通常のラインセンサ素子を使用して画素ずらしを行なう撮像装置に関するものであり、その課題とするところは、ラインセンサを使った場合に考慮しなければならない上記の問題点を考慮し、エリアセンサよりも幅の広い領域を画素ずらしにより解像度を高めて撮像可能な装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、それを構成するラインセンサ素子上に被写体の像を結像させるための結像手段と、その結像光を複数の光路に分けるビームスプリッターと、該ビームスプリッターにより分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラとしたものである。
【００１０】
また、請求項２の発明では、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、被写体からの光を平行光にする被写体側結像手段と、該平行光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、該複屈折偏光子からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラとしたものである。
【００１１】
また、請求項３の発明では、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、被写体からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段と、該結像光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラとしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、参考技術を、図面を用いて詳細に説明する。
参考技術のラインセンサカメラは、図１に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラ（１）であって、それを構成するラインセンサ素子（１１）上に被写体（４）の像を結像させるための結像手段（３）と、図２に示すように、複数の画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）を、所定の長さずつ周期をずらした位置に形成してなるラインセンサ素子（１１）と、該ラインセンサ素子（１１）の各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）を独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
上記のように、ラインセンサ素子（１１）の画素ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、ラインセンサ素子（１１）上に形成された複数の画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）で、被写体（４）に結像する撮像位置（４ａ、４ｂ）の像が所定の量だけずれた画像を撮像されるので、ラインセンサ素子（１１）を形成する画素（１０）の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００１４】
以下に上記の参考技術のラインセンサカメラについて、事例を挙げながらより詳しく、具体的に説明する。
図１は、参考技術のラインセンサカメラの一事例を示す概略図であり、この図に示す被写体（４）は、搬送装置（２）により搬送装置（２）に近接するパルス発生器（７０）の方向すなわち搬送方向（Ｙ）に、撮像位置ａ（４ａ）およびｂ（４ｂ）付近まで搬送される。また搬送装置（２）は、パルス発生器（７０）より搬送距離に応じた電気信号パルス（Ｓｐ）をラインセンサカメラ（１）に送るものである。
【００１５】
図１に示す結像手段（３）は、上記撮像位置ａ、ｂ（４ａ、４ｂ）からの光をラインセンサ素子（１１）上に、所定の倍率で結像させるものであり、その結像手段（３）としては各種撮影レンズ、顕微鏡などの光学装置を用いることが出来る。
【００１６】
また、図１に示すラインセンサカメラ（１）は、ラインセンサ素子（１１）および電気回路部分（１２）からなり、そのラインセンサ素子（１１）上には例えば二つの画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）が形成されており、上記結像手段（３）により撮像位置ａ（４ａ）の像は画素列ａ（１１ａ）上に、撮像位置ｂ（４ｂ）の像は画素列ｂ（１１ｂ）上に結像する。また電気回路部分（１２）はラインセンサ素子（１１）の各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のデータを読み出し、出力データ（Ｓｄ）として出力する。出力データ（Ｓｄ）としては各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のデータを合成した画像データでもよいし、後段の処理回路で画像合成が可能ならば各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のデータそのものでもよい。
【００１７】
ここで、上述した構成の参考技術のラインセンサカメラ（１）による動作等を図１を用いて具体的に説明すると、まず、被写体（４）が搬送装置（２）により撮像される撮影位置ａ（４ａ）付近まで運ばれてくると、位置検出手段（図示せず）がそれを検知し撮像開始信号をラインセンサカメラ（１）に送る。また、照明光照射手段（図示せず）からの照明光により照らされた撮像位置ａ（４ａ）および撮像位置ｂ（４ｂ）の像はそれぞれ、結像手段（３）によりラインセンサ素子（１１）上の画素列ａ（１１ａ）およびｂ（１１ｂ）上で結像する。そして電気回路部分（１２）は、前記搬送装置（２）に近接するパルス発生器（７０）からの電気信号パルス（Ｓｐ）が与えるタイミングで、ラインセンサ素子（１１）の各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）から画像データを読み出す。
【００１８】
次に図２、図３に示すラインセンサ素子（１１）は各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）からなり、その各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）は、感光領域となる多数の画素（１０）からなっている。この各画素（１０）の感光領域のサイズをｕ×ｖ、画素の並び方向の周期をＰｕ、画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）間の周期をＰｖとする。上記図１で示した被写体（４）の搬送方向（Ｙ）に被写体（４）を搬送するとその像は、図２、図３に示すように、画素列ａ（１１ａ）から画素列ｂ（１１ｂ）の方向（Ｙ’）に動いていくものとし、図２に示すように、画素（１０）の並びの方向に１／２周期シフトさせた場合と、図３に示すように、シフトさせない場合とがある。
【００１９】
また、図４に示すように、電気回路部分（１２）が画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のそれぞれからデータを読み出すタイミングを与える水平同期信号パルスａ、ｂ（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）であり、その両パルス（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）とも、搬送装置（２）が搬送した距離に応じて出す信号パルス（Ｓｐ）をもとに発生するものとする。そして画素列ａ（１１ａ）を駆動する水平同期信号パルスａ（Ｓ４ａ）は、被写体（４）の撮像開始位置が撮像位置ａ（４ａ）に来たことを知らせる撮像開始信号が来た時点（ｔｓ）から発生し始めるものとする。また画素列ｂ（１１ｂ）を駆動する水平同期信号パルスｂ（Ｓ４ｂ）は、撮像開始信号が来た時点（ｔｓ）から時間Ｔｉだけ遅れて発生し始めるものとする。上記両パルス（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）とも信号パルスの周期はＴｖとする。
【００２０】
以上のような条件で図１１に示すｘ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図２に示すような１／２シフトした画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）の配置のものを使用し、時間（Ｔｉ）を、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でＰｖだけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でｖだけ進む時間とすればよい。このとき画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野は、図１１に示すように、実線で示す四角形のようになり、また、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は、破線で示す四角形のようになり、両四角形がｘ方向に１／２周期ずれた形となる。
【００２１】
また、図１２に示すようにｙ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図３のようなシフトしない画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）の配置のものを使用し、時間Ｔｉを、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（Ｐｖ＋ｖ／２）だけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）でｖだけ進む時間とすればよい。このとき画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野は、図１２に示すように実線で示す四角形のようになり、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は破線で示す四角形のようになり、両四角形がｙ方向に１／２周期ずれた形となる。
【００２２】
また、図１３のように（ｘ＋ｙ）方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図２のような１／２シフトした画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）の配置のものを使用し、時間Ｔｉを、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（Ｐｖ＋ｖ／２）だけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でｖだけ進む時間とすればよい。このとき各画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野は実線で示す四角形のようになり、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は破線で示す四角形のようになり、両四角形がｘとｙ方向に１／２周期ずれた形となる。
【００２３】
更に、図１４に示すように前記３事例のシフト方法を全て重ね合わせて画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図２のような画素列ａ（１１ａ）と画素列ｂ（１１ｂ）とが１／２シフトした配置のものを使用し、時間Ｔｉを、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でＰｖだけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でｖ／２だけ進む時間とすればよい。このとき画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野中心は図１４に示す□または●になり、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は図１４に示す○または■になる。撮像は図１４のようにしておき、画像合成のときに使用するデータを選ぶ事もできる。例えば□と○のデータのみを使えば図１３に示すようなｘとｙ方向にシフトした形と等価な画像を合成することができる。
【００２４】
以上のような参考技術の事例では、２本の画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）とし画素（１０）の並び方向へシフトする場合はそのシフト量を画素間周期の１／２としたが、画素列をｎ本とし画素の並び方向への各画素列のシフト量を、画素間周期の１／ｎ、２／ｎ、．．．．（ｎ−１）／ｎとして解像度を上げることもできる。また、画素列がｎ本の場合、第（ｋ＋１）番目の画素列を駆動する水平同期信号は、第１番目の画素列の水平同期信号よりも被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（Ｐｖ×ｋ）だけ進む時間だけ遅れて発生し始め、周期Ｔｖは被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（ｖ／ｎ）だけ進む時間とすれば、搬送方向（Ｙ）へ１／ｎ、２／ｎ、．．．．（ｎ−１）／ｎシフトさせた画像のセットを撮像することが出来る。
【００２５】
また、上記事例では、結像手段（３）とラインセンサカメラ（１）を固定して被写体（４）のほうを搬送装置（２）で移動させるものとしたが、被写体（４）を固定して結像手段（３）とラインセンサカメラ（１）を連結した状態で移動させるようにしてもよい。
【００２６】
続いて、本発明のラインセンサカメラにおいて、請求項１の発明は、図５に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像可能なラインセンサカメラ（１）であって、それを構成する複数のラインセンサ素子（１１）上に被写体（４）の像を結像させるための結像手段（３）と、その結像光を複数の光路（４ｆ）に分けるビームスプリッター（Ｂｓ）と、該ビームスプリッターに（Ｂｓ）より分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子（１１）群と、該ラインセンサ素子（１１）群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００２７】
上記のような請求項１の発明の画素ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、ビームスプリッター（Ｂｓ）により結像光を複数の光路（４ｆ）に分け、分けられた結像光をそれぞれ所定の量だけ結像位置をずらして複数のラインセンサ素子（１１）で撮像することにより、ラインセンサの画素の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００２８】
以下に上記請求項１の発明のラインセンサカメラについて、事例を挙げながらより詳しく、具体的に説明する。
図５は、請求項１の発明の一事例の構成を示す概略図であり、被写体（４）、搬送装置（２）および結像手段（３）の構成や動作は、上記参考技術と同じであるので説明は省略する。この事例のラインセンサカメラ（１）は、この他にビームスプリッター（Ｂｓ）、二つのラインセンサ素子ａ（５１ａ）およびラインセンサ素子ｂ（５１ｂ）、電気回路部分（１２）から構成される。
【００２９】
上記ビームスプリッター（Ｂｓ）は結像手段（３）を通ってきた光の光路（４ｆ）を２つに分け、各ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）へ導く。このビームスプリッター（Ｂｓ）としてはペリクルビームスプリッターやキューブビームスプリッター等の光学素子を用いることが出来る。
【００３０】
また、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）としては、画素列１本だけの通常のラインセンサＣＣＤ素子などを使用することができる。ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の画素列の位置が、被写体（４）からの光がビームスプリッター（Ｂｓ）を通った後に結像する点になるよう配置する。また二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置は、搬送方向（Ｙ）にはずらさない場合には図６（ａ）に示すように、１／２周期ずらす場合は図７（ａ）に示すようにすればよい。更に、画素の並び方向にずらさない場合と１／２周期ずらした場合の、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の各画素の視野の重なりを図６（ｂ）、図６（ｃ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示した。
【００３１】
上述した請求項１の発明の事例に示した構成の画素ずらしを適用したラインセンサカメラによりなされる動作を、図５を用いて説明すると、被写体（４）が搬送装置（２）により撮像位置ａ（４ａ）付近まで運ばれてくると、位置検出手段（図示せず）がそれを検知し撮像開始信号をラインセンサカメラ（１）に送る。また、照明光照射手段（図示せず）からの照明光により照らされた撮像位置ａ（４ａ）付近の像は、結像手段（３）を通った後ビームスプリッター（Ｂｓ）により２つに分けられ、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）上に結像する。一方電気回路部分（１２）は、搬送装置（２）からの電気信号パルス（Ｓｐ）が与えるタイミングで、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）のそれぞれからデータを読み出し、データＳｄとして出力する。このデータＳｄとしては各ラインセンサ素子のデータを合成した画像データでもよいし、後段の処理回路で画像合成が可能ならば各ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）のデータそのものでもよい。
【００３２】
以上のような条件で図１１のようにｘ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図６（ａ）に示すようにして被写体（４）の搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置ａ（４ａ）を観察するようにし、図６（ｃ）に示すように画素の並び方向には１／２周期ずらしてやればよい。この場合、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用することが出来る。
【００３３】
また、図１２に示すようにｙ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図７（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）の１画素の視野の１／２だけずれた撮像位置ａ（４ａ）およびｂ（４ｂ）を観察するようにし、図７（ｂ）のように画素の並び方向にはずらさないようにしてやればよい。この場合、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用することが出来る。
【００３４】
あるいは、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図６（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置（４ａ）を観察するようにし、図６（ｂ）に示すように画素の並び方向にもずらさないようにして、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号の位相が半周期ずれたものを使用しても図１２に示すような画素ずらしの画像データを撮像することができる。
【００３５】
また、図１３に示すように、（ｘ＋ｙ）方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図７（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）の１画素の視野の１／２だけずれた撮像位置ａ（４ａ）およびｂ（４ｂ）を観察するようにし、図７（ｃ）に示すように、画素の並び方向にも１／２周期ずらしてやればよい。この場合、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用することが出来る。
【００３６】
あるいは、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図６（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置（４ａ）を観察するようにし、図６（ｃ）に示すように画素の並び方向には１／２周期ずらして、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号の位相が半周期ずれたものを使用しても図１３に示すような画素ずらしの画像データを撮像することができる。
【００３７】
更に、図１４に示すように、上記３種類のシフト方法を全て重ね合わせて画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、図６（ｃ）あるいは図７（ｃ）に示すように画素の並び方向に１／２周期ずらして、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用すればよい。ただしこの場合の水平同期信号の周期は上記３種類のシフト方法の場合の１／２にする必要がある。
【００３８】
このときラインセンサ素子ａ（５１ａ）の各画素の視野中心は図１４に示す□または●になり、ラインセンサ素子ｂ（５１ｂ）の各画素の視野は図１４に示す○または■になる。この時の撮像は図１４に示すようにしておき、画像合成のときに使用するデータを選ぶ事もできる。例えば□と○のデータのみを使えば図１３に示すようなｘとｙに１／２シフトした場合と等価の画像を合成することができる。
【００３９】
なお、上記事例では使用するラインセンサ素子を２個としたが、ビームスプリッター（Ｂｓ）の後段にさらに別のビームスプリッターを付ければ、ラインセンサ素子の数をさらに増やすことも可能である。例えば図８に示すように３個のビームスプリッターＢｓ、Ｂｓ’、Ｂｓ”と、４個のラインセンサ素子ａ、ｂ、ｃ、ｄ（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）を使用することも可能である。
【００４０】
また、本発明のラインセンサカメラにおいて、請求項２の発明は、図９に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラ（１）であって、被写体（４）からの光を平行光にする被写体側結像手段（３ａ）と、該平行光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分ける複屈折偏光子（６２）と、該複屈折偏光子（６２）からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段（３ｂ）と、複屈折偏光子（６２）により分けられた常光線（４ｆ１）の像と異常光線（４ｆ２）の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群（例えばａ（５１ａ）、ｂ（５１ｂ））と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００４１】
上記のような請求項２の発明の画像ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、複屈折偏光子（６２）により平行光または結像光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分け、それぞれを所定の量だけ結像位置をずらしてラインセンサ素子で撮像することにより、ラインセンサの画素の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００４２】
以下に上記請求項２の発明のラインセンサカメラについて、事例を挙げながらより詳しく、具体的に説明する。
図９は、請求項２の発明の一事例の構成を示す概略図であり、被写体（４）、搬送装置（２）および構成や動作は上記参考技術の場合と同じであるので説明は省略する。このラインセンサカメラ（１）に使用するスリット（ＳＬ）は、撮像位置ａ（４ａ）以外からの光が結像手段（３）に入らないようにするために、被写体（４）と結像手段（３）の間に配置される。
【００４３】
上記結像手段（３）は、被写体側結像手段（３ａ）、複屈折偏光子（６２）およびラインセンサ側結像手段（３ｂ）からなり、被写体（４）の撮像位置ａ（４ａ）からの光は被写体側結像手段（３ａ）により平行光となり、複屈折偏光子（６２）に入射し常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分けられる。その後、ラインセンサ側結像手段（３ｂ）により結像するが、常光線（４ｆ１）の像と異常光線（４ｆ２）の像は異なった位置に結像する。前記複屈折偏光子（６２）は、複屈折を起こす方向が搬送方向（Ｙ）と平行になるように配置する。
【００４４】
請求項２の発明の一事例のラインセンサカメラ（１）は、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）と、電気回路部分（１２）とから構成される。また二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）はそれぞれ撮像位置（４ａ）の、常光線（４ｆ１）の像、異常光線（４ｆ２）の像が結像する位置に配置される。電気回路部分（１２）の動作は上記請求項２の発明の場合と同様であるので説明は省略する。
【００４５】
本事例では、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）は搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置（４ａ）を観察することになる。このラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を画素の並びの方向にずらさないか、１／２周期ずらすことにより、さらにラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号の周期や位相を選ぶことにより、前記請求項２の発明の事例で説明したのと同様に、図１１〜１４のような画素ずらしの画像データを撮像することができる。
【００４６】
さらにまた、本発明のラインセンサカメラにおいて、請求項３の発明は、図１０に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラ（１）であって、被写体（４）からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段（３）と、該結像光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分ける複屈折偏光子（６２）と、複屈折偏光子（６２）により分けられた常光線（４ｆ１）の像と異常光線（４ｆ２）の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群（例えばａ（５１ａ）、ｂ（５１ｂ））と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００４７】
上記のような請求項３の発明の画像ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、複屈折偏光子（６２）により平行光または結像光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分け、それぞれを所定の量だけ結像位置をずらしてラインセンサ素子で撮像することにより、ラインセンサの画素の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００４８】
以下に上記請求項３の発明のラインセンサカメラについて、具体的に説明する。
図１０は、請求項３の発明の一事例の構成を表す概略図であり、結像手段（３）をのぞいては前記請求項２の発明の事例と同様であるので、結像手段（３）についてのみ説明する。この事例での結像手段（３）は、被写体側結合手段（３ａ）と複屈折偏光子（６２）からなり、被写体（４）の撮像位置ａ（４ａ）から発した光は、被写体側結合手段（３ａ）を通った後、複屈折偏光子（６２）により常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分けられ、それぞれ対応するラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）上に結像する。その後の動作は前記請求項２の発明の事例と同様であるので説明は省略する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。
即ち、構成するラインセンサ素子上に被写体の像を結像させるための結像手段と、その結像光を複数の光路に分けるビームスプリッターと、該ビームスプリッターにより分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなるラインセンサカメラ、
または被写体からの光を平行光にする被写体側結像手段と、該平行光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、該複屈折偏光子からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなるラインセンサカメラ、
または被写体からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段と、結像光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなるラインセンサカメラのように、画素ずらしを適用したラインセンサカメラとすることにより、エリアセンサよりも広い幅の領域を解像度を高めて撮像できるという効果がある。
【００５０】
従って本発明は、種々の被写体の表面検査等の如き用途においてのラインセンサカメラとして、優れた実用上の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考技術の実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図２】 参考技術の実施の形態を示すもので、ラインセンサ素子上の画素列配置の一事例を表す図である。
【図３】 参考技術の実施の形態を示すもので、ラインセンサ素子上の画素列配置の他の一事例を表す図である。
【図４】 参考技術の実施の形態を示すもので、画素列からデータを読みだすタイミングを与える水平同期信号の概略を示す図である。
【図５】 本発明のうちの請求項１の発明の一実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図６】 請求項１の発明の一実施の形態を示すもので、
（ａ）は、ラインセンサ素子の配置の一事例を表す概略図である。
（ｂ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の一事例を表す図である。
（ｃ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の他の一事例を表す図である。
【図７】 請求項１の発明の一実施の形態を示すもので、
（ａ）は、ラインセンサ素子の配置の他の一事例を表す概略図である。
（ｂ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の一事例を表す図である。
（ｃ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の他の一事例を表す図である。
【図８】 請求項１の発明の一実施の形態を示すもので、ラインセンサ素子の配置のさらに他の一事例を表す概略図である。
【図９】 本発明のうちの請求項２の発明の一実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図１０】 本発明のうちの請求項３の発明の一実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図１１】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素をｘ軸方向に１／２シフトさせたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【図１２】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素をｙ軸方向に１／２シフトさせたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【図１３】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素を（ｘ＋ｙ）軸方向に１／２シフトさせたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【図１４】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素をｘ軸、ｙ軸および（ｘ＋ｙ）軸方向に１／２シフトさせ合成させたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【符号の説明】
１‥‥ラインセンサカメラ
２‥‥搬送装置
３‥‥結像手段
３ａ‥‥被写体側結像手段
３ｂ‥‥ラインセンサ側結像手段
４‥‥被写体
４ａ‥‥撮像位置ａ
４ｂ‥‥撮像位置ｂ
４ｆ‥‥光路
４ｆ１‥‥常光線
４ｆ２‥‥異常光線
１０‥‥画素
１１‥‥ラインセンサ素子
１１ａ‥‥画素列ａ
１１ｂ‥‥画素列ｂ
１２‥‥電気回路部分
５１ａ‥‥ラインセンサ素子ａ
５１ｂ‥‥ラインセンサ素子ｂ
５１ｃ‥‥ラインセンサ素子ｃ
５１ｄ‥‥ラインセンサ素子ｄ
６２‥‥複屈折偏光子
７０‥‥パルス発生器
Ｂｓ‥‥ビームスプリッター
Ｐｕ‥‥各画素間の、画素の並び方向の周期の長さ
Ｐｖ‥‥画素列間の周期の長さ
Ｓｐ‥‥電気信号パルス
Ｓｄ‥‥出力データ
Ｓ４ａ‥‥水平信号パルスａ
Ｓ４ｂ‥‥水平信号パルスｂ
ＳＬ‥‥スリット
ｔｓ‥‥撮像開始信号がきた時点
Ｔｖ‥‥水平同期信号の周期
Ｔｉ‥‥水平同期信号の第１パルスの間の時間
ｕ‥‥画素の並び方向のサイズ
ｖ‥‥画素の並び方向と垂直な方向のサイズ
Ｙ‥‥被写体の搬送方向
Ｙ’‥‥被写体の像がラインセンサ上を動く方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素ずらし手法により画素周期よりも高解像度な画像を撮像可能なラインセンサカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤやＣＭＯＳなどの感光素子を使用したデジタルカメラの解像度を決定する要素の一つとして、素子上に形成されている画素間の周期がある。例えば画素数が同じならば画素間の周期が短いほど高解像度の画像が得られる。しかし、画素間の周期を短くすれば必然的に画素サイズが小さくなり、感度やダイナミックレンジなど感光素子の性能低下を招くことになる。
【０００３】
ここで画素サイズを変えないで感光素子の性能を維持したまま、解像度を上げた画像を得る方法として、画素ずらしと呼ばれる方法が従来より知られている。これは、撮像した画像に対して、感光素子の画素間の周期の１／ｎ（ｎは正整数）だけ位置をずらした画像を撮像し元の画像と合成して、解像度を上げた画像を得る方法である。
【０００４】
この、画素ずらしと呼ばれる方法は、エリアセンサを使った撮像装置に適用され、既に実現している。エリアセンサで画素ずらしによる高解像度の画像を得る方法としては、被写体を移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、エリアセンサカメラを移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、光学素子によりエリアセンサ素子の面上での結像位置をずらして複数回撮像した画像を合成する方法、ビームスプリッターで像を分けて複数のエリアセンサカメラで撮像した画像を合成する方法などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ラインセンサは、比較的容易に画素数の多い感光素子を製作できるというメリットがある。例えばＣＣＤエリアセンサでは、１０００×１０００程度の画素数になると画素全てに欠陥がない素子を製作するのは困難であるが、ＣＣＤラインセンサでは５０００画素程度の素子が比較的容易に製作されている。従ってラインセンサを使えば、エリアセンサよりも幅の広い領域を観察することができるメリットがある。
【０００６】
しかしながら、ラインセンサを使った撮像装置で画素ずらしを適用したものは今までなく、エリアセンサを使った場合との相違点やラインセンサを使った場合の特有の問題点についての検討も行われていなかった。
【０００７】
エリアセンサが、画素を２次元に並べた感光素子であるのに対して、ラインセンサは画素を１次元的に並べた感光素子である。従って、ラインセンサが２次元的な画像を得るためには、その画素の並び方向と垂直な方向に被写体あるいはラインセンサ自体を、撮像タイミングと同期させて動かさなければならないという特徴がある。通常の２次元的な画像を得るために必要なこれらの動作を行いながら、さらに画素ずらしによる高解像度の画像を得ようとすると、前述したエリアセンサで画素ずらしを実現するための方法の一部（被写体を移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、エリアセンサカメラを移動させて複数回撮像した画像を合成する方法、光学素子によりエリアセンサ素子の面上での結像位置をずらして複数回撮像した画像を合成する方法）は、ラインセンサに単純に適用しても、動作や装置構造が複雑になったり撮像にかかる時間が長くなったりするので現実的ではない。
【０００８】
本発明は、画素列１本だけの通常のラインセンサ素子を使用して画素ずらしを行なう撮像装置に関するものであり、その課題とするところは、ラインセンサを使った場合に考慮しなければならない上記の問題点を考慮し、エリアセンサよりも幅の広い領域を画素ずらしにより解像度を高めて撮像可能な装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、それを構成するラインセンサ素子上に被写体の像を結像させるための結像手段と、その結像光を複数の光路に分けるビームスプリッターと、該ビームスプリッターにより分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラとしたものである。
【００１０】
また、請求項２の発明では、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、被写体からの光を平行光にする被写体側結像手段と、該平行光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、該複屈折偏光子からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラとしたものである。
【００１１】
また、請求項３の発明では、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、被写体からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段と、該結像光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラとしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、参考技術を、図面を用いて詳細に説明する。
参考技術のラインセンサカメラは、図１に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラ（１）であって、それを構成するラインセンサ素子（１１）上に被写体（４）の像を結像させるための結像手段（３）と、図２に示すように、複数の画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）を、所定の長さずつ周期をずらした位置に形成してなるラインセンサ素子（１１）と、該ラインセンサ素子（１１）の各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）を独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
上記のように、ラインセンサ素子（１１）の画素ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、ラインセンサ素子（１１）上に形成された複数の画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）で、被写体（４）に結像する撮像位置（４ａ、４ｂ）の像が所定の量だけずれた画像を撮像されるので、ラインセンサ素子（１１）を形成する画素（１０）の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００１４】
以下に上記の参考技術のラインセンサカメラについて、事例を挙げながらより詳しく、具体的に説明する。
図１は、参考技術のラインセンサカメラの一事例を示す概略図であり、この図に示す被写体（４）は、搬送装置（２）により搬送装置（２）に近接するパルス発生器（７０）の方向すなわち搬送方向（Ｙ）に、撮像位置ａ（４ａ）およびｂ（４ｂ）付近まで搬送される。また搬送装置（２）は、パルス発生器（７０）より搬送距離に応じた電気信号パルス（Ｓｐ）をラインセンサカメラ（１）に送るものである。
【００１５】
図１に示す結像手段（３）は、上記撮像位置ａ、ｂ（４ａ、４ｂ）からの光をラインセンサ素子（１１）上に、所定の倍率で結像させるものであり、その結像手段（３）としては各種撮影レンズ、顕微鏡などの光学装置を用いることが出来る。
【００１６】
また、図１に示すラインセンサカメラ（１）は、ラインセンサ素子（１１）および電気回路部分（１２）からなり、そのラインセンサ素子（１１）上には例えば二つの画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）が形成されており、上記結像手段（３）により撮像位置ａ（４ａ）の像は画素列ａ（１１ａ）上に、撮像位置ｂ（４ｂ）の像は画素列ｂ（１１ｂ）上に結像する。また電気回路部分（１２）はラインセンサ素子（１１）の各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のデータを読み出し、出力データ（Ｓｄ）として出力する。出力データ（Ｓｄ）としては各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のデータを合成した画像データでもよいし、後段の処理回路で画像合成が可能ならば各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のデータそのものでもよい。
【００１７】
ここで、上述した構成の参考技術のラインセンサカメラ（１）による動作等を図１を用いて具体的に説明すると、まず、被写体（４）が搬送装置（２）により撮像される撮影位置ａ（４ａ）付近まで運ばれてくると、位置検出手段（図示せず）がそれを検知し撮像開始信号をラインセンサカメラ（１）に送る。また、照明光照射手段（図示せず）からの照明光により照らされた撮像位置ａ（４ａ）および撮像位置ｂ（４ｂ）の像はそれぞれ、結像手段（３）によりラインセンサ素子（１１）上の画素列ａ（１１ａ）およびｂ（１１ｂ）上で結像する。そして電気回路部分（１２）は、前記搬送装置（２）に近接するパルス発生器（７０）からの電気信号パルス（Ｓｐ）が与えるタイミングで、ラインセンサ素子（１１）の各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）から画像データを読み出す。
【００１８】
次に図２、図３に示すラインセンサ素子（１１）は各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）からなり、その各画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）は、感光領域となる多数の画素（１０）からなっている。この各画素（１０）の感光領域のサイズをｕ×ｖ、画素の並び方向の周期をＰｕ、画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）間の周期をＰｖとする。上記図１で示した被写体（４）の搬送方向（Ｙ）に被写体（４）を搬送するとその像は、図２、図３に示すように、画素列ａ（１１ａ）から画素列ｂ（１１ｂ）の方向（Ｙ’）に動いていくものとし、図２に示すように、画素（１０）の並びの方向に１／２周期シフトさせた場合と、図３に示すように、シフトさせない場合とがある。
【００１９】
また、図４に示すように、電気回路部分（１２）が画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）のそれぞれからデータを読み出すタイミングを与える水平同期信号パルスａ、ｂ（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）であり、その両パルス（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）とも、搬送装置（２）が搬送した距離に応じて出す信号パルス（Ｓｐ）をもとに発生するものとする。そして画素列ａ（１１ａ）を駆動する水平同期信号パルスａ（Ｓ４ａ）は、被写体（４）の撮像開始位置が撮像位置ａ（４ａ）に来たことを知らせる撮像開始信号が来た時点（ｔｓ）から発生し始めるものとする。また画素列ｂ（１１ｂ）を駆動する水平同期信号パルスｂ（Ｓ４ｂ）は、撮像開始信号が来た時点（ｔｓ）から時間Ｔｉだけ遅れて発生し始めるものとする。上記両パルス（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）とも信号パルスの周期はＴｖとする。
【００２０】
以上のような条件で図１１に示すｘ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図２に示すような１／２シフトした画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）の配置のものを使用し、時間（Ｔｉ）を、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でＰｖだけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でｖだけ進む時間とすればよい。このとき画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野は、図１１に示すように、実線で示す四角形のようになり、また、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は、破線で示す四角形のようになり、両四角形がｘ方向に１／２周期ずれた形となる。
【００２１】
また、図１２に示すようにｙ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図３のようなシフトしない画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）の配置のものを使用し、時間Ｔｉを、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（Ｐｖ＋ｖ／２）だけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）でｖだけ進む時間とすればよい。このとき画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野は、図１２に示すように実線で示す四角形のようになり、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は破線で示す四角形のようになり、両四角形がｙ方向に１／２周期ずれた形となる。
【００２２】
また、図１３のように（ｘ＋ｙ）方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図２のような１／２シフトした画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）の配置のものを使用し、時間Ｔｉを、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（Ｐｖ＋ｖ／２）だけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でｖだけ進む時間とすればよい。このとき各画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野は実線で示す四角形のようになり、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は破線で示す四角形のようになり、両四角形がｘとｙ方向に１／２周期ずれた形となる。
【００２３】
更に、図１４に示すように前記３事例のシフト方法を全て重ね合わせて画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、そのラインセンサ素子（１１）は図２のような画素列ａ（１１ａ）と画素列ｂ（１１ｂ）とが１／２シフトした配置のものを使用し、時間Ｔｉを、被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でＰｖだけ進む時間とし、周期Ｔｖを被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上でｖ／２だけ進む時間とすればよい。このとき画素列ａ（１１ａ）の各画素（１０）の視野中心は図１４に示す□または●になり、画素列ｂ（１１ｂ）の各画素（１０）の視野は図１４に示す○または■になる。撮像は図１４のようにしておき、画像合成のときに使用するデータを選ぶ事もできる。例えば□と○のデータのみを使えば図１３に示すようなｘとｙ方向にシフトした形と等価な画像を合成することができる。
【００２４】
以上のような参考技術の事例では、２本の画素列ａ、ｂ（１１ａ、１１ｂ）とし画素（１０）の並び方向へシフトする場合はそのシフト量を画素間周期の１／２としたが、画素列をｎ本とし画素の並び方向への各画素列のシフト量を、画素間周期の１／ｎ、２／ｎ、．．．．（ｎ−１）／ｎとして解像度を上げることもできる。また、画素列がｎ本の場合、第（ｋ＋１）番目の画素列を駆動する水平同期信号は、第１番目の画素列の水平同期信号よりも被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（Ｐｖ×ｋ）だけ進む時間だけ遅れて発生し始め、周期Ｔｖは被写体（４）の像がラインセンサ素子（１１）上で（ｖ／ｎ）だけ進む時間とすれば、搬送方向（Ｙ）へ１／ｎ、２／ｎ、．．．．（ｎ−１）／ｎシフトさせた画像のセットを撮像することが出来る。
【００２５】
また、上記事例では、結像手段（３）とラインセンサカメラ（１）を固定して被写体（４）のほうを搬送装置（２）で移動させるものとしたが、被写体（４）を固定して結像手段（３）とラインセンサカメラ（１）を連結した状態で移動させるようにしてもよい。
【００２６】
続いて、本発明のラインセンサカメラにおいて、請求項１の発明は、図５に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像可能なラインセンサカメラ（１）であって、それを構成する複数のラインセンサ素子（１１）上に被写体（４）の像を結像させるための結像手段（３）と、その結像光を複数の光路（４ｆ）に分けるビームスプリッター（Ｂｓ）と、該ビームスプリッターに（Ｂｓ）より分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子（１１）群と、該ラインセンサ素子（１１）群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００２７】
上記のような請求項１の発明の画素ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、ビームスプリッター（Ｂｓ）により結像光を複数の光路（４ｆ）に分け、分けられた結像光をそれぞれ所定の量だけ結像位置をずらして複数のラインセンサ素子（１１）で撮像することにより、ラインセンサの画素の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００２８】
以下に上記請求項１の発明のラインセンサカメラについて、事例を挙げながらより詳しく、具体的に説明する。
図５は、請求項１の発明の一事例の構成を示す概略図であり、被写体（４）、搬送装置（２）および結像手段（３）の構成や動作は、上記参考技術と同じであるので説明は省略する。この事例のラインセンサカメラ（１）は、この他にビームスプリッター（Ｂｓ）、二つのラインセンサ素子ａ（５１ａ）およびラインセンサ素子ｂ（５１ｂ）、電気回路部分（１２）から構成される。
【００２９】
上記ビームスプリッター（Ｂｓ）は結像手段（３）を通ってきた光の光路（４ｆ）を２つに分け、各ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）へ導く。このビームスプリッター（Ｂｓ）としてはペリクルビームスプリッターやキューブビームスプリッター等の光学素子を用いることが出来る。
【００３０】
また、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）としては、画素列１本だけの通常のラインセンサＣＣＤ素子などを使用することができる。ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の画素列の位置が、被写体（４）からの光がビームスプリッター（Ｂｓ）を通った後に結像する点になるよう配置する。また二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置は、搬送方向（Ｙ）にはずらさない場合には図６（ａ）に示すように、１／２周期ずらす場合は図７（ａ）に示すようにすればよい。更に、画素の並び方向にずらさない場合と１／２周期ずらした場合の、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の各画素の視野の重なりを図６（ｂ）、図６（ｃ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示した。
【００３１】
上述した請求項１の発明の事例に示した構成の画素ずらしを適用したラインセンサカメラによりなされる動作を、図５を用いて説明すると、被写体（４）が搬送装置（２）により撮像位置ａ（４ａ）付近まで運ばれてくると、位置検出手段（図示せず）がそれを検知し撮像開始信号をラインセンサカメラ（１）に送る。また、照明光照射手段（図示せず）からの照明光により照らされた撮像位置ａ（４ａ）付近の像は、結像手段（３）を通った後ビームスプリッター（Ｂｓ）により２つに分けられ、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）上に結像する。一方電気回路部分（１２）は、搬送装置（２）からの電気信号パルス（Ｓｐ）が与えるタイミングで、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）のそれぞれからデータを読み出し、データＳｄとして出力する。このデータＳｄとしては各ラインセンサ素子のデータを合成した画像データでもよいし、後段の処理回路で画像合成が可能ならば各ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）のデータそのものでもよい。
【００３２】
以上のような条件で図１１のようにｘ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図６（ａ）に示すようにして被写体（４）の搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置ａ（４ａ）を観察するようにし、図６（ｃ）に示すように画素の並び方向には１／２周期ずらしてやればよい。この場合、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用することが出来る。
【００３３】
また、図１２に示すようにｙ方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図７（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）の１画素の視野の１／２だけずれた撮像位置ａ（４ａ）およびｂ（４ｂ）を観察するようにし、図７（ｂ）のように画素の並び方向にはずらさないようにしてやればよい。この場合、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用することが出来る。
【００３４】
あるいは、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図６（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置（４ａ）を観察するようにし、図６（ｂ）に示すように画素の並び方向にもずらさないようにして、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号の位相が半周期ずれたものを使用しても図１２に示すような画素ずらしの画像データを撮像することができる。
【００３５】
また、図１３に示すように、（ｘ＋ｙ）方向に１／２周期シフトする方法で画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図７（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）の１画素の視野の１／２だけずれた撮像位置ａ（４ａ）およびｂ（４ｂ）を観察するようにし、図７（ｃ）に示すように、画素の並び方向にも１／２周期ずらしてやればよい。この場合、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用することが出来る。
【００３６】
あるいは、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）の配置を、図６（ａ）に示すようにして搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置（４ａ）を観察するようにし、図６（ｃ）に示すように画素の並び方向には１／２周期ずらして、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号の位相が半周期ずれたものを使用しても図１３に示すような画素ずらしの画像データを撮像することができる。
【００３７】
更に、図１４に示すように、上記３種類のシフト方法を全て重ね合わせて画素ずらしの画像データを撮像したい場合には、図６（ｃ）あるいは図７（ｃ）に示すように画素の並び方向に１／２周期ずらして、ラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号は共通のものを使用すればよい。ただしこの場合の水平同期信号の周期は上記３種類のシフト方法の場合の１／２にする必要がある。
【００３８】
このときラインセンサ素子ａ（５１ａ）の各画素の視野中心は図１４に示す□または●になり、ラインセンサ素子ｂ（５１ｂ）の各画素の視野は図１４に示す○または■になる。この時の撮像は図１４に示すようにしておき、画像合成のときに使用するデータを選ぶ事もできる。例えば□と○のデータのみを使えば図１３に示すようなｘとｙに１／２シフトした場合と等価の画像を合成することができる。
【００３９】
なお、上記事例では使用するラインセンサ素子を２個としたが、ビームスプリッター（Ｂｓ）の後段にさらに別のビームスプリッターを付ければ、ラインセンサ素子の数をさらに増やすことも可能である。例えば図８に示すように３個のビームスプリッターＢｓ、Ｂｓ’、Ｂｓ”と、４個のラインセンサ素子ａ、ｂ、ｃ、ｄ（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ）を使用することも可能である。
【００４０】
また、本発明のラインセンサカメラにおいて、請求項２の発明は、図９に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラ（１）であって、被写体（４）からの光を平行光にする被写体側結像手段（３ａ）と、該平行光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分ける複屈折偏光子（６２）と、該複屈折偏光子（６２）からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段（３ｂ）と、複屈折偏光子（６２）により分けられた常光線（４ｆ１）の像と異常光線（４ｆ２）の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群（例えばａ（５１ａ）、ｂ（５１ｂ））と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００４１】
上記のような請求項２の発明の画像ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、複屈折偏光子（６２）により平行光または結像光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分け、それぞれを所定の量だけ結像位置をずらしてラインセンサ素子で撮像することにより、ラインセンサの画素の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００４２】
以下に上記請求項２の発明のラインセンサカメラについて、事例を挙げながらより詳しく、具体的に説明する。
図９は、請求項２の発明の一事例の構成を示す概略図であり、被写体（４）、搬送装置（２）および構成や動作は上記参考技術の場合と同じであるので説明は省略する。このラインセンサカメラ（１）に使用するスリット（ＳＬ）は、撮像位置ａ（４ａ）以外からの光が結像手段（３）に入らないようにするために、被写体（４）と結像手段（３）の間に配置される。
【００４３】
上記結像手段（３）は、被写体側結像手段（３ａ）、複屈折偏光子（６２）およびラインセンサ側結像手段（３ｂ）からなり、被写体（４）の撮像位置ａ（４ａ）からの光は被写体側結像手段（３ａ）により平行光となり、複屈折偏光子（６２）に入射し常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分けられる。その後、ラインセンサ側結像手段（３ｂ）により結像するが、常光線（４ｆ１）の像と異常光線（４ｆ２）の像は異なった位置に結像する。前記複屈折偏光子（６２）は、複屈折を起こす方向が搬送方向（Ｙ）と平行になるように配置する。
【００４４】
請求項２の発明の一事例のラインセンサカメラ（１）は、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）と、電気回路部分（１２）とから構成される。また二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）はそれぞれ撮像位置（４ａ）の、常光線（４ｆ１）の像、異常光線（４ｆ２）の像が結像する位置に配置される。電気回路部分（１２）の動作は上記請求項２の発明の場合と同様であるので説明は省略する。
【００４５】
本事例では、二つのラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）は搬送方向（Ｙ）には同じ撮像位置（４ａ）を観察することになる。このラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を画素の並びの方向にずらさないか、１／２周期ずらすことにより、さらにラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）を駆動する水平同期信号の周期や位相を選ぶことにより、前記請求項２の発明の事例で説明したのと同様に、図１１〜１４のような画素ずらしの画像データを撮像することができる。
【００４６】
さらにまた、本発明のラインセンサカメラにおいて、請求項３の発明は、図１０に示すように、画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラ（１）であって、被写体（４）からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段（３）と、該結像光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分ける複屈折偏光子（６２）と、複屈折偏光子（６２）により分けられた常光線（４ｆ１）の像と異常光線（４ｆ２）の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群（例えばａ（５１ａ）、ｂ（５１ｂ））と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分（１２）とからなることを特徴とするものである。
【００４７】
上記のような請求項３の発明の画像ずらしを適用したラインセンサカメラ（１）によれば、複屈折偏光子（６２）により平行光または結像光を常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分け、それぞれを所定の量だけ結像位置をずらしてラインセンサ素子で撮像することにより、ラインセンサの画素の周期よりも高解像度で撮像することが可能となる。
【００４８】
以下に上記請求項３の発明のラインセンサカメラについて、具体的に説明する。
図１０は、請求項３の発明の一事例の構成を表す概略図であり、結像手段（３）をのぞいては前記請求項２の発明の事例と同様であるので、結像手段（３）についてのみ説明する。この事例での結像手段（３）は、被写体側結合手段（３ａ）と複屈折偏光子（６２）からなり、被写体（４）の撮像位置ａ（４ａ）から発した光は、被写体側結合手段（３ａ）を通った後、複屈折偏光子（６２）により常光線（４ｆ１）と異常光線（４ｆ２）に分けられ、それぞれ対応するラインセンサ素子ａ、ｂ（５１ａ、５１ｂ）上に結像する。その後の動作は前記請求項２の発明の事例と同様であるので説明は省略する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。
即ち、構成するラインセンサ素子上に被写体の像を結像させるための結像手段と、その結像光を複数の光路に分けるビームスプリッターと、該ビームスプリッターにより分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなるラインセンサカメラ、
または被写体からの光を平行光にする被写体側結像手段と、該平行光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、該複屈折偏光子からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなるラインセンサカメラ、
または被写体からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段と、結像光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなるラインセンサカメラのように、画素ずらしを適用したラインセンサカメラとすることにより、エリアセンサよりも広い幅の領域を解像度を高めて撮像できるという効果がある。
【００５０】
従って本発明は、種々の被写体の表面検査等の如き用途においてのラインセンサカメラとして、優れた実用上の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考技術の実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図２】 参考技術の実施の形態を示すもので、ラインセンサ素子上の画素列配置の一事例を表す図である。
【図３】 参考技術の実施の形態を示すもので、ラインセンサ素子上の画素列配置の他の一事例を表す図である。
【図４】 参考技術の実施の形態を示すもので、画素列からデータを読みだすタイミングを与える水平同期信号の概略を示す図である。
【図５】 本発明のうちの請求項１の発明の一実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図６】 請求項１の発明の一実施の形態を示すもので、
（ａ）は、ラインセンサ素子の配置の一事例を表す概略図である。
（ｂ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の一事例を表す図である。
（ｃ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の他の一事例を表す図である。
【図７】 請求項１の発明の一実施の形態を示すもので、
（ａ）は、ラインセンサ素子の配置の他の一事例を表す概略図である。
（ｂ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の一事例を表す図である。
（ｃ）は、ラインセンサ素子上の画素列配置の他の一事例を表す図である。
【図８】 請求項１の発明の一実施の形態を示すもので、ラインセンサ素子の配置のさらに他の一事例を表す概略図である。
【図９】 本発明のうちの請求項２の発明の一実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図１０】 本発明のうちの請求項３の発明の一実施の形態を示すラインセンサカメラの概略図である。
【図１１】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素をｘ軸方向に１／２シフトさせたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【図１２】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素をｙ軸方向に１／２シフトさせたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【図１３】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素を（ｘ＋ｙ）軸方向に１／２シフトさせたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【図１４】 参考技術および本発明の一実施の形態を示すもので、画素をｘ軸、ｙ軸および（ｘ＋ｙ）軸方向に１／２シフトさせ合成させたときの各画素の視野の重複状態を表す図である。
【符号の説明】
１‥‥ラインセンサカメラ
２‥‥搬送装置
３‥‥結像手段
３ａ‥‥被写体側結像手段
３ｂ‥‥ラインセンサ側結像手段
４‥‥被写体
４ａ‥‥撮像位置ａ
４ｂ‥‥撮像位置ｂ
４ｆ‥‥光路
４ｆ１‥‥常光線
４ｆ２‥‥異常光線
１０‥‥画素
１１‥‥ラインセンサ素子
１１ａ‥‥画素列ａ
１１ｂ‥‥画素列ｂ
１２‥‥電気回路部分
５１ａ‥‥ラインセンサ素子ａ
５１ｂ‥‥ラインセンサ素子ｂ
５１ｃ‥‥ラインセンサ素子ｃ
５１ｄ‥‥ラインセンサ素子ｄ
６２‥‥複屈折偏光子
７０‥‥パルス発生器
Ｂｓ‥‥ビームスプリッター
Ｐｕ‥‥各画素間の、画素の並び方向の周期の長さ
Ｐｖ‥‥画素列間の周期の長さ
Ｓｐ‥‥電気信号パルス
Ｓｄ‥‥出力データ
Ｓ４ａ‥‥水平信号パルスａ
Ｓ４ｂ‥‥水平信号パルスｂ
ＳＬ‥‥スリット
ｔｓ‥‥撮像開始信号がきた時点
Ｔｖ‥‥水平同期信号の周期
Ｔｉ‥‥水平同期信号の第１パルスの間の時間
ｕ‥‥画素の並び方向のサイズ
ｖ‥‥画素の並び方向と垂直な方向のサイズ
Ｙ‥‥被写体の搬送方向
Ｙ’‥‥被写体の像がラインセンサ上を動く方向
Claims (3)
- 画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、それを構成するラインセンサ素子上に被写体の像を結像させるための結像手段と、その結像光を複数の光路に分けるビームスプリッターと、該ビームスプリッターにより分けられた前記結像光をそれぞれ受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラ。
- 画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、被写体からの光を平行光にする被写体側結像手段と、該平行光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、該複屈折偏光子からの光をラインセンサ素子上に結像するラインセンサ側結像手段と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラ。
- 画素ずらし手法により、画素周期よりも高解像度な画像を撮像出来るラインセンサカメラであって、被写体からの光をラインセンサ素子上に結像する結像手段と、結像光を常光線と異常光線に分ける複屈折偏光子と、複屈折偏光子により分けられた常光線の像と異常光線の像のそれぞれを受光するラインセンサ素子群と、該ラインセンサ素子群を各々独立したタイミングで動作させて撮像を行い画像データとして出力する電気回路部分とからなることを特徴とするラインセンサカメラ。
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