KR20230106677A - 광학 라인 센서 - Google Patents

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KR20230106677A
KR20230106677A KR1020237019890A KR20237019890A KR20230106677A KR 20230106677 A KR20230106677 A KR 20230106677A KR 1020237019890 A KR1020237019890 A KR 1020237019890A KR 20237019890 A KR20237019890 A KR 20237019890A KR 20230106677 A KR20230106677 A KR 20230106677A
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light
receiving
lens
lenses
line sensor
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Application number
KR1020237019890A
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Inventor
류타 와타나베
오사무 이와사키
Original Assignee
가부시키가이샤 비넥스
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Publication date
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Abstract

부주사 방향으로 반송되는 검사 대상물을 주주사 방향으로 연장되는 판독 라인(L)으로 판독하는 광학 라인 센서로서, 복수의 수광 렌즈(11)와, 복수의 수광 소자를 구비한다. 복수의 수광 렌즈(11)는, 주주사 방향을 따라 복수 배치되어 있다. 복수의 수광 소자는, 주주사 방향을 따라 라인형으로 배치되고, 복수의 수광 렌즈(11)를 투과한 광을 수광한다. 복수의 수광 렌즈(11)는, 상기 수광 렌즈(11)의 직경 이상으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 복수의 수광 소자(121)는, 적어도 1열 이상의 판독 라인(L)을 형성한다.

Description

광학 라인 센서
본 발명은, 주로 인쇄물이나 필름 등 얇은 검사 대상물의 표면의 손상·결함 및 투명 필름의 내부의 손상·결함을 검출하는 광학 라인 센서에 관한 것이다.
지폐 등의 진위를 판별하는 검사기나, 업무용 복사기나, 가정용 프린터 스캐너 등의 플랫 헤드 스캐너에 이용되어 온 밀착형 광학 센서(이하 CIS로 기재함)를, 인쇄물의 인쇄 결과의 체크, 얇고 폭이 넓은 필름 제품의 제조 공정에서의 표면 검사, 각종 음료 용기나 식품 용기 및 캔 등에 접착한 라벨의 검사 등을 검사 대상으로 한 소위 면검기(面檢機)에 응용하는 것이 검토되고 있고, 일부는 제품화되었다.
그러나, 여전히 SELFOC 렌즈를 응용한 CIS에서는 작동 거리(이하 W.D.로 기재함)가 짧아, 공정에서 이용하는 경우에는 접촉을 회피하기 위해 W.D.가 긴 CIS가 요구되고 있다. 게다가, 지폐 등의 지엽류의 검사에서는, 피사계 심도는 비교적 얕아도 사용에 견딜 수 있지만, 상기 검사 대상물의 제조 공정에서는 상기 검사 대상물의 광축 방향으로의 변동이 크다는 이유 때문에 피사계 심도가 깊은 CIS도 강하게 요구되고 있다.
피사계 심도가 깊은 CIS는, 특허문헌 1∼5에 제시된 바와 같이 미러 광학계를 이용한 텔레센트릭 광학계가 대표적이다. 상기 특허문헌에서, 상기 광학계는 매우 복잡하다는 것을 알 수 있다. 상기 광학계를 제조하여 상품으로서 운용할 때에는, 큰 어려움이 따른다. 즉, 제조시에는, 공정이 복잡화하여 제조 안정성이나 비용 상승이 문제가 된다. 또한, 상품화된 후에도, 환경의 변화나 경시 변화에 의한 복잡한 광학계라는 이유 때문에 광축 이상이 발생하여, 종래의 간소한 구조의 CIS에 비교하여 성능 열화가 생기기 쉽다는 등의 문제가 남는다.
따라서, 상기 텔레센트릭 반사 광학계를 이용하지 않고, 유리나 수지를 이용한 굴절계의 렌즈를 이용하여, W.D.나 피사계 심도를 향상시키는 것을 생각할 수 있다. 상기 굴절계의 광학계에 대해서는, 특허문헌 6 및 특허문헌 7에 제시된 바와 같이 일정 정도의 해결책이 제안되어 있다. 예컨대, 특허문헌 6에서는, 지그재그 배치한 라인 센서에 1개의 텔레센트릭 굴절 광학계를 이격시켜 배치하고, 상기 굴절 광학계인 렌즈를 이격 배치하여 어레이화하는 것에 의해, 피사계 심도가 깊은 광학계를 실현하고자 했다. 또한, 특허문헌 7에서는, 이격된 렌즈 사이에 구획판을 설치하는 것에 의해, 렌즈 사이의 크로스토크를 방지하는 방법에 대해 검토되었다. 상기 특허문헌 6 및 특허문헌 7에서는, 피사계 심도의 향상 및 렌즈 사이의 크로스토크를 방지하는 것은 가능하지만, 통상의 텔레센트릭 굴절 광학계는 대형이며, 컴팩트화는 어렵다. 또한, 특허문헌 7에 제시되어 있는 구획판에서는, 판독시에 결락 화소가 발생하여 판독이 불완전해진다. 또한, 렌즈가 이격되는 것에 의해 발생하는 1개의 렌즈가 원리적으로 갖는 셰이딩의 해결책에 대해서는 제시되어 있지 않다. 판독 라인 방향의 소위 리플의 억제 방법에 대해서도 언급되어 있지 않다. 더구나, 현재까지 상기 굴절 광학계 방식은 실현되지도 않았다.
또한, 상기 방식과 다른 방식인 라인 카메라 등의 카메라 렌즈를 이용한 검사기는, 대형이며, 제조 현장의 광폭의 검사 대상물에 대응시키기 위해서는 많은 대수가 필요하다. 그 때문에, 장치 전체가 매우 대형이 되고, 게다가 그 비용도 막대한 것이 되므로, 공장의 각 공정에 배비(配備)하는 것은 어렵다.
상기 문제를 해결하기 위해, 공장의 각 공정에 대해서도 도입 가능한, 소형이고 염가이며 W.D.가 길고 피사계 심도가 깊은 새로운 굴절계 렌즈를 이용하고, 또한 개개의 렌즈가 갖는 셰이딩에 기인하는 수광 센서 상의 광학적 불균일인 리플에 대하여, 새로운 억제 방법을 이용한 조명계로 이루어진 광학 라인 센서가 요구된다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 제2018-019334호 공보 특허문헌 2 : 일본특허공개 제2018-152713호 공보 특허문헌 3 : 일본특허공개 제2009-244500호 공보 특허문헌 4 : 일본특허공개 제2018-019334호 공보 특허문헌 5 : 일본특허공개 제2018-022948호 공보 특허문헌 6 : 일본특허공개 제2009-246623호 공보 특허문헌 7 : 일본 특허 공개 평5-14600호 공보
특허문헌 1∼5에서는, 미러 방식의 복잡한 텔레센트릭 광학계를 이용하고 있다. 상기 광학계는 복잡하기 때문에 제조 안정성, 비용 상승, 주위 환경에 대한 광축 이상 발생의 용이함, 경시 변화량의 증대나 내구성 등의 여러 문제가 존재한다. 또한, 특허문헌 6 및 7에서는, 굴절계의 이격 렌즈 어레이를 이용하고 있지만, 텔레센트릭 굴절 광학계는 커서 컴팩트화가 어렵다. 또한, 개개의 렌즈에 기인하는 셰이딩을 억제하여, 판독 라인 방향의 광강도 분포의 강약(리플)의 발생을 억제하는 대책이 불완전하고, 라인 센서의 다이나믹 레인지를 확보함에 있어서 불만이 남아 있다.
따라서, 본 발명은, 복잡한 광학계를 배제하고, 간소한 광학계에 의해 작동 거리(W.D.)가 길고 해상도가 높은 성능을 확보하여, 경시 변화량이 적고 내구성이 있는 광학 라인 센서를 실현하는 것을 목적으로 한다. 또한, 굴절 광학계를 이용했을 때에도 라인 센서의 다이나믹 레인지를 보다 유효하게 확보할 수 있는 조명 광학계를 실현하는 것도 본원 발명의 목적이다.
본 발명에 따른 광학 라인 센서는, 부주사 방향으로 반송되는 검사 대상물을 주주사 방향으로 연장되는 판독 라인으로 판독하는 광학 라인 센서로서, 복수의 수광 렌즈와, 복수의 수광 소자를 구비한다. 상기 복수의 수광 렌즈는, 주주사 방향을 따라 복수 배치되어 있다. 상기 복수의 수광 소자는, 주주사 방향을 따라 라인형으로 배치되고, 상기 복수의 수광 렌즈를 투과한 광을 수광한다. 상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 수광 렌즈의 직경 이상으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 또한, 상기 복수의 수광 소자는, 적어도 1열 이상의 상기 판독 라인을 형성한다.
본 발명에 의하면, 종래의 다안 렌즈의 원통쌓기 방식에 비하여, 임의의 수광 렌즈에 주목한 경우에, 상기 수광 렌즈의 광축에 다른 수광 렌즈의 광축이 교차하지 않는다. 또한, 시야가 중복되지 않도록 수광 렌즈의 배열 방향으로 시야 치수 정도 이격시켜 배치하거나, 혹은, 화상 합성에서 중첩된 개소의 출력을 보정하면, 1개의 수광 렌즈 고유의 피사계 심도를 확보할 수 있다. 그 때문에, 피사계 심도가 깊은 광학 라인 센서를 실현할 수 있다. 또한, 복수열의 수광 소자 어레이를, 주주사 방향으로 평행하게 또한 부주사 방향으로 각 수광 렌즈의 시야 이상으로 이격시켜 배치하면, 수광 렌즈의 유효 직경을 적절하게 크게 하여 배치할 수 있기 때문에, 수광 광량을 확보할 수 있고, 종래는 실현할 수 없었던 피사계 심도를 확보하는 것이 가능해진다. 게다가, 수광 렌즈계를 축소 광학계로 한 경우, 상기 축소 광학계를 동일하게 수광 렌즈의 시야 치수 정도로 이격시켜, 수광 소자의 화소 치수를 배율에 따라서 사이즈 다운하면, 피사계 심도를 증대시키는 동시에, 해상도를 등배 광학계보다 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 검사 대상물의 검출 분해능이 종래 기술보다 한층 더 향상된다.
도 1은 전형적인 CIS의 단면도이다.
도 2는 CIS용 라인형 조명 광학계의 분해 사시도이다.
도 3은 각 수광 렌즈가 단안 렌즈로서 작용하도록 배치한 경우, 각 수광 렌즈의 시야가 거의 중복되지 않도록 한 수광계의 모식도이다.
도 4는 도 3의 수광계의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 5는 복수의 수광 소자 어레이가 배치된 수광계의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6a는 복수의 수광 소자 어레이가 배치된 수광계의 다른 예를 나타낸 모식도이다.
도 6b는 복수의 수광 소자 어레이가 배치된 수광계의 또 다른 예를 나타낸 모식도이다.
도 6c는 1열의 수광 렌즈가, 지그재그 배치된 2열의 수광 소자 어레이의 사이에 배치된 경우의 수광계의 모식도이다.
도 7은 각 파장에 대한 N.A.와 회절 한계의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 SELFOC 렌즈 A의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8b는 SELFOC 렌즈 B의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8c는 SELFOC 렌즈 C의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 로드 렌즈 A의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9b는 로드 렌즈 B의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9c는 로드 렌즈 C의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9d는 로드 렌즈 D의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 수광 렌즈를 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이상 이격시키고, 또한, 판독 라인에 직교하는 방향으로 각 수광 소자 어레이를 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이상 이격시켜 배치한 경우의 모식도이다.
도 11은 축소 렌즈의 유효 직경과 착각원형의 관계를 각각 나타낸 그래프이다.
도 12a는 RGB-LED 혹은 RGB-LD(레이저 다이오드; 반도체 레이저)를 광원으로서 이용하는 경우의 배치 방법의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 12b는 LD를 광원으로서 이용하는 경우의 배치 방법의 구체예를 나타낸 측면도이다.
도 13a는 광원과 수광계의 위치 관계의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 13b는 광원과 수광계의 위치 관계의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
도 14a는 광원과 수광 렌즈의 위치 관계를 나타낸 모식도이며, 수광 소자 어레이가 1열인 경우이다.
도 14b는 광원과 수광 렌즈의 위치 관계를 나타낸 모식도이며, 수광 소자 어레이가 2열인 경우이다.
도 14c는 주주사 방향에서의 광원(검사면 상)의 광량 분포, 수광 소자면 상의 광량 분포, 수광 렌즈의 셰이딩의 관계를 나타낸 도면이다.
도 14d는 렌즈 직경별의 수광계 MTF의 그래프(√A=0.077)이다.
도 14e는 렌즈 직경별의 수광계 MTF의 그래프(√A=0.154)이다.
도 14f는 굴절률 분포정수 √A가 √A=0.1027인 수광 광학계의 MTF의 그래프이다.
도 15는 디포커스일 때의 MTF 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16a는 도 14a의 1열 이격 렌즈 어레이 방식에서의 크로스토크 방지 방법에 대해 설명하기 위한 렌즈 홀더를 나타낸 도면이며, 통형 애퍼처에 의해 시야를 제한한 경우의 모식도를 나타낸다.
도 16b는 도 16a에서 나타낸 통형 시야 제한 애퍼처의 상세도이다.
도 17a는 초점 거리 f를 f=100 mm로 한 경우의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프(√A=0.154)이다.
도 17b는 초점 거리 f를 f=100 mm로 한 경우의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프(√A=0.1027)이다.
도 17c는 초점 거리 f를 f=100 mm로 한 경우의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸 그래프(√A=0.077)이다.
1. 광학 라인 센서의 전체 구성
전형적인 CIS를 도 1에, 마찬가지로 CIS용 라인형 조명 광학계를 도 2에 나타낸다. 도 1에서는, CIS의 긴 방향 중앙부 근방에서의 단면도가 나타나 있다. 한편, 도 2는 분해 사시도이다. X 방향이 주주사 방향이고, Y 방향이 부주사 방향이다. Z 방향은, X 방향 및 Y 방향에 직교하고 있다. 라인형의 광원부(10)는, 주주사 방향으로 가늘고 긴 광량 분포를 갖는 조명 광학계이다.
도 1에 나타내는 CIS에서는, 초점면(검사면)(20)을 사이에 두고 2개의 케이스(16)가 대향 배치되어 있다. 각 케이스(16) 내에는, 초점면(20) 상에 있는 검사 대상물을 조명하기 위한 라인형의 광원부(10)가 설치되어 있다. 한쪽의 케이스(16) 내에는, 수광 렌즈(11) 및 수광부(12)가 설치되어 있고, 조명된 검사 대상물로부터의 광은, 수광 렌즈(11)에 의해 수광부(12)로 유도된다. 수광 렌즈(11)는, 검사 대상물로부터의 광을 수광부(12)에 결상하는 광학 소자이다. 도 1에 나타내는 CIS에서는, 초점면(20)을 기준으로 하여, 2개의 광원부(10) 중의 한쪽이 수광부(12)측에 배치되고, 다른 쪽이 수광부(12)측과는 반대측에 배치되어 있다.
수광부(12)는, 한쪽의 케이스(16)에 고정된 기판(13)에 실장되어 있다. 수광 렌즈(11)를 통과한 광은, 수광부(12)의 수광면(12A)에서 수광되고, 그 수광량에 따른 신호가 수광부(12)로부터 출력된다. 검사 대상물이 초점면(20)을 따라 한 방향 Y로 반송되는 것에 의해, 검사 대상물로부터의 광이 연속적으로 수광부(12)에서 수광되고, 수광부(12)로부터의 출력 신호에 기초하여 검사 대상물의 화상(컬러 화상이나 형광 화상 등)이 얻어진다. 이와 같이, 부주사 방향(Y 방향)으로 반송되는 검사 대상물은, 주주사 방향(X 방향)으로 연장되는 수광부(12)에 의해, 상기 수광부(12)의 수광면(12A)에 의해 구성되는 판독 라인으로 판독된다.
한쪽의 광원부(10)로부터 출사된 광(B3)은, 케이스(16)에 고정된 보호 유리(14)를 투과하여, 다른 쪽의 케이스(16)에 고정된 보호 유리(14A)의 내면에 설치되어 있는 반사 부재(17A)에서 반사되어, 초점면(20)으로 유도된다. 초점면(20)으로부터 수광부(12)까지의 임의의 위치에는, 수광부(12)에 자외광이 입사하는 것을 저지하는 자외광 차단 필터(UV 커트 필터)(15)가 설치되어 있다. 또한, 수광부(12)와 자외광 차단 필터(15) 사이에는, 특정 파장 범위의 가시광을 통과시키는 컬러 필터(18)가 설치되어 있다. 한쪽의 케이스(16) 내에서의 광원부(10)의 저면에 대향하는 위치에는, 광원부(10)에 구비된 광원(103)(자외광원이나 가시광원 등)을 고정하기 위한 기판(5)이 설치되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 예에서는, 광원부(10)는, 긴 방향(L)을 따라 연장되는 투명한 도광체(101)와, 긴 방향(L)의 한쪽의 단부면 부근에 설치된 광원(103)과, 도광체(101)의 각 측면을 유지하기 위한 커버 부재(102)를 구비하고 있다. 광원(103)으로부터 출사한 광은, 도광체(101)에 입사하고, 상기 도광체(101) 내에서 전파되면서 광확산 패턴(P)에 의해 적절하게 반사되고, 광출사면으로부터 화살표 방향으로 출사하고, 라인형의 조명광이 되어 검사 대상물을 조명한다. 이러한 CIS의 피사계 심도는 얕아, 검사 대상물에 두께가 있는 경우는 두께 방향 전체의 검사는 어렵고, 또한, W.D.가 좁기 때문에, 검사 대상물에 접촉하여, 검사 그 자체가 성립하지 않는 경우가 많다.
상기와 같은 CIS에서는, 수광 렌즈(11)로서, 예컨대 SELFOC(니혼이타가라스 주식회사 제조) 렌즈 어레이가 이용된다. SELFOC 렌즈 어레이는, 정립 등배의 렌즈 어레이이다. 상기 렌즈 어레이에서는, 원기둥형의 SELFOC 렌즈를 원통쌓기 방식으로 배치하여 다안 렌즈로 하고 있다. 다안 렌즈의 이점은, 렌즈 단체보다 소위 렌즈의 밝기를 밝게 하는 것이 가능한 것이다. 즉, 렌즈 단체의 F 넘버보다 단체 렌즈를 복수개 나열하여 다안 렌즈로 한 경우의 F 넘버가 작다. 이것은, 임의의 위치에 있는 1개의 렌즈의 초점 위치와 상기 렌즈 주위의 렌즈의 초점 위치가 일치한 개소에서, 유효 F 넘버가 작아지기 때문이다. 반대로 말하면, 정립 렌즈계에서는, 개구수(이하 N.A.로 기재함)가 렌즈 단체보다 어레이화하는 편이 커지는 것을 의미한다. 이 성질이, CIS에 SELFOC 렌즈 어레이가 이용되는 큰 이유가 된다.
상기와 같은 CIS의 이점은, 피사계 심도 및 초점 심도의 관점에서는, 반대로 불리해진다. 단안 렌즈에서도 그런 것처럼, 개구수가 커지면 피사계 심도는 얕아진다. 예컨대 현미경 대물 렌즈에서는, 배율이 커짐에 따라, 즉 N.A.가 커짐에 따라서, 피사계 심도가 얕아지는 것은 잘 알려져 있는 것이다. 또한, 카메라 렌즈에서도, 원경과 근경에서는 피사계 심도의 장단이 여실히 나타나고, 피사계 심도를 확보하기 위해 조리개로 조정하고 있다. 즉, N.A.를 변화시켜, 원하는 피사계 심도를 얻고 있다. 게다가, SELFOC 렌즈로 대표되는 정립 다안 렌즈는, 각 렌즈의 광축이 상이하고 교차하기 때문에, 단안 렌즈와 비교하여, 검사 대상물이 광축 방향으로 변화한 경우에 상이 흐려지기 쉬운 구조로 되어 있다. 상기 원통쌓기 방식의 다안 SELFOC 렌즈 어레이의 큰 결점이다. 따라서, 어떻게 하면 컴팩트한 광학 라인 센서의 피사계 심도를 깊게 하는 것이 가능한지를 검토한 결과, 얻어진 실시예를 이하에 기재한다.
2. 수광계의 실시예
우선, 제1 방법은, 도 3에 나타낸 바와 같이 광학 라인 센서를 단안 렌즈화했다고 간주할 수 있는 어레이 구조로 하는 것이다. 도 3은, 각 수광 렌즈(11)의 시야(111)가 거의 중복되지 않도록 한 수광계의 모식도이다. 즉, 도 3에서는, 각 수광 렌즈(11)의 시야(111)가 거의 중복되지 않도록, 각 수광 렌즈(11)를 주주사 방향(X 방향)으로 이격시켜 배치하고 있다.
즉, 원통쌓기 방식이 아니라, 주주사 방향(X 방향)을 따라 복수 배치된 복수의 수광 렌즈(11)끼리, 그 직경 이상으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 이것을 도 4에 나타낸다. 도 4에서는, 도 3의 수광계의 일부가 측면도로 나타나 있지만, 시각적으로 알기 쉽게 하기 위해, 상기 수광계의 일부의 평면도도 나타나 있다. 복수의 수광 렌즈(11)는, 렌즈 홀더(110)에 의해 일체적으로 유지되어 있다. 복수의 수광 렌즈(11)에 대하여 Z 방향에 대향하는 위치에는, 복수의 수광 소자(도시하지 않음)가 주주사 방향(X 방향)을 따라 라인형으로 배치되는 것에 의해 구성되는 수광 소자 어레이(120)가 배치되어 있다. 즉, 복수의 수광 소자가, 1열의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 하나의 수광 소자 어레이(120)가 구성되어 있다. 이것에 의해, 복수의 수광 소자는 1열의 판독 라인(L)을 형성하고 있다. 각 수광 소자는 각 수광 렌즈(11)를 투과한 광을 수광한다.
복수의 수광 렌즈(11)는, 상기 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이하(시야 범위 내)로 서로 이격되어 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 예에서는, 복수의 수광 렌즈(11)가, 각각의 시야 치수와 대략 동일한 치수로 서로 이격되어 배치되어 있지만, 각 수광 렌즈(11)의 시야 반경을 중첩시켜도 좋다. 이 경우는, 복수의 수광 렌즈(11)의 시야(111)가 중복된 부분의 수광 소자에 대해, 상기 수광 소자로부터의 화소 출력을 감산 처리하면 된다. 예컨대, 상기 수광 소자로부터 출력된 데이터로부터 한쪽의 수광 렌즈(11)의 화상(한쪽의 수광 렌즈(11)를 투과한 광의 수광량)을 제외하거나, 혹은, 화상 합성할 때에 상기 수광 소자로부터의 화소 출력을 대략 절반의 출력치로 하면 된다.
또한, 복수의 수광 소자열(수광 소자 어레이(120))을 이용하면, 화소 결락의 발생을 1라인의 수광 소자열의 경우보다 확실하게 방지할 수 있다. 복수의 수광 소자 어레이(120)를 이용하는 경우는, 수광 소자 어레이(120)를 부주사 방향(Y 방향)으로 이격시켜 배치해도 좋다. 이 경우, 복수의 수광 소자가, 복수열(예컨대 2열)의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 복수의 수광 소자 어레이(120)가 구성되고, 복수열의 판독 라인(L)을 형성한다. 상기 복수의 수광 소자 어레이(120)는, 복수 라인 방식이어도 좋고, 짧은 수광 소자열을 지그재그 배치한 방식이어도 좋다.
도 5는, 복수의 수광 소자 어레이(120)가 배치된 수광계의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 5의 예에서는, 주주사 방향(X 방향)에 있어서, 복수의 수광 렌즈(11)의 적어도 일부가, 상기 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이상으로 서로 이격되어 배치되어 있고, 복수 라인 방식에 의해 적어도 2열(이 예에서는 2열)의 판독 라인(L)이 형성되어 있다. 부주사 방향(Y 방향)에서의 수광 소자 어레이(120)의 이격 거리는, 도 5에 나타내는 바와 같이 수광 렌즈(11)의 시야 치수보다 크게 하는 것이 바람직하다. 단, 복수의 수광 렌즈(11)가 정립상(正立像)을 형성하는 정립 렌즈계의 경우는, 시야(111)가 중복되어도 좋다. 이 경우는, 시야(111)가 서로 중복된 위치에, 수광 소자로부터의 화소 출력을 보정하기 위한 보정 차트 등으로 미리 보정해 두면 된다. 이렇게 함으로써, 시야(111)가 중첩되어도 되고, 광학 라인 센서의 컴팩트화를 실현할 수 있게 된다.
도 6a는, 복수의 수광 소자 어레이(120)가 배치된 수광계의 다른 예를 나타낸 모식도이다. 도 6a에서는, 부주사 방향(Y 방향)으로 수광 렌즈(11)의 시야(111) 이상 이격시켜, 단척 센서로 이루어진 각 수광 소자 어레이(120)가 지그재그형으로 배치되어 있다. 이 도 6a에 나타낸 바와 같이, 하나의 수광 소자 어레이(120)에 대하여, 하나의 수광 렌즈(11)를 대응시키는 것에 의해, 복수의 수광 소자 어레이(120)에 대응한 수만큼 복수의 수광 렌즈(11)가 배치되어도 좋다. 각 수광 렌즈(11)의 광축은, 일대일로 대응하는 각 수광 소자 어레이(120)의 주주사 방향(X 방향)의 대략 중앙부를 관통해도 좋다. 이 방식에서는, 복수의 수광 소자 어레이(120)를 부주사 방향(Y 방향)으로 복수열 나열한다. 즉 수광 소자의 배열 방향(X 방향)에 대하여 직각 방향(Y 방향)으로 이격되어, 복수열의 수광 소자 어레이(120)가 배치된다.
도 6b는, 복수의 수광 소자 어레이(120)가 배치된 수광계의 또 다른 예를 나타낸 모식도이다. 도 6b에서는, 부주사 방향(Y 방향)으로 수광 렌즈(11)의 시야(111) 이상 이격시켜, 장척 센서(주주사 방향 전체 길이에 대응한 길이)로 이루어진 각 수광 소자 어레이(120)가 동일한 길이의 라인 센서로서 배치되어 있다. 이 도 6b에 나타낸 바와 같이, 주주사 방향(X 방향)으로 나열된 복수의 수광 렌즈(11)에 대하여, 하나의 수광 소자 어레이(120)를 대응시키는 것에 의해, 부주사 방향(Y 방향)의 수광 렌즈(11)의 열의 수만큼 복수의 수광 소자 어레이(120)가 배치되어도 좋다.
도 6a 및 도 6b 모두, 복수의 수광 소자 어레이(120)의 각각은, 판독 라인(L)에 직교하는 부주사 방향(Y 방향)에 있어서 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이상으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 단, 이러한 구성에 한정되지 않고, 복수의 수광 소자 어레이(120)의 각각이, 판독 라인(L)에 직교하는 부주사 방향(Y 방향)에 있어서 수광 렌즈(11)의 직경 이상으로 서로 이격되고, 또한, 상기 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이하로 서로 이격되어 배치되어 있어도 좋다. 상기와 같이, 단척의 수광 소자 어레이(120)를 지그재그형 배열하여 이용하거나(도 6a 참조),혹은, 2열의 수광 소자 어레이(120)를 이격시켜 배치하여 이용해도 좋지만(도 6b 참조), 이것에 한정되지 않고, 더 많은 복수의 수광 소자 어레이(120)를 부주사 방향(Y 방향)으로 이격시켜 배치해도 좋다.
또한, 1열의 수광 렌즈(11)가, 지그재그 배치된 2열의 수광 소자 어레이(120)의 부주사 방향(Y 방향)의 대략 중앙부에, 수광 소자 어레이(120)에 평행하게 배치된 경우를 도 6c에 나타낸다. 도 6c에서는, 지그재그 배치의 수광 소자 어레이(120)에 있어서, 부주사 방향(Y 방향)으로 공통의 수광 렌즈(11)가 배치되어 있다. 도 6c에서, 2열의 판독 라인(L)에 각각 복수 배치된 수광 소자 어레이(120)는, 각 판독 라인(L)보다 짧고, 주주사 방향(X 방향)으로 서로 이격하고 있다. 또한, 한쪽의 판독 라인(L)에 배치된 수광 소자 어레이(120)와 다른 쪽의 판독 라인(L)에 배치된 수광 소자 어레이(120)와가, 주주사 방향(X 방향)을 따라 교대로 지그재그형으로 배치되어 있다. 2열의 판독 라인(L)의 사이에는, 복수의 수광 소자 어레이(120)에 평행하게 복수의 수광 렌즈(11)가 1열로 배치되고, 각 수광 렌즈(11)의 광축이, 2열의 판독 라인(L)의 부주사 방향(Y 방향)에서의 대략 중앙부를 관통하고 있다. 이 경우, 수광 렌즈(11)가 1열 그렇지만,각 수광 렌즈(11)를 투과한 광을 2열의 수광 소자 어레이(120)로 수광할 수 있다.
3. 수광 렌즈의 장초점화
다음으로, 수광 렌즈의 장초점화에 대해 설명한다. 종래의 SELFOC 렌즈는 CIS의 컴팩트화나 비용 절감에 중점을 두어, 공역 길이가 보다 짧은 렌즈가 요구되고 있다. 그러나, 이 흐름은, 허용되는 피사계 심도를 줄여 버리는 것을 조장하는 요인이 되고 있다. 게다가 렌즈 직경은 점점 작아지고 있다. 수광 렌즈를 장초점화하는 경우, 종래의 수광 렌즈를 이용하면, N.A.가 극단적으로 작아진다. 그 때문에 회절의 영향이 커져, 수광 렌즈 자신이 갖는 기하광학적인 수차에 의한 흐림보다 회절 한계에 의한 흐림이 광학적 분해능 열화의 지배 요인이 된다. 종래 방식의 CIS는, N.A.가 크기 때문에, 회절 한계에 의한 상의 흐림이 생기는 것을 무시할 수 있었다. 그러나, W.D.를 길게 취하기 위해서는, 수광 렌즈의 초점 거리를 늘리는 것이 필요하고, 즉, N.A.가 작아져 버리기 때문에, 종래의 렌즈 직경에서는, 초점 거리가 증대 하면 할수록 회절의 영향도 그에 따라 증대한다. 본 실시형태에서는, 렌즈 직경을 크게 함으로써 W.D.를 길게 하여, 회절 한계에 의한 상의 흐림을 줄인 경우에도, 광학적 분해능을 열화시키지 않는 방법을 제안한다.
아베의 회절 한계 d는, 개구수 N.A.에 반비례한다. 광학계는 공기 중에 있기 때문에, 공기 중의 파장 λ을 이용하여 하기 식 1이 성립한다.
d=λ/N.A. (식1)
도 7에 각 파장에 대한 N.A.와 회절 한계의 관계를 나타낸다. 동일한 렌즈 파라미터의 수광 렌즈(11)에서는, 수광 렌즈(11) 자신의 소위 피치를 짧게 하면 초점 거리는 늘어나고, 수차의 영향도 적어진다.
이상으로부터, 수광 렌즈(11)를 장초점화하기 위해서는, 렌즈 직경을 보다 크게 할 필요가 있는 것을 알 수 있다. N.A.를 동일하게 유지하면, 회절의 영향을 짧은 초점의 수광 렌즈(11)와 동등하게 할 수 있다. 그러나, 렌즈 직경을 크게 하면 기하광학적 수차가 커진다. 따라서, 렌즈 파라미터가 상이한 수광 렌즈(11)에 있어서, 렌즈 직경을 크게 한 경우의 최소 착각원 직경을 검토할 필요가 있다. 파장 λ은, 회절 한계 직경이 큰 λ=630 nm로 했다.
본원 발명자에 의한 검토의 결과, 어떤 수광 렌즈(11)의 각 초점 거리에 대한 최소 착각원의 관계를 고려하면 되는 것이 판명되었다. 예컨대, 초점 거리 f가 f=50 mm인 경우를 도 8a∼도 8c에 나타낸다. 여기서는, 수광 렌즈(11)로서 3종류의 SELFOC 렌즈(SELFOC 렌즈 A, SELFOC 렌즈 B 및 SELFOC 렌즈 C)를 이용한 경우에, 도 8a는 SELFOC 렌즈 A의 유효 직경과 착각원 직경의 관계, 도 8b는 SELFOC 렌즈 B의 유효 직경과 착각원 직경의 관계, 도 8c는 SELFOC 렌즈 C의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 각각 나타낸다. 도 8a∼도 8c에서, 실선은 토털의 착각원, 파선은 회절에 의한 착각원, 일점쇄선은 기하광학적 착각원을 각각 나타낸다.
도 7과 도 8a에 의하면, 최소 착각원과 회절 한계의 관계, 즉, 어떤 렌즈 직경과 초점 거리에서의 광학적 분해능을 알 수 있다. 그 때문에, 도 8a에 나타낸 수광 렌즈(11)의 경우는, 유효 직경 Φ이 커질수록 착각원 직경이 작아지고, 유효 직경 Φ이 1.0 mm≤Φ≤3.0 mm이면 되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 7과 도 8b에 의하면 기하광학적 착각원이 크고, 회절에 의한 의존도가 적어지기 때문에, Φ=1.0 mm의 착각원 직경이 가장 작다. 게다가, Φ=1.0 mm일 때에도, 도 8a에 나타낸 수광 렌즈(11)의 배에 가까운 착각원 직경이 된다. 도 8a에 나타낸 수광 렌즈(11)는, 도 8b에 나타낸 수광 렌즈(11)보다 수차가 작고, 유효 직경이 큰 SELFOC 렌즈이며, 도 8a의 수광 렌즈(11)를 선택해야 하는 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 초점 거리인 도 8a의 수광 렌즈(11)는, 도 8b의 수광 렌즈(11)보다 N.A.를 적어도 3배는 크게 할 수 있고, 즉, 수광 광량은 9배 이상이 되므로, 수광 소자의 출력도 9배 이상이 된다. 그에 따라 수광 소자의 수광 광량에 의존하는 샷노이즈도 1/3로 줄일 수 있기 때문에, 노이즈 억제의 관점에서도 도 8a에 나타낸 수광 렌즈(11)가 바람직하다. 또한, 동일한 노이즈량이 허용되는 경우는, 도 8a의 수광 렌즈(11)가 도 8b의 수광 렌즈(11)에 비교하여, 9배로 주사 속도를 향상시킬 수 있다고도 할 수 있다.
도 8c에 의하면, SELFOC 렌즈 C도 SELFOC 렌즈 A와 마찬가지로 수차가 적어, 유효 직경을 크게 취하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 8a∼도 8c에 나타낸 SELFOC 렌즈 A∼C의 파라미터를 하기 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 것 중에서 가장 중요한 파라미터는 굴절률 분포정수이다. 유효 직경을 확대하고, 초점 거리를 늘렸을 때에 수차가 적은 수광 렌즈(11)는, 굴절률 분포정수가 가장 작은 SELFOC 렌즈 A이며, 다음으로 수차가 적은 수광 렌즈(11)는 SELFOC 렌즈 C이다. 고해상도로 고속 검사를 하기 위해서는, 유효 직경이 크고 밝고, 수차가 적은 수광 렌즈(11)가 바람직한 것은 말할 필요도 없다.
Figure pct00001
또한, 수광 렌즈(11)로서 4종류의 플라스틱 로드 렌즈(플라스틱 굴절률 분포형 렌즈)를 이용한 경우에, 도 9a는 로드 렌즈 A의 유효 직경과 착각원 직경의 관계, 도 9b는 로드 렌즈 B의 유효 직경과 착각원 직경의 관계, 도 9c는 로드 렌즈 C의 유효 직경과 착각원 직경의 관계, 도 9d는 로드 렌즈 D의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 각각 나타낸다. 도 9a∼도 9d에서, 실선은 토탈의 착각원, 파선은 회절에 의한 착각원, 일점쇄선은 기하광학적 착각원을 각각 나타낸다. 또한, 도 9a∼도 9d에 나타낸 로드 렌즈 A∼D의 파라미터를 하기 표 2에 나타낸다. 플라스틱 로드 렌즈에서도 SELFOC 렌즈와 동일한 경향이 있는 것을 알 수 있다. 플라스틱 로드 렌즈의 굴절률, 및 유리 렌즈의 굴절률을 고려하면, 축상 굴절률은, 1.45 정도부터 1.65 정도가 바람직하다.
Figure pct00002
이상으로부터, 굴절률 분포정수가 수차의 지배 요인이라는 것을 알 수 있다. 이상적인 굴절률 분포형 렌즈라면, 굴절률이 서서히 변화하면 할수록 수차는 적어진다. 이것은, 통상의 구면 렌즈라 하더라도 급격한 각도 변화가 수차의 발생 요인인 것과 동일하다. 급격한 각도 변화는, Snell’Law를 다항식 전개했을 때의 고차의 비선형 효과의 증대를 의미한다. 즉, 근축광학으로부터의 일탈이 커지기 때문에 수차가 커지는 것이다. 본원 발명자는, 초점 거리 혹은 W.D.를 대략 50 mm 이상, 유효 직경 Φ이 대략 Φ≥1.0 mm에 있어서, 해상도가 400 dpi 이상인 화소 분해능을 달성하기 위해, 굴절률 분포정수를 0.12 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 발견했다.
4. 수광 렌즈의 변형예
다음으로, 또한 피사계 심도를 증대시키는 방법을 설명한다. 도 10은, 수광 렌즈(11)를 정립 등배 다안 렌즈 대신에 정립 축소 다안 렌즈로 한 경우의 모식도이다. 도 10에서는, 수광 렌즈(11)를 상기 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이상 이격시키고, 또한, 판독 라인(L)에 직교하는 방향으로 각 수광 소자 어레이(120)를 상기 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이상 이격시켜 배치한 경우의 모식도를 나타낸다. 도 10에서는, 수광계의 일부가 평면도로 나타나 있지만, 시각적으로 알기 쉽게 하기 위해, 상기 수광계의 일부의 측면도도 나타나 있다.
이 경우, 상기 정립 등배 렌즈와 비교하여, 현격하게 피사계 심도를 깊게 할 수 있다. 예컨대, 횡배율을 4배로 하면, 피사계 심도는 2배로 증대한다. 횡배율이 9배인 경우는, 피사계 심도는 3배가 된다. 이 경우, 수광 소자의 화소 치수도 축소 배율에 따라서, 또한, 원하는 해상도에 따라서 등배계에서의 화소 치수보다 작게 한다. 단, 해상도에 따라서는, 등배계와 동일한 화소 치수를 이용해도 좋다.
도 11에 축소 렌즈의 유효 직경과 착각원 직경의 관계를 나타낸다. 축소 렌즈의 축소 배율은 1:4이다. 또한 파장은 λ=630 nm이다. 도 8a와 도 11을 비교하면, 축소 렌즈의 착각원이 등배계보다 작고, 렌즈 직경 Φ=2 mm부터 Φ=2.5 mm의 사이에서, 등배계의 착각원이 약 40 μm인 데 비해, 축소계는 절반 이하인 14 μm부터 18 μm로 되어 있다. 그 때문에 피사계 심도 및 해상도를 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 본원 발명에서의 수광 렌즈(11)는, SELFOC 렌즈나 플라스틱 로드 렌즈 등의 굴절률 분포형의 렌즈에 한정되지 않고, 다른 렌즈, 예컨대, 아크로마트(색수차를 없앰), 아포크로마트 등에 있어서, 비용을 고려하여, 상기 굴절률 분포형 렌즈에서의 비선형 효과에 의한 수차를 동등하게 한, 즉 구면 수차, 코마 수차, 비점 수차를 동등하게 한 렌즈, 혹은, 텔레센트릭 굴절 광학계를 상기 굴절률 분포형 렌즈에서의 비선형 효과에 의한 수차 및 회절 한계가 동등한 SELFOC 렌즈나 플라스틱 로드 렌즈 등의 굴절률 분포형의 렌즈 대신에 동일한 배치나 치수(구경)로 이용하는 것도 가능하다. 이것은, 후술하는 도립상(倒立像)을 형성하는 수광 렌즈(11)에서도 동일하다.
전술한 광학계는, 정립 렌즈를 중심으로 한 경우이지만, 시야(111)가 중복되지 않는 경우에는 도립 광학계이어도 좋다. 즉, 복수의 수광 렌즈(11)가 도립상을 형성하는 구성이어도 좋다. 2열 방식의 렌즈 어레이라면, 도립 광학계의 채용도 가능하다. 도립 광학계의 경우는, 상이 광축을 중심으로 반전 대칭이 되기 때문에, 화상 합성할 때에 화상 처리에 의해 도립상을 정립상으로 변환하면 된다. 즉, 복수의 수광 렌즈(11)의 반전상을 반전시켜 정립상으로 변환한 후에 화상 합성 처리를 하면 된다. 또한, 그 조작의 과정에서, 보정 알고리즘으로부터 서로 중복된 부분의 필요 또는 불필요를 결정 및 보정하고, 결정한 화소간의 관계에서 정립상으로 변환하면 된다. 혹은, 화상을 구축하지 않은 경우의 검사에서는, 손상 또는 결함을 검출하기만 하면 되기 때문에, 화상 합성 및 화상 처리의 필요는 없고, 검사면에서의 검출부분이 중첩되어 있어도 좋다. 중첩된 경우는, 미리 보정 차트에 의한 위치의 보정을 해 놓는다.
또한, 도립형 굴절 광학계의 경우는, 각 수광 소자에 대한 신호 처리에서, 예컨대, 부주사 방향으로 이격되도록 지그재그 배치된 2열의 수광 소자 어레이의 한쪽으로부터 얻은 데이터를 길게 취득하고, 다른 쪽의 수광 소자 어레이로부터 얻은 데이터를 짧게 취득하여, 취득한 상의 정립상에 대한 반전 조작을 행한 후에 화상 합성해도 좋다. 혹은, 각 수광 소자의 도립상 데이터를 정립상으로 각각 변환한 후에, 화상 합성할 때에 서로 중복된 부분에 보정 계수를 곱하거나 감산해도 좋다.
구체적으로는, 도립형 굴절 광학계에 있어서, 복수의 수광 소자 어레이가, 2열의 판독 라인에 각각 복수 배치된 각 판독 라인보다 짧은 수광 소자 어레이이어도 좋다. 또한, 한쪽의 판독 라인에 배치된 수광 소자 어레이와 다른 쪽의 판독 라인에 배치된 수광 소자 어레이가, 주주사 방향을 따라 교대로 지그재그형으로 배치되어 있어도 좋다. 이러한 구성은, 도 6a에서 설명한 정립형 굴절 광학계의 경우와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
이 경우, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 복수의 수광 소자는, 2열 이상의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 복수의 수광 소자 어레이(120)를 구성하고 있다. 또한, 복수의 수광 소자 어레이(120)의 각각은, 판독 라인(L)에 직교하는 방향에서 수광 렌즈(11)의 시야 치수 이상으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 복수의 수광 렌즈(11)는, 복수의 수광 소자 어레이(120)에 대응한 수만큼 배치되고, 각 수광 렌즈(11)의 광축은, 각 수광 소자 어레이(120)의 대략 중앙부를 관통한다.
5. 조명 광학계의 구성
본 실시예에 있어서, 수광 렌즈(11)의 초점 거리 f는, f=50 mm, N.A.는, N.A.=0.01, 0.02, 0.025, 0.03로 하고, 굴절률 분포정수 √A는, √A=0.077로 했다. 광원(103)에 관해서는, W.D.가 종래의 CIS에 비교하여 10배 이상 길기 때문에, 등배계에서는, 검사면 조도는 100배 이상을 필요로 한다. 그 때문에, 광원(103)으로서, 예컨대 고휘도의 백색 LED 어레이를 이용한다. 즉, 복수의 광원(103)이 백색 LED를 포함하는 구성이어도 좋다. 가시 영역의 반도체 레이저를 광원(103)으로서 이용하는 경우는, 출사 빔을 주주사 방향으로 확대하고, 부주사 방향으로 콜리메이션함으로써 조사시의 광량 불균일을 저감한다.
RGB-LED 혹은 RGB-LD(레이저 다이오드; 반도체 레이저)를 광원(103)으로서 이용하는 경우의 배치 방법의 일례를 도 12a에 나타낸다. 이와 같이, 복수의 광원(103)이, 적색 LED(R), 녹색 LED(G) 및 청색 LED(B)을 포함하는 구성이어도 좋고, 레이저 다이오드를 포함하는 구성이어도 좋다. 도 12a에서, 복수의 광원(103)은 광원 기판(134)에 실장되어 있고, 광원 기판(134)에는 히트 싱크(135)가 부착되어 있다. 각 광원(103)으로부터 출사된 빔은, 주주사 방향과 부주사 방향에서 렌즈 파워가 상이한 타원체형상의 집광 렌즈(104)로 콜리메이트되어, 검사 대상물에 조사된다. 여기서는, 타원체형상의 집광 렌즈(104)를 나타냈지만, 주주사 방향과 부주사 방향에서 적절하게 렌즈 파워가 상이한 렌즈이면 된다. 또, 렌즈의 파워란, 초점 거리의 역수이며, 렌즈의 굴절력을 나타내는 척도이다.
혹은, LD에 관해서는, LD 자신의 출사 빔의 확산각이 수평 방향 및 수직 방향에서 상이한 단부면 발광형의 LD를 이용하면, 통상의 콜리메이터 렌즈이어도 좋다. 도 12b는, LD를 광원(103)으로서 이용하는 경우의 배치 방법의 구체예를 나타낸 측면도이다. 이 경우는, 확산각이 큰 쪽의 LD를 주주사 방향에 대하여 평행하게 배치한다. 광원(103)을 구성하는 적색 LD(131), 녹색 LD(132) 및 청색 LD(133)로부터 출사된 빔은, 각각에 대응된 집광 렌즈(104)로 콜리메이트된 후, 실린드리컬 렌즈(105)에 의해 검사면에 초점이 맞춰진다. 이렇게 함으로써, RGB의 각 색이 부주사 방향에서 거의 동일한 위치에 조사되어, 부주사 방향에 대한 색불균일을 저감할 수 있게 된다. 한편, LED나 LD 등의 광원(103)에 의해 조사되고, 검사면에서 확산 반사된 광은, 수광 렌즈계에서 수광 소자 어레이에 결상된다. 수광 소자는, 등배 광학계에서는, 400 dpi 상당의 62 μm의 소자 사이즈로부터 600 dpi 상당의 42 μm의 소자 사이즈를 이용한다. 600 dpi 이상의 소자 사이즈를 이용하는 경우는, 조명광의 파워를 그것에 따라서 증대시키면 된다. 이와 같이, 복수의 광원(103)이, 복수의 상이한 파장을 갖는 광원(131∼133)을 포함하고, 상기 광원(131∼133)을 1단위로 하여, 상기 1단위의 광원(103)이 주주사 방향(X 방향)으로 복수 나열된 구성이어도 좋다.
또한, 단위면적당의 방사 휘도가 동일하더라도 수광 소자의 사이즈가 상이하면, 발광부의 면적이 상이한 것과 동일한 의미가 되므로, 수광 소자 면적의 거의 제곱에 반비례하여 수광 광량이 저하된다. 이상을 고려하여 조명광량을 결정한다. 소자 사이즈가 작아지면, 동일한 축적 시간에서는, 소자 면적에 반비례하여 수광 광량이 감소한다. 이것은 반도체 수광 소자의 물리적인 성질이며, S/N을 유지하기 위해서는, 조명광을 증대시키고 파워 밀도를 증대시켜, 단위시간에 발생하는 생성 전자수를 동수로 하면 된다. 이것에 의해, 샷노이즈를 수광 소자의 사이즈가 감소하더라도 큰 사이즈의 수광 소자와 동등하게 유지할 수 있다. 또한, 수광 소자가 수광하는 광은, 검사면의 조도뿐만 아니라, 수광할 때에 수광 소자가 보고 있는 범위에도 의존한다. 당연히, 수광 입체각이 상이하고 그 각도가 감소하면, 수광량도 감소하고, 검사면이 완전 확산면이면, 소위 cosθ 법칙에 따른 수광 광량이 된다. 검사면 상으로부터 확산 반사된 광은, 수광 렌즈에 의해 보충되어 수광 소자에 집광되고, 그 출력 신호가 수광 소자로부터 출력된다. 또한, 수광 소자열로부터의 출력 신호는, 직렬로부터 병렬로 분기되어, 처리 속도를 향상시키고, 화상 처리 장치에 전달된다.
본 실시형태에 있어서, 수광 렌즈계는, 시야 치수 정도 이격되어 배치되어 있다. 그 때문에, 렌즈의 비그네팅에 기인하는 광량 불균일이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 광원 배치에 노력이 필요해진다. 도 13a 및 도 13b에 광원(103)과 수광계의 위치 관계를 나타낸다. 도 13a는, 광원(103)과 수광계의 위치 관계의 일례를 나타내는 모식도이며, 수광 렌즈(11)의 시야(111)보다 크게 이격시켜, 2열의 수광 소자 어레이(120)를 단척 센서에서는 지그재그형으로, 혹은, 장척 센서(주주사 방향 전체 길이에 대응한 길이)에서는 동일한 길이의 라인 센서로서 배치한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 13b는, 광원(103)과 수광계의 위치 관계의 다른 예를 나타내는 모식도이며, 수광 렌즈(11)의 시야(111)가 거의 중복되지 않도록 수광 렌즈(11)를 주주사 방향으로 배치하고 있는 것을 나타내고 있다.
도 14a는, 광원(103)과 수광 렌즈(11)의 위치 관계를 나타낸 모식도이며, 수광 소자 어레이(120)가 1열인 경우이다. 도 14a의 실시예에서는, 광원(103)의 조명광의 검사면 상의 불균일의 최소치가 수광 소자 어레이(120)의 대략 중앙부에 위치하도록 광원(103)의 위치를 결정하고 있다. 대략 광원(103)은, 주주사 방향(X 방향)에 있어서, 서로 인접하는 수광 렌즈(11) 사이의 대략 중앙부를 포함하는 주주사 방향과 직각을 이루는 가상평면의 어느 위치에, 검사면에서의 절대적인 방사 조도를 고려하여 결정된다. 각 광원(103)은, 판독 라인(L)에 평행하게 나란히 배치되어 있다. 또한, 각 광원(103)의 광축은, 각 수광 렌즈(11)의 광축과 교점을 연결하고, 또한 각 수광 렌즈(11)의 광축과 교차하는 가상평면의 임의의 위치에 배치되어 있다. 도 14a에서는, 서로 인접하는 수광 렌즈(11) 사이의 대략 중앙부에 광원(103)이 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 수광 렌즈(11)의 초점 거리 f가 f=50 mm, 렌즈 직경 Φ이 Φ=4 mm(단, 기하광학적 수차를 고려하고, 애퍼처를 이용하여 유효 직경 Φ’은 Φ’=2.5 mm로 했다)이므로, 광원(103)은, 주주사 방향(X 방향)으로 대략 4 mm의 간격을 두고 이격 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 검사면에 대하여, 약 45도의 각도로 광원(103)으로부터 광이 조사된다. 그 때문에, 수광 렌즈(11)의 W.D.를 고려하여, 광원(103)과 검사면의 거리는 70 mm로 했다. 본 실시예에서는, LD를 이용했지만, 각 파장의 LED를 이용해도 좋다.
도 14b는, 광원(103)과 수광 렌즈(11)의 위치 관계를 나타낸 모식도이며, 수광 소자 어레이(120)가 2열인 경우이다. 렌즈 파라미터는 도 14a의 경우와 동일하다. 도 14b에서는, 2열로 배열한 수광 렌즈(11) 및 수광 소자 어레이(120)에 대한 광원(103)의 배치가 나타나 있다. 본 실시예에서는, 광원(103)이 2열인 판독 라인(L)의 대략 중앙부에 배치되어 있다. 도 14a의 경우와 상이한 부분은, 수광 렌즈(11)의 배열 피치가 렌즈 직경보다 넓게 이격 배치되어도 되기 때문에, 광원(103)의 배열 피치도 렌즈간 거리에 맞춰, 서로 인접하는 수광 렌즈(11) 사이의 대략 중앙부인 동시에 2열의 판독 라인(L)의 대략 중앙부인 위치에 광원(103)이 배치되어 있다. 이렇게 함으로써, 검사면 상의 화소의 결락을 보다 방지할 수 있는 동시에, 수광 렌즈(11)의 셰이딩 및 광원(103)의 광량 불균일을 보다 저감할 수 있다. 광원(103)과 검사면의 위치 관계는 도 14a의 경우와 동일하다. 각 열의 수광 렌즈(11) 사이의 렌즈 피치를 7 mm로 했다. 이 경우, 실질적인 렌즈 피치는 3.5 mm가 된다.
도 14c는, 주주사 방향에서의 광원(103)(검사면 상)의 광량 분포, 수광 소자면 상의 광량 분포, 수광 렌즈(11)의 셰이딩의 관계를 나타낸 도면이다. 도 14a 및 도 14b의 레이아웃에서, 수광 소자 어레이(120) 상의 광량 분포는, 모식적으로 도 14c에서 나타낸 바와 같이 플랫해지고, 수광 소자의 다이나믹 레인지를 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.
6. 리플의 억제 방법
다음으로, 개개의 수광 렌즈(11)에 기인하는 셰이딩이 판독 라인(L) 방향에 대한 리플을 발생시키고, 나아가서는, 수광 소자의 다이나믹 레인지를 좁게 하는 것으로 이어지지만, 이 억제 방법에 대해 설명한다.
우선, 미리 조명계에 의해 마이너스의 강도 분포를 갖는 조명광을 검사 대상물에 조사해 놓는다. 예컨대, 인접하는 수광 렌즈(11) 사이에 광원(103)을 배치하는 방법에서는, 완전히 각종 수광 렌즈(11)에 대응한 셰이딩 억제 방법은 되지 않는다. 즉, 개개의 수광 렌즈(11)에 특유의 셰이딩이 존재하고, 수광 렌즈(11)가 상이하면, 그것에 따른 조명 광학계를 이용해야 한다. 본 실시형태에서는, 주주사 방향으로 큰 파워를 갖는 집광 렌즈(104)가 배치된다. 상기 집광 렌즈(104)를 투과한 광다발은, 다음으로 실린드리컬 렌즈(105) 등의 수속 렌즈에 의해 검사 대상물로 유도되고, 수광 렌즈(11)의 셰이딩에 따른 광강도를 검사 대상물 상에 형성한다. 그리고, 수광 렌즈(11)의 셰이딩에 따라서, 집광 렌즈(104)의 광축 방향의 위치를 적절하게 변경함으로써, 예컨대, 검사 대상물이 캘리브레이션용의 백색 기준판이라면 수광 소자 상의 광강도 분포를 평활화할 수 있다. 상기 집광 렌즈(104)는 부주사 방향으로 파워를 갖고 있어도 좋다. 요컨대, 수광 렌즈(11)의 셰이딩을 완전할 때까지 억제하고, 또한 검사 대상물에 대하여 수광 렌즈(11)의 초점 거리를 고려한 유효한 광강도 분포를 동시에 실현할 수 있으면 된다. 즉, 주주사 방향의 렌즈 파워가 부주사 방향의 렌즈 파워보다 큰 광학 소자가 바람직하다. 집광 렌즈(104)로는, 예컨대, 실린드리컬 렌즈, 렌티큘러 렌즈, 프레넬 스크린 또는 프리즘 시트와 구면 렌즈의 조합 등이 바람직하다. 광원(103)의 주주사 방향에 대한 위치 관계는, 각 수광 렌즈(11)의 중간 위치에 배치해도 좋고, 수광 렌즈(11)의 광축 상에 배치해도 좋다. 나아가, 수광 렌즈(11)의 외주 위치에 광원(103)을 배치해도 좋다. 또한 주주사 방향으로 파워의 분포를 갖는 렌즈이면 보다 더 바람직하다.
본 실시형태에서는, 복수의 광원(103)으로부터의 광다발을 집광하는 집광 렌즈(104)가 1개의 렌즈체로서 설치되어 있고, 상기 렌즈체가 갖는 주주사 방향의 파워가 부주사 방향의 파워보다 크다. 다만, 집광 렌즈(104)가, 1개의 렌즈체가 아니라, 제1 집광 렌즈 및 제2 집광 렌즈를 포함하는 구성이어도 좋다. 이 경우, 제1 집광 렌즈는, 주주사 방향의 파워가 부주사 방향의 파워보다 크고, 제2 집광 렌즈는, 부주사 방향의 파워가 주주사 방향의 파워보다 커도 좋다. 또한, 주주사 방향의 파워를 제1 집광 렌즈와 제2 집광 렌즈에 의해 조정 가능해도 좋다.
상기와 같은 제1 집광 렌즈 및 제2 집광 렌즈를 구비한 집광 렌즈(104)에 있어서, 제1 집광 렌즈 및 제2 집광 렌즈는, 실린드리컬 렌즈, 렌티큘러 렌즈, 프레넬 스크린 또는 프리즘열 등에 의해 구성할 수 있다. 예컨대, 제1 집광 렌즈는, 렌티큘러 렌즈 혹은 프리즘열이어도 좋다. 또한, 제2 집광 렌즈는, 프레넬 스크린 혹은 실린드리컬 렌즈이어도 좋다.
7. 수광 렌즈의 파라미터
본 실시형태에서의 렌즈 직경별의 수광계 MTF의 그래프를 도 14d에 나타낸다. 비교예로서, 도 14e에 굴절률 분포정수 √A=0.154의 경우를 나타낸다. 실선, 단파선, 장파선, 일점쇄선의 순서로, 유효 직경 Φ이 Φ=1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 mm인 경우를 나타낸다. 또한, 수광 소자의 화소 치수는, 600 dpi 상당에 맞춰 주주사 방향, 부주사 방향 모두 42.3 μm로 하고 있다.
본 실시형태에서는, 유효 직경 Φ에 있어서, 굴절률 분포정수 √A가 √A=0.077의 조건에서는, 600 dpi 상당의 12 라인/mm에서 30% 정도의 성능이라면, Φ1.0 mm부터 Φ3.0 mm까지의 범위의 MTF 특성을 충족시킨다. 그것에 대하여, 비교예는, 유효 직경 Φ에 대해 모든 범위에서 MTF 특성을 충족시키지 않는다. 이것은, √A가 √A=0.077인 경우가 √A=0.154인 경우보다 수차 특성이 우수한 것을 나타낸다. 또한, 초점 거리 f=50 mm인 경우에 대해, 굴절률 분포정수 √A가 √A=0.1027인 경우의 수광 광학계의 MTF를 구하여, 도 14f에 나타낸다. 도 14f에 의하면, √A가 √A=0.1027인 경우에도, 600 dpi의 해상도에 상당하는 12 라인/mm에서 Φ1.0 mm부터 Φ3.0 mm까지의 범위에서 MTF 특성을 충족시킨다.
수광 렌즈(11)가 굴절률 분포형 렌즈인 경우, 상기 렌즈는 유리 혹은 수지로 이루어진 것이 바람직하다. 이 경우, 수광 렌즈(11)의 렌즈 파라미터에 있어서, 축상 굴절률 N0이 1.45≤N0≤1.65이고, 굴절률 분포정수 √A가 0.05≤√A≤0.12이고, 초점 거리 f가 50 mm≤f≤150 mm인 것이 바람직하다.
수광 렌즈(11)는, 각각 복수매의 렌즈를 조합한 아크로마트 또는 아포크로마트이어도 좋다. 이 경우, 복수매의 렌즈로서 볼록 렌즈만을 조합한 렌즈계이거나, 혹은, 복수매의 렌즈로서 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 조합한 렌즈계이어도 좋다. 또한, 복수매의 렌즈의 초점 거리 f가 50 mm≤f≤250 mm이고, 또한 복수매의 렌즈의 구경 Φ이 2 mm≤Φ≤10 mm인 것이 바람직하다.
다음으로, 피사계 심도 및 해상도를 향상시키기 위해, 수광 렌즈계를 축소 광학계로 한 것을 예시한다. 광학계의 구성은 도 14a나 도 14b와 동일하며, 수광 렌즈(11)의 배율을 변화시키고 있다. 즉, 수광 렌즈(11)의 물점과 상점의 횡배율의 관계를 9:1이나 4:1과 같이 변화시킨다. 이렇게 함으로써, 피사계 심도는, 횡배율이 9:1인 경우는 등배계의 3배로, 횡배율이 4:1인 경우는 등배계의 2배로 증대된다. 피사계 심도를 3배로 하는 경우에는, 수광 소자의 사이즈는 등배계의 수광 소자의 1/9의 사이즈로 한다. 또한, 피사계 심도를 2배로 하는 경우에는, 수광 소자의 사이즈는 등배계의 수광 소자의 1/4의 사이즈로 한다. 본 실시형태에서는, 1/4의 사이즈의 수광 소자를 이용하여, 피사계 심도를 2배로 했다.
본 실시형태에서의 축소 광학계의 디포커스일 때의 MTF 특성을 도 15의 그래프(실선)에 나타낸다. 비교예로서, 등배계의 디포커스일 때의 MTF 특성을 도 15의 그래프(파선)에 나타낸다. 도면의 축소계와 등배계의 비교로부터, 축소 광학계의 피사계 심도가 등배계보다 약 2배 깊은 것을 알 수 있다. 또한, 수광 렌즈(11)의 N.A.는, 축소비를 S로 하면, 그 역수인 1/S만큼 증대된다. 그 때문에, 수광 렌즈(11)의 렌즈 직경이 작은 경우에도, 초점 거리에 따라서 축소율을 증가시키면, 실효적인 N.A.는 유지되기 때문에, 회절 효과에 의한 흐림도 일정하게 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 초점 거리를 f=50 mm, 횡배율비를 1/4로 했기 때문에, 렌즈 직경 Φ은 원리적으로는 Φ=0.25 mm까지 이용하는 것이 가능하다. 도 14a 및 도 14b의 경우와 동일한 렌즈를 이용하기 때문에, 렌즈 직경 Φ은 Φ=4 mm이고, 유효 직경 Φ’은 Φ’=2.5 mm이다. N.A.는, 등배계인 도 14a 및 도 14b의 경우와 비교하여 4배가 된다. 그 때문에 수광 광량은 16배가 되어, 수광 소자 사이즈를 1/4로 사이즈 다운한 것에 의한 수광 광량의 1/16의 감소를 상쇄할 수 있다.
8. 크로스토크의 방지 방법
도 14a의 경우에 있어서, 시야(111)의 중첩에 의해 크로스토크의 발생이 있을 때의 방지 방법에 대해 설명한다. 도 14a의 경우에 있어서, 렌즈 직경 Φ은 Φ=4 mm이며, 렌즈 홀더(110)에 수용하여 이용한다. 따라서, 도 16a에 렌즈 홀더(110)의 수광 소자 어레이(120)측을 통형으로 연장한 시야 제한 홀더의 구성을 나타낸다. 이하에 그 효과에 대해 설명한다.
도 16b에 상세도를 나타낸다. 렌즈 홀더(110)에는, 복수의 수광 렌즈(11)가 삽입되어 있고, 각 수광 렌즈(11)에서의 수광 소자 어레이(120)측에는, 관통 구멍으로 이루어진 애퍼처(112)가 형성되어 있다. 복수의 수광 렌즈(11)의 외경은, 렌즈 홀더(110)의 내경에 대하여 헐겁게 끼웠을 때의 치수이며, 각 수광 렌즈(11)가 렌즈 홀더(110)에 삽입되는 것에 의해 헐겁게 끼워진다. 각 애퍼처(112)는, 각 수광 렌즈(11)의 외경보다 작은 내경을 갖고 있고, 각 수광 렌즈(11)의 광축을 따라 연장되어 있다. 즉, 각 애퍼처(112)에 의해, 렌즈 홀더(110)의 복수의 수광 소자측(수광 소자 어레이(120)측)이 통형으로 연장되어 있고, 이것에 의해, 각 수광 렌즈(11)의 시야(111)가 제한되어 있다. 상기 통형이란, 통형으로 형성된 관통 구멍에 의해 애퍼처(112)가 연장된 구성을 의미하지만, 이것에 한정되지 않고, 돌출된 평판에 의해, 애퍼처(112)가 평판형으로 연장된 구성이어도 좋다. 인접하는 수광 렌즈(11)에 있어서, 렌즈 홀더(110)의 복수의 수광 소자측(수광 소자 어레이(120)측)의 길이, 즉 각 애퍼처(112)의 길이가 상이해도 좋다.
도 16b에 해칭으로 나타내는 광다발은 시야(111) 내에 있기 때문에, 애퍼처(112)에 의한 시야 제한을 받지 않고, 수광 소자 어레이(120)에 의해 수광하는 것이 가능하지만, 이것보다 외측(수광 렌즈(11)의 광축에 대하여 외측)의 광다발은, 수광 소자 어레이(120)에 도달하지 않는다. 즉, 수광 렌즈(11)의 시야(111) 내에 있는 광다발은, 상기 수광 렌즈(11)에 대향하는 수광 소자에 도달하지만, 시야(111) 밖에 있는 광다발은, 상기 수광 렌즈(11)에 대향하는 수광 소자 및 인접하는 수광 소자의 어디에도 도달하지 않는다. 바꿔 말하면, 임의의 수광 소자에 주목한 경우에, 상기 수광 소자에 대향하는 수광 렌즈(11)의 시야(111) 이외의 광다발은 상기 수광 소자에는 도달하지 않기 때문에, 인접 화소간의 크로스토크의 방지가 가능해진다. 게다가, 애퍼처(112)가 렌즈 홀더(110)에 형성되어 있기 때문에, 정밀도가 높은 크로스토크 방지 애퍼처를 실현 가능해진다.
복수의 애퍼처(112)에 있어서, 애퍼처 직경을 하나하나 변경해도 좋고, 1쌍의 대소의 직경이 상이한 애퍼처(112)를 이용함으로써, 인접 화소간의 검사면 상의 검출 화소의 결락을 방지할 수 있다. 즉, 임의의 애퍼처에 주목한 경우, 예컨대 본 실시형태에서는 상기 애퍼처 직경 Φ을 Φ=2.4 mm로 하고, 인접하는 애퍼처 직경 Φ’을 Φ’=2.6 mm로 함으로써, 인접 화소간의 검출 화소의 결락을 방지할 수 있다. 상기 애퍼처(112)는 원통형이 아니라도 좋다. 예컨대, 수광 렌즈(11) 사이의 중간 위치에 구획을 설치하여, 서로의 수광 렌즈(11)가 수광한 광을 다른 수광 렌즈(11)에 수광시키지 않도록 해도 좋다.
또한, 복수의 수광 렌즈(11)는, 1열로 배치된 구성에 한정되지 않고, 미리 수광 렌즈(11) 단체를 원통형의 홀더에 삽입·고정한 후에 상기 원통형의 홀더를 쌓아 올리는 원통쌓기 방식으로 배치되어도 좋다. 또한, L자형의 위치 결정 지그에 의해 복수의 수광 렌즈(11)를 위치 결정하여 접착 고정한 후, 직사각형의 렌즈 홀더에 수용해도 좋다.
상기 애퍼처(112)는, 수광 소자 어레이(120)측에 설치했지만, W.D.를 손상시키지 않을 정도의 길이로 검사면측에 설치해도 좋다. 그리고, 검사면측의 애퍼처와 수광 소자측의 애퍼처의 조합에 의해, 보다 효과가 있는 시야 제한이 가능해진다.
도 17a∼도 17c에는, 초점 거리 f를 f=100 mm로 한 경우의 유효 직경과 착각원 직경의 관계가 나타나 있다. 유효 직경 Φ은 도 14a의 경우와 동일한 양태이다. 도 17a는 √A=0.154의 경우, 도 17b는 √A=0.1027의 경우, 도 17c는 √A=0.077의 경우를 각각 나타낸다. 도 17a∼도 17c에서, 실선은 토탈의 착각원, 파선은 회절에 의한 착각원, 일점쇄선은 기하광학적 착각원을 각각 나타낸다. 또, 도 17a∼도 17c 모두, N0은 N0=1.654이다. 도 17a∼도 17c의 각 도면에 의하면, 초점 거리 f가 f=100 mm인 경우에도, 유효 직경 Φ이 Φ≥1.5 mm에서, 회절도 포함시킨 착각원 직경이 600 dpi의 해상도를 목표로 한 경우의 약 43 μm보다 훨씬 작아진 것을 알 수 있다.
10 : 광원부 11 : 수광 렌즈
12 : 수광부 20 : 초점면
103 : 광원 104 : 집광 렌즈
105 : 실린드리컬 렌즈 110 : 렌즈 홀더
111 : 시야 112 : 애퍼처
120 : 수광 소자 어레이 131 : 적색 LD
132 : 녹색 LD 133 : 청색 LD
134 : 광원 기판 135 : 히트 싱크

Claims (33)

  1. 부주사 방향으로 반송되는 검사 대상물을 주주사 방향으로 연장되는 판독 라인으로 판독하는 광학 라인 센서로서,
    주주사 방향을 따라 복수 배치된 복수의 수광 렌즈와,
    주주사 방향을 따라 라인형으로 배치되고, 상기 복수의 수광 렌즈를 투과한 광을 수광하는 복수의 수광 소자를 포함하고,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 수광 렌즈의 직경 이상으로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수의 수광 소자는, 적어도 1열 이상의 상기 판독 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 정립상(正立像)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이하로 서로 이격되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이상으로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수의 수광 소자는 적어도 2열 이상의 상기 판독 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자는, 1열의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 하나의 수광 소자 어레이를 구성하고,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 수광 렌즈의 직경 이상으로 서로 이격되고, 또한, 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이하로 서로 이격되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자는, 2열 이상의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 복수의 수광 소자 어레이를 구성하고, 상기 복수의 수광 소자 어레이의 각각은, 상기 판독 라인에 직교하는 방향에서 상기 수광 렌즈의 직경 이상으로 서로 이격되고, 또한, 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이하로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 복수의 수광 소자 어레이에 대응한 수만큼 배치되고, 각 수광 렌즈의 광축은, 각 수광 소자 어레이의 대략 중앙부를 관통하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자는, 2열 이상의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 복수의 수광 소자 어레이를 구성하고, 상기 복수의 수광 소자 어레이의 각각은, 상기 판독 라인에 직교하는 방향에서 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이상으로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 복수의 수광 소자 어레이에 대응한 수만큼 배치되고, 각 수광 렌즈의 광축은, 각 수광 소자 어레이의 대략 중앙부를 관통하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이는, 2열의 판독 라인에 각각 복수 배치된 각 판독 라인보다 짧은 수광 소자 어레이이며, 한쪽의 판독 라인에 배치된 수광 소자 어레이와 다른 쪽의 판독 라인에 배치된 수광 소자 어레이가, 주주사 방향을 따라 교대로 지그재그형으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 2열의 판독 라인 사이에, 상기 복수의 수광 소자 어레이에 평행하게 1열로 배치되고, 각 수광 렌즈의 광축이, 상기 2열의 판독 라인 사이의 부주사 방향에서의 대략 중앙부를 관통하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 도립상(倒立像)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자는, 2열 이상의 어레이형으로 배치되는 것에 의해 복수의 수광 소자 어레이를 구성하고, 상기 복수의 수광 소자 어레이의 각각은, 상기 판독 라인에 직교하는 방향에서 상기 수광 렌즈의 시야 치수 이상으로 서로 이격되어 배치되고,
    상기 복수의 수광 렌즈는, 상기 복수의 수광 소자 어레이에 대응한 수만큼 배치되고, 각 수광 렌즈의 광축은, 각 수광 소자 어레이의 대략 중앙부를 관통하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이는, 2열의 판독 라인에 각각 복수 배치된 각 판독 라인보다 짧은 수광 소자 어레이이며, 한쪽의 판독 라인에 배치된 수광 소자 어레이와 다른 쪽의 판독 라인에 배치된 수광 소자 어레이가, 주주사 방향을 따라 교대로 지그재그형으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  13. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈가, 각각 정립상을 형성하는 굴절률 분포형 렌즈, 혹은, 아크로마트, 혹은, 아포크로마트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈가, 각각 도립상을 형성하는 굴절률 분포형 렌즈, 혹은, 아크로마트, 혹은, 아포크로마트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 굴절률 분포형 렌즈가, 유리 혹은 수지로 이루어지고, 상기 렌즈의 렌즈 파라미터에 있어서, 축상 굴절률 N0이 1.45≤N0≤1.65이며, 굴절률 분포정수 √A가 0.05≤√A≤0.12이며, 초점 거리 f가 50 mm≤f≤150 mm인 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈가, 각각 복수매의 렌즈를 조합한 아크로마트 또는 아포크로마트로 이루어지고, 상기 복수매의 렌즈로서 볼록 렌즈만을 조합한 렌즈계이거나, 혹은, 상기 복수매의 렌즈로서 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 조합한 렌즈계이고, 또한, 상기 복수매의 렌즈의 초점 거리 f가 50 mm≤f≤250 mm이며, 또한 상기 복수매의 렌즈의 구경 Φ이 2 mm≤Φ≤10 mm인 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    검사 대상물에 광을 조사하는 복수의 광원을 더 포함하고,
    상기 복수의 광원은, 상기 판독 라인에 평행하게 나란히 배치되고, 상기 복수의 광원의 광축은, 상기 복수의 수광 렌즈의 광축과 교점을 연결하고, 또한 상기 복수의 수광 렌즈의 광축과 교차하는 가상평면의 임의의 위치에 배치되고, 또한 서로 인접하는 수광 렌즈 사이의 대략 중앙부에 광원이 배치된 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 광원은, 복수의 상이한 파장을 갖는 광원을 포함하고, 상기 복수의 상이한 파장을 갖는 광원을 1단위로 하고, 상기 1단위의 광원이 주주사 방향으로 복수 나열된 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 복수의 광원으로부터의 광다발을 집광하는 집광 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는, 주주사 방향의 파워가 부주사 방향의 파워보다 큰 제1 집광 렌즈와, 부주사 방향의 파워가 주주사 방향의 파워보다 큰 제2 집광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는, 1개의 렌즈체이며, 상기 렌즈체가 갖는 주주사 방향의 파워가 부주사 방향의 파워보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는, 주주사 방향의 파워를 상기 제1 집광 렌즈와 제2 집광 렌즈에 의해 조정 가능한 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 렌즈가 실린드리컬 렌즈 혹은 프레넬 스크린인 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  24. 제20항 또는 제22항에 있어서,
    상기 제1 집광 렌즈가 렌티큘러 렌즈 혹은 프리즘열이고,
    상기 제2 집광 렌즈가 프레넬 스크린 혹은 실린드리컬 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광원이 백색 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  26. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광원이, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  27. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광원이 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈를 유지하는 렌즈 홀더를 더 포함하고,
    상기 렌즈 홀더의 상기 복수의 수광 소자측이 통형 혹은 평판형으로 연장되는 것에 의해, 각 수광 렌즈의 시야가 제한되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  29. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 수광 렌즈를 유지하는 렌즈 홀더를 더 포함하고,
    상기 복수의 수광 렌즈의 외경이, 상기 렌즈 홀더의 내경에 대하여 헐겁게 끼웠을 때의 치수이며, 상기 복수의 수광 렌즈가 원통쌓기 방식 혹은 1열로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  30. 제28항에 있어서,
    인접하는 상기 수광 렌즈에 있어서, 상기 렌즈 홀더의 상기 복수의 수광 소자측의 길이가 상이한 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  31. 제17항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광원이 실장된 광원 기판과,
    상기 광원 기판에 부착된 히트 싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 라인 센서.
  32. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광학 라인 센서를 이용한 화상 합성 처리 방법으로서,
    상기 복수의 수광 렌즈의 시야가 중복된 부분의 수광 소자에 대해, 상기 수광 소자로부터의 화소 출력을 감산 처리하는 것을 특징으로 하는 화상 합성 처리 방법.
  33. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광라인 센서를 이용한 화상 합성 처리 방법으로서,
    상기 복수의 수광 렌즈의 반전상을 반전시켜 정립상으로 변환한 후에 화상 합성 처리를 하는 것을 특징으로 하는 화상 합성 처리 방법.
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