WO2011055405A1 - 分光情報読み取り装置 - Google Patents

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松本保
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Definitions

  • Patent Document 2 proposes a spectral imaging apparatus that detects a deterioration state of an inner wall of a tunnel.
  • the spectral imaging apparatus includes: a spectroscopic unit that divides the reflected light reflected from the measurement region; a spectral image imaging unit that obtains a spectral image including the spectral intensity at each spectral wavelength of the reflected light dispersed by the spectroscopic unit; and the measurement region Detection means for detecting a deteriorated portion in the measurement region based on the spectral intensity in a specific spectral wavelength band of the spectral image of the spectral image, and this spectral imaging device is mounted on, for example, a train traveling in a tunnel Have been used.
  • Patent Document 3 proposes a fruit and vegetable quality inspection apparatus that simultaneously performs appearance inspection and interior inspection of fruits and vegetables.
  • the fruit and vegetable quality inspection apparatus includes: a solid-state imaging device; a spectroscopic device that disperses a one-dimensional image of an object for each wavelength using a diffraction grating and obtains a spectral image that is wavelength-resolved into pixels; And an analyzer for performing an appearance inspection and an interior inspection of fruits and vegetables based on spectral image data.
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing the operation of a general printing apparatus 100.
  • the printing film 110 (for example, paper or plastic film) has its both ends wound around a first roll 121 and a second roll 122, and the two rolls 121 and 122 are rotated counterclockwise to print.
  • the film 110 travels in the direction A from the first roll 121 toward the second roll 122 and is wound around the second roll 122.
  • FIG. 6B is a plan view of the printing film 110 on which printing has been performed.
  • a defect detection device 130 is disposed between the printing device 100 and the second roll 122.
  • the defect detection device 130 includes, for example, an imaging camera that captures the image pattern 115, an analysis device that performs pattern analysis on the image pattern 115 captured by the imaging camera, and an analysis result that is analyzed by the analysis device by comparing with the reference image pattern And a detection device that detects the presence or absence of a defect in the image pattern 115.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the spectrum of each image pattern of a planar measurement object (in particular, a printed material) on which the same image pattern is periodically applied in the same direction.
  • a spectroscopic information reader, a spectroscopic information reading method, and the same method that acquire information (specifically, a three-dimensional image spectrum) and enable detection of temporal changes (particularly deterioration with time) of an image pattern. It aims at providing the program for.
  • the present invention provides a planar shape in which the same image pattern (115) is periodically applied in one direction (A) and continuously moves in the one direction (A).
  • a spectroscopic device (530) that causes the one-dimensional image to enter the solid-state imaging device (510), and the spectroscopic device (530) and the shutter mechanism (511) disposed between the solid-state imaging device (510) and the shutter mechanism in synchronization with the movement of the image pattern (115).
  • the direction orthogonal to one direction (A) is the position axis of the image pattern (115), and the direction orthogonal to both the one direction (A) and the direction (B) orthogonal to the one direction (A).
  • a spectral information reading device (500) is provided that forms a three-dimensional image spectrum that is wavelength-resolved for each pixel corresponding to each position of the image pattern (115) with respect to the wavelength axis.
  • the one-dimensional image forming apparatus (520) includes a slit (522) that forms a one-dimensional image for one pixel of the image pattern (115) in a direction (B) orthogonal to the one direction (A). Preferably it is.
  • the first process for controlling the operation and imaging the image pattern (115), and the light reflected by the image pattern (115) are dispersed for each wavelength, and the light receiving element surface of the solid-state imaging device (510)
  • the direction (B) orthogonal to the one direction (A) is taken as the position axis of the image pattern (115), and the direction (B) orthogonal to the one direction (A) and the one direction (A).
  • the solid-state imaging device 510 images each image pattern 115.
  • solid-state imaging device 510 for example, a CCD camera or a CMOS camera can be used.
  • a one-dimensional image forming device 520 Between the printing film 110 and the solid-state imaging device 510, a one-dimensional image forming device 520, a spectroscopic device 530, and a shutter mechanism 511 are arranged in order from the printing film 110.
  • the one-dimensional image forming apparatus 520 includes a first imaging lens 521 and a slit 522.
  • the first imaging lens 521 and the slit 522 are arranged in this order in the order from the printing film 110.
  • the light that has passed through the first slit 522 via the first imaging lens 521 includes an image for one pixel in the B direction of each image pattern 115.
  • the light that has reached the second imaging lens 533 is imaged by the second imaging lens 533, and then reaches the solid-state imaging device 510 via the shutter mechanism 511.
  • the timing adjustment circuit 541 is based on the time when the timing signal 101 is received from the printing apparatus 100, the traveling speed of the printing film 110 in the direction A, and the interval S between the adjacent image patterns 115. The time at which each image pattern 115 arrives is calculated.
  • the image memory 552 receives the digital signal representing the image of each image pattern 115 from the AD converter 551, and according to the address signal. These digital signals are stored inside and integrated.
  • FIG. 2 is a block diagram of the control device 560.
  • the first memory 562 stores various control programs to be executed by the central processing unit 561 and other fixed data.
  • the second memory 563 stores various data and parameters and provides an operating area for the central processing unit 561, that is, data temporarily required for the central processing unit 561 to execute a program. Is stored.
  • Natural light existing around the printing film 110 is reflected on each image pattern 115, and reflected light representing a real image of each image pattern 115 is incident on the one-dimensional image forming apparatus 520.
  • the reflected light passes through the slit 522 and becomes light (that is, a one-dimensional image) indicating pixels for one column in the direction B, and is sent to the spectroscopic device 530.
  • the solid-state imaging device 510 images pixels for one line for each of the image patterns 115 as described above.
  • a two-dimensional image is formed in which the horizontal axis indicates the position in the direction B and the vertical axis indicates the wavelength of reflected light incident on the solid-state imaging device 510.
  • each image pattern 115 for example, a three-dimensional image spectrum in which the X axis indicates a position in the direction B, the Y axis indicates a position in the direction A, and the Z axis indicates a wavelength, That is, the spectral spectrum corresponding to each pixel is stored in the image memory 552.
  • the same image pattern 115 is repeatedly supplied to the solid-state imaging device 510.
  • image data and repeating this for one screen for example, for 2048 lines
  • a three-dimensional image spectrum of the image pattern 115 is obtained.
  • the scanning speed may be increased or the number of pixels in the moving direction A may be decreased.
  • the image on the measurement object is read in synchronization with the movement of the measurement object moving at a constant speed. For this reason, it is possible to simultaneously read the repetitive image on the moving measurement object and the spectral spectrum for each pixel of the image.
  • the first imaging lens 521 is disposed between the printing film 110 and the slit 522 so that the slit 522 is spaced apart from the printing film 110.
  • the first imaging lens 521 may not be used. In that case, the slit 522 is disposed immediately above the printing film 110.
  • the shutter mechanism 511 and the solid-state imaging device 510 are arranged separately, but the shutter mechanism 511 may be incorporated inside the solid-state imaging device 510. Is possible.
  • the spectral wavelength range of the solid-state imaging device 510 in the present embodiment is from 400 nm to 700 nm, but the spectral wavelength range of the solid-state imaging device 510 is not limited to this. It is also possible to include a wavelength range in the near infrared region or the ultraviolet region.
  • the reflective strobe 610 is disposed on the printing film 110 on the same side as the side where the solid-state imaging device 510 is located.
  • Both the reflection type strobe 610 and the transmission type strobe 620 are connected to the light source power source 630, and the light source power source 630 is connected to the timing adjustment circuit 541.
  • the light source power source 630 operates the reflective strobe 610 and the transmissive strobe 620 in synchronization with the period of each image pattern 115 (interval between adjacent image patterns 115).
  • the timing adjustment circuit 541 has the strobe driving signal 547 at the same time when each of the image patterns 115 arrives at the front of the solid-state imaging device 510 or immediately before each of the image patterns 115 arrives at the front of the solid-state imaging device 510. Is transmitted to the light source power source 630.
  • the reflection type strobe 610 and the transmission type strobe 620 are operated. Thereby, the flash illumination is irradiated to each image pattern 115 in synchronization with the imaging of each image pattern 115 by the solid-state imaging device 510.
  • the solid-state imaging device 510 is more vivid because the flash film illumination is given to the printing film 110 at the timing when the solid-state imaging device 510 images each image pattern 115. An image can be taken.
  • the transmission type strobe 620 is used only when the printing film 110 is translucent. For this reason, the reflective strobe 610 and the transmissive strobe 620 are selectively used depending on whether the printing film 110 is translucent or non-translucent.
  • the printing film 110 and the spectral information reading device 600 according to the present embodiment can be arranged in a dark room.

Abstract

　分光情報読み取り装置(500)は、画像パターン(115)を撮像する固体撮像装置(510)と、画像パターンから反射した反射光から一次元画像を形成する一次元画像形成装置(520)と、一次元画像を固体撮像装置(510)に入射させる分光装置(530)と、固体撮像装置(510)の前方にシャッター機構(511)と、画像パターンの移動に同期させてシャッター機構(511)のオン・オフを制御する同期系(540)と、からなり、分光装置(530)は、入射した光を波長毎に分散させ、画像パターンの各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成する。

Description

分光情報読み取り装置
　本発明は、一の方向において周期的に同一の画像パターンが施されている平面状の計測対象物、特に、一の方向において周期的に同一の画像パターンが印刷されている印刷物の各画像パターンの分光情報（具体的には、三次元画像スペクトル）を得る分光情報読み取り装置、分光情報読み取り方法及び同方法を実施するためのプログラムに関する。
　連続的に移動する対象物の画像の分光情報を得る装置として、これまでに種々のものが提案されている。
　例えば、特開２００５－３３７７９３号公報（特許文献１）は、結像光学系と、この結像光学系の光路内に配置された分光素子及び受光素子を有する観察光学系と、を備えた分光画像入力装置を提案している。
　特開２００４－３５４０９７号公報（特許文献２）は、トンネルの内壁の劣化状態を検出するスペクトル画像化装置を提案している。このスペクトル画像化装置は、計測領域で反射した反射光を分光する分光手段と、分光手段により分光された反射光の各分光波長における分光強度を含むスペクトル画像を得るスペクトル画像撮像手段と、計測領域のスペクトル画像の特定の分光波長帯における分光強度に基づいて、計測領域における劣化部分を検出する検出手段と、を備えており、このスペクトル画像化装置は、例えば、トンネル内を走行する電車に搭載されて使用される。
　特開２００６－１７０６６９号公報（特許文献３）は、青果物の外観検査と内観検査とを同時に行う青果物品質検査装置を提案している。この青果物品質検査装置は、固体撮像装置と、対象物の一次元画像を回折格子で波長ごとに分散させ、各画素に波長分解したスペクトル画像を得る分光装置と、検査対象の青果物と分光装置とを移動させる移動手段と、スペクトル画像のデータに基づいて青果物の外観検査及び内観検査を行う分析装置と、を備えている。
特開２００５－３３７７９３号公報 特開２００４－３５４０９７号公報 特開２００６－１７０６６９号公報
　図６（Ａ）は一般的な印刷装置１００の動作を示す概略図である。
　印刷用フィルム１１０（例えば、紙またはプラスチックフィルム）はその両端が第一ロール１２１及び第二ロール１２２に巻かれており、これら二つのロール１２１、１２２がともに反時計方向に回転することにより、印刷用フィルム１１０は第一ロール１２１から第二ロール１２２に向かう方向Ａに走行し、第二ロール１２２に巻き取られる。
　第一ロール１２１及び第二ロール１２２の間には印刷装置１００が配置されており、Ａ方向に走行する印刷用フィルム１１０の表面に印刷を施す。
　図６（Ｂ）は印刷が施された印刷用フィルム１１０の平面図である。
　図６（Ｂ）に示すように、印刷用フィルム１１０には同一方向（すなわち、Ａ方向に）に周期的に（すなわち、同一間隔で）同一の画像パターン１１５が印刷される。
　印刷装置１００と第二ロール１２２との間には欠陥検出装置１３０が配置されている。欠陥検出装置１３０は、例えば、画像パターン１１５を撮像する撮像カメラと、撮像カメラが撮像した画像パターン１１５をパターン解析する解析装置と、解析装置が解析した解析結果を基準画像パターンと比較して各画像パターン１１５の欠陥の有無を検出する検出装置と、から構成される。
　欠陥検出装置１３０は、実際の形状としての画像パターン１１５を認識し、それを予め定められている基準の画像パターンと比較することにより、画像パターン１１５の欠陥を検出する。すなわち、欠陥検出装置１３０が検出することができる欠陥は画像パターン１１５の形状に関する欠陥（例えば、色ずれ、インク飛び、はみ出しなど）に限定される。
　一方、画像パターン１１５の欠陥としては、例えば、濃度の経時的変化（印刷量の増大とともに画像パターンの濃度が徐々に薄くなるような変化）のように、時間とともに徐々に進行する欠陥がある。
　しかしながら、このような欠陥は画像パターン１１５の形状そのものの欠陥ではないので、上述の欠陥検出装置１３０はこのような欠陥を検出することは不可能であった。
　このような欠陥を検出するためには、印刷用フィルム１１０に印刷された全ての画像パターン１１５の分光情報（具体的には、三次元画像スペクトル）を取得することが必要であるが、これまでに、全ての画像パターン１１５の分光情報（三次元画像スペクトル）を取得することを可能にする装置は提案されていなかった。
　例えば、上述の特許文献１乃至３に提案されている装置を応用して用いることが考えられるが、これらの装置の計測対象物はいずれも一回しか出現しないものであり、印刷用フィルム１１０のように、同一の画像パターン１１５が周期的に繰り返して現れる計測対象物に対してそのまま適用することは不可能であった。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、同一方向に周期的に同一の画像パターンが施されている平面状の計測対象物（特に、印刷物）の各画像パターンの分光情報（具体的には、三次元画像スペクトル）を取得し、画像パターンの経時的変化（特に、経時的劣化）の検出を可能にする分光情報読み取り装置、分光情報読み取り方法及び同方法を実施するためのプログラムを提供することを目的とする。
　以下に、「発明の実施の形態」において使用される参照符号を用いて、上述の課題を解決するための手段を説明する。これらの参照符号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明の実施の形態」の記載との間の対応関係を明らかにするためにのみ付加されたものであり、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いるべきものではない。
　上記の目的を達成するため、本発明は、一の方向（Ａ）において周期的に同一の画像パターン（１１５）が施されており、連続的に前記一の方向（Ａ）に移動する平面状の計測対象物（１１０）における前記画像パターン（１１５）の分光情報を読み取る分光情報読み取り装置（５００）であって、前記画像パターン（１１５）を撮像する固体撮像装置（５１０）と、前記画像パターン（１１５）から反射した反射光から一次元画像を形成する一次元画像形成装置（５２０）と、前記一次元画像を前記固体撮像装置（５１０）に入射させる分光装置（５３０）と、前記分光装置（５３０）と前記固体撮像装置（５１０）との間に配置されたシャッター機構（５１１）と、前記画像パターン（１１５）の移動に同期させて前記シャッター機構（５１１）のオン・オフを制御する同期系（５４０）と、からなり、前記分光装置（５３０）は、入射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置（５１０）の受光素子面の前記一の方向（Ａ）と直交する方向を前記画像パターン（１１５）の位置軸とし、前記一の方向（Ａ）及び前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターン（１１５）の各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成するものである分光情報読み取り装置（５００）を提供する。
　前記一次元画像形成装置（５２０）は、前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）における前記画像パターン（１１５）の一画素分の一次元像を形成するスリット（５２２）を備えていることが好ましい。
　本発明は、さらに、一の方向（Ａ）において周期的に同一の画像パターン（１１５）が施されており、連続的に前記一の方向（Ａ）に移動する平面状の計測対象物（１１０）における前記画像パターン（１１５）の分光情報を読み取る分光情報読み取り装置（６００）であって、前記画像パターン（１１５）を撮像する固体撮像装置（５１０）と、前記画像パターン（１１５）から反射した反射光から一次元画像を表す光を形成する一次元画像形成装置（５２０）と、前記光を前記固体撮像装置（５１０）に入射させる分光装置（５３０）と、前記画像パターン（１１５）の表側及び裏側の少なくとも一方から光を照射するストロボ（６１０、６２０）と、前記画像パターン（１１５）の移動に同期させて前記ストロボ（６１０、６２０）のオン・オフを制御する同期系（５４０）と、からなり、前記分光装置（５３０）は、入射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置（５１０）の受光素子面の前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）を前記画像パターン（１１５）の位置軸とし、前記一の方向（Ａ）及び前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターン（１１５）の各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成するものである分光情報読み取り装置（６００）を提供する。
　前記平面状の計測対象物（１１０）は、例えば、印刷物である。
　本発明は、さらに、一の方向（Ａ）において周期的に同一の画像パターン（１１５）が施されており、連続的に前記一の方向（Ａ）に移動する平面状の計測対象物（１１０）における前記画像パターン（１１５）の分光情報を読み取る分光情報読み取り方法であって、前記画像パターン（１１５）を固体撮像装置（５１０）により撮像する第一の過程と、前記画像パターン（１１５）において反射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置（５１０）の受光素子面の前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）を前記画像パターン（１１５）の位置軸とし、前記一の方向（Ａ）及び前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターン（１１５）の各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成する第二の過程と、前記画像パターン（１１５）の移動に同期させて前記固体撮像装置（５１０）による撮像のタイミングを制御する第三の過程と、からなる分光情報読み取り方法を提供する。
　本発明は、さらに、一の方向（Ａ）において周期的に同一の画像パターン（１１５）が施されており、連続的に前記一の方向（Ａ）に移動する平面状の計測対象物（１１０）における前記画像パターン（１１５）の分光情報を読み取る分光情報読み取り方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納している記憶媒体であって、前記プログラムが行う処理は、固体撮像装置（５１０）の動作を制御し、前記画像パターン（１１５）を撮像する第一の処理と、前記画像パターン（１１５）において反射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置（５１０）の受光素子面の前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）を前記画像パターン（１１５）の位置軸とし、前記一の方向（Ａ）及び前記一の方向（Ａ）と直交する方向（Ｂ）の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターン（１１５）の各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成する第二の処理と、前記画像パターン（１１５）の移動に同期させて前記固体撮像装置（５１０）による撮像のタイミングを制御する第三の処理と、からなるものである記憶媒体を提供する。
　本発明によれば、一定速度で移動する計測対象物の移動と同期して計測対象物上の画像パターンが読み取られる。このため、移動中の計測対象物上の繰り返し画像パターンとその画像パターンの各画素の分光スペクトルを同時に読み取ることが可能である。
　換言すれば、計測対象物が同一方向に走行することにより、固体撮像装置に対しては同じ画像パターンが繰り返して出現することになるため、各画像パターンから一ライン分の画像データを取り出し、これを一画面分（例えば、２０４８ライン分）繰り返すことにより、画像パターンの三次元画像スペクトルを得ることが可能になる。
　このように、各画像パターンから画像データを取り出し、これらを相互に比較することにより、あるいは、基準データと比較することにより、画像パターンの経時的変化（例えば、濃度の経時的劣化）その他様々な経時的変化を検出することが可能になる。
本発明の第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置の構造を示す概略図である。 本発明の第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置における制御装置のブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置における固体撮像装置が撮像する画像の一例を示す平面図である。 本発明の第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置における画像メモリに記憶される画像データの一例を示す概略図である。 本発明の第二の実施形態に係る分光情報読み取り装置の構造を示す概略図である。 図６（Ａ）は一般的な印刷装置の動作を示す概略図であり、図６（Ｂ）は印刷が施された印刷用フィルムの平面図である。
（第一の実施形態）
　図１は本発明の第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置５００の構造を示す概略図である。
　本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００は、図６（Ｂ）に示したような、同一方向Ａに周期的に（すなわち、同一間隔で）同一の画像パターン１１５が印刷されており、かつ、方向Ａに一定速度（例えば、毎分２００乃至３００ｍ）で走行している印刷用フィルム１１０の各画像パターン１１５における各画素の分光スペクトルを読み取り、三次元画像スペクトルを形成する機能を有している。
　本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００は、固体撮像装置５１０と、シャッター機構５１１と、一次元画像形成装置５２０と、分光装置５３０と、同期系５４０と、解析装置５５０と、制御装置５６０と、から構成されている。
　固体撮像装置５１０は各画像パターン１１５を撮像する。
　固体撮像装置５１０は二次元イメージセンサー（または、エリアセンサー）からなり、画素が二次元的に配置された（すなわち、Ｘ方向及びＹ方向に配置された）受光素子面を有している。この受光素子面の前方に、印刷用フィルム１１０から近い順に一次元画像形成装置５２０、分光装置５３０及びシャッター機構５１１が配置されている。
　固体撮像装置５１０は、後述するように、一次元的に撮像を行い、このようにして得られた一次元画像の受光信号を受光素子面の第一の方向（例えば、縦方向）に取り入れるとともに、受光素子面の前方に配置されている分光装置５３０により、一次元画像の光を受光素子面の第二の方向（横方向）に波長ごとに分散させ、第一の方向における各画素位置に対応させて第二の方向に波長分解した受光信号（分光スペクトル）を受け入れる。
　固体撮像装置５１０としては、例えば、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを用いることができる。
　本実施形態における固体撮像装置５１０の分光波長範囲は４００ｎｍから７００ｎｍまでである。
　印刷用フィルム１１０と固体撮像装置５１０との間には、印刷用フィルム１１０から近い順に、一次元画像形成装置５２０と分光装置５３０とシャッター機構５１１とが配置されている。
　シャッター機構５１１はシャッターを備えており、後述するように、このシャッターのオン・オフすなわちシャッターの開閉は同期系５４０のタイミング調整回路５４１により制御される。
　一次元画像形成装置５２０は第一結像レンズ５２１とスリット５２２とから構成されている。第一結像レンズ５２１とスリット５２２は印刷用フィルム１１０から近い順にこの順番に配置されている。
　第一結像レンズ５２１は、画像パターン１１５に反射した反射光からなる画像パターン１１５の像を結像させ、結像した画像を第一スリット５２２に送る。このように、印刷用フィルム１１０と第一スリット５２２との間に第一結像レンズ５２１を配置することにより、第一スリット５２２を印刷用フィルム１１０から離間させて配置することが可能になる。
　第一スリット５２２は印刷用フィルム１１０が進行する方向Ａと直交する方向Ｂ（印刷用フィルム１１０の幅方向）に延びるスリットであり、印刷用フィルム１１０に対して平行に配置されている。第一スリット５２２の幅（方向Ａにおける長さ）は各画像パターン１１５のＢ方向に並ぶ１画素分の画像を読み取ることができる程度の長さに設定されている。
　第一結像レンズ５２１を介して第一スリット５２２を通過した光は各画像パターン１１５のＢ方向における１画素分の画像を含んでいる。
　以上のように、一次元画像形成装置５２０は画像パターン１１５からの反射光から一次元画像を表す光を形成し、下流側に位置する分光装置５３０に送り出す。
　一次元画像形成装置５２０の下流側に配置されている分光装置５３０は、コリメータレンズ５３１と、回折格子５３２と、第二結像レンズ５３３と、から構成されている。
　スリット５２２を通過した光は、コリメータレンズ５３１を通過することにより、平行光になる。
　この平行光は回折格子５３２に達する。回折格子５３２は透過型の回折格子であり、平行光は回折格子５３２において回折した後、第二結像レンズ５３３に達する。
　第二結像レンズ５３３に達した光は第二結像レンズ５３３において結像され、その後、シャッター機構５１１を経て、固体撮像装置５１０に到達する。
　後述するように、シャッター機構５１１のオン・オフはタイミング調整回路５４１によって制御され、シャッター機構５１１がオンの場合、すなわち、シャッターが開いているときに、第二結像レンズ５３３において結像した光は固体撮像装置５１０に入力される。
　同期系５４０は、タイミング調整回路５４１と、センサドライバー５４２と、メモリドライバー５４３と、から構成されている。
　同期系５４０は、以下に述べるように、画像パターン１１５の移動に同期させてシャッター機構５１１のオン・オフを制御する。
　印刷装置１００は印刷用フィルム１１０に各画像パターン１１５を印刷するごとにタイミング信号１０１をタイミング調整回路５４１に送信する。すなわち、各画像パターン１１５は同一間隔で印刷されており、この間隔をＳとすると、タイミング信号１０１は印刷用フィルム１１０が距離Ｓだけ進む毎に発信される。
　タイミング調整回路５４１は、印刷装置１００からタイミング信号１０１を受信した時刻と、方向Ａにおける印刷用フィルム１１０の走行速度と、隣接する画像パターン１１５の間隔Ｓとに基づいて、固体撮像装置５１０の正面に各画像パターン１１５が到達する時刻を算出する。
　タイミング調整回路５４１は、固体撮像装置５１０の正面に（ひいては、シャッター機構５１１の正面に）画像パターン１１５の各々が到達する時刻になると、シャッター駆動信号５４６をシャッター機構５１１に送信する。
　シャッター機構５１１はタイミング調整回路５４１からシャッター駆動信号５４６を受信すると、シャッターを所定時間だけ開く。これにより、固体撮像装置５１０の受光素子面が第二結像レンズ５３３を通過してきた光に対して露光される。すなわち、固体撮像装置５１０は各画像パターン１１５を撮像する。
　タイミング調整回路５４１はシャッター機構５１１にシャッター駆動信号５４６を送信した後、所定時間（固体撮像装置５１０の受光素子面の露光に必要な時間）が経過したときに、露光終了信号をシャッター機構５１１に送信する。露光終了信号を受信したシャッター機構５１１はシャッターを閉じる。
　あるいは、シャッター機構５１１は、シャッターが開いた後、上記所定時間が経過すると、自動的にシャッターを閉じるように構成することも可能である。
　タイミング調整回路５４１はシャッター機構５１１に対して露光終了信号を送信した後、センサドライバー５４２に第一タイミング信号５４４を送信する。センサドライバー５４２は第一タイミング信号５４４を受信すると、露光して蓄積した画像信号を固体撮像装置５１０からＡＤコンバータ５５１に送るように、固体撮像装置５１０を作動させる。
　同時にそれらの画像信号を画像メモリ５５２に書き込むための第二タイミング信号５４５をメモリドライバー５４３に出力する。
　メモリドライバー５４３は第二タイミング信号５４５を受信すると、画像メモリ５５２に対してアドレス信号及び書き込みタイミングクロック信号を送信し、画像メモリ５５２はこれらの信号に応じて、ＡＤ変換された画像データを内部に蓄積する。
　これにより、固体撮像装置５１０が撮像した画像を表す画像信号はデジタル信号として画像メモリ５５２に収録される。
　解析装置５５０は、ＡＤコンバータ（アナログ－デジタル変換器）５５１と、画像メモリ５５２と、中央処理装置（ＣＰＵ）５５３と、ディスプレイ５５４と、から構成されている。
　ＡＤコンバータ５５１は、固体撮像装置５１０から各画像パターン１１５の画像を表すアナログ信号を受信し、このアナログ信号をデジタル信号に変換する。
　画像メモリ５５２は、前述のように、メモリドライバー５４３からアドレス信号及び書き込みタイミングクロック信号を受信する毎に、ＡＤコンバータ５５１から各画像パターン１１５の画像を表すデジタル信号を受信し、アドレス信号に応じて、これらのデジタル信号を内部に格納し、積算する。
　中央処理装置（ＣＰＵ）５５３は画像メモリ５５２に蓄積されている各画像パターン１１５に対して種々の解析を行う。例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）５５３は、画像メモリ５５２に蓄積されている各画像パターン１１５の画像データを予め定められている基準の画像データと比較し、各画像パターン１１５の欠陥の有無を検出する。
　ディスプレイ５５４は、例えば、液晶ディスプレイから構成される。ディスプレイ５５４は、中央処理装置（ＣＰＵ）５５３が行った解析の結果あるいは画像メモリ５５２に格納されている各画像パターン１１５の画像を必要に応じて映し出す。
　制御装置５６０は同期系５４０及び解析装置５５０の作動を制御する。
　図２は制御装置５６０のブロック図である。
　制御装置５６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）５６１と、第一のメモリ５６２と、第二のメモリ５６３と、各種命令及びデータを中央処理装置５６１に入力するための入力インターフェイス５６４と、中央処理装置５６１により実行された処理の結果を出力する出力インターフェイス５６５と、中央処理装置５６１と他の構成要素とを接続するバス５６６と、から構成されている。
　第一のメモリ５６２及び第二のメモリ５６３の各々は、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）またはＩＣメモリーカードなどの半導体記憶装置、フレキシブルディスクなどの記憶媒体、ハードディスク、あるいは、光学磁気ディスクなどからなる。本実施形態においては、第一のメモリ５６２はＲＯＭからなり、第二のメモリ５６３はＲＡＭからなる。
　第一のメモリ５６２は中央処理装置５６１が実行するための各種の制御用プログラムその他の固定的なデータを格納している。第二のメモリ５６３は様々なデータ及びパラメータを記憶しているとともに、中央処理装置５６１に対する作動領域を提供する、すなわち、中央処理装置５６１がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納している。
　中央処理装置５６１は第一のメモリ５６２からプログラムを読み出し、そのプログラムを実行する。すなわち、中央処理装置５６１は第一のメモリ５６２に格納されているプログラムに従って作動する。
　以上のような構造を有する本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００は以下のように作動する。
　各画像パターン１１５が印刷されている印刷用フィルム１１０は一定速度（例えば、毎分２００乃至３００ｍ）で方向Ａに走行している。
　タイミング調整回路５４１は印刷装置１００からタイミング信号１０１を受信すると、撮像装置５１０の正面に各画像パターン１１５が到達する時刻毎に、シャッター駆動信号５４６をシャッター機構５１１に送信する。シャッター機構５１１はシャッター駆動信号５４６を受信する毎にシャッターを開く。これにより、撮像装置５１０は以下のように各画像パターン１１５を撮像する。
　印刷用フィルム１１０の周囲に存在する自然光が各画像パターン１１５に反射し、これにより、各画像パターン１１５の実像を表す反射光が一次元画像形成装置５２０に入射する。この反射光はスリット５２２を通過することにより、方向Ｂにおける一列分の画素を示す光（すなわち、一次元画像）となり、分光装置５３０に送られる。
　この一次元画像光は、以下に述べるように、分光装置５３０において分光スペクトルに分解され、固体撮像装置５１０に入射する。
　固体撮像装置５１０は、以上のようにして、画像パターン１１５の各々について１ライン分の画素を撮像する。
　図３は、固体撮像装置５１０が撮像する画像の一例を示す平面図である。
　図３に示すように、固体撮像装置５１０においては、例えば、横軸が方向Ｂにおける位置を示し、縦軸が固体撮像装置５１０に入射した反射光の波長を示すような二次元画像が形成される。
　この二次元画像は、Ａ／Ｄコンバータ５５１によりデジタル変換された後、タイミング調整回路５４１からメモリドライバー５４３に発信される第二タイミング信号５４５、さらには、メモリドライバー５４３から画像メモリ５５２に発信されるアドレス信号及び書き込みタイミングクロック信号に従って、画像メモリ５５２に記憶される。
　図４は、画像メモリ５５２に記憶される画像データの一例を示す概略図である。
　画像メモリ５５２は、連続的に撮像された各画像パターン１１５の分光スペクトルを集積し、再構築することにより、三次元画像スペクトル（時間による変化を含めた三次元スペクトル）を生成する。
　すなわち、図４に示すように、各画像パターン１１５について、例えば、Ｘ軸が方向Ｂにおける位置を示し、Ｙ軸が方向Ａにおける位置を示し、Ｚ軸が波長を示すような三次元画像スペクトル、すなわち、各画素に対応した分光スペクトルが画像メモリ５５２に格納される。
　以上のように、印刷用フィルム１１０が方向Ａに走行することにより、固体撮像装置５１０に対しては同じ画像パターン１１５が繰り返して供給されることになるため、各画像パターン１１５から一ライン分の画像データを取り出し、これを一画面分（例えば、２０４８ライン分）繰り返すことにより、画像パターン１１５の三次元画像スペクトルが得られる。
　以下に、実数値の一例を示す。
（１）一画面の寸法：４００ｍｍ×４００ｍｍ
（２）固体撮像装置５１０：ＤＡＬＳＡ　ＦＴＦ２０２０Ｍ（カナダのＤＡＬＳＡ社が製造・販売しているもの）
　　固体撮像装置５１０の仕様は次の通り
　　（ａ）２０４８×２０４８画素
　　（ｂ）２１ｆｐｓ（フレーム／秒）
　　（ｃ）横方向Ｂにおける分解能：■０．２ｍｍ（≒４００ｍｍ／２０４８）
　　（ｄ）視野：４００ｍｍ×０．２ｍｍ
（３）走行方向Ａの分解能を横方向Ｂにおける分解能と同じく約０．２ｍｍ（２０４８画素）とした場合の最高走行速度：５０４ｍ／ｍｉｎ（＝４００ｍｍ×２１ｆｐｓ×６０秒）
（４）その場合の読み取り速度：約１分４０秒
　一画面の分光スペクトルを得るためには、印刷用フィルム１１０の移動方向Ａの画素数と同数の画面を書き込む必要がある。従って、
　２０４８画素÷２１ｆｐｓ≒１００秒＝１分４０秒
　なお、印刷工程における各画像パターン１１５の濃度変化は緩慢であるため、書き込み時間が数分かかっても問題はない。
　なお、書き込み速度を早くするためには、走査速度を上げるか、移動方向Ａの画素数を減らせばよい。
　以上のように、本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００によれば、一定速度で移動する計測対象物の移動と同期して計測対象物上の画像が読み取られる。このため、移動中の計測対象物上の繰り返し画像とその画像の画素毎の分光スペクトルを同時に読み取ることが可能である。
　すなわち、印刷用フィルム１１０は同一方向Ａに走行しているため、固体撮像装置５１０には同じ画像パターン１１５が繰り返して供給される。このため、各画像パターン１１５から一ライン分の画像データを取り出し、これを一画面分（例えば、２０４８ライン分）繰り返すことにより、一つの分光画像を得ることが可能になる。
　このように、各画像パターン１１５から画像データを取り出し、これらを相互に比較することにより、あるいは、基準データと比較することにより、画像パターン１１５の経時的変化（例えば、濃度の経時的劣化）その他種々の経時的変化を検出することが可能になる。
　なお、本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００の構造は上記の構造に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
　本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００においては、印刷用フィルム１１０とスリット５２２との間に第一結像レンズ５２１を配置することにより、スリット５２２を印刷用フィルム１１０から離間させて配置することを可能にしているが、第一結像レンズ５２１を使用しないことも可能である。その場合には、スリット５２２を印刷用フィルム１１０の直上に配置する。
　また、本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００においては、周囲の自然光を利用して各画像パターン１１５の撮像を行っているが、撮像用の光源を用いることも可能である。光源を用いる場合には、ハレーション（光沢化）を防止するため、光源からの光を固体撮像装置５１０から延びる鉛直軸に対して１５乃至４５度の角度だけ傾斜した斜め上方から印刷用フィルム１１０に対して照射することが望ましい。
　また、本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００においては、計測対象物として、画像パターン１１５が周期的に印刷されている印刷物を選択したが、他の計測対象物を選択することも可能である。例えば、周期的に移動する部品、材料、完成品などを計測対象物とすることも可能である。
　また、単に分光スペクトルを読み取ることだけを目的とする場合には、解析装置５５０を省略することも可能である。
　また、本実施形態に係る分光情報読み取り装置５００においては、シャッター機構５１１と固体撮像装置５１０とを別体のものとして配置しているが、シャッター機構５１１を固体撮像装置５１０の内部に組み入れることも可能である。
　また、本実施形態における固体撮像装置５１０の分光波長範囲は４００ｎｍから７００ｎｍまでであるが、固体撮像装置５１０の分光波長範囲はこれには限定されない。近赤外線領域または紫外線領域の波長範囲を含めることも可能である。
（第二の実施形態）
　図５は本発明の第二の実施形態に係る分光情報読み取り装置６００の構造を示す概略図である。
　本実施形態に係る分光情報読み取り装置６００は、第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置５００と比較して、反射型ストロボ６１０と透過型ストロボ６２０と光源用電源６３０とを追加的に備えている点及びシャッター機構５１１を備えていない点を除いて、同一の構造を有している。このため、第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置５００と同一の構成要素に対しては同一の参照符号を用いる。
　反射型ストロボ６１０は、固体撮像装置５１０が位置する側と同一の側において、印刷用フィルム１１０上に配置されている。
　透過型ストロボ６２０は、固体撮像装置５１０が位置する側と反対の側において、印刷用フィルム１１０上に配置されている。
　反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０はいずれも光源用電源６３０に接続されており、光源用電源６３０はタイミング調整回路５４１に接続されている。
　反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０はいずれも閃光照明を印刷用フィルム１１０に照射する。ハレーションを防止するため、反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０は、固体撮像装置５１０から延びる鉛直軸に対して４５度の角度だけ傾斜して印刷用フィルム１１０に対して光を照射するように配置されている。
　光源用電源６３０は、各画像パターン１１５の周期（隣接する画像パターン１１５間の間隔）と同期して、反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０を作動させる。すなわち、タイミング調整回路５４１は固体撮像装置５１０の正面に画像パターン１１５の各々が到達するのと同時に、あるいは、固体撮像装置５１０の正面に画像パターン１１５の各々が到達する直前に、ストロボ駆動信号５４７を光源用電源６３０に送信する。光源用電源６３０はタイミング調整回路５４１からストロボ駆動信号５４７を受信する毎に、反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０を作動させる。これにより、固体撮像装置５１０による各画像パターン１１５の撮像と同期して各画像パターン１１５に閃光照明が照射されることになる。
　本実施形態に係る分光情報読み取り装置６００によれば、固体撮像装置５１０が各画像パターン１１５を撮像するタイミングで印刷用フィルム１１０に対して閃光照明が与えられるため、固体撮像装置５１０がより鮮明な画像を撮像することが可能になる。
　なお、透過型ストロボ６２０を使用するのは、印刷用フィルム１１０が透光性である場合に限定される。このため、印刷用フィルム１１０が透光性であるか、あるいは、非透光性であるかに応じて、反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０を使い分けることになる。
　具体的には、印刷用フィルム１１０が非透光性である場合には、反射型ストロボ６１０のみを使用する。これに対して、印刷用フィルム１１０が透光性である場合には、反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０の双方を使用してもよく、あるいは、透過型ストロボ６２０のみを使用してもよい。
　また、反射型ストロボ６１０及び透過型ストロボ６２０の効果を最大にするため、本実施形態に係る分光情報読み取り装置６００の周囲を暗くしておくことも可能である。例えば、印刷用フィルム１１０及び本実施形態に係る分光情報読み取り装置６００を暗室の中に配置することができる。
　印刷品質の連続検査に利用できる他、周期性をもって連続的に移動する材料や部品などの検査にも利用することができる。分光スペクトルの解析より、色のみならず、対象物の表面の化学成分の分布解析も可能である。
５００　本発明の第一の実施形態に係る分光情報読み取り装置
５１０　固体撮像装置
５２０　一次元画像形成装置
５２１　第一結像レンズ
５２２　スリット
５３０　分光装置
５３１　コリメータレンズ
５３２　回折格子
５３３　第二結像レンズ
５４０　同期系
５４１　タイミング調整回路
５４２　センサドライバー
５４３　メモリドライバー
５４４　第一タイミング信号
５４５　第二タイミング信号
５４６　シャッター駆動信号
５４７　ストロボ駆動信号
５５０　解析装置
５５１　Ａ／Ｄコンバータ
５５２　画像メモリ
５５３　中央処理装置（ＣＰＵ）
５５４　ディスプレイ
５６０　制御装置
５６１　中央処理装置（ＣＰＵ）
５６２　第一のメモリ
５６３　第二のメモリ
５６４　入力インターフェイス
５６５　出力インターフェイス
６００　本発明の第二の実施形態に係る分光情報読み取り装置
６１０　反射型ストロボ
６２０　透過型ストロボ
６３０　電源用光源

Claims (6)

  1. 一の方向において周期的に同一の画像パターンが施されており、連続的に前記一の方向に移動する平面状の計測対象物における前記画像パターンの分光情報を読み取る分光情報読み取り装置であって、
    　前記画像パターンを撮像する固体撮像装置と、
    　前記画像パターンから反射した反射光から一次元画像を形成する一次元画像形成装置と、
    　前記一次元画像を前記固体撮像装置に入射させる分光装置と、
    　前記分光装置と前記固体撮像装置との間に配置されたシャッター機構と、
    　前記画像パターンの移動に同期させて前記シャッター機構のオン・オフを制御する同期系と、
    　からなり、
    　前記分光装置は、入射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置の受光素子面の前記一の方向と直交する方向を前記画素パターンの位置軸とし、前記一の方向及び前記一の方向と直交する方向の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターンの各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成するものである分光情報読み取り装置。
  2. 前記一次元画像形成装置は、前記一の方向と直交する方向における前記画像パターンの一画素分の一次元像を形成するスリットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の分光情報読み取り装置。
  3. 一の方向において周期的に同一の画像パターンが施されており、連続的に前記一の方向に移動する平面状の計測対象物における前記画像パターンの分光情報を読み取る分光情報読み取り装置であって、
    　前記画像パターンを撮像する固体撮像装置と、
    　前記画像パターンから反射した反射光から一次元画像を表す光を形成する一次元画像形成装置と、
    　前記光を前記固体撮像装置に入射させる分光装置と、
    　前記画像パターンの表側及び裏側の少なくとも一方から光を照射するストロボと、
    　前記画像パターンの移動に同期させて前記ストロボのオン・オフを制御する同期系と、
    　からなり、
    　前記分光装置は、入射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置の受光素子面の前記一の方向と直交する方向を前記画素パターンの位置軸とし、前記一の方向及び前記一の方向と直交する方向の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターンの各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成するものである分光情報読み取り装置。
  4. 前記平面状の計測対象物は印刷物であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の分光情報読み取り装置。
  5. 一の方向において周期的に同一の画像パターンが施されており、連続的に前記一の方向に移動する平面状の計測対象物における前記画像パターンの分光情報を読み取る分光情報読み取り方法であって、
    　前記画像パターンを固体撮像装置により撮像する第一の過程と、
    　前記画像パターンにおいて反射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置の受光素子面の前記一の方向と直交する方向を前記画素パターンの位置軸とし、前記一の方向及び前記一の方向と直交する方向の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターンの各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成する第二の過程と、
    　前記画像パターンの移動に同期させて前記固体撮像装置による撮像のタイミングを制御する第三の過程と、
    　からなる分光情報読み取り方法。
  6. 一の方向において周期的に同一の画像パターンが施されており、連続的に前記一の方向に移動する平面状の計測対象物における前記画像パターンの分光情報を読み取る分光情報読み取り方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納している記憶媒体であって、
    　前記プログラムが行う処理は、
    　固体撮像装置の動作を制御し、前記画像パターンを撮像する第一の処理と、
    　前記画像パターンにおいて反射した光を波長毎に分散させ、前記固体撮像装置の受光素子面の前記一の方向と直交する方向を前記画素パターンの位置軸とし、前記一の方向及び前記一の方向と直交する方向の双方に直交する方向を波長軸として、前記画像パターンの各位置に対応して画素毎に波長分解した三次元画像スペクトルを形成する第二の処理と、
    　前記画像パターンの移動に同期させて前記固体撮像装置による撮像のタイミングを制御する第三の処理と、
    　からなるものである記憶媒体。
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