WO2023238536A1 - 光学ラインセンサ - Google Patents

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WO2023238536A1
WO2023238536A1 PCT/JP2023/016239 JP2023016239W WO2023238536A1 WO 2023238536 A1 WO2023238536 A1 WO 2023238536A1 JP 2023016239 W JP2023016239 W JP 2023016239W WO 2023238536 A1 WO2023238536 A1 WO 2023238536A1
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WO
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light
lens
receiving
lenses
light receiving
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Application number
PCT/JP2023/016239
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English (en)
French (fr)
Inventor
龍太 渡邊
修 岩崎
Original Assignee
株式会社ヴィーネックス
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Publication date
Application filed by 株式会社ヴィーネックス filed Critical 株式会社ヴィーネックス
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/892—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/024—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original
    • H04N1/028—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up
    • H04N1/03—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up with photodetectors arranged in a substantially linear array

Definitions

  • the present invention mainly relates to an optical line sensor that detects scratches and defects on the surface of thin inspection objects such as printed matter and films, and scratches and defects inside transparent films.
  • CIS Contact type optical sensors
  • CIS Contact type optical sensors
  • surface inspection machines have been considered for inspection purposes such as surface inspection in the manufacturing process of thin and wide film products, and inspection of labels affixed to various beverage containers, food containers, cans, etc. Some of them have been commercialized.
  • W.D. working distance
  • SELFOC SELFOC
  • SELFOC a registered trademark, the same shall apply hereinafter
  • W.D. D. A long CIS is desired.
  • the depth of field was usable even if it was relatively shallow, but in the manufacturing process of the inspection object, there was a large variation in the optical axis direction of the inspection object. For this reason, CIS with a deep depth of field is also highly desired.
  • a typical CIS with a deep depth of field is a telecentric optical system using a mirror optical system, as shown in Patent Documents 1 to 5.
  • the optical system is very complex. It is extremely difficult to manufacture this optical system and use it as a commercial product. That is, during manufacturing, the process becomes complicated, and problems arise in terms of manufacturing stability and increased costs. Furthermore, even after it is commercialized, the optical axis may become misaligned due to environmental changes or changes over time due to the complex optical system, which tends to cause performance deterioration compared to conventional CIS with a simple structure. The problem remains.
  • Patent Document 6 a refractive lens made of glass or resin was used, and W. D. It is possible to improve the depth of field.
  • Patent Document 7 a certain number of solutions have been proposed as shown in Patent Document 6 and Patent Document 7.
  • Patent Document 6 one telecentric refractive optical system is arranged at a distance between line sensors arranged in a staggered manner, and lenses serving as the refractive optical system are arranged at a distance to form an array, thereby increasing the depth of field.
  • Patent Document 7 a method of preventing crosstalk between lenses by providing a partition plate between lenses separated from each other is studied.
  • Patent Document 6 and Patent Document 7 it is possible to improve the depth of field and prevent crosstalk between lenses, but the normal telecentric refractive optical system is large and difficult to make compact. . Further, in the partition plate shown in Patent Document 7, missing pixels occur during reading, resulting in incomplete reading. Furthermore, there is no solution to the shading that occurs in principle with one lens when the lenses are spaced apart. There is also no mention of a method for suppressing so-called ripples in the reading line direction. Moreover, the refractive optical system described above has not even been realized to date.
  • inspection machines that use camera lenses, such as line cameras, which are different from the above-mentioned method are large and require a large number of inspection machines in order to handle wide inspection objects at manufacturing sites. Therefore, the entire device becomes very large and its cost is enormous, making it difficult to deploy it in each process of a factory.
  • the illumination system uses a new refractive lens with a long time and deep depth of field, and a new method to suppress ripples, which are optical unevenness on the light receiving sensor caused by shading of individual lenses.
  • Optical line sensors are desired.
  • the optical system is arranged on one straight line, but the W required on the production line.
  • a long optical system has a maximum length of several tens of centimeters or more in the optical axis direction, making it difficult to arrange it between narrower production facilities.
  • the present invention aims to realize a compact optical line sensor with a deep depth of field.
  • the optical line sensor according to the present invention is an optical line sensor that reads an inspection object conveyed in the sub-scanning direction with a reading line extending in the main scanning direction, and includes a plurality of light-receiving lenses, a plurality of light-receiving elements, and an optical element. Equipped with.
  • the plurality of light receiving lenses are arranged along the main scanning direction.
  • the plurality of light receiving elements are arranged in a line along the main scanning direction, and receive light transmitted through the plurality of light receiving lenses.
  • the optical element has a reflective surface disposed on an optical path from the light receiving lens to the light receiving element, and the light transmitted through the light receiving lens is reflected by the reflective surface and guided to the light receiving element.
  • the plurality of light-receiving lenses are spaced apart from each other by a distance greater than the diameter of the light-receiving lenses. Further, the plurality of light receiving elements form at least one or more rows of the reading lines.
  • the light-receiving lens constitutes a telecentric optical system, and the optical element forms an image on the light-receiving element in reverse in the sub-scanning direction, or forms an image on the light-receiving element in the sub-scanning direction and in the main scanning direction. The image is inverted in the scanning direction.
  • the present invention by reflecting the light that has passed through the light-receiving lens on the reflective surface of the optical element and guiding it to the light-receiving element, it is possible to make the device compact while ensuring the optical path length. Furthermore, compared to the conventional multi-lens stacking system, when focusing on an arbitrary light-receiving lens, the optical axes of other light-receiving lenses do not intersect with the optical axis of the light-receiving lens. In addition, if the receiving lenses are spaced apart from each other by the field of view dimension in the array direction so that the fields of view do not overlap, or if the output of the overlapped portion is corrected during image composition, the depth of field unique to one receiving lens can be reduced. Can be secured.
  • an optical line sensor with a deep depth of field can be realized. Furthermore, by arranging multiple rows of light-receiving element arrays parallel to the main scanning direction and spaced apart from each other by more than the field of view of each light-receiving lens in the sub-scanning direction, the effective diameter of the light-receiving lens can be appropriately enlarged. It is possible to secure the amount of received light, and it becomes possible to secure a depth of field that could not be achieved conventionally.
  • the light-receiving lens system is a reduction optical system
  • the reduction optical system is similarly spaced to about the field of view of the light-receiving lens and the pixel size of the light-receiving element is reduced in size according to the magnification, the depth of field can be improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a typical CIS.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a line-shaped illumination optical system for CIS.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a light receiving system in which the fields of view of each light receiving lens do not substantially overlap when each light receiving lens is arranged to act as a monocular lens. 4 is a side view showing a part of the light receiving system of FIG. 3.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a light receiving system in which a plurality of light receiving element arrays are arranged.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of a light receiving system in which a plurality of light receiving element arrays are arranged.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical CIS.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a line-shaped illumination optical system for CIS.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a light receiving system in which the fields of view of each light receiving lens do not
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing still another example of a light receiving system in which a plurality of light receiving element arrays are arranged.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a light receiving system in which one row of light receiving lenses is arranged between two staggered rows of light receiving element arrays. N for each wavelength.
  • A It is a graph showing the relationship between and the diffraction limit. It is a graph showing the relationship between the effective diameter and the diameter of the circle of confusion of SELFOC lens A. It is a graph showing the relationship between the effective diameter and the diameter of the circle of confusion of SELFOC lens B. It is a graph showing the relationship between the effective diameter and the diameter of the circle of confusion of SELFOC lens C.
  • FIG. 7 is a schematic diagram in which the light receiving lenses are spaced apart by a field of view of the light receiving lenses or more, and each light receiving element array is arranged at a distance of a field of view of the light receiving lenses or more in a direction perpendicular to the reading line.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the effective diameter of a reducing lens and the circle of confusion.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an arrangement method when using an RGB-LED or an RGB-LD (laser diode; semiconductor laser) as a light source.
  • FIG. 3 is a side view showing a specific example of an arrangement method when an LD is used as a light source.
  • FIG. 3 is a side view showing an example of the positional relationship between a light source and a light receiving system.
  • FIG. 7 is a side view showing another example of the positional relationship between the light source and the light receiving system.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between a light source and a light-receiving lens, in the case where the light-receiving element array is in one row.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between a light source and a light-receiving lens, in a case where the light-receiving element array is arranged in two rows.
  • FIG. 14A is a diagram showing a lens holder for explaining a crosstalk prevention method in the one-row spaced lens array method of FIG. 14A, and is a schematic diagram when the field of view is restricted by a cylindrical aperture.
  • FIG. 2 is a diagram showing a double-sided telecentric optical system bent at approximately the center (near the aperture).
  • FIG. 3 is a diagram of the object-side telecentric optical system bent at approximately the center (near the aperture). This is a configuration in which the image is inverted only in the sub-scanning direction in the double-sided telecentric optical system. This is a conventional double-sided telecentric optical system. It is a figure showing other examples (Porro prism) of an optical element.
  • FIG. 22 is a diagram conceptually showing a configuration in which the apertured Porro prism of FIG. 21 is used in a double-sided telecentric optical system.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view near the longitudinal center of the CIS.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view.
  • the X direction is the main scanning direction
  • the Y direction is the sub scanning direction.
  • the Z direction is perpendicular to the X direction and the Y direction.
  • the linear light source section 10 is an illumination optical system that has an elongated light amount distribution in the main scanning direction.
  • CIS In the CIS shown in FIG. 1, two housings 16 are arranged facing each other with a focal plane (inspection plane) 20 in between.
  • a linear light source 10 is provided inside each housing 16 to illuminate the object to be inspected on the focal plane 20 .
  • a light-receiving lens 11 and a light-receiving section 12 are provided in one of the casings 16, and light from the illuminated inspection object is guided to the light-receiving section 12 by the light-receiving lens 11.
  • the light-receiving lens 11 forms an image of light from the object to be inspected on the light-receiving section 12 .
  • FIG. 1 In the CIS shown in FIG.
  • one of the two light source sections 10 is disposed on the light receiving section 12 side, and the other is disposed on the opposite side from the light receiving section 12 side, with respect to the focal plane 20.
  • An optical element 200 is arranged on the optical path from the light receiving lens 11 to the light receiving section 12. The specific configuration of this optical element 200 will be described later.
  • the light receiving section 12 is located on the central axis of the light receiving lens 11, but depending on the configuration of the optical element 200, the light receiving section 12 may not be located on the central axis of the light receiving lens 11.
  • the light receiving section 12 is mounted on a substrate 13 fixed to one housing 16.
  • the light that has passed through the light-receiving lens 11 is received by the light-receiving surface 12A of the light-receiving section 12, and a signal corresponding to the amount of received light is output from the light-receiving section 12.
  • a signal corresponding to the amount of received light is output from the light-receiving section 12.
  • the inspection object conveyed in the sub-scanning direction (Y direction) is read by the light receiving section 12 extending in the main scanning direction (X direction) at the reading line formed by the light receiving surface 12A of the light receiving section 12. It will be done.
  • a SELFOC (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) lens array is used as the light receiving lens 11, for example.
  • the SELFOC lens array is an erect, equal-magnification lens array.
  • cylindrical SELFOC lenses are stacked in bales to form a multi-lens lens.
  • the advantage of a multi-lens lens is that it is possible to make the so-called brightness of the lens brighter than that of a single lens. That is, the F-number when a plurality of single lenses are arranged to form a multi-lens lens is smaller than the F-number of a single lens.
  • CIS as described above are disadvantageous in terms of depth of field and depth of focus.
  • the larger the numerical aperture the shallower the depth of field.
  • the magnification is large, ie N. A.
  • the depth of field becomes shallower as the image size increases.
  • the aperture is adjusted to ensure the depth of field. That is, N. A. to obtain the desired depth of field.
  • the first method is to create an array structure that can be considered as a monocular lens of the optical line sensor, as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a light receiving system in which the fields of view 111 of each light receiving lens 11 do not substantially overlap. That is, in FIG. 3, the light receiving lenses 11 are spaced apart in the main scanning direction (X direction) so that the fields of view 111 of the light receiving lenses 11 do not substantially overlap.
  • a plurality of light receiving lenses 11 arranged along the main scanning direction (X direction) are spaced apart from each other by more than the diameter thereof. This is shown in FIG. In FIG. 4, a part of the light receiving system of FIG. 3 is shown in a side view, but for visual clarity, a plan view of a part of the light receiving system is also shown.
  • the plurality of light receiving lenses 11 are integrally held by a lens holder 110.
  • a light receiving element is formed by arranging a plurality of light receiving elements (not shown) in a line along the main scanning direction (X direction).
  • An array 120 is arranged.
  • one light receiving element array 120 is configured by arranging a plurality of light receiving elements in a single row array. Thereby, the plurality of light receiving elements form one read line L. Each light receiving element receives the light transmitted through each light receiving lens 11. Note that in FIG. 4, the optical element 200 disposed on the optical path from the light receiving lens 11 to the light receiving element array 120 is omitted for visual clarity.
  • the light receiving element arrays 120 may be arranged apart from each other in the sub-scanning direction (Y direction). In this case, a plurality of light receiving elements are arranged in a plurality of rows (for example, two rows) in an array to form a plurality of light receiving element arrays 120, thereby forming a plurality of read lines L.
  • the plurality of light receiving element arrays 120 may be of a multi-line type or may be of a type in which short light receiving element rows are arranged in a staggered manner.
  • Figure 7 shows the N. A. represents the relationship between and the diffraction limit. In the light-receiving lens 11 having the same lens parameters, if the so-called pitch of the light-receiving lens 11 itself is shortened, the focal length will be increased and the influence of aberrations will be reduced.
  • the relationship between the circle of least confusion and the diffraction limit, that is, the optical resolution at a certain lens diameter and focal length can be seen. Therefore, in the case of the light receiving lens 11 shown in FIG. 8A, it can be seen that as the effective diameter ⁇ becomes larger, the diameter of the circle of confusion becomes smaller, and it is sufficient that the effective diameter ⁇ is 1.0 mm ⁇ 3.0 mm.
  • the light receiving lens 11 shown in FIG. 8A is a SELFOC lens having smaller aberrations and a larger effective diameter than the light receiving lens 11 shown in FIG. 8B, and it can be seen that the light receiving lens 11 shown in FIG. 8A should be selected. Furthermore, the light-receiving lens 11 of FIG. 8A, which has the same focal length, has a lower N. A.
  • the parameters of SELFOC lenses A to C shown in FIGS. 8A to 8C are shown in Table 1 below.
  • the most important parameter shown in Table 1 is the refractive index distribution constant.
  • the light-receiving lens 11 with fewer aberrations when the effective diameter is enlarged and the focal length is extended is the SELFOC lens A, which has the smallest refractive index distribution constant, and the light-receiving lens 11 with the second smallest aberration is the SELFOC lens C.
  • FIG. 9A shows the relationship between the effective diameter of rod lens A and the diameter of the circle of confusion
  • FIG. 9B shows the relationship between the effective diameter of rod lens B.
  • FIG. 9C shows the relationship between the effective diameter of the rod lens C and the diameter of the circle of confusion
  • FIG. 9D shows the relationship between the effective diameter of the rod lens D and the diameter of the circle of confusion.
  • the solid line shows the total circle of confusion
  • the broken line shows the circle of confusion due to diffraction
  • the dashed-dotted line shows the geometric optical circle of confusion.
  • FIG. 10 is a schematic diagram when the light receiving lens 11 is replaced with an erecting equal-magnification multi-lens lens and is replaced with an erecting reduction multi-lens lens.
  • the light-receiving lenses 11 are spaced apart from each other by a field of view of the light-receiving lenses 11 or more, and each light-receiving element array 120 is arranged at a distance of at least a field of view of the light-receiving lenses 11 in a direction perpendicular to the reading line L.
  • a schematic diagram is shown. Although a part of the light receiving system is shown in a plan view in FIG.
  • a side view of a part of the light receiving system is also shown for visual clarity. Further, in FIG. 10, the optical element 200 disposed on the optical path from the light-receiving lens 11 to the light-receiving element array 120 is omitted for visual clarity.
  • the depth of field can be made much deeper than with the above-mentioned erect equal-magnification lens. For example, if the horizontal magnification is increased to 4 times, the depth of field increases by 2 times. If the horizontal magnification is 9x, the depth of field will be 3x.
  • the pixel size of the light-receiving element is also made smaller than the pixel size in the same magnification system depending on the reduction magnification and the desired resolution. However, depending on the resolution, the same pixel dimensions as the same size system may be used.
  • the light-receiving lens 11 in the present invention is not limited to a gradient index lens such as a SELFOC lens or a plastic rod lens, but can also be used with other lenses, such as an achromat lens, an apochromat lens, etc., in consideration of cost.
  • a lens with equal aberrations due to nonlinear effects in the gradient index lens that is, a lens with equal spherical aberration, coma aberration, and astigmatism, or a telecentric refractive optical system with the same aberrations due to nonlinear effects in the gradient index lens.
  • the plurality of light receiving elements constitute a plurality of light receiving element arrays 120 by arranging them in an array of two or more rows. Further, each of the plurality of light receiving element arrays 120 is arranged to be spaced apart from each other by a distance greater than the visual field dimension of the light receiving lens 11 in the direction orthogonal to the reading line L.
  • the plurality of light-receiving lenses 11 are arranged in a number corresponding to the plurality of light-receiving element arrays 120, and the optical axis of the light transmitted through each light-receiving lens 11 and guided to each light-receiving element array 120 is an abbreviation of each light-receiving element array 120. Penetrates through the center.
  • the light source 103 W. D. Since the length is more than 10 times longer than that of conventional CIS, the inspection surface illuminance needs to be more than 100 times longer in the same magnification system. Therefore, as the light source 103, for example, a high-intensity white LED array is used. In other words, the plurality of light sources 103 may include white LEDs.
  • the emitted beam is expanded in the main scanning direction and collimated in the sub-scanning direction to reduce unevenness in the amount of light during irradiation.
  • the beams emitted from each light source 103 are collimated by an ellipsoidal condenser lens 104 having different lens powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and are irradiated onto the object to be inspected.
  • an ellipsoidal condenser lens 104 having different lens powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction, and are irradiated onto the object to be inspected.
  • the ellipsoidal condensing lens 104 is shown here, any lens may be used as long as it has different lens powers in the main scanning direction and the sub-scanning direction. Note that the power of a lens is the reciprocal of the focal length, and is a measure of the refractive power of the lens.
  • the amount of light received decreases approximately in inverse proportion to the square of the area of the light-receiving element. do.
  • determine the amount of illumination light As the element size becomes smaller, the amount of received light decreases in inverse proportion to the element area for the same accumulation time. This is a physical property of semiconductor photodetectors, and in order to maintain the S/N ratio, it is necessary to increase the illumination light, increase the power density, and make the number of generated electrons generated per unit time the same. .
  • FIG. 14B is a schematic diagram showing the positional relationship between the light source 103 and the light-receiving lens 11, in the case where the light-receiving element array 120 is arranged in two rows.
  • the lens parameters are the same as in FIG. 14A.
  • FIG. 14B shows the arrangement of the light source 103 with respect to the light receiving lenses 11 and the light receiving element array 120 arranged in two rows.
  • the light source 103 is arranged approximately at the center of the two reading lines L.
  • the difference from the case of FIG. 14A is that the arrangement pitch of the light receiving lenses 11 may be wider than the lens diameter, so the arrangement pitch of the light sources 103 is also adjusted to the distance between the lenses, so that the arrangement pitch between the light receiving lenses 11 adjacent to each other is adjusted.
  • the condensing lens 104 is, for example, a cylindrical lens, a lenticular lens, a Fresnel lens, or a combination of a prism sheet and a spherical lens.
  • the above aperture 112 was provided on the light receiving element array 120 side, but W. D. It may be provided on the inspection surface side with a length that does not impair the quality. Further, by combining the aperture on the inspection surface side and the aperture on the light receiving element side, more effective field of view restriction becomes possible.
  • an optical element (image reversal conversion element) 200 is arranged near the aperture.
  • the optical element 200 has a reflective surface disposed on the optical path from the light-receiving lens 11 to the light-receiving element array 120, and reflects the light that has passed through the light-receiving lens 11 on the reflective surface and guides it to the light-receiving element array 120.
  • a typical optical element 200 is a Porro prism.
  • the prism is a right-angled prism, and is a transparent member having a right-angled triangular shape in plan view and having two faces with a right angle between them and an inclined surface located on the opposite side of the right angle side with respect to these two faces.
  • FIG. 18A is a diagram of the double-sided telecentric optical system bent at approximately the center (near the aperture).
  • a right-angle prism 201 is used as the optical element 200, and the right-angle prism 201 is provided with apertures 202 and 203.
  • two surfaces of one right-angle prism 201 sandwiching a right angle are an entrance surface 211 and an exit surface 212, and an aperture 202 is provided on the entrance surface 211, and an aperture 203 is provided on the exit surface 212.
  • Apertures 202, 203 may be approximately circular or may have other shapes.
  • the entrance surface 211 Light from the object to be inspected that enters through the entrance surface 211 is reflected by the reflective surface 204 that is inclined with respect to the entrance surface 211. Further, the light reflected by the reflective surface 204 is emitted from the output surface 212 that is inclined with respect to the reflective surface 204.
  • the entrance surface 211 is inclined at 45 degrees with respect to the reflection surface 204
  • the output surface 212 is inclined at 45 degrees with respect to the reflection surface 204.
  • the light that enters from the entrance surface 211 is reflected by 90 degrees on the reflection surface 204 and is emitted from the exit surface 212.
  • the angles of the entrance surface 211 and the exit surface 212 with respect to the reflection surface 204 are arbitrary, and are not limited to the above angles, but may be within an angular range that satisfies the total reflection condition.
  • FIG. 19 shows a configuration in which the image is inverted only in the sub-scanning direction in a double-sided telecentric optical system, and shows a configuration in which the right-angle prism 201 of FIG. 18A is used as the optical element 200.
  • FIG. 19 shows a diagram viewed along the sub-scanning direction (Y direction), in order to make it easier to understand visually, the right-angle prism 201 is a diagram viewed along the main scanning direction (X direction). is also shown.
  • the double-sided telecentric optical system includes a first light-receiving lens 11A arranged between the right-angle prism 201 and the object to be inspected, and a second light-receiving lens 11B arranged between the right-angle prism 201 and the light-receiving element array 120. It is equipped. However, in the case of an object-side telecentric optical system, the second light receiving lens 11B may be omitted.
  • FIG. 20 shows a conventional double-sided telecentric optical system.
  • the first light receiving lens 11A and the second light receiving lens 11B are provided, but the right angle prism 201 is not disposed between the first light receiving lens 11A and the second light receiving lens 11B.
  • An aperture is provided between the first light receiving lens 11A and the second light receiving lens 11B, and the parallel light beam from the first light receiving lens 11A passes through the aperture and is not reflected by the second light receiving lens 11B. incident on .
  • FIG. 21 is a diagram showing another example of the optical element 200, in which a Porro prism is used as the optical element 200.
  • the Porro prism has a configuration including a plurality of prisms, and in the example of FIG. 21, two right-angled prisms 201 are used. In a configuration using a Porro prism, it is possible to convert an inverted image into an erect image.
  • each right-angle prism 201 with a right angle between them constitute the reflective surface 204, and the sloped surface functions as the entrance surface 211 and the exit surface 212.
  • An aperture 202 that limits the incident light beam and an aperture 203 that limits the emitted light beam are formed on the slope of each right-angle prism 201. That is, the slope of each right-angle prism 201 constitutes a mask having apertures 202 and 203 as light transmitting portions.
  • the image is inverted in the sub-scanning direction and the main scanning direction. That is, the image of the inspection object is reflected by the reflective surface 204 of the first right-angle prism 201 to be reversed in the sub-scanning direction (Y direction), and is reflected by the reflective surface 204 of the second right-angle prism 201. After being reversed in the main scanning direction (X direction), an image is formed on each light receiving element of the light receiving element array 120.
  • reversed in the sub-scanning direction means that the image is reversed so as to rotate around the X direction (main scanning direction)
  • reversed in the main scanning direction means that the image is reversed so as to rotate around the This means that the image is inverted so as to rotate around a direction (direction perpendicular to the main scanning direction and the sub-scanning direction).
  • the optical line sensor can be made more compact while ensuring the optical path length of the light beam from the object to be inspected.
  • the number of right angle prisms 201 is not limited to two, but may be three or more.
  • each right-angle prism 201 is not limited to two surfaces with a right angle between them forming the reflecting surface 204, but may have an inclined surface forming the reflecting surface 204 as in the example of FIG. 18A.
  • the optical axis of the above-mentioned bending optical system is set at right angles, for image reversal only in the sub-scanning direction, or image reversal in both the main-scanning direction and the sub-scanning direction, the reflection of the light beam incident on the prism with an aperture is An angle other than the right angle may be used as necessary, as long as the total reflection condition is satisfied.
  • the angle may be set to satisfy the total internal reflection condition.
  • a reflective material such as a dielectric multilayer film may be used for the reflective surface to form a reflective surface with high reflectance.
  • a reflective material such as the dielectric multilayer film described above
  • a telecentric optical system and a Porro prism (pair) other than the combination of the double-sided telecentric optical system and a Porro prism (pair) described above.
  • an object-side telecentric optical system and a Porro prism (pair) may be used.
  • Light source part 11 Light receiving lens 11A First light receiving lens 11B Second light receiving lens 12
  • Light receiving part 20 Focal plane 103
  • Light source 104 Condensing lens 105 Cylindrical lens 110
  • Lens holder 111 Field of view 112 Aperture 120
  • Light source board 135 Heat sink 200
  • Optical element 201 Right angle prism 202 Aperture 203 Aperture 204
  • Reflective surface 205 Mask 206 Mask 211 Incident surface 212
  • Output surface 220 Mirror 221 Reflective surface 222 Aperture 223
  • Mask 211 Incident surface
  • Output surface 220 Mirror 221
  • Reflective surface 222 Aperture 223

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Abstract

光学素子２００は、受光レンズから受光素子までの光路上に配置された反射面２０４を有し、受光レンズを透過した光を反射面２０４で反射させて受光素子に導く。複数の受光レンズは、該受光レンズの直径以上に互いに離間して配置されている。複数の受光素子は、少なくとも１列以上の読取ラインを形成する。受光レンズは、テレセントリック光学系を構成しており、光学素子２００は、受光素子上に像を副走査方向に反転結像するか、或いは、受光素子上に像を副走査方向及び主走査方向に反転結像する。

Description

光学ラインセンサ
　本願発明は、主として印刷物やフィルムなど薄い検査対象物の表面のキズ・欠陥及び透明フィルムの内部のキズ・欠陥を検出する光学ラインセンサに関するものである。
　紙幣などの真贋を判別する検査機や、業務用複写機や、家庭用プリンタスキャナなどのフラットベットスキャナに用いられてきた密着型光学センサ（以下ＣＩＳと記す）を、印刷物の印刷の出来のチェック、薄物・広幅のフィルム製品の製造工程における表面検査、各種の飲料容器や食品容器及び缶などに貼り付けたラベルの検査などを検査対象とした所謂面検機に応用することが検討されてきており、一部は製品化されている。
　しかしながら、依然としてＳＥＬＦＯＣレンズ（「ＳＥＬＦＯＣ」は登録商標、以下同様）を応用したＣＩＳでは作動距離（以下Ｗ．Ｄ．と記す）が短く、工程で用いる場面では接触を回避するため、Ｗ．Ｄ．の長いＣＩＳが望まれている。加えて、紙幣等の紙葉類の検査では、被写界深度は比較的浅くとも使用に耐えられたが、前記検査対象物の製造工程では該検査対象物の光軸方向への変動が大きい理由からも被写界深度が深いＣＩＳも強く望まれている。
　被写界深度の深いＣＩＳは、特許文献１～５に示されるようにミラー光学系を用いたテレセントリック光学系が代表的である。前記特許文献から、該光学系は非常に複雑であることが分かる。該光学系を製造し、商品として運用する際には、非常な困難を伴う。即ち、製造時には、工程が複雑化し、製造安定性やコストアップが問題となる。また、商品化された後にも、環境の変化や経時変化による複雑な光学系であるが故の光軸の狂いが発生し、従来の簡素な構造のＣＩＳに比べて性能の劣化を生じ易いなどの問題が残る。
　そこで、前記テレセントリック反射光学系を用いず、ガラスや樹脂を用いた屈折系のレンズを用い、Ｗ．Ｄ．や被写界深度を向上させることが考えられる。前記の屈折系の光学系については、特許文献６及び特許文献７に示されるように一定程度の解決策が提案されている。例えば、特許文献６においては、千鳥配置したラインセンサに1個のテレセントリック屈折光学系を離間させて配置し、前記屈折光学系であるレンズを離間配置してアレイ化することにより、被写界深度の深い光学系を実現しようとしている。また、特許文献７においては、離間したレンズの間に仕切り板を設けることにより、レンズ間のクロストークを防止する方法について検討されている。前記の特許文献６及び特許文献７においては、被写界深度の向上並びにレンズ間のクロストークを防止することは出来るが、通常のテレセントリック屈折光学系は、大型であり、コンパクト化は困難である。また、特許文献７に示されている仕切り板では、読み取り時に欠落画素が発生し、読み取りが不完全となる。更に、レンズが離間することにより発生する1個のレンズが原理的に有するシェーディングの解決策については、示されていない。読取ライン方向の所謂リップルの抑制方法についても言及されていない。しかも、現在までに前記の屈折光学系方式は、実現されてもいない。
　更に、前記方式と別方式であるラインカメラなどのカメラレンズを用いた検査機は、大型であり、製造現場の広幅の検査対象物に対応させるためには、多くの台数が必要である。そのため、装置全体が非常に大型になり、しかもそのコストも莫大なものとなるため、工場の各工程に配備することは困難である。
　上記の問題を解決するために、工場の各工程に対しても導入可能な小型で安価であり、かつ、Ｗ．Ｄ．が長く被写界深度の深い新たな屈折系レンズを用い、かつ個々のレンズの有するシェーディングに起因する受光センサ上の光学的ムラであるリップルに対し、新たな抑制方法を用いた照明系からなる光学ラインセンサが望まれる。また、前記発明は、光学系は１つの直線上に配置していたが、生産ラインで求められるＷ．Ｄ．の長い光学系は、光軸方向の長さが最大数１０ｃｍ以上となり、より狭い生産設備の間に配置することが困難となる。
特開２０１８－０１９３３４号公報 特開２０１８－１５２７１３号公報 特開２００９－２４４５００号公報 特開２０１８－０１９３３４号公報 特開２０１８－０２２９４８号公報 特開２００９－２４６６２３号公報 特開平５－１４６００号公報
　そこで、本願発明は、被写界深度が深くコンパクト化された光学ラインセンサを実現することを目的とする。
　本願発明に係る光学ラインセンサは、副走査方向に搬送される検査対象物を主走査方向に延びる読取ラインで読み取る光学ラインセンサであって、複数の受光レンズと、複数の受光素子と、光学素子とを備える。前記複数の受光レンズは、主走査方向に沿って複数配置されている。前記複数の受光素子は、主走査方向に沿ってライン状に配置され、前記複数の受光レンズを透過した光を受光する。前記光学素子は、前記受光レンズから前記受光素子までの光路上に配置された反射面を有し、前記受光レンズを透過した光を前記反射面で反射させて前記受光素子に導く。前記複数の受光レンズは、該受光レンズの直径以上に互いに離間して配置されている。また、前記複数の受光素子は、少なくとも１列以上の前記読取ラインを形成する。前記受光レンズは、テレセントリック光学系を構成しており、前記光学素子は、前記受光素子上に像を副走査方向に反転結像するか、或いは、前記受光素子上に像を副走査方向及び主走査方向に反転結像する。
　本願発明によれば、受光レンズを透過した光を光学素子の反射面で反射させて受光素子に導くことにより、光路長を確保しつつコンパクト化することができる。また、従来の多眼レンズの俵積み方式に比べ、任意の受光レンズに着目した場合に、該受光レンズの光軸に他の受光レンズの光軸が交差しない。また、視野が重ならないように受光レンズの配列方向に視野寸法程度離間して配置するか、或いは、画像合成において重畳した個所の出力を補正すれば、一個の受光レンズ固有の被写界深度が確保できる。故に、被写界深度が深い光学ラインセンサを実現出来る。また、複数列の受光素子アレイを、主走査方向に平行に、かつ副走査方向に各受光レンズの視野以上に離間して配置すれば、受光レンズの有効径を適宜大きくして配置出来るため、受光光量を確保でき、従来では実現出来なかった被写界深度を確保することが可能になる。しかも、受光レンズ系を縮小光学系とした場合、該縮小光学系を同様に受光レンズの視野寸法程度に離間して、受光素子の画素寸法を倍率に応じてサイズダウンすれば、被写界深度を増大させると同時に、解像度を等倍光学系よりも向上させることが可能になる。即ち、検査対象物の検出分解能が従来技術よりも一層向上する。
典型的なＣＩＳの断面図である。 ＣＩＳ用ライン状照明光学系の分解斜視図である。 各受光レンズが単眼レンズとして作用するように配置した場合、各受光レンズの視野がほぼ重ならないようにした受光系の模式図である。 図３の受光系の一部を示した側面図である。 複数の受光素子アレイが配置された受光系の一例を示した模式図である。 複数の受光素子アレイが配置された受光系の他の例を示した模式図である。 複数の受光素子アレイが配置された受光系のさらに他の例を示した模式図である。 １列の受光レンズが、千鳥配置された２列の受光素子アレイの間に配置された場合の受光系の模式図である。 各波長に対するＮ．Ａ．と回折限界の関係を表すグラフである。 ＳＥＬＦＯＣレンズＡの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 ＳＥＬＦＯＣレンズＢの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 ＳＥＬＦＯＣレンズＣの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 ロッドレンズＡの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 ロッドレンズＢの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 ロッドレンズＣの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 ロッドレンズＤの有効径と錯乱円径の関係を示したグラフである。 受光レンズを当該受光レンズの視野寸法以上離間させ、かつ、読取ラインに直交する方向に各受光素子アレイを該受光レンズの視野寸法以上離間させて配置した場合の模式図である。 縮小レンズの有効径と錯乱円形の関係をそれぞれ示したグラフである。 ＲＧＢ－ＬＥＤ、或いは、ＲＧＢ-ＬＤ（レーザダイオード；半導体レーザ）を光源として用いる場合の配置方法の１例を示した模式図である。 ＬＤを光源として用いる場合の配置方法の具体例を示した側面図である。 光源と受光系の位置関係の一例を示す側面図である。 光源と受光系の位置関係の他の例を示す側面図である。 光源と受光レンズの位置関係を示した模式図であり、受光素子アレイが１列の場合である。 光源と受光レンズの位置関係を示した模式図であり、受光素子アレイが２列の場合である。 主走査方向における光源（検査面上）の光量分布、受光素子面上の光量分布、受光レンズのシェーディングの関係を示した図である。 レンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフ（√Ａ＝０．０７７）である。 レンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフ（√Ａ＝０．１５４）である。 屈折率分布定数√Ａが√Ａ＝０．１０２７の受光光学系のＭＴＦのグラフである。 デフォーカス時のＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１４Ａの１列離間レンズアレイ方式におけるクロストーク防止方法について説明するためのレンズホルダーを示した図であり、筒状アパチャーにより視野を制限した場合の模式図を示している。 図１６Ａで示した筒状視野制限アパチャーの詳細図である。 焦点距離ｆをｆ＝１００ｍｍとした場合の有効径と錯乱円径の関係を示したグラフ（√Ａ＝０．１５４）である。 焦点距離ｆをｆ＝１００ｍｍとした場合の有効径と錯乱円径の関係を示したグラフ（√Ａ＝０．１０２７）である。 焦点距離ｆをｆ＝１００ｍｍとした場合の有効径と錯乱円径の関係を示したグラフ（√Ａ＝０．０７７）である。 両側テレセントリック光学系を略中央部（アパチャー近傍）で屈曲した図である。 物体側テレセントリック光学系を略中央部（アパチャー近傍）で屈曲した図である。 両側テレセントリック光学系において副走査方向のみ像を反転させる構成である。 従来型の両側テレセントリック光学系である。 光学素子の他の例（ポロプリズム）を示した図である。 両側テレセントリック光学系に図２１のアパチャー付きポロプリズムを用いた構成を概念的に示す図である。
１．光学ラインセンサの全体構成
　典型的なＣＩＳを図１に、同様にＣＩＳ用ライン状照明光学系を図２に示す。図１においては、ＣＩＳの長手方向中央部近傍における断面図が示されている。一方、図２は分解斜視図である。Ｘ方向が主走査方向であり、Ｙ方向が副走査方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交している。ライン状の光源部１０は、主走査方向に細長い光量分布を有する照明光学系である。
　図１に示すＣＩＳでは、焦点面（検査面）２０を挟んで２つの筐体１６が対向配置されている。各筐体１６内には、焦点面２０上にある検査対象物を照明するためのライン状の光源部１０が設けられている。一方の筐体１６内には、受光レンズ１１及び受光部１２が設けられており、照明された検査対象物からの光は、受光レンズ１１により受光部１２へと導かれる。受光レンズ１１は、検査対象物からの光を受光部１２に結像する。図１に示すＣＩＳでは、焦点面２０を基準にして、２つの光源部１０のうちの一方が受光部１２側に配置され、他方が受光部１２側とは反対側に配置されている。受光レンズ１１から受光部１２までの光路上には、光学素子２００が配置されている。この光学素子２００の具体的構成については後述する。なお、図１では、受光レンズ１１の中心軸線上に受光部１２が位置しているが、光学素子２００の構成によっては、受光レンズ１１の中心軸線上に受光部１２が位置しない場合もある。
　受光部１２は、一方の筐体１６に固定された基板１３に実装されている。受光レンズ１１を通過した光は、受光部１２の受光面１２Ａで受光され、その受光量に応じた信号が受光部１２から出力される。検査対象物が焦点面２０に沿って一方向Ｙに搬送されることにより、検査対象物からの光が連続的に受光部１２で受光され、受光部１２からの出力信号に基づいて検査対象物の画像（カラー画像や蛍光画像など）が得られる。このように、副走査方向（Ｙ方向）に搬送される検査対象物は、主走査方向（Ｘ方向）に延びる受光部１２によって、該受光部１２の受光面１２Ａにより構成される読取ラインで読み取られる。
　一方の光源部１０から出射された光Ｂ３は、筐体１６に固定された保護ガラス１４を透過して、他方の筐体１６に固定された保護ガラス１４Ａの内面に設けられている反射部材１７Ａで反射し、焦点面２０に導かれる。焦点面２０から受光部１２までの任意の位置には、受光部１２に紫外光が入射するのを阻止する紫外光遮断フィルタ（ＵＶカットフィルタ）１５が設けられている。また、受光部１２と紫外光遮断フィルタ１５との間には、特定波長範囲の可視光を通過させるカラーフィルタ１８が設けられている。一方の筐体１６内における光源部１０の底面に対向する位置には、光源部１０に備えられた光源１０３（紫外光源や可視光源など）を固定するための基板５が設置されている。
　図１及び図２に示す例では、光源部１０は、長手方向Ｌに沿って延びる透明な導光体１０１と、長手方向Ｌの一方の端面付近に設けられた光源１０３と、導光体１０１の各側面を保持するためのカバー部材１０２とを備えている。光源１０３から出射した光は、導光体１０１に入射し、該導光体１０１中を伝搬しながら光拡散パターンＰにより適宜反射され、光出射面から矢印方向に出射し、ライン状の照明光となって検査対象物を照明する。このようなＣＩＳの被写界深度は浅く、検査対象物に厚みがある場合は厚み方向全体の検査は困難であり、かつ、Ｗ．Ｄ．が狭いため、検査対象物に接触し、検査そのものが成立しない場合が多い。
　前記のようなＣＩＳでは、受光レンズ１１として、例えばＳＥＬＦＯＣ（日本板硝子株式会社製）レンズアレイが用いられる。ＳＥＬＦＯＣレンズアレイは、正立等倍のレンズアレイである。該レンズアレイでは、円柱状のＳＥＬＦＯＣレンズを俵積みし、多眼レンズとしている。多眼レンズの利点は、レンズ単体よりも所謂レンズの明るさを明るくすることが可能であることである。即ち、レンズ単体のＦナンバーよりも単体レンズを複数個並べて多眼レンズとした場合のＦナンバーのほうが小さい。これは、任意の位置にある１個のレンズの焦点位置と該レンズの周囲のレンズの焦点位置が一致した箇所で、有効Ｆナンバーが小さくなるからである。逆に言えば、正立レンズ系においては、開口数（以下Ｎ．Ａ．と記す）がレンズ単体よりもアレイ化したほうが大きくなることを意味する。この性質が、ＣＩＳにＳＥＬＦＯＣレンズアレイが用いられる大きな理由となっている。
　前記のようなＣＩＳの利点は、被写界深度及び焦点深度の観点からは、逆に不利となる。単眼レンズでもそうであるように、開口数が大きくなれば、被写界深度は浅くなる。例えば顕微鏡対物レンズでは、倍率が大きくなり、即ちＮ．Ａ．が大きくなるに従い、被写界深度が浅くなることは、よく知られていることである。また、カメラレンズにおいても、遠景と近景とでは、被写界深度の長短が如実に示され、被写界深度を確保するために絞りで調整している。即ち、Ｎ．Ａ．を変化させ、所望の被写界深度を得ている。加えて、ＳＥＬＦＯＣレンズに代表される正立多眼レンズは、各レンズの光軸が異なり交差するため、単眼レンズと比べ、検査対象物が光軸方向に変化した場合に像がボケ易い構造となっている。上記が俵積み方式の多眼ＳＥＬＦＯＣレンズアレイの大きな欠点である。そこで、如何にすれば、コンパクトな光学ラインセンサの被写界深度を深くすることが可能であるかを検討した結果、得られた実施例を以下に記す。以下の実施例において、受光レンズ１１は、テレセントリック光学系を構成している。
２．受光系の実施例
　まず、第一の方法は、図３に示すように光学ラインセンサを単眼レンズ化したと見做せるアレイ構造とすることである。図３は、各受光レンズ１１の視野１１１がほぼ重ならないようにした受光系の模式図である。すなわち、図３では、各受光レンズ１１の視野１１１がほぼ重ならないように、各受光レンズ１１を主走査方向（Ｘ方向）に離間して配置している。
　即ち、俵積み方式ではなく、主走査方向（Ｘ方向）に沿って複数配置された複数の受光レンズ１１同士が、その直径以上に互いに離間して配置されている。これを図４に示す。図４では、図３の受光系の一部が側面図で示されているが、視覚的に分かりやすくするために、該受光系の一部の平面図も示されている。複数の受光レンズ１１は、レンズホルダー１１０により一体的に保持されている。複数の受光レンズ１１に対してＺ方向に対向する位置には、複数の受光素子（図示せず）が主走査方向（Ｘ方向）に沿ってライン状に配置されることにより構成される受光素子アレイ１２０が配置されている。すなわち、複数の受光素子が、１列のアレイ状に配置されることにより１つの受光素子アレイ１２０が構成されている。これにより、複数の受光素子は、１列の読取ラインＬを形成している。各受光素子は、各受光レンズ１１を透過した光を受光する。なお、図４では、視覚的に分かりやすくするために、受光レンズ１１から受光素子アレイ１２０までの光路上に配置された光学素子２００を省略して示している。
　複数の受光レンズ１１は、該受光レンズ１１の視野寸法以下（視野範囲内）に互いに離間して配置されていることが好ましい。この例では、複数の受光レンズ１１が、それぞれの視野寸法と略同寸法で互いに離間して配置されているが、各受光レンズ１１の視野半径を重畳させてもよい。この場合は、複数の受光レンズ１１の視野１１１が重なった部分の受光素子について、該受光素子からの画素出力を減算処理すればよい。例えば、該受光素子より出力されたデータから一方の受光レンズ１１の画像（一方の受光レンズ１１を透過した光の受光量）を除外するか、或いは、画像合成する際に該受光素子からの画素出力を略半分の出力値とすればよい。
　また、複数の受光素子列（受光素子アレイ１２０）を用いれば、画素欠落の発生を１ラインの受光素子列の場合よりも確実に防止できる。複数の受光素子アレイ１２０を用いる場合は、受光素子アレイ１２０を副走査方向（Ｙ方向）に離間して配置してもよい。この場合、複数の受光素子が、複数列（例えば２列）のアレイ状に配置されることにより複数の受光素子アレイ１２０が構成され、複数列の読取ラインＬを形成する。該複数の受光素子アレイ１２０は、複数ライン方式でもよいし、短い受光素子列を千鳥配置した方式でもよい。
　図５は、複数の受光素子アレイ１２０が配置された受光系の一例を示した模式図である。図５の例では、主走査方向（Ｘ方向）において、複数の受光レンズ１１の少なくとも一部が、該受光レンズ１１の視野寸法以上に互いに離間して配置されており、複数ライン方式により少なくとも２列（この例では２列）の読取ラインＬが形成されている。副走査方向（Ｙ方向）における受光素子アレイ１２０の離間距離は、図５に示す如く受光レンズ１１の視野寸法よりも大きくすることが好ましい。但し、複数の受光レンズ１１が正立像を形成する正立レンズ系の場合は、視野１１１が重ってもよい。この場合は、視野１１１が重なり合った位置に、受光素子からの画素出力を補正するための補正チャートなどで予め補正しておけばよい。こうすることにより、視野１１１が重畳してもよくなり、光学ラインセンサのコンパクト化が実現可能になる。
　図６Ａは、複数の受光素子アレイ１２０が配置された受光系の他の例を示した模式図である。図６Ａでは、副走査方向（Ｙ方向）に受光レンズ１１の視野１１１以上離間させて、短尺センサからなる各受光素子アレイ１２０が千鳥状に配置されている。この図６Ａに示すように、１つの受光素子アレイ１２０に対し、１つの受光レンズ１１を対応させることにより、複数の受光素子アレイ１２０に対応した数だけ複数の受光レンズ１１が配置されてもよい。各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸は、１対１に対応する各受光素子アレイ１２０の主走査方向（Ｘ方向）の略中央部を貫いてもよい。この方式では、複数の受光素子アレイ１２０を副走査方向（Ｙ方向）に複数列並べる。即ち受光素子の配列方向（Ｘ方向）に対して直角方向（Ｙ方向）に離間して、複数列の受光素子アレイ１２０が配置される。
　図６Ｂは、複数の受光素子アレイ１２０が配置された受光系のさらに他の例を示した模式図である。図６Ｂでは、副走査方向（Ｙ方向）に受光レンズ１１の視野１１１以上離間させて、長尺センサ（主走査方向全長に対応した長さ）からなる各受光素子アレイ１２０が同じ長さのラインセンサとして配置している。この図６Ｂに示すように、主走査方向（Ｘ方向）に並ぶ複数の受光レンズ１１に対し、１つの受光素子アレイ１２０を対応させることにより、副走査方向（Ｙ方向）の受光レンズ１１の列の数だけ複数の受光素子アレイ１２０が配置されてもよい。
　図６Ａ及び図６Ｂのいずれにおいても、複数の受光素子アレイ１２０の各々は、読取ラインＬに直交する副走査方向（Ｙ方向）において受光レンズ１１の視野寸法以上に互いに離間して配置されている。ただし、このような構成に限らず、複数の受光素子アレイ１２０の各々が、読取ラインＬに直交する副走査方向（Ｙ方向）において受光レンズ１１の直径以上に互いに離間し、かつ、該受光レンズ１１の視野寸法以下に互いに離間して配置されていてもよい。上記のように、短尺の受光素子アレイ１２０を千鳥状配列して用いるか（図６Ａ参照）、或いは、２列の受光素子アレイ１２０を離間して配置して用いてもよいが（図６Ｂ参照）、これに限らず、更に多くの複数の受光素子アレイ１２０を副走査方向（Ｙ方向）に離間して配置してもよい。
　更に、１列の受光レンズ１１が、千鳥配置された２列の受光素子アレイ１２０の副走査方向（Ｙ方向）の略中央部に、受光素子アレイ１２０に平行に配置された場合を図６Ｃに示す。図６Ｃでは、千鳥配置の受光素子アレイ１２０において、副走査方向（Ｙ方向）に共通の受光レンズ１１が配置されている。図６Ｃにおいて、２列の読取ラインＬにそれぞれ複数配置された受光素子アレイ１２０は、各読取ラインＬよりも短く、主走査方向（Ｘ方向）に互いに離間している。また、一方の読取ラインＬに配置された受光素子アレイ１２０と他方の読取ラインＬに配置された受光素子アレイ１２０とが、主走査方向（Ｘ方向）に沿って交互に千鳥状に配置されている。２列の読取ラインＬの間には、複数の受光素子アレイ１２０に平行に複数の受光レンズ１１が１列で配置され、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸が、２列の読取ラインＬの副走査方向（Ｙ方向）における略中央部を貫いている。この場合、受光レンズ１１が１列でも、各受光レンズ１１を透過した光を２列の受光素子アレイ１２０で受光することができる。
３．受光レンズの長焦点化
　次に、受光レンズの長焦点化について述べる。従来のＳＥＬＦＯＣレンズはＣＩＳのコンパクト化やコストダウンに重きを置き、共役長のより短いレンズが求められてきた。しかしながら、この流れは、許容される被写界深度を減じてしまうことを助長する要因となっている。しかもレンズ径は益々小さくなってきている。受光レンズを長焦点化する場合、従来の受光レンズを利用すると、Ｎ．Ａ．が極端に小さくなる。故に回折の影響が大きくなり、受光レンズ自身の有する幾何光学的な収差によるボケよりも回折限界によるボケが光学的分解能劣化の支配要因となる。従来方式のＣＩＳは、Ｎ．Ａ．が大きいため、回折限界による像のボケが生じることを無視出来ていた。しかし、Ｗ．Ｄ．を長くとるためには、受光レンズの焦点距離を延ばすことが必要であり、即ち、Ｎ．Ａ．が小さくなってしまうため、従来のレンズ径では、焦点距離が増大すればするほど回折の影響もそれに伴い増大する。本実施形態では、レンズ径を大きくすることでＷ．Ｄ．を長くし、回折限界による像のボケを減じた場合においても、光学的分解能を劣化させない方法を提案する。
　アッベの回折限界ｄは、開口数Ｎ．Ａ．に逆比例する。光学系は空気中にあるため、空気中の波長λを用いて下記式１が成り立つ。
　　　ｄ＝λ／Ｎ．Ａ．　　（式１）
　図７に各波長に対するＮ．Ａ．と回折限界の関係を表す。同じレンズパラメータの受光レンズ１１においては、受光レンズ１１自身の所謂ピッチを短くすれば焦点距離は伸び、収差の影響も少なくなる。
　以上より、受光レンズ１１を長焦点化するためには、レンズ径をより大きくする必要があることが分かる。Ｎ．Ａ．を同一に保てば、回折の影響を短い焦点の受光レンズ１１と同等にできる。しかしながら、レンズ径を大きくすると幾何光学的収差が大きくなる。そこで、レンズパラメータの異なる受光レンズ１１において、レンズ径を大きくした場合の最小錯乱円径を検討する必要がある。波長λは、回折限界径の大きいλ＝６３０ｎｍとした。
　本願発明者による検討の結果、ある受光レンズ１１の各焦点距離に対する最小錯乱円の関係を考えればよいことが判明した。例えば、焦点距離ｆがｆ＝５０ｍｍの場合を図８Ａ～図８Ｃに示す。ここでは、受光レンズ１１として３種類のＳＥＬＦＯＣレンズ（ＳＥＬＦＯＣレンズＡ、ＳＥＬＦＯＣレンズＢ及びＳＥＬＦＯＣレンズＣ）を用いた場合に、図８ＡはＳＥＬＦＯＣレンズＡの有効径と錯乱円径の関係、図８ＢはＳＥＬＦＯＣレンズＢの有効径と錯乱円径の関係、図８ＣはＳＥＬＦＯＣレンズＣの有効径と錯乱円径の関係をそれぞれ示している。図８Ａ～図８Ｃにおいて、実線はトータルの錯乱円、破線は回折による錯乱円、一点鎖線は幾何光学的錯乱円をそれぞれ示している。
　図７と図８Ａによれば、最小錯乱円と回折限界の関係、即ち、あるレンズ径と焦点距離における光学的分解能が分かる。故に、図８Ａに示した受光レンズ１１の場合は、有効径Φが大きくなるほど、錯乱円径が小さくなり、有効径Φが１．０ｍｍ≦Φ≦３．０ｍｍであれば良いことが分かる。
　一方、図７と図８Ｂによれば幾何光学的錯乱円が大きく、回折による依存度が少なくなるため、Φ＝１．０ｍｍの錯乱円径が一番小さい。しかも、Φ＝１．０ｍｍのときでも、図８Ａに示した受光レンズ１１の倍近くの錯乱円径となる。図８Ａに示した受光レンズ１１は、図８Ｂに示した受光レンズ１１よりも収差が小さく、有効径が大きいＳＥＬＦＯＣレンズであり、図８Ａの受光レンズ１１を選択すべきであることが分かる。更に、同じ焦点距離である図８Ａの受光レンズ１１は、図８Ｂの受光レンズ１１よりもＮ．Ａ．が少なくとも３倍は大きくでき、即ち、受光光量は、９倍以上になり、故に、受光素子の出力も９倍以上になる。それに伴い受光素子の受光光量に依存するショットノイズも１／３に減じられるため、ノイズ抑制の観点からも図８Ａに示した受光レンズ１１が好ましい。また、同じノイズ量が許容される場合は、図８Ａの受光レンズ１１が図８Ｂの受光レンズ１１に比べ、９倍に走査速度を向上させることが出来るとも言える。
　図８Ｃによれば、ＳＥＬＦＯＣレンズＣもＳＥＬＦＯＣレンズＡと同様に収差が少なく、有効径を大きくとることが可能である。
　次に、図８Ａ～図８Ｃに示したＳＥＬＦＯＣレンズＡ～Ｃのパラメータを下記表１に示す。表１に示した中で最も重要なパラメータは屈折率分布定数である。有効径を拡大し、焦点距離を伸ばした際に収差が少ない受光レンズ１１は、屈折率分布定数が最も小さいＳＥＬＦＯＣレンズＡであり、次に収差が少ない受光レンズ１１は、ＳＥＬＦＯＣレンズＣである。高解像度で高速検査を目指すには、有効径が大きくて明るく、収差の少ない受光レンズ１１が好ましいことは言うまでもない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　更に、受光レンズ１１として４種類のプラスチックロッドレンズ（プラスチック屈折率分布型レンズ）を用いた場合に、図９ＡはロッドレンズＡの有効径と錯乱円径の関係、図９ＢはロッドレンズＢの有効径と錯乱円径の関係、図９ＣはロッドレンズＣの有効径と錯乱円径の関係、図９ＤはロッドレンズＤの有効径と錯乱円径の関係をそれぞれ示している。図９Ａ～図９Ｄにおいて、実線はトータルの錯乱円、破線は回折による錯乱円、一点鎖線は幾何光学的錯乱円をそれぞれ示している。また、図９Ａ～図９Ｄに示したロッドレンズＡ～Ｄのパラメータを下記表２に示す。プラスチックロッドレンズにおいてもＳＥＬＦＯＣレンズと同様の傾向があることが分かる。プラスチックロッドレンズの屈折率、及びガラスレンズの屈折率を考慮すると、軸上屈折率は、１．４５程度から１．６５程度が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上より、屈折率分布定数が収差の支配要因であることが分かる。理想的な屈折率分布型レンズであれば、屈折率が緩やかに変化すればするほど収差は少なくなる。これは、通常の球面レンズであっても急激な角度変化が収差の発生要因であるのと同様である。急激な角度変化は、Snell’Lawを多項式展開した際の高次の非線形効果の増大を意味する。即ち、近軸光学からの逸脱が大きくなるために収差が大きくなるのである。本願発明者は、焦点距離、或いは、Ｗ．Ｄ．を略５０ｍｍ以上、有効径Φが略Φ≧１．０ｍｍにおいて、解像度が４００ｄｐｉ以上の画素分解能を達成するために、屈折率分布定数を０．１２以下にすることが好ましいことを見出した。
４．受光レンズの変形例
　次に、更に被写界深度を増大させる方法を記す。図１０は、受光レンズ１１を正立等倍多眼レンズに代えて正立縮小多眼レンズとした場合の模式図である。図１０では、受光レンズ１１を該受光レンズ１１の視野寸法以上離間させ、かつ、読取ラインＬに直交する方向に各受光素子アレイ１２０を該受光レンズ１１の視野寸法以上離間させて配置した場合の模式図を示している。図１０では、受光系の一部が平面図で示されているが、視覚的に分かりやすくするために、該受光系の一部の側面図も示されている。また、図１０では、視覚的に分かりやすくするために、受光レンズ１１から受光素子アレイ１２０までの光路上に配置された光学素子２００を省略して示している。
　この場合、前記の正立等倍レンズと比べ、各段に被写界深度を深くできる。例えば、横倍率を４倍とすると、被写界深度は２倍に増大する。横倍率が９倍の場合は、被写界深度は３倍になる。この場合、受光素子の画素寸法も縮小倍率に応じて、また、所望の解像度に応じて等倍系における画素寸法よりも小さくする。但し、解像度によっては、等倍系と同じ画素寸法を用いてもよい。
　図１１に縮小レンズの有効径と錯乱円径の関係を示す。縮小レンズの縮小倍率は１：４である。また波長はλ＝６３０ｎｍである。図８Ａと図１１を比較すれば、縮小レンズの錯乱円が等倍系よりも小さく、レンズ径Φ=２ｍｍからΦ＝２．５ｍｍの間で、等倍系の錯乱円が約４０μｍであるのに対し、縮小系は、半分以下の１４μｍから１８μｍとなっている。故に被写界深度並びに解像度を向上させることが出来ることが分かる。
　更に、本願発明における受光レンズ１１は、ＳＥＬＦＯＣレンズやプラスチックロッドレンズなどの屈折率分布型のレンズに限らず、他のレンズ、例えば、アクロマート（色消し）、アポクロマートなどにおいて、コストを考慮し、前記の屈折率分布型レンズにおける非線形効果による収差を同等にした、即ち球面収差、コマ収差、非点収差を同等にしたレンズ、或いは、テレセントリック屈折光学系を前記の屈折率分布型レンズにおける非線形効果による収差および回折限界が同等のＳＥＬＦＯＣレンズやプラスチックロッドレンズなどの屈折率分布型のレンズに代えて同様な配置や寸法（口径）で用いることも可能である。これは、後述する倒立像を形成する受光レンズ１１においても同様である。
　前述した光学系は、正立レンズを中心にした場合であるが、視野１１１が重ならない場合においては倒立光学系であってもよい。すなわち、複数の受光レンズ１１が、倒立像を形成するような構成であってもよい。２列方式のレンズアレイであれば、倒立光学系の採用も可能である。倒立光学系の場合は、像が光軸を中心に反転対称となるため、画像合成する際に画像処理によって倒立像を正立像に変換すればよい。すなわち、複数の受光レンズ１１の反転像を反転させ、正立像に変換した後に画像合成処理をすればよい。また、その操作の過程で、補正アルゴリズムから重なり合った部分の要又は不要を決定及び補正し、決定した画素間の関係から正立像に変換すればよい。或いは、画像を構築しない場合の検査においては、キズ又は欠陥を検出するのみでよいため、画像合成並びに画像処理の必要はなく、検査面における検出部分が重畳していてもよい。重畳する場合は、予め補正チャートによる位置の補正をしておく。
　更に、倒立型屈折光学系の場合は、各受光素子に対する信号処理において、例えば、副走査方向に離間するように千鳥配置された２列の受光素子アレイの一方から得たデータを長めに取得し、他方の受光素子アレイから得たデータを短めに取得し、取得した像の正立像への反転操作を行った後に、画像合成してもよい。或いは、各受光素子の倒立像データを正立像に各々変換した後に、画像合成する際に重なり合った部分に補正係数を掛けるか減算してもよい。
　具体的には、倒立型屈折光学系において、複数の受光素子アレイが、２列の読取ラインにそれぞれ複数配置された各読取ラインよりも短い受光素子アレイであってもよい。また、一方の読取ラインに配置された受光素子アレイと他方の読取ラインに配置された受光素子アレイとが、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置されていてもよい。このような構成は、図６Ａにおいて説明した正立型屈折光学系の場合と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　この場合、図６Ａに示すように、複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の受光素子アレイ１２０を構成している。また、複数の受光素子アレイ１２０の各々は、読取ラインＬに直交する方向において受光レンズ１１の視野寸法以上に互いに離間して配置されている。複数の受光レンズ１１は、複数の受光素子アレイ１２０に対応した数だけ配置され、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸は、各受光素子アレイ１２０の略中央部を貫く。
５．照明光学系の構成
　本実施例において、受光レンズ１１の焦点距離ｆは、ｆ＝５０ｍｍ、Ｎ．Ａ．は、Ｎ．Ａ．＝０．０１、０．０２、０．０２５、０．０３とし、屈折率分布定数√Ａは、√Ａ＝０．０７７とした。光源１０３に関しては、Ｗ．Ｄ．が従来のＣＩＳに比べて１０倍以上長いため、等倍系では、検査面照度は１００倍以上を必要とする。そのため、光源１０３として、例えば高輝度の白色ＬＥＤアレイを用いる。すなわち、複数の光源１０３が、白色ＬＥＤを含む構成であってもよい。可視域の半導体レーザを光源１０３として用いる場合は、出射ビームを主走査方向に拡大し、副走査方向にコリメーションすることで照射時の光量ムラを低減する。
　ＲＧＢ－ＬＥＤ、或いは、ＲＧＢ-ＬＤ（レーザダイオード；半導体レーザ）を光源１０３として用いる場合の配置方法の１例を図１２Ａに示す。このように、複数の光源１０３が、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）及び青色ＬＥＤ（Ｂ）を含む構成であってもよいし、レーザダイオードを含む構成であってもよい。図１２Ａにおいて、複数の光源１０３は光源基板１３４に実装されており、光源基板１３４にはヒートシンク１３５が取り付けられている。各光源１０３から出射されたビームは、主走査方向と副走査方向とでレンズパワーが異なる楕円体形状の集光レンズ１０４でコリメートされ、検査対象物に照射される。ここでは、楕円体形状の集光レンズ１０４を示したが、主走査方向と副走査方向とで適宜レンズパワーが異なるレンズであればよい。なお、レンズのパワーとは、焦点距離の逆数であり、レンズの屈折力を表す尺度である。
　或いは、ＬＤに関しては、ＬＤ自身の出射ビームの拡がり角が水平方向及び垂直方向で異なる端面発光型のＬＤを用いれば、通常のコリメータレンズでもよい。図１２Ｂは、ＬＤを光源１０３として用いる場合の配置方法の具体例を示した側面図である。この場合は、拡がり角が大きいほうのＬＤを主走査方向に対して平行に配置する。光源１０３を構成する赤色ＬＤ１３１、緑色ＬＤ１３２及び青色ＬＤ１３３から出射されたビームは、それぞれに対応付けられた集光レンズ１０４でコリメートされた後、シリンドリカルレンズ１０５により検査面に絞り込まれる。こうすることで、ＲＧＢの各色が副走査方向においてほぼ同じ位置に照射され、副走査方向に対する色ムラを低減することが可能になる。一方、ＬＥＤやＬＤなどの光源１０３により照射され、検査面で拡散反射された光は、受光レンズ系で受光素子アレイに結像される。受光素子は、等倍光学系では、４００ｄｐｉ相当の６２μｍの素子サイズから６００ｄｐｉ相当の４２μｍの素子サイズを用いる。６００ｄｐｉ以上の素子サイズを用いる場合は、照明光のパワーをそれに応じて増大させればよい。このように、複数の光源１０３が、複数の異なる波長を有する光源１３１～１３３を含み、該光源１３１～１３３を１単位として、該１単位の光源１０３が主走査方向（Ｘ方向）に複数並べられた構成であってもよい。
　更に、単位面積当たりの放射輝度が同じであっても受光素子のサイズが異なれば、発光部の面積が異なることと同義になるため、受光素子面積のほぼ二乗に逆比例して受光光量が低下する。以上を考慮し、照明光量を決定する。素子サイズが小さくなると、同じ蓄積時間では、素子面積に逆比例して受光光量が減少する。これは半導体受光素子の物理的な性質であり、Ｓ／Ｎを維持するためには、照明光を増大させて、パワー密度を増大させ、単位時間に発生する生成電子数を同数にすればよい。これにより、ショットノイズを受光素子のサイズが減少しても大きなサイズの受光素子と同等に維持できる。また、受光素子が受光する光は、検査面の照度だけでなく、受光する際に受光素子の見ている範囲にも依存する。言うまでもなく受光立体角が異なり、その角度が減少すれば、受光量も減少し、検査面が完全拡散面であれば、所謂ｃｏｓθ則に応じた受光光量となる。検査面上から拡散反射された光は、受光レンズにより補足され受光素子に集光され、その出力信号が、受光素子から出力される。また、受光素子列からの出力信号は、シリアルからパラレルに分岐されて、処理速度を向上させ、画像処理装置に伝達される。
　本実施形態において、受光レンズ系は、視野寸法程度離間して配置されている。そのため、レンズのビグネッティングに起因する光量ムラが発生し易い。そのため、光源配置に工夫が必要となる。図１３Ａ及び図１３Ｂに光源１０３と受光系の位置関係を示す。図１３Ａは、光源１０３と受光系の位置関係の一例を示す模式図であり、受光レンズ１１の視野１１１よりも大きく離間させて、２列の受光素子アレイ１２０を短尺センサでは千鳥状に、或いは、長尺センサ（主走査方向全長に対応した長さ）では同じ長さのラインセンサとして配置した場合を表している。また、図１３Ｂは、光源１０３と受光系の位置関係の他の例を示す模式図であり、受光レンズ１１の視野１１１がほぼ重ならないように受光レンズ１１を主走査方向に配置していることを表している。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂでは、視覚的に分かりやすくするために、受光レンズ１１から受光素子アレイ１２０までの光路上に配置された光学素子２００を省略して示している。
　図１４Ａは、光源１０３と受光レンズ１１の位置関係を示した模式図であり、受光素子アレイ１２０が１列の場合である。図１４Ａの実施例においては、光源１０３の照明光の検査面上のムラの最小値が受光素子アレイ１２０の略中央部に位置するように光源１０３の位置を決定している。概ね光源１０３は、主走査方向（Ｘ方向）において、互いに隣接する受光レンズ１１の間の略中央部を含む主走査方向と直角をなす仮想平面の何れかの位置に、検査面における絶対的な放射照度を考慮して決定される。各光源１０３は、読取ラインＬに平行に並べて配置されている。また、各光源１０３の光軸は、各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸と交点を結び、かつ各受光レンズ１１を透過して各受光素子アレイ１２０に導かれる光の光軸と交差する仮想平面の任意の位置に配置されている。図１４Ａでは、互いに隣接する受光レンズ１１の間の略中央部に光源１０３が配置されている。本実施例においては、受光レンズ１１の焦点距離ｆがｆ＝５０ｍｍ、レンズ径ΦがΦ＝４ｍｍ（但し、幾何光学的収差を考慮し、アパーチャーを用いて有効径Φ’はΦ’＝２．５ｍｍとした）であり、故に、光源１０３は、主走査方向（Ｘ方向）に略４ｍｍの間隔をもって離間配置されている。本実施例では、検査面に対して、約４５度の角度で光源１０３から光が照射される。そのため、受光レンズ１１のＷ．Ｄ．を考慮し、光源１０３と検査面との距離は７０ｍｍとした。本実施例では、ＬＤを用いたが、各波長のＬＥＤを用いてもよい。
　図１４Ｂは、光源１０３と受光レンズ１１の位置関係を示した模式図であり、受光素子アレイ１２０が２列の場合である。レンズパラメータは図１４Ａの場合と同じである。図１４Ｂでは、２列に配列した受光レンズ１１並びに受光素子アレイ１２０に対する光源１０３の配置が示されている。本実施例では、光源１０３が２列の読取ラインＬの略中央部に配置されている。図１４Ａの場合と異なる部分は、受光レンズ１１の配列ピッチがレンズ径よりも広く離間配置されてもよいため、光源１０３の配列ピッチもレンズ間距離に合わせ、互いに隣接する受光レンズ１１の間の略中央部であると同時に２列の読取ラインＬの略中央部である位置に光源１０３が配置されている。こうすることにより検査面上の画素の欠落をより防止出来ると同時に、受光レンズ１１のシェーディング並びに光源１０３の光量ムラをより低減出来る。光源１０３と検査面の位置関係は図１４Ａの場合と同じである。各列の受光レンズ１１間のレンズピッチを７ｍｍとした。この場合、実質的なレンズピッチは、３．５ｍｍとなる。
　図１４Ｃは、主走査方向における光源１０３（検査面上）の光量分布、受光素子面上の光量分布、受光レンズ１１のシェーディングの関係を示した図である。図１４Ａ並びに図１４Ｂのレイアウトにおいて、受光素子アレイ１２０上の光量分布は、模式的に図１４Ｃで示すようにフラットになり、受光素子のダイナミックレンジを有効に用いることが可能になる。
６．リップルの抑制方法
　次に、個々の受光レンズ１１に起因するシェーディングが読取ラインＬ方向に対するリップルを発生させ、ひいては、受光素子のダイナミックレンジを狭くすることに繋がるのであるが、この抑制方法について述べる。
　まず、予め照明系により負の強度分布を有する照明光を検査対象物に照射しておく。例えば、隣接する受光レンズ１１の間に光源１０３を配置する方法では、完全に各種の受光レンズ１１に対応したシェーディング抑制方法にはならない。即ち、個々の受光レンズ１１に特有のシェーディングが存在し、受光レンズ１１が異なれば、それに応じた照明光学系を用いなければならない。本実施形態では、主走査方向に大きいパワーを有する集光レンズ１０４が配置される。該集光レンズ１０４を透過した光束は、次にシリンドリカルレンズ１０５などの収束レンズにより検査対象物に導かれ、受光レンズ１１のシェーディングに応じた光強度を検査対象物上に形成する。そして、受光レンズ１１のシェーディングに応じて、集光レンズ１０４の光軸方向の位置を適宜変更することで、例えば、検査対象物がキャリブレーション用の白色基準板であれば受光素子上の光強度分布を平滑化出来る。前記の集光レンズ１０４は副走査方向にパワーを有していてもよい。要するに、受光レンズ１１のシェーディングを完全なまでに抑制し、かつ検査対象物に対し受光レンズ１１の焦点距離を考慮した有効な光強度分布が同時に実現出来ればよい。即ち、主走査方向のレンズパワーが副走査方向のレンズパワーよりも大きいことが好ましい。集光レンズ１０４としては、例えば、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ、又は、プリズムシートと球面レンズの組み合わせなどが好ましい。光源１０３の主走査方向に対する位置関係は、各受光レンズ１１の中間位置に配置してもよいし、受光レンズ１１の光軸上に配置してもよい。更には、受光レンズ１１の外周の位置に光源１０３を配置してもよい。また更に主走査方向にパワーの分布を有するレンズであればより好ましい。
　本実施形態では、複数の光源１０３からの光束を集光する集光レンズ１０４が、１個のレンズ体として設けられており、該レンズ体が有する主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きい。ただし、集光レンズ１０４が、１個のレンズ体ではなく、第１集光レンズ及び第２集光レンズを含む構成であってもよい。この場合、第１集光レンズは、主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きく、第２集光レンズは、副走査方向のパワーが主走査方向のパワーよりも大きくてもよい。また、主走査方向のパワーを第１集光レンズと第２集光レンズにより調整可能であってもよい。
　上記のような第１集光レンズ及び第２集光レンズを備えた集光レンズ１０４において、第１集光レンズ及び第２集光レンズは、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ、又は、プリズム列などにより構成することができる。例えば、第１集光レンズは、レンチキュラーレンズ或いはプリズム列であってもよい。また、第２集光レンズは、フレネルレンズ或いはシリンドリカルレンズであってもよい。
７．受光レンズのパラメータ
　本実施形態におけるレンズ径別の受光系ＭＴＦのグラフを図１４Ｄに示す。比較例として、図１４Ｅに屈折率分布定数√Ａ＝０．１５４の場合を示す。実線、短破線、長破線、一点鎖線の順番に、有効径ΦがΦ＝１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ｍｍの場合を示している。尚、受光素子の画素寸法は、６００ｄｐｉ相当に合わせ主走査方向、副走査方向とも４２.３μｍとしている。
　本実施形態では、有効径Φにおいて、屈折率分布定数√Ａが√Ａ＝０．０７７の条件では、６００ｄｐｉ相当の１２ライン／ｍｍで３０％程度の性能であれば、Φ１．０ｍｍからΦ３．０ｍｍまでの範囲のＭＴＦ特性を満足している。それに対し、比較例は、有効径Φについてすべての範囲でＭＴＦ特性を満足していない。これは、√Ａが√Ａ＝０．０７７の場合の方が√Ａ＝０．１５４の場合よりも収差特性が優れていることを示している。また、焦点距離ｆ＝５０ｍｍの場合について、屈折率分布定数√Ａが√Ａ＝０．１０２７の場合の受光光学系のＭＴＦを求め、図１４Ｆに示す。図１４Ｆによれば、√Ａが√Ａ＝０．１０２７の場合においても、６００ｄｐｉの解像度に相当する１２ライン／ｍｍでΦ１．０ｍｍからΦ３．０ｍｍまでの範囲においてＭＴＦ特性を満足している。
　受光レンズ１１が屈折率分布型レンズである場合、該レンズはガラス或いは樹脂からなることが好ましい。この場合、受光レンズ１１のレンズパラメータにおいて、軸上屈折率Ｎ０が１．４５≦Ｎ０≦１．６５であり、屈折率分布定数√Ａが０．０５≦√Ａ≦０．１２であり、焦点距離ｆが５０ｍｍ≦ｆ≦１５０ｍｍであることが好ましい。
　受光レンズ１１は、それぞれ複数枚のレンズを組み合わせたアクロマート又はアポクロマートであってもよい。この場合、複数枚のレンズとして凸レンズのみを組み合わせたレンズ系であるか、或いは、複数枚のレンズとして凸レンズと凹レンズを組み合わせたレンズ系であってもよい。また、複数枚のレンズの焦点距離ｆが５０ｍｍ≦ｆ≦２５０ｍｍであり、更に複数枚のレンズの口径Φが２ｍｍ≦Φ≦２０ｍｍであることが好ましい。
　次に、被写界深度並びに解像度を向上させるために、受光レンズ系を縮小光学系としたものを例示する。光学系の構成は図１４Ａや図１４Ｂと同様であり、受光レンズ１１の倍率を変化させている。即ち、受光レンズ１１の物点と像点の横倍率の関係を９：１や４：１のように変化させる。こうすることにより、被写界深度は、横倍率が９：１の場合は等倍系の３倍に、横倍率が４：１の場合は等倍系の２倍に増大する。被写界深度を３倍とする場合には、受光素子のサイズは等倍系の受光素子の１／９のサイズとする。また、被写界深度を２倍とする場合には、受光素子のサイズは等倍系の受光素子の１／４のサイズとする。本実施形態においては、１／４のサイズの受光素子を用いて、被写界深度を２倍とした。
　本実施形態における縮小光学系のデフォーカス時のＭＴＦ特性を図１５のグラフ（実線）に示す。比較例として、等倍系のデフォーカス時のＭＴＦ特性を図１５のグラフ（破線）に示す。図の縮小系と等倍系の比較から、縮小光学系の被写界深度が等倍系よりも約２倍深いことが分かる。また、受光レンズ１１のＮ．Ａ．は、縮小比をＳとすれば、その逆数である１／Ｓだけ増大する。そのため、受光レンズ１１のレンズ径が小さい場合においても、焦点距離に応じて縮小率を増せば、実効的なＮ．Ａ．は維持されるため、回折効果によるボケも一定に出来る。
　本実施形態では、焦点距離をｆ＝５０ｍｍ、横倍率比を１／４としたため、レンズ径Φは原理的にはΦ＝０．２５ｍｍまで用いることが可能である。図１４Ａ及び図１４Ｂの場合と同じレンズを用いるので、レンズ径ΦはΦ＝４ｍｍであり、有効径Φ’はΦ’＝２．５ｍｍである。Ｎ．Ａ．は、等倍系である図１４Ａ及び図１４Ｂの場合と比べて４倍になる。故に受光光量は１６倍になり、受光素子サイズを１／４にサイズダウンしたことによる受光光量の１／１６の減少を相殺出来る。
８．クロストークの防止方法
　図１４Ａの場合において、視野１１１の重畳によりクロストークの発生があった際の防止方法について説明する。図１４Ａの場合において、レンズ径ΦはΦ=４ｍｍであり、レンズホルダー１１０に収めて用いる。そこで、図１６Ａにレンズホルダー１１０の受光素子アレイ１２０側を筒状に延長した視野制限ホルダーの構成を示す。以下にその効果について説明する。
　図１６Ｂに詳細図を示す。なお、図１６Ａ及び図１６Ｂでは、視覚的に分かりやすくするために、受光レンズ１１から受光素子アレイ１２０までの光路上に配置された光学素子２００を省略して示している。レンズホルダー１１０には、複数の受光レンズ１１が挿入されており、各受光レンズ１１における受光素子アレイ１２０側には、貫通孔からなるアパチャー１１２が形成されている。複数の受光レンズ１１の外径は、レンズホルダー１１０の内径に対してすきまばめ寸法であり、各受光レンズ１１がレンズホルダー１１０に挿入されることにより、すきまばめされる。各アパチャー１１２は、各受光レンズ１１の外径よりも小さい内径を有しており、各受光レンズ１１の光軸に沿って延びている。すなわち、各アパチャー１１２により、レンズホルダー１１０の複数の受光素子側（受光素子アレイ１２０側）が筒状に延長されており、これにより、各受光レンズ１１の視野１１１が制限されている。上記筒状とは、筒状に形成された貫通孔によりアパチャー１１２が延長された構成を意味しているが、これに限らず、突出する平板により、アパチャー１１２が平板状に延長された構成であってもよい。隣り合う受光レンズ１１において、レンズホルダー１１０の複数の受光素子側（受光素子アレイ１２０側）の長さ、すなわち各アパチャー１１２の長さが異なっていてもよい。
　図１６Ｂにハッチングで示す光束は視野１１１内にあるため、アパチャー１１２による視野制限を受けず、受光素子アレイ１２０により受光することが可能であるが、これよりも外側（受光レンズ１１の光軸に対して外側）の光束は、受光素子アレイ１２０に到達しない。即ち、受光レンズ１１の視野１１１内にある光束は、該受光レンズ１１に対向する受光素子に到達するが、視野１１１外にある光束は、該受光レンズ１１に対向する受光素子及び隣接する受光素子のいずれにも到達しない。言い換えれば、任意の受光素子に着目した場合に、該受光素子に対向する受光レンズ１１の視野１１１以外の光束は該受光素子には到達せず、故に隣接画素間のクロストークの防止が可能になる。しかも、アパチャー１１２がレンズホルダー１１０に形成されているため、精度の高いクロストーク防止アパチャーを実現可能となる。
　複数のアパチャー１１２において、アパチャー径を一つ一つ変更してもよく、１対の大小の径の異なるアパチャー１１２を用いることで、隣接画素間の検査面上の検出画素の欠落を防止できる。即ち、任意のアパチャーに着目した場合、例えば本実施形態においては該アパチャー径ΦをΦ=２．４ｍｍとし、隣り合うアパチャー径Φ’をΦ’＝２．６ｍｍとすることで、隣接画素間の検出画素の欠落を防止できる。前記のアパチャー１１２は円筒状でなくともよい。例えば、受光レンズ１１間の中間位置に仕切りを設けて、お互いの受光レンズ１１が受光した光を他の受光レンズ１１に受光させないようにしてもよい。
　また、複数の受光レンズ１１は、１列に配置された構成に限らず、予め受光レンズ１１単体を円筒状のホルダーに挿入・固定し、後に前記円筒状のホルダーを俵状に積み上げることにより、俵積みで配置されてもよい。また、Ｌ字型の位置決め治具により複数の受光レンズ１１を位置決めし、接着固定した後、矩形のレンズホルダーに収めてもよい。
　上記のアパチャー１１２は、受光素子アレイ１２０側に設けたが、Ｗ．Ｄ．を損なわない程度の長さで検査面側に設けてもよい。そして、検査面側のアパチャーと受光素子側のアパチャーの組み合わせにより、より効果のある視野制限が可能になる。
　図１７Ａ～図１７Ｃには、焦点距離ｆをｆ＝１００ｍｍとした場合の有効径と錯乱円径の関係が示されている。有効径Φは図１４Ａの場合と同じ態様である。図１７Ａは√Ａ＝０．１５４の場合、図１７Ｂは√Ａ＝０．１０２７の場合、図１７Ｃは√Ａ＝０．０７７の場合をそれぞれ示している。図１７Ａ～図１７Ｃにおいて、実線はトータルの錯乱円、破線は回折による錯乱円、一点鎖線は幾何光学的錯乱円をそれぞれ示している。なお、図１７Ａ～図１７Ｃのいずれにおいても、Ｎ０は、Ｎ０＝１．６５４である。図１７Ａ～図１７Ｃの各図によれば、焦点距離ｆがｆ＝１００ｍｍの場合においても、有効径ΦがΦ≧１．５ｍｍにおいて、回折も含めた錯乱円径が６００ｄｐｉの解像度を目指した場合の約４３μｍよりもはるかに小さくなっていることが分かる。
９．テレセントリック光学系における像反転
　次に本実施形態に適用されたテレセントリック光学系について説明する。テレセントリック光学系を用いることにより、組み立て容易で経時変化が少ない構成にすることができる。テレセントリック光学系では、アパチャー（光透過部）を挟んで両側又は片方に受光レンズ１１が配置される。すなわち、テレセントリック光学系は、検査対象物側と受光素子アレイ１２０側の両方に受光レンズ１１が配置された両側テレセントリック光学系、又は、検査対象物側のみに受光レンズ１１が配置された物体側テレセントリック光学系である。
　両側テレセントリック光学系では、検査対象物から光軸に平行に細く拡がる光束が前側レンズを透過することにより平行光束となり、前側レンズの後に挿入されたアパチャーを通過した平行光束が、後側レンズを透過して受光素子アレイ１２０の各受光素子に絞り込まれる。
　本実施形態では、前記アパチャーの近傍に光学素子（像反転変換素子）２００が配置される。光学素子２００は、受光レンズ１１から受光素子アレイ１２０までの光路上に配置された反射面を有し、受光レンズ１１を透過した光を反射面で反射させて受光素子アレイ１２０に導く。代表的な光学素子２００として、ポロプリズムがある。該プリズムは直角プリズムであり、直角を挟んだ２面と、これらの２面に対して直角側とは反対側に位置する斜面とを有する平面視で直角三角形状の透明な部材である。該直角プリズムを光学素子２００として用いた場合、直角を挟んだ２面を反射面として、斜面から入射する光束を直角を挟んだ２面で全反射させ、斜面から出射させてもよい。あるいは、斜面を反射面、直角を挟んだ２面のうち一方の面を入射面、他方の面を出射面として、入射面から入射する光束を斜面で全反射させ、出射面から出射させてもよい。本実施形態では、１個の直角プリズムを用いた場合、像が副走査方向に反転し、２個の直角プリズムを組み合わせて用いた場合には、像が副走査方向及び主走査方向に反転（１８０度変換）される。
　即ち、両側テレセントリック光学系は、物点と像点が回転対象となり倒立像となるが、前記ポロプリズムにより、倒立像を正立像に変換できる。
　故に、両側テレセントリック光学系により、正立像を実現でき、後段の画像処理が非常に簡素になるため、従来方式に比べ画像処理速度が向上する。
　更に、前記プリズムにより、像を副走査方向に反転できるため、光学系を光軸方向に対しコンパクト化できる。例えば、５０ｍｍの焦点距離のレンズで両側テレセントリック光学系を組み立てた場合、約２００ｍｍの光軸方向の寸法となるのに対し、プリズムを配置した光学系では、半分の約１００ｍｍの光軸方向に寸法になり、狭い工程への導入の選択肢も増す。
　更に、直角プリズムの斜面を反射面として用いる場合、直角を挟む２面にそれぞれアパチャー（光透過部）を設けてもよい。この場合、アパチャーが入射側と出射側に設けられるため、アパチャーの径を従来の方式よりも大きく出来、アパチャーの位置決め精度も向上し、かつ経時変化も少ない光学系を実現出来る。
　図１８Ａは、両側テレセントリック光学系を略中央部（アパチャー近傍）で屈曲した図である。図１８Ａの例では、光学素子２００として直角プリズム２０１が用いられ、直角プリズム２０１にアパチャー２０２，２０３が設けられている。図１８Ａの場合は、１個の直角プリズム２０１の直角を挟む２面を入射面２１１及び出射面２１２として、入射面２１１にアパチャー２０２が設けられるとともに、出射面２１２にアパチャー２０３が設けられている。アパチャー２０２，２０３は、略円形であってもよいし、他の形状であってもよい。
　入射面２１１から入射する検査対象物からの光は、入射面２１１に対して傾斜する反射面２０４で反射する。また、反射面２０４で反射した光は、反射面２０４に対して傾斜する出射面２１２から出射する。この例では、入射面２１１が反射面２０４に対して４５°傾斜し、出射面２１２が反射面２０４に対して４５°傾斜している。これにより、入射面２１１から入射する光は、反射面２０４において９０°反射し、出射面２１２から出射されるようになっている。ただし、反射面２０４に対する入射面２１１及び出射面２１２の角度は任意であり、上記角度に限定されるものではなく全反射条件を満足する角度範囲であればよい。
　入射面２１１は、マスク２０５により形成される吸収面により覆われている。吸収面は、光を吸収する材料により形成されている。マスク２０５には、光透過部としてのアパチャー２０２が形成されている。アパチャー２０２は、反射面２０４の近傍において、反射面２０４から離れた位置に形成されている。これにより、検査対象物から入射面２１１に入射する光束のうち、アパチャー２０２を通過する光束のみが反射面２０４に導かれるため、反射面２０４に入射する光束を制限することができる。
　出射面２１２は、マスク２０６により形成される吸収面により覆われている。吸収面は、光を吸収する材料により形成されている。マスク２０６には、光透過部としてのアパチャー２０３が形成されている。アパチャー２０３は、反射面２０４の近傍において、反射面２０４から離れた位置に形成されている。これにより、反射面２０４から出射する光束のうち、アパチャー２０３を通過する光束のみが受光素子アレイ１２０に導かれるため、反射面２０４から出射する光束を制限することができる。
　図１８Ｂは、物体側テレセントリック光学系を略中央部（アパチャー近傍）で屈曲した図である。図１８Ｂの例では、光学素子２００としてミラー２２０が用いられ、ミラー２２０の反射面２２１にアパチャー２２２が設けられている。アパチャー２２２は、略矩形（略長方形）、長円形又は楕円形であってもよいし、他の形状であってもよい。
　反射面２２１は、マスク２２３により形成される吸収面により覆われている。吸収面は、光を吸収する材料により形成されている。マスク２２３には、光透過部としてのアパチャー２２２が形成されている。アパチャー２２２は、反射面２２１の位置に形成されており、検査対象物から反射面２２１に入射する光束のうち、アパチャー２２２を通過する光束のみが反射面２２１に導かれる。また、反射面２２１から出射する光束のうち、アパチャー２２２を通過する光束のみが受光素子アレイ１２０に導かれる。これにより、反射面２２１に入射する光束、及び、反射面２２１から出射する光束を制限することができる。また、前記図１８Ａで説明したように反射面２２１への入射角度は反射条件を満たす範囲内で任意である。
　図１８Ａ、図１８Ｂの例では、副走査方向のみ像が反転される。すなわち、検査対象物の像は、反射面２０４，２２１で反射することにより副走査方向（Ｙ方向）に反転され、受光素子アレイ１２０の各受光素子上に結像される。ここで、「副走査方向に反転」とは、Ｘ方向（主走査方向）を中心に回転するように像が反転されることを意味している。
　図１９は、両側テレセントリック光学系において副走査方向のみ像を反転させる構成であり、光学素子２００として図１８Ａの直角プリズム２０１を用いた構成を示している。図１９は、副走査方向（Ｙ方向）に沿って見た図を示しているが、視覚的に分かりやすくするために、直角プリズム２０１については主走査方向（Ｘ方向）に沿って見た図も示している。
　両側テレセントリック光学系には、直角プリズム２０１と検査対象物との間に配置された第１受光レンズ１１Ａ、及び、直角プリズム２０１と受光素子アレイ１２０との間に配置された第２受光レンズ１１Ｂが備えられている。ただし、物体側テレセントリック光学系の場合には、第２受光レンズ１１Ｂが省略されてもよい。
　検査対象物からの各光束は、拡がりながら第１受光レンズ１１Ａに入射し、第１受光レンズ１１Ａを透過することにより平行光束となる。第１受光レンズ１１Ａからの平行光束は、直角プリズム２０１の反射面２０４で反射し、第２受光レンズ１１Ｂに入射する。第２受光レンズ１１Ｂを透過する光束は、受光素子アレイ１２０の各受光素子上に絞り込まれる。
　図２０は従来型の両側テレセントリック光学系である。従来型の両側テレセントリック光学系では、第１受光レンズ１１Ａ及び第２受光レンズ１１Ｂが備えられているが、第１受光レンズ１１Ａと第２受光レンズ１１Ｂとの間に直角プリズム２０１は配置されていない。第１受光レンズ１１Ａと第２受光レンズ１１Ｂとの間には、アパチャーが設けられており、第１受光レンズ１１Ａからの平行光束は、アパチャーを通過して、反射することなく第２受光レンズ１１Ｂに入射する。
　図２０に示すように、従来型の両側テレセントリック光学系では光軸方向（Ｚ方向）のサイズが大きいのに対して、図１８Ａ、図１８Ｂのように光学素子２００を用いて光束を直角に屈曲させることにより、図１９に示すように光軸方向のサイズが小さくなることが分かる。したがって、検査対象物からの光束の光路長を確保しつつ、光学ラインセンサをコンパクト化することができる。
　図２１は、光学素子２００の他の例を示した図であり、光学素子２００としてポロプリズムが用いられる。ポロプリズムは、複数のプリズムを含む構成であり、図２１の例では２つの直角プリズム２０１が用いられる。ポロプリズムを用いた構成では、倒立像を正立像に変換することが可能である。
　図２１の例では、各直角プリズム２０１における直角を挟んだ２面が反射面２０４を構成し、斜面が入射面２１１及び出射面２１２として機能している。各直角プリズム２０１の斜面には、入射する光束を制限するアパチャー２０２と、出射する光束を制限するアパチャー２０３とが形成されている。すなわち、各直角プリズム２０１の斜面は、光透過部としてのアパチャー２０２，２０３を備えたマスクを構成している。
　図２１の例では、副走査方向及び主走査方向に像が反転される。すなわち、検査対象物の像は、１つ目の直角プリズム２０１の反射面２０４で反射することにより副走査方向（Ｙ方向）に反転され、２つ目の直角プリズム２０１の反射面２０４で反射することにより主走査方向（Ｘ方向）に反転された後、受光素子アレイ１２０の各受光素子上に結像される。ここで、「副走査方向に反転」とは、Ｘ方向（主走査方向）を中心に回転するように像が反転されることを意味し、「主走査方向に反転」とは、Ｚ方向（主走査方向及び副走査方向に直交する方向）を中心に回転するように像が反転されることを意味している。
　図２１に示すような光学素子２００を用いた場合にも、検査対象物からの光束の光路長を確保しつつ、光学ラインセンサをコンパクト化することができる。ただし、光学素子２００としてポロプリズムを用いる場合、直角プリズム２０１の数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。また、各直角プリズム２０１は、直角を挟んだ２面が反射面２０４を構成するものに限らず、図１８Ａの例のように斜面が反射面２０４を構成するものであってもよい。
　図２２は、両側テレセントリック光学系に図２１のアパチャー付きポロプリズムを用いた構成を概念的に示す図である。検査対象物からの各光束は、拡がりながら第１受光レンズ１１Ａに入射し、第１受光レンズ１１Ａを透過することにより平行光束となる。第１受光レンズ１１Ａからの平行光束は、ポロプリズムペア（ダブルポロプリズム、或いは２つの直角プリズム２０１）により構成される光学素子２００に入射し、各直角プリズム２０１の反射面２０４で反射することにより副走査方向及び主走査方向に像が反転され、第２受光レンズ１１Ｂを透過することにより絞り込まれて受光素子アレイ１２０の各受光素子上に結像される。
　尚、前述した屈曲光学系の光軸を直角としたが、副走査方向のみの像反転、或いは、主走査方向と副走査方向両方の像反転について、アパチャーを備えたプリズムに入射した光束の反射において全反射条件を満足すれば、必要に応じて直角以外の角度としてもよい。例えば、屈折率ｎがｎ＝１．５の光学ガラスの場合、入射角θiがθi≧４２°の場合に全反射となるため、θi＝５０°でも全反射する。光学系の構造に応じて、全反射条件を満足する角度に設定してもよい。或いは、全反射条件を満足せずとも反射面に誘電体多層膜などの反射素材を用いて高反射率の反射面を形成してもよい。
　更に前記の誘電体多層膜などの反射素材を用いれば、前述した両側テレセントリック光学系とポロプリズム（ペア）の組み合わせ以外のテレセントリック光学系とポロプリズム（ペア）の組み合わせを用いることも可能である。例えば、物体側テレセントリック光学系とポロプリズム（ペア）を用いてもよい。
１０　　光源部
１１　　受光レンズ
１１Ａ　第１受光レンズ
１１Ｂ　第２受光レンズ
１２　　受光部
２０　　焦点面
１０３　光源
１０４　集光レンズ
１０５　シリンドリカルレンズ
１１０　レンズホルダー
１１１　視野
１１２　アパチャー
１２０　受光素子アレイ
１３１　赤色ＬＤ
１３２　緑色ＬＤ
１３３　青色ＬＤ
１３４　光源基板
１３５　ヒートシンク
２００　光学素子
２０１　直角プリズム
２０２　アパチャー
２０３　アパチャー
２０４　反射面
２０５　マスク
２０６　マスク
２１１　入射面
２１２　出射面
２２０　ミラー
２２１　反射面
２２２　アパチャー
２２３　マスク

 

Claims (27)

  1. 　副走査方向に搬送される検査対象物を主走査方向に延びる読取ラインで読み取る光学ラインセンサであって、
    　主走査方向に沿って複数配置された複数の受光レンズと、
    　主走査方向に沿ってライン状に配置され、前記複数の受光レンズを透過した光を受光する複数の受光素子と、
    　前記受光レンズから前記受光素子までの光路上に配置された反射面を有し、前記受光レンズを透過した光を前記反射面で反射させて前記受光素子に導く光学素子とを備え、
    　前記複数の受光レンズは、該受光レンズの直径以上に互いに離間して配置され、
    　前記複数の受光素子は、少なくとも１列以上の前記読取ラインを形成し、
    　前記受光レンズは、テレセントリック光学系を構成しており、
    　前記光学素子は、前記受光素子上に像を副走査方向に反転結像するか、或いは、前記受光素子上に像を副走査方向及び主走査方向に反転結像することを特徴とする光学ラインセンサ。
  2. 　前記光学素子は、前記反射面から離れた位置に、前記反射面に入射する光束、及び、前記反射面から出射する光束の少なくとも一方を制限する光透過部を備えたマスクを有することを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  3. 　前記光学素子は、前記反射面の位置に、前記反射面に入射する光束、及び、前記反射面から出射する光束を制限する略矩形、長円形又は楕円形の光透過部を備えたマスクを有することを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  4. 　前記複数の受光レンズは、該受光レンズの視野寸法以上に互いに離間して配置され、前記複数の受光素子は少なくとも２列以上の前記読取ラインを形成することを特徴とする請求項1に記載の光学ラインセンサ。
  5. 　前記複数の受光素子は、１列のアレイ状に配置されることにより１つの受光素子アレイを構成し、
    　前記複数の受光レンズは、該受光レンズの直径以上に互いに離間し、かつ、該受光レンズの視野寸法以下に互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光学ラインセンサ。
  6. 　前記複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の受光素子アレイを構成し、該複数の受光素子アレイの各々は、前記読取ラインに直交する方向において前記受光レンズの直径以上に互いに離間し、かつ、該受光レンズの視野寸法以下に互いに離間して配置され、
    　前記複数の受光レンズは、前記複数の受光素子アレイに対応した数だけ配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸は、各受光素子アレイの略中央部を貫くことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  7. 　前記複数の受光素子は、２列以上のアレイ状に配置されることにより複数の受光素子アレイを構成し、該複数の受光素子アレイの各々は、前記読取ラインに直交する方向において前記受光レンズの視野寸法以上に互いに離間して配置され、
    　前記複数の受光レンズは、前記複数の受光素子アレイに対応した数だけ配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸は、各受光素子アレイの略中央部を貫くことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  8. 　前記複数の受光素子アレイは、２列の読取ラインにそれぞれ複数配置された各読取ラインよりも短い受光素子アレイであり、一方の読取ラインに配置された受光素子アレイと他方の読取ラインに配置された受光素子アレイとが、主走査方向に沿って交互に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学ラインセンサ。
  9. 　前記複数の受光レンズは、前記２列の読取ラインの間に、前記複数の受光素子アレイに平行に１列で配置され、各受光レンズを透過して各受光素子アレイに導かれる光の光軸が、前記２列の読取ラインの間の副走査方向における略中央部を貫くことを特徴とする請求項８に記載の光学ラインセンサ。
  10. 　前記複数の受光レンズが、それぞれ倒立像を形成する屈折率分布型レンズ、或いは、アクロマート、或いは、アポクロマートを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  11. 　前記屈折率分布型レンズが、ガラス或いは樹脂からなり、該レンズのレンズパラメータにおいて、軸上屈折率Ｎ０が１．４５≦Ｎ０≦１．６５であり、屈折率分布定数√Ａが０．０５≦√Ａ≦０．１２であり、焦点距離ｆが５０ｍｍ≦ｆ≦１５０ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
  12. 　前記複数の受光レンズが、それぞれ複数枚のレンズを組み合わせたアクロマート又はアポクロマートからなり、前記複数枚のレンズとして凸レンズのみを組み合わせたレンズ系であるか、或いは、前記複数枚のレンズとして凸レンズと凹レンズを組み合わせたレンズ系であり、かつ、該複数枚のレンズの焦点距離ｆが５０ｍｍ≦ｆ≦２５０ｍｍであり、更に該複数枚のレンズの口径Φが２ｍｍ≦Φ≦２０ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の光学ラインセンサ。
  13. 　検査対象物に光を照射する複数の光源をさらに備え、
    　前記複数の光源は、前記読取ラインに平行に並べて配置され、前記複数の光源の光軸は、前記複数の受光レンズを透過して前記複数の受光素子に導かれる光の光軸と交点を結び、かつ該複数の受光レンズを透過して前記複数の受光素子に導かれる光の光軸と交差する仮想平面の任意の位置に配置され、更に互いに隣接する受光レンズの間の略中央部に光源が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  14. 　前記複数の光源は、複数の異なる波長を有する光源を含み、該複数の異なる波長を有する光源を１単位として、該１単位の光源が主走査方向に複数並べられたことを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
  15. 　前記複数の光源からの光束を集光する集光レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
  16. 　前記集光レンズは、主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きい第１集光レンズと、副走査方向のパワーが主走査方向のパワーよりも大きい第２集光レンズとを含むことを特徴とする請求項１５に記載の光学ラインセンサ。
  17. 　前記集光レンズは、１個のレンズ体であり、該レンズ体が有する主走査方向のパワーが副走査方向のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の光学ラインセンサ。
  18. 　前記集光レンズは、主走査方向のパワーを前記第１集光レンズと第２集光レンズにより調整可能であることを特徴とする請求項１６に記載の光学ラインセンサ。
  19. 　前記集光レンズが、シリンドリカルレンズ或いはフレネルレンズであることを特徴とする請求項１５に記載の光学ラインセンサ。
  20. 　前記第１集光レンズが、レンチキュラーレンズで或いはプリズム列であり、
    　前記第２集光レンズが、フレネルレンズ或いはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１６に記載の光学ラインセンサ。
  21. 　前記複数の光源が、白色ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
  22. 　前記複数の光源が、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
  23. 　前記複数の光源が、レーザダイオードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。
  24. 　前記複数の受光レンズを保持するレンズホルダーをさらに備え、
    　前記レンズホルダーの前記複数の受光素子側が筒状或いは平板状に延長されることにより、各受光レンズの視野が制限されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  25. 　前記複数の受光レンズを保持するレンズホルダーをさらに備え、
    　前記複数の受光レンズの外径が、前記レンズホルダーの内径に対してすきまばめ寸法であり、前記複数の受光レンズが俵積み或いは１列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ラインセンサ。
  26. 　隣り合う前記受光レンズにおいて、前記レンズホルダーの前記複数の受光素子側の長さが異なることを特徴とする請求項２４に記載の光学ラインセンサ。
  27. 　前記複数の光源が実装された光源基板と、
    　前記光源基板に取り付けられたヒートシンクとをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の光学ラインセンサ。

     
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