(57)【要約】【課題】色分解数の不足を解消し、対象となる画像パターンの分光分析を行うことを可能にする画像読み取り装置を提供する。【解決手段】画像読み取り装置（１００）は、画像パターンから反射した反射光（５００）を３つの光（５０１，５０２，５０３）に分光し、当該３つの光を相互に異なる方向に出力する分光プリズム（１１０）と、３つの光の各々を受光する第一乃至第三の４ラインＣＣＤ（１２１，１２２，１２３）と、を備え、第一乃至第三の４ラインＣＣＤの各々は、予め指定された波長を有する光のみを通過させる干渉透過膜が施された３個のラインセンサと、干渉透過膜が施されていない１個のラインセンサと、を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の画像パターンを読み取る画像読み取り装置であって、
前記画像パターンから反射した反射光を３つの光に分光し、当該３つの光を相互に異なる方向に出力する分光プリズムと、
前記３つの光の各々を受光する第一乃至第三の４ラインＣＣＤと、
を備え、
前記第一乃至第三の４ラインＣＣＤの各々は、
予め指定された波長を有する光のみを通過させる干渉透過膜が施された３個のラインセンサと、
干渉透過膜が施されていない１個のラインセンサと、
を有するものである画像読み取り装置。
【請求項２】
前記分光プリズムは、
前記反射光の入射方向と直交する入射面と、前記反射光の入射方向と平行な第一の出射面と、前記反射光の入射方向に対して４５度の角度をなす第二の出射面とを有する第一プリズムと、
前記反射光の入射方向に対して４５度の角度をなす入射面と、前記反射光の入射方向と直交する第一の出射面と、前記反射光の入射方向に対して４５度の角度をなす第二の出射面とを有し、前記入射面が前記第一プリズムの第二の出射面と接している第二プリズムと、
前記反射光の入射方向に対して４５度の角度をなす入射面と、前記反射光の入射方向と直交する出射面とを有し、前記入射面が前記第二プリズムの第二の出射面と接している第三プリズムと、
前記第一プリズムの第二の出射面と前記第二プリズムの入射面との間に挟まれた第一干渉膜と、
前記第二プリズムの第二の出射面と前記第三プリズムの入射面との間に挟まれた第二干渉膜と、
からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の画像読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物（例えば、印刷物）上に施されている画像パターンを読み取る画像読み取り装置に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光画像の画像情報を収集するための装置としては、例えば、２次元分光器とモノクロＣＣＤとを組み合せたハイパースペクトルカメラがある。
【０００３】
このようなハイパースペクトルカメラにおいては、２次元分光器の測定視野をＣＣＤのＸ軸、分光スペクトルをＣＣＤのＹ軸に結像させる必要があるため、測定視野に対する光学系と分光スペクトルに対する光学系は同一の光学系とすることが必要となる。
【０００４】
また、分光スペクトルはある程度の分解能が必要となるため、それらの光学系は分光スペクトル結像に重点を置いたものとならざるを得ない。このため、測定視野はピントの甘い画像となり、低い鮮明度しか得ることができない。
【０００５】
また、分解能を上げるため、現状では、モノクロＣＣＤとして、画素の大きいＶＧＡ２／３インチＣＣＤが使用されることが多い。このため、撮像スピードが遅く、高速用のモノクロＣＣＤであっても１秒間に６０フレーム程度の速度である。
【０００６】
測定視野の間欠的な分光検査は、上記のハイパースペクトルカメラを用いても、問題なく行うことが可能である。
【０００７】
しかしながら、インライン上の高速で搬送される印刷物を連続的に分光検査する場合には、問題が生じる。すなわち、モノクロＣＣＤの撮像スピードが遅いため、印刷物の搬送速度が撮像スピードを上回ると、分光検査は不可能となる。
【０００８】
また、高速で分光検査を行う装置として、入射光をＲＧＢ（赤・緑・青）の３つの波長に分光する三板式カメラがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２５５００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＲＧＢの３つの波長に分光する三板式カメラは、例えば、４０ＭＨｚの周波数で駆動される。このため、この周波数に対応するＲＧＢ信号を利用して、高速カラー画像を得ることが可能である。
【００１１】
三板式カメラは、分光プリズムと、分光プリズムの下流側に配置された３個のＣＣＤ（赤（Ｒ）用ＣＣＤ、緑（Ｇ）用ＣＣＤ及び青（Ｂ）用ＣＣＤ）とから構成されている。分光プリズムに入射した白色光はＲＧＢの三色に色分解され、それぞれＲ用ＣＣＤ、Ｇ用ＣＣＤ、Ｂ用ＣＣＤに結像される。
【００１２】
しかしながら、三板式カメラでは、色の分解数が３個しかないため、分光分析を行うには、色分解数が不足している。
【００１３】
本発明は、このような従来の画像読み取り装置（特に、三板式カメラ）における問題点に鑑みてなされたものであり、色分解数の不足を解消し、対象となる画像パターンの分光分析を行うことを可能にする画像読み取り装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明は、計測対象物の画像パターンを読み取る画像読み取り装置（１００）であって、前記画像パターンから反射した反射光（５００）を３つの光（５０１，５０２，５０３）に分光し、当該３つの光を相互に異なる方向に出力する分光プリズム（１１０）と、前記３つの光（５０１，５０２，５０３）の各々を受光する第一乃至第三の４ラインＣＣＤ（１２１，１２２，１２３）と、を備え、前記第一乃至第三の４ラインＣＣＤ（１２１，１２２，１２３）の各々は、予め指定された波長を有する光のみを通過させる干渉透過膜が施された３個のラインセンサ（１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ）と、干渉透過膜が施されていない１個のラインセンサ（１２１Ｄ）と、を有するものである画像読み取り装置（１００）を提供する。
【００１５】
前記分光プリズム（１１０）は、例えば、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）と直交する入射面（１１１Ａ）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）と平行な第一の出射面（１１１Ｂ）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）に対して４５度の角度をなす第二の出射面（１１１Ｃ）とを有する第一プリズム（１１１）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）に対して４５度の角度をなす入射面（１１２Ａ）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）と直交する第一の出射面（１１２Ｂ）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）に対して４５度の角度をなす第二の出射面（１１２Ｃ）とを有し、前記入射面（１１２Ａ）が前記第一プリズム（１１１）の第二の出射面（１１１Ｃ）と接している第二プリズム（１１２）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）に対して４５度の角度をなす入射面（１１３Ａ）と、前記反射光（５００）の入射方向（Ｘ）と直交する出射面（１１３Ｂ）とを有し、前記入射面（１１３Ａ）が前記第二プリズム（１１２）の第二の出射面（１１２Ｃ）と接している第三プリズム（１１３）と、前記第一プリズム（１１１）の第二の出射面（１１１Ｃ）と前記第二プリズム（１１２）の入射面（１１２Ａ）との間に挟まれた第一干渉膜（１１４）と、前記第二プリズム（１１２）の第二の出射面（１１２Ｃ）と前記第三プリズム（１１３）の入射面（１１３Ａ）との間に挟まれた第二干渉膜（１１５）と、から構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る画像読み取り装置における第一乃至第三の４ラインＣＣＤの各々は、予め指定された波長のみを通過させる干渉透過膜が施された３個のラインセンサと、干渉透過膜が施されていない１個のラインセンサと、を備えている。このため、本発明に係る画像読み取り装置によれば、１個のラインセンサ（干渉透過膜が施されているもの）につき、３波長のスペクトルに分光したカラー画像を取り出すことができるため、３個のラインセンサ（干渉透過膜が施されているもの）によって、計９個のスペクトルを取り出すことができる。さらに、干渉透過膜が施されていないラインセンサを介して得ることができる画像（カラー画像）をも加えることにより、３個の４ラインＣＣＤによって、計１２個のスペクトルを取り出すことができる。
【００１７】
従来のハイパースペクトルカメラは測定視野をＣＣＤのＸ軸、分光スペクトルをＣＣＤのＹ軸に結像させる必要があるため、測定視野及び分光スペクトルの双方に対して同一光学系を使用する必要があった。このため、得られたカラー画像はピンボケとなりやすかった。
【００１８】
これに対して、本発明に係る画像読み取り装置によれば、４個のラインセンサから得られる画像は全て同一の光軸に結像させるため、ピントの合った画像となる。また、入射光は各４ラインＣＣＤにおいてＲＧＢの３色に色分解されるので、ハイパースペクトルカメラと比較して、色収差の影響も極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置の概略的な斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置の平面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置における分光プリズムの波長−透過特性（波長と透過率との関係）を示すグラフである。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置における４ラインＣＣＤの概略的な構造を示す平面図である。
【図５】本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置における４ラインＣＣＤの波長−透過特性（波長と透過率との関係）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置１００の概略的な斜視図であり、図２は画像読み取り装置１００の平面図である。
【００２１】
本実施形態に係る画像読み取り装置１００は、計測対象物（例えば、印刷物）の画像パターンから反射した反射光５００（具体的には、白色反射光）を３つの光５０１、５０２、５０３に分光し、それぞれ異なる方向に出力する分光プリズム１１０と、３つの光のうちの第一の光５０１を受光する第一の４ラインＣＣＤ１２１と、３つの光のうちの第二の光５０２を受光する第二の４ラインＣＣＤ１２２と、３つの光のうちの第三の光５０３を受光する第三の４ラインＣＣＤ１２３と、から構成されている。
【００２２】
分光プリズム１１０は、第一プリズム１１１と、第二プリズム１１２と、第三プリズム１１３と、第一干渉膜１１４と、第二干渉膜１１５と、から構成されている。
【００２３】
第一プリズム１１１は、反射光（すなわち、分光プリズム１１０への入射光））５００が分光プリズム１１０に入射する方向Ｘと直交する入射面１１１Ａと、反射光５００の入射方向Ｘと平行な第一の出射面１１１Ｂと、反射光５００の入射方向Ｘに対して４５度の角度をなす第二の出射面１１１Ｃとを有している。
【００２４】
第一プリズム１１１に隣接して第二プリズム１１２が配置されている。第二プリズム１１２は９０度の頂角（従って、二つの底角はそれぞれ４５度）を有する二等辺三角形の形状をなしている。
【００２５】
具体的には、第二プリズム１１２は、反射光５００の入射方向Ｘに対して４５度の角度をなす入射面１１２Ａと、反射光５００の入射方向Ｘと直交する第一の出射面１１２Ｂと、反射光５００の入射方向Ｘに対して４５度の角度をなす第二の出射面１１２Ｃとを有している。
【００２６】
第二プリズム１１２の入射面１１２Ａは第一プリズム１１１の第二の出射面１１１Ｃと接している。
【００２７】
第三プリズム１１３は、反射光５００の入射方向Ｘに対して４５度の角度をなす入射面１１３Ａと、反射光５００の入射方向Ｘと直交する出射面１１３Ｂとを有している。
【００２８】
第三プリズム１１３の入射面１１３Ａは第二プリズム１１２の第二の出射面１１２Ｃと接している。
【００２９】
第一プリズム１１１の第二の出射面１１１Ｃと第二プリズム１１２の入射面１１２Ａとの間には第一干渉膜１１４が挟まれている。すなわち、第一プリズム１１１と第二プリズム１１２とは第一干渉膜１１４を介して結合されている。
【００３０】
第二プリズム１１２の第二の出射面１１２Ｃと第三プリズム１１３の入射面１１３Ａとの間には第二干渉膜１１５が挟まれている。すなわち、第二プリズム１１２と第三プリズム１１３とは第二干渉膜１１５を介して結合されている。
【００３１】
図３は、分光プリズム１１０の波長−透過特性（波長と透過率との関係）を示すグラフである。
【００３２】
図３に示すように、分光プリズム１１０は、約４００乃至約５００ｎｍの範囲の波長を有する青色光（Ｂ）に対して５０％以上の透過率を示し、約５００乃至約６００ｎｍの範囲の波長を有する緑色光（Ｇ）に対して５０％以上の透過率を示し、さらに、約６００ｎｍ以上の波長を有する赤色光に対して５０％以上の透過率を示す。
【００３３】
図１及び図２に示すように、第一の４ラインＣＣＤ１２１は第一プリズム１１１の第一の出射面１１１Ｂに対向して配置されており、第一プリズム１１１の第一の出射面１１１Ｂから出射される光５０１は第一の４ラインＣＣＤ１２１に入射する。
【００３４】
第二の４ラインＣＣＤ１２２は第二プリズム１１２の第一の出射面１１２Ｂに対向して配置されており、第二プリズム１１２の第一の出射面１１２Ｂから出射される光５０２は第二の４ラインＣＣＤ１２２に入射する。
【００３５】
第三の４ラインＣＣＤ１２３は第三プリズム１１３の出射面１１３Ｂに対向して配置されており、第三プリズム１１３の出射面１１３Ｂから出射される光５０３は第三の４ラインＣＣＤ１２３に入射する。
【００３６】
第一の４ラインＣＣＤ１２１、第二の４ラインＣＣＤ１２２及び第三の４ラインＣＣＤ１２３とは同一の構造を有している。
【００３７】
このため、第一の４ラインＣＣＤ１２１についてのみ、以下に、その構造を説明する。
【００３８】
図４は、第一の４ラインＣＣＤ１２１の概略的な構造を示す平面図である。
【００３９】
図４に示すように、第一の４ラインＣＣＤ１２１は、第一ラインセンサ１２１Ａ、第二ラインセンサ１２１Ｂ、第三ラインセンサ１２１Ｃ及び第四ラインセンサ１２１Ｄを備えている。
【００４０】
第一ラインセンサ１２１Ａ、第二ラインセンサ１２１Ｂ及び第三ラインセンサ１２１Ｃの各々には、予め指定された波長を有する光のみを通過させる干渉透過膜が設けられている。このため、例えば、第一ラインセンサ１２１Ａは赤色光のみを取り込み、第二ラインセンサ１２１Ｂは青色光のみを取り込み、また、第三ラインセンサ１２１Ｃは緑色光のみを取り込むように構成することができる。
【００４１】
一方、第四ラインセンサ１２１Ｄにはそのような干渉透過膜は施されていない。このため、第四ラインセンサ１２１Ｄは、従来の三板式カメラと同様に、波長の制限なく、全ての波長の光を取り込む。
【００４２】
第一ラインセンサ１２１Ａ、第二ラインセンサ１２１Ｂ、第三ラインセンサ１２１Ｃ及び第四ラインセンサ１２１Ｄの各々は、取り込んだ光をその色濃度を示す信号に光電変換し、出力する。
【００４３】
例えば、第一ラインセンサ１２１Ａ、第二ラインセンサ１２１Ｂ及び第三ラインセンサ１２１Ｃは上からこの順に配列され、また、第一ラインセンサ１２１Ａ、第二ラインセンサ１２１Ｂ及び第三ラインセンサ１２１Ｃの各々は１０μｍの幅（図４の上下方向における長さ）の中に４０００画素を有しており、また、２０μｍの間隔（中心線間の間隔）を空けて相互に平行に等間隔に配列されている。
【００４４】
さらに、第四ラインセンサ１２１Ｄは、１０μｍの幅の中に８０００画素を有しており、第三ラインセンサ１２１Ｃから２０μｍの間隔（中心線間の間隔）を空けて第三ラインセンサ１２１Ｃに平行に配列されている。
【００４５】
図５は第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の波長−透過特性（波長と透過率との関係）を示すグラフである。
【００４６】
図５に示すように、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々に施されている干渉透過膜は、分光プリズム１１０の青色光に対する透過率に対応して、約４００乃至約５００ｎｍの範囲の波長帯において、透過率が５０％以上（具体的には約５０乃至約７０％）である３つの波長帯域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を有している。すなわち、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々は、第一乃至第三ラインセンサを介して、３つの波長帯域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３にある波長を有する青成分（Ｂ）の光を５０％以上の透過率で取り入れる。
【００４７】
また、図５に示すように、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々に施されている干渉透過膜は、分光プリズム１１０の緑色光に対する透過率に対応して、約５００乃至約６００ｎｍの範囲の波長帯において、透過率が５０％以上（具体的には約５０乃至約７０％）である３つの波長帯域Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を有している。すなわち、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々は、第一乃至第三ラインセンサを介して、３つの波長帯域Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３にある波長を有する緑成分（Ｇ）の光を５０％以上の透過率で取り入れる。
【００４８】
さらに、図５に示すように、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々に施されている干渉透過膜は、分光プリズム１１０の赤色光に対する透過率に対応して、約６００ｎｍ以上の波長帯において、透過率が５０％以上（具体的には約５０乃至約７０％）である３つの波長帯域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を有している。すなわち、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々は、第一乃至第三ラインセンサを介して、３つの波長帯域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３にある波長を有する赤成分（Ｒ）の光を５０％以上の透過率で取り入れる。
【００４９】
以上のような構造を有する本実施形態に係る画像読み取り装置１００は以下のように動作する。
【００５０】
計測対象物（例えば、印刷物）の画像パターンから反射した反射光５００は第一プリズム１１１の入射面１１１Ａを介して第一プリズム１１１に入射する。
【００５１】
第一プリズム１１１に入射した反射光５００のうち、第一の光５０１は第一透過膜１１４において反射し、第一プリズム１１１の第一の出射面１１１Ｂに向かう。第一の出射面１１１Ｂから出射した第一の光５０１は第一の４ラインＣＣＤ１２１に入射する。
【００５２】
反射光５００から第一の光５０１を除いた光５０４は第一透過膜１１４を透過し、第二プリズム１１２に入射する。
【００５３】
第二プリズム１１２に入射した光５０４のうち、第二の光５０２のみが第二透過膜１１５において反射し、第二プリズム１１２の第一の出射面１１２Ｂに向かう。第一の出射面１１２Ｂから出射した第二の光５０２は第二の４ラインＣＣＤ１２２に入射する。
【００５４】
第一の光５０１及び第二の光５０２を除く反射光５００は第二の出射面１１２Ｃを介して第二透過膜１１５を透過し、第三の光５０３として、第三プリズム１１３に入射する。
【００５５】
第三プリズム１１３に入射した反射光５００（第三の光５０３）はそのまま出射面１１３Ｂから出射し、第三の４ラインＣＣＤ１２３に入射する。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る画像読み取り装置１００によれば、１個のラインセンサ（第一ラインセンサ、第二ラインセンサまたは第三ラインセンサ）につき、３波長のスペクトルに分光したカラー画像を取り出すことができるため、３個のラインセンサ（第一ラインセンサ、第二ラインセンサ及び第三ラインセンサ）によって、計９個のスペクトルを取り出すことができる。
【００５７】
また、これら９個のスペクトルは第一ラインセンサ、第二ラインセンサ及び第三ラインセンサにおいてほぼ同時に取り込むことが可能である。
【００５８】
さらに、干渉透過膜が施されていない第四ラインセンサを介して得ることができるカラー画像をも加えることにより、１個の４ラインＣＣＤにつき４個のスペクトル、すなわち、３個の４ラインＣＣＤによって計１２個のスペクトルを取り出すことができる。
【００５９】
また、各ラインセンサに使用される干渉透過膜を通過する光の波長としては、第一乃至第三の４ラインＣＣＤ１２１−１２３の各々の使用目的や使用分野に応じて、透過可能な波長を選択することができる。
【００６０】
例えば、分光解析に必要なスペクトルは５本程度で足りることが多いため、本実施形態に係る画像読み取り装置１００を用いることにより、分光解析に必要な数のスペクトルを確保することが可能である。
【００６１】
第四ラインセンサは従来の三板式カメラにより得られるカラー画像と同様の画像を第一乃至第三ラインセンサによる画像取り込みと同時に取り込むものである。このため、第一乃至第三ラインセンサによる９波長のスペクトル画像の撮像位置が明確になる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
第一に、本発明に係る画像読み取り装置を色差計に用いることができる。
【００６３】
色差計において、赤緑青（ＲＧＢ）の３色から色差を計算すると、計算結果にマイナスが発生することがあり、実用上、不具合が起こることが知られている。これに対して、６色から色差を演算すると、マイナスが発生することなく、良好な結果が得られる。本発明に係る画像読み取り装置は９色を取り入れることが可能であるから、本発明に係る画像読み取り装置を色差計に用いることにより、良好に色差を計算することが可能になる。
【００６４】
また、本発明に係る画像読み取り装置を、例えば、分光カメラとして使用することにより、取り込んだ画像データをメモリ上で展開することができる。このため、ＲＧＢの３色から求める色差に基づいて、２次元の色差をリアルタイムに精度よく演算することが可能になる。
【００６５】
第二に、本発明に係る画像読み取り装置を蛍光物質の検出に利用することが可能である。
【００６６】
自然界には蛍光発光するものが多々ある。また、物質が変質したときに、蛍光発光量や波長が変化するものも多い。また、印刷物にあまり色を付けたくない場合にも多くの蛍光物質を使用する。さらに、用途によっては、フィルムに蛍光物質を混ぜ込むことも多い。
【００６７】
このような場合、本発明に係る画像読み取り装置を用いて、蛍光物質の蛍光波長と励起波長にあったスペクトルのデータを２次元スペクト画像として取り込むことによって、蛍光物質の計測及び制御を行うことが可能になる。
【００６８】
第三に、本発明に係る画像読み取り装置により、光透過または吸光による色検査を実施することが可能になる。
【００６９】
また、近赤外線の波長を考慮すれば、本発明に係る画像読み取り装置をフィルムの膜厚測定用に用いることも可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１００  本発明の第一の実施形態に係る画像読み取り装置
１１０  分光プリズム
１１１  第一プリズム
１１２  第二プリズム
１１３  第三プリズム
１１４  第一干渉膜
１１５  第二干渉膜
１２１  第一の４ラインＣＣＤ
１２２  第二の４ラインＣＣＤ
１２３  第三の４ラインＣＣＤ
１２１Ａ  第一ラインセンサ
１２１Ｂ  第二ラインセンサ
１２１Ｃ  第三ラインセンサ
１２１Ｄ  第四ラインセンサ
５００  反射光
５０１、５０２、５０３  分光
【図１】
2011142407.tif 000003
【図２】
2011142407.tif 000004
【図３】
2011142407.tif 000005
【図４】
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【図５】
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