(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出構成と、
ボア表面上の第１の撮像領域から生じる画像光を前記光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、
を備えるボア撮像システムにおいて、
前記光検出構成が、前記ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、前記軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備え、
前記第１のボア表面撮像機構が、
第１のリフレクタ要素と、
前記第１のリフレクタ要素と前記光検出構成との間の光路に沿って位置付けられた第２のリフレクタ要素と、
を備え、
前記第１のリフレクタ要素が、前記ボア表面上の前記第１の撮像領域から生じる画像光をほぼ半径方向に沿って受光し、これをほぼ前記軸方向に沿って前記第２のリフレクタ要素に出力するように配置され、
前記第２のリフレクタ要素が、前記第１のリフレクタ要素からの画像光を受光し、前記画像光を前記半径方向に沿って前記光検出構成に伝送するように配置されている、
ボア撮像システム。
【請求項２】
前記第１のリフレクタ要素及び前記第２のリフレクタ要素が、約３６０度の方位角を反射するパノラマリフレクタ要素である、請求項１に記載のボア撮像システム。
【請求項３】
光検出構成と、
ボア表面上の第１の撮像領域から生じる画像光を前記光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、
を備えるボア撮像システムにおいて、
前記光検出構成が、前記ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を含む複数の湾曲光検出機構を備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、前記軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備える、
ボア撮像システム。
【請求項４】
前記第１の湾曲光検出機構及び第２の湾曲光検出機構が前記軸方向に沿って相互にずれており、
前記第１の湾曲光検出機構の前記第１の撮像アレイの少なくとも第１の部分が前記ボアの前記軸方向に沿って位置合わせされて、前記第２の湾曲光検出機構の撮像アレイに含まれる光検出要素によってカバーされない方位角の撮像隙間に重なるか又は位置合わせされる、請求項３に記載のボア撮像システム。
【請求項５】
光検出構成と、
ボア表面上の第１の撮像領域から生じる画像光を前記光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、
を備えるボア撮像システムにおいて、
前記光検出構成が、前記ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、前記軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、３６０度を超える方位角の円弧に沿ってらせんを形成するか又は部分的に重なる可撓性基板上に位置付けられている、
ボア撮像システム。
【請求項６】
光検出構成と、
ボア表面上の第１の撮像領域から生じる画像光を前記光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、
を備えるボア撮像システムにおいて、
前記光検出構成が、前記ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、前記軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備え、
前記第１の撮像アレイは、半径方向内側を向いている、
ボア撮像システム。
【請求項７】
光検出構成と、
ボア表面上の第１の撮像領域から生じる画像光を前記光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、
を備えるボア撮像システムにおいて、
前記光検出構成が、前記ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、前記軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備え、
前記第１の撮像アレイは、半径方向外側を向いている、
ボア撮像システム。
【請求項８】
光検出構成と、
ボア表面上の第１の撮像領域から生じる画像光を前記光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、
を備えるボア撮像システムにおいて、
前記光検出構成が、前記ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を備え、
前記第１の湾曲光検出機構が、前記軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備え、
第２の光検出構成及び第２のボア表面撮像機構を更に備える、
ボア撮像システム。
【請求項９】
前記第２のボア表面撮像機構が、前記ボア表面上の第２の撮像領域から生じる画像光を前記第２の光検出構成に伝送するように構成されている、請求項８に記載のボア撮像システム。
【請求項１０】
前記第２のボア表面撮像機構が、前記第１の撮像領域から生じる画像光を、前記第１の撮像領域に対する角度が前記第１のボア表面撮像機構とは異なる光学路に沿って前記第２の光検出構成に伝送するように構成されている、請求項８に記載のボア撮像システム。
【請求項１１】
前記第１の湾曲光検出機構がほぼ円形のカーブに湾曲している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のボア撮像システム。
【請求項１２】
前記光検出構成が、前記軸方向を横切る前記方向に沿って３６０度の方位角の範囲にわたって光を検出するように配置されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のボア撮像システム。
【請求項１３】
前記第１のボア表面撮像機構が、前記ボア表面から生じる光を前記第１のボア表面撮像機構の光路に沿って集束させるように構成されたレンズ機構を更に備える、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のボア撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にボア検査システムに関し、より具体的にはボア撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジンのシリンダボア（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｂｏｒｅ）のようなボアの内部を撮像するためのボア表面撮像機構を用いた様々なボア撮像システムが既知である。例示的なボア検査システムは、米国特許第４，８４９，６２６号（「６２６号特許」）、７，６３６，２０４号（「２０４号特許」）、８，３３４，９７１号（「９７１号特許」）、８，５７０，５０５号（「５０５号特許」）、及び米国特許出願第２０１３／０１１２８８１号に開示されている。このようなボア撮像システムは、形状の誤差又は表面の欠陥を検査するために、ボア内部の３６０度のビュー（パノラマビュー及び／又はパノラマ画像とも呼ばれる）を提供するように構成することができる。そのようなシステムの中には高分解能の光学部品を用いるものがある。いずれの場合であっても、そのようなシステムは、画素信号又は検出要素信号をボア内部の座標にマッピングするための信号処理を用い得る。そのようなシステムのいくつかにおいては、ボアのほぼ環状の部分のパノラマ画像を、この環状部分の形状に対応した円形パターンで２次元（２−Ｄ）矩形撮像アレイ上に投影することができる。この円形又は環状の画素は比較的大きい画素セット（例えば矩形撮像アレイの大部分）に及び得るが、実際に撮像するのはその画素セットの比較的小さい部分のみである（例えば矩形撮像アレイ内の環状の画像パターン）。典型的な撮像アレイは、環状画像パターンの外側の画素（例えばその内部又は外部の）がボアの検査には関係ない場合であっても、円形又は環状のボア画像によってカバーされる画素の各々を読み出さなければならない。更に、そのようなシステムは、環状画像パターンからボアの表面に画素をマッピングするために画像マッピング演算を利用しなければならない場合がある。無関係の画素を連続的に読み出すこと及び関係する画素をマッピングすることには時間がかかるため、そのようなボア撮像システムを用いてボアを検査する速度は制限される。一部のシステム（例えば６２６号特許に開示されたもの等）は、光ファイバ撮像経路を用い、各ファイバの経路を対応する光検出器に向かうように形成している。しかしながら、そのようなシステムの構成においても速度は制限され、更に、所与のシステムを用いて検査することができるボアサイズ範囲に関して分解能及び／又は汎用性を制限する撮像制限がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の問題を解決する高速、高分解能、計測用のボア撮像システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
開示されるボア撮像システムは、光検出構成と、ボア表面上の撮像領域から生じる画像光を光検出構成に伝送するように構成された第１のボア表面撮像機構と、を備えている。光検出構成は、ボアの軸方向を横切る方位の平面内で湾曲した第１の湾曲光検出機構を備えている。第１の湾曲光検出機構は、軸方向を横切る方向に沿って画像光を受光する少なくとも第１の撮像アレイを備えている。様々な実施形態において、このようなシステムは、有意義な画像データのための高スループットレートを与えると共に、ある範囲にわたるボアサイズを高分解能で測定することに関して汎用性の高い計測用撮像構成を提供する。様々な実施形態において、比較的大きい画像寸法によってボア周囲の３６０度をカバーすることができる。様々な実施形態において、本明細書に開示する特徴により、画素情報をマッピングするための複雑な画像処理を行う必要なく、撮像領域をボアに沿って軸方向に前例のない速度でスキャンすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
前述の態様及び付随する利点の多くは、以下の詳細な説明を添付図面と関連付けて参照することでより良く理解すれば、いっそう容易に認められよう。
【０００６】
【図１】本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムの第１の実施形態の概略図である。
【図２Ａ】本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムにおいて使用可能なレンズ機構の第１の実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムにおいて使用可能なレンズ機構の第１の実施形態の概略図である。
【図３】本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムの第２の実施形態の概略図である。
【図４】本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムの第３の実施形態の概略図である。
【図５】本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムの様々な実施形態において使用可能な光検出器の一実施形態の概略図であり、光検出器が第１及び第２の湾曲光検出機構を備えている。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システム１００の第１の実施形態の概略図である。この実施形態においてボア撮像システム１００は、光検出構成１１０（本明細書では単に光検出器とも称する）及びボア表面撮像機構１２０を備え、これらは、安定した形態にこれらを保持する湾曲キャリア１７０上に支持されている。ボア撮像システム１００は、概略的に図示する筐体部材１８０上に支持され得る。筐体部材１８０は、全ての部分を適正な関係に保持すると共に、ボア撮像システム１００を軸方向スキャン方向ＳＤに沿ってスキャンしてボア表面１６０の所望の軸方向断面を撮像するための動作制御システム等に搭載されるか又はこれを含むことができる。ボア撮像システム１００は、いくつかの実施形態では、更に照明部１８５を備えることができる。図１は、この例では円筒形のボアと位置合わせされた円筒形座標Ｚ、Ｒ、及びΦに従って配置されている。光検出器１１０は、ボア表面１６０の軸方向Ｚを横断する方位の平面内で湾曲した湾曲光検出機構１１１を備えている。これについては以下で更に詳しく説明する。湾曲光検出機構１１１は、撮像アレイ１３２及びアレイ基板１３４を備えている。いくつかの実施形態では、撮像アレイ１３２及びアレイ基板１３４は一体化されている及び／又は区別できない場合がある（例えば薄型半導体基板上の半導体光検出アレイの形態）。いくつかの実施形態では、それらは区別できる要素である場合がある（例えば、相互接続部等も支持している可撓性材料に接合されたダイシング済み半導体光検出要素の形態）。いずれの場合であっても、撮像アレイ１３２は、画像データ（例えば強度値）を与える光検出要素１３２ａ〜１３２ｎ（例えば画素）を備えている。この画像データは、個別に又は並列に出力することができ、接続部１３３上に出力する前に多重化、又はシリアル化、又は他の方法で処理することができる。すなわち、いくつかの実施形態では、撮像アレイ１３２の一部として又は基板１３４及び／又はキャリア１７０上に、処理回路を設けることができる。この実施形態では、ボア表面撮像機構１２０は、ボア表面１６０を湾曲光検出機構１１１上に結像するレンズ機構１９０を備えている。この実施形態では、レンズ機構１９０はレンズ要素１９０ａ〜１９０ｎのアレイの形態をとる。これについては図２を参照して以下で更に詳しく説明する。照明部１８５は照明電力及び制御要素１８６に接続されている。代替的な実施形態では、照明部を省略するか、又はキャリア１７０上に設けるか、又は他のいずれかの便利な形態とすることも可能である。
【０００８】
動作中、照明部１８５は、ボア表面１６０上の撮像領域１５０に照明１８７を与えるように配置されている。ボア表面撮像機構１２０は、撮像領域１５０から生じる画像光１４０を光検出器１１０に、特に湾曲光検出機構１１１に伝送するように構成されている。更に具体的には、この特定の実施形態において、レンズ機構１９０のレンズ要素１９０ａ〜１９０ｎは、画像光１４０を半径方向Ｒに沿って撮像アレイ１３２の光検出要素１３２ａ〜１３２ｎに伝送するように構成されている。
【０００９】
図１に示す実施形態では、ボア撮像システム１００をスキャン方向ＳＤに沿って動かすことで、軸方向Ｚに沿ってボア表面１６０を対象とした複数の画像を提供する。
【００１０】
図１に示す実施形態において、湾曲光検出機構１１１はキャリア１７０上でほぼ円形の形状に湾曲している。いくつかの実施形態では、キャリア１７０は筐体部材１８０の一部とすることができる。様々な実施形態では、基板１３４は、可撓性プリント基板（ｆｌｅｘ  ｐｒｉｎｔ）、エラストマ、又は薄型半導体基板、又は、本明細書に開示する原理に従って湾曲撮像アレイを提供するために必要な特性を与える別の湾曲可能基板とすればよい。
【００１１】
図１に示す実施形態では、ボア撮像システム１００をスキャン方向ＳＤに沿って動かすことで、軸方向Ｚに沿ってボア表面１６０を対象とした複数の画像を提供する。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、湾曲光検出機構１１１は可撓性基板上に設けることができ、例として、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（アイダホ州ボイシ）から入手可能なＦｌｅＸ（商標）Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｐｏｌｙｍｅｒ（商標）ＣＭＯＳセンサ、又はＡｎｄａｎｔａ（ドイツ、オルヒング）により提供される湾曲高分解能ＣＣＤセンサが挙げられる。湾曲光検出機構を製造するための他の様々な使用可能な代替物は、米国特許第６，７９１，０７２号、６，８４９，８４３号、７，７８６，４２１号、８，３７２，７２６号、８，７４２，３２５号、及び米国特許公報第２０１０／０２６４５０２号及び２０１２／０２６１５５１号に開示されている。
【００１３】
いくつかの実施形態において、光検出機構１１１は多数の光検出要素又はアレイを備えることができ、それらの各々は限られた長さにわたって名目上平坦であるが、湾曲光検出機構１１１の湾曲形状に沿って配置されている。例えば、名目上平坦な光検出アレイを、光検出機構１１１の湾曲形状に沿って配置された可撓性基板上に設けることができる。そのような実施形態において設計上考慮すべきことの１つは、光検出要素の各々が、撮像領域１５０の撮像部分に対応した許容不可能なほどぼやけた画像を受信してはならないということである。このため、いかなるレンズ機構及びこれと協同する光検出機構も、各光検出器又は画素を所望の画像焦点深度又は焦点範囲内に維持するために必要な程度の相補的な曲率を有するように設計しなければならない。
【００１４】
いくつかの実施形態において、撮像アレイ１３２は、軸方向Ｚに沿って比較的小さい寸法（例えば３画素以下）、Φ方向に沿って比較的大きい寸法（例えば５８００画素）を有し得る。
【００１５】
図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示したボア撮像システム１００のレンズ機構１９０として使用可能なレンズ機構２９０の第１の実施形態の概略図である。図２Ａは、撮像アレイ２３２の各部分と協同して動作するレンズ機構２９０の各部分を含む１つの典型的な画像チャネルＩＣ２３０ａのコンポーネントを示す。レンズ機構２９０及び撮像アレイ２３２（例えば湾曲光検出機構２１１に含まれるような）は、複数の同様の画像チャネルを備えている。当業者には明らかであろうが、図２の２ＸＸと付番された多くの要素は、図１の１ＸＸと付番された要素と同様又は同一とすることができ、禁止されない場合には（ｕｎｌｅｓｓ  ｃｏｎｔｒａｉｎｄｉｃａｔｅｄ）、前述の記載又は類推に基づいて理解すればよい。
【００１６】
図２Ａは、画像チャネルＩＣ２３０ａのＲ−Ｚ面に垂直な方向に沿った図を示し、図２Ｂは、軸方向Ｚに平行な方向に沿った２つの隣接する画像チャネルＩＣ２３０ａ及びＩＣ２３０ｂの上面図を示す。画像チャネルＩＣ２３０ａに関連付けられたレンズ機構２９０の部分は、２９０ａと示され、マイクロレンズ２９３ａの前方に位置付けられたアパーチャ２９１ａと、マイクロレンズ２９３ａの後方焦点面に位置付けられたアパーチャ２９２ａと、を備えている。画像チャネルＩＣ２３０ｂに関連付けられたレンズ機構２９０の部分は、２９０ｂと示されている。画像チャネルＩＣ２３０ａは更に光検出要素２３２ａを備えている。いくつかの実施形態において、光検出要素２３２ａは１つの画素又は複数画素から成る小さいグループを含むことができる。光検出要素２３２ａは、キャリア２７０に取り付けた基板２３４上（又はその一部の上）に配置されている。光検出要素２３２ａは、一実施形態においてボア撮像システム１００の接続部１３３の個別の例の１つとして理解し得る接続部２３３ａに結合されている。マイクロレンズ２９３ａ並びにアパーチャ２９１ａ及び２９２ａは、ボア表面２６０の撮像領域２５０からの名目上平行になった画像光２４０を光検出要素２３２ａに集束するように構成されている。いくつかの実施形態において、マイクロレンズ２９３ａは−１の倍率を有し得る。これとは逆に、図２Ｂに示すように、アパーチャ２９１ａ及び２９２ａは、視野２５１ａの外側から発する光線２４１等の非平行の光が画像チャネルＩＣ２３０ａに入射するのを阻止するように構成されている。これにより、隣接する光検出要素によって名目上撮像されるはずである領域からの（例えば画像チャネルＩＣ２３０ｂの視野２５１ｂの領域からの）光が光検出要素２３２ａに入力されることを防ぎ、従って隣接する光検出要素間の「画像クロストーク」が抑えられる。これは、システムの横方向の画像解像度を向上させるものとして理解することができる。隣接する画像チャネルＩＣ２３０ｂは、上述の画像チャネルＩＣ２３０ａと同様に構成され、接続部２３３ｂに結合された光検出要素２３２ｂを含む。また、そのようなレンズ機構では焦点深度が深くなり、ある範囲にわたるボアサイズの計測用の撮像が可能となることは認められよう。
【００１７】
図３は、本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システム３００の第２の実施形態の概略図である。当業者には明らかであろうが、図３の３ＸＸと付番された多くの要素は、図１の１ＸＸと付番された要素と類似又は同様とすることができ（例えば３１１は１１１と類似）、禁止されない場合には、前述の記載又は類推に基づいて理解すればよい。場合によってはサイズ又は形態が異なることがあるが、機能、製造、又は目的は同様であり得る。このことは本開示に基づいて当業者に理解されよう。
【００１８】
ボア撮像システム３００は、光検出器３１０及びボア表面撮像機構３２０を備えている。いくつかの実施形態において、ボア撮像システム３００は、図示しない照明部（例えば図１に示した照明システム１９０と類似のもの）を含むことができる。ボア撮像システムは、図示しない筐体部材又はフレーム上に配置することができる。この筐体部材又はフレームは、全ての部分を適正な関係に保持すると共に、軸方向スキャン方向ＳＤに沿ってボア撮像システム３００をスキャンする及び／又はその撮像方向を調節するための動作制御システム等に搭載されるか又はこれを含むことができる。図３は、この例では円筒形ボアと位置合わせされた円筒座標Ｚ、Ｒ、及びΦに従って配置されている。光検出器３１０は、ボア表面３６０の軸方向Ｚを横断する方位の平面内で湾曲した湾曲光検出機構３１１を備えている。これについては以下で更に詳しく説明する。湾曲光検出機構３１１は、光検出機構１１１と類似のものとして理解することができ、同様に製造することができる。すなわちこれは前述のような撮像アレイ及び基板を備えている。撮像アレイは一般に、前述と同様、画像データを検出処理部３９５に出力するように構成された接続部３３３に結合された光検出要素を備えている。いくつかの実施形態では、この画像データは処理済み画像データであり得る。ボア表面撮像機構３２０は、図１に示したボア表面撮像機構１２０とは形態が著しく異なっている。具体的には、ボア表面撮像機構３２０はパノラマ撮像機構を備えている。これは、約３６０度の方位角を反射する第１のリフレクタ要素３２１、レンズ機構３２５、及び約３６０度の方位角を反射する第２のリフレクタ要素３２２を備え、これらは全て撮像領域３５０と光検出器３１０との間の光路に沿って位置付けられている。
【００１９】
動作中、ボア表面撮像機構３２０は、ボア表面３６０上の撮像領域３５０から生じる画像光３４０を光検出器３１０に、特にその撮像アレイの光検出要素に伝送するように構成されている。更に具体的には、第１のリフレクタ要素３２１は、撮像領域３５０から生じる画像光３４０を、軸方向Ｚを横断する方向に沿って（例えばほぼ半径方向Ｒに沿って）受光し、これを偏向させ、概ねボア軸方向（例えばＺ方向）に沿ってレンズ機構３２５に出力するように配置されている。レンズ機構３２５は、画像光３４０を概ねボア軸方向（例えばＺ方向）に沿って第２のリフレクタ要素３２２に所望の倍率で伝送するように構成されている。レンズ機構３２５、より一般的にはボア表面撮像機構３２０は、様々なアパーチャ等も含むことができる。これらは、いくつかの実施形態では、撮像領域３５０を撮像する場合のボア撮像システム３００の視野選択、焦点深度、及び／又は分解能の向上を図るため、環状アパーチャ機構を含み得る。第２のリフレクタ要素３２２は、レンズ機構３２５からの画像光３４０を受光し、これを偏向させ、画像光３４０を、軸方向Ｚを横断する方向に沿って（例えばほぼ半径方向Ｒに沿って）光検出器３１０の湾曲光検出機構３１１に伝送するように配置されている。湾曲光検出機構３１１は、その画像光３４０を受光するように配置されている。
【００２０】
図３に示す特定の実施形態において、レンズ機構３２５は、画像光３４０を縮小すると共にこれを第２のリフレクタ要素３２２に伝送するように構成されている。第２のリフレクタ要素３２２は、この光をほぼ内側半径方向に沿って偏向させ、ほぼ外側半径方向に面した検出要素を有する小型の湾曲光検出機構３１１へ向かわせる。このような構成では、いくつかの実施形態において極めて小型の湾曲光検出機構３１１が可能となり、及び／又は半径方向内側に集束する画像光３４０が自ずと集中して湾曲光検出機構３１１の光検出要素における画像強度及び／又は分解能が向上するという利点を有し得る。
【００２１】
図３に示す実施形態において、第１のリフレクタ要素３２１及び第２のリフレクタ要素３２２は、ほぼ円錐形状を有するように見える。しかしながら、異なる形状のリフレクタ要素を用いることで、例えば画像歪みを改善するか又は画像分解能を向上させ得ることは認められよう。
【００２２】
いくつかの実施形態においては、動作中、ボア表面撮像システム３００をスキャン方向ＳＤに沿って動かすことで、軸方向に沿ってボアを対象とした複数の画像を提供する。代替的な実施形態では、ボア表面撮像機構３２０は、ボアに沿って軸方向にシステムの視野及び焦点を曲げる変形可能及び／又は連動可動撮像要素を備えた画像経路調節要素を備えることで、スキャン方向ＳＤに沿ってボア表面撮像機構３２０全体を動かす必要をなくすことができる。そのようなシステムは、迅速なスキャン速度又は撮像領域３５０を新たに位置付ける際の迅速な機械的応答時間を可能とする。最新の光学設計シミュレーションソフトウェア及び／又は光線追跡プログラムを用いて、光学設計の当業者により、そのようなシステムのための様々な構成を実現することができる。
【００２３】
図４は、本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムの第３の実施形態であるボア撮像システム４００の概略図である。当業者には明らかであろうが、図４の４ＸＸと付番された多くの要素は、図３の３ＸＸと付番された要素と類似又は同一とすることができ（例えばいくつかの実施形態において４２１は３２１と同様又は同一）、禁止されない場合には、前述の記載又は類推に基づいて理解すればよい。場合によってはサイズ又は形態が異なることがあるが、機能、製造、又は目的は同様であり得る。このことは本開示に基づいて当業者に理解されよう。
【００２４】
ボア撮像システム４００は光検出器４１０及びボア表面撮像機構４２０を備え、これらは全て図３を参照して上述したボア撮像システム３００の説明に基づいて理解され得る。ボア撮像システム４００とボア撮像システム３００との間の唯一の大きな相違点は、ボア表面撮像機構４２０では、第２のリフレクタ要素４２２が、画像光４４０をほぼ外側半径方向に沿って偏向させ、ほぼ内側半径方向に面した検出要素を有する湾曲光検出機構４１１へ向かわせるように構成されていることである。このような構成では、いくつかの実施形態において湾曲のゆるい光検出機構４１１が可能となり（例えば、湾曲光検出機構３１１とは異なり、小さい曲げ半径で湾曲させることができない基板上に光検出要素を配置する実施形態で用いる）、及び／又は、湾曲光検出機構４１１の角度増分当たりの使用可能な所与のサイズの光検出要素が増えるので、ボア撮像システム４００における空間画像サンプリング及び／又は分解能が向上するという利点を有し得る。
【００２５】
図５は、本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システム（例えば図４を参照して上述したボア撮像システム４００）の様々な実施形態において使用可能な光検出器５１０の一実施形態を含む概略図５００である。例えば光検出器５１０は、図４に示した光検出器４１０の代わりに使用可能である。当業者には明らかであろうが、図５の５ＸＸと付番された多くの要素は、図４の４ＸＸ及び／又は図２の２ＸＸと付番された要素と類似又は同様とすることができ、禁止されない場合には、前述の記載又は類推に基づいて理解すればよい。
【００２６】
光検出器５１０と図４に示した光検出器４１０との主な相違点は、光検出器５１０が第１の湾曲光検出機構５１１及び第２の湾曲光検出機構５１１’を備えていることであり、これらはボア表面の軸方向Ｚを横断する方位の平面内で湾曲し、相互に軸方向にずれている。第１の湾曲光検出機構５１１は基板５３４上の撮像アレイ５３２を備え、第２の湾曲光検出機構５１１’は基板５３４’上の撮像アレイ５３２’を備え、各々は、第２のリフレクタ要素５２２により軸方向Ｚを横断する方向に沿って（すなわち半径方向Ｒに沿って）偏向された画像光５４０の各部分５４０Ａ及び５４０Ｂを受光する。図５における様々な要素及び／又はそれらのＺ方向での分離について示す寸法は、図示のために誇張されていることは理解されよう。いくつかの実施形態では、より小型の撮像システムを提供するため、様々な要素及び／又はそれらのＺ方向での分離について示す寸法はできる限り小さく抑えられる。
【００２７】
基板５３４及び５３４’は、円形キャリア５７０（一部を切取図で示す）に搭載されている。いくつかの実施形態では、基板５３４及び５３４’は単一要素の部分から成る場合があることは認められよう。第１及び第２の湾曲光検出機構５１１及び５１１’は概して、本明細書において前述した及び／又は参照した方法のいずれかに従って製造することができる。撮像アレイ５３２及び５３２’は、概略的に図示する個別の光検出要素を備えることができ、これらの光検出要素は、画像データを検出処理部５９５に出力するように構成された各接続部５３３及び５３３’に結合されている。いくつかの実施形態において、検出処理部５９５は、撮像アレイ５３２及び５３２’の一部として、又は基板１３４及び／又は１３４’及び／又はキャリア１７０上に設けることができる。
【００２８】
第１及び第２の湾曲光検出機構５１１及び５１１’を設ける１つの理由は、組み立て上の問題、及び／又は撮像アレイに関連付けられた接続部又はコンダクタのために、アレイに沿ったどこか又はアレイの端部で光検出要素間に隙間がない単一の湾曲光検出器を組み立てることが不経済又は不都合となり得ることである。特に、Ｚ軸を横断する単一面において３６０度全てを光検出要素の検出範囲とすることは困難であるか又は費用がかかる可能性がある。そのような場合、第１の湾曲光検出機構５１１の光検出要素の検出範囲内に隙間があるいずれかの方位角θにおいて、湾曲光検出機構５１１から軸方向にずれている第２の湾曲光検出機構５１１’により、同じ方位角に対して光検出要素の検出範囲を与えることができる。このような構成では、第１及び第２の湾曲光検出機構５１１及び５１１’の各々が撮像する撮像領域（例えば撮像領域４５０）の部分は異なっている（例えば、各々は撮像領域の異なる軸方向座標を撮像する）。しかしながら、ボア撮像システムが軸方向に沿ってスキャンされると、第１及び第２の湾曲光検出機構５１１及び５１１’からの画像データを組み合わせることによって、全ての方位角における完全な撮像が達成される。いくつかの実施形態では、一部の方位角で冗長データが取得されることがある（例えば光検出器５１０の場合に当てはまる）。このような場合、様々な実施形態において、余分なデータは様々な目的に使用可能であり、又は単に無視してもよい。
【００２９】
１つ又は複数の撮像アレイを製造し、どの方位角でも隙間が生じない場合に、第１及び第２の湾曲光検出機構を設ける別の理由は、単に１回のスキャン中に冗長画像データを与えることである場合がある。これは、信頼性の高い撮像を行うため、又は処理もしくはスキャンを高速化するため、又は様々な実施形態における様々な他の理由のために用いることができる。第１及び第２の湾曲光検出機構を設ける別の理由は、単に、特定のボア壁検査用途において所望の方位角の円弧のみを撮像することであり得る。各湾曲光検出器の大きさ及び位置を、ボア壁に沿った所望の各方位角の円弧に適合させることができる。これによって、データ取得及び処理時間を抑え、いくつかの特定の用途において軸方向スキャン速度を上げることができる。
【００３０】
他の実施形態において、充分に長い撮像アレイを製造可能である場合、これをキャリア上で例えばらせん状に又は部分的に重なるように巻いて単一の湾曲光検出機構を形成し、上述したものと類似の方法で、３６０度の方位角にわたって全ての潜在的な光検出器の隙間を回避又はカバーすることができることは認められよう。
【００３１】
本明細書に開示する原理に従ったボア撮像システムのいくつかの実施形態は、第２の完全な光検出器及びボア表面撮像機構を備え得ることは認められよう。そのような用途の１つにおいて、第２の光検出器及びボア表面撮像機構を、第１の撮像領域から軸方向Ｚにずれた第２の撮像領域を撮像するように配置して、ボア表面の所与の軸方向部分をスキャンするのに必要な時間を短縮することができる。第１の光検出器及び第２の光検出器からの画像データを組み合わせて、ボア表面の完全な画像を形成すればよい。そのような実施形態の別のものでは、第２の光検出器及びボア表面撮像機構は、第１の光検出器及びボア表面撮像機構と同じ撮像領域を撮像するように配置することができるが、第１の撮像領域に対する角度が第１のボア表面撮像機構とは異なっている別の光学路に沿っている。そのようなボア撮像システムは、ボア表面の３次元撮像を行うことができる。
【００３２】
様々な実施形態について図示し記載したが、本開示に基づいて、動作の特徴及びシーケンスの図示し記載した構成における多くの変形が当業者には明らかであろう。従って、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行い得ることは認められよう。
【符号の説明】
【００３３】
１００，３００，４００  ボア撮像システム
１１０，３１０，４１０，５１０  光検出構成
１１１，２１１，３１１，４１１，５１１  湾曲光検出機構
１２０，３２０，４２０  ボア表面撮像機構
１３２，２３２  撮像アレイ
１３２ａ〜１３２ｎ，２３２ａ，２３２ｂ  光検出要素
１３３，２３３ａ，２３３ｂ，３３３，５３３  接続部
１３４  アレイ基板
１４０，２４０，３４０，４４０，５４０  画像光
１５０，２５０，３５０，４５０  撮像領域
１６０，２６０，３６０  ボア表面
１７０  湾曲キャリア
１８０  筐体部材
１８５  照明部
１８６  制御要素
１８７  照明
１９０，２９０，３２５  レンズ機構
１９０ａ〜１９０ｎ  レンズ要素
２３４，５３４  基板
２４１  光線
２５１ａ，２５１ｂ  視野
２７０  キャリア
２９１ａ，２９２ａ  アパーチャ
２９３ａ  マイクロレンズ
３２１，３２２，４２２，５２２  リフレクタ要素
３９５，５９５  検出処理部
５７０  円形キャリア
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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