(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインＣＣＤと、ラインＣＣＤの画素並び方向に垂直に移動可能な１軸ステージと、１軸ステージ上に被写体を固定するチャックと、さらに被写体を照明する光源とを有し、ステージ移動と並行してＣＣＤ出力を読み取り、記憶装置上に蓄積することによって被写体の２次元画像を記録する撮像装置において、
前記被写体は前記１軸ステージの移動方向に周期的な明暗パターンを有しており、
被写体からラインＣＣＤへ至る光路中に配設された板状ガラスと、
前記板状ガラスをラインＣＣＤの画素並び方向に平行な軸を中心として回転運動させる光学系駆動装置と、
被写体の周期的明暗パターンおよびラインＣＣＤの読み出しタイミングとの位相同期を取るように前記光学系駆動装置を制御する制御回路を設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
ラインＣＣＤと、ラインＣＣＤの画素並び方向に垂直に移動可能な１軸ステージと、１軸ステージ上に被写体を固定するチャックと、さらに被写体を照明する光源とを有し、ステージ移動と並行してＣＣＤ出力を読み取り、記憶装置上に蓄積することによって被写体の２次元画像を記録する撮像装置において、
前記被写体は前記１軸ステージの移動方向に周期的な明暗パターンを有しており、
被写体からラインＣＣＤへ至る光路中に配設された鏡と、
前記鏡をラインＣＣＤの画素並び方向に平行な軸を中心として回転運動させる光学系駆動装置と、
被写体の周期的明暗パターンおよびラインＣＣＤの読み出しタイミングとの位相同期を取るように前記光学系駆動装置を制御する制御回路を設けたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は周期的明暗パターンを持つ平面状被写体の明部の画像だけを、被写体上のパターンとＣＣＤ素子の読み出しタイミングとの干渉によるモアレ縞を発生させることなしに撮像する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の撮像装置は周期的明暗パターンを持つ平面状被写体を、２次元ＣＣＤカメラとスームレンズを用いて被写体のパターン周期とＣＣＤ素子のピッチが１対１で一致するようにズーム比を変化させ、一括撮像して２次元画像を得るというものである。
また、別の撮像装置では、ラインＣＣＤと概ラインＣＣＤの画素並び方向に垂直に移動可能な１軸ステージと概１軸ステージ上に被写体を固定するチャックとを有し、さらに被写体を照明する光源を有し、ステージ移動と並行してＣＣＤ出力を読み取り、記憶装置上に蓄積することによって被写体の２次元画像を記録する構成で、ＣＣＤ読み出しクロックとステージ移動速度の比が被写体のパターン周期の数分の１程度になるように設定してＣＣＤ出力を読み取り、記憶装置上に中間データとして蓄積した後、これを補間計算して各パターン周期に対するピーク値を算出して求めるべき２次元画像を合成するというものである。
【０００３】
しかしながら、２次元ＣＣＤカメラを用いた場合には、撮像レンズの収差に起因するＣＣＤ上の画像の歪みによって画面全域においてパターンの明部とＣＣＤ画素とを一致させることは不可能であり、モアレ縞を完全に除去することは出来ない。
また、１次元ＣＣＤカメラを用いた場合でも読み出しのタイミングとステージ移動が完全に同期している訳ではないため、中間データ上での被写体明暗パターンの位相にばらつきが生じる。これによって補間計算の精度が悪化して擬似的な濃度の揺らぎが発生し、求める画像の品質を劣化させる原因となる。 ＣＣＤ読み出しクロックを高めるかステージ移動速度を低くするかのいずれかの方法で両者の比を大きくすれば補間計算の精度は向上するが、 ＣＣＤ読み出しクロックには技術上の上限があり、またステージ移動速度は装置のスループットに影響するため無制限に低くすることは出来ない。このため、実用的な範囲では上記の濃度揺らぎを必要なレベル以下に押さえることは難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたものであり、その課題とするところは、被写体上のパターンとＣＣＤ素子との干渉によるモアレ縞を発生させることなしに、周期的パターンを持つ平面状被写体の明部の画像だけを撮像する装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するもので、請求項１の発明は、ラインＣＣＤと、ラインＣＣＤの画素並び方向に垂直に移動可能な１軸ステージと、１軸ステージ上に被写体を固定するチャックと、さらに被写体を照明する光源とを有し、ステージ移動と並行してＣＣＤ出力を読み取り、記憶装置上に蓄積することによって被写体の２次元画像を記録する撮像装置において、
前記被写体は前記１軸ステージの移動方向に周期的な明暗パターンを有しており、
被写体からラインＣＣＤへ至る光路中に配設された板状ガラスと、
前記板状ガラスをラインＣＣＤの画素並び方向に平行な軸を中心として回転運動させる光学系駆動装置と、
被写体の周期的明暗パターンおよびラインＣＣＤの読み出しタイミングとの位相同期を取るように前記光学系駆動装置を制御する制御回路を設けたことを特徴とする撮像装置、としたものである。
【０００６】
本発明の請求項２の発明は、ラインＣＣＤと、ラインＣＣＤの画素並び方向に垂直に移動可能な１軸ステージと、１軸ステージ上に被写体を固定するチャックと、さらに被写体を照明する光源とを有し、ステージ移動と並行してＣＣＤ出力を読み取り、記憶装置上に蓄積することによって被写体の２次元画像を記録する撮像装置において、
前記被写体は前記１軸ステージの移動方向に周期的な明暗パターンを有しており、
被写体からラインＣＣＤへ至る光路中に配設された鏡と、
前記鏡をラインＣＣＤの画素並び方向に平行な軸を中心として回転運動させる光学系駆動装置と、
被写体の周期的明暗パターンおよびラインＣＣＤの読み出しタイミングとの位相同期を取るように前記光学系駆動装置を制御する制御回路を設けたことを特徴とする撮像装置、としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の撮像装置はラインＣＣＤとその画素並び方向に直角に移動可能な１軸ステージとその上に設けられた被写体固定用のチャック（セロハンテープや両面テープでの固定も含まれる）と被写体を照明する光源によって装置機構部を構成する。
さらにラインＣＣＤと被写体との間の光路中に、この光路を１軸ステージの移動方向にシフトもしくはスイングしうるような光学系および光学系駆動装置を設ける。
【０００８】
さらに被写体の周期的明暗パターンとラインＣＣＤの読み出しタイミングの位相同期を取るように概光学系駆動装置を制御する制御回路を設け、これによって光学系駆動装置を駆動する。
【０００９】
これらの装置よってラインＣＣＤは被写体の明暗パターンの周期と同期した画像データを出力することが可能になる。ＣＣＤ出力信号は、記憶装置上に蓄積される。蓄積された画像データはモアレ縞のない高品質なものであるので既知の画像処理、例えば予め得られている良品画像との比較、ディジタルフィルタの適用等を用いて良否を判定することが高精度に行える。
本発明の撮像装置により、被写体のパターン周期と同期した撮像を行うことが可能となり、モアレ縞のない高品質な２次元画像が得られる。
【００１０】
【実施例】
以下に、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
＜実施例１＞
図１は本発明の撮像装置の一実施例を説明する側面図であり、図２は本実施例の撮像装置の正面図である。定盤１０上にスライドガイド１６を固定し、そのスライダ上にステージ１１をスライド可能に装着することによって１軸ステージ１００を構成する。この１軸ステージは送りモータおよびボールネジ(図示省略)によって図１の矢印方向にステージ１１を定速移動しうるものである。
【００１１】
また、定盤１０上にはカメラフレーム１７が固定されており、カメラフレーム上にはラインＣＣＤカメラ１３、照明１４、が被写体１２へ向けて固定されている。
ただし、ラインＣＣＤカメラと照明の配置はこれに限るものではなく、被写体を中心としてラインＣＣＤカメラと照明を対向する位置に配置することによって被写体の透過光撮像を行うことももちろん可能である。
被写体１２からラインＣＣＤカメラ１３に至る光路上には、板状のガラス１５とそれをラインＣＣＤの画素並び方向に平行な軸を中心として回転運動可能に支持する軸受け１９、ガラス１５を微少角回転運動させることが可能なアクチュエータ２０等の光学系および光学系駆動装置が取り付けられている。これらにより、被写体からラインＣＣＤへ入力する光の光路を１軸ステージの移動方向にシフトもしくはスイングする。
【００１２】
被写体の明暗パターンのピッチをＬ、被写体の移動速度をＶ、ラインＣＣＤカメラの画像取り込み周期をｆとすると、明暗パターンの２列目は１列目に対してｍ＝ｆ／（Ｖ／Ｌ）−int（ｆ／（Ｖ／Ｌ））
だけ位相がずれた位置から取り込みを開始することになる。なおｉｎｔ（Ｘ）は、実数Ｘの整数部分の数値を意味する。
ここで位相差の累積を防ぐために
ｍ’＝  ｍ      （０≦ｍ＜０．５）
（ｍ−１）（０．５≦ｍ＜１）
とする。
ステージ上の位置の差に換算すると
ΔＸ＝（ｍ’／ｆ）Ｖ
となる。このずれを補正するため、光路中に取り付けた板状ガラスを傾ける。
ガラスの傾斜角θ、厚みＴ、屈折率μ、ガラス中の光路がガラスの法線となす角θ’とすると、
μ＝sinθ／sinθ’
なる関係が成り立ち、ガラス中の光路長Ｔ’は
θ’＝sin-1（ sinθ／μ）、Ｔ’＝Ｔ／cosθ’
となる。よってガラスを透過することによる光路のずれ量は
ΔＸ＝Ｔ’sin（θ−θ’）
となる。
したがって、明暗パターンの各列を同じ位相でラインＣＣＤに取り込むためには、上記２方法で算出したΔＸが等しくなるようにθを決定すれば良いことになる。
【００１３】
アクチュエータ２０の制御装置１８はＣＣＤカメラの取り込み周期ｆと被写体の移動速度Ｖ、被写体の明暗パターンのピッチＬを入力とし、
ｎ＝ int（ｆ／（Ｖ／Ｌ））
回の取り込みが行われたところで明暗パターンの次の列が視野に達したと判断してアクチュエータを次の列の取り込みが可能となるよう前記式によって算出される角度θまで駆動する。
この際、前列のθ算出の際計算されたｍが０≦ｍ＜０．５でありかつ、今回のθ算出の際計算されたｍが０．５≦ｍ＜１である場合にはラインＣＣＤからのデータを画像取り込み周期の１周期分読み捨てるものとする。
【００１４】
＜実施例２＞
以下に、本発明の他の実施例について説明する。
図３は本発明の撮像装置の他の実施例を説明する側面図であり、図４は本実施例の撮像装置の正面図である。定盤３０上にスライドガイド３６を固定し、そのスライダ上にステージ３１をスライド可能に装着することによって１軸ステージ３００を構成する。この１軸ステージは送りモータおよびボールネジ(図示省略)によって図３の矢印方向に定速移動しうるものである。
【００１５】
また、定盤３０上にはカメラフレーム３７が固定されており、カメラフレーム上にはラインＣＣＤカメラ３３がステージの移動方向に向けて固定されている。またカメラフレーム上には照明３４が被写体３２へ向けて固定されている。
被写体３２のほぼ真上かつラインＣＣＤカメラ３３の光路上にあたる位置には鏡３５が被写体から鏡に至る光をほぼ直角に反射させ、 ＣＣＤカメラ３３に導くような角度に取り付けられている。さらに、鏡３５をラインＣＣＤの画素並び方向に平行な軸を中心として回転運動可能に支持する軸受け３９、鏡３５を微少角回転運動させることが可能なアクチュエータ４０が取り付けられている。
【００１６】
被写体の明暗パターンのピッチをＬ、被写体の移動速度をＶ、ラインＣＣＤカメラの画像取り込み周期をｆとすると、明暗パターンの２列目は１列目に対して
ｍ＝ｆ／（Ｖ／Ｌ）−int（ｆ／（Ｖ／Ｌ））
だけ位相がずれた位置から取り込みを開始することになる。
ここで位相差の累積を防ぐために
ｍ’＝  ｍ      （０≦ｍ＜０．５）
（ｍ−１）（０．５≦ｍ＜１）
とする。
ステージ上の位置の差に換算すると
ΔＸ＝（ｍ’／ｆ）Ｖ
となる。このずれを補正するため、光路中に取り付けた鏡を傾ける。
鏡の通常位置からの傾斜角θとすると、入射光と反射光のなす角は
９０°−２θとなるので、被写体から鏡に至る法線と反射光とのなす角は２θとなる。
鏡と被写体との距離をＨとすると鏡を傾けることによる光路のずれ量は
ΔＸ＝Ｈsin（２θ）
となる。
したがって、明暗パターンの各列を同じ位相でラインＣＣＤに取り込むためには、上記２方法で算出したΔＸが等しくなるようにθを決定すれば良いことになる。
【００１７】
アクチュエータ４０の制御装置３８はＣＣＤカメラの取り込み周期ｆと被写体の移動速度Ｖ、
被写体の明暗パターンのピッチＬを入力とし、
ｎ＝ int（ｆ／（Ｖ／Ｌ））
回の取り込みが行われたところで明暗パターンの次の列が視野に達したと判断してアクチュエータを次の列の取り込みが可能となるよう前記式によって算出される角度θまで駆動する。
この際、前列のθ算出の際計算されたｍが０≦ｍ＜０．５でありかつ、今回のθ算出の際計算されたｍが０．５≦ｍ＜１である場合にはラインＣＣＤからのデータを画像取り込み周期の１周期分読み捨てるものとする。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明した通り、本発明の撮像装置によれば、被写体のパターン周期と同期した撮像を行うことが可能となり、被写体上のパターンとＣＣＤ素子との干渉によるモアレ縞を発生させることなしに、周期的パターンを持つ平面状被写体の明部の画像だけを撮像する装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の一実施例を説明する側面図。
【図２】本発明の撮像装置の一実施例の正面図。
【図３】本発明の撮像装置の他の実施例を説明する側面図。
【図４】本発明の撮像装置の他の実施例の正面図。
【符号の説明】
１０・・・・定盤
１１・・・・ステージ
１２・・・・被写体
１３・・・・ラインＣＣＤカメラ
１４・・・・照明
１５・・・・ガラス
１６・・・・スライドガイド
１７・・・・カメラフレーム
１８・・・・制御装置
１９・・・・軸受け
２０・・・・アクチュエータ
１００・・・１軸ステージ
３０・・・・定盤
３１・・・・ステージ
３２・・・・被写体
３３・・・・ラインＣＣＤカメラ
３４・・・・照明
３５・・・・鏡
３６・・・・スライドガイド
３７・・・・カメラフレーム
３８・・・・制御装置
３９・・・・軸受け
４０・・・・アクチュエータ
３００・・・１軸ステージ
【図１】
0004432185.tif 000002
【図２】
0004432185.tif 000003
【図３】
0004432185.tif 000004
【図４】
0004432185.tif 000005