JP2017111020A

JP2017111020A - ラインスキャナ装置

Info

Publication number: JP2017111020A
Application number: JP2015246035A
Authority: JP
Inventors: 和則廣瀬; Kazunori Hirose
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22

Abstract

【課題】高解像度且つ高感度のラインセンサを用いながら、出力誤差や異常出力が少ないラインスキャナを得る。【解決手段】ラインスキャナ装置１は、主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサ２と、物体面の像をラインセンサ２に結像する結像光学系４とを備え、ラインセンサ２の各画素は、主走査方向の受光幅に対して副走査方向の受光幅が広い受光面を備え、ラインセンサ２と結像光学系４との間に、ラインセンサ２に結像される光を副走査方向にのみ分散させる一方向分散光学素子６を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、主走査方向に複数の画素を有するラインセンサを備えるラインスキャナ装置に関するものである。

一軸方向に沿って画素を並べたラインセンサを用い、このラインセンサに画像を結像させるラインスキャナ装置が知られている。ラインスキャナ装置は、各種測定装置の分光器などに用いられている。これは、測定対象物からの反射光を回折格子やプリズムで波長毎に分光し、分光された光を結像光学系を介してラインセンサに結像することで、波長毎の光強度をラインセンサの画素毎の出力として得るものである（下記特許文献１参照）。

特開２０１５−２０６６８７号公報

従来のラインスキャナ装置は、ラインセンサの解像度を上げると画素毎の受光面積が小さくなって、感度が低下する問題があった。これに対しては、ラインセンサにおける各画素の受光面を、主走査方向の幅に対して副走査方向の幅を広くして、解像度を高めながら所望の感度を得ることがなされている。

このようなラインセンサを備えたラインスキャナ装置は、各画素の受光面において副走査方向に沿った感度ムラがあると、各画素の受光面のどの位置に画像が結像するかによって画素の出力値が異なることになり、この出力値誤差（異常出力）が測定精度の低下を招く問題があった。

本発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、ラインセンサの出力誤差や異常出力を抑制して、精度の高い出力が得られるラインスキャナ装置を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のラインスキャナ装置は、以下の構成を具備するものである。

主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサと、光入射口の像を前記ラインセンサに結像する結像光学系とを備え、前記ラインセンサの各画素は、主走査方向の受光幅に対して副走査方向の受光幅が広い受光面を備え、前記ラインセンサと前記結像光学系との間に、前記ラインセンサに結像される光を副走査方向にのみ分散させる一方向分散光学素子を設けたことを特徴とするラインスキャナ装置。

本発明の実施形態に係るラインスキャナ装置の概略構成を示した説明図である。本発明の実施形態に係るラインスキャナ装置のラインセンサの構成を示した説明図である。（ａ）が入射光の副走査方向の光量分布を示しており、（ｂ）がラインセンサ上の副走査方向の光量分布を示している。ＤＯＥ素子の構成例を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図において、共通する部位は同一符号を付して重複説明を省略する、各図において、矢印のＸ方向が主走査方向を指し、矢印のＹ方向が副走査方向を指し、矢印のＺ方向が光軸方向（光入射方向）を指している。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るラインスキャナ装置１は、ラインセンサ２と、物体面の像をラインセンサ２に結合する結像光学系（結像レンズ）４とを備えている。図示の例は、光入射口３と結像光学系４との間に分光光学系５を設けた分光器の例を示している。分光光学系５は、例えば、拡散フィルタ、バンドパスフィルタ、一対の直線偏光フィルタ、プリズムなどを備えている。

ラインセンサ２は、図２に示すように、主走査方向に画素２ｐを複数並べた一次元センサであるが、各画素２ｐは、受光面が主走査方向に直交する副走査方向の受光幅Ｈを備えている。各画素２ｐの受光面は、主走査方向の受光幅Ｐに対して副走査方向の受光幅Ｈが広くなっており、Ｈ／Ｐは、５０〜２００程度に設定されている。このように副走査方向に幅広い受光面を設けることで、主走査方向の解像度を高めて主走査方向の受光幅Ｐを小さくした場合にも、所望の感度（明るさ）を得ることができる。

このようなラインスキャナ装置１において、副走査方向に図３（ａ）に示すような強度分布を有する光が入射する場合には、ラインセンサ２の副走査方向の感度が必ずしも均一であるとは限らないので、結像光学系４が入射光を副走査方向のどの位置に集光するかによって、同じ光強度であっても各画素の出力値が異なる値になり、それが出力値の誤差や異常出力になる問題があった。

本発明のラインスキャナ装置１は、このような問題を解決するために、ラインセンサ２と結像光学系４との間に、ラインセンサ２に結像される光を副走査方向にのみ分散させる一方向分散光学素子６を設けている。一方向分散光学素子６は、図３（ｂ）に示すように、副走査方向での受光幅Ｈ内では、略均一な強度分布になるように、入射光を副走査方向にのみ分散させる機能を有している。

一方向分散光学素子６は、例えば、点状に入射したレーザ光を線状に整形するＤＯＥ（Diffraction Optical Effect）素子などを用いることができる。図４は、ＤＯＥ素子６Ａの一例を示している。このＤＯＥ素子６Ａは光の回折を利用して、図示ｚ方向から入射する光を、図示Ｙ方向（副走査方向）にのみ分散させるものである。

図１に示したラインスキャナ装置１において、光入射口３から装置内に入射した光は、例えば、フーリエ干渉分光方式の分光光学系５に入射し、分光光学系５に形成される干渉縞の像が結像光学系４によってラインセンサ２に結像される。すなわち、結像光学系４の物体面は、分光光学系５によって干渉縞が形成される箇所になる。

この際、結像光学系４とラインセンサ２との間には、前述した一方向分散光学素子６が配置されているので、ラインセンサ２に結像される干渉縞の像は、図２に示した各画素２Ｐの副走査方向にのみ分散されることになり、各画素２Ｐの受光面では、ほぼ均一な強度に分散された光が照射される。

このようなラインスキャナ装置１は、ラインセンサ２における各画素２Ｐの感度を高めるために副走査方向の受光幅Ｈを広くした場合にも、各画素２Ｐの受光面全体に略均一に光が照射されることになり、ラインセンサ２の出力誤差や異常出力を回避することができる。これによって、精度の高い出力が得られるラインスキャナ装置１を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：ラインスキャナ装置，２：ラインセンサ，２ｐ：画素，
３：光入射口，４：結像光学系，５：分光光学系，６：一方向分散光学素子，
６Ａ：ＤＯＥ素子

Claims

主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサと、物体面の像を前記ラインセンサに結像する結像光学系とを備え、
前記ラインセンサの各画素は、主走査方向の受光幅に対して副走査方向の受光幅が広い受光面を備え、
前記ラインセンサと前記結像光学系との間に、前記ラインセンサに結像される光を副走査方向にのみ分散させる一方向分散光学素子を設けたことを特徴とするラインスキャナ装置。
前記物体面には、分光光学系による干渉縞の像が形成されることを特徴とする請求項１記載のラインスキャナ装置。
前記一方向分散光学素子は、ＤＯＥ（Diffraction Optical Effect）素子であることを特徴とする請求項１又は２記載のラインスキャナ装置。