JPH09139807A - 画像情報読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器の動作が不能な環境下で非常に解像
度の高い画像情報を非常に高速なフレームレートで読み
取る。 【解決手段】 対象物１０の表面の画像を対物レンズ１
１により光ファイバアレイ１２の先端に結像させかつそ
の後端にはＣＣＤラインセンサ１３を光学的に結合さ
せ、ピエゾ抵抗素子からなる励振装置１４によってこの
光ファイバアレイ１２の先端を振動させるようにし、制
御装置２１によってＣＣＤラインセンサ１３と励振装置
１４とを制御することにより、光ファイバアレイ１２の
先端の振動周期にタイミングを合わせてＣＣＤラインセ
ンサ１３から画像信号を読み出し、Ａ／Ｄ変換器２３で
デジタルデータに変換した上でフレームメモリ２４に蓄
積する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高精細な画像情
報を読み取るための、悪環境下で使用されるのに好適な
高速画像情報読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】装置や物体の表面の非常に細かい異常
（表面の傷、クラック、異物の付着等）の有無を精密検
査する場合、人間の目で直接観察することは不可能であ
るため、高解像度ＣＣＤカメラやラインセンサを用いた
スキャナー装置が使用されている。また、イメージファ
イバを用いたファイバスコープなどが使用されることも
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＣＤ
カメラやスキャナー装置などの電子的な画像情報読み取
り装置は、高温度の環境下あるいは高放射線雰囲気の環
境下では、破損するため、使用不可能である。イメージ
ファイバを用いたファイバスコープなどは、画素数に限
界がある（通常３万画素程度）ため、このような非常に
解像度の高い画像情報を得ることはできない。スキャナ
ー装置では解像度の高い画像情報を得ることができるも
のの、高速に変化する画像を高速に読み取ることはでき
ないのでフレームレートの高い動画情報を得ることはで
きない。

【０００４】この発明は、上記に鑑み、高温度の環境下
あるいは高放射線雰囲気の環境下等、電子機器の動作が
不能な環境下で非常に解像度の高い画像情報を非常に高
速に読み取ることによって非常に高いフレームレートの
動画情報を得ることができる、画像情報読み取り装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による画像情報読み取り装置においては、
多数の光ファイバが両端において１列に配列されその位
置関係が両端で相互に対応している光ファイバアレイ
と、該光ファイバアレイの一端を振動させる励振装置
と、この光ファイバアレイの一端に対象画像を結像させ
る光学系と、上記光ファイバアレイの他端から出射され
る各光ファイバごとの光信号を電気信号に変換する光電
変換器と、上記の励振装置による振動に同期して上記光
電変換器からの信号読み出しタイミングを定める制御装
置とが備えられていることが特徴となっている。

【０００６】一端から入力された画像の光信号は光ファ
イバアレイによって伝送され、他端に配置された光電変
換器によって電気信号に変換されるため、温度や放射線
などに敏感な光電変換器は高温度あるいは高放射線雰囲
気などの悪環境下に置かずに、悪環境下には光ファイバ
アレイの先端部分と光学系と励振装置のみを置くだけで
済む。そしてこれらは悪環境に耐え得るものであるか
ら、悪環境の下で画像を読み取ることが可能となる。さ
らに、読み取る画像の解像度は、光ファイバアレイの先
端における光ファイバの配列密度と、光学系の拡大率
と、光電変換器の信号読み出し間隔とに依存しているた
め、この解像度をきわめて高くすることも非常に容易で
ある。光ファイバアレイの一端の振動はかなり高い周波
数とすることができるため、非常に高いフレームレート
の動画情報を得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。図１におい
て、光ファイバアレイ１２は、多数の光ファイバを１列
に並べてテープ状に形成したもので、その一端には対物
レンズ１１が配置される。この光ファイバアレイ１２の
先端部分は励振装置１４によって、ファイバの配列方向
に直角な方向に高速に振動させられる。この励振装置１
４はピエゾ抵抗素子などから構成され、制御装置２１に
よって振動制御信号が与えられる。光ファイバアレイ１
２は可撓性が良好でしかも軽量であるため、５００〜１
０００Ｈｚ程度の高速に振動させることも容易である。

【０００８】対物レンズ１１により対象物１０の表面の
画像が光ファイバアレイ１２の先端に結像するようにさ
れる。これにより対象物１０の表面の細長い領域（図で
は横方向に細長い領域）の画像が光ファイバアレイ１２
の先端に入力されることになる。光ファイバアレイ１２
の先端は上記のように振動させられているため、入力さ
れる細長い領域は図では上下方向にスキャニングされる
ことになる。対象物１０の表面が暗くて照明が必要な場
合は、照明光を送る別の光ファイバ（図示しない）をこ
の光ファイバアレイ１２に沿って配置し、そのスキャニ
ングする部分に照明光が照射されるようにする。

【０００９】光ファイバアレイ１２の他端にはＣＣＤラ
インセンサ１３が配置され、光学的に結合させられる。
ＣＣＤラインセンサ１３は光ファイバアレイ１２の各フ
ァイバに対応して光検出セルを有しており、光ファイバ
アレイ１２のファイバ数に対応する数の画素の映像信号
が得られる。すなわち、各光検出セルから光ファイバア
レイ１２のファイバの各々の出射光が検出されるが、Ｃ
ＣＤラインセンサ１３の読み出しは一端から他端へと時
間的に順次行なわれるため、この映像信号は光ファイバ
アレイ１２の先端でのファイバの配列に対応する１列の
各画素の信号が時間的に並べられたものとなる。

【００１０】このＣＣＤラインセンサ１３の読み出し走
査は、光ファイバアレイ１２の先端の振動に同期させら
れる。すなわち、ＣＣＤラインセンサ１３は制御装置２
１により制御されており、この制御装置２１から信号読
み出し指令が与えられたときに、対象物１０の表面の
（図では横方向の）細長い領域の画像を表わす１列の画
素の映像信号の読み出しがなされる。制御装置２１は上
記のように励振装置１４に振動制御信号を送っており、
この振動制御信号に同期してＣＣＤラインセンサ１３の
信号読み出し指令を出している。そのため、光ファイバ
アレイ１２の先端が振動して端から端まで移動していく
行程中に、微小な単位移動距離ごとにＣＣＤラインセン
サ１３からの信号読み出しを行なうことができる。ＣＣ
Ｄラインセンサ１３の信号読み出しタイミングの間隔
と、光ファイバアレイ１２の先端の振動の周波数および
振幅と、対物レンズ１１の拡大率とによって、対象物１
０の表面のスキャニング間隔（図の上下方向での）が決
まる。

【００１１】ＣＣＤラインセンサ１３から出力される映
像信号（ラスタ信号）は、映像増幅器２２を経てＡ／Ｄ
変換器２３に送られる。このＡ／Ｄ変換器２３は制御装
置２１により制御され、そのサンプリングタイミングが
ＣＣＤラインセンサ１３の読み出しに同期させられ、上
記のように１列ごとに送られてくる映像信号における光
ファイバアレイ１２の各ファイバに対応した各画素の信
号がそれぞれデジタルデータに変換され、制御装置２１
により指定されたフレームメモリ２４の各アドレスに格
納される。

【００１２】こうして光ファイバアレイ１２の先端が振
動して振幅の端から端まで１方向に移動すると、対象物
１０の表面の（上下方向での）所定の範囲についてのス
キャニングが終了し、その範囲の表面の画像を表わす１
フレームの画像データがフレームメモリ２４において完
成する。この画像データが制御装置２１の制御のもとに
読み出されてＤ／Ａ変換器２５に送られてアナログの映
像信号に変換され、その後画像モニター装置２６に送ら
れる。したがって、光ファイバアレイ１２の振動により
スキャニングした範囲の対象物１０の表面画像が画像モ
ニター装置２６により表示される。

【００１３】この表示画像の画素数は、光ファイバアレ
イ１２におけるファイバの配列数（およびこれに対応す
るＣＣＤラインセンサ１３の光検出セルの配列数）と、
光ファイバアレイ１２の先端の振動の半周期（振幅の端
から端まで移動する時間）におけるＣＣＤラインセンサ
１３の読み出し回数により決まる。またその各画素の大
きさは、光ファイバアレイ１２の先端におけるファイバ
の配列密度（ピッチ）および対物レンズ１１の拡大率
と、上記した図の上下方向でのスキャニング間隔とに依
存している。このことから、非常に高い解像度の画像を
得ることが可能である。さらに、光ファイバアレイ１２
の先端の振動周波数は上記のように非常に高いものとす
ることができるので、５００〜１０００Ｈｚ程度の、非
常に高いフレームレートで画像方法を得ることが可能で
ある。そのため、対象物１０の表面が高速に変化してい
る場合にもその変化の様子を表わす動画を得ることがで
きる。

【００１４】しかも、光ファイバアレイ１２によって各
画素の信号を光信号として伝送するので、この光ファイ
バアレイ１２をある程度長くすることにより、温度や放
射線などに敏感なＣＣＤラインセンサ１３などの半導体
装置を、高温雰囲気あるいは高放射線雰囲気などの悪環
境から離れた場所に置くことができ、悪環境下には励振
装置１４などを置くだけで済む。このことから、悪環境
下に置かれた対象物１０の表面の画像情報を安定して読
み取ることが可能となる。

【００１５】そのため、ここで説明した画像情報読み取
り装置によれば、画像モニター装置２６の画面に高精細
画像として表示された対象物１０の表面画像を人間の目
で観察し、あるいはいったん記録した上で後に低速で再
生して表示することにより、対象物（装置や物体）１０
が高温雰囲気あるいは高放射線雰囲気などの悪環境下に
置かれている場合に、その装置や物体の表面の非常に細
かい異常、つまり表面の傷、クラック、異物の付着の有
無などを精密検査することができるとともに、表面の非
常に細かい部分における高速な変化を観察することも容
易に行なうことができる。また、励振装置１４はピエゾ
抵抗素子などで構成することができて、光ファイバアレ
イ１２の先端の読み取りヘッド部分を小型・軽量とする
ことができる。

【００１６】なお、光ファイバアレイ１２の先端を振動
させる励振装置１４は、上記以外に種々に構成できるこ
とはもちろんである。また、光ファイバアレイ１２は、
両端部分において多数の光ファイバが１列に配列されて
いて、その配列関係が両端で対応しているものであれ
ば、上記のようなテープ状のものに限らない。光ファイ
バアレイ１２によって伝送されてきた光信号を電気信号
に変換するラインセンサはＣＣＤラインセンサ１３以外
の他のラインセンサを用いることができる。さらに、上
記の例では、フレームメモリ２４に画像データを蓄積し
て１フレームの画像を形成しているが、フレームメモリ
２４を用いずに画素信号を直接紙などにプリントして画
像を作る構成などを採用することも可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の画像情
報読み取り装置によれば、通常の半導体装置が安定に動
作できないような高温度あるいは高放射線の雰囲気など
の悪環境下でも、非常に解像度の高い画像情報を安定
に、かつ非常に高速に読み取ることができて、高精細画
像を非常に高いフレームレートで得ることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態にかかる画像情報読み取
り装置のブロック図。

【符号の説明】

１０ 対象物 １１ 対物レンズ １２ 光ファイバアレイ １３ ＣＣＤラインセンサ １４ 励振装置 ２１ 制御装置 ２２ 映像増幅器 ２３ Ａ／Ｄ変換器 ２４ フレームメモリ ２５ Ｄ／Ａ変換器 ２６ 画像モニター装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の光ファイバが両端において１列に
   配列されその位置関係が両端で相互に対応している光フ
   ァイバアレイと、該光ファイバアレイの一端を振動させ
   る励振装置と、この光ファイバアレイの一端に対象画像
   を結像させる光学系と、上記光ファイバアレイの他端か
   ら出射される各光ファイバごとの光信号を電気信号に変
   換する光電変換器と、上記の励振装置による振動に同期
   し、振動中の光ファイバアレイの一端の各振動位置ごと
   に上記光電変換器から電気信号を得るように制御する制
   御装置とを備えることを特徴とする画像情報読み取り装
   置。