光学线传感器

技术领域

本发明主要涉及对印刷物、膜等较薄的检查对象物的表面的伤痕、缺陷以及透明膜的内部的伤痕、缺陷进行检测的光学线传感器。

背景技术

研究了将对纸币等的真伪进行判别的检查机、办公用复印机、家庭用打印机扫描仪等平板扫描仪中使用的接触式光学传感器(以下记为CIS)应用于以印刷物的印刷效果的检查、作为薄件、宽幅的膜制品的制造工序中的表面检查、粘贴于各种饮料容器、食品容器以及罐等的标签的检查等作为检查对象的所谓的表面检查机，并且一部分已实现产品化。

但是，在应用了SELFOC(自聚焦)透镜的CIS中，工作距离(以下记为W.D.)依然较短，当在工序中使用的情形下，为了避免接触，期望W.D.长的CIS。在此基础上，在纸币等纸张类的检查中，即便景深比较浅但也能够耐受住使用，但在上述检查对象物的制造工序中，从该检查对象物在光轴方向上的变动较大的理由出发，也强烈期望景深较深的CIS。

景深较深的CIS如专利文献1～5所示那样，代表性的是使用了反射镜光学系统的远心光学系统。由上述专利文献可知，该光学系统非常复杂。在制造该光学系统并作为商品运用时，伴随着极大的困难。即，在制造时，工序复杂化，制造稳定性、成本上升成为问题。另外，在商品化之后，因环境的变化、经时变化，由于是复杂的光学系统，因此产生光轴的错乱，与以往的简单结构的CIS相比，存在容易产生性能的劣化等问题。

因此，考虑不使用上述远心反射光学系统，而使用利用了玻璃、树脂的折射系统的透镜，来提高W.D.、景深。关于上述折射系统的光学系统，如专利文献6以及专利文献7所示那样，提出了一定程度的解决对策。例如，在专利文献6中，试图通过在交错配置的线传感器中隔开地配置一个远心折射光学系统，隔开配置作为上述折射光学系统的透镜而阵列化，由此实现景深较深的光学系统。另外，在专利文献7中，对通过在隔开的透镜之间设置分隔板来防止透镜间的串扰的方法进行了研究。在上述的专利文献6以及专利文献7中，虽然能够提高景深以及防止透镜间的串扰，但通常的远心折射光学系统是大型的，难以紧凑化。另外，在专利文献7所示的分隔板中，在读取时产生缺失像素，读取变得不完整。进一步地，关于由于透镜隔开而产生的一个透镜在原理上所具有的渐晕效应(Shading)的解决对策，并没有示出。也未提及读取线方向上的所谓的波动(Ripple)的抑制方法。而且，到目前为止还没有实现上述的折射光学系统方式。

进一步地，与上述方式不同方式的使用了线相机(Line Camera)等相机透镜的检查机是大型的，为了应对制造现场的宽幅的检查对象物，需要较多的台数。因此，装置整体变得非常大型，而且其成本也变得巨大，因此难以在工厂的各工序中配备。

为了解决上述问题，期望一种由照明系统构成的光学线传感器，使用也能够对工厂的各工序导入的小型且廉价、且W.D.较长且景深较深的新型的折射系统透镜，并且对于因各个透镜所具有的渐晕效应而引起的受光传感器上的光学不均即波动使用了新型的抑制方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-019334号公报

专利文献2：日本特开2018-152713号公报

专利文献3：日本特开2009-244500号公报

专利文献4：日本特开2018-019334号公报

专利文献5：日本特开2018-022948号公报

专利文献6：日本特开2009-246623号公报

专利文献7：日本特开平5-14600号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在专利文献1～5中，使用了反射镜方式的复杂的远心光学系统。由于该光学系统复杂，因此存在制造稳定性、成本上升、光轴相对于周围环境的错乱容易度、经时变化量的增大、耐久性等诸多问题。另外，在专利文献6以及专利文献7中，使用了折射系统的隔开透镜阵列，但远心折射光学系统较大，难以实现紧凑化。另外，抑制由各个透镜引起的渐晕效应、抑制产生读取线方向上的光强度分布的强弱(波动)的对策不完全，在确保线传感器的动态范围时留有不足。

因此，本发明的目的在于实现一种光学线传感器，其排除复杂的光学系统，通过简单的光学系统确保工作距离(W.D.)长且分辨率高的性能，经时变化量小，具有耐久性。另外，本申请发明的目的还在于实现一种即使在使用了折射光学系统时也能够更有效地确保线传感器的动态范围的照明光学系统。

用于解决问题的手段

本发明所涉及的光学线传感器利用在主扫描方向上延伸的读取线读取在副扫描方向上输送的检查对象物，其中，所述光学线传感器具备多个受光透镜和多个受光元件。所述多个受光透镜沿着主扫描方向配置有多个。所述多个受光元件沿着主扫描方向配置成线状，接收透过所述多个受光透镜后的光。所述多个受光透镜配置为相互隔开该受光透镜的直径以上。另外，所述多个受光元件形成至少一列以上的所述读取线。

发明效果

根据本发明，在与以往的多眼透镜的呈垛积(日语：俵積み)方式相比而关注于任意的受光透镜的情况下，其他受光透镜的光轴不与该受光透镜的光轴交叉。另外，如果配置为在受光透镜的排列方向上隔开视野尺寸的程度，以使视野不会重叠，或者对在图像合成中重叠的部位的输出进行修正，则能够确保一个受光透镜所固有的景深。因此，能够实现景深较深的光学线传感器。另外，如果将多列受光元件阵列配置为与主扫描方向平行、且在副扫描方向上隔开各受光透镜的视野以上，则能够适当增大受光透镜的有效直径地配置，因此能够确保受光光量，能够确保以往无法实现的景深。而且，在将受光透镜系统设为缩小光学系统的情况下，如果将该缩小光学系统同样地隔开为受光透镜的视野尺寸的程度，并根据倍率减小受光元件的像素尺寸，则能够在增大景深的同时，使分辨率比等倍光学系统提高。即，检查对象物的检测分辨率比现有技术进一步提高。

附图说明

图1是典型的CIS的剖视图。

图2是CIS用线状照明光学系统的分解立体图。

图3是在将各受光透镜配置为作为单眼透镜发挥作用的情况下，使各受光透镜的视野几乎不重叠的受光系统的示意图。

图4是表示图3的受光系统的一部分的侧视图。

图5是表示配置有多个受光元件阵列的受光系统的一个例子的示意图。

图6A是表示配置有多个受光元件阵列的受光系统的另一个例子的示意图。

图6B是表示配置有多个受光元件阵列的受光系统的又一个例子的示意图。

图6C是一列受光透镜配置在交错配置的两列受光元件阵列之间的情况下的受光系统的示意图。

图7是表示相对于各波长的N.A.与衍射极限的关系的曲线图。

图8A是表示SELFOC透镜A的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图8B是表示SELFOC透镜B的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图8C是表示SELFOC透镜C的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图9A是表示棒透镜A的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图9B是表示棒透镜B的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图9C是表示棒透镜C的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图9D是表示棒透镜D的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图。

图10是配置为使受光透镜隔开该受光透镜的视野尺寸以上、且在与读取线正交的方向上使各受光元件阵列隔开该受光透镜的视野尺寸以上的情况下的示意图。

图11是分别表示缩小透镜的有效直径与弥散圆形的关系的曲线图。

图12A是表示将RGB-LED或RGB-LD(激光二极管；半导体激光器)用作光源的情况下的配置方法的一个例子的示意图。

图12B是表示将LD用作光源的情况下的配置方法的具体例的侧视图。

图13A是表示光源与受光系统的位置关系的一个例子的侧视图。

图13B是表示光源与受光系统的位置关系的另一个例子的侧视图。

图14A是表示光源与受光透镜的位置关系的示意图，是受光元件阵列为一列的情况。

图14B是表示光源与受光透镜的位置关系的示意图，是受光元件阵列为两列的情况。

图14C是表示主扫描方向上的光源(检查面上)的光量分布、受光元件面上的光量分布、受光透镜的渐晕效应的关系的图。

图14D是按透镜直径区分的受光系统MTF的曲线图(√A＝0.077)。

图14E是按透镜直径区分的受光系统MTF的曲线图(√A＝0.154)。

图14F折射率分布常数√A为√A＝0.1027的受光光学系统的MTF的曲线图。

图15是表示散焦时的MTF特性的曲线图。

图16A是表示用于对图14A的一列隔开透镜阵列方式中的串扰防止方法进行说明的透镜保持件的图，示出了通过筒状孔隙对视野进行了限制的情况下的示意图。

图16B图16A所示的筒状视野限制孔隙的详细图。

图17A是表示将焦距f设为f＝100mm的情况下的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图(√A＝0.154)。

图17B是表示将焦距f设为f＝100mm的情况下的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图(√A＝0.1027)。

图17C是表示将焦距f设为f＝100mm的情况下的有效直径与弥散圆直径的关系的曲线图(√A＝0.077)。

具体实施方式

1.光学线传感器的整体结构

在图1中示出典型的CIS，同样地在图2中示出CIS用线状照明光学系统。在图1中，示出了CIS的长边方向中央部附近的剖视图。另一方面，图2是分解立体图。X方向是主扫描方向，Y方向是副扫描方向。Z方向与X方向以及Y方向正交。线状的光源部10是在主扫描方向上具有细长的光量分布的照明光学系统。

在图1所示的CIS中，隔着焦点面(检查面)20对置配置有两个框体16。在各框体16内设置有用于对位于焦点面20上的检查对象物进行照明的线状的光源部10。在一方的框体16内设置有受光透镜11以及受光部12，来自被照明的检查对象物的光通过受光透镜11被引导至受光部12。受光透镜11是将来自检查对象物的光成像于受光部12的光学元件。在图1所示的CIS中，以焦点面20为基准，两个光源部10中的一方配置于受光部12侧，另一方配置于与受光部12侧相反的一侧。

受光部12安装在固定于一方的框体16的基板13上。通过受光透镜11后的光被受光部12的受光面12A接收，从受光部12输出与其受光量相应的信号。通过将检查对象物沿着焦点面20向一个方向Y输送，在受光部12连续地接收来自检查对象物的光，基于来自受光部12的输出信号得到检查对象物的图像(彩色图像、荧光图像等)。这样，通过在主扫描方向(X方向)上延伸的受光部12，利用由该受光部12的受光面12A构成的读取线，对在副扫描方向(Y方向)上被输送的检查对象物进行读取。

从一方的光源部10射出的光B3透过固定于框体16的保护玻璃14，被设置在固定于另一方的框体16的保护玻璃14A的内表面的反射构件17A反射，并被引导至焦点面20。在从焦点面20到受光部12为止的任意的位置，设置有阻止紫外光射入到受光部12的紫外光阻挡滤光器(UV截止滤光器)15。另外，在受光部12与紫外光阻挡滤光器15之间，设置有使特定波长范围的可见光通过的彩色滤光器18。在一方的框体16内的与光源部10的底面对置的位置，设置有用于将光源部10所具备的光源103(紫外光源、可见光源等)固定的基板5。

在图1以及图2所示的例子中，光源部10具备：透明的导光体101，其沿着长度方向L延伸；光源103，其设置在长度方向L的一方的端面附近；以及罩构件102，其用于对导光体101的各侧面进行保持。从光源103射出的光射入到导光体101，一边在该导光体101中传播一边被光扩散图案P适当反射，从光射出面向箭头方向射出，形成为线状的照明光而对检查对象物进行照明。这样的CIS的景深较浅，在检查对象物具有厚度的情况下，难以进行厚度方向整体的检查，并且，由于W.D.较窄，因此与检查对象物接触，检查本身不成立的情况较多。

在上述那样的CIS中，作为受光透镜11，例如使用SELFOC(日本板硝子株式会社制造)透镜阵列。SELFOC透镜阵列是正立等倍的透镜阵列。在该透镜阵列中，对圆柱状的SELFOC透镜进行垛积，作为多眼透镜。多眼透镜的优点在于，与透镜单体相比，能够使所谓的透镜的亮度更亮。即，与透镜单体的F数相比，排列多个单体透镜而形成为多眼透镜的情况下的F数更小。这是因为，在位于任意的位置的一个透镜的焦点位置与该透镜的周围的透镜的焦点位置一致的部位，有效F数变小。反过来说，意味着在正立透镜系统中，与透镜单体相比，阵列化的情况下的数值孔径(以下记为N.A.)更大。该性质成为在CIS中使用SELFOC透镜阵列的较大的理由。

从景深以及焦深的观点来看，上述那样的CIS的优点反而是不利的。即使是单眼透镜也是如此，若数值孔径变大，则景深变浅。例如在显微镜物镜中，公知的是，随着倍率变大、即N.A.变大，景深变浅。另外，在相机透镜中，在远景和近景中，也如实地表示景深的长短，为了确保景深而利用光圈进行调整。即，使N.A.变化，得到所期望的景深。在此基础上，以SELFOC透镜为代表的正立多眼透镜由于各透镜的光轴不同而交叉，因此与单眼透镜相比，形成为在检查对象物在光轴方向上发生了变化的情况下像容易模糊的结构。上述是呈垛积方式的多眼SELFOC透镜阵列的较大的缺点。因此，对如何才能够加深紧凑的光学线传感器的景深进行了研究，作为其结果，将所得到的实施例记载如下。

2.受光系统的实施例

首先，第一方法是如图3所示那样视为对光学线传感器进行了单眼透镜化的阵列结构。图3是使各受光透镜11的视野111几乎不重叠的受光系统的示意图。即，在图3中，将各受光透镜11配置为在主扫描方向(X方向)上隔开，以使各受光透镜11的视野111几乎不重叠。

即，不是呈垛积方式，而是将沿着主扫描方向(X方向)配置有多个的多个受光透镜11配置为彼此相互隔开该受光透镜11的直径以上。将其表示在图4中。在图4中，以侧视图示出了图3的受光系统的一部分，但为了在视觉上容易理解，也示出了该受光系统的一部分的俯视图。多个受光透镜11由透镜保持件110保持为一体。在沿Z方向与多个受光透镜11对置的位置处，配置有通过将多个受光元件(未图示)沿着主扫描方向(X方向)配置成线状而构成的受光元件阵列120。即，通过将多个受光元件配置成一列的阵列状而构成一个受光元件阵列120。由此，多个受光元件形成一列读取线L。各受光元件接收透过各受光透镜11后的光。

多个受光透镜11优选配置为相互隔开该受光透镜11的视野尺寸以下(视野范围内)。在该例子中，多个受光透镜11配置为以与各自的视野尺寸大致相同的尺寸相互隔开，但也可以使各受光透镜11的视野半径重叠。在该情况下，对于多个受光透镜11的视野111重叠的部分的受光元件，对来自该受光元件的像素输出进行减法运算处理即可。例如，从由该受光元件输出的数据中除去一方的受光透镜11的图像(透过一方的受光透镜11后的光的受光量)，或者在进行图像合成时将来自该受光元件的像素输出设为大致一半的输出值即可。

另外，如果使用多个受光元件列(受光元件阵列120)，则与一行的受光元件列的情况相比，能够可靠地防止像素缺失的发生。在使用多个受光元件阵列120的情况下，也可以将受光元件阵列120配置为在副扫描方向(Y方向)上隔开。在该情况下，通过将多个受光元件配置成多列(例如两列)的阵列状而构成多个受光元件阵列120，形成多列读取线L。该多个受光元件阵列120可以是多行方式，也可以是将较短的受光元件列交错配置的方式。

图5是表示配置有多个受光元件阵列120的受光系统的一个例子的示意图。在图5的例子中，在主扫描方向(X方向)上，多个受光透镜11的至少一部分配置为相互隔开该受光透镜11的视野尺寸以上，通过多行方式形成至少两列(在该例子中为两列)的读取线L。优选副扫描方向(Y方向)上的受光元件阵列120的隔开距离如图5所示那样比受光透镜11的视野尺寸大。但是，在多个受光透镜11形成正立像的正立透镜系统的情况下，视野111也可以重叠。在该情况下，在视野111重叠的位置处，利用用于对来自受光元件的像素输出进行修正的修正图表等预先进行修正即可。由此，变得视野111也可以重叠，能够实现光学线传感器的紧凑化。

图6A是表示配置有多个受光元件阵列120的受光系统的另一个例子的示意图。在图6A中，在副扫描方向(Y方向)上隔开受光透镜11的视野111以上，由短条的传感器构成的各受光元件阵列120配置成交错状。如该图6A所示，也可以通过使一个受光透镜11与一个受光元件阵列120对应，从而配置与多个受光元件阵列120对应的数量的多个受光透镜11。各受光透镜11的光轴也可以贯穿一对一对应的各受光元件阵列120的主扫描方向(X方向)的大致中央部。在该方式中，将多个受光元件阵列120在副扫描方向(Y方向)上排列多列。即，在与受光元件的排列方向(X方向)成直角的方向(Y方向)上隔开地配置多列受光元件阵列120。

图6B是表示配置有多个受光元件阵列120的受光系统的又一个例子的示意图。在图6B中，在副扫描方向(Y方向)上隔开受光透镜11的视野111以上，由长条的传感器(与主扫描方向全长对应的长度)构成的各受光元件阵列120配置为相同长度的线传感器。如该图6B所示，也可以通过使一个受光元件阵列120与在主扫描方向(X方向)上排列的多个受光透镜11对应，从而以副扫描方向(Y方向)上的受光透镜11的列的数量配置多个受光元件阵列120。

在图6A以及图6B的任一个中，多个受光元件阵列120分别配置为在与读取线L正交的副扫描方向(Y方向)上相互隔开受光透镜11的视野尺寸以上。但是，不限于这样的构成，多个受光元件阵列120也可以分别配置为在与读取线L正交的副扫描方向(Y方向)上相互隔开受光透镜11的直径以上、且相互隔开该受光透镜11的视野尺寸以下。如上所述，可以将短条的受光元件阵列120交错状排列来使用(参照图6A)，或者将两列受光元件阵列120配置为隔开来使用(参照图6B)，但不限于此，也可以将更多的多个受光元件阵列120配置为在副扫描方向(Y方向)上隔开。

进一步地，图6C示出了一列受光透镜11配置为在交错配置的两列受光元件阵列120的副扫描方向(Y方向)的大致中央部与受光元件阵列120平行的情况。在图6C中，在交错配置的受光元件阵列120中，在副扫描方向(Y方向)上配置有共用的受光透镜11。在图6C中，在两列读取线L上分别配置有多个的受光元件阵列120比各读取线L短，在主扫描方向(X方向)上相互隔开。另外，配置于一方的读取线L的受光元件阵列120和配置于另一方的读取线L的受光元件阵列120沿着主扫描方向(X方向)交替地配置成交错状。在两列读取线L之间，与多个受光元件阵列120平行地以一列配置有多个受光透镜11，各受光透镜11的光轴贯穿两列读取线L的副扫描方向(Y方向)上的大致中央部。在该情况下，即使受光透镜11为一列，也能够由两列受光元件阵列120接收透过各受光透镜11后的光。

3.受光透镜的长焦点化

接着，对受光透镜的长焦点化进行说明。以往的SELFOC透镜将重点放在CIS的紧凑化、成本降低方面，要求共轭长度更短的透镜。但是，该趋势成为助长使所允许的景深减小的主要原因。而且，透镜直径变得越来越小。在使受光透镜长焦点化的情况下，若利用以往的受光透镜，则N.A.变得极小。因此，衍射的影响变大，与由受光透镜自身所具有的几何光学像差导致的模糊相比，由衍射极限导致的模糊成为光学分辨率劣化的支配因素。以往方式的CIS由于N.A.较大，因此可以忽视由衍射极限导致的像的模糊的产生。但是，为了延长W.D.，需要延长受光透镜的焦距，即，N.A.变小，因此在以往的透镜直径下，焦距越增大，衍射的影响也随之越增大。在本实施方式中，提出了即使在通过增大透镜直径来延长W.D.、减少了由衍射极限导致的像的模糊的情况下，也不会使光学分辨率劣化的方法。

阿贝衍射极限d与数值孔径N.A.成反比例。由于光学系统处于空气中，因此使用空气中的波长λ而成立下述式1。

d＝λ/N.A.  (式1)

图7表示相对于各波长的N.A.与衍射极限的关系。在相同透镜参数的受光透镜11中，如果缩短受光透镜11自身的所谓的间距，则焦距变长，像差的影响也变小。

根据以上可知，为了使受光透镜11长焦点化，需要进一步增大透镜直径。如果将N.A.保持为相同，则能够使衍射的影响与短焦点的受光透镜11相同。然而，当透镜直径变大时，几何光学像差变大。因此，在透镜参数不同的受光透镜11中，需要对增大了透镜直径的情况下的最小弥散圆直径进行研究。波长λ设为衍射极限直径较大的λ＝630nm。

作为本申请的发明人的研究的结果，判明了考虑到最小弥散圆相对于某受光透镜11的各焦距的关系即可。例如，在图8A～图8C示出了焦距f为f＝50mm的情况。在此，在使用三种SELFOC透镜(SELFOC透镜A、SELFOC透镜B以及SELFOC透镜C)作为受光透镜11的情况下，图8A示出了SELFOC透镜A的有效直径与弥散圆直径的关系，图8B示出了SELFOC透镜B的有效直径与弥散圆直径的关系，图8C示出了SELFOC透镜C的有效直径与弥散圆直径的关系。在图8A～图8C中，实线表示总的弥散圆，虚线表示基于衍射的弥散圆，单点划线表示几何光学弥散圆。

根据图7和图8A，可知最小弥散圆与衍射极限的关系、即某透镜直径与焦距下的光学分辨率。因此可知，在图8A所示的受光透镜11的情况下，有效直径Φ越大，弥散圆直径越小，有效直径Φ为1.0mm≤Φ≤3.0mm即可。

另一方面，根据图7和图8B，由于几何光学弥散圆较大、衍射的依赖度变小，因此Φ＝1.0mm的弥散圆直径最小。而且，即使在Φ＝1.0mm时，也形成为接近图8A所示的受光透镜11的两倍的弥散圆直径。图8A所示的受光透镜11是与图8B所示的受光透镜11相比像差较小、且有效直径较大的SELFOC透镜，可知应该选择图8A的受光透镜11。进一步地，作为相同焦距的图8A的受光透镜11，与图8B的受光透镜11相比，N.A.至少能够增大3倍，即，受光光量变为9倍以上，因此，受光元件的输出也变为9倍以上。与此相伴，依赖于受光元件的受光光量的散粒噪声也减少到1/3，因此从抑制噪声的观点出发，也优选为图8A所示的受光透镜11。另外，也可以说，在允许相同的噪声量的情况下，图8A的受光透镜11与图8B的受光透镜11相比，能够使扫描速度提高至9倍。

根据图8C，SELFOC透镜C也与SELFOC透镜A同样地像差较少，能够增大有效直径。

接着，将图8A～图8C所示的SELFOC透镜A～C的参数示于下述表1。在表1所示的内容中，最重要的参数是折射率分布常数。在扩大了有效直径、延长了焦距时，像差少的受光透镜11是折射率分布常数最小的SELFOC透镜A，像差第二少的受光透镜11是SELFOC透镜C。为了以高分辨率进行高速检查，当然优选为有效直径大且明亮、像差少的受光透镜11。

表1

进一步地，在使用四种塑料棒透镜(塑料折射率分布型透镜)作为受光透镜11的情况下，图9A示出了棒透镜A的有效直径与弥散圆直径的关系，图9B示出了棒透镜B的有效直径与弥散圆直径的关系，图9C示出了棒透镜C的有效直径与弥散圆直径的关系，图9D示出了棒透镜D的有效直径与弥散圆直径的关系。在图9A～图9D中，实线表示总的弥散圆，虚线表示基于衍射的弥散圆，单点划线表示几何光学弥散圆。另外，将图9A～图9D所示的棒透镜A～D的参数示于下述表2。可知塑料棒透镜也具有与SELFOC透镜同样的倾向。若考虑塑料棒透镜的折射率以及玻璃透镜的折射率，则轴上折射率优选为1.45左右至1.65左右。

表2

由以上可知，折射率分布常数是像差的支配因素。如果是理想的折射率分布型透镜，则折射率越平缓地变化，像差越小。这与即使是通常的球面透镜，急剧的角度变化也是像差的产生要因的情况相同。急剧的角度变化意味着对Snell’Law进行多项式展开时的高阶的非线性效应的增大。即，由于从近轴光学的脱离变大，因此像差变大。本申请的发明人发现，为了实现在焦距或W.D.为大致50mm以上、有效直径Φ大致为Φ≥1.0mm时分辨率为400dpi以上的像素分辨率，优选使折射率分布常数为0.12以下。

4.受光透镜的变形例

接着，记载进一步增大景深的方法。图10是代替正立等倍多眼透镜而将受光透镜11设为正立缩小多眼透镜的情况下的示意图。在图10中，示出了配置为使受光透镜11隔开该受光透镜11的视野尺寸以上、且在与读取线L正交的方向上使各受光元件阵列120隔开该受光透镜11的视野尺寸以上的情况下的示意图。在图10中，以俯视图示出了受光系统的一部分，但为了在视觉上容易理解，也示出了该受光系统的一部分的侧视图。

在该情况下，与上述的正立等倍透镜相比，能够在各级加深景深。例如，若将横向倍率设为4倍，则景深增大到2倍。在横向倍率为9倍的情况下，景深变为3倍。在该情况下，受光元件的像素尺寸也根据缩小倍率、并且根据所期望的分辨率而变得比等倍系统中的像素尺寸小。但是，根据分辨率，也可以使用与等倍系统相同的像素尺寸。

在图11中示出了缩小透镜的有效直径与弥散圆直径的关系。缩小透镜的缩小倍率为1∶4。另外，波长为λ＝630nm。如果比较图8A和图11，则缩小透镜的弥散圆比等倍系统小，在透镜直径Φ＝2mm至Φ＝2.5mm之间，等倍系统的弥散圆约为40μm，与此相对，缩小系统为一半以下的14μm至18μm。因此，可知能够提高景深以及分辨率。

进一步地，本申请发明中的受光透镜11并不限定于SELFOC透镜、塑料棒透镜等折射率分布型的透镜，在其他透镜、例如消色差透镜(achromat)、复消色差透镜(apochromat)等中，考虑到成本，也可以代替上述的折射率分布型透镜中的由非线性效应导致的像差以及衍射极限同等的SELFOC透镜、塑料棒透镜等折射率分布型的透镜，而以同样的配置、尺寸(口径)使用将上述的折射率分布型透镜中的由非线性效应导致的像差设为同等、即将球面像差、彗差、像散设为同等的透镜、或者远心折射光学系统。这在后述的形成倒立像的受光透镜11中也是同样的。

上述的光学系统是以正立透镜为中心的情况，但在视野111不重叠的情况下，也可以是倒立光学系统。即，也可以是多个受光透镜11形成倒立像这样的结构。如果是两列方式的透镜阵列，则也可以采用倒立光学系统。在倒立光学系统的情况下，像以光轴为中心形成为反转对称，因此在进行图像合成时通过图像处理将倒立像转换为正立像即可。即，使多个受光透镜11的反转像反转，在转换为正立像之后进行图像合成处理即可。另外，在该操作的过程中，根据修正算法来决定重叠的部分的需要或不需要并进行修正，根据所决定的像素间的关系转换为正立像即可。或者，在不构建图像的情况下的检查中，仅检测伤痕或缺陷即可，因此不需要图像合成以及图像处理，检查面中的检测部分也可以重叠。在重叠的情况下，预先进行基于修正图表的位置的修正。

进一步地，在倒立型折射光学系统的情况下，在针对各受光元件的信号处理中，例如也可以较长地取得从以在副扫描方向上隔开的方式交错配置的两列受光元件阵列中的一方得到的数据，并较短地取得从另一方的受光元件阵列得到的数据，在进行了所取得的像向正立像的反转操作之后，进行图像合成。或者，也可以在将各受光元件的倒立像数据分别转换为正立像之后，在进行图像合成时对重叠的部分乘以修正系数或进行减法运算。

具体而言，在倒立型折射光学系统中，多个受光元件阵列也可以是在两列读取线上分别配置有多个的比各读取线短的受光元件阵列。另外，配置于一方的读取线的受光元件阵列和配置于另一方的读取线的受光元件阵列也可以沿着主扫描方向交替地配置成交错状。这样的构成与在图6A中说明的正立型折射光学系统的情况相同，因此省略详细的说明。

在该情况下，如图6A所示，多个受光元件通过配置成两列以上的阵列状而构成多个受光元件阵列120。另外，多个受光元件阵列120分别配置为在与读取线L正交的方向上相互隔开受光透镜11的视野尺寸以上。多个受光透镜11配置有与多个受光元件阵列120对应的数量，各受光透镜11的光轴贯穿各受光元件阵列120的大致中央部。

5.照明光学系统的构成

在本实施例中，受光透镜11的焦距f为f＝50mm，N.A.为N.A.＝0.01、0.02、0.025、0.03，折射率分布常数√A为√A＝0.077。关于光源103，W.D.比以往的CIS长10倍以上，因此在等倍系统中，检查面照度需要为100倍以上。因此，作为光源103，例如使用高亮度的白色LED阵列。即，多个光源103也可以是包含白色LED的构成。在将可见区域的半导体激光器用作光源103的情况下，通过将出射出光束在主扫描方向上扩大并在副扫描方向上准直，从而降低照射时的光量不均。

在图12A中示出了使用RGB-LED或RGB-LD(激光二极管；半导体激光器)作为光源103的情况下的配置方法的一个例子。这样，多个光源103既可以是包含红色LED(R)、绿色LED(G)以及蓝色LED(B)的构成，也可以是包含激光二极管的构成。在图12A中，多个光源103安装于光源基板134，在光源基板134安装有散热器135。从各光源103射出的光束被透镜光焦度在主扫描方向和副扫描方向上不同的椭圆体形状的聚光透镜104准直，而照射到检查对象物。在此，示出了椭圆体形状的聚光透镜104，但只要是透镜光焦度在主扫描方向和副扫描方向上适当不同的透镜即可。此外，透镜的光焦度是指焦距的倒数，是表示透镜的折射力的尺度。

或者，关于LD，如果使用LD自身的射出光束的扩散角在水平方向以及垂直方向上不同的端面发光型的LD，则也可以是通常的准直透镜。图12B是表示将LD用作光源103的情况下的配置方法的具体例的侧视图。在该情况下，将扩散角大的LD配置为相对于主扫描方向平行。从构成光源103的红色LD131、绿色LD132以及蓝色LD133射出的光束在被与它们分别对应的聚光透镜104准直之后，通过柱面透镜105会聚到检查面。由此，RGB的各颜色在副扫描方向上照射到大致相同的位置，能够减少相对于副扫描方向的颜色不均。另一方面，由LED、LD等光源103照射并在检查面漫反射的光通过受光透镜系统在受光元件阵列上成像。在等倍光学系统中，受光元件使用相当于400dpi的62μm的元件尺寸至相当于600dpi的42μm的元件尺寸。在使用600dpi以上的元件尺寸的情况下，使照明光的功率与其对应地增大即可。这样，也可以是如下构成：多个光源103包含多个具有不同波长的光源131～光源133，以该光源131～光源133为一个单位，在主扫描方向(X方向)上排列有多个该一个单位的光源103。

进一步地，即使每单位面积的放射亮度相同，如果受光元件的尺寸不同，则与发光部的面积不同同义，因此受光光量与受光元件面积的大致平方成反比例地降低。考虑以上情况，来决定照明光量。当元件尺寸变小时，在相同的积蓄时间内，受光光量与元件面积成反比例地减少。这是半导体受光元件的物理性质，为了维持S/N，使照明光增大，使功率密度增大，使在单位时间产生的生成电子数为相同数量即可。由此，即使受光元件的尺寸减小，也能够将散粒噪声维持为与大尺寸的受光元件同等。另外，受光元件接收的光不仅依赖于检查面的照度，还依赖于在接收时受光元件所观察到的范围。当然，受光立体角不同，如果其角度减小，则受光量也减少，如果检查面为全扩散表面，则成为与所谓的cosθ法则相应的受光光量。从检查面上漫反射的光被受光透镜捕捉而聚光于受光元件，其输出信号从受光元件输出。另外，来自受光元件列的输出信号从串行分支为并行，使处理速度提高，传递到图像处理装置。

在本实施方式中，受光透镜系统配置为隔开视野尺寸的程度。因此，容易产生由透镜的渐晕(vignetting)引起的光量不均。因此，需要对光源配置下工夫。图13A以及图13B示出了光源103和受光系统的位置关系。图13A是表示光源103与受光系统的位置关系的一个例子的示意图，表示如下情况：隔开得比受光透镜11的视野111大，将两列受光元件阵列120在短条的传感器中配置成交错状，或者在长条的传感器(与主扫描方向全长对应的长度)中配置成相同长度的线传感器。另外，图13B是表示光源103与受光系统的位置关系的另一个例子的示意图，表示以受光透镜11的视野111几乎不重叠的方式在主扫描方向上配置受光透镜11的情况。

图14A是表示光源103与受光透镜11的位置关系的示意图，是受光元件阵列120为一列的情况。在图14A的实施例中，将光源103的位置决定为光源103的照明光的检查面上的不均的最小值位于受光元件阵列120的大致中央部。大致上，光源103是在主扫描方向(X方向)上，在包含彼此相邻的受光透镜11之间的大致中央部的与主扫描方向成直角的假想平面的任意的位置处，考虑检查面上的绝对的放射照度而决定的。各光源103配置为与读取线L平行地排列。另外，各光源103的光轴与各受光透镜11的光轴连结交点，并且配置在与各受光透镜11的光轴交叉的假想平面的任意的位置。在图14A中，在彼此相邻的受光透镜11之间的大致中央部配置有光源103。在本实施例中，受光透镜11的焦距f为f＝50mm，透镜直径Φ为Φ＝4mm(其中，考虑到几何光学像差，利用孔隙使有效直径Φ’为Φ’＝2.5mm)，因此，光源103在主扫描方向(X方向)上以大致4mm的间隔而隔开配置。在本实施例中，从光源103以约45度的角度对检查面照射光。因此，考虑到受光透镜11的W.D.，光源103与检查面的距离为70mm。在本实施例中，使用了LD，但也可以使用各波长的LED。

图14B是表示光源103与受光透镜11的位置关系的示意图，是受光元件阵列120为两列的情况。透镜参数与图14A的情况相同。在图14B中，示出了光源103相对于排列成两列的受光透镜11以及受光元件阵列120的配置。在本实施例中，光源103配置在两列读取线L的大致中央部。与图14A的情况不同的部分，由于可以隔开配置为受光透镜11的排列间距比透镜直径宽，因此光源103的排列间距也与透镜间距离相配合地，处于彼此相邻的受光透镜11之间的大致中央部，同时在两列读取线L的大致中央部的位置配置有光源103。由此，能够进一步防止检查面上的像素的缺失，同时能够进一步减少受光透镜11的渐晕效应以及光源103的光量不均。光源103与检查面的位置关系与图14A的情况相同。各列的受光透镜11间的透镜间距为7mm。在该情况下，实际的透镜间距为3.5mm。

图14C是表示主扫描方向上的光源103(检查面上)的光量分布、受光元件面上的光量分布、受光透镜11的渐晕效应的关系的图。在图14A以及图14B的布局中，受光元件阵列120上的光量分布如图14C中示意性示出的那样变得平坦，并且能够有效地利用受光元件的动态范围。

6.波动的抑制方法

接着，由各个受光透镜11引起的渐晕效应产生相对于读取线L方向的波动，进而导致受光元件的动态范围变窄，对其抑制方法进行叙述。

首先，预先通过照明系统对检查对象物照射具有负的强度分布的照明光。例如，在相邻的受光透镜11之间配置光源103的方法中，并不是完全与各种受光透镜11对应的渐晕效应抑制方法。即，在各个受光透镜11中存在特有的渐晕效应，如果受光透镜11不同，则必须使用与其相应的照明光学系统。在本实施方式中，配置在主扫描方向上具有较大的光焦度的聚光透镜104。透过该聚光透镜104后的光束接着被柱面透镜105等会聚透镜引导至检查对象物，在检查对象物上形成与受光透镜11的渐晕效应对应的光强度。而且，通过根据受光透镜11的渐晕效应而适当变更聚光透镜104的光轴方向的位置，例如，如果检查对象物为校准用的白色基准板，则能够使受光元件上的光强度分布平滑化。上述聚光透镜104也可以在副扫描方向上具有光焦度。总之，只要能够完全抑制受光透镜11的渐晕效应，并且能够同时实现考虑到受光透镜11相对于检查对象物的焦距的有效的光强度分布即可。即，优选为主扫描方向上的透镜光焦度大于副扫描方向上的透镜光焦度的光学元件。作为聚光透镜104，例如优选为柱面透镜、双凸透镜、菲涅耳透镜、或者棱镜片与球面透镜的组合等。作为光源103相对于主扫描方向的位置关系，可以配置在各受光透镜11的中间位置，也可以配置在受光透镜11的光轴上。进一步地，也可以在受光透镜11的外周的位置配置光源103。更进一步地，如果是在主扫描方向上具有光焦度的分布的透镜，则更优选。

在本实施方式中，对来自多个光源103的光束进行聚光的聚光透镜104被设置为一个透镜体，该透镜体所具有的主扫描方向上的光焦度大于副扫描方向上的光焦度。但是，聚光透镜104也可以不是一个透镜体，而是包含第一聚光透镜以及第二聚光透镜的构成。在该情况下，也可以是，第一聚光透镜的主扫描方向上的光焦度大于副扫描方向上的光焦度，第二聚光透镜的副扫描方向上的光焦度大于主扫描方向上的光焦度。另外，也可以通过第一聚光透镜和第二聚光透镜对主扫描方向上的光焦度进行调整。

在上述那样的具备第一聚光透镜以及第二聚光透镜的聚光透镜104中，第一聚光透镜以及第二聚光透镜可以由柱面透镜、双凸透镜、菲涅耳透镜或者棱镜列等构成。例如，第一聚光透镜可以是双凸透镜或棱镜列。另外，第二聚光透镜可以是菲涅耳透镜或柱面透镜。

7.受光透镜的参数

在图14D中示出了本实施方式中的按透镜直径区分的受光系统MTF的曲线图。作为比较例，在图14E中示出了折射率分布常数√A＝0.154的情况。实线、短虚线、长虚线、单点划线依次表示有效直径Φ为Φ＝1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mm的情况。此外，作为受光元件的像素尺寸，与相当于600dpi相配合，主扫描方向、副扫描方向均设为42.3μm。

在本实施方式中，对于有效直径Φ，在折射率分布常数√A为√A＝0.077的条件下，如果是相当于600dpi的12行/mm且30％左右的性能，则满足Φ1.0mm至Φ3.0mm的范围的MTF特性。与其相对，在比较例中，对于有效直径Φ，在所有的范围内都不满足MTF特性。这表示在√A为√A＝0.077的情况下，与√A＝0.154的情况相比，像差特性更优异。另外，对于焦距f＝50mm的情况，求出折射率分布常数√A为√A＝0.1027的情况下的受光光学系统的MTF，示于图14F。根据图14F，即使在√A为√A＝0.1027的情况下，在相当于600dpi的分辨率的12行/mm且从Φ1.0mm到Φ3.0mm的范围内也满足MTF特性。

在受光透镜11为折射率分布型透镜的情况下，该透镜优选由玻璃或树脂构成。在该情况下，优选地，在受光透镜11的透镜参数中，轴上折射率N

受光透镜11也可以是分别组合了多个透镜的消色差透镜或复消色差透镜。在该情况下，可以是作为多个透镜而仅组合了凸透镜的透镜系统，或者作为多个透镜而组合了凸透镜和凹透镜的透镜系统。另外，优选多个透镜的焦距f为50mm≤f≤250mm，进一步优选多个透镜的口径Φ为2mm≤Φ≤10mm。

接着，举例示出为了提高景深以及分辨率而将受光透镜系统设为缩小光学系统的例子。光学系统的构成与图14A、图14B相同，改变了受光透镜11的倍率。即，将受光透镜11的物点与像点的横向倍率的关系改变为9∶1、4∶1。由此，景深在横向倍率为9∶1的情况下增大到等倍系统的3倍，在横向倍率为4∶1的情况下增大到等倍系统的2倍。在将景深设为3倍的情况下，受光元件的尺寸设为等倍系统的受光元件的1/9的尺寸。另外，在将景深设为2倍的情况下，受光元件的尺寸设为等倍系统的受光元件的1/4的尺寸。在本实施方式中，使用1/4尺寸的受光元件，将景深设为2倍。

在图15的曲线图(实线)中示出了本实施方式中的缩小光学系统的散焦时的MTF特性。作为比较例，在图15的曲线图(虚线)中示出了等倍系统的散焦时的MTF特性。根据图中的缩小系统与等倍系统的比较可知，缩小光学系统的景深比等倍系统深约2倍。另外，如果将缩小比设为S，则受光透镜11的N.A.增大作为其倒数的1/S。因此，即使在受光透镜11的透镜直径较小的情况下，只要根据焦距而增加缩小率，就能够维持有效的N.A.，因此也能够使由衍射效应引起的模糊为一定。

在本实施方式中，将焦距设为f＝50mm，将横向倍率比设为1/4，因此透镜直径Φ在原理上能够使用到Φ＝0.25mm。由于使用与图14A以及图14B的情况相同的透镜，因此透镜直径Φ为Φ＝4mm，有效直径Φ’为Φ’＝2.5mm。N.A.与作为等倍系统的图14A以及图14B的情况相比变为4倍。因此，受光光量变为16倍，能够抵消因使受光元件尺寸减小到1/4而引起的受光光量的1/16的减少。

8.串扰的防止方法

对在图14A的情况下，由于视野111的重叠而产生串扰时的防止方法进行说明。在图14A的情况下，透镜直径Φ为Φ＝4mm，收纳在透镜保持件110中使用。因此，在图16A中示出了将透镜保持件110的受光元件阵列120侧延长成筒状的视野限制保持件的构成。以下对其效果进行说明。

在图16B中示出了详细图。在透镜保持件110中插入有多个受光透镜11，在各受光透镜11中的受光元件阵列120侧形成有由贯通孔构成的孔隙112。多个受光透镜11的外径相对于透镜保持件110的内径为间隙配合尺寸，通过将各受光透镜11插入透镜保持件110而进行间隙配合。各孔隙112具有比各受光透镜11的外径小的内径，沿着各受光透镜11的光轴延伸。即，通过各孔隙112，透镜保持件110的多个受光元件侧(受光元件阵列120侧)呈筒状延长，由此，限制了各受光透镜11的视野111。上述筒状是指孔隙112通过形成为筒状的贯通孔而延长的构成，但不限于此，也可以是孔隙112通过突出的平板而延长为平板状的构成。在相邻的受光透镜11中，透镜保持件110的多个受光元件侧(受光元件阵列120侧)的长度、即各孔隙112的长度也可以不同。

图16B中阴影线所示的光束位于视野111内，因此能够不受由孔隙112带来的视野限制而由受光元件阵列120受光，但比其靠外侧(相对于受光透镜11的光轴靠外侧)的光束不到达受光元件阵列120。即，位于受光透镜11的视野111内的光束到达与该受光透镜11对置的受光元件，但位于视野111外的光束不到达与该受光透镜11对置的受光元件以及相邻的受光元件中的任一个。换言之，在关注于任意的受光元件的情况下，与该受光元件对置的受光透镜11的视野111以外的光束不会到达该受光元件，因此能够防止相邻像素间的串扰。而且，由于孔隙112形成于透镜保持件110，因此能够实现精度高的串扰防止孔隙。

在多个孔隙112中，可以对孔隙直径一个一个地进行变更，通过使用一对大小的直径不同的孔隙112，能够防止相邻像素间的检查面上的检测像素的缺失。即，在关注于任意的孔隙的情况下，例如在本实施方式中，通过将该孔隙直径Φ设为Φ＝2.4mm，将相邻的孔隙直径Φ’设为Φ’＝2.6mm，能够防止相邻像素间的检测像素的缺失。上述孔隙112也可以不是圆筒状。例如，也可以在受光透镜11间的中间位置设置分隔件，使相互的受光透镜11接收到的光不被其他受光透镜11接收。

另外，多个受光透镜11并不限定于配置成一列的构成，也可以预先将受光透镜11单体插入并固定于圆筒状的保持件，之后将上述圆筒状的保持件堆积成垛状，由此以呈垛积的方式进行配置。另外，也可以在通过L字型的定位夹具对多个受光透镜11进行定位并粘接固定之后，收纳于矩形的透镜保持件中。

上述孔隙112设置于受光元件阵列120侧，但也可以以不损害W.D.的程度的长度设置于检查面侧。而且，通过检查面侧的孔隙与受光元件侧的孔隙的组合，能够实现更有效的视野限制。

在图17A～图17C中示出了当焦距f为f＝100mm的情况下的有效直径与弥散圆直径的关系。有效直径Φ是与图14A的情况相同的方式。图17A表示√A＝0.154的情况，图17B表示√A＝0.1027的情况，图17C表示√A＝0.077的情况。在图17A～图17C中，实线表示总的弥散圆，虚线表示基于衍射的弥散圆，单点划线表示几何光学弥散圆。此外，在图17A～图17C的任一者中，N

附图标记说明

10：光源部；11：受光透镜；12：受光部；20：焦点面；103：光源；104：聚光透镜；105：柱面透镜；110：透镜保持件；111：视野；112：孔隙；120：受光元件阵列；131：红色LD；132：绿色LD；133：蓝色LD；134：光源基板；135：散热器。