CN108702427A - 图像读取装置 - Google Patents

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Abstract

图像读取装置(1)具备：微透镜阵列(33)，包括多个微聚光透镜(34)，该多个微聚光透镜(34)配置于形成多个正立等倍像的成像光学系统的焦点位置；以及摄像部(31)，包括受光像素(32x)，该受光像素(32x)设置于与微聚光透镜(34)对应的位置。微聚光透镜(34)具有使从成像光学系统入射的光线中的以预先决定的限制角度范围内的入射角入射的光线聚光到与以该限制角度范围外的入射角入射的光线不同的位置的折射力。受光像素(32x)的有效受光区域仅接收入射到微聚光透镜(32)的光线中的以所述限制角度范围内的入射角入射的光线。

Description

图像读取装置
技术领域
本发明涉及读取形成于原稿等物体的表面的图像的图像读取装置。
背景技术
作为使用具有排列成线状的多个受光像素的一维摄像元件来对物体的表面进行扫描而读取图像的图像读取装置，已知被称为接触式图像传感器(Contact Image Sensor，CIS)的摄像传感器。接触式图像传感器例如在复印机、图像扫描仪或者传真设备等图像读取功能中被广泛使用。这种接触式图像传感器使用形成正立等倍像的被称为棒状透镜阵列的光学元件，所以存在景深小这样的课题。因而，例如在专利文献1(日本特开平6-342131号公报)中公开了提高景深的技术。
专利文献1所公开的接触式图像传感器具备多个透镜元件作为形成正立等倍像的光学元件。为了提高景深，在各透镜元件的出射面或者其附近设置有限制由该多个透镜元件形成的光学像的重叠的重叠限制部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-342131号公报(例如，图2以及图5、第0015～0018段)
发明内容
在专利文献1的现有技术中，在各透镜元件的出射面或者其附近设置有重叠限制部件，所以不仅各透镜元件的视野被限制，而且各透镜元件的出射光的遮蔽量大。由此，存在一维摄像元件的受光量下降这样的课题。即，在透镜元件的出射面及其附近，来自该透镜元件的视野内的各种物体高度的点的多个光线重合。因此，重叠限制部件当对来自透镜元件的视野的周边的大的物体高度的点的不需要的光线进行遮光时，必然也会对来自该视野的中心附近的小的物体高度的点的光线进行遮光。由此，一维摄像元件的受光量有可能会显著下降。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供能够抑制摄像元件的受光量下降的同时扩大景深的图像读取装置。
本发明的一个方案提供一种图像读取装置，其特征在于，具备：成像光学系统，包括N个成像光学构件，该N个成像光学构件沿着预先决定的主扫描方向排列，且分别根据由读取对象物散射的光来形成正立等倍像，其中，N为2以上的整数；微透镜阵列，包括P个微聚光透镜，该P个微聚光透镜沿着所述主扫描方向配置于所述N个成像光学构件的焦点位置，其中，P为比N大的整数；以及摄像部，包括P个受光像素或者P组受光像素群，该P个受光像素或者P组受光像素群配置于由所述微透镜阵列对光线进行聚光的位置，与所述P个微聚光透镜分别对应地设置，所述各微聚光透镜具有使从所述成像光学系统入射的光线中的以预先决定的限制角度范围内的入射角入射的光线聚光到与以所述限制角度范围外的入射角入射的光线不同的位置的折射力，所述P个受光像素或者所述P组受光像素群具有仅接收通过了所述N个成像光学构件的主光线中的以所述限制角度范围内的入射角入射到所述各微聚光透镜的光线的有效受光区域。
根据本发明，能够抑制摄像元件的受光量下降的同时扩大景深。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的图像读取装置的概略结构的立体图。
图2是用于说明实施方式1中的棒状透镜的成像性能的概略图。
图3是概略地示出多个棒状透镜的视野和成像范围的图。
图4是用于说明散焦时的棒状透镜的成像性能的概略图。
图5是用于说明散焦时的棒状透镜的成像性能的概略图。
图6是示出实施方式1中的微透镜阵列以及遮光图案的概略结构的立体图。
图7是示出实施方式1中的摄像部的主要结构的一个例子的概略图。
图8的图8A是概略地示出实施方式1的棒状透镜阵列的图，图8B是示出朝向棒状透镜阵列传播的光线群的图，图8C是概略地示出光线群到达的成像面附近的结构的图。
图9是概略地示出入射到实施方式1中的微透镜的光束的光路的图。
图10是示出入射到微透镜的平行光线的入射角与该平行光线的聚光位置之间的关系的曲线图。
图11是概略地示出多个棒状透镜的视野和成像范围的图。
图12的图12A以及图12B是概略地示出不存在微透镜阵列以及遮光图案的情况下的通过棒状透镜阵列的光束的光路的图。
图13的图13A以及图13B是概略地示出存在微透镜阵列以及遮光图案的情况下的通过棒状透镜阵列的光束的光路的图。
图14是表示通过仿真计算得到的成像面处的光量分布的一个例子的曲线图。
图15是表示通过仿真计算得到的成像面处的光量分布的其它例子的曲线图。
图16是概略地示出入射到实施方式1中的微透镜的光束的光路的图。
图17是示出本发明的实施方式2中的微透镜阵列的概略结构例的立体图。
图18的图18A是示出构成本发明的实施方式3的成像光学系统的1个成像光学构件的例子的图，图18B是示出实施方式3的成像光学系统的一个例子的图。
图19是示出本发明的实施方式4的摄像部的概略结构的剖视图。
图20是示出实施方式4中的摄像部的主要结构的一个例子的概略图。
图21是概略地示出本发明的实施方式5中的遮光图案的构造的一个例子的剖视图。
图22是示出本发明的实施方式6的图像读取装置的概略结构的立体图。
图23是概略地示出实施方式6的棒状透镜阵列、微透镜阵列、摄像部以及传感器基板之间的位置关系的图。
图24是示出实施方式6中的微透镜以及受光像素的图。
图25是示出实施方式6的棒状透镜的焦点面处的聚光位置的图。
图26是示出光线向微透镜的入射角与聚光位置的关系的曲线图。
图27是示出实施方式6中的微透镜以及受光像素的排列的图。
图28的图28A～图28D是示出向微透镜的入射光的例子的图。
图29是示出光线向微透镜的入射角与聚光位置的关系的例子的曲线图。
图30是用于说明实施方式6的有效受光区域的概略图。
图31是示出实施方式6中的图像信号处理部的概略结构的框图。
图32是示出实施方式6的图像处理的步骤的一个例子的流程图。
图33是示出被读取图像的一个例子的图。
图34的图34A～图34I是用于说明图像处理的仿真结果的图。
图35的图35A～图35D是用于说明图像匹配处理(步骤ST3)的例子的图。
图36是示出构成本发明的实施方式7的图像读取装置的图像信号处理部的概略结构的框图。
图37是示出实施方式7的图像处理的步骤的一个例子的流程图。
附图标记说明
1、1A：图像读取装置；2：读取对象物；10、10A：接触式图像传感器(CIS)部；11：光源；12、12A：框体；20：棒状透镜阵列；211～21N：棒状透镜；30：传感器基板；31、31K、61：摄像部；31R：红色线传感器；31G：绿色线传感器；31B：蓝色线传感器；31A、31P：周边电路；32r、32g、32b、32x、32xa、62：受光像素；33、33A：微透镜阵列；34、34A：微聚光透镜；35、35A：遮光图案；35s：开口部；40、40：图像信号处理部；50：成像光学构件；51～54：折射透镜；70、70A：图像信号处理部；71：图像构成部；72：图像匹配部；73：图像校正部；74：合成图像生成部；75：距离计算部；76：状态判定部；X：主扫描方向；Y：副扫描方向。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的各种实施方式。
实施方式1.
图1是概略地示出作为本发明的实施方式1的图像读取装置1的结构的主要部分的立体图。如图1所示，该图像读取装置1构成为具备作为图像读取部的接触式图像传感器部10(以下，称为“CIS部10”。)以及对CIS部10的输出信号进行图像处理而生成读取图像信号的图像信号处理部40。读取对象物2例如为纸介质等薄片状的物体。
CIS部10具备：光源11，将沿着主扫描方向X(图1的横向)的线状的照明光LT照射到读取对象物2的被读取面；棒状透镜阵列20，是根据在读取对象物2的该被读取面反射并散射的散射光形成多个正立等倍像的成像光学系统；微透镜阵列33，配置于该棒状透镜阵列20的焦点位置；摄像部31，包括接收由该微透镜阵列33聚光后的光的大量的受光像素；遮光图案(未图示)，形成于摄像部31与微透镜阵列33之间；以及传感器基板30。棒状透镜阵列20、传感器基板30、摄像部31、微透镜阵列33以及遮光图案安装于单一的框体12内。
另外，图像读取装置1具备扫描驱动机构(未图示)，该扫描驱动机构使CIS部10相对于读取对象物2沿着与主扫描方向X正交的副扫描方向Y相对地移动。读取对象物2的被读取面沿着主扫描方向X以及副扫描方向Y以2维状分布。因此，CIS部10相对于读取对象物2沿着副扫描方向Y相对地移动，从而能够进行该被读取面整体的扫描。此外，扫描驱动机构为使CIS部10相对于读取对象物2而沿着副扫描方向Y移动的机构、或使读取对象物2相对于CIS部10沿着副扫描方向Y移动的机构中的任意机构都可以。
作为光源11，例如，能够使用发光二极管光源、有机EL(电致发光)光源或者荧光管等高亮度光源。在图1的例子中，光源11与框体12相互分离地配置，但并不限定于此。也可以在框体12内安装光源11。
如图1所示，光源11相对于读取对象物2配置于与棒状透镜阵列20相同的一侧。相对于此，也可以将其它光源配置于读取对象物2的相反侧，以使透过读取对象物2的被读取面并被散射的光入射到棒状透镜阵列20。由此，能够如ATM(Automated Teller Machine，自动柜员机)所使用的纸币读取装置那样，实现生成基于透过散射光的读取图像的图像读取装置。
棒状透镜阵列20是作为成像光学构件而包括沿着主扫描方向X排列的多个棒状透镜211、212、…、21N的成像光学系统。如图1所示，各棒状透镜具有沿着与主扫描方向X以及副扫描方向Y这两个方向垂直的Z轴方向延伸的圆柱形状，由塑料等透光性光学材料构成。另外，各棒状透镜具有该各棒状透镜的长度方向上的两端面的一方作为入射面，并具有该两端面的另一方作为出射面，使从读取对象物2入射的散射光在长度方向上传播而在成像面形成正立等倍像。在各棒状透镜的内部形成有在其径向上折射率连续地变化的折射率分布。通过控制该折射率分布，入射到各棒状透镜的内部的光线能够一边大致描绘正弦波一边沿着长度方向传播。通过将各棒状透镜的光轴方向上的全长调整为适当的长度，能够制作形成正立等倍像的棒状透镜。
图2是用于说明实施方式1中的第n号棒状透镜21n的成像性能的概略图。如图2所示，从物面OP上的点A1、A2、A3入射到棒状透镜21n的入射光束IL1、IL2、IL3在一边大致描绘正弦波一边在棒状透镜21n的内部传播之后，分别成为出射光束OL1、OL2、OL3而射出。然后，出射光束OL1、OL2、OL3分别聚光到成像面IP上的点B1、B2、B3。为了形成正立等倍像，物面OP和成像面IP的位置需要分别唯一地决定。现在，将物面OP与棒状透镜21n的入射面之间的光轴方向的距离设为L1，将棒状透镜21n的出射面与成像面IP之间的光轴方向的距离设为L2。此时，关于棒状透镜21n所特有的距离La，需要使下式的关系成立。
L1＝La且L2＝La
在该关系成立时，入射光束IL1、IL2、IL3聚光到处于棒状透镜21n内的中间位置的中间像面IMP上。从图2可明确，物面OP上的像在中间像面IMP被变换为反转缩小的中间像。该中间像被进一步中继转印，在成像面IP上形成反转扩大像。成像面IP上的点B1、B2、B3分别对应于物面OP上的点A1、A2、A3，以与点A1、A2、A3的间隔相同的间隔排列。另外，物面OP上的像由棒状透镜21n变换为成像面IP上的正立等倍像。现在，当将点A2至点A1的距离设为X1、将点B2至点B1的距离设为X2时，下式成立。
X2/X1＝1
另外，将从点A1传播的入射光束IL1的主光线的入射角度设为φin，将朝向点B1传播的出射光束OL1的主光线的出射角度设为φout。此时，下式(1)成立。
φin＝φout (1)
这样的入射角度φin与出射角度φout之间的关系在入射光束IL2与出射光束OL2之间、以及入射光束IL3与出射光束OL3之间也同样成立。如上所述，单一的棒状透镜21n在成像面IP形成正立等倍像。本实施方式的棒状透镜阵列20是具有与图2的棒状透镜21n相同结构的N根棒状透镜211～21N沿着主扫描方向X排列成一列而成的。
图3是概略地示出构成棒状透镜阵列20的棒状透镜21n－1、21n、21n+1、21n+2的视野和成像范围的图。在图3的例子中，未考虑后述微透镜阵列33以及遮光图案35的存在。如图3所示，棒状透镜21n－1、21n、21n+1、21n+2分别具有视野Fn－1、Fn、Fn+1、Fn+2。在此，视野是指物面OP中的能够将该物面OP上的像成像于成像面IP的范围。另外，棒状透镜21n－1、21n、21n+1、21n+2分别在成像面IP上形成像映现的范围即成像范围An－1、An、An+1、An+2。此时，如图3所示，物面OP上的点P1包含于视野Fn－1、Fn、Fn+1这所有的视野，所以棒状透镜21n－1、21n、21n+1在相同的位置Q1处形成3个点像。这样，在棒状透镜阵列20中，多个棒状透镜(特别是邻接的棒状透镜)具有相互重叠的视野，且形成相互重叠的正立等倍像。因而，在成像面IP上，由棒状透镜211～21N转印的多个像重合而形成一个像。
接下来，参照图4以及图5，说明散焦时的棒状透镜21n的成像性能。图4是在从聚焦时的物面OP在Z轴方向上移动－ΔZ后的位置处形成物面OP1的情况下的光路的图，图5是示出在从聚焦时的物面OP在Z轴方向上移动+ΔZ后的位置处形成物面OP2的情况下的光路的图。在图4以及图5的例子中，未考虑后述微透镜阵列33以及遮光图案35的存在。
如图4所示，从散焦时的物面OP1上的点A1a、A2a、A3a入射到棒状透镜21n的内部的入射光束IL1、IL2、IL3在棒状透镜21n内的中间像面IMP1形成中间像之后，成为出射光束OL1、OL2、OL3而射出。这些出射光束OL1、OL2、OL3当在成像面IP1聚光之后，传播到聚焦时的成像面IP上的点B1、B2、B3。散焦时的物面OP1形成于在Z轴方向上比聚焦时的物面OP偏移－ΔZ的位置，所以中间像面IMP1也形成于在Z轴负方向上比棒状透镜21n的中间位置偏移的左侧的位置。另外，成像面IP1也形成于比聚焦时的成像面IP靠左侧的位置。在ΔZ为小的值时，成像面IP1形成于在Z轴方向上比聚焦时的成像面IP大致偏移－ΔZ的位置。在Z轴方向上比聚焦时的成像面IP偏离+ΔZ的位置的像面IP2，入射角φin与出射角φout相等，所以物面OP1的像在散焦状态下被转印，且正立等倍地被转印。因而，导出以下的两个事项Γ1、Σ1。
·事项Γ1：像面IP2处于比聚焦时的成像面IP靠右侧的位置，所以形成于成像面IP上的像的倍率(转印倍率)为缩小倍。
·事项Σ1：聚焦时的成像面IP处于比散焦时的成像面IP1靠右侧的位置，所以形成于成像面IP上的像成为焦点偏离的模糊的像。
关于事项Γ1，当将点A2a至点A1a的X轴向的距离设为X1a时，距离X2(图2)相对于距离X1a的比率如下式所示比1小。
X2/X1a<1
当起因于事项Γ1而发生像的转印倍率在棒状透镜阵列20中的邻接的棒状透镜之间不同的事态时，在由这些邻接的棒状透镜分别形成的像与像之间产生位置偏离。其结果，2重或3重以上地形成产生像的位置偏离的合成像。进而，起因于事项Σ1，形成焦点偏离的模糊的合成像。因而，由棒状透镜阵列20整体形成的像劣化。
在此，事项Γ1的发生像的劣化的程度比事项Σ1大。以下，说明其理由。现在，如图4所示，将聚光到点B1的出射光束OL1的聚光角(锥的半角)设为θ2，将到达点B1的出射光束OL1的主光线向成像面IP的入射角设为θ1。如果设为棒状透镜21n的光轴与点B1之间的X轴向的距离比棒状透镜21n的半径大，则如下式所示，显然入射角θ1比聚光角θ2大。
θ1>θ2
因事项Γ1而使像移动的量为ΔZ×θ1左右，而事项Σ1所引起的模糊的像的半径为ΔZ×θ2左右。因而，事项Γ1的发生像的劣化的程度比事项Σ1大。
另一方面，在图5所示的散焦时的情况下，从散焦时的物面OP2上的点A1b、A2b、A3b入射到棒状透镜21n的内部的入射光束IL1、IL2、IL3当在棒状透镜21n内的中间像面IMP2形成中间像之后射出。出射光束在成像面IP2聚光。如果也与图4所示的情况同样地考察图5所示的散焦时的情况，则导出以下的事项Γ2、Σ2。
·事项Γ2：形成于聚焦时的成像面IP上的像的倍率(转印倍率)为扩大倍。
·事项Σ2：聚焦时的成像面IP处于比图5的散焦时的成像面IP2靠左侧的位置，所以形成于成像面IP上的像成为焦点偏离的模糊的像。
在以上说明的图4以及图5的例子中，未考虑微透镜阵列33以及遮光图案35的存在。通过导入后述微透镜阵列33以及遮光图案35，能够主要改善发生像的劣化的程度比较大的、上述事项Γ1、Γ2所引起的像间的位置偏离。
接下来，说明微透镜阵列33以及遮光图案35。图6是示出微透镜阵列33以及遮光图案35的概略结构的立体图。
如图6所示，微透镜阵列33具有沿着主扫描方向X排列的大量的微聚光透镜34、34、…。这些微聚光透镜34(以下还称为“微透镜34”。)具有配置于棒状透镜211～21N的焦点位置的柱形状(圆筒形状)的透镜面。该透镜面对从棒状透镜阵列20入射的光束在主扫描方向X上具有正的折射力，在副扫描方向Y上不具有折射力。因而，该透镜面在主扫描方向X上具有非零的曲率(曲率半径的倒数)，在副扫描方向Y上不具有曲率。另外，柱形状的透镜面具有沿着副扫描方向Y延伸的顶部。邻接的微透镜34、34的顶部间的主扫描方向X上的间隔(间距)Pt为恒定。进而，如图6所示，微透镜阵列33在Z轴方向上具有恒定的厚度Ht(即，微透镜34的透镜面的顶部与微透镜34的底面之间的Z轴方向上的厚度)。这样的微透镜阵列33能够使用树脂或者石英等透镜材料来制作。
微透镜阵列33使来自棒状透镜阵列20的入射光束聚光到摄像部31的受光像素群(在图6中未图示)。在该摄像部31与微透镜阵列33之间形成有由光吸收性材料构成的遮光图案35。遮光图案35配置于微透镜阵列33的焦点位置，具有对由微透镜阵列33聚光后的光的一部分进行遮光的功能。
如图6所示，遮光图案35具有开口部35s、35s、…，该开口部35s、35s、…形成于与微透镜34、34、…的顶部分别对应的位置。这些开口部35s、35s、…分别配置于微透镜34、34、…的光轴上。另外，各开口部35s形成有沿着对应的微透镜34的透镜面的顶部延伸的狭缝。由微透镜阵列33聚光后的光束仅有一部分能够通过该开口部35s而到达受光像素。主扫描方向X上的开口部35s的排列间距与微透镜34的顶部的排列间距Pt相同。棒状透镜211～21N的主扫描方向X上的排列间距比该排列间距Pt大。如后所述，遮光图案35具有对入射到微透镜阵列33的光线中的、以预先决定的限制角度以上的入射角(即限制角度范围外的入射角)入射的不需要的光线进行遮光的功能。
接下来，说明摄像部31的结构。图7是示出摄像部31的主要结构的一个例子的概略图。
如图7所示，摄像部31在基板上具备包括沿着主扫描方向X排列成一列的受光像素32r、32r、…的红色线传感器31R、包括沿着主扫描方向X排列成一列的受光像素32g、32g、…的绿色线传感器31G、以及包括沿着主扫描方向X排列成一列的受光像素32b、32b、…的蓝色线传感器31B。这些红色线传感器31R、绿色线传感器31G以及蓝色线传感器31B配置于微透镜阵列33的焦点位置。红色线传感器31R、绿色线传感器31G以及蓝色线传感器31B例如能够包括CMOS(Complementary Metal－Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器或者CCD(Charge－Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器等固体摄像元件。另外，摄像部31具有用于彩色图像生成的彩色滤波器。即，红色线传感器31R具有仅使红色波长区段(红色光谱)的光透过的红色滤波器，绿色线传感器31G具有仅使绿色波长区段(绿色光谱)的光透过的滤波器，蓝色线传感器31B具有仅使蓝色波长区段(蓝色光谱)的光透过的蓝色滤波器。
进而，摄像部31在同一基板上配备有对红色线传感器31R、绿色线传感器31G以及蓝色线传感器31B的检测输出进行模拟信号处理的周边电路31A、31P。一方的周边电路31A例如能够包括控制红色线传感器31R、绿色线传感器31G以及蓝色线传感器31B的动作的控制电路、对该检测输出的瞬间值进行采样并输出的采样及保持电路以及信号放大电路这样的信号处理电路。另外，另一方的周边电路31P例如能够包括差动放大电路以及A/D变换器等对周边电路31A的模拟输出进行处理的信号处理电路。
摄像部31的周边电路31P经由图1的传感器基板30和信号传递路(例如，缆线)将从信号处理的结果得到的数字信号输出到图像信号处理部40。图像信号处理部40通过对摄像部31的输出信号施加图像处理，能够生成表示读取对象物2的被读取面上的2维图像的读取图像信号。图像信号处理部40的硬件结构能够由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)内置的计算机实现。或者，图像信号处理部40的硬件结构也可以由DSP(DigitalSignal Processor，数字信号处理器)，ASIC(Application Specific IntegratedCircuit，专用集成电路)或者FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等LSI(Large Scale Integrated circuit，大规模集成电路)实现。
此外，本实施方式的摄像部31具有3根线传感器31R、31G、31B，但并不限定于此。也可以采用1根线传感器和与其对应的周边电路，来代替3根线传感器31R、31G、31B和与它们对应的周边电路31A、31P。
更详细地说明上述图像读取装置1的结构。图8A是概略地示出棒状透镜阵列20的图。图8A所示的棒状透镜阵列20使从物面OP上的1点An传播的光束聚光到成像面IP上的1点Bn。点An和点Bn是棒状透镜21n的光轴上的点。如参照图3说明那样，棒状透镜21n和与其邻接的棒状透镜21n－1、21n+1都在视野中包含点An。因而，从点An传播的光束如图8B所示包括朝向棒状透镜21n－1的入射面传播的光线群DL1、朝向棒状透镜21n的入射面传播的光线群DL2、以及朝向棒状透镜21n+1的入射面传播的光线群DL3。图8C是概略地示出光线群DL1、DL2、DL3到达的成像面IP上的点Bn附近的结构的图。
如图8C所示，微透镜阵列33的微透镜34配置于棒状透镜阵列20的焦点位置FP。摄像部31设置于传感器基板30上。在该摄像部31的受光像素32x(受光像素32r、32g、32b中的任一个)与微透镜阵列33之间形成有具有与该受光像素32x对置的开口部35s的遮光图案35。遮光图案35的开口部35s形成于使入射到微透镜阵列33的光线群DL1、DL2、DL3中的、以小于预先决定的限制角度的入射角(即限制角度范围内的入射角)入射的光线群DL2透过的位置。因而，仅通过了棒状透镜21n的光线群DL2在由微透镜34聚光之后入射到受光像素32x。相对于此，通过了与棒状透镜21n邻接的棒状透镜21n－1、21n+1的光线群DL1、DL3在由微透镜34聚光之后被遮光图案35遮光。因此，光线群DL1、DL3不会到达受光像素32x。
遮光图案35配置于微透镜阵列33的焦点位置，所以能够对由微透镜阵列33聚光后的光的一部分进行遮光。遮光图案35的厚度与微透镜阵列33的焦点距离(例如，约100μm)相比，小到能够忽略(例如，几μm)，遮光图案35与摄像部31的受光像素32x、…相互接近。因此，可以说受光像素32x、…的有效受光区域(接收用于形成读取图像的光的区域)实质上配置于微透镜阵列33的焦点位置。
图9是概略地示出入射到微透镜34的光束OL的光路的图。现在，将光束OL向微透镜34的入射角(即，光束OL与成像面IP的法线所成的角度)设为α。微透镜34利用正的折射力使束OL聚光到遮光图案35的位置。其聚光位置(在主扫描方向X上距微透镜34的中心轴即光轴的距离)Xa由下式(2)表示。
Xa＝fM×tanα (2)
在此，fM为微透镜34的焦点距离。
在具有各种入射角α的平行光入射到微透镜34时，在微透镜34的焦点面上能够得到与入射角α相应的光量分布。因而，如图9所示，在将开口部35s的主扫描方向X上的开口宽度设为ha时，仅入射角α的绝对值|α|满足下式(3)的光线通过开口部35s而被受光像素32x接收。
tan|α|<ha/(2×fM) (3)
受光像素32x与开口部35s在Z轴方向上相互接近，所以开口宽度ha与受光像素32x的有效受光区域的主扫描方向X上的宽度(以下，还称为“受光宽度”。)实质上相等。遮光图案35构成为对入射到微透镜阵列的光线中的以满足下式(3e)的限制角度αL以上的入射角度入射的光线进行遮光。
tanαL＝ha/(2×fM) (3e)
根据上式(3e)，限制角度αL由下式(3f)表示。
αL＝Arctan[ha/(2×fM)] (3f)
在开口部35s的正下方配置有受光像素32x，所以遮光图案35通过以满足上式(3)的方式对光线进行遮光，能够将入射到受光像素32x的有效受光区域的光线限制为与微透镜34的中心轴靠近的光线。因而，在通常的单眼的折射透镜光学系统中缩小开口部，从而能够得到与扩大景深的效果同样的效果。
在如使用现有技术中的棒状透镜阵列的接触式图像传感器那样使多个正立等倍像重叠来形成一个像的光学系统中，由于以下的两个事项P1、P2，难以提高景深。
·事项P1：在物理上难以将光圈插入到棒状透镜之中的最佳的位置。
·事项P2：被邻接的棒状透镜重叠的像的重叠位置在散焦时相互偏离。
特别是，事项P2为由于在现有技术中难以限制各棒状透镜的视野范围而产生的课题。
相对于此，在本实施方式中，能够实现在现有技术中难以实现的景深的提高。以下，考虑上述散焦时的像的劣化的原理(图4以及图5)，详细地说明本实施方式的效果。
为了使说明容易，将图像分辨率设为600dpi(即，每1个像素为42.3μm的分辨率)。关于棒状透镜阵列20，设为分别具有直径0.6mm的棒状透镜211～21N以0.6mm的间距沿着主扫描方向X排列。另外，将物面OP至棒状透镜阵列20的入射面的距离L1设为5.1mm，将棒状透镜阵列20的出射面至成像面IP的距离L2也设为5.1mm。各棒状透镜在主扫描方向X上具有视野全角20°(设为视野半角β＝10°。)。即，以超过入射角－10°～+10°的范围的角度入射到棒状透镜阵列20的光线无法在棒状透镜211～21N内传播。相对于视野半角β＝10°，L1＝5.1mm，所以单一的棒状透镜的物面OP上的视野长度约为1.8mm(＝2×5.1×tan10°)。
另外，视野长度1.8mm相对于棒状透镜211～21N的间距0.6mm之比为3倍，所以在不存在本实施方式的微透镜阵列33的情况下，如图3所例示那样，物面OP上的任意的点包含于3个棒状透镜的视野。
进而，微透镜阵列33例如由折射率n＝1.59的透明的树脂材料构成，各微透镜34的透镜面在主扫描方向X上具有R＝37μm的曲率。微透镜34具有厚度Ht＝100μm，且以排列间距Pt＝42.3μm沿着主扫描方向X排列。
在该情况下，1个微透镜34的焦点距离fM以如下方式计算。
fM＝R/(n－1)＝62.9μm
折射率n(＝1.59)的介质中的焦点距离约为100μm(＝n×fM)。因而，如图9所示的平行光束OL在微透镜阵列33的底面连结焦点。具有开口部35s的遮光图案35紧贴着该微透镜阵列33的底面配置。开口部35s的排列间距Pt为42.3μm。开口部35s的中心存在于各微透镜34的中心轴上。
以下，说明在上述条件下景深被扩大的效果。图10是示出入射到微透镜34的平行光线的入射角α与该平行光线的聚光位置Xa之间的关系的曲线图。该曲线图是使用上式(2)而制作出的。现在，各棒状透镜的视野半角β为10°，所以根据上式(1)的φin＝φout，入射到微透镜34的光线的入射角度α也最大为10°。根据图10的曲线图，入射角10°的光线在遮光图案35的面上到达的位置为Xa＝11μm。在此，为了使遮光图案35对大的入射角α的光线进行遮光，开口部35s的开口宽度ha最低限度需要满足下面的不等式(4)的关系。
ha/2<Xa (4)
即，需要使下式(5)成立。
ha/2<fM×tanβ (5)
根据该式(5)和上式(3f)，下式(5A)成立。
αL＝Arctan[ha/(2×fM)]<β (5A)
现在，为ha/2＝5μm，fM＝62.9μm，所以成为αL＝4.5°，满足式(5A)。因而，入射到棒状透镜阵列20的光线中的以10°以下的入射角入射的光线通过棒状透镜阵列20而入射到微透镜阵列33。进而，入射到微透镜阵列33的光线中的入射角4.5°～10°的范围的光线被遮光图案35的遮光区域吸收，仅以小于4.5°的入射角α入射的光线到达摄像部31。因而，微透镜阵列33以及遮光图案35被插入到棒状透镜阵列20与摄像部31之间，从而能够将本来具有10°的视野角的棒状透镜阵列20的视野角限制为4.5°。由此，邻接的棒状透镜间的视野的重复范围变窄。图11是概略地示出构成棒状透镜阵列20的棒状透镜21n－1、21n、21n+1、21n+2的视野Fn－1、Fn、Fn+1、Fn+2和成像范围An－1、An、An+1、An+2的图。可知由于微透镜阵列33以及遮光图案35的存在，与图3所示的情况相比，视野Fn－1、Fn、Fn+1、Fn+2的重复范围窄。
如上所述，使景深劣化的主要原因在于由邻接的棒状透镜形成的像与像之间的位置偏离。只要各棒状透镜的视野变小，则最外光线向成像面IP的入射角度变小，散焦时的像的位置偏离变小。因而，本实施方式的图像读取装置1通过限制棒状透镜阵列20的视野，能够有效地抑制散焦时的像的劣化，由此能够扩大景深。
图12A以及图12B是概略地示出不存在微透镜阵列33以及遮光图案35的情况下的通过棒状透镜阵列20的光束的光路的图。图12A示出了聚焦时的光路，图12B示出了在从聚焦时的物面OP在Z轴方向上移动－ΔZ后的位置处形成物面OP1的情况下的散焦时的光路。在聚焦时，各棒状透镜的视野宽，所以如图12A所示，从物面OP上的点P入射的光束在通过了棒状透镜阵列20中的3根棒状透镜之后，聚光到成像面IP上的点Q。在散焦时，如图12B所示，从物面OP1上的点Pa入射的光束在通过了棒状透镜阵列20中的3根棒状透镜之后在成像面IP1上的3个点处聚光。之后，通过了成像面IP1的3根光束在到达聚焦时的成像面IP之后，到达从该成像面IP偏移+ΔZ的位置的像面IP2。在图12B的例子中，在聚焦时的成像面IP上形成3个像，这3个像的位置相互大幅偏离，所以产生严重的模糊。其模糊量φa在包含3根光束的最外光线的范围形成。
相对于此，图13A以及图13B是概略地示出存在微透镜阵列33以及遮光图案35的情况下的通过棒状透镜阵列20的光束的光路的图。图13A示出了聚焦时的光路，图13B示出了在从聚焦时的物面OP在Z轴方向上移动－ΔZ后的位置处形成物面OP1的情况下的散焦时的光路。在聚焦时，各棒状透镜的视野窄，所以如图13A所示，从物面OP上的点P入射的光束在通过了棒状透镜阵列20中的1根棒状透镜之后，聚光到成像面IP上的点Q。在散焦时，如图13B所示，从物面OP1上的点Pa入射的光束在通过了棒状透镜阵列20中的1根棒状透镜之后在成像面IP1上的1个点处聚光。之后，通过了成像面IP1的1根光束在到达聚焦时的成像面IP之后，到达从该成像面IP偏移+ΔZ的位置的像面IP2。在图13B的例子中，在聚焦时的成像面IP上形成1个像，所以其模糊量φb比图12B的情况下的模糊量φa小。
接下来，根据仿真计算说明本实施方式的效果。图14以及图15是通过仿真计算得到的表示成像面处的光量分布的曲线图。在图14以及图15的曲线图中，横轴表示单一的棒状透镜的光轴上的从点(Y＝0)起的位置(单位：mm)，纵轴表示透过光量。该仿真是针对以下的实施例、第1以及第2比较例而分别实施的。图14以及图15的曲线图中的纵轴的透过光量以使第1比较例的情况下的Y＝0时的透过光量为1的方式被标准化。
实施例具有单一的棒状透镜、配置于该棒状透镜的物体侧焦点面(物面)的白色面光源、配置于该棒状透镜的成像面的微透镜阵列33、配置于该微透镜阵列33的焦点位置附近的摄像部31以及配置于该摄像部31与微透镜阵列33之间的遮光图案35。在此，使用狭缝宽10μm的开口部35s。
第1比较例具有从实施例的结构除掉微透镜阵列33以及遮光图案35而得到的结构。第2比较例具有第1比较例的结构，还具有在其棒状透镜的出射端面配置有开口光圈的结构。
图14的曲线图的用实线表示的光量分布表示针对实施例的仿真结果。另外，图14以及图15的曲线图的用虚线表示的光量分布表示针对第1比较例的仿真结果，图15的曲线图的用实线表示的光量分布表示针对第2比较例的仿真结果。棒状透镜等倍地转印像，所以光量分布的宽度表示视野范围。根据图14以及图15，从第1比较例的仿真结果可知，棒状透镜的本来具有的视野范围为－1mm～+1mm左右。
根据图14，实施例的视野范围大致具有－0.5mm～+0.5mm的宽度，与第1比较例相比，视野被限制为约一半。另外，明显光轴附近(Y＝0mm附近)的光量的衰减量几乎没有，高效地限制了视野。
另一方面，根据图15，第2比较例的视野范围与第1比较例的视野范围相比几乎没有变化。况且，在视野整体中光量衰减。这表示如果将开口光圈配置于棒状透镜的出射端面，仅凭使所有的像高的光线均等地衰减的话，几乎无法得到限制视野的效果。
接下来，参照图16，说明能够防止邻接的微透镜34、34间的光线的干扰的结构。图16是概略地示出入射到微透镜34的光束的光路的图。
假设单一的微透镜34的焦点距离例如为fM＝300μm。此时，视野半角β＝10°之中的最外光线的到达位置为Xa＝fM×tanβ＝52μm。邻接的微透镜34、34间的间隔Pt为42.3μm。因而，有时如图16所示，入射到某个微透镜34的光线到达处于与其邻接的其它微透镜34的正下方的受光像素32x而成为杂散光，引起干扰。当发生这样的干扰时，将微透镜阵列33插入，反而有可能使像变模糊，图像质量劣化。用于避免发生这样的干扰的条件如下式(6)所示。
fM×tanβ<Pt－ha/2 (6)
在此，Pt为微透镜34的排列间距。当设为Pt＝42.3μm，ha＝10μm时，需要fM<211μm的条件。实际上，当入射到某个微透镜34的光束的最外光线不超过该某个微透镜34与和其邻接的其它微透镜34的边界时，更加不易产生杂散光。因而，更好的是下式(7)的条件成立。
fM×tanβ<Pt/2 (7)
当设为Pt＝42.3μm，β＝10°时，导出fM<120μm这样的条件。
如以上说明，在实施方式1的图像读取装置1中，在棒状透镜阵列20的出射面与摄像部31之间配置有上述微透镜阵列33以及遮光图案35。遮光图案35构成为对入射到微透镜阵列33的光线中的、以限制角度以上的入射角(即限制角度范围外的入射角)入射且由微透镜阵列33聚光后的光线进行遮光。遮光图案35不对由微透镜阵列33聚光之前的光进行遮光，而对由微透镜阵列33聚光后的光进行遮光，所以遮光量小。另外，摄像部31中的受光像素的有效受光区域仅接收入射到微透镜阵列33的光线中的以小于限制角度的入射角(即限制角度范围内的入射角)入射的光。因而，能够抑制摄像部31的受光量下降的同时扩大景深。
另外，通过满足上式(6)或者(7)的关系式，从而能够防止邻接的微透镜34、34间的光线的干扰，所以能够实现读取图像的图像质量的提高。
实施方式2.
接下来，说明本发明的实施方式2。上述实施方式1的微聚光透镜34的透镜面仅在主扫描方向X上具有非零的曲率。本实施方式的微聚光透镜的透镜面在主扫描方向X以及副扫描方向Y这两个方向上具有非零的曲率。图17是示出实施方式2中的微透镜阵列33A的概略结构例的立体图。本实施方式的图像读取装置的结构除了不具有上述实施方式1的微透镜阵列33而具有图17所示的微透镜阵列33A这点之外，与上述实施方式1的图像读取装置1的结构相同。
如图17所示，本实施方式的微透镜阵列33A包括沿着主扫描方向X排列的3列微聚光透镜34A、34A、…。这些微聚光透镜34A(以下还称为“微透镜34A”。)包括使入射光聚光到图7所示的红色线传感器31R的受光像素32r的微聚光透镜群的列、使入射光聚光到绿色线传感器31G的受光像素32g的微聚光透镜群的列、以及使入射光聚光到蓝色线传感器31B的受光像素32b的微聚光透镜群的列。
另外，各微透镜34A具有配置于棒状透镜211～21N的焦点位置的透镜面。该透镜面为对从棒状透镜阵列20入射的光束在主扫描方向X上具有正的折射力，且在副扫描方向Y上也具有正的折射力的凸状面。因而，该透镜面在主扫描方向X以及副扫描方向Y这两个方向上具有非零的曲率。作为这样的微透镜34A的具体的曲面形状，可举出具有通过各受光像素32x(受光像素32r、32g、32b中的任一个)的中心的光轴的球面透镜形状。
进而，邻接的微聚光透镜34A、34A的顶点间的主扫描方向X上的间隔(间距)Pt为恒定。另外，如图17所示，微透镜阵列33A与上述实施方式1的微透镜阵列33同样地，在Z轴方向上具有恒定的厚度Ht(即，微透镜34A的透镜面的顶点与微透镜34A的底面之间的Z轴方向上的厚度)。这样的微透镜阵列33A能够使用树脂或者石英等透镜材料来制作。
实施方式1的微透镜34的透镜面具有柱形状，所以具有能够比具有球面形状的本实施方式的透镜面容易地制作这样的优点。另一方面，关于实施方式1的微透镜34的透镜面，在主扫描方向X和副扫描方向Y上焦点距离存在区别，所以在主扫描方向X和副扫描方向Y上光路长产生差异。例如，在实施方式1的微透镜34具有Ht＝100μm的厚度和n＝1.59的折射率的情况下，主扫描方向X与副扫描方向Y之间的光路长差以如下方式计算。
100μm/n＝62.9μm
因而，在实施方式1的微透镜34中，在主扫描方向X和副扫描方向Y上焦点位置有可能会偏离62.9μm。相对于此，只要如本实施方式的微聚光透镜34A那样具有在主扫描方向X和副扫描方向Y上具有相同的正的折射力的透镜面，就能够在主扫描方向X和副扫描方向Y上使焦点位置一致。因而，在散焦时，与实施方式1的情况相比，能够生成更鲜明的读取图像。
此外，作为本实施方式的微透镜34A的优选的例子，可举出球面透镜，但未必一定需要采用球面透镜。只要为在主扫描方向X和副扫描方向Y上使焦点位置一致的透镜形状即可，也可以采用具有除了球面以外的透镜形状的光学透镜(例如，非球面透镜)。
实施方式3.
接下来，说明本发明的实施方式3。上述实施方式1为使用棒状透镜阵列20作为形成正立等倍像的成像光学系统的棒状透镜阵列方式的图像读取装置1。本实施方式不使用棒状透镜阵列20而是将多个折射透镜群用作成像光学构件群的折射透镜阵列方式的图像读取装置。本实施方式的图像读取装置的结构除了不具有棒状透镜阵列20而具有多个折射透镜群这点之外，与上述实施方式1的图像读取装置1的结构相同。
图18A是示出构成实施方式3的成像光学系统的1个成像光学构件50的例子的图。成像光学构件50包括4个折射透镜51、52、53、54。如图18A所示，从物面OP上的多个点入射的光束在中间像面IMP形成反转缩小像。成像光学构件50通过使该反转缩小像再扩大反转，从而在成像面IP上形成正立等倍像。如图18B所示，将这样的成像光学构件50排列多个，从而能够构成本实施方式的成像光学系统。
图18B的成像光学系统具有多个图18A所示的成像光学构件50，所以这些多个成像光学构件50在成像面IP上形成相互重叠的多个正立等倍像。通过这样使多个正立等倍像重叠而构成整体的图像，其原理与棒状透镜阵列20的原理相同。
因而，在本实施方式中，与上述实施方式1的情况同样地，在图18B的成像光学系统的出射面与摄像部31之间配置微透镜阵列33以及遮光图案35，所以能够缩窄各成像光学构件50的视野。因而，能够抑制摄像部31的受光量下降的同时扩大景深。另外，通过满足上式(6)或者(7)的关系式，从而能够防止邻接的微透镜34、34间的光线的干扰，所以能够实现读取图像的图像质量的提高。
此外，能够从上述说明容易地类推，只要为使正立等倍像重合的透镜阵列方式的成像光学系统，则作为结构构件，不仅可以包括折射透镜群，还可以包括反射凹面镜。在该情况下也能够得到同样的效果。
实施方式4.
接下来，说明本发明的实施方式4。在上述实施方式1的情况下，如图8A～图8C所示，遮光图案35形成于使入射到微透镜阵列33的光线群DL1、DL2、DL3中的以小于限制角度αL的入射角入射的光线群DL2透过的位置。因而，仅通过了图8A的棒状透镜21n的光线群DL2由微透镜34聚光而入射到受光像素32x的有效受光区域。另一方面，通过了与棒状透镜21n邻接的棒状透镜21n－1、21n+1的不需要的光线群DL1、DL3在由微透镜34聚光之后被遮光图案35遮光。
相对于此，图19是示出实施方式4的摄像部31K的概略结构的剖视图。本实施方式的图像读取装置的结构除了不具有实施方式1的遮光图案35以及摄像部31而具有图19的摄像部31K这点之外，与上述实施方式1的图像读取装置1的结构相同。如图19所示，摄像部31K的受光像素32xa的有效受光区域形成于仅接收入射到微透镜阵列33的光线群DL1、DL2、DL3中的以小于限制角度αL的入射角(即限制角度范围内的入射角)入射的光线群DL2的范围。因而，以比限制角度αL大的入射角(即限制角度范围外的入射角)入射到微透镜阵列33的光线群DL1、DL3不会被受光像素32xa接收。
这样，在本实施方式中，不设置实施方式1的遮光图案35，而设计成使受光像素32xa的主扫描方向X上的受光宽度变窄。因而，与上述实施方式1的情况同样地，能够抑制摄像部31K的受光量下降的同时扩大景深。
另外，与实施方式1的摄像部31相比，具有能够减小摄像部31K的尺寸这样的效果。作为摄像部31K的制造方法，典型的例子例如是如下方法：在1张半导体基板(例如，硅晶片)上利用半导体工艺形成大量的摄像部芯片，之后，使这些大量的摄像部芯片相互分离。各个摄像部芯片被用作摄像部31K。实施方式1的摄像部31的制造方法也与摄像部31K的制造方法相同。因此，如上所述，具有如下效果：如果摄像部31K的有效受光区域的受光宽度变小，摄像部31K的受光面积变小，则从1张半导体基板制造的摄像部芯片的个数增大。
另外，摄像部31K的尺寸小，所以能够减小摄像部31K整体的副扫描方向Y上的尺寸。以下，说明这一点。图20是示出本实施方式中的摄像部31K的主要结构的一个例子的概略图。如图20所示，摄像部31K在基板上具备：包括沿着主扫描方向X排列成一列的受光像素32ra、32ra、…的红色线传感器31Ra、包括沿着主扫描方向X排列成一列的受光像素32ga、32ga、…的绿色线传感器31Ga以及包括沿着主扫描方向X排列成一列的受光像素32ba、32ba、…的蓝色线传感器31B。图19所示的受光像素32xa为受光像素32ra、32ga、32ba中的任一个。
另外，在摄像部31K，在受光像素32ra、32ga、32ba与受光像素32ra、32ga、32ba之间的非受光区域形成有周边电路31A、31A。图20的周边电路31A的功能与上述实施方式1的周边电路31A(图7)的功能相同。进而，摄像部31K具备对周边电路31A的模拟输出进行处理的周边电路31P。该周边电路31P的功能与上述实施方式1的周边电路31P(图7)的功能相同。
在实施方式4中，周边电路31A形成于受光像素32ra、32ga、32ba与受光像素32ra、32ga、32ba之间的非受光区域，所以摄像部31K的副扫描方向Y上的宽度H2比上述实施方式1的摄像部31的副扫描方向Y上的宽度H1(图7)小。因而，本实施方式与上述实施方式1相比，具有摄像部31K的副扫描方向Y上的尺寸小这样的效果。
此外，本实施方式的摄像部31K具有3根线传感器31Ra、31Ga、31Ba，但并不限定于此。也可以采用1根线传感器和与其对应的周边电路来代替3根线传感器31Ra、31Ga、31Ba和与它们对应的周边电路31A、31P。
实施方式5.
接下来，说明本发明的实施方式5。图21是概略地示出实施方式5中的遮光图案35A的构造的一个例子的剖视图。本实施方式的图像读取装置的结构除了不具有上述实施方式1的遮光图案35而具有图21的遮光图案35A这点之外，与实施方式1的图像读取装置1的结构相同。
在图21中，示出了相互邻接的两个棒状透镜21n、21m(n、m为连续的整数)、包括配置于这些棒状透镜21n、21m的焦点位置FP的微透镜34n－3～34n+3、34m－3～34m+3的微透镜阵列33、包括配置于该微透镜阵列33的焦点位置的受光像素32x、…的摄像部31以及配置于该摄像部31与微透镜阵列33之间的遮光图案35A。微透镜34n－3～34n+3、34m－3～34m+3具有与上述实施方式1的微透镜34相同的结构。
在上述实施方式1中，如图9所示，遮光图案35的开口部35s的主扫描方向X上的中心配置于对应的微透镜34的光轴上。因而，遮光图案35的开口部35s与和其对应的微透镜34的光轴之间的主扫描方向X上的位置偏离量始终为零。
在本实施方式中，如图21所示，微透镜34n－3～34n+3配置于与左侧的棒状透镜21n对置的位置。从该棒状透镜21n入射到微透镜34n－3～34n+3的主光线Rn－3～Rn+3分别传播到遮光图案35A。越远离棒状透镜21n的光轴OAn，这些主光线Rn－3～Rn+3向成像面的入射角越大。因而，关于主光线Rn－3～Rn+3向遮光图案35A的到达位置，该到达位置越远离棒状透镜21n的光轴OAn，则越从微透镜34n－3～34n+3的光轴偏离。与其相匹配地，在遮光图案35A的开口部的中心与微透镜34n－3～34n+3的光轴之间形成有主扫描方向X上的位置偏离量Δn－3～Δn+3。开口部在主扫描方向X上越远离棒状透镜21n的光轴OAn，偏离量Δn－3～Δn+3越大。在此，微透镜34n的光轴与棒状透镜21n的光轴OAn一致，所以该微透镜34n的光轴与和其对应的开口部的中心之间的位置偏离量Δn为零。
同样地，微透镜34m－3～34m+3配置于与右侧的棒状透镜21m对置的位置。从该棒状透镜21m入射到微透镜34m－3～34m+3的主光线Rm－3～Rm+3分别传播到遮光图案35A。在遮光图案35A的开口部的中心与微透镜34m－3～34m+3的光轴之间形成有主扫描方向X上的位置偏离量Δm－3～Δm+3。开口部在主扫描方向X上越远离棒状透镜21m的光轴OAm，偏离量Δm－3～Δm+3越大。在此，该微透镜34m的光轴与和其对应的开口部的中心之间的位置偏离量Δm为零。
如以上说明，由于配置有遮光图案35A的开口部，所以来自存在于各受光像素32x的正上方(Z轴负方向)的棒状透镜(以下还称为“正上棒状透镜”。)的入射光线中的通过开口部的光线的比例变大。由此，在由摄像部31获取的图像中，来自正上棒状透镜的光线的贡献变大。另外，邻接的棒状透镜21n、21m间的像的重叠被抑制，进而景深变大。
另外，最好限制遮光图案35A的开口部的宽度，并且使棒状透镜21n、21m各自的视野长与棒状透镜21n、21m的排列间距相等。由此，防止棒状透镜21n、21m的视野在该棒状透镜21n、21m间重叠，在该棒状透镜21n、21m间防止像的重叠。在该情况下，当如本实施方式那样被设置成遮光图案35A的开口部的中心位置与主光线的入射位置一致时，遮光图案35A中的光线的遮蔽(shading)被抑制，能够在邻接的棒状透镜21n、21m间得到更加完全分离的读取图像。由此，能够得到棒状透镜21n、21m间的像的重叠区域所引起的景深的劣化被抑制的读取图像。
实施方式6.
接下来，说明本发明的实施方式6。图22是概略地示出作为本发明的实施方式6的图像读取装置1A的结构的主要部分的立体图。
图像读取装置1A构成为具备作为图像读取部的接触式图像传感器部10A(以下称为“CIS部10A”。)、对CIS部10A的输出信号即原始图像信号进行图像处理来生成读取图像信号的图像信号处理部70。本实施方式的CIS部10A的结构除了不具有上述实施方式1的摄像部31以及遮光图案35而具有图22的摄像部61这点之外，与实施方式1的CIS部10的结构相同。棒状透镜阵列20、传感器基板30、摄像部61以及微透镜阵列33安装于单一的框体12A内。
图像读取装置1A与上述实施方式1的情况同样地具备使CIS部10A相对于沿着主扫描方向X以及副扫描方向Y以2维状分布的读取对象物2沿着副扫描方向Y相对地移动的扫描驱动机构(未图示)。CIS部10A相对于读取对象物2沿着副扫描方向Y相对地移动，从而能够扫描读取对象物2的被读取面整体。此外，扫描驱动机构可以是使CIS部10A相对于读取对象物2沿着副扫描方向Y移动的机构、或者也可以是使读取对象物2相对于CIS部10A沿着副扫描方向Y移动的机构。
棒状透镜阵列20包括沿着主扫描方向X排列的N个棒状透镜211、212、…、21N作为N个成像光学构件。这些棒状透镜211、212、…、21N根据由读取对象物2散射的光，在该棒状透镜211～21N的焦点位置(微透镜阵列33的入射面)处形成N个正立等倍像。微透镜阵列33使从棒状透镜211～21N入射的光线聚光到摄像部61上的受光像素群。
图23是概略地示出棒状透镜阵列20、微透镜阵列33、摄像部61以及传感器基板30之间的位置关系的图。在图23的例子中，构成棒状透镜阵列20的棒状透镜21n－2、21n－1、21n、21n+1、21n+2(n为整数)沿着主扫描方向X排列。在图23中，为了便于说明，示出了以棒状透镜21n为基准而分配给棒状透镜21n+R的编号R＝－1，0，1。相对于各棒状透镜21n+R，以该棒状透镜21n+R的光轴OAn+R为中心，配置有包括13个微透镜34、…、34的透镜群。因而，在棒状透镜阵列20整体中，在N个棒状透镜211～21N的焦点位置处分别配置形成N个透镜群的微透镜34、…、34。但是，形成各透镜群的微透镜34、…、34的个数并不限定于13个。
摄像部61如图24所示在由微透镜34对光线进行聚光的位置处具有沿着主扫描方向X排列的受光像素62、…、62。这些受光像素62、…、62与实施方式1的受光像素32r、32g、32b、…同样地，能够使用CMOS图像传感器或者CCD图像传感器等固体摄像元件而构成。各受光像素62将具有与入射光量相应的强度的模拟受光信号输出到摄像部61上的周边电路。该周边电路与实施方式1的周边电路31A、31P同样地对从各受光像素62输入的模拟受光信号进行信号处理，生成数字受光信号，经由图22的传感器基板30和信号传递路(例如，缆线)输出到图像信号处理部70。如后面详述那样，图像信号处理部70能够根据包括从摄像部61输出的数字受光信号群的原始图像信号，构成表示由棒状透镜211～21N形成的N个正立等倍像的N个视野图像(数字图像)，合成这N个视野图像，生成1个读取图像。
在图24的例子中，相对于1个微透镜34，配置包括6个受光像素62、…、62的组的受光像素群。因而，与各棒状透镜21n+R对应地设置的13个微透镜34、…、34将光线聚光到包括共计78个(＝6个×13组)受光像素62、…、62的13组受光像素群。与各棒状透镜21n+R对应地设置的受光像素群能够检测由13个微透镜34、…、34形成的聚光像。此外，对1个微透镜34配置的受光像素的个数并不被特别限定。
例如，考虑以下的结构例。
·各棒状透镜21n+R的直径Φ：546μm，
·棒状透镜211～21N的排列间距Pr：546μm，
·各棒状透镜21n+R的视野半角ω：9°，
·微透镜34的主扫描方向X上的排列间距：42μm，
·微透镜34的柱形状的透镜面的曲率R：78μm，
·微透镜34的折射率n：1.59，
·微透镜34的厚度：211μm。
在该结构例中，微透镜34的排列间距(＝42μm)为棒状透镜211～21N的间距Pr的1/13的值。图24示出以与各棒状透镜21n+R的视野半角ω＝9°相同的入射角度γ入射到微透镜34的平行光线OL聚光的情形。受光像素62的主扫描方向X上的排列间距为7μm。微透镜34的焦点距离fM为fM＝R/(n－1)＝133μm。折射率n的介质中的焦点距离为n×fM＝211μm，平行光线OL当入射到微透镜34时能够在微透镜34的底面连结焦点。
图24所示的平行光线OL为从物体上的视野端的点经由棒状透镜21n+R入射到微透镜34的光线。该光线OL由微透镜34聚光而在该微透镜34的底面连结焦点。该情况下的该光线OL连结焦点的位置为从微透镜34的光轴在主扫描方向X上偏移下述的δ后的位置，是微透镜34、34间的边界位置。
δ＝fM×tanγ＝21μm。
不存在对微透镜34以超过视野半角ω的入射角入射的光线，所以入射到微透镜34的光线与入射到与该微透镜34邻接的其它微透镜34的底面上的受光像素62的光线发生干扰的情况被避免。在本实施方式中，入射到某个微透镜34的光线与入射到其它微透镜34的光线不会在摄像部61相互干扰。
如图9以及上式(2)所示，根据光线向微透镜34的入射角α，主扫描方向X上的成像位置Xa发生变化。入射角α(单位：弧度)为小的角度，所以上式(2)能够变形成以下的近似式(2a)。
Xa＝fM×α (2a)
即，成像位置Xa与入射角α呈线性关系。与1个微透镜34对应地设置有6个受光像素62、…、62，所以这6个受光像素62、…、62能够接收以－9≤α≤－6°、－6≤α≤－3°、－3≤α≤0°、0≤α≤3°、3≤α≤6°以及6≤α≤9°的范围内的入射角α分别入射的光线。
另一方面，如图25所示，用X表示在棒状透镜21n(R＝0)的焦点面IP在主扫描方向X上从该棒状透镜21n的光轴OAn偏移的位置。在光轴OAn上，X＝0。位置X由下式表示。
X＝L×tanα。
在此，如图25所示，L为棒状透镜21n的出射端与焦点面IP之间的间隔。在为上述结构例的情况下，L＝5.68mm。
图26是示出与通过了棒状透镜21n(R＝0)的主光线有关的光线向微透镜34的入射角α与聚光位置X的关系的曲线图。在该曲线图中，横轴表示位置X(单位：毫米)，纵轴表示入射角α(单位：°)。如图26的实线所示，可知位置X与入射角α大致呈线性的关系，入射角α的范围为－9°～+9°，所以位置X的范围处于－0.9mm～+0.9mm的范围内、即棒状透镜211～21N的间距Pr(＝546μm)的约3.3倍的大小的范围内(棒状透镜的约3.3根量的范围内)。
图27是示出以第n号棒状透镜21n的光轴OAn为中心而沿着主扫描方向X排列的微透镜群以及受光像素群的例子的概略图。在图27中，附图标记34n,m为分配给与第n号棒状透镜21n对应地设置的微透镜34的附图标记。对配置于光轴OAn上的微透镜34分配附图标记34n,0。在m>0的情况下，微透镜34n,m意味着从中心的微透镜34n,0向主扫描方向X的负方向侧偏移的微透镜34。在m<0的情况下，微透镜34n,m意味着从中心的微透镜34n,0向主扫描方向X的正方向侧偏移的微透镜34。附图标记34n+1,m为分配给与第n+1号棒状透镜21n+1对应地设置的微透镜34的附图标记，附图标记34n－1,m为分配给与第n－1号棒状透镜21n－1对应地设置的微透镜34的附图标记。另外，对与各微透镜34对应地设置的6个受光像素62、62、62、62、62、62分别分配s＝0，1，2，3，4，5。整数p为以棒状透镜21n的光轴OAn上的微透镜34n,0为基准(p＝0)而分配给微透镜34的编号。该编号p与编号m不同，被分配给超过棒状透镜21n、21n+1间的边界以及棒状透镜21n、21n－1间的边界的范围的微透镜34。
在上述结构例的情况下，通过了棒状透镜21n(R＝0)的光线到达的受光像素为存在于X＝－0.9mm～+0.9mm的范围内的微透镜34的正下方的6个受光像素中的任意像素(图26)。图28A～图28D是概略地示出入射到微透镜34n,0、34n,3、34n,6的光线的图。
另外，在为上述结构例的情况下，通过棒状透镜21n(R＝0)且入射到微透镜34n,0的光线为以入射角θ＝0°为中心而具有－2.75°～+2.75°的扩展角的光线。此时，如图28A概略地所示，该光线到达s＝2、3的受光像素62、62，不到达s＝0、1、4、5的受光像素。另外，通过棒状透镜21n(R＝0)且入射到微透镜34n,3的光线为以入射角1.27°为中心而具有－2.75°～+2.75°的扩展角的光线。此时，如图28B概略地所示，该光线到达s＝2、3、4的受光像素62、62、62。进而，通过棒状透镜21n(R＝0)且入射到微透镜34n,6的光线为以入射角2.54°为中心而具有－2.75°～+2.75°的扩展角的光线。此时，如图28C概略地所示，该光线的大部分到达s＝3、4的受光像素62、62，该光线的一小部分到达s＝2的受光像素62。
这样，光线向微透镜34的入射角能够成为连续的值，相对于此，微透镜34的底面上的受光面被6个受光像素62、…、62分成六份。因此，在该受光面具有被仅通过了1个棒状透镜21n的光线入射的受光像素62、以及被混有通过了邻接的多个棒状透镜21n－1、21n+1的光线入射的受光像素62。例如，图28D是在图28A中对R＝0的棒状透镜21n追加来自邻接的棒状透镜21n－1、21n+1(R＝－1，R＝+1)的光线的图。在该情况下，到达s＝3的受光像素的光线的大部分为从R＝0的棒状透镜21n到达的光线，通过R＝－1的棒状透镜21n－1的光线也稍微混入了一些。仅有通过了R＝－1的棒状透镜21n－1的光线到达s＝4的受光像素。到达s＝5的受光像素的光线的大部分为通过了R＝－1的棒状透镜21n－1的光线，但从R＝－2的棒状透镜21n－2(未图示)到达的光线也稍微混入一些。
只要从微透镜34的底面上的多个受光像素之中仅选择通过了1个棒状透镜的光线占受光的大半的受光像素62，就能够构成表示由单一的棒状透镜形成的像的数字图像。
通过了7根棒状透镜21n－3、21n－2、21n－1、21n、21n+1、21n+2、21n+3(R＝－3～+3)中的任意棒状透镜的光线有可能会到达与棒状透镜4根量的宽度相当的X＝－1.092mm～+1.092mm的范围中的受光像素群。图29是示出与通过了7根棒状透镜21n－3～21n+3(R＝－3～+3)的光线有关的光线向微透镜34的入射角α与聚光位置的关系的例子的曲线图。根据图29可知，例如，关于X＝0，具有α＝0°的主光线的光束从棒状透镜21n(R＝0)入射，具有α＝5.5°的主光线的光束从棒状透镜21n－1(R＝－1)入射，具有α＝－5.5°的主光线的光束从棒状透镜21n+1(R＝+1)入射。
在本实施方式的受光像素群的受光面，关于各棒状透镜21n，设定有仅接收通过了该各棒状透镜21n的主光线中的以限制角度范围内的入射角α入射到微透镜34n,m的光线的有效受光区域。有效受光区域针对各微透镜34n,m的每个微透镜设定。如果将α1、α2设为是光线向微透镜34n,m的入射角、且分别是决定限制角度范围的下限以及上限的临界角，则该限制角度范围能够使用临界角α1、α2，例如如下式那样表示(在此α1、α2能够取正或者负的值。)。
α1<α<α2
图30是用于说明对微透镜34n,m设定的有效受光区域的概略图。在图30的例子中，概略地示出折射透过微透镜34n,m的光线入射到受光像素群的受光面61r的情形。图30所示的临界角α1、α2都取负的值。如图30所示，在用X1、X2表示以临界角α1、α2分别入射到微透镜34n,m的光线在主扫描方向X上到达受光面61r的位置时，到达位置X1、X2在主扫描方向X上分别为－fM×tanα1以及－fM×tanα2。在此，fM为微透镜34n,m的焦点距离。在用hp表示有效受光区域的主扫描方向X上的受光宽度时，临界角α1、α2满足下面的关系式(8)。
hp＝fM×|tanα2－tanα1| (8)
在具有与棒状透镜21n的视野半角相同的入射角γ的光线入射到微透镜34n,m时，在主扫描方向X上到达受光面61r的该光线的位置为fM×tanγ。此时，下式(9)成立。
hp<2×fM×tanγ (9)
从上式(8)、(9)导出下式(10)。
|tanα2－tanα1|<2×tanγ (10)
如后所述，受光像素群针对通过各棒状透镜21n的每个主光线被分类成作为构成有效受光区域的多个受光像素62的主受光像素、和作为除了这些主受光像素以外的受光像素62的副受光像素。
图像信号处理部70具有构成表示由棒状透镜211～21N形成的N个正立等倍像的N个视野图像、合成该N个视野图像而生成读取图像的功能。图像信号处理部70针对通过各棒状透镜21n的每个主光线，从自受光像素群输出的受光信号之中选择从主受光像素输出的受光信号，但不选择从副受光像素输出的受光信号。图像信号处理部70根据该选择出的受光信号，构成与该棒状透镜21n对应的第n号视野图像。
这样，针对每个棒状透镜21n挑选主受光像素以及副受光像素，从而本实施方式能够实现与上述实施方式5实质上同样的功能。即，以与主光线向摄像部61的受光像素群的入射位置一致的方式选择主受光像素，从而能够得到棒状透镜21n、21n+1间及棒状透镜21n、21n－1间的像的重叠区域所引起的景深的劣化被抑制的读取图像。
接下来，参照图31以及图32，说明图像信号处理部70的结构。图31是概略地示出实施方式6中的图像信号处理部70的结构例的框图。图32是示出实施方式6的图像处理的步骤的一个例子的流程图。
如图31所示，图像信号处理部70构成为包括：图像构成部71，根据从摄像部61输入的原始图像信号来构成N个视野图像M1～MN；图像匹配部72，执行邻接的视野图像Mi、Mj(j＝i+1)间的图像匹配来检测视野图像Mi、Mj间的偏离量D(i，j)；图像校正部73，根据偏离量D(i，j)来推测视野图像M1～MN间的N－1个边界区域各自的转印倍率τ1～τN－1，使用转印倍率τ1～τN－1使视野图像M1～MN分别扩大或者缩小，从而校正视野图像M1～MN；以及合成图像生成部74，合成该校正后的视野图像CM1～CMN而生成合成图像，将该合成图像作为读取图像进行输出。
在此，转印倍率τi意味着视野图像Mi、Mi+1间的边界区域处的转印倍率。图像校正部73例如能够使用转印倍率τ1～τN－1分别校正视野图像M1～MN－1，能够将转印倍率τN－1用于视野图像MN的校正。或者，图像校正部73也可以使用转印倍率τn、τn+1的组，或者使用转印倍率τ1～τN－1利用插值计算转印倍率。另外，还能够根据转印倍率的插值来计算以使视野图像Mn的两端处的转印倍率相互整合的方式连续地变化的转印倍率分布，将该转印倍率分布用于视野图像的校正。由此，即使在视野图像Mn－1、Mn间的转印倍率τn－1与视野图像Mn、Mn+1间的转印倍率τn不同的情况下，也能够将精度高的转印倍率用于视野图像的校正。
参照图32，首先，图像构成部71接收与摄像部61上的所有的受光像素62、…、62的检测输出分别对应的数字受光信号的群组作为原始图像信号，将该原始图像信号存储于内部存储器(步骤ST1)。该原始图像信号是通过针对读取对象物2的被读取面的1次扫描得到的信号。
接下来，图像构成部71构成表示由棒状透镜211～21N分别形成的N个正立等倍像的N个视野图像M1～MN(步骤ST2)。具体而言，图像构成部71在构成与第n号棒状透镜21n对应的第n号视野图像Mn时，着眼于存在于与该棒状透镜21n和与其邻接的棒状透镜21n－1、21n+1对应的3×13个微透镜…、34n－1,6、34n,－6、…、34n,0、…、34n,6、34n+1,－6、…(图27)的正下方的受光像素群，从与该受光像素群的检测输出对应的数字受光信号之中选择与构成通过了棒状透镜21n的主光线的有效受光区域的主受光像素的检测输出对应的数字受光信号。在此，与不构成该主光线的有效受光区域的副受光像素的检测输出对应的数字受光信号不被选择。然后，图像构成部71根据该选择出的数字受光信号来构成视野图像Mn。
更具体而言，图像构成部71能够使用由下式(11)规定的矩阵K来构成第n号视野图像Mn。
K＝(ks，p) (11)
在此，ks,p为矩阵K的第s行p列的矩阵元素，取“0”或者“1”中的某一方的值。s为行编号，p为列编号。
下式为矩阵K的第1例。
行编号s为分配给图27所示的各受光像素62的0～5的编号。列编号p为分配给存在于棒状透镜21n－1、21n、21n+1的正下方的微透镜34n－1,－3～34n－1,6、34n,－6～34n,+6、34n+1,－6～34n+1,3的－16～+16的编号。即，p＝－6～+6被分配给存在于棒状透镜21n的正下方的微透镜34n,－6～34n,+6。p＝－16～－7被分配给存在于与棒状透镜21n邻接的棒状透镜21n－1的正下方的微透镜34n－1,－3～34n－1,6，p＝+7～+16被分配给存在于与棒状透镜21n邻接的棒状透镜21n+1的正下方的微透镜34n+1,－6～34n+1,3。矩阵元素ks,p对应于存在于第p号微透镜34的正下方的第s号受光像素62，意味着应对由与该受光像素62的检测输出对应的数字受光信号表示的像素输出值(亮度值)加权的系数。
此外，在矩阵K的第1例子中，系数“1”的矩阵元素对应于主受光像素，系数“0”的矩阵元素对应于副受光像素。例如，在p＝－2～2且s＝2、3的情况、p＝3～7且s＝3、4的情况以及p＝12、13且s＝4、5的情况下，能够分别将主受光像素的宽度hp设为与2像素量相当的14μm。另外，在p＝8～11且s＝4的情况、以及p＝14～16且s＝5的情况下，能够分别将主受光像素的宽度hp设为与1像素量相当的7μm。能够通过上式(8)求出限制角度范围。
现在，将第n号视野图像Mn的亮度分布设为Jn,p。Jn,p针对1个n包含像素编号p(－16≤p≤16)的33个值，由下式(12)提供。
在此，In,p,s表示与以第n号棒状透镜21n为中心而被附加编号的微透镜的编号p和属于该微透镜的受光像素的像素编号s对应的像素输出值。在将存在于第n号棒状透镜21n的正下方的微透镜的分配编号设为m(－6≤m≤6)，将存在于该微透镜的正下方的受光像素的像素编号设为s时，将该受光像素的输出设为Un,m,s。此时，In,p,s能够由下式(13)表示。
此外，关于Un,m,s，1个m的值对应于1个微透镜。关于In,p,s，多个{n，p}组合的值对应于1个微透镜。例如，在n＝0、p＝0时，In＝0,p＝0,s＝U0.0,s。在n＝1、p＝－13时，In＝1,p＝－13,s＝U0.0,s，在n＝－1、p＝13时，也为In＝－1,p＝13,s＝U0.0,s。即，在以第n＝0号棒状透镜为中心而按照变量p(－16≤p≤16)附加编号的情况下，1个微透镜34n,m(n＝0、m＝0)对应于{n＝0、p＝0}、{n＝1、p＝－13}、{n＝－1、p＝13}这3个组合。
因而，图像构成部71能够构成在主扫描方向X上每1条线具有33像素的像素值J－16～J16的视野图像Mn。如果将副扫描方向Y的像素数设为Py，则视野图像Mn具有33×Py像素的像素数。
此外，在上述结构例中，入射角α＝－9°～+9°的范围相当于p＝－21～+21的范围。周边的亮度值小，所以在矩阵K的第1例中，被设定成不采用－21≤p≤－17、17≤p≤21的情况下的亮度值，但并不限定于此。也可以增加矩阵K的列数。例如，也可以构成将p＝－19、－18、－17的情况下的s＝0的矩阵元素的值设为1，将p＝19、18、17的情况下的s＝5的矩阵元素的值设为1的矩阵K。
另外，在上述矩阵K的第1例中，在p＝－13、－12，－7≤p≤7，p＝12、13的情况下具有1的矩阵元素的s的个数为两个，在－11≤p≤－8、8≤p≤11的情况下具有1的矩阵元素的s的个数为1个。这是为了避免与由邻接的棒状透镜形成的图像的混合存在。也可以为了与第1例相比提高光量的平衡，使用如下矩阵作为矩阵K的第2例。
在上述步骤ST2之后，图像匹配部72执行邻接的视野图像Mi、Mj间的图像匹配，检测视野图像Mi、Mj间的偏离量D(i，j)(步骤ST3)。具体而言，图像匹配部72能够使邻接的视野图像Mi、Mj的一方的像素位置在主扫描方向X上偏移，将该邻接的视野图像Mi、Mj相互一致的偏移量作为偏离量D(i，j)进行检测。在此，“视野图像Mi、Mj相互一致的偏移量”意味着视野图像Mi、Mj间的类似度最高的偏移量。关于类似度，例如能够使用在图像匹配中被广泛使用的SSD(Sum－of－Squared Difference technique，求和差分技术)、SAD(Sum－of－AbsoluteDifference technique，绝对差分和技术)或者NCC(Normalized CorrelationCoffiecient technique，归一化相关系数技术)来计算。
接下来，图像校正部73使用预先准备的查找表，根据被检测到的偏离量D(i，j)来推测视野图像Mi与视野图像Mj的边界区域的转印倍率τi(步骤ST4)。查找表存储有与偏离量D(i，j)对应的转印倍率τi的推测值。
接下来，图像校正部73通过使用转印倍率τ1～τN－1来校正视野图像M1～MN，从而生成校正视野图像CM1～CMN(步骤ST5)。具体而言，图像校正部73通过根据转印倍率τ1～τN－1来使视野图像M1～MN分别按照该转印倍率的倒数的倍率扩大或者缩小，能够校正视野图像M1～MN。作为视野图像的扩大或者缩小的方法，例如，使用公知的双线性插值法、双立方插值法等图像扩缩技术即可。然后，合成图像生成部74合成校正视野图像CM1～CMN而生成合成图像(步骤ST6)。该合成图像作为读取图像而输出。
接下来，参照图33以及图34A～图34I，说明对上述图像处理的仿真结果。图33是示出形成于读取对象物2的表面的原稿图像的一个例子的图。在图33中，为了便于说明，示出了主扫描方向X以及副扫描方向Y。图34A～图34I是用于说明图像处理的仿真结果的图。图34A～图34C示出了最佳聚焦的情况(ΔZ＝0)的各种图像，图34D～图34F示出了散焦(ΔZ＝+0.6mm)的情况下的各种图像，图34G～图34I示出了散焦(ΔZ＝－0.6mm)的情况下的各种图像。
另外，图34A、图34D以及图34G分别为在主扫描方向X上具有3600dpi的分辨率的原始的读取图像的样本。即，这些读取图像为将由上式(13)定义的受光像素的输出Un,m,s按顺序进行排列而得到的图像。如图34A所示，在Z＝0的最佳聚焦时能够得到清晰(fine)的图像，但如图34D以及图34G所示，在ΔZ＝0.6mm或者ΔZ＝－0.6mm时，在主扫描方向X上产生模糊的图像。产生这些模糊的图像的原因在于基于3根棒状透镜的正立等倍像重叠。
另一方面，图34B、图34E以及图34H分别表示从上述结构例的3根棒状透镜21n－1、21n、21n+1(R＝－1，0，+1)得到的3个视野图像(分辨率：600dpi)。即，这些视野图像为将上述Jn,p按顺序进行排列而得到的图像。为了便于说明，黑色的线被插入到视野图像间。图34C、图34F以及图34I是示出基于没有微透镜34的棒状透镜阵列摄像系统的仿真结果的参考图。
当将图34B、图34E以及图34H所示的图像与图34C、图34F以及图34I所示的图像进行比较时，在ΔZ＝±0.6mm时，图像的鲜明度显著不同。图34E以及图34H所示的视野图像比图34F以及图34I所示的图像鲜明。其理由在于图34F以及图34I所示的图像的模糊很大程度上来源于在邻接的棒状透镜间倍率不同的图像重叠。例如，在ΔZ＝0.6mm时，从各棒状透镜得到的视野图像为以各棒状透镜的光轴为中心在主扫描方向X上被缩小的图像。虽然单体的棒状透镜也会产生图像的模糊，但与该情况相比，邻接的棒状透镜间的图像的缩小所致的图像偏离更大。同样地，在ΔZ＝－0.6mm时，从各棒状透镜得到的视野图像为以各棒状透镜的光轴为中心在主扫描方向X上被扩大的图像。
在本实施方式中，由各棒状透镜得到的视野图像以成为等倍图像的方式被变换(图32的步骤ST5)。因此，需要知晓视野图像以何种程度缩小或者扩大。此外，只要知晓距读取对象物2的原稿距离，就能够唯一地确定其转印倍率。为了知晓原稿距离，能够另外使用距离传感器，但根据如图34B、图34E以及图34H所示的每个棒状透镜的视野图像也能够计算原稿距离。
图35A和图35B示出从如图34B所示在ΔZ＝0时使邻接的图像不重叠地排列的图像切出R＝－1和R＝0的视野图像并执行图像匹配处理(步骤ST3)而得到的结果。在图35B中，向－X方向偏移ΔX0＝0.546mm。在ΔZ＝0时，转印倍率为1，所以使用通过将ΔX0除以微透镜的间距而得到的正好13像素量(＝0.546/0.042)的偏移量。
同样地，图35C和图35D示出从如图34H所示在ΔZ＝－0.6时使邻接的图像不重叠地排列的图像切出R＝－1和R＝0的视野图像并执行图像匹配处理(步骤ST3)而得到的结果。图35D示出了向－X方向偏移ΔX1的结果，但在ΔZ<0时，转印倍率表示比1大的扩大的值，所以ΔX1为比ΔX0小的值。这样，依照转印倍率而偏移量ΔX1被唯一地确定。偏离量与转印倍率之间的关系能够预先计算进而测定。因而，只要知晓偏移量ΔX1，就能够得到视野图像的转印倍率(步骤ST4)。
图像校正部73通过按照得到的转印倍率的倒数的倍率使视野图像扩缩，能够得到校正视野图像(步骤ST5)。合成图像生成部74通过对这些等倍的校正视野图像进行图像合成，能够复原出锐化的合成图像(步骤ST6)。只要对所有的视野图像执行步骤ST4～ST6的工序，则针对原稿距离在主扫描方向X上变化的被读取图像，也能够得到鲜明的合成图像。另外，只要针对副扫描方向Y也执行步骤ST4～ST6的工序，就能够得到鲜明的合成图像。例如，针对起皱的纸原稿或者装订线翘起的书本等读取对象物2，也能够得到鲜明的合成图像。
如以上说明，在实施方式6的图像读取装置1A中，图像信号处理部70在构成表示由第n号棒状透镜21n形成的正立等倍像的第n号视野图像时，不使用从与第n号棒状透镜21n对应的微透镜34n,－6、…、34n,0、…、34n,6的底面上的多个受光像素中的副受光像素输出的受光信号，而根据从主受光像素输出的受光信号来构成第n号视野图像。因此，能够得到棒状透镜21n、21n+1间及棒状透镜21n、21n－1间的正立等倍像的重叠区域所引起的景深的劣化被抑制的读取图像。
另外，图像信号处理部70能够执行邻接的视野图像间的图像匹配来检测视野图像间的偏离量(步骤ST3)，使用与该检测到的偏离量对应的转印倍率来校正视野图像(步骤ST4，ST5)。因此，图像信号处理部70能够得到极鲜明的合成图像(步骤ST6)。
此外，在本实施方式中，微透镜阵列33的微透镜34如图6所示具有在主扫描方向X上具有非零的曲率的柱形状的透镜面，但并不限定于此。也可以不使用该微透镜阵列33，而使用如图17所示包括具有在主扫描方向X以及副扫描方向Y这两个方向上具有非零的曲率的透镜面的微透镜34A的微透镜阵列33A。
另外，在本实施方式中，作为成像光学系统而使用棒状透镜阵列20，但并不限定于此。也可以不使用棒状透镜阵列20，而使用如图18A以及图18B所示具有多个折射透镜作为成像光学构件50的成像光学系统。
另外，如图22所示，光源11相对于读取对象物2配置于与棒状透镜阵列20相同的一侧。也可以将其它光源配置于读取对象物2的相反侧，以使透过读取对象物2的被读取面并被散射的光入射到棒状透镜阵列20。由此，能够如ATM所使用的纸币读取装置那样，实现生成基于透过散射光的读取图像的图像读取装置。
实施方式7.
接下来，说明本发明的实施方式7。图36是示出编入到本发明的实施方式7的图像读取装置的图像信号处理部70A的概略结构的框图。本实施方式的图像读取装置的结构除了不具备图22、图29的图像信号处理部70而具备图36的图像信号处理部70A这点之外，与上述实施方式6的图像读取装置1A的结构相同。
图36所示的图像信号处理部70A与上述实施方式1的图像信号处理部70同样地，具有图像构成部71、图像匹配部72、图像校正部73以及合成图像生成部74。本实施方式的图像信号处理部70A还具备：距离计算部75，根据由图像匹配部72推测出的邻接的棒状透镜的视野图像之间的偏移量来计算视野图像M1～MN各自的边界区域处的原稿距离(距读取对象物的距离)；以及状态判定部76，根据该计算出的原稿距离来判定读取对象物2的状态。
图37是示出实施方式7的图像处理的步骤的一个例子的流程图。参照图37，图像构成部71、图像匹配部72、图像校正部73以及合成图像生成部74执行上述步骤ST1～ST6。距离计算部75使用在上述步骤ST3中计算出的偏离量D(i，i+1)，参照预先准备的查找表，计算视野图像M1～MN各自的边界区域的原稿距离d1～dN－1(步骤ST4)。此外，偏离量D(i，i+1)与各边界区域的转印倍率τi具有一对一的关系，所以也可以根据边界区域的转印倍率τi求出原稿距离di。
查找表存储有与偏离量D(i，i+1)对应的原稿距离的推测值。这些原稿距离d1～dN－1作为距离图像而被输出。从各棒状透镜21n得到的视野图像的转印倍率与原稿距离一对一地对应，所以能够根据偏移量来计算原稿距离。
在此，距离图像的主扫描方向(X方向)的空间分辨率为棒状透镜阵列20的间距Pr，比像素的间距粗。因而，距离计算部75也可以通过执行内插插值等插值处理，从而以比棒状透镜阵列20的间距Pr细的精度生成原稿距离的2维分布(在X－Y平面的分布)作为距离图像。
接下来，状态判定部76根据在步骤ST4中得到的原稿图像来判定读取对象物2的状态(步骤ST8)。状态判定部76例如能够判定读取对象物2的胶带等突起物或瑕疵的有无、或者读取对象物2的凹凸状态的程度。或者，状态判定部76还能够将其判定结果作为读取对象物2的被读取面的检查结果进行输出。特别是，本实施方式能够进行读取对象物的表面的微小的凹凸的判别，所以能够检查在作为读取对象物的纸币是否贴有胶带。另外，能够将表示形成于纸币上的凹凸的深凹印刷的标记与其高度一起进行探测，所以对纸币的真伪判定的贡献大。
以上，参照附图，叙述了本发明的各种实施方式，但这些实施方式为本发明的例示，能够采用除了这些实施方式以外的各种方式。
另外，能够在本发明的范围内中，进行上述实施方式1～7的自由的组合、各实施方式的任意的结构构件的变形、或者各实施方式的任意的结构构件的省略。例如，能够进行上述实施方式2与实施方式3的组合、或者上述实施方式4与实施方式5的组合。
工业上的可利用性
本发明的图像读取装置能够高精度地读取形成于原稿等读取对象物的表面的图像，所以适于对例如复印机、图像扫描仪、传真设备、纸币读取装置以及表面检查装置使用。在本发明的图像读取装置应用于表面检查装置的情况下，图像读取装置能够用于探测读取对象物的表面的瑕疵、污垢、缺失、色调或者该表面上的形成物的位置的用途。

Claims (20)

1.一种图像读取装置，其特征在于，具备：
成像光学系统，包括N个成像光学构件，该N个成像光学构件沿着预先决定的主扫描方向排列，且分别根据由读取对象物散射的光来形成正立等倍像，其中，N为2以上的整数；
微透镜阵列，包括P个微聚光透镜，该P个微聚光透镜沿着所述主扫描方向配置于所述N个成像光学构件的焦点位置，其中，P为比N大的整数；以及
摄像部，包括P个受光像素或者P组受光像素群，该P个受光像素或者P组受光像素群配置于由所述微透镜阵列对光线进行聚光的位置，与所述P个微聚光透镜分别对应地设置，
各所述微聚光透镜具有使从所述成像光学系统入射的光线中的以预先决定的限制角度范围内的入射角入射的光线聚光到与以所述限制角度范围外的入射角入射的光线不同的位置的折射力，
所述P个受光像素或者所述P组受光像素群具有仅接收通过了所述N个成像光学构件的主光线中的以所述限制角度范围内的入射角入射到各所述微聚光透镜的光线的有效受光区域。
2.根据权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于，
在各所述微聚光透镜的焦点距离被表示为fM、所述有效受光区域的所述主扫描方向上的受光宽度被表示为ha、各所述成像光学构件的所述主扫描方向上的视野半角被表示为β、决定所述限制角度范围的限制角度被表示为αL时，满足以下的关系式：
αL＝Arctan[ha/(2×fM)]<β。
3.根据权利要求1或者2所述的图像读取装置，其特征在于，
所述图像读取装置还具备遮光图案，该遮光图案形成于所述微透镜阵列与所述摄像部之间，
所述遮光图案对入射到各所述微聚光透镜的光线中的以所述限制角度范围外的入射角入射且由各所述微聚光透镜聚光后的光线进行遮光。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
在各所述微聚光透镜的焦点距离被表示为fM、各所述成像光学构件的所述主扫描方向上的视野半角被表示为β、所述有效受光区域的所述主扫描方向上的受光宽度被表示为ha、各所述微聚光透镜的所述主扫描方向上的排列间距被表示为Pt时，满足以下关系式：
fM×tanβ<Pt－ha/2。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
在各所述微聚光透镜的焦点距离被表示为fM、各所述成像光学构件的所述主扫描方向上的视野半角被表示为β、所述P个微聚光透镜的所述主扫描方向上的排列间距被表示为Pt时，满足以下关系式：
fM×tanβ<Pt/2。
6.根据权利要求3所述的图像读取装置，其特征在于，
所述遮光图案具有多个开口部，该多个开口部与所述多个受光像素分别对置地形成，
所述多个开口部仅使入射到各所述微聚光透镜的光线中的以所述限制角度范围内的入射角入射的光线通过。
7.根据权利要求6所述的图像读取装置，其特征在于，
所述P个微聚光透镜分别具有在所述主扫描方向上具有曲率的柱形状的透镜面，
所述开口部形成有沿着所述透镜面的顶部延伸的狭缝。
8.根据权利要求6或者7所述的图像读取装置，其特征在于，
在各所述开口部的中心与所述P个微聚光透镜中的使光线聚光到各该开口部的微聚光透镜的光轴之间形成有所述主扫描方向上的位置偏离量，
各所述开口部越远离所述N个成像光学构件中的与各该开口部对应的成像光学构件的光轴，所述位置偏离量越大。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述P个微聚光透镜分别具有在所述主扫描方向以及与该主扫描方向正交的方向这两个方向上具有非零的曲率的透镜面。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述所述的图像读取装置，其特征在于，
所述摄像部包括信号处理电路，该信号处理电路对所述P个受光像素或者所述P组受光像素群的输出信号进行处理，
所述信号处理电路设置于除了所述有效受光区域以外的非受光区域。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述成像光学系统具有作为所述N个成像光学构件而包括N个棒状透镜的棒状透镜阵列。
12.根据权利要求1至10中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述成像光学系统具有形成所述正立等倍像的折射透镜群作为所述N个成像光学构件。
13.根据权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于，
所述图像读取装置还具备图像信号处理部，该图像信号处理部构成表示由所述N个成像光学构件形成的正立等倍像的N个视野图像，合成该N个视野图像来生成读取图像，
所述图像信号处理部包括图像构成部，该图像构成部针对通过各所述成像光学构件的每个主光线，从自所述P组受光像素群输出的受光信号之中选择从构成所述有效受光区域的多个主受光像素输出的受光信号，根据选择出的该受光信号，构成所述N个视野图像中的与各该成像光学构件对应的视野图像。
14.根据权利要求13所述的图像读取装置，其特征在于，
所述图像信号处理部包括：
图像匹配部，执行所述N个视野图像中的相互邻接的视野图像间的图像匹配，检测该邻接的视野图像间的偏离量；
图像校正部，根据检测到的该偏离量来推测所述N个视野图像各自的转印倍率，使用所述转印倍率使所述N个视野图像分别扩大或者缩小，从而校正所述N个视野图像；以及
合成图像生成部，合成校正后的该N个视野图像，生成合成图像，将所述合成图像作为所述读取图像进行输出。
15.根据权利要求14所述的图像读取装置，其特征在于，
所述图像匹配部使该邻接的视野图像的一方的像素位置在所述主扫描方向上偏移，将该邻接的视野图像相互一致的偏移量作为所述偏离量进行检测。
16.根据权利要求13至15中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，还具备：
距离计算部，根据由所述图像校正部推测出的该转印倍率来计算所述N个视野图像分别距所述读取对象物的距离；以及
状态判定部，根据计算出的该距离来判定所述读取对象物的状态。
17.根据权利要求13至16中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述P个微聚光透镜分别具有在所述主扫描方向上具有曲率的柱形状的透镜面。
18.根据权利要求13至17中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述P个微聚光透镜分别具有在所述主扫描方向以及与该主扫描方向正交的方向这两个方向上具有非零的曲率的透镜面。
19.根据权利要求13至18中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述成像光学系统具有作为各所述成像光学构件而包括棒状透镜的棒状透镜阵列。
20.根据权利要求13至19中的任意一项所述的图像读取装置，其特征在于，
所述成像光学系统具有形成所述正立等倍像的折射透镜群作为各所述成像光学构件。
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