DE112019007693T5

DE112019007693T5 - Bildleseeinrichtung

Info

Publication number: DE112019007693T5
Application number: DE112019007693.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kawano; Naoki Nakagawa; Takeshi Ono; Shigeru Takushima; Taisuke Makita; Naoyuki Tokida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2022-06-15
Also published as: JPWO2021044573A1; WO2021044573A1; US20220328540A1; US11942489B2; CN114391246A; JP7170889B2

Abstract

Eine Bildleseeinrichtung (100) umfasst eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln (10), die eingerichtet sind, reflektiertes Licht, das an einem Abbildungsobjekt (6) reflektiert wird, auf einer Referenzoberfläche (S) zu empfangen; ein erstes lichtabschirmendes Element (11), das eine Vielzahl von ersten Öffnungen (31) aufweist und zwischen der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln (10) und der Referenzoberfläche (S) angeordnet ist; ein zweites lichtabschirmendes Element (12), das eine Vielzahl von zweiten Öffnungen (32) aufweist und zwischen der Vielzahl von ersten Öffnungen (31) und der Referenzoberfläche (S) angeordnet ist; und eine Vielzahl von Kondensorlinsen (14), die zwischen der Vielzahl von zweiten Öffnungen (32) und der Referenzoberfläche (S) angeordnet sind und in einem Abstand von der Vielzahl von zweiten Öffnungen (32) angeordnet sind. Die Vielzahl von Kondensorlinsen (14), das zweite lichtabschirmende Element (12), das erste lichtabschirmende Element (11) und die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln (10) sind an Positionen angeordnet, an denen reflektiertes Licht nacheinander eine von den Kondensorlinsen (14), die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel (10) korrespondiert, eine von den zweiten Öffnungen (32), die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel (10) korrespondiert, und eine von den ersten Öffnungen (31), die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel (10) korrespondiert, passiert und in das jeweilige lichtempfangende Pixel (10) eintritt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildleseeinrichtung.
STAND DER TECHNIK
Eine vorgeschlagene Bildleseeinrichtung umfasst ein lichtabschirmendes Element, aufweisend eine Öffnung, die reflektiertes Licht, das an einem Abbildungsobjekt reflektiert wurde, passiert, und eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln (d.h. lichtempfangende Einrichtungen), in die reflektiertes Licht, das die Öffnung passiert hat, eintritt. Es wird zum Beispiel auf Patentreferenz 1 verwiesen.
STAND DER TECHNIK
PATENTREFERENZ
Patentreferenz 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2015-133658
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Die in Patentreferenz 1 beschriebene Bildleseeinrichtung hat jedoch das Problem, dass die Tiefenschärfe abnimmt, wenn die Öffnung vergrößert wird, um die von lichtempfangenden Pixeln empfangene Lichtmenge zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe, eine Bildleseeinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Tiefenschärfe zu erhöhen, während die von lichtempfangenden Pixeln empfangene Lichtmenge erhöht wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Bildleseeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in einer vorherbestimmten Anordnungsrichtung angeordnet sind und eingerichtet sind, Licht, das an einem Abbildungsobjekt reflektiert wird, zu empfangen, wobei das Abbildungsobjekt auf einer vorherbestimmten Referenzoberfläche aufgelegt ist; ein erstes lichtabschirmendes Element, das eine Vielzahl von ersten Öffnungen aufweist und zwischen der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln und der Referenzoberfläche angeordnet ist; ein zweites lichtabschirmendes Element, das eine Vielzahl von zweiten Öffnungen aufweist und zwischen der Vielzahl von ersten Öffnungen und der Referenzoberfläche angeordnet ist; und eine Vielzahl von Kondensorlinsen, die zwischen der Vielzahl von zweiten Öffnungen und der Referenzoberfläche angeordnet sind und in einem Abstand von der Vielzahl von zweiten Öffnungen angeordnet sind, wobei die Vielzahl von ersten Öffnungen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, die Vielzahl von zweiten Öffnungen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, die Vielzahl von Kondensorlinsen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, und die Vielzahl von Kondensorlinsen, das zweite lichtabschirmende Element, das erste lichtabschirmende Element und die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln an Positionen angeordnet sind, an denen das reflektierte Licht, das in jedes lichtempfangende Pixel der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln eintritt, nacheinander eine der Vielzahl von Kondensorlinsen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, eine der Vielzahl von zweiten Öffnungen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, und eine der Vielzahl von ersten Öffnungen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, passiert und in das jeweilige lichtempfangende Pixel eintritt.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Tiefenschärfe zu erhöhen und gleichzeitig die von den lichtempfangenden Pixeln empfangene Lichtmenge zu vergrößern.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Hauptkonfiguration einer Bildleseeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
2 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Bildleseeinrichtung entlang Schnittlinie A2-A2.
3 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Bildleseeinrichtung entlang Schnittlinie A3-A3.
4 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer Abbildungssensoreinheit, aufweisend eine Vielzahl von in 1 dargestellten lichtempfangenden Pixeln, zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer in 1 gezeigten optischen Beleuchtungseinheit und von der optischen Beleuchtungseinheit abgestrahltes Beleuchtungslicht schematisch darstellt.
6 ist ein Diagramm, das einen Teil der in 3 gezeigten Konfiguration und reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen und ersten Öffnungen passiert, zeigt.
7A und 7B sind Diagramme zur Beschreibung einer Bedingung, dass reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen und ersten Öffnungen, die mit lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, passiert hat, in die lichtempfangenden Pixel eintritt, in der Bildleseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Bildleseeinrichtung entlang Schnittlinie A8-A8.
9 ist ein Diagramm, das den Eintritt von reflektiertem Licht in ein lichtempfangendes Pixel in einer Bildleseeinrichtung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel schematisch darstellt.
10 ist ein Diagramm, das Gegenlicht als imaginäre Lichtbündel, die sich von einem lichtempfangenden Pixel in einer +Z-Achsenrichtung bewegen, in der Bildleseeinrichtung gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
11 ist ein Diagramm, das die Ausbreitung von in 10 dargestellten Gegenlicht zeigt.
12 ist ein Diagramm, das den Eintritt von reflektiertem Licht in ein lichtempfangendes Pixel in einer Bildleseeinrichtung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel schematisch darstellt.
13 ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von einem lichtempfangenden Pixel in der+Z-Achsenrichtung bewegt, in der Bildleseeinrichtung gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
14 ist ein Diagramm, das die Ausbreitung des in 13 dargestellten Gegenlichts zeigt.
15 ist ein Diagramm, das reflektiertes Licht, das in das lichtempfangende Pixel eintritt, in der Bildleseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
16 ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von dem lichtempfangenden Pixel in der+Z-Achsenrichtung bewegt, in der Bildleseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
17 ist ein Diagramm, das die Ausbreitung der in 16 dargestellten Gegenlichtbündel zeigt.
18 ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht von dem lichtempfangenden Pixel in der +Z-Achsenrichtung in der Bildleseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zeigt, in dem eine von der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung eine Aperturblende ist.
19 ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von einem lichtempfangenden Pixel in der +Z-Achsenrichtung bewegt, in einer Bildleseeinrichtung gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel zeigt.
20 ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von dem lichtempfangenden Pixel in der+Z-Achsenrichtung bewegt, in der Bildleseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zeigt, in dem die erste Öffnung eine Aperturblende ist.
21A ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von einem lichtempfangenden Pixel in der+Z-Achsenrichtung bewegt, in einer Bildleseeinrichtung gemäß einem vierten Vergleichsbeispiel zeigt, und 21B ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von einem lichtempfangenden Pixel in der +Z-Achsenrichtung ausweitet, in einer Bildleseeinrichtung gemäß einem fünften Vergleichsbeispiel zeigt.
22A ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von dem lichtempfangenden Pixel in der+Z-Achsenrichtung bewegt, in der Bildleseeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform bewegt, und 22B ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von einem lichtempfangenden Pixel in der +Z-Achsenrichtung bewegt, in einer Bildleseeinrichtung gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigt.
23 ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von einem lichtempfangenden Pixel in einer +Z-Achsenrichtung bewegt, in einer Bildleseeinrichtung gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigt.
24 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit der Bildleseeinrichtung gemäß der Variante der ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
25 ist ein Diagramm, das das reflektierte Licht, das in das lichtempfangende Pixel eintritt, in der in 24 dargestellten Bildleseeinrichtung schematisch darstellt.
26 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit einer Bildleseeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch darstellt.
27 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit einer Bildleseeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch darstellt.
28 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit einer Bildleseeinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform schematisch darstellt.

ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bildleseeinrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, und verschiedene Änderungen können innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
In den Figuren sind Koordinatenachsen eines orthogonalen XYZ-Koordinatensystems dargestellt, um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern. Die X-Achse ist eine Koordinatenachse, die parallel zur Hauptabtastrichtung einer Bildlesevorrichtung verläuft. Die Y-Achse ist eine Koordinatenachse, die parallel zu einer Unterabtastrichtung der Bildlesevorrichtung verläuft. Die Z-Achse ist eine Koordinatenachse, die orthogonal zu der X-Achse und der Y-Achse verläuft.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Konfiguration der Bildleseeinrichtung
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Hauptkonfiguration einer Bildleseeinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch darstellt. 2 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Bildleseeinrichtung 100 entlang Schnittlinie A2-A2. 3 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Bildleseeinrichtung 100 entlang Schnittlinie A3-A3. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, umfasst die Bildleseeinrichtung 100 eine optische Abbildungseinheit 1, eine optische Beleuchtungseinheit 2 und eine obere Glasplatte 7 als einen Dokument-Auflagetisch. Wenn Beleuchtungslicht 25 von der optischen Beleuchtungseinheit 2 auf ein Dokument 6 als ein Abbildungsobjekt, das auf die obere Glasplatte 7 aufgelegt ist, abgestrahlt wird, wird das Beleuchtungslicht 25 auf dem Dokument 6 reflektiert und dient als reflektiertes Licht. Das reflektierte Licht wird von der optischen Abbildungseinheit 1 empfangen, so dass Bildinformationen des Dokuments 6 dadurch gelesen werden. In der ersten Ausführungsform wird das Dokument 6, damit die optische Abbildungseinheit 1 zweidimensionale Bildinformationen des Dokuments 6 erwerben kann, von einem Förderer (nicht dargestellt) entlang der oberen Glasplatte 7 in einer Unterabtastrichtung (d.h. Y-Achsenrichtung) orthogonal zu einer Hauptabtastrichtung (d.h. X-Achsenrichtung) befördert. Dementsprechend kann das gesamte Dokument 6 abgetastet werden. Das Abtasten des gesamten Dokuments 6 kann durch Bewegen der optischen Abbildungseinheit 1 in der Y-Achsenrichtung durchgeführt werden, wobei das Dokument 6 ortsfest ist.
Das Dokument 6 ist ein Beispiel für ein Abbildungsobjekt, das von der optischen Abbildungseinheit 1 erfasst wird. Bei dem Dokument 6 handelt es sich beispielsweise um ein bedrucktes Material, auf dem Zeichen, Bilder oder dergleichen aufgedruckt sind. Das Dokument 6 wird auf eine vorherbestimmte Referenzoberfläche S aufgelegt. Die Referenzoberfläche S ist eine Oberfläche, auf die das Dokument 6 aufgelegt wird, das heißt die Oberfläche auf der oberen Glasplatte 7. Die obere Glasplatte 7 befindet sich zwischen dem Dokument 6 und der optischen Abbildungseinheit 1. Die obere Glasplatte 7 hat eine Dicke von zum Beispiel 1,0 mm. Die Konfiguration mit der Referenzoberfläche S, auf die das Dokument 6 aufgelegt ist, ist nicht auf die obere Glasplatte 7 beschränkt.
Die optische Abbildungseinheit 1 umfasst eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10, ein erstes lichtabschirmendes Element 11, aufweisend eine Vielzahl von ersten Öffnungen 31, ein zweites lichtabschirmendes Element 12, aufweisend eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 32, ein drittes lichtabschirmendes Element 13, aufweisend eine Vielzahl von dritten Öffnungen 33 und eine Vielzahl von Kondensorlinsen 14.
4 ist eine Draufsicht, die einen Teil der Abbildungssensoreinheit 3, umfassend die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10, zeigt. Wie in den 1 und 4 gezeigt, sind die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 in einem Abbildungssensorchip 8 enthalten. Der Abbildungssensorchip 8 ist auf einer Abbildungssensorplatine 9 angeordnet. Die Abbildungssensorplatine 9 ist eine Befestigungsplatine aus einem lichtundurchlässigen Element. Die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 sind in der X-Achsenrichtung angeordnet, die eine vorherbestimmte Anordnungsrichtung ist. Die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 umfassen eine erste Reihe 8a von lichtempfangenden Pixeln 10, die der X-Achsenrichtung angeordnet sind, und eine zweite Reihe 8b von lichtempfangenden Pixeln 10, die in der X-Achsenrichtung angeordnet sind. Die lichtempfangenden Pixel 10 empfangen auf dem Dokument 6 reflektiertes Licht. Die Größe eines lichtempfangenden Bereichs von einem einzelnen lichtempfangenden Pixel 10 beträgt beispielsweise 63 µm × 63 µm. Der Abstand p in der X-Achsenrichtung zwischen Mittelpositionen der in der X-Achsenrichtung zueinander benachbarten lichtempfangenden Pixel 10 beträgt zum Beispiel 252 µm. Der Abstand q in der Y-Achsenrichtung zwischen den Mittelpositionen der lichtempfangenden Pixel 10 beträgt zum Beispiel 252 µm. In 4 sind die Vielzahl von lichtempfangenden Pixel 10 in einem Versatzmuster angeordnet. Insbesondere wird die zweite Reihe 8b der lichtempfangenden Pixel 10 in der X-Achsenrichtung um einen Abstand p/2 von 1/2 des Abstands p von der benachbarten ersten Reihe 8a der lichtempfangenden Pixel 10 verschoben. Dementsprechend befindet sich jedes der lichtempfangenden Pixel 10 in der zweiten Reihe 8b an einer Zwischenposition in der X-Achsenrichtung zwischen den benachbarten lichtempfangenden Pixeln 10 in der ersten Reihe 8a der lichtempfangenden Pixel 10.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist das erste lichtabschirmende Element 11 zwischen der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 und der Referenzoberfläche S angeordnet. Das erste lichtabschirmende Element 11 weist die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 auf, die das auf dem Dokument 6 reflektierte Licht passiert. Ein Abschnitt des ersten lichtabschirmenden Elements 11 mit Ausnahme der ersten Öffnungen 31 ist ein erster lichtabschirmender Abschnitt 41, der reflektiertes Licht blockiert. Das zweite lichtabschirmende Element 12 ist zwischen der Vielzahl der ersten Öffnungen 31 und der Referenzoberfläche S angeordnet. Das zweite lichtabschirmende Element 12 weist die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 auf, die das auf dem Dokument 6 reflektierte Licht passiert. Ein Abschnitt des zweiten lichtabschirmenden Elements 12 mit Ausnahme der zweiten Öffnungen 32 ist ein zweiter lichtabschirmender Abschnitt 42, der reflektiertes Licht blockiert. Ein erstes lichtdurchlässiges Element 51 ist zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element 11 und dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet.
Der erste lichtabschirmende Abschnitt 41 des ersten lichtabschirmenden Elements 11 und der zweite lichtabschirmende Abschnitt 42 des zweiten lichtabschirmenden Elements 12 sind lichtabschirmende Dünnschichten, die aus Chromoxidfilmen, die auf das erste lichtdurchlässige Element 51 aufgebracht sind, gebildet sind. Das erste lichtabschirmende Element 11 ist auf einer Oberfläche 51a (in 2 dargestellt) des ersten lichtdurchlässigen Elements 51, die den lichtempfangenden Pixeln 10 zugewandt ist, ausgebildet, und das zweite lichtabschirmende Element 12 wird auf einer Oberfläche 51b (in 2 dargestellt) des ersten lichtdurchlässigen Elements 51, die der Referenzoberfläche S zugewandt ist, ausgebildet. Die ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32 sind durch Ätzen unter Verwendung eines abgeschiedenen Chromoxidfilms als ein Maskenmuster ausgebildet. Jede von den ersten Öffnungen 31 hat zum Beispiel eine quadratische Form von 48 µm × 48 µm, und jede von den zweiten Öffnungen 32 hat zum Beispiel eine quadratische Form von 76 µm × 76 µm. Die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 sind so angeordnet, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren. In der ersten Ausführungsform, in der Z-Achsenrichtung betrachtet, überlappt die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 jeweils die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10. Die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 sind so angeordnet, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 korrepondieren. In der ersten Ausführungsform, betrachtet in der Z-Achsenrichtung, überlappt die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10. Die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 sind in zwei Reihen angeordnet. Die ersten Öffnungen 31 in jeder Reihe sind in der X-Achsenrichtung angeordnet. Die zweiten Öffnungen 32 in jeder Reihe sind in der X-Achsenrichtung angeordnet. Die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 sind in einem Versatzmuster angeordnet. Die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 sind in einem Versatzmuster angeordnet.
Das erste lichtdurchlässige Element 51 ist ein Element, das Licht hindurch passieren lässt. Das erste lichtdurchlässige Element 51 ist zum Beispiel eine transparente Glasplatte. Das erste lichtdurchlässige Element 51 muss nicht vollständig transparent sein, sondern kann auch durchscheinend sein. Das erste lichtdurchlässige Element 51 hat einen Brechungsindex n von zum Beispiel 1,52. In der ersten Ausführungsform besteht das erste lichtdurchlässige Element 51 aus einer einzelnen Glasplatte. Das erste lichtdurchlässige Element 51 hat eine Dicke t₁ (in 3 dargestellt) von zum Beispiel 210 µm. Das erste lichtdurchlässige Element 51 ist in einem Abstand t₀ (in 3 dargestellt) von den lichtempfangenden Pixeln 10 in der +Z-Achsenrichtung angeordnet. Der Abstand t₀ zwischen den lichtempfangenden Pixeln 10 und dem ersten lichtdurchlässigen Element 51 beträgt beispielsweise 250 µm. Ein Teil oder ein ganzer Spalt zwischen den ersten Öffnungen 31 und den zweiten Öffnungen 32 kann ein Raum sein, in dem sich kein lichtdurchlässiges Element befindet.
In einem Fall, in dem Drahtbonden als ein Verfahren zum elektrischen Verbinden des Abbildungssensorchips 8 und der Abbildungssensorplatine 9 miteinander verwendet wird, könnte ein Draht von der Oberfläche des Abbildungssensorchips 8 an der +Z-Achsenseite in der +Z-Achsenrichtung um etwa 100 µm bis 200 µm herausragen. Da in der ersten Ausführungsform der Abstand t₀ 250 µm beträgt und damit länger ist als der Draht, behindert der aus dem Abbildungssensorchip 8 herausragende Draht das erste lichtdurchlässige Element 51 nicht. In der ersten Ausführungsform ist ein Abstandselement (nicht dargestellt) mit einer Dicke von 250 µm zwischen den lichtempfangenden Pixeln 10 und dem ersten lichtdurchlässigen Element 51 angeordnet, um dadurch den Abstand to von 250 µm genau zu erhalten.
Die Vielzahl von Kondensorlinsen 14 sind zwischen der Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 und der Referenzoberfläche S angeordnet. Die optische Achse von jeder der Kondensorlinsen 14 ist mit Bezugsziffer 40 bezeichnet. Die Kondensorlinsen 14 sind in einer Richtung der optischen Achse (d. h. der +Z-Achsenrichtung) in einem Abstand von der Vielzahl der zweiten Öffnungen 32 angeordnet. Die Kondensorlinsen 14 haben die Funktion, das auf dem Dokument 6 reflektierte Licht zu konzentrieren. Die Kondensorlinsen 14 sind zum Beispiel konvexe Linsen. Die Vielzahl von Kondensorlinsen 14 sind so angeordnet, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren. In der ersten Ausführungsform, betrachtet in der Z-Achsenrichtung, überlappen die Vielzahl von Kondensorlinsen 14 jeweils die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10. Die Vielzahl von Kondensorlinsen 14 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Kondensorlinsen 14 in jeder Reihe sind in der X-Achsenrichtung angeordnet. Die Vielzahl von Kondensorlinsen 14 sind in einem Versatzmuster angeordnet. Die in dem Versatzmuster angeordneten Kondensorlinsen 14 bilden eine Kondensorlinsenanordnung 60. In der ersten Ausführungsform ist der Durchmesser von jeder der Kondensorlinsen 14 in dem Bereich von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern festgelegt. Ein Krümmungsradius von einer Oberfläche jeder Kondensorlinse 14 beträgt zum Beispiel 0,35 mm. Die Kondensorlinsenanordnung 60 ist eine Mikrolinsenanordnung, aufweisend die Vielzahl von winzigen Kondensorlinsen 14. Die Vielzahl von Kondensorlinsen 14 überlappen jeweils die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 und überlappen auch jeweils die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32.
Das dritte lichtabschirmende Element 13 ist zwischen dem zweiten lichtabschirmende Element 12 und der Vielzahl der Kondensorlinsen 14 angeordnet. Das dritte lichtabschirmende Element 13 weist die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 auf, die auf dem Dokument 6 reflektiertes Licht passiert. Ein Abschnitt des dritten lichtabschirmenden Elements 13 mit Ausnahme der dritten Öffnungen 33 ist ein dritter lichtabschirmender Abschnitt 43, der reflektiertes Licht blockiert. Ein zweites lichtdurchlässiges Element 52 ist zwischen den zweiten Öffnungen 32 und den dritten Öffnungen 33 angeordnet.
Der dritte lichtabschirmende Abschnitt 43 (in 3 gezeigt) des dritten lichtabschirmenden Elements 13 ist eine lichtabschirmende Dünnschicht, die aus einem Chromoxidfilm gebildet ist, der auf dem zweiten lichtdurchlässigen Element 52 abgeschieden ist. Das dritte lichtabschirmende Element 13 ist auf einer Oberfläche 52b (in 2 gezeigt) des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52, die der Referenzoberfläche S zugewandt ist, ausgebildet. Die dritten Öffnungen 33 sind durch Ätzen unter Verwendung eines abgeschiedenen Chromoxidfils als ein Maskenmuster ausgebildet. In 1 ist jede der dritten Öffnungen 33 kreisförmig. Die Öffnungsfläche von jeder der dritten Öffnungen 33 ist größer als die der ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32. Das heißt, der Durchmesser Φ von jeder von den dritten Öffnungen 33 ist größer als jede Seite von den ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32. Der Durchmesser beträgt zum Beispiel 170 µm. Die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 sind so angeordnet, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren. In der ersten Ausführungsform, betrachtet in der Z-Achsenrichtung, überlappen die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10. Die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 sind in zwei Reihen angeordnet. Die dritten Öffnungen 33 in jeder Reihe sind in der X-Achsenrichtung angeordnet. Die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 sind in einem Versatzmuster angeordnet. Die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 überlappen jeweils die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 und auch jeweils die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32. Darüber hinaus überlappen die Vielzahl von dritten Öffnungen 33 jeweils die Vielzahl von Kondensorlinsen 14.
Das zweite lichtdurchlässige Element 52 ist ein Element, das Licht hindurch passieren lässt. Das zweite lichtdurchlässige Element 52 ist zum Beispiel eine transparente Glasplatte. Das zweite lichtdurchlässige Element 52 muss nicht vollständig transparent sein, sondern kann auch durchscheinend sein. Das zweite lichtdurchlässige Element 52 hat einen Brechungsindex n von zum Beispiel 1,52. Wie in 3 gezeigt, hat das zweite lichtdurchlässige Element 52 eine Dicke t₂, die größer ist als die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51. Die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 beträgt zum Beispiel 700 µm. Ein Teil oder ein ganzer Spalt zwischen den zweiten Öffnungen 32 und den dritten Öffnungen 33 kann ein Raum sein, in dem sich kein lichtdurchlässiges Element befindet.
Wie in 2 gezeigt, wird das zweite lichtdurchlässige Element 52 an dem ersten lichtdurchlässigen Element 51 befestigt durch Bonden mit zum Beispiel einem Klebstoff, so dass Mittelpositionen 93 der dritten Öffnungen 33 Mittelpositionen 91 der ersten Öffnungen 31 und Mittelpositionen 92 der zweiten Öffnungen 32 überlappen. Zur Erhöhung der Positionierungsgenauigkeit beim Ankleben des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 an dem ersten lichtdurchlässigen Element 51 können die Oberfläche 52a des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 und die Oberfläche 51b des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 Ausrichtungsmarkierungen für die Positionierung aufweisen.
5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer in 1 gezeigten optischen Beleuchtungseinheit 2 und von der optischen Beleuchtungseinheit 2 abgestrahltes Beleuchtungslicht schematisch darstellt. Wie in den 2 und 5 gezeigt, umfasst die optische Beleuchtungseinheit 2 eine Lichtquelle 20 und einen Lichtleiter 21. Die Lichtquelle 20 ist an einer Endfläche 21a des Lichtleiters 21 angeordnet. Die Lichtquelle 20 emittiert Licht 20a in das Innere des Lichtleiters 21. Die Lichtquelle 20 ist zum Beispiel eine Halbleiterlichtquelle. Die Halbleiterlichtquelle ist zum Beispiel eine lichtemittierende Diode (LED).
Wie in 5 gezeigt, bewirkt der Lichtleiter 21, dass sich von der Lichtquelle 20 emittiertes Licht 20a zu dem Dokument 6 hin bewegt. Der Lichtleiter 21 ist zum Beispiel ein zylindrisches Element aus einem lichtdurchlässigen Harzmaterial. Das von der Lichtquelle 20 emittierte Licht 20a weitet sich unter Wiederholung von interner Totalreflextion in dem Lichtleiter 21 aus. Auf einem Teil der Innenoberfläche des Lichtleiters 21 ist ein Streubereich 22 ausgebildet. Das Licht 20a wird auf dem Streubereich 22 gestreut und wird zu Streulicht. Ein Teil des Streulichts dient als Beleuchtungslicht 25, das das Dokument 6 anstrahlt.
Wie in 2 gezeigt, wird das auf das Dokument 6 abgestrahlte Beleuchtungslicht 25 auf dem Dokument 6 reflektiert und wird reflektiertes Licht. Das reflektierte Licht passiert nacheinander die Kondensorlinsen 14, die dritten Öffnungen 33, das zweite lichtdurchlässige Element 52, die zweiten Öffnungen 32, das erste lichtdurchlässige Element 51 und die ersten Öffnungen 31 in dieser Reihenfolge.
Bedingung zum Erwerben eines Bilds, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist
Es wird nun eine Bedingung zum Erwerben eines Bildes beschrieben, das durch Streulicht in der Bildleseeinrichtung 100 nicht beeinträchtigt ist. 6 ist ein Diagramm, das einen Teil der in 3 dargestellten Konfiguration und reflektiertes Licht zeigt, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31 passiert. Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Bedingung zum Erwerben eines Bildes beschrieben, das durch Streulicht, das sich in der X-Achsenrichtung bewegt, nicht beeinträchtigt ist. In 6 sind die in der X-Achsenrichtung angeordneten Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 ebenfalls mit 10a, 10b und 10c bezeichnet. In ähnlicher Weise sind die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 auch mit 31a, 31b und 31c und die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 auch mit 32a, 32b und 32c bezeichnet. In den ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32, die die lichtempfangenden Pixel 10 überlappen, sind Linien, die die Zentren der zweiten Öffnungen 32, die Zentren der ersten Öffnungen 31 und die lichtempfangenden Pixel 10 verbinden, auch als optische Achsen 40a, 40b und 40c bezeichnet.
In 6 ist reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31 passiert, als Lichtbündel L1 bis L3 dargestellt. Wie in 6 gezeigt, tritt das Lichtbündel L1 in das lichtempfangende Pixel 10a ein, nachdem dieses die zweite Öffnung 32a und die erste Öffnung 31a passiert hat. Mit anderen Worten ist das Lichtbündel L1, das in das lichtempfangende Pixel 10a eintritt, ein Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32a und die erste Öffnung 31a passiert hat, die sich auf der gleichen optischen Achse 40a befinden wie die des lichtempfangenden Pixels 10a. Das Lichtbündel L2 ist ein Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32b und die erste Öffnung 31b, die sich auf der optischen Achse 40b befinden, die sich von der optischen Achse 40a unterscheidet, passiert. Das Lichtbündel L3 ist ein Lichtbündel, das die ersten Öffnungen 31c, die sich auf der optischen Achse 40c befinden, die sich von der optischen Achse 40a unterscheidet, passiert. Das Lichtbündel L2 und das Lichtbündel L3 erreichen das lichtempfangende Pixel 10a nicht. In diesem Fall kann die optische Abbildungseinheit 1 ein Bild erhalten, das durch Streulicht, das sich in der X-Achsenrichtung bewegt, nicht beeinträchtigt ist. In der ersten Ausführungsform tritt das Lichtbündel, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die sich auf der optischen Achse der lichtempfangenden Pixel 10 befinden, passiert hat, auf dieser optischen Achse in die lichtempfangenden Pixel 10 ein. Das heißt, die lichtempfangenden Pixel 10 und die ersten Öffnungen 31 stehen in einer optischen Eins-zu-Eins-Beziehung, und die lichtempfangenden Pixel 10 und die zweiten Öffnungen 32 stehen in einer optischen Eins-zu-Eins-Beziehung.
7A und 7B sind Diagramme zur Beschreibung einer Bedingung, dass reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die mit den lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert hat, in die lichtempfangenden Pixel 10 eintritt, in der Bildleseeinrichtung 100. Wie in 7A und 7B gezeigt, ist das erste lichtdurchlässige Element 51 mit dem Brechungsindex n in dem Abstand t₀ von den lichtempfangenden Pixeln 10 angeordnet. Zwischen den lichtempfangenden Pixeln 10 und dem ersten lichtdurchlässigen Element 51 befindet sich eine Luftschicht. Falls die folgenden Bedingungen 1 und 2 erfüllt sind, tritt reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die mit lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert hat, in diese lichtempfangenden Pixel 10 ein.
(Bedingung 1)
Es gibt keine Lichtbündel, die die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, aufweisend unterschiedliche optischen Achse, passieren.
(Bedingung 2)
Lichtbündel, die die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, aufweisend die gleiche optische Achse, passiert haben, erreichen keinen anderen Abschnitt als die lichtempfangenden Pixel 10 auf dieser optischen Achse.
Die Bedingungen 1 und 2 werden unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben. Wie in 7A gezeigt, liegt Bedingung 1 vor, wenn das Lichtbündel eine Bedingung von interner Totalreflexion erfüllt. Insbesondere werden ein lichtempfangendes Pixel 10v der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 und lichtempfangenden Pixel 10u und 10w, die zu dem lichtempfangenden Pixel 10v benachbart sind, beschrieben. Falls ein Einfallswinkel θ₁ eines Lichtbündels L4, das einen Punkt P3 in einer ersten Öffnung 31v, die das lichtempfangende Pixel 10v überlappt, und einen Punkt P4 in einer zweiten Öffnung 32w, die die lichtempfangende Öffnung 32w überlappt, passiert, größer ist als ein kritischer Winkel 0_c erfüllt das in die erste Öffnung 31v eintretende Lichtbündel die Bedingung der internen Totalreflexion. Hier ist der Einfallswinkel θ₁ des Lichtbündels L4 ein Winkel, der durch eine Normale No auf das erste lichtabschirmende Element 11 und das Lichtbündel L4 gebildet ist. Der Punkt P3 ist ein Endabschnitt der ersten Öffnung 31v, der zu der ersten Öffnung 31w am nächsten liegt. Der Punkt P4 ist ein Endabschnitt der zweiten Öffnung 32w, der zu der zweiten Öffnung 32v am nächsten liegt.
Ein in 7A gezeigtes Lichtbündel L5 ist ein Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32w passiert und in eine erste Öffnung 31u eintritt. Da das Lichtbündel L4 in der ersten Öffnung 31v total reflektiert wird, wird das Lichtbündel L5, aufweisend einen größeren Einfallswinkel als den des Lichtbündels L4, in der ersten Öffnung 31u total reflektiert. Das Lichtbündel L5 passiert daher also nicht die erste Öffnung 31u.
Dabei wird eine halbe Öffnungsbreite, die 1/2 der Öffnungsbreite der ersten Öffnung 31 in der X-Achsenrichtung beträgt, als X₁ definiert, und eine halbe Öffnungsbreite, die 1/2 der Öffnungsbreite der zweiten Öffnung 32 in der X-Achsenrichtung beträgt, als X₂ definiert. Ein Abstand D₁ in der X-Achsenrichtung zwischen einem Ende der zweiten Öffnung 32w in der -X-Achsenrichtung und einem Ende der ersten Öffnung 31v in der +X-Achsenrichtung ergibt sich aus Gleichung (1): $D_{1} = p - X_{1} - X_{2}$
Wie 7A zeigt, liegt in Bezug auf den Einfallswinkel θ₁ des Lichtbündels L4 Gleichung (2) vor: $tan θ_{1} = D_{1} / t_{1} = (p - X_{1} - X_{2}) / t_{1}$
Damit das Lichtbündel L4, das unter dem Einfallswinkel θ₁ eintritt, die Bedingung der internen Totalreflexion erfüllt, ist es notwendig, dass Gleichung (3) erfüllt ist: $n \cdot sin θ_{1} > 1$
Aus Gleichung (2) und Gleichung (3) wird in Bezug auf die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51, das Bedingung 1 erfüllt, folgende Gleichung (4) abgeleitet:
$t_{1} < \sqrt{n^{2} - 1} \cdot (p - X_{1} - X_{2})$
Insbesondere, falls die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 kleiner ist als der Wert auf der rechten Seite von Gleichung (4), erfüllt das Lichtbündel L4 die Bedingung der internen Totalreflexion. In diesem Fall liegt Bedingung 1 vor.
Als Nächstes wird die Bedingung 2 unter Bezugnahme auf 7B beschrieben. Ein lichtempfangendes Pixel 10b aus der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 und lichtempfangende Pixel 10a und 10c, die in der X-Achsenrichtung zu beiden Seiten des lichtempfangenden Pixels 10b benachbart sind, werden als ein Beispiel beschrieben. Bedingung 2 liegt vor, falls ein Lichtbündel L6, das einen Punkt P5 in der zweiten Öffnung 32b, der das lichtempfangende Pixel 10b überlappt, und einen Punkt P6 in der ersten Öffnung 31b, der das lichtempfangende Pixel 10b überlappt, passiert, einen Bereich zwischen dem lichtempfangenden Pixel 10a und dem lichtempfangenden Pixel 10c erreicht und in keines von den lichtempfangenden Pixeln 10a und den lichtempfangenden Pixeln 10c eintritt. Der Bereich zwischen dem lichtempfangenden Pixel 10a und dem lichtempfangenden Pixel 10c ist ein Bereich, der zwischen dem rechten Ende des lichtempfangenden Pixels 10a und dem linken Ende des lichtempfangenden Pixels 10c liegt, wie in 7B gezeigt.
Das in 7B gezeigte Lichtbündel L6 ist ein Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32b und die erste Öffnung 31b, die die zweite Öffnung 32b überlappt, passiert. In 7B passiert das Lichtbündel L6 einen Endabschnitt der zweiten Öffnung 32b, der zu der zweiten Öffnung 32c am nächsten ist, und passiert dann einen Endabschnitt der ersten Öffnung 31b, der zu der ersten Öffnung 31a am nächsten ist. Das Lichtbündel L6, das die erste Öffnung 31b passiert hat, erreicht einen Punkt Q₀. Hier stellt der Punkt Q₀ einen Punkt dar, der sich zwischen dem lichtempfangenden Pixel 10a und dem lichtempfangenden Pixel 10c befindet und den das Lichtbündel L6 erreicht. In 7B ist der Punkt Q₀ ein Punkt, der in der - X-Achsenrichtung von dem lichtempfangenden Pixel 10b am weitesten entfernt ist, das heißt ein Punkt, der zu dem lichtempfangenden Pixel 10a am nächsten liegt. In einem Fall, in dem das Lichtbündel L6 einen Abschnitt des lichtempfangende Pixels 10a erreicht, der näher an dem lichtempfangenden Pixel 10b liegt als der Endabschnitt des lichtempfangende Pixels 10a, der zu dem lichtempfangende Pixel 10b am nächsten liegt, erreicht das Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32b und die erste Öffnung 31b passiert hat, keine lichtempfangenden Pixel (zum Beispiel die lichtempfangende Pixel 10a und 10c)) mit Ausnahme des lichtempfangenden Pixels 10b.
Unter der Annahme, dass ein Emissionswinkel des Lichtbündels L6 α1 und ein Einfallswinkel des Lichtbündels L6 α₂ ist, ergibt sich der Einfallswinkel α2 aus Gleichung (5): $tan α_{2} = (X_{1} + X_{2}) / t_{1}$
Nach dem Snell'schen Gesetz wird eine Beziehung zwischen dem Emissionswinkel α₁ und dem Einfallswinkel α₂ durch Gleichung (6) ausgedrückt: $n \cdot sin α_{2} = sin α_{1}$
Der Abstand D₂ von der optischen Achse 40b zu dem Punkt Q₀ ergibt sich aus Gleichung (7): $D_{2} = X_{1} + t_{0} \cdot tan α_{1}$
Unter der Annahme, dass hier eine halbe Breite des lichtempfangenden Pixels 10b, die 1/2 der Breite des lichtempfangenden Pixels 10b in der X-Achsenrichtung X₀ ist, wird eine Bedingung, dass der Punkt Q₀ näher an dem lichtempfangenden Pixel 10b liegt als ein Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10a in der +X-Achsenrichtung, durch Gleichung (8) ausgedrückt: $p - X_{0} > X_{1} + t_{0} \cdot tan α_{1}$
Aus Gleichung (5) bis Gleichung (8) wird in Bezug auf die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51, das Bedingung 2 erfüllt, folgende Gleichung (9) abgeleitet:
$t_{1} > (X_{1} + X_{2}) \cdot \sqrt{n^{2} - 1 + \frac{n^{2} \cdot t_{0}^{2}}{{(p - X_{1} - X_{0})}^{2}}}$
Das heißt, falls die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 größer ist als ein Wert auf der rechten Seite von Gleichung (9), liegt oben beschriebene Bedingung 2 vor.
In einem Beispiel der ersten Ausführungsform sind X₀ = 31,5 µm, X₁ = 24 µm, X2 = 38 µm, n = 1,52, t₀ = 250 µm und p = 252 µm. Setzt man diese Werte in Gleichung (4) und Gleichung (9) ein, so beträgt die rechte Seite von Gleichung (4) 217,5 µm und die rechte Seite von Gleichung (9) 139 µm. Da in diesem Beispiel die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 210 µm beträgt, sind Gleichung (4), die die Obergrenze der Dicke t₁ definiert, und Gleichung (9), die die Untergrenze der Dicke t₁ definiert, erfüllt. Dementsprechend tritt reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die mit den lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert hat, in die lichtempfangenden Pixel 10 ein, so dass ein Bild, das durch Streulich nicht beeinträchtigt ist, erworben wird.
Als nächstes werden weitere Vorteile beschrieben, die durch das Vorhandensein der ersten und zweiten lichtabschirmenden Elemente 11 und 12 in der Bildleseeinrichtung 100 erzielt werden. Wie in 7A gezeigt, wird das Lichtbündel L4, das die zweite Öffnung 32w passiert hat, in der ersten Öffnung 31v total reflektiert und erreicht somit nicht das lichtempfangende Pixel 10v. Das Lichtbündel L5 wird auch in der ersten Öffnung 31u total reflektiert und erreicht somit nicht das lichtempfangende Pixel 10u. Außerdem wird, wie in 7B gezeigt, ein Lichtbündel L7, das die zweite Öffnung 32c passiert hat, durch den ersten lichtabschirmenden Abschnitt 41 des ersten lichtabschirmenden Elements 11 blockiert. Selbst wenn ein Teil des Lichtbündels L7 an dem ersten lichtabschirmenden Element 11 reflektiert wird und sich in der +Z-Achsenrichtung als ein Lichtbündel L20 bewegt, wird das Lichtbündel L20 durch den zweiten lichtabschirmenden Abschnitt 42 des zweiten lichtabschirmenden Elements 12 blockiert.
Als eine Bildleseeinrichtung wird hier zum Vergleich eine Konfiguration berücksichtigt, bei der ein lichtabsorbierendes Element mit einem in der +Z-Achsenrichtung verlängerten Durchgangsloch zwischen einem lichtempfangenden Pixel und einer Referenzoberfläche anstelle der in den 7A und 7B gezeigten ersten und zweiten lichtabschirmenden Elemente 11 und 12 und des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 angeordnet ist. Bei dieser Konfiguration erreicht ein Lichtbündel, das sich parallel zur Achse des Durchgangslochs bewegt, das lichtempfangende Pixel nach Passieren des Durchgangslochs. Die Innenoberfläche des Durchgangslochs funktioniert als eine lichtabschirmende Wand, die ein Lichtbündel mit einem Kippwinkel in Bezug auf die Achse blockiert. Ein Teil des Lichtbündels, der in das Durchgangsloch eingetreten ist, kann jedoch an der lichtabschirmenden Wand gestreut werden. Falls in diesem Fall das gestreute Lichtbündel in ein lichtempfangendes Pixel eintritt, das mit dem Durchgangsloch nicht korrespondiert, werden die von dem lichtempfangenden Pixel erworbenen Bildinformationen durch Streulicht beeinträchtigt. Andererseits kann in der ersten Ausführungsform, da das Lichtbündel, das die zweiten Öffnungen 32 passiert hat, in den ersten Öffnungen 31 total reflektiert oder durch die ersten und zweiten lichtabschirmenden Elemente 11 und 12, wie in den 7A und 7B gezeigt, blockiert wird, ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Bildleseeinrichtung ein lichtabsorbierendes Element enthält, erworben werden.
Anschließend erfolgt eine Beschreibung einer Bedingung, mit der verhindert wird, dass ein Lichtbündel, das die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31 an Stellen passiert hat, die die lichtempfangende Pixel 10 in einer von zwei Reihen der lichtempfangende Pixel 10 überlappen, in die lichtempfangende Pixel 10 in der anderen Reihe der Bildleseeinrichtung 100 eintritt. 8 ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Bildleseeinrichtung 100 entlang Schnittlinie A8-A8. Konkret ist 8 ist eine Schnittansicht einer Ebene, die den Punkt P1 und den Punkt P2, gezeigt in 1, umfasst. In der folgenden Beschreibung werden die in der ersten Reihe 8a (gezeigt in 4) angeordneten lichtempfangenden Pixel 10 auch als ein lichtempfangendes Pixel 10a bezeichnet, und die in der zweiten Reihe 8b (gezeigt in 4) angeordneten lichtempfangenden Pixel 10 auch als ein lichtempfangendes Pixel 10e bezeichnet. Die ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32, die das lichtempfangende Pixel 10a überlappen, werden ebenfalls mit 31a und 32a bezeichnet, und die ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32, die das lichtempfangende Pixel 10e überlappen, werden ebenfalls mit 31e und 32e bezeichnet. Die Kondensorlinse 14, die die zweite Öffnung 32a überdeckt, wird ebenfalls mit 14a bezeichnet, und die Kondensorlinse 14, die die zweite Öffnung 32e überlappt, wird ebenfalls mit 14e bezeichnet. Die optische Achse der Kondensorlinse 14a wird mit 40a bezeichnet, und die optische Achse der Kondensorlinse 14e wird mit 40e bezeichnet.
Als nächstes wird eine Bedingung beschrieben, die verhindert, dass ein Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32e und die erste Öffnung 31e passiert hat, in das lichtempfangende Pixel 10a eintritt. In dieser Beschreibung wird, wie in 8 gezeigt, ein Gegenlichtbündel L8 genutzt, das ein imaginäres Lichtbündel ist, das sich von dem lichtempfangenden Pixel 10a zu der ersten Öffnung 31e hin bewegt. Das Gegenlichtbündel L8 ist ein Lichtbündel, das von einem Punkt R1 zu einem Punkt R2 passiert und einen Punkt R3 erreicht. Der Punkt R1 ist ein Ende des lichtempfangenden Pixels 10a, das zu dem lichtempfangenden Pixel 10e am nächsten liegt. Der Punkt R2 ist ein Ende der ersten Öffnung 31e, das zu der ersten Öffnung 31a am nächsten liegt. Der Punkt R3 ist ein Punkt, der sich an einer Außenseite eines Endabschnitts der zweiten Öffnung 32e befindet, der am weitesten von der zweiten Öffnung 32a entfernt ist. Falls das Gegenlichtbündel L8 den ersten lichtabschirmenden Abschnitt 41 oder den zweiten lichtabschirmenden Abschnitt 42 erreicht, tritt ein Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32e und die erste Öffnung 31e passiert hat, nicht in das lichtempfangende Pixel 10a ein. In 8 wird als ein Beispiel ein Fall beschrieben, in dem das Gegenlichtbündel L8 den zweiten lichtabschirmenden Abschnitt 42 erreicht.
In 8 wird ein Abstand zwischen dem Punkt R3 und der optischen Achse 40e mit D₃ bezeichnet, und eine Länge von 1/2 einer diagonalen Länge der quadratischen zweiten Öffnung 32e wird mit X₂₀ bezeichnet. Wenn der Abstand D₃ größer ist als die Länge X₂₀, erreicht das Gegenlichtbündel L8 den zweiten lichtabschirmenden Abschnitt 42. Dementsprechend tritt das Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32e und die erste Öffnung 31e passiert hat, nicht in das lichtempfangende Pixel 10a ein. Selbst in einem Fall, in dem der Abstand D₃ kleiner ist als die Länge X₂₀ und das Gegenlichtbündel L8 die zweite Öffnung 32e passiert, erreicht das Gegenlichtbündel L8 den dritten lichtabschirmenden Abschnitt 43 des dritten lichtabschirmenden Elements 13, falls der in 4 gezeigte Abstand q groß ist. Somit tritt das Lichtbündel, das die zweite Öffnung 32e und die erste Öffnung 31e passiert hat, nicht in das lichtempfangende Pixel 10a ein, selbst in dem Fall, in dem der Abstand D₃ kleiner ist als die Länge X₂₀, da der Abstand q groß ist und die Bildleseeinrichtung 100 das dritte lichtabschirmende Element 13 umfasst.
Bild-Wiederherstellung
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Wiederherstellung eines Bildes des Dokuments 6 durch die optische Abbildungseinheit 1 auf Grundlage von Bildinformationen beschrieben, die von den lichtempfangenden Pixeln 10 erworben wurden. In der ersten Ausführungsform sind die Mittelpositionen der lichtempfangenden Pixel 10 in der ersten Reihe 8a und die Mittelpositionen der lichtempfangenden Pixel 10 in der zweiten Reihe 8b in der Y-Achsenrichtung um einen Abstand q gegeneinander verschoben, da die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 10 in einem Versatzmuster angeordnet sind, wie in 4 dargestellt. Daher ist es notwendig, das Bild zu einem Bild ohne eine Positionsverschiebung selbst in einem Fall wiederherzustellen, in dem das Dokument 6 in der Y-Achsenrichtung abgetastet wird. Insbesondere reicht es aus, einen Prozess des Verschiebens von Bildinformationen um die Anzahl von Pixeln, die mit dem Abstand q in der Y-Achsenrichtung korrespondieren, durchzuführen, nachdem eine Bildverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) Bildinformationen von den lichtempfangenden Pixeln 10 in der ersten Reihe 8a und Bildinformationen von den lichtempfangenden Pixeln 10 in der zweiten Reihe 8b erworben hat. In 4 sind die lichtempfangenden Pixel 10 in der zweiten Reihe 8b gegenüber den lichtempfangenden Pixeln 10 in der ersten Reihe 8a in der X-Achsenrichtung um einen Abstand p/2 verschoben, der 1/2 des Abstands p beträgt. Die Bildverarbeitungsschaltung erwirbt Ausgaben von den lichtempfangenden Pixeln 10 in Zeitintervallen, in denen das Dokument 6 in der Y-Achsenrichtung um einen Abstand p/2 befördert wird. In der ersten Ausführungsform ist eine Auflösung in der X-Achsenrichtung gleich einer Auflösung in der Y-Achsenrichtung. Der Abstand q, der den Betrag der Positionsverschiebung der Bildinformationen angibt, ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches des Abstands p/2, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Bildverarbeitungsschaltung kann einen Luminanzwert an einer Sub-Pixel-Position unter Verwendung eines Pixel-Interpolationsprozesses ermitteln, um Bildinformationen unter Verwendung des ermittelten Luminanzwerts zu synthetisieren. Die Bildverarbeitungsschaltung kann die erworbenen Bildinformationen durch Verschieben eines Zeitpunkts, zu dem die lichtempfangenden Pixel 10 in der ersten Reihe 8a Bildinformationen erwerben, und eines Zeitpunkts, zu dem die lichtempfangenden Pixel 10 in der zweiten Reihe 8b Bildinformationen erwerben, die gegeneinander verschoben sind, synthetisieren.
Erhöhung von Tiefenschärfe
Im Vergleich zu dem ersten und zweiten Vergleichsbeispiel wird nun eine Konfiguration beschrieben, bei der die Tiefenschärfe der Bildleseeinrichtung 100 erhöht wird. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Beispiel für eine Konfiguration, bei der die Tiefenschärfe erhöht wird, um ein Bild mit einer Auflösung von 200 dpi (d. h., Abstand p = 252 µm) zu erwerben.
9 ist ein Diagramm, das reflektiertes Licht, das in das lichtempfangende Pixel 10b eintritt, in einer Bildleseeinrichtung 100a gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel schematisch darstellt. Wie in 9 gezeigt, unterscheidet sich die Bildleseeinrichtung 100a des ersten Vergleichsbeispiels von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform (dargestellt in 15, die später beschrieben wird) dadurch, dass diese keines von dem dritten lichtabschirmenden Element 13, den Kondensorlinsen 14 und dem zweiten lichtdurchlässigen Element 52 in der ersten Ausführungsform umfasst. Die Lichtbündel L11 bis L14 sind stellvertretend für die Lichtbündel dargestellt, die in das lichtempfangende Pixel 10b eintreten. In der folgenden Beschreibung wird eine Gruppe von einer Vielzahl von Lichtbündeln als ein Lichtfluss bezeichnet. Das Lichtbündel L11 ist ein Lichtbündel, das in einen Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der X-Achsenrichtung eintritt, und das Lichtbündel L12 ist ein Lichtbündel, das in den anderen Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der X-Achsenrichtung eintritt. Das Lichtbündel L13 ist ein Lichtbündel, das in einen Abschnitt nahe dem Zentrum des lichtempfangenden Pixels 10b eintritt, und das Lichtbündel L14 ist ein weiteres Lichtbündel, das in einen Abschnitt nahe des Zentrums des lichtempfangenden Pixels 10b eintritt. Der Abstand zwischen den Lichtbündeln L11 und L12 in der X-Achsenrichtung und der Abstand zwischen den Lichtbündeln L13 und L14 in der X-Achsenrichtung nehmen jeweils zu, wenn der Abstand zu der zweiten Öffnung 32b in der +Z-Achsenrichtung zunimmt.
10 ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel 61b bis 63b, die sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegen, in der Bildleseeinrichtung 100a gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt. Die Gegenlichtbündel 61b bis 63b sind Gegenlichtbündel, die sich in der +Z-Achsenrichtung von einer Objektoberfläche bewegen, die eine lichtempfangende Oberfläche des lichtempfangenden Pixels 10b ist. Das Gegenlichtbündel 61b ist ein Gegenlichtbündel, das sich in der +Z-Achsenrichtung von einem Punkt, der eine Objekthöhe h = 0 ist, auf der Objektoberfläche bewegt. Das Gegenlichtbündel 62b ist ein Gegenlichtbündel, das sich in der +Z-Achsenrichtung von einem Punkt, der eine Objekthöhe h = X0/2 ist, auf der Objektoberfläche bewegt. Das Gegenlicht 63b ist ein Gegenlichtbündel, das sich in der +Z-Achsenrichtung von einem Punkt, der eine Objekthöhe h = X₀ ist, auf der Objektoberfläche bewegt. In 10 und den später beschriebenen 13, 16 und 20 wird das erste lichtdurchlässige Element 51, aufweisend den Brechungsindex n und die Dicke t₁, durch ein erstes lichtdurchlässiges Element 51 mit einem Brechungsindex 1 und einer Dicke t₁/n ersetzt.
11 ist ein Diagramm, das die Ausbreitung der in 10 dargestellten Gegenlichtbündel 61b bis 63b zeigt. In 11 ist die in 10 gezeigte optische Abbildungseinheit 101a verkleinert, um die Streuung der Gegenlichtbündel 61b bis 63b zu betonen. In 11 sind Ziele 71 bis 73 in einem Abstand (zum Beispiel 2 mm) von der optischen Abbildungseinheit 101a in der +Z-Achsenrichtung angeordnet. In einem Fall, in dem alle Gegenlichtbündel die Ziele 71 bis 73 passieren, wird eine ausreichend große Tiefenschärfe erhalten. Hier wird in dem Fall des Erwerbens eines Bildes mit einer Auflösung von 200 dpi, als eine Richtlinie, wenn ein Lichtbündel aus einem Bereich von zwei Pixeln oder weniger auf einem Dokument ein lichtempfangendes Pixel in der optischen Abbildungseinheit erreicht, eine Auflösung von 200 dpi erhalten. Der Grund, warum selbst mit Streuung von zwei Pixeln eine ausreichende Auflösung erzielt wird, ist, dass ein Lichtfluss auf der optischen Achse das lichtempfangende Pixel mit einem minimalen Verlust erreicht und der Anteil des Lichtflusses, der von Sichtfeldenden der zwei Pixel auf dem Dokument kommt und das lichtempfangende Pixel erreicht, gering ist. In 11 entspricht jede Breite der Ziele 71 bis 73 in der X-Achsenrichtung einer Größe von zwei Pixeln. Da in dem Beispiel der ersten Ausführungsform der Abstand p in der X-Achsenrichtung zwischen in der X-Achsenrichtung zueinander benachbarten lichtempfangenden Pixeln 10 252 µm beträgt, beträgt die Breite der Ziele 71 bis 73 in der X-Achsenrichtung 252 µm.
In 11 ist eine Position, an der Streuung des Lichtflusses der Gegenlichtbündel 61b bis 63b zwei Pixeln auf dem Dokument 6 (in 1 dargestellt) entspricht, mit 70 bezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird in jeder von den Bildleseeinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Vergleichsbeispiel und der ersten Ausführungsform ein Abstand von der optischen Abbildungseinheit zu der Position 70 mit L_z bezeichnet. In der Bildleseeinrichtung muss der Dokument-Auflagetisch auf der Seite der +Z-Achse der optischen Abbildungseinheit angeordnet sein. Wie bei der ersten Ausführungsform ist die optische Beleuchtungseinheit in einigen Fällen zwischen der optischen Abbildungseinheit und dem Dokument-Auflagetisch angeordnet. Die Tiefenschärfe, die zum Erwerben eines Bildes mit einer Auflösung von 200 dpi notwendig ist, wird also durch einen Abstand von dem Dokument-Auflagetisch (die obere Glasplatte 7 in 9) zu der Position 70 dargestellt. In der folgenden Beschreibung wird die Tiefenschärfe der Bildleseeinrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Vergleichsbeispiel und der ersten Ausführungsform mit DOF bezeichnet.
Wie in den 10 und 11 gezeigt, breiten sich in dem ersten Vergleichsbeispiel die Gegenlichtbündel 61b bis 63b auch nach dem Passieren der zweiten Öffnung 32b kontinuierlich in der X-Achsenrichtung aus, so dass sich somit die Position 70 nahe an der optischen Abbildungseinheit 101a befindet und der Abstand L_z gering ist. In dem ersten Vergleichsbeispiel beträgt der Abstand L_z zum Beispiel etwa 0,5 mm. Falls also, wie in 9 gezeigt, die obere Glasplatte 7, aufweisend im Wesentlichen die gleiche Dicke wie der Abstand L_z, zwischen der zweiten Öffnung 32b und der Referenzoberfläche S angeordnet ist, kann die Tiefenschärfe DOF in dem ersten Vergleichsbeispiel nicht ausreichend groß sein. In dem ersten Vergleichsbeispiel ist es schwierig, die optische Beleuchtungseinheit 2 zwischen der optischen Abbildungseinheit 101a und der oberen Glasplatte 7 anzuordnen.
12 ist ein Diagramm, das den Eintritt von reflektiertem Licht in das lichtempfangende Pixel 10b in einer Bildleseeinrichtung 100b gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel schematisch darstellt. Das zweite Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform (dargestellt in 15, die später beschrieben wird) dadurch, dass in der ersten Ausführungsform weder das dritte lichtabschirmende Element 13 noch das zweite lichtdurchlässige Element 52 enthalten ist. Das zweite Vergleichsbeispiel unterscheidet sich auch von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Kondensorlinsen 14 auf dem zweiten lichtabschirmenden Element 12.
13 ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel 61b bis 63b, die sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegen, in der Bildleseeinrichtung 100b gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt. In dem zweiten Vergleichsbeispiel wird eine Brennweite der Kondensorlinse 14b so eingestellt, dass ein Punkt auf dem lichtempfangenden Pixel 10b auf das Ziel 73 in den Zielen 71 bis 73 fokussiert wird, die in der +Z-Achsenrichtung am weitesten von der optischen Abbildungseinheit 101b entfernt sind. Hier wird der Abstand von dem lichtempfangenden Pixel 10b zu der Kondensorlinse 14b durch t₀ + t₁/n ausgedrückt.
Falls zum Beispiel in dem zweiten Vergleichsbeispiel t₀ = 0,25 mm, t₁ = 0,21 mm und n = 1,52 beträgt, beträgt der Abstand von dem lichtempfangenden Pixel 10b zu der Kondensorlinse 14b 0,39 mm. In einem Fall, in dem die Ziele 71 bis 73 in einem Abstand von 2,0 mm von der optischen Abbildungseinheit 101b angeordnet sind, beträgt der Abstand von der optischen Abbildungseinheit 101b zu dem Ziel 73 6,0 mm. Somit ist der Abstand von dem lichtempfangenden Pixel 10b zu der Kondensorlinse 14b wesentlich geringer als der Abstand von der optischen Abbildungseinheit 101b zu dem Ziel 73. Die Brennweite der Kondensorlinse 14b beträgt also etwa 0,39 mm. Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich, wie in 13 dargestellt, Gegenlichtbündel, die den Lichtfluss des Gegenlichtbündels 61b bilden, der die Kondensorlinse 14b passiert hat, parallel zueinander. Gegenlichtbündel, die den Lichtfluss des Gegenlichtbündels 62b bilden, bewegen sich nach Passieren der Kondensorlinse 14b ebenfalls parallel, und Gegenlichtbündel, die den Lichtfluss des Gegenlichts 63b bilden, bewegen sich nach Passieren der Kondensorlinse 14b ebenfalls parallel. Der Ausdruck „parallel bewegen“ schließt hier „im Wesentlichen parallel bewegen“ ein.
14 ist ein Diagramm, das Ausbreitung der in 13 dargestellten Gegenlichtbündel 61b bis 63b zeigt. In 14 ist die in 13 dargestellte optische Abbildungseinheit 101b verkleinert, um die Ausbreitung der Gegenlichter 61b bis 63b zu betonen. Wie in den 13 und 14 gezeigt, werden in dem zweiten Vergleichsbeispiel der Lichtfluss des Gegenlichtbündels 61b, der Lichtfluss des Gegenlichtbündels 62b und der Lichtfluss des Gegenlichts 63b durch die Kondensorlinse 14b fokussiert. Dementsprechend bewegt sich die Position 70 in der +Z-Achsenrichtung weg, und der Abstand L_z ist größer als der in dem ersten Vergleichsbeispiel. In dem zweiten Vergleichsbeispiel beträgt der Abstand L_z zum Beispiel etwa 1,0 mm. Wie in 12 gezeigt, ist jedoch auch im zweiten Vergleichsbeispiel die Tiefenschärfe DOF nicht ausreichend groß, falls die obere Glasplatte 7 und die optische Beleuchtungseinheit 2 zwischen den Kondensorlinsen 14 und der Referenzoberfläche S angeordnet sind.
15 ist ein Diagramm, das reflektiertes Licht, das in das lichtempfangende Pixel 10b eintritt, in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in 15 gezeigt, sind in der Bildleseeinrichtung 100 die Kondensorlinsen 14 in der +Z-Achsenrichtung in einem Abstand von dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet. Insbesondere sind die Kondensorlinsen 14 in einem ausreichenden Abstand von dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet, wobei das zweite lichtdurchlässige Element 52 und das dritte lichtabschirmende Element 13 dazwischen liegen.
16 ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel 61b bis 63b, die sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegen, in der Bildleseeinrichtung 100a gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt. In 16 und 20, die später beschrieben werden, wird das zweite lichtdurchlässige Element 52 mit dem Brechungsindex n und der Dicke t₂ durch ein zweites lichtdurchlässiges Element 52 mit einem Brechungsindex 1 und einer Dicke t_2/n ersetzt, um die Beschreibung zu erleichtern. Wie in 16 dargestellt, ist die Kondensorlinse 14 im Abstand t_2/n von dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet.
17 ist ein Diagramm, das die Ausbreitung der in 16 dargestellten Gegenlichtbündel 61b bis 63b zeigt. In 17 ist die in 16 dargestellte optische Abbildungseinheit 1 verkleinert, um die Ausbreitung der Gegenlichter 61b bis 63b zu betonen. In der Bildleseeinrichtung 100 wird die Brennweite der Kondensorlinse 14b so eingestellt, dass ein Punkt auf dem lichtempfangenden Pixel 10b an einem Punkt fokussiert wird, der zwischen dem Ziel 71 und dem Ziel 72 liegt (zum Beispiel ein Punkt in einem Abstand von 3,0 mm von der optischen Abbildungseinheit 1 in der +Z-Achsenrichtung). Wie in den 16 und 17 gezeigt, sind Hauptlichtbündel der Lichtflüsse der Gegenlichtbündel 61b bis 63b, die die Kondensorlinse 14b passiert haben, in der +Z-Achsenrichtung im Wesentlichen parallel. Hier sind die Hauptlichtbündel Lichtbündel, die das Zentrum des Lichtfluss passieren. Darüber hinaus ist, wie in 17 gezeigt, in der Bildleseeinrichtung 100 der Abstand L_z in der ersten Ausführungsform größer als der Abstand L_z in dem zweiten Vergleichsbeispiel, da die Position 70 in der +Z-Achsenrichtung weiter entfernt ist als die Position 70 in dem zweiten Vergleichsbeispiel. In der Bildleseeinrichtung 100 beträgt der Abstand L_z beispielsweise etwa 3,5 mm. Dementsprechend kann in der Bildleseeinrichtung 100 eine ausreichend große Tiefenschärfe DOF erzielt werden, selbst wenn die obere Glasplatte 7 und die optische Beleuchtungseinheit 2 zwischen der zweiten Öffnung 32b und der Referenzoberfläche S angeordnet sind. Zum Beispiel in einem Fall, wenn ein Raum von 1,5 mm benötigt wird, um die obere Glasplatte 7 und die optische Beleuchtungseinheit 2 anzuordnen, kann eine Tiefenschärfe DOF von 2,0 mm erreicht werden.
Somit ist in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Kondensorlinse 14b in einem Abstand von den zweiten Öffnungen 32 angeordnet, so dass die Tiefenschärfe DOF der Bildleseeinrichtung 100 größer ist als die Tiefenschärfe DOF in dem ersten und zweiten Vergleichsbeispiel. In der Bildleseeinrichtung 100 kann selbst in einem Fall, in dem die halbe Breite X₀ der lichtempfangenden Pixel 10, die halbe Öffnungsbreite X₁ der ersten Öffnungen 31 und die halbe Öffnungsbreite X₂ der zweiten Öffnungen 32 vergrößert werden, da die Tiefenschärfe DOF vergrößert werden kann, die Vergrößerung der Tiefenschärfe DOF mit einer Vergrößerung der Menge des von den lichtempfangenden Pixeln 10 empfangenen Lichts durchgeführt werden.
Untergrenze von Dicke des zweiten lichtdurchlässigen Elements Im Folgenden wird eine Untergrenze für die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 beschrieben, die für die Erhöhung der Tiefenschärfe DOF notwendig ist. 18 ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel 61b und 63b von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung in der Bildleseeinrichtung 100 in einem Fall zeigt, in dem eine der ersten und zweiten Öffnungen 31 oder 32 eine Aperturblende ist. Die Bezugsziffer 30 in 18 bezeichnet die Aperturblende der optischen Abbildungseinheit 1. Mit anderen Worten ist die Aperturblende 30 eine von der ersten und der zweiten Öffnungen 31, 32. In 18 wird ein Abstand von dem lichtempfangenden Pixel 10b zu der Aperturblende 30 mit L₀ bezeichnet, und ein Abstand von der Aperturblende 30 zu der dritten Öffnung 33b wird mit L₁ bezeichnet.
Falls die erste Öffnung 31 hier die Aperturblende 30 ist, werden der Abstand L₀ und der Abstand L₁ durch Gleichung (10) und Gleichung (11) ausgedrückt: $L_{0} = t_{0}$
$L_{1} = t_{1} / n + t_{2} / n$
Falls die zweite Öffnung 32 die Aperturblende 30 ist, werden der Abstand L₀ und der Abstand L₁ durch Gleichung (12) und Gleichung (13) ausgedrückt: $L_{0} = t_{0} + t_{1} / n$
$L_{1} = t_{2} / n$
In 18 wird ein Gegenlichtbündel, das das Zentrum der Aperturblende 30 in dem Gegenlichtbündel 61b passiert, das sich von dem Zentrum des lichtempfangenden Pixels 10b zu der Aperturblende 30 bewegt, als ein Hauptlichtbündel 64b dargestellt. Ein Gegenlichtbündel, der das Zentrum der Aperturblende 30 i, dem Gegenlichtbündel 63b passiert und sich von einem Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der +X-Achsenrichtung zu der Aperturblende 30 bewegt, wird als ein Hauptlichtbündel 65b dargestellt. Falls das Hauptlichtbündel 64b und das Hauptlichtbündel 65b auf der Seite der +Z-Achse der Kondensorlinsen 14 parallel sind, werden die Gegenlichtbündel 61b und 63b gesammelt. Das optische System, in dem das Hauptlichtbündel 64b und das Hauptlichtbündel 65b parallel verlaufen, wird als ein telezentrisches optisches System bezeichnet. Um das telezentrische optische System zu erzielen, ist es notwendig, dass die Brennweite f der Kondensorlinse 14b mit dem Abstand L₁ übereinstimmt. Das heißt, das telezentrische optische System ist erzielt, falls nachstehende Gleichung (14) erfüllt ist: $f = L_{1}$
In 18 ist eine Ebene, die einen Punkt enthält, auf dem die Gegenlichtbündel 61b und 63b gesammelt werden und die parallel zu der XY-Ebene liegt, mit 80 bezeichnet, und der Abstand von der Kondensorlinse 14b zu der Ebene 80 ist mit L₂ bezeichnet. In 18 ist der Abstand von der optischen Abbildungseinheit 1 (d. h. der Kondensorlinse 14b) zu dem Ziel 74 mit L_z bezeichnet. Der Bereich, in dem das Ziel 74 mit einem Lichtfluss angestrahlt wird, ist im Wesentlichen gleich der Öffnungsbreite der dritten Öffnung 33 in der X-Achsenrichtung. Die Öffnungsbreite der dritten Öffnung 33 entspricht einer Größe von zwei Pixeln. Das Ziel 74 befindet sich an einer Position im Abstand L₂ von der Ebene 80 in der +Z-Achsenrichtung. Um die Tiefenschärfe DOF zu erhöhen, muss der Abstand L_z vergrößert werden. Mit zunehmendem Abstand L₂ vergrößert sich auch der Abstand L_z. Hier ergibt sich aus der Linsenformel die nachstehende Gleichung (15): $1 / (L_{0} + L_{1}) + 1 / L_{2} = 1 / f$
Aus Gleichung (14) und Gleichung (15) wird in Bezug auf den Abstand L₂ folgende Gleichung (16) abgeleitet: $L_{2} = L_{1} \cdot (L_{0} + L_{1}) / L_{0}$
Gleichung (16) zeigt, dass mit zunehmendem Abstand L₁ auch der Abstand L₂ zunimmt. Um den Abstand L₁ zu vergrößern, ist es notwendig, die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 (in 3 dargestellt) zu erhöhen.
In diesem Zusammenhang wird die Untergrenze der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 berücksichtigt. Zunächst, um die Tiefenschärfe DOF zu erhöhen, muss der Abstand L₂ größer sein als die Summe aus dem Abstand L₀ und dem Abstand L₁, wie in Gleichung (17) ausgedrückt: $L_{2} > L_{0} + L_{1}$
Die Summe des Abstands L₀ und des Abstands L₁ ergibt sich aus den Gleichungen (10) und (11) oder den Gleichungen (12) und (13) durch Gleichung (18): $L_{0} + L_{1} = t_{0} + (t_{1} / n) + (t_{2} / n)$
Da in dem Beispiel der ersten Ausführungsform t₀ = 0,25 mm, t₁ = 0,21 mm, t₂ = 0,70 mm und n = 1,52 sind, ergibt sich, falls diese Werte in Gleichung (18) eingesetzt werden, die Summe aus dem Abstand L₀ und dem Abstand L₁ von 0,85 mm. Um die Tiefenschärfe DOF zu erhöhen, muss der Abstand L₂ also größer als 0,85 mm sein.
In 18 ist der Abstand L_z etwa doppelt so groß wie der Abstand L₂. Da die Untergrenze des Abstands L₂ beispielsweise 0,85 mm beträgt, ist die Untergrenze des Abstands L_z in dem Beispiel der ersten Ausführungsform 1,7 mm. Um die Tiefenschärfe DOF zu erhöhen, muss der Abstand L_z zum Beispiel 1,7 mm oder mehr betragen.
Unter Bezugnahme auf eine Beziehung zwischen dem Abstand L₁ und dem Abstand L₀ wird als nächstes aus Gleichung (16) und Gleichung (17) nachstehende Gleichung (19) abgeleitet: $L_{1} > L_{0}$
In dem Fall, in dem die erste Öffnung 31 die Aperturblende 30 ist, wird hier, falls Gleichung (10) und Gleichung (11) in Gleichung (19) eingesetzt werden, Gleichung (20) bezüglich der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 abgeleitet: $t_{2} > n \cdot t_{0} - t_{1}$
In dem Fall, in dem die zweite Öffnung 32 die Aperturblende 30 ist, wird, falls Gleichung (12) und Gleichung (13) in Gleichung (19) eingesetzt werden, Gleichung (21) bezüglich der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 abgeleitet: $t_{2} > n \cdot t_{0} + t_{1}$
Falls die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 Gleichung (21) erfüllt, erfüllt die Dicke t₂ auch Gleichung (20), und somit ist die Untergrenze der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52, die zur Erhöhung der Tiefenschärfe DOF notwendig ist, n · t₀ - t₁, ausgedrückt durch Gleichung (20). Falls also die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 Gleichung (20) erfüllt, kann eine ausreichend große Tiefenschärfe DOF erhalten werden.
Obergrenze von Dicke von zweitem lichtdurchlässigen Element
Die Obergrenze der Dicke t2 des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 wird nun im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel beschrieben. 19 ist ein Diagramm, das ein imaginäres Gegenlichtbündel 81b, das sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der+Z-Achsenrichtung bewegt, in einer Bildleseeinrichtung 100c gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel zeigt. Das Gegenlichtbündel 81b ist Gegenlicht, das von einem Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der +X-Achsenrichtung einen Abschnitt der Aperturblende 30b in der Nähe eines Endes der Aperturblende 30b in der -X-Achsenrichtung passiert und die dritte Öffnung 33a passiert.
Der Abstand L₁ von der Aperturblende 30b zu der dritten Öffnung 33b ist in dem dritten Vergleichsbeispiel größer als der Abstand L₁ in der in 18 gezeigten Bildleseeinrichtung 100. Somit passiert das Gegenlichtbündel 81b nicht die dritte Öffnung 33b, die sich an einer anderen Position als das lichtempfangende Pixel 10b befindet, sondern die dritte Öffnung 33a, die sich an einer Position befindet, die das lichtempfangende Pixel 10b nicht überlappt. Das Gegenlichtbündel 81b wird zu dem Gegenlichtbündel 82b, nachdem dieses die dritte Öffnung 33a und die Kondensorlinse 14a passiert hat. Der Abstand zwischen dem Gegenlichtbündel 82b und der optischen Achse 40b in der X-Achsenrichtung vergrößert sich mit Entfernung von der Kondensorlinse 14a in der +Z-Achsenrichtung. Das heißt, dass in dem dritten Vergleichsbeispiel ein zu großer Abstand L₁ das Vorhandensein von Lichtbündeln verursacht, die dritte Öffnungen mit Ausnahme der dritten Öffnung 33b an einer anderen Position als das lichtempfangende Pixel 10b passieren, und die optische Abbildungseinheit 1 ein durch Streulicht beeinträchtigtes Bild erwirbt. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Obergrenze des Abstands L₁, der notwendig ist, um zu verhindern, dass das Gegenlichtbündel 81b die dritte Öffnung 33a benachbart zu der dritten Öffnung 33b, die das lichtempfangende Pixel 10b überlappt, passiert, und auf die Obergrenze der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52.
Als nächstes wird in 19 eine halbe Öffnungsbreite, die eine Breite von 1/2 der Öffnungsbreite jeder der dritten Öffnungen 33a und 33b in der X-Achsenrichtung ist, mit X₃ bezeichnet. Da der Abstand zwischen den Mittelpositionen der benachbarten dritten Öffnungen 33a und 33b in der X-Achsenrichtung p beträgt, ist die halbe Öffnungsbreite X₃ kleiner als 1/2 des Abstands p. Somit wird die Beziehung zwischen der halben Öffnungsbreite X₃ und dem Abstand p durch Gleichung (22) ausgedrückt: $X_{3} < p / 2$
Eine halbe Öffnungsbreite, die eine Breite von 1/2 der Öffnungsbreite der Öffnung 30b in der X-Achsenrichtung ist, wird mit X₄ bezeichnet. Falls es sich bei der ersten Öffnung 31 (in 1 gezeigt) um die Aperturblende 30b handelt, so wird die halbe Öffnungsbreite X₄ durch Gleichung (23) ausgedrückt: $X_{4} = X_{1}$
Falls es sich bei der zweiten Öffnung 32 (in 1 dargestellt) um die Aperturblende 30b handelt, so wird die halbe Öffnungsbreite X₄ durch Gleichung (24) ausgedrückt: $X_{4} = X_{2}$
In 19 wird ein Winkel, der durch das Gegenlichtbündel 81b in Bezug auf die optische Achse 40b gebildet ist, mit θ₂ bezeichnet. In einem Fall, in dem das Gegenlichtbündel 81b, das sich von einem Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der +X-Achsenrichtung zu einem Endabschnitt der Aperturblende 30b in der -X-Achsenrichtung bewegt, wird der Winkel θ₂ durch Gleichung (25) ausgedrückt: $tan θ_{2} = (X_{0} + X_{4}) / L_{0}$
Unter der Annahme, dass der Abstand zwischen dem Punkt R4 in der dritten Öffnung 33a, den das Gegenlichtbündel 81b erreicht, und der optischen Achse 40b A ist, wird der Winkel θ₂, den das Gegenlichtbündel 81b in Bezug auf die optische Achse 40b bildet, durch die unten beschriebene Gleichung (26) ausgedrückt, die sich von Gleichung (25) unterscheidet. $tan θ_{2} = (X_{0} + A) / (L_{0} + L_{1})$
Aus Gleichung (26) und Gleichung (27) wird in Bezug auf den Abstand A Gleichung (27) abgeleitet: $A = ((L_{0} + L_{1}) \cdot (X_{0} + X_{4}) / L_{0}) - X_{0}$
Eine Bedingung, die verhindert, dass das Gegenlichtbündel 81b die dritte Öffnung 33a passiert, wird durch Gleichung (28) ausgedrückt: $A < p - X_{3}$
Aus Gleichung (27) und Gleichung (28) wird Gleichung (29) bezüglich der Obergrenze des Abstands L₁ abgeleitet. $L_{1} < L_{0} \cdot (p - X_{3} - X_{4}) / (X_{0} + X_{4})$
Falls also der Abstand L₁ Gleichung (29) erfüllt, passiert das Gegenlichtbündel 81b nicht die dritte Öffnung 33a benachbart zu der dritten Öffnung 33b, die das lichtempfangende Pixel 10b überlappt. Als nächstes wird die Obergrenze der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 aus Gleichung (29) erhalten.
Falls die erste Öffnung 31 die Aperturblende 30 ist, wird aus Gleichungen (10), (11) und (23) und Gleichung (29) Gleichung (30) bezüglich der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 abgeleitet: $t_{2} < (n \cdot t_{0} \cdot (p - X_{3} - X_{1}) / (X_{0} + X_{1})) - t_{1}$
Als nächstes, falls die zweite Öffnung 32 die Aperturblende 30 ist, wird aus Gleichungen (12), (13) und (24) und Gleichung (29) Gleichung (31) bezüglich der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements abgeleitet: $t_{2} < (n \cdot t_{0} + t_{1}) \cdot (p - X_{3} - X_{2}) / (X_{0} + X_{2})$
20 ist ein Diagramm, das ein imaginäres Gegenlichtbündel 81b, das sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegt, in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform in dem Fall zeigt, in dem die erste Öffnung 31b die Aperturblende 30b ist (in 19 gezeigt). Wie in 20 gezeigt, passiert das Gegenlichtbündel 81b, das sich von einem Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der +X-Achsenrichtung zu der ersten Öffnung 31b bewegt, die zweite Öffnung 32b. Das Rücklichtbündel 81b, das die zweite Öffnung 32b passiert hat, erreicht das dritte lichtabschirmende Element 13. Unter der Annahme, dass eine Linie, die sich von einem Punkt, an dem das Gegenlichtbündel 81b das dritte lichtabschirmende Element 13 erreicht, zu einer imaginären Linie V erstreckt, ist eine Linie 83b, wobei sich die Linie 83b mit der imaginären Linie V an dem Punkt Q₁ schneidet. Die imaginäre Linie V ist eine Linie, die durch einen Endabschnitt der dritten Öffnung 33a in der +X-Achsenrichtung und parallel zu den optischen Achsen 40a und 40b verläuft. Ein Punkt, an dem eine Linie 84b, die einen Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der +X-Achsenrichtung und einen Endabschnitt der zweiten Öffnung 32b in der -X-Achsenrichtung verbindet, die imaginäre Linie V schneidet, wird mit Q₂ bezeichnet. Die Linie 84b verläuft nicht durch die erste Öffnung 31b, und somit wird ein sich entlang der Linie 84b bewegendes Lichtbündel durch das erste lichtabschirmende Element 11 blockiert.
Dabei entspricht der Abstand von dem Punkt Q₁ zu dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 einem Wert, der durch Dividieren der rechten Seite von Gleichung (30) durch den Brechungsindex n des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 (d. h. M1/n) erhalten wird. Der Abstand von dem Punkt Q₂ zu dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 entspricht einem Wert, der durch Dividieren der rechten Seite von Gleichung (31) durch den Brechungsindex n (d. h. M2/n) erhalten wird.
Hier werden M1 und M2 einzeln durch Gleichung (32) und Gleichung (33) ausgedrückt: $M 1 = (n \cdot t_{0} \cdot (p - X_{3} - X_{1}) / (X_{0} + X_{1})) - t_{1}$
$M 2 = (n \cdot t_{0} + t_{1}) \cdot (p - X_{3} - X_{2}) / (X_{0} + X_{2})$
Falls die erste Öffnung 31 die Aperturblende 30 ist, liegt M1 ≥ M2 vor. In 20 ist die Dicke t2 des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 nach Gleichung (30) und Gleichung (32) kleiner als M1, da die erste Öffnung 31 die Aperturblende 30 ist. Dementsprechend gelangt kein Gegenlicht durch die dritte Öffnung 33a an einer Position, die das lichtempfangende Pixel 10b nicht überlappt, und ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, kann erworben werden. In 20 ist die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 größer als M2, da sich der Punkt Q₂ auf der Seite der -Z-Achse der dritten Öffnung 33a befindet. Wie oben beschrieben, wird jedoch ein Lichtbündel, das sich entlang der Linie 84b bewegt, durch das erste lichtabschirmende Element 11 blockiert. Dementsprechend, falls die erste Öffnung 31 die Aperturblende 30 ist, wird die Beziehung zwischen der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 und M2 nicht berücksichtigt, und es ist notwendig, die Bedingung zu erfüllen, dass die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 kleiner als M1 ist.
Falls die zweite Öffnung 32 die Aperturblende 30 ist, liegt M2 ≥ M1 vor. In diesem Fall, falls die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 kleiner als M2 ist, gelangt kein Gegenlicht durch die dritte Öffnung 33a an einer Position, die das lichtempfangende Pixel 10b nicht überlappt. Wie oben beschrieben, wird die Obergrenze der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52, die erforderlich ist, um zu verhindern, dass Gegenlicht die dritte Öffnung 33a passiert, aus Gleichung (34) erhalten: $t_{2} < MAX {M 1, M 2}$
Da in dem Beispiel der ersten Ausführungsform t₀ = 250 µm, t₁ = 210 µm, n = 1,52, X₀ = 35,0 µm, X₁ = 27,0 µm, X₂ = 43,0 µm und X₃ = 85,0 µm sind, falls diese Werte in Gleichung (32) und Gleichung (33) eingesetzt werden, werden M1 = 769 µm und M2 = 1095 µm erhalten. Aus Gleichung (34) ergibt sich somit als die Obergrenze der Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 1095 µm. Da in dem Beispiel der ersten Ausführungsform die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 700 µm beträgt, ist Gleichung (34) erfüllt.
Wie oben beschrieben, muss zur Erhöhung der Tiefenschärfe die Brennweite f der Kondensorlinsen 14 mit dem Abstand L₁ übereinstimmen. Wie oben beschrieben, variiert der Wert des Abstands L₁ jedoch in Abhängigkeit davon, welche von den ersten Öffnungen 31 oder den zweiten Öffnungen 32 die Aperturblende 30 ist. Daher muss die Brennweite f der Kondensorlinsen 14 die durch Gleichung (35) dargestellte Bedingung erfüllen: $t_{2} / n \leq f \leq (t_{1} / n) + t_{2} / n$
Selbst wenn Gleichung (35) erfüllt ist, ist die Streuung des Gegenlichts in einigen Fällen groß. Daher ist es notwendig, die Position eines bevorzugten Brennpunkts F der Kondensorlinse 14 zu bestimmen, um Streuung von Gegenlicht zu verringern.
Brennpunktposition von Kondensorlinse
Eine Position des Brennpunkts F der Kondensorlinse 14, die zur Verringerung von Streuung von Gegenlicht notwendig ist, wird nun anhand eines Verfolgungsergebnisses von Gegenlicht beschrieben. 21A ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel, die sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewege, in einer Bildleseeinrichtung 100d gemäß einem vierten Vergleichsbeispiel zeigt. In dem vierten Vergleichsbeispiel überlappt sich die Position des Brennpunkts F der Kondensorlinse 14b in der +Z-Achsenrichtung mit der Position des lichtempfangenden Pixels 10b in der +Z-Achsenrichtung. Wie in 21A gezeigt, ist in dem vierten Vergleichsbeispiel der Abstand L_z von den Kondensorlinsen 14 zu der Ebene 80 klein, und die Tiefenschärfe ist gering.
21B ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel, die sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in +Z-Achsenrichtung bewegen, in einer Bildleseeinrichtung 100e gemäß einem fünften Vergleichsbeispiel zeigt. In dem fünften Vergleichsbeispiel überschneidet sich die Position eines Brennpunkts F der Kondensorlinse 14b in der +Z-Achsenrichtung mit der Position der zweiten Öffnung 32b in der +Z-Achsenrichtung. In dem fünften Vergleichsbeispiel ist eine Lichtbündelungsrkraft der Kondensorlinse 14b hoch, und die Position, an der Gegenlicht fokussiert wird, liegt nahe an der Kondensorlinse 14b. Dementsprechend ist in dem fünften Vergleichsbeispiel Streuung von Gegenlicht, das die Ebene 80 passiert hat, groß, und somit ist der Abstand L_z klein, und wie in dem vierten Vergleichsbeispiel ist die Tiefenschärfe klein.
22A ist ein Diagramm, das das imaginäre Gegenlicht, das sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegt, in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In der Bildleseeinrichtung 100 befindet sich die Position der Brennweite F der Kondensorlinse 14b in der +Z-Achsenrichtung zwischen dem lichtempfangenden Pixel 10b und der ersten Öffnung 31b. 22B ist ein Diagramm, das imaginäres Gegenlicht, das sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegt, in einer Bildleseeinrichtung 110 gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigt. In der Bildleseeinrichtung 110 überschneidet sich die Position des Brennpunkts F der Kondensorlinse 14b in der +Z-Achsenrichtung mit der Position der ersten Öffnung 31b in der +Z-Achsenrichtung.
Der in 22B gezeigte Wert des Abstands L_z ist im Wesentlichen gleich dem in 22A gezeigten Wert des Abstands L_z. In den Bildleseeinrichtungen 100 und 110 sind im Vergleich zu dem vierten und fünften Vergleichsbeispiel die Abstände L_z groß, und die Tiefenschärfen können erhöht werden.
Aus 21A und 21B und 22A und 22B geht hervor, dass, wenn die Position des Brennpunkts F der Kondensorlinse 14b zwischen dem mit der Kondensorlinse 14b korresondierendem lichtempfangenden Pixel 10b und der mit dem lichtempfangenden Pixel 10b korrespondierenden zweiten Öffnung 32b eingestellt ist, Streuung von Gegenlicht verringert und die Tiefenschärfe der Bildleseeinrichtung 100 erhöht werden kann. Ein Bereich zwischen dem lichtempfangenden Pixel 10b und der zweiten Öffnung 32b ist ein Bereich, der zwischen der Oberfläche des zweiten lichtabschirmenden Elements 12 zur -Z-Achsenrichtung und der Oberfläche des lichtempfangenden Pixels 10 in der +Z-Achsenrichtung liegt, wie in 2 gezeigt.
Drittes lichtabschirmendes Element
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1, 2, 3 und 16 das dritte lichtabschirmende Element 13 der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst das dritte lichtabschirmende Element 13 kreisförmige dritte Öffnungen 33. Die Öffnungsbreite (d. h. der Durchmesser) jeder der dritten Öffnungen 33 ist kleiner als der effektive Durchmesser jeder der Kondensorlinsen 14. So erreicht ein in 16 dargestelltes Gegenlichtbündel 66b das dritte lichtabschirmende Element 13. Das heißt, da die Bildleseeinrichtung 100 das dritte lichtabschirmende Element 13 enthält, wird auf dem Dokument 6 erzeugtes Streulicht durch das dritte lichtabschirmende Element 13 blockiert, und somit erreicht Streulicht nicht das lichtempfangende Pixel 10b. Dementsprechend wird in der Bildleseeinrichtung 100 Verschlechterung von Kontrast eines Bildes oder Erzeugung eines Geisterbildes verhindert, und somit ist die Bildleseeinrichtung 100 in der Lage, ein Bild mit einer hohen Qualität zu lesen.
Der Durchmesser Φ der in 16 gezeigten dritten Öffnung 33b ist größer als die Breite des Lichtflusses von jedem der Rücklichtbündel 61b bis 63b in der X-Achsenrichtung. Dementsprechend passieren alle Gegenlichtbündel 61b bis 63b die dritte Öffnung 33b. Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist daher in der Konfiguration, in der das dritte lichtabschirmende Element 13, das die dritten Öffnungen 33 und den Kondensorlinsen 14 umfasst, zwischen den zweiten Öffnungen 32 und der Referenzoberfläche S angeordnet ist, eine Verringerung der von den lichtempfangenden Pixeln 10 empfangenen Lichtmenge gering.
Vorteile von erster Ausführungsform
Wie oben beschrieben, sind in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Kondensorlinsen 14 in einem Abstand zu den zweiten Öffnungen 32 angeordnet. Somit kann selbst in dem Fall, in dem die Breite der lichtempfangenden Pixel 10 in der X-Achsenrichtung und die Öffnungsbereiche der ersten und zweiten Öffnungen 31 und 32 vergrößert werden, um die von den lichtempfangenden Pixeln 10 empfangene Lichtmenge zu erhöhen, die Tiefenschärfe erhöht werden.
Da der Brennpunkt F der Kondensorlinse 14 in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zwischen den lichtempfangenden Pixeln 10 und den zweiten Öffnungen 32 liegt, kann die Tiefenschärfe weiter erhöht werden.
In der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erfüllt die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 Gleichung (20), so dass die Tiefenschärfe weiter erhöht werden kann.
In der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erfüllt die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 Gleichung (4), reflektierte Lichtbündel, die die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die mit den lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert haben, treten in die lichtempfangenden Pixel 10 ein, und somit kann ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, erworben werden.
In der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erfüllt die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 Gleichung (9), so dass reflektierte Lichtbündel, die die zweiten Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die mit den lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert haben, in die lichtempfangenden Pixel 10 eintreten, und somit kann ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, erworben werden.
Darüber hinaus erfüllt in der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 Gleichung (34), so dass reflektierte Lichtbündel, die die dritte Öffnung, zweite Öffnungen 32 und die ersten Öffnungen 31, die mit den lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert haben, in die lichtempfangenden Pixel 10 eintreten, und somit kann ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, erworben werden.
Variante von erster Ausführungsform
23 ist ein Diagramm, das imaginäre Gegenlichtbündel L15 bis L18, die sich von dem lichtempfangenden Pixel 10b in der +Z-Achsenrichtung bewegen, in einer Bildleseeinrichtung 120 gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigt. Die Bildleseeinrichtung 120 unterscheidet sich von der Bildleseeinrichtung 100 durch Anordnungspositionen der Kondensorlinsen 14a bis 14c. Insbesondere sind in der Bildleseeinrichtung 120 Mittelpositionen 94 der Kondensorlinsen 14a bis 14c in der +X-Achsenrichtung gegenüber Mittelpositionen 90 der lichtempfangenden Pixel 10a bis 10c verschoben. Wie in 23 gezeigt, passieren in der Bildleseeinrichtung 120 die Gegenlichtbündel L15 bis L17 die Kondensorlinse 14b und werden dann in der +X-Achsenrichtung gekippt. Diese Kippung beeinflusst jedoch nicht Bildleistung wie Auflösung. Das Gegenlichtbündel L18 ist ein Gegenlicht, das sich von einem Endabschnitt des lichtempfangenden Pixels 10b in der +X-Achsenrichtung zu dem dritten lichtabschirmenden Element 13 durch die zweite Öffnung 32b bewegt. Das Gegenlichtbündel L18 umfasst ein Gegenlichtbündel L18a, das durch das dritte lichtabschirmende Element 13 blockiert wird, und ein Gegenlichtbündel L18b, das die Kondensorlinse 14a passiert, falls angenommen wird, dass die Bildleseeinrichtung 120 das dritte lichtabschirmende Element 13 nicht enthält. Das Gegenlichtbündel L18b bewegt sich in einer anderen Richtung als die Gegenlichtbündel L15 bis L17 (d. h. in einer in der -X-Achsenrichtung gekippten Richtung).
In 23, da die Bildleseeinrichtung 120 das dritte lichtabschirmende Element 13 enthält, wird das Gegenlichtbündel L18a jedoch durch den dritten lichtabschirmenden Abschnitt 43 blockiert. Hier ist eine Differenz zwischen dem Durchmesser der dritten Öffnungen 33a bis 33c und dem effektiven Durchmesser der Kondensorlinsen 14a bis 14c ein zulässiger Fehler von Anordnungspositionen der Kondensorlinsen 14a bis 14c. In der Bildleseeinrichtung 120 ist der Durchmesser der dritten Öffnungen 33a bis 33c kleiner als der effektive Durchmesser der Kondensorlinsen 14a bis 14c. Somit kann selbst bei einer Verschiebung der Anordnungspositionen der Kondensorlinsen 14a bis 14c zu den lichtempfangenden Pixeln 10a bis 10c ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, erworben werden.
24 ist ein Diagramm, das eine optische Abbildungseinheit 1a der Bildleseeinrichtung 130 gemäß der Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 25 ist ein Diagramm, das den Eintritt von reflektiertem Licht in die lichtempfangenden Pixel 10 in der in 24 dargestellten Bildleseeinrichtung 130 schematisch darstellt. Die gleichen Bezugszeichen wie in die 1 bezeichnen die gleichen oder korrespondierende Komponenten wie die in 1 gezeigten, und eine Beschreibung derselben entfällt. Die Bildleseeinrichtung 130 unterscheidet sich von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch die Anordnungspositionen der Kondensorlinsen 14.
Wie in den 24 und 25 gezeigt, ist in der Bildleseeinrichtung 130 das dritte lichtdurchlässige Element 53 zwischen dem zweiten lichtdurchlässigen Element 52 und den Kondensorlinsen 14 angeordnet. Das dritte lichtdurchlässige Element 53 ist zum Beispiel ein transparentes Glaselement. Das dritte lichtdurchlässige Element 53 muss nicht vollständig transparent sein, sondern kann auch durchscheinend sein.
Das dritte lichtdurchlässige Element 53 ist an dem dritten lichtabschirmenden Element 13 durch Bonden mit zum Beispiel mit einem Klebstoff befestigt. Die Kondensorlinsen 14 sind auf dem dritten lichtdurchlässigen Element 53 angeordnet. Die Kondensorlinsen 14 sind auf einer der Referenzoberfläche S zugewandten Oberfläche 53a des dritten lichtdurchlässigen Elements 53 ausgebildet (in 1 gezeigt). Da die Kondensorlinsen 14 auf der Oberfläche 53a des dritten lichtdurchlässigen Elements 53 ausgebildet sind, sind der Schritt des Ausbildens der Kondensorlinsen 14 und der Schritt des Positionierens der Kondensorlinsen 14 und der dritten Öffnungen 33 separate Schritte, und somit kann die Genauigkeit beim Positionieren der Kondensorlinsen 14 und der dritten Öffnungen 33 verbessert werden.
In der Bildleseeinrichtung 130 befindet sich kein lichtabschirmendes Element zwischen dem dritten lichtdurchlässigen Element 53 und den Kondensorlinsen 14. Daher tritt Streulicht auf, es sei denn, Lichtbündel L11 und L12, die beide Enden der dritten Öffnungen 33 in Lichtbündeln, die die dritten Öffnungen 33 passieren, passieren, sind innerhalb des Bereichs des Öffnungsdurchmessers der Kondensorlinsen 14 enthalten.
Bei den Lichtbündeln L11 und L12 handelt es sich um Lichtbündel, deren Streuung in der X-Achsenrichtung allmählich zunimmt, wenn der Abstand von den dritten Öffnungen 33 in der +Z-Achsenrichtung größer wird. Mit zunehmender Dicke t₃ des dritten lichtdurchlässigen Elements 53 nimmt somit Streuung von Gegenlicht der Lichtbündel L11 und L12 zu. Da in diesem Zusammenhang in der Bildleseeinrichtung 130 die Dicke t₃ des dritten lichtdurchlässigen Elements 53 ausreichend dünn ist, liegen die Lichtbündel L11 und L12 innerhalb des Bereichs des effektiven Durchmessers der Kondensorlinse 14a. Somit kann in der Bildleseeinrichtung 130 ein Bild, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, erworben werden. Die Dicke t₃ des dritten lichtdurchlässigen Elements 53 ist kleiner als die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 52 und beträgt zum Beispiel 210 µm. Da die Lichtbündel L11 und L12 in dem Bereich des effektiven Durchmessers der Kondensorlinsen 14 enthalten sind, kann nicht nur die Konfiguration eingesetzt werden, bei der die Dicke t₃ des dritten lichtdurchlässigen Elements 53 verringert wird, sondern auch eine Konfiguration, bei der die Öffnungsbreite der dritten Öffnungen 33 verringert wird.
In Bezug auf die anderen Aspekte ist die Bildleseeinrichtung 130 gemäß der Variante der ersten Ausführungsform die gleiche wie die Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
26 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit 201 einer Bildleseeinrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch darstellt. In 26 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 1 die gleichen oder korrespondierende Komponenten wie die in 1 gezeigten. Die Bildleseeinrichtung 200 unterscheidet sich von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass diese außerdem ein viertes lichtabschirmendes Element 15 aufweist.
Wie in 26 gezeigt, ist in der optischen Abbildungseinheit 201 der Bildleseeinrichtung 200 das vierte lichtabschirmende Element 15 zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element 11 und dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet. Das vierte lichtabschirmende Element 15 umfasst eine Vielzahl von vierten Öffnungen 35. Die Vielzahl von vierten Öffnungen 35 sind so angeordnet, dass diese jeweils mit der Vielzahl von ersten Öffnungen 31 korrespondieren und jeweils mit der Vielzahl von zweiten Öffnungen 32 korrespondieren. Die Vielzahl von vierten Öffnungen 35 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Vielzahl von vierten Öffnungen 35 sind in der X-Achsenrichtung angeordnet. Die Vielzahl von vierten Öffnungen 35 sind in einem Versatzmuster angeordnet. In der Z-Achsenrichtung betrachtet, überlappen die Vielzahl von vierten Öffnungen 35 jeweils die Vielzahl von ersten Öffnungen 31 und überlappen jeweils die Vielzahl von zweiten Öffnungen 32. In der Bildleseeinrichtung 200 passiert das reflektierte Licht, das die dritten Öffnungen 33 passiert hat, nacheinander die zweiten Öffnungen 32, die vierten Öffnungen 35 und die ersten Öffnungen 31 in dieser Reihenfolge und tritt in die lichtempfangenden Pixel 10 ein.
Das erste lichtdurchlässige Element 251 wird durch Bonden einer Vielzahl von (in diesem Beispiel zwei) Glasplatten 251a und 251b, zum Beispiel mit einem Klebstoff, gebildet. Ein erstes lichtabschirmendes Element 11 ist auf einer den lichtempfangenden Pixeln 10 zugewandten Oberfläche der Glasplatte 251a vorgesehen, und ein zweites lichtabschirmendes Element 12 ist auf einer den Kondensorlinsen 14 zugewandten Oberfläche der Glasplatte 251b vorgesehen. Das vierte lichtabschirmende Element 15 ist zwischen den Glasplatten 251a und 251b vorgesehen. Das vierte lichtabschirmende Element 15 kann auf einer von der Oberfläche der Glasplatte 251a, die den Kondensorlinsen 14 zugewandt ist, oder der Oberfläche der Glasplatte 251b, die den lichtempfangenden Pixeln 10 zugewandt ist, ausgebildet sein.
In der ersten Ausführungsform, in der das erste lichtdurchlässige Element 51 aus einer einzelnen Glasplatte gebildet ist, muss die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 die durch Gleichung (4) und Gleichung (9) ausgedrückten Bedingungen erfüllen, um Auftreten von Streulicht zu unterdrücken. Andererseits muss in der zweiten Ausführungsform, da das vierte lichtabschirmende Element 15 zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element 11 und dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet ist und das erste lichtdurchlässige Element 251 durch die Glasplatten 251a und 251b gebildet ist, die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 nicht die durch Gleichung (4) und Gleichung (9) ausgedrückten Bedingungen erfüllen.
Zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element 11 und dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 kann eine Vielzahl von lichtabschirmenden Elementen angeordnet sein. Das heißt, das erste lichtdurchlässige Element 251 kann aus drei oder mehr Glasplatten gebildet sein, und ein weiteres lichtabschirmendes Element kann zwischen benachbarten Glasplatten vorgesehen sein.
In Bezug auf die anderen Aspekte ist die Bildleseeinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform die gleiche wie die Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Bildleseeinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform kann die gleichen Vorteile erzielen wie die der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Da in der Bildleseeinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform das vierte lichtabschirmende Element 15 zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element 11 und dem zweiten lichtabschirmenden Element 12 angeordnet ist, tritt reflektiertes Licht, das die zweiten Öffnungen 32, die vierten Öffnungen 35 und die ersten Öffnungen 31, die mit den lichtempfangenden Pixeln 10 korrespondieren, passiert hat, in die lichtempfangenden Pixel 10 ein, selbst wenn der Abstand zwischen in der X-Achsenrichtung zueinander benachbarten Öffnungen verringert ist. Als ein Ergebnis kann in der Bildleseeinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Bild mit einer hohen Auflösung erworben werden.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
27 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit 301 einer Bildleseeinrichtung 300 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. In 27 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 1 die gleichen oder korrespondierende Komponenten wie die in 1 gezeigten. Die Bildleseeinrichtung 300 unterscheidet sich von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch die Anordnung von lichtempfangenden Pixeln und die Anordnung von Öffnungen.
Wie in 27 gezeigt, sind in der optischen Abbildungseinheit 301 der Bildleseeinrichtung 300 eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixels 310 in einer Reihe angeordnet. Eine Vielzahl von ersten Öffnungen 331 sind in einer Reihe angeordnet. Eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 332 sind in einer Reihe angeordnet. Eine Vielzahl von dritten Öffnungen 333 sind in einer Reihe angeordnet. Eine Vielzahl von Kondensorlinsen 314 sind in einer Reihe angeordnet. Dementsprechend kann ein Herstellungsprozess der Bildleseeinrichtung 300 vereinfacht werden.
In der dritten Ausführungsform muss zum Erwerben eines Bildes mit einer Auflösung von 200 dpi ein Anordnungsabstand p (d. h. Abstand zwischen benachbarten lichtempfangenden Pixeln 310) der lichtempfangende Pixel 310 auf 126 µm eingestellt sein, was 1/2 eines Anordnungsabstands (d. h. Abstand zwischen benachbarten lichtempfangenden Pixeln 10) in der ersten Ausführungsform entspricht. Hier wird in der dritten Ausführungsform eine Dicke t₁ eines ersten lichtdurchlässigen Elements 351, die zum Erwerben eines Bildes, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist, notwendig ist, berücksichtigt. Falls die halbe Breite X₀ = 31,5 µm der lichtempfangenden Pixel 310 beträgt, der Brechungsindex n = 1,52 des ersten lichtdurchlässigen Elements 51 beträgt, die halbe Öffnungsbreite X₁ = 20,0 µm der ersten Öffnungen 331 betträgt, die halbe Öffnungsbreite X₂ = 20,0 µm der zweiten Öffnungen 332 beträgt und der Abstand t₀ = 100 µm von den lichtempfangenden Pixeln 310 zu den ersten Öffnungen 331 in Gleichung (4) und Gleichung (9), die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, eingesetzt werden, wird Gleichung (36) abgeleitet: $93.6 μ m \leq t_{1} \leq 98.4 μ m$
Daher muss in der Bildleseeinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 351 Gleichung (36) erfüllen, um ein Bild zu erwerben, das durch Streulicht nicht beeinträchtigt ist.
In der dritten Ausführungsform ist es zum Erwerben eines Bildes mit einer Auflösung von 100 dpi notwendig, dass die halbe Breite X₀ von lichtempfangenden Pixeln 310 31,5 µm beträgt, der Brechungsindex n des ersten lichtdurchlässigen Elements 351 1,52 beträgt, die halbe Öffnungsbreite X₁ der ersten Öffnungen 331 24. 0 µm beträgt, die halbe Öffnungsbreite X₂ der zweiten Öffnungen 332 38,0 µm beträgt, die halbe Öffnungsbreite X₃ der dritten Öffnungen 333 850 µm beträgt, der Abstand t₀ von den lichtempfangenden Pixeln 310 zu den ersten Öffnungen 331 250 µm beträgt, und die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 700 µm beträgt.
In Bezug auf Aspekte mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die Bildleseeinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform die gleiche wie die Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Bildleseeinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform kann die gleichen Vorteile erzielen wie die der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Dementsprechend kann in der Bildleseeinrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform ein Herstellungsprozess der Bildleseeinrichtung 300 vereinfacht werden.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
28 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit 401 einer Bildleseeinrichtung 400 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. In 28 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in 1 die gleichen oder korrespondierende Komponenten wie die in 1 gezeigten. Die Bildleseeinrichtung 400 unterscheidet sich von der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform in der Anordnung der lichtempfangenden Pixel, der Anordnung der ersten Öffnung, der Anordnung der zweiten Öffnung, der Anordnung der dritten Öffnung und der Anordnung der Kondensorlinsen. Dementsprechend muss das Dokument 6 nicht befördert werden, und zweidimensionale Bildinformationen können von dem ortsfesten Dokument 6 erworben werden.
Wie in 28 gezeigt, sind in der optischen Abbildungseinheit 401 der Bildleseeinrichtung 400 eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln 410 in einer Matrix, d.h. in Spalten und Reihen, angeordnet. Eine Vielzahl von ersten Öffnungen 431 sind in einer Matrix angeordnet. Eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 432 sind in einer Matrix angeordnet. Eine Vielzahl von dritten Öffnungen 433 sind in einer Matrix angeordnet. Eine Vielzahl von Kondensorlinsen 414 sind in einer Matrix angeordnet.
Mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die Bildleseeinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform die gleiche wie die Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Bildleseeinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform kann die gleichen Vorteile erzielen wie die der Bildleseeinrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
In der Bildleseeinrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform muss das Dokument 6 nicht befördert werden, und zweidimensionale Bildinformationen können von dem stationären Dokument 6 erworben werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die Bildleseeinrichtungen gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform sind für Kopiermaschinen, Rechnungsleser und so weiter anwendbar.
Bezugszeichenliste

6: Dokument,
10, 310, 410: lichtempfangendes Pixel,
11: erstes lichtabschirmendes Element,
12: zweites lichtabschirmendes Element,
13: drittes lichtabschirmendes Element,
14, 14a, 314, 414: Kondensorlinse,
15: viertes lichtabschirmendes Element,
31, 331, 431: erste Öffnung,
32, 332, 432: zweite Öffnung,
33, 333, 433: dritte Öffnung,
35: vierte Öffnung,
51, 251, 351: erstes lichtdurchlässiges Element,
52: zweites lichtdurchlässiges Element,
53: drittes lichtdurchlässiges Element,
100, 110, 120, 130, 200, 300, 400: Bildleseeinrichtung,
F: Brennpunkt,
S: Referenzoberfläche.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015133658 [0003]

Claims

Bildleseeinrichtung, umfassend: eine Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in einer vorherbestimmten Anordnungsrichtung angeordnet sind und eingerichtet sind, an einem Abbildungsobjekt reflektiertes Licht zu empfangen, wobei das Abbildungsobjekt auf einer vorherbestimmten Referenzoberfläche aufgelegt ist; ein erstes lichtabschirmendes Element, das eine Vielzahl von ersten Öffnungen aufweist und zwischen der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln und der Referenzoberfläche angeordnet ist; ein zweites lichtabschirmendes Element, das eine Vielzahl von zweiten Öffnungen aufweist und zwischen der Vielzahl von ersten Öffnungen und der Referenzoberfläche angeordnet ist; und eine Vielzahl von Kondensorlinsen, die zwischen der Vielzahl von zweiten Öffnungen und der Referenzoberfläche angeordnet sind und in einem Abstand von der Vielzahl von zweiten Öffnungen angeordnet sind, wobei die Vielzahl von ersten Öffnungen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, die Vielzahl von zweiten Öffnungen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, die Vielzahl von Kondensorlinsen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren, und die Vielzahl von Kondensorlinsen, das zweite lichtabschirmende Element, das erste lichtabschirmende Element und die Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln an Positionen angeordnet sind, an denen das reflektierte Licht, das in jedes lichtempfangende Pixel der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln eintritt, nacheinander eine der Vielzahl von Kondensorlinsen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, eine der Vielzahl von zweiten Öffnungen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, und eine der Vielzahl von ersten Öffnungen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, passiert und in das jeweilige lichtempfangende Pixel eintritt.
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Brennpunkt der einen der Vielzahl von Kondensorlinsen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, zwischen dem jeweiligen lichtempfangende Pixel und der einen der Vielzahl von zweiten Öffnungen, die mit dem jeweiligen lichtempfangenden Pixel korrespondiert, angeordnet ist.
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: ein erstes lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element und dem zweiten lichtabschirmenden Element angeordnet ist; und ein zweites lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem zweiten lichtabschirmenden Element und der Vielzahl von Kondensorlinsen angeordnet ist; wobei $t_{2} > n \cdot t_{0} - t_{1}$
wobei t₀ einen Abstand zwischen der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln und dem ersten lichtabschirmenden Element bezeichnet, t₁ eine Dicke des ersten lichtdurchlässigen Elements bezeichnet, t₂ eine Dicke des zweiten lichtdurchlässigen Elements bezeichnet, und n einen Brechungsindex von jedem von dem ersten lichtdurchlässigen Element und dem zweiten lichtdurchlässigen Element bezeichnet.
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend ein drittes lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem zweiten lichtdurchlässigen Element und der Vielzahl von Kondensorlinsen angeordnet ist, wobei die Vielzahl der Kondensorlinsen auf dem dritten lichtdurchlässigen Element angeordnet sind.
Bildleseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein drittes lichtabschirmendes Element, das eine Vielzahl von dritten Öffnungen aufweist und zwischen dem zweiten lichtabschirmenden Element und der Vielzahl von Kondensorlinsen angeordnet ist, wobei die Vielzahl von dritten Öffnungen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln korrespondieren.
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 5, wobei: die Vielzahl von Kondensorlinsen auf dem dritten lichtabschirmenden Element angeordnet sind, und eine Öffnungsbreite von jeder der Vielzahl von dritten Öffnungen kleiner ist als ein effektiver Durchmesser von jeder der Vielzahl von Kondensorlinsen.
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei: $t_{2} < MAX {M 1, M 2}$
wobei X₀ eine Breite von 1/2 einer Breite von jedem der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln in der Anordnungsrichtung bezeichnet, X₁ eine Breite von 1/2 einer Öffnungsbreite von jeder der Vielzahl von ersten Öffnungen in der Anordnungsrichtung bezeichnet, X₂ eine Breite von 1/2 einer Öffnungsbreite von jeder der Vielzahl von zweiten Öffnungen in der Anordnungsrichtung bezeichnet, X₃ eine Breite von 1/2 einer Öffnungsbreite von jeder der Vielzahl von dritten Öffnungen in der Anordnungsrichtung bezeichnet, und p einen Abstand zwischen Mittelpositionen von jeweils zwei der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in der Anordnungsrichtung zueinander benachbart sind, bezeichnet, $M 1 = (n \cdot t_{0} \cdot (p - X_{3} - X_{1}) / (X_{0} + X_{1})) - t_{1},$
und $M 2 = (n \cdot t_{0} + t_{1}) \cdot (p - X_{3} - X_{2}) / (X_{0} + X_{2}) .$
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei: eine Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements erfüllt: $t_{1} < \sqrt{n^{2} - 1} \cdot (p - X_{1} - X_{2})$
wobei X₁ eine Breite von 1/2 einer Öffnungsbreite von jeder der Vielzahl von ersten Öffnungen in der Anordnungsrichtung bezeichnet, X₂ eine Breite von 1/2 einer Öffnungsbreite von jeder der Vielzahl von zweiten Öffnungen in der Anordnungsrichtung bezeichnet, und p einen Abstand zwischen Mittelpositionen von jeweils zwei der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in der Anordnungsrichtung zueinander benachbart sind, bezeichnet.
Bildleseeinrichtung nach Anspruch 8, wobei: eine Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements erfüllt: $t_{1} > (X_{1} + X_{2}) \cdot \sqrt{n^{2} - 1 + \frac{n^{2} \cdot t_{0}^{2}}{{(p - X_{1} - X_{0})}^{2}}}$
wobei X₀ eine Breite von 1/2 einer Breite von jedem der Vielzahl von lichtempfangenden Pixeln in der Anordnungsrichtung bezeichnet.
Bildleseeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Vielzahl von lichtempfangenden Pixel in einem Versatzmuster angeordnet sind.
Bildleseeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Vielzahl von lichtempfangenden Pixel in einer Reihe angeordnet sind.
Bildleseeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Vielzahl von lichtempfangenden Pixel in einer Matrix angeordnet sind.
Bildleseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend ein viertes lichtabschirmendes Element, das eine Vielzahl von vierten Öffnungen aufweist und zwischen dem ersten lichtabschirmenden Element und dem zweiten lichtabschirmenden Element angeordnet ist, wobei die Vielzahl von vierten Öffnungen so angeordnet sind, dass diese jeweils mit der Vielzahl von ersten Öffnungen korrespondieren und jeweils mit der Vielzahl von zweiten Öffnungen korrespondieren.