DE112021007141T5

DE112021007141T5 - Bildlesevorrichtung

Info

Publication number: DE112021007141T5
Application number: DE112021007141.6T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kawano; Naoki Nakagawa; Takeshi Ono; Shigeru Takushima; Naoyuki Tokida; Akira Ota; Miki Sugano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2023-12-14
Also published as: CN116888952A; US20240128294A1; JP7118329B1; WO2022180722A1; JPWO2022180722A1

Abstract

Eine Bildlesevorrichtung (100) umfasst eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Lichtempfangsteilen (70), ein erstes lichtblockierendes Element (11) mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen (31), die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen (70) angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Mikrolinsen (14), die jeweils entsprechend der Mehrzahl von ersten Öffnungen (31) angeordnet sind. Jedes Lichtempfangsteil (70), das in der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen (70) enthalten ist, umfasst eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln (80), die in einer ersten Richtung als Hauptabtastrichtung angeordnet sind. Jede Mikrolinse (14) aus der Mehrzahl der Mikrolinsen (14) ist objektseitig telezentrisch. Die Mehrzahl von Mikrolinsen (14), das erste lichtblockierende Element (11) und die mehreren Lichtempfangsteile (70) sind derart angeordnet, dass das von einem Objekt (6) reflektierte und durch die Mikrolinse (14) und die der Mikrolinse (14) entsprechende erste Öffnung (31) hindurchtretende Licht in die mehreren lichtempfangenden Pixel (80) eintritt, die in dem der ersten Öffnung (31) entsprechenden Lichtempfangsteil (70) enthalten sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Bildlesevorrichtung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist eine Bildlesevorrichtung bekannt, die zweidimensionale Bildinformationen durch optisches Lesen eines Objekts als Bilderfassungsziel (im Folgenden auch als „Objekt“ bezeichnet) erfasst. Siehe zum Beispiel Patentliteratur 1.
Die Bildlesevorrichtung der Patentliteratur 1 umfasst eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Lichtempfangsteilen, ein Lichtblockierelement mit einer Mehrzahl von Öffnungen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Mikrolinsen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Öffnungen angeordnet sind.
In der Patentliteratur 1 enthält jedes Lichtempfangsteil eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in Richtung der X-Achse und der Y-Achse in einer XY-Ebene angeordnet sind. Mit dieser Konfiguration wird die Auflösung erhöht. In der Patentliteratur 1 wird ein optisches Abbildungssystem durch ein lichtempfangendes Pixel, eine dem lichtempfangenden Pixel entsprechende Öffnung und eine der Öffnung entsprechende Mikrolinse gebildet.
FUNDSTELLEN ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2009-524263
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
Jedoch ist In der Bildlesevorrichtung der Patentliteratur 1 die optische Achse jeder Mikrolinse in Bezug auf eine zu der XY-Ebene orthogonale Richtung geneigt. Daher gibt es ein Problem dahingehend, dass sich eine Überlappung der Sichtfelder zwischen benachbarten optischen Systemen ändert und sich die Genauigkeit der Bildverarbeitung verschlechtert, wenn sich der Abstand zwischen dem Lichtempfangsteil und dem Objekt ändert. In diesem Fall verringert sich die Schärfentiefe. Gefragt ist eine Technologie, die die Schärfentiefe erhöht und gleichzeitig die Auflösung verbessert.
Ein Ziel bzw. die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die Schärfentiefe zu erhöhen und gleichzeitig die Auflösung zu verbessern.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Eine Bildlesevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Bildlesevorrichtung, die ein Objekt als ein Bilderfassungsziel optisch liest und eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Lichtempfangsteilen, ein erstes lichtblockierendes Element mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Mikrolinsen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von ersten Öffnungen angeordnet sind, umfasst. Jedes Lichtempfangsteil in der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen enthält eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in einer ersten Richtung als Hauptabtastrichtung angeordnet sind. Jede Mikrolinse aus der Mehrzahl der Mikrolinsen ist objektseitig telezentrisch. Die Mehrzahl von Mikrolinsen, das erste lichtblockierende Element und die Mehrzahl von Lichtempfangsteilen sind so angeordnet, dass das von dem Objekt reflektierte und durch die Mikrolinse und die der Mikrolinse entsprechende erste Öffnung hindurchtretende Licht in die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln eintritt, die in dem der ersten Öffnung entsprechenden Lichtempfangsteil enthalten sind.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Schärfentiefe erhöht und gleichzeitig die Auflösung verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Bildlesevorrichtung entlang der Linie A2-A2.
3 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Bildlesevorrichtung entlang der Linie A3-A3.
4 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer Konfiguration einer in den 1 bis 3 dargestellten Bildelementeinheit zeigt.
5A ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer lichtempfangenden Pixeleinheit zeigt, die an einer Position angeordnet ist, die einem Ende eines Sensorchips in Richtung der +X-Achse am nächsten liegt, und zwar aus einer Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten, die in 4 gezeigt sind.
5B ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer lichtempfangenden Pixeleinheit zeigt, die an einer Position angeordnet ist, die am nächsten zu einem Ende des Sensorchips in Richtung der -X-Achse unter der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten in 4 liegt.
5C ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer lichtempfangenden Pixeleinheit aus der Mehrzahl der in 4 gezeigten lichtempfangenden Pixeleinheiten zeigt, die nicht zu den in den 5A und 5B gezeigten lichtempfangenden Pixeleinheiten gehören.
6 ist eine Darstellung, die schematisch eine Konfiguration einer in 1 gezeigten optischen Beleuchtungseinheit und das von der optischen Beleuchtungseinheit ausgestrahlte Beleuchtungslicht zeigt.
7A ist eine Draufsicht, die zwei lichtempfangende Pixeleinheiten zeigt, die in derselben Zeile angeordnet sind.
7B ist eine Darstellung, die die bilderzeugenden Strahlen im reflektierten Licht zeigt, die in jede der beiden in 7A gezeigten lichtempfangenden Pixeleinheiten eintreten.
8 ist eine Darstellung, die einen Teil der Konfiguration der in 3 gezeigten Bildlesevorrichtung und Hauptstrahlen in der Bildlesevorrichtung zeigt.
9 ist eine Darstellung, die Hauptstrahlen zeigt, die in eine lichtempfangende Pixeleinheit eintreten, die sich in einer ersten Zeile befindet, und Hauptstrahlen, die in eine lichtempfangende Pixeleinheit eintreten, die sich in einer zweiten Zeile in der Bildlesevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel befindet.
10 ist eine Darstellung, die einen Teil der Konfiguration der in 3 gezeigten Bildlesevorrichtung und das reflektierte Licht zeigt, das durch eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung tritt.
11A und 11B sind Darstellungen zur Erläuterung der Bedingungen, unter denen das reflektierte Licht nach dem Durchgang durch die zweite Öffnung und die erste Öffnung, die einem lichtempfangenden Pixel entspricht, in das lichtempfangende Pixel in der Bildlesevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eintritt.
12 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Bildlesevorrichtung entlang der Linie A12 - A12.
13 ist eine Darstellung, die inverse Strahlen zeigt, die in Richtung der +Z-Achse von einer lichtempfangenden Pixeleinheit in der Bildlesevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgehen.
14 ist eine Darstellung, die eine Neigung einer optischen Achse einer Mikrolinse zeigt, wenn eine Verschiebung eines ersten Glaselements und eines zweiten Glaselements in der Bildlesevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt.
15 ist eine Darstellung, die die Positionen der Sichtfelder der Mikrolinsen in der X-Achse zeigt, wenn die Montage der Sensorchips in einer Bildlesevorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel variiert wird.
16 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
17 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
18 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Abbildungselementeinheit einer Bildlesevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
19 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Abbildungselementeinheit einer Bildlesevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
20 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt.
21 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einer ersten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels zeigt.
22 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels zeigt.
23 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt.

ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bildlesevorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele und eine Mehrzahl von Modifikationen sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung möglich.
<Konfiguration der Bildlesevorrichtung>
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Bildlesevorrichtung 100 entlang der Linie A2-A2. 3 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Bildlesevorrichtung 100 entlang der Linie A3-A3. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, umfasst die Bildlesevorrichtung 100 eine optische Abbildungseinheit 1, eine optische Beleuchtungseinheit 2 und eine Glasdeckplatte 3 als Dokumentenauflagetisch. Wenn Beleuchtungslicht 25 aus der optischen Beleuchtungseinheit 2 auf ein auf der Glasdeckplatte 3 angeordnetes Dokument 6 fällt, wird das Beleuchtungslicht 25 gestreut und von dem Dokument 6 reflektiert. Das gestreute und reflektierte Licht (im Folgenden auch als „reflektiertes Licht“ bezeichnet) wird von der optischen Abbildungseinheit 1 empfangen, mit der Bildinformationen auf dem Dokument 6 ausgelesen werden. Wie oben beschrieben, ist die Bildlesevorrichtung 100 eine Bildlesevorrichtung, die das Dokument 6 optisch liest.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Dokument 6, damit die optische Abbildungseinheit 1 zweidimensionale Bildinformationen auf dem Dokument 6 erfassen kann, durch eine Fördereinheit (nicht dargestellt) entlang der Glasdeckplatte 3 in einer Hilfsabtastrichtung als zweite Richtung orthogonal zu einer Hauptabtastrichtung als erste Richtung befördert. Dieser Vorgang ermöglicht es, das gesamte Dokument zu scannen 6. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Hauptabtastrichtung eine X-Achsenrichtung und die Hilfsabtastrichtung eine Y-Achsenrichtung. Es ist auch möglich, das gesamte Dokument 6 zu scannen, indem die optische Abbildungseinheit 1 in Richtung der Y-Achse bewegt wird, während das Dokument 6 stehen bleibt.
Das Dokument 6 ist ein Beispiel für ein Bilderfassungsziel, das von der optischen Abbildungseinheit 1 erfasst wird. Bei dem Dokument 6 handelt es sich z. B. um einen Ausdruck, der mit Zeichen, einem Bild oder Ähnlichem bedruckt wurde. Das Dokument 6 wird auf einer vorbestimmten Referenzfläche S angeordnet. Die Referenzfläche S ist eine Ebene, auf die das Dokument 6 gelegt wird, nämlich eine Fläche auf der Glasdeckplatte 3. Die Glasdeckplatte 3 befindet sich zwischen dem Dokument 6 und der optischen Abbildungseinheit 1. Die Dicke der Glasdeckplatte 3 beträgt z. B. 1,0 mm. Die Struktur zum Auflegen des Dokuments 6 auf die Referenzfläche S ist nicht auf die Glasdeckplatte 3 beschränkt.
<Konfiguration der optischen Abbildungseinheit>
Die optische Abbildungseinheit 1 umfasst eine Abbildungselementeinheit 10 als Abbildungsbereich, ein erstes lichtblockierendes Element 11 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 31, ein zweites lichtblockierendes Element 12 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 32, ein drittes lichtblockierendes Element 13 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 33 und eine Mehrzahl von Mikrolinsen 14.
4 ist eine Draufsicht, die einen Teil der in den 1 bis 3 gezeigten Konfiguration der Abbildungselementeinheit 10 zeigt. Wie in den 1 bis 4 dargestellt, umfasst die Abbildungselementeinheit 10 eine Mehrzahl von Sensorchips 7a, 7b, 7c, ein Sensorsubstrat 8 und eine Bildverarbeitungsvorrichtung 9. Die Mehrzahl von Sensorchips 7a, 7b, 7c sind in Richtung der X-Achse angeordnet. Wenn es nicht notwendig ist, in der folgenden Beschreibung zwischen den Sensorchips 7a, 7b, 7c zu unterscheiden, werden die Sensorchips 7a, 7b, 7c gemeinsam als „Sensorchips 7“ bezeichnet.
Die Sensorchips 7 bestehen zum Beispiel aus Siliziummaterial. Die Sensorchips 7 sind auf dem Sensorsubstrat 8 angebracht. Die Sensorchips 7 sind mit dem Sensorsubstrat 8 elektrisch verbunden, z. B. durch Drahtbonden. Das Sensorsubstrat 8 ist ein Montagesubstrat und wird z. B. aus Glas-Epoxidharz hergestellt.
Die Bildverarbeitungseinrichtung 9 führt die Bildverarbeitung auf der Grundlage eines von den Sensorchips 7 ausgegebenen Bildsignals durch. Die Bildverarbeitungseinheit 9 ist beispielsweise ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit), der auf dem Sensorsubstrat 8 montiert ist. Die Bildverarbeitungseinrichtung 9 kann auch durch eine nicht auf dem Sensorsubstrat 8 montierte Recheneinrichtung realisiert werden. Die Einzelheiten der von der Bildverarbeitungsvorrichtung 9 durchgeführten Bildverarbeitung werden später beschrieben.
Auf jedem Sensorchip 7 sind eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 als eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Lichtempfangsteile angeordnet. Die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 sind in Richtung der X-Achse angeordnet. Jeder Sensorchip 7 enthält z. B. 64 lichtempfangende Pixeleinheiten 70. Jede lichtempfangende Pixeleinheit 70 empfängt das vom Dokument 6 reflektierte Licht. Jeder Sensorchip 7 ist nicht auf die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Konfiguration beschränkt, sondern kann durch eine beliebige Anzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 realisiert werden.
Wie in 4 gezeigt, umfasst die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 in einer ersten Zeile 70m und eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 72 in einer zweiten Zeile 70n, die an verschiedenen Positionen in Richtung der Y-Achse angeordnet sind. Der Abstand P zwischen den Mittelpositionen von zwei in Richtung der X-Achse benachbarten lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 (oder zwei lichtempfangenden Pixeleinheiten 72) (im Folgenden als „Abstand“ bezeichnet) beträgt z. B. 320 µm. Der Abstand q zwischen den Mittelpositionen der lichtempfangenden Pixeleinheit 71 und der lichtempfangenden Pixeleinheit 72, die in Richtung der Y-Achse aneinandergrenzen, beträgt beispielsweise 400 µm.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich jede lichtempfangende Pixeleinheit 72 in der zweiten Zeile 70n in der Mitte von zwei lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 in der ersten Zeile 70m. Insbesondere sind die lichtempfangenden Pixeleinheiten 72 so angeordnet, dass sie in Richtung der X-Achse relativ zu den lichtempfangenden Pixeleinheiten 71, die zu einer anderen Zeile gehören, um einen Abstand P/2 (im Folgenden auch als „Abstand P₀“ bezeichnet) als 1/2 des Abstands P abweichen. Durch diese Anordnung sind in dem ersten Ausführungsbeispiel die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in einem Zickzackmuster angeordnet. Daher kann in dem ersten Ausführungsbeispiel der Abstand P im Vergleich zu einer Konfiguration, in der eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten in einer Zeile angeordnet sind, vergrößert werden, und somit ist die Bildlesevorrichtung 100 in der Lage, ein Bild zu erfassen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird. Da die Öffnungen vergrößert werden können, erhöht sich auch die Leuchtdichte des Bildes.
Die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70, die in einem Sensorchip 7 enthalten sind, umfassen lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a als erste Lichtempfangsteile und lichtempfangenden Pixeleinheiten 70x als zweite Lichtempfangsteile, die andere Lichtempfangsteile als die lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a sind. Die lichtempfangende Pixeleinheit 70z ist eine lichtempfangende Pixeleinheit, die an einer Position angeordnet ist, die einem Ende 7e des Sensorchips 7 in Richtung der +X-Achse am nächsten liegt. Die lichtempfangende Pixeleinheit 70a ist eine lichtempfangende Pixeleinheit, die an einer Position angeordnet ist, die einem Ende 7f des Sensorchips 7 in Richtung der -X-Achse am nächsten liegt.
5A ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z zeigt. 5B ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a zeigt. Wie in den 5A und 5B gezeigt, enthält jede der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 80. Insbesondere sind in jeder Lichtempfangseinheit 70z, 70a fünf lichtempfangende Pixel 80 in der X-Achsenrichtung und drei lichtempfangende Pixel 80 in der Y-Achsenrichtung angeordnet. In dem ersten Ausführungsbeispiel hat jedes lichtempfangende Pixel 80 eine quadratische Form von z. B. 10 µm × 10 µm. Daher hat jede lichtempfangende Pixeleinheit 70z, 70a eine rechteckige Form von z. B. 50 µm × 30 µm. Außerdem beträgt der Abstand P₁ zwischen den Mittelpositionen der in X-Achsenrichtung benachbarten lichtempfangenden Pixel 80 10 µm.
5C ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der lichtempfangenden Pixeleinheit 70x zeigt. Wie in 5C gezeigt, sind in den lichtempfangenden Pixeleinheiten 70x vier lichtempfangende Pixel 80 in der X-Achsenrichtung und drei lichtempfangende Pixel 80 in der Y-Achsenrichtung angeordnet. Daher hat jede lichtempfangende Pixeleinheit 70x eine rechteckige Form von z. B. 40 µm × 30 µm. Die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in jeder lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a, 70x enthalten sind, ist nicht auf die in den 5A bis 5C dargestellte Konfiguration beschränkt. Außerdem ist die Methode der Anordnung der lichtempfangenden Pixel 80 in jeder lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a, 70x nicht auf das matrixartige Muster beschränkt; es kann auch eine andere Anordnungsmethode verwendet werden.
Wie oben beschrieben, ist in dem ersten Ausführungsbeispiel die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a enthalten sind, größer als die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70x enthalten sind. Die Auswirkungen dieser Funktion werden später beschrieben. Die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a enthalten sind, kann auch die gleiche sein wie die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70x enthalten sind. Es ist nämlich zulässig, wenn die Anzahl der in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a enthaltenen Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 80 größer als die oder gleich der Anzahl der in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b enthaltenen Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 80 ist.
Ferner stellt jeder in den 5A bis 5C gezeigte Punkt C₁, C₂, C₃ einen Schnittpunkt zwischen einer optischen Achse 40 (siehe z.B. 2) der Mikrolinse 14 und jeder lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a, 70x dar. Der in 5C dargestellte Punkt C₃ fällt mit der Mittelposition der lichtempfangenden Pixeleinheit 70x zusammen.
Jedes lichtempfangende Pixel 80 aus der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixel 80 enthält ein Farbfilter (nicht dargestellt). Insbesondere umfasst die lichtempfangende Pixeleinheit 70 erste lichtempfangende Pixel 80R, die jeweils ein rotes Farbfilter enthalten, das Licht der Farbe Rot durchlässt, zweite lichtempfangende Pixel 80G, die jeweils ein grünes Farbfilter enthalten, das Licht der Farbe Grün durchlässt, und dritte lichtempfangende Pixel 80B, die jeweils ein blaues Farbfilter enthalten, das Licht der Farbe Blau durchlässt. Wenn das Beleuchtungslicht (z.B. das in 6 gezeigte Beleuchtungslicht 25, das später erläutert wird) weißes Licht ist, kann die Abbildungselementeinheit 10 bei dieser Konfiguration ein Farbbild aufnehmen, das durch drei Farben ausgedrückt wird: rot, blau und grün. Die lichtempfangende Pixeleinheit 70 kann auch dann implementiert werden, wenn die lichtempfangende Pixeleinheit 70 mit einer Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 80 gebildet wird, die jeweils kein Farbfilter enthalten.
Im Folgenden wird die übrige Konfiguration der optischen Abbildungseinheit 1 beschrieben. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist das erste lichtblockierende Element 11 auf der Seite des Dokuments 6 relativ zu den lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 angeordnet. Das erste lichtblockierende Element 11 enthält eine Mehrzahl von Öffnungen 31 als eine Mehrzahl von ersten Öffnungen.
Die Mehrzahl von Öffnungen 31 sind an Positionen angeordnet, die jeweils der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 entsprechen. In Richtung der Z-Achse gesehen, überlappen die Mehrzahl von Öffnungen 31 die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70. Insbesondere ist in einer XY-Ebene die Mittelposition jeder Öffnung 31, die in der Mehrzahl der Öffnungen 31 enthalten ist, die gleiche wie die Mittelposition einer lichtempfangenden Pixeleinheit 70.
Die Mehrzahl der Öffnungen 31 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Öffnungen 31 in jeder Zeile sind in Richtung der X-Achse angeordnet. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Öffnungen 31 zickzackförmig angeordnet. Jede Öffnung 31 hat eine quadratische Form von z. B. 40 µm × 40 µm. Das vom Dokument 6 reflektierte Licht fällt durch die Öffnungen 31. In dem ersten lichtblockierenden Element 11 ist ein Teil außerhalb der Öffnungen 31 ein erstes lichtblockierendes Teil 41, der das reflektierte Licht blockiert.
Das zweite lichtblockierende Element 12 ist auf der Seite des Dokuments 6 relativ zu dem ersten lichtblockierende Element 11 angeordnet. Das zweite lichtblockierende Element 12 ist zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 11 und der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 angeordnet. Das zweite lichtblockierende Element 12 enthält die Mehrzahl von Öffnungen 32 als eine Mehrzahl von zweiten Öffnungen.
Die Mehrzahl von Öffnungen 32 sind an Positionen angeordnet, die jeweils der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 entsprechen. Insbesondere ist in einer XY-Ebene die Mittelposition jeder Öffnung 32 in der Mehrzahl der Öffnungen 32 die gleiche wie die Mittelposition einer Mikrolinse 14. In Richtung der Z-Achse gesehen überschneiden bzw. überlappen sich die Mehrzahl von Öffnungen 32 jeweils mit der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70.
Die Mehrzahl der Öffnungen 32 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Öffnungen 32 in jeder Zeile sind in Richtung der X-Achse angeordnet. Dann sind die Mehrzahl von Öffnungen 32 in einem Zickzack-Muster angeordnet. Außerdem überlappen die Mehrzahl von Öffnungen 32 die Mehrzahl von Öffnungen 31 bzw. die Mehrzahl von Öffnungen 33, die später beschrieben werden.
Die Öffnung 32 ist z. B. kreisförmig. Die Öffnungsfläche der Öffnung 32 ist größer als die Öffnungsfläche der Öffnung 31 und die Öffnungsfläche der Öffnung 33. Der Durchmesser der Öffnung 32 (Durchmesser Φ in 13 gezeigt, die später noch erläutert wird) ist nämlich größer als jede Seite der Öffnung 31, 33. Der Durchmesser der Öffnung 32 beträgt z. B. 280 µm. Das vom Dokument 6 reflektierte Licht fällt durch die Öffnungen 32. In dem zweiten lichtblockierenden Element 12 ist ein Teil mit Ausnahme der Öffnungen 32 ein zweites lichtblockierendes Teil 42, das das reflektierte Licht blockiert.
Die optische Abbildungseinheit 1 umfasst ferner ein Glaselement 51 als erstes lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 11 und dem zweiten lichtblockierenden Element 12 angeordnet ist. Das erste lichtblockierende Element 11 ist auf einer Fläche 51a des Glaselements 51 auf der Seite der -Z-Achse (d.h. auf der Seite der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70) ausgebildet, während das zweite lichtblockierende Element 12 auf einer Fläche 51b des Glaselements 51 auf der Seite der +Z-Achse (d.h. auf der Seite des Dokuments 6) ausgebildet ist.
Das erste lichtblockierende Element 11 und das zweite lichtblockierende Element 12 sind lichtabschirmende Schichten in Form von dünnen Chromoxidschichten, die auf das Glaselement 51 aufgedampft sind. Die Öffnungen 31 und 32 werden durch Ätzen der Chromoxidschichten mit Hilfe von Maskenmustern gebildet. Auf diese Weise lassen sich Positions- und Formgenauigkeit der Öffnungen 31 und 32 hervorragend realisieren. So beträgt beispielsweise der Positionsfehler in Richtung der Y-Achse zwischen der Mehrzahl von Öffnungen 31 (oder zwischen der Mehrzahl von Öffnungen 32) etwa 1 µm.
Das dritte lichtblockierende Element 13 ist auf der Seite der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 relativ zum ersten lichtblockierende Element 11 angeordnet. Das dritte lichtblockierende Element 13 weist die Mehrzahl von Öffnungen 33 als eine Mehrzahl von dritten Öffnungen auf. Die Mehrzahl von Öffnungen 33 ist an Positionen angeordnet, die jeweils der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 entsprechen. In Richtung der Z-Achse gesehen überschneiden bzw. überlappen sich die Mehrzahl von Öffnungen 33 jeweils mit der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70. Insbesondere ist in einer XY-Ebene die Mittelposition jeder Öffnung 33 in der Mehrzahl der Öffnungen 33 die gleiche wie die Mittelposition einer lichtempfangenden Pixeleinheit 70,
Die Mehrzahl der Öffnungen 33 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Öffnungen 33 in jeder Zeile sind in Richtung der X-Achse angeordnet. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der Öffnungen 33 zickzackförmig angeordnet. Jede Öffnung 33 hat eine quadratische Form von z. B. 60 µm × 60 µm. Das vom Dokument 6 reflektierte Licht fällt durch die Öffnungen 33. In dem dritten lichtblockierenden Element 13 ist ein Teil ohne die Öffnungen 33 ein drittes lichtblockierendes Element 13, das das reflektierte Licht blockiert.
Die optische Abbildungseinheit 1 umfasst ferner ein Glaselement 52 als zweites lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 11 und dem dritten lichtblockierenden Element 13 angeordnet ist. Mit anderen Worten, das Glaselement 52 ist auf der Seite der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 relativ zum Glaselement 51 angeordnet. Das dritte lichtblockierende Element 13 ist auf einer Fläche 52a des Glaselements 52 auf der Seite der -Z-Achse (d. h. auf der Seite der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70) ausgebildet. Das Verfahren zur Herstellung der Öffnungen 33 ähnelt dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Öffnungen 31 und 32; die Öffnungen 33 werden z. B. durch Ätzen einer auf das Glaselement 52 aufgedampften Chromoxidschicht hergestellt. Wie in 16 gezeigt, die später erläutert wird, kann die optische Abbildungseinheit 1 auch dann realisiert werden, wenn die optische Abbildungseinheit 1 das zweite lichtblockierende Element 12, das dritte lichtblockierende Element 13 und das Glaselement 52 nicht enthält.
Wie in 3 gezeigt, wird das Glaselement 52 an dem Glaselement 51 durch Verkleben mit einem Klebstoff oder ähnlichem befestigt, so dass die Mittelpositionen der Öffnungen 33 mit den Mittelpositionen der Öffnungen 31 und den Mittelpositionen der Öffnungen 32 überlappen. Um die Genauigkeit der Ausrichtung beim Verbinden des Glaselements 52 mit dem Glaselement 51 zu erhöhen, können eine Fläche des Glaselements 52 auf der Seite der +Z-Achse und die Fläche 51b des Glaselements 51 auf der Seite der -Z-Achse mit Ausrichtungsmarkierungen (nicht dargestellt) für die Ausrichtung versehen werden.
Bei den Glaselementen 51 und 52 handelt es sich um lichtdurchlässige Elemente, wie z. B. Glassubstrate. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Brechungsindex des Glaselements 51 gleich dem Brechungsindex des Glaselements 52. Die Brechungsindizes n der Glaselemente 51 und 52 betragen z. B. 1,52. Die Dicke t₁ (siehe 2) des Glaselements 51 beträgt z. B. t₁ = 2400 µm. Die Dicke t₂ (siehe 2) des Glaselements 52 beträgt z. B. t₂ = 300 µm. Der Brechungsindex des Glaselements 51 kann sich auch vom Brechungsindex des Glaselements 52 unterscheiden.
In diesem Fall, in dem das oben erwähnte Drahtbonden als Verfahren zur elektrischen Verbindung der Sensorchips 7 mit dem Sensorsubstrat 8 verwendet wird, können die Drähte von einer +Z-Achsen-Seitenfläche des Sensorchips 7 in Richtung der +Z-Achse um etwa 100 bis 200 µm abstehen. In dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand t₀ (siehe 2) zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 und dem Glaselement 52 500 µm, was länger ist als die Länge der Drähte, so dass Störungen zwischen den aus dem Sensorchip 7 herausragenden Drähten und dem Glaselement 52 verhindert werden können. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Sensorsubstrat 8 und dem Glaselement 52 ein Abstandselement (nicht dargestellt) mit einer Dicke von mehr als 500 µm (insbesondere die Summe der in 2 dargestellten Abstände t₀ und t₇) angeordnet. Durch dieses Abstandselement wird der 500 µm große Abstand t₀ genau eingehalten. Der Abstand t₇ ist der Abstand von einer Fläche des Sensorsubstrats 8 auf der +Z-Achsenseite zu einer Fläche der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 auf der +Z-Achsenseite.
Die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 sind auf der Seite der +Z-Achse relativ zu der Mehrzahl von Öffnungen 32 angeordnet. Die optische Achse der Mikrolinse 14 ist durch das Bezugszeichen 40 gekennzeichnet (siehe 2 und 3). Die Mikrolinsen 14 sind in Richtung der optischen Achse (d. h. in Richtung der Z-Achse) über das Glaselement 51 von der Mehrzahl der Öffnungen 31 entfernt. Die Mikrolinse 14 ist eine Sammel- bzw. Kondensorlinse, die das vom Dokument 6 reflektierte Licht bündelt. Die Mikrolinse 14 ist zum Beispiel eine konvexe Linse.
Die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 sind an Positionen angeordnet, die jeweils der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 entsprechen. In dem ersten Ausführungsbeispiel überlappen in Richtung der Z-Achse gesehen die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70. Die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 sind in zwei Reihen angeordnet. Die Mikrolinsen 14 in jeder Zeile sind in Richtung der X-Achse angeordnet. In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Mikrolinsen 14 in einem Zickzack-Muster angeordnet. Die im Zickzackmuster angeordneten Mikrolinsen 14 bilden eine Mikrolinsenanordnung 60.
Die Mikrolinsenanordnung 60 wird durch ein Verfahren wie z. B. Nanoprägen oder Spritzguss hergestellt. In solchen Fällen weist eine für die Herstellung der Mikrolinsenanordnung 60 verwendete Form konkave Teile auf, die der Form der Mikrolinsenanordnung 60 entsprechen. Durch die Herstellung des Mikrolinsenarrays bzw. der Mikrolinsenanordnung 60 mittels Nanoprägen wie oben beschrieben, kann die Formgenauigkeit des Mikrolinsenarrays 60 erhöht werden. Außerdem kann das Mikrolinsenarray 60 durch Nanoprägen direkt auf dem zweiten lichtblockierenden Element 12 gebildet sein.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Mikrolinse 14 auf eine vorbestimmte Größe im Bereich von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern eingestellt. Der Krümmungsradius der Fläche der Mikrolinse 14 beträgt z. B. etwa 1,0 mm. Außerdem ist die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 an Positionen angeordnet, die jeweils der Mehrzahl von Öffnungen 31 entsprechen. In einer XY-Ebene überschneidet sich die Mittelposition jeder Mikrolinse 14 mit der Mittelposition einer Öffnung 31. Dementsprechend erstreckt sich die optische Achse 40 jeder Mikrolinse 14 in Richtung der Z-Achse orthogonal zur XY-Ebene.
<Konfiguration der optischen Beleuchtungseinheit>
6 ist eine Darstellung, die schematisch den Aufbau der in 1 gezeigten Beleuchtungsoptik 2 und das von der Beleuchtungsoptik 2 ausgestrahlte Beleuchtungslicht 25 zeigt. Wie in den 2 und 6 gezeigt, umfasst die optische Beleuchtungseinheit 2 eine Lichtquelle 20 und ein Lichtleitelement 21. Die Lichtquelle 20 ist an einer Endfläche 21a des Lichtleitelements 21 angeordnet. Die Lichtquelle 20 strahlt Licht 20a in das Innere des Lichtleitelements 21. Die Lichtquelle 20 ist z. B. eine Halbleiterlichtquelle. Die Halbleiterlichtquelle ist z. B. eine LED (Light Emitting Diode) oder ähnliches.
Wie in 6 dargestellt, lenkt das Lichtleitelement 21 das von der Lichtquelle 20 ausgestrahlte Licht 20a auf das Dokument 6. Das Lichtleitelement 21 ist z. B. ein zylindrisches Element aus einem lichtdurchlässigen Harzmaterial. Das von der Lichtquelle 20 ausgestrahlte Licht 20a breitet sich unter wiederholter Totalreflexion im Lichtleitelement 21 aus. Ein Streubereich 22 ist in einem Teilbereich einer inneren Seitenfläche des Lichtleitelements 21 ausgebildet. Das auf den Streubereich 22 treffende Licht 20a wird gestreut und entspricht dem Streulicht. Ein Teil des Streulichts dient dann als Beleuchtungslicht 25, das das Dokument 6 beleuchtet.
Das auf das in 2 gezeigte Dokument 6 auftreffende Beleuchtungslicht 25 wird von dem Dokument 6 reflektiert und in das reflektierte Licht umgewandelt. Das reflektierte Licht durchläuft nacheinander die Mikrolinsen 14, die Öffnungen 32, das Glaselement 51, die Öffnungen 31, das Glaselement 52 und die Öffnungen 33 und tritt in die lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 ein.
<Bilderzeugung durch Mikrolinsen 14>
Nachfolgend wird die Bilderzeugung durch die Mikrolinse 14 anhand der 7A und 7B beschrieben. 7A ist eine Draufsicht, die zwei lichtempfangende Pixeleinheiten 70 zeigt, die in derselben Zeile angeordnet sind. 7B ist eine Darstellung, das die bilderzeugenden Strahlen L11 bis L14 im reflektierten Licht zeigt, das in jede der beiden in 7A gezeigten lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 eintritt. Jeder bilderzeugende Strahl L11- L14 ist ein inverser Strahl, der von der Mittelposition jedes der vier zweiten lichtempfangende Pixel 80G aus der Mehrzahl von lichtempfangende Pixeln 80, die in einer lichtempfangende Pixeleinheit 70 enthalten sind, in einer inversen Richtung (d.h. in Richtung der +Z-Achse) verläuft.
Wie in 7B gezeigt, erzeugt die Mikrolinse 14 ein Bild des Dokuments 6, das sich auf einer Objektoberfläche befindet, auf der lichtempfangenden Pixeleinheit 70, die sich auf einer Bilderzeugungsfläche befindet. In dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt das Verkleinerungsverhältnis (auch als „Bildübertragungs-Vergrößerungsverhältnis“ bezeichnet) zwischen der Objektoberfläche und der Bilderzeugungsfläche 1/4. Wie bereits erwähnt, beträgt der Abstand P₁ (siehe 5A) zwischen den Mittelpositionen der in Richtung der X-Achse benachbarten lichtempfangende Pixel 80 10 µm. Außerdem sind in einer lichtempfangenden Einheit 70 vier lichtempfangende Pixel 80 in Richtung der X-Achse angeordnet. Wenn also r eine Auflösung der Bildlesevorrichtung 100 in Richtung der X-Achse auf dem Dokument 6 darstellt (mit anderen Worten, ein Abstand in einem konjugierten Bild der lichtempfangenden Pixel 80 auf dem Dokument 6), beträgt die Auflösung r 40 µm.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Abbildungseinheit 110 als optisches Einheitssystem durch eine Mikrolinse 14, eine Öffnung 32, eine Öffnung 31, eine Öffnung 33 und eine lichtempfangende Pixeleinheit 70 gebildet. Hierbei ist, wie bereits erwähnt, eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 auf einem Sensorchip 7 angeordnet. Daher kann die Positionsgenauigkeit unter der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 erhöht werden. Daher ist die Abweichung der Position der optischen Achse 40 der Mikrolinse 14 zwischen den in Richtung der X-Achse nebeneinander liegenden Abbildungseinheiten 110 gering.
In dem in 7B gezeigten Beispiel ist die Öffnung 31 eine Aperturfläche für die Mikrolinse 14, und somit wird eine numerische Apertur auf einer Abbildungsseite und einer Objektseite durch die Öffnung 31 bestimmt. Wenn eine Öffnungsweite der Öffnung 31 groß ist, wird die numerische Apertur auf der Objektseite groß, und somit kann eine Lichtempfangsmenge des vom Dokument 6 reflektierten Lichts erhöht werden. In diesem Fall verringert sich jedoch die Schärfentiefe. Wenn versucht wird, die numerische Apertur auf der Objektseite zu erhöhen, indem die Öffnungsbreite der Öffnung 31 in einem optischen Facettenaugensystem, in dem eine Mehrzahl von Abbildungseinheiten 110 angeordnet sind, vergrößert wird, besteht außerdem die Gefahr, dass ein Bild aufgenommen wird, das durch Streulicht beeinträchtigt wird, weil ein Strahl in eine von zwei benachbarten Abbildungseinheiten 110 eintritt und dann in die lichtempfangende Pixeleinheit 70 der anderen Abbildungseinheit 110 eintritt. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch ein Bild aufgenommen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird, wenn die Bedingungen 1 und 2 erfüllt sind, die später beschrieben werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Mikrolinse 14 objektseitig telezentrisch. Auf diese Weise kann die Schärfentiefe erhöht werden. Um die objektseitige Telezentrizität zu realisieren, ist die Öffnung 33 als Aperturfläche für die Mikrolinse 14 an der Position eines rückwärtigen Brennpunktes der Mikrolinse 14 angeordnet.
8 ist ein Darstellung, das die Hauptstrahlen L21 bis L24 in der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Hauptstrahlen L21 bis L24 sind Strahlen, die jeweils zu den in 7B gezeigten bildgebenden Strahlen L11 bis L14 gehören und durch die Mitte der Öffnung 33 verlaufen. In dem ersten Ausführungsbeispiel überlappen die Mittelpunkte der Öffnungen 31, 32 und 33 in Richtung der Z-Achse gesehen einander, so dass eine optische Achse der Abbildungseinheit 110 (hier die gerade Linie, die den Mittelpunkt der Öffnungsfläche und den Mittelpunkt der Mikrolinse 14 verbindet) parallel zur Z-Achse verläuft. Außerdem verlaufen die Hauptstrahlen L21 bis L24 jeder Mikrolinse 14 parallel zur optischen Achse. In den vom Objekt (insbesondere dem Dokument 6) reflektierten und in der optischen Abbildungseinheit 1 fokussierten bildgebenden Strahlen L11 bis L14 sind die Hauptstrahlen L21 bis L24 in Richtung der Z-Achse parallel zueinander. Selbst wenn sich die Position des Dokuments 6 in Richtung der Z-Achse ändert, ändern sich die Intervalle der Hauptstrahlen L21 bis L24 in Richtung der X-Achse auf der Objektseite nicht, und das Verkleinerungsverhältnis ändert sich nicht.
Nachfolgend wird die Bilderzeugung durch die Mikrolinse 14 anhand von konkreten Zahlenwerten beschrieben. In 7B wird der Abstand zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 und dem dritten lichtblockierenden Element 13 als t₀ und der Abstand zwischen dem dritten lichtblockierenden Element 13 und dem ersten lichtblockierenden Element 11 (d. h. die Dicke des Glaselements 52) als t₂ dargestellt. Ferner wird der Abstand zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 11 und dem zweiten lichtblockierenden Element 12 (d.h. die Dicke des Glaselements 51) als t₁ und der Brechungsindex jedes Glaselements 51, 52 als n dargestellt.
Ferner sei f die Brennweite der Mikrolinse 14 und R der Krümmungsradius der Mikrolinse 14, f = 1,78 mm und R = 0,95 mm. Um die objektseitige Telezentrie zu realisieren, muss die Brennweite f die folgende Bedingung erfüllen (1): $f = (t_{1} + t_{2}) /n$
In einem Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels sind t₁ = 300 µm, t₂ = 2400 µm und n = 1,52, so dass der Wert der Brennweite f, der sich durch Einsetzen dieser Werte in den Ausdruck (1) ergibt, 1,78 mm beträgt. Daher ist die Mikrolinse 14 objektseitig telezentrisch. Da die Schärfentiefe durch dieses Merkmal erhöht wird, kann der Abstand zwischen der Position der Z-Achse des Dokuments 6 als bilderzeugende Position auf der Objektseite und der Position der Z-Achse der Mikrolinse 14 vergrößert werden. Mit anderen Worten, die Mehrzahl von Mikrolinsen 14, das erste lichtblockierende Element 11 und die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 sind so angeordnet, dass das von dem Dokument 6 reflektierte Licht, das durch eine Mikrolinse 14 und die der Mikrolinse 14 entsprechende Öffnung 31 hindurchtritt, in die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixel 80 eintritt, die in der der Öffnung 31 entsprechenden lichtempfangenden Pixeleinheit 70 enthalten sind.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Position des Dokuments 6 in Richtung der Z-Achse von der Position der Mikrolinse 14 in Richtung der +Z-Achse um etwa 8 mm entfernt (siehe 1). Bei dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt der Objektabstand etwa 8 mm. Daher können die optische Beleuchtungseinheit 2 und die Glasdeckplatte 3 zwischen dem Dokument 6 und den Mikrolinsen 14 angeordnet werden.
Hierbei wird die Schärfentiefe durch die numerische Apertur der Mikrolinse 14 auf der Objektseite bestimmt. Ferner wird die numerische Apertur auf der Objektseite durch die Öffnungsweite der Öffnung 31 und den Abstand t₀ bestimmt. Eine gewünschte Schärfentiefe kann nämlich durch Veränderung der Öffnungsweite der Öffnung 31 erreicht werden. Während sich die Definition der Schärfentiefe je nach zulässigem Kontrastumfang des Bildes ändert, beträgt die Schärfentiefe in dem ersten Ausführungsbeispiel etwa 8 mm, wodurch eine ausreichend große Schärfentiefe für die für ein Kopiergerät verwendete Bildlesevorrichtung 100 erzielt werden kann. Während die Öffnung 33 in dem ersten Ausführungsbeispiel die Öffnungsfläche für die Mikrolinse 14 ist, kann die Öffnung 31 auch die Öffnungsfläche sein. In diesem Fall kann die objektseitige Telezentrizität realisiert werden, wenn die Öffnung 31 an der Position des rückwärtigen Brennpunkts der Mikrolinse 14 angeordnet ist.
<Anzahl der lichtempfangenden Pixel zur Vermeidung von Bildinformationsverlusten>
Um den Verlust von Bildinformationen zwischen den in der X-Achsenrichtung benachbarten Bildeinheiten 110 zu verhindern, muss die Anzahl N der in der X-Achsenrichtung angeordneten lichtempfangenden Pixel 80, die in einer lichtempfangenden Pixeleinheit 70 enthalten sind, größer oder gleich einer vorbestimmten Anzahl festgelegt werden. In der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70, die in einem zweizeiligen Zickzackmuster angeordnet sind, wie in 4 dargestellt, ist der Abstand P₀ zwischen den beiden benachbarten lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 und 72 P/2.
Da die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 an Positionen angeordnet sind, die jeweils der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 entsprechen, beträgt hier der Abstand zwischen den Mittelpositionen zweier in Richtung der X-Achse benachbarter Mikrolinsen 14 (nämlich der Abstand der optischen Achsen 40) ebenfalls P/2. Wenn der folgende Ausdruck (2) erfüllt ist, ist der Abstand P₀ gleich der Breite der Mikrolinse 14 in Richtung der X-Achse als Sichtfeldbereich der einen Mikrolinse 14. So kann der Verlust von Bildinformationen zwischen den beiden Mikrolinsen 14 verhindert werden. Wenn die Bedingung (2) erfüllt ist, kann auch eine Überlappung der Sichtfelder benachbarter Mikrolinsen 14 verhindert werden. $P_{0} = P/2 = N \cdot r$
In einem Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels sind P = 320 µm, N = 4 und r = 40 µm, womit der obige Ausdruck (2) erfüllt ist.
9 ist eine Darstellung, die die Hauptstrahlen L21 bis L24 zeigt, die in eine lichtempfangende Pixeleinheit 71 eintreten, die sich in der in 4 gezeigten ersten Zeile 70m befindet, und die Hauptstrahlen L31 bis L34, die in eine lichtempfangende Pixeleinheit 72 eintreten, die sich in der in 4 gezeigten zweiten Zeile 70n in der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel befindet. In 9 und 12, die später erläutert werden, wird eine Mikrolinse 14, die sich mit einer lichtempfangenden Pixeleinheit 71 überschneidet, als eine Mikrolinse 141 bezeichnet, und eine Mikrolinse 14, die sich mit einer lichtempfangenden Pixeleinheit 72 überschneidet, wird als eine Mikrolinse 142 bezeichnet.
Der Abstand zwischen der Mikrolinse 141 und der Mikrolinse 142 in Richtung der X-Achse beträgt 160 µm. In einem Raum auf der Objektseite sind daher die vier Hauptstrahlen L21 bis L24 im Abstand von 40 µm in Richtung der X-Achse angeordnet. Außerdem sind die vier Hauptstrahlen L21 bis L24 in der X-Achse im Abstand von 40 µm angeordnet. Die räumliche Auflösung in Richtung der X-Achse auf der Objektseite beträgt nämlich 40 µm, und die räumliche Auflösung beträgt 40 µm und ändert sich nicht zwischen den in Richtung der X-Achse benachbarten Abbildungseinheiten 110. Wie oben beschrieben, sind in dem ersten Ausführungsbeispiel alle Hauptstrahlen L21 bis L24 und L31 bis L34 parallel zur Z-Achse ausgerichtet. Somit ändert sich das Verkleinerungsverhältnis nicht, unabhängig von der Position des Dokuments 6 in Richtung der Z-Achse. So kann der Verlust von Bildinformationen zwischen Abbildungseinheiten 110, die zu verschiedenen Zeilen gehören, und die Überlappung der Sichtfelder verhindert werden.
<Bedingungen für die Aufnahme von Bildern, die nicht durch Streulicht beeinträchtigt werden>
Nachfolgend werden die Bedingungen für die Bildlesevorrichtung 100 zur Erfassung eines nicht durch Streulicht beeinträchtigten Bildes anhand der 10, 11A und 11B beschrieben. 10 ist eine Darstellung, die einen Teil der Konfiguration der in 3 gezeigten Bildlesevorrichtung 100 und das reflektierte Licht zeigt, das durch die Öffnung 31 und die Öffnung 33 hindurchgeht. Im Folgenden werden die Bedingungen für die Aufnahme eines Bildes beschrieben, das nicht durch Streulicht in Richtung der X-Achse beeinträchtigt wird (siehe 10). In 10 sind eine Mehrzahl von in Richtung der X-Achse angeordnete lichtempfangende Pixeleinheiten 70 auch als lichtempfangende Pixeleinheiten 70a, 70b und 70c dargestellt. In ähnlicher Weise werden eine Mehrzahl von Öffnungen 31 auch als Öffnungen 31a, 31b und 31c und eine Mehrzahl von Öffnungen 33 auch als Öffnungen 33a, 33b und 33c dargestellt. In der folgenden Beschreibung wird eine gerade Linie, die den Mittelpunkt einer Öffnung 32, den Mittelpunkt einer Öffnung 31 und eine lichtempfangende Pixeleinheit 70 verbindet, als optische Achse 40a, 40b, 40c bezeichnet.
In 10 ist das vom Dokument 6 (siehe 1) reflektierte Licht, das durch eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33 fällt, als Strahlen L1, L2 und L3 dargestellt. Der Strahl L1 tritt durch die Öffnung 31a und die Öffnung 33a und dann in die lichtempfangende Pixeleinheit 70a ein.
11A und 11B sind Darstellungen zur Erläuterung der Bedingungen, unter denen das reflektierte Licht nach dem Durchgang durch eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33 in eine lichtempfangende Pixeleinheit 70 in der Bildlesevorrichtung 100 eintritt. In 11A und 11B wird die Dicke des Glaselements 52 als t₂, der Brechungsindex des Glaselements 52 als n₂ und der Abstand zwischen dem Glaselement 52 und der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 als t₀ dargestellt. Wenn die folgenden Bedingungen 1 und 2 beide erfüllt sind, tritt nur das reflektierte Licht nach dem Durchgang durch die Öffnung 31 und die Öffnung 33, die sich auf derselben optischen Achse befinden, in die lichtempfangende Pixeleinheit 70 ein, die sich auf der optischen Achse befindet.
(Bedingung 1)
Von den Strahlen, die durch eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33 mit voneinander verschiedenen optischen Achsen hindurchgehen, gibt es keinen Strahl, der in eine lichtempfangende Pixeleinheit 70 eintritt.
(Bedingung 2)
Ein Strahl, der durch eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33 mit derselben optischen Achse hindurchgeht, trifft nicht auf eine andere lichtempfangende Pixeleinheit 70 als die lichtempfangende Pixeleinheit 70 auf derselben optischen Achse.
Für die Bedingung 1 ist eine hinreichende Bedingung, dass der kleinste Einfallswinkel θ₁ eines Strahls in einer Öffnung 31 unter den Einfallswinkeln der Strahlen, die durch eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33 mit voneinander verschiedenen optischen Achsen hindurchgehen, den folgenden Ausdruck (3) erfüllt: $n_{2} \cdot sin θ > 1$
Nachfolgend wird die Bedingung des Ausdrucks (3) unter Verwendung von Parametern für die Dicke und die Öffnungsbreite des Glaselements 52 ausgedrückt. Die halben Öffnungsbreiten als halbe Breiten der Öffnungsbreiten an der Öffnung 31 und der Öffnung 33 werden als X₁ bzw. X₃ dargestellt. Ferner wird die halbe Breite der Breite der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 in Richtung der X-Achse als X₀ dargestellt. Der Abstand D₁ in Richtung der X-Achse zwischen dem Ende einer Öffnung 33w in Richtung der -X-Achse und dem Ende einer Öffnung 33v in Richtung der +X-Achse ergibt sich aus dem folgenden Ausdruck (4): $D_{1} = (P/2) - X_{1} - X_{2}$
Wie aus 11A ersichtlich ist, gilt für den Einfallswinkel θ₁ eines Strahls L4 die Beziehung des folgenden Ausdrucks (5): $tan θ_{1} = D_{1} {/t}_{2} = ((P/2) - X_{1} - X_{2}) {/t}_{2}$
Aus dem Ausdruck (3) und dem Ausdruck (5) ergibt sich der folgende Ausdruck (6) für die Dicke t₂ des Glaselements 52, das die vorgenannte Bedingung 1 erfüllt: $t_{2} < \sqrt{n_{2}^{2} - 1} \cdot ((P /2) - X_{1} - X_{2})$
Der Strahl L4 erfüllt nämlich die Bedingung der inneren Totalreflexion, wenn die Dicke t₂ des Glaselements 52 kleiner als der Wert auf der rechten Seite des Ausdrucks (6) ist. In diesem Fall ist die vorgenannte Bedingung 1 erfüllt.
Die oben genannte Bedingung 2 wird im Folgenden anhand von 11B erläutert. Die folgende Erläuterung erfolgt beispielsweise anhand einer lichtempfangenden Pixeleinheit 70b aus der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 und der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70a und 70c, die auf beiden Seiten in Richtung der X-Achse an die lichtempfangende Pixeleinheit 70b angrenzen. Die vorgenannte Bedingung 2 ist erfüllt, wenn ein Strahl L6, der durch einen Punkt P5 in der Öffnung 31b, der sich mit der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b überschneidet, und einen Punkt P6 in der Öffnung 33b, der sich mit der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b überschneidet, in einem Bereich zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a und der lichtempfangenden Pixeleinheit 70c eintrifft und weder in die lichtempfangende Pixeleinheit 70a noch in die lichtempfangende Pixeleinheit 70c eintritt. Der Bereich zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a und der lichtempfangenden Pixeleinheit 70c ist ein Bereich, der zwischen dem rechten Ende der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a und dem linken Ende der lichtempfangenden Pixeleinheit 70c liegt, wie in 11B gezeigt.
Der in 11B gezeigte Strahl L6 ist ein Strahl, der durch die Öffnung 31b und die Öffnung 33b verläuft, die die Öffnung 31b überlappt. In 11B verläuft der Strahl L6 durch einen Endteil der Öffnung 31b, der der Öffnung 31c am nächsten liegt, und danach durch einen Endteil der Öffnung 33b, der der Öffnung 33a am nächsten liegt. Der Strahl L6, der die Öffnung 33b durchquert hat, trifft auf einen Punkt Q₀. Dabei stellt der Punkt Q₀ einen Punkt in einem Bereich zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a und der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b dar, an dem der Strahl L6 angekommen ist. In 11B stellt der Punkt Q₀ einen Punkt dar, der in Richtung der -X-Achse am weitesten von der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b entfernt ist, d. h. einen Punkt, der der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a am nächsten ist. Wie oben, wenn der Strahl L6 an dem Punkt Q₀ als einem Punkt auf der Seite der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b relativ zu einem Ende der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a, das der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b am nächsten ist, ankommt, kommt der Strahl, der durch die Öffnung 31b und die Öffnung 33b hindurchgegangen ist, nicht an einer anderen Öffnung (z. B. der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a oder der lichtempfangenden Pixeleinheit 70c) als der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b an.
Dabei stellt α₁ den Abstrahlwinkel des Strahls L6 und α₂ den Einfallswinkel des Strahls L6 dar. Der Einfallswinkel α₂ ergibt sich aus dem folgenden Ausdruck (7): $tan α_{2} = (X_{1} + X_{2}) {/t}_{2}$
Nach dem Snell’schen Gesetz wird die Beziehung zwischen dem Abstrahwinkel α₁ und dem Einfallswinkel α₂ durch den folgenden Ausdruck dargestellt (8): $n_{2} \cdot sin α_{2} = sin α_{1}$
Der Abstand D₂ zwischen der optischen Achse 40b und dem Punkt Q₀ ergibt sich weiterhin aus dem folgenden Ausdruck (9): $D_{2} = X_{1} + t_{0} \cdot tan α_{1}$
Hierbei wird die Bedingung, dass sich der Punkt Q₀ auf der Seite der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b relativ zum Ende der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a in Richtung der +X-Achse befindet, durch den folgenden Ausdruck (10) dargestellt: $P/2 - X_{0} > X_{1} + t_{0} \cdot tan α_{1}$
Aus den Ausdrücken (7) bis (10) ergibt sich der folgende Ausdruck (11) für die Dicke t₂ des Glaselements 52, das die vorgenannte Bedingung 2 erfüllt: $t_{2} > (X_{1} + X_{2}) \cdot \sqrt{n_{2}^{2} - 1 + \frac{n_{2}^{2} \cdot t_{0}^{2}}{{((\frac{P}{2}) - X_{1} - X_{0})}^{2}}}$
Die vorgenannte Bedingung 2 ist nämlich erfüllt, wenn die Dicke t₂ des Glaselements 52 größer ist als der Wert auf der rechten Seite des Ausdrucks (11).
In einem Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels sind X₁ = 20 µm, X₂ = 30 µm, X₀ = 20 µm, t₀ = 500 µm, P/2 = 160 µm und n₂ = 1,52. Werden diese Werte in die rechten Seiten von Ausdruck (6) und Ausdruck (11) eingesetzt, so entsprechen die rechten Seiten der Ausdrücke den Werten 126 µm bzw. 322 µm. Somit erfüllt t₂ = 300 µm sowohl den Ausdruck (6) als auch den Ausdruck (11).
Nachfolgend wird anhand von 4 eine Beziehung zwischen der Anordnung der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 und den vorgenannten Bedingungen 1 und 2 erläutert. Die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 sind in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordnet. In 4 ist weiterhin die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in einem Zickzackmuster angeordnet. Angenommen, dass eine Auflösung, die derjenigen der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, in einer Bildlesevorrichtung erzielt wird, in der die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten in einer Zeile angeordnet sind, muss ein Anordnungsabstand der lichtempfangenden Pixeleinheiten in der Hauptabtastrichtung (d. h. der X-Achsenrichtung) auf einen halben Wert (d. h. 160 µm) des Anordnungsabstands der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt werden. Mit anderen Worten kann der Anordnungsabstand der in derselben Zeile angeordneten lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel lang eingestellt werden.
Im Gegensatz dazu ist es in der Bildlesevorrichtung, in der eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten in einer Zeile angeordnet sind, schwierig, die Dicke t₂ zu erhalten, die die beiden oben genannten Ausdrücke (6) und (11) erfüllt, während die Öffnungshalbbreiten der Öffnungen auf gro-ßen Werten gehalten werden. Selbst in dem Fall, in dem eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten in einer Zeile angeordnet sind, gibt es die Dicke t₂ als einen Parameter, der sowohl den Ausdruck (6) als auch den Ausdruck (11) erfüllt. Daher gelten die obigen Erklärungen (z. B. die Erklärungen zu den vorgenannten Bedingungen 1 und 2) mit Ausnahme der Erklärungen zu der Konfiguration, in der die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in zwei Zeilen angeordnet sind, auch für den Fall, dass die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten in einer Zeile angeordnet sind.
Als nächstes werden die Bedingungen beschrieben, unter denen ein Strahl nach dem Durchgang durch eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33, die an Positionen angeordnet sind, die sich mit einer lichtempfangenden Pixeleinheit 70 überschneiden, die zu einer der beiden Zeilen der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 gehört, nicht in eine lichtempfangende Pixeleinheit 70 eintritt, die zu der anderen Zeile in der Bildlesevorrichtung 100 gehört.
12 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Bildlesevorrichtung 100 entlang der Linie A12-A12. In 12 ist die Öffnung 31, 33, die mit einer lichtempfangenden Pixeleinheit 71 überlappt, als eine Öffnung 311, 331 dargestellt, und die Öffnung 31, 33, die mit einer lichtempfangenden Pixeleinheit 72 überlappt, ist als eine Öffnung 312, 332 dargestellt. Außerdem wird die optische Achse der Mikrolinse 141 durch ein Bezugszeichen 40a und die optische Achse der Mikrolinse 142 durch ein Bezugszeichen 40e dargestellt. Ein Punkt R1 ist ein Ende der lichtempfangenden Pixeleinheit 71, das der lichtempfangenden Pixeleinheit 72 am nächsten liegt. Ein Punkt R2 ist ein Ende der Öffnung 332, das der Öffnung 331 am nächsten liegt. Ein Punkt R3 ist ein Punkt, der sich an einer Außenseite relativ zu einem Ende der Öffnung 312 befindet, das am weitesten von der Öffnung 311 entfernt ist.
Ferner wird in 12 ein inverser Strahl L8 als virtueller Strahl verwendet, der von der lichtempfangenden Pixeleinheit 71 zur Öffnung 312 verläuft. Der inverse Strahl L8 ist ein Strahl, der vom Punkt R1 ausgeht, durch den Punkt R2 verläuft und im Punkt R3 ankommt. Der Abstand zwischen dem Punkt R3 und der optischen Achse 40e wird als D₃ bezeichnet und die halbe Länge der Diagonale der Öffnung 312 in quadratischer Form wird als X₂₀ bezeichnet.
Im Folgenden werden die Bedingungen beschrieben, unter denen ein Strahl nach dem Durchgang durch die Öffnung 312 und die Öffnung 332 nicht in die lichtempfangende Pixeleinheit 71 eintritt. Trifft der inverse Strahl L8 auf das erste lichtblockierende Teil 41 oder ein drittes lichtblockierendes Teil 43, so tritt der Strahl nach dem Durchgang durch die Öffnung 312 und die Öffnung 332 nicht in die lichtempfangende Pixeleinheit 71 ein. In 12 wird ein Fall beschrieben, in dem der inverse Strahl L8 auf das erste lichtblockierende Teil 41 trifft.
Wenn der Abstand D₃ größer ist als die Länge X₂₀, trifft der inverse Strahl L8 auf das erste lichtblockierende Teil 41. Dementsprechend tritt der Strahl nach dem Durchgang durch die Öffnung 312 und die Öffnung 332 nicht in die lichtempfangende Pixeleinheit 71 ein. Selbst wenn der Abstand D₃ kleiner als die Länge X₂₀ ist und der inverse Strahl L8 durch die Öffnung 312 hindurchgeht, erreicht der inverse Strahl L8 das zweite lichtblockierende Teil 42, wenn das in 4 dargestellte Intervall q lang ist. Selbst wenn der Abstand D₃ kleiner als die Länge X₂₀ ist, tritt der Strahl nach dem Passieren der Öffnung 312 und der Öffnung 332 nicht in die lichtempfangende Pixeleinheit 71 ein, da das Intervall q lang ist und die Bildlesevorrichtung 100 das zweite lichtblockierende Element 12 enthält.
<Unterschiedliche Konfiguration des zweiten lichtblockierenden Elements 12>
Nachfolgend wird anhand von 13 eine andere Konfiguration des zweiten lichtblockierenden Elements 12 beschrieben. 13 ist eine Darstellung, das inverse Strahlen 61b, 62b, 63b und 66b zeigt, die in Richtung der +Z-Achse von der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b in der Bildlesevorrichtung 100 ausgehen. In 13 ist das Glaselement 51 mit dem Brechungsindex n und der Dicke t₁ dargestellt, während es durch ein Glaselement 51 mit dem Brechungsindex 1 und der Dicke t₁/n ersetzt wird, d. h. das Glaselement wird durch Luft ersetzt. Ferner wird das Glaselement 52 mit dem Brechungsindex n und der Dicke t₂ als Glaselement 52 mit einem Brechungsindex 1 und einer Dicke t₂/n dargestellt. Die Mikrolinse 14 ist so angeordnet, dass sie von der Öffnung 32b des zweiten lichtblockierenden Elements 12 um den Abstand t₂/n beabstandet ist.
Die inversen Strahlen 61b, 62b, 63b und 66b sind inverse Strahlen, die in Richtung der +Z-Achse von einer als Lichtempfangsfläche der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b definierten Objektfläche ausgehen. Der inverse Strahl 61b ist ein inverser Strahl, der von einem Punkt auf der Objektfläche, an dem die Objekthöhe h = 0 ist, in Richtung der +Z-Achse verläuft. Der inverse Strahl 62b ist ein inverser Strahl, der in Richtung der +Z-Achse von einem Punkt auf der Objektfläche ausgeht, an dem die Objekthöhe h = X₀/2 ist. Der inverse Strahl 63b ist ein inverser Strahl, der von einem Punkt auf der Objektfläche, an dem die Objekthöhe h = X₀ ist, in Richtung der +Z-Achse verläuft. Der inverse Strahl 66b, der in Richtung der +Z-Achse von dem Punkt ausgeht, an dem die Bildhöhe h = X₀ ähnlich wie der inverse Strahl 63b ist, wird durch das zweite lichtblockierende Element 12 blockiert.
Die Öffnungsweite (Durchmesser Φ in 13) der Öffnung 32 des zweiten lichtblockierenden Elements 12 ist kleiner als der Außendurchmesser der Mikrolinse 14. Daher trifft der in 13 gezeigte inverse Strahl 66b auf das zweite lichtblockierende Teil 42. Da der inverse Strahl 66b ein inverser Strahl ist, der von einem Ende der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b in Richtung der -X-Achse in Richtung der +Z-Achse verläuft, treten alle Strahlen, die in die lichtempfangende Pixeleinheit 70b eintreten, durch die Öffnung 32b. Wenn nämlich gestreutes und reflektiertes Licht von dem Dokument 6 an einer Position außerhalb der Mikrolinse 14 in Richtung der X-Achse eintrifft, wird das gestreute und reflektierte Licht durch das zweite lichtblockierende Teil 42 blockiert und gelangt somit nicht zu der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b. Dementsprechend wird eine Verschlechterung des Bildkontrasts oder das Auftreten von Geisterbildern in der Bildlesevorrichtung 100 verhindert. Das Bildlesevorrichtung 100 ist daher in der Lage, ein Bild mit hervorragender Bildqualität auszulesen.
<Verhältnis zwischen Abtastbreite und Anzahl der Sensorchips>
Im Folgenden wird die Beziehung zwischen der Abtastbreite (im Folgenden auch als „Scanlänge“ bezeichnet) der Bildlesevorrichtung 100 und der Anzahl der Sensorchips 7 beschrieben. Bei der Herstellung einer Bildlesevorrichtung 100 mit einer Scanlänge von 200 mm kann eine Konfiguration, bei der die Abbildungselementeinheit mit einem Sensorchip versehen ist, der in der X-Achsenrichtung 200 mm lang ist, als unrealistisch angesehen werden. Daher implementiert die Abbildungselementeinheit 10 die Bildlesevorrichtung 100, deren Scanlänge 200 mm beträgt, indem sie eine Mehrzahl von Sensorchips 7 enthält, die in Richtung der X-Achse angeordnet sind, wie in 4 gezeigt. Eine konkrete Anzahl der Sensorchips 7 wird im Folgenden beschrieben.
Der vorgenannte Abstand P der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 wird durch den folgenden Ausdruck (12) dargestellt, indem die Anzahl N der lichtempfangenden Pixel 80, die in Richtung der X-Achse in einer lichtempfangenden Pixeleinheit 70 angeordnet sind, und die Auflösung r verwendet werden: $P = 2 \cdot N \cdot r$
Da N = 4 und r = 40 µm in einem Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels, ergibt sich durch Einsetzen dieser Werte in den Ausdruck (12) P = 320 µm.
In dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst ein Sensorchip 7 weiterhin 64 lichtempfangende Pixeleinheiten 70. Wenn also M die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80 darstellt, die in Richtung der X-Achse in einem Sensorchip 7 angeordnet sind, beträgt die Anzahl M 64 × 4 = 256.
Unter der Annahme, dass ein Abbildungsbereich in Richtung der X-Achse, der von einem Sensorchip 7 erfasst werden kann, A ist, wird der Abbildungsbereich A durch den folgenden Ausdruck (13) unter Verwendung der oben genannten Zahl M und der Auflösung r dargestellt: $A = M \cdot r$
Werden M = 256 und r = 40 µm in den Ausdruck (13) eingesetzt, so ergibt sich A = 10,24 mm. Um die Bildlesevorrichtung 100 mit einer Scanlänge von 200 mm zu realisieren, reicht es also aus, wenn die Abbildungselementeinheit 10 20 Sensorchips 7 enthält.
Hier ist es bei der Anordnung eine Mehrzahl von Sensorchips 7 auf dem Sensorsubstrat 8 notwendig, einen Defekt eines Pixels in einem Grenzbereich benachbarter Sensorchips 7 zu verhindern. Um den Fehler zu vermeiden, ist es beispielsweise notwendig, den Abstand zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, die sich am Ende des Sensorchips 7a in +X-Achsenrichtung befindet, und der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a, die sich am Ende des Sensorchips 7b in -X-Achsenrichtung befindet, wie in 4 dargestellt, auf P/2 (160 µm in dem ersten Ausführungsbeispiel) einzustellen.
Wie in den 5A und 5B gezeigt, werden der Abstand von dem Punkt C₁ auf der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z zu einem Ende 70e der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z in der +X-Achsenrichtung und der Abstand von dem Punkt C₂ auf der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a zu einem Ende 70f der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a in der +X-Achsenrichtung jeweils als Abstände P₂ bezeichnet. Ferner sei Xg der Abstand zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z und der in 4 dargestellten lichtempfangenden Pixeleinheit 70a, wobei der Abstand Xg durch den folgenden Ausdruck (14) dargestellt wird: $Xg = P/2 - 2 \cdot P_{2}$
Da P/2 = 160 µm und P₂ = 20 µm in dem ersten Ausführungsbeispiel, ergibt sich durch Einsetzen dieser Werte in den Ausdruck (14) Xg = 120 µm.
Ein Sensorchip 7 wird durch Ausschneiden aus einem Silizium-Wafer mit einem Vereinzelungsschneidgerät hergestellt. Daher ist beim Schneiden des Siliziumwafers ein gewisser Spielraum erforderlich, um einen Schnittfehler oder Ähnliches zu berücksichtigen. In dem ersten Ausführungsbeispiel sind der Abstand zwischen dem Ende 70e der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z in Richtung der +X-Achse und dem Ende 7e des Sensorchips 7a in Richtung der +X-Achse und der Abstand zwischen dem Ende 70f der lichtempfangenden Pixeleinheit 70a in Richtung der -X-Achse und einem Ende des Sensorchips 7a in Richtung der -X-Achse auf Werte kleiner als 60 µm als 1/2 des vorgenannten Abstands Xg eingestellt. Dadurch kann der Defekt eines Pixels im Grenzbereich benachbarter Sensorchips 7 verhindert werden. Da das Bildübertragungs-Vergrößerungsverhältnis der Mikrolinse 14 1/4 beträgt und kleiner als 1 ist, kann der beim Schneiden des Siliziumwafers erforderliche Spielraum gewährleistet werden.
<Beziehung zwischen Anordnungsfehler und aufgenommenem Bild>
Wie bereits erwähnt, sind in dem ersten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Öffnungen in demselben Glaselement ausgebildet und eine Mehrzahl von Mikrolinsen 14 sind ebenfalls auf demselben Glaselement 51 ausgebildet. Mit dieser Eigenschaft kann die Positionsgenauigkeit zwischen einer Mehrzahl von Öffnungen oder einer Mehrzahl von Mikrolinsen 14, die sich auf derselben Ebene befinden, sehr gut erzielt werden. In dem ersten Ausführungsbeispiel sind das erste lichtblockierende Element 11 mit der Mehrzahl von Öffnungen 31, das zweite lichtblockierende Element 12 mit der Mehrzahl von Öffnungen 32 und die Mikrolinsenanordnung 60 mit der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 auf dem Glaselement 51 ausgebildet. Außerdem ist das dritte lichtblockierende Element 13 mit der Mehrzahl von Öffnungen 33 auf dem Glaselement 52 ausgebildet.
Hier ist es möglich, eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit der Mittelpositionen der Mikrolinsen 14 und der Mittelpositionen der Öffnungen 31, 32 und 33 und der Genauigkeit der Positionierung der Mittelpositionen der Öffnungen 31, 32 und 33, die sich in der Z-Achsen-Richtung unterscheiden, zu berücksichtigen, indem Ausrichtungsmarken für die Ausrichtung auf den Glaselementen 51 und 52 gebildet werden. Die Ausrichtung von Bauteilen, die sich in der Richtung der Z-Achse unterscheiden, weist jedoch tendenziell einen größeren Fehler auf als die Ausrichtung von Bauteilen, die auf derselben Ebene liegen. Außerdem ist es schwierig, den Fehler auf 0 zu reduzieren, wenn das Glaselement 51 und das Glaselement 52 mit Hilfe von Ausrichtungsmarken zusammengeklebt werden müssen.
Der Einfluss der Verschiebung (Fehlausrichtung) auf die Bildverarbeitung, wenn die Verschiebung beim Zusammenkleben des Glaselements 51 und des Glaselements 52 auftritt, wird im Folgenden anhand von 14 beschrieben. 14 ist eine Darstellung, die eine Neigung der optischen Achse der Mikrolinse zeigt, wenn eine Verschiebung eines ersten Glaselements und eines zweiten Glaselements in der Bildlesevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt. In 14 ist die Mittelposition jedes der Glaselemente 51 und 52 in Bezug auf die Mittelposition der Bildelementeinheit 10 zur Seite der +X-Achse hin verschoben. Ferner sind die Glaselemente 51 und 52 in einem Zustand angeordnet, in dem die Mittelposition des Glaselements 51 in der X-Achsen-Richtung in Bezug auf die Mittelposition des Glaselements 52 in der X-Achsen-Richtung zur Seite der +X-Achse abweicht.
In 14 ist die optische Achse der Mikrolinse 14 bei einer solchen Verschiebung durch ein Bezugszeichen 45 dargestellt. Die optische Achse 45 der Mikrolinse 14 ist in Bezug auf die optische Achse 40 zur +X-Achse hin geneigt. Daher wird ein Schnittpunkt (z. B. der in 5C gezeigte Punkt C₃), an dem sich die optische Achse 45 und die lichtempfangende Pixeleinheit 70 schneiden, in Richtung der -X-Achse abgelenkt. In diesem Fall ist es notwendig, die Mittelposition der Abbildungselementeinheit 10 in der X-Achsenrichtung so auszurichten, dass sie mit der Mittelposition jedes Glaselements 51, 52 in der X-Achsenrichtung übereinstimmt, so dass der Schnittpunkt mit der Mittelposition der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 in der X-Achsenrichtung übereinstimmt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die in X-Achsen-Richtung benachbarten optischen Achsen 45 jedoch parallel zueinander, obwohl die Glaselemente 51 und 52 in X-Achsen-Richtung in Bezug auf die Abbildungselementeinheit 10 abgewichen sind. Dadurch wird eine Überlappung oder Trennung der Sichtfelder der Mikrolinsen 14 zwischen benachbarten Abbildungseinheiten 110 (siehe 7B) verhindert. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 100 in der Lage, ein Bild mit ausgezeichneter Bildqualität ohne Überlappung oder Verlust von Bildinformationen auszulesen, selbst wenn die Verschiebung des Glaselements 51 oder 52 in Bezug auf die Abbildungseinheit 10 auftritt.
Angenommen, dass die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 (oder die Mehrzahl von Öffnungen) nicht integral auf derselben Ebene ausgebildet sind, so treten Variationen in den Mittelpositionen der Mikrolinsen 14 und der Öffnungen 31, 32 und 33 in einer Abbildungseinheit 110 auf. In diesem Fall verlaufen die nebeneinander liegenden optischen Achsen 45 nicht parallel zueinander wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher kommt es zu einer Überlappung oder Trennung der Sichtfelder der Mikrolinsen 14 zwischen benachbarten Abbildungseinheiten 110 und somit zu einer Überlappung oder einem Verlust von Bildinformationen. Dementsprechend sind in der Bildlesevorrichtung 100, die eine Mehrzahl von Abbildungseinheiten 110 enthält, die Mehrzahl von Mikrolinsen 14, die integral in derselben Ebene ausgebildet sind, und die Mehrzahl von Öffnungen, die integral in derselben Ebene ausgebildet sind, eine Konfiguration, die zum Auslesen eines Bildes mit ausgezeichneter Bildqualität erforderlich ist.
<Verringerung von Schwankungen bei der Montage von Sensorchips>
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Verringerung von Schwankungen bei der Montage der Sensorchips 7 anhand eines Vergleichsbeispiels unter Verwendung von 15 beschrieben. Wie in 4 gezeigt, sind in dem ersten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Sensorchips 7 auf dem Sensorsubstrat 8 montiert. Dementsprechend gibt es Fälle, in denen die Verschiebung zwischen benachbarten Sensorchips 7 stattfindet.
15 ist eine Darstellung, die die Positionen der Sichtfelder der Mikrolinsen 14 in Richtung der X-Achse zeigt, wenn die Montage der Sensorchips 7a und 7b in einer Bildlesevorrichtung 101 gemäß dem Vergleichsbeispiel variiert wird. Die Bildlesevorrichtung 101 unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in Richtung der X-Achse in jeder der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70aa und 70za angeordnet sind, die jeweils an Positionen angeordnet sind, die den Enden des Sensorchips 7a oder 7b in Richtung der X-Achse am nächsten liegen, vier beträgt.
In 15 ist ein auf den Sensorchip 7a fokussiertes Sichtfeld durch ein Bezugszeichen 91 und ein auf den Sensorchip 7b fokussiertes Sichtfeld durch ein Bezugszeichen 92 dargestellt. Ferner werden in 15 Bereiche, die in Richtung der X-Achse durch Teilung des Sichtfeldes 91 angeordnet sind, durch die Bezugszeichen 91a, 91b, 91c dargestellt, und Bereiche, die in Richtung der X-Achse durch Teilung des Sichtfeldes 92 angeordnet sind, durch die Bezugszeichen 92a, 92b, 92c dargestellt.
In dem in 15 gezeigten Beispiel ist der Sensorchip 7a in Richtung der +X-Achse um 10 µm abgewichen, was einem Pixel des lichtempfangende Pixels 80 entspricht. Der Sensorchip 7b ist in Richtung der -X-Achse um 10 µm abgelenkt. In diesem Fall ist das Sichtfeld 91 in Richtung der -X-Achse um 40 µm, d. h. um ein Pixel, verschoben, was zu einem Sichtfeldverlustbereich 93 führt. Außerdem ist das Sichtfeld 92 in Richtung der +X-Achse um 40 µm abgelenkt, was einen Sichtfeldverlustbereich 94 verursacht. Daher entsteht zwischen dem Sichtfeld 91 und dem Sichtfeld 92 ein Sichtfeldverlust von 80 µm, was zwei Bildpunkten entspricht. In diesem Fall kann das Bild nicht wiederhergestellt werden, da die Bildinformationen im Bereich des Sichtfeldverlusts nicht erfasst werden. Der Sichtfeldverlustbereich 93 bildet ein Bild in einem Bereich 95, der auf der Seite der -X-Achse an die lichtempfangende Pixeleinheit 70za angrenzt. Der Sichtfeldverlustbereich 94 bildet ein Bild in einem Bereich 96, der auf der Seite der +X-Achse an die lichtempfangende Pixeleinheit 70aa angrenzt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in den 5A bis 5C gezeigt, ist die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in Richtung der X-Achse in jeder der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a angeordnet sind, um 1 größer als die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80, die in Richtung der X-Achse in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70b angeordnet sind. Mit anderen Worten sind in dem ersten Ausführungsbeispiel die lichtempfangenden Pixel 80 in den Sichtfeldverlustbereichen 93 und 94 angeordnet. Damit kann das Auftreten von Sichtfeldverlusten auch dann verhindert werden, wenn bei der Montage der Sensorchips 7a und 7b eine Veränderung auftritt. Wenn sich der Abstand zwischen dem Sensorchip 7a und dem Sensorchip 7b vergrößert oder die Position des Sensorchips 7a in Y-Achsenrichtung und die Position des Sensorchips 7b in Y-Achsenrichtung voneinander abweichen, kann die Verschiebung mittels Bildverarbeitung korrigiert werden. Das Verfahren der Korrektur wird später beschrieben.
<Wiederherstellung des Bildes>
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Wiederherstellung des Bildes des Dokuments 6 durch eine von der Bildverarbeitungsvorrichtung 9 durchgeführte Bildverarbeitung beschrieben. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 wandelt ein von den Sensorchips 7 ausgegebenes analoges Bildsignal in digitale Bilddaten um und führt die unten beschriebene Bildverarbeitung durch. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in einem Zickzack-Muster angeordnet, wie in 4 gezeigt, und somit weichen die Mittelposition der lichtempfangenden Pixeleinheit 71, die zur ersten Zeile 70m gehört, und die Mittelposition der lichtempfangenden Pixeleinheit 72, die zur zweiten Zeile 70n gehört, in Richtung der Y-Achse um den Abstand q voneinander ab. Wenn das Dokument 6 in Richtung der Y-Achse abgetastet wird, muss daher das Bild des Dokuments 6 in ein Bild ohne Verschiebung umgewandelt werden. Insbesondere führt die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 nach der Erfassung von Bildinformationen von den lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 in der ersten Zeile 70m und von Bildinformationen von den lichtempfangenden Pixeleinheiten 72 in der zweiten Zeile 70n einen Prozess der Verschiebung der Bildinformationen in Richtung der Y-Achse um eine bestimmte Anzahl von Pixeln, die dem Abstand q entspricht, aus (im Folgenden als „Bildkombinationsprozess“ bezeichnet).
In 4 sind die lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in der zweiten Zeile 70n so angeordnet, dass sie in Richtung der X-Achse in Bezug auf die lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in der ersten Zeile 70m um den Abstand P/2 als 1/2 des Abstands P abweichen. Um die Auflösung in der X-Achsen-Richtung und die Auflösung in der Y-Achsen-Richtung auf denselben Wert einzustellen, ist es ausreichend, wenn die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 Signale erfasst, die von den lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in einem Zeitintervall für den Transport des Dokuments 6 in der Y-Achsen-Richtung um die Auflösung r auf der Dokumentenfläche ausgegeben werden. Obwohl der Abstand q, der den Verschiebungsbetrag der Bildinformation darstellt, ein ganzzahliges Mehrfaches der Auflösung r auf der Dokumentenfläche sein soll, ist der Abstand q nicht auf ein ganzzahliges Mehrfaches der Auflösung r beschränkt. Es ist auch möglich, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 die Leuchtdichtewerte an Subpixelpositionen mit Hilfe eines Pixelkomplementierungsprozesses schätzt und die Bildinformationen unter Verwendung der geschätzten Leuchtdichtewerte synthetisiert. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 das Timing für die lichtempfangenden Pixeleinheiten 71, die zu der ersten Zeile 70m gehören, um Bildinformationen zu erhalten, und das Timing für die lichtempfangenden Pixeleinheiten 72, die zu der zweiten Zeile 70n gehören, um Bildinformationen zu erhalten, voneinander verschiebt und die erhaltenen Bildinformationen miteinander kombiniert.
Nachfolgend wird ein Verfahren für die Bildverarbeitungseinrichtung 9 zur Korrektur der Überlappung bzw. Abweichung der Sichtfelder 91, die durch die unterschiedliche Montage der Sensorchips 7 verursacht wird, beschrieben. Wie bereits beschrieben, ist in jeder der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a, die jeweils an den den Enden des Sensorchips 7 in X-Achsenrichtung am nächsten liegenden Positionen angeordnet sind, zusätzlich ein lichtempfangendes Pixel 80 in X-Achsenrichtung angeordnet. Wenn sich also die Montage eines Sensorchips 7 in der X-Achsenrichtung innerhalb des Bereichs des einen lichtempfangenden Pixels 80 ändert, kommt es nicht zu einem Verlust des lichtempfangenden Pixels auf dem Dokument 6.
Wenn in 15 der Sensorchip 7a in Richtung der -X-Achse und der Sensorchip 7b in Richtung der +X-Achse abweicht, überlappen sich ein Sichtfeld 91z und das Sichtfeld 91a. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass ein Prozess zum Entfernen überlappender lichtempfangender Pixel ausgeführt wird, wenn die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 die von dem Sensorchip 7a und die von dem Sensorchip 7b erhaltenen Bildinformationen miteinander kombiniert. Wenn eine Subpixelüberlappung von weniger als einer Pixeleinheit auftritt, ist es wünschenswert, das Bild wiederherzustellen, indem ein Bildkomplementierungsprozess an der Subpixelposition ausgeführt wird, damit kein Widerspruch zwischen den sich überlappenden Sichtfeldern 91 auftritt.
Außerdem weicht der Abstand zwischen den Lesepositionen auf dem Dokument 6 zwischen den in Richtung der X-Achse benachbarten Sensorchips 7 vom Abstand q in Richtung der Y-Achse ab, wenn sich die Montage eines Sensorchips 7 in Richtung der Y-Achse ändert. Diese Abweichung wird jedoch auf der Grundlage eines Verschiebungsbetrags als den Abstand, um den die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 die Bildinformation in Richtung der Y-Achse verschiebt, korrigiert. Darüber hinaus ist es auch bei einer Subpixelabweichung in Y-Richtung wünschenswert, den Bildkomplementierungsprozess an der Subpixelposition durchzuführen.
<Wirkung des ersten Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Bildlesevorrichtung 100 eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten lichtempfangenden Pixeleinheiten 70. Ferner umfasst die Lichtempfangseinheit 70 eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 80, die in der Hauptabtastrichtung angeordnet sind. Mit dieser Konfiguration kann die Auflösung der Bildlesevorrichtung 100 verbessert werden. Außerdem kann das Auftreten von Abweichungen in der Richtung der optischen Achse zwischen benachbarten Abbildungseinheiten 110 verhindert werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Mikrolinse 14 objektseitig telezentrisch. Ferner sind die Mehrzahl von Mikrolinsen 14, das erste lichtblockierende Element 11 und die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 so angeordnet, dass reflektiertes Licht, das von dem Dokument 6 reflektiert wird und durch eine Mikrolinse 14 und die der Mikrolinse 14 entsprechenden Öffnung 31 hindurchtritt, in die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixel 80 eintritt, die in der der Öffnung 31 entsprechenden lichtempfangenden Pixeleinheit 70 enthalten sind. Daher überschneidet sich das Sichtfeld der Mikrolinse 14 nicht mit dem Sichtfeld der benachbarten anderen Mikrolinse 14, und es entsteht keine Lücke. Da die Schärfentiefe durch dieses Merkmal erhöht wird, kann der Abstand zwischen der Position der Z-Achse des Dokuments 6 als Bilderzeugungsposition auf der Objektseite und der Position der Z-Achse der Mikrolinse 14 vergrößert werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 in einem Zickzackmuster angeordnet und die Mehrzahl von Öffnungen 31 sind in einem Zickzackmuster angeordnet, so dass sie jeweils der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 entsprechen. Außerdem ist die Mehrzahl von Mikrolinsen 14 zickzackförmig angeordnet, so dass sie der Mehrzahl der Öffnungen 31 entsprechen. Der Abstand P₀ zwischen der lichtempfangenden Pixeleinheit 71 und der lichtempfangenden Pixeleinheit 72, die zu verschiedenen Zeilen unter der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 gehören, erfüllt den oben genannten Ausdruck (2). Dementsprechend überschneidet sich das Sichtfeld der Mikrolinse 14 unabhängig vom Abstand der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 zum Dokument 6 nicht mit dem Sichtfeld einer benachbarten anderen Mikrolinse 14, und es kommt zu keinem Verlust. Dadurch kann die Schärfentiefe im Bildlesevorrichtung 100 erhöht werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Bildlesevorrichtung 100 ferner das Glaselement 51 mit der Fläche 51a, auf der das erste lichtblockierende Element 11 vorgesehen ist, einschließlich der Mehrzahl von Öffnungen 31, und der Fläche 51b, auf der die Mikrolinsenanordnung 60 vorgesehen ist (d.h. die Mehrzahl von Mikrolinsen 14). Bei dieser Konfiguration können das erste lichtblockierende Element 11 und die Mikrolinsenanordnung 60 einstückig auf demselben Element ausgebildet werden. Darüber hinaus kann die Positionsgenauigkeit der Mehrzahl von Öffnungen 31 und der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 erhöht werden. Auf diese Weise kann das Auftreten von Abweichungen in der Richtung der optischen Achse zwischen benachbarten Abbildungseinheiten 110 verhindert werden. Mit anderen Worten kann das Auftreten von Sichtfeldüberschneidungen oder -verlusten zwischen benachbarten Mikrolinsen 14 kann verhindert werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70, die in einem Sensorchip 7 enthalten sind, die lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a, die jeweils an Positionen angeordnet sind, die dem +X-Achsenrichtungsende 7e und dem -X-Achsenrichtungsende 7f des Sensorchips 7 am nächsten liegen, sowie die lichtempfangenden Pixeleinheiten 70x, die nicht zu den lichtempfangenden Pixeleinheiten 70z und 70a gehören. Die Anzahl der in Richtung der X-Achse angeordneten lichtempfangenden Pixel 80 in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70z, 70a ist größer als die Anzahl der lichtempfangenden Pixel 80 in der lichtempfangenden Pixeleinheit 70x. Dadurch kann das Auftreten von Sichtfeldverlusten verhindert werden, selbst wenn die Abweichung bei der Montage der Sensorchips 7 auftritt.
Da gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Dicke t₂ des Glaselements 52 den oben genannten Ausdruck (6) erfüllt, tritt reflektiertes Licht nach dem Passieren einer Öffnung 32 und einer Öffnung 31, die sich auf derselben optischen Achse wie eine lichtempfangende Pixeleinheit 70 befinden, in die lichtempfangende Pixeleinheit 70 ein, und somit kann ein Bild aufgenommen werden, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Schärfentiefe weiter erhöht werden, da die Dicke t₂ des Glaselements 52 den oben genannten Ausdruck (11) erfüllt.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthält die Bildlesevorrichtung 100 das zweite lichtblockierende Element 12, das auf der Fläche des Glaselements 51 auf der Seite der +Z-Achse vorgesehen ist und eine Mehrzahl von Öffnungen 32 enthält, die jeweils der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 entsprechen. Die Öffnungsweite Φ jeder Öffnung 32 aus der Mehrzahl der Öffnungen 32 ist kleiner als der Außendurchmesser der Mikrolinse 14. Dadurch wird das reflektierte Licht, das nicht durch die Mikrolinsen 14 hindurchgeht und in dem von dem Dokument 6 reflektierten Licht enthalten ist, durch das zweite lichtblockierende Element 12 blockiert. Somit ist das Bildlesevorrichtung 100 in der Lage, ein Bild mit ausgezeichneter Bildqualität zu lesen.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 in der ersten Zeile 70m und eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 72 in der zweiten Zeile 70n, die an verschiedenen Positionen in der Hilfsabtastrichtung angeordnet sind. Jede lichtempfangende Pixeleinheit 72 aus der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 72 ist zwischen zwei lichtempfangenden Pixeleinheiten 71 angeordnet, die in der Hauptabtastrichtung aneinandergrenzen. Die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 ist nämlich in einem Zickzackmuster angeordnet. Dementsprechend kann der Abstand P im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten in einer Zeile angeordnet sind, vergrößert werden, und somit ist die Bildlesevorrichtung 100 in der Lage, ein Bild zu erfassen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird. Außerdem kann die Leuchtdichte des Bildes erhöht werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
16 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. In 16 ist jeder Komponente, die mit einer in 3 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 3 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sie kein zweites lichtblockierendes Element 12, kein drittes lichtblockierendes Element 13 und kein Glaselement 52 enthält. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 16 gezeigt, enthält die Bildlesevorrichtung 200 eine optische Abbildungseinheit 201. Die optische Abbildungseinheit 201 umfasst die Abbildungselementeinheit 10, das erste lichtblockierende Element 11 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 31, die Mikrolinsenanordnung 60 mit einer Mehrzahl von Mikrolinsen 14 und ein Glaselement 251. Das erste lichtblockierende Element 11 befindet sich auf einer Fläche 251c des Glaselements 251 auf der Seite der -Z-Achse, und die Mikrolinsenanordnung 60 befindet sich auf einer Fläche 251d des Glaselements 251 auf der Seite der +Z-Achse.
<Wirkung des zweiten Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel enthält die Bildlesevorrichtung 200 anders als die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kein zweites lichtblockierendes Element 12 (siehe 3), und somit wird der Prozess der Bildung des zweiten lichtblockierenden Elements 12 auf dem Glaselement 251 unnötig. Dementsprechend kann der Herstellungsprozess der Bildlesevorrichtung 200 vereinfacht werden.
Ferner enthält die Bildlesevorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht das Glaselement 52 (siehe 3), das mit dem dritten lichtblockierenden Element 13 versehen ist, anders als die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und somit wird der Prozess des Zusammenklebens des Glaselements 251 und des Glaselements 52 unnötig. Dementsprechend kann der Herstellungsprozess der Bildlesevorrichtung 200 weiter vereinfacht werden.
(Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels)
17 ist eine Querschnittsansicht, die eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 200a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. In 17 ist jeder Komponente, die mit einer in 16 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 16 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung 200a gemäß der Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass sie weiterhin das zweite lichtblockierende Element 12 enthält. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung 200a gemäß der Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Wie in 17 gezeigt, enthält die Bildlesevorrichtung 200a eine optische Abbildungseinheit 201a. Die optische Abbildungseinheit 201a umfasst die Abbildungselementeinheit 10, das erste lichtblockierende Element 11 mit der Mehrzahl von Öffnungen 31, das zweite lichtblockierende Element 12 mit der Mehrzahl von Öffnungen 32, die Mikrolinsenanordnung 60 mit der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 und ein Glaselement 251a. Das zweite lichtblockierende Element 12 ist auf einer Fläche 251d des Glaselements 251a auf der Seite der +Z-Achse angebracht. Das zweite lichtblockierende Element 12 ist zwischen der Fläche 251d des Glaselements 251a auf der Seite der +Z-Achse und der Mikrolinsenanordnung 60 angeordnet.
<Auswirkung der Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels>
Gemäß der oben beschriebenen Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels enthält die Bildlesevorrichtung 200a das zweite lichtblockierende Element 12, das zwischen der Fläche 251d des Glaselements 251a auf der Seite der +Z-Achse und der Mikrolinsenanordnung 60 angeordnet ist. Wenn bei dieser Konfiguration gestreutes und reflektiertes Licht von dem Dokument 6 an einer Position außerhalb der Mikrolinse 14 in Richtung der X-Achse eintrifft, wird das gestreute und reflektierte Licht durch das zweite lichtblockierende Teil 42 des zweiten lichtblockierenden Elements 12 blockiert und gelangt somit nicht zu der lichtempfangenden Pixeleinheit 70. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 200a in der Lage, ein Bild auszulesen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
18 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration einer Abbildungselementeinheit 310 einer Bildlesevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. In 18 ist jeder Komponente, die mit einer in 4 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 4 zugeordnet. Die Abbildungselementeinheit 310 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Abbildungselementeinheit 10 der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 370 in einer Zeile angeordnet sind. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher wird in der folgenden Beschreibung auf 3 Bezug genommen.
Die Abbildungselementeinheit 310 umfasst eine Mehrzahl von Sensorchips 307, das Sensorsubstrat 8 und die Bildverarbeitungsvorrichtung 9. Jeder Sensorchip 307 enthält eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 370. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 370 in Richtung der X-Achse in einer Reihe angeordnet. Dementsprechend kann die Bildverarbeitung in der Bildverarbeitungsvorrichtung 9 im Vergleich zu der Konfiguration, in der die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 (siehe 4) in einem Zickzackmuster angeordnet sind, vereinfacht werden. In dem dritten Ausführungsbeispiel wird der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Prozess der Bildkombination überflüssig.
Die Mehrzahl von Mikrolinsen 14, die Mehrzahl von Öffnungen 32, die Mehrzahl von Öffnungen 31 und die Mehrzahl von Öffnungen 33 sind an Positionen angeordnet, die jeweils der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 370 entsprechen, wobei auf eine Darstellung verzichtet wird. Die Mehrzahl der Mikrolinsen 14, die Mehrzahl der Öffnungen 32, die Mehrzahl der Öffnungen 31 und die Mehrzahl der Öffnungen 33 sind jeweils in Richtung der X-Achse in einer Linie angeordnet. Eine Abbildungseinheit als optisches Einheitssystem wird durch eine lichtempfangende Pixeleinheit 370 und eine Mikrolinse 14, eine Öffnung 32, eine Öffnung 31 und eine Öffnung 33 gebildet, die auf derselben optischen Achse wie die lichtempfangende Pixeleinheit 370 liegen. Wenn eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 370 wie oben in einer Reihe angeordnet sind, besteht die Gefahr des Auftretens von Streulicht, da der Abstand zwischen den in Richtung der X-Achse benachbarten Abbildungseinheiten geringer wird. Durch die Verringerung der Öffnungsbreite der Öffnung 31 ist die Bildlesevorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel jedoch in der Lage, ein Bild zu erfassen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird.
<Wirkung des dritten Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 370 in einer Zeile angeordnet. Dementsprechend wird in dem dritten Ausführungsbeispiel der Bildkombinationsprozess unnötig und somit kann die Bildverarbeitung in der Bildverarbeitungsvorrichtung 9 im Vergleich zu der Konfiguration, in der die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 (siehe 4) in einem Zickzackmuster angeordnet sind, vereinfacht werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
19 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Abbildungselementeinheit 410 einer Bildlesevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt. In 19 ist jeder Komponente, die mit einer in 4 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 4 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Konfiguration eines Sensorchips 407. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 19 gezeigt, umfasst die Abbildungselementeinheit 410 die Sensorchips 407 als lichtempfangende Teile, das Sensorsubstrat 8 und die Bildverarbeitungsvorrichtung 9. Jeder Sensorchip 407 enthält eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 480, die wie eine zweidimensionale Matrix angeordnet sind. Mit anderen Worten sind in dem vierten Ausführungsbeispiel die in X-Achsen-Richtung benachbarten lichtempfangenden Pixel 480 miteinander in Kontakt, und die in Y-Achsen-Richtung benachbarten lichtempfangenden Pixel 480 sind miteinander in Kontakt. Im Allgemeinen umfasst der Sensorchip eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln, die wie die in 19 gezeigte zweidimensionale Matrix angeordnet sind.
An die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 wird ein Bildsignal ausgegeben, das von einer Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 480 unter der vorgenannten Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 480 ausgegeben wird, die sich mit den in 4 gezeigten Bereichen der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 überlappen.
<Wirkung des vierten Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel enthält der Sensorchip 407 eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln 480, die wie eine zweidimensionale Matrix angeordnet sind. Bei dieser Konfiguration ist es im Gegensatz zu dem in 4 gezeigten Sensorchip 7 nicht notwendig, den speziellen Sensorchip 7 mit einer Mehrzahl von zickzackförmig angeordneten lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 herzustellen. Dementsprechend können die Kosten für die Bildlesevorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gesenkt werden.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
20 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 500 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt. In 20 ist jeder Komponente, die mit einer in 3 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 3 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung 500 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit 501. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung 500 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 20 dargestellt, umfasst die Bildlesevorrichtung 500 die optische Abbildungseinheit 501. Die optische Abbildungseinheit 501 umfasst die Abbildungselementeinheit 10, ein erstes lichtblockierendes Element 511, ein zweites lichtblockierendes Element 512, die Mikrolinsenanordnung 60 mit der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 und ein Abstandselement 515.
Das erste lichtblockierende Element 511 umfasst eine Mehrzahl von Öffnungen 531 als die Mehrzahl der ersten Öffnungen, die jeweils der Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 entsprechen. Die Dicke des ersten lichtblockierenden Elements 511 ist größer als die Dicke des ersten lichtblockierenden Elements 11 in 3. In dem in 20 gezeigten Beispiel wird die Öffnungsbreite bzw. -weite der Öffnung 531 von der Seite der +Z-Achse zur Seite der -Z-Achse hin schmaler.
Das zweite lichtblockierende Element 512 umfasst eine Mehrzahl von Öffnungen 532 als die Mehrzahl der zweiten Öffnungen, die jeweils der Mehrzahl der Mikrolinsen 14 entsprechen. Die Dicke des zweiten lichtblockierenden Elements 512 ist größer als die Dicke des zweiten lichtblockierenden Elements 12 in 3.
Das erste lichtblockierende Element 511 und das zweite lichtblockierende Element 512 sind beispielsweise aus einer Metallplatte gefertigt. Das erste lichtblockierende Element 511 und das zweite lichtblockierende Element 512 werden z. B. durch Galvanoformung hergestellt, wodurch eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit erreicht werden kann.
Die Mikrolinsenanordnung 60 ist auf einer Fläche des zweiten lichtblockierenden Elements 512 auf der Seite der +Z-Achse ausgebildet. Wie bereits erwähnt, ist in dem fünften Ausführungsbeispiel die Dicke des zweiten lichtblockierenden Elements 512 größer als die Dicke des zweiten lichtblockierenden Elements 12 in dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher können die Mehrzahl von Öffnungen 32 und die Mikrolinsenanordnung 60 auch dann gebildet werden, wenn das zweite lichtblockierende Element 512 nicht von einem Glaselement (z. B. dem in 3 gezeigten Glaselement 51) getragen wird.
Das Abstandselement 515 verbindet das erste lichtblockierende Element 511 und das zweite lichtblockierende Element 512 miteinander. Dadurch wird der Abstand zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 in Richtung der Z-Achse auf eine bestimmte Größe eingestellt. Wie oben beschrieben, enthält die Bildlesevorrichtung 500 in dem fünften Ausführungsbeispiel nicht das in 3 gezeigte Glaselement 51. Das Abstandselement 515 ist an den Enden des ersten lichtblockierende Elements 511 auf beiden Seiten in X-Achsenrichtung vorgesehen. Die Position des Abstandselements 515 in Y-Richtung auf der Seite der -X-Achse und die Position des Abstandselements (nicht dargestellt) in Y-Richtung auf der Seite der +X-Achse können voneinander abweichen. Obwohl nicht dargestellt, kann in der Bildlesevorrichtung 500 in einem Z-X-Querschnitt, der sich von dem Z-X-Querschnitt in 20 unterscheidet, ein Abstandselement zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 angeordnet sein.
<Wirkung des fünften Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel sind sowohl das erste lichtblockierende Element 511 als auch das zweite lichtblockierende Element 512 aus einer Metallplatte gebildet. Daher haben sowohl das erste lichtblockierende Element 511 als auch das zweite lichtblockierende Element 512 eine Dicke in Richtung der Z-Achse, die größer als oder gleich einer vorgegebenen Größe ist. Es gibt also keinen Strahl, der durch eine Öffnung 532 und eine Öffnung 531 mit voneinander abweichenden optischen Achsen verläuft. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 100 in der Lage, ein Bild zu erfassen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst die Bildlesevorrichtung 500 ferner die Abstandselemente 515, die das erste lichtblockierende Element 511 und das zweite lichtblockierende Element 512 miteinander verbinden, und der Abstand zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 ist auf eine vorbestimmte Größe eingestellt. Mit dieser Konfiguration kann das Auftreten von Sichtfeldüberschneidungen oder -verlusten zwischen benachbarten Abbildungseinheiten verhindert und somit die Schärfentiefe erhöht werden.
(Erste Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels)
21 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 500a gemäß einer ersten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels zeigt. In 21 ist jeder Komponente, die mit einer in 20 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 20 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung 500a gemäß der ersten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 500 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel durch die Konfiguration einer optischen Abbildungseinheit 501a. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung 500a gemäß der ersten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 500 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
Wie in 21 gezeigt, umfasst die Bildlesevorrichtung 500a die optische Abbildungseinheit 501a. Die optische Abbildungseinheit 501a umfasst die Abbildungselementeinheit 10, das erste lichtblockierende Element 511 mit der Mehrzahl von Öffnungen 531, das zweite lichtblockierende Element 512 mit der Mehrzahl von Öffnungen 532, die Mikrolinsenanordnung 60 mit der Mehrzahl von Mikrolinsen 14 und ein Glaselement 551 als erstes Glaselement.
Das Glaselement 551 ist zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 angeordnet. In diesem Fall können sowohl das erste lichtblockierende Element 511 als auch das zweite lichtblockierende Element 512 durch Galvanoformung hergestellt werden, wodurch eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit erzielt werden kann. Das Glaselement 551 ist mit dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 verklebt.
<Wirkung der ersten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels>
Gemäß der ersten Modifikation des oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiels enthält die Bildlesevorrichtung 500a das Glaselement 551, das zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 angeordnet ist, und der Abstand zwischen dem ersten lichtblockierenden Element 511 und dem zweiten lichtblockierenden Element 512 ist auf eine vorbestimmte Größe eingestellt. Mit dieser Konfiguration kann das Auftreten von Sichtfeldüberschneidungen oder -verlusten zwischen benachbarten Abbildungseinheiten verhindert und somit die Schärfentiefe erhöht werden.
(Zweite Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels)
22 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 500b gemäß einer zweiten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels zeigt. In 22 ist jeder Komponente, die mit einer in 20 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 20 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung 500b gemäß der zweiten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 500 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel dadurch, dass sie außerdem lichtblockierende Wände 516 aufweist. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung 500b gemäß der zweiten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 500 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
Wie in 22 gezeigt, enthält die Bildlesevorrichtung 500b eine optische Abbildungseinheit 501b. Die optische Abbildungseinheit 501b umfasst die Abbildungselementeinheit 10, das erste lichtblockierende Element 511, das zweite lichtblockierende Element 512, die Mikrolinsenanordnung 60 mit der Mehrzahl von Mikrolinsen 14, die Abstandselemente 515 und eine Mehrzahl von lichtblockierenden Wänden 516 als vierte lichtblockierende Elemente.
In dem ersten lichtblockierenden Element 511 ist ein Teil außerhalb der Mehrzahl von Öffnungen 531 ein erstes lichtblockierendes Teil 541, das das reflektierte Licht blockiert. In dem zweiten lichtblockierenden Element 512 ist ein Teil außerhalb der Mehrzahl von Öffnungen 532 ein zweites lichtblockierendes Teil 542, das das reflektierte Licht blockiert.
Jede lichtblockierende Wand 516 aus der Mehrzahl der lichtblockierenden Wände 516 erstreckt sich entlang der optischen Achse 40 der Mikrolinse 14. Die lichtblockierenden Wände 516 verbinden das erste lichtblockierende Teil 541 und das zweite lichtblockierende Teil 542 miteinander. Bei dieser Konfiguration kann es keinen Strahl geben, der durch eine Öffnung 532 und eine Öffnung 531 mit voneinander abweichenden optischen Achsen verläuft. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 500b in der Lage, ein Bild zu erfassen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird.
<Wirkung der zweiten Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels>
Gemäß der zweiten Modifikation des oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiels umfasst die Bildlesevorrichtung 500b die lichtblockierenden Wände 516, die das erste lichtblockierende Teil 541 und das zweite lichtblockierende Teil 542 miteinander verbinden. Bei dieser Konfiguration kann es keinen Strahl geben, der durch eine Öffnung 532 und eine Öffnung 531 mit voneinander abweichenden optischen Achsen verläuft. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 500b in der Lage, ein Bild zu erfassen, das nicht durch Streulicht beeinträchtigt wird.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
23 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Hauptkonfiguration einer Bildlesevorrichtung 600 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt. In 23 ist jeder Komponente, die mit einer in 3 gezeigten Komponente identisch ist oder dieser entspricht, das gleiche Bezugszeichen wie in 3 zugeordnet. Die Bildlesevorrichtung 600 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Konfiguration einer Abbildungselementeinheit 610. Abgesehen von diesem Merkmal ist die Bildlesevorrichtung 600 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel die gleiche wie die Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher wird in der folgenden Beschreibung auf 4 Bezug genommen.
Wie in 23 gezeigt, umfasst die Abbildungselementeinheit 610 die Sensorchips 7 als erste Substrate, das Sensorsubstrat 8, die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 (siehe 4) und ein Sensorhilfssubstrat 605 als zweites Substrat.
Das Sensorhilfssubstrat 605 ist mit den Flächen 7h der Sensorchips 7 auf der Seite verbunden, die den Flächen 7g gegenüberliegt, auf denen die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 angeordnet sind. Das Sensorhilfssubstrat 605 wird ähnlich wie die Glaselemente 51 und 52 aus Glasmaterial hergestellt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Sensorhilfssubstrats 605 ist derselbe wie der lineare Ausdehnungskoeffizient der Glaselemente 51 und 52.
Eine elektrische Schaltung (nicht abgebildet) ist auf das Sensorhilfssubstrat 605 gedruckt. Die elektrische Schaltung ist mit den Sensorchips 7 elektrisch verbunden, z. B. durch Drahtbonden. Außerdem ist das Sensorhilfssubstrat 605 elektrisch mit einer elektrischen Schaltung auf dem Sensorsubstrat 8 verbunden, z. B. durch Drahtbonding. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 9 wandelt das von den Sensorchips 7 ausgegebene analoge Bildsignal in digitale Bilddaten um.
Im Allgemeinen beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient von Glas-Epoxidharz als Material des Sensorsubstrats 8 z. B. 3 × ^10-5 /°C. Andererseits beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient der Glaselemente 51 und 52 z. B. 7,0 × ^10-6 /°C. Es besteht also ein großer Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Sensorsubstrats 8 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Glaselemente 51 und 52. Daher kann in der Bildlesevorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Verschiebung der lichtempfangenden Pixeleinheit 70 in Bezug auf die optische Achse 40 der Mikrolinse 14 beim Auftreten einer Temperaturänderung auftreten. Da diese Verschiebung zu einer Verringerung der Lichtempfangsmenge jeder lichtempfangenden Pixeleinheit 70 führt, besteht die Gefahr, dass ein Problem auftritt, wie z. B. das Abdunkeln des von der Bildlesevorrichtung 100 erfassten Bildes oder die Unmöglichkeit, das Bild zu erfassen.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel ist das Sensorhilfssubstrat 605 als Glaselement mit den Flächen 7h der Sensorchips 7 auf der Seite verbunden, die den Flächen 7g gegenüberliegt, auf denen die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 angeordnet sind. Bei dieser Konfiguration befindet sich die lichtempfangende Pixeleinheit 70 selbst bei einer Temperaturänderung auf der optischen Achse der Mikrolinse 14, so dass eine Abnahme der Lichtempfangsmenge jeder lichtempfangenden Pixeleinheit 70 verhindert werden kann. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 600 in der Lage, ein Bild mit ausgezeichneter Bildqualität unabhängig von der Temperaturänderung zu erfassen.
<Wirkung des sechsten Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem oben beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel umfasst die Bildlesevorrichtung 600 ferner das Sensorhilfssubstrat 605, das mit den Flächen 7h der Sensorchips 7 auf der Seite verbunden ist, die den Flächen 7g gegenüberliegt, auf denen die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeleinheiten 70 vorgesehen sind. Bei dieser Konfiguration befindet sich die lichtempfangende Pixeleinheit 70 selbst bei einer Temperaturänderung auf der optischen Achse der Mikrolinse 14, so dass eine Abnahme der Lichtempfangsmenge jeder lichtempfangenden Pixeleinheit 70 verhindert werden kann. Dementsprechend ist die Bildlesevorrichtung 600 in der Lage, ein Bild mit ausgezeichneter Bildqualität unabhängig von der Temperaturänderung zu erfassen.
BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN
6: Dokument, 7, 307, 407: Sensorchip, 7e, 7f: Ende, 7g, 7h, 51a, 51b, 52a, 551a, 551b: Fläche, 11, 511: erstes lichtblockierendes Element, 12, 512: zweites lichtblockierendes Element, 13: drittes lichtblockierendes Element, 14: Mikrolinse, 31, 32, 33, 531, 532: Öffnung, 70, 70a, 70x, 70z, 71, 72: lichtempfangende Pixeleinheit, 70m: erste Zeile, 70n: zweite Zeile, 80, 80R, 80G, 80B: lichtempfangendes Pixel, 51, 251, 251a, 551: erstes Glaselement, 52: zweites Glaselement, 100, 200, 200a, 500, 500a, 500b, 600: Bildlesevorrichtung, 515: Abstandselement, 516: lichtblockierende Wand, 605: Sensorhilfssubstrat, N: Stückzahl, P₀: Abstand, r: Auflösung, Φ: Durchmesser.
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 2009524263 [0005]

Claims

Bildlesevorrichtung, die ein Objekt als Bilderfassungsziel optisch liest, umfassend: eine Mehrzahl von regelmäßig angeordneten Lichtempfangsteilen; ein erstes lichtblockierendes Element mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Mikrolinsen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl der ersten Öffnungen angeordnet sind, wobei jedes Lichtempfangsteil, das in der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen enthalten ist, eine Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln enthält, die in einer ersten Richtung als einer Hauptabtastrichtung angeordnet sind, jede in der Mehrzahl der Mikrolinsen vorhandene Mikrolinse ist objektseitig telezentrisch ist, und die Mehrzahl von Mikrolinsen, das erste lichtblockierende Element und die Mehrzahl von Lichtempfangsteilen derart angeordnet sind, dass Licht, das von dem Objekt reflektiert wird und durch die Mikrolinse und die der Mikrolinse entsprechende erste Öffnung hindurchtritt, in die Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln eintritt, die in dem der ersten Öffnung entsprechenden Lichtempfangsteil enthalten sind.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Abstand zwischen den Mittelpositionen von zwei in der ersten Richtung benachbarten Mikrolinsen aus der Mehrzahl von Mikrolinsen gleich einer Breite der Mikrolinse in der ersten Richtung als Sichtfeldbereich der Mikrolinse ist.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 2, wobei, wenn P₀ das Intervall zwischen den Mittelpositionen der beiden benachbarten Mikrolinsen darstellt, N eine Anzahl der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln in der ersten Richtung darstellt, die in jedem der Lichtempfangsteile enthalten sind, und r eine Auflösung der Bildlesevorrichtung in der ersten Richtung darstellt, $P_{0} = N \cdot r$
erfüllt ist.
Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner ein erstes Glaselement mit einer Fläche, auf der das erste lichtblockierende Element vorgesehen ist, und einer Fläche, auf der die Mehrzahl von Mikrolinsen vorgesehen ist, umfasst.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 4, die ferner ein zweites lichtblockierendes Element umfasst, das auf einer Fläche des ersten Glaselements auf der Seite des Objekts vorgesehen ist und eine Mehrzahl von zweiten Öffnungen enthält, die jeweils der Mehrzahl von Mikrolinsen entsprechen, wobei eine Öffnungsbreite jeder zweiten Öffnung, die in der Mehrzahl der zweiten Öffnungen in der ersten Richtung enthalten ist, kleiner ist als ein Außendurchmesser der Mikrolinse.
Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein drittes lichtblockierendes Element umfasst, das auf der Seite der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen relativ zum ersten lichtblockierenden Element vorgesehen ist und eine Mehrzahl von dritten Öffnungen enthält, die jeweils der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen entsprechen.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 6, die ferner ein zweites Glaselement mit einer Fläche umfasst, auf der das dritte lichtblockierende Element vorgesehen ist.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein erstes Substrat umfasst, auf dem die Mehrzahl von Lichtempfangsteilen angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der Lichtempfangsteilen umfassen: erste Lichtempfangsteile als die Lichtempfangsteile, die jeweils an Positionen angeordnet sind, die den Enden des ersten Substrats in der ersten Richtung am nächsten liegen; zweite Lichtempfangsteile als die anderen Lichtempfangsteile als die ersten Lichtempfangsteile, und eine Anzahl der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in dem ersten Lichtempfangsteil enthalten sind, größer ist als eine Anzahl der Mehrzahl von lichtempfangenden Pixeln, die in dem zweiten Lichtempfangsteil enthalten sind.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 8, die außerdem umfasst: ein erstes Glaselement mit einer Fläche, auf der das erste lichtblockierende Element vorgesehen ist, und einer Fläche, auf der die Mehrzahl von Mikrolinsen vorgesehen ist; und ein zweites Substrat, das aus Glasmaterial gebildet ist und mit einer Fläche des ersten Substrats auf einer Seite verbunden ist, die einer Fläche gegenüberliegt, auf der die Mehrzahl von Lichtempfangsteilen vorgesehen ist, wobei ein linearer Ausdehnungskoeffizient des zweiten Substrats gleich einem linearen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Glaselements ist.
Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mehreren Lichtempfangsteile in einer Reihe angeordnet sind.
Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mehrzahl von Lichtempfangsteilen eine Mehrzahl von Lichtempfangsteilen in einer ersten Reihe und eine Mehrzahl von Lichtempfangsteilen in einer zweiten Reihe umfasst, die an verschiedenen Positionen in einer Richtung orthogonal zur ersten Richtung angeordnet sind, und jedes Lichtempfangsteil, das in der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen in der zweiten Reihe enthalten ist, zwischen zwei Lichtempfangsteilen angeordnet ist, die in der ersten Richtung unter der Mehrzahl von Lichtempfangsteilen in der ersten Reihe aneinandergrenzen.
Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mehrzahl der lichtempfangenden Pixel matrixförmig angeordnet ist.
Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner ein zweites lichtblockierendes Element umfasst, das zwischen dem ersten lichtblockierenden Element und der Mehrzahl von Mikrolinsen vorgesehen ist und eine Mehrzahl von zweiten Öffnungen enthält, die jeweils der Mehrzahl von Mikrolinsen entsprechen, wobei das erste lichtblockierende Element und das zweite lichtblockierende Element jeweils aus einer Metallplatte gebildet sind.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 13, die ferner ein Abstandselement umfasst, das das erste lichtblockierende Element und das zweite lichtblockierende Element miteinander verbindet.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, die ferner ein viertes lichtblockierendes Element umfasst, das ein erstes lichtblockierendes Teil als Teil des ersten lichtblockierenden Elements außer der Mehrzahl von ersten Öffnungen und ein zweites lichtblockierendes Teil als Teil des zweiten lichtblockierenden Elements außer der Mehrzahl von zweiten Öffnungen miteinander verbindet.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 13, die ferner ein Glaselement mit einer Fläche in Kontakt mit dem ersten lichtblockierenden Element und einer Fläche in Kontakt mit dem zweiten lichtblockierenden Element umfasst.