DE69333213T2

DE69333213T2 - Bildlesevorrichtung

Info

Publication number: DE69333213T2
Application number: DE69333213T
Authority: DE
Inventors: Takehiko Nakai; Hiroshi Tanioka; Shinobu Arimoto; Kazuo Yoshinaga; Toshio Hayashi; Tsutomu Utagawa; Tetsuya Nagase; Nobuatsu Sasanuma
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-01-01
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2013-12-31
Also published as: EP0991029B1; DE69329186T2; EP0991029A1; US6094281A; CA2112736C; CA2112736A1; EP0606654B1; DE69333213D1; US6486974B1; EP0606654A2; EP0606654A3; DE69329186D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zur Verwendung in einem Bildinformationsverarbeitungsgerät wie beispielsweise einem Fernkopierer, einer Bildabtasteinrichtung, einem Kopierer oder dergleichen eingerichtete Bildlesevorrichtung und insbesondere auf eine Bildlesevorrichtung sowie ein fotoelektrisches Wandlungselement, die nicht nur ein optisches Signal des sichtbaren Spektralbereichs, sondern auch ein optisches Signal des unsichtbaren Spektralbereichs in ein elektrisches Signal wandeln können.
Relevanter Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Bildlesevorrichtung sind bereits ein Ladungsspeicherelement (CCD), eine MOS-Vorrichtung und eine durch ein Verbinden einer kapazitiven Last mit dem Emitter eines Fototransistors ausgebildete Verstärkungsvorrichtung bekannt, wie es in dem den Erfindern T. Ohmi und N. Tanaka erteilten US-Patent Nr. 4,791,469 offenbart ist.
Ferner sind in jüngster Zeit erdachte verschiedene Anwendungen vorhanden, und es werden Bildlesevorrichtungen mit neuen Funktionen benötigt.
Beispielsweise wird zusätzlich zu einer Verbesserung der Bildqualität und einer Farbbildwiedergabe die Fähigkeit von dem Kopierer gefordert, ein für die menschlichen Augen unsichtbares Bild zu erkennen, wiederzugeben und aufzuzeichnen.
Ein Beispiel eines derartigen unsichtbaren Bilds stellt ein mit infrarotes Licht absorbierender Tinte erzeugtes Bild dar.
Im allgemeinen stellt der Sensor zur Erfassung des unsichtbaren Lichts eine individuelle Vorrichtung dar und erfordert ein neues Entwurfskonzept zur Ausführung einer Bilderfassung in Kombination mit einem Sensor zur Erfassung des sichtbaren Lichts.
Als ein grundlegendes Entwurfskonzept fanden die gegenwärtigen Erfinder bereits eine Technologie der Integration eines Sensors zur Erfassung von sichtbarem Licht und eines Sensors zur Erfassung von unsichtbarem Licht in einem einzelnen Halbleiterchip. Die Technologie weist jedoch noch Raum für eine Verbesserung auf.
Demgegenüber haben die Verbesserung der Bildqualität und die Farbkopierfähigkeit des Kopierers die Gefahr einer Fälschung von Banknoten, Wertzeichen, wertvollen Wertpapieren usw. Wirklichkeit werden lassen. Aus diesem Grund sind bei der Erkennung einer Banknote oder dergleichen verschiedene Verfahren wie beispielsweise eine Erfassung des Prägemusters auf der Banknote erdacht worden.
Ferner schlug die gegenwärtige Anmelderin unter Ausnutzung der Tatsache, daß das Muster des Vorlagenbilds mit gewissen Farbtönen erzeugt wird, bereits ein Verfahren zur Erkennung der Banknote usw. aus dem Farbton des Vorlagenmusters vor.
Ebenso ermöglichen gewisse Banknoten eine Erkennung der echten Banknote und der falschen Banknote, indem mit fluoreszierender Tinte, die bei einer Bestrahlung mit ultraviolettem Licht sichtbares Licht abstrahlt, eine vorbestimmte Markierung gedruckt wird.
Außerdem wurde durch die gegenwärtige Anmelderin auch die Verwendung von Tinte, die zur Absorption von infrarotem Licht in der Lage ist, zur Erzeugung einer derartigen vorbestimmten Markierung vorgeschlagen.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-286350, deren US-Gegenstück die am 21. Oktober 1993 eingereichte US-Serien-Nr. 139174 mit dem Titel "Image Processing Apparatus and Method Therefore" darstellt, schlägt es vor, bei einer derartigen Infrarotlichterfassungsvorrichtung eine kompakte Gestaltung der Vorrichtung und eine leichte optische Einstellung durch eine monolithische Struktur eines Sensors zur gewöhnlichen Farbbilderzeugung sowie eines Sensors zur Infrarotlichterfassung zu erzielen und dadurch die Verwendung eines gemeinsamen optischen Systems zu ermöglichen.
Es ist jedoch schwierig, ein derartiges bekanntes System für eine Vielzahl wertvoller Wertpapiere gemeinsam zu entwerfen, da ein sichtbares Muster das Ziel der Erkennung darstellt. Daher ist es zur Unterscheidung der wertvollen Wertpapiere von N Arten erforderlich, Merkmale von N Arten im voraus auszuwählen und jedes Wertpapier unabhängig zu erkennen, und es ist schwierig, ein derartiges Gerät preiswert zu realisieren.
Ferner erfordert ein CCD-Sensor zum Lesen der Bilder der sichtbaren und unsichtbaren Bereiche durch ein Trennen der Spektralbereiche im Vergleich zu dem bekannten Sensor zusätzlich ein optisches Filter zum Lesen des infraroten Lichts und eine erhöhte Anzahl von Elementen oder Zeilen des Sensors, wodurch der Sensor selbst und das Nachverarbeitungssystem dafür kompliziert werden und eine Abnahme des Lichtempfangsbereichs des Sensors oder eine Zunahme der Größe des Sensors unvermeidbar sind.
Da die Sensorelemente für das sichtbare Licht und die Sensorelemente für das infrarote Licht auf einer gleichen Ebene angeordnet sind, kann außerdem durch den Unterschied bei der Position des Brennpunkts verursacht zumindest einer der Sensoren aus der scharfen Einstellung geraten.
Im Falle der Verwendung derartiger Sensoren zum jeweiligen Lesen der infraroten Informationen und der sichtbaren Informationen wird es ferner erforderlich, die sichtbaren Informationen und andere Informationen klar zu trennen.
Zum Erhalten eines zufriedenstellenden Auflösungsvermögens auf einem monolithischen CCD-Sensor über einen breiten Spektralbereich von dem sichtbaren zu dem nah infraroten Bereich oder von dem sichtbaren zu dem nah ultravioletten Bereich ist ferner eine deutlich erhöhte Anzahl von Linsen erforderlich, was zu gesteigerten Kosten und einem größeren Raum der Vorrichtung führt. Außerdem ist es bei einem eine regelmäßige Linsenanordnung mit kurzer Brennweite verwendenden optischen System unmöglich, ein konstantes Auflösungsvermögen über einen breiten Spektralbereich zu erhalten, da eine derartige regelmäßige Linsenanordnung aus einzelnen Linsen besteht.
Ferner besteht die bei Büroausstattung wie beispielsweise einem Kopierer verwendete bekannte Bildlesevorrichtung beispielsweise aus einem CCD-Sensor oder einem MOS-Sensor, der einen langen optischen Pfad benötigt, oder aus einem amorphes Silizium verwendenden Kontaktbildsensor, und eine derartige Bildlesevorrichtung ist gelegentlich mit Farbfiltern zur Farbbildwiedergabe kombiniert.
Eine derartige mit Filtern kombinierte fotoelektrische Wandlungsvorrichtung ist jedoch der Vorrichtung zur Erfassung von sichtbarem Licht hinsichtlich der Spektralempfindlichkeit und des Auflösungsvermögens für die Infrarotlichterfassung nicht notwendigerweise überlegen und weist noch Raum für eine Verbesserung auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht des Vorstehenden besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine kompakte Bildlesevorrichtung bereitzustellen, die zur Erfassung des optischen Signals über einen breiten Spektralbereich von dem sichtbaren zu dem unsichtbaren Bereich in der Lage ist und den Entwurf des optischen Systems nicht sehr belastet.
Das vorstehend angeführte Ziel wird durch eine Bildlesevorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 erreicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels 1-1 der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung;
2 eine grafische Darstellung, die Spektralkennlinien von bei der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Farbfiltern zeigt;
3 eine grafische Darstellung, die eine Spektralkennlinie eines bei der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Sperrfilters für sichtbares Licht zeigt;
4 eine grafische Darstellung, die eine Lichtabstrahlungskennlinie einer bei der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Lichtquelle zeigt;
5A und 5B schematische Ansichten des Ausführungsbeispiels 1-1 der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Ansicht eines Bildelements des Ausführungsbeispiels 1-1 der Bildlesevorrichtung;
7 eine grafische Darstellung, die eine Spektralkennlinie von bei der vorliegenden Erfindung zu verwendender, den infraroten Bereich absorbierender Farbe zeigt;
8 eine grafische Darstellung, die eine Spektralkennlinie eines bei der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Sperrfilters für den fern infraroten Bereich zeigt;
9A und 9B schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels 1-2 der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung;
10A und 10B schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels 1-3 der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Bildinformationsverarbeitungsgeräts der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine schematische Ansicht eines durch die Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung zu lesenden Vorlagenbilds;
13 eine schematische Ansicht, die die Leseoperation der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Blockschaltbild, das eine Signalverarbeitungseinheit der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Blockschaltbild einer Kantenverstärkungsschaltung der Bildlesevorrichtung der vorliegenden Erfindung;
16 eine schematische Ansicht einer Bildelementdatenkarte;
17 eine schematische Ansicht eines Teils der Vorlagenleseeinheit bei einem optischen System gleicher Größe bei einem Ausführungsbeispiel 2-1;
18 eine schematische Ansicht eines Vollfarbkopierers bei dem Ausführungsbeispiel 2-1;
19 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels;
20 ein Flußdiagramm der Steuerungsfolge des Ausführungsbeispiels;
21A und 21B vergrößerte Ansichten der Lichtempfangselemente des CCD-Sensors bei dem Ausführungsbeispiel 2-1;
22 eine grafische Darstellung, die die Spektralempfindlichkeitskennlinien des CCD-Sensors bei dem Ausführungsbeispiel zeigt;
23 eine grafische Darstellung, die die Spektraldurchlässigkeit der bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten, den nah infraroten Bereich absorbierenden Tinte zeigt;
24 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie der bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Vorlagenbeleuchtungslampe zeigt;
25 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Sperrfilters für den fern infraroten Bereich zeigt;
26 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Sperrfilters für den sichtbaren Bereich zeigt;
27 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Sperrfilters für den infraroten Bereich zeigt;
28 eine schematische Ansicht, die die Umgebung der Linse und des CCD-Sensors bei einem optischen System mit Verkleinerung bei einem Ausführungsbeispiel 2-2 zeigt;
29 eine Ansicht, die die Struktur eines Vollfarbkopierers bei dem Ausführungsbeispiel 2-2 zeigt;
30 eine Ansicht, die die Struktur des CCD-Sensors bei dem Ausführungsbeispiel 2-2 zeigt;
31 eine schematische Ansicht, die die Umgebung der Linse und des CCD-Sensors bei einem optischen System mit Verkleinerung bei einem Ausführungsbeispiel 2-3 zeigt;
32 eine Ansicht, die ein Beispiel des Musters bei dem Ausführungsbeispiel zeigt;
33 eine Ansicht, die das Verfahren zur Unterscheidung einer bestimmten Vorlage bei dem Ausführungsbeispiel zeigt;
34 ein Blockschaltbild der den Unterscheidungsalgorithmus des Ausführungsbeispiels realisierenden Hardware;
35 eine Ansicht, die den Zustand der Erfassung der Identifizierungsmarkierung einer Vorlage mit Kopierverbot bei einem Ausführungsbeispiel 3-1 zeigt;
36 eine Ansicht, die die Struktur eines die vorliegende Erfindung verwendenden Farbkopiergeräts zeigt;
37 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie des unmittelbar nach der Vorlagenbeleuchtungslampe positionierten Filters bei dem Ausführungsbeispiel zeigt;
38 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie der bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Vorlagenbeleuchtungslampe zeigt;
39A und 39B Ansichten, die die Struktur des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten CCD-Sensors zeigen;
40 eine grafische Darstellung, die die Spektralempfindlichkeitskennlinien des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten CCD-Sensors zeigt;
41 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Sperrfilters für den infraroten Bereich zeigt;
42 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinie von Fluoreszenzlicht bei dem Ausführungsbeispiel zeigt;
43 eine Außenansicht des CCD-Sensors bei einem Ausführungsbeispiel 3-2;
44 eine Außenansicht des CCD-Sensors bei einem Ausführungsbeispiel 3-3;
45 eine Ansicht, die das optische System gleicher Größe bei einem Ausführungsbeispiel 3-4 zeigt;
46 eine Ansicht, die die Struktur des bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten CCD-Sensors zeigt;
47 eine grafische Darstellung, die die axiale chromatische Aberration der Leselinse zeigt;
48 eine Ansicht, die die Form des bei einem Ausführungsbeispiel 3-6 verwendeten CCD-Abdeckglases zeigt;
49 eine Außenansicht des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Elements zur Aufspaltung des optischen Pfads und Korrektur der optischen Länge;
50 eine vergrößerte Ansicht der Leseeinheit;
51 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinien des Elements zeigt;
52 eine Ansicht, die die Struktur eines Farbkopiergeräts zeigt;
53 eine grafische Darstellung, die den Abstand zwischen dem Korrekturspiegel für den optischen Pfad und dem Halbspiegel und den Abstand der Trennung zwischen dem sichtbaren und infraroten Licht als eine Funktion des Lichteinfallswinkels zeigt;
54 eine grafische Darstellung, die die Spektralkennlinien des dichroitischen Spiegels zeigt;
55 eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
56 eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
57 eine grafische Spektrumsdarstellung, die den Infraroterschöpfungseffekt zeigt; und
58 eine schematische Querschnittsansicht der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die den Infraroterschöpfungseffekt verwendet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Bildlesevorrichtung der Erfindung zeichnet sich durch die Tatsache aus, daß die Lichtempfangsfläche des Sensors für sichtbares Licht und die Lichtempfangsfläche des Sensors für unsichtbares Licht für die Richtung des einfallenden Lichts jeweils unterschiedlich ausgebildet sind, aber die ebenen Positionen (Positionen in einer zu der Einfallsrichtung senkrechten Ebene) der Sensoren nicht besonders beschränkt sind. Im Falle eines Zeilensensors sind jedoch die regelmäßige Sensoranordnung für sichtbares Licht und die regelmäßige Sensoranordnung für unsichtbares Licht vorzugsweise als getrennte Zeilen gestaltet. Ferner können in der regelmäßigen Sensoranordnung für sichtbares Licht die Sensorelemente für Rot (R), Grün (G) und Blau (B) oder die Sensorelemente für Gelb (Y), Zyan (C) und Magenta (M) in einer Anordnung in einer Zeile positioniert sein oder zur Bildung dreier paralleler Zeilen angeordnet sein.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Bildlesevorrichtung der Erfindung, wobei ein Sensor 2 für sichtbares Licht eine Lichtempfangsfläche 2' aufweist, die sich von einer Lichtempfangsfläche 3' eines Sensors 3 für unsichtbares Licht unterscheidet.
Die fotoelektrischen Wandlungselemente (Sensorelemente), die die Lichtempfangsfläche der Erfindung bilden, bestehen vorteilhafterweise aus Fotovoltaikelementen oder Fotoleitungselementen wie beispielsweise Fotodioden oder Fototransistoren. Die fotoelektrischen Wandlungselemente zur Wandlung des optischen Signals des sichtbaren Bereichs in ein elektrisches Signal können durch Elemente, die aus einem Material bestehen, das zur selektiven Absorption des optischen Signals lediglich des sichtbaren Bereichs in der Lage ist, oder durch Elemente, die mit einem Filter versehen sind, das zum Durchlassen des Lichts des sichtbaren Bereichs, aber zum Sperren des Lichts eines zur fotoelektrischen Wandlung in anderen fotoelektrischen Wandlungselementen zu verwendenden Spektralbereichs bei dem unsichtbaren Bereich in der Lage ist, gebildet sein.
Genauer wird zum Erhalten eines Schwarzweißsignals eine selektive Empfindlichkeit in dem sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm erreicht, indem das die Elemente bildende Material ausgewählt wird oder indem die Elemente mit einem Filter versehen werden, das das Licht des vorstehend angeführten Wellenlängenbereichs selektiv durchläßt. Ferner kann das optische Signal eines bestimmten Bereichs in dem sichtbaren Spektralbereich erhalten werden, indem die Elemente mit einem Material gebildet werden, das selektiv eine Empfindlichkeit in dem bestimmten Bereich aufweist, oder indem die Elemente mit einem Filter versehen werden, das zum Durchlassen des Lichts des bestimmten Spektralbereichs in der Lage ist.
Ferner werden zum Erhalten von Farbsignalen wie beispielsweise von Rot (R), Grün (G) und Blau (B) Elemente einer Vielzahl von Arten verwendet, die aus Elementen (R-Elementen) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem R-Bereich (Spektralbereich beispielsweise von 580 bis 700 nm), Elementen (G-Elementen) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem G-Bereich (Spektralbereich beispielsweise von 480 bis 580 nm) und Elementen (B-Elementen) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem B-Bereich (Spektralbereich beispielsweise von 400 bis 480 nm) bestehen.
Ferner können in diesem Fall Elemente verwendet werden, die aus Materialien mit selektiven Empfindlichkeiten in den vorstehend angeführten R-, G- und B-Bereichen bestehen, d. h. aus Materialien, die zur selektiven Absorption des Lichts der R-, G- und B-Bereiche in der Lage sind, oder es können Elemente mit einer Empfindlichkeit in allen R-, G- und B-Bereichen mit Filtern, die jeweils das Licht der R-, G- und B-Bereiche selektiv durchlassen, bereitgestellt werden.
Alternativ kann zum Erhalten einer selektiven Empfindlichkeit eine Position eines Halbleiterübergangs wie beispielsweise eines PN-Übergangs der Fotodiode oder des Fototransistors verändert werden.
2 zeigt eine grafische Darstellung, die repräsentative Spektralkennlinien des durch die Filter durchgelassenen Lichts darstellt, wobei die relative Empfindlichkeit in der Ordinate der Durchlässigkeit für das sichtbare Licht entspricht. Falls den Elementen die selektiven Empfindlichkeiten durch die Auswahl der bildenden Materialien zugewiesen werden, werden die Elemente mit den Materialien ausgebildet, die Lichtabsorptionskennlinien aufweisen, die den in 2 gezeigten relativen Empfindlichkeiten entsprechen.
Bei der Erfindung werden jeder der sichtbaren und unsichtbaren Spektralbereiche sowie die R-, G- und B-Spektralbereiche nicht klar nach der Wellenlänge unterschieden, sondern die darin zu verwendenden fotoelektrischen Wandlungselemente müssen zum Erhalten der benötigten Signale lediglich so aufgebaut sein, daß sie das ultraviolette, blaue, grüne, rote und/oder infrarote Licht in einem erforderlichen Ausmaß fotoelektrisch wandeln und das nicht erforderliche Licht im wesentlichen nicht wandeln.
Demgegenüber werden zur Wandlung des optischen Signals des unsichtbaren Spektralbereichs in ein elektrisches Signal fotoelektrische Wandlungselemente mit einer selektiven Empfindlichkeit für beispielsweise ultraviolettes Licht oder infrarotes Licht verwendet. Ferner können in diesem Fall Elemente, die aus einem Material mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem unsichtbaren Spektralbereich bestehen, oder Elemente, die aus einem Material mit einer Empfindlichkeit in einem breiten Spektralbereich einschließlich des unsichtbaren Spektralbereichs bestehen und mit einem Filter mit einer selektiven Durchlässigkeit für das Licht des unsichtbaren Spektralbereichs aufgebaut sind, verwendet werden.
3 zeigt eine grafische Darstellung, die eine repräsentative Spektralkennlinie des vorstehend angeführten Filters zeigt, wobei die relative Empfindlichkeit in der Ordinate der Durchlässigkeit für das unsichtbare Licht entspricht. Es ist ein Beispiel eines Filters mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem infraroten Bereich (Wellenlängenbereich z. B. oberhalb von 750 nm) gezeigt, aber ein derartiges Beispiel ist nicht beschränkend.
Die Festkörperbildlesevorrichtung der Erfindung kann als ein Farbzeilensensor aufgebaut sein, bei dem die Elemente für sichtbares Licht und die Elemente für unsichtbares Licht periodisch in wechselweise getrennten Zeilen angeordnet sind, wie es in 1 gezeigt ist. Vorzugsweise ist sie so aufgebaut, daß ein Bildelement hinsichtlich des Auflösungsvermögens des Farbsignals ein Element (R-Element) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem R-Bereich, ein Element (G-Element) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem G-Bereich, ein Element (B-Element) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem B-Bereich und ein Element (IR-Element) mit einer selektiven Empfindlichkeit in dem unsichtbaren Bereich umfaßt.
Das zu erfassende optische Signal kann aus einem dreidimensionalen Bild oder einem zweidimensionalen Bild erzeugt werden, und ein repräsentatives Beispiel des zweidimensionalen Bilds ist ein flaches Bild wie beispielsweise ein Vorlagendokument. Folglich ist im Falle der Verwendung in einem System zum Lesen des Bilds eines Vorlagendokuments vorzugsweise eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Vorlage bereitgestellt. Eine derartige Beleuchtungseinrichtung kann z. B. aus einer Licht abstrahlenden Diode, einer Xenonlampe oder einer Halogenlampe bestehen. 4 zeigt eine repräsentative Lichtabstrahlungsspektralkennlinie der Lichtquelle. Die Lichtquelle muß jedoch lediglich Licht eines entsprechend dem zu erfassenden optischen Signal benötigten Spektralbereichs abstrahlen und ist nicht auf die Lichtquelle mit der in 4 gezeigten Kennlinie beschränkt. Eine Lichtquelle, die das Licht der in 4 gezeigten Kennlinie abstrahlt, kann zumindest das Licht in den R-, G- und B-Bereichen sowie das infrarote Licht in dem unsichtbaren Spektralbereich bereitstellen.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, aber es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in jeder die Ziele der Erfindung erreichenden Form realisiert werden kann.
(Ausführungsbeispiel 1-1)
5A zeigt eine von oben gesehene ebene Ansicht eines CCD 1, das als die Bildlesevorrichtung dient, und 5B zeigt eine Querschnittsansicht davon.
Das CCD 1 besteht aus einer ersten regelmäßigen Elementanordnung 100 und einer zweiten regelmäßigen Elementanordnung 101.
Bei der ersten regelmäßigen Elementanordnung 100 sind die Elemente in der Reihenfolge R, G, B, R, G, B, .... zyklisch mit durch ein Aufdampfen ausgebildeten R-Filtern 102, G-Filtern 103 und B-Filtern 104 versehen, wodurch ein Lesesystem gebildet wird, bei dem ein Bildelement 105, das aus einem Satz von drei Elementen von R, G und B besteht, einen minimalen Lesebereich bildet.
Die durch ein Aufdampfen auf jeweiligen Elementen bereitgestellten Filter weisen die Spektralkennlinien auf, wie sie in 2 gezeigt sind.
Demgegenüber sind bei der zweiten regelmäßigen Elementanordnung 101 die Elemente mit einem Rastermaß angeordnet, das gleich dem Dreifachen des Rastermaßes der Elemente bei der ersten regelmäßigen Elementanordnung 100 ist. Anders ausgedrückt ist das Elementrastermaß der zweiten regelmäßigen Anordnung 101 gleich dem Bildelementrastermaß der ersten regelmäßigen Elementanordnung 100.
Die zweite regelmäßige Elementanordnung 101 ist durch ein Aufdampfen mit einem Sperrfilter für sichtbares Licht der in 3 gezeigten Kennlinie versehen, so daß die Lichtkomponenten kleiner als 700 nm gesperrt werden und die regelmäßige Elementanordnung 101 die infrarote Komponente lesen kann.
Wie es in 5B gezeigt ist, weist die zweite regelmäßige Elementanordnung 101 außerdem zum Erhalten eines längeren optischen Pfads einen Stufenunterschied d von 300 μm zu der ersten regelmäßigen Elementanordnung 100 auf. Der Grund dafür besteht darin, daß die Brennweite des optischen Systems sich abhängig von der Wellenlänge verändert und das Bild für das infrarote Licht unscharf wird, wenn der optische Pfad nicht länger ausgebildet wird.
6 zeigt die Ausdehnung und die Positionsbeziehung der Elemente der ersten regelmäßigen Elementanordnung 100 und der zweiten regelmäßigen Elementanordnung 101. Es wird angenommen, daß die Leseeinheit ein Auflösungsvermögen von 400 dpi (Punkte/Zoll bzw. Punkte/2,54 cm) aufweist und daß der Einfachheit halber ein optisches System gleicher Größe verwendet wird.
Zur Realisierung des Auflösungsvermögens von 400 dpi wird der minimale Lesebereich 63,5 × 63,5 μm. Folglich wird die Größe der R-, G- und B-Elemente 21,1 × 63,5 μm, während die der IR-Elemente 63,5 × 63,5 μm wird. Der Abstand zwischen der ersten und zweiten regelmäßigen Elementanordnung ist als 127 μm ausgewählt. Anders ausgedrückt sind die regelmäßigen Anordnungen durch einen Abstand getrennt, der dem Doppelten der regelmäßigen Anordnung 100 oder 101 entspricht.
Die durch die regelmäßigen Anordnungen 100, 101 gelesenen Signale werden so gesteuert, daß sie zu einer Signalverarbeitungseinheit 211 übertragen werden.
(Ausführungsbeispiel 1-2)
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die regelmäßige Elementanordnung 101 das Signal in einem 700 nm übersteigenden Spektralbereich lesen, aber die den infraroten Bereich absorbierende Farbe weist eine Spektralverteilung mit einer äußerst schmalen Bandbreite mit einer Spitze bei 800 nm auf, wie es in 7 gezeigt ist.
Abhängig von der zu verwendenden Lichtquelle kann jedoch sogar in einem 1000 nm übersteigenden Bereich ausreichend Energie bereitgestellt werden.
Falls eine derartige Lichtquelle verwendet wird, wird wegen der nicht erforderlichen Energie oberhalb von 800 nm die Unterscheidung der Absorption schwierig. Aus diesem Grund wird die regelmäßige Elementanordnung 101 vorzugsweise mit einem Sperrfilter für den fern infraroten Bereich der in 8 gezeigten Kennlinie versehen.
Das Sperrfilter für den fern infraroten Bereich kann an jeder Position in dem optischen Pfad bereitgestellt werden, da bei der regelmäßigen Elementanordnung 100 das fern infrarote Licht bereits durch ein auf die Oberfläche der Elemente aufgedampftes Filter gesperrt wird.
Das Filter kann z. B. vor oder hinter einer Linse 209 geeignet positioniert werden, da das Filter leicht ausgetauscht werden kann, wenn die Fluoreszenzkennlinie der auf das Vorlagendokument zu druckenden fluoreszierenden Farbe verändert wird.
(Ausführungsbeispiel 1-3)
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist der Farbsensor so aufgebaut, wie es in 5A und 5B gezeigt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Substrat des CCD in einer geneigten Form derart ausgebildet, daß die erste Zeile 100 und die zweite Zeile 101 einen Unterschied des optischen Pfads d von 300 μm aufweisen, wie es in 9A und 9B gezeigt ist.
Auf diese Art und Weise sind sowohl das sichtbare optische Signal als auch das infrarote optische Signal scharf eingestellt, so daß die Genauigkeit der Unterscheidung verbessert wird.
Ferner kann als eine Variation dieses Ausführungsbeispiels ein ähnlicher Effekt erhalten werden, indem ebene CCD-Sensoren in einer geneigten Position angeordnet werden.
(Ausführungsbeispiel 1-4)
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind einem aus einer regelmäßigen Anordnung 171 mit einer Empfindlichkeit für Blau, einer regelmäßigen Anordnung 172 mit einer Empfindlichkeit für Grün, einer regelmäßigen Anordnung 173 mit einer Empfindlichkeit für Rot und einer regelmäßigen Anordnung 174 mit einer Empfindlichkeit für den infraroten Bereich bestehenden Farbsensor Stufenunterschiede zugewiesen, die den Positionen der Brennpunkte der jeweiligen Farben entsprechen. Es sind vorzugsweise ein Stufenunterschied d1 von 20 μm zwischen B und G, ein Stufenunterschied d2 von 50 μm zwischen G und R sowie ein Stufenunterschied d3 von 280 μm zwischen R und IR vorgesehen.
Diese Werte hängen von dem zu verwendenden optischen System ab und werden vorzugsweise gemäß jedem optischen System optimiert.
Das Vorhandensein von vier CCD-Zeilen erfordert eine Phasenanpassung aller Farbsignale mit einem FIFO-Speicher.
Als Modifikationen dieses Ausführungsbeispiels ist es ferner möglich, das Substrat in einer geneigten Art und Weise auszubilden oder einen ebenen Sensor in einer geneigten Art und Weise anzuordnen.
Auf diese Art und Weise sind das sichtbare optische Signal und das infrarote optische Signal beide scharf eingestellt, so daß die Genauigkeit der Unterscheidung verbessert werden kann.
Ferner ermöglicht der als ein ganzzahliges Vielfaches des Auflösungsvermögens des Lesesystems ausgewählte Abstand zwischen der regelmäßigen Anordnung der Leseelemente für die infrarote Komponente und der regelmäßigen Anordnung der Leseelemente für die sichtbare Komponente eine elektrische Kompensation des Unterschieds beispielsweise durch einen Zeilenzwischenspeicher und erleichtert einen Vergleich der Signale von den zwei regelmäßigen Elementanordnungen, die einen gleichen Bildbereich lesen. Es ist ferner möglich, auf den Zeilenzwischenspeicher zu verzichten, indem der FIFO-Speicher beispielsweise in einer Kantenverstärkungsschaltung verwendet wird.
(Bildinformationsverarbeitungsgerät)
Nachstehend ist ein repräsentatives Beispiel eines mit der Bildlesevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele der Erfindung ausgestatteten Bildinformationsverarbeitungsgeräts erläutert.
(Struktur der Bildabtasteinheit)
In 11 sind eine Bildabtasteinheit 201 zum Lesen des Vorlagenbilds und Ausführen einer digitalen Signalverarbeitung sowie eine Druckereinheit 202 zum Drucken eines dem durch die Bildabtasteinheit 201 gelesenen Vorlagenbild entsprechenden Vollfarbbilds auf ein Blatt gezeigt.
Bei der Bildabtasteinheit 201 ist eine dicke Platte mit Spiegelfläche 200 vorgesehen. Eine auf einem (nachstehend als Auflageplatte bezeichneten) Vorlagenauflageglas 203 angeordnete Vorlage 204 wird durch eine Halogenlampe 205 beleuchtet, und das reflektierte Licht von der Vorlage wird durch eine Linse 209 auf dem als die Bildlesevorrichtung dienenden Farbsensor 1 fokussiert, wodurch die Vollfarbsignale der roten (R), grünen (G), blauen (B) und infraroten (IR) Komponenten einer Signalverarbeitungseinheit 211 zugeführt werden.
Eine Leseeinheit 207 wird mit einer Geschwindigkeit v in einer (nachstehend als Nebenabtastrichtung bezeichneten) Richtung senkrecht zu der (nachstehend als Hauptabtastrichtung bezeichneten) elektrischen Abtastrichtung des Farbsensors mechanisch bewegt, wodurch die ganze Fläche der Vorlage abgetastet wird.
Die Signalverarbeitungseinheit 211 verarbeitet die gelesenen Signale elektrisch, um die Komponenten von Magenta (M), Zyan (C), Gelb (Y) und Schwarz (Bk) zur Zuführung zu der Druckereinheit 202 zu trennen.
(Struktur der Druckereinheit)
Die von der Bildabtasteinheit 201 zugeführten Bildsignale M, C, Y, Bk werden einer Laseransteuerungseinrichtung 212 zugeführt, die im Ansprechen darauf einen Halbleiterlaser 213 moduliert. Der davon abgestrahlte Laserstrahl wird durch einen Polygonspiegel 214, eine f-θ-Linse 215 und einen Spiegel 216 geführt und tastet eine fotoempfindliche Trommel 217 ab.
Eine Rotationsentwicklungseinheit 218 besteht aus einer Magenta-Entwicklungseinheit 219, einer Zyan-Entwicklungseinheit 220, einer Gelb-Entwicklungseinheit 221 und einer Schwarz-Entwicklungseinheit 222, die zur Entwicklung der auf der fotoempfindlichen Trommel 217 erzeugten elektrostatischen Latentbilder von M, C, Y und Bk mit entsprechenden Tonern der Reihe nach mit der fotoempfindlichen Trommel in Berührung kommen.
Ein von einem Blattbehälter 224 oder 225 zugeführtes Blatt wird auf eine Übertragungstrommel 223 gewickelt, und die auf der fotoempfindlichen Trommel 217 entwickelten Tonerbilder werden auf das Blatt übertragen.
Nach den aufeinanderfolgenden Übertragungen der vier Farbbilder von M, C, Y und Bk in dieser Art und Weise wird das Blatt durch eine Fixiereinheit 226 ausgetragen.
Vorstehend ist die Struktur der hauptsächlich das Gerät bildenden Abtasteinheit und Druckereinheit kurz erläutert, und nachstehend ist die Bildabtasteinheit 201 ausführlich erläutert.
(Vorlage)
12 zeigt eine Vorlage 630, auf die mit den infraroten Bereich absorbierender Farbe ein vorregistriertes Muster 631 gedruckt ist.
Zusätzlich zu dem Muster 631 sind mit gewöhnlicher Tinte Zeichen und Bilder 632 auf die Vorlage 630 gedruckt.
Die gedruckte, den infraroten Bereich absorbierende Farbe, die das infrarote Licht mit einer 700 nm übersteigenden Wellenlänge absorbiert, erscheint den für einen Spektralbereich von 400–700 nm empfindlichen menschlichen Augen beinahe farblos und ist daher äußerst schwer zu erkennen.
Die Spektralkennlinie der den infraroten Bereich absorbierenden Farbe ist die gleiche Spektralkennlinie, wie sie in 7 gezeigt ist.
Das Ausmaß der vorstehend angeführten Infrarotabsorption kann durch ein Sperren der sichtbaren Lichtkomponente und Extrahieren der infraroten Lichtkomponente durch lediglich die regelmäßige Elementanordnung 101 in dem Sensor 1 erfaßt werden.
(Vorabtastung)
Die Bildabtasteinheit 201 führt als eine Vorbehandlung vor dem Kopieren der Vorlage 630 eine Vorabtastung aus, wie es nachstehend erläutert ist.
Zuerst beleuchtet die Lampe 205 eine weiße Schattierungsplatte 640, die in einem Teil der Platte 203 befestigt ist, wie es in 13 gezeigt ist.
Das reflektierte Bild der weißen Schattierungsplatte 640 wird durch die Linse 209 auf dem CCD 210 fokussiert.
Das durch die regelmäßigen Elementanordnungen 100, 101 des Sensors 1 gelesene Bild der weißen Schattierungsplatte 640 wird in der Signalverarbeitungseinheit 211 verarbeitet, und Daten zur Kompensation der Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung durch die Lampe 205 sowie Daten zur Kompensation der Ungleichmäßigkeit der Empfindlichkeit der regelmäßigen Elementanordnungen 100, 101 des Sensors 1 werden vorbereitet und werden für jeweilige Elementanordnungen gespeichert.
Anschließend wird die Leseeinheit 207 durch ein nicht dargestelltes Antriebssystem mit einer Geschwindigkeit v in einer Richtung m mechanisch bewegt, wodurch die ganze Fläche der Vorlage abgetastet wird. Bei dieser Operation extrahiert die Signalverarbeitungseinheit 211 die maximalen und minimalen Werte der Vorlagendichte aus dem durch die regelmäßige Elementanordnung 100 des Sensors 1 gelesenen Bild der Vorlage 630 und berechnet die Druckdichte bei der Kopieroperation.
Danach wird die Leseeinheit 207 durch das nicht dargestellte Antriebssystem mit einer Geschwindigkeit v in einer in 13 gezeigten Richtung n mechanisch bewegt, damit sie zu der Leseanfangsposition oder der Ausgangsposition zurückkehrt.
(Kopieren der Vorlage und Mustererfassung)
Nach der Vorbereitung der vorstehend angeführten Schattierungskorrekturdaten kehrt die Leseeinheit 207 zu der Ausgangsposition zurück und beginnt das Lesen der Vorlage 630. Gleichzeitig wird es erfaßt, ob die Vorlage 630 das Muster 631 aufweist.
Das Vorhandensein oder Fehlen des Musters wird durch den Vergleich der durch die regelmäßige Elementanordnung 100 des Sensors 1 gelesenen Informationen und der durch die regelmäßige Elementanordnung 101 gelesenen Informationen unterschieden.
Genauer wird das Bildlesen zur Bildwiedergabe durch die regelmäßige Elementanordnung 100 durchgeführt, während das Bildlesen zur Erfassung des Musters 631 durch die regelmäßige Elementanordnung 101 durchgeführt wird.
Nachstehend ist die Signalverarbeitungseinheit 211 zur Verarbeitung der gelesenen Signale erläutert. Das Blockschaltbild der Einheit 211 ist in 14 gezeigt.
Zuerst ist das Signalverarbeitungssystem für die regelmäßige Elementanordnung 100 erläutert.
Die von der regelmäßigen Elementanordnung 100 ausgegebenen Analogbildsignale werden in der Reihenfolge von R, G und B und synchron zu dem Ansteuerungssignal für den Sensor 1 gleichzeitig in drei Abtasthalteschaltungen 121a–121c eingegeben. Die Abtasthalteschaltung 121a erzeugt zum Zeitpunkt der Eingabe des R-Signals ein Abtastsignal und ist in der Lage, den Analogpegel des abgetasteten Signals zu halten, bis ein nächstes R-Signal eingegeben wird.
Auf ähnliche Weise erzeugt die Abtasthalteschaltung 121b zum Zeitpunkt der Eingabe des G-Signals ein Abtastsignal, und die Abtasthalteschaltung 121c erzeugt zum Zeitpunkt der Eingabe des B-Signals ein Abtastsignal.
Folglich geben die Abtasthalteschaltungen 121a–121c jeweils die R-, G- und B-Signale aus, die jeweils A/D-Wandlern 122a–122c zugeführt werden, in denen das Analogbildsignal in ein 8-Bit-Digitalbildsignal gewandelt wird. Die erhaltenen Digitalsignale werden Schattierungskorrekturschaltungen 124a–124c zugeführt, um einer Schattierungskorrektur unterzogen zu werden.
Die Schattierungskorrektur wurde bereits in bezug auf die Vorabtastung erläutert, und die darin vorbereiteten Korrekturdaten für die Farben R, G und B werden in einem RAM 123 gespeichert.
Während des Bildlesens werden die Korrekturdaten für jedes Element von dem RAM 123 den Schattierungskorrekturschaltungen 124a–124c zugeführt, wodurch die gelesenen Daten korrigiert werden.
Die von den Schattierungskorrekturschaltungen 124a–124c ausgegebenen Bildsignale werden einer 5 × 5-Kantenverstärkungsschaltung 125 zugeführt, die den Umriß des gelesenen Bilds in der folgenden Art und Weise betont.
15 zeigt die Struktur der Kantenverstärkungsschaltung 125. Die Kantenverstärkung wird für jede der Farben R, G und B durchgeführt, aber 15 zeigt lediglich die Schaltung für eine Farbe. Selbstverständlich weisen die anderen zwei Schaltungen die gleiche Struktur auf.
In 15 sind FIFO-Speicher 131–134 bereitgestellt, die jeder eine Kapazität aufweisen, die zum Halten der Daten einer Zeile in der regelmäßigen Elementanordnung 100 des CCD 210 geeignet ist.
Die vier FIFO-Speicher sind wie in 15 gezeigt verbunden, so daß bei einem Eingeben der Bildelementdaten einer n-ten Zeile in den FIFO 131 die FIFO-Speicher 131, 132, 133, 134 jeweils die Daten einer (n – 1)-ten Zeile, einer (n – 2)-ten Zeile, einer (n – 3)-ten Zeile und einer (n – 4)-ten Zeile ausgeben.
Das Eingangssignal und die Ausgangssignale der FIFO-Speicher 131–134 werden einer Verzögerungsschaltung 135 zugeführt.
Die Verzögerungsschaltung 135 ist mit mehreren Bildelementverzögerungsschaltungen für das eingegebene Signal des m-ten Bildelements versehen, wodurch sie eine arithmetische Operationsschaltung 136 mit den Bildelementdaten des (m – 1)-ten, (m – 2)-ten, (m – 3)-ten und (m – 4)-ten Bildelements sowie des m-ten Bildelements versieht. Somit empfängt die Schaltung 136 die Daten von insgesamt 25 Bildelementen.
16 zeigt die Karte der eingegebenen Daten. Somit empfängt die Operationseinheit 136 die Daten der umgebenden 24 Bildelemente zusammen mit den Daten eines schraffierten Zielbildelements.
Die Operationseinheit 136 multipliziert die Daten des Zielbildelements mit 25 und subtrahiert die Daten der umgebenden Bildelemente.
Falls die Daten des Zielbildelements größer sind als die Daten der umgebenden Bildelemente, werden somit die Daten des Zielbildelements noch größer und umgekehrt.
Dieser Prozeß steigert den Kontrast des Umrisses des Bilds und bringt somit das wiedergegebene Bild vorteilhaft zur Geltung.
Die kantenverstärkten Bilddaten werden durch eine logarithmische Wandlungseinheit 127 zur Ausführung einer Leuchtdichte-Dichte-Wandlung und eine Maskierungswandlungseinheit 128 zur Ausführung einer optimal korrelierten Farbkorrektur der Druckereinheit zugeführt.
Nachstehend ist das Signalverarbeitungssystem für die regelmäßige Elementanordnung 101 erläutert. Obwohl es grundsätzlich das gleiche wie das Signalverarbeitungssystem für die regelmäßige Elementanordnung 100 ist, ist aber die Kantenverstärkungsschaltung beseitigt, da die Bildwiedergabe nicht das Ziel ist.
Die von einer Schattierungskorrekturschaltung 124d ausgegebenen Daten werden einer Signalvergleichsschaltung 126 zugeführt.
Andere Eingangsdaten werden von der Kantenverstärkungsschaltung erhalten, aber wie es aus 6 ersichtlich ist, ist das Zielbildelement bei der Kantenverstärkungsschaltung auf der (n – 2)-ten Zeile vorhanden.
Der Vergleich der Daten der regelmäßigen Anordnungen 100, 101 würde einen Zeilenzwischenspeicher zur Kompensation des Abstands zweier Zeilen erfordern, wie er in 6 gezeigt ist, aber die Kantenverstärkung bei den Daten der regelmäßigen Anordnung 100 stellt die einer gleichen Position auf der Vorlage entsprechenden Daten bereit. Die als Unterscheidungseinrichtung dienende Signalvergleichsschaltung 126 vergleicht die Bilddaten der regelmäßigen Anordnungen 100, 101 und sendet das Ergebnis des Vergleichs zu einer nicht dargestellten CPU.
Bei dem Signalvergleich ist es zu beachten, daß eine Drucktinte einer hohen Dichte und einer niedrigen Sättigung dazu neigt, Pigmente der Rußstoffklasse (carbon black family) zu enthalten, und daß eine derartige das infrarote Licht absorbierende Tinte von den zu unterscheidenden Informationen getrennt werden muß.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird es daher identifiziert, ob das IR-Absorptionsmuster dem zu unterscheidenden Muster entspricht, indem der minimale Wert K der R-, G- und B-Signale sowie das IR-Signal in der folgenden Art und Weise verglichen werden: X = IR – Konst. × min(R, G, B).
Genauer wird der Wert X für jedes Bildelement bestimmt und für die ganze Vorlage summierend addiert, und wenn der summierte Wert einen vorbestimmten Referenzpegel erreicht, fungiert die nicht dargestellte CPU als Steuerungseinrichtung für die Bilderzeugungsoperation und steuert die Druckereinheit, um das Kopieren der Vorlage unmittelbar zu unterbrechen.
Es können gewisse Veränderungen bei dem vorstehend erläuterten Bildinformationsverarbeitungsgerät erdacht werden.
Beispielsweise muß die Zeilenpositionskorrektur für die regelmäßigen Elementanordnungen 100, 101 nicht notwendigerweise die FIFO-Speicher der 5 × 5-Kantenverstärkungsschaltung verwenden, sondern kann statt dessen die FIFO-Speicher z. B. des Fehlerdiffusionsprozesses verwenden.
Ferner ist die Musterunterscheidung nicht notwendigerweise auf den Signalvergleich in der Signalvergleichsschaltung beschränkt, sondern kann sich zur Steuerung der Vorlagenkopieroperation auf einen Mustervergleich gemäß der durch den Signalvergleich extrahierten Bildform stützen. In diesem Fall wird eine große und komplizierte Mustervergleichsschaltung benötigt, aber da die Art der Vorlage aus der Musterform identifiziert werden kann, wird eine derartige Steuerung ermöglicht, daß die Kopieroperation für gewisse Vorlagen im Ansprechen auf die Eingabe eines Paßworts genehmigt wird, aber die Kopieroperation für andere Vorlagen verboten wird.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine genaue Erfassung des optischen Signals mit einem breiten Dynamikbereich und über einen breiten Spektralbereich, ohne das optische System zu komplizieren.
(Ausführungsbeispiel 2-1)
Das nachstehende Ausführungsbeispiel zeigt eine Anwendung der Erfindung auf ein Kopiergerät, aber eine derartige Anwendung ist nicht beschränkend, und die Erfindung ist natürlich auf verschiedene andere Geräte wie beispielsweise eine mit einem Computer verbundene Bildabtasteinrichtung anwendbar.
18 zeigt die Struktur eines Ausführungsbeispiels 2-1 der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei eine Bildabtasteinheit 1101 ein Lesen einer Vorlage und eine digitale Signalverarbeitung ausführt und eine Druckereinheit 1202 zum Drucken eines dem durch die Bildabtasteinheit 1101 gelesenen Vorlagenbild entsprechenden Vollfarbbilds auf ein Blatt vorhanden ist.
(Bildabtasteinheit)
17 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Teil der Vorlagenleseeinheit des optischen Systems gleicher Größe der Bildabtasteinheit 1101 darstellt, der mit einer Druckplatte mit Spiegelfläche 1100 versehen ist. Ein auf einem (nachstehend als Auflageplatte bezeichneten) Vorlagenauflageglas 1103 angeordnetes Vorlagendokument 1104 wird durch eine Halogenlampe 1125 beleuchtet, deren Spektralkennlinie in 24 gezeigt ist, und das reflektierte Licht von der Vorlage wird einer regelmäßigen Linsenanordnung 1122 zugeführt und wird dem Sperren eines Spektralbereichs oberhalb von etwa 850 nm durch ein dichroitisches Filter 1130 unterzogen, dessen Spektralkennlinie in 25 gezeigt ist. Daraufhin wird mittels einer an einer horizontal bewegbaren Stufe 1128 bereitgestellten umschaltbaren Filtereinrichtung das Bild des nah infraroten Bereichs um eine Wellenlänge von 800 nm herum oder das Bild des sichtbaren Spektralbereichs von 400–700 nm einem CCD-Zeilensensor zum Bildlesen selektiv zugeführt. Die Stufe 1128 wird durch ein geschichtetes piezoelektrisches Betätigungsglied 1129 angetrieben und bewegt sich selektiv in der seitlichen Richtung in 17. An der Stufe 1128 sind ein Filter 1123, dessen Spektralkennlinie in 26 gezeigt ist, und ein Sperrfilter für den nah infraroten Bereich 1124, dessen Spektralkennlinie in 11 gezeigt ist, angebracht, und die Stufe 1128 wird so bewegt, daß das Filter 1123 oder 1124 bei dem Bildlesen in dem nah infraroten Bereich oder dem Bildlesen in dem sichtbaren Bereich jeweils zwischen der regelmäßigen Linsenanordnung 1122 und dem Sensor 1121 eingefügt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel 2-1 ist an dem Filter 1124 eine Glasplatte 1127 zur Kompensation des Unterschieds der Bildpositionen zwischen dem nah infraroten Licht und dem sichtbaren Licht bereitgestellt.
21A und 21B zeigen die Struktur des bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Sensors 1121.
Der Sensor 1121 besteht aus einer einzelnen regelmäßigen Fotosensorelementanordnung, bei der die Fotosensorelemente mit aufgedampften Filtern der Farben R, G und B versehen sind, die in der Reihenfolge von R, G, B, R, G, B... zyklisch angeordnet sind, wodurch ein Lesesystem gebildet wird, bei dem ein aus einem Satz von R-, G- und B-Fotosensorelementen bestehendes Bildelement der minimale Lesebereich ist. Die Spektralkennlinien der Filter sind in 22 gezeigt. Die mit dem R-Filter ausgestatteten Elemente sind durch die Verwendung des.
Filters 1123 und des dichroitischen Filters 1130 auch für den unsichtbaren Spektralbereich oberhalb von 700 nm empfindlich und sind zum zufriedenstellenden Bildlesen in dem nah infraroten Bereich um etwa 800 nm herum in der Lage. Für die Fotosensorelemente mit dem G- oder B-Filter ist die relative Empfindlichkeit oberhalb von 700 nm nicht gezeigt, da die Daten von den Fotosensorelementen lediglich für das Bildlesen in den sichtbaren Bereich verwendet werden. Tatsächlich kann die relative Empfindlichkeit oberhalb von 700 nm bei dem Bildlesen in dem sichtbaren Bereich als beinahe null betrachtet werden, da das vorstehend angeführte Sperrfilter für den nah infraroten Bereich 1124 bei dem Bildlesen in dem sichtbaren Bereich verwendet wird.
Zur Realisierung eines Auflösungsvermögens von 400 DPI (Punkten pro Zoll bzw. Punkten pro 2,54 cm) mit diesem Sensor sollte der minimale Lesebereich von einer Größe von 63,5 × 63,5 μm sein. Folglich sollten ein R-Element 152, ein G-Element 153 und ein B-Element 154 jeweils von einer Größe von 21,1 × 63,5 μm sein. Auch das Bildlesen in dem IR-Bereich verwendet die R-Elemente, so daß der Lesebereich 21,1 × 63,5 μm wird.
Die auf dem Sensor 1121 fokussierten Bilddaten werden in der Form der roten (R), grünen (G) und blauen (B) Komponenten der Farbinformationen einer Signalverarbeitungseinheit 1198 zugeführt. Die Vorlagenabtasteinheit 1111 wird mit einer Geschwindigkeit V in der (nachstehend als Nebenabtastrichtung bezeichneten) Richtung senkrecht zu der (nachstehend als Hauptabtastrichtung bezeichneten) elektrischen Abtastrichtung des Zeilensensors mechanisch bewegt, wodurch der ganze Bereich der Vorlage abgetastet wird.
Eine normale weiße Platte 1199, die derart positioniert ist, daß sie durch die Vorlagenbeleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, wenn sie sich in einer (nachstehend als Ausgangsposition bezeichneten) Referenzposition befindet, und mit einem optischen Abstand gleich dem Abstand von dem Sensor zu der Vorlage auf der Auflageplatte positioniert ist, dient zur Korrektur der Ungleichmäßigkeit der durch den Sensor 1121 gelesenen Bilddaten, wenn die Halogenlampe 1125 verwendet wird. Genauer werden die von der weißen Platte erhaltenen Daten bei der bekannten Schattierungskorrektur als die Korrekturdaten verwendet.
Die Signalverarbeitungseinheit 1198 verarbeitet die gelesenen R-, G- und B-Signale elektrisch, um die Signale in die Komponenten von Magenta (M), Zyan (C), Gelb (Y) und Schwarz (BK) zur Zuführung zu der Druckereinheit 1202 zu trennen. Bei einer Vorlagenabtastoperation der Bildabtasteinheit 1101 wird eine der vorstehend angeführten Komponenten M, C, Y und BK der Druckereinheit 1202 zugeführt, so daß ein Ausdruck durch insgesamt vier Vorlagenabtastoperationen vervollständigt wird.
(Druckereinheit)
Die von der Bildabtasteinheit 1101 zugeführten Bildsignale M, C, Y und BK werden zu einer Laseransteuerungseinrichtung 1212 gesendet, die einen Halbleiterlaser 1213 gemäß dem Bildsignal moduliert. Der abgestrahlte Laserstrahl wird durch einen Polygonspiegel 1214, eine f-θ-Linse 1215 und einen Spiegel 1216 geführt und tastet eine fotoempfindliche Trommel 1217 ab.
Eine Magenta-Entwicklungseinheit 1219, eine Zyan-Entwicklungseinheit 1220, eine Gelb-Entwicklungseinheit 1221 und eine Schwarz-Entwicklungseinheit 1222 werden mittels eines nicht dargestellten Schiebemechanismus der Reihe nach in Kontakt mit der fotoempfindlichen Trommel 1217 gebracht, um die darauf erzeugten elektrostatischen Latentbilder der Farben M, C, Y und BK mit Tonern der entsprechenden Farben zu entwickeln.
Ein von einem Blattbehälter 1224 zugeführtes Blatt wird auf eine Übertragungstrommel 1223 gewickelt, und die auf der fotoempfindlichen Trommel 1217 entwickelten Tonerbilder werden auf das Blatt übertragen.
Nach den aufeinanderfolgenden Übertragungen der vier Farbbilder von M, C, Y und BK auf diese Art und Weise wird das Blatt durch eine Fixiereinheit 1226 ausgetragen.
(Vorlagenabtastung)
Nachstehend ist die Vorlagenabtastfolge bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf ein in 26 gezeigtes Flußdiagramm erläutert. Wenn die Vorlage auf die Auflageplatte 1103 gelegt wird und ein Startknopf des in 28 gezeigten Vollfarbkopiergeräts gedrückt wird, wird die vorstehend angeführte bewegbare Stufe 1128 in 17 nach rechts bewegt und wird in einen Zustand zum Lesen des Bilds in dem nah infraroten Bereich eingestellt (S1). In diesem Zustand werden das Abrufen der Schattierungskorrekturdaten (S2) und die erste Vorabtastung (S3) durchgeführt, und die durch die Sensorelemente mit dem R-Filter mit einer Dichte von 400 DPI sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der Nebenabtastrichtung gelesenen Bilddaten des nah infraroten Bereichs werden einer A/D-Wandlung in 8-Bit-Digitalsignale unterzogen und werden in einem in 19 gezeigten Speicher (DRAM) 1161 gespeichert (S4).
Anschließend wird die bewegbare Stufe nach links bewegt und wird in einen Zustand zum gewöhnlichen Bildlesen in dem sichtbaren Bereich eingestellt (S5), und in diesem Zustand werden das Abrufen der bekannten Schattierungskorrekturdaten (S6) und die zweite Vorabtastung (S7) durchgeführt. Die durch die 5ensorelemente mit den R-, G- und B-Filtern mit einer Dichte von 400 DPI sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der Nebenabtastrichtung in einem nach Farben getrennten Zustand erhaltenen Bilddaten werden einer A/D-Wandlung in 8-Bit-Digitalsignale unterzogen und werden zusammen mit den in dem vorstehend angeführten Speicher 1161 gespeicherten Bilddaten des nah infraroten Bereichs einer Unterscheidungseinheit 1163 zugeführt (S8). Falls die Vorlage nicht durch die Unterscheidungseinheit als eine bestimmte Vorlage identifiziert wird (S9), wird die Vorlagenabtastoperation zur Ausgabe der vorstehend angeführten Signale M, C, Y und BK viermal wiederholt (S10). Zu der gleichen Zeit führt die Bildverarbeitungseinheit 1162 Bildverarbeitungen wie beispielsweise die Variation der Bildvergrößerung, Maskierung, Farbrücknahme usw. aus, und bei jeder Abtastoperation wird das Bildsignal einer der Farben M, C, Y und BK der Druckereinheit zugeführt (S11).
Falls die Unterscheidungseinheit 1163 eine bestimmte Vorlage identifiziert (S9), wird die Operation des gewöhnlichen Bildlesens ausgesetzt. Andernfalls verhindert die Aufzeichnungssteuerungseinheit 1164 die naturgetreue Bildwiedergabe z. B. durch ein Anmalen des ganzen Bilds mit einer speziellen Farbe oder durch ein Modifizieren des Aufzeichnungssignals.
(Vorlagenunterscheidung)
Nachstehend ist das bei der Erfindung zu erfassende Bildmuster unter Bezugnahme auf 23 und 32 kurz erläutert.
Die in 23 gezeigte transparente Tinte weist die Spektralkennlinie eines transparenten Farbstoffs auf, die im wesentlichen das Licht des sichtbaren Bereichs durchläßt, aber das infrarote Licht um 800 nm herum absorbiert. Ein repräsentatives Beispiel eines derartigen Farbstoffs ist das durch Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. gelieferte SIR-159.
32 zeigt ein Beispiel des durch die transparente Tinte mit dem vorstehend angeführten transparenten, den infraroten Bereich absorbierenden Farbstoff erzeugten Musters. Auf einem mit das bestimmte infrarote Licht reflektierender Tinte aufgezeichneten dreieckigen Muster ist ein kleines quadratisches Muster b mit einer Seitenlinie von etwa 120 μm mit der transparenten Tinte gedruckt.
Das Muster b, das in dem sichtbaren Bereich von beinahe der gleichen Farbe wie der Farbe des dreieckigen Musters ist, ist durch die menschlichen Augen nicht zu erkennen, aber ist in dem infraroten Bereich erfaßbar. Das Muster von ca. 120 μm entspricht bei einem Lesen mit einer Dichte von 400 DPI der Größe von etwa 4 Bildelementen, wie es in 32 gezeigt ist. Nachstehend sind die Einzelheiten der in 19 gezeigten Unterscheidungseinheit 1163 unter Bezugnahme auf 15 erläutert, wobei FIFO-Speicher 131–135 bereitgestellt sind, die jeweils eine Kapazität aufweisen, die zum Halten der Daten einer Zeile des 1121 in der Lage ist.
Die vier FIFO-Speicher sind wie in 15 gezeigt wechselweise verbunden, so daß bei einem Eingeben der Bildelementdaten einer n-ten Zeile in den FIFO-Speicher 131 die FIFO-Speicher 131, 132, 133, 134 jeweils die Daten einer (n – 1)-ten Zeile, einer (n – 2)-ten Zeile, einer (n – 3)-ten Zeile und einer (n – 4)-ten Zeile ausgeben. Das Eingangssignal und die Ausgangssignale der FIFO-Speicher 131–134 werden einer Verzögerungsschaltung 135 zugeführt, die mehrere Bildelementverzögerungsschaltungen für das eingegebene m-te Bildelementsignal aufweist, wodurch einer Operationsschaltung 136 die Daten des (m – 1)-ten, (m – 2)-ten, (m – 3)-ten und (m – 4)-ten sowie des m-ten Bildelements zugeführt werden. Folglich empfängt die Operationsschaltung 136 die Daten von insgesamt 25 Bildelementen. Die Karte der eingegebenen Daten ist in 33 gezeigt. Mit Bezug auf die Zielbildelementposition X sind vier Bildelemente A, B, C und D wie in 33 gezeigt positioniert. Falls das Zielbildelement X das Muster b in 32 liest, lesen daher die Bildelemente A, B, C und D das Bild des darum herum positionierten Musters a.
(Unterscheidungsalgorithmus)
Es wird angenommen, daß das Signal des Bildelements A aus einer R-Komponente A_R, einer G-Komponente A_G, einer B-Komponente A_B und einer IR-Komponente A_IR besteht, und ebenso für die Bildelemente B, C und D. Die Durchschnitte Y_A, Y_G, Y_B und Y_IR der gleichen Farbkomponente bei den Signalen der Bildelemente A, B, C und D werden durch die folgende Gleichung bestimmt:
Die Unterscheidung des Zielmusters wird gemäß dem Unterschied zwischen dem in der vorstehenden Gleichung bestimmten Durchschnitt Y_K und dem Zielbildelement X ausgebildet. Genauer wird das Zielmuster als vorhanden unterschieden, wenn die nächste Beziehung gilt: ΔK = |YK – YK| (K = R, G, B, IR),wobei: (ΔR < H) ⋂ (ΔG < H) ⋂ (ΔB < H) ⋂ (ΔIR > J) (H, J: Konstanten)
In dieser Situation unterscheidet sich das Zielbildelement im Vergleich zu den umgebenden Bildelementen bei dem Farbton in dem sichtbaren Bereich sehr wenig und weist in dem infraroten Bereich einen über eine Konstante L hinausgehenden Unterschied auf. 34 zeigt ein Beispiel der den vorstehend erläuterten Unterscheidungsalgorithmus realisierenden Hardware.
Additionseinrichtungen 1081 addieren jeweils die Komponenten von vier Bildelementen und geben obere 8 Bits aus, um Y_R, Y_G, Y_B bzw. Y_IR zu erhalten. Subtraktionseinrichtungen 1082 berechnen die Unterschiede von den Komponenten des Signals des Zielbildelements. Für drei Komponenten R, G und B werden jeweils in Vergleichseinrichtungen 1083, 1084 und 1085 die Absolutwerte der Unterschiede mit der Konstante H verglichen. Demgegenüber wird die infrarote Komponente in einer Vergleichseinrichtung 1086 mit der Konstante J verglichen. Die Ausgaben der vorstehend angeführten Vergleichseinrichtungen werden einem UND-Gatter 1087 zugeführt, und das Zielmuster wird als vorhanden unterschieden, wenn ein Ausgangssignal "1" von dem UND-Gatter erhalten wird.
(Ausführungsbeispiel 2-2)
29 zeigt eine schematische Ansicht eines ein Ausführungsbeispiel 2-2 der Erfindung verwendenden Vollfarbkopierers, bei dem eine Bildabtasteinheit 1201 und ein Vollfarbdrucker 1202 gleich denen bei dem Ausführungsbeispiel 2-1 bereitgestellt sind. Eine Vorlagenbeleuchtungshalogenlampe 1205 und ein erster Spiegel 1206 sind in einer ersten Vorlagenabtasteinheit 1298 enthalten. Ein zweiter und dritter Spiegel 1207, 1208 sind in einer zweiten Vorlagenabtasteinheit 1299 enthalten. Bei der Vorlagenabtastoperation wird die erste Vorlagenabtasteinheit 1298 durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung mit einer Geschwindigkeit V angetrieben, während die zweite Vorlagenabtasteinheit 1299 mittels der nicht dargestellten Antriebseinrichtung in der gleichen Richtung wie der Richtung der ersten Vorlagenabtasteinheit mit einer Geschwindigkeit V/2 angetrieben wird, wodurch das von einer Vorlage 1204 auf dem Auflageplattenglas 1203 reflektierte Licht durch eine Bündellinse 1209 auf einem 3-Zeilen-CCD-Sensor 1210 fokussiert wird, wobei immer ein konstanter optischer Abstand erhalten wird, wobei 1211 eine Signalverarbeitungseinheit angibt.
28 zeigt eine schematische Ansicht um die Bündellinse und den CCD-Sensor bei dem Ausführungsbeispiel 2-2, das ein optisches System mit einer Verkleinerung von 1 : 6 in der Bildabtasteinheit 1201 verwendet.
In 28 ist ein 3-Zeilen-Sensor 1210 bereitgestellt, dessen grundlegende Struktur in 34 gezeigt ist. Die Zeilen tragen jeweils darauf aufgedampfte R-, G- und B-Farbstoffe. Jedes Bildelement weist eine Größe von 10 × 10 μm auf, und die Zeilen sind durch einen Abstand von 180 μm getrennt. Der Zeilenabstand entspricht einer räumlichen Aberration von 1,08 mm auf der Vorlage in der Nebenabtastrichtung, so daß bei der tatsächlichen Vorlagenleseoperation die Signalverarbeitungseinheit 1211 die vorhergehenden R- und G-Signale in der Nebenabtastrichtung verzögert, um dem B-Signal zu entsprechen. Ein Sperrfilter für den fern infraroten Bereich 1301 weist die gleiche Spektralkennlinie wie die Spektralkennlinie des dichroitischen Spiegels 1130 bei dem in 17 gezeigten Ausführungsbeispiel 2-1 auf. Ein Sperrfilter für den sichtbaren Bereich 1302 und ein Sperrfilter für den nah infraroten Bereich 1303 weisen die gleichen Spektralkennlinien wie die Spektralkennlinien der Filter 1123, 1124 bei dem Ausführungsbeispiel 2-1 auf. Ferner ist das Filter 1303 wie bei dem Ausführungsbeispiel 2-1 mit einer den Brennpunkt korrigierenden transparenten Glasplatte 1306 eines hohen Brechungsindex versehen. Die Filter 1302, 1303 sind durch einen Winkel von 90° auf einer Drehwelle 1304, die mit einem nicht dargestellten Schrittmotor mit einem minimalen Drehwinkel von 3,6° verbunden ist, wechselseitig getrennt. Somit können die Filter 1302, 1303 umgeschaltet werden, indem der Schrittmotor durch 25 Impulse in einer Richtung CW oder CCW gedreht wird.
(Ausführungsbeispiel 2-3)
31 zeigt eine schematische Ansicht um die Linse und den CCD-Sensor der ein optisches System mit Verkleinerung verwendenden Vollfarbbildabtasteinrichtungen, wobei ein Sperrfilter für den sichtbaren Bereich 1322 zum Sperren des sichtbaren Lichts unterhalb einer Wellenlänge von 750 nm und ein Sperrfilter für den infraroten Bereich 1323 zum Sperren des Lichts oberhalb einer Wellenlänge von 750 nm um eine Drehwelle 1324 wechselseitig senkrecht positioniert werden. Ferner sind ein Filter 1329 zum Sperren des Lichts oberhalb einer Wellenlänge von 850 nm und eine Glasplatte 1326 einer Dicke von 2 mm zur Korrektur des Brennpunkts zwischen dem Lesen des sichtbaren Bilds und dem Lesen des nah infraroten Bilds an einer Drehwelle 1325 befestigt. Die zwei Drehwellen 1324, 1325 weisen jeweils Ritzel 1312, 1313 auf, und eine lineare Bewegung einer mit einem Solenoid 1310 verbundenen Zahnstange 1311 schaltet die Filter 1322, 1323 und die Filter 1326, 1329 gleichzeitig um.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Das vorstehende Ausführungsbeispiel verwendet einen transparenten Farbstoff, der zum Absorbieren des infraroten Lichts um 800 nm herum in der Lage ist, aber ein derartiger Farbstoff ist nicht beschränkend, und es kann eine Substanz verwendet werden, die in dem sichtbaren Bereich annähernd transparent ist und zum Absorbieren des Lichts eines bestimmten Wellenlängenbereichs in dem unsichtbaren Bereich in der Lage ist.
Das Umschalten zwischen zwei Filtersystemen kann auch erreicht werden, indem der Bildlesesensor mit Bezug auf eine feste Filtereinrichtung bewegt wird.
Die optischen Filter sind nicht auf flache Filter beschränkt, sondern können auch gekrümmt sein.
Ferner kann die Korrektur hinsichtlich der Position des Brennpunkts bei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen durch eine Bewegung des Sensors oder der Linse erreicht werden.
Ferner ist der Bildlesesensor nicht auf den Zeilensensor beschränkt.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel verwendet eine Halogenlampe, aber es kann eine Lichtquelle verwendet werden, die zum Abstrahlen des Lichts in den sichtbaren und nah infraroten Bereichen in der Lage ist.
Ferner wird bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die normale weiße Platte für das Lesen des sichtbaren Bilds und für das Lesen des infraroten Bilds gemeinsam verwendet, aber es können jeweils getrennte normale Platten für beide Bildlesevorgänge verwendet werden.
Die Festkörperbildlesevorrichtung kann zusätzlich zu dem vorstehend erläuterten Ladungsspeicherelement (CCD) aus einem MOS-Sensor oder einer Verstärkungsvorrichtung, bei der eine kapazitive Last mit dem Emitter eines Fototransistors verbunden ist, wie es in dem den Erfindern T. Ohmi und N. Tanaka erteilten US-Patent Nr. 4,791,469 offenbart ist, bestehen.
Wie vorstehend erläutert ermöglichen es die Ausführungsbeispiele, das Merkmal der Vorlage mit einer einfachen Struktur sicher zu erfassen.
(Ausführungsbeispiel 3-1)
36 zeigt eine Ansicht des ein Ausführungsbeispiel 3-1 der Erfindung bildenden Geräts, wobei eine Bildabtasteinheit 3201 zum Lesen der Vorlage und Ausführen der digitalen Signalverarbeitung sowie eine Druckereinheit 3202 zum Drucken eines dem durch die Bildabtasteinrichtung 3201 gelesenen Vorlagenbild entsprechenden Vollfarbbilds auf einem Blatt bereitgestellt sind.
Die Bildabtasteinheit 3201 ist mit einer Druckplatte 3200 versehen. Eine auf einem Auflageplattenglas 3203 plazierte Vorlage 3204 wird durch das von einer Halogenlampe 3205 durch ein Sperrfilter für den infraroten Bereich 3208 kommende Licht beleuchtet, und das reflektierte Licht von der Vorlage wird durch Spiegel 3206, 3207 geführt und wird durch eine Linse 3209 auf einem (nachstehend als CCD bezeichneten) 4-Zeilen-Sensor 3210 fokussiert, wodurch die aus roten (R), grünen (G) und blauen (B) Komponenten und der infraroten (IR) Komponente bestehenden Vollfarbinformationen einer Signalverarbeitungseinheit 3211 zugeführt werden.
Eine normale weiße Platte 5102 erzeugt Korrekturdaten für die durch die R-, G-, B-Sensoren 3210-2 bis 3210-4 gelesenen Daten.
Eine Referenzfluoreszenzplatte 5103 ist mit fluoreszierender Tinte, die eine Fluoreszenzkennlinie wie in 42 gezeigt und im wesentlichen gleich der Fluoreszenzkennlinie der zu erfassenden Fluoreszenzinformationen zeigt, gleichmäßig beschichtet und wird für die Korrektur der Ausgangsdaten des IR-Sensors 3210-1 verwendet.
Die Signalverarbeitungseinheit 3211 verarbeitet die gelesenen Signale elektrisch, um die Komponenten Magenta (M), Zyan (C), Gelb (Y) und Schwarz (BK) zur Zuführung zu der Druckereinheit 3202 zu trennen. Bei jeder Vorlagenabtastoperation in der Bildabtasteinheit 3201 wird eine der Komponenten M, C, Y und BK ebenensequentiell der Druckereinheit 3202 zugeführt, wodurch ein Ausdruck durch insgesamt vier Vorlagenabtastoperationen vervollständigt wird.
Die von der Bildabtasteinheit 3201 kommenden Bildsignale M, C, Y und BK werden einer Laseransteuerungseinrichtung 3212 zugeführt, die im Ansprechen darauf einen Halbleiterlaser 3213 moduliert. Der abgestrahlte Laserstrahl wird durch einen Polygonspiegel 3214, eine f-θ-Linse 3215 und einen Spiegel 3316 geführt und tastet eine fotoempfindliche Trommel 3217 ab.
Eine Magenta-Entwicklungseinheit 3219, eine Zyan-Entwicklungseinheit 3220, eine Gelb-Entwicklungseinheit 3221 und eine Schwarz-Entwicklungseinheit 3222 entwickeln nacheinander die elektrostatischen Latentbilder der Farben M, C, Y und BK mit entsprechenden Tonern.
Ein von einem Blattbehälter 3224 oder 3225 zugeführtes Blatt wird auf eine Übertragungstrommel 3223 gewickelt, und die auf der fotoempfindlichen Trommel 3217 entwickelten Tonerbilder werden auf das Blatt übertragen.
Nach den aufeinanderfolgenden Übertragungen der vier Bilder der Farben M, C, Y und BK wird das Blatt durch eine Fixiereinheit 3226 ausgetragen.
37 zeigt die Spektralkennlinie eines zwischen der Beleuchtungshalogenlampe 3205 und dem Auflageplattenglas 3203 positionierten Sperrfilters für den infraroten Bereich 3208, und das Filter sperrt die infrarote Komponente oberhalb von etwa 700 nm in der in 38 gezeigten Spektralabstrahlung der Halogenlampe 3205.
39A zeigt die Struktur des (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus CCD-Zeilensensoren bestehenden) Sensors 3210.
Es sind eine regelmäßige Fotosensoranordnung 3210-1 zum Lesen des infraroten (IR) Lichts und regelmäßige Fotosensoranordnungen 3210-2, 3210-3, 3210-4 zum jeweiligen Lesen der R-, G- und B-Lichtkomponenten bereitgestellt.
Die vier regelmäßigen Fotosensoranordnungen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften werden in einer monolithischen Art und Weise in wechselweise paralleler Anordnung auf einem gleichen Siliziumchip ausgebildet, um eine gleiche Zeile auf der Vorlage zu lesen.
Ein derartiger Aufbau des Sensors ermöglicht es, das optische System wie beispielsweise die Linse gemeinsam für das Lesen des sichtbaren Lichts und das Lesen des infraroten Lichts zu verwenden. Es wird somit ermöglicht, die Genauigkeit der optischen Einstellung zu verbessern und den Betrieb davon zu erleichtern.
39B zeigt eine vergrößerte Ansicht der Fotosensorelemente, die jeweils eine Länge von 10 μm pro Bildelement in der Hauptabtastrichtung aufweisen. Jeder Sensor weist 5000 Bildelemente in der Hauptabtastrichtung auf, um die kürzere Seite (297 mm) der Vorlage der Größe A3 mit einem Auflösungsvermögen von 400 dpi zu lesen. Die R-, G- und B-Sensoren sind durch einen Abstand von 80 μm wechselweise getrennt, was für das Nebenabtastauflösungsvermögen von 400 lpi 8 Zeilen entspricht.
Der IR-Zeilensensor 3210-1 und der R-Sensor 3210-2 sind durch einen Abstand von 160 μm (16 Zeilen) getrennt, was dem Doppelten anderer Zeilenzwischenräume entspricht. 40 zeigt die Spektralempfindlichkeiten dieses CCD, wobei Signalverläufe 3261, 3262 jeweils die Spektralkennlinien des CCD für sichtbares Licht und des CCD für IR-Licht zeigen.
Die R-, G- und B-Sensoren 3210-2–3210-4 weisen Aperturen von 10 μm in der Nebenabtastrichtung auf, aber der IR-Sensor 3210-1 weist unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Sensor das Fluoreszenzlicht des IR-Lichts liest, eine doppelte Apertur von 20 μm auf.
Im allgemeinen beträgt die Intensität des Fluoreszenzlichts weniger als die Hälfte, häufig etwa 10% oder sogar weniger, der Intensität des anregenden Lichts. Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt den dynamischen Bereich des Infrarotlesesignals durch ein Erhöhen des Lichtempfangbereichs pro Bildelement sicher, wobei das Nebenabtastauflösungsvermögen des IR-Sensors geopfert wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der dynamische Bereich des gelesenen Signals sichergestellt, indem die Länge jedes Bildelements des IR-Sensors in der Nebenabtastrichtung erhöht wird, aber es ist auch möglich, die Länge jedes Bildelements in der Hauptabtastrichtung zu erhöhen, wobei das Auflösungsvermögen darin geopfert wird.
Der vorstehend angeführte Unterschied bei der Größe der Aperturen kann jedoch unnötig sein, falls ein ausreichender dynamischer Bereich bei der Ausgabe des IR-Sensors sichergestellt werden kann.
Die Zeilensensoren sind mit optischen Filtern darauf versehen, um vorbestimmte Spektralkennlinien in den IR-, R-, G- und B-Bereichen zu erreichen.
Die Spektralkennlinien der G-, R- und B-Zeilensensoren sind nachstehend unter Bezugnahme auf 2 und 41 erläutert.
2 zeigt die Kennlinien der bekannten R-, G- und B-Filter, die auch das infrarote Licht oberhalb der Wellenlänge von 700 nm durchlassen. Aus diesem Grund ist herkömmlich ein Sperrfilter für den infraroten Bereich wie in 41 gezeigt auf der Linse 209 bereitgestellt worden. Bei dem vorliegenden Beispiel kann jedoch die Linse 209 kein derartiges Sperrfilter für den infraroten Bereich aufweisen, da die durch die Linse 209 durchgelassene infrarote Komponente durch den IR-Sensor 3210-1 gelesen wird.
Zum Ausschließen des Einflusses des infraroten Lichts ist das Sperrfilter für den infraroten Bereich lediglich zwischen den R-, G- und B-Sensoren und der Linse bereitzustellen.
3 zeigt die Kennlinie eines auf dem IR-Sensor 3210-1 bereitgestellten Sperrfilters für den sichtbaren Bereich. Das Filter dient dazu, die in den IR-Sensor zum Lesen der Fluoreszenzkomponente des IR-Bereichs eintretende Komponente des sichtbaren Lichts zu beseitigen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Vorlage mit Kopierverbot eine in einer in 35 gezeigten Position (Xc, Yc) mit Tinte mit der vorstehend erläuterten Fluoreszenzkennlinie markierte Vorlage geplant.
Falls die vorstehend angeführte Markierung in dem von der Vorlage auf der Auflageplatte gelesenen Infrarotsignal erfaßt wird, wird die gewöhnliche Bilderzeugungsoperation verboten.
Die Vorlage mit Kopierverbot ist jedoch bei der Größe und bei der Markierung nicht auf die in 35 gezeigte Vorlage mit Kopierverbot beschränkt.
42 zeigt die Reflexionsspektralkennlinie einer in der Vorlage mit Kopierverbot enthaltenen Erkennungsmarkierung.
Ein Signalverlauf 12201 gibt die synthetisierten Spektralkennlinien der Halogenlampe 3205 und des zwischen der Lampe und dem Auflageplattenglas 3203 positionierten Sperrfilters für den infraroten Bereich 3208 an. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Vorlage mit Kopierverbot erkannt, indem in der Spektralkennlinie eine infrarote Komponente 12202 um 700 nm herum als das anregende Licht verwendet wird und von der Erkennungsmarkierung kommendes Infrarotfluoreszenzlicht 12203 mit einer Spitze bei etwa 800 nm erfaßt wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet eine Halogenlampe als die Vorlagenbeleuchtungslampe zum gleichzeitigen Abstrahlen zumindest des sichtbaren Lichts und der Komponente des anregenden Lichts für die Infrarotfluoreszenz, und das Filter 3208 wird dazu verwendet, eine Wellenlängenkomponente der Infrarotfluoreszenz daran zu hindern, die Vorlage zu erreichen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Erkennungsmarkierung aus einer Substanz, die dazu in der Lage ist, durch das infrarote Licht angeregt zu werden und eine Infrarotfluoreszenz zu erzeugen. Aus diesem Grund kann die Erkennungsmarkierung eine beliebige Kennlinie für das sichtbare Licht aufweisen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird infrarotfluoreszierende Tinte verwendet, die im wesentlichen für das sichtbare Licht transparent ist, so daß das Infrarotfluoreszenzlicht erfaßt werden kann, ohne daß die Erkennungsmarkierung in der Vorlage mit Kopierverbot durch die allgemeine Öffentlichkeit wahrgenommen wird.
Nachstehend ist das Prinzip des IR-Fluoreszenzlesens kurz erläutert. Die Vorlage 3204 auf dem Auflageplattenglas 3203 wird durch das von der Halogenlampe 3205 durch das Sperrfilter für den infraroten Bereich 3208 kommende Licht beleuchtet. Im allgemeinen ist die Intensität der von der Erkennungsmarkierung abgestrahlten Fluoreszenz von z. B. 800 nm schwach, weniger als die Hälfte, häufig etwa 10%, der Intensität des anregenden Lichts.
Aus diesem Grund werden in dem direkt von der Vorlage reflektierten Licht die Wellenlängenkomponente des vorstehend angeführten Infrarotfluoreszenzlichts von 800 nm umfassende längere Wellenlängenkomponenten durch das Sperrfilter für den infraroten Bereich 208 beseitigt, wodurch die in das CCD eintretende Wellenlängenkomponente von 800 nm im wesentlichen aus der Fluareszenzkomponente besteht.
Wie vorstehend erläutert wird das die Vorlage beleuchtende Licht frei von der Spektralkomponente des durch die Erkennungsmarkierung erzeugten Fluoreszenzlichts ausgebildet und wird derart ausgebildet, daß es das vorstehend angeführte anregende Licht von 700 nm ausreichend umfaßt, wodurch der Störabstand des Fluoreszenzsignals von der Erkennungsmarkierung verbessert werden kann.
Das reflektierte Licht von der Vorlage wird durch Spiegel 3206, 3207 geführt und wird durch eine Linse 3209 auf den Zeilensensoren zum Lesen der roten (R), grünen (G), blauen (B) und infraroten (IR) Komponenten in dem CCD-Sensor 3210 fokussiert.
Da die R-, G- und B-Zeilensensoren 3210-2–3210-4 wie vorstehend erläutert zum ausreichenden Abschwächen des anregenden Lichts von 700 nm mit dem Sperrfilter für den infraroten Bereich versehen sind, kann das Vollfarbbildlesen ohne den Einfluß der infraroten anregenden Wellenlänge von 700 nm und des Infrarotfluoreszenzlichts erreicht werden.
Ferner ist der IR-Sensor 3210-1 mit einem Filter zum Sperren der Wellenlängenkomponenten oberhalb von 700 nm. wie in 3 gezeigt versehen, wodurch er lediglich die in 42 gezeigte Infrarotfluoreszenzkomponente 12203 lesen kann.
Diese Filter ermöglichen die Extraktion des Infrarotfluoreszenzlichts gleichzeitig mit der Operation des Lesens und Aufzeichnens des Vorlagenbilds, wodurch auf die lediglich zum Erfassen der Erkennungsmarkierung durch das Infrarotfluoreszenzlicht erforderliche zusätzliche Vorlagenabtastoperation wie beispielsweise die Vorabtastung verzichtet werden kann.
Der vorstehend erläuterte Aufbau trennt den gewöhnlichen Farbbereich und den Infraroterkennungsmarkierungsbereich der Vorlage zufriedenstellend.
(Ausführungsbeispiel 3-2)
Das Filter der Erfindung kann in einer Position zwischen der Linse und dem CCD-Sensor bereitgestellt sein, wobei es zum Trennen des sichtbaren Lichtstrahls und des infraroten Lichtstrahls in der Lage ist. Beispielsweise kann es als ein Teil des CCD an einem Abdeckglas der CCD-Vorrichtung wie in 43 gezeigt angebracht sein. Eine derartige Struktur verbessert die Positionsgenauigkeit und kommt ohne die Positionseinstellung der Kompensationsglasplatte aus, wodurch die Verringerung der Zusammenbauzeit ermöglicht wird.
(Ausführungsbeispiel 3-3)
Das Filter der Erfindung muß nicht notwendigerweise aus einem Pigment- oder Farbstoffilter bestehen, sondern kann aus einem wie in 44 gezeigt in einem Teil des Abdeckglases, in dem der sichtbare Lichtstrahl durchgeht, aufgedampften dichroitischen Filter bestehen.
(Ausführungsbeispiel 3-4)
Alle die vorstehenden Ausführungsbeispiele verwenden einen 4-Zeilen-Sensor einer monolithischen Struktur. Die Erfindung ist jedoch auch auf ein eine regelmäßige Linsenanordnung mit kurzer Brennweite 12801 verwendendes optisches System gleicher Größe wie in 46 gezeigt anwendbar. In einem derartigen Fall kann ein 2-Zeilen-Sensor verwendet werden, der wie in 45 gezeigt aus einem RGB-Sensor in einer Zeile 12802-2 zum Lesen des sichtbaren Lichts und einem IR-Sensor 12802-1 zum Lesen des infraroten Lichts besteht.
(Ausführungsbeispiel 3-5)
47 zeigt die von der Wellenlänge abhängige Aberration (axiale chromatische Aberration) bei der Position des Brennpunkt in dem in dem Bildlesesystem der vorstehend erläuterten Spektralkennlinie verwendeten optischen System.
Wie es aus 47 ersichtlich ist, wird das optische System üblicherweise derart entworfen, daß es in dem sichtbaren Bereich ein zufriedenstellendes Auflösungsvermögen bereitstellt, so daß die Position des Brennpunkts in dem Infrarot- oder Ultraviolettfluoreszenzbereich aberrationsbehaftet wird und das Auflösungsvermögen verschlechtert wird. Falls die Korrektur des verschlechterten Auflösungsvermögens durch die Linse selbst ausgebildet wird, erfordert sie eine deutlich erhöhte Anzahl von Linsenelementen, was unvermeidlich zu einer unerwünscht niedrigen Kostenleistung führt. Zur Korrektur der Verschlechterung des Auflösungsvermögens wird daher eine flache Glasplatte 12101 zur Korrektur der Position des Brennpunkts zwischen der Linse und dem Sensor für das sichtbare Licht eingefügt. Da der Unterschied bei der Position des Brennpunkts zwischen dem sichtbaren Bereich und dem infraroten Bereich wie in 47 gezeigt etwa 0,4 mm beträgt, kann eine Korrekturglasplatte mit einer Dicke von 1 bis 1,5 mm verwendet werden. Auf diese Art und Weise kann ein gewünschtes Auflösungsvermögen in dem ganzen Bereich einschließlich des sichtbaren Bereichs und des infraroten Bereichs erhalten werden.
(Ausführungsbeispiel 3-6)
Die Korrekturglasplatte der Erfindung kann unter Verwendung einer Plastikformgebung integriert mit der Abdeckglasplatte ausgebildet werden, wie es in 48 gezeigt ist. Eine derartige Struktur verbessert die Genauigkeit der Ausrichtung und ermöglicht eine Kostenverringerung, da die Korrekturglasplatte nicht aus einem getrennten Teil besteht.
(Ausführungsbeispiel 3-7)
49 zeigt die Struktur der Aufspaltungseinrichtung für den optischen Pfad und der Längenkorrektureinrichtung für den optischen Pfad bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wobei ein Halbspiegel 3001-1 zum Aufspalten des optischen Pfads und ein gewöhnlicher Spiegel 3001-2 mit modifizierten Eigenschaften des Reflexionsfilms zum Erhalten eines hohen Reflexionsgrads in dem infraroten Bereich bereitgestellt sind.
51 zeigt den Spektralreflexionsgrad der Spiegel 3001-1 und 3001-2.
50 zeigt den Aufbau eines die Vorrichtung der Erfindung verwendenden lesenden optischen Systems nach dem Austreten der Lichtstrahlen aus der Linse. Der aus der Linse austretende Lichtstrahl wird durch den eine erste Ebene der Vorrichtung bildenden Halbspiegel 3001-1 in zwei Lichtstrahlen aufgeteilt, und das reflektierte Licht wird auf dem Sensor für sichtbares Licht fokussiert, während das durchgelassene Licht durch den eine zweite Ebene bildenden Spiegel 3001-2 reflektiert wird, wodurch es der Korrektur der Länge des optischen Pfads unterzogen wird und auf dem Sensor für das IR-Licht fokussiert wird.
Bei diesem Aufbau wird der Unterschied L bei der Länge des optischen Pfads zwischen dem sichtbaren Licht und dem infraroten Licht dargestellt durch: L = 2d(2n – 1 – n2sin2θ)/ncosθ, wobei der Abstand y der Trennung zwischen dem sichtbaren Lichtstrahl und dem infraroten Lichtstrahl dargestellt wird durch: y = 2dtan2θcosθ' (sinθ' = nsinθ),wobei d der Abstand zwischen dem Halbspiegel 3001-1 und dem Spiegel 3001-2 ist, n der Brechungsindex des zwischen dem Halbspiegel und dem Spiegel vorhandenen Materials ist und θ der Einfallswinkel des Lichtstrahls in den Spiegel ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der gewünschte Wert von L etwa 0,3 bis 0,4 mm. Für L = 0,35 mm und einen Brechungsindex n = 1,51633 werden der Abstand d und der Trennungsabstand y für einen gegebenen Wert des Einfallswinkels eindeutig bestimmt.
53 zeigt den Abstand d und den Trennungsabstand y als eine Funktion des Einfallswinkels. Wie es aus 53 ersichtlich ist, wird der Trennungsabstand y 0,118–0,119 mm, falls der Einfallswinkel in einem Bereich von 50° bis 60° ausgewählt wird, so daß die Schwankung bei dem Trennungsabstand zwischen dem sichtbaren Lichtstrahl und dem infraroten Lichtstrahl, die sich aus der Schwankung bei dem Einfallswinkel ergibt, auf die Größenordnung von 1 μm unterdrückt werden kann. Ferner wird für eine Bildelementgröße von 10 μm die Aberration von einem Mehrfachen, 120 μm, der Bildelementgröße (in diesem Fall zwölfmal) eine Größenordnung von 2 μm, so daß die Zeileninterpolation des sichtbaren Lichtstrahls und des infraroten Lichtstrahls zufriedenstellend erreicht werden kann.
Wie es aus 47 ersichtlich ist, ist das optische System üblicherweise derart entworfen, daß es in dem sichtbaren Bereich ein zufriedenstellendes Auflösungsvermögen bereitstellt, so daß die Position des Brennpunkts in dem Infrarot- oder Ultraviolettfluoreszenzbereich aberrationsbehaftet wird und das Auflösungsvermögen verschlechtert wird. Falls die Korrektur des verschlechterten Auflösungsvermögens durch die Linse selbst ausgebildet wird, erfordert sie eine deutliche Erhöhung der Anzahl von Linsenelementen, was unvermeidlich zu einer unerwünscht niedrigen Kostenleistung führt. Zur Korrektur der Verschlechterung des Auflösungsvermögens wird daher die Vorrichtung 3001 zur Aufspaltung des optischen Pfads und zur Korrektur der Länge des optischen Pfads wie in 50 gezeigt zwischen der Linse und dem Sensor bereitgestellt. Auf diese Art und Weise kann in dem ganzen Spektralbereich einschließlich des sichtbaren Bereichs und des infraroten Bereichs ein wünschenswertes Auflösungsvermögen erreicht werden.
In diesem Fall wird der Abstand der Trennung zwischen dem sichtbaren Lichtstrahl und dem infraroten Lichtstrahl als ein ganzzahliges Vielfaches der Bildelementgröße des vorstehend angeführten 4-Zeilen-Sensors ausgewählt. Zwischen den drei Zeilensensoren für das sichtbare Licht wird die räumliche Aberration in der Nebenabtastrichtung durch Zeilenverzögerungselement korrigiert, wie es vorstehend erläutert ist. Falls der Abstand der Trennung so ausgewählt wird, daß die Bildleseposition der der Zeilenverzögerung unterzogenen Zeilensensoren gleich der Bildleseposition des nicht der Zeilenverzögerung unterzogenen Zeilensensors wird, kann für den Infrarotsensor auf das Zeilenverzögerungselement verzichtet werden.
52 zeigt die Struktur eines das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendenden Kopiergeräts. Das Gerät unterscheidet sich dahingehend von dem in 36 gezeigten Gerät, daß die Vorrichtung 3001 für die Korrektur der Länge des optischen Pfads bereitgestellt ist.
(Ausführungsbeispiel 3-8)
Das vorstehende Ausführungsbeispiel verwendet einen Spiegel mit einem hohen Reflexionsgrad in dem infraroten Bereich, aber bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird er durch einen dichroitischen Spiegel ersetzt, der zum Sperren des sichtbaren Lichts wie in 3210-1 gezeigt in der Lage ist, wodurch der CCD-Sensor für das IR-Licht nicht mit dem Sperrfilter für den sichtbaren Bereich versehen werden muß und in einer einfacheren Art und Weise vorbereitet werden kann. Ferner kann das dichroitische Filter im Unterschied zu dem auf dem CCD-Sensor bereitzustellenden Pigment- oder Farbstoffilter den Sperrbereich für den sichtbaren Bereich beliebig auswählen, so daß die Genauigkeit der Trennung des sichtbaren und infraroten Lichts verbessert werden kann.
(Ausführungsbeispiel 3-9)
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele verwenden einen Halbspiegel zum Trennen des sichtbaren und infraroten Lichts, aber bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird er durch ein dichroitisches Filter der in 54 gezeigten Kennlinien ersetzt, wodurch das Licht des gewünschten sichtbaren Bereichs lediglich durch eine Reflexion zu dem CCD für das Lesen des sichtbaren Bilds geführt wird. Folglich muß das Filter des CCD-Sensors nicht die Fähigkeit zum Sperren des infraroten Lichts wie in 41 gezeigt aufweisen, sondern kann aus dem bekannten CCD-Filter bestehen, so daß die Vorbereitung des CCD vereinfacht werden kann.
(Ausführungsbeispiel 3-10)
Das vorstehende Ausführungsbeispiel 3-7 verwendet einen 4-Zeilen-Sensor der monolithischen Struktur, aber der gleiche Aufbau kann auf ein eine regelmäßige Linsenanordnung mit kurzer Brennweite verwendendes optisches System gleicher Größe wie in 45 gezeigt angewendet werden. In diesem Fall wird ein 2-Zeilen-Sensor 12802 verwendet, der aus einem RGB-Sensor in einer Zeile 12802-2 zum Lesen des sichtbaren Lichts und einem IR-Sensor 12802-1 zum Lesen des IR-Lichts besteht, wie es in 46 gezeigt ist. In dem Fall einer derartigen regelmäßigen Linsenanordnung ist die Erfindung besonders wirkungsvoll, da die Korrektur der von der Wellenlänge abhängenden Aberration bei der Position des Brennpunkts durch eine Erhöhung der Anzahl von Linsenelementen wie in dem Fall des optischen Systems mit Verkleinerung beinahe unmöglich ist, sondern bei der Verbesserung der Glaszusammensetzung ausgebildet werden muß, da sie aus einer einzelnen Linse besteht.
Wie vorstehend erläutert ermöglichen die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Erfassung der Vorlage mit Kopierverbot unter Verwendung der Erfassung der Infrarotfluoreszenztinte, die in dem sichtbaren Bereich im wesentlichen transparent ist, ohne die praktische Verwendung in dem Bereich des sichtbaren Lichts zu beeinflussen.
Ferner kann ein zufriedenstellendes Bildlesen ohne ein gemischtes Vorhandensein von Informationen in dem sichtbaren und infraroten Bereich realisiert werden, indem geeignete Sperrfilter zum Ausschließen des Lichts anderer Wellenlängenbereiche in dem Signal zum Erfassen der Infrarotfluoreszenzinformationen und in dem Signal zum Lesen der sichtbaren Informationen verwendet werden.
Ferner kann für die Vorlage mit Kopierverbot die gewöhnliche Kopieroperation verboten werden, indem in dem sichtbaren Licht nicht identifizierbare Informationen in der Form von sichtbaren Informationen aufgezeichnet werden.
Ferner kann ein zufriedenstellendes Bildlesen mit einem hohen Auflösungsvermögen in einem breiten Spektralbereich einschließlich des sichtbaren und infraroten Bereichs realisiert werden, indem eine Einrichtung zum Korrigieren der Positionen der Brennpunkte des Signals zum Erfassen der Infrarotfluoreszenzinformationen und des Signals zum Lesen der sichtbaren Informationen bereitgestellt wird.
Ferner kann ein zufriedenstellendes Bildlesen mit einem hohen Auflösungsvermögen in einem breiten Spektralbereich einschließlich des sichtbaren und infraroten Bereichs realisiert werden, indem eine Einrichtung zum zufriedenstellenden Trennen des Signals zum Erfassen der Infrarotfluoreszenzinformationen und des Signals zum Lesen der sichtbaren Informationen und Korrigieren der Positionen der Brennpunkte der Signale bereitgestellt wird.
Die Festkörperbildlesevorrichtung kann zusätzlich zu dem vorstehend angeführten Ladungsspeicherelement (CCD) aus einem MOS-Sensor oder einer Verstärkungsvorrichtung, bei der eine kapazitive Last mit dem Emitter eines Fototransistors verbunden ist, wie es in dem den Erfindern T. Ohmi und N. Tanaka erteilten US-Patent 4,791,469 offenbart ist, bestehen.
Wie vorstehend erläutert ermöglichen die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ein zufriedenstellendes Lesen des Lichts des sichtbaren Bereichs und des unsichtbaren Bereichs.
Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung der Erfindung erreicht durch die Kombination eines für das sichtbare Licht empfindlichen fotoelektrischen Wandlungselements und eines Elements für die Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht zufriedenstellende Spektralempfindlichkeitseigenschaften und ein zufriedenstellendes Auflösungsvermögen.
Das bei der Erfindung zu verwendende fotoelektrische Wandlungselement besteht vorteilhafterweise aus einem das Licht des sichtbaren Bereichs absorbierenden und selbiges in ein elektrisches Signal wandelnden Element. Beispiele eines derartigen Elements umfassen ein fotovoltaisches Element wie beispielsweise eine Fotodiode oder ein fotoleitfähiges Element wie beispielsweise einen Fototransistor.
Ferner besteht das bei der Erfindung zu verwendende Element für die Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht vorzugsweise aus einem Element, das verwendet:

1) einen Infraroterschöpfungseffekt;
2) eine Mehrschrittenergieübertragung; oder
3) einen Infrarotauslöschungseffekt.

Das den Infraroterschöpfungseffekt verwendende Element dient dazu, ein durch die Bestrahlung des Lichts einer kurzen Wellenlänge zu einem semistabilen Zustand angeregtes Fluoreszenzmaterial mit infrarotem Licht zu bestrahlen und dadurch das Fluoreszenzlicht in dem sichtbaren Bereich zu erzeugen. 57 zeigt ein Beispiel des Anregungsspektrums, des Infraroterschöpfungsspektrums und des Lichtabstrahlungsspektrums.
Ein derartiges Element besteht vorzugsweise aus einem Fluoreszenzmaterial wie beispielsweise ZnS oder SrS, das mit einem Übergangsmetall dotiert ist.
Die Bestrahlung des anregenden Lichts der kurzen Wellenlänge kann zwischen der Folge des Bildlesens oder gleichzeitig mit der Bestrahlung des infraroten Lichts durchgeführt werden, aber es wird vorzugsweise ein Filter verwendet, damit das anregende Licht der kurzen Wellenlänge nicht in den Fotozellenteil eintritt.
Das Element zum Ausführen einer Wandlung von dem infraroten in den sichtbaren Bereich durch eine Mehrschrittenergieübertragung verwendet vorzugsweise ein Material wie beispielsweise NaWO₄, das mit Yb³⁺, Y_0,84Yb_0,15Er_0,01F₃, NaY_0,69Yb_0,30Er_0,01F₄, BaY_1,39Yb_0,60Er_0,60F₈, Y_0,74Yb_0,25Er_0,01OCl oder Y_0,65Yb_0,35Tm_0,001F₃ dotiert ist, und diese Materialien erzeugen durch die Energieübertragung in zwei oder mehr Schritten von Yb³⁺ zu dem Lichtabstrahlungszentrum sichtbares Licht.
Das den Infrarotauslöschungseffekt verwendende Element stützt sich auf ein Phänomen dahingehend, daß bei einer Bestrahlung eines mit einer Fluoreszenzlampe z. B. des nah ultravioletten Bereichs angeregten Materials mit infrarotem Licht die Lichtabstrahlung in dem bestrahlten Abschnitt ausgelöscht wird. Ein derartiges Element besteht vorzugsweise aus mit CuAl dotiertem ZnS.
(Ausführungsbeispiel)
55 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines ein Ausführungsbeispiel des fotoelektrischen Wandlungselements der Erfindung verwendenden CCD-Bildsensors.
In einem P-Si-Siliziumsubstrat 4101 ist ein Fotozellenbereich 4102 mit einem n^–-Si-Bereich als das fotoelektrische Wandlungselement ausgebildet. Die durch das einfallende Licht 4112 erzeugten Fototräger 4122 werden in der Fotozelle 4102 gesammelt, daraufhin durch eine Polysiliziumelektrode 4106 der Ansammlungseinheit, eine Polysiliziumelektrode 4107 der Übertragungseinheit und Polysiliziumelektroden 4108, 4109 der CCD-Registereinheit mit eingebettetem Kanal übertragen und als ein Ausgangssignal aus einem Ausgangsgatter herausgenommen.
Jedes Bildelement ist durch einen P⁺-Si-Kanalanschlag 4111 und eine Feldoxidschicht 4110 isoliert.
Zur Vermeidung eines Lichteintritts außer bei der Fotozelle sind Aluminiumlichtsperrschichten 4103, 4103' doppelt bereitgestellt, wobei Isolationsschichten 4104, 4104' verwendet werden, wodurch das einfallende Licht 4112 lediglich in eine Apertur 4114 eintritt, in der ein Element zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht 4105 bereitgestellt ist.
Folglich wird das einfallende Licht 4112 durch das Element 4105 in das Licht einer Wellenlänge in dem sichtbaren Bereich gewandelt, und somit wird gewandeltes Licht durch die Fotozelle 4102 mit einer zufriedenstellenden Empfindlichkeit für das sichtbare Licht in die Träger gewandelt. Eine derartige Fotozelle 4102 ist seit vielen Jahren entwickelt worden, und da die Fotozellenstruktur für das sichtbare Licht verwendet werden kann, ist die komplizierte Fotozellenstruktur für das infrarote Licht nicht erforderlich.
Bei der in 55 gezeigten Bildlesevorrichtung mit der Apertur 4114 einer Größe von 13 μm und Bestrahlung mit dem Licht von 800 nm wurde unter Verwendung der aus Mn-dotiertem SrS bestehenden und durch Eastman Kodak Co. vorbereiteten IR-Phosphorplatte als das Element zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht ein Signalintensitätsverhältnis in Höhe von 50 dB im Vergleich zu dem vollständig vor dem Licht abgeschirmten angrenzenden Bildelement erhalten.
Eine ähnliche Messung bei einer Ersetzung des Elements zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht durch ein bekanntes Sperrfilter für den sichtbaren Bereich hat ein unzureichendes Signalintensitätsverhältnis von 20 dB zu dem angrenzenden Bildelement bereitgestellt, und die Ausgabe war so niedrig wie 1/2 der Ausgabe bei der Verwendung des Elements zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht.
56 zeigt ein Beispiel der das fotoelektrische Wandlungselement der Erfindung verwendenden Bildlesevorrichtung, das auf ein Vollfarbbildlesen angewendet wird.
Auf Fotozellen 4208 sind Wellenlängenauswahlfilter bereitgestellt, die aus einem Blau durchlassenden Filter 4201, einem Grün durchlassenden Filter 4202 und einem Rot durchlassenden Filter 4203 bestehen, mittels denen die sichtbaren optischen Signale gelesen werden. Ferner wird die fotoelektrische Wandlung auf dem Weg über Träger für infrarotes Licht – sichtbares Licht durch die Kombination eines aus einem Material zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht bestehenden Elements 4204 und einer darunter bereitgestellten und eine Empfindlichkeit für das sichtbare Licht aufweisenden Fotozelle 4208' erreicht.
Da derartige Fotozellen 4208, 4208' mit einem gleichen Material in einem gleichen Prozeß vorbereitet werden können, werden sie in dem aus integrierten Halbleiterschaltungen bestehenden Bildsensor zum Ausführen der Erfassung in dem sichtbaren und unsichtbaren Bereich vorteilhaft verwendet.
58 zeigt ein den Infrarotauslöschungseffekt verwendendes Beispiel.
Eine Fluoreszenzlampe 4416 strahlt das anregende Licht 4417 ab, um Fluoreszenzlicht aus einem aus einem Infrarotauslöschungsmaterial bestehenden Element zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht 4405 zu erzeugen, in das das infrarote Licht 4412 eintritt, um das Fluoreszenzlicht bei der bestrahlten Position auszulöschen. Ein Filter 4415 überträgt lediglich das durch das Element zur Wandlung von infrarotem in sichtbares Licht 4405 erzeugte Licht und führt somit das Fluoreszenzlicht in eine Fotozelle 4418 ein. Im Ansprechen auf den Eintritt des infraroten Lichts 4412 wird das Fluoreszenzlicht ausgelöscht, wodurch die Fotozelle 4418 das einfallende Licht nicht mehr empfängt und die Fototräger nicht mehr erzeugt werden.
Wie vorstehend erläutert stellt die Verwendung eines Elements zur Wandlung von dem infraroten in den sichtbaren Bereich in der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung eine zufriedenstellende Empfindlichkeit und ein sehr gutes Auflösungsvermögen selbst bei der Erfassung des infraroten optischen Signals bereit.
Die Erfindung stellt eine Bildlesevorrichtung bereit, die zur genauen Erfassung des optischen Signals über einen breiten Wellenlängenbereich in der Lage ist, indem eine fotoelektrische Wandlungseinheit zum Wandeln des sichtbaren Lichts in ein elektrisches Signal und eine fotoelektrische Wandlungseinheit zum Wandeln des unsichtbaren Lichts in ein elektrisches Signal in einer monolithischen Art und Weise auf einem einzelnen Halbleiterchip ausgebildet werden.

Claims

Bildlesevorrichtung zum Lesen sichtbarer Informationen und unsichtbarer Informationen durch ein Fokussieren der Informationen auf einem auf einem gleichen Substrat vorbereiteten monolithischen Festkörperbildsensor, mit einem Filter zum Sperren des unsichtbaren Lichts nur zwischen dem Sensor zum Lesen der sichtbaren Informationen und der Vorlage.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die unsichtbaren Informationen Informationen auf der Grundlage von Fluoreszenzlicht sind.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Filter zwischen dem Festkörperbildsensor zum Lesen der sichtbaren Informationen und einer Linse eingefügt ist.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Filter ein an einem Deckglas auf dem Festkörperbildsensor angebrachtes Glasfilter ist.
Bildlesevorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Filter ein auf ein Deckglas des Festkörperbildsensors aufgedampftes dichroitisches Filter ist.