JP3707172B2

JP3707172B2 - 画像読取装置

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Publication number: JP3707172B2
Application number: JP33122296A
Authority: JP
Inventors: 野田　　聡; 泉高島; 久裕高萩
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: JPH09266517A; US6184929B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に複写機等の画像形成装置において原稿の画像を光学的に走査して読み取るために用いられる固体撮像素子およびこの固体撮像素子を用いた画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記複写機における画像読取装置は、プラテンガラス上に置いた原稿の画像を光学的スキャナによって走査し、その際に発する画像からの反射光である画像の光信号を、レンズによってＣＣＤ等の固体撮像素子に結像させ、この固体撮像素子が反射光を走査しながら光電変換を行って画像信号を電荷として出力する形式のものが知られている。固体撮像素子は、複数の感光画素が、前記スキャナの走査方向に直交する主走査方向に点順次に配列されて構成されており、複写機がフルカラー対応型であれば、３色の光元素すなわち赤色、緑色、青色の色分解を各々行う３つの感光画素（Ｒ：レッド、Ｇ：グリーン、Ｂ：ブルー）を１組とした感光画素列が複数配列されている。
【０００３】
ところで、このフルカラー対応型の場合、１色当たりの感光画素のサイズが、通常のモノクロ対応型の場合の感光画素に比べると３分の１程度に狭まるため、主走査方向のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が高周波まで高くなり、その結果として、モアレ、折り返し歪み、色づき、にじみ等の画質劣化を引き起こすことが知られている。そこで、特開昭５９−１８１５６８号公報には、感光画素を平行四辺形とすることにより、主走査０度方向のＭＴＦを下げて画質劣化を低減させる技術が記載されている。また、実公平５−５７１９号公報には、菱形の感光画素を配列した固体撮像素子が開示されている。
【０００４】
また、画像読取装置においては、前述の画質劣化を効果的に防止する目的で、レンズとＣＣＤの間に光学的ローパスフィルタ（回折格子）を配置することがなされている。たとえば特開平７−６６９４８号公報には、レンズとＣＣＤの間にリニアパターンを有する複数のローパスフィルタを、リニアパターンが互いに異なる方向に向くように配置し、ローパスフィルタから生じる回折光同士が干渉したときに生じる干渉パターンを除去して高画質な画像を得る技術が提案されている。また、ローパスフィルタを、レンズとＣＣＤの間ではなく、原稿とレンズの間に配置する場合もあり、さらに、ローパスフィルタとして水晶板が用いられる場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開昭５９−１８１５６８号公報の場合、複写機のように、主走査方向のみならずこの主走査方向に直交する副走査方向にも光信号を走査する画像読取装置では、図２８に示すように、読み取り範囲が副走査方向（図で上下方向）に移動し、その積分値が画像データとなる。図２８（ａ）は複写画像が１００％時、（ｂ）は複写画像が拡大４００％時の積分エリアである。拡大時における各スキャナ１１、１２の走査距離は反比例して短くなるので、これに伴い副走査方向の走査距離も１００％時より短くなる。この場合では、積分エリアが細い平行四辺形となり、前述の如く主走査０度方向のＭＴＦは低減できても、斜辺Ａ−Ａ´方向に直交するＣ−Ｃ´方向のＭＴＦは依然として高いままである。特に、副走査方向の読取倍率の調整（いわゆる画像を縮小／拡大する）をスキャナの走査速度で制御する一般的な複写機の場合、拡大読取時には走査距離が反比例で短くなるため、前記Ｃ−Ｃ´方向のＭＴＦは著しく高くなる。すなわち、Ａ−Ａ´方向とＣ−Ｃ´方向のＭＴＦが著しく相違することにより、画像の特定方向で画質劣化を引き起こしてしまう。
【０００６】
実公平５−５７１９号公報の場合、画像の特定方向での画質劣化は避けられるものの、感光画素を点順次に配列すると主走査方向の解像度が３分の１に落ちる欠点がある。また、感光画素が副走査方向に２列にずれて配列されるため、副走査方向の補正回路が必要となり、構造を単純化できる点順次配列のメリットが得られない。
【０００７】
また、特開平７−６６９４８号公報の場合、回折格子を製造する際には高い精度が求められ、しかも取付精度も高いものが求められるので、製造コストや組立性に問題があった。また、原稿とレンズの間に回折格子を配置する場合、回折格子の周期を荒く必要があるが、レンズの光束径との関係から十分な周期を得ることができず、満足な性能を得られない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、モアレ、折り返し歪み、色づき、にじみ等の画質劣化を効果的に低減させて高画質な画像を得ることのできる固体撮像素子および画像読取装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像読取装置は、画像を照明する照明手段と、この照明手段で照明された画像の反射光である光画像信号を結像する結像手段と、この結像手段を通過した光画像信号が入射され、その光画像信号を走査するとともに光電変換する固体撮像素子とを備え、前記画像と前記結像手段との間に、凹部と凸部とが交互に形成された格子パターンを有する回折格子が、前記凸部のうちの１つが、前記画像から前記結像手段に至る前記光画像信号の光路における光軸上に位置する状態で配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、画像読取装置は、前記凸部が、前記撮像素子の主走査方向と略平行する方向に配置されていることを特徴とするものでもよい。
あるいは、前記凸部が、前記個体撮像素子の主走査方向と略直交する方向に配置されていることを特徴とするものでもよい。
【００１１】
また、この画像読取装置は、前記凸部が、前記固体撮像素子の主走査方向と略平行もしくは略直交する方向に配置された前記回折格子を少なくとも１つ有し、この回折格子が、前記光路に対して進退自在に設けられていることを特徴とするものでもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）第１の実施形態
図１は、フルカラー対応型の複写機に備えられる画像読取装置であり、符号１は箱状のフレームである。フレーム１の上には、プラテンガラス２が水平に取り付けられている。このプラテンガラス２の上に、複写すべき画像を下向きにして図示せぬ原稿を載せてセットするようになっている。フレーム１の内部には、図中左右方向に離間して第１および第２のスキャナ１１、１２が、図示せぬガイドレールに沿って左右方向に移動自在に収納されている。各スキャナ１１、１２においては、図中実線が待機位置、破線が最も移動したときの位置である。第１のスキャナ１１には、プラテンガラス２上の原稿の画像を照明するハロゲンランプ等のランプ（照明手段）１３と、原稿からの反射光を受ける第１のミラー１４が設けられている。また、第２のスキャナ１２には、第１のミラー１４の反射光を受ける第２のミラー１５と、この第２のミラー１５の反射光を受ける第３のミラー１６が設けられている。原稿の画像を読み取る場合には、ランプ１３で画像を照射しながら第１のスキャナ１１が図中右方向に移動すなわち走査し、それに伴って、第２のスキャナ１２が第１のスキャナ１１の半分の速度で右方向に連動して移動する。原稿の長さ分だけ移動したら、各スキャナ１１、１２は直ちに待機位置に復帰する。また、フレーム１内の図中右側には、レンズ（結像手段）１７と、ＣＣＤセンサ１８とが配設されている。
【００１３】
第１のスキャナ１１が原稿の画像を走査するに伴い、ランプ１３によって照射された画像からは反射光が生じ、その反射光は、第１のスキャナ１１の第１のミラー１４、第２のスキャナ１２の第２、第３のミラー１５、１６に順次屈折しながら反射して光軸光束によりレンズ１７を通過した後、このレンズ１７によりＣＣＤセンサ１８に結像する。ＣＣＤセンサ１８は、反射光の走査と受光器の両機能を備え、走査しながら光電変換を行い、光信号を図示せぬ感光体ドラム等の像担持体に出力する。第１のスキャナ１１の移動速度は、回転する像担持体の周速に一致している。
【００１４】
ＣＣＤセンサ１８は、図２に示す第１、第２、第３の感光画素２１、２２、２３を１組とした感光画素列２４が、各スキャナ１１、１２の走査方向に直交する主走査方向（図１で図面の表裏方向）に複数組並列された固体撮像素子２５を備えている。１組の感光画素列２４は、主走査方向に沿った左から右に各感光画素２１、２２、２３が点順次で配列されて構成されている。この場合、第１、第２の感光画素２１、２２が同一の形状およびサイズの二等辺三角形で、第３の感光画素２３は第１、第２の感光画素２１、２２と高さが等しい平行四辺形である。第１の感光画素２１は底辺を下に配され、その右隣に第２の感光画素２２が底辺を上に配され、隣り合う両者の斜辺が相対して接している。第３の感光画素２３は、斜辺が第２の感光画素２２の斜辺に相対して接している。そして、第１の感光画素２１の頂点、第２の感光画素２２の底辺および第３の感光画素２３の上辺と、第１の感光画素２１の底辺、第２の感光画素２２の頂点および第３の感光画素２３の底辺とは、それぞれ主走査方向に沿って一直線上となっており、感光画素列２４全体が平行四辺形である。
【００１５】
感光画素列２４においてピッチをＰとすると、第１、第２の感光画素２１、２２の底辺は２Ｐ／３、底角α、βが７２゜であり、第３の感光画素２３の底辺はＰ／３、全体の傾きαも７２゜である。固体撮像素子２５は、複数の感光画素列２４の隣り合う斜辺同士（この場合第１の感光画素２１と第３の感光画素２３の斜辺）が相対して接する状態で主走査方向に配列されることにより構成されている。
【００１６】
図３に示すように、上記固体撮像素子２５の片側（図３で下側）には、第１の感光画素２１から発生する電荷を転送するための第１のゲート列３１および第１のＣＣＤレジスタ列４１が配置されている。第１のゲート列３１は、垂直転送用の複数のゲート３１ａおよびゲート３１ｂが交互に配列されて構成され、第１のＣＣＤレジスタ列４１は、水平転送用の複数のＣＣＤレジスタ４１ａが配列されて構成されている。また、固体撮像素子２５の他方側（図３で上側）には、第２の感光画素２２に対応して、複数のゲート３２ａが配列された第２のゲート列３２および複数のＣＣＤレジスタ４２ａが配列された第２のＣＣＤレジスタ列４２が配置されている。さらに、第１のＣＣＤ列４１の外側（図３で下側）には、第３の感光画素２３に対応して、複数のゲート３３ａが配列された第３のゲート列３３および複数のＣＣＤレジスタ４３ａが配列された第３のＣＣＤレジスタ列４３が配置されている。各ＣＣＤレジスタ列４１、４２、４３には、各感光画素２１、２２、２３から発生する電荷を増幅する増幅器５１、５２、５３がそれぞれ接続されている。
【００１７】
上記ＣＣＤセンサ１８により、原稿の画像は次のようにして読み取られる。画像読取装置のランプ１３が原稿の画像を照射し、その反射光がレンズ１７を通過して固体撮像素子１８の第１〜第３の感光画素２１、２２、２３に入射する。次いで、主走査方向である水平１ライン分の電荷が積分された後、第２のゲート列３２のゲート３２ａと、第１のゲート列３１のゲート３１ｂが開かれ、第２の感光画素２２の電荷がゲート３２ａを通過して第２のＣＣＤレジスタ列４２のＣＣＤレジスタ４２ａに、また、第３の感光画素２３の電荷がゲート３１ｂを通過して第１のＣＣＤレジスタ列４１のＣＣＤレジスタ４１ａに転送される。次に、第３のゲート列３３のゲート３３ａが開かれ、第３の感光画素２３の電荷がゲート３３ａを通過して第３のＣＣＤレジスタ列４３のＣＣＤレジスタ４３ａに転送される。次に、第１のゲート列３１のゲート３１ａが開かれ、第１の感光画素２１の電荷が第１のＣＣＤレジスタ列４１のＣＣＤレジスタ４１ａに転送される。この後、クロックパルスが各ＣＣＤレジスタ列４１、４２、４３の各ＣＣＤレジスタ４１ａ、４２ａ、４３ａに印加される。すると、各増幅器５１、５２、５３を介して各感光画素２１、２２、２３の電荷が並列順通りに出力される。
【００１８】
一方、各スキャナ１１、１２による画像走査に伴う副走査方向の読み取りは、図２で上から下の方向である主走査方向と直交する方向になされ、その積分値が画像データとして出力される。図４は、第１の感光画素２１を代表とした副走査方向の積分エリアを示しており、（ａ）は複写画像が１００％時、（ｂ）は複写画像が拡大４００％時の積分エリアである。拡大時における各スキャナ１１、１２の走査距離は反比例して短くなるので、これに伴い副走査方向の走査距離も１００％時より短くなる。この場合、第１の感光画素２１の積分中心が底辺寄りにシフトするため、最もＭＴＦが高くなる角度が図（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ´方向に直交する底辺寄りのＢ−Ｂ´となる。このＢ−Ｂ´の画素幅と、図２８に示した従来の平行四辺形の感光画素の場合の最もＭＴＦが高くなってしまうＣ−Ｃ´の画素幅と比べると、Ｂ−Ｂ´の画素幅の方が広く、したがって、見かけのＭＴＦが減衰する。
【００１９】
これを、原稿周波数に対するＭＴＦ特性で見ると、図５に示すように、最もＭＴＦが低くなる角度Ａ−Ａ´については、従来例と本実施形態ともナイキスト周波数１／Pm（本mm）でＭＴＦが落ちる。これに対し、最もＭＴＦが高くなる方向について、従来型のＣ−Ｃ´方向は画素幅が狭いため、ＭＴＦがナイキスト周波数を越えても高く、その傾向は拡大倍率が上がるほど顕著になる。ところが本実施形態の場合のＢ−Ｂ´の画素幅は底辺２Ｐ／３の幅に近い長さなので、ＭＴＦは減衰してＡ−Ａ´の特性に近づく。すなわち、特定方向においてＭＴＦが高すぎることが抑制され、その結果、特定方向でのモアレ、折り返し歪み、色づき、にじみ等の画質劣化が防止され、高画質な複写画像を得ることができる。また、各感光画素２１、２２、２３の光電変換すなわち電荷の出力が配列順に行われるので、構造が単純化し、安価に製造できる。
【００２０】
上記各感光画素２１、２２、２３は、たとえば、次のように光の３原色の色フィルタを有するものとされる。第１の感光画素２１が赤色（レッド：Ｒ）、第２の感光画素２２が緑色（グリーン：Ｇ）、第３の感光画素２３が青色（ブルー：Ｂ）を読み取るものとして、１組の感光画素列２４をＲＧＢの感光画素列とすることができる。なお、第３の感光画素２３は平行四辺形なので上述のＭＴＦ減衰に関する効果は得られないが、この第３の感光画素２３は上記のように青色の画素にすればよい。、青色の補色は黄色であり、青色を読み取ることにより、結果的に黄色を読み取ることができる。黄色は人の目に認識されにくいので、大幅な画質劣化を来さない。言い換えると、本実施形態のように感光画素が２つの二等辺三角形と平行四辺形の組み合わせの場合、平行四辺形の感光画素を青色の画素にすればよい。
【００２１】
第１の実施形態の変形例
次に、上記本発明の第１の実施形態の固体撮像素子１８の変形例その１〜４を説明する。
・変形例その１（図６）
第１、第２の感光画素２１、２２は三角形、第３の感光画素２３は平行四辺形であり、配列順は上記実施形態と同様であるが、第１、第２の感光画素２１、２２の底角αおよび感光画素列全体の傾斜角αが４５゜と小さくなっている。ピッチＰに対する第１、第２の感光画素２１、２２の底辺の長さおよび第３の感光画素の底辺の長さは、それぞれ２Ｐ／３、Ｐ／３である。
【００２２】
・変形例その２（図７）
上記実施形態の第１、第２の感光画素２１、２２に相当する感光画素２１，２２が二等辺三角形に近い台形となっている。感光画素２１、２２は、同一の形状およびサイズであり、長い方の上底または下底から測った一方の底角αおよび全体の傾斜角αはいずれも同じ７２゜である。ピッチＰに対して第１の感光画素の上底と下底の長さの合計が２Ｐ／３、第３の感光画素の底辺の長さがＰ／３である。
【００２３】
上記変形例その１およびその２に関しては、上記実施形態と同様の作用効果を奏するものである。すなわち、上記実施形態においては、感光画素列２４を同一の形状およびサイズの２つの三角形あるいは台形と、これらに応じた１つの平行四辺形との組み合わせであれば、いかなる形態であってもよい。
【００２４】
・変形例その３（図８および図９）
変形例その３においては、図８に示すように、１組の感光画素列２４が、４つの同一形状およびサイズの二等辺三角形の感光画素の組み合わせでできている。この場合、左側より第１、第２、第３、第２の感光画素２１、２２、２３、２２の順で斜辺が相対して接し、全体が平行四辺形となっている。各感光画素２１、２２、２３の底角α、βおよび感光画素列全体の傾斜角αは６０゜であり、底辺はピッチＰに等しいＰに設定されている。図９は各感光画素２１、２２、２３の光電変換の形態を示しており、その動作は図３で示した場合と同様である。この感光画素列２４は、第２の感光画素２２の解像度が他の感光画素の２倍となる。たとえば、Ｐが０．０１mm、光学倍率ｍが４．２３の場合、第１、第３の感光画素２１、２３の解像度は３００ｄｐｉ、第２の感光画素２２の解像度は３００ｄｐｉである。この感光画素列２４においては、第２の感光画素２２を人の目の比視感度が最も高い緑色にするのが有効である。
【００２５】
・変形例その４（図１０ないし図１２）
図１０は、変形例その４を示す。この例では、１組の感光画素列２４が、３つの同一形状およびサイズの二等辺三角形の感光画素の組み合わせでできている。この場合、左側より第１、第２、第３の感光画素２１、２２、２３の順で斜辺が相対して接し、全体が台形となっている。各感光画素２１、２２、２３の底角α、βおよび感光画素列全体の傾斜角αは６０゜であり、底辺はピッチＰに等しいＰに設定されている。
【００２６】
また、第３の感光画素２３には、他の１組の感光画素列２４の第１の感光画素２１が接している。隣り合う二組の感光画素列２４では、互いの第１の感光画素２１同士が上下逆になっている。このようにして、図１１に示すように、左側より感光画素２１、２２、２３、２１、２２、２３・・・の順で並べられた固体撮像素子２５が設けられている。従って、この例は、一見、変形例その３と類似しているが、内部の感光画素の配列順序が異なっている。
【００２７】
この配置の固体撮像素子２５において、底辺が図の上側にある感光画素を第１列とし、図の下側にある感光画素を第２列とすると、第１列では左側より感光画素２２、２１、２３、２２、２１、２３・・・の順で並べられ、第２列では左側より感光画素２１、２３、２２、２１、２３、２２・・・の順で並べられている。上記と同様に、第１の感光画素２１は赤色（レッド：Ｒ）、第２の感光画素２２は緑色（グリーン：Ｇ）、第３の感光画素２３は青色（ブルー：Ｂ）を読み取るものとする。
【００２８】
この例では、図中の第１列の感光画素２２、２１、２３、２２、２１、２３・・・で発生する電荷を転送するための第１のゲート列３４および第１のＣＣＤレジスタ列４４が配置されている。第１のゲート列３４は、複数の同一構造のゲート３４ａを直列することにより構成され、第１のＣＣＤレジスタ列４４は、水平転送用の複数のＣＣＤレジスタ４４ａが配列されて構成されている。また、第２列の感光画素２１、２３、２２、２１、２３、２２・・・で発生する電荷を転送するための第２のゲート列３５および第２のＣＣＤレジスタ列４５が配置されている。第２のゲート列３５も、複数の同一構造のゲート３５ａを直列することにより構成され、第２のＣＣＤレジスタ列４５も、水平転送用の複数のＣＣＤレジスタ４５ａが配列されて構成されている。
【００２９】
第１のＣＣＤレジスタ列４４には、第１列の感光画素２２、２１、２３・・・で発生する電荷を増幅する増幅器５４が接続され、第２のＣＣＤレジスタ列４５には、第２列の感光画素２１、２３、２２・・・で発生する電荷を増幅する増幅器５５が接続されている。上記のように、第１の感光画素２１がＲの光学像を出力し、第２の感光画素２２がＧ、第３の感光画素２３がＢの光学像を出力するため、第１のＣＣＤレジスタ列４４からはアナログ出力が、ＧＲＢＧＲＢ・・・の順に転送され、第２のＣＣＤレジスタ列４５からはＲＢＧＲＢＧ・・・の順に転送されてくる。増幅器５４，５５は、これらのアナログ出力を増幅し、それぞれアナログ信号Ｓ₁、Ｓ₂として出力する（図１２参照）。
【００３０】
アナログ信号Ｓ₁、Ｓ₂は、第１のマルチプレクサ５６に入力される。マルチプレクサ５６には、互いにほぼ半位相ずれた同周期のクロックパルスΦ１、Φ２が供給され、クロックパルスΦ１の供給時にマルチプレクサ５６はアナログ信号Ｓ₁をサンプリングし、クロックパルスΦ２の供給時にアナログ信号Ｓ₂をサンプリングする。このようにして、マルチプレクサ５６は、ＲＧＢＲＧＢ・・・のシリアル出力であるアナログ信号Ｓ₁₂を生成する（図１２参照）。
【００３１】
アナログ信号Ｓ₁₂は第２のマルチプレクサ５７に入力される。マルチプレクサ５７には、互いに位相が３分の１周期ずれた同周期のクロックパルスΦＲ、ΦＧ、ΦＢが供給され、クロックパルスΦＲの供給時にマルチプレクサ５７はアナログ信号Ｓ₁₂をサンプリングし、その結果であるアナログ信号Ｓ_Rを出力する。同様に、クロックパルスΦＧの供給時のサンプリング結果からアナログ信号Ｓ_Gを出力し、クロックパルスΦＢの供給時のサンプリング結果からアナログ信号Ｓ_Bを出力する。このようにして、ＲＧＢの各色に対応したパラレルの時系列アナログ信号Ｓ_R、Ｓ_G、Ｓ_Bが生成される（図１２参照）。これらのアナログ信号Ｓ_R、Ｓ_G、Ｓ_Bは、アナログ／ディジタル変換器５８により個別にディジタル信号に変換される。
【００３２】
以上のように、この例では、水平転送用のＣＣＤレジスタ列４４、４５の各ＣＣＤレジスタ４４ａ、４５ａに各色の読取に対応した電荷が格納されるから、各ＣＣＤレジスタ列４４、４５には、三色の読取に対応した電荷が混在する。しかし、三色に対応した電荷が混在するアナログ信号を後段の並列処理用の並べ替え回路、特にマルチプレクサ５６、５７により、各色ごとの信号に分離することが可能である。このため、ＣＣＤレジスタ列４４、４５やゲート３４、３５を画一化することができる。
【００３３】
（２）第２の実施形態
次に、本発明に基づく第２の実施形態を説明する。
図１３は上記第１の実施形態とほぼ同様の画像読取装置を示しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。この画像読取装置のＣＣＤセンサ６０の構成は次の通りである。
【００３４】
ＣＣＤセンサ６０に備えられる固体撮像素子６５は、図１５に示すように、同一の形状およびサイズを有する平行四辺形の第１、第２、第３の感光画素６１、６２、６３が主走査方向に点順次で並列されたものが１組の感光画素列６４とされ、この感光画素列６４が主走査方向に複数並列されている。感光画素列６４の主走査方向に対する傾斜角αは任意であり、底辺は１ピッチＰと同一のＰに設定されている。この場合、第１の感光画素６１が赤色（レッド：Ｒ）、第２の感光画素６２が緑色（グリーン：Ｇ）、第３の感光画素６３が青色（ブルー：Ｂ）として、１組の感光画素列６４がＲＧＢの画素列となっている。図１６は、各感光画素６１、６２、６３の光電変換の形態を示し、図３で示した場合と同様の動作で光電変換の動作がなされる。そして本実施形態では、図１４にも示すように、プラテンガラス２（すなわち原稿）とレンズ１７の間であってレンズ１７の近傍に、１次元回折格子（ローパスフィルタ）７０が配設されている。この回折格子７０は、次のような構成である。
【００３５】
回折格子７０は、図１４および図１７に示すように、レンズ１７に面する側に凹部７１と凸部７２とが交互に形成された平行な格子パターン７３が形成されており、この格子パターン７３が、主走査方向に対し、感光画素６１、６２、６３の傾斜角αと同一角度で、しかも感光画素６１、６２、６３の傾きと平行になるよう配置されている。回折格子７０の配置位置は、次のようにして決定される。
【００３６】
図１４および図１７を参照して、
格子パターン７３のピッチ（１組の凹部７１と凸部７２の幅）：ｄ（mm）、
レンズの光学倍率：ｍ、
回折格子７０と固体撮像素子６５との間の距離：ＴＬ（mm）、
（ただし、回折格子７０がレンズ１７の原稿側に配置される場合は
ＴＬ＝Ｌ−Ｌ´／ｍ）
カットオフ周波数：ｆ_C（ｌｐ／mm）、
格子材料屈折率と空気屈折率の差：ｎ、
波長：λ（mm）、
とすると、次式を満足する位置に回折格子を配置する。
ｄ＝８×ｆ_C×ｍ×ｎ×λ×ＴＬ
【００３７】
ここで格子パターン７３のピッチｄは、性能上レンズ１７の瞳径ｒの１／２以下が望ましい。また、カットオフ周波数ｆ_Cは、図１８に示す１Ｐｍ（本／mm）近傍に設定するのが適当である。したがって、たとえば、解像度が４００ｄｐｉ（約１５．７本／mm）、光学倍率ｍ＝４．５、格子材料屈折率ｎ´＝１．５、波長λ＝５５０mm、レンズ１７の瞳径ｒ＝２０mmで、ｒ＝１／２ｄの上限値を選択してｄ＝１０mmとした場合、ＴＬは約６４．３mmとなる。このように回折格子７０の位置は決定されるが、回折格子７０は、レンズ１７から離れるほど光学エリアが広がり、回折格子７０自体の面積を大きくしなければならなくなってコストの上昇を招くので、可能な限りレンズ１７に近付けて配置するのが好ましい。また、格子パターン７３の角度は、感光画素６１、６２、６３の傾斜角度αに対し概ね±５゜の範囲内が好ましい。
【００３８】
回折格子７０は、格子パターン７３の直交方向に対して入射光に対する複次数（０、１、２、…ｎ次）の回折光を発生する。これは、画像が何重にも結像されることを意味し、必然的にＭＴＦを減衰させる光学的ローパスフィルタの役割を果たす。直交方向以外の光成分には回折光を生じさせないため、格子パターン７３の角度を適宜に調節すれば、任意の方向についてＭＴＦを減衰させることができる。本実施形態では、前述した図２８に示す積分エリアのＣ−Ｃ´方向のＭＴＦを減衰すべく、格子パターン７３の延びる方向の角度を感光画素６１、６２、６３の傾斜角αに一致させているわけである。
【００３９】
これを、原稿周波数に対するＭＴＦ特性で見ると、図１８に示すように、最もＭＴＦが低くなる角度Ａ−Ａ´（図２８参照）については、従来例と本実施形態ともナイキスト周波数１／Pm（本mm）でＭＴＦが落ちる。これに対し、最もＭＴＦが高くなる方向について、従来例のＣ−Ｃ´方向は画素幅が狭いため、ＭＴＦがナイキスト周波数を越えても高く、その傾向は拡大倍率が上がるほど顕著になる。ところが本実施形態の場合では、回折格子７０によりＢで示すＭＴＦカーブに減衰させることができ、Ａ−Ａ´の特性に近づく。すなわち、主走査０゜方向のみモアレが防止されていた平行四辺形型の感光画素を用いながら、全原稿角度に対して画質劣化が防止され、高画質な複写画像を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態は、光学的ローパスフィルタとして回折格子７０を用いているが、この他に、感光画素６１、６２、６３の傾斜方向と略直交する方向に空間的フィルタリング作用を持つ光学部材を配設しても同様の効果を得ることができる。その光学部材としては、たとえば、異なる結晶方向性を持つ複数の部材を組み合わせた水晶板等の複屈折板が挙げられる。
【００４１】
第２の実施形態の変形例
図１９は第２の実施形態の変形例を示しており、この場合、回折格子７０がレンズ１７の固体撮像素子６５側に配設されている。回折格子７０は、格子パターン７３が固体撮像素子６５側に向けられ、上記と同様に、格子パターン７３が、主走査方向に対し、感光画素６１、６２、６３の傾斜角αと同一角度で、しかも感光画素６１、６２、６３の傾きと平行になるよう配置されている。この場合、前記ＴＬは、ＴＬ＝Ｌとなる。このようにレンズ１７の手前に回折格子７０を配置することにより、回折格子７０の精度や取付精度も比較的ラフに済むとともに省スペース化が可能であり、もってコスト低減や組立性の向上が図られる。
【００４２】
（３）第３の実施形態
次に、本発明に基づく第３の実施形態を説明する。
図２０は上面図であり、上記第２の実施形態の変形例と同様に、レンズ１７のプラテンガラス２側に回折格子（ローパスフィルタ）８０Ａが配設されている。なお、ＣＣＤセンサ７８の固体撮像素子７９は、通常のものが用いられている。回折格子８０Ａは、図２１および図２２に示すように、凹部８１と凸部８２が交互に形成された平行な格子パターン８３が片面に形成され、この格子パターン８３がレンズ７１７とは逆向きで原稿画像の反射光が入射してくる方向に向けられている。格子パターン８３は、凸部８２が中央と両端に、それらの間に凹部８１が形成されている。そして、中央の凸部８２の中心がレンズ１７の光軸にほぼ一致し、かつ格子パターン８３の延びる方向が主走査方向に直交している。
【００４３】
本実施形態によれば、回折格子８０Ａの格子パターン８３における凸部８２の中心がレンズ１７の光軸にほぼ一致していることにより、ローパスフィルタとしての効果がレンズ１７の画角に対してほぼ均一となり、画角に対するＭＴＦが均一化する。また、格子パターン８３の延びる方向が主走査方向に直交しているので、主走査方向のＭＴＦが減衰する。図２５は、レンズ１７の光軸に対する格子パターン８３の位置に応じたレンズ１７の画角とＭＴＦの関係を示している。この図で明らかなように、▲１▼の凸部８２の中心がレンズ１７の光軸上にある場合、画角全域でＭＴＦは略均一化している。一方、▲２▼の凹部８１の中心がレンズ１７の光軸上にある場合と、▲３▼の凹部８１と凸部８２の境界がレンズ１７の光軸上にある場合のいずれの場合も、画角によってＭＴＦの変動が大きく画角全域では均一にならない。したがって、格子パターン８３のピッチが充分でない場合（回折格子８０がレンズ１７の手前にあるとピッチが荒くなる）でも、モアレが効果的に抑制される。また、前述したように、レンズ１７の手前に回折格子８０Ａを配置すると、回折格子８０Ａの精度や取付精度も比較的ラフに済むとともに省スペース化が可能であり、もってコストの低減および組立性の向上が図られる。
【００４４】
次に、上記第３の実施形態を変形例その１、２を説明する。
・変形例その１（図２３および図２４）
この場合の回折格子（ローパスフィルタ）８０Ｂは、凹部８１と凸部８２とからなる格子パターン８３の延びる方向が、主走査方向と平行になるよう配置されている。中央の凸部８２の中心がレンズ１７の光軸にほぼ一致しているのは同様である。
この構成によれば、副走査方向のＭＴＦを減衰させることができる。ここで、副走査方向には走査系の振動といったＲＧＢデータをずらす要因があるため、たとえば黒単色の高周波な網点原稿などを読み取ったときに、読取解像度が高いと微少なＲＧＢデータのずれでも画像処理回路上で色と判断され、プリンタ等に出力したとき画質劣化が発現する。ところが、副走査方向のＭＴＦが減衰されることにより、微少なＲＧＢデータのずれでも、それを色情報と誤って判断されにくくなり、よって画質劣化のないプリンタ出力を得ることができる。
【００４５】
・変形例その２（図２６および図２７）
格子パターン８３の方向が互いに直交する方向に異なる上記２種類の回折格子８０Ａ、８０Ｂが、レンズ１７の手前に対して進退自在に設けられ、レンズ１７の手前に進出された際には、いずれも中央の凸部８２の中心がレンズ１７の光軸にほぼ一致するようになっている。各回折格子８０Ａ、８０Ｂがレンズ１７の手前に進出した場合、双方は光軸方向に互いに重なり、この場合、回折格子８０Ｂがレンズ１７側に配置されている。
【００４６】
この構成によれば、通常は各回折格子８０Ａ、８０Ｂをレンズ１７の手前から退かせておき、原稿画像の情報に応じて必要な回折格子８０Ａ（８０Ｂ）をレンズ１７の手前に進出させることにより、様々な原稿画像に対して最も有効なＭＴＦの減衰を達成できる。たとえば、網点原稿のときは回折格子８０Ｂ単独もしくは回折格子８０Ａ、８０Ｂの両方を用いる。また、サンプリング周波数と走査系駆動用モータの励磁周波数が一致する倍率のときは回折格子８０Ｂを用いる。また、ジェネレーションコピーのときは回折格子８０Ａを用いる。このように原稿画像に適合する回折格子８０Ａ（８０Ｂ）を用いることにより、常にＭＴＦの減衰が図れ、モアレ等の画質劣化を抑制することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、特定方向におけるＭＴＦの上昇を効果的に抑制することができるとともに、その特定方向を任意に設定することにより、画像の全方向においてモアレ、折り返し歪み、色づき、にじみ等の画質劣化が防止され、高画質な画像を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像読取装置の第１の実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明の固体撮像素子の第１の実施形態を構成する感光画素列の正面図である。
【図３】第１の実施形態の固体撮像素子を用いたＣＣＤセンサの正面図である。
【図４】第１の実施形態の感光画素の副走査方向の読み取りに関する積分エリアを示す図で、（ａ）は複写画像が１００％時の積分エリア、（ｂ）は複写画像が拡大４００％時の積分エリアである。
【図５】感光画素における空間周波数とＭＴＦとの関係を第１の実施形態と従来例とを比較して示す線図である。
【図６】第１の実施形態の感光画素列の変形例その１の正面図である。
【図７】第１の実施形態の感光画素列の変形例その２の正面図である。
【図８】第１の実施形態の感光画素列の変形例その３の正面図である。
【図９】同変形例その３の感光画素列を用いたＣＣＤセンサの正面図である。
【図１０】第１の実施形態の感光画素列の変形例その４の正面図である。
【図１１】同変形例その４の感光画素列を用いたＣＣＤセンサおよびこれに接続された並べ替え回路を示すブロック図である。
【図１２】同変形例その４のＣＣＤセンサからの出力信号ならびに並べ替え回路の入力パルスおよび出力信号を示すタイムチャートである。
【図１３】本発明の画像読取装置の第２の実施形態を示す側面図である。
【図１４】第２の実施形態の要部側面図である。
【図１５】第２の実施形態に用いられる固体撮像素子を構成する感光画素列の正面図である。
【図１６】同感光画素列を用いたＣＣＤセンサの正面図である。
【図１７】第２の実施形態に用いられる回折格子の正面図である。
【図１８】感光画素における空間周波数とＭＴＦとの関係を第２の実施形態と従来例とを比較して示す線図である。
【図１９】第２の実施形態の変形例を示す側面図である。
【図２０】本発明の画像読取装置の第３の実施形態の要部を示す側面図である。
【図２１】第３の実施形態に用いられる回折格子の正面図である。
【図２２】第３の実施形態に用いられる回折格子のレンズに対する配置を示す上面図である。
【図２３】第３の実施形態の変形例その１に用いられる回折格子の（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図２４】第３の実施形態の変形例その１に用いられる回折格子のレンズに対する配置を示す上面図である。
【図２５】レンズの画角とＭＴＦとの関係を回折格子の格子パターンの配置の違いによって表した線図である。
【図２６】第３の実施形態の変形例その２の上面図である。
【図２７】同正面図である。
【図２８】従来の感光画素の副走査方向の読み取りに関する積分エリアを示しており、（ａ）は複写画像が１００％時の積分エリア、（ｂ）は複写画像が拡大４００％時の積分エリアである。
【符号の説明】
１３…ランプ（照明手段）、１７…レンズ（結像手段）、２１、６１…第１の感光画素、２２、６２…第２の感光画素、２３、６３…第３の感光画素、２４、６４…感光画素列、２５、６５…固体撮像素子、７０、８０Ａ、８０Ｂ…回折格子（ローパスフィルタ）、７１、８１…凹部、７２、８２…凸部、７３、８３…格子パターン。

Claims

画像を照明する照明手段と、この照明手段で照明された画像の反射光である光画像信号を結像する結像手段と、この結像手段を通過した光画像信号が入射され、その光画像信号を走査するとともに光電変換する固体撮像素子とを備え、
前記画像と前記結像手段との間に、凹部と凸部とが交互に形成された格子パターンを有する回折格子が、前記凸部のうちの１つが、前記画像から前記結像手段に至る前記光画像信号の光路における光軸上に位置する状態で配置されていることを特徴とする画像読取装置。
前記凸部が、前記撮像素子の主走査方向と略平行する方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
前記凸部が、前記個体撮像素子の主走査方向と略直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
前記凸部が、前記固体撮像素子の主走査方向と略平行もしくは略直交する方向に配置された前記回折格子を少なくとも１つ有し、この回折格子が、前記光路に対して進退自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。