JP6124809B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、コピー機及び紙幣読取機等に用いられる画像読取装置に関する。

従来、コピー機及び紙幣読取機等に用いられる画像読取装置の一つの形態として、密着型イメージセンサが存在する。この密着型イメージセンサは、対象物である原稿を照明する光源と、ライン状に複数画素が配列された一次元撮像素子と、原稿からの反射光を正立等倍像として撮像素子上に原稿の像を結像させる分布屈折率型のロッドレンズアレイとを有する。ここで、ロッドレンズアレイは、装置小型化に課題があるため、ロッドレンズアレイを使わない完全密着型イメージセンサと呼ばれる形態も存在する。この完全密着型イメージセンサは、原稿に近接して配置した一次元撮像素子に、原稿からの散乱光をレンズを介すること無く直接に入射させることにより、原稿からの反射散乱光の強度分布を電子情報として読み取る装置である。

この完全密着型イメージセンサとして、例えば特許文献１に示されるようなものがある。この完全密着型イメージセンサは、基板に形成された受光画素と、遮光部材と、天板ガラスと、原稿照明用の光源とを有し、基板上に、遮光部材によって天板ガラスを支持する構成である。そして、光源からの光が天板ガラスに載置した原稿で反射し、この反射光が各受光画素に入射し、画像の一次元の電子情報が得られる。ここで遮光部材は、筒状の部材でアレイ状に基板に立設され、各受光画素の直上の領域における原稿からの散乱反射光が対応する各受光画素にのみ入射し直上以外の領域からの散乱反射光が他の受光画素に迷光として入射しないように、遮光を行っている。そして、天板ガラス上の原稿をその紙面に垂直な方向にスキャンすることにより、２次元の画像情報を得ることができる。

特開平２−２３０８６２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示される完全密着型イメージセンサは、作製するのが難しいという問題がある。即ち、特許文献１では、まず、受光画素上に遮光部材の材料としてポリイミドを６０μｍの膜厚に塗布する。次にフォトリソグラフィーによる方法でポリイミドをエッチングして除去する。このようにして各受光画素上に、一辺８５μｍの方形状の透光部を形成する方法が挙げられている。

ここでフォトリソグラフィーは、精密な位置合わせ工程が必要であるという課題がある。また、エッチングによって厚い遮光部材、例えば数１００μｍ程度以上の遮光部材、を作製するのも困難である。遮光部材の厚みが薄い場合には、基板の受光画素と原稿面との間のスペースをとることができない、すなわち物体距離を大きく取れないという課題が生じる。また、光源から照明光を原稿面に照射するためには、遮光部材の紙面垂直方向における横方向から照明せざるを得ない。よって原稿面から基板の受光画素までに十分なスペースがない場合には、照明光を照射することができない。さらにまた、原稿が天板ガラスから浮いた場合、十分な遮光ができず迷光が発生してしまい解像度が劣化するという問題、言い換えると被写界深度を大きくできないという問題もある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて製作が容易であり、かつ迷光の発生を低減でき解像度の向上が可能な画像読取装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における画像読取装置は、原稿での反射光を受光する受光画素を有する撮像素子と、上記撮像素子の上方に位置し、上記受光画素の配列方向に直角方向へ移送される上記原稿を載置する天板ガラスと、上記原稿に光を照射する光源と、上記撮像素子と上記天板ガラスとの間に設けられる透光性部材であって、当該透光性部材の表面には、それぞれの上記受光画素に対応して位置し光が通過する開口部、及びこの開口部以外の領域において光通過を阻止する遮光部を形成した光制限層を有する透光性部材と、を備え、複数の上記光制限層が設けられ、各光制限層におけるそれぞれの上記開口部は、上記受光画素の真上に沿って配列されることを特徴とする。

本発明の一態様における画像読取装置によれば、受光画素を有する撮像素子と天板ガラスとの間に透光性部材を配置し、この透光性部材の表面には、開口部及び遮光部を有する光制限層を設けた。よって撮像素子と天板ガラスとの間の隙間は、透光性部材の厚みで容易に調節可能であり、光源から原稿への照明光の照射も容易に行うことができる。また、光制限層を用いることで、受光画素へ入射する光の通路を形成するために、従来のようにフォトリソグラフィー及びエッチングを使用する必要はない。これらのことから、従来に比べて容易に画像読取装置を作製することが可能となる。よって作製上の歩留まりの向上にも寄与することができる。また、ロッドレンズアレイを用いないことから、装置を小型化することができ、運搬等も容易である。
さらにまた、透光性部材を用いて複数の光制限層を設けたことで、受光画素へ入射させる光を調整することができるとともに、受光画素への入射光は、その直上に位置する原稿面からの散乱反射光のみが入射し、原稿面における他の領域からの散乱反射光は光制限層の遮光部で遮光することができる。したがって、迷光の発生を容易に低減することが可能となる。

本発明の実施の形態１による画像読取装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す画像読取装置における撮像光学系の分解状態を示す斜視図である。 図１に示す画像読取装置における照明光学系の構成例を示す斜視図である。 図１に示す画像読取装置の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図を示す。 図１に示す画像読取装置の効果を説明するための図である。 図１に示す画像読取装置の効果を説明するための図である。 図１に示す画像読取装置の効果を説明するための図である。 図１に示す画像読取装置における原稿面における照度分布を説明するための図である。 図１に示す画像読取装置における原稿面における照度分布を説明するための図である。 図１に示す画像読取装置において受光画素から見た原稿面の視野を説明するための図である。 本発明の実施の形態２による画像読取装置の概略構成を示す斜視図である。 図９に示す画像読取装置における撮像光学系の分解状態を示す斜視図である。 図９に示す画像読取装置の効果を説明するための図である。 図９に示す画像読取装置の効果を説明するための図であり、当該画像読取装置の正面図を示す。 図９に示す画像読取装置の効果を説明するための図であり、図１２Ａの側面図を示す。 図９に示す画像読取装置の効果を説明するための図であり、斜視図を示す。 図９に示す画像読取装置の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態３による画像読取装置の概略構成を示す斜視図である。 図１４に示す画像読取装置における撮像光学系の分解状態を示す斜視図である。 図１に示す画像読取装置における遮光設計の手法例を説明するための図である。 図１に示す画像読取装置における遮光設計の手法例を説明する図であり、図１６Ａに示す光線から主な光線の光路を示す図である。 従来の画像読取装置の概略構成を示すとともに課題を説明する図である。

本発明の実施形態である画像読取装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

実施の形態１．
本実施の形態による画像読取装置を説明する前に、従来の画像読取装置における問題点について、図１７を参照して今一度詳しく説明する。
図１７において、３１１は基板、３１２は基板３１１に形成した受光画素、３０１は遮光部材、３０２は透光部、３２０は天板ガラス、３３０は原稿である。ここで、遮光部材３０１は、基板３１１を覆って設けたポリイミドをフォトリソグラフィーによるエッチングすることで基板３１１に柱状に立設して形成した。

このように構成された従来の画像読取装置では、遮光部材３０１の厚みが薄い（高さが低い）場合には、既に説明したように、光源から原稿３３０へ照明光を十分に照射できない、さらには迷光が発生するという問題が発生する。但し、遮光部材３０１の厚みが薄い場合であっても、図１７の（ａ）に示すように原稿３３０が天板ガラス３２０に近接しているときには、受光画素３１２の「ａ」には、隣接する受光画素３１２の「ｂ」の直上にある原稿領域からの散乱光３４０は入射しない。

一方、図１７の（ｂ）に示すように、原稿３３０が天板ガラス３２０から浮き遠くなったときには、遮光部材３０１の厚みが薄い場合には、受光画素３１２の「ａ」には、隣接する受光画素３１２の「ｂ」の直上にある原稿領域からの散乱光３４１が入射する可能性が生じる。
よって、原稿３３０が天板ガラス３２０から遠い場合においても迷光を抑制するためには、図１７の（ｃ）に示すように、遮光部材３０１の厚みを厚くすれば良いが、厚い遮光部材３０１は作製が困難であるという問題がある。
本実施の形態による画像読取装置は、このような問題点も解決するもので、従来に比べて製作が容易であり、かつ迷光の発生を低減でき解像度の向上が可能な画像読取装置である。

図１から図８を参照して、本発明の実施の形態１における画像読取装置１０１の一例について説明する。
図１は、画像読取装置１０１の全体概略構成を示しており、画像読取装置１０１は、大別すると、撮像光学系１と、照明光学系２と、天板ガラス３とを備え、天板ガラス３に載置された撮像対象物に対して、照明光学系２から光が照射され、撮像対象物での反射光を撮像光学系１で受光する構成である。図２では、特に撮像光学系１の分解図を示している。尚、撮像対象物とは、撮像される物全般であり、例えば、文字あるいは画像等が印刷された印刷物であり、以下、「原稿」とも記す。また、以下でも説明するが、原稿は天板ガラス３に載置されながら、副走査方向であるＹ方向に搬送され撮像が行われる。

撮像光学系１は、撮像素子基板１１と、第１アパーチャガラス基板１４と、第２アパーチャガラス基板１５とを有し、第１アパーチャガラス基板１４と第２アパーチャガラス基板１５とは、互いに接触して、主走査方向のＸ方向及び副走査方向のＹ方向に直交するＺ方向において重なって配置され、撮像素子基板１１上に設置される。

撮像素子基板１１は、非透光性部材から形成された基板であり、その表面１１ａに撮像素子チップ１２が実装されている。撮像素子チップ１２には、受光画素１３が主走査方向のＸ方向に沿って一列に配列されている。受光画素１３は、原稿からの反射光を受光する部分であり、一例として、画素密度２００ｄｐｉ、すなわちピッチ１２６μｍで配列され、受光画素領域は６３μｍ×６３μｍである。

第１アパーチャガラス基板１４及び第２アパーチャガラス基板１５は、透光性部材の一例に相当し、本実施の形態では、透明なガラス材から形成される。しかしながら、第１アパーチャガラス基板１４及び第２アパーチャガラス基板１５は、透明でなくてもよく、光を透過可能な部材で形成することができる。また、第１アパーチャガラス基板１４及び第２アパーチャガラス基板１５は、本実施の形態では共に同形状で図示するような直方体形状であるが、この形状に限定するものではない。

第１アパーチャガラス基板１４において、撮像素子基板１１の受光画素１３に対向する面１４ａには、光制限層の一例に相当する第１層アパーチャアレイ１６が形成されている。第１層アパーチャアレイ１６は、光が通過する開口部１６ａと、光の通過を阻止する遮光部１６ｂとを有する。第１層アパーチャアレイ１６において開口部１６ａは、主走査方向のＸ方向に沿って受光画素１３と同じ配列ピッチ、つまり本実施形態では１２６μｍで一列状に配列されている。開口部１６ａは、本実施の形態では例えば２４μｍ×２４μｍのサイズを持つ正方形状である。第１層アパーチャアレイ１６において遮光部１６ｂは、開口部１６ａ以外の領域に対応する。このような第１層アパーチャアレイ１６は、例えば印刷工程により、第１アパーチャガラス基板１４の面１４ａに光吸収材料を塗布することで容易に形成することができる。Ｚ方向において第１アパーチャガラス基板１４の厚みは、例えば０．４ｍｍである。

第２アパーチャガラス基板１５では、第１アパーチャガラス基板１４に対向する面１５ａに、光制限層の一例に相当する第２層アパーチャアレイ１７が形成され、さらに、面１５ａに対向する他面１５ｂに、光制限層の一例に相当する第３層アパーチャアレイ１８が形成されている。第２層アパーチャアレイ１７についても、光が通過する開口部１７ａと、光の通過を阻止する遮光部１７ｂとを有する。また、第３層アパーチャアレイ１８についても、光が通過する開口部１８ａと、光の通過を阻止する遮光部１８ｂとを有する。
第２層アパーチャアレイ１７において開口部１７ａは、主走査方向のＸ方向に沿って受光画素１３と同じ配列ピッチの、本実施形態では１２６μｍで一列状に配列されている。開口部１７ａは、本実施の形態では例えば３２μｍ×３２μｍのサイズを持つ正方形状である。

第３層アパーチャアレイ１８において開口部１８ａは、主走査方向のＸ方向に沿って受光画素１３と同じ配列ピッチの、本実施形態では１２６μｍで一列状に配列されている。開口部１８ａは、本実施の形態では例えば４０μｍ×４０μｍのサイズを持つ正方形状である。第１層アパーチャアレイ１６における開口部１６ａを含めて、開口部１７ａ及び開口部１８ａは、Ｚ方向において同軸上に位置する。
また、第２層アパーチャアレイ１７及び第３層アパーチャアレイ１８も、第１層アパーチャアレイ１６と同様に、例えば印刷工程により光吸収材料を塗布することで容易に形成することができる。また、Ｚ方向において第２アパーチャガラス基板１５の厚みは、例えば０．６ｍｍである。

本実施の形態において、上述のように第１、第２、第３層のアパーチャアレイ１６，１７，１８における各開口部１６ａ、１７ａ、１８ａの大きさは、それぞれ異なっていても良いし、同じであっても良い。
また、本実施の形態では、第２層アパーチャアレイ１７は、第２アパーチャガラス基板１５の面１５ａに形成したが、第１アパーチャガラス基板１４の面１４ｂに形成しても良い。ここで面１４ｂは、第１アパーチャガラス基板１４の面１４ａに対向する面である。

撮像光学系１を構成する上述の各部品の組み立て方法として、まず、第１アパーチャガラス基板１４と第２アパーチャガラス基板１５とを、互いの対向する面１４ｂと面１５ａとを接着等で貼りあわせる。次に、この第１、第２のアパーチャガラス基板１４，１５が一体化されたものを、撮像素子基板１１における撮像素子チップ１２の上方にスペーサ９１（図４）を介して配置する。このスペーサ９１のＺ方向における厚みは例えば０．６ｍｍである。この場合、Ｚ方向において受光画素１３と第１層アパーチャアレイ１６との間隔は０．６ｍｍとなる。

次に、照明光学系２について説明する。
照明光学系２は、原稿面に光源から照明光を照射するためのものである。その構成の一例を図３の（ａ）に示す。照明光学系２は、光源の一例に相当するＬＥＤアレイ２１と、導光体２２とを備える。ＬＥＤアレイ２１は、複数のＬＥＤを主走査方向のＸ方向に一列以上にて配列したものである。このような構成において、ＬＥＤアレイ２１から出射された出射光２１ａは、導光体２２内を伝播し、原稿面４１に照明光を照射する。

また、照明光学系２の別の構成の一例を図３の（ｂ）に示す。この例では、主走査方向のＸ方向における導光体２２の両端に、光源に相当するＬＥＤ２３が配置され、ＬＥＤ２３からの出射光２１ａは導光体２２内を伝播し、導光体２２の下部に設けた散乱部２４によって散乱されて、原稿面４１を照明する。

次に、天板ガラス３は、撮像光学系１、照明光学系２の上方に配置され、原稿を載置する。天板ガラス３の厚みは、例えば１ｍｍである。また、天板ガラス３に載置される原稿は、受光画素１３の配列方向である主走査方向のＸ方向に直角方向である副走査方向のＹ方向へ移送される

以上のように構成される画像読取装置１０１における動作である撮像機能について、図４等を参照して説明する。ここで、撮像される原稿は天板ガラス３に載置され移送されるが、このとき原稿が天板ガラス３から浮き上がる場合もある。よって、画像読取装置１０１は、天板ガラス３の表面上に相当する原稿面４１から、原稿面４１からＺ方向において距離Ｈ離れた原稿面４２までの間を撮像することを想定する。
また図４において、（ａ）は画像読取装置１０１の側面図を、（ｂ）は正面図を示している。

照明光学系２から発せられた照明光線５１は、天板ガラス３に載置した原稿の原稿面に照射され、また、原稿は副走査方向のＹ方向に搬送される。このとき原稿が受光画素１３の配列ピッチに相当する１２６μｍを搬送される時間間隔で、受光画素１３によって原稿における一ラインの画像情報が読み取られていく。
具体的に説明すると、照明光学系２から発せられた照明光線５１（図４の（ａ））は、原稿面４１から原稿面４２に存在する原稿３１を照射する。原稿３１の原稿面で反射した散乱光の強度分布が撮像光学系１によって記録される。例えば、図４の（ｂ）に示す点Ｐから発せられた散乱光は、あらゆる方向に散乱するが、点Ｐの真下に散乱される光線５３のみが受光画素１３まで到達する。一方、点Ｐの真下以外に散乱される光線５２は、第１、第２、第３層のアパーチャアレイ１６，１７，１８までのいずれかで遮光されるか、あるいは撮像素子チップ１２における受光画素１３以外の領域に到達する。

アパーチャアレイが複数層必要である理由について、図５から図７を用いて説明する。
図５はアパーチャアレイとして、第３層アパーチャアレイ１８のみを設けた場合を示している。受光画素１３のうちの一つを受光画素Ｑ１とし、順にＱ２、Ｑ３、Ｑ４、…と配列されているとする。それらの受光画素Ｑ１，Ｑ２，…に対応する、第３層アパーチャアレイ１８の開口部をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、…とする。各開口部Ｒｉを通過して、対応する受光画素Ｑｉに到達する光線群の、原稿面４２における出発点群の領域を視野４４とし、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、…とする。各受光画素Ｑｉに対応する視野Ｆｉの領域の外からの光線が受光画素Ｑｉに到達する光、つまり迷光が存在すると、コントラストの大きな低下、あるいはゴースト像の発現が生じてしまう。例えば、受光画素Ｑ１の上方に存在する、原稿面４２における点Ｐから散乱する光線を考える。散乱光線５４のように、開口部Ｒ３を通過する光線は受光画素Ｑ４に到達してしまい、迷光となる。よって図５に示すように、アパーチャアレイが一層のみの場合には、明瞭な画像を得ることができない。

そこで、図６に示すように、図５の構成に対して第１層アパーチャアレイ１６を追加して、２層構成とする。また第１層アパーチャアレイ１６の開口部をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、…とする。図６の構成では、上述の散乱光線５４は、開口部Ｓ３とＳ４との間の遮光部によって遮断されている。この例のように、２層のアパーチャアレイをＺ方向に適切な間隔を保って配置し、さらにアパーチャアレイの開口部の大きさを適切な大きさにした場合には、大きな遮光効果が得られ、迷光のない明瞭な画像を得ることができる。

しかしながら、２層だけでは十分な遮光効果が得られない場合もある。即ち、図６では、点Ｐから、散乱光線５４よりも少し大きな角度で散乱する散乱光線５５の例が示されている。この散乱光線５５は、開口部Ｒ３及び開口部Ｓ４を通過した後、受光画素Ｑ４に到達し、迷光となっている。よって図６に示す例では、２層にてアパーチャアレイを設けた場合には大きな遮光効果が得られるが、わずかに迷光が残っている。
但し、受光画素１３から得られる画像における解像度の許容度に応じて、アパーチャアレイの層数は、最低２層とすることができる。

さらに迷光を無くして明瞭な画像を得るためには、図６に示す散乱光線５５のような光路を遮断する必要がある。このためには図７に示すように、さらに第２層アパーチャアレイ１７を加えれば良い。図７からも明らかなように、散乱光線５５は、第２層アパーチャアレイ１７で遮断され、受光画素１３に到達しない。即ち、アパーチャアレイを３層にすると、２層の場合よりも大きな遮光効果が得られ、迷光のない明瞭な画像を得ることができる。

なお、透光性部材で構成した第１アパーチャガラス基板１４、第２アパーチャガラス１５及び天板ガラス３等と空気との界面では、屈折により光線の進行方向が偏向されるが、図４から図７では、便宜上、光線は直進するとして作図している。遮光を実現するための実際の設計作業においては、屈折光線の偏向方向を考慮して開口部の大きさ及び配置を決定する。

また、遮光の設計作業においては、あらゆる方向に光を放射する面状の仮想光源を受光画素１３に置き、そこから原稿面に対し光線追跡を実行し、該受光画素１３の直上以外の開口部から原稿面に到達する光線がないように、開口部の大きさ及び配置を決定すれば良い。その一例を図１６Ａに示す。受光画素１３を仮想的な面光源とし、そこから上方のあらゆる角度に光を放射させる。この図から分かるように、直上の開口以外に進行する光線は、第１層から第３層アパーチャアレイ１６〜１８で全て遮光されている。代表的な光線のみを取り出した図を、図１６Ｂに示す。ここでは第１層から第３層アパーチャアレイ１６〜１８の各開口部を、図示のようにＲｉ，Ｓｉ，Ｔｉ（ｉは整数）と名付ける。

受光画素１３のうちのひとつ受光画素Ｑ１から真上に放射された光線６１は、開口部Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１のそれぞれを通り抜け、原稿面４２に到達する。
一方、受光画素Ｑ１から開口部Ｒ２を通り抜ける光線６２は、第２層アパーチャアレイ１７で遮光されるように、第２層アパーチャアレイ１７の開口部Ｓｉの大きさ、及び第１層アパーチャアレイ１６から第２層アパーチャアレイ１７までの距離が設定される。このとき、受光画素Ｑ１から開口部Ｒ３を通り抜ける光線６３は、第２層アパーチャアレイ１７の開口部Ｓ４を通り抜けてしまうが、第３層アパーチャアレイ１８で遮光されるように、第３層アパーチャアレイ１８の開口部Ｔｉの大きさ、及び第２層アパーチャアレイ１７から第３層アパーチャアレイ１８までの距離が設定される。この設計例では、受光画素Ｑ１から開口部Ｒ４を通り抜ける光線６４は、第２層アパーチャアレイ１７の開口部Ｓ５を通り抜けるが、第３層アパーチャアレイ１８の開口部Ｔ７と開口部Ｔ８との間にある遮光部で遮光される。受光画素Ｑ１から第１層アパーチャアレイ１６の開口部Ｒ５を通る光線６５、及び受光画素Ｑ１から第１層アパーチャアレイ１６の開口部Ｒ６を通る光線６６は、第２層アパーチャアレイ１７で遮光される。

以上のような手順で、遮光設計を行うことができる。ここで、上述の例で例えば光線６４が第３層アパーチャアレイ１８で遮光できない場合には、さらにアパーチャアレイを追加してもよい。
このように１つの受光画素１３からあらゆる方向に光線を射出し、その受光画素の直上以外へ進行するすべての光線が遮光されるとき、つまり実際においては原稿からの散乱光がその真下にある画素以外には到達しない、すなわち迷光が発生しないことは明らかである。

次に、迷光が存在しない場合に得られる画像の解像度、及び被写界深度について図８Ａから図８Ｃ（以下、総称して図８と記す場合もある）を参照して説明する。
図８Ｃに示すように、受光画素１３から原稿面の方に向けて、仮想的に逆方向に光線を追跡させ、原稿面４１、４２上での照度分布を計算する。図８Ｃにおいて、受光画素１３の右端から第３層アパーチャアレイ１８の開口部１８ａの左端を通過する光線が原稿面４１、４２を通過する点をそれぞれ「ａ」、「ａ’」とする。受光画素１３から第１層アパーチャアレイ１６の開口部１６ａの左端及び第３層アパーチャアレイ１８の開口部１８ａの左端を通過する光線が原稿面４１、４２を通過する点をそれぞれ「ｂ」、「ｂ’」とする。同様に、上述の左右対称な点を「ｃ」、「ｃ’」、「ｄ」、「ｄ’」とする。

次に、受光画素１３に一様な空間分布、かつ一様な放射角分布で散乱放射する面光源を設置したと仮定するときの、原稿面４１、４２での逆光線追跡による照度分布を図８Ｂ及び図８Ａに示す。照度分布は略台形形状となり、その分布の横幅の位置は、点ａ’から点ｄ’、もしくは点ａから点ｄで表される。主走査方向のＸ方向に各受光画素１３からの逆光線追跡による照度分布を重ねて描くと、図８Ｂ及び図８Ａにおいて、右側に示すようなグラフとなる。

この逆光線追跡による照度分布は、原稿面から逆に見ると、原稿面のある点から受光画素１３に到達する光量を表していると考えることができる。例えば、図８Ｃの主走査方向（Ｘ方向）における、原稿面４１における点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、及び、原稿面４２における点Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３'を考える。図８Ｂから分かるように、点Ｐ１、点Ｐ２からの光線は、受光画素Ｑ１に到達するが、隣接する受光画素Ｑ２には到達しない。点Ｐ３からの光線は、受光画素Ｑ１及び受光画素Ｑ２にわずかずつ到達する。同様に、図８Ａから、原稿面４２における点Ｐ１’からの光線は、受光画素Ｑ１に主に到達し、隣接する受光画素Ｑ２にはわずかな光量が到達する。点Ｐ２’からの光線では、点Ｐ１’からの光線に比べ、受光画素Ｑ２に到達する光量の割合が増加する。境界部である点Ｐ３’からの光線は、受光画素Ｑ１及び受光画素Ｑ２に等量ずつ配分される。

このように、本画像読取装置１０１により近い面である原稿面４１では、隣接する受光画素１３間で画像情報が混在することはなく、解像度の高い画像が得られる。一方、より遠い原稿面４２においては、隣接する受光画素１３間の境界で画像情報が混在することから、画素ピッチに対応する空間周波数の解像度は若干劣化する。容易に類推できるように、原稿面４２よりも遠い面においては、隣接受光画素１３間の画像情報の混在率が大きくなり、距離が離れるに従って解像度が劣化する。

上述した実施の形態１の説明で記した具体的な数値を当てはめた計算例では、逆光線追跡による原稿面４１におけるスポットの大きさは、約１画素ピッチである約１２６μｍとなり、原稿面４１と原稿面４２との間の距離Ｈを２ｍｍとしたときの原稿面４２におけるスポットの大きさは約２画素ピッチである約２５２μｍとなる。このとき、センサ画素密度２００ｄｐｉに相当する空間周波数４ ｌｐ／ｍｍでのコントラストでは、原稿面４２上でも３０％を確保することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態１の画像読取装置１０１によれば、迷光を効果的に遮光することができる。よって、受光画素と原稿面との間のスペース、即ち物体距離を大きくすることができ、つまり被写界深度も大きくすることができる。

実施の形態２．
図９から図１３を参照して、本発明の実施の形態２における画像読取装置１０２の一例について説明する。
実施の形態１では、撮像素子基板１１の撮像素子チップ１２において、受光画素１３は主走査方向のＸ方向に沿って一列に配列している。これに対して本実施の形態２の画像読取装置１０２では、受光画素１３は主走査方向のＸ方向に沿って千鳥状に配列した点で相違する。また、実施の形態１では２つの第１アパーチャガラス基板１４及び第２アパーチャガラス基板１５を使用しているが、本実施の形態２では第１アパーチャガラス基板１４のみを用いている。以下では、主にこれらの相違部分について説明を行う。

本実施形態の画像読取装置１０２は、画像読取装置１０１と同様に、撮像光学系１と、照明光学系２と、天板ガラス３とを備える。
撮像光学系１の分解図を図１０に示す。撮像素子基板１１に実装されている撮像素子チップ１２は、受光画素１３が第１列１２ａと第２列１２ｂとの２列に千鳥配列されている。例えば、取得画像の解像度を２００ｄｐｉとすると、一列内における受光画素１３の画素ピッチは２ｐ＝２５２μｍで、副走査方向（Ｙ方向）に並んだ第１列１２ａと第２列１２ｂとの列間隔はｐ＝１２６μｍであり、第１列１２ａにおける各受光画素１３の配列の中間に、第２列１２ｂにおける各受光画素１３が位置するようにして、千鳥配列されている。また、受光画素１３の領域サイズは、例えば１００μｍ×１００μｍであるとする。

第１アパーチャガラス基板１４は、本実施の形態２では、受光画素１３に対面する面１４ａだけでなく、面１４ａに対向する面１４ｂにもアパーチャアレイのパターンが印刷されている。つまり、第１アパーチャガラス基板１４の面１４ａは、第１層アパーチャアレイ１６−２を有し、面１４ｂは第２層アパーチャアレイ１７−２を有する。第１層、第２層アパーチャアレイ１６−２，１７−２の開口部１６ａ，１７ａは、受光画素１３と同じ配列ピッチにて千鳥配列されており、Ｚ方向において第１層アパーチャアレイ１６−２の開口部１６ａの上方に第２層アパーチャアレイ１７−２の開口部１７ａが存在する。

尚、第１層アパーチャアレイ１６−２の開口部１６ａの大きさは、第２層アパーチャアレイ１７−２の開口部１７ａの大きさと異なっていても良いし、同じであっても良い。本実施の形態２では、第１層アパーチャアレイ１６−２の開口部１６ａ領域は、例えば６０μｍ×６０μｍのサイズを持つ正方形状であり、第２層アパーチャアレイ１７−２の開口部１７ａ領域は、例えば８０μｍ×８０μｍのサイズを持つ正方形状である。また、第１アパーチャガラス基板１４の厚みは、例えば１．３ｍｍである。

以上のような構成を有する本実施の形態２の画像読取装置１０２においても、実施の形態１と同様に、原稿が天板ガラス３を副走査方向（Ｙ方向）に、受光画素１３の第１列１２ａと第２列１２ｂとの列間隔ｐの１２６μｍを搬送される時間間隔で、受光画素１３によって、原稿の画像情報が読み取られる。第１列１２ａにおける受光画素１３及び第２列１２ｂにおける受光画素１３で読み取られた画像情報は、副走査方向（Ｙ方向）には一画素シフトさせられ、主走査方向（Ｘ方向）には一画素ずつ交互に並べられて、全体の画像情報が復元される。

本実施の形態２においては、実施の形態１と比較してアパーチャアレイによる迷光の遮光性能が高いことから、次の効果がある。（１）より大きな面積を持つ開口部であっても隣接する開口部からの迷光を遮断できる。（２）アパーチャアレイの層数を減らすことができる。

受光画素１３を２列千鳥配列にすることで迷光の遮光性能が高くなる理由について、図１１及び図１２Ａから図１２Ｃ（総称して図１２と記す場合もある）を用いて説明する。
受光画素１３から原稿面へ仮想光線を出射させる逆光線追跡を用いて、迷光光路が存在するか否かを調べる。図１１は、受光画素１３が主走査方向のＸ方向に沿って一列に配列され、２層のアパーチャアレイを有する構成を示している。図１１の構成の場合、受光画素Ｑ３から第１層アパーチャアレイ１６−２の開口部Ｒ３、及び第２層アパーチャアレイ１７−２の開口部Ｓ４を通過する、迷光光線５６のような経路が存在する。
図１２は、図１１の構成において、受光画素１３を２列の千鳥配列にした場合の構成図である。即ち、図１２に示す構成は、図１１の場合と同じ画素ピッチであり、第１層及び第２層アパーチャアレイについて、各開口部のサイズ及びＺ方向における面間隔も全て図１１の場合と同じであるが、受光画素１３、第１層アパーチャアレイ１６−２、及び第２層アパーチャアレイ１７−２が２列の千鳥配列になっている点が異なる。

図１２の場合、例えば受光画素Ｑ３から第１層アパーチャアレイ１６−２の開口部Ｒ３を通る光線５６を考える。Ｚ方向から副走査方向（Ｙ方向）への光線５６の傾斜角度がほとんどなく、主走査方向（Ｘ方向）にのみ天板ガラス３側へ光線５６が進行するような場合には、図１２Ａに示すように、開口部Ｓ３と開口部Ｓ４との間の遮光部１７ｂの領域にて光線５６を遮光することができる。一方、図１２Ｂに示すように、Ｚ方向から副走査方向（Ｙ方向）への光線５６の傾斜角度が比較的大きい場合には、図１２Ｂもしくは図１２Ｃに光線５６’として示しているように、受光画素Ｑ３→第１層アパーチャアレイ１６−２の開口部Ｒ３→第２層アパーチャアレイ１７−２の開口部Ｓ４の経路で通り抜ける光線５６’が存在する場合もある。しかし、このような光線５６’は、副走査方向に大きく傾いているので、次のような手段によって容易に遮光することができる。

例えば、（１）天板ガラス３の上面３ａ（図１２Ｂ）において、撮像光学系１の読み取り光軸から外れた位置に遮光マスクを設ける、（２）天板ガラス３の側面３ｂ（図１２Ｂ）に遮光マスクを設ける、（３）原稿面に対する照明光の照明領域を撮像光学系１の読み取り位置付近にのみ制限し、逆光線追跡による上述の光線５６’のような光線が到達する原稿面における領域には照明光を照射しないようにする、などの対策が考えられる。

あるいは、図１３に示すように、受光画素１３における２列の千鳥配列について、副走査方向（Ｙ方向）における間隔を、ピッチｐよりも大きく離してｑとする手法もある（ｑ＞ｐ）。こうすることで、受光画素１３だけでなく、第１層アパーチャアレイ１６−２及び第２層アパーチャアレイ１７−２における各開口部の２列間の副走査方向間隔も広がることから、上述の光線５６’のように副走査方向への傾斜が比較的大きい光線を第２層アパーチャアレイ１７−２の遮光部１７ｂにて遮光することができる。
この場合、２列の受光画素１３で得られたそれぞれの画像から、全体の画像を復元するには、副走査方向に（ｑ÷ｐ）画素だけシフトさせて合成すればよい。例えば、ｑ＝２ｐだけ２列間が離れているとするならば、２画素シフトさせて合成すればよい。

受光画素１３を２列千鳥配列にすることの効果を要約して述べると、２列千鳥配列にすることで、各列において、受光画素１３の主走査方向（Ｘ方向）の画素ピッチ、及びアパーチャアレイの開口部間のピッチをｐの２倍に広げることができ、遮光が容易になるということである。尚、第１層及び第２層アパーチャアレイにおいて異なる列に属する開口部を通過する迷光もあり得るが、このような迷光は、副走査方向（Ｙ方向）において読み取りの光軸から大きく離れる光線であるため、遮光は容易に行うことができる。

上述した実施の形態２では、アパーチャアレイが２層で、２列千鳥配列の場合について述べたが、この構成に限定するものではない。即ち、アパーチャアレイは３層以上であっても良く、千鳥配列の配列数も３列以上であっても良く、３層以上かつ３列以上の各数の組み合わせであっても良い。アパーチャアレイの層数が多いほど、あるいは千鳥配列の配列数が多いほど遮光性能を高くすることができる。

以上説明したように、本実施の形態２の画像読取装置１０２によれば、実施の形態１の構成に比べてさらに迷光を効果的に遮光することが可能となる。よって、受光画素と原稿面との間のスペース、即ち物体距離をより大きくすることができ、つまり被写界深度もより大きくすることができる。また、実施の形態１において説明した画像読取装置１０１における変形例についても、本実施の形態２の画像読取装置１０２に適用することができる。

実施の形態３．
図１４から図１５を参照して、本発明の実施の形態３における画像読取装置１０３の一例について説明する。
実施の形態１、２では、撮像光学系１に備わる撮像素子基板１１は、非透光性部材から形成された基板を使用している。これに対して本実施の形態３では、撮像光学系１に備わる撮像素子基板は、透光性部材、例えばガラス材で透明な基板を使用し、いわゆる裏面照射型の撮像素子基板である。以下では、主にこの相違部分について説明を行う。

本実施形態の画像読取装置１０３は、図１４に示すように、画像読取装置１０１と同様に、撮像光学系１と、照明光学系２と、天板ガラス３とを備えている。また撮像光学系１の分解図を図１５に示す。撮像光学系１に備わる撮像素子基板８１は、ガラス基板であり、撮像素子チップ１２は撮像素子基板８１の一表面８１ａ、例えば下面にＴＦＴ（Thin Film Transistor)として形成され、受光画素１３は裏面照射型である。尚、撮像光学系１におけるその他の構成部分は、実施の形態１にて説明した構成に同じであり、ここでの説明を省略する。

撮像光学系１を構成する上述の各部品を組み立て方法として、まず、第１アパーチャガラス基板１４と第２アパーチャガラス基板１５とを、互いの対向する面１４ｂと面１５ａとを接着等で貼りあわせる。次に、この第１、第２のアパーチャガラス基板１４，１５が一体化されたものを、撮像素子基板８１の上面に、第１層アパーチャアレイ１６の開口部１６ａと受光画素１３とのＸＹ面内での位置あわせを行いながら接着する。ここで撮像素子基板８１の上面は、一表面８１ａに対向する他表面８１ｂが相当する。

このように、本実施の形態３における画像読取装置１０３に備わる撮像光学系１は、２回の接着だけで作製でき、また全てガラス製であるため堅牢で小型であるという利点を有する。また、受光画素１３は、裏面照射型であるため、ガラス製の撮像素子基板８１の他表面８１ｂから撮像素子基板８１内に入射した光線は、撮像素子基板８１を通り受光画素１３に到達する。

以上のように構成される本実施の形態３の画像読取装置１０３においても、実施の形態１において上述した、画像読取装置１０１が奏する効果を得ることが可能である。また、実施の形態１において説明した画像読取装置１０１における変形例についても、本実施の形態３の画像読取装置１０３に適用することができる。

また、上述した各実施形態における構成を適宜組み合わせた構成を採ることもできる。

１ 撮像光学系、２ 照明光学系、３ 天板ガラス、
１１ 撮像素子基板、１３ 受光画素、１４ 第１アパーチャガラス基板、
１５ 第２アパーチャガラス基板、１６ 第１層アパーチャアレイ、１６ａ 開口部、
１６ｂ 遮光部、１７ 第２層アパーチャアレイ、１７ａ 開口部、１７ｂ 遮光部、 １８ 第３層アパーチャアレイ、１８ａ 開口部、１８ｂ 遮光部、
２１ ＬＥＤアレイ、２３ ＬＥＤ、３１ 原稿、８１ 撮像素子基板、
１０１〜１０３ 画像読取装置。

Claims (5)

1. 原稿での反射光を受光する受光画素を有する撮像素子と、
   上記撮像素子の上方に位置し、上記受光画素の配列方向に直角方向へ移送される上記原稿を載置する天板ガラスと、
   上記原稿に光を照射する光源と、
   上記撮像素子と上記天板ガラスとの間に設けられる透光性部材であって、当該透光性部材の表面には、それぞれの上記受光画素に対応して位置し光が通過する開口部、及びこの開口部以外の領域において光通過を阻止する遮光部を形成した光制限層を有する透光性部材と、を備え、
   複数の上記光制限層が設けられ、各光制限層におけるそれぞれの上記開口部は、上記配列方向及び上記移送方向に直交する方向において同軸上に、上記受光画素の真上に沿って配列される、
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. 原稿での反射光を受光する受光画素を有する撮像素子と、
   上記撮像素子の上方に位置し、上記受光画素の配列方向に直角方向へ移送される上記原稿を載置する天板ガラスと、
   上記原稿に光を照射する光源と、
   上記撮像素子と上記天板ガラスとの間に設けられる透光性部材であって、当該透光性部材の表面には、それぞれの上記受光画素に対応して位置し光が通過する開口部、及びこの開口部以外の領域において光通過を阻止する遮光部を形成した光制限層を有する透光性部材と、を備え、
   複数の上記光制限層が設けられ、各光制限層におけるそれぞれの上記開口部は、上記受光画素の真上に沿って配列され、上記開口部の上記光制限層内において上記受光画素の配列ピッチと同じピッチで配列されている、
   ことを特徴とする画像読取装置。
3. 上記受光画素は、複数列に千鳥状に配置され、各光制限層におけるそれぞれの上記開口部も上記受光画素の真上にて千鳥状に配列される、請求項１又は２に記載の画像読取装置。
4. 上記撮像素子は、透光性を有する基板の一面に製作された裏面照射型の受光画素を有し、上記一面に対向する当該基板の他面に、上記透光性部材における上記光制限層が重ねられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 上記光制限層の少なくとも２層は、一つの上記透光性部材の互いに対向する２つの面に存在する、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。

Images