JPS6156914B2 - - Google Patents

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JPS6156914B2
JPS6156914B2 JP53051837A JP5183778A JPS6156914B2 JP S6156914 B2 JPS6156914 B2 JP S6156914B2 JP 53051837 A JP53051837 A JP 53051837A JP 5183778 A JP5183778 A JP 5183778A JP S6156914 B2 JPS6156914 B2 JP S6156914B2
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JP
Japan
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photo sensor
lens
sensor array
optical system
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Noritaka Mochizuki
Yoshiki Hazemoto
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0087Simple or compound lenses with index gradient
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/005Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along a single direction only, e.g. lenticular sheets
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/024Details of scanning heads ; Means for illuminating the original
    • H04N1/028Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up
    • H04N1/03Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up with photodetectors arranged in a substantially linear array
    • H04N1/031Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up with photodetectors arranged in a substantially linear array the photodetectors having a one-to-one and optically positive correspondence with the scanned picture elements, e.g. linear contact sensors

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は書画等の原稿面の情報を電気信号に変
換して読み出す読取り装置に関するものである。
従来より、フアクシミリ、レーザービームプリ
ンター及びインクジエツトプリンター等の画像情
報の処理装置に於いては、画像の読取りとして光
電変換を利用した読取り装置が種々提案されてい
る。そして近年、フオトセンサーの改良に伴つて
原稿面を幅広く読取ることや、更にフオトセンサ
ーを形成する各画素(光電変換要素)、即ち読取
る場合に於いては区分して読取る最小の単位を微
少に形成する事が可能となつてきた。従つて、斯
様な高分解能を有するフオトセンサーアレーに応
じた読取り光学系を有する読取装置が要求されて
いる。
本発明の目的は、上記フオトセンサーアレーの
分解能に応じた読取り性能を有する光学系を備え
た読取り装置を提供するものである。
更に、本発明の目的は、優れた分解能を有する
と共にコンパクトに構成された読取り装置を提供
するものである。
本発明に於ける読取り装置に於いては、フオト
センサーアレーと原稿面の間に正立等倍の結像光
学系を配し、該光学系に関し、原稿面とフオトセ
ンサーアレーの面を共役な位置に設ける。従つ
て、フオトセンサーアレー上には常に原稿面の像
が正立で且つ等倍の状態に結像されている。又、
該光学系は正立等倍結像光学系であるので、該光
学系を複眼光学系で構成しても、原稿面とフオト
センサーアレー面は常に1対1の結像関係を保持
するものである。故に斯様な構成の読取り装置で
は、読取りの際の分解能はフオトセンサーアレー
の各画素の大きさに依存するもので、フオトセン
サーアレーの各画素の大きさを小さくすればする
程、分解能の高い読取り装置が得られるものであ
る。又、フオトセンサーの各画素は非常に小さい
ものであるが、正立等倍結像光学系により常にセ
ンサー表面と原稿面が1対1に対応するので、原
稿上の一点から出る光束が複数のフオトセンサー
の画素に渡つて入射する事が防止できるのでS/
N比の向上も計れる。
上記複眼光学系により構成される正立等倍光学
系は比較的短焦点の光学系で得られるので、読取
り装置を小型化し易いものである。
更に本発明に係る読取り光学系に於いては、原
稿照明用の光源を、フオトセンサーアレイ及び正
立等倍結像光学系に関して原稿面と反対側に設け
る事により構成を更に小型化出来る。即ち、照明
用の光束はフオトセンサーを何等かの手段により
通り抜け、上記正立等倍結像光学系を介して原稿
面を照明する。従つて、正立等倍結像光学系は原
稿照明用の光学系と原稿面からの光束の受光用の
光学系を兼ねるものである。
第1図は本発明の読取り装置の部分概略図で、
フオトセンサーアレーと正立等倍結像光学系との
位置関係を示す図である。第1図に於いて、1は
フオトセンサーアレー、1a,1b,……はフオ
トセンサーを形成する各画素を示すもので、この
画素の大きさが識別可能な読み出しの大きさであ
る。2はシフトレジスターで、上記フオトセンサ
ーアレーの各画素からの情報信号を読出し方向に
沿つて時系列的に取り出す為の手段として用いら
れる。3は複眼レンズ系より成る正立等倍結像光
学系で原稿面4を上記フオトセンサーアレーの面
に結像させるもので、この正立等倍結像光学系3
を第2図を引用して更に詳述する。第2図に於い
て、正立等倍光学系の一例として引用した正立等
倍レンズ系5は等しいレンズエレメント5a,5
b,5c……より成つており、各レンズエレメン
トに対して面6と面7は光学的に共役な位置にあ
り、上記装置に於いては、面6及び面7は原稿面
とフオトセンサーアレー面の関係に対応する。正
立等倍光学系に於いて、該面6及び面7は、該光
学系の前側主平面と後側主平面に対応するもので
ある。従つて第2図に於いては面6を各レンズエ
レメント5a,5b,5c,……の一方の主平
面、面7は同じく他方の主平面に対応する。故に
面6の一点P1から発散される各光線は、いずれの
レンズエレメント5a,5b,5c……を通過し
ても、常に上記面6のP1点に対応する面7上のP2
点に結像する。この場合の結像は正立等倍である
ので、面6の正射影の像が面7上に生じる。従つ
て面7をフオトセンサーアレー、面6を原稿面と
するならば、原稿面と全く同じ像がフオトセンサ
ーアレー7上に生じる。従つて、正立等倍光学系
とフオトセンサーアレーの組合せによれば、読取
り装置の分解能はフオトセンサーを形成する各画
素の大きさに依存し、各画素を小さく形成すれば
する程分解能を上げる事が出来る。又、上述した
如く、原稿面の一点から発散される光束は複眼光
学系の複数の光学素子を介しても常にフオトセン
サー面の一点に結像されるので、原稿面からの散
乱光が広い角度θで受光でき、S/N比の改善に
役立つものである。
第3図、第4図及び第5図は各々正立等倍結像
光学系の各々の実施例を示すものである。第3図
に示す正立等倍結像光学系は同一形状の三個の正
単レンズ11,12,13より成るもので、レン
ズ11とレンズ13の焦点距離はfであり、レン
ズ12はフオールドレンズの働きをするものであ
る。各レンズ11,12,13のレンズ間隔は2
fであり、該レンズ系の前側主平面14はレンズ
11の物体側2fの位置、同じく後側主平面15
はレンズ13の像面側2fの位置にある。従つ
て、前側主平面の光軸16よりy1の位置にあるP3
点から発せられる光束はレンズ11によりフイー
ルドレンズ12の近傍に結像された後、レンズ1
3により後側主平面15上の光軸16からy1の位
置に再結像される。故に、上記前側主平面14に
原稿面を設け、後側主平面15にフオトセンサー
アレーを配すれば、フオトセンサーアレー上に原
稿面の正立等倍像が得られる。斯様なレンズ系を
読取り方向に複数個配し、複眼光学系を形成する
ものである。
第4図は、その屈折率が光軸18から周辺部に
向つて距離の2乗に比例して減少する屈折率分布
を有するレンズ素子17である。斯様なレンズ素
子に於いては、レンズ素子の端面17aと17b
からそれぞれhの距離に平面19と20を配し、 なる関係を持たせると、平面19と平面20の間
に光学系に正立等倍の共役結像関係が成り立つ。
但しn0は光軸上の屈折率、aは屈折率勾配を表わ
す定数、lはレンズ素子の長さである。斯様なレ
ンズ素子17を読取り方向に複数個アレー状に配
し、読取りを行う。
第5図は2群2枚の棒レンズ状のアレーより成
る正立等倍レンズ系を示すものである。第5図に
示す如く、正立等倍光学系は共軸の第1レンズ2
1及び第2レンズ22より成り、第1レンズは物
体23の中間像24を第1レンズ21と第2レン
ズ22の間に形成し、第2レンズ22は該像24
の像25を投影面上に再結像する。そして第1レ
ンズ21と第2レンズ22は以下の式 を満足する。
但し、r1は第1レンズ21の物界側の面の曲率
半径、r2は第1レンズの像界側の面の曲率半径、
d1′は第1レンズの物界側の面と第1レンズの像
界側の面との光軸上のレンズ肉厚、φは第1レ
ンズの有効径、φは物体23の大きさ、φ
中間像24の大きさ、n1′は第1レンズの媒質の
設計波長に対する屈折率、βは第1レンズの横
倍率、S1は第1レンズの物界側の面を基準とした
物体面までの光軸に沿つた距離、S2′は像界側の
面を基準とした中間像面までの光軸に沿つた距
離、Feは物界側有効Fナンバー、K1=0.9、K2
1.1で与えられる。又、r3は第2レンズ22の物
界側の面の曲率半径、r4は第2レンズの像界側の
面の曲率半径、d2′は第2レンズの物界側の面と
像界側の面との光軸に沿つたレンズ肉厚、φ
第2レンズの有効径、φは投影面上の第2レン
ズによる投影像の大きさ、n2′は第2レンズの媒
質の設計波長に対する屈折率、βは第2レンズ
の横倍率、S3は第2レンズの物界側の面を基準と
した中間像面までの光軸に沿つた距離、S4′は第
2レンズの像界側の面を基準とした投影像までの
光軸に沿つた距離、Fe′は第2レンズの像界面の
有効Fナンバー、K1=0.9、K2=1.1である。そし
て上記符号はγ=−γ、γ=−γ
d2′=d1′、n2′=n1′、φ=φ、φ=φ、β
=1/β、S3=−S2′、S4′=S1及びFe′=Fe
で与えられる。
次に本発明の実施例について述べる。第6図は
本発明に係る読取り装置の概略を示す図である。
第6図に於いて、31は照明用の光源、32は第
1図で説明した如くシフトレジスター等の信号取
り出し手段を有するフオトセンサーアレー、33
は複眼レンズより成る正立等倍レンズ系、34は
透明の原稿台、35は原稿である。従つて照明光
はフオトセンサーアレーを何等からの手段で一度
通過し、レンズ系33を通過した後、原稿面35
を照明する。原稿面35とフオトセンサー32の
面をレンズ系33に対して光学系に共役な位置に
設けられているので、原稿面で散乱される光束は
フオトセンサー32に入射する。
次にフオトセンサーに関して述べる。第7図は
フオトセンサーアレーを説明する為の図である。
光電変換部材45は、通常、ガラス等の透光性
の基板上に複数個の光電変換要素が配列されて成
る。光電変換要素41(P1,P2,P3,……Pn)
は、独立電極42(X1,X2,X3,X4……Xn)と
共通電極Yとの間に光電変換層43が設けられた
構成とされ、光電変換層43は例えばP−n
junction(接合)が形成された光起電力層とされ
る。この場合、共通電極Yは、光電変換層43の
表面全域に設けられてある必要はなく、例えば図
示されている如く、光電変換層43の表面の一部
分に設けてあれば良い。
又、この場合には、各層間に、電気的絶縁部4
4を設けて各光電変換層43を電気的に絶縁して
やる必要がある。
光電変換層43は、上記の如き光起電力層とさ
れる以外に、光導電層とされても良い。この場合
には、前記の電気的絶縁部44は必ずしも要さな
い。
第6図の様に、光電変換層43を一旦通して原
稿面を照射するタイプの光電変換部材の場合には
独立電極と共通電極は照射光に関して透光性であ
ることが必要である。
又、上記の様なタイプの光電変換部材の場合に
は光電変換層43としては、照射光を吸収はする
が、原稿面を照射する以前に、照射光量の殆んど
又は全部を吸収して仕舞うのではなく、原稿面
に、必要な照射光量が充分到達し得る様に、その
層厚を決定して形成する必要がある。
この様な制約を解除する為には、第8図に示す
様に光電変換要素43と光電変換要素43との間
毎に、フアイバーグラス等で透光要素46を設け
該透光要素46を介して原稿面を照射する際に光
電変換要素43を通して照射しなくて済む様に工
夫すると良い。この場合、光源のある側の光電変
換要素面を、照射光不透光性とすれば、原稿面に
光照射する際に、照射光が光電変換層を透過する
必要がなくなり、従つて、原稿面からの反射光が
入射される電極のみが照射光に対して透光性であ
れば良く、又、光電変換層としても先の様な制約
を受けることはない。
次に、光電変換要素に就て具体的に詳述する。
第9図に示される光電変換要素50は共通電極5
1と独立電極53間に光起電力層52を設けた光
起電力タイプのものである。
図に於いては、光起電力層52は、共通電極5
1側にp型半導体層、独立電極23側にn型半導
体層が設けられて、所謂p−n junctionが形成
されたものであるのが、勿論このp−nの積層は
図と逆であつても差支えない。又、層2中に形成
されるp−n junctionは、homo junctionであ
つても、hetero−junctionであつても良い。
共通電極51、独立電極53は、層52とオー
ミツクコンタクト(Ohmic contact)する材料で
形成される。
又、第9図の様に、共通電極51側から光照射
がされる場合には、光照射側となるp型層はp−
n junction部に照射光が出来るだけ多く到達す
る様に薄く形成すると良い。逆に、基板54側か
ら光照射される場合には、同様の理由でn型層は
薄く形成されると良い。
第10図に示される光電変換要素55は、光導
電タイプのものであつて基板59上に独立電極5
8、該電極58上に光導電性を示す光電変換層5
7、該層57上に共通電極56が設けられた構造
を有している。光導電性を示す光電変換層57
は、通常知られている光導電材料で形成される。
電極56及び電極58は、層57とオーミツクコ
ンタクトをする様な材料で形成される。層57は
上記した様にp型又はn型を示す光導電材料で形
成されるが、この他p型とn型を積層した構成と
されても良い。
第6図に示す如き読取り装置に於いて、フオト
センサーの光電変換層を通して照射する場合は、
原稿31の中央部は周辺部に比して明るく照射さ
れる。従つて原稿面を一様に照明する為には、原
稿35と光源31の間にマスク手段を設ける必要
がある。例えばその一例としてはフオトセンサー
アレーの基板の部分が照明光源31側に向く様に
し、該基板を構成するガラス層の厚さを、中央部
は厚くし周辺部は薄くすることにより中央部の光
量を減衰させ、原稿を一様に照明することが可能
である。
又、上記、透明原稿台34は、正立等倍レンズ
系33の原稿に対向する面を平面で構成すること
により、とり去ることが可能である。従つてこの
時はレンズ系33の一側面が原稿台を兼ねる。
上記説明に於いては、読取り装置は一次元的に
示してきたが、同じ原理で原稿を二次元的に読み
出す事は可能である。。即ち、フオトセンサーア
レーを二次元的に配し、同じく正立等倍光学系を
も二次元的に配し、上記フオトセンサーアレーか
らの信号を二次元走査的に読み出せば良いもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る読取り装置の概略を示す
図、第2図は本発明に使用する正立等倍光学系を
説明する為の図、第3図、第4図及び第5図は
各々正立等倍光学系の一実施例を示す図、第6図
は本発明に係る読取り装置の一実施例を示す概略
図、第7図は本発明の装置に使用するフオトセン
サーアレーを示す斜視図、第8図は本発明の装置
の一実施例に使用されるフオトセンサーアレーの
構成を示す図、第9図及び第10図は各々光電変
換要素を説明する為の図。 1……フオトセンサーアレー、1a,1b,1
c,1d……光電変換要素(画素)、2……シフ
トレジスター、3……正立等倍レンズ系、4……
原稿面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原稿面を照明する光源部と、前記原稿面から
    の反射光を受光するフオトセンサーアレーと、該
    フオトセンサーアレーと原稿面との間に配された
    正立等倍結像光学系とを備えた読取り装置におい
    て、 前記フオトセンサーアレーの少なくとも一部を
    透光性に形成するとともに、前記光源部を前記結
    像光学系及びフオトセンサーアレーと同軸上の、
    フオトセンサーアレーに対して原稿面と反対側に
    配置し、前記光源部からの照明光が前記フオトセ
    ンサーアレー及び結像光学系を通して原稿面に投
    射され、且つ原稿面からの反射光が再び結像光学
    系を通つてフオトセンサーアレーで直接受光され
    るように構成した事を特徴とする読取り装置。
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